JP2013508046A - 粒子線治療で使用するビーム分析器を備えるガントリ - Google Patents
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Abstract
【選択図】図4
Description
Beam Scanning)法がある。PBSでは、細いペンシルビームを、ビーム中心軸に直交する平面に沿って磁気的に走査させる。標的体積における横方向の原体性は、走査磁石を適切に制御することにより得られる。標的体積における深さ方向の原体性は、ビーム・エネルギーを適切に制御することにより得られる。このようにして、三次元の標的体積全体に粒子線量を照射することができる。
Selection System)が設置されている。そのようなエネルギー選択システムは、Jongen等による非特許文献1に記載されている。エネルギー選択システム(ESS)の機能は、サイクロトロンから取り出した固定エネルギー・ビーム(例えば、陽子の場合、230MeV又は250MeV)を、そのエネルギーがサイクロトロンの固定エネルギーから要求される最小エネルギー(例えば、陽子の場合、70MeV)まで下に可変のビームに変換することである。結果として得られるビームは、検証及び調整された絶対エネルギー、エネルギー幅、及びエミッタンスを持つものでなければならない。
・粒子線治療で使用するガントリの治療アイソセンタに粒子治療ビームを照射することができるように、入射粒子ビームを輸送、偏向、及び成形する周知の機能;
・入射粒子ビームのエネルギー幅を、選択された最大値に制限する追加の機能。
mm mradに制限することができる。実際のビーム調整を目的として、発散制限又はエミッタンス制限スリットの下流側正面に、ビームプロファイル・モニタ(図4には示していない)を設置することができる。XとYで一対のスリットをビームの開きを低減する手段として用いる代わりに、他の手段を用いることもできる。例えば、様々な直径のアパーチャ又はコリメータを用いることができ、これらをビームラインに配置することができる。
1.ガントリ・ビーム光学系は、ダブル・アクロマティックでなければならない。つまり、運動量に依存せず(無分散)、かつ位置に依存しないビーム撮像特性でなければならない。
2.ガントリでの妥当な伝送効率を維持するためには、四重極内部でのビームの最大サイズ(1σ)は、好ましくは2cmを超えてはならない。
さらに第3の条件があるが、しかしこれは、上述のように、ビームの成形に用いられる技法によって異なる。走査系の場合、この第3の条件はつぎのように規定することができる。
3.アイソセンタ50において、ビームは、XとYで略同等のサイズの小さなウエストを持たなければならない。
散乱系の場合、要求されるビームサイズは、アイソセンタよりも上流で(例えば、最後の偏向磁石の出口で)規定することができ、散乱で許容されるビームサイズは、一般に、走査の場合よりも大きい(例えば、最後の偏向磁石の出口で1cm)。
これらの3つの条件(1〜3)に加えて、本発明による結果として新しい要件が導入される。
4.エネルギー幅制限スリット43の位置において、Xでの公称分散は、好ましくは、Xでの公称ビームサイズと比較して大きくなければならない(値の例については、上記を参照)。
本発明によるガントリは、さらに、ビームのエミッタンスを制限する手段を備えることが好ましい。これによって要件が追加される。
5.エミッタンス制限スリット42の位置において、XとYでのビーム光学パラメータ(サイズ及び開き)は、ビームの開きをカットすることが可能なものでなければならない。これは、例えばビームが適当なサイズ(例えば、1σで0.5cm〜2cm)でなければならないことを意味している。
Graphic Transport Framework)を用いて行ったビーム光学研究に基づくものである。170MeVの入射陽子ビームについての、ガントリ・ビームラインにおけるXとYでのビーム・エンベロープを、例として図5に示している。ビーム・エンベロープは、X方向とY方向について、それぞれ下側パネルと上側パネルにプロットしている。この例では、最終的なビームのエミッタンスは12.5π
mm mradである。これは、入射ビームの開きが、XとYで6 mradに制限された状況に対応するものである。この場合、システムを通して輸送されるビームは、1.25mmの小さなビームスポットと6
mradの開きを有してデグレーダで始まるビームとみなすことができる。このビーム光学系によると、治療アイソセンタで3.2mm(1σの値)のビームサイズが得られ、これはペンシルビーム走査を実行するのに適当な値である。四重極磁石及び双極子磁石の位置を、図5に示している。双極子磁石の横方向の位置(垂直方向の間隔)は、この図では縮尺通りに示しておらず、中心軌道に沿ったそれらの位置を示すことのみを目的としている。特に、最後の偏向磁石49のXとYでの間隔は、この双極子磁石の上流に走査磁石を配置して、アイソセンタで大きな走査範囲をカバーする必要があるので、大きな隙間が必要であるため、図5の縮尺よりも遥かに大きい。ビーム路に沿った走査磁石の位置を縦線で示している。点線はビームのXでの公称分散を表している。図示のように、第2の双極子磁石48の直前で大きな公称分散値が得られ、これは、運動量制限スリット43を設置するのに望ましい位置である。ビーム中心軌道に沿った運動量制限スリット43の位置を、図5において縦線で示している。運動量制限スリットにおけるXでの公称ビームサイズは約0.23cmであり、この位置におけるXでの公称分散は約2.56cmであるので、入射ビームの良好な運動量分離が得られる。好ましくは、さらに発散制限スリット42が使用される。これらのスリット42の適切な位置を、図5において縦線で示している。この位置におけるXとYでのビームサイズは、それぞれ約1.8cmと0.6cmである。提示した本ビーム光学ソリューションは、ダブル・アクロマートの条件を満たすものである。
