JP2006098056A

JP2006098056A - 粒子線照射システム

Info

Publication number: JP2006098056A
Application number: JP2004280803A
Authority: JP
Inventors: Shunji Kakiuchi; 俊二垣内; Kikuo Umegaki; 菊男梅垣; Kazuo Hiramoto; 和夫平本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-09-28
Filing date: 2004-09-28
Publication date: 2006-04-13
Also published as: US20060065855A1; US7141810B2

Abstract

【課題】
稼働率を向上できる粒子線照射システムを提供することにある。
【解決手段】
陽子線ライナック１から出射されたイオンビームは、スイッチング電磁石５によって
９０度偏向され、ビーム輸送系９を経てＲＩ製造装置１０に導かれる。ＲＩ製造装置１０内ではそのイオンビームによってＲＩが製造される。陽子線ライナック３からのイオンビームは、スイッチング電磁石５によって９０度偏向され、ビーム輸送系６を経てシンクロトロン７に導かれる。シンクロトロン７から出射されたイオンビームは照射装置１２から患者に照射される。陽子線ライナック３が異常状態になった場合には、その運転を停止して保守点検を行う。このとき、陽子線ライナック１から出射されたイオンビームは、スイッチング電磁石５によってＲＩ製造装置１０およびシンクロトロン７に交互に導かれる。
【選択図】図１

Description

本発明は、粒子線照射システムに係り、特に、Positron Emission Tomography（陽電子放射断層撮影。以下、ＰＥＴという）装置による検査時に被検診者（被検体）に投与される放射性薬剤（ＰＥＴ薬剤という）に用いられるフッ素１８等の放射性同位元素（ＲＩ）の製造、及びがん治療に用いるのに好適な粒子線照射システムに関する。

がんを治療する陽子線がん治療装置は、入射器である数ＭｅＶ〜１０ＭｅＶまでの加速能力を有する線形加速器（ライナック）及びシンクロトロンを含むイオンビーム加速系、またはサイクロトロンを含むイオンビーム加速系を用いることが知られている。ＰＥＴ用薬剤製造装置は、７ＭｅＶ〜数１０ＭｅＶまでの加速能力を持つサイクロトロン（または線形加速器）で陽子ビームを加速し、ターゲットに照射して陽電子を放出する放射性同位元素を生成する。

従来は、がんの治療とその診断に利用分野が分かれていることもあり、陽子線がん治療装置を用いる施設及びＰＥＴ用薬剤製造装置を用いる施設はそれぞれ単独で建設された。近年、ＰＥＴ装置及び陽子線がん治療装置のそれぞれの普及に伴い、治療効果を精度良く診断し、更に治療効果を上げるための治療計画が求められている。陽子線がん治療装置とＰＥＴ装置を併設しようとする傾向が出てきた。ＰＥＴ装置の設置には、ＰＥＴ薬剤に用いるＲＩ（例えば、フッ素１８）の半減期が非常に短いため、ＰＥＴ用薬剤製造装置、すなわちＲＩ製造装置を併設する必要がある。

陽子線がん治療装置及びＲＩ製造装置の併設の例が、特許文献１および特許文献２に記載されている。特許文献１及び２は、線形加速器及びシンクロトロンを有する治療システムに、線形加速器から出射されたイオンビームをＲＩ製造装置に導いてＲＩを製造することを記載している。すなわち、特許文献１及び２に記載された治療システムは、線形加速器、ＲＩ製造装置及びシンクロトロンを備えている。この治療システムは、線形加速器の下流にビーム経路切替装置である切替電磁石を備え、この切替電磁石により線形加速器から出射されたイオンビームをシンクロトロンまたはＲＩ製造装置に導く。患者にイオンビームを照射するときは、線形加速器から出射されたイオンビームは、切替電磁石によりシンクロトロンに導かれ、シンクロトロンで所定のエネルギーになるまで加速され、患者に照射される。ＲＩを製造する場合には、線形加速器から出射されたイオンビームは、切替電磁石によりＲＩ製造装置に導かれ、ＲＩ製造装置内でターゲットに照射される。

特許文献１に記載された粒子線照射システムは、線形加速器から出射されたイオンビームを、切替電磁石の切替え操作によってシンクロトロンまたはＲＩ製造装置に導く構成を有する。

特開２００１−８５２００号公報

そのような従来の粒子線照射システムは、線形加速器にトラブルが発生した場合、線形加速器の点検，補修を行う必要がある。このため、イオンビームを用いた患者の治療ができなくなる。また、ＲＩ製造もできなくなり、ＰＥＴ薬剤を用いた診断もストップしてしまう。

