CN104258506B - 粒子射线照射方法及使用该方法的粒子射线照射装置 - Google Patents

Abstract

在进行深度方向的照射区域扩大和横向的照射区域扩大的粒子射线照射方法及粒子射线照射装置中，力求使照射目标的各照射层的每一层照射剂量实质上为一定，以简化控制。深度方向照射区域扩大单元为将沿所述粒子射线束的照射方向上射程互不相同的多层照射层进行重叠的主动的照射区域扩大，另外，横向照射区域扩大单元为将所述粒子射线束的照射点沿横向进行重叠的主动的照射区域扩大，此外，配置具有沿照射目标深度方向最深部位的形状的物块，以使其横着切割粒子射线束。

Description

粒子射线照射方法及使用该方法的粒子射线照射装置

本发明申请是国际申请号为PCT/JP2005/001710，国际申请日为2005年2月4日，进入中国国家阶段的申请号为200580022510.8，名称为“粒子射线照射方法及使用该方法的粒子射线照射装置”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及应用于癌症的治疗等的粒子射线照射方法及使用该方法的粒子射线照射装置。

背景技术

作为一项与这种粒子射线照射方法以及粒子射线照射装置有关的在先技术，已知有以下两篇论文。第1篇论文为刊载于1993年8月发行的杂志“科学仪器周报”(Review ofScientific Instruments)的64(8)的2055至2096页中由W.T.Chu等人撰写的题目为“使用质子和光离子束用于癌症治疗的仪器(Instrumention for treament of cancer usingproton and light-ion beam)”。

第2篇论文为刊载于1995年1月发行的杂志“医药物理”(Medical Physics)的22(1)的37—53页中由E.Pedoroni等人撰写的题目为“200—MeV质子治疗研究课题在PaulSchrrer研究所：概念分析设计和实践实现(The 200-MeV proton therapy project atthe Paul SchrrerInstitute:Conceptual design and practical realization)”的论文。

在第1篇论文中介绍了在用将各种射线束称为笔形射线束(pencil beam)的细径射线束来照射人体的情况下，该射线束在人体内的照射剂量分布如图1所示地变化。如图1所示，各种放射线中，X射线、伽玛射线等质量较小的射线束在靠近人体表面的部分相对剂量最大，而随着离开体表的深度增加，同时其相对剂量也降低。另一方面，质子射线、碳射线等质量较大的粒子射线束在离体表较深的部分在这些射线束停止的位置，也就是即将到达该粒子射线束的射程之前相对剂量成为峰值。该峰值称为布喇格峰BP(Bragg Peak)。

对人的内脏器官出现的肿瘤照射该布喇格峰BP，进行癌症治疗是一种粒子射线治疗癌症的方法。除了癌症以外，也可以用于对人体内较深的部位进行治疗。包括肿瘤在内的被治疗的部位通常被称为照射目标。布喇格峰BP的位置取决于所照射的粒子射线束的能量，粒子射线束的能量越高布喇格峰BP能到达更深的部位。在粒子射线治疗中，需要照射粒子射线束的照射目标要在整体上剂量能均匀地分布，为了将该布喇格峰BP赋予照射目标的全部区域，可进行粒子射线的“照射区域扩大”。

这种“照射区域扩大”在互相正交的X轴、Y轴、Z轴这3个方向上实施。在设粒子射线束的照射方向为Z轴的方向时，第1的“照射区域扩大”在该Z轴方向上进行。该射线束在照射方向上的“照射区域扩大”通常称为深度方向的照射区域扩大。第2的“照射区域扩大”为在X轴及Y轴方向上进行照射区域扩大，由于在和深度方向正交的横向上进行照射区域扩大，所以通常称为横向的照射区域扩大。

深度方向的照射区域扩大因为粒子射线束在照射方向上的布喇格峰BP的宽度比照射目标在深度方向上的扩展要窄，因此可以使粒子射线束在照射方向上的布喇格峰BP沿深度方向扩大。而另一方面，扩大横向照射区域因为粒子射线束的直径比在与该照射方向正交的方向上的照射目标的尺寸要小，因此可以使布喇格峰BP沿与其照射方向正交的方向扩大。关于上述深度方向的照射区域扩大和横向的照射区域扩大的方法，对前述各论文中所介绍的方法进行说明。

首先，在横向的照射区域扩大中有被动的横向照射区域扩大方法及主动的横向照射区域扩大方法。被动的横向照射区域扩大方法是一种通过在粒子射线照射装置的粒子射线照射部上对散射体照射粒子射线束，使粒子射线束在横向上扩展，切取其中心部分中剂量相同的部分，对目标部位进行照射的方法。若散射体为一片，则剂量相同的部分无法充分地增大，在此情况下，有时也采用两片散射体来扩大剂量相同的部分，这种方法被称为双重散射体法。另外，还有一种方法为利用设置在粒子射线照射装置的粒子射线照射部的射出部分的两块偏转磁铁，使粒子射线束作环状扫描，该环状扫描的粒子射线对散射体进行照射，扩大横向照射区域，该方法被称为偏心法(Wobbler System)。

作为一种主动的横向照射区域扩大方法，有一种方法为利用设置在粒子射线照射装置的粒子射线照射部的射出部分的偏转磁铁在XY面内使粒子射线束扫描，通过使该粒子射线的照射位置随着时间移动，从而得到较宽的照射区域。该方法通过使细径的笔形射线束中相邻的照射点适当地重合，从而能获得均匀的剂量分布。作为一种笔形射束的扫描方法，有相对时间连续地扫描的光栅扫描法，以及相对时间阶梯状扫描的点扫描法。还有在该方法中，粒子射线束虽然通常以称为笔形射线束的细径不加处理地向目标部位进行照射，但有时也用薄的散射体，笔形射线束的直径会稍有扩大。

以下，说明深度方向的照射区域扩大。如上所述，虽然粒子射线束在照射方向上的布喇格峰BP的宽度较窄，但扩大该布喇格峰BP在照射方向上的宽度为深度方向的照射区域扩大。扩大了该照射方向上的宽度后的布喇格峰BP被称为扩大布喇格峰SOBP(Spread—OutBragg Peak)。首先，作为一种被动的深度方向的照射区域扩大方法，有以横着切割粒子射线的方式插入被称为脊形过滤器(Ridge Filter)、或范围调制器(Range Modulater)的梳形的能量调制器的方法。

脊形过滤器、或范围调制器都在粒子射线束的照射方向上调整改变能量调制器的材料厚度。上述脊形过滤器或范围调制器根据经调整改变后的厚度，使粒子射线的能量减小，利用经调整改变后的厚度使能量改变，作为结果，向照射目标照射混有强度变化的多种能量的粒子射线束。由于粒子射线的射程因能量的强弱而变化，所以能对照射目标照射具有多种射程的粒子射线束。用这种被动的深度方向的照射区域扩大方法能获得在照射方向上将宽度扩大后的扩大布喇格峰SOBP，但在横向、即与粒子射线束照射方向正交的X、Y轴的方向上，扩大布喇格峰SOBP的宽度为一定，无法使其变化。

作为另一种深度方向的被动的照射区域扩大方法，也有利用称为物块(Bolus)的补偿器的方法。通常，患者的被治疗的部位位于患病内脏器官深度方向上的最大深度，也就是Z轴方向上的患病内脏器官的最深部位(患病内脏器官深度方向上的边界)，通常该被治疗部位的深度与横向(X、Y轴方向)具有依存关系，在X轴、Y轴方向上发生变化。这种深度方向上的被治疗部位的变化形状被称为远端(distal)形状。物块BL如图2所示，与该远端形状一致，为针对每一位患者经过加工后的能量调制器，采用聚乙烯或石蜡来制作。通过利用该物块BL，能对X、Y平面照射均匀的照射剂量，而且同时能使布喇格峰BP和远端形状一致。

