JP2017042311A - Neutron capture therapy system and control method for neutron capture therapy system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、中性子捕捉療法システム及び当該システムの制御方法に関する。 The present invention relates to a neutron capture therapy system and a control method for the system.
がん治療等における放射線治療法の1つとして、中性子線の照射によりがん治療を行うホウ素中性子捕捉療法(BNCT;Boron Neutron Capture Therapy)がある。ホウ素中性子捕捉療法では、ホウ素を含む薬剤を投与した患者の患部に中性子線を照射することで、がん細胞内でホウ素と中性子とが反応してアルファ線等が放出される。このアルファ線等によりがん細胞等が破壊される。 As one of radiotherapy methods in cancer treatment or the like, there is boron neutron capture therapy (BNCT) that performs cancer treatment by irradiation of neutron beams. In boron neutron capture therapy, irradiating a patient with a boron-containing drug with neutron rays causes boron and neutrons to react in the cancer cells to release alpha rays and the like. Cancer cells and the like are destroyed by the alpha rays.
ホウ素中性子捕捉療法は、中性子線とホウ素との反応を利用するため、患者体内の薬剤濃度をリアルタイムに測定することが望まれる。薬剤濃度の測定方法には、例えば、患者から血液を採取して、当該血液中における薬剤濃度を測定する方法がある。しかし、この方法では、1回の測定に15分程度の時間を要するため、患者体内の薬剤濃度をリアルタイムに測定することができない。 Since boron neutron capture therapy utilizes the reaction between neutrons and boron, it is desirable to measure the drug concentration in the patient in real time. As a method for measuring the drug concentration, for example, there is a method of collecting blood from a patient and measuring the drug concentration in the blood. However, in this method, since it takes about 15 minutes for one measurement, the drug concentration in the patient cannot be measured in real time.
そこで、薬剤濃度をリアルタイムに測定する方法として、断層画面を利用して患者体内に投与した放射性同位元素の分布を評価するシングルフォトエミッション法(SPECT法)の適用が検討されている。ホウ素中性子捕捉療法にSPECT法を適用する場合には、中性子線とホウ素との反応によって生じるガンマ線を利用する。しかし、患者に中性子線を照射すると、中性子線とホウ素との反応に伴うガンマ線の他に別の要因に伴うガンマ線も発生する。従って、SPECT法を用いてガンマ線を測定することでは、薬剤濃度の算出精度を向上させ難かった。 Therefore, as a method for measuring the drug concentration in real time, application of a single photoemission method (SPECT method) for evaluating the distribution of radioisotopes administered into a patient using a tomographic screen has been studied. When the SPECT method is applied to boron neutron capture therapy, gamma rays generated by the reaction between neutron rays and boron are used. However, when a patient is irradiated with neutrons, in addition to gamma rays associated with the reaction between neutron rays and boron, gamma rays associated with other factors are also generated. Therefore, it is difficult to improve the calculation accuracy of the drug concentration by measuring gamma rays using the SPECT method.
本発明は、ホウ素を含む薬剤濃度の算出精度の向上を図ることが可能な中性子捕捉療法システム及び当該システムの制御方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the neutron capture therapy system which can aim at the improvement of the calculation precision of the chemical | medical agent containing boron, and the control method of the said system.
本発明の一形態は、ホウ素を含む薬剤が投与された被照射体へ中性子線を照射する中性子捕捉療法システムであって、被照射体へ中性子線を照射する中性子線照射部と、中性子線の照射により被照射体から放出されるガンマ線に関する第1のガンマ線情報を取得するガンマ線情報取得部と、第1のガンマ線情報を利用して、被照射体内における薬剤の濃度を算出する薬剤濃度算出部と、を備え、ガンマ線情報取得部は、被照射体が配置される領域を挟んで対となる位置に設けられた一対の検出器を有し、薬剤濃度算出部は、第1のガンマ線情報から検出器のそれぞれで同時時刻に検出された所定のエネルギーのガンマ線に関する第2のガンマ線情報が除かれた第3のガンマ線情報を利用して、薬剤の濃度を算出する。 One aspect of the present invention is a neutron capture therapy system for irradiating an irradiated body to which an agent containing boron is administered with a neutron capture therapy system, a neutron beam irradiation unit for irradiating the irradiated body with a neutron beam, A gamma ray information acquisition unit that acquires first gamma ray information related to gamma rays emitted from the irradiated body by irradiation, and a drug concentration calculation unit that calculates the concentration of the drug in the irradiated body using the first gamma ray information; The gamma ray information acquisition unit includes a pair of detectors provided at a pair of positions across the region where the irradiated object is disposed, and the drug concentration calculation unit detects from the first gamma ray information. The concentration of the drug is calculated using the third gamma ray information obtained by removing the second gamma ray information relating to the gamma ray of the predetermined energy detected at the same time in each of the vessels.
ホウ素を含む薬剤が投与された被照射体に中性子線を照射すると、薬剤と中性子線との反応に伴うガンマ線と、別の要因に伴う成分を含むガンマ線とが発生する。中性子捕捉療法システムは、薬剤と中性子線との反応に伴うガンマ線の線量を利用して薬剤濃度を算出するが、別の要因に伴う成分を含むガンマ線は薬剤濃度の算出においてノイズになり得る。中性子捕捉療法システムにおいて、ノイズになり得るガンマ線の情報は、一対の検出器のそれぞれに対して同時時刻に入射した所定のエネルギーのガンマ線に関する第2のガンマ線情報として取得され、第1のガンマ線情報から除かれている。従って、第2のガンマ線情報が除かれた第3のガンマ線情報は、ノイズとなり得るガンマ線に関する情報が除かれている。そして、薬剤濃度算出部は、ノイズとなり得るガンマ線に関する情報が除かれた第3のガンマ線情報を利用して、薬剤の濃度を算出しているので、リアルタイム計測における薬剤濃度の算出精度を向上させることができる。 When irradiating a subject to which a drug containing boron is administered with neutron rays, gamma rays accompanying the reaction between the drug and neutron rays and gamma rays containing components due to other factors are generated. The neutron capture therapy system calculates the drug concentration using the dose of gamma rays associated with the reaction between the drug and the neutron beam. However, gamma rays including components due to other factors can be noise in the calculation of the drug concentration. In the neutron capture therapy system, information on gamma rays that can be noise is acquired as second gamma ray information relating to gamma rays of a predetermined energy incident on each of the pair of detectors at the same time, and is obtained from the first gamma ray information. It is excluded. Therefore, the third gamma ray information from which the second gamma ray information is removed excludes information on gamma rays that can be noise. The drug concentration calculation unit calculates the drug concentration by using the third gamma ray information from which information related to gamma rays that can be noise is removed, so that the calculation accuracy of the drug concentration in real-time measurement is improved. Can do.
