特許 6594835 荷電粒子線治療装置、及びリッジフィルタ

(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】6594835

(24)【登録日】2019年10月4日

(45)【発行日】2019年10月23日

(54)【発明の名称】荷電粒子線治療装置、及びリッジフィルタ

(51)【国際特許分類】

   A61N 5/10 20060101AFI20191010BHJP

【ＦＩ】

   A61N5/10 N

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-171800(P2016-171800)

(22)【出願日】2016年9月2日

(65)【公開番号】特開2018-33843(P2018-33843A)

(43)【公開日】2018年3月8日

【審査請求日】2019年1月22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】上口 長昭

【審査官】 木村 立人

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−３１４３２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１９２３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２０２０４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０８９７０６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｎ ５／１０

Ｇ２１Ｋ １／００ ― ５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器と、
前記荷電粒子線を被照射体へ照射する照射部と、
前記照射部に設けられ、前記荷電粒子線の拡大ブラッグピークを生成するリッジフィルタと、を備え、
前記リッジフィルタは、入射した前記荷電粒子線のエネルギーを低減させる減衰部材を前記荷電粒子線の照射方向と交差する交差方向に複数備え、
前記減衰部材は、前記照射方向に沿って断面積が変化し、前記交差方向から見た場合における側面が、他の前記減衰部材の側面と接合されており、
前記リッジフィルタのうち、前記照射方向から見た場合における前記減衰部材と異なる位置には、前記照射方向に貫通する貫通部が形成されている、荷電粒子線治療装置。

【請求項2】

前記交差方向は、第１の方向、及び当該第１の方向と交差する第２の方向を有し、
前記減衰部材は、錐形状を有しており、前記第１の方向に沿って並べられており、且つ、前記第２の方向に沿って並べられている、請求項１に記載の荷電粒子線治療装置。

【請求項3】

荷電粒子線の拡大ブラッグピークを生成する荷電粒子線治療装置用のリッジフィルタであって、
入射した荷電粒子線のエネルギーを低減させる減衰部材を前記荷電粒子線の照射方向と交差する交差方向に複数備え、
前記減衰部材は、前記照射方向に沿って断面積が変化し、前記交差方向から見た場合における側面が、他の前記減衰部材の側面と接合されており、
前記照射方向から見た場合における前記減衰部材と異なる位置には、前記照射方向に貫通する貫通部が形成されている、リッジフィルタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷電粒子線治療装置、及びリッジフィルタに関する。

【背景技術】

【0002】

荷電粒子線を照射する荷電粒子線治療装置が知られている。このような荷電粒子線治療装置は、荷電粒子線の拡大ブラッグピークを生成するためのリッジフィルタを有する場合がある（例えば、特許文献１参照）。このリッジフィルタは、三角形状の断面形状を有して延びる減衰部を複数有し、リッジフィルタ全域に広がる支持部にて、複数の減衰部の底部側を支持している。荷電粒子線を構成する荷電粒子は、通過する減衰部の厚さに応じてそのエネルギーが低下する。従って、荷電粒子線の照射方向において、減衰部が厚い部分を通過する荷電粒子はエネルギーが低くなり、減衰部が薄い部分を通過する荷電粒子はエネルギーが高いままとなる。その結果、エネルギーが異なる荷電粒子が混在する、すなわち、エネルギーにある程度の幅を持った（拡大ブラッグピークを有する）荷電粒子線を得ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−２３１９８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述のような荷電粒子線治療装置において、リッジフィルタに荷電粒子線が入射すると、減衰部だけでなく支持部材にも荷電粒子線が入射するため、荷電粒子線が支持部材を通過する際に荷電粒子線が散乱するという問題が生じ得る。意図せず荷電粒子線が散乱すると、荷電粒子線の所望の線量分布を得られなくなるおそれがある。

【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、荷電粒子線の散乱を抑制できる荷電粒子線治療装置及びリッジフィルタ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治療装置は、荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器と、荷電粒子線を被照射体へ照射する照射部と、照射部に設けられ、荷電粒子線の拡大ブラッグピークを生成するリッジフィルタと、を備え、リッジフィルタは、入射した荷電粒子線のエネルギーを低減させる減衰部材を荷電粒子線の照射方向と交差する交差方向に複数備え、減衰部材は、照射方向に沿って断面積が変化し、交差方向から見た場合における側面が、他の減衰部材の側面と接合されており、リッジフィルタのうち、照射方向から見た場合における減衰部材と異なる位置には、照射方向に貫通する貫通部が形成されている。

