腫瘍の重い粒子：放射線療法はどのように機能しますか？

すでに書いたように、平和な原子はチェルノブイリと福島だけではありません 。適切かつ注意深く使用することで、たとえばエネルギー分野の画期的な技術に関して、人類に計り知れない利益をもたらすことができ ます。しかし、それだけではありません。今日は、がん治療のための放射線療法についてお話します。



2019年秋に195カ国の科学者の国際チームによって発表されたグローバル疾病負荷がんコラボレーション研究のデータによる と、世界のがんの症例数は2007年から2017年にかけて3分の1増加しました。2017年には、2,450万人が癌で病気になり、960万人が癌で亡くなりました。放射線療法は、最もダイナミックに発展している癌治療法になっています。効果の面では、他の方法に遅れることはなく、同時に患者の体に優しいです。





今日（ここではi-ROCK装置の助けを借りて）放射線治療が行われている部屋は、病室のようではなく、遠い未来の宇宙船のように見えるかもしれません。出典：東芝

がんはどのように治療されますか？

腫瘍細胞の分裂とその成長と体全体への病気の広がりを防ぎ、またその死を引き起こします。一般に、腫瘍は患部の臓器から切り取るか、一緒に切除するか、体の残りの部分が同時に中毒にならないようにすることで中毒になります。幸いなことに、後者は癌細胞の性質のために行うことができます。しかし、化学療法、さらには臓器またはその一部の除去は、しばしば体に非常に破壊的な影響を及ぼします。したがって、科学者は科学的に証明された有効性を備えた代替方法に取り組んでいます。それらの1つは単なる放射線療法です。



放射線療法（または放射線療法）は、がんと闘うための放射線の使用です。腫瘍の影響を受けた組織に直接向けられ、遺伝子レベルでその細胞に影響を与える放射線の助けを借りて、それらは完全に破壊されるか、少なくともそれらの成長と分裂を抑制することができます。これらの言葉自体はかなり怖いように聞こえますが、生きている人に意図的に放射線を照射するためです！ -この方法は効果的で安全であることが証明されています。



放射線療法の効果は、腫瘍細胞の特性にも基づいています。科学者が発見したように、そのような細胞が通常の細胞よりも速く分裂するという事実は、放射線の影響をより強く受けるという事実につながります。核分裂が速いと体内に高速で拡散する一方で、一種の「味方か敵か」という認識システムを導入し、それらだけに放射線を与えることができます。放射線の結果として、腫瘍細胞の分裂は遅くなり、および/または停止し、それらは崩壊し、徐々に体から排除されます。



細胞が放射線にさらされると、最初のタスクはそのDNAを損傷することです。この結果、細胞は不活性化されます。つまり、分裂する能力が失われ、その結果、細胞が死に至ります。この場合、DNA分子は腫瘍細胞で完全に破壊され、健康な細胞では回復する能力を失うことなく部分的に破壊されます。同時に、最新の技術により、健康な細胞への放射線の影響を最小限に抑えることができます。これがどのように達成されるかを以下に説明します。



手術や化学療法と比較して、放射線療法にはいくつかの利点があります。したがって、化学療法が患者の体全体に影響を及ぼし、それが患者の体を著しく弱め、不快な悪影響を与える可能性がある場合、放射線療法は腫瘍のみを対象とし、通常、隣接する健康な細胞に最小限の影響しか与えません。もちろん、複数の臓器に転移した全身性のがんの場合、化学療法がより効果的に機能する可能性があります。



放射線療法と手術を比較すると、ここでも最初の治療法には疑いの余地のない利点があります。手術を必要としないため、患者が耐えられない場合があります。特に、病気によって体がすでに著しく衰弱している場合はなおさらです。そしてその後の治療。さらに、純粋な外科的方法で一部の腫瘍に到達することはそれほど簡単ではなく、隣接する臓器に損傷を与えるリスクがあります。



放射線療法では、ナイフの下に行かなくても同じ結果（腫瘍の完全な消失）を達成できます。何よりも、この治療法は、脳、肺、胃、前立腺などの特定の臓器の全身に広がっていない新生物を取り除くときに機能します。



