JP7570629B2 - Radiation Therapy Bolus Material - Google Patents
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Description
本発明は、放射線治療に用いられるボーラス材に関するものである。 The present invention relates to a bolus material used in radiation therapy.
人体に放射線を照射して人体内部の癌組織等に対して放射線治療を行う際には、放射線を患部に集中させ、患部以外の健全組織はできるだけ被曝を避けることが望まれる。 When irradiating the human body with radiation to treat cancerous tissues inside the body, it is desirable to concentrate the radiation on the affected area and avoid exposing healthy tissues other than the affected area to radiation as much as possible.
そこで特許文献1~特許文献3に示されるように、ボーラス材と呼ばれる樹脂材料を人体の表面に貼り付けて放射線エネルギのピーク点の位置を調整し、患部の深さに一致させることが行われている。特許文献1は水性ゲルからなるボーラス材を開示し、特許文献2はポリウレタン系のボーラス材を開示し、特許文献3はシリコーンゴム系のボーラス材を開示している。 Therefore, as shown in Patent Documents 1 to 3, a resin material called a bolus material is attached to the surface of the human body to adjust the position of the peak point of the radiation energy to match the depth of the affected area. Patent Document 1 discloses a bolus material made of an aqueous gel, Patent Document 2 discloses a polyurethane-based bolus material, and Patent Document 3 discloses a silicone rubber-based bolus material.
放射線治療用ボーラス材には人体に近い比重を持つこと、放射線の透過性を阻害しないこと、透明であることなどの特性の他に、人体に密着させ易い柔軟性や密着性が求められる。しかし柔軟性のある軟質材料は強度が低いため、再使用することが困難であるという問題があった。また、放射線治療用ボーラス材はシート状として放射部位の形状に応じて切断して使用することが多いが、切断されたシートの残部は廃棄されるのが普通であった。 In addition to characteristics such as having a specific gravity close to that of the human body, not impeding the permeability of radiation, and being transparent, radiation therapy bolus materials are also required to be flexible and adhere easily to the human body. However, flexible soft materials have low strength, making them difficult to reuse. In addition, radiation therapy bolus materials are often used in sheet form, cut according to the shape of the radiation site, but the remaining parts of the cut sheets are usually discarded.
従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、再使用可能な放射線治療用ボーラス材を提供することである。 The object of the present invention is therefore to solve the above-mentioned problems and provide a reusable bolus material for radiation therapy.
上記の課題を解決するためになされた本発明の放射線治療用ボーラス材は、ホスト基とゲスト基が相互作用によって架橋された架橋性構造体に、親水性の高い溶媒を含ませた自己修復性ポリマーからなる放射線治療用ボーラス材であって、切断された切断片同士が再接合して密着一体化することにより、前記切断片より体積の大きい放射線治療用ボーラス材を形成可能であることを特徴とするものである。また、前記放射線治療用ボーラス材を少なくとも2枚以上互いに接触させて密着一体化させ、元の放射線治療用ボーラス材よりも体積の大きい放射線治療用ボーラス材を形成する、放射線治療用ボーラス材の使用方法とする。 The bolus material for radiotherapy of the present invention, which has been made to solve the above problems, is a bolus material for radiotherapy made of a self-repairing polymer containing a highly hydrophilic solvent in a crosslinked structure in which a host group and a guest group are crosslinked by interaction, and is characterized in that the cut pieces are rejoined to be tightly integrated to form a bolus material for radiotherapy having a larger volume than the cut pieces . Also, the method for using the bolus material for radiotherapy is to contact at least two or more sheets of the bolus material for radiotherapy with each other to tightly integrate them to form a bolus material for radiotherapy having a larger volume than the original bolus material for radiotherapy.
また、ホスト基とゲスト基が相互作用によって架橋された架橋性構造体に、親水性の高い溶媒を含ませた自己修復性ポリマーからなることを特徴とする放射線治療用ボーラス材に、ポリスチレンをハードセグメントとし、ポリエチレン・ポリブチレンをソフトセグメントとするスチレン系の熱可塑性エラストマーを積層させた構造とすることができる。 In addition, a bolus material for radiation therapy, which is characterized by being composed of a self-repairing polymer containing a highly hydrophilic solvent in a crosslinked structure in which a host group and a guest group are crosslinked by interaction , can be structured by laminating a styrene-based thermoplastic elastomer having polystyrene as a hard segment and polyethylene/polybutylene as a soft segment.
