第６２回放射線治療技術研究会

教育講演

定位放射線照射における至適な治療計画・線量処方を考える

名古屋大学大学院医学系研究科　量子介入治療学准教授　　大宝　和博　先生

　約半世紀前に脳疾患に対するガンマナイフ（GKRS）の開発で産声を上げた光子線定位放射線照射（stereotactic irradiation以下、STI）は、現在高精度対応汎用リニアックを含む様々な機器により多様な照射技術で体幹部を含め広く行われている。しかし至適な線量分布（治療計画法）、線量処方法、線量分割の認識は脳、体幹部いずれも未だ施設間差異が大きい。至適線量分布の認識の違いにより必然的に異なる治療計画が施行されることになる。STIは本来、狭義には標的（GTV-CTV）への十分な線量担保と周囲正常組織の可及的線量軽減の点で最もバランスの良い線量分布にて1回高線量を少数分割で高精度に照射するablative radiotherapyとも称される治療であることを念頭におき標題について考察する。

I. 至適な線量分布（治療計画法）

　STIの至適線量分布を考えるにあたり、まず脳転移、末梢肺腫瘍などGTV・CTV境界が（比較的）明瞭で、高精度担保によりPTV内の正常組織が少なくリスク臓器を包含しない状況を前提とする。至適線量分布としてPTVに対する高い①線量原体性（dose conformity）と②急峻なPTV外線量減衰（steep dose gradient）に異論はないと思われるが、③PTV線量均一性に関しては未だ混沌としており国内では特に肺腫瘍で均一（10%以内）であることが望ましいとされ、また脳転移に対するリニアックSTIではPTVを80%等線量で囲むのが一般的とされてきた（ガイドライン2012）。
　三次元原体照射（3D-CRT）ではisocenterないしは近傍の線量評価点で処方しPTVをなるべく95%線量以上で包含するよう計画される。辺縁線量（D95）として95%線量（以上）が目標値（暗黙の了解）であるが、各multileaf collimator（MLC）に特有な半影を考慮した適切なleaf marginが設定されない場合90%以下と不十分な場合もある。また、症例に関わらず一律に5 mm程度の等方性（均等）leaf marginを設定し95% isodose coverが不十分な場合（特に頭尾方向）も少なくない。
　一方、STIの線量分布（治療計画法）、線量処方法は3D-CRTと大きく異なる。ガンマナイフでは50% isodose coverを主体とした不均一標的線量、辺縁処方が現在でも一般的である。また体幹部STI（SBRT、SABR）ではパイオニアであるBlomgrenら（スウェーデン）、植松らはそれぞれ67%、80% isodose cover程度での不均一標的線量、辺縁処方で1990年代前半に開始した。欧米では不均一標的線量、辺縁処方がその後も現在に至るまで主流である。STIでは標的線量の不均一性、すなわち標的内側の急峻な線量増加、中心部高線量が腫瘍内部の乏血性、低酸素状態への効果増強に寄与する期待もあり積極的に許容されてきたが、その意義は3D-CRTに対する線量分布上の優位性にもある。脳、体幹部を問わず90-95% isodoseに比べ80%以下のisodose coverではよりconformalでdose gradientに優れた線量分布を作成しやすい。前者ではなるべくconformalな分布を得るには多方向、広範囲からのbeam配置を必要とするが、後者ではより限られた方向からでも可能で肺では対側肺からのbeam入射を回避しやすい。