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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-06-15
(54)【発明の名称】中性子捕捉療法システム
(51)【国際特許分類】
A61N 5/10 20060101AFI20220608BHJP
【ＦＩ】
A61N5/10 H
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021559125
(86)(22)【出願日】2020-03-17
(85)【翻訳文提出日】2021-10-04
(86)【国際出願番号】 CN2020079653
(87)【国際公開番号】W WO2020211581
(87)【国際公開日】2020-10-22
(31)【優先権主張番号】201910308039.2
(32)【優先日】2019-04-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(31)【優先権主張番号】201910308298.5
(32)【優先日】2019-04-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(31)【優先権主張番号】201910623203.9
(32)【優先日】2019-07-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】520417207
【氏名又は名称】中硼（厦▲門▼）医▲療▼器械有限公司
【氏名又は名称原語表記】Ｎｅｕｂｏｒｏｎ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．２０６０ Ｗｅｎｇｊｉａｏ Ｗｅｓｔ Ｒｏａｄ， Ｈａｉｃａｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ Ｘｉａｍｅｎ， Ｆｕｊｉａｎ Ｐｒｏｖａｎｃｅ， ３６１０２６ Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ
(74)【代理人】
【識別番号】100169904
【弁理士】
【氏名又は名称】村井 康司
(74)【代理人】
【識別番号】100132698
【弁理士】
【氏名又は名称】川分 康博
(72)【発明者】
【氏名】▲陳▼▲韋▼霖
(72)【発明者】
【氏名】江涛
(72)【発明者】
【氏名】▲やん▼▲発▼智
【テーマコード（参考）】
4C082
【Ｆターム（参考）】
4C082AC05
(57)【要約】
中性子捕捉療法システムは、ビーム整形体の材料自体の変形及び損傷を防止し、中性子源のフラックス及び品質を向上させることができる。本発明に係る中性子捕捉療法システム（１００）は、加速器（１１）及びターゲット（Ｔ）を含む中性子生成装置（１０）と、ビーム整形体（２０）とを含み、加速器（１１）が加速して生成した荷電粒子線（Ｐ）は、ターゲット（Ｔ）と作用して中性子を生成し、中性子が中性子ビーム（Ｎ）を形成し、中性子ビーム（Ｎ）が１本の主軸（Ｘ）を限定し、ビーム整形体（２０）は、支持部（２１）及び支持部（２１）内に充填された本体部（２３）を含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
加速器及びターゲットを含む中性子生成装置と、ビーム整形体とを含み、前記加速器が加速して生成した荷電粒子線が、前記ターゲットと作用して中性子を生成し、前記中性子が中性子ビームを形成し、前記中性子ビームが１本の主軸を限定する中性子捕捉療法システムであって、前記ビーム整形体は、支持部及び前記支持部内に充填された本体部を含み、前記本体部は、減速体、反射体及び放射シールド体を含み、前記減速体は、前記ターゲットが生成した中性子を熱外中性子エネルギー領域に減速させ、前記反射体は、前記減速体を囲み、かつ前記主軸から逸脱した中性子を前記主軸に導いて熱外中性子ビーム強度を向上させ、前記放射シールド体は、非照射領域の正常組織への線量を減らすために、しみ出る中性子及び光子を遮断することを特徴とする、中性子捕捉療法システム。
【請求項2】
前記支持部は、前記主軸を囲んで周方向に閉じた外壁を含み、前記外壁で囲まれて収容部が形成され、前記本体部は、前記収容部内に設置され、前記収容部は、少なくとも１つの収容ユニットを含み、各前記収容ユニットは、前記減速体、反射体及び放射シールド体のうちの少なくとも１つを収容することを特徴とする、請求項１に記載の中性子捕捉療法システム。
【請求項3】
前記支持部は、前記中性子ビームの方向に沿ってそれぞれ前記外壁の両側に設置され、前記外壁に接続された第１、第２の側板と、前記中性子ビームの方向に沿って前記第１、第２の側板の間に設置された少なくとも１つの横板と、前記主軸を囲んで周方向に閉じ、前記第１、第２の側板の間、又は前記横板と第１の側板との間、又は前記横板と第２の側板との間、又は前記横板と横板との間に延在する少なくとも１つの内壁と、をさらに含み、前記第１の側板には、前記加速器の輸送管が貫通する孔が設置され、前記第２の側板には、ビーム出口を形成する孔が設置され、前記外壁、内壁、横板及び第１、第２の側板の間に複数の前記収容ユニットが形成され、前記放射シールド体は、中性子シールド体及び光子シールド体を含み、少なくとも１つの前記収容ユニットは、前記減速体及び反射体、又は前記中性子シールド体及び反射体を同時に収容することを特徴とする、請求項２に記載の中性子捕捉療法システム。
【請求項4】
前記中性子シールド体の材料はＰＥであり、前記反射体の材料は鉛であり、前記反射体は、光子シールド体としても機能し、前記収容ユニット内に同時に収容された反射体と中性子シールド体は、前記中性子ビームの方向に沿って順次設置され、前記収容ユニット内の反射体と中性子シールド体の境界面は、前記中性子ビームの方向に垂直であることを特徴とする、請求項３に記載の中性子捕捉療法システム。
【請求項5】
前記支持部は、前記収容ユニットを周方向に複数のサブ領域に分ける径方向仕切り板をさらに含み、前記径方向仕切り板は、前記第１の側板の間、又は前記横板と第２の側板の間、又は前記横板と第１／第２の側板の間、又は前記横板と横板の間に設置され、かつ前記外壁から前記内壁まで延在するか又は２つの前記内壁の間に延在することを特徴とする、請求項３に記載の中性子捕捉療法システム。
【請求項6】
前記減速体は、基本部分及び前記基本部分を囲む補完部分を含み、前記支持部は、前記主軸を囲む壁を含み、前記基本部分と補完部分は、材料が異なり、かつ前記壁によって仕切られることを特徴とする、請求項１に記載の中性子捕捉療法システム。
【請求項7】
請求項６に記載の中性子捕捉療法システムに適用されるビーム整形体であって、前記壁は、前記中性子ビームの方向に沿って順次設置され、前記中性子ビームの方向を囲んで周方向に閉じた第１の壁、第２の壁と、前記第１の壁と第２の壁を接続する横板とを含み、前記横板は、前記中性子ビームの方向に垂直に延在し、前記第１の壁は、前記加速器の輸送管を取り付けるためのものであり、前記第２の壁は、前記減速体の基本部分の収容キャビティを形成し、前記基本部分の材料は、Ｄ２Ｏ、Ａｌ、ＡｌＦ３、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＬｉＦ、Ｌｉ２ＣＯ３又はＡｌ２Ｏ３のうちの少なくとも１種を含み、前記基本部分は、Ｌｉ－６を含み、熱中性子吸収体としても機能することを特徴とする、中性子捕捉療法システムに適用されるビーム整形体。
【請求項8】
前記基本部分は、前記中性子ビームの方向に基本的に垂直な第１、第２の端面を含み、前記第１、第２の端面は、前記中性子ビームの方向に沿って順次設置され、前記第１の端面には、前記輸送管及びターゲットを収容する中心孔が設置され、前記第１の壁から前記主軸までの径方向距離は、前記第２の壁から前記主軸までの径方向距離より小さいことを特徴とする、請求項７に記載の中性子捕捉療法システムに適用されるビーム整形体。
【請求項9】
前記第２の端面に隣接してシールド板が設置され、前記シールド板は鉛板であり、前記シールド板の前記中性子ビームの方向の厚さは５ｃｍ以下であることを特徴とする、請求項８に記載の中性子捕捉療法システムに適用されるビーム整形体。
【請求項10】
請求項６に記載の中性子捕捉療法システムに適用されるビーム整形体であって、前記補完部分は、隣接する第１、第２の補完ユニットを含み、前記基本部分、第１、第２の補完ユニットの材料がいずれも異なり、前記基本部分は柱状であり、前記第１及び第２の補完ユニットは、全体として少なくとも１つの錐状を含む形状に設置されることを特徴とする、中性子捕捉療法システムに適用されるビーム整形体。
【請求項11】
前記第１の補完ユニットは、２つの方向が逆になって互いに隣接する錐状に設置され、前記第１の補完ユニットは、前記中性子ビームの方向に沿って順次設置された第１の錐体部及び第２の錐体部を含み、前記第１の錐体部の外輪郭の径方向寸法は、前記中性子ビームの方向に沿って全体的に徐々に大きくなる傾向があり、前記第２の錐体部は、前記第１の錐体部の外輪郭の径方向寸法の最大箇所で前記第１の錐体部に接続され、前記第２の錐体部の外輪郭の径方向寸法は、前記中性子ビームの方向に沿って全体的に徐々に小さくなる傾向があり、前記第２の補完ユニットは、前記第２の錐体部の外輪郭の径方向寸法の最小箇所で前記第２の錐体部に隣接し、前記第２の補完ユニットの外輪郭の径方向寸法は、前記中性子ビームの方向に沿って全体的に徐々に小さくなる傾向があることを特徴とする、請求項１０に記載の中性子捕捉療法システムに適用されるビーム整形体。
【請求項12】
前記第１、第２の補完ユニットの、前記主軸が位置する平面に沿う横断面輪郭は、不規則な四角形又は多角形であり、前記第１の補完ユニットは、前記第１の錐体部で前記反射体に接触する第１の側面を有し、前記第２の錐体部で前記反射体に接触する第２の側面と前記第２の補完ユニットに接触する第３の側面を有し、前記第１及び第２の錐体部で前記壁に接触する第４の側面を共通に有し、前記第２の補完ユニットは、前記第１の補完ユニットに接触する第５の側面と、前記反射体に接触する第６の側面と、前記壁に接触する第７の側面とを有し、前記第３の側面と第５の側面は隣接し、かつ前記第１、第２の補完ユニットの境界面として機能し、前記境界面は、前記中性子ビームの方向に垂直であることを特徴とする、請求項１１に記載の中性子捕捉療法システムに適用されるビーム整形体。
【請求項13】
前記支持部は、支持フレームを含み、前記支持フレームは、ブランクを加熱装置により加熱した後に鍛造装置により柱体に鍛造加工し、前記柱体を粗加工し熱処理した後に機械加工装置により加工成形したものであることを特徴とする、請求項１に記載の中性子捕捉療法システム。
【請求項14】
