陽子線治療装置のしくみ
ガントリー照射室1、2
ガントリーを360度回転させ、どの方向からでも陽子線を照射することができる照射室です。陽子線を当てたくない部分を避けて、からだの前や横、後ろなど自由な角度から陽子線を照射することができます。
ガントリー照射室1には、国内で初となるスポットスキャニング照射が導入されています。この照射法は、頭や首、骨盤部、脊椎、小児腫瘍などの治療に適しています。
ガントリー照射室2は、二重散乱体照射が導入されています。この照射室では、主に呼吸により動く肺、肝臓、膵臓などに対し呼吸同期による治療が行なわれます。呼吸同期照射を行うことにより患者さんは呼吸をしたまま、呼吸の影響を少なくしたり、または呼吸の動きが止まったところで照射することが可能です。
固定照射室
固定照射室は、二重散乱体照射が導入されています。水平方向から陽子線を照射可能な照射室で、主に前立腺がんの治療が行われます。スループットが高く、入室から退室まで10～15分程度で終了することができます。
スポットスキャニング照射について
加速器から送られてきた細い陽子線を利用し、がんの部分を塗りつぶすように照射する最先端の技術です。これにより、がんの形に合わせた照射を実現し、さらに正常組織の損傷を抑えることが可能となります。
二重散乱体照射について
加速器から送られてきた細い陽子線を散乱体で散乱させ、陽子線を直径14cmから25cmの面内に一様に拡げます。その後、マルチリーフコリメータや患者さんごとに製作した切削コリメータにより、陽子線をがんの形に縁取ります。深さ方向にも患者さんごとにボーラスを製作してがんの形を再現します。これによって陽子線を3次元的にがんの形状にフィットさせ、正常組織への影響が少なくなるような照射が可能となります。
マルチリーフコリメータ
何枚もの薄い鉄の板を患者さんごとにコンピュータ制御で動かし、がんの形に一致した陽子線を照射できます。
切削コリメータ
真鍮の板を専用の機械で切り取り製作します。
ボーラス
ポリエチレンの板を専用の機械で掘り製作します。深さ方向をがんの形に一致させます。
照射室での位置決めについて
X線画像を用いて0.5mm以内の精度で体の位置をコントロールすることができます。正確な位置に体を合わせることで、がんに対して陽子線を正確に照射し、より高精度な治療が可能になります。
ガントリー
陽子線を曲げる電磁石等で構成される機器を搭載した内径が約5m、重さ約200トンにも及ぶ巨大な装置です。この装置を回転させることで、腫瘍に合わせて360°どの方向からも陽子線を当てる事が可能になり、正常な組織を傷つけにくい方向を選択して治療を行うことができます。非常に高い精度で回転させることができ、直径2mmの球を狙い撃つことができます。
入射器（イオン源、ライナック）
入射器では「イオン源」と「ライナック」という2つの装置を利用し、陽子線を発生させて加速します。陽子線の材料には水素ガスを利用し、電気の力で陽子を生成、加速を行います。
水素は、陽子とその周りをまわる電子からできています。イオン源の中では、放電を利用することで水素をプラズマ化し、陽子を取り出します。
取り出された陽子はプラスの電荷を持っていますので、電気の力（クーロン力）で加速することができます。ライナックでは高周波電場を使って陽子を5 m程直線的に加速します。
水素は、陽子とその周りをまわる電子からできています。イオン源の中では、放電を利用することで水素をプラズマ化し、陽子を取り出します。
取り出された陽子はプラスの電荷を持っていますので、電気の力（クーロン力）で加速することができます。ライナックでは高周波電場を使って陽子を5 m程直線的に加速します。
加速器（シンクロトロン）
直径約7m、1周約23mのリング状の装置で、ライナックで加速した陽子線を取り込み、最大で光速の60%まで加速します。シンクロトロンは、陽子を輸送する真空パイプや、陽子の軌道を曲げるための電磁石、加速を行う高周波加速空洞などの様々な装置で構成されており、それぞれの装置を正確にコントロールすることで、陽子を加速します。この際、加速空洞や、電磁石は陽子の加速に同期してコントロールされます。シンクロトロンのシンクロは、この「同期」(Synchronization)という意味からきています。
陽子は真空のパイプの中をまっすぐに飛び、電磁石が作る磁場の中ではローレンツ力を受けて曲がります。陽子線の曲がる向きはフレミングの左手の法則に従います。これにより、陽子線をリング状の軌道に沿ってビームパイプ内で周回させることが可能になります。
シンクロトロンにはリング内に一ヶ所だけ高周波加速空洞が設置され、高周波電場により陽子を加速します。高周波加速空洞では陽子が通過するタイミングに合わせて電場をコントロールし、陽子を加速します。
これらの装置を使い、陽子をシンクロトロン内で数10万から数100万回回転させることで、最大で光速の60％の速度に到達します。この間の所要時間は一秒以内です。どの程度まで加速するかはがんの深さに依存し、ちょうど腫瘍の位置で止まるように加速します。
シンクロトロンにはリング内に一ヶ所だけ高周波加速空洞が設置され、高周波電場により陽子を加速します。高周波加速空洞では陽子が通過するタイミングに合わせて電場をコントロールし、陽子を加速します。
これらの装置を使い、陽子をシンクロトロン内で数10万から数100万回回転させることで、最大で光速の60％の速度に到達します。この間の所要時間は一秒以内です。どの程度まで加速するかはがんの深さに依存し、ちょうど腫瘍の位置で止まるように加速します。
治療計画装置
治療計画用に撮影したCTやMRI、PETなどのデータを基に治療の計画を立てる装置です。治療するがんの位置や形状を入力し、陽子線をあてる方向や照射する量、照射回数などを設定することで、がんやその周囲の正常細胞に「どの程度放射線が当たるか？」などを評価、検討することができます。この治療計画のとおりに、毎日の治療を実施します。
CTシミュレータ
治療計画に利用するCTを撮影します。患者さんは陽子線治療時と同じ姿勢でCT撮影を行います。通常のCTより開口部が広く、圧迫感がないほか、肘などがあたらず、治療時と同じ姿勢のままCTを撮影することが可能です。16列と64列のマルチスライスCTシステム２台を有し、呼吸の動きの分かるCT（通常CTである3次元画像に時間軸が追加されるため4次元CTと呼ばれる）撮影が可能です。
