JP7489154B1

JP7489154B1 - 中性子発生器

Info

Publication number: JP7489154B1
Application number: JP2024008248A
Authority: JP
Inventors: 翔太郎古村
Original assignee: J Beam
Current assignee: J Beam
Priority date: 2024-01-23
Filing date: 2024-01-23
Publication date: 2024-05-23
Anticipated expiration: 2044-01-23

Abstract

【課題】照射範囲を容易に制御できる中性子捕捉療法装置を提供する。【解決手段】中性子捕捉療法装置１は、患者２の病巣３を含む頭部を患者２の外面に沿って囲み、病巣３に対応する位置に開口部７を有する放射線遮蔽部４と、中性子線を散乱させる部材で構成され、空間５を介して放射線遮蔽部４を囲む中性子反射部６とを備える。中性子反射部６は、空間５に中性子線を導入するための中性子照射口８と、患者２のうちの放射線遮蔽部４により囲まれた病巣３を含む頭部を通過させて空間５に配置するための開放部１１とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、中性子線を治療対象の病巣に照射して治療を行う中性子捕捉療法装置に関する。

従来、中性子線を治療対象の病巣に照射して治療を行う中性子捕捉療法装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような中性子捕捉療法装置では、病巣に取り込まれたホウ素などと、中性子線との核反応によって病巣の癌細胞などを死滅させ、治療効果を得るものである。

特許文献１に記載された装置は、荷電粒子線が照射されることによって中性子線を発生させるターゲットと、この中性子線の照射野を成形するコリメータと、このコリメータの出口側に設けられ、患者とコリメータとの間から漏れる中性子線を患者に向かって反射可能に構成された反射部とを備える。

これによれば、コリメータの出口から出射される中性子線のうち、患者に直接照射されない漏れ中性子線を、反射部により患者に向かって反射するので、患者の腫瘍への照射量が増加する。腫瘍への照射量は、反射部の形状を設定することによって制御される。これにより、治療時間を短縮し、患者の負担をある程度低減することができる。

特開２０１５－０８４８０８号公報

しかしながら、上記特許文献１の装置によれば、反射部で反射された中性子線は、反射部での散乱により反射するものであるため、反射部の反射面の方向に対してランダムな方向に散乱してゆく。このため、反射される中性子線の照射範囲を制御することができないので、耐容線量の低い組織を防護することができない。また、意図しない部位に中性子線が集中的に照射される場合がある。

また、腫瘍から遠い反射面で反射された中性子線は、腫瘍への寄与が小さい一方、当該反射面に近い正常組織に不要な被曝をもたらす。また、照射量を有意に増加させるためには、相当な重量の反射材料、例えば厚さ１０ｃｍ以上の鉛の反射材量が必要である。このため、反射材量を、腫瘍の位置や大きさが異なる患者ごとに最適化することは困難である。

本発明の目的は、かかる従来技術の課題に鑑み、照射範囲を容易に制御できる中性子捕捉療法装置を提供することにある。

本発明の中性子捕捉療法装置は、治療対象の病巣を含む部分を該治療対象の外面に沿って囲み、該病巣に対応する位置に開口部を有する放射線遮蔽部と、中性子線を散乱させる部材で構成され、空間を介して該放射線遮蔽部を囲む中性子反射部とを備える。

中性子反射部は、前記空間に中性子線を導入するための中性子照射口と、治療対象のうちの該放射線遮蔽部により囲まれた病巣を含む部分を通過させて該空間に配置するための開放部とを有する。

本発明によれば、中性子照射口から空間内に照射される中性子線は、治療対象に向かって進み、又は中性子反射部でランダムな方向に反射される。したがって、放射線遮蔽部の開口部の数や位置、大きさ、形状を適切に設定することにより、中性子照射口から直接的に治療対象に向かって進む中性子線に加え、中性子反射部で散乱される中性子線をも利用して、中性子線が治療対象の病巣に適切に照射されるように、中性子線の照射範囲を容易に制御することができる。

本発明の一実施形態に係る中性子捕捉療法装置の断面図である。図１の中性子捕捉療法装置における放射線遮蔽部の変形例を示す断面図である。図１の中性子捕捉療法装置における中性子発生装置、中性子源側部及びコリメータの部分の変形例を示す断面図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る中性子捕捉療法装置の断面を示す。図１に示すように、この中性子捕捉療法装置１は、治療対象である患者２の病巣（治療部位）３を含む部分である頭部を患者２の外面に沿って囲む放射線遮蔽部４と、空間５を介して放射線遮蔽部４を囲む中性子反射部６とを備える。病巣３は、脳深部に位置する腫瘍細胞である。