【0007】

本発明に係る荷電粒子線治療装置では、リッジフィルタは、入射した荷電粒子線のエネルギーを低減させる減衰部材を荷電粒子線の照射方向と交差する交差方向に複数備えている。ここで、減衰部材は、交差方向から見た場合における側面が、他の減衰部材の側面と接合されている。このように、隣り合う減衰部材同士が互いに支持し合うことにより、減衰部材全体を支持するような支持部材を設けなくとも、リッジフィルタとしての強度を確保することができる。そして、支持部材を設けなくとも強度を確保することができるため、リッジフィルタのうち、照射方向から見た場合における減衰部材と異なる位置に、照射方向に貫通する貫通部を形成することができる。このような構造により、減衰部材に入射されない荷電粒子線は、貫通部を通過することができるため、散乱することなく、リッジフィルタの下流側へ向かうことができる。以上により、荷電粒子線の散乱を抑制できる。

【0008】

本発明に係る荷電粒子線治療装置において、交差方向は、第１の方向、及び当該第１の方向と交差する第２の方向を有し、減衰部材は、錐形状を有しており、第１の方向に沿って並べられており、且つ、第２の方向に沿って並べられていてよい。このような構成により、支持部材を設けなくとも、リッジフィルタとしての強度を確保することができる。また、減衰部材が錐形状を有し、且つ、第１の方向及び第２の方向に沿って並べられることで二次元的な配列にて配置される。例えば、図７に示すような比較例に係るリッジフィルタでは、第２の方向に真っ直ぐ延びる減衰部材を第１の方向に並べているため、第１の方向にはブラッグピークの濃淡が出るものの、第２の方向には濃淡がでず、平面的にとらえた場合に縞模様の濃淡となる。一方、減衰部材を二次元的な配列にて配置することで、ブラッグピークの濃淡を平面的にすることができ、これによってブラッグピークの濃淡を一様に近づけることができる。

【0009】

また、本発明に係るリッジフィルタは、荷電粒子線の拡大ブラッグピークを生成する荷電粒子線治療装置用のリッジフィルタであって、入射した荷電粒子線のエネルギーを低減させる減衰部材を荷電粒子線の照射方向と交差する交差方向に複数備え、減衰部材は、照射方向に沿って断面積が変化し、交差方向から見た場合における側面が、他の減衰部材の側面と接合されており、照射方向から見た場合における減衰部材と異なる位置には、照射方向に貫通する貫通部が形成されている。

【0010】

本発明に係るリッジフィルタによれば、上述の荷電粒子線治療装置と同様の作用・効果を得ることができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、荷電粒子線の散乱を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係る荷電粒子線治療装置を設置した建屋の断面図である。

【図2】図２は、本発明の実施形態に係る荷電粒子線治療装置の照射部付近の構成を示す斜視図である。

【図3】図３は、本発明の実施形態に係る荷電粒子線治療装置の概略構成図である。

【図4】図４は、リッジフィルタを荷電粒子線の照射方向における上流側から下流側へ向かって見た図である。

【図5】図５（ａ）は、リッジフィルタの拡大図であり、図５（ｂ）はリッジフィルタを構成する減衰部材の斜視図である。

【図6】図６（ａ）は、図５（ａ）中に示すＶＩａ−ＶＩａ線に沿った断面図であり、図６（ｂ）は、図５（ａ）中に示すＶＩｂ−ＶＩｂ線に沿った断面図である。

【図7】図７（ａ）は、比較例に係るリッジフィルタの全体構成を示す斜視図であり、図７（ｂ）は比較例に係るリッジフィルタの拡大断面図である。

【図8】図８（ａ），（ｂ）は、変形例に係るリッジフィルタを示す図である。

【図9】図９（ａ），（ｂ）は、変形例に係るリッジフィルタを示す図である。

【図10】図１０は、変形例に係るリッジフィルタを示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付図面を参照しながら本発明に係る荷電粒子線治療装置、及びリッジフィルタについて説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0014】