放射線治療用ボーラス材はシート状として放射部位の人体表面の形状に合わせて切断して使用されることが多いのであるが、本発明の放射線治療用ボーラス材は自己修復性ポリマーからなり、自己修復性を持つものであるから、切断片を重ね合わせておけば再び接合して一体化する。このため繰り返して使用することができる。また、この種の自己修復性ポリマーは乾燥すると自己修復性が低下するが、軟質でしかも透水性のない熱可塑性エラストマーのシートと積層することにより、ボーラス材としての機能を損なうことなく、乾燥を防止することができる。このためより長期間にわたり再使用が可能となる。 Radiation therapy bolus materials are often used in sheet form, cut to fit the shape of the human body surface at the radiation site, but the radiation therapy bolus material of the present invention is made of a self-repairing polymer and has self-repairing properties, so if the cut pieces are overlapped, they will rejoin and become one piece. This allows for repeated use. Furthermore, this type of self-repairing polymer loses its self-repairing properties when it dries, but by laminating it with a sheet of soft, water-impermeable thermoplastic elastomer, it is possible to prevent drying without impairing its function as a bolus material. This allows for reuse for a longer period of time.
図1に放射線治療用ボーラス材の原理を示す。
例えば人体の表面10から患部組織11までの深さがdであるとき、図1(A)に示すようにそのまま放射線を照射すると、右側のグラフに示すように放射線量のピーク点Pの位置がdよりもΔdだけ下方となり、放射線量は患部組織11で最大とはならないことがある。このような場合、図1(B)に示すように、厚みがΔdで放射線の透過性が人体と等価な放射線治療用ボーラス材12を人体の表面10に密着させれば、最大線量となるピーク点Pの位置はΔdだけ上方にシフトし、放射線量を患部組織11で最大とすることができる。
Figure 1 shows the principle of the bolus material for radiation therapy.
For example, when the depth from the surface 10 of the human body to the affected tissue 11 is d, if radiation is applied as shown in Fig. 1(A), the position of the peak point P of the radiation dose will be Δd lower than d as shown in the graph on the right, and the radiation dose may not be maximum in the affected tissue 11. In such a case, as shown in Fig. 1(B), if a bolus material 12 for radiotherapy with a thickness Δd and radiation permeability equivalent to that of the human body is brought into close contact with the surface 10 of the human body, the position of the peak point P with the maximum dose will shift upward by Δd, and the radiation dose can be maximized in the affected tissue 11.
以下に本発明の放射線治療用ボーラス材について説明する。 The bolus material for radiation therapy of the present invention is described below.
