TWI851397B - 中子捕獲治療裝置 - Google Patents
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Abstract
為了提供一種中子捕獲治療裝置，可進行抑制了在正常部位的輻射曝露的中子束照射。
中子捕獲治療裝置(1)係具備：包圍患者(2)且具有與患者(2)之治療部位(3)對應的開口部(4)之筒狀的中子屏蔽部(5)、包圍中子屏蔽部(5)且實質上具有軸對稱性之筒狀的中子減速部(6)、在中子減速部(6)的外周處配置在與開口部(4)對應的位置之複數個中子產生裝置(7)、以及讓中子產生裝置(7)沿著中子減速部(6)的外周朝向周方向移動之照射部移動機構(8)。
Description
本發明是關於用於中子捕獲治療之中子捕獲治療裝置。
以往，作為用於中子捕獲治療的裝置，具備有複數個用於對患者的治療部位照射中子束之中子產生裝置者是已知的(例如，參照專利文獻1)。在專利文獻1所揭示的裝置，用於照射肝臟等器官之8個高速中子產生裝置配置成包圍圓筒狀的減速材，在圓筒狀的減速材之內側配置患者。高速中子產生裝置是被圓筒狀的高速中子反射體包圍。
又在專利文獻1所揭示的其他裝置，分別具有楔形的減速材之10個高速中子產生裝置配置成包圍患者。減速材的間隙是用填隙(filler)減速材填滿。裝置整體被圓筒狀的高速中子反射體包圍。以在肝臟等治療部位可獲得中子通量的均一性和所需放射劑量的方式，將各高速中子產生裝置之中子產率和位置獨立地調整。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特表2022-509361號公報
[發明所欲解決之問題]
在包含中子捕獲治療之放射線治療中，通常治療部位以外的正常組織也會受到放射線所致的輻射曝露，已知有可能對正常組織造成傷害。所造成的傷害，已知不僅是放射劑量也取決於被放射線照射的體積。因此，在中子捕獲治療中，要求減少被中子束照射之患者的正常組織的體積。
然而，依據上述專利文獻1的技術，在患者周圍之各中子產生裝置所產生的中子被等向性地放射，其一部分被外側的高速中子反射體反射後朝向患者前進，其他部分就那樣朝向患者前進，不僅患者的治療部位，連正常部位也被以同樣的強度照射。
又縱使是從位置被調整到治療部位附近之中子產生裝置產生中子的情況，中子束朝向各個方向飛散，經由周圍的中子產生裝置、減速材、填隙減速材等物質散射而改變方向，甚至在遠離治療部位之正常部位也可能有大量的中子束到達。
本發明之目的是有鑑於該先前技術的問題而提供一種中子捕獲治療裝置，可進行抑制了在正常部位的輻射曝露之中子束照射。
[解決問題之技術手段]
本發明之中子捕獲治療裝置，係具備：
包圍患者且具有與該患者之治療部位對應的開口部之筒狀的中子屏蔽部、
包圍前述中子屏蔽部且實質上具有軸對稱性之筒狀的中子減速部、以及
在前述中子減速部的外周處配置在與前述開口部對應的位置之複數個中子產生裝置。
依據本發明，由各中子產生裝置產生的中子朝各個方向照射，一部分被中子減速部減速而變成超熱中子束或熱中子束，進而其一部分通過中子屏蔽部的開口部照射到患者的治療部位。另一方面，照射到治療部位以外之未通過開口部的中子束則藉由中子屏蔽部屏蔽。
因此，可抑制治療部位以外之正常部分的臟器受到輻射曝露的風險。結果可提供一種中子捕獲治療裝置，能以各種治療部位為對象而進行抑制了正常部位的輻射曝露之中子束照射。藉此，可謀求中子捕獲治療的應用部位之擴大。
