KR20160103960A - 중성자 포착요법 장치, 및 중성자선의 측정방법 - Google Patents

중성자 포착요법 장치, 및 중성자선의 측정방법 Download PDF

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Abstract

중성자선량의 리얼타임 측정을 가능하게 함과 함께, 중성자선의 측정 정밀도의 저하를 억제시킨 중성자 포착요법 장치를 제공한다.
중성자선(N)을 검출하여 리얼타임으로 신호를 출력하는 신틸레이션 검출기(41), 및 신틸레이션 검출기(41)로부터 출력되는 신호를 보정계수(45)를 이용하여 중성자선량으로 변환하여 리얼타임으로 중성자선량을 출력하는 중성자선량 출력부(44)를 가지는 리얼타임 선량 출력부(40)와, 보정계수(45)를 설정하는 보정계수 설정부를 구비하고 있다. 보정계수 설정부는, 중성자선이 조사됨으로써 방사화된 금선으로부터 발생되는 감마선을 검출하는 감마선 검출부를 구비하고, 중성자선이 조사됨으로써 신틸레이션 검출기(41)로부터 출력되는 신호와, 감마선 검출부에 의하여 검출된 감마선에 근거하여 취득되는 중성자선의 선량에 근거하여 보정계수(45)를 수정한다.

Description

중성자 포착요법 장치, 및 중성자선의 측정방법{Device for neutron capture therapy and method for neutron ray measuring}
본 출원은, 2013년 5월 22일에 출원된 일본 특허출원 제2013-108339호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.
본 발명은, 중성자선을 피조사체에 조사하는 중성자 포착요법 장치, 및 중성자선의 측정방법에 관한 것이다.
중성자선의 조사에 의하여 암세포를 사멸시키는 중성자 포착요법으로서, 붕소 화합물을 이용한 붕소 중성자 포착요법(BNCT: Boron Neutron Capture Therapy)이 알려져 있다. 붕소 중성자 포착요법에서는, 붕소를 포함하는 약제를 환자에게 투여하여 암세포가 존재하는 부위에 붕소를 집적시키고, 이 붕소가 집적된 부위에 중성자선을 조사하여 암세포를 사멸시킨다.
이러한 중성자 포착요법에서 이용되는 중성자 포착요법 장치로서, 특허문헌 1에는, 조사대상을 향하여 중성자선을 출사하는 중성자 출사장치와, 중성자 출사장치로부터 출사된 중성자선을 조사대상까지 유도하는 진공도관과, 중성자선을 집속하여 중성자선의 지향성을 높이는 콜리메이터를 구비한 치료용 중성자 조사장치가 기재되어 있다. 특허문헌 1의 치료용 중성자 조사장치에서는, 조사대상에 중성자선의 시험 조사를 행하는 시험 조사공정이 행해지고, 이 시험 조사공정에서는, 조사대상에 시험적으로 중성자선의 조사를 행함과 함께 중성자선의 조사를 행하였을 때의 실제의 방사화(放射化)량을 측정한다. 구체적으로는, 조사대상에 있어서의 표적부위의 표면 및 심부에 중성자 측정용의 금선을 장착하고, 일정시간 중성자선의 조사를 행한 후에 금선을 빼냄과 함께, 금선의 방사화량을 측정함으로써, 시험 조사공정을 행한다.
선행기술문헌
(특허문헌)
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2004-233168호
상술한 바와 같이, 조사대상의 표적부위에 금선을 장착하고, 금선의 방사화량을 측정함으로써 조사된 중성자선의 측정을 행하는 경우, 일정시간 금선에 중성자선을 조사시키고, 그 후 방사화된 금선으로부터 중성자선의 선량을 측정해야 한다. 이와 같이, 사후적으로 중성자선의 선량을 측정해야 하기 때문에, 중성자선의 조사 중에는 중성자선의 선량을 측정할 수 없어, 중성자선량의 리얼타임 측정이 불가능하다는 과제가 있다.
또, 방사선을 받음으로써 발광하는 신틸레이션 검출기나, 방사선을 받음로써 전극간의 가스를 전리시켜 전류를 발생시키는 전리 상자를 이용한 경우에는, 중성자선을 받음으로써 신호가 출력되므로, 중성자선의 리얼타임 측정이 가능하다. 그러나, 신틸레이션 검출기에서는 중성자선의 조사에 따라 신틸레이터나 광파이버 등이 열화되어 중성자선의 검출 효율이 서서히 저하되어 버린다는 문제가 있다. 또, 전리 상자에서는 중성자선의 조사에 의한 전극간의 가스의 열화나, 가스 압력의 변화가 발생하였을 때에 중성자선의 검출 효율이 변화한다는 문제가 있다. 이와 같이 중성자선의 검출 효율이 변화하면, 실제로 조사된 중성자선의 양에 대한 신호 상태가 서서히 변화되어 버리므로, 중성자선의 측정 정밀도가 저하되는 문제를 발생시킨다.
