スタイリッシュな映像で紹介されているのは、今やがん診断には欠かせない検査機器として日本でも広く普及が進んだGEヘルスケア・ジャパンが販売を手掛けているPET-CT検査機器「Discovery IQシリーズ」。販売開始から5年、新たに低被ばくをはじめとする、さまざまな高性能を搭載した「Discovery IQ 2.0」の販売を開始した。MotionFree (モーションフリー)、StressFree (ストレスフリー）、ArtifactFree (アーチファクトフリー) という3つのフリーを掲げ、現場従事者、患者双方にとって快適な検査を可能にしたようだ。

放射線を使った検査と聞いて、まず思い浮かべるのはX線撮影、通称 “レントゲン” だろう。健康診断やケガをした際などに、多くの方が経験したことがあるはずだ。レントゲンをはじめとする放射線を使う検査は、現代医療に不可欠な技術と言っても過言ではない。だが、わりと手軽な印象のレントゲンとは異なり、CTやPET-CT検査中には体の動きに制約を受けたり、検査に長時間を費やすこともあるため、検査を受ける側としては、ストレスになることもあった。撮影中は健康上全く問題無いと言われるほどのごく微量な線量ながらも、がんなどの治療中の患者であればとくに、毎回放射線を浴びることに対して一抹の不安を覚える人もいたことだろう。検査で生じるそんな患者の心配やストレスを解消するべく、同社が開発した検査機器では動きの制約を少なくし、放射線量もこれまで以上に抑えられているのだ。

引用元：http://www3.gehealthcare.co.jp/ja-JP

現在、がんを発見するための検査として非常に有効と言われているのが、PET-CT検査だ。

まずPET検査とは、がん細胞が正常な細胞と比べてブドウ糖を多く必要とするという性質に着目したもの。ブドウ糖に、ごく微量の放射線を放出する成分をくっつけた薬剤 (以下、FDG) を体内に注射し、検出器というカメラのような装置を用いて、FDGの全身への分布状態を撮影する。がん細胞にはFDGが正常な細胞よりたくさん集まるため、そこから放出される微量の放射線を検出器でとらえて、がん細胞の位置や大きさ、進行度合いを調べるという仕組みだ。PET-CT検査は、このPET検査にCT検査 (X線を体の周囲から照射して断面図を作る検査) を組み合わせたもの。さらに克明に病気の状態を探ることができる点が特徴だ。

がんの発見に優れた力を発揮するPET-CT検査だが、放射性物質を含んだ薬剤を体内に取り入れるうえにCT検査による放射線照射も行うため、PET検査と比較すると当然被ばく量は多くなる。そのため、患者だけでなく、患者を介助する現場従事者にも微量ながら被ばくのリスクが発生する。さまざまな医療機関や研究団体が、医療検査による被ばくは健康に影響を及ぼす量ではないと発表しているものの、当事者の心理としては、たとえ微量だとしても懸念があるというのが正直なところではないだろうか。

今回リリースされた「Discovery IQ 2.0」は、低被ばく、高速ワークフロー、高画質化を実現したPET-CT検査機器。まず注目したいのは、超高感度で幅の広い検出器の搭載。これにより、検査時間の短縮が可能となる。従来、PET-CT検査に要する検査時間は受付から検査終了まで3~4時間を要するものとされていたが、当機器を使用する場合、検査時間は最大10％削減されるという。

検査時間の短縮自体が現場従事者と患者のストレス低減になることはもちろん、高感度検出器の搭載によるFDG投与量の減少と併せて、低被ばく化にもつながる。具体的には、現場従事者の被ばく量は1ヶ月あたり2時間分の低減が見込まれている。操作室で遠隔での操作が可能となったことで、現場従事者が患者と接触することによる被ばくのリスクを抑えられる点もメリットのひとつだ。

また、業界初となる患者の呼吸による動きを自動補正するシステムを採用することで、画像のブレを低減するシステムを搭載。従来の検査では、呼吸によるブレを防ぐために、患者が一時的な息止めなど意識的に呼吸をコントロールするケースもあったが、そのような検査時のストレスを低減することができる。

さらに、従来の画像再構成法ではできなかった、「画質」と「定量精度」 双方の向上を実現。ノイズの多くなりやすい部位でもクリアな画質を実現するため、診断精度が飛躍的に向上した。

ただでさえ億劫になりがちな病院での検査。せめてなんのストレスも懸念もなく受診したいと思うもの。「Discovery IQ 2.0」はそんな気持ちに寄り添った、まさにストレスフリーな最新技術だ。

