特許 5917322 荷電粒子線照射装置

(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】5917322

(24)【登録日】2016年4月15日

(45)【発行日】2016年5月11日

(54)【発明の名称】荷電粒子線照射装置

(51)【国際特許分類】

   G21K 3/00 20060101AFI20160422BHJP

   G21K 5/04 20060101ALI20160422BHJP

   A61N 5/10 20060101ALI20160422BHJP

【ＦＩ】

   G21K3/00 W

   G21K5/04 A

   A61N5/10 H

   A61N5/10 F

【請求項の数】5

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2012-156669(P2012-156669)

(22)【出願日】2012年7月12日

(65)【公開番号】特開2014-20800(P2014-20800A)

(43)【公開日】2014年2月3日

【審査請求日】2015年1月15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】浅羽 徹

【審査官】 橋本 直明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−２１４２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４７９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２３７６９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５３３８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０３４５８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ２１Ｋ ３／００

Ａ６１Ｎ ５／１０

Ｇ２１Ｋ ５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷電粒子線を走査する走査電磁石と、
前記走査電磁石よりも前記荷電粒子線の下流側に設けられ、前記荷電粒子線のエネルギーを低下させて前記荷電粒子線の飛程を調整する板状のディグレーダと、を備え、
前記ディグレーダは、前記走査方向における外側へ向かうに従って、前記荷電粒子線の上流側に位置し、
前記ディグレーダは、
前記荷電粒子線に対して上流側面及び下流側面を有し、
前記走査電磁石による前記荷電粒子線の偏向の基準点を曲率中心として、所定の曲率半径で前記上流側面が湾曲していると共に、前記上流側面の前記曲率半径に前記ディグレーダの厚さを加算した曲率半径で前記下流側面が湾曲していることを特徴とする荷電粒子線照射装置。

【請求項2】

荷電粒子線を走査する走査電磁石と、
前記走査電磁石よりも前記荷電粒子線の下流側に設けられ、前記荷電粒子線のエネルギーを低下させて前記荷電粒子線の飛程を調整する板状のディグレーダと、を備え、
前記ディグレーダは、前記走査方向における外側へ向かうに従って、段階的に前記荷電粒子線の上流側に位置し、
前記ディグレーダは、
前記荷電粒子線に対して上流側面及び下流側面を有し、
前記走査電磁石による前記荷電粒子線の偏向の基準点を曲率中心として、所定の曲率半径で前記上流側面が湾曲した湾曲面を近似的に形成していると共に、前記上流側面の前記曲率半径に前記ディグレーダの厚さを加算した曲率半径で前記下流側面が湾曲した湾曲面を近似的に形成していることを特徴とする荷電粒子線照射装置。

【請求項3】

前記上流側面は、前記走査方向における外側へ向かうに従って、前記荷電粒子線の上流側に位置し、
前記下流側面は、前記走査方向における外側へ向かうに従って、前記荷電粒子線の上流側に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の荷電粒子線照射装置。

【請求項4】

前記ディグレーダは、前記走査方向における外側へ向かうに従って、段階的に前記荷電粒子線の上流側に位置するように複数の段差部を有していることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線照射装置。

【請求項5】

前記ディグレーダは、前記走査方向における外側へ向かうに従って、前記荷電粒子線の上流側へ位置するように湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線照射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１の荷電粒子線照射装置は、患者の体内の腫瘍に対し、荷電粒子線を照射することにより治療を行う装置である。荷電粒子線照射装置は、荷電粒子を加速させて荷電粒子線を発生させるサイクロトロンと、当該荷電粒子線を走査する走査電磁石と、走査電磁石よりも荷電粒子線の下流側に設けられ、当該荷電粒子線のエネルギーを低下させて荷電粒子線の飛程を調整するディグレーダと、を備えている。ディグレーダは、荷電粒子線の照射方向と直交する走査方向に、一定の厚さで拡がる板状の部材である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−２３６８６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の荷電粒子線照射装置のディグレーダは、荷電粒子線の照射方向における断面が長方形の形状をなしている（例えば、図５参照）。このようなディグレーダを用いた場合、走査電磁石で偏向させずに直進させた荷電粒子線は、ディグレーダに垂直に入射するため、ディグレーダ内の通過距離が厚さと同じとなる。一方、走査電磁石で偏向させた荷電粒子線については、偏向角が大きい場合、荷電粒子線のディグレーダ内の通過距離が大きくなる。荷電粒子線のエネルギーは、ディグレーダ内の通過距離が大きいほど低下するため、荷電粒子線の飛程が短くなる。このように、偏向角によって荷電粒子線の飛程が変化することにより、腫瘍の所定の箇所に照射される荷電粒子線の実際の線量が、治療計画時に計画していた線量と異なり、荷電粒子線の照射精度が低下するという問題がある。

【0005】

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、精度良く荷電粒子線の照射を行うことができる荷電粒子線照射装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る荷電粒子線照射装置は、荷電粒子線を走査する走査電磁石と、走査電磁石よりも荷電粒子線の下流側に設けられ、荷電粒子線のエネルギーを低下させて荷電粒子線の飛程を調整するディグレーダと、を備え、ディグレーダは、走査方向における外側へ向かうに従って、荷電粒子線の上流側に位置することを特徴とする。

【0007】

ディグレーダのうち、走査方向における内側の部分は、走査電磁石による偏向角が小さい荷電粒子線が通過し、走査方向における外側の部分ほど、走査電磁石による偏向角が大きい荷電粒子線が通過する。このような荷電粒子線に対して、ディグレーダが、走査方向における外側へ向かうに従って、荷電粒子線の上流側に位置している。これにより、ディグレーダの走査方向における全体的な形状が、荷電粒子線の偏向の起点である走査電磁石に対し、湾曲するような形状となる。従って、偏向角が大きい荷電粒子線のディグレーダ内の通過距離が大きくなることを抑制することができる。これによって、偏向角が小さい荷電粒子線と偏向角の大きい荷電粒子線の、ディグレーダ内の通過距離の差を小さくすることができるため、偏向角による荷電粒子線の飛程の変化を抑制することができる。以上により、精度良く荷電粒子線の照射を行うことができる。

