JP6380938B2 - サイクロトロン制御装置、サイクロトロン、サイクロトロン制御プログラムおよび放射性薬剤の製造方法 - Google Patents
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供給制御部12は、イオン源20から加速器30に供給される重荷電粒子Pの供給量を増減調整する制御手段である。供給制御部12は、重荷電粒子Pの供給量を、ごく少量の初期量AC0から第一設定量AC1に至るまで増大させ、更にこの第一設定量AC1よりも多い第二設定量AC2に至るまで増大させる制御を行う。
出力モニタ部14は、後述するトランスミッション値TRなどに例示される指標値を測定または演算により取得する手段である。指標値は、ビーム取出部40で軌道変更される重荷電粒子ビームPBの量を示すビーム電流値EPRと、出射された重荷電粒子ビームPBがターゲット34に衝突して発生するターゲット電流値TGと、の乖離度合いを示すパラメータであり、詳細には後述する。以下、単に「乖離度合い」と表記する場合は、ビーム電流値EPRとターゲット電流値TGとが乖離している度合いを表す。出力モニタ部14は、少なくとも重荷電粒子ビームPBの供給量が第一設定量AC1に至った時点で指標値を取得する。
照射状態判定部16は、出力モニタ部14が取得した指標値を第一閾値と比較して上記の乖離度合いを判定する手段である。
本実施形態のサイクロトロン制御装置10においては、供給制御部12が、照射状態判定部16により乖離度合いが所定以上であると上記のように判定された場合に、重荷電粒子Pの供給量の増大を抑制することを特徴とする。
陰イオン加速型のサイクロトロン100の特徴として、ビーム取出部40は、重荷電粒子ビームPBを衝突させて重荷電粒子Pから電子を捕捉するストリッパフォイル42を備えている。ストリッパフォイル42は炭素製の薄膜などで構成されている。
加速器30で加速された負水素イオン(H−)を、ストリッパフォイル42を通過させることで負水素イオンから電子が剥ぎ取られて瞬時に陽イオン(H+)に変換される。このため、重荷電粒子ビームPBに負荷されるローレンツ力の向きが瞬時に反転して、重荷電粒子ビームPBは加速器30の磁場から外向きの力を受けて軌道変更され、ビーム管32に取り出される。
ビーム電流値EPRは、ストリッパフォイル42で捕捉される電子の量を示している。
メイン電磁石50は、磁極51、コイル56および直流電源58で構成されている。コイル56は磁極51の周囲に巻き付けられており、また直流電源58が接続されてマグネット電流IMが印加される。直流電源58にはサイクロトロン制御装置10が信号接続されている。
磁極51は、厚さが小さい谷領域51aと、この谷領域51aよりも厚さ大きい山領域51bとが各複数箇所、周回状に交互に繰り返して形成されている。谷領域51aは山領域51bよりも磁束密度が低い領域となる。これにより重荷電粒子ビームPBの収束が良好になる。図1では、便宜上、山領域51bにハッチングを付している。高周波電極52は、磁極51の谷領域51aに対応する位置に配置されている。メイン電磁石50にマグネット電流IMを印加することで一様な磁場環境が形成される。磁場の向きは図1における紙面前後方向である。サイクロトロン制御装置10は、メイン電磁石に印加するマグネット電流を制御するマグネット電流制御部(図示せず)の機能を有している。マグネット電流制御部は、ユーザーの操作に基づいて可変に設定された設定値に対応するマグネット電流を、直流電源58よりメイン電磁石50に印加させる。
高周波電極52には高周波電源54が接続されて高周波信号が供給される。高周波電源54の周波数は重荷電粒子ビームPBの回転周期と同期するように設定される。メイン電磁石50が形成する一様な磁場環境下で高周波電源54が周期的な電場を形成することで重荷電粒子Pは周回運動しながら連続して加速される。
コリメータ44の各ステージはサイクロトロン制御装置10とそれぞれ信号接続されており、各ステージでのコリメータ損失の量を示す情報(コリメータ電流値)はサイクロトロン制御装置10に送信される。
