JP2009189643A - 中性子線回転照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図ることを可能にした中性子線回転照射装置を提供する。
【解決手段】 中性子線回転照射装置１は、イオンビームが照射されて中性子を発生するターゲット７を有する中性子発生部２と、中性子を減速する減速材９と、中性子発生部２の出射側に設けられたコリメータ３と、イオンビームを偏向させるための２つの偏向電磁石４，５と、イオンビームを輸送するビームダクト６とを備える。ターゲット収容部１０とビームダクト６Ｃとを連通する連通口１０ａは、ターゲット収容部１０の頂部１０ｂよりも低い位置に配置され、イオンビームのターゲット７への照射方向Ｆ１と中性子の取出方向Ｆ２とがなす角度αは９０°である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、中性子線回転照射装置に関する。

従来、患者体内のがんを治療する装置として、陽子線や重粒子線などを直接照射する荷電粒子ビーム装置（例えば特許文献１参照）が知られている。この装置は、前段加速器とシンクロトロン型加速器と回転照射装置と制御装置とを備え、制御装置は、前段加速器からシンクロトロン型加速器への出射、回転照射装置における荷電粒子ビームの輸送等を制御する。しかし、この回転照射装置では、加速器から取り出した荷電粒子ビームを一つ目の偏向電磁石で回転半径方向外方に偏向させた後、二つ目の偏向電磁石で回転半径方向内方に鋭角に偏向させる必要があるので、装置の最大回転半径が大きくなり、装置が大型化する。
特開平９−２２３６００号公報

近年、中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ療法）は、がん細胞だけを選択的に破壊し、副作用の極めて少ない治療法として注目されている。このＢＮＣＴ療法に用いた中性子線回転照射装置として、上述した荷電粒子ビーム装置と同様な構造を用いることが提案される。しかしながら、ＢＮＣＴ療法に係る中性子線回転照射装置は同様な構造を用いると、装置全体の大型化が避けられず、小型化を図り難いという問題があった。

本発明は、小型化を図ることを可能にした中性子線回転照射装置を提供することを目的とする。

本発明に係る中性子線回転照射装置は、被照射体に対して回転自在に設けられ、被照射体に中性子線を照射する中性子線回転照射装置であって、イオンビームが照射されて中性子を発生するターゲットと、ターゲットから発生した中性子を減速する減速材と、減速材によって減速された中性子を被照射体側に取り出す取出口と、ターゲットに照射するイオンビームを偏向させる偏向電磁石と、イオンビームをターゲットまで輸送するビームダクトとを備え、イオンビームのターゲットへの照射方向と中性子の取出方向とは異なることを特徴とする。

本発明に係る中性子線回転照射装置では、イオンビームのターゲットへの照射方向と中性子の取出方向とは異なるので、中性子の取出方向における装置の長さを短くすることが可能となる。従って、中性子線回転照射装置の回転半径を小さくすることができ、中性子線回転照射装置の小型化を図ることができる。

本発明に係る中性子線回転照射装置において、ビームダクトに連通されると共にターゲットが収容されるターゲット収容部を更に備え、ターゲット収容部とビームダクトとを連通する連通口は、ターゲット収容部の頂部よりも回転半径方向内側に配置されていることが好適である。
このようにすれば、従来のように荷電粒子ビームを偏向電磁石で鋭角に回転半径方向内方に偏向させる必要がないので、装置の回転半径を小さくすることができ、中性子線回転照射装置の小型化を図り易くなる。

本発明に係る中性子線回転照射装置において、イオンビームのターゲットへの照射方向と中性子の取出方向とがなす角度は、４５〜１５０°の範囲にあることが好適である。
このようにすれば、イオンビームの照射によって発生した中性子のうち、比較的にエネルギーの低い中性子を減速材に入射させることになるので、必要とされる減速材の長さを短くすることができる。その結果、中性子線回転照射装置の小型化を一層向上することができる。

本発明に係る中性子線回転照射装置において、回転する偏向電磁石は、１つであることが好適である。
このようにすれば、中性子線回転照射装置の小型化を図ることができると共に、中性子線回転照射装置のコストを低減することが可能となる。

本発明によれば、小型化を図ることを可能にした中性子線回転照射装置を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る中性子線回転照射装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

