JP5031796B2 - 粒子加速システム - Google Patents

Description

本発明は、陽子ビームなどの加速粒子を生成する粒子加速器を備えた粒子加速システムに関する。

サイクロトロンなどの粒子加速器が知られている（特許文献１参照）。この種の粒子加速器は、イオン源から導入されたイオンを加速する高周波加速空洞（ＲＦキャビティ）を備えている。高周波加速空洞には、通常、一対の加速電極（通称、「ディ」）が配置されており、このディには、印加する高周波電圧の周波数に応じて、印加する高周波電圧の周波数に応じた長さの内導体（ステム）が連結されている。さらに、高周波加速空洞には、ディに並んで、加速粒子を取り出すための一対のフォイルストリッパーが対向配置されており、高周波加速空洞内で周回しながら加速した加速粒子は、フォイルストリッパーによって軌道が変更され、所定の取出ポートから取り出される。

特許第３９７１３５１号公報

粒子加速器から取り出された加速粒子の用途としては、放射線治療用であったり、ＲＩ製造用であったりする。しかしながら、各用途で用いるために必要な加速粒子の電流量には差があるため、一台の粒子加速器によって各用途に適した加速粒子を生成することは困難である。従って、各用途に適した加速粒子の生成のためには、それぞれ独立した粒子加速器が必要となると共に、それぞれの用途に応じたタイミングでの稼働となるため、稼働スケジュールの調整などをしたとしても稼働率の向上は難しかった。

本発明は、以上の課題を解決することを目的としており、一台の粒子加速器によって放射線治療用及びＲＩ製造用の各用途に応じた電流量の加速粒子を取り出すことを可能とし、その結果として、稼働率の向上を図り易くなる粒子加速システムを提供することを目的とする。

本発明は、粒子を周回させながら加速して加速粒子を生成する粒子加速器を備えた粒子加速システムにおいて、放射線治療用の加速粒子を粒子加速器から取り出すために設けられた第１の取出口と、ＲＩ製造用の加速粒子を粒子加速器から取り出すための第２の取出口と、粒子加速器内を周回する粒子の周回軌道に交差するように進退自在であると共に、周回する加速粒子を各取出口に誘導する軌道変更部と、粒子を粒子加速器に供給する粒子供給部と、軌道変更部の進退量及び粒子供給部による粒子の供給量の少なくとも一方を制御して各取出口から取り出される加速粒子の電流量を制御する制御部と、を備え、上述した放射線治療は中性子捕捉治療であることを特徴とする。

軌道変更部は粒子の周回軌道に交差するように進退自在であり、進入分が大きい程、周回する粒子に干渉する量が増え、その分、取出口に誘導する加速粒子が増えて加速粒子の電流量は増加する。また、加速粒子の電流量の増減は、粒子供給部によって供給される粒子の供給量にも依存しており、粒子供給部による粒子の供給量が増えるほど、各取出口から取り出される加速粒子の電流量は増加する。本発明によれば、制御部が、軌道変更部の進退量及び粒子供給部による粒子の供給量の少なくとも一方を制御することで、各取出口から取り出される加速粒子の電流量を制御できるので、放射線治療用の加速粒子及びＲＩ製造用の加速粒子の一方または両方に適した電流量の加速粒子を各取出口から取り出すことが可能になる。その結果として、一台の粒子加速器によって放射線治療用及びＲＩ製造用の各用途に応じた電流量の加速粒子を取り出すことが可能となり、その結果として、稼働率の向上を図り易くなる。

さらに、制御部は、第２の取出口から取り出される加速粒子の電流量を一定に保ちながら、第１の取出口から取り出される加速粒子の電流量を増加または減少させると好適である。例えば、ＲＩ化合物を製造する際には、２０時間程度の長時間にわたって加速粒子を継続的に取り出す必要がある。一方で、放射線治療の場合には、実際の治療に合わせて、数十分程度の短時間の取り出しを複数回行う必要がある。上記構成によれば、第２の取出口から取り出されるＲＩ製造用の加速粒子の電流量は一定に保たれるので、長時間にわたってＲＩ製造用の加速粒子を取り出しながら、第１の取出口から必要に応じて放射線治療用の加速粒子の取り出しを行うことが可能になり、稼働率の向上に有利である。