また、所定のエネルギーは、511keVであり、第3のガンマ線情報は、478keVのエネルギーを有するガンマ線に関する情報であってもよい。被照射体に中性子線が照射されると、被照射体内に取り込まれたホウ素と中性子線とが反応して、アルファ線及びリチウムが放出される。放出されたリチウムからは、エネルギーが478keVであるガンマ線が放出される。従って、エネルギーが478keVであるガンマ線の線量は、ホウ素を含む薬剤濃度に対応している。一方、被照射体に中性子線が照射されると、被照射体に含まれた粒子と中性子線との反応により電子及び陽電子が発生し、また、中性子線と粒子(水素、窒素等)との反応により生じる高エネルギー(1MeV以上)のガンマ線と物質(被照射体や装置中の鉛等の構造物)との反応により電子及び陽電子が発生する。そして、これらの電子および陽電子の対消滅が生じる。この対消滅では、エネルギーが511keVであるガンマ線が放出される。この対生成は、ホウ素とは別の粒子と中性子線とが反応して生じることもある。従って、エネルギーが511keVであるガンマ線は、薬剤と中性子線との反応とは別の要因に伴う成分を含むため、エネルギーが511keVであるガンマ線は、薬剤濃度を算出する場合にはノイズとなり得る。そこで、中性子捕捉療法システムでは、ノイズとなり得るエネルギーが511keVであるガンマ線に関する情報を除き、薬剤と中性子線との反応に伴うエネルギーが478keVであるガンマ線に関する情報を利用しているので、ホウ素を含む薬剤濃度の算出精度を向上させることができる。 The predetermined energy may be 511 keV, and the third gamma ray information may be information regarding gamma rays having an energy of 478 keV. When the irradiated body is irradiated with a neutron beam, boron and neutron beam taken into the irradiated body react to release alpha rays and lithium. Gamma rays having an energy of 478 keV are emitted from the released lithium. Therefore, the dose of gamma rays with an energy of 478 keV corresponds to the drug concentration containing boron. On the other hand, when the irradiated object is irradiated with a neutron beam, electrons and positrons are generated by the reaction between the particles contained in the irradiated object and the neutron beam, and the neutron beam and particles (hydrogen, nitrogen, etc.) Electrons and positrons are generated by the reaction between high energy (1 MeV or more) gamma rays generated by the reaction and substances (structures such as lead in the irradiated object and apparatus). And the annihilation of these electrons and positrons occurs. In this pair annihilation, gamma rays having an energy of 511 keV are emitted. This pair production may be caused by a reaction between a particle other than boron and a neutron beam. Therefore, since the gamma ray whose energy is 511 keV includes a component accompanying a factor different from the reaction between the drug and the neutron beam, the gamma ray whose energy is 511 keV can be a noise when calculating the drug concentration. Therefore, in the neutron capture therapy system, except for information on gamma rays whose energy that can be noise is 511 keV, information on gamma rays whose energy associated with the reaction between the drug and neutron rays is 478 keV. Concentration calculation accuracy can be improved.
また、ガンマ線情報取得部は、被照射体が配置される領域と検出器との間に配置されたコリメータを更に備えてもよい。このコリメータは、被照射体から放出されるガンマ線を透過し、被照射体に由来しないガンマ線を遮蔽する。従って、検出器から出力されるガンマ線情報の信号ノイズ比を高めることができる。 The gamma ray information acquisition unit may further include a collimator disposed between the region where the irradiated object is disposed and the detector. The collimator transmits gamma rays emitted from the irradiated body and shields gamma rays not derived from the irradiated body. Therefore, the signal-to-noise ratio of the gamma ray information output from the detector can be increased.
本発明の別の形態は、ホウ素を含む薬剤が投与された被照射体へ中性子線を照射する中性子捕捉療法システムの制御方法であって、被照射体へ中性子線を照射する工程と、被照射体が配置される領域を挟んで対となる位置に設けられた一対の検出器を利用して、中性子線の照射により被照射体から放出されるガンマ線に関する第1のガンマ線情報を取得する工程と、第1のガンマ線情報から検出器のそれぞれで同時時刻に検出された所定のエネルギーのガンマ線に関する第2のガンマ線情報が除かれた第3のガンマ線情報を利用して、薬剤の濃度を算出する工程と、を有する。 Another aspect of the present invention is a method for controlling a neutron capture therapy system for irradiating an irradiated body to which an agent containing boron is administered, the step of irradiating the irradiated body with a neutron beam, Obtaining a first gamma ray information relating to a gamma ray emitted from the irradiated body by irradiation with a neutron beam using a pair of detectors provided at a pair of positions across the region where the body is disposed; The step of calculating the concentration of the drug using the third gamma ray information obtained by removing the second gamma ray information relating to the gamma ray of the predetermined energy detected at the same time by each of the detectors from the first gamma ray information. And having.
