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【発明の名称】 ホウ素中性子捕捉療法用の医療装置
【発明者】 【氏名】田所 孝広

【氏名】川久保 幸雄
【要約】 【課題】

【構成】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽子を加速する線形加速器と、
該線形加速器により加速された陽子を偏向させて回動自在に患者の治療部位方向に導くための、複数の偏向電磁石を含んで構成された回転ガントリと、
該回転ガントリの先端に設けられた前記加速された陽子が照射されるターゲットと、
前記回転ガントリに取り付けられ、前記ターゲットの周囲を囲む様に構成されて、該ターゲットで発生する高速中性子を減速し、かつ、所定の中性子エネルギスペクトルに調整して中性子を照射する中性子照射部と、を備え、
前記線形加速器は、９Ｂｅ（ｐ，ｘｎ）反応による単位陽子電流当りの中性子発生率が、７Ｌｉ（ｐ，ｎ）反応による単位陽子電流当りの中性子発生率より大きく、かつ、核破砕反応による単位陽子電流当りの中性子発生率よりも小さくなる範囲のエネルギになるように陽子を加速することを特徴とするホウ素中性子捕捉療法用の医療装置。
【請求項２】
前記線形加速器は、陽子を７〜１８ＭｅＶのエネルギ範囲で加速できることを特徴とする請求項１に記載のホウ素中性子捕捉療法用の医療装置。
【請求項３】
前記中性子照射部は、前記ターゲットで発生した高速中性子を減速する熱中性子化用減速材、中性子反射材、中性子吸収材、中性子透過γ線遮蔽材および中性子コリメータによって構成され、前記中性子コリメータの開口部を通して患者の治療部位に前記所定の中性子エネルギスペクトルの中性子を照射することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のホウ素中性子捕捉療法用の医療装置。
【請求項４】
前記中性子照射部は、前記ターゲットで発生した高速中性子を減速する熱外中性子化用減速材、中性子反射材、中性子吸収材、中性子透過γ線遮蔽材および中性子コリメータによって構成され、前記中性子コリメータの開口部を通して患者の治療部位に前記所定の中性子エネルギスペクトルの中性子を照射することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のホウ素中性子捕捉療法用の医療装置。
【請求項５】
前記中性子照射部は、前記回転ガントリに設けられた保持手段により着脱可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のホウ素中性子捕捉療法用の医療装置。
【請求項６】
前記中性子コリメータは、前記中性子照射部の照射側の面に交換、着脱可能であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のホウ素中性子捕捉療法用の医療装置。
【請求項７】
前記所定の中性子エネルギスペクトルの中性子は、熱中性子であり、
前記中性子透過γ線遮蔽材は、第１の中性子透過γ線遮蔽材と第２の中性子透過γ線遮蔽材とを含み、
前記照射部は、前記ターゲットに照射される加速された陽子のビームの方向を前記所定の中性子エネルギスペクトルの中性子を照射する前面側とし、前記陽子のビームの軸を中心軸とした径方向に多重および前記中心軸方向に多層の構造であり、
前記ターゲットの前面側に円柱形の熱中性子化用減速材を配置し、
さらに、該熱中性子化用減速材の前面側に円板状の第１の中性子透過γ線遮蔽材を配置し、
さらに、前記ターゲットと前記熱中性子化用減速材と第１の中性子透過γ線遮蔽材とを囲むように前面側が開口した有底の円筒形状の中性子反射材を配置し、
さらに、該有底の円筒形状の中性子反射材の径方向外側に中性子吸収材を配置し、
さらに、少なくとも前記第１の中性子透過γ線遮蔽材と有底の円筒形状の中性子反射材の前面側に第２の中性子透過γ線遮蔽材、前記中性子コリメータの順に配置したことを特徴とする請求項３に記載のホウ素中性子捕捉療法用の医療装置。
【請求項８】
前記所定の中性子エネルギスペクトルの中性子とは、熱外中性子であり、
前記中性子反射材は、第１の中性子反射材と第２の中性子反射材を含み、
前記照射部は、前記ターゲットに照射される加速された陽子のビームの方向を前記所定の中性子エネルギスペクトルの中性子を照射する前面側とし、前記陽子のビームの軸を中心軸とした径方向に多重および前記中心軸方向に多層の構造であり、
前記ターゲットの前面側に、円柱形にさらに前面側に円錐台を重ねた形状の熱外中性子化用減速材を配置し、
さらに、前記ターゲットと前記熱外中性子化用減速材の円柱形部分とを囲むように前面側が開口した有底の円筒形状の第１の中性子反射材を配置し、
さらに、該有底の有底の円筒形状の第１の中性子反射材の前面側に前記熱外中性子化用減速材の円錐台部分を囲むように環状の第２の中性子反射材を配置し、
さらに、前記有底の円筒形状の第１の中性子反射材および前記環状の第２の中性子反射材の径方向外側に中性子吸収材を配置し、
