(57)【要約】一種の中性子捕捉治療のためのビーム成形体（100、200）であって、ここで、ビーム成形体（100、200）は、中性子発生装置（110、210）、緩速体（120、220）、妨害要素（130、230）およびビーム出口（140、240）を含み、中性子発生装置（110、210）は中性子を発生するために用いられ、中性子は中性子発生装置（110、210）からビーム出口（140、240）への方向に中性子ビーム（160）を形成し、緩速体（120、220）は中性子発生装置（110、210）に隣接し、かつ中性子ビーム（160）中の高速中性子を熱外中性子に調整するために用いられ、ここで、中性子発生プロセス中、および緩速体（120、220）が中性子ビームエネルギースペクトルを調整するプロセスにおいてガンマ線が発生し、妨害要素（130、230）は緩速体とビーム出口との間に位置して中性子ビーム（160）が通過し、かつビーム出口（140、240）を通過する中性子ビーム（160）中のガンマ線含有量を低減させるために用いられる。
2019522557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子捕捉治療のためのビーム成形体であって、前記ビーム成形体は、中性子発生装置、緩速体、妨害要素およびビーム出口を含み、前記中性子発生装置は、前記ビーム成形体内に収容され、中性子を発生するために用いられ、前記中性子は、中性子発生装置からビーム出口への方向に中性子ビームを形成し、前記中性子ビームは、ビーム軸線を規定し、前記緩速体は、前記中性子発生装置に隣接し、かつ前記中性子ビーム中の高速中性子を熱外中性子に調整するために用いられ、ビーム成形体は、中性子ビームエネルギースペクトルの調整中にガンマ線を発生し、前記妨害要素は、緩速体とビーム出口との間に位置して前記中性子ビームが通過し、ビーム出口を通過する中性子ビーム中のガンマ線含有量を低減させるために用いられる、ことを特徴とする、
中性子捕捉治療のためのビーム成形体。
【請求項２】
前記妨害要素は、レニウム、ハフニウム、ルテチウム、鉛、セリウム、亜鉛、ビスマス、テルビウム、インジウム、アンチモン、ガリウム、ランタン、テルリウム、スズ、セレニウム、イットリウム、アルミニウム、ストロンチウム、バリウム、ケイ素、ジルコニウム、ルビジウム、カルシウム、硫黄、鉄、炭素、ベリリウム、マグネシウム、リン、クロム、リチウム、ナトリウムおよびニッケル単体のうちの一種、二種または多種が混合された材料で構成される、ことを特徴とする、
請求項１に記載の中性子捕捉治療のためのビーム成形体。
【請求項３】
前記妨害要素の内部構造は緻密構造または隙間を有する構造である、ことを特徴とする、
請求項１に記載の中性子捕捉治療のためのビーム成形体。
【請求項４】
前記緩速体および妨害要素の外部は反射体に囲まれ、前記反射体は中性子ビームから逸脱した中性子を反射して前記中性子ビームに戻して中性子ビーム強度を増加させるために用いられ、前記反射体は中性子反射能力の強い材料で構成される、ことを特徴とする、
請求項１に記載の中性子捕捉治療のためのビーム成形体。
【請求項５】
前記妨害要素は円筒体であり、かつ、前記円筒体の軸線は、前記ビーム軸線と一致または平行である、ことを特徴とする、
請求項１に記載の中性子捕捉治療のためのビーム成形体。
【請求項６】
前記円筒体の底面半径は５〜６ｃｍであり、前記円筒体の高さが３〜５ｃｍである、ことを特徴とする、
請求項５に記載の中性子捕捉治療のためのビーム成形体。
【請求項７】
ガンマ線を含む前記中性子ビームが妨害要素を通過するときに、妨害要素は、それぞれ、光電効果によってガンマ線を吸収し、コンプトン効果によってガンマ線を散乱し、または電子対効果によってガンマ線を正及び負の電子対に変換することにより、中性子ビーム中のガンマ線含有量を低減させ、妨害要素で散乱したガンマ線は、反射体に遭遇した後に、再吸収または反射によってさらに減衰される、ことを特徴とする、
請求項１に記載の中性子捕捉治療のためのビーム成形体。
【請求項８】
妨害要素がレニウム、ハフニウム、ルテチウム、鉛、セリウム、亜鉛、ビスマス、テルビウム、インジウムまたはアンチモンのうちの任意の単体で構成され、中性子ビームに対する前記ガンマ線の比が少なくとも３０％低減する、ことを特徴とする、
請求項２に記載の中性子捕捉治療のためのビーム成形体。
【請求項９】
妨害要素を通過する中性子ビームのプロテーゼビームの品質において、有効治療深さは≧１０．６９ｃｍであり、有効治療線量比は≧５．５４であり、３０  ＲＢＥ−Ｇｙの治療深さは≧６．７７ｃｍである、ことを特徴とする、
請求項２に記載の中性子捕捉治療のためのビーム成形体。
【請求項１０】