さらに、制御部は、粒子供給部による粒子の供給量を一定に保ちながら、第１の取出口及び第２の取出口の少なくとも一方から取り出される加速粒子の電流量を増加または減少させると好適である。粒子供給部から供給される粒子の供給量には上限がある。上記構成によれば、例えば、粒子供給部から供給される粒子の供給量が上限（一定）であっても、第１の取出口及び第２の取出口の一方から取り出される加速粒子の電流量を減少させることで、他方から取り出される加速粒子の電流量を増加させることができ、結果として、所望の電流量の加速粒子を取り出し易くなって稼働率の向上に有利である。

さらに、放射線治療はホウ素中性子捕捉治療であると好適である。軌道変更部の進退量を変化させることで、各取出口から取り出される加速粒子の電流量の振り分けを調整できる。しかしながら、放射線治療用及びＲＩ製造用の各用途に適した加速粒子の電流量の差が大きくなるほど、振り分けのための軌道変更部の進退量の調整が難しくなり、特に、軌道変更部の進退量の範囲は、例えば、１ｍｍ程度と非常に小さいために、その中での調整は非常に難しい。ここで、ホウ素中性子捕捉治療以外の通常の放射線治療用の加速粒子の電流量と、ＲＩ製造用の加速粒子の電流量との比は、１／１０００：１程度であり、電流量同士の差は非常に大きい。一方で、ホウ素中性子捕捉治療は、陽子または重陽子として粒子加速器から取り出される加速粒子をターゲットに照射して所望の中性子を発生させ、この中性子を患者に照射して行われる治療であり、この治療で必要となる加速粒子の電流量と、ＲＩ製造用の加速粒子の電流量との比は、２〜４：１程度であり、上記の電流量の差にくらべて極めて小さい。従って、放射線治療がホウ素中性子捕捉治療である上記構成によれば、軌道変更部の進退量の微調整によって各取出口から取り出される電流量の振り分けが容易になり、制御し易くなる。

さらに、第１の取出口から取り出された加速粒子を用いて放射線治療を行う放射線治療装置と、第２の取出口から取り出された加速粒子を用いてＲＩ化合物を製造するＲＩ製造装置と、を更に備えると好適である。この構成によれば、第１の取出口から取り出された加速粒子を用いて放射線治療を行うことができ、第２の取出口から取り出された加速粒子を用いてＲＩ製造を行うことができる。

本発明によれば、一台の粒子加速器によって放射線治療用及びＲＩ製造用の各用途に応じた電流量の加速粒子を取り出すことが可能になり、その結果として、稼働率の向上を図り易くなる。

本発明の第１実施形態に係る粒子加速システムの概略的な全体構成を示す斜視図である。 第１実施形態に係るサイクロトロンの本体部を中心に示す概略的な平面図である。 第１実施形態に係るサイクロトロンの作用を模式的に示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図である。 第１実施形態に係る粒子加速システムを示し、シールド内に配置されたサイクロトロン、中性子発生装置及びＲＩ製造装置を概略的に示す説明図である。 第１の制御方法によってサイクロトロンから取り出される陽子ビームの電流量を示しており、（ａ）は第２取出ポートから取り出される陽子ビームの電流量を示すグラフであり、（ｂ）は第１取出ポートから取り出される陽子ビームの電流量を示すグラフであり、（ｃ）はサイクロトロンから取り出される陽子ビーム全体の電流量を示すグラフである。 第２実施形態に係る粒子加速システムを示し、シールド内に配置されたサイクロトロン、中性子発生装置及びＲＩ製造装置を概略的に示す説明図である。

以下、本発明に係る粒子加速器及び粒子加速システムの好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）

図１乃至図４に示されるように、粒子加速システム１Ａは、水素の負イオン（粒子）Ｐを加速して陽子ビーム（加速粒子）Ｂ１，Ｂ２を生成するサイクロトロン（粒子加速器）３と、サイクロトロン３にビーム管５を介して接続された中性子発生装置７と、サイクロトロン３にビーム管９を介して接続されたＲＩ製造装置１１と、を備えている。サイクロトロン３、中性子発生装置７及びＲＩ製造装置１１は、それぞれ放射線を遮蔽するシールドＳ内に配置されている（図４参照）。なお、本実施形態では、シールドＳ内に配置された態様にてサイクロトロン３を説明しているが、サイクロトロン全体が放射線を遮蔽する鉛等の遮蔽壁で覆われた自己シールド型のサイクロトロンであってもよい。

