特許 6266399 中性子捕捉療法装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6266399

(24)【登録日】2018年1月5日

(45)【発行日】2018年1月24日

(54)【発明の名称】中性子捕捉療法装置

(51)【国際特許分類】

   A61N 5/10 20060101AFI20180115BHJP

   G21K 1/02 20060101ALI20180115BHJP

   G21K 1/00 20060101ALI20180115BHJP

   G21K 5/02 20060101ALI20180115BHJP

   H05H 13/00 20060101ALI20180115BHJP

   H01J 27/14 20060101ALN20180115BHJP

【ＦＩ】

   A61N5/10 H

   G21K1/02 R

   G21K1/00 N

   G21K5/02 N

   H05H13/00

   !H01J27/14

【請求項の数】2

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-63262(P2014-63262)

(22)【出願日】2014年3月26日

(65)【公開番号】特開2015-181861(P2015-181861A)

(43)【公開日】2015年10月22日

【審査請求日】2016年8月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162640

【弁理士】

【氏名又は名称】柳 康樹

(72)【発明者】

【氏名】衞藤 晴彦

【審査官】 松浦 陽

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２８７４１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１１９０６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０３９５７９（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 特開２０１１−０３４８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１８９７２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｎ ５／１０

Ｇ２１Ｋ １／００

Ｇ２１Ｋ １／０２

Ｇ２１Ｋ ５／０２

Ｈ０５Ｈ １３／００

Ｈ０１Ｊ ２７／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

負イオンを生成する負イオン源と、
前記負イオンの生成を促進する促進物質を前記負イオン源に供給する促進物質供給部と、
前記負イオン源から取り出された前記負イオンを加速して荷電粒子線を出射する粒子加速部と、
前記粒子加速部から出射された前記荷電粒子線が照射されて中性子を生成する中性子生成部と、を備え、
前記中性子生成部は、前記荷電粒子線が照射され前記中性子を生成するターゲットと、前記ターゲットで発生した前記中性子を減速させる減速材と、前記中性子における中性子照射範囲を拡大しつつ、前記中性子照射範囲における前記中性子の線量分布を均一化させる拡散部と、被照射体における照射目標に合わせて前記中性子照射範囲を設定するコリメータと、を有し、
前記減速材は、前記コリメータよりも上流側に配置されると共に、前記中性子の照射軸に対して直交する方向から見た場合に前記コリメータよりも大きく、
前記拡散部は、前記減速材と前記コリメータとの間に配置され、前記照射軸に対して直交する方向から見た場合に前記コリメータよりも小さく、且つ、前記コリメータが有する前記中性子を通過させる開口よりも大きい、中性子捕捉療法装置。

【請求項2】

前記拡散部は、前記コリメータに隣接して配置される請求項１に記載の中性子捕捉療法装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、中性子線を被照射体に照射する中性子捕捉療法システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、照射精度の向上を図ることを可能とした中性子線照射装置が記載されている。この中性子線照射装置は、減速装置においてターゲットにイオンビームを照射して中性子を発生させ、発生した中性子を減速させた後に患者へ照射する。中性子を照射するとき、患者は、減速装置に対して相対的に移動可能に設けられた載置台に載置される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−１８９７２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載されたような中性子線照射装置を利用した中性子捕捉療法では、患者の患部に所定量の中性子を照射する必要があり、照射時間中は患者の体位を一定に保持している。しかし、照射時間は、長い場合には数十分に亘る場合があり、この間、患者の体位を一定に保持することは患者にとって負担が大きかった。

【0005】

そこで、本発明の目的は、中性子捕捉療法における治療時間を短縮可能な中性子照射装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一形態に係る中性子捕捉療法装置は、負イオンを生成する負イオン源と、負イオンの生成を促進する促進物質を負イオン源に供給する促進物質供給部と、負イオン源から取り出された負イオンを加速して荷電粒子線を出射する粒子加速部と、粒子加速部から出射された荷電粒子線が照射されて中性子を生成する中性子生成部と、を備える。