図１は、本発明の実施形態に係る荷電粒子線治療装置を設置した建屋５０の断面図である。図２は、本発明の実施形態に係る荷電粒子線治療装置の照射部付近の構成を示す斜視図である。図３は、本発明の実施形態に係る荷電粒子線治療装置の概略構成図である。図３に示すように、荷電粒子線治療装置１は、患者１５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。

【0015】

なお、以下の説明においては、「Ｘ軸方向」、「Ｙ軸方向」、「Ｚ軸方向」という語を用いて説明する。「Ｚ軸方向」とは、照射部８（詳細は後述する）内において荷電粒子線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軸方向」とは、Ｚ軸方向と直交する平面内における一の方向である。「Ｙ軸方向」とは、Ｚ軸方向と直交する平面内においてＸ軸方向と直交する方向である。

【0016】

図１及び図３に示すように、荷電粒子線治療装置１は、加速器２と、照射部（照射ノズル）８を備える回転ガントリー３と、輸送ライン４０と、制御装置７と、を備えている。図１に示すように、荷電粒子線治療装置１は、建屋５０の中に設置されている。図１に示す例では、建屋５０は複数階（ここでは２階）の建物であり、加速器２及び回転ガントリー３は、それぞれの階層の部屋に設置されている。輸送ライン４０は、建屋５０の各階層にわたって設けられており、加速器２と回転ガントリー３の照射部８（図２参照）を接続している。回転ガントリー３は、患者１５が載置される治療台４のまわりを回転又は揺動可能である。照射部８による荷電粒子線の照射方向は、回転ガントリー３の回転によって変更可能である。なお、加速器２及び回転ガントリー３は、それぞれ異なる階層に設置されるのではなく、同じ階層に設置されてもよい。また、照射部８は、回転ガントリー３に取り付けられずに、室内で固定された状態（いわゆる固定照射方式）としてもよい。

【0017】

加速器２は、荷電粒子を加速して、荷電粒子線Ｒを出射する。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、輸送ライン４０によって照射部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、制御装置７によってその動作が制御される。

【0018】

輸送ライン４０は、加速器２から出射された荷電粒子線Ｒを照射部８へ輸送するラインである。輸送ライン４０には、内部が真空状態又は不活性ガスで満たされた状態のダクトや、ダクト内を通過する荷電粒子線Ｒの進行方向を変化させるための磁場を生成する偏向電磁石等が設けられている。

【0019】

照射部８は、回転ガントリー３内において治療台４上に載置された患者１５に対して荷電粒子線Ｒを照射する。照射部８は、走査電磁石３ａ，３ｂと、モニタ４ａ，４ｂと、散乱体５と、リッジフィルタ２２と、ディグレーダ３０と、マルチリーフコリメータ２４と、ボーラス２６と、患者コリメータ２７と、を備える。なお、照射部８内の各部品は荷電粒子線Ｒの照射方式に応じて適宜省略するか、荷電粒子線Ｒの照射が妨げられない位置へ退避してもよい。また、ディグレーダ３０及び患者コリメータ２７は省略してもよい。

【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軸方向走査電磁石３ａは、Ｘ軸方向に荷電粒子線Ｒを走査し、Ｙ軸方向走査電磁石３ｂは、Ｙ軸方向に荷電粒子線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。走査電磁石３ａ，３ｂは、荷電粒子線Ｒが予め定めた軌道（例えば、円軌道やジグザグ軌道等）となるように荷電粒子線Ｒを走査する。

【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軸方向走査電磁石３ａの上流側に配置されている。モニタ４ｂは、基軸ＡＸ上であってディグレーダ３０の下流側に配置されている。ただし、各モニタ４ａ，４ｂの位置は特に限定されない。

【0022】

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。

【0023】

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１５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。これにより、荷電粒子線Ｒのブラッグピークが厚さ方向（ここではＺ軸方向）に一様に広がる。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。なお、リッジフィルタ２２の詳細な説明は、後述する。

