JP2018513361A - 放射線防護囲い内の標的ホルダー支持体及び照射ビーム偏向装置を含む照射システム - Google Patents

Abstract

本出願は、１本の軸に沿って照射ビーム（１１）を少なくとも発出するように構成された粒子加速器（１０）と、照射すべき標的のための標的ホルダー（２２）を収容するように構成された少なくとも１つのポート（２１）を含む、加速器の外部の標的ホルダー台（２０）と、標的ホルダー台を取り囲む放射線防護囲いと、を含む、標的照射システム（１）に関する。粒子加速器は、囲い（３０）の外に位置付けされている。標的ホルダー台（２０）は、粒子加速器（１０）との関係において固定されている。ポート（２１）は、照射ビーム（１１）の軸との関係において偏心しており、システム（１）は、放射線防護囲い（３０）内に位置付けされ、照射すべき標的が中に挿入される標的ホルダー（２２）のポート（２１）に向って照射ビーム（１１）を曲げるように構成された偏向装置（４０）を含んでいる。【選択図】図１

Description

本出願は、標的の照射システム、詳細には、粒子加速器を含む照射システムに関する。

粒子加速器は、粒子の性質（陽子、電子など）、粒子のエネルギー及びビームの電流によって第１に特徴付けされるビームを生成することを目的とする機器である。加速器が使用される利用分野（放射性同位体の生成、Ｘ線又はガンマ線による放射線治療法、中性子の生成など）に応じて、ビームは、例えば主として以下のような異なるタイプの標的と相互作用することができる。
核反応がその中心部で発生する標的、例えば、ポジトロン放出断層撮影法（ＴＥＰ又は英語でＰＥＴ）のための放射性同位体の生成を目的としてサイクロトロンと共に使用される標的など、
加速器の調節段階の際にビームを停止し特徴付けすることを目的とする、停止用ストッパ標的。

ところが、ビームと標的との間の相互作用は、異なるタイプの反応、ひいては標的からの異なるタイプの放射線を発生させる可能性がある。

実際、照射された標的は、典型的にそれ自体、高エネルギーの中性子及び光子を含む放射線を、典型的にはＸ線又はガンマ線の形で発出する。これらの中性子及び光子は、標的内で発生する核反応によって直接生成される場合、「一次」中性子及び光子と呼ばれ、一次中性子及び光子と周囲の物質との間の反応にそれらが由来する場合、「二次」中性子又は光子と呼ばれる。

サイクロトロンは、非常に短い半減期、さらには２時間以下の半減期を有する放射性同位体、例えば、¹⁸Ｆ（フッ素１８）：１０９．７分、⁶⁸Ｇａ（ガリウム６８）：６７．７分、¹¹Ｃ（炭素１１）：２０．４分などの元素の生成のために、医療用画像形成において使用されることの多い粒子加速器である

。当然のことながら、例えば線形加速器（ＬＩＮＡＣ）又はシンクロサイクロトロンなどの他のタイプの粒子加速器も企図することができる。

例えば、¹⁸Ｏ（酸素１８）が９５％まで富化された水を含む標的と相互作用する１２ＭｅＶ及び２０μＡ（マイクロアンペア）で陽子（Ｐ）ビームを生成するサイクロトロンは、例えば典型的に６*１０¹¹Ｇ／ｓ（毎秒ガンマ数）及び４*１０¹¹ｎ／ｓ（毎秒中性子数）などの一定の比率で中性子（ｎ）及び光子束が随伴する¹⁸Ｆ（フッ素１８）を生成する。この反応は、例えば、¹⁸Ｏ＋Ｐ→¹⁸Ｆ＋ｎのように記される。

別の例によると、同じ陽子（ｐ）ビームと、今度は¹⁴Ｎ（窒素１４）を含む標的との相互作用は、¹¹Ｃ（炭素１１）と強いエネルギーの光子及び中性子を生成するが、この場合、比率は、先行する反応の比率とは異なり、例えば典型的に２０μＡで１*１０¹²Ｇ／ｓ及び２*１０⁹ｎ／ｓである。

したがって、標的の近傍で累積する毎秒の線量率は、１２ＭｅＶ（メガエレクトロンボルト）で２０μＡの陽子ビーム及び¹⁸Ｆの生成標的と接触した時点で多大なものである（数Ｓｖ（シーベルト、１Ｓｖ＝１ｍ²・ｓ^-2＝１Ｊ・ｋｇ^-1）。これらの強い放射能は、電離作用を有し、したがって、人と環境にとって危険である。これらの放射能の強度は、上述のビーム、すなわち１２ＭｅＶで２０μＡの陽子ビームを生成する外部イオン源を有するサイクロトロンによって発出される放射線の強度の約百万倍である。内部イオン源を有するサイクロトロンの場合、サイクロトロン内でイオンの加速によって発出される放射能は、より大きいものであり、このため、サイクロトロン及び標的の放射能強度間でこの比はおよそ１００万単位で低減するが、標的はひきつづき、主要な放射能源であり続ける。

上述の例において、加速器により発出される粒子のエネルギースペクトルは、平均して２ＭｅＶ前後に位置する最大値を有する。したがって、より高いエネルギーで発出され得る粒子が存在する。標的に由来する放射能は、それ自体、隣接する環境要素（空気、機器、壁体など）と相互作用し、これらの要素を活性化させることができる。標的ホルダーのために使用される材料に応じて、短い半減期さらには長い半減期（すなわち少なくとも１００日、さらには数年の半減期）を有する放射性同位体が作り出される可能性があり、これは、このタイプの技術についての１つの欠点である。

したがって、加速器の作動の際に環境の要素の照射及び活性化のリスクを制限するために、電離放射能から人及び環境を保護することが重要である。詳細には、標的に由来する放射能から人及び環境を保護することが適切である。

