(57)【要約】      （修正有）【課題】照射線量を増加することなく、癌治療効果を向上可能なNO増感式放射線癌治療システムを提供する。【解決手段】放射線及び超音波ビームを照射する一酸化窒素増感式放射線癌治療システムにおいて、一酸化窒素を発生させるための超音波ビームの照射開始Ｔsから最適時間遅れて生じる一酸化窒素濃度Ｄが最大となるピーク期間Ｔpをもつ事実を利用して、このピーク期間に放射線を集中照射する。また、超音波ビームの照射による一酸化窒素の産生が所定の腫瘍温度範囲で特異的に増大することを利用して、腫瘍を好適温度範囲まで予備加熱した後、一酸化窒素産生用の超音波ビームの照射を実施する。【選択図】図２
2014217560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の体外から癌組織に放射線を照射することにより前記癌組織を破壊する放射線照射装置と、
前記患者の体外から前記癌組織に一酸化窒素増感用の超音波ビームを照射することにより前記癌組織内に一酸化窒素（NO)を発生させる超音波NO発生装置と、
前記超音波NO発生装置の運転により前記癌組織内に一酸化窒素が生じている状態で前記放射線照射装置の運転を開始する制御装置と、
を備えるNO増感式放射線癌治療システムにおいて、
前記制御装置は、
前記超音波NO発生装置の運転開始時点から所定時間後に発生する一酸化窒素濃度のピーク期間を推定するピーク期間推定部と、
このピーク期間に放射線の照射を前記放射線照射装置に指令する放射線照射指令部と、
を有することを特徴とするNO増感式放射線癌治療システム。
【請求項２】
前記癌組織を加温する加温装置を有し、
前記制御装置は、少なくとも前記超音波NO発生装置の運転開始の前に前記加温装置を運転することにより、前記癌組織を予備加温する請求項１記載のNO増感式放射線癌治療システム。
【請求項３】
前記加温装置は、前記超音波NO発生装置よりも高い周波数をもつ超音波ビームを前記癌組織に照射する超音波加温装置により構成されている請求項２記載のNO増感式放射線癌治療システム。
【請求項４】
前記超音波加温装置及び前記超音波NO発生装置は、超音波出力用のプローブを共有する請求項３記載のNO増感式放射線癌治療システム。
【請求項５】
患者の体外から癌組織に放射線を照射することにより前記癌組織を破壊する放射線照射装置と、
前記患者の体外から前記癌組織に一酸化窒素増感用の超音波ビームを照射することにより前記癌組織内に一酸化窒素（NO)を発生させる超音波NO発生装置と、
前記超音波NO発生装置の運転により前記癌組織内に一酸化窒素が生じている状態で前記放射線照射装置の運転を開始する制御装置と、
を備えるNO増感式放射線癌治療システムにおいて、
前記癌組織を加温する加温装置を有し、
前記制御装置は、少なくとも前記超音波NO発生装置の運転開始の前に前記加温装置を運転することにより、前記超音波NO発生装置の運転中における前記癌組織の温度を、体温より高く、かつ、所定の最高温度よりも低い所定温度範囲に維持することを特徴とするNO増感式放射線癌治療システム。
【請求項６】
前記制御装置は、前記超音波NO発生装置の運転中において、前記超音波NO発生装置及び前記加温装置の出力制御により、前記超音波NO発生装置の運転中における前記癌組織の温度を４０-４５℃に維持する請求項５記載のNO増感式放射線癌治療システム。
【請求項７】
前記加温装置は、前記超音波NO発生装置よりも高い周波数をもつ超音波ビームを前記癌組織に照射する超音波加温装置により構成されている請求項５記載のNO増感式放射線癌治療システム。
【請求項８】
前記超音波加温装置及び前記超音波NO発生装置は、超音波出力用のプローブを共有する請求項７記載のNO増感式放射線癌治療システム。
【請求項９】
前記超音波加温装置は、１MHz-１０MHzの範囲内の周波数をもつ高周波超音波ビームを出力し、
前記超音波NO発生装置は、１MHz-１０MHzの範囲内の周波数をもつ低周波超音波ビームを出力する請求項９記載のNO増感式放射線癌治療システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体外から癌組織に放射線ビーム及び超音波ビームを同時照射するNO増感式放射線癌治療システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
