(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子を加速し荷電粒子線を出射する加速器と、
前記加速器からの前記荷電粒子線が入射され中性子線を生成する中性子線生成部と、
前記中性子線生成部からの前記中性子線を減速させ出射する減速部と、
前記中性子線の照射野を規定する開口を有し、当該開口を通じて前記減速部からの前記中性子線を被照射体に照射させるコリメータと、を備え、
前記コリメータの前記開口から出射される治療用の前記中性子線を水ファントムの入射面から当該水ファントム中に入射させた場合に、
前記水ファントム中において前記中性子線の前記照射野の中心軸線上で前記入射面から２０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ１とし、
前記水ファントム中において前記中心軸線上で前記入射面から６０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ２とし、
前記水ファントム中において前記コリメータの前記開口の縁部を通り前記中心軸線に平行に延びる開口縁部軸線上で前記入射面から２０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ３とし、
前記水ファントム中において前記開口縁部軸線上で前記入射面から６０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ４としたとき、
前記基準位置Ｑ２における熱中性子束Ｇ２が前記基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であり、
前記基準位置Ｑ３における熱中性子束Ｇ３が前記基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であり、
前記基準位置Ｑ４における熱中性子束Ｇ４が前記基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であるように、
前記加速器は、３０ＭｅＶの陽子線を出力し、
前記中性子線生成部には、ベリリウムターゲットが用いられ、
前記減速部の材料には、鉛、鉄、アルミニウム又はフッ化カルシウムが用いられており、
前記中性子線を前記コリメータの前記開口から空間を介して直接に前記被照射体に照射する
ことを特徴とする中性子線照射装置。
【請求項２】
荷電粒子を加速し荷電粒子線を出射する加速器と、
前記加速器からの前記荷電粒子線が入射され中性子線を生成する中性子線生成部と、
前記中性子線生成部からの前記中性子線を減速させ出射する減速部と、
前記中性子線の照射野を規定する開口を有し、当該開口を通じて前記減速部からの前記中性子線を被照射体に照射させるコリメータと、を備え、
前記コリメータの前記開口から出射される治療用の前記中性子線を水ファントムの入射面から当該水ファントム中に入射させた場合に、
前記水ファントム中において前記中性子線の前記照射野の中心軸線上で前記入射面から２０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ１とし、
前記水ファントム中において前記中心軸線上で前記入射面から６０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ２とし、
前記水ファントム中において前記コリメータの前記開口の縁部を通り前記中心軸線に平行に延びる開口縁部軸線上で前記入射面から２０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ３とし、
前記水ファントム中において前記開口縁部軸線上で前記入射面から６０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ４としたとき、
前記基準位置Ｑ２における熱中性子束Ｇ２が前記基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であり、
前記基準位置Ｑ３における熱中性子束Ｇ３が前記基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であり、
前記基準位置Ｑ４における熱中性子束Ｇ４が前記基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であるように、
前記加速器は、１１ＭｅＶの陽子線を出力し、
前記中性子線生成部には、ベリリウムターゲットが用いられ、
前記減速部の材料には、重水（Ｄ２０）又はフッ化鉛が用いられており、
前記中性子線を前記コリメータの前記開口から空間を介して直接に前記被照射体に照射する
ことを特徴とする中性子線照射装置。
【請求項３】
荷電粒子を加速し荷電粒子線を出射する加速器と、
前記加速器からの前記荷電粒子線が入射され中性子線を生成する中性子線生成部と、
前記中性子線生成部からの前記中性子線を減速させ出射する減速部と、
前記中性子線の照射野を規定する開口を有し、当該開口を通じて前記減速部からの前記中性子線を被照射体に照射させるコリメータと、を備え、
前記コリメータの前記開口から出射される治療用の前記中性子線を水ファントムの入射面から当該水ファントム中に入射させた場合に、
前記水ファントム中において前記中性子線の前記照射野の中心軸線上で前記入射面から２０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ１とし、