さらに、少なくとも前記円錐台形状の熱外中性子化用減速材と前記第２の中性子反射材の前面側に熱中性子吸収材を配置し、
さらに、前記熱中性子吸収材の前面の中央に中性子透過γ線遮蔽材を、その周囲にγ線遮蔽材を配置し、
さらに、前記中性子透過γ線遮蔽材とγ線遮蔽材の前面側に前記中性子コリメータを配置したことを特徴とする請求項４に記載のホウ素中性子捕捉療法用の医療装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子加速器を用いて発生させた中性子を適切な中性子エネルギに減速し、その減速した中性子を患者の治療部位に照射するホウ素中性子捕捉療法用の治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ：Boron Neutron Capture Therapy）は、原子炉から発生する中性子を用いて行われている。ＢＮＣＴは、加速器で発生されたＸ線、荷電粒子線等を治療部位に照射して腫瘍細胞を破壊する放射線療法と異なり、予め患者に投与されて腫瘍内部に局在するホウ素（１０Ｂ）と、外部から照射された中性子との核反応（１０Ｂ（ｎ，α）７Ｌｉ）によって発生するα線とリチウム原子核（７Ｌｉ）とを腫瘍細胞の破壊に利用する放射線治療と薬剤デリバリーシステムを融合した癌治療法である。
【０００３】
α線とリチウム（７Ｌｉ）原子核の飛程は、細胞１個分程度であることから、正常細胞を傷つけることなく腫瘍細胞を破壊することができる。しかし、原子炉自体が高価であり、また、原子炉利用にはさまざまな規制が伴うことから、治療を実施する医師に多大な負担を強いる。そこで、病院に設置が可能な加速器を用いた安価で簡易なホウ素中性子捕捉療法用の加速器システムが望まれていた。ホウ素中性子捕捉療法用の加速器による中性子発生方法としては、２．５ＭｅＶ程度以下の加速エネルギの陽子による７Ｌｉ（ｐ，ｎ）７Ｂｅ反応を利用したもの、４ＭｅＶの加速エネルギの陽子による９Ｂｅ（ｐ，ｎ）反応を利用したもの、３０ＭｅＶ以上の加速エネルギの陽子によるタングステンやタンタル等の核破砕反応を利用したものが検討されている。
【非特許文献１】「ＪＲＲ−４医療照射設備」資料、２００５年７月、日本原子力研究所発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、７Ｌｉ（ｐ，ｎ）７Ｂｅ反応においては、中性子発生用のターゲットである７Ｌｉの融点が１７９℃と低いために、加速陽子による熱負荷に耐えることが困難であること、および、必要加速電流が１０ｍＡ以上と非常に高いことから、加速器を利用したホウ素中性子捕捉療法用の装置としての実現性が低い。
９Ｂｅ（ｐ，ｎ）反応においては、９Ｂｅの融点が１２７８℃と高いために、加速陽子による熱負荷には耐えられると考えられるが、所要の中性子束のレベルを得るためには陽子の必要電流が１０ｍＡ以上と非常に高いことから加速器を利用したホウ素中性子捕捉療法用の装置としての実現性が低い。
【０００５】
また、タングステンやタンタル等の核破砕反応を用いた、陽子の加速エネルギが３０ＭｅＶ以上のホウ素中性子捕捉療法用の装置においては、高エネルギの中性子が発生してしまい、患者の治療部位に中性子を照射するための中性子照射部には、発生した中性子の減速または遮蔽に大量の中性子減速材および中性子遮蔽材が必要である。また、加速エネルギが高く加速器も高価となり、さらに、照射部が大型で重量のあるものになってしまうことから、装置全体が大きく高価なものとなってしまう。
また、照射部で所定の中性子エネルギスペクトルに調整して、患者の治療部位に中性子を照射しやすいように、照射部を回転ガントリに取付ける場合も、前記核破砕反応を利用した装置の回転ガントリが大型で高価なものとなってしまう。
【０００６】
本発明は、斯かる問題を解決することを課題とし、ホウ素中性子捕捉療法に必要な所定の中性子エネルギスペクトルの中性子束を確保でき、かつ、治療部位に応じて中性子を多方向から治療部位に照射可能な、加速器を利用したホウ素中性子捕捉療法用の医療装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため本発明は、陽子を加速する線形加速器により加速された陽子を偏向させて回動自在に患者の治療部位方向に導くための、複数の偏向電磁石を含んで構成された回転ガントリと、回転ガントリの先端に設けられた加速された陽子が照射されるターゲットと、回転ガントリに取り付けられ、ターゲットの周囲を囲む様に構成されて、ターゲットで発生する高速中性子を減速し、かつ、所定の中性子エネルギスペクトルに調整して中性子を照射する中性子照射部と、を備え、線形加速器は、９Ｂｅ（ｐ，ｘｎ）反応による単位陽子電流当りの中性子発生率が、７Ｌｉ（ｐ，ｎ）反応による単位陽子電流当りの中性子発生率より大きく、かつ、核破砕反応による単位陽子電流当りの中性子発生率よりも小さくなる範囲のエネルギになるように陽子を加速することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ホウ素中性子捕捉療法に必要な所定の中性子エネルギスペクトルの中性子束を確保でき、かつ、治療部位に応じて中性子を多方向から治療部位に照射可能な、加速器を利用したホウ素中性子捕捉療法用の装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（ＢＮＣＴ装置の全体構成）