本発明の目的は、稼働率を向上できる粒子線照射システムを提供することにある。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、荷電粒子ビームを出射する一方の第１加速器と、荷電粒子ビームを出射する他方の第１加速器と、放射線同位元素製造装置と、第２加速器と、一方の第１加速器から出射された荷電粒子ビームを放射線同位元素製造装置および第２加速器のうちの一方に導き、他方の第１加速器から出射された荷電粒子ビームを放射線同位元素製造装置および第２加速器のうちの他方に導くビーム経路切替え装置と、第２加速器から出射された荷電粒子ビームが導かれる照射装置とを備えたことにある。

一方の第１加速器から出射された荷電粒子ビームを、ビーム経路切替え装置の切替えにより、放射線同位元素製造装置および第２加速器のうちの一方に導き、他方の第１加速器から出射された荷電粒子ビームを、ビーム経路切替え装置の切替えにより放射線同位元素製造装置および第２加速器のうちの他方に導くことができ、一方の第１加速器および他方の第１加速器の１つが異常状態になったとき、残りの正常な第１加速器から放射線同位元素製造装置および第２加速器に交互に荷電粒子ビームを導くことができる。異常状態の第１加速器に対する保守点検は、残りの第１加速器の運転時に実施することができ、粒子線照射システムの運転停止期間を短縮できる。すなわち、粒子線照射システムの稼働率を向上できる。

本発明によれば、異常状態の第１加速器に対する保守点検を、残りの第１加速器の運転時に実施することができ、粒子線照射システムの稼働率を向上できる。

本発明の好適な一実施例である粒子線照射システムの一種である陽子線照射システムを、図１〜図３を用いて以下に説明する。本実施例の陽子線照射システム２０は、線形加速器である陽子線ライナック（線形加速器）１，３，スイッチング電磁石５，放射性同位体製造装置（以下、ＲＩ製造装置という）１０，シンクロトロン７および照射装置１２を備える。陽子線ライナック１，３は５〜１０ＭｅＶ程度の陽子ビームを生成する。前段加速器である陽子線ライナック１はビーム輸送系２に連絡される。陽子線ライナック３はビーム輸送系４に連絡される。ビーム輸送系９はＲＩ製造装置１０に連絡される。ビーム輸送系６はシンクロトロン７に連絡される。主加速器であるシンクロトロン７は、ビーム輸送系２１によって照射装置１２に連絡される。ステアリング電磁石８がビーム輸送系６に設置される。ステアリング電磁石１１がビーム輸送系９に設置される。ビーム輸送系２は、図２に示すように、ビーム輸送系６，９に連絡される。ビーム輸送系４もビーム輸送系６，９に連絡される。

スイッチング電磁石５は、円盤状の複数の積層された鉄心１４Ａ，１４Ｂ、およびリターンヨーク１５を備える。リターンヨーク１５は、上下に向き合って配置された鉄心14Ａと鉄心１４Ｂとに挟まれている。鉄心１４Ａ，１４Ｂには、図２に示すように、ビーム輸送系２とビーム輸送系９との間の領域に磁場１３Ａ（紙面に対し上向き）、ビーム輸送系２とビーム輸送系６との間の領域に磁場１３Ｂ（紙面に対し下向き）、ビーム輸送系４とビーム輸送系９との間の領域に磁場１３Ｄ（紙面に対し下向き）、ビーム輸送系４とビーム輸送系６との間の領域に磁場１３Ｃ（紙面に対し上向き）の各磁場が形成されるように、コイル（図示せず）がそれぞれの領域において設けられている。

ビーム輸送系２，４，６，９の各真空ダクト１６は、磁極１４Ａと磁極１４Ｂの間に配置される。ビーム輸送系２の真空ダクト１６とビーム輸送系４の真空ダクト１６は、直線状になるように、それぞれの端部が向き合って配置される。ビーム輸送系６の真空ダクト１６とビーム輸送系９の真空ダクト１６は、ビーム輸送系２の真空ダクト１６と直交する方向で直線状になるように、それぞれの端部が向き合って配置される。

リターンヨーク１５には、ビーム輸送系２の真空ダクト１６からビーム輸送系６，９の各真空ダクト１６にイオンビームを導けるように、更に、ビーム輸送系４の真空ダクト
１６からビーム輸送系６，９の各真空ダクト１６にイオンビームを導けるように、切欠きが設けられている。この切欠きは、イオンビームの通過領域（通路）となる。

鉄心１４Ａ，１４Ｂに設けられた、各領域のコイルは、電源２２に接続される。陽子線照射システム２０は、電源２２に制御信号を出力する制御装置２３を有する。この制御信号は、各コイルに流れる電流の向きを切替える信号である。

