粒子線治療における腫瘍の線量応答性観測システムの実器化
研究課題情報
- 課題管理番号
- 19hm0102046h0007
- 9つの連携分野プロジェクト
オールジャパンでの医療機器開発プロジェクト
- 事業名
医療分野研究成果展開事業
- タグ(2019)
研究の性格: 医薬品・医療機器等の開発を目指す研究<医療機器開発につながるシステム開発を含む>
開発フェーズ: 臨床試験
承認上の分類: 医療機器
対象疾患: 新生物
- タグ(2018)
研究の性格: 医療薬事制度・介護制度の改良及び技術支援等につながる研究<国際保健<制度>の技術支援等につながる研究を含む>
開発フェーズ: 該当なし
承認上の分類: 医療機器
対象疾患: 新生物
- タグ(2017)
研究の性格: 医薬品・医療機器等の開発を目指す研究<医療機器開発につながるシステム開発を含む>
開発フェーズ: 基礎的
承認上の分類: 医療機器
対象疾患: 新生物
- タグ(2016)
研究の性格: 医薬品・医療機器等の開発を目指す研究<医療機器開発につながるシステム開発を含む>
開発フェーズ: 基礎的
承認上の分類: 医療機器
対象疾患: 新生物
- 代表研究機関
- 浜松ホトニクス株式会社
- 研究代表者
(2019) 岡本俊, 浜松ホトニクス株式会社, 電子管事業部電応システム部第13部門 主任部員
(2018) 岡本俊, 浜松ホトニクス株式会社, 電子管事業部電応システム部第13部門 主任部員
(2017) 西尾禎治, 学校法人東京女子医科大学, 大学院医学研究科医学物理学分野・教授
(2016) 西尾禎治, 学校法人東京女子医科大学, 教授
- 研究期間
- 2016年度 - 2019年度
- 課題への総配分額
- 175,996 千円
- 研究概要(2019)
- 粒子線治療装置メーカーごとの仕様に対応した機能整備及び実器化と医療機器薬事承認を行うために、 粒子線治療装置設置筐体整備や粒子線治療装置本体とのビーム信号データ処理技術開発等を行い、合わせて薬事承認用基準検証データ項目の策定及びデータ取得を実施する。
- 研究概要(2018)
- 粒子線治療装置メーカーごとの仕様に対応した機能整備及び実器化と医療機器薬事承認を行うために、 粒子線治療装置設置筐体整備や粒子線治療装置本体とのビーム信号データ処理技術開発等を行い、合わせて薬事承認用基準検証データ項目の策定及びデータ取得を実施する。
- 研究概要(2017)
- ハイブリッド検出器ユニットの製作・改良、画像再構成アルゴリズム、画像表示及び物理解析ツールのソフトウェアの製作・検証・改良の実施、機器本体駆動機構の製作、システムの統合作業によりプロタイプシステムを完成させ、治療用粒子線を用いた検証実験及びシステム性能向上作業を実施する。
- 研究概要(2016)
- ハイブリッド検出器ユニットの製作・改良、画像再構成アルゴリズム、画像表示及び物理解析ツールのソフトウェアの製作・検証・改良の実施、機器本体駆動機構の製作、システムの統合作業と検証作業を実施する。
研究成果情報
2019
2018
2017
2016
成果の概要
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粒子線治療において、患者への入射粒子と体内中原子核との標的原子核破砕反応により患者体内中で生成されるポジトロン放出核をマーカーとすることで、腫瘍の線量応答性を観測することを可能とするシステムの構築を目的としている。粒子線治療における腫瘍の線量応答性観測システムの実器化を行うために、薬事承認用基準検証データ項目の策定及びデータ取得、粒子線治療装置設置筐体整備、粒子線治療装置本体とのビーム信号データ処理技術、検出器ヘッド冷却効果向上及び静音化技術、検出器ヘッド配置の最適化技術、検出器ヘッド配置に伴う照射領域画像再構成技術、腫瘍内領域ごと照射時間(時刻)依存照射領域画像取得技術、線量分布・取得可視化画像データの医学物理学的及び医学的評価に必要な技術を開発した。本事業における研究開発の最終年度であるので、技術が統合された本システムの総合試験を陽子線照射実験及び検証により重点的に実施することで、実器化に向けた本システムの完成度の向上を目指した。粒子線治療装置メーカーごとに策定した薬事承認用検証データ項目に対して、昨年度に引き続き、特注製作した人体模擬ファントム等を利用した陽子線照射実験を静岡がんセンター陽子線治療装置から提供される陽子線パッシブ照射によって本システムの照射実験及び検証を行った。既に国内の保険適用となっている小児陽子線治療を想定した人体模擬ファントムへの全能全脊陽子線照射実験より、陽子線照射野の繋ぎ目領域の可視化を2mm以下の位置精度でリアルタム計測可能であることの実証を高めた。取得した陽子線パッシブ照射用データを薬事承認用基準データとして整備した。研究開発年度の下半期では、北海道大学病院陽子線治療センターへ本開発システムを移設し、陽子線スキャニング照射による実験を実施し、陽子線スキャニング照射用データを取得した。陽子線スキャニングの照射時間構造に対応した照射領域可視化画像を導出することができ、今後の陽子線治療の主流となる陽子線スキャニング照射において、本システムの高い有用性を示すことができた。その結果、陽子線スキャニング照射用の陽子線治療装置の薬事承認用基準データとして整備することができた。また、粒子線装置販売メーカーより、国内外の粒子線治療装置の導入を検討している施設に対して、本システムの研究開発説明資料を用いた啓蒙活動を継続的に行った。尚、本システムの実器化のためのシステムの性能、安全性等の仕様に対して、PMDAの全般相談及びその後の対面助言を受けた。
学会誌・雑誌等における論文一覧
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1. Nishio T. Technology of high precision radiotherapy and the role of medical physicist; a new career path for science researchers. J. At. Energy Soc. 2020, 62(1), 12-15.
