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技術 中性子線照射装置及び中性子線照射装置の制御方法

出願人 住友重機械工業株式会社
発明者 密本俊典
出願日 2011年7月12日 (8年2ヶ月経過) 出願番号 2012-526410
公開日 2013年9月12日 (6年0ヶ月経過) 公開番号 WO2012-014671
状態 特許登録済
技術分野 その他の放射線取扱い 粒子加速器 放射線治療装置
主要キーワード 被照射体側 照射線量率 次積分 方向スリット ビーム軸調整 電流モニタ 計画値 ライナック
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2013年9月12日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題・解決手段

被照射体中性子線照射する中性子線照射装置であって、荷電粒子線を生成する荷電粒子線生成手段と、荷電粒子線をターゲットに照射することにより、中性子線を生成する中性子線生成手段と、中性子線の照射中に荷電粒子線の照射線量をリアルタイムで測定するための測定手段と、を備えている。

概要

背景

がん治療等における放射線治療の1つとして、中性子線照射によりがん治療を行う硼素中性子捕捉療法(BNCT:BoronNCT)がある。従来、この硼素中性子捕捉療法を行うための中性子線照射装置BNCT装置)が開発されており、例えば特許文献1には、サイクロトロン等の加速器陽子線荷電粒子線)を生成し、ベリリウム等のターゲットに陽子線を照射することにより中性子線を生成し、生成した中性子線を患者等の被照射体へ照射するものが開示されている。

概要

被照射体へ中性子線を照射する中性子線照射装置であって、荷電粒子線を生成する荷電粒子線生成手段と、荷電粒子線をターゲットに照射することにより、中性子線を生成する中性子線生成手段と、中性子線の照射中に荷電粒子線の照射線量をリアルタイムで測定するための測定手段と、を備えている。

目的

本発明は、中性子線の照射線量の精度を向上できる中性子線照射装置、及びその制御方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
4件

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請求項1

被照射体中性子線照射する中性子線照射装置であって、荷電粒子線を生成する荷電粒子線生成手段と、前記荷電粒子線をターゲットに照射することにより、前記中性子線を生成する中性子線生成手段と、前記中性子線の照射中に前記荷電粒子線の照射線量をリアルタイムで測定するための測定手段と、を備えた中性子線照射装置。

請求項2

前記測定手段により測定された前記荷電粒子線の照射線量に基づいて、前記被照射体への前記中性子線の照射を制御する制御手段を備えた請求項1記載の中性子線照射装置。

請求項3

前記測定手段により測定された前記荷電粒子線の照射線量を前記中性子線の照射線量に変換する変換部を備えた請求項1又は2記載の中性子線照射装置。

請求項4

前記変換部により変換された前記中性子線の照射線量を表示する表示手段を備えた請求項3記載の中性子線照射装置。

請求項5

被照射体へ中性子線を照射する中性子線照射装置であって、荷電粒子線を生成する荷電粒子線生成手段と、前記荷電粒子線をターゲットに照射することにより、前記中性子線を生成する中性子線生成手段と、前記中性子線の照射中に当該中性子線の照射線量をリアルタイムで測定するための測定手段と、を備えた中性子線照射装置。

請求項6

荷電粒子線を生成する荷電粒子線生成手段と、前記荷電粒子線をターゲットに照射することにより中性子線を生成する中性子線生成手段と、を備え、被照射体へ前記中性子線を照射する中性子線照射装置の制御方法であって、前記荷電粒子線の照射線量をリアルタイムで測定する測定工程を含む中性子線照射装置の制御方法。

請求項7

前記測定工程にて測定された前記荷電粒子線の照射線量に基づいて、前記被照射体への前記中性子線の照射を制御する制御工程を含む請求項6記載の中性子線照射装置の制御方法。

請求項8

前記測定工程にて測定された前記荷電粒子線の照射線量を前記中性子線の照射線量に変換する変換工程を含む請求項6又は7記載の中性子線照射装置の制御方法。

請求項9

前記変換工程にて変換された前記中性子線の照射線量を表示する表示工程を含む請求項8記載の中性子線照射装置の制御方法。

技術分野

0001

本発明は、中性子線照射装置及びその制御方法に関する。

背景技術

0002

がん治療等における放射線治療の1つとして、中性子線照射によりがん治療を行う硼素中性子捕捉療法(BNCT:BoronNCT)がある。従来、この硼素中性子捕捉療法を行うための中性子線照射装置(BNCT装置)が開発されており、例えば特許文献1には、サイクロトロン等の加速器陽子線荷電粒子線)を生成し、ベリリウム等のターゲットに陽子線を照射することにより中性子線を生成し、生成した中性子線を患者等の被照射体へ照射するものが開示されている。

