高速中性子治療

高速中性子治療
中性子放射線治療のための患者治療室
専門	腫瘍学
ICD-10-PCS	D?0?5ZZ
ICD-9	92.26
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高速中性子療法は、通常 50 ～ 70  MeVの高エネルギー中性子を使用して癌を治療します。高速中性子療法のビームのほとんどは、原子炉、サイクロトロン(d+Be)、線形加速器によって生成されます。中性子療法は現在、ドイツ、ロシア、南アフリカ、米国で利用できます。米国では、ワシントン州シアトルに治療センターが 1 つあります。シアトルのセンターでは、ベリリウムターゲットに衝突する陽子ビームを生成するサイクロトロンを使用しています。

放射線療法は、放射線源の有効エネルギーに応じて 2 つの方法で癌細胞を殺します。粒子が組織の一部を横切るときに付与されるエネルギーの量は、線エネルギー付与(LET) と呼ばれます。X 線は低 LET 放射線を生成し、陽子と中性子は高 LET 放射線を生成します。低 LET 放射線は、主に活性酸素種の生成によって細胞に損傷を与えます (フリーラジカルを参照) 。中性子は電荷を帯びておらず、核構造に直接作用して細胞に損傷を与えます。悪性腫瘍は酸素レベルが低い傾向があるため、低 LET 放射線に抵抗することができます。これは、特定の状況では中性子に有利になります。1 つの利点は、一般に治療サイクルが短いことです。同じ数の癌細胞を殺すのに、中性子では陽子の 3 分の 1 の有効線量しか必要ありません。^[1]もう一つの利点は、唾液腺癌、腺様嚢胞癌、特定の種類の脳腫瘍、特に高悪性度神経膠腫などの一部の癌の治療に中性子が効果的であることが確立されていることです。^[2]

治療用エネルギーX線（1～25MeV）が人体組織の細胞と相互作用する際、主にコンプトン相互作用によって反応し、比較的高エネルギーの二次電子を生成します。これらの高エネルギー電子は、約1keV  / μmのエネルギーを付与します。^[3]比較すると、中性子相互作用部位で生成される荷電粒子は、30～80keV/μmの速度でエネルギーを放出します。粒子が組織の一部を横切る際に付与されるエネルギーの量は、線エネルギー付与（LET）と呼ばれます。X線は低LET放射線を生成し、中性子は高LET放射線を生成します。

X 線から生成される電子はエネルギーが高く LET が低いため、細胞と相互作用しても通常は少数のイオン化しか起こりません。したがって、低 LET 放射線は DNA らせんの一本鎖切断のみを引き起こすと考えられます。DNA 分子の一本鎖切断は容易に修復できるため、標的細胞への影響は必ずしも致命的ではありません。対照的に、中性子照射から生成される高 LET 荷電粒子は細胞を通過する際に多数のイオン化を引き起こすため、DNA 分子の二本鎖切断が発生する可能性があります。二本鎖切断のDNA 修復は細胞にとってはるかに困難であり、細胞死につながる可能性が高くなります。

DNA修復機構は非常に効率的であり^[4]、細胞の寿命の間に何千もの一本鎖DNA切断が修復されます。しかし、十分な量の電離放射線は、非常に多くのDNA切断を引き起こし、細胞機構の対処能力を圧倒します。

重粒子線治療（炭素イオンなど）では、同様に高いLETを持つ^{12C6 +}イオンが利用される。^{[5] [6]}

LETが高いため、高速中性子の相対的な放射線損傷（相対生物学的効果またはRBE）はX線の4倍です^{[7] [8]。} つまり、1radの高速中性子は4radのX線に相当します。中性子のRBEもエネルギーに依存するため、異なる施設で異なるエネルギースペクトルで生成された中性子ビームは、異なるRBE値を持ちます。

細胞内の酸素は放射線増感剤として作用し、放射線の影響をより強くします。腫瘍細胞は通常、正常組織よりも酸素含有量が低いです。この病状は腫瘍低酸素症として知られており、そのため酸素効果は腫瘍組織の感受性を低下させるように作用します。^{[9]酸素効果は、}酸素増強比（OER）によって定量的に説明できます。一般に、中性子照射は腫瘍低酸素症の影響を克服すると信じられていますが、^[10]反論もあります。^[11]

前立腺がんに対する中性子線の有効性はランダム化試験によって実証されている。^{[12] [13] [14]高速中性子治療は}唾液腺腫瘍 に対して効果的に適用されている。^{[15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22]} 腺様嚢胞癌も治療されている。^{[23] [24]} その他のさまざまな頭頸部腫瘍が検査されている。^{[25] [26] [27]}