標的線量の均一性とdose gradientの急峻さは相反する点を認識すべきである。肺腫瘍ではGTVに通常5 mm以上のmarginが付加されPTVが設定されるが、高精度ほどPTV辺縁は実質肺組織（もしくは胸壁など）であり、局所制御に最も関連するのはGTV（～ITV）辺縁線量と考えられ、PTV内側の急峻な線量増加は実質的なGTV線量増加に寄与し有益と考えられる。特に周囲を肺組織のみで囲まれた小型末梢肺腫瘍（island type）はGTV内の側方電子平衡が成立しづらく、GTV線量担保にはより不均一なPTV線量が望ましい（Med Dosim 40:248;2015）。
　GKRSでは8、14 mm collimator（single shot）でdose gradientが最も急峻なのは52、66% isodoseで、multi-shotではshotsの重なりで最大線量は高くなるため40-45% isodose coverがdose gradientの点で有利であるとされる（Paddick 2006）。しばしばshotをtargetからはみ出す（=leaf marginを多めに付加）ように置かないと達成困難な50%以上のisodose coverに固執する必要はないかもしれない。リニアック定位では、脳で80% isodoseより低い（60-）70% isodose coverがconformity、gradient、GTV線量担保の点で最適とする報告がある。体幹部では肺で60% isodoseが、肝臓で70% isodoseがそれぞれ罹患臓器の線量軽減、dose conformity等の点で最適とする報告など（superposition法）、GKRSのようなより不均一な標的線量を支持する報告が増えている。国内でも最近のガイドライン（2016）では、脳での80% isodose coverが一般的、肺での10%以内の線量均一性という記載はいずれもそれぞれ変更、削除された。肺STIの臨床試験も80% isodose cover 処方など不均一PTV線量、辺縁処方の方向に移行しつつある。これまで国内のかなりの施設が3D-CRTとSTIの線量分布の差異を混同してきた面がある。今一度、各施設で施行されているSTI線量分布が適切かどうか、後述の線量処方法を含め見直されることをお勧めしたい。
　60～70% isodose cover plan作成には3D-CRTとは全く異なる方法が必要である。Leaf marginはPTV edgeに対し0～マイナス設定（－5mm以下も）となることが多く、基本的にPTVが大きいほど照射野（leaf margin）を狭くする必要がある。Conformalな分布を得るには不均等（非等方性）なleaf margin設定が必要である。実際の計画では特に回転原体でdummy target（形状修正したmodified CTVなど）に対するMLC fitが至便である。しかし本来望ましい線量分布作成のためには"原体照射"的なforward planでは限界があり、inverse planによる標的"部分"照射の積み重ねによる最適化（VMATなど）が今後中心的な役割を担うであろう。不整形PTV、リスク臓器近接例ではVMATは一層有用である。その際には標的内側で急峻に線量増加するよう標的内部にdummy構造を設定し線量制約を加えるなどの工夫が有用である。また、肺VMAT-STIでは計算精度の低いアルゴリズムで作成しX-ray voxel Monte Carlo（XVMC）再計算するより最初からXVMC計算での最適化が望ましい。

