がん患者 QOL 向上を目指す超小型陽子線がん治療装置の開発進捗

古川卓司

Furukawa Takuji

で，建設には広大なスペースが必要とされてきまし1 はじめにた。装置の大きさに比例して建設費も高くなるため，がん治療には外科手術，化学療法，放射線治療，導入費用は 50〜100 億円とも言われています。こう免疫療法等があります。この中の放射線治療においした高い導入障壁こそが「副作用が少なく，体に優ては，健康な正常細胞へのダメージを最小にとどめしい治療法」と言われる陽子線がん治療の普及を妨ながら，がん細胞を駆逐するために，線量を患部にげているのです。
実際，近年の保険適用の拡大と共に患者数は増え集中させることが重要となります。
陽子線治療は，放射線治療の一種で，水素の原子ており，今後も増加が予想されていますが，陽子線核に含まれる陽子を光速の 6 割程度まで加速し，ががん治療を受けられる患者数は，放射線治療全体のんの病巣に照射する治療法です。現在の放射線治療中でたった 1％にすぎません。X 線治療施設が全国で一般的に用いられるフォトン（X 線）は，体表面で 約 800 施 設 あ る の に 対 し， 陽 子 線 治 療 施 設 は付近で与える放射線量（以下，線量）が最も大きく，19 施設と圧倒的に数が少なく，陽子線治療を受けその後，到達深度と共に減少していくため病巣の前る患者も決して多くはありません。日本国内で年間後にある正常組織にも線量を与えてしまいます。一方，陽子線では，ある深さにおいて線量が最大になる物理特性（ブラッグピーク：図 1 参照）を活かし，狙った病巣でのダメージを最大化することができます。このため，陽子線治療は，病巣に対してピンポイントに線量を与えながら，正常組織への影響を最小限に抑えることのできる副作用が低い治療法です。放射線治療では，副作用を低減するために回転ガントリーと呼ばれる機構が多く用いられています。回転ガントリーでは，任意の方向から放射線を照射することで，できる限り正常組織に与える線量を抑えつつ病巣への線量集中性を高めることが可能となり，陽子線がん治療においても必須のものです。
しかし，回転ガントリーを含む陽子線治療装置は，3 階建てビルとほぼ同じ高さにもなる巨大なもの
2

図1� 線治療と陽子線治療との線量分布の違い
1 X� � � � � � � � � � � � � � � � � �X

本資料は株式会社ビードットメディカル社のノウハウ及び知的財産を多く含むため、当社の許可無く対外的に参照・配布しないようお願い申し上げます。
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Isotope News

2023 年 2 月号

No.78511図2

放射線治療装置ごとのサイズ比較� 2� � � � � � � � � � � � � � �

開発した 2 種類の電磁石のみでこれを実現しました。
100 万人ががんになる時代に，陽子線治療患者数は
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3年間 4179 人 1）
（2021 年）しかおらず，ごく一部のT his mat er ial is conf ident ial and t he pr oper t y of B dot Medical Inc.

人にしか陽子線治療が届いていないというのが現状

磁石を通過して適切な角度で偏向電磁石に入射しまです。

す。続いて，偏向電磁石内で発生する特殊な磁場形

図 3 で示すように，加速された陽子線は，振分電状により，陽子線は入射角度に応じた曲線を描いて2 超小型陽子線がん治療装置の実現に向けて運動し，どの角度から陽子線が入射されても治療室の基準点（アイソセンタ）に向けて照射することがこういった現状を踏まえ，圧倒的にコンパクトな可能となります。一方，こうしたビーム軌道をコン超小型陽子線がん治療装置による課題解決に取り組パクトに成立させるためには，非常に強い磁場を用んでいます。従来装置に比べ高さ 1/3，重さ 1/10いなくてはなりません。そこで，偏向電磁石に最新まで小型化し，陽子線照射装置は X 線治療装置との超伝導技術を採用することで特殊な磁場形状を生同程度のサイズを実現しました（図 2 参照）。装置成することに成功しました。本治療装置のコア技術の小型化により必要スペースを大幅に削減し，それである超伝導電磁石の開発はすべて自社内で実施に伴って装置価格や建設費用も軽減が見込めるた

