JP7336575B2 - 低侵襲中性子線発生装置 - Google Patents

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Description

本出願は、２０１９年４月１５日に出願された米国仮特許出願番号第６２／８３３，９４８号からの優先権を主張するものであり、これらの全ては引用によって本願に援用される。
本発明は、低侵襲中性子線発生装置および低侵襲中性子捕捉療法システムに関する。
ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）の原理は以下の通りである：ホウ素含有薬物は、血液循環を介して腫瘍細胞と結合し、次いで中性子線が腫瘍の中心位置に照射され、ホウ素が熱中性子を吸収してリチウムイオンとヘリウムイオンを生成し、これにより隣接する組織を破壊することなく癌細胞が破壊される。
現在、ＢＮＣＴ中性子線源発生器の殆どは、研究用原子炉および加速器から得られる。中性子線源発生装置は、一般に壁に固定されており、患者の体外から中性子を照射する。中性子の物理的特性により、中性子が人体に入ったあと、中性子は急速に減速し、より深い位置に到達することができない。従って、浅い腫瘍のみしか治療することができず、治療深度が限られる。例えば、より高いエネルギーの熱外中性子線を用いても、治療深度は１０ｃｍを超えることができない。
上述のように、ＢＮＣＴに適用される既存の中性子線発生装置は意図された用途には十分であったが、全ての面で完全に満足できるものではない。従って、中性子利用率と治療深度を更に向上させることができる中性子線発生装置の開発は、依然として業界が研究に力を注いでいる課題の一つである。
中性子利用率と治療深度を更に向上させることができる低侵襲中性子線発生装置および低侵襲中性子捕捉療法システムを提供する。
本開示のいくつかの実施形態に従い、低侵襲中性子線発生装置が提供される。低侵襲中性子線発生装置は、陽子加速器、ターゲット、および中性子減速部を含む。陽子加速器は第１のチャネルに接続され、ターゲットは第１のチャネルの一端に配置され、中性子減速部は第１のチャネルの端をカバーし、ターゲットは中性子減速部に埋め込まれている。更に、中性子減速部は、減速物質を収容する収容要素を含み、収容要素は伸縮自在である。
本開示のいくつかの実施形態に従い、低侵襲中性子捕捉療法システムが提供される。低侵襲中性子捕捉療法システムは、中性子線発生装置と、中性子線発生装置に隣接する内視鏡装置とを含む。中性子線発生装置は、陽子加速器、ターゲット、および中性子減速部を含む。陽子加速器は第１のチャネルに接続され、ターゲットは第１のチャネルの一端に配置され、中性子減速部は第１のチャネルの端をカバーし、ターゲットは中性子減速部に埋め込まれている。更に、中性子減速部は、減速物質を収容する収容要素を含み、収容要素は伸縮自在である。
以下、添付の図面と併せて本開示の実施形態を詳細に説明する。
本発明は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明及び実施例を読むことにより、より完全に理解することができる。
図１は、本開示のいくつかの実施形態による低侵襲中性子線発生装置の使用の概略図である。 図２は、本開示のいくつかの実施形態による低侵襲中性子線発生装置の概略構造図である。 図３は、本開示のいくつかの実施形態による低侵襲中性子線発生装置の概略構造図である。 図４は、本開示のいくつかの実施形態による低侵襲中性子線発生装置の概略構造図である。 図５は、本開示のいくつかの実施形態による低侵襲中性子捕捉療法システムの概略構造図である。
本開示の実施形態で提供される低侵襲中性子線発生装置および低侵襲中性子捕捉療法システムは、以下に詳細に説明される。以下の説明は、本開示のいくつかの実施形態の異なる態様を実装するために、多くの異なる実施形態または実施例を提供することを理解されたい。以下の詳細な説明に記載される特定の要素および構成は、本開示を明確に説明するために示される。本明細書に記載される例示的な実施形態は、単に例示の目的で使用されることは明らかであろう。また、異なる実施形態の図面においては、本開示を明瞭に説明するために、類似の番号および／または対応の番号を用いて、類似の構成要素および／または対応の構成要素を示すことができる。しかしながら、異なる実施形態の図面では、類似の番号および／または対応の番号の使用は、異なる実施形態間の相関関係を示唆するものではない。