【0024】

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。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、照射部８内のディグレーダ３０で微調整が行われてもよい。ディグレーダ３０は、基軸ＡＸ上であって、走査電磁石３ａ，３ｂ、散乱体５、及びリッジフィルタ２２よりも荷電粒子線Ｒの下流側に設けられ、患者１５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。ただし、ディグレーダ３０の位置は特に限定されない。ディグレーダ３０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に拡がる板状の部材である。

【0025】

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。

【0026】

また、ＭＬＣ２４は、Ｚ軸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軸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。

【0027】

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、照射部８の先端部８ａに設けられている。

【0028】

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、散乱体５、リッジフィルタ２２、ディグレーダ３０、及びＭＬＣ２４のそれぞれの動作を必要に応じて制御する。

【0029】

図３に示す荷電粒子線治療装置１により、ワブラー法（ブロードビーム法）によって荷電粒子線Ｒの照射を行う場合、腫瘍１４の形状に合わせて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。また、治療が行われる患者１５用のボーラス２６及び患者コリメータ２７が照射部８に取り付けられる。

【0030】

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によって所定の軌道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。

【0031】

なお、図３では、ワブラー法による荷電粒子線治療装置１を例示したが、必要な構成要素のセット・退避を切り替えることで、ワブラー法と他の照射方法（例えば、積層原体法）とを切替可能な構成としてもよい。また、本実施形態に係るリッジフィルタ２２は、拡大ブラッグピークを生成する場合であれば照射方式に関わらず用いることができるため、積層原体法による照射の際に用いてもよい。積層原体法による照射を行う場合には、生成される拡大ブラッグピークがワブラー法（ブロードビーム法）時の拡大ブラッグピークよりも小さくなるような薄いリッジフィルタ２２が用いられる。

【0032】

次に、リッジフィルタ２２の構成の詳細について、図４〜図６を用いて説明する。図４は、リッジフィルタを荷電粒子線の照射方向における上流側から下流側へ向かって見た図である。図５（ａ）は、リッジフィルタの拡大図である。図５（ｂ）はリッジフィルタを構成する減衰部材の拡大図である。図６（ａ）は、図５（ａ）中に示すＶＩａ−ＶＩａ線に沿った断面図である。図６（ｂ）は、図５（ａ）中に示すＶＩｂ−ＶＩｂ線に沿った断面図である。なお、本実施形態では、ＸＹ平面方向が、請求項における「交差方向」に該当し、Ｘ軸方向が「第１の方向」に該当し、Ｙ軸方向が「第２の方向」に該当するものとして説明する。ただし、ＸＹ平面方向におけるいずれの位置が「第１の方向」及び「第２の方向」に該当してもよい。

【0033】

図４に示すように、リッジフィルタ２２は、全体として矩形板状の形状を有しており、矩形板状に構成されている本体部１１と、本体部１１を全周に亘って取り囲む矩形環状の枠体１２と、を備えている。枠体１２は、本体部１１の四辺に沿ってそれぞれ延びると共に、本体部１１の四方の角部において互いに連結されている。後述のように、本体部１１は複数の貫通部１６を有する部材であるが、枠体１２が本体部１１の四方を支持することで、リッジフィルタ２２の強度を確保することができる。リッジフィルタ２２の材料として、例えば、アルミニウム、樹脂等を用いてよい。なお、本体部１１の材料及び枠体１２の材料は同一であってもよく、異なる材料であってもよい。なお、リッジフィルタ２２の材料として樹脂を採用する場合、光造形装置を用いてリッジフィルタ２２の三次元構造を形成することができる。

【0034】

図５（ａ）に示すように、リッジフィルタ２２の本体部１１は、入射した荷電粒子線Ｒのエネルギーを低減させる減衰部材１３を複数備えている。減衰部材１３は、荷電粒子線Ｒの照射方向（基軸ＡＸが延びる方向）と交差するＸＹ平面上に並べられている。減衰部材１３は、荷電粒子線Ｒの照射方向に沿って断面積が変化する部材である。本実施形態では、図５（ｂ）に示すように、減衰部材１３は、錐形状であって、底面が略正方形（正方向の四隅が面取りされた八角形）である四角錐を基本形状としている。従って、減衰部材１３は、照射方向に上流側から下流側（Ｚ軸正方向）へ向かって、断面積が増加する。なお、図５（ｂ）は、本体部１１における複数の減衰部材１３の一つ当たりの形状を示す斜視図である。後述のように、減衰部材１３は、他の減衰部材１３との接合面として、底面１３ａと、隣り合う二つの斜面１３ｂとが、角部にて平面状に切り欠かれた側面１３ｃを有している。側面１３ｃは三角形状を有している。ただし、ここでは説明の便宜上、側面１３ｃを定義しているが、実際のリッジフィルタ２２は、各減衰部材１３は、互いに一体的に接合されているため、側面１３ｃ同士の境界面は消滅した状態にある。