現代の腫瘍学では、放射線療法は単独で、または他の治療法（手術や化学療法）と組み合わせて使用​​できます。特に、一般的な治療法は、手術と放射線を同時に使用する場合です。



この場合、そのようなタイプの放射線療法があるかもしれません：ネオアジュバント（手術前）とアジュバント（手術後）。ネオアジュバント放射線は、腫瘍を切除可能な状態にし、転移のリスクを減らすために腫瘍を縮小するのに役立ち、アジュバント放射線は局所腫瘍の再発と戦うために使用されます。

放射線はどのように体内に入り、どのような害を及ぼす可能性がありますか？

非常に有害な細胞の照射は細工です。医師の前に発生する最も重要な質問は、次のように定式化できます。粒子を適切な場所に送り、不必要なものを誤って照射しないようにするにはどうすればよいでしょうか。



放射線療法には、遠隔、接触、全身の3つの方法があります。

全身放射線療法とは、放射性薬物を患者の体内に注射することを意味します（嚥下または静脈内投与）。それらは血流を介して分布し、腫瘍の病巣に作用します。したがって、たとえば、放射性ヨウ素を含むカプセルの助けを借りて、いくつかのタイプの甲状腺がんが治療されます。



接触放射線療法（別名近接照射療法）を使用する場合、放射線源は損傷した臓器の内部またはその隣の空洞に配置されます。場合によっては、エミッターを皮膚表面に配置することもできます。



最も普及している方法は、外部の放射線源が使用され、健康な組織がそれと標的の間にある可能性がある場合、遠隔法になりました。後者は、粒子経路の最後のミリメートルでほぼすべての放射線量が腫瘍に放出されるため、最小限の損傷しか受けません。これを達成するために、最初は特別な装置が使用されました。それは、簡単に言えば、放射性物質と狭い放射線ビームの形成を可能にするメカニズムを備えた容器でした。



この治療法の先駆者の1人は、カナダの医学物理学者ハロルドエルフォードジョンズでした。1950年代初頭に彼の指導の下にあった科学者のグループが、放射性コバルト60を使用したいわゆる「コバルトキャノン」を作成しました。



そして、最初の特別な医療用粒子加速器は、1953年にロンドン（イギリス）で組み立てられ、使用されました。何のために？放射線のより大きな浸透と効率を達成し、深く位置する腫瘍に到達するため。そして、過去半世紀で進歩が進んでいるのは、線形粒子加速器を使用した放射線療法の開発の方向にあります。





ゴードンアイザックスは、1957年に網膜芽細胞腫（小児の眼の網膜の悪性腫瘍）から、アメリカの科学者ヘンリーカプランによって構築され使用された線形加速器を使用して回復した最初の患者です。治療の結果、少年の視力は救われ、彼自身も長生きしました。出典：ウィキメディアコモンズ



放射線療法は波または小体である可能性があります。 X線またはガンマ線が腫瘍細胞に向けられる波動放射線は、以前から医学で使用され始めており（特に、ジョーンズコバルトガンによって生成されたガンマ線でした）、一般的にはそのタスクに対処しました、損傷した細胞に明確に波照射による放射線を向けることは不可能ですが。



今日、小体照射はより効果的であると考えられています。この場合、素粒子のビームは腫瘍に向けられます：光子、中性子または重イオン。そして、現在最も技術的に進んだ放射線治療法と考えられているのは重イオンの照射です。重イオンはその質量のために（重と呼ばれるのは当然です）一種の衝撃波を形成し、したがってより効果的にDNAを破壊するからです。癌細胞の除去-重イオンを使用して腫瘍をうまく取り除くために必要な放射線セッションは少なくて済みます。





X線（左）と重イオンビーム（右）。重イオンは明らかに腫瘍に向けられ、健康な組織への損傷を最小限に抑えます。出典：東芝



他の粒子に関しては、それらは組織に浸透する能力が少ないです。したがって、それらの中で最も軽いものである電子は、皮膚病の治療にのみ使用されます。重いもの（光子）はより深く浸透しますが、それでも重イオンと同じ衝撃力はありません。光子は内臓の腫瘍の治療にも使用されますが、より多くの放射線セッションがあります。



