京都大学原子炉実験所 放射線生命医科学研究本部 医学物理学分野

京都大学原子炉実験所
放射線生命医科学研究本部
医学物理学分野
田中 浩基
平成23年6月28日 核データ研究戦略検討会＠阪大ＲＣＮＰ
中性子捕捉療法
Ｂｏｒｏｎ Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｃａｐｕｔｕｒｅ Ｔｈｅｒａｐｙ
中性子捕捉療法
薬剤の集積性
boronophenylalanine(BPA)
NH2
HO
B
HO
CH 2
C
COOH
H
sodium
borocaptate
(BSH)
18Fで標識したBPAの
陽電子放出断層撮像（PET）
世界のBNCT施設
R2-0スウェーデン研究炉（２００１～２００５）５２例
FiR-1
フィンランド研究炉（１９９１～）260例
チェコ研究炉（２０００～）２例
LVR-15
HFRPペッテン研究炉（１９９７～）２２例
イタリア研究炉（２００２～）２例
JRR-4
ブルックヘブン医学
研究炉（１９５１～１９
６１、１９９４～１９９
９）９９例
日本原子力研究開発機構 133例
KUR
THOR
BMRR
MITR
マサチューセッツ工
京都大学原子炉 309例 科大学（１９５９～１９
６１、１９９４～１９９９
９）４２例
台湾研究炉 8例 （2010～）
アルゼンチン研究炉（２００３～）７例
日本のBNCT施設
KUR
JRR-4
東京大学
筑波大学
京都大学
川崎医科大学
香川小児病院
大阪大学
大阪医科大学
KUR
徳島大学
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ＫＵＲにおける症例数
ＫＵＲ重水照射設備
Heavy Water Neutron
Irradiation Facility
脳腫瘍
頭頸部癌、脳腫瘍
研究炉ＢＮＣＴ
 原子炉は極めてシンプルな構造であり、中性子源として
は非常に優秀 :KURは臨床研究を推進
 設置場所が限られるとともに、新規設置が困難
 定期検査で使用できない期間（３か月）がある
 一度トラブルがあると、安全性の確認に時間がかかる
 世界中で現有する研究用原子炉は老朽化
医療機器を目指した新規中性子源を確保するためには
加速器を用いたシステムでないと・・・
ＢＮＣＴ用加速器中性子源
減速体系
加速器
ビーム電流
中性子ビーム強度
ターゲット除熱
熱外中性子束：1×109 cm-2s-1以上
高速中性子の熱外中性子との線量比
2×10-13Gy/cm-2以下（4-10×1013Gy/cm-2）
混在γ線の熱外中性子との線量比
2×10-13Gy/cm-2以下
陽子加速器（BNCTに関して）
Proton Energy
Accelerator
Ep<３MeV
静電加速器、RFQ
３MeV<Ep<１０MeV
ライナック、サイクロトロン
１０MeV<Ep<１００MeV
サイクロトロン、FFAG
Ep>100MeV
シンクロトロン、サイクロトロン、
FFAG
Reaction
Proton
Energy
Ep
Yield
（Neutron/
Proton）
Melting
Conductivity Neutron
(W/m/K)
Energy
Moderator
Size
7Li(p,n)7Be
２．５
1.46 x 10-4
180
84.7
０．１～０．５
小
1. 6 x 10-4
1278
201
Epに依存
大
7.0 x 10-2
3017
57.5
Epに依存
大
9Be(p,
n)9B ４
Ta(p,xn)
５０
Trade off
必要電流量
ターゲット除熱
減速体系の大きさ
減速後中性子発生量
世界で検討（計算評価）中のBNCT用加速器中性子源
Country
Institute
Reaction
Energy（MeV)
Current（ｍA)
UK
Birmingham Univ
7Li(p,n)7Be
2.8
20
USA
MIT
7Li(p,n)7Be
1.95
＞5
USA
BNL
7Li(p,n)7Be
2.5
20
USA
Ohaio St. Univ.
7Li(p,n)7Be
2.5
10
Argentina Depar. of Fisica
7Li(p,n)7Be
2.5
20
Belgium
IBA
7Li(p,n)7Be
2.8
20
Russia
IPPE
7Li(p,n)7Be
2.3
10
Japan
KURRI
7Li(p,n)7Be
1.9
10
Italy
San Giovanni Hosp.
2H
0.12
300
Italy
INFL-LNL
7Be(p,n)
5
30
Japan
HITACHI
7Be(p,xn)
11
2.85
Japan
FFAG-DDS
7Be(p,xn)
11
70
Japan
Tohoku Univ.
