医療技術のと最新粒子線治療装置の開発状況
三菱電機株式会社 電力システム製作所 磁気応用先端システム部
磁気応用先端システム部
生産システム部

大谷 利宏
築島 千尋
伊藤 慶子

抄録
身体的負担が少なく、がん患部を集中的に治療できる粒子線治療への期待が高まっている。当社では次世代対応の高線量率ブロードビーム照射と高精度スキャニング照射の開発に取り組んでいる。前者は線量率を従来の 3 倍以上に高めることができ治療時間を短縮することができる。後者は精密に患部に線量を集中させ正常組織のダメージを最小限にできる。これらの照射法を患者の症例によって使い分ける
ためには照射ノズルを照射室毎に備える必要があった。当社は複数の照射法を 1 つの照射ノズルで実現できるユニバーサルノズルを開発している。これにより単一照射室で複数の照射法が使用できる。社内に設置した陽子線タイプの検証設備により、上記の最新照射法の検証試験を行っている。また、放射線医学研究所殿主導で開発された重粒子線治療装置の小型化技術により民間普及機の開発を進め、九州国際重粒子線がん治療センター殿に納入した。その他当社の取組みを紹介する。

1. はじめにはこの特徴を活かし患部に集中的に照射することができる。従来から使われている X 線、ガンマ線は体表付近で吸が ん は、1981 年 よ り 日 本 で の 死 因 の 第 1 位 で あ り、収線量がピークとなり徐々に減衰するのに対し、陽子線、2010 年には年間 35 万人が亡くなり、生涯のうちに約 2 人

炭素線は身体表面から深部にあるがん病巣で最大値をとるに 1 人ががんにかかると推計されている 1）。放射線治療は、（図 1）。これをブラッグピークと呼び、この特性により線外科治療、化学治療と並び、がん治療の中心を担っている量の集中性が実現される。

が、 患者への身体的負担が小さく、 社会復帰が容易で当社では粒子線の上記特性を踏まえ、照射の高度化を目QOL（Quality of Life）に優れていることから今後のさらな指すために、次の 3 つの技術開発を進めている。

る普及が期待される。放射線治療の中でも粒子線治療は、①治療時間を短縮するための高線量率照射従来の X 線を用いた治療と比べ、線量の集中性に優れ、患②複雑な患部形状を照射するための高精度スキャニング部形状にあわせた照射が可能なことから、国内外への導入③患部に最適な照射法を提供するユニバーサルノズルが進み、国内の粒子線治療施設は 11 施設を数える 2）。当

以下それぞれについて、説明する。

社は 11 施設のうち、8 施設の建設に参画し装置を納入している。
粒子線治療装置は普及が進んでいるものの、今後も研究開発によりさらなる進化を求められている。本稿では、粒子線治療装置における当社の技術開発状況を紹介する。

2. 粒子線治療装置の最新技術
粒子線治療装置は、陽子線を用いるタイプと炭素線を用いるタイプの 2 種類が普及している。 陽子線は水素イオン、炭素線（重イオン線とも呼ばれる）は炭素イオンを加速し、患部に照射する。陽子線、炭素線とも、物理的に体内で吸収される線量の分布特性に特徴を持ち、粒子線治療

1）厚生労働省

図1

各種放射線の線量分布特性

がん対策推進基本計画（平成 24 年 6 月）http://www.mhlw.go.jp/bunya/kenkou/dl/gan_keikaku02.pdf

2）公益財団法人

医用原子力技術研究振興財団 http://www.antm.or.jp/05_treatment/04.html

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（a）単円ワブラー法（b）ユニフォームスキャニング

図2

線量集中性の比較

2.1 高線量率照射

速器から取り出したビームを散乱させずにビーム径を細い

前述のように粒子線はその良好な線量集中性を活かしてままで患部に照射する技術である。患部がビーム径に適合がん患部に放射線投与を行う。粒子線の特性を活かして精した小さな領域に分割され、分割ごとに患部を塗りつぶし度よく患部に高い線量を集中させるために患部は粒子線のていく（図 3）。

