ISSN 1345-5354

医 学 物 20理
20Japanese Journal of Medical Physics

Vol. 401

http://www.jsmp.org/

第 117 回日本医学物理学会学術大会特集

令和 2年

第40巻 1号

日本医学物理学会機関誌

目

次

巻 頭 言
「腫瘍の「顔」をとらえる―生物学的不均一性に応じた放射線治療の幕開け―」
特集号に寄せて蓑原伸一 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1〈第 117 回日本医学物理学会学術大会特集〉
シンポジウム：腫瘍の「顔」をとらえる―生物学的不均一性に応じた放射線治療の幕開け―
解説
機能と解剖を繋ぐ MRI―放射線治療への新たな展開―
飯間麻美，飯塚裕介，松尾幸憲，高山賢二，中本裕士，山本 憲，片岡正子，石守崇好，
溝脇尚志，富樫かおり . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

核医学による治療計画の最適化とリアルタイム治療イメージングへの展開
高橋美和子，山谷泰賀 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
腫瘍内低酸素変動の可視化と放射線生物学における意義
安井博宣，松元慎吾，稲波 修 , Murali Cherukuri Krishna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Radiomics による分子分類と治療戦略
内山良一 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
重粒子線治療の LET 修飾
稲庭 拓 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
解

8
13
19
23

説
米国医学物理学会タスクグループ 100 レポート
「放射線治療の品質マネジメントへのリスク解析法の適用」の概説

岡本裕之，太田誠一，川守田 龍，坂本昌隆，中村哲志，西岡史絵，株木重人，正井範尚，
水 野 統 文，古 谷 智 久，山 本 鋭 二 郎，飯 島 康 太 郎，伊 藤 芳 紀，勝 田 昭 一，黒 岡 将 彦，川村愼二，橘 英伸，遠山尚紀，中村 勝，峯村俊行，中山優子 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

国際学会参加記AOCMP 参加記
久保和輝 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
AOCMP 2019 参加報告
松田匠平 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
EPSM & AOCMP 2019 参加報告
中山雅央 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
書

3

28

35
37
39

評
『診療放射線基礎テキストシリーズ 放射線物理学』
桝田喜正 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
『放射線物理学』
阿部慎司 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

42

編集後記 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

44【複写される方へ】
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43

CONTENTS
PREFATORY NOTE
Preface to Special Issue Identify the Tumor: Approaching New Era
of Biologically Adaptive Radiotherapy

Shinichi MINOHARA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1〈Special Issue: The 117th Scientiﬁc Meetings of the Japan Society of Medical Physics〉
Symposium: Identify the Tumor: Approaching New Era of Biologically Adaptive
Radiotherapy
REVIEWS
MRI Connecting Functions and Anatomy: A New Bridge for Radiotherapy
Mami IIMA, Yusuke IIZUKA, Yukinori MATSUO, Kenji TAKAYAMA, Yuji NAKAMOTO,
Akira YAMAMOTO , Masako K ATAOKA , Takayoshi I SHIMORI , Takashi M IZOWAKI ,Kaori TOGASHI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
Nuclear Medicine for Optimized Treatment Strategy andReal-Time Therapy Imaging
Miwako TAKAHASHI, Taiga YAMAYA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8Imaging of Tumor-Speciﬁc Hypoxia Dynamics and Its Signiﬁcancein Radiation Biology
Hironobu YASUI, Shingo MATSUMOTO, Osamu INANAMI, Murali Cherukuri KRISHNA . . .
13Radiomics for Molecular Classiﬁcation and Treatment Strategy
Yoshikazu UCHIYAMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19Dose and Radiation Quality Optimized Heavy-Ion Radiotherapy
Taku INANIWA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23

REVIEW
Summary of the Report of Task Group 100 of the AAPM: Application of Risk
Analysis Methods to Radiation Therapy Quality Management
Hiroyuki OKAMOTO, Seiichi OTA, Ryu KAWAMORITA, Masataka SAKAMOTO,
Satoshi NAKAMURA, Shie NISHIOKA, Shigeto KABUKI, Norihisa MASAI,
Norifumi MIZUNO, Tomohisa FURUYA, Toshijiro YAMAMOTO, Kotaro IIJIMA,
Yoshinori ITO, Syouichi KATSUTA, Masahiko KUROOKA, Shinji KAWAMURA,
Hidenobu TACHIBANA, Naoki TOYAMA, Masaru NAKAMURA,
Toshiyuki MINEMURA, Yuko NAKAYAMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

REPORT OF INTERNATIONAL CONFERENCE
Report of AOCMP2019

28

Kazuki KUBO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35

Shohei MATSUDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

37

Masao NAKAYAMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

39

BOOK REVIEW. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

42

EDITOR S NOTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

44

Report of AOCMP 2019

Report of EPSM & AOCMP 2019

Jpn. J. Med. Phys. Vol. 40 No. 1: 1–2 (2020)

医学物理 第 40 巻 第 1 号

巻頭言「腫瘍の「顔」をとらえる―生物学的不均一性に応じた放射線治療の幕開け―」特集号に寄せて
第 117 回医学物理学会学術大会長

蓑原伸一
神奈川県立がんセンター物理工学科

2019 年 4 月の JRC2019 (JSMP117) での合同シンポジウと，座長をお願い申し上げた松藤成弘先生，篠藤誠先生にムの一つとして，医学物理学会からの提案で「腫瘍の「顔」

演者を推薦いただきました．その際にお願いしたのは，各をとらえる―生物学的不均一性に応じた放射線治療の幕開分野で中堅若手として活躍されている先生方に，次世代のけ―」を企画しました．大会のメインホールで開催された放射線診療に向けて忌憚のないご意見をご講演いただくこ

このシンポジウムには，医学物理関係者のみならず多くのとでした．

医師・診療放射線技師の参加があり，700 名を超えるほぼ満席に近いなかで，熱気のこもったシンポジウムとなりま

飯間麻美先生には「機能と解剖を繋ぐ MRI」として，放した．この関心の高かった講演について，出席できなかっ

射線治療での役割，特に各種の MRI 撮影法が腫瘍の不均一

た会員の方々にその内容を伝えるとともに，出席された方性のイメージングにどう役立つかを解説いただきました．

にはあらためて知識を整理し，次世代を見据えた今後の研最新の MRI 搭載ライナックが示す照射中のリアルタイム

究活動の参考にしていただきたいと考え，講演いただいた

画像のリアリティは，治療に関わる者に強いインパクトを先生方に解説原稿をお願い申し上げて特集号とし企画しま与えましたが，これに MRI 特有の各種撮影法が加わるこした．

とで，従来の IGRT とは異次元の展開が期待されます．

放射線診療の対象となる腫瘍が，均一でないこと（空間，高橋美和子先生には「核医学による治療計画の最適化と臓器，あるいは患者等の各レベルで）は誰もがわかっていリアルタイム治療イメージングへの展開」と題し，腫瘍のるつもりですが，一方，医学物理が深く関わる放射線治療

悪性度・浸潤範囲を PET でどうとらえるかを解説いただ

計画では CTV (clinical target volume), GTV (gross tumor

きました．さらに放射線治療直前・治療中の状況を動的に

volume), OAR (organ at risk) などと輪郭で囲んだ途端にそとらえる物理技術として Open PET を紹介いただきました．

のことを忘れがちです．さらにそのあとは商用治療計画ソ

従来のコーンビーム CT/in-room CT に続いて，現在 MRI

フトが，幾何学と物理の問題として解き，線量分布を提示

搭載ライナックが商用化されましたが，その先には PET 搭

します．もちろんこの標準化で放射線治療は大きく進歩し載型の放射線治療装置も期待されます．そこには従来の診たわけですが，一方，ベテランの放射線腫瘍医は腫瘍反応

断画像との Fusion 法とは異なる世界があるように思いまの不均一性を臨床的に経験していたと思います．ただこれす．

を物理の問題と結びつけるには，放射線応答から見た生物

安井博宣先生には「腫瘍内低酸素変動の可視化と放射線学的不均一性の定量化とその空間分布が必要となります．

生物学における意義」について執筆いただきました．腫瘍

そこでこのシンポジウムでは，①従来の幾何学的形状に内の低酸素と放射線抵抗性については，放射線生物学の最対する IGRT ／ Adaptive Radiotherapy ではなく，腫瘍／

初に学ぶことの一つかと思いますが，そこから先の研究最周辺正常組織の不均一性に対する Adaptive Radiotherapy

前線については，医学物理学会員の多くが知識に乏しいのの展開・可能性について，②腫瘍特性の空間分布の可視化ではないかと思います．低酸素が腫瘍細胞の遺伝子発現にと，それに対応した線量分布／ LET 分布の修飾に関した医大きく影響し，さらに腫瘍内に分単位・時間単位で増減す

学物理的アプローチ，を趣旨として企画しました．またキーる周期的低酸素が存在することなど．安井先生には ESR・

ワ ー ド と し て，Biological imaging, Functional imaging,

MRI を組み合わせた腫瘍内酸素分圧分布の動的なモニタ

Physiologic imaging, Multimodality, Tumor heterogeneity,リング法と，周期的低酸素への治療的アプローチを紹介いTumor hypoxia, Personalized radiotherapy, Radiomics,

ただきました．

Biological dose painting, Adaptive radiotherapy を 掲 げ

内山良一先生には「Radiomics による分子分類と治療戦ました．これらのキーワードやその概念は必ずしも新しい略」と題し，この分野の展開について俯瞰的に解説いただ

ものではありませんが，最新の知見をもとに再考し，次世きました． Radiomics, AI，あるいはデータサイエンスは代の物理技術と合わせて新たながん治療法に展開していた

JRC 大会においても最近のトレンドで，人気のあるセッ

だきたいとの思いで企画しました．

ションです．しかしながら技術革新の早いこの分野では，

本テーマは大会長であった私自身の強い思い入れのも目先の話題に振り回されがちです．そこでは未来を見据え
1

医学物理 第 40 巻 第 1 号

た全体像を常に意識しながら，個別の課題に取り組んでいる強度変調複合イオン照射法について紹介いただきました．

く必要があります．医学物理学会のなかでも今後さらに拡大していく分野ですが，若い会員の方には，内山先生が述各分野で活躍される先生方の 5 つの解説を，どれも同じべられている視点を是非学んで，新たな分野を切りひらいレベルで理解するのはかなり難しいですが，医学物理に求ていただきたいと思います．

められることの一つは，これらの研究知見の「ピース」を

4 人の先生には，それぞれの専門分野における最新のア

横断的に組み合わせて，新たなジグソーパズルを描くこと

プローチ・知見が，「腫瘍の生物学的不均一性」をどうとかと思います．もちろん最初は孔だらけのパズルでしょう

らえているかを解説いただきました．最後はこれらの知見し，また各ピースは，それより小さなピースからならパズを利用した新たな放射線治療法の一つとして，稲庭拓先生

ルでもあり，階層的です．各分野の専門家として新たなピーに「重粒子線治療の LET 修飾」について紹介いただきま

スを見つけ出すのも研究ですが，それらをうまく組み合した．「線量」のほかに，放射線の生物学的効果に関わる

わせて新たな解釈・治療法を組み上げるために「System「線質」の 2 つのパラメータを制御し，腫瘍の生物学的不Radiation Oncology」に基づくようなアプローチが今後は均一性に最適化した線量分布を形成するというものです．

大変重要になるだろうと思います．そのような観点からも，複数核種を用いて粒子線治療の持つポテンシャルを最大化す

この特集号の解説を通しで読んでいただけたら幸いです．

2

Jpn. J. Med. Phys. Vol. 40 No. 1: 3–7 (2020)

医学物理 第 40 巻 第 1 号

解説〈第 117 回日本医学物理学会学術大会特集〉
シンポジウム：腫瘍の「顔」をとらえる―生物学的不均一性に応じた放射線治療の幕開け―

機能と解剖を繋ぐ MRI―放射線治療への新たな展開―
飯間麻美 *1, 2，飯塚裕介 3，松尾幸憲 3，高山賢二 4，中本裕士 1，山本憲 1, 5，片岡正子 1，石守崇好 1，

溝脇尚志 3，富樫かおり 1
1

京都大学医学部附属病院

放射線診断科2

京都大学医学部付属病院

臨床研究総合センター

3

京都大学医学部附属病院

放射線治療科4

天理よろづ相談所病院

5

京都大学医学研究科

放射線治療科
医学教育・国際化推進センター

MRI Connecting Functions and Anatomy: A New Bridge for Radiotherapy
Mami IIMA*1, 2, Yusuke IIZUKA3, Yukinori MATSUO3, Kenji TAKAYAMA4, Yuji NAKAMOTO1, Akira YAMAMOTO1, 5,
Masako KATAOKA1, Takayoshi ISHIMORI1, Takashi MIZOWAKI3, Kaori TOGASHI1
1

Department of Diagnostic Imaging and Nuclear Medicine, Kyoto University Hospital2

Department of Clinical Innovative Medicine, Institute for Advancement of Clinical and Translational Science (iACT), Kyoto University Hospital3

Department of Radiation Oncology and Image-Applied Therapy, Kyoto University Hospital

4

Department of Radiation Oncology, Tenri Hospital

5

Medical Education Center, Kyoto University

Advances in medical devices have allowed the use of CT, MRI, and PET-CT for the diagnosis of tumors and the detailed
evaluation of the extent of lesions. For several decades, CT has been established as the gold standard modality for the treatment
planning of radiotherapy, while MRI has emerged as a tool to evaluate the functional characteristics of tumors without radiation
exposure. To further optimize precision radiation therapy, we should consider how functional images can be used in the workﬂow
for radiation therapy. In this regard, MRI, as a modality without the need for a contrast agent, may allow more frequent scans andmore detailed dose painting, such as increasing the dose to viable lesion parts while reducing the dose to less aggressive parts.
Thus, a more personalized treatment based on precision radiation medicine might be realized. In recent years, MR-Linac systems(MRI integrated linear accelerator radiation therapy systems) have been applied in clinical settings by fusing MRI with Linac
planning, and further development of radiation therapy utilizing MRI-derived functional images is expected. The use of MR-Linac
techniques allows the characteristics of the tumor to be evaluated in more detail before treatment, and the treatment planning canbe modiﬁed according to the position and characteristics of the tumor (which may change daily during irradiation) to avoid harming
normal tissue. Compared with conventional cone beam CT, MR-Linac can offer MR images with much better contrast of soft tissue
for image-guided radiation therapy, even when acquired at 0.35 T. A multicenter study of liver tumors using MR-Linac wasrecently reported. In current tumor imaging, various MRI sequences can be used to evaluate tumor functional information such as
tumor heterogeneity, cell density, microenvironment, angiogenesis, necrosis, hypoxic status, and microstructure. In this article, we
introduce state-of-the-art acquisition methods for MRI imaging, and discuss how the functional information obtained from these
imaging methods can be useful for radiation therapy.
Keywords: MRI, radiotherapy, tumor, functional images, MR-Linac

1．放射線治療と画像診断装置

れている CT, MRI, PET-CT を放射線治療の面から比較した場合につき考察する (Table 1)．利用のしやすさに関し

昨今の医用機器の著明な進歩により，CT や MRI, PET-ては CT のほうがより普及している一方で MRI や PET/CT

CT を用いて腫瘍の診断，病変の進展範囲などを詳細に評は CT と比較し高価であり撮影時間も長く，また体内金属

価することが可能となった．医用機器の中でもよく使用さなどある症例に対して MRI は適応外である点を考慮する* 京都大学医学部附属病院 放射線診断科・臨床研究総合センター［〒606–8507 京都都市左京区聖護院川原町 54］

Department of Diagnostic Imaging and Nuclear Medicine, Department of Clinical Innovative Medicine, Institute for Advancement of Clinical and Translational Science (iACT), Kyoto University Hospital, 54 Shogoin-Kawaharacho, Sakyo-ku, Kyoto 606–
8507, Japan
E-mail: mamiiima@kuhp.kyoto-u.ac.jp3

医学物理 第 40 巻 第 1 号と，CT のほうが MRI や PET/CT より撮りやすいといえる．形態評価に関しては，対象疾患などにもよるが放射線

2．放射線治療の最適化に向けて治療計画において求められる腫瘍の形態評価として，またPrecision radiation medicine として放射線治療をさら

組織コントラストも考慮すると MRI は良好といえる．機に最適化するために，放射線治療のワークフローの中で機能評価については，PET/CT や MRI でより多くの機能画

能画像をどのように役立てるか考察する (Fig. 1)．従来の像が開発されているといえよう．また，放射線治療の治療

診療のフローとしては通常と画像診断の後に治療前の撮効果判定などを目的とした頻回の撮影が可能か（放射線被影，そして治療計画，治療を複数回施しフォローアップとばくと関連するか）という点に関しては，PET/CT や CT

いう流れとなる．まず，最初の撮影で腫瘍の viable lesion

は放射線被ばくの点を考慮すると MRI よりも頻回の撮影を機能画像により認識可能となると，viable lesion にはよは難しいといえる．その一方，放射線治療計画の線量計算

り線量を多くするという手法 (dose painting) が使用可能には CT 画像から得られる CT 値を主に使用するが，診断となる．しかしながら，治療の間に通常は撮影を挟まない

用 MRI や PET/CT にはそのような線量計算を直接行える場合が多い．例えば毎週 MRI 撮影を行える環境があるとようなソフトウェアは未だ実装されていない．本稿では，

すると腫瘍が縮小し，かつ viable lesion が腫瘍内で移動しこのように大きな短所がなく，どの方面においてもオールている場合がある（2dn week, Fig. 1）．すると，このよ

ラウンドに活躍できる MRI にフォーカスをあて，MRI か

うな症例では，viable lesion には線量を多くしてよく効いら導き出される機能画像が放射線治療へどのように役立てているところには線量を落とすというようなよりきめ細や
かな dose painting が可能と考える (Fig. 1)．さらに頻回のるか，その展望について考察する．

撮影が可能となり，より Precision radiation medicine に
Table 1

放射線治療の面から評価したCT, MRI, PET-CTの特徴
CT

MRI

PET/CTavailability

◎

○

△

morphology

○

○〜◎

○

function

△

○

◎

△〜×

○

×

frequent scan(allow for radiation?)◎：非常に優れる，非常に適する○：優れる，適する△：やや劣る，やや適さない
×：劣る，適さない

Fig. 1

4

則した治療が可能となるかもしれない．
3．MRI 装置と照射装置の融合
放射線治療装置は IT 技術の進歩により，X 線写真による 2 次元治療計画から，CT 画像による 3 次元治療計画へと発展を遂げ画像誘導放射線治療 (Image Guided Radiation Therapy: IGRT)，や定位放射線照射，強度変調放射線治療等の様々な高精度放射線治療の実現が可能となった．昨今，さらに MRI と Linac（放射線治療装置）の融合による MR-Linac（MRI 一体型放射線治療装置）も実用化
され，機能画像を活かした放射線治療のさらなる発展が期

Precision radiation medicine: Workﬂow integration. MRI may allow more frequent scans and specialized dose painting,such as increasing the dose to viable parts while reducing the dose to well-treated partsJpn. J. Med. Phys. Vol. 40 No. 1 (2020)

Fig. 2

解説Treatment set up image quality improved with MRI. 0.35T MRI has a better soft tissue contrast resolution compared toconventional cone beam CT（Michael Bassetti MD PhD, Radiation Oncology Department of Human Oncology, University of Wisconsin, Madison,
USA のご厚意による）

