JP2016143543A - ホウ素中性子捕捉療法システム - Google Patents

Abstract

【課題】 荷電粒子ビームの照射方向の変更が不要で、小型化及び低価格化が可能なホウ素中性子捕捉療法システムを提供する。
【解決手段】
ホウ素中性子捕捉療法システムは、重陽子を所定のエネルギーに加速する複数の線形加速器２と、前記複数の線形加速器２の其々の終端部に設置されベリリウムからなるターゲット３と、前記複数のターゲット３を囲むように設けられ該ターゲットで発生する高速中性子を減速して照射する中性子照射部４と、を備え、発熱型中性子発生核反応を用いて前記ターゲット４から等方的に中性子を発生させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ホウ素中性子捕捉療法システムに係り、詳しくは、荷電粒子加速器を用いて発生させた中性子を、患者に投与したホウ素製剤と反応させて癌を治療するホウ素中性子捕捉療法システムに関する。

従来、がん治療法として、患者に投与されたホウ素（^１０Ｂ）と、外部から照射された中性子との反応によって発生するα線とリチウム原子核とを腫瘍細胞の破壊に利用するホウ素中性子捕捉療法（BNCT：Boron Neutron Capture Therapy）が知られている。α線とリチウム原子核の飛程は、細胞１個分程度であることから、正常細胞を傷付けることなく腫瘍細胞を破壊することができる。

中性子を得るための医療用原子炉は様々な規制を伴うことから、医療施設に設置可能な加速器を用いた安価で簡易なBNCT用の加速器システムが望まれていた。

加速器による中性子発生方法としては、２．５ＭｅＶ程度以下の加速エネルギーの陽子による^７Ｌｉ（ｐ，ｎ）^７Ｂｅ反応を利用したもの、４ＭｅＶの加速エネルギーの陽子による^９Ｂｅ（ｐ，ｎ）^９Ｂ反応を利用したもの、３０ＭｅＶ以上の加速エネルギーの陽子によるタングステンやタンタル等の核破砕反応を利用したもの等が検討されている。

そして、加速器を用いたホウ素中性子捕捉療法用の治療装置として、例えば、線形加速器を利用し、治療部位に応じて中性子を多方向から治療部位に照射可能にした治療装置が提案されている（例えば特許文献１）。

特開２００８−２２９２０号公報

しかしながら、上記従来のホウ素中性子捕捉療法用の治療装置は、陽子の加速エネルギーが大きいため、中性子は前方投射が大半となり、中性子の照射方向の変更には、陽子ビームの偏向が必要となる。

また、所定の中性子エネルギースペクトルに調整して患者の全身に中性子を照射する場合でも、照射部を回転ガントリに取り付け、照射部を全身に対して移動させる必要がある等、照射設備が大型で高価なものとなってしまう。

そこで、本発明は、荷電粒子ビームの照射方向の変更が不要で、小型化及び低価格化が可能なホウ素中性子捕捉療法システムを提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るホウ素中性子捕捉療法システムは、重陽子を所定のエネルギーに加速する複数の線形加速器と、前記複数の線形加速器の其々の終端部に設置され、ベリリウムからなるターゲットと、前記複数のターゲットを囲むように設けられ、該ターゲットで発生する高速中性子を減速して照射する中性子照射部と、を備えることを特徴とする。

前記複数の線形加速器の加速管は、中性子照射空間の周りに互いに平行に配置されていることが好ましい。

前記中性子照射部は、前記複数のターゲットを一括して囲む中性子吸収材と、該中性子吸収材の内側に設けられた中性子反射材と、該中性子反射材の内側に設けられた中性子減速材と、該中性子減速材の内側に設けられたガンマ線遮蔽材と、を備えることが好ましい。

前記中性子吸収材、前記中性子反射材、前記中性子減速材、及び前記ガンマ線遮蔽材が、層状に設けられていることが好ましい。

前記中性子照射部は、円筒状であることが好ましい。

前記複数の線形加速器が、環状配置されていることが好ましい。

前記複数の線形加速器が、横並び状に配置されていてもよい。

前記複数の線形加速器が、互いのターゲットが対向するように配設されていることが好ましい。

中性子透過性であって患者を載置するためのベッドを更に備えることが好ましい。

前記ベッドが移動可能に設けられていることが好ましい。

前記複数の線形加速器の加速管が縦向きに配置され、患者を乗せるための昇降台が更に備えられていることが好ましい。

前記線形加速器により重陽子を所定のエネルギー（例えば２００ｋｅＶ〜１ＭｅＶ）に加速することで、発熱型中性子発生核反応により前記ターゲットから等方的に中性子を発生させることが好ましい。

本発明によれば、発熱型中性子核反応を用いて高エネルギー中性子の生成量を少なくすることができ、減速体系を小さくできる。また、発熱型中性子核反応において重陽子の加速エネルギーを小さくして、ターゲットから等方的に中性子を照射させることができるので、重陽子ビームの偏向が不要となる。