高速中性子エネルギー領域は４０ｋｅＶより大きく、熱外中性子エネルギー領域は０．５ｅＶ〜４０ｋｅＶである、ことを特徴とする、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の中性子捕捉治療のためのビーム成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビーム成形体に関し、特に、中性子捕捉治療のためのビーム成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子科学の発展に従って、コバルト60、線形加速器、電子ビームなどの放射線療法は、すでにがん治療の主な手段の一つとなった。しかし、従来の光子または電子療法は、放射線そのものの物理的条件の制限で腫瘍細胞を殺すとともに、ビーム経路上の数多くの正常組織に損傷を与える。また、腫瘍細胞により放射線に対する感受性の度合いが異なっているので、従来の放射線療法では、放射線耐性の高い悪性腫瘍（例、多形神経膠芽腫（glioblastoma multiforme）、黒色腫（melanoma））に対する治療効果が良くない。
【０００３】
腫瘍の周囲の正常組織への放射線損傷を軽減するすために、化学療法（chemotherapy）における標的療法が、放射線療法に用いられている。また、放射線耐性の高い腫瘍細胞に対し、現在では生物学的効果比（relative biological effectiveness, RBE）の高い放射線源が積極的に開発されており、例えば、陽子線治療、重粒子治療、中性子捕捉療法などがある。このうち、中性子捕捉療法は、上記の2つの構想を結びつけたものであって、例えば、ホウ素中性子捕捉療法では、ホウ素含有薬物が腫瘍細胞に特異的に集まり、高精度な中性子ビームの制御と合わせることで、従来の放射線と比べて、より良いがん治療オプションを提供する。
【０００４】
ホウ素中性子捕捉療法（Boron Neutron Capture Therapy, BNCT）はホウ素（10B）含有薬物が熱中性子に対し大きい捕獲断面積を持つ特性を利用し、10B(n,α) 7Liが中性子捕捉して核分裂反応により4Heと7Liという2種の重荷電粒子を生成する。図1と図2は、それぞれホウ素中性子捕捉の反応概略図と10B(n,α) 7Li中性子捕捉の原子核反応式を示す。2種の重荷電粒子は平均エネルギーが2.33MeVであり、高い線エネルギー付与(Linear Energy Transfer, LET)及び短い射程という特徴を持つ。α粒子の線エネルギー付与と射程はそれぞれ150 keV/μm、8μmであり、7Li重荷粒子の場合、それぞれ175 keV/μm、5μmである。2種の粒子の合計射程が細胞のサイズに近いので、生体への放射線損害を細胞レベルに抑えられる。ホウ素含有薬物を選択的に腫瘍細胞に集め、適切な中性子源と合わせることで、正常組織に大きな損害を与えない前提で、腫瘍細胞を部分的に殺せるという目的を達成する。
【０００５】
中性子捕捉治療プロセスでは、中性子の発生およびビーム成形体内の中性子エネルギースペクトルの変化が大量のガンマ線を発生する傾向があり、ガンマ線は強い通過力を有し、人体がガンマ線に曝されると、ガンマ線は人体の内部に入り、かつ体内の細胞とイオン化を発生し、イオン化により発生したイオンは、生体組織を構成する主成分であるタンパク質、核酸、酵素などの複雑な有機分子を侵食する可能性があり、それらが破壊されると、人体の正常な化学プロセスが妨げられ、重度の場合、細胞が死ぬ可能性がある。
【０００６】
従来技術において中性子ビームの品質に影響を与えない前提で、中性子ビーム中のガンマ線含有量を低減させるようにビーム成形体を変更することについての記載は見いだされない。
【発明の概要】
【０００７】
中性子捕捉治療プロセスにおける中性子ビーム中のガンマ線含有量を低減させるために、本発明の一態様は、中性子捕捉治療のためのビーム成形体を提供し、前記ビーム成形体は、中性子発生装置、緩速体、妨害要素およびビーム出口を含み、前記中性子発生装置は、前記ビーム成形体内に収容され、中性子を発生するために用いられ、前記中性子は、中性子発生装置からビーム出口への方向に中性子ビームを形成し、前記中性子ビームは、ビーム軸線を規定し、前記緩速体は、前記中性子発生装置に隣接し、かつ前記中性子ビーム中の高速中性子を熱外中性子に調整するために用いられ、ビーム成形体は、中性子ビームエネルギースペクトルの調整中にガンマ線を発生し、前記妨害要素は、緩速体とビーム出口との間に位置して前記中性子ビームが通過し、かつビーム出口を通過する中性子ビーム中のガンマ線含有量を低減させるために用いられる。
【０００８】
