陽子線治療
陽子線治療
ミネソタ州ロチェスターのメイヨークリニックの陽子線治療装置
その他の名前陽子線治療
ICD-10-PCSZ92.3

医学において、陽子線治療（または陽子線放射線治療）は、陽子線を用いて病変組織を照射する粒子線治療の一種であり、主に癌の治療に用いられます。陽子線治療が他の外部放射線治療に比べて優れている点は、陽子線が狭い範囲の深さに照射されるため、周囲の健康な組織への放射線の入射、出射、散乱が最小限に抑えられることです。

腫瘍を光子線治療と陽子線治療のどちらで治療するかを評価する際、標的組織に高い放射線量を照射しながら、近くの危険な臓器への放射線を大幅に減らすことが重要である場合、医師は陽子線治療を選択することがある。[ 1 ]米国放射線腫瘍学会の陽子線治療に関するモデル方針では、周囲の正常組織を温存することが「光子線ベースの放射線治療では十分に達成できない」場合、陽子線治療が合理的であり、患者に利益をもたらす可能性があるとされている。[ 2 ]光子放射線治療と同様に、陽子線治療はがんを最も効果的に治療するために、手術や化学療法と併用されることが多い。

説明

陽子線治療の典型的な治療計画では、広がったブラッグピーク（SOBP、青い破線）が放射線の分布を示しています。SOBPは、異なる深さにある複数のブラッグピーク（細い青い線）の合計です。陽子線の大部分は腫瘍に照射され、腫瘍前面の皮膚や浅い組織、あるいは腫瘍背面の深部組織には照射されないことに注意してください。赤い線は、比較のためにX線ビーム（光子線治療または従来の放射線治療）の深部線量プロットを示しています。ピンク色の領域は、腫瘍の前後へのX線放射線治療の追加線量を表しています。これは正常組織を損傷し、特に皮膚に二次がんを引き起こす可能性があります。[ 3 ]

陽子線治療は、電離放射線を用いた外部放射線治療の一種です。陽子線治療では、医療従事者は粒子加速器を用いて陽子線を腫瘍に照射します。 [ 4 ] [ 5 ]これらの荷電粒子は細胞のDNAに損傷を与え、最終的には細胞の増殖を阻害して細胞を死滅させ、腫瘍を除去します。がん細胞は分裂速度が速く、DNA損傷を修復する能力が限られているため、DNAへの攻撃に対して特に脆弱です。DNA修復に特定の欠陥を持つ一部のがんは、陽子線照射に対してより敏感である可能性があります。[ 6 ]

陽子線治療では、腫瘍の形状と深さに適合した放射線を照射し、周囲の正常組織を多く残すという、非常に適合性の高いビームを医師が照射することができます。[ 7 ]例えば、陽子線治療と最先端の光子線治療である強度変調放射線治療（IMRT）と体積変調放射線治療（VMAT）を比較すると、陽子線治療では全身放射線量を50%～60%低く抑えながら、同等かそれ以上の放射線量を腫瘍に照射することができます。[ 8 ] [ 1 ]

陽子線は腫瘍の形状に合わせてエネルギーを集中させ、周囲の組織に低線量の放射線のみを照射します。その結果、患者の副作用は軽減されます。特定のエネルギーを持つ陽子はすべて、一定の透過距離を持っており、その距離を超えて透過する陽子はごくわずかです。[ 9 ]また、組織に照射される線量は、粒子の射程距離の最後の数ミリメートルでのみ最大になります。この最大値は、拡散ブラッグピーク（SOBP）と呼ばれ、しばしばSOBPと呼ばれます（図を参照）。[ 10 ]

より深部にある腫瘍を治療するには、通常MeV（メガ電子ボルト）で表される高エネルギーの陽子線が必要です。陽子線治療に用いられる加速器は、通常70～ 250MeVのエネルギーの陽子を生成します。治療中に陽子のエネルギーを調整することで、腫瘍内の細胞へのダメージを最大限に高めることができます。腫瘍よりも体表面に近い組織は放射線量が少なく、したがってダメージも少なくなります。一方、体深部の組織には陽子がほとんど届かないため、線量は計り知れないほど小さくなります。[ 9 ]

