JP5410608B2 - 中性子線照射装置及び中性子線照射装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、中性子線照射装置及びその制御方法に関する。

がん治療等における放射線治療の１つとして、中性子線の照射によりがん治療を行う硼素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ：BoronNCT）がある。従来、この硼素中性子捕捉療法を行うための中性子線照射装置（ＢＮＣＴ装置）が開発されており、例えば特許文献１には、サイクロトロン等の加速器で陽子線（荷電粒子線）を生成し、ベリリウム等のターゲットに陽子線を照射することにより中性子線を生成し、生成した中性子線を患者等の被照射体へ照射するものが開示されている。

特開２００４−２３３１６８号公報

ここで、上記中性子線照射装置では、例えば被照射体に対して中性子線測定用の金線を予め貼り付け、中性子線の照射途中に金線を取り外して当該金線の放射化量を測定することにより、照射途中での中性子線の照射線量を測定する。そして、この測定した照射線量に基づき、計画通りの照射線量で中性子線が被照射体に照射されるよう中性子線照射装置を制御（例えば、停止等）することが図られている。

しかしこの場合、例えば、何らかの理由によって金線の放射化量測定後に中性子線の照射線量率が変動してしまうと、かかる変動に充分に対応することができず、計画通りの照射線量で中性子線を被照射体に照射することが困難となるおそれがある。そのため、上記中性子線照射装置においては、被照射体に照射する中性子線の照射線量の精度を向上させることが求められている。

そこで、本発明は、中性子線の照射線量の精度を向上できる中性子線照射装置、及びその制御方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、上記中性子線照射装置においては、被照射体に中性子線を照射する際、中性子線の照射線量をオンラインで把握できれば、例えば中性子線の照射線量率の変動にも対応させ、中性子線の照射線量の精度を向上可能となることを見出した。そして、荷電粒子線の照射線量率と中性子線の照射線量率との間には一定の相関関係があることから、中性子線の照射中にて荷電粒子線のターゲットへの照射線量を逐次測定すれば、かかる相関関係を利用して中性子線の照射線量をオンラインで好適に把握できることに想到し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の一側面に係る中性子線照射装置は、被照射体へ中性子線を照射する中性子線照射装置であって、荷電粒子線を生成する荷電粒子線生成手段と、荷電粒子線をターゲットに照射することにより、中性子線を生成する中性子線生成手段と、中性子線の照射中に荷電粒子線の照射線量をリアルタイムで測定するための測定手段と、を備えたことを特徴とする。

この中性子線照射装置では、中性子線の照射中に荷電粒子線の照射線量がリアルタイムで測定されるため、上述した理由から、中性子線の照射線量をオンラインで好適に把握することが可能となり、その結果、中性子線の照射線量の精度を向上することが可能となる。

また、測定手段により測定された荷電粒子線の照射線量に基づいて、被照射体への中性子線の照射を制御することが好ましい。この場合、オンラインで把握された中性子線の照射線量に応じて、中性子線の照射が制御されることとなる。

また、測定手段により測定された荷電粒子線の照射線量を中性子線の照射線量に変換する変換部を備えた場合があり、このとき、変換部により変換された中性子線の照射線量を表示する表示手段を備えた場合がある。表示手段を備えることにより、医師やオペレータが照射中の中性子線の照射線量を把握することができる。

また、本発明の他の側面に係る中性子線照射装置は、被照射体へ中性子線を照射する中性子線照射装置であって、荷電粒子線を生成する荷電粒子線生成手段と、荷電粒子線をターゲットに照射することにより、中性子線を生成する中性子線生成手段と、中性子線の照射中に当該中性子線の照射線量をリアルタイムで測定するための測定手段と、を備えたことを特徴とする。

この中性子線照射装置では、中性子線の照射線量がオンラインで好適に把握されるため、上述した理由から、中性子線の照射線量の精度を向上することが可能となる。

また、本発明のさらに他の側面に係る中性子線照射装置の制御方法は、荷電粒子線を生成する荷電粒子線生成手段と、荷電粒子線をターゲットに照射することにより中性子線を生成する中性子線生成手段と、を備え、被照射体へ中性子線を照射する中性子線照射装置の制御方法であって、荷電粒子線の照射線量をリアルタイムで測定する測定工程を含むことを特徴とする。