이러한 문제를 감안하여, 본 발명은, 중성자선량의 리얼타임 측정을 가능하게 함과 함께, 중성자선의 측정 정밀도의 저하를 억제시킨 중성자 포착요법 장치, 및 중성자선의 측정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 중성자 포착요법 장치는, 중성자선을 피조사체에 조사하는 중성자 포착요법 장치로서, 중성자선을 발생시키는 중성자선 발생부와, 중성자선 발생부가 발생시킨 중성자선을 피조사체를 향하여 조사하는 중성자선 조사부와, 중성자선 조사부로부터 조사된 중성자선을 검출하여 리얼타임으로 신호를 출력하는 중성자선 검출부, 및 중성자선 검출부로부터 출력된 신호를 미리 설정된 변환조건을 이용하여 중성자선량으로 변환하여 리얼타임으로 중성자선량을 출력하는 중성자선량 출력부를 가지는 리얼타임 선량 출력부와, 변환조건을 설정하는 변환조건 설정부를 구비하고, 변환조건 설정부는, 중성자선이 조사됨으로써 방사화된 금속부재로부터 발생되는 감마선을 검출하는 감마선 검출부를 구비하며, 중성자선이 조사됨으로써 중성자선 검출부로부터 출력되는 신호와, 감마선 검출부에 의하여 검출된 감마선에 근거하여 취득되는 중성자선의 중성자선량에 근거하여 변환조건을 수정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 중성자 포착요법 장치에 의하면, 중성자선 조사부가 조사한 중성자선을 검출하여 중성자선 검출부가 리얼타임으로 신호를 출력하고, 이 신호를 중성자선량 출력부가 미리 설정된 변환조건을 이용하여 중성자선량으로 변환하여 리얼타임으로 중성자선량을 출력한다. 이와 같이, 중성자선 검출부 및 중성자선량 출력부를 가지는 리얼타임 선량 출력부를 구비함으로써, 중성자선을 조사하여 치료를 행하고 있을 때에는 중성자선량을 리얼타임으로 출력시킬 수 있다. 또, 변환조건 설정부는, 중성자선이 조사됨으로써 방사화된 금속부재로부터 발생되는 감마선을 검출하는 감마선 검출부를 구비하고, 중성자선을 검출하여 중성자선 검출부가 출력하는 신호와, 감마선 검출부에 의하여 검출된 감마선에 근거하여 취득되는 중성자선량에 근거하여 상기의 변환조건을 수정(갱신)한다. 따라서, 중성자선 검출부에 의한 신호와, 금속부재로부터 얻어지는 중성자선량을 이용하여 변환조건을 수정함으로써, 신호를 출력하는 중성자선 검출부의 검출 효율이 저하되어도, 수정된 변환조건으로 신호가 중성자선량으로 보정되므로, 실제로 조사된 중성자선량에 대한 측정된 중성자선량의 편차를 해소할 수 있다. 따라서, 신호를 수정된 변환조건으로 중성자선량으로 변환하여 출력함으로써, 중성자선의 측정 정밀도가 저하되는 사태를 회피할 수 있다.
또, 중성자선 검출부는, 중성자선이 조사됨으로써 신호로서 광신호를 발생시키는 신틸레이터(scintillator)여도 된다. 이와 같이 중성자선 검출부로서 신틸레이터를 이용함으로써, 중성자선 검출부의 소형화를 도모할 수 있다.
본 발명에 관한 중성자선의 측정방법은, 중성자선을 피조사체에 조사하는 중성자 포착요법 장치에 있어서의 중성자선의 측정방법으로서, 중성자선을 발생시키는 중성자선 발생 스텝과, 중성자선 발생 스텝에서 발생시킨 중성자선을 피조사체를 향하여 조사하는 제1 중성자선 조사 스텝과, 제1 중성자선 조사 스텝에서 조사된 중성자선을 검출함으로써 중성자선 검출부가 리얼타임으로 신호를 출력하고, 신호를 미리 설정된 변환조건을 이용하여 중성자선량으로 변환하여 리얼타임으로 중성자선량을 출력하는 리얼타임 선량 출력 스텝과, 변환조건을 설정하는 변환조건 설정 스텝을 구비하며, 변환조건 설정 스텝은, 중성자선 검출부와 금속부재에 중성자선을 조사하는 제2 중성자선 조사 스텝과, 제2 중성자선 조사 스텝에서 중성자선이 조사됨으로써 방사화된 금속부재로부터 발생되는 감마선을 검출하는 감마선 검출 스텝과, 중성자선이 조사됨으로써 중성자선 검출부로부터 출력되는 신호와, 감마선 검출 스텝에서 검출된 감마선에 근거하여 취득되는 중성자선의 중성자선량에 근거하여 변환조건을 수정하는 변환조건 산출 스텝을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 중성자선의 측정방법에 의하면, 중성자선을 검출하여 중성자선 검출부가 리얼타임으로 신호를 출력하고, 리얼타임 선량 출력 스텝에서 신호를 변환조건을 이용하여 중성자선량으로 변환한 후에, 이 중성자선량을 리얼타임으로 출력한다. 이와 같이 리얼타임으로 신호를 출력함과 함께 리얼타임으로 신호를 중성자선량으로 변환하므로, 중성자선을 조사하여 치료를 행하고 있을 때에는 중성자선량을 리얼타임으로 출력시킬 수 있다. 또, 변환조건 산출 스텝에서는, 중성자선을 검출하여 중성자선 검출부가 출력하는 신호와, 감마선 검출 스텝에서 금속부재로부터 검출된 감마선에 근거하여 취득되는 중성자선량에 근거하여 변환조건을 수정(갱신)한다. 이와 같이, 중성자선 검출부에 의하여 출력된 신호와 금속부재로부터 얻어지는 중성자선량을 이용하여 변환조건을 수정함으로써, 신호를 출력하는 중성자선 검출부의 검출 효율이 저하되어도, 수정된 변환조건으로 신호가 중성자선량으로 보정되므로, 실제로 조사된 중성자선량에 대한 측정된 중성자선량의 편차를 해소할 수 있다. 따라서, 신호를 수정된 변환조건으로 중성자선량으로 변환하여 출력함으로써, 중성자선의 측정 정밀도가 저하되는 사태를 회피할 수 있다.
