JP6605221B2 - 中性子捕捉療法装置 - Google Patents

Description

本発明は、中性子捕捉療法装置に関する。

従来、中性子線を照射してがん細胞を死滅させる中性子捕捉療法で用いられる装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載された中性子捕捉療法装置は、荷電粒子線を出射する加速器２と、荷電粒子線が照射されることで中性子線を発生させるターゲット５と、を備えている。この中性子捕捉療法装置は、加速器の中に設けられた電子ストリッパー７にて加速器から出射される荷電粒子線の強度（電流値）を測定している。

国際公開ＷＯ２００７／０９３９６５号明細書

上記特許文献１に記載の中性子捕捉療法装置では、加速器２の内部に設けられた電子ストリッパー７にて、加速器２から出射される荷電粒子線の電流値を測定している。しかしながら、加速器２の出口からターゲット５との間で荷電粒子線の電流値が低下する場合があり、上記特許文献１に記載の中性子捕捉療法装置では当該減少を検知することが出来ない。この場合、予め定めた線量の荷電粒子線がターゲット５に照射されず、予め定めた量の中性子線が発生しない可能性がある。従って、治療計画に従って中性子線を被照射体に照射できない可能性がある。

そこで本発明は、荷電粒子線の輸送中にロスが生じた場合に適切な治療を行うことができる中性子捕捉療法装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る中性子捕捉療法装置は、荷電粒子線を出射する加速器と、荷電粒子線の照射を受けて中性子線を生成する中性子線生成部と、加速器から出射された荷電粒子線を中性子線生成部へ輸送するビーム輸送ラインと、荷電粒子線の電流を測定する第１の電流測定部と、第１の電流測定部よりも下流側で荷電粒子線の電流を測定する第２の電流測定部と、第１の電流測定部で測定された第１の電流値及び第２の電流測定部で測定された第２の電流値に基づいて加速器を制御する制御部と、を備え、制御部は、第１の電流値と第２の電流値との間の差分が、予め設定された閾値よりも大きい場合、加速器からの荷電粒子線の出射を制御する。

本発明に係る中性子捕捉療法装置は、荷電粒子線の電流を測定する第１の電流測定部と、第１の電流測定部よりも下流側で荷電粒子線の電流を測定する第２の電流測定部と、を備える。このような構成によれば、第２の電流測定部と第１の電流測定部との間で荷電粒子線の電流値の低下が生じた場合、第１の電流値と第２の電流値との間で差分が生じる。従って、当該差分が閾値よりも大きい場合に、制御部が加速器からの荷電粒子線の出射を制御することで、荷電粒子線の電流値の低下に応じた適切な制御を行うことができる。以上により、荷電粒子線の輸送中に電流値の低下が生じた場合に適切な治療を行うことができる。

また、本発明に係る中性子捕捉療法装置において、制御部は、第１の電流値と第２の電流値との間の差分が、予め設定された閾値よりも大きい場合、加速器からの荷電粒子線の出射を停止してよい。これによって、荷電粒子線の電流値の低下が生じた場合に、治療自体を中断することができる。これによって、ビーム輸送ラインを構成する部材の放射化を低減し、ビーム輸送ラインを構成する部材の劣化を抑制できる。

また、本発明に係る中性子捕捉療法装置において、第１の電流測定部は、ビーム輸送ラインの中で最も上流側に設けられた電磁石よりも上流側に設けられてよい。荷電粒子線の電流値の低下は、電磁石の不具合等によって生じる可能性がある。従って、第１の電流測定部が、ビーム輸送ラインの中で最も上流側に設けられた電磁石よりも上流側に設けられることで、ビーム輸送ラインの中の全ての電磁石の影響を監視することができるため、荷電粒子線の電流値の低下の検出の確実性を向上できる。

また、本発明に係る中性子捕捉療法装置において、加速器は、負イオンを加速するものであり、加速された負イオンから電子を剥ぎ取って陽イオンへ変換する剥ぎ取り部を備え、第１の電流測定部は、剥ぎ取り部によって構成されてよい。これによって、ビーム輸送ラインよりも上流側である加速器内での荷電粒子線の電流値を測定することができる。これによって、荷電粒子線の電流値の低下の検出の確実性を向上できる。