前記水ファントム中において前記中心軸線上で前記入射面から６０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ２とし、
前記水ファントム中において前記コリメータの前記開口の縁部を通り前記中心軸線に平行に延びる開口縁部軸線上で前記入射面から２０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ３とし、
前記水ファントム中において前記開口縁部軸線上で前記入射面から６０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ４としたとき、
前記基準位置Ｑ２における熱中性子束Ｇ２が前記基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であり、
前記基準位置Ｑ３における熱中性子束Ｇ３が前記基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であり、
前記基準位置Ｑ４における熱中性子束Ｇ４が前記基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であるように、
前記加速器は、２．８ＭｅＶの陽子線を出力し、
前記中性子線生成部には、リチウムターゲットが用いられ、
前記減速部の材料には、アルミニウムと、フッ化アルミと、フッ化リチウムとの混合物が用いられており、
前記中性子線を前記コリメータの前記開口から空間を介して直接に前記被照射体に照射する
ことを特徴とする中性子線照射装置。
【請求項４】
荷電粒子を加速し荷電粒子線を出射する加速器と、
前記加速器からの前記荷電粒子線が入射され中性子線を生成する中性子線生成部と、
前記中性子線生成部からの前記中性子線を減速させ出射する減速部と、
前記中性子線の照射野を規定する開口を有し、当該開口を通じて前記減速部からの前記中性子線を被照射体に照射させるコリメータと、を備え、
前記コリメータの前記開口から出射される治療用の前記中性子線を水ファントムの入射面から当該水ファントム中に入射させた場合に、
前記水ファントム中において前記中性子線の前記照射野の中心軸線上で前記入射面から２０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ１とし、
前記水ファントム中において前記中心軸線上で前記入射面から６０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ２とし、
前記水ファントム中において前記コリメータの前記開口の縁部を通り前記中心軸線に平行に延びる開口縁部軸線上で前記入射面から２０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ３とし、
前記水ファントム中において前記開口縁部軸線上で前記入射面から６０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ４としたとき、
前記基準位置Ｑ２における熱中性子束Ｇ２が前記基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であり、
前記基準位置Ｑ３における熱中性子束Ｇ３が前記基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であり、
前記基準位置Ｑ４における熱中性子束Ｇ４が前記基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であるように、
前記加速器は、５０ＭｅＶの陽子線を出力し、
前記中性子線生成部には、タングステンターゲットが用いられ、
前記減速部の材料には、鉄、またはアルミニウムと、フッ化アルミと、フッ化リチウムとの混合物が用いられており、
前記中性子線を前記コリメータの前記開口から空間を介して直接に前記被照射体に照射する
ことを特徴とする中性子線照射装置。
【請求項５】
荷電粒子を加速し荷電粒子線を出射する加速器と、
前記加速器からの前記荷電粒子線が入射され中性子線を生成する中性子線生成部と、
前記中性子線生成部からの前記中性子線を減速させ出射する減速部と、
前記中性子線の照射野を規定する開口を有し、当該開口を通じて前記減速部からの前記中性子線を被照射体に照射させるコリメータと、を備える中性子線照射装置の作動方法であって、
前記コリメータの前記開口から出射される治療用の前記中性子線を水ファントムの入射面から当該水ファントム中に入射させた場合に、
前記水ファントム中において前記中性子線の前記照射野の中心軸線上で前記入射面から２０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ１とし、
前記水ファントム中において前記中心軸線上で前記入射面から６０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ２とし、
前記水ファントム中において前記コリメータの前記開口の縁部を通り前記中心軸線に平行に延びる開口縁部軸線上で前記入射面から２０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ３とし、
