CN101829409B - 中子射线旋转照射装置 - Google Patents

Abstract

提供一种能够实现小型化的中子射线旋转照射装置。中子射线旋转照射装置(1)具有：中子产生部(2)，具有被照射离子束而产生中子的靶(7)；使中子減速的減速构件(9)；设置在中子产生部(2)的出射侧的准直器(3)；用于使离子束偏转的2个偏转电磁铁(4、5)；输送离子束的束管(6)。连通靶收容部(10)和束管(6C)的连通口(10a)配置在比靶收容部(10)的顶部(10b)更低的位置，离子束对靶(7)的照射方向(F1)和中子的射出方向(F2)所成的角度α是90°。

Description

中子射线旋转照射装置

技术领域

本发明涉及中子射线旋转照射装置。

背景技术

以往，作为治疗患者体内的癌症的装置，公知有照射质子射线或重子线等的带电粒子束装置(例如参照专利文献1)。该装置具有前级加速器、同步加速型加速器、旋转照射装置和控制装置，控制装置控制从前级加速器向同步加速型加速器的出射，以及在旋转照射装置中带电粒子束的输送等。然而，在该旋转照射装置中，通过第一个偏转电磁铁使从加速器射出(取り出し)的带电粒子束向旋转半径方向外侧偏转后，通过第二个偏转电磁铁使其向旋转半径方向内侧偏转，并且偏转角度为锐角，从而装置的最大旋转半径变大，使装置变得大型化。

专利文献1：日本特开平9-223600号公报

近年，硼中子俘获疗法(BNCT疗法)作为仅选择破坏癌细胞且副作用极少的治疗方法而受到关注。作为该BNCT疗法中所使用的中子射线旋转照射装置，提出了使用与上述的带电粒子束装置相同的结构的装置。然而，若BNCT疗法中的中子射线旋转照射装置使用相同的结构，则装置整体不可避免地变得大型化，存在不能实现小型化的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种能够实现小型化的中子射线旋转照射装置。

本发明的中子射线旋转照射装置，设置为能够相对于被照射体自由旋转，并且能够对上述被照射体照射中子射线，其特征在于，具备：靶，通过被照射离子束而产生中子；减速构件，对从上述靶产生的中子进行减速；射出口，使通过上述减速构件而被减速的中子向被照射体侧射出；偏转电磁铁，使向上述靶照射的离子束偏转；以及束管，将离子束输送至上述靶，离子束对上述靶的照射方向和中子的射出方向不同。

在本发明的中子射线旋转照射装置中，由于离子束对靶的照射方向和中子的射出方向不同，因此能够缩短装置在中子的射出方向上的长度。从而，能够减小中子射线旋转照射装置的旋转半径，从而实现中子射线旋转照射装置的小型化。

在本发明的中子射线旋转照射装置中，优选还具备靶收容部，该靶收容部与上述束管连通，并且收容上述靶，连通上述靶收容部和上述束管的连通口配置为比上述靶收容部的顶部更靠近旋转半径方向内侧。

根据该结构，不需要像以往那样通过偏转电磁铁使带电粒子束向旋转半径方向内方偏转一定角度(锐角)，从而能够减小装置的旋转半径，从而容易实现中子射线旋转照射装置的小型化。

在本发明的中子射线旋转照射装置中，优选离子束对上述靶的照射方向和中子的射出方向所成的角度在45°～150°的范围内。

根据该结构，能够使通过离子束的照射而产生的中子中的能量比较低的中子入射至减速构件中，能够缩短必要的减速构件的长度。其结果，能够进一步实现中子射线旋转照射装置的小型化。

