【放射線治療技術学】リニアックから粒子線まで。がんを狙い撃つ「線量分布」の真髄

「治療は物理と生物の結晶」。 放射線治療技術学は、これまで学んだ「物理学（相互作用）」、「計測学（線量測定）」、「生物学（細胞死）」の全てが合流する、まさにラスボスのような科目です。

リニアックの中で電子がどう加速され、どうやってターゲットに当たり、どうやってがん細胞だけを壊すのか。 そのプロセスには、1ミリの誤差も許されない「精密な計算」と、患者さんを想う「技師の魂」が込められています。

IMRTや粒子線治療など、進化が止まらないこの分野。 Linaと一緒に、最先端の「がん治療」の世界を完全に理解しちゃいましょう！

リナ

放射線治療って、CT撮影とは全然違う世界ですよね…。正直、計算がたくさん出てきて怖いです…。

ゆん

大丈夫！放射線治療の計算は、実は「比」の計算ばかりなんだ。「基準の線量に対して、深さdでは何％？」とかね。数式よりも「なぜその指標があるのか」を理解すれば、怖くなくなるよ！

⚡ 1. リニアック（LINAC）の構造と加速原理

現在の放射線治療の主力選手、リニアック（直線加速器）。 電子を光速近くまで加速して、ターゲットにぶつけて高エネルギーX線を出します（あるいは電子線のまま使います）。

加速の心臓部：クライストロン vs マグネトロン

マイクロ波を作る方法は2つ！

• クライストロン (Klystron): 入力した弱いマイクロ波を「増幅」する。大出力で、高エネルギーのリニアックに必須。
• マグネトロン (Magnetron): それ自体がマイクロ波を「発振」する。安価でコンパクト。

偏向マグネット (Bending Magnet)

水平に加速された電子を、患者さんに向けて垂直に曲げる磁石。

• 270°アクロマティック方式: エネルギーが少し違う電子たちを、同じ一点（ターゲット）に集める魔法の角度。これが主流！

ヘッドの中身（順番を死守せよ！）

1. ターゲット: X線を出す。
2. フラットニングフィルタ: 山なりの強度を平らにする。
3. モニタ線量計: 出力をリアルタイム監視。二重化がルール。
4. コリメータ（MLC）: 腫瘍の形に絞る。

リナ

クライストロンとマグネトロン、どっちが覚えやすいですか？

ゆん

こう覚えて！「クライストロン＝増幅（Amplify）」「マグネトロン＝発振（Generate）」。クライストロンは元の信号を「大きくする」だけ、マグネトロンは「自分で作る」。電子レンジもマグネトロンだよ！

リナ

電子レンジ！身近ですね！あと、270°アクロマティックって角度、なぜ270°なんですか？90°じゃダメなんですか？

ゆん

いい質問！電子のエネルギーにはわずかなバラつきがあるんだ。90°だと、エネルギーが違う電子は違う場所に飛んでしまう。でも270°だと、不思議なことに全員が同じ一点に集まる。これが「アクロマティック（色消し）」の意味だよ。国試で頻出！

📉 2. 線量分布の指標：ビルドアップと深部線量

ビルドアップ現象 (Build-up Effect)

放射線治療の最大のメリット！ 高エネルギーX線が体に入ると、表面ではなく数cm奥（最大線量深：dmax）で最大線量になります。

• 理由: 入ってきた光子が弾き出した「二次電子」が、少し進んでからエネルギーを落とし切るから。
• 恩恵: 皮膚の被ばくを抑えて、奥のがんを叩ける（皮膚保護効果）。

指標の使い分け（国試の定番）

リナ

PDD、TMR、TAR…アルファベットが多すぎて混乱します！何か覚え方ありますか？

ゆん

整理しよう！まず、全部「深さdの線量 ÷ 基準の線量」だということ。違いは「基準」と「測定条件」だけ！

PDD：「%（Percentage）」がついてるから、基準は最大線量深。SSD固定。

TMR：「Maximum」がついてるから、こっちも基準は最大線量深。でもSAD固定で回転照射向け。

TAR：「Air」がついてるから、基準は空中線量。低エネルギー時代の遺産だね。

リナ

あ！「ビルドアップ」って皮膚を守る現象ですよね。これ、X線のエネルギーが高いほど深くなるんですか？

ゆん

その通り！エネルギーが高いX線ほど、二次電子の飛程が長くなるから、dmaxは深くなる。6MVで約1.5cm、10MVで約2.5cm、15MVで約3cm。これ国試で必ず出るよ！

