TWI480892B - Neutron line irradiation device, neutron line dose measurement method and control method of neutron beam irradiation device - Google Patents

Description

中子線照射裝置、中子線劑量測定方法及中子線照射裝置之控制方法

本發明有關一種中子線照射裝置及其控制方法。

作為癌治療等中的放射線治療之一，有藉由中子線的照射進行癌治療之硼中子捕獲治療(BNCT：BoronNCT)。於先前技術中，開發有用於進行該硼中子捕獲治療之中子線照射裝置(BNCT裝置)，例如於專利文獻1中公開有如下裝置：其係由迴旋加速器等加速器生成質子線(帶電粒子線)，藉由對鈹等之靶照射質子線來生成中子線，並且將所生成之中子線朝向患者等之被照射體照射。

(先前技術文獻) (專利文獻)

專利文獻1：日本特開2004-233168號公報

在此，上述中子線照射裝置中，例如藉由預先對被照射體貼附中子線測定用金絲，於中子線的照射中途取下金絲並測定該金絲的輻射化量，來測定照射中途的中子線之照射劑量。並且依據該已測定之照射劑量，來控制(例如停止等)中子線照射裝置以便使中子線以按照計劃的照射劑量來照射至被照射體。

但是此時，例如若因某種原因而在測定金絲的輻射化量之後中子線的照射劑量率有所變動，則無法與該種變動充分對應，而有著會使以計劃的照射劑量來將中子線照射至被照射體處一事成為困難之虞。因此，在上述中子線照射裝置中，係要求能夠提高照射至被照射體之中子線的照射劑量的精確度。

因此，本發明之課題，係在於提供一種能夠提高中子線的照射劑量的精確度之中子線照射裝置及其控制方法。

為了解決上述課題，本發明人等經過深入研究之結果，發現如下事實：在上述中子線照射裝置中，對被照射體照射中子線時，若能夠以線上(online)來掌握中子線的照射劑量，則成為亦能夠與例如中子線的照射劑量率的變動對應，可提高中子線的照射劑量的精確度。並且，帶電粒子線的照射劑量率與中子線的照射劑量率之間，由於存在有一定的相關關係，故想到若在照射中子線時逐一測定帶電粒子線的朝向靶之照射劑量，則能夠利用該種相關關係來以線上而適當地掌握中子線的照射劑量，以至完成本發明。

亦即，本發明之中子線照射裝置，係為向被照射體照射中子線之裝置，其特徵為，具備：帶電粒子線生成部，生成帶電粒子線；中子線生成部，藉由向靶照射帶電粒子線來生成中子線並對於被照射體照射中子線；電流監控 器，可即時(realtime)測定向靶所照射之帶電粒子線的電流值；及控制部，根據以電流監控器所測定之電流值，而可算出藉由中子線生成部所生成的中子線之照射劑量。

該中子線照射裝置中，由於在照射中子線時，帶電粒子線的照射劑量係被即時測定，故根據上述之理由，能夠以線上而適當地掌握中子線的照射劑量，其結果，能夠提高中子線的照射劑量的精確度。

再者，較理想，控制部，係進而當所算出之中子線之照射劑量到達了計劃值時，停止從中子線產生部而來之中子線之照射。此時，係按照以線上而掌握之中子線的照射劑量，來控制中子線的照射。

再者，亦有具備將藉由控制部所算出之中子線的照射劑量作顯示之顯示部之情況。藉由具備顯示部，醫師或操作員能夠掌握照射時的中子線的照射劑量。

再者，本發明之中子線照射裝置，係為向被照射體照射中子線之裝置，其特徵為，具備：帶電粒子線生成部，生成帶電粒子線；中子線生成部，藉由向靶照射帶電粒子線來生成中子線；及測定部；用於在照射中子線時，即時(realtime)測定藉由中子線生成部所生成之該中子線的照射劑量。

在該中子線照射裝置中，由於係以線上而適當地掌握中子線的照射劑量，故根據上述之理由，能夠提高中子線的照射劑量的精確度。

再者，本發明之中子線劑量測定方法，係為當向靶照 射帶電粒子線所生成的中子線被照射至被照射體處時，對於該中子線之照射劑量作測定之中子線劑量測定方法，其特徵為：測定向前述靶所照射之帶電粒子線之電流值，根據所測定之電流值，而算出中子線之照射劑量，並間接性測定中子線之照射劑量。

