放射線治療機器の種類と特徴
放射線治療は現代のがん治療において重要な役割を担っています。治療効果を最大化し、正常組織への影響を最小限に抑えるためには、適切な放射線治療機器の選択が不可欠です。本記事では、現在臨床で使用されている様々な放射線治療機器の種類とその特徴について詳しく解説します。
放射線治療機器の外部照射装置とリニアック
外部照射は放射線治療の主流となる方法で、体外から放射線をがん病巣に照射します。その中心となるのがリニアック（直線加速器）です。リニアックは電子を加速して高エネルギーX線を発生させる装置で、現代の放射線治療において最も広く使用されています。
最新のリニアックには、Versa HD（エレクタ社）やCLINAC-iX（VARIAN社）などがあります。これらの装置には、マルチリーフコリメータ（MLC）が搭載されており、照射範囲を腫瘍の形状に合わせて精密に調整することが可能です。MLCは5-10mm幅の金属製の葉（リーフ）が多数並んだ構造で、これにより複雑な形状の腫瘍にも対応できます。
リニアックの主な特徴として、以下が挙げられます。
- X線エネルギー：一般的に6MVから15MV程度
- 電子線エネルギー：6MeVから20MeV程度
- 最大照射可能範囲：40cm×40cm程度
- 画像誘導放射線治療（IGRT）機能：治療前に腫瘍位置を確認
Versa HDのような最新機種では、定位放射線治療（SRT）、強度変調放射線治療（IMRT）、強度変調回転照射（VMAT）などの高精度治療が可能となっています。これにより、腫瘍に対して高線量を投与しながら、周囲の正常組織への被ばくを最小限に抑えることができます。
放射線治療機器における高精度照射技術のIMRTとVMAT
強度変調放射線治療（IMRT）と回転型強度変調放射線治療（VMAT）は、現代の高精度放射線治療技術の代表格です。これらの技術は、従来の三次元原体照射（3D-CRT）をさらに進化させたものです。
IMRTは、マルチリーフコリメータを用いて放射線の強度を変調させながら照射する技術です。コンピュータによる逆方向治療計画を用いて、腫瘍に必要な線量を確保しつつ、重要な正常組織への線量を低減させることができます。特に前立腺がんや頭頸部がんなど、重要臓器に近接した腫瘍の治療に有効です。
VMATはIMRTをさらに発展させた技術で、治療装置を回転させながら照射を行います。主な特徴は以下の通りです。
- 治療時間の短縮（従来のIMRTと比較して約1/2～1/3）
- 照射中にリニアックが360度回転しながら照射
- 線量率、ガントリー回転速度、MLCの形状を同時に制御
- 複雑な形状の腫瘍にも対応可能
VMATの導入により、患者の体動による位置ずれのリスクが低減され、治療精度が向上しています。また、1回の治療時間が短縮されることで、患者の負担軽減にもつながっています。
放射線治療機器の定位放射線治療と画像誘導技術
定位放射線治療（SRT）は、小さな腫瘍に対して多方向から高精度に放射線を集中させる治療法です。体幹部に対して行う場合は体幹部定位放射線治療（SBRT）と呼ばれます。この治療法の特徴は、1回あたりの線量を増加させ、治療回数を減らすことができる点にあります。
SRTの精度を支えているのが、画像誘導放射線治療（IGRT）技術です。IGRTでは、治療直前に撮影したX線画像やCT画像を用いて、腫瘍の位置を正確に把握し、照射位置を調整します。最新の治療装置には、以下のような画像誘導システムが搭載されています。
- コーンビームCT：治療装置に搭載されたX線管とフラットパネルディテクタによるCT撮影
- X線透視画像：リアルタイムでの腫瘍位置確認
- 体表面誘導放射線治療（SGRT）：高解像度カメラによる体表面の追跡
特に呼吸性移動のある肺や肝臓などの腫瘍に対しては、呼吸同期照射や呼吸停止下照射などの技術も併用されます。例えば、「Abches ET（アブチェス）」のような呼吸モニタリング装置を用いることで、深吸気息止め照射や呼吸同期照射を高精度に実施することが可能になります。
また、腹部圧迫式固定具を用いることで、呼吸による腫瘍の移動を物理的に抑制し、照射精度を向上させる方法も臨床で活用されています。
放射線治療機器の粒子線治療装置と最新動向
粒子線治療は、X線や電子線とは異なり、陽子や重粒子（主に炭素イオン）を加速器で加速して腫瘍に照射する治療法です。粒子線治療の最大の特徴は、「ブラッグピーク」と呼ばれる物理的特性により、体内の特定の深さで最大のエネルギーを放出し、それ以降ではエネルギーが急激に減少することです。
粒子線治療装置は大きく分けて以下の2種類があります。
- 陽子線治療装置
- 水素原子の陽子を加速
- 光速の約60%まで加速
- X線と比較して正常組織への線量が少ない
- 重粒子線治療装置
- 主に炭素イオンを加速
- 光速の約70%まで加速
- 生物学的効果がX線や陽子線より高い
粒子線治療は従来、大規模な施設と高額な設備投資が必要でしたが、近年では装置の小型化や低コスト化が進んでいます。特に陽子線治療装置では、シングルルーム型の小型装置も開発され、導入のハードルが下がってきています。