請求項１３に記載の中性子捕捉療法システムに適用されるビーム整形体であって、前記支持フレームは、少なくとも１つの収容ユニットを形成し、前記収容ユニットは、少なくとも一部の前記減速体を収容する第１の収容ユニットを含み、前記第１の収容ユニットは、径方向に前記支持フレームの中心に位置し、前記粗加工は、前記柱体の、前記第１の収容ユニットに対応する領域を穿孔することであることを特徴とする、中性子捕捉療法システムに適用されるビーム整形体。
【請求項15】
前記収容ユニットは、前記減速体、反射体及び放射シールド体のうちの少なくとも１つを収容する第２の収容ユニットを含み、前記支持フレームは、前記主軸を囲んで周方向に閉じた外壁及び少なくとも１つの内壁を含み、前記外壁と内壁又は内壁と内壁との間に前記第２の収容ユニットが形成され、前記粗加工は、前記柱体の、前記第２の収容ユニットに対応する領域に対する予備加工をさらに含むことを特徴とする、請求項１４に記載の中性子捕捉療法システムに適用されるビーム整形体。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、放射線照射システムに関し、特に中性子捕捉療法システムに関する。
【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、電子ビーム等の放射線療法は、すでにがん治療の主な手段の一つとなった。しかし、従来の光子又は電子療法は、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おり、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いる（例えば、陽子線治療、重粒子治療、中性子捕捉療法等）。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る。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中性子捕捉と核分裂反応により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）と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１５０ｋｅＶ／μｍ、８μｍであり、７Ｌｉ重荷粒子の場合それぞれ１７５ｋｅＶ／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。それで、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、正常組織に多くの損害を与えない状態で腫瘍細胞を部分的に殺せる。
【0005】
ホウ素中性子捕捉療法の効果は腫瘍細胞のある箇所でのホウ素含有薬物の濃度と熱中性子数によって決まるので、２次元放射線癌治療（ｂｉｎａｒｙ ｃａｎｃｅｒ ｔｈｅｒａｐｙ）とも呼ばれる。このことから見れば、ホウ素含有薬物の開発の他に、中性子源の放射フラックスと品質の向上も、ホウ素中性子捕捉療法にとって非常に重要である。
【0006】
したがって、上記課題を解決するために、新規な技術手段を提供する必要がある。
【発明の概要】
【0007】
中性子源のフラックス及び品質を向上させるために、本発明の一態様に係る中性子捕捉療法システムは、加速器及びターゲットを含む中性子生成装置と、ビーム整形体とを含み、前記加速器が加速して生成した荷電粒子線は、前記ターゲットと作用して中性子を生成し、前記中性子が中性子ビームを形成し、前記中性子ビームが１本の主軸を限定し、前記ビーム整形体は、支持部及び前記支持部内に充填された本体部を含み、前記本体部は、減速体、反射体及び放射シールド体を含み、前記減速体は、前記ターゲットが生成した中性子を熱外中性子エネルギー領域に減速させ、前記反射体は、前記減速体を囲み、かつ前記主軸から逸脱した中性子を前記主軸に導いて熱外中性子ビーム強度を向上させ、前記放射シールド体は、非照射領域の正常組織への線量を減らすために、しみ出る中性子及び光子を遮断する。支持部を設置することにより、本体部の材料自体の変形及び損傷のターゲット交換及びビーム品質への影響を防止することができる。
【0008】
さらに、前記支持部は、前記主軸を囲んで周方向に閉じた外壁を含み、前記外壁で囲まれて収容部が形成され、前記本体部は、前記収容部内に設置され、前記収容部は、少なくとも１つの収容ユニットを含み、各前記収容ユニットは、前記減速体、反射体及び放射シールド体のうちの少なくとも１つを収容する。
【0009】
またさらに、前記支持部は、前記中性子ビームの方向に沿ってそれぞれ前記外壁の両側に設置され、前記外壁に接続された第１、第２の側板と、前記中性子ビームの方向に沿って前記第１、第２の側板の間に設置された少なくとも１つの横板と、前記主軸を囲んで周方向に閉じ、前記第１、第２の側板の間、又は前記横板と第１／第２の側板との間、又は前記横板と横板との間に延在する少なくとも１つの内壁とをさらに含み、前記第１の側板には、前記加速器の輸送管が貫通する孔が設置され、前記第２の側板には、ビーム出口を形成する孔が設置され、前記外壁、内壁、横板及び第１、第２の側板の間に複数の収容ユニットが形成され、前記放射シールド体は、中性子シールド体及び光子シールド体を含み、少なくとも１つの前記収容ユニットは、前記減速体／中性子シールド体及び反射体を同時に収容する。
【0010】
好ましくは、前記内壁は、第１、第２の内壁を含み、前記横板は、第１の横板を含み、前記第１の内壁は、前記第１の側板と前記第１の横板との間に延在し、前記輸送管を取り付けるためのものであり、前記第２の内壁は、前記第１の横板から前記中性子ビームの方向に沿って延在し、前記減速体の少なくとも一部を収容する。
【0011】
さらに、前記減速体は、基本部分と補完部分を含み、前記収容ユニットは、隣接する第１の収容ユニット及び第２の収容ユニットを含み、前記基本部分は、前記第１の収容ユニット内に収容され、前記基本部分の前記第１の側板に向かう端には、前記輸送管及びターゲットを収容する中心孔が設置され、前記補完部分及び前記反射体の少なくとも一部は、前記第２の収容ユニット内に収容され、前記第１の収容ユニットは、前記第２の内壁で囲まれて形成され、前記第１の内壁から前記主軸までの径方向距離は、前記第２の内壁から前記主軸までの径方向距離より小さい。減速体の基本部分がターゲットを囲むことにより、ターゲットが生成した中性子は、各方向にいずれも効果的に減速され、中性子のフラックス及びビーム品質をさらに向上させることができる。
【0012】
またさらに、前記基本部分の材料は、Ｌｉ－６を含むフッ化マグネシウムであり、前記基本部分は、熱中性子吸収体としても機能し、前記補完部分は、第１、第２の補完ユニットを含み、前記第１の補完ユニットの材料がアルミニウム合金であり、前記第２の補完ユニットの材料がテフロン（登録商標）であり、前記反射体の材料が鉛であり、前記反射体は、光子シールド体としても機能し、前記第１、第２の補完ユニットは、全体として２つの方向が逆になって互いに隣接する錐状に設置され、かつ前記第２の収容ユニット内の前記反射体を２つの部分に分け、前記第１、第２の補完ユニットは、前記中性子ビームの方向に沿って順次設置され、前記第１、第２の補完ユニットの境界面は、前記中性子ビームの方向に垂直である。アルミニウム合金ブロックとテフロン（登録商標）ブロックは、それぞれ減速体の第１、第２の補完ユニットとして、減速体の製造コストを低減することができ、また、ビーム品質に大きな影響を与えず、第１、第２の補完部分ユニットは、全体として２つの方向が逆になって互いに隣接する錐状に設置され、より高いビーム品質及び治療効果を取得することができる。テフロン（登録商標）は、より高い高速中性子吸収効果も有し、ビーム中の高速中性子含有量を低減することができる。
【0013】
またさらに、前記第１の収容ユニット内のフッ化マグネシウムブロックと前記位置決めリング／ストッパリングとの間には、鉛板シールド板がさらに設置され、前記基本部分とシールド板は、前記中性子ビームの方向に沿って順次設置され、前記位置決めリングとストッパリングは、活性化反応によって生成された活性化核種の固有の半減期が非常に短い材料で製造され、前記シールド板の材料は鉛であり、前記鉛板シールド板の前記中性子ビームの方向の厚さは５ｃｍ以下であり、減速体を通過する中性子を反射せず、また、鉛は、減速体から放出されたガンマ線を吸収することができる。前記外壁、少なくとも１つの前記内壁及び少なくとも１つの前記横板は、メインフレームを一体的に形成し、前記メインフレーム、第１、第２の側板の材料が中性子によって活性化された後に生成した放射性同位体の半減期は、７日間未満であり、前記メインフレーム、第１、第２の側板の材料は、アルミニウム合金、チタン合金、鉛アンチモン合金、アルミダイキャスト、コバルトを含まない鋼材、炭素繊維、ＰＥＥＫ又は高分子重合体である。前記メインフレームの材料がアルミニウム合金を選択する場合、優れた機械的特性を有し、かつ中性子によって活性化された後に生成した放射性同位体の半減期が短く、前記第１、第２の側板の材料が鉛アンチモン合金を選択する場合、鉛が放射をさらに遮断する作用を果たすことができ、また鉛アンチモン合金の強度が高い。
【0014】
好ましくは、前記収容ユニットは、第３の収容ユニットを含み、前記中性子シールド体の少なくとも一部と前記反射体の少なくとも一部は、前記第３の収容ユニット内に収容され、前記中性子シールド体の材料がＰＥであり、前記反射体の材料が鉛であり、前記反射体は、光子シールド体としても機能し、前記第３の収容ユニット内の反射体と中性子シールド体は、前記中性子ビームの方向に沿って順次設置され、前記第３の収容ユニット内の反射体と中性子シールド体の境界面は、前記中性子ビームの方向に垂直である。
【0015】
好ましくは、前記支持部は、前記収容ユニットを周方向に複数のサブ領域に分ける径方向仕切り板をさらに含み、前記径方向仕切り板は、前記第１、第２の側板の間、又は前記横板と第１／第２の側板の間、又は前記横板と横板の間に設置され、かつ前記外壁から前記内壁まで延在するか又は２つの前記内壁の間に延在する。
【0016】
本発明の別の態様に係る中性子捕捉療法システムのビーム整形体によれば、前記中性子捕捉療法システムは、中性子生成装置を含み、前記中性子生成装置が生成した中性子は、中性子ビームを形成し、前記ビーム整形体は、前記中性子ビームのビーム品質を調整することができ、かつ支持部及び前記支持部内に充填された本体部を含み、前記支持部は、少なくとも１つの収容ユニットを形成し、各前記収容ユニットは、前記本体部の少なくとも一部を収容する。支持部を設置することにより、本体部の材料自体の変形及び損傷のターゲット交換及びビーム品質への影響を防止することができる。
【0017】
