監修者から
　ここ5年ほどで非剛体レジストレーション（deformable image registration：DIR）を用いた機能は放射線治療分野において急速に発展してきました．DIRを搭載したソフトウェアは既に臨床導入され，日々の臨床でDIRは利用され始めています．2017年に米国医学物理学会（AAPM）からDIRを含む画像レジストレーションのガイドライン（TG‒132）が発刊されました．国内においても2018年にJASTROからDIRガイドラインが発刊され，そのガイドラインではAAPM TG‒132同様にDIRの使用方法や使用上の注意点などについて述べられています．ただ，実際にDIRを臨床で使用する場合にはガイドラインでは記載されていない多くの技術的・臨床的な問題に直面します．また，DIRはまだまだ発展途上の新興分野であるためDIRの技術的・臨床的な研究成果は日々更新されており，JASTROガイドラインが出版されてからも多くの研究成果が報告されています．そこで本書は，そのガイドラインを補足する位置付けとして企画されました．
　本書は，DIRの研究・臨床経験が豊富な医学物理士や放射線治療専門技師が中心となり執筆されました．DIRの臨床利用においてはまだまだ解決すべき問題がたくさんある中で，最新のエビデンスやこれまでの臨床経験を基に臨床現場で直面する技術的・臨床的な疑問に対してQ&A方式でわかりやすく解説する書籍となっています．執筆時点での最新情報を含めるように執筆されているため，ガイドラインには含まれていない最新情報が反映されています．本書は，既にDIRを実施している施設のスタッフにおいては最新の知見を提供し，さらに安全なDIRの使用に導くものと期待します．また，DIRの技術的な解説も多く含まれているため，DIRをまだ導入していない施設における安全な臨床導入のワークフロー構築のための参考となります．
　私がDIRに関する研究を始めて間もなく10年になろうとしています．その当時，DIRを学習したいと思っても適切な教科書がないことに大変困りました．本書は，その当時を振り返りそのようなDIR初学者にとってもわかりやすい本となるようにDIRの基礎的な部分についても記載し，DIRに対するハードルが高くならないように心がけて監修しました．多くの読者にとってDIRを理解する上で有益な本となれば監修者として大変喜ばしいことです．
※DIRを活用した放射線治療の結果に対する最終的な判断と責任は，直接治療担当者に帰属すべきものであり，本書を作成した執筆者らが責任を負うものではありません．
2020年11月
東北大学病院放射線治療科 院内講師
角 谷 倫 之





発刊に寄せて
　放射線治療を取り巻く技術の発展は著しく，新しいコンピュータ技術を生かしたソフトウェアが近年多くの臨床現場で利用されている．Deformable Image Registration（DIR）を搭載したソフトウェアもその1つであり，画像を自由に変形させ，より自由度の高い画像の位置合わせを容易に行えるようになった．今日では，DIRは放射線治療計画を支援する技術として高精度放射線治療に欠かせないツールとなりつつある．その一方で，医学物理士や診療放射線技師はDIRの特性を十分に理解し，事前に適切な精度管理を行うことでDIRによる画像の位置合わせの不確かさを把握しておくことが必須である．
　2017年に米国医学物理学会（AAPM）からDIR技術の解説やコミッショニング手順，許容値などを含めたガイドラインが刊行され（TG‒132），その日本語訳版が2019年に公開されている．DIR技術は，以前は研究者がインハウスのソフトウェアを用いて研究を進めていたが，近年では商用の放射線治療計画装置でも利用可能となり，臨床現場においても普及している．しかしながら，DIR技術は非常に便利なツールである一方で，使用方法を誤ると医療事故に繋がりかねない危険性を含んでいる．商用ソフトウェアの変形アルゴリズムはブラックボックスの部分もあり，無理な変形や過剰な変形を経験することも少なくない．そのため使用する場合には利用者が正しい知識を持って評価を行うことが必須であり，事前に適切なコミッショニングが行われなければならない．これらの現況を鑑み，日本放射線腫瘍学会QA委員会のメンバーが中心となり，2018年にその利用方法についてガイドラインの作成を起案した．
　本書で展開される内容は，ガイドラインに準拠したDIRの利用や評価方法であり，DIR技術を臨床利用するにあたっての注意点や疑問，コミッショニング方法についてもQ&A形式で詳説している．本書には放射線治療関連機器を管理する医学物理士や診療放射線技師はもちろん，放射線治療に携わるすべての医療従事者にとって有益な知識が含まれており，ぜひ，放射線腫瘍医にも手に取ってほしい内容が数多く含まれている．DIR技術がより安全に利用されることにより，近未来の高精度放射線治療がより多くの患者様に届けられることを心より期待している．
　本プロジェクトを起案・執筆された諸氏が，これからの日本の放射線腫瘍学，医学物理学を発展させることは疑う余地がない．臨床で必要とされる様々な課題を基盤とし，新たな知見を積み上げ，胸躍るフォルムを作り上げる才能を皆が有しているようだ．本書が一つのきっかけとなり，本邦からの放射線治療に関する情報発信が，パンデミックになり，その流行が新たな歴史の一ページになることを祈念してやまない．
2020年11月
神戸大学医学部附属病院 教授
佐々木良平