例示的な実施形態の説明は、本発明の実施形態の一部として見なされる添付図面と合わせて読むことを意図している。図面は、縮尺通りに描かれているものではない。実際には、要素のサイズは、本開示の特徴を明確に示すために、任意に拡大または縮小され得る。
また、「第１」、「第２」、「第３」などの用語は、ここでは各種の素子、構成要素、または部分を説明するのに用いることができ、これらの素子、構成要素、または部分は、これらの用語によって制限されてはならない。これらの用語は単に一素子、構成要素、または部分を識別することに用いられる。従って、第１の素子、構成要素、または部分は、例示的な実施形態の技術から逸脱しない限りにおいては、第２の素子、構成要素、領域、層、および／または部分と呼ばれてもよい。
用語「約」および「実質的に」は、具体的には、所定値の＋／－１０％を意味し、より具体的には、所定値の＋／－５％を意味し、より具体的には、所定値の＋／－３％を意味し、より具体的には、所定値の＋／－２％を意味し、より具体的には、所定値の＋／－１％を意味し、更により具体的には、所定値の＋／－０．５％を意味する。本開示の所定値は、近似値である。特定の説明がないとき、所定値は、「約」または「実質的に」の意味を含む。更に、「第１の値と第２の値の間の範囲にある」または「第１の値から第２の値までの範囲にある」という用語は、述べられた範囲が第１の値、第２の値、およびそれらの間の他の値を含むことを示している。
特に定義されなければ、本明細書で使用される全ての用語（技術的および科学的用語を含む）は、この発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有している。また一般的に使用される辞書で定義されている用語は、本開示の相対的スキルおよび本開示の背景または文脈に適合する意味を有するものとして解釈されるべきであり、特に定義されていない限り、理想化されたまたは過度に形式的な方法で解釈されるべきではない。
図１は、本開示のいくつかの実施形態による低侵襲中性子線発生装置１０の使用の概略図である。図１に示すように、低侵襲中性子線発生装置１０は、治療を行うために患者ＰＴに配置することができる。換言すれば、中性子線が発生する位置（中性子源）を患者ＰＴの体内に移動することができ、中性子線を近傍の腫瘍に照射することができる。体外照射される一般的な中性子線発生装置と比較して、低侵襲中性子線発生装置１０は、中性子線の利用効率を向上させることができ、且つより深い場所、または他の臓器に遮られて到達しにくい腫瘍に中性子線を照射することができる。従って、ＢＮＣＴ治療の有効性が向上する。更に、中性子源が腫瘍に近いため、必要な中性子強度およびエネルギーが低くなり、低電流および低エネルギーの陽子加速器を用いることができるため、病院での放射線防護の必要性も減少する。
更に低侵襲中性子線発生装置１０の詳細な構造を以下に説明する。図２は、本開示のいくつかの実施形態による低侵襲中性子線発生装置の概略構造図である。いくつかの実施形態によれば、低侵襲中性子線発生装置１０は、以下に説明する追加の特徴を有することができる。
図２に示すように、いくつかの実施形態によれば、低侵襲中性子線発生装置１０は、陽子加速器１００、ターゲット２００、および中性子減速部３００を含むことができる。いくつかの実施形態では、陽子加速器１００は、第１のチャネル１０２に接続することができ、ターゲット２００は、第１のチャネル１０２のもう一端に配置することができる。いくつかの実施形態では、ターゲット２００は、第１のチャネル１０２の端部１０２ｔに配置することができる。更に、中性子減速部３００は、第１のチャネル１０２の端部１０２ｔを覆う（カバーする）ことができ、それによりターゲット２００を中性子減速部３００に埋め込むことができる。
