CN105079982B - 中子捕捉疗法装置及核转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于提供一种能够检测带电粒子束相对于靶的照射位置是否正常的中子捕捉疗法装置。一种中子捕捉疗法装置(1A)，其具备：加速器(10)，射出带电粒子束(P)；靶(T)，受到带电粒子束(P)的照射而产生中子束(N)；射束传输线路(48)，向靶(T)传输从加速器(10)射出的带电粒子束(P)；及电流检测部(60)，检测带电粒子束(P)的电流值，电流检测部(60)在射束传输线路(48)的内部以与射束传输线路(48)的内壁(48a)绝缘的状态沿着内壁(48a)设置。

Description

中子捕捉疗法装置及核转换装置

技术领域

本申请主张基于2014年5月20日申请的日本专利申请第2014-104273号的优先权。其申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

本发明涉及一种对被照射体照射中子束的中子捕捉疗法装置及核转换装置。

背景技术

以往，作为在照射中子束来杀灭癌细胞的中子捕捉疗法中使用的装置，已知有专利文献1中记载的装置。专利文献1中记载的中子捕捉疗法装置具备有：加速器，射出带电粒子束；靶，通过被照射带电粒子束，产生中子束；及射束传输线路，向靶传输在加速器中射出的带电粒子束。

专利文献1：国际公开WO2012/014671号说明书

上述专利文献1中记载的中子捕捉疗法装置中，通过电流表检测照射于靶的带电粒子束的总量，但是存在无法检测带电粒子束相对于靶的照射位置是否正常的问题。

并且，中子捕捉疗法中使用的带电粒子束的电流值与质子束治疗装置相比，非常高。因此，若将在质子束治疗装置等中使用的线栅式射束位置监视器适用于中子捕捉疗法装置中，则可能会导致射束位置监视器因暴露于高电流值的带电粒子束而劣化。因此，很难在中子捕捉疗法装置中利用这种射束位置监视器。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能够检测带电粒子束相对于靶的照射位置是否正常的中子捕捉疗法装置及核转换装置。

为了解决上述课题，本发明所涉及的中子捕捉疗法装置具备：加速器，射出带电粒子束；靶，受到带电粒子束的照射而产生中子束；射束传输线路，向靶传输从加速器射出的带电粒子束；及电流检测部，检测带电粒子束的电流值，电流检测部在射束传输线路的内部以与射束传输线路的内壁绝缘的状态沿着内壁设置。

并且，本发明所涉及的核转换装置具备：加速器，射出带电粒子束；靶，受到带电粒子束的照射，通过核散裂反应产生规定的原子核或中子；射束传输线路，向靶传输从加速器射出的带电粒子束；及电流检测部，检测带电粒子束的电流值，电流检测部在射束传输线路的内部以与射束传输线路的内壁绝缘的状态沿着内壁设置。

本发明所涉及的中子捕捉疗法装置及核转换装置中，检测带电粒子束的电流值的电流检测部在射束传输线路的内部以与射束传输线路的内壁绝缘的状态沿着内壁设置，因此能够检测靠近该内壁的低电流区域的带电粒子束的电流值。因此，电流检测部不易暴露于高电流区域中的带电粒子束，因此劣化得到抑制。因此，能够根据通过这种电流检测部检测出的电流值检测带电粒子束相对于靶的照射位置是否正常。

并且，本发明所涉及的中子捕捉疗法装置中，电流检测部可形成为环状。此时，通过环状的简单结构的电流检测部，能够检测围绕高电流区域的带电粒子束的低电流区域的带电粒子束的微小电流值。

并且，本发明所涉及的中子捕捉疗法装置中，电流检测部可沿着内壁设置有多个。此时，能够通过多个电流检测部检测带电粒子束的电流值。因此，根据以各电流检测部检测出的电流值，得知异常状态下的带电粒子束与哪一个电流检测部接触。由此，能够获得与异常状态下的带电粒子束射向哪一个电流检测部的位置有关的信息。

并且，本发明所涉及的中子捕捉疗法装置中，电流检测部可设置成从射束传输线路的内壁侧向射束传输线路的内部突出。此时，沿着射束传输线路的内壁的电流检测部设置成从该内壁侧向射束传输线路的内部突出，因此能够适宜地检测围绕高电流区域的带电粒子束的低电流区域的带电粒子束的微小的电流值。