放射線遮蔽部４は、それが囲んでいる頭部の病巣３に対応する位置に開口部７を有する。また、放射線遮蔽部４は、病巣周辺の正常組織に付与される最大線量が耐容線量よりも小さくなるように構成される。具体的には、耐容線量の低い組織や、中性子線が集中的に照射される部位、患部から遠く離れた領域などを防護するように構成される。

すなわち、放射線遮蔽部４における開口部７の数、位置、大きさ又は形状は、モンテカルロ・シミュレーションを用いて、病巣および正常組織に付与される線量分布を計算することによって、患者ごとに最適化され得る。また、開口部７は、患者２の病巣３の位置応じ、後述の中性子照射口８からの中性子線に対応する位置と、中性子反射部６からの中性子線に対応する位置とに設けられる。

放射線遮蔽部４の開口部７以外の部分は、熱・熱外中性子線（熱中性子線又は熱外中性子線）９及び高速中性子線１０を遮蔽するために、例えば、軽水やフッ化リチウム入ポリエチレンなどの素材を用い、厚さ数ｃｍとなるように形成される。この素材は、加工性に優れるので、開口部７の配置（数、位置、大きさ又は形状）を容易に患者ごとに最適化することができる。

放射線遮蔽部４は、数ｃｍの厚さを有することにより、熱・熱外中性子線９及び高速中性子線１０を十分に遮蔽できる場合が多い。ただし、厚さが増すほど、中性子線の照射範囲を開口部７によって、より強力に制限することができる。

中性子反射部６は、中性子線を散乱させる部材で構成される。例えば、中性子反射部６は、高速中性子線１０及び熱・熱外中性子線９を効率よく散乱させる、鉄、鉛、ビスマスなどで構成される。中性子反射部６の厚さは、１０～３０ｃｍ程度であるが、厚さが増すほど散乱による中性子線の空間５側への反射量が増え、病巣３への中性子線の照射量を増大させることができる。

中性子反射部６は、空間５に中性子線を導入するための中性子照射口８と、患者２のうちの中性子反射部６により囲まれた頭部を通過させて空間５に配置するための開放部１１とを有する。中性子照射口８は、導入する中性子線の拡散を抑制するためのコリメータ１２で構成される。

コリメータ１２は、高速中性子やガンマ線が中性子照射口８外から漏出することを防ぐために、フッ化リチウム入りポリエチレンや鉛などの材料で形成され、かつ形状や、大きさが異なる複数のブロックとして形成される。これらのブロックは、中性子反射部６に対して着脱可能な構造を有する。

すなわち、これらのブロックは、それぞれ中性子反射部６に対して適宜選択的に着脱することにより、中性子照射口８の開口面積を数段階で調節し得るように構成される。かかる開口面積の数段階の調節により、病巣３を含む部分への中性子線の照射量だけでなく、該部分に対する直接的な照射量と、中性子反射部６からの反射による照射量との割合も調整される。

放射線遮蔽部４は、その形状、中性子照射口８の開口面積、及び中性子照射口８から治療対象の病巣３までの距離が、それぞれ独立に調節し得るように構成される。放射線遮蔽部４の形状の調整は、放射線遮蔽部４を成形する際に行われる。中性子照射口８の開口面積や病巣３までの距離の調整は、上記のコリメータ１２を構成する各ブロックを選択的に着脱することにより行われる。

放射線遮蔽部４には、それが囲む空間５内に、開放部１１を介して病巣３を含む頭部を位置させるために、寝台１３が設けられる。開口部７は、中性子反射部６で囲まれた頭部を、患者２が横たわる寝台１３とともに開放部１１を通過させて空間５内に配置するのに適した大きさを有する。

寝台１３は、長さ方向、上下方向、左右方向の３方向に移動可能に構成される。これにより、中性子照射口８に対する病巣３の位置が調節可能となっている。また、これにより、中性子線の病巣３に対する照射量だけでなく、中性子照射口８から直接照射される中性子線の照射量と、中性子反射部６からの反射により照射される中性子線の照射量との割合も調節可能となっている。

また、中性子捕捉療法装置１は、高速中性子線１０を発生する中性子発生装置１４と、中性子発生装置１４からの高速中性子線１０を散乱させて熱・熱外中性子線９に効率的に減速させる中性子減速部１５とを備える。中性子減速部１５は、フッ化物、アルミ、鉄、鉛などで構成される。

中性子減速部１５には、熱中性子線とガンマ線を除去する除去フィルターとして、薄いフッ化リチウムや鉛などを追加する場合もある。中性子減速部１５により減速された中性子は、コリメータ１２に供給される。

