JP6839572B2

JP6839572B2 - 放射線遮蔽壁

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Publication number: JP6839572B2
Application number: JP2017048379A
Authority: JP
Inventors: 和明小迫
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2017-03-14
Filing date: 2017-03-14
Publication date: 2021-03-10
Anticipated expiration: 2037-03-14
Also published as: JP2018149158A

Description

本発明は、医療用リニアック等の放射線発生装置の周囲に設ける放射線遮蔽壁に関する。

ガン治療用の医療機器として、放射線によって患部を照射するために用いる医療用リニアックが知られている。例えば、特許文献１（特許第５３３４５８２号公報）には、Ｘ線、ガンマ線、電子、陽子、ヘリウムイオン、炭素イオン、その他の重イオンまたは中性子を含む放射線ビームを発生することができるリニアック（線型加速器）が開示されている。

放射線を照射する医療用リニアックが設置される照射室では、放射線を遮蔽するために放射線遮蔽壁が設けられる。例えば、特許文献２（特開２０１０−１５１６１７号公報）には、放射線源を収容する照射室の放射線遮蔽構造において、鉄筋コンクリート造の壁構造躯体の室内側に立設され放射線を遮蔽する壁遮蔽部材と、壁構造躯体の上部に構造的に一体形成された鉄筋コンクリート造の天井構造躯体の上に敷設され放射線を遮蔽する天井遮蔽部材と、を備え、壁遮蔽部材の上端部に、室内側に突出する突出部を形成する点が開示されている。
特許第５３３４５８２号公報特開２０１０−１５１６１７号公報

医療用リニアック設置室内１を形成する放射線遮蔽壁５の構造について説明する。図７は、先に発明者が特願２０１４−１３５５２６において提案した従来の放射線遮蔽壁５の構造を透過的にみた斜視図である。なお、図７においては、医療用リニアック設置室内１への入室・退室に係る構成については図示省略している。

医療用リニアック設置室内１に設置される医療用リニアック（全体は不図示）の医療用リニアックヘッド部５０内には、ターゲットＴ（不図示）が設けられている。不図示の加速器で１０ＭｅＶ（或いは、１５ＭｅＶ）のエネルギーで加速された粒子を、ターゲットＴに衝突させることで、光子や電子ビームなどの放射線を発生させる。

ターゲットＴで発生した放射線は、金属コリメータ（不図示）などによって絞られ、アイソセンター（ＩｓｏＣｅｎｔｅｒ；ＩＣ）位置での治療に供される。治療台３の上には、患者の患部がアイソセンターＩＣと重なるように、患者が寝かされることが想定されている。

医療用リニアックヘッド部５０は、アイソセンターＩＣを中心に、Ａ方向又はＢ方向に３６０°回動可能に構成されており、医療用リニアックヘッド部５０の回動軌道上の任意の位置からアイソセンターＩＣに対して、放射線の照射を行うことができるようになっている。

医療用リニアック設置室においては、上記のような医療用リニアックヘッド部５０から放射される放射線を遮蔽するために放射線遮蔽壁５が設けられているが、この放射線遮蔽壁５は、鉄などの金属による金属遮蔽部３０と、この金属遮蔽部３０を覆うようにコンクリートからなるコンクリート遮蔽部４０とから構成されている。

また、医療用リニアックヘッド部５０が３６０°回動しつつ、放射線の照射を行うために、金属遮蔽部３０は、図示するように口字型に配される。

図８は従来の放射線遮蔽壁５におけるＸ−Ｘ’線を含む水平面の断面図である。医療用リニアックにおいては、アイソセンターＩＣ位置での治療用照射野の最大サイズが４０×４０ｃｍ²と決められている。リニアックは、金属ターゲットＴ位置で点線源として発生した光子や電子ビームなどの放射線が１００ｃｍ離れたアイソセンターＩＣでは４０×４０ｃｍ²の最大照射野を持つように医療用リニアックの金属コリメータ（不図示）によってそれらを絞っている（コリメータの開口部の半分の角度θは、ｔａｎ^-1（２０／１００）＝１１．３１°）。

そのため、光子や電子ビームなどの放射線は、アイソセンターＩＣから、医療用リニアック設置室内１の側壁までの距離が３００ｃｍであれば、放射線入射方向と垂直の方向に片側約８０ｃｍ、医療用リニアック設置室内１の側壁までの距離が４００ｃｍであれば、放射線入射方向と垂直の方向に片側約１００ｃｍの広がりを持って壁に入射することになる。

