ホーム > 特許ランキング > 住友重機械工業株式会社
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022134356
(43)【公開日】2022-09-15
(54)【発明の名称】荷電粒子線照射システム
(51)【国際特許分類】
A61N 5/10 20060101AFI20220908BHJP
【ＦＩ】
A61N5/10 N
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021033429
(22)【出願日】2021-03-03
(71)【出願人】
【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】山口 喬
(72)【発明者】
【氏名】水谷 昌平
(72)【発明者】
【氏名】荒屋 正幸
(72)【発明者】
【氏名】須釜 裕也
【テーマコード（参考）】
4C082
【Ｆターム（参考）】
4C082AA01
4C082AC05
4C082AE01
4C082AG31
4C082AG42
(57)【要約】
【課題】被照射体に対して適切に荷電粒子線を照射することができる、荷電粒子線照射システムを提供する。
【解決手段】スノートディグレーダ３０が、荷電粒子線Ｂのペナンブラの調整を行うことで、照射部２が腫瘍１４の境界部付近に照射を行う際に、腫瘍１４の外部に荷電粒子線Ｂの照射が行われることを抑制することができる。ここで、スノートディグレーダ３０を保持する保持部６０が、照射部２に設けられている。そのため、腫瘍１４に照射される荷電粒子線Ｂとスノートディグレーダ３０との間の位置合わせを容易に行うことができる。そのため、スノートディグレーダ３０で適切な位置でペナンブラを調整した状態にて、照射部２が腫瘍１４に荷電粒子線Ｂを照射することができる。本実施形態では、スノートディグレーダ３０を保持部６０に保持させればよいだけなので、位置合わせが容易である。
【選択図】図２
【解決手段】スノートディグレーダ３０が、荷電粒子線Ｂのペナンブラの調整を行うことで、照射部２が腫瘍１４の境界部付近に照射を行う際に、腫瘍１４の外部に荷電粒子線Ｂの照射が行われることを抑制することができる。ここで、スノートディグレーダ３０を保持する保持部６０が、照射部２に設けられている。そのため、腫瘍１４に照射される荷電粒子線Ｂとスノートディグレーダ３０との間の位置合わせを容易に行うことができる。そのため、スノートディグレーダ３０で適切な位置でペナンブラを調整した状態にて、照射部２が腫瘍１４に荷電粒子線Ｂを照射することができる。本実施形態では、スノートディグレーダ３０を保持部６０に保持させればよいだけなので、位置合わせが容易である。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
対象物内の被照射体に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射システムであって、
走査電磁石で前記荷電粒子線を走査することで、前記被照射体に対して前記荷電粒子線を照射する照射部と、
前記走査された前記荷電粒子線のペナンブラの調整を行う調整部材と、
前記照射部に設けられ、前記調整部材を保持する保持部と、を備える、荷電粒子線照射システム。
走査電磁石で前記荷電粒子線を走査することで、前記被照射体に対して前記荷電粒子線を照射する照射部と、
前記走査された前記荷電粒子線のペナンブラの調整を行う調整部材と、
前記照射部に設けられ、前記調整部材を保持する保持部と、を備える、荷電粒子線照射システム。
【請求項2】
前記保持部は、前記照射部の先端部に設けられる、請求項１に記載の荷電粒子線照射システム。
【請求項3】
前記調整部材は、前記対象物内における前記被照射体の深さに応じたペナンブラの調整レベルを有する、請求項1又は２に記載の荷電粒子線照射システム。
【請求項4】
前記対象物内における前記被照射体の深さに基づいて、前記調整部材のペナンブラの調整レベルを選択可能に構成される、請求項１～３の何れか一項に記載の荷電粒子線照射システム。
【請求項5】
前記対象物と前記照射部との距離に基づいて、前記調整部材のペナンブラの調整レベルを選択可能に構成される、請求項１～４の何れか一項に記載の荷電粒子線照射システム。
【請求項6】
前記保持部に対して誤った前記調整部材が配置されることを検出する検出部を更に備える、請求項１～５の何れか一項に記載の荷電粒子線照射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、荷電粒子線照射システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、患者の患部に荷電粒子線を照射することによって治療を行う荷電粒子線照射システムとして、例えば、特許文献１に記載された装置が知られている。特許文献１に記載の荷電粒子線照射システムでは、照射部が、荷電粒子線をスキャニング方式によって照射している。すなわち、照射部は、走査電磁石で走査することで患部に対する荷電粒子線の照射位置を移動させながら、照射を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１７－２０９３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ここで、照射部がスキャニング方式によって荷電粒子線を照射する場合、荷電粒子線のビームサイズが大きいことなどにより、被照射体の外部まで治療線量が付与されてしまうという問題がある。従って、被照射体に対して適切に荷電粒子線を照射することが求められていた。
