JPH10106800A - 荷電粒子ビーム照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 治療用の加速器システムとラジオアイソトー
プ製造用の加速器システムとの共用を図る。 【解決手段】 連続ビームを発生するサイクロトロン２
と、サイクロトロン２で発生した荷電粒子ビームを入射
して出射するリング状のシンクロトロン（偏向電磁石
１，静電偏向器３，出射用電磁石４，入射用偏向電磁石
８，高周波電極９，出射用静電偏向器１０，出射用偏向
電磁石１１，高周波加速空胴１２などで構成される。）
とを設ける。治療するときはシンクロトロンに入射され
た荷電粒子ビームを蓄積・加速してから出射し電磁石５
で治療室６に導く。ラジオアイソトープを製造するとき
は、サイクロトロン２で発生したビームをシンクロトロ
ンで輸送し（蓄積・加速は行わない）電磁石で製造室７
に導く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は荷電粒子ビーム照射
装置に係り、特に、治療用の加速器システムと検査用ラ
ジオアイソトープ製造システムの共用を図るのに好適な
荷電粒子ビーム照射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】癌に陽子ビーム等を照射して治療するに
は、陽子の場合、最大で２３０ＭｅＶ程度のエネルギー
のビームが必要である。一方、ＰＥＴ等で使用するラジ
オアイソトープを製造するには、１０〜３０ＭｅＶ程度
のエネルギーのビームを大電流かつ連続的に供給する必
要がある。治療用の加速器システムとして、従来から、
サイクロトロンやシンクロトロンが使用されている。

【０００３】サイクロトロンの場合、連続的にビームを
供給可能であるが、加速器より発生するビームエネルギ
ーが固定であるため、例えば２３０ＭｅＶ用のサイクロ
トロンで発生させたビームを３０ＭｅＶに減衰させるに
は、鉄やグラファイトなどのターゲットに当ててエネル
ギーを減衰させる必要がある。しかし、ターゲットに当
てると、ビーム電流が減少し、ラジオアイソトープの製
造効率が低下してしまうという欠点がある。また、ター
ゲットに当てると、ビームの広がりが大きくなり、効率
的にビームを輸送することが難しくなるという欠点があ
る。

【０００４】一方、シンクロトロンは、加速器本体でビ
ームエネルギーを変化させることができるが、入射→蓄
積→加速→出射のパターンで加速器を運転するため、出
射されたビームは間欠的になり、ラジオアイソトープの
製造には向かないという欠点がある。

【０００５】そこで従来は、治療用の加速器システム
と、ＰＥＴ等の検査用に使用するラジオアイソトープを
製造するために製造用の加速器システムとを両方別室に
用意し、使用している。

【０００６】尚、加速器システムに関連するものとし
て、特開平４−３５７７００号，特開平３−２９７１０
０号などがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
は、治療用の加速器システムと、ラジオアイソトープ製
造用の加速器システムとを別に用意する必要があったた
め、システム全体のコストが増大するという問題があ
る。また、また、加速器から発生する放射線を遮蔽する
必要があるため、各加速器用にコンクリート壁に覆われ
た遮蔽室を用意する必要があり、システム全体の設置面
積を増大させるという問題がある。医療用の加速器シス
テムを普及させるには、設置面積の縮小化とコスト低減
を図る必要があり、この問題の解決が急がれている。

【０００８】本発明の目的は、治療用の加速器システム
とラジオアイソトープ製造用の加速器システムとの共用
を図ることで製造コストの低減と設置面積の縮小化を図
ることのできる荷電粒子ビーム照射装置を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、連続ビーム
を発生する荷電粒子ビーム発生装置と、該荷電粒子ビー
ム発生装置で発生した荷電粒子ビームを入射して出射す
るシンクロトロンと、該シンクロトロンに入射された前
記荷電粒子ビームを蓄積・加速してから出射する第１モ
ードと前記シンクロトロンに入射された前記荷電粒子ビ
ームを該シンクロトロンの一周以内に出射する第２モー
ドとを切り替えて該シンクロトロンを制御する制御手段
とを備えることで、達成される。