본 발명에 의하면, 중성자선량의 리얼타임 측정을 가능하게 함과 함께, 중성자선의 측정 정밀도의 저하를 억제시킬 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 관한 중성자 포착요법 장치의 배치를 나타내는 도이다.
도 2는 도 1의 중성자 포착요법 장치에 있어서의 중성자선 조사부 근방을 나타내는 도이다.
도 3은 도 1의 중성자 포착요법 장치에 있어서의 중성자선의 측정을 설명하는 도이다.
도 4는 신틸레이션 검출기를 나타내는 도이다.
도 5는 도 1의 중성자 포착요법 장치에 있어서의 변환조건 설정 처리를 설명하는 도이다.
도 6은 도 1의 중성자 포착요법 장치에 있어서의 변환조건 설정 처리를 설명하는 도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 관한 중성자 포착요법 장치 및 중성자선의 측정방법의 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다.
*도 1 및 도 2에 나타나는 바와 같이, 붕소 중성자 포착요법을 이용한 암치료를 행하는 중성자 포착요법 장치(1)는, 붕소(10B)가 투여된 환자(피조사체)(S)의 붕소가 집적된 부위에 중성자선을 조사하여 암치료를 행하는 장치이다. 중성자 포착요법 장치(1)는, 치료대(3)에 구속된 환자(S)에게 중성자선(N)을 조사하여 환자(S)의 암치료를 행하는 조사실(2)을 가지고 있고, 조사실(2) 내에는 환자(S)를 촬영하기 위한 카메라(4)가 배치되어 있다. 이 카메라(4)는, 예를 들면 CCD 카메라이다.
환자(S)를 치료대(3)에 구속하는 등의 준비작업은, 조사실(2) 외의 준비실(도시하지 않음)에서 실시되고, 환자(S)가 구속된 치료대(3)가 준비실로부터 조사실(2)로 이동된다. 또, 중성자 포착요법 장치(1)는, 치료용의 중성자선(N)을 발생시키는 중성자선 발생부(10)와, 조사실(2) 내에서 치료대(3)에 구속된 환자(S)에게 중성자선(N)을 조사시키는 중성자선 조사부(20)를 구비하고 있다.
중성자선 발생부(10)는, 하전 입자선(L)을 만들어 내는 사이클로트론(11)과, 사이클로트론(11)이 만들어 낸 하전 입자선(L)을 수송하는 빔수송로(12)와, 하전 입자선(L)을 주사하여 타겟(T)에 대한 하전 입자선(L)의 조사 제어를 행하는 하전 입자선 주사부(13)와, 타겟(T)을 구비하고 있다. 사이클로트론(11) 및 빔수송로(12)는, 대략 직사각형상을 이루는 하전 입자선 생성실(14)의 실내에 배치되어 있고, 이 하전 입자선 생성실(14)은, 콘크리트제의 차폐벽(W)으로 덮인 폐쇄 공간이다. 또, 하전 입자선 주사부(13)는, 하전 입자선(L)의 타겟(T)에 대한 조사 위치를 제어한다.
사이클로트론(11)은, 양자 등의 하전 입자를 가속하여 양자선 등의 하전 입자선(L)을 생성하는 가속기이다. 이 사이클로트론(11)은, 예를 들면, 빔 반경이 40mm이며, 60kW(=30MeV×2mA)의 하전 입자선(L)을 생성하는 능력을 가지고 있다. 다만, 사이클로트론(11) 대신에, 싱크로트론, 싱크로사이클로트론 또는 라이낙 등의 다른 가속기를 이용하여도 된다.
빔수송로(12)의 일단은, 사이클로트론(11)에 접속되어 있다. 빔수송로(12)는, 하전 입자선(L)을 조정하는 빔 조정부(15)를 구비하고 있다. 빔 조정부(15)는, 하전 입자선(L)의 축을 조정하는 수평형 스티어링 및 수평 수직형 스티어링과, 하전 입자선(L)의 발산을 억제하는 사중극전자석과, 하전 입자선(L)을 정형하는 4방향 슬릿 등을 가지고 있다. 다만, 빔수송로(12)는 하전 입자선(L)을 수송하는 기능을 가지고 있으면 되고, 빔 조정부(15)는 없어도 된다.
빔수송로(12)에 의하여 수송된 하전 입자선(L)은, 하전 입자선 주사부(13)에 의하여 조사 위치가 제어되어 타겟(T)에 조사된다. 다만, 하전 입자선 주사부(13)를 생략하여, 항상 타겟(T)의 동일한 개소에 하전 입자선(L)을 조사하도록 하여도 된다. 타겟(T)은, 하전 입자선(L)이 조사됨으로써 중성자선(N)을 발생시킨다. 타겟(T)은, 예를 들면, 베릴륨(Be), 리튬(Li), 탄탈(Ta) 또는 텅스텐(W)으로 구성되어 있고, 직경 160mm의 원판형상을 이루고 있다. 타겟(T)이 발생시킨 중성자선(N)은, 중성자선 조사부(20)에 의하여 조사실(2) 내의 환자(S)를 향하여 조사된다.
중성자선 조사부(20)는, 타겟(T)으로부터 출사된 중성자선(N)을 감속하는 감속재(21)와, 중성자선(N) 및 감마선 등의 방사선이 외부로 방출되지 않도록 차폐하는 차폐체(22)를 구비하고 있으며, 이 감속재(21)와 차폐체(22)로 모더레이터가 구성되어 있다.