この中性子線照射装置の制御方法においても、荷電粒子線の照射線量がリアルタイムで測定されるため、上述した理由から、中性子線の照射線量をオンラインで好適に把握することが可能となり、その結果、中性子線の照射線量の精度を向上することが可能となる。

また、測定工程にて測定された荷電粒子線の照射線量に基づいて、被照射体への中性子線の照射を制御する制御工程を含むことが好ましい。この場合、オンラインで好適に把握された中性子線の照射線量に応じて、中性子線の照射が制御されることとなる。

また、測定工程にて測定された荷電粒子線の照射線量を中性子線の照射線量に変換する変換工程を含む場合があり、このとき、変換工程にて変換された中性子線の照射線量を表示する表示工程を含む場合がある。表示工程により、医師やオペレータが照射中の中性子線の照射線量を把握することができる。

本発明によれば、中性子線の照射線量の精度を向上することが可能となる。

一実施形態に係る中性子線照射装置の構成を示す図である。 図１の中性子線照射装置における中性子線生成部を示す概略斜視図である。 荷電粒子線の照射線量率と中性子線の照射線量率との関係を示すグラフである。 変形例に係る測定手段を示す図である。

以下、図面を参照して好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、「上流」「下流」の語は、出射する荷電粒子線及び中性子線の上流（サイクロトロン側）、下流（被照射体側）をそれぞれ意味している。

図１は、一実施形態に係る中性子線照射装置の構成を示す図であり、図２は、図１の中性子線照射装置における中性子線生成部を示す概略斜視図である。図１に示すように、中性子線照射装置１は、例えば、中性子捕捉療法を用いたがん治療などを行うために用いられる装置であり、患者等の被照射体４０へ中性子線Ｎを照射する。

この中性子線照射装置１は、サイクロトロン１０を備え、サイクロトロン１０は、陽子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。ここでのサイクロトロン１０は、例えば、ビーム半径４０ｍｍ、６０ｋＷ（＝３０ＭｅＶ×２ｍＡ）の荷電粒子線Ｐを生成する能力を有している。

サイクロトロン１０から出射された荷電粒子線Ｐは、水平型ステアリング１２、４方向スリット１４、水平垂直型ステアリング１６、四重極電磁石１８，１９，２０、９０度偏向電磁石２２、四重極電磁石２４、水平垂直型ステアリング２６、四重極電磁石２８、４方向スリット３０、電流モニタ３２、荷電粒子線走査部３４を順次に通過し、中性子線生成部３６に導かれる。この荷電粒子線Ｐは、中性子線生成部３６においてターゲットＴに照射され、これにより、中性子線Ｎが発生される。そして、中性子線Ｎは、治療台３８上の被照射体４０へ照射される。

水平型ステアリング１２、水平垂直型ステアリング１６，２６は、例えば電磁石を用いて荷電粒子線Ｐのビームの発散を抑制するものである。同様に、四重極電磁石１８，１９，２０，２４，２８は、例えば電磁石を用いて荷電粒子線Ｐのビーム軸調整を行うものである。４方向スリット１４，３０は、端のビームを切ることにより、荷電粒子線Ｐのビーム整形を行うものである。

９０度偏向電磁石２２は、荷電粒子線Ｐの進行方向を９０度偏向するものである。なお、９０度偏向電磁石２２には、切替部４２が設けられており、切替部４２によって荷電粒子線Ｐを正規の軌道から外してビームダンプ４４に導くことが可能になっている。ビームダンプ４４は、治療前などにおいて荷電粒子線Ｐの出力確認を行う。

電流モニタ３２は、ターゲットＴに照射される荷電粒子線Ｐの電流値（つまり、電荷，照射線量率）をリアルタイムで測定するものである。電流モニタ３２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。この電流モニタ３２には、後述のコントローラ１００が接続されている。なお、「線量率」とは、単位時間当たりの線量を意味する（以下、同じ）。

荷電粒子線走査部３４は、荷電粒子線Ｐを走査し、ターゲットＴに対する荷電粒子線Ｐの照射制御を行うものである。ここでの荷電粒子線走査部３４は、例えば、荷電粒子線ＰのターゲットＴに対する照射位置や、荷電粒子線Ｐのビーム径等を制御する。