又因為在具有軸對稱性之中子減速部的外周設置有複數個中子產生裝置，前述患者之劑量體積直方圖(DVH;Dose volume histogram)的計算可省略一部分的過程而在短時間內實行。
在本發明中也可以具備：讓前述中子產生裝置沿著前述中子減速部的外周朝向周方向移動之照射部移動機構。依據此構成，可將中子屏蔽部之周方向位置以與中子屏蔽部之開口部對應的方式適切地設定。
在本發明中也可以具備：將各中子產生裝置的位置及產率、以及前述開口部的形狀及大小分別獨立地調整之調整手段。依據此構成，可根據上述劑量體積直方圖的計算結果，將各中子產生裝置的位置及產率、以及開口部的形狀及大小藉由調整手段輕易地最佳化。
在此情況也可以具備DVH算出部，該DVH算出部是按照基於前述調整手段的調整結果，運用根據前述中子減速部的軸對稱性將計算過程的一部分省略之高速化演算法來算出前述患者之劑量體積直方圖。
依據此構成，可將基於調整手段的調整和基於DVH算出部之劑量體積直方圖的算出在短時間內反覆進行。藉此，可將中子產生裝置的位置及產率、以及開口部的形狀及大小在短時間內最佳化。
在本發明中也可以是，前述中子屏蔽部係具備：隔著10~30cm的間隙設置在同一軸線上之2個筒狀的筒狀屏蔽材、以及將該間隙的一部分封閉來形成前述開口部之可拆卸的部分圓筒屏蔽材。
依據此構成，作為部分圓筒屏蔽材，是準備形狀及大小不同之複數種類者，藉由適宜地更換使用，可輕易地變更中子屏蔽部之開口部的形狀及大小。
在本發明也可以是，前述中子減速部具有層構造，該層構造是將複數種物質呈同心狀重疊而以成為厚度40~70cm的方式積層而成。依據此構成，藉由中子減速部，可將來自中子產生裝置的高速中子效率良好地減速而轉換成超熱中子或熱中子。
在本發明中也可以是，前述開口部係由中子減速材、熱中子吸收材或伽瑪射線屏蔽材所構成。依據此構成，藉由中子減速材、熱中子吸收材或伽瑪射線屏蔽材，可調整通過開口部之包含中子束的放射線中之中子束能量來使其均一化，或是將該放射線所含之不需要且危險的伽瑪射線儘可能除去。
在本發明也可以具備：將前述中子減速部以兩端面介於中間的方式挾持之中子反射材。依據此構成，可將中子產生裝置所產生的中子束利用中子反射材朝向開口部的方向反射，而補足由中子產生裝置所產生之中子束的產率。
在本發明中也可以具備：包圍各中子產生裝置之中子減速材或中子反射材。依據此構成，能進一步補足由各中子產生裝置所產生之中子束的產率。
以下，使用圖式來說明本發明的實施形態。圖1A及圖1B係示意顯示本發明的一實施形態之中子捕獲治療裝置。在圖1A及圖1B顯示，治療像散播到左胸腔內之癌等那樣左半身之既深又廣的範圍的樣子。
如圖1A及圖1B所示般，中子捕獲治療裝置1係具備筒狀的中子屏蔽部5、筒狀的中子減速部6及複數個中子產生裝置7。筒狀的中子屏蔽部5，是包圍沿著Z方向且面向Y方向躺臥的患者2，並具有與患者2的治療部位3對應的開口部4；筒狀的中子減速部6，是包圍中子屏蔽部5且實質上具有軸對稱性；複數個中子產生裝置7，是在中子減速部6的外周處配置在與開口部4對應的位置。
中子產生裝置7是利用D-D或D-T核融合反應之輕量(小於100Kg)小型的裝置。因為輕量，可輕易地設置照射部移動機構8，照射部移動機構8是讓設置在中子減速部6的外周上之複數台中子產生裝置7沿著中子減速部6的外周朝向周方向移動。中子產生裝置7是被中子減速材或中子反射材包圍。
讓硼藥劑BPA(p-boronophenylalanine)以數十ppm程度積聚在腫瘤細胞，對該腫瘤細胞照射中子來產生核反應，要獲得足以治療的放射劑量的情況，每1台中子產生裝置7的產率宜為與大致10