これらの電離放射能から人及び環境を保護する目的で、このようなシステムは、多くの場合、重量及び外形寸法が大きく高価なホットケープ内に設置される。実際、ホットケープの壁体は概して非常に厚く、厚さおよそ２メートルのコンクリート製である。

ところが、例えば医療業務などにおける既存の設備内にホットケープを建設することは、必ずしも可能であるわけではない。

その結果、或る種の利用分野の開発は、これらの照射システムの設置の可能性に関連する制約によって妨げられている。

この外形寸法を削減するため、多くの場合粒子加速器には、「局所的」と呼ばれる放射線防護囲いが備わっている。この放射線防護囲いは、ホットケープ内の放射線束を削減できるものの、ホットケープ無しで済ませることを可能にするものではない。

一例として、このような放射線防護については、少なくとも標的に由来する一次及び／又は二次高エネルギー光子を減衰させるために、例えば、いわゆる「高密度」材料を使用することが有利である。特にコスト及び使い易さを理由として、コンクリート及び鉛が、「高密度」材料として使用されることが多い。しかしながら、コンパクト性及び質量削減の目的で、例えば、タングステンなどの、さらに一層高密度の材料を使用することが有利であり得る。

中性子の減衰は、２段階で行なわれる可能性がある。すなわち第１の段階で中性子を減速させ、次に第２段階で中性子をトラップする。中性子は、例えば、物質を用いた弾性衝撃によって減速される。例えば水素化化合物（水、一部の重合体など．．．）は、中性子を減速させるのに充分適合している。中性子は、ひとたび減速された時点で、例えば「中性子トラップ」又は「中性子毒」によってトラップされる。例えば、中性子を捕捉するためにホウ素を使用することができる。１つの解決法は、例えば、ポリエチレンなどの水素富有材料に数パーセント、典型的には１％〜８％（原子百分率）の程度でホウ素を充填することからなる。本出願の枠内で、「富有」なる用語は、充填される材料中において水素含有量が原子濃度で約３０％、ひいては４０％以上であることを意味する。

しかしながら、中性子の捕捉はそれ自体、いわゆる「二次」高エネルギー光子を生成し、今度はこれらの光子を減衰させる必要がある。

こうして、これらの異なる放射能を減衰させるために、¹⁸Ｆ生成標的などの標的のための放射線防護囲いは、例えば、一続きになった中性子毒を含む水素富有材料層と高密度材料層を含む。

一次及び二次高エネルギー中性子及び光子を同時に減衰させるために、場合によって、例えば樹脂にホウ素及び鉛又はタングステンなどの高密度材料を充填することによって、これらの機能を１つにまとめることができる。

その上、標的は概して、加速器領域の極く近傍に位置付けされ、さらには、使用される粒子加速器の出口に直接組付けられることから、放射線防護囲いはこうして、標的と同時に粒子加速器も包含する。

したがって、結果として、このような放射線防護囲いは、標的に由来する放射能が粒子加速器を有意に活性化させることを妨げず、放射線防護の質量は大きいものであり続ける（典型的には、１０〜１８ＭｅＶの陽子を生成するサイクロトロンについて４０〜８０トンであり、粒子加速器自体の１０〜２０トンをこれに加えなければならない）。

したがって、これらの解決法は、非残留放射能に関連するリスクを削減できるものの、標的に由来する放射能による活性化から加速器を保護せず、その質量のため加速器の導入は容易ではなく、さらには多くの場合、既存の建物内への設置は阻止される。

標的による粒子加速器の活性化を回避するための一つの可能性は、加速器から離れるように標的の位置をずらすことにあり、こうして、放射線防護囲い内に粒子加速器を包含せずに済ませること、ひいては、標的の最も近くに放射能を限定することが可能になる。

このとき、加速器の活性化は、標的が加速器上に直接組付けられアセンブリが放射線防護されている場合よりも、標的の位置がずらされ放射線防護されている場合の方がはるかに弱い。

こうして、そのとき放射線防護囲いはもはや粒子加速器を収納しなくてもよいことから、放射線防護囲いのサイズひいては質量を著しく削減することができる。

反対に、放射能が粒子加速器によって発出される照射ビームに沿って遡上し、加速器の内部を活性化することは、なおも可能である。このことは、弾性衝撃により加速器の金属表面に当って「跳ね返る」中性子にとって、極めて邪魔である。設置上の制約のため、厚い壁体の建設の回避が誘発される場合には、この中性子の戻りは、それだけで大きな線量率を生成することから、なお一層厄介である。

したがって、位置をずらした標的を使用することによって、放射線防護の質量を大幅に削減することができるが、このような中性子漏洩に関連する環境の照射リスクはなお残る。

その上、一部の利用分野については、同じ加速器で異なる標的を使用できることは有利であり得る。

このとき企図できる１つの解決法は、照射ビームに直面して、選択された標的を移動させることである。

ところが、このような解決法には、概して、システム内の既存の真空を破り、標的を変え、その後、システムの再使用が可能になる前に真空を回復させることが必要となる。

その上、標的の照射が可能なかぎり最適なものであるためには、標的が可能なかぎりビームの正面に位置付けされる必要がある。その結果として、標的からサイクロトロンに向かって電離放射能（高エネルギーの中性子及び光子）のための直接的漏洩ラインが作り出される。その帰結は２つある。第１の帰結は、サイクロトロンの一部がなおも活性化される能力を有することである。第２の帰結は、ビームラインを遡上する中性子が、サイクロトロンの金属部品上で弾性衝撃により「跳ね返り」、こうして遮へいする必要のある二次放射能源を作り出すことである。

