CN103582915A - 降能器及具备该降能器的带电粒子束照射系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种降能器（10）及具备该降能器的带电粒子束照射系统，所述降能器能够缓解能量较低的带电粒子束的透射率的下降。本发明的降能器（10）具备能量衰减量不同的多个衰减部件（11A～11G），由透射率高于能量衰减量较小的高能量侧衰减部件（11A）的材质来形成能量衰减量较大的低能量侧衰减部件（11G）。

Description

降能器及具备该降能器的带电粒子束照射系统

技术领域

本发明涉及一种衰减带电粒子束的能量的降能器及具备该降能器的带电粒子束照射系统。

背景技术

已知有对患者照射质子束等带电粒子束来治疗癌的设备。这种设备具备：回旋加速器（加速器），加速由离子源生成的离子（带电粒子）；传输线路，传输由回旋加速器加速的带电粒子；及旋转自如的照射装置（旋转机架），从任意方向对患者照射带电粒子束。

下述专利文献1中所记载的技术中，公开有将射束吸收体（衰减材料）插入于射束线（传输线路）来衰减射束能量的降能器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平01-286300号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

现有的带电粒子束照射系统中，根据被照射体的照射位置（深度）来调整带电粒子束的能量。在带电粒子束的能量调整中使用具有衰减材料的降能器。作为衰减材料的材质，一般采用不易放射化且廉价的石墨。现有技术中，在由同一材质构成的衰减材料中，通过改变带电粒子束所透射的长度来调整衰减的能量的量。

并且，近年来，对于使用比通常更低能量的带电粒子束的要求日益高涨。若为了增加能量衰减量而加厚衰减材料，则带电粒子束的散射变大，能够透射衰减材料的带电粒子数（=透射率）减少。

本发明将解决以上课题作为目的，其目的在于提供一种能够缓解能量较低的带电粒子束的透射率的下降的降能器及具备该降能器的带电粒子束照射系统。

用于解决技术课题的手段

本发明为具备衰减所入射的带电粒子束的能量的多个衰减部件的降能器，该降能器具有衰减的能量的量不同的多个衰减部件，由带电粒子束的透射率高于衰减的能量的量较小的衰减部件即高能量侧衰减部件的材质，构成衰减的能量的量较大的衰减部件即低能量侧衰减部件。

本发明所涉及的降能器中，具备能量衰减量不同的多个衰减部件，由透射率高于能量衰减量较小的高能量侧衰减部件的材质，形成能量衰减量较大的低能量侧衰减部件，因此能够缓解低能量侧的带电粒子束的透射率下降。其结果，能够在低能量区域（例如70MeV以下）抑制透射了衰减部件的带电粒子数减少。与能量衰减量较小时相比，能量衰减量较大时，透射衰减部件后的带电粒子束的能量低。

并且，可以设为在多个衰减部件中只有衰减的能量的量最大的低能量侧衰减部件由透射率高的材质构成的结构。如此，能够仅将能量衰减量最大的衰减部件设为透射率高于其他衰减部件。

并且，低能量侧衰减部件能够由铍形成，高能量侧衰减部件能够由石墨形成。如此通过采用铍来作为低能量侧衰减部件，能够在低能量区域增加透射衰减部件的带电粒子数。

并且，本发明为具备上述降能器且照射带电粒子束的带电粒子束照射系统，该带电粒子束照射系统具备：加速器，对向降能器导入的带电粒子进行加速；及照射装置，照射通过降能器衰减了能量的带电粒子束。

本发明所涉及的带电粒子照射系统具备衰减所入射的带电粒子束的能量的降能器。该降能器中，具备能量衰减量不同的多个衰减部件，由透射率高于能量衰减量较小的高能量侧衰减部件的材质，形成能量衰减量较大的低能量侧衰减部件，因此能够提高低能量侧的带电粒子束的透射率。其结果，能够在低能量区域增加透射了衰减部件的带电粒子数。

