研究紹介

重粒子線医学物理学・放射線生物学

概要

医学物理学

 重粒子線治療および光子線治療を支える施設維持・医学物理業務を担っています。重粒子線治療およびX線治療を支える業務として、治療計画や治療装置の品質保証業務を治療チームの一員として担当しています。特に、重粒子線治療では、治療施設の運転・維持業務に関して統括し、円滑な装置の運用ができるための業務全般を担っています。
生命医科学専攻(修士課程)の教育では医学物理士の育成を目的とした医学物理コースを担当しています。医科学専攻では、博士課程学生を受け入れ、重粒子線治療の装置製作や開発を目的とした物理学者の育成、ならびに生物グループと協力して放射線生物学者の育成を担っています。業務・教育を行いながら、医師や技師からのニーズの解決や、重粒子線治療および高精度X線治療の高度化へ向けた研究開発を積極的に行っています。

 

放射線生物学

 放射線生物学的な立場から、がんの重粒子線治療および光子線治療の基礎となる研究を行っています。放射線治療の根本的概念を知るためには、生物学と物理学の両視点から得られる結果を融合し、考察することが重要です。生物グループは正常細胞やがん細胞の放射線応答機構を分子、細胞、組織レベルで調べた結果を、物理グループから得られる結果と融合して解析することにより、放射線治療法の検証や最適化することを目指しています。また、治癒困難である難治性がんについて、放射線応答や放射線抵抗性獲得機構の解明を目指しており、得られた知見を放射線治療に応用することが究極の目標です。
大学院教育においては、放射線生物学の奥深さを共に味わうことを目指しています。同時に自らの研究が社会に対してどう貢献し得るかを常に考えることのできる研究者の育成を目指しています。将来、がん・放射線の基礎研究をしたいと考えている人、臨床医として活躍するための基礎固めをしたいと考えている人、生物学や生物物理学に興味を持っている人、学内外を問わず大歓迎です。

メンバー

医学物理学

職名 氏名 学位 所属
教授 取越 正己 理学博士 重粒子線医学研究センター 物理学部門
特任教授 金井 達明 理学博士 重粒子線医学研究センター 物理学部門
特任教授 山田 聰 理学博士 重粒子線医学研究センター 物理学部門
客員教授 荒川 和夫 工学博士 重粒子線医学研究センター 物理学部門
准教授 鳥飼 幸太 博士(工学) 医学部附属病院システム統合センター
准教授 田代 睦 博士(工学) 未来先端研究機構 統合腫瘍学研究部門
重粒子線治療研究プログラム
助教 遊佐 顕 博士(工学) 重粒子線医学研究センター 物理学部門
助教 島田 博文 博士(工学) 重粒子線医学研究センター 物理学部門
助教 松村 彰彦 博士(理学) 重粒子線医学研究センター 物理学部門
助教 久保田 佳樹 博士(工学) 重粒子線医学研究センター 物理学部門
助教 川嶋 基敬 博士(医学) 大学院医学系研究科 教育研究支援センター
重粒子線医工学部門
助教 想田 光 博士(理学) 大学院医学系研究科 教育研究支援センター
重粒子線医工学部門
助教 酒井 真理 博士(工学) 大学院医学系研究科 教育研究支援センター
重粒子線医工学部門
助教 平野 祥之 博士(理学) 大学院医学系研究科 教育研究支援センター
重粒子線医工学部門
助教 深田 恭平   腫瘍放射線学
研究員 菊池 美貴子   大学院医学系研究科 教育研究支援センター
重粒子線医工学部門
技術補佐員 藤崎 円   大学院医学系研究科 教育研究支援センター
重粒子線医工学部門

 

放射線生物学

職名 氏名 学位 所属
教授 髙橋 昭久 博士(理学) 重粒子線医学研究センター 医学生物学部門
客員教授 安藤 興一 歯学博士・医学博士 重粒子線医学研究センター 医学生物学部門
客員教授 小林 泰彦 農学博士 重粒子線医学研究センター 医学生物学部門
助教 吉田 由香里 博士(医学) 重粒子線医学研究センター 医学生物学部門
研究員 磯野 真由 博士(放射線学) 重粒子線医学研究センター 医学生物学部門
研究員 八高 知子   大学院医学系研究科 教育研究支援センター
重粒子線医工学部門

