JP2016214760A - ホウ素中性子捕捉療法用治療装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】治療計画を正確に再現できるとともに、高い安全性を実現するホウ素中性子捕捉療法用治療装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】ホウ素中性子捕捉療法用の治療装置１０は、生成された中性子を患者の腫瘍に照射する照射ユニット１２と、治療中にリアルタイムで患者の血液をサンプリングする血液サンプリング部１９と、サンプリングされた血液から、血液中のホウ素濃度を計測する血中ホウ素濃度計測部２０と、血液中のホウ素濃度との予め保持された相関関係に基づいて、計測された血液中のホウ素濃度から正常細胞及び腫瘍細胞それぞれのホウ素濃度を計算する細胞内ホウ素濃度計算部５１と、計算された正常細胞及び腫瘍細胞のそれぞれのホウ素濃度を用いて、中性子の照射により生じる患者の被ばく線量を予測する被ばく線量評価部５４と、予測された被ばく線量に応じて中性子の照射時間及び照射強度を含む制御量を設定する制御量設定部５５と、備える。【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、ホウ素を含む薬剤を投与した患者に中性子を照射して治療を行うホウ素中性子捕捉療法用治療装置及びその制御方法に関する。

ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ：Ｂｏｒｏｎ Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｃａｐｔｕｒｅ Ｔｈｅｒａｐｙ）は、ホウ素を含む薬剤が投与された患者に中性子を照射することで治療を行う放射線治療法の１つである。

このホウ素中性子捕捉療法は、ホウ素を含む薬剤が正常細胞よりも腫瘍細胞（例えば、がん細胞）に高濃度で蓄積されるという性質を利用して、薬剤を予め患者に投入して腫瘍部に薬剤を蓄積させる。そして、原子炉や加速器で生成した中性子を腫瘍部に照射することにより腫瘍細胞内で核反応を起こし、腫瘍細胞に付与されるエネルギーで腫瘍を選択的に破壊する。特に、脳腫瘍など、がん細胞と正常細胞が混在する悪性度の高いがんに効果的な治療法となる。

従来から、ホウ素中性子捕捉療法用の治療装置において、治療計画通りに線量付与し治療するための様々な方法が検討されてきた。

例えば、中性子の照射野に付与される中性子強度を把握するため、照射野に金線を配置して治療後に放射化量を実測することで評価する技術、あるいは患者の照射部に小型の中性子束モニタを直接装着し、実際に照射される中性子束をリアルタイムで測定する技術も開示されている。

また、中性子束モニタは中性子の照射によって劣化するという課題を鑑み、照射野に対し中性子線を安定に供給するため、荷電粒子をターゲットに照射して中性子を発生する際に、荷電粒子線の照射線量を逐次測定することで中性子の照射線量をリアルタイムで把握する技術も開示されている。

特許第５４１０６０８号公報

"ＢＮＣＴ基礎から臨床応用まで"−ＢＮＣＴを用いて治療にかかわる人のためのテキスト−財団法人 医用原子力技術研究振興財団 日本中性子捕捉療法学会

上述のホウ素中性子捕捉療法では、正常細胞にも少量ながらホウ素を含む薬剤は吸収される。この結果として、患部に中性子を照射した際に患部付近の正常細胞も破壊される恐れがある。このため、本治療法の治療計画では、治療前に正常細胞と腫瘍細胞のホウ素濃度を正確に把握しておき、中性子照射の際には、正常細胞の照射線量が健全でいられる線量（耐照射線量）以内になるように中性照射時間をコントロールしている。

ところで、投薬時の正常細胞と腫瘍細胞のホウ素濃度は、一般に患者の体質や体調によって変化する。そこで、患者に薬剤を投与した場合における、正常細胞、腫瘍細胞、及び血液中のそれぞれのホウ素濃度比を治療前に予め測定しておく。そして、治療時は、直前に患者の血液を採取してホウ素濃度を求め、測定した濃度比と経験値とを用いて治療中のホウ素濃度を推定している。

しかしながら、治療中に薬剤は代謝により時々刻々と変化し、濃度変化率にも個人差がある。このようなホウ素濃度変化のばらつきは、患者の細胞に付与される照射線量の変動につながり、正常細胞に対する被ばくの観点からリスクになるとともに、治療計画通りに治療ができず治療効果に影響を与える。

上述した中性子線をモニタする方法では、照射線量における体内のホウ素濃度由来の変動を検知、補正することができず、また、治療直前に測定するホウ素濃度の測定精度を高くしても、治療中の濃度変化だけは個人差があるため、計画線量の予測精度の向上にはつながらない。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、治療計画を正確に再現できるとともに、高い安全性を実現するホウ素中性子捕捉療法用治療装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明の実施形態は、ホウ素を含む薬剤を投与した患者に中性子を照射して治療を行うホウ素中性子捕捉療法用治療装置であって、生成された前記中性子を前記患者の腫瘍に照射する照射ユニットと、治療中にリアルタイムで前記患者の血液をサンプリングする血液サンプリング部と、サンプリングされた前記血液から、血液中のホウ素濃度を計測する血中ホウ素濃度計測部と、血液中のホウ素濃度との予め保持された相関関係に基づいて、計測された血液中のホウ素濃度から正常細胞及び腫瘍細胞それぞれのホウ素濃度を計算する細胞内ホウ素濃度計算部と、計算された前記正常細胞及び前記腫瘍細胞のそれぞれのホウ素濃度を用いて、前記中性子の照射により生じる前記患者の被ばく線量を予測する被ばく線量評価部と、予測された前記被ばく線量に応じて前記中性子の照射時間及び照射強度を含む制御量を設定する制御量設定部と、を備えることを特徴とする。