ある特許文献には、例えば、異なる標的の使用を可能にするバレルを含む装置について記載されている（例えば、特許文献１参照。）。このときこの解決法は、真空を破ることなく標的を交換することを可能にするにせよ、照射すべき標的が可能なかぎり正しく照射ビームのコリメータ内に確実に位置付けされるようにすることを、同時にその目的としている。このとき、このような解決法は、粒子加速器に向かう中性子の戻りの問題を解決することができない。

米国特許第５６０８２２４号明細書

本出願の目的は、上述の欠点を少なくとも部分的に解決することにある。

このために、第１の態様によると、
１本の軸に沿って照射ビームを少なくとも発出するように構成された粒子加速器と、
照射すべき標的を収容するように構成された標的ホルダーを収容するように構成された少なくとも１つのポートを含む、照射ビームに対面して加速器の外部に位置付けされた標的ホルダー支持体と、
標的ホルダー支持体を取り囲む放射線防護囲いであって、粒子加速器が外に位置付けされている囲いとを少なくとも含む、標的照射システムにおいて、標的ホルダー支持体が、粒子加速器との関係において固定されていること、及びポートが、照射ビームの軸との関係において偏心していること、及びシステムは、放射線防護囲い内に位置付けされ、照射すべき標的が中に導入される標的ホルダーのポートの方向に照射ビームを曲げるように構成された偏向装置を含んでいること、を特徴とする標的照射システムが提案されている。

こうして、本明細書中で提案されている解決法は、照射ビームの漏洩立体角の外に位置付けされた１つの固定したポート上に組付けられた標的ホルダー内に導入された標的に向かってビームを誘導することができる、又は異なるポート上に予め位置付けされた多数の標的ホルダーのうちの１つに対処することのできるビーム偏向装置を使用することからなる。偏向装置はこうして、標的セレクタ又は類推により標的チェンジャの代役を果たす。

好ましくは、標的ホルダー支持体は、少なくとも２つ、例えば５つのポートを含む。

例えば、ポートのうちの少なくとも１つ、さらには全てのポートは、粒子加速器によって発出された照射ビームの軸との関係において偏心している。

一実施例によると、ポートは、同一平面内に配置されている。

そして例えば、ポートが配置されている平面は水平平面である。

別の実施例によるとポートは、１体積内に配置されている。

このとき、漏洩ラインを最小限しながら、放射線防護で取り囲まれた異なる標的を達成することが可能となる。こうして、放射線防護質量が削減されると同時に、対応する標的ホルダー及び粒子加速器の近くの線量率及び周囲の機器、すなわち環境の要素の活性化は弱いものとなる。

放射線防護囲いは、標的とビームの間の相互作用により生成される残留及び非残留放射能の減衰を可能にし、標的ホルダーの周りでの接近したビーム偏向装置と標的ホルダーの利用の間の組合せは、放射線防護を有効に保ちつつ、場合によっては５分の１〜１５分の１まで放射線防護質量を削減できるようにしながら、粒子加速器に向かう標的の放射能の直接的漏れラインの減少、さらには削除を可能にする。

例えば、放射線防護囲いは、高密度材料を含む少なくとも１つの層と中性子毒を含む水素富有材料を含む少なくとも１つの層との交番を含む。

例えば、水素富有材料は、約５％〜７％（原子百分率）の程度で、中性子毒としてホウ素が充填されたポリエチレン（ＰＥ）である。

例えば、高密度材料はタングステン（Ｗ）及び／又は鉛（Ｐｂ）である。

そして任意には、放射線防護囲いは、標的ホルダー支持体上に組付けられた標的ホルダーを取り囲む補足的放射線防護部品をさらに含む。補足的部品は、例えば、放射線防護囲いの壁の内部に位置付けされている。このような部品は、例えば標的ホルダー支持体上に固定される。

好ましくは、標的ホルダーに最も近いところに位置付けされた放射線防護層、場合によって補足的部品は、高密度材料製である。

換言すると、囲いの内部表面の近傍の放射線防護囲いの放射線防護層が、高密度材料層である。

一実施例において、放射線防護囲いは、標的ホルダーの補足的放射線防護部品と最も内側の高密度材料層との間に位置付けされた水素富有材料の補足的厚みを含む壁を含む。

一例として示された実施例において、補足的放射線防護部品は、タングステン（Ｗ）製であり、約５ｃｍ〜約１５ｃｍ、例えば約６ｃｍ〜１１ｃｍの厚さを有する。

放射線防護囲いの壁は次に、例えば、
約５ｃｍ〜約１５ｃｍの厚さを有し、ホウ素が５％充填されたＰＥ製である、水素富有材料の補足的厚みと、
約３ｃｍ〜約８ｃｍの厚さでタングステン（Ｗ）製の、最も内側の高密度材料層と、
約２５ｃｍ〜約４０ｃｍの厚さを有し、ホウ素が５％充填されたＰＥ製である、後続する水素富有材料層と、
約２ｃｍ〜約８ｃｍの厚さで鉛（Ｐｂ）製である、後続する高密度材料層と、
約１５ｃｍ〜約３０ｃｍの厚さを有し、ホウ素が５％充填されたＰＥ製である、最も外側の水素富有材料層とを含む。

このとき、このような囲いは、４つの層及び、場合によっての１つの補足的部品の他に、任意の補足的厚みを含む。

厚さの値は、当然のことながら、こうして規模を連想する標示として提供されており、例えば＋／−５ｃｍなど、数センチメートル変動する可能性がある。

このような囲いは、極めてコンパクトである。

このとき、壁の厚さの規模は、約５０ｃｍ〜約１００ｃｍ、詳細には約６０ｃｍ〜約７５ｃｍである。

極めて有利な実施例において、放射線防護囲いは、少なくとも１つの球面壁を含む。

このような壁は、例えば、最大約３ｍ（メートル）、さらには２ｍに等しい外径を有する。

別の実施例によると、放射線防護囲いは、平行六面体の幾何形状を有する少なくとも１つの壁を含み、こうして、生産コストを削減することができる。幅、長さ又は高さのうち少なくとも１つのその寸法は、このとき、最大約３ｍ（メートル）、さらには２ｍに等しいものであり得る。

