JP2005237730A - 卓上型放射光治療診断装置およびその使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】６ＭｅＶ程度の高エネルギー電子を発生して周回させ、標的にぶつけてＸ線を発生し、Ｘ線診断と治療を同時に行うことの出来る卓上型放射光治療診断装置を提供する。【解決手段】
卓上型放射光治療診断装置は、６ＭｅＶ程度の高エネルギー電子を発生する装置と電子エネルギーをＸ線に変換する標的の断面サイズが１００ミクロン以下である変換装置と標的を透過した電子が再び標的に衝突するように電子を周回させる装置とＸ線イメージを検出する装置と治療部位以外を遮蔽する装置とから構成される。微少標的でＸ線発生点の大きさを極めて小さくできる上に、透過した電子を再度周回することにより大強度のＸ線を発生できるために、極めて精細なＸ線診断が出来、かつピンポイントで病巣を治療できる。【選択図】 図１

Description

本発明は放射線治療及び診断及び非破壊検査及び滅菌や殺菌に関わる産業分野において有用な卓上型放射光治療診断装置およびその使用方法に関するものである。

従来、放射線治療にはライナックまたはマイクロトロン等の電子加速器を用い、診断には、ＮＭＲ、レントゲン、ＣＴ、ＰＥＴなど別の装置を用いている。
放射線治療するためには、通常、ライナックを使用し、数ＭｅＶ以上の高エネルギー電子を発生し、これをＸ線に変換して使用しているが、変換するためのターゲットは大きくなければ変換効率が小さい。ところが、大きな標的を使用した場合には、診断用の精細Ｘ線像を撮ることができない。このため、癌などの照射部位を正確にピンポイントで照射することが出来なかった。即ち不必要な放射線被爆を余儀なくしていた。 一方、周回電子軌道内に標的を設置することによりＸ線を発生する手段は、山田廣成により発明されたものである（特許文献１）。

特開平０８−１９５３００号公報 しかし、当時発生Ｘ線の特性は不明で有ったことと、さらに、前記公報の発明は、特定の部位だけを治療するために用いる遮蔽装置を具備していなかったことと、Ｘ線の方向を変えるための回転機構を具備していなかったことと、Ｘ線イメージング装置を同時には具備していなかったために、卓上型放射光治療診断装置として成立しなかった。

本発明は、周回電子軌道内に標的を設置することにより、治療と診断双方に利用できる卓上型放射光治療診断装置を提供することを目的としている。
放射線治療と診断を同じ装置で行うことが出来れば、診断後に人体を動かすことなく続けて治療を行うことが出来、かつ正確に方向を定めて照射できるために、不必要な放射線被爆を避けて、治療効果を上げることができる。治療と診断を同時に行う装置を開発することが本発明の目的である。

このため、本発明が採用した技術解決手段は、
高エネルギーＸ線を用いて診断及び治療の双方を一台の装置で行うことを特徴とする卓上型放射光治療診断装置であって、同装置は、高エネルギー電子を発生する電子発生手段と電子エネルギーをＸ線に変換するＸ線発生手段とＸ線発生手段を構成する標的を透過した電子が再び前記標的に衝突するように電子を周回させる電子周回装置とＸ線イメージを検出するＸ線画像装置と治療部位以外を遮蔽する遮蔽手段とを備えていることを特徴とする卓上型放射光治療診断装置である。
また、前記高エネルギー電子を発生する電子発生手段は少なくとも１ＭｅＶ程度の電子を発生し、また前記標的はその断面サイズが１００ミクロン以下であることを特徴とする卓上型放射光治療診断装置である。
また、前記標的をなるべく小さくしてＸ線イメージの解像度を上げるために、標的を軽元素で支持したことを特徴とする卓上型放射光治療診断装置である。
また、前記標的は、支持材としてベリリューム等の軽元素でできた薄膜またはワイヤーを用い、その支持部材に支持材より重いアルミ、シリコン、銅、白金、金、鉛、タングステン、ビスマス等の微少元素片を固定して構成したことを特徴とする卓上型放射光治療診断装置である。
また、前記卓上型放射光治療診断装置において、Ｘ線照射方向を変えるために、Ｘ線発生部を回転駆動機構に載せたことを特徴とする卓上型放射光治療診断装置である。
また、前記卓上型放射光治療診断装置において、Ｘ線像を拡大するために、Ｘ線画像装置と患者もしくは被写体の間隔を調整する機構を有する卓上型放射光治療診断装置である。
また、前記卓上型放射光治療診断装置を使用し、標的に厚さ及び材質の異なる標的を準備し、これを取り替えることにより発生Ｘ線の線質を変更して治療及び診断を最適化したことを特徴とする卓上型放射光治療診断装置の使用方法である。