本発明の放射線治療用ボーラス材は、ホスト基とゲスト基が相互作用によって架橋された架橋性構造体に、親水性の高い溶媒を含ませた自己修復性ポリマーからなる。この自己修復性ポリマーは、図2に概念的に示すように、ホスト分子20を側鎖に持つホスト基と、ゲスト分子21を側鎖に持つゲスト分子基とを架橋させた架橋性構造体である。この自己修復性ポリマー自体はユシロ化学工業(株)から自己修復性ゲルとして販売されているが、以下にその概要を説明する。
The bolus material for radiotherapy of the present invention is made of a self-healing polymer that contains a highly hydrophilic solvent in a cross-linked structure in which a host group and a guest group are cross-linked by interaction. As conceptually shown in Figure 2, this self-healing polymer is a cross-linked structure in which a host group having a
ホスト分子20は、例えばシクロデキストリンである。シクロデキストリンは環状のオリゴ糖であってドーナツ状の分子構造を持ち、この環の内部に大きさの合ったゲスト分子21を包接する性質を持つ。シクロデキストリンにはグルコース残基が6個のα―シクロデキストリン、7個のβ―シクロデキストリン、8個のγ―シクロデキストリンが知られており、何れを用いることもできる。
The
ゲスト分子21は、炭素数4~18の鎖状又は環状のアルキル化合物及びその誘導体である。炭素数4~18のアルキル化合物としては、ブタン、ペンタン、ヘキサン、へプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、テトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカン、オクタデカン、アダマンタン等を上げることができる。
The
これらのホスト分子20とゲスト分子21の間には、相互作用によって結合が形成され、この結合を架橋点として架橋性構造体が形成される。この相互作用には、ホスト分子20とゲスト分子21の間の疎水性相互作用、水素結合、分子間力、静電相互作用、配位結合等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
Bonds are formed between these
ホスト分子20とゲスト分子21の最も好ましい組み合わせとしては、α―シクロデキストリンとn-ドデシル基、β―シクロデキストリンとアダマンチル基である。ゲスト分子21の大きさとホスト分子20の内部空洞の大きさが近いほど包接する力が大きくなるためである。
The most preferred combinations of
ホスト分子を分子構造中に有する単量体としては、6-(メタ)アクリルアミド―α―シクロデキストリン、6-(メタ)アクリルアミド―β―シクロデキストリン、α―シクロデキストリンメタクリレート、β―シクロデキストリンメタクリレート、α―シクロデキストリンアクリレート、β―シクロデキストリンアクリレート、等を挙げることができる。 Examples of monomers having a host molecule in their molecular structure include 6-(meth)acrylamide-α-cyclodextrin, 6-(meth)acrylamide-β-cyclodextrin, α-cyclodextrin methacrylate, β-cyclodextrin methacrylate, α-cyclodextrin acrylate, β-cyclodextrin acrylate, etc.
ゲスト分子を分子構造中に有する単量体としては、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸t-ブチル、1-アクリルアミドダマンタン、N-(1-アダマンチル)(メタ)アクリルアミド、N-ベンジル(メタ)アクリルアミド、N-1-ナフチルメチル(メタ)アクリルアミド等を挙げることができる。 Examples of monomers that have a guest molecule in their molecular structure include n-butyl (meth)acrylate, t-butyl (meth)acrylate, 1-acrylamidodamantane, N-(1-adamantyl)(meth)acrylamide, N-benzyl(meth)acrylamide, and N-1-naphthylmethyl(meth)acrylamide.
上記した架橋性構造体には親水性の高い溶媒を含ませている。自己修復性ポリマーは水分が蒸発すると乾固し、ヒドロゲル状態で生ずる自己修復機能が低下するためである。この親水性の高い溶媒としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリン、ジエチレングリコールモノエチルエーテルを挙げることができる。これにより時間が経過したり温度環境が変化しても乾燥が起こりにくいため、長期にわたって安定した自己修復機能を維持することができる。 The crosslinked structure described above contains a highly hydrophilic solvent. This is because the self-repairing polymer dries up when the water evaporates, and the self-repairing function that occurs in the hydrogel state decreases. Examples of this highly hydrophilic solvent include ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, glycerin, and diethylene glycol monoethyl ether. This makes it less likely to dry out even over time or when the temperature environment changes, so it is possible to maintain a stable self-repairing function for a long period of time.
このような自己修復性ポリマーは、ホスト分子を分子構造中に有する単量体と、ゲスト分子を分子構造中に有する単量体と、ホスト分子やゲスト分子を含まない単量体と、乾燥防止液である親水性の高い溶媒と、重合開始剤とを混合し、常温で重合させることによって製造することができる。前記単量体はそれぞれを混合し、モノマー水溶液とすることが出来る。前記モノマー水溶液の添加量は、30重量%~70重量%が好ましい。また、前記乾燥防止剤の添加量は、20~40%が好ましい。さらに、重合開始剤は1%~10%が好ましい。 Such a self-repairing polymer can be produced by mixing a monomer having a host molecule in its molecular structure, a monomer having a guest molecule in its molecular structure, a monomer not containing a host molecule or a guest molecule, a highly hydrophilic solvent as an anti-drying liquid, and a polymerization initiator, and polymerizing them at room temperature. The monomers can be mixed together to form an aqueous monomer solution. The amount of the aqueous monomer solution added is preferably 30% to 70% by weight. The amount of the anti-drying agent added is preferably 20% to 40%. Furthermore, the amount of the polymerization initiator is preferably 1% to 10%.
