JP2018529437A - 中性子捕捉療法システム用の放射線検出システム及び放射線検出方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、中性子捕捉療法システムの中性子ビーム照射線量の精度を向上させる放射線検出方法を提供することを別の目的とし、そのうち、中性子捕捉療法システムは、荷電粒子ビーム、荷電粒子ビームを通すための荷電粒子ビーム入口、荷電粒子ビームにより核反応が起こることにより中性子ビームを発生する中性子発生部、中性子発生部により発生された中性子ビームフラックス及び品質を調整するためのビーム成形体、及びビーム成形体に隣接するビーム出口を含み、そのうち、中性子発生部がビーム成形体内に収容される。放射線検出システムは、ビーム成形体内又はビーム成形体外に設けられる放射線検出装置を含み、放射線検出装置は、荷電粒子ビームが中性子発生部と核反応を起こした後に、中性子発生部によりオーバーフローされた中性子ビーム又は発生されたγ放射線の検出に用いられる。検出方法は検出ステップを含み、検出ステップでは、荷電粒子ビームが中性子発生部と核反応が起こした後に、中性子発生部によりオーバーフローされた中性子ビーム又は発生されたγ放射線がリアルタイムに検出される。
好ましくは、中性子捕捉療法システムはさらに荷電粒子ビームを加速するためのアクセラレータを含み、制御ステップでは、検出ステップにおける検出結果に基づいてアクセラレータを制御することによりアクセラレータの次のステップが確認される。
検出方法はさらに推測ステップを含み、推測ステップでは、検出ステップにおける検出結果に基づいて中性子ビームの強度が推測されることにより荷電粒子ビームが調整され且つ照射線量が制御される。
・熱外中性子束(epithermal neutron flux) > 1 x 109 n/cm2s
・高速中性子汚染(fast neutron contamination) < 2 x 10-13 Gy-cm2/n
・光子汚染(photon contamination) < 2 x 10-13 Gy-cm2/n
・熱中性子束と熱外中性子束との比(thermal to epithermal neutron flux ratio) < 0.05
・中性子流とフラックスとの比(epithermal neutron current to flux ratio) > 0.7
注:熱外中性子エネルギー領域は0.5eV〜40keVであり、熱中性子エネルギー領域は0.5eVより小さく、高速中性子エネルギー領域は40keVより大きい。
中性子束と腫瘍におけるホウ素含有薬物の濃度とで臨床治療の時間が決まる。腫瘍におけるホウ素含有薬物の濃度が十分に高ければ、中性子束への要求を緩められる。それに対し、腫瘍におけるホウ素含有薬物の濃度が低ければ、高フラックスの熱外中性子で腫瘍に十分な線量を与える必要がある。IAEAの提案では、熱外中性子束について、平方センチメートル当たり1秒の熱外中性子が109個より多いことを求めている。既存のホウ素含有薬物にとって、このフラックスでの中性子ビームで治療時間を大体1時間以内に抑えられる。短い治療時間で、位置決めと快適さの改善、及び、腫瘍におけるホウ素含有薬物の限られた滞留時間の効果的利用に貢献できる。
高速中性子は、正常組織への不必要な線量を引き起こすので、汚染とみなされる。この線量と中性子エネルギーとには、正の相関関係があるので、中性子ビームの設計において、できる限り高速中性子の含有量を減らす必要がある。高速中性子汚染は、単位熱外中性子束に伴う高速中性子の線量と定義される。IAEAは、高速中性子汚染を2 x 10-13 Gy-cm2/nより小さくすることを推奨している。
γ線は強い透過性の放射線に属し、非選択的にビーム経路にあるすべての組織で線量沈着を引き起こすので、γ線の含有量を減らすことも中性子ビームの設計の必要条件である。γ線汚染は、単位熱外中性子束に伴うγ線の線量と定義される。IAEAは、γ線汚染を2 x 10-13 Gy-cm2/nより小さくすることを推奨している。