【0007】

この中性子捕捉療法装置は、負イオン源において生成された負イオンを粒子加速部で加速し、粒子加速部から荷電粒子線を出射する。この荷電粒子線が中性子生成部に照射されて中性子が発生する。ここで、負イオン源には、促進物質供給部から負イオンの生成を促進する促進物質が供給されているため、負イオン源において生成される負イオンの量が増加し、負イオン源から引き出されるビーム電流量が増加する。粒子加速部に供給される負イオンのビーム電流量が増加すると、粒子加速部から出射される荷電粒子線のビーム電流量も増加する。そして、中性子生成部に照射される荷電粒子線のビーム電流量が増加すると、中性子生成部において生成される中性子フラックスが増加する。この中性子フラックスの増加によれば、単位時間あたりに生成される中性子フラックスが増加するため、所定量の中性子を照射するために要する時間が短縮化される。従って、中性子捕捉療法における治療時間を短縮することができる。

【0008】

中性子生成部は、荷電粒子線が照射され中性子を生成するターゲットと、中性子における中性子照射範囲を拡大する拡散部と、を有することとしてもよい。この拡散部によれば中性子照射範囲が拡大される。より詳細には、所望の中性子量を照射範囲な範囲が拡大される。従って、一度の照射で比較的大きい患部に対して中性子を照射することが可能になるので、中性子捕捉療法における治療時間を更に短縮することができる。

【0009】

中性子生成部は、被照射体における照射目標に合わせて中性子照射範囲を設定するコリメータを更に有し、拡散部は、コリメータに隣接して配置されることとしてもよい。この構成によれば、被照射体における照射目標に適合した中性子照射範囲の設定と拡大とを行うことが可能になる。

【発明の効果】

【0010】

本発明の中性子捕捉療法装置よれば、治療時間を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、中性子捕捉療法装置を概略的に示す図である。

【図2】図２は、本実施系形態に係る負イオン源装置を示す図である。

【図3】図３は、本実施系形態に係る負イオン源装置から出力される負イオンのビーム電流量と、比較例に係る負イオン源装置から出力される負イオンのビーム電流量と、を示すグラフである。

【図4】図４は、拡散板を有する中性子生成部における中性子フラックスの分布と、拡散板を有しない比較例に係る中性子生成部における中性子フラックスの分布とを示すコンター図である。

【図5】図５は、拡散板を有する中性子生成部における中性子フラックスの分布と、拡散板を有しない比較例に係る中性子生成部における中性子フラックスの分布とを示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

【0013】

まず、負イオン源装置１００を備える中性子捕捉療法装置１の概要について図１を参照しつつ説明する。中性子捕捉療法装置１は、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ：Boron Neutron Capture Therapy）を用いたがん治療などを行うために用いられる装置であり、ホウ素（^１０Ｂ）が投与された患者５０の腫瘍へ中性子線Ｎを照射する。中性子捕捉療法装置１は、負イオン源装置１００及びサイクロトロン２を有する陽子加速装置Ｅ１と、ビームダクト３、四極電磁石４及び走査電磁石５を有する陽子ビーム輸送装置Ｅ２と、中性子生成部としての中性子照射装置２０とを備えている。

【0014】

中性子捕捉療法装置１は、粒子加速部としてのサイクロトロン２を備える。サイクロトロン２は、負イオン源装置１００で生成された負イオン（陰イオンともいう）を加速して、荷電粒子線Ｒを作り出す加速器である。このサイクロトロン２は、例えば、ビーム半径４０ｍｍ、６０ｋＷ（＝３０ＭｅＶ×２ｍＡ）の荷電粒子線Ｒを生成する能力を有している。中性子捕捉療法装置１は、加速器として、サイクロトロン２に限られず、シンクロトロン、シンクロサイクロトロン、ライナックなどを用いてもよい。