本発明によれば、荷電粒子線の輸送中に電流値の低下が生じた場合に適切な治療を行うことができる中性子捕捉療法装置を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る中性子捕捉療法装置のブロック構成を示す概略構成図である。 図２は、本実施形態に係る中性子捕捉療法装置の主要部を簡略化して示した概略構成図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明に係る中性子捕捉療法装置の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

まず、図１を用いて、本実施形態に係る中性子捕捉療法装置の概要を説明する。図１は、本実施形態に係る中性子捕捉療法装置のブロック構成を示す概略構成図である。本実施形態に係る中性子捕捉療法装置は、例えば、ホウ素中性子捕捉療法を用いたがん治療を行う中性子捕捉療法装置である。図１に示すように、中性子捕捉療法装置１は、ホウ素（^１０Ｂ）が投与された患者等の被照射体４０へ中性子線Ｎを照射する。中性子捕捉療法装置１は、加速器１０と、中性子線生成部３６と、ビーム輸送ライン４８と、第１の電流測定部１１、第２の電流測定部３２と、制御部１００と、を備えている。

加速器１０は、荷電粒子を加速して、荷電粒子線Ｐとして出射する加速器である。本実施形態では、加速器１０としてサイクロトロンが採用されている。加速器１０は、例えば、ビーム半径４０ｍｍ、６０ｋＷ（＝３０ＭｅＶ×２ｍＡ）の荷電粒子線Ｐを生成する能力を有している。なお、加速器１０として、サイクロトロンに代えて、シンクロトロン、シンクロサイクロトロン又はライナック等の他の加速器を用いてもよい。

本実施形態では、加速器１０は、負イオンを加速するものであり、加速された負イオンから電子を剥ぎ取って陽イオンへ変換するフォイルストリッパ（剥ぎ取り部）９を備えている。フォイルストリッパ９で電子を剥ぎ取られて負イオンから変換された陽イオンは、荷電粒子線Ｐとして加速器１０の外へ出射される。第１の電流測定部１１は、フォイルストリッパ９によって構成されている。フォイルストリッパ９は、剥ぎ取った電子から電流値を測定することができるため、当該電流値を第１の電流値として制御部１００へ出力する。

加速器１０から出射された荷電粒子線Ｐは、ビーム輸送ライン４８を通過する。ビーム輸送ライン４８は真空となっている。ビーム輸送ライン４８には、水平型ステアリング１２、４方向スリット１４、水平垂直型ステアリング１６、四重極電磁石１８，１９，２０、９０度偏向電磁石２２、四重極電磁石２４、水平垂直型ステアリング２６、四重極電磁石２８、４方向スリット３０、第２の電流測定部３２、荷電粒子線走査部３４が上流側から下流側へ向かって順に設けられている。従って、荷電粒子線Ｐは、水平型ステアリング１２、４方向スリット１４、水平垂直型ステアリング１６、四重極電磁石１８，１９，２０、９０度偏向電磁石２２、四重極電磁石２４、水平垂直型ステアリング２６、四重極電磁石２８、４方向スリット３０、第２の電流測定部３２、荷電粒子線走査部３４を順次に通過し、中性子線生成部３６に導かれる。この荷電粒子線Ｐは、中性子線生成部３６においてターゲットＴに照射され、これにより、中性子線Ｎが発生する。中性子線Ｎは、治療台３８上の被照射体４０へ照射される。

なお、加速器１０中のフォイルストリッパ９によって構成される第１の電流測定部１１は、ビーム輸送ライン４８の中で最も上流側に設けられた電磁石（ここでは、水平型ステアリング１２）よりも、荷電粒子線Ｐのビーム輸送方向に対する上流側に設けられる。

水平型ステアリング１２、水平垂直型ステアリング１６，２６は、例えば電磁石を用いて荷電粒子線Ｐのビームの発散を抑制するものである。同様に、四重極電磁石１８，１９，２０，２４，２８は、例えば電磁石を用いて荷電粒子線Ｐのビーム軸調整を行うものである。４方向スリット１４，３０は、端のビームを切ることにより、荷電粒子線Ｐのビーム整形を行うものである。

