橡 TS-1 - Linac

放射線治療用リニアックの現状と将来
田中
,A)
良明 1
川上
睦美
A)
、齋藤
、中村
勉
A)
道子
、藤井
A)
、河守
元彰
A)
次郎
、
B)
A)
日本大学医学部放射線医学教室
〒173-8610 東京都板橋区大谷口上町330-1
B)
聖路加国際病院放射線科
〒104-8560 東京都中央区明石町9-1
概要
最近の医療用リニアックは、性能的には従来に
比べて安定してきているものの、デジタル技術の
導入により、リニアック本体ならびに周辺機器類
を制御するシステム機構の信頼性が求められるよ
うになってきた。病巣部に的確に照射する方法と
して、原体照射、三次元治療計画、定位的放射線
治 療 、 強 度 変 調 放 射 線 治 療 ( IMRT)、サイバー
ナイフなどの照射技術、治療機器が開発され臨床
応用されるようになってきたが、これらを日常ル
チーンに適用するには、治療計画装置を含めた治
療機器全体のシステムとしての品質保証と、高い
精度管理が求められている。
対象となる癌病巣は、さまざまな進展様式を呈
しており、それぞれの患者さんに適した方法で放
射線治療を行うには、ハード的にもソフト的にも
使い勝手のやさしい、小回りが利く、柔軟性のあ
る装置が望ましい。治療を受ける患者さんが装置
に合わせるというのではなく、患者さん側に装置
を適合させるという理念を有する治療機器が求め
られている。
2.治療用リニアックの現状
外部照射用の放射線治療機器の変遷は、深部治
療 用 の 250kVp 前後のX線照射装置からはじまり、
60
Co の テ レ コ バ ル ト 治 療 装 置 か ら 、 最 近 の 4∼
15MV前 後 の 超 高 圧 放 射 線 治 療 装 置 に 至 る ま で 、
ハード的な面では著しく進歩した。この間に、病
巣部に対してはより高線量を照射し、周囲の正常
組織にはできる限り線量を減らす方法として、さ
まざまな工夫が取り入れられてきた。その代表的
な例が、回転照射機構を有する治療用ガントリー
の開発、治療計画用コンピュータシステムの導入、
マルチリーフコリメータの装填、原体照射および
定位的照射技術の開発導入などである。
2.1 治療用リニアックに具備すべき条件
放射線治療器としてのリニアックに求められる
条件の第一は、何と言っても信頼性の高い高出力
のビームが得られることである。具体的には、物
理的にみて安定したエネルギーのX線と電子線が
得られ、かつ両者の切り替えが容易であること、
加速管内のビーム輸送系やターゲットの構造、ス
キャッタリングフォイルの種類などが,治療の用
1.はじめに
途に合致して適当に整備されており、さらに照射
最近の医療環境の変化は目まぐるしく、その中
野内のビーム強度の平坦度が優れていることなど
で も CT、 MRIをはじめとする画像診断機器の技術
も、重要な条件である。
的進歩には目覚しいものがある。画像のデジタル
医療機器である以上、装置全体に対して高い安
化が進み、三次元再構成像などが日常ルチーンに
定性、再現性が求められるのは当然である。この
得られるようになった。これらの画像診断技術の
点に関しては、以前はユーザー側にとって、必ず
発達とあいまって、放射線治療の分野においても
しも満足のいく状況ではなかった。加速管のトラ
治療機器ならびにその周辺機器類の技術的改良が
ブ ル や、制御機構の不具合などで、治療患者さん
進み、照射計画から治療の実際まで、従来よりも
に迷惑をかけたことが少なくなかったのである。
緻密で精細な内容を有するものとなってきている。 さらに、最近では治療装置本体にいろいろな周辺
こういった高精度の放射線治療技術の適用により、 機器類が装備されるようになり、しかもこれらが
従来の方法に比べて、腫瘍病巣の進展範囲に近似
一体となってシステム化されているので、小さな
した形状の線量分布が得られるようになり、局所
トラブルであっても治療装置全体の不具合につな
制御の向上と障害発生の軽減化への期待が一段と
がるものである。
進んできた。より理想に近い放射線治療が可能と
なってきた現状を踏まえ、最近の医療用リニアッ
2.2 リニアックの制御機構
クの現状と将来への展望について触れてみたい。
最近の医療機器の制御は、大部分がデジタル方
式で行われており、リニアック装置も例外でない。
1
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[email protected]
[email protected]
で あ る と こ ろ に あ る 。 両 者 を つなぐには、A-D変
換装置が不可欠であるが、これらの変換器と検出
器の精度が良くないと、表示部で示されている角
度数値などが、実際の装置の位置角度とがずれて
いる場合があり得る。こういった表示盤の数値と
治療機本体との照合などについても、放射線治療
の現場担当者は絶えずチェックしておく必要があ
ろう。
2.3 原体照射法:Conformal RT