この制御方法によれば、中性子捕捉療法システムと同様に、リアルタイム計測におけるホウ素を含む薬剤濃度の算出精度を向上させることができる。 According to this control method, similarly to the neutron capture therapy system, it is possible to improve the calculation accuracy of the drug concentration containing boron in real-time measurement.
本発明によれば、ホウ素を含む薬剤濃度の算出精度の向上を図ることが可能な中性子捕捉療法システム及び当該システムの制御方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the neutron capture therapy system which can aim at the improvement of the calculation precision of the chemical | medical agent containing boron, and the control method of the said system are provided.
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1に示される中性子捕捉療法システム1は、ホウ素中性子捕捉療法を用いたがん治療を行うシステムである。中性子捕捉療法システム1は、例えばホウ素(10B)を含む薬剤が投与された患者(被照射体)Mの腫瘍に中性子線Nを照射する。
A neutron
中性子捕捉療法システム1は、加速器2、ビーム輸送装置3、中性子線照射部4、及び薬剤投与部17を備える。加速器2は例えばサイクロトロンである。加速器2は、水素イオン等の荷電粒子を加速して、陽子線(陽子ビーム)を荷電粒子線Pとして作り出す。ここで加速器2は、例えば、ビーム半径が40mmであり、60kW(=40MeV×2mA)の荷電粒子線Pを生成する能力を有する。なお、加速器2は、サイクロトロンに限られず、例えばシンクロトロン、シンクロサイクロトロン、ライナック等でもよい。
The neutron
加速器2から出射された荷電粒子線Pは、ビーム輸送装置3に導入される。ビーム輸送装置3は、ビームダクト5、四極電磁石6、電流モニタ7及び走査電磁石8を有する。ビームダクト5の一端側には加速器2が接続され、ビームダクト5の他端側には中性子線照射部4が接続される。荷電粒子線Pは、ビームダクト5内を通り、中性子線照射部4に向かって進行する。
The charged particle beam P emitted from the
四極電磁石6は、ビームダクト5に沿って複数設けられ、電磁石を用いて荷電粒子線Pのビーム軸調整を行う。電流モニタ7は荷電粒子線Pの電流値(電荷、照射線量率)をリアルタイムで検出する。電流モニタ7には、荷電粒子線Pに影響を与えずに電流測定可能な非破壊型のDCCT(DC Current Transformer)が用いられている。すなわち、電流モニタ7は、荷電粒子線Pに接触することなく(非接触で)、荷電粒子線Pの電流値を検出することができる。なお、「線量率」とは、単位時間当たりの線量を意味する。
A plurality of
電流モニタ7は、具体的には、中性子線照射部4のターゲット9に照射される荷電粒子線Pの電流値を精度よく検出するため、四極電磁石6による影響を排除すべく、四極電磁石6より下流側(荷電粒子線Pの下流側)で走査電磁石8の直前に設けられている。すなわち、走査電磁石8はターゲット9に対して常時同じところに荷電粒子線Pが照射されないように走査するため、電流モニタ7を走査電磁石8よりも下流側に配設するには大型の電流モニタ7が必要となる。これに対し、電流モニタ7を走査電磁石8よりも上流側に設けることで、電流モニタ7を小型化することができる。
Specifically, the
走査電磁石8は、荷電粒子線Pを走査させ、ターゲット9に対する荷電粒子線Pの照射制御を行うものである。この走査電磁石8は、荷電粒子線Pのターゲット9に対する照射位置を制御する。
The
中性子線照射部4は、荷電粒子線Pがターゲット9に照射されることにより中性子線Nを発生させ、患者Mに向かって中性子線Nを出射する。中性子線照射部4は、ターゲット9、遮蔽体10、減速材11及びコリメータ12を備えている。
The neutron beam irradiation unit 4 generates a neutron beam N by irradiating the
ターゲット9は、荷電粒子線Pの照射を受けて中性子線Nを生成する。ここでのターゲット9は、例えば、ベリリウム(Be)、リチウム(Li)、タンタル(Ta)、又はタングステン(W)等により形成され、例えば直径160mmの円板状を成している。ターゲット9は、円板状に限らず、他の固体形状でもよく、液状のもの(液体金属)を用いてもよい。
The
減速材11は、ターゲット9で生成された中性子線Nを減速させて、中性子線Nのエネルギーを低下させるものである。減速材11は、中性子線Nに含まれる速中性子を主に減速させる第1の減速材11Aと、中性子線Nに含まれる熱外中性子を主に減速させる第2の減速材11Bと、からなる積層構造を有している。
The
遮蔽体10は、発生させた中性子線N、当該中性子線Nの発生に伴ってターゲット9にて生じたガンマ線等の二次的な放射線、及び中性子線Nが減速材11によって減速される際に減速材11にて生じるガンマ線等の二次的な放射線を遮蔽し、これらの放射線が患者Mが居る照射室側へ放出されることを抑制する。遮蔽体10は、減速材11を囲むように設けられている。
The
コリメータ12は、中性子線Nの照射野を整形するものであり、中性子線Nが通過する開口12aを有する。コリメータ12は、例えば中央に開口12aを有するブロック状の部材である。
The
薬剤投与部17は、患者Mへの中性子線Nの照射中に、患者Mへホウ素(10B)を含む薬剤を投与する。薬剤投与部17は、ホウ素を含む薬剤を送り出す送出部と、患者へ指す針部と、送出部と針部とを接続してホウ素を含む薬剤を輸送する輸送部と、等を有する。中性子線Nとの反応により患者Mの体内のホウ素は減少するため、薬剤投与部17は、中性子線Nの照射中に患者Mへホウ素を供給して補充する。
The
中性子捕捉療法システム1は制御装置20(図2参照)を備える。制御装置20は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等から構成されており、中性子捕捉療法システム1を総合的に制御する電子制御ユニットである。
The neutron
中性子捕捉療法システム1は、ガンマ線情報取得部30と、薬剤濃度算出部40を更に備える。ガンマ線情報取得部30は、患者Mから放出されるガンマ線に関する情報を取得する。薬剤濃度算出部40は、当該情報を利用して、患者Mにおけるホウ素濃度(薬剤濃度)を算出する。これらガンマ線情報取得部30及び薬剤濃度算出部40は、単一エネルギーのガンマ線を測定して、ホウ素濃度の分布を測定するホウ素分布計測システム(PG(Prompt−γ)−SPECT(Single Photon Emission Computed Tomography))を構成する。
The neutron