II. 線量処方法、線量分割

　3D-CRTではアイソセンター（近傍）処方が一般的であるのに対し、STIでは計画者の意図、治療protocolの違いによりPTV線量不均一性が異なるためPTV辺縁（D95%など）での処方線量規定がより重要である。それに加えPTV線量不均一性が分かるよう辺縁線量の% isodose（100%=Dmax or isocenter）を明記すべきである。PTV平均線量やICRU評価点線量も重要な線量評価指標である。さらに肺では最も局所制御に関連すると考えられるCTV（GTV）辺縁線量の評価（推定）も重要である（同じPTV辺縁線量でも標的線量不均一性や胸壁接触有無等により異なるため）。
　脳転移SRSの推奨線量として国内で圧倒的多数の臨床経験に基づくGKRSの線量処方は参考になる（JLGK0901）。4 cc未満で22 Gy(20-24)程度。しかし留意すべきはmarginなしの造影病変（=PTV）辺縁に対する50% isodose主体の線量処方（D99程度？）であり、特にマスク固定のリニアック定位で2 mm程度のmarginを付けたPTVへの同等の線量処方は正常脳被曝体積が有意に確実に増加する点に注意すべきである（脳壊死リスク増加）。一方で、80% isodose cover での18-20 Gy処方では中心線量は25 Gy以下とGKRSに比べ優位に低くなり局所制御の低下につながりやすい。脳SRSではV12 Gyが5-10 cc以内でも脳壊死発生は20%未満で、それ以上では有意に増加する（QUANTEC 2010）。脳壊死発生を5%以下にするには3 cmはおろか1.5 cm程度以上でもSRS適用は慎重にすべきで、分割SRTを考慮すべきことを示唆する。脳は局所高線量被曝にも脆弱（SRSでのV22 Gy）であり、PTVでなくCTVに対し線量分布を作成しPTV辺縁に最低限の線量が担保されているか確認するのも一法である。
　肺臓炎に関連する線量因子として肺平均線量、V20 Gyなどが用いられるが、そもそも線量分割数の差異（4-5回、30回）で生物学的効果が異なることは言うまでもなく注意が必要である。最近の国内臨床試験でもV20の制約は≦20%（4分割）とされることが多いが、≧5.8%（PTV外肺）で43%の症候性肺炎が発生したとする報告（IJROBP 83:e545;2012）もありより厳しい制約が望ましい。また、局所高線量も喀血発症など晩期肺障害との関連が報告されており、肺線量はPTV外ではなくGTV外を評価すべきである。MD Andersonの1000例以上の解析からBED10としてPTV D95で86 Gy以上（42 Gy/4分割相当）、PTV平均で130 Gy以上（55 Gy/4分割相当）が局所制御に望ましい線量と報告された（IJROBP 95:1226;2016）。Clarkson法でのisocenter 48 Gy/4分割（JCOG0403）はPTV D95で42 Gy相当と推定され（superposition）、局所制御不十分さは辺縁線量の不足ではなく平均線量の不足、いわば標的線量均一性の弊害であることが示唆される。現在、国内では線量増加の趨勢が強いが、前述の肺臓炎発生リスクを考慮すると安易な辺縁線量増加には慎重であるべきで、辺縁線量を増加するよりも標的内部の線量を増加させ、PTV外線量を軽減する方法へのシフトが至適ではないかと考える。また腫瘍制御線量と安全性の双方を担保するには少数分割に固執せず、脳を含めて体積効果を考慮し標的体積が大きいほど分割数を増加することも考慮すべきである。

III. おわりに

　STIの至適な線量分布、計画法、線量処方について基本的な考え方を述べた。しかしこれは原則であって、実際には脳転移なら病変辺縁の明瞭さなど病態に応じて特に標的線量均一性、線量分割は個々に判断、調整されるべきである。例えば、脳転移術後腫瘍床に対する予防SRTではCTV境界は不明瞭かつ動的であるため、均一性高めの線量分布が至適な場合が多い。また、PTV内にリスク臓器が包含されVMATでも回避しがたい場合（視交叉を巻き込む下垂体腫瘍など）では線量均一性を重視した90-95% isodose coverで～54 Gy/30分割（視交叉）程度の通常分割照射をSTIの精度で行う方法が有用である。画像誘導の進歩を背景に線量分割の自由度が向上するなか、脳3 cm、体幹部5 cmを超える病態に対しても線量分割数を増加したSTIの適用が有用な場合もある。このように機器、ソフト、照射技術の進歩によりSTIはそのpotentialをさらに高めている。高精度対応汎用リニアックでも活用次第でかなりのSTI含む高精度照射に対応可能であること、そして現状の光子線治療はまだ多くの改善、発展、普及の余地があることを最後に申し添えたい。