并且，本发明所涉及的中子捕捉疗法装置中，还可具备控制部，其根据通过电流检测部检测出的电流值的大小，控制带电粒子束的照射。此时，能够在带电粒子束相对于靶的照射位置正常时将通过电流检测部检测出的电流值作为基准电流值，在检测出小于该基准电流值的下限值以下的电流值或大于该基准电流值的上限值以上的电流值时，视作带电粒子束相对于靶的照射位置异常，通过控制部控制带电粒子束的照射。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够检测带电粒子束是否相对于靶照射到正常的位置的中子捕捉疗法装置及核转换装置。

附图说明

图1是表示第1实施方式的中子捕捉疗法装置的结构的图。

图2是表示图1的中子捕捉疗法装置中的中子束生成部的概要立体图。

图3是表示图2所示的电流检测部的概要结构的侧剖视图。

图4是沿着图3所示的IV-IV线的横剖视图。

图5是表示图2所示的电流检测部的安装结构的一例的侧剖视图。

图6是表示带电粒子束相对于靶的照射位置的异常状态的示意图。

图7是第2实施方式所涉及的中子捕捉疗法装置所具备的电流检测部的与图4对应的横剖视图。

图中：1A、1B-中子捕捉疗法装置，10-加速器，48-射束传输线路，48a-内壁，60-电流检测部，102-控制部，P-带电粒子束，N-中子束，T-靶。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明所涉及的中子捕捉疗法装置的实施方式进行说明。另外，以下说明中，对相同或相应要素赋予相同符号，并省略重复说明。

(第1实施方式)

首先，利用图1及图2对第1实施方式所涉及的中子捕捉疗法装置的概要进行说明。本实施方式所涉及的中子捕捉疗法装置例如为利用硼中子捕捉疗法来进行癌症治疗的中子捕捉疗法装置。如图1及图2所示，中子捕捉疗法装置1A向注射有硼(¹⁰B)的患者等被照射体40照射中子束N。

中子捕捉疗法装置1A具备加速器10。加速器10是使质子等带电粒子加速来生成质子束(质子射束)以作为带电粒子束P的加速器。本实施方式中，作为加速器10采用回旋加速器。加速器10例如具有生成射束半径为40mm、60kW(＝30MeV×2mA)的带电粒子束P的能力。另外，作为加速器10，可使用同步加速器、同步回旋加速器或直线加速器等其他加速器来代替回旋加速器。

从加速器10射出的带电粒子束P依次通过水平型转向器12、四向切割器14、水平垂直型转向器16、四极电磁铁18、19、20、90度偏转电磁铁22、四极电磁铁24、水平垂直型转向器26、四极电磁铁28、四向切割器30、电流监视器32、带电粒子束扫描部34，引导至中子束生成部36。该带电粒子束P在中子束生成部36中照射于靶T，由此产生中子束N。中子束N照射到治疗台38上的被照射体40。

水平型转向器12、水平垂直型转向器16、26例如使用电磁铁来抑制带电粒子束P的射束的发散。同样地，四极电磁铁18、19、20、24、28例如使用电磁铁进行带电粒子束P的射束轴调整。四向切割器14、30通过切掉端部的射束来进行带电粒子束P的射束整形。

90度偏转电磁铁22对带电粒子束P的行进方向进行90度偏转。另外，90度偏转电磁铁22上设置有切换部42，能够通过切换部42使带电粒子束P离开正规轨道而引导至射束收集器44。射束收集器44在治疗前等进行带电粒子束P的输出确认。

电流监视器32实时测定照射于靶T的带电粒子束P的电流值(即，电荷、照射剂量率)。作为电流监视器32，使用不会对带电粒子束P带来影响就能够测定电流的非破坏型DCCT(DC Current Transformer)。该电流监视器32上连接有控制器100。另外，“剂量率”表示每单位时间的剂量(下同)。