目　次

I　概論
　Q1 放射線治療領域におけるDIR の活用方法について教えてください．
　Q2 本邦ではどのくらいDIR が放射線治療で活用されているか教えてください．
　Q3 DIR ソフトウェアはどのような流れで使用されるか教えてください．
　Q4 DIR を臨床使用するにあたり，どこで，どのくらい教育を受ける必要がありますか？
　Q5 臨床使用するにあたってどのくらいのDIR の性能が必要か教えてください．
　Q6 どのような症例にDIR が有効か教えてください．
　Q7 適応放射線治療でDIR を使うとどのくらい作業を効率化できるか教えてください．
　Q8 参考となる書籍，ガイドライン，セミナーがあれば教えてください．
　Q9 DIR に関する文献のレビューを教えてください．
　Q10 DIR の臨床的側面からの有用性について教えてください．
　Q11 画像レジストレーションの概要を教えてください．
　Q12 画像レジストレーションにおける画像類似度の評価はどのように行われるか
　　　　 教えてください．
　Q13 DIR のアルゴリズム（変形モデル）にはどのような種類がありますか？
　　　　 また，どのような違いがありますか？
　Q14 幾何学的情報（解剖学的ランドマークや輪郭情報）を用いるアルゴリズムの
　　　　 特徴を教えてください．
　Q15 画像レジストレーションの最適化はどのように行われるか教えてください．
　Q16 DIR の正則化について教えてください．
　Q17 DIR を行うときの過変形とは何ですか？　どのように対処すればよいでしょうか？
　Q18 DIR の誤差が生じやすいのは，どのような部位ですか？
　Q19 DIR がうまくいかなかった場合の対処法があれば，教えてください．
　Q20 DIR パラメータの1 つの変形グリッドサイズはどのように設定すべきですか？
　Q21 DIR の計算領域を指定するためのROI や輪郭は設定すべきですか？
　Q22 各DIR ソフトウェアのパラメータはどのような働きをするか教えてください．
　Q23 DIR パラメータ設定を選択する際の注意点はありますか？
　　　　 使用するDIR パラメータは，ユーザで自由に決定してもよいものですか？
　　　　 それとも施設内で統一パラメータを使用すべきですか？
　Q24 DIR ソフトのパラメータは部位ごとに分けるべきですか?
　Q25 CT とMRI などのように異なるモダリティ間でもDIR できますか？
　Q26 DVF を使ってco-registration する時の注意点について教えてください．

II　品質保証・品質管理
　Q27 DIR の精度検証方法について教えてください．
　Q28 最も効率的なDIR の評価方法もしくは評価方法の組み合わせはどれか
　　　　 教えてください．
　Q29 異なるモダリティ画像を用いてDIR したときのDIR 精度評価法について
　　　　 教えてください．
　Q30 DIR の精度評価は，部位や活用方法によって最適な方法は異なるのでしょうか．
　Q31 ダイス係数と目標レジストレーション誤差の利点と欠点を教えてください．
　Q32 精度検証ではダイス係数やジャッカード係数が高い数値を示せばよいのでしょうか？
　Q33 精度評価のための解剖学的指標はどのような場所に設置すべきでしょうか？
　　　　 注意すべき点はありますか？
　Q34 どれほどのDIR 精度を達成すべきでしょうか？
　　　　 DIR 結果の精度の基準値，最低限の値はいくらでしょうか？
　Q35 DIR の結果をどのように保存すればよいでしょうか？
　Q36 DIR のQA を行える物理ファントムはありますか？
　Q37 DIR のコミッショニングを行う前に必要な項目について教えてください．
　Q38 DIR のコミッショニングはどのような手順で行えばよいでしょうか？
　Q39 コミッショニングにおいて臨床での使用可否を判定する基準などはありますか？
　Q40 DIR のコミッショニングおよびQA は必要でしょうか？
　Q41 他施設と同じDIR ソフトウェアを使用しているため，自施設での精度検証は
　　　　 省略してよいでしょうか？
　Q42 コミッショニングに利用できるデジタルファントムはありますか？
　Q43 定期的なQA はどのように行えばよいですか？
　Q44 DIR ソフトウェアはどのくらいの頻度でQA を行えばよいですか？
　Q45 患者ごとのQA は必要でしょうか？
　Q46 患者ごとのQA はどのようにすればよいですか？
　Q47 患者ごとにDIR 精度を評価する場合，どのくらいのDIR 精度であれば
　　　　 臨床利用できますか？
　Q48 DIR ソフトウェアと治療計画装置や治療装置との通信において注意する点は何でしょうか？