发明效果

根据本发明的降能器及具备该降能器的带电粒子束照射系统，能够缓解能量较低的带电粒子束的透射率下降，并能够抑制透射低能量侧衰减部件的带电粒子数减少。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的粒子束治疗系统的配置图。

图2是表示本发明的实施方式所涉及的降能器的概要图。

图3是表示本发明的第2实施例所涉及的降能器的概要图。

图4是表示本发明的第3实施例所涉及的降能器的概要图。

图5是表示本发明的第4实施例所涉及的降能器的概要图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明所涉及的降能器及具备该降能器的带电粒子束照射系统的优选实施方式进行说明。本实施方式中，对于将带电粒子束照射系统设为粒子束治疗系统的情况进行说明。

（带电粒子束照射系统）

粒子束治疗系统例如用于治疗癌，其是对患者体内的肿瘤（照射目标物）照射质子束（带电粒子束）的装置。

如图1所示，粒子束治疗系统1具备：回旋加速器（粒子加速器）2，加速由离子源（未图示）生成的离子（氢的阳离子）而生成质子束；旋转自如的旋转机架（照射装置）3，从任意方向对患者照射质子束；及传输线路4，将由回转加速器2生成的质子束（由回旋加速器加速的带电粒子射束）传输至旋转机架3。

由回旋加速器2加速的质子束沿传输线路4偏转，并传输至旋转机架3。传输线路4中设置有用于使质子束偏转的偏转磁铁。并且，传输线路4中设置有衰减带电粒子的能量的降能器10（详细内容进行后述）。

而且，传输线路4中，在降能器10的后段（下游）设置有ESS（能量选择系统）30。该ESS30从传输来的具有预定的能量分布的质子束中选择性地取出所希望的能量宽度的质子束。ESS30中，以质子束的能量宽度成为所希望的范围的方式选择。

旋转机架3具备供患者躺卧的治疗台、及朝向患者照射质子束的照射部。通过降能器10而能量衰减的带电粒子束从照射部射出并对患者的对象部位照射。

（降能器）

图2是表示本发明的实施方式所涉及的降能器的概要图。图2所示的降能器10设置于质子束B的路径上（射束线上），且衰减质子束B的能量。降能器10具备衰减透射的质子束B的能量的多个衰减部件11A～11G。另外，无需区分衰减部件11A～11G时，记作衰减部件11。

降能器10中，厚度互不相同的衰减部件11沿一个方向按照厚度顺序配置。本实施方式中，在与质子束B的路径交叉的方向X上，配置成厚度从衰减部件11A向衰减部件11G依次增加。另外，这里的厚度是指带电粒子束的透射方向上的长度。衰减部件11例如配置成质子束B射出的出口侧的端面对齐，且配置成相反侧的入口侧的端面呈阶梯状。另外，衰减部件11也可以不依厚度顺序配置。并且，也可以配置成出口侧的端面呈阶梯状，也可以为其他配置。

衰减部件11通过支承部件（未图示）一体地被支承。并且，降能器10具备对衰减部件11赋予驱动力的驱动源（例如驱动马达）、及对衰减部件11的移动进行引导的引导机构（例如导轨）等。并且，降能器10在质子束B的路径上移动使质子束B透射的衰减部件11，从而改变质子束B的能量衰减量。降能器10根据质子束B所透射的衰减部件11的厚度使质子束B以不同的减速度减速。质子束B因动能减少而衰减。

在此，降能器10中，由质子束B的透射率高于衰减的能量的量较小的衰减部件11即高能量侧衰减部件的材质，形成衰减的能量的量较大的衰减部件11即低能量侧衰减部件。换言之，与高能量侧衰减部件相比，低能量侧衰减部件采用原子序数较小的物质。这是基于如下原因，即由于衰减材料的原子序数越大，质子束B的散射大幅扩大，因此能够透射的质子数减少。