🎯 3. 高精度放射線治療：インバースプランニングの革命

「この臓器にはこれだけの線量を、こっちは守って！」と、コンピュータに「ゴール」を教えて計算させるのが、IMRT（強度変調放射線治療）の真髄。

インバースプランニング (Inverse Planning)

• 評価関数 (Cost Function): 理想の線量分布とのズレを数値化し、それを最小にするまでコンピュータが計算を繰り返す。
• MLCの動き: ビームの中でMLCの板（リーフ）を複雑に動かして、強弱（インテンシティ・マップ）を作る。

⚛️ 4. 粒子線治療：重粒子線の破壊力

RBE（生物学的効果比）とOER（酸素効果比）

• RBE (Relative Biological Effectiveness): X線を「1」とした時の効き目。
  • 陽子線 ≈ 1.1（X線とほぼ同じ）。
  • 炭素（重粒子）線 ≈ 3.0（3倍効く！）。
• OER (Oxygen Enhancement Ratio): 効き目に「酸素」がどれだけ必要か。
  • X線は酸素がない（低酸素がん細胞）と効きにくい（OER ≈ 3）。
  • 重粒子線は、酸素がなくても関係なく壊す（OER ≈ 1）！ これが無敵と言われる理由。

リナ

RBEとOER、両方とも粒子線のほうが良いのに、なぜ粒子線治療はもっと普及しないんですか？

ゆん

コストの問題だね。粒子線装置は数百億円もするし、建物もサッカー場くらい巨大になる。だから全国に数十施設しかないんだ。

それに、全てのがんに粒子線が優れているわけじゃない。前立腺がんなどは、IMRTでも十分な成績が出せることが多いよ。

リナ

なるほど…。じゃあ、どんながんに粒子線が特に効果的なんですか？

ゆん

骨肉腫・脊索腫・悪性黒色腫など、X線では効きにくい「放射線抵抗性」のがんに強いよ。あと、小児がんにも重要！成長途中の子どもの正常組織を守れるから、「入口と出口」で無駄な被ばくをさせずに済むんだ。

🛡️ 5. QA/QCと安全管理（命のチェックリスト）

「今日は100cGy出したはずが、機械が壊れてて150cGy出てた」なんてことは、絶対にあってはなりません。

• 日刊（Daily）チェック:
  • 出力（Output）: 許容誤差 ±3%。
  • レーザー照準: 許容誤差 ±2mm。
• 月刊（Monthly）チェック:
  • ガントリ回転の幾何学的精度、平坦度・対称性の確認。

リナ

出力の許容誤差が±3%って、結構厳しいですね…。でもなぜ「2mm」とか「3%」という数字なんですか？

ゆん

いい質問！治療計画の目標は「腫瘍に処方線量の95%〜107%を当てる」こと。毎日3%ずれたら、30回照射で累積誤差が大きくなりすぎる。だから「毎回±3%以内」が鉄則なんだ。

位置の2mmも同じ。特にIMRTでは線量分布が急峻だから、2mmずれるだけで線量が大きく変わる場所があるんだよ。

リナ

治療技師の仕事の半分は「確認」なんですね！プランナーが立てた計画を、本当にリニアックが再現しているか…その緊張感、すごく大事ですね！

ゆん

その通り！「計画を立てる人」と「実行する人」と「検証する人」が別々にチェックすることで、ミスを防ぐんだ。これを「独立検証」と呼ぶ。国試でも、この「安全文化」は重要なテーマだよ！

📉 2. 線量分布の指標：PDD, TAR, TMR

「体の中の深さ d で、線量はどれくらい減る？」 これを計算するための指標たちが、受験生を苦しめるアルファベット3文字シリーズ。 全部「深さ d の線量 / 基準の線量」という形なんだけど、「基準」がどこかで名前が変わるだけ！

① PDD (Percentage Depth Dose)：百分率深部線量

• 基準: 最大線量深 (d_max)。
• 特徴: SSD（線源表面間距離）一定で測定する。
• 問題点: 距離が変わると逆二乗則の影響で値が変わっちゃう。回転照射の計算には向かない。