したがって、このようなシステムは、放射能に対する曝露のリスクを削減することができ、例えば医療環境などにおいて、このようなシステムの設置するための質量及び体積上の制約を最小限に抑える。

ただし、このような装置を利用できるという考えに対する当業者の強い偏見がこれまで存在していたという点に留意すべきである。

実際、照射ビームの通常のエネルギー範囲を考慮に入れると、偏向装置は同様に、大きいエネルギーを使用しなければならない。

このことは、粒子加速器に向かう中性子の戻りを最大限回避し全体の質量を制限することを可能にする曲げを有するためには、ビームの初期軸との関係における曲げ角が可能なかぎり大きいこと、例えば少なくとも５°、さらには１０°、例えば５°〜１７５°又は５°〜４０°、そして詳細には例えば約１９°〜約３８°であることが好ましいことから、なお一層特筆すべきことである。したがって、偏向装置が標的ホルダー支持体に最も近いところ、さらには標的ホルダー支持体の入口に位置付けされることが好ましい。

こうして、換言すると、偏向装置は、このとき、粒子加速器によりビームが沿って発出される軸との関係において、少なくとも５°、さらには１０°、例えば５°〜１７５°、例えば５°〜４０°、そして好ましくは１９°〜３８°の角度だけビームを曲げるように構成されていることが有利である。

そのために、偏向装置は、磁場を発出するように構成される。例えば磁場は、約１〜２テスラ（Ｔ）に相当する。特定の実施例によると、磁場はおよそ１．４テスラである。

有利な一実施例によると、偏向装置は、照射ビームの進路上、すなわち典型的には、粒子加速器によるビームの発出軸上に位置付けされた少なくとも１つの電磁四極子を含む。電磁四極子は、例えば、１つの電磁石、さらには４つの電磁石を含む。

好ましい実施例によると、偏向装置は、唯一の電磁四極子、あるいは２つの電磁四極子を含む。

電磁四極子の代りに、好ましくは双極子が存在する。

例えば、より軽量の粒子（電子タイプ）及び／又はより弱いエネルギーのための静電気偏向板などのように、加速される粒子のタイプ及びエネルギーに応じて、他の偏向装置を使用することもできる。

偏向装置は同様に、放射線防護囲い内に位置付けされる。偏向装置も同様に放射線防護に参与するという点に留意したい。そのために、偏向装置は例えば、高密度材料、例えば特に銅及び／又は鉄などで構成されており、こうして、光子を減衰するのに有効なものとなっている。四極子の枠内では、これは、銅線で取り囲まれた鉄のシャーシ、例えば、鉄のヨーク及び銅のコイルである。

このことは、このような偏向装置がその場合好ましくは防護囲いの内部に位置付けされることから、防護囲いを横断する偏向装置の作動に必要な供給用通路の構成を選択する上で別の難しさが存在し得るため、このような解決法の探求に対する追加の偏見をひき起こした。

有利な一実施例によると、供給用通路、例えばケーブル又は管はシケイン状である。

このような位置付けによってひとたびこれらの偏見を克服したならば、偏向装置自体が、高エネルギーの光子を減衰させることで放射線防護に参与する。

その上、それでも標的ホルダー支持体がビームの軸内に位置付けされたポートを含む場合、このポート上に組付けられる標的ホルダーの標的は、好ましくは、ソース項の中性子が低い標的、すなわちその中性子束が一次光子束（例えばここでは約１*１０¹⁰ｎ／ｓ）より少なくとも１００倍小さい標的である。例えば、これは、調節のための例えば黒鉛製の荷電標的（すなわち、照射され得るサイクロトロンを調節できるようにするものの放射性生成物を生成しない標的）、さらには、場合によって、上述のようなビームのために比較的わずかしか中性子を放射しない（すなわち１２ＭｅＶで２０μＡの陽子）ことを理由として炭素１１の生成用標的である。こうして、使用頻度の最も低い標的及び／又は最も低いソース項を有する標的（例えば荷電標的）を格納する標的ホルダーを、ビームの軸内でポート上に組付けることが好ましい。

このようなシステムは、さらに、機械式標的チェンジャー付きのシステムに比べてさらに反応性が高いものであり得るという利点を有する。換言すると、真空を破ることなく通常の機械式システムの場合よりもさらに急速に、典型的には１秒で、２つの異なるポート上に組付けられた２つの標的ホルダー内に位置付けされている一方の標的から他方の標的へとビームを通過させることが可能である。

有利な一実施例によると、システムは、照射ビーム位置調節装置及び照射ビーム集束調節装置を含み、位置調節装置及び集束調節装置は偏向装置の上流側に位置付けされている。

一実施例において、偏向装置は、位置調節装置と異なっている。

一実施例において、位置調節装置及び集束調節装置は、放射線防護囲いの外に位置付けされている。

別の一実施例において、位置調節装置及び集束調節装置は、少なくとも部分的に放射線防護囲いの内部、さらには少なくとも部分的に放射線防護囲いの壁の中に位置付けされている。

一実施例において、位置調節装置及び集束調節装置は、例えば、一対の電磁四極子によって同時に実現される。

さらに別の有利な実施例によると、システムは、コントロール・モジュール及び指令ユニットを含む制御モジュールを含み、コントロール・ユニットは、照射ビームの位置及び集束に関する情報及び測定値を統合し、指令ユニットに対して命令を送るように構成されており、指令ユニットは、位置調節装置及び／又は集束調節装置及び／又は偏向装置を起動させて照射ビームと照射すべき標的との間の相互作用を最適化するように構成されている。