本発明の実施形態は、ホウ素を含む薬剤を投与した患者に中性子を照射して治療を行うホウ素中性子捕捉療法用治療装置の制御方法であって、生成された前記中性子を前記患者の腫瘍に照射するステップと、治療中にリアルタイムで前記患者の血液をサンプリングするステップと、サンプリングされた前記血液から、血液中のホウ素濃度を計測するステップと、血液中のホウ素濃度との予め保持された相関関係に基づいて、計測された血液中のホウ素濃度から正常細胞及び腫瘍細胞それぞれのホウ素濃度を計算するステップと、計算された前記正常細胞及び前記腫瘍細胞のそれぞれのホウ素濃度を用いて、前記中性子の照射により生じる前記患者の被ばく線量を予測するステップと、予測された前記被ばく線量に応じて前記中性子の照射時間及び照射強度を含む制御量を設定するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明の実施形態により、治療計画を正確に再現できるとともに、高い安全性を実現するホウ素中性子捕捉療法用治療装置及びその制御方法を提供する。

第１実施形態に係るホウ素中性子捕捉療法用治療装置の構成図。 本実施形態に適用される血中ホウ素濃度計測部の構成例を示す図。 第１実施形態に係るホウ素中性子捕捉療法用治療装置の変形例を示す構成図。 本実施形態に適用される患部３次元情報保存部に保存される患部３次元画像の一例を示す図。 第１実施形態に係るホウ素中性子捕捉療法用治療装置の制御手順の一例を示すフローチャート。 第２実施形態に係るホウ素中性子捕捉療法用治療装置の構成図。 本実施形態に適用されるガンマ線測定部の構成例を示す図。 腫瘍（がん細胞）付近のガンマ線のエネルギースペクトルを測定する状態を示す説明図。 正常細胞付近のガンマ線のエネルギースペクトルを測定する状態を示す説明図。 患者の患部近傍にマーカを装着させて、ガンマ線のエネルギースペクトルの測定を行う場合を示す説明図。 第２実施形態に係るホウ素中性子捕捉療法用治療装置の制御手順の一例を示すフロー図。 第２実施形態に係るホウ素中性子捕捉療法用治療装置の変形例を示す構成図。 第３実施形態に係るホウ素中性子捕捉療法用治療装置の構成図。 第４実施形態に係るホウ素中性子捕捉療法用治療装置の構成図。 第５実施形態に係るホウ素中性子捕捉療法用治療装置の構成図。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
本実施形態に係るホウ素中性子捕捉療法用治療装置１０（以下、“治療装置１０”と省略する）は、ホウ素（^１０Ｂ）を含む薬剤を投与した患者の腫瘍部に中性子を照射して、ホウ素と中性子の核反応を利用して患部の治療を行う装置である。なお、本実施形態では、陽子線をターゲットに照射して生成させた中性子を治療に用いているが、原子炉により生成された中性子を用いても良い。

図１に示すように、第１実施形態に係る治療装置１０は、陽子線加速器１１、照射ユニット１２、治療台１８、血液サンプリング部１９、血中ホウ素濃度計測部２０、制御装置５０、を備えている。

陽子線加速器１１は、サイクロトロンなど（図示省略）を用いて陽子を加速し、陽子線（陽子ビーム）を生成する。生成された陽子線は、照射ユニット１２に導かれる。

照射ユニット１２は、ターゲット１３、コリメータ１４、減速材１５、シャッター１６、を備えている。ターゲット１３は、陽子線加速器１１から導かれた陽子線を照射されて、中性子を発生させる。コリメータ１４は、ターゲット１３で発生された中性子を、照視野に中性子を導くための流路を形成している。

減速材１５は、ターゲット１３と中性子照射ポート１７との間に設けられて、中性子のエネルギーを治療に必要なエネルギーまで減速させるものである。シャッター１６は、コリメータ１４により形成された流路内の中性子の通過または遮断を行うための遮蔽板である。

シャッター１６は、中性子の照射時には開放される一方、照射停止時あるいは中性子の照射を途中で停止する必要がある場合に閉止される。シャッター１６の開／閉動作は、制御装置５０により制御される。

治療台１８上の患者は、中性子照射ポート１７に患部を向けた姿勢に配置される。これにより、中性子照射ポート１７から出力された中性子は患者の患部に照射される。

血液サンプリング部１９は、治療中（患者への中性子照射中）にリアルタイムで、一定時間ごとに一定量の血液を患者から採取する。そして、採取した血液を血中ホウ素濃度計測部２０に送る。

血中ホウ素濃度計測部２０は、サンプリングされた血液から、血液中のホウ素濃度を計測する。血液中のホウ素濃度は、ＩＣＰ−ＭＳやＩＣＰ−ＡＥＳ、レーザーアブレーションＩＣＰＭＳなどの化学分析装置を用いて計測される。または、採取した血液に中性子等の放射線を照射して、ホウ素核反応によって放出されるガンマ線を用いて血液中のホウ素濃度を求めても良い。

