はじ「物理，苦手なんだよね」という人は少なくないのではと思います．
百科事典によれば，“物理学とは，自然科学のなかで，主に無めに生物界の現象を量的関係として把握し，これを支配する根本法則を数式で表現して数学的に推論することを特徴とするもっとも基本的な部門”とのことです．物の理（ことわり）が理解できる基本法則は素晴らしく，「おもしそうだ」「勉強したい」とは思うのですが，数式が出てきた時点で何となく腰が引けて先に進めなくなり，「ここから先は専門家にお任せしよう」と思ってしまうのが私のような凡人の思考回路です．
放射線治療には，臨床医学の知識とともに，放射線生物学，放射線物理学の知識が必要です．放射線治療の教科書をつくるにあたって，放射線物理学の部分は，医学物理士や診療放射線技師の資格をおもちの先生方に執筆を依頼しますが，医師や看護師，放射線治療に馴染みのない診療放射線技師などからは，「出だしからむずかしくて理解できない」との声が聞かれたりします．もちろん，物理大好き，大得意で物理学者になろうか迷った医師などもいらっしゃるのは知っていますが，本書は私のよ
うな物理の理解が今ひとつ心配な人のために，放射線治療の物理を基本から親しみやすく解説しようと企画した書籍です．

今回，放射線治療物理学の解説で，水の中の生き物たちに登場してもらいました．
“スイスイわかるといいな”という期待を込めています．
水の中の生き物が解説する図を左ページに配し，右ページではその現象のわかりやすい解説を心がけました．さ
まざまな魚や水の中に暮らす生き物たちが，身をもって物理現象や，放射線治療物理学の基礎的事項を説明してくれます．数式をなるべく使わず，専門用語を日常の言葉に噛み砕き解説したつもりです．
苦手意識をもちがちな放射線物理学について，学部学生から，すでに放射線治療に携わっているメディカルスタッフまでが，「絵も可愛いし面白いし，読み物として1冊手元においておきたいな」と思える書籍を目標に制作しました．
第1章では放射線物理学の基礎を解説，第2章では加速器などの医用放射線発生装置を説明，第3章では放射線治療計画にかかわる用語などを解説し，第4章では放射線の照射法を物理面から解説，第5章では放射線治療の品質管理について医学物理学的な切り口で解説しています．
本書が，放射線治療にかかわる多くの方々のお役に立つことを願っております．
編者代表