【0005】
そこで本発明は、被照射体に対して適切に荷電粒子線を照射することができる、荷電粒子線照射システム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】
上記課題を解決するため、本発明に係る荷電粒子線照射システムは、対象物内の被照射体に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射システムであって、走査電磁石で荷電粒子線を走査することで、被照射体に対して荷電粒子線を照射する照射部と、走査された荷電粒子線のペナンブラの調整を行う調整部材と、照射部に設けられ、調整部材を保持する保持部と、を備える。
【0007】
本発明に係る荷電粒子線照射システムは、走査電磁石で荷電粒子線を走査することで、被照射体に対して荷電粒子線を照射する照射部と、荷電粒子線のペナンブラの調整を行う調整部材と、を備える。従って、調整部材が、荷電粒子線のペナンブラの調整を行うことで、照射部が被照射体の境界部付近に照射を行う際に、被照射体の外部に荷電粒子線の照射が行われることを抑制することができる。ここで、調整部材を保持する保持部が、照射部に設けられている。そのため、調整部材で適切な位置でペナンブラを調整した状態にて、照射部が被照射体に荷電粒子線を照射することができる。以上より、照射部は、被照射体に対して適切に荷電粒子線を照射することができる。
【0008】
保持部は、照射部の先端部に設けられてよい。この場合、調整部材は、対象物に近接した位置にて、ペナンブラの調整を行うことができる。従って、調整部材がペナンブラの調整を行った後は、荷電粒子線は、ビームの広がりが大きくなる前に、速やかに被照射体に照射される。
【0009】
調整部材は、対象物内における被照射体の深さに応じたペナンブラの調整レベルを有してよい。この場合、調整部材は、対象物内における被照射体の深さに応じたペナンブラの調整レベルにて、ペナンブラの調整を行うことができる。
【0010】
荷電粒子線照射システムは、対象物内における被照射体の深さに基づいて、調整部材のペナンブラの調整レベルを選択可能に構成されてよい。この場合、調整部材は、対象物内における被照射体の深さに応じて、適切なペナンブラの調整レベルにて、ペナンブラの調整を行うことができる。
【0011】
荷電粒子線照射システムは、対象物と照射部との距離に基づいて、調整部材のペナンブラの調整レベルを選択可能に構成されてよい。この場合、調整部材は、対象物と照射部との距離に応じて、適切なペナンブラの調整レベルにて、ペナンブラの調整を行うことができる。
【0012】
荷電粒子線照射システムは、保持部に対して誤った調整部材が配置されることを検出する検出部を更に備えてよい。この場合、不適切な調整レベルに係る調整部材にて、ペナンブラの調整が行われることを抑制できる。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、被照射体に対して適切に荷電粒子線を照射することができる、荷電粒子線照射システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の一実施形態に係る荷電粒子線照射システムを示す概略構成図である。
【図3】腫瘍に対して設定された層を示す図である。
【図4】スノートディグレーダが保持部で保持された様子を示す概略図である。
【図5】基軸に直角な所定の平面内へスキャニング法により荷電粒子線を照射したときの線量分を示すグラフである。
【図6】荷電粒子線の広がりと対象物の深さとの関係に係るシミュレーション結果を示すグラフである。
【図9】スノートディグレーダのペナンブラの調整レベルを選択可能とするための構成を示すブロック図である。
【図10】本発明の一実施形態に係る荷電粒子線照射方法の内容を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る荷電粒子線照射システムについて説明する。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。
【0016】
図１は、本発明の一実施形態に係る荷電粒子線照射システム１を示す概略構成図である。荷電粒子線照射システム１は、放射線療法によるがん治療等に利用されるシステムである。荷電粒子線照射システム１は、イオン源装置で生成した荷電粒子を加速して荷電粒子線として出射する加速器３と、荷電粒子線を被照射体へ照射する照射部２と、加速器３から出射された荷電粒子線を照射部２へ輸送するビーム輸送ライン２１と、を備えている。照射部２は、治療台４を取り囲むように設けられた回転ガントリ５に取り付けられている。照射部２は、回転ガントリ５によって治療台４の周りに回転可能とされている。なお、加速器３、照射部２、及びビーム輸送ライン２１の更に詳細な構成については、後述する。
【0017】
