TWI609709B - 中子捕獲治療系統 - Google Patents
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Description
本發明係有關一種中子捕獲治療系統。
以往，中子捕獲治療系統中，作為用於測定中子之方法，已知有專利文獻1中記載者。專利文獻1所示之中子捕獲治療系統中，於照射對象物的表面配置金線等，並依據該金線的輻射資料在事後測定中子。又，還有利用中子監視器直接測定中子之方法。
專利文獻1：日本特開2004-233168號公報
在此，如上述專利文獻1所示，利用金線測定中子之方法中，只能在事後進行測定，並且只能在照射對象物的表面配置金線，故無法測定照射對象物內部的中子。又，
利用中子監視器測定中子之方法亦只能測定照射對象物的表面附近的中子。這樣，由於無法即時測定照射對象物內部的中子通量，因此存在無法掌握是否按照治療計劃對照射對象物的內部照射了中子束之問題。
本發明係為了解決該種課題而完成者，其目的為提供能夠掌握是否按照治療計劃對照射對象物的內部照射了中子束之中子捕獲治療系統。
本發明之中子捕獲治療系統具備：照射中子束之中子束照射部；載置有被照射中子束之照射對象物之治療台；記憶表示照射對象物的被照射部的氫原子或氮原子的分佈之分佈資料之記憶部；檢測藉由照射中子束而從照射對象物中產生之γ射線之γ射線檢測部；依據記憶於記憶部之分佈資料及由γ射線檢測部檢測之γ射線分佈資料計算照射對象物內的中子通量的分佈之中子通量分佈計算部。
在此，照射對象物中的氫原子或氮原子藉由與中子反應而從照射對象物內部產生γ射線。亦即，藉由掌握所檢測之γ射線及照射對象物中的氫原子或氮原子，而能夠掌握照射對象物內的中子通量。因此，本發明的中子捕獲治療系統中，中子通量分佈計算部能夠依據記憶於記憶部之照射對象物的被照射部的氫原子或氮原子的分佈之表示用的分佈資料和藉由γ射線檢測部檢測之γ射線分佈資料計算照射對象物內的中子通量的分佈。又，γ射線檢測部能
夠即時檢測γ射線，故中子通量分佈計算部能夠即時計算中子通量的分佈。藉此，藉由比較有關該計算結果與治療計劃的中子通量的分佈，能夠掌握是否按照治療計劃對照射對象物的內部照射了中子束。
本發明之中子捕獲治療系統中，γ射線檢測部由複數個攝像機成，複數個攝像機的軸可彼此交叉。此時，γ射線檢測部能夠以三維方式檢測照射對象物內產生之γ射線。
本發明之中子捕獲治療系統中，在中子通量分佈計算部計算出的中子通量的分佈超過依據治療計劃中確定之中子通量的分佈預先確定之範圍而發生變動時，中子束照射部可中止中子束的照射。此時，當實際的中子束的照射成為與治療計劃不同者時，能夠停止治療。
本發明之中子捕獲治療系統中，可還具備顯示藉由中子通量分佈計算部計算出的中子通量的分佈之顯示部。此時，系統的使用者能夠即時以視覺上掌握照射對象物內的中子通量的分佈。
依本發明，能夠掌握是否按照治療計劃對照射對象物的內部照射了中子束。
1‧‧‧中子捕獲治療系統
20‧‧‧中子束照射部
50‧‧‧γ射線檢測部
51‧‧‧攝像機
61‧‧‧中子通量分佈計算部
64‧‧‧記憶部
66‧‧‧顯示部
第1圖係表示本發明的實施形態之中子捕獲治療系統
的配置之圖。
第2圖係表示第1圖的中子捕獲治療系統中的中子束照射部附近之圖。
第3圖係表示本發明的實施形態之中子捕獲治療系統的主要部分之圖。
第4圖係表示利用本發明的實施形態之中子捕獲治療系統進行治療之方法的步驟之流程圖。