【0008】

また、荷電粒子線照射装置において、ディグレーダは、荷電粒子線に対して上流側面及び下流側面を有し、上流側面は、走査方向における外側へ向かうに従って、荷電粒子線の上流側に位置し、下流側面は、走査方向における外側へ向かうに従って、荷電粒子線の上流側に位置することが好ましい。このような構成により、ディグレーダの厚さを一定又は略一定にした状態で、ディグレーダの走査方向における全体的な形状を湾曲したような形状とすることができる。これにより、偏向角による荷電粒子線のディグレーダ内の通過距離を一定又は略一定とすることができる。

【0009】

また、荷電粒子線照射装置において、ディグレーダは、走査方向における外側へ向かうに従って、段階的に荷電粒子線の上流側に位置するように複数の段差部を有していることが好ましい。このような複数の段差部を形成することで、ディグレーダの形状を、走査方向において近似的に湾曲するような形状とすることができる。これにより、偏向角による荷電粒子線の飛程の変化を抑制できる形状とするためのディグレーダの加工を容易に行うことができる。

【0010】

また、荷電粒子線照射装置において、ディグレーダは、走査方向における外側へ向かうに従って、荷電粒子線の上流側へ位置するように湾曲していることが好ましい。ディグレーダが湾曲していることにより、走査方向における全領域において、偏向角による荷電粒子線のディグレーダ内の通過距離を正確に一定または略一定とすることができる。これによって荷電粒子線の照射の精度をより向上させることができる。

【0011】

また、荷電粒子線照射装置において、走査方向には、第１の走査方向、及び当該第１の走査方向と直交する第２の走査方向が含まれ、ディグレーダは、第１の走査方向における外側へ向かうに従って、荷電粒子線の上流側に位置すると共に、第２の走査方向における外側に向かうに従って、荷電粒子線の上流側に位置することが好ましい。これによって、第１の走査方向及び第２の走査方向のいずれの位置においても、偏向角による荷電粒子線のディグレーダ内の通過距離を一定または略一定とすることができる。これによって荷電粒子線の照射の精度を一層向上させることができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、精度良く荷電粒子線の照射を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態に係る荷電粒子線照射装置の斜視図である。

【図2】荷電粒子線をスキャニング法で照射する荷電粒子線照射装置の概略構成図である。

【図3】荷電粒子線をワブラー法で照射する荷電粒子線照射装置の概略構成図である。

【図4】本発明の実施形態に係る荷電粒子線照射装置のディグレーダの構成を示す模式図である。

【図5】従来のディグレーダの構成を示し、荷電粒子線の偏向角とディグレーダ内の通過距離との関係を示す模式図である。

【図6】変形例に係るディグレーダの構成を示す模式図である。

【図7】荷電粒子線照射装置の各条件と、荷電粒子線のディグレーダ内の通過距離との関係を示す表である。

【図8】変形例に係るディグレーダを示す模式図である。

【図9】変形例に係るディグレーダを示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

【0015】

図１は本発明の一実施形態に係る荷電粒子線照射装置の斜視図である。図１に示すように、荷電粒子線照射装置１は、治療台１１を取り囲むように設けられた回転ガントリ１２に取り付けられている。荷電粒子線照射装置１は、該回転ガントリ１２によって、治療台１１の回りに回転可能とされている。なお、この荷電粒子線照射装置１は、腫瘍の治療を行うための荷電粒子線照射装置である。

【0016】

図２は、荷電粒子線をスキャニング法で照射する荷電粒子線照射装置の概略構成図である。図３は、荷電粒子線をワブラー法で照射する荷電粒子線照射装置の概略構成図である。図２，３に示すように、荷電粒子線照射装置１は、患者１３の体内の腫瘍（被照射体）１４に対し、荷電粒子線Ｒを照射するものである。荷電粒子線Ｒとは、電荷をもった粒子を高速に加速したものであり、例えば陽子線、重粒子（重イオン）線、電子線等が挙げられる。なお、ワブラー法は、ブロードビーム法とも称される。

【0017】

なお、以下の説明においては、「Ｘ方向」、「Ｙ方向」、「Ｚ方向」という語を用いて説明する。「Ｚ方向」とは、荷電粒子線Ｒの基軸ＡＸが延びる方向である。なお、「基軸ＡＸ」とは、後述の走査電磁石３ａ，３ｂで偏向しなかった場合の荷電粒子線Ｒの照射軸とする。図２，３では、基軸ＡＸに沿って荷電粒子線Ｒが照射されている様子を示している。なお、以下の説明では、基軸ＡＸに沿って荷電粒子線Ｒが照射される方向を「荷電粒子線Ｒの照射方向」であるものとする。「Ｘ方向」とは、Ｚ方向と直交する平面内における一の方向である。「Ｙ方向」とは、Ｚ方向と直交する平面内においてＸ方向と直交する方向である。

【0018】

まず、図２を参照して、スキャニング法に係る荷電粒子線照射装置１の構成について説明する。図２に示すように、荷電粒子線照射装置１は、加速器２、走査電磁石３ａ，３ｂ、モニタ４ａ，４ｂ、収束体６ａ，６ｂ、ディグレーダ３０及び制御装置７を備えている。走査電磁石３ａ，３ｂ、モニタ４ａ，４ｂ、収束体６ａ，６ｂ、ディグレーダ３０及び制御装置７は、照射ノズル８に収納されている。ただし、制御装置７は、照射ノズル８の外部に設けられていてもよい。

【0019】

加速器２は、荷電粒子を加速させて、荷電粒子線Ｒを連続的に発生させる発生源である。加速器２として、例えば、サイクロトロン、シンクロトロン、サイクロシンクロトロン、ライナック等が挙げられる。加速器２で発生した荷電粒子線Ｒは、ビーム輸送系によって照射ノズル８へ輸送される。この加速器２は、制御装置７に接続されており、供給される電流が制御される。

