放射線治療 1-8 電子線の照射野はどうやってつくるの？

Ｘ線の次に、電子線モードも整理しておこう

第７章までは、ターゲットでＸ線をつくり、FF／FFFでビームを整える流れを見てきました。

ここで一度、もう一つの治療ビームである電子線に枝分かれします。

医療用リニアックでは、加速管から出てくるのはもともと高エネルギー電子です。Ｘ線治療では、その電子をターゲットへ当てて制動Ｘ線へ変換しました。

一方、電子線治療では、加速した電子そのものを治療ビームとして利用します。

そのため、Ｘ線モードと電子線モードでは、治療ヘッド内で使う部品が変わります。

電子線モードでは、ターゲットと平坦化フィルタをどうするの？

電子線をそのまま使いたいのに、電子をＸ線ターゲットへ当ててしまうと制動Ｘ線が発生します。

そこで典型的な高エネルギーリニアックでは、電子線モードになるとＸ線ターゲットと平坦化フィルタを電子ビーム経路から外します。

第６章・第７章で扱った、

ターゲット → 制動Ｘ線 → 平坦化フィルタ

という流れは、Ｘ線治療側の仕組みです。

電子線治療では代わりに、

細い電子ビームを治療に使える広さまで広げる

必要があります。

Ｘ線モードと電子線モードの違い

Ｘ線モード：電子をターゲットへ当ててＸ線をつくる

電子線モード：ターゲットを避け、電子を広げて整えて使う

細い電子ビームをどうやって広げるの？

加速管とベンディングマグネットを通ってきた電子ビームは、患者へそのまま当てるには細すぎます。

臨床用電子線をつくる代表的な方法として、

• 散乱箔（scattering foil）で電子を散乱させる方法

• 磁石で電子ビームを偏向し、必要な範囲を走査（scanning）する方法

の２つがあります。

一般的なC-arm型リニアックを理解するうえでは、まず散乱箔方式を押さえておくと分かりやすいです。

散乱箔は薄い金属箔で、そこへ細い電子ビームを通すことで電子の進行方向をばらけさせ、広い照射野へ広げます。

装置によっては単一の散乱箔ではなく、複数の散乱箔を組み合わせて必要なプロファイルを作ります。

ただし、散乱箔を通ることで電子は散乱するだけでなく、エネルギー損失や制動放射の発生も起こります。

そのため「電子をただ広げればよい」のではなく、照射野の均一性・エネルギー・Ｘ線混入などを含めて臨床用ビームとして設計する必要があります。

なぜ電子線ではアプリケータを患者の近くまで下ろすの？

Ｘ線ではjawやMLCが治療ヘッド内にあっても、比較的シャープな照射野を作れます。

しかし電子は、空気中や治療ヘッドの部品を通過するだけでも散乱しやすい粒子です。

治療ヘッド内の光子用コリメータだけでは電子線の照射野形成には不十分です。散乱箔から患者までの間で電子が散乱することで、臨床的に許容しにくいほど半影（penumbra）が広がります。

そこで電子線では、患者の近くまで伸びる電子線アプリケータ（electron applicator／cone）を使用します。

アプリケータを患者に近づけることで、照射野の端を患者の近くで制限し、電子線の横方向への広がりを抑えます。

なぜ電子線だけ長いコーンを付ける？

電子はＸ線より空気中でも散乱しやすいためです。

照射野を患者から遠い位置だけで絞ると、患者へ届くまでに広がってしまいます。

cutoutは何をしているの？

電子線アプリケータは、まず６×６ cm²、１０×１０ cm²などの基本的な大きさの照射野を作ります。典型的な大きさには、６×６、１０×１０、１５×１５、２０×２０、２５×２５ cm²があります。

しかし実際の治療標的は正方形とは限りません。

そこでアプリケータ先端へ、鉛や低融点合金などで作ったcutout（患者ごとの開口）を装着して最終的な照射野を形成します。

つまり、

散乱箔 → 電子を広げる

jawなど上流コリメータ → 大まかな範囲を制限する

アプリケータ → 患者近くで電子を絞る

cutout → 患者ごとの形に仕上げる

という役割分担です。

jawは電子線では使わないの？

電子線でも、上流側のjawやMLCなどのビーム制限機構が関与する場合があります。

各電子線アプリケータには対応したjaw設定があり、通常はアプリケータで規定される照射野よりも大きめに設定されます。

これは、上流のjawで最終照射野を直接作るというより、アプリケータまで届く電子の範囲や散乱条件を整えるためです。

そのため電子線では、アプリケータだけを見て出力が決まるわけではありません。

エネルギー、アプリケータサイズ、cutout、SSD、上流コリメータの設定などが電子線の出力やプロファイルへ影響します。

電子線エネルギーが変わると、散乱箔も変わるの？

電子線のエネルギーが変わると、散乱の仕方や必要なビーム特性も変わります。

そのため、装置ではエネルギーに応じて散乱箔の組合せやビーム生成条件を切り替えます。

散乱箔やＸ線用の平坦化フィルタを回転式carouselやsliding drawerに搭載し、選択したビームに応じてビーム経路へ配置する構成もあります。

ただし、散乱箔の材質・厚さ・枚数・切替機構はメーカーや機種ごとに異なります。

ここは「散乱箔は必ず○枚」「材質は必ず○○」と暗記するのではなく、役割を押さえておく方が重要です。

TrueBeamとVersa HDでは、どんな電子線が使われている？

TrueBeamには、６～２２ MeVの複数電子エネルギーを備えた構成例があります。

一方、Versa HDには、６、９、１２、１５ MeVの４電子エネルギーを搭載した構成例があります。

ここで示した数値は、すべてのTrueBeam／Versa HDに共通する現行仕様という意味ではありません。

装置の購入構成やソフトウェア・ハードウェア世代によって使用可能な電子エネルギーは異なるため、個別機種については施設の仕様書を確認します。

電子線モードを一度まとめると

電子線モードでは、Ｘ線を作るためのターゲットや平坦化フィルタを使わず、加速した電子を臨床用ビームへ整えます。

流れを整理すると、

高エネルギー電子 → 散乱箔などで広げる → モニタ線量計で監視 → 上流コリメータで範囲を整える → アプリケータ → cutout → 患者

です。

第６章と第７章で扱ったＸ線モードと対比すると、

Ｘ線：電子を光子へ変換してから整える

電子線：電子のまま広げて整える

という違いが見えてきます。

次は、Ｘ線の最大の広がりを決める部品へ

ここから再びＸ線治療ヘッドの流れへ戻ります。

ターゲットから前方へ広がったＸ線は、まず固定された一次コリメータ（primary collimator）によって、臨床に使う最大範囲が制限されます。

次は、「一次コリメータは、Ｘ線の広がりをどう決めるの？」を見ていきます。

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