以下、本発明の実施の形態に係るホウ素中性子捕捉療法用の装置について図１から図６を参照しながら説明する。以下、ホウ素中性子捕捉療法用の装置を、ＢＮＣＴ装置と略称する。
図１に示すように本実施の形態のＢＮＣＴ装置１Ａは、陽子を所定のエネルギに加速する線形加速器３と、加速された陽子のビームを導くビーム管１６を含み、陽子のビームを偏向させて患者２の治療部位の照射方向へ導く回転ガントリ５Ａと、この回転ガントリ５Ａに取り付けられたビーム管１６の終端に設置されたターゲット７と、このターゲット７を囲むように設けられ、ターゲット７で発生する高速中性子を減速し、かつ所定の中性子エネルギスペクトルに調整して、中性子を患者２の治療部に照射する中性子照射部９と、患者２を載せるベッド６と、を含んで構成されている。
【００１０】
（線形加速器）
線形加速器３は、イオン源１１、高周波四重極線形加速器（以下、ＲＦＱ（Radio Frequency Quadrupole）加速器と称する）１２、ドリフトチューブ型線形加速器（以下、ＤＴＬ（Drift Tube Linac）と称する）１３、四重極電磁石１４、ビーム管１６等を含んで構成されている。
イオン源１１で生成された陽子イオンは、ＲＦＱ加速器１２で加速され、さらに一台または加速エネルギによっては複数台のＤＴＬ１３で７〜１８ＭｅＶまで加速される。加速された陽子ビームは、真空に維持されたビーム管１６の外周にビーム方向に一台または複数台配置された四重極電磁石１４でビーム径を調整された後、ビーム管１６を含む回転ガントリ５Ａを経て中性子照射部９に内蔵されたターゲット７まで導かれる。
【００１１】
（回転ガントリ）
回転ガントリ５Ａは、屈曲したビーム管１６と、線形加速器３の終端に設けられた四重極電磁石１４でビーム径を調整された陽子ビームを９０°上方に曲げる偏向電磁石１５Ａ、その上方に曲げられた陽子ビームを水平方向に９０°曲げる偏向電磁石１５Ｂ、その水平方向に曲げられた陽子ビームを下方向に９０°曲げる偏向電磁石１５Ｃと、各偏向電磁石１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃを通過後にビーム径を調整する四重極電磁石１４と、偏向電磁石１５Ｃの手前に設けられた回転シール部１７と、中性子照射部９を保持する中性子照射部保持板（保持手段）１９と、前記各構成の荷重を受ける図示しない支持装置を含んで構成されている。
偏向電磁石１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃは、所定曲率で９０°曲げられた図示しないビーム管１６をそれぞれの対向する電磁石極の間に挟むように配置されており、偏向電磁石１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの発生させる磁場により陽子ビームの方向を９０°ずつ曲げる。
回転シール部１７は、ビーム管１６の直管部分の末端同士を、ビーム管１６内の真空を維持しながら回転軸Ｘ１の周方向に回動可能に結合する密封接続構造物である。回転ガントリ５Ａは、回転シール部１７から先のビーム管１６、偏向電磁石１５Ｃ、四重極電磁石１４、ターゲット７、中性子照射部９を一体に回転軸Ｘ１周りに回動可能に、図示しない支持装置で支持し、回転シール部１７に回転シール部１７から先の前記構成物の荷重が掛からないようにしている。このように回転シール部１７を備える回転ガントリ５Ａによる回転軸Ｘ１周りの中性子照射部９の回動を可能とすることにより、図１のＡ矢視である図２に示すように、中性子照射部９を患者２の体軸の周方向の上半分の任意の方向に向けることを可能としている。
【００１２】
なお、図２に示すように回転ガントリ５Ａによる中性子照射部９の回転軸Ｘ１周りの角度設定に応じて、ベッド６は図示しないベッド支持装置により中性子照射部９の照射方向と対応する位置に移動設定可能としている。
【００１３】
（熱中性子照射部）
次に、図３および図４を参照しながら、本実施の形態におけるＢＮＣＴ装置１Ａの熱中性子を用いたホウ素中性子捕捉療法用の中性子照射部９について説明する。以下では、熱中性子を用いたホウ素中性子捕捉療法用の中性子照射部９を熱中性子照射部９Ａと称する。ここで、熱中性子は、エネルギが０．５ｅＶ以下の中性子である。
図３の（ａ）は、後記する突起型中性子コリメータ３１Ａ付の熱中性子照射部９Ａの縦断面図であり、（ｂ）はターゲット７に照射される加速された陽子ビーム１０の方向を前面側とすると、熱中性子照射部９Ａの前面側（照射面側）を示す平面図である。熱中性子照射部９Ａは、図３の（ａ）に示すように、回転ガントリ５Ａに支持されたビーム管１６の末端近くの、例えば、溶接で固定された中性子照射部保持板１９に固定ピン１９ａで着脱可能に固定されている。