【0020】

走査電磁石３ａ，３ｂは、それぞれ一対の電磁石から構成され、制御装置７から供給される電流に応じて一対の電磁石間の磁場を変化させ、当該電磁石間を通過する荷電粒子線Ｒを走査する。Ｘ方向走査電磁石３ａは、Ｘ方向（第１の走査方向）に荷電粒子線Ｒを走査し、Ｙ方向走査電磁石３ｂは、Ｙ方向（第１の走査方向と直交する第２の走査方向）に荷電粒子線Ｒを走査する。これらの走査電磁石３ａ，３ｂは、基軸ＡＸ上であって、加速器２の下流側にこの順で配置されている。

【0021】

モニタ４ａは、荷電粒子線Ｒのビーム位置を監視し、モニタ４ｂは、荷電粒子線Ｒの線量の絶対値と荷電粒子線Ｒの線量分布とを監視する。各モニタ４ａ，４ｂは、監視した監視情報を制御装置７に出力する。モニタ４ａは、荷電粒子線Ｒの基軸ＡＸ上であって、加速器２の下流側でＸ方向走査電磁石３ａの上流側に配置されている。モニタ４ｂは、基軸ＡＸ上であってＹ方向走査電磁石３ｂの下流側に配置されている。

【0022】

収束体６ａ，６ｂは、例えば荷電粒子線Ｒを絞って収束させるものであり、ここでは、電磁石が用いられている。収束体６ａは、基軸ＡＸ上であって加速器２とモニタ４ａとの間に配置され、収束体６ｂは、基軸ＡＸ上であって、モニタ４ａと走査電磁石３ａとの間に配置されている。

【0023】

ディグレーダ３０は、通過する荷電粒子線Ｒのエネルギーを低下させて当該荷電粒子線Ｒの飛程を調整する。なお、飛程の調整は、加速器２の直後に設けられたディグレーダ（不図示）によって荒調整が行われ、照射ノズル８内のディグレーダ３０で微調整が行われる。ディグレーダ３０は、基軸ＡＸ上であって、走査電磁石３ａ，３ｂよりも荷電粒子線Ｒの下流側に設けられ、患者１３の体内における荷電粒子線Ｒの最大到達深さを調整する。ディグレーダ３０は、Ｘ方向及びＹ方向に拡がる板状の部材である。なお、本実施形態において「飛程」とは、荷電粒子線Ｒが運動エネルギーを失って静止するまでに進む距離である。より詳細には、飛程は、最大線量を１００％とした場合に、最大線量となる照射距離（深さ）よりも深い側であって、線量が９０％となる深さである。荷電粒子線Ｒを腫瘍１４に照射するときは、腫瘍１４をＺ方向に仮想的に複数の層Ｌに分割し（例えば、図５を参照）、各層Ｌに設定された照射範囲において所定の走査パターンに沿って荷電粒子線Ｒを走査しながら照射を行う。一の層Ｌに対する荷電粒子線Ｒの照射が完了したら、ディグレーダ３０（また、加速器２の直後のディグレーダも用いてよい）で飛程を調整し、他の層Ｌに対して荷電粒子線Ｒの照射を行う。ディグレーダ３０は、Ｙ方向走査電磁石３ｂから、１５００ｍｍ〜２０００ｍｍ程度の位置に配置されている。

【0024】

荷電粒子線Ｒの飛程の調整は、当該荷電粒子線Ｒのディグレーダ３０内の通過距離を変えることによってなされる。例えば、荷電粒子線Ｒの照射軸上に配置されるディグレーダ３０自体を、異なる厚さを有するものに置き換えることで、飛程の調整を行ってよい。または、Ｚ方向に複数枚のディグレーダ３０を配置可能な構成としておき、荷電粒子線Ｒの基軸ＡＸ上に配置されるディグレーダ３０の枚数を変更することで、飛程の調整を行ってよい。この場合、各ディグレーダ３０に対して、Ｚ方向と直交する平面内で往復動可能なアクチュエータを設けておき、当該アクチュエータを制御することで、ディグレーダ３０を荷電粒子線Ｒの基軸ＡＸ上への配置と退避が可能となる。なお、詳細な構成は後述するが、本実施形態では、ディグレーダ３０が湾曲した形状となっているため、往復動可能なアクチュエータを用いる場合は、ディグレーダ３０同士が干渉しないように、一のディグレーダ３０の上流側面と、上流側で隣接する他のディグレーダ３０の下流側面とを離間させておくことが好ましい。

【0025】

ディグレーダ３０を設ける位置は、走査電磁石３ａ，３ｂより下流側であれば特に限定されないが、スキャニング法を採用する場合、モニタ４ｂよりも下流側に設けることが好ましい。本実施形態では、照射ノズル８の先端部８ａに設けられている。なお、照射ノズル８の先端とは、荷電粒子線Ｒの下流側の端部である。

【0026】

制御装置７は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等により構成されている。この制御装置７は、モニタ４ａ，４ｂから出力された監視情報に基づいて、加速器２、走査電磁石３ａ，３ｂ及び収束体６ａ，６ｂを制御する。

【0027】

図２に示す荷電粒子線照射装置１により、スキャニング法によって荷電粒子線Ｒの照射を行う場合、所定の飛程に調整可能なディグレーダ３０をセットすると共に、通過する荷電粒子線Ｒが収束するように収束体６ａ，６ｂを作動状態（ＯＮ）とする。

【0028】

続いて、加速器２から荷電粒子線Ｒを出射する。出射された荷電粒子線Ｒは、走査電磁石３ａ，３ｂを制御することにより走査されると共に、ディグレーダ３０で荷電粒子線Ｒの飛程が調整される。これにより、荷電粒子線Ｒは、腫瘍１４に対してＺ方向に設定された一の層Ｌにおける照射範囲内を走査されつつ照射されることとなる。一の層Ｌに対する照射が完了したら、次の層Ｌへ荷電粒子線Ｒを照射する。