照射位置に対して数ミリ単位で位置決めされる。そのたスキャニング法を適用することにより、ブロードビーム

め、患者は治療台と呼ばれるベッドの上に固定具を使用し法に比べて患部に合わせて線量分布を最適化できるので粒て拘束され、数分の間、身動きが出来ない状態となる。こ子線の特徴である良好な線量集中性をより高めることがでのことは患者、特に高齢者や小児にとっては苦痛となる。

きる。

そこで、できるだけ粒子線の線量率を向上して、一度の照前述のとおり、患部を分割領域単位で塗りつぶすことが射における照射時間を短縮し、患者の身体的及び精神的負できるのがスキャニング法の特徴である。そして、この分担を軽減することが求められている。

割領域のサイズをなるべく小さくした方が、より精密に患当社はこの課題を解決するため照射方法の改善を図っ部形状を塗りつぶすことができ、患部周囲の重要臓器などた。最新型の装置ではユニフォームスキャニングと呼ばれ正常細胞への被ばくが抑えられる。

る照射方法を採用した。ユニフォームスキャニングとは比当社はビームサイズ拡大を抑えるために加速器並びに照較的細く絞ったビームを走査し、照射野を均一に塗りつぶ射系の物理設計および装置の工夫を行った。ビームのスす方法である。この方法は従来の単円ワブラー法や二重散ポットサイズは、後述するユニバーサルノズルの場合で従乱体法に比べて、中性子となって損失する粒子が少ない。

来の 2 分の 1 の約 5mm とした。また、スキャニング専用

そのため線量率が向上する。

装置の場合、約 3mm まで高精細にすることが可能である。

当社の従来タイプ装置は単円ワブラー法と呼ばれる照射

さ ら に ビ ー ム の 走 査 速 度 を 従 来 機 の 約5倍 で あ る法を用いていた。図 2 に示すように、単円ワブラー法に比100m/ 秒とした。これにより患者の呼吸位相に同期してべてユニフォームスキャニングは所定の照射野に線量を集ビームを照射する方法である呼吸同期照射の際の線量集中中できる特徴がある。 線量率は従来の 3 倍以上の 15 〜性を従来機に比べて飛躍的に高めることができる。

20Gy/ 分を得ることができる。これにより照射時間は最大で従来の 4 分の 1 に短縮することができる。また中性子のスキャニング
照射発生を少なくすることができる。

2.2 高精度スキャニング
近年、最先端の粒子線照射方法として注目されているのがペンシルビームスキャニング法（以下スキャニング法という）である。従来照射法（単円ワブラー法、ユニフォームスキャニングを含むブロードビーム照射法）は、加速器から取り出したビームを各種照射系機器によって散乱、拡大し、その拡大ビームにより均一に塗りつぶした一様照射
野から患部形状にマッチした必要な領域だけを切り出して患部に照射する方法である。一方、スキャニング法は、加tokugikon

図340

スキャニング法による線量分布の例

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医療技術のと

2.3 ユニバーサルノズル
当社の粒子線治療装置は、前述の高線量率照射（ブロードビーム照射及び積層原体照射）と高精度スキャニング照射のレパートリーを持つ。この複数の照射方法をひとつの照射ノズルで実現可能とするのがユニバーサルノズルである（図 4）。当社のユニバーサルノズルは単一のノズルの内部にて自動で装置構成が切り替わることにより、ブロードビームとスキャニングをシームレスに切り替えることができる。ユーザが重量物を脱着するなどの手間は不要である。ユーザは症例により照射法をすばやく変更できる。精密な照射が必要な部位にはスキャニングを適用し、高線量図5率を活用して短時間で照射したい部位や呼吸同期照射が必

自社検証設備の新型シンクロトロン加速器

要な部位にはブロードビームを用いることにより、治療の効率化と治療品質の向上の両立を図ることができる。

ブロードビーム
照射

図4

積層原体照射スキャニング
照射図6

自社検証設備の検証用ビームライン

図7

自社検証設備に併設された模擬治療室

ユニバーサルノズル

開発したユニバーサルノズル

2.4 自社検証設備
前述の最新技術を実用化するにあたり、新機能の品質の評価・検証を実施する目的で、社内に自社検証設備を建設した。装置は陽子線タイプである。専用建屋に陽子線を発3. 粒子線治療装置のタイプ

