JP2018536482A - 中性子捕捉療法用ビーム整形体 - Google Patents
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Abstract
Description
加速器ホウ素中性子捕捉療法では、加速器が陽子ビームを加速し、ターゲットは金属製で、陽子ビームは、ターゲットの原子核のクーロン反発力に打ち勝つエネルギーを有するまで加速され、ターゲットとの原子核反応により中性子を生成する。
好ましくは、減速体は一つの柱状と柱状に隣接する一つのテーパ状を含む形状、または互いに隣接する反対向きの二つのテーパ状に設けられる。
・熱外中性子束(epithermal neutron flux)> 1x109 n/cm2s
・高速中性子汚染(fast neutron contamination)< 2x10-13 Gy-cm2/n
・光子汚染(photon contamination)< 2x10-13 > Gy-cm2/n
・熱中性子束と熱外中性子束との比(thermal to epithermal neutron flux ratio)< 0.05
・中性子流とフラックスとの比(epithermal neutron current to flux ratio) > 0.7
注:熱外中性子エネルギー領域は0.5eV〜40keVであり、熱中性子エネルギー領域は0.5eVより小さく、高速中性子エネルギー領域は40keVより大きい。
中性子束と腫瘍におけるホウ素含有薬物の濃度とで臨床治療の時間が決まる。腫瘍におけるホウ素含有薬物の濃度が十分に高ければ、中性子束への要求を緩められる。それに対し、腫瘍におけるホウ素含有薬物の濃度が低ければ、高フラックスの熱外中性子で腫瘍に十分な線量を与える必要がある。IAEAの提案では、熱外中性子束について、平方センチメートル当たり1秒の熱外中性子が109個より多いことを求めている。既存のホウ素含有薬物にとって、このフラックスでの中性子ビームで治療時間を大体1時間以内に抑えられる。短い治療時間で、位置決めと快適さの改善、及び、腫瘍におけるホウ素含有薬物の限られた滞留時間の効果的利用に貢献できる。
高速中性子は、正常組織への不必要な線量を引き起こすので、汚染とみなされる。この線量と中性子エネルギーとには、正の相関関係があるので、中性子ビームの設計において、できる限り高速中性子の含有量を減らす必要がある。高速中性子汚染は、単位熱外中性子束に伴う高速中性子の線量と定義される。IAEAは、高速中性子汚染を2x10-13 Gy-cm2/nより小さくすることを推奨している。
γ線は強い透過性の放射線に属し、非選択的にビーム経路にあるすべての組織で線量沈着を引き起こすので、γ線の含有量を減らすことも中性子ビームの設計の必要条件である。γ線汚染は、単位熱外中性子束に伴うγ線の線量と定義される。IAEAは、γ線汚染を2x10-13 Gy-cm2/nより小さくすることを推奨している。
熱中性子は、減衰速度が速く、透過性も弱く、人体に入ると大部分のエネルギーが皮膚組織に沈着するので、黒色腫など皮膚腫瘍にホウ素中性子捕捉療法の中性子源として熱中性子を使用する場合以外、例えば脳腫瘍などの深部腫瘍の場合、熱中性子の含有量を減らす必要がある。IAEAは、熱中性子束と熱外中性子束との比を0.05より小さくすることを推奨している。
中性子流とフラックスとの比は、ビームの方向性を示す。その比が大きいほど、ビームの前向性が強くなる。強い前向性を持つ中性子ビームでは、中性子の発散による周辺の正常組織への線量を減らせる他、治療可能デプス及び位置決め姿勢の柔軟性を向上させることができる。IAEAは、中性子流とフラックスとの比を0.7より大きくすることを推奨している。
