量⼦メス開発における本プロジェクトの位置づけ
国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
白井 敏之
令和４年６月７日「レーザー駆動による量⼦ビーム加速器の開発と実証」
2022 年度第1 回シンポジウム− レーザー駆動イオン加速システムの開発 −「レーザー駆動による量子ビーム加速器の開発と実証」 2022年度第1回シンポジウム－ レーザー駆動イオン加速システムの開発 － 2022/06/07 開催

Contents◼ 重粒⼦線がん治療の現状◼ 次世代重粒⼦線がん治療装置「量⼦メス」とは◼ 量⼦メスにおけるレーザー駆動イオン加速の役割「レーザー駆動による量子ビーム加速器の開発と実証」 2022年度第1回シンポジウム－ レーザー駆動イオン加速システムの開発 － 2022/06/07 開催

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重粒⼦線がん治療とは
炭素原⼦

炭素イオンn Pn Pnn
Pn
Pn Pn Pn Pnn
Pn
Pn PP

P＋

加速器
-＋

照射装置
高速炭素イオン＋加速電圧

がん細胞をピンポイントで死滅させることができる反面、深部がんに炭素イオンが到達するためには、光速の70% (体内深さ30㎝に相当)まで加速して照射する必要があり、粒⼦加速器が必要。
「レーザー駆動による量子ビーム加速器の開発と実証」 2022年度第1回シンポジウム－ レーザー駆動イオン加速システムの開発 － 2022/06/07 開催

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がん治療に⽤いられる放射線の種類
炭素は陽⼦の12倍の質量をもち、X線や陽⼦と比べて、高い線量集中性と生物効果をもつ

20Ne

16O

12Ｃ
4He
1H

ネオン

酸素

炭素

π-ｅ-水素ヘリウム (陽⼦) p中間⼦ 電⼦ X線「レーザー駆動による量子ビーム加速器の開発と実証」 2022年度第1回シンポジウム－ レーザー駆動イオン加速システムの開発 － 2022/06/07 開催

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QST病院 重粒⼦線がん治療室

X-ray

3次元スキャニ
ング照射装置

X線腫瘍
追跡装置
QST病院の治療室Gは、以下の3つの機能を備えている。
•

360度任意の方向から炭素線を照射できる超伝導回転ガントリー装置•

複雑な腫瘍への照射を短時間で実施できる、高速3次元スキャニング照射装置•

腫瘍の位置をX線で見ながら治療できる、X線腫瘍追跡装置「レーザー駆動による量子ビーム加速器の開発と実証」 2022年度第1回シンポジウム－ レーザー駆動イオン加速システムの開発 － 2022/06/07 開催

4重粒⼦線がん治療について
人生100年時代にふさわしい、働きながら受けられるQOLの高い治療を実現○ 手術不能膵臓がん：難治がんでも優れた臨床成績○ 前立腺がん：高リスク群でも再発は低く、全体の副作⽤も少ない○ 末梢型肺がん: 10年間の臨床研究により1日で治療する方法を確立

肺がんの1日治療の例

膵臓がん手術不能症例
放射線生存率数

線量

1-年

2-年

3次元原体

60

50.4 Gy

72%

26%

強度変調

50

50-60 Gy

-30％

陽子線

1159.4GyE

61%

33％

重粒子線(J-CROS)

52

55.2 Gy(RBE)

81%

60%

重粒子線(QST)

60

55.2 Gy(RBE)

84%

53%

X線

局所進行膵臓がんの治療成績（ゲムシタビン併⽤放射線療法）

前立腺がん 副作用
放射線

局所非再発率： 5-年 95.5%
生存率：5-年 86.9%数

治療を必要とする副作用
直腸

膀胱尿道

強度変調（クリーブランド）

770

4.4%

5.2%

陽子線（ロマリンダ）

901

3.5%

5.4%

日本陽子線多施設共同

151

2.0%

4.1%

重粒⼦線（QST）

1161

0.8%

1.6%

「レーザー駆動による量子ビーム加速器の開発と実証」 2022年度第1回シンポジウム－ レーザー駆動イオン加速システムの開発 － 2022/06/07 開催

5重粒⼦線治療の国内状況：保険収載拡大
保険適用拡大に向けた活動の進捗
QSTが主導し、JASTROと協力した活動の結果、2022年度より新たに5疾患が公的医療保険の対象
1975 米国において世界初の重粒子線治療開始として追加されることとなった。これ以外の疾患についても一定の科学的根拠があるとして、先進医療の継続が妥当と評価

