医学物理学研究について

放射線治療の中核を担う装置の一つである治療計画装置は、海外メーカーが完全に主流となっている問題があります。そこで、陽子線、炭素線、Vero、Cygnusなどの国産放射線発生装置と連携し発生装置の最高のポテンシャルを引き出した放射線治療を実現するために国産放射線治療計画装置：jPRAPs（Japan Plug-in based Radiotherapy Planning System）の研究開発を行っています。プラグイン形式を採用するプラットホームを開発することで様々な機能を利用できる拡張性の高い装置の構築を目指しています。高速高精度の線量計算アルゴリズムを研究開発することで放射線治療の更なる高精度化、また、病理画像と放射線治療を融合させた新たな病理画像支援放射線治療法の確立を目指しています。

現在、放射線治療の線量などの物理量を検証する海外製ツールが市販されているが、簡便性と検証精度を兼ね備え、医療現場のニーズに適したツールとなっていない場合があります。そのため、医療現場から放射線治療の照射方法に適した高い精度の線量検証が実施可能な、ファントム、計測機器、解析ソフト等の物理量検証ツールの考案と研究開発、そしてその製品化により数多くの臨床施設へ提供することが重要です。 本研究では、これまでに培ってきた放射線計測技術を主軸とする多種多様の技術を駆使した物理量検証ツールを研究開発することで、多施設の放射線治療の高品質化の支援を目指します。特に、呼吸性移動を伴う腫瘍に対する線量検証手法を確立することを目的に、独自に開発した4次元駆動プラットフォームと各種ファントム（肺ファントム、乳腺ファントム）を組み合わせたシステムの構築に力を入れています。

粒子線治療のスキャニング照射は、がんの病巣を塗りつぶすように照射する最先端の技術です。従来の方式に比べて腫瘍の線量集中性を高めながら健康な組織への線量を減少させることができ、「からだにやさしいがん治療」が可能になります。一方で、粒子ビームは体内の不均質性や、患者さんの呼吸による動き・セットアップの誤差などの影響を受けて分布が乱れることがあります。それらを考慮して治療計画のパラメータ（照射する方向、ビームのサイズなど）を決めることが大切です。それぞれの患者さんにとって、スキャニング照射技術を最大限に活用した治療ができるよう、治療計画の最適化の研究開発を進めています。

放射線は目に見えないために実際の陽子線治療では腫瘍へ的確に照射されたかを確認出来ていない問題点がありました。そこで、本研究では入射陽子と患者体内中の人体構成原子核との標的原子核破砕反応による生成ポジトロン放出核を情報因子とすることで体内中照射領域可視化システムの研究開発を行っています。更に標的原子核破砕反応により腫瘍内で生成されるポジトロン放出核の位置及び強度の時間的変化を観測することで、照射線量に対するそれらの時間的変化に法則があることを観測しました。本システムの研究開発を進めることで、腫瘍へ的確に陽子線を照射することが可能となり、また、腫瘍の線量応答性を把握出来る可能性があり、患者個別に対する最適な処方線量による新たなテーラーメイド陽子線治療への実現が期待出来ます。

ブラッグピークを活用する陽子線治療では患者体表と腫瘍までの距離に対応する飛程の計算精度が重要となります。現在、X線CT画像を用いた陽子線飛程計算では3%の計算誤差が存在すると言われています。本研究では治療と同じ線種である陽子線を用いたCT画像によって飛程精度問題を解決するために、陽子線CT画像を取得可能な新たな計測システムを開発しました。本システムを用いることで、世界で初めて複雑な構造をした物体の画像化に成功しました。本システムを活用し、様々な条件での陽子線CT画像の取得と得られたデータの詳細解析を進めることで、陽子線の体内中飛程の計算精度の向上を目指しています。

陽子線治療を国内外へ広く普及させるために必要不可欠となる装置の小型化研究開発（現在の装置は約テニスコート一面分の大きさ）が重要となります。他施設と連携し研究開発を展開することで、小型で高性能な陽子治療装置の研究開発を進めています。

新たな放射線治療装置のカテゴリーとして、MRI-IGRTによる呼吸同期照射装置が開発され、近年、世界各施設で導入されてます。内部にMRIが組み込まれていることで、患者さんは常に磁場の影響を受けることになります。特に治療中に発生する体外の反跳電子は空気中でローレンツ力によって頭側に進行し、余計な被ばくを引き起こすことが分かりました。本研究ではMonte carloシミュレーションを用いてこの現象を再現し、効果的な遮へい方法を提案することを目指しています。