【0015】

サイクロトロン２から出射された荷電粒子線Ｒは、ビームダクト３を通り、ターゲット６へ向かって進行する。このビームダクト３に沿って複数の四極電磁石４及び走査電磁石５が設けられている。走査電磁石５は、荷電粒子線Ｒを走査し、ターゲット６に対する荷電粒子線Ｒの照射位置を制御する。

【0016】

中性子捕捉療法装置１は、制御部Ｓを備える。制御部Ｓは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有する電子制御ユニットであり、中性子捕捉療法装置１を総合的に制御する。

【0017】

制御部Ｓは、ターゲット６に照射される荷電粒子線Ｒの電流値（すなわち、電荷、照射線量率）をリアルタイムで測定する電流モニタＭに接続されており、その測定結果に応じて中性子捕捉療法装置１の各部の制御を行う。電流モニタＭとしては、例えば、荷電粒子線Ｒに影響を与えずに測定可能な非破壊型のＤＣＣＴ（Direct Current Current Transformer）を用いることができる。

【0018】

中性子照射装置２０は、サイクロトロン２から出射された荷電粒子線Ｒが照射されて、患者５０の照射される中性子線Ｎを発生させる。中性子照射装置２０は、ターゲット６と、遮蔽体７と、減速材８と、コリメータ９と、中性子線量測定装置１０と、拡散板１１とを有している。

【0019】

ターゲット６は、荷電粒子線Ｒの照射を受けて中性子線Ｎを生成する。ターゲット６は、例えば、直径１６０ｍｍの円板状を呈する。ターゲット６は、例えば、ベリリウム（Ｂｅ）、リチウム（Ｌｉ）、タンタル（Ｔａ）、又はタングステン（Ｗ）で形成してもよい。ターゲット６は、板状（固体）に限られず、液状であってもよい。

【0020】

遮蔽体７は、発生した中性子線Ｎや、当該中性子線Ｎの発生に伴って生じたガンマ線等が、中性子捕捉療法装置１の外部へ放出されないように遮蔽する。減速材８は、中性子線Ｎを減速（中性子線Ｎのエネルギーを減衰）させる機能を有する。減速材８は、第１の減速材８Ａと第２の減速材８Ｂとが積層されて構成されている。第１の減速材８Ａは、中性子線Ｎに含まれる速中性子を主に減速させる。第２の減速材８Ｂは、中性子線Ｎに含まれる熱外中性子を主に減速させる。

【0021】

コリメータ９は、中性子線Ｎの照射野（中性子線Ｎの進行方向に直交する平面における照射範囲）を成形するものであり、中性子線Ｎが通過する開口９ａを有している。ターゲット６で発生した中性子線Ｎは、減速材８を通り抜けた後、一部がコリメータ９の開口９ａを通過する一方で、残部がコリメータ９の開口９ａを確定する周辺部により遮蔽される。その結果、コリメータ９を通過した中性子線Ｎは、開口９ａの形状に対応した形状に成形される。

【0022】

中性子線量測定装置１０は、治療台５１上の患者５０に照射される中性子線Ｎの線量及び線量分布を測定する装置である。

【0023】

拡散部としての拡散板１１は、中性子線Ｎの照射範囲を空間的に拡大するものであり、コリメータ９の近傍に配置されている。より詳細には、拡散板１１は、第２の減速材８Ｂとコリメータ９との間に配置されている。拡散板１１は、コリメータ９の開口９ａと同程度の外径を有する円盤状の金属板である。拡散板１１には、原子核による中性子の散乱を発生し得る材料を用いることができ、例えば、ステンレス鋼材（ＳＵＳ材）等が用いられる。

【0024】

続いて、負イオン源装置１００の構成について、図２を参照しつつ説明する。負イオン源装置１００は、負イオン源１０２と、真空ボックス１０４とを備える。負イオン源１０２と真空ボックス１０４とは、絶縁フランジ１０６によって接続されている。