本発明の別の目的は、その放射線防護囲いと併せて取り上げられるものの加速器は無い、標的ホルダー支持体にある。より厳密には、別の目的は、基準方向を有し、この基準方向に沿って照射ビームに付されるようになっている標的ホルダーアセンブリにおいて、
− 照射すべき標的を収容するように構成された標的ホルダーを収容するように構成された少なくとも１つのポートを含む、前記方向に対面して位置付けされるようになっている標的ホルダー支持体と、
− 前記方向が横断する状態で標的ホルダー支持体を取り囲む放射線防護囲いと、
を含むアセンブリであって、
標的ホルダー支持体が前記方向との関係において固定されていること、及びポートがこの方向との関係において偏心していること、及び放射線防護囲い内に位置付けされ、照射すべき標的が中に導入される標的ホルダーのポートの方向で前記方向に沿って受け取った照射ビームを曲げるように構成された偏向装置をアセンブリが含んでいることを特徴とする、標的ホルダーアセンブリにある。

このようなアセンブリは、詳細には、先に記載された特徴の全て又は一部を含む、先に定義された通りのシステム向けに構成されている。

放射線防護囲い内において、放射線防護が削減されている、さらには有意なものでない管路、例えば中空管路によって方向を具現することができる。

こうして、このようなシステムは、極めてコンパクトである。

このようなシステムによると、こうして、粒子加速器と標的ホルダーの間に完全な壁体を設置せずに済ませることが可能である。

したがって、このようなシステムは、例えば複合医療施設又は研究用の部屋などの建屋の中の室内に、著しい建築上の改良又は適応の必要性を回避できるようにしながら、すなわち、（コンクリート及び／又は鉄筋などの）通常の建設材料でできた壁を伴う部屋の中に設置することができる。

例えば、先行技術の装置については２ｍの壁体が必要であったのに対して、４０ｃｍのコンクリート製壁体で充分である。

したがって、このようなシステム、特に放射線防護囲いは、それがその後設置される部屋とは無関係である。

換言すると、したがってこのようなシステムは、建屋の室内に設置されるように構成されている。

他の形でシステムを定義すると、システムが１つの部屋、さらにはシステム全体を取り囲む囲い内に配置されると考えると、その場合、標的ホルダーは補足的囲い、つまり上述の放射線防護囲い内に配置され、こうしてシステムは、外部環境から隔離され、標的ホルダーは外部環境からのみならず粒子加速器に対しても隔離されることになり、このようなシステム内では、この粒子加速器は先行技術の装置と比べて活性化度が低くなっている。こうして、システムは、自律性を有する。

したがって、システムは、唯一の室内に設置され得ることから、システムへのあらゆるアクセスがこうして容易になる。システムは、さらに、より容易に設置可能である。

一実施例によると、本発明は、添付図面を参照して、非限定的に参考として提供されている以下の詳細な説明を読むことによって、充分に理解され、その利点がより明らかになるものである。

本発明の一実施例に係る標的の照射システムを概略的に例示する。 図２ａ及び２ｂで構成され、ポートの位置の幾何学的配置例を概略的に例示する。 内半径Ｒｉ（ミリメートルｍｍ単位）に応じた放射線防護囲いの質量Ｍ（トンＴ単位）の推移を、参考として示す。 コントロール・モジュールによる位置調節装置及び集束調節装置の駆動原理図を表わす。

上述の図面に表わされている同一の要素は、同一の参照番号によって識別されている。

図１は、粒子加速器１０、標的ホルダー支持体２０及び放射線防護囲い３０を含む照射システム１を提示する。

粒子加速器１０は、例えばサイクロトロンである。これは、数メガエレクトロボルト（ＭｅＶ）の陽子ビームを含む照射ビーム１１を発出するように構成されている。

放射線防護囲い３０は、ここでは、標的ホルダー支持体２０を取り囲んでいる。粒子加速器１０は、囲い３０の外に位置付けされる。

放射線防護囲い３０は、例えば、連続する層の積重ねで形成された壁を含む、中空の球形の外観を呈する。

例えば、放射線防護囲い３０の壁は、いわゆる「高密度」材料層３１と水素富有材料層３２の交番を含む。

実際には、放射線防護囲いは、高密度材料層と水素富有材料層を交互に形成する少なくとも２つの層、例えば２〜１０の層を含むことが好ましい。

放射線防護の質量及び外形寸法を制限する目的で、さらに、第１に一次光線を減衰させるため、後述するように、標的ホルダー支持体２０上に組付けられた標的ホルダー２２に最も近くに高密度材料層３１を位置付けすることが有利である。

次に、有利には、中性子毒を含む水素富有材料層３２を、最後の一次光線ならびに中性子捕捉に由来する二次光線を減衰させる高密度材料層３１と交番させることが、好ましい。

例示として、図１の本実施例においては、最も外側の層から出発して、壁は、最も内側の層、すなわち標的ホルダー２２の最も近くに位置する層が高密度材料層３１となるように、水素富有材料３２と高密度材料３１とを交番させた４つの層を含む。

さらに、ここでは、放射線防護を強化するために、標的ホルダー支持体２０のポート２１上に組付けられた標的ホルダー２２は、好ましくは高密度材料製である補足的放射線防護部品３３で取り囲まれている。放射線防護囲いの壁は、このとき、標的ホルダーの補足的放射線防護部品３３と最も内側の高密度材料層３１との間に位置付けされた水素富有材料製の補足的厚み３４を含む。