【0035】

図５（ａ）に示すように、本実施形態では、減衰部材１３の底面１３ａの一方の対角線がＹ軸方向と平行となり、他方の対角線がＸ軸方向と平行となるように配置される。当該状態で、減衰部材１３は、Ｙ軸方向に複数並べられると共に、Ｘ軸方向に複数並べられている。すなわち、減衰部材１３は、少なくとも２つの方向に沿って、二次元的に配置されている。減衰部材１３は、Ｘ軸方向における両端側に側面１３ｃを有し、Ｙ軸方向における両端側に側面１３ｃを有している。従って、Ｘ軸方向に互いに隣り合う減衰部材１３は、側面１３ｃ同士で互いに接合されている。Ｙ軸方向に互いに隣り合う減衰部材１３は、側面１３ｃ同士で互いに接合されている。また、照射方向における上流側から下流側を見たときに、各減衰部材１３の斜辺１３ｄは、互いに連結されて、Ｙ軸方向に真っ直ぐに延びる直線及びＸ軸方向に真っ直ぐに延びる直線を形成するように、並べられる。

【0036】

このような構成により、減衰部材１３は、ＸＹ平面方向から見た場合における側面１３ｃが、他の減衰部材１３の側面１３ｃと接合されている。本実施形態では、図６（ａ）に示すように、減衰部材１３では、Ｙ軸方向から見た場合における側面１３ｃが、他の減衰部材１３の側面１３ｃと接合されている。また、照射方向における上流側（Ｚ軸方向負側）では、各減衰部材１３の斜辺１３ｄが組み合わせられることによって、二等辺三角形状の突出部が複数並べられた構成（あるいは、Ｖ字状の溝部が複数並べられた構成）となる。また、照射方向における下流側（Ｚ軸方向正側）では、各減衰部材１３の底面１３ａが組み合わせられることによって、Ｘ軸方向へ真っ直ぐに広がる平面が構成される。同様に、減衰部材１３は、Ｘ軸方向から見た場合における側面１３ｃが、他の減衰部材１３の側面１３ｃと接合されている。Ｘ軸方向から見た場合における断面形状は、図６（ａ）に示すようなＹ軸方向から見た場合における断面形状と同趣旨の構成を有する。

【0037】

図５（ａ）に示すように、リッジフィルタ２２の本体部１１のうち、照射方向から見た場合における減衰部材１３と異なる位置には、照射方向に貫通する貫通部１６が形成されている。減衰部材１３と異なる位置とは、本体部１１のうち、減衰部材１３が配置されている領域を除く領域である。すなわち、本体部１１のうち、減衰部材１３が配置されてない領域が、「減衰部材１３と異なる位置」に該当する。本実施形態では、各減衰部材１３の底面１３ａのそれぞれの縁部１３ｅで囲まれる部分に、正方形状の貫通部１６が形成される。この貫通部１６は、対角線がＹ軸方向と平行をなし、Ｘ軸方向と平行をなすように形成される。また、貫通部１６は、Ｙ軸方向に沿って所定のピッチで複数並べられ、Ｘ軸方向に沿って所定のピッチで複数並べられる。