图2(a)表示照射目标TV和物块BL。照射目标TV具有最深层TVd，并称该最深层TVd的形状被称为远端形状。7个箭头表示作为代表的粒子射线束。图2(b)中，用a至g表示作为代表的7个粒子射线束对于照射目标TV的剂量。通过利用物块BL能使最深层TVd处的剂量分布变得平均。

作为一种主动的深度方向的照射区域扩大方法，有不使用前述的能量调制器来控制从粒子射线照射装置照射的粒子射线束自身的能量的方法。该方法中，通过改变加速粒子射线的加速器的加速能量来控制粒子射线束的能量，或者通过以横着切割粒子射线的方式插入被称为范围移动器(Range Shifter)的器具，从而改变粒子射线束的能量。另外，也有这些加速器的控制和范围移动器一并使用的方法。

在主动的深度方向的照射区域扩大方法中，将该粒子射线束作为一种具有规定强度的能量的粒子射线，在以均匀的剂量对照射目标的一个照射层照射该布喇格峰BP之后，使粒子射线束的能量改变，对照射目标之后的照射层照射布喇格峰BP。通过多次反复这样的操作，对多层照射层照射粒子射线束的布喇格峰BP，从而能得到沿射线束照射方向具有所希望的宽度的扩大布喇格峰SOBP。这种主动的深度方向的照射区域扩大方法是一种不让粒子射线束沿X、Y轴方向移动而以固定于一定的照射位置的状态，使该粒子射线束的能量变化的方法。

为了得到具有所希望的宽度的扩大布喇格峰SOBP，要适当地调整照射目标TV的每一照射层的剂量，称赋予各层的剂量为“层的权重”。这种“层的权重”可以用和脊形过滤器、或范围模块(range module)相同的方法来计算。图3中示出了该深度方向上的剂量分布和“层的权重”的例子。在图3中，纵轴为相对剂量，横轴为体内深度。用实线表示的曲线表示计算值，多个小的方形◇符号表示实测值。沿纵轴方向延伸的多根直线表示各照射层的权重。该例子虽然是一个典型的例子，但该“层的权重”在最深部位为最高，如设该最深部位的权重为100，则其前面的层的权重几乎在10以下。

然而，将前述主动的深度方向的照射区域扩大方法和主动的横向的照射区域扩大方法组合在一起的粒子射线照射方法作为点扫描照射方法(Spot Scanning Technique)，记载于前述第2篇论文的第39页至45页。

利用该点扫描照射方法，根据横向(X、Y轴方向)粒子射线的移动能相应地控制粒子射线束的能量，因此，使扩大布喇格峰SOBP在照射方向上的宽度也能够沿着横向进行变化。另外也能使粒子射线束的能量变化，以使得粒子射线束的射程与被治疗部位的远端形状一致，所以这种点扫描照射方法中不用物块。

非专利文献1：刊载于1993年8月发行的杂志“科学仪器周报”(Review ScientificInstruments)的64(8)的2055页至2096页中由W.T.Chu等人撰写的题目为“使用质子和光离子束用于癌症治疗的仪器(Instrumention for treament of cancer using proton andlight-ion beam)”。

非专利文献2：刊载于1995年1月发行的杂志“医药物理”(Medical Physics)的22(1)的37—53页中由E.Pedoroni等人撰写的题目为“200—MeV质子治疗研究课题在PaulSchrrer研究所：概念分析设计和实践实现(The 200-MeV proton therapy project atthe Paul SchrrerInstitute:Conceptual design and practical realization)”的论文。

但是，在所述点扫描方法中，由于一边在横向(X、Y轴方向)上移动粒子射线束，同时还边控制粒子射线束的能量，所以其结果就变成权重高的部分和权重低的部分混存于同一照射层中，因此难以对照射剂量作准确的控制，难以对照射目标准确地照射所希望的相对剂量。

发明内容

本发明的粒子射线照射方法，同时利用在沿粒子射线束照射方向的深度方向上扩大所述粒子射线束的照射区域的深度方向照射区域扩大、以及沿和所述粒子射线束的照射方向正交的横向上扩大所述粒子射线束的照射区域的横向照射区域扩大，对照射目标照射所述粒子射线束，其中，所述深度方向照射区域扩大为将沿所述粒子射线束的照射方向上射程互不相同的多层照射层进行重叠的主动的照射区域扩大，另外，所述横向照射区域扩大为将所述粒子射线束的照射点沿所述横向进行重叠的主动的照射区域扩大，此外，配置具有沿所述照射目标深度方向最深部位的形状的物块，以使其横着切割所述粒子射线束。

另外，本发明的粒子射线照射装置包括：产生粒子射线束的粒子射线发生部；输送该粒子射线发生部发生的所述粒子射线束的粒子射线输送部；向照射目标照射由该粒子射线输送部输送的所述粒子射线束的粒子射线照射部；在沿所述粒子射线束的照射方向的深度方向上扩大所述粒子射线束的照射区域的深度方向照射区域扩大单元；以及沿与所述粒子射线束的照射方向正交的横向扩大所述粒子射线束照射区域的横向照射区域扩大单元，其中，所述深度方向照射区域扩大单元为将沿所述粒子射线束的照射方向上射程互不相同的多层照射层进行重叠的主动的照射区域扩大单元，另外，所述横向照射区域扩大单元为将所述粒子射线束的照射点沿所述横向进行重叠的主动的照射区域扩大单元，此外，配置具有沿所述照射目标深度方向的最深部位的形状的物块，以使其横着切割所述粒子射线束。

本发明的粒子射线照射方法中，由于深度方向的照射区域扩大为将沿粒子射线的照射方向上射程互不相同的多层照射层进行重叠的主动的照射区域扩大，横向照射区域扩大为将粒子射线的照射点沿横向进行重叠的主动的照射区域扩大，此外，配置具有沿照射目标深度方向最深部位的形状的物块，以使其横着切割所述粒子射线，因此分别赋予照射目标最深层及其前面的各照射层的照射剂量在各自的照射层中实质上能保持一定，因此能力求简化控制。

另外，本发明的粒子射线照射装置中，深度方向照射区域扩大单元为将沿粒子射线束的照射方向上射程互不相同的多层照射层进行重叠的主动的照射区域扩大单元，扩大横向的照射区域单元为将粒子射线束的照射点沿所述横向进行重叠的主动的照射区域扩大单元，此外，配置具有沿照射目标深度方向最深部位的形状的物块，以使其横着切割所述粒子射线束。因此分别赋予照射目标最深层及其前面的各照射层的照射剂量在各自的照射层中实质上能保持一定，因此能力求简化控制。