감속재(21)는 예를 들면 상이한 복수의 재료로 이루어지는 적층 구조로 되어 있고, 감속재(21)의 재료는 하전 입자선(L)의 에너지 등의 제반 조건에 따라 적절히 선택된다. 구체적으로는, 예를 들면 사이클로트론(11)으로부터의 출력이 30MeV인 양자선이며 타겟(T)으로서 베릴륨 타겟을 이용하는 경우에는, 감속재(21)의 재료는 납, 철, 알루미늄 또는 불화칼슘으로 할 수 있다. 또, 사이클로트론(11)으로부터의 출력이 11MeV인 양자선이며 타겟(T)으로서 베릴륨 타겟을 이용하는 경우에는, 감속재(21)의 재료는 중수(D2O) 또는 불화납으로 할 수 있다.
차폐체(22)는, 감속재(21)를 둘러싸도록 마련되어 있고, 중성자선(N), 및 중성자선(N)의 발생에 따라 발생한 감마선 등의 방사선이 차폐체(22)의 외부로 방출되지 않도록 차폐하는 기능을 가진다. 차폐체(22)는, 하전 입자선 생성실(14)과 조사실(2)을 가로막는 벽(W1)에 적어도 그 일부가 매립되어 있다. 또, 조사실(2)과 차폐체(22)와의 사이에는, 조사실(2)의 측벽면의 일부를 이루는 벽체(23)가 마련되어 있다. 벽체(23)에는, 중성자선(N)의 출력구가 되는 콜리메이터 장착부(23a)가 마련되어 있다. 이 콜리메이터 장착부(23a)에는, 중성자선(N)의 조사범위를 규정하기 위한 콜리메이터(31)가 고정되어 있다.
이상의 중성자선 조사부(20)에서는, 하전 입자선(L)이 타겟(T)에 조사되고, 이에 따라 타겟(T)이 중성자선(N)을 발생시킨다. 타겟(T)에 의하여 발생된 중성자선(N)은, 감속재(21) 내를 통과하고 있을 때에 감속되고, 감속재(21)로부터 출사된 중성자선(N)은, 콜리메이터(31)를 통과하여 치료대(3) 상의 환자(S)에게 조사된다. 여기에서, 중성자선(N)으로서는, 비교적 에너지가 낮은 열중성자선 또는 열외 중성자선을 이용할 수 있다.
치료대(3)는, 중성자 포착요법에서 이용되는 재치대로서 기능하고, 환자(S)를 소정의 자세로 구속함과 함께, 자세를 구속한 채로 준비실(도시하지 않음)로부터 조사실(2)로 이동 가능하게 되어 있다. 치료대(3)는, 치료대(3)의 토대를 구성하는 토대부(32)와, 토대부(32)를 바닥면 상에서 이동 가능하게 하는 캐스터(33)와, 환자(S)를 재치하기 위한 천판(34)과, 천판(34)을 토대부(32)에 대하여 상대적으로 이동시키기 위한 로봇 암(35)을 구비하고 있다.
토대부(32)는, 직육면체 형상의 기초부(32a)와, 기초부(32a)의 상부에 위치하여 로봇 암(35)을 지지하는 직육면체 형상의 지지부(32b)를 구비하고 있다. 평면에서 볼때 지지부(32b)는 기초부(32a)의 내부에 들어가 있고, 지지부(32b)의 상면에 로봇 암(35)이 고정되어 있다. 캐스터(33)는, 기초부(32a)의 하부에 4개 장착되어 있다. 여기에서, 캐스터(33)에 대하여 모터 등의 구동력을 부여하도록 하여도 되고, 이 경우 캐스터(33)를 용이하게 바닥면 상에서 전동시킬 수 있으므로 수평 방향으로의 치료대(3)의 이동이 용이해진다.
로봇 암(35)은, 천판(34)을 토대부(32)에 대하여 상대적으로 이동시키기 위한 것이며, 천판(34) 위에 구속된 환자(S)를 콜리메이터(31)에 대하여 상대 이동 가능하게 되어 있다. 천판(34)은, 평면에서 볼 때 대략 직사각형상으로 되어 있고, 천판(34)의 길이방향의 길이는, 환자(S)가 천판(34) 위에 누울 수 있는 길이(예를 들면 2m)로 되어 있다. 천판(34)은, 로봇 암(35)이 이동 및 회전함으로써 토대부(32)에 대한 위치를 삼차원적으로 조정 가능하게 되어 있다. 또, 천판(34)에는, 환자(S)를 천판(34) 상에서 구속하기 위한 구속구(도시하지 않음)가 마련되어 있다.
천판(34) 상에서 구속된 환자(S)에 대해서는, 콜리메이터(31)의 개구(31a)를 통과한 중성자선(N)이 조사된다. 콜리메이터(31)는, 예를 들면 대략 직육면체 형상으로 되어 있고, 그 중앙부에 중성자선(N)의 조사 범위를 규정하기 위한 개구(31a)를 가지고 있다. 콜리메이터(31)의 외형 형상은 벽체(23)에 있어서의 콜리메이터 장착부(23a)의 내면 형상에 대응하고 있고, 콜리메이터(31)는 벽체(23)의 콜리메이터 장착부(23a)에 끼워진 상태로 고정되어 있다.