在該中子線劑量測定方法中，由於帶電粒子線的照射劑量係被即時測定，故根據上述之理由，能夠以線上而適當地掌握中子線的照射劑量，其結果，能夠提高中子線的照射劑量的精確度。

再者，本發明之中子線照射裝置之控制方法，該中子線照射裝置，係向被照射體照射中子線之裝置，並具備有：帶電粒子線生成部，生成帶電粒子線；中子線生成部，藉由向靶照射帶電粒子線來生成中子線；電流監控器，可測定向靶所照射之帶電粒子線的電流值；及控制部，根據以電流監控器所測定之電流值，而可算出藉由中子線生成部所生成的中子線之照射劑量，該中子線照射裝置之控制方法，其特徵為：若是藉由中子線劑量測定方法所算出之中子線的照射劑量到達了計劃值，則停止向靶之帶電粒子線的照射。

再者，亦有進而將所算出之前述中子線之照射劑量，顯示於被設置在前述中子線照射裝置處之顯示部處之情況。藉由此，醫師或操作員能夠掌握照射時的中子線的照射劑量。

若依據本發明，則可提高中子線的照射劑量的精確度。

以下，參考附圖，對本發明的較佳之實施方式進行詳細說明。另外，在以下說明中，對相同或者相對應之要素，係附加相同之元件符號，並省略重複說明。另外，“上流”“下流”的用語，係分別指所射出之帶電粒子線及中子線的上流(迴旋加速器側)、下流(被照射體側)。

第1圖係顯示本發明的其中一實施方式之中子線照射裝置的結構之圖，第2圖係顯示第1圖的中子線照射裝置中的中子線生成部之概要立體圖。如第1圖所示般，中子線照射裝置1係例如用於進行利用中子線捕獲治療之癌治療等而使用之裝置，並向患者等被照射體40照射中子線N。

該中子線照射裝置1具備迴旋加速器10，迴旋加速器10對質子等帶電粒子進行加速，產生質子線(質子數)作為帶電粒子線P。此處的迴旋加速器10例如具有生成束半徑40mm、60kW(=30MeV×2mA)的帶電粒子線P之能力。

從迴旋加速器10射出之帶電粒子線P，係依序通過水平轉向器12、4向切割器(4-directional slit)14；水平垂直轉向器16；四極電磁鐵18、19、20；90度偏轉電磁鐵22；四極電磁鐵24；水平垂直轉向器26；四極電磁鐵28； 4向切割器30；電流監控器32；及帶電粒子線掃描部34，而導入至中子線生成部36。該帶電粒子線P在中子線生成部36中被照射至靶T，藉此產生中子線N。並且，中子線N被照射至治療台38上的被照射體40。

水平轉向器12、水平垂直轉向器16、26係例如利用電磁鐵來抑制帶電粒子線P之束的發散者。同樣，四極電磁鐵18、19、20、24、28係例如利用電磁鐵進行帶電粒子線P的束軸調整者。4向切割器14、30係藉由切割端部的射線來進行帶電粒子線P的束整形者。

90度偏轉電磁鐵22係對帶電粒子線P的行進方向進行90度偏轉者。再者，於90度偏轉電磁鐵22設置有切換部42，能夠藉由切換部42使帶電粒子線P從正規軌道脫離並導入至射線收集器44。射線收集器44在治療前等時進行帶電粒子線P的輸出確認。

電流監控器32係即時測定被照射至靶T之帶電粒子線P的電流值(亦即，電荷、照射劑量率)者。電流監控器32使用不對帶電粒子線P產生影響且可測定電流之非破壞型DCCT(DC Current Transformer)。於該電流監控器32連接有後述的控制器100。再者，“劑量率”是指每單位時間的劑量(以下相同)。

帶電粒子線掃描部34係對帶電粒子線P進行掃描，且進行對靶T之帶電粒子線P的照射控制者。此處的帶電粒子線掃描部34例如控制相對帶電粒子線P的對於靶T之照射位置或帶電粒子線P的束直徑等。