し，2021 年 6 月には試作機での超伝導転移を確認

め，これまでスペースや導入コストが原因で導入をしました。

見送っていた病院が再度検討できるようになります。この超小型陽子線がん治療装置は，「非回転ガントリー®」と「短尺型スキャニング電磁石」という 2 つの独自技術を用いて実現しました。
2.1.

超伝導技術を用いた回さないガントリー

まず，装置小型化のためには回転するガントリー構造からの脱却が必要だと考え，巨大な機構を回転させずに陽子線を任意の角度から照射する「非回転ガントリー®」を考案しました。回転させずに任意の角度から照射するためには，磁場を用いて陽子線の軌道が弧を描くように曲げ，円弧の大きさを自在に変更することが必要となります。筆者は，独自に412Isotope News

2023 年 2 月号

No.7853 � � � � � � � � ®ﬂの原理� � � （特許� � � 6 36364141
6 4 1 4 1 � 特許公報より）
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図 3 �非回転ガントリー
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2.2.

原理実証試験では，RCNP の東実験室に設置した短尺型スキャニング電磁石

本治療装置では，高精度な照射技術としてスキャ

本治療装置（図 6 参照）を用いて，AVF サイクロニング照射法を採用しています。スキャニング照射

トロンから出射された陽子線を非回転ガントリー®

法では，細いビームをスキャニング電磁石で走査し，に入射し，偏向電磁石内で発生する強力な磁場に腫瘍を塗りつぶすように位置を移動させながら照射

よって任意の角度に陽子線が曲げられることを確認を行うため，複雑な形をした病巣にも正確に照射すしました。図 7 で示すとおり，アイソセンタを中心ることが可能です。また，肺や肝臓，膵臓等呼吸にとして指定した角度ごとに陽子線が照射されている

伴って動く臓器に対しても，患者の呼吸周期に合わことが分かります。角度の調整分解能としては約せて照射することで，より精度の高い照射を実現し0.1°を達成することができ，陽子線の強度変調照射ています。

（IMPT）にも十分対応可能であることが証明されま

従来のスキャニング照射では，病巣に対して水平した。

次に，詳細なビーム調整を実施し，薬機申方向と垂直方向でそれぞれ別々にビームを走査する請にも必要となるビーム性能に関するデータを取得

ため 2 台の電磁石が必要であり，照射装置からアイしました。異なる角度で照射する際には，偏向電磁ソセンタまでの距離は約 3 m もありました。そこで，石内で陽子線が受ける磁場の影響がその角度ごとにコイル巻線製造技術を工夫することで，1 台の電磁異なるため，アイソセンタにおけるビームのサイズ石のみで水平垂直両方向に走査できるような配置をや形状に変化が生じます。これらを一定に保つべく，考案しました。その結果，図 4 に示すように，照射ビーム輸送ラインに設置した各種電磁石を用いて機器からアイソセンタまでの距離は約 1 m まで短縮

ビーム光学設計に基づく最適化を行いました。これすることに成功し，一層の小型化を達成しました。

らのビーム調整手法により，複数の角度におけるビーム位置やビームサイズは規格に準じた値（1〜2 mm）に十分適合することが分かり，装置を導入

3 原理実証及び薬機申請向け試験した際の現地試験工程をできる限り短縮することも本治療装置のビームを用いた原理実証試験は，可能となりました。

2022 年 5 月，大阪大学核物理研究センター（RCNP：
図 5 参照）にて行いました。RCNP は，AVF サイクロトロン及びリングサイクロトロンからなる加速器施設を擁した国際共同利用・共同研究拠点であり，大学附置の加速器としては国内最大となります。今回の原理実証は，RCNP が推進する国際共同利用・共同研究拠点の取組みの一環として実施したもの
で，アップグレードした AVF サイクロトロン 2）の