放射線療法は無害ですか？そうではありません。明らかな利点にもかかわらず、他の集中治療と同様に、放射線療法が体に痕跡を残さずに完全に進むことはめったにありません。その使用の結果は局所的な放射線熱傷である可能性があり、腫瘍のすぐ近くにある血管はより壊れやすくなる可能性があります。これは、小さな限局性出血のリスクにつながります。



腫瘍の破片が血流に放出される結果として、長期的な副作用も発生する可能性があります。しかし、悪性腫瘍とは異なり、それらはまだ致命的ではありません。専門家による と、放射線療法の使用の効果は日焼けと比較することができます：その結果は常にすぐに見えるとは限りませんが、時間の経過とともに現れる可能性があります。したがって、10〜20年後に患者がDNAレベルで変化し始めるか、癌が再発する可能性はゼロではありません。

最新の放射線治療ユニットはどのように見えますか、またはより多くの治療を行うために何ができるでしょうか？

日本の3つの病院はすでに東芝に重イオン放射線治療装置を注文しており、同社はその機器を顧客に供給しています。そして、重イオン加速器i-ROCKは神奈川県立がんセンターで正常に稼働しています。彼らの例では、放射線治療の方法の進化が今日どの方向に進んでいるかを見ることができます。





東芝エナジーシステムズ＆ソリューションズの実際の重イオン加速器は、神奈川の放射線腫瘍学センター（i-ROCK）でこのように見えます。近い将来、同様のシステムがロシアでも登場するでしょう。対応する協定は、ロシア連邦保健省と日本企業との間ですでに署名されています。出典：東芝



i-ROCKは、複数の部屋にまたがる印象的なデバイスであり、そのサイズはジムのサイズに匹敵します。その中で、線形粒子加速器の助けを借りて、重イオンのビームは、腫瘍を攻撃する前に光速の70％に加速されます。がん細胞に伝達されるエネルギーの量は、X線エネルギーの量または陽子のエネルギーを大幅に上回っています。



重イオンは一度に2つの方向から発生するため、治療の効果が高まります。つまり、より少ないセッションで腫瘍を殺すことができます。また、エミッターを360度回転させることができるため、高精度の露光が可能です。



i-ROCKを含む最新の設備は、照射中の健康な組織への損傷を最小限に抑えることを学びました。これを行うには、粒子ビームを細くし、放射線パワーを腫瘍に損傷を与えるのに十分にする必要がありましたが、周囲の組織には損傷を与えませんでした。 I-ROCKは腫瘍を3Dスキャンする手法を採用しているため、形状がどんなに複雑であっても、腫瘍自体のみを高精度で攻撃することができます。これは高速走査ビーム照射と呼ばれます。





私たちは炭素イオンを取り、線形加速器でそれらを強力に加速し、それらを患者の体内に向けますが、どこかではなく、正確に標的に向けます。出典：東芝



重イオン治療時に東芝の3Dスキャン法を使用して、腫瘍を細い鉛筆で覆ったように照射します。この方法により、複雑な形状の腫瘍に作用し、高精度かつ効率的に作用することができます。この方法を適用した場合のもう1つの結果は、機器の長期調整の段階と、患者ごとに個別に行う必要のあるコリメータとフィルタの使用を除外できることです。



しかし、所有者が生きている限り、通常は動く臓器、たとえば肺をどうするか？吸入すると、肺の腫瘍は1つの位置になり、呼気では、健康な組織がビームの下のその場所に現れます。これを回避するために、東芝のエンジニアは、患者の体をリアルタイムで監視するツールを設置に追加しました。これにより、臓器がエミッターに焦点を合わせているときに放射線をオンにし、臓器が動くときにオフにすることができます。東芝のエンジニアは、呼気同期照射とリアルタイムの斜めX線写真観察を再スキャン技術と組み合わせることにより、静止しているだけでなく、動く臓器にも均一な線量で新生物を迅速かつ正確に照射する方法を学びました。