本発明の第３の態様に係る中性子捕捉療法システムのビーム整形体によれば、前記中性子捕捉療法システムは、加速器及びターゲットを含む中性子生成装置を含み、前記加速器が加速して生成した荷電粒子線は、前記ターゲットと作用して中性子を生成し、前記中性子が中性子ビームを形成し、前記中性子ビームが１本の主軸を限定し、前記ビーム整形体は、減速体、反射体及び放射シールド体を含み、前記減速体は、前記中性子生成装置が生成した中性子を熱外中性子エネルギー領域に減速させ、前記反射体は、前記減速体を囲み、かつ前記主軸から逸脱した中性子を前記主軸に導いて熱外中性子ビーム強度を向上させ、前記放射シールド体は、非照射領域の正常組織への線量を減らすために、しみ出る中性子及び光子を遮断し、前記減速体は、基本部分及び前記基本部分を囲む補完部分を含み、前記ビーム整形体は、前記ビーム整形体を支持するための支持部をさらに含み、前記支持部は、前記主軸を囲む壁を含み、前記基本部分と補完部分は、材料が異なり、かつ前記壁によって仕切られる。支持部を設置することにより、ビーム整形体の本体部の材料の変形及び損傷のターゲット交換及びビーム品質への影響を防止することができ、補完部分は、入手しやすい材料を選択し、減速体の製造コストを低減することができるとともに、一定の中性子減速作用を有し、ビーム品質に大きな影響を与えない。
【0018】
好ましくは、前記壁は、前記中性子ビームの方向に沿って順次設置され、前記中性子ビームの方向を囲んで周方向に閉じた第１の壁、第２の壁と、前記第１の壁と第２の壁を接続する横板とを含み、前記横板は、前記中性子ビームの方向に垂直に延在し、前記第１の壁は、前記加速器の輸送管を取り付けるためのものであり、前記第２の壁は、前記減速体の基本部分の収容キャビティを形成し、前記基本部分の材料は、Ｄ２Ｏ、Ａｌ、ＡｌＦ３、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＬｉＦ、Ｌｉ２ＣＯ３又はＡｌ２Ｏ３のうちの少なくとも１種を含み、高速中性子との作用断面が大きく、熱外中性子との作用断面が小さく、優れた減速作用を有し、前記基本部分は、Ｌｉ－６を含み、熱中性子吸収体としても機能する。
【0019】
さらに、前記基本部分は、前記中性子ビームの方向に基本的に垂直な第１、第２の端面を含み、前記第１、第２の端面は、前記中性子ビームの方向に沿って順次設置され、前記第１の端面には、前記輸送管及びターゲットを収容する中心孔が設置され、前記第１の壁から前記主軸までの径方向距離は、前記第２の壁から前記主軸までの径方向距離より小さく、減速体の基本部分がターゲットを囲むことにより、ターゲットが生成した中性子は、各方向にいずれも効果的に減速され、中性子のフラックス及びビーム品質をさらに向上させることができる。前記第２の端面に隣接してシールド板が設置され、前記シールド板は鉛板であり、鉛が減速体から放出されたガンマ線を吸収することができ、前記シールド板の前記中性子ビームの方向の厚さが５ｃｍ以下であり、減速体を通過する中性子を反射しない。
【0020】
さらに好ましくは、前記支持部は、前記補完部分を、前記主軸を囲んで周方向に少なくとも２つのサブモジュールに分ける径方向仕切り板をさらに含み、前記径方向仕切り板が位置する平面は、延在して前記主軸を通過し、前記少なくとも２つのサブモジュールは、前記径方向仕切り板によって仕切られる。
【0021】
さらに好ましくは、前記補完部分は、隣接する第１、第２の補完ユニットを含み、前記基本部分、第１、第２の補完ユニットの材料がいずれも異なり、前記基本部分は柱状であり、前記第１及び第２の補完ユニットは、全体として少なくとも１つの錐状を含む形状に設置され、より高いビーム品質及び治療効果を取得することができる。
【0022】
さらに、前記第１の補完ユニットの材料は、Ｚｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｃのうちの少なくとも１種を含み、前記第２の補完ユニットの材料は、テフロン（登録商標）又は黒鉛である。前記第１、第２の補完ユニットは、前記中性子ビームの方向に沿って順次設置され、前記第１、第２の補完ユニットは、全体として２つの方向が逆になって互いに隣接する錐状に設置される。減速体の第１の補完部分は、入手しやすい材料を選択し、減速体の製造コストを低減することができるとともに、一定の中性子減速作用を有し、ビーム品質に大きな影響を与えず、第２の補完部分は、第１の補完部分の高速中性子吸収効果より高い材料を選択し、ビーム中の高速中性子含有量を低減することができる。
【0023】
さらに、前記第１の補完ユニットは、２つの方向が逆になって互いに隣接する錐状に設置され、前記第１の補完ユニットは、前記中性子ビームの方向に沿って順次設置された第１の錐体部及び第２の錐体部を含み、前記第１の錐体部の外輪郭の径方向寸法は、前記中性子ビームの方向に沿って全体的に徐々に大きくなる傾向があり、前記第２の錐体部は、前記第１の錐体部の外輪郭の径方向寸法の最大箇所で前記第１の錐体部に接続され、前記第２の錐体部の外輪郭の径方向寸法は、前記中性子ビームの方向に沿って全体的に徐々に小さくなる傾向があり、前記第２の補完ユニットは、前記第２の錐体部の外輪郭の径方向寸法の最小箇所で前記第２の錐体部に隣接し、前記第２の補完ユニットの外輪郭の径方向寸法は、前記中性子ビームの方向に沿って全体的に徐々に小さくなる傾向がある。
【0024】
またさらに、前記第１、第２の補完ユニットの、前記主軸が位置する平面に沿う横断面輪郭は、不規則な四角形又は多角形であり、前記第１の補完ユニットは、前記第１の錐体部で前記反射体に接触する第１の側面を有し、前記第２の錐体部で前記反射体に接触する第２の側面と前記第２の補完ユニットに接触する第３の側面を有し、前記第１及び第２の錐体部で前記壁に接触する第４の側面を共通に有し、前記第２の補完ユニットは、前記第１の補完ユニットに接触する第５の側面と、前記反射体に接触する第６の側面と、前記壁に接触する第７の側面とを有し、前記第３の側面と第５の側面は隣接し、かつ前記第１、第２の補完ユニットの境界面として機能し、前記境界面は、前記中性子ビームの方向に垂直である。
【0025】
本発明の第４の態様に係る中性子捕捉療法システムのビーム整形体によれば、前記中性子捕捉療法システムは、中性子生成装置を含み、前記中性子生成装置が生成した中性子は、中性子ビームを形成し、前記中性子ビームが１本の主軸を限定し、前記ビーム整形体は、前記中性子ビームのビーム品質を調整することができ、かつ支持部及び前記支持部内に充填された本体部を含み、前記支持部は、支持フレームを含み、前記支持フレームは、ブランクを加熱装置により加熱した後に鍛造装置により柱体に鍛造加工し、前記柱体を粗加工し熱処理した後に機械加工装置により加工成形したものである。支持部を設置することにより、本体部の材料自体の変形及び損傷のターゲット交換及びビーム品質への影響を防止することができ、支持フレームが採用する鍛造工程及び加熱回数が少なく、組織が均一であり、鍛造品の性能が高く、また原材料を節約し、鍛造前にブランクを加熱処理することにより、変形抵抗を低減し、可塑性を向上させることができ、鍛造後の柱体を粗加工することにより、熱処理後の支持フレームの材料全体の性能を保証することができる。
【0026】
さらに、前記支持フレームの材料はアルミニウム合金であり、前記アルミニウム合金中のＣｕ元素の質量百分率≦７％であり、支持フレームが中性子によって活性化された後に生成した放射性同位体の半減期が短いという要件を満たすことができ、前記支持フレームの引張強度≧１５０ＭＰａであり、降伏強度≧１００ＭＰａであり、支持フレームのビーム整形体の本体部に対する支持を満たすことができる。前記アルミニウム合金は、変形アルミニウム合金であり、前記鍛造装置は、据え込み装置及び絞り抜け装置を含む自由鍛造装置である。自由鍛造は、塑性成形方法によりアルミニウム合金の組織、性能を変更するとともに、原材料をさらに節約することができる。
【0027】
さらに、前記加熱装置は、放射式抵抗加熱炉であり、炉内に空気を循環させることにより、温度を正確かつ均一に保持することができ、炉温偏差が±１０℃であり、最高鍛造開始温度が５２０℃であり、鍛造終了温度が４５０℃であり、許容限界温度が５３０℃である。加熱時間は、強化相の溶解及び均一化組織の取得に基づいて決定することができ、このような状態で高い可塑性を有し、アルミニウム合金鍛造性能を向上させることができる。
【0028】
さらに、前記本体部は、減速体、反射体及び放射シールド体を含み、前記減速体は、前記中性子生成装置が生成した中性子を熱外中性子エネルギー領域に減速させ、前記反射体は、前記減速体を囲み、かつ前記主軸から逸脱した中性子を前記主軸に導いて熱外中性子ビーム強度を向上させ、前記放射シールド体は、非照射領域の正常組織への線量を減らすために、しみ出る中性子及び光子を遮断し、前記支持フレームは、少なくとも１つの収容ユニットを形成し、各前記収容ユニットは、前記本体部の少なくとも一部を収容する。
【0029】
またさらに、前記収容ユニットは、少なくとも一部の前記減速体を収容する第１の収容ユニットを含み、前記第１の収容ユニットは、径方向に前記支持フレームの中心に位置し、前記粗加工は、前記柱体の、前記第１の収容ユニットに対応する領域を穿孔することである。柱体を直接的に熱処理すると、柱体中心の材料の性能を保証しにくいため、粗加工により鍛造した柱体の中心位置（即ち、柱体の、第１の収容ユニットに対応する領域）を穿孔し、その後に深熱処理を行い、このように、熱処理後の支持フレームの中心位置に近い箇所（メインフレームの、第１の収容ユニットを形成する部分）及び全体の材料性能を保証することができ、また、第１の収容ユニットは、減速体を収容し、この時に減速体への支持を保証し、減速体の変形及び損傷のターゲット交換及びビーム品質への影響を防止することができる。
【0030】
またさらに、前記収容ユニットは、前記減速体、反射体及び放射シールド体のうちの少なくとも１つを収容する第２の収容ユニットを含み、前記支持フレームは、前記主軸を囲んで周方向に閉じた外壁及び少なくとも１つの内壁を含み、前記外壁と内壁又は内壁と内壁との間に前記第２の収容ユニットが形成され、前記粗加工は、前記柱体の、前記第２の収容ユニットに対応する領域に対する予備加工をさらに含む。理解できるように、粗加工後に熱処理を行う場合、壁厚が薄く、変形が発生しやすいなどを防止するために、柱体の、第２の収容ユニットに対応する領域に粗加工を行わなくてもよい。
【0031】
さらに、前記熱処理は、溶体化処理及び時効処理を含み、溶体化処理後のアルミニウムを一定の温度に一定の時間保持し、過飽和固溶体が分解して、合金の強度及び硬度が大幅に向上する。
【0032】
本発明の第５の態様に係るビーム整形体の支持フレームの加工方法は、
支持フレームの材料要求に合致するブランクに対して一定の温度及び時間の加熱を行う加熱工程と、
加熱されたブランクを柱体に鍛造加工する鍛造工程と、
鍛造した柱体の中心位置を穿孔する粗加工工程と、
粗加工後に得られた鍛造体を熱処理する熱処理工程と、
熱処理後の鍛造体を機械加工して、最終的に必要な形状及び寸法の支持フレームを得る機械加工工程とを含む。
支持フレームの材料要求に合致するブランクに対して一定の温度及び時間の加熱を行う加熱工程と、