体内の癌組織を破壊するために体外からたとえばX線などの放射線ビームを照射する放射線療法が非侵襲型癌治療装置として広く採用されている。この放射線療法によれば、X線により癌組織内部に発生する酸素ラジカルが癌細胞のDNAなどにダメージを与える。
【０００３】
しかし、固形癌の中心部が低酸素環境下にあるため、癌組織内部の癌細胞、特に癌幹細胞全てを完全に死滅させることは、困難であった。この問題は、本発明者らの発明になる特許文献１に記載されたNO増感型放射線療法より改善される。
【０００４】
このNO増感型放射線療法によれば、体外から超音波ビームの照射により癌組織内に一酸化窒素（NO)を産生させた状態で、癌組織にX線を照射する。一酸化窒素は、低酸素環境下においてもX線の癌破壊効果を向上させるという優れた特徴をもつ。言い換えると、治療効果が同じであれば、このNO増感型癌治療法は、従来の単純なX線照射法に比べて、放射線照射量を低減することができるため、患者の生活水準を改善する。
【０００５】
けれども、このNO増感型癌治療法においても、治療効果を更に向上し、患者の生活水準をさらに改善することが期待されている。言い換えれば、人体に照射される放射線及び超音波エネルギーの総量を低減することが期待されている。また、癌治療に必要な装置運転時間の短縮も期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許５０２７９１０号公報
【発明の概要】
【０００７】
本発明の１つの目的は、癌治療効果をさらに向上可能なNO増感式放射線癌治療システムを提供することである。本発明のもう１つの目的は、患者に照射される放射線量や超音波エネルギー量の低減が可能なNO増感式放射線癌治療システムを提供することである。本発明のもう１つの目的は、装置構成及び操作を簡素化可能なNO増感式放射線癌治療システムを提供することである。本発明のさらにもう１つの目的は、必要な装置運転時間を短縮可能なNO増感式放射線癌治療システムを提供することである。
【０００８】
第１、第２発明のNO増感型癌治療システムは、特許文献１に開示されている装置と本質的に同じである。この装置によれば、超音波ビームの照射により癌組織内に一酸化窒素が形成される。この一酸化窒素は、X線などの放射線の癌治療効果を大幅に改善する。
【０００９】
第１発明によれば、超音波NO発生装置の運転開始時点から所定時間後に発生する一酸化窒素濃度のピーク期間が推定され、このピーク期間において放射線が照射される。その結果、一酸化窒素濃度が最大となる領域のみにおいて、放射線照射が実行されるため、一酸化窒素（NO)による放射線増感効果を最大限に享受することができる。言い換えれば、照射される放射線総量を低減することができる。これは、患者の生活レベルの低下を抑止できることを意味する。
【００１０】
本発明者らの実験によれば、超音波エネルギー密度が一定の条件で測定した癌組織内の一酸化窒素濃度は、超音波ビームの照射開始時点から増大した後、所定時間後に最大値に達し、その後、低下する。言い換えれば、超音波ビームの照射後、一酸化窒素濃度が他の期間よりも高いピーク期間をもつことがわかった。
【００１１】
したがって、この一酸化窒素濃度のピーク期間に放射線を照射すれば、癌治療効果を低下させることなく、放射線照射量を低減できることがわかる。言い換えれば、このピーク期間は、放射線照射期間と一致する。その結果、照射強度*照射時間の積に等しい放射線照射量を低減することができるので、患者の負担軽減を実現することができる。
【００１２】
また、本発明者らの実験によれば、超音波ビームの照射開始時点から計測したこのピーク期間の時間的な位置及びこのピーク期間内の一酸化窒素濃度は、照射対象である癌組織の温度に強い相関をもつことがわかった。したがって、このピーク期間又は一酸化窒素発生用の超音波ビームの照射期間における癌組織の温度を測定することにより、超音波ビームの照射開始時点から計測したこのピーク期間の時間的な位置を推定することができる。もちろん、超音波ビームのエネルギー密度などの他のパラメータも、このピーク期間の時間的な位置の推定に用いられることができる。