ここで、患者Mから放出されるガンマ線について説明する。図5(a)及び図5(b)は、中性子線Nを患者Mに照射したときに患者Mから放出されるガンマ線のスペクトルを示すグラフA1,A2である。図5(b)は、図5(a)のエリアSを拡大したものである。図5(a)及び図5(b)の横軸は、ガンマ線のエネルギーを示す。縦軸は単位時間に検出されたカウント数を示す。図5(a)に示されるように、患者Mに中性子線Nを照射した場合、互いにエネルギーが異なる複数の種類のガンマ線G1〜G5が放出される。これら複数の種類のガンマ線G1〜G5は、第1のガンマ線情報として示される。これらガンマ線G1〜G5のうち、本実施形態では、ガンマ線G1とガンマ線G2に注目する。なお、以下の説明において、患者Mから放出されるガンマ線G1〜G5を、ガンマ線Gと記載する。 Here, the gamma rays emitted from the patient M will be described. FIGS. 5A and 5B are graphs A1 and A2 showing spectra of gamma rays emitted from the patient M when the patient M is irradiated with the neutron beam N. FIG. FIG. 5B is an enlarged view of the area S in FIG. The horizontal axes in FIGS. 5A and 5B indicate the energy of gamma rays. The vertical axis indicates the number of counts detected per unit time. As shown in FIG. 5A, when the patient M is irradiated with the neutron beam N, a plurality of types of gamma rays G1 to G5 having different energy are emitted. The plurality of types of gamma rays G1 to G5 are shown as first gamma ray information. Of these gamma rays G1 to G5, in the present embodiment, attention is paid to the gamma rays G1 and G2. In the following description, gamma rays G1 to G5 emitted from the patient M are referred to as gamma rays G.
ガンマ線G1は、エネルギーが478keVであり、ホウ素(薬剤)と中性子との反応により生じる。具体的には、ホウ素と中性子線Nとが反応すると、アルファ線及びリチウムが放出される。放出されたリチウムは励起状態であり、この励起状態から基底状態へ遷移するときに、エネルギーが478keVであるガンマ線が放出される。このガンマ線G1に関する情報は、第3のガンマ線情報として示される。 The gamma ray G1 has an energy of 478 keV and is generated by a reaction between boron (drug) and neutrons. Specifically, when boron reacts with neutron beam N, alpha rays and lithium are released. The released lithium is in an excited state, and gamma rays having an energy of 478 keV are emitted when transitioning from the excited state to the ground state. Information regarding this gamma ray G1 is indicated as third gamma ray information.
ガンマ線G2は、エネルギーが511keVである。ガンマ線G1(478keV)の近傍に存在する。ガンマ線G2は、一対のガンマ線であり、その進行方法は互いに逆方向(180度)であり、511keVのエネルギーを有する。このガンマ線G2に関する情報は、第2のガンマ線情報として示される。このガンマ線G2は、2つの発生機構が考えられている。まず、第1に、粒子(原子核)と中性子等の反応により生じるβ+崩壊に伴う陽電子に起因するものがある。この場合において、粒子と中性子等との反応は、いずれの元素における原子核が対象になるのか不明である。もう一つは、ガンマ線と物質(被照射体、鉛等の構成物)との相互作用で対生成された陽電子に起因するものである。この場合のガンマ線は、中性子と粒子(水素、窒素等)の反応によって発生し、1MeV以上のエネルギーを有する。この発生機構は、ガンマ線に起因するものであり、物質のあるところではどこでも発生し得る。 The gamma ray G2 has an energy of 511 keV. It exists in the vicinity of the gamma ray G1 (478 keV). The gamma rays G2 are a pair of gamma rays, and their traveling directions are opposite to each other (180 degrees) and have an energy of 511 keV. Information regarding this gamma ray G2 is indicated as second gamma ray information. Two generation mechanisms are considered for this gamma ray G2. First, there are those caused by positrons accompanying β + decay caused by the reaction between particles (nuclei) and neutrons. In this case, it is unclear which element is the target of the reaction between particles and neutrons. The other is due to the positrons generated by the interaction between the gamma rays and the substance (a constituent such as an irradiated body or lead). The gamma rays in this case are generated by the reaction between neutrons and particles (hydrogen, nitrogen, etc.) and have an energy of 1 MeV or more. This generation mechanism is caused by gamma rays and can be generated anywhere there is a substance.