本実施形態に係るサイクロトロン３は、本体部と蓋部とに分割される。なお、図２はサイクロトロン３の本体部を示す平面図である。図２に示されるように、サイクロトロン３は、対向して配置された一対の円板状の磁極１３と、電磁石を構成する一対のコイル（図示せず）と、負イオンＰ（図３参照）が周回する真空箱１５と、一対の磁極１３同士の間に配置された一対の加速電極１７と、真空箱１５内に負イオンＰを供給するイオン源１８と、一対のフォイルストリッパー２１，２３と、フォイルストリッパー２１，２３によって軌道変更された陽子を取り出す一対の取出ポート２５，２７と、を備えている。

磁極１３の対向する面には、複数の谷領域と複数の山領域とが交互に現れる複数のセクタに分割されている。このように構成することで、セクターフォーカシングを利用して加速粒子の集束を図っている。

真空箱１５は、箱本体１５ａと図示しない箱蓋とを有している。箱本体１５ａの底壁部には、磁極１３の外形と略同径の開口部が設けられており、この開口部から、一方の磁極１３の谷領域及び山領域を備える面が、真空箱１５内に突出されている。また、箱本体１５ａには真空排気用の排気口（図示せず）が設けられており、この排気口には図示しない真空ポンプが接続されている。箱蓋は、真空ポンプによって真空箱１５内を真空化できるように、箱本体１５ａの上部開口を塞いでいる。箱蓋には、箱本体１５ａと同様に、他方の磁極１３の谷領域及び山領域を備える面を真空箱１５に突出させるために、磁極１３の外形と略同径の開口部が設けられている。

一対のコイル（図示省略）は、一対の磁極１３の側面の周りにそれぞれ設けられており、電磁石が構成されている。

一対の加速電極１７は、それぞれ平面視において三角形状をなし、それぞれの頂角を付き合わせるようにして対向配置されている。各加速電極１７は、例えば、銅等の電気導体から構成されており、上下二枚の三角形を底辺で連結して構成されている。そして、加速電極１７の板面には、冷却用の冷媒を通すための管が設けられている。

一対の加速電極１７は、一対の磁極１３の谷領域に位置する。そして、加速電極１７の先端部同士が、蝶の羽のような外形を有する接続部材により、機械的且つ電気的に接続されている。なお、接続部材の形態としては様々な形状がある。

磁極１３の中心位置には、イオン源（粒子供給部）１８で生成された負イオンＰを真空箱１５内に供給するイオン供給口１９が設けられている。イオン源１８は、水素ガスなどの原材料中でアーク放電を行って負イオンＰを生成する装置である。イオン源１８で生成された負イオンＰはイオン供給口１９を介して真空箱１５内に引き込まれるように供給され、高周波の電圧がかけられている加速電極１７によって周回しながら加速し、次第にエネルギーを増していく。エネルギーが増せば負イオンＰの回転半径は大きくなり、螺旋運動をしているような周回軌道Ｋをえがく。なお、イオン源１８はサイクロトロン３の外部に配置されても良いし、サイクロトロン３の内部に設けられていても良い。

一対のフォイルストリッパー２１，２３は、磁極１３の中心を挟むようにして対向配置されている。一方のフォイルストリッパー２１は、放射線治療用の陽子ビームＢ１を取り出すために機能し、他方のフォイルストリッパー２３は、ＲＩ製造用の陽子ビームＢ２を取り出すために機能する。放射線治療用の陽子ビームＢ１を取り出すためのフォイルストリッパー２１は、以下、第１フォイルストリッパー２１と称し、ＲＩ製造用の陽子ビームＢ２を取り出すためのフォイルストリッパー２３は、以下、第２フォイルストリッパー２３と称する。

第１フォイルストリッパー２１は、磁極１３の径方向に沿って延在するストリッパー駆動軸２１ａと、ストリッパー駆動軸２１ａの先端に設けられたフォイル２１ｂと、ストリッパー駆動軸２１ａを磁極１３の径方向に沿って進退自在に駆動するフォイル駆動部２１ｃと、を備えている。フォイル駆動部２１ｃは高精度のモータ等を備えており、フォイル駆動部２１ｃの駆動制御によってストリッパー駆動軸２１ａは１０^−２ｍｍ〜１０^−１ｍｍの単位で進退し、その結果、フォイル２１ｂが負イオンＰの周回軌道Ｋを交差するように進退自在となる。第１フォイルストリッパー２１のフォイル２１ｂは、第１の軌道変更部に相当する。