如第2圖所示般，中子線生成部36藉由對靶T照射帶電粒子線P而產生中子線N，透過準直儀46射出該中子線N。中子線生成部36包含配設於使帶電粒子線P通過之射線導管48的下流端部之靶T、和使在靶T產生之中子線N減速之減速材料50、以及以覆蓋該些的方式所設置之屏蔽體52，而構成之。

靶T係接受帶電粒子線P的照射來產生中子線N者。此處的靶T例如藉由鈹(Be)形成，並且成為直徑160mm的圓板狀。減速材料50係使中子線N的能量減速者，例如設為由不同的複數個材料構成之層疊結構。屏蔽體52係以不使所產生之中子線N及隨該中子線N的產生而生成之伽瑪射線等向外部放出的方式而作屏蔽者，並被安裝於底板54。

回到第1圖，在中子線照射裝置1中，如上述般具備可即時測定帶電粒子線P的電流值之電流監控器32，於該電流監控器32連接有控制器100。

在帶電粒子線P的束路徑中，電流監控器32設置於迴旋加速器10與中子線生成部36之間。具體而言，為了高精確度地測定照射於靶T之帶電粒子線P的照射劑量，並且為了排除因90度偏轉電磁鐵22造成之不良影響，在帶電粒子線P的射線路徑中，電流監控器32係設置於90度偏轉電磁鐵22與中子線生成部36之間。尤其，本實施方式的電流監控器32，較理想，係配設於帶電粒子線P的束路徑的下流側(亦即，中子線生成部36側)，亦即配設於帶電粒子線 掃描部34的正前方。帶電粒子線掃描部34由於係對於靶T掃描帶電粒子線P，故為了將電流監控器32配設於比帶電粒子線掃描部34更靠下流側，係成為需要大型的電流監控器32。相對於此，藉由將電流監控器32配設於比帶電粒子線掃描部34更靠上流側，係能夠使電流監控器32小型化。

控制器100包含控制部102和顯示部104而構成。控制部102係從藉由電流監控器32所測定之帶電粒子線P的電流值，來求出中子線N的照射劑量，並且根據該照射劑量來控制中子線N的照射，而例如藉由CPU、ROM及RAM等所構成。顯示部104係顯示由控制部102求出之中子線N的照射劑量，例如利用顯示器或監控器。

在此，本實施方式的中子線照射裝置1中，係藉由電流監控器32及控制器100，而例如利用帶電粒子線P的電流值與中子線N的照射劑量率之間的比例關係(參考第3圖)，來執行以下控制。

亦即，向靶T照射從迴旋加速器10射出之帶電粒子線P，並且正當藉由靶T所生成之中子線N被照射至被照射體40時，藉由電流監控器32來即時測定帶電粒子線P的電流值。於此同時，藉由控制部102按時間逐次積分被測定之帶電粒子線P的電流值，並即時測定帶電粒子線P的照射劑量。同時，按照下述(1)式將該帶電粒子線P的照射劑量算出成中子線N的照射劑量。亦即是，從帶電粒子線P的照射劑量來計算出中子線N的照射劑量。藉由此，而在照射中子線N時，以線上而測定其照射劑量。

其中，I：帶電粒子線的電流值

接著，於顯示部104處顯示被算出之中子線N的照射劑量，並向醫師等操作員告知該中子線N的照射劑量。並且，當被計算出之中子線N的照射劑量達到計劃值(預定照射之規定的照射劑量)時，藉由控制部102來例如使迴旋加速器10的功能停止，以停止帶電粒子線P的生成，並且使中子線N的生成及向被照射體40的照射停止。

以上，在本實施方式的中子線照射裝置1中，並非直接測定中子線N其本身，而是即時測定被照射至靶T之前的帶電粒子線P的照射劑量，藉此可以線上(即時)而適當地測定並掌握中子線N的照射劑量。其結果，例如即使在照射中子線N時照射劑量率有所變動，亦可與該種變動相對應，而成為能夠朝向被照射體40可靠且高精確度地照射與計劃值相應之量的照射劑量的中子線N。亦即，在照射中子線N時，若是檢測出照射劑量率降低，則加長照射時間，相反的，在照射中子線N時，若是檢測出照射劑量率增大，則縮短照射時間，藉此能夠可靠且高精確度地照射與計劃值相應量的照射劑量的中子線。故而，依據本實施方式，能夠使中子線N的照射劑量的精確度提高。

