(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子近接照射治療を実施するための中性子源であって、中性子源は、
中性子放射源材料を備えており、中性子放射源材料は放射性崩壊して、崩壊の間にヘリウムガスと中性子を放出し、中性子放射源材料は、１秒あたり2.3×108個の中性子から１秒あたり2.3×109個の中性子までの強度を有し、
内部に中性子放射源材料が封入され、中性子と干渉しないカプセル壁を有しているカプセルを更に備えており、カプセルは２mmよりも小さい外径を有する中性子源。
【請求項２】
前記中性子放射源材料により生成されるヘリウムガスはカプセルの壁を通って逃れ、ヘリウムガスがカプセル内に蓄積されないようにしている、請求項１に記載の中性子源。
【請求項３】
前記カプセルに取付けられるガイドワイヤを更に備えており、ガイドワイヤは患者体内でカプセルの位置決めを制御する、請求項１に記載の中性子源。
【請求項４】
前記ガイドワイヤは、撓み性のある編組状ワイヤの束から構成され、ガイドワイヤの捩れを低減している、請求項３に記載の中性子源。
【請求項５】
ガイドワイヤの前記束は、６本の編組状ワイヤによって取囲まれた中心の編組状ワイヤから更に構成されており、ワイヤの束の先端は丸み付けされ、束にされたワイヤの外表面は平滑にされて、ワイヤの束の特徴を備えた平滑なワイヤを形成している、請求項４に記載の中性子源。
【請求項６】
前記カプセルおよび前記ガイドワイヤの周囲にコイル状に巻かれ、ガイドワイヤの強度と撓み性を増大させるとともに、ガイドワイヤの捩れを防止するワイヤを更に備えており、コイル状ワイヤは、前記カプセルが切断によりガイドワイヤから離脱した場合にカプセルを捕獲するという点で安全性を供与し、コイル状ワイヤは中性子の放射に影響を及ぼさない、請求項３に記載の中性子源。
【請求項７】
前記カプセルは、前記中性子放射源材料が装填される開放端を有している金属製ケーシングを備えており、金属製ケーシングの開放端は閉鎖されて中性子放射源材料を金属製ケーシングに封入し、前記ガイドワイヤは金属製ケーシング上に恒久的に固定される、請求項３に記載の中性子源。
【請求項８】
前記カプセルは前記金属製ケーシングの一部に換気穴を更に備えており、前記中性子放射源材料の崩壊により生成されたヘリウムガスがカプセルから逃れ出ることができるようにしているため、カプセル内にガス圧が蓄積されない、請求項７に記載の中性子源。
【請求項９】
前記カプセルは本体部とキャップ部とを備えており、本体部は、内部に前記中性子放射源材料が装填される開放端を有しており、本体部とキャップ部は互いに機械的に嵌合させられて、本体部内に中性子放射源材料を封入する、請求項１に記載の中性子源。
【請求項１０】
前記カプセルは本体部とキャップ部とを備えており、本体部は、内部に前記中性子放射源材料が装填される開放端を有しており、本体部とキャップ部はねじ部を有しているため、本体部とキャップ部は一緒にねじ結合させられて、本体部内に中性子放射源材料を封入する、請求項１に記載の中性子源。
【請求項１１】
前記カプセルは、内部に前記中性子放射源材料が封入される内側カプセルと、内部に内側カプセルが封入される外側カプセルとを更に備えている、請求項１０に記載の中性子源。
【請求項１２】
前記ガイドワイヤはニチノールワイヤを備えている、請求項３に記載の中性子源。
【請求項１３】
患者を治療するために前記中性子源が内部に設置される、端部が閉鎖されたカテーテルを更に備えており、端部が閉鎖されたカテーテルは中性子源が患者の体液に接触するのを防止する、請求項１に記載の中性子源。
【請求項１４】
前記端部が閉鎖されたカテーテルはカテーテルの周囲にコイル状に巻かれたワイヤを更に備えており、コイル状ワイヤは中性子の放射に影響を与えない、請求項１３に記載の中性子源。
【請求項１５】
前記カプセルは、内部に中性子放射源材料のペレットが設置される中央穴を有しているワイヤと、ペレットを取囲み、かつ、ペレットをワイヤに固定する溶接部とを有している線源モジュールを更に備えている、請求項１に記載の中性子源。
【請求項１６】
前記カプセルは、内部に前記中性子放射源材料が装填される開放端を有しているケーシングと、中性子放射源材料を覆って形成されて中性子放射源材料をケーシングに封入するシールとを有している線源モジュールを更に備えている、請求項１に記載の中性子源。
【請求項１７】
前記カプセルは、第１ウエルおよび第１ウエルの反対側の第２ウエルを設けてH字型構造を形成している線源ケーシングを有している線源モジュールを更に備えており、前記中性子放射源材料は第１ウエル内に装填され、第１ウエルを覆って溶接部が形成されて、第１ウエルに中性子放射源材料を封入し、前記ガイドワイヤは第２ウエルに挿入されている、請求項３に記載の中性子源。
【請求項１８】
前記中性子放射源材料は所定の量のカリホルニウムを含有しており、所定の量は100μgと１mgの間である、請求項１に記載の中性子源。
【請求項１９】
前記カプセルはケーシングを更に備えており、ケーシングは、内部に前記中性子放射源材料が装填される内側ねじ付き部と、ケーシングの内側ねじ付き部にねじ込まれるねじ付きプラグと、プラグの上方でケーシングにねじ込まれるねじ付き端部を有しているガイドワイヤとを有して、溶接部の無い中性子源ワイヤを形成している、請求項１に記載の中性子源。
【請求項２０】
前記プラグは、前記中性子放射源材料により生成されるガスがガスコンパートメント内に逃れることができるようにする１個以上の換気穴を更に備えており、前記ケーシングは、ケーシングの壁を貫いて設けられ、ガスコンパ−トメント内のガスが前記カプセルから逃れ出ることができるようにする１個以上の換気穴を更に備えている、請求項１９に記載の中性子源。
【請求項２１】