第２フォイルストリッパー２３は、実質的には、第１フォイルストリッパー２１と同一の構成を備えており、ストリッパー駆動軸２３ａ、フォイル２３ｂ及びフォイル駆動部２３ｃと、を備えている。フォイル駆動部２３ｃの駆動制御によってストリッパー駆動軸２３ａは進退し、その結果、フォイル２３ｂが負イオンＰの周回軌道Ｋを交差するように進退自在となる。第２フォイルストリッパー２３のフォイル２３ｂは、第２の軌道変更部に相当する。なお、本実施形態では、ストリッパー駆動軸２１ａ，２３ａが軸方向に直線運動することによって、周回軌道Ｋを交差するようにフォイル２１ｂ，２３ｂを進退させているが、ストリッパー駆動軸２１ａ，２３ａの回転によって、フォイル２１ｂ，２３ｂを回転させて、周回軌道Ｋを交差するようにフォイル２１ｂ，２３ｂを進退させる態様とすることも可能である。

フォイル２１ｂ，２３ｂは、例えば炭素製のシートからなる。フォイル２１ｂ，２３ｂは、周回する負イオンＰの周回軌道Ｋ上に進入して負イオンＰに干渉すると、その負イオンＰから電子を剥ぎ取る。電子を剥奪された陽子（加速粒子）は、周回軌道の曲率が反転し、その軌道が外方に飛び出す方向に向けて変更される（図３参照）。反転後の陽子の軌道上には、陽子を真空箱１５内から取り出すための取出ポート２５，２７が設けられている。従って、フォイル２１ｂ，２３ｂは、負イオンＰから電子を奪うことで、結果的に陽子を取出ポート２５，２７まで誘導することになる。

第１フォイルストリッパー２１によって軌道が変更される陽子の軌道上に配置された放射線治療側の取出ポート（第１の取出口）２５を、以下、第１取出ポート２５と称し、第２フォイルストリッパー２３によって軌道が変更される陽子の軌道上に配置されたＲＩ製造側の取出ポート（第２の取出口）２７を、以下、第２取出ポート２７と称する。

第１取出ポート２５には、中性子発生装置７に接続された第１のビーム管５が接続されており、第２取出ポート２７には、ＲＩ製造装置１１に接続された第２のビーム管９が接続されている。第１のビーム管５には、第１取出ポート２５から取り出された陽子ビームＢ１の電流量を測定する第１モニタ３１が設置されており、第２のビーム管９には、第２取出ポート２７から取り出された陽子ビームＢ２の電流量を測定する第２モニタ３３が設置されている。

また、サイクロトロン３は制御装置（制御部）３５を備えており、制御装置３５は、第１フォイルストリッパー２１及び第２フォイルストリッパー２３の各フォイル駆動部２１ｃ，２３ｃ、第１モニタ３１、第２モニタ３３及びイオン源１８に制御信号を送受信可能に有線または無線にて接続されている。制御装置３５は、中央処理装置を備え、中央処理装置は、ハードウェア構成としてＣＰＵ、ＲＡＭ，ＲＯＭなどを有し、機能的構成として制御部、演算部及び記憶部を有する。さらに、制御装置３５は、陽子ビームＢ１，Ｂ２の指定電流量などの情報やデータを取り込むための入力装置、第１モニタ３１や第２モニタ３３で測定された電流量を出力するモニタなどの出力装置等を備えている。

制御装置３５は、イオン源１８からの負イオンＰの供給量を制御可能であり、また、第１フォイルストリッパー２１のフォイル駆動部２１ｃを駆動制御してフォイル２１ｂの進退量を制御可能であり、更に、第２フォイルストリッパー２３のフォイル駆動部２３ｃを駆動制御してフォイル２３ｂの進退量を制御可能である。制御装置３５は、これらの複合的な制御によって第１取出ポート２５から取り出される陽子ビームＢ１の電流量を制御し、また、第２取出ポート２７から取り出される陽子ビームＢ２の電流量を制御する。

具体的には、第２フォイルストリッパー２３のフォイル２３ｂが定位置に保持されている場合には、負イオンＰの周回軌道Ｋ上に第１フォイルストリッパー２１のフォイル２１ｂが深く進入すればするほど、第１取出ポート２５から出力される陽子ビームＢ１の電流量は増加する。逆に、第１フォイルストリッパー２１のフォイル２１ｂが定位置に保持されている場合には、負イオンＰの周回軌道Ｋ上に第２フォイルストリッパー２３のフォイル２３ｂが深く進入すればするほど、第２取出ポート２７から出力される陽子ビームＢ２の電流量は増加する。