ほとんどの治療では、異なるエネルギーと異なる深さのブラッグピークを持つ陽子線を腫瘍全体に照射して治療します。これらのブラッグピークは、このセクションの図に細い青い線で示されています。腫瘍の後ろ（または腫瘍より深い）組織にはほとんど放射線が照射されませんが、腫瘍の前の（腫瘍より浅い）組織には、SOBPに基づいて放射線量が照射されます。

装置

設置されている陽子線治療システムのほとんどは等時性サイクロトロンを使用している。[ 11 ] [ 12 ]サイクロトロンは操作が簡単で信頼性が高く、特に超伝導磁石を使用することで小型化できると考えられている。[ 13 ]シンクロトロンも使用でき、さまざまなエネルギーでの製造が容易であるという利点がある。[ 14 ]光子放射線治療に使用される線形加速器は、サイズとコストの制限が解決されたため、市販されつつある。[ 15 ]最新の陽子線治療システムには、腫瘍の輪郭を毎日評価するための高品質画像、3D線量分布を示す治療計画ソフトウェア、および複数の治療室を1つの加速器に接続するなどさまざまなシステム構成が組み込まれている。 これらの技術の進歩と陽子線臨床データの継続的な増加により、陽子線治療を提供する病院の数は増え続けている。

フラッシュ療法

FLASH放射線療法は、光子線および陽子線治療のために開発中の技術であり、非常に高い線量率（大きなビーム電流を必要とする）を用いる。臨床応用されれば、治療時間を1秒間のセッション1～3回に短縮し、副作用をさらに軽減できる可能性がある。[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]

歴史

高エネルギー陽子が効果的な治療になり得るという最初の示唆は、ロバート・R・ウィルソンがハーバードサイクロトロン研究所（HCL）の設計に携わっていた1946年に発表した論文[ 20 ]でなされました。 [ 21 ]最初の治療は物理学研究用に建設された粒子加速器、特に1954年にバークレー放射線研究所、1957年にスウェーデンのウプサラで行われました。1961年に、HCLとマサチューセッツ総合病院（MGH）の間で陽子線治療の研究のための協力が始まりました。その後41年間、このプログラムはこれらの技術を改良・拡張しながら、2002年にサイクロトロンが閉鎖されるまでに9,116人の患者を治療した[ 22 ]。ソ連では1967年、ドゥブナのJINRのシンクロサイクロトロンで最大200MeVのエネルギーを持つ治療用陽子線が得られている。ロシアのモスクワにあるITEPセンターは1969年に患者の治療を開始し、現在も稼働している最古の陽子線センターである。スイスのポール・シェラー研究所は1984年に眼腫瘍の治療を開始した世界初の陽子線センターである。さらに同研究所は1996年にペンシルビームスキャニングを発明し、これが陽子線治療の最先端技術となった[ 23 ] 。

世界初の病院併設型陽子線治療センターは、1989年に英国クラッターブリッジ腫瘍センターの眼腫瘍治療用低エネルギーサイクロトロンセンターで[ 24 ] 、続いて1990年にカリフォルニア州ロマリンダのロマリンダ大学医療センター（LLUMC）に開設された。その後、マサチューセッツ総合病院の北東陽子線治療センターが開設され、2001年と2002年にHCL治療プログラムが同センターに移管された。2023年初頭の時点で、米国には41の陽子線治療センターがあり[ 25 ]、全世界で合計89の陽子線治療センターがある[ 26 ] 。2020年現在、陽子線治療システムは日立、イオンビームアプリケーションズ、メビオンメディカルシステムズ、プロノバソリューションズ、バリアンメディカルシステムズの6つのメーカーが製造している。