中性子線生成部３６は、図２に示すように、荷電粒子線ＰをターゲットＴに照射することにより中性子線Ｎを発生させ、該中性子線Ｎをコリメータ４６を介して出射する。中性子線生成部３６は、荷電粒子線Ｐを通すビームダクト４８の下流端部に配設されたターゲットＴと、ターゲットＴで発生された中性子線Ｎを減速させる減速材５０と、これらを覆うように設けられた遮蔽体５２と、を含んで構成されている。

ターゲットＴは、荷電粒子線Ｐの照射を受けて中性子線Ｎを発生するものである。ここでのターゲットＴは、例えば、ベリリウム（Ｂｅ）により形成され、直径１６０ｍｍの円板状を成している。減速材５０は、中性子線Ｎのエネルギを減速させるものであり、例えば異なる複数の材料から成る積層構造とされている。遮蔽体５２は、発生させた中性子線Ｎ、及び当該中性子線Ｎの発生に伴って生じたガンマ線等を外部へ放出されないよう遮蔽するものであり、床５４に取り付けられている。

図１に戻り、中性子線照射装置１にあっては、上述したように、荷電粒子線Ｐの電流値をリアルタイムで測定可能な電流モニタ３２を備え、この電流モニタ３２にコントローラ１００が接続されている。

電流モニタ３２は、荷電粒子線Ｐのビーム経路において、サイクロトロン１０と中性子線生成部３６との間に設けられている。具体的には、ここでの電流モニタ３２は、ターゲットＴに照射される荷電粒子線Ｐの照射線量を精度よく測定するため、９０度偏向電磁石２２による悪影響を排除すべく、荷電粒子線Ｐのビーム経路において９０度偏向電磁石２２と中性子線生成部３６との間に設けられている。特に、本実施形態の電流モニタ３２は、より好ましいとして、荷電粒子線Ｐのビーム経路の下流側（つまり、中性子線生成部３６側）であって荷電粒子線走査部３４の直前に配設されている。荷電粒子線走査部３４はターゲットＴに対して荷電粒子線Ｐを走査するため、電流モニタ３２を荷電粒子線走査部３４よりも下流側に配設するには大型の電流モニタ３２が必要となる。これに対し、電流モニタ３２を荷電粒子線走査部３４よりも上流側に配設することで、電流モニタ３２を小型化することができる。

コントローラ１００は、制御部１０２と、表示部１０４と、を含んで構成されている。制御部１０２は、電流モニタ３２により測定された荷電粒子線Ｐの電流値から中性子線Ｎの照射線量を求め、該照射線量に基づき中性子線Ｎの照射を制御するものであり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等により構成されている。表示部１０４は、制御部１０２で求められた中性子線Ｎの照射線量を表示するものであり、例えばディスプレイやモニタが用いられている。

ここで、本実施形態の中性子線照射装置１では、電流モニタ３２及びコントローラ１００により、例えば荷電粒子線Ｐの電流値と中性子線Ｎの照射線量率との間の比例関係（図３参照）を利用し、以下の制御（制御方法）を実行する。

すなわち、サイクロトロン１０から出射された荷電粒子線ＰがターゲットＴへ照射され、ターゲットＴで生成された中性子線Ｎが被照射体４０に照射されている最中において、電流モニタ３２によって荷電粒子線Ｐの電流値をリアルタイムで測定する。これと共に、制御部１０２によって、測定された荷電粒子線Ｐの電流値を時間に関して逐次積分し、荷電粒子線Ｐの照射線量をリアルタイムで測定する。併せて、この荷電粒子線Ｐの照射線量を、下記（１）式に従って中性子線Ｎの照射線量へ変換する。つまり、荷電粒子線Ｐの照射線量から中性子線Ｎの照射線量を算出する。これにより、中性子線Ｎの照射中に、その照射線量がオンラインで測定されることとなる。
中性子線の照射線量 ∝ ∫Ｉ（ｔ）ｄｔ …（１）
但し、Ｉ：荷電粒子線の電流値

続いて、変換された中性子線Ｎの照射線量を表示部１０４にて表示させ、当該中性子線Ｎの照射線量を医師等のオペレータに報知する。そして、算出された中性子線Ｎの照射線量が計画値（照射を予定する所定の照射線量）に達したとき、制御部１０２により例えばサイクロトロン１０の機能を停止させて荷電粒子線Ｐの生成を停止し、中性子線Ｎの生成及び被照射体４０への照射を停止させる。