また、第１取出ポート２５または第２取出ポート２７から取り出される陽子ビームＢ１，Ｂ２の電流量は、イオン源１８から供給される負イオンＰの供給量にも依存しており、第１フォイルストリッパー２１及び第２フォイルストリッパー２３の各フォイル２１ｂ，２３ｂが定位置で保持されているならば、イオン源１８から供給される負イオンＰの供給量が増えるほど、第１取出ポート２５又は第２取出ポート２７から取り出される陽子ビームＢ１，Ｂ２の電流量は増加する。

さらに、イオン源１８から供給される負イオンＰの供給量が一定の場合には、第１取出ポート２５から取り出される陽子ビームＢ１の電流量が増加すれば、第２取出ポート２７から取り出される陽子ビームＢ２の電流量は減少し、逆に、第２取出ポート２７から取り出される陽子ビームＢ２の電流量が増加すれば、第１取出ポート２５から取り出される陽子ビームＢ１の電流量は減少する。

本実施形態に係る放射線治療はホウ素中性子捕捉治療（以下、「ＢＮＣＴ」）を想定しており、第１取出ポート２５から取り出された陽子ビームＢ１は、ＢＮＣＴのための中性子発生装置（放射線治療装置）７に供給される。ＢＮＣＴは、患者の腫瘍細胞に取り込まれたホウ素１０Ｂに中性子を照射し、ホウ素１０Ｂと中性子とを核反応させて強力な粒子線（アルファ線、７Ｌｉ粒子）を生じさせ、この粒子線によって正常細胞にあまりダメージを与えずに腫瘍細胞だけを選択的に破壊する治療法である。

中性子発生装置７は、中性子の発生源となるターゲット７ａと、ターゲット７ａに陽子ビームＢ１を照射する照射部７ｂとを備えており、このターゲット７ａに陽子ビームＢ１が照射されて中性子が発生する。中性子の発生のためには、陽子ビームＢ１の電流量として１ｍＡ程度が必要であり、第１取出ポート２５から取り出される陽子ビームＢ１の電流量は、制御装置３５によって１ｍＡ程度になるように調整される。

第２取出ポート２７から取り出された陽子ビームＢ２は、放射性同位元素（以下「ＲＩ」と称する）を製造するＲＩ製造装置１１に供給される。ＲＩ製造装置１１は、陽子ビームＢ２を導入してターゲット１１ａに陽子ビームＢ２を照射することでＲＩを製造する照射部１１ｂ等を備えている。ＲＩ製造装置１１で製造されたＲＩはホットラボ内の合成装置３７に供給され、合成装置３７によって合成されて放射性同位元素標識化合物（以下、「ＲＩ化合物」という）となる。ＲＩ化合物としては、ＳＰＥＣＴ（シングルフォトン・エミッションＣＴ）に利用されるものや、ＰＥＴ（ポジトロン放出断層撮影）に利用されるものがある。なお、ＳＰＥＣＴでは、γ（ガンマ）線を放出するＲＩ化合物を利用し、ＰＥＴではポジトロン（陽電子）を放出するＲＩ化合物を利用する。また、ＳＰＥＣＴに利用されるＲＩ化合物を合成する場合には、固体状またはガス状のターゲットが用いられ、ＰＥＴに利用されるＲＩ化合物を合成する場合には、液体状またはガス状のターゲットが用いられる。

ＳＰＥＣＴに利用されるＲＩ化合物を合成するためには、サイクロトロン３から取り出される陽子ビームＢ２の電流量として０．５ｍＡ程度が必要であり、ＰＥＴに利用されるＲＩ化合物を合成するためには、サイクロトロン３から取り出される陽子ビームＢ２の電流量として０．１ｍＡ程度が必要である。第２取出ポート２７から取り出される陽子ビームＢ２の電流量は、オペレータの入力操作に応じて制御装置３５が作動し、合成するＲＩ化合物に応じて調整する。

次に、粒子加速システム１Ａにおけるサイクロトロン３の第１の制御方法について、図５を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、フォイル２１ｂ，２３ｂの進退量を調整するためにフォイル２１ｂ，２３ｂを進入させるとは、周回する負イオンの中心側、具体的には、磁極１３の中心側にフォイル２１ｂ，２３ｂを近づけることを意味し、フォイル２１ｂ，２３ｂを後退させるとは、磁極１３の中心側からフォイル２１ｂ，２３ｂを遠ざけることを意味する。