[第１実施形態]
図１に示すように、中性子線回転照射装置１（以下、装置１と略称する）は、治療台８上の患者（被照射体）Ｐに対して回転自在に設けられ、患者Ｐの体内のがん細胞Ｔに対して中性子線を照射する装置である。この装置１は、イオンビームが照射されて中性子を発生するターゲット７を有する中性子発生部２と、中性子発生部２の出射側に設けられたコリメータ３と、ターゲット７に照射するイオンビームを偏向させるため第１，第２の偏向電磁石４，５と、イオンビームを中性子発生部２に輸送するビームダクト６（６Ａ〜６Ｃ）とを備える。中性子発生部２と、第１，第２の偏向電磁石４，５と、ビームダクト６Ａ〜６Ｃとは、それぞれ回転フレーム２４に固定されている。回転フレーム２４の外周には、リング２５が配置されている。このリング２５は、床２８上に設置されたローラ２６，２７によって支持されると共に、ビームダクト６Ａの中心軸を回転軸として回転する。これによって、装置１は、ビームダクト６Ａの中心軸を回転軸として回転するようになり、患者Ｐのがん細胞Ｔへの照射方向を調整することが可能となる。治療台８は、床２５に固定された支持台２９によって支持されると共に、矢印Ｆ５方向に沿って装置１の内部に挿入したり、又は装置１から離れたりするようになっている。

図２に示すように、中性子発生部２は、円柱形状を呈し、中心軸Ｌ方向に沿って延在する円筒状のターゲット収容部１０と、中央位置に配置されると共に中心軸Ｌ方向に延びる減速材９と、減速材９とターゲット収容部１０とを周りから取り囲む反射材１１とから主として構成されている。

ターゲット収容部１０の一端は減速材９に当接され、他端はビームダクト６Ｃに連通されている。このターゲット収容部１０は、反射材１１の反射層１１Ａによって覆われている。ビームダクト６は、このビームダクト６から輸送されてきたイオンビームのターゲット７への照射方向Ｆ１が、後述する中性子の取出方向Ｆ２（中心軸Ｌ方向）と異なるようにターゲット収容部１０に連通されている。すなわち、図２に示すように、ターゲット収容部１０とビームダクト６Ｃとを連通する連通口１０ａの付近のビームダクト６Ｃの長手方向は、中性子の取出方向Ｆ２と異なっている。本実施形態において、ビームダクト６Ｃは、中性子の取出方向Ｆ２に対して直交するようにターゲット収容部１０に連通されている。中心軸Ｌ方向において、ターゲット収容部１０とビームダクト６Ｃとを連通する連通口１０ａは、ターゲット収容部１０の頂部１０ｂよりも低い位置（すなわち回転半径方向内側）に配置されている。

平板状のターゲット７は、ターゲット収容部１０の内部に収容され、イオンビームのターゲット７への照射方向Ｆ１に対して平面が直交するように設置されている。このターゲット７は、ベリリウム、リチウム、タンタル、タングステンなどの材質が用いられ、ビームダクト６Ｃによって輸送されてきたイオンビームが照射されると、全方向に中性子を発生する。そして、発生した中性子のうちの一部が減速材９に入射する。なお、イオンビームとして、陽子や重陽子などが挙げられる。

減速材９は、それぞれ異なる材料からなる第１の減速層１２と第２の減速層１３と第３の減速層１４と第４の減速層１５とを備え、ターゲット７から発生した高エネルギーを有する中性子のうち、入射されてきた中性子を熱又は熱外と呼ばれる低いエネルギーの中性子線まで減速させる。これらの減速層は、それぞれ円板状に形成され、中心軸Ｌ方向に沿って中性子の入射側から出射側にかけて第１の減速層１２、第２の減速層１３、第３の減速層１４、第４の減速層１５の順番で配置されている。

第１の減速層１２は鉛からなり、第２の減速層１３は鉄から構成されている。第２の減速層１３は、第１の減速層１２の外径よりも大きく形成されている。第３の減速層１４は、金属アルミニウムからなり、第２の減速層１３の外径よりも更に大きく形成されている。第４の減速層１５は、フッ化カルシウムを有する原料を溶融して得られたもので、第３の減速層１４と同じ寸法の外径を有するように形成されている。このように構成された減速材９の外径は、中心軸Ｌ方向に沿って中性子の入射側から出射側に向かって徐々に大きくなっているので、減速材９との衝突よる中性子の散乱範囲の拡大に対応し減速材９の断面積を大きくすることで、中性子の減速効果を向上させることができる。

反射材１１は、鉛からなり、ターゲット収容部１０を覆って円筒状に形成された反射層１１Ａと、それぞれ円環状に形成された４つの反射層１１Ｂ〜１１Ｅを備える。この反射材１１は、中性子を内部に反射し、外部に漏れることを防止するものである。反射層１１Ｂ〜１１Ｅは、中心軸Ｌ方向に沿って中性子の入射側から出射側にかけて順番に配置され、隣接する反射層１１Ａ〜１１Ｅ同士は密着して固定されている。