【0029】

図３を参照して、ワブラー法に係る荷電粒子線照射装置の構成について説明する。図３に示すように、荷電粒子線照射装置１は、加速器２、走査電磁石３ａ，３ｂ、モニタ４ａ，４ｂ、散乱体５、リッジフィルタ２２、マルチリーフコリメータ２４、ボーラス２６、患者コリメータ２７、ディグレーダ３０及び制御装置７を備えている。走査電磁石３ａ，３ｂ、モニタ４ａ，４ｂ、散乱体５、リッジフィルタ２２、マルチリーフコリメータ２４、ボーラス２６、患者コリメータ２７、ディグレーダ３０及び制御装置７は、照射ノズル８に収納されている。ただし、制御装置７は、照射ノズル８の外部に設けられていてもよい。なお、図２の荷電粒子線照射装置１と同様な部分については、説明を省略する。

【0030】

散乱体５は、通過する荷電粒子線Ｒを、照射軸と直交する方向に広がりを持つ幅広のビームに拡散する。この散乱体５は、板状を呈し、例えば厚さ数ｍｍのタングステンで形成されている。散乱体５は、基軸ＡＸ上において、走査電磁石３ｂの下流側でモニタ４ｂの上流側に配置されている。

【0031】

リッジフィルタ２２は、荷電粒子線Ｒの線量分布を調整するものである。具体的には、リッジフィルタ２２は、患者１３の体内の腫瘍１４の厚さ（照射方向の長さ）に対応するように、荷電粒子線Ｒに拡大ブラッグピーク（ＳＯＢＰ）を与える。リッジフィルタ２２は、基軸ＡＸ上において散乱体５の下流側でモニタ４ｂの上流側に配置されている。

【0032】

ディグレーダ３０は、基軸ＡＸ上においてリッジフィルタ２２とモニタ４ｂとの間に配置されている。このディグレーダ３０は、図２で説明したものと同趣旨の機能・構成を有しており、同様な方法で飛程を調整可能である。ディグレーダ３０は、散乱体５から、１０００ｍｍ〜１８００ｍｍ程度の位置に配置されている。

【0033】

マルチリーフコリメータ（Multi Leaf Collimator:以下、「ＭＬＣ」という）２４は、照射方向と垂直な平面方向における荷電粒子線Ｒの形状（平面形状）を整形するものであり、複数の櫛歯を含む遮線部２４ａ，２４ｂを有している。遮線部２４ａ，２４ｂは、互いに突き合わせるように配置されており、これらの遮線部２４ａ，２４ｂ間には、開口部２４ｃが形成されている。このＭＬＣ２４は、開口部２４ｃに荷電粒子線Ｒを通過させることで、開口部２４ｃの形状に対応する輪郭に荷電粒子線Ｒを切り取る。

【0034】

また、ＭＬＣ２４は、Ｚ方向と直交する方向に遮線部２４ａ，２４ｂを進退させることで、開口部２４ｃの位置及び形状を変化することが可能となっている。さらに、ＭＬＣ２４は、リニアガイド２８で照射方向に沿って案内されており、Ｚ方向に沿って移動可能になっている。このＭＬＣ２４は、モニタ４ｂの下流側に配置されている。

【0035】

ボーラス２６は、荷電粒子線Ｒの最大到達深さの部分の立体形状を、腫瘍１４の最大深さ部分の形状に合わせて整形する。このボーラス２６の形状は、例えば、腫瘍１４の輪郭線と、Ｘ線ＣＴのデータから求められる周辺組織の電子密度とに基づいて算出される。ボーラス２６は、基軸ＡＸ上においてＭＬＣ２４の下流側に配置されている。患者コリメータ２７は、荷電粒子線Ｒの平面形状を腫瘍１４の平面形状に合わせて最終的に整形するものである。この患者コリメータ２７は、基軸ＡＸ上においてボーラス２６の下流側に配置されており、ＭＬＣ２４の代わりとして用いられてもよいし、ＭＬＣ２４と患者コリメータ２７の双方を用いてもよい。ボーラス２６及び患者コリメータ２７は、照射ノズル８の先端部８ａに設けられている。

【0036】

図３に示す荷電粒子線照射装置１により、ワブラー法によって荷電粒子線Ｒの照射を行う場合、所定の飛程に調整可能なディグレーダ３０をセットすると共に、ＭＬＣ２４の遮線部２４ａ，２４ｂが進退されて開口部２４ｃが所定形状とされる。

【0037】

続いて、加速器２から荷電粒子線Ｒを出射する。出射された荷電粒子線Ｒは、走査電磁石３ａ，３ｂによって円を描くように走査されて散乱体５によって拡散された後、リッジフィルタ２２、ディグレーダ２３、ＭＬＣ２４、ボーラス２６及び患者コリメータ２７によって整形及び調整される。これにより、腫瘍１４の形状に沿った一様照射範囲でもって腫瘍１４に荷電粒子線Ｒが照射されることとなる。

【0038】

なお、同一の荷電粒子線照射装置１で、スキャニング法とワブラー法の両方を行える構成としてもよい。すなわち、図２に示す構成要素と図３に示す構成要素の両方を設け、スキャニング法を採用する場合は、ワブラー法のみで用いる構成要素を退避させ、ワブラー法を採用する場合は、スキャニング法で採用する構成要素を退避させてもよい。

【0039】

次に、ディグレーダ３０の構成の詳細について、図４を用いて説明する。

【0040】

図４に示すように、ディグレーダ３０は、走査方向における外側へ向かうに従って、荷電粒子線Ｒの上流側に位置している。「走査方向における外側へ向かう」とは、荷電粒子線Ｒの基軸ＡＸと直交する方向であって、当該基軸ＡＸから遠ざかる方向へ向かうことである。また、ディグレーダ３０は、荷電粒子線Ｒに対して上流側面３０ａ及び下流側面３０ｂを有している。上流側面３０ａ及び下流側面３０ｂは、走査方向における外側へ向かうに従って、荷電粒子線Ｒの上流側に位置する。