研究内容

医学物理学

 重粒子線治療の技術は、放射線治療全体の発展・向上に寄与し、開発余地がまだまだ残されている若い領域です。重粒子線の特徴を活かした新たな照射法を開発し、照射の精度を向上させ、腫瘍以外の正常組織への照射線量を低減していくことは、治療成績に直結する重要な研究になります。新たな照射法の開発には、安定した加速ビームを提供する加速器科学の研究、患者の位置決めに関して効率的に、正確な位置決めを行う最適な方法の開発、治療効果の解析を通じた最適な照射方法の開発など、開発すべき項目が多く、加速器科学から線量測定・計算、位置決めなどの際の画像処理、治療効果の解析など、守備範囲も非常に広いです。
現状の当面の目標としては、治療するための様々な工程の効率化と、大幅な治療人数の増加に対して精度を犠牲にすることなく処理する方法の開発を急ぐことです。この中には、最適な治療計画を立てるための計画技術の確立や患者ごとに確認している線量校正や線量分布確認を省略または効率化するための方法の開発も含みます。
また、動きのある臓器への正確な照射法の開発、非常に小さなターゲットを正確に照射する技術の開発、さらにスキャニング装置を使った新たな治療照射の実現など、様々な開発を担って研究・開発を進めています。
X線治療での効率的な照射や正確な治療を目指した開発研究も担当しています。
新しい照射法の開発は、生物グループとの共同で最終的には生物学的反応を確認しながら行っていくことが必要です。治療結果の解析に関しても、医師グループ・生物グループとの密接な共同研究が必要で、様々なグループとの共同研究を行いながら、重粒子線治療および放射線治療の発展に寄与し社会貢献していくことを目標に研究を進めています。

 

放射線生物学

放射線治療法の検証と最適化
 放射線治療は、分割照射法という、正常細胞とがん細胞の放射線応答の違いを利用して副作用を減らす照射方法が用いられます。生物グループでは重粒子線とX線を用いて、分割照射による細胞・組織の放射線応答を調べています。分割照射効果の解析を通して、放射線治療法の最適化に貢献することを目指しています。

難治性がんの放射線応答・分子調節機構の解明
 難治がん細胞の放射線応答や放射線抵抗性獲得機構の解明、放射線と薬剤の併用効果およびその分子機構を解明し、放射線治療に応用することを目指しています。

正常細胞とがん細胞の相互作用の解明
 がん細胞の周りには必ず正常細胞が存在します。両細胞における放射線応答の相互作用を解明し、正常細胞の傷害を軽減し、がん細胞の治療効果を向上することを目指しています。

主な業績

学会発表

M. Tashiro, Respiratory motion management for carbon-ion therapy at GHMC, The 2nd International Symposium of Gunma University Program for Leading Graduate Schools, Maebashi, Japan, Jan. 24, 2014.

Y. Kubota, A. Matsumura, E. Urakabe, T. Kanai, S. Minohara, and T. Nakano, Three-dimensional tracking method for organ motion on two cross-sectional ultrasound images: phantom study, Third International Conference on Real-time Tumor-tracking Radiation Therapy with 4D Molecular Imaging Technique (2013.2.7-8, Sapporo, Japan).

Y Kubota, A Matsumura, M Fukahori, S Minohara, H Nagahashi, H Imada, S Yasuda, T Kanai, T Nakano, A study of three-dimensional tracking method for organ motion on diagnostic ultrasound images, The 31st Sapporo International Cancer Symposium (2012.7.23–24, Sapporo, Japan).

M Tashiro, A Ishizaki, H Shimada, K Yusa, T Kanai, S Yamada, T Ohno, T Nakano, Investigation of respiratory-gated carbon treatment using motion-included dose distribution, The 31st Sapporo International Cancer Symposium (2012.7.23–24, Sapporo, Japan).

E Takeshita, T Kanai S Yamada, K Yusa, M Tashiro, H Shimada, K Torikai, A Saito, Y Kubota A Matsumura, M Kawashima, Beam quality ensuring instruments at the Gunma University Heavy-Ion Medical Center, International Beam Instrumentation Conference (IBIC2012) (2012.10.1–4, Tsukuba, Japan).

