研究开发利用小型加速器的中子捕捉疗法治疗装置

硼中子捕捉疗法作为治疗疑难癌症和复发性癌症的方法受到了人们的关注。迄今为止，我们一直是利用研究用核反应堆来进行临床研究，而筑波大学等产业界、学术届和政府（以下简称“产学研”）合作的项目团队正在研发一种以加速器为基础的设备装置，这种设备是利用小型加速器产生的中子来进行治疗的

序  言

为了应对日本癌症患者人数的增加和超老龄化的情势，人们渐渐意识到放射线治疗的重要性，其特点是非侵入性、患者负担较轻、且对正常生活（QOL)的影响较小。近年来，放射线治疗随着与最新电脑控制技术相配合的X射线治疗（强度调制放射线治疗、射波刀等）、以及粒子束（质子束，重粒子束）治疗技术的确立，它作为代替外科手术的治疗方法得到了普及，并且接受该治疗的患者也在不断增多。但是，恶性脑肿瘤等渗透性癌症和多灶性癌症、接受放射线治疗后的复发性癌症的治疗方法方面，包含外科手术、抗癌剂治疗等在内，综合性科学的治疗方法尚未形成。而硼中子捕捉疗法（Boron Neutron Capture Therapy，以下称为“BNCT”）则作为治疗这些疑难癌症和复发性癌症的疗法受到了人们的关注。

BNCT疗法，是将癌细胞有选择性聚集的硼（¹⁰B）化合物在治疗之前让患者服下，然后通过中子束照射病灶部位使得细胞内的硼和中子发生核分裂反应，再通过释放出的粒子（阿尔法射线和锂原子核）有选择的破坏癌细胞的治疗方法。图1向我们展示了BNCT疗法的原理。释放出的两个粒子的照射范围只有大约很短的10μm左右，这个距离刚好和癌细胞直径等同，所以两个粒子在破坏了癌细胞的细胞核之后就会停止活动，无法到达相邻的正常细胞。产生的粒子（阿尔法射线和锂原子核）是杀细胞效果很强的“重离子束”，所以BNCT疗法被称为是“癌细胞选择性重离子束治疗”。

BNCT在治疗中要使用中子，所以迄今为止的临床研究都是利用研究用的核反应堆。在日本国内，日本原子能研究开发机构的研究用核反应堆JRR-4和京都大学核反应堆试验所的KUR这两个设施中有BNCT疗法用的医疗照射设备。目前，一直是利用该核反应堆对恶性脑肿瘤和头颈部癌症、皮肤癌中恶性黑色素瘤、肺癌等进行临床研究，并且获得了明显的治疗效果。但是，2011年的东日本大震灾导致JRR-4停机，现在日本国内能够承接BNCT的设备就只有KUR了。而且，由于核反应堆无法获得药事法的认可，因此虽然它的治疗效果已经获得证实，但是BNCT疗法无法作为治疗手段被确立和普及。

为了应对这一状况，随着近年来加速器技术的发展，利用小型加速器产生中子进行治疗，即以“加速器”为基础的BNCT疗法得以实现。如果可以实现“加速器”为基础的BNCT疗法的话，那么就能在医院内安装设备，病人也就能够在医院接受BNCT疗法了。而且，治疗装置还能够获得药事法的承认，BNCT的先进医疗化、以及保险医疗化也能够纳入考虑范畴。此外，还能够成为疑难癌症、复发性癌症治疗有力的方法之一。目前，日本的BNCT疗法研究处于世界领先水平，日本的BNCT治疗装置也能够为振兴日本医疗产业做出贡献。

使质子冲撞中子产生目标材料

现在，国内外研究开发的以“加速器”为基础的BNCT疗法用治疗装置，是利用加速器使质子加速到MeV～30MeV范围，然后使其冲撞铍等中子产生目标材料而获得二次中子的方式。在这种以加速器为基础的治疗装置研究开发中，走在最前列的是京都大学研究团队，该团队利用旋转加速器，使得质子加速至30MeV冲撞铍，从而产生中子。京都大学以外的项目小组多是在质子加速中利用直线型加速器。在日本国内，紧随京都大学研究团队之后，筑波大学研究小组、国立癌症研究中心、福岛县综合南东北医院都在积极推进BNCT治疗装置的研究开发。在国外，英国（伯明翰大学）、阿根廷、意大利、俄罗斯、以色列等国也在积极推进BNCT用治疗装置的研究开发。