【0025】

負イオン源１０２は、チャンバ１０８と、磁石１１０と、プラズマ生成部１１２と、セシウム導入部１１４と、プラズマ電極１１６とを有する。

【0026】

チャンバ１０８は、円筒状を呈する本体部１０８ａと、本体部１０８ａの一端側に設けられた蓋部１０８ｂとを有する。本体部１０８ａは、チャンバ１０８の側壁をなしている。本体部１０８ａの両端には、外方に向けて突出する鍔部１０８ｃ，１０８ｄがそれぞれ設けられている。蓋部１０８ｂは、本体部１０８ａの一端側に位置する鍔部１０８ｃに着脱自在に取り付けられており、本体部１０８ａの一端を開放又は閉塞する。チャンバ１０８は、絶縁フランジ１０６を介して連結された真空ボックス１０４と連通している。そして、この真空ボックス１０４には真空ポンプ（不図示）が接続されている。従って、チャンバ１０８、真空ボックス１０４、真空ポンプの流れでチャンバ１０８、真空ボックス１０４の内部が真空引きされる。

【0027】

磁石１１０は、チャンバ１０８内で生成されたプラズマをチャンバ１０８に閉じ込める機能を有する。磁石１１０は、本体部１０８ａの外周面側に複数配置されている。より詳しくは、磁石１１０は、本体部１０８ａの外周面とは離間した状態でチャンバ１０８の外周側に位置する。磁石１１０と本体部１０８ａの外周面との間には、図示しない冷却路が設けられている。磁石１１０又は本体部１０８ａの壁部を冷却するために、当該冷却路内には水などの冷媒が循環される。なお、磁石１１０は、本体部１０８ａの外周面とは離間せずに、本体部１０８ａの外周面に密着させてもよい。

【0028】

プラズマ生成部１１２は、本体部１１２ａと、本体部１１２ａの端面から外方（チャンバ１０８の他端側、プラズマ電極１１６側）に延びる一対のフィラメント１１２ｂとを有する。本体部１１２ａは、蓋部１０８ｂの内壁面に取り付けられている。本体部１１２ａには、図示しない直流電源が接続されている。当該直流電源は、フィラメント１１２ｂに電圧及び電流を印加し、フィラメント１１２ｂを発熱させると共に、フィラメント１１２ｂとチャンバ１０８（本体部１０８ａ）との間に電位差を生じさせる。

【0029】

セシウム導入部１１４は、蓋部１０８ｂを貫通するように蓋部１０８ｂに設けられている。セシウム導入部１１４の先端は、チャンバ１０８内に位置している。セシウム導入部１１４には、促進物質供給部としてのセシウム供給源１１８が接続されており、本実施形態では、セシウムが気体（蒸気）の状態でチャンバ１０８に供給される。

【0030】

プラズマ電極１１６は、本体部１０８ａの他端側に位置する鍔部１０８ｄに設けられた絶縁フランジ１２０と、真空ボックス１０４側の絶縁フランジ１０６との間に配置されている。プラズマ電極１１６は、電圧が可変の電源（図示せず）に接続されている。当該電源を制御してプラズマ電極１１６に印加される電圧の大きさを制御することにより、チャンバ１０８内のプラズマ分布を制御し、チャンバ１０８から引き出される負イオンの量を制御する。プラズマ電極１１６は、チャンバ１０８内で生成された負イオンをチャンバ１０８外（本実施形態では真空ボックス１０４側）に引き出すことが可能な貫通孔１１６ａを有している。プラズマ電極１１６は、プラズマからの入熱により、例えば２５０℃程度に発熱する。

【0031】

プラズマ電極１１６の近傍には、ガス供給源１２２に接続された配管１１６ｂが設けられている。すなわち、配管１１６ｂは、チャンバ１０８の他端側に位置している。ガス供給源１２２は、原料ガス源（水素ガス源）及び不活性ガス源（アルゴンガス源）を含む。すなわち、ガス供給源１２２の原料ガスや不活性ガスは、配管１１６ｂを通じて本体部１０８ａの他端側からチャンバ１０８内に供給される。

