博 士 （ 医 学 ）笈 田 将皇学 位 論 文 題 名

動体追跡システムの物理特性およびマーカー付マウスピースを利用した頭頚部腫瘍への臨床応用に関する研究
学位論文内容の要旨【背景と目的】動 体 追跡 放 射 線治 療 (RTRT)と強 度 変 調放 射 線 治療 (IMRT)の組 み合わ せによる 放射線治療は，現在の放射線治療技術において呼吸や心拍動による生理学的運動により腫瘍の位置が常に変化し，かつ腫瘍に隣接する危険臓器に対する放射線量を可能な限り低減させることが期待 される 治療法で ある． 本研究で は，動体追跡放射線治療(RTRT)と強度変調放射線治療(IMRT)の組み合 わせに よる放射 線治療を行う際に，どのような物理的諸問題が生じるのか，また動体追跡システムが有する性能を最大限に生かした放射線治療を臨床において実践する上でどのような工夫が必要であるかを検討し，臨床にフイードバックさせることを目的とする．
【対象と方法】
本研 究では ，まず，動体追跡装置のX
線透視装置に関する物理特性について評価を行った ． 固体 ファン トムと 指頭型電 離箱を 使用し， 公称X線エネ ルギーが 50〜120 kVp，公称パ ルス幅 が1.0〜4.0 msにおい て発生す る空気 カーマ率 ならび に深部線量を求めた．
次に ， 3次元 原 体 セッ ト ア ッ プ(3D‑CSU)
お よ び 平行 移 動 によ る3次元セ ットアッ プ(3D‑TSU)の 精度につ いて立 体ファン トムとフイルムを用いて測定を行った．ファントム
は，分度器を用いて土0.5度以内の精度で回転できる専用の台座を利用して決められた角度に 固 定し ，x，リ， z
方向 について それぞ れ5度 ずつ回 転させた ，まず， 0度 から30度の範囲 で3D‑TSUによ る位置補 正を行 い，ファントムの重心に対する実際の座標と予想される座 標の違 いを測定 した．続 いて， ファントムの上面にフイルムを貼り付け，3D‑
CSUと3D‑TSUの そ れ ぞ れ の セ ッ ト ア ッ プ 方 法 で治 療 ビ ーム の 照 射野 の 違 いを 測 定 した ，
最後 に臨床 応用として8名の患者に対して金マーカー付マウスピースを利用した頭頚部腫 瘍 に対 するIMR
Tの患者セ ットア ップの精 度につい て，3D‑CSUの 機能を 利用した 位置
エラ ー，回 転エラー の検出を 行い， 偶然誤差 (random
セ ットアッ プェラー），系統誤差(systematic
セットアップエラー）に関する解析を行った．
【結果 】
RTRTに おけ るX
線 透視装置 から発 生するフ ァント ム表面の 空気カ ーマ率は ，公称X線エ ネル ギ ー が50〜 120 kV p， 公称 パ ル ス幅 が 1．0〜 4．0m8にお いて28〜980m（おmであり ，X線透視線 量は公 称パルス 幅に依存して直線的に比例増加し，また公称X
線エネ
ルギー に依存 して指数関数的に比例増加した．5．0cm
深における吸収線量は公称X
線エネ
ル ギー に 依存し ，最大線 量の37〜58％であっ た．1台のX線透視 装置か ら受ける と予測さ れる 皮 膚 線量 は 28〜n63m
qイ hの範 囲 と なり ， こ れは 公 称 管電 圧とパ ルス幅に 強く‑ 353―

