JP2019501737A - 中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出システム及びその検出方法 - Google Patents
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Abstract
Description
リアルタイムな検出を実現できる一般的な放射線検出システムには、イオン化室とシンチレータ検出器との二つの異なる検出原理がある。γ線を検出する時には、一方では、空気充填式イオン化室をイオン化室として用いてもよく、他方では、シンチレータ検出器を用いることができる。
好ましくは、中性子捕捉療法システムは、荷電粒子ビームを加速するための加速器を更に含み、制御工程は、検出工程における検出結果に基づいて、加速器の次の作業を確認するように加速器を制御する。
検出方法は、検出工程における検出結果に基づいてホウ素の濃度値を推算する推算工程を更に含む。
・熱外中性子束(epithermal neutron flux) > 1 x 109 n/cm2s
・高速中性子汚染(fast neutron contamination) < 2 x 10-13 Gy-cm2/n
・光子汚染(photon contamination) < 2 x 10-13 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では、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2 x 10-13 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2 x 10-13 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、黒色腫等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、例えば脳腫瘍等の深部腫瘍の場合には、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。
本発明の実施例の別の態様は、中性子捕捉療法システムの中性子ビームの照射線量の精度を向上させ、及び、故障部位をリアルタイムに発見することができる中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出方法であって、当該放射線検出方法は上記の放射線検出システムにも相互的に対応する中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出方法を提供することにある。
Claims (11)
- 荷電粒子ビームと、前記荷電粒子ビームを通過させるための荷電粒子ビーム入口と、前記荷電粒子ビームと核反応することにより中性子ビームを発生させる中性子発生部と、前記中性子発生部による中性子ビームのフラックスと品質を調整するためのビーム成形体と、前記ビーム成形体に隣接するビーム出口と、を含む中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出システムであって、
中性子ビームによって照射された後に直ちに発生するγ線をリアルタイムに検出するために用いられる放射線検出装置を含むことを特徴とする、
中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出システム。 - 前記放射線検出システムは、前記中性子捕捉療法システムの次の作業を確認するように、前記放射線検出装置の検出結果に基づいて人間の感知する信号を発信する制御装置を更に含み、
前記制御装置は、表示部と、前記放射線検出システムの検出結果を前記表示部によって表示すると共に、前記加速器の次の作業を確認するように検出結果を前記加速器に帰還する制御部と、を含むことを特徴とする、
請求項1に記載の中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出システム。 - 前記放射線検出装置は、γ線を検出する電離箱又はシンチレータ検出器であり、
前記放射線検出システムは、検出されたγ信号によってホウ素の濃度値を推算することを特徴とする、
請求項1又は2に記載の中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出システム。 - 前記ホウ素の濃度値は、公式Aによって推算され、
請求項3に記載の中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出システム。 - 時間tの時の腫瘍線量率DT(t)は公式Dによって推算され、
請求項4に記載の中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出システム。 - 中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出方法であって、
前記中性子捕捉療法システムは、荷電粒子ビームと、前記荷電粒子ビームを通過させるための荷電粒子ビーム入口と、前記荷電粒子ビームと核反応することにより中性子ビームを発生させる中性子発生部と、前記中性子発生部による中性子ビームのフラックスと品質を調整するためのビーム成形体と、前記ビーム成形体に隣接するビーム出口と、を含み、
前記中性子発生部は、前記ビーム成形体内に収納され、放射線検出システムは、放射線検出装置を含み、前記検出方法は、前記放射線検出装置によって前記中性子ビームが照射された後に直ちに発生するγ線をリアルタイムに検出することを含む検出工程を有することを特徴とする、
中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出方法。 - 前記放射線検出システムは、制御部と表示部とを含む制御装置を更に含み、
前記検出方法は、
前記検出工程における検出結果に基づいて制御部が前記中性子捕捉療法システムの次の作業を制御する制御工程を含み、
前記検出工程における検出結果を前記表示部によって表示する表示工程を更に含む、ことを特徴とする、
請求項6に記載の中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出方法。 - 前記検出方法は、前記検出工程における検出結果に基づいてホウ素の濃度値を推算する推算工程を含むことを特徴とする、
請求項6又は7に記載の中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出方法。 - 前記ホウ素の濃度値は公式Aによって推算され、
請求項8に記載の中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出方法。 - 時間tの時の腫瘍線量率DT(t)は公式Dによって推算され、
請求項9に記載の中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出方法。 - 荷電粒子ビームと、前記荷電粒子ビームを通過させるための荷電粒子ビーム入口と、前記荷電粒子ビームと核反応することにより中性子ビームを発生させる中性子発生部と、前記中性子発生部による中性子ビームのフラックスと品質を調整するためのビーム成形体と、前記ビーム成形体に隣接するビーム出口と、を含み、
ホウ素の濃度と腫瘍線量との間の非線形関係を修正することを特徴とする、
中性子捕捉療法システム。
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