反射層１１Ａ〜１１Ｅは、隣接する反射層１１Ａ〜１１Ｅ同士を互いに嵌め込むために凹凸状に形成されている。例えば、反射層１１Ｃにおいて、反射層１１Ｂに隣接する側には、反射層１１Ｂの凸部を嵌め込むための凹部が設けられ、反射層１１Ｄに隣接する側には、反射層１１Ｄの凹部に嵌め込むための凸部が設けられている。このようにすれば、反射層１１Ａ〜１１Ｅの組み立てをする際に、隣接する反射層１１Ａ〜１１Ｅ同士の位置決めを容易に行うので、組み立て作業が簡単化される。更に、このように凹凸状に形成されることによって、隣接する反射層１１Ａ〜１１Ｅ同士の境目は凹凸状に形成されるので、境目が直線状に形成された場合と比べて中性子が境目を通って外部へ漏れるのを確実に防止することができる。

中性子発生部２の出射端には、フッ化リチウム入りポリエチレンからなる遮蔽材１６と、鉛からなる遮蔽材１７とが設けられている。遮蔽材１６は、円環状に形成され、第４の減速層１５に密着して固定されて、必要としない中性子を遮蔽するためのものである。遮蔽材１７は、円板状に形成され、遮蔽材１６の外側に配置され、遮蔽材１６に固定されている。この遮蔽材１７は、ターゲット２から発生するγ線等を遮蔽する役割を果たすものである。

遮蔽材１７の外側には、コリメータ３が設置されている。このコリメータ３は、フッ化リチウム入りポリエチレンから矩形状に形成され、その中央位置には貫通孔（取出口）３ａが設けられている。

コリメータ３は、中性子を収束させて患者Ｐのがん細胞Ｔに向かって取り出すためのものであり、そして、減速材９によって減速されて低いエネルギーを有する中性子は、コリメータ３により収束され、取出方向Ｆ２に沿って出力され、患者Ｐのがん細胞Ｔを集中して照射する。図２に示すように、イオンビームのターゲット７への照射方向Ｆ１と中性子の取出方向Ｆ２とがなす角度αは９０°になる。

このように構成された装置１にあっては、イオンビームはビームダクト６Ａを通り、第１の偏向電磁石４でビームダクト６Ａに対して鈍角に曲げられ、第２の偏向電磁石５でビームダクト６Ｂに対して更に鈍角に曲げられ、ビームダクト６Ａと平行なビームダクト６Ｃに入射され、中性子を発生するターゲット７まで輸送される。そして、ターゲット７にイオンビームを照射すると、ターゲット７が中性子を発生し、発生した中性子は減速材９に減速され、更にコリメータ３によって収束されて患者Ｐの体軸に対して垂直方向からがん細胞Ｔに照射する。そして、イオンビームのターゲット７への照射方向Ｆ１と中性子の取出方向Ｆ２とがなす角度αは９０°であるので、中性子の取出方向Ｆ２における装置の長さを短くすることが可能となる。従って、装置１の最大回転半径を小さくすることができ、装置１の小型化を図ることが可能となる。また、ターゲット収容部１０とビームダクト６Ｃとを連通する連通口１０ａは、ターゲット収容部１０の頂部１０ｂよりも回転半径方向内側に配置されるので、従来のように荷電粒子ビームを偏向電磁石で鋭角に回転半径方向内方に偏向させる必要がないので、装置１の小型化を更に図り易くなる。

また、角度αが９０°であるので、例えばイオンビームのターゲット７への照射方向Ｆ１と中性子の取出方向Ｆ２とが一致した場合（すなわち、角度αが０°であった場合）と比べて、イオンビームの照射により発生した中性子のうち、比較的にエネルギーの低い中性子を減速材９に入射させることになる。これによって、必要とされる減速材９の長さを短くすることができ、装置１の小型化を一層向上することができる。

[第２実施形態]
図３及び図４に示すように、第２実施形態に係る中性子線回転照射装置１８と第１実施形態の装置１との相違点は、イオンビームのターゲット７への照射方向Ｆ３と中性子の取出方向Ｆ２とがなす角度αは１３５°であって、且つ、一つの偏向電磁石２１を設けたことである。その他の構成は、装置１の構成と同等であるため、同一符号を付して重複説明を省略する。

図３に示すように、中性子線回転照射装置１８は、イオンビームが照射されて中性子を発生するターゲット７を有する中性子発生部１９と、中性子発生部１９の出射側に設けられたコリメータ３と、ターゲット７に照射するイオンビームを偏向させるための一つの偏向電磁石２１と、イオンビームを中性子発生部１９に輸送するビームダクト２０（２０Ａ，２０Ｂ）とを備える。偏向電磁石２１は装置１に係る第１，第２の偏向電磁石４，５と同様なもので、ビームダクト２０はビームダクト６と同様なものである。