加熱されたブランクを柱体に鍛造加工する鍛造工程と、
鍛造した柱体の中心位置を穿孔する粗加工工程と、
粗加工後に得られた鍛造体を熱処理する熱処理工程と、
熱処理後の鍛造体を機械加工して、最終的に必要な形状及び寸法の支持フレームを得る機械加工工程とを含む。
【0033】
支持フレームを設置することにより、本体部の材料自体の変形及び損傷のターゲット交換及びビーム品質への影響を防止することができ、支持フレームが採用する鍛造工程及び加熱回数が少なく、組織が均一であり、鍛造品の性能が高く、また原材料を節約し、鍛造前にブランクを加熱処理することにより、変形抵抗を低減し、可塑性を向上させることができ、鍛造した柱体の中心位置を穿孔し、その後に深熱処理を行うことにより、熱処理後の支持フレームの中心位置に近い箇所及び全体の材料性能を保証することができる。
【0034】
さらに、前記加熱工程の前に、前記ブランクを検出して、支持フレームの材料要件に合致させ、前記鍛造工程の前に、ブランクを処理して、鍛造装置の加工要件を満たさせ、前記鍛造は、自由鍛造であり、据え込み及び絞り抜けを含み、鍛造品の温度が規定温度以上である条件で上記２種類の方法を繰り返して行い、プロセスに従って静的鍛造を行うことにより、組織内部の精密な結晶粒を取得し、鍛造装置は、ブランクを鍛造する精度を有し、前記熱処理は、溶体化処理及び時効処理を含み、溶体化処理後のアルミニウムを一定の温度に一定の時間保持し、過飽和固溶体が分解して、合金の強度及び硬度が大幅に向上する。前記熱処理後に、寸法検出、元素検出、機械的特性検出、及び超音波探傷のような非破壊検査を含む物理化学的検出及び検査を行う。
【0035】
本発明に係る中性子捕捉療法システムは、ビーム整形体の材料自体の変形及び損傷を防止し、中性子源のフラックス及び品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】ホウ素中性子捕捉の反応概略図である。
【図2】
１０Ｂ（ｎ，α）７Ｌｉ中性子捕捉の原子核反応式である。
【図3】本発明の実施例における中性子捕捉療法システムの概略図である。
【図4】本発明の実施例における中性子捕捉療法システムのビーム整形体の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0037】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例をさらに詳細に説明することにより、当業者は明細書の文字を参照して実施することができる。
【0038】
図３に示すように、本実施例における中性子捕捉療法システムは、好ましくはホウ素中性子捕捉療法システム１００であり、中性子生成装置１０、ビーム整形体２０、コリメータ３０及び治療台４０を含む。中性子生成装置１０は、加速器１１とターゲットＴを含み、加速器１１は、荷電粒子（例えば陽子、デューテリウム核など）に対して加速し、陽子線のような荷電粒子線Ｐを生成し、荷電粒子線Ｐは、ターゲットＴに照射し、ターゲットＴと作用して中性子を生成し、中性子は、中性子ビームＮを形成し、中性子ビームＮは、１本の主軸Ｘを限定し、ターゲットＴは、好ましくは金属ターゲットである。図示及び以下に記載の中性子ビームＮの方向は、実際の中性子移動方向を表すものではなく、中性子ビームＮ全体の移動傾向の方向を表すものである。必要な中性子の収率とエネルギー、供給可能な加速荷電粒子のエネルギーと電流の大きさ、金属ターゲットの物理化学的特性に応じて、適切な核反応を選択し、常に議論される核反応は７Ｌｉ（ｐ、ｎ）７Ｂｅおよび９Ｂｅ（ｐ、ｎ）９Ｂであり、この両方はいずれも吸熱反応である。この２つの核反応のエネルギー閾値はそれぞれ１．８８１ＭｅＶおよび２．０５５ＭｅＶであり、ホウ素中性子捕獲治療の理想的な中性子源はｋｅＶエネルギーレベルの熱外中性子であるため、理論的には閾値をわずかに上回るエネルギーを持つ陽子を用いて金属リチウムターゲットを衝撃し、比較的低いエネルギーの中性子を発生することができ、あまりにも減速処理することなく臨床的に使用することができるが、リチウム金属（Ｌｉ）および卑金属（Ｂｅ）という２つのターゲットと閾値エネルギーの陽子との作用断面が高くなく、十分に大きな中性子束を発生するために、一般に比較的高いエネルギーの陽子で核反応を開始させる。理想的なターゲットは、高い中性子収率を有し、発生した中性子エネルギー分布は熱外中性子エネルギー領域に近く（以下に詳述する）、あまり強い放射線の発生はなく、安全かつ安価で操作しやすく、かつ高温耐性などの特性を有するが、実際にはすべての要件を満たす核反応を見つけることは不可能である。当業者には周知のように、ターゲットＴは、Ｌｉ、Ｂｅ以外の金属材料、例えばＴａまたはＷ、およびそれらの合金で製造することができる。加速器１１は、線形加速器、回転加速器、同期加速器、同期回転加速器であってもよい。
【0039】
ホウ素中性子捕捉療法の中性子源は生成したのはすべて混合放射線場である。即ち、ビームは低エネルギーから高エネルギーまでの中性子、光子を含む。深部腫瘍のホウ素中性子捕捉療法について、熱外中性子を除くその他の放射線の含有量が多ければ多いほど、正常組織での非選択的線量沈着の割合も大きくなるので、これらの不必要な線量を引き起こす放射線をできる限り低減する必要がある。エアにおけるビームの品質要素の他、中性子による人体における線量分布をさらに理解するために、本発明の実施形態は人工器官の人間の頭部組織で線量を算出し、そして人工器官におけるビームの品質要素を中性子ビーム設計の参考とする。後文でそれを詳細に説明する。
【0040】
国際原子力機関（ＩＡＥＡ）は臨床ホウ素中性子捕捉療法に用いられる中性子源について、エアにおけるビームの品質要素に関する５提案を出した。この５提案は異なる中性子の長所と短所を比較するために利用する他、中性子生成経路の選定及びビーム整形アセンブリの設計をする時の参考として利用できる。この５提案は次の通りである。
【0041】
熱外中性子束Ｅｐｉｔｈｅｒｍａｌ ｎｅｕｔｒｏｎ ｆｌｕｘ＞１×１０９ ｎ／ｃｍ２ｓ
高速中性子汚染Ｆａｓｔ ｎｅｕｔｒｏｎ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ＜２×１０－１３ Ｇｙ－ｃｍ２／ｎ
光子汚染Ｐｈｏｔｏｎ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ＜２×１０－１３ Ｇｙ－ｃｍ２／ｎ
熱中性子束と熱外中性子束との比ｔｈｅｒｍａｌ ｔｏ ｅｐｉｔｈｅｒｍａｌ ｎｅｕｔｒｏｎ ｆｌｕｘ ｒａｔｉｏ＜０．０５
中性子流とフラックスとの比ｅｐｉｔｈｅｒｍａｌ ｎｅｕｔｒｏｎ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｏ ｆｌｕｘ ｒａｔｉｏ＞０．７
高速中性子汚染Ｆａｓｔ ｎｅｕｔｒｏｎ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ＜２×１０－１３ Ｇｙ－ｃｍ２／ｎ
光子汚染Ｐｈｏｔｏｎ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ＜２×１０－１３ Ｇｙ－ｃｍ２／ｎ
熱中性子束と熱外中性子束との比ｔｈｅｒｍａｌ ｔｏ ｅｐｉｔｈｅｒｍａｌ ｎｅｕｔｒｏｎ ｆｌｕｘ ｒａｔｉｏ＜０．０５
中性子流とフラックスとの比ｅｐｉｔｈｅｒｍａｌ ｎｅｕｔｒｏｎ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｏ ｆｌｕｘ ｒａｔｉｏ＞０．７
【0042】
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。
【0043】
１、熱外中性子束：
中性子束と腫瘍におけるホウ素含有薬物の濃度で臨床治療の時間が決まる。腫瘍におけるホウ素含有薬物の濃度が十分に高ければ、中性子束への要求を緩められる。それに反して、腫瘍におけるホウ素含有薬物の濃度が低ければ、高フラックスの熱外中性子で腫瘍に十分な線量を与える必要がある。ＩＡＥＡは熱外中性子束について平方センチメートル当たり１秒の熱外中性子は１０９個より多いと求める。既存のホウ素含有薬物にとって、このフラックスでの中性子ビームで大体治療時間を１時間以内に抑えられる。短い治療時間で位置決めと快適さの改善、それから腫瘍におけるホウ素含有薬物の限られた滞留時間の効果的利用に貢献できる。
中性子束と腫瘍におけるホウ素含有薬物の濃度で臨床治療の時間が決まる。腫瘍におけるホウ素含有薬物の濃度が十分に高ければ、中性子束への要求を緩められる。それに反して、腫瘍におけるホウ素含有薬物の濃度が低ければ、高フラックスの熱外中性子で腫瘍に十分な線量を与える必要がある。ＩＡＥＡは熱外中性子束について平方センチメートル当たり１秒の熱外中性子は１０９個より多いと求める。既存のホウ素含有薬物にとって、このフラックスでの中性子ビームで大体治療時間を１時間以内に抑えられる。短い治療時間で位置決めと快適さの改善、それから腫瘍におけるホウ素含有薬物の限られた滞留時間の効果的利用に貢献できる。
【0044】
２、高速中性子汚染：
高速中性子は正常組織への不必要な線量を引き起こすので、汚染と見らされる。この線量と中性子エネルギーが正の相関関係があるので、中性子ビームの設計においてできる限り高速中性子の含有量を減らす必要がある。高速中性子汚染は、単位熱外中性子束に伴う高速中性子の線量と定義される。ＩＡＥＡは高速中性子汚染が２×１０－１３ Ｇｙ－ｃｍ２／ｎより小さいと勧める。
高速中性子は正常組織への不必要な線量を引き起こすので、汚染と見らされる。この線量と中性子エネルギーが正の相関関係があるので、中性子ビームの設計においてできる限り高速中性子の含有量を減らす必要がある。高速中性子汚染は、単位熱外中性子束に伴う高速中性子の線量と定義される。ＩＡＥＡは高速中性子汚染が２×１０－１３ Ｇｙ－ｃｍ２／ｎより小さいと勧める。
【0045】
３、光子汚染（γ線汚染）：
γ線は強い透過性の放射線に属し、非選択的にビーム経路にあるすべての組織での線量沈着を引き起こすので、γ線の含有量を減らすことも中性子ビームの設計の必要条件である。γ線汚染は、単位熱外中性子束に伴うγ線の線量と定義される。ＩＡＥＡはγ線汚染が２×１０－１３ Ｇｙ－ｃｍ２／ｎより小さいと勧める。
γ線は強い透過性の放射線に属し、非選択的にビーム経路にあるすべての組織での線量沈着を引き起こすので、γ線の含有量を減らすことも中性子ビームの設計の必要条件である。γ線汚染は、単位熱外中性子束に伴うγ線の線量と定義される。ＩＡＥＡはγ線汚染が２×１０－１３ Ｇｙ－ｃｍ２／ｎより小さいと勧める。
【0046】
４、熱中性子束と熱外中性子束との比：
熱中性子の減衰速度が速く、透過性も弱く、人体に入ったら大部分のエネルギーが皮膚組織に沈着するので、黒色腫などの皮膚腫瘍の場合ホウ素中性子捕捉療法の中性子源として熱中性子を使用する以外、脳腫瘍などの深部腫瘍の場合熱中性子の含有量を減らす必要がある。ＩＡＥＡは熱中性子束と熱外中性子束との比が０．０５より小さいと勧める。