【００１０】上述した構成の荷電粒子ビーム照射装置を
用いて治療を行う場合には、制御手段が第１モードを選
択する。これにより、シンクロトロンは入射した荷電粒
子ビームを加速してそのエネルギーを高め出射する。ラ
ジオアイソトープを製造する場合には、制御手段が第２
モードを選択する。これにより、荷電粒子ビーム発生装
置で発生した荷電粒子ビームは、シンクロトロンで加速
されずにこのシンクロトロンを単にビームの輸送系とし
て利用して運ばれ、ラジオアイソトープの製造用として
供される。このように、ラジオアイソトープ製造用の加
速器システム（荷電粒子ビーム発生装置）と治療用の加
速器システム（シンクロトロン）との共用を図ったた
め、設置面積を縮小することが可能となり、しかも、コ
ストの低減も図れる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係
る荷電粒子ビーム照射装置の構成図である。図示の例で
は、荷電粒子ビーム発生装置として用いるサイクロトロ
ン２と、このサイクロトロン２の回りに配置されたリン
グ状のシンクロトロンとを備える。図示されたシンクロ
トロンは、６個の偏向電磁石１と、１つの偏向電磁石１
の前段に配置された１個の静電偏向器３と、この静電偏
向器３の反対側に配置された１つの出射用電磁石４と、
２個の入射用偏向電磁石８と、１個の高周波電極９と、
１個の出射用静電偏向器１０と、２個の出射用偏向電磁
石１１と、１個の高周波加速空胴１２と、これらの各機
器を制御する図示しない制御装置とで構成され、出射用
電磁石４から出射された荷電粒子ビームが電磁石５によ
り治療室６とラジオアイソトープ製造室７とに振り分け
られるようになっている。

【００１２】この荷電粒子ビーム照射装置の入射用機器
は、サイクロトロン２と静電偏向器３と入射用偏向電磁
石８などで構成され、荷電粒子ビーム照射装置の出射用
機器は、出射用偏向電磁石１１と出射用静電偏向器１０
と高周波電極９と出射用電磁石４などで構成される。

【００１３】図２は、荷電粒子ビーム照射装置を治療モ
ードで動作させるときの入射用機器，偏向電磁石，出射
用機器の各運転パターンを示すタイミングチャートであ
る。治療用ビームを患者の患部に照射する場合には、数
ＭｅＶから３０ＭｅＶ程度の低エネルギーの陽子や重粒
子などの荷電粒子ビームをサイクロトロン２から出射
し、入射用偏向電磁石８を立ち上げ、静電偏向器３を用
いて、シンクロトロン内に入射し、蓄積する。荷電粒子
ビーム照射装置の上記入射用機器は、ビーム入射の期間
のみ運転し、入射終了後に停止する。

【００１４】シンクロトロン内に蓄積された荷電粒子ビ
ームは、高周波加速空胴１２を用いて７０ＭｅＶから２
５０ＭｅＶ程度のエネルギーにまで加速される。どの程
度のエネルギーにまで加速するかは、患者毎に設定され
ている。この加速は、偏向電磁石１の磁場強度を徐々に
増加させることで制御する。加速後の出射するタイミン
グで上記出射用機器を立ち上げると、シンクロトロン内
で周回する荷電粒子ビームの軌道が出射出口付近に近づ
く。その後、高周波電極９に出射用高周波電場を印加し
周回ビームに共鳴を起こさせると、出射用電磁石４を通
してシンクロトロン外に荷電粒子ビームが出射される。
この荷電粒子ビームは、図示しない制御装置によりビー
ムの振り分け方向が制御指示された電磁石５により治療
室６に供給され、治療に利用される。

【００１５】上記の出射用機器は、ビーム出射時のみ運
転され、出射が終了したら停止する。このような入射→
加速・蓄積→出射のパターンは、図２に示されるよう
に、例えば０．５Ｈｚ程度の周期で繰り返され、治療用
ビームとして治療室６に供給される。

【００１６】この荷電粒子ビーム照射装置で治療を行っ
ていないときに、荷電粒子ビームを利用してラジオアイ
ソトープを製造する。図３は、ラジオアイソトープ製造
モードで荷電粒子ビーム照射装置を動作させるときの入
射用機器，偏向電磁石，出射用機器の各運転パターンを
示すタイミングチャートである。

【００１７】ラジオアイソトープ製造モードでは、入射
用機器，偏向電磁石１などのシンクロトロン機器，出射
用機器を同時に且つ所定値で運転し、治療モードで使用
した高周波電極９は使用しない。また、出射用偏向電磁
石１１の磁場の強度、出射用静電偏向器１０の電場の強
度、出射用電磁石４の磁場の強度は、サイクロトロン２
から出射した低エネルギービームが出射出口に到達する
ような大きさとする。そして、サイクロトロン２から出
射されシンクロトロン内に入射したビームは、入射用静
電偏向器３→１番目の偏向電磁石１→入射用偏向電磁石
８→高周波電極９→２番目の偏向電磁石１→出射用静電
偏向器１０→出射用偏向電磁石１１→３番目の偏向電磁
石１→出射用電磁石４と、リングを一周せずに電磁石５
に出射される。図示の例では、リングを半周して出射さ
れ、図示しない制御装置によりビームの振り分け方向が
制御指示された電磁石５によりこの低エネルギービーム
はラジオアイソトープ製造室７に導かれ、ラジオアイソ
トープ製造に供される。