重合開始剤としては、過硫酸アンモニウム、アゾビスイソブチルニトリル、2,2`-アゾビス[2-(2-イミダゾリンー2-イル)プロパン]ジヒドロクロライドなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではなく、過酸化ベンゾイル、光重合開始剤など各種の重合開始剤を使用することができる。 Polymerization initiators include, but are not limited to, ammonium persulfate, azobisisobutylnitrile, 2,2'-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane]dihydrochloride, etc., and various polymerization initiators such as benzoyl peroxide and photopolymerization initiators can be used.
この自己修復性ポリマーは内部にホスト分子20とゲスト分子21を含むものであり、切断されても境界面に露出したホスト分子20がゲスト分子21を包接することにより架橋が再度形成され、切断面が修復される。この自己修復機能は膨潤状態において生ずるものであり、乾燥状態ではその機能が低下するが、親水性の高い溶媒を含ませたことにより、安定した自己修復機能を得ることができる。なお、切断後に自己修復した部分のゲル強度は、切断前の85%に達することが確認されている。
This self-repairing polymer contains
本発明の放射線治療用ボーラス材は、上記の自己修復性ポリマーからなるものであり、多くの場合シート状に成形して用いられる。例えばシートの厚さを1mm単位で異ならせ、患部の深さに応じて必要枚数を積層すれば相互に密着し、必要厚さの放射線治療用ボーラス材として使用することができる。また患部の状態に応じてシートを切断した場合にも、切断片を集めておけば相互に密着一体化し、再度使用することができる。このため従来の放射線治療用ボーラス材のような無駄が発生することもない。 The bolus material for radiotherapy of the present invention is made of the above-mentioned self-repairing polymer, and is often formed into a sheet for use. For example, by varying the thickness of the sheets in 1 mm increments and stacking the required number of sheets according to the depth of the affected area, they will adhere to each other and can be used as a bolus material for radiotherapy of the required thickness. Even if the sheet is cut according to the condition of the affected area, if the cut pieces are collected, they can be adhered to each other and integrated, and can be reused. Therefore, there is no waste as with conventional bolus materials for radiotherapy.
上記したように、上記の自己修復性ポリマーを単独で放射線治療用ボーラス材として使用することができるが、図3に示すように自己修復性ポリマーのシート22と、スチレン系の熱可塑性エラストマーのシート23を積層させて使用することもできる。図3にはこれらの2種類のシート22,23を交互に積層した放射線治療用ボーラス材が示されている。 As described above, the self-repairing polymer can be used alone as a bolus material for radiation therapy, but it can also be used by laminating a sheet 22 of the self-repairing polymer and a sheet 23 of a styrene-based thermoplastic elastomer as shown in Figure 3. Figure 3 shows a bolus material for radiation therapy in which these two types of sheets 22, 23 are alternately laminated.
ポリスチレンをハードセグメントとするスチレン系の熱可塑性エラストマーとしては軟質で透水性がなく、比重が1よりも小さいものが好ましく、この実施形態ではポリスチレンをハードセグメントとし、ポリエチレン・ポリブチレンをソフトセグメントとする熱可塑性エラストマーを用いた。これはポリスチレン-ポリブタジエン-ポリスチレンブロック共重合体の水素添加により得られるSEBS(スチレン-エチレン-ブチレン-スチレン)と呼ばれる材料である。 As a styrene-based thermoplastic elastomer with polystyrene as the hard segment, one that is soft, impermeable, and has a specific gravity of less than 1 is preferred, and in this embodiment, a thermoplastic elastomer with polystyrene as the hard segment and polyethylene/polybutylene as the soft segment is used. This is a material called SEBS (styrene-ethylene-butylene-styrene), which is obtained by hydrogenating a polystyrene-polybutadiene-polystyrene block copolymer.