控制器100由控制部102及显示部104而构成。控制部102根据通过电流监视器32测定出的带电粒子束P的电流值求出中子束N的照射剂量，并根据该照射剂量控制中子射束N的照射，例如由CPU、ROM及RAM等构成。显示部104显示由控制部102求出的中子束N的照射剂量，例如使用显示器或监视器。

带电粒子束扫描部34扫描带电粒子束P，并进行带电粒子束P相对于靶T的照射控制。其中，带电粒子束扫描部34例如控制带电粒子束P相对于靶T的照射位置和带电粒子束P的射束束径等。通过带电粒子束扫描部34，带电粒子束P进行摆动动作，或者带电粒子束P的射束束径变大，由此靶T上的带电粒子束P的照射区域变宽。另外，摆动动作是指如下动作，即，使一定射束束径的带电粒子束P的射束轴周期性地移动，通过该周期性的移动扩大带电粒子束P相对于靶T的照射面积。

如图2所示，中子束生成部36通过将带电粒子束P照射于靶T来产生中子束N，经由准直器46射出该中子束N。中子束生成部36由如下部件构成：靶T，配置于传输带电粒子束P的射束传输线路48的下游端部；减速剂50，使在靶T中产生的中子束N减速；及屏蔽体52，设置成覆盖靶及减速剂。

靶T受到带电粒子束P的照射而产生中子束N。其中，靶T例如由铍(Be)形成，呈直径为160mm的圆板状。减速剂50使中子束N的能量减速，例如设为由多个不同材料构成的层叠结构。屏蔽体52屏蔽所产生的中子束N及随着该中子束N的产生而产生的γ射线等向外部放出，且安装于地面54。另外，靶T不限于固体(板状)，也可以是液体。

如图2所示，本实施方式所涉及的中子捕捉疗法装置1A中，在射束传输线路48的内部具备检测带电粒子束P的电流值的电流检测部60。电流检测部60在射束传输线路48的内部配设于带电粒子束扫描部34与中子束生成部36之间的位置。电流检测部60上例如经由配线连接有示波器。示波器显示与通过电流检测部60检测出的电流值对应的波形。根据该示波器的波形，观测通过电流检测部60检测出的电流值。

电流检测部60连接于上述控制部102。控制部102根据通过电流检测部60检测出的带电粒子束P的电流值控制带电粒子束P的照射。另外，对于控制部102的具体控制方法，将进行后述。

接着，参考图3及图4对电流检测部60的结构进行详细说明。图3是表示图2所示的电流检测部60的概要结构的侧剖视图。图4是沿着图3所示的IV-IV线的横剖视图。如图3及图4所示，电流检测部60沿着内壁48a形成为环状。

电流检测部60以大致恒定宽度沿着内壁48a的周向延伸，具有以与内壁48a的曲率大致相同的曲率弯曲的外周面及内周面。电流检测部60在从射束传输线路48的轴向观察时在内壁48a的内侧呈环状(参考图4)。本实施方式中，内壁48a为圆筒状的形状，因此电流检测部60形成为圆形。电流检测部60在射束传输线路48的径向上的中央侧区域具有开口部60a，以作为供高电流的带电粒子束通过的开口。

电流检测部60的内径例如为14～17cm，电流检测部60的外径例如为16～19cm。电流检测部60在射束传输线路48内例如配置于距靶T有35cm左右的位置。

电流检测部60通过与带电粒子束P接触来检测带电粒子束P的电流。电流检测部60具有导电性且由不易由热熔融的物质形成。例如，电流检测部60由石墨等碳材料或纯铜等形成。

其中，如图3所示，通过射束传输线路48的内部的带电粒子束P的分布中包含电流值(照射剂量率)较大的高电流区域R1及电流值(照射剂量率)较小的低电流区域R2。低电流区域R2是围绕高电流区域R1的周围，且当带电粒子束P相对于靶T的照射位置为正常状态时，比高电流区域R1更靠近内壁48a的区域。

高电流区域R1例如为1～1.5mA左右的电流值的区域。低电流区域R2例如为2～3μA左右的电流值区域。即，低电流区域R2是高电流区域R1的电流值的例如约0.2％左右的大小的电流值区域。