【0041】

すなわち、照射軸が基軸ＡＸと一致している荷電粒子線Ｒ１が上流側面３０ａに入射する位置を入射位置ＩＰ１とし、照射軸が基軸ＡＸに対して偏向している荷電粒子線Ｒ２が上流側面３０ａに入射する位置を入射位置ＩＰ２とした場合、基軸ＡＸの外側の入射位置ＩＰ２は、入射位置ＩＰ１よりも上流側に位置している。また、荷電粒子線Ｒ２の偏向角が大きくなって、入射位置ＩＰ２が基軸ＡＸから遠ざかり走査方向における外側に向かうに従って、当該入射位置ＩＰ２は更に上流側へ位置する。照射軸が基軸ＡＸと一致している荷電粒子線Ｒ１が下流側面３０ｂから出射する位置を出射位置ＥＰ１とし、照射軸が基軸ＡＸに対して偏向している荷電粒子線Ｒ２が下流側面３０ｂから出射する位置を出射位置ＥＰ２とした場合、基軸ＡＸの外側の出射位置ＥＰ２は、出射位置ＥＰ１よりも上流側に位置している。また、荷電粒子線Ｒ２の偏向角が大きくなって、出射位置ＥＰ２が基軸ＡＸから遠ざかり走査方向における外側に向かうに従って、当該出射位置ＥＰ２は更に上流側へ位置する。

【0042】

図４（ａ）に示すように、ディグレーダ３０は、Ｘ方向における外側へ向かうに従って、荷電粒子線Ｒの上流側に位置すると共に、図４（ｂ）に示すように、Ｙ方向における外側に向かうに従って、荷電粒子線Ｒの上流側に位置する。ディグレーダ３０は、全体として、基軸ＡＸ側の部位が下流側へ向かって凸となるような椀状に形成されている。これにより、上流側面３０ａは凹レンズ状の面となり、下流側面３０ｂは凸レンズ状の面となる。なお、Ｚ方向から見たときのディグレーダ３０の形状は特に限定されず、円形であっても四角形であってもそれ以上の多角形であってもよい。

【0043】

具体的には、ディグレーダ３０は、図４（ａ）に示すように、Ｘ方向における外側に向かうに従って、荷電粒子線Ｒの上流側へ位置するように湾曲しており、図４（ｂ）に示すように、Ｙ方向における外側に向かうに従って、荷電粒子線Ｒの上流側へ位置するように湾曲している。上流側面３０ａは凹レンズ状の曲面となり、下流側面３０ｂは凸レンズ状の曲面となる。

【0044】

図４（ａ）に示すように、Ｘ方向の湾曲については、Ｘ方向走査電磁石３ａによる偏向の基準点ＳＰを曲率中心として、所定の曲率半径で上流側面３０ａ及び下流側面３０ｂ（下流側面３０ｂの曲率半径は、上流側面３０ａの曲率半径にディグレーダ３０の厚さＡを加算させた値であることが好ましい）を湾曲させてよい。これによって、照射軸が基軸ＡＸに対して偏向した荷電粒子線Ｒ２のディグレーダ３０内の通過距離を、偏向角θによらず一定又は略一定とすることができる。なお、基準点ＳＰは、基軸ＡＸと偏向した荷電粒子線Ｒ２の照射軸との交点であり、Ｘ方向走査電磁石３ａのＺ方向の略中心位置に設定される。ただし、曲率中心を厳密に基準点ＳＰに設定する必要はなく、Ｘ方向走査電磁石３ａ近傍であれば、基軸ＡＸ上のどの位置に設定してもよい。

【0045】

図４（ｂ）に示すように、Ｙ方向の湾曲については、Ｙ方向走査電磁石３ｂによる偏向の基準点ＳＰを曲率中心として、所定の曲率半径で上流側面３０ａ及び下流側面３０ｂ（下流側面３０ｂの曲率半径は、上流側面３０ａの曲率半径にディグレーダ３０の厚さＡを加算させた値であることが好ましい）を湾曲させてよい。これによって、照射軸が基軸ＡＸに対して偏向した荷電粒子線Ｒ２のディグレーダ３０内の通過距離を、偏向角θによらず一定又は略一定とすることができる。なお、基準点ＳＰは、基軸ＡＸと偏向した荷電粒子線Ｒ２の照射軸との交点であり、Ｙ方向走査電磁石３ｂのＺ方向の略中心位置に設定される。ただし、曲率中心を厳密に基準点ＳＰに設定する必要はなく、Ｙ方向走査電磁石３ｂ近傍であれば、基軸ＡＸ上のどの位置に設定してもよい。

【0046】

Ｘ方向の湾曲に対する曲率中心とＹ方向の湾曲に対する曲率中心とが異なる位置に設定されている場合、上流側面３０ａ及び下流側面３０ｂの湾曲は、Ｘ方向の湾曲成分とＹ方向の湾曲成分とを重ね合わせて設定する。または、Ｘ方向の湾曲に対する曲率中心とＹ方向の湾曲に対する曲率中心とを一致させてもよく、この場合は上流側面３０ａ及び下流側面３０ｂの曲率半径をＸＹ方向の位置によらず一定とすることができる。なお、上流側面３０ａの湾曲の曲率半径は、スキャニング法の場合は１５００ｍｍ〜３０００ｍｍに設定することができ、ワブラー法の場合は１５００ｍｍ〜３０００ｍｍに設定することができる。

【0047】

なお、上述のように曲率中心及び曲率半径を用いて上流側面３０ａ及び下流側面３０ｂの湾曲を設定する方法は一例に過ぎず、荷電粒子線Ｒのディグレーダ３０内の通過距離を一定または略一定とすることができるならば、どのように湾曲させてもよい。

【0048】

また、図４では、Ｘ方向及びＹ方向の両方について湾曲している例について説明したが、走査方向における１の方向のみについて湾曲していてもよく、Ｘ方向またはＹ方向の何れか一方についてのみ湾曲していてもよい。

