コース紹介

放射線治療の特徴は、手術などの臓器や器官を体外に摘出することによって治療を行う外科的治療とは異なり、生体が保有している機能を温存しつつ異物である新生物・腫瘍を消失させ、個体の機能を存続させることが可能なことです。X線を用いた放射線治療や荷電粒子線を用いた粒子線治療は、腫瘍制御を目的とした線量集中性、副作用をより少なくするための正常組織や器官に対する線量の低減、体動のみならず、安静にしていても呼吸や心拍動、腸管蠕動などで絶えず位置が変動する体内臓器への対応などの課題がありますが、工学・理学の最先端の技術を導入することにより実用的かつ実効性の高い機器および治療技術開発が可能となります。本分野では、放射線治療中の体内臓器の動きに対応する技術および粒子線治療に関する研究、新たな医療技術の開発を通じてがんを始めとした疾病治癒率やQOL（Quality of Life）の向上に貢献できる人材ならびに世界で活躍できる研究者、教育者を育成します。

医学・理工学技術の進歩に伴う治療成績の向上を背景に、放射線治療のニーズが飛躍的に高まっています。中でも加速器を医療に適用した粒子線治療は、がんに線量を集中させることで、患者に対する身体的負担を最小化するものと期待されています。最近では画像誘導技術を使うことで、さらに治療中の患者の動きや腫瘍の形状変化、生体反応などの特徴を取り入れた治療が可能となってきました。本分野では、放射線物理学、量子ビーム応用工学、画像工学等の理工学技術を実際の医療に活用することを目指して、北海道大学病院陽子線治療センターと連携し、副作用を最小化しつつ治療効果を向上させるための照射技術や装置開発、患者の動きや腫瘍の形状変化を詳細に取り入れた画像誘導技術開発、高精度治療実現のための線量計算・最適化手法開発、細胞レベルの反応まで考慮した治療効果の検証等の総合的な医理工連携教育・研究を行います。これを通じて医学物理分野の研究者および医療機器開発に携わる技術者を育成します。

放射線治療や粒子線治療などの医療分野で、問題の解決あるいは新たな技術の開発を行うためには、自然科学、特に物理学の基礎的理解が重要になることがあります。例えば、医療で利用されている放射性同位体（RI）の生成量を正確に見積もり、かつ不要なRIの量を最小限に押さえるためには、様々な核反応の確率（断面積）を系統的に調べる必要があります。ここでは特に、加速器を利用した荷電粒子入射反応に着目し、医療用RI生成断面積を実験的に測定していす。このように、基礎物理学の視点から、医療で必要となる知見を得るための研究を行い、社会に貢献できる人材を育成することを目的としています。

医学物理学分野は、放射線治療において不可欠な要素でありながら、日本では諸外国と比較して未熟であると言わざるを得ない状況にあります。放射線治療先進国であるアメリカでは、放射線治療施設に必ず医学物理士が存在し、放射線治療品質管理や新しい放射線治療技術の開発に従事していますが、国内ではその土壌が十分には熟成されていません。中でも、放射線計測技術は、放射線治療のみならず、放射線診断分野、核医学分野にも共通の基盤技術であり、これらの専門教育は、医学物理学分野の研究者および放射線医療機器開発に携わる技術者にとって不可欠な要素です。北海道大学病院とも連携しながら、臨床で役立つ技術開発を目指した研究を通して、医療に貢献できる研究者および技術者を育成します。

医療の臨床現場での問題点を、理工学の知識・技術を活用し、その解決策を見出すことが、次世代の新発見に繋がります。我々は、北海道大学病院における強度変調放射線治療や動く臓器に対する動体追跡放射線治療といった最先端の放射線治療の現場において医学物理士として貢献しています。理工学の知識・経験を臨床現場に応用するとともに、臨床現場で生まれたアイデアを研究室内での実験やシミュレーションなどで確かめ、将来の放射線治療や医療機器の開発に繋げることを目指しています。この研究の過程を通し、医学物理士に必要な能力および社会に貢献できる人材を育成します。

