JP2023002608A - 中性子捕捉療法用のビーム成形体 - Google Patents
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Abstract
Description
さらに、前記第一冷却部はターゲットと直接接触する第一接触部と、減速体と接触する第二接触部と、第一接触部と第二接触部との間に位置する冷却媒体が通過する冷却タンクと、を含み、前記冷却タンクは、第二冷却部に連通する流入タンク及び第三冷却部に連通する流出タンクを有する。
ターゲットを冷却しやすいように、さらに、前記第一接触部は、熱伝導性材料または熱伝導性で発泡を抑制する材料で製造され、前記第二接触部は、発泡を抑制する材料で製造される。すなわち、第一接触部及び第二接触部は全体として熱伝導性で発泡を抑制する材料で製造されてもよく、または、第一接触部が発泡を抑制する材料の熱伝導性よりも熱伝導性が高い材料で製造され、第二接触部は発泡を抑制する材料で製造される。このように配置すれば、ターゲットの放熱及び発泡の抑制に有利である。
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
熱外中性子流と熱外中性子束との比 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にあり、熱中性子エネルギー領域は0.5eV未満であり、高速中性子エネルギー領域は40keV以上である。
中性子束と腫瘍中のホウ素含有薬物の濃度とで臨床治療の時間が決まる。腫瘍中のホウ素含有薬物の濃度が高い場合、中性子束の必要量を低減することができ、逆に、腫瘍中のホウ素含有薬物の濃度が低い場合、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が熱外中性子束への要件は、1秒あたりの平方センチメートル当たりの熱外中性子の数が109個以上上であり、このフラックス下での中性子ビームで、現在のホウ素含有薬物では、治療時間を大まかに1時間以内に制御することができる。短い治療時間は患者のポジショニングと快適さの利点に加えて、ホウ素含有薬物が腫瘍内にある限られた滞留時間を効果的に利用することができる。
高速中性子は、正常組織への不必要な線量を引き起こす可能性があるため、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があるので、中性子ビームは、高速中性子線量を最小限に抑えるように設計する必要がある。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、IAEAは高速中性子汚染に対し2 x 10-13 Gy-cm2/n未満を推奨している。
γ線は強通過放射線であり、非選択的にビーム経路上のすべての組織に線量堆積を引き起こす可能性があるので、γ線の含有量を低減することも中性子ビーム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線線量と定義される。IAEAは、γ線汚染に対して2 x 10-13 Gy-cm2/n未満を推奨している。
熱中性子は、減衰速度が速く、通過能力が低く、人体に入るとエネルギーの大部分は皮膚組織に沈着するので、黒色腫などの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、脳腫瘍のような深部腫瘍に対しては熱中性子の含有量を低減する必要がある。IAEAは熱中性子束と熱外中性子束との比に対して0.05未満を推奨している。
熱外中性子電流と熱外中性子束との比は、熱外中性子ビームの指向性を表す。その比が大きいほど、中性子束の前向性は高く、高い前向性の中性子ビームは、中性子の発散による周囲の正常組織への線量を低減させることができる他、治療可能な深さ及び配置姿勢の柔軟性を改善することができる。IAEAは、中性子流と線束との比に対して0.7以上を推奨している。
Claims (10)
- 中性子捕捉療法用のビーム成形体であって、
陽子ビームを加速させる加速管と、
ビーム入口と、
前記加速管内に配置されたターゲットと、
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、
前記ビーム成形体内に配置された放射シールド及びビーム出口と、
を含み、