本発明は、６Ｍｅｖ程度の高エネルギー電子を発生して周回させ、標的にぶつけてＸ線を発生し、Ｘ線診断と治療を同時に行うことの出来る卓上型放射光治療診断装置である。従来のライナック等で発生する高エネルギー電子を用いる治療装置は、Ｘ線発生点の大きさを小さくすることが出来ず、小さくしてもＸ線量が不足するために、診断と治療を同時に行うことはできなかった。本発明の卓上型放射光治療診断装置は、微少標的でＸ線発生点の大きさを極めて小さくできる上に、透過した電子を再度周回することにより大強度のＸ線を発生できる。このため、極めて精細なＸ線診断が出来、かつピンポイントで病巣を治療できるという効果が有る。被写体とＸ線画像装置の間隔を開くことにより、拡大Ｘ線像を撮像できる。さらには、標的の厚さを変えることにより、Ｘ線の線質を変えることが出来るために、病巣の部位や、深さにより線質を最適化できるという効果がある。さらには、透過性の高い線質のＸ線を用いることにより、Ｘ線診断における被爆量を1/10以下に下げることが出来るという特有の作用効果を奏することができる。

本発明は、高エネルギーＸ線を用いて診断及び治療の双方を一台の装置で行うことを特徴とする卓上型放射光治療診断装置であり、６ＭｅＶ程度の高エネルギー電子を発生する装置と電子エネルギーをＸ線に変換する標的の断面サイズが１００ミクロン以下である変換装置と標的を透過した電子が再び標的に衝突するように電子を周回させる装置とＸ線イメージを検出する装置と治療部位以外を遮蔽する装置からなる卓上型放射光治療診断装置である。

本発明の実施例を、図１、２、３を用いて詳細に説明する。図１は本発明の卓上型放射光治療診断装置の全体概念図であり、本装置は、マイクロトロン高エネルギー電子発生装置と電子周回装置と電子エネルギーのＸ線への変換装置とＸ線画像装置と照射野を限定する遮蔽装置からなっている。Ｘ線は上から患者に照射される。照射する方向を変えるために、装置全体が図１側面図に示すように患者を中心に回転する機構を有する。
図２は標的の構造であり、縦長のベリリュームの薄膜に、タングステンのワイヤーを張り付けたものと、縦長のベリリュームのワイヤーにビスマスをデポジットした図である。
図３は本発明の卓上型放射光治療診断装置を用いて撮像した鶏のＸ線写真である。鶏の内臓を全て観察することができる。肺胞、食道、血管、羽根などが識別できる。
図４は電子エネルギーをＸ線に変換する標的の厚さを変えたときのＸ線スペクトルである。（ａ）はアルミ標的の場合であり、（ｂ）は白金標的の場合である。厚さによりスペクトルのピークが異なる。
図５はＸ線を水で吸収させた時、水の各深さによる吸収率を示した図である。１１０ＫｅｖのＸ線管と、本発明の卓上型放射光治療診断装置から出るＸ線を比較したものである。

