Outline

放射線治療の線量は、腫瘍に対する生物学的実効線量 (biological effective dose; BED) を考慮して、1回あたり数分の照射中に中断が発生せず、また治療期間の延長が発生しない、という前提の下で決定されます。しかし実際は、照射装置の故障による照射の中断や、祝日や患者さんの体調不良等による治療期間の延長が発生します。私達はこの分野をリードする広島大学との共同研究で、これらの中断や延長が発生した場合の BED の減少を定量的に評価し、効率的に補償する方法の開発に取り組んでいます。

放射線治療の途中で体重の増減や腫瘍の縮小等による形状変化に応じて治療計画 (線量分布シミュレーション) を修正する adaptive radiotherapy (ART) の開発が注目を集めていますが、この研究は ART に加えて治療中に発生する予期せぬ BED の変化に応じて治療計画を修正する biological adaptive radiotherapy (BART) の開発になります。

Intrafractional Interruption

放射線治療の治療は1回あたり数分の照射を行いますが、照射装置の故障や患者さんが体勢の維持が難しい等の理由により、中断が発生する場合があります。BED の不足は1回線量の何%を照射した時点で中断が発生するかに強く依存し、50%での中断発生で BED が最も不足します [Kawahara, Nakano, Saito et al, British Journal of Radiology 1111, 20200125 (2020).]。現在主流となっている強度変調放射線治療 (intensity-modurated radiotherapy; IMRT) や強度変調回転照射 (volumetric-modulated arc therapy; VMAT) では腫瘍内の各点における線量積算のスピードが異なるため、中断発生時の補償も各点の線量積算の状況に応じて行う必要があります。私達は既存の治療計画装置と自作のソフトウェアを組み合わせて、短時間で照射中の中断 (intrafractional interruption) による BED 減少を補償するシステムを開発しました [Yamaguchi, Kawahara, Koganezawa et al, Biomedical Physics & Engineering Express 11, 015019 (2025).]。このシステムは1回線量が高く照射回数が少ない早期肺がんに対する定位体幹部放射線治療 (stereotactic body radiotherapy; SBRT) にも対応できるよう機能が拡張されました [Kawahara, Koganezawa, Yamaguchi, Wada, Murakami, Medical Physics, in press.]。今後はより長い中断時間や他の種類の癌の場合への適用拡大が期待されます。

Collaboration

• Teikyo University 帝京大学

• Hiroshima University 広島大学

• Osaka University 大坂大学

• University of Occupational and Environmental Health 産業医科大学

Papers

1. D Kawahara, AS Koganezawa, H Yamaguchi, T Wada, Y Murakami
   Biological adaptive radiotherapy for short-time dose compensation in lung SBRT patients
   Medical Physics, in press. (12 pages) (https://doi.org/10.1002/mp.17820, published 2025.4.14.)

2. H Yamaguchi, D Kawahara, AS Koganezawa, N Imano, Y Murakami, I Nishibuchi, E Shiba, Y Nagata
   Dose compensation for decreased biological effective dose due to intrafractional interruption during radiotherapy: integration with a commercial treatment planning system
   Biological Physics & Engineering Express 11, 015019 (2025). (https://doi.org/10.1088/2057-1976/ad9280, published 2024.11.14.)

3. D Kawahara, H Nakano, A Saito, S Ozawa, Y Nagata
   Dose compensation based on biological effectiveness due to interruption time for photon radiation therapy
   British Journal of Radiology 1111, 20200125 (2020). (https://doi.org/10.1259/bjr.20200125, published 2020.5.7.)

Presentations

1. T Wada, D Kawahara, AS Koganezawa, N Imano, I Nishibuchi, Y Murakami
   Development of a biological adaptive radiotherapy system to compensate for long-term treatment interruption
   The 10th Japan-Korea Joint Meeting on Medical Physics (2024.9.20−21, 名古屋) (oral, English) (大会長賞セッション)

2. T Wada, D Kawahara, AS Koganezawa, T Nakashima, N Imano, I Nishibuchi, Y Murakami
   Analysis of reduction in the biological effective dose of SIB-VMAT by extended treatment duration via modified linear quadratic model
   The 66th Annual Meeting & Exhibition of the American Association of Physicists in Medicine (2024.7.21−25, Los Angeles, CA, USA) (poster, English)

3. 高下 直樹, 齋藤 明登, 河原 大輔, 堀之内 翔吾, 今野 伸樹, 西淵 いくの, 村上 祐司, 小澤 修一, 永田 靖
   放射線治療の中断がもたらす生物線量減少に対する評価
   日本医学物理学会第126回学術大会 (2023.9.15−17, 広島) (poster, Japanese)

4. N Takashita, A Saito, D Kawahara, S Horinouchi, N Imano, I Nishibuchi, Y Murakami, S Ozawa, Y Nagata
   Evaluation of reduced biological effective dose due to extended treatment course period
   The 65th Annual Meeting & Exhibition of the American Association of Physicists in Medicine (2023.7.23−27, Houston, TX, USA) (poster, English)

5. 高下 直樹, 齋藤 明登, 河原 大輔, 堀之内 翔吾, 今野 伸樹, 西淵 いくの, 村上 祐司, 小澤 修一, 永田 靖
   Assessment of the reduction in biological dose resulting from interruption of radiotherapy
   日本医学物理学会第125回学術大会 (2023.4.13−16, 横浜) (oral, Japanese)

6. 山口 光, 河原 大輔, 齋藤 明登, 村上 祐司, 今野 伸樹, 西淵 いくの, 芝 栄志, 小澤 修一, 保田 浩志, 永田 靖
   放射線治療中断がもたらす生物学的線量への影響
   第35回 高精度放射線治療外部照射部会学術大会 (2022.3.5, オンライン) (oral, Japanese)

7. 山口 光, 河原 大輔, 齋藤 明登
   放射線治療中断がもたらす生物線量減少に対する補償方法の開発
   第7回広島神戸医学物理研究交流会 (2021.12.15, 神戸) (oral, Japanese)