在本发明的中子射线旋转照射装置中，优选上述偏转电磁铁的数量是1个。

根据该结构，能够实现中子射线旋转照射装置的小型化，并且能够减少中子射线旋转照射装置的成本。

发明效果

根据本发明，可提供一种能够实现小型化的中子射线旋转照射装置。

附图说明

图1是表示本发明的中子射线旋转照射装置的第1实施方式的概略图。

图2是图1所示的中子射线旋转照射装置的局部断面图。

图3是表示本发明的中子射线旋转照射装置的第2实施方式的概略图。

图4是图3所示的中子射线旋转照射装置的局部断面图。

图5是表示本发明的中子射线旋转照射装置的第3实施方式的概略图。

附图标记的说明

1、18、23…中子射线旋转照射装置，3…准直器(collimator)，4、5、21…偏转电磁铁，6、20…束管(beam duct)，7…靶(target)，9…减速构件，10、22…靶收容部，10a、22a…连通口，10b、22b…顶部，α…角度，F1、F3、F4…离子束对靶的照射方向，F2…中子的射出方向。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的中子射线旋转照射装置的优选实施方式进行详细说明。

[第1实施方式]

如图1所示，中子射线旋转照射装置1(以下，简称装置1)设置为相对于治疗台8上的患者(被照射体)P可自由旋转，是对患者P体内的癌细胞T照射中子射线的装置。该装置1具备：中子产生部2，具有被照射离子束从而产生中子的靶7；准直器3，设置在中子产生部2的出射侧；第1、第2偏转电磁铁4、5，使照射靶7的离子束偏转；向中子产生部2输送离子束的束管6(6A～6C)。中子产生部2、第1、第2偏转电磁铁4、5和束管6A～6C分别固定在旋转架24上。在旋转架24的外周配置有环(ring)25。该环25被设置在地面28上的辊26、27支撑着，并且能够以束管6A的中心轴为旋转轴而旋转。由此，装置1能够以束管6A的中心轴为旋转轴而旋转，并能够调整对于患者P的癌细胞T的照射方向。治疗台8被固定在地面25上的支撑台29支撑着，并且可沿箭头F5方向进入装置1的内部，或者离开装置1。

如图2所示，中子产生部2呈圆柱形状，主要包括沿中心轴L方向延伸的圆筒状的靶收容部10、配置在中央位置并且在中心轴L方向上延伸的减速构件9，以及包围减速构件9和靶收容部10的周围的反射构件11。

靶收容部10的一端与减速构件9接触，另一端与束管6C连通。该靶收容部10被反射构件11的反射层11A覆盖着。束管6与靶收容部10连通，并且从该束管6输送过来的离子束向靶7的照射方向F1与后述的中子的射出方向F2(中心轴L方向)不同。即，如图2所示，连通靶收容部10和束管6C的连通口10a的附近的束管6C的长度方向与中子的射出方向F2不同。在本实施方式中，束管6C以相对于中子的射出方向F2正交的方式与靶收容部10连通。在中心轴L方向上，连通靶收容部10和束管6C的连通口10a配置在比靶收容部10的顶部10b低的位置(即旋转半径方向内侧)。

平板状的靶7收容在靶收容部10的内部，配置为靶7的平面与离子束向靶7的照射方向F1正交。该靶7使用了铍、锂、钽、钨等的材质，一旦照射了由束管6C输送过来的离子束，就无定向地产生中子。然后，产生的中子中的一部分入射减速构件9。另外，作为离子束，可以列举出质子、氘核等。

减速构件9具有分别由不同材料构成的第1减速层12、第2减速层13、第3减速层14和第4减速层15，使从靶7产生的具有高能量的中子之中的入射进来的一部分中子减速，减速到被称为热或者热外的低能量的中子射线为止。这些减速层分别形成为圆板状，沿中心轴L方向从中子的入射侧开始到出射侧依次配置有第1减速层12、第2减速层13、第3减速层14、第4减速层15。

第1减速层12由铅构成，第2减速层13由铁构成。第2减速层13形成为比第1减速层12的外径大。第3减速层14由金属铝构成，形成为比第2减速层13的外径更大。第4减速层15是通过熔融具有氟化钙的原料而得到的，形成为具有与第3减速层14相同尺寸的外径。这样构成的减速构件9的外径沿着中心轴L方向从中子的入射侧向出射侧逐渐增大，对应于因与减速构件9的冲突而引起的中子的散乱范围扩大，减速构件9的断面面积增大，从而能够提高中子的减速效果。