図２は、ホウ素核反応によって放出されるガンマ線を用いて血液中のホウ素濃度求める際の血中ホウ素濃度計測部２０の構成例を示している。

血中ホウ素濃度計測部２０は、中性子源２１、減速材２２、血液ホルダ２３、ガンマ線計測器２４、濃度計算部２５、を備えている。

血液ホルダ２３は、血液サンプリング部１９でサンプリングされた血液を保持している。中性子源２１は、中性子を自発的に発生するものであり、^２５２Ｃｆ、^２４１Ａｍ／Ｂｅ、^２４１Ａｍ／Ｌｉ、^１２４Ｓｂ／Ｂｅのような放射線同位体元素が例示される。また、中性子源２１として、ＤＴ反応やＤＤ反応を利用した小型の核融合中性子源を使用してもよい。

中性子源２１から発生する中性子は一般に高速中性子であり、ホウ素との反応効率を上げるために減速させる必要がある。減速材２２は、中性子源２１と血液ホルダ２３との間に設けられて、中性子源２１で発生した中性子のエネルギーを熱中性子以下に減速させる。なお、減速材として２２は、ポリエチレン、水、重水等の一般に水素を多く含む材質を使用できる。

血液ホルダ２３内の血液試料は、減速材２２により熱中性子以下に減速された中性子が照射される。そして、血液試料内に含まれるホウ素と中性子とが核反応して、ガンマ線（即発ガンマ線）が発生する。

ガンマ線計測器２４は、核反応により発生したガンマ線を検出して、ガンマ線スペクトルを計測する計測器である。ガンマ線計測器２４として、Ｇｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＴｌＢｒ等の半導体検出器が使用できる。

または、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｔｌ）、ＬａＢｒ_３（Ｃｅ）、ＣｅＢｒ_３等のシンチレータに光検出器を組み合わせたものを使用することもできる。光検出器としては、光電子増倍管（ＰＭＴｓ）やシリコンＰＭＴ（Ｓｉ−ＰＮ）や、フォトダイオード（ＰＤ）、ＭＰＰＣ（Ｍｕｌｔｉ−Ｐｉｘｅｌ Ｐｈｏｔｏｎ Ｃｏｕｎｔｅｒ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）やＣＣＤ／ＣＭＯＳ等の撮像素子でも光を電気信号として計測できるものであればいずれの種類でも良い。シンチレータガスの発光波長に対して感度を有するものを適宜選定する。

濃度計算部２５は、計測されたガンマ線のエネルギースペクトルに基づいて血液中のホウ素濃度を計算する。具体的には、ホウ素が中性子を捕獲して発生する即発ガンマ線４７８ｋｅＶと、体細胞中の水素が中性子を捕獲して発生するガンマ線２．２ＭｅＶの比率を既知のホウ素濃度で求めておく。そして、実際に測定されたガンマ線の強度比からホウ素濃度を導出する。また、ガンマ線の光子数はホウ素の量と相関があるため、ガンマ線計測器２４で検出されたガンマ線の光子数からホウ素濃度を定量することも可能である。

図３は、第１実施形態に係る治療装置１０の変形例を示す構成図である。この変形例は、図２で示したホウ素の核反応を利用して血中のホウ素濃度を求める方法の別の構成例である。ここでは、中性子源２１（図２）の代わりに照射ユニット１２内で生成された中性子を利用している。

照射ユニット１２は、生成された中性子を、患者に照射する中性子の方向とは異なる方向に分岐させる血液試料照射ポート２６を有している。
この血液試料照射ポート２６には、このポートの出口側に血液試料を保持する血液ホルダ２３と、血液ホルダ２３に案内される中性子のエネルギーを熱中性子以下に減速させる減速材２７と、が設けられている。なお、一般的に、治療で必要な中性子フラックスは１０^９ｎ／ｃｍ^２／ｓとなるが、分析で必要とされる中性子フラックスは１０^６ｎ／ｃｍ^２／ｓと程度となる。

ターゲット１３から発生した中性子は直進成分だけでなく角度を持って広がる成分も含まれる。血液試料照射ポート２６は、この角度を持って広がる中性子の一部を、血液ホルダ２３に案内している。

そして、中性子とホウ素との核反応により発生するガンマ線を用いて血液中のホウ素濃度を求める。なお、ホウ素濃度を求める構成は、図２で示したガンマ線計測器２４、濃度計算部２５と同一の構成となるため説明を省略する。

図１に戻って説明を続ける。
制御装置５０は、細胞内ホウ素濃度計算部５１、ホウ素濃度保存部５２、患部３次元情報保存部５３、被ばく線量評価部５４、制御量設定部５５、治療台位置制御部５６、照射中性子制御部５７、入力部５８、を備えている。なお、入力部５８は、外部からのデータを入力するユニットである。

細胞内ホウ素濃度計算部５１は、血液中のホウ素濃度を血中ホウ素濃度計測部２０から入力する。そして、血液中のホウ素濃度との予め保持された相関関係に基づいて、計測された血液中のホウ素濃度から正常細胞及び腫瘍細胞のそれぞれのホウ素濃度を計算する。

通常、血液中のホウ素濃度と正常細胞のホウ素濃度はほぼ同程度となる一方、腫瘍細胞のホウ素濃度は正常細胞の数倍（例えば、５倍）となる。相関関係とは、血液中、正常細胞、及び腫瘍細胞間のホウ素濃度の比率を意味している。細胞内ホウ素濃度計算部５１は、これらの比率を用いて、血液中のホウ素濃度から正常細胞及び腫瘍細胞のそれぞれのホウ素濃度を計算する。なお、以下において、“細胞中細胞“と記載した場合は、正常細胞及び腫瘍細胞を意味する。