【0032】

真空ボックス１０４は、チャンバ１０８のうち負イオンビームが引き出される下流側（チャンバ１０８の他端側）に位置している。真空ボックス１０４は、チャンバ１０８と同様に、内部を真空状態に保持可能である。真空ボックス１０４内には、引出電極等の電極１２４、負イオンビームのビーム量を計測するファラデーカップ（図示せず）、負イオンビームの軌道を変化させるステアリングコイル（図示せず）等が配置されている。

【0033】

上記の負イオン源装置１００において、負イオンを生成する際には、まずチャンバ１０８及び真空ボックス１０４内を真空ポンプにより真空引きする。次に、ガス供給源１２２により原料ガス（水素ガス）をチャンバ１０８内に供給すると共に、セシウム供給源１１８により促進物質（セシウムガス）をチャンバ１０８内に供給する。セシウム供給源１１８によるセシウムの供給量は、引き出したい負イオンビームのビーム量に応じて調整してもよい。セシウムが付着した物質の表面においては仕事関数が低下するので、セシウムは、負イオンの生成を促進する機能を有する。

【0034】

次に、プラズマ生成部１１２に電流を流し、プラズマ生成部１１２とチャンバ１０８との間に電圧が印加される。電流が流れることにより加熱されたフィラメント１１２ｂとチャンバ１０８との間に電圧が印加されることにより、フィラメント１１２ｂからチャンバ１０８へ熱電子が放出され、アーク放電が起きる。当該熱電子は、チャンバ１０８内に充満している水素ガスと衝突して電子を弾き出し、当該水素ガスをプラズマ化させる。

【0035】

プラズマ中に存在する電子のうち高速電子と低速電子とが、磁石によって弁別される。低速電子又はプラズマ電極１１６表面の電子と、プラズマ中の水素分子、水素原子、又は水素イオンと、が反応することにより、負イオンが生成される。こうして生成された負イオンは、プラズマ電極１１６の開口部を通じてチャンバ１０８の外に引き出され、真空ボックス１０４を介してサイクロトロン２に導入される。

【0036】

ところで、サイクロトロン２とターゲット６とを組み合わせた加速器中性子源を用いたホウ素中性子捕捉療法（以下、ＢＮＣＴ）システムでは、負イオン源装置１００から引き出される負水素イオン（以下「Ｈ⁻」ともいう）ビーム量が約７ｍＡであり、サイクロトロン２から出力される陽子ビーム電流量が約ｌｍＡであると仮定すると、治療に必要な中性子線照射時間が最大で１時間程度になる。このように、中性子線照射時間は加速器中性子源から得られる中性子線量によって決定され、この中性子線量はサイクロトロン２から出力可能な陽子ビームとしての荷電粒子線Ｒの電流量により決定される。そして、荷電粒子線Ｒの電流量は、サイクロトロン２に供給される負イオンのビーム電流量により決定される。

【0037】

換言すると、サイクロトロン２からの荷電粒子線Ｒの電流量は、負イオン源１０２から引き出される負水素イオンのビーム電流量によって決定される。従って、負イオン源装置１００から出力可能なＨ⁻のビーム電流量を増加させることができれば、患者５０への中性子照射時間を短縮でき、患者５０への負担を低減させることができる。また、加速器中性子源から得られる中性子線量を増大できれば、拡散板１１を用いることによって照射領域（照射野）を拡大し、且つ中性子線量の分布の均一化を図ることが可能になる。従って、均一化された中性子線を広い領域に照射する腫瘍の治療を行うことが可能となる。

