照射位置の偶然誤差による線量分布の変化に対して照射野の形状が及ぼす影響

悪性腫瘍に対する放射線治療において、腫瘍に対して十分な線量を投与することは腫瘍制御のための重要な条件です。このためICRUは体積の概念を提唱し、GTV、CTV、PTVといった標的体積を定義しました。放射線治療計画ではPTVに十分な線量を投与することが求められ、そのためにPTVマージンが必要です。PTVマージンを計算するためには、標的位置の不確実性（系統誤差と偶然誤差）を数値として求める必要があります。本研究の目的は、偶然誤差を補償するマージンに対して照射野の形状が及ぼす影響を明らかにし、van Herkの理論値の妥当性を検討することです。

本研究では、偶然誤差を補償するためのマージンが照射野形状の影響を受けることを発見しました。van Herkが提唱したマージンの理論値（正確法）は、照射野形状が平坦（θ=180ﾟ）に近い場合にはシミュレーションと一致しましたが、凸型形状が強いほど過小、凹型形状が強いほど過大となる傾向が見られました。このため、特にIMRTなどの治療において標的の凸型が強い場合にはPTVの線量不足が生じる可能性があることが明らかになりました。一方、近似法は正確法に比して誤差が大きくなることも少なかったが、小さくなることも少なかったです。

研究では、数値シミュレーションを用いて異なる形状の照射野を作成し、それぞれの線量分布にばらつきを加えた際に生じる累積線量分布の変化をシミュレートしました。具体的には、Eclipse ver.8.9治療計画装置、Clinac iXの4MV-X線および10MV-X線を使用し、数値ファントム上に7種類の照射野を作成しました。累積線量分布の変化はMATLABを用いて評価し、各照射野の95%線量ラインの偏位量とvan Herkの理論値を比較しました。

本研究の結果、van Herkの正確法によるPTVマージン算出は照射野形状が凹型の場合に過大、凸型の場合に過小となる傾向が明らかになりました。特にIMRTなどの治療においては、この形状効果を考慮する必要があります。近似法は正確法に比して誤差が小さくなることも少ないが、大きくなることも少なかったため、臨床においては近似法を用いることでより安定したマージン算出が可能であると示唆されます。

今後の研究では、体内の臓器移動や変形に伴う線量分布形状の変化を加味したシミュレーションを行うことが求められます。また、IMRTのPTVマージンにおいては、形状効果をより詳細に検討する必要があります。このため、非剛体変形を用いたCT画像の変形とその変形情報を用いた線量分布の変形を組み合わせたシミュレーションが有効と考えられます。これにより、より正確かつ個別化されたPTVマージンの算出が可能となり、放射線治療の精度向上が期待されます。

悪性腫瘍に対する放射線治療では、腫瘍をしっかりと制御するために必要な量の放射線を投与することが重要です。ICRU(放射線治療で重要な体積の考え方を提案する国際組織のことです。)という組織は、治療のために必要な体積の考え方を提案し、GTV(画像診断で認識できる腫瘍の体積のことです。)、CTV(GTVに顕微鏡的な腫瘍進展範囲を加えた体積のことです。)、PTV(治療計画で考慮される、標的位置のずれを加えた体積のことです。)といった標的体積を定義しました。特にPTVに十分な放射線量を投与するためにはPTVマージンが必要で、その計算には標的位置の不確実性を求める必要があります。この研究の目的は、偶然誤差(日々の照射で生じる位置のばらつきのことです。)に対するマージンに照射野の形状がどのように影響するかを調査し、van Herkの理論値の妥当性を検討することです。

研究では、偶然誤差(日々の照射で生じる位置のばらつきのことです。)を補償するためのマージンが照射野の形状によって変わることが分かりました。van Herkの理論値は、照射野が平坦な場合には正確ですが、凸型が強いと過小評価、凹型が強いと過大評価される傾向がありました。特にIMRT(放射線の強度を調整しながら治療を行う方法のことです。)という治療法では、凸型が強いときにPTV(治療計画で考慮される、標的位置のずれを加えた体積のことです。)に十分な放射線が届かない可能性があることが明らかになりました。また、近似法は正確法に比べて誤差が少ないことがわかりました。

この研究では、数値シミュレーションを使って異なる形状の照射野を作成し、それぞれの線量分布の変化を評価しました。Eclipseという治療計画装置とClinac iXの4MV-X線および10MV-X線を使い、数値ファントム上に7種類の照射野を作成しました。得られたデータはMATLABを使って評価し、95%線量ラインの偏移量とvan Herkの理論値を比較しました。

van Herkの正確法によるPTV(治療計画で考慮される、標的位置のずれを加えた体積のことです。)マージン算出は、照射野が凹型の場合に過大、凸型の場合に過小となることがわかりました。特にIMRT(放射線の強度を調整しながら治療を行う方法のことです。)治療では、この形状効果を考慮する必要があります。近似法は正確法に比べて誤差が小さいため、臨床では近似法を用いることでより安定したマージン算出が可能だと示唆されます。

今後は、体内の臓器移動や変形に伴う線量分布の変化を考慮したシミュレーションが求められます。IMRT(放射線の強度を調整しながら治療を行う方法のことです。)のPTV(治療計画で考慮される、標的位置のずれを加えた体積のことです。)マージンにおいては、形状効果をより詳細に検討する必要があります。より正確かつ個別化されたPTVマージンの算出が可能になり、放射線治療の精度が向上することが期待されます。