1960 年 に 高 橋 に よ っ て 始 め ら れ た 原 体 照 射 法
(当初の英訳はconformation radiotherapy)は、それ
以前から研究が続けられていた回転横断撮影法か
ら三次元的に展開した原体撮影法へと発展して
いった概念が放射線治療の分野に生かされ、運動
照射への応用から原体照射法につながっていった
[1]
。この最初に行った「病巣に一致した高線量域
を得ようとする試み」は、当初はテレコバルト装
置による運動照射で行われていたが、その後、
4MV∼ 10MV X線のリニアック装置に受け継がれ、
これらのリニアック装置による固定多門照射や、
不整形照射野、三次元的原体照射法など、さまざ
まな照射法に発展した。そこで森田により、これ
らを含む「複雑な病巣の広がりに、できるだけ一
致した高線量域を得る方法」の全てを、広義の原
体照射法と呼ぶとする案が提案された [2]。
原体照射法の発展の歴史は、ガントリーの回転
機構に可変絞りのコリメータが設置されたのに始
まり、その後、単分割絞りから多分割絞り
(multileaf collimator: MLC)に発展し、また、打ち抜き
照射法の応用にも発展した。しかしながらその制
御機構は、カム方式および荷重方式によるもので
あり、アナログ方式の制御機構である。その後、
1970年 代 に な っ て 、 CT時代の幕開けと共にMLCも
コンピュータ制御となり、絞り幅も回転中心で
3cmから1cm、さらに0.5cmと次第に薄いものとなり、
それだけ照射野の形状がより精細に調整できるよ
うになったといえる [3]。
2.4 non-coplanar Conformal RTと三次元原体
照射(3D-CRT)
これまではリニアック線源の回転移動面と病巣
とが同一平面上であったのが(coplanar RT)、患
者治療台をアイソセンターを中心に回転させて、
三次元的に照射する機構が開発された。この過程
に は 、 1968年 に Leksellに よ っ て 始 め ら れ た 、 ガ ン
マ ナ イ フ の 登 場 が 大 き く 影 響 し て い る 。 1983年に
は リ ニ ア ッ ク に お け る 定 位 照 射 が SMRT
(stereotactic multiple arc radiotherapy) 法として導入さ
れ、臨床にも応用されるようになった。こ の noncoplanarな 原 体 照 射 法 の 導 入 に よ り 、 線 量 の 集 中
性がますます高まり、原体照射本来の目指す治療
技術となってきたが、患者整位や治療ビームでの
照射部位の確認、照合などに関しては、より一段
高い精度が求められるようになった [4]。
2.5 定位放射線照射
narrow beamで線量を集中的に照射する方法で、
技術的には以下の条件を満たすものである。すな
わ ち 、 (1)患者の固定が治療台の固定された座標系
において、照射中心を固定精度内に納めるシステ
ム で あ る こ と 、 (2)定位型の固定枠ないしそれに順
ずる精度を有する補助具を用いること、(3)固定装
置の照射中心の精度が1∼2mm以内、(4)治療中に上
記の精度が保たれること、である。これらの技術
は、対象が頭蓋内の小病変から、体幹部の小病巣
に広げられてきており、体幹部に対するリニアッ
クによる定位照射の臨床応用が、最近のこの領域
における最大のトピックスの一つである。
2.6 呼吸同期および動態追跡照射
定 位 照 射 に お い て 、 治 療中の病巣部の移動に伴
い ビ ー ム 出 力 の on/offを 繰 り 返 し て 照 射 す る 方 法
で、一例が呼吸同期システムである。具体的には、
モニターで患者の呼吸位相を観察しながら、治療
病巣が目的とする位置にきたときにのみビームを
曝射する方式である。これによって計画標的体積
を小さくすることができ、肺癌などにおいて、組
織耐容線量の上昇と局所制御率の向上が得られる
方法として開発され、臨床に応用されている。
2.7 照射野確認法
当初、運動照射中の照射野の変化を確認する方
法として、蛍光板・イメージインテンシファイア
(I.I.)・ TVカ メラからなる照射野確認装置が開発さ
れ た が 、 6MVという高エネルギーX線を用いるこ
と等の理由で普及せず、替わりにシリコン検出器
を用いた照射野確認装置が、尾内らによって考案
さ れ た [5] 。さらにこの方法は、タングステン酸カ
ドミウムシンチレータ素子を検出器として用いた
照合システムとして発展し、治療体位での照射野
の照合がCT像との重ね合わせで、精度良く確認で
きるようになった。本法を開発した中川らによれ
ば、検出器の配列を平面状にすれば、超高圧X線
CTを得ることも可能であるという [6]。
最近のリニアック装置には、ポータルイメージ
ングシステムが装備されているのも少なくない。
いずれにしても、不整形照射野からなる治療ビー
ムの入射角度や門数が増えるに従い、実照射野の
確認が容易にかつ確実に、しかもリアルタイム的