前記水ファントム中において前記開口縁部軸線上で前記入射面から６０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ４としたとき、
前記基準位置Ｑ２における熱中性子束Ｇ２が前記基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であり、
前記基準位置Ｑ３における熱中性子束Ｇ３が前記基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であり、
前記基準位置Ｑ４における熱中性子束Ｇ４が前記基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であるように、
前記中性子線を前記コリメータの前記開口から空間を介して直接に前記被照射体に照射する
ことを特徴とする中性子線照射装置の作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子線照射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
がん治療等における放射線治療の１つとして、中性子線の照射によりがん治療を行うホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ：BoronNCT）がある。従来、このホウ素中性子捕捉療法を行うための中性子線治療装置（ＢＮＣＴ装置）が開発されており、例えば特許文献１には、サイクロトロン等の加速器で陽子線（荷電粒子線）を生成し、タンタルやタングステン等のターゲットに陽子線を照射することにより中性子線を生成し、生成した中性子線を対象へ照射するものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２４０３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＢＮＣＴにおいては、ある程度大きい患部（腫瘍）に対しても患部全体に中性子線のエネルギーを付与する必要があり、種々の大きさの患部に対して汎用的に中性子線の照射を可能にすることが望まれる。ところが、上記特許文献１の技術では、種々の大きさの患部に対応可能な汎用性については何ら考慮されていない。
【０００５】
このような事情に鑑み、本発明は、種々の大きさの患部に対して汎用的に使用可能な中性子線照射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】
【０００６】
本発明の中性子線照射装置は、荷電粒子を加速し荷電粒子線を出射する加速器と、加速器からの荷電粒子線が入射され中性子線を生成する中性子線生成部と、中性子線生成部からの中性子線を減速させ出射する減速部と、中性子線の照射野を規定する開口を有し、当該開口を通じて減速部からの中性子線を被照射体に照射させるコリメータと、を備え、コリメータの開口から出射される治療用の中性子線を水ファントムの入射面から当該水ファントム中に入射させた場合に、水ファントム中において中性子線の照射野の中心軸線上で入射面から２０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ１とし、水ファントム中において中心軸線上で入射面から６０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ２とし、水ファントム中においてコリメータの開口の縁部を通り中心軸線に平行に延びる開口縁部軸線上で入射面から２０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ３とし、水ファントム中において開口縁部軸線上で入射面から６０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ４としたとき、基準位置Ｑ２における熱中性子束Ｇ２が基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であり、基準位置Ｑ３における熱中性子束Ｇ３が基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であり、基準位置Ｑ４における熱中性子束Ｇ４が基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であるように、加速器は、３０ＭｅＶの陽子線を出力し、中性子線生成部には、ベリリウムターゲットが用いられ、減速部の材料には、鉛、鉄、アルミニウム又はフッ化カルシウムが用いられており、中性子線をコリメータの開口から空間を介して直接に被照射体に照射することを特徴とする。