また、サイクロトロン制御装置10の機能としては、図2に示すように供給制御部12、出力モニタ部14および照射状態判定部16のほか、演算処理部や記憶部を備えている。
ビーム電流値表示部63は、ビーム取出部40から送信されたビーム電流値EPRを表示する。本実施形態のサイクロトロン100は一対のビーム取出部40を備えており、各ビーム取出部40から送信されたビーム電流値EPRを、表示画面DPではEPR1およびEPR2として個別に表示する。
コリメータ電流値表示部64は、一対のビーム取出部40から取り出された重荷電粒子ビームPBがそれぞれ通過するコリメータ44で損失した電流値を表示する。コリメータ電流値表示部64は、プローブコリメータ44aでのコリメータ電流値を取得して表示するPCL1およびPCL2、バッファコリメータ44bでのコリメータ電流値を取得して表示するBF1およびBF2、ターゲットコリメータ44cでのコリメータ電流値を取得して表示するTCL1およびTCL2を含んで構成されている。
ターゲット電流値表示部65は、一対のビーム管32にそれぞれ入射した重荷電粒子ビームPBがターゲット34に衝突して発生するターゲット電流値TGを、TG1およびTG2として表示する。
図3に示す例では、トランスミッション値TR1=87/113=0.77であり、トランスミッション値TR2=100/123=0.81である。
指標値としてトランスミッション値TRを用い、これが所定以下である場合にサイクロトロン制御装置10の供給制御部12が重荷電粒子Pの量を抑制する。これにより、コリメータ44または外部にビームが集中的に照射されてサイクロトロン100が損傷したり、所望のターゲット電流値TGを得るために過剰なビーム電流値EPRを発生させてサイクロトロン100に過負荷を与えたりすることを回避できる。
具体的には、指標値(ビーム差分値)=ビーム電流値EPR1−プローブコリメータ電流値PCL1−バッファコリメータ電流値BF1−ターゲットコリメータ電流値TCL1−ターゲット電流値TG1とすることができる。上式においてEPR1、PCL1、BF1、TCL1、TG1に代えて、EPR2、PCL2、BF2、TCL2、TG2を用いてもよい。
サイクロトロン制御装置10のプログラムは、第一供給処理(第一供給ステップST10)と判定処理(判定ステップST16)と第二供給処理(第二供給ステップST18)をサイクロトロン100に実行させる。
第一供給処理(第一供給ステップST10)では、供給制御部12は、イオン源20から加速器30に供給される重荷電粒子Pの供給量を第一設定量AC1に至るまで増大させる。
判定処理(判定ステップST16)では、照射状態判定部16は、ビーム電流値EPRとターゲット電流値TGとの乖離度合いを示す指標値を、少なくとも重荷電粒子Pの供給量が第一設定量AC1に至った時点で取得し、そして取得された指標値を第一閾値と比較することにより乖離度合いを判定する。
第二供給処理(第二供給ステップST18)では、供給制御部12は、判定処理で乖離度合いが所定以上であると判定された場合(判定ステップST16:NO)には、重荷電粒子Pの供給量の増大を抑制し、また判定処理で乖離度合いが所定未満であると判定された場合(判定ステップST16:YES)には、重荷電粒子Pの供給量を、第一設定量AC1よりも多い第二設定量AC2に至るまで増大させる。
第一供給ステップST10と第二供給ステップST18における増大速度(すなわち図5のグラフの傾き)は互いに等しくてもよく、または異なってもよい。また、図5では初期量AC0が非零の所定値として図示されているが、これに限られず、重荷電粒子Pの初期量AC0は実質的に零でもよい。
供給制御部12は、重荷電粒子Pの単位時間あたりの供給量(すなわちアーク電流値)が第一設定量AC1未満である間(ステップST14:NO)、フィラメント電流値を漸増して第一供給ステップST10を継続する。
このほかイオン供給口26から加速空間31に供給される重荷電粒子Pの量を測定する手段を設け、この測定手段による測定値を出力モニタ部14は取得して重荷電粒子Pの供給量が第一設定量AC1に到達したことを判定してもよい。