実際の光子や電子ビームなどの放射線は、空気中やコリメータとの散乱及び照射野の絞り込み精度の影響によって、もう少し広がって遮蔽壁に入射している。これらの点を考慮して、コンクリート遮蔽部４０中の鉄などの金属遮蔽部３０の幅は、図７に示すように、余裕を見込んで両側に±２００ｃｍの合計４００ｃｍとするのが一般的である。

さらに、発明者は先の特願２０１４−１３５５２６においては、放射線遮蔽壁５を、図８に示すように、金属遮蔽部３０が、断面形状が矩形である第１金属遮蔽体１０と、この第１金属遮蔽体１０の両端部に設けられ、断面積が第１金属遮蔽体１０より小さい矩形の断面形状を有する、２つの第２金属遮蔽体２０と、から構成するようにして、端部を回り込んで漏れる放射線の影響を低減するようにした。

ここで、Ｘ−Ｘ’線に対して垂直な平面で、金属遮蔽部３０を切った断面は、口字型となっている。また、コンクリート遮蔽部４０は、上記のような金属遮蔽部３０を覆うコンクリート製の構成である。

なお、上記における第１金属遮蔽体１０や第２金属遮蔽体２０の矩形断面形状を定義する際の断面とは、医療用リニアック設置室の側壁部に設けられるものに対しては、金属遮蔽部３０を水平方向にきったときの断面である。

また、医療用リニアック設置室の天井部、床部に設けられるものに対しては、金属遮蔽部３０を、医療用リニアックヘッド部５０の回動軌道が含まれる平面に対して垂直な平面できったときの断面である。

ここで、図８に示すように、医療用リニアックが形成するアイソセンターＩＣから金属遮蔽部３０までの距離がＬ［ｃｍ］で、医療用リニアックの照射角度が２θであるとき、Ｃを定数として、前記金属遮蔽部の長手方向の長さＷ［ｃｍ］（第１金属遮蔽体１０と２つの第２金属遮蔽体２０とを合わせた幅）を
Ｗ＝Ｃ×（１００＋Ｌ）×ｔａｎθ
により設定した。

なお、θは、アイソセンターＩＣ位置の照射野がなすターゲットＴ点からの広がり角度であり、アイソセンターＩＣ位置の４０×４０［ｃｍ²］照射野サイズの場合は１１．３１°である。

定数Ｃは、線量率（Ｄｏｓｅｒａｔｅｓ）が最も高くても７．８［ｍＳｖ／ｈ］以下にできる金属遮蔽部３０の幅（Ｗ）が２１５×２＝４３０［ｃｍ］であるから、このＷを満足できるように求めている。この時、図８の計算条件からＬ＝４４５［ｃｍ］とθ＝１１．３１［ｄｅｇｒｅｅｓ］とした。これにより、定数Ｃとして、好適な値を概ね４．０であるものとした。

図９は従来の放射線遮蔽壁５の効果を説明するシミュレーション図である。また、図１０は医療用リニアック設置室とそれに続く迷路及び出入口までを含むシミュレーション図である。

なお、医療用リニアックと放射線遮蔽壁５における放射線のシミュレーション計算は、以下の条件で実施した。
計算コード：３次元モンテカルロ計算コードＭＣＮＰ５
断面積ライブラリ：光子と電子の相互作用ライブラリ（ＭＣＰＬＩＢ０４，ＥＬ０３）
輸送計算対象粒子：光子と電子
線源：１０ＭｅＶの電子ビーム
ターゲット：銅（１．５ｃｍ厚）
コリメータ：タングステン
遮蔽壁：コンクリート厚１５０ｃｍ（密度２．１ｇ／ｃｍ³）（＝コンクリート遮蔽部４０）、鉄板厚４０ｃｍ（密度７．８ｇ／ｃｍ³）（＝第１金属遮蔽体１０）
追加する遮蔽体：鉄板厚５ｃｍ（密度７．８ｇ／ｃｍ³）（＝第２金属遮蔽体２０）
シミュレーションによれば、従来の放射線遮蔽壁５においては、図９及び図１０における（ａ）に示すように壁面に沿って進行する放射線や、図９（ｂ）に示すような第２金属遮蔽体２０の端部から回り込んで漏れる放射線が存在し、問題であった。

この発明は、上記のような課題を解決するものであって、本発明に係る放射線遮蔽壁は、医療用リニアックの周囲に設けられる放射線遮蔽壁であって、断面形状が矩形である第１金属遮蔽体と、前記第１金属遮蔽体の室内側の平面の両端部に当接するように配され、前記第１金属遮蔽体から室内に向かう方向が長辺となる矩形の断面形状を有する、２つの第３金属遮蔽体と、からなる金属遮蔽部と、前記金属遮蔽部を覆うコンクリートからなるコンクリート遮蔽部と、からなることを特徴とする。