生する新型シンクロトロン加速器（図 5）、検証用ビームライン（図 6）および照射ノズルを設置した。またここでは模擬治療室（図 7）が設けられ患者へのビーム照射状態が現在普及している粒子線治療装置は、水素イオンを用いイメージできるようにしている。

る陽子線タイプと炭素イオンを用いる炭素線タイプ、両方この装置を用いてビーム試験を実施し、新機能の検証をのイオンが可能なデュアルタイプに大別できる。ここで行う。粒子線治療装置は装置規模が大きいため、一般的には、陽子線タイプと炭素線タイプについて、当社の最新のは実用化前に装置性能に関する事前検証ができない例が多取り組みを紹介する。

い。また、その場合の薬事承認申請は、納入機の完成後に3.1 陽子線タイプ必要なデータを取得することになる。そのためユーザの治療開始が大幅に遅延することとなり、ユーザに機会損失をこれまで、複数の治療室を持つ大規模装置が導入されて強いる問題がある。当社は本検証設備を用いて薬事承認にきた。しかし最近は、都市部などの狭い敷地に設置するた必要なデータ取得を実施し、ユーザに引き渡す前に薬事承めに、治療室が 1 室の装置にニーズが高まっている。当社

認を取得することでユーザの早期治療開始と費用回収に貢では敷地のさまざまな制約に対応できるように、平面モデ献する。

ルと立体モデルの 2 種類を検討している。平面モデルは機2013.11.1. no.271

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tokugikon器配置の最適化、遮蔽計算の高精度化による壁厚の見直しを図った。また立体モデル（図 8）は、加速器を地下、治療室をその上階に配置することにより、敷地面積を当社従来モデルの 70％にすることができる。
両モデルとも前述の高線量率照射、高精度スキャニング、ユニバーサルノズル等の最新機能を具備する構成としている。なお装置自体を小さくしたにも関わらず、治療室の開口径は従来モデルと同等の大きさを確保しており、自在な照射が可能である。

（a）建屋外観
回転ガントリ

加速器

入射器

図8

（b）シンクロトロン加速器

装置配置を工夫した立体モデルのレイアウト例

3.2 炭素線タイプ
当社は炭素線タイプの装置を九州国際重粒子線がん治療センター殿より受注納入し、今年治療が開始された。
炭素線治療が可能な施設としては国内で 4 箇所目であるが、民間施設としては最初となる（図 9）。独立行政法人放射線医学総合研究所主導で開発された「普及小型重粒子線治療装置」は大型な重粒子線治療を一般に広く普及させるためによりコンパクトにしたものである。当社はその「普及小型」の実証機の納入実績を有するが、九州国際重粒子線がん治療センター殿の装置には、その実証機で得られた（c）治療室知見を反映しており、これが初の民間普及機となった。

図 9 九州国際重粒子線がん治療センター殿向け重粒子線治療装置の概観

装置は 3 治療室（内、1 室は将来設置予定）で構成され、「公益財団法人 佐賀国際重粒子線がん治療財団殿ご提供」

いずれの治療室も 2 方向の照射ポートを持つ（水平と垂直ポートの治療室が 2 室、水平と 45 度ポートが 1 室）。装置の特長は次の 3 点である。

た。また、ユニバーサルデザインを取り入れることにより、①加速器システムの改善

医療スタッフが効率よく操作・運用できる表示画面や操作将来実装される予定のスキャニング照射に対応するた器を開発した。

め、加速器システムの高性能化を図った。

4. 知財活動②制御システムの改善（省人化）
従来加速器と照射装置にはそれぞれ運転員が必要であっ上述のとおり、がん人口の増大とともに粒子線治療装置たが、制御システムの改善により統合を図り、少ない人数での運転を可能とした。