先行技術

0003

特開2004−233168号公報

発明が解決しようとする課題

0004

ここで、上記中性子線照射装置では、例えば被照射体に対して中性子線測定用金線を予め貼り付け、中性子線の照射途中に金線を取り外して当該金線の放射化量を測定することにより、照射途中での中性子線の照射線量を測定する。そして、この測定した照射線量に基づき、計画通りの照射線量で中性子線が被照射体に照射されるよう中性子線照射装置を制御(例えば、停止等)することが図られている。

0005

しかしこの場合、例えば、何らかの理由によって金線の放射化量測定後に中性子線の照射線量率が変動してしまうと、かかる変動に充分に対応することができず、計画通りの照射線量で中性子線を被照射体に照射することが困難となるおそれがある。そのため、上記中性子線照射装置においては、被照射体に照射する中性子線の照射線量の精度を向上させることが求められている。

0006

そこで、本発明は、中性子線の照射線量の精度を向上できる中性子線照射装置、及びその制御方法を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0007

上記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、上記中性子線照射装置においては、被照射体に中性子線を照射する際、中性子線の照射線量をオンラインで把握できれば、例えば中性子線の照射線量率の変動にも対応させ、中性子線の照射線量の精度を向上可能となることを見出した。そして、荷電粒子線の照射線量率と中性子線の照射線量率との間には一定の相関関係があることから、中性子線の照射中にて荷電粒子線のターゲットへの照射線量を逐次測定すれば、かかる相関関係を利用して中性子線の照射線量をオンラインで好適に把握できることに想到し、本発明を完成するに至った。

0008

すなわち、本発明の一側面に係る中性子線照射装置は、被照射体へ中性子線を照射する中性子線照射装置であって、荷電粒子線を生成する荷電粒子線生成手段と、荷電粒子線をターゲットに照射することにより、中性子線を生成する中性子線生成手段と、中性子線の照射中に荷電粒子線の照射線量をリアルタイムで測定するための測定手段と、を備えたことを特徴とする。

0009

この中性子線照射装置では、中性子線の照射中に荷電粒子線の照射線量がリアルタイムで測定されるため、上述した理由から、中性子線の照射線量をオンラインで好適に把握することが可能となり、その結果、中性子線の照射線量の精度を向上することが可能となる。

0010

また、測定手段により測定された荷電粒子線の照射線量に基づいて、被照射体への中性子線の照射を制御することが好ましい。この場合、オンラインで把握された中性子線の照射線量に応じて、中性子線の照射が制御されることとなる。

0011

また、測定手段により測定された荷電粒子線の照射線量を中性子線の照射線量に変換する変換部を備えた場合があり、このとき、変換部により変換された中性子線の照射線量を表示する表示手段を備えた場合がある。表示手段を備えることにより、医師オペレータが照射中の中性子線の照射線量を把握することができる。

0012

また、本発明の他の側面に係る中性子線照射装置は、被照射体へ中性子線を照射する中性子線照射装置であって、荷電粒子線を生成する荷電粒子線生成手段と、荷電粒子線をターゲットに照射することにより、中性子線を生成する中性子線生成手段と、中性子線の照射中に当該中性子線の照射線量をリアルタイムで測定するための測定手段と、を備えたことを特徴とする。

0013

この中性子線照射装置では、中性子線の照射線量がオンラインで好適に把握されるため、上述した理由から、中性子線の照射線量の精度を向上することが可能となる。

0014

また、本発明のさらに他の側面に係る中性子線照射装置の制御方法は、荷電粒子線を生成する荷電粒子線生成手段と、荷電粒子線をターゲットに照射することにより中性子線を生成する中性子線生成手段と、を備え、被照射体へ中性子線を照射する中性子線照射装置の制御方法であって、荷電粒子線の照射線量をリアルタイムで測定する測定工程を含むことを特徴とする。

0015

この中性子線照射装置の制御方法においても、荷電粒子線の照射線量がリアルタイムで測定されるため、上述した理由から、中性子線の照射線量をオンラインで好適に把握することが可能となり、その結果、中性子線の照射線量の精度を向上することが可能となる。

0016

また、測定工程にて測定された荷電粒子線の照射線量に基づいて、被照射体への中性子線の照射を制御する制御工程を含むことが好ましい。この場合、オンラインで好適に把握された中性子線の照射線量に応じて、中性子線の照射が制御されることとなる。