电流检测部60设置成从内壁48a侧向射束传输线路48的内部突出。即，电流检测部60的内径设定为至少小于内壁48a的内径，由此构成为电流检测部60沿着射束传输线路48向内轴侧突出。由此，构成为电流检测部60的环状端面以作为带电粒子束P的检测面而露出于射束传输线路48内的状态配置。

电流检测部60形成为，在带电粒子束P相对于靶T的照射位置正常的状态下，与低电流区域R2的带电粒子束P接触。电流检测部60通过与低电流区域R2的带电粒子束P接触，检测该带电粒子束P的微小的电流值。

例如形成为，带电粒子束P相对于靶T的照射位置正常的状态下，通过带电粒子束扫描部34扩大带电粒子束P的射束束径时，电流检测部60在电流检测部60的周向的任意位置始终与低电流区域R2的带电粒子束P接触。并且形成为，带电粒子束P相对于靶T的照射位置正常的状态下，通过带电粒子束扫描部34，带电粒子束P进行摆动动作时，电流检测部60在电流检测部60的周向的任意位置均与低电流区域R2的带电粒子束P接触。

电流检测部60形成为，在带电粒子束P相对于靶T的照射位置正常的状态下，不与高电流区域R1的带电粒子束P相接。带电粒子束P相对于靶T的照射位置正常的状态下，高电流区域R1的带电粒子束P通过电流检测部60的开口部60a内部。

接着，参考图5对电流检测部60的安装结构的一例进行说明。图5是表示图2所示的电流检测部60的安装结构的一例的侧剖视图。如图5所示，电流检测部60经由绝缘部件5安装于形成在射束传输线路48的内壁48a上的突部48b。电流检测部60以在与突部48b之间夹着绝缘部件5的状态通过螺钉3安装于突部48b。即，电流检测部60以与射束传输线路48的内壁48a绝缘的状态设置。电流检测部60与突部48b的固定部位在从射束传输部48所延伸的方向观察时，分别隔开间隔而设置有多个。另外，内壁48a与电流检测部60的外周面为了使内壁48a与电流检测部60绝缘而分开。

接着，对控制部102根据通过电流检测部60检测出的电流值进行的控制方法进行详细说明。

首先，参考图3，对带电粒子束P相对于靶T的照射位置为正常状态的情况进行说明。如图3所示，带电粒子束P相对于靶T的照射位置正常的状态下，电流检测部60与低电流区域R2的带电粒子束P接触。由此，电流检测部60检测该带电粒子束P的微小电流值(例如，2μA)。

控制部102在通过电流检测部60检测到这种正常状态下的电流值(以下，还称为基准电流值)时，控制成以此状态继续照射带电粒子束P。

接着，参考图6对带电粒子束P相对于靶T的照射位置为异常状态的情况进行说明。图6是表示带电粒子束P相对于靶T的照射位置异常的状态的示意图。

如图6(a)所示，例如由于四极电磁铁18、19、20、24、28或带电粒子束扫描部34的不良情况等，带电粒子束P的射束束径未正常扩展时，或带电粒子束P的摆动动作未正常发挥功能时，电流检测部60无法与低电流区域R2的带电粒子束P接触。由此，通过电流检测部60检测出的电流值成为小于基准电流值的下限值(例如，1μA～0μA)以下的值。

如图6(b)所示，例如由于水平型转向器12、水平垂直型转向器16、26、四极电磁铁18、19、20、24、28、90度偏转电磁铁22或带电粒子束扫描部34的不良情况等，带电粒子束P的射束轴偏离正常情况下的射束轴A1而变成射束轴A2时，会导致高电流区域R1的带电粒子束P的一部分与电流检测部60接触。由此，通过电流检测部60检测出的电流值成为大于基准电流值的上限值(例如，5μA)以上的值。

当通过电流检测部60检测出如图6(a)及(b)的异常状态的电流值时，控制部102根据该电流值，停止带电粒子束P的照射。具体而言，如图6(a)的情况，在几乎检测不出电流值时，控制部102视作带电粒子束P相对于靶T的照射位置为异常状态，从而停止带电粒子束P的照射。并且，如图6(b)的情况，在检测出的电流值的大小成为大于基准电流值的上限值以上时，控制部102视作带电粒子束P相对于靶T的照射位置为异常状态，从而停止带电粒子束P的照射。