以上、本実施形態においては、中性子線Ｎそのものを直接測定するのではなく、ターゲットＴに照射する前の荷電粒子線Ｐの照射線量をリアルタイムで測定することで、中性子線Ｎの照射線量をオンライン（リアルタイム）で好適に測定し把握することが可能となる。その結果、例えば中性子線Ｎの照射中に照射線量率が変動したとしても、かかる変動に対応させ、計画値分の照射線量の中性子線Ｎを被照射体４０に確実且つ精度よく照射することが可能となる。すなわち、中性子線Ｎの照射中に照射線量率が低くなったことを検出した場合には照射時間を長くし、逆に中性子線Ｎの照射中に照射線量率が高くなったことを検出した場合には照射時間を短くすることで、計画値分の照射線量の中性子線Ｎを確実且つ精度よく照射することが可能となる。よって、本実施形態によれば、中性子線Ｎの照射線量の精度を向上させることができる。

また、このように本実施形態では、中性子線Ｎの照射線量をオンラインで把握できることから、従来のように、中性子線Ｎの照射線量を把握するに当たって中性子線Ｎの照射を一旦停止させる必要もなく、また、中性子線Ｎの照射線量が足りないために再照射することも抑制できる。よって、本実施形態によれば、治療時間（照射終了に至るまでの時間）を短縮させることが可能となり、装置稼動効率を向上させることができる。

なお、本実施形態では、制御部１０２によってサイクロトロン１０の機能を停止させたが、荷電粒子線Ｐのビーム経路上に設けられたシャッタ等を可動して荷電粒子線Ｐの照射を遮断してもよく、中性子線Ｎの照射を停止できればよい。さらに、制御部１０２は、中性子線Ｎの照射を停止させる制御を行うだけでなく、オンラインで測定された荷電粒子線Ｐの照射線量ひいては中性子線Ｎの照射線量に応じて、中性子線Ｎの照射線量率を大きくなるように又は小さくなるように中性子線Ｎの照射を制御してもよい。要は、制御部１０２は、荷電粒子線Ｐの照射線量に基づいて、被照射体４０への中性子線Ｎの照射を制御すればよい。

ちなみに、本実施形態では、好ましいとして、中性子線Ｎを実際に被照射体４０に照射する前に、例えばターゲットＴに対し荷電粒子線Ｐが確実に当たるよう荷電粒子線走査部３４で荷電粒子線Ｐを走査する等によって、荷電粒子線Ｐの電流値と中性子線Ｎの照射線量率との上記比例関係（線形関係）を予め校正する場合がある。

以上において、サイクロトロン１０が荷電粒子線生成手段を構成し、中性子線生成部３６が中性子線生成手段を構成する。電流モニタ３２及び制御部１０２が測定手段を構成し、制御部１０２が制御手段及び変換部を構成し、表示部１０４が表示手段を構成する。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

例えば、ターゲットＴとしては、ベリリウムに限定されず、タンタル（Ｔａ）やタングステン（Ｗ）等を用いてもよい。また、上記実施形態では、電流モニタ３２を用いて荷電粒子線Ｐの電流値をリアルタイム測定しているが、これに限定されるものではなく、例えば以下のように荷電粒子線Ｐの電流値をリアルタイム測定してもよい。

図４に示すように、変形例に係る中性子線照射装置では、中性子線生成部３６に接続される上記ビームダクト４８（図２参照）が、下流側（ターゲットＴ側）ビームダクト４８ｘと上流側ビームダクト４８ｙとに分けられている。そして、これらビームダクト４８ｘ，４８ｙの間には、セラミック等の絶縁体で形成された環状のスペーサ５６が介在され、これにより、下流側ビームダクト４８ｘは、他の部位に対して電気的に絶縁化されている。この状態において、荷電粒子線ＰがターゲットＴに照射されることでターゲットＴにて生じ当該ターゲットＴから下流側ビームダクト４８ｘに流れる電流を電流計５８で測定することにより、ターゲットＴに照射される荷電粒子線Ｐの照射線量をリアルタイムで測定してもよい。なお、下流側ビームダクト４８ｘに流れる電流とターゲットＴに照射される荷電粒子線Ｐの照射線量との関係は、予め求めておく。