待されている．MR-Linac の特徴として，治療前に腫瘍の治療の成績と遜色なかった 1）．国際磁気共鳴医学会 (ISM-

特徴をより詳細に評価でき，また治療中も正常組織を傷つRM) においても「MR in radiation therapy」という新たけずに腫瘍の位置や性状にあわせた治療計画が可能とななスタディグループが活動を開始しており，さらなる臨床

る．MRIdian は米国 ViewRay 社が開発した MR-Linac で応用が期待される．

あり，国内でもすでに国立がん研究センター中央病院や江4．腫瘍イメージングにおける MRI

戸川病院で導入が進んでいる．また，Philips 社と Elekta
社の共同開発による Unity も世界中で導入が進められてい現在の腫瘍イメージングにおいて，MRI は腫瘍の不均る．従来の cone beam CT と比較し，MR-Linac では 0.35 T

一性や細胞密度，微小環境，血管新生，壊死，低酸素環境，

でもはるかに軟部組織のコントラストのよい MR 画像を画

微小構造などの腫瘍の機能情報を，MRI 特有の様々なシー

像誘導放射線治療に活用できる (Fig. 2)．

クエンスでもって評価可能である 2）．本稿では，これらの

MRI の非侵襲性という利点を活かして腫瘍の形状や性腫瘍イメージングの中でも MRI の代表的な撮影法につき状を毎日追跡できるようになり，かつ照射中にリアルタイ

紹介し，これらの撮影法から得られる機能情報がどのようムで実際の腫瘍を確認しながら照射できるようになる．こに放射線治療に役立つのか考察する．

のように腫瘍を正確に描出することによって治療の正確性を高められ，正常な組織には当てず，腫瘍には線量を増や

4.1

拡散 MRI

すという効率的な治療が可能となる．Cone beam CT と比拡散強調 MRI を用いることにより生体内の水分子の拡べて画質も優れており，危険臓器の近くでもより確実に標散運動を定量化できる．脳梗塞や腫瘍 MRI イメージング

的に対する線量を増やすことも可能である．セットアップなど，日常臨床で広く使われている ADC (Apparent Dif-の誤差の低減に加えて，照射中の腫瘍の位置変化に対して

fusion Coefﬁcient) だけでなく IVIM (intravoxel incoher-

は，腫瘍が適切な位置にあるときにのみ照射でき，plan-ent motion) や Kurtosis など様々な定量値を算出すること

ning target volume (PTV) を可能な限り小さくすることがが可能である．ADC は生体内の水分子が自由拡散である

可能である．照射期間中の腫瘍形状・性状の変化に対してという前提のもとに直線の傾きを用いて計算されるが，実は，照射前に撮像した MRI 画像をもとに治療計画を修正際の生体内の信号減衰は直線ではなく曲線であり（非ガウすることも可能である (Adaptive Therapy)．

ス拡散），おおよそ 200 sec/mm2 以下の低い b 値における通常の診断目的 MRI で撮影するような T2 強調画像や拡曲線に関しては IVIM 効果として認められ，またおおよそ

散強調画像なども撮影できるため，治療効果判定のための1000 sec/mm2 以上の高い b 値で認められる曲線は阻害拡診断目的 MRI の代わりとして使用できる可能性もあり，散や制限拡散により説明でき，Kurtosis model などの数

放射線治療だけでなく放射線診断のワークフローの改善も理モデルを用いて定量化可能である (Fig. 3)．また非常に見込まれる．
海外では国内より先駆けてこれらの一体型 MRI 放射線

高い b 値における信号は noise ﬂoor に達するため，ノイズ補正を行う必要がある．

治療装置の臨床応用が進んでいる．MRIdian による肝腫

特に IVIM は造影剤を用いずとも灌流の定量情報を評価

瘍（原発性肝腫瘍および肝転移腫瘍）の多施設研究での治可能であり，近年注目を浴びている．生体内の水分子の微療成績が最近報告されており，局所無増悪率は 21.2 月で視的な運動には，水分子の純粋な拡散運動の他にも微小血80.4%，2 年間の生存率は約 60% と，従来の肝腫瘍放射線管の中を流れる水分子の動き（灌流）がある．というのも，
5医学物理 第 40 巻 第 1 号

体中の代謝物を非侵襲的に測定可能であり，様々な病態解析を行える．コリン (choline; Cho) やクレアチン (creatine;
Cr)，N-ア セ チ ル ア ス パ ラ ギ ン 酸（N-acetyl aspartate;
NAA）やブドウ糖 (glucose)，乳酸 (lactate) などが測定可能であり，脳腫瘍診断などで臨床応用が進んでいる．脳腫
瘍（神経膠腫）において，治療後の腫瘍再発と放射線障害の鑑別が時に困難であるが，腫瘍再発群において Cho/
NAA や Cho/Cr の値が放射線障害より有意に高く，鑑別に有用であった報告がある 10）．乳腺腫瘍の良悪性鑑別における診断能については，感度 51〜100%, 特異度 61〜100%と幅がある結果となっている 11）．放射線治療への応用とFig. 3

The relationship between the DW signal attenuation and the b-value. The semilog plot of signal
attenuation vs b value should be straight (red line)
in Gaussian diffusion, while the actual signal
decay in tissues is not straight (blue curve)

して，新規の膠芽腫症例において MR spectroscopic imaging ガイド下における放射線治療と従来の放射線治療を比較した phaseIII の多施設研究が進められている 12）．MRS
は解像度が低く，撮影時間も比較的長く，またスペクトラ
ムも正確性に劣る場合が多く，技術面での課題を複数抱え微小血管のレベルでの血流は方向性を持つ coherent な運るが技術の改良に伴い，さらなる放射線治療への展開が期動であるが，MRI のボクセルレベルで見るとランダムな待される．

incoherent な運動として観察可能であり，もう一つの拡散現象として捉えることができる．この灌流の速度は真の4.3

BOLD MRI

拡散速度よりもかなり早く，複数の b 値を用いて拡散強調

BOLD (blood oxygenation level dependent) MRI は オ

画像を取得することにより，これらの灌流と拡散の成分を

キシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンの比率により分 離 す る こ と が で き る．IVIM の 概 念 は 30 年 前 に LeMRI の信号強度が変化するという効果を利用した撮影法

Bihan らにより提唱された 3）が，技術的な問題により臨床である．オキシヘモグロビンは反磁性体であり磁場に影響

応用までなかなか至らず，長い間日の目を見なかった．よを与えない一方，デオキシヘモグロビンは常磁性体であるり高い b 値の取得が可能になり，シグナルノイズ比が向上ため磁場を歪め MRI 信号が弱まる．BOLD の概念は小川するようになって技術的な問題がある程度改善されたらにより 1990 年に発明され長らく脳機能イメージング，

2010 年代ごろからあらゆる臓器での論文発表が見られる

fMRI として用いられてきた 13）が，最近腫瘍への臨床応用ようになり，IVIM に関する複数の総説や本も出版されての試みもある．乳腺腫瘍の化学療法前において，治療奏功

いる 4）．

群のほうがそうでない群よりも BOLD の反応が高かった

拡散強調画像の画質向上や IVIM・非ガウス拡散解析法という報告がある 14）．腫瘍の低酸素 (hypoxia) 状態を評価の進歩は目覚ましく，灌流を始めとする様々な腫瘍の特徴するのに有用な撮影法であると考えられ，今後のさらなるを反映した新たなバイオマーカーが造影剤を使用せずとも臨床応用が見込まれる．

可能である．これらのバイオマーカーを組み合わせることにより通常の造影剤を用いた乳房 MRI 診断法に診断能が4.4

CEST MRI

匹敵するという報告も発表され , 治療効果判定においてCEST (Chemical Exchange Saturation Transfer) MRI

も乳腺や頭頸部，直腸がんなどで多数の検討があり，造影はアミドとバルク水など，異なる周波数を持つ二つのプロ剤を用いた診断法とほぼ同等，または優位性を示す論文もトンプール間でプロトンが交換する現象を利用してコント

5）

見受けられる

ラストを得る撮影法である．従来の MRI では検出困難な

6）
〜8）

．

放射線治療への臨床応用も進められ，拡散強調画像

低濃度の化合物でも高い感度で観察可能となる生体内のア(IVIM, ADC) や造影 MR 画像，PET を用いて食道がんにミドプロトンを対象とした APT を中心に臨床応用が進めおける治療効果判定が可能かどうか検討する多施設前向きられている．CEST から得られる定量値（アミド (amide)

研究が始まっている ．解剖情報だけでなく拡散強調 MRIや 核 オ ー バ ー ハ ウ ザ ー 効 果 (NOE: Nuclear Overhauser

で取得可能な機能情報を活かした，日常臨床における新た

Effect) が，脳転移の放射線治療後の再発と放射線壊死とな役割が期待される．

の鑑別に有用との報告がある 15）．

9）

4.2

MR spectroscopy（主にプロトンの）MRS (MR spectroscopy) を用いて生
6

Jpn. J. Med. Phys. Vol. 40 No. 1 (2020)

4.5

Hyperpolarized MRS (magnetic resonancespectroscopy)

超偏極にはいくつかの方法があるが，今回は 13C-Hyperpolarized MRS につき概説する．13C は炭素の中で，自然存在比は 1.1% しかなく，この感度の低い 13C を検出するためには数桁の感度向上が必要である．
MRI 信号の感度はスピンの向きが揃った割合を示す偏極率に比例するため，超偏極を使うことにより MR 感度が非常に低い 13C を検出できるようになる．リアルタイム
で 代 謝 の 評 価 を 行 う こ と が で き，か つ MR 信 号 の 約
100,000 倍の感度を持つため，検出がうまくいけば非常に有用な撮影法である．ただ検出のためには高磁場 MR や長い撮影時間を必要とし，技術的な課題がいくつも存在す
る．腫瘍においては十分な酸素下では乳酸はピルビン酸に代謝されるが，低酸素下ではピルビン酸が乳酸へと代謝される．この代謝の割合を利用して前立腺がん診断の有用性
において検討した報告がある 16）．実施可能な施設も非常に限られているが，腫瘍のミクロレベルでの代謝情報を得られるイメージング技術として今後の展開が期待される．
5．結語

腫瘍の形態情報だけでなく，様々な機能情報を得られる
モダリテイとして MRI 技術の進化は目覚ましい．MRI 装
置と照射装置を一体化させた MR-Linac の臨床応用も盛んであり，同時に複数の撮影技術が開発され臨床応用も進んでいる．MRI による放射線診断技術が放射線治療のさらなる個別化医療に果たす役割は非常に大きいと考えられる．
参考文献
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解説

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著者紹介
飯間 麻美（いいま・まみ）（現職）京都大学医学部附属病院 臨床研究総合センター・放射線診断科
放射線診断専門医．拡散強調 MRI を始めとする様々な MRI の撮影法を用いた新たながん診断法の開発を行っています．画像から導き出される様々な情報が，腫瘍のどのような特徴を捉えているのか明らかにすることを目指します．
mamiiima@kuhp.kyoto-u.ac.jp

7Jpn. J. Med. Phys. Vol. 40 No. 1: 8–12 (2020)

医学物理 第 40 巻 第 1 号

解説〈第 117 回日本医学物理学会学術大会特集〉
シンポジウム：腫瘍の「顔」をとらえる―生物学的不均一性に応じた放射線治療の幕開け―

核医学による治療計画の最適化とリアルタイム治療イメージングへの展開
高橋美和子 *，山谷泰賀
国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構

放射線医学総合研究所

先進核医学基盤研究部

イメージング物理研究グループ

Nuclear Medicine for Optimized Treatment Strategy and Real-Time Therapy Imaging
Miwako TAKAHASHI*, Taiga YAMAYA

Imaging Physics Group, Department of Advanced Nuclear Medicine Sciences, National Institute of Radiological Sciences (NIRS), National Institutes

for Quantum and Radiological Science and Technology (QST)

PET and SPECT provide us with information about biological quantitative values at localized area, even at the deep componentof human. They usually have been used for diagnosis, but when combining with radiotherapy, PET and SPECT images would be
helpful to make a decision on radiation-dose distribution for treatment because the patient images can be obtained in the similar
condition under radiation therapy. In addition, anti-tumor effect of radiation therapy is now precisely controlled for target. Therefore, precise information of tumor, such as extent of tumor and heterogeneity within tumor, would make the treatment more effective, while normal organ functions are preserved. What nuclear medicine can do for the ideal treatment is discussed in this section.
Keywords: radiotherapy, positron emission tomography (PET), 18F-ﬂuorodeoxyglucose (FDG), 11C-methionine (MET), depth-ofinteraction (DOI)

1．は じ め に
体の深部に至る情報を得る手法として CT, MRI や，核2．腫瘍の生物学的不均一さ
2.1

腫瘍の広がり医学の PET, SPECT があり，こうした生体画像技術は主腫瘍と正常組織の境界を決定することは，辺縁に被膜構に疾患の診断方法として使用されるが，これらの情報を直造を伴う腫瘍で，それが高精度な画像で明瞭に描出されな接的に利用して治療に役立てることができるのが放射線治

いかぎり，多くの場合困難である．腫瘍と正常組織の境界療である．放射線治療は外科治療に比べると，治療中の患線の正解を知るには，腫瘍の全周において顕微鏡的な検索者の姿勢が固定され，外科手術のように手術操作による臓を要するが，現在，それを実施できる手法はない．

器の移動がないため，画像情報と近い状態に患者さんを維

我々は，この境界線の問題に核医学の手法がどのように持することができ，術前に得た画像上の局所情報をそのま

ア プ ロ ー チ で き る か，浸 潤 性 グ リ オ ー マ を 対 象 に 18F

ま利用しやすい．また，放射線治療は化学療法と違って，

ﬂuorodeoxy-glucose (FDG) PET と L-methyl-11C-methio-

抗がん作用を局所に集中させることができ，単純に考える

nine (MET) PET を用いて検討した．

と，がんにあたれば抗がん作用，それ以外では副作用であ背景として，以下のような医学的に蓄積された知見があり，放射線治療における照射範囲や線量分布の空間的な情る．多くの腫瘍は，FDG 集積程度と悪性度に相関がある．

報は，画像情報と重ね合わせることで，治療効果や副作用

つまり，FDG 集積が高ければ，腫瘍の増大傾向や浸潤傾の予測にも役立つ．とくに放射線治療法の技術向上によっ向が高く，ステージ分類とも相関する．FDG の細胞内へて高い精度で線量分布を制御できるようになり，画像情報の集積機序もモデル化されており，集積機序の重要な役割

から腫瘍と正常組織の境界や，腫瘍内における生物学的情を担うグルコーストランスポーターとヘキソカイネース活報が得られれば，これを正確に放射線治療計画に反映させ性は，遺伝子発現のカスケードとも関連づけられ，遺伝子ることが可能になってきた．

のレベルからがんの悪性度との一連の生物学的理解の中に* 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 放射線医学総合研究所 先進核医学基盤研究部 イメージング物理研究グループ［〒263–8555 千葉市稲毛区穴川 4–9–1］
Imaging Physics Group, Department of Advanced Nuclear Medicine Sciences, National Institute of Radiological Sciences(NIRS), National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology (QST), 4–9–1 Anagawa, Inage-ku, Chiba
263–8555, Japan
E-mail: takahashi.miwako@qst.go.jp

8Jpn. J. Med. Phys. Vol. 40 No. 1 (2020)解説

位置づけられている．したがって，FDG 集積は，がんのかつ，悪性度が高い場合には進行が早いため，悪性度とそ

悪性度を，いわば総合的に反映しうるトレーサであるととの範囲をできるだけ正確に知ることが治療開始のための第らえることができる．一方，脳腫瘍の悪性度を知るうえで一歩となる．糖代謝率を知るには定量測定することが基本

は，正常灰白質も高い糖代謝があるため，FDG-PET で腫であるが，Fig. 2 に示すように，同一撮像内に比較対照と瘍と正常灰白質との境界を見分けることはしばしば困難でなる正常領域（参照領域）がある場合は，トレーサ集積がある．FDG-PET で脳腫瘍を見る場合，正常灰白質より高平衡状態に達した時間帯における参照領域のカウント値とい集積を呈する場合は，ほぼ悪性度の高い腫瘍である．し

腫瘍カウントの比が代謝率指標として使われる．これは，かし，腫瘍や血管障害と関連して，てんかん発作のような動脈血採血による入力関数と動態撮像による定量法よりも神経細胞の異常過活動がある場合は，発作症状として出現安定して算出することができる．グリオーマの場合は，発しなくとも糖代謝が亢進する．糖代謝に関わる要因が複数生母地として正常白質を構成する細胞と考えられているあるため，FDG-PET は多くの情報を持つ一方で，慎重なが，灰白質との比のほうが悪性度との相関性が高いとする解釈を要する．この点で，MET は 11C 標識天然アミノ酸報告が多く，正常灰白質とのカウント比を使うことが多で，正常脳実質への能動的な集積機序がないため，脳腫瘍

い．腫瘍内のもっとも代謝が高い部位から術前の悪性度をの描出は FDG-PET よりも分かりやすいという利点があ

推定することは，CT や MRI に比して有用性が高いもの

る．MRI も異常の有無を知るには有用であるが，グリオーの，代謝指標のみでは推定困難なものも存在する．

マは血管構造を障害せずにも浸潤するため，造影 MRI でも腫瘍範囲の同定は困難である (Fig. 1)．
FDG-PET の一般的な利用方法は，FDG-PET で計測さそこで我々は，悪性腫瘍のもう一つの特徴である浸潤範囲について推定できないか着眼した．この検討をするために，医学的な知見や経験から以下の 3 点を仮定した．

れる腫瘍糖代謝率と腫瘍悪性度との相関性が高いことか・MET-PET はグリオーマの検出感度が高い．

ら，腫瘍悪性度の推定にある．治療自体に侵襲性が高く，・FDG-PET では，正常灰白質はグルコースを唯一のエネ
ルギー源とするため，ある閾値以上に FDG 集積が保たれる．
・脳腫瘍の進展範囲は大脳実質の 1/2 を超えない（これは正常灰白質の値を算出するうえで必要な前提条件であったが，臨床的にも大脳の半分以上を腫瘍が占める症例は経験がない）．
この 3 点を仮定すると，脳腫瘍患者における正常灰白質のFDG 集積低下域に，MET 集積がある場合は，腫瘍浸潤があると仮説を立てることができる (Fig. 3)．つまり，腫瘍細胞の浸潤によって，正常灰白質の機能低下を来し，エネ

Fig. 1

Axial brain images of recurrent glioblastoma at
the level of fronto-parietal, centrum semiovale,and basal ganglia (from the left). a) MET-PET
shows abnormal uptake extended from the rightparietal to the bilateral thalamus (red arrows),
suggesting the tumor inﬁltration. b) FDG-PET
shows decreased FDG accumulation at the area
corresponding to the MET increased area. c) MRI
T2WI shows high-intensity only at the right parietal lobe. An abnormal ﬁnding (white arrows) in
the right scalp is a surgical scar of the previous
surgery. d) Gd-MRI shows no abnormal enhancedarea.

Fig. 2The same axial images of the left column of Figure
1. The white arrow indicates tumor area in each
image, and the red arrows indicate area which
seems to be normal. The circles are representative
region of interests (ROIs) placed on the tumor andthe normal cortex. The most commonly used metabolic index is calculated by the average count of
the tumor ROIs divided by the normal ROIs.