ここで、妨害要素は緩速体とビーム出口との間に位置して、中性子ビームが通過し、かつ中性子エネルギーに最小限の影響を及ぼす前提下で通過する中性子ビーム中のガンマ線含有量を低減させるために用いられる。本発明は中性子ビーム中の中性子束に対するガンマ線の比を用いて、妨害要素の添加および異なる材料の妨害要素の使用がガンマ線への影響を評価し、本発明はプロテーゼビーム品質中の有効治療深さ、有効治療線量比および３０  ＲＢＥ−Ｇｙ治療時の深さを用いて妨害要素の添加および異なる材料の妨害要素の使用が中性子ビームへの影響を評価する。
【０００９】
妨害要素がガンマ線に対する吸収、反射等の作用は、妨害要素を構成する材料にも関係する。
好ましくは、前記中性子捕捉治療のためのビーム成形体において、前記妨害要素は、レニウム、ハフニウム、ルテチウム、鉛、セリウム、亜鉛、ビスマス、テルビウム、インジウム、アンチモン、ガリウム、ランタン、テルリウム、スズ、セレニウム、イットリウム、アルミニウム、ストロンチウム、バリウム、ケイ素、ジルコニウム、ルビジウム、カルシウム、硫黄、鉄、炭素、ベリリウム、マグネシウム、リン、クロム、リチウム、ナトリウムおよびニッケル単体のうちの一種、二種または多種が混合された材料で構成される。
【００１０】
さらに好ましくは、前記中性子捕捉治療のためのビーム成形体において、前記妨害要素の内部構造は緻密構造または隙間を有する構造である。
ここで隙間を有する構造は、緻密構造に比べたものであり、前記妨害要素の内部が緻密でないことを指し、妨害要素を構成する固体材料が全体とすると共に複数の隙間を有する構造であり、例えばハニカム構造または内部中空構造であり、隙間を有する構造の密度は緻密構造の密度より小さい。
【００１１】
さらに、前記中性子捕捉治療のためのビーム成形体において、前記妨害要素は円筒体であり、かつ前記円筒体の軸線は前記ビーム軸線と重なるまたは平行である。前記円筒体のサイズは、円筒の底面半径が５〜６ｃｍであり、前記円筒体の高さが３〜５ｃｍであることが好ましい。１つの好ましい実施例において、該サイズおよび形状の妨害要素を、高さが８０〜１００ｃｍであり、底面半径が６０〜７０ｃｍの円筒体のビーム成形体内に配置し、該妨害要素が添加されないビーム成形体内と比べることにより、ガンマ線含有量を顕著に低減させ、当然で、該妨害要素を他の形状またはサイズのビーム成形体内に配置することが、以下にさらに詳細に説明するように、同様にガンマ線含有量を顕著に低減させることは当業者には周知である。
【００１２】
好ましくは、前記中性子捕捉治療のためのビーム成形体において、前記緩速体および妨害要素の外部は反射体に囲まれ、前記反射体は中性子ビームから逸脱した中性子を反射して前記中性子ビームに戻して中性子ビーム強度を増加させるために用いられ、前記反射体は、中性子反射能力が強い材料、好ましくは鉛またはニッケルのうちの少なくとも一方で構成される。ガンマ線が物質に遭遇した後に、光電効果、コンプトン効果、および電子対効果があって、ある程度の減衰を引き起こして、中性子ビーム中のガンマ線が妨害要素に遭遇するときに、妨害要素はそれぞれ光電効果によってガンマ線を吸収し、コンプトン効果によってガンマ線を散乱し、または電子対効果によってガンマ線を正及び負の電子対に変換することにより、中性子ビーム中のガンマ線含有量を低減させ、妨害要素で散乱したガンマ線は反射体に遭遇した後に、再吸収または反射によってさらに減衰される。
【００１３】
好ましくは、前記中性子捕捉治療のためのビーム成形体において、妨害要素がレニウム、ハフニウム、ルテチウム、鉛、セリウム、亜鉛、ビスマス、テルビウム、インジウムまたはアンチモンのうちの任意の単体で構成された場合、中性子ビームに対するガンマ線の比が少なくとも３０％低減する。中性子ビームに対するガンマ線の比が少なくとも３０％低減することは、中性子ビーム中のガンマ線が中性子束に対する割合が少なくとも３０％低減することを指し、これからわかるように、上記単体は妨害要素とするときに中性子ビーム中のガンマ線含有量を効果的に低減することができる。
【００１４】
さらに、前記中性子捕捉治療のためのビーム成形体において、妨害要素がレニウム、ハフニウム、ルテチウム、鉛、セリウム、亜鉛、ビスマス、テルビウム、インジウム、アンチモン、ガリウム、ランタン、テルリウム、スズ、セレニウム、イットリウム、アルミニウム、ストロンチウム、バリウム、ケイ素、ジルコニウム、ルビジウム、カルシウム、硫黄、鉄、炭素、ベリリウム、マグネシウム、リン、クロム、リチウム、ナトリウムおよびニッケル単体のうちの一種、二種または多種から混合した材料で構成されるときに、妨害要素を通過する中性子ビームのプロテーゼビームの品質において、有効治療深さは≧１０．６９ｃｍであり、有効治療線量比は≧５．５４であり、３０  ＲＢＥ−Ｇｙの治療深さは≧６．７７ｃｍである。