また、本発明の他の中性子線照射装置は、荷電粒子を加速し荷電粒子線を出射する加速器と、加速器からの荷電粒子線が入射され中性子線を生成する中性子線生成部と、中性子線生成部からの中性子線を減速させ出射する減速部と、中性子線の照射野を規定する開口を有し、当該開口を通じて減速部からの中性子線を被照射体に照射させるコリメータと、を備え、コリメータの開口から出射される治療用の中性子線を水ファントムの入射面から当該水ファントム中に入射させた場合に、水ファントム中において中性子線の照射野の中心軸線上で入射面から２０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ１とし、水ファントム中において中心軸線上で入射面から６０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ２とし、水ファントム中においてコリメータの開口の縁部を通り中心軸線に平行に延びる開口縁部軸線上で入射面から２０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ３とし、水ファントム中において開口縁部軸線上で入射面から６０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ４としたとき、基準位置Ｑ２における熱中性子束Ｇ２が基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であり、基準位置Ｑ３における熱中性子束Ｇ３が基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であり、基準位置Ｑ４における熱中性子束Ｇ４が基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であるように、加速器は、１１ＭｅＶの陽子線を出力し、中性子線生成部には、ベリリウムターゲットが用いられ、減速部の材料には、重水（Ｄ２０）又はフッ化鉛が用いられており、中性子線をコリメータの開口から空間を介して直接に被照射体に照射することを特徴とする。
本発明の他の中性子線照射装置は、荷電粒子を加速し荷電粒子線を出射する加速器と、加速器からの荷電粒子線が入射され中性子線を生成する中性子線生成部と、中性子線生成部からの中性子線を減速させ出射する減速部と、中性子線の照射野を規定する開口を有し、当該開口を通じて減速部からの中性子線を被照射体に照射させるコリメータと、を備え、コリメータの開口から出射される治療用の中性子線を水ファントムの入射面から当該水ファントム中に入射させた場合に、水ファントム中において中性子線の照射野の中心軸線上で入射面から２０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ１とし、水ファントム中において中心軸線上で入射面から６０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ２とし、水ファントム中においてコリメータの開口の縁部を通り中心軸線に平行に延びる開口縁部軸線上で入射面から２０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ３とし、水ファントム中において開口縁部軸線上で入射面から６０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ４としたとき、基準位置Ｑ２における熱中性子束Ｇ２が基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であり、基準位置Ｑ３における熱中性子束Ｇ３が基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であり、基準位置Ｑ４における熱中性子束Ｇ４が基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であるように、加速器は、２．８ＭｅＶの陽子線を出力し、中性子線生成部には、リチウムターゲットが用いられ、減速部の材料には、アルミニウムと、フッ化アルミと、フッ化リチウムとの混合物が用いられており、中性子線をコリメータの開口から空間を介して直接に被照射体に照射することを特徴とする。
本発明の他の中性子線照射装置は、荷電粒子を加速し荷電粒子線を出射する加速器と、加速器からの荷電粒子線が入射され中性子線を生成する中性子線生成部と、中性子線生成部からの中性子線を減速させ出射する減速部と、中性子線の照射野を規定する開口を有し、当該開口を通じて減速部からの中性子線を被照射体に照射させるコリメータと、を備え、コリメータの開口から出射される治療用の中性子線を水ファントムの入射面から当該水ファントム中に入射させた場合に、水ファントム中において中性子線の照射野の中心軸線上で入射面から２０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ１とし、水ファントム中において中心軸線上で入射面から６０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ２とし、水ファントム中においてコリメータの開口の縁部を通り中心軸線に平行に延びる開口縁部軸線上で入射面から２０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ３とし、水ファントム中において開口縁部軸線上で入射面から６０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ４としたとき、基準位置Ｑ２における熱中性子束Ｇ２が基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であり、基準位置Ｑ３における熱中性子束Ｇ３が基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であり、基準位置Ｑ４における熱中性子束Ｇ４が基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であるように、加速器は、５０ＭｅＶの陽子線を出力し、中性子線生成部には、タングステンターゲットが用いられ、減速部の材料には、鉄、またはアルミニウムと、フッ化アルミと、フッ化リチウムとの混合物が用いられており、中性子線をコリメータの開口から空間を介して直接に被照射体に照射することを特徴とする。