② TAR (Tissue-Air Ratio)：組織空中線量比

• 基準: 同じ深さの空中線量。
• 特徴: 逆二乗則の影響をキャンセルできる（距離に依存しない）。
• 問題点: 高エネルギー（4MV以上）では、空中線量の測定が難しい（電子平衡が崩れるから）。

③ TMR (Tissue-Maximum Ratio)：組織最大線量比

• 基準: 最大線量深 (d_max)。
• 特徴: SAD（線源回転軸距離）一定で測定する。
• 最強: 距離に依存せず、高エネルギーでも測れる。今の主流はコレ！

図: PDD (Percentage Depth Dose) – SSD固定での測定

図: TMR (Tissue-Maximum Ratio) – SAD固定での測定 (回転照射に最適)

図: TAR (Tissue-Air Ratio) – 空中線量との比較

リナ

「SSD一定」と「SAD一定」の違い、イメージしにくいです…。

ゆん

絵で考えよう！SSD一定は「線源から皮膚までの距離」が固定。深さが変わるとファントム全体を動かす。

SAD一定は「線源から回転中心（アイソセンタ）までの距離」が固定。腫瘍の位置は同じまま、ファントムの厚さだけ変える。

回転照射では腫瘍がアイソセンタにあるから、SADが一定=TMRを使うと覚えてね！

🎯 3. 高精度放射線治療：IMRT・IGRT

「がんには大量に、正常組織にはゼロに」。 この理想に近づくための技術革命です。

IMRT (強度変調放射線治療)

• 原理: マルチリーフコリメータ（MLC）を動かして、ビームの中の強度（強弱）を変える。
• メリット: 凹んだ形の腫瘍（前立腺など、直腸を避けたい場合）に、理想的な線量分布を作れる（Dose Painting）。
• デメリット: 照射時間が長くなる。検証が大変。

リナ

「インバースプランニング」って、普通のプランニングと何が違うんですか？

ゆん

普通（フォワード）は「こうやって照射したら、どんな分布になる？」と計算する。インバースは逆で、「こういう分布が欲しい！計算して！」とコンピュータに任せる。

人間が「正常組織は30Gy以下、腫瘍は70Gy以上」と条件を指定すると、コンピュータが最適なMLCの動きを自動で計算してくれるんだ！

リナ

すごい！でも、MLCって何枚くらいあるんですか？

ゆん

最新のリニアックだと片側60枚、両側で120枚ものリーフが並んでるよ。幅は5mmとか2.5mmの細さ！これが1枚1枚独立して動いて、複雑な形の腫瘍にぴったり合わせるんだ。

IGRT (画像誘導放射線治療)

• 原理: 治療直前にX線やCTを撮って、その日の腫瘍の位置ズレを修正する。
• 必須: IMRTや定位照射（SRT/SRS）などの「ピンポイント攻撃」には、IGRTによる「照準合わせ」がセットじゃないと危険！

リナ

IGRTって、具体的にどんな装置を使うんですか？

ゆん

色々あるよ！代表的なのは…

CBCT（コーンビームCT）：リニアックに搭載されたkV-X線装置で、治療直前に3D画像を撮る。

EPID（電子ポータルイメージング）：治療用のMVビームでそのまま撮影。骨の位置確認に便利。

ExacTrac：赤外線マーカーと体表X線で、サブミリ精度の位置合わせができる。

⚛️ 4. 粒子線治療：ブラッグピークの魔術

X線（光子）は体を突き抜けますが、粒子（陽子・炭素）は止まります。 この「止まる場所」をコントロールするのが粒子線治療。

ブラッグピーク (Bragg Peak)

粒子線が停止する直前に、エネルギーを一気に放出する現象。 これの深さを腫瘍の位置に合わせれば、「腫瘍の後ろ側の正常組織」への線量はゼロになります。これがX線には絶対にできない芸当！

• 陽子線 (Proton): 水素の原子核。線量集中性が良い。
• 重粒子線 (Carbon): 炭素の原子核。RBE（生物学的効果比）が高い（X線の2〜3倍効く）。放射線抵抗性のがん（骨肉腫など）に強い。
  • ※重粒子線は「線量集中性」＋「生物学的効果」のダブルパンチ！

