呼吸性体動に対応したPETベース腫瘍トラッキング

摘要

The world's first open type PET, named OpenPET, is being developed at the National Institute Radiological Sciences. We are aiming to employ the OpenPET in radiotherapy and to track the respiratory motion of a tumor in the thoracoabdominal region of a patient. By using PET images, we expect that the tumor itself can be directly visualized without using radio-opaque markers, but this goal has not been achieved yet. Our demonstration results using a small prototype OpenPET system showed that the system can output reconstructed images at about 2 frames per second with about a 2 s delay; this delay is mainly due to the reconstruction calculation time. In this study, we developed a time delay correction method for tumor tracking for the OpenPET. Since it is difficult to correct the time delay using only the tumor location 2 s before, we introduced another sensor to acquire the respiration phase for correction. In the proposed method, the relationship between tumor motion and the additional sensor output signal was calculated by support vector regression and the time delay was corrected by using the regression line which represents the relationship. In addition, to improve the accuracy of the prediction, we introduced the gates which evaluate accuracy of regression lines based on the contribution ratio and prediction interval. We simulated this time delay correction method with 4D XCAT phantom which had practical respiration motions obtained from clinical MRI. As a result, we could track the tumor within almost 1.5 mm mean error. We also found from the simulation that disturbance of the relationship can be detected by gates. Thus we could avoid the tracking errors which are caused by disturbance of the correlation.%放射線医学総合研究所では，開放型PET装置「OpenPET」を提案し，PET装置と放射線治療の融合を目指している.特に，PET画像から腫瘍位置を検出することにより，呼吸性変動を伴う腫瘍に対する放射線治療を実現する，革新的なリアルタイムPETイメージングシステムの開発を進めている.試作機の段階ではあるがOpenPETから出力される画像は約2秒の遅延を伴う.そのため，呼吸性変動に追従するためには，この遅延を補正する必要がある.そこで本研究ではPET画像腫瘍トラッキングシステムのための遅延補正法の開発を行った.2秒前までの腫瘍位置の情報からだけで腫瘍位置を正確に予測することは困難であったため呼吸位相計測センサを併用することとし，呼吸位相-腫瘍位置間の回帰線を用いて予測することを行った.さらに，この回帰線の精度を寄与率および予測区間の幅を用いて評価するゲートを導入することにより回帰線の精度の良いときのみ予測を行うことで精度の向上を試みた.本手法の評価には実際に撮影したMRIから抽出した呼吸性変動と呼吸同期センサのデータに基づいて4D XCAT phantomによって作成したシミュレーション画像を用いた.その結果，平均予測誤差3mm以内で腫瘍位置の予測が可能であるとの結果が得られた.さらに，相関の乱れがゲートにより検出されることが認められ，相関の乱れによる予測誤差を回避することができることを確認した.