血液中と細胞中とのホウ素濃度の相関関係は、事前に^１８Ｆに代表されるガンマ線を発生するトレーサーを添加したホウ素薬剤を患者に投与し、ＰＥＴ（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）などの医療画像装置にて患部付近の薬剤分布を測定することにより求められる。

ホウ素濃度保存部５２は、細胞内ホウ素濃度計算部５１で計算された腫瘍細胞及び正常細胞のそれぞれのホウ素濃度を保存する。ホウ素濃度保存部５２は、細胞中のホウ素濃度が計算される毎に保存していく。なお、細胞内ホウ素濃度の初期値は、治療前に事前に計測された患者の血中ホウ素濃度データが入力部５８を介して制御装置５０に入力された際に、細胞内ホウ素濃度計算部５１で血中ホウ素濃度から細胞内ホウ素濃度に変換されて保存される。

患部３次元情報保存部５３は、患者の腫瘍領域の位置データ及びホウ素の濃度分布データを含む３次元情報を保存する。この３次元情報は、治療開始前に、ＭＲＩ、Ｘ線ＣＴ、及びＰＥＴ等の医療画像装置で取得される。そして、入力部５８を介して入力されて患部３次元情報保存部５３に保存される。

図４は、患部３次元情報保存部５３に保存される３次元情報の一例を示した画像である。腫瘍部の３次元の断層画像が取得され、この領域におけるホウ素の濃度分布が示されている。ホウ素濃度が高い領域が腫瘍細胞であることが分かる。

被ばく線量評価部５４は、細胞内のホウ素濃度を用いて中性子の照射により生じる患者の被ばく線量を予測する。なお、被ばく線量の予測は、正常細胞の被ばく線量と腫瘍細胞の被ばく線量とをそれぞれ別々に評価する。

具体的な予測計算方法は、計算された細胞内のホウ素濃度と患部３次元情報保存部５３で保存された３次元情報をもとに、設定されている中性子照射条件下で、モンテカルロ法を用いたシミュレーションにより被ばく線量を予測する。なお、被ばく線量の予測は、
必ずシミュレーションを行う必要は無く、計測された細胞内のホウ素濃度の変化量に基づき補正係数算出し、この補正係数を予測前の被ばく線量に乗じて求めても良い。これにより、簡易に被ばく線量を求めることが可能となる。

被ばく線量評価部５４は、ホウ素濃度保存部５２で細胞中のホウ素濃度の更新されるたびに被ばく線量の予測を行う。

なお、被ばく線量評価部５４は、治療前に、細胞中のホウ素濃度の初期値と３次元情報とをもとに、正常細胞の被ばく線量ができるだけ低く、腫瘍細胞の被ばく線量ができるだけ高くなるような中性子照射の制御条件や患者の位置、あるいは姿勢を導出する。これらの条件は、制御量設定部５５で設定され、最初の中性子照射における制御量となる。

制御量設定部５５は、被ばく線量評価部５４で予測された被ばく線量に応じて、中性子の照射時間及び照射強度を含む制御量を設定する。

具体的には、被ばく線量の予測結果が治療開始時の予測よりも高い被ばく線量となる場合、中性子の照射強度を減少、あるいは照射時間を短く設定する。これにより、患者の耐容線量を超えないようにすることができる。一方、被ばく線量の予測結果が治療開始時の予測よりも低い場合には、中性子の照射強度を増大、或いは照射時間を長く設定する。これにより適切な治療ができる。

治療台位置制御部５６は、制御量設定部５５で設定された患者の位置、あるいは姿勢が再現されるように治療台１８の位置調整を行う。

照射中性子制御部５７は、制御量設定部５５で設定された中性子の照射条件が再現されるように、陽子線加速器１１を制御する。

図５は、第１実施形態に係る治療装置１０における制御手順の一例を示すフローチャートである（適宜、図１参照）。

患部３次元情報保存部５３は、３次元情報を入力して保存する（Ｓ１０）。一方、制御装置５０は、入力部５８を介して血中ホウ素濃度を入力する（Ｓ１１）。この血中ホウ素濃度は、細胞内ホウ素濃度計算部５１で細胞内ホウ素濃度に変換されて、初期値としてホウ素濃度保存部５２に保存される。

被ばく線量評価部５４は、治療前に、細胞中のホウ素濃度の初期値と３次元情報とをもとに、正常細胞の被ばく線量ができるだけ低く、腫瘍細胞の被ばく線量ができるだけ高くなるような中性子の照射条件や患者の姿勢を導出する（Ｓ１２）。制御量設定部５５は、導出された制御量を照射条件として設定する（Ｓ１３）。

治療台位置制御部５６は、制御量設定部５５で設定された患者姿勢が再現されるように治療台１８の位置を調整する（Ｓ１４）。照射中性子制御部５７は、制御量設定部５５で設定された照射条件が再現されるように、陽子線加速器１１を制御し、中性子の照射開始される（Ｓ１５）。

血液サンプリング部１９は、治療中にリアルタイムで、一定量の血液を患者から採取する（Ｓ１６）。そして、採取した血液を血中ホウ素濃度計測部２０に送る。

血中ホウ素濃度計測部２０は、血中ホウ素濃度の計測する（Ｓ１７）。そして、細胞内ホウ素濃度計算部５１は、血液中のホウ素濃度との予め保持された相関関係に基づいて、計測された血液中のホウ素濃度から正常細胞及び腫瘍細胞それぞれのホウ素濃度を計算する（Ｓ１８）。