図１において、本卓上型放射光治療診断装置は、高エネルギー電子発生手段としてのマイクロトロン電子加速器１、電子周回装置２、電子エネルギーをＸ線に変換する標的（Ｘ線発生手段）３、ベッドに横たわった患者４、レントゲンフィルム、イメージングプレート、フラットパネル等のＸ線画像装置５、装置を回転させるための回転駆動機構６、照射視野を限定するための遮蔽コリメータ（遮蔽手段）７から構成されている。ベッドの足及びＸ線画像装置には、患者とＸ線画像装置の間隔を変えることの出来る駆動機構８があり、拡大像を撮像できる。

前記マイクロトロン電子加速器１は従来公知の電子加速器であり、ここでは６ＭｅＶ電子ボルトを発生している。マイクロトロン電子加速器１以外に、ライナックやベータトロン等、電子加速器一般を使用できる。また、エネルギーも６ＭｅＶ電子ボルトに限定されているわけではなく例えば１メガ電子ボルト〜２０メガ電子ボルト程度のエネルギーでもよい。電子周回装置２も公知であり、この装置は電子を特定の軌道に沿って周回させる装置なら何でも良く、所謂、シンクロトロン、電子蓄積リング、ベータトロン、ＦＦＡＧ等を使用できるが、ここでは、完全円形の電子蓄積リングを使用している。前記電子蓄積リングも公知の装置であり、通常加速空洞を内蔵している。しかし通常加速空洞を内蔵していることは必須ではない。また、ここでは完全円形の電子蓄積リングを使用しているが、完全円形である必要はない。

電子軌道内に標的を設置することによりＸ線を発生するＸ線発生手段は、ターゲット（標的）の大きさ及び材質を適切に選択してＸ線の特性を変えることにより、診断及び治療を行うことのできるＸ線を発生できるようにしている。
電子エネルギーをＸ線に変換するための標的であるが、その断面積が小さければ小さいほど精細なＸ線画像を撮ることができる。標的の断面サイズは、１００ミクロン以下であることが望ましい。１００ミクロン以下の標的を電子軌道中に投入するには幾つかの困難が有る。標的を保持する方法であるが、例えば１０ミクロン径のタングステンワイヤーを使用した場合、ワイヤーの径方向には高い解像度が出るが、長手方向には数mmである電子ビームの大きさにより解像度が決まる。そこで、軽元素で出来た縦長の支持材に、ボール状あるいは柱状の標的を固定する事である。
図２は標的の構造を詳細に説明した図である。５０ミクロン厚、幅１ｍｍのベリリューム箔１１に１０ミクロン幅のタングステン棒１２を、その長さ方向が電子の進行方向１３になるように接着した図である。長さは、５０ミクロンから１ｍｍのものである。
標的をさらに小さくする方法は、ベリリュームのワイヤー１４に鉛、ビスマス、等の重元素１５をデポジットする方法である。

前記標的は電子軌道内に適宜手段で設置することができるが、本例では、コの字型の開いた先端にベリリュームワイヤを張り、その中心に標的を固定し、直線導入器で電子軌道中心に挿入する。幾つかを用意して、回転機構を用いて交換するのも良い。
また、前記卓上型放射光治療診断装置は装置全体を回転するための回転機構を具備することにより、治療と診断の両方を可能にしたものである。回転機構は、図１側面図に示すように患者を中心に回転する機構となっており、現在公知の種々の回転機構を採用することができる。

高エネルギー電子を用いて、精細な医療用診断を行うには、まず、電子エネルギーを数ＭｅＶから６ＭｅＶ程度に設定する事である。電子エネルギーが６ＭｅＶ程度の時、Ｘ線の広がりは、縦横１６０ｍｒａｄ程度となり、３ｍ離れた位置で４８ｃｍ程度の被写体を診断できるので、医療装置として成り立つ。電子エネルギーが８ＭｅＶを越えると中性子を発生するために危険が伴う。