図1に示されるように、ガンマ線情報取得部30は、薬剤濃度算出部40と接続され、取得した第1のガンマ線情報を薬剤濃度算出部40に出力する。ガンマ線情報取得部30は、一対の検出器31a,31bと、コリメータ32と、を有する。検出器31a,31bは、ガンマ線Gを検出した時に、パルス信号のような計数が可能な信号を出力するものであり、シンチレータ、電離箱、その他様々なガンマ線検出機器を使用することができる。検出器31a,31bは、患者Mが配置される領域Rを挟むように、患者Mの腫瘍の近傍おいて配置されている。例えば、検出器31から患者Mまでの距離は、40cm程度である。そして、検出器31a,31bは、コリメータ12の開口12aの中心軸線周りに所定の速度で回転可能に構成されている。
As shown in FIG. 1, the gamma ray
コリメータ32は、患者Mが配置される領域Rと検出器31aとの間に配置され、検出器31aとの相対的な位置関係を維持しつつ、検出器31aと共に回転可能な構成を有する。従って、患者Mから放出されたガンマ線Gは、コリメータ32を介して検出器31aに入射する。コリメータ32は、患者Mに由来しないノイズとなり得るバックグラウンドのガンマ線が検出器31aに入射することを抑制する。コリメータ32は、鉛板により形成された本体と、本体に設けられた複数の細孔と、を有する。細孔は、患者Mから検出器31に向かう方向に沿って、本体を貫通する。なお、コリメータ32は、複数の細孔を有する構成に限定されることはなく、検出器31aに対するバックグラウンドのガンマ線の入射を抑制し得える種々の構成を採用し得る。例えば、コリメータ32は、いわゆるピンホールタイプと呼ばれる構成を有するものであってもよい。
The collimator 32 is disposed between the region R where the patient M is disposed and the
薬剤濃度算出部40は、中性子線Nの照射中に患者Mの体内におけるホウ素濃度をリアルタイムで測定する。薬剤濃度算出部40は、中性子線Nとホウ素との反応で生じるガンマ線G1(478kev)に関する情報(第3のガンマ線情報)を利用して、ホウ素濃度を算出する。図3に示されるように、薬剤濃度算出部40は、同時計数回路41、ノイズ判定部42、カウンタ43及び濃度演算部44を有する。
The drug
同時計数回路41は、2個の入力端子41a,41bを有し、入力端子41a,41bの両方へ同時時刻に信号が入力されたときに信号を出力する回路である。ここでいう「同時時刻」とは、厳密な同時時刻に限られることはなく、予め設定された期間内(例えば、10−8秒間)に入力端子41a,41bの両方へ信号が入力された場合も含む。同時計数回路41の入力端子41aには検出器31aが接続され、入力端子41bには検出器31bが接続される。そして、同時計数回路41は、入力端子41a,41bのそれぞれに検出器31a,31bから同時に信号が入力されたとき、信号をノイズ判定部42へ出力する。入力端子41a,41bのいずれか一方に信号が入力されたとき、換言すると、それぞれの入力端子41a,41bへの信号の入力が同時と判定されないときには、信号を出力しない。同時計数回路41から出力される信号は、検出器31a,31bで検出されたガンマ線Gが、対消滅により発生したガンマ線G2(511keV)であることを示す。
The
ノイズ判定部42は、検出器31a,31bと、同時計数回路41と、カウンタ43とに接続されている。ノイズ判定部42は、同時計数回路41から出力された信号を利用して、検出器31a,31bから入力されたガンマ線信号の取捨選択を行う。ノイズ判定部42は、検出器31a,31bからガンマ線信号が入力され、且つ、同時計数回路41から信号が入力されたとき、検出器31a,31bから入力されたガンマ線信号はノイズであると判定し、当該ガンマ線信号を無視する。すなわち、ノイズ判定部42は、同時計数回路41から出力された信号及びガンマ線信号の入力に対して、何らの信号も出力しない。一方、ノイズ判定部42は、検出器31a,31bの何れか一方からガンマ線信号が入力され、同時計数回路41から信号が出力されないとき、当該ガンマ線信号を無視しない。すなわち、ノイズ判定部42は、検出器31a,31bの何れか一方に入力されたガンマ線信号をカウンタ43に出力する。
The
カウンタ43は、ノイズ判定部42と、濃度演算部44に接続されている。カウンタ43は、ノイズ判定部42から出力されたガンマ線信号の数を数える。そして、所定期間ごとに、カウンタ43は、ガンマ線信号に含まれたエネルギーと、当該エネルギーにおけるカウント数との組み合わせを出力する。
The
濃度演算部44は、カウンタ43から定期的に出力される情報を利用して、ホウ素濃度を算出する。例えば、濃度演算部44は、ガンマ線信号に含まれたエネルギー値と、当該エネルギーにおけるカウント数とを含む複数の組み合わせデータから、ガンマ線スペクトル(図5参照)を算出する。そして、当該スペクトルにおいて、ガンマ線G1(478keV)をピークとする所定のエネルギ帯域の積分値(線量)を得る。この積分値を利用して、ホウ素濃度を算出する。そして、濃度演算部44は、ホウ素濃度を制御装置20に出力する。
The
次に、図4に示すフローチャートを参照しつつ、中性子捕捉療法システム1の動作について説明する。
Next, the operation of the neutron
はじめに、薬剤投与部17からホウ素を含む薬剤の投与が開始される(工程S1)。続いて、中性子線照射部4から中性子線Nの照射が開始される(工程S2)。中性子線Nの照射中において、患者Mのがん細胞に取り込まれたホウ素と中性子線Nとが反応して、検出対象であるガンマ線G1(478keV)が放出される。また、中性子線Nの照射中において、除去対象であるガンマ線G2(511keV)が放出される。中性子捕捉療法システム1のガンマ線情報取得部30は、これらガンマ線G1,G2を含むガンマ線Gに関する第1のガンマ線情報を取得する(工程S3)。ガンマ線情報は、同時計数回路41及びノイズ判定部42に出力される。
First, administration of a drug containing boron is started from the drug administration unit 17 (step S1). Subsequently, irradiation with the neutron beam N is started from the neutron beam irradiation unit 4 (step S2). During irradiation with neutron beam N, boron and neutron beam N that have been taken into the cancer cells of patient M react with each other, and gamma rays G1 (478 keV), which are detection targets, are emitted. Further, during irradiation with the neutron beam N, gamma rays G2 (511 keV) to be removed are emitted. The gamma ray
続いて、同時計数回路41からノイズ判定部42へ信号が出力されたか否かを判定する(工程S4)。ここで、信号が出力された場合、取得されたガンマ線情報は、一対のガンマ線G2(511ekV)を示すことがわかる。一方、信号が出力されない場合、取得されたガンマ線情報は、ガンマ線G1(478keV)、或いはガンマ線G3〜G5を示すことがわかる。以下、取得されたガンマ線情報が、ガンマ線G2(511ekV)を示す場合と、ガンマ線G1(478ekV)を示す場合と、について個々に説明する。
Subsequently, it is determined whether or not a signal is output from the
<ガンマ線G2(511ekV)である場合:工程S4:YES>