熱中性子は、減衰速度が速く、透過性も弱く、人体に入ると大部分のエネルギーが皮膚組織に沈着するので、黒色腫など皮膚腫瘍にホウ素中性子捕捉療法の中性子源として熱中性子を使用する場合以外、例えば脳腫瘍などの深部腫瘍の場合、熱中性子の含有量を減らす必要がある。IAEAは、熱中性子束と熱外中性子束との比を0.05より小さくすることを推奨している。
中性子流とフラックスとの比は、ビームの方向性を示す。その比が大きいほど、ビームの前向性が強くなる。強い前向性を持つ中性子ビームでは、中性子の発散による周辺の正常組織への線量を減らせる他、治療可能デプス及び位置決め姿勢の柔軟性を向上させることができる。IAEAは、中性子流とフラックスとの比を0.7より大きくすることを推奨している。
腫瘍線量は最大正常組織線量と等しいデプスである。このデプスより後ろでは、腫瘍細胞が受ける線量は最大正常組織線量より小さいので、ホウ素中性子捕捉上の優位性がなくなる。このパラメータは中性子ビームの透過性を示し、効果的治療デプスが大きいほど、治療可能な腫瘍のデプスが深くなる。単位はcmである。
即ち、効果的治療デプスにおける腫瘍線量率であり、最大正常組織線量率と等しい。正常組織で受け取る総線量は、与えられ得る腫瘍総線量に影響する要因であるので、このパラメータで治療時間が決まる。効果的治療デプスの線量率が大きいほど、腫瘍に一定の線量を与える必要な照射時間が短くなる。単位はcGy/mA-minである。
脳表面から効果的治療デプスまでに、腫瘍と正常組織とが受け取る平均線量の比は効果的治療線量比と呼ばれる。平均線量は線量−デプス曲線の積分により算出できる。効果的治療線量比が大きいほど、当該中性子ビームの治療効果がよくなる。
1.照射時間≦30min(加速器で使用する陽子流は10mA)
2.30.0RBE-Gy治療可能なデプス≧7cm
3.最大腫瘍線量≧60.0RBE-Gy
4.最大正常脳組織線量≦12.5RBE-Gy
5.最大皮膚線量≦11.0RBE-Gy
注:RBE(Relative Biological Effectiveness)は生物学的効果比であり、光子及び中性子による生物学的効果が異なるため、等価線量を算出するために、上記の線量に異なる組織の生物学的効果比を掛ける。
当業者であれば、中性子ビーム検出システムはビーム成形体内に設けられるだけでなく、ビーム成形体に隣接する箇所に設けられてもよく、設けられた位置でビーム成形体内の中性子ビームの強度変化及び空間分布を検出できる検出装置であればよいということを理解できる。
好ましくは、中性子捕捉療法システムはさらに荷電粒子ビームを加速するためのアクセラレータを含み、制御ステップでは、検出ステップにおける検出結果に基づいてアクセラレータを制御することによりアクセラレータの次のステップが確認される。
検出方法はさらに推測ステップを含み、推測ステップでは、検出ステップにおける検出結果に基づいて中性子ビームの強度が推測されることにより荷電粒子ビームが調整され且つ照射線量が制御される。
Claims (10)
- 中性子捕捉療法システム用の放射線検出システムであって、
前記中性子捕捉療法システムは、荷電粒子ビームと、前記荷電粒子ビームを通すための荷電粒子ビーム入口と、前記荷電粒子ビームにより核反応が起こることにより中性子ビームを発生する中性子発生部と、前記中性子発生部により発生された中性子ビームフラックス及び品質を調整するためのビーム成形体と、前記ビーム成形体に隣接するビーム出口と、を含み、
前記中性子発生部は前記ビーム成形体内に収容され、前記放射線検出システムは前記ビーム成形体内又は前記ビーム成形体外に設けられる放射線検出装置を含み、前記放射線検出装置は、荷電粒子ビームが前記中性子発生部と核反応を起こした後に、前記中性子発生部によりオーバーフローされた中性子ビーム又は発生されたγ放射線をリアルタイムに検出することに用いられる、