図４に示すように、中性子発生部１９のターゲット収容部２２は、円筒状に形成され、その側壁にはイオンビームを輸送するビームダクト２０Ｂが挿通されている。ビームダクト２０Ｂは、イオンビームのターゲット７への照射方向Ｆ３と中性子の取出方向Ｆ２とがなす角度αが１３５°になるように、ターゲット収容部２２に斜めに連通されている。そして、中心軸Ｌ方向において、ターゲット収容部２２とビームダクト２０Ｂとを連通する連通口２２ａは、ターゲット収容部２２の頂部２２ｂよりも回転半径方向内側に配置されている。

このような構成により、中性子線回転照射装置１８は、第１実施形態の装置１と同様な効果が得られるほか、角度αが１３５°であるので、第１実施形態に（すなわち、角度αが９０°であった場合）と比べて、イオンビームの照射により発生した中性子のうち、更にエネルギーの低い中性子を減速材９に入射させることになるので、必要とされる減速材９の長さを更に短くすることが可能となり、中性子線回転照射装置１８の小型化を一層図ることができる。また、イオンビームを偏向させるための偏向電磁石２１を一つだけを設けたので、中性子線回転照射装置１８のコストを低減することができる。また、中性子線回転照射装置１８の装置最大回転半径は更に小さくすることができる。

[第３実施形態]
図５に示すように、第３実施形態に係る中性子線回転照射装置２３と第１実施形態の装置１との相違点は、患者Ｐの体軸に対して斜め方向からがん細胞Ｔに中性子線を照射し、イオンビームのターゲット７への照射方向Ｆ４と中性子の取出方向Ｆ２とがなす角度αは４５°である。その他の構成は、装置１の構成と同等であるため、同一符号を付して重複説明を省略する。そして、このような構成により、中性子線回転照射装置２３は、第１実施形態の装置１と同様な効果が得られるほか、患者Ｐの体軸に対して斜め方向からがん細胞Ｔに中性子線を照射することが可能であるので、例えば患者Ｐの体軸に対し垂直方向からがん細胞Ｔに照射することによって周辺の正常な組織にダメージを与える恐れがあった場合、このように斜めに照射することで、正常な組織を避けてがん細胞Ｔに照射することができる。その結果、中性子線回転照射装置２３の応用性を高めることができる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、ビームダクト６，２０にはイオンビーム収束用の四極電磁石、ソレノイド電磁石などを使用することも可能である。また、上記の実施形態において、患者Ｐへの不必要な放射線照射を防止するため、治療台８の周囲に放射線遮蔽板を設けてもよい。

本発明に係る中性子線回転照射装置の第１の実施形態を示す概略図である。 図１に示された中性子線回転照射装置の部分断面図である。 本発明に係る中性子線回転照射装置の第２の実施形態を示す概略図である。 図３に示された中性子線回転照射装置の部分断面図である。 本発明に係る中性子線回転照射装置の第３の実施形態を示す概略図である。

符号の説明

１，１８，２３…中性子線回転照射装置、３…コリメータ、４，５，２１…偏向電磁石、６，２０…ビームダクト、７…ターゲット、９…減速材、１０，２２…ターゲット収容部、１０ａ，２２ａ…連通口、１０ｂ，２２ｂ…頂部、α…角度、Ｆ１，Ｆ３，Ｆ４…イオンビームのターゲットへの照射方向、Ｆ２…中性子の取出方向。

Claims (4)

1. 被照射体に対して回転自在に設けられ、前記被照射体に中性子線を照射する中性子線回転照射装置であって、
   イオンビームが照射されて中性子を発生するターゲットと、
   前記ターゲットから発生した中性子を減速する減速材と、
   前記減速材によって減速された中性子を被照射体側に取り出す取出口と、
   前記ターゲットに照射するイオンビームを偏向させる偏向電磁石と、
   イオンビームを前記ターゲットまで輸送するビームダクトとを備え、
   イオンビームの前記ターゲットへの照射方向と中性子の取出方向とは異なることを特徴とする中性子線回転照射装置。
2. 前記ビームダクトに連通されると共に前記ターゲットが収容されるターゲット収容部を更に備え、
   前記ターゲット収容部と前記ビームダクトとを連通する連通口は、前記ターゲット収容部の頂部よりも回転半径方向内側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の中性子線回転照射装置。
3. イオンビームの前記ターゲットへの照射方向と中性子の取出方向とがなす角度は、４５〜１５０°の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の中性子線回転照射装置。
4. 前記偏向電磁石は、１つであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の中性子線回転照射装置。
   

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