JP2016189909A

JP2016189909A - 荷電粒子線治療装置

Info

Publication number: JP2016189909A
Application number: JP2015071477A
Authority: JP
Inventors: 敏樹立川; Toshiki Tachikawa
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2016-11-10
Anticipated expiration: 2035-03-31
Also published as: JP6552859B2

Abstract

【課題】ビームの飛程を高精度に調整することができる荷電粒子線治療装置を提供する。【解決手段】荷電粒子線治療装置１は、荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器１１と、荷電粒子線を被照射体へ照射する照射ノズル１２と、照射ノズル１２から照射されるビームのエネルギーを測定するための水ファントム６１と、水ファントム６１によって測定されたエネルギーの測定値に基づいて、加速器１１から出射されるビームのエネルギーの変動を調整するエネルギー変動調整部６３と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、荷電粒子線治療装置に関する。

従来、被照射体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治療装置として、例えば、特許文献１に記載された荷電粒子線治療装置が知られている。この荷電粒子線治療装置では、サイクロトロン２（加速器）から出射されたビームのエネルギーをデグレーダ１０で調整（低下）させて、ビームの飛程（患者体内でのビームの到達位置）を調整している。

国際公開第2012/090614号

しかしながら、ビームの飛程を高精度に調整するためにはビームのエネルギーを高精度に調整することが求められる。例えば、加速器のメンテナンス等によって加速器から出力されるエネルギーが僅かに変動する場合がある。そうすると、その変動に対応してビームの飛程が変動してしまうので、このような飛程の変動を抑えることが望まれる。そこで本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、ビームの飛程を高精度に調整することができる荷電粒子線治療装置を提供することを目的とする。

本発明の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、照射部から照射される荷電粒子線のエネルギーを測定するエネルギー測定部と、エネルギー測定部によって測定されたエネルギーの測定値に基づいて、加速器から出射される荷電粒子線のエネルギーの変動を調整するエネルギー変動調整部と、を備える。

また、本発明の荷電粒子線治療装置は、荷電粒子線のエネルギーを低下させて荷電粒子線の飛程を調整する飛程調整部を更に備え、エネルギー変動調整部は、飛程調整部よりも上流側に設けられることとしてもよい。

また、エネルギー変動調整部は、加速器から出射された荷電粒子線を通過させると共に当該荷電粒子線のエネルギーを低下させる複数のエネルギー低下部と、各々のエネルギー低下部を、荷電粒子線の通過経路上の位置と、通過経路から退避された退避位置と、で移動させる駆動部と、を有することとしてもよい。

また、本発明の荷電粒子線治療装置は、荷電粒子線のエネルギーを低下させて荷電粒子線の飛程を調整する飛程調整部を更に備え、エネルギー変動調整部は、加速器から出射された荷電粒子線を通過させると共に当該荷電粒子線のエネルギーを低下させる複数のエネルギー低下部と、各々のエネルギー低下部を、荷電粒子線の通過経路上の位置と、通過経路から退避された退避位置と、で移動させる駆動部と、を有し、エネルギー低下部は、飛程調整部に設けられた減衰材の最少厚よりもその厚さが小さいこととしてもよい。

本発明によれば、ビームの飛程を高精度に調整することができる荷電粒子線治療装置を提供することができる。

図１は、本発明に係る荷電粒子線照射装置の一実施形態を示す概略図である。図２は、制御部の機能を示すブロック構成図である。図３は、パラメータ準備段階の処理内容を示すフローチャートである。図４は、層切り替え時の処理内容を示すフローチャートである。図５は、パラメータ設定、及び、荷電粒子線の照射イメージを示す図である。図６は、エネルギー変動調整部を示す断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、「上流」「下流」の語は、出射する荷電粒子線の上流（加速器側）、下流（患者側）をそれぞれ意味している。