等の先進医療装置の需要は益々大きくなっている。その中③治療室のデザインの改善

で当社では前述した①治療時間を短縮するための高量率照

治療室の照明・画像情報を工夫し、 患者が少しでもリ射、②複雑な患部形状を照射するための高精度スキャニン

ラックスして治療を受けられるように、デザインを刷新しグ、③患部に最適な照射法を提供するユニバーサルノズル

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医療技術のと放射線の種類
X線
362 件
13.2%

X線
γ線
128 件
4.7%

不特定
1,234 件
45.1%

γ線
電子線
96 件
3.5%
陽子線
381 件
13.9%

その他
75 件
2.7%

重粒子線
419 件
15.3%

中性子線
40 件
1.5%

1891331

陽子線

239

重粒子線
その他
不特定

43

239

261488110263254618260131034531769829電子線

中性子線

合計
2,735 件5661512841314067530340

日本

米国

欧州

中国

21韓国

55

その他

出願人国籍

(a) 放射線の種類で分類した出願件数比率

図 10（b）放射線の種類と出願人国籍による出願件数の比較

放射線治療装置の出願件数（日米欧中韓への出願、出願年（優先権主張年）：2001 － 2008 年、１出願に該当する複数の分類を付与）３）等の技術を中心に特許出願活動を行ってきた。

継続的に向上・改善を行う必要がある。今後も、社会の要

図 10 は日米欧中韓における放射線治療装置関連特許の請に対応した粒子線治療装置を提供してゆく所存である。

出願を放射線の種類で分類し、出願人の国籍で件数比較した結果である 3）。日本は、放射線の代表である X 線治療装profile置に関する出願件数で欧米に後れを取っているものの、当社等日本メーカが先行して開発する陽子線、重粒子線治療

大谷 利宏（おおたに としひろ）

装置のそれについては優位にある。

三菱電機株式会社 電力システム製作所磁気応用先端システム部 専任

しかし当社を含めた日本メーカはまだまだ海外出願件数

平成 9 年	三菱電機株式会社入社。神戸製作所にて研究用並びに粒子線治療用加速器の設計に従事。
平成 13 年	日本原子力研究所（現 日本原子力研究開発機構）に出向。

が少なく、国際競争力を高めていくにはさらに陽子線、重粒子線治療が行われる市場国を中心とした国々で有効特許研究用加速器の設計に従事。
平成 16 年	三菱電機株式会社 電力システム製作所に復職。粒子線治療装置の設計に従事。

を取得していく必要がある。また装置、機器等のハードウエアに関わる出願だけでなく制御方法、治療方法・計画等現在に至る。

ソフトウエアの観点からの出願の充実化も必要となる。
粒子線治療装置は、装置が大型で各病院施設のニーズにprofile合わせた受注生産となるが、人命にかかわる装置を顧客に長期に安全に安心して使っていただくためには、高度な技

築島 千尋（つきしま ちひろ）

術開発とともに開発技術をしっかりと知的財産権で護るこ

三菱電機株式会社 電力システム製作所磁気応用先端システム部長とが不可欠となる。

昭和 62 年	三菱電機株式会社入社 中央研究所（現先端技術総合研究今後もトレンドを的確に見極めながらグローバルに技術所）にて研究用ならびに産業用加速器の研究開発に従事。
平成 21 年	三菱電機株式会社 電力システム製作所 磁気応用先端システム部 次長。粒子線治療装置事業に従事。

開発を進めるとともに、知的財産面でも国内外で戦略的な活動を展開し、日本が誇る粒子線治療装置の国際競争力を平成 24 年	三菱電機株式会社 電力システム製作所 磁気応用先端システム部 部長。
現在に至る。

高めていきたい。

5. おわりにprofile

がん治療の最先端治療装置である粒子線治療装置におけ伊藤 慶子（いとう けいこ）る技術開発状況を紹介した。粒子線治療の高度化に応える

三菱電機株式会社 電力システム製作所生産システム部知的財産課課長
昭和 57 年 三菱電機株式会社入社。生産技術研究所にて研究に従事。
平成 10 年から同社先端総合研究所知的財産センターにて特許技術ために、当社は照射法の技術開発に努める一方、粒子線治療装置の普及に向けて、装置の小型化・使いやすさの改善を担当。
特許技術マネージャーを経て平成 25 年 4 月より現職。弁理士。

を進めている。加えて、医療機器の使命を鑑みれば、装置の信頼性・安全性が最重要であることは言うまでもなく、
3）特許庁

平成 22 年度特許出願技術動向調査報告書（概要）先端癌治療機器（平成 23 年 4 月）

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