また、本発明に係る放射線遮蔽壁は、前記金属遮蔽部全てが前記コンクリートに埋設されることを特徴とする。

また、本発明に係る放射線遮蔽壁は、前記第１金属遮蔽体の室外側の平面の中央部に当接するように配され、断面積が前記第１金属遮蔽体より小さい矩形の断面形状を有する第４金属遮蔽体をさらに有することを特徴とする。

また、本発明に係る放射線遮蔽壁は、前記金属遮蔽部が口字型に配される特徴とする。

本発明に係る放射線遮蔽壁によれば、２つの第３金属遮蔽体が、壁面に沿って進行する放射線や、端部を回り込んで漏れる放射線を低減することが可能となる。これにより、金属遮蔽部全体の幅を増大させる必要がないので、放射線遮蔽壁全体の重量やコストを低減させることが可能となる。

本発明の実施形態に係る放射線遮蔽壁５の断面図である。本発明の実施形態に係る放射線遮蔽壁５の効果を説明するシミュレーション図である。本発明の他の実施形態に係る放射線遮蔽壁５の断面図である。本発明の他の実施形態に係る放射線遮蔽壁５の効果を説明するシミュレーション図である。本発明の他の実施形態に係る放射線遮蔽壁５の断面図である。本発明の他の実施形態に係る放射線遮蔽壁５の効果を説明するシミュレーション図である。従来の放射線遮蔽壁５の構造を透過的にみた斜視図である。従来の放射線遮蔽壁５におけるＸ−Ｘ’線を含む水平面の断面図である。従来の放射線遮蔽壁５の効果を説明するシミュレーション図である。医療用リニアック設置室とそれに続く迷路及び出入口までを含むシミュレーション図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係る放射線遮蔽壁５の断面図である。この図１に示す放射線遮蔽壁５の断面図は、図８に対応するものである。医療用リニアック設置室内１に設置される医療用リニアックなどの構成は、［発明が解決しようとする課題］の欄に記載したものと同じであるので、説明を省略する。放射線遮蔽壁５を構成する金属遮蔽部３０とコンクリート遮蔽部４０の全体構成も、［発明が解決しようとする課題］の欄に記載したものと同じであるので、説明を省略する。

本発明に係る放射線遮蔽壁５は、図１に示されるように、金属遮蔽部３０が、断面形状が矩形である第１金属遮蔽体１０と、第１金属遮蔽体１０の室内側の平面の両端部に当接するように配され、第１金属遮蔽体１０から室内に向かう方向が長辺となる矩形の断面形状を有する、２つの第３金属遮蔽体２３と、からなることを特徴としている。金属遮蔽部３０は鉄によって構成されている。

また、第１金属遮蔽体１０と第３金属遮蔽体２３とからなる鉄製の金属遮蔽部３０は、コンクリート製のコンクリート遮蔽部４０によって覆われている。

なお、上記における第１金属遮蔽体１０や第３金属遮蔽体２３の矩形断面形状を定義する際の断面とは、医療用リニアック設置室１の側壁部に設けられるものに対しては、金属遮蔽部３０を水平方向にきったときの断面である。

また、医療用リニアック設置室１の天井部、床部に設けられるものに対しては、金属遮蔽部３０を、医療用リニアックヘッド部５０の回動軌道が含まれる平面に対して垂直な平面できったときの断面である。

これらの定義は、本実施形態のみならず、他の実施形態においても同様である。

次に、以上のように構成される本発明に係る放射線遮蔽壁５の効果について説明する。図２は本発明の実施形態に係る放射線遮蔽壁５の効果を説明するシミュレーション図である。

なお、医療用リニアックと放射線遮蔽壁５における放射線のシミュレーション計算は、以下の条件で実施した。
計算コード：３次元モンテカルロ計算コードＭＣＮＰ５
断面積ライブラリ：光子と電子の相互作用ライブラリ（ＭＣＰＬＩＢ０４，ＥＬ０３）
輸送計算対象粒子：光子と電子
線源：１０ＭｅＶの電子ビーム
ターゲット：銅（１．５ｃｍ厚）
コリメータ：タングステン
遮蔽壁：コンクリート厚１５０ｃｍ（密度２．１ｇ／ｃｍ³）（＝コンクリート遮蔽部４０）
第１金属遮蔽体１０：２００ｃｍ×４０ｃｍ矩形断面（密度７．８ｇ／ｃｍ³）
第３金属遮蔽体２３：２００ｃｍ×３０ｃｍ矩形断面（密度７．８ｇ／ｃｍ³）
図２のコンター図を参照すると、壁面に沿って進行する放射線や、２つの第３金属遮蔽体２３端部を回り込んで漏れる放射線が、従来のものに比べて低減されることが確認できる。