第5圖係表示治療計劃時獲取之中子通量的分佈之資料。
第6圖係表示藉由γ射線檢測部檢測之既定部位的γ射線的能量分佈的一例之曲線圖。
以下，參考圖式對本發明的一實施形態進行說明。另外，於圖式的說明中對相同要件標註相同符號，並省略重複說明。
首先，利用第1圖及第2圖說明第一實施形態之中子捕獲治療系統的概要。如第1圖及第2圖所示，採用硼中子捕獲治療來進行癌症治療之中子捕獲治療系統1係，對進行了硼(10B)的投藥後之患者(照射對象物)S的硼累積之部位(被照射部)照射中子束來進行癌症治療之系統。中子捕獲治療系統1具有對束縛在治療台3之患者S照射中子束N來對患者S進行癌症治療之照射室2。
將患者S束縛在治療台3等之準備作業於照射室2外
的準備室(未圖示)實施，束縛有患者S之治療台3從準備室被移動到照射室2。又，中子捕獲治療系統1具備：產生治療用中子束N之中子束產生部10；及在照射室2內對束縛在治療台3之患者S照射中子束N之中子束照射部20。
中子束產生部10具備：產生帶電粒子束L之加速器11；傳輸由加速器11所產生之帶電粒子束L之射束傳輸線路12；對帶電粒子束L進行掃描而對靶8進行帶電粒子束L的照射控制之帶電粒子束掃描部13；測定帶電粒子束L的電流之電流監視器16；及被照射帶電粒子束L之靶8。加速器11及射束傳輸線路12配置於呈大致矩形形狀之帶電粒子束生成室14的室內，該帶電粒子束生成室14係被混凝土製屏蔽壁W包覆之封閉空間。又，帶電粒子束掃描部13例如控制帶電粒子束L相對於靶8之照射位置，電流監視器16測定照射於靶8之帶電粒子束L的電流。再者，可省略帶電粒子束掃描部13及電流監視器16。
加速器11係將氫離子等帶電粒子加速而生成質子束等帶電粒子束L者。本實施形態中，採用迴旋加速器作為加速器11。迴旋加速器具有例如生成60kW(=30MeV×2mA)的帶電粒子束L之能力。再者，代替迴旋加速器可使用同步加速器、同步迴旋加速器或直線加速器等其他加速器而作為加速器11。
射束傳輸線路12的一端連接於加速器11。射束傳輸
線路12具備調整帶電粒子束L之射束調整部15。射束調整部15具有：對帶電粒子束L的軸進行調整之水平型轉向電磁鐵及水平垂直型轉向電磁鐵；抑制帶電粒子束L的發散之四極電磁鐵；進行帶電粒子束L的整形之四向狹縫等。再者，射束傳輸線路12只要具有傳輸帶電粒子束L之功能即可，亦可不具備射束調整部15。
由射束傳輸線路12傳輸之帶電粒子束L藉由帶電粒子束掃描部13控制照射位置而照射於靶8。再者，將帶電粒子束掃描部13省略，亦可使帶電粒子束L始終照射於靶8的相同部位。
靶8藉由照射帶電粒子束L而產生中子束N。靶8例如由鈹(Be)、鋰(Li)、鉭(Ta)或鎢(W)構成且呈板狀。再者，靶8不限於板狀，亦可以使用其他形狀(例如，液狀)者。靶8所產生之中子束N藉由中子束照射部20而照射到照射室2內的患者S。
中子束照射部20具備：將從靶8射出之中子束N減速之減速構件21；及屏蔽中子束N及γ射線等放射線放射到外部之屏蔽體22，藉由該減速構件21和屏蔽體22構成減速器。
減速構件21例如設為由複數個不同材料形成之層疊結構，減速構件21的材料依據帶電粒子束L的能量等諸條件適當選擇。具體而言，例如，當來自加速器11之輸出為30MeV之質子束且作為靶8使用鈹靶時，減速構件21的材料可以是鉛、鐵、鋁或氟化鈣。