電子と陽電子の対消滅により、一対のガンマ線G2(511keV)が発生すると、一方が検出器31aに入射すると共に、他方が検出器31bに入射する。ガンマ線G2の入射により、検出器31a,31bのそれぞれから、ガンマ線情報が同時計数回路41に同時時刻に入力される。続いて、同時計数回路41から出力信号がノイズ判定部42へ出力される。続いて、ノイズ判定部42は、当該信号に基づいて(工程S4:YES)、検出器31a,31bから出力されたガンマ線信号が一対のガンマ線G2を示すものと判定する。そして、ノイズ判定部42は、検出器31a,31bから出力されたガンマ線信号を無視し(工程S5)、再び工程S3,S4を実施する。
<In the case of gamma ray G2 (511 ekV): Step S4: YES>
When a pair of gamma rays G2 (511 keV) are generated by the annihilation of electrons and positrons, one is incident on the
<ガンマ線G1(478keV)である場合:工程S4:NO>
ホウ素と中性子とが反応してガンマ線G1(478keV)が発生すると、ガンマ線G1は、例えば、一方の検出器31aだけに入射する。ガンマ線G1の入射により、検出器31aから、ガンマ線情報が同時計数回路41に入力される。この場合には、同時計数回路41から信号は出力されず、当該信号がノイズ判定部42へ出力されない。続いて、ノイズ判定部42は、同時計数回路41から信号が入力されないこと基づいて(工程S4:NO)、検出器31aから出力されたガンマ線信号が検出対象であるガンマ線G1を示す情報であると判定する。そして、ノイズ判定部42は、ガンマ線情報をカウンタ43に出力する(工程S6)。
<In the case of gamma ray G1 (478 keV): Step S4: NO>
When boron and neutrons react to generate gamma rays G1 (478 keV), the gamma rays G1 enter, for example, only one
続いて、カウンタ43は、カウント数nを1だけ増加させる(工程S7)。続いて、薬剤濃度算出部40は、所定時間が経過したか否かを判定する(工程S8)。所定時間経過していない場合には(工程S8:NO)、再び工程S3〜S8を実施する。所定時間経過した場合には(工程S8:YES)、カウント数nとガンマ線情報(エネルギー値)を濃度演算部44に出力する(工程S9)。続いて、濃度演算部44は、カウント数nとガンマ線情報とにより得られるガンマ線スペクトルを利用して、ホウ素濃度を算出する(工程S10)。続いて、薬剤濃度算出部40は、中性子線Nの照射が終了したか否かを判定する(工程S11)。照射が終了していない場合には(工程S11:NO)、カウント数nを初期化(n=0)し(工程S12)、再び工程S3〜S11を実施する。照射が完了した場合には、ホウ素濃度の算出処理を停止する(工程S13)。
Subsequently, the
次に中性子捕捉療法システム1の作用効果について説明する。
Next, the effect of the neutron
ホウ素を含む薬剤が投与された患者Mに中性子線Nを照射すると、ホウ素と中性子線との反応に伴うガンマ線G1(478keV)と、別の要因に伴う成分を含むガンマ線G2(511keV)とが発生する。中性子捕捉療法システム1は、ホウ素と中性子線との反応に伴うガンマ線G1の線量を利用してホウ素濃度を算出するが、別の要因に伴う成分を含むガンマ線G2はホウ素濃度の算出においてノイズになり得る。中性子捕捉療法システム1において、ノイズになり得るガンマ線G2の情報は、一対の検出器31a,31bのそれぞれに対して同時時刻に入射した所定のエネルギー(511keV)のガンマ線G2に関する第2のガンマ線情報として取得され、第1のガンマ線情報から除かれている。従って、第2のガンマ線情報が除かれた第3のガンマ線情報は、ノイズとなり得るガンマ線G2に関する情報が除かれている。そして、薬剤濃度算出部40は、ノイズとなり得るガンマ線G2に関する情報が除かれた第3のガンマ線情報を利用して、ホウ素濃度を算出している。従って、中性子捕捉療法システム1及び中性子捕捉療法システムの制御方法によれば、リアルタイム計測におけるホウ素濃度の算出精度を向上させることができる。
When a patient M to whom a drug containing boron is administered is irradiated with a neutron beam N, a gamma ray G1 (478 keV) associated with the reaction between boron and the neutron beam and a gamma ray G2 (511 keV) including a component associated with another factor are generated. To do. The neutron
より具体的には、図5(b)に示されるように、ホウ素濃度を算出するためのガンマ線G1(478keV)の近傍には、ノイズとなり得るガンマ線G2(511keV)が存在する。ガンマ線G2は、β+崩壊で生成された陽電子、或いは、ガンマ線と物質との相互作用で対生成された陽電子に起因する。β+崩壊で生成される陽電子は、ホウ素との中性子との反応では発生しないため、ノイズになり得る。また、ガンマ線と物質との相互作用で対生成された陽電子は、物質のあるところではどこでも発生し得る。そうすると、ホウ素と中性子との反応により対生成された陽電子よりも、ホウ素以外の物質との中性子との反応により対生成された陽電子の方が多くなると考えられるので、ノイズになり得る。従って、ガンマ線G2のカウント数は、ガンマ線G1のカウント数よりも極端に大きくなり(グラフA1参照)、ガンマ線G1の裾野にガンマ線G2の裾野が重複する。 More specifically, as shown in FIG. 5B, there is a gamma ray G2 (511 keV) that can be noise in the vicinity of the gamma ray G1 (478 keV) for calculating the boron concentration. The gamma ray G2 is caused by a positron generated by β + decay, or a positron generated by the interaction between a gamma ray and a substance. Positrons generated by β + decay are not generated by the reaction of boron with neutrons, and can be noise. Moreover, the positron generated by the interaction between the gamma ray and the substance can be generated anywhere in the substance. In this case, it is considered that the number of positrons generated by the pair reaction due to the reaction with the neutron with a substance other than boron is larger than the number of positrons generated by the reaction between the boron and the neutron. Therefore, the count number of the gamma ray G2 becomes extremely larger than the count number of the gamma ray G1 (see graph A1), and the base of the gamma ray G2 overlaps the base of the gamma ray G1.