0017

また、測定工程にて測定された荷電粒子線の照射線量を中性子線の照射線量に変換する変換工程を含む場合があり、このとき、変換工程にて変換された中性子線の照射線量を表示する表示工程を含む場合がある。表示工程により、医師やオペレータが照射中の中性子線の照射線量を把握することができる。

発明の効果

0018

本発明によれば、中性子線の照射線量の精度を向上することが可能となる。

図面の簡単な説明

0019

一実施形態に係る中性子線照射装置の構成を示す図である。
図1の中性子線照射装置における中性子線生成部を示す概略斜視図である。
荷電粒子線の照射線量率と中性子線の照射線量率との関係を示すグラフである。
変形例に係る測定手段を示す図である。

実施例

0020

以下、図面を参照して好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、「上流」「下流」の語は、出射する荷電粒子線及び中性子線の上流(サイクロトロン側)、下流(被照射体側)をそれぞれ意味している。

0021

図1は、一実施形態に係る中性子線照射装置の構成を示す図であり、図2は、図1の中性子線照射装置における中性子線生成部を示す概略斜視図である。図1に示すように、中性子線照射装置1は、例えば、中性子捕捉療法を用いたがん治療などを行うために用いられる装置であり、患者等の被照射体40へ中性子線Nを照射する。

0022

この中性子線照射装置1は、サイクロトロン10を備え、サイクロトロン10は、陽子等の荷電粒子加速して、陽子線(陽子ビーム)を荷電粒子線Pとして作り出す。ここでのサイクロトロン10は、例えば、ビーム半径40mm、60kW(=30MeV×2mA)の荷電粒子線Pを生成する能力を有している。

0023

サイクロトロン10から出射された荷電粒子線Pは、水平型ステアリング12、4方向スリット14、水平垂直型ステアリング16、四重極電磁石18,19,20、90度偏向電磁石22、四重極電磁石24、水平垂直型ステアリング26、四重極電磁石28、4方向スリット30、電流モニタ32、荷電粒子線走査部34を順次に通過し、中性子線生成部36に導かれる。この荷電粒子線Pは、中性子線生成部36においてターゲットTに照射され、これにより、中性子線Nが発生される。そして、中性子線Nは、治療台38上の被照射体40へ照射される。

0024

水平型ステアリング12、水平垂直型ステアリング16,26は、例えば電磁石を用いて荷電粒子線Pのビーム発散を抑制するものである。同様に、四重極電磁石18,19,20,24,28は、例えば電磁石を用いて荷電粒子線Pのビーム軸調整を行うものである。4方向スリット14,30は、端のビームを切ることにより、荷電粒子線Pのビーム整形を行うものである。

0025

90度偏向電磁石22は、荷電粒子線Pの進行方向を90度偏向するものである。なお、90度偏向電磁石22には、切替部42が設けられており、切替部42によって荷電粒子線Pを正規軌道から外してビームダンプ44に導くことが可能になっている。ビームダンプ44は、治療前などにおいて荷電粒子線Pの出力確認を行う。

0026

電流モニタ32は、ターゲットTに照射される荷電粒子線Pの電流値(つまり、電荷,照射線量率)をリアルタイムで測定するものである。電流モニタ32は、荷電粒子線Pに影響を与えずに電流測定可能な非破壊型のDCCT(DC Current Transformer)が用いられている。この電流モニタ32には、後述のコントローラ100が接続されている。なお、「線量率」とは、単位時間当たりの線量を意味する(以下、同じ)。

0027

荷電粒子線走査部34は、荷電粒子線Pを走査し、ターゲットTに対する荷電粒子線Pの照射制御を行うものである。ここでの荷電粒子線走査部34は、例えば、荷電粒子線PのターゲットTに対する照射位置や、荷電粒子線Pのビーム径等を制御する。

0028

中性子線生成部36は、図2に示すように、荷電粒子線PをターゲットTに照射することにより中性子線Nを発生させ、該中性子線Nをコリメータ46を介して出射する。中性子線生成部36は、荷電粒子線Pを通すビームダクト48の下流端部に配設されたターゲットTと、ターゲットTで発生された中性子線Nを減速させる減速材50と、これらを覆うように設けられた遮蔽体52と、を含んで構成されている。

0029

ターゲットTは、荷電粒子線Pの照射を受けて中性子線Nを発生するものである。ここでのターゲットTは、例えば、ベリリウム(Be)により形成され、直径160mmの円板状を成している。減速材50は、中性子線Nのエネルギを減速させるものであり、例えば異なる複数の材料から成る積層構造とされている。遮蔽体52は、発生させた中性子線N、及び当該中性子線Nの発生に伴って生じたガンマ線等を外部へ放出されないよう遮蔽するものであり、床54に取り付けられている。