９０度偏向電磁石２２は、荷電粒子線Ｐの進行方向を９０度偏向するものである。なお、９０度偏向電磁石２２には、切替部４２が設けられており、切替部４２によって荷電粒子線Ｐを正規の軌道から外してビームダンプ４４に導くことが可能になっている。ビームダンプ４４は、治療前などにおいて荷電粒子線Ｐの出力確認を行う。なお、ビーム輸送ライン４８は、このような構成に限定されない。例えば、各電磁石（の一部）を省略してもよく、ビームダンプ４４を省略してもよい。また、ビーム輸送ラインをＬ字状ではなく直線状やＹ字状としてもよい。

第２の電流測定部３２は、ターゲットＴに照射される荷電粒子線Ｐの電流値（つまり、電荷，照射線量率）をリアルタイムで測定するものである。第２の電流測定部３２は、荷電粒子線Ｐに接触することなく電流測定可能な非破壊型（非接触型）のＤＣＣＴ（DC Current Transformer）を用いてよい。この第２の電流測定部３２は、測定した電流値を第２の電流値として制御部１００へ出力する。

制御部１００は、中性子捕捉療法装置１全体の動作の制御を行う機能を有しており、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等により構成されている。また、制御部１００は、第１の電流測定部１１で測定された第１の電流値及び第２の電流測定部３２で測定された第２の電流値に基づいて加速器１０を制御する。

荷電粒子線走査部３４は、荷電粒子線Ｐを走査し、ターゲットＴに対する荷電粒子線Ｐの照射制御を行うものである。ここでの荷電粒子線走査部３４は、例えば、荷電粒子線ＰのターゲットＴに対する照射位置や、荷電粒子線Ｐのビーム径等を制御する。荷電粒子線走査部３４によって、荷電粒子線Ｐがウォブリング動作をすることにより、又は、荷電粒子線Ｐのビーム径が大きくされることにより、ターゲットＴ上での荷電粒子線Ｐの照射領域が広げられる。なお、ウォブリング動作とは、一定のビーム径の荷電粒子線Ｐのビーム軸を周期的に移動させ、この周期的な移動によってターゲットＴに対する荷電粒子線Ｐの照射面積を広げる動作をいう。

中性子線生成部３６は、荷電粒子線ＰをターゲットＴに照射することにより中性子線Ｎを発生させ、該中性子線Ｎをコリメータ（不図示）を介して出射する。中性子線生成部３６は、荷電粒子線Ｐを輸送するビーム輸送ライン４８の下流端部に配設されたターゲットＴを備えている。なお、中性子線生成部３６は、ターゲットＴで発生した中性子線Ｎを減速させる減速材と、これらを覆うように設けられた遮蔽体と、を含んで構成されてよい。

次に、制御部１００の動作について、図２を参照して詳細に説明する。図２は、本実施形態に係る中性子捕捉療法装置１の主要部を簡略化して示した概略構成図である。図２においては、水平型ステアリング１２、水平垂直型ステアリング１６、四重極電磁石１８，１９，２０、９０度偏向電磁石２２、四重極電磁石２４、水平垂直型ステアリング２６、四重極電磁石２８等は、電磁石４として示されている。

本実施形態では、制御部１００は、第１の電流測定部１１で測定された第１の電流値と第２の電流測定部３２との間の差分を演算する演算部５１と、当該差分と予め設定された所定の閾値とを比較する演算部５２と、を備えている。制御部１００は、演算部５１及び演算部５２の演算によって、第１の電流値と前記第２の電流値との間の差分が、予め設定された閾値よりも大きい場合、加速器１０からの荷電粒子線Ｐの出射を制御する。