ステップST32の後、出力モニタ部14はビーム電流値EPRおよびターゲット電流値TGを改めて取得してトランスミッション値TRを更新する。照射状態判定部16は、更新されたトランスミッション値TRを第一閾値と大小判定する。この結果、指標値であるトランスミッション値TRが第一閾値以上となり乖離度合いが所定未満になったと判定された場合(ステップST34:YES)、供給制御部12は第二供給ステップST18を実行する。
一方、ステップST32の各種調整を行なってもトランスミッション値TRが第一閾値以上とならず乖離度合いが所定以上のままである場合(ステップST34:NO)は、図5に破線で示すように、重荷電粒子Pの供給および重荷電粒子ビームPBの照射を停止するとよい。
第二供給ステップST18では、フィラメント24に印加するフィラメント電流を更に漸増することで、重荷電粒子Pの供給量を第一設定量AC1から増大させる(ステップST19)。出力モニタ部14は重荷電粒子Pの供給量が十分な値となるまで(ステップST20:NO)、これを繰り返す。サイクロトロン制御装置10は、重荷電粒子Pの供給量が第二設定量AC2に到達すると第二供給ステップST18を終了し、第三供給ステップST22を実行する。
特に本実施形態のサイクロトロン制御装置10を搭載したサイクロトロン100によれば上記のように長時間に亘って重荷電粒子ビームPBをターゲット34に連続照射することができ、放射性薬剤を大量生産することができる。すなわち本実施形態のサイクロトロン制御装置10によれば以下の放射性薬剤の製造方法(以下、本方法と呼称する場合がある)が提供される。
本方法は、第一供給ステップST10および判定ステップST16を含む。
第一供給ステップST10では、イオン源20から加速器30に供給される重荷電粒子Pの供給量を第一設定量AC1に至るまで増大させる。
判定ステップST16では、ビーム取出部40で軌道変更される重荷電粒子ビームPBの量を示すビーム電流値EPRと、出射された重荷電粒子ビームPBがターゲット34に衝突して発生するターゲット電流値TGと、の乖離度合いを示す指標値を、少なくとも供給量が第一設定量AC1に至った時点(ステップST14)で取得する。そして、取得された指標値を第一閾値と比較することにより乖離度合いを判定する。
本方法においては、判定ステップST16で乖離度合いが所定以上であると判定された場合(判定ステップST16:NO)には供給量の増大を抑制する(ステップST30)。一方、判定ステップST16で乖離度合いが所定未満であると判定された場合(判定ステップST16:YES)には第二供給ステップST18を行う。第二供給ステップST18では、図5に示すように、重荷電粒子Pの供給量を、第一設定量AC1よりも多い第二設定量AC2に至るまで増大させる。
これにより、重荷電粒子ビームPBの照射開始からビーム出力が安定するまでの間にサイクロトロン100に過度の負担をかけることなく、放射性薬剤を製造することができる。
(1)イオン源から供給される重荷電粒子を磁場環境下で周回させながら加速して重荷電粒子ビームとする加速器と、前記重荷電粒子ビームを軌道変更して前記加速器から取り出してターゲットに向けて出射するビーム取出部と、を備えるサイクロトロンのための制御装置であって、前記イオン源から前記加速器に供給される前記重荷電粒子の供給量を、第一設定量に至るまで増大させ、更に前記第一設定量よりも多い第二設定量に至るまで増大させる制御を行う供給制御手段と、前記ビーム取出部で軌道変更される前記重荷電粒子ビームの量を示すビーム電流値と、出射された前記重荷電粒子ビームが前記ターゲットに衝突して発生するターゲット電流値と、の乖離度合いを示す指標値を、少なくとも前記供給量が前記第一設定量に至った時点で取得する出力モニタ手段と、前記出力モニタ手段が取得した前記指標値を第一閾値と比較して前記乖離度合いを判定する照射状態判定手段と、を備え、前記供給制御手段が、前記照射状態判定手段により前記乖離度合いが所定以上であると判定された場合に、前記供給量の増大を抑制することを特徴とするサイクロトロン制御装置。