【００１３】
更に具体的に説明すると、癌組織温度が上昇すると、一酸化窒素の産生量は増加する。ただし、癌組織温度が所定の最高温度に達すると、一酸化窒素の産生量は急減する。一酸化窒素発生用の超音波ビームの照射期間において、癌組織温度は、３９-４４．５℃、更に好ましくは、４０-４４℃の範囲内に保持することが、好適である。
【００１４】
もちろん、極めてエネルギー密度が高い超音波ビームを照射することにより、温度及び一酸化窒素濃度の両方を急増することが可能である。しかし、このような強力な超音波ビームの照射は、超音波装置の大型化や体表面温度の急上昇などの問題を派生させる。
【００１５】
好適態様によれば、癌組織は、少なくとも超音波NO発生装置の運転開始直前に加温装置により加温される。これにより、超音波NO発生装置の開始後、癌組織内の一酸化窒素濃度を急速に増大させることができる。超音波NO発生装置の運転開始後も、加温装置の運転を継続することも可能である。
【００１６】
好適態様によれば、加温装置は、超音波NO発生装置よりも高い周波数をもつ超音波ビームを癌組織に照射する超音波加温装置により構成される。これにより、超音波NO発生装置及び加温装置の構造が簡素となる。
【００１７】
本発明者らの実験によれば、超音波ビームのエネルギー密度が一定である時、癌組織の温度は、超音波ビームの周波数の増加により上昇する。他方、超音波ビームのエネルギー密度が一定である時、癌組織内の一酸化窒素濃度は、超音波ビームの周波数の減少により上昇する。このことは、加温手段として超音波ビームを採用する時、高周波の超音波ビームの採用により、超音波ビームの出力増大を抑止しつつ大きな温度上昇を達成できることを意味する。また、一酸化窒素の産生には、低周波の超音波ビームを採用することが好適であることを意味する。
【００１８】
種々の方法により、高周波の超音波ビームによる加温と、低周波の超音波ビームによる一酸化窒素産生とを同時に実行することができる。まず、高周波の超音波ビームと低周波の超音波ビームとを同時に照射することができる。次に、高周波の超音波ビームの照射と、低周波の超音波ビームの照射とを時間交互に実施することができる。さらに、単一の超音波振動子を高周波の発振電圧を印加した後、低周波の発振電圧を印加することもできる。
【００１９】
好適態様によれば、高周波の超音波ビームを出力する超音波加温装置及び低周波の超音波ビームを出力する超音波NO発生装置は、超音波出力用の共通プローブを共有する。
【００２０】
第２発明によれば、超音波NO発生装置の運転開始前に、癌組織は、所定の温度範囲に予備加温される。この予備加温の直後にNO産生用の超音波ビームを癌組織に照射すれば、一酸化窒素濃度を、予備加温しない場合と比較して、急速に上昇させることができ、一酸化窒素濃度を増大することができる。したがって、このNO産生用の超音波ビームとともに、放射線を照射することにより、優れた癌治療効果を得ることができる。言い換えれば、癌治療効果が一定であれば、放射線総量を低減することができる。
【００２１】
癌組織内の一酸化窒素濃度が大きい時、放射線治療効果が格段に向上することは、本発明者らの発明になる上記特許文献１により開示されている。特に、一酸化窒素は、癌組織内部の低酸素領域の癌細胞を良好に死滅させる。
【００２２】
好適態様によれば、NO産生のために超音波ビームを出力する期間において、加温装置や超音波NO発生装置の出力を制御することにより、癌組織の温度は４０-４５℃に維持される。癌組織の温度が４０℃未満であれば、癌組織の一酸化窒素濃度産生能力が低下する。癌組織の温度が４５℃を超えると、癌組織の一酸化窒素濃度産生能力が低下する。
【００２３】
好適態様によれば、加温装置は、超音波NO発生装置よりも高い周波数をもつ超音波ビームを癌組織に照射する超音波加温装置により構成されている。これにより、装置構成を簡素化することができる。
【００２４】