屏蔽體22以包圍減速構件21之方式設置，具有屏蔽中子束N及伴隨中子束N的產生而產生之γ射線等放射線放射到屏蔽體22的外部之功能。屏蔽體22的至少一部分埋入於隔開帶電粒子束生成室14與照射室2之壁W1。再者，屏蔽體22亦可不埋入於壁W1。又，照射室2與屏蔽體22之間設置有構成照射室2的側壁面的一部分之壁體23。壁體23上設置有成為中子束N的輸出口之準直器安裝部23a。該準直器安裝部23a中固定有用於規定中子束N的照射範圍之準直器31。
以上的中子束照射部20中，帶電粒子束L照射於靶8，隨此靶8產生中子束N。藉由靶8而產生之中子束N在減速構件21內通過時減速，從減速構件21射出之中子束N通過準直器31而照射於治療台3上的患者S。在此，作為中子束N，可使用能量比較低的熱中子束或超熱中子束。
治療台3作為中子捕獲治療中所使用之載置台而發揮作用，能夠在載置患者S之狀態下從準備室(未圖示)移動到照射室2。治療台3具備：構成治療台3的基座之基座部32；能夠使基座部32在地面上移動之腳輪33；用於載置患者S之頂板34；及用於使頂板34對於基座部32相對移動之驅動部35。再者，不使用腳輪33亦可將基座部32固定在地板上。
接著，參考第3圖，對本實施形態之中子捕獲治療系統1的主要部分進行說明。如第3圖所示，中子捕獲治療
系統1具備記憶部64、γ射線檢測部50、控制部60及顯示部66。
記憶部64記憶表示患者S的患部的氫原子或氮原子的分佈之分佈資料。記憶部64可具備氫原子的分佈資料及氮原子的分佈資料這兩者。該分佈資料在藉由本實施形態之中子捕獲治療系統1進行中子束的照射之前階段的治療計劃時被記憶。分佈資料能夠依據患者S的CT(Computed Tomography)影像，並利用該患者S的內部的各區域的氫原子密度或氮原子密度來獲得。或者，當依據MRI(Magnetic Resonance Imaging)影像時，能夠直接獲得氫原子的分佈。記憶部64將記憶後之分佈資料在必要的時刻輸出到控制部60。再者，記憶部64可記憶各種資料。
γ射線檢測部50檢測藉由照射中子束N而從患者S產生之γ射線G。人體中分佈較多的氫、氮由於中子的反應截面積較高，因此藉由反應而放射高能量的γ射線。從而，γ射線檢測部50能夠檢測藉由中子束N的照射而從患者S的內部產生之γ射線G。氫原子藉由與中子反應來放射2.2MeV的γ射線G。氮原子藉由與中子反應來放射10.8MeV的γ射線G。例如，將由γ射線檢測部50檢測之既定部位的γ射線G的能量分佈的一例示於第6圖。如第6圖所示，氫原子含量較多的部位中，2.2MeV下的峰值變大。
γ射線檢測部50由複數個攝像機51構成。又，複數
個攝像機51的軸CL彼此交叉。再者，此處的“軸”是指通過攝像機51能夠進行檢測之範圍的中心之虛擬的軸。本實施形態中，交叉角度設定為90°，但亦可設定為其他角度(例如，60°或150°等)。又，以各軸CL所交叉之部分(或彼此最靠近之部分)配置在載置於治療台3之患者S的患部的內部之方式設定各攝像機51的方向。再者，在複數個攝像機51的軸CL彼此交叉的狀態中，還包括軸CL彼此處於扭轉的位置的關係之狀態。各攝像機51配置於治療台3的周邊部，即與準直器31的出口部分開既定距離，並且與載置於該治療台3之患者S的患部分開之位置。各攝像機51的軸CL朝向設置於治療台3上之患者S的患部(此處為頭部)。各攝像機51可固定於確定後之位置，但亦可藉由與移動機構連接而在患者S的周圍移動。又，攝像機51可安裝於治療台3，亦可安裝於壁體23，還可安裝於另行設置之攝像機51的專用台。本實施形態中，攝像機51設置有兩台，但亦可以是三台以上，亦可以是一台。各攝像機51將檢測結果輸出到控制部60。