その他、ポリスチレンをハードセグメントとするスチレン系のブロックタイプの熱可塑性エラストマーとしては、スチレン-エチレンブロック共重合体、スチレン-エチレン-ブタジエンブロック共重合体、スチレン-ブタジエンブロック共重合体、スチレン-ブタジエンブロック共重合体、スチレン-イソプレンブロック共重合体などが挙げられるが、人体の凹凸に合わせて容易に変形し、人体に適度に密着させ易く、しかも強度があり損傷しにくい等の観点から、ポリスチレン-ポリブタジエン-ポリスチレンブロック共重合体の水素添加により得られるSEBS(スチレン-エチレン-ブチレン-スチレン)が好ましい。 Other styrene-based block-type thermoplastic elastomers having polystyrene as a hard segment include styrene-ethylene block copolymers, styrene-ethylene-butadiene block copolymers, styrene-butadiene block copolymers, styrene-butadiene block copolymers, and styrene-isoprene block copolymers. From the viewpoints of easily deforming to conform to the irregularities of the human body, easily fitting appropriately to the human body, and being strong and resistant to damage, SEBS (styrene-ethylene-butylene-styrene) obtained by hydrogenating a polystyrene-polybutadiene-polystyrene block copolymer is preferred.
このスチレン系の熱可塑性エラストマーは、常温では架橋ゴムに近い優れたゴム弾性を有するため、人体の凹凸に密着させ易い。しかも140~230℃に加熱すると流動性を示し、一般の樹脂と同様に成形することができる。さらに透明性に優れ、JIS K 6251の試験方法による引張強さは1.3MPaと十分な強度を持つ。このスチレン系の熱可塑性エラストマー材料自体は既存のもので、例えばアロン化成(株)から市販されている。 This styrene-based thermoplastic elastomer has excellent rubber elasticity close to that of cross-linked rubber at room temperature, making it easy to adhere to the contours of the human body. Moreover, when heated to 140-230°C, it exhibits fluidity and can be molded in the same way as ordinary resins. It also has excellent transparency, and has a tensile strength of 1.3 MPa according to the JIS K 6251 testing method, which is sufficient strength. This styrene-based thermoplastic elastomer material itself is an existing product, and is commercially available, for example, from Aronkasei Co., Ltd.
放射線の透過性の観点から、放射線治療用ボーラス材の比重はできるだけ人体の比重(1.0)に近いことが好ましい。上記の自己修復性ポリマーの比重は1.25であって好ましい範囲をやや上回っている。これに対して上記したスチレン系の熱可塑性エラストマーの比重は0.86である。このため交互に積層することにより全体の比重を1.0に近づけることができ、人体との比重差による放射線の透過性の悪化を防ぐことが可能となる。また、スチレン系の熱可塑性エラストマーは透水性がないため、自己修復性ポリマーと積層することによって、自己修復性ポリマーの乾燥を確実に防止することができる効果がある。 From the viewpoint of radiation permeability, it is preferable that the specific gravity of the radiation therapy bolus material is as close as possible to the specific gravity of the human body (1.0). The specific gravity of the above self-healing polymer is 1.25, which is slightly above the preferred range. In contrast, the specific gravity of the above styrene-based thermoplastic elastomer is 0.86. Therefore, by alternately laminating the materials, the overall specific gravity can be brought closer to 1.0, making it possible to prevent deterioration of radiation permeability due to the difference in specific gravity with the human body. In addition, since styrene-based thermoplastic elastomers are not permeable to water, laminating them with self-healing polymers has the effect of reliably preventing the self-healing polymer from drying out.
また図4に示すように、自己修復性ポリマーのシート22の上下両側に熱可塑性エラストマーのシート23を配置した積層構造とすれば、自己修復性ポリマーの乾燥をより確実に防止することができる。 In addition, as shown in FIG. 4, if a laminate structure is formed in which thermoplastic elastomer sheets 23 are placed on both the top and bottom of the self-repairing polymer sheet 22, the self-repairing polymer can be more reliably prevented from drying out.