A Saito, R Kashani, S Ozawa, K Karasawa, E E Klein, Patient Clearance Simulation for Stereotactic Body Radiation Therapy, ASTRO’s 54th Annual Meeting (2012.10.28–31, Boston, USA).

T Kanai, K Yusa, M Tashiro, H Shimada, K Torikai, J Koya, Y Ishii, Y Yoshida, S Yamada, T Ohno, T Nakano, The carbon-ion cancer therapy facility at Gunma University, International School on Hadrontherapy, 2nd workshop: Hadron beam therapy of Cancer (2011.5.20–27, Erice-Sicily, Italia).

A Saito, D Rangaraj, G Palaniswaamy, S Yaddanapudi, S Ozawa, K Karasawa, S Mutic, E E Klein, A Statistical Technique to Unmask Accelerator Performance Trend, 2011 Joint AAPM/COMP Meeting (2011.7.31-8.4, Vancouver, Canada)

M Tashiro, H Shimada, K Yusa, T Kanai, S Yamada, T Ohno, T Nakano, Investigation of Respiratory-Gated Carbon Treatment Planning Using Motion-Included Dose Distribution, 51st Annual Meeting of Particle Therapy Co-Operative Group (PTCOG51) (2012.5.17–19, Seoul, Korea).

K Yusa, E Takeshita, H Shimada, M Tashiro, T Kanai, S Yamada, Commissioning of Spiral Wobbling Irradiation System at Gunma University, 51st Annual Meeting of Particle Therapy Co-Operative Group (PTCOG51) (2012.5.17–19, Seoul, Korea).

Y Yoshida, K Ando, S Koike, A Uzawa, K Ando, K Murata, Y Yoshimoto, A Musha, N Kubo, H Kawamura, Y Matsumoto, R Hirayama, Y Suzuki, T Takahashi, T Ohno, T Nakano, Biological gain of fractionated carbon-ion radiotherapy for tumor growth delay and crypt survival, 51st Annual Meeting of Particle Therapy Co-Operative Group (PTCOG51) (2012.5.17–19, Seoul, Korea).

M Tashiro, T Ishii, J Koya, R Okada, Y Kurosawa, K Arai, S Abe, H Shimada, K Yusa, K Torikai, T Kanai, S Yamada, H Kawamura, T Ebara, T Ohno, T Nakano, Technical approach and validation of respiratory-gated carbon-ion therapy for mobile organs at Gunma University, 50th Annual Meeting of Particle Therapy Co-Operative Group (PTCOG50) (2011.5.12–14, Philadelphia, USA).

Y Yoshida, M Tashiro, A Musha, T Kanai, H Kawamura, M Sakama, T Takahashi, T Ohno, K Ando, T Nakano, Biophysical assessment for treatment planning of carbon-ion therapy, 14th International Congress of Radiation Research (ICRR), (2011.8.27-9.2, Warsaw, Poland).

H Shimada, M Tashiro, Y Ishi, K Yusa, M Mizota, H Asakura, K Torikai, A Ishizaki, S Yamada, T Kanai, Verification of daily carbon ion radiotherapy at Gunma University Heavy Ion Medical Center, 50th Annual Meeting of Particle Therapy Co-Operative Group (PTCOG50) (2011.5.12–14, Philadelphia, USA).

K Torikai, S Yamada, T Kanai, E Takeshita, K Yusa, M Tashiro, H Shimada, T Nakano, SUB-mm Therapeutic Carbon-ion Irradiation Port in Gunma University, International Particle Accelerator Confrerence 2011 (IPAC2011), (2011, San Sebastian, Spain).

T Kanai, How to irradiate target volumes with carbon beams using passive and scanning irradiation systems, NIRS International Symposium on Radiation Life Sciences, (2010.6.11–12, Chiba, Japan).

T Kanai, N Matsufuji, Y Kase, T Inaniwa, M Sakama, K Yusa, M Tashiro, H Shimada, K Torikai, J Koya, T Ishii, Y Yoshida, S Yamada, T Nakano, Broad beam carbon therapy at Gunma University, 49th Annual Meeting of Particle Therapy Co-Operative Group (PTCOG49) (2010.5.20–22, Maebashi, Japan).