控制部60具有控制中子捕獲治療系統1整體的動作之功能，例如由CPU、ROM及RAM等構成。控制部60具備中子通量分佈計算部61、判定部62、照射控制部63。再者，控制部60能夠進行藉由中子束進行治療之前階段即治療計劃時的控制及藉由中子束進行治療時的控制。進行治療計劃時，控制部60進行依據CT或MRI影
像來設定ROI(Region of Interest)之處理，並且能夠確定各ROI的組成。控制部60能夠獲得各ROI的氫原子或氮原子的分佈資料。控制部60藉由實施採用例如蒙特卡洛模擬等之治療模擬，能夠獲得中子通量相對於患者S的患部的分佈。控制部60可從複數個照射方向實施該模擬。控制部60依據此等複數個模擬結果，確定對治療最佳的照射方向。再者，此等治療計劃時的處理可由控制部60以外的處理部進行。又，治療模擬不限定於蒙特卡洛模擬，亦可進行該方法以外的模擬。
中子通量分佈計算部61依據記憶於記憶部64之氫原子或氮原子的分佈資料及由γ射線檢測部50檢測之γ射線分佈資料計算患者S內的中子通量的分佈。具體而言，中子通量分佈計算部61利用以下所示之式(1)、(2)、(3)計算中子通量的分佈。以下式中，“r”表示γ射線檢測部50的檢測效率，“Φ”表示熱中子通量，“σ”表示核反應截面積，“N”表示原子個數密度。再者，檢測效率及核反應截面積為預先設定之值。核反應截面積表示每一個中子的γ射線的產生量。再者，式(1)、(2)、(3)係依據氫原子計算中子通量的分佈之情況的式的例，依據氮原子來計算時亦能夠使用同內容的式。
式(1)的左邊的P(x，y，z)表示患者S的患部的xyz坐標中的各部位的γ射線的分佈，能夠由γ射線檢測部50的檢測結果獲得。再者，P(x，y，z)係進行中子束的照射時即時變動之值。式(2)表示患者S的患部的xyz坐標中的各部位的氫原子的分佈，能夠由從記憶部64獲取之分佈資料獲得。由式(1)及式(2)的聯立方程式，獲得用於計算表示患者S的患部的xyz坐標中的各部位的中子的分佈之Φ(x，y，z)之式(3)。能夠藉由將各值代入該式(3)的右邊來即時計算出Φ(x，y，z)。
判定部62判定由中子通量分佈計算部61計算出的中子通量的分佈是否超出依據治療計劃中確定之中子通量的分佈預先確定之範圍而變動。照射控制部63對中子束照射部20之中子束照射進行控制。又，照射控制部63依據判定部62的判定進行控制而中止中子束照射部20之照射中子束。
具體而言，當判定部62判定中子通量分佈計算部61計算出的中子通量的分佈超過依據治療計劃中確定之中子
通量的分佈預先確定之範圍而變動時，照射控制部63中止中子束的照射。例如，藉由患者S的位置偏離或中子束的形狀變化，當中子通量分佈計算部61計算出的中子通量的分佈成為與治療計劃時設定之中子通量的分佈在一定程度以上不同者時，可中止中子束的照射。當中止中子束的照射時，加速器11停止帶電粒子束L的出射。再者，“預先確定之範圍”係表示藉由中子通量分佈計算部61計算出的中子通量的分佈與治療計劃時設定之中子通量的分佈之間的偏差的容許範圍者，對於設定在何種程度的範圍內並無特別限定。
顯示部66顯示藉由中子通量分佈計算部61計算出的中子通量的分佈。顯示部66接收從控制部60的中子通量分佈計算部61輸出的計算結果並即時進行顯示。顯示部66由監視器等構成。