会員発表

画像再構成関数が治療計画画像に与える影響

岐阜大学医学部附属病院　放射線部　　小松　史明　会員

【背景】
当院は、「CT値-相対電子密度変換テーブル」を1種類としており、CT装置の画像再構成関数はStandardを標準関数として用いている。しかし肺定位放射線治療計画では、画像再構成関数Chestを用いているため画質及びCT値が標準関数と大きく異なり、治療計画に影響を及ぼすことが考えられる。
【目的】
画像再構成関数の違いが治療計画画像に与える影響を検討したので報告する。
【方法】
画像再構成関数Standard,Chest,Lungについて検討を行った。定量評価は、GE社製QAファントムを用いてMTFを測定し,高コントラスト分解能を評価した。定性評価は、Catphanを用いて視覚評価を行い、高コントラスト分解能と低コントラスト検出能を評価した。各画像再構成関数のCT値の評価は、GAMMEX社製ファントム用いて各rotのCT値を計測した。
【結果】
定量評価は、50%MTFでLung,Chest,Standard,10%MTFは、Chest,Lung,Standardの順で高い値を示した。定性評価は、高コントラスト分解能でLung,Chest,Standardの順で高い点数を示した。低コントラスト検出能は、Standard,Chest,Lungの順で高い点数を示した。CT値の評価は、StandardのCT値とChestのCT値の差はわずかであった。
【考察】
Chestは、標準関数Standardと比較すると画質とCT値で大きく異なることはないことからChestが診断や線量計算精度に与える影響は小さいと考えられる。
【結語】
照射方法に沿った画像再構成関数を選択することは治療計画において有益であるが、その特性を把握して使用することが重要である。

高精度放射線治療装置Novalis－Txの経年変化と使用状況について

大垣市民病院　医療技術部　診療検査科　放射線治療室　　田中　敬介　会員

【背景】
当院では、2010年に放射線治療室を一新し、Varian社製放射線治療装置Novalis-Txを導入した。現在に至るまで一台の装置で放射線治療を行っている。しかし、装置の故障や誤作動により照射業務に支障を来す場合や、近年の修理費の高騰など、治療室運営にとって問題となる事柄も多く発生しているのが現状である。
【目的】
機器導入から現在までに至って、発生した故障個所やトラブル内容を集計して解析し、今後とるべき対応について検討した。
【方法】
2010年4月から2017年1月までに発生した、放射線治療に関わる機器(Linac,IGRT装置，計画装置,RTP-CTなど)の故障やトラブルを機器ごとに集計した。また、メーカー対応の有無、有償修理、機器の故障により放射線治療が実施出来なかった日数などの項目に分類を行った。
【結果】
2010年4月から2017年1月までに起こった故障、トラブルの総計は196件であった。そのうち78%はNovalis-Tx(Linac)に伴うものであった。トラブルは初年度に多く発生したのち、翌年にやや減少した。それ以降は年々増加する傾向を示した。原因は機器の不具合、劣化によるものが最も多く、次いで通信障害が多かった。MLCに関しては2014年以降急激にトラブル件数が増加し、モータ交換個数も同様に増加した。またMLCのモータ交換は2.5mmリーフに多く、ナット交換は5.0mmリーフに多かった。トラブルのうち、メーカー対応(来院､電話対応)を依頼した件数は139件、自主復帰を行ったものは53件であり、年々メーカー対応件数は減り、自主復帰の割合が増加していた。有償修理は計11件あり、そのうち7件はNovalis-Txに伴うものであった2013年以降毎年高額な修理費用が発生していることが確認できた。故障、トラブルにより、治療が実施出来なかったのは、計7日で、うち終日に渡ったのは1日、半日が1日、IMRTのみ行えなかったのが5日であった。
【考察】
年ごとのトラブル件数の推移をみると、一般に凹型となるとの報告があるが、当院ではやや異なる傾向を示した。当院の治療件数が多く、消耗品の劣化が早かった可能性がある。また、MLCの交換実績に傾向がみられたが、リーフの稼働頻度やリーフの重量によるものと考える。種々のトラブルが発生しているが明らかとなったが、それらの経験を蓄積し、素早く復旧することや適切な再発防止の対応が、機器のダウンタイムを減らすことになると考える。一方で、毎年の高額修理費が発生している点については、今後も続くことが予想され、運営の面から保守金額の増額なども考慮しなければいけない。
【結語】
機器導入から現在までに発生した故障、トラブルを報告した。機器のトラブルを未然に防ぐ対策や、過去の経験から素早く復旧することが、治療室運営にとって大切である。