陽子線照射システム２０の作用について説明する。スイッチング電磁石５の各コイルには、制御装置２３の制御信号に基づいて、図２に示す磁場１３Ａ，１３Ｂ,１３Ｃ,１３Ｄが形成されるように、電源２２より電流が供給されている。このため、陽子線ライナック１から出射されたイオンビームは、ビーム輸送系２を通り、スイッチング電磁石５の作用によりビーム輸送系９の方向に９０度偏向され、ビーム輸送系９によってＲＩ製造装置
１０に導かれる。ＲＩ製造装置１０内において、イオンビームが標的物質に照射され、
ＲＩ（例えば、フッ素１８）が製造される。陽子線ライナック３から出射されたイオンビームは、ビーム輸送系４を通り、スイッチング電磁石５の作用によりビーム輸送系６の方向に９０度偏向され、ビーム輸送系６によってシンクロトロン７に導かれる。このイオンビームは、シンクロトロン７によって設定されたエネルギーになるまで更に加速される。設定エネルギーに到達したイオンビームは、シンクロトロン７からビーム輸送系２１に出射され、照射装置１２に導かれる。照射装置１２から患者（図示せず）の患部に照射される。

陽子線ライナック３が異常状態になった場合（例えば、トラブルが発生した場合）には、陽子線ライナック３の運転を停止してそのライナックの保守点検を行う。これにより、陽子線ライナック３からシンクロトロン７へのイオンビームの入射が停止される。このため、陽子線ライナック３からのイオンビームを用いた患者の治療ができなくなる。制御装置２３は、陽子線ライナック３の異常を示す信号を入力し、この信号に基づいて電源２２を調節し、スイッチング電磁石５の、ビーム輸送系２とビーム輸送系９との間の領域に位置するコイル、及びスイッチング電磁石５の、ビーム輸送系２とビーム輸送系６との間の領域に位置するコイルのそれぞれに供給する電流の向きを、前述した向きとは反対方向に変える。これによって、ビーム輸送系２とビーム輸送系９との間の領域に紙面に対して下向きの磁場１３Ａ、及びビーム輸送系２とビーム輸送系６との間の領域に紙面に対して上向きの磁場１３Ｂが形成される。陽子線ライナック１から出射されたイオンビームは、それらの磁場が形成されたスイッチング電磁石５により、ビーム輸送系２からビーム輸送系６に導かれ、シンクロトロン７に入射される。シンクロトロン７で加速されたイオンビームは、照射装置１２より患者に照射される。

制御装置２３によって電源２２を制御し、スイッチング電磁石５に形成される磁場13Ａ，１３Ｂの極性を切替えることにより、陽子線ライナック１から出射されたイオンビームを、ＲＩ製造装置１０に導き、ＲＩ製造装置１０内の標的物質に照射する。このとき、磁場１３Ａは紙面に対し上向きとなっており、磁場１３Ｂは紙面に対して下向きとなっている。陽子線ライナック１からＲＩ製造装置１０へのイオンビームの供給は、患者への照射のために、陽子線ライナック１からシンクロトロン７にイオンビームを入射する期間を除いて行われる。陽子線ライナック１からシンクロトロン７にイオンビームを入射している期間には、スイッチング電磁石５の切替えによってそのイオンビームはＲＩ製造装置１０に導かれない。

スイッチング電磁石５は、上記したように陽子線ライナック１，３からのイオンビームをシンクロトロン７またはＲＩ製造装置１０に導くビーム経路切替え装置である。

陽子線ライナック１単独でシンクロトロン７およびＲＩ製造装置１０にイオンビームを上記のように供給している間に、異常になった陽子線ライナック３の保守点検を行い、陽子線ライナック３のトラブル要因を排除し陽子線ライナック３の運転を再開することができる。このように、本実施例は、異常状態になった陽子線ライナックの保守点検を他の陽子線ライナックを運転している間に行うことができ、陽子線照射システム２０の運転停止期間を短縮できる。すなわち、陽子線照射システム２０の稼働率を向上できる。特に、陽子線ライナック１と陽子線ライナック３を別々の遮へい室に設置することによって、一方の陽子線ライナックの保守点検を他方の陽子線ライナックの運転中でも安全に、すなわち運転中の陽子線ライナックからの作業員の放射線被曝を避けながら行うことができる。

コンパクトなスイッチング電磁石５で上記したように陽子線ライナック１，３からのイオンビームをシンクロトロン７またはＲＩ製造装置１０に導くことができるため、陽子線照射システム２０の構成をコンパクトにすることができる。

陽子線ライナック１，３を同じ型式の陽子線ライナックとすることにより、駆動用電源，真空排気システム，制御装置などの部品を共通化することができる。このため、予備品および消耗品の共用化が可能となる。