好適態様によれば、この超音波加温装置及びこの超音波NO発生装置は、共通の超音波プローブを共有する。これにより、装置構成を簡素化することができる。
【００２５】
好適態様によれば、超音波加温装置は、１MHz-１０MHzの範囲内の周波数をもつ超音波ビームを出力し、超音波NO発生装置は、１００kHz-１０００kHzの範囲内の周波数をもつ超音波ビームを出力する。これにより、加温装置及び一酸化窒素発生装置の共用化が容易となるため、装置構成及び操作を簡素化することができる。
【００２６】
超音波ビームは、たとえばフエーズドアレイ構造などを採用することにより、良好な焦点収束性をもつため、癌組織などを局部的に加温するのに優れている。さらに、この超音波ビームの焦点収束性により体表面から癌組織までの間の正常組織に与えられる超音波エネルギー密度を低減することができるので、正常細胞の温度上昇を抑制することもできる。
【００２７】
好適態様によれば、NO産生用の低周波振動子及び予備加温用の高周波振動子は共通のヘッドに装着される。この共通のヘッドは、超音波伝達材料を通じて人体の体表面に密着される。これにより、装置構成が簡素となり、操作が簡単となる。
【００２８】
好適態様によれば、NO産生用の低周波振動子及び予備加温用の高周波振動子は共通の振動子により構成される。これにより、装置構成が簡素となり、操作が簡単となる。さらに、大面積の振動子から焦点に収束する超音波ビームを採用することができるので、正常細胞は、広いビーム通過断面積をもつことができる。その結果、正常細胞の加温を抑制することができる。
【００２９】
好適態様によれば、この共通の超音波振動子は、主として加温を行うための高周波超音波ビームを出力した後、主として一酸化窒素を産生するための低周波超音波ビームを出力する。これにより、必要な予備加温及びNO産生を維持しつつ、超音波装置の小型化を図ることができる。
【００３０】
好適態様によれば、加温用及びNO産生用の超音波ビームは、癌組織に０．５W/平方ｃｍ-１．５W/平方ｃｍのエネルギー密度をもつことができる。
【００３１】
好適態様によれば、予備加温用の振動子及び超音波NO発生装置の超音波振動子は、中心部に放射線照射用の孔部を有するリング状のヘッドに装着されている。これにより、超音波ビームを出力するヘッドを簡素な構造とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、実験装置を示す模式ブロック図である。
【図２】図２は、非加温事例における温度及びNO濃度（D)の時間変化を示す図である。
【図３】図３は、加温事例における温度及びNO濃度（D)の時間変化を示す図である。
【図４】図４は、超音波ビームの周波数変化とNO産生用量との関係を示す図である。
【図５】図５は、高周波の超音波ビームを用いた場合の温度及びNO濃度（D)の時間変化を示す図である。
【図６】図６は、実施例のNO増感式放射線癌治療システムのブロック図である。
【図７】実施例のNO増感式放射線癌治療システムの制御例を示すフローチャートである。
【図８】超音波振動子配列の一例を示す模式斜視図である。
【図９】超音波振動子配列の他例を示す模式斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
NO増感式放射線癌治療法の説明
まず、放射線としてX線を利用するNO増感式放射線癌治療法について簡単に説明する。特許文献１に記載されているNO増感式X線治療によれば、X線と超音波ビームの両方が癌組織に照射される。超音波ビームにより、一酸化窒素（NO)が癌組織に発生する。この一酸化窒素は、X線の癌治療効果を大幅に改善する。
【００３４】
このNO増感式X線治療法の１つの実験例が以下に説明される。まず、実験対象として、４つの腫瘍群が用いられた。各腫瘍は同一種類である。４つの各腫瘍群は、それぞれ等しい平均重量（平均値で２０７．９ｍｇ）とされた。治療は隔日で５回実施し、治療終了後１０日目に摘出した腫瘍重量で治療効果を検討したところ、コントロール群（疑似治療群）の平均腫瘍重量は２７０２．６ｍｇ、超音波のみ照射群は２３９４．５ｍｇ、Xのみ照射群は５８０．６ｍｇ、X線及び超音波の両方が照射された群は２２８．８ｍｇであった。この実験結果から、NO増感式X線治療法は、優れた癌治療成績をもつ非侵襲型癌治療方法であることが、理解される。