【0038】

減衰部材１３は、ＸＹ平面方向から見た場合における縁部１３ｅが、他の減衰部材１３の縁部１３ｅと貫通部１６を介して離間している。本実施形態では、図６（ｂ）に示すように、減衰部材１３は、Ｘ軸方向正側へ向かってＹ軸方向負側へ４５°傾斜した方向から見た場合における縁部１３ｅが、他の減衰部材１３の縁部１３ｅと貫通部１６を介して離間している。照射方向における上流側（Ｚ軸方向負側）では、各減衰部材１３の斜面１３ｂが組み合わせられることによって、二等辺三角形状の突出部が複数並べられた構成となる。また、照射方向における下流側（Ｚ軸方向正側）では、各減衰部材１３の底面１３ａが貫通部１６で分断されながら、Ｘ軸方向へ真っ直ぐに広がる平面が構成される。同様に、減衰部材１３は、Ｘ軸方向から見た場合における側面１３ｃが、他の減衰部材１３の側面１３ｃと接合されている。Ｘ軸方向正側へ向かってＹ軸方向正側へ４５°傾斜した方向から見た場合における断面形状は、図６（ｂ）に示すような断面形状と同趣旨の構成を有する。

【0039】

上述のような減衰部材１３及び貫通部１６は、本体部１１全域において、同一の形状及び同一の配列にて並べられる。また、減衰部材１３及び貫通部１６によるパターン構造は、Ｙ軸に対して対称性を有すると共に、Ｘ軸に対して対称性を有している。従って、照射方向から見て、本体部１１の各領域において、減衰部材１３が占める面積と貫通部１６が占める面積との間の比率は、略一定となる。具体的には、図４に示すように、本体部１１に対して所定の単位面積ＳＥを設定する。当該単位面積ＳＥを本体部１１内でどのように移動させた場合であっても、単位面積ＳＥ内において、減衰部材１３が占める面積と貫通部１６が占める面積との間の比率は、略一定であってよい。このように減衰部材１３が占める面積と貫通部１６が占める面積との間の比率を略一定とした状態で、錐形状を所定のパターンでＹ軸方向及びＸ軸方向に互いに連結することで、本体部１１の強度を確保している。ここで、本体部１１は、自重によって本体部１１が撓むこと無く、平板状の姿勢を維持できる程度の強度を維持していることが好ましい。

【0040】

次に、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１及びリッジフィルタ２２の作用・効果について説明する。

【0041】

まず、図７を参照して、比較例に係るリッジフィルタ１００について説明する。比較例に係るリッジフィルタ１００は、同一断面形状でＸ軸方向へ複数配列される減衰部材１１１と、複数の減衰部材１１１全体を支持する支持部材１１２と、を備える。減衰部材１１１は、荷電粒子線Ｒの照射方向における上流側へ向かって突出する三角形状の断面形状を有しており、当該断面形状にてＹ軸方向へ沿って延びている。また、図７（ｂ）に示すように、互いに隣り合う減衰部材１１１同士の間には、隙間１１３が形成されるが、当該隙間１１３に対応する部分においても、支持部材１１２が広がっている。従って、リッジフィルタ１００に入射した荷電粒子線Ｒは、減衰部材１１１を通過しない箇所においても支持部材１１２を通過することになるため、当該支持部材１１２にて荷電粒子線Ｒが散乱する場合がある。

【0042】

これに対し、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１では、リッジフィルタ２２は、入射した荷電粒子線Ｒのエネルギーを低減させる減衰部材１３を荷電粒子線Ｒの照射方向と交差するＸＹ平面方向に複数備えている。ここで、減衰部材１３は、ＸＹ平面方向から見た場合における側面１３ｃが、他の減衰部材１３の側面１３ｃと接合されている。このように、隣り合う減衰部材１３同士が互いに支持し合うことにより、減衰部材１３全体を支持するような支持部材を設けなくとも、リッジフィルタ２２としての強度を確保することができる。そして、支持部材を設けなくとも強度を確保することができるため、リッジフィルタ２２のうち、照射方向から見た場合における減衰部材１３と異なる位置に、照射方向に貫通する貫通部１６を形成することができる。このような構造により、減衰部材１３に入射しない荷電粒子線Ｒは、貫通部１６を通過することができるため、散乱することなく、リッジフィルタ２２の下流側へ向かうことができる。以上により、荷電粒子線Ｒの散乱を抑制できる。