0030

図1戻り、中性子線照射装置1にあっては、上述したように、荷電粒子線Pの電流値をリアルタイムで測定可能な電流モニタ32を備え、この電流モニタ32にコントローラ100が接続されている。

0031

電流モニタ32は、荷電粒子線Pのビーム経路において、サイクロトロン10と中性子線生成部36との間に設けられている。具体的には、ここでの電流モニタ32は、ターゲットTに照射される荷電粒子線Pの照射線量を精度よく測定するため、90度偏向電磁石22による悪影響を排除すべく、荷電粒子線Pのビーム経路において90度偏向電磁石22と中性子線生成部36との間に設けられている。特に、本実施形態の電流モニタ32は、より好ましいとして、荷電粒子線Pのビーム経路の下流側(つまり、中性子線生成部36側)であって荷電粒子線走査部34の直前に配設されている。荷電粒子線走査部34はターゲットTに対して荷電粒子線Pを走査するため、電流モニタ32を荷電粒子線走査部34よりも下流側に配設するには大型の電流モニタ32が必要となる。これに対し、電流モニタ32を荷電粒子線走査部34よりも上流側に配設することで、電流モニタ32を小型化することができる。

0032

コントローラ100は、制御部102と、表示部104と、を含んで構成されている。制御部102は、電流モニタ32により測定された荷電粒子線Pの電流値から中性子線Nの照射線量を求め、該照射線量に基づき中性子線Nの照射を制御するものであり、例えばCPU、ROM及びRAM等により構成されている。表示部104は、制御部102で求められた中性子線Nの照射線量を表示するものであり、例えばディスプレイモニタが用いられている。

0033

ここで、本実施形態の中性子線照射装置1では、電流モニタ32及びコントローラ100により、例えば荷電粒子線Pの電流値と中性子線Nの照射線量率との間の比例関係図3参照)を利用し、以下の制御(制御方法)を実行する。

0034

すなわち、サイクロトロン10から出射された荷電粒子線PがターゲットTへ照射され、ターゲットTで生成された中性子線Nが被照射体40に照射されている最中において、電流モニタ32によって荷電粒子線Pの電流値をリアルタイムで測定する。これと共に、制御部102によって、測定された荷電粒子線Pの電流値を時間に関して逐次積分し、荷電粒子線Pの照射線量をリアルタイムで測定する。併せて、この荷電粒子線Pの照射線量を、下記(1)式に従って中性子線Nの照射線量へ変換する。つまり、荷電粒子線Pの照射線量から中性子線Nの照射線量を算出する。これにより、中性子線Nの照射中に、その照射線量がオンラインで測定されることとなる。
中性子線の照射線量 ∝ ∫I(t)dt …(1)
但し、I:荷電粒子線の電流値

0035

続いて、変換された中性子線Nの照射線量を表示部104にて表示させ、当該中性子線Nの照射線量を医師等のオペレータに報知する。そして、算出された中性子線Nの照射線量が計画値(照射を予定する所定の照射線量)に達したとき、制御部102により例えばサイクロトロン10の機能を停止させて荷電粒子線Pの生成を停止し、中性子線Nの生成及び被照射体40への照射を停止させる。

0036

以上、本実施形態においては、中性子線Nそのものを直接測定するのではなく、ターゲットTに照射する前の荷電粒子線Pの照射線量をリアルタイムで測定することで、中性子線Nの照射線量をオンライン(リアルタイム)で好適に測定し把握することが可能となる。その結果、例えば中性子線Nの照射中に照射線量率が変動したとしても、かかる変動に対応させ、計画値分の照射線量の中性子線Nを被照射体40に確実且つ精度よく照射することが可能となる。すなわち、中性子線Nの照射中に照射線量率が低くなったことを検出した場合には照射時間を長くし、逆に中性子線Nの照射中に照射線量率が高くなったことを検出した場合には照射時間を短くすることで、計画値分の照射線量の中性子線Nを確実且つ精度よく照射することが可能となる。よって、本実施形態によれば、中性子線Nの照射線量の精度を向上させることができる。

0037

また、このように本実施形態では、中性子線Nの照射線量をオンラインで把握できることから、従来のように、中性子線Nの照射線量を把握するに当たって中性子線Nの照射を一旦停止させる必要もなく、また、中性子線Nの照射線量が足りないために再照射することも抑制できる。よって、本実施形態によれば、治療時間(照射終了に至るまでの時間)を短縮させることが可能となり、装置稼動効率を向上させることができる。