また、上記実施形態では、荷電粒子線Ｐの電流値を時間に関して積分することで荷電粒子線Ｐの照射線量をリアルタイムで測定すると共に、この荷電粒子線Ｐの照射線量を上記（１）式に従って中性子線Ｎの照射線量へ変換したが、これに限定されるものではない。例えば、荷電粒子線Ｐの電流値を中性子線Ｎの照射線量率へ変換すると共に、この中性子線Ｎの照射線量率を時間に関して積分することで荷電粒子線Ｐの照射線量を算出してもよい。この場合においても、実質的に、荷電粒子線Ｐの電流値が積分されることになり、荷電粒子線Ｐの照射線量がリアルタイムで測定されることとなる。

また、上記実施形態では、サイクロトロン１０を用いて荷電粒子を加速しているが、サイクロトロンに限らず、例えばシンクロトロン、シンクロサイクロトロン、ライナック等の他の加速器を用いてもよい。

また、上記実施形態では、９０度偏向電磁石２２を用いて荷電粒子線Ｐを９０度偏向しているが、９０度偏向磁石を用いず、荷電粒子線Ｐのビーム経路上におけるサイクロトロン１０から中性子線生成部３６まで各部位を一直線状に設置してもよい。

また、上記実施形態では、算出された中性子線Ｎの照射線量が計画値に達したとき制御部１０２により自動的に中性子線Ｎの照射を停止しているが、医師等のオペレータが表示部１０４に表示させた中性子線Ｎの照射線量を確認して、オペレータが手動操作して中性子線Ｎの照射を停止してもよい。

本発明によれば、中性子線の照射線量の精度を向上することが可能となる。

１…中性子線照射装置、１０…サイクロトロン（荷電粒子線生成手段）、３２…電流モニタ（測定手段）、３６…中性子線生成部（中性子線生成手段）、４０…被照射体、１０２…制御部（制御手段，測定手段，変換部）、１０４…表示部（表示手段）、Ｎ…中性子線、Ｐ…荷電粒子線、Ｔ…ターゲット。

Claims (9)

1. 被照射体へ中性子線を照射する中性子線照射装置であって、
   荷電粒子線を生成する荷電粒子線生成手段と、
   前記荷電粒子線をターゲットに照射することにより、前記中性子線を生成する中性子線生成手段と、
   前記中性子線の照射中に前記荷電粒子線の照射線量をリアルタイムで測定するための測定手段と、を備えた中性子線照射装置。
2. 前記測定手段により測定された前記荷電粒子線の照射線量に基づいて、前記被照射体への前記中性子線の照射を制御する制御手段を備えた請求項１記載の中性子線照射装置。
3. 前記測定手段により測定された前記荷電粒子線の照射線量を前記中性子線の照射線量に変換する変換部を備えた請求項１又は２記載の中性子線照射装置。
4. 前記変換部により変換された前記中性子線の照射線量を表示する表示手段を備えた請求項３記載の中性子線照射装置。
5. 被照射体へ中性子線を照射する中性子線照射装置であって、
   荷電粒子線を生成する荷電粒子線生成手段と、
   前記荷電粒子線をターゲットに照射することにより、前記中性子線を生成する中性子線生成手段と、
   前記中性子線の照射中に当該中性子線の照射線量をリアルタイムで測定するための測定手段と、を備えた中性子線照射装置。
6. 荷電粒子線を生成する荷電粒子線生成手段と、前記荷電粒子線をターゲットに照射することにより中性子線を生成する中性子線生成手段と、を備え、被照射体へ前記中性子線を照射する中性子線照射装置の制御方法であって、
   前記荷電粒子線の照射線量をリアルタイムで測定する測定工程を含む中性子線照射装置の制御方法。
7. 前記測定工程にて測定された前記荷電粒子線の照射線量に基づいて、前記被照射体への前記中性子線の照射を制御する制御工程を含む請求項６記載の中性子線照射装置の制御方法。
8. 前記測定工程にて測定された前記荷電粒子線の照射線量を前記中性子線の照射線量に変換する変換工程を含む請求項６又は７記載の中性子線照射装置の制御方法。
9. 前記変換工程にて変換された前記中性子線の照射線量を表示する表示工程を含む請求項８記載の中性子線照射装置の制御方法。

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