ガンマ線G1の裾野にガンマ線G2の裾野が重複するような測定結果から、カウント数が小さいガンマ線G1のピークを信号処理によって精度良く抽出することが難しい。中性子捕捉療法システム1によれば、ガンマ線G2に関するガンマ線情報は、薬剤濃度算出部40のノイズ判定部42により無視される。従って、図5(b)に示されるように、カウント数のピークを小さくすることが可能になる。カウント数の大きさと、裾野の拡がりとは所定の関係があるので、カウント数のピークが小さくなると、裾野の拡がりも狭くなる。従って、ガンマ線G1のカウント数を示すピークを精度良く抽出することが可能になるので、ホウ素濃度の算出精度を向上させることができる。なお、検出器31は、所定の計数効率でガンマ線Gを検出する。そうすると、一対のガンマ線G2が放出された場合に、一方の検出器31aでは検出されるが、他方の検出器31bでは検出されない場合が起こり得る。その場合には、ガンマ線G2はノイズとして残ることになる。
From the measurement result in which the base of the gamma ray G2 overlaps the base of the gamma ray G1, it is difficult to accurately extract the peak of the gamma ray G1 having a small count number by signal processing. According to the neutron
また、所定のエネルギーは、511keVであり、第3のガンマ線情報は、478keVのエネルギーを有するガンマ線G1に関する情報である。患者Mに中性子線Nが照射されると、患者Mの体内に取り込まれたホウ素と中性子線Nとが反応して、アルファ線及びリチウムが放出される。放出されたリチウムからは、エネルギーが478keVであるガンマ線G1が放出される。従って、エネルギーが478keVであるガンマ線G1の線量は、ホウ素濃度に対応している。一方、患者Mに中性子線Nが照射されると、患者Mの体内に含まれた粒子と中性子線Nとの反応により電子及び陽電子が発生し、また、中性子線と粒子(水素、窒素等)との反応により生じる高エネルギー(1MeV以上)のガンマ線と物質(被照射体や装置中の鉛等の構造物)との反応により電子及び陽電子が発生する。そして、これらの電子および陽電子の対消滅が生じる。この対消滅では、エネルギーが511keVであるガンマ線G2が放出される。この対生成は、ホウ素とは別の粒子と中性子線Nとが反応して生じることもある。従って、エネルギーが511keVであるガンマ線G2はホウ素と中性子線との反応とは別の要因に伴う成分を含むため、エネルギーが511keVであるガンマ線G2は、ホウ素濃度を算出する場合にはノイズとなり得る。従って、中性子捕捉療法システム1では、ノイズとなり得るエネルギーが511keVであるガンマ線G2に関する情報を除き、ホウ素と中性子線との反応に伴うエネルギーが478keVであるガンマ線G1に関する情報を利用しているので、ホウ素濃度の算出精度を向上させることができる。
The predetermined energy is 511 keV, and the third gamma ray information is information on the gamma ray G1 having an energy of 478 keV. When the patient M is irradiated with the neutron beam N, boron and neutron beam N that have been taken into the body of the patient M react with each other, and alpha rays and lithium are released. From the released lithium, gamma rays G1 having an energy of 478 keV are released. Therefore, the dose of the gamma ray G1 whose energy is 478 keV corresponds to the boron concentration. On the other hand, when the patient M is irradiated with the neutron beam N, electrons and positrons are generated by the reaction between the particles contained in the patient M and the neutron beam N, and the neutron beam and particles (hydrogen, nitrogen, etc.). Electrons and positrons are generated by the reaction of high energy (1 MeV or more) gamma rays generated by the reaction with a substance (structure such as lead in the irradiated object or device). And the annihilation of these electrons and positrons occurs. In this pair annihilation, gamma rays G2 having an energy of 511 keV are emitted. This pair production may be caused by a reaction between a particle other than boron and the neutron beam N. Therefore, since the gamma ray G2 having an energy of 511 keV includes a component associated with a factor different from the reaction between boron and neutron rays, the gamma ray G2 having an energy of 511 keV can be a noise when calculating the boron concentration. Therefore, in the neutron
ガンマ線情報取得部30は、患者Mが配置される領域Rと検出器31aとの間に配置されたコリメータ32を更に備える。このコリメータ32は、患者Mの体内から放出されるガンマ線G1〜G5を透過し、患者Mに由来しないガンマ線を遮蔽する。従って、検出器31aから出力されるガンマ線情報の信号ノイズ比を高めることができる。
The gamma ray
本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で下記のような種々の変形が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications as described below are possible without departing from the gist of the present invention.