前記ケーシングは、ケーシングの外側壁に位置する１個以上の起伏平坦部を更に備えており、前記プラグおよび前記ガイドワイヤがケーシングの前記ねじ部にねじ込まれている間、ケーシングを保持するようにした、請求項２０に記載の中性子源。
【請求項２２】
前記カプセルの前記壁は、カプセルの壁に１個以上の換気穴を更に備えており、ガスがカプセル内から逃れ出ることができるようにしている、請求項２に記載の中性子源。
【請求項２３】
前記カプセルはガス透過性のある材料から更に構成されているため、ガスが前記壁を通過する、請求項２に記載の中性子源。
【請求項２４】
前記壁の材料として、ガスが壁を透過することができるようにするのに十分なだけ薄い金属のスパッタリング加工された層から構成される、請求項２３に記載の中性子源。
【請求項２５】
前記壁の材料として、ポリマー材料から構成される、請求項２３に記載の中性子源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に、癌や腫瘍などの多様な疾患を治療するために利用することができる、粒子生成装置およびその方法と電磁放射とに関するものであり、特に、患者の体内の腫瘍細胞を殺傷または損傷するために中性子を利用する装置および方法に関連している。
【０００２】
【従来の技術】
患者の体内に望ましくない細胞が成長する多様な病気が存在する。これに該当する病気として、大量の望ましくない細胞が患者の肉体に形成される多様な種類の癌およびその他の病気がある。このようなタイプの病気を効果的に治療するには、望ましくない細胞をできる限り大量に外科手術により除去してから、外科手術後に残留している細胞を損傷または殺傷する別な手段を講じることが望ましい。これらの病気のうち最も油断がならないのは癌であり、これに罹病すると、細胞は肉体で抑制できないままに倍増し、苦痛を引き起こすとともに、最終的には患者を死に至らせる。
或る形態の癌は、極めて迅速に広がるという点で特に致命的であるが、手術を施して除去するのを困難にする部位に位置し、かつ／または、ほぼ間違いなく患者に致命的となる。このような特に致命的な形態の癌の１つとして、脳腫瘍がある。脳腫瘍は、一旦そうと診断されると、極めて短い時間枠のうちに患者を死に至らしめるのが通例である。多形性膠芽腫（最も頻発する悪性脳腫瘍のうちの１つ）の診断後、５年の存命率は１％に満たない。よって、脳腫瘍に罹った患者の余命を延ばし、患者の人生の残りの期間に患者の生活の質を向上させることができるようにするのが望ましい。脳腫瘍などの多様な癌について、腫瘍の寸法を減じたり、腫瘍を全部除去してしまうことを試みる多くの異なる治療が開発されてきた。
【０００３】
このような癌の治療は、放射線未照射タイプの治療を利用して遂行することができる。例えば、癌細胞または腫瘍細胞に有毒化学物質を当てて（腫瘍細胞または癌細胞を標的にする多様な公知の技術を利用して）、癌細胞または腫瘍細胞を有毒化学物質で損傷または殺傷する化学療法を利用することができる。化学療法に関わる問題点は、有毒化学物質が肉体の他の細胞や器官系をも損傷しがちであること、悪心嘔吐などのような望ましくない副作用を有していて患者の生活の劣化を生じることである。脳腫瘍については、通例、治療は腫瘍の体積削減を行う（健康な細胞にそれ以上の損傷を生じること無しに、出来る限り大量の腫瘍を除去する）外科手術と、その術後に後続させる、脳に残留している細胞を打破する別な治療とに関与する。術後の治療は、後述するように、残留する癌細胞または腫瘍細胞の殺傷または損傷を試みる多様な放射線治療を含むこともある。この外科手術および放射線治療の取り組みに関する問題点は、脳腫瘍のあるものは手術可能であるが、放射線治療だけでは腫瘍と戦うのに十分であるとはいえないことである。このような制約のせいで、他の放射線治療すなわち粒子放射治療が開発されてきた。
多様な病気や疾患を治療するのに、過去に、多様なタイプの放射線放射装置および粒子放射装置が利用されている。これら装置の目的は、腫瘍細胞または癌細胞のような望ましくない細胞を壊滅し、或いは、無力にすることである。望ましくない細胞を壊滅させ、または、損傷させるには、粒子エネルギーまたは電磁エネルギーを癌細胞内の化学結合部に当てて破損させ、細胞を壊滅させることがあるかもしれない。いずれの場合でも、腫瘍細胞または癌細胞の周囲の健康な細胞が等しく放射線による損傷または粒子による損傷を受け易いという理由から、放射線エネルギーまたは粒子エネルギーは腫瘍細胞または癌細胞に高度に集束させられなければならない。よって、達成目標は、損傷を与える粒子と放射線に健康な細胞を晒すのを抑制しながら、細胞の死を引き起こすのに十分なだけの放射線エネルギーまたは粒子エネルギーを利用して、癌細胞または腫瘍細胞を損傷させることである。特に、通常の細胞はある程度の粒子による損傷または放射線による損傷を修復することができる。従って、腫瘍に比べて照射量が抑制された健康な細胞は損傷を修復することができるが、腫瘍細胞または癌細胞は、より多量の放射線線量または粒子線量に晒されているので、機能を終焉する。
【０００４】
癌細胞または腫瘍細胞を治療する１つの典型的技術が、腫瘍細胞または癌細胞を損傷することを目的として、腫瘍細胞または癌細胞に電磁放射線を向ける放射線治療である。放射線はX線でもよいし、他のタイプの電磁エネルギーでもよい。放射線は、通例は、体外の線源によって生成され、腫瘍細胞または癌細胞の周囲の皮膚と組織を通過し、大半の放射線エネルギーが腫瘍細胞または癌細胞上で合焦するように腫瘍細胞または癌細胞に向けて集束される。放射線治療についての問題点は、体内の腫瘍細胞または癌細胞を治療するために、放射線による損傷から出来る限り保護されなければならない健康な周囲組織を放射線が通過しなければならないことである。よって、各治療期間中に腫瘍細胞に向けられる放射線エネルギーの量は、各治療期間中に健康な周囲細胞が晒されてもよい放射線の量によって制約される。例えば、健康な周囲細胞に対する線量が高すぎると、健康な細胞も死滅し、望ましくない結果を迎える。更に、放射線治療後は、それ以上の放射線治療を受ける前に、健康な周囲細胞は損傷を修復する機会を与えられなければならない。よって、健康な細胞が修復することができるようにするために、各治療の最中と、治療と治療の合間の期間とに腫瘍細胞または癌細胞に向けられてもよい放射線の限定量のせいで、放射線治療は数週間にわたって執り行われる。従って、腫瘍細胞または癌細胞を殺傷するのに十分なだけの損傷を与えるのに、放射線治療はかなりの程度の時間を要し、それでも尚、放射線が健康な周囲細胞を通過しなければならないという理由で、健康な周囲細胞に相当量の損傷を生じることがある。