以上のような本発明に係る放射線遮蔽壁５によれば、追加される２つの第３金属遮蔽体２３によって、壁面に沿って進行する放射線や、端部を回り込んで漏れる放射線を低減することが可能となる。これにより、金属遮蔽部３０全体の幅を増大させる必要がないので、放射線遮蔽壁５の全体の重量やコストを低減させることが可能となる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。図３は本発明の他の実施形態に係る放射線遮蔽壁５の断面図であり、図４は本発明の他の実施形態に係る放射線遮蔽壁５の効果を説明するシミュレーション図である。

本実施形態が、先の実施形態と相違する点は、金属遮蔽部３０の全体がコンクリート遮蔽部４０を構成するコンクリートに完全に埋設されることである。その他の構成については、先の実施形態と同様である。

図４のコンター図を参照すると、金属遮蔽部３０が完全にコンクリート中に埋設された場合でも、壁面に沿って進行する放射線や、２つの第３金属遮蔽体２３端部を回り込んで漏れる放射線が、従来のものに比べて低減されることが確認できる。

以上のような実施形態についても、先の実施形態と同様の効果を享受することが可能となる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。図５は本発明の他の実施形態に係る放射線遮蔽壁５の断面図であり、図６は本発明の他の実施形態に係る放射線遮蔽壁５の効果を説明するシミュレーション図である。

本実施形態が、第１の実施形態と相違する点は、金属遮蔽部３０としては、さらに第４金属遮蔽体２４が設けられている点である。この第４金属遮蔽体２４は、第１金属遮蔽体１０の室外側の平面の中央部に当接するように配され、断面積が第１金属遮蔽体１０より小さい矩形の断面形状を有している。

その他の構成については、第１の実施形態と同様である。シミュレーションでは、
第１金属遮蔽体２４：２００ｃｍ×３０ｃｍ矩形断面（密度７．８ｇ／ｃｍ³）
第４金属遮蔽体２４：３４０ｃｍ×１０ｃｍ矩形断面（密度７．８ｇ／ｃｍ³）
として設定した。

図６のコンター図を参照すると、壁面に沿って進行する放射線や、２つの第３金属遮蔽体２３端部を回り込んで漏れる放射線が低減されると共に、さらに、金属遮蔽部３０より室外側の空間における放射線の低減が第１の実施形態より顕著であることが確認できる。

以上のような実施形態についても、第１の実施形態と同様以上の効果を享受することが可能となる。

以上、本発明に係る放射線遮蔽壁によれば、２つの第３金属遮蔽体が、壁面に沿って進行する放射線や、端部を回り込んで漏れる放射線を低減することが可能となる。これにより、金属遮蔽部全体の幅を増大させる必要がないので、放射線遮蔽壁全体の重量やコストを低減させることが可能となる。

１・・・医療用リニアック設置室内
３・・・治療台
５・・・放射線遮蔽壁
１０・・・第１金属遮蔽体
２０・・・第２金属遮蔽体
２３・・・第３金属遮蔽体
２４・・・第４金属遮蔽体
３０・・・金属遮蔽部
４０・・・コンクリート遮蔽部
５０・・・医療用リニアックヘッド部
Ｔ・・・ターゲット
ＩＣ・・・アイソセンター

Claims

医療用リニアックの周囲に設けられる放射線遮蔽壁であって、
断面形状が矩形である第１金属遮蔽体と、
前記第１金属遮蔽体の室内側の平面の両端部に当接するように配され、前記第１金属遮蔽体から室内に向かう方向が長辺となる矩形の断面形状を有する、２つの第３金属遮蔽体と、からなる金属遮蔽部と、
前記金属遮蔽部を覆うコンクリートからなるコンクリート遮蔽部と、
からなることを特徴とする放射線遮蔽壁。
前記金属遮蔽部全てが前記コンクリートに埋設されることを特徴とする請求項１に記載の放射線遮蔽壁。
前記第１金属遮蔽体の室外側の平面の中央部に当接するように配され、断面積が前記第１金属遮蔽体より小さい矩形の断面形状を有する第４金属遮蔽体をさらに有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の放射線遮蔽壁。
前記金属遮蔽部が口字型に配される特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の放射線遮蔽壁。