接著，參考第4圖所示之流程圖，對利用本實施形態之中子捕獲治療系統1進行了治療之方法進行說明。再者，本流程圖的S10~S40相當於實際對患者S照射中子束之前階段的治療計劃的製程，S50~S90相當於實際對患者S照射中子束來進行治療之製程。再者，S10~S40的處理作為由控制部60執行之處理來進行說明，亦可由控制部60以外的處理裝置執行。
首先，控制部60依據患者S的患部的CT影像設定ROI(步驟S10)。其次，控制部60確定在S10中設定之各ROI的組成(步驟S20)。此時，控制部60獲得表示
各ROI中的氫原子或氮原子的分佈之分佈資料。控制部60將獲取後之資料儲存於記憶部64。
控制部60進行對患者S的患部照射中子束的治療模擬(步驟S30)。具體而言，控制部60可進行蒙特卡洛模擬來作為治療模擬的一例。藉此，可獲得表示例如如第5圖所示那樣的中子通量的分佈之資料。又，控制部60對複數個照射方向執行該模擬。因此，可獲得複數個表示中子通量的分佈之資料(以下，為了進行說明將該資料稱作“治療計劃資料”)。控制部60依據S30中所獲得之表示中子通量的分佈之複數個治療計劃資料，確定對治療最佳的照射方向(步驟S40)。S40中，控制部60在表示中子通量的分佈之複數個治療計劃資料中選擇能夠最適當地治療患者S的患部之治療計劃資料，並採用該選擇後的治療計劃資料中的照射方向。
接著，控制部60的照射控制部63從S40中確定之照射方向照射中子束N，開始對患者S的患部的治療(步驟S50)。治療時，γ射線檢測部50即時檢測藉由中子束N的照射而從患者S的內部產生之γ射線G，控制部60獲得該檢測結果(步驟S60)。又，控制部60的中子通量分佈計算部61依據記憶於記憶部64之氫原子或氮原子的分佈資料及S60中獲取之γ射線分佈資料計算患者S內的中子通量的分佈(步驟S70)。此時，控制部60的中子通量分佈計算部61藉由顯示部66顯示計算出的中子通量的分佈。
控制部60的判定部62判定S70中所計算出的中子通量的分佈是否超出依據S30中所獲得之表示中子通量的分佈之治療計劃資料預先確定之範圍而變動(步驟S80)。又，S80中，判定部62還判定治療是否結束。S80中，判定部62判定S70中計算出的中子通量的分佈未超出依據治療計劃資料預先確定之範圍而變動且治療亦沒有結束時，從S60開始再次重複進行處理。
另一方面，S80中，判定部62判定為S70中計算出的中子通量的分佈超出依據治療計劃資料預先確定之範圍而變動時，及/或判定為治療結束時，照射控制部63停止中子束N的照射(步驟S90)。停止後，第4圖的流程圖所示之處理結束。
接著，對本實施形態之中子捕獲治療系統1的作用和效果進行說明。
在此，患者S中的氫原子或氮原子藉由與中子反應而從患者S的內部產生γ射線。亦即，藉由掌握檢測之γ射線和患者S中的氫原子或氮原子，能夠掌握患者S中的中子通量。因此，本實施形態之中子捕獲治療系統1中，中子通量分佈計算部61能夠依據記憶於記憶部64之表示患者S的患部的氫原子或氮原子的分佈之分佈資料及藉由γ射線檢測部50檢測之γ射線分佈資料計算患者S內的中子通量的分佈。又，γ射線檢測部50能夠即時檢測γ射線G，故中子通量分佈計算部61能夠即時計算中子通量的分佈。藉此，藉由比較有關該計算結果與治療計劃之中
子通量的分佈，能夠掌握是否按照治療計劃對患者的內部照射了中子束。