【０００５】
腫瘍細胞または癌細胞を治療する別な典型的治療は、放射線源を腫瘍内部または腫瘍付近に挿入して放射線源からの放射線が腫瘍細胞内に一層集束するようにしながら、同時に、健康な周囲細胞への損傷を低減する近接照射治療を利用することである。放射線源としては、ベータ粒子やガンマ光子などの多様なタイプの放射線または粒子を放射する多様な要素がある。ガンマ光子およびベータ粒子は「低い線エネルギー付与（LET）の放射粒子」と呼称され、粒子は腫瘍細胞に通過のたびごとに少量のエネルギーを伝える。細胞殺傷に効果を奏するには、各細胞に伝達される少量のエネルギーは、細胞中に存在している酸素との相互作用により、遊離基に変換されなければならない。よって、低LET放射線治療は、低酸素性の（通常の健康な細胞よりも少ない酸素を有している）癌細胞には当然ながら効力が無い。１タイプの低酸素性腫瘍細胞が脳腫瘍には見られる。
このような低LET放射線の代わりに、中性子のような高LET放射線源を利用することもできる。アール・エイ・パッチェル（R.A. Patchell）ほか共著の「悪性神経膠腫治療を目的とした中性子近接照射治療の第１相試験（A phase I trial of neutron brachytherapy for the treatment of malignant gliomas）」、ブリティッシュジャーナル・オブ・ラジオロジー第70号、1162頁から1168頁（1997年11月刊）を参照のこと。これら中性子源は、腫瘍細胞と相互作用して腫瘍細胞を殺傷または損傷する中性子（ヘリウム核）を放射する。高LET放射線粒子は通例は、その放射エネルギーの大部分を細胞通過ごとに細胞に残すが、細胞殺傷効果は細胞内に存在する酸素の量の影響を受けない。よって、通常の腫瘍細胞と低酸素性腫瘍細胞の両方を殺傷または損傷するのに、中性子治療は等しく効果的である。中性子源は、体内で腫瘍細胞の付近に設置されるカリホルニウム（Cf）のような放射性元素（すなわち、近接照射治療用の線源）であってもよいし、核反応炉または陽子／重陽子加速器により生成される体外の中性子ビームであってもよい。中性子治療では、通例は、中性子は水素核と衝突することにより、腫瘍と相互作用する。次いで、反跳水素陽子（すなわち、陽子）が腫瘍細胞中の必須分子（例えば、DNA）の化学結合部を破壊し、腫瘍細胞を損傷させ、死滅させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
典型的な近接照射治療用の中性子源についての問題点は、患者の体内に挿入することはできても、大きすぎて患者を治療するには有効に利用することができないことである。特に、線源の大きな寸法は、腫瘍の内側とその近辺に所望の中性子線量分布を行き渡らせる妨げとなっている。この結果、不足線量を腫瘍に照射して治療の効果を無くすか、または、過剰線量を健康組織に照射して、具体的には、先の引例に挙がった論文中に言及があるように、頭皮の壊死や腫瘍の周囲の健康な脳組織の壊死を招く。近接照射治療用の中性子源に関する別な制約は、線源シードに封入することができるカリホルニウムの量が少なすぎて、所要の治療時間が長くなりすぎる（30時間にも及ぶ）ことである。
体外中性子ビームを利用することについての問題点は、ビームが集束させるのが難しいことと、腫瘍に達するためには中性子が健康な組織を通過しなければならないことである。このような諸問題は必ずや、腫瘍の周囲の健康な組織に大量の望ましくない線量の中性子を生じ、従って、治療の効力を制約する。更に、核反応炉または核加速器のいずもが、従来の放射線源に比べて、あまりにも高額すぎる。
【０００７】
癌を治療する目的で中性子を利用する別な方法があるが、これは所謂、ホウ素中性子捕獲治療（BNCT）である。BNCT治療の間、ホウ素−10を含有している化合物が患者の血流に注入される。腫瘍細胞の特定の特徴のせいで、ホウ素化合物は腫瘍の周囲の健康な細胞よりも腫瘍細胞によって、より大量に吸収される。次いで、腫瘍を有している患者の肉体の部分が、核反応炉（または、核加速器）によって生成された体外の低エネルギー（エピサーマル）中性子ビームに晒される。中性子は更に減速され、組織内で熱平衡に達する。ここで「熱」中性子は腫瘍細胞内のホウ素−10と相互作用し、損傷を生じる。すなわち、腫瘍細胞内のホウ素−10の核による熱中性子の捕獲は、２個の活発なイオン（リチウムイオンおよびヘリウムイオン）を瞬時に生成する。今度は、２個のイオンが必須分子（例えば、DNA）の化学結合部を破壊し、腫瘍細胞に損傷を生じる。BNCTの問題点は、等量のホウ素化合物が各腫瘍細胞に入るわけではないことと、治療中の腫瘍細胞中のホウ素含有量が正確には測定できないことである。よって、腫瘍細胞を殺傷するのに必要な中性子の流束量を厳密に知ることは不可能である。更に、エピサーマル中性子ビームは、フラックスピークが組織内で２cmから５cmの間の深さにある熱中性子の場を生じる。それ故、これは深部に潜伏する腫瘍には効果が薄くなる。
上述の制約と、従来の癌治療および腫瘍治療の諸問題点とを克服するために、新規な中性子近接照射治療装置とその方法を提供することが望ましい。本発明が目標とするのはこの点である。