另外，控制部102例如通过控制产生带电粒子束P的加速器10内的射束选择器(未图示)来停止带电粒子束P的照射。并且，控制部102不仅停止带电粒子束P的照射，例如还可根据异常状态的电流值进行反馈控制，以使带电粒子束P相对于靶T的照射位置变成正常状态。

接着，对本实施方式所涉及的中子捕捉疗法装置1A的作用效果进行说明。

现有的中子捕捉疗法装置中，通过电流表检测照射于靶的带电粒子束的总量，但是存在无法检测带电粒子束相对于靶的照射位置是否正常的问题。

因此，例如由于扩展照射区域的电磁铁的不良情况等，带电粒子束集中于靶的中央部时，无法检测该异常，有可能导致直接超过靶的热性极限。并且，由于射束传输用电磁铁的不良情况等，带电粒子束的行进方向偏离时，无法检测该异常，有可能对形成射束传输线路的真空管持续照射带电粒子束，而导致真空管因热而融化。

并且，中子捕捉疗法中采用的带电粒子束的电流值与质子束治疗装置相比，非常高。因此，若将例如在质子束治疗装置等中使用的线栅式射束位置监视器适用于中子捕捉疗法装置中，则有可能使射束位置监视器暴露于高电流值的带电粒子束而导致劣化。因此，很难在中子捕捉疗法装置中利用这种射束位置监视器。

而根据本实施方式所涉及的中子捕捉疗法装置1A，检测带电粒子束P的电流值的电流检测部60在射束传输线路48的内部以与射束传输线路48的内壁48a绝缘的状态沿着内壁48a设置，因此能够检测靠近该内壁48a的低电流区域R2中的带电粒子束P的电流值。因此，电流检测部60不易暴露于高电流区域R1中的带电粒子束P，因此劣化得到抑制。因此，根据通过这种电流检测部60检测出的电流值，能够检测带电粒子束P相对于靶T的照射位置是否正常。

通常，中子捕捉疗法装置中采用的带电粒子束的电流值极高，但根据本实施方式所涉及的中子捕捉疗法装置1A，电流检测部60沿着射束传输线路48的内壁48a设置，因此能够检测围绕高电流区域R1的带电粒子束P的低电流区域R2的带电粒子束P的微小电流值，并能够有效地抑制由于电流检测部60暴露于高电流区域R1的带电粒子束P引起的电流检测部60的劣化。

中子捕捉疗法装置1A中，能够通过环状的简单结构的电流检测部60，检测围绕高电流区域R1的带电粒子束P的低电流区域R2的带电粒子束P的微小电流值。

中子捕捉疗法装置1A中，由于沿着射束传输线路48的内壁48a的电流检测部60设置成从该内壁48a侧向射束传输线路48的内部突出，因此适合检测围绕高电流区域R1的带电粒子束P的低电流区域R2的带电粒子束P的微小电流值。

而且，中子捕捉疗法装置1A中，控制部102根据通过电流检测部60检测出的电流值的大小控制带电粒子束P的照射。因此，将在带电粒子束P相对于靶T的照射位置正常时通过电流检测部60检测的电流值作为基准电流值，当检测出小于该基准电流值的下限值以下的电流值或大于该基准电流值的上限值以上的电流值时，视作带电粒子束P相对于靶T的照射位置异常，能够通过控制部102控制带电粒子束P的照射。

另外，通常在摆动动作时，能够获得带电粒子束P照射于沿着射束传输线路48的周向的哪一位置的周向上的照射位置信息。因此，因摆动动作的异常而检测出照射位置的异常状态时，使通过电流检测部60检测出的电流值与基于摆动动作的周向上的照射位置信息同步，由此能够在表示异常状态的电流值时，获得带电粒子束P照射于沿着射束传输线路48的周向的哪一位置的信息。

(第2实施方式)