熱中性子の減衰速度が速く、透過性も弱く、人体に入ったら大部分のエネルギーが皮膚組織に沈着するので、黒色腫などの皮膚腫瘍の場合ホウ素中性子捕捉療法の中性子源として熱中性子を使用する以外、脳腫瘍などの深部腫瘍の場合熱中性子の含有量を減らす必要がある。ＩＡＥＡは熱中性子束と熱外中性子束との比が０．０５より小さいと勧める。
【0047】
５、中性子流とフラックスとの比：
中性子流とフラックスとの比はビームの方向性を示す。その比が大きければ大きいほど、ビームの前向性が強くなる。強い前向性を持つ中性子ビームで中性子の発散による周りの正常組織への線量を減らせる他、治療可能デプスと位置決め姿勢の柔軟性を向上させることができる。ＩＡＥＡは中性子流とフラックスとの比が０．７より大きいと勧める。
中性子流とフラックスとの比はビームの方向性を示す。その比が大きければ大きいほど、ビームの前向性が強くなる。強い前向性を持つ中性子ビームで中性子の発散による周りの正常組織への線量を減らせる他、治療可能デプスと位置決め姿勢の柔軟性を向上させることができる。ＩＡＥＡは中性子流とフラックスとの比が０．７より大きいと勧める。
【0048】
人工器官で組織内の線量分布を取得し、そして正常組織及び腫瘍の線量－デプス曲線により、人工器官におけるビーム品質要素を導き出す。以下の３つのパラメータは異なる中性子ビーム療法の治療効果の比較に利用されることができる。
【0049】
１、効果的治療デプス：
腫瘍線量は最大正常組織線量と等しいデプスである。このデプスの後ろに、腫瘍細胞が受けた線量は最大正常組織線量より小さいので、ホウ素中性子捕捉上の優位性がなくなる。このパラメータは中性子ビームの透過性を示し、効果的治療デプスが大きければ大きいほど、治療可能な腫瘍のデプスが深くなり、その単位はｃｍである。
腫瘍線量は最大正常組織線量と等しいデプスである。このデプスの後ろに、腫瘍細胞が受けた線量は最大正常組織線量より小さいので、ホウ素中性子捕捉上の優位性がなくなる。このパラメータは中性子ビームの透過性を示し、効果的治療デプスが大きければ大きいほど、治療可能な腫瘍のデプスが深くなり、その単位はｃｍである。
【0050】
２、効果的治療デプスの線量率：
即ち、効果的治療デプスにおける腫瘍線量率であり、最大正常組織線量率と等しい。正常組織で受け取る総線量は与えられ得る腫瘍総線量に影響する要因であるので、このパラメータで治療時間が決まる。効果的治療デプスの線量率が大きければ大きいほど、腫瘍に一定の線量を与える必要な照射時間が短くなり、その単位はｃＧｙ／ｍＡ－ｍｉｎである。
即ち、効果的治療デプスにおける腫瘍線量率であり、最大正常組織線量率と等しい。正常組織で受け取る総線量は与えられ得る腫瘍総線量に影響する要因であるので、このパラメータで治療時間が決まる。効果的治療デプスの線量率が大きければ大きいほど、腫瘍に一定の線量を与える必要な照射時間が短くなり、その単位はｃＧｙ／ｍＡ－ｍｉｎである。
【0051】
３、効果的治療線量比：
脳表面から効果的治療デプスまで、腫瘍と正常組織が受け取る平均線量の比は効果的治療線量比と呼ばれる。平均線量は線量－デプス曲線の積分により算出できる。効果的治療線量比が大きければ大きいほど、当該中性子ビームの治療効果がよくなる。
脳表面から効果的治療デプスまで、腫瘍と正常組織が受け取る平均線量の比は効果的治療線量比と呼ばれる。平均線量は線量－デプス曲線の積分により算出できる。効果的治療線量比が大きければ大きいほど、当該中性子ビームの治療効果がよくなる。
【0052】
ビーム整形アセンブリの設計における比較根拠として、ＩＡＥＡによるエアにおけるビームの品質要素という５提案、及び上記の３つのパラメータの他に、本発明の実施形態は中性子ビーム線量のパフォーマンスの優劣を評価するための以下のパラメータを利用する。
【0053】
１、照射時間≦３０ｍｉｎ（加速器で使用する陽子流は１０ｍＡ）
２、３０．０ＲＢＥ－Ｇｙ治療可能なデプス≧７ｃｍ
３、最大腫瘍線量≧６０．０ＲＢＥ－Ｇｙ
４、最大正常脳組織線量≦１２．５ＲＢＥ－Ｇｙ
５、最大皮膚線量≦１１．０ＲＢＥ－Ｇｙ
２、３０．０ＲＢＥ－Ｇｙ治療可能なデプス≧７ｃｍ
３、最大腫瘍線量≧６０．０ＲＢＥ－Ｇｙ
４、最大正常脳組織線量≦１２．５ＲＢＥ－Ｇｙ
５、最大皮膚線量≦１１．０ＲＢＥ－Ｇｙ
【0054】
注：ＲＢＥ（Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ）は生物学的効果比であり、光子と中性子による生物学的効果が異なるので、等価線量を算出するために、上記の線量に異なる組織の生物学的効果比を掛ける。
【0055】
中性子生成装置１０が生成した中性子ビームＮは、順次ビーム整形体２０とコリメータ３０を経過して治療台４０上の患者２００に照射する。ビーム整形体２０は、中性子生成装置１０が生成した中性子ビームＮのビーム品質を調整することができ、コリメータ３０は、中性子ビームＮを集め、中性子ビームＮに治療過程中に高い標的性を備えさせる。ビーム整形体２０は、支持部２１（図１に示されず、以下に詳細に説明する）及び支持部２１内に充填された本体部２３をさらに含み、支持部２１は、少なくとも１つの収容ユニットＣ１～Ｃ４を形成し、各収容ユニットは、本体部２３の少なくとも一部を収容する。支持部を設置することにより、本体部の材料自体の変形及び損傷のターゲット交換及びビーム品質への影響を防止することができる。本体部２３は、減速体２３１、反射体２３２及び放射シールド体２３３を含み、中性子生成装置１０が生成した中性子は、エネルギースペクトルが広いため、治療ニーズを満たす熱外中性子の以外、他の種類の中性子及び光子の含有量を可能な限り減らして操作者又は患者に傷害を引き起こすことを避け、それで、中性子生成装置１０から出た中性子は、減速体２３１を通して高速中性子エネルギーを熱外中性子エネルギー領域に調整する必要があり、減速体２３１は、高速中性子との作用断面が大きく、熱外中性子との作用断面が小さい材料で製造され、例えば、Ｄ２Ｏ、Ａｌ、ＡｌＦ３、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＬｉＦ、Ｌｉ２ＣＯ３又はＡｌ２Ｏ３のうちの少なくとも１種を含み、反射体２３２は、減速体２３１を囲み、かつ減速体２３１を通過して周辺へ拡散した中性子を中性子ビームＮに反射して中性子の利用率を向上させ、反射体２３２は、中性子反射能力が高い材料で製造され、例えば、Ｐｂ又はＮｉのうちの少なくとも１種を含み、放射シールド体２３３は、非照射領域の正常組織への線量を減らすために、しみ出る中性子と光子を遮断し、放射シールド体２３３の材料は、光子シールド材料と中性子シールド材料のうちの少なくとも１種、例えば、光子シールド材料の鉛（Ｐｂ）と中性子シールド材料のポリエチレン（ＰＥ）を含む。理解できるように、本体部は、さらにその他の構造であってもよく、治療に必要な熱外中性子ビームを取得すればよい。ターゲットＴは、加速器１１とビーム整形体２０との間に設置され、加速器１１は、荷電粒子線Ｐを輸送する輸送管１１１を有し、本実施例において、輸送管１１１が荷電粒子線Ｐの方向に沿ってビーム整形体２０に伸び込み、かつ順次減速体２３１及び反射体２３２を貫通し、ターゲットＴが減速体２３１内に設置され、輸送管１１１の端部に位置することにより、高い中性子ビーム品質を得る。本実施例において、輸送管１１１と減速体２３１及び反射体２３２との間に第１、第２の冷却管Ｄ１、Ｄ２が設置され、第１、第２の冷却管Ｄ１、Ｄ２の一端がそれぞれターゲットＴの冷却入口（図示せず）と冷却出口（図示せず）に接続され、他端が外部冷却源（図示せず）に接続される。理解できるように、第１、第２の冷却管は、さらに他の形態でビーム整形体内に設置されてもよく、ターゲットがビーム整形体の外に配置される場合、さらに省略されてもよい。
【0056】
図４及び図５に示すとおり、支持部２１は、主軸Ｘを囲んで周方向に閉じた外壁２１１と、中性子ビームＮの方向に沿ってそれぞれ外壁２１１の両側に設置され、外壁２１１に接続された第１、第２の側板２２１、２２２とを含み、第１の側板２２１には、輸送管１１１が貫通する孔２２１１が設置され、第２の側板２２２には、ビーム出口を形成する孔２２２１が設置され、外壁２１１と第１、第２の側板２２１、２２２との間に収容部Ｃが形成され、本体部２３は、収容部Ｃ内に設置される。収容部Ｃは、少なくとも１つの収容ユニットＣ１～Ｃ４（以下に詳述する）を含み、各収容ユニットＣ１～Ｃ４は、減速体２３１、反射体２３２及び放射シールド体２３３のうちの少なくとも１つを収容し、少なくとも１つの収容ユニットＣ１～Ｃ４は、減速体、反射体及び放射シールド体のうちの少なくとも２つを同時に収容するか又は少なくとも２種類の異なる材料を同時に収容する。理解できるように、第１、第２の側板が設置されなくてもよく、外壁で囲まれて収容部が形成される。
【0057】
支持部２１は、主軸Ｘを囲んで周方向に閉じ、第１、第２の側板２２１、２２２の間に延在する少なくとも１つの内壁をさらに含み、本実施例において、径方向に内向きにそれぞれ第１、第２の内壁２１２、２１３が設置され、径方向は、主軸Ｘに垂直な方向として定義される。支持部２１は、中性子ビームＮの方向に沿って第１、第２の側板２２１、２２２の間に設置された第１の横板２２３と、主軸Ｘを囲んで周方向に閉じ、第１の横板２２３と第１の側板２２１との間に延在する第３の内壁２１４と、主軸Ｘを囲んで周方向に閉じ、第１の横板２２３から第２の側板２２２まで延在する第４の内壁２１５とをさらに含む。第３の内壁２１４は、径方向に第２の内壁２１３より主軸Ｘに近く、第４の内壁２１５は、径方向に第２の内壁２１３と第３の内壁２１４との間に位置し、第１の横板２２３は、第３の内壁２１４と第４の内壁２１５との間に延在する。第３の内壁２１４の内面は、第１の側板２２１上の孔２２１１の側壁と面一になり、第３の内壁２１４は、輸送管１１１、第１、第２の冷却管Ｄ１、Ｄ２などの取付部を形成する。中性子ビームＮの方向に沿って第４の内壁２１５と第２の側板２２２との間に第４の内壁２１５に隣接して第２の横板２２４が設置され、第２の横板２２４は、第２の内壁２１３から径方向に内向きに延在し、第２の横板２２４には、中性子ビームＮが通過する孔２２４１が設置され、孔２２４１の内壁は、第４の内壁２１５の内側より主軸Ｘに近い。理解できるように、第２の横板が設置されなくてもよく、第１の横板は外壁又は他の内壁まで延在してもよく、外壁と内壁との間、内壁と内壁との間に複数の横板が設置されてもよい。
【0058】
