この技術は、脳腫瘍やその他の疾患に対するガンマナイフ放射線治療の放射線治療計画の作成を劇的に合理化します。
クレジット:富士通研究所
26年2021月XNUMX日、カナダ、トロント、川崎—トロント大学(U of T)の研究者と共同で、富士通研究所は本日、放射線治療計画の作成を劇的に合理化する技術の開発を発表しました。ガンマナイフ (1) 組み合わせ最適化の問題を迅速に解決する富士通の量子に触発されたコンピューティング技術であるデジタルアニーラーを活用した放射線外科。
ガンマナイフ放射線療法は、脳腫瘍や動静脈奇形などの病気の治療に使用されます。 従来の方法を使用して治療計画を作成するプロセスは、多くの場合、面倒で時間がかかります。医師は、周囲の組織への線量を最小限に抑えながら、ターゲットに投与する放射線量を決定するために、骨の折れる詳細な調整に時間を費やす必要があります。 しかし、新たに開発された技術により、医療専門家は、従来の方法と同じレベルの精度を維持しながら、約XNUMX分で治療計画を作成できると同時に、デジタルで提供する場所と量の膨大な数の可能な組み合わせパターンを計算できます。アニーラー。
新しいテクノロジーは、迅速で正確な治療計画を作成する際の医療専門家の負担を軽減することにより、患者が可能な限り最も効果的で人道的なケアを受けることを保証するためにより多くの時間とエネルギーを費やすことができます。 今後も富士通研究所とUof Tの研究者は、追加の患者データに基づいてこの技術の有効性をテストし、最終的には医学と社会全体の改善に積極的に貢献する技術を開発していきます。
経歴
ガンマナイフ手術は、比較的非侵襲的で非常に正確な放射線の照射方法があるため、脳腫瘍やその他の状態の治療に使用されます。 さまざまなポイントに向けられた192の異なるガンマ線源を使用することにより、周囲の健康な臓器への線量を非常に低く保ちながら、患部への線量を最大化することができます。 患部への最適な線量を達成するには、位置、形状、放射線量などのパラメータを考慮する必要があります。 しかし、潜在的な組み合わせパターンの数は膨大であり、現在の医療行為では、医師は以前の経験に基づいてパラメータ調整を手動で繰り返すことによって治療計画を生成します。 このプロセスは、患者の個々のニーズを満たす計画を作成するのに約1.5〜3時間かかることがあり、医療専門家に大きな負担をかけます。
医師が治療計画を準備している間、患者はまた、動きを制限するために頭に固定されたフレームで待つ必要がある場合があり、これは身体的な不快感を引き起こす可能性があります。 また、患者の治療準備を支援し、フレームが所定の位置に留まっていることを確認するための医療関係者を確保する必要があります。
近年、このプロセスを容易にするのに役立つ新しいツール、たとえば治療計画の生成を自動化するソフトウェアの出現が目撃されています。 ただし、現場では、生成された計画では、臨床医が計画を手動で変更および調整する必要がある場合がよくあります。
2017年以来、富士通とU of Tは、量子コンピューティングに関連する研究を中心とした戦略的パートナーシップで協力してきました。 この最新のイニシアチブにより、両当事者は、ガンマナイフ療法の治療計画の作成にデジタルアニーラーの使用を適用するのに役立つ技術の開発に協力しました。 U of Tとその医療機関の研究者は、ガンマナイフ最適化を、富士通が開発したデジタルアニーラー技術で理解できる形式である組み合わせ最適化に変換する方法を研究および開発しました。
図1ガンマナイフ療法の概要
新たに開発された技術について
U of Tの研究者は、富士通のデジタルアニーラー技術を駆使して、経験豊富な医師が作成した治療計画と同じ精度を保ちながら、高速で治療計画を作成するための以下の技術を開発しました。
1.人体の物理的特性(線量プロファイル)を使用して、ガンマ線照射中のショット形状がモデル化されます。
これまで、複数のガンマ線によって形成されたショット(ガンマ線の集中領域)は、ショット位置の決定プロセス中に完全に球形であると想定されていました。 しかし、人体の水分の影響により、球体は必ずしも完全ではないことがわかっています。 新開発の技術は、人体のガンマ線の物理的特性を反映したショット形状を利用してショットの位置を決定します。 これは、より正確な治療計画の作成に貢献することができます。
2.デジタルアニーラーを使用した放射線パラメータの最適化
これまで、ショット位置決定プロセスでは、複数のガンマ線放射位置(ショットの位置)が順次決定されていました。 影響を受けた組織の残りの部分を可能な限り含むように、最初のショットの位置が決定され、その後、XNUMX番目のショットの位置が決定された。 ただし、これでは最適なショット数や位置が得られない場合があります。 対照的に、デジタルアニーラーを使用すると、ユーザーは最初にすべてのショットの位置を同時に検索できるため、全体的に最適化されたより正確な治療計画が得られます。 放射線形状のパラメータに対して最適化されたソリューションを取得することも可能であり、各患者の投与量を最適化する治療計画の迅速な生成を可能にします。
図2従来の方法と新技術の計画フロー
49例の聴覚神経腫瘍の研究で、U of Tの研究者は、新しく開発された技術を従来の方法と比較しました。 放射線照射精度の指標を参照すると、開発された技術は手動計画と同じくらい正確であることがわかりました。 また、手動で計画を立てるのに1.5〜3時間かかりましたが、新たに開発した技術で約2分に短縮することができました。
新開発の技術で計画立案をサポートすることで、ガンマナイフ治療にかかる時間や、患者さんや医療関係者の負担を大幅に軽減することができます。 病院の人件費の削減も期待できます。
今後の予定
今後も富士通研究所やUof Tの研究者は、より多くの患者さんのデータをもとにこの技術の有効性を検証し、医学や社会全体に貢献できる技術を開発していきます。 将来の潜在的なプロジェクトには、治療計画ではなくガンマナイフ治療プロセス自体に必要な時間を短縮すること、またはこの技術を他の放射線治療法に適用することが含まれます。
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(1) ガンマナイフ療法
患部にガンマ線を照射する非侵襲的定位放射線治療装置。 主に脳腫瘍や脳血管奇形などの頭の治療に使用されます。 GAMMA KNIFEは、ELEKTA AB(PUBL)の米国およびその他の国における商標または登録商標です。
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