그런데, 도 3에 나타내는 바와 같이, 중성자 포착요법 장치(1)에서는, 환자(S)에게 중성자선(N)의 조사를 행함과 동시에, 조사실(2)과 별실의 모니터링 룸(5)에 있어서의 컴퓨터(50)의 디스플레이(51)에 중성자선(N)의 중성자선량이 리얼타임으로 출력된다. 여기에서, 중성자선 조사부(20)로부터 조사되는 중성자선 중, 일부가 신틸레이션 검출기(중성자선 검출부)(41)에 조사되고, 다른 일부가 환자(S)에게 조사된다. 도 4에 나타나는 신틸레이션 검출기(41)의 신틸레이터(41a)는 예를 들면 환자(S)의 머리부에 부착된다. 신틸레이터(41a)는, 신틸레이터(41a)에 입사된 중성자선을 빛으로 변환하는 형광체이며, 입사된 중성자선의 선량에 따라 내부 결정이 여기상태가 되어 신틸레이션광을 발생시킨다.
신틸레이션 검출기(41)는, 상기의 신틸레이터(41a)와, 신틸레이터(41a)로부터의 빛을 전달하는 라이트 가이드(41b)와, 라이트 가이드(41b)에 의하여 전달된 빛을 광전변환하여 전기신호(E)를 출력하는 광검출기(41c)를 구비하고 있다. 라이트 가이드(41b)는, 예를 들면, 플렉시블한 광파이버의 다발로 구성되어 있고, 신틸레이터(41a)에서 발생된 빛을 광검출기(41c)에 전달시킨다. 라이트 가이드(41b)는, 예를 들면, 조사실(2)로부터 모니터링 룸(5)에까지 뻗어 있고 모니터링 룸(5) 내의 광검출기(41c)에 접속되어 있다. 광검출기(41c)는, 라이트 가이드(41b)로부터의 빛을 검출함과 함께 전기신호를 펄스신호로서 신호처리회로(42)에 출력한다. 광검출기(41c)로서는, 예를 들면 광전관이나 광전자 증배관 등을 이용할 수 있다.
신호처리회로(42)는, 신틸레이션 검출기(41)로부터의 펄스신호를 정형하여 중성자선 측정부(43)에 출력하는 기능과 노이즈 제거 기능을 가지고 있고, 예를 들면 모니터링 룸(5) 내의 컴퓨터(50)에 인접하는 위치에 배치되어 있다. 중성자선 측정부(43)는, 컴퓨터(50) 내부의 소프트웨어이며, 신호처리회로(42)로부터 받은 펄스신호의 펄스를 계수하여 신틸레이터(41a)에 조사된 중성자선(N)의 양을 리얼타임으로 측정한다.
여기에서, 중성자선 측정부(43)는, 중성자선(N)의 양을, 신틸레이션 검출기(41)가 단위시간당 출력한 신호의 수(계수율)로서 측정한다. 즉, 중성자선 측정부(43)는, 신틸레이션 검출기(41)의 신호에 관한 데이터(이하, 신호 데이터라고 함)를 측정하고, 측정한 신틸레이션 검출기(41)의 신호 데이터를 중성자선량 출력부(44)에 출력한다. 이상의 신틸레이션 검출기(41), 신호처리회로(42), 중성자선 측정부(43) 및 중성자선량 출력부(44)에 의하여 리얼타임 선량 출력부(40)가 구성되어 있다.
또, 신틸레이션 검출기(41)는, 중성자선(N)의 조사 횟수의 증가에 따라 라이트 가이드(41b)의 광파이버 등이 열화되어, 중성자선(N)의 검출 효율이 저하된다. 이와 같이 중성자선(N)의 검출 효율이 저하되면, 실제로 신틸레이션 검출기(41)에 조사된 중성자선(N)의 양에 대한 신틸레이션 검출기(41)로부터의 신호 데이터가 서서히 변화되어 버리므로, 중성자선(N)의 측정 정밀도가 저하되는 문제를 발생시킨다.
또, 중성자선(N)의 측정방법으로서는, 예를 들면 환자(S)의 머리부에 금선을 장착하고, 이 금선의 방사화량을 측정함으로써 조사된 중성자선(N)의 양을 측정하는 방법도 있다. 이와 같이, 금선의 방사화량을 측정하여 중성자선(N)의 양을 측정하는 방법은, 중성자장을 어지럽히기 어려운 방법임과 함께, 금선으로부터 나오는 감마선의 양을 측정함으로써 중성자선량을 확실히 검출할 수 있다. 그러나, 이 방법은, 금선의 방사화에 시간을 필요로 함과 함께, 중성자선(N)의 조사 중에는 중성자선(N)의 양을 측정하지 못하여 리얼타임 측정이 불가능하다는 문제가 있다. 또한, 사후적으로 금선의 방사화량으로부터 중성자선(N)의 선량의 총량을 산출하므로, 선량의 총량을 조사 시간으로 제산함으로써 단위시간당의 선량의 평균치는 산출할 수 있지만, 소정 시간마다의 선량의 변화는 산출할 수 없다는 문제도 있다.
따라서, 상술한 각 문제를 해소하기 위하여, 중성자 포착요법 장치(1)에서는, 리얼타임 선량 출력부(40)가 중성자선량을 리얼타임으로 출력 가능하게 되어 있다. 또, 중성자 포착요법 장치(1)를 이용한 중성자선(N)의 측정방법은, 중성자선량을 리얼타임으로 출력하는 리얼타임 선량 출력 스텝을 가진다. 즉, 리얼타임 선량 출력부(40)의 중성자선량 출력부(44)는, 중성자선 측정부(43)로부터 신틸레이션 검출기(41)의 신호 데이터를 받으면, 그 신호 데이터를 미리 설정된 보정계수(45)로 중성자선(N)의 중성자선량으로 변환하여, 리얼타임으로 중성자선(N)의 선량을 출력한다.