产学研联合项目团队

笔者所属的筑波大学，正在推进利用直线型加速器进行的BNCT治疗装置的研究开发活动。为了推进BNCT项目的进展，2001年以筑波大学为中心，成立了包括高能源加速器研究机构（KEK）、日本原子能研究开发机构（JAEA）、北海道大学、茨城县和三菱重工业株式会社等民间企业在内的产学研联合的项目团队，获得了来自各方有竞争性的资金着手进行治疗装置的研究开发。在该项目中，利用的黑丝直线加速器，使得质子加速到8MeV射入铍而产生中子。通过将质子的能量控制在很低的8MeV范围内，可以将产生的中子的整体能量控制在较低的范围内，从而降低混入到治疗装置放射化和治疗光束中的高能量中子的比例。图2为利用直线加速器的BNCT治疗装置的概略。

治疗装置的主体装置――直线型加速器，是应用设置在茨城县东海村的高强度质子加速器设备（J-PARC）的直线型技术研发而成。该装置由研发出J-PARC的KEK为中心进行设计，加速管主体的制作则由拥有J-PARC用加速器制作实际业绩的三菱重工业负责。此外，和这个直线型制作同样重要的是由“铍中子产生目标装置”、将产生的中子调整成为医疗用的“减速剂”、将中子集中于病灶的“准直仪”等构成的“中子产生装置”的设计和制作则是由KEK、JAEA、北海道大学、筑波大学等共同联合实施。

在茨城县，利用研发出来的加速器中子产生装置进行与BNCT相关的基础性、临床研究的研究据点是“茨城中子医疗研究中心”（茨城县那珂郡东海村）。图3是该研究中心的加速器室内展示的BNCT用的直线型加速器的加速管主体（DTL＝漂移管直线加速器、RFQ＝高频四极直线加速器）。

图3 茨城中子医疗研究中心内设置的BNCT用直线型加速器

医疗相关仪器的开发和实用化

要想实施BNCT疗法，不仅需要以加速器为基础的中子产生装置的研究开发，中子监控器、治疗计划系统等医疗相关的机器研究开发也非常重要。治疗计划系统是获取患者的CT图像数据制作成人体的三维信息，设定照射条件（中子束的入射角度等），实施模拟照射，导出对于该患者最为合适的治疗条件的软件。筑波大学，正在以核反应堆BNCT用途中开发出来的治疗计划系统为基础，研发能够应对加速器的BNCT治疗，而且用户界面也更加简洁凝练的新治疗计划系统。此外，还在进行其他研究，如“患者定位装置”，它能将患者准确、而且迅速的固定到 利用这一治疗计划系统测定的照射位置；“中子、γ射线实时监控”研究能够将照射在患者身上的放射线在线测算。这些机器都是筑波大学与JAEA和当地的中小企业联合进行开发。这些医疗相关的机器，不仅仅是筑波大学的装置，还计划引入到其他的BNCT治疗机构中，而且，因为它也受到了国外BNCT研究机构的关注，因此，我们期望它能够在不久的将来作为BNCT领域的世界性标准技术得以普及开展。

筑波国际战略综合特区

在日本内阁府主导的国家“综合特区制度”中，为培育具有国际竞争力产业的“国际战略综合特区”，2011年度在日本全国指定了7个城市，其中之一就是以筑波市为中心组成的“筑波国际战略综合特区”（以下称为“筑波特区”）。在筑波特区中，从生命改革领域和清洁革新领域选定了4个具有先导性的项目，其中包括设定为BNCT的研究开发课题“新一代癌症治疗（BNCT）的开发实用化”。

今后的展望

以筑波大学为中心实施的BNCT项目，其今后的计划是，到2014年完成治疗装置的整备，产生医疗用的中子束，实施物理照射试验以及生物（细胞以及小动物）照射试验，确认产生的中子束在医疗上的适用性和安全性，并迅速利用该设备实施临床研究。与之并行的是充分利用特区的作用，实现相关制度的缓和化，和医药品医疗机器综合机构达成协议，预计在2015年内，开始着手装置设备的实证试验，为进行药事申请铺平道路。

该项目研究开发最前沿的医疗设备，将来不仅在日本国内，希望它能够在欧美各国，以及亚洲新兴国家得以推广普及，并希望能够对日本医疗产业的活性化作出贡献。此外，我们期待利用这些医疗设备实现医疗旅游构想，也就是说国外的疑难癌症患者可以到日本先进的治疗设施中接受治疗。

注∶本文原载《产学研合作月刊》2013年4月号

原文（日語）：http://sangakukan.jp/journal/journal_contents/2013/04/articles/1304-03/1304-03_article.html