種類

最新の陽子線治療であるペンシルビームスキャニング法は、陽子線を標的の横方向に走査することで治療を行い、標的腫瘍の形状に忠実に従いながら必要な線量を照射します。ペンシルビームスキャニング法が使用される前は、腫瘍専門医は散乱法を用いて幅広いビームを腫瘍に照射していました。 [ 27 ]

受動散乱ビーム伝送

最初に市販された陽子線送達システムは、散乱プロセス、つまり受動散乱を利用して治療を行った。散乱陽子線治療では、陽子線は散乱装置によって広げられ、その後、コリメータや補償器などを陽子の進路に配置することでビームが整形される。コリメータは、フライス盤を使って患者ごとに特注で作られた。[ 28 ]受動散乱は、標的体積に沿って均一な線量を与える。したがって、受動散乱では、標的に近い線量分布の制御がより限定的になる。時が経つにつれて、多くの散乱治療システムがペンシルビームスキャニングを行うようにアップグレードされてきた。散乱治療は最初に利用できたタイプの陽子線治療であったため、陽子線治療に関するほとんどの臨床データ、特に2020年時点の長期データは、散乱技術によって取得されたものである。

ペンシルビーム走査ビーム伝送

より新しく、より柔軟な照射方法はペンシルビームスキャン法です。ペンシルビームスキャン法では、ビームを標的の横方向に走査することで、腫瘍の形状にぴったり沿わせながら必要な線量を照射します。このコンフォーマル照射は、細い陽子ビームレットを磁気走査することで線量を成形することで実現され、絞りや補償器は不要です。複数のビームが異なる方向から照射され、治療ノズル内の磁石が陽子ビームを標的体積層に沿わせるように誘導し、線量を層ごとに塗布します。このスキャン照射法は柔軟性と制御性を高め、陽子線量を腫瘍の形状により正確に沿わせることができます。[ 28 ]

ポール・シェラー研究所では1996年からペンシルビームスキャンによる陽子線照射が採用されており[ 28 ]、最も精密な陽子線照射法である強度変調陽子線治療（IMPT）が可能となっている。IMPTと陽子線治療の関係は、IMRTと従来の光子線治療の関係と同じであり、腫瘍に密着しながら周囲の組織を回避して治療を行う。[ 29 ]事実上、すべての新しい陽子線治療システムはペンシルビームスキャンのみを採用している。メモリアル・スローン・ケタリングがんセンターが主導した研究では、鼻腔および副鼻腔の悪性腫瘍患者において、IMPTは受動散乱法と比較して局所制御を改善できることが示唆されている[ 30 ] 。

応用

2019年末までに、約20万人の患者が陽子線治療を受けたと推定されています。医師は、大きく分けて2つのカテゴリーの疾患の治療に陽子線を使用しています。

  • 高線量の放射線、すなわち線量増加によく反応する病変部位。線量増加は、従来の放射線療法よりも「治癒」（すなわち局所制御）の確率が高いことが時々示されている。[ 31 ]これらには、ぶどう膜黒色腫（眼腫瘍）、頭蓋底および傍脊柱腫瘍（軟骨肉腫および脊索腫）、切除不能肉腫などが含まれる。これらの症例すべてにおいて、陽子線治療は従来の放射線療法よりも局所制御の確率を大幅に向上させる。[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]眼腫瘍の場合、陽子線治療は自然眼を維持する率も高い。[ 35 ]
  • 陽子線治療の精度向上により正常組織への線量を低減することで望ましくない副作用を軽減する治療法。この場合、腫瘍への線量は従来の治療と同じであるため、治癒率の向上は期待できません。むしろ、正常組織への線量を低減し、望ましくない副作用を軽減することに重点が置かれます。[ 31 ]

