がん治療用新型イオン入射装置の原型機を世界で初めて開発量子科学技術研究開発機構ら

量子科学技術研究開発機構（QST）は2023年8月30日、住友重機械工業、日立造船、九州大学と共同で、レーザー・プラズマ加速を用いたレーザー駆動イオン入射装置の原型機を世界で初めて開発したことを発表した。研究グループは、小型重粒子がん治療装置「量子メス」の実現に向けた統合試験を開始している。

患者の身体に与える負担が小さく、治癒後の社会復帰が容易な重粒子線がん治療では、炭素イオンを身体の深部にあるがん細胞に照射し、死滅させる。そのために炭素イオンを光の速度の約73％にまで加速する必要があるが、大規模な加速装置や専用建屋が必要となることから普及が進まなかった。

QSTではこの状況の解決に向け、産官学連携で、2016年からQSTに既存する装置（重粒子線がん治療装置 HIMAC）を約40分の1（面積比）に小型化する、量子メスと呼ばれる次世代重粒子線がん治療装置の開発を進め、2030年の実用化を目指している。

QSTが開発を進めている次世代型の小型重粒子線がん治療装置「量子メス」

量子メスに導入される革新的な2大技術の1つである超伝導技術を利用したシンクロトロンは、すでに実証機の製作段階にある。今回の発表は、2大技術のもう1つである、炭素イオンを発生させて光の速度の約9％にまで予備的に加速する新型イオン入射装置の新技術に関するものとなる。

QSTは、2016年に発足して以降、レーザーイオン加速を活用したレーザー駆動イオン入射装置を、重粒子線がん治療装置の小型化を実現するキーデバイスとして位置づけ、住友重機械工業、日立造船ともに共同で研究開発を進めきた。

これまではレーザー加速に必要なレーザー光を発生する「レーザー装置」に加え、レーザー光を標的に照射してイオンを加速する「イオン加速部分」と、発生したイオンビームを制御しながらシンクロトロンへ輸送する「イオン輸送部分」を個別に開発してきたが、今回それらの要素技術を統合し、世界初となるレーザー駆動イオン入射装置の原型機を完成させた。

レーザー駆動イオン入射装置の原型機の組み上げは2023年3月までに終わり、世界に先駆けて、2023年6月から原型機の統合試験を開始した。

今後、レーザー装置、イオン加速部分、イオン輸送部分を、今回稼働したレーザー駆動イオン入射装置の原型機によって最適化し、量子メスに搭載する最終的なイオン入射装置のデザインを進める。また、並行して全物理工程を計算できる統合シミュレータの開発も開始しており、今後3年間をめどに最終的な量子メスのデザインを確定する予定だ。これにより、量子メス開発は最終形の設計に向けて大きく前進する。

がん治療用新型イオン入射装置の原型機を世界で初めて開発　量子科学技術研究開発機構ら