A novel radiotherapy treatment planning based on dual-energy virtual monochromatic CT

基于双能虚拟单色CT的新型放射治疗计划

基本信息

批准号：
19K17234
负责人：
山田幸子
金额：
$ 2.08万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

放射線治療計画において、CT画像は標的体積の決定と線量分布計算という２つの目的に使用される。標的体積を精度よく決定するためには病変と周囲の組織コントラストが高い方が有利であり、ヨード造影剤の投与が必要となることがある。一方、線量分布計算は、CT値が組織性状をよく反映していることが前提であり、造影剤等によるCT値の修飾がない方がよい。よって、放射線治療計画を精度よく行うためには、線量分布計算のための非造影CTと、標的体積の決定のための造影CTが必要となり、2回の撮影による放射線被ばくが生じる。そこで本研究では、1回の撮影データから非造影画像および造影画像を生成し、前者を線量分布計算、後者を標的容積の決定に使用する新しい放射線治療計画法を提案する。具体的には、dual-source dual-energy CTを使用し、造影下にて1回の撮影を2種類の管電圧で同時に行い、得られる2種類の画像(撮影線質が異なる)から線形代数的演算によって造影画像(標的体積決定用)と非造影画像(線量分布計算用)を算出する。総撮影線量は通常の撮影1回分以下とし、ノイズを逐次近似的画像再構成により抑制するが、この処理が画質の視覚的印象を変化させるため、視覚的印象の観点から画質の定量を行い、従来の画像と同等の出力を目指す。以上のことを実現できるファントム実験系まで構築し、線量分布等の評価ができる段階まできているが、新型コロナウイルス感染症の影響により、当該研究に使用するCT装置が感染診療専用となり、2021年度から実験を必要とする研究が実施できていない。そのため、理論面での考察を進めつつ、すでに撮影済みのファントム画像を用いて視覚的印象の観点からの画質の定量に取り組み、学会発表および招待講演等にてその成果を発表した。学会発表では優秀演題として受賞するなどの高い評価を得ている。

在放射治疗计划中，CT 图像有两个用途：靶区确定和剂量分布计算。为了准确确定目标体积，病变与周围组织之间具有高对比度是有利的，这可能需要施用碘造影剂。另一方面，剂量分布计算的前提是CT值能很好地反映组织特性，最好不要用造影剂等修改CT值。因此，为了准确规划放射治疗，需要使用平扫CT进行剂量分布计算和增强CT确定靶区，导致两次成像操作造成辐射暴露。因此，在本研究中，我们提出了一种新的放射治疗计划方法，该方法从单个成像数据生成非造影图像和造影增强图像，并使用前者计算剂量分布，后者确定靶体积。具体来说，使用双源双能CT，在两种管电压下同时拍摄一幅图像，并根据获得的两类图像（不同图像质量）计算线性代数得到一张增强图像（使用数学计算来计算非对比图像（用于目标体积确定）和非对比图像（用于剂量分布计算）。总成像剂量比一次正常成像要少，并且通过连续的图像重建抑制了噪声，但由于这种处理改变了图像质量的视觉印象，因此我们从视觉印象的角度量化图像质量，以输出等效为目标。到传统图像。我们已经搭建了可以完成上述工作的体模实验系统，并且已经达到了可以评估剂量分布等的阶段。但是，由于新型冠状病毒感染的影响，本次研究使用的CT设备将专门使用用于感染治疗，直到 2020 年。自 2017 年以来尚未进行需要实验的研究。因此，在进行理论思考的同时，我们致力于使用已经拍摄的幻影图像从视觉印象的角度量化图像质量，并在学术会议和特邀讲座上展示了结果。它获得了很高的赞誉，包括在学术会议上获得杰出演讲奖。