2つの顕著な例としては、小児腫瘍（髄芽腫など）と前立腺がんがあります。

小児科

小児がんに対する従来の放射線療法の不可逆的な長期副作用は十分に文書化されており、成長障害、神経認知毒性、学習・言語発達への影響を伴う聴器毒性、腎機能障害、内分泌機能障害、性腺機能障害などが挙げられます。放射線誘発性二次悪性腫瘍も、報告されている非常に深刻な副作用です。陽子線治療では射出線量が最小限に抑えられるため、周囲の正常組織への線量を大幅に抑えることができ、急性毒性を軽減することで、これらの長期副作用のリスクを軽減できます。例えば、頭蓋脊髄照射を必要とするがんは、陽子線治療による射出線量ゼロの恩恵を受けます。心臓、縦隔、腸、膀胱、その他の椎骨前方の組織への線量が排除されるため、胸部、消化管、膀胱の急性副作用が軽減されます。[ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]

眼腫瘍

眼腫瘍に対する陽子線治療は、比較的低エネルギーの陽子（≈70 MeV）しか必要としないため、特殊なケースです。この低エネルギーのため、一部の粒子線治療センターでは眼腫瘍の治療のみを行っています。[ 22 ]眼球近傍の組織に対する陽子線治療、より一般的にはハドロン治療は、画像誘導粒子線治療における他の患者位置検証手法とは大きく異なる、眼球の位置合わせを評価するための高度な手法を提供します。[ 39 ]患者の視力を維持するために、位置検証と補正は、放射線が視神経のような敏感な組織に及ばないようにする必要があります。

眼腫瘍の場合、放射線療法の種類の選択は、腫瘍の位置と範囲、腫瘍の放射線抵抗性（腫瘍を除去するために必要な線量の計算）、および治療が近くの重要な構造に及ぼす潜在的な毒性副作用に依存します。[ 40 ]例えば、陽子線治療は網膜芽細胞腫[ 41 ]と眼内黒色腫[ 42 ]の治療法の一つです。陽子線の利点は、眼の敏感な構造を温存しながら腫瘍を効果的に治療できる可能性があることです。[ 43 ]その有効性から、陽子線治療は眼黒色腫の「ゴールドスタンダード」治療と呼ばれています。[ 44 ] [ 45 ]眼科治療における陽子線治療に運動量冷却技術を導入することで、その有効性を大幅に高めることができます。[ 46 ]この技術は、健康な臓器への放射線量を低減しながら、治療を数秒以内に完了させるのに役立ちます。その結果、患者は治療中の快適性が向上します。

頭蓋底がん

頭蓋底腫瘍に対する放射線治療を受ける場合、放射線の副作用には、下垂体腫瘍に対する放射線治療後の下垂体ホルモン機能不全や視野欠損、頭蓋神経障害（神経損傷）、放射線誘発性骨肉腫（骨癌）、放射線によって顎または頭蓋底の骨の一部が壊死する放射線骨壊死などがあります。[ 47 ]陽子線治療は頭蓋底腫瘍の患者に非常に効果的です。[ 48 ]従来の光子放射線とは異なり、陽子は腫瘍を超えて浸透しません。陽子線治療は、健康な組織が放射線を受けた場合の治療関連の副作用のリスクを低減します。臨床研究では、陽子線治療が頭蓋底腫瘍に効果的であることがわかっています。[ 49 ] [ 50 ] [ 51 ]

頭頸部腫瘍

陽子粒子は射出線量を蓄積しないため、陽子線治療は腫瘍から遠く離れた正常組織を放射線から保護することができます。これは、頭頸部腫瘍において特に有用です。なぜなら、この領域のほぼすべての癌に解剖学的制約が見られるからです。陽子線治療特有の線量測定上の利点は、毒性の低減につながります。再照射を必要とする再発頭頸部癌の場合、陽子線治療は腫瘍への放射線量を最大化し、同時に周囲組織への線量を最小限に抑えることができるため、複数回の放射線治療を受けた患者であっても、急性毒性プロファイルは最小限に抑えられます。[ 52 ]