附图说明

图1为表示各种放射线在体内的剂量分布的曲线图。

图2为表示利用物块来变换照射能量的说明图。

图3为表示粒子射线束在体内的深度方向上的剂量分布图。

图4为本发明的粒子射线照射装置的实施方式1的整体结构图。

图5为实施方式1的照射头的内部结构图。

图6为实施方式1的粒子射线照射方法的说明图，图6(a)为表示照射目标的立体图、图6(b)为表示其照射点的扫描说明图。

图7为现有的点扫描照射法的说明图，图7(a)为表示照射目标的立体图、图7(b)为表示其照射点的扫描说明图。

图8为在图6的粒子射线照射方法中所用的物块的剖视图。

图9为本发明粒子射线照射装置的实施方式2的照射头的内部结构图。

图10为表示本发明的粒子射线照射方法的实施方式2的照射步骤的图。

图11为表示实施方式2的照射步骤的效果的曲线图。

图12为表示本发明的粒子射线照射方法的实施方式3的照射步骤的图。

图13为表示本发明的粒子射线照射方法的实施方式4的照射步骤的图。

图14为表示本发明的粒子射线照射方法的实施方式5的照射步骤的图。

图15为表示本发明的粒子射线照射方法的实施方式6的照射步骤的图。

图16为表示本发明的粒子射线照射装置的实施方式7的结构图。

图17为表示本发明的粒子射线照射装置的实施方式8的结构图。

图18为有关本发明的粒子射线照射方法的实施方式9的粒子射线的照射方向的说明图。

图19为表示本发明的粒子射线照射装置实施方式9的立体图。

图20为表示本发明的粒子射线照射装置实施方式9的旋转状态的立体图。

标号说明

10：粒子射线发生部、12：加速器、15、60：深度方向照射区域扩大单元、20：粒子射线输送部、30、30A、30B、30C：粒子射线照射部、31、31A、31B：照射头、40：横向照射区域扩大单元、TV：照射目标、TVd最深层、S：照射点、PB：粒子射线束、45：物块、50横向照射区域扩大单元、71：呼吸测量装置、73：照射目标位置检测装置、75：呼吸判定计算机、77：粒子射线治疗装置安全系统、80：照射控制计算机、90：旋转起重机架(gantry)

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的几种实施方式进行说明。

实施方式1

首先，说明本发明的实施方式1。在该实施方式1中，对本发明的粒子射线照射装置的实施方式1进行说明，同时对本发明的粒子射线照射方法的实施方式1进行说明。

本实施方式1的特点为将主动的深度方向照射区域扩大和主动的横向照射区域扩大组合在一起，此外，还使用具有照射目标在深度方向上的最深部位的形状的物块。

图4表示在实施本发明的粒子射线照射方法的实施方式1中所使用的粒子射线照射装置的实施方式1的整体结构。该粒子射线照射装置的实施方式1如图4所示，包括粒子射线发生部10、粒子射线输送部20、以及三个粒子射线照射部30A、30B、30C。根据放射线安全管理等使用上的情况，可以考虑将粒子射线发生部10、粒子射线照射部30A、30B、30C都设置在被屏蔽的单独的房间内。粒子射线输送部20与粒子射线发生部10和各粒子射线照射部30A、30B、30C相连接。加速粒子射线输送部20中具有将粒子射线发生部10产生的粒子射线束分别向粒子射线照射部30A、30B、30C输送的输送通路21、22、23。该粒子射线输送通路21、22、23由真空管道(duct)构成。粒子射线照射部30A、30B、30C对患者的目标部位TV照射粒子射线束PB。

粒子射线发生部10有离子源11和加速器12。离子源11产生质子射线或碳射线等质量较大的粒子射线。加速器12使离子源11产生的粒子射线加速，形成粒子射线束PB。该加速器12与能量设定控制器13电连接。该能量设定控制器13向加速器12供能量控制信号ES，设定并控制加速器12的粒子射线束PB的加速能量，因此构成主动的深度方向照射区域扩大单元15。该主动的深度方向照射区域扩大单元15由控制装置整体的控制计算机来控制，进行将深度方向上射程互不相同的多层照射层进行叠合的控制，对于多层照射层的每一层，使粒子射线束照射能量变化，沿粒子射线束PB的照射方向、即Z轴方向形成扩大布喇格峰SOBP。

粒子射线照射部30A、30B、30C分别构成治疗室1、治疗室2、治疗室3。三个粒子射线照射部30A、30B、30C具有互相相同的结构，分别具有照射头31、治疗台32、以及定位装置33。治疗台32使患者保持仰卧或坐着的状态时使用，定位装置33在利用X射线装置等确认患病内脏器官的位置时使用。照射头31向治疗台32上的患者的照射目标TV照射由粒子射线照射部30A、30B、30C输送来的粒子射线束PB。

图5表示实施方式1的粒子射线照射部30A、30B、30C的照射头31的具体结构。用标号31表示该图5示出的照射头。图5示出的照射头31A具有使粒子射线束PB在横向、即与粒子射线束PB的照射方向正交的X、Y面上扫描的偏转电磁铁41a、41b；监视粒子射线束PB的照射位置的射线束位置监视器42a、42b；监视粒子射线束PB的照射剂量的剂量监视器43；以及物块安装台44。物块45安装在物块安装台44上。

图5的箭头PB表示粒子射线束PB的照射方向。偏转电磁铁41a、41b在照射方向的射出一侧互相相邻地配置。射线束位置监视器42a、42b在照射方向上隔开一定间隔地配置，在该射线束位置监视器42a、42b之间，靠近射线束位置监视器42b配置剂量监视器43。物块安装台44配置于最靠近患者的照射方向的射入患者的一侧。

图5示出的偏转电磁铁41a、41b构成相对粒子射线束PB在与其照射方向正交的横向上对其布喇格峰BP进行扩大的主动的横向照射区域扩大单元40。该主动的横向照射区域扩大单元40在与粒子射线束PB的照射方向正交的横向、即X轴、Y轴方向上形成扩大SOBP。具体而言，在其横向即XY面上扫描粒子射线束PB，使其照射点在横向上重叠，在XY面上形成扩大SOBP。

安装于物块安装台44的物块45具有与照射目标TV即被治疗部位的最深部位的远端形状相匹配的形状。该物块45是针对每一位患者进行加工而得到的能量调制器，用聚乙烯或石蜡来制作。该物块45配置成横着切割从照射头31A对患者的照射目标TV照射的粒子射线束PB，通过采用该物块45，能使对照射目标TV的最深层TVd及其前面的各照射层的每一层的照射剂量平均化。

实施方式1的特征为将主动的深度方向照射区域扩大单元15和主动的横向照射区域扩大单元40与物块45组合在一起。将主动的深度方向照射区域扩大和主动的横向照射区域扩大组合在一起作为点扫描照射法虽然为人们所知，但是，在实施方式1中却进一步将它们与物块45组合在一起使用。也如图3所示的那样，对于多层照射层的各层的权重在最深层TVd为最高，设该最深层TVd的权重为100时，则其前面的各照射层的权重在其五分之一以下。在本发明的实施方式1中，由于通过利用物块45，使对照射目标TV最深层TVd及其前面的各照射层的每一层的照射剂量平均化，所以能分别在各照射层中使对最深层TVd及其前面的各照射层的每一层的照射剂量保持一定。由此，用主动的深度方向照射区域扩大单元15，每一照射层各自的照射剂量虽然因各照射层而变化，但在各自的照射层中，实质上能使照射能量为一定，能力求使控制简化。

将本实施方式1的粒子射线的照射方法和现有的点扫描照射方法进行比较和说明。图6(a)、(b)表示实施方式1的照射方法，图7(a)、(b)表示现有点扫描照射方法。由于图6(a)及图7(a)表示照射目标TV的形状，假定都是半球形的照射目标TV。最深层TVd是该半球形照射目标TV的表面部分。图8表示在对图6(a)、(b)示出的照射目标TV进行的照射中所使用的物块45的形状。

图6(b)模式地表示实施方式1的粒子射线束PB的照射方法，图7(b)模式地表示现有的点扫描照射方法的粒子射线束PB的照射方法。在图6(b)及图7(b)中，多个小圆S表示与粒子射线束PB的直径相对应的照射点。实际上这些照射点S为以相邻的照射点S互相部分重叠的方式进行扫描，为了简化附图，以未重叠的状态来进行表示。另外照射点S的数量实质上远比图中示出的多。