具体的には、陽子加速器１００は、特定のエネルギーの陽子を供給することができる。特定のエネルギーの陽子は、第１のチャネル１０２を通過し、端部１０２ｔでターゲット２００に衝突して高速中性子を生成することができ、次いで、中性子減速部３００は、中性子を熱中性子に変換して、患部を治療することができる。いくつかの実施形態では、第１のチャネル１０２の内部は、真空状態とすることができる。
いくつかの実施形態では、ターゲット２００を第１のチャネル１０２内に配置してもよく、または第１のチャネル１０２の外側に配置してもよいが、ターゲット２００は第１のチャネル１０２に接続され、第１のチャネル１０２に接触している。また、いくつかの実施形態では、中性子減速部３００は、第１のチャネル１０２の一部を覆うことができる。更に中性子減速部３００はターゲット２００を完全に覆うことができ、それによりターゲット２００全体を中性子減速部３００内に配置することができる。また、いくつかの実施形態では、第１のチャネル１０２、ターゲット２００、および中性子減速部３００は、手持ち構造とすることができる。
いくつかの実施形態では、陽子加速器１００は、約２ＭｅＶから約２．６ＭｅＶの範囲のエネルギーを有する陽子ビームを生成することができる。いくつかの実施形態では、陽子加速器１００は、約０．１ミリアンペア（ｍＡ）から約５ｍＡの範囲の電流を用いることができる。
本開示のいくつかの実施形態によれば、低侵襲中性子線発生装置１０は、患部（例えば、腫瘍の位置）に直接隣接して用いることができるため、陽子加速器１００に必要なエネルギー（例えば、電流の強度）は、一般的なＢＮＣＴで用いられる陽子加速器と比較して、大幅に低減することができることに留意されたい。例えば、現在ＢＮＣＴで用いられる陽子加速器が約３ ＭｅＶの陽子線を供給するとき、使用される電流は１０ｍＡ以上であり、ＢＮＣＴの処理時間は約３０～６０分である。対照的に、本開示のいくつかの実施形態によれば、低侵襲中性子線発生装置１０の陽子加速器１００が約２ＭｅＶから約３ＭｅＶの陽子線を供給するとき、１０分以下のＢＮＣＴ治療のための中性子ビーム強度を供給するために要する電流は、僅か２ｍＡ以下である。
いくつかの実施形態では、ターゲット２００の材料は、リチウム（Ｌｉ）、ベリリウム（Ｂｅ）、または他の適切な材料を含むことができるが、本開示はこれに限定されない。
図示していないが、更にいくつかの実施形態によれば、陽子加速器１００により発生した陽子線を、まず四重極磁石によって集束し、次いでコリメータ、回転磁石などのコンポーネントによって調整してから、ターゲット２００に衝突させることができる。
更に、図２に示すように、中性子減速部３００は、収容要素３０２を含むことができ、収容要素３０２は、減速物質３０４を収容するために用いることができる。いくつかの実施形態では、低侵襲中性子線発生装置１０は、減速物質供給装置（ｍｏｄｅｒａｔｉｎｇ ｓｕｂｓｔａｎｃｅ ｐｒｏｖｉｄｅｒ）３０６を更に含むことができ、減速物質供給装置３０６は、減速物質３０４を供給するために用いることができる。具体的には、減速物質供給装置３０６を、第２のチャネル３０８に接続することができ、減速物質供給装置３０６は、第２のチャネル３０８を介して減速物質３０４を収容要素３０２に送達することができる。また、いくつかの実施形態では、陽子加速器１００に接続された第１のチャネル１０２および中性子減速部３００に接続された第２のチャネル３０８は、互いに隣接または接触することができる。例えば、第１のチャネル１０２および第２のチャネル３０８を一体化することができるが、本開示はこれに限定されない。更に、いくつかの実施形態では、第２のチャネル３０８も手持ち構造とすることができる。
いくつかの実施形態では、中性子減速部３００の収容要素３０２は伸縮自在である。いくつかの実施形態では、収容要素３０２は、伸縮自在の特徴を有する材料、例えば熱可塑性材料で形成することができる。具体的には、いくつかの実施形態では、収容要素３０２の材料は、ゴム、シリコーン、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、その他の適切な材料、またはそれらの組み合わせを含むことができるが、本開示はそれらに限定されない。