６ＭｅＶ電子蓄積リングの電子軌道に上記のようにして製作した標的を挿入してＸ線を発生して撮像した鶏のＸ線イメージが図３である。フィルムは通常の医療用Ｘ線フィルムである。発生するＸ線は高エネルギーＸ線であるために透過力が強く、骨なども透過像であり、そのエッジのみが強調される。視野が広く、標的から２ｍの場所で１５ｃｍの視野がある。標的が小さいために解像度が高く、鶏の内蔵が観察できる。食道や腸、肛門、肺臓、肝臓などの形が見える。羽根が見えるのも驚異的である。本Ｘ線写真は従来のＸ線写真と異なり、吸収像ではなく、造影剤無しで撮ることができる。解像度が高く、肺胞を一つ一つ見ることができる。しかも高エネルギーＸ線は透過力が強いために、従来のレントゲン写真より被爆量は１／１５以下であることが明らかになった。

Ｘ線撮像は、約０．１秒で行うことができ、数ｍＧｙの照射線量で１枚の写真が撮れる。癌治療に必要な線量は、数Ｇｙから数１０Ｇｙであり、従って数１０秒から数分で行うことができる。コリメータは照射野を限定するための装置である。即ち、本発明の卓上型放射光治療診断装置から発生するＸ線は、極めて指向性が高くかつ大強度であるために、診断して病巣の位置を特定し、その場で、病巣以外の部分を遮蔽して、診断しながらピンポイントで治療が出来る装置である。従って、不必要な放射線被爆を避けて、効果的な治療のできる装置である。

照射に当たっては、癌の種類や位置及び深さによりＸ線の線質を変えることが出来る。本発明の特徴は、この線質を変更する方法である。利用しているＸ線は、制動放射により発生している。理論によれば、制動放射の強度は、原子番号が大きいほど大きい。制動放射のスペクトルは標的の材質にはあまり依存しないとされる。しかしながら、発生したＸ線は、標的内で吸収散乱を受けるために、実際には、標的の材質と電子進行方向の厚さにより異なる。現在、Ｘ線スペクトルは、シミュレーションにより、正確に計算ができ、かつ、Ｘ線が人体内のどの程度の深さで吸収されるかも計算が出来る。従って、癌の部位により、主にはその深さにより、Ｘ線の線質を変えることが本発明の一つであり、かつ、適切な標的の材質と厚さを変えることにより線質を変える手段を有することが本発明の特長である。

図４は、異なる標的を用いた場合の、スペクトルの違いである。図４（ａ）は、厚さの異なるＡｌを標的とした場合であり、図４（ｂ）は、厚さの異なる白金をターゲットした場合である。Ａｌの場合５０ミクロンの標的は１０ＫｅＶ近辺にピークを作り、１０ミクロンは４から５ＫｅＶにピークをつくる。これに対して白金の５０ミクロンは６０ＫｅＶにピークを作り、１０ミクロンは１２ＫｅＶにピークを作る。１００ミクロンではピークは１００ＫｅＶ近くになる。この様にして、標的の厚さを変えて治療及び診断を最適化するのが本発明の重要な手段である。

低エネルギーのＸ線は人体の表面で吸収され、高エネルギーのＸ線は内部に浸透する。その様子を図５に示す。図５（ａ）は１１０ＫｅＶのＸ線管から発生するＸ線を水に吸収させたときに各深さでのＸ線吸収率を示している。図５（ｂ）は、６ＭｅＶ電子、１ｍｍ厚鉛標的から発生するＸ線を水に吸収させた時、各深さでのＸ線吸収率を示している。図５はＸ線診断における被爆量を表していて、Ｘ線写真を１枚撮るのに必要な被爆量が、本発明の卓上型放射光治療診断装置では、通常のレントゲン写真に比べて１／１５であることをも示している。重金属でできた厚い標的を用いることにより、深部の癌を治療するのに適していることも示している。

本発明の卓上型放射光治療診断装置の利用形態について、以上、主に医療に関わり記述したが、本発明の装置は非破壊検査に用いることもできる。検査対象により、線質をかえるという本発明は、そのまま非破壊検査にも適用することができる。構造物の非破壊検査には、エネルギーの高いＸ線を用い、柔らかい試料には、エネルギーの低いＸ線を用いる。このように本発明の卓上型放射光治療診断装置は様々な分野に利用できるので、Ｘ線の発生方向は、図１の様に上下方向に限る物ではない。被写体も人間とは限らず、動物、細菌あるいは生物試料、あるいは無機物や構造物を対照とすることができる。従って、非破棄検査や、滅菌や殺菌にも使うことができる。