Y Yoshida, S Ishiuchi, K Tsuzuki, M Hasegawa, M Hosaka, T Funayama, Y Kobayashi, Y Nakazato, T Nakano, Biological effect of high linear energy transfer charged particle and X-ray on human brain cancers, 49th Annual Meeting of Particle Therapy Co-Operative Group (PTCOG49) (2010.5.20–22, Maebashi, Japan).

Y Yoshida, T Takahashi, T Kanai, A Musha, H Kawamura, M Okamoto, K Yusa, M Tashiro, M Sakama, H Shimada, T Ohno, K Ando, T Nakano, Preclinical biological assessment for treatment planning of carbon-ion therapy, 49th Annual Meeting of Particle Therapy Co-Operative Group (PTCOG49) (2010.5.20–22, Maebashi, Japan).

Y Yoshida, Y Suzuki, W Al-Jahdari, N Hamada, K Shirai, T Funayama, T Sakashita, Y Kobayashi, H Yorifuji, S Ozawa, T Nakano, The biological effects of X-rays and carbon ion beam on the postnatal cerebellum in organotypic slice cultures, 49th Annual Meeting of Particle Therapy Co-Operative Group (PTCOG49) (2010.5.20–22, Maebashi, Japan).

H Shimada, M Yamaguchi, N Kawachi, K Torikai, S Watanabe, H Aono, H Odaka, S Ishikawa, S Takeda, S Watanabe, Y Yoshida, Y Suzuki, T Takahashi, K Arakawa, T Nakano, Development of Si/CdTe Compton Camera for Medical Imaging, 48th Annual Meeting of Particle Therapy Co-Operative Group (PTCOG48), (2009, Heidelberg, Germany).

 

論文

Y. Kubota, A. Matsumura, M. Fukahori, S. Minohara, S. Yasuda, and H. Nagahashi, A new method for tracking organ motion on diagnostic ultrasound images, Med. Phys. 41(9), 092901-1-8 (2014).

M. Tashiro, T. Ishii, J. Koya, R. Okada, Y. Kurosawa, K. Arai, S. Abe, Y. Ohashi, H. Shimada, K. Yusa, T. Kanai, S. Yamada, H. Kawamura, T. Ebara, T. Ohno, T. Nakano, Technical approach to individualized respiratory-gated carbon-ion therapy for mobile organs, Radiological Physics and Technology, 6(2): 356-366, 2013.

K Shirai, T Mizui, Y Suzuki, M Okamoto, K Hanamura, Y Yoshida, M Hino, S E Noda, W S Al-Jahdari, A Chakravarti, T Shirao, T Nakano, X irradiation Changes Dendritic Spine Morphology and Density through Reduction of Cytoskeletal Proteins in Mature Neurons, Radiat Res 179, 630–636 (2013).

Y Suzuki, M Yamaguchi, H Odaka, H Shimada, Y Yoshida, K Torikai, T Satoh, K Arakawa, N Kawachi, S Watanabe, S Takeda, S N Ishikawa, H Aono, S Watanabe, T Takahashi, T Nakano, Three-dimensional and Multienergy Ganma-ray Simultaneous Imaging by Using a Si/CdTe Compton Camera, Radiology 267, 941–947 (2013).

A Musha, Y Yoshida, T Takahashi, K Ando, T Funayama, Y Kobayashi, A Negishi, S Yokoo, T Nakano, Synergistic effect of heat shock protein 90 inhibitor, 17-allylamino-17-demethoxygeldanamycin and X-rays, but not carbon-ion beams, on lethality in human oral squamous cell carcinoma cells, J Radiat Res 53, 545–550 (2012).

Y Yoshida, Y Suzuki, W S Al-Jahdari, N Hamada, T Funayama, K Shirai, H Katoh, T Sakashita, Y Kobayashi, T Nakano, Evaluation of the relative biological effectiveness of carbon ion beams in the cerebellum using the rat organotypic slice culture system, J. Radiat. Res. 53, 87–92 (2012).

M Kawashima, S Ozawa, A Haga, A Sakumi, C Kurokawa, S Sugimoto, K Karasawa, K Nakagawa, K Sasai, Comparison of total MU and segment areas in VMAT and step-and-shoot IMRT plans, Radiol. Phys. Technol., Published online: 1 July 2012.