保守点検が完了して以上状態が解消された陽子線ライナック３の運転が再開された後は、前述したような陽子線ライナック１から出射されたイオンビームをスイッチング電磁石５によりＲＩ製造装置１０に導き、陽子線ライナック３から出射されたイオンビームをスイッチング電磁石５によりシンクロトロン７に導く陽子線照射システム２０の運転が行われる。

本発明の他の実施例である陽子線照射システムを、図４を用いて説明する。本実施例の陽子線照射システム２０Ａは、前述のスイッチング電磁石５を図４に示す一対のスイッチング電磁石５Ａ，５Ｂに替えたものである。本実施例の陽子線照射システム２０Ａの他の構成は、陽子線照射システム２０と同じである。陽子線ライナック１から出射されたイオンビームは、スイッチング電磁石５Ａによってビーム輸送系２からビーム輸送系９（またはビーム輸送系６）に導かれる。陽子線ライナック３から出射されたイオンビームは、スイッチング電磁石５Ｂによってビーム輸送系４からビーム輸送系６（またはビーム輸送系９）に導かれる。ビーム輸送系９に達したイオンビームはＲＩ製造装置１０に導かれ、ビーム輸送系６に達したイオンビームはシンクロトロン７に入射される。

スイッチング電磁石５Ａ，５Ｂは、それぞれ一対の偏向電磁石によって構成される。スイッチング電磁石５Ａ，５Ｂの一対の偏向電磁石のうちの一方の偏向電磁石のコイルに流れる電流の向きを他方の偏向電磁石のコイルに流れる電流の向きと反対にし、両偏向電磁石によって発生する磁場の向きを逆にすることによって、１つの偏向電磁石の方にイオンビームを偏向させることができる（例えば、ビーム輸送系２からビーム輸送系９に、ビーム輸送系４からビーム輸送系６に）。スイッチング電磁石５Ａ，５Ｂのそれぞれの一対の偏向電磁石には電源２２から励磁用の電流が供給される。この電流の向きを逆方向に変更することによって、各スイッチング電磁石５Ａ，５Ｂは、イオンビームを反対側のビーム輸送系に導くことができる（例えば、ビーム輸送系２からビーム輸送系６に、ビーム輸送系４からビーム輸送系９に）。制御装置２３は、電源２２を調節することによってスイッチング電磁石５Ａ，５Ｂをそれぞれ切替えて、イオンビームを導くビーム輸送系を変更することができる。スイッチング電磁石５Ａ，５Ｂは、スイッチング電磁石５と同様に、ビーム経路切替え装置を構成する。

前述の各実施例は、陽子線を用いたが炭素イオン等の重粒子線を用いてもよい。

本発明の好適な一実施例である陽子線照射システムの構成図である。図１に示すスイッチング電磁石における磁場の発生状態、およびスイッチング電磁石によるイオンビームの偏向状態を示す説明図である。スイッチング電磁石の縦断面図である。本発明の他の実施例である陽子線照射システムのスイッチング電磁石付近の構成図である。

符号の説明

１，３…陽子線ライナック、２，４，６，９，２１…ビーム輸送系、５，５Ａ，５Ｂ…スイッチング電磁石、７…シンクロトロン、１０…ＲＩ製造装置、１２…照射装置、１５…リターンヨーク、１６…真空ダクト、２０，２０Ａ…陽子線照射システム、２２…電源、２３…制御装置。

Claims

荷電粒子ビームを出射する一方の第１加速器と、荷電粒子ビームを出射する他方の第１加速器と、放射線同位元素製造装置と、第２加速器と、前記一方の第１加速器から出射された前記荷電粒子ビームを前記放射線同位元素製造装置および前記第２加速器のうちの一方に導き、前記他方の第１加速器から出射された前記荷電粒子ビームを前記放射線同位元素製造装置および前記第２加速器のうちの他方に導くビーム経路切替え装置と、前記第２加速器から出射された前記荷電粒子ビームが導かれる照射装置とを備えたことを特徴とする粒子線照射システム。
切替え電磁石である前記切替え電磁石の極性を切替えることによって前記荷電粒子ビームを前記放射線同位元素製造装置および前記第２加速器のうちの一方から他方に向かって偏向させる制御装置を備えた請求項１記載の粒子線照射システム。
前記一方の第１加速器および前記他方の第１加速器の一方が異常状態であるとき、残りの前記第１加速器から出射される前記荷電粒子ビームを、前記放射線同位元素製造装置および前記第２加速器に交互に切替えるように前記極性を切替える前記制御装置を備えた請求項３の粒子線照射システム。