左側乳がん

乳がん、特に左乳房の乳がんを従来の放射線治療で治療する場合、左乳房に近い肺と心臓は光子放射線による損傷を特に受けやすい。このような損傷は最終的に肺の問題（肺がんなど）や様々な心臓の問題を引き起こす可能性がある。腫瘍の位置によっては、食道や胸壁（白血病につながる可能性がある）にも損傷が起こる可能性がある。[ 53 ]最近の研究では、陽子線治療は従来の放射線治療と比較して、近くの健康な組織への毒性が低く、病勢制御率も同程度であることが示された。[ 54 ]他の研究者らは、陽子ペンシルビームスキャン技術により、照射されたリンパ節への線量を高く保ちながら、心臓の平均線量を減らすことができることを発見した。[ 55 ]

小規模な研究では、従来の光子放射線と比較して、陽子線治療は健康な組織への毒性線量が最小限に抑えられ、特に心臓と肺への線量が減少することがわかっています。[ 56 ]乳がんの治療における陽子線治療のその他の潜在的な利点を調べるための大規模な試験が進行中です。[ 58 ]

リンパ腫

リンパ腫の主な治療は化学療法ですが、ホジキンリンパ腫や悪性度の高い非ホジキンリンパ腫では地固め放射線療法がしばしば用いられ、少数のリンパ腫患者には放射線単独による根治的治療が行われます。残念ながら、化学療法剤による治療関連毒性と健常組織への放射線被曝は、リンパ腫生存者にとって大きな懸念事項です。陽子線治療などの高度な放射線治療技術は、重要な臓器へのリスクを回避し、病勢制御という主要目標を達成しながらも、後期の正常組織損傷のリスクを低減するなど、臨床的に意義のある重要な利点をもたらす可能性があります。これは、根治目的で治療を受け、治療後の余命が長いリンパ腫患者にとって特に重要です。[ 59 ]

前立腺がん

前立腺がんの場合、この問題はそれほど明確ではありません。発表された研究の中には、光子線（X線またはガンマ線治療）ではなく陽子線で治療した場合、直腸および泌尿生殖器への長期的な損傷が軽減されることが示されています。他の研究では、前立腺が特定の解剖学的構造に特に近い場合に限定して、わずかな差が見られました。[ 60 ] [ 61 ]発見された比較的小さな改善は、患者のセットアップの一貫性のなさや治療中の内臓の動きによるものであり、精度向上の利点のほとんどを相殺している可能性があります。[ 61 ] [ 62 ] [ 63 ]ある情報源によると、わずか2.5 mm（0.098インチ）の動きの誤差で約20%の線量誤差が生じる可能性があると示唆されています。また、前立腺の動きは5～10 mm（0.20～0.39インチ）であるとする情報源もあります。[ 64 ]

毎年診断される前立腺がんの症例数は、前述の他の疾患の症例数をはるかに上回っており、そのため、一部の施設では治療枠の大部分を前立腺がん治療に割り当てています。例えば、2つの病院施設では陽子線治療能力の約65% [ 65 ]と50% [ 66 ]を前立腺がん治療に割り当てていますが、3つ目の施設ではわずか7.1%しか割り当てていません。[ 67 ]

全世界の数字を集計するのは難しいが、ある例によれば、2003年には世界中で行われた陽子線治療の約26%が前立腺がんの治療であった。[ 68 ]

消化管悪性腫瘍

陽子線治療は消化管悪性腫瘍患者の治療耐性を高める大きな可能性を秘めていることが、ますます多くのデータから示唆されています。リスク臓器への放射線量を低減できる可能性は、化学療法の線量増加を容易にし、新たな化学療法の組み合わせを可能にする可能性も秘めています。陽子線治療は、現在進行中の消化管癌に対する強化された集学的治療において決定的な役割を果たすでしょう。以下のレビューでは、肝細胞癌、膵臓癌、食道癌の治療における陽子線治療のメリットについて考察します。[ 69 ]