図56

� 5 RC NP� � � � � � � � � � � �RCNP サイクロトロン施設配置図
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ビームを初めて利用する実験研究としても位置付けられています。

図45

照射機器のサイズ比較� 4 � � � � � � � � � �

図6

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� 6 � � � � � � � � � � � � � � � � �
超小型陽子線がん治療装置の外観写真

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2023 年 2 月号

No.78513

図78

照射角度ごとの相対線量分布� 7

図8� � � � � � � � � � � � �

アイソセンタに設置した円盤状の薄型シンチレータに陽子線を照射しCCD
9カメラ 3）で撮影したもの。画像の輝度分布は、図中矢印の方向から照射した陽子線の線量を示しており、照射角度に沿って発光しているのが分かる� 8� � � � � � � � � � � � � � �
スキャニングのサンプル照射結果

アイソセンタに設置したガフクロミックフィルムに陽子線を照射したもの。フィルムが黒く発色している部分が陽子線を照射した領域

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スキャニング照射では，複雑な制御シーケンスをおいても，放射線治療における最大の市場であるア

正確かつ高速に行うことが重要であるため，ビームメリカを中心として，早々に展開を進めていくべく調整に続き，スキャニング照射の制御ロジックに関準備を進めております。2020 年時点で世界に 111する検証を行いました。その結果，スキャン位置精あった粒子線治療（重粒子線治療を含む）施設は，度もすべてのスポット位置において 1 mm 以下を達2025 年には 186 施設にまで増加すると予測 5） され成し，高精度なスキャニング照射を実現することがておりますが，これをこの小型装置が大幅な上方修できました。また，及び照射ヘッド内に組み込まれ正を実現するものと考えています。これにより，筆ている線量モニタや位置モニタの検証を順次行い，者 ら の 掲 げ る PROTON for everyone

最終的にスキャニングの照射試験を実施しました

すべての陽子線治療を必要とする患者様に届くよう，（図 8 参照）。また，最近注目を集めている短時間で日本発の高い技術力をもって挑んでいく所存です。

を 実 現 し，の大線量照射法（FLASH 照射）に関しても，再結合等の基本性能についての確認を実施しており，近謝辞

い将来の実現が可能な見込みです。以上に述べてき本治療装置のビーム試験を行うに当たり，大阪大た最終確認として総合照射試験においては，測定結学核物理研究センターの中野貴志センター長をはじ

果が規格 JIS T 62667:2020 にすべて適合することをめ，福田光宏教授，青井考教授，その他センター関確認しました。なお，これら一連の試験では，筆者係者の皆様には多大なるご助力を賜りました。このが放射線医学総合研究所で長年にわたり研究してき場にて心より感謝申し上げます。

た照射性能の品質保証に関する技術4）を採用することで規格適合確認試験を短時間で実施することが

参 考 文 献できました。

1） 日本国内の粒子線治療施設の治療データ集計結果（1979 年〜2021 年），日本粒子線治療臨床研究会
2） Kanda, H., et al., Proceedings of the 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan, FROL08（2018）
3） Saotome, N., et al., NUCL INSTRUM METH B, 406,356-360（2017）
4） Furukawa, T., et al., Med. Phys., 37, 5672-5682（2010）5） Paul-Emmanuel Goethals, Proton Therapy World Market
Report & Directory Edition 2021, MEDraysintell（2021）

4 最後に
こ れ ま で， 陽 子 線 治 療 の 更 な る 普 及 を 目 指 し2019 年から本装置の開発を進めてきました。このたび開発した技術の原理実証に成功し，性能面においても規格に適合することが確認できました。
今後は，治療計画装置や位置決め装置とのインテグレーションを進め，国内における，本治療装置の1 日も早い製品販売開始を目指します。また海外に

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2023 年 2 月号

No.785（（株）ビードットメディカル）