いくつかの実施形態では、中性子減速部３００の減速物質３０４は、水素含有材料であってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、減速物質３０４は、水、重水、またはその他の適切な材料を含むことができるが、本開示はそれに限定されない。本開示の実施形態によれば、中性子線の速度を効果的に低減することができる任意の物質を減速物質３０４として用いることができる。
いくつかの実施形態では、中性子減速部３００は、高エネルギーの高速中性子を低エネルギーの熱中性子に変換してＢＮＣＴ処理をすることができる。具体的には、いくつかの実施形態では、中性子減速部３００は、中性子のエネルギー範囲を約１０ｋｅＶ以下に減少させることができる。いくつかの実施形態では、中性子減速部３００は患部（例えば腫瘍）に直接接触することができる。
上述のように、本開示のいくつかの実施形態によれば、収容要素３０２は伸縮自在である。これにより、低侵襲中性子線発生装置１０が患者ＰＴの体内に配置される前には、収容要素３０２内に減速物質３０４を充填しない、または少量の減速物質３０４のみを充填し、低侵襲中性子線発生装置１０が患者ＰＴの体内に配置された後に、高速中性子を熱中性子に効果的に減速するために、さらなる減速物質３０４を収容要素３０２内に充填することができる。これにより、患者ＰＴに外科的創傷を大きく形成する必要がなく、低侵襲手術で効果的なＢＮＣＴ治療を行うことができる。
図２に示すように、いくつかの実施形態では、収容要素３０２は、減速物質３０４で充填された後、楕円形状を有することができる。他のいくつかの実施形態では、収容要素３０２は、減速物質３０４で充填された後、球形、卵形、不規則な形、または他の適切な形を有することができる。いくつかの実施形態では、収容要素３０２は、体内の形状に適合する共形形状を有することができる。収容要素３０２は、任意の適切な形状を有することができ、図面に示される形状に限定されないことを理解されたい。様々な実施形態では、収容要素３０２は、実際のニーズおよび医療計画に従って適切な形状を有するように調整することができる。
また、いくつかの実施形態では、減速物質３０４が収容要素３０２に充填された後、ターゲット２００は、中性子減速部３００の幾何学的中心（符号を付与せず）と重ならない。即ち、ターゲット２００は、中性子減速部３００の幾何学的中心からずれることができる。具体的には、いくつかの実施形態では、ターゲット２００と中性子減速部３００の幾何学的中心ＧＴとの間の距離ｄは、約０ｃｍから約２ｃｍの範囲とすることができる。距離ｄが小さ過ぎる場合、中性子減速部は、高速中性子を熱中性子に減速するのに十分な減速物質を有するように拡大される必要がある。距離ｄが大き過ぎる場合は、それに応じて十分なサイズの中性子減速部が必要である。従って、距離ｄが小さ過ぎても大き過ぎても、中性子減速部のサイズは大きくなるため、中性子減速部は患者ＰＴの体内に配置するのに適さない。いくつかの実施形態によれば、距離ｄは、第１のチャネル１０２の延伸方向におけるターゲット２００と中性子減速部３００の幾何学的中心ＧＴとの間の最小距離を指している。
また、いくつかの実施形態では、減速物質３０４が収容要素３０２に充填された後、中性子減速部３００の直径は、約３ｃｍから約１２ｃｍの範囲とすることができるが、本開示はこれに限定されない。いくつかの実施形態によれば、中性子減速部３００の直径は、減速物質３０４で充填された後の収容要素３０２の最大直径を指している。また、様々な実施形態では、中性子減速部３００の直径（またはサイズ）範囲は、陽子加速器１００のエネルギーに従って調整され、所望の治療効果を達成することができることを理解されたい。
図２に示すように、いくつかの実施形態では、低侵襲中性子線発生装置１０は、回転継手ＴＰを更に含むことができ、回転継手ＴＰは、陽子加速器１００と第１のチャネル１０２との間に配置することができる。特に、陽子加速器１００の位置は、一般的に任意に移動することができないが、回転継手ＴＰは、低侵襲中性子線発生装置１０の動作位置をより柔軟にし、腫瘍の位置特定を促進し、特定の方向で体内に浸入して治療する。