［TOP動画引用元：https://www.youtube.com/watch?v=mNOrlphDaf4］

高齢化社会が進むにつれて、ますます重視されているのがQOL（Quality of Life／生活の質）だ。単に長生きできればいいというものではなく、命あるかぎり、充実した日々を過ごしたいという思いは、すべての人に共通するだろう。ところが、年齢を重ねるとQOLを損なうさまざまな事象と向き合うことになる。骨や関節軟骨などの変性による、骨粗鬆症、変形性脊椎症、変形性関節症などの疾患はその典型だ。上智大学理工学部機能創造理工学科では、人工関節を中心とした生体機能材料の研究によって、骨や関節に悩みを抱える患者を救おうとしている。研究のリーダーである久森紀之教授にお話をうかがった。

人工関節の多くは輸入品だが、
そのことによる問題も生じる

人工関節には、膝関節、股関節、肩関節、肘関節などがあるが、久森教授が専門領域としているのは人工膝関節だ。変形性膝関節症や関節リウマチによって膝関節の損傷が進むと、人工膝関節置換術という手術が行われ、その件数は現在、年間8万件に達する。これほど広く用いられている人工膝関節だが、まだまだ改良の余地は多い。

「日本で使われている人工関節はほとんどがアメリカやヨーロッパから輸入したものです。もちろん、手術においては患者さんの形状にできるだけ合った人工関節を選ぶのですが、輸入品は欧米の人の体型や体格、生活様式に合わせてつくっています。すなわち、日本人の患者さんに、完全に合っているとは言えないわけです。輸入品に頼るのではなく、日本人の体型、体格、生活様式に合わせた人工関節を、出だしから考える必要があります」

新たな独自の人工関節を設計する際は、日本の実情に合わせて、耐久性の向上も考慮される。現在の人工関節の耐久性は10～15年とされているが、高齢化が進む日本においては現状の耐久性が二次的な問題を発生させる恐れがあるのだ。

「70歳で人工関節にすると、80～85歳のときに交換する必要があります。高齢での手術は患者さんにとって肉体面、精神面で大きな負担になりますから、予期せぬ疾病を誘発するリスクもあるでしょう。そこで私たちは現状の2倍、20～30年の耐久性を目指して、研究・開発を進めています」

日本人の体型、体格、生活様式に合い、耐久性も向上させた人工関節をつくるとなると、素材と形状の両面から改良を進める必要がある。

「現在、人工関節の土台となるパーツの素材はチタンが一般的です。体内に入れていても毒性のある成分が出ることはないうえに、軽くて丈夫なことから選ばれているのですが、体に本当に適しているのかというと、確証はありません。そもそも、人工関節に使われているチタンは医療用に開発されたものではなく、航空機の材料として用いられているものです」

現行のチタンが、人工関節の素材としてベストであるとはかぎらないのだ。しかし、久森教授は、現時点ではチタンから離れるつもりはない。チタンを主成分としたチタン合金で、最適な素材がないかと探っている。

「まったく違う素材で、より人工関節に適したものがあるかもしれません。しかし、その素材を発見し、さらには安全性を検証して認可を受けるとなると、長い時間がかかります。私たちの仕事は、研究成果を社会にフィードバックする使命もありますから、スピードは重視します。そうなると、より優れたチタン合金を開発するほうが現実的なのです」

高度な医療である機能創造の研究を
慶應大学医学部とジョイントで行う

膝の動きを忠実に再現できる装置を開発した。たとえば、この装置に膝関節の模型を取り付けると、前十字靭帯や後十字靭帯、外側側副靭帯や内側側副靭帯にどのような力がかかるか、正確に測ることができる。

チタンについては、その長所である高い強度が、人工関節においてはマイナス要素となっている面もある。

「骨に対してチタンが強すぎるのです。我々の骨というのは体に力が入ることによって、毎日、入れ替わり、骨に力をかけないと痩せてきてしまいます。体内にチタンを入れると、チタンが力をもってしまい、場合によっては骨が痩せてしまうことがあります」

形状の改良については、ここ10年ほどで急速に進化かつ一般化した3Dプリンタが大いに役立っている。

「従来の人工関節は、いくつかあるサイズのバリエーションのなかから、患者さんに合ったものをインプラントしてきたわけですが、3Dプリンタを使うことにより、オーダーメイドで人工関節を提供できるようになります。ジャストフィットサイズのものを提供でき、骨質も考慮できるという意味では、3Dプリンタは整形外科領域において、非常に有効な手段になっています。実際に私たちも、チタン合金の粉末を使って3D造形した人工関節のサンプルをつくっています」