【００３５】
NO増感式X線治療法が、癌組織の内部領域の癌細胞、特に内部の低酸素領域の癌細胞の増殖抑制に有効であることは、重要である。低酸素環境に存在する癌組織の内部領域は、X線照射による癌細胞の死滅が少ない。これは、癌細胞を攻撃する酸素ラジカルの発生が少ないためである。NO増感式X線治療法によれば、癌組織の内部領域に一酸化窒素が発生するので、この一酸化窒素に起因して産生されるラジカルが酸素ラジカルの代わりに癌細胞を攻撃することができる。
【００３６】
一酸化窒素（NO）の産生を増加すれば、一酸化窒素のX線増感効果を向上できることは容易に理解される。しかし、一酸化窒素濃度を増加するためには、エネルギー密度が非常に高い超音波ビームを癌組織に照射せねばならない。このような強力な超音波ビームを照射する超音波装置の製造は容易ではない。さらに、強力な超音波ビームの照射により、癌組織に隣接する正常細胞は、熱的乃至生化学的な悪影響を受けるという問題も派生する。
【００３７】
結局、超音波ビームのエネルギー密度をいたずらに増加することなく一酸化窒素の発生を増加させることが、NO増感式X線治療法において非常に重要であることが、理解される。この観点に基づいて、本発明者らは、超音波ビームにより癌組織内に発生する一酸化窒素の産生量と癌組織の温度との関係を調べた。
【００３８】
癌組織内の一酸化窒素濃度と温度との関係の説明
培養腫瘍細胞としてラットグリオーマ（Glioma）をラットの大腿部皮下に接種することにより形成された腫瘍モデルを実験モデルとして用いた。癌組織の温度を変更するために、癌組織の近傍にU字管形状の温水管を配置した。図１は、実験装置を示す模式ブロック図である。X線照射装置１は、ラット２が載置されたテーブル３の上方に配置される。X線照射装置１は、MBR-１５２０R（日立製）である。超音波ビームを照射するプローブ４は、テーブル３の下方に配置される。プローブ４の上端面には、超音波振動子が装着されている。
【００３９】
高周波電力が、発振回路（図略）からこの超音波振動子に供給される。プローブ４から照射される超音波ビームの伝送のために、プローブ４とテーブル３との間に、アコースタンド５が介設されている。アコースタンド５の上面は超音波ゼリーを介してラット２の腫瘍２０の下面に接している。超音波無反射板６が、体内定在波防止のため、X線照射装置１とテーブル３との間に配置されている。超音波ビームの伝送のためにアコースタンド７が超音波無反射板６とテーブル３との間に介設されている。
【００４０】
５００ｋHｚの周波数をもつ超音波ビームがプローブ４から腫瘍２０の全体に照射された。この超音波ビームは、癌組織にて１W/平方ｃｍのエネルギー密度を有している。超音波ビームは１０分間連続照射された。腫瘍内にNOセンサ及び温度センサを刺入することにより、腫瘍内の一酸化窒素濃度（D)及び温度（T)が測定された。
【００４１】
まず、加温が実施されない非加温事例における癌組織の温度（T)及び癌組織内のNO濃度（D)の時間変化が測定された。温水管への温水の供給は、バルブにより停止されている。図２は、この非加温事例における温度（T)及びNO濃度（D)の時間変化を示すタイミングチャートである。温度（T)及びNO濃度（D)は、超音波ビームの照射とともに増加し、照射の停止により急速に低下した。
【００４２】
次に、加温が実施される加温事例における癌組織の温度（T)及び癌組織内のNO濃度（D)の時間変化が測定された。温水管に温水が供給された。温水の温度は約６０℃である。図３は、この加温事例における温度（T)及びNO濃度（D)の時間変化を示すタイミングチャートである。まず、温水供給により、癌組織の温度（T）は、次第に上昇した。
【００４３】
次に、癌組織の温度（T)が約３３℃に到達した時、超音波ビームの照射が開始された。癌組織の温度（T)は、超音波ビームの照射直後から急速に上昇した。温度（T)が、約４５℃に達した時点で、超音波ビームの照射が停止された。超音波ビームの照射停止により、温度（T)は約３５℃に低下し、その後、温水による加温により緩やかに上昇した。