反射构件11由铅构成，具有覆盖着靶收容部10且形成为圆筒状的反射层11A，以及分别形成为圆环状的4个反射层11B～11E。该反射构件11向内部反射中子，防止中子向外部泄露。沿中心轴L方向从中子的入射侧向出射侧依次配置反射层11B～11E，相邻的反射层11A～11E之间以紧密接触地方式被固定着。

反射层11A～11E为了使相邻的反射层11A～11E之间相互嵌入而形成为凹凸状。例如，在反射层11C中，在与反射层11B相邻一侧，设置了用于使反射层11B的凸部嵌入的凹部，在与反射层11D相邻一侧，设置有用于嵌入反射层11D的凹部的凸部。这样，在组装反射层11A～11E时，相邻的反射层11A～11E之间的定位变得容易，因此简化了组装作业。另外，通过形成上述那样的凹凸状，从而相邻的反射层11A～11E之间的界限形成为凹凸状，因此，与界限形成为直线状的情况相比，能够可靠地防止中子通过界限而向外部泄露。

在中子产生部2的出射端，设置了由参入了氟化锂的聚乙烯构成的遮蔽构件16和由铅构成的遮蔽构件17。遮蔽构件16形成为圆环状，以与第4减速层15紧密接触的方式而被固定，用于遮蔽不需要的中子。遮蔽构件17形成为圆板状，配置在遮蔽构件16的外侧，并固定在遮蔽构件16上。该遮蔽构件17的功能是遮蔽从靶2产生的γ射线等。

在遮蔽构件17的外侧设置有准直器3。该准直器3由参入氟化锂的聚乙烯形成为矩形形状，在其中央位置设有贯通孔(射出口)3a。

准直器3用于使中子聚束从而朝向患者P的癌细胞T射出，并且，通过减速构件9而被减速的具有低能量的中子通过准直器3而被聚束，沿着射出方向F2被输出，从而对患者P的癌细胞T进行集中照射。如图2所示，离子束向靶7的照射方向F1和中子的射出方向F2所成的角度α为90°。

在这样结构的装置1中，离子束经过束管6A，并通过第1偏转电磁铁4使束管6A弯曲一定角度(钝角)，通过第2偏转电磁铁5使束管6B弯曲一定角度(钝角)，入射至与束管6A平行的束管6C，直到输送至产生中子的靶7为止。而且，若对靶7照射离子束，则靶7产生中子，所产生的中子通过减速构件9而被减速，再被准直器3聚束，从垂直于患者P的体轴的方向向癌细胞T进行照射。而且，由于离子束向靶7的照射方向F1和中子的射出方向F2所成的角度α是90°，因此，能够缩短装置在中子的射出方向F2上的长度。因此，能够减小装置1的最大旋转半径，从而能够实现装置1的小型化。此外，靶收容部10与束管6C连通的连通口10a配置为比靶收容部10的顶部10b更靠近旋转半径方向内侧，因此不需要如以往那样通过偏转电磁铁使带电粒子束向旋转半径方向内方偏转一定角度(锐角)，能够进一步实现装置1的小型化。

此外，与例如离子束向靶7的照射方向F1与中子的射出方向F2相同的情况(即，角度α是0°的情况)相比，由于角度α是90°，因此，能够使通过离子束的照射而产生的中子中的能量比较低的中子入射至减速构件9中。由此，能够缩短必要的减速构件9的长度，进一步实现装置1的小型化。

[第2实施方式]

如图3以及图4所示，第2实施方式中的中子射线旋转照射装置18和第1实施方式中的装置1的区别在于，离子束对靶7的照射方向F3和中子的射出方向F2所成的角度α是135°，并且，设置了一个偏转电磁铁21。其他的结构与装置1的结构相同，在此标注相同的附图标记，并省略重复的说明。