【００１５】
中性子捕捉治療プロセスでは、中性子ビームは治療効果に重要な役割を果たし、本発明の別の態様は、中性子ビームの品質に顕著な悪影響を与えない前提で中性子ビーム中のガンマ線含有量を低減させ、有効治療深さが１０ｃｍ以上であり、有効治療線量比が５．５以上であり、３０  ＲＢＥ−Ｇｙの治療可能深さが６．５ｃｍ以上であるときに、治療効果は良好であり、好ましくは、有効治療深さが≧１０．６９ｃｍであり、有効治療線量比が≧５．５４以上であり、３０  ＲＢＥ−Ｇｙの治療深さが≧６．７７ｃｍである。
【００１６】
本発明でいう妨害要素の形状、構造、材料は、上記の好ましい技術的解決手段の内容に限定されるものではなく、ビーム成形体内に配置されたすべての妨害要素について、中性子ビーム中のガンマ線含有量を低減することができ、かつ中性子ビームの品質に大きな悪影響はないことを満たす場合、いずれも本発明の保護範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１はダイヤモンド型緩速体を含むビーム成形体の概略図である。
【図２】図２はビーム成形体中に隙間を有する構造の妨害要素の断面図である。
【図３】図３は円筒体緩速体を含むビーム成形体の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
中性子捕捉療法は効果的ながん治療の手段として、近年ではその適用が増加しており、そのうち、ホウ素中性子捕捉療法が最も一般的なものとなった。ホウ素中性子捕捉療法に用いられる中性子は原子炉または加速器で供給できる。原子炉か加速器かに関わらず、中性子の発生のプロセスで大量のガンマ線を伴う。本発明の実施形態は加速器ホウ素中性子捕捉療法（Accelerated-based Boron Neutron Capture Therapy）を例とする。加速器ホウ素中性子捕捉療法の基本モジュールは、一般的に荷電粒子（陽子、デューテリウム原子核など）の加速に用いられる加速器、ターゲット、熱除去システム及びビーム整形アセンブリを含む。その中で、加速後の荷電粒子と金属ターゲットとの作用により中性子が生成され、必要な中性子収率及びエネルギー、提供可能な加速荷電粒子のエネルギー及び電流、及び、金属ターゲットの物理的・化学的特性などにより、適切な原子核反応が選定される。よく検討されている原子核反応は7Li(p,n)7Be及び9Be(p,n)9Bであり、この二種類はすべて吸熱反応である。二種類の原子核反応のエネルギー閾値がそれぞれ1.881MeVと2.055MeVである。ホウ素中性子捕捉療法の理想的中性子源はkeVエネルギーレベルの熱外中性子なので、理論的には、エネルギーが閾値よりやや高い陽子によるリチウムターゲットへの衝撃で、比較的低いエネルギーの中性子が生成され、あまり多くの減速処理を要しないで臨床適用が可能になる。しかし、リチウム（Li）及びベリリウム（Be）の2種のターゲットは、閾値エネルギーの陽子と作用する断面が大きくないので、十分な中性子束を確保するために、一般的には比較的高いエネルギーを持つ陽子で原子核反応を引き起こされる。
【００１９】
理想的なターゲットは、中性子収率が高く、発生した中性子エネルギー分布が熱外中性子エネルギーゾーンに近く（以下に詳述する）、過度の強い通過放射線の発生がなく、安全で操作しやすく、かつ耐高温などの特性を有するべきであるが、実際、すべての要求を満たす核反応を見つけることは不可能であり、本発明の実施例においてリチウム金属からなるターゲットが使用される。しかしながら、当業者には、ターゲットの材料も上述した金属材料以外の他の金属材料で製造できることは周知である。
【００２０】
ホウ素中性子捕捉治療の中性子源は、原子炉に由来するかまたは加速器荷電粒子とターゲットとの核反応から由来するかに関わらず、発生されたものはすべて混合放射場であり、すなわち、ビームは低エネルギーから高エネルギーの中性子および光子を含み、深部腫瘍のホウ素中性子捕捉治療に対して、熱外中性子に加えて、その放射線含有量が多いほど、正常組織における非選択的線量堆積の割合が大きくなり、したがって不要な線量を引き起こす可能性があるこれらの放射を可能な限り低減しなければならない。
【００２１】
国際原子力機関（ＩＡＥＡ）は、臨床ホウ素中性子捕捉治療のための中性子源に対して、エアービームの品質に関する推奨が与えられ、この推奨は異なる中性子源の長所と短所を比較するために使用することができ、かつそれを中性子発生ルートの選択、ビーム成形体の設計時の参考になることができる。ここで光子汚染への推奨は、光子汚染Ｐｈｏｔｏｎ  ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ＜２×１０−１３Ｇｙ−ｃｍ２／ｎである。