【００１４】
前記ビーム管１６の末端には、中性子発生用のターゲット７が着脱可能に取り付けられている。ターゲット７は、ビーム管１６の末端を密封できる密封シール構造を有しており、また、ターゲット７の発熱を除去する冷却用のヒートシンク１８と密着している。
中性子発生用のターゲット７としてベリリウムを用い、ターゲット冷却用のヒートシンク１８として銅を用いる。このターゲット７とヒートシンク１８の両者は、熱間等方加圧法（Hot Isostatic Pressing法：ＨＩＰ法）等で接合されている。ベリリウムおよび銅のＨＩＰ接合による耐熱温度は、７００℃以上である。例えば、１１ＭｅＶのエネルギの陽子ビーム３ｍＡを半径３ｃｍの中性子発生用のターゲット７に入射した場合の熱負荷は、１．２ｋＷ／ｃｍ２であるが、電子ビームを用いた１．２ｋＷ／ｃｍ２の熱負荷模擬試験において、接合部分の温度が５００℃以下という結果が得られており、中性子発生用のターゲット７の熱負荷による健全性は確かめられている。
【００１５】
ターゲット７のビーム方向、つまり、前面側には、円柱形の熱中性子照射部９Ａが、前記中性子照射部保持板１９に支持されて、ターゲット７を囲むように取り付けられる。
熱中性子照射部９Ａは、ターゲット７に照射される加速された陽子ビーム１０の方向を前面側とし、陽子ビーム１０の軸を中心軸とした径方向に多重および前記中心軸方向に多層の円柱形状の構造である。具体的には、ターゲット７の前面側に円柱形の熱中性子化用減速材２１を配置し、さらに、この熱中性子化用減速材２１の前面側に円板状の中性子透過γ線遮蔽材（第１の中性子透過γ線遮蔽材）２５Ａを配置し、さらに、ターゲット７と熱中性子化用減速材２１と中性子透過γ線遮蔽材２５Ａとを囲むように前面側が開口した有底の円筒形状の中性子反射材２３を配置し、さらに、この中性子反射材２３の径方向外側に中性子吸収材２８を配置し、さらに、少なくとも前記中性子透過γ線遮蔽材２５Ａと有底の円筒形状の中性子反射材２３の前面側に中性子透過γ線遮蔽材（第２の中性子透過γ線遮蔽材）２５Ｂ、突起型中性子コリメータ（中性子コリメータ）３１Ａの順に配置したものである。
なお、高速中性子は、陽子ビーム１０方向と同一方向にターゲット７から発生するので、熱中性子化用減速材２１はターゲット７の前面側にだけ配置すれば良い。
【００１６】
熱中性子化用減速材２１としては、高速中性子および熱外中性子を熱中性子に減速する性能が高く、かつ、熱中性子の吸収が少ない重水を用いる。ここで、熱外中性子は０．５ｅＶ以上、１０ｋｅＶ未満の中性子であり、高速中性子は１０ｋｅＶ以上の中性子を指す。
中性子透過γ線遮蔽材２５Ａ、２５Ｂは、ターゲット７における核反応時に生じるγ線、中性子減速過程で生じるγ線等、治療に有害なγ線を抑制し、熱中性子を治療部位に照射できるように透過させる。中性子透過γ線遮蔽材２５Ａとしては、中性子透過能力が高く、かつ、γ線遮蔽性能が高いフッ化鉛（ＰｂＦ２）等を用い、中性子透過γ線遮蔽材２５Ｂには、中性子透過能力が高く、かつ、γ線遮蔽性能が高いビスマス（Ｂｉ）等を用いる。フッ化鉛とビスマスを比較するとビスマスの方が、中性子透過能力が高く、かつ、γ線遮蔽性能が高い材料であるが、ビスマスは非常に高価な材料であることから、価格と必要性能に応じてフッ化鉛とビスマスを使い分ける。
【００１７】
突起型中性子コリメータ３１Ａは、中性子透過γ線遮蔽材２５Ｂを通過した熱中性子を、治療部位の大きさおよび形状に合わせてコリメートし、コリメータ開口部（開口部）３１ａを通して治療部位に照射する。突起型中性子コリメータ３１Ａとしては、中性子遮蔽性能が高く、かつ、中性子照射によるγ線発生が低い、フッ化リチウム（ＬｉＦ）等を用いる。突起型中性子コリメータ３１Ａは、固定ピン３１ｂにより熱中性子照射部９Ａ本体に着脱自在に固定される。
なお、熱中性子照射部９Ａ本体は、図３に示す前記熱中性子照射部９Ａから突起型中性子コリメータ３１Ａを除いた残り部分である。
【００１８】
熱中性子化用減速材２１および中性子透過γ線遮蔽材２５Ａの前面側を除く周囲には、コリメータ開口部３１ａでの熱中性子束のレベルを増加させるために、中性子反射材２３を設置する。中性子反射材２３としては、熱中性子の反射性能が高く、かつ、安価な炭素を用いる。価格と必要性能によっては、ベリリウム（Ｂｅ）を中性子反射材２３として用いても良い。中性子反射材２３の径方向周囲には、中性子吸収材２８を設置し、中性子によって周囲に与える不要な線量をできるだけ低くする。中性子吸収材２８としては、高速中性子および熱外中性子を減速し熱中性子化する性能が高いポリエチレンに、熱中性子を吸収する性能が高いホウ素を、例えば、重量割合で１０％混合した、ホウ素入りポリエチレン等を用いる。
【００１９】
次に、図４を参照しながら、熱中性子照射部９Ａの他の例を示す。図４の（ａ）は、後記する平面型中性子コリメータ３１Ｂ付の熱中性子照射部９Ａの縦断面図であり、（ｂ）はその熱中性子照射部９Ａの照射面を示す平面図である。