水素富有材料３２は、例えば、任意には約５％〜７％（原子百分率）の程度で中性子毒としてホウ素が充填される、ポリエチレン（ＰＥ）である。２０μＡで¹⁸Ｆ生成標的をボンバードするサイクロトロンの場合には、デジタルシミュレーションにより、ＰＥが約７％（原子百分率）程度のホウ素が充填されている場合に最適な減衰が示された。

主として一次及び二次高エネルギー光子を減衰させることを可能にする高密度材料３１は、有利には、例えばタングステンである。タングステンは、非常に高密度であることから、よりコンパクトで軽量の放射線防護囲いを製造できるようにする。しかしながら、タングステンは、機械加工が困難な材料であることから、その代わりに鉛などの他の材料を使用することができる。鉛はタングステンほど高密度でないことから、タングステンの代りに鉛を使用すると、放射線防護囲いの直径、ひいてはその質量がわずかに増大する。

好ましい実施例においては、補足的放射線防護部品３３は、タングステン（Ｗ）製であり、約６ｃｍの厚さを有する。放射線防護囲い３０の壁は、次に、以下のものを含む。
水素富有材料の補足的厚み３４は、約２４ｃｍの内半径（Ｒｉ）と約３０ｃｍの外半径（Ｒｅ）、つまり約６ｃｍの厚さを有し、ホウ素が５％充填されたＰＥ製である。
最も内側の高密度材料層３１は、約３０ｃｍの内半径（Ｒｉ）と約３５．５ｃｍの外半径（Ｒｅ）、つまり約５．５ｃｍの厚さを有し、タングステン（Ｗ）製である。
後続する水素富有材料層３２は、約３５．５ｃｍの内半径（Ｒｉ）と約６４．５ｃｍの外半径（Ｒｅ）、つまり、約２９ｃｍの厚さを有し、ホウ素が５％充填されたＰＥ製である。
後続する高密度材料層３１は、約６４．５ｃｍの内半径（Ｒｉ）と約６８．５ｃｍの外半径、つまり４ｃｍの厚さを有し、鉛（Ｐｂ）製である。
最も外側の水素富有材料層３２は、約６８．５ｃｍの内半径（Ｒｉ）と約８８．５ｃｍの外半径（Ｒｅ）、つまり約２０ｃｍの厚さを有し、ホウ素が５％充填されたＰＥ製である。

一例として、ここで記載されているサイクロトロン及び標的ホルダー支持体が、一日に１６０分、１カ月に２３日まで使用される場合、こうして、２４０ｍｍの内半径に対して約６．６トンの放射線防護囲いを製造することが可能である。このとき、このような放射線防護囲い３０は、通常の３０ｃｍのコンクリート壁体の外側での線量率を、公共ゾーンについてＥＵＲＡＴＯＭ指令によって定められた限度である８０μＳｖ／月まで、削減できるようにする。

標的ホルダー支持体２０は、放射線防護囲い３０内で、照射ビーム１１に対面して位置付けされる。

この標的ホルダー支持体は、照射ビーム１１との関係において偏心している、必要な場合に照射すべき標的を格納する標的ホルダー２２を各々１つずつ収容するように構成された複数のポート２１を含む。

ここでは、表示を簡略化するために、標的ホルダー支持体２０は、照射ビーム１１との関係において偏心された、各々１つの標的ホルダー２２を伴う２つのポート２１、ならびにビームの軸内に位置付けされた１つの補足的ポート２１’を含んでいる。

図１に例示されているように、こうして、考慮対象のポート２１の位置に応じて、考慮対象のポート２１上に組付けられた標的ホルダー内に挿入された標的が照射ビーム１１によって照射された場合に生成される直接的漏洩ライン１２を、多少の差こそあれ、低減させることができる。

異なるタイプの標的がポート２１又は２１’内に挿入される場合、照射ビーム１１と最大角度を形成するポート２１内に最も強い中性子束を発生させる標的を位置付けすることが好ましい。最も少ない放射能を発生させる標的及び／又は最も使用されない標的、例えば荷電標的は、ポート２１’が存在する場合、ビームの軸内にあるこのポート２１’内に挿入され得る。

例えば、ビームの軸から出発して、そこから遠ざかる方向で、考えられる１つの構成は、ビーム１１の軸内に位置するポート２１’内に荷電標的を位置付けし、次に¹¹Ｃ生成標的、次に¹⁸Ｆ生成標的を位置付けすることである。このとき、これらの標的は、定電流で中性子束の発生が増大する順で分類される。

ポート２１又は２１’が空の状態で残されている場合、すなわちそこにいかなる標的も挿入されていない場合、システムの気密性をより良く保証するために、気密な栓を形成するテープをそこに置くことが好ましい。

ポート２１の数、さらには１つのポート２１’の存在は、考慮対象の利用分野に関連するニーズに左右される。

ＴＥＰタイプの利用分野の枠内では、少なくとも２つの異なる標的を利用できるように少なくとも２つの標的ホルダー、例えば、最高１０個の異なる標的を使用できるために例えば２〜１０個の標的ホルダーを有していることが有利である。したがって、必要な標的ホルダーと同数のポートを有するのが有用である。

考慮対象の利用分野の枠内で既存の外形寸法上の制約に応じて、ポートは、例えば、図１及び２ａに例示された１平面に沿って、あるいは３次元で、すなわち図２ｂに例示されているように体積的に配置される。

同じ照射ビーム１１からポート２１の標的ホルダーのうちの任意の標的ホルダー内に位置付けされた１つの標的に対処するために、システム１はさらに、例えば、作動中に陽子が標的ホルダー支持体２０のポート２１の１つの上に組付けられた標的ホルダーの１つの中に位置付けされた１つの標的をボンバードするように、ポート２１の各々に向かって照射ビーム１１を配向するように構成された照射ビーム４０の偏向装置を含む。