唐澤久美子
東京女子医科大学放射線腫瘍学講座 教授・講座主任

スイスイわかる放射線治療物理学

1

第 章

C O N T E N T S

放射線物理学の基礎
放射線の種類 田中創大，小澤修一，黒河千恵

電離放射線 …10 電磁波 …12 粒子線 …14陽子線と炭素イオンの差 …16 低／高LET 放射線 …18 RBE …20

光子と物質の相互作用

田中創大，黒河千恵

光電効果 …22 コンプトン散乱 …24 電子対生成 …26

電子と物質の相互作用

西岡史絵，河原大輔，小澤修一，黒河千恵

弾性散乱 …28 衝突損失 …30 放射損失 …32
チェレンコフ放射 …34 電子対消滅 …36 飛程 …38
放射性崩壊 …40 半減期 …42

荷電粒子と物質の相互作用／中性子と物質の相互作用
西岡史絵，黒河千恵

弾性散乱と非弾性散乱 …44 核破砕／中性子捕獲 …46

放射線の量と単位

田中創大，河原大輔，小澤修一，黒河千恵

相互作用係数とそれに関する量 …48
線量計測に関する量 …50 グレイ（Gy）…52 ベクレル（Bq）…54

吸収線量計測の原理

西岡史絵，黒河千恵

線量計 …56 電離箱線量計の校正 …58
光子線・電子線・荷電粒子線の吸収線量計測 …602

第 章

医用放射線発生装置
X 線・電子線治療装置 中村哲志，西尾禎治

線形加速器 …64 線量モニター …66
多分割コリメータ（MLC）…68 位置決め透視装置 …70
CBCT 装置 …72

陽子線・重粒子線治療装置



松崎有華，西尾禎治

イオン源・入射器 …74 サイクロトロン …76
シンクロトロン …78 シンクロサイクロトロン …80
回転ガントリ …82 照射器 …84

加速器型ホウ素中性子捕捉療法装置

中村哲志，西尾禎治

中性子発生ターゲット装置／中性子減速材 …88

放射性同位元素利用治療装置 
コバルト照射装置 …92 ガンマナイフ …94
小線源治療装置 …96

松崎有華，西尾禎治

3第 章

放射線治療計画
計算アルゴリズム

角谷倫之，三浦英治，熊祐

モデルベース（convolution 法, superposition 法）…100
モンテカルロ法 …102

深部線量百分率（PDD）



角谷倫之，三浦英治，熊祐

角谷倫之，三浦英治，熊祐

角谷倫之，三浦英治，熊祐

角谷倫之，三浦英治，熊祐

角谷倫之，三浦英治，熊祐

光子線治療 …104 電子線治療 …106
重荷電粒子線治療 …108

多分割コリメータ（MLC）



ペナンブラ …110 tongue & groove …112
SMLCとDMLC …114

線量処方法

点線量処方（アイソセンタ処方）…116
体積線量処方（D 95％，D 50%）…118

標的体積

標的体積 …120

放射線治療計画に関わる装置 放射線治療計画装置（RTPS）…122
放射線情報システム（RIS）…124

4

第 章

放射線の照射法
強度変調放射線治療（IMRT） 恒田雅人，小澤修一

強度変調放射線治療（IMRT）…128
VMAT（強度変調回転放射線治療）…130
強度変調放射線治療の線量分布図 …132
インタープレイエフェクト …134
強度変調放射線治療における品質管理 …136

定位放射線治療河原大輔，小澤修一

脳の定位手術的照射（SRS）と定位放射線治療（SRT）…138
体幹部定位放射線治療（SBRT）…140

画像誘導放射線治療（IGRT） 石原佳知，小澤修一

画像誘導放射線治療（IGRT）…142
誤差（intra-fractional error，inter-fractional error）…144
IGRTの品質管理 …146

高エネルギーX 線治療・γ線治療

高エネルギーX 線治療 …148 高エネルギーγ線治療 …150

小澤修一

陽子線・重粒子線治療

恒田雅人，小澤修一

陽子線治療と重粒子線治療 …152
ブロードビーム法 …154 スキャニング法 …156

ホウ素中性子捕捉療法（BNCT）

石原佳知，小澤修一

ホウ素中性子捕捉療法（BNCT）…158

呼吸性移動対策恒田雅人，小澤修一

腫瘍輪郭の描出 …160 照射テクニック …162
呼吸性移動対策の実際 …164

全身照射（TBI）



河原大輔，小澤修一

全身照射（TBI）…166 さまざまな照射法 …168

密封小線源治療

石原佳知，小澤修一

密封小線源治療 …170 治療計画，IGBT …172
密封小線源治療における品質管理 …174

内用療法（非密封小線源治療） 河原大輔，小澤修一

RI 内用療法 …176 退出基準 …178

5第 章

放射線治療の品質管理
許容レベルと介入レベル椎木健裕，中村光宏

許容値とレベル …182
投与線量の不確かさと空間位置の不確かさ …184

受入試験とコミッショニング 椎木健裕，中村光宏

ビームデータ取得 …186 モデリング …188
受入試験とコミッショニング …190
MU 独立検証 …192

定期的な品質管理

椎木健裕，中村光宏

AAPM TG-142とQA プログラム …194

放射線治療のインシデント対策と質の維持 椎木健裕，中村光宏

治療計画 …196 情報伝達 …198
ヒューマンエラー …200 第三者評価 …202
さくいん

…204

本書では物理をより身近に感じていただくために，理解しやすいと思われる解説を優先している場合や，比喩などで表現している場合があります．厳密な内容をお知りになりたい方はそれぞれの物理学の専門書をご覧ください．

●編集

唐澤久美子

東京女子医科大学放射線腫瘍学講座 教授・講座主任

西尾禎治

大阪大学大学院医学系研究科保健学専攻				医療画像技術科学分野生体物理工学講座 医学物理学研究室 教授

小澤修一

広島がん高精度放射線治療センター 医学物理士長

●執筆者
（掲載順）

田中創大

量子科学技術研究開発機構 量子医学・医療部門 放射線医学総合研究所 研究員

西岡史絵

京都第二赤十字病院放射線治療科 博士（理学）/ 医学物理士

黒河千恵

順天堂大学保健医療学部診療放射線学科 准教授/ 医学物理士

松崎有華

元・神奈川県立がんセンター物理工学科 博士（工学）中村哲志

国立がん研究センター中央病院放射線品質管理室 医学物理専門職

西尾禎治

前掲

角谷倫之

東北大学病院放射線治療科 助教

三浦英治

広島がん高精度放射線治療センター 医学物理士

熊埼玉医科大学国際医療センター放射線腫瘍科 講師/ 医学物理士

祐

恒田雅人

東京女子医科大学医学部放射線腫瘍学講座 助教/ 医学物理士

石原佳知

日本赤十字社和歌山医療センター放射線治療部医学物理課 博士（医学）/ 医学物理士

河原大輔

広島大学病院放射線治療科 病院助教/ 医学物理士

小澤修一

前掲椎木健裕山口大学大学院医学系研究科放射線腫瘍学講座 講師/ 博士（工学）中村光宏

京都大学大学院医学研究科人間健康科学系専攻情報理工医療学講座
医学物理学分野 准教授

1

第 章

放射線物理学の基礎

放射線の種類
電離放射線
たとえば放射線をタコスミ，原子核をウニ，軌道電子をウニの子とします．タコスミの勢いでウニの子が流されました．これは放射線により軌道電子が飛ばされる電離にたとえられます．