上智大学理工学部機能創造理工学科は、人工関節をはじめとする機能創造の研究を慶應義塾大学医学部と共同で行っている。

「ドクターは医者の考えで患者さんに向かいます。我々は医療で必要な実験の手法や、解析の方法、シミュレーションといったものを工学部の知見をもって行います。両者がジョイントすることで、医学に貢献することができれば、すばらしいことです」

上智大学理工学部と慶應大学医学部のジョイントによる大きな成果のひとつが、膝の動きを模擬できる装置の開発だ。この装置を用いると、膝を伸ばしたり、曲げたり、ひねったりという生理的な動作を忠実に再現できて、そのときに、膝関節のどの部分にどれだけの力がかかっているかを計測することができる。

「たとえば、どのような方向に、どれくらいの力を入れたら靭帯が切れるのかということがわかります。それを医学的なデータとして活用すれば、もっといい手術の手法や再建が提案できたり、新しい素材を使った人工靭帯をつくったりすることも可能でしょう。

痛みを解消する新しい装具は
膝の根本的な治療を可能にする

慶應大学医学部、義肢装具メーカーと共同開発した装具は膝痛の根本的な治療も可能にして、歩く楽しさを取り戻す。

膝を傷めている患者の歩行をサポートする装具も、上智大学理工学部機能創造理工学科と慶應大学医学部とのジョイントで開発した医療器具のひとつだ。

「膝が悪くて歩けないというのは、多くの場合、骨と骨が擦れて痛いからなのです。従来は、サポーターなどで膝を固定し、骨と骨が擦れないようにするという対処法が一般的でした。しかし、これでは治療を先延ばししているだけであり、膝の周りの筋肉は衰えるだけです。私たちは、骨と骨が離れていれば痛くはないという点に着目して、新しい装具を開発しました」

具体的には、装具の膝の部分に設けたリンクによって、膝を伸ばした状態のときには大腿骨（太ももの骨）と脛骨（膝から下の脚の骨）が強制的に離れるような仕掛けをつくり、骨と骨の接触を防いでいる。

膝の部分にリンクを設けたことにより、膝を伸ばしたときに大腿骨と脛骨が強制的に離れるようになっている。

「理論的には、大腿骨と脛骨が離れれば痛まないのですが、膝の小さなリンクによって本当に体重を支えられるのか、大腿骨を実際に持ち上げることができるのかということを、各種の計測により数値で示し、効果をエビデンスとして証明しました。実際に、この装具を試用した方からは、まったく痛みを感じずに歩くことができると、好評をいただいています」

この装具は、慶應大学医学部ならびに沖縄の義肢装具メーカーと共同で開発した。

「一般的に、現代の研究は、一個人や研究室だけで成果を上げることは難しい。工学があり、医学があり、メーカーがあって、チームとしてまとまることが非常に大事なのです。プロフェッショナルな集団が集まることによって、研究の成果が世に出るスピードが早くなります。工学だけでバイオマテリアルの研究を進めることには限界があると思います」

久森教授が進めている研究のなかで、実用化すれば有意義なもののひとつに、人工骨の新素材がある。現在、人工骨の主原料は歯磨き粉にも用いられているアパタイトであり、久森教授もアパタイトを基本とした素材を想定している。

「アパタイトとコラーゲンをミックスした材料を体に入れれば、骨の生成が早くなるのではないか、サンゴのような生物由来のカルシウムも利用できるのではないかなど、仮説を立てて研究しています」

近年、サンゴの白化現象が、地球温暖化を原因とするシンボリックな出来事として報じられている。環境悪化を食い止めることがなにより大事なのだろうが、死滅したサンゴの有効利用を考えることも大切な視点だろう。そこには久森教授の研究に対する信条が表れているように思える。

久森紀之（Noriyuki Hisamori）
1971年、東京都生まれ。工学院大学工学研究科工学化学専攻博士修了。1999年より、上智大学理工学部機能創造理工学科にて、高度医療技術に用いる生体機能材料について、ならびに環境強度および破壊力学に基づく構造物の安全安心性について研究中。現在、理工学部教授。慶應義塾大学医学部スポーツ医学総合センター非常勤講師。ソフィアオリンピック・パラリンピックプロジェクト研究部会長。研究の先には患者さんがいるので、「誠実に、謙虚に」がモットー。