再者，在該種實施方式中，能夠以線上來掌握中子線N的照射劑量，藉由此，無需如先前技術般在掌握中子線N的照射劑量時暫時停止中子線N的照射，並且，亦能夠抑制因中子線N的照射劑量不足而進行再照射的情況。藉 由此，依據本實施方式，能夠使治療時間(至照射結束為止的時間)縮短，且能夠使裝置啟動效率提高。

再者，在本實施方式中，係藉由控制部102來使迴旋加速器10的功能停止，但是，亦可啟動設置於帶電粒子線P的束路徑上之快門等來屏蔽帶電粒子線P的照射，只要能夠停止中子線N的照射即可。進而，控制部102亦可設為不僅進行停止中子線N的照射之控制，而亦進行以因應於被以線上而測定之帶電粒子線P的照射劑量乃至因應於中子線N的照射劑量來增大或者縮小中子線N的照射劑量率的方式，而控制中子線N的照射。總而言之，控制部102，只要依據帶電粒子線P的照射劑量來控制對於被照射體40之中子線N的照射即可。

另外，在本實施方式中，較理想，係亦有在向被照射體40實際照射中子線N之前，例如藉由以使帶電粒子線P確實地接觸到靶T的方式來藉由帶電粒子線掃描部34掃描帶電粒子線P等，而預先對於帶電粒子線P的電流值與中子線N的照射劑量率之上述比例關係(線性關係)作校正的情況。

在以上內容中，迴旋加速器10係構成帶電粒子線生成部，中子線生成部36係構成中子線生成部。

以上，對本發明的較佳的實施方式進行了說明，但本發明不限於上述實施方式，可以在不變更各申請專利範圍所述之宗旨的範圍內變形，或者亦可應用於其他實施方式之發明者。

例如，作為靶T，並不限定於鈹，亦可使用鉭(Ta)或鎢(W)等。再者，在上述實施方式中，雖係設為利用電流監控器32來即時測定帶電粒子線P的電流值，但並不限定於此，例如亦可藉由如下方式來即時測定帶電粒子線P的電流值。

如第4圖所示般，於變形例之中子線照射裝置中，連接於中子線生成部36之上述束導管48(參考第2圖)，係被分為下流側(靶T側)束導管48x與上流側束導管48y。並且，由陶瓷等絕緣體形成之環狀的墊片56，係中介存在於該些束導管48x與48y之間，藉由此，下流側束導管48x係相對於其他部位而被作電性絕緣。在該狀態下，藉由電流表58，來測定經由帶電粒子線P被照射至靶T一事所在靶T處產生且沿靶T而流向下流側束導管48x之電流，藉由此，亦可即時測定被照射至靶T之帶電粒子線P的照射劑量。另外，流向下流側之束導管48x的電流與被照射至靶T之帶電粒子線P的照射劑量的關係，係預先求取出來。

再者，在上述實施方式中，係設為藉由依時間積分帶電粒子線P的電流值來即時測定帶電粒子線P的照射劑量，並且按照上述(1)式將該帶電粒子線P的照射劑量算出成中子線N的照射劑量，但是，係並不限定於此。例如，亦可將帶電粒子線P的電流值算出成中子線N的照射劑量率，並且依時間積分該中子線N的照射劑量率，來計算帶電粒子線P的照射劑量。即使在此情況，實質上亦成為對帶電粒子線P的電流值作積分，帶電粒子線P的照射劑量係成為 被即時測定。

再者，在上述實施方式中，雖係利用迴旋加速器10來對帶電粒子線進行加速，但是，係並不限定於迴旋加速器，亦可利用同步加速器、同步迴旋加速器、直線加速器等其他加速器。

再者，在上述實施方式中，雖係利用90度偏轉電磁鐵22對帶電粒子線P進行90度偏轉，但是，亦可並不設置90度偏轉磁鐵，而將從迴旋加速器10起至中子線生成部36為止的路徑設置成一條直線狀。

再者，在上述實施方式中，雖係設為當計算出之中子線N的照射劑量達到計劃值時，藉由控制部102自動停止中子線N的照射，但是亦可在由醫師等操作員確認顯示於顯示部104之中子線N的照射劑量之後，再由操作員手動操作來停止中子線N的照射。