粒子線治療は、X線治療と比較して副作用が少なく、放射線抵抗性の腫瘍にも効果が期待できるため、今後さらに普及が進むと考えられています。特に小児がんや脊索腫、頭蓋底腫瘍などの希少がんに対する有効性が注目されています。
放射線治療機器の内部照射と小線源治療の進化
内部照射は、放射線を出す線源を体内に挿入して治療を行う方法です。外部照射と比較して、腫瘍に近い位置から照射できるため、周囲の正常組織への影響を最小限に抑えることができます。内部照射は大きく分けて「密封小線源治療」と「非密封小線源治療」の2種類があります。
密封小線源治療では、放射性物質を密封したカプセルやワイヤーなどを腫瘍内または腫瘍近傍に配置します。この治療法はさらに以下のように分類されます。
- 組織内照射：小線源を直接腫瘍組織に刺入
- 腔内照射：体腔（子宮腔や食道など）に小線源を挿入
- 表面照射：皮膚表面に小線源を配置
密封小線源治療で使用される主な放射性核種には、イリジウム192、セシウム137、コバルト60などがあります。特に高線量率（HDR）遠隔操作式後充填システムの開発により、治療の安全性と効率性が大幅に向上しています。
一方、非密封小線源治療では、放射性医薬品を経口または静脈内投与します。代表的な治療として、ヨウ素131による甲状腺がん治療やラジウム223による骨転移治療があります。これらの治療は、特定の臓器や組織に選択的に集積する放射性医薬品の特性を利用しています。
最近の技術革新として、アルファ線を放出する放射性核種を用いた標的アルファ線治療（TAT）が注目されています。アルファ線はベータ線と比較して生物学的効果が高く、短い飛程（数十μm）を持つため、周囲の正常組織への影響を最小限に抑えながら腫瘍細胞を効果的に殺傷することができます。
内部照射は、外部照射と組み合わせることで治療効果を高めることも可能です。例えば、子宮頸がんでは外部照射と腔内照射を組み合わせた治療が標準的に行われています。
放射線治療機器の選択は、腫瘍の種類、大きさ、位置、患者の全身状態など多くの要因を考慮して行われます。医療従事者は、これらの多様な放射線治療機器とその特性を理解し、患者一人ひとりに最適な治療を提供することが求められています。
放射線治療機器のアダプティブ放射線治療と将来展望
アダプティブ放射線治療（ART）は、放射線治療の最新のパラダイムシフトと言える技術です。従来の放射線治療では、治療計画時に作成したCT画像に基づいて全治療期間を通じて同一の計画で照射を行いますが、実際には治療期間中に腫瘍の縮小や臓器の変形が生じることがあります。
ARTでは、治療期間中に定期的に画像を取得し、腫瘍や周囲臓器の変化に応じて治療計画を修正します。これにより、以下のようなメリットが期待できます。
- 腫瘍の縮小に伴う照射野の適応的縮小
- 臓器の移動や変形に対応した照射位置の調整
- 正常組織への線量をさらに低減
- 腫瘍への線量集中性の向上
ARTを実現するためには、治療装置に搭載されたコーンビームCTなどの画像誘導システムと、迅速な治療計画の再計算・最適化が可能なソフトウェアが必要です。最新のリニアックシステムでは、これらの機能が統合されており、効率的なARTの実施が可能になっています。
将来的には、人工知能（AI）や機械学習技術の発展により、ARTの自動化がさらに進むと予想されています。AIを活用することで、画像の自動セグメンテーション（臓器輪郭の自動抽出）や、最適な治療計画の自動生成が可能になり、より高精度かつ効率的な放射線治療が実現するでしょう。
また、MRIとリニアックを統合したMR-Linacも注目されている新技術です。従来のCTベースの画像誘導と比較して、MRIは軟部組織のコントラスト分解能が高く、腫瘍と周囲組織の境界をより明確に描出できます。これにより、特に軟部組織の腫瘍に対する照射精度が向上することが期待されています。
さらに、FLASH放射線治療という超高線量率照射技術も研究が進んでいます。従来の100倍以上の線量率で照射することで、正常組織への影響を劇的に低減しながら、腫瘍に対する効果は維持できる可能性が示唆されています。
放射線治療機器は日進月歩で進化しており、今後も新たな技術革新が期待されています。医療従事者は、これらの最新技術に関する知識を常にアップデートし、患者に最適な治療を提供することが重要です。
日本放射線腫瘍学会（JASTRO）の放射線治療ガイドライン – 各疾患に対する標準的な放射線治療法の詳細が記載されています
国立がん研究センター中央病院 放射線治療科 – 最新の放射線治療機器と治療技術に関する情報が掲載されています
放射線治療機器の選択は、腫瘍の種類や位置、患者の状態など様々な要因を考慮して行われます。それぞれの機器の特性を理解し、患者一人ひとりに最適な治療を提供することが、放射線治療の質を高める上で非常に重要です。今後も技術の進歩により、より効果的で副作用の少ない放射線治療が実現していくことでしょう。