如图3所示，中子射线旋转照射装置18具有：中子产生部19，具有通过照射离子束而产生中子的靶7；准直器3，设置在中子产生部19的出射侧；一个偏转电磁铁21，用于使向靶7照射的离子束偏转；束管20(20A、20B)，向中子产生部19输送离子束。偏转电磁铁21与装置1中的第1、第2偏转电磁铁4、5相同，束管20与束管6相同。

如图4所示，中子产生部19的靶收容部22形成为圆筒状，在其侧壁插通有用于输送离子束的束管20B。束管20B斜着连通靶收容部22，并且离子束对靶7的照射方向F3和中子的射出方向F2所成的角度α是135°。而且，在中心轴L方向上，连通靶收容部22和束管20B的连通口22a配置为比靶收容部22的顶部22b更靠近旋转半径方向内侧。

根据该结构，中子射线旋转照射装置18除了能够得到与第1实施方式的装置1相同的效果之外，由于角度α是135°，因此与第1实施方式(即，角度α是90°的情况)相比，能够使通过离子束的照射而产生的中子之中的能量更低的中子入射至减速构件9，从而能够更进一步地缩短必要的减速构件9的长度，能够进一步地实现中子射线旋转照射装置18的小型化。此外，由于仅设置了一个使离子束偏转的偏转电磁铁21，因此能够减少中子射线旋转照射装置18的成本。此外，能够进一步减小中子射线旋转照射装置18的装置最大旋转半径。

[第3实施方式]

如图5所示，第3实施方式中的中子射线旋转照射装置23和第1实施方式的装置1之间的区别在于，从相对于患者P的体轴而倾斜的方向向癌细胞T照射中子射线，离子束对靶7的照射方向F4和中子的射出方向F2所成的角度α是45°。其他的结构与装置1的结构相同，标注相同的附图标记，并省略了重复的说明。而且，在例如从垂直于患者P的体轴的方向对癌细胞T进行照射的情况下，可能存在破换周边的正常的组织的危险，但根据这样的结构，中子射线旋转照射装置23除了能够得到与第1实施方式的装置1相同的效果之外，由于能够从相对于患者P的体轴而倾斜的方向对癌细胞T照射中子射线，通过这样的倾斜照射，能够避开正常的组织对癌细胞T进行照射。其结果，能够提高中子射线旋转照射装置23的应用性。

本发明不仅限定于上述的实施方式。例如，在束管6、20上也可以使用用于使离子束聚束的四极电磁铁、螺线管电磁铁等。此外，在上述的实施方式中，也可以为了防止对患者P进行不必要的放射线照射而在治疗台8的周围设置放射线遮蔽板。

Claims (3)

1.一种中子射线旋转照射装置，设置为能够相对于被照射体自由旋转，并且能够对上述被照射体照射中子射线，其特征在于，具备：

中子产生部，该中子产生部具有被照射离子束而产生中子的靶以及对从上述靶产生的中子进行减速的减速构件；

准直器，设置在上述中子产生部的出射侧；

偏转电磁铁，使向上述靶照射的离子束偏转；

束管，将离子束输送至上述靶；以及

旋转架，上述中子产生部、上述偏转电磁铁和上述束管固定在该旋转架上，

上述准直器设有射出口，该射出口用于将被上述减速构件减速后的中子向被照射体侧射出，

离子束对上述靶的照射方向和中子的射出方向所成的角度在45°～150°的范围内。

2.如权利要求1所述的中子射线旋转照射装置，其特征在于，

上述中子产生部还具备靶收容部，该靶收容部与上述束管连通，并且收容上述靶，

连通上述靶收容部和上述束管的连通口配置为比上述靶收容部的顶部更靠近旋转半径方向内侧。

3.如权利要求1或2所述的中子射线旋转照射装置，其特征在于，

上述偏转电磁铁的数量是1个。

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