依 存 し， 皮 膚表 面 と アイ ソ セン タ の距 離 にや や依 存する結果 となった．
立 体ファ ントムを 用いて3っのマーカーの重心座標に関して治療計画時の位置と実際の位 置を比 較し，3D‑CSUに より回 転エラー を算出する計算精度について評価した結果，回転 範 囲 がO〜 90° に お いて ， RL
軸 ， CC軸 ，AP軸周 りに対 する平均 値と1標準偏 差は，それぞれ0．4
土0．40，0.2
士0.
40，0.
0土0.
5°であった．
最後に臨床応用として，8名の患者に対して金マーカー付マウスピースを利用した頭頸部腫 瘍 に 対す る I
MRTを行っ た患者の 位置精 度を評価 した結 果，RTRTにお ける治 療期間中の randomエ ラ ー は ， RL方 向 ， CC方 向 ， AP方 向に つ い てそ れ ぞ れ0.5，0.6，0.4 mmであり，systematic
エラーは0.
2，0.
3，0.
3mmであった，．照射中のセットアップエラーにつ い て ，randomエ ラ ーは ， RL方向，CC方 向 ，AP方 向に つ い てそ れ ぞれ 1．O〜2.
0 mmの 範 囲 で， systemat
icエ ラー は 0.
2〜 0.
6 mmの 範囲で 維持され た．ま た，照射 中の回転 エ ラ ーに つ い て， randomエ ラー は RL
軸 ，CC軸， A
P軸周り について それぞ れ，2．2t
3.
2゜，systemati
cエラーは1.
5〜1.
6゜であった．
【考察】
IMR
Tと RT
RTを 組み 合 わ せた 照 射 では， X
線透 視装置 から発生 する放射 線量お よぴ患者の被曝線量を低減するためには，幾っかのアプローチがあると考えられる．1）体内金属
マーカー の3次 元座標 を計算さ せた後 に，1台のX線透視装置だけを利用する方法，2）予測モ デ ルを取 り入れ ながら， X
線透 視装置 パルス数 を30Hzから15，10，5，2Hz
へ落 として同期照射を行うこと，3）実際の治療を行う前に腫瘍の動きに関して4次元的な位置座標データを取得し，それぞれの照射する日に合わせて一番良いセットアップの位置を選択することなどにより，皮膚線量の低減を図ることを可能とした．
3D‑CS
Uの精度 は臨床応 用にお いては固 形腫瘍かつ挿入されたマーカーの移動がなければ十分に正確であることを示した，しかし，1）腫瘍が軟部組織で形状が変化しやすい場合，形状変化の影響として腫瘍が回転するかもしれないこと，2）挿入したマーカーが治療期間内に移動する場合，回転角の計算結果に影響する恐れがあること，3
冫体内臓器の動きが大きい場合，体輪郭である皮膚表面から腫瘍の重心位置までの距離と照射ビームの位置関係が治療計画と異なることなどが誤差の可能性として考えられた．
金マーカ ーをマ ウスピー スに埋 め込み，それを応用してRTRTセットアップを行う方法
では従来 のマニ ュアルセ ットアッ プに比 べて，明らかにrandom
エラーとsystemat
ic
エラーを減少させ，また固定の影響による不快感も生じないことが確認された，しかし，マウスピースの装着不備，頭頚部の動きによる計算エラー，治療計画C
Tを撮影する際に起こる歯もしくは金マーカーによるアーチファクト，そして実際に患者に放射線治療をするときに金マーカーから発生する散乱線による口腔粘膜への影響には十分に留意する必要があった，【結語】
本 研 究では， 提案手 法に基づ ぃてRT
RTとI
MR
Tの組み 合わせに よる放射 線治療 において動体 追跡シス テムの X
線透 視装置 から発生 する放射 線量に ついて測定を行い，RTRTとIM
RTを組 み合わせ た場合 に皮膚表 面ある いは深部 への吸 収線量を 予測し， またRTRTによ るX線 透 視の 長 時 間使 用 に よる 被曝 量低減 を行う手 法につ いて提案 した． 加えて，
3D‑CS
Uでは患 者の体 位を変更 するこ となく標的体積の回転エラーを補正することが可能であり十分な精度を有することが確認された．最終的に，3つのマーカーを埋設したマウスピースを利用したときの動体追跡システムによる患者セットアップ精度の評価として頭頸部腫瘍 へのIM
RTに おいて臨 床応用 を行うことによって，計画標的体積（P′rv)のマージン 量を 従来手 法に比 べて半分 まで低減 させる ことがで きた． 本研究で は，RTRTとIMRTを組み合わせた融合された放射線治療システムとして，頭頸部腫瘍における放射線治療患者への臨床応用を行い，局所制御率向上やQualityOfLife (QOL)の向上について有効性を示した．

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学位論文審査の要旨
主 査 教 授 玉 木 長 良
副 査 教 授 白 土 博 樹
副 査 教 授 福 田
諭