【００１８】即ち、ラジオアイソトープ製造モードで
は、シンクロトロンは単にビームの輸送系として機能
し、ビームの蓄積・加速は行わない。従って、サイクロ
トロン２から連続的に出射される低エネルギービーム
は、シンクロトロン内を経由してもその連続性は失われ
ずにシンクロトロンからビームが絞られた状態で出射さ
れ製造室７に供給されるため、効率的にラジオアイソト
ープの製造が可能となる。患者一人当たりの治療時間は
３０分程度であり、このうち真にビームを患者に照射す
る時間は多くても５分程度であるため、残るの時間はラ
ジオアイソトープの製造にこの荷電粒子ビーム照射装置
を使用することができる。

【００１９】図４は、本発明の第２実施形態に係る荷電
粒子ビーム照射装置の構成図である。本実施形態に係る
荷電粒子ビーム照射装置は、図１に示す第１の実施形態
に係る荷電粒子ビーム照射装置と構成は類似しており、
異なる点は、サイクロトロン２に代わり、イオン源２２
で発生させた陽子または重粒子などの荷電粒子ビームを
線形加速器または静電加速器２１で数ＭｅＶから３０Ｍ
ｅＶ程度のエネルギーにまで加速してシンクロトロンに
入射する構成にしたところである。このような構成にす
ることでも、第１の実施形態と同様に動作し、同様の効
果が得られる。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、１台の荷電粒子ビーム
照射装置で治療のみならずラジオアイソトープの製造も
できるため、装置の利用効率が高まると共に、製造コス
トの低減と設置費用，設置面積の低減を図ることが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る荷電粒子ビーム照
射装置の構成図である。

【図２】図１に示す荷電粒子ビーム照射装置を治療モー
ドで動作させるときのタイミングチャートである。

【図３】図２に示す荷電粒子ビーム照射装置をラジオア
イソトープ製造モードで動作させるときのタイミングチ
ャートである。

【図４】本発明の第２実施形態に係る荷電粒子ビーム照
射装置の構成図である。

【符号の説明】

１…偏向電磁石、２…サイクロトロン、３…静電偏向
器、４…出射用電磁石、５…ビーム振り分け用の電磁
石、６…治療室、７…ラジオアイソトープ製造室、８…
入射用偏向電磁石、９…高周波電極、１０…出射用静電
偏向器、１１…出射用偏向電磁石、１２…高周波加速空
胴、２１…線形加速器（または静電加速器）、２２…イ
オン源。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続ビームを発生する荷電粒子ビーム発
   生装置と、該荷電粒子ビーム発生装置で発生した荷電粒
   子ビームを入射して出射するシンクロトロンと、該シン
   クロトロンに入射された前記荷電粒子ビームを蓄積・加
   速してから出射する第１モードと前記シンクロトロンに
   入射された前記荷電粒子ビームを該シンクロトロンの一
   周以内に出射する第２モードとを切り替えて該シンクロ
   トロンを制御する制御手段とを備えることを特徴とする
   荷電粒子ビーム照射装置。
2. 【請求項２】 連続ビームを発生する荷電粒子ビーム発
   生装置と、該荷電粒子ビーム発生装置で発生した荷電粒
   子ビームを入射して出射するシンクロトロンと、該シン
   クロトロンに入射された前記荷電粒子ビームを蓄積・加
   速して出射し治療室に輸送し照射する治療モードと前記
   シンクロトロンに入射された前記荷電粒子ビームを該シ
   ンクロトロンの一周以内に出射しラジオアイソトープ製
   造室に輸送する製造モードとを切り替えて該シンクロト
   ロンを制御する制御手段とを備えることを特徴とする荷
   電粒子ビーム照射装置。
3. 【請求項３】 ラジオアイソトープ製造に必要なエネル
   ギーの連続ビームを発生する荷電粒子ビーム発生装置
   と、該荷電粒子ビーム発生装置で発生した荷電粒子ビー
   ムを入射し出射するシンクロトロンと、該シンクロトロ
   ンに入射された前記荷電粒子ビームを蓄積・加速し治療
   用にエネルギーを高めた荷電粒子ビームを出射して治療
   室に輸送し照射する治療モードと前記シンクロトロンに
   入射された前記荷電粒子ビームを蓄積・加速せずに出射
   しラジオアイソトープ製造室に輸送する製造モードとを
   切り替えて該シンクロトロンを制御する制御手段とを備
   えることを特徴とする荷電粒子ビーム照射装置。