図１に示すように、荷電粒子線治療装置１は、放射線療法によるがん治療等に利用される装置であり、荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器１１と、荷電粒子線を被照射体へ照射する照射ノズル１２（照射部）と、加速器１１から出射された荷電粒子線を照射ノズル１２へ輸送するビーム輸送ライン１３（輸送ライン）と、ビーム輸送ライン１３に設けられ、荷電粒子線のエネルギーを低下させて荷電粒子線の飛程を調整するデグレーダ１８と、ビーム輸送ライン１３に設けられた複数の電磁石２５と、複数の電磁石２５のそれぞれに対応して設けられた電磁石電源２７と、荷電粒子線治療装置１全体を制御する制御部３０と、を備えている。本実施形態では、加速器１１としてサイクロトロンを採用するが、これに限定されず、荷電粒子線を発生させるその他の発生源、例えば、シンクロトン、シンクロサイクロトン、ライナック等であってもよい。

荷電粒子線治療装置１では、治療台２２上の患者Ｐの腫瘍（被照射体）に対して加速器１１から出射された荷電粒子線の照射が行われる。荷電粒子線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）線等がある。本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１は、いわゆるスキャニング法により荷電粒子線の照射を行うものであり、被照射体を深さ方向に仮想的に分割（スライス）し、スライス平面（層）毎に、層上の照射範囲に対して、荷電粒子線の照射を行う（例えば図５参照）。

なお、スキャニング法による照射方式として、例えばスポット式スキャニング照射、及び、ラスター式スキャニング照射がある。スポット式スキャニング照射は、照射範囲である、一のスポットへの照射が完了すると、一度ビーム（荷電粒子線）照射を止め、次のスポットへの照射準備が整った後に次のスポットへの照射を行う方式である。これに対し、ラスター式スキャニング照射は、同一層の照射範囲については、照射を途中で止めることなく、連続的にビーム照射を行う方式である。このように、ラスター式スキャニング照射は、同一層の照射範囲については連続的にビーム照射が行われるものであるため、スポット式スキャニング照射と異なり、照射範囲は複数のスポットから構成されるものではない。以下では、スポット式スキャニング照射により照射を行う例を説明することとし、同一層上の照射範囲は複数のスポットからなることとして説明するが、これに限定されず、ラスター式スキャニング照射により照射を行う場合には、上述したように照射範囲はスポットから構成されるものではなくてもよい。

照射ノズル１２は、治療台２２の周りを３６０度回転可能な回転ガントリ２３の内側に取り付けられており、回転ガントリ２３によって任意の回転位置に移動可能とされている。照射ノズル１２には、収束電磁石１９（詳細は後述）、スキャニング電磁石２１、真空ダクト２８が含まれている。スキャニング電磁石２１は、照射ノズル１２の中に設けられている。スキャニング電磁石２１は、荷電粒子線の照射方向と交差する面においてＸ方向へ荷電粒子線を走査するＸ方向走査電磁石と、荷電粒子線の照射方向と交差する面においてＸ方向と交差するＹ方向へ荷電粒子線を走査するＹ方向走査電磁石と、を有している。また、スキャニング電磁石２１により走査された荷電粒子線はＸ方向及び／又はＹ方向へ偏向されるため、スキャニング電磁石よりも下流側の真空ダクト２８は、その径が下流側ほど拡大されている。

ビーム輸送ライン１３は、荷電粒子線が通る真空ダクト１４を有している。真空ダクト１４の内部は真空状態に維持されており、輸送中の荷電粒子線を構成する荷電粒子が空気等により散乱することを抑制している。

また、ビーム輸送ライン１３は、加速器１１から出射された所定のエネルギー幅を有する荷電粒子線から所定のエネルギー幅よりも狭いエネルギー幅の荷電粒子線を選択的に取り出すＥＳＳ（Energy Selection System）１５と、ＥＳＳ１５によって選択されたエネルギー幅を有する荷電粒子線を、エネルギーが維持された状態で輸送するＢＴＳ（Beam Transport System）１６と、ＢＴＳ１６から回転ガントリ２３に向けて荷電粒子線を輸送するＧＴＳ（Gantry Transport System）１７と、を有している。