に得られる方法が確立してこそ、高精度の三次元
治 療 計 画 に お け る 品 質 保 証 (QA)、品質管理(QC)が
成り立つものと思われる [7]。
3.最新の放射線治療技術
ここで、最近の放射線治療におけるいくつかの
新技術を紹介したい。
3.1 cyber-knife(サイバーナイフ)
4.リニアックの課題と将来
サイバーナイフとは、米国で開発された三次元
照 射 装 置 で 、 小 型 で 軽 量 の 6MVリニアックを、6
軸の自由度の高いロボットアームの先端に取り付
けて、X線のnarrow beamをnon-coplanarに照射する
ことができる。治療計画時に作成した画像とリア
ルタイムに照合し、位置のずれを補正しながら照
射することができるので、定位的照射に不可欠な
患者固定に侵襲的な方法を用いなくても済むのが
特徴である。ただし、ビームの安定性、照射部位
の照合などについて、さらに検討を要するところ
がある。
現行のリニアックは、装置としての安全性、再
現性については改善されたものの、QC、QAについ
ては未だ問題なところがある。さらに、手術中に
高エネルギー電子線を照射する装置の開発など、
企業側には大変な負担であろうが、臨床側からは
要 望 の高い機種の一つである。この他に、陽子線
治療や重粒子線治療など、特殊な放射線治療機器
があるが、今回のテーマから外れるので、別の機
会にしたい。
いずれにしても、臨床の現場で感じることは、
癌病巣に照射するのに、周辺機器類を含めて、治
療機器の方に患部を合わせるというのではなく、
患部の方に治療機器の方を合わせるという思想の
もとで、治療用のリニアックを開発していただき
たいと思う。
3.2 intensity modulated radiation therapy (IMRT)
強度変調放射線治療
従来の放射線治療は、照射野内の線量分布は均
一であったのが、これをある計画の基で不均一に
することにより、ターゲットとなる病巣内の線量
分布を最適にする方法が考案された。これが強度
変 調 放 射 線 治 療 ( IMRT ) で 、 こ の 技 術 を 可 能 に
し た の は 、 高 精 度 の MLCの導入と、コンピュータ
最適化プログラムの改良である。
具体的には、照射野内のビーム強度を細かい区
画毎に制御して、病巣すなわち臨床的標的体積
(clinical target volume: CTV)に与える線量分布の最適
化を図る方法であり、コンピュータ制御による多
分 割 絞 り (MLC)と、逆問題解決法としてのinversed
planning法 に よ る 三 次 元 治 療 計 画 装 置 の シ ス テ ム
が必須である。照射の実際には、ガントリーが固
定 し て 、 MLCが dynamic modeで移動して照射する
sliding window法、照射野を重ね合わせするfield in
field 法(step & shoot 法)、ガントリーが回転し
ながら照射するtomotherapy法などがある。IMRTの
特徴は、治療域の形状がより病巣のそれに近似さ
せることができるようになったことに加えて、病
巣内での線量に重み付けが可能となったことであ
る。これによって腫瘍制御に要する十分な線量の
投与が可能となり、放射線感受性の差による空間
的線量分布を変えられるようになったこと、決定
臓器の線量軽減が得られるようになったこと、な
どが利点としてあげられる。
参考文献
[1] Takahashi S. Conformation radiotherapy: Rotation
techniques as applied to radiography and
radiotherapy of cancer. Acta Radiologica, Suppl. 242,
1965.
[2] 森 田 皓 三 : 原 体 照 射 法 (conformal RT)とその発
展.癌の臨床 40:33-46,1994.
[3] 田中良明:原体照射の治療計画.(分担)臨床
放 射 線 科 の コ ツ と 落 と し 穴 ④ 治 療 (小塚隆弘
編),中山書店 pp 174-175,1999.
[4] 田 中 良 明 : 放 射 線 治 療 の 新 た な 展 開 ( 緊 急 提
言 ― 医 療 改 革 と 放 射 線 診 療 ) 新 医 療 28(10):7375,2001.
[3] 尾 内 能 夫 ほ か : 2 次 元 配 列 の シ リ コ ン 透 過 線
量検出器を用いた外部放射線治療用照射部位
確認システムの開発.放治システム研究
Suppl 5:108-111,1988.
[6] 中 川 恵 一 ほ か : 超 高 圧 X 線 CTを用いた位置決
めの照合法.日放腫会誌 4:249-258,1992.
[7] 田 中 良 明 : 論 集 変革期の医療と機器・シス
テム―放射線治療機器―.月刊新医療別冊
デ ー タ ブ ッ ク 「 医 療 機 器 ・ シ ス テ ム 白 書 2002」:
45-48,2002.