副作用のリスクがない癌治療はありません。中性子治療は非常に強力な核メスであり、細心の注意を払って使用する必要があります。たとえば、この治療によって達成された最も顕著な治癒のいくつかは、頭頸部の癌です。これらの癌の多くは、他の治療法では効果的に治療できません。しかし、脳や感覚ニューロンなどの脆弱な領域の近くへの中性子の損傷は、不可逆的な脳萎縮、失明などを引き起こす可能性があります。これらの副作用のリスクは、いくつかの技術によって大幅に軽減できますが、完全に排除することはできません。さらに、一部の患者は他の患者よりもこのような副作用の影響を受けやすく、これを予測することはできません。患者は、他の方法では治癒できない癌に直面した場合、永続的な治癒の可能性がある利点がこの治療のリスクを上回るかどうかを最終的に決定する必要があります。^[28]

世界中のいくつかのセンターが、がん治療に高速中性子を使用しています。資金と支援の不足により、現在米国で活動しているのは3つのセンターのみです。ワシントン大学とガーシェンソン放射線腫瘍センターは高速中性子治療ビームを運用しており、どちらも中性子ビームを形作るマルチリーフコリメータ（MLC）を備えています。^{[29] [30] [31]}

放射線腫瘍科^[32]は、50.5MeVの陽子をベリリウムターゲットに照射して高速中性子を生成する陽子サイクロトロンを運用しています。UWサイクロトロンには、成形された照射野を生成するためのガントリー搭載型照射システムとMLCが装備されています。UW中性子システムは、臨床中性子治療システム（CNTS）と呼ばれています。 ^[33] CNTSは、ほとんどの中性子治療システムの典型です。一般市民の放射線被ばくを減らし、必要な機器を収容するために、大きくて十分に遮蔽された建物が必要です。

ビームラインは、陽子ビームをサイクロトロンからガントリー システムに輸送します。ガントリー システムには、陽子ビームを偏向させてベリリウム ターゲットに焦点を合わせる磁石が含まれています。ガントリー システムの端はヘッドと呼ばれ、線量を測定する線量測定システム、MLC、その他のビーム成形装置が含まれています。ビーム輸送とガントリーの利点は、サイクロトロンを固定したまま、放射線源を患者の周囲に回転できることです。患者が座る治療台の向きを変えるとともに、ガントリーの位置を変えることで、事実上あらゆる角度から放射線を照射できるため、正常組織を温存し、腫瘍への放射線量を最大化できます。

治療中は、患者のみが治療室 (vault と呼ばれる) 内に留まり、セラピストがビデオ カメラで患者の様子を見ながら遠隔で治療を制御します。設定された中性子ビーム ジオメトリの各照射は、治療フィールドまたはビームと呼ばれます。治療照射は、放射線をできるだけ効率的に照射するように計画され、通常は、肉眼で確認できる病変をカバーするために拡張された状態で、肉眼で確認できる病変の形状に一致するフィールドになります。

デトロイトのカルマノス癌センター/ウェイン州立大学 (KCC/WSU) のガーシェンソン放射線腫瘍センターにある中性子治療施設は、ワシントン大学の CNTS といくつかの類似点がありますが、独自の特徴も数多くあります。このユニットは 2011 年に廃止されました。

CNTS が陽子を加速する一方、KCC 施設は 48.5 MeV の重陽子をベリリウム ターゲットに加速して中性子ビームを生成します。この方法で生成される中性子ビームの深部線量特性は、4 MV 光子ビームとほぼ同様です。重陽子はガントリーに取り付けられた超伝導サイクロトロン (GMSCC) を使用して加速されるため、追加のビーム ステアリング マグネットは不要で、中性子源を患者の寝台の周りを 360° 回転させることができます。

KCC施設にはMLCビーム成形装置も装備されており、^[34] CNTS以外では米国で唯一の中性子治療センターです。KCC施設のMLCには、強度変調中性子放射線治療（IMNRT）の実施を可能にする治療計画ソフトウェアが追加されました。これは、3D中性子治療よりも標的腫瘍部位に多くの放射線量を照射できる中性子ビーム治療の最近の進歩です。^[35]

KCC/WSU は、過去 10 年間で 1,000 人近くの患者を治療しており、前立腺がんに対する中性子療法に関して世界で最も豊富な経験を持っています。

フェルミ国立加速器研究所の中性子治療センターは1976年に初めて患者の治療を開始し、^[36]それ以来3,000人以上の患者を治療してきました。2004年にノーザンイリノイ大学がセンターの管理を開始しました。フェルミ国立加速器研究所の線形加速器で生成される中性子は、米国で最も高いエネルギーを持ち、世界でも最も高いエネルギーの1つです^{[37] [38] [39]}

フェルミ国立加速器研究所は2013年に廃止された。^[40]

• ホウ素中性子捕捉療法

• FermiLab 中性子治療の概要