具体的には、演算部５１は、第１の電流測定部１１と電気的に接続されており、当該第１の電流測定部１１から出力された第１の電流値を取得する。また、演算部５１は、第２の電流測定部３２と電気的に接続されており、当該第２の電流測定部３２から出力された第２の電流値を取得する。演算部５１は、第１の電流値と第２の電流値の差分を演算し、演算部５２へ出力する。ここで、荷電粒子線Ｐがビーム輸送ライン４８で輸送されている途中において、電流値の低下が発生した場合、第２の電流値が第１の電流値よりも低くなる。また、電流値の低下量が大きければ大きい程、第１の電流値の差分と第２の電流値の差分は大きくなる。なお、電流値の低下が発生する原因として、荷電粒子線Ｐの発散や走査により荷電粒子線Ｐの一部がビーム輸送ライン４８を構成する真空管の壁部に衝突して消滅すること等が挙げられる。

演算部５２は、演算部５１と電気的に接続されており、演算部５１から出力された電流値の差分を取得する。また、演算部５２は、メモリ等に電気的に接続されており、当該メモリ等に格納された閾値を取得する。演算部５２は、電流値の差分と、閾値とを比較する。演算部５１は、電流値差分が予め設定された閾値よりも大きい場合、加速器１０からの荷電粒子線Ｐの出射を制御する制御信号を当該加速器１０へ出力する。演算部５２は、電流値の差分が、予め設定された閾値よりも大きい場合、加速器１０からの荷電粒子線の出射を停止する制御信号を出力してよい。

ビーム輸送ライン４８での荷電粒子線Ｐの電流値の低下が発生する場合は、被照射体４０へ照射する中性子線Ｎの線量が低下する。従って、演算部５２は、荷電粒子線Ｐの電流値の低下を補うために、中性子線の照射時間が長くなるように、加速器１０の出射時間を長くする制御信号を出力してもよく、加速器１０のイオン源から出てくるイオンの量を増やす制御信号を出力してもよい。なお、閾値は適宜設定してよい。例えば、加速器１０から出射される荷電粒子線Ｐの電流値の設定値の２〜５％の間の値に設定してもよい。

次に、本実施形態に係る中性子捕捉療法装置１の作用・効果について説明する。

本実施形態に係る中性子捕捉療法装置１は、荷電粒子線Ｐの電流を測定する第１の電流測定部１１と、第１の電流測定部１１よりも下流側で荷電粒子線Ｐの電流を測定する第２の電流測定部３２と、を備える。このような構成によれば、第２の電流測定部３２と第１の電流測定部１１との間で荷電粒子線Ｐの電流値の低下が生じた場合、第１の電流値と第２の電流値との間で差分が生じる。従って、当該差分が閾値よりも大きい場合に、制御部１００が加速器１０からの荷電粒子線Ｐの出射を制御することで、荷電粒子線Ｐの電流値の低下に応じた適切な制御を行うことができる。以上により、荷電粒子線Ｐの輸送中に電流値の低下が生じた場合に適切な治療を行うことができる。

なお、第２の電流測定部３２のみで荷電粒子線Ｐの電流値の低下を検出しようとした場合、加速器１０（フォイルストリッパ９よりも下流側の部分）で電流値の低下が生じたのか（加速器１０に異常が生じたのか）、フォイルストリッパ９よりも下流側で電流値の低下が生じたのか（ビーム輸送ライン４８に異常が生じたのか）を把握することができない。従って、荷電粒子線Ｐの電流値の低下を検出し、治療を中断してメンテナンスを行う際、ビーム輸送ライン４８のみならず加速器１０自体の検査を行う必要が生じ、コストと手間が増加する。一方、本実施形態による中性子捕捉療法装置１によれば、少なくとも第１の電流測定部１１（ここではフォイルストリッパ９）と第２の電流測定部３２との間で荷電粒子線Ｐの電流値の低下が生じたことを検出することで、加速器１０とビーム輸送ライン４８とのどちらで異常が発生したかを把握できるため、メンテナンスの手間を大幅に低減できる。

また、本実施形態に係る中性子捕捉療法装置１において、制御部１００は、第１の電流値と第２の電流値との間の差分が、予め設定された閾値よりも大きい場合、加速器１０からの荷電粒子線Ｐの出射を停止する。これによって、荷電粒子線Ｐの電流値の低下が生じた場合に、治療自体を中断することができる。これによって、ビーム輸送ラインを構成する部材の放射化を低減し、ビーム輸送ラインを構成する部材の劣化を抑制できる。