次いで、図３は、本開示の他のいくつかの実施形態による低侵襲中性子線発生装置２０の概略構造図である。上記および下記の文脈における同一または類似の構成要素または要素は、同一または類似の参照番号によって表されることを理解されたい。これらの構成要素または要素の材料、製造方法、および機能は、上記のものと一同または類似であるため、本明細書では繰り返さない。
図３に示すように、いくつかの実施形態では、陽子加速器１００に接続された第１のチャネル１０２と中性子減速部３００に接続された第２のチャネル３０８を、別々に配置することができる。いくつかの実施形態では、陽子加速器１００および中性子減速部３００を独立して操作することができる。同様に、この実施形態では、中性子減速部３００は、第１のチャネル１０２の端部１０２ｔを覆うことができ、それによりターゲット２００を中性子減速部３００に埋め込むことができる。更に、図３に示すように、いくつかの実施形態では、収容要素３０２は、減速物質３０４で充填された後、球形を有することができる。
次いで、図４は、本開示の他のいくつかの実施形態による低侵襲中性子線発生装置３０の概略構造図である。図４に示すように、いくつかの実施形態によれば、低侵襲中性子線発生装置３０は更に冷却要素４００を含むことができ、冷却要素４００は、第１のチャネル１０２に隣接し、ターゲット２００を囲むことができる。
特に、いくつかの実施形態では、冷却要素４００は、第３のチャネル４０２、および第３のチャネル４０２に接続された冷却源供給装置４０４を含むことができる。冷却源供給装置４０４は、冷却水などの冷却源を供給することができ、第３のチャネル４０２は、冷却源を輸送または循環させるために用いることができる。いくつかの実施形態では、第３のチャネル４０２は、第１のチャネル１０２の大部分を囲み、第１のチャネル１０２およびターゲット２００と接触することができる。いくつかの実施形態では、第３のチャネル４０２も中性子減速部３００に接触する。いくつかの実施形態では、冷却源は、第３のチャネル４０２内で循環されることができ、冷却源は、陽子がターゲット２００に衝突して中性子を発生するプロセス中に生成された熱を取ることができる。
更に、図４に示すように、いくつかの実施形態では、陽子加速器１００に接続された第１のチャネル１０２および中性子減速部３００に接続された第２のチャネル３０８は、互いに隣接しているが別々に配置することができる。また、いくつかの実施形態では、冷却源を送達する第３のチャネル４０２および減速物質３０４を送達するための第２のチャネル３０８もまた、互いに隣接または接触することができる。例えば、第３のチャネル４０２および第２のチャネル３０８は一体化することができるが、本開示はこれに限定されない。
他のいくつかの実施形態では、減速物質３０４は、冷却源と同じものとすることができるため、減速物質供給装置３０６および冷却源供給装置４０４は代替的に配置することができ、同時に第２のチャネル３０８および第３のチャネル４０２に接続する。更に他のいくつかの実施形態では、減速物質３０４が装填された第２のチャネル３０８は、それ自体が冷却機能を有することができるため、追加の冷却要素４００を必要としない。
次いで、図５は、本開示のいくつかの実施形態による低侵襲中性子捕捉療法システム１０Ｓの概略構造図である。いくつかの実施形態によれば、低侵襲中性子捕捉療法システム１０Ｓは、上述のような低侵襲中性子線発生装置１０（符号を付与せず）および内視鏡装置５００を含むことができ、内視鏡装置５００は、低侵襲中性子線発生装置１０に隣接することができる。低侵襲中性子線発生装置１０の構成は上述したとおりであり、従ってここでは繰り返さない。このような構成は、患者ＰＴのリアルタイム画像の取得を可能とし、関連する臓器または腫瘍の位置をリアルタイムで特定することができる。これにより、正しい線量の中性子照射を正確に供給することができる。