偏向装置４０も同様に、放射線防護囲い３０内に位置付けされる。偏向装置４０も同様に放射線防護に参与するという点に留意されたい。そのために、この偏向装置は、高密度材料、例えば特に銅及び／又は鉄で構成されており、こうして、陽子を減衰させるために有効なものとなっている。四極子の枠内では、これは例えば、銅線で取り囲まれた鉄のシャーシである。

偏向装置４０は、例えば、電磁石で形成された四極子、又は好ましくは双極子を含む偏向板を含む。このような偏向板は、このとき、図１に概略的に示されているように、照射ビーム１１の行程上に位置付けされ、この照射ビームにより横断される。例えば、より軽量の粒子（電子タイプ）及び／又はより弱いエネルギーの粒子のための静電気偏向板など、加速された粒子のタイプ及びエネルギーに応じて他の偏向装置４０を使用することも同様に可能である。

図２ｂ内にあるような３次元配置の場合には、ビーム１１は、２次元で曲げられなければならず（一方、図２ａの配置の枠内では、ただ一次元にしたがった曲げだけが必要である）、このことは、偏向装置４０がより体積の大きいものとなって放射線防護囲い３０の内部体積の増大、ひいては放射線防護囲い３０のより大きい内半径Ｒｉを誘発し、その場合、図３に例示されているように放射線防護囲い３０の質量が増大して余分な複雑さを作り出す、という結果をもたらし得る。

しかしながら、１つのポート２１の標的ホルダーとシステム１が設置される場所の地面との間の距離は、放射線防護囲い３０の可能な最大寸法を制限する。同様に、垂直方向ではなくむしろ水平方向にしたがってポート２１を配置することが有利である。

これによりさらに、床レベルでの線量率を制限し、こうして例えば建物の上の階にシステム１をより容易に設置することが可能になる。

本実施例においては、コンパクト性を配慮して、標的ホルダー支持体２０と粒子加速器１０の離隔距離は、例えば１つのポート２１と地面の間に確立される距離を極くわずかに上回るものである。

偏向装置４０及び各ポート２１の入口ウィンドウのレベルでの照射ビーム１１の優れた集束及び良好な位置を保証するために、システム１は、ここでは、照射ビームの位置調節装置５１及び照射ビームの集束調節装置５２を含む。

特に、偏向装置４０が少なくとも５°の角度で照射ビームを曲げることができるのに対し、位置調節装置はビームの衝撃点又は焦点の位置を調整すること、すなわち典型的には０．５°未満という、かろうじて１度未満にわたってこの位置を調整することしかできないという点において、偏向装置４０は、位置調節装置と異なっている。

本実施例においては、位置調節装置及び集束調節装置は、偏向装置４０の上流側に組付けられているが、ここで「上流側」なる用語は、加速器から標的ホルダー支持体に向かう照射ビームの発出方向を意味するものとする。さらにここでは、これらの装置は、両方共、放射線防護囲い３０の外に位置付けされているが、同様に、少なくとも部分的に放射線防護囲いの内部に、さらには少なくとも部分的に壁内に位置付けされてもよいと考えられる。

位置調節装置５１及び集束調節装置５２は、例えば、一対の電磁四極子により一体として実現される。しかしながら、ビームが充分わずかしか発散しない場合、すなわち約０．５°未満しか発散しない場合、集束調節装置及び／又は位置調節装置を使用する必要はない。

このような装置の使用を容易にし信頼性を高めるために、偏向装置４０は、例えば、各々の標的ホルダー２２内に導入され得る多数の標的の中から選択された１つの標的に対処するために、遠隔で修正及び駆動可能である。並行して、位置調節装置５１及び照射ビームの集束調節装置５２は、同様に、考慮対象の標的の照射を最適化するように制御され得る。

このために、システム１は、この場合がそうであるように、例えばコントロール・モジュール６１及び指令ユニット６２を含む制御モジュール６０を含む。

このとき、考慮対象のポート２１、さらにはポート２１’の入口ウィンドウとの関係における照射ビーム１１の焦点の３次元位置付けを実施するために、位置調節装置５１及び集束調節装置５２を駆動することが可能である。

ここでは、例えばビーム位置インジケータ（ＢＰＩ）タイプの幾何学的測定モジュール６３を使用して、照射すべき標的を格納するポート２１、さらにはポート２１’の入口ウィンドウのレベルでのビーム１１の位置及び寸法に関する情報を、コントロール・モジュール６１に送ることができる。

標的上でビーム１１により生成された電流を測定し、コントロール・モジュール６１に対して電流測定値を伝達するために、例えば、電流測定モジュール６４を使用することもできる。

これらの情報及び測定値は、ビーム１１と標的の間の相互作用が最適なものとなるように、位置調節装置５１及び集束調節装置５２ならびに偏向装置４０のパラメータを調整することを可能にする。

このために、コントロール・モジュール６１は、モジュール６３及び測定モジュール６４によって提供された情報及び測定値を統合し、位置調節装置５１及び／又は集束調節装置５２及び／又は偏向装置４０を作動させる指令ユニット６２に対して命令を送る。

Claims (22)