【００４４】
NO濃度（D)は、超音波ビームの照射直後から非常に急速に上昇した。NO濃度（D)は、超音波ビームの照射開始時点から約３分後に最高濃度値に達した。その後、NO濃度（D)は、急速に低下した。
【００４５】
図２及び図３によれば、超音波ビームにより腫瘍内に生じるNO濃度は、腫瘍温度を加温することにより改善されることがわかった。その真の理由は、本発明者にとって未だ不明である。ただし、腫瘍温度が約４３-４４℃に達すると、腫瘍内のNO濃度が急激に低下するという事実は、腫瘍内のNO産生に癌細胞自身の生理活性が影響していることを示唆している。
【００４６】
言い換えれば、体温を超える癌組織の加温は、超音波ビームによるNO産生に有効であることがわかった。さらに、癌組織の温度が癌細胞急速死滅温度（たとえば４４℃）に達すると、このNO産生がほぼ停止することがわかった。
【００４７】
結局、NO増感式X線治療法において、癌組織を加温することにより、癌組織内の一酸化窒素濃度を増加できることが理解される。また、３９-４４℃、さらには４０-４３℃の好適温度範囲をもつ腫瘍にNO産生用の超音波ビームを照射することが、NO濃度の増大のために好適であるがわかった。
【００４８】
癌領域の加温は、少なくともNO産生用の超音波ビームの照射前に実施されることが重要である。これにより、NO産生用の超音波ビームの照射を開始した時点（Tｓ）の直後から、一酸化窒素は急速に発生し、かつ、一酸化窒素濃度の最高値も大幅に高くなる。
【００４９】
もちろん、NO産生用の超音波ビームの照射期間においても、上記好適温度範囲を維持するために、加温を行うことができる。しかし、NO産生用の超音波ビーム自身も癌領域に熱エネルギーを与えるため、NO産生用の超音波ビームの照射期間内における加温の必要性は相対的に小さい。
【００５０】
次に、NO産生用の超音波ビームを癌組織に照射する時、癌領域内の一酸化窒素濃度は、比較的短期間であるピーク期間（Tp)をもつことが判明した。腫瘍を加温しないケースによれば、このピーク期間(Tp)は、超音波ビーム照射を終了する時点の近傍に生じる。腫瘍を加温するケースによれば、このピーク期間(Tp)は、超音波ビーム照射開始時点（Tｓ）から所定時間遅れて生じる。ただし、図２及び図３を参照すれば、加温により、一酸化窒素濃度のピーク期間が早期に始まることが理解される。
【００５１】
腫瘍温度により、ピーク期間(Tp)の時間的な中心位置が移動する事実は、重要である。X線照射の期間は、NO産生用の超音波照射期間（Tx)よりも短い。一般にX線照射期間は２-４分であり、NO産生用の超音波照射期間は、１０-１５分である。このことは、発生する一酸化窒素濃度のピーク期間に合わせてX線の照射を実施することにより、最高の癌治療効果が得られることを意味する。
【００５２】
好適には、一酸化窒素濃度の最高点を含むピーク期間(Tp)は、X線照射期間と一致する長さをもつ。このピーク期間(Tp)は、種々の方法により決定することができる。第１の方法は、腫瘍の温度又は一酸化窒素濃度を検出し、それに基づいて、一酸化窒素濃度が最高となる時点を推定することである。ピーク期間(Tp)は、この一酸化窒素濃度が最高となる時点を含んで設定することができる。
【００５３】
他の方法によれば、体温、室温、加温装置が発生する熱流量、NO産生用の超音波ビームが発生する熱流量、X線が発生する熱流量などから、ピーク期間(Tp)が推定される。言い換えれば、NO産生用の超音波ビームの照射開始時点（Ts)とX線照射開始時点の間に、最適な遅れ時間が設定される。これにより、X線照射量や超音波ビーム照射量の増大を抑止しつつ、癌治療効果の極大化を実現することができる。
【００５４】
本発明者らは、腫瘍の加温、特にNO産生用の超音波ビームを照射する前に行う腫瘍の予備加温を実行するための手段について考察した。いわゆる超音波ハイパーサーミアとして知られる公知の癌治療方法は、腫瘍を長時間にわたって高温に維持することにより、癌細胞を熱壊死させる癌治療法である。ただし、この超音波ハイパーサーミアは、正常細胞の熱壊死を防止する必要があるため、実際の運用は非常に難しいという問題を有している。
