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1 医学物理からみた基礎物理への期待 国立がんセンター東 臨床開発センター粒子線医学開発部東京大学大学院工学系研究科東京大学大学院医学系研究科 西尾 禎治 NCCH-E

2 がん治療とは 手術療法 化学療法 ( 抗がん剤治療 ) 放射線療法 ( 放射線治療 ) NCCH-E

3 がんと放射線治療 ガンマナイフ サイバーナイフ ( ロボット型リニアック ) 動体追跡照射 強度変調照射 (IMRT) TomoTherapy 荷電重粒子線治療 : 陽子線 炭素線など 臓器親和性放射性同位元素によるターゲット療法 ( まだ一般的でない )

4 がんと放射線治療 がん 細胞の異常分裂 細胞 核 DNA 放射線 DNA 全身被曝 4Gy([Gy] = [J/kg]) で 30 日後に半数が致死 直接作用 Recoil electron が DNA に直接障害を与える間接作用 Recoil electron が ( 主に水から OH) ラジカルを生成し それが DNA に取り付いて障害を与える 1 本切断 ( 1-DNA / 20 ev ) 速やかに修復 NCCH-E 2[nm] 2 本切断 (1-DNA / eV) 主に異常細胞分裂で致死

5 がんと放射線治療 現在 国内のがん患者は約 300 万人 その内 放射線治療は 25% 2015 年には約 540 万人 国民の 2 名に 1 名が がんで亡くなる 現在の欧米では がん治療の 60% は放射線治療が関与 2015 年には 国民の 4 名に 1 名は放射線治療を受けることになる!!

6 がんと放射線治療 放射線治療は QOL(Quality Of Life) が高い治療と言われている 機能温存にすぐれている 体力の無い患者への治療にも適応している 治療後の社会復帰率を向上させる.. 今後の高齢化社会にも適応した治療法の一つである

7 がんと放射線治療 近年の様々な技術進歩に伴い放射線治療は一気に高精度化の世界に足を踏み入れた 高精度の放射線治療を患者へ提供するために ( 治療 ) 医学物理士が必要不可欠である

8 医学物理士とは 医学物理士の定義は日本ではまだ明確になっていない部分もあるが 大筋以下の通りである 臨床現場において 治療装置の精度や性能の維持管理 並びに精度や性能向上に貢献すること 医学物理分野の発展 進歩において 研究開発面で貢献すること 医学物理士の人材育成や教育に貢献すること

9 医学物理士とは その職務と必要能力は以下の通りである 臨床現場での問題点を的確に見つけ出す : 洞察力 臨床における物理 技術的問題に対する解決 : 解決能力 不確かさに対する臨床実施への判断 新しい治療法や治療装置を十分に理解する 装置の性能 精度向上へのアプローチ及び新治療技術や評価法の研究及び開発 若手への医学物理学の教育 この 6 つの能力が医学物理士には必要 : 判断能力 : 理解能力 : 研究開発能力 : 教育能力

10 医学物理士とは この 6 つの能力は理工系の大学教育の中で十分培える能力 基礎をどれだけ理解し それを応用できるか? 個人が臨床現場で学ぶことの多い少いは 基礎の理解がどれだけ出来ているかに大きく左右される

11 医学物理士とは 日米比較 (2001 年データ ) 現在 国内では医学物理士は学会認定の資格である

12 医学物理士とは 日米比較 (2001 年データ ) 2003 年以降 物理士受験資格の緩和制度が導入され

13 医学物理士とは 日米比較 (2001 年データ ) 300 物理士の資格者は急増 しかし ほとんどが診療放射線技師 物理士業務は実施していない

14 医学物理士とは 日米比較 (2001 年データ ) 300 残念ながら 一部で機能しない資格になりつつある

15 医学物理士とは 日米比較 (2001 年データ ) 実際 物理士として仕事をしている人数はこの程度 理工系出身が多いが そのほとんどが粒子線治療施設に所属 20

16 医学物理士とは 日米比較 (2001 年データ ) このままで行くと 日本は がん治療難民 =( 高精度 高品質 ) のがん治療が受けられない 状況に陥ってしまう! 20