图6(b)及图7(b)中，分别用X—X线表示相对粒子射线束PB的横向的X轴，且用Y—Y线表示其Y轴。沿X—X线标注从1开始至12的地址，且沿Y—Y线标注从A开始至P的地址。图6(a)示出的照射目标TV的最深层TVd以大圆TVd来表示，该圆TVd的内部或与该圆TVd部分重叠的多个照射点S以实线的小圆S来表示。这些实线的小圆S为与照射目标TV的最深层TVd相对应的粒子射线束PB，在对XY面的一次扫描中，实质上均以相同能量的剂量进行照射。

图6(b)中，照射点S基本上从地址A1开始沿X—X线进行扫描，从地址A12开始移动到地址B1，一直扫描到最后的地址P12，虽对于最深层TVd，能够为仅以实线的小圆S所表示的照射点S以互相相同的照射剂量进行扫描。通过一边保持相同剂量，一边扫描与圆TVd相当的照射点S，从而实现对该最深层TVd的照射。

现有的点扫描照射法中，因不使用物块45，所以对于相同半球形照射目标TV的照射深度D(参照图7(a))的区域，如图7(a)、(b)所示那样，可以假定不同深度的多个环形部分TV1至TV4。在对该环形部分TV1至TV4扫描照射点S的情况下，例如，由于地址B6、B7相当于最深层TVd，所以需要较高的照射剂量，但例如，由于地址C6、C7比最深层TVd要浅，所以给予的照射剂量应减小。在地址F的一列上，由于地址F2、F11与最深层TVd相当，所以要给予较高的照射剂量，但因地址F3、F10为最深层TVd的前面的较浅的一层，所以要减小照射剂量，另外，从最深层TVd观察地址F4、F9，比地址F3、F10更靠前的更浅的一层，所以照射剂量需要进一步减小。

这样，用现有的点扫描照射法中，在对相同深度D的区域进行扫描时，要频繁地改变照射剂量。这种照射剂量由深度方向照射区域扩大单元15在加速器12中使射线束电流改变来实现，但要无差错地对射线束电流频繁地进行改变是相当困难的。

作为一种主动的横向照射区域扩大方法，在采用阶梯状地扫描粒子射线束PB的点扫描法的情况下，根据照射时间来控制赋予各照射点S的照射剂量。对该照射剂量进行控制的控制装置以表格形式持有与各照射点S相对应的计划剂量的值，各照射点S的粒子射线束在照射剂量到达该计划剂量的时刻，暂停。由此，虽然也能根据照射时间来控制照射剂量，但为了准确地控制照射剂量，在使加速器12供给适合照射点S的计划剂量的射线束电流的基础上，需要准确地控制该射线束电流。

在这样的加速器12的射线束电流的控制中，现有的点扫描照射法中，在图7(b)的地址F2、F11那样与最深层TVd相当的部分加大射线束电流，而在地址F3、F10及地址F4、F9依次减小射线束电流，但因对加速器12的射线束电流的调整不能在瞬间进行，所以对于某一个照射深度D的区域，为了使射线束电流变化而需要延长照射时间，存在使控制变得复杂的问题。

与此相对地，如实施方式1那样，将主动的深度方向照射区域扩大单元15和主动的横向照射区域扩大单元40与物块45组合在一起，在最深层TVd和其前面的各照射层的每一层上，使给予照射点S的照射能量实质上能保持一定，对于各照射层的每一层，使加速器12的射线束电流实质上能保持一定，由此能力求简化控制。

另外，本实施方式中所述的与剂量分布、剂量权重相关的数值仅是一个例子，本发明的实施方式1的效果并不取决于具体的数值。

实施方式2

以下，说明本发明的实施方式2。该实施方式2中也对本发明的粒子射线照射装置的实施方式2进行说明，同时也对本发明的粒子射线照射方法的实施方式2进行说明。

本发明的粒子射线照射方法的实施方式2中所使用的粒子射线照射装置的实施方式2的特征在于，也将主动的深度方向照射区域扩大和主动的横向照射区域扩大组合在一起，再进一步地与物块45组合起来使用，另外，对于照射目标的最深层TVd进行一次以上一次以上的再次照射。

实施方式2的粒子射线照射装置中，在实施方式1的粒子射线照射装置中除了主动的深度方向照射区域扩大单元15以外，还追加了主动的深度方向照射区域扩大单元60。该实施方式2的粒子射线照射装置除了上述以外其余构成与实施方式1相同。

该实施方式2的粒子射线照射装置中，主动的深度方向照射区域扩大单元15、60将粒子射线束PB在照射方向即深度方向上射程互不相同的多层照射层进行重叠，在深度方向上构成扩大布喇格峰SOBP。物块45和实施方式1一样，使对最深层TVd和其前面的各照射层的每一层的照射剂量实质上为一定，简化对深度方向照射区域扩大单元15、60的控制。

图9表示本发明实施方式2的粒子射线照射装置中所使用的照射头31的结构。用标号31B表示图9的照射头。从图9可知：实施方式2中所用的照射头31B具有使粒子射线束PB在X、Y平面扫描的偏转电磁铁51a、51b；监视粒子射线束PB的照射位置的射线束位置监视器52a、52b；监视粒子射线束PB的照射剂量的剂量监视器53；物块安装台54；范围移动器56及可变准直器57。

图9所示的偏转电磁铁51a、51b和图5所示的偏转电磁铁41a、41b相同，对于粒子射线束PB，构成在与其照射方向正交的横向将该布喇格峰BP扩大的横向的主动的照射区域扩大单元50。该主动的横向照射区域扩大单元50和实施方式1的主动的横向照射区域扩大单元40相同，在与粒子射线束PB的照射方向正交的横向即X轴、Y轴方向形成扩大SOBP。具体而言，在其横向即XY面上使粒子射线束PB扫描，使其照射点在横向叠合，从而在该XY面形成扩大SOBP。

范围移动器56构成主动的深度方向照射区域扩大单元60。该范围移动器56以横着切割粒子射线束PB的方式被插入，根据供给其的调整信号来使粒子射线束PB的能量减小，进行深度方向照射区域扩大。实施方式2中，利用对加速器12的能量设定控制器13，构成主动的深度方向照射范围扩大单元15，另外利用范围移动器56构成主动的深度方向照射范围扩大单元60。通过同时使用上述两种单元，力求能充分地进行深度方向的照射区域扩大。但是，也能仅使用其中的一方。

可变准直器57用于限制横向的照射区域，通过远程控制沿着箭头A方向移动，调整横向的照射区域。该可变准直器57中例如使用多片准直器。通过利用该可变准直器57来调整横向的照射区域，从而能形成三维的剂量分布。

图9的箭头PB表示粒子射线束PB的照射方向。偏转电磁铁51a、51b在射出一侧互相相邻地配置。射线束位置监视器52a、52b隔开一定间隔地配置，在射线束位置监视器52a、52b之间靠近射线束位置监视器52b配置剂量监视器53的位置。物块安装台54配置于最靠近患者的射入一侧，物块45安装于物块安装台54上。范围移动器56配置于剂量监视器53和射线束位置监视器52a之间靠近剂量监视器53的位置。另外，可变准直器57配置于射线束位置监视器52b和物块安装台54之间。

实施方式2中，主动的深度方向照射范围扩大单元15、60和主动的横向照射范围扩大单元50组合，再进一步地与物块45进行组合。物块45和实施方式1相同，使对于最深层TVd和其前面的各照射层的每一层的照射剂量实质上为一定，简化对深度方向照射范围扩大单元15、60的控制。