図２は、図１の荷電粒子線照射システム１の照射部２付近の概略構成図である。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、荷電粒子線Ｂの基軸ＡＸが延びる方向であり、荷電粒子線Ｂの照射の深さ方向である。なお、「基軸ＡＸ」とは、後述の走査電磁石５０で偏向しなかった場合の荷電粒子線Ｂの照射軸とする。図２では、基軸ＡＸに沿って荷電粒子線Ｂが照射されている様子を示している。「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。
【0018】
まず、図２を参照して、本実施形態に係る荷電粒子線照射システム１の概略構成について説明する。荷電粒子線照射システム１はスキャニング法に係る照射装置である。なお、スキャニング方式は特に限定されず、ラインスキャニング、ラスタースキャニング、スポットスキャニング等を採用してよい。図２に示されるように、荷電粒子線照射システム１は、加速器３と、照射部２と、ビーム輸送ライン２１と、制御部７と、治療計画装置９０と、記憶部９５と、を備えている。
【0019】
加速器３は、荷電粒子を加速して予め設定されたエネルギーの荷電粒子線Ｂを出射する装置である。加速器３として、例えば、サイクロトロン、シンクロサイクロトロン、ライナック等が挙げられる。なお、加速器３として予め定めたエネルギーの荷電粒子線Ｂを出射するサイクロトロンを採用する場合、エネルギー調整部を採用することで、照射部２へ送られる荷電粒子線のエネルギーを調整（低下）させることが可能となる。この加速器３は、制御部７に接続されており、供給される電流が制御される。加速器３で発生した荷電粒子線Ｂは、ビーム輸送ライン２１によって照射部２へ輸送される。ビーム輸送ライン２１は、加速器３と、照射部２と、を接続し、加速器３から出射された荷電粒子線を照射部２へ輸送する。
【0020】
ビーム輸送ライン２１は、輸送しながら荷電粒子線Ｂのエネルギーを調整するエネルギー調整装置（ＥＳＳ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）を有している。このうち、ビーム輸送ライン２１は、加速器３の出口付近にエネルギーディグレーダ２０を有している。エネルギーディグレーダ２０は、荷電粒子線Ｂの飛程を調整し、患者１５（対象物）の体内における荷電粒子線Ｂの到達深度を調整する部材である。エネルギーディグレーダ２０は、荷電粒子線Ｂのエネルギーを損失させることで、飛程を調整する。エネルギーディグレーダ２０は、荷電粒子線Ｂが通過する部分の厚さを調整することによって、荷電粒子線Ｂの飛程を調整できる。なお、ＥＳＳは、エネルギーディグレーダ２０でのエネルギー損失以外に、ＥＳＳの下流におけるビーム輸送ラインにおいて生じるエネルギー揺らぎやビームサイズ拡大を抑制する（コリメータを使用）ことも行う。エネルギーディグレーダ２０は、例えばベリリウム、炭素などの材料によって構成される。エネルギーディグレーダ２０は、ビーム輸送ライン２１のうち、荷電粒子線Ｂの進行方向における上流側（すなわち加速器３側）の位置に配置されている。図１に示す例では、エネルギーディグレーダ２０は、回転ガントリ５よりも上流側の経路のうち、加速器３の直後、すなわち、ビーム輸送ライン２１の電磁石などの機器のうち、最も上流側に配置されている。ただし、エネルギーディグレーダ２０のビーム輸送ライン２１内における位置は特に限定されない。
【0021】
照射部２は、患者１５（対象物）の体内の腫瘍（被照射体）１４に対し、荷電粒子線Ｂを照射するものである。荷電粒子線Ｂ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。具体的に、照射部２は、イオン源（不図示）で生成した荷電粒子を加速する加速器３から出射されてビーム輸送ライン２１で輸送された荷電粒子線Ｂを腫瘍１４へ照射する装置である。照射部２は、走査電磁石５０、四極電磁石８、プロファイルモニタ１１、ドーズモニタ１２、ポジションモニタ１３ａ，１３ｂ、コリメータ４０、及びスノートディグレーダ３０（調整部材）を備えている。走査電磁石５０、各モニタ１１，１２，１３ａ，１３ｂ、四極電磁石８、及びスノートディグレーダ３０は、収容体としての照射ノズル９に収容されている。このように、照射ノズル９に各主構成要素を収容することによって照射部２が構成されている。なお、四極電磁石８、プロファイルモニタ１１、ドーズモニタ１２、及びポジションモニタ１３ａ，１３ｂは省略してもよい。
【0022】
走査電磁石５０として、Ｘ軸方向走査電磁石５０Ａ及びＹ軸方向走査電磁石５０Ｂが用いられる。Ｘ軸方向走査電磁石５０Ａ及びＹ軸方向走査電磁石５０Ｂは、それぞれ一対の電磁石から構成され、制御部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Ｂを走査する。Ｘ軸方向走査電磁石５０Ａは、Ｘ軸方向に荷電粒子線Ｂを走査し、Ｙ軸方向走査電磁石５０Ｂは、Ｙ軸方向に荷電粒子線Ｂを走査する。これらの走査電磁石５０は、基軸ＡＸ上であって、加速器３よりも荷電粒子線Ｂの下流側にこの順で配置されている。なお、走査電磁石５０は、治療計画装置９０で予め計画されたスキャンパターンで荷電粒子線Ｂが照射されるように、荷電粒子線Ｂを走査する。走査電磁石５０をどのように制御するかについては、後述する。
【0023】