(2)前記供給制御手段は、前記重荷電粒子の前記供給量を第一設定量に至るまで増大させる第一供給ステップと、前記第一供給ステップの後に実行されて前記供給量を前記第二設定量に至るまで更に増大させる第二供給ステップと、第二供給ステップの後に実行されて前記供給量を前記第二設定量にて維持する第三供給ステップと、を実行し、前記照射状態判定手段は、少なくとも前記第一供給ステップの終了時に前記乖離度合いを判定し、前記供給制御手段は、前記照射状態判定手段により前記乖離度合いが所定以上であると判定された場合には前記供給量を前記第一設定量で維持し、前記照射状態判定手段により前記乖離度合いが所定未満であると判定された場合には前記第二供給ステップを実行する上記(1)に記載のサイクロトロン制御装置。
(3)前記第一設定量が前記第二設定量の50%未満である上記(2)に記載のサイクロトロン制御装置。
(4)前記第二供給ステップの実行中に、前記出力モニタ手段は前記ターゲット電流値を第二閾値と比較し、前記供給制御手段は、前記出力モニタ手段の比較結果に基づいて前記第二供給ステップを終了して前記第三供給ステップを実行する上記(2)または(3)に記載のサイクロトロン制御装置。
(5)前記ビーム取出部が、前記重荷電粒子ビームを衝突させて前記重荷電粒子から電子を捕捉するストリッパフォイルを備え、前記ビーム電流値が、前記ストリッパフォイルで捕捉される電子の量を示す上記(1)から(4)のいずれか一項に記載のサイクロトロン制御装置。
(6)前記出力モニタ手段が取得する前記指標値が、前記ビーム電流値に対する前記ターゲット電流値の比率を示すトランスミッション値である上記(1)から(5)のいずれか一項に記載のサイクロトロン制御装置。
(7)イオン源と、前記イオン源から供給される重荷電粒子を磁場環境下で周回させながら加速して重荷電粒子ビームとする加速器と、前記重荷電粒子ビームを軌道変更して前記加速器から取り出してターゲットに向けて出射するビーム取出部と、上記(1)から(6)のいずれか一項に記載のサイクロトロン制御装置と、
を備えるサイクロトロン。
(8)イオン源から供給される重荷電粒子を磁場環境下で周回させながら加速して重荷電粒子ビームとする加速器と、前記重荷電粒子ビームを軌道変更して前記加速器から取り出してターゲットに向けて出射するビーム取出部と、を備えるサイクロトロンを制御するためのプログラムであって、前記プログラムが、前記イオン源から前記加速器に供給される前記重荷電粒子の供給量を第一設定量に至るまで増大させる第一供給処理と、前記ビーム取出部で軌道変更される前記重荷電粒子ビームの量を示すビーム電流値と、出射された前記重荷電粒子ビームが前記ターゲットに衝突して発生するターゲット電流値と、の乖離度合いを示す指標値を少なくとも前記供給量が前記第一設定量に至った時点で取得し、取得された前記指標値を第一閾値と比較することにより前記乖離度合いを判定する判定処理と、前記判定処理で前記乖離度合いが所定以上であると判定された場合に、前記供給量の増大を抑制し、前記判定処理で前記乖離度合いが所定未満であると判定された場合に、前記供給量を、前記第一設定量よりも多い第二設定量に至るまで増大させる第二供給処理を前記サイクロトロンに実行させることを特徴とするサイクロトロン制御プログラム。
(9)イオン源から供給される重荷電粒子を磁場環境下で周回させながら加速して重荷電粒子ビームとする加速器と、前記重荷電粒子ビームを軌道変更して前記加速器から取り出してターゲットに向けて出射するビーム取出部と、を備えるサイクロトロンを用いて放射性薬剤を製造する方法であって、前記イオン源から前記加速器に供給される前記重荷電粒子の供給量を第一設定量に至るまで増大させる第一供給ステップと、前記ビーム取出部で軌道変更される前記重荷電粒子ビームの量を示すビーム電流値と、出射された前記重荷電粒子ビームが前記ターゲットに衝突して発生するターゲット電流値と、の乖離度合いを示す指標値を少なくとも前記供給量が前記第一設定量に至った時点で取得し、取得された前記指標値を第一閾値と比較することにより前記乖離度合いを判定する判定ステップと、を含み、前記判定ステップで前記乖離度合いが所定以上であると判定された場合に、前記供給量の増大を抑制し、前記判定ステップで前記乖離度合いが所定未満であると判定された場合に、前記供給量を、前記第一設定量よりも多い第二設定量に至るまで増大させる第二供給ステップを行うことを特徴とする放射性薬剤の製造方法。