13n/s以上的中子強度對應的值。當使用不同硼藥劑等而使積聚度變得更大的情況，該產率可小於10
13n/s。為了補足該產率，可在各中子產生裝置7的周圍設置採用了石墨、鉛等之中子反射材。
中子減速部6形成為符合患者2的體格之圓筒狀，且如上述般具有軸對稱性。亦即具有如下的形狀：像圓筒那樣從其中心軸觀察時，形狀、物理量在圓周方向不會改變，僅取決於離中心軸的距離而改變，又具有如下的性質：形狀、物理量的分布，可作為軸方向和半徑方向的函數以二維表現。因此，如後述般，可運用將計算過程的一部分省略之高速化演算法來算出患者2之劑量體積直方圖。
作為構成中子減速部6的材料，是使用含有大量的氟、鋁、鐵、鉛等具有數10keV以上的大反應剖面積之元素。中子減速部6是將分別含有大量的上述各元素之複數層進行積層而構成。例如構成為，將分別具有鉛、鐵、鋁、氟化氫、鋁、鉛之各層從外側往內側依序以成為合計厚度40~70cm的方式呈同心圓狀重疊而成為層構造，而能將中子產生裝置7所產生的高速中子束9效率良好地減速成超熱或熱中子束10。
中子屏蔽部5，如上述般具有用於將來自中子產生裝置7的中子束導入治療部位3之開口部4，且為了防止該中子束照射到患者2之與開口部4對應的治療部位3以外之部分，而將患者2之至少一部分覆蓋。
又中子屏蔽部5係具備：隔著10~30cm的間隙固定在同一軸線上之2個筒狀的筒狀屏蔽材11、及將該間隙的一部分封閉來形成開口部4之可拆卸的部分圓筒屏蔽材12。
筒狀屏蔽材11及部分圓筒屏蔽材12都是由含有大量的聚乙烯、輕水、重水等較輕的元素之物質所構成，可效率良好地屏蔽高速中子束。為了吸收屏蔽的結果所產生之熱中子束，是將鋰6(
6Li)、硼10(
10B)混入而構成。也可以將該等進行積層而構成。
作為部分圓筒屏蔽材12的材料，例如可使用將氟化鋰和聚乙烯混合而成的LiF聚乙烯。作為該部分圓筒屏蔽材12，藉由準備尺寸、形狀不同之複數種類，而構成用於調整開口部4的大小、形狀之調整手段。
開口部4也可以構成為，用中子減速材、熱中子吸收材或伽瑪射線屏蔽材封閉。作為伽瑪射線屏蔽材，例如可使用鉛、鉍、鐵。
在中子減速部6之Z方向兩端面，以挾持中子減速部6的方式設置中子反射材13。中子反射材13具有將中子有效率地導入開口部4的功能。藉此，可補足中子產生裝置7的產率。作為中子反射材13的材料，較佳為使用石墨、鉛、鉍等對中子穩定的物質。
在中子反射材13之Z方向的兩外側設置中子屏蔽材14。中子屏蔽材14也可以設置在中子減速部6之Z方向兩端面。藉由中子屏蔽材14，可降低從中子反射材13、中子減速部6洩漏的中子束所致之輻射曝露。中子屏蔽材14所使用的物質是與中子屏蔽部5的情況相同。
又中子捕獲治療裝置1具備：用於調整各中子產生裝置7的位置及產率之調整手段。中子產生裝置7之位置的調整，例如可使用XY載台、旋轉載台來進行。產率的調整，例如可藉由讓中子產生裝置7中之加速器電壓、離子束電流改變來進行。
又中子捕獲治療裝置1具備DVH(Dose volume histogram)算出部15，該DVH算出部15是進行按照上述各中子產生裝置7之位置及產率的調整、開口部4之位置、大小的調整而改變之患者2之劑量體積直方圖的算出。在該算出時，如上述般可運用將計算過程的一部分省略之高速化演算法。
在該構成中，在治療像散播到左胸腔內之癌等那樣左半身之既深又廣的範圍時，如圖1A及圖1B所示般，在2個筒狀屏蔽材11間的間隙配置部分圓筒屏蔽材12而形成具有開口部4(其大小適於患者的治療)之中子屏蔽部5。該形成，是以使開口部4之繞Z軸的位置成為適於配置在中子屏蔽部5內之患者2的治療之位置的方式進行。