【００２２】
光子汚染はガンマ線汚染とも呼ばれ、ガンマ線は強い通過放射線であり、ビーム経路上のすべての組織の線量堆積を非選択的に引き起こす可能性があり、したがって中性子ビーム設計にはガンマ線の含有量を低減することも必要条件であり、ガンマ線汚染は熱外中性子束の単位に関連するガンマ線線量として定義され、ＩＡＥＡのガンマ線汚染に関する推奨は２×１０−１３Ｇｙ−ｃｍ２／ｎより小さい。
【００２３】
注：熱外中性子エネルギー領域は０．５ｅＶ〜４０ｋｅＶであり、熱中性子エネルギー領域は０．５ｅＶより小さく、高速中性子エネルギー領域は４０ｋｅＶより大きい。
エアービームの品質要因に加えて、人体の中性子による線量分布をよりよく理解するために、本発明の実施例において人体の頭部組織プロテーゼを用いて線量計算を行い、プロテーゼビーム要因を中性子ビームの設計基準として使用され、これについては以下で詳細に説明する。
【００２４】
プロテーゼを用いて組織内の線量分布を得て、正常組織および腫瘍の線量-深さ曲線に基づいて、プロテーゼビーム品質要因を導出する。以下の２つのパラメータは、異なる中性子ビーム治療効果の比較を行うために使用することができる。
【００２５】
１、有効治療深さ（ＡＤ）：
腫瘍線量は、正常組織の最大線量の深さに等しく、この深さの後の位置において、腫瘍細胞が得られた線量は正常組織の最大線量より小さく、すなわちホウ素中性子捕捉の利点が失われる。このパラメータは中性子ビームの通過能力を表し、有効治療深さが大きいほど、治療可能な腫瘍の深さがより深く、単位はｃｍである。
【００２６】
２、有効治療線量比（ＡＲ）：
脳の表面から有効治療深さまで、腫瘍および正常組織が受けた平均線量比は、有効治療線量比と呼ばれ、平均線量の計算は、線量-深さ曲線積分によって得ることができる。有効治療線量比が大きいほど、該中性子ビームの治療上の効果がより高い。
【００２７】
ビーム成形体を設計上の比較根拠を有するために、本発明の実施例では中性子ビーム線量の性能を評価する以下のパラメータを使用する。
１、３０．０  ＲＢＥ−Ｇｙ治療可能深さ≧７ｃｍ。
２、ＡＤ≧１０ｃｍ。
３、ＡＲ≧５．５。
注：ＲＢＥ（Ｒｅｌａｔｉｖｅ  Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ）は相対的な生物学的効果であり、光子および中性子に起因する生物学的効果が異なり、したがって上記の線量項にそれぞれ異なる組織の相対的な生物学的効果を乗じて等価線量を得る。
【００２８】
以下は図面を参照して本発明の技術的解決手段をさらに説明し、図１に示すとおり、中性子捕捉治療のためのビーム成形体１００は、中性子発生装置１１０、緩速体１２０、妨害要素１３０、ビーム出口１４０および反射体１５０を含み、ここで中性子発生装置１１０は原子炉中性子発生器と加速器中性子発生器に分けられ、この二種類の中性子発生装置の中性子発生機構が異なるが、中性子発生プロセス中にいずれも大量の通過力の強いガンマ線が伴い、中性子発生装置で発生した中性子は中性子ビーム１６０に収束し、中性子ビーム１６０の中心線を中性子軸線Ｘに限定され、中性子発生装置から発生した中性子ビーム１６０は治療に必要な熱外中性子だけでなく、高速放射線、熱中性子およびガンマ線などの患者に損傷を与える可能性のある放射線を含むため、緩速体１２０によって中性子ビーム１６０をフィルタリングする必要があり、緩速体１２０の作用は中性子ビーム１６０中の高速中性子を熱外中性子に緩速させることであり、中性子が緩速体１２０に緩速されるプロセスに中性子の前進方向から逸脱して周囲へ拡散し、反射体１５０は周囲へ拡散した中性子を中性子ビーム１６０に反射し戻って中性子ビーム１６０の強度を増加させ、反射体１５０は主に中性子への反射能力が強い物質（例えば鉛またはニッケル）で構成され、妨害要素１３０は緩速体１２０とビーム出口１４０との間の位置に位置し、かつ前記妨害要素１３０の軸線は中性子軸線Ｘと平行または一致し、妨害要素１３０は、レニウム、ハフニウム、ルテチウム、鉛、セリウム、亜鉛、ビスマス、テルビウム、インジウム、アンチモン、ガリウム、ランタン、テルリウム、スズ、セレニウム、イットリウム、アルミニウム、ストロンチウム、バリウム、ケイ素、ジルコニウム、ルビジウム、カルシウム、硫黄、鉄、炭素、ベリリウム、マグネシウム、リン、クロム、リチウム、ナトリウムおよびニッケル単体のうちの一種、二種または多種から混合した材料で構成され、妨害要素１３０は、長方体、正方体、球体、円筒体または不規則な形状の小さな体積であってもよく、それにより中性子ビーム中のガンマ線含有量の低減を満たし、かつ中性子ビームの品質に顕著な悪影響を与えず、図１に示すビーム成形体１００中の妨害要素１３０は円筒体であり、円筒体の図面説明は本発明の技術的解決手段を説明するためのものであり、本発明によって保護されるべき技術的解決手段を限定するものではない。