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とりわけ、このような技術と方法の組み合わせは、一方では治療の準備時間と患者のコストを削減することを可能にし、他方では病院ができる患者の数を増やすことを可能にします。報告期間中に認め、その結果、投資収益率を加速します。東芝は、効率的な位置決めシステムを作成することにより、患者の位置決めにかかる時間を短縮し、高速3Dスキャン放射を使用することで治療室で過ごす全体の時間を大幅に短縮しました。東芝ポジショニングシステムは、治療計画時に得られた照射部位のCTスキャンと照射が行われている部屋で直接撮影されたX線との不一致を自動的に計算し、ロボットベッドの位置を調整します。患者がいる場所。前世代の放射線治療装置を使用していたとき、患者の入室から退院までの平均セッション時間は26分でしたが、現在は11分に短縮されています。



最後に、エンジニアのもう1つの作業領域は、機器セット全体の重量とサイズを削減することです。これにより、最終的には、各患者の治療の可用性が再び向上します。ここで、東芝はまた、世界で最もコンパクトな（2017年10月1日現在）回転ガントリー（固定された患者に医療機器を保持して向けるために使用されるいわゆるモバイルデバイス）を作成しました。重イオン療法。これは、超伝導技術の使用によって達成されました。ガントリーが患者の周りを360度回転できる場合、これにより、あらゆる方向から腫瘍を正確に狙い、健康な組織への損傷を軽減または排除し、患者を正しい方向にすばやく配置し、不快感を軽減することができます。同時に、臓器の変形を可能な限り排除する。さらに、その後、次の照射セッション中に、患者の位置を迅速に再現することができます。



国立量子放射線科学技術研究所（QST;国立放射線研究所と日本原子力研究開発機構のいくつかの部門の合併により2016年に設立された日本の研究機関）の科学者は、2019年6月にコンパクトロータリーを作成しました超電導マグネットを使用したガントリーにより、装置の重量を約300トン削減しました。小さくて軽いガントリーは、病院の建物に便利に配置できます。これにより、建設作業、保守、およびサービスのコストが削減され、したがって、治療のコストが削減されます。



最後に、治療の安全性がどのように確保されているかについて話す価値があります。まず、加速器と患者は別の部屋にいます。後者は、7つの軸に沿って移動して任意の臓器を照射し、同時に快適な位置を維持できるベッドの、まったく怖くない部屋（投稿の冒頭に表示）にあります。患者。すでに述べたように、ベッドとエミッターの最適な位置は、手順の開始直前に、予備的な計算された断層撮影とリアルタイムのX線スキャンに基づいて決定されます。



医療従事者は、東芝ビーム監視システムを使用して治療を監視できます：照射が継続している間、照射された組織の各領域でのビームの位置とフラックス密度が、制御室のモニター画面にリアルタイムで表示されます。機器の状態も常にチェックされ、患者の安全を確保しています。何かがうまくいかない場合、特別なブロッキングシステムが粒子の流れを止めます。機器制御インターフェースは、人為的ミスの可能性を最小限に抑え、医療専門家に自信と安全性を与えるように特別に設計されています。

放射線療法は破滅的ですか？

高度な資格を持つ専門家の多くの資金と努力が投資されてきた他の新技術と同様に、放射線療法は安くはありません。患者にとって、治療のコースは化学療法のコースよりも平均して費用がかかります（正確な計算は各症例の重症度に依存します）。



高いコストは理解できます。まず、病院は高価な機器に投資する必要があります。第二に、そのメンテナンスには追加費用が必要になります。第三に、それに取り組むには、高レベルの資格を持つ人員が必要です-あなたはまた、そのトレーニングとメンテナンスにお金を費やす必要があります。



設備自体のコストに関しては、ここでの範囲は非常に広いです。したがって、最新ではなく、最も単純で、おそらく海外で使用されている線形加速器は、最大30万ドルの費用がかかる可能性があります。新しいシステムは100万ドル以上になります。さらに、最新の開発はすでに数百万米ドルと見積もることができます。一般に、たとえば、米国の放射線治療クリニックの全設備は、2,000万ドルから1億5,000万ドル、場合によってはそれ以上を費やす必要があります。座席数などにより異なります。



それにもかかわらず、時間の経過とともに効果的なテクノロジーは同じように進みます。それは大量になり、その結果、よりアクセスしやすくなります。そして、「恐ろしくて危険な」原子が近い将来そのイメージをクリアし、その最も恐ろしい問題の1つから人類の救世主になることを願っています。