学 位 論 文 題 名

動体追跡システムの物理特性およびマーカー付マウスピースを利用した頭頚部腫瘍への臨床応用に関する研究
動 体追 跡 放 射線 治 療 (RTRT)と 強 度 変調 放 射 線治 療 (IMRT)の 組み 合わせに よる放射線治療は，呼吸や心拍動による生理学的運動により腫瘍の位置が常に変化する状況においても，腫瘍への線量集中と危険臓器への線量低減の達成が期待される治療法である，本研究では ， RTRTとIMRTの組み 合わせに よる放 射線治療 を行う 際に，ど のよう な問題が 生じるのか，また動体追跡システムが有する性能を最大限に生かした放射線治療を実践する上でどの ような工 夫が必 要である か検討 し，臨床にフイードバックさせることを目標とする．
ま ず動体 追跡装置の物理特性に関する評価を行い，次に臨床応用として8名の患者に対し てマーカ ー付マ ウスピー スを利 用した頭頸部腫瘍に対するIM
RTの患者セットアップの精 度につい て，3次元原 体セッ トアップ (3D‑CSU)の機能 を利用し た位置エラー，回転エラ ーの検出 を行い ，偶然誤 差(randomセットアップエラー），系統誤差(systematic
セッ卜アップエラー）に関する解析を行った．
固 体ファ ントムと 指頭型電 離箱を 使用して 測定さ れたRT
RTにお けるX
線透視装置から発 生するフ ァント ム表面の 空気カ ーマ率は ，公称 管電圧が 50〜120 k
Vp，公称パルス幅が 1.0〜 4.0 msにお い て 28〜 980 mGy/hで あり ， 線 量は 公 称 パル ス幅に対 して直線 的に比例し，また公称管電圧に対して指数関数的に比例した． 5.
0cm
深における吸収線量は公称管電圧に依存し，最大線量の37〜58％であった．
立 体ファ ントムを用いて3つのマーカーの重心座標に関して治療計画時の位置と実際の位 置を比較 し，3D‑CSUに より回 転エラー を算出する計算精度について評価した結果，回転 範 囲 が0〜 900に おい て ， RL
軸 ， CC
軸 ， AP軸 周 り に対 す る 平均値 と1
標 準偏差は ，それぞれ0．4
土0．4°，0.
2土0.
40，0．O土0．5°であった．
8名の患 者に対 して金マ ーカー 付マウス ピース を利用し た頭頚部 腫瘍に対するIM
RTを行った患者の位置精度を評価した結果，RTRTにおける治療期間中の偶然誤差は，RL方向，
CC方 向，AP方 向につい てそれ ぞれ0.
5，0.6，0.4 m
mであり ，系統 誤差は0.2，0.
3，0.
3mmで あっ た．照 射中のセ ットアッ プエラ ーについ て，偶 然誤差は ，RL方向 ，CC方向，AP方 向 に つ い て そ れ ぞ れ 1.0〜 2.0 m
mの 範 囲で ， 系 統誤 差 は 0.2〜 0.6 m
mの 範 囲 で
維 持 さ れた．ま た，照 射中の回 転エラ ーについ て，偶 然誤差は R
L軸，CC軸 ，AP軸周りに つ い て そ れ ぞ れ ， 2.2〜 3． 2゜ ， 系 統 誤 差 は 1.5〜 1.6° で あ っ た ．
本 研究 では， 提案手法 に基づぃ てRT
RTとIMRTの 組み合 わせによ る放射 線治療に おいて X線 透視 装 置 から 発 生 する 放 射 線量 を測定し ，RTRTとIMRTを 組み合 わせた場 合に皮一 355―

膚表 面あるいは深部線量を予測し，またX線透視装置の利用における線量低減手法について提 案した． 加えて ，3D‑CS
Uでは患 者体位を変更することなく標的体積の回転エラーを補正することが可能であり十分な精度を有することが確認された．最終的に，マーカー付マウス ピースを 利用し た頭頚部 I
MR
Tにおいて臨床応用を行うことによって，計画標的体積（P′rv)のマージン量を従来手法に比べて半分まで軽減させることができることを証明し，頭 頸部領 域の放射 線治療 ではRT
RTとIMRTを組み合 わせた 融合され た放射線 治療シ ステ
ムにより，局所制御率向上やQualityOfLife(QOL)の向上について高い有効性を示した，
口頭 発表に際し，副査の福田教授から3個の金マーカーが腫瘍に対して片側に偏って設置した時の位置精度，患者セットアップ・補正に要する時間，長期フオロー患者の唾液腺機能の評価，金マーカーからの散乱線の影響に関して質問がなされた，次いで主査の玉木教授からセットアップ誤差の方向依存性，腫瘍サイズの変化とマーカー位置の変化の対策，頭頸部領域への画像誘導放射線治療の可能性に関して質問がなされた．最後に副査の白土｀教授
からコンピュータの発展に伴う良い点と悪い点に関して質問がなされた．いずれの質問に対し ても ， 申 請者 は 研究 結 果 や文 献 的 知識 に より ， 概 ね適 切 な回 答を 行った．
この 論文はマ ーカー 付マウス ピースを開発し頭頸部IMRTへの応用を行った初めての報
告で あり臨床 におけ る有用性 を証明した．また，RTR
Tを利用した体幹部定位照射やIM
RTにお けるX線透視線量の軽減と適応範囲の拡大を図る上で重要な基礎データとなることが期待される．
審査員一同は，これらの成果を高く評価し，大学院課程における研鑽や取得単位なども併せ 申 請者 が 博 士（ 医 学 ）の 学 位 を受 け る のに 十 分 な資 格 を有す るものと 判定し た．

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