实施方式2中，如计划的那样控制对于照射目标TV在深度方向上的最深层TVd的照射剂量的重叠是重要的。但是，基于患者的呼吸、体内血液流动等生理活动，患部内脏器官会移动，由此导致照射目标TV也会发生位移，所以在照射剂量的重叠中也会产生误差。例如，伴随着呼吸，肝脏的位置主要在身体的长度方向上周期地位移，另外，在身体的厚度方向上也会周期地位移。

实施方式2的粒子射线照射方法中，对最深层TVd进行一次以上一次以上的照射。给予该最深层TVd的照射能量与其它照射层的相比具有5至20倍的大小，所以通过准确地控制对该最深层TVd的照射剂量，从而能提高照射剂量的整体分布精度。

实施方式2中，按照图10示出的步骤来照射粒子射线束PB。这种控制步骤存于控制整个装置的控制计算机的存储装置中。图10中，沿着竖向栏目配置从最深层TVd开始第2层、第3层、…、至第9层为止的各照射层，其横向栏目中将照射的序号配置为从第1次开始、第2次、…、至第5次，在各照射层和各照射的序号的交点处将照射序号记载为1、2、3、…、13。粒子射线束PB的照射依照这种照射次序1、2、3、…、13依次进行。

图10的照射步骤中，第1次照射包括照射次序1的对最深层TVd的照射，以及照射次序2、3、4、5、6、7、8、9的对从第2层开始至第9层的各层的照射。第2次照射包括照射次序10的对最深层TVd的照射，第3次照射包括照射次序11对最深层TVd的照射，第4、第5次照射分别包括照射次序12、13对最深TVd的照射，照射次序10、11、12、13的照射均为对最深层TVd的再次照射。

照射次序1、10、11、12、13的对最深层TVd的5次照射以与最深层TVd相对应的最高照射剂量RV1的各1/5的能量来进行，总的照射剂量为RV1。对于第2至第9层的照射剂量RV2至RV9从照射剂量RV1开始依次减小。图10中假设对最深层TVd的照射次数为5次，对所需的照射剂量RV1进行5等分，以RV/5的照射剂量照射5次。

图11(a)、(b)、(c)、(d)为表示在将对最深层TVd的照射次数设为总计2次，即将再次照射次数设为1的情况下，对因照射目标TV的位移而造成照射剂量的误差对进行改善的状况的曲线图。

图11(a)中表示照射目标TV，该照射目标TV伴随着呼吸而沿轴206在箭头B的方向上位移。在图11(b)中，第1次照射剂量的分布用实线的曲线201表示，第2次照射剂量的分布用虚线的曲线202表示。在图11(c)中，表示第1次照射剂量的分布201、以及第1次和第2次的照射剂量相加后的合计照射剂量的分布曲线203。

图11(d)中用曲线205表示对最深层TVd只进行1次照射时的照射剂量的分布，并且将该曲线205和曲线203对比。图11(d)示出的灰色区域204表示因照射目标TV的位移在曲线205上被赋予比曲线203还要多的照射剂量的区域。

由此，在对最深层TVd等某一照射层只进行1次照射的情况下，伴随着照射目标TV的位移，有在区域204给予过大的照射剂量的危险，但通过利用再次照射，分成多次，按照等分后的照射剂量进行照射，从而能改善这种过大的照射区域204的产生。

另外，在图11的例子中，为了便于说明，使用在剂量分布曲线201、202、203、205的两端剂量从100％至0％以线性降低的分布。实质上剂量分布的端部按照高斯分布接近卷积(convoluted)函数，但本说明并不依附于分布的具体数学表现方式。通过再增加对最深层TVd的照射次数，能进一步改善剂量分布。另外，对于深度方向，也同样地通过多次照射，能力求改善剂量分布。

该实施方式2中，将主动的深度方向照射范围扩大和主动的横向照射范围扩大组合在一起来照射粒子射线束PB，但在这种情况下，各照射点S在深度方向和横向的两个方向上分别照射并进行重叠。

另外，该实施方式2中，照射点S的重叠不仅在深度方向上，而且在横向上也是必要的，所以照射所需时间有延长的倾向。为了缩短照射所需时间，并且减轻因患者的生理活动而造成的照射误差，实施方式2中只对最深层TVd进行多次照射。

在将主动的深度方向照射范围扩大和主动的横向照射范围扩大组合的现有的点扫描照射法中由于不使用物块45，所以如图7(a)、(b)所示，最深层TVd对于照射深度D(参照图7(a))不同的各照射层，只存在于其外表部。因此，现有的点扫描照射法在再次照射最深层TVd时，需要对较多的照射层作再次照射，另外对于深度D不同的各照射层，需要调整加速器12的能量，控制变得既麻烦又复杂。

实施方式2中，由于使用物块45，最深层TVd如图6(b)所示，能集中于一个层，在对该最深层TVd的照射中由于无需对加速器12的能量进行调整，也无需对范围移动器56进行调整，所以能简单地对整个最深层TVd进行再次照射。

由此，利用实施方式2，对于因患者的呼吸等生理活动而位移的照射目标TV，仍能一边保持照射点S的照射精度，同时又能抑制照射时间变长。

如上所述，在实施方式2中，对最深层TVd进行一次以上的再次照射，通过将照射次数分成多次，从而能减轻因目标部位TV的位移而造成的照射剂量的误差。

另外，本实施方式中所述的剂量分布及权重的具体数值为一个示例，本发明的效果不取决于这些具体数据。

实施方式3

以下，说明本发明的实施方式3。该实施方式3中所使用的粒子射线照射装置使用和实施方式1或实施方式2中已说明过的相同的装置，所以在实施方式3中主要对本发明的粒子射线照射方法的实施方式3进行说明。

该实施方式3中，按照图12示出的照射步骤照射粒子射线束PB。其控制步骤也存于控制整个装置的控制计算机的存储装置中。图12中，沿着竖向栏目配置从最深层TVd开始第2层、第3层、…、至第9层为止的各照射层，其横向栏目中将照射的序号配置为从第1次开始、第2次、…、至第5次，在各照射层和各照射的序号的交点处将照射序号记载为1、2、3、…、16。粒子射线束PB依照这种照射次序1、2、3、…、16依次进行照射。

图12的照射步骤中，第1次照射包括照射次序1的对最深层TVd的照射，以及照射次序2、3、4、5、6、7、8、9的对从第2层开始至第9层的各层的照射。第2次照射分别包括照射次序10的对最深层TVd的照射，以及照射次序11、12的对第2层、第3层的照射。第3次照射分别包括照射次序13对最深层TVd的照射，以及照射次序14的对第2层的照射。第4次照射包括照射次序15的对最深层TVd的照射，第5次照射包括照射次序16的对最深层TVd的照射。

照射次序10、13、15、16的四次照射均为对最深层TVd的再次照射，照射次序11、14的两次照射为对第2层的再次照射，另外，照射次序12的照射为对第3层的再次照射。

照射次序1、10、13、15、16加在一起对最深层TVd照射5次，分别按与最深层TVd相对应的最高的照射剂量RV1的1/5剂量来进行，使总计的照射剂量为RV1。对第2层的照射次序2、11、14加在一起照射3次，分别按第2层所需的照射剂量RV2的1/3剂量来进行，使总计的照射剂量为RV2。对第3层的照射次序3、12的照射次序分别按第3层所需的照射剂量RV3的1/2剂量来进行，使总计的照射剂量为RV3。对第2层至第9层的照射剂量RV2至RV9从对最深层TVd的照射剂量RV1开始依次减小，但对第2层、第3层的照射剂量RV2、RV3比对第4层至第9层的照射剂量高。