【０００８】
【課題を解決する手段】
本発明に従って、腫瘍の周囲の健康な細胞への照射すなわち損傷を最小限に抑え、腫瘍細胞に直接的に中性子を搬送する線源としてカリホルニウムを利用するのが好ましい、中性子近接照射治療装置とその方法が提示される。線源からの中性子は腫瘍細胞に当たり、細胞中の水素と相互作用して、反跳陽子として周知の帯電水素核を生じる。次いで、反跳陽子は腫瘍細胞中の必須分子（例えば、DNA）の化学結合部を破壊し、細胞を損傷し、或いは、細胞を死滅させる。中性子源は単独で利用されてもよいし、ホウ素中性子捕獲治療（BNCT）、外科手術、従来型の放射線療法などの他の治療と組み合わせて利用されてもよい。中性子源は、一般に全身療法の各種治療には好反応がなかった脳に発生する腫瘍のような各種腫瘍に組織内近接照射治療を実施するために利用することができる。本発明による中性子源は従来から利用できた中性子源よりも高い放射性を有しているため、総治療時間はかなり低減される。本発明による中性子源は、従来から利用できた中性子源よりも寸法も小型である。この寸法がより小型の新規な線源により、多数の線源が腫瘍内部と腫瘍附近により均一に搬送および分布されるようになり、よって、従来から入手可能な線源よりも望ましい線量分布を提供している。
本発明による中性子源は、カプセル内に封入された、好ましい実施形態のカリホルニウム（252Cf）のような放射性物質を放射する中性子を包含していてもよい。本発明によるカプセルにより、中性子源が崩壊するにつれて生成されるヘリウムガスが散逸されるようになり、ヘリウムガスを放散させるのにカプセルを周期的に処理する必要は無くなる。カプセルはガイドワイヤ上に溶着されて線源ワイヤを形成し、線源ワイヤとカプセルとが患者に挿入されるようにすることもできる。カプセルは１枚壁設計でも、２重壁設計でもよい。中性子放射材料は、後述するような多様な方法で線源ワイヤ内に装填されてもよい。本発明によるガイドワイヤは、線源ワイヤを真直ぐにして、その撓み性を増大させるためばかりか、線源ワイヤが捩れるのを防ぐためにも、編組状にすることができる。
【０００９】
中性子源を患者に挿入するために、遠位端が閉じているカテーテルを、定位視覚化術のような多様な技術を利用して医者が挿入し、カテーテルを設置することができる。端部が閉じたカテーテルは患者の体液が線源ワイヤを汚染するのを防止する。本発明によれば、線源の線量分布のみならず、腫瘍の寸法および形状次第で、複数のカテーテルを腫瘍内に設置することができる。本発明によるカテーテルは、コイル状金属ワイヤにより取囲まれた、カテーテル製造で従来から使用されていた可撓性天然材料または可撓性合成材料から作ることができる。これは、カテーテルとカテーテル内の線源ワイヤとが捩れて、患者の体内でつかえるのを防止し、かつ、カテーテルの強度を増大させる。コイル状ワイヤの金属は中性子線源の動作に影響を及ぼさないので、金属製のコイル状ワイヤ層はカテーテルの周囲にコイル状に巻かれるが、通常の低LET放射線源は、その周囲に巻かれた金属コイルの影響を相当に受けることになる。カテーテルが腫瘍内の適切な部位に設置されてしまうと、放射線源を有していない試験ワイヤが「アフターローダー」と名づけられたコンピュータ制御の遠隔搬送システムにより各カテーテルに挿入され、線源の搬送処理を確実に行ってから、試験ワイヤが除去される。成功した場合には、各カテーテルごとの、中性子源を備えた線源ワイヤがそのカテーテル内に装填されて、治療を実施する。
【００１０】
【発明の構成】
従って、本発明によれば、組織内中性子近接照射治療を実施するための中性子源が設けられるが、中性子源は、放射性があって、かつ、崩壊しながらヘリウムガスを放散するとともに、崩壊の最中に中性子を生成する中性子放射線源材料を備えている。中性子源は、内部に中性子放射線源材料を封入したカプセルを更に備えている。カプセル壁は線源の中性子と干渉をせず、カプセルは十分に小型であるため、腫瘍の治療を目的として多数のカプセルを患者の体内に同時に挿入することができる。中性子源はカプセルに取付けられるガイドワイヤを更に備えており、ガイドワイヤは患者体内でカプセルの位置設定を制御する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は脳腫瘍の治療に特に適用可能であり、以下、この文脈において本発明を説明してゆく。しかし、本発明による装置および方法は、別なタイプの癌および腫瘍の治療などの目的にも、また、別なタイプの組織内近接照射治療についても、より高度な効用を有している。
【００１２】
図１は患者の頭部２０を例示している図である。同図は、本発明にほる中性子近接照射治療装置を利用して治療することができる深部に潜伏する腫瘍２４を有している患者の脳２２を示している。１つの典型的治療では、腫瘍体積低減として公知であるが、医者は腫瘍の大半を外科手術で除去することができる。次いで、従来の放射線治療または化学療法の代用として本発明による中性子近接照射治療装置を利用して、残留する腫瘍細胞（通例は腫瘍の外辺部に位置している）を殺傷することができる。中性子近接照射治療装置は健康な周囲細胞への損傷を低減するため、腫瘍細胞に適用される殺傷効果の量は増大するが、従来型の放射線治療または化学療法の望ましくない副作用は起こらない。本発明による中性子近接照射治療装置を利用した中性子療法は、ホウ素中性子捕獲療法（BNCT）のような他の治療様式と組み合わせてもよい。