また、本実施形態に係る中性子捕捉療法装置１において、第１の電流測定部１１は、ビーム輸送ライン４８の中で最も上流側に設けられた電磁石４よりも上流側に設けられている。荷電粒子線Ｐの電流値の低下は、電磁石４の不具合等によって生じる可能性がある。従って、第１の電流測定部１１が、ビーム輸送ライン４８の中で最も上流側に設けられた電磁石４よりも上流側に設けられることで、ビーム輸送ライン４８の中の全ての電磁石４の影響を監視することができるため、荷電粒子線Ｐの電流値の低下の検出の確実性を向上できる。

また、本実施形態に係る中性子捕捉療法装置１において、加速器１０は、負イオンを加速するものであり、加速された負イオンから電子を剥ぎ取って陽イオンへ変換するフォイルストリッパ９を備えている。また、第１の電流測定部１１は、フォイルストリッパ９によって構成されている。これによって、ビーム輸送ライン４８よりも上流側である加速器１０内での荷電粒子線Ｐの電流値を測定することができる。また、加速器１０から出射される荷電粒子線Ｐの電流値を測定するための部品を新たに追加せずに、既存のフォイルストリッパ９を流用できるため、装置構成が複雑となることを抑制することができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、第１の電流測定部は、フォイルストリッパによって構成されていなくてもよく、別途電流モニタ等を設けてもよい。また、第２の電流測定部よりも上流側に設けられる第１の電流測定部を複数設けてもよい。これによって、ビーム輸送ラインのどの位置で電流値の低下が大きく生じたかを把握することができる。

１…中性子捕捉療法装置、１０…加速器、１１…第１の電流測定部、３２…第２の電流測定部、４８…ビーム輸送ライン、１００…制御部、Ｔ…ターゲット。

Claims (4)

1. 荷電粒子線を出射する加速器と、
   前記荷電粒子線の照射を受けて中性子線を生成する中性子線生成部と、
   前記加速器から出射された前記荷電粒子線を前記中性子線生成部へ輸送するビーム輸送ラインと、
   前記荷電粒子線の電流を測定する第１の電流測定部と、
   前記第１の電流測定部よりも下流側で前記荷電粒子線の電流を測定する第２の電流測定部と、
   前記第１の電流測定部で測定された第１の電流値及び前記第２の電流測定部で測定された第２の電流値に基づいて前記加速器を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記第１の電流値と前記第２の電流値との間の差分が、予め設定された閾値よりも大きい場合、前記中性子線の照射時間が予め設定された照射時間よりも長くなるように、前記加速器の出射時間を予め設定された出射時間よりも長くする制御信号を出力する、中性子捕捉療法装置。
2. 荷電粒子線を出射する加速器と、
   前記荷電粒子線の照射を受けて中性子線を生成する中性子線生成部と、
   前記加速器から出射された前記荷電粒子線を前記中性子線生成部へ輸送するビーム輸送ラインと、
   前記荷電粒子線の電流を測定する第１の電流測定部と、
   前記第１の電流測定部よりも下流側で前記荷電粒子線の電流を測定する第２の電流測定部と、
   前記第１の電流測定部で測定された第１の電流値及び前記第２の電流測定部で測定された第２の電流値に基づいて前記加速器を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記第１の電流値と前記第２の電流値との間の差分が、予め設定された閾値よりも大きい場合、前記加速器のイオン源から出てくるイオンの量を増やす制御信号を出力する、中性子捕捉療法装置。
3. 前記第１の電流測定部は、前記ビーム輸送ラインの中で最も上流側に設けられた電磁石よりも上流側に設けられる、請求項１又は２に記載の中性子捕捉療法装置。
4. 前記加速器は、負イオンを加速するものであり、加速された前記負イオンから電子を剥ぎ取って陽イオンへ変換する剥ぎ取り部を備え、
   前記第１の電流測定部は、前記剥ぎ取り部によって構成される、請求項１〜３の何れか一項に記載の中性子捕捉療法装置。
   

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