由此，在实施方式3中，对于最深层TVd和在其后照射剂量较高的第2层、第3层，进行一次以上的再次照射，即使在因呼吸等生理活动而导致照射目标TV位移的情况下，仍能减小对这些最深层TVd、第2层、第3层的照射误差。

实施方式4

以下，对本发明的实施方式4进行说明。该实施方式4中所使用的粒子射线照射装置使用与实施方式1或实施方式2中已说明过的相同的装置，所以在实施方式4中也主要对本发明的粒子射线照射方法的实施方式4进行说明。

该实施方式4中，按照图13示出的照射步骤来照射粒子射线束PB。其控制步骤也存于控制整个装置的控制计算机的存储装置中。图13中，沿着竖向栏目配置从最深层TVd开始第2层、第3层、…、至第9层为止的各照射层，其横向栏目中将照射的序号配置为从第1次开始、第2次、…、至第5次，在各照射层和各照射的序号的交点处将照射序号记载为1、2、3、…、16。粒子射线束PB依照这种照射次序1、2、3、…、16依次进行照射。

图13的照射步骤中，第1次照射包括照射次序1的对最深层TVd的照射，以及照射次序2、3、4、5、6、7、8、9的对从第2层开始至第9层的各层的照射。第2次照射包括照射次序10的对最深层TVd的照射，以及照射次序14、16的分别对第2层、第3层的照射。第3次照射包括照射次序11的对最深层TVd的照射，以及照射次序15的对第2层的照射。第4次照射包括照射次序12的对最深层TVd的照射，第5次照射包括照射次序13的对最深层TVd的照射。

照射次序10、11、12、13的照射均为对最深层TVd的再次照射，照射次序14、15的照射为对第2层的再次照射，另外照射次序16的照射为对第3层的再次照射。

照射次序1、10、11、12、13加在一起对最深层TVd进行5次照射，分别按与最深层TVd相对应的最高的照射剂量RV1的1/5剂量来进行，使总计的照射剂量为RV1。对第2层的照射次序2、14、15加在一起进行3次照射，分别按第2层所需的照射剂量RV2的1/3剂量来进行，使总计的照射剂量为RV2。对第3层的照射次序3、16的照射分别按第3层所需的照射剂量RV3的1/2剂量来进行，使总计的照射剂量为RV3。对第2层至第9层的照射剂量RV2至RV9从对最深层TVd的照射剂量RV1开始依次减小，但对第2层、第3层的照射剂量RV2、RV3比对第4层至第9层的照射剂量高。

在实施方式4中，其特征在于，在照射次序10至13的对最深层TVd进行4次再照射之后，再进行照射次序14、15的对第2层的2次再照射，然后，再进行照射次序16的对第3层的再次照射。该实施方式4中因对最深层TVd和在其后照射剂量高的第2层、第3层进行一次以上的再次照射，所以即使因呼吸等生理活动而导致照射目标TV位移，仍能减小对这些照射剂量较高的最深层TVd、第2层、第3层的照射误差。

实施方式5

以下，对本发明的实施方式5进行说明。该实施方式5中所使用的粒子射线照射装置使用与实施方式1或实施方式2中已说明过的相同的装置，所以在实施方式5中也主要对本发明的粒子射线照射方法的实施方式5进行说明。

该实施方式5中，按照图14示出的照射步骤来照射粒子射线束PB。其控制步骤也存于控制整个装置的控制计算机的存储装置中。图14中，沿着竖向栏目配置从最深层TVd开始第2层、第3层、…、至第9层为止的各照射层，其横向栏目中配置对各照射层的权重(相对值)，并且在其后将照射的序号配置为从第1次开始、第2次、…、至第10次，在各照射层和各照射的序号的交点处将照射序号记载为1、2、3、…、24。粒子射线束PB依照这种照射次序1、2、3、…、24依次进行照射。

图14的照射步骤中，第1次照射包括照射次序1的对最深层TVd的照射，以及照射次序2、3、4、5、6、7、8、9的分别对从第2层开始至第9层的各层的照射。第2次照射包括照射次序10的对最深层TVd的照射，以及照射次序11、12、13、14的分别对第2层至第5层的照射。第3次照射包括照射次序15的对最深层TVd的照射，以及照射次序16、17的分别对第2层、第3层的照射。第4次至第10次的照射分别为照射次序18、19、20、21、22、23及24的对最深层TVd的照射。

照射次序10、15、18至24的9次照射均为对最深层TVd的再次照射，照射次序11、16的2次照射为对第2层的再次照射，照射次序12、17的2次照射为对第3层的再次照射。另外，照射次序13、14的照射为分别对第4层、第5层的再次照射。

照射次序1、10、15、18至24加在一起对最深层TVd照射10次，分别按与最深层TVd相对应的最高的照射剂量RV1(权重100)的1/10剂量来进行，使总计的照射剂量为RV1。对第2层的照射次序2、11、16加在一起照射3次，分别按第2层所需的照射剂量RV2(权重30)的1/3剂量来进行，使总计的照射剂量为RV2。对第3层的照射次序3、12、17的照射分别按第3层所需的照射剂量RV3(权重28)的1/3剂量来进行，使总的照射剂量为RV3。对第4层的照射次序4、13合计2次的照射分别按第4层所需的照射剂量RV4(权重22)的1/2剂量来进行，使总计的照射剂量为RV4。对第5层的照射次序5、14合计2次的照射分别按第5层所需的照射剂量RV5(权重20)的1/2剂量来进行，使总计的照射剂量为RV5。

在实施方式5中，其特征在于，因对最深层TVd以及权重(相对值)在20以上的第2层、第3层、第4层、第5层进行与各自的权重成比例的次数的再次照射。该实施方式5中，即使因呼吸等生理活动而导致照射目标TV位移，仍能减小对这些照射剂量高的最深层TVd、第2层、第3层、第4层、第5层的照射误差。

实施方式6

以下，对本发明的实施方式6进行说明。该实施方式6中所使用的粒子射线照射装置使用与实施方式1或实施方式2中已说明过的相同的装置，所以在实施方式6中也主要对本发明的粒子射线照射方法的实施方式6进行说明。

该实施方式6中，按照图15示出的照射步骤来照射粒子射线束PB。其控制步骤也存于控制整个装置的控制计算机的存储装置中。图15中，沿着竖向栏目配置从最深层TVd开始第2层、第3层、…、至第9层为止的各照射层，其横向栏目中配置对各照射层的权重(相对值)，并且在其后将照射的序号配置为从第1次开始、第2次、…、至第10次，在各照射层和各照射序号的交点处将照射序号记载为1、2、3、…、24。粒子射线束PB依照这种照射次序1、2、3、…、24依次进行照射。

图15的照射步骤中，第1次照射包括照射次序1的对最深层TVd的照射，以及照射次序2、3、4、5、6、7、8、9的对从第2层开始至第9层的各层的照射。第2次照射包括照射次序10的对最深层TVd的照射，照射次序19的对第2层的照射，照射次序21的对第3层的照射，照射次序23的对第4层的照射，以及照射次序24的对第5层的照射。第3次照射包括照射次序11的对最深层TVd的照射，以及照射次序20、22的分别对第2层、第3层的照射。第4次至第10次的照射分别为对最深层TVd的照射次序12至24的照射。