状況によっては、腫瘍は、寸法または脳内の部位のせいで、手術不能であるため、通例は、患者は放射線治療または化学療法に委ねられる。これらの治療は腫瘍細胞を適切に治療しないが、その理由は、多形性膠芽腫のようなある種の脳腫瘍は従来型の放射線治療または化学療法には好反応を示さない低酸素性細胞を含んでいることが多いことによる。本発明による中性子近接照射治療装置を利用して以前は手術不能であった腫瘍を十分に収縮させることができるため、その後、外科手術処置の間に医者が腫瘍を除去または体積低減させることができる。この状況では、中性子近接照射治療装置は体積低減処置後に使用されて、体積低減処置後に残留している腫瘍細胞を殺傷することもできる。
【００１３】
本発明による中性子近接照射治療装置は、約１MeVから５MeVのエネルギーのレベルで高速中性子を発生させる。中性子近接照射治療の線源を出た中性子は腫瘍細胞中の水素原子に当たり、その結果生じた帯電水素核（すなわち、反跳陽子）は腫瘍細胞中の必須分子（例えば、DNA）の化学結合部を破壊することができ、従って、腫瘍細胞を損傷または殺傷させる。この態様で、中性子近接照射治療装置は、線源の中性子と組織内の水素核との間における弾性衝突により生成された反跳陽子により、腫瘍細胞を殺傷する。ここで、本発明による中性子近接照射治療装置の動作を説明する。
図２は、腫瘍細胞を殺傷または損傷するように腫瘍２４に設置された、本発明による１個以上の中性子近接照射治療装置３０の一例を例示してる図である。例示のみを目的として、腫瘍２４は健康な周囲細胞が無い状態で図示されている。この例では、腫瘍の寸法および形状に基づいて、さらに同様に、各々の中性子源の線量分布に基づいて、３個の中性子近接照射治療装置が腫瘍細胞に挿入されている。本発明に従って腫瘍に挿入された中性子源の数は変えてもよい。図示のとおり、各々の中性子近接照射治療装置３０は、医者により腫瘍の所定部分に挿入された閉鎖端を有している中空のカテーテル３２を含んでいる。線源ワイヤ３４はカテーテル内部に嵌合し、コンピュータ制御の遠隔アフターローダーシステムによりカテーテルに挿入されている。線源ワイヤ３４はガイドワイヤ３６と、ガイドワイヤの端部に取付けられる中性子源カプセル３８とを備えている。中性子源カプセルは中性子発生材料を包含するが、好ましい実施形態では中性子発生材料はCf252である。中性子発生材料は放射性崩壊を起こして、腫瘍細胞を間接的に損傷するヘリウムガスと中性子を発生させる。中性子源は約１時間から５時間の間、腫瘍中に残存して、治療を完了する。治療が完了してしまうと、近接照射治療装置３０とカテーテルは腫瘍から除去され、患者体内のカテーテルの入口点は縫合される。ここで、本発明による線源ワイヤとガイドワイヤをより詳細に説明する。
【００１４】
図３は、本発明による近接照射治療装置３０の一例を例示している図である。この具体例では、カテーテル３２およびカテーテルに嵌合する線源ワイヤ３４が図示されている。線源がカテーテルの端部を刺し通して患者に接触するようになるといった事故を防止するために、放射線材料３８の端部は丸み付けされていてもよい。閉鎖端を有しているカテーテル３２は、線源ワイヤが患者の体液と接触することが無いことを確実にするため、線源ワイヤは、線源ワイヤを洗浄しなくても、多数の患者に対して使用することができる。中性子源ワイヤは洗浄するのが非常に難しいが、その理由は、中性子に晒されるのを防止するために洗浄が放射線で高温になったセル内で行われなければならないからである。線源ワイヤとカテーテルの撓み性を維持しながら（そうして、カテーテルが難しい部位に位置決めされるようにする）、中性子近接照射治療装置の安全性を増大させるために、装置３０はカテーテルの１つの層の周囲にコイル状に巻かれた金属製ワイヤ４０を備えていてもよい。コイル状ワイヤは線源ワイヤの強度を増大させ、線源ワイヤとカテーテルが難しい部位に達するように屈曲させることができ、線源ワイヤとカテーテルが捩れるのを防ぐ。捩れたカテーテルまたは線源ワイヤにより中性子源３８が患者体内で詰まって、患者が望ましくない線量の中性子を受けることがある。以下に、本発明による中性子源の第１の実施形態を説明する。
図４は、本発明による中性子源ワイヤ５０の第１の実施形態を例示している図である。中性子源ワイヤはガイドワイヤまたはケーブル５２に取付けられており、ガイドワイヤまたはケーブル５２の先端に取付けられた中性子源５４を備えている。ガイドワイヤと中性子源は、中性子源ワイヤの撓み性と強度を増大させるスプリングとして作用し、かつ、中性子源ワイヤが捩れるのを防止するコイル状ワイヤにより取囲まれているため、中性子源が患者体内に詰まる可能性は減る。本発明によれば、ガイドワイヤは図６Aから図６Cを参照しながら以下に説明されるように、編組状ワイヤであってもよいし、或いは、コイル状ワイヤにより取囲まれていることもある１重のニチノール材料のワイヤから作られていてもよい。コイル状ワイヤ５６は、線源とは反対の端部で溶接部５８によりガイドワイヤまたはケーブル５２に堅固に取付けられる。好ましい実施形態では、金属は中性子の有効性に影響を与えないので、コイル状ワイヤは金属製であってもよい。好ましい実施形態では、中性子源とガイドワイヤとを備えている線源ワイヤは、約４フィートから10フィートの長さであればよい。線源ワイヤ５０がカテーテルの端部に穴を開けて患者と中性子源を汚染することが無いのを確実にするために、中性子源５４は丸み付けされた球状端部６０を有していてもよい。
【００１５】
中性子源５４は、中性子源材料６５を包含している線源カプセル６４を備えていてもよい。カプセル運搬体は底面に円形の穴６６を有しており、その中へガイドワイヤ５２が設置される。次に、カプセル運搬体とガイドワイヤは、好ましい実施形態では溶接などにより、互いに一緒に確りと取付けられる。中性子源５４は１個以上の換気穴６３を更に備えており、ヘリウムガスがカプセルから逃れ出られるようにするとともに、時間が経つとカプセル内に圧力が蓄積されるのを防止する。第１穴６７は、ガイドワイヤ５２の端部附近に形成されたガスコンパートメントに中性子源材料６５を接続する。別な穴によって、圧力を解放するために、ヘリウムガスをガスコンパートメント６９から大気中に逃すことができる。  本発明の好ましい実施形態による中性子源材料は、カリホルニウム（Cf252）として周知の周期表に由来する放射性元素であってもよい。カリホルニウムは約2.6年の半減期を有している。大半（97％）のカリホルニウム崩壊は減りムガス（アルファ粒子）を生成するが、崩壊は中性子も生成する。好ましい実施形態で使用されるカリホルニウムの中性子エネルギースペクトルが図５に示されている。中性子エネルギーのピークは約１MeVと５MeVの間で発生することに留意すること。