腫瘍線量は最大正常組織線量と等しいデプスである。このデプスより後ろでは、腫瘍細胞が受ける線量は最大正常組織線量より小さいので、ホウ素中性子捕捉上の優位性がなくなる。このパラメータは中性子ビームの透過性を示し、効果的治療デプスが大きいほど、治療可能な腫瘍のデプスが深くなる。単位はcmである。
即ち、効果的治療デプスにおける腫瘍線量率であり、最大正常組織線量率と等しい。正常組織で受け取る総線量は、与えられ得る腫瘍総線量に影響する要因であるので、このパラメータで治療時間が決まる。効果的治療デプスの線量率が大きいほど、腫瘍に一定の線量を与える必要な照射時間が短くなる。単位はcGy/mA-minである。
脳表面から効果的治療デプスまでに、腫瘍と正常組織とが受け取る平均線量の比は効果的治療線量比と呼ばれる。平均線量は線量−デプス曲線の積分により算出できる。効果的治療線量比が大きいほど、当該中性子ビームの治療効果がよくなる。
1.照射時間≦30min(加速器で使用する陽子流は10mA)
2.30.0RBE-Gy治療可能なデプス≧7cm
3.最大腫瘍線量≧60.0RBE-Gy
4.最大正常脳組織線量≦12.5RBE-Gy
5.最大皮膚線量≦11.0RBE-Gy
注:RBE(Relative Biological Effectiveness)は生物学的効果比であり、光子及び中性子による生物学的効果が異なるため、等価線量を算出するために、上記の線量に異なる組織の生物学的効果比を掛ける。
リチウムターゲットからの中性子は比較的高い前向的平均エネルギーを示す特性を持つ。図6に示すように、中性子の散乱角度が0°〜30°となる場合、平均中性子エネルギーは約478keVであるが、中性子の散乱角度が30°〜180°となる場合、平均中性子エネルギーはわずか290keVである。ビーム整形体の幾何学的形状を変更することにより、前向き中性子と減速体との多くの衝突を実現するとともに、横向き中性子が少ない衝突でビーム出口に到着すると、理論的には中性子の減速を最適化し、効果的に熱外中性子束を向上させることができる。次にビーム整形体の幾何学的形状に手をつけ、ビーム整形体の異なる幾何学的形状により、熱外中性子束への影響を評価する。
図9は本願の第6実施例を示す。ビーム整形体60は、ビーム入口61と、ターゲット62と、ターゲット62に隣接する減速体63と、減速体63の周囲に配置される反射体64と、減速体63に隣接する熱中性子吸収体65と、ビーム整形体60内に設けられた放射線遮蔽体65と、ビーム出口67と、を備える。ターゲット62とビーム入口61から入射した陽子ビームとの原子核反応により中性子が生成され、中性子により中性子ビームが形成され、中性子ビームは一つの主軸X6を規定する。減速体63により、ターゲット62からの中性子が熱外中性子エネルギー領域に減速される。反射体64は、熱外中性子ビーム強度を高めるため、主軸X6から逸れた中性子を主軸X6に導く。減速体63と反射体64との間には、隙間通路68が設けられ、熱中性子吸収体65とビーム出口67との間には、空気通路69が設けられている。該実施形態は第3実施例を改善した実施例である。具体的な改善点は下記の通りである。減速体63を互いに隣接する反対向きのテーパ状に設ける。該減速体63は、本体部631と、本体部632の外周を囲む補足部632を含む。本体部631は、柱状部633と柱状部633の両端に位置しかつ柱状部633に連接する二つのテーパ部634を含む。補足部632は、柱状部633の外周を囲みかつ二つのテーパ部634に連接されることにより、減速体63を隣接する反対向きのテーパ状とする。
Claims (10)