図５に示すように、いくつかの実施形態では、内視鏡装置５００は、中性子減速部３００を貫通することで、内視鏡装置５００の端部５００ｔを中性子減速部３００の外側に位置させることができ、それにより、中性子減速部３００の前方画像の観察を可能にする。また、いくつかの実施形態では、中性子減速部３００は、孔３００ｐを有することができ、内視鏡装置５００は、孔３００ｐ内に配置され、孔３００ｐを貫通することができる。特に、いくつかの実施形態では、孔３００ｐは、収容要素３０２内に配置することができる。
図５に示すように、いくつかの実施形態では、内視鏡装置５００および低侵襲中性子線発生装置１０の第１のチャネル１０２は、互いに隣接または接触することができる。例えば、内視鏡装置５００および第１のチャネル１０２は一体化することができるが、本開示はこれに限定されない。この構成は、食道癌、結腸直腸癌、直腸癌などの外科的用途に特に適していることは注目に値する。
また、図示していないが、他のいくつかの実施形態では、内視鏡装置５００および低侵襲中性子線発生装置１０は別々に配置することができる。
上記を要約すると、本開示のいくつかの実施形態に従って、低侵襲中性子線発生装置が提供される。このような装置により、中性子線を発生させる位置（中性子源）を患者の体内に配置することができ、中性子線を近傍の腫瘍へ照射することができる。従って、低侵襲中性子線発生装置は、中性子線の使用効率を向上させることができ、他の健康な細胞の損傷リスクを減少することもできる。また、中性子線は、より深い場所や、他の臓器に遮られて到達しにくい腫瘍へと照射することができる。従って、ＢＮＣＴ治療の有効性が向上される。更に、中性子源が腫瘍に近いため、必要とする中性子の強度とエネルギーを低くすることができる。低エネルギーの陽子加速器が用いられるため、病院での放射線防護の必要性も減少する。
更に、いくつかの実施形態によれば、上述の低侵襲中性子線発生装置は、当技術分野で知られている他の補助要素を更に含むことができ、これらの要素は、当業者に知られている任意の形態または構成で存在し得ることを理解されたい。
本開示の上述およびその他の目的、特徴、および利点の完全な理解のために、以下の特定の実施形態において詳細な説明が与えられる。しかし、本開示の範囲は以下の特定の実施形態に限定されることを意図していない。
実施例１～１４
幾何学的モデル解析
以下の解析は、ロスアラモス国立研究所が開発したシミュレーション計算ソフトＭＣＮＰ６で行われ、断面積ライブラリＥＮＤＦ／Ｂ－７を使用した。
実施例１～１４では、１８ｃｍ×１８ｃｍ×２０ｃｍのサイズの脳ファントムをシミュレーション試験に使用した。脳ファントムは、ＩＣＲＵ４６によって報告された要素で構成した。使用した中性子線発生装置では、陽子線チャネル（第１のチャネル）の直径は３ミリメートル（ｍｍ）であり、長さは脳ファントムの表面からターゲットまでであり、水を減速物質として使用した。更に、厚さ０．１ｍｍおよび直径１ｃｍのリチウムターゲットをターゲットとして使用し、且つリチウムターゲットは中性子減速部の中心からずれていた。
ファントムの線量評価指標
脳ファントムの線量を評価した。評価指標は治療可能比（Ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃ Ｒａｔｉｏ；ＴＲ）および治療時間であった。
ＢＮＣＴ治療を脳ファントムに行い、その物理的療法的線量を中性子線量、光子線量、およびホウ素線量から導出した。加重治療線量は、以下、中性子線量に相対的生物効果比（Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ；ＲＢＥ）を掛けたもの、光子線量にＲＢＥを掛けたもの、ホウ素線量に化合物生物効果比（Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ； ＣＢＥ）を掛けたものであった。中性子のＲＢＥは３．２、光子のＲＢＥは１、脳ファントムのＣＢＥは１．３、腫瘍のＣＢＥは３．８であった。ＲＢＥおよびＣＢＥについては、Ｍ.