9

医学物理 第 40 巻 第 1 号

病 理 学 的 に 高 い 悪 性 度 を 検 出 し え た と 報 告 し て い る．
Aihara ら 3） は， Oligodendroglioma/Anaplatic oligodendroglioma を対象に，再発時の同一腫瘍内における MET
高集積部位と低集積部位では異なる遺伝子変異があることを明らかにしており，遺伝子変異の表現型の一つとして，代謝変化を PET でとらえうることが示唆された．また，
Aihara ら 3）は，初発時と再発時の遺伝子変異を網羅的に調べ，その一致率は様々であるが，平均 33.3% にすぎない
ことを報告しており，再発腫瘍における遺伝子変異の視点
からも，腫瘍の多様性が示唆された．
腫瘍内不均一性のうち，X 線や γ 線を使った放射線治療
Fig. 3

Our research hypothesis on the relationshipbetween FDG and MET uptake in patient withbrain tumor. Tumor area with either the MET or
FDG high uptake indicates high-grade glioma(grade III or IV). The other uptake patterns is difﬁcult to differentiate high- and low-grade tumor.
The hypothesis is that tumor inﬁltration area
would be larger in high-grade tumor than those in
low-grade tumor.

と関連する重要な因子の一つは腫瘍の低酸素状態であることが知られ，フリーラジカルが抗がん作用としての DNA損傷に関与するためと説明される．低酸素イメージングで得られた情報の放射線治療における有用性を示すには，生存率への影響を確かめる必要がある．Vera ら 4）は，非小細胞肺がんを対象に多施設第 II 相臨床試験を行い，18F
ﬂuoromisonidazole (FMISO) PET 低酸素イメージングで陽性と判定された腫瘍部位にブースト照射を行った群(n＝24) と，ブ ー ス ト 照 射 の な い 標 準 治 療 を 行 っ た 群
ルギー需要を低下させるため，FDG 集積も低下する．一(n＝10) を比較し，前者において，生存期間の中央値が後

方，MET は腫瘍細胞のみに集積するため，MET の分布は者に比較して有意に延長（11.2 カ月）したことを報告し認められる．たとえば，細胞浸潤を伴わない浮腫であれば，ている．一般に，なんらかの介入が有用かどうかを示すに

FDG が低下したとしても MET は集積しない．我々は，は生存率へ影響を示すことがもっとも重要であるが，同時2016WHO 分類に従って脳腫瘍の診断を得た 63 症例におにハードルの高い臨床試験でもある．画像情報を放射線治いて，後方視的に浸潤を疑う領域を PET 画像から計算し療へ応用を成功させるためには，画像情報から線量分布をた．Grade III, IV を High-grade 群，Grade I, II を Low-

決定することにあり，Thureau ら 5）は FMISO-PET の低grade 群として比較した結果，High-grade 群のほうが有酸素領域の決定手法についても十分な検討を経て，臨床試

意に高く（high- vs. Low-grade glioma, 43.8±30.2 mL vs

験を行っている．つまり，18 施設の核医学医が連携して，

1）
14.0±12.6 mL; P＝0.005［t test］），悪 性 腫 瘍 に お け る

低酸素領域の有無の判定，領域決定についての再現性を確

浸潤傾向を算出しうると考えられた．ただし，治療へ応用

認し，PET データから低酸素領域を決定する方法の最適するには，この手法の確からしさを高める必要がある．く化を行ったのである．日本にはこのような基盤はなく，イ

まなく病理学的に検索し照合する手法は現実的には不可能

ンパクトの高い臨床試験を成功させるには，体制作りからで，術中ナビゲーションシステムと連動させ，患者脳の位必要であると考えられた．

置と PET 上の位置を照合させ，複数個所の病理学的検証を行うか，あるいは，放射線治療範囲を変え，生存期間や無増悪生存期間の延長を確認することで有用性を確かめる必要がある．

3．画像情報と治療の時間的な乖離
悪性腫瘍の場合，腫瘍全体の容量や低酸素状態など，様々な生物学的状況が経時的にも変化しうる．こうした経時的な変化にどういう対応ができるかという観点では，画2.2

腫瘍内の不均一さ

腫瘍の性質を正確に捉えようとした場合，複数の情報を組み合わせることに頼らざるをえないのが現状である．し

像情報と治療との間隔ができるだけ短いことが望ましく，理想的には治療室あるいはその直前に腫瘍や臓器機能の画像情報を得ることにある．

かし，FDG-PET と MET-PET を比較した場合でも，腫瘍そのような理想形の一つとして，我々が開発したのが内の代謝率の高い部位が異なることにもしばしば遭遇す

OpenPET である (Fig. 4)6）．高精度な PET 装置を作るためる．Yamaguchi ら 2）は，FDG-PET と MET-PET の 高 集の原則は，画像化する空間を，検出器によって密に囲み，積部位が腫瘍内で不一致であった 2 症例において，MET

か つ，検 出 器 が 被 写 体 に 接 近 し て い る こ と で あ る．

の高集積部位と FDG の高集積部位を術中ナビゲーション

OpenPET は，検出器で囲まれていない空間の PET 画像がシステムでそれぞれ摘出し，FDG 高集積部位のほうが取得でき，いわば，PET 開発の黄金律を覆す発想で開発

10Jpn. J. Med. Phys. Vol. 40 No. 1 (2020)

解説

まれない空間でも PET 画像を作ることを可能にしている．
本装置は，さらに，粒子線治療において，治療ビームの体内停止位置を核破砕反応で体内に生じる PET 核種を画像化することで治療範囲をモニタリングする手法を可能とする．現在，その精度を高めるための研究が進められている．
まさに，がんの浸潤範囲を描出し，それに基づき治療標的Fig. 4A scheme of our Open PET of two rings type(left) and of one ring type (right). Therapeutic
beam pathway (red arrows) is sparedを決定し，実際の照射範囲を画像化するという，診断と治療の一体化がイメージング技術によって可能になることが期待されている．
4．最後に

がん治療は，古くからある縦割りの診療科を乗り越え，集学的な手法によって治療成績を向上させてきた．現在，医学・工学といった学際的な努力によってさらに飛躍しつつある．学際的な連携を維持するのは，その構成要素となる各専門領域の独立性と柔軟な発展にあるが，残念ながら，その見えにくい部分が蔑ろにされている場面にも出会
Fig. 5A design of depth-of-interaction (DOI) capable detector (right) and a conventional detector without
DOI (left). The DOI provides information on where
incoming gamma-photon interacts within the crystal. Spatial resolution deteriorates with oblique direction in the conventional detector due to lack of
DOI information, which is overcome by multilayer
crystals

された．通常の PET では，撮像中の患者さんの様子を観察することさえ困難であるが，OpenPET では検出器で囲まれない空間を使って，重粒子線の経路を作ることさえ可能としている．
一般に，PET 装置の課題として，以下のことがある．
PET で計測する消滅放射線 (511 keV) は結晶によって可視光に変換することで検出するため，原子番号の大きい元素からなる結晶が必要で，かつ，結晶自体の長さも必要であるが，そのため，結晶の長軸に対して斜め方向から入射した消滅放射線に対する位置弁別能が低下してしまう (Fig.
5)．この課題にたいして，我々は，結晶の深さ方向の相互
作 用 位 置 (depth-of-interaction; DOI) を 弁 別 す る 検 出 手法 7）を開発した．これは，短い結晶を長軸方向に重ね，結晶間の反射材の配置を工夫することによって，結晶内で発生した 3 次元に広がる光を 2 次元に投影する．これにより，
位置弁別能の劣化を防ぐことに成功した．Open PET は，検出器のないスペースから斜め方向に入射する消滅放射線う．我々の世代は連携と独立を担い，その両立の重要性を強調しなければならない局面に来ているように思う．
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を DOI 検出器によって的確にとらえるため，検出器で囲11

医学物理 第 40 巻 第 1 号

著者紹介

高橋

美和子（たかはし・みわこ）（現職名）QST 放射線医学総合研究所
先進核医学基盤研究部イメージング物理研究グループ 主幹研究員
2008 年博士（医学）取得．2018 年より現職．16 年間の核医学診療の経験を活かして，基礎研究，物理研究から核医学の推進（特に医工連携）に従事するとともに，若手核医学医師の育成に努
めている．

12

山谷

泰賀（やまや・たいが）（現職名）QST 放射線医学総合研究所
先進核医学基盤研究部イメージング物理研究グループ グループリーダー
2000 年博士（工学）取得．2004 年放射線医学総合研究所研究員，2009 年より現職．病気で困らない未来を一日でも早くをモットーに，独自アイディアを具現化する研究を推進．学生研究（医工学）指導にも従事．

Jpn. J. Med. Phys. Vol. 40 No. 1: 13–18 (2020)

医学物理 第 40 巻 第 1 号

解説〈第 117 回日本医学物理学会学術大会特集〉
シンポジウム：腫瘍の「顔」をとらえる―生物学的不均一性に応じた放射線治療の幕開け―

腫瘍内低酸素変動の可視化と放射線生物学における意義
安井博宣 *1，松元慎吾 2，稲波修 1，Murali Cherukuri Krishna31

北海道大学大学院獣医学研究院応用獣医科学分野放射線学教室

2

北海道大学大学院情報科学研究院生命人間情報科学専攻磁気共鳴工学研究室

3

米国国立衛生研究所 NIH/NCI

Imaging of Tumor-Speciﬁc Hypoxia Dynamics and Its Signiﬁcance in Radiation Biology
Hironobu YASUI*1, Shingo MATSUMOTO2, Osamu INANAMI1, Murali Cherukuri KRISHNA3
1

Laboratory of Radiation Biology, Department of Applied Veterinary Sciences, Faculty of Veterinary Medicine, Hokkaido University

2

Division of Bioengineering and Bioinformatics, Graduate School of Information Science and Technology, Hokkaido University

3

Radiation Biology Branch, Center for Cancer Research, National Cancer InstituteHypoxia has been known to be a feature associated with tumor radioresistance. So far, clinical strategies to overcome chronic
hypoxia due to the limitation of the oxygen diffusion have been designed. However, intermittent or acute/cycling hypoxia, whose
frequency can range between a few cycles per minutes to hours, is receiving increased attention, because this type of hypoxia has
been reported to have an inﬂuence on tumor malignancy as well as treatment resistance via increased expression of pro-survival
pathways. Therefore, a priori information on ﬂuctuating hypoxia can be important in clinical treatment planning, but complicateddynamics makes it difﬁcult to elucidate biological signiﬁcance of intermittent hypoxia.
Here, we illustrate the use of pulsed electron spin resonance imaging (ESRI) as a novel imaging method to directly monitor

ﬂuctuating oxygenation i.e. cycling hypoxia in transplanted tumors. A common resonator platform for both ESRI and magnetic
resonance imaging (MRI) provided pO2 maps with anatomical guidance without positional movement. Oxygen images every 3 minin pO2 could visualize the rapid oxygen ﬂuctuation and distinguish the cycling hypoxia and chronic hypoxia. Furthermore, we haveexamined the vascular renormalization process by longitudinally pO2 mapping during treatments with a multi-tyrosine kinase
inhibitor sunitinib. Transient improvement in tumor oxygenation and the decrease of cycling tumor hypoxia were visualized by
ESRI 2 to 4 days following antiangiogenic treatments. Radiation treatment during this time period of improved oxygenation byantiangiogenic therapy resulted in a synergistic delay in tumor growth.
In conclusion, this ESRI technique combined with MRI, may offer a powerful clinical tool to noninvasively detect variable hypoxic
status in tumors and to identify a window of vascular renormalization to maximize the effects of combination therapy with antiangiogenic drugs.
Keywords: cycling/chronic hypoxia, radiotherapy, electron spin resonance, imaging

1.

はじめに

現に大きく影響し，特に 2019 年にノーベル生理学医学賞を受賞した Semenza らによって発見された低酸素誘導因

一般に固形腫瘍内には低酸素領域が存在し，細胞生存や子 (hypoxia-inducible factor: HIF) と呼ばれる転写因子に

増殖に大きな役割を果たすとともに，放射線治療や化学療

よって，数多くの下流遺伝子が活性化し，(I) 好気的解糖法に顕著な抵抗性を示すことが知られている．この放射線の亢進，(II) アポトーシス抵抗性の増強，(III) 血管新生や抵抗性の原因として，古くより X 線や γ 線などの低 LET 電浸潤・転移に関連するシグナル経路の亢進，(IV) ストレス

離放射線による生物効果が酸素分圧に依存するという酸素応答タンパク質の発現上昇による治療抵抗性の獲得などが効果によるものであることが明らかになってきた．した

複合的に起こることがわかってきた 2）, 3）．現在では，このがって，放射線抵抗性を示す低酸素細胞を感受性に転換す

腫瘍細胞の低酸素適応応答に対して特異的に抗腫瘍効果をるために，misonidazole や etanidazole といった酸素類似発揮する分子標的薬剤が開発され単独使用での臨床試験が物質として作用する薬剤が数多く開発されてきたが，中枢進められているとともに 4），放射線で殺傷しきれない低酸および末梢神経系への毒性などの点から臨床での成功はな

素細胞への抑制効果を補完するという考えから放射線とのらなかった 1）．一方で近年，低酸素は腫瘍細胞の遺伝子発併用試験も行われている 5）．

* 北海道大学大学院獣医学研究院応用獣医科学分野放射線学教室［〒060–0818 札幌市北区北 18 条西 9 丁目］

Laboratory of Radiation Biology, Department of Applied Veterinary Sciences, Faculty of Veterinary Medicine, Hokkaido University, Kita 18 Nishi 9, Kita-ku, Sapporo, Hokkaido 060–0818, Japan
E-mail: yassan@vetmed.hokudai.ac.jp

13

医学物理 第 40 巻 第 1 号

加えて，現在まで一般的に低酸素と考えられていた現象
は，血管からの距離に依存し，酸素拡散性の限界によって起こる低酸素 (diffusion-limited hypoxia) であった 6）．正常組織においては細胞増殖と血管新生誘導が規律を保ち制御されているのに対し，異常な増殖状態にある腫瘍組織においては血管新生が追随できず，低栄養および低酸素に陥っている状態が存在する．この低酸素状態は多くの実験的腫瘍において腫瘍コードと呼ばれる血管を中心としたひも状構造の辺縁に存在し，4〜10 日程度持続することがわかっており，慢性低酸素 (chronic hypoxia) と表現される 7）．その一方で，慢性低酸素とは異なり，分単位もしくは時間単位で増減する周期的低酸素 (cycling hypoxia) あるいは急性
低酸素 (acute hypoxia) の存在が示唆されてきた 8）．しかし，
慢性低酸素に比べ，周囲の様々な微小環境に大きく依存しその動態も複雑であることから，両者を区別して分析，定量化することが非常に難しかった．最近になってようやく，

Fig. 1The scheme of chronic hypoxia and cycling hypoxia

光酸素プローブや window chamber などを用い低酸素領域の変動を追うことで，周期的低酸素の役割，時間空間的なまた周期的低酸素処理によって HIF-1 経路の活性化や同細胞種間での違いならびに遺伝学的形質との関わりなどにじく細胞生存，増殖に関わる mTOR 経路が活性化するこ

ついて考察されるようになってきている．

とも報告されている 15）, 16）．このメカニズムについて明確

そこで本稿では，低酸素研究の新しいトピックである周

な答えはまだ不明ではあるが，酸化的 DNA 損傷や脂質過期的低酸素について，我々の研究結果を中心に概説する．

酸化を指標とした実験において周期的低酸素が酸化ストレ

周期的低酸素の意義

2.

スを増幅することや 17），再酸素化されるに伴い起こる活性酸素種 ROS の産生 18）を介して protein kinase A (PKA)

固形腫瘍内に低酸素状態が生じる機序は，1955 年にや Akt の活性化を引き起こしているからではないかと考え

Thomlinson らによって提唱されたが，血管からの酸素のられている 19）, 20）．我々の別の研究によって，周期的低酸

拡散限界に伴う慢性低酸素を指すものであった 6）．それに素に曝露されたグリオーマ細胞は通常酸素条件や持続的低対し，1979 年に Brown らは in vivo で照射した腫瘍細胞を酸素条件で培養されたがん細胞に比べ，放射線感受性が減用いたコロニー形成法によって，また Yamaura らは生体弱していることを明らかにしている（未公表データ）．同に移植した window chamber を用いて照射後の腫瘍の再増様の結果は，肺がん細胞 21）や大腸がん細胞 22）でも報告さ殖を観察する方法で周期的低酸素の存在を示唆した 8）, 9）．

れていることから，慢性低酸素だけでなく周期的低酸素も最近の報告では，実際のがん患者においてマルチチャンネ

放射線治療の抵抗因子として考慮する必要があると考えら

ルレーザードップラーシステムを用いて 60 分間の経時的れた．

測定を行った際に，観察した 54% ほどの微小領域で 1.5 倍程度の血流変動があったことや，19% ほどの領域では 4〜
44 分の時間推移で血流の反転が起こるなど，周期的低酸素
10）3.

周期的低酸素イメージング

このように周期的低酸素が腫瘍微小環境因子として重要．周期的低酸素のな役割を担っている証拠がそろいつつあるにもかかわら発生機序に関しては Dewhirst らが詳しく説明しているが，ず，検出方法や定量方法の難しさから依然として腫瘍内分

腫瘍内の血管は急速に成長する腫瘍の栄養物および酸素要布および動態についてわかっていることは少ない．腫瘍内求にあわせて未熟な状態で形成されるため，容易に破断やでの酸素濃度変動を測定する方法として，現在までに酸素閉塞を起こしやすい．それにより一時的な血流の停滞や遮電極 23），ミスマッチ染色法 24），リン光寿命法 25）ならびに断が起こり，周期的低酸素が発生すると考えられている

核磁気共鳴イメージング (MRI)26）, 27）などが考案されてい(Fig. 1)11）．慢性低酸素環境と周期的低酸素環境それぞれるが，本稿では周期的低酸素を描出することに成功した電による腫瘍の形質変化を比較した場合，幾つかの点におい

子スピン共鳴 (ESR) イメージングについて紹介する．

の存在を示唆する結果が得られているて周期的な低酸素曝露がよりがんの悪性化を進展させるこ

ESR は，核磁気共鳴法 (NMR) と似た原理を持つ分光法．例えば，KHT マウス肉腫や ME-180

であり，核スピンの代わりに遷移金属錯体やフリーラジカ

頚部がんを移植したモデルでは，マウスへの低酸素ガス吸ルの不対電子のスピンを検出する．MRI が生体に十分量存入を反復させることで肺やリンパ節への転移が増幅する 13）, 14）．

在する水分子のプロトンを利用して空間分解能の高い解剖とがわかってきた

14

12）

Jpn. J. Med. Phys. Vol. 40 No. 1 (2020)

解説

像を画像化できるのに対し，ESR では内因性常磁性体が不足していることから解剖学的形態イメージングを行うには実用的ではない．しかし，近年，Fig. 2 に示すような毒
性的にも薬理学的にも生体投与に適した常磁性トリチルラ
ジカルが手に入るようになり，十分な精度をもって in vivo
イメージングが行えるようになってきている 28）．こういった常磁性体は単にそれ自身の生体内分布に基づく造影剤としての役割を果たすだけでなく，存在場所において分子状酸素との相互作用によって敏感にそのスペクトルの半値幅を変化させるという酸素感受性性質を有する．この変化率が周囲の酸素濃度と比例関係にあるため，このプローブを用いた ESR は酸素濃度を絶対定量できるという利点を持つ (Fig. 3)．通常の ESR 分析では，均一な外部磁場のもと

Fig. 2The chemical structure of an oxygen-sensitive
trityl radical

でマイクロ波を照射し共鳴スペクトルを得るが，これには位置情報が含まれない．空間情報を付加するために 2 次元
または 3 次元の方向に磁場勾配を与えて，得られたスペク
トルを射影データとして画像再構成することで常磁性ト
レーサーの空間分布を得ることができる 29）．これまでの画像解析装置や画像作成アルゴリズムに関する様々な改良のもと，酸素濃度に依存した線幅に基づくスペクトル情報とトレーサー空間分布から腫瘍を含む生体中における ESR
酸素イメージングが可能となってきた．
前述したように ESR だけでは生体の解剖学的情報を得ることができない．この欠点を補うために，ESR 画像に MRI
画像を付加する方法が開発されてきている．不対電子の共鳴周波数はプロトンのそれに比べ約 660 倍大きいため，例

Fig. 4

Fig. 3 The relationship between the line width of ESR spectraof an oxygen probe and partial oxygen pressure

3D oxygen image using ESRI in a SCCVII tumor corresponding anatomical image obtained from T2-weighted MRI

15

医学物理 第 40 巻 第 1 号

Fig. 5Noninvasive imaging of ﬂuctuating pO2 indicating cycling hypoxia in SCCVII tumors using ESRIとして 300 MHz 周波数帯で測定するのに必要な磁場強度
は MRI では 7 T であるのに対し，ESR では 10 mT である．

4.