四極電磁石８は、Ｘ軸方向四極電磁石８ａ及びＹ軸方向四極電磁石８ｂを含む。Ｘ軸方向四極電磁石８ａ及びＹ軸方向四極電磁石８ｂは、制御部７から供給される電流に応じて荷電粒子線Ｂを絞って収束させる。Ｘ軸方向四極電磁石８ａは、Ｘ軸方向において荷電粒子線Ｂを収束させ、Ｙ軸方向四極電磁石８ｂは、Ｙ軸方向において荷電粒子線Ｂを収束させる。四極電磁石８に供給する電流を変化させて絞り量（収束量）を変化させることにより、荷電粒子線Ｂのビームサイズを変化させることができる。四極電磁石８は、基軸ＡＸ上であって加速器３と走査電磁石５０との間にこの順で配置されている。なお、ビームサイズとは、ＸＹ平面における荷電粒子線Ｂの大きさである。また、ビーム形状とは、ＸＹ平面における荷電粒子線Ｂの形状である。
【0024】
プロファイルモニタ１１は、初期設定の際の位置合わせのために、荷電粒子線Ｂのビーム形状及び位置を検出する。プロファイルモニタ１１は、基軸ＡＸ上であって四極電磁石８と走査電磁石５０との間に配置されている。ドーズモニタ１２は、荷電粒子線Ｂの線量を検出する。ドーズモニタ１２は、基軸ＡＸ上であって走査電磁石５０に対して下流側に配置されている。ポジションモニタ１３ａ，１３ｂは、荷電粒子線Ｂのビーム形状及び位置を検出監視する。ポジションモニタ１３ａ，１３ｂは、基軸ＡＸ上であって、ドーズモニタ１２よりも荷電粒子線Ｂの下流側に配置されている。各モニタ１１，１２，１３ａ，１３ｂは、検出した検出結果を制御部７に出力する。
【0025】
コリメータ４０は、少なくとも走査電磁石５０よりも荷電粒子線Ｂの下流側に設けられ、荷電粒子線Ｂの一部を遮蔽し、一部を通過させる部材である。ここでは、コリメータ４０は、ポジションモニタ１３ａ，１３ｂの下流側に設けられている。コリメータ４０は、当該コリメータ４０を移動させるコリメータ駆動部５１と接続されている。
【0026】
スノートディグレーダ３０は、通過する荷電粒子線Ｂのエネルギーを低下させて当該荷電粒子線Ｂのエネルギーの調整を行う。スノートディグレーダ３０は、荷電粒子線Ｂのペナンブラの調整を行う調整部材として構成される。本実施形態では、スノートディグレーダ３０は、照射ノズル９の先端部９ａに設けられた保持部６０に保持されている。なお、照射ノズル９の先端部９ａとは、荷電粒子線Ｂの下流側の端部である。スノートディグレーダ３０及び保持部６０の詳細な説明については、後述する。
【0027】
制御部７は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等により構成されている。この制御部７は、各モニタ１１，１２，１３ａ，１３ｂから出力された検出結果に基づいて、加速器３、エネルギーディグレーダ２０の厚さ調整機構、走査電磁石５０、四極電磁石８、及びコリメータ駆動部５１を制御する。
【0028】
また、荷電粒子線照射システム１の制御部７は、荷電粒子線治療の治療計画を行う治療計画装置９０、及び各種データを記憶する記憶部９５と接続されている。治療計画装置９０は、治療前に患者１５の腫瘍１４をＣＴ等で測定し、腫瘍１４の各位置における線量分布（照射すべき荷電粒子線の線量分布）を計画する。具体的には、治療計画装置９０は、腫瘍１４に対してスキャンパターンを作成する。治療計画装置９０は、作成したスキャンパターンを制御部７へ送信する。治療計画装置９０が作成したスキャンパターンでは、荷電粒子線Ｂがどのような走査経路をどのような走査速度で描くかが計画されている。
【0029】
スキャニング法による荷電粒子線の照射を行う場合、腫瘍１４をＺ軸方向に複数の層に仮想的に分割し、一の層において荷電粒子線を治療計画において定めた走査経路に従うように走査して照射する。そして、当該一の層における荷電粒子線の照射が完了した後に、隣接する次の層における荷電粒子線Ｂの照射を行う。
【0030】
図２に示す荷電粒子線照射システム１により、スキャニング法によって荷電粒子線Ｂの照射を行う場合、通過する荷電粒子線Ｂが収束するように四極電磁石８を作動状態（ＯＮ）とする。
【0031】
続いて、加速器３から荷電粒子線Ｂを出射する。出射された荷電粒子線Ｂは、走査電磁石５０の制御によって治療計画において定めたスキャンパターンに従うように走査される。これにより、荷電粒子線Ｂは、腫瘍１４に対してＺ軸方向に設定された一の層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。一の層に対する照射が完了したら、次の層へ荷電粒子線Ｂを照射する。
【0032】
制御部７の制御に応じた走査電磁石５０の荷電粒子線照射イメージについて、図３（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。図３（ａ）は、深さ方向において複数の層に仮想的にスライスされた被照射体を、図３（ｂ）は、深さ方向から見た一の層における荷電粒子線の走査イメージを、それぞれ示している。
【0033】
図３（ａ）に示すように、被照射体は照射の深さ方向において複数の層に仮想的にスライスされており、本例では、深い（荷電粒子線Ｂの飛程が長い）層から順に、層Ｌ１、層Ｌ２、…層Ｌｎ－１、層Ｌｎ、層Ｌｎ＋１、…層ＬＮ－１、層ＬＮとＮ層に仮想的にスライスされている。また、図３（ｂ）に示すように、荷電粒子線Ｂは、走査経路ＴＬに沿ったビーム軌道を描きながら、連続照射（ラインスキャニング又はラスタースキャニング）の場合は層Ｌｎの走査経路ＴＬに沿って連続的に照射され、スポットスキャニングの場合は層Ｌｎの複数の照射スポットに対して照射される。荷電粒子線Ｂは、Ｘ軸方向に延びる走査経路ＴＬ１に沿って照射され、走査経路ＴＬ２に沿ってＹ軸方向に僅かにシフトし、隣の走査経路ＴＬ１に沿って照射される。このように、制御部７に制御された照射部２から出射した荷電粒子線Ｂは、走査経路ＴＬ上を移動する。