デグレーダ（飛程調整部）１８は、通過する荷電粒子線のエネルギーを低下させて当該荷電粒子線の飛程を調整する。患者の体表から被照射体である腫瘍までの深さは患者ごとに異なるため、荷電粒子線を患者に照射する際には、荷電粒子線の到達深さである飛程を調整する必要がある。デグレーダ１８は、加速器１１から一定のエネルギーで出射された荷電粒子線のエネルギーを調整する（エネルギーの低減量を調整する）ことにより、患者体内の所定の深さにある被照射体に荷電粒子線が適切に到達するように調整する。このようなデグレーダ１８による荷電粒子線のエネルギー調整は、被照射体をスライスした層毎に行われる。例えば、デグレーダ１８は、通過する荷電粒子線のエネルギーを低下させる減衰材を有し、荷電粒子線が通過する減衰材の厚みを調整することで荷電粒子線のエネルギーの低下量を調整する。また、減衰材の厚みを調整する方法として、減衰材の厚みをリニア又は段階的に変化した形状とし、減衰材の所望の厚みの部位をビームＢの通過経路上に挿入するようにしてもよい。また、減衰材の厚みを調整する他の方法として、複数の減衰材を設け荷電粒子線を通過させる減衰材の枚数を調整するようにしてもよい。

電磁石２５は、ビーム輸送ライン１３に複数設けられるものであり、磁場によってビーム輸送ライン１３で荷電粒子線を輸送することができるように、当該荷電粒子線の調整を行うものである。電磁石２５として、輸送中の荷電粒子線のビーム径を収束させる収束電磁石１９、及び荷電粒子線を偏向させる偏向電磁石２０が採用される。なお、以下では収束電磁石１９及び偏向電磁石２０を区別せずに電磁石２５と記載する場合がある。また、電磁石２５は、少なくともビーム輸送ライン１３のうちデグレーダ１８よりも下流側に複数設けられる。ただし、本実施形態では、電磁石２５は、デグレーダ１８よりも上流側にも設けられる。ここでは、電磁石２５として収束電磁石１９が、デグレーダ１８によるエネルギー調整前の荷電粒子線のビーム径を収束させるために、デグレーダ１８の上流側にも設けられている。電磁石２５の総数は、ビーム輸送ライン１３の長さ等により柔軟に変更が可能であり、例えば、１０〜４０程度の数とされる。なお、図１中には電磁石電源２７が一部のみ記載されているが、実際には、電磁石２５の数と同数、設けられている。

デグレーダ１８及び電磁石２５のビーム輸送ライン１３中における位置は特に限定されないが、本実施形態では、ＥＳＳ１５には、デグレーダ１８、収束電磁石１９、及び偏向電磁石２０が設けられている。また、ＢＴＳ１６には収束電磁石１９が設けられており、ＧＴＳ１７には収束電磁石１９及び偏向電磁石２０が設けられている。なお、デグレーダ１８は、上述したように加速器１１と回転ガントリ２３との間であるＥＳＳ１５に設けられており、より詳細には、ＥＳＳ１５のうち回転ガントリ２３よりも加速器１１側（上流側）に設けられている。

電磁石電源２７は、対応する電磁石２５に電流を供給することによって電磁石２５の磁界を生じさせる。電磁石電源２７は、対応する電磁石２５に供給する電流を調整することにより、対応する電磁石２５の磁場の強さを設定可能である。電磁石電源２７は、制御部３０からの信号に応じて電磁石２５に供給する電流を調整している（詳細は後述）。電磁石電源２７は、各電磁石２５それぞれに一対一で対応するように設けられている。すなわち、電磁石電源２７は、電磁石２５の数と同数、設けられている。

被照射体の各層の深さと電磁石２５に供給される電流との関係は以下のとおりである。すなわち、各層の深さから、各層に荷電粒子線を照射するために必要な荷電粒子線のエネルギーが決まり、デグレーダ１８によるエネルギー調整量が決まる。ここで、荷電粒子線のエネルギーが変わると、当該荷電粒子線を偏向・収束するために必要な磁場の強さも変わることとなる。従って、電磁石２５の磁場の強さがデグレーダ１８によるエネルギー調整量に応じた強さとなるように、電磁石２５に供給される電流が決まる。

次に、