また、本発明の中性子線照射装置の作動方法は、荷電粒子を加速し荷電粒子線を出射する加速器と、加速器からの荷電粒子線が入射され中性子線を生成する中性子線生成部と、中性子線生成部からの中性子線を減速させ出射する減速部と、中性子線の照射野を規定する開口を有し、当該開口を通じて減速部からの中性子線を被照射体に照射させるコリメータと、を備える中性子線照射装置の作動方法であって、コリメータの開口から出射される治療用の中性子線を水ファントムの入射面から当該水ファントム中に入射させた場合に、水ファントム中において中性子線の照射野の中心軸線上で入射面から２０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ１とし、水ファントム中において中心軸線上で入射面から６０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ２とし、水ファントム中においてコリメータの開口の縁部を通り中心軸線に平行に延びる開口縁部軸線上で入射面から２０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ３とし、水ファントム中において開口縁部軸線上で入射面から６０ｍｍの深さの位置を基準位置Ｑ４としたとき、基準位置Ｑ２における熱中性子束Ｇ２が基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であり、基準位置Ｑ３における熱中性子束Ｇ３が基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であり、基準位置Ｑ４における熱中性子束Ｇ４が基準位置Ｑ１における熱中性子束Ｇ１の０．２倍以上であるように、中性子線をコリメータの開口から空間を介して直接に被照射体に照射することを特徴とする。
【０００７】
上記中性子線照射装置によれば、コリメータの開口に対応する位置で患者体内の深さ２０〜６０ｍｍの間の領域に対し、ある程度高い線量率で中性子線のエネルギーを付与することができる。よって、深さ２０〜６０ｍｍに亘って存在するようなある程度大きい患部に対しても、治療に必要な線量の治療用中性子線を患部全体に対し照射することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、種々の大きさの患部に対して汎用的に使用可能な中性子線照射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る中性子線治療装置の構成を示す図である。
【図２】図１の中性子線治療装置における中性子線出力部の近傍を示す概略断面である。
【図３】図１の中性子線治療装置の出射方向前方に水ファントムを設置した状態を示す概略断面図である。
【図４】図３の水ファントム中に中性子線を入射した場合、熱中性子線の中性子束の分布を等値線で示す図である。
【図５】図３の水ファントム中で、照射中心軸線Ｃ上における熱中性子線の中性子束（フラックス）の分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、「上流」「下流」の語は、出射する荷電粒子線及び中性子線の上流（加速器側）、下流（患者側）をそれぞれ意味している。
【００１１】
図１に示す中性子線治療装置（中性子線照射装置）１は、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ：BoronNCT）を用いたがん治療を行う装置であり、ホウ素１０（１０Ｂ）が投与された患者（被照射体）４０に対し中性子線Ｎを照射する。中性子線治療装置１は、加速器１０（例えば、サイクロトロン）を備え、加速器１０は、荷電粒子（例えば、陽子）を加速して、荷電粒子線Ｐ（例えば、陽子線）を作り出し、出射する。ここでの加速器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。
【００１２】
加速器１０から出射された荷電粒子線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、電流モニタ３２、荷電粒子線走査部３４を順次に通過し、中性子線出力部３６に導かれる。中性子線出力部３６では荷電粒子線ＰがターゲットＴに照射されることで生成された中性子線Ｎを出射（出力）し、当該中性子線Ｎが治療台３８上の患者４０に照射される。
【００１３】
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のビーム軸調整を行うものである。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のビームの発散を抑制するものである。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。
【００１４】
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の出力確認を行うことができる。
【００１５】