【0043】

本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１において、ＸＹ平面方向は、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向を有している。減衰部材１３は、錐形状を有しており、Ｘ軸方向に沿って並べられており、且つ、Ｙ軸方向に沿って並べられている。このような構成により、支持部材を設けなくとも、リッジフィルタ２２としての強度を確保することができる。また、減衰部材１３が錐形状を有し、且つ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って並べられることで二次元的な配列にて配置される。例えば、図７に示すような比較例に係るリッジフィルタ１００では、Ｙ軸方向に真っ直ぐ延びる減衰部材１１１をＸ軸方向に並べているため、Ｘ軸方向にはブラッグピークの濃淡が出るものの、Ｙ軸方向には濃淡がでず、平面的にとらえた場合に縞模様の濃淡となる。一方、減衰部材１３を二次元的な配列にて配置することで、ブラッグピークの濃淡を平面的にすることができ、これによってブラッグピークの濃淡を一様に近づけることができる。

【0044】

また、本実施形態に係るリッジフィルタ２２は、荷電粒子線Ｒの拡大ブラッグピークを生成する荷電粒子線治療装置用のリッジフィルタ２２であって、入射した荷電粒子線Ｒのエネルギーを低減させる減衰部材１３を荷電粒子線Ｒの照射方向と交差するＸＹ平面方向に複数備える。減衰部材１３は、照射方向に沿って断面積が変化し、交差方向から見た場合における側面１３ｃが、他の減衰部材１３の側面１３ｃと接合されている。照射方向から見た場合における減衰部材１３と異なる位置には、照射方向に貫通する貫通部１６が形成されている。

【0045】

本実施形態に係るリッジフィルタ２２によれば、上述の荷電粒子線治療装置１と同様の作用・効果を得ることができる。

【0046】

本発明は、上述の実施形態に限定されない。

【0047】

減衰部材の形状及び配列は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、図８に示すように、三角錐形状の減衰部材１５０を採用してもよい。図８（ａ）に示す例では、各減衰部材１５０が一定方向を向いた状態で並べられており、三つの減衰部材１５０の各縁部１５０ｅで三角形状の貫通部１５６を形成するようなパターンで配列されてよい。あるいは、図８（ｂ）に示すように、六つの減衰部材１５０が互いに向きを変化させながら互いに接合され、各減衰部材１５０の縁部１５０ｅで六角形状の貫通部１５７を形成するようなパターンで配列されてよい。図８（ａ）及び図８（ｂ）のいずれの例においても、減衰部材１５０は、隣り合う減衰部材１５０と、角部の部分に形成された側面を介して接合されている。

【0048】

また、図９（ａ）に示すように、六角錐形状の減衰部材１６０を採用し、各角部において側面を介して他の減衰部材１６０と接合されている。各減衰部材１６０の縁部１６０ｅによって三角形状の貫通部１６６が形成される。図９（ｂ）に示すように、八角錐形状の減衰部材１７０を採用し、側面を介して他の減衰部材１７０と接合されている。各減衰部材１７０の縁部１７０ｃによって四角形状の貫通部１７６が形成される。

【0049】

また、減衰部材は、上述の実施形態及び変形例のように、完全な錐形状でなくともよく、段差形状を組み合わせることで錐形状を近似的に構成したものであってもよい。例えば、図１０に示すリッジフィルタは、図８（ｂ）に示すリッジフィルタの三角錐形状の減衰部材１５０を近似的に構成した減衰部材１８０を備えている。減衰部材１８０は、略三角板状の部材１８１を複数段積層することによって構成されている。この部材１８１は、照射方向における上流に向かうに従って、相似形を維持したまま徐々に寸法が小さくなっていく。これにより、減衰部材１８０は、三角錐の斜面を複数段の段差面で近似した構成を有する。このような減衰部材１８０も、照射方向に沿って断面積が変化する形状に該当する。

【0050】

図８及び図９は、いずれもＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って、特定のパターンで配列されている。従って、リッジフィルタの各領域において、減衰部材が占める面積と、貫通部が占める面積の比率を略一定にすることができる。なお、図８及び図９以外でも、あらゆる減衰部材の形状及び配列パターンを採用してもよい。なお、各リッジフィルタの減衰部材は、アルキメデスの平面充填を満たす幾何模様をなしている。また、上述の例の減衰部材の全ての錐形状は円錐に置換されてよい。

【符号の説明】

【0051】

１…荷電粒子線治療装置、２…加速器、８…照射部、１３，１５０,１６０，１７０，１８０…減衰部材、１６，１５６，１５７，１６６，１７６…貫通部、２２…リッジフィルタ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】