【0034】
次に、図４～図７を参照して、スノートディグレーダ３０について詳細に説明する。図４は、スノートディグレーダ３０が保持部６０で保持された様子を示す概略図である。図４に示すように、スノートディグレーダ３０は、一例として、矩形板状の形状を有する部材である。スノートディグレーダ３０は、基軸ＡＸと直交する方向へ広がる平面状の入射面３０ａ及び出射面３０ｂを有する。スノートディグレーダ３０は、荷電粒子線Ｂが走査する範囲で均一な厚さを有しているため、一定のエネルギーを減衰させる。スノートディグレーダ３０は、厚さ、すなわち入射面３０ａと出射面３０ｂとの間の寸法を変更することによって、荷電粒子線Ｂのエネルギー調整量を変更することができる。これにより、スノートディグレーダ３０は、荷電粒子線Ｂのビームサイズの拡大を調整することで、荷電粒子線Ｂのペナンブラの調整を行うことができる。スノートディグレーダ３０は、例えば、ポリエチレン、アクリルなどの水の密度に近い材料によって構成される。なお、スノートディグレーダ３０は、荷電粒子線Ｂの広がりを調整する事を目的とするものである。
【0035】
保持部６０は、照射部２に設けられ、照射部２側にてスノートディグレーダ３０を保持する。保持部６０は、照射ノズル９の先端部９ａに設けられているため、スノートディグレーダ３０は、照射ノズル９の内部に配置される全ての構成要素よりも下流側、すなわち患者１５に近い位置に配置される。保持部６０で保持されることで、スノートディグレーダ３０は、照射部２側に設けられた状態となる。照射部２側に設けられた状態とは、例えば、患者１５の周囲にスノートディグレーダを配置したり、患者１５のベッドにスノートディグレーダを取り付けるような状態ではなく、照射部２の移動に伴ってスノートディグレーダ３０も移動できるような状態である。保持部６０は、スノートディグレーダ３０を照射部２側で保持しつつも、患者１５の直近の位置にてスノートディグレーダ３０を保持することも可能である。なお、患者１５の直近の位置とは、患者１５とスノートディグレーダ３０の位置が、例えば、３０ｃｍより近い位置であることを意味する。ただし、スノートディグレーダ３０と患者１５の距離は、周辺環境との関係などにより適宜変更してよい。
【0036】
保持部６０は、スノートディグレーダ３０の外周縁部３０ｃを支持する一対の側壁部６１を有する。保持部６０は、他の外周縁部３０ｃと対向する一対の側壁部６２を有する（図４（ｂ）参照）。これらの側壁部６１，６２は、支持部８６から下方へ向けて延びている。側壁部６１，６２の先端部には幅広部材８７が設けられている。また、保持部６０は、複数種類の厚さのスノートディグレーダ３０を保持可能である。例えば、保持部６０は、薄いスノートディグレーダ３０Ａを保持することができ、厚いスノートディグレーダ３０Ｂも保持することができる。厚さを変更する場合、ユーザーは、保持部６０から薄いスノートディグレーダ３０Ａを取り出し、厚いスノートディグレーダ３０Ｂを保持部６０に保持させる。このように、保持部６０は、複数の厚さのスノートディグレーダを保持可能に構成されているため、ペナンブラの調整レベル、すなわち厚さを選択可能な構成を有していると言える。なお、保持部６０は、例えばワブラー照射法において用いられるボーラスホルダを兼ねてよい。従って、保持部６０は、ボーラスホルダ６６にてスノートディグレーダ３０を保持してよい。また、保持部６０は、ボーラスホルダ６６の下側にコリメータを保持するコリメータホルダ６７を有してよい。
【0037】
ここで、図５を参照してペナンブラについて説明する。図５は、基軸ＡＸに直角な所定の平面内へスキャニング法により荷電粒子線Ｂを照射したときの線量分布を示すグラフである。横軸は、所定平面の所定方向における位置を示し、縦軸は、各位置における線量を示す。ただし、図５に示すグラフは、理解を容易とするためにデフォルメして示している。図５のうち、グラフＧ１は、１パス当たりの荷電粒子線Ｂの線量分布を示している。所定の平面内で荷電粒子線Ｂがスキャニングされることで、グラフＧ１が各位置において少しずつずれた状態で複数形成される。これらのグラフＧ１を重ね合わせた合計の線量分布が、グラフＧ２で示される。図５においてＷと示された領域は、基準条件標的幅を示す。基準条件標的幅Ｗは、照射対象となる被照射体の平面内における幅を示す。照射平面内における腫瘍１４の幅が基準条件標的幅Ｗとなる。基準条件標的幅Ｗの範囲内では、グラフＧ２は、平坦領域ＦＥを形成する。平坦領域ＦＥは、線量が略均一となる領域であり、線量の差が所定の範囲内に収まる領域である。これに対し、基準条件標的幅Ｗより外側の領域がペナンブラＰとなる。
【0038】
ここで、スノートディグレーダ３０は、荷電粒子線Ｂのビームサイズの拡大を抑制することができる。従って、ペナンブラを抑制する場合には、スノートディグレーダ３０が荷電粒子線Ｂの広がりを小さくする（グラフＧ１ａ参照）。これにより、線量分布が全体的に変化して、荷電粒子線Ｂの広がりも小さくなることで、ペナンブラＰを抑制することができる（グラフＧ２ａ参照）。
【0039】