電流モニタ３２は、中性子線出力部３６のターゲット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。電流モニタ３２は、荷電粒子線Ｐに影響を与えずに電流測定可能な非破壊型のＤＣＣＴ（DC Current Transformer）が用いられている。この電流モニタ３２には、所定のコントローラが接続されている。なお、「線量率」とは、単位時間当たりの線量を意味する（以下、同じ）。
【００１６】
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。
【００１７】
図２に示すように、中性子線出力部３６は、荷電粒子線Ｐを通すビームダクト４８の下流端部に配設されたターゲット（中性子線生成部）Ｔと、ターゲットＴで発生した中性子線Ｎを減速させるモデレータ（減速部）５０と、これらを覆うように設けられた遮蔽体５２と、遮蔽体５２の下流端に取り付けられたコリメータ４６と、を含んで構成されている。
【００１８】
ターゲットＴは、荷電粒子線Ｐの照射を受けて中性子線Ｎを発生させるものである。ここでのターゲットＴは、例えば、ベリリウム（Ｂｅ）により形成され、直径１６０ｍｍの円板状を成している。ターゲットＴの種類は、加速器１０の荷電粒子線Ｐのエネルギーに応じて設定される。加速器１０及びターゲットＴの代表的な組み合わせ設定の具体的な例を、以下の設定例１〜３として挙げる。
【００１９】
（設定例１）
加速器１０として、静電加速器又は線形加速器を使用する。加速器１０から出力される荷電粒子線は陽子線であり、陽子線の陽子エネルギーは１．９〜１０MeVとする。例えば、加速器１０から、２．８MeVの陽子線を２０mA以上で出力すればよい。ターゲットＴとしては、リチウムターゲットを使用する。この場合、金属リチウム（固体）をターゲットＴとしてもよく、液体リチウムを循環させてターゲットＴとして用いてもよい。
【００２０】
（設定例２）
加速器１０として、線形加速器、サイクロトロン、又はFFAG（固定磁場強収束型加速器）を使用する。加速器１０から出力される荷電粒子線は陽子線であり、陽子エネルギーは８〜４０MeVで０．６mA以上とする。ターゲットＴとしては、ヘリウムターゲット又はベリリウムターゲットを使用する。
【００２１】
（設定例３）
加速器１０として、サイクロトロン、シンクロトロン、又はFFAGを使用する。加速器１０から出力される荷電粒子線は陽子線であり、陽子エネルギーは３０MeV以上とする。ターゲットＴとしては、タンタル、タングステン、又は水銀などの重金属のターゲットを使用する。
【００２２】
モデレータ５０は、ターゲットＴから出射される中性子線Ｎを減速させ、エネルギーが低減された治療用中性子線Ｎとするものである。モデレータ５０は、例えば異なる複数の材料から成る積層構造とされている。モデレータ５０の材料は、荷電粒子線のエネルギー等の諸条件に応じて適宜選択される。
【００２３】
遮蔽体５２は、中性子線Ｎ、及び当該中性子線Ｎの発生に伴って生じたガンマ線等が外部へ放出されないよう遮蔽するものであり、治療室の床に取り付けられている。コリメータ４６は、治療用中性子線Ｎの出力口となる円形の開口４６ａを備え、治療用中性子線Ｎの照射野を規定する。以下、コリメータ４６で規定される照射野の中心（開口４６ａの中心）を通り治療用中性子線Ｎの上下流方向に延在する仮想の軸線を「照射中心軸線」と称し、符号「Ｃ」を付して示す。なお、照射中心軸線Ｃは、コリメータ４６の開口４６ａの下流端面に直交している。
【００２４】
中性子線出力部３６においては、荷電粒子線走査部３４で走査された荷電粒子線Ｐがターゲット（中性子線生成部）Ｔに照射され、これにより中性子線が発生する。発生した中性子線は、モデレータ５０で減速されて治療用中性子線Ｎとなる。そして、モデレータ５０から出射された治療用中性子線Ｎが、コリメータ４６の開口４６ａを通過して治療台３８上の患者４０へ照射される。治療用中性子線Ｎのビームには、ガンマ線、速中性子線、熱外中性子線、及び熱中性子線が含まれている。このうちの熱中性子線が、主に、患者４０体内の腫瘍中に取り込まれたホウ素１０と核反応し、有効な治療効果を発揮する。なお、治療用中性子線Ｎのビームに含まれる熱外中性子線の一部も、患者４０の体内で減速されて上記治療効果を発揮する熱中性子線となる。熱中性子線は、０．５eV以下のエネルギーの中性子線である。
【００２５】
続いて、中性子線治療装置１から出力される治療用中性子線Ｎの強度の設定について説明する。
【００２６】
治療用中性子線Ｎの強度設定では、患者４０に対する治療の等価線量率を適切に調整する必要がある。ここで、治療の等価線量率に影響を与える項目としては、主に、(ア)熱中性子線とホウ素１０との反応、(イ)熱中性子線と生体構成元素である窒素との反応、(ウ)速中性子線と生体構成元素である水素との反応、及び(エ)ガンマ線と生体との反応がある。すなわち、治療用中性子線Ｎによる治療の等価線量率は、下式(A)のように表される。
(治療の等価線量率)＝
(熱中性子束)・a1+(熱中性子束)・a2+(速中性子束)・b+(ガンマ線束)・1.0  …（A)
但し、式(A)中のa1,a2,bは、既知の係数である。
そして、式(A)の右辺のうち熱中性子束に関係する第１項が、治療の等価線量率の９０〜９５％を占める。従って、中性子線治療装置１においては、熱中性子束を調整することによって、治療用中性子線Ｎによる治療の等価線量率を調整するものとする。以下、治療用中性子線Ｎにおける熱中性子束の調整について説明する。
【００２７】