図３に示す熱中性子照射部９Ａとほぼ同じであるが、突起型中性子コリメータ３１Ａの代わりに平面型中性子コリメータ（中性子コリメータ）３１Ｂを組み合わせている点が異なる。図３に示す突起型中性子コリメータ３１Ａ付の中性子照射部９Ａと同じ構成については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
平面型中性子コリメータ３１Ｂは、突起型中性子コリメータ３１Ａと比較して、コリメータ開口部３１ａにおける熱中性子束のレベルは高いが、平面型であるため患者２の頭頸部等の腫瘍のように肩等を避ける必要がある場合は使用できない。しかし、頭部や胸部等に対しては使用可能であり、突起型中性子コリメータ３１Ａを使用する場合と比較して、単位加速陽子電流値あたりの治療位置での熱中性子束のレベルを高くできるため、突起型中性子コリメータ３１Ａを使用する場合と比較して治療時間を短くできる。突起型および平面型中性子コリメータ３１Ａ、３１Ｂは、それぞれ取り外し可能な構造となっており、軽量であることから、治療部位に応じて容易に付け替えることができる。
【００２０】
（熱外中性子照射部）
次に、図５および図６を参照しながら、本実施の形態におけるＢＮＣＴ装置１Ａの熱外中性子を用いたホウ素中性子捕捉療法用の中性子照射部９について説明する。以下では、熱外中性子を用いたホウ素中性子捕捉療法用の中性子照射部９を熱外中性子照射部９Ｂと称する。熱中性子照射部９Ａと同じ構成については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図５の（ａ）は、前記の突起型中性子コリメータ３１Ａ付の熱外中性子照射部９Ｂの縦断面図であり、（ｂ）は熱外中性子照射部９Ｂの照射面を示す平面図である。熱外中性子照射部９Ｂも、図５の（ａ）に示すように、中性子照射部保持板１９に固定ピン１９ａで着脱可能に固定されている。
【００２１】
ターゲット７のビーム方向前面側には、円柱形の熱外中性子照射部９Ｂが、前記中性子照射部保持板１９に支持されて、ターゲット７を囲むように取り付けられる。
熱外中性子照射部９Ｂは、ターゲット７に照射される加速された陽子ビーム１０の方向を前面側とし、陽子ビーム１０の軸を中心軸とした径方向に多重および前記中心軸方向に多層の円柱形状の構造である。具体的には、ターゲット７の前面側に円柱形にさらに前面側に円錐台を重ねた形状の熱外中性子化用減速材２２を配置し、さらに、ターゲット７と熱外中性子化用減速材２２の円柱形部分とを囲むように前面側が開口した有底の円筒形状の中性子反射材（第１の中性子反射材）２３を配置し、さらに、この中性子反射材２３の前面側に前記熱外中性子化用減速材２２の円錐台部分を囲むように環状の熱外中性子用中性子反射材（第２の中性子反射材）２４を配置し、さらに、この中性子反射材２３および前記熱外中性子用中性子反射材２４の径方向外側に中性子吸収材２８を配置し、さらに、少なくとも、前記熱外中性子化用減速材２２と前記熱外中性子用中性子反射材２４の前面側に熱中性子吸収材２６を配置し、さらに、この熱中性子吸収材２６の前面側の中央に中性子透過γ線遮蔽材２５Ｂを、その径方向周囲にγ線遮蔽材２７を配置し、さらに、前記中性子透過γ線遮蔽材２５Ｂとγ線遮蔽材２７の前面側に突起型中性子コリメータ３１Ａを配置したものである。
【００２２】
熱外中性子化用減速材２２としては、高速中性子から熱外中性子へ減速する割合が比較的高く、熱外中性子から熱中性子へ減速する割合が比較的低い、アルミニウム、フッ化アルミニウム、アルミニウムとフッ化アルミニウムの混合材等を用いる。アルミニウム、フッ化アルミニウム、アルミニウムとフッ化アルミニウムの混合材との間で、治療位置での熱外中性子束のレベルの計算結果がほとんど変わらなかったことから、価格および加工のし易さを考慮に入れた場合、アルミニウムが適している。
熱外中性子用中性子反射材２４は、熱外中性子化用減速材２２の円錐台部分の周囲に配置され、コリメータ開口部３１ａでの熱外中性子束のレベルをできるだけ高めるようにしている。熱外中性子用中性子反射材２４としては、熱外中性子反射性能が高い材料である、ニッケル等を使用する。
【００２３】
熱中性子吸収材２６としては、熱中性子吸収性能の高いカドミウム等を用いる。ただし、カドミウムは、熱中性子を吸収するときに治療に有害なγ線を発生するので、熱中性子束のレベルとγ線束のレベルを治療に必要なレベルまで抑えるように厚さを調整する必要がある。
中性子透過γ線遮蔽材２５Ｂは、熱中性子吸収材２６を通過した熱外中性子を透過させ、治療に有害なγ線束を低減する。
治療部位の大きさおよび形状に合わせてコリメートする突起型中性子コリメータ３１Ａの後面側には、突起型コリメータ３１Ａを通過してくるγ線束を少なく押さえるために、γ線遮蔽材２７を設置する。γ線遮蔽材２７としては、γ線遮蔽性能が高く、かつ、安価である鉛等を用いる。
【００２４】