【0049】

また、ディグレーダ３０を湾曲させて上流側面３０ａ及び下流側面３０ｂを曲面とすることに代えて、上流側面３０ａ及び下流側面３０ｂの湾曲面を近似的に再現してもよい。例えば、図６に示すように、上流側面３０ａ及び下流側面３０ｂに複数の段差部３１，３２を形成することによって、湾曲面を近似的に形成してよい。なお、図６は、段差部３１，３２の設定方法を説明するために湾曲を強調して概略的に示したものである。この構成では、ディグレーダ３０は、走査方向における外側へ向かうに従って、段階的に荷電粒子線Ｒの上流側に位置するように段差部３１，３２を有している。上流側面３０ａは走査方向における外側へ向かうに従って段階的に荷電粒子線Ｒの上流側に位置するように段差部３１を有し、下流側面３０ｂは走査方向における外側へ向かうに従って段階的に荷電粒子線Ｒの上流側に位置するように段差部３２を有している。

【0050】

具体的に、上流側面３０ａでは、基軸ＡＸから走査方向の外側へ向かって一段目の段差部３１までは当該基軸ＡＸと直交する平面が拡がり、一段目の段差部３１の位置で荷電粒子線Ｒの上流側へ向かって所定高さ立ち上がり（垂直であっても垂直でなくともよい）、次の段差部３１まで基軸ＡＸと直交する平面が拡がる。当該繰り返しにより、上流側面３０ａには、走査方向の外側ほど、荷電粒子線Ｒの上流側に位置するような、複数の平面（基軸ＡＸと直交する平面）が形成される。下流側面３０ｂでは、基軸ＡＸから走査方向の外側へ向かって一段目の段差部３２までは当該基軸ＡＸと直交する平面が拡がり、一段目の段差部３２の位置で荷電粒子線Ｒの上流側へ向かって所定深さ下がり（垂直であっても垂直ででなくともよい）、次の段差部３２まで基軸ＡＸと直交する平面が拡がる。当該繰り返しにより、下流側面３０ｂには、走査方向の外側ほど、荷電粒子線Ｒの上流側に位置するような、複数の平面（基軸ＡＸと直交する平面）が形成される。

【0051】

図６を参照して、階段状のディグレーダ３０（ここでは、階段ディグレーダ３０と称する）の段差部３１，３２の設定方法について説明する。なお、湾曲させたディグレーダ１５０（ここでは、湾曲ディグレーダ１５０と称する）を二点鎖線で示している。階段ディグレーダ３０は、当該湾曲ディグレーダ１５０に基づいて設定されるものとする。まず、湾曲ディグレーダ１５０の上流側面１５０ａに基づいて、階段ディグレーダ３０の上流側面３０ａの段差部３１を設定する。ただし、以下に示す上述の段差部３１，３２の設定方法は一例であり、どのように設定してもよい。

【0052】

段差部３１は、下流側の段差点ＤＰ１ａと上流側の段差点ＤＰ１ｂを有するが、上流側の段差点ＤＰ１ｂが湾曲ディグレーダ１５０の上流側面１５０ａと一致するように設定される。一の段差部３１の下流側の段差点ＤＰ１ａは、走査方向の内側に隣接する段差部３１の上流側の段差点ＤＰ１ｂと、Ｚ方向における位置が同一となるように設定される。このような条件下で、段差の高さＴ１が各段差部３１において同程度となるように、段差点ＤＰ１ａ，ＤＰ２ｂを設定する。例えば、湾曲ディグレーダ１５０の曲率中心までの距離が２ｍの場合、４段構成（基軸ＡＸと直交する平面が４段形成されている構成）とした場合、段差部３１の高さＴ１は０．７ｍｍとなる。実用的には、加工精度の観点から、高さＴ１を０．３ｍｍとして９段程度にすることが好ましい。

【0053】

次に、湾曲ディグレーダ１５０の下流側面１５０ｂに基づいて、階段ディグレーダ３０の下流側面３０ｂの段差部３１を設定する。段差部３２には、下流側の段差点ＤＰ２ａと上流側の段差点ＤＰ２ｂを有するが、上流側の段差点ＤＰ２ｂが湾曲ディグレーダ１５０の上流側面１５０ａと一致するように設定される。一の段差部３２の下流側の段差点ＤＰ２ａは、走査方向の内側に隣接する段差部３２の上流側の段差点ＤＰ２ｂと、Ｚ方向における位置が同一となるように設定される。曲率中心と上流側面３０ａの段差点ＤＰ１ｂとを結ぶ直線上に、下流側面３０ｂの段差点ＤＰ２ｂが設定される。また、曲率中心と上流側面３０ａの段差点ＤＰ１ａとを結ぶ直線上に、下流側面３０ｂの段差点ＤＰ２ａが設定される。なお、上流側面３０ａの段差点ＤＰ１ａ，ＤＰ１ｂと、下流側面３０ｂの段差点ＤＰ２ａ，ＤＰ２ｂとは、基軸ＡＸからの距離が異なっている。

【0054】

次に、本実施形態に係るディグレーダ３０の作用・効果について説明する。

【0055】

まず、比較のため、従来のディグレーダについて図５を参照して説明する。従来のディグレーダ１３０は、Ｘ方向及びＹ方向に拡がる板状（厚さがＡで一定）をなしており、ディグレーダ３０の上流側面１３０ａ及び下流側面１３０ｂは、基軸ＡＸと直交する平面をなしている。すなわち照射方向における断面が長方形をなしている。このようなディグレーダ１３０を用いた場合、照射軸と基軸ＡＸが一致する荷電粒子線Ｒ１は、ディグレーダ１３０の上流側面１３０ａに垂直に入射するため、ディグレーダ１３０内の通過距離が厚さと同じくＡとなる。一方、照射軸が基軸ＡＸに対して偏向する荷電粒子線Ｒ２は、ディグレーダ３０内の通過距離がＡよりも大きくなる。具体的には、荷電粒子線Ｒ２の照射軸が基軸ＡＸに対して偏向角θで偏向する場合、ディグレーダ１３０内の通過距離は、「Ａ／ｃｏｓθ」となる。これによって、荷電粒子線Ｒ２の飛程は、荷電粒子線Ｒ１に比して短くなる。