図３に示すように、コリメータ４６の下流側に水ファントム６０を設置し、治療用中性子線Ｎを水ファントム６０の入射面６０ａから入射させた場合を考える。このとき、水ファントム６０の入射面６０ａをコリメータ４６の開口４６ａに当接させた状態とする。また、以下では、コリメータ４６の開口４６ａの半径をｒとする。
【００２８】
ここで、上記のような水ファントム６０中に中性子線を入射した場合、熱中性子線の中性子束は図４のような分布を示す。この図４は、照射中心軸線Ｃを含む平面内における、熱中性子線の中性子束の等値線を示すものであり、コリメータ４６の開口４６ａの半径ｒを５０ｍｍとした場合の例である。図４においては、水平位置＝０ｍｍの直線が照射中心軸線Ｃに対応しており、縦軸（水平位置）は照射中心軸線Ｃからの距離を表し、横軸（深さ）は入射面６０ａから照射中心軸線Ｃ方向に測った深さを表す。図４中の各等値線に付された各値は、ピークの中性子束値（１．０）に対する各箇所の中性子束値の比を表している。また、水ファントム６０中で、照射中心軸線Ｃ上における熱中性子線の中性子束（フラックス）は、図５のような分布を示す。
【００２９】
図４及び図５から理解されるように、熱中性子線の中性子束のピークは、当該治療用中性子線Ｎを照射した水ファントム６０中において、照射中心軸線Ｃ上の深さ約２０ｍｍの位置にある。そして、そのピーク位置から周辺に向かって徐々に中性子束が下がっていく。
【００３０】
この知見に鑑み、本実施形態においては、図４に示すように、水ファントム６０中に４つの基準位置Ｑ１、Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を定義する。また、各々の基準位置Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４における熱中性子線の中性子束をそれぞれＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４で表すものとする。
【００３１】
基準位置Ｑ１は、照射中心軸線Ｃ上で入射面１ａから２０ｍｍの深さの位置であり、熱中性子線の中性子束がピークとなる位置である。基準位置Ｑ２は、照射中心軸線Ｃ上で入射面１ａから６０ｍｍの深さの位置である。
【００３２】
また、コリメータ４６の開口４６ａの縁部４６ｃを通り照射中心軸線Ｃに平行な仮想軸線を考える。以下、この仮想軸線を「開口縁部軸線」と称し、符号「Ｄ」を付して示すものとする。開口縁部軸線Ｄは、開口４６ａの半径ｒ（ここでは、ｒ＝５０ｍｍとする）に等しい距離だけ照射中心軸線Ｃから離れて存在する。基準位置Ｑ３は、開口縁部軸線Ｄ上で入射面１ａから２０ｍｍの深さの位置である。すなわち、基準位置Ｑ３は、照射中心軸線Ｃから距離ｒ離れ、入射面１ａから２０ｍｍ離れた位置である。また、基準位置Ｑ４は、開口縁部軸線Ｄ上で入射面１ａから６０ｍｍの深さの位置である。すなわち、基準位置Ｑ４は、照射中心軸線Ｃから距離ｒ離れ、入射面１ａから６０ｍｍ離れた位置である。
【００３３】
なお、照射中心軸線Ｃを中心とする径方向の熱中性子束の分布は、各方向とも同じと考えてよいので、開口縁部軸線Ｄは、照射中心軸線Ｃを円柱軸とする半径ｒの円柱面上の何れの位置に設定してもよい。そして、上記の基準位置Ｑ３は、照射中心軸線Ｃに直交する平面内において、基準位置Ｑ１を中心とする半径ｒの円周上の何れの位置に設定してもよい。同様に、上記の基準位置Ｑ４は、照射中心軸線Ｃに直交する平面内において、基準位置Ｑ２を中心とする半径ｒの円周上の何れの位置に設定してもよい。
【００３４】
上述のように基準位置Ｑ１〜Ｑ４を設定した上で、中性子線治療装置１は、下式(1)の条件を満足するように設定される。
Ｇ２／Ｇ１≧０．２  かつ  Ｇ３／Ｇ１≧０．２  かつ  Ｇ４／Ｇ１≧０．２  …(1)
上記の式(1)を満足するとの条件を、以下、「基準照射条件」という。上記の基準照射条件を満足する中性子線治療装置１は、主に、ターゲットＴの種類を適切に選択すると共に、加速器１０からターゲットＴに入射するイオン（荷電粒子線Ｐ）の電流量を調整し、更にモデレータの５０の種類を適切に選択することにより実現される。
【００３５】
水ファントム６０中の基準位置Ｑ１〜Ｑ２における熱中性子束Ｇ１〜Ｇ４は、次の方法で測定される。水ファントム６０中に金の試料（例えば金線）を入れておき、図３に示されるように水ファントム６０を設置した状態で、中性子線治療装置１からの治療用中性子線Ｎを水ファントム６０に照射する。金は熱中性子を吸収して放射化する性質を有するので、水ファントム６０中の金試料は治療用中性子線Ｎによって放射化される。その照射の終了後、金試料を回収し、金試料から放射される特定のガンマ線を測定して金試料の放射化量を測定する。更に、上記と同様の照射及び測定を、カドミウムで覆った金試料を用いて行い、当該試料の放射化量を測定する。
【００３６】
これらの試料の放射化量と熱中性子束との間には既知の相関関係があるので、金試料の放射化量から、カドミウムで覆った金試料の放射化量を減算することで、上記相関関係に基づき熱中性子束を算出することができる。金試料及びカドミウムで覆った金試料のうち基準位置Ｑ１〜Ｑ４に位置していた部位について上記の分析を行うことで、基準位置Ｑ１〜Ｑ４における熱中性子束Ｇ１〜Ｇ４が求められる。
【００３７】
なお、治療用中性子線Ｎの速中性子束も、上記の金試料に代えてインジウム試料又はアルミニウム試料を用いることで、試料の放射化量から算出することができる。また、治療用中性子線Ｎのガンマ線束も、ＴＬＤ（熱ルミネッセンス測定子）を用いて測定することができる。