ユシロ化学工業(株)から「ウイザードモノマー」の商品名で市販されているモノマー水溶液60重量%と乾燥防止液35重量%とを混合し、さらに重合開始剤水溶液5重量%を加えて撹拌混合し、型に流してシート状に成形した。モノマー水溶液は、ホスト基含有重合性ポリマーと、ゲスト基含有重合性単量体と、重合性単量体の混合物である。ホスト基含有重合性ポリマーはアクリルアミド・シクロデキストリンであり、ゲスト基含有重合性単量体はN-(1-アダマンチル)アクリルアミド、重合性単量体は4-ヒドロキシブチルアクリレートである。乾燥防止液は水溶性アルコールであり、重合開始剤は過硫酸アンモニウムである。常温で約20分で硬化しこれを型から剥がしてシート状の放射線治療用ボーラス材とした。その比重は1.25であり、密着性及び透明性に優れていた。シートの切断片は集めて常温、大気中に放置しておくと、24時間で相互に融着して一体化された。 60% by weight of monomer aqueous solution, available from Yushiro Chemical Industry Co., Ltd. under the trade name "Wizard Monomer", was mixed with 35% by weight of drying prevention liquid, and 5% by weight of polymerization initiator aqueous solution was added and stirred, then poured into a mold to form a sheet. The monomer aqueous solution was a mixture of a host group-containing polymerizable polymer, a guest group-containing polymerizable monomer, and a polymerizable monomer. The host group-containing polymerizable polymer was acrylamide-cyclodextrin, the guest group-containing polymerizable monomer was N-(1-adamantyl)acrylamide, and the polymerizable monomer was 4-hydroxybutyl acrylate. The drying prevention liquid was a water-soluble alcohol, and the polymerization initiator was ammonium persulfate. It hardened in about 20 minutes at room temperature and was peeled off from the mold to form a sheet-shaped bolus material for radiation therapy. Its specific gravity was 1.25, and it had excellent adhesion and transparency. The cut pieces of the sheet were collected and left in the air at room temperature, and fused together and integrated within 24 hours.
次に、アロン化成(株)から販売されているスチレン系の熱可塑性エラストマーペレット(SEBS)からシートを作成した。シートは、ペレット状の樹脂を150℃から190℃に加熱したロールで成形することで作成した。作成したシートと、自己修復性樹脂のシートとを交互に積層し、全部で6枚のシートからなる放射線治療用ボーラス材とした。その全体比重は1.0であり、密着性及び透明性にも優れていた。積層の形態は、厚みをそれぞれ可変させるなど、幾多の形態が考えられる。 Next, a sheet was made from styrene-based thermoplastic elastomer pellets (SEBS) sold by Aronkasei Co., Ltd. The sheet was made by molding the pellet-shaped resin with a roll heated to 150°C to 190°C. The sheets made were layered alternately with sheets of self-repairing resin to create a bolus material for radiation therapy consisting of a total of six sheets. The overall specific gravity was 1.0, and it also had excellent adhesion and transparency. There are many possible configurations for the layering, such as varying the thickness of each layer.
以上に説明したように、本発明の放射線治療用ボーラス材は自己修復性を持つものであるから、繰り返して使用することができる。また、軟質でしかも透水性のない熱可塑性エラストマーのシートと積層することにより乾燥を防止し、より長期間にわたり再使用が可能となる。 As explained above, the bolus material for radiation therapy of the present invention has self-repairing properties and can be used repeatedly. Furthermore, by laminating it with a sheet of soft, water-impermeable thermoplastic elastomer, drying is prevented, making it possible to reuse it for a longer period of time.
10 人体表面
11 患部組織
12 放射線治療用ボーラス材
20 ホスト分子
21 ゲスト分子
22 自己修復性ポリマーのシート
23 熱可塑性エラストマーのシート
P 放射線量のピーク点
10: human body surface 11: diseased tissue 12: bolus material for radiation therapy 20: host molecule 21: guest molecule 22: self-repairing polymer sheet 23: thermoplastic elastomer sheet
P Peak radiation dose
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