0038

なお、本実施形態では、制御部102によってサイクロトロン10の機能を停止させたが、荷電粒子線Pのビーム経路上に設けられたシャッタ等を可動して荷電粒子線Pの照射を遮断してもよく、中性子線Nの照射を停止できればよい。さらに、制御部102は、中性子線Nの照射を停止させる制御を行うだけでなく、オンラインで測定された荷電粒子線Pの照射線量ひいては中性子線Nの照射線量に応じて、中性子線Nの照射線量率を大きくなるように又は小さくなるように中性子線Nの照射を制御してもよい。要は、制御部102は、荷電粒子線Pの照射線量に基づいて、被照射体40への中性子線Nの照射を制御すればよい。

0039

ちなみに、本実施形態では、好ましいとして、中性子線Nを実際に被照射体40に照射する前に、例えばターゲットTに対し荷電粒子線Pが確実に当たるよう荷電粒子線走査部34で荷電粒子線Pを走査する等によって、荷電粒子線Pの電流値と中性子線Nの照射線量率との上記比例関係(線形関係)を予め校正する場合がある。

0040

以上において、サイクロトロン10が荷電粒子線生成手段を構成し、中性子線生成部36が中性子線生成手段を構成する。電流モニタ32及び制御部102が測定手段を構成し、制御部102が制御手段及び変換部を構成し、表示部104が表示手段を構成する。

0041

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

0042

例えば、ターゲットTとしては、ベリリウムに限定されず、タンタル(Ta)やタングステン(W)等を用いてもよい。また、上記実施形態では、電流モニタ32を用いて荷電粒子線Pの電流値をリアルタイム測定しているが、これに限定されるものではなく、例えば以下のように荷電粒子線Pの電流値をリアルタイム測定してもよい。

0043

図4に示すように、変形例に係る中性子線照射装置では、中性子線生成部36に接続される上記ビームダクト48(図2参照)が、下流側(ターゲットT側)ビームダクト48xと上流側ビームダクト48yとに分けられている。そして、これらビームダクト48x,48yの間には、セラミック等の絶縁体で形成された環状のスペーサ56が介在され、これにより、下流側ビームダクト48xは、他の部位に対して電気的に絶縁化されている。この状態において、荷電粒子線PがターゲットTに照射されることでターゲットTにて生じ当該ターゲットTから下流側ビームダクト48xに流れる電流電流計58で測定することにより、ターゲットTに照射される荷電粒子線Pの照射線量をリアルタイムで測定してもよい。なお、下流側ビームダクト48xに流れる電流とターゲットTに照射される荷電粒子線Pの照射線量との関係は、予め求めておく。

0044

また、上記実施形態では、荷電粒子線Pの電流値を時間に関して積分することで荷電粒子線Pの照射線量をリアルタイムで測定すると共に、この荷電粒子線Pの照射線量を上記(1)式に従って中性子線Nの照射線量へ変換したが、これに限定されるものではない。例えば、荷電粒子線Pの電流値を中性子線Nの照射線量率へ変換すると共に、この中性子線Nの照射線量率を時間に関して積分することで荷電粒子線Pの照射線量を算出してもよい。この場合においても、実質的に、荷電粒子線Pの電流値が積分されることになり、荷電粒子線Pの照射線量がリアルタイムで測定されることとなる。

0045

また、上記実施形態では、サイクロトロン10を用いて荷電粒子を加速しているが、サイクロトロンに限らず、例えばシンクロトロンシンクロサイクロトロンライナック等の他の加速器を用いてもよい。

0046

また、上記実施形態では、90度偏向電磁石22を用いて荷電粒子線Pを90度偏向しているが、90度偏向磁石を用いず、荷電粒子線Pのビーム経路上におけるサイクロトロン10から中性子線生成部36まで各部位を一直線状に設置してもよい。

0047

また、上記実施形態では、算出された中性子線Nの照射線量が計画値に達したとき制御部102により自動的に中性子線Nの照射を停止しているが、医師等のオペレータが表示部104に表示させた中性子線Nの照射線量を確認して、オペレータが手動操作して中性子線Nの照射を停止してもよい。

0048

本発明によれば、中性子線の照射線量の精度を向上することが可能となる。

0049

1…中性子線照射装置、10…サイクロトロン(荷電粒子線生成手段)、32…電流モニタ(測定手段)、36…中性子線生成部(中性子線生成手段)、40…被照射体、102…制御部(制御手段,測定手段,変換部)、104…表示部(表示手段)、N…中性子線、P…荷電粒子線、T…ターゲット。

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