患者2是以Y方向為上方而仰臥配置在設置於中子屏蔽部5的內側之未圖示的床上，以使患者2之治療部位3與開口部4對應的方式決定Z方向位置。
又為了使3台中子產生裝置7可透過開口部4適切地照射患者2之治療部位，藉由照射部移動機構8來設定3台中子產生裝置7在中子減速部6的外周上之周方向位置。又將中子產生裝置7的位置、產率進行調整。
上述開口部4的大小和位置、中子產生裝置7的周方向位置之設定、位置和產率的調整，基於如下所述的原理，以使在患者2的治療部位3和正常部位之劑量體積直方圖(DVH)最佳化的方式分別獨立進行。
圖2顯示，在治療像散播到左胸腔內之癌等那樣左半身之既深又廣的範圍時，在正常部位的肝臟及右肺最佳化之劑量體積直方圖的一例。亦即，該劑量體積直方圖表示，在上述圖1A、圖1B的構成中進行蒙地卡羅模擬(Monte Carlo Simulation)，在以使25GyE以上的劑量到達左肺中央之腫瘤的方式配置3台中子產生裝置7而進行了照射的情況下所計算之正常的右肺和肝臟之劑量體積直方圖。
圖2中的曲線A及B表示沒有中子屏蔽部5的情況之關於肝臟及右肺的各計算結果，曲線C及D表示有中子屏蔽部5存在的情況之關於肝臟及右肺的各計算結果。根據曲線A~D可知，在沒有中子屏蔽部5的情況，會受到平均劑量為2~5倍、最大劑量為約2倍之多餘的輻射曝露。
特別是肝臟，雖然遠離中子產生裝置7，但經中子減速部6反射後的中子會到達而被賦予大劑量。因此，根據圖2的結果可明確地理解，當像使用3台中子產生裝置7那樣進行多向照射的情況，在將患者用像中子減速部6那樣的物質包圍時，必須同時用中子屏蔽部5覆蓋患者。
在進行劑量體積直方圖的算出時，因為中子產生裝置7設置在中子減速部6的外周，中子產生裝置7本身所造成之中子場的擾動很小，因此可將各個中子產生裝置7所產生的中子場獨立處理。
再者，因為中子減速部6的軸對稱性佳，關於中子減速部6的緊挨內側的中子場，縱使是使用複數個中子產生裝置7的情況，藉由用單一中子產生裝置7進行照射的情況之中子場的繞Z軸之移動和線性組合即可算出，因此不須改變中子產生裝置7的位置再度模擬就能進行算出。
以該算出結果作為初始條件，進一步進行針對在實際的體內之中子束的計算，可在短時間內算出圖2般的劑量體積直方圖。因此，縱使當中子產生裝置7的位置、產率、開口部4的位置、大小、形狀改變了的情況，仍可立刻進行劑量體積直方圖的計算，根據其計算結果，以使在正常部位的劑量體積直方圖最佳化的方式，在現實的時間內調整中子產生裝置7的位置、產率、開口部4的位置、大小、形狀。
如此般的調整完畢後，若從各中子產生裝置7產生高速中子束9，高速中子束9在通過中子減速部6的過程被減速而變化成超熱或熱中子束10。該超熱或熱中子束10通過開口部4而到達患者2的治療部位3附近。未通過開口部4之超熱或熱中子束10，藉由中子屏蔽部5屏蔽而無法到達治療部位3附近。
若超熱或熱中子束10到達治療部位3附近，在事先積聚有硼藥劑之治療部位3的癌細胞內藉由硼和中子的核反應而產生放射線，該放射線僅將癌細胞選擇性地破壞。
如以上般，依據本實施形態，來自中子產生裝置7的中子束經由中子屏蔽部5的開口部4照射到治療部位3，藉由中子屏蔽部5將中子束的照射範圍限制在治療部位3，可抑制存在於治療部位3以外的部分之臟器受到中子束所致的輻射曝露之風險。結果，可謀求中子捕獲治療的應用部位之擴大。
又因為在具有軸對稱性之中子減速部6的外側設置中子產生裝置7，劑量體積直方圖(DVH)的計算可將其過程的一部分省略而在短時間內實行。結果，根據劑量體積直方圖(DVH)的計算結果，可將中子產生裝置7的位置、產率及開口部4的大小、形狀之最佳化在現實的時間內實行。