【0038】

より具体的には、単に照射領域を拡大するならばコリメータ９の開口を調整することで達成可能である。しかし、コリメータ９の開口の調整のみでは照射野の中央付近における中性子線量に対して、照射野の外側の中性子線量が低くなるので（図５参照）効率的な治療を行い難い。一方、中性子捕捉療法装置１によれば、拡散板１１を備えているので、照射野中央の中性子線を照射野の外側へ拡散させて、照射野の外側における線量を増加させることが可能になる。従って、中性子捕捉療法装置１によれば、中性子線の照射野を拡大しつつ、照射野における中性子線量を均一化することができる。そして、中性子捕捉療法装置１では拡散板１１の配置により照射野中央部の中性子線量が減少するものの、出射される負イオンの量を増加させることが可能な負イオン源装置１００を備えているため、照射野全体の中性子線量を底上げして照射野中央の線量の減少を補うことができる。

【0039】

そこで中性子捕捉療法装置１は、負イオン源１０２において生成された負イオンをサイクロトロン２で加速し、サイクロトロン２から荷電粒子線Ｒを出力する。この荷電粒子線Ｒが中性子照射装置２０に照射されて中性子線Ｎが発生する。そして、負イオン源１０２には、セシウム供給源１１８から負イオンの生成を促進するセシウムが供給されているため、負イオン源１０２において生成される負イオンの量が増加し、負イオン源装置１００から引き出されるビーム電流量が増加する。サイクロトロン２に供給される負イオンのビーム電流量が増加すると、サイクロトロン２から出射される荷電粒子線Ｒの電流量も増加する。そして、中性子照射装置２０に照射される荷電粒子線Ｒの電流量が増加すると、中性子照射装置２０において生成される中性子フラックスが増加する。この、中性子フラックスの増加によれば、単位時間あたりに生成される中性子フラックスが増加するため、所定量の中性子を照射するために要する時間が短縮化される。従って、中性子捕捉療法における治療時間を短縮することができる。ひいては、患者５０の負担を軽減することが可能になる。

【0040】

また、中性子照射装置２０は、ターゲット６と、拡散板１１と、を有している。この拡散板１１によれば中性子照射範囲が拡大しつつ、照射範囲における線量分布が均一化される。より詳細には、均一化された所望の線量分布を有する中性子線を照射範囲な範囲が拡大される。すなわち、中性子量の増大により、拡散板１１による中性子量の減少を治療において問題のない量に留めて中性子線を空間的に拡げて照射面積を増大させ、且つ照射野における中性子線量の均一化を図ることができる。従って、一度の照射で比較的大きい患部に対して均一化された線量分布を有する中性子線を照射することが可能になるので、中性子捕捉療法における治療時間を更に短縮することができる。

【0041】

また、中性子照射装置２０は、患者５０における患部の形状に合わせて中性子照射範囲を設定するコリメータ９を更に有し、拡散板１１は、コリメータ９に隣接して配置されている。この構成によれば、患者５０における照射目標である患部の形状に適合した中性子照射範囲の設定と拡大とを行うことが可能になる。

【0042】

要するに、中性子捕捉療法装置１によれば、負イオン源装置１００で生成された水素イオンの高電流ビームがサイクロトロン２に入射され、所定のエネルギーまで加速された後、荷電変換を経て陽子ビームとしてサイクロトロン２から射出される。この陽子ビームは、中性子照射装置２０に入射し中性子を発生させ、発生した中性子は照射系を構成する減速材８により減速されると共にコリメータ９により照射範囲が成形され、患者５０の患部に照射される。ここで、コリメータ９の上流または下流に拡散板１１を設置すると、照射野中央の中性子量は拡散板１１により減少するが、中性子線が空間的に拡がることにより、照射野外側の中性子量が増大し、照射野中央の中性子量と照射野外側の中性子量との差が減少する。照射野中央の中性子量の減少分は、負イオン源装置１００から出射される水素イオンのビームが高電流化されて中性子照射装置２０で発生する中性子が増大することで、補うことができる。すなわち、中性子捕捉療法装置１では、大電流化が可能な負イオン源装置１００を備えているため、照射時間の短縮化によって患者５０の負担が軽減し、且つ拡散板１１の設置による中性子フラックスの低下を補いつつ中性子照射範囲を拡大するという効果を両立させることができる。