本発明に係るホウ素中性子捕捉療法システムの第１実施形態を示す概略構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 図１のホウ素中性子捕捉療法システムの内部構造を示し、（ａ）は中央縦断正面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ中央縦断側面図である。 図１のホウ素中性子捕捉療法システムの他の例の内部構造を示し、（ａ）は中央縦断正面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ中央縦断側面図である。 本発明に係るホウ素中性子捕捉療法システムの第２実施形態を示す概略構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。 本発明に係るホウ素中性子捕捉療法システムの第３実施形態の概略構成を示す正面図である。 本発明に係るホウ素中性子捕捉療法システムの第４実施形態を示す概略構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。

本発明に係るホウ素中性子捕捉療法システムの実施形態について、以下に図１〜図６を参照して説明する。なお、全図及び全実施形態を通じて、同一又は類似の構成要素には同一符号を付した。

図１は、本発明に係るホウ素中性子捕捉療法システムの第１実施形態を示している。ホウ素中性子捕捉療法システム１は、図１に示すように、重陽子を所定のエネルギーに加速する複数の線形加速器２と、複数の線形加速器２の其々の終端部に設置されるターゲット３と、複数のターゲット３を囲むように設けられた中性子照射部４とを備えている。

線形加速器２は、イオン源５、ポリエチレン加速管６、SiC高電圧パルス発生器（図示せず。）等を含んで構成される。複数の線形加速器２の加速管６は、中性子照射空間の周りに互いに平行に且つ環状に配置されている。イオン源５で生成された重陽子イオンはポリエチレン加速管６で、２００ｋｅＶ〜１ＭｅＶ（例えば480keVまたは960keV）まで加速される。

加速された重陽子ビームは、ベリリウムからなるターゲット３において高速中性子を生成する。このときの中性子生成反応は、いわゆる発熱型中性子発生核反応であり、反応式は ^９Ｂｅ＋ｄ→^１０Ｂ＋ｎ＋４．３５ＭｅＶ（ｄは重陽子、ｎは中性子である。）で表わされる。

中性子照射部４は、図２又は図３に示すように、複数のターゲット３を一括して外側から囲む中性子吸収材４ａと、中性子吸収材４ａの内側に設けられた中性子反射材４ｂと、中性子反射材４ｂの内側に設けられた中性子減速材４ｃと、中性子減速材４ｃの内側に設けられたガンマ線遮蔽材４ｄと、を備えている。ターゲット３は、中性子減速材４ｃ中に埋設され得る。図２の中性子照射部４は高速中性子を熱中性子に減速するための減速体系を示し、図３の中性子照射部４は高速中性子を熱外中性子に減速するための減速体系を示している。ターゲット３にはヒートシンク７が取り付けられる。

これらの中性子吸収材４ａ、中性子反射材４ｂ、中性子減速材４ｃ、及びガンマ線遮蔽材４ｄは、層状に設けることができ、図示例の如く円筒状に形成することができる。円環状にした中性子照射部４の中心空洞部が、中性子照射空間Ｘとなる。

中性子照射空間Ｘに患者Ｄを乗せるベッド８（図１）が配設されている。ベッド８は、図示しない駆動機構により、水平方向で、加速管６の長さ方向に沿って移動できるようになっている。

ターゲット３で生成された高速中性子は、ターゲット３を囲むように設けられた中性子減速材４ｃで熱中性子、もしくは熱外中性子に減速される。生成された熱中性子、もしくは熱外中性子は、円環状に配置された複数のターゲット３の外周部に設けられた中性子反射材４ｂにより反射されて、円環の中心部にある中性子照射空間に導かれる。

中性子吸収材４ａは、ホウ素含有ポリエチレン、好ましくは１０％ホウ素含有ポリエチレンで形成することができる。中性子反射材４ｂは、黒鉛で形成することができる。

高速中性子を熱中性子に減速する場合の中性子減速材４ｃには、重水が用いられる。高速中性子を熱外中性子に減速する場合の中性子減速材４ｃには、アルミニウム、フッ化アルミニウム、あるいは、アルミニウムとフッ化アルミニウムの混合材等が用いられる。

高速中性子を熱中性子に減速する場合、中性子透過性ガンマ線遮蔽材は、図２に示すように、二重構造とされ、外側のガンマ線遮蔽材４ｄ（Ａ）にはフッ化鉛等が用いられ、内側のガンマ線遮蔽材４ｄ（Ｂ）にはビスマス等が用いられる。

高速中性子を熱外中性子に減速する場合、中性子透過性ガンマ線遮蔽材４ｄとして鉛等が用いられる。高速中性子を熱外中性子に減速する場合、図３に示すように、中性子透過性ガンマ線遮蔽材４ｄと中性子減速材４ｃとの間に、カドミウム等で形成された熱中性子吸収材４ｅが更に設けられ得る。

上記構成のホウ素中性子捕捉療法システムは、陽子イオンではなく、1MeV以下の重陽子イオンとベリリウムとの発熱型中性子発生核反応を用いるため、高エネルギー中性子の生成量が少ない。高エネルギー中性子の生成量が少ないため、減速体系を小さくできる。単一の加速器での中性子生成量が少なくても、複数の加速器を併用することで、中性子の総量を増やすことができる。