又因為具備讓中子產生裝置7沿著中子減速部6的外周移動之照射部移動機構8，能夠輕易地進行中子產生裝置7對於中子屏蔽部5的開口部4之對準。
又因為具備用於調整中子產生裝置7的位置、產率及開口部4的形狀之調整手段，可根據劑量體積直方圖(DVH)的計算結果，輕易地將中子產生裝置7的位置、產率及開口部4的形狀最佳化。
又關於調整手段的調整，因為中子屏蔽部5的軸對稱性佳，劑量體積直方圖(DVH)的計算可運用將計算過程的一部分省略之高速化演算法，因此可在短時間內實行基於上述調整手段之中子產生裝置7的位置、產率及開口部4的大小、形狀之最佳化。
又因為中子屏蔽部5具備：隔著10~30cm的間隙設置在同一軸線上之2個筒狀的筒狀屏蔽材11、及將該間隙的一部分封閉來形成開口部4之可拆卸的部分圓筒屏蔽材12，藉由準備大小、形狀不同之複數個部分圓筒屏蔽材12，可輕易地變更開口部4的形狀。
又因為中子減速部6具有層構造，該層構造是將複數種物質呈同心狀重疊而以成為厚度40~70cm的方式積層而成，藉由中子減速部6，可將來自中子產生裝置7的高速中子效率良好地減速成超熱中子或熱中子。
又當開口部4是由中子減速材、熱中子吸收材或伽瑪射線屏蔽材所構成的情況，藉由中子減速材、熱中子吸收材或伽瑪射線屏蔽材，可調整通過開口部4之包含中子束的放射線中之中子束的能量而使其均一化，或是將該放射線中之不需要且危險的伽瑪射線儘可能除去。
又因為在中子減速部6的兩端面具備中子反射材13，可將中子產生裝置7所產生之中子束利用中子反射材13朝向開口部4導引，而補足中子產生裝置7的產率。
又因為中子產生裝置7具備將其包圍的中子減速材或中子反射材，可進一步補足來自中子產生裝置7之中子束的產率。
又本發明並不限定於上述實施形態。例如，也可以代替照射部移動機構8的設置而將更多數量的中子產生裝置7配置在中子減速部6的外周，藉由將各中子產生裝置7的驅動個別地進行開/關(ON/OFF)控制，而獲得與基於照射部移動機構8之各中子產生裝置7朝向周方向的移動同樣的功能。
亦即，在此情況，藉由僅驅動多數台中子產生裝置7中之位於與開口部4的位置、大小對應的位置之複數台中子產生裝置7，可進行相對應之所期望的治療部位3之治療。
又當將中子產生裝置7固定在中子減速部6之外側的情況，中子減速部6也可以是剖面具有多角形狀之角筒狀者。又中子屏蔽部5或中子捕獲治療裝置1整體的形狀，也可以是剖面符合患者2身體的形狀之具有橢圓形狀之橢圓筒狀者。
又中子屏蔽部不須內接於中子減速部6，如圖3所示般，也可以是以數cm的厚度覆蓋患者2的緊挨外側之中子屏蔽部5b。在該中子捕獲治療裝置1b的情況也是，大多可藉由中子屏蔽部5b將中子充分屏蔽。中子屏蔽部5b的厚度設為5~20cm左右。其厚度越厚，可以更有效地限制中子束的照射範圍。
又如圖4所示般，中子屏蔽部、中子減速部、中子反射材及中子屏蔽材，不須覆蓋患者2之繞Z軸的整個周圍，也可以是對於成為散射的原因之減速體不存在的方向將覆蓋予以省略之中子屏蔽部5c、中子減速部6b、中子反射材13b及中子屏蔽材。依據該中子捕獲治療裝置1c，可減少設備空間及製造成本。
1,1b,1c:中子捕獲治療裝置
2:患者
3:治療部位
4:開口部
5,5b,5c:中子屏蔽部
6,6b:中子減速部
7:中子產生裝置
8:照射部移動機構
9:高速中子束
10:超熱或熱中子束
11:筒狀屏蔽材
12:部分圓筒屏蔽材
13,13b:中子反射材
14:中子屏蔽材
15:DVH算出部