被ばく線量評価部５４は、計算された正常細胞及び腫瘍細胞のそれぞれのホウ素濃度を用いて中性子の照射により生じる患者の被ばく線量を予測する（Ｓ１９）。制御量設定部５５は、予測された被ばく線量に応じて中性子の照射強度及び照射時間を含む制御量の調整する（Ｓ２０）。

中性子の照射時間が終了するまでＳ１６〜Ｓ２０を繰り返す（Ｓ２１：ＮＯ）。照射時間が終了した場合には、中性の照射を停止して治療を終了する（Ｓ２１：ＹＥＳ，終了）。

このように、細胞内のホウ素濃度を治療中にリアルタイムで求め、このホウ素濃度を用いて被ばく線量を予測する。そして、予測された被ばく線量に応じて中性子の照射制御を行うことで、患者の代謝特性の違いの影響を受けることなく、治療計画を正確に再現できるとともに、高い安全性を実現できる。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係る治療装置１０の構成図を示している。なお、第１実施形態（図１）と同様の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

第２実施形態では、血中のホウ素濃度を計測して細胞中のホウ素濃度を求めるのではなく、患部領域から発生するガンマ線を直接計測することで細胞中のホウ素濃度を求める。つまり、第２実施形態と第１実施形態との違いは、測定対象が血液であるか、患部組織であるかの点で相違する。

ガンマ線測定部２８は、患部３次元情報保存部５３で保存されている３次元情報を参照して、腫瘍領域及び正常領域のそれぞれの位置情報を取得する。そして、各領域から患者の体内で発生するガンマ線を検出して、ガンマ線のエネルギースペクトルを測定する。

図７は、ガンマ線測定部２８の構成例を示している。
ガンマ線測定部２８は、ガンマ線計測器３０、ガイドレーザ３１、カメラ３２、ガイドレーザ３１のアライメントを行うミラーセット３６、電源に起因するノイズを低減するフィルタ３７、測定位置調整機構３３、を備えている。測定位置調整機構３３を除く各機器は、遮蔽容器３４に収容されて保護される。移動アーム３８は、ガンマ線測定部２８を支持しており、任意の位置に移動可能なアームである。なお、ガンマ線計測器３０は、図２で示したガンマ線測定用の計測器と同様のものが使用できる。

コリメータ３５は、ガンマ線計測器３０の検出口側に設けられており、患部における特定の場所以外から飛来するガンマ線を遮断する役割を有する。コリメータ３５を介すことで、ガンマ線計測器３０では特定の方向から飛来するガンマ線のみが検出される。

ガイドレーザ３１は、患者の表面に、ガンマ線の検出方向に沿ってレーザを照射するものである。これにより、ガンマ線の飛来方向が視覚的に示される。
カメラ３２は、レーザが照射された領域の画像データを取得する。

測定位置調整機構３３は、取得された画像データとレーザの照射位置を用いて、ガンマ線の測定位置を調整する。患者の姿勢は、治療部位に応じて座位、仰臥位、側臥位等様々となるため、測定位置を調整する際に、患者の体や、治療にかかわる他の設備と干渉しない位置にガンマ線測定部２８を配置する必要がある。

なお、ガイドレーザ３１の照射位置、カメラ３２の画角、ガンマ線計測器３０及びコリメータ３５の有効検出領域は予め実験若しくは解析的に求めておく。

図８は、腫瘍細胞付近から放出されるガンマ線を測定する場合を示す説明図である。
ガンマ線測定部２８は、患部３次元情報保存部５３から腫瘍細胞付近の位置情報を取得し、レーザビームの照準を測定位置に合わせて、腫瘍細胞付近でのガンマ線のエネルギースペクトルを測定する。

これに対して、図９は、正常細胞付近から放出されるガンマ線を測定する場合を示す説明図である。ガンマ線測定部２８は、患部３次元情報保存部５３から正常腫瘍細胞付近の位置情報を取得し、レーザビームの照準を測定位置に合わせて、正常細胞付近でのガンマ線のエネルギースペクトルを測定する。

図６に戻って説明を続ける。
データ関連付け部５９は、ガンマ線測定部２８で測定された各位置におけるホウ素の濃度分布を患部３次元情報保存部５３から取得して、この濃度分布と測定結果であるエネルギースペクトルとを関連付ける。

細胞内ホウ素濃度計算部５１は、エネルギースペクトルに基づいてホウ素の濃度をそれぞれ計算し、対応する濃度分布を用いて腫瘍細胞及び正常細胞のそれぞれのホウ素濃度を求める。エネルギースペクトルから測定位置付近のホウ素の濃度（絶対値）が求められるため、濃度分布を用いることで細胞内のホウ素濃度が求められる。

体内中でホウ素の濃度が均一でないことや、部位によっては生体組織成分自体も均一でないおそれがあるが、ホウ素の濃度分布を利用することで正確に細胞中のホウ素濃度の評価ができる。

なお、ホウ素濃度の計算方法としては、ホウ素が中性子を捕獲して発生する即発ガンマ線４７８ｋｅＶと、体細胞中の水素が中性子を捕獲して発生するガンマ線２．２ＭｅＶの比率を既知のホウ素濃度で求めておき、実際に測定されたガンマ線の強度比（計数率比）からホウ素濃度を計算する。