보정계수(45)는, 신틸레이션 검출기(41)의 신호를 환자(S)에게 조사되는 중성자선(N)의 선량으로 변환하기 위한 변환조건으로서 기능하는 것이며, 신틸레이션 검출기(41)의 신호 데이터와 환자(S)에게 조사되는 중성자선(N)의 선량과의 관계를 나타내고 있다. 이 보정계수(45)는, 치료를 행하기 전의 교정작업(변환조건 설정 스텝)에서 미리 설정된다. 여기에서 “치료를 행하기 전”이란, 각 치료 이전인 것을 나타내고 있다. 다만, 각 치료 이전이 아니라 소정의 치료 횟수마다 교정을 행하여도 되고, 또는 소정 시간 경과 후에 교정을 행하여도 된다. 이하에서는, 이 교정작업과, 중성자선(N)을 이용하여 환자(S)를 치료할 때에 있어서의 중성자선(N)의 측정방법에 대하여 설명한다.
교정작업은, 예를 들면 환자(S)가 조사실(2) 내에 존재하지 않을 때에 행해진다. 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 교정작업에서는, 보정계수 설정부(변환조건 설정부)(60)가 치료 전에 보정계수(45)를 설정한다. 보정계수 설정부(60)는, 금(Au)의 가는 선인 금선(금속부재)(61)과, 감마선을 검출하는 감마선 검출기(감마선 검출부)(62)와, 감마선 검출기(62)로부터의 신호를 처리하는 신호 처리 회로(63)와, 중성자선(N)의 선량을 측정하는 중성자선량 측정부(64)와, 보정계수(45)를 산출하는 보정계수 산출부(변환조건 산출부)(65)를 구비하고 있다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 신틸레이션 검출기(41)는, 예를 들면 환자(S)의 머리부가 위치하는 개소에 배치되고, 이 신틸레이션 검출기(41)에 근접하여 금선(61)이 배치된다. 여기에서, 신틸레이션 검출기(41)와 금선(61)은, 콜리메이터(31)의 개구(31a)에 대한 위치 및 방향이 동일해지도록 배치된다. 이러한 조건하에서 신틸레이션 검출기(41) 및 금선(61)에 일정시간(예를 들면 10분) 중성자선(N)을 조사한다(제2 중성자선 조사 스텝). 신틸레이션 검출기(41)에 일정시간 중성자선(N)이 조사되면, 중성자선 측정부(43)가 리얼타임으로 신틸레이션 검출기(41)의 신호 데이터를 측정한다.
또, 도 6에 나타내는 바와 같이, 일정시간 중성자선(N)이 조사된 후에, 신틸레이션 검출기(41) 및 금선(61)에 대한 중성자선(N)의 조사가 정지된다. 그리고, 중성자선(N)의 조사에 의하여 방사화된 금선(61)은, 조사실(2)로부터 반출됨과 함께 예를 들면 모니터링 룸(5) 내의 홀더에 배치된다. 금선(61)을 홀더에 배치한 후는, 감마선 검출기(62), 신호처리회로(63), 중성자선량 측정부(64) 및 보정계수 산출부(65)에 의하여 보정계수(45)가 산출된다. 이 보정계수(45)의 산출 처리는, 금선(61)이 배치된 후에 컴퓨터(50)가 조작됨으로써 자동적으로 행해진다.
감마선 검출기(62)는, 방사화된 금선(61)으로부터 발생한 감마선을 검출한다(감마선 검출 스텝). 여기에서 감마선 검출기(62)로서는, 게르마늄 검출기 등의 반도체 검출기를 이용할 수 있고, 예를 들면 감마선 검출기(62)의 반도체 결정 중에 감마선이 들어가면 전기신호가 발생한다. 감마선 검출기(62)는, 이 전기신호를 신호처리회로(63)에 출력한다. 감마선 검출기(62)와 신호처리회로(63)는, 예를 들면 모니터링 룸(5) 내의 컴퓨터(50)에 인접하는 위치에 배치되어 있다.
신호처리회로(63)는, 감마선 검출기(62)로부터의 전기신호를 정형하여 중성자선량 측정부(64)에 출력하는 기능과 노이즈 제거 기능을 가지고 있다. 중성자선량 측정부(64)는, 신호처리회로(63)에 의하여 정형된 전기신호를 받아 금선(61)에 조사된 중성자선(N)의 선량을 측정한다. 여기에서, 중성자선량 측정부(64)는, 중성자선(N)의 양을, 단위면적당의 중성자선(N)의 양, 즉 중성자 플럭스(중성자선다발)로서 측정한다. 중성자선량 측정부(64)가 측정하는 중성자선량의 단위는 예를 들면 N/cm2이다. 중성자선량 측정부(64)가 측정한 중성자선(N)의 선량은 보정계수 산출부(65)에 출력된다.
보정계수 산출부(65)에는, 중성자선량 측정부(64)가 측정한 중성자선(N)의 선량과, 중성자선 측정부(43)가 측정한 신틸레이션 검출기(41)의 신호 데이터가 입력된다. 그리고, 보정계수 산출부(65)는, 신틸레이션 검출기(41)의 신호 데이터와 중성자선(N)의 선량으로부터, 신틸레이션 검출기(41)의 신호와 중성자선량을 대응짓기 위한 보정계수(45)를 산출한다(변환조건 산출 스텝). 이와 같이 보정계수 산출부(65)에 의하여 보정계수(45)가 산출된 후에 일련의 교정작업이 완료된다. 다만, 여기에서 산출한 보정계수(45)는, 중성자선 측정부(43)에서 측정되는 단위 데이터(단위시간에 있어서의 빛의 수)에 대한 중성자선량 측정부(64)에서 측정되는 중성자선량이다.