ＳＰＥＣＴに利用されるＲＩ化合物を合成する際には、例えば、２０時間程度の長時間にわたって陽子ビームＢ２を継続的に取り出す必要がある。一方で、ＢＮＣＴの場合には、実際の治療に合わせて、数十分程度の短時間の陽子ビームＢ１の取り出しを複数回行う必要がある。そこで、第１の制御方法では、第２取出ポート２７から取り出される陽子ビームＢ２の電流量を０．５ｍＡに保ってＲＩ化合物の合成を行いながら、必要に応じて、中性子生成用の陽子ビームＢ１の電流量（２ｍＡ）となるように、第１取出ポート２５から陽子ビームＢ１の取り出しを行う。

第１の制御方法の場合、制御装置３５は、イオン源１８から所望の負イオンＰを供給させ、第２フォイルストリッパー２３のフォイル駆動部２３ｃを制御して、所定の位置となるようにフォイル２３ｂの進退量を調整する。ここで、制御装置３５は、第１フォイルストリッパー２１のフォイル２１ｂについては、負イオンＰの周回軌道Ｋから外れるように退避させておく。その結果、第１取出ポート２５からは陽子ビームＢ１は取り出されず、第２取出ポート２７のみから電流量が０．５ｍＡの陽子ビームＢ２が取り出される。図５のｔ１は、第２取出ポート２７のみから電流量が０．５ｍＡの陽子ビームＢ２が取り出されている時間帯を示している。

次に、ＢＮＣＴを行う場合には、制御装置３５は、イオン源１８から供給される負イオンの供給量を増加させ、さらに、第１フォイルストリッパー２１のフォイル駆動部２１ｃを制御してフォイル２１ｂを進入させ、電流量が２ｍＡとなる陽子ビームＰが第１取出ポート２５から取り出されるように制御する。この場合、第２フォイルストリッパー２３のフォイル２３ｂの位置が変わらないと、イオン源１８からの負イオンＰの供給量の増加に伴って第２取出ポート２７から取り出される陽子ビームＢ２の電流量も増加してしまう。そこで、第２フォイルストリッパー２３のフォイル２３ｂを後退させて第２取出ポート２７から取り出される陽子ビームＢ２の電流量を０．５ｍＡに保持する。図５のｔ２は、第２取出ポート２７から電流量が０．５ｍＡの陽子ビームＢ２が取り出され、第１取出ポート２５から電流量が２ｍＡの陽子ビームＢ１が取り出されている時間帯を示している。

ＢＮＣＴは、数十分の中性子の照射（ｔ２の時間帯）と照射停止（ｔ１の時間帯）とを交互に繰り返す形で複数回行われる。この照射停止のタイミングにおいて制御装置３５は、イオン源１８から供給される負イオンＰの供給量を減少させると共に、第１フォイルストリッパー２１のフォイル２１ｂを退避させ、さらに、第２フォイルストリッパー２３のフォイル２３ｂの位置を微調整して第２取出ポート２７から取り出される陽子ビームＢ２の電流量を０．５ｍＡに保持する。

粒子加速システム１Ａは、第１の制御方法を実施できるので、第２取出ポート２７から取り出されるＲＩ製造用の陽子ビームＢ２の電流量を一定に保ってＲＩ化合物の製造を行いながら、第１取出ポート２５からは、必要に応じてＢＮＣＴ用の陽子ビームＢ１の取り出しを行うことが可能になり、稼働率の向上に有利である。

次に、粒子加速システム１Ａにおけるサイクロトロン３の第２の制御方法について説明する。第２の制御方法において制御装置３５は、イオン源１８から供給される負イオンＰの供給量を定量、例えば、上限となる量に保持しておき、第１フォイルストリッパー２１のフォイル２１ｂの進退量及び第２フォイルストリッパー２３のフォイルの進退量２３ｂの少なくとも一方を制御するようにして、第１取出ポート２５から取り出される陽子ビームＢ１の電流量及び第２取出ポート２７から取り出される陽子ビームＢ２の電流量を制御する。

粒子加速システム１Ａは、第２の制御方法を実施できるので、例えば、イオン源１８から供給される負イオンＰの供給量が上限（一定）であっても、第１取出ポート２５から取り出される陽子ビームＢ１の電流量を減少させることで、第２取出ポート２７から取り出される陽子ビームＢ２の電流量を増加させることができ、結果として、所望の電流量の陽子ビームＢ１，Ｂ２を取り出し易くなって稼働率の向上に有利である。