1‧‧‧中子線照射裝置

10‧‧‧迴旋加速器

32‧‧‧電流監控器

36‧‧‧中子線生成部

40‧‧‧被照射體

102‧‧‧控制部

104‧‧‧顯示部

N‧‧‧中子線

P‧‧‧帶電粒子線

T‧‧‧靶

第1圖係顯示本發明的一實施方式之中子線照射裝置的結構之圖。

第2圖係顯示第1圖的中子線照射裝置的中子線生成部之概要立體圖。

第3圖係顯示帶電粒子線的照射劑量率與中子線的照射劑量率的關係之圖表。

第4圖係顯示變形例之測定手段之圖。

1‧‧‧中子線照射裝置

100‧‧‧控制器

102‧‧‧控制部

104‧‧‧顯示部

10‧‧‧迴旋加速器

P‧‧‧帶電粒子線

12‧‧‧水平轉向器

14‧‧‧4向切割器

16‧‧‧水平垂直轉向器

18‧‧‧四極電磁鐵

19‧‧‧四極電磁鐵

20‧‧‧四極電磁鐵

22‧‧‧90度偏轉電磁鐵

42‧‧‧切換部

44‧‧‧射線收集器

24‧‧‧四極電磁鐵

26‧‧‧水平垂直轉向器

28‧‧‧四極電磁鐵

30‧‧‧4向切割器

32‧‧‧電流監控器

34‧‧‧帶電粒子線掃描部

T‧‧‧靶

36‧‧‧中子線生成部

N‧‧‧中子線

38‧‧‧治療台

40‧‧‧被照射體

Claims (7)

1. 一種中子線照射裝置，其係向被照射體照射中子線之裝置，其特徵為，具備：帶電粒子線生成部，生成帶電粒子線；中子線生成部，藉由向靶照射前述帶電粒子線來生成前述中子線並對於前述被照射體照射前述中子線；電流監控器，可即時(realtime)測定向前述靶所照射之前述帶電粒子線的電流值；及控制部，根據以前述電流監控器所測定之前述電流值，而可算出藉由前述中子線生成部所生成的前述中子線之照射劑量。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之中子線照射裝置，其中，前述控制部，係進而當所算出之前述中子線之照射劑量到達了計劃值時，停止從前述中子線產生部而來之前述中子線之照射。
3. 如申請專利範圍第2項所記載之中子線照射裝置，其中，係進而具備有顯示部，其係顯示藉由前述控制部所算出之前述中子線的照射劑量。
4. 一種中子線照射裝置，其係向被照射體照射中子線之裝置，其特徵為，具備：帶電粒子線生成部，生成帶電粒子線；中子線生成部，藉由向靶照射前述帶電粒子線來生成 前述中子線；及測定部；用於在照射前述中子線時，即時(realtime)測定藉由前述中子線生成部所生成之該中子線的照射劑量。
5. 一種中子線劑量測定方法，係為當向靶照射帶電粒子線所生成的中子線被照射至被照射體處時，對於前述中子線之照射劑量作測定之中子線劑量測定方法，其特徵為：測定向前述靶所照射之前述帶電粒子線之電流值，根據所測定之前述電流值，而算出前述中子線之照射劑量，並間接性測定前述中子線之照射劑量。
6. 一種中子線照射裝置之控制方法，該中子線照射裝置，係向被照射體照射中子線之裝置，並具備有：帶電粒子線生成部，生成帶電粒子線；中子線生成部，藉由向靶照射前述帶電粒子線來生成前述中子線；電流監控器，可測定向前述靶所照射之前述帶電粒子線的電流值；及控制部，根據以前述電流監控器所測定之前述電流值，而可算出藉由前述中子線生成部所生成的前述中子線之照射劑量，該中子線照射裝置之控制方法，其特徵為：若是藉由如申請專利範圍第5項所記載之中子線劑量測定方法所算出之前述中子線的照射劑量到達了計劃值，則停止向前述靶之前述帶電粒子線的照射。
7. 如申請專利範圍第6項所記載之中子線照射裝置之 控制方法，其中，係進而將所算出之前述中子線之照射劑量，顯示於被設置在前述中子線照射裝置處之顯示部處。