照射次序10至18的9次照射均为对最深层TVd的再次照射，照射次序19、20的2次照射为对第2层的再次照射，照射次序21、22的2次照射为对第3层的再次照射。另外，照射次序23、24的照射为分别对第4层、第5层的再次照射。从照射次序10至18的9次对最深层TVd的再次照射在再次照射的最初时汇总地进行，接着进行照射次序19、20的对第2层的再次照射。此后进行对第3层、第4层、第5层的再次照射。

照射次序1、10至18加在一起对最深层TVd进行10次照射，分别按与最深层TVd相对应的最高的照射剂量RV1(权重100)的1/10剂量进行，使总计的照射剂量为RV1。对第2层的照射次序2、19、20加在一起进行3次照射，分别按第2层所需的照射剂量RV2(权重30)的1/3剂量进行，使总计的照射剂量为RV2。对第3层的照射次序3、21、22加在一起进行3次照射，分别按第3层所需的照射剂量RV3(权重28)的1/3剂量进行，使总计的照射剂量为RV3。对第4层的照射次序4、23加在一起进行2次照射，分别按第4层所需的照射剂量RV4(权重22)的1/2剂量进行，使总计的照射剂量为RV4。对第5层的照射次序5、24加在一起进行2次照射，分别按第5层所需的照射剂量RV5(权重20)的1/2剂量进行，使总计的照射剂量为RV5。

在实施方式6中，其特征在于，因对最深层TVd及权重(相对值)在20以上的第2层、第3层、第4层、第5层进行次数与各自的权重成比例的再次照射。该实施方式6中，即使因呼吸等生理活动而导致照射目标TV位移，仍能减小对这些照射剂量高的最深层TVd、第2层、第3层、第4层、第5层的照射误差。

实施方式7

以下，对本发明的实施方式7进行说明。本实施方式7中对本发明的粒子射线照射装置的实施方式7，和本发明的粒子射线照射方法的实施方式7进行说明。

该实施方式7附加以下的功能，即测量患者的呼吸或检测照射目标的位置，根据上述的呼吸测量或照射目标的位置检测，对患者的呼吸作出判定，从而控制粒子射线束PB照射的开始或停止。

该实施方式7中，使用图16示出的实施方式7的粒子射线照射装置。该图16示出的粒子射线照射装置除了粒子射线发生部10、粒子射线输送部20及粒子射线照射部30以外，还包括呼吸测量装置71、照射目标位置检测装置73、呼吸判定计算机75、粒子射线治疗装置安全系统77。粒子射线发生部10、粒子射线输送部20与图4示出的相同。粒子射线照射部30包括图4的粒子射线照射部30A、30B、30C，其照射头31使用图5示出的实施方式1中所使用的照射头31A或图9示出的实施方式2中所使用的照射头31B。实施方式7的粒子射线照射方法中使用实施方式1至实施方式6所述的照射方法，此外，控制粒子射线束PB的开始与停止。还有，在图16中示出了患者70卧于治疗台32上。粒子射线照射部30从患者70的正上方照射粒子射线束PB。

呼吸测量装置71测量患者70的呼吸并输出呼吸信号BS，可使用现有的粒子射线治疗装置或X射线CT中所使用的装置。该呼吸测量装置71中，可使用将发光二极管(LED)装在患者70的腹部或胸部，根据该发光二极管的发光位置的位移来测量呼吸的单元；利用反射装置并根据激光光线来测量身体位移的单元；将伸缩型的电阻装在患者的腹部来测量其电气特性变化的单元；以及直接计测患者70进行呼吸的气息的单元等。

照射目标位置检测装置73检测患者70体内照射目标TV的位置，输出呼吸信号BS。作为该照射目标位置检测装置73，可使用X射线源731、732和与其对应的X射线图像获取装置741、742。X射线源731、732对患者70体内的照射目标TV照射X射线，X射线图像获取装置741、742取得来自X射线源731、732的X射线图像，并检测出照射目标TV的位置。作为X射线图像获取装置741、742例如可以是使用了图像增强器的X射线电视装置、或用CCD摄像机计测闪烁器板的单元等。照射目标TV也有在与其对应的重要部位，预先将诸如金之类的金属小片作为标记埋入的方法，通过利用该标记，容易确定照射目标TV的位置。

呼吸测量装置71及照射目标位置检测装置73一起检测伴随着呼吸而引起的照射目标TV的位移，产生呼吸信号BS。这些呼吸信号BS都输入呼吸判定计算机75。该呼吸判定计算机75根据其存储单元内所存储的呼气/吸气的相关关系，依据所输入的呼吸信号BS来实时地判定呼吸周期的相位，向粒子射线治疗装置安全系统77输出状态信号SS。粒子射线治疗装置安全系统77根据状态信号SS向粒子射线发生部10及粒子射线输送部20供给控制信号CS，使来自粒子射线照射头31的粒子射线束PB开始或停止。

根据实施方式7，与呼吸同步地控制实施方式1至实施方式6中已说明过的粒子射线束PB的开始和停止，能更安全、高精度地进行粒子射线照射。还有呼吸测量装置71及照射目标位置检测装置73也可以只使用其中任一种装置。

实施方式8

以下，对本发明的实施方式8进行说明。本实施方式8中对本发明的粒子射线照射装置的实施方式8，和本发明的粒子射线照射方法的实施方式8进行说明。

该实施方式8附加以下的功能，即测量患者的呼吸或照射目标的位置，根据上述的呼吸测量或照射目标的位置检测，对患者的呼吸作出判定，从而控制粒子射线束PB的照射的开始和停止。该实施方式8将实施方式7的粒子射线治疗装置安全系统77置换成照射控制计算机80，根据呼吸信号BS控制所照射的粒子射线束PB的照射剂量。其它构成与实施方式7相同。

实施方式8中，使用图17示出的实施方式9的粒子射线照射装置。该图17示出的粒子射线发生部10、粒子射线输送部20和图4示出的相同。粒子射线照射部30包括图4的粒子射线照射部30A、30B、30C。该粒子射线照射部30有照射头31，该照射头31使用图5示出的实施方式1中所使用的照射头31A或图9示出的实施方式2中所使用的照射头31B。实施方式9的粒子射线照射方法除了使用实施方式1至实施方式7所述的照射方法以外，还控制粒子射线束PB的照射剂量。

该实施方式8中，计测患者70的呼吸相位、和与其对应的照射目标TV的位置，将它们的相关关系存储于呼吸判定计算机75的存储单元。呼吸判定计算机75接受来自呼吸测量装置71及照射目标位置检测装置73中任一个装置或两个装置的呼吸信号BS，实时地输出与该呼吸信号BS相对应的表示照射目标TV的位置的位置信号PS。

照射控制计算机80根据来自呼吸判定计算机75的位置信号PS，向粒子射线照射部30供给与该位置信号PS相对应的表示照射剂量的照射剂量控制信号RS。粒子射线照射部30根据与呼吸信号BS相对应的位置信号PS，调整对照射目标TV的照射剂量。例如，在照射目标为肝脏的情况下，在呼吸的某个位相上设肝脏位移至离照射头31为1cm深的位置，则在该深度的位置上调整粒子射线束PB的照射剂量，以使其成为计划照射剂量。照射控制计算机80也可以为对实施方式1至6中已说明过的对整个装置进行控制用的控制计算机。

本实施方式8中，与伴随着呼吸而引起的照射目标TV的位移相对应，调整实施方式1至实施方式6中已说明过的粒子射线束PB的照射剂量，因此能进行高精度的照射。还有，在实施方式8中，如使用来自照射目标位置检测装置73的呼吸信号BS，则与来自呼吸测量装置71的呼吸信号BS相比，能更直接地检测出照射目标TV的位置，进行精度更高的照射。