*이상과 같이 교정작업이 완료된 후에는, 환자(S)를 치료대(3)에 구속하는 등의 준비작업이 행해진다. 그리고, 환자(S)를 구속한 치료대(3)를 조사실(2) 내에 이동시킨 후에는, 로봇 암(35)을 구동함으로써, 환자(S)의 머리부가 콜리메이터(31)의 개구(31a)에 근접하여 중성자선(N)의 조사 위치가 환자(S)의 환부에 위치하도록, 콜리메이터(31)에 대한 환자(S)의 위치 맞춤을 행한다. 그 후, 중성자선(N)을 환자(S)에게 조사하여 치료를 개시한다.
구체적으로는, 도 1에 나타내는 바와 같이 사이클로트론(11)이 하전 입자선(L)을 발생시켜, 이 하전 입자선(L)을 빔수송로(12) 및 하전 입자선 주사부(13)를 통하여 타겟(T)에 조사시킨다. 그리고, 도 2에 나타내는 바와 같이 타겟(T)이 중성자선(N)을 발생시킨다(중성자선 발생 스텝). 타겟(T)에서 발생된 중성자선(N)은, 감속재(21)로 감속된 후 콜리메이터(31)의 개구(31a)에서 조사 범위가 규정된 후에 환자(S)에게 조사된다(제1 중성자선 조사 스텝).
여기에서, 도 3에 나타나는 바와 같이, 콜리메이터(31)로부터 조사된 중성자선(N)은 신틸레이션 검출기(41)에 입사된다. 신틸레이션 검출기(41)에 중성자선(N)이 입사되면, 신틸레이션 검출기(41)의 신호 데이터가 신호처리회로(42)를 통하여 중성자선 측정부(43)에 리얼타임으로 전달된다. 그리고, 신틸레이션 검출기(41)의 신호 데이터는, 중성자선량 출력부(44)에 의하여 보정계수(45)를 이용하여 중성자선(N)의 선량으로 변환되어 리얼타임으로 컴퓨터(50)의 디스플레이(51)에 출력된다(리얼타임 선량 출력 스텝). 이와 같이, 중성자선(N)의 선량이 리얼타임으로 디스플레이(51)에 출력되므로, 치료 중에 의사 등이 상시 중성자선(N)의 선량을 볼 수 있다.
이상, 중성자 포착요법 장치(1) 및 중성자 포착요법 장치(1)를 이용한 중성자선의 측정방법에 의하면, 중성자선 조사부(20)가 조사한 중성자선(N)을 검출하여 신틸레이션 검출기(41)가 리얼타임으로 신호를 출력하고, 이 신호 데이터를 중성자선량 출력부(44)가 미리 설정된 보정계수(45)로 중성자선량으로 변환하여 리얼타임으로 중성자선량을 컴퓨터(50)의 디스플레이(51)에 출력한다. 이와 같이, 신틸레이션 검출기(41) 및 중성자선량 출력부(44)를 가지는 리얼타임 선량 출력부(40)를 구비함으로써, 중성자선(N)을 조사하여 치료를 행하고 있을 때에 중성자선(N)의 중성자선량을 리얼타임으로 출력시킬 수 있다.
또, 보정계수 설정부(60)는, 중성자선(N)이 조사됨으로써 방사화된 금선(61)으로부터 발생되는 감마선을 검출하는 감마선 검출기(62)를 구비하고, 중성자선(N)을 검출하여 신틸레이션 검출기(41)가 출력하는 신호 데이터와, 감마선 검출기(62)에 의하여 검출된 감마선에 근거하여 취득되는 중성자선량에 근거하여 보정계수(45)를 수정(갱신)한다. 따라서, 중성자선(N)을 검출함으로써 신틸레이션 검출기(41)가 출력하는 신호 데이터와, 금선(61)으로부터 얻어지는 중성자선량을 이용하여 보정계수(45)를 수정함으로써, 신호를 출력하는 신틸레이션 검출기(41)의 검출 효율이 저하되어도, 수정된 보정계수(45)로 신틸레이션 검출기(41)의 신호 데이터가 중성자선량으로 보정된다. 즉, 신틸레이션 검출기(41)의 검출 효율이 저하되어도 보정계수(45)를 다시 설정함으로써, 정확한 중성자선량을 산출할 수 있다. 따라서, 실제로 조사된 중성자선량에 대한 측정된 중성자선량의 편차를 해소할 수 있다. 이와 같이, 신틸레이션 검출기(41)의 신호 데이터를 수정된 보정계수(45)로 중성자선량으로 변환하여 출력함으로써 중성자선의 측정 정밀도가 저하되는 사태를 회피할 수 있다.
또, 중성자 포착요법 장치(1)는, 중성자선 검출부로서, 중성자선이 조사됨으로써 광신호를 발생시키는 신틸레이터(41a)를 이용하고 있다. 신틸레이터(41a)는 소형화하기 쉽고 또한 다양한 형태로 가공하기 쉽기 때문에, 신틸레이터(41a)를 이용함으로써 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 중성자선 측정부(43), 중성자선량 출력부(44), 중성자선량 측정부(64) 및 보정계수 산출부(65)는 컴퓨터(50) 내의 소프트웨어이며, 신호처리회로(42), 감마선 검출기(62) 및 신호처리회로(63)는 컴퓨터(50)에 인접하는 위치에 배치되어 있다. 이와 같이, 중성자선(N)의 측정작업이나 교정작업을 행하는 각 장치가 모니터링 룸(5) 내에서 집약되어 있다. 또, 중성자선(N)의 측정작업이나 교정작업은, 신틸레이션 검출기(41)나 금선(61)의 세팅을 행하면, 모니터링 룸(5) 내의 각 장치에 의하여 자동적으로 행해지도록 되어 있다. 이와 같이, 중성자 포착요법 장치(1)는, 중성자선(N)의 측정작업이나 교정작업을 용이하게 행할 수 있는 구성으로 되어 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 각 청구항에 기재한 요지를 변경하지 않는 범위에서 변형한 것이어도 된다.