中性子ビーム１６０は妨害要素１３０を通過し、その中のガンマ線は妨害要素１３０で吸収、反射または散乱されて中性子ビーム１６０中のガンマ線含有量を低減させ、また妨害要素１３０で反射または散乱された後のガンマ線は中性子ビームから逸脱して反射体１５０上に照射し、前記ガンマ線は反射体１５０の作用下でコンプトン効果、光電効果、または電子対効果が発生して、さらに減衰されて、ガンマ線がフィルタリングされた後に中性子ビーム１６０はビーム出口１４０からビーム成形体１００を出る。
【００２９】
図３に示すのは円筒体形状の緩速体を含むビーム成形体の概略図であり、中性子捕捉治療プロセス中に用いされる原理が図１に示すダイヤモンド型緩速体を含むビーム成形体と同じであり、ビーム成形体２００は中性子発生装置２１０、緩速体２２０、妨害要素２３０、ビーム出口２４０および反射体２５０を含み、中性子ビームの中心線は中性子軸線Ｙに限定され、ここで緩速体２２０は円筒体であり、図３に示すのは円筒体の緩速体の断面概略図である。
【００３０】
ガンマ線の減衰は、妨害要素の材料に関連するだけでなく、妨害要素の構造および形状にも関連し、妨害要素は異なる構造に従って緻密構造の妨害要素と隙間構造を有する妨害要素に分かれ、一般的に、緻密構造の妨害要素のガンマ線に対する遮蔽効果は、隙間構造を有する妨害要素よりも優れ、図２に示すのは円筒形妨害要素１３０の横断面概略図であり、妨害要素１３０を構成する材料１３１は完全な全体とすると共に内部に複数の隙間１３２を有し、隙間構造を有する妨害要素は、ガンマ線を遮蔽する効果が緻密構造の妨害要素より低いが、それに必要な材料が少なく、経済的には、中性子ビーム中のガンマ線の減衰に高すぎる要件がない場合、このような隙間構造を有する妨害要素は、中性子ビーム中のガンマ線含有量を低減させるだけでなく、中性子ビームの品質に重大な悪影響がないという要件を満たすことができる。
【００３１】
以下は実施例によって本発明の技術的解決手段の有益な効果を説明する。
＜実施例１＞
以下はＭＣＮＰソフトウェア（米国のロスアラモス国立研究所（ＬｏｓＡｌａｍｏｓ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）が開発したモンテカルロ法に基づく３次元複雑幾何学的構造中の中性子、光子、荷電粒子または結合中性子/光子/荷電粒子輸送問題を計算するための汎用ソフトウェアパッケージ）を用いて本実施例におけるガンマ線の減衰および中性子ビーム品質を計算し、ここで、本実施例におけるビーム成形体内の妨害要素は、図１および図２に示す隙間構造を有する円筒体であり、かつビーム成形体中の緩速体は８５％のフッ化マグネシウムと１５％のフッ化リチウムで構成され、前記緩速体は図１に示すダイヤモンド形状であり、前記ダイヤモンド形状の緩速体は第一錐体部および第二錐体部で構成され、第一錐体部は第二錐体部に隣接し、かつ２つの錐体部の外側輪郭は、図1に示すように反対方向へ傾斜し、ここで、円筒体の妨害要素の高さは１０ｃｍであり、底面円の半径は５ｃｍであり、妨害要素は前記緩速体とビーム出口との間の位置に位置し、妨害要素が上記条件下で中性子ビームの品質への影響およびガンマ線への遮断効果は表１に示すとおりである。
【００３２】
【表１】
2019522557.tif 000003
【００３３】
本実施例における比較例に妨害要素が設けられず、比較例の残りのパラメータは上記実施例におけるビーム整形体のパラメータと同じであり、比較例の中性子ビーム中のガンマ線含有量は８．７８＊１０−１４  Ｇｙ＊ｃｍ２／ｎであり、有効治療深さは１０．７４ｃｍであり、有効治療線量比は５．６１であり、３０ＲＢＥ−Ｇｙが位置する深さは７．２７ｃｍである。比較により、本実施例においてそれぞれ３３種類の単体で構成された妨害要素はビーム成形体中の中性子ビームの品質に顕著な悪影響がなく、その有効治療深さ（ＡＤ）の値はいずれも１０．７４±０．１２であり、有効治療線量比（ＡＲ）の値は５．６±０．０９であり、３０ＲＢＥ−Ｇｙが位置する治療深さは７．３±０．１３であり、かつ中性子ビーム中のガンマ線含有量はいずれも異なる程度の低減がある。
【００３４】
＜実施例２＞