【0056】

従って、前述のディグレーダ１３０内の通過距離と飛程の関係を考慮せずに所定の層ＬＴに対して荷電粒子線Ｒの走査パターンを作成し、荷電粒子線照射装置１が当該走査パターンに基づいて荷電粒子線Ｒを照射した場合、照射軸と基軸ＡＸが一致する荷電粒子線Ｒ１は計画通り層ＬＴに照射されるが、照射軸が基軸ＡＸに対して偏向する荷電粒子線Ｒ２は、層ＬＴよりも上流側の箇所に照射される。これにより、腫瘍１４の所定の箇所に照射される荷電粒子線Ｒの実際の線量が、治療計画時に計画していた線量と異なり、荷電粒子線の照射精度が低下するという問題がある。なお、図５はスキャニング法の場合を例にして説明しているものであるが、ワブラー法の場合についても同様の問題が生じる。例えば、図７に示すように、ガントリの小型化によってＳＡＤ（Source-axis distance：線源回転軸間距離）が短くなる場合や、腫瘍１４が大きくて照射野が大きくなる場合は、ディグレーダ１３０内の荷電粒子線Ｒの通過距離の差が大きくなる。

【0057】

一方、本実施形態に係る荷電粒子線照射装置１では、ディグレーダ３０が、走査方向における外側へ向かうに従って、荷電粒子線Ｒの上流側に位置している。これにより、ディグレーダ３０の走査方向における全体的な形状が、荷電粒子線Ｒの偏向の起点である走査電磁石３ａ，３ｂに対し、湾曲するような形状（図４の場合は、ディグレーダ３０は湾曲形状となり、図６に示すように、段差部３１，３２を形成した場合は、ディグレーダ３０は、近似的に湾曲するような形状となる）となる。従って、偏向角θが大きい荷電粒子線Ｒのディグレーダ３０内の通過距離が大きくなることを抑制することができる。例えば、図４（ａ）に示すように、ディグレーダ３０が一定の厚さＡにて湾曲した形状となっている場合、照射軸が基軸ＡＸと一致する荷電粒子線Ｒ１のディグレーダ３０内の通過距離は厚さＡと等しく、照射軸が基軸ＡＸに対して偏向している荷電粒子線Ｒ２のディグレーダ３０内の通過距離も厚さＡと等しく（又は略等しく）なる。これによって、偏向角θが小さい荷電粒子線Ｒと偏向角θの大きい荷電粒子線Ｒの、ディグレーダ３０内の通過距離の差を小さくすることができるため、偏向角θによる荷電粒子線Ｒの飛程の変化を抑制することができる。以上により、精度良く荷電粒子線の照射を行うことができる。

【0058】

また、荷電粒子線照射装置１において、ディグレーダ３０の上流側面３０ａは、走査方向における外側へ向かうに従って、荷電粒子線Ｒの上流側に位置し、下流側面３０ｂは、走査方向における外側へ向かうに従って、荷電粒子線Ｒの上流側に位置する。このような構成により、ディグレーダ３０の厚さを一定又は略一定にした状態で、ディグレーダ３０の走査方向における全体的な形状を湾曲した形状とすることができる。これにより、偏向角θによる荷電粒子線Ｒのディグレーダ３０内の通過距離を一定又は略一定とすることができる。

【0059】

また、荷電粒子線照射装置１において、ディグレーダ３０は、走査方向における外側へ向かうに従って、段階的に荷電粒子線Ｒの上流側に位置するように段差部３１，３２を有していてもよい。このような複数の段差部３１，３２を形成することで、ディグレーダ３０の形状を、走査方向において近似的に湾曲するような形状とすることができる。これにより、偏向角θによる荷電粒子線Ｒの飛程の変化を抑制できる形状とするためのディグレーダの加工を（図４のようにディグレーダ３０を湾曲した形状とする加工に比して）容易に行うことができる。

【0060】

また、荷電粒子線照射装置１において、ディグレーダ３０は、走査方向における外側へ向かうに従って、荷電粒子線Ｒの上流側へ位置するように湾曲していてもよい。例えば、図６のように段差部３１，３２を設けた場合は、偏向角θによって荷電粒子線Ｒのディグレーダ３０内の通過距離に若干のばらつきが生じるが、図４に示すようにディグレーダ３０が湾曲していることにより、走査方向における全領域において、偏向角θによる荷電粒子線Ｒのディグレーダ３０内の通過距離を正確に一定または略一定とすることができる。これによって荷電粒子線Ｒの照射の精度をより向上させることができる。

【0061】

また、荷電粒子線照射装置１において、ディグレーダ３０は、Ｘ方向における外側へ向かうに従って、荷電粒子線Ｒの上流側に位置すると共に、Ｙ方向における外側に向かうに従って、荷電粒子線Ｒの上流側に位置する。これによって、Ｘ方向及びＹ方向のいずれの位置においても、偏向角θによる荷電粒子線Ｒのディグレーダ３０内の通過距離を一定または略一定とすることができる。これによって荷電粒子線Ｒの照射の精度を一層向上させることができる。

【0062】

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

【0063】

例えば、上述の実施形態では板状のディグレーダ３０を用いた場合の例について説明したが、図８や図９に示すようなディグレーダ４０，５０を用いてもよい。

【0064】

図８に示すように、楔形のディグレーダ４０に対して本発明を適用してもよい。図８（ａ）に示すディグレーダ４０は、断面直角三角形状のディグレーダ４０Ａ，４０Ｂを、Ｚ方向に対向させ、アクチュエータ４５で各ディグレーダ４０Ａ，４０ＢをＸ方向に移動させることによって、飛程の調整を行うものである。なお、図８（ａ）は、構成を分かり易くするために、ディグレーダ４０Ａ，４０Ｂを基軸ＡＸの位置においてＸＺ平面で切断した断面を示している。図８（ｂ）では、図８（ａ）で切断された部分（基軸ＡＸよりも紙面右側の部分）の断面も示している。