Ｓ. Ｈｅｒｒｅｒａ ｅｔ ａｌ. “Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｌａｎｎｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｂｅａｍ ｓｈａｐｉｎｇ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｆｏｒ ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ－ｂａｓｅｄ ＢＮＣＴ”, Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｓｏｔｏｐｅｓ６９（２０１１）１８７０－１８７３を参照した。
具体的には、治療可能比（ＴＲ）は、ファントムの任意の位置における腫瘍の総加重治療線量と正常組織の最大総加重線量との比として定義した。この値は、上記位置にある腫瘍に対しての治療の質を表している。ＴＲが大きいほど、上記位置にある腫瘍に対しての治療の質が良くなる。最大ＴＲ値は、治療の最大効果を表している。ファントムの任意の位置にある正常な組織が１０Ｇｙの加重線量に到達した場合、その線量に到達するのに必要となる時間が治療時間である。
評価指標の計算
正常組織内のホウ素の濃度が２５ｐｐｍであると仮定すると、腫瘍組織と正常組織内のホウ素の濃度比（Ｔ／Ｎ比）は３であり、計算（Ｔａｌｌｙ）は中心軸を中心として行われ、断面は２ｃｍ×２ｃｍ（減速部の後部にある）であった。ＢＮＣＴ実現可能性評価の計算結果を表１～表６に示す。
Figure 0007336575000001
表１に示した結果によれば、陽子エネルギーが高いほど、中性子収量が高くなり、処理時間が短くなる。しかし、リチウムターゲットに衝突した後に生成された中性子エネルギーが高いほど、最大治療可能比は悪くなる。
Figure 0007336575000002
表２に示した結果によれば、中性子減速部の中心からリチウムターゲットがずれた距離（ｄ）も、治療可能比の最大値に影響を与えている。ずれた距離ｄが特定の範囲内にあるとき、ずれた距離ｄが大きいほど、治療可能比の最大値が大きくなる。しかし、ずれた距離ｄが大き過ぎた場合、チャネルの両側の正常組織の総加重線量が大きくなり、治療可能比の最大値が減少する。実施例６では、最大治療可能比は３．５２に減少し、治療時間も１３．４４分に増加した。
Figure 0007336575000003
表３に示した結果によれば、リチウムターゲットが中性子減速部から特定距離ずれ、治療可能比の最大値が増加すると、水減速部の最大直径を減少することができるため、水減速部は人体内で多くのスペースを占めなくなる。
Figure 0007336575000004
表４に示した結果によれば、水減速部の最大直径が大きいほど、ＴＲの最大値が大きくなる。水減速部の最大直径を８ｃｍ（実施例３）から１１ｃｍ（実施例８）に変更したとき、最大治療可能比は３．５５に増加した。また、リチウムターゲットが中性子減速部の中心から１．２５ｃｍずれたとき、ＴＲの最大値は更に４．０３に増加した。同様の手段を用いて、２．４ＭｅＶの入射陽子エネルギーを使用したとき、治療可能比は３．８５に増加した。
Figure 0007336575000005
表５に示した結果によれば、入射陽子エネルギーが２．６ＭｅＶであり、水減速部の最大直径が１２ｃｍのとき、治療可能比の最大値は依然として３．５以上に達することができる。
Figure 0007336575000006
表６に示した結果によれば、治療時間を１０分に保持した場合、必要となる加速器電流は１ｍＡ未満とすることができ、これによりターゲット設計における熱放散条件をより柔軟にすることができる。一方、熱を放散する十分な能力がある場合は、電流を増加することができ、治療時間をそれに比例して短縮することができる。