例えば、図6に示されるように、ガンマ線情報取得部40Aは、患者Mが配置される領域Rを取り囲むように配置された複数の検出器33及び複数のコリメータ34を備えていてもよい。この構成によれば、検出器33及びコリメータ34を回転させる構成が不要になるので、ガンマ線情報取得部40Aの構成を簡易にできる。
For example, as illustrated in FIG. 6, the gamma ray
また、中性子捕捉療法システム1は、中性子線検出部を備えていてもよい。中性子線検出部は、中性子線照射部4による中性子線Nの照射中に患者Mに照射される中性子線Nをリアルタイムで測定するためのものである。中性子線検出部は、例えばコリメータ12の開口12aを通過する中性子線Nをリアルタイムで検出する。中性子線検出部は、シンチレータ及び光検出器を有する。シンチレータは、入射した放射線(中性子線N、ガンマ線)を光に変換する蛍光体である。シンチレータは、入射した放射線の線量に応じて内部結晶が励起状態となり、シンチレーション光を発生させる。シンチレータとして、6Liガラスシンチレータ、LiCAFシンチレータ、6LiFを塗布したプラスチックシンチレータ、6LiF/ZnSシンチレータ等を使用することができる。光検出器は、シンチレータで発生した光を検出する。光検出器としては、例えば光電子増倍管や光電管など各種の光検出機器を採用することができる。光検出器は、光検出時に電気信号(検出信号)を制御装置20に出力する。
Moreover, the neutron
また、中性子捕捉療法システム1の制御装置20は、ホウ素濃度制御部を備えていてもよい。制御装置20は、治療計画に関する情報中のホウ素濃度分布の設定値と薬剤濃度算出部40で算出したホウ素濃度の実測値とを対比し、双方が一致又は所定の差の範囲内に収まるか否かを判定する。例えば、治療計画に関する情報中のホウ素濃度分布の設定値と薬剤濃度算出部40で測定したホウ素濃度の実測値との差が判定閾値以上である場合には、所定の差の範囲内に収まらないと判定する。なお、ホウ素濃度分布は2次元又は3次元の所定の空間中の分布データであるため、当該空間を複数の範囲に区切り、区切った範囲ごとにホウ素濃度の設定値とホウ素濃度の実測値とを対比する。制御装置20は、対比した結果、中性子線Nの線量の実測値及びホウ素濃度分布の実測値が治療計画通り(又は治療計画から所定の差の範囲内に収まる)と判定した場合には、そのまま中性子線Nの照射を続けさせる。一方、中性子線Nの線量の実測値及びホウ素濃度分布の実測値が治療通りではない(又は治療計画から所定の差の範囲内に収まらない)と判定した場合には、薬剤投与部17からのホウ素の投与の調整又は中性子線Nの照射の調整を行う。
Moreover, the
1…中性子捕捉療法システム、4…中性子線照射部、17…薬剤投与部、20…制御装置、30…ガンマ線情報取得部、31a,31b…検出器、32…コリメータ、40…薬剤濃度算出部、41…同時計数回路、42…ノイズ判定部、43…カウンタ、44…濃度演算部、G1…ガンマ線(478keV)、G2…ガンマ線(511keV)、M…患者(被照射体)、N…中性子線、R…患者が配置される領域。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記被照射体へ前記中性子線を照射する中性子線照射部と、
前記中性子線の照射により前記被照射体から放出されるガンマ線に関する第1のガンマ線情報を取得するガンマ線情報取得部と、
前記第1のガンマ線情報を利用して、前記被照射体内における前記薬剤の濃度を算出する薬剤濃度算出部と、を備え、
前記ガンマ線情報取得部は、前記被照射体が配置される領域を挟んで対となる位置に設けられた一対の検出器を有し、
前記薬剤濃度算出部は、前記第1のガンマ線情報から前記検出器のそれぞれで同時時刻に検出された所定のエネルギーのガンマ線に関する第2のガンマ線情報が除かれた第3のガンマ線情報を利用して、前記薬剤の濃度を算出する、中性子捕捉療法システム。 A neutron capture therapy system that irradiates a subject to which a drug containing boron is administered with a neutron beam,
A neutron beam irradiation unit that irradiates the irradiated body with the neutron beam;
A gamma ray information acquisition unit for acquiring first gamma ray information related to gamma rays emitted from the irradiated body by irradiation of the neutron beam;
A drug concentration calculation unit that calculates the concentration of the drug in the irradiated body using the first gamma ray information,
The gamma ray information acquisition unit has a pair of detectors provided at a pair of positions across an area where the irradiated object is disposed,
The drug concentration calculation unit uses third gamma ray information obtained by removing second gamma ray information related to gamma rays of predetermined energy detected at the same time by the detectors from the first gamma ray information. A neutron capture therapy system for calculating the concentration of the drug.
前記第3のガンマ線情報は、478keVのエネルギーを有するガンマ線に関する情報である、請求項1に記載の中性子捕捉療法システム。 The predetermined energy is 511 keV,
The neutron capture therapy system according to claim 1, wherein the third gamma ray information is information relating to gamma rays having an energy of 478 keV.
前記被照射体へ前記中性子線を照射する工程と、
前記被照射体が配置される領域を挟んで対となる位置に設けられた一対の検出器を利用して、前記中性子線の照射により前記被照射体から放出されるガンマ線に関する第1のガンマ線情報を取得する工程と、
前記第1のガンマ線情報から前記検出器のそれぞれで同時時刻に検出された所定のエネルギーのガンマ線に関する第2のガンマ線情報が除かれた第3のガンマ線情報を利用して、前記薬剤の濃度を算出する工程と、を有する中性子捕捉療法システムの制御方法。
A method for controlling a neutron capture therapy system that irradiates an irradiated body to which an agent containing boron is administered with a neutron beam,
Irradiating the irradiated body with the neutron beam;
First gamma ray information relating to gamma rays emitted from the irradiated object by irradiation of the neutron beam using a pair of detectors provided at a pair of positions across the region where the irradiated object is disposed A process of obtaining
The concentration of the drug is calculated using third gamma ray information obtained by removing second gamma ray information related to gamma rays of a predetermined energy detected at the same time by each of the detectors from the first gamma ray information. And a method of controlling the neutron capture therapy system.
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