【0065】

図８（ａ）に示すように、上流側に配置されるディグレーダ４０Ａは、直角三角形の断面の長辺（基軸ＡＸと直交する）に該当する上流側面４０Ａａ、斜辺に該当する下流側面４０Ａｂ、短辺（基軸ＡＸと平行となる）に該当する側面４０Ａｃを有している。側面４０Ａｃには、ディグレーダ４０ＡをＸ方向に往復動させるアクチュエータ４５が接続されている。下流側に配置されるディグレーダ４０Ａは、直角三角形の断面の斜辺に該当する上流側面４０Ｂａ、長辺（基軸ＡＸと直交する）に該当する下流側面４０Ｂｂ、短辺（基軸ＡＸと平行となる）に該当する側面４０Ｂｃを有している。側面４０Ｂｃには、ディグレーダ４０ＡをＸ方向に往復動させるアクチュエータ４５が接続されている。ディグレーダ４０Ａの下流側面４０Ａｂとディグレーダ４０Ｂの上流側面４０Ｂａとは、平行をなすように対向している。アクチュエータ４５によってディグレーダ４０Ａとディグレーダ４０ＢをＸ方向に移動させることで、荷電粒子線Ｒがディグレーダ４０Ａ，４０Ｂ内を通過する通過距離（ディグレーダ４０Ａとディグレーダ４０Ｂの合計）を調整することができる。

【0066】

なお、ディグレーダ４０Ｂは、上流側面４０ＢａのみはＸ方向の外側に向かうに従って上流側に位置しているものの、下流側面４０ＢｂはＸ方向の外側に向かっても上流側に位置しておらず、ディグレーダ４０Ｂの厚さはＸ方向の外側に向かうに従って増加するような構成となっている。このような形状は、本願発明における「ディグレーダが、走査方向における外側へ向かうに従って、荷電粒子線の上流側に位置する」ような形状には該当しないものとする。

【0067】

図８（ｂ）に示すように、ディグレーダ４０Ａ，４０Ｂは、走査方向（ここではＹ方向）における外側へ向かうに従って、荷電粒子線Ｒの上流側に位置している。ディグレーダ４０Ａの上流側面４０Ａａ及び下流側面４０Ａｂは、Ｙ方向に対して湾曲しており、Ｙ方向における外側へ向かうに従って、荷電粒子線Ｒの上流側に位置している。ディグレーダ４０Ｂの上流側面４０Ｂａ及び下流側面４０Ｂｂは、Ｙ方向に対して湾曲しており、Ｙ方向における外側へ向かうに従って、荷電粒子線Ｒの上流側に位置している。これによって、Ｙ方向に走査される荷電粒子線Ｒのディグレーダ４０Ａ，４０Ｂ内の通過距離を一定または略一定にすることができる。なお、上流側面４０Ａａ，４０Ｂａ及び下流側面４０Ａｂ，４０Ｂｂを湾曲面に代えて、図６に示すような階段状の面としてもよい。

【0068】

図９に示すように、段差状のディグレーダ５０に対して本発明を適用してもよい。図９（ａ）に示すディグレーダ５０は、段差状に形成されることで厚さが異なる部分を複数有しており、荷電粒子線Ｒを入射させる部分の厚さを変更することで、飛程の調整を行うものである。なお、図９（ａ）は、構成を分かり易くするために、ディグレーダ５０を基軸ＡＸの位置においてＸＺ平面で切断した断面を示している。図９（ｂ）は、図９（ａ）中の矢印Ｄの方向から見た図であり、図９（ｂ）では、図９（ａ）で切断された部分（基軸ＡＸよりも紙面右側の部分）の断面も示している。

【0069】

図９（ａ）に示すように、ディグレーダ５０は、Ｘ方向に沿って、段階的に厚さが変化する構成を有している。すなわち、ディグレーダ５０の下流側面５０ｂは、Ｘ方向における全領域においてＺ方向の位置が一定であるに対し、上流側では、上流側面５１、上流側面５２、上流側面５３、上流側面５４、上流側面５５の順でＺ方向において上流側に配置される。当該ディグレーダ５０を用いる場合、荷電粒子線Ｒを入射させる上流側面を変更することによって、飛程の調整を行う。ディグレーダ５０の側面５０ｃには、当該ディグレーダ５０をＸ方向に往復動させるアクチュエータ５６が接続されている。

【0070】

図９（ｂ）に示すように、ディグレーダ５０は、走査方向（ここではＹ方向）における外側へ向かうに従って、荷電粒子線Ｒの上流側に位置している。ディグレーダ５０の各上流側面５１〜５５及び下流側面５０ｂは、Ｙ方向に対して湾曲しており、Ｙ方向における外側へ向かうに従って、荷電粒子線Ｒの上流側に位置している。これによって、Ｙ方向に走査される荷電粒子線Ｒがディグレーダ５０内の通過距離を一定または略一定にすることができる。なお、上流側面５１〜５５及び下流側面５０ｂを湾曲面に代えて、図６に示すような階段状の面としてもよい。

【0071】

なお、ディグレーダ５０は、上流側面のみはＸ方向の外側の一方に向かうに従って段階的に上流側に位置する部分（図９（ａ）の基軸ＡＸよりも紙面右側）を有しているものの、下流側面５０ｂはＸ方向の外側に向かっても上流側に位置しておらず、ディグレーダ５０の厚さはＸ方向の外側の一方に向かうに従って増加するような構成となっている。このような形状は、本願発明における「ディグレーダが、走査方向における外側へ向かうに従って、荷電粒子線の上流側に位置する」ような形状には該当しないものとする。

【符号の説明】

【0072】

１…荷電粒子照射装置、３ａ，３ｂ…走査電磁石、３０，４０，５０…ディグレーダ、３０ａ，４０ａ，５１，５２，５３，５４，５５…上流側面、３０ｂ，４０ｂ，５１ｂ…下流側面、３１，３２…段差部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】