治療標的としての周期的低酸素

我々は 300 MHz で ESR と MRI 共に動作する共振器を開発先に述べたように，周期的低酸素は異常な血管新生によし，ESR でトリチルラジカルプローブのマッピングを行る形態・機能異常によって生じると考えられているため，

い，測定対象を共振器ごと MRI に移動して解剖像を撮像

血管新生を標的とする抗がん剤がその抑制に効果を示すのし，両者を重ね合わせることに成功した 30）, 31）．このシスではないかと考えられる．最近の報告では，血管新生阻害

テムを用いて得られた坦がんマウスの腫瘍内における酸素剤であるベバシツマブやソラフェニブを投与することで腫分圧の空間的分布を Fig. 4 に示す． MRI が示す解剖像と瘍内血管網が正常化され，血流が回復した結果，低酸素領

位置が完全に一致した連続的な画像が得られていることが域が減少する Vascular Normalization という現象が注目わかる．さらに一つの 3D 画像を得るのにかかる時間を約され 33），放射線との併用も試みられている．このような3 分まで短縮することが可能となり，今まで不可能であっ報告をもとに我々は坦がんマウスにスニチニブという血管た腫瘍内酸素分圧の短時間変動を画像としてモニタリング

新生阻害剤を投与した際の周期的低酸素状態への影響をすることに成功し (Fig. 5)，これにより周期的低酸素領域

ESRI にて評価した．その結果，スニチニブを投与した腫の可視化と定量化が可能となった

30）〜32）．

瘍では明らかに酸素変動が安定しており，周期的低酸素に陥る領域が減少していることが明らかとなった 34）．加えて，この一過性の周期的低酸素の緩和が見られているタイ

16

Jpn. J. Med. Phys. Vol. 40 No. 1 (2020)

ミングで放射線を照射すると腫瘍成長抑制が顕著に増強することも見いだした

34）

．

5.

結

論

以上の結果は，ESR イメージングによる腫瘍内低酸素の変化を経時的に追跡することは，抗がん剤による放射線治療の効率化を考えるうえでも有効な手法であることが示唆された．周期的低酸素の動態や形質については依然として不明な点が多いが，ESR イメージングのような非侵襲的かつ定量性に優れた酸素イメージングを駆使することにより，今後も新しい知見が得られるものと期待される．
付記
この研究の一部は第 117 回日本医学物理学会学術大会（2019 年 4 月神奈川県横浜市）にて発表された．
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Jpn. J. Med. Phys. Vol. 40 No. 1: 19–22 (2020)

医学物理 第 40 巻 第 1 号

解説〈第 117 回日本医学物理学会学術大会特集〉
シンポジウム：腫瘍の「顔」をとらえる―生物学的不均一性に応じた放射線治療の幕開け―

Radiomics による分子分類と治療戦略
内山良一 *
熊本大学大学院生命科学研究部医療技術科学分野

Radiomics for Molecular Classiﬁcation and Treatment Strategy
Yoshikazu UCHIYAMA*Radiological Sciences, Faculty of Life Sciences, Kumamoto University

After the end of human genome project, the cost of genetic analysis has rapidly declined with the advancement of next-generation
sequencers. In addition, the relationship between various diseases and genes has been clariﬁed. Therefore, it is likely that genetic
testing may be performed in daily clinical practice in the near future. In such background, a novel research ʻradiomicsʼ is spreading
to offer a new viewpoint for the use of genotype in radiological ﬁeld which has traditionally focused on the analysis of imaging phenotypes. Radiomics is applied to the molecular classiﬁcation or treatment strategy. This paper explains what radiomics is and whatkind of changes it would bring.
Keywords: radiomics, radiogenomics, molecular classiﬁcation, treatment strategy

か，どのような変革をもたらす可能性があるのかについて

1．は じ め に解説する．

近年，分子生物学は大きな発展を遂げている．DNA 上

2．Radiomics とはの情報である塩基配列（AGCT の並び）は，RNA ポリメ
ラーゼによって mRNA へ転写され，合成された mRNA は

Fig. 1 に Radiomics 研究の概観を示す 7）．ゲノムや遺伝タンパク質合成（翻訳）を指令し，タンパク質が作られる．

子に関する研究を Genomics と呼び，タンパク質の構造やこの情報の流れはすべての生物で共通であって，セントラ

機能に関する研究を Proteomics と呼ぶ．これらの研究は，ルドグマと呼ばれる 1）．この生命現象を包括的に解析・解語尾に Omics（オミックス）がついているため，オミック

明できれば，未来型のゲノム医療の展開が期待できるたス研究と総称される．Radiomics とは，画像を表す Radioめ，研究が盛んに行われてきた．2003 年にヒトゲノム計と Omics を組合せた造語であり，様々な種類の医用画像

画が終了して以降，次世代シークエンサーの急速な発展もにおける病変の表現型（画像所見）のことを表す．これまあり，ヒトの塩基配列にコード化された情報の解析・解明

でに画像所見と病理・病態に関する研究は多く行われ，放が進み，様々な疾患との関係が明らかになった．この知識

射線医学の教科書にまとめられてきた．しかし，画像所見を利用した分子標的薬も開発され , がんの 3 大療法であと分子・遺伝的背景の理解は進んでいない．そこで，病変る，手術，放射線治療，抗がん剤，に並ぶ新たな治療法選の「表現型」と「分子・遺伝型」に関する研究を進めて，択の時代に入った．さらに，リキッドバイオプシーの技術

画像の新しい価値を創造しようというのが Radiomics 研

革新も目覚ましく，血液 1 滴から 10 種類以上のがんの存究の目的である．

2）

在を高精度で検出する技術が開発されており , 従来の検Radiomics 研究では，病変の大きさ，形状，濃度，テク

査・診断・治療の形が大きく変わろうとしている．1 回のスチャなどに関する数百の画像特徴量が用いられる．これ

画像検査で 10 種類以上のがんを同時に検出することはは，約 2 万 5 千個の遺伝子と画像所見の関係を分析するた様々な困難を伴うため，近未来では血液検査によるがんのめには，なるべく多くの画像特徴量が必要であるというの

スクリーニングが第一選択になると予想される 4）．競争優が理由である 8）．テクスチャなどは古くからよく知られた位性が持続する時代が終焉し，技術革新のスピードが加速

画像特徴量であるため，Radiomics は古い技術を新しい言した現代においては，画像検査や放射線治療の強みを再検

葉で置き換えたものに過ぎないと解釈される場合も多い．

証し，組み替え，新しい強みを作り続ける研究がますます

しかし，Radiomics 研究の目的は，病変の「表現型」と「分3）重要であると言えよう

5）
, 6）

．本稿では，Radiomics とは何子・遺伝型」の関係分析であると分類・整理すれば，従来* 熊本大学大学院生命科学研究部医療技術科学分野［〒 862–0976 熊本県熊本市中央区九品寺 4–24–1］

Radiological Science, Faculty of Life Sciences, Kumamoto University, 4–24–1 Kuhonji, Chuo-ku, Kumamoto 862–0976, Japan
E-mail: y_uchi@kumamoto-u.ac.jp

19医学物理 第 40 巻 第 1 号

Fig. 1

Overview of radiomics research

研究との違いは明確であって混乱を招くことはない．特ことで生物学的に明確な分類が可能になること，分類法がに，病変の「表現型」と「遺伝型」の関係分析をする研究

分子標的薬などの治療法と直結することである．

は Radiogenomics と呼ばれ，病変の「表現型」と「タンしかし，遺伝子解析にはコストと時間がかかること，遺パク質」の関係分析をする研究は Radioproteomics と呼ば伝子解析を行える施設が限られていること，生検は侵襲的7）であることから，非侵襲な画像検査を用いてがんの遺伝型

れる ．
Radiomics の言葉を用いて，病変の検出や良悪性鑑別をを推定する Radiomics 研究が行われている．例えば，画像行う研究が多く報告されていることから，Radiomics 研究からトリプルネガティブ乳がんを検出する研究 11）, 脳腫瘍

は コ ン ピ ュ ー タ 支 援 診 断 (Computer-Aided Diagnosis:の IDH 変異を推定する研究 12）, 肺がんの EGFR 変異を推CAD) と混同されることも多い．医療は，病変の存在診断，定する研究 13）などがある．これらの研究では，パターン

鑑別診断，治療の順番で行われる．CAD は病変検出や良認識 14）に基づく手法が採用されている．画像の病変から，悪性鑑別の支援を行う研究であるため，医療の前半を支援

Radiomics 特徴量を計測し，それらを入力とした識別器にする人工知能 (AI) システムと分類・整理できる．一方，

よってサブタイプ分類や遺伝子変異の有無の判別が行われRadiomics は，病変の表現型と遺伝型の関係を分析する研ている．

究であるため，病変が発見された後，つまり医療の後半をこれらの研究の目的は大きく 2 つある．一つ目は，がん支援する AI システムである．医療の前半と後半の AI は，の遺伝的性質に関係する画像バイオマーカーの探索であ誰に対して恩恵を与えるかを問うた場合，異なる設計思想

る．数百次元の Radiomics 特徴量と遺伝子変異の関係を網が存在する．CAD は病変の存在診断や良悪性鑑別を支援

羅的に分析し，遺伝子変異の有無と強く相関する Radiom-するため，放射線科医の仕事を支援する AI である．しかics 特徴量が見つかれば，その Radiomics 特徴量を画像バし治療は，患者の自己決定権に基づく医師の裁量によってイオマーカーとして医師が診断で利用することが可能であ行われることが望ましいため，医療の後半を支援する AI

る．しかしながら，これまでのところ有用なバイオマー

では，医師のためだけではなく患者のための AI という視

カーは見つかっていない．二つ目は，サブタイプや遺伝子点が入る．

変異を高精度に推定するための手法の構築である．パター
3．画像からがんの遺伝型を推定

ン認識や深層学習が代表的手法である．現在の推定精度
は，ROC 曲線以下の面積 (AUC) が 0.70〜0.90 程度である

そもそも病変の表現型には分子・遺伝型に関する情報がことが報告されている．したがって，病変の表現型には遺含まれているのだろうか．また，何故，そのような研究が伝型に関する情報が含まれており，それらを用いれば高度行われているのだろうか．これまで，がんの診断は病理画な推定が可能であるが，病変の表現型と遺伝型は単純な関像に基づく組織分類によって最終診断名が決定されてき係ではないというのが現在の知見である．患者の視点で考た．しかし，ポストゲノム研究が進むにつれて，腫瘍形成

えれば，自身のがんが著効する治療法が選択できればよいのメカニズムが明らかになり，腫瘍の遺伝型に基づく分子から，AI がどの Radiomics 特徴量を用いて判断をしたの分類が行われるようになった．例えば，乳がんでは，Lu-

かの根拠が重要なのではなく，最終的に高い精度で推定す

minal A, Luminal B, HER2 Type, トリプルネガティブなるシステムの開発が重要であるのかもしれない 15）．

どのサブタイプ分類が臨床で用いられており 9）, WHO 脳腫瘍分類 2016 では IDH 変異や 1p/19q 共欠失などの分子4．予後予測とハイリスク集団の層別化

遺伝学的情報によって脳腫瘍の層別化が行われた 10）．こがんは遺伝子変異の蓄積によって悪性度が高くなる 16）．

のような分子分類の利点は，客観的な遺伝子情報を用いる

もし，がんの表現型に遺伝型に関する情報が含まれている20

Jpn. J. Med. Phys. Vol. 40 No. 1 (2020)

解説

ならば，画像検査によって患者の予後を予測することも可の調整が外れ，がん化に至ると考えられている 20）, 21）．そ能ではないだろうか．Radiomics 特徴量を用いて非小細胞のため，HPV 陽性の中咽頭がんは，放射線治療が奏効す

肺がん患者の予後を予測する研究が行われている

17）

．こ

る症例が多いと予想されている．しかし，HPV 陽性の中の研究では，ステージ I の術前 CT 画像の病変から，大き咽頭がんで放射線治療の効果が低い症例もあり，がんの遺さ，形状，濃度，テクスチャなどに関する 294 項目の Ra-

伝型と放射線治療の効果に関するメカニズムがすべて解明

diomics 特徴量を計測し，予後予測に有用な特徴量を 4 つしたわけではない．これまで，発がんの仕組みは多く研究

選 択 し た の ち，そ れ ら を 入 力 と し た Random Survival

されてきた．しかし今後は，どのタイプのがんには，どのForest を 用 い て 生 存 時 間 を 予 測 し て い る．時 間 依 存 性ような治療を行うのが生物学的に正しいかを追求する研究

ROC 解析を用いた評価では，平均 AUC が 0.826 の高い予が必要であると考えられる．

測性能を示している．したがって，この研究結果から，画

近年，血中遊離 DNA(cfDNA), 血中循環腫瘍細胞 (CTC),

像の表現型には患者の予後を予測する情報が含まれている

エクソソームなどを用いたリキッドバイオプシーの技術が可能性が高いことが示唆される．

大きく進展している 22）．これらの技術を用いれば，近い肺がんは TNM 分類に基づいて病期が分類されている

将来，血液検査によってがんの様々な遺伝的性質の取得がが，同じステージに分類された患者でも生存時間にバラツ可能になると期待されている．したがって，画像検査にキが存在する．ステージ I の非小細胞肺がんの患者の標準

よって簡便にがんの遺伝的性質を推定する Radiomics 研

治療は手術であり，術後化学療法が加療される場合もあ

究は，一時的な競争優位性を獲得しているだけなのかもしる．外科医にとっては，術後に体の負担がかかる化学療法

れない．しかし，血液による遺伝子検査では，病変の解剖を施したくないのが本音だろう．Radiomics による予後予学的な位置や空間的広がりに関する情報を得ることは困難

測によって，潜在的悪性度の高いハイリスク集団の層別化であるから，遺伝子検査と相補関係にある情報は何かを把が可能となれば，より強度の高い治療を試みるなど患者ご握し，それらをどのように統合すれば精度がより向上するとの治療法の最適化を図る際の契機になる可能性がある．

かを見極める研究が重要である 23）．このように，技術の賞味期限がすぐに切れる時代においては，画像検査の強み

5．放射線治療の効果予測を組み直し，変革によって新しい強みを作り続けることががんの遺伝的性質と放射線治療の効果には関係があるのだろうか．がんの表現型に遺伝型に関する情報が含まれているならば，画像から放射線治療の効果を予測することが可能かもしれない．定位放射線治療後に局所再発する可能性を画像から推定する研究が行われている

18）

必要である．
6．医療の後半を支援する AI
ここまで述べてきた Radiomics 研究，リキッドバイオプ．この研究シー，知的情報処理を組み合わせた場合に，どのような未では，放射線治療後の 3 ヶ月目における最初の経過観察

来型の医療が実現できるのであろうか．医療の後半を支援

CT 画像から，219 個の Radiomics 特徴量を計測し，局所する AI を体系づけるために必要な理論的枠組み（状態，

再発の高リスク群と低リスク群を分ける 4 つの Radiomics

予測，制御）とその応用例を Fig. 2 に示す．まず「状態」

特徴量を選択したのち，それらの重み付き線形結合によりとは，ある時点のスナップショットとしての画像や血液検

局所再発のリスクを予測している．局所再発の予測性能査をもとに患者の現在の状態 xt を診断する手法である．こは，AUC が 0.80 であったことから，画像から放射線治療

れらの手法は，遺伝子変異の推定，サブタイプ分類，ハイの効果を予測することが可能であると考えられる．

リスク患者の層別化などに応用できる．つぎに「予測」とRadiomics 研究で明らかになってきたことは，病変の表は，現在の状態 xt から未来の状態 xt＋1 を予測する手法であ現型には遺伝的性質を推定する情報が含まれていることでり，再発・転移の予測，治療効果の予測などに応用できる．

ある．よって，この研究の意味することは，がんの遺伝的

この予測法は，2 つのアプローチに大別されるが，天気予性質が放射線治療の効果に関係する可能性があるというこ報を例に説明するとわかりやすい．一つ目は，現在の天気と で あ る．同 様 の 観 点 か ら，ヒ ト パ ピ ロ ー マ ウ ィ ル ス

図に類似した過去の天気図をビッグデータから探し，見つ(HPV) 関連の中咽頭がんは，化学放射線治療が著効する例

かった類似日以降の実際の天気を用いて予測する手法であが多いという報告もある

19）．HPV のゲノムは，ウィルス

る．パターン認識は，このアプローチの代表的手法である．

遺伝子の発現調整に関わる LCR 領域，タンパク質をコー

このアプローチの問題は，判断根拠が過去の類似症例となドする ORF 領域，初期遺伝子，および後期遺伝子からなるため，大量の学習データが必要な点である．二つ目は，るとされている．HPV の初期遺伝子の E6 と E7 が発がん

流体力学を用いて計算機シミュレーションを行い，次の日に関与しているとされ，E6 タンパクはがん抑制遺伝子での天気を予測する手法である．このアプローチは，現象をある p53 タンパクを不活性化し，E7 タンパクはがん抑制

支配する規則に基づくものであり，大量の学習データを必

遺伝子産物の Rb タンパクを不活性化することで細胞周期要としない．しかし，患者の予後予測に応用するためには，
21医学物理 第 40 巻 第 1 号

Fig. 2

AI system that supports the second half of medical
treatment

生体内で起きている生化学反応を理解しなければならず，
仮に理解できたとしても，その反応は複雑で式で表現することが困難であると予想される．これらの問題に対するひとつの解決策は，上記 2 つのアプローチを融合させたデータ同化 24）が知られているから，今後の展開が期待される．
最後に「制御」とは，患者の現在の状態をもとに将来を予測・シミュレーションして，将来の状態が良くなるような治療法を提案することである．著者の知る限り，この部分は報告された例はない．状態，予測，制御の 3 つの世界観を持った学問としては，システム生物学 25）が知られている．これらの学問を整理・展開して，新たな理論を体系づけることによって，アウトカムが最大となる診断・治療を支援する AI システムを実現することが可能である．
7．お わ り にCAD は医師の診断を支援する AI システムとして発展してきた．しかし医療は，患者中心に行われるべきであり，患者は苦痛を伴わず奏効率の高い治療を望んでいるから，患者にとって恩恵のある AI とは何かという視点を持つことが次のイノベーションの種になり得る 15）．非侵襲な画