接着，对第2实施方式所涉及的中子捕捉疗法装置的结构进行说明。本实施方式的说明中，主要针对与上述第1实施方式的不同点进行说明。

本实施方式所涉及的中子捕捉疗法装置1B与第1实施方式同样地具备有加速器10、靶T及射束传输线路48(参考图1)。该中子捕捉疗法装置1B具备多个电流检测部，在这一点上与第1实施方式所涉及的中子捕捉疗法装置1A不同。以下，参考图7对本实施方式所涉及的电流检测部的结构进行说明。图7是第2实施方式所涉及的中子捕捉疗法装置1B所具备的电流检测部的与图4对应的横剖视图。

如图7所示，第2实施方式所涉及的中子捕捉疗法装置1B例如具备沿着内壁48a的4个电流检测部61。各电流检测部61之间分别通过绝缘部件5绝缘。各电流检测部61检测各自接触的低电流区域R2的带电粒子束P的电流值。

以上，本实施方式所涉及的中子捕捉疗法装置1B中，与上述第1实施方式同样地，能够根据所检测出的电流值检测带电粒子束P相对于靶T的照射位置是否正常。

而且，根据中子捕捉疗法装置1B，能够通过多个电流检测部61检测带电粒子束P的电流值。因此，根据通过各电流检测部61检测出的电流值，得知处于异常状态的带电粒子束P与哪一个电流检测部61接触。由此，能够获得处于异常状态的带电粒子束P射向任一个电流流检测部61的位置的信息。

以上，对本实施方式的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，可在不改变各权利要求中记载的宗旨的范围内进行变形或适用于其他装置。

上述实施方式中设为，通过控制部102进行带电粒子束P相对于靶T的照射位置为异常状态时的控制，但是并不限于此。例如，可由根据示波器的波形观测通过电流检测部60、61检测出的电流值的中子捕捉疗法装置1A、1B的操作者，在观测到异常状态的电流值时立即停止带电粒子束P的照射等。

上述实施方式中，对中子捕捉疗法装置1A、1B进行了叙述，但是可以是放射性同位素制造装置、利用核散裂反应的核转换装置，以代替中子捕捉疗法装置。此时，核转换装置与中子捕捉疗法装置1A、1B同样地，具备：加速器10，射出带电粒子束P；靶T，受到带电粒子束P的照射，通过核散裂反应产生各种原子核或中子；射束传输线路48，传输从加速器10射出的带电粒子束P；及电流检测部60，检测带电粒子束P的电流值，电流检测部60在射束传输线路48的内部以与内壁48a绝缘的状态沿着内壁48a设置。

Claims (5)

1.一种中子捕捉疗法装置，其中，

所述中子捕捉疗法装置具备：

加速器，射出带电粒子束；

靶，受到所述带电粒子束的照射而产生中子束；

射束传输线路，向所述靶传输从所述加速器射出的所述带电粒子束；

电流检测部，检测所述带电粒子束的电流值；及

控制部，基于由所述电流检测部检测出的电流值的大小控制所述带电粒子束的照射，

所述电流检测部在所述射束传输线路的内部以与所述射束传输线路的内壁绝缘的状态沿着所述内壁设置，

所述控制部在由所述电流检测部检测出的电流值为预先确定的下限值以及上限值的范围外时，判定为所述带电粒子束的对所述靶的照射位置为异常状态。

2.根据权利要求1所述的中子捕捉疗法装置，其中，

所述电流检测部形成为环状。

3.根据权利要求1所述的中子捕捉疗法装置，其中，

所述电流检测部沿着所述内壁设置有多个。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的中子捕捉疗法装置，其中，

所述电流检测部设置成从所述射束传输线路的所述内壁侧向所述射束传输线路的内部突出。

5.一种核转换装置，其中，

所述核转换装置具备：

加速器，射出带电粒子束；

靶，受到所述带电粒子束的照射，通过核散裂反应产生规定的原子核或中子；

射束传输线路，向所述靶传输从所述加速器射出的所述带电粒子束；

电流检测部，检测所述带电粒子束的电流值；及

控制部，基于由所述电流检测部检测出的电流值的大小控制所述带电粒子束的照射，

所述电流检测部在所述射束传输线路的内部以与所述射束传输线路的内壁绝缘的状态沿着所述内壁设置，

所述控制部在由所述电流检测部检测出的电流值为预先确定的下限值以及上限值的范围外时，判定为所述带电粒子束的对所述靶的照射位置为异常状态。