【００１６】
中性子源材料は多様な異なる技術と下記の論文に記載されているような或る材料を利用して形成されるが、その論文は、アール・シー・マーチン（R.C. Martin）ほか共著「中性子近接照射治療のための高度に活性の252Cf源の開発（Development of High-activity 252Cf Sources for Newtron Brachytherapy）」という題名で応用放射線同位性（Appl. Radiat. Isot.）48巻10号から12号、1567頁から1570頁（1997年刊）に掲載されている。中性子源を生成するために、厳重に遮蔽された高温セルを使用しなければならない。パラジウム（Pd)は水溶液中でシュウ酸カリホルニウムCf2(C2O4)の細かい沈殿物上に堆積させられる。次いで、P
0004574925.tif 000002
％でペレットに圧入され、約1300度の所定温度で焼結され、所望の密度の90％まで再度プレスされてから、プラチナ−イリジウム合金のカプセルに圧入される。本発明によれば、線源カプセルは外径が0.5mmから２mmであるのが好ましく、これは、他の近接照射治療用のベータ線源およびガンマ線源に匹敵し、長さが約３mmから６mmであるのが好ましいかもしれない。本発明による中性子源の好ましい名目強度は１秒あたり1.0×109個の中性子であってもよい。実際には、本発明によれば、線源ワイヤ内のカリホルニウムの量は100μgと１mgの間で変動することがある。１mgの線源ワイヤについては、強度は１秒あたり2.3×109個の中性子である。本発明によれば、中性子源は典型的は中性子源よりも50倍小型で、10倍放射性が高く、これにより治療時間の短縮が図られる。ここで、本発明による編組状ガイドワイヤを製造する方法を説明する。
【００１７】
図６Aから図６Cは、本発明による編組状ガイドワイヤ７０を例示している図である。図６Aに示されているように、編組状ガイドワイヤは７束のワイヤ７２からなる束を含み、ワイヤ７２の各々の束も７本の単線ワイヤ４で編組状にされていてもよい。従って、編組状ガイドワイヤは編組状ワイヤの７×７本の束で形成されて、ガイドワイヤの強度と撓み性を増大させることができる。図６Bに示されているように、７×７本の束についての問題点は、編組状ワイヤの束のせいで、束の外表面７６が不均一であることである。この問題は、不均一表面のせいで、束を入れるカテーテルに穴が開くことがあり、または、ガイドワイヤをカテーテル内へ押し通すのが困難になることがある点である。この問題点の修復は、ワイヤの束を圧印加工することにより可能となる。本発明によれば、図６Cに示されているように、多様なワイヤの先端が一緒に溶融されてから、ガイドワイヤの先端が研削加工されるため、その結果生じるガイドワイヤの表面は平滑となる。従って、本発明によれば、ガイドワイヤは編組状ワイヤに付随する撓み性と強度を有しているが、通常は単線ワイヤに並みの平滑さを有している。
図７Aから図７Cは、本発明による中性子源５０の第２の実施形態を例示している図である。まず第１に、図７Aに示されているように、好ましい実施形態ではカリホルニウムのような中性子放射材料８２をカプセルケーシング８４内に設置することにより、中性子カプセル８０は形成される。中性子放射材料はこの実施形態では中性子源製造中には露出されるので、中性子源は厳重遮蔽された高温セル内で製造されねばならない。図７Bに示されているように、平滑な編組状ガイドワイヤ（上述のように圧印加工により仕上がった端部を有している）８６はカプセルケーシングの開口部に挿入され、溶接部８８がカプセルケーシングとガイドワイヤの頂部附近に形成されて、ガイドワイヤをカプセルに固定するとともに、中性子放射材料をカプセル内に封入する。溶接部の端面図が図７Cに示されている。換気穴がこの設計に付加されてもよい。ここで、本発明による中性子源の第３の実施形態を説明する。
【００１８】
図８A、図８B、図８Cは、カプセル９１をガイドワイヤ９２上に溶着させる必要が無い、中性子源ワイヤ９０の実施形態を例示している。この利点は、溶接部の疲労と破壊の可能性が皆無であるため、中性子源ワイヤ９０の信頼性と安全性が増大していることである。この実施形態では、カプセル９１に嵌合するガイドワイヤ９２の端部９３は溶融され、上述のように研削加工され、ねじ筋を設けられて、後述するようにカプセル内へとねじ込まれる。ガイドワイヤはテーパ状部分９４を有しており、中性子源９５とガイドワイヤの間に空間が存在するようにしても良いが、中性子源ワイヤが図８Bに示されているように組立てられると、この空間にヘリウムガスが蓄積される。