7） 内山良一：医用画像ディープラーニング入門（藤田広志監修），19 章 医用画像と Radiomics．オーム社，2019
8） Aerts HJ, Velazquez ER, Leijenaar RT, et al.: Decoding tumour phenotype by noninvasive imaging using a quantitative radiomics approach. Nature Commun. 5: 4006, 20149） 津田 均，木下貴之，田村研治：乳癌診療のための分子病
理エッセンシャル．南山堂，201610） 日本脳神経外科学会，日本病理学会：脳腫瘍取扱い規約第 4
版．金原出版，201811） 甲斐千遥，石丸真子，内山良一，他：Radiogenomics によるトリプルネガティブ乳癌の鑑別における特徴量の決定．
日本放射線技術学会雑誌 75: 24–31, 201912） Wu S, Meng J, Yu Q, et al.: Radiomics-based machinelearning methods for isocitrate dehydrogenase genotype
prediction of diffuse gliomas. J. Cancer Res. Clin. Oncol.
145: 543–550, 201913） Jia TY, Xiong JF, Li XY, et al.: Identifying EGFR mutations in lung adenocarcinoma by noninvasive imaging using radiomics features and random forest modeling. Eur.
Radiol. 29: 4742–4750, 201914） 内山良一：よくわかる医用画像情報学（石田隆行監修）, 6
章 画像認識．オーム社，201815） クレイトン M クリステンセン：ジョブ理論．ハーパーコリ
ンズ・ジャパン，201716） ロバート A ワインバーグ：がんの生物学．南江堂，201717） 吉岡拓弥，内山良一：Random Survival Forest を用いた肺がん患者の予後予測．医用画像情報学会雑誌 36: 93–97, 201918） Li Q, Kim J, Balagurunathan Y, et al.: CT imaging features associated with recurrence in non-small cell lungcancer patients after stereotactic body radiotherapy. Radiat. Oncol. 12: 158, 201719） 折舘伸彦，水町貴諭，佐野大佑：ヒト乳頭腫ウィルス (HPV)
関連中咽頭癌．耳展 58: 194–197, 201520） Kreimer AR, Clifford GM, Boyle P, et al.: Human papillomavirus type in head and neck squamous cell carcinomas
worldwide: A systematic review. Cancer Epidemiol. Biomarkers Prev. 14: 467–475, 200521） 松本義久（編集）：人体のメカニズムから学ぶ放射線生物学．
メジカルビュー社，201722） 医学のあゆみ：Liquid biopsy への期待と限界．265(6), 201823） 近藤雅敏，幸野佑光子，金子沙世，他：遺伝子と画像特徴量を用いた膠芽腫の予後予測．医用画像情報学会雑誌 35(1):12–16, 201824） 樋口知之（編著）：データ同化入門．朝倉書店，201125） 久保田浩行：生物をシステムとして理解する．共立出版，2018

像検査，低侵襲なリキッドバイオプシー，そして AI を組合せれば，未来型の Precision Medicine の実現に一歩近づくと考えられる．
参考文献
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computational image analysis to systems biology. Eur.
Radiol. 28: 3160–3164, 20185） リタ・マグレイス：競争優位の終焉．日本経済新聞出版社，2014
6） デビッド・J・ティース：ダイナミック・ケイパビリティ戦
略．ダイアモンド社，2013

22

著者紹介

内山

良一（うちやま・よしかず）（現職名）熊本大学 准教授（専門分野）医用画像処理・認識，コン
ピュータ支援診断，Radiogenomics に関する研究を行っている．博士（工学）．
現在の職場では，ON と OFF の切り替えを大切に，他ではできないようなワ
クワクする研究を続ければ，優秀な人
材が自然に集まってくるだろうと期待
して，将来のリーダーの育成に取り組んでいる．

Jpn. J. Med. Phys. Vol. 40 No. 1: 23–27 (2020)

医学物理 第 40 巻 第 1 号

解説〈第 117 回日本医学物理学会学術大会特集〉
シンポジウム：腫瘍の「顔」をとらえる―生物学的不均一性に応じた放射線治療の幕開け―

重粒子線治療の LET 修飾
稲庭拓*

量子科学技術研究開発機構放射線医学総合研究所物理工学部

Dose and Radiation Quality Optimized Heavy-Ion Radiotherapy
Taku INANIWA*

Department of Accelerator and Medical Physics, National Institute of Radiological Sciences, QST

The biological effectiveness of charged-particle beams depends not only on dose but also on radiation quality. The radiation quality of charged-particle beams has been most commonly represented by the linear energy transfer (LET) in radiation biology studies.
We investigated a new therapeutic technique of charged-particle therapy in which two or more ion species are delivered in one
treatment session for optimizing the dose and LET distributions in a patient. We refer the therapeutic technique as an Intensity
Modulated composite PArtiCle Therapy (IMPACT). Helium, carbon, oxygen and neon ions are considered as ion species for the
IMPACT. To demonstrate the effectiveness of the IMPACT for simultaneous optimization of dose and LET distributions, an
IMPACT plan was made for a prostate case. In accordance with the prescriptions, LETs in prostate, planning target volume (PTV),
and rectum could be adjusted at 80 keV/μm, at 50 keV/μm, and below 30 keV/μm, respectively, while keeping the dose to the PTV at
2 Gy uniformly. The IMPACT enables the optimization of the dose and the LET distributions in a patient, which will maximize thepotential of charged-particle therapy by expanding the therapeutic window.
Keywords: charged-particle therapy, Treatment planning, Linear energy transfer (LET)

1．は じ め に
放射線の細胞殺傷効果は，線量と細胞殺傷効率を表す生

は，線

量

と線

質

の二つの物理量に依存する．例として，炭素線の線量分布，RBE，細胞殺傷効果の関係をFig. 1 に示した．これまで，炭素線治療を含むすべての外物 学 的 効 果 比 RBE (Relative Biological Effectiveness) の部放射線治療において，線質や RBE の分布は放射線の種積で与えられる．ここで，RBE は線エネルギー付与 LET

類や照射方向，照射野サイズによって決まる，いわば調整(Linear Energy Transfer) に代表される放射線の質（線質）

不能な物理量とされてきた．つまり，これまでの外部放射に密接に関連する．一般的に LET が高い放射線は RBE が線治療では，調整可能な物理量である線量分布だけを調整

高いことが知られている．よって，放射線の細胞殺傷効果することによって，腫瘍内に所望の細胞殺傷効果を実現してきたと言える．このことから，高 LET 放射線である炭素線治療においても，その放射線のもつポテンシャルを十分に活かしきれてはいなかったと考えられる．
近年の PET や MRI を用いた診断技術や Radiomics の進展によって，個々の症例において，低酸素領域など腫瘍内での放射線感受性の違いを同定できるようになってきた．
本稿では，これらの情報を用いて，より効果的な治療を行うために，線量と線質を最適化した新たな重粒子線照射方法を提案する．
2．方Fig. 1

Schematic drawing of relation among absorbed
dose, cell-killing efﬁciency (RBE: Relative Biological Effectiveness), and cell-killing effect for a carbon-ion beam

2.1

法

強度変調混合イオン照射法

体内に入射した重粒子線の LET やそれによる RBE は深さとともに増加する．また RBE は放射線の種類によって* 量子科学技術研究開発機構放射線医学総合研究所物理工学部［〒263–8555 千葉市稲毛区穴川 4–9–1］

Department of Accelerator and Medical Physics, National Institute of Radiological Sciences, QST, 4–9–1 Anagawa, Inage-ku,
Chiba-shi, Chiba 263–8555, Japan
E-mail: inaniwa.taku@qst.go.jp

23

医学物理 第 40 巻 第 1 号も変わる．がん治療に用いられたことのある放射線の中

wj のベクトル表示であり，以下の目的関数を最小にする

で，炭素線と同様にブラッグピークを用いて治療を行う放ように逐次近似演算によって最適化される．

射線には，陽子線，ヘリウム線，酸素線，ネオン線などがある．これらは，陽子線，ヘリウム線，炭素線，酸素線，ネオン線の順に粒子が大きく，重くなり，細胞殺傷効率

f ( w) ＝

RBE も一般に高くなる．炭素線はがん治療に有効な核種

2
  D r, w － D 2
) T  ＋Qˆ  L ( r, w) － LT  
 QT  (
T


 
 
DT
LT
r∈T


 
 

∑

＋

ではあるが，例えば放射線が効きにくい抵抗性の腫瘍に対max Qˆ O H  L ( r, w ) － LO

LT

r∈O


∑

しては，炭素よりも重い酸素やネオン線がより有効な場合

2

 
 
 

(3 )

があるだろう．一方，放射線感受性の高い腫瘍に対しては，

ここで，下付き文字 T と O は標的と重要臓器を表し，DT,

炭素線よりも軽いヘリウム線や陽子線で十分な殺傷効果がQT は標的への処方線量，標的線量誤差へのペナルティー得られる場合もありうる．そこで，腫瘍を治療する際に，を表す．一方，LT, Q̂T, Lmax
O , Q̂O は，標的への処方線量平

炭素線を単独で照射するのではなく，陽子線，ヘリウム線，

均 LET，標的線量平均 LET 誤差へのペナルティー，重要

酸素線，ネオン線などの複数の核種を組み合わせて照射す

臓器への許容線量平均 LET，許容線量平均 LET 超過へのる，強度変調複合イオン照射法 (IMPACT: Intensity Mod-

ペナルティーを表す．逐次近似演算には擬ニュートン法を

ulated composite PArtiCle Therapy) を提案した 1）．線質

用いた．

の異なる複数の核種を組み合わせることで，線量だけでな

2.2.3

評価

臨 床 例 に お け る IMPACT の 有 用 性 を 評 価 す る た め，

く線質の分布を自由に制御できると考えられる．

Fig. 2 に示す前立腺症例に対して，左右 2 方向から，炭素線治療計画（計画 1）と 3 種の IMPACT 計画（計画 2–4）

強度変調混合イオン照射法の評価

2.2
2.2.1

を立てた．この症例では，計画標的体積 PTV(Planning

ビームモデリング

IMPACT の有用性をシミュレーションにより評価する．

Target Volume) と重要臓器である直腸が部分的に重なり

ここでは，治療ビームとして，陽子線，ヘリウム線，炭素合っている．各計画における線量および線量平均 LET の線，酸素線を考える．量子科学技術研究開発機構放射線医

処方を Table 1 にまとめた．すべての計画で PTV には線量学総合研究所（量研・放医研）のスキャニングビームポー

2 Gy を 処 方 し た．こ こ で は，原 理 を 説 明 す る 目 的 で，をモンテカルロシミュレーション Geant4 内に構築RBE 加重線量 6）ではなく吸収線量を用いた．計画 2 では

ト

2）

3）

し，4 核種それぞれについて，水中飛程が 10〜300 mm まPTV の線量平均 LET を LT＝50 keV/μm とし，計画 3 では

で 2 mm 階調となる 146 種の単一エネルギービームを発生

直腸への許容線量を Lmax
≤ 30 keV/μm とする制限を加えOさせ，水ファントムに入射させた．各ビーム照射で，ファた．また，計画 4 では，計画 2, 3 の条件に加えて，前立腺

ントム内の各位置に付与されるエネルギースペクトルかへの線量平均 LET を LT＝80 keV/μm とする条件を加えた．

ら，そのビーム j の線量分布 dj(r) と線量平均 LET 分布 lj(r)を求め，それを 3 ガウスモデル 4）, 5）で近似することで治療計画での解析的線量計算に用いた．
2.2.2

線量および線量平均 LET の最適化

IMPACT で 体 内 に 照 射 さ れ る 線 量 分 布 D と 線量平均
LET 分布 L はそれぞれ∑ d (r )⋅w
L ( r, w ) ＝ ∑ l ( r ) ⋅ d ( r ) ⋅ w ∑ d ( r ) ⋅ w
D ( r, w ) ＝

j

(1 )

j

j

j

j

j

j

j

j

(2 )

j

で計算される．ただし，w は全ペンシルビーム j の粒子数

Table 1

24

Fig. 2

Axial CT image of the prostate cancer case. Arrows
indicate the directions of opposing ﬁelds

Dose and dose-averaged LET prescriptions for PTV, prostate and rectum in a carbo-ion therapy treatment plan (Plan-1)
and three IMPACT plans

計画 ID

DT: PTV (Gy)

LT: PTV (keV/μm)

LT: prostate (keV/μm)

Lmax
O : rectum (keV/μm)

1
2
3
4

2.0
2.0
2.0
2.0

̶
50.0
50.0
50.0

̶
̶
̶
80.0

̶
̶
30.0
30.0

Jpn. J. Med. Phys. Vol. 40 No. 1 (2020)

3．結果

Fig. 3 に，計画 1–4 の線量分布 D と線量平均 LET 分布 L

解説

≤ 30 keV/μm に抑えられていた．ただし，IMPACT 計画 4では，大腿骨頭への平均線量が 1.13 Gy となり，計画 1–3での平均線量（≈ 0.94 Gy）よりも 20% 程度増加した．

を示した．すべての計画において，PTV の線量は 2 Gy で4．考

均一に照射されている．線量平均 LET に制限を課してい察ない炭素線治療計画では，80 keV/μm を超える高 LET は線質の異なる複数の核種を組み合わせて照射する強度変PTV 辺縁に集中しており，PTV 中心の前立腺領域の LET

調混合イオン照射法 IMPACT により，線量分布とともには 45 keV/μm 程度であることがわかる．IMPACT 計画 2 で線量平均 LET の分布を独立に最適化できる．これは，線は，PTV 内での線量平均 LET は，50 keV/μm で一様に保量分布のみを最適化していた従来の外部放射線治療では実たれている．その結果，PTV と重なり合う直腸の一部に現できなかったことであり，将来的に強力な外部放射線治も 50 keV/μm が 照 射 さ れ て い る．IMPACT 計 画 3 で は，療のツールになりうる．しかし，IMPACT 計画 4 で，前直腸への線量平均 LET は大幅に減少（≤ 30 keV/μm）し立腺の線量平均 LET を 80 keV/μm に引き上げる代償として お り，そ れ 以 外 の PTV の 線 量 平 均 LET は お お よ そて大腿骨頭の線量が 20% 程度増加したように，線量平均

50 keV/μm に保たれている．IMPACT 計画 4 では，前立LET を最適化することで，線量分布の悪化を招く可能性

腺内の線量平均 LET は劇的に上昇しており，前立腺内もあり，治療計画において両者の妥協点を探していく必要の線量平均 LET の中央値は 79.4 keV/μm となった．一方がある．

で，直 腸 の 線 量 平 均 LET は IMPACT 計 画 3 と 同 様 にFig. 3

量研・放医研では，膵臓がんに対する IMPACT の適用

Dose D (left column) and dose-averaged LET L (right column) distributions of plan 1 (upper row), plan 2 (2nd upperrow), plan 3 (2nd lower row) and plan 4 (lower row) for a prostate cancer case25

医学物理 第 40 巻 第 1 号

Fig. 4

Dose D (left column) and dose-averaged LET L (right column) distributions of a carbon-ion radiotherapy treatment plan
(upper row) and an IMPACT plan (lower row) for a pancreas cancer caseを検討している．これは膵臓がんが，難治がんである（5タを蓄積していく必要がある．また，過去の臨床データ解7）
年生存率 7%），周囲を重要臓器に囲まれており大幅な線

析によって，再発と線量平均 LET や有害事象と線量平均量増加は困難である（Fig. 4 参照），腫瘍本体が低酸素状

LET の関係性を明らかにしていく必要がある．個々の症

8）9）態である ，腫瘍辺縁よりも腫瘍本体からの再発が多い ，例における標的や重要臓器内での放射線感受性の違いを可などの特徴をもつためである．膵臓がん症例に対する炭素視化するバイオマーカーやイメージング法の開発も重要に

線治療の典型的な線量分布と対応する線量平均 LET 分布

なる．さらに，複数の核種を複数の方向から照射する IM-

Fig. 4 に示した．標的内に均一な線量分布が照射されていPACT では，体内での飛程決定精度に求められる要求は従るが，腫瘍辺縁の重要臓器の近辺には 100 keV/μm 近い高来の粒子線治療に比較して格段に高くなるため，飛程決定

LET が照射されており，腫瘍本体である肉眼的腫瘍体積精度向上のための研究開発も必須になる．これらはすべ

GTV (Gross Tumor Volume) に は 45 keV/μm 程 度 の 中 庸て，量研・放医研において現在進行中の研究課題である．

な LET が照射されている．同じ症例に対して IMPACT を適用することで，線量分布をほぼ同等に保ちながら，重要5．結論

臓器付近の LET を 30 keV/μm 以下に下げ，GTV への LET

陽子線や炭素線などを用いた粒子線治療は，正常組織へを 100 keV/μm に引き上げることができている．一般に酸のダメージを低く抑えながら腫瘍にダメージを集中するこ

素増感比 OER (Oxygen Enhancement Ratio) は，低 LETとができる優れた治療法であり，世界的に普及が進んでいでの OER〜3 から L＝50 keV/μm を超えると下がり始め，

る．粒子線は停止位置付近で集中的にエネルギーを放出す100 keV/μm 付近で OER〜1.5 程度となり，更なる高 LETることに加えて，特に炭素線はその位置での細胞殺傷効率で 1 に近づく．つまり IMPACT を適用して低酸素状態にが高い．しかしながら，炭素線治療でも骨軟部肉腫や膵がある GTV への線量平均 LET を 100 keV/μm に引き上げるんといった難治性の腫瘍では十分な成績を上げることがでことで，周辺の重要臓器へのダメージを増すことなく，治きていない．難治性の腫瘍に対する治療成績を劇的に改善療効果を 2 倍に増やせる可能性である．従来の炭素線治療させるためには，正常組織へのダメージを低く保ちながで，線量分布だけを調整することにより，周辺の重要臓器ら，がん細胞の殺傷効果をこれまで以上に高めることが望へのダメージを増すことなく 2 倍の治療効果を達成するこまれる．ところが，線量分布だけを調整することで腫瘍内とは困難である．IMPACT により線量と線質の分布を個々に所望の殺傷効果を実現しようとする炭素線治療を含む従の症例に合わせて最適化していくことで，従来の外部放射来の治療技術では，この目標を達成することは難しい．そ

線治療に比べて，難治がんに対する治療効果を劇的に改善

こで，本稿では，線質の異なる複数の核種を組み合わせてできる可能性がある．

照射する強度変調混合イオン照射法 IMPACT を提案した．

IMPACT を実現するためには，様々な線質の放射線にIMPACT によって，線量と線質の分布を個々の症例に合よる，様々な環境下（低酸素など）での生物・動物実験デー

わせて最適化していくことで，難治がんに対する治療効果

26

Jpn. J. Med. Phys. Vol. 40 No. 1 (2020)

を劇的に改善できる可能性がある．
付記
この研究の一部は第 105 回日本医学物理学会学術大会（2013 年 4 月横浜市）および第 117 回日本医学物理学会学術大会（2019 年 4 月横浜市）にて発表された．
利益相反
本研究に利益相反はありません．
参考文献
1） Inaniwa T, Kanematsu N, Noda K, et al.: Treatment planning of intensity modulated composite particle therapy
with dose and linear energy transfer optimization. Phys.
Med. Biol. 62: 5180–5197, 2017
2） Furukawa T, Inaniwa T, Sato S, et al.: Performance of the
NIRS fast scanning system for heavu-ion radiotherapy.
Med. Phys. 37: 5672–5682, 2010
3） Agostinelli S, Allison J, Amako K, et al.: Geant4–a simulation toolkit. Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A. 506:
250–303, 2003