肝細胞癌

肝細胞癌（最も一般的な原発性肝癌）に対する放射線療法では、治療後の肝機能不全およびそれに続く肝不全のリスクがあります。研究によると、陽子線治療は局所腫瘍制御、無増悪生存期間、および全生存率に関して良好な結果をもたらすことが示されています。 [ 70 ] [ 71 ] [ 72 ] [ 73 ]従来の光子線治療と比較した他の研究では、陽子線治療は生存率の向上および/または副作用の減少をもたらすことが示されており、したがって、陽子線治療は一部の肝癌患者の臨床転帰を著しく改善する可能性があります。[ 74 ] [ 75 ]

再発癌に対する再放射線療法

初回放射線療法後に局所再発または領域再発を起こした患者の場合、医師は既に照射された組織に追加の光子線照射療法を行うことに抵抗感を抱くため、治療選択肢が限られています。局所再発性頭頸部癌患者にとって、再照射は治癒につながる可能性のある治療選択肢です。特に、ペンシルビームスキャン法は再照射に最適な治療法です。[ 76 ]研究では、複数回の光子線照射を受けた患者であっても、副作用を許容範囲内で陽子線治療が実施可能であることが示されています。[ 77 ] [ 78 ] [ 79 ]

他の治療法との比較

ペンシルベニア大学とセントルイスのワシントン大学の研究チームは、 JAMA Oncology誌に陽子線治療の有効性の比較に関する大規模な研究を発表した。この研究では、同時化学放射線療法と併用した陽子線治療が、同時光子線治療と化学放射線療法と比較して、90日間の予定外の入院および全生存率の減少と関連しているかどうかを評価した。[ 80 ]この研究には、治癒目的で同時化学放射線療法を受けた非転移性局所進行癌の成人患者1483人が含まれており、「陽子線化学放射線療法は、無病生存率および全生存率と同様でありながら、予定外の入院を引き起こす急性有害事象の有意な減少と関連している」と結論付けている。相当数のランダム化比較試験が募集されているが、2020年8月時点で完了した試験は限られている。韓国の国立がん研究センターが実施した再発肝細胞がんに対する陽子線治療と高周波アブレーション（RFA）を比較する第III相ランダム化比較試験では、陽子線治療群の方が2年間の局所無増悪生存率が良好であり、陽子線治療（PBT）は「局所無増悪生存率と安全性の点でRFAに劣っておらず、RFAとPBTのどちらも再発性小型HCC患者に適用できることを示している」と結論付けた。[ 70 ]テキサス大学MDアンダーソンがんセンターが実施した局所進行食道がんに対する陽子線治療とIMRTを比較する第IIB相ランダム化比較試験では、陽子線治療はIMRTと比較して有害事象のリスクと重症度を軽減し、無増悪生存率は同等に維持すると結論付けた。[ 81 ]神経膠芽腫に対する光子線と陽子線を比較した別の第II相ランダム化比較試験では、重度のリンパ球減少症のリスクがある患者は陽子線治療の恩恵を受ける可能性があるという結論が出されました。[ 82 ]スタンフォード大学の研究チームは、国立癌データベースのデータを使用して、頭頸部、消化器、婦人科、リンパ腫、肺、前立腺、乳房、骨/軟部組織、脳/中枢神経系の9種類の腫瘍について、外部放射線照射による一次癌治療後の二次癌のリスクを評価しました。[ 83 ]この研究には合計450,373人の患者が含まれており、陽子線治療は二次癌のリスクが低いという結論が出されました。

この技術をいつ、どのように、そしてどのように最適に適用すべきかという問題は、医師や研究者の間で依然として議論が続いています。最近導入された手法の一つである「モデルベース選択」は、IMRTとIMPTの治療計画を比較し、正常組織合併症確率（NTCP）モデルと組み合わせて、陽子線治療から最も恩恵を受ける可能性のある患者を特定します。[ 84 ] [ 85 ]