図６は、荷電粒子線Ｂの広がりと対象物の深さとの関係に係るシミュレーション結果を示すグラフである。図６に示すグラフは、スノートディグレーダ３０を任意の厚さに設定し、各厚さにて、水中へ荷電粒子線Ｂを照射した場合の水中での荷電粒子線Ｂの広がりをモンテカルロシミュレーションを利用して演算したグラフである。横軸は、水槽の表面からの距離を示す。これは、患者１５の体の表面からの腫瘍１４の深さに相当する。縦軸は、荷電粒子線Ｂの広がりを示す。当該広がりは、ガウシアンフィッティングという方法によって算出された値である。なお、図６は、スノートディグレーダ３０と水槽との間の距離、すなわちスノートディグレーダ３０から出射した荷電粒子線Ｂが通過する空気層の厚さが５０ｍｍに設定されている。これは、スノートディグレーダ３０と患者１５の体の表面との間の距離に相当する。
【0040】
図６に示すように、浅い部位ではスノートディグレーダ３０の厚さが大きいほど、荷電粒子線Ｂの広がりを抑制できる。一方、深い部位ではスノートディグレーダ３０の厚さが薄いほど、荷電粒子線Ｂの広がりを抑制できる。このようなシミュレーション結果から、荷電粒子線照射システム１は、患者１５内における腫瘍１４の深さに基づいて、スノートディグレーダ３０のペナンブラの調整レベル（ここでは厚さ）を選択可能に構成されてよい。
【0041】
例えば、腫瘍１４が体内の浅い部位Ｅ１ａ（１０ｃｍ未満）に存在する場合は、厚さ１３ｃｍのスノートディグレーダ３０を選択してよい。また、腫瘍１４が体内の深い部位Ｅ２ａ（１０ｃｍ以上）に存在する場合は、厚さ０ｃｍか厚さ４ｃｍのスノートディグレーダ３０を選択してよい。または、腫瘍１４が体内の浅い部位Ｅ１ｂ（７ｃｍ未満）に存在する場合は、厚さ１２ｃｍのスノートディグレーダ３０を選択してよい。また、腫瘍１４が体内の中間部位Ｅ２ｂ（７ｃｍ以上、１２ｃｍ未満）に存在する場合は、厚さ８ｃｍのスノートディグレーダ３０を選択してよい。また、腫瘍１４が体内の深い部位Ｅ３ｂ（１２ｃｍ以上）の場合は、厚さ０ｃｍか厚さ４ｃｍのスノートディグレーダ３０を選択してよい。
【0042】
図７及び図８は、図６から空気層の厚さを変更したときのシミュレーション結果を示すグラフである。図７は、空気層の厚さが１００ｍｍのときのシミュレーション結果を示し、図８は、空気層の厚さが２００ｍｍのときのシミュレーション結果を示す。図６～図８に示すように、空気層の厚さによって、各厚さのスノートディグレーダ３０の深さと荷電粒子線Ｂの広がりの関係が変化している。従って、荷電粒子線照射システム１は、患者１５と照射部２（図２参照）との距離に基づいて、スノートディグレーダ３０のペナンブラの調整レベル（すなわち厚さ）を選択可能に構成されてよい。
【0043】
次に、図４及び図９を参照して、スノートディグレーダ３０のペナンブラの調整レベル（すなわち厚さ）を選択可能とする構成について説明する。図９は、スノートディグレーダ３０のペナンブラの調整レベルを選択可能とするための構成を示すブロック図である。図９に示すように、荷電粒子線照射システム１は、前述の制御部７と、出力部７６と、読取部７７と、識別情報検出部７８と、を備える。また、制御部７は、情報取得部７０と、演算部７１と、判定部７２と、を備える。
【0044】
情報取得部７０は、治療計画装置９０及び記憶部９５から荷電粒子線Ｂの照射に関わる各種情報を取得する。情報取得部７０は、治療計画装置９０の作成した治療計画から、患者１５内における腫瘍１４の深さの情報、及び患者１５と照射部２（図２参照）との距離の情報を取得することができる。演算部７１は、スノートディグレーダ３０のペナンブラの調整レベルの選択に関する各種演算を行う。演算部７１は、患者１５内における腫瘍１４の深さの情報、及び患者１５と照射部２（図２参照）との距離の情報の少なくとも一方に基づいて、スノートディグレーダ３０のペナンブラの調整レベル、すなわち厚さを選択する。演算部７１は、例えば、図６～図８に示すような予め準備したデータと、取得された情報を照らし合わせることによって、スノートディグレーダ３０の厚さを選択してよい。あるいは、演算部７１は、取得された情報に基づいて演算を行うことによって、適切なスノートディグレーダ３０の厚さを選択してよい。ただし、治療計画装置９０が適切なスノートディグレーダ３０の厚さを選択してよく、この場合は、情報取得部７０がスノートディグレーダ３０の厚さの情報を取得する。判定部７２は、保持部６０に正しいスノートディグレーダ３０が配置されるか否かを判定する。
【0045】
出力部７６は、各種情報を出力する。出力部７６は、モニタやスピーカ等によって構成されている。出力部７６は、例えば、選択されたスノートディグレーダ３０の厚みの情報をユーザーに対して出力してよい。これにより、ユーザーは、制御部７によって選択された厚さのスノートディグレーダ３０を保持部６０に配置することができる。
【0046】
ここで、読取部７７、識別情報検出部７８、及び判定部７２は、保持部６０に対して誤ったスノートディグレーダ３０が配置されることを検出する検出部８０として構成される。
【0047】
具体的に、読取部７７は、各スノートディグレーダ３０に対して付与された厚さ情報保持部８１（図４（ａ）参照）から、厚さに関する情報を読み取る。厚さ情報保持部８１は、厚さに関する情報を保持できるものであれば特に限定されず、例えばバーコードによって構成されてよい。この場合、読取部７７は、バーコードリーダーによって構成される。その他、厚さ情報保持部８１がＱＲコード（登録商標）で構成され、読取部７７がＱＲコードリーダーで構成されてよく、厚さ情報保持部８１が時期的な情報保持手段で構成され、読取部７７が当該磁気情報を読み取る装置で構成されてよい。