상기 실시형태에서는, 환자(S)가 조사실(2) 내에 존재하지 않을 때에 교정작업이 행해졌지만, 교정작업을 행하는 타이밍은 적절히 변경 가능하다. 예를 들면, 환자(S)가 조사실(2) 내에 존재하고 있는 치료 중에 교정작업을 행하여도 된다. 즉, 전체의 조사 시간을 30분으로 하였을 때에, 최초의 10분동안 금선(61)을 이용한 교정작업을 행하고, 그 후의 20분동안 중성자선량의 리얼타임 측정을 행하는 것도 가능하다.
또, 보정계수 설정부(60)의 금속부재로서 금선(61)을 이용하였지만, 예를 들면 금박 등, 금선(61)과는 상이한 형상의 금속부재를 이용하여도 된다. 또, 금속부재의 재료는 금에 한정되지 않고, 예를 들면 망간 등, 중성자선이 조사되었을 때에 방사화되는 재료이면 이용하는 것이 가능하다.
또, 상기 실시형태에서는, 보정계수 산출부(65)가 신틸레이션 검출기(41)의 신호 데이터와 중성자선(N)의 선량으로부터 보정계수(45)를 산출하였다. 그러나, 신틸레이션 검출기(41)의 신호 이외로부터 보정계수(45)를 산출하는 것도 가능하고, 예를 들면, 2회째 이후의 보정계수(45)의 산출에 있어서는, 전회 중성자선량 출력부(44)가 출력한 중성자선량과, 금회 중성자선량 측정부(64)에 의하여 얻어진 중성자선량으로부터 보정계수(45)를 산출하는 것도 가능하다. 또, 신호 데이터를 중성자선량으로 변환하는 변환조건으로서는 보정계수(45)에 한정되지 않고, 예를 들면 식 등을 이용하는 것도 가능하다.
또, 중성자선을 받아 리얼타임으로 신호를 발생시키는 중성자선 검출부로서 신틸레이션 검출기(41)를 이용하였지만, 신틸레이션 검출기(41) 대신에 전리 상자를 이용하여도 된다.
모니터링 룸(5) 내에는, 컴퓨터(50), 감마선 검출기(62) 및 신호처리회로(42, 63)가 서로 인접하는 위치에 배치되어 있었지만, 이들 배치 위치는 적절히 바꾸어도 된다. 또, 중성자선 발생부(10) 및 중성자선 조사부(20)의 구성이나 중성자 포착요법 장치(1) 내에 있어서의 각 장치의 배치에 대해서도 적절히 변경하는 것이 가능하다.
1: 중성자 포착요법 장치
10: 중성자선 발생부
20: 중성자선 조사부
40: 리얼타임 선량 출력부
41: 신틸레이션 검출기(중성자선 검출부)
41a: 신틸레이터
44: 중성자선량 출력부
45: 보정계수(변환조건)
60: 보정계수 설정부(변환조건 설정부)
61: 금선(금속부재)
62: 감마선 검출기(감마선 검출부)
N: 중성자선
S: 환자(피조사체)

Claims (3)

  1. 중성자선을 피조사체인 환자에 조사하여 암치료를 행하는 중성자 포착요법 장치로서,
    상기 중성자선을 발생시키는 중성자선 발생부와,
    상기 중성자선 발생부가 발생시킨 상기 중성자선을 상기 피조사체를 향하여 조사하는 중성자선 조사부와,
    상기 중성자선 조사부로부터 조사된 중성자선을 검출하여 리얼타임으로 신호를 출력하는 중성자선 검출부, 및 상기 중성자선 검출부로부터 출력된 상기 신호를 미리 설정된 변환조건을 이용하여 중성자선량으로 변환하여 리얼타임으로 상기 중성자선량을 출력하는 중성자선량 출력부를 가지는 리얼타임 선량 출력부와,
    상기 변환조건을 설정하는 변환조건 설정부를 구비하고,
    상기 변환조건 설정부는,
    상기 중성자선이 조사됨으로써 방사화된 금속부재로부터 발생되는 감마선을 검출하는 감마선 검출부를 구비하며,
    상기 중성자선이 조사됨으로써 상기 중성자선 검출부로부터 출력되는 신호와, 상기 감마선 검출부에 의하여 검출된 감마선에 근거하여 취득되는 상기 중성자선의 중성자선량에 근거하여 미리 설정된 상기 변환조건을 수정하는 것을 특징으로 하는 중성자 포착요법 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중성자선 검출부는,
    입사한 중성자선을 빛으로 변환하는 신틸레이터와,
    상기 신틸레이터로부터의 상기 빛을 전달하는 라이트 가이드와,
    상기 라이트 가이드에 의하여 전달된 상기 빛을 광전변환하여 전기신호를 출력하는 광검출기를 가지고,
    상기 변환조건 설정부는, 상기 라이트 가이드의 열화에 따라, 상기 변환조건을 수정하는 것을 특징으로 하는 중성자 포착요법 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환조건 설정부는, 각 치료 이전에, 상기 변환조건을 수정하는 것을 특징으로 하는 중성자 포착요법 장치.
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