本実施例において、ビーム整形体全体は、円筒形であり、外壁、内壁の主軸Ｘに垂直な方向での横断面は、いずれも主軸Ｘを囲む円環であり、かつ主軸Ｘに平行に延在し、側板、横板は、いずれも主軸Ｘに垂直に延在する平板であり、理解できるように、他の設置形態であってもよく、例えば、延在方向が主軸と傾斜し、外壁の主軸に垂直な方向での外輪郭は、方形、矩形又は多角形であってもよく、輸送し、取り付けやすい。外壁２１１、第１の内壁２１２、第１の側板２２１及び第２の側板２２２の間に第１の収容ユニットＣ１が形成され、第１の内壁２１２、第２の内壁２１３、第１の側板２２１及び第２の側板２２２の間に第２の収容ユニットＣ２が形成され、第２の内壁２１３、第３の内壁２１４、第４の内壁２１５、第１の側板２２１、第１の横板２２３及び第２の横板２２４の間に第３の収容ユニットＣ３が形成される。
【0059】
本実施例において、第１の収容ユニットＣ１内には、対応する形状のＰＥブロック２４１が設置され、第２の収容ユニットＣ２内には、中性子ビームＮの方向に沿って鉛ブロック２４２とＰＥブロック２４１が順次設置され、鉛ブロックとＰＥブロックの体積比が１０以下であり、鉛ブロックとＰＥブロックの境界面が中性子ビームＮの方向に垂直であり、理解できるように、他の比率又は他の分布であってもよい。本実施例において、放射シールド体２３３は、中性子シールド体及び光子シールド体を含み、ＰＥブロック２４１が中性子シールド体として機能し、鉛ブロック２４２が同時に反射体２３２及び光子シールド体として機能する。
【0060】
本実施例において、第３の収容ユニットＣ３内に鉛ブロック２４２、アルミニウム合金ブロック２４３、テフロン（登録商標）ブロック２４４及びＰＥブロック２４１が設置され、アルミニウム合金ブロック２４３及びテフロン（登録商標）ブロック２４４は、全体として少なくとも１つの錐状を含む形状に設置され、ＰＥブロック２４１は、第２の横板２２４に隣接して設置され、鉛ブロック２４２は、残りの領域に充填され、アルミニウム合金ブロック２４３及びテフロン（登録商標）ブロック２４４は、全体として第３の収容ユニットＣ３内の鉛ブロック２４２を２つの部分に分ける。アルミニウム合金ブロック２４３とテフロン（登録商標）ブロック２４４は、それぞれ減速体２３１の第１、第２の補完部分として、減速体の製造コストを低減することができ、また、ビーム品質に大きな影響を与えず、第１、第２の補完部分は、全体として少なくとも１つの錐状を含む形状に設置され、より高いビーム品質及び治療効果を取得することができる。テフロン（登録商標）ブロック２４４は、より高い高速中性子吸収効果も有し、ビーム中の高速中性子含有量を低減することができる。鉛ブロック２４２は、同時に反射体２３２及び光子シールド体として機能する。ＰＥブロック２４１は、中性子シールド体として機能し、理解できるように、ＰＥブロックが設置されなくてもよい。
【0061】
図６に示すとおり、本実施例において、中性子ビームＮの方向に沿ってアルミニウム合金ブロック２４３及びテフロン（登録商標）ブロック２４４が順次設置され、アルミニウム合金ブロック２４３及びテフロン（登録商標）ブロック２４４は、全体として２つの方向が逆になって互いに隣接する錐状に設置され、アルミニウム合金ブロック２４３自体も２つの方向が逆になって互いに隣接する錐状に設置され、アルミニウム合金ブロック２４３は、中性子ビームＮの方向に沿って順次設置された第１の錐体部２４３１及び第２の錐体部２４３２を含み、第１の錐体部２４３１の外輪郭の径方向寸法は、中性子ビームＮの方向に沿って全体的に徐々に大きくなる傾向があり、第２の錐体部２４３２が、第１の錐体部２４３１の外輪郭の径方向寸法の最大箇所で第１の錐体部２４３１に接続され、第２の錐体部２４３２の外輪郭の径方向寸法は、中性子ビームＮの方向に沿って全体的に徐々に小さくなる傾向がある。テフロン（登録商標）ブロック２４４は、第２の錐体部２４３２の外輪郭の径方向寸法の最小箇所で第２の錐体部２４３２に隣接し、テフロン（登録商標）ブロック２４４の外輪郭の径方向寸法は、中性子ビームＮの方向に沿って全体的に徐々に小さくなる傾向があり、かつ外輪郭の径方向寸法の最小箇所でＰＥブロック２４１に接触する。アルミニウム合金ブロック２４３及びテフロン（登録商標）ブロック２４４の、主軸Ｘが位置する平面に沿った横断面輪郭は、不規則な四角形又は多角形である。アルミニウム合金ブロック２４３は、第１の錐体部２４３１で鉛ブロック２４２に接触する第１の側面Ａ１を有し、第２の錐体部２４３２で鉛ブロック２４２に接触する第２の側面Ａ２とテフロン（登録商標）ブロック２４４に接触する第３の側面Ａ３を有し、第１及び第２の錐体部で第３の内壁２１４、第４の内壁２１５及び第１の横板２２３に接触する第４の側面Ａ４を共通に有し、本実施例において、第４の側面Ａ４は段差面である。テフロン（登録商標）ブロック２４４は、アルミニウム合金ブロック２４３に接触する第５の側面Ａ５と、鉛ブロック２４２に接触する第６の側面Ａ６と、第４の内壁２１５に接触する第７の側面Ａ７と、ＰＥブロック２４１に接触する第８の側面Ａ８とを有する。第３の側面Ａ３と第５の側面Ａ５は隣接し、かつアルミニウム合金ブロック２４３とテフロン（登録商標）ブロック２４４の境界面として機能し、本実施例において、該境界面は、中性子ビームＮの方向に垂直である。本実施例におけるアルミニウム合金ブロック２４３とテフロン（登録商標）ブロック２４４の体積比は５～２０であり、理解できるように、治療に必要な中性子ビームによって、例えば異なる照射深度に応じて、他の比率を採用してもよく、他の分布を有してもよい。
【0062】
中性子ビームＮの方向に第１の横板２２３から第２の横板２２４までの、第４の内壁２１５で囲まれた領域には、第４の収容ユニットＣ４が形成され、第４の収容ユニットＣ４と第３の収容ユニットＣ３は、径方向に隣接する。本実施例において、第４の収容ユニットＣ４内には、減速体２３１の基本部分としてのフッ化マグネシウムブロック２４５が設置され、フッ化マグネシウムブロック２４５は、Ｌｉ－６を含み、熱中性子吸収体としても機能することができることにより、第３の収容ユニットＣ３内に設置された減速体の第１、第２の補完部分は、第４の収容ユニットＣ４内に設置された減速体の基本部分を囲む。フッ化マグネシウムブロック２４５全体は柱状であり、中性子ビームＮの方向に基本的に垂直な第１、第２の端面Ａ９、Ａ１０を含み、第１、第２の端面Ａ９、Ａ１０は、中性子ビームの方向に沿って順次設置され、第１の端面Ａ９は、第１の側板２２１に向かい、かつ中心孔２４５１が設置され、中心孔２４５１は、輸送管１１１、第１、第２の冷却管Ｄ１、Ｄ２及びターゲットＴなどを収容する円柱孔であり、中心孔の側壁２４５１ａは、第３の内壁の内面と面一になり、第３の内壁２１４から主軸Ｘまでの径方向距離Ｌ１が第４の内壁２１５から主軸Ｘまでの径方向距離Ｌ２より小さいことにより、減速体２３１の基本部分がターゲットＴを囲み、ターゲットＴが生成した中性子が、各方向にいずれも効果的に減速され、中性子のフラックス及びビーム品質をさらに向上させることができる。フッ化マグネシウムブロック２４５と第２の横板２２４との間に鉛板２４６が設置され、鉛板２４６は、光子シールド体として機能し、鉛が減速体から放出されたガンマ線を吸収することができ、また鉛板２４６の中性子ビームＮの方向の厚さが５ｃｍ以下であり、減速体を通過する中性子を反射せず、理解できるように、他の設置形態であってもよく、例えば、フッ化マグネシウムブロック２４５がＬｉ－６を含まず、フッ化マグネシウムブロック２４５と第２の横板２２４との間にＬｉ－６で構成された別個の熱中性子吸収体が設置され、鉛板も省略されてもよい。
【0063】
理解できるように、本実施例における中性子シールド体としてのＰＥは、他の中性子シールド材料に置換されてもよく、光子シールド体としての鉛は、他の光子シールド材料に置換されてもよく、反射体としての鉛は、中性子反射能力が高い他の材料に置換されてもよく、減速体の基本部分としてのフッ化マグネシウムは、高速中性子との作用断面が大きく、熱外中性子との作用断面が小さい他の材料に置換されてもよく、熱中性子吸収体としてのＬｉ－６は、熱中性子との作用断面が大きい他の材料に置換されてもよく、減速体の第１の補完部分としてのアルミニウム合金は、Ｚｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｃのうちの少なくとも１種を含む材料に置換されてもよく、入手しやすい材料を選択すると、減速体の製造コストを低減することができるとともに、一定の中性子減速作用を有し、ビーム品質に大きな影響を与えない。減速体の第２の補完部分としてのテフロン（登録商標）は、黒鉛などに置換されてもよく、第２の補完部分は、第１の補完部分の高速中性子吸収効果より高い材料を選択することにより、ビーム中の高速中性子含有量を低減することができる。理解できるように、減速体の第１、第２の補完部分及び基本部分のうちの少なくとも２つは、同じ材料を採用することもできる。
【0064】
図７及び図８に示すとおり、支持部２１に径方向仕切り板２１０がさらに設置され、径方向仕切り板２１０が位置する平面は、延在して主軸Ｘを通過し、各収容ユニットＣ１～Ｃ３を周方向に少なくとも２つのサブ領域に分けることにより、各収容ユニットＣ１～Ｃ３内に設置されたＰＥブロック、鉛ブロック、アルミニウム合金ブロック、黒鉛ブロックを周方向に少なくとも２つのサブモジュールに均一に分ける。本実施例において、第１の径方向仕切り板２１０１は、第１の側板２２１と第２の側板との間に設置され、外壁２１１から第２の内壁２１３まで延在し、第２の径方向仕切り板２１０２は、第１の側板２２１と第２の横板２２４との間に設置され、第２の内壁２１３から第３の内壁２１４又は第４の内壁２１５まで延在する。本実施例において、第１の径方向仕切り板が８つあり、第２の径方向仕切り板が４つあり、いずれも周方向に沿って均一に分布し、第１、第２の径方向仕切り板はいずれも平板であり、各第２の径方向仕切り板と第１の径方向仕切り板のうちの４つは面一になり、理解できるように、径方向仕切り板は、他の数量又は他の配布形態であってもよく、径方向仕切り板が設置されなくてもよい。
【0065】
本実施例において、径方向仕切り板２１０、外壁２１１、第１の横板２２３及び第１、第２、第３、第４の内壁２１２～２１５は一体であり、メインフレーム２１ａとして、材料がアルミニウム合金であり、優れた機械的特性を有し、かつ中性子によって活性化された後に生成した放射性同位体の半減期が短い。鋳造プロセスを採用することができ、支持体と型枠が一体成形し、型枠が木型又はアルミニウム型を選択し、砂中子が赤砂又は樹脂砂を選択することができ、具体的なプロセスが業界で一般的な方法を選択する。鋳造には抜き勾配を付けるため、設計及びビーム品質の要件に応じて、機械加工においてそれを全て除去する必要がある。該構造形式及び鋳造プロセスにより、フレーム構造は、一体性が高く、剛性が大きく、耐荷力が高いという利点を有する。機械加工のための刃物の制限と直角辺の応力集中を考慮して、全ての隅は、丸面取りされている。板材を巻いて溶接してもよく、まずアルミニウム合金柱体を鍛造し、次に該柱体を機械加工して成形してもよい。
【0066】