III　使用画像について
　Q49 歯冠などによる金属アーチファクトの有無がDIR 精度に与える影響について教えてください．
　Q50 体内に金属インプラントがある場合，CT やMRI においてどのような対応策がありますか？
　Q51 腸管ガスの有無はDIR の精度に影響するかどうか教えてください．
　Q52 CT やMRI の撮像条件がDIR 精度に与える影響について教えてください．
　Q53 CT-CT 間DIR について，頭頸部領域でどのくらいのDIR 精度であるか
　　　　 教えてください．また，使用において注意すべき点があれば教えてください．
　Q54 CT-CT 間DIR について，胸部領域でどのくらいのDIR 精度であるか教えてください．
　　　　 また，使用において注意すべき点があれば教えてください．
　Q55 CT-CT 間DIR について，腹部領域でどのくらいのDIR 精度であるか教えてください．
　　　　 また，使用において注意すべき点があれば教えてください．
　Q56 CT-CT 間DIR について，骨盤領域でどのくらいのDIR 精度であるか教えてください．
　Q57 CT-CBCT 間DIR についてどのくらいのDIR 精度であるか部位ごとに教えてください．
　Q58 CT-MRI 間DIR についてどのくらいのDIR 精度であるか部位ごとに教えてください．
　Q59 CT-PET 間DIR についてどのくらいのDIR 精度であるか教えてください．
　Q60 CT 画像間のDIR で，造影効果はDIR 精度に影響を与えますか？
　Q61 DIR でMR 画像の歪みは補正できますか？
　Q62 DIR でMR 画像を用いた線量計算が可能ですか？
　Q63 MRI の撮像プロトコルを変更した場合，再度コミッショニングを実施する必要はありますか？
　Q64 MRI やPET 撮影はフラット天板を使用した方がよいのでしょうか？

IV　自動輪郭抽出
　Q65 自動輪郭抽出について教えてください．
　Q66 自動輪郭抽出を使った際の時間短縮はどの程度か教えてください．
　Q67 セグメンテーションとプロパゲーションの違いは何ですか？
　Q68 セグメンテーションにおけるアトラスベースとモデルベースの違いについて教えてください．
　Q69 自動輪郭抽出のシングルアトラス選択法と，マルチアトラス選択法について教えてください．
　Q70 アトラスベースセグメンテーションには何例くらい登録しておく必要があるか教えてください．
　Q71 AI を使った自動輪郭抽出とDIR を使った自動輪郭抽出の違いについて教えてください．
　Q72 DIR ソフトウェアによって自動輪郭描出の精度にどのような差がありますか？
　Q73 部位ごとに最適な自動輪郭抽出法はありますか？
　Q74 頭部・頭頸部における自動輪郭抽出について，どのくらいの精度であるか教えてください．
　　　　 また，臨床利用する際の注意点についても教えてください．
　Q75 胸部における自動輪郭抽出について，どのくらいの精度であるか教えてください．
　　　　 また，臨床利用する際の注意点についても教えてください．
　Q76 腹部における自動輪郭抽出について，どのくらいの精度であるか教えてください．
　　　　 また，臨床利用する際の注意点についても教えてください．
　Q77 骨盤部における自動輪郭抽出について，どのくらいの精度であるか教えてください．
　　　 また，臨床利用する際の注意点についても教えてください．