著者紹介

稲庭

解説

4） Inaniwa T, Kanematsu N, Hara Y, et al.: Implementationof a triple Gaussian beam model with subdivision and redeﬁnition against density heterogeneities in treatment
planning for scanned carbon-ion radiotherapy. Phys. Med.
Biol. 59: 5361–5386, 2014
5） Inaniwa T, Kanematsu N: A trichrome beam model for biological dose calculation in scanned carbon-ion radiotherapy treatment planning. Phys. Med. Biol. 60: 437–451,
20156） Inaniwa T, Kanematsu N, Matsufuji N, et al.: Reformulation of a clinical-dose system for carbon-ion radiotherapy
treatment planning at the National Institute of Radiological Sciences, Japan. Phys. Med. Biol. 60: 3271–3286, 20157） Siegel RL, Miller KD, Jemal A: Cancer statics. C. A. Cancer. J. Clin. 65: 5–29, 20158） Koong AC, Mrhta VK, Le QT, et al.: Pancreatic tumors
show high levels of hypoxia. Int. J. Radiat. Oncol. Biol.
Phys. 48: 919–922, 2000
9） Hagiwara Y, Bhattacharyya T, Matsufuji N, et al.: Inﬂuence of dose-averaged linear energy transfer on tumor
control after carbon-ion radiation therapy for pancreaticcancer. Clin. Trans. Radiat. Oncol. 21: 19–24, 2020

拓（いなにわ・たく）（現職名）国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 グループリーダー（専門分野）医学物理学．現在は，粒子線の治療計画に関わる研究開発（特に線量計算手法の開発や粒子線生物効果の モ デ リ ン グ）を 行 っ て い る．ま た，
新たな粒子線治療技術の開発も進めている．

27

Jpn. J. Med. Phys. Vol. 40 No. 1: 28–34 (2020)

医学物理 第 40 巻 第 1 号

解説
米国医学物理学会タスクグループ 100 レポート
「放射線治療の品質マネジメントへのリスク解析法の適用」の概説
岡本裕之 *1，太田誠一 2，川守田

龍 3，坂本昌隆 4，中村哲志 1，西岡史絵 1，株木重人 5，正井範尚 6，

水野統文 7，古谷智久 8，山本鋭二郎 9，飯島康太郎 1，伊藤芳紀 10，勝田昭一 11，黒岡将彦 12，川村愼二 13，橘英伸 14，遠山尚紀 15，中村1

国立がん研究センター中央病院

2

京都府立医科大学附属病院

3

多根総合病院

4浜松医科大学医学部附属病院

5

東海大学医学部

6

都島放射線科クリニック

7

聖路加国際大学聖路加国際病院

8

がん・感染症センター都立駒込病院

9大阪府済生会野江病院

勝 16，峯村俊行 17，中山優子 18

放射線品質管理室

医療技術部放射線技術課

医療技術部
放射線部

放射線治療計画室
放射線科放射線治療品質管理室
放射線物理室

放射線治療科10

昭和大学病院

11

国立がん研究センター中央病院

12

東京医科大学病院

13

帝京大学大学院保健学研究科

診療放射線科学専攻

14

国立がん研究センター東病院

放射線品質管理室

15

東京ベイ先端医療・幕張クリニック16

愛知医科大学病院

17

国立がん研究センターがん対策情報センター

18

国立がん研究センター中央病院

放射線治療科
放射線技術部

放射線治療部

医療技術部医学物理室

中央放射線部
放射線治療品質管理推進室

放射線治療科

Summary of the Report of Task Group 100 of the AAPM:
Application of Risk Analysis Methods to Radiation Therapy Quality Management
Hiroyuki OKAMOTO*1, Seiichi OTA2, Ryu KAWAMORITA3, Masataka SAKAMOTO4, Satoshi NAKAMURA1, Shie NISHIOKA1,
Shigeto KABUKI5, Norihisa MASAI6, Norifumi MIZUNO7, Tomohisa FURUYA8, Toshijiro YAMAMOTO9, Kotaro IIJIMA1,
Yoshinori ITO10, Syouichi KATSUTA11, Masahiko KUROOKA12, Shinji KAWAMURA13, Hidenobu TACHIBANA14,
Naoki TOYAMA15, Masaru NAKAMURA16, Toshiyuki MINEMURA17, Yuko NAKAYAMA18
1

Department of medical physics, National Cancer Center Hospital

2

Division of Radiological Technology, Department of Medical Technology, University Hospital, Kyoto Prefectural University of Medicine

3

Department of Radiation Oncology, Tane General Hospital

4

Department of Radiology, Hamamatsu University School of Medicine

5

Department of Radiation Oncology, Tokai University School of Medicine

6

Department of Medical Physics, Miyakojima IGRT Clinic

7

Department of Radiation Oncology, St. Lukeʼs International Hospital

8

Department of Radiology, Tokyo Metropolitan Cancer and Infectious Diseases Center Komagome Hospital

9

Department of Radiation Oncology, Osaka Saiseikai Noe Hospital

10

Department of Radiation Oncology, Showa University School of Medicine

11

Department of Radiological Technology, National Cancer Center Hospital

12

Department of Radiation Oncology, Tokyo Medical University Hospital

13

Division of Radiological Sciences, Graduate School of Health Sciences, Teikyo University

14

Radiation Safety and Quality Assurance division, National Cancer Center Hospital East

15

Division of Medical Physics, Tokyo Bay Advanced Imaging & Radiation Oncology Makuhari Clinic

16

Department of Radiology, Aichi Medical University Hospital

17

Division of Medical Support and Partnership, Center for Cancer Control and Information Services National Cancer Center

18

Department of Radiation Oncology, National Cancer Center Hospital*

国立がん研究センター中央病院 放射線品質管理室［〒104–0045 東京都中央区築地 5–1–1］
Department of Medical Physics, National Cancer Center Hospital, 5–1–1 Tsukiji, Chuo-ku, Tokyo 104–0045, Japan
E-mail: hiokamot@ncc.go.jp

28

Jpn. J. Med. Phys. Vol. 40 No. 1 (2020)

解説

In 2016, the American Association of Physicists in Medicine (AAPM) has published a report of task group (TG) 100 with a completely new concept, entitled application of risk analysis methods to radiation therapy quality management. TG-100 proposed implementation of risk analysis in radiotherapy to prevent harmful radiotherapy accidents. In addition, it enables us to conduct efﬁcient and effective quality management in not only advanced radiotherapy such as intensity-modulated radiotherapy andimage-guided radiotherapy but also new technology in radiotherapy. It should be noted that treatment process in modern radiotherapy
is absolutely more complex and it needs skillful staff and adequate resources. TG-100 methodology could identify weakness in radiotherapy procedure through assessment of failure modes that could occur in overall treatment processes. All staff in radiotherapy
have to explore quality management in radiotherapy safety.
Keywords: TG-100, occurrence, severity, detectability, FTA, FMEA, process map

法を記述している．セクション 6 においては，セクション

1．は じ め に

5 で示された解析結果もとにした放射線治療全体の品質マ

2016 年に米国医学物理学会 (AAPM) からタスクグルー

ネジメント手法について説明している．セクション 7 と 8

プ 100（TG-100）レポート「放射線治療の品質マネジメンについては，今後の研究と開発についての指針が示されてトへのリスク解析法の適用」が刊行された ．この TG-いる．セクション 9 は，一般的な方法の適用例と全体のま100 は，これまでの AAPM の技術的ガイドラインとは全とめで構成されている． 付録の構成については次の通り

く内容が異なり，装置の試験内容や頻度，基準値などが記である．付録 A：FMEA を実践する際に役立つ実用的ガイ

述されていない．

ドラインと方法論，付録 B：教育およびトレーニング用，

1）

今日まで強度変調放射線治療や画像誘導放射線治療など

付録 C：TG-100 のすべての潜在的エラーである故障モーの高精度放射線治療が臨床導入されてきた．放射線治療がド (Failure Mode, FM) の リ ス ト，FM の 潜 在 的 な 原 因，

高精度化の一途を辿る一方，放射線治療プロセス全体が複および強度変調放射線治療 (Intensity Modulated Radio-

雑化し，放射線治療従事者には高度な知識と技能が求めら

therapy, IMRT) プロセスの様々なステップの結果に対すれている．放射線治療エラーは必ずしも装置などの機械的る各 FM の影響，付録 D：IMRT における FMEA の解析とな故障や欠陥だけの要因ではなく，プロセスの欠陥や従事考察，付録 E：IMRT プロセスツリーを補完する全体的な者の技能不足，劣悪な労働環境など様々な要因で発生すフォルトツリー，付録 F：品質マネジメント活動を付加しる．この TG-100 では装置の機械的な品質管理から視点をたフォルトツリー，付録 G：品質マネジメントプログラム

変え，放射線治療プロセス全体の品質マネジメントについ例と品質管理に関する勧告．

て提案している．特に効率的で効果的な手法としてリスク

3．用語の定義

分析法の利用を推奨している．国立がん研究センター研究開発費「安全で効果的な質の高い放射線治療の実施体制確「品質」は，様々な定義が報告されているが，一般的に立のための基盤研究，課題番号：30-A-14（研究代表者

は「良好な状態」という意味で使われる．TG-100 レポー中山優子）」において，安全で効率的な高精度放射線治療

トでの品質の定義は次の通りである．

の実施体制の構築を目指し，これまで医療安全やチーム医・診療を提供するスタッフと施設側の専門的，経済的な療に関するワークショップを開催してきた．TG-100 が提

ニーズも考慮に含め，医学的，心理的および経済的に患唱するリスク分析においても早くからその重要性について者のニーズを満たすこれらの特徴

議論を重ね，今回 TG-100 レポートの和訳を刊行するに・全国的に受け入れられている実務的な標準や仕様を満た至った 2）．本稿では TG-100 レポートの和訳を引用する形

し，がん治療を行う上で実現するように設計された臨床式で概説する．
2．TG-100 レポートの構成
TG レポートは，セクション 1〜9 と付録 A から G で構成

的プロセス
・エラーおよび誤りがないこと「品質管理 (Quality Control, QC)」の定義
・治療パラメータの現状の評価を行うことされている．セクション 1 と 2 では主に TG-100 レポート

・治療パラメータを望ましい値と比較することの指針と読み方の注意点や勧告が記載されている．セク・目標到達のために，現状と望ましい値との差異に対応す

ション 3 では，従来の品質管理手法の問題点を指摘していることる．セクション 4 においては，品質マネジメントの概要と「品質保証 (Quality Assurance, QA)」の定義

用語の定義について示されている．セクション 5 において・作業やパラメータの品質目標が満たされていることを証

は，TG-100 が推奨する品質マネジメントについて提案し，明し，品質が望ましい水準であることを確認する

故 障 モ ー ド 影 響 解 析 (Failure Mode Effect Analysis,
FMEA), 故障の木解析 (Fault Tree Analysis, FTA) の利用
29

医学物理 第 40 巻 第 1 号

4．従来の品質管理の問題点とリスク分析の導入

・FTA
・品質マネジメントプログラム

放射線治療の品質や安全性は過去のシステム障害や過誤

6．TG-100 のリスク分析

照射などの失敗をきっかけに改善されてきた．明らかに安全と障害は相反する関係にあるが，相互的な関係で治療技

6.1

はじめに

術が促進された一面もある．従来の品質管理に関するガイ

TG-100 の解析法を行うにあたっては，すべての放射線

ドラインは，機器特有の品質管理に重点を置いてきた．そ治療に関わる職種の参画を推奨し，単独での実施は推奨しのため，不適切なプロセス設計に関するエラー，情報フていない．またはじめから大規模なプロジェクトで開始す

ロー，トレーニング不足，文書化，および機器の脆弱性にると柔軟に対応できないため，小規模なプロジェクトから対する患者個別の確認の適合不備などのエラーに関しての開始すると良い．施設ごとで，治療手技や医師のトレーニ

記述は不十分であり，指針も示されてこなかった．最近でング，医師の方針，人的リソース，環境などが異なるため，は，品質および安全性を損なう主な原因は，放射線治療プ

それぞれの施設で独自のプロセスマップ，FMEA, FTA,

ロセスの脆弱さから生じるという認識が高まってきてい

品質管理マネジメントプログラムを検討する必要がある．

る．例えば，放射線治療装置の機械的仕様や技術的な運用
方法などは，メーカ間で若干の違いはあるものの，IEC

6.2

プロセスマップ(International Electrotechnical Commission) などの規格

プロセスマップは，プロセス開始から終了までのすべてによりある程度は標準化されてきたと言える．しかしながの作業のフローを可視化する．異なるプロセス間の関係性

ら，放射線治療プロセス自体は，施設間で大きく異なり，や時間的なプロセスが明確になり，標準的な診療手順を再標準的な指針が十分に示されてきていないのが現状であ

確 認 す る き っ か け を 提 供 す る．Fig. 1 に TG-100 が 示 する．今後，プロセスを熟知しているスタッフ自らの行動に

IMRT の典型的なプロセスマップを示す．プロセスツリー

よって，業務の効率化および効果的な業務を推進するための作成にあたっては，詳細に記述してしまうと全体のフの品質管理プログラムの実施が求められる．TG-100 におローや関係が不明瞭になる．反対に詳細に記述されていな

いては，プロセスマップ，FMEA, および FTA がこの問題い場合は，関係性や重要な作業が不明瞭になるため注意が解決の中心的役割を担うと考える．またこの手法は，すで必要である．

に確立されている治療技術に適用するだけでなく，今後新しい治療技術が臨床導入された場合に対しても柔軟に対応できる可能性を示唆している．
5．安全性に対する後ろ向きアプローチと前向きなプローチ

6.3

FMEA

FMEA の目的は，リスクの高い事象を特定し，前述した前向きなアプローチにより事前にエラーの発生を抑制することである．作成したプロセスマップとこれまでの自施設での経験などを参考にし，考え得る潜在的なエラー FM

エラーや故障が発見された際は，安全性に対する後ろ向を可能な限り洗い出しをする．また，過去のインシデント

き（事後処理型）アプローチが採用される．この目的は，レポートより収集したデータの活用も有用である．そしシステムの改善を早急に行い患者に害を与えるリスクを最て，それぞれの FM について，下記にある 3 つの特徴につ小限に留めることである．事象の原因を特定する方法とし

いて定量的な分析を行う．それぞれの数値は 1〜10 の段階ては，根本原因解析 (Root Cause Analysis, RCA) が有用で示され，数値が大きいほど発生確率は高く，重大であり，である．根本原因解析とは，適切な対策を講じるために，検出も難しい．検出難易度を評価する際にはそれぞれの根本的な原因を特定する分析方法である．反対に前向き

QC (Quality Control) での検出難易度を評価するのではな（未然防止型）アプローチの目的は，失敗や故障が生じる

く，放射線治療プロセスを基に治療の段階で最終的にエ前に危険性の高いプロセスステップをリスク分析によってラーが防げるかどうかの観点から評価する必要がある．

特定することである．その後，要求される結果が損なわれ・O（発生確率，Occurrence）: FM が発生する確率

る前に，考え得る失敗や故障の発生率を軽減，または失敗

・S（重大性，Severity）: FM が検出または修正されなや故障の検出率を高めるための新たなプロセスの設計や既い場合に，その結果として生じる最終プロセス結果へ存プロセスの改善を行う．このような未然防止のためのリスク分析は，プロセスに内在する危険を解析するプロセス
であり，主に工業分野で広く普及してきた．TG-100 は，
前向きアプローチとして次の解析法を提案している．

の影響度（重大度）
・D（検出難易度，検出能の欠如，Detectability）：事象が検出されない可能性（確率）これらの 3 つのパラメータを掛け合わせて，リスク優先・プロセスマップ

度 (RPN, Risk Proﬁle Number)：RPN＝O×S×D と 呼 ば・FMEAれる 1 つの定量的指標を計算する．RPN は，分類された

30

IMRT process-map in TG-1002

解説

Fig. 1

Jpn. J. Med. Phys. Vol. 40 No. 1 (2020)31

医学物理 第 40 巻 第 1 号

Table 1
数値

発生確率 (O)
定性的分類

1
2

ほぼ発生しない3
4

7

多少発生する

時々発生する

10

必然的に発生する

分類

0.01

影響なし

―

不都合をもたらす

不都合をもたらす

軽微な線量のエラー

最適ではない計画あるいは治療

0.02

0.1

＜0.5
＜1

潜在的に重篤な毒性，もしくは腫瘍線量の低下＜5

重篤な毒性，もしくは腫瘍線量の低下＞5

大事故・悲惨的な状況

0.2
0.5
1.0

5.0

誤った線量，線量分布，位置，
または体積

10
15
20

極めて誤った線量，線量分布，位置，または体積＞20The ten highest RPN in IMRT from the TG100 FMEA

プロセス

治療計画の指示
輪郭描出
PTV 作成治療計画の承認
治療
治療
治療計画

0.01

2.0

限定された毒性，もしくは腫瘍線量の低下

Table 2

CTV 定義輪郭描出
治療中のエラー

エラーの非検出
確率 (%)

定性的分類＜2
繰り返し発生する

検出難易度 (D)

頻度 (%)＜0.2

89

重大性 (S)

0.05

56

Metric of occurrence, severity, and detectability for failure mode2

原因

Avg.
O

Avg.
S

Avg.
D

Avg.
RPN

6.5
5.3
5.4

7.4
8.4
8.2

8.0
7.9
7.2

388
366
354

5.3
5.9
7.3
4.9
6.2
5.3
5.6

8.6
6.6
5.4
8.0
6.7
8.8
7.0

7.3
8.0
7.9
7.9
7.1
6.5
7.1

333
326
316
313
310
306
303

FDG-PET のコントラストの調整などが原因
GTV/CTV 定義の大きな誤り装置の故障，MU の誤り，MLC リーフの不正確な駆動，平坦性／対称性など
再治療，過去の治療，小線源など
GTV/CTV 定義の誤り
PTV マージンの誤り
承認していない治療計画の使用
呼吸管理法の誤りなど
特別な指示（ペースメーカー，アレルギー，排尿，腸処理など）の誤り
線量評価

FM が検出されないものとして，患者に与える影響を相対・人的ミス的に表した代替的指標である． RPN 値を参考にすること

・標準的な手順の欠如

により，品質マネジメントがもっとも必要な FM を特定

・不十分なトレーニング

し，その構成要素 (O, S, D) の特徴を把握することができ・コミュニケーション不足

る．

・ハードウエアおよびソフトウエアの故障

Table 1 は，TG-100 の 委 員 に よ っ て 合 意 の 得 ら れ た・不十分なリソース（治療に必要な設備，人的要員など）

FMEA の O, S, および D の数的分類を示している．これら・不適切な設計仕様の尺度を使用することによって，定性的な分類から 3 つの・不十分なコミッショニング

特徴を定量的に評価することができる．Table 1 より RPNの範囲は 1〜1,000 である．個々の O, S, および D の尺度が6.4

FMEA の問題点

直線的ではなく対数で表される傾向があることは注目すべ

FMEA は個人の経験や判断により Table 1 に記載の尺度きである．放射線治療では，幅広い重大性，発生確率，おは大きく変わる．したがって，チーム内で様々な意見を集よび検出難易度を取り扱う必要があるためである．