[圖1A]係本發明的一實施形態之中子捕獲治療裝置的簡易剖面圖(圖1B的A-A線剖面圖)。
[圖1B]係圖1A的B-B線剖面圖。
[圖2]係顯示在圖1A的中子捕獲治療裝置中所計測之患者的劑量體積直方圖的一例。
[圖3]本發明的其他實施形態之中子捕獲治療裝置的簡易剖面圖。
[圖4]係本發明之另外的實施形態之中子捕獲治療裝置的簡易剖面圖。
1:中子捕獲治療裝置
2:患者
3:治療部位
4:開口部
5:中子屏蔽部
6:中子減速部
7:中子產生裝置
8:照射部移動機構
9:高速中子束
10:超熱或熱中子束
13:中子反射材
15:DVH算出部
Claims (9)
- 一種中子捕獲治療裝置，係具備： 包圍患者且具有與該患者之治療部位對應的開口部之筒狀的中子屏蔽部、 包圍前述中子屏蔽部且實質上具有軸對稱性之筒狀的中子減速部、以及 在前述中子減速部的外周處配置在與前述開口部對應的位置之複數個中子產生裝置。
- 如請求項1之中子捕獲治療裝置，其係具備： 讓前述中子產生裝置沿著前述中子減速部的外周朝向周方向移動之照射部移動機構。
- 如請求項1之中子捕獲治療裝置，其係具備： 用於調整前述中子產生裝置的位置、產率或前述開口部的形狀之調整手段。
- 如請求項3之中子捕獲治療裝置，其係具備DVH算出部， 該DVH算出部，係按照基於前述調整手段的調整結果，運用根據前述中子減速部的軸對稱性將計算過程的一部分省略之高速化演算法來算出前述患者之劑量體積直方圖。
- 如請求項1之中子捕獲治療裝置，其中， 前述中子屏蔽部係具備：隔著10~30cm的間隙設置在同一軸線上之2個筒狀的筒狀屏蔽材、以及將該間隙的一部分封閉來形成前述開口部之可拆卸的部分圓筒屏蔽材。
- 如請求項1之中子捕獲治療裝置，其中， 前述中子減速部具有層構造， 該層構造，係將複數種物質呈同心狀重疊而以成為厚度40~70cm的方式積層而成。
- 如請求項1之中子捕獲治療裝置，其中， 前述開口部係由中子減速材、熱中子吸收材或伽瑪射線屏蔽材所構成。
- 如請求項1之中子捕獲治療裝置，其係具備： 將前述中子減速部以兩端面介於中間的方式挾持之中子反射材。
- 如請求項1之中子捕獲治療裝置，其係具備： 包圍前述中子產生裝置之中子減速材或中子反射材。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022-140553 | 2022-09-05 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202426086A TW202426086A (zh) | 2024-07-01 |
| TWI851397B true TWI851397B (zh) | 2024-08-01 |
Family
ID=
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022509361A (ja) | 2018-10-24 | 2022-01-20 | アデルファイ・テクノロジー・インコーポレイテッド | 中性子捕捉療法のための中性子源 |
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022509361A (ja) | 2018-10-24 | 2022-01-20 | アデルファイ・テクノロジー・インコーポレイテッド | 中性子捕捉療法のための中性子源 |
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