(10)第二供給ステップの後に実行されて前記供給量を前記第二設定量にて維持する第三供給ステップと、少なくとも前記第三供給ステップで供給された前記重荷電粒子を加速した前記重荷電粒子ビームを前記ターゲットに照射して放射性核種を生成するステップと、生成された放射性核種および標識前駆体化合物を用いて前記放射性薬剤を製造するステップと、を更に含む上記(9)に記載の放射性薬剤の製造方法。
12 供給制御部
14 出力モニタ部
16 照射状態判定部
20 イオン源
22 プラズマ生成部
24 フィラメント
25 引出電極
26 イオン供給口
30 加速器
31 加速空間
32 ビーム管
34 ターゲット
40 ビーム取出部
42 ストリッパフォイル
43 フォイル駆動部
44 コリメータ
44a プローブコリメータ
44b バッファコリメータ
44c ターゲットコリメータ
50 メイン電磁石
51 磁極
51a 谷領域
51b 山領域
52 高周波電極
54 高周波電源
56 コイル
58 直流電源
62 アーク電流表示部
63 ビーム電流値表示部
64 コリメータ電流値表示部
65 ターゲット電流値表示部
66 トランスミッション値表示部
67 真空度表示部
68 マグネット電流値表示部
69 高周波電圧値表示部
100 サイクロトロン
AC1 第一設定量
AC2 第二設定量
DP 表示画面
P 重荷電粒子
PB 重荷電粒子ビーム
TG ターゲット電流値
TR トランスミッション値
EPR ビーム電流値
Claims (10)
- イオン源から供給される重荷電粒子を磁場環境下で周回させながら加速して重荷電粒子ビームとする加速器と、前記重荷電粒子ビームを軌道変更して前記加速器から取り出してターゲットに向けて出射するビーム取出部と、を備えるサイクロトロンのための制御装置であって、
前記イオン源から前記加速器に供給される前記重荷電粒子の供給量を、第一設定量に至るまで増大させ、更に前記第一設定量よりも多い第二設定量に至るまで増大させる制御を行う供給制御手段と、
前記ビーム取出部で軌道変更される前記重荷電粒子ビームの量を示すビーム電流値と、出射された前記重荷電粒子ビームが前記ターゲットに衝突して発生するターゲット電流値と、の乖離度合いを示す指標値を、少なくとも前記供給量が前記第一設定量に至った時点で取得する出力モニタ手段と、
前記出力モニタ手段が取得した前記指標値を第一閾値と比較して前記乖離度合いを判定する照射状態判定手段と、を備え、
前記供給制御手段が、前記照射状態判定手段により前記乖離度合いが所定以上であると判定された場合に、前記供給量の増大を抑制することを特徴とするサイクロトロン制御装置。 - 前記供給制御手段は、前記重荷電粒子の前記供給量を第一設定量に至るまで増大させる第一供給ステップと、前記第一供給ステップの後に実行されて前記供給量を前記第二設定量に至るまで更に増大させる第二供給ステップと、第二供給ステップの後に実行されて前記供給量を前記第二設定量にて維持する第三供給ステップと、を実行し、
前記照射状態判定手段は、少なくとも前記第一供給ステップの終了時に前記乖離度合いを判定し、
前記供給制御手段は、
前記照射状態判定手段により前記乖離度合いが所定以上であると判定された場合には前記供給量を前記第一設定量で維持し、
前記照射状態判定手段により前記乖離度合いが所定未満であると判定された場合には前記第二供給ステップを実行する請求項1に記載のサイクロトロン制御装置。 - 前記第一設定量が前記第二設定量の50%未満である請求項2に記載のサイクロトロン制御装置。