V　線量の変形と合算
　Q78 DIR を用いた線量分布変形の利用法とワークフローを教えてください．
　Q79 線量分布変形のアルゴリズムについて教えてください．
　Q80 DVF を基にした線量分布変形はどのくらい正確ですか？
　Q81 線量分布合算にDIR アルゴリズムの影響はありますか？
　Q82 DIR の誤差が線量分布変形に及ぼす影響について教えてください．
　Q83 線量分布合算に必要なDIR 精度について，どこまでのDVF 誤差が許容されますか？
　Q84 合算をした線量分布の評価方法にはどのようなものがありますか？
　Q85 Inverse consistency error によるDIR を用いた線量分布変形の不確実性評価法について教えてください．
　Q86 目標画像と被変形画像の選択がDIR を用いた線量合算結果に及ぼす影響について教えてください．
　Q87 DIR を用いた合算線量分布において，評価したいDVH パラメータによって注意すべき点は異なりますか？
　Q88 IGRT で撮影されたCBCT 画像とDIR を用いて実際に照射された線量を評価できますか？
　Q89 DIR を用いた線量合算が有効な部位について教えてください．
　Q90 DIR を用いた合算線量と臨床成績には相関があるでしょうか？
　Q91 適応放射線治療においてDIR を用いた線量分布合算は有用でしょうか？
　Q92 照射法や照射時期が異なる場合のDIR について，どのような適応がありますか？
　Q93 陽子線治療や重粒子線治療においてDIR による線量合算は有用でしょうか？
　　　 　X 線治療との違いがあれば教えてください．
　Q94 4DCT とDIR を用いた4 次元線量分布計算は呼吸性移動を考慮した
　　　　 線量評価に有効ですか？
　Q95 4DCT とDIR を用いた4 次元線量分布計算によりインタープレイ効果の
　　　　 影響を考慮できますか？
　Q96 頭頸部における線量合算の利点と欠点を教えてください．
　Q97 胸部における線量合算の利点と欠点を教えてください．
　Q98 腹部における線量合算の利点と欠点を教えてください．
　Q99 骨盤部における線量合算の利点と欠点を教えてください．
　Q100 外部照射と永久挿入密封小線源治療を併用した前立腺癌症例における
　　　　　 DIR 利用の利点と欠点を教えてください．
　Q101 婦人科領域においてDIR は有効でしょうか？
　Q102 婦人科領域の小線源治療および外部照射におけるDIR で
　　　　　 留意すべきことはありますか？
　Q103 婦人科領域でDIR を実施した際，視覚評価で注視するべきポイントを
　　　　　 教えてください．
　Q104 小線源治療で使用するアプリケータのDIR に及ぼす影響とその対処法を
　　　　　 教えてください．

VI　適応放射線治療と再照射
　Q105 生理的変化がDIR 精度に与える影響と対処法について教えてください．
　Q106 DIR で撮影時の患者体位の違いを補うことはできますか？
　Q107 再照射の治療計画においてDIR により合算線量を正しく評価できますか？
　Q108 再照射におけるDIR を用いた合算線量評価と臨床結果との関係を
　　　　　 教えてください．
　Q109 再照射時のDIR を用いた治療計画法について教えてください．

VII　その他のDIR 活用
　Q110 DIR によって肺の換気能を画像化する（CT 肺換気画像）メカニズムを
　　　　　 教えてください．
　Q111 CT 肺換気画像の精度を教えてください．
　Q112 CT 肺換気画像の利用方法を教えてください．
　Q113 CT 肺換気画像を臨床利用する際の注意点を教えてください．
　Q114 機能画像における利用以外で，DIR を用いた最新の研究内容について
　　　　　 教えてください．

DIR 機能を搭載した治療計画支援装置および治療計画装置

索引

執筆者一覧

角谷倫之　東北大学病院 放射線治療科　監修
木藤哲史　東京都立墨東病院 診療放射線科 / がん・感染症センター都立駒込病院 放射線物理室　編集
黒岡将彦　東京医科大学病院 放射線治療部 放射線治療品質管理室　編集
武川英樹　関西医科大学大学院 医学研究科 放射線科学講座　編集
藤田幸男　駒澤大学 医療健康科学部 診療放射線技術科学科　編集
宮部結城　京都大学医学部附属病院 放射線治療科　編集
新井一弘　脳神経疾患研究所附属南東北がん陽子線治療センター 放射線治療品質管理室　
伊藤謙吾　東北大学病院 放射線部　
今江禄一　東京大学医学部附属病院 放射線部　
金井貴幸　山形大学 医学部 東北未来がん医療学講座　
小玉卓史　東京ベイ先端医療・幕張クリニック 医療技術部 医学物理室　
齋藤正英　山梨大学 医学部 放射線医学講座　
佐々木幹治　徳島大学大学院 医歯薬学研究部 放射線治療学分野　
武村哲浩　金沢大学 医薬保健研究域 保健学系　
?　翔永　千葉県がんセンター 放射線治療部 物理室　
中島祐二朗　がん・感染症センター都立駒込病院 放射線物理室　
宮坂友侑也　山形大学大学院 医学系研究科 重粒子線医学講座　
八木雅史　大阪大学大学院 医学系研究科 重粒子線治療学寄附講座