17 医学物理士とは 日米比較 (2001 年データ ) 理工学をベースとした知識 能力を持つ若手の医学物理分野への進出が 日本のがん治療の高精度化に必要不可欠である 20

18 日本における X 線 電子線 陽子線 炭素線等の放射線治療や診断の精度向上を更に目指す QA に基づく治療の管理 維持体制の確立 実施 新しい照射方法などの研究 開発的要素の必要性 Ex.) IMRT Proton-Spot Scanning 基礎的な物理現象を熟知した人材が必要 基礎をしっかり持った医学物理士が必要

19 国立がんセンターでの物理専門官 厚生省では医学物理士と同等の役割を持つ職種として 物理専門官 という新しい役職を新規に設けた (1998)

20 国立がんセンターでの物理専門官 放射線医学 広域な物理現象の一部を医学利用 医学応用への概念 技術 実務における十分な知識及び能力を持った人材が必要 ( 従来は必要性を認めても人材確保にまでは至らなかった ) 陽子線治療は より高度な物理現象 ( 加速器物理工学 原子核物理学...) の理解を要するものであり その装置導入に伴い それに熟知した人材を要望するに至る

21 国立がんセンターの取り組み

22 国立がんセンターの取り組み

23 当センターでのスタッフ 国立がんセンター東 臨床開発センター 粒子線医学開発部における医学物理士体制 医学物理士スタッフ ( 計 4 名 ) 物理専門官 常勤 2 名 非常勤物理専門官 非常勤 1 名 物理士レジデント 非常勤 1 名 常勤医師 5 名 技師 ( 非常勤含む )10 名 ( 国内では ) 医学物理士が充実した代表施設

24 当センターでの治療施設環境 施設環境 ( 放射線治療専用 ) 光子線 電子線治療リニアック 3 台 ; 患者治療人数 :1500 人 / 年 (IMRT:50 名 ) 陽子線治療 3 室 ; 患者治療人数 :100 人 / 年 治療計画用 CT シミュレータ装置 ;2 システム 治療計画装置 ; 光子線用 :4 台 陽子線用 :5 台

25 物理現象 医学物理士の関わり 放射線 医学物理士 基礎物理研究工業利用医療利用 治療 診断 CT MR PET --- X 線電子線中性子線陽子線炭素線 --- 治療 診断精度の向上

26 ( 当センターでの ) 医学物理士の業務 臨床ルーチンの中での実施項目 投与線量の測定 検証 管理 維持 線量分布の測定 検証 管理 維持 治療計画の実施 (IMRT 陽子線 ) 治療の物理的内容の QA/QC 放射線発生装置等の受け入れ試験 コミッショニング試験 管理 維持 治療計画システムの受け入れ試験 コミッショニング試験 管理 維持.

27 日常治療における医学物理士の関わり 物理的 QA 基準による判断 ビーム状態 照射野状態 線量モニター状態 基準外 どの部分をどう修復するかを判断し実行 再確認 基準内 医学物理士 治療 医師技師看護師 必要に応じたメー カーへの実行指示 機械的部分の交換 ビームの再調整

28 ( 当センターでの ) 医学物理士の業務 臨床に直結する研究開発項目 放射線治療の検証用ツールの研究開発 照射技術の研究開発 照射装置の研究開発.

29 新しい高精度治療における医学物理士の関わり 必要に応じて新しい装置を開発する メーカーが作る メーカーは物作りのプロ ( 要求した物を正確に作る ) だが 利用者が要求する本質的な部分を十分理解出来ていない場合が多い 利用者側に 物作りに対して適確な要求を出せる人が必要 ( 要求を間違えれば 全く使えない物が出来上がってしまう ) 物理的に中身を十分理解した人が必要 医学物理士

30 最近の放射線治療法の例 強度変調放射線治療

31 強度変調放射線治療 照射場所毎に放射線 (X 線 ) に強弱を設けて 腫瘍に線量を集中させる方法 コンピュータ技術を駆使した放射線治療 Inverse planning: 腫瘍には均一で高線量 重要臓器は可能な限り低線量になるように照射線量強度を最適化計算

32 強度変調放射線治療 Multi Leaf Collimator (MLC) を用いて 放射線の強度変調を作るのが一般的 腫瘍の形状に沿って照射野形状を形成する

33 強度変調放射線治療 通常の一般的放射線治療では MLC 形状 腫瘍形状に沿った照射野

34 IMRT では 強度変調放射線治療 MLC 形状 Intensity Map

35 強度変調放射線治療 計 100segments ぐらいの照射が必要となる!!