RadiochromicFilmを用いた線量分布検証の精度改善

岐阜県立多治見病院　中央放射線部　　鎌田　茂義　会員

【背景】
Flat-Bed ScannerにてRadiochromicFilmをスキャンする際に、Charge Coupled Device (CCD)配列方向（Scan Window短軸方向）における濃度の不均一が生じる。これをLateral Scanner Effect（LSE）と呼び、CCD 配列方向に置く試料の位置と照射した線量に依存して計測濃度が異なる。LSEは比較的大きな照射野において影響が大きく、フィルム濃度の読み取り精度が低下するため、その補正が重要となる。
【目的】
Flat-Bed Scanner によるRadiochromicFilmの濃度読み取り精度の向上のため、Calibration MapによるLSEを考慮した補正方法の検討を行い、線量分布検証精度の向上を図る。
【方法】
Step by Step法により、線量-濃度校正曲線（以降、校正曲線）用のFilmを取得し、CCD 配列方向の異なる位置において校正曲線を複数作成した。各位置での校正曲線の作成にあたり、CCD 配列方向にFilmを移動させ、濃度の読取はすべて照射野中心で行うことで、照射時の放射線強度の均一性の問題を排除した。作成した複数の校正曲線から、線量とCCD 配列方向の位置座標の２変数によってAnalog-to-Digital Converter (ADC)値を補正するCalibration Mapを多項式近似により作成した。従来の校正曲線とLSEを考慮したCalibration Mapで補正した線量分布解析結果を比較した。RadiochromicFilmはGafchromicFilm Type EBT3を用いて照射24時間後にScanを行い、解析システムはDD-System (R-TECH.INC)を用いた。
【結果】
Calibration Mapの適用により、Film濃度とCCD 配列方向における距離の双方を考慮したLSEの補正ができた。
【結語】
考案したCalibration MapによるLSE補正方法を用いることで、Flat-Bed ScannerによるRadiochromicFilm（GafchromicFilm Type EBT3）を用いた線量分布検証の精度を向上させることができる。

情報提供

統合的認証照合が可能なIDENTIFYのご紹介

エイペックスメディカル株式会社　　田村　哲朗　氏

抄　　録

3次元走査式水ファントムBEAMSCANについて

ユーロメティテック株式会社　営業部　　千田　拓史　氏

抄　　録

トモセラピーの最新情報

日本アキュレイ株式会社　トモセラピーフィジックス・クリニカルサポート　　中林　匡　氏

　トモセラピー (TomoTherapy) はヘリカルCTの原理を応用した放射線治療機であると云われる。高速開閉式のバイナリ・マルチリーフによって回転ファンビームX線の強度変調を行いつつ、治療寝台が頭尾方向に移動することによって、いわゆる回転型の強度変調放射線治療(IMRT) を効率的に実行できる治療装置である。

トモセラピーは商用実用化までに約10年を要し、2003年にアメリカで最初の臨床が開始されて以来、2017年現在で世界に600台以上の導入実績がある。日本には2005年に導入され、2017年5月時点では51施設で56台が稼働している状況である。

トモセラピーによる回転型IMRT照射は、ヘリカル照射 (helical tomotherapy) と呼ばれ、ヘリカルCTの原理を応用した照射技法である。腫瘍への高い線量集中性・均質性を維持しつつ正常組織への被曝線量を抑制できるため IMRT に特化しているが、このような高精度放射線治療の品質を担保する為には、治療時の腫瘍位置を正確に把握することが不可欠である。そこでトモセラピーではメガボルトCTによる画像誘導放射線治療 (IGRT) 技術が標準装備されている。治療直前にメガボルトCT撮影を実施し、治療計画用の診断CTとの画像照合、位置補正を行うことで、治療計画に忠実な線量投与を行う。

回転型IMRT専用機としてスタートしたトモセラピーではあるが、2010年には固定多門照射モード（TomoDirect、ダイレクト照射）が搭載された。また、線量率安定化といった機械面、治療計画装置の計算速度といったソフトウェア面で幾つかの機能追加が為され、運用・安定稼働の改善がなされている。

本講演では、徐々にIMRT専用機から汎用機としての役割も担うべくシフトしているトモセラピーの装置仕様・特長をまとめ、最近リリースされた新製品ラディザクト（Radixact）治療システムを紹介する。