Ta(p,xn)
50
0.35
Japan
Kyushu Univ.
Ta(p,xn)
150
0.14
Japan
(d,n)3He
Engineering
Ta (p,xn)
400
0.045
Development
世界中でいまだ、治療可能（動物照射も）なBNCT加速器中性子源は実現していない
京都大学原子炉実験所
イノベーションリサーチラボラトリ
２００７年８月
住友重機械工業と共同研究開始
２００８年１２月 装置搬入終了
２００９年３月
RI施設検査合格 中性子発生試験開始
Innovation
Research lab. Medical Area
治療計画室
３F
Kyoto University Research
Reactor Institute@KUMATORI
医用加速器室
KUR
２F
１F
中性子照射室
Innovation
Research lab.
KUCA
照射装置
治療台（座位および臥位に対応）
座位
臥位
患者の位置決め装置
レーザーマーカ
ＣＲ装置
サイクロトロンベース熱外中性子源
住友重機械工業社製サイクロトロン型式:HM30
加速粒子:水素負イオン(-H)
加速エネルギー:30MeV
陽子電流: 1.1mA(最大2mA)
出力: 33kW(最大60kW)
1620 mm
3030 mm
1724 mm
サイクロトロンベース熱外中性子源
中性子発生ターゲット
Be target thickness is 5.5 mm
(proton range :5.8 mm at 30MeV)
Cooling water outlet
Cooling water Inlet
ターゲットの放射化
Irradiation Period
Cooling Period
ベリリウムターゲットからの
中性子スペクトル
高い中性子収量、低い放射化、高融点
ターゲットの性質→ベリリウムを選択
高エネルギー領域で差異：皮膚線量に影響
ENDF/B
-VII
広角で大きな差異
Bertini
Model
中性子スペクトル測定実験
放射線医学総合研究所サイクロトロン施設：汎用照射室
ターゲット厚さ６ｍｍ＞
３０MeV陽子の飛程５．８ｍｍ
測定回路
データ解析
検出効率
エネルギー分解能
結果
全エネルギー領域に渡って実験値を過大評価
ENDF/B
-VII
スペクトルの形状はおおむね一致
熱外中性子源の設計
にはENDF/B－VII
ただし0.7倍
高エネルギー領域を模擬できていない
Bertini
Model
RCNP-Wコース
Proton current ~0.9uA
中性子発生ターゲット
Beターゲット＠1mA 30MeV
Taターゲット＠1mA 30MeV
減速体系の最適化
Tumor dose = (Dn + Dh) × RBEn + Dγ × RBEγ + D10B × CBEt × Ct
Normal dose = (Dn + Dh) × RBEn + Dγ × RBEγ + D10B × CBEn × Cn
The more effective
neutron energy is around
10 keV
RBE,CBE
Normal Tumor
10B
1.35
3.8
N
3
3
H
3
3
G
1
1
Normal
Tumor
13 ppm
45.5 ppm
減速体系
Pb : used as a breeder and a reflector for high energy neutrons
Fe : used as a moderator
Al and CaF2 : used as a shaper for epi-thermal region
Polyethylene : used as a shielding for high energy neutrons
減速過程
MCNPXによる計算体系
D
C
B
A
水ファントム照射実験
MCNPXによる計算体系
水ファントム
TLD（BeO）
Au
Au＋Cdチューブ
Ge半導体
検出器
Reaction rate
Detection efficiency
Gamma emission ratio
Correction
of cooling
time
Correction
of measuring
time
Cadmium ratio
Reaction rate of thermal neutrons
Decay factor
Counts of photo peak
MCNPXによる計算体系
Correction of irradiation time
水ファントム中熱中性子束分布
(実測)
ビーム軸上熱中性子束分布
300mm
200mm
ビーム軸方向ガンマ線線量分布
300mm
200mm
多重放射化箔測定
熱外中性子束と陽子電流の関係
KURビームとの比較
1.22E09
線量分布比較
より深い部分に線量を付与できるように
Source surface
Mean dose10% up
n,γ
Mean dose18% up
まとめ
 サイクロトロンを用いた熱外中性子源を開発し、BNCTの治療に
適応可能な1.2×109(cm-2 s-1)の熱外中性子強度を得ることに
成功
 高速中性子成分、ガンマ線成分の混入：基準を満たす
 深部線量分布が向上
 マウス・細胞照射実験が終了し治験を開始する準備を進めてい
る
 核データ
中性子エネルギー角度二重微分断面積
・中性子発生ターゲット 陽子、重陽子入射
・線量導出のための中性子輸送計算
・減速体系
・体内