实施方式9

以下，对本发明的实施方式9进行说明。本实施方式9中对本发明的粒子射线照射装置的实施方式9，和本发明的粒子射线照射方法的实施方式9进行说明。

患者70的照射目标TV随着患者70的呼吸而发生位移，但这种位移主要为沿一定的轴的位移。对于胸部及腹部等脏器，由于横隔膜的动作沿身体的长度方向的位移较多。图18表示沿身体的长度方向患者体70内的照射目标TV在箭头C方向上的位移的情况。

粒子射线束PB通常从身体的正上方位置如箭头B1所示地照射，但如从患者70的头70h的上方斜着如箭头B2那样地照射粒子射线束PB，则能将因随着患者70的呼吸而造成照射目标TV在箭头C方向上方的位移分解成粒子射线束PB的照射方向即深度方向以及与其正交的横向，从而能够减小伴随着呼吸而造成的对照射目标TV的照射误差。

实施方式9注重于这点，从斜向对身体长度方向照射实施方式1至实施方式6中已说明过的粒子射线束PB。该实施方式9的粒子射线照射装置中同时使用图19、图20示出的旋转起重机架90、治疗台旋转机构。

旋转起重机架90为较大的圆形台架，能绕着水平轴线91的周围旋转。该旋转起重机架90内部设置有治疗台32。该治疗台32靠治疗台旋转机构绕与水平轴线91正交的垂直轴线92的周围旋转。粒子射线照射头31设置于旋转起重机架90圆周面上的照射点P。

图19表示水平轴线91与身体的长度方向相互平行，从照射点P向正下方沿箭头B1的方向照射粒子射线束PB的状态。图20中，旋转起重机架90沿水平轴线91的周围，从图19的位置沿逆时针方向大致转45度，另外，治疗台32从图19的位置绕垂直轴线92旋转90度后的状态，在图20的状态下，粒子射线束PB从患者70的头70h的上方斜着沿箭头B2进行照射。

实施方式9的粒子射线照射方法中，由于粒子射线束PB从患者70的头70h的上方斜着沿箭头B2进行照射，所以能将伴随着患者70的呼吸而造成照射目标TV在箭头C方向上的位移分解成粒子射线束PB的照射方向即深度方向以及与其正交的横向，从而能够减小由于呼吸造成的对照射目标TV的照射误差。

工业上的实用性

本发明的粒子射线照射方法例如能作为一种癌症等的治疗方法加以利用，另外，本发明的粒子射线照射装置例如能作为一种癌症等的治疗装置加以利用。

Claims (8)

1.一种粒子射线照射装置，包括：

产生粒子射线束的粒子射线发生部；

输送该粒子射线发生部所发生的所述粒子射线束的粒子射线输送部；

向照射目标照射由该粒子射线输送部所输送的所述粒子射线束的粒子射线照射部；

在所述粒子射线束的照射方向的深度方向上扩大所述粒子射线束的照射区域的深度方向照射区域扩大单元；以及

在与所述粒子射线束的照射方向正交的横向上扩大所述粒子射线束的照射区域的横向照射区域扩大单元，所述粒子射线照射装置的特征在于，

所述照射目标为被治疗部位，该被治疗部位沿着所述粒子射线束的照射方向的深度和与其正交的横向具有依存关系，在横向上发生变化，该深度方向上的所述被治疗部位的变化形状被称为远端形状，

将所述深度方向照射区域扩大单元设置为对在所述粒子射线束的照射方向上射程互不相同的多层照射层进行重叠的主动的照射区域扩大单元，

将所述横向照射区域扩大单元设置为在所述横向对所述粒子射线束的照射点进行重叠的主动的照射区域扩大单元，

在所述粒子射线照射装置中，配置以与沿所述照射目标深度方向的最深层的所述远端形状相一致的方式制作而成的物块，以使其横向切断所述粒子射线束，由此，与所述照射目标即被治疗部位沿着所述粒子射线束的照射方向的深度在垂直于所述粒子射线束的照射方向的横向上发生变化无关地，使所述最深层和其前面的各个照射层的每一层上的照射剂量实质上保持不变，

选定再照射所述粒子射线束一次以上的再照射层，其中该再照射层包含具有所述远端形状的所述最深层和其前面的照射层，同时使照射到具有所述远端形状的最深层的所述粒子射线束的能量实质上为一定，且使对所述最深层以外的照射层的再照射次数少于对所述最深层的再照射次数，

所述粒子射线照射装置具有控制照射顺序的控制计算机，该控制计算机通过将照射次数分成多次以平均地分割各所述再照射层所必需的照射剂量，以在所述最深层和其前面的照射层的每一层上给予所述照射点的照射剂量实质上保持一定的方式来进行照射。

2.如权利要求1所述的粒子射线照射装置，其特征在于，

所述主动的深度方向扩大单元与加速所述粒子射线束的加速器相结合，使其加速能量改变。

3.如权利要求1所述的粒子射线照射装置，其特征在于，

将所述主动的深度方向照射范围扩大单元配置为横向切断所述粒子射线束的范围移动器，该范围移动器根据所给予的调整信号来调整所述粒子射线束的能量。

4.如权利要求1所述的粒子射线照射装置，其特征在于，

还包括：检测所述照射目标的位移用的位移检测单元；以及通断所述粒子射线束的照射的通断单元，根据所述照射目标的位移来通断所述粒子射线束。

5.如权利要求1所述的粒子射线照射装置，其特征在于，

还包括：检测所述照射目标的位移的位移检测单元；以及调整所述粒子射线束的照射剂量的调整单元，根据所述照射目标的位移来调整所述粒子射线束的照射剂量。

6.如权利要求1所述的粒子射线照射装置，其特征在于，

所述粒子射线照射部具有照射粒子射线束的照射头，该照射头装在旋转起重机架上，在所述照射目标主要沿规定方向发生位移的情况下，使所述粒子射线束与所述规定方向相关地从斜向对照射目标照射所述粒子射线束。

7.如权利要求1所述的粒子射线照射装置，其特征在于，

还配置有限制横向照射区域的可变准直器，以横向地切断所述粒子射线。

8.一种粒子射线照射装置，包括：

产生粒子射线束的粒子射线发生部；

输送该粒子射线发生部所发生的所述粒子射线束的粒子射线输送部；

向照射目标照射由该粒子射线输送部所输送的所述粒子射线束的粒子射线照射部；

在所述粒子射线束的照射方向的深度方向上扩大所述粒子射线束的照射区域的深度方向照射区域扩大单元；以及

在与所述粒子射线束的照射方向正交的横向上扩大所述粒子射线束的照射区域的横向照射区域扩大单元，所述粒子射线照射装置的特征在于，

将所述深度方向照射区域扩大单元设置为对在所述粒子射线束的照射方向上射程互不相同的多层照射层进行重叠的主动的照射区域扩大单元，

将所述横向照射区域扩大单元设置为在所述横向对所述粒子射线束的照射点进行重叠的主动的照射区域扩大单元，

在所述粒子射线照射装置中，配置以与沿所述照射目标深度方向的最深层的所述远端形状相一致的方式制作而成的物块，以使其横向切断所述粒子射线束，

选定再照射所述粒子射线束一次以上的再照射层，其中该再照射层包含具有所述远端形状的所述最深层，

所述粒子射线照射装置具有控制照射顺序的控制计算机，该控制计算机平均地分割各所述再照射层所必需的照射剂量，且基于如下照射顺序进行照射：先从所述最深层至最外层的每一层分别进行一次照射，再从所述最深层开始对每一层依次进行一次照射，直到对所述再照射层照射了该再照射层所需的全部照射剂量为止。