36 強度変調放射線治療 線量減弱吸収体 厚みの違う吸収体を通過させることで線量の強度変調を作る

37 強度変調放射線治療 機械工学 原子核物理学 放射線物理学 原子分子物理学 幅広い物理学 工学の結集体 加速器物理工学 10 MV 06 MV 統計物理学 電磁気学 計算物理学 放射線計測学

38 最近の放射線治療法の例 陽子線線治療

39 陽子線の特徴 細胞へのダメージ 治療効果 光子 拡大ブラッグピーク ブラッグピーク 陽子線 X 線 NCCH-E 陽子 深さ 皮膚正常組織病巣正常組織

40 世界の粒子線治療施設 陽子線 26 重イオン線 3 予定施設は 10 以上

41 日本の粒子線治療施設

42 国立がんセンターの陽子線治療施設 360 度の方向から照射可能 機械工学 原子核物理学 放射線物理学 原子分子物理学 幅広い物理学 工学の結集体 加速器物理工学 統計物理学 電磁気学 光の速さの 60% まで加速 NCCH-E 計算物理学 放射線計測学

43 回転ガントリー照射機器 10.9m 照射室 照射部 IC ビーム輸送部 5m NCCH-E 直径 :10m 重さ :120ton

44 照射機器レイアウト Profile Monitor Wobbler Magnet 1st Scatter Ring Collimator 2nd Scatter Bar Ridge Filter Multi Life Collimator Fine Degrader Dose Monitor Flatness Monitor-1 Flatness Monitor-2 Patient Bolus Patient Collimator 3135 mm Block Collimator I.C. NCCH-E Wobbler Method (G1) Double Scattering Method (G2,G3)

45 Relative Dose [%/100] Relative Dose [%/100] Relative Dose [%/100] Relative Dose [%/100] Relative Dose [%/100] Relative Dose [%/100] 均一線量分布の生成 腫瘍形状線量分布形成 側方均一線量分布形成 深部側均一線量分布形成 Depth in Water [mm-wel.] Depth in Water [mm-wel.] Depth in Water [mm-wel.] Lateral Position [mm] Lateral Position [mm] Lateral Position [mm]

46 頭頸部腫瘍 150MeV/SOBP80/Gantry=0 190MeV/SOBP80/Gantry=230 Before Proton Treatment (planning view) After 2.5[GyE] 26[fractions] = 65[GyE], 4 [fractions/week]

47 陽子線照射精度の重要性 ターゲットへの線量集中性が高い反面.. 精度の良い事前計画及び実際のビーム照射を行なわなければ ターゲットへの線量投与が部分的に不足する 重要臓器に高線量が入る がんが残るまたは再発する 障害が発生する 身体 粒子線 重要臓器 がん 精度の良い照射が行なわれた場合 精度の悪い照射が行なわれた場合

48 陽子線照射精度の重要性 照射したい部分へ正確に計画通りの線量を照射 照射したくない部分には照射しない 治療計画 ( 絶対線量 線量分布 ) の高い信頼性 これらをベースに高精度化 NCCH-E

49 がんセンターでの研究開発項目 照射システム DAPT 照射位置確認システム シミュレーションシステム

50 照射システム 陽子線高速 spot scanning system NCCH-E

51 呼吸同期による照射 圧力センサからの呼吸信号 ビーム出力 吸気呼気 on off 出射許可信号 on off

52 透視画像による位置照合 レーザー位置決め後画像 サブトラクション像 位置修正後サブトラクション画像 CT-simulator 基準画像

53 照射システム Robotic 患者位置決め寝台装置 NCCH-E

54 シミュレーションシステム 高速 高精度治療計画装置 JST/CREST

55 シミュレーションシステム 高速 高精度治療計画装置 特許公開 WS Blade Center 治療計画 Viewer Cal. Mode-1 :Pencil Beam NCC-PBA Cal. Mode-2 :Simplified Monte Carlo SMDA Cal. Mode-3 :Full Monte Carlo GEANT4 NCCH-E