次に、図６を参照しながら、熱外中性子照射部９Ｂの他の例を示す。図６の（ａ）は、平面型中性子コリメータ３１Ｂ付の熱外中性子照射部９Ｂの縦断面図であり、（ｂ）はその熱外中性子照射部９Ｂの照射面を示す平面図である。
図５に示す熱中性子照射部９Ｂとほぼ同じであるが、突起型中性子コリメータ３１Ａの代わりに平面型中性子コリメータ（中性子コリメータ）３１Ｂを組み合わせている点が異なる。図５に示す突起型中性子コリメータ３１Ａ付の中性子照射部９Ｂと同じ構成については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
平面型中性子コリメータ３１Ｂは、突起型中性子コリメータ３１Ａと比較して、コリメータ開口部３１ａにおける熱外中性子束のレベルは高いが、平面型であるため患者２の頭頸部等の腫瘍のように肩等を避ける必要がある場合は使用できない。しかし、頭部や胸部等に対しては使用可能であり、突起型中性子コリメータ３１Ａを使用する場合と比較して、単位加速陽子電流値あたりの治療位置での熱外中性子束のレベルを高くできるため、突起型中性子コリメータ３１Ａを使用する場合と比較して治療時間を短くできる。突起型および平面型中性子コリメータ３１Ａ、３１Ｂは、それぞれ取り外し可能な構造となっており、軽量であることから、治療部位に応じて容易に付け替えることができる。
【００２５】
（作 用）
次に、図７から図１０を参照（適宜、図１を参照）しながら、本実施の形態のＢＮＣＴ装置１Ａの作用を説明する。
イオン源１１で生成された陽子イオンをＲＦＱ加速器１２で加速し、さらにＤＴＬ１３で、９Ｂｅ（ｐ，ｘｎ）反応による単位陽子電流当りの中性子発生率が、図７に示すように、７Ｌｉ（ｐ，ｎ）反応による単位陽子電流当りの中性子発生率より大きく、かつ、核破砕反応による単位陽子電流当りの中性子発生率よりも小さくなる範囲のエネルギ、例えば、７〜１８ＭｅＶまで加速する。加速された陽子ビームは、四重極電磁石１４でビーム径を調整された後、回転ガントリ５Ａの部分でビーム方向を曲げられて中性子照射部９の内部に設置したターゲット７に衝突させられる（図１参照）。
ターゲット７で発生した高速中性子は、中性子照射部９によって、所定の中性子エネルギスペクトルの中性子に整えられた後、患者２に照射される。
【００２６】
また、回転ガントリ５Ａに支持されたビーム管１６の先端近傍に設けられた中性子照射部保持板１９により中性子照射部９が保持されているので、回転ガントリ５Ａの回転軸Ｘ１周りの回動に合わせて患者２の体軸周囲を中性子照射部９が回動可能となり、多方向から熱中性子を用いたホウ素中性子捕捉療法用の中性子（または熱外中性子を用いたホウ素中性子捕捉療法用の中性子）を患者２に照射することができる。
【００２７】
中性子照射部９によって所定の中性子エネルギスペクトルに整えられた中性子が、ベッド６の上に位置する患者２に突起型中性子コリメータ３１Ａまたは平面型中性子コリメータ３１Ｂのコリメータ開口部３１ａを通して照射される。患者２に予め投与され、腫瘍内部に局在するホウ素（１０Ｂ）と、外部から照射した中性子との核反応（１０Ｂ（ｎ，α）７Ｌｉ）によって発生するα線とリチウム原子核（７Ｌｉ）によって腫瘍細胞を破壊できる。
【００２８】
図７に、９Ｂｅ（ｐ，ｘｎ）反応、７Ｌｉ（ｐ，ｘｎ）反応、核破砕反応の中性子発生率を、それぞれ実線、破線、一点鎖線で示す。単位陽子電流当りの中性子発生率は、陽子ビームの加速エネルギが７〜１８ＭｅＶのエネルギ範囲Ｒ２においては、ベリリウムと陽子が核反応することによって中性子が発生する反応である９Ｂｅ（ｐ，ｘｎ）反応による中性子発生率が他の２つの核反応より大きいことから、中性子発生用のターゲット７としてベリリウムが適していることが分かる。また、ベリリウムの融点は１２７８℃と高いために、加速陽子による熱負荷に耐えることができる。
陽子とベリリウムの核反応は、陽子のエネルギが７〜１８ＭｅＶのエネルギ範囲Ｒ２では、９Ｂｅ（ｐ，ｘｎ）反応、つまり、陽子１個の衝突により複数の高速中性子を発生する。この発生高速中性子の個数は、図７の実線で示すように陽子のエネルギが高いほど多くなる。
しかし、陽子のエネルギが７ＭｅＶ以下のエネルギ範囲Ｒ１では、７Ｌｉ（ｐ，ｘｎ）反応の中性子発生率の方が高いが、前記従来技術で述べたように融点が低いのでターゲットに用いるのに適していない。
【００２９】
また、１８ＭｅＶ以上のエネルギ範囲Ｒ３の核破砕反応を利用しようとすると、中性子発生率は良くなるが、次の２つの問題がある。（１）１８ＭｅＶ以上のエネルギまで陽子を加速するためには、線形加速器３がより大型になり、価格が高くなる。（２）加速された陽子の方向を回転ガントリ５Ａ部分で照射方向に曲げるためには、より強力な磁場を発生させたり、より長い距離を使用したりして曲げる必要が生じるため、回転ガントリ５Ａが大きくなる。（３）核破砕反応で生じる高速中性子のエネルギがより高くなるので、それを減速するための減速材の体積、中性子反射材の体積が増加し中性子照射部９の大きさが増加し、熱中性子照射部９Ａおよび熱外中性子照射部９Ｂの重量も増加する。