本实施方式的降能器10中，只有衰减的能量的量最大的衰减部件11G由透射率高于其他衰减部件11A～11F的材质形成。作为衰减部件11的材质，例如可举出碳（C）、铍（Be）等。本实施方式中，最低能量侧的衰减部件11G采用原子序数较小的稳定固体物质即铍，其他衰减部件11A～11F采用碳（石墨）。

另外，低能量侧的2个衰减部件11G、11F可采用透射率高于剩余衰减部件11A～11E的材质。并且，有时最低能量侧的衰减部件11G也可不采用透射率较高的材质。例如，低能量侧的衰减部件11F也可采用透射率高于剩余衰减部件11A～11E的材质，而最低能量侧的衰减部件11G与衰减部件11A～11D可由相同材质形成。

（降能器及粒子束治疗系统的作用）

粒子束治疗系统1中，质子束B由回旋加速器2加速，已加速的质子束B（例如具有230MeV±数MeV的能量范围）导入于降能器10。在降能器10中，衰减部件11通过驱动机构驱动并移动，由此在质子束B的路径上配置所希望的衰减部件11。并且，通过该衰减部件11的质子束B由衰减部件11减速而被衰减能量（例如200MeV±十几MeV）。

通过降能器10的质子束B导入于ESS30。在ESS30中，选择性地取出被导入的质子束B中所希望的能量范围的质子束B（例如200MeV±1MeV）。已选择能量宽度的质子束B通过传输线路4传输并导入于旋转机架3，并对被照射体照射。由此，质子束B照射至到达被照射体内部的预定深度位置。照射质子束B以到达被照射体内部的较深位置时，减少降能器10的衰减量；照射质子束B以到达被照射体内部的较浅位置（例如体表附近）时，增加降能器10的衰减量。

根据这种本实施方式的降能器及具备该降能器的粒子束治疗系统，具备多个衰减部件11，能够衰减入射于这些衰减部件11的质子束B的能量。降能器10中，能量衰减量较大的低能量侧衰减部件11G由透射率高于能量衰减量较小的高能量侧衰减部件的材料形成，因此能够缓解低能量侧的质子束B的透射率的下降。其结果，能够在低能量区域抑制质子束B的散射，并抑制能够透射衰减部件11的质子数的减少。

并且，多个衰减部件11中，只有衰减的能量的量最大的低能量侧衰减部件11G由透射率较高且昂贵的铍形成，因此能够抑制制造成本的增加，并抑制透射低能量侧衰减部件11G的质子数的减少。即，能够抑制所照射的质子数的减少。由此，能够有效地向体表附近的较浅位置照射质子束B，且能够实现可靠性较高的粒子束治疗系统1。

下述表1表示质子束B的各能量下的透射率。表1中的透射率是在ESS30的出口测定的值。此时的衰减部件的材质相同，均为石墨。

[表1]

下述表2表示根据衰减部件的材质对质子束B的透射率进行比较的结果。对质子束B的能量为70[MeV]且射束束径为φ5mm、φ2mm的情况进行测量。

[表2]

（第2实施例）

接着，参考图3对第2实施例所涉及的降能器10B进行说明。图3所示的降能器10B与图2所示的降能器10的不同点在于在1个衰减部件12A～12G中具有不同的厚度。也可设为如此在1个衰减部件12A～12G中具有多种厚度的结构。

（第3实施例）

接着，参考图4对第3实施例所涉及的降能器10C进行说明。如图4所示，降能器10C具有相互对置配置的1对衰减部件13、14。衰减部件11呈楔形，且配置成相互的斜面13a、14a彼此相对。衰减部件13、14设为能够沿与质子束B的行进方向交叉的X方向移动的结构。使衰减部件13、14向X方向移动，并改变质子束B透射衰减部件13、14的长度，从而控制质子束B的能量衰减量。另外，也可设为向质子束B的行进方向驱动衰减部件13、14中的任一个并调整衰减部件13、14的间隙，以此来控制质子束B的射束束径的结构。