ことを特徴とする、中性子捕捉療法システム用の放射線検出システム。 - 前記放射線検出システムはさらに制御装置を含み、前記制御装置は前記放射線検出装置の検出結果に基づいて人間が知覚する信号を送信することにより前記中性子捕捉療法システムの次のステップを確認する、ことを特徴とする、
請求項1に記載の中性子捕捉療法システム用の放射線検出システム。 - 前記中性子捕捉療法システムはさらに前記荷電粒子ビームを加速するためのアクセラレータを含み、前記制御装置は制御部及び表示部を含み、前記制御部は前記放射線検出システムの検出結果を前記表示部に表示し且つ検出結果を前記アクセラレータにフィードバックすることにより前記アクセラレータの次のステップを確認する、ことを特徴とする、
請求項2に記載の中性子捕捉療法システム用の放射線検出システム。 - 前記放射線検出装置はイオン化室又はシンチレーション検出器であり、前記放射線検出システムが検出信号に基づいて中性子ビームの強度を推測することにより荷電粒子ビームを調整し且つ照射線量を制御する、ことを特徴とする、
請求項1から3のいずれか1項に記載の中性子捕捉療法システム用の放射線検出システム。 - 前記ビーム成形体は、反射体、前記反射体に囲まれ且つ前記中性子発生部に隣接する減速体、前記減速体に隣接する熱中性子吸収体、及び前記ビーム成形体内に設けられる放射線遮蔽を含む、ことを特徴とする、
請求項1から3のいずれか1項に記載の中性子捕捉療法システム用の放射線検出システム。 - 中性子捕捉療法システム用の放射線検出方法であって、
前記中性子捕捉療法システムは、荷電粒子ビームと、前記荷電粒子ビームを通すための荷電粒子ビーム入口と、前記荷電粒子ビームにより核反応が起こることにより中性子ビームを発生する中性子発生部と、前記中性子発生部により発生された中性子ビームフラックス及び品質を調整するためのビーム成形体と、前記ビーム成形体に隣接するビーム出口と、を含み、
前記中性子発生部は、前記ビーム成形体内に収容され、放射線検出システムは前記ビーム成形体内又は前記ビーム成形体外に設けられる放射線検出装置を含み、前記放射線検出装置は、荷電粒子ビームが前記中性子発生部と核反応を起こした後に、前記中性子発生部によりオーバーフローされた中性子ビーム又は発生されたγ放射線の検出に用いられ、
前記検出方法は、検出ステップを含み、前記検出ステップでは、荷電粒子ビームが前記中性子発生部と核反応を起こした後に、前記中性子発生部によりオーバーフローされた中性子ビーム又は発生されたγ放射線がリアルタイムに検出される、
ことを特徴とする、中性子捕捉療法システム用の放射線検出方法。 - 前記検出方法は制御ステップを含み、前記制御ステップでは前記検出ステップにおける検出結果に基づき、前記中性子捕捉療法システムの次のステップが制御される、ことを特徴とする、
請求項6に記載の中性子捕捉療法システム用の放射線検出方法。 - 前記中性子捕捉療法システムは、さらに前記荷電粒子ビームを加速するためのアクセラレータを含み、前記制御ステップでは、前記検出ステップにおける検出結果に基づいて前記アクセラレータを制御することにより前記アクセラレータの次のステップが確認される、ことを特徴とする、
請求項7に記載の中性子捕捉療法システム用の放射線検出方法。 - 前記制御装置は表示部を含み、前記検出方法は表示ステップを含み、前記表示ステップでは前記検出ステップにおける検出結果が前記表示部に表示される、ことを特徴とする、
請求項6から8のいずれか1項に記載の中性子捕捉療法システム用の放射線検出方法。 - 前記検出方法は推測ステップを含み、前記推測ステップでは、前記検出ステップにおける検出結果に基づいて中性子ビームの強度が推測されることにより荷電粒子ビームが調整され且つ照射線量が制御される、ことを特徴とする、
請求項6から8のいずれか1項に記載の中性子捕捉療法システム用の放射線検出方法。
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