カプセル９１は、カプセルの開放端の中へ装填される中性子源９５と、ねじ付きプラグ９６（すり割り付きヘッドの無い、ねじ付きスクリューでもよい）とを備えている。カプセルの壁はねじ付き部分９７を備えている。ねじ付き部分９７は中性子源９５の頂部の上方で始まっているため、中性子源はプラグ９６によって接触されることは無く、損傷を被る可能性も無い。ねじ付きプラグ９６はカプセル壁のねじ９７と整列状態になり、プラグが中性子源の上方で抱き込まれるように嵌合するまで、カプセル内へとねじ込まれる。プラグのすり割付き部分を利用して、中性子源に向けてプラグをねじ込むことができる。プラグ６は１個以上の換気穴９８を備え、この換気穴により、中性子源により生成されたヘリウムガスがガイドワイヤのテーパ状端部９４とプラグ９６の間に形成されたガスコンパートメント９９内へと逃れられるようにしている。カプセル９１の壁は、ガスコンパ−トメントに隣接する１個以上の換気穴１００を更に備えており、ガスコンパートメント内の気体が換気穴１００を通過して大気中に出るようにしてもよい。カプセル９１は、プラグ９６とガイドワイヤ９２がカプセルにねじ込まれる間、カプセル９１を保持することができるようにする１個以上の起伏平坦部１０１（図８Bにより詳細に示されているような）を更に備えていてもよい。組立て中性子源ワイヤ９０が図９Bに示されている。この実施形態の一変形例では、起伏平坦部１０１はカプセルの換気穴１００と一致して、ヘリウムガスがカプセルから逃れ出て外部と換気することができるようにしてもよい。別な変形例によれば、線源ワイヤ９０全体は外側コイル状ワイヤの内側に設置されて、上述のような付加的な安全要因を設けてもよい。ここで、中性子源の装填作業の実施形態を説明する。
【００１９】
図９Aは、本発明による中性子源１１０を装填する工程の実施形態を例示する図である。特に、これに続く幾つかの図は、本発明に従ってカプセルに中性子放射材料を封入する幾つかの異なる技術を例示している。図９Aに示された実施形態では、中性子放射材料１１２はペレット内に形成され、ガイドワイヤ１１４の端部に穴が形成されているため、中性子放射材料がガイドワイヤの端部内に設置することができる。次いで、レーザー溶接システムのような典型的な溶接システムを利用して、ガイドワイヤの先端の頂部の中性子放射材料１１２の周囲にワイヤ１１６が形成される。注目しなければならない点として、ガイドワイヤは上述と同じ様式で処理されることが挙げられる。図９Bでは、ガイドワイヤの端部にドリル加工して穴を設ける代わりに、ガイドワイヤの一方端上に管が溶接されている。留意しなければならない点として、ガイドワイヤはまた、上述のように、両端が圧印加工、溶融、研削により処理されることが挙げられる。この実施形態では、中性子放射材料が露出状態にあるので、処理工程は厳重に遮蔽された高温セル内で完了されなければならない。ここで、別な実施形態を説明する。
図１０は、本発明による中性子源１２０を装填する工程の別な実施形態を例示しており、ここでは、線源１２０は厳重に遮蔽された高温セル内で形成されてから、高温セルから取り出され、ガイドワイヤに固定される。特に、弾丸形状のカプセルケーシング１２２はステンレス鋼のような好適な材料から形成されており、中性子放射源材料１２４はカプセルケーシングの底面に装填される。次いで、プラグまたはシール１２６は、カプセル内部に中性子放射材料を封入するが、高温セル内で開放端内または開放端上に設置される。シール１２６は金属から作られてもよい。シールが取付けられてしまうと、中性子源１２０全体は酸で洗浄されて、汚染物質や他の残留する中性子放射材料を除去することができる。次いで、中性子源１２０が高温セルから取り出され、ガイドワイヤ（図示せず）は高温セルの外で中性子源に取付けられ、これにより中性子源のガイドワイヤへの取付けはより容易になる。以下に、本発明に従ったカテーテルの設置に際して利用される機具を説明する。
【００２０】
図１１は、本発明によるコイル状ワイヤアセンブリ１６０を例示している図である。アセンブリの外径は中性子源ワイヤと同じである。アセンブリの長さは相当短縮されている（約12インチから15インチ）。頭蓋骨穴を通して脳にカテーテルを挿入する前に、コイル状アセンブリ１６０をカテーテルに挿入し、挿入中のカテーテルの剛性を維持することができる。コイル状ワイヤアセンブリはコイル状スプリングワイヤ１６４により被包されるコア１６２を備えており、アセンブリの撓み性と強度を増大させることができる。コイル状ワイヤアセンブリはまた、捩れ難くなっている。コイル状ワイヤアセンブリ１６０はまた、コイル状ワイヤアセンブリをカテーテルに挿入する間に、コイル状ワイヤアセンブリが閉鎖端を備えたカテーテルの先端に穴を開けるのを防止する球状先端部１６６を備えていてもよい。コイル状ワイヤアセンブリはまた、球状先端部の反対側のコイル状ワイヤアセンブリの端部に取付けられたハンドル部１６８を備えており、医者がコイル状ワイヤアセンブリを操作することができるようにしてもよい。このアセンブリは、中性子源ワイヤとほぼ同一であるため、遠隔制御搬送システムを利用しても線源ワイヤが設置可能となるのを概ね保証する。以下に、本発明に従った１重封入中性子源を説明する。
【００２１】
図１２は、本発明による１重封入線源１７０を例示している図である。この実施形態では、カプセル１７２は上述のように、カルホルニウムのような中性子放射源材料１７４がカプセルの内部に位置している状態で形成される。カプセルを形成するために、カプセル本体は開放端を備えて形成され、開放端は上向きに置かれ、中性子放射材料が開放端を通してカプセル内に装填されるが、開放端はカプセル内に中性子放射材料を包含するように再成形され、カプセルはワイヤ１７６を被覆した状態でかしめられる。次いで、カプセルは編組状ガイドワイヤ１７６の端部上に溶接され、中性子源ワイヤを形成することができる。１重封入はガイドワイヤ接続部に１つの溶接部しか必要としない。１重封入中性子源は、円筒形カプセルの外径が1.2mmから1.8mmであるのが好ましく（約1.5mmであるのがより好ましい）、カプセルの内径は１mmから1.3mmであるのが好ましく（約1.1mmであるのがより好ましい）、カプセル壁の厚さは0.005インチから0.009インチの間であるのが好ましい（約0.008インチであるのがより好ましい）。ここで、別な１重封入の実施形態を説明する。