また、表１～表６に示した結果によれば、陽子エネルギーが２．０ＭｅＶから２．６ＭｅＶの範囲内にあるとき、減速部の直径は５ｃｍから１２ｃｍであり、治療可能比の最大値は３．５以上に達することができる。上述のシミュレーションの計算結果から、表１から表６の条件下では、低侵襲中性子線発生装置を、ＢＮＣＴ治療に効果的に適用することができ、深部腫瘍を治療することができ、更に治療時間は３０分以下とすることができると分かる。更に、現在存在する一般的なＢＮＣＴ治療（約３ＭｅＶ以下の陽子線を供給し、１０ｍＡ以上の電流を必要とする）と比較すると、表１～表６に示した結果から、本開示で提供する低侵襲中性子線発生装置は、約２ＭｅＶから２．６ＭｅＶのエネルギーの陽子線を供給するのに１ｍＡ未満の電流のみしか必要としない。
この開示の実施形態および利点は、上記のように開示されているが、当該技術分野の通常の知識を有する人なら誰でも、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、変更、置換、および置換を行うことができることを理解されたい。更に、本開示の保護の範囲は、本明細書に記載された特定の実施形態におけるプロセス、機械、製造、材料組成、デバイス、方法、およびステップに限定されない。本開示が関係する技術分野において通常の知識を有する者は、本開示の内容を開示することができる。プロセス、機械、製造、材料構成、装置、方法、およびステップの現在または将来の開発を理解するため、本明細書に記載の実施形態とそれらが実質的に同じ機能を実装するか、またはほぼ同じ結果を達成することができる限り、それらは、本開示に従って用いられることができる。従って、本開示の保護の範囲は、前述のプロセス、機械、製造、材料組成、装置、方法、およびステップを含む。更に、各特許出願の範囲は別個の実施形態を構成し、本開示の保護範囲は、各特許出願の範囲と実施形態の組み合わせも含む。この開示の保護の範囲は、添付の特許出願の範囲によって決定されるものとする。
１０、２０、３０ 低侵襲中性子線発生装置
１０Ｓ 低侵襲中性子捕捉療法システム
１００ 陽子加速器
１０２ 第１のチャネル
１０２ｔ 第１のチャネルの端部
２００ ターゲット
３００ 中性子減速部
３００ｐ 孔
３０２ 収容要素
３０４ 減速物質
３０６ 減速物質供給装置
３０８ 第２のチャネル
４００ 冷却要素
４０２ 第３のチャネル
４０４ 冷却源供給装置
５００ 内視鏡装置
５００ｔ 内視鏡装置の端部
ｄ 距離
ＧＴ 幾何学的中心
ＰＴ 患者
ＴＰ 回転継手

Claims (9)

  1. 第１のチャネルに接続された陽子加速器、
    前記第１のチャネルの一端に配置されたターゲット、および
    前記第１のチャネルの前記端をカバーする体内配置用中性子減速部を含み、
    前記ターゲットは前記体内配置用中性子減速部に埋め込まれており、前記体内配置用中性子減速部は減速物質を収容する収容要素を含み、前記収容要素は伸縮自在であり、
    前記ターゲットと前記体内配置用中性子減速部の幾何学的中心との間の距離は、０ｃｍから２ｃｍである低侵襲中性子線発生装置。
  2. 第２のチャネルに接続された減速物質供給装置を更に含み、前記減速物質供給装置は、前記第２のチャネルを介して前記減速物質を前記収容要素に送達する請求項１に記載の低侵襲中性子線発生装置。
  3. 前記減速物質は水素含有物質である請求項１に記載の低侵襲中性子線発生装置。
  4. 前記体内配置用中性子減速部の直径は３ｃｍから１２ｃｍの範囲である請求項１に記載の低侵襲中性子線発生装置。
  5. 前記ターゲットの材料はリチウム（Ｌｉ）を含む請求項１に記載の低侵襲中性子線発生装置。
  6. 前記陽子加速器は、２ＭｅＶから２．６ＭｅＶの範囲のエネルギーを有する陽子線を生成する請求項１に記載の低侵襲中性子線発生装置。
  7. 前記陽子加速器は０．１ｍＡから５ｍＡの範囲の電流を用いる請求項１に記載の低侵襲中性子線発生装置。
  8. 前記第１のチャネルに隣接し、前記ターゲットを囲む冷却要素を更に含む請求項１に記載の低侵襲中性子線発生装置。
  9. 前記第１のチャネルは、患者の体内に配置される体内配置部と、患者の体外に配置される体外配置部を有している請求項１に記載の低侵襲中性子線発生装置。
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