約しコンセンサスの得られた尺度を用いるとよい．しかTG-100 では IMRT の FMEA の例を示している．執筆者

し，数値化自体に幾つかの問題点が残されている．例えば，

らによって IMRT の FM の洗い出しを行い，構成要素 (O,異なる施設間で比較した場合に尺度の解釈が異なる．つまS, D) の算出を行った．Table 2 に最も RPN が高い 10 件をり，同じ事象であっても数値は異なる．また，RPN の数示す．またこれらの FM に対する対策として最も多かった

値上の安全な域と危険な域との判別（閾値）が困難である．

ものを次に挙げる．

さらに，RPN を数値として扱う場合，解釈が容易でない．

32

Jpn. J. Med. Phys. Vol. 40 No. 1 (2020)

解説

Fig. 2

An example of FTA2

例えば，FM 1 の RPN が 100, FM 2 が 150 だとすると，両を示している．Fig. 1 から，RPN と S が多いステージは比者の差の 50 の違いをどのように解釈するか難しい．課題較的同じ位置にあり，治療計画立案のステージでリスクのは残されたままであるが，以下の点について留意すると良高い事象が多いことがわかる．治療計画のステージにどの

い．むやみに尺度の変更はせず，方針をもとに尺度を決定ような FM が存在するのかをチーム内で確認し，またフォする．また RPN を絶対値として解釈せずランキング形式

ルトツリー解析から QC の改善を図る．TG-100 の解析かをもとに FM の重要度を決定する．

ら品質マネジメントには以下の要件が必要である．
・標準的な手順

6.5

FTA

フォルトツリーは FM に対して関連する原因をリスト

・十分なスタッフ，物理的・情報技術設備
・スタッフへの十分なトレーニング

アップし，それぞれの原因に対しての QC 活動を可視化す

・ハードウエアおよびソフトウエア設備の保守る方法である．例えば Fig. 2 にフォルトツリー解析の 1 例

・スタッフ間の明確な情報共有方法を示す．左側に事象を示し，それが起きる原因を右側に列挙する．その原因に対して必要な QC 活動を論理的「OR」

7．臨床導入の例

ゲートで示す．1 つの事象に対して考える原因を列挙する

TG-100 のリスク分析を新しい治療技術に適用する場合，

ことにより，エラーの伝搬とそれぞれの QC が整理される．

スタッフ自身の経験が乏しいため，FM の発生確率を評価

脆弱なプロセスがあれば，QC の強化を図ることになる．

することは非常に難しい．Table 1 にある定性的分類から見積もるしか方法はないが個人の判断で結果は左右され

6.6

品質マネジメントる．一方で重大性，検出難易度に関しては，現在運用してここでの作業は，これまでのリスク分析から脆弱なプロいる体制をもとに専属スタッフで協議することにより，あセスを特定し，必要に応じてプロセスの改善を図ることでる程度合意の得られた数値が得られる．本稿の筆頭筆者のある．FMEA により得られた RPN 値および重大性 S 値を施 設 で も MRIdian (ViewRay Inc., Cleveland, OH, USA)

もとにランキング形式で FM をリストアップする．この方を 用 い た on-line adaptive radiotherapy (ART) に 対 し て法を採用することでリスクの高い FM に注目することがで

TG-100 を適用した．1 年近くの on-line ART の運用を経きる．また，プロセスマップ上に RPN が高い事象，重大て，プロセスマップを作成し標準的な診療手順の確立を

性 S の高い事象をわかりやすく示し，議論となる材料を揃図った．また，レポーティングシステムを運用し，実際にえることである．Fig. 1 では，TG-100 の解析結果の例を起きた事象および専属スタッフによるブレインストーミン

示す．円 1（図中では番号 1 の円）は重大性 S が比較的高グを用いて可能な限り多くの FM を収集した．得られたい事象が多く集まっているプロセス，円 2（図中では番号

FM に対し，影響の高い事象や発見が難しい FM を特定し2 の円）は RPN が比較的高い事象が多く集まるステージ

た．発生確率については，経験が十分になかったため算出
33

医学物理 第 40 巻 第 1 号

することはできなかったが，影響度，検出難易度からだけ付記

でも，現在運用しているプロセスの問題点を特定すること

TG-100 の概説については，第 113 回日本医学物理学会ができると考える．まずは，放射線治療に携わる職種が集学術大会の早朝教育講演「Risk-based analysis for radio-

まり，標準的な放射線治療プロセス確立のためにプロセス

therapy according to AAPM TG-100―AAPM TG-100 にマップの作成とプロセスマップをもとにした FM の洗い出準拠した放射線治療におけるリスク分析―」においても報しからはじめてみてはいかかであろうか．

告した．なお，本研究に関して，開示すべき利益相反関連事項はない．

謝辞
TG-100 の冊子化については，国立がん研究センター開
発費（課題番号：30-A-14）および日本放射線腫瘍学会の支援を受けました．

34

参考文献
1） Huq MS, Fraass BA, Dunscombe PB: The report of Task
Group 100 of the AAPM: Application of risk analysis
methods to radiation therapy quality management. Med.
Phys. 2016: 4209.
2） 和訳本米国医学物理学会タスクグループ 100 レポート「放射線治療の品質マネジメントへのリスク解析法の適用」URL:
https://www.jastro.or.jp/medicalpersonnel/safety/cat4/（2020/2/14 アクセス）Jpn. J. Med. Phys. Vol. 40 No. 1: 35–36 (2020)

医学物理 第 40 巻 第 1 号

国際学会参加記AOCMP 参加記
久保和輝 *
多根総合病院 放射線治療科

Report of AOCMP2019
Kazuki KUBO*

Tane General Hospital, Radiation Oncology

1．は じ め にアットホームな雰囲気があると感じている．今年のテーマ
は，「Elements and Interactions」であった．

2019 年の Asia-Oceania Conference of Medical Physics

3．発 表 内 容

(AOCMP) は， Engineering & Physical Scientists in
Medicine (EPSM) と合同で 10 月 28 日から 30 日の日程で筆者は「Inter-planner variation in treatment plan quality

オーストラリアのパースで開催された．パースは，西オーof hypofractionated prostate only and simultaneous in-ストラリア州の州都（オーストラリアの中では第 4 の都市）

tegrated boost whole pelvis volumetric modulated arc

でスワン川沿いに位置しており，世界で一番美しく住みや

therapy plans created with a knowledge-based treat-

すい街として知られている．街並みもさることながら自然

ment planning」という演題名で口頭発表を行った．In-の美しさや動物とのふれあいが魅力の街である (Fig. 1)．

tensity modulated radiation therapy (IMRT) や volumet-

日本からの直行便が 2019 年 9 月より就航しており，所要

ric modulated arc therapy (VMAT) で は，治 療 計 画 者 あ

時間はおよそ 10 時間であった．オーストラリアの 10 月は

るいは施設の経験や治療計画スキルに依存して日本の春に当たり，日中の気温が 20°C 前後だったため非quality

常に過ごしやすい気候であった．

quality はターゲットに対する dose coverage と Organ at

2．AOCMP について

planが変化することが問題視されている 1）, 2）．Plan

risk (OAR) に対する dose sparing によって評価されるが，plan quality を決定する因子としては特に治療計画作成の

AOCMP は， Asia-Oceania Federation of Organiza-

工程の一つである optimization の影響が大きい．近年，

tions for Medical Physics (AFOMP) によって毎年開催さplan quality の変動を低減させる方法として，knowledge-

れており，アジア・オセアニアだけでなく世界各国から医based treatment planning (KBP) が注目されている 3）〜6）．

学物理士が参加する学会である．AFOMP は 2000 年 5 月

KBP は，過去の治療計画のデータに基づき，新規患者でに設立され，アジアおよびオセアニア地域における医学物

達成可能な OAR の dose sparing を推定することが可能で理学を促進する重要な役割を担っており，AOCMP は今年あり，optimization 時の治療計画者のスキルへの依存を排で第 19 回目の開催であった．筆者は過去に 2 度参加して除することを目的としている．理想的には optimization

いる（バンコク（2016 年），クアラルンプール（2017 年））を全自動で完了できることが望まれるが，現状では KBPが，毎年臨床に沿った内容から最新の技術を用いた研究まを用いた場合にも治療計画者による若干の修正を必要とす

で幅広く議論されており，また研究者同士の距離が近くる場合 7）, 8）があり，その場合の plan quality の変動については明らかではない．そこで 9 名の治療計画者がそれぞれ
KBP を用いて比較的シンプルな症例（前立腺がん）と複雑な症例（前立腺がんとリンパ節領域）に対して optimization を行い，その結果の plan quality について評価した．結果，シンプルな症例の場合には治療計画者に依存せず同等の plan quality を示す治療計画の作成が可能であったが，複雑な症例では KBP を使用している状況であっても治療計画者の経験に依存して plan quality が変動することが明らかとなった．なお，本研究は Physica Medica への掲載が承認されたので詳細はそちらを確認されたい 9）．

Fig. 1

ロットネスト島の海岸とクォッカワラビー*E-mail: panda.kazu1002@gmail.com
35

医学物理 第 40 巻 第 1 号

参考文献

Fig. 2

近畿大学大学院の一同

4．さ い ご に海外学会で発表を行うことは，費用や言語などいくつものハードルがあり，容易なことではないと感じており，いざ学会に参加してからも発表以外で緊張する場面をしばしば経験した．しかし，海外の研究者と議論を交わせたことや，今のトレンドを知れたこと，また海外の研究者とつながりができたことなど得られる経験はそれ以上であったと感じた．今後も医学物理に貢献できるように日々研究に精進し，その成果を海外で報告したいと思う．また海外学会への参加を考えている方に対して筆者の経験が一助になれ
ば幸いである．
本学会への参加に際し，多大なる支援をしてくださった
日本医学物理学会に深く感謝申し上げます．また，研究指導していただいた門前一先生，田村命先生はじめ近畿大学
大学院医学物理学の皆さま，研究に協力してくださった多根総合病院放射線の皆さまにお礼申し上げます．

361） Nelms BE, Robinson G, Markham J, et al.: Variation inexternal beam treatment plan quality: An inter-institutional study of planners and planning systems. Pract. Radiat. Oncol. 2: 296–305, 2012
2） Chung HT, Lee B, Park E, et al.: Can all centers plan
intensity-modulated radiotherapy (IMRT) effectively?: An
external audit of dosimetric comparison between
three-dimensional conformal radiotherapy and IMRT for
adjuvant chemoradiation for gastric cancer. Int. J. Radiat.
Oncol. Biol. Phys. 71: 1167–1174, 2008
3） Kubo K, Monzen H, Ishii K, et al.: Dosimetric comparisonof RapidPlan and manually optimized plans in volumetricmodulated arc therapy for prostate cancer. Phys. Med. 44:
199–204, 2017
4） Tamura M, Monzen H, Matsumoto K, et al.: Mechanicalperformance of a commercial knowledge-based VMAT
planning for prostate cancer. Radiat. Oncol. 13: 163, 20185） Ueda Y, Fukunaga J, Kamima T, et al.: Evaluation ofmultiple institutionsʼ models for knowledge-based planning of volumetric modulated arc therapy (VMAT) for
prostate cancer. Radiat. Oncol. 13: 46, 20186） Kamima T, Ueda Y, Fukunaga J, et al.: Multi-institutional evaluation of knowledge-based planning performanceof volumetric modulated arc therapy (VMAT) for headand neck cancer. Phys. Med. 64: 174–181, 2019
7） Chang ATY, Hung AWM, Cheung FWK, et al.: Comparison of planning quality and efﬁciency between conventional and knowledge-based algorithms in nasopharyngeal cancer patients using intensity modulated radiation
therapy. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 95: 981–990,
20168） Fogliata A, Belosi F, Clivio A, et al.: On the pre-clinicalvalidation of a commercial model-based optimization engine: Application to volumetric modulated arc therapy forpatients with lung or prostate cancer. Radiother. Oncol.
113: 385–391, 2014
9） Kubo K, Monzen H, Ishii K, et al.: Inter-planner variationin treatment-plan quality of plans created with a knowledge-based treatment planning system. Phys. Med. 67:
132–140, 2019

Jpn. J. Med. Phys. Vol. 40 No. 1: 37–38 (2020)

医学物理 第 40 巻 第 1 号

国際学会参加記AOCMP 2019 参加報告
松田匠平 *
東北大学大学院医学系研究科医科学専攻放射線腫瘍学分野博士 1 年

Report of AOCMP 2019
Shohei MATSUDA*

Department of Radiation Oncology Tohoku University Graduate School of Medicine

1.

はじめに

2019 年 10 月 28〜30 日にわたって開催された第 19 回アジア・オセアニア医学物理学会 (19th Asia-Oceania Congress of Medical Physics: AOCMP) にて口頭発表をしたため，その報告を行う．今年の AOCMP はオーストラリア西部のパースにて開催された．パースは「世界で最も美しい街」と謳われており，世界遺産であるピナクルズやロット
ネスト島などの大自然のほか，珍しい動物，キングス・パー
クという小高い丘で綺麗な夜景を楽しむことができる．まさに文明と自然が調和した街であった．滞在期間中，時折訪れた観光名所にも触れながら本報告をさせていただく．
2.

AOCMP の概要と主な議題

Fig. 1

会場前での集合写真（筆者は一番右）

今年の AOCMP はパース中心部にある 5 つ星ホテル Pan
Paciﬁc Perth で開催された (Fig. 1)．AOCMP とはアジア，オセアニア各地域の第一線で活躍する，医学物理，医用生
体工学，放射線医学，放射線治療，核医学，放射線防護，
放射線生物学，放射性薬品科学等に関する研究者が一堂に会し，各分野における最新の研究報告やシンポジウムが行われる国際学会である．今年はメンデレーエフが元素の周期律を発見してからちょうど 150 年目にあたることから
Elements and Interactions

を テ ー マ に 掲 げ て い た．

2019 年は国際周期表年であり，医学物理分野にとっても節目の年だったように思う．
近年は Deep learning による画像診断や Radiomics による予後予測等，放射線治療においても人工知能 (AI) を用いた報告が多くなってきている．今回の AOCMP においてFig. 2

筆者が口演している様子もやはりというべきか，急速に性能向上が進む AI を如何に放射線治療に応用していくかがメインの議題の一つでいのかを吟味していく必要がある，といった内容だった．

あった．招待講演では AI の精度とモデルの中身の解釈をAI 関連の研究をしている者の端くれとして，大変勉強にどうするかが論点となった．一般的に AI は層を深くするなるものばかりであった．

ことでモデルが特徴を捉えやすくなり，学習精度が向上すると言われている．一方で深層であるほどその特徴を

3.

自分の口演についてが難しくなってくる．そのため，

私は，「Development of convolutional neural network-

臨床で用いるにはモデルの特性を理解し，目的に応じてどbased automated segmentation using evolutionary algo-

ういった症例でうまく学習が機能するのか，もしくはしな

rithm on prostate MR images」というタイトルで口演を人間が理解すること*E-mail: s.matsuda@med.tohoku.ac.jp37

医学物理 第 40 巻 第 1 号

Fig. 3

キングス・パークからの夜景

Fig. 4

オージービーフのステーキ行った (Fig. 2)．Deep learning を用いて MR 画像上の前立みが幻想的であった (Fig. 3)．また，折角オーストラリア

腺を自動抽出するモデルを開発するという内容である．

に来たのだから本場のオージービーフを食べねば，というDeep learning を用いたモデルと言っても，その構造は多ことでステーキをいただくことに．旨味の詰まった赤身の種多様であり，実際どういった構造が最適なのかはよくわ

お肉が絶品だった (Fig. 4)．

かっていないのが現状である．もしこれを一から検証しよ2019 年 9 月から ANA で成田〜パースの直行便が就航しうとすると莫大な労力と時間を要する問題がある．そこでている．今後日本からパースに行きやすくなったのは間違

本研究では最適化問題を解くための数学的な手法である進いない．是非一度訪れてみることをお勧めする．

化的アルゴリズムに注目した．進化的アルゴリズムを用いて自動的に繰り返し最適解を探索することで，前立腺抽出のための最適モデルを構築できる可能性がある．

謝辞
今回の国際学会に参加して海外の医学物理研究に触れら

今年は英語圏であるオーストラリアでの開催ということれたことは，今後の研究を進めていくうえで大変よい刺激もあって，例年よりもレベルの高いディスカッションが多になりました．海外での口演は初めてではないものの，自く交わされていた．私も例に漏れずオーディエンスからい分の英語で説明し議論する力がまだまだ未熟であることをくつか質問を受けたが，なかなか流暢に答えることができ痛感しました．次につなげられるように反省点を生かしなかった．引き続き研究を進めていくことは勿論，今後はて，今後も国際学会に挑戦していきたいと思います．

英語でディスカッションする力を養っていきたい．
4.