【００５５】
この超音波ハイパーサーミア法と同様に、腫瘍の予備加温を超音波ビームで行うことができる。しかし、この超音波ビームを用いた予備加温は、NO産生と加温との両方を超音波装置で実行できるため、装置構成を簡素化できる利点がある。ただし、この予備加温を超音波ビームにより行う場合、加温用の超音波ビームとNO産生用の超音波ビームとの両方が、癌組織に隣接する正常組織に照射される。超音波ビームによる正常組織のダメージを減らすため、加温用の超音波エネルギーとNO産生用の超音波エネルギーとの合計を低減することが、好ましい。
【００５６】
本発明者らは、上記観点から、超音波ビームの周波数を変更して、一酸化窒素産生量を調べた。その結果、図４に示す。図４は、超音波ビームの周波数と一酸化窒素産生量との関係を示すグラフである。実験条件は、上記と同じである。NO産生のためには、１MHz以下とすることが好適なことが理解される。ただし１００kHz以下ではキャビテーション効果が出現し、生体に音響的な悪影響を与えるので、NO産生用の超音波ビームとしては、１００ｋHz-１０００kHzの周波数範囲が好適である。
【００５７】
図５は、１MHｚの周波数をもつ超音波ビームが照射された事例における一酸化窒素濃度（D)及び腫瘍温度（T)を示す。ただし、加温は実施されない。実験条件は、図２、図３に示される事例と同じである。図２と図５との比較により、以下の事実が判明した。まず、周波数が５００kHzである超音波ビームは、周波数が１０００kHｚである周波数である超音波ビームよりも、高い一酸化窒素濃度を実現することができる。しかし、周波数が１０００kHｚである超音波ビームは、周波数が５００ｋHｚである超音波ビームよりも、腫瘍加温効果が高い。
【００５８】
結局、加温のためには、周波数が高い超音波ビームをもつことが好適である。具体的には、１MHz-１０MHzの超音波ビームを採用することが好ましい。これにより、超音波ビームの出力を増大することなく、加温効果を向上することができる。
【００５９】
NO増感式放射線癌治療システムの好適な運転例によれば、１００ｋHz-１０００kHzの加温用超音波ビームを腫瘍に所定時間照射することにより、腫瘍が効率よく予備加温される。好適には、この加温により、腫瘍は、３９-４３℃の温度をもつ。
【００６０】
次に、１００ｋHz-１０００kHzのNO産生用の超音波ビームを腫瘍に所定時間照射することにより、腫瘍内に効率よく一酸化窒素を発生させる。次に、腫瘍内の一酸化窒素濃度がピークレベルとなるピーク期間(Tp)において、X線が照射される。その結果、X線及び超音波ビームの照射量を増大させることなく、癌治療効果を極大化することができる。なお、X線の代わりに、ガンマ線などを採用してもよい。
【００６１】
装置構成例
次に、このNO増感式放射線癌治療システムの好適な装置構成例が図６に示されるブロック図を参照して説明される。図６に示されるNO増感式放射線癌治療システムは、図１に示される実験装置と本質的に同じである。X線照射装置１は、テーブル３の上方に配置される。超音波ビームを照射するプローブ４は、テーブル３の下方に配置される。
【００６２】
プローブ４の上端面には、超音波振動子（図示せず）が装着されている。この超音波振動子は、発振回路８からの高周波電力により所定周波数の超音波ビームを上方へ照射する。プローブ４及び発振回路８は本発明で言う一酸化窒素用の超音波NO発生装置及び超音波加温装置を構成している。
【００６３】
本発明で言う制御装置を構成するコントローラ９は、X線照射装置１及び発振回路８を制御する。これにより、X線照射期間、NO産生用の超音波ビームの照射期間及び加温用の超音波ビームの照射期間が制御される。もちろん、X線や超音波ビームの強度を制御することもできる。
【００６４】
運転制御例
コントローラ９により実行される運転制御例が図７に示されるフローチャートを参照して説明される。まず、ステップS１００にて、必要な情報が図略のセンサからコントローラに読み込まれる。この情報としては、オペレータにより設定されるX線照射期間（＝ピーク期間(Tp)）、加温用超音波ビーム照射期間、NO産生用超音波ビーム照射期間、X線の強度、加温用超音波ビームの周波数及び強度、NO産生用超音波ビームの周波数及び強度が挙げられる。