図１３は、本発明による１重封入中性子源１８０の別な実施形態を例示している図である。この実施形態では、中性子源はカプセル（シェル）１８２と、カプセルの端部に嵌入させることができるプラグまたはキャップ片１８４とを備えている。この実施形態では、中性子源材料はカプセル内に設置することができる。次いで、プラグ片１８４は本体片に機械的に嵌入させられて、カプセル内に中性子放射材料を封入することができる。カプセルとプラグ片は両方が互いに対応するねじ筋を有しており、プラグ片が本体片にねじ込まれるようにすることもできる。次に、カプセルとプラグ片は一緒に溶接されて、密封を確実に行う。また、編組状ガイドワイヤ１８６はプラグ片内へ溶着されて、中性子源カプセルをガイドワイヤに固定させることができる。この実施形態の寸法は、図１２を参照しながら先に説明した実施形態と概ね同一である。以下に、本発明による２重封入中性子源を説明する。
【００２２】
図１４は、本発明による２重封入中性子源１９０を例示している図である。２重封入の実施形態は、内側カプセル１９４内に装填された中性子放射源材料１９２を備えるようにすることができ、内側カプセルは封止されている。内側カプセルの壁は透過性であるため（例えば、数オングストロームの厚さであるか、或いは、ポリマーから作られたスパッタリング加工による金属層から製作されている）、中性子放射源材料により生成されるヘリウムガスは内側カプセルの壁を通過して、望ましくないガスの蓄積を防止することができる。次いで、封止状態の内側カプセルが外側カプセル１９６の内部に設置されてから、外側カプセルも封止される。外側カプセルも透過性の壁を有しているため（上述のように）、ヘリウムガスが外側カプセルを通過して、カテーテルを通って外界へと移動することができる。カプセルに透過性の壁を使用する代わりに、各々のカプセルは、カプセル（単数または複数）内部からガスが逃れ出ることができるようにする換気穴を有していてもよい。次いで、外側カプセルは編組状ガイドワイヤ１９８上にかしめ圧着され、ガイドワイヤは外側カプセルに溶接される。好ましい実施形態では、内側カプセルは外径が１mmから1.3mmの間であり（約1.15mmであるのが好ましい）、内径が0.6mmから１mmの間であり（約0.85mmであるのが好ましい）、壁の厚さが0.005インチから0.008インチの間である（約0.006インチであるのが好ましい）。外側カプセルは、外径が1.2mmから1.8mmの間であるのが好ましく（約1.5mmであるのがより好ましい）、内径が１mmから1.4mmであるのが好ましく（約1.25mmであるのがより好ましい）、壁の厚さが0.004インチから0.007インチの間であるのが好ましい（約0.005インチであるのがより好ましい）。この実施形態では、中性子放射源材料は２つの別個のカプセル内に封入されて、中性子源の安全性を向上させてもよい。
【００２３】
前段では本発明の特定の実施形態に言及してきたが、前述の特許請求の範囲の各請求項により範囲が限定されている本発明の原理および精神から逸脱せずに、この実施形態の変更を行うことができることを当業者なら正当に評価するだろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による中性子近接照射治療装置を使って治療することができる脳腫瘍を有する患者を例示している図である。
【図２】  腫瘍細胞を殺傷または損傷するために本発明による１個以上の中性子源が腫瘍に設置されているのを例示する図である。
【図３】  本発明による線源ワイヤの一例を例示している図である。
【図４】  本発明による中性子源の第１の実施形態を例示している図である。
【図５】  カリホルニウム放射性材料のエネルギースペクトルを例示しているチャート図である。
【図６】  図６Aから図６Cは本発明による編組状ガイドワイヤを例示している図である。
【図７】  図７Aから図７Cは本発明による中性子源の第２の実施形態を例示している図である。
【図８】  図８A、図８B、図８Cは、カプセルの溶着処理が必要ではない、本発明による中性子源を例示している図である。
【図９】  図９Aおよび図９Bは、本発明による中性子放射材料の装填処理の２つの実施形態を例示している図である。
【図１０】  本発明による中性子放射材料の装填処理の別な実施形態を例示している図である。
【図１１】  本発明によるコイル状ワイヤアセンブリを例示している図である。
【図１２】  本発明による１重封入線源を例示している図である。
【図１３】  本発明による１重封入線源の別な実施形態を例示している図である。
【図１４】  本発明による２重封入線源を例示している図である。
【図１】
0004574925.tif 000003
【図２】
0004574925.tif 000004
【図３】
0004574925.tif 000005
【図４】
0004574925.tif 000006
【図５】
0004574925.tif 000007
【図６Ａ】
0004574925.tif 000008
【図６Ｂ】
0004574925.tif 000009
【図６Ｃ】
0004574925.tif 000010
【図７Ａ】
0004574925.tif 000011
【図７Ｂ】
0004574925.tif 000012
【図７Ｃ】
0004574925.tif 000013
【図８Ａ】
0004574925.tif 000014
【図８Ｂ】
0004574925.tif 000015
【図８Ｃ】
0004574925.tif 000016
【図９Ａ】
0004574925.tif 000017
【図９Ｂ】
0004574925.tif 000018
【図１０】
0004574925.tif 000019
【図１１】
0004574925.tif 000020
【図１２】
0004574925.tif 000021
【図１３】
0004574925.tif 000022
【図１４】
0004574925.tif 000023