この構成において、中性子捕捉療法装置１により治療を行う際には、寝台１３に横たわった患者２の放射線遮蔽部４により囲まれた病巣３を含む頭部が、寝台１３とともに開放部１１を経て空間５内の方に移動され、空間５内に配置される。

この状態において、中性子発生装置１４が高速中性子線１０を発生すると、その中性子線は、中性子減速部１５と、コリメータ１２で形成された中性子照射口８とを通過し、中性子反射部６で囲まれた空間５を満たす。この間、高速中性子線１０は、中性子減速部１５や中性子反射部６において散乱を繰り返すことにより、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）に適した熱・熱外中性子線９に変化する。

このとき、コリメータ１２からの中性子線は、病巣３に直接照射されないその一部が中性子反射部６により病巣３の方向に戻される。これにより、病巣３に対する十分な照射量が確保される。すなわち、空間５内に配置された患者２の頭部の病巣３に対して、放射線遮蔽部４の開口部７に対応する複数の方向から、熱・熱外中性子線９が開口部７を経て照射される。

このとき、放射線遮蔽部４の開口部７により、照射範囲が制限される。すなわち、中性子照射口８から直接到来する中性子線だけでなく、中性子反射部６で反射されてから到来する中性子線の照射範囲も制限される。これにより、患者２の病巣３周辺の正常組織に付与される最大線量をその耐容線量以下として、耐容線量の低い正常組織を防護しつつ、病巣３に対して熱・熱外中性子線９が集中的に照射される。

病巣３に照射される熱・熱外中性子線９は、予め注射により病巣３の病巣内の腫瘍細胞に集積されたホウ素薬剤に衝突し、核反応によりアルファ粒子とリチウム核を発生する。この放射線により、選択的に腫瘍細胞をピンポイントで破壊し、死滅させ、病巣３に対する治療効果が得られる。

以上のように、本実施形態によれば、上述の放射線遮蔽部４と、中性子反射部６とを備えるので、患者２の病巣３の位置や大きさ、形状に応じて、放射線遮蔽部４の開口部７の数や位置、大きさ、形状を選定することにより、該開口部７を介して中性子線の照射範囲を適切に制御しつつ、病巣３に対する中性子線の照射を行うことができる。

また、正常組織に時間当たりに付与される線量の最大値を放射線遮蔽部４によって引き下げることができるので、病巣３に付与できる線量の総量を増加させることができる。したがって、従来は対象外であった高い放射線抵抗性を示す腫瘍も新たに治療対象とすることができる。

また、放射線遮蔽部４の材料として、加工が容易かつ軽量な材料を選択できるので、患者２ごとに最適化した放射線遮蔽部４を容易に成型し、より高い精度で照射範囲を制御することができる。

また、放射線遮蔽部４の形状、中性子照射口８の開口面積、及び中性子照射口８から病巣３までの距離が、それぞれ独立に調節し得るので、さらに高い精度で照射範囲を制御することができる。

また、放射線遮蔽部４の開口部７は、患者２における病巣３の位置応じ、中性子照射口８からの直接的な中性子線に対応する位置と、中性子反射部からの間接的な中性子線に対応する位置とに設けられるので、病巣３に対する照射量を、該直接的な中性子線及び間接的な中性子線の割合を調整しつつ、双方の中性子線を有効活用することができる。

また、放射線遮蔽部４における開口部７は、その数、位置、大きさ又は形状が、モンテカルロ・シミュレーションを用いて患者２の病巣３及び正常組織に付与される線量分布を計算することによって、患者２ごとに最適化されるので、患者２ごとに高い精度で照射範囲を制御することができる。

図２は放射線遮蔽部４の変形例を示す。図２に示すように、放射線遮蔽部４は、異なる複数の遮蔽材料でそれぞれ構成される遮蔽層１６、１７、１８を積層して構成してもよい。すなわち、放射線遮蔽部４は、熱外中性子線及び高速中性子線１０の遮蔽層１６に加えて、熱中性子線の遮蔽層１７、及びガンマ線の遮蔽層１８を追加し、これらを重ねて層構造のものとすることができる。

この場合、遮蔽層１６、１７は、それぞれが開口部７ａ、７ｂを有する。ただし、病巣３の位置などに応じて遮蔽層１６、１７による遮蔽が必要な部位が異なるため、遮蔽層１６、１７の開口部７ａ、７ｂの位置は必ずしも一致しない。例えば、遮蔽層１６の開口部７ａに遮蔽層１７が存在し、遮蔽層１７の開口部７ｂに遮蔽層１６が存在する。

