秒速で癌細胞を死滅させる加速器治療システムPHASER

SLACとスタンフォード大学の研究チームが開発した新しい加速器ベースの癌治療装置、放射線治療の照射時間を数分から数秒に短縮することで、副作用を減らすことを目指している。高エネルギー物理学のために開発された技術は、将来のコンパクトな医療機器に組み込まれ、世界中の放射線治療の負担を減らすと期待されている。

 

現在、SLAC /スタンフォード研究チームは、X線と陽子線を使用する腫瘍の治療法を開発するため、2つのプロジェクトを進めている。その背景にある考え方は、癌細胞を急速に破壊し、臓器や他の組織への影響を最小限にすることである。これにより放射線が照射され、腫瘍周辺の健康な組織の損傷を最小にし、放射線治療精度を向上できる。

1秒未満の1回のフラッシュで治療を終えることは、臓器や組織の一定の動きを抑える唯一の方法であり、今日使用している方法と比較して大きな進歩である。一方、強度の高い放射線を十分に効率よく癌細胞に集中するためには、現在の技術よりも300倍も強力なマルチ加速器システムが必要になる(下図)。

slide 28 copy

Credit: SLAC/Stanford University

 

PHASERプロジェクト

このプロジェクトでは、X線フラッシュ照射システムを開発する。今日の医療機器では、電子は、長さが約1メートルの管状の加速器で、RF場からエネルギーを得る。最終的には、電子のエネルギーはX線に変換される。過去数年の間に、PHASERチームは、新しい加速器試作品を開発した。コンポーネントは、シミュレーションで動作が確認され、コンパクトなサイズの高エネルギー加速器が実用化の一歩手前にある。下図はPHASERシステムの外観。

 

187165 web

Credit: SLAC/Stanford University

 

スタンフォード放射線腫瘍学科は、医学部と共同で、精密放射線治療のための放射線科学センターを設立した。

 

陽子線治療の改良

陽子は、体内のより狭い空間の腫瘍を死滅させるため、X線よりも人体への影響は少ない。しかし、陽子線療法は、陽子を加速し、そのエネルギーを調整するために大きな施設を必要とするので普及が困難である。数100トンの重さの磁石を、患者の体の周りをゆっくりと移動し、ビームを標的に集中する技術が鍵となる。ここでも陽子ビームのエネルギーを調整し、高い放射線量を瞬時に癌細胞に注入する加速器構造の設計、製作、試験を進める別プロジェクトが起動している。

 

PHASERプロジェクトは腫瘍を1秒未満で死滅させることが目標だが、マウスでは、健康な細胞が放射線量を迅速に照射すると被曝の影響が少なくないが、腫瘍の死滅効果は長い照射よりも優れていることが根拠になる。ヒトへの適用でも同じ効果が成り立つなら、高速放射線・粒子線照射は放射線療法分野の全く新しいパラダイムになると期待される。

PHASER加速器はマウス実験で従来の加速器ベースの照射システムより300倍高出力の加速器が必要と考えて、RF加速システムの高出力化の研究開発を行っている。加速器ユニット(セル)に分散したRFカプラー(下図)で122MeV/mの加速勾配で32MW(300nsecパルス)60kV加速が可能になった。

 

images copy

Credit: SLAC/Stanford University

 

PHASERシステムはガントリ方式ではなくRFマルチプレクサーを備えたマルチ加速器アレイ(下図)で最終段のビーム制御を個別の磁石で行う。ガントリの移動時間が省けることで照射の効率が上がる、すなわち照射の迅速化ができる。PHASERシステムの構造を下に示す。

 

4 thefutureoff

Credit: SLAC/Stanford University

 

電子ビームは最終的にターゲットに照射され、発生したX線はマルチチャネルコリメータを通して癌細胞に照射される。

加速器科学は衝突型加速器の世界は社会との関連性がないといわれるが、それは誤りである。放射光は広範囲な分野で科学技術に貢献している。また高エネルギー加速器の電子ビーム加速技術はブラウン管からX線発生装置まで幅広い応用分野で不可欠の存在である。医療分野でもX線・粒子線照射装置は癌標準治療の一角をなす。PHASERシステムで従来の長時間照射(通常は40回に分けて行う)が1秒以下の照射時間で一回で終われば、被曝の影響は桁違いに低減される。放射線治療の未来を担う機器が加速器科学から生まれると期待されている。

 

You have no rights to post comments

スポンサーサイト

Copyright© 2013.   放射線ホライゾン rad-horizon.net   All Rights Reserved.