また、水素は体内の至るところにあるため、信号が大きく誤差が発生するおそれがある。そこで、図１０に示すように、ガンマ線測定部２８の患者の患部付近に既知の元素成分を含むマーカ３９を設置し、マーカ３９に中性子が照射することによって発生するガンマ線とホウ素の即発ガンマ線の強度比率を取ることでホウ素の濃度を評価することもできる。

図１１は、第２実施形態に係る治療装置１０における制御手順の一例を示すフローチャートである（適宜、図６参照）。なお。Ｓ３０〜Ｓ３５の動作は、図５で示したＳ１０〜Ｓ１５と同一の動作となるため説明を省略する。

ガンマ線測定部２８は、３次元情報を参照して、腫瘍領域及び正常領域の位置情報を取得する（Ｓ３６）。そして、ガンマ線測定部２８は、取得した位置でガンマ線を検出して、ガンマ線のエネルギースペクトルを計測する（Ｓ３７）。

データ関連付け部５９は、計測されたガンマ線のエネルギースペクトルの計測値と計測位置での濃度分布とを関連付ける（Ｓ３８）。

細胞内ホウ素濃度計算部５１は、エネルギースペクトルに基づいてホウ素の濃度をそれぞれ計算し（Ｓ３９）、対応する濃度分布を用いて腫瘍細胞及び正常細胞のそれぞれのホウ素濃度を求める（Ｓ４０）。Ｓ４１〜Ｓ４３のステップは第１実施形態（図５）のＳ１９〜Ｓ２１と同一となるため説明を省略する。

このような方法により、ガンマ線を直接計測することで細胞中のホウ素濃度測定することで、採血不要なので患者の負担を軽減できるとともに、治療計画通りの被ばく線量を患者に付与できる。

また、治療対象の特殊な症例として、肝腫瘍の場合に高いホウ素濃度を実現するため、ホウ素薬剤を動脈内投与し動脈塞栓を行う場合がある。この場合は、採血でホウ素濃度が評価できない。この場合であっても第２実施形態の構成を用いることで、治療中にホウ素濃度をリアルタイムで測定でき、中性子の照射制御にフィードバック可能となる。

図１２は、第２実施形態に係る中性子ホウ素捕捉療法用の治療装置１０の変形例を示す構成図である。

放射線スペクトル予測部６０は、患部３次元情報保存部５３で保存されているホウ素の濃度分布データを取得する。そして、ホウ素の濃度をパラメータとして変化させた場合に、中性子の照射により測定されるガンマ線のエネルギースペクトルを予測する。

細胞内ホウ素濃度計算部５１は、測定されたエネルギースペクトルと予測されたガンマ線のエネルギースペクトルとを照合して、正常細胞及び腫瘍細胞のそれぞれのホウ素濃度を求める。このように、ホウ素の濃度分布データを利用して正常細胞及び腫瘍細胞のそれぞれのホウ素濃度を求めることもできる。

（第３実施形態）
図１３は、第３実施形態に係る治療装置１０の構成図を示している。なお、図１３において第２実施形態（図６）と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

治療中に患部より発生するガンマ線は、患者のホウ素濃度に依存するだけでなく、中性子フラックスにも大きく影響を受ける。特に中性子は空気中でも散乱してしまうため、患者の位置がずれると、患部に照射される中性子フラックスも大きく変化する。

中性子モニタ４０は、中性子の照視野近傍に装着されて、患者に照射される中性子フラックスをモニタする。なお、中性子モニタ４０は、治療を阻害しないサイズや材質であることが望ましい。そして、被ばく線量評価部５４は、中性子モニタ４０でモニタされた中性子フラックスを被ばく線量の予測条件に用いる。

このように、患部に照射される中性子フラックスを中性子モニタ４０にて直接モニタし、被ばく線量の計算条件に用いることで、より正確に被ばく線量の評価精度が向上させることができる

（第４実施形態）
図１４は、第４実施形態に係る治療装置１０の構成図を示している。なお、図１４において第２実施形態（図６）と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

第４実施形態では、少なくとも２つ以上の照射室を設けて、各照射室に照射ユニット１２を設置する。ビーム切替電磁石４１は、陽子線加速器１１とターゲット１３との間に設けられて、各照射室に導入される陽子線ビームを切り替える。

照射室には、治療台１８と着脱可能に構成され、血液試料を保持する血液測定ユニット４２、ガンマ線測定部２８、治療前ホウ素濃度計算部４３、を備えている。なお、図１４では省略したが、照射室１にも、治療前ホウ素濃度計算部４３を備えている。

ガンマ線測定部２８は、治療中に患者の患部から発生するガンマ線の測定を行う一方、血液測定ユニット４２の装着時には血液試料から発生するガンマ線の測定を行う。

治療前ホウ素濃度計算部４３は、血液測定ユニット４２からガンマ線の計測結果に基づいてホウ素濃度は計算する。計算されたデータは、血液中の濃度として制御装置５０に入力される。

このような構成とすることで、一方の照射室で治療する際に、既に患者位置決めを完了し中性子照射を行う前に、患者採血を行い、事前に必要な血中のホウ素濃度測定を他方の照射室で実施することができ、より効率的な装置の運用が可能となる。

（第５実施形態）
図１５は、第５実施形態に係る治療装置１０の構成図を示している。なお、図１５において第２実施形態（図６）と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

ホウ素薬剤点滴部４４は、被ばく線量評価部５４で予測された被ばく線量を入力して、この被ばく線量に応じて、治療中に患者に投与する前記薬剤の投与量を調整する。例えば、正常細胞の被ばく線量が少ない場合にはホウ素薬剤を追加する。