mradでカットされ、最終的なビームのエミッタンスは、XとYの両方において10π
mm mradである。図6に示すビーム・エンベロープはガントリ入射窓で始まり、ビームのサイズは1.25mm(1σの値)である。このガントリ構成では、入射窓と第1の45°ガントリ偏向磁石67との間の第1の直線セクションは、4つの四重極磁石44を含んでいる。第2と第3の四重極磁石の間に設置されている発散制限装置42を、図6において縦線で示している。運動量幅制限スリット43は、Xでの公称分散が公称ビームサイズと比較して大きい位置に設置される。図6における点線は、ビームのXでの公称分散を表している。運動量幅制限スリット43の位置を、図6において縦線で示している。この位置では、Xでの公称分散が約2.6cmであり、Xでの公称ビームサイズ(1σの値)が約0.6cmであって、このことは、入射ビームを運動量によって分析し、対応する位置にスリットを設定することにより運動量幅を所定の値に制限するのに適している。図6に示すビーム・エンベロープは、走査法を用いるノズル用の調整ソリューションである(走査磁石は135°双極子磁石の下流側に設置されるが、図6には示していない)。本ビーム光学研究で使用されるこのガントリ構成は、図6に示すように、さらに、最後の135°双極子磁石68の上流に設置された2つの四重極磁石を含んでいる。この調整ソリューションにより、アイソセンタにおいて、4mm(1σの値)のビームサイズで、XとYでのダブルウエストが得られ、これは、ペンシルビーム走査を実行するのに適している。このビーム光学ソリューションは、ダブル・アクロマートの条件を満たすものである。
Claims (9)
- 粒子ビームを受け取り、それをビーム路に沿って標的まで輸送して照射する、粒子線治療で使用するための回転ガントリ(15)であって、当該ガントリ(15)は、前記粒子ビームが当該ガントリの回転軸にほぼ沿った方向で入射する入射窓(45)を有し、当該ガントリ(15)は、
前記ビームの粒子の運動量幅を、選択された最大値に制限するための手段(43)を備えることを特徴とする、ガントリ。 - 前記ビームの粒子の運動量幅を制限するための前記手段(43)は、前記ビーム路に沿った位置であって、前記ビームの粒子がその運動量に応じて分散される位置に配置されていることを特徴とする、請求項1に記載のガントリ(15)。
- 前記ビームの粒子の運動量幅を制限するための前記手段(43)は、前記ビーム路に沿った位置であって、粒子の運動量に基づく公称分散が、該位置での公称ビームサイズよりも大きい位置に配置されていることを特徴とし、
前記公称分散は、前記ビームのすべての粒子の平均運動量Pの1%(1パーセント)だけ、その運動量が異なる粒子の横方向の変位と定義され、
前記公称ビームサイズは、前記平均運動量Pを有する単色エネルギー粒子ビームの1σビームサイズ値と定義される、請求項2に記載のガントリ(15)。 - 当該ガントリ(15)は、前記粒子ビームの横方向エミッタンスを、選択された最大値に制限するための手段(42)をさらに備えることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれかに記載のガントリ(15)。
- 前記ビームの横方向エミッタンスを制限するための前記手段(42)は、前記ビームの粒子の運動量幅を制限するための前記手段(43)の上流に配置されていることを特徴とする、請求項4に記載のガントリ(15)。
- 前記ビームの横方向エミッタンスを制限するための前記手段(42)は、エミッタンス・スリット又はアパーチャ又はコリメータであることを特徴とする、請求項4又は5に記載のガントリ(15)。
- 前記ビームの粒子の運動量幅を制限するための前記手段(43)は、運動量分析スリット又はアパーチャ又はコリメータであることを特徴とする、請求項1ないし6のいずれかに記載のガントリ(15)。
- 粒子ビーム発生器(40)と、
前記粒子ビームの運動量を減少させるためのエネルギー・デグレーダ(41)と、
請求項1ないし7のいずれかに記載のガントリ(15)と、を備える粒子線治療装置(100)。 - 粒子ビーム発生器(40)と、
前記粒子ビームの運動量を減少させるためのエネルギー・デグレーダ(41)と、
前記粒子ビームのエミッタンスを制限するためのコリメータと、
請求項1ないし7のいずれかに記載のガントリ(15)と、を備え、
前記コリメータは、前記エネルギー・デグレーダ(41)と前記ガントリ(15)との間に配置されている、粒子線治療装置(100)。
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