次に、粒子加速システム１Ａにおけるサイクロトロン３の第３の制御方法について説明する。第３の制御方法では、例えば、第２取出ポート２７から陽子ビームＢ２を取り出さずに、第１取出ポート２５のみから電流量が２ｍＡの陽子ビームＢ１を取り出すように制御する。この場合、制御装置３５は、イオン源１８から所望量の負イオンＰを供給させ、さらに、第２フォイルストリッパー２３のフォイル２３ｂを負イオンＰの周回軌道Ｋから退避させておき、逆に、第１フォイルストリッパー２１のフォイル２１ｂを負イオンＰの周回軌道Ｋ上に進入させて所定位置で保持し、第１取出ポート２５のみから電流量が２ｍＡの陽子ビームＢ１を取り出すように制御する。

次に、粒子加速システム１Ａにおけるサイクロトロン３の第４の制御方法について説明する。第４の制御方法では、第１フォイルストリッパー２１のフォイル２１ｂ及び第２フォイルストリッパー２３のフォイル２３ｂの位置を定位置に保持しておき、イオン源１８から供給される負イオンＰの供給量を増減させることによって、第１取出ポート２５から取り出される陽子ビームＢ１の電流量及び第２取出ポート２７から取り出される陽子ビームＢ２の電流量を制御する。

粒子加速器３及び粒子加速システム１Ａによれば、制御装置３５が、第１フォイルストリッパー２１の進退量、第２フォイルストリッパー２３の進退量及びイオン源１８による負イオンＰの供給量の少なくともいずれか一つを制御することで、第１取出ポート２５及び第２取出ポート２７の少なくとも一方から取り出される陽子ビームＢ１，Ｂ２の電流量を制御できる。従って、ＢＮＣＴなどの放射線治療用の陽子ビームＢ１及びＲＩ製造用の陽子ビームＢ２の一方または両方に適した電流量の陽子ビームＢ１，Ｂ２を第１取出ポート２５または第２取出ポート２７から取り出すことが可能になる。その結果として、一台のサイクロトロン３によって放射線治療用及びＲＩ製造用の各用途に応じた電流量の陽子ビームＢ１，Ｂ２を取り出すことが可能となり、その結果として、稼働率の向上を図り易くなる。

さらに、本実施形態に係るサイクロトロン３では、第１フォイルストリッパー２１及び第２フォイルストリッパー２３の少なくとも一方のフォイル２１ｂ，２３ｂの進退量を変化させることで、第１取出ポート２５または第２取出ポート２７から取り出される陽子ビームＢ１，Ｂ２の電流量の振り分けを調整できる。しかしながら、放射線治療用及びＲＩ製造用の各用途に適した陽子ビームＢ１，Ｂ２の電流量の差が大きくなるほど、振り分けのためのフォイル２１ｂ，２３ｂの進退量の調整が難しくなり、特に、フォイル２１ｂ，２３ｂの進退量の範囲は、例えば、１ｍｍ程度と非常に小さいために、その中での調整は非常に難しい。ここで、ＢＮＣＴ以外の通常の放射線治療用の陽子ビームＢ１で必要となる電流量と、ＲＩ製造用の陽子ビームＢ２で必要となる電流量との比は、１／１０００：１程度であり、電流量同士の差は非常に大きい。一方で、ＢＮＣＴ（ホウ素中性子捕捉治療）で必要となる陽子ビームＢ１の電流量と、ＲＩ製造用の陽子ビームの電流量との比は、２〜４：１程度であり、上記の電流量の差にくらべて極めて小さい。従って、放射線治療がＢＮＣＴである本実施形態によれば、フォイル２１ｂ，２３ｂの進退量の微調整によって第１取出ポート２５及び第１取出ポート２５から取り出される電流量の振り分けが容易になり、制御し易くなる。
（第２実施形態）

次に、図６を参照して第２実施形態に係る粒子加速システムについて説明する。図６は、第２実施形態に係る粒子加速システムの概略的な全体構成を示す説明図である。なお、第２実施形態に係る粒子加速システム１Ｂに関して第１実施形態に係る粒子加速システム１Ａと同様の構成及び要素については、同一の符号を付して詳細説明は省略する。

図６に示されるように、粒子加速システム１Ｂは、サイクロトロン（粒子加速器）３と、サイクロトロン３にビーム管５を介して接続された中性子発生装置（放射線治療装置）７と、サイクロトロン３にビーム管９を介して接続されたＲＩ製造装置５５，５７と、を備えている。サイクロトロン３、中性子発生装置７及びＲＩ製造装置５５，５７は、それぞれ放射線を遮蔽するシールドＳ内に配置されている。