【0048】
識別情報検出部７８は、保持部６０に保持されたスノートディグレーダ３０を識別することができる情報を検出する。例えば、識別情報検出部７８は、保持部６０に設けられた所定の検出手段からの信号を識別情報として検出してよい。このような検出手段は、保持部６０によってスノートディグレーダ３０が保持されたときに、当該保持されたスノートディグレーダ３０がどのような厚さのものであるかを示す信号を識別情報検出部７８に送信してよい。
【0049】
判定部７２は、演算部７１で選択された厚さと、読取部７７で読み取られた厚さとが一致するか否かを判定する。一致しない場合、判定部７２は、出力部７６で誤ったスノートディグレーダ３０が配置された旨の情報を出力する。一致する場合、判定部７２は、出力部７６で正しいスノートディグレーダ３０が配置された旨の情報を出力する。
【0050】
判定部７２は、読取部７７で読み取られた厚さ情報と、演算部７１で選択された厚さと、を比較する。この場合、ユーザーは、スノートディグレーダ３０が保持部６０に配置する前に読取部７７で厚さ情報を読み取ることで、事前に誤りの判定することができる。また、判定部７２は、識別情報検出部７８で検出された識別情報から、保持部６０に保持されたスノートディグレーダ３０の厚みを特定し、当該厚さと、演算部７１で選択された厚さとを比較する。この場合、ユーザーは、読取部７７で読み取り操作を行うことなく、誤りの判定を行うことができる。
【0051】
次に、本実施形態に係る荷電粒子線照射方法について、図１０を参照して説明する。図１０は、本実施形態に係る荷電粒子線照射方法の内容を示す工程図である。図１０に示すように、患者１５の体内における腫瘍１４の深さ、及び患者１５と照射部２との距離の少なくとも一方に基づいて、スノートディグレーダ３０のペナンブラの調整レベル（すなわち厚さ）を選択する工程Ｓ１０を実行する。次に、工程Ｓ１０で選択されたスノートディグレーダ３０を保持部６０に配置する工程Ｓ２０を実行する。次に、検出部８０（図９参照）を用いて、保持部６０に誤ったスノートディグレーダ３０が配置されていないかどうかを判定する工程Ｓ３０を実行する。なお、読取部７７を用いる場合、工程Ｓ２０の前段階で判定の工程Ｓ３０を実行する。次に、正しいスノートディグレーダ３０が配置されたら、照射部２が腫瘍１４へ向けて荷電粒子線Ｂを照射する工程Ｓ４０を実行する。
【0052】
次に、本実施形態に係る荷電粒子線照射システム１、及び荷電粒子線照射方法の作用・効果について説明する。
【0053】
本実施形態に係る荷電粒子線照射システム１は、走査電磁石５０で荷電粒子線Ｂを走査することで、腫瘍１４に対して荷電粒子線Ｂを照射する照射部２と、荷電粒子線Ｂのペナンブラの調整を行うスノートディグレーダ３０と、を備える。従って、スノートディグレーダ３０が、荷電粒子線Ｂのペナンブラの調整を行うことで、照射部２が腫瘍１４の境界部付近に照射を行う際に、腫瘍１４の外部に荷電粒子線Ｂの照射が行われることを抑制することができる。ここで、スノートディグレーダ３０を保持する保持部６０が、照射部２に設けられている。そのため、腫瘍１４に照射される荷電粒子線Ｂとスノートディグレーダ３０との間の位置合わせを容易に行うことができる。そのため、スノートディグレーダ３０で適切な位置でペナンブラを調整した状態にて、照射部２が腫瘍１４に荷電粒子線Ｂを照射することができる。例えば、患者１５のベッド側にスノートディグレーダを設ける場合、作業者は、患者１５と照射部２との位置関係を考慮しながらスノートディグレーダを位置合わせしなくてはならないが、患者１５が見え難くなるため、位置合わせを行い難いという問題がある。それに対し、本実施形態では、スノートディグレーダ３０を保持部６０に保持させればよいだけなので、位置合わせが容易である。以上より、照射部２は、腫瘍１４に対して適切に荷電粒子線Ｂを照射することができる。
【0054】
保持部６０は、照射部２の先端部９ａに設けられてよい。この場合、スノートディグレーダ３０は、患者１５に近接した位置にて、ペナンブラの調整を行うことができる。従って、スノートディグレーダ３０がペナンブラの調整を行った後は、荷電粒子線Ｂは、広がりが大きくなる前に、速やかに腫瘍１４に照射される。
【0055】
荷電粒子線照射システム１は、患者１５の体内における腫瘍１４の深さに基づいて、スノートディグレーダ３０のペナンブラの調整レベルを選択可能に構成されてよい。この場合、スノートディグレーダ３０は、患者１５の体内における腫瘍１４の深さに応じて、適切なペナンブラの調整レベルにて、ペナンブラの調整を行うことができる。
【0056】
荷電粒子線照射システム１は、患者１５と照射部２との距離に基づいて、スノートディグレーダ３０のペナンブラの調整レベルを選択可能に構成されてよい。この場合、スノートディグレーダ３０は、患者１５と照射部２との距離に応じて、適切なペナンブラの調整レベルにて、ペナンブラの調整を行うことができる。
【0057】
荷電粒子線照射システム１は、保持部６０に対して誤ったスノートディグレーダ３０が配置されることを検出する検出部８０を更に備えてよい。この場合、不適切な調整レベルに係るスノートディグレーダ３０にて、ペナンブラの調整が行われることを抑制できる。
【0058】