【0043】

続いて、実施例１について説明する。この実施例１では、本実施形態に係る負イオン源装置１００から出力される負イオンのビーム電流量と、比較例に係る負イオン源装置から出力される負イオンのビーム電流量とを実測した。図３は、アークパワーを横軸に示し、負イオンのビーム電流量を縦軸に示したグラフである。アークパワーとは、例えば負イオン源１０２において、フィラメント１１２ｂとチャンバ１０８との間に生成される電位差とアーク放電電流との積である。

【0044】

図３におけるプロットＰ１〜Ｐ５は、比較例に係る負イオン源装置から出力された負イオンのビーム電流量を示している。すなわち、これらプロットＰ１〜Ｐ５では、負イオン源装置にセシウムは供給されていない。さらに、プロットＰ１は負イオン源装置に供給された水素ガスの流量が３ｓｃｃｍであり、プロットＰ２は負イオン源装置に供給された水素ガスの流量が５ｓｃｃｍであり、プロットＰ３は負イオン源装置に供給された水素ガスの流量が８ｓｃｃｍであり、プロットＰ４は負イオン源装置に供給された水素ガスの流量が１０ｓｃｃｍであり、プロットＰ５は負イオン源装置に供給された水素ガスの流量が１２ｓｃｃｍである。

【0045】

プロットＰ１〜Ｐ５を確認すると、比較例に係る負イオン源装置に供給されるアークパワーが増大するに従って、負イオン源装置から出力される負イオンのビーム電流量が増大することが確認できた。しかし、アークパワーが増大するに従って、アークパワーの増分に対する負イオンのビーム電流量の増分が減少しつつあるように見受けられた。従って、セシウムを供給しない比較例に係る負イオン源装置であっても、供給されるアークパワー及び水素ガスの流量を増大することにより負イオンのビーム電流量を増大させ得るが、実用的な観点から増大させ得るビーム電流量には限度があることが確認された。

【0046】

一方、図３におけるプロットＰ６は、負イオン源装置１００から出力された負イオンのビーム電流量を示している。すなわち、プロットＰ６は、負イオン源１０２にセシウムを供給した場合のビーム電流量を示している。このプロットＰ６では、水素ガスの流量を５ｓｃｃｍ〜７ｓｃｃｍとした。

【0047】

プロットＰ６を確認すると、比較例と同様に、負イオン源１０２に供給されるアークパワーが増大するに従って、負イオン源１０２から出力される負イオンのビーム電流量が増大することが確認できた。また、単位電力当たりのビーム電流量は明らかに増大していることが分かった。例えば、アークパワーが１．５ｋＷであるとき、セシウムを供給しない場合には、ビーム電流量が５ｍＡ程度であるのに対し、セシウムを供給した場合にはビーム電流量が８ｍＡ程度であった。すなわち、セシウムを供給することにより、負イオン源１０２に供給される単位電力量当たりの負イオンのビーム電流量は１．５倍程度に増大することが確認できた。さらに、１．５ｋＷ〜３．０ｋＷの範囲では、比較例に係る負イオン源装置のようにアークパワーの増分に対して負イオンのビーム電流量の増分が徐々に減少するといった状態は確認されなかった。また、アークパワーを約３．０ｋＷとした場合には、１６ｍＡ程度のビーム電流量を得られることが確認できた。

【0048】

このように、負イオン源１０２にセシウムを供給することにより、単位電力量当たりの負イオンのビーム電流量を増大させることができることが確認できた。換言すると、負イオン源１０２では、同じビーム電流量を得る場合であっても、負イオン源１０２に供給すべきアークパワーの電力量を小さくできる。従って、過大な電力量の印加によるフィラメント１０２ｂ等へのダメージが軽減され、負イオン源１０２の保守に要する時間と労力とが低減され、中性子捕捉療法装置１を効率よく稼働させ得ることが確認できた。

【0049】

続いて、実施例２について説明する。この実施例２では、拡散板１１の効果を確認した。より詳細には、拡散板１１を有する中性子照射装置２０、及び拡散板１１を有しない比較例に係る中性子生成部の中性子線フラックスの空間分布を計算により確認した。