1. １本の軸に沿って照射ビーム（１１）を少なくとも発出するように構成された粒子加速器（１０）と、
   照射すべき標的を収容するように構成された標的ホルダー（２２）を収容するように構成された少なくとも１つのポート（２１）を含む、照射ビーム（１１）に対面して加速器の外部に位置付けされた標的ホルダー支持体（２０）と、
   標的ホルダー支持体を取り囲む放射線防護囲い（３０）であって、粒子加速器（１０）が外に位置付けされている放射線防護囲い（３０）とを少なくとも含む、標的照射システム（１）において、 標的ホルダー支持体（２０）が、粒子加速器（１０）との関係において固定されていること、及びポート（２１）が、照射ビーム（１１）の軸との関係において偏心していること、及びシステム（１）は、放射線防護囲い（３０）内に位置付けされ、照射すべき標的が中に導入される標的ホルダー（２２）のポート（２１）の方向に照射ビーム（１１）を曲げるように構成された偏向装置（４０）を含んでいること、を特徴とする、標的照射システム（１）。
2. 放射線防護囲い（３０）が、高密度材料（３１）を含む少なくとも１つの層と中性子毒を含む水素富有材料（３２）を含む少なくとも１つの層との交番を含むことを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. 放射線防護囲いの内部表面近傍の囲いの放射線防護層が、高密度材料層（３１）であることを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
4. 水素富有材料（３２）が、約５％〜７％（原子百分率）の程度で、中性子毒としてホウ素が充填されたポリエチレン（ＰＥ）であることを特徴とする、請求項２又は３に記載のシステム。
5. 高密度材料がタングステン及び／又は鉛であることを特徴とする、請求項２〜４のいずれか１項に記載のシステム。
6. 放射線防護囲い（３０）が、放射線防護囲いの壁の内部で、標的ホルダー支持体上に組付けられた標的ホルダーを取り囲む補足的放射線防護部品（３３）をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシステム。
7. 補足的放射線防護部品（３３）が高密度材料製であることを特徴とする、請求項６に記載のシステム。
8. 放射線防護囲いが、標的ホルダーの補足的放射線防護部品（３３）と最も内側の高密度材料層（３１）との間に位置付けされた水素富有材料の補足的厚み（３４）を含む壁を含むことを特徴とする、請求項３及び請求項６又は７のいずれか１項に記載のシステム。
9. 補足的放射線防護部品（３３）が、タングステン（Ｗ）製であり、約５ｃｍ〜約１５ｃｍの厚さを有すること、及び、放射線防護囲い（３０）の壁が、次に、
   約５ｃｍ〜約１５ｃｍの厚さを有し、ホウ素が５％充填されたＰＥ製である、水素富有材料の補足的厚み（３４）と、
   約３ｃｍ〜約８ｃｍの厚さでタングステン（Ｗ）製の、最も内側の高密度材料層（３１）と、
   約２５ｃｍ〜約４０ｃｍの厚さを有し、ホウ素が５％充填されたＰＥ製である、後続する水素富有材料層（３２）と、
   約２ｃｍ〜約８ｃｍの厚さで、鉛（Ｐｂ）製である、後続する高密度材料層（３１）と、
   約１５ｃｍ〜約３０ｃｍの厚さを有し、ホウ素が５％充填されたＰＥ製である、最も外側の水素富有材料層（３２）とを含むことを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
10. 偏向装置（４０）が、約１〜２テスラ（Ｔ）に相当する磁場を発出するように構成され、例えば磁場がおよそ１．４テスラであることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のシステム。
11. 偏向装置（４０）が、照射ビームの進路上に位置付けされた少なくとも１つの電磁四極子を含むことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のシステム。
12. 偏向装置（４０）が、例えば特に銅及び／又は鉄といった高密度材料で構成されていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のシステム。
13. ポート（２１）が同じ平面内に配置されていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のシステム。
14. ポート（２１）が配置されている平面が水平平面であることを特徴とする、請求項１３に記載のシステム。
15. ポート（２１）が、１体積内に配置されていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のシステム。
16. 照射ビーム位置調節装置（５１）及び照射ビーム集束調節装置（５２）を含むこと、及び位置調節装置（５１）及び集束調節装置（５２）が偏向装置（４０）の上流側に位置付けされていることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のシステム。
17. 偏向装置（４０）が、位置調節装置（５１）と異なっていることを特徴とする、請求項１６に記載のシステム。
18. 位置調節装置（５１）及び集束調節装置（５２）が放射線防護囲い（３０）の外に位置付けされていることを特徴とする、請求項１６又は１７に記載のシステム。
19. 位置調節装置（５１）及び集束調節装置（５２）が少なくとも部分的に放射線防護囲いの内部、さらには少なくとも部分的に放射線防護囲いの壁の中に位置付けされていることを特徴とする、請求項１６又は１７に記載のシステム。
20. 位置調節装置（５１）及び集束調節装置（５２）が例えば、一対の電磁四極子によって同時に実現されることを特徴とする、請求項１６〜１９のいずれか１項に記載のシステム。
21. コントロール・モジュール（６１）及び指令ユニット（６２）を含む制御モジュール（６０）を含み、コントロール・ユニット（６１）が、照射ビーム（１１）の位置及び集束に関する情報及び測定値を統合し、指令ユニット（６２）に対して命令を送るように構成されており、指令ユニット（６２）は、位置調節装置（５１）及び／又は集束調節装置及び／又は偏向装置（４０）を起動させて照射ビーム（１１）と照射すべき標的との間の相互作用を最適化するように構成されていることを特徴とする、請求項１６〜２０のいずれか１項に記載のシステム。
22. 基準方向を有し、この基準方向に沿って照射ビームに付されるようになっている、標的ホルダーアセンブリであって、
    照射すべき標的を収容するように構成された標的ホルダーを収容するように構成された少なくとも１つのポートを含む、前記基準方向に対面して位置付けされるようになっている標的ホルダー支持体と、
    前記基準方向が横断する状態で標的ホルダー支持体を取り囲む放射線防護囲いと、を含む標的ホルダーアセンブリにおいて、
    標的ホルダー支持体が前記基準方向との関係において固定されていること、及びポートがこの基準方向との関係において偏心していること、及び放射線防護囲い内に位置付けされ、照射すべき標的が中に導入される標的ホルダーのポートの方向で前記基準方向に沿って受け取る照射ビームを曲げるように構成された偏向装置をアセンブリが含んでいることを特徴とする、標的ホルダーアセンブリ。

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