核医学検査（PET、SPECT（Single Photon Emission Computed Tomography／単一光子放射断層撮影））、およびCT、MRI などの画像にコンピュータ処理を施し、画像データが持つ医用情報を的確に導き出す研究を行います。腫瘍画像においては、病変の悪性度や体積の推定、病変辺縁の推定、適切な外照射範囲の推定、呼吸移動や心拍動に伴う画像アーチファクトの修正処理などを検討します。 心筋や脳の画像においては、造影剤や放射性同位元素の投与時にダイナミック撮像された連続画像にコンパートメントモデル解析を行い、虚血病変の定量的評価や、組織の血流や酸素消費量などの定量解析を行う研究をします。またAIによるDeep learning技術を医用画像に応用する技術も指導します。これらを実現するプログラムを開発することができる人材を育成することを目的とします。

分子画像診断を実現するためには、分子プローブと呼ばれる“生体の分子情報を計測可能な信号に変換するための物質”が必要不可欠です。本分野では、分子画像診断に用いる新しい分子プローブの研究開発、すなわち、生体機能分子の探索、プローブのデザインから、プローブ合成技術及び合成装置の機器開発、さらには臨床へのトランスレーション研究を行い、画像診断の実用化を目指します。また、分子画像診断技術を正確な治療に結びつけるための研究、すなわちプレシジョンメディシンやセラノスティックスに関する研究も積極的に行なっています。これらの研究開発を通して必要な知識・技術を体系的に修得し、医療・社会に貢献できる人材を育成することが本分野の目標です。

近年、分子標的治療法や陽子線などによるピンポイント照射を用いた個別化医療技術が注目を浴びています。MRIやCTなどの非侵襲的画像法は、これら治療法の選択や治療計画、治療効果予測・判定に幅広く応用されています。本分野では、最新MRIやCT技術を用いて、高い分解能と定量性を有する高精度な画像診断法、従来は指摘が困難であった微細な病変や早期生体変化を、非侵襲的に検出可能な撮像法、形態情報のみならず、細胞・分子レベルでの生体機能変化を反映できる非侵襲的な撮像法、非侵襲的で患者負担の少ない高精度で最先端の画像診断技術の開発、これら撮像法を用いた正常画像解剖に関する教育・研究を行います。

発がんメカニズムを分子レベルで正しく理解することは、日本人の死亡原因第一位であるがんを撲滅するために必須で、新たながんの診断・治療法の開発にも不可欠です。近年、ゲノムプロジェクトの成果をもとに、non-coding RNAなどのRNAの解析が網羅的に進み、発がんとRNAとの様々な関連が明らかになりつつあります。 本分野では、RNAやウイルスなどを対象にした分子生物学的解析法を基盤として、新たな発がん機構の解明を行い、その知見を応用した新たながんの診断・治療法の開発について基礎から応用までの体系的な教育・研究を行います。 現在、本分野では、新たに発見した細胞がん化機構を応用し、がん細胞を特異的に溶解できる、腫瘍溶解ウイルスを開発しており、今後も、この研究をより発展させていきたいと考えています。

放射線治療はがんの三大治療法として広く用いられていますが、がんはその原因となる分子機序が多種多様であり、放射線照射による腫瘍や周囲の正常組織への影響など、未だ解明されていない部分が多く残されています。 当分野では、放射線等の治療によるストレスやがん細胞自身が引き起こす環境ストレスによって起こる細胞死と、それをがん細胞が抑制する仕組み、その結果として生じる腫瘍の性質変化（浸潤・転移や治療耐性）を理解するために、細胞や組織の三次元立体構造や細胞外微小環境、細胞間の相互作用や細胞内代謝などを考慮しながら、生化学・分子生物学・細胞生物学・合成生物学の実験手法を用いて研究を行っています。 当分野での研究と教育を通じて、がん研究の知識と技術に習熟し、アカデミアや企業で活躍できるトップレベルの研究者・教育者の育成を目指します。