56 シミュレーションシステム 高速 高精度治療計画装置 Geometry of proton irradiation system at NCCE on GEANT4-JST/CREST NCCH-E

57 照射位置確認システム Dose volume delivery giuded proton therapy (DGPT) 特許公開 特願 特願 X p, A Y + reaction

58 照射位置確認システム Dose volume delivery giuded radiotherapy X,n Y + reaction

59 検証ツール 治療計画精度検証用不均質ファントム 頭頚部モデル 肺モデル 前立腺モデル

60 検証ツール 水タンク式肺ファントム 電離箱線量計用 右肺 ガラス線量計用 左肺 フィルム線量計用

61 検証ツール 治療計計画装置遠隔管理システム : 物理 QC サーバー

62 検証ツール シンチレータ検出器を利用した 4 次元線量分布測定器 NCCH-E

63 線量検証ソフト開発 検証ツール

64 システムの統合 Dose Adaptive proton therapy (DAPT) 機械工学原子核物理学 all in one system 放射線物理学 原子分子物理学 幅広い物理学 工学の結集体 加速器物理工学 統計物理学 電磁気学 計算物理学 放射線計測学

65 本年度から実施される人材育成プログラム 文科省 : がんプロフェッショナル人材養成プログラム対象は大学院生 育成プログラム期間は数ヶ月から数年 医師 技師 看護師等 大学と地域拠点病院等との連携により人材を育成する 医学物理士の育成も主軸の一つ 当センターも多大学との連携で実施 文科省 : 粒子線がん治療に係わる人材育成プログラム対象は社会人 育成プログラム期間は 1 2 年 医師 技師 看護師 物理士の人材育成を既存粒子線施設を中心に実施 ここでも医学物理士の育成が主軸の一つ 当センターは粒子線医学物理士育成施設 NCCH-E

66 今後の期待と問題 人材育成プログラムが各大学で稼働を始めれば 毎年 何名かの ( 本物の ) 医学物理士が誕生する 但し 人材育成プログラムをどのように構築していくかが大きな鍵 育成された医学物理士が医療現場等で働けるような環境整備が大きな課題の一つ 現在 学会認定の医学物理士の資格の認定 更新制度の見直しも課題の一つ 結局 今現在 各施設にいる医学物理士が 自らの施設で居ることによるプラスの成果を出して行くことが非常に大切

67 医学物理士 品質管理士の人材育成 どのような教養を身に付けるべきか 的確に目的を定める 解決のロジックを組める 実行し結果を出せる 手持ち Tool 解決 治療 Tool-A Tool-C Tool-E Tool-B Tool-D Tool-F Tool-B+E+F 現状のベスト 理想 寄り道多すぎ 素早くランクアップ 問題 治療

68 医学物理士 品質管理士の人材育成 教育講座の体制は ほとんどの大学が新たな講座を設けるのではなく 既存の講座のまま = カリキュラムもこれまでと変わりない 本当に 専門的な教育体制になっているのか? 理想的には大学内で 専門的な新たな講座を設けるべき!

69 何が大事か 患者のがんを治す 放射線治療 種々の QA/QC( 医学物理士 ) 人材育成 ( 教育者 ) 整った体系 土台の優れた人材育成システムがしっかり構築されていなければ その上に乗っている放射線治療の高精度化 ( 品質向上 ) はあり得ない

70 職種間の協力体制 高精度な放射線治療 医師 技師 高品質の放射線治療を患者へ提供 看護師 物理士

71 ここの最近の動きとして 特にこの 1 年 一部の大学病院や医療機関で理工系の人材を 医学物理士として採用する動きが活発化している 今年度も 既に数名の若手の方がこちらの分野に足を踏み入れている 基礎を十分に学んできた理工系のポスドクは医学物理士の卵として大いに期待されることになるはずである

72 医療職種名をワープロ変換すると. 医師 放射線技師 看護師 薬剤師 臨床工学士 いがくぶつりし 医学部釣り師?? ワープロ変換でも医学物理士が一発変換で出るぐらいの認知度向上が必要. 行政的活動

73 医学物理 を新たな学問に

74 御静聴有り難うございました NCCH-E

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