以下の項目について陽子線治療（光子線治療と比較）の有効性を比較検討するための臨床試験が進行中です。

  • 小児がん—セントジュード小児研究病院、[ 86 ]サムスンメディカルセンター[ 87 ]
  • 頭蓋底癌—ハイデルベルク大学[ 88 ]
  • 頭頸部がん—MDアンダーソン[ 89 ] 、メモリアルスローンケタリングおよびその他のセンター[ 90 ]
  • 脳および脊髄癌—マサチューセッツ総合病院、[ 91 ]ウプサラ大学およびその他のセンター、[ 92 ] NRG腫瘍学[ 93 ] [ 94 ]
  • 肝細胞癌（肝臓）—NRG腫瘍学[ 95 ]長庚記念病院[ 96 ]ロマリンダ大学[ 97 ]
  • 肺がん—放射線治療腫瘍学グループ（RTOG）[ 98 ] 、陽子線共同研究グループ（PCG）[ 99 ] 、メイヨークリニック[ 100 ]
  • 食道がん—NRG腫瘍学[ 101 ]ペンシルバニア大学アブラムソンがんセンター[ 102 ]
  • 乳がん—ペンシルバニア大学、[ 103 ]陽子線共同研究グループ（PCG）[ 104 ]
  • 膵臓がん—メリーランド大学[ 105 ]陽子線共同研究グループ（PCG）[ 106 ]

X線放射線療法

鼻咽頭癌に対する光子線（X線）治療（左）と陽子線治療（右）による照射

右の図は、異なるエネルギーのX線ビーム（IMRT；左のフレーム）と陽子ビーム（右のフレーム）が人体組織をどのように透過するかを示しています。かなりの厚さを持つ腫瘍は、図中の赤い線で示されたIMRTの拡散ブラッグピーク（SOBP）で覆われています。SOBPは、異なる深さで複数の純粋なブラッグピーク（青い線）が重なり合ったものです。

メガボルトX線治療は、陽子線治療よりも「皮膚温存能」が低い。つまり、皮膚および非常に浅い深部におけるX線照射量は、陽子線治療よりも低い。ある研究では、受動散乱陽子場の皮膚への入射線量（≈75%）は、治療用メガボルト（MeV）光子ビーム（≈60%）と比較してわずかに高いと推定されている。[ 3 ] X線照射量は徐々に減少するため、体内の深部組織に不必要な損傷を与え、ビーム入射面と反対側の皮膚や表面組織にも損傷を与える。2つの方法の違いは、以下の点による。

  • SOBPの幅
  • 腫瘍の深さ
  • 腫瘍を治療するビームの数

入口での皮膚への損傷が少ないという X 線の利点は、出口での皮膚への損傷によって部分的に相殺されます。

X線治療は通常、反対側から複数回の照射を行うため、皮膚の各部位は入射X線と出射X線の両方に曝されます。陽子線治療では、入射点における皮膚への照射量は高くなりますが、腫瘍とは反対側の組織には放射線が当たりません。そのため、X線治療では皮膚や表面組織への損傷が若干少なく、陽子線治療では標的の前方および後方にある深部組織への損傷が少なくなります。[ 5 ]

これらの治療法を比較する際に重要な考慮点は、装置が散乱法（歴史的に最も一般的）で陽子線を照射するか、スポットスキャン法で陽子線を照射するかである。スポットスキャンでは、スポットごとに SOBP の幅を調整できるため、高線量領域内の正常（健康）組織の体積を減らすことができる。また、スポットスキャンでは強度変調陽子線治療（IMPT）も可能であり、最適化アルゴリズムを使用して個々のスポット強度を決定することで、腫瘍を照射しながら正常組織を保護するという相反する目標のバランスを取ることができる。スポットスキャンが利用できるかどうかは、装置と施設によって異なる。スポットスキャンは一般にペンシルビームスキャンと呼ばれ、 IBA、日立、メビオン（HYPERSCAN [ 107 ]として知られ、2017年に米国FDAの承認を受けた）、およびバリアン で利用できる。

手術

医師は、腫瘍の種類、病期、および部位に基づいて、手術を行うか、陽子線治療（または放射線治療）を行うかを決定します。手術が優れている場合（皮膚悪性黒色腫など）、放射線治療が優れている場合（頭蓋底軟骨肉腫など）、あるいは両者が同等である場合（前立腺がんなど）があります。また、手術と放射線治療を併用する場合もあります（直腸がんや早期乳がんなど）。