本實施形態之中子捕獲治療系統1中，γ射線檢測部50由複數個攝像機51構成，複數個攝像機51的軸CL彼此交叉。此時，γ射線檢測部50無需使攝像機51以患者S為中心旋轉，就能夠以三維方式檢測患者S內產生之γ射線G。再者，當使攝像機51以患者S為中心旋轉(或迴旋)時，需要用於進行該動作之機構。患者與減速器及治療台3之間無足夠的空間，從而有可能不易設置該機構。又，因在患者的附近使攝像機51旋轉而引起之中子的紊亂，患者周邊的中子束分佈有可能不會如治療計劃那樣。亦即，患者體內的中子通量分佈亦有可能不會如治療計劃那樣。因此，γ射線檢測部50由複數個攝像機51構成，不使攝像機51旋轉因而不會產生上述問題，能夠以三維方式檢測γ射線G。但是，亦可設置使攝像機51以患者S為中心旋轉(或迴旋)之機構。
本實施形態之中子捕獲治療系統1中，當藉由中子通量分佈計算部61計算出的中子通量的分佈超過依據治療計劃中確定之中子通量的分佈預先確定之範圍而變動時，中子束照射部20可中止中子束N的照射。此時，實際的中子束N的照射與治療計劃不同時，能夠停止治療。
本實施形態之中子捕獲治療系統1中，還可具備顯示中子通量分佈計算部61計算出的中子通量的分佈之顯示部66。此時，系統的使用者能夠即時以視覺上掌握患者S
內的中子通量的分佈。
本發明並不限定於上述實施形態。
例如，第3圖所示之系統構成和第4圖所示之治療方法的步驟僅為一例，在本發明的宗旨的範圍內可採用所有構成及步驟。
例如，上述實施形態中，如控制部60那樣的設備進行了計算出的中子束分佈是否按照治療計劃(是否為既定的範圍內)的判斷。取而代之，亦可由醫生等進行該判斷。
又，上述實施形態中，作為用於生成中子束之機構，採用了使用加速器11及靶8之機構。取而代之，亦可採用利用原子爐直接生成中子束之構成。
1‧‧‧中子捕獲治療系統
31‧‧‧準直器
51(50)‧‧‧γ射線檢測部
60‧‧‧控制部
61‧‧‧中子通量分佈計算部
62‧‧‧判定部
63‧‧‧照射控制部
64‧‧‧記憶部
66‧‧‧顯示部
CL‧‧‧軸
G‧‧‧γ射線
N‧‧‧中子束
S‧‧‧患者
Claims (4)
- 一種中子捕獲治療系統，係具備：中子束照射部，照射中子束；治療台，載置有被照射前述中子束之照射對象物；記憶部，記憶表示前述照射對象物的被照射部的氫原子或氮原子的分佈之分佈資料；γ射線檢測部，檢測藉由照射前述中子束而從前述照射對象物產生之γ射線；及中子通量分佈計算部，依據記憶於前述記憶部之前述分佈資料及由前述γ射線檢測部檢測之γ射線分佈資料計算前述照射對象物內的中子通量的分佈。
- 如申請專利範圍第1項所述之中子捕獲治療系統，其中，前述γ射線檢測部由複數個攝像機構成，前述複數個攝像機的軸彼此交叉。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之中子捕獲治療系統，其中，在前述中子通量分佈計算部計算出的中子通量的分佈超出依據於治療計劃中確定之中子通量的分佈預先確定之範圍而變動之情況下，前述中子束照射部中止前述中子束的照射。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之中子捕獲治療系統，其還具備顯示由前述中子通量分佈計算部計算出的中子通量的分佈之顯示部。
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