ちょっとだけ観光

最後になりますが，AOCMP2019 へ参加するにあたり，
日本医学物理学会より研究成果報告奨励金として旅費の援助をいただきましたこと，心より御礼申し上げます．また，学会終了後に，パースで 1 番の観光名所と噂の「キング本研究成果を発表するに至るまで指導していただいた先生

ス・パーク」に行ってみた．ちょっと小高い丘に登るとそ方と研究室のメンバーにこの場を借りて厚く御礼申し上げ

こではパース市内の夜景を一望でき，きらきらと光る街並ます．ありがとうございました．

38

Jpn. J. Med. Phys. Vol. 40 No. 1: 39–41 (2020)

医学物理 第 40 巻 第 1 号

国際学会参加記EPSM & AOCMP 2019 参加報告
中山雅央 *1, 2
1Discipline of Medical Radiations, School of Health and Biomedical Sciences, RMIT University2

神戸大学大学院医学研究科放射線腫瘍学分野

Report of EPSM & AOCMP 2019
Masao NAKAYAMA*1, 2
1Discipline of Medical Radiations, School of Health and Biomedical Sciences, RMIT University

2

Division of Radiation Oncology, Graduate School of Medicine, Kobe University

第19 回目となるAsia-Oceania Congress on Medical Physics (AOCMP) conference は 2019 年 10 月 28〜30 日にオーストラリアのパースで開催された．AOCMP は Asia-Oceania Federation of Organizations for Medical Physics(AFOMP) により 2001 年から年 1 回行われており，オース
トラリアでの開催は 2003 年のシドニー以来 2 回目である．
前年の時点ではクウェートで開催と発表されていたが演題登録前に変更され，オーストラリアの医学物理学会 Australian College of Physical Scientists & Engineers in
Medicine (ACPSEM) 主催の Engineering & Physical Sciences in Medical (EPSM) Conference と の 共 同 開 催 となった．本稿ではその参加報告とともに開催国オーストラリアの医学物理士に関しても述べたいと思う．
開催地のパースは広大な西オーストラリア州の州都で，Fig. 1 スワン川沿いから見たパースの街並み

スワン川に沿って自然と建物が調和したコンパクトな都市

回は紙ポスターのみであった．一般演題数は私がプログラであり (Fig. 1)，その周辺の美しいビーチとともにロット

ム上で数えた限りでは 288 件（口演 201 件，ポスター 87

ネスト島やピナクルズといった大自然が有名である．日本

件），これに招待講演等が加わり全体で約 300 件であった．

からはちょうど今回の学会約 2 カ月前の 9 月に全日空が成EPSM と共催ということもあり，オーストラリア国内の田〜パース間で直行便を就航させ，約 10 時間のフライト

施設からの発表件数が圧倒的に多かったなか，日本からはでアクセスが可能となった．私は現在メルボルンで留学中

口演 23 件，ポスター 20 件とおそらくオーストラリアに次であるが，国内といえども約 4 時間のフライトに加えて 3

いで多い演題数だったのではないかと思う．企業展示は約時間の時差があり，オーストラリア大陸の広さを感じさせ

20 ブースあり，オーストラリアで展開している企業や関られた．メルボルンから車で参加した強者もおり，会場に連施設がメインであった．

着くまでに 4 日かかったそうだ．この時期のパースの季節

演題の内容は治療計画や QA といった治療分野のセッ

は春で，Welcome Reception が行われた学会前日 27 日だ

ションがやはり多く，また AI や 3D プリンターの応用，

けは最高気温 37°C の異常な猛暑日だったものの，後のMRI リニアックなど最近のトピックスに関連した演題も3 日間は日中 25°C 前後，天候も良好で快適に過ごせた．

多数発表されていた．特に AOCMP らしいセッションと会場はパース中心地の東側に位置するホテル Pan Paciﬁc

しては，初日午前〜夕方にかけて行われた Education &Perth の Function room フロアの貸し切りで，ロビーを挟

Professional Standards セッションで，AFOMP に加盟しんで発表エリアと企業展示エリアに分かれていた．発表エているマレーシア，インド，ベトナムといったアジア諸国

リアには 4 つの口演発表会場があり，会場前の廊下に沿っの医学物理士の現状に関する発表，議論が包括的に行われてポスター発表が展示されているというスタイルであったており，ほかの学会では見ることがない非常に興味深いも(Fig. 2, 3)．前回のアデレードで開催された EPSM ではポのであった．これらの多くの国で放射線治療の需要が高スター発表はすべて電子ポスターであったのに対して，今まってきている一方，医学物理士の数は圧倒的に不足して* Discipline of Medical Radiations, School of Biomedical & Health Sciences, RMIT University, Bundoora Campus, Victoria 3083,
Australia
E-mail: masao.nakayama@rmit.edu.au39

医学物理 第 40 巻 第 1 号

Fig. 2 口演会場の様子

Fig. 4 懇親会 Gala Dinnerの様子．この後室内へ移動し，食事とともに夜遅くまでダンスパーティーが催されたが大きくなり，その結果生成される活性酸素種が増加したと考えている．前年の EPSM ではナノ粒子のセッションがあったものの今大会はなかったため，Radiobiology セッションでの発表となったが，最終日の最後のセッション枠にもかかわらず多くの聴衆が集まり，放射線生物学に興味をもっている医学物理士の多さを実感した．発表後の質問もいただき有益な時間であったことは言うまでもない一方
で，英語での発表においてどうしてもこの質疑応答が不安に感じることは多いと思う．英語の聞き取りに加えて英語で議論する力が必要となるため，単純な質疑応答でもこういったことに慣れていないとスムーズに答えることは容易ではない．こればかりは多くの日本人が抱えている課題かFig. 3 筆者，同じ研究室の大学院生と．彼女はミトコンドリアに着目した金ナノ粒子の放射線増感効果に関してポスター発表を行ったと思うが，本大会でも複数の日本の先生の演題が受賞した
ように，発表内容は優秀なものばかりだと思うので，このような国際学会で今後もより多くの先生方が発表されることを楽しみにしている．

おり，教育，トレーニング，そして認定制度が不十分なな

今回の大会は EPSM 共催ということもあり，会期中多か，それらの課題に対してどのように取り組んでいるかがくのオーストラリアの医学物理士と交流する機会をもつこ

主な内容であった．ほかに印象的だったのは最終日のとができた (Fig. 4)．また留学中にいくつかのオーストラ

Medical Physics Future Research Forum で，放射線治療

リア国内の施設を見学させてもらっており，ここでオース

分野のなかで今後医学物理士に期待されていること，また

トラリアの医学物理士について少し述べておきたいと思

臨床と研究をどのように両立させていくかといった内容がう．オーストラリアの医学物理士は ACPSEM が認定を取り上げられており，学会閉会後の情報交換会的なフォー行っており，日本のような全般的な認定はなく，治療専門

ラムであったにもかかわらず，ビール片手に多くの議論が医学物理士であれば Radiation Oncology Medical Physi-

交わされていた．

cist (ROMP) というように，治療，診断，核医学のそれぞ

私自身はサマリウムによる二酸化チタンナノ粒子の放射れの専門領域に最初から細分化されて認定される．これは線増感効果の向上に関する内容で 15 分の口演を行った．

放射線技師も同様で，私が所属している RMIT の技師コー

これまでの研究で二酸化チタンナノ粒子による放射線増感

スでは学部 1 年目から既に専門分野が分かれている．医学効果を報告してきたが，今回の発表ではこれに高原子番号

物理士においては大多数が物理系の学部出身者で，医学物のサマリウムを加えることにより in vitro でナノ粒子自体

理士コースの修士課程を経て，臨床研修である Trainingの細胞毒性は変わらず，その増感効果は向上することを報

Education and Assessment Program (TEAP) を完了した

告した．詳しいメカニズムに関しては引き続き研究を行っ後，認定されるという流れが一般的である．なお，オースているが，サマリウムによりナノ粒子と X 線の反応断面積

トラリアの大学は附属病院をもたないため，TEAP を受け

40

Jpn. J. Med. Phys. Vol. 40 No. 1 (2020)

国際学会参加記るために大学外の病院に所属することになる．TEAP ではかが課題の一つのようである．もし興味があれば詳細や最ACPSEM が定めるトレーニングガイドに沿った内容を行

新情報は ACPSEM のウェブページで確認していただきたい，各項目に課題や試験が課せられ，プログラム修了にはい．

通常 4〜5 年を要する．また認定後も経験年数とスキルに

次 回 の AOCMP は 2020 年 10 月 8〜10 日 に タ イ の プ ー

応じてグレードが上がっていくシステムになっている．実ケットで開催される予定で，同 6 月末が演題登録の締め切際の臨床業務は QA/QC に関することがメインで，普段のりとなっている．さらに 2021 年の開催地はバングラデ

治療計画は放射線技師が行うため，どちらかというと日本シュを予定しているというアナウンスもあった．EPSM

より米国の医学物理士に近い印象をもった．現在認定されは 2020 年 11 月 2〜4 日，32 年ぶりにブリスベンで開催さている ROMP は 600 人に満たない程度であるが，認定をれる．

もっていても特に都市部での医学物理士のポジションの競最後になりましたが，このような貴重な機会を与えてい争率は非常に高く，定員 2 人の枠に 70 人以上の応募があっただきまして日本医学物理学会，同国際交流委員会，およたという話も聞いた．今後どのように雇用を増やしていく

び関係する先生方に心より御礼を申し上げます．

41

Jpn. J. Med. Phys. Vol. 40 No. 1: 42 (2020)

医学物理 第 40 巻 第 1 号

書評『診療放射線基礎テキストシリーズ
放射線物理学』
編集委員：鬼塚昌彦，他
著者：鬼塚昌彦，他
発行所：共立出版
発行日：2019 年 3 月

本書は，診療放射線技師を目指している学生の教科書・第 2 章は，原子と原子核についてまとめた章である．原

参考書として執筆されたものである．最新の 2020 年版診子については，ラザフォードやボーアの原子核模型などの療放射線技師国家試験出題基準に則した内容となってお歴史的背景から要点が順序立てて整理されている．また，り，目次を見ると判るが，その順番まで出題基準とほぼ同量子数と電子軌道の小項目の部分では，パウリの原理と選じ構成となっている．以下に，本書の特徴を紹介する．

択則について表を使用して解説されている．原子核については，質量欠損や核スピン，磁気モーメント等について図

診療放射線技師を目指す学生の教科書としてを多く用いて説明されている．

放射線物理学の分野において，壊変や相互作用などの非第 3 章は，放射線の発生についてまとめた章であり，壊常に多岐にわたる現象を理解することは，初学者にとって変によるものと X 線に分けて解説されている．壊変によるは容易なことではない．本書は，そのような現象を解説す

放射線の発生については，α 壊変，β 壊変，γ 壊変についてる際に図をふんだんに使用しており，また，説明の後に具それぞれの特徴，それと競合する現象が図を使用して解説

体例を挙げている部分が多く，初学者にとって非常に理解されており，それぞれ実際の壊変の具体例を挙げている．

し易い構成となっている．また，原子と原子核，壊変，相X 線については定義や制動 X 線の発生原理，特性 X 線につ互作用の各項目について，とても詳細な部分まで解説されいて詳説されている．

ており，数式も導入部分から詳説されている箇所が多く，
より理解を深められる内容となっている．

第 4 章は，放射線の相互作用について，光子，電子，重荷電粒子，中性子に分けて述べられている．各粒子ともに，相互作用が起こる過程が一から述べられており，また，図

診療放射線技師国家試験の参考書としてをふんだんに使用して解説されている．重要となる数式も

本書は各章の詳細な解説とともに，章末に重要箇所を復導入部分から詳細に解説されている部分が多くみられる．

習できるように演習問題を載せている．演習問題は診療放第 5 章は，超音波について，放射線物理学で取り扱う内

射線技師国家試験を受験するうえで重要となる内容が多容を要点に絞って解説されている．特に，音響インピーダ

く，知識の定着がしやすい構成となっている．よって，国ンスやドプラ効果について，図を用いて説明がされてい家試験の参考書としても非常に有益である．

る．

医学物理士の教科書としての解説がされている．特に共鳴周波数については，数式を第 6 章は，核磁気共鳴について，共鳴周波数や緩和時間
本書は放射線物理学について基礎から詳細に解説されており，診療放射線技師国家試験のみに限らず，第一種放射用いて詳細に述べられており，深い理解を得ることができる内容となっている．

線取扱主任者，医学物理士等の他の資格を取得する際にも参考書の一つとして利用可能であると考える．

放射線を取り扱う技術者にとって，放射線物理学はその業務を安全に行ううえで，身につけなければならない知識

それでは，本書を章ごとに紹介していく．

の一つであると言える．本書は，放射線物理学を一から学

第 1 章は，放射線の定義から種類，性質などといった基び直そうと考えている診療放射線技師にとっても適した礎の部分が簡潔にまとめられおり，以降の章における学習の導入の役割を担っている．

42

1 冊である．
評者：桝田喜正（千葉大学医学部附属病院放射線部）

Jpn. J. Med. Phys. Vol. 40 No. 1: 43 (2020)

医学物理 第 40 巻 第 1 号

書評『放射線物理学』
編著者：榮

武二，遠藤真広

監修：日本医学物理学会
発行所：（株）国際文献社
発行日：2019 年 6 月 30 日

医学物理学教科書シリーズは大学院レベルを想定した構成となっている．医学物理学全般を体系的に網羅された和にがん治療に用いられる加速器についても詳細に述べられている．

書は少なく，医学物理学会自らが監修した待望のシリーズ

第 5 章は「荷電粒子と物質との相互作用」である．このである．医療で使用される診断機器や放射線治療装置の発章ではクーロン力を介して自らのエネルギーを与える荷電展は目まぐるしいものがあり，放射線物理学がこれらを理粒子線について解説されている．エネルギー損失について解するために必要不可欠な基礎的知識であることは言うま

は数式を用いて表されているがその物理的意味にも言及さでもない．したがって，医学物理学教科書『放射線物理学』

れており，非常にわかりやすく展開されている．さらに阻は放射線物理学の全般を基本的な原理から丁寧に解説して止能と飛程，多重散乱，ストラグリング，最後に荷電粒子

おり，正に大学院での学修に適した教材と言える．

の種類に応じてそれらの特徴に基づいて線量分布が述べら

本書の特徴は，原子核・原子，放射線と物質との相互作れている．

用などでは量子力学での記述を必要最小限にとどめ，でき

第 6 章は「光子と物質の相互作用」である．この章ではるだけ古典論の範囲で物理的モデルに基づき物理的意味に前半に相互作用をミクロな視点から弾性散乱，光電効果，も言及しながら解説している．さらに荷電粒子の加速原理

コンプトン散乱，電子対生成などを記述し，後半では光子や波動（超音波・電磁波）についても丁寧に述べられていの減衰（減弱）について，マクロな視点から減衰係数・エる．

ネルギー吸収係数，線質・フィルタニング，半価層，ビル

まず第 1 章は「原子核の構造と原子核反応」である．こドアップについて記述している．特に弾性散乱，光電効果の章では原子核の性質，核力と原子核モデル，原子核反応，では，半古典論により丁寧に記述しているところは興味深

核分裂と核融合，原子核の崩壊について解説される．特にい．

原子核の性質については原子核の大きさ・形・安定性・半第 7 章は「中性子と物質の相互作用」である．この章で経験的質量公式にとどまらず，原子核の角運動量とパリは基礎的現象について記述されている．はじめに微視的断

ティ・磁気モーメントについてもわかりやすく述べられて面積と巨視的断面積の物理的意味について解説し，それら

おり，医学物理士に求められる原子核の基本的知識がすべの関係についても言及している．散乱・吸収とそれに伴いて取り上げられている．

生じる核変換・放射化について具体的に核反応を例に挙げ

第 2 章は「原子の構造」である．この章では原子構造のながら丁寧に解説されている．また輸送理論と拡散近似か基礎知識を得るための内容となっている．軌道電子に対す

ら中性子の拡散について詳細に記述されている．さらにるシュレーディンガー方程式の解より量子数が与えられ，

BNCT で重要となる熱中性子の物理的特性，生体内でのその結果として形成される原子の殻構造・電子配置を丁寧

相互作用についてわかりやすく記述されている．

に記述している．これらの知識により放射線と物質との相第 8 章は「波動」である．この章では音波と電磁波を分互作用やゼーマン効果を現象論的に捉えることができる．

けて解説している．前半では波動の基本的性質を波動方程第 3 章は「放射線の発生」である．この章では，放射線式から記述し超音波による加熱にも言及している．後半での分類・放射線場に関する基本的事項に続き，放射線の発は電磁波の物理的特性とその医学応用の基礎について詳細

生源として，放射能・放射性壊変，制動 X 線・特性 X 線，に述べられている．

放射光，中性子の発生について，数式だけでなく図表を多本書は学部レベルを想定した内容をさらに物理学の基本く用いて詳細に記述されており非常にわかりやすい構成と法則から記述されており，さらに荷電粒子の加速の原理，なっている．

電磁波の医学応用について詳細に記述された放射線物理学

第 4 章は「荷電粒子の加速原理」である．この章では装の書籍はあまり見受けられない．これから医学物理士を目置の種類だけでなく原理的な部分から詳細に解説されてい指す人だけでなく医学物理学領域の教育・研究職や医療技る．前半では相対性理論に基づいた荷電粒子の加速原理，

術職の方にも是非薦めたい 1 冊である．

軌道の安定性・ビームの集束性について，後半では具体的

評者：阿部慎司（茨城県立医療大学保健医療学部）
43

Jpn. J. Med. Phys. Vol. 40 No. 1 (2020)

賛

助

会

員

名

エ

レ

ク

タ

株

式

会

社

東 洋 メ デ ィ ッ ク 株 式 会 社

株

式

会

社

応

用

技

研

長 瀬 ラ ン ダ ウ ア 株 式 会 社

加速器エンジニアリング株式会社

株

住 友 重 機 械 工 業 株 式 会 社

ユーロメディテック株式会社

株 式 会 社 千 代 田 テ ク ノ ル

公益社団法人

株 式 会 社 通 商 産 業 研 究 社

式

会

社

日

立

製

作

所

日本生体医工学会

編

集

後

記

本号では 2019 年 4 月の JSMP117・JRS 合同シンポジウムでご講演された 5 名の先生方に解説を書き下ろしていただき，特集といたしました．腫瘍の「顔」をテーマに，「顔」を特徴づける生物学的な研究の進展と MRI や PET の診断技術
による「顔」の把握，そしてマルチイオンを用いた「顔」に応じた治療照射と，放射線生物・診断・治療の三輪が揃って新たな時代を迎えつつあることを実感させる刺激的なシンポジウムだったと存じます．本企画が会員の皆様のご参考になれば幸いです．
このほか本号では AOCMP2019 に参加された 3 名の先生方からの学会参加報
告のほか，書評もいただきました．ご多用中にもかかわらず快くご執筆いただきました皆様に厚く御礼申し上げます．
「医学物理」は今年より巻と発行年を揃え，2020 年は第 40 巻として全 4 号の発刊を進めてまいります．今後共会員の皆様のご支援をどうぞよろしくお願い申し上げます．
なお，このたびの新型コロナウイルス感染拡大に伴い，4 月に予定しておりま
した JRC2020 は Web 開催となることが決まりました． 対応に当たられている方もいらっしゃるかと存じます．一刻も早い収束と皆さまのご無事をお祈り申し上げます．
（編集委員 松藤成弘）
Japanese Journal of Medical Physics

医

学

物

理

Editorial Board
T. Hasegawa (Chief)
M. Akimoto
F. ArakiN. Kanematsu
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ISSN: 1345–5354

ISSN: 1345–5354

Japanese Journal of Medical Physics [JJMP] is publishedfour times per annual volume by the Japan Society of
Medical Physics.

本誌は年 1 巻とし，1 号，2 号，3 号及び 4 号として発行します．

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Japanese Journal of Medical Physics
目
次
巻 頭 言
「腫瘍の「顔」をとらえる―生物学的不均一性に応じた放射線治療の幕開け―」
特集号に寄せて蓑原伸一 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1〈第 117 回日本医学物理学会学術大会特集〉
シンポジウム：腫瘍の「顔」をとらえる―生物学的不均一性に応じた放射線治療の幕開け―
解説
機能と解剖を繋ぐ MRI―放射線治療への新たな展開―
飯間麻美，飯塚裕介，松尾幸憲，高山賢二，中本裕士，山本 憲，片岡正子，石守崇好，
溝脇尚志，富樫かおり . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

核医学による治療計画の最適化とリアルタイム治療イメージングへの展開
高橋美和子，山谷泰賀 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
腫瘍内低酸素変動の可視化と放射線生物学における意義
安井博宣，松元慎吾，稲波 修 , Murali Cherukuri Krishna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Radiomics による分子分類と治療戦略
内山良一 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
重粒子線治療の LET 修飾
稲庭 拓 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
解

8
13
19
23

説
米国医学物理学会タスクグループ 100 レポート
「放射線治療の品質マネジメントへのリスク解析法の適用」の概説

岡本裕之，太田誠一，川守田 龍，坂本昌隆，中村哲志，西岡史絵，株木重人，正井範尚，
水 野 統 文，古 谷 智 久，山 本 鋭 二 郎，飯 島 康 太 郎，伊 藤 芳 紀，勝 田 昭 一，黒 岡 将 彦，川村愼二，橘 英伸，遠山尚紀，中村 勝，峯村俊行，中山優子 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

国際学会参加記AOCMP 参加記
久保和輝 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
AOCMP 2019 参加報告
松田匠平 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
EPSM & AOCMP 2019 参加報告
中山雅央 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
書

3

28

35
37
39

評
『診療放射線基礎テキストシリーズ 放射線物理学』
桝田喜正 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
『放射線物理学』
阿部慎司 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

42

編集後記 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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医学物理

第40巻

定価 2,000円

第1号

令和 2年3月31日発行 公益社団法人 日本医学物理学会 東京都新宿区山吹町358-5
平成 2 年 6 月11日第 4 種郵便物認可（株）国際文献社内