👁️ EXAMINER’S EYES：出題者の狙い

「拡大ブラッグピーク (SOBP)」。 生のブラッグピークは鋭すぎて、厚みのある腫瘍全体をカバーできません。 だから、エネルギーを微妙に変えたビームを重ね合わせて、ピークを平坦に引き伸ばします（これをSOBPと呼ぶ）。 出題者は聞きます。「SOBPを作ると、表面線量はどうなる？」。 答えは「上がる」。手前の方にも線量が足されちゃうからね。ここがジレンマであり、出題ポイントです！

リナ

SOBP…「Spread-Out Bragg Peak」ですよね？なぜ「広げる」必要があるんですか？

ゆん

ブラッグピークはめちゃくちゃ「鋭い」んだ。幅はたった数mmしかない。でも腫瘍は普通数cmの厚さがある。

だから、エネルギーを少しずつ変えた複数のビームを重ね合わせて、平坦な高線量領域を作るんだ。これがSOBP！

リナ

なるほど！でもそうすると、手前の浅い部分にも余分なビームが入っちゃうから、表面線量が上がるんですね！

ゆん

完璧！その理解ができれば、国試の計算問題も応用問題も怖くないよ。粒子線の「美味しさ」と「トレードオフ」をセットで覚えておこう！

🛡️ 5. QA/QCと標準計測法24

「計画通りの線量が、本当に出ているか？」 患者さんの命を預かる最後の砦が、品質管理（QA/QC）です。

標準計測法24 (Standard Dosimetry 24)

日本のリニアック校正のバイブル。

• 水吸収線量を絶対測定します。
• 参照条件: 深さ 10cm (または 5g/cm²)、SSD 100cm (または SAD 100cm)、10cm×10cm照射野。
• 線質指標:
  • X線: TPR_20, 10 （20cmと10cmの深さの線量比）。
  • 電子線: R₅₀ （線量が半分になる深さ）。

リナ

「標準計測法12」から「標準計測法24」に変わったって聞きましたが、何が変わったんですか？

ゆん

大きな変更点は「不確かさ評価」の導入！昔は「誤差」と曖昧に言ってたものを、統計学的にきちんと評価するようになったんだ。

あと、FFF（Flattening Filter Free）ビームや、小照射野の線量測定についても追加されたよ。最新の治療技術に対応したバージョンアップだね！

リナ

FFF…「フラットニングフィルタなし」ですか？それってどんなメリットがあるんですか？

ゆん

線量率が爆上がりする！フィルタで減衰しないから、通常の2〜4倍の線量率が出せる。定位照射（SRS/SBRT）では、短時間で大線量を投与したいから重宝されてるんだ。

🎓 結論：技術は「愛」の形

リナ

放射線治療って、本当に奥が深いですね…。物理も生物も計測も、全部が繋がってる！

ゆん

その「繋がり」を理解できたら、国試の応用問題も怖くないよ。「なぜこの技術が必要なのか」「何を守るためにあるのか」を常に考えれば、自然と答えが見えてくる。

リナ

最後に確認させてください！絶対覚えるべきポイントは何ですか？

ゆん

OK、3つだけ！

① TMRはSAD一定、PDDはSSD一定（回転照射にはTMR！）

② IMRTはインバースプランニング＋MLCで強度変調（凹んだ腫瘍に有利）

③ ブラッグピークは「止まる直前」が最大（腫瘍の後ろは被ばくゼロ）

これで治療技術学は完璧だ！

🎯 FOCUS POINT

放射線治療は、物理（リニアック）、計測（標準計測法）、生物（分割照射）、そして画像工学（IGRT）のすべてが融合した総合芸術です。 特に「TMRとPDDの違い」、「IMRTのメリット」、「ブラッグピークの特性」だけは完璧に押さえてください。これらは単なる試験問題ではなく、現場で患者さんのQOL（生活の質）を守るための最強の武器なのです。

これで治療技術学もマスターだね！ 難しい計算式も、その「意味」を知れば怖くない。 あなたはもう、がん治療チームの一員として語れるレベルに達しているよ！

📚 参考文献 (References)

[1] 日本放射線技術学会 監修『放射線治療技術学（改訂第3版）』, オーム社. [2] 日本医学物理学会『放射線治療計画ガイドライン』. [3] 日本放射線技術学会『外部放射線治療における水吸収線量の標準計測法24』.