【００３８】
基準照射条件を満足するための加速器１０、ターゲットＴ、及びモデレータ５０の組み合わせについて、具体的な設定の例を、以下の設定例Ａ〜Ｄとして挙げる。
【００３９】
（設定例Ａ）
加速器１０からの出力を３０MeVの陽子線とし、ターゲットＴとしてベリリウムターゲットを用いる。モデレータ５０の材料は、鉛、鉄、アルミニウム、又はフッ化カルシウムとする。
【００４０】
（設定例Ｂ）
加速器１０からの出力を１１MeVの陽子線とし、ターゲットＴとしてベリリウムターゲットを用いる。モデレータ５０の材料は、重水（D2O）又はフッ化鉛とする。
【００４１】
（設定例Ｃ）
加速器１０からの出力を２．８MeVの陽子線とし、ターゲットＴとしてリチウムターゲットを用いる。モデレータ５０の材料は、フルエンタール（Fluental；商品名；アルミニウム、フッ化アルミ、フッ化リチウムの混合物）とする。
【００４２】
（設定例Ｄ）
加速器１０からの出力を５０MeVの陽子線とし、ターゲットＴとしてタングステンターゲットを用いる。モデレータ５０の材料は、鉄又はフルエンタールとする。
【００４３】
続いて、上述のように基準照射条件を満足するように設定された中性子線治療装置１の作用効果について説明する。
【００４４】
中性子線治療装置１を用いて患者４０に対するホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）を行う場合を考える。ＢＮＣＴにおいて人体に対する治療用中性子線Ｎの等価線量を算出するにあたり、典型的なＢＮＣＴ治療例として以下の値が採用される。
人体構成元素である窒素の濃度            ：２％
投入薬剤であるホウ素１０の人体中の濃度  ：２５ｐｐｍ
正常な皮膚のCBE値                      ：２．５
正常な皮膚に対する最大線量              ：１１Gy-Eq 
また、一般にＢＮＣＴの治療効果を得るためには、腫瘍に対して２０Gy-Eqの熱中性子線の照射が必要とされている。なお、ＢＮＣＴにおける合計の等価線量は、熱中性子とホウ素の核反応による等価線量（ホウ素線量）と、熱中性子と窒素の核反応による等価線量（窒素線量）と、速中性子による反跳水素による等価線量（水素線量）と、ガンマ線による等価線量と、の和として表わされる。
【００４５】
上記の治療例に基づいて算出すれば、ＢＮＣＴにおいて中性子線治療装置１の治療用中性子線Ｎを患者４０に照射した場合、照射中心軸線Ｃ上で、患者４０の身体内部の深さ２０ｍｍの位置（基準位置Ｑ１に相当）において熱中性子束がピークになる。そして、基準位置Ｑ１に対応する位置から離れるに従って熱中性子束が徐々に低くなり、各基準位置Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４に対応する位置の熱中性子束は上記ピークの０．２倍以上の値になる。
【００４６】
例えば、基準位置Ｑ１の熱中性子束Ｇ１が５．０×１０8 neutrons/cm2/sec 以上となるような照射を行えば、周辺の基準位置Ｑ２〜Ｑ４においても１．０×１０8neutrons/cm2/sec （５．０×１０8 neutrons/cm2/secの０．２倍）以上の熱中性子束が照射される。すなわち、患者４０体内において、深さ２０〜４０ｍｍで照射中心軸線Ｃを中心とする半径ｒ以内の領域に亘って、１．０×１０8 neutrons/cm2/sec 以上の熱中性子束が照射されることになる。このように、中性子線治療装置１によれば、上記のように比較的大きい領域に亘って存在する比較的大きい腫瘍に対して、治療効果を得るのに十分な治療用中性子線Ｎの照射が可能である。よって、中性子線治療装置１は、上記のような比較的大きい腫瘍にも対応が可能であり、種々の大きさの腫瘍に対して汎用的に使用することができる。
【００４７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形したものであってもよい。
【００４８】
例えば、９０度偏向磁石２２を用いて荷電粒子線Ｐを９０度偏向する構成に限らず、９０度偏向磁石を設置せずに、加速器からターゲットまでを一直線上に配置してもよい。また、固定照射を行うタイプの治療装置に限らず、ターゲット及び中性子線出力部を患者の周りに回転させる回転照射を行うタイプの治療装置に本発明を適用してもよい。また、荷電粒子線走査部３４を設けずに、ターゲット上の定位置に荷電粒子線を照射するようにしてもよい。また、電流モニタ３２を設けずに、中性子線の線量を直接測定できる測定手段を設けてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１…中性子線治療装置（中性子線照射装置）、１０…加速器、４０…患者（被照射体）、４６…コリメータ、４６ａ…開口、４６ｃ…開口の縁部、５０…モデレータ（減速部）、６０…水ファントム、６０ａ…入射面、Ｃ…照射中心軸線（照射野の中心軸線）、Ｄ…開口縁部軸線、Ｎ…治療用中性子線、Ｐ…荷電粒子線、Ｑ１〜Ｑ４…基準位置、Ｔ…ターゲット（中性子線生成部）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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