该衰减部件13、14具备衰减的能量的量不同的多个衰减部件13A、13B、14A、14B。由质子束B的透射率高于衰减的能量的量较小的高能量侧衰减部件13A、14A的材质，形成衰减的能量的量较大的低能量侧衰减部件13B、14B。例如，仅在使质子束B的能量衰减为70[MeV]的部分采用透射率较高的材质（铍）。

在这种第3实施例的降能器10C中，也与上述实施方式的降能器10同样地能够在低能量区域抑制质子束B的散射，并抑制透射衰减部件13B、14B的质子数的减少。

（第4实施例）

接着，参考图5对第4实施例所涉及的降能器10D进行说明。图5是降能器的主视图，是从质子束B的行进方向表示的图。图5所示的降能器10D具备厚度不同的多个衰减部件15A、15B，多个衰减部件15A、15B配置成旋涡状。例如，以中央侧较薄而外侧较厚的方式配置多个衰减部件15A、15B。另外，也可以中央侧较厚而外侧较薄的方式配置多个衰减部件15A、15B。

在降能器10D的中央配置有与质子束B的行进方向平行地延伸的旋转轴16。该旋转轴16设为能够绕轴旋转并且能够沿与质子束的行进方向交叉的方向移动的结构。该旋转轴16旋转并且向预定方向移动，由此在质子束的路径上配置所希望的衰减部件15A、15B。

在此，在第4实施例的降能器10D中，也由质子束的透射率高于衰减的能量的量较小的高能量侧衰减部件15A的材质，形成衰减的能量的量较大的低能量侧衰减部件15B。在这种第4实施例的降能器10D中，也与上述实施方式的降能器10同样地能够在低能量区域抑制质子束B的散射，并抑制透射衰减部件13B、14B的质子数的减少。

以上，对于本发明根据其实施方式进行了具体的说明，但本发明并不限定于上述实施方式。

并且，降能器10的配置也不限定于在回旋加速器2的刚刚之后，也可为在设置于旋转机架3的照射喷嘴中设置有降能器10的结构。

并且，加速器也不限定于回旋加速器2，也可为例如同步回旋加速器等其他加速器。并且，带电粒子束不限定于质子束，也可为碳射束（重粒子射束）等。

并且，低能量侧衰减部件的材质不限定于铍，也可采用其他衰减材料。

并且，粒子治疗系统1可以不使用旋转机架而设为固定照射。

产业上的可利用性

本发明的降能器及具备该降能器的带电粒子束照射系统能够缓解能量较低的带电粒子束的透射率的下降，且能够抑制透射低能量侧衰减部件的带电粒子数的减少。

符号的说明：

1-粒子束治疗系统（带电粒子照射系统），2-回旋加速器（粒子加速器），3-旋转机架，4-传输线路，10、10B、10C、10D-降能器，11A～11F、12A～12F、13A、14A、15A-高能量侧衰减部件（衰减部件），11G、12G、13B、14B、15B-低能量侧衰减部件（衰减部件），B-质子束（带电粒子束）。

Claims (4)

1.一种降能器，其具备衰减所入射的带电粒子束的能量的多个衰减部件，所述降能器的特征在于，

具有衰减的能量的量不同的多个所述衰减部件，

由所述带电粒子束的透射率高于衰减的能量的量较小的所述衰减部件即高能量侧衰减部件的材质，构成衰减的能量的量较大的所述衰减部件即低能量侧衰减部件。

2.根据权利要求1所述的降能器，其特征在于，

所述多个衰减部件中，只有衰减的能量的量最大的所述低能量侧衰减部件由所述透射率高的材质构成。

3.根据权利要求1或2所述的降能器，其特征在于，

所述低能量侧衰减部件由铍形成，所述高能量侧衰减部件由石墨形成。

4.一种带电粒子束照射系统，其具备权利要求1～3中任一项所述的降能器，且照射所述带电粒子束，所述带电粒子束照射系统具备：

加速器，对向所述降能器导入的带电粒子进行加速；及

照射装置，照射通过所述降能器衰减了能量的所述带电粒子束。

Images