これにより、ホウ素を含む薬剤投入を治療中に調整することができるため、患者の代謝特性の違いの影響を低減して、治療計画通りの被ばく線量を患者に付与できる。

以上述べた各実施形態の中性子捕捉療法用治療装置によれば、細胞内のホウ素濃度を治療中にリアルタイムで測定して、このホウ素濃度を用いて被ばく線量を予測して、中性子の制御量を調整することで、治療計画を正確に再現できるとともに、高い安全性を実現できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。なお、第３実施形態から第５実施形態に示した構成は、血液中のホウ素濃度を計測する構成である第１実施形態と組み合わせることができる。

１０…中性子ホウ素捕捉療法用の医療装置、１１…陽子線加速器、１２…照射ユニット、１３…ターゲット、１４…コリメータ、１５…減速材、１６…シャッター、１７…中性子照射ポート、１８…治療台、１９…血液サンプリング部、２０…血中ホウ素濃度計測部、２１…中性子源、２２…減速材、２３…血液ホルダ、２４…ガンマ線計測器、２５…濃度計算部、２６…血液試料照射ポート、２７…減速材、２８…ガンマ線測定部、３０…ガンマ線計測器、３１…ガイドレーザ、３２…カメラ、３３…測定位置調整機構、３４…遮蔽容器、３５…コリメータ、３６…ミラーセット、３７…フィルタ、３８…移動アーム、３９…マーカ、４０…中性子モニタ、４１…ビーム切替電磁石、４２…血液測定ユニット、４３…治療前ホウ素濃度計算部、４４…ホウ素薬剤点滴部、５０…制御装置、５１…患部３次元情報保存部、５２…ホウ素濃度保存部、５３…被ばく線量計算部、５４…制御量設定部、５５…治療台位置制御部、５６…照射中性子制御部、５７…細胞内ホウ素濃度計算部、５８…入力部、５９…データ関連付け部、６０…放射線スペクトル予測部。

Claims (13)