また、重陽子の加速エネルギーが小さいため、ターゲットから等方的に中性子が照射され、重陽子ビームの偏向が不要となる。円環状に配置した複数のターゲットから、メカニカルな駆動機構を設けることなく、円環の中心部で高い中性子束を形成し、全身への照射が可能となる。複数のターゲットの其々から等方的に照射される中性子は、各ターゲットで囲まれる照射領域の中心部で重畳される。

さらに、複数の加速器の出力を個別に調整することで、治療に最適な中性子の空間分布を形成できる。そのため、PETに写らない数mm以下のサイズの腫瘍に対しても、照射の効果が期待できる。

上記実施形態では患者を寝かせたまま、患者の任意断面の周方向から中性子を照射することができる。ベッド８は中性子透過性であるため、背面からの中性子も照射できる。ベッド８を水平方向に移動させることで、全身に中性子を照射することができる。

図４は、ホウ素中性子捕捉療法システムの第２実施形態を示している。第２実施形態では、線形加速器２の加速管６が縦向きに配置され、中性子照射空間内に、患者が載る昇降台１０が設置されている点が上記第１実施形態と相違する。図示しないが、昇降台１０上に中性子透過性材料で形成された椅子を設置することもできる。第２実施形態では、患者を立たせた状態や椅子に座らせた状態で、患者の任意断面の周方向から中性子を照射することができる。また、昇降台１０を垂直方向に移動させることで全身に中性子を照射することができる。

図５は、ホウ素中性子捕捉療法システムの第３実施形態を示している。第３実施形態では、線形加速器２が互いのターゲット３が対向するように配設され、両側に線形加速器２が配設されている。第３実施形態では、患者を寝かせた状態で、水平方向に移動させる駆動機構を設けることなく、患者の全身に中性子を照射することができる。また、ベッド８は中性子透過性であるため、背面からの中性子も照射できる。上記第２実施形態に関しても、第３実施形態を応用して上下方向に二組の組み合わせともできる。

図６は、ホウ素中性子捕捉療法システムの第４実施形態を示している。第４実施形態では、複数の線形加速器２が上下２段で横並び状に配置されている。図示例では、上段に３台の線形加速器２が横並び状に配置されるとともに、下段に３台の線形加速器２が横並び状に配置されている。中性子透過性のベッド８は、Ｘ−Ｙ方向に移動可能となっている。第４実施形態によれば、患者を寝かせたまま、患者の上面および背面から中性子を照射することができる。ベッドは中性子透過性が高いため、背面からの中性子も照射できる。また、ベッド８をＸ−Ｙ方向に移動させることで、全身に中性子を照射することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１ ホウ素中性子捕捉療法システム
２ 線形加速器
３ ターゲット
４ 中性子照射部
５ イオン源
６ 加速管
８ ベッド
１０ 昇降台

Claims (12)

1. 重陽子を所定のエネルギーに加速する複数の線形加速器と、
   前記複数の線形加速器の其々の終端部に設置され、ベリリウムからなるターゲットと、
   前記複数のターゲットを囲むように設けられ、該ターゲットで発生する高速中性子を減速して照射する中性子照射部と、
   を備えることを特徴とするホウ素中性子捕捉療法システム。
2. 前記複数の線形加速器の加速管は、中性子照射空間の周りに互いに平行に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のホウ素中性子捕捉療法システム。
3. 前記中性子照射部は、前記複数のターゲットを一括して囲む中性子吸収材と、該中性子吸収材の内側に設けられた中性子反射材と、該中性子反射材の内側に設けられた中性子減速材と、該中性子減速材の内側に設けられたガンマ線遮蔽材と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のホウ素中性子捕捉療法システム。
4. 前記中性子吸収材、前記中性子反射材、前記中性子減速材、及び前記ガンマ線遮蔽材が、層状に設けられていることを特徴とする請求項３に記載のホウ素中性子捕捉療法システム。
5. 前記前記中性子照射部は、円筒状であることを特徴とする請求項３または４に記載のホウ素中性子捕捉療法システム。
6. 前記複数の線形加速器が、環状配置されていることを特徴とする請求項２に記載のホウ素中性子捕捉療法システム。
7. 前記複数の線形加速器が、横並び状に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のホウ素中性子捕捉療法システム。
8. 前記複数の線形加速器が、互いのターゲットが対向するように配設されていることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のホウ素中性子捕捉療法システム。
9. 中性子透過性であって患者を載置するためのベッドを更に備えることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のホウ素中性子捕捉療法システム。
10. 前記ベッドが移動可能に設けられていることを特徴とする請求項９に記載のホウ素中性子捕捉療法システム。
11. 前記複数の線形加速器の加速管が縦向きに配置され、患者を乗せるための昇降台が更に備えられていることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のホウ素中性子捕捉療法システム。
12. 発熱型中性子発生核反応を用いて、前記ターゲットから等方的に中性子を発生させることを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載のホウ素中性子捕捉療法システム。
    

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