本実施形態に係る荷電粒子線照射方法は、患者１５の体内の腫瘍１４に対して荷電粒子線Ｂを照射する荷電粒子線照射方法であって、患者１５の体内における腫瘍１４の深さに基づいて、荷電粒子線Ｂのペナンブラの調整を行うスノートディグレーダ３０のペナンブラの調整レベルを選択する工程Ｓ１０と、荷電粒子線Ｂに対して、選択されたスノートディグレーダ３０を配置する工程Ｓ２０と、走査電磁石５０で荷電粒子線Ｂを走査することで、腫瘍１４に対して荷電粒子線Ｂを照射する工程Ｓ４０と、と備える。
【0059】
この荷電粒子線照射方法によれば、スノートディグレーダ３０は、患者１５の体内における腫瘍１４の深さに応じて、適切なペナンブラの調整レベルにて、ペナンブラの調整を行うことができる。以上より、腫瘍１４に対して適切に荷電粒子線Ｂを照射することができる。
【0060】
患者数の多い大規模病院で、一般的に低エネルギー陽子線を利用する症例（例えば頭頚部症例）を治療する場合、本実施形態のように調整部材（スノートデグレーダ）を用いた治療はビーム使用効率が良くなる。施設ごとに陽子線ビームの使用量制限があるため、効率が高いと、従来のＥＳＳでの制御と比べて、治療患者数を増やすことができる。
【0061】
スノートディグレーダ３０は、患者１５と照射部２との距離に応じた調整レベルを有してよい。この場合、スノートディグレーダ３０は、患者１５と照射部２との距離に応じたペナンブラの調整レベルにて、ペナンブラの調整を行うことができる。
【0062】
荷電粒子線照射方法は、患者１５の体内における腫瘍１４の深さに基づいて、調整レベルを選択する工程Ｓ１０を更に備え、スノートディグレーダ３０を配置する工程Ｓ３０において、選択されたスノートディグレーダ３０を配置してよい。この場合、スノートディグレーダ３０は、患者１５の体内における腫瘍１４の深さに応じて、適切なペナンブラの調整レベルにて、ペナンブラの調整を行うことができる。
【0063】
荷電粒子線照射方法は、患者１５と照射部２との距離に基づいて、調整レベルを選択する工程Ｓ１０を更に備え、スノートディグレーダ３０を配置する工程Ｓ３０において、選択されたスノートディグレーダ３０を配置してよい。この場合、スノートディグレーダ３０は、患者１５と照射部２との距離に応じて、適切なペナンブラの調整レベルにて、ペナンブラの調整を行うことができる。
【0064】
例えば、比較例として照射部２の先端部９ａにスノートディグレーダ３０を有しない荷電粒子線照射システムについて説明する。この場合、荷電粒子線照射システムは、荷電粒子線Ｂのエネルギーをビーム輸送ライン２１の上流でエネルギー調整装置（ＥＳＳ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）にて制御する。エネルギー調整装置は、荷電粒子線Ｂの患者体内での到達深度を変えるために、エネルギーディグレーダ２０にて大きくエネルギー損失を起こす必要がある。そのため荷電粒子線Ｂが、運動方向に広がりを持ってしまう。エネルギー調整装置にて運動方向に広がりを持ったビームが輸送されることにより、荷電粒子線Ｂがビーム輸送ライン２１の下流に進むにつれてドリフトによりビームサイズが拡大してし、ペナンブラも拡大してしまう。
【0065】
これに対し、本実施形態に係る荷電粒子線照射システム１では、スノートディグレーダ３０が、患者１５の直前で荷電粒子線Ｂのペナンブラを調整する。従って、上流側のエネルギーディグレーダ２０でのエネルギー損失を小さく抑えておき、スノートディグレーダ３０でのペナンブラ調整のためのエネルギー損失を大きくすることで、患者１５に対してビームサイズの拡大を抑えた状態で照射することができ、ペナンブラを抑制できる。また、スノートディグレーダ３０の厚さを選択可能であるため、腫瘍１４の深さや患者１５と照射部２との距離に応じて、スノートディグレーダ３０のペナンブラの調整レベルを適切に調整することができる。
【0066】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
【0067】
例えば、ペナンブラを調整する調整部材としてスノートディグレーダを例示したが、ペナンブラを調整できる部材であれば、他の部材を採用してもよい。例えば、保持部６０の位置、すなわち患者１５の直前の位置にコリメータ、または、マルチリーフコリメータを設け、当該マルチリーフコリメータでペナンブラの調整を行ってよい。マルチリーフコリメータは、腫瘍１４の境界部に対応する位置にて、荷電粒子線Ｂのビームを遮断することで、ペナンブラを調整できる。調整レベルは、開口径によって調整できる。開口径を大きく開ければ（すなわち腫瘍外径にマージンを設ける）、ペナンブラ部分を遮断しなくなり、開口径を小さく開ければ（腫瘍外径にフィットさせる）、ペナンブラを遮断できるようになる。この場合、患者１５の直近（例えば３０ｃｍ以下）にてマルチリーフコリメータでペナンブラを調整することで、荷電粒子線Ｂのビームサイズが拡大される前に、腫瘍１４に荷電粒子線Ｂを照射できる。
【0068】
マルチリーフコリメータを保持する保持部が設けられる位置は、必ずしも照射部の先端部でなくともよく、照射部の内部であってもよい。
【符号の説明】
【0069】
１…荷電粒子線照射システム、２…照射部、１４…腫瘍（被照射体）、１５…患者（対象物）、３０…スノートディグレーダ（調整部材）、５０…走査電磁石、６０…保持部、８０…検出部。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】