【0050】

図４の（ａ）部に示すコンター図は、拡散板１１を有する中性子照射装置２０における中性子フラックスの分布を示している。図４の（ｂ）部に示すコンター図は、拡散板１１を有しない中性子生成部における中性子フラックスの分布を示している。図４の（ａ）部及び（ｂ）部では、色の濃度が濃いところほど中性子フラックスが高いことを示している。また、図４の（ａ）部において、領域Ａ１は、拡散板１１が配置された領域を示している。拡散板１１は、ステンレス鋼材（ＳＵＳ材）からなる円板とした。また、図４の（ａ）部及び（ｂ）部において、領域Ａ２は被照射体としての人体を模擬したファントム領域を示している。また、図中におけるＸ方向はコリメータ９の開口の中心軸線に沿った方向であり、Ｙ方向はＸ方向に直交する方向である。

【0051】

図４の（ａ）部と（ｂ）部とを比較すると、Ｘ方向において拡散板１１が配置された範囲（ｘ：−３ｃｍ〜＋３ｃｍ）では、拡散板１１を配置しない場合に比べて、拡散板１１を配置した場合には中性子フラックスが減少していることが確認できた。

【0052】

次に、拡散板１１による中性子照射範囲の拡大の効果をより具体的に確認するために、図４の（ａ）部と（ｂ）部におけるラインＬに沿った中性子フラックスの分布を確認した。図５に、図４の（ａ）部と（ｂ）部におけるラインＬに沿った中性子フラックスの分布を示す。図５の横軸は、図５の（ａ）部と（ｂ）部の縦軸（Ｘ方向に沿った位置）を示し、図５の縦軸は中性子フラックスの大きさを示している。そして、グラフＧ１は、拡散板１１を有する中性子照射装置２０における中性子フラックスの分布（すなわち図４の（ａ）部の場合の中性子フラックスの分布）を示し、グラフＧ２は、拡散板１１をしない中性子生成部における中性子フラックスの分布（すなわち図４の（ｂ）部の場合の中性子フラックスの分布）を示している。

【0053】

グラフＧ１を確認すると、拡散板１１が配置された範囲Ａ３において中性子フラックスの大きさが減少していることが確認できた。また、グラフＧ１の裾野部Ａ４，Ａ５において中性子フラックスが増大していた。より詳細には、Ｘ方向における＋１０〜＋１５ｃｍの範囲（裾野部Ａ５）及び−１０〜−１５ｃｍの範囲（裾野部Ａ４）において、拡散板がない場合と比較して中性子フラックスの大きさが最大で１０倍程度大きくなっていることが確認できた。換言すると、中性子フラックスの分布において、最大値と最小値との差が小さくなり、中性子フラックスの分布が均一化される傾向にあることが確認できた。従って、拡散板１１を配置することにより、中性子における中性子照射範囲が拡大できることが確認できた。更に、拡散板１１の形状や設置位置を最適化することにより、中性子フラックスが均一である領域を大面積化できる可能性があることが確認できた。

【0054】

本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

【0055】

例えば、拡散板１１は、コリメータ９に対して下流側に配置されていてもよい。また、拡散板１１の形状や寸法は、患者５０の患部の形状に応じて適宜設計してよい。

【符号の説明】

【0056】

１…中性子捕捉療法装置、２…サイクロトロン（粒子加速部）、６…ターゲット、９…コリメータ、１１…拡散板（拡散部）、２０…中性子照射装置（中性子生成部）、１００…負イオン源装置、１０２…負イオン源、１０８…チャンバ、１０８ａ…本体部、１０８ｂ…蓋部、１１０…磁石、１１２…プラズマ生成部、１１２ｂ…フィラメント、１１６…プラズマ電極、１１６ａ…貫通孔、１１８…セシウム供給源（促進物質供給部）、１２２…ガス供給源。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】