ウニの子（幼生）

ウニ10もっと詳しく
医療に用いられる放射線を図1に示しました．放射線は主に原子または原子核の

1

章ます．電離作用とは原子に拘束されている軌道電子を弾き飛ばす作用をさし，電離第崩壊の過程により発生します．電離作用（図2）を及ぼす放射線を電離放射線といい作用を通じて電離放射線は物質にエネルギーを与えます．放射線医学では電離放射

X線

電磁波

放射線物理学の基礎線のことを一般に放射線といいます．
診断用・治療用

γ線
中性子線

非荷電粒子線

電子線

荷電陽子線

治療用

重粒子線
（ヘリウム線・炭素線等）

図1 医療に用いられる放射線
電子放射線

原子核

図2 電離作用

臨床につなぐ

診断用放射線として，X 線はX 線撮影やCT 撮影に用いられ，γ線はSPECTやPETに用いられます．一方で治療用放射線は，図1にあげた幅広い種類の放射線が用いられます．

放射線の種類──電離放射線

11

2

第 章

医用放射線発生装置

放射性同位元素利用治療装置
ガンマナイフたとえばアンコウを線源，カニをがん細胞とします．ガンマナイフは，200匹のアンコウが半球面上のそれぞれの穴から中心のカニに向かって光（放射線）を照らす（照射する）ことにたとえられます．
みんなで照らすよ〜！
200匹のアンコウがきれいに整列

ピカッ

1匹の小さいカニのみ
明るく照らすどこを見てもまぶしいよ〜＞＜

ガンマナイフの装置は，200個近くのコバルト線源を半球面上に配置し，半球面の中心点に向かって放射線が集中するように各コバルト線源のところに開閉可能な穴が付いています．

94

もっと詳しく
ガンマナイフ（図1）は約200個の60Co（コバルト60）線源からのγ線を4〜16mmにおのおのを細くコリメートして一点に集中して照射する装置です．装置は線源格納部，タングステン製のコリメータ，位置決めシステムで構成されます．線源格納部
第は円錐状で5列に線源が装備されており，さらに同心円上に8つのセクターに分か2章れています．コリメータは複数の異なる径を持ち，γ線を円形に絞ることができます．線源の8つのセクターは独立して前後に動きます．腫瘍の形状に合わせてコリ医用放射線発生装置

メータ径を選択するか，ビーム経路に危険臓器がある場合は線源をブロックでき，1度の照射でさまざまなビーム径やシールドの組み合わせが可能です．治療台に寝た患者は定位フレームの4本ピンで頭蓋骨をしっかり固定することで，0.1〜0.5mmのγ線照射位置精度で治療することができます．最新型のガンマナイフでは，搭載されたCBCT（cone-beam computed tomography：コーンビームコンピュータ断層撮影）装置で位置決めが可能となり，さらに，照射中の患者の体動を赤外線によって監視することで，動いた場合はただちに照射を停止する機能が搭載されてコリメータ径（1）
線源ブロックコリメータ径（2）コリメータ径（3）治療計画例
セクター128 1311337 1
1 3BB
113336 2 45
コリメータ径（1） コリメータ径（3）＋＋コリメータ径（2）
シールド

コリメータ

います．そのため，定位フレームを使わずにプラスチックマスクとヘッドクッションによる簡易な固定方法が可能となり，患者への負担が大きく低減したことで分割照射も容易になりました．

ひとこと

線源セクター
5列に並んだ線源

図1 ガンマナイフ

約200個の60Co 極小線源をドーナツ状に配置し，一点に集中して照射する装置．

発明者の脳神経外科医 ラース・レクセル教授は，「radiosurgery! まるでメスで切り取ったようです
ね」と言ったようです．
引用・参考文献
1) 西臺武弘：放射線治療物理学 第3版，文光堂，2011
2) 上坂充ほか監：医学物理の理工学 上巻，養賢堂，20123)Jagdish P. Bhatnagar，et al.：First year experience with newly developed Leksell Gamma Knife® Perfexion™，J
Med Phys 34(3)：141-148，2009

放射性同位元素利用治療装置──ガンマナイフ95