前記理由により１８ＭｅＶ以上のエネルギ範囲Ｒ３の核破砕反応を利用するＢＮＣＴ装置は、病院に設置するのに適しない。
【００３０】
（効 果）
本実施の形態のＢＮＣＴ装置１Ａによれば、陽子ビームの加速エネルギが７〜１８ＭｅＶと低いことから回転ガントリ５Ａを回転半径１ｍ程度に小型にできる。また、発生する高速中性子のエネルギが核破砕反応により発生する高速中性子のエネルギより低いので、中性子照射部９を半径６０ｃｍ程度、高さ６０ｃｍ程度の小型円柱形状にできる。したがって、中性子照射部９と回転ガントリ５Ａの部分を小型軽量にできる。このように回転ガントリ５Ａが小型軽量にできることから、患者２の治療部位に体軸周方向の多方向からの中性子照射が可能となり治療部位の適用範囲が拡大する。
特に、熱中性子照射部９Ａおよび熱外中性子照射部９Ｂの前記構成材料の組合せおよび配置構造にすることで、９Ｂｅ（ｐ，ｘｎ）反応によって発生する中性子を効率良く熱中性子化または熱外中性子化でき、熱中性子照射部９Ａおよび熱外中性子照射部９Ｂを小型にすることができる。
【００３１】
突起型中性子コリメータ３１Ａは、頭頸部等の腫瘍の治療時に、肩などを避けて中性子を照射することができるとともに、治療部以外の正常部への不要な線量を低減できる。また、熱中性子照射部９Ａの中性子透過γ線遮蔽材２５Ａ、２５Ｂは、ターゲット７で発生した高速中性子が伴うγ線束を低減できる。熱外中性子照射部９Ｂの中性子透過γ線遮蔽材２５Ｂは、ターゲット７で発生した高速中性子が伴う治療に有害なγ線束を低減でき、γ線遮蔽材２７は熱中性子を熱中性子吸収材２６で吸収したときに発生する治療に有害なγ線束を低減できる。
【００３２】
図８に、１１ＭｅＶの加速エネルギの陽子とベリリウムのターゲット７との核反応によって発生した高速中性子を、熱中性子照射部９Ａを用いて中性子エネルギスペクトルを調整し、熱中性子を用いたホウ素中性子捕捉療法用の中性子に整えた結果を示す。横軸が径方向位置、縦軸が中性子束のレベルを示す。
照射部分を制限するためのコリメータ開口部３１ａで、熱中性子束のレベルが熱外中性子束の５０倍以上となっており、良好な熱中性子を用いたホウ素中性子捕捉療法用の中性子束が形成されていることがわかる。このとき、治療に必要な線形加速器の電流値は１．６８ｍAであり、製作可能な電流値となっている。
【００３３】
図９に、１１ＭｅＶの加速エネルギの陽子とベリリウムのターゲット７との核反応によって発生した高速中性子を、熱外中性子照射部９Ｂを用いて中性子エネルギスペクトルを調整し、熱外中性子を用いたホウ素中性子捕捉療法用の中性子に整えた結果を示す。照射部分を制限するためのコリメータ開口部３１ａで、熱外中性子束のレベルが熱中性子束の５０倍以上となっており、良好な熱外中性子を用いたホウ素中性子捕捉療法用の中性子束が形成されていることがわかる。このとき、治療に必要な線形加速器の電流値は２．８５ｍAであり、製作可能な電流値となっている。
【００３４】
図１０に参考用に、ＢＮＣＴ装置１Ａにおける熱中性子照射モード（熱中性子を用いたホウ素中性子捕捉療法）、および熱外中性子照射モード（熱外中性子を用いたホウ素中性子捕捉療法）の熱中性子束、熱外中性子束、高速中性子混在割合、γ線混在割合に対する必要条件を示す。
図８および図９と、図１０とを比較して分かるように、必要電流値が３mＡ以下（２．８５ｍＡ）で、前記ホウ素中性子捕捉療法用の所定の中性子エネルギスペクトルの中性子束が形成できることから、製作可能な線形加速器３でＢＮＣＴ装置１Ａを提供することができる。
【００３５】
（変形例）
次に、図１１を参照しながら本実施の形態のＢＮＣＴ装置１Ａの変形例を説明する。本変形例では、回転ガントリ５Ｂにおける回転軸Ｘ２の位置が図１１に示すように線形加速器３の終端部の四重極電磁石１４のすぐ前方に回転シール部１７が設けられている。実施の形態と同じ構成については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
この位置に回転シール部１７を持ってくることにより、ベッド６を図２のように回動させて位置設定するが必要なく、体軸回りの多方向から所定の中性子を照射することが出来る。
また、図示しないが回転シール部１７と同様の回転シール部を偏向電磁石１５Ａと偏向電磁石１５Ｂの間に設けて、回転ガントリ５Ｂを縦方向の回転軸周りに回動可能としても良い。そのような構造にすることにより、前記縦方向の回転軸の周りに放射状に複数のベッド６を用意し、複数の患者２を１台のＢＮＣＴ装置で、照射時間をずらして治療することが可能となる。
【００３６】
さらに、本実施の形態およびその変形例では回転ガントリ５Ａまたは回転ガントリ５Ｂに支持されたビーム管１６の末端近くに、中性子照射部保持板１９が溶接固定されるものとしたが、それに限定されない。中性子照射部９の荷重がビーム管１６に掛からないように、回転ガントリ５Ａまたは回転ガントリ５Ｂの図示しない支持装置が、直接、中性子照射部保持板１９を、回転軸Ｘ１または回転軸Ｘ２回りに回動可能に支持する構成でも良い。