図９に示すように、メインフレーム加工過程の１つの実施例であり、該実施例において、メインフレーム２１ａは、６０６１アルミニウム合金を採用し、メインフレーム材料の化学成分及び機械的特性の要件を満たすことができる。メインフレームが中性子によって活性化された後に生成した放射性同位体の半減期が短いという要件を満たすために、アルミニウム合金の組成元素の種類及び各元素の質量比率を制御すべきであり、例えばＣｕ元素の質量百分率≦７％である。関連する計算及び積み重ねた経験に基づいて、本実施例において、化学成分がＣｕ≦１．０％、Ｍｎ≦１．５％、Ｚｎ≦１．０％（質量百分率）を満たすメインフレーム材料を選択し、６０６１アルミニウム合金の化学成分表を表１に示し、比較から分かるように、６０６１アルミニウム合金は、メインフレーム２１ａの材料に必要な化学成分を満たすことができる。
【0067】
【表1】
【0068】
メインフレーム２１ａのビーム整形体の本体部２３に対する支持を満たすために、メインフレームの機械的特性は、要件を満たす必要があり、ＣＡＥシミュレーション計算及び経験に基づいて調整し、本実施例において、引張強度≧１５０ＭＰａ、降伏強度≧１００ＭＰａのアルミニウム合金メインフレームを選択する。
【0069】
６０６１アルミニウム合金が変形アルミニウム合金であるため、本実施例は、自由鍛造方法を採用し、塑性成形方法によりアルミニウム合金の組織、性能を変更するとともに、原材料を節約することができる。自由鍛造工程において、鍛造品の品質は、変形過程で得られた金属組織、特に鍛造品の変形の均一性に大きく依存する。変形が不均一であれば、金属の可塑性が低下し、また不均一な再結晶により、不均一な組織が得られ、鍛造品の性能が低くなるからであり、均一な変形組織及び最適な機械的特性を得るために、工程が少ないほどよくなり、加熱回数が少ないほどよくなる。本実施例の加工過程は以下のとおりである。
【0070】
１．ブランクの準備：アルミニウム工場などの製造業者は、アルミニウム鉱石をアルミニウムインゴットに加工し、かつブランクに鋳造し、国家標準６０６１に合致するアルミニウム合金成分となるように調製し、ブランクを検出し、例えば、合金記号、溶鉱炉、ロット番号、仕様、均質化焼鈍、低倍率検査及び酸化膜検査などの面の資料及び実験結果が付されている。
【0071】
２．打ち抜き：剪断、鋸引き、ガス切断などの方法により、検出された、要件に合致するブランクを加工し、例えば、端面切断を行い、かつバリ、油汚れ及び鋸屑などをタイムリーに除去し、鍛造装置の加工要件を満たす。
【0072】
３．加熱：鍛造前にブランクを加熱処理することにより、変形抵抗を低減し、可塑性を向上させる。例えば、輻射式抵抗加熱炉を採用し、炉内に空気を循環させることにより、温度を正確かつ均一に保持し、炉温偏差を±１０℃の範囲内に制御することができ、本実施例において、最高鍛造開始温度が５２０℃であり、鍛造終了温度が４５０℃であり、許容限界温度が５３０℃である。理解できるように、他の加熱装置を採用してもよい。加熱保温時間の決定は、合金の熱伝導性、ブランクの仕様、加熱装置の伝熱方式などの要因を十分に考慮する必要があり、本実施例において、加熱時間は、強化相の溶解及び均一化組織の取得に基づいて決定し、このような状態で高い可塑性を有し、アルミニウム合金鍛造性能を向上させることができる。理解できるように、打ち抜きステップ２の前にブランクを加熱処理してもよく、この時にブランクを加熱する前に、例えば、加熱炉に入る前に、炉内の空気を汚染することを回避するために、油汚れ、砕屑及び他の汚れを除去する必要がある。
【0073】
４．鍛造：６０６１アルミニウム合金の材料は多結晶体であり、結晶粒の間に粒界が存在し、結晶粒の内部にさらに亜結晶粒及び相界が存在するため、材料の可塑性を利用し、外力の作用によりそれを塑性変形させ、所望の形状（例えば、柱体）、寸法及び一定の組織性能の鍛造品を取得することができる。鍛造変形により金属ブランクの鋳造組織を除去し、可塑性及び機械的特性を大幅に向上させる。本実施例において、自由鍛造方法、例えば据え込み及び絞り抜けを採用し、鍛造品の温度が規定温度以上である条件で上記２種類の方法を繰り返して行い、プロセスに従って静的鍛造を行うことにより、組織内部の精密な結晶粒を取得し、鍛造装置は、ブランクを鍛造する精度を有する。
【0074】
５．粗加工及び熱処理：最終的に使用要件を満たす機械的特性を得るために、さらに熱処理により金属材料の組織及び性能を変更し、金属の内部品質を変更する必要がある。本実施例は、鍛造ステップ４により得られたものが柱体であり、柱体を直接的に熱処理すると、柱体中心の材料の性能を保証しにくい。したがって、粗加工により鍛造した柱体の中心位置（即ち、柱体の、第４の収容ユニットＣ４に対応する領域）を穿孔し、その後に深熱処理を行い、このように、熱処理後のメインフレームの中心位置に近い箇所（メインフレームの、第４の収容ユニットＣ４を形成する部分）及び全体の材料性能を保証することができ、また、第４の収容ユニットＣ４は、減速体の基本部分を収容し、この時に減速体への支持を保証し、減速体の変形及び損傷のターゲット交換及びビーム品質への影響を防止することができる。理解できるように、粗加工は、メインフレームの外壁２１１と内壁２１２～２１５との間の中空領域（即ち、柱体の、第１、第２、第３の収容ユニットＣ１、Ｃ２、Ｃ３に対応する領域）に対する予備加工、例えば、鍛造した柱体の該領域での実体部分に対するドリル、フライス加工切断をさらに含み、本実施例において、該領域に対する粗加工が行われておらず、粗加工後に熱処理を行う場合、壁厚が薄く、変形が発生しやすいなどを防止する。プロセスは、中心領域及び他の領域の材料性能を保証することができる限り、粗加工を行わなくてもよく、後続の更なる機械加工のために、粗加工において残量を残すべきである。
【0075】
本実施例において採用した熱処理プロセスはＴ６（溶体化＋時効）である。溶体化処理は、合金を析出硬化させる先行工程であり、溶体化するときに形成された固溶体を迅速に冷却して準安定な過飽和固溶体を取得し、自然時効及び人工時効の条件を作り出し、強度及び硬度を顕著に向上させる。溶体化処理後にさらに時効処理を行う必要があり、溶体化処理後のアルミニウムを一定の温度に一定の時間保持し、過飽和固溶体が分解して、合金の強度及び硬度が大幅に向上することができ、室温に保持してもよく、加熱してもよい。時効処理は、熱処理の最後の工程であり、アルミニウム合金の最終的な機械的特性を向上させ、かつ決定することができる。加熱温度及び保温時間は、実際の状況に応じて選択することができる。理解できるように、使用に必要な機械的特性を満たすことができる限り、他の熱処理プロセスを採用してもよい。
【0076】
６．物理化学的検出及び検査：熱処理終了後に、寸法検出、元素検出、機械的特性検出、及び超音波探傷のような非破壊検査などを含む物理化学的検出及び検査を行う必要がある。熱処理担当者が熱処理後に検出してもよく、機械加工（後述する）担当者が機械加工前に検査してもよい。機械的特性の検出は、熱処理後のワークピースの関連領域に一部の材料を切断して検出することであってよく、本実施例において、粗加工時に中心位置を穿孔して取り外した部分を同時に熱処理し、該部分の検出結果は、主軸Ｘに近い内壁２１４、２１５の性能を近似して表し、外壁２１１と内壁２１２～２１５との間の領域に対して、熱処理した鍛造柱体の該領域の材料を切断することにより検出する。理解できるように、外壁２１１と内壁２１２～２１５との間の中空領域に粗加工を行った場合、該領域の粗加工により切断された部分を熱処理すると同時に検出して得られた結果も同様に該領域の性能を近似して表すことができ、領域の選択は、図面にマークすることができる。上記領域をサンプリングして機械的実験を行って、降伏強度及び引張強度を得る。非破壊検査は、超音波探傷を採用し、全面検査又は区画検査であってもよく、本実施例において、中心に近い内壁に対して超音波探傷検査を行う。
【0077】
７．機械加工：検出・検査して、熱処理後の鍛造体が要件に合致すると、機械加工を行って最終的に必要な形状及び寸法のメインフレームを取得し、理解できるように、機械加工は、ドリル、フライス加工、切削などの従来の機械加工手段を含むことができ、本実施例は、大型門型プラノミラーを用いてフライス加工し、プログラミングソフトウェアと組み合わせて自動加工を行う。
【0078】
メインフレーム２１ａと第２の横板２２４は、ボルトで接続され、第４の内壁２１５の第２の側板２２２に向かう端面には、第１のねじ孔が均一に機械加工され、第２の横板２２４の第１のねじ孔に対応する位置には、第１の貫通孔が均一に機械加工され、ボルトは、第１の貫通孔を貫通して第１のねじ孔に接続される。ボルトの組立を考慮して、第１の貫通孔の孔径が第１のねじ孔の孔径より僅かに大きく、第１のねじ孔及び第１の貫通孔の数量が接続強度を満たせばよい。第１、第２の側板２２１、２２２及び第２の横板２２４は、鉛アンチモン合金材料であり、鉛が放射をさらに遮断する作用を果たすことができ、また鉛アンチモン合金の強度が高い。第１、第２の側板２２１、２２２の外輪郭は、外壁２１１の外輪郭と一致する。第１、第２の側板２２１、２２２及び第２の横板２２４は、いずれもメインフレームにボルトで接続され、メインフレーム２１ａの内壁の第１、第２の側板及び第２の横板に向かう端面には、それぞれ第２のねじ孔が均一に機械加工され、第１、第２の側板２２１、２２２及び第２の横板２２４の第２のねじ孔に対応する位置には、第２の貫通孔が均一に機械加工され、ボルトの組立を考慮して、第２の貫通孔の孔径が第２のねじ孔の孔径より僅かに大きく、第２のねじ孔、第２の貫通孔の数量が接続強度を満たせばよい。
【0079】
理解できるように、本実施例におけるメインフレーム、側板、端板（第２の横板）の材料が一定の強度を有し、かつ中性子によって活性化された後に生成した放射性同位体の半減期が短く（例えば、７日間より小さい）、また、メインフレームの材料性能がビーム整形体に対する支持を満たすことができればよく、例えば、アルミニウム合金、チタン合金、鉛アンチモン合金、コバルトを含まない鋼材、炭素繊維、ＰＥＥＫ、高分子重合体などを採用し、側板、端板（第２の横板）及びメインフレームの間に他の取り外し可能な接続又は取り外し不可能な接続を採用することができ、取り外し可能な接続を採用するとき、本体部の各部分を容易に交換する。本実施例におけるビーム整形体の支持部及び支持部内に充填された本体部は、さらに他の構造形態を有してもよい。
【0080】