本実施例における妨害要素は緻密構造の円筒体であり、ここで、円筒体の底面半径は６ｃｍであり、円筒体の高さは３ｃｍであり、他の条件はいずれも実施例１中の条件と同じであり、ＭＣＮＰソフトウェアで鉛、ビスマス、ニッケル、アルミニウム、炭素といういくつかの物質がそれぞれ妨害要素とするときに妨害要素が中性子ビームの品質への影響およびガンマ線への遮断効果を計算し、結果は表２に示すとおりである。
【００３５】
【表２】
2019522557.tif 000004
【００３６】
異なる材料の妨害要素がガンマ線を遮断する原理は同じであり、したがって本実施例はランダムに鉛、ビスマス、ニッケル、アルミニウム、炭素を選択してそれぞれ妨害要素としてビーム成形体中に妨害要素を添加する技術的効果を説明し、妨害要素を構成する材料はこれらのいくつかの物質に限定されない。本実施例における比較例は実施例１における比較例と同じであり、いずれも妨害要素が設けられず、残りのパラメータは実施例のパラメータと同じである。比較例の中性子ビーム中のガンマ線含有量は８．７８＊１０−１４  Ｇｙ＊ｃｍ２／ｎであり、有効治療深さは１０．７４ｃｍであり、有効治療線量比は５．６１であり、３０ＲＢＥ−Ｇｙが位置する深さは７．２７ｃｍであり、比較により、中性子ビームの品質を改善するという前提の下で、固体妨害要素がガンマ線に対してより良い遮蔽効果を有することが分かる。
【００３７】
＜実施例３＞
本実施例における緩速体の材料はフッ化アルミニウムであり、緩速体の形状は実施例１といずれもダイヤモンド型であり、妨害要素は隙間構造を有する円筒体であり、ここで、前記円筒体のサイズは底面半径が６ｃｍであり、高さが３ｃｍであり、妨害要素は前記緩速体とビーム出口との間に位置する。上記条件下でＭＣＮＰソフトウェアを用いて鉛、ビスマス、アルミニウム、炭素といういくつかの物質がそれぞれ妨害要素とするときに妨害要素が中性子ビームの品質への影響およびガンマ線への遮断効果を計算し、結果は表３に示すとおりである。
【００３８】
【表３】
2019522557.tif 000005
【００３９】
異なる材料の妨害要素がガンマ線を遮断する原理は同じであり、したがって本実施例はランダムに鉛、ビスマス、ニッケル、アルミニウム、炭素を選択してそれぞれ妨害要素としてビーム成形体中に妨害要素を添加する技術的効果を説明し、妨害要素を構成する材料はこれらのいくつかの物質に限定されない。本実施例における比較例と実施例３の実験条件との相違点は比較例に妨害要素が設けられないことのみであり、他の条件はいずれも実施例３のビーム成形体と同じであり、比較例の中性子ビーム中のガンマ線含有量は１１．９＊１０−１４  Ｇｙ＊ｃｍ２／ｎであり、有効治療深さは１０．８１ｃｍであり、有効治療線量比は５．５４であり、３０ＲＢＥ−Ｇｙが位置する深さは６．９８ｃｍであり、表３により異なる材料の緩速体が中性子ビームの品質に影響を及ぼすことが知られ、本実施例における３０ＲＢＥ−Ｇｙが位置する深さは実施例１および実施例２と比べていずれも低減され、このような治療深さの低減は緩速体の異なる材料で引き起こされ、実施例３と実施例３との比較により、異なる材料の緩速体の条件下で、妨害要素の存在は中性子ビームの品質にいずれも改善効果があり、かつ妨害要素は中性子ビーム中のガンマ線を効果的に遮断することができることが知られる。
【００４０】
＜実施例４＞
本実施例においてＦｌｕｅｎｔａｌを選択して緩速体の材料（Ｆｌｕｅｎｔａｌは特許ＵＳ５７０３９１８Ｂに記載される緩速体材料である）とし、残りのパラメータは実施例３中のパラメータと同じであり、ＭＣＮＰソフトウェアを用いて鉛、ビスマス、アルミニウムおよび炭素といういくつかの物質がそれぞれ妨害要素とするときに妨害要素が中性子ビームの品質への影響およびガンマ線への遮断効果を計算し、結果は表４に示すとおりである。
【００４１】
【表４】
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【００４２】
異なる材料の妨害要素がガンマ線を遮断する原理は同じであり、したがって本実施例はランダムに鉛、ビスマス、ニッケル、アルミニウムおよび炭素を選択してそれぞれ妨害要素としてビーム成形体中に妨害要素を添加する技術的効果を説明し、妨害要素を構成する材料はこれらのいくつかの物質に限定されない。本実施例のビーム成形体に妨害要素を設けないことを比較例とし、比較例の中性子ビームにおいて、ガンマ線の含有量は９．２５＊１０−１４であり、有効治療深さは１０．８６ｃｍであり、有効治療線量比は５．４７であり、３０ＲＢＥ−Ｇｙが位置する深さは６．６７ｃｍである。本実施例中の中性子ビーム品質は実施例１〜実施例３と比較し、その３０ＲＢＥ−Ｇｙが位置する深さはいずれも異なる程度の低減があり、これは異なる材料の緩速体で引き起こされ、しかし実施例４と比較例との比較により、本実施例における妨害要素の存在はいずれも中性子ビーム中のガンマ線含有量を顕著に低減させ、かつ中性子ビームの品質は比較例の中性子ビームの品質３０ＲＢＥ−Ｇｙが位置する深さに比較していずれもある程度増加する。