【００３７】
なお、本実施の形態およびその変形例においては、線形加速器３をホウ素中性子捕捉療法専用に用いる構成としたが、それに限定されるものではない。
線形加速器３の終端部の四重極電磁石１４の前方に、図示しないＹ字形に分岐するＹ字ビーム管と、このＹ字ビーム管の一方の分岐管が回転ガントリ５Ａ（または、回転ガントリ５Ｂ）のビーム管１６に連なり、他方の分岐管が図示しない放射性核種製造用ターゲット装置へのビーム管に連なっている構成でも良い。そして、前記Ｙ字ビーム管には偏向電磁石が設けられており、偏向電磁石に通電時には、陽子ビームは回転ガントリ５Ａ（または、回転ガントリ５Ｂ）側に偏向され、偏向電磁石に無通電時には陽子ビームは放射性核種製造用ターゲット装置へ直進する。
【００３８】
放射性核種製造用ターゲット装置には、１１Ｂ、１３Ｃ、 １５Ｎまたは １８Ｏ等を含むターゲットを設置して陽子ビームで照射することで、１１Ｂ（ｐ，ｎ）１１Ｃ、１３Ｃ（ｐ，ｎ）１３Ｎ、１５Ｎ（ｐ，ｎ）１５Ｏまたは１８Ｏ（ｐ，ｎ）１８Ｆ反応を利用し、核医学に利用される１１Ｃ、１３Ｎ、１５Ｏまたは１８Ｆ等の放射性物質または放射性物質を含む化合物を製造する。
このような構成とすることにより、陽子ビームの方向を中性子照射部９の方向および放射性核種製造用ターゲット装置の方向に振り分けることができ、線形加速器３を有効に利用することができる。例えば、一日に必要な量の１８Ｆをはじめとする核医学用放射性核種は、数分程度の加速器運転時間で製造することができるため、ホウ素中性子捕捉療法の合間にでも、充分な量の放射性核種を製造することが可能である。
ホウ素中性子捕捉療法においては、パラボロノフェニールアラニン（ＢＰＡ）を１８Ｆで標識した物質が通常使用されており、１台の線形加速器３をホウ素中性子捕捉療法にも核医学用放射性核種製造にも利用でき、線形加速器３の稼働率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施の形態のホウ素中性子捕捉療法用の医療装置の全体模式図である。
【図２】図１のＡ矢視図である。
【図３】（ａ）は突起型中性子コリメータ付の熱中性子照射部の縦断面図であり、（ｂ）はその正面図である。
【図４】（ａ）は平面型中性子コリメータ付の熱中性子照射部の縦断面図であり、（ｂ）はその正面図である。
【図５】（ａ）は突起型中性子コリメータ付の熱外中性子照射部の縦断面図であり、（ｂ）はその正面図である。
【図６】（ａ）は平面型中性子コリメータ付の熱外中性子照射部の縦断面図であり、（ｂ）はその正面図である。
【図７】各中性子発生反応の中性子発生率を示すグラフである。
【図８】熱中性子照射部を用いた中性子束の検討結果を示すグラフである。
【図９】熱外中性子照射部を用いた中性子束の検討結果を示すグラフである。
【図１０】ホウ素中性子捕捉療法の熱中性子照射モード、熱外中性子照射モードの照射される中性子の必要条件のデータ表を示す図である。
【図１１】実施の形態のホウ素中性子捕捉療法用の医療装置の変形例の全体模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１Ａ、１Ｂ ホウ素中性子捕捉療法用の医療装置
２ 患者
３ 線形加速器
５Ａ、５Ｂ 回転ガントリ
６ ベッド
７ ターゲット
９ 中性子照射部
９Ａ 熱中性子照射部
９Ｂ 熱外中性子照射部
１０ 陽子ビーム
１１ イオン源
１２ 高周波四重極線形加速器
１３ ドリフトチューブ型加速器
１４ 四重極電磁石
１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ 偏向電磁石
１６ ビーム管
１７ 回転シール部
１８ ヒートシンク
１９ 中性子照射部保持板（保持手段）
１９ａ 固定ピン
２１ 熱中性子化用減速材
２２ 熱外中性子化用減速材
２３ 中性子反射材（第１の中性子反射材）
２４ 熱外中性子用中性子反射材（第２の中性子反射材）
２５Ａ 中性子透過γ線遮蔽材（第１の中性子透過γ線遮蔽材）
２５Ｂ 中性子透過γ線遮蔽材（第２の中性子透過γ線遮蔽材）
２６ 熱中性子吸収材
２７ γ線遮蔽材
２８ 中性子吸収材
３１Ａ 突起型中性子コリメータ（中性子コリメータ）
３１Ｂ 平面型中性子コリメータ（中性子コリメータ）
３１ａ コリメータ開口部
３１ｂ 固定ピン
Ｘ１、Ｘ２ 回転軸

特許の図
【出願人】 【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【出願日】 平成１８年７月１８日（２００６．７．１８）
【代理人】 【識別番号】１０００６４４１４
【弁理士】
【氏名又は名称】磯野 道造

【識別番号】１００１１１５４５
【弁理士】
【氏名又は名称】多田 悦夫
【公開番号】 特開２００８−２２９２０（Ｐ２００８−２２９２０Ａ）
【公開日】 平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【出願番号】 特願２００６−１９６１１０（Ｐ２００６−１９６１１０）