1. ホウ素を含む薬剤を投与した患者に中性子を照射して治療を行う中性子捕捉療法用治療装置であって、
   生成された前記中性子を前記患者の腫瘍に照射する照射ユニットと、
   治療中にリアルタイムで前記患者の血液をサンプリングする血液サンプリング部と、
   サンプリングされた前記血液から、血液中のホウ素濃度を計測する血中ホウ素濃度計測部と、
   血液中のホウ素濃度との予め保持された相関関係に基づいて、計測された血液中のホウ素濃度から正常細胞及び腫瘍細胞それぞれのホウ素濃度を計算する細胞内ホウ素濃度計算部と、
   計算された前記正常細胞及び前記腫瘍細胞のそれぞれのホウ素濃度を用いて、前記中性子の照射により生じる前記患者の被ばく線量を予測する被ばく線量評価部と、
   予測された前記被ばく線量に応じて前記中性子の照射時間及び照射強度を含む制御量を設定する制御量設定部と、を備えることを特徴とするホウ素中性子捕捉療法用治療装置。
2. 前記血中ホウ素濃度計測部は、
   前記サンプリングされた血液を保持する血液ホルダと、
   中性子を自発的に発生する中性子源と、
   前記血液ホルダと前記中性子源との間に設けられて、前記中性子で発生した中性子の有するエネルギーを熱中性子以下に減速させる減速材と、
   前記血液に含まれるホウ素が中性子捕獲反応を起こして発生するガンマ線を計測するガンマ線計測器と、
   計測されたガンマ線のエネルギースペクトルに基づいて血液中のホウ素濃度を計算する濃度計算部と、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用治療装置。
3. 前記照射ユニットは、生成された中性子を患者に照射する中性子の方向とは異なる方向に分岐させる血液試料照射ポートを備えて、
   前記血液試料照射ポートは、
   ポートの出口側に設けられて、前記サンプリングされた血液を保持する血液ホルダと、
   前記血液ホルダに案内される中性子の有するエネルギーを熱中性子以下に減速させる減速材と、を備えて、
   前記血中ホウ素濃度計測部は、
   前記血液に含まれるホウ素が中性子捕獲反応を起こして発生するガンマ線を計測するガンマ線計測器と、
   計測されたガンマ線のエネルギースペクトルに基づいて血液中のホウ素濃度を計算する濃度計算部と、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用治療装置。
4. ホウ素を含む薬剤を投与した患者に中性子を照射して治療を行う中性子捕捉療法用治療装置であって、
   前記患者の腫瘍領域の位置データ及び前記ホウ素の濃度分布データを含む３次元情報を保存する患部３次元情報保存部と、
   生成された前記中性子を前記患者の腫瘍に照射する照射ユニットと、
   前記３次元情報を参照して、前記腫瘍領域及び正常領域の位置情報を取得して、それぞれの領域から前記患者の体内で発生するガンマ線を検出して、ガンマ線のエネルギースペクトルを治療中にリアルタイムで測定するガンマ線測定部と、
   測定された各前記エネルギースペクトルに基づいて正常細胞及び腫瘍細胞それぞれのホウ素濃度を計算する細胞内ホウ素濃度計算部と、
   計算された前記正常細胞及び前記腫瘍細胞のそれぞれのホウ素濃度を用いて、前記中性子の照射により生じる前記患者の被ばく線量を予測する被ばく線量評価部と、
   計算された前記被ばく線量に応じて前記中性子の照射時間及び照射強度を含む制御量を設定する制御量設定部と、を備えることを特徴とするホウ素中性子捕捉療法用治療装置。
5. 前記ガンマ線測定部は、
   前記患者の表面に、ガンマ線の検出方向に沿ってレーザを照射するレーザビームと、
   前記レーザが照射された領域の画像データを取得するカメラと、
   前記画像データと前記レーザの照射位置を用いて、ガンマ線のエネルギースペクトルの測定位置を調整する測定位置調整機構と、を有することを特徴とする請求項４に記載のホウ素中性子捕捉療法用治療装置。
6. 測定された各前記エネルギースペクトルの測定位置での前記ホウ素の濃度分布を前記患部３次元情報保存部から取得して、この濃度分布と前記エネルギースペクトルとを関連付けるデータ関連付け部をさらに備えて、
   前記細胞内ホウ素濃度計算部は、前記エネルギースペクトルに基づいてホウ素の濃度をそれぞれ計算し、対応する前記濃度分布を用いて腫瘍細胞及び正常細胞のそれぞれのホウ素濃度を求めることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のホウ素中性子捕捉療法用治療装置。
7. 前記患部３次元情報保存部で保存されている前記ホウ素の前記濃度分布データを取得して、ホウ素の濃度をパラメータとして変化させた場合に、中性子の照射により測定されるガンマ線のエネルギースペクトルを予測する放射線スペクトル予測部と、
   前記細胞内ホウ素濃度計算部は、測定された各前記エネルギースペクトルと予測されたガンマ線のエネルギースペクトルとを照合して正常細胞及び腫瘍細胞のそれぞれのホウ素濃度を計算することを特徴とする請求項４または請求項５に記載のホウ素中性子捕捉療法用治療装置。
8. 前記患者の表面に装着されて、既知の元素成分を有するマーカをさらに備えて、
   前記ガンマ線測定部は、マーカが設置された位置でガンマ線のエネルギースペクトルの測定を行い、
   前記細胞内ホウ素濃度計算部は、前記マーカと中性子が反応して発生するエネルギーと、中性子と患者体内のホウ素が反応して発生するガンマ線のエネルギーとに基づいてホウ素濃度を求めることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか一項に記載のホウ素中性子捕捉療法用治療装置。
9. 前記患者の中性子照視野に設けられて、照射される中性子の照射強度を測定する中性子モニタと、
   被ばく線量評価部は、測定された中性子の照射強度を被ばく線量の計算条件として用いることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のホウ素中性子捕捉療法用治療装置。
10. 前記照射ユニットを有する少なくとも２つ以上の中性子照射室を設けて、
    前記中性子照射室のそれぞれは、
    患者の血液サンプルを保持して、治療台に着脱可能な血液測定用ユニットと、
    前記血液測定用ユニットに中性子が照射された際に放出されるガンマ線のエネルギースペクトルを測定するガンマ線測定部と、
    測定されたガンマ線のエネルギースペクトルに基づいて血中のホウ素濃度を計測する治療前血中ホウ素濃度計算部と、を備えることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のホウ素中性子捕捉療法用治療装置。
11. 被ばく線量評価部で予測された前記被ばく線量に応じて、治療中に前記患者に投与する前記薬剤の投与量を調整するホウ素点滴部をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のホウ素中性子捕捉療法用治療装置。
12. ホウ素を含む薬剤を投与した患者に中性子を照射して治療を行うホウ素中性子捕捉療法用治療装置の制御方法であって、
    生成された前記中性子を前記患者の腫瘍に照射するステップと、
    治療中にリアルタイムで前記患者の血液をサンプリングするステップと、
    サンプリングされた前記血液から、血液中のホウ素濃度を計測するステップと、
    血液中のホウ素濃度との予め保持された相関関係に基づいて、計測された血液中のホウ素濃度から正常細胞及び腫瘍細胞それぞれのホウ素濃度を計算するステップと、
    計算された前記正常細胞及び前記腫瘍細胞のそれぞれのホウ素濃度を用いて、前記中性子の照射により生じる前記患者の被ばく線量を予測するステップと、
    予測された前記被ばく線量に応じて前記中性子の照射時間及び照射強度を含む制御量を設定するステップと、を含むことを特徴とするホウ素中性子捕捉療法用治療装置の制御方法。
13. ホウ素を含む薬剤を投与した患者に中性子を照射して治療を行う中性子捕捉療法用治療装置の制御方法であって、
    前記患者の腫瘍領域の位置データ及び前記ホウ素の濃度分布データを含む３次元情報を保存するステップと、
    生成された前記中性子を前記患者の腫瘍に照射するステップと、
    前記３次元情報を参照して、前記腫瘍領域及び正常領域の位置情報を取得して、それぞれの領域から前記患者の体内で発生するガンマ線を検出して、ガンマ線のエネルギースペクトルを治療中にリアルタイムで測定するステップと、
    測定された各前記エネルギースペクトルに基づいて正常細胞及び腫瘍細胞それぞれのホウ素濃度を計算するステップと、
    計算された前記正常細胞及び前記腫瘍細胞のそれぞれのホウ素濃度を用いて、前記中性子の照射により生じる前記患者の被ばく線量を予測するステップと、
    予測された前記被ばく線量に応じて前記中性子の照射時間及び照射強度を含む制御量を設定するステップと、を含むことを特徴とするホウ素中性子捕捉療法用治療装置の制御方法。