M Sakama, T Kanai, Y Kase, K Yusa, M Tashiro, K Torikai, H Shimada, S Yamada, T Ohno, T Nakano, Design of ridge filters for spread-out Bragg peaks with Monte Carlo simulation in carbon ion therapy, Phys. Med. Biol. 57, 6615–6633 (2012).

T Kanai, Radiation Therapy using high-energy carbon beams. Atomic Processes in Basic and Applied Physics, V Shevelco and H Tawara, Eds, Chap 13, 333–356 (2012).

T Ohno, T Kanai, S Yamada, K Yusa, M Tashiro, H Shimada, K Torikai, Y Yoshida, Y Kitada, H Kato, T Ishii, T Nakano, Carbon Ion Radiotherapy at the Gunma University Heavy Ion Medical Center: New Facility Set-up, Cancers 3, 4046–4060 (2011).

Yamaguchi M, Kawachi N, Suzui N, Fujimaki S, Kamiya T, Odaka H, Ishikawa S, Kokubun M, Watanabe S, Takahashi T, Shimada H, Arakawa K, Suzuki Y, Torikai K, Yoshida Y, Nakano T. Development of head module for multi-head Si/CdTe Comptoncamera for medical applications. Nuclear Instrument and Methods in Physics Research A. 648:S2-S7, 2011.

C P Karger, O Jaekel, H Palmans, T Kanai, Dosimetry for ion beam radiotherapy, Phys. Med. Biol. 55, R193 (2010).

M Sakama, T Kanai, A Fukumura, K Abe, Evaluation of w values for carbon beams in air, using a graphite calorimeter, Phys. Med. Biol. 54, 1111–1130 (2009).

M Tashiro, S Minohara, T Kanai, K Yusa, H Sakurai, T Nakano, Three-dimensional velocity mapping of lung motion using vessel bifurcation pattern matching, Med. Phys. 33, 1747–1757 (2006).

T Kanai, N Matsufuji, T Miyamoto, J Mizoe, T Kamada, H Tsuji, H Katou, M Baba, H Tsujii, Examination of GyE System for HIMAC Carbon Therapy, Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 64, 650–656 (2006).

T Kanai, N Kanematsu, S Minohara, M Komori, M Torikoshi, H Asakura, N Ikeda, T Uno, Y Takei, Commissioning of a conformal irradiation system for heavy-ion radiotherapy using a layer-stacking method, Med. Phys. 33, 2989–2997 (2006).

M Sakama, T Kanai, Y Kase, M Komori, A Fukumura, T Kohno, Responses of diamond detector to high-LET charged particles, Phys. Med. Biol. 50, 2275–2289 (2005).

T Kanai, A Fukumura, Y Kusano, M Shimbo and T Nishio, Cross-calibration of ionization chamber in proton and carbon beams, Phys. Med. Biol. 49, 771–781 (2004).

P Andreo, D T Burns, K Hohlfield, M S Huq, T Kanai, F Laitano, V G Smyth and S Vynckier, Absorbed Dose Determination in External Beam Radiotherapy: An International Code of Practice for Dosimetry Based on Standards of Absorbed Dose to Water, IAEA Publication, Technical Reports Series, No 398 (2000).

T Kanai, M Endo, S Minohara, N Miyahara, H Koyama-Ito, H Tomura, N Matsufuji, Y Futami, A Fukumura, T Hiraoka, Y Furusawa, K Ando, M Suzuki, F Soga, K Kawachi, Biophysical Characteristics of HIMAC Clinical Irradiation System for Heavy-ion Radiation Therapy, Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 44, 201–210 (1999).

T Kanai, M Sudo, N Matsufuji, Y Futami, Initial recombination in a parallel-plate ionization chamber exposed to heavy-ions, Phys. Med. Biol. 43, 3549–3558 (1998).

T Kanai, Y Furusawa, K Fukutsu, H Itsukaichi, K Eguchi-Kasai, H Ohara, Irradiation of Mixed Beam and Design of Spread-Out Bragg Peak for Heavy-ion Radiotherapy. Radiat. Res. 147, 78–85 (1997).