【００４３】
＜実施例５＞
本実施例は８５％のフッ化マグネシウムおよび１５％のフッ化リチウムを選択して緩速体材料とし、ここで緩速体の形状は円筒体であり、図３に示すのは本実施例におけるＢＳＡの断面図であり、妨害要素は隙間を有する円筒体であり、かつ妨害要素緩速体とビーム出口との間に位置し、ここで円筒体の妨害要素の高さは１０ｃｍであり、底面円の半径は５ｃｍである。妨害要素は上記条件下で中性子ビームの品質への影響およびガンマ線への遮断効果は表５に示すとおりである。
【００４４】
【表５】
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【００４５】
異なる材料の妨害要素がガンマ線を遮断する原理は同じであり、したがって本実施例はランダムに鉛、ビスマス、ニッケル、アルミニウムおよび炭素を選択してそれぞれ妨害要素としてビーム成形体中に妨害要素を添加する技術的効果を説明し、妨害要素を構成する材料はこれらのいくつかの物質に限定されない。本実施例のビーム成形体に妨害要素を設けないことを比較例とし、比較例の中性子ビームにおいて、ガンマ線の含有量は６．４７＊１０−１４であり、有効治療深さは１２．８２ｃｍであり、有効治療線量比は５．５８であり、３０ＲＢＥ−Ｇｙが位置する深さは８．７６ｃｍであり、実施例５と対応する比較例との比較により、ビーム成形体にそれぞれ異なる材料で構成された妨害要素において、妨害要素が位置するビーム成形体のビーム出口箇所の中性子ビームの品質はいずれも異なる程度の改善があることがわかり、例えば有効治療深さおよび３０ＲＢＥ−Ｇｙが位置する深さは比較例と比較していずれも異なる程度の増加があり、これは治療効果にいずれも有益な影響を与え、かつ前記中性子ビーム中のガンマ線含有量は比較例と比較していずれも異なる程度の低減があり、本実施例に使用される緩速体は円筒体であるため、ビーム成形体における緩速体の形状にかかわらず、妨害要素の存在はいずれも、中性子ビームの品質に著しい悪影響を与えない前提で、中性子ビーム中のガンマ線含有量を効果的に低減できるとさらに説明される。
【００４６】
実施例１および実施例２により、妨害要素の内部構造は隙間状構造または緻密構造であっても、それは中性子ビーム中のガンマ線にいずれも遮蔽効果を有し、実施例１、実施例３および実施例４との比較により、他のパラメータはすべて同じである条件下で、異なる材料の緩速体は中性子ビームの品質に影響を与え、しかし、同じ材料の緩速体の条件下で、妨害要素の存在はいずれも中性子ビーム中のガンマ線含有量を効果的に低減することができ、これにより中性子ビームの品質に対する妨害要素の改善効果をさらに説明する。
【００４７】
以上の実施例１〜実施例５におけるビーム成形体はいずれも円筒体であり、ビーム成形体とする円筒体の高さは８０〜１００ｃｍであり、前記円筒体の底面半径は６０〜７０ｃｍである。実施例１〜実施例５により、妨害要素は中性子ビームの品質に顕著な悪影響を与えない前提で、中性子ビーム中のガンマ線含有量を低減する性質は実質的に妨害要素以外の他の要因の影響を受けず、本発明の提供する技術的解決手段において、ビーム成形体に対する妨害要素のサイズにかかわらず、妨害要素の存在はいずれも、中性子ビーム中のガンマ線含有量を低減することができ、しかし、同じビーム成形体では、妨害要素のサイズが大きいほど、中性子ビーム品質に対する妨害要素の影響が大きくなり、妨害要素のサイズが小さいほど、中性子ビームの品質への影響が小さくなるが、中性子ビーム中のガンマ線含有量への減衰程度もそれに応じて低減されることに留意すべきである。
【００４８】
中性子ビーム中のガンマ線含有量に対する妨害要素の遮断作用は主に、妨害要素を構成する材料がガンマ線への吸収および反射作用により、中性子線中のガンマ線は、妨害要素を通過する限り、ある程度の減衰を有し、妨害要素が中性子ビーム中のガンマ線含有量を低減できるかどうかは、妨害要素の形状、サイズおよびビーム整形体における妨害要素の位置によって決定されない。
【００４９】
本発明に開示する中性子捕捉治療のためのビーム整形体は、以上の実施例で説明した内容および図面に示す構造に限定されるものではない。本発明の基礎上でその中の構成要素の材料、形状および位置に対する明らかな変更、置換または変更は、いずれも本発明の保護範囲内にある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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