外部陽子線治療の利点は、放射線治療が既に適応となっている場合、手術との直接的な競合ではなく、外部X線治療や密封小線源治療との線量測定上の差異にある。 [ 31 ]陽子線治療の最も一般的な適応である前立腺がんにおいて、陽子線治療を手術、密封小線源治療、またはその他の治療法と直接比較した臨床研究では、陽子線治療の臨床的利点は示されていない。実際、これまでで最大規模の研究では、陽子線治療と比較してIMRTは消化器系合併症の発症率が低いことが示された。[ 108 ]

副作用とリスク

陽子線治療は外部放射線治療の一種であり、他の放射線治療と同様のリスクと副作用を有します。陽子線治療はブラッグピークを最大限に活用するため、深部組織腫瘍の治療領域外への線量はX線治療よりも大幅に少なくなります。陽子線治療は40年以上使用されており、成熟した技術です。しかし、他の医学的知見と同様に、放射線と腫瘍および正常組織との相互作用に関する理解は未だ不十分です。[ 109 ]

費用

歴史的に、陽子線治療は高額でした。2003年に発表された分析によると、陽子線治療の費用はX線治療の約2.4倍です。[ 110 ]より新しく、より安価で、数十カ所に増えた陽子線治療センターは費用を削減しており、より正確な三次元ターゲティングを提供しています。より少ない治療セッション（1/3以下）でより高い陽子線量を投与することも費用を削減しています。[ 111 ] [ 112 ]そのため、より優れた陽子線治療技術がより広く利用できるようになるにつれて、費用は削減されると予想されます。2005年に発表された分析では、陽子線治療の費用は非現実的ではなく、患者がこの技術を利用することを拒否する理由にはならないと結論付けられました。[ 113 ]臨床状況によっては、陽子線治療が明らかに他の治療法よりも優れている場合があります。[ 114 ] [ 115 ]

2007年の研究では、前立腺がんに対する陽子線治療の有効性について懸念が表明されたが[ 116 ] 、スキャン技術の改良やより正確な線量照射（「ペンシルビームスキャン」）などの技術革新により、この状況は大きく変化する可能性がある。 [ 117 ]ハーバード大学の医療経済学者アミタブ・チャンドラ氏は、「陽子線治療はアメリカの医療技術におけるデス・スターのようなものだ。アメリカ医療が抱えるあらゆる問題を象徴している」と述べている。[ 118 ]陽子線治療は一部のがん種では費用対効果が高いが、すべてのがん種でそうであるわけではない。[ 119 ] [ 120 ] 特に、前立腺がんの治療においては、他の治療法の方が全体的な価値が高い。[ 119 ]

2018年現在、単室粒子線治療システムのコストは4,000万ドル、複数室システムのコストは最大2億ドルです。[ 121 ] [ 122 ]

治療センター

フランス、オルセー陽子線治療センターのシンクロサイクロトロンの制御盤

2020年8月現在、世界には89以上の粒子線治療施設があり[ 123 ] 、さらに少なくとも41施設が建設中です[ 124 ] 。 2020年8月現在、米国には34の陽子線治療センターが稼働しています。2015年末までに、世界中で154,203人以上の患者が治療を受けました[ 125 ] 。

がん治療における陽子線治療の普遍的利用を阻む要因の一つは、必要なサイクロトロンまたはシンクロトロン装置の大きさとコストである。複数の産業界が、患者に陽子線治療を施すための比較的小型の加速器システムの開発に取り組んでいる。 [ 126 ]研究対象となっている技術には、超伝導シンクロサイクロトロン（FMサイクロトロンとも呼ばれる）、超小型シンクロトロン、誘電体壁加速器[ 126 ]、線形粒子加速器[ 112 ]などがある。

参照

参考文献

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さらに読む

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