- ビーム入口と、ターゲットと、前記ターゲットに隣接する減速体と、前記減速体の外を囲む反射体と、前記減速体に隣接する熱中性子吸収体と、前記ビーム整形体内に設けられた放射線遮蔽体と、ビーム出口と、を備え、前記ターゲットと前記ビーム入口から入射した陽子ビームとの原子核反応により中性子が生成され、前記中性子により中性子ビームが形成され、前記中性子ビームは一つの主軸を規定し、前記減速体により、前記ターゲットからの中性子が熱外中性子エネルギー領域に減速され、前記減速体は、少なくとも1つのテーパ状の形状を含むように設けられ、前記減速体は本体部と本体部の外周を囲む補足部とを有し、前記補足部の材料は本体部の材料と異なり、前記反射体は、熱外中性子ビーム強度を高めるため、前記主軸から逸れた中性子を前記主軸に導き、前記熱中性子吸収体は、治療時に表層の正常組織への過度の線量を避けるために熱中性子の吸収に用いられ、前記放射線遮蔽体は、非照射領域における正常組織への線量を減らすために漏れた中性子と光子の遮蔽に用いられる、ことを特徴とする、
中性子捕捉療法用ビーム整形体。 - 前記本体部はターゲットに隣接するテーパ部とテーパ部に隣接する柱状部とを含み、前記補足部は、柱状部の外円周の表面を囲みかつテーパ部に連接することで、テーパ部とともに前記テーパ状を形成する、ことを特徴とする、
請求項1に記載の中性子捕捉療法のビーム整形体。 - 前記ビーム整形体はさらに加速器ホウ素中性子捕捉療法に用いられる、ことを特徴とする、
請求項1に記載の中性子捕捉療法のビーム整形体。 - 加速器ホウ素中性子捕捉療法では、加速器が陽子ビームを加速し、前記ターゲットは金属製で、前記陽子ビームは、ターゲットの原子核のクーロン反発力に打ち勝つエネルギーを有するまで加速され、前記ターゲットとの原子核反応により中性子を生成する、ことを特徴とする、
請求項3に記載の中性子捕捉療法用ビーム整形体。 - 当該ビーム整形体は中性子を熱外中性子エネルギー領域に減速し、熱中性子及び高速中性子の含有量を低減でき、熱外中性子エネルギー領域は0.5eV〜40keVであり、熱中性子エネルギー領域は0.5eVより小さく、高速中性子エネルギー領域は40keVより大きく、前記減速体は、高速中性子が主に作用し、熱外中性子がほとんど作用しない断面を有する材料で製作され、前記反射体は、中性子の反射性が高い材料で製作され、前記熱中性子吸収体は、熱中性子が主に作用する断面を有する材料で製作される、ことを特徴とする、
請求項1に記載の中性子捕捉療法用ビーム整形体。 - 前記減速体はD2O、AlF3、フルエンタル、CaF2、Li2CO3、MgF2とAl2O3のうちの少なくとも一種で製作され、前記反射体はPb又はNiのうちの少なくとも一種で製作され、前記熱中性子吸収体は6Liで製作され、前記熱中性子吸収体と前記ビーム出口との間には、空気通路が設けられ、前記放射線遮蔽体は、光子遮蔽体と中性子遮蔽体とを含む、ことを特徴とする、
請求項4に記載の中性子捕捉療法用ビーム整形体。 - 前記補足部はZn、Mg、Al、Ti、La、Pb、Zr及びBiのうちのいずれか一種で製作される、ことを特徴とする、
請求項4に記載の中性子捕捉療法用ビーム整形体。 - 前記減速体は一つのテーパ状と前記テーパ状に隣接する一つの柱状とを含む形状に設けられる、ことを特徴とする、
請求項1に記載の中性子捕捉療法用ビーム整形体。 - 前記減速体は、互いに隣接する反対向きの二つのテーパ状に設けられる、ことを特徴とする、
請求項1に記載の中性子捕捉療法用ビーム整形体。 - 前記本体部は柱状部と柱状部の両端に位置しかつ柱状部の両端に連接するテーパ部を含み、前記補足部は柱状部の外周を囲みかつ二つのテーパ部に連接されることにより、減速体を隣接する反対向きのテーパ状とする、
請求項9に記載の中性子捕捉療法用ビーム整形体。
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