【００６５】
その他、検出された室温などの情報が入力される。この実施例では、加温用超音波ビームの周波数は１MHzであり、その照射エネルギー密度は１W/１平方ｃｍである。同様に、NO産生用超音波ビームの周波数は５００ｋHzであり、その照射エネルギー密度は１W/１平方ｃｍである。
【００６６】
コントローラ９は、これらの情報と、腫瘍内の一酸化窒素濃度の時間変化曲線との関係を示すテーブルを有している。次に、ステップS１０２にて、ステップS１００で収集された情報をこのテーブルとを用いて、NO産生用超音波ビームの照射開始時点からピーク期間(Tp)の開始時点までの遅延時間が決定される。つまり、ステップＳ１０２は、本発明で言うピーク期間推定部を構成している。
【００６７】
次に、ステップS１０４にて加温用超音波ビームを照射することにより予備加温が開始される。次に、ステップS１０６にて、この予備加温期間が終了したかどうか判定される。予備加温期間が終了したら、ステップS１０８にて、NO産生用超音波ビームの照射が開始されるので、一酸化窒素濃度が急速に増加する。
【００６８】
次に、ステップS１１０にて、一酸化窒素濃度が最も高い期間であるピーク期間(Tp)が開始されたか否かが判定される。ピーク期間(Tp)が開始されたら、ステップS１１２にてX線の照射を指令する。次に、ステップS１１４にて所定のX線照射期間が終了したか否かが判定され、終了したらルーチンが終了される。つまり、ステップＳ１１２、Ｓ１１４は、本発明で言う放射線照射指令部を構成している。その結果、上記運転制御を実行することにより、X線及び超音波ビームの照射強度や照射時間を増加することなく、優れた癌治療成績を実現することができる。
【００６９】
変形制御例
上記装置の構成及び運転制御は、種々の変形例をもつことができる。たとえば、直接検出された腫瘍温度や腫瘍内の一酸化窒素濃度に基づいて、NO産生用超音波ビームの照射開始時点からピーク期間(Tp)の開始時点までの遅延時間を設定することができる。加温用超音波ビームの照射は、NO産生用超音波ビームの照射開始後も、実施されることができる。
【００７０】
プローブ４の説明
この実施例で用いたプローブ４が、図８を参照して説明される。図８は、プローブ４の先端部を示す模式斜視図である。プローブ４の先端には、加温用の超音波振動子４１と、NO産生用の超音波振動子４２とが設けられている。超音波振動子４１は１MHzの超音波ビームを出力し、超音波振動子４２は５００ｋHｚの超音波ビームを出力する。
【００７１】
プローブ４の変形例が、図９を参照して説明される。図９は、プローブ４の先端部を示す模式斜視図である。プローブ４の先端には、加温用の超音波振動子４３と、NO産生用の超音波振動子４４とが設けられている。それぞれ輪状に形成された加温用超音波振動子４３及びNO産生用超音波振動子４４は、同軸配置されている。
【００７２】
加温用超音波振動子とNO産生用超音波振動子とを交互に駆動することができる。高周波の超音波ビームを出力する加温用超音波振動子は、低周波の超音波ビームを出力するNO産生用超音波振動子を兼ねることができる。言い換えれば、共通の超音波振動子に印加する発振電圧を切り換えることにより、共通の超音波振動子から加温用超音波ビームとNO産生用超音波ビームとを時間順次に出力することができる。さらに、超音波ビームを焦点に収束させるために、超音波振動子の形状や配列を変更することも可能である。プローブ４にＸ線ビームが通過する孔を設けてもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１  X線照射装置
２  ラット
３  テーブル
４  プローブ
５  アコースタンド
２０  腫瘍
６  超音波無反射板
７  アコースタンド
８  発振回路
９  コントローラ
４１-４４  超音波振動子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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