1994 QSTにおいて国内初の重粒子線治療開始

2003 先進医療に承認
2016 骨軟部腫瘍が保険収載
2018 頭頸部腫瘍、前立腺がんに保険収載拡大
2022 更に５部位の保険収載
大型肝細胞がん、肝内胆管がん、局所進行膵がん、大腸がん術後局所再発、局所進行子宮頸部腺がん
QSTの治療数の約7割の部位が保険の対象に「レーザー駆動による量子ビーム加速器の開発と実証」 2022年度第1回シンポジウム－ レーザー駆動イオン加速システムの開発 － 2022/06/07 開催

6重粒⼦線治療装置の国際状況
日本メーカーの強い優位性○ 全世界で15施設が稼働、うち７施設が日本国内○ 海外で建設中の5施設の全てが日本製○ 海外の動向・米国：Mayo Clinicが日本製装置を導入、今年10月に起工式
・韓国・台湾：延世大、ソウル大学（韓国）、台北栄民総医院（台湾）に日本製装置が導入
・中国：国内10か所程度の導入計画、日本に引き合いがある一方で中国製がん治療装置の導入を強力に推進
世界の重粒⼦線がん治療装置（2022/3現在）

20施設のうち12施設が日本製（60％）
今後も輸出が見込まれる
一方、国際的シェア争いの激化が予想される更なる普及に向けて日本の競争力を強化するためには、低コスト化、高度化が必須「レーザー駆動による量子ビーム加速器の開発と実証」 2022年度第1回シンポジウム－ レーザー駆動イオン加速システムの開発 － 2022/06/07 開催

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量⼦メス開発プロジェクト
量子メス

重粒子線がん治療装置

20m

第2~3世代装置
第1世代装置1994年 放医研
120ｘ65m、320億円(例：2010年群馬大学）

60ｘ45m、140億円(1/3程度)第4世代装置

第5世代装置より小型化と高性能化
45x34m (1/6程度)

さらなる小型化
10x20m (1/40程度)

超伝導シンクロトロン
マルチイオン照射

レーザー加速課題解決⚫ 装置が巨大で高額→超伝導技術とレーザー加速技術により、画期的な小型化による国際的普及へ⚫ 腫瘍によっては、除去が完璧ではない→マルチイオン照射技術により、治療短期化に向けた高性能化を実現
量⼦科学技術により課題を解決し、日本の強い優位性を堅持して国際的なシェアを獲得「レーザー駆動による量子ビーム加速器の開発と実証」 2022年度第1回シンポジウム－ レーザー駆動イオン加速システムの開発 － 2022/06/07 開催

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量⼦メス開発プロジェクト
量子メス

重粒子線がん治療装置

20m

第2~3世代装置
第1世代装置1994年 放医研
120ｘ65m、320億円(例：2010年群馬大学）

60ｘ45m、140億円(1/3程度)第4世代装置

第5世代装置より小型化と高性能化
45x34m (1/6程度)

さらなる小型化
10x20m (1/40程度)
レーザー加速超伝導シンクロトロン
マルチイオン照射2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026
超伝導シンクロトロン

要素技術開発マルチイオン照射

要素技術開発レーザー
加速

技術実証機建設

設計

治療実証機製作・試験
治
療
臨床試験

第４世代装
置の普及
（2026～）

技術実証機高度化「レーザー駆動による量子ビーム加速器の開発と実証」 2022年度第1回シンポジウム－ レーザー駆動イオン加速システムの開発 － 2022/06/07 開催

第５世代治療実証機の建設

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「量⼦メス」研究開発包括協定を４社と締結2016年12月13日
三菱電機
柵山社長

日立製作所
量研
中西会長 平野理事長

東芝
綱川社長

住友重機械
別川社長

2017年度～2020年度に、将来の社会実装を見据えて、研究開発包括協定のもと「超伝導技術」、「レーザー加速技術」、「マルチイオン治療技術」の要素技術開発を実施してきた。
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「量⼦メス」マーケット
世界の放射線がん治療装置(2016)