また本発明はその精神また主要な特徴から逸脱することなく、他の色々な形で実施することができる。そのため前述の実施例は単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。更に特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。

本発明の卓上型放射光治療診断装置の利用形態について、主に医療に関わり記述したが、本発明の装置は非破壊検査に用いることもできる。検査対象により、線質をかえるという本発明は、そのまま非破壊検査にも適用することができる。構造物の非破壊検査には、エネルギーの高いＸ線を用い、柔らかい試料には、エネルギーの低いＸ線を用いる。このように本発明の卓上型放射光治療診断装置は様々な分野に利用できるので、Ｘ線の発生方向は、図１の様に上下方向に限る物ではない。被写体も人間とは限らず、動物、細菌あるいは生物試料、あるいは無機物や構造物を対照とすることができる。従って、非破棄検査や、滅菌や殺菌にも使うことができる。

本発明の卓上型放射光治療診断装置の全体概念図である。 標的の構造である。 本発明の放射線診断治療装置を用いて撮像した鶏のＸ線写真である。 電子エネルギーをＸ線に変換する標的の厚さを変えたときのＸ線スペクトルである。(a)はアルミ標的の場合であり、(b)は白金標的の場合である。 Ｘ線を水で吸収させた時、水の各深さによる吸収率を示した図である。１１０ＫｅＶのＸ線管と、本発明の卓上型放射光治療診断装置から出るＸ線を比較したものである。

符号の説明

１ マイクロトロン電子加速器
２ 電子周回装置
３ 標的（Ｘ線発生手段）
４ 患者
５ Ｘ線画像装置
６ 回転機構
７ 遮蔽コリメータ
１１ ベリリューム泊
１２ タングステン棒
１３ 電子の進行方向
１４ ワイヤー
１５ 微少重元素

Claims (7)

1. 高エネルギーＸ線を用いて診断及び治療の双方を一台の装置で行うことを特徴とする卓上型放射光治療診断装置であって、同装置は、高エネルギー電子を発生する電子発生手段と電子エネルギーをＸ線に変換するＸ線発生手段とＸ線発生手段を構成する標的を透過した電子が再び前記標的に衝突するように電子を周回させる電子周回装置とＸ線イメージを検出するＸ線画像装置と治療部位以外を遮蔽する遮蔽手段とを備えていることを特徴とする卓上型放射光治療診断装置。
2. 前記高エネルギー電子を発生する電子発生手段は少なくとも１ＭｅＶ程度の電子を発生し、また前記標的はその断面サイズが１００ミクロン以下であることを特徴とする請求項１に記載の卓上型放射光治療診断装置。
3. 前記標的をなるべく小さくしてＸ線イメージの解像度を上げるために、標的を軽元素で支持したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の卓上型放射光治療診断装置。
4. 前記標的は、支持材としてベリリューム等の軽元素でできた薄膜またはワイヤーを用い、その支持部材に支持材より重いアルミ、シリコン、銅、白金、金、鉛、タングステン、ビスマス等の微少元素片を固定して構成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の卓上型放射光治療診断装置。
5. 前記卓上型放射光治療診断装置において、Ｘ線照射方向を変えるために、Ｘ線発生部を回転駆動機構に載せたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかの卓上型放射光治療診断装置。
6. 前記請求項１〜請求項５に記載の卓上型放射光治療診断装置において、Ｘ線像を拡大するために、Ｘ線画像装置と患者もしくは被写体の間隔を調整する機構を有する卓上型放射光治療診断装置。
7. 前記請求項１〜請求項６に記載の卓上型放射光治療診断装置を使用し、標的に厚さ及び材質の異なる標的を準備し、これを取り替えることにより発生Ｘ線の線質を変更して治療及び診断を最適化したことを特徴とする卓上型放射光治療診断装置の使用方法。
   

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