前記ターゲットは前記ビーム入口から入射された陽子ビームと原子核反応して中性子を発生し、前記中性子は中性子ビームを形成し、前記減速体は前記ターゲットから発生した中性子を熱外中性子エネルギー領域まで減速させ、前記反射体は逸脱した中性子を前記減速体に戻して熱外中性子ビームの強度を増加させ、前記熱中性子吸収体は熱中性子を吸収し、治療時に浅層の正常組織による過度の線量を回避するために使用され、前記放射シールドは漏れた中性子及び光子をシールドして非照射領域の正常組織線量を低減するために使用され、
前記ビーム成形体は、さらに冷却装置を有し、
前記冷却装置は、前記ターゲットを冷却するための第一部と、それぞれ前記加速管の軸方向と平行に延在し、かつ前記第一部に連通する第二部及び第三部とを含み、前記第一部は前記ターゲットと平面接触し、前記第一部は、前記ターゲットと直接接触する第一接触部と、第二接触部と、を含み、前記第二部は前記第一部に冷却媒体を流入させ、前記第三部は前記第一部中の冷却媒体を流出させ、
前記第一接触部が前記ターゲットの熱を放出し、かつ、前記第一部が前記第一部を流れる冷却媒体によって熱を放出することで、前記ターゲットは冷却され、
前記減速体は、少なくとも1つの錐体形状を有し、前記減速体は、第一端部及び第二端部を有し、前記錐体形状は、前記第一端部と前記第二端部との間に位置する第三端部と、前記第一端部と前記第三端部を接続する本体部とを有し、前記第一部は前記ターゲットと前記第三端部との間に位置する、ことを特徴とする、
中性子捕捉療法用のビーム成形体。 - 前記加速管は嵌入部及び延在部を含み、前記ターゲットは前記加速管の前記嵌入部の端部に配置され、前記嵌入部は前記減速体中に配置され、前記延在部は前記減速体の外側に配置されて前記反射体により囲まれ、前記第一部は前記ターゲットと前記減速体との間に位置し、前記第二部及び前記第三部は前記加速管の軸方向と平行に前記加速管の前記嵌入部の外側まで延在して前記ビーム成形体に位置する、ことを特徴とする、
請求項1に記載の中性子捕捉療法用のビーム成形体。 - 前記第一部は前記加速管の端部に位置し、かつ前記ターゲットと平面接触し、前記第二部及び前記第三部はそれぞれ前記加速管の上下両側に位置し、かつ前記第一部とコの字型構造を形成する、ことを特徴とする、
請求項1に記載の中性子捕捉療法用のビーム成形体。 - 前記第二部及び前記第三部はいずれも銅製の管状構造であり、前記第二部及び前記第三部はそれぞれ前記ターゲットと前記第一部との接触平面に垂直である、ことを特徴とする、
請求項1に記載の中性子捕捉療法用のビーム成形体。 - 前記第一部は、前記第一接触部と、前記減速体と接触する前記第二接触部と、前記第一接触部と前記第二接触部との間に位置する冷却媒体が通過する冷却タンクと、を含み、前記冷却タンクは前記第二部に連通する流入タンク及び前記第三部に連通する流出タンクを有する、ことを特徴とする、
請求項1に記載の中性子捕捉療法用のビーム成形体。 - 前記流入タンクの上端は前記第二部の上端の上方に位置し、前記流出タンクの下端は前記第三部の下端の下方に位置する、ことを特徴とする、
請求項5に記載の中性子捕捉療法用のビーム成形体。 - 前記加速管の前記嵌入部は前記第一端部と前記第三端部との間に位置する、ことを特徴とする、
請求項2に記載の中性子捕捉療法用のビーム成形体。 - 前記ターゲットはリチウムターゲット層と、前記リチウムターゲット層の片側に位置して前記リチウムターゲット層の酸化を防止する酸化防止層と、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用のビーム成形体。 - 前記第一接触部は、熱伝導性材料、または、熱伝導性で発泡を抑制する材料で製造され、前記第二接触部は、発泡を抑制する材料で製造される、ことを特徴とする、
請求項1に記載の中性子捕捉療法用のビーム成形体。 - 前記酸化防止層はAlまたはステンレス鋼で製造され、前記第一接触部が熱伝導性で発泡を抑制可能な材料で製造されるときに、前記第一接触部はFe、TaあるいはVのうちのいずれか1つから選択され、前記第二接触部はFe、TaあるいはVのうちのいずれか1つで製造され、前記冷却媒体は水である、ことを特徴とする、
請求項8に記載の中性子捕捉療法用のビーム成形体。
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