将来の世界の放射線がん治療装置世界的ながん患者の増大と (1800万人⇒2200万人)、放射線治療の適用拡大 (20%⇒50%)を受けて、放射線治療装置の市場は拡大している。
小型化することで、照射回数が少ない（＝治療患者数が多い）という特徴を生かし、量子メスが半分を占めれば、毎年約500台程度の供給が必要となる。
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12従来技術による加速器小型化の限界
線形加速器～ 1 MeV/m

HIMAC
マイクロ波管が供給できる加速電界の強さには放電限界があるため加速器は巨大化せざるを得ない

加速器の小型化には、放電限界を超えた加速スキームが必要「レーザー駆動による量子ビーム加速器の開発と実証」 2022年度第1回シンポジウム－ レーザー駆動イオン加速システムの開発 － 2022/06/07 開催

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レーザープラズマ加速技術
超短パルスレーザーシステム

レーザー駆動イオン加速シミュレーション

薄膜～10fsec、～μｍまで収束したレーザーの照射を受けた薄膜は瞬時にプラズマ状態となり、放電限界を超えて、桁違いに大きな加速電場が発生する。
加速電場 >> 1012 V/m「レーザー駆動による量子ビーム加速器の開発と実証」 2022年度第1回シンポジウム－ レーザー駆動イオン加速システムの開発 － 2022/06/07 開催

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量⼦メス加速器
レーザー

レーザー
超短パルス高強度レーザー
ターゲット
炭素薄膜テープターゲット

ターゲット

ビーム入射
小型ビーム入射ライン

ビーム入射シンクロトロン直径 7 ｍ

レーザー加速と超伝導シンク
ロトロンとの組み合わせで、治療室内に設置できる加速器を実現「レーザー駆動による量子ビーム加速器の開発と実証」 2022年度第1回シンポジウム－ レーザー駆動イオン加速システムの開発 － 2022/06/07 開催

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量⼦メスの社会実装へ向けて普及型炭素線施設

回転ガントリ治療装置

量子メス

2004~ HIMACでの開発

2010~ HIMACでの開発

2016~ QSTでの研究開発

2010~ 群馬大学

2017~ QST病院G室

2023~ QST千葉地区

技術開発

Phase

臨床実証

Phase
(薬機承認)

普及Phase

2013~ 佐賀、神奈川、大阪、山形、台湾、韓国、米国、中国

2021~ 山形、韓国

2026~ 第4世代の普及
2030以降に第5世代普及

量子メスにおいてもQST病院において臨床実証をおこない、医療機器承認・臨床実績を得る「レーザー駆動による量子ビーム加速器の開発と実証」 2022年度第1回シンポジウム－ レーザー駆動イオン加速システムの開発 － 2022/06/07 開催

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量⼦メス実証機の建設• 量⼦メス棟の建設を開始。令和６年度に完成予定。
• 並行して超伝導加速器を備えた量⼦メス実証機の建設を開始予定。さらにレーザー入射器を導入し、「量⼦メス」の実証機とする。
第5世代量子メス普及機の構想図
HIMACシンクロトロン

新治療研究棟量子メス棟量子メス実証機

画期的な小型化
重粒⼦線棟
17m

量子メス実証機
計画図「レーザー駆動による量子ビーム加速器の開発と実証」 2022年度第1回シンポジウム－ レーザー駆動イオン加速システムの開発 － 2022/06/07 開催

18Summary◼ 重粒⼦線がん治療は、体にやさしいがん治療法として認知が進んできており、国内7施設が稼働している。国内では臨床データの集積により、8部位が保険収載され、海外では国内企業による治療装置の輸出が開始されている。
◼ 重粒⼦線治療が誰でもが受けられる治療となるためには、病院内に設置できる装置（＝量⼦メス）が必要であり、そのためにはレーザー駆動イオン加速をはじめとする量⼦科学技術による小型化が不可欠。
◼ QSTは産学連携で技術開発を進めるとともに、量⼦メスの医療機器承認と臨床実績を得るために、QST病院に量⼦メス棟（仮称）を建設し、実証機を設置する計画。
「レーザー駆動による量子ビーム加速器の開発と実証」 2022年度第1回シンポジウム－ レーザー駆動イオン加速システムの開発 － 2022/06/07 開催

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