この場合、遮蔽層１６の開口部７ａは、病巣３の位置応じ、中性子照射口８からの直接的な中性子線に対応する位置と、中性子反射部６からの間接的な中性子線に対応する位置とに設けてもよい。

これによれば、耐容線量の低い組織が照射野に含まれる場合であっても、新たに治療対象とすることができる。例えば、水晶体や口内粘膜と近接する脳深部にある腫瘍、浸潤性や播種性の広範囲に広がった腫瘍、小型の愛玩動物のように全身が照射野に入る場合などの場合でも、その腫瘍の位置、大きさなどに応じて、遮蔽層１６、１７、１８の厚さや開口部７ａ、７ｂの位置、大きさ、形状などを設定することにより、治療対象とすることができる。

図３は、中性子発生装置１４、中性子減速部１５及びコリメータ１２の部分の変形例を示す。図３に示すように、中性子発生装置１４及び中性子減速部１５の周囲を、鉛などの中性子反射材１９で囲んでもよい。これによれば、中性子発生装置１４からの中性子線を効率的に中性子照射口８に導くことができる。

さらに、コリメータ１２及び中性子減速部１５の周囲を、ポリエチレンや鉛などの放射線遮蔽材２０で囲んでもよい。これによれば、中性子線やガンマ線の漏出による被ばくを防止することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、適宜変形して実施することができる。例えば、治療対象は、患者２に限らず、動物であってもよい。また、中性子照射口８は、中性子反射部６の２箇所以上に設けてもよい。

１…中性子捕捉療法装置、２…患者、３…病巣、４…放射線遮蔽部、５…空間、６…中性子反射部、７、７ａ、７ｂ…開口部、８…中性子照射口、９…熱・熱外中性子線、１０…高速中性子線、１１…開放部、１２…コリメータ、１３…寝台、１４…中性子発生装置、１５…中性子減速部、１６、１７、１８…遮蔽層、１９…中性子反射材、２０…放射線遮蔽材。

Claims

治療対象の病巣を含む部分を該治療対象の外面に沿って囲み、該病巣に対応する位置に開口部を有する放射線遮蔽部と、
中性子線を散乱させる部材で構成され、空間を介して該放射線遮蔽部を囲む中性子反射部とを備え、
前記中性子反射部は、前記空間に中性子線を導入するための中性子照射口と、前記治療対象のうちの前記放射線遮蔽部により囲まれた前記病巣を含む部分を通過させて前記空間に配置するための開放部とを有することを特徴とする中性子捕捉療法装置。
前記放射線遮蔽部の形状、前記中性子照射口の開口面積、及び前記中性子照射口から前記病巣までの距離が、それぞれ独立に調節し得るように構成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装置。
前記放射線遮蔽部は異なる複数の遮蔽材料でそれぞれ形成された複数の遮蔽層を積層して構成され、該放射線遮蔽部の前記開口部は遮蔽層毎に設けられ、該開口部の位置は、該遮蔽層間で必ずしも一致していないことを特徴とする請求項１に記載の中性子捕捉療法装置。
前記放射線遮蔽部は、前記複数の遮蔽層として、熱外中性子線及び高速中性子線を遮蔽する第１遮蔽層と、熱中性子線を遮蔽する第２遮蔽層と、ガンマ線を遮蔽する第３遮蔽層とを備えることを特徴とする請求項３に記載の中性子捕捉療法装置。
前記開口部は、前記第１遮蔽層及び前記第２遮蔽層に設けられ、前記第１遮蔽層の該開口部に該第２遮蔽層が存在し、該第２遮蔽層の該開口部に該第１遮蔽層が存在し、該第１遮蔽層の該開口部は、前記治療対象における前記病巣の位置応じ、前記中性子照射口からの直接的な中性子線に対応する位置と、前記中性子反射部からの間接的な中性子線に対応する位置とに設けられることを特徴とする請求項４に記載の中性子捕捉療法装置。
前記中性子照射口は、前記中性子反射部の２箇所以上に設けら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装置。
前記放射線遮蔽部の前記開口部は、前記治療対象における前記病巣の位置応じ、前記中性子照射口からの直接的な中性子線に対応する位置と、前記中性子反射部からの間接的な中性子線に対応する位置とに設けら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装置。
前記放射線遮蔽部における前記開口部は、その数、位置、大きさ又は形状が、モンテカルロ・シミュレーションを用いて前記治療対象の病巣及び正常組織に付与される線量分布を計算することによって、治療対象ごとに最適化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装置。