2. Nakamura S, Igaki H, Ito M, Okamoto H, Nishioka S, Iijima K, Nakayama H, Takemori M, Imamichi S, Kashihara T, Takahashi K, Inaba K, Okuma K, Murakami N, Abe Y, Nakayama Y, Masutani M, Nishio T, Itami J. Characterization the relationship between neutron production and thermal load on a solid-state Li target. PLOS ONE 2019, 14(11):e0225587, doi:10.1371/journal.pone.0225587.
3. Masuda T, Nishio T, Kataoka J, Arimoto M, Sano A, Karasawa K. ML-EM algorithm for dose estimation using PET in proton therapy. Phys. Med. Biol. 2019, 64(17):175011, doi:10.1088/1361-6560/ab3276.
4. Nishio T, Tachibana H, Kase Y, Hotta K, Nakamura M, Tamura M, Terunuma T, Toshito T, Yamashita H, Ishikura S, Fuji H, Akimoto T, Nishimura Y. Liver phantom design and dosimetric verification in participating institutions for a proton beam therapy in patients with resectable hepatocellular carcinoma: Japan Clinical Oncology Group trial (JCOG1315C). Radiother. Oncol. 2019, 140, 98-104, doi:10.1016/j.radonc.2019.06.005. Epub 2019 Jun 29.
学会・シンポジウム等における口頭・ポスター
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1. リアルタイム体内中線量可視化画像誘導陽子線治療の研究、西尾禎治、応用物理学会放射線分科会医療放射線技術研究会、東京、2020年1月11日、国内、口頭.
国内 / 口頭
2. 陽子線治療における照射線量領域リアルタイムモニタリング、西尾禎治、岡本俊、増田孝光、西尾彩、恒田雅人、友澤弘充、佐野碧、山下晴男、溝脇尚志、唐澤久美子、日本放射線腫瘍学会第32回学術大会、名古屋、2019年11月21-23日、国内、口頭.
国内 / 口頭
3. Deveolpment of gated proton imaging system for moving target, Tanaka S, Miyamoto N, Nishio T, Yoshimura T, Takao S, Matsuo Y, Shimizu S, Shirato H, Matsuura T, ESTRO Asia 2019, Singapore, December 6 - 8, 2019.
不明 /
4. Deveolpment of the scintillator imaging system for measurement of 3D dose distribution, M. Tsuneda, T. Nishio, T. Edura, K. Karasawa, The 19th AOCMP Meeting, Perth, October 28 - 30, 2019, 国外, 口頭.
国外 / 口頭
5. ここまで来た陽子線治療技術~そして令和へ~、西尾禎治、第5回たちばな放射線治療講演会、愛知、2019年10月4日、国内、口頭.
国内 / 口頭
6. コリメータを使用した陽子線ラインスキャニング法におけるコミッショニング、須釜裕也、荒屋正幸、藤本宏幸、伊藤靖浩、関祐、柴垣元太郎、西尾禎治、大西洋、第16回日本粒子線治療臨床研究会、奈良、2019年9月22日、国内、口頭.
国内 / 口頭
7. Measurement of production cross-sections of positron emitter nuclei in target nuclear fragmentation reactions for proton therapy, Matsushita K, Nishio T, Masuda T, Tanaka S, Tsuneda M, Kurosawa T, Miyagawa S, Sano A, Ogata T, Takenaka T, Yamazaki H, Yamada K, The 118th Scientific Meeting of JSMP, Fukui, September 12 - 15, 2019, 国内, 口頭.
国内 / 口頭
8. Measurement of the three-dimensioncal dose distribution using scintillator imaging system, Tsuneda M, Nishio T, Ezura T, Karasawa K, AAPM 61 Annual Meeting, San Antonio, July 14 - 18, 2019, 国外, ポスター.
国外 / ポスター
9. Appropriate beam spot size for pencile beam scanning charged-particle therapy incorporating anatomical heterogeneities, Toramatsu C, Inaniwa T, Nishio T, Karasawa K, AAPM 61 Annual Meeting, San Antonio, July 14 - 18, 2019, 国外, 口頭.
国外 / 口頭
10. 水への陽子線照射による即応ガンマ線シミュレーションとその再構成画像の評価、桶大樹、阿蘇司、西尾禎治、第56回アイソトープ・放射線研究発表会、東京、2019年7月3-5日、国内、ポスター.
国内 / ポスター