ビーム管９のＲＩ製造装置５５，５７側の端部には、陽子ビームＢ２の進路を切り替えるための切り替え用電磁石５１が設けられている。切り替え用電磁石５１は、制御装置３５に制御信号を送受信可能に接続されている。切り替え用電磁石５１を介してビーム管９は二方向に分岐されており、一方のビーム管５３ａはＲＩ製造装置５５に接続され、他方のビーム管５３ｂはＲＩ製造装置５７に接続されている。ＲＩ製造装置５５とＲＩ製造装置５７とは同一の構成からなり、陽子ビームＢ２が照射されて放射化されるターゲット５５ａ，５７ａ及びターゲット５５ａ，５７ａに陽子ビームを照射する照射部５５ｂ，５７ｂを備えている。

本実施形態に係るＲＩ製造装置５５，５７は、同一のＲＩ化合物を製造することを想定しており、一方側でのＲＩ化合物の製造が終了すると、制御装置３５が切り替え用電磁石５１を切り替えて陽子ビームＢ２の進路を変更させ、他方側でのＲＩ化合物の製造を開始させる。なお、ＲＩ製造装置５５及び合成装置５９で製造されるＲＩ化合物とＲＩ製造装置５７及び合成装置６１で製造されるＲＩ化合物とを別のものにしてもよく、例えばＲＩ製造装置５５及び合成装置５９ではＳＰＥＣＴ用のＲＩ化合物を製造し、ＲＩ製造装置５７及び合成装置６１ではＰＥＴ用のＲＩ化合物を製造するようにしてもよい。この場合には、サイクロトロン３の制御装置３５は、ＲＩ製造装置５５またはＲＩ製造装置５７に導入される陽子ビームＢ２の電流量を、各ＲＩ化合物に応じて調整する。

以上、本発明を第１及び第２実施形態に係る粒子加速システムを例に説明したが、本発明は、上記の各実施形態のみに限定されるものではない。例えば、粒子加速器としては、サイクロトロンに限定されず、シンクロトロンなどであってもよい。粒子としては水素の負イオンに限定されず、他のイオンであってもよい。また、加速粒子としては、陽子に限定されず、重陽子等であってもよい。

１Ａ，１Ｂ…粒子加速システム、３…サイクロトロン（粒子加速器）、７…中性子発生装置（放射線治療装置）、１１，５９，６１…ＲＩ製造装置、１８…イオン源（粒子供給部）、２１ｂ…第１フォイルストリッパーのフォイル（第１の軌道変更部）、２３ｂ…第２フォイルストリッパーのフォイル（第２の軌道変更部）、２５…第１取出ポート（第１の取出口）、２７…第２取出ポート（第２の取出口）、３５…制御装置（制御部）、Ｂ１，Ｂ２…陽子ビーム（加速粒子）、Ｋ…負イオンの周回軌道、Ｐ…負イオン（粒子）。

Claims (5)

1. 粒子を周回させながら加速して加速粒子を生成する粒子加速器を備えた粒子加速システムにおいて、
   放射線治療用の前記加速粒子を前記粒子加速器から取り出すために設けられた第１の取出口と、
   ＲＩ製造用の前記加速粒子を前記粒子加速器から取り出すための第２の取出口と、
   前記粒子加速器内を周回する前記粒子の周回軌道に交差するように進退自在であると共に、周回する前記加速粒子を前記各取出口に誘導する軌道変更部と、
   前記粒子を前記粒子加速器に供給する粒子供給部と、
   前記軌道変更部の進退量及び前記粒子供給部による前記粒子の供給量の少なくとも一方を制御して前記各取出口から取り出される前記加速粒子の電流量を制御する制御部と、を備え、
   前記放射線治療は中性子捕捉治療であることを特徴とする粒子加速システム。
2. 前記制御部は、前記第２の取出口から取り出される前記加速粒子の電流量を一定に保ちながら、前記第１の取出口から取り出される前記加速粒子の電流量を増加または減少させることを特徴とする請求項１記載の粒子加速システム。
3. 前記制御部は、前記粒子供給部による前記粒子の供給量を一定に保ちながら、前記第１の取出口及び前記第２の取出口の少なくとも一方から取り出される前記加速粒子の電流量を増加または減少させることを特徴とする請求項１記載の粒子加速システム。
4. 前記放射線治療はホウ素中性子捕捉治療であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の粒子加速システム。
5. 前記第１の取出口から取り出された前記加速粒子を用いて放射線治療を行う放射線治療装置と、
   前記第２の取出口から取り出された前記加速粒子を用いてＲＩ化合物を製造するＲＩ製造装置と、を更に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の粒子加速システム。

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