- 前記第二供給ステップの実行中に、前記出力モニタ手段は前記ターゲット電流値を第二閾値と比較し、前記供給制御手段は、前記出力モニタ手段の比較結果に基づいて前記第二供給ステップを終了して前記第三供給ステップを実行する請求項2または3に記載のサイクロトロン制御装置。
- 前記ビーム取出部が、前記重荷電粒子ビームを衝突させて前記重荷電粒子から電子を捕捉するストリッパフォイルを備え、
前記ビーム電流値が、前記ストリッパフォイルで捕捉される電子の量を示す請求項1から4のいずれか一項に記載のサイクロトロン制御装置。 - 前記出力モニタ手段が取得する前記指標値が、前記ビーム電流値に対する前記ターゲット電流値の比率を示すトランスミッション値である請求項1から5のいずれか一項に記載のサイクロトロン制御装置。
- イオン源と、
前記イオン源から供給される重荷電粒子を磁場環境下で周回させながら加速して重荷電粒子ビームとする加速器と、
前記重荷電粒子ビームを軌道変更して前記加速器から取り出してターゲットに向けて出射するビーム取出部と、
請求項1から6のいずれか一項に記載のサイクロトロン制御装置と、
を備えるサイクロトロン。 - イオン源から供給される重荷電粒子を磁場環境下で周回させながら加速して重荷電粒子ビームとする加速器と、前記重荷電粒子ビームを軌道変更して前記加速器から取り出してターゲットに向けて出射するビーム取出部と、を備えるサイクロトロンを制御するためのプログラムであって、
前記プログラムが、
前記イオン源から前記加速器に供給される前記重荷電粒子の供給量を第一設定量に至るまで増大させる第一供給処理と、
前記ビーム取出部で軌道変更される前記重荷電粒子ビームの量を示すビーム電流値と、出射された前記重荷電粒子ビームが前記ターゲットに衝突して発生するターゲット電流値と、の乖離度合いを示す指標値を少なくとも前記供給量が前記第一設定量に至った時点で取得し、取得された前記指標値を第一閾値と比較することにより前記乖離度合いを判定する判定処理と、
前記判定処理で前記乖離度合いが所定以上であると判定された場合に、前記供給量の増大を抑制し、
前記判定処理で前記乖離度合いが所定未満であると判定された場合に、前記供給量を、前記第一設定量よりも多い第二設定量に至るまで増大させる第二供給処理を前記サイクロトロンに実行させることを特徴とするサイクロトロン制御プログラム。 - イオン源から供給される重荷電粒子を磁場環境下で周回させながら加速して重荷電粒子ビームとする加速器と、前記重荷電粒子ビームを軌道変更して前記加速器から取り出してターゲットに向けて出射するビーム取出部と、を備えるサイクロトロンを用いて放射性薬剤を製造する方法であって、
前記イオン源から前記加速器に供給される前記重荷電粒子の供給量を第一設定量に至るまで増大させる第一供給ステップと、
前記ビーム取出部で軌道変更される前記重荷電粒子ビームの量を示すビーム電流値と、出射された前記重荷電粒子ビームが前記ターゲットに衝突して発生するターゲット電流値と、の乖離度合いを示す指標値を少なくとも前記供給量が前記第一設定量に至った時点で取得し、取得された前記指標値を第一閾値と比較することにより前記乖離度合いを判定する判定ステップと、を含み、
前記判定ステップで前記乖離度合いが所定以上であると判定された場合に、前記供給量の増大を抑制し、
前記判定ステップで前記乖離度合いが所定未満であると判定された場合に、前記供給量を、前記第一設定量よりも多い第二設定量に至るまで増大させる第二供給ステップを行うことを特徴とする放射性薬剤の製造方法。 - 第二供給ステップの後に実行されて前記供給量を前記第二設定量にて維持する第三供給ステップと、
少なくとも前記第三供給ステップで供給された前記重荷電粒子を加速した前記重荷電粒子ビームを前記ターゲットに照射して放射性核種を生成するステップと、
生成された放射性核種および標識前駆体化合物を用いて前記放射性薬剤を製造するステップと、を更に含む請求項9に記載の放射性薬剤の製造方法。
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