施工時に、まずメインフレーム２１ａをビーム整形体の支持部の予め設置された取付孔内に入れ、ボルトなどでメインフレーム２１ａの外壁２１１とビーム整形体の支持部を接続する。次に本体部の充填と第１、第２の側板及び第２の横板の取付を行い、ＰＥ、アルミニウム合金、黒鉛の密度が小さいため、対応する領域を全体的に充填することができ、鉛が重いため、中性子ビームＮの方向に沿って１枚ずつ人工的に充填してもよく、機械により全体的に充填してもよく、フッ化マグネシウムを全体的に充填してもよく、１枚ずつ充填してもよい。ビーム整形体の取付終了後、輸送管、ターゲット、コリメータなどの他の部材を取り付け、コリメータ３０がビーム出口の後部に設置され、コリメータ３０から出た熱外中性子ビームは患者２００に照射し、浅層正常組織を経過した後に熱中性子に減速されて腫瘤細胞Ｍに到着する。本実施例において、コリメータは、ボルトなどによりメインフレーム２１ａに固定され、第２の内壁２１３の第２の側板に向かう端面には、第３のねじ孔が予め設置され、第２の側板２２２の第３のねじ孔に対応する位置には、第３の貫通孔が均一に機械加工され、ボルトの組立を考慮して、第３の貫通孔の孔径が第３のねじ孔の孔径より僅かに大きく、第３のねじ孔、第３の貫通孔の数量が接続強度を満たせばよい。理解できるように、コリメータ３０は、さらに他の接続形態により固定されてよく、コリメータ３０は、省略されるか又は他の構造で置換されてもよく、中性子ビームは、ビーム出口から出て患者２００に直接照射する。本実施例において、患者２００とビーム出口との間にまた放射シールド装置５０が設けられ、ビーム出口から出たビームが患者の正常組織への放射を遮断し、放射シールド装置５０を設置しなくてもよいと理解されたい。
【0081】
本発明の実施例に記載されている「柱体」または「柱状」は、図面に示されている方向に沿って片側から向こう側までその外輪郭の全体的な流れがほとんど変わらない構造である。外輪郭にある１つの輪郭線は線分であってよい。例えば、円柱状の対応する輪郭線。それとも大きな曲率を有する線分に近い円弧であってもよい。例えば、大きな曲率を有する球体状の対応する輪郭線。外輪郭の表面全体はなめらかであってよく、それともなめらかでないであってもよい。例えば、円柱状または大きな曲率を有する球体状の表面に凹凸部がある。
【0082】
本発明の実施例に記載されている「錐体」または「錐状」は、図面に示されている方向に沿って片側から向こう側までその外輪郭の全体的な流れが段々と小さくなる構造である。外輪郭にある１つの輪郭線は線分であってよい。例えば、円錐状の対応する輪郭線。それとも円弧であってもよい。例えば、球体状の対応する輪郭線。外輪郭の表面全体はなめらかであってよく、それともなめらかでないであってもよい。例えば、円錐状または球体状の表面に凹凸部がある。
【0083】
以上に本発明の例示的な具体的な実施形態について説明して、当業者が本発明を理解することを容易にするが、明らかに、本発明は具体的な実施形態の範囲に限定されず、当業者にとって、様々な変化が添付の特許請求の範囲で限定かつ決定される本発明の精神及び範囲内にあれば、これらの変化が明らかであるため、いずれも本発明の特許請求の範囲内にある。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【手続補正書】
【提出日】2021-10-04
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
加速器及びターゲットを含む中性子生成装置と、ビーム整形体とを含み、前記加速器が加速して生成した荷電粒子線が、前記ターゲットと作用して中性子を生成し、前記中性子が中性子ビームを形成し、前記中性子ビームが１本の主軸を限定する中性子捕捉療法システムであって、前記ビーム整形体は、支持部及び前記支持部内に充填された本体部を含み、前記本体部は、減速体、反射体及び放射シールド体を含み、前記減速体は、前記ターゲットが生成した中性子を熱外中性子エネルギー領域に減速させ、前記反射体は、前記減速体を囲み、かつ前記主軸から逸脱した中性子を前記主軸に導いて熱外中性子ビーム強度を向上させ、前記放射シールド体は、非照射領域の正常組織への線量を減らすために、しみ出る中性子及び光子を遮断することを特徴とする、中性子捕捉療法システム。
【請求項2】
前記支持部は、前記主軸を囲んで周方向に閉じた外壁を含み、前記外壁で囲まれて収容部が形成され、前記本体部は、前記収容部内に設置され、前記収容部は、少なくとも１つの収容ユニットを含み、各前記収容ユニットは、前記減速体、反射体及び放射シールド体のうちの少なくとも１つを収容することを特徴とする、請求項１に記載の中性子捕捉療法システム。
【請求項3】
前記支持部は、前記中性子ビームの方向に沿ってそれぞれ前記外壁の両側に設置され、前記外壁に接続された第１、第２の側板と、前記中性子ビームの方向に沿って前記第１、第２の側板の間に設置された少なくとも１つの横板と、前記主軸を囲んで周方向に閉じ、前記第１、第２の側板の間、又は前記横板と第１の側板との間、又は前記横板と第２の側板との間、又は前記横板と横板との間に延在する少なくとも１つの内壁と、をさらに含み、前記第１の側板には、前記加速器の輸送管が貫通する孔が設置され、前記第２の側板には、ビーム出口を形成する孔が設置され、前記外壁、内壁、横板及び第１、第２の側板の間に複数の前記収容ユニットが形成され、前記放射シールド体は、中性子シールド体及び光子シールド体を含み、少なくとも１つの前記収容ユニットは、前記減速体及び反射体、又は前記中性子シールド体及び反射体を同時に収容することを特徴とする、請求項２に記載の中性子捕捉療法システム。
【請求項4】
前記中性子シールド体の材料はＰＥであり、前記反射体の材料は鉛であり、前記反射体は、光子シールド体としても機能し、前記収容ユニット内に同時に収容された反射体と中性子シールド体は、前記中性子ビームの方向に沿って順次設置され、前記収容ユニット内の反射体と中性子シールド体の境界面は、前記中性子ビームの方向に垂直であることを特徴とする、請求項３に記載の中性子捕捉療法システム。
【請求項5】
前記支持部は、前記収容ユニットを周方向に複数のサブ領域に分ける径方向仕切り板をさらに含み、前記径方向仕切り板は、前記第１の側板の間、又は前記横板と第２の側板の間、又は前記横板と第１／第２の側板の間、又は前記横板と横板の間に設置され、かつ前記外壁から前記内壁まで延在するか又は２つの前記内壁の間に延在することを特徴とする、請求項３に記載の中性子捕捉療法システム。
【請求項6】
前記減速体は、基本部分及び前記基本部分を囲む補完部分を含み、前記支持部は、前記主軸を囲む壁を含み、前記基本部分と補完部分は、材料が異なり、かつ前記壁によって仕切られることを特徴とする、請求項１に記載の中性子捕捉療法システム。
【請求項7】
前記壁は、前記中性子ビームの方向に沿って順次設置され、前記中性子ビームの方向を囲んで周方向に閉じた第１の壁、第２の壁と、前記第１の壁と第２の壁を接続する横板とを含み、前記横板は、前記中性子ビームの方向に垂直に延在し、前記第１の壁は、前記加速器の輸送管を取り付けるためのものであり、前記第２の壁は、前記減速体の基本部分の収容キャビティを形成し、前記基本部分の材料は、Ｄ２Ｏ、Ａｌ、ＡｌＦ３、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＬｉＦ、Ｌｉ２ＣＯ３又はＡｌ２Ｏ３のうちの少なくとも１種を含み、前記基本部分は、Ｌｉ－６を含み、熱中性子吸収体としても機能することを特徴とする、請求項６に記載の中性子捕捉療法システム。
【請求項8】
前記基本部分は、前記中性子ビームの方向に基本的に垂直な第１、第２の端面を含み、前記第１、第２の端面は、前記中性子ビームの方向に沿って順次設置され、前記第１の端面には、前記輸送管及びターゲットを収容する中心孔が設置され、前記第１の壁から前記主軸までの径方向距離は、前記第２の壁から前記主軸までの径方向距離より小さいことを特徴とする、請求項７に記載の中性子捕捉療法システム。
【請求項9】
前記第２の端面に隣接してシールド板が設置され、前記シールド板は鉛板であり、前記シールド板の前記中性子ビームの方向の厚さは５ｃｍ以下であることを特徴とする、請求項８に記載の中性子捕捉療法システム。
【請求項10】
前記補完部分は、隣接する第１、第２の補完ユニットを含み、前記基本部分、第１、第２の補完ユニットの材料がいずれも異なり、前記基本部分は柱状であり、前記第１及び第２の補完ユニットは、全体として少なくとも１つの錐状を含む形状に設置されることを特徴とする、請求項６に記載の中性子捕捉療法システム。
【請求項11】
前記第１の補完ユニットは、２つの方向が逆になって互いに隣接する錐状に設置され、前記第１の補完ユニットは、前記中性子ビームの方向に沿って順次設置された第１の錐体部及び第２の錐体部を含み、前記第１の錐体部の外輪郭の径方向寸法は、前記中性子ビームの方向に沿って全体的に徐々に大きくなる傾向があり、前記第２の錐体部は、前記第１の錐体部の外輪郭の径方向寸法の最大箇所で前記第１の錐体部に接続され、前記第２の錐体部の外輪郭の径方向寸法は、前記中性子ビームの方向に沿って全体的に徐々に小さくなる傾向があり、前記第２の補完ユニットは、前記第２の錐体部の外輪郭の径方向寸法の最小箇所で前記第２の錐体部に隣接し、前記第２の補完ユニットの外輪郭の径方向寸法は、前記中性子ビームの方向に沿って全体的に徐々に小さくなる傾向があることを特徴とする、請求項１０に記載の中性子捕捉療法システム。
【請求項12】
前記第１、第２の補完ユニットの、前記主軸が位置する平面に沿う横断面輪郭は、不規則な四角形又は多角形であり、前記第１の補完ユニットは、前記第１の錐体部で前記反射体に接触する第１の側面を有し、前記第２の錐体部で前記反射体に接触する第２の側面と前記第２の補完ユニットに接触する第３の側面を有し、前記第１及び第２の錐体部で前記壁に接触する第４の側面を共通に有し、前記第２の補完ユニットは、前記第１の補完ユニットに接触する第５の側面と、前記反射体に接触する第６の側面と、前記壁に接触する第７の側面とを有し、前記第３の側面と第５の側面は隣接し、かつ前記第１、第２の補完ユニットの境界面として機能し、前記境界面は、前記中性子ビームの方向に垂直であることを特徴とする、請求項１１に記載の中性子捕捉療法システム。
【請求項13】
前記支持部は、支持フレームを含み、前記支持フレームは、ブランクを加熱装置により加熱した後に鍛造装置により柱体に鍛造加工し、前記柱体を粗加工し熱処理した後に機械加工装置により加工成形したものであることを特徴とする、請求項１に記載の中性子捕捉療法システム。
【請求項14】
前記支持フレームは、少なくとも１つの収容ユニットを形成し、前記収容ユニットは、少なくとも一部の前記減速体を収容する第１の収容ユニットを含み、前記第１の収容ユニットは、径方向に前記支持フレームの中心に位置し、前記粗加工は、前記柱体の、前記第１の収容ユニットに対応する領域を穿孔することであることを特徴とする、請求項１３に記載の中性子捕捉療法システム。
【請求項15】
前記収容ユニットは、前記減速体、反射体及び放射シールド体のうちの少なくとも１つを収容する第２の収容ユニットを含み、前記支持フレームは、前記主軸を囲んで周方向に閉じた外壁及び少なくとも１つの内壁を含み、前記外壁と内壁又は内壁と内壁との間に前記第２の収容ユニットが形成され、前記粗加工は、前記柱体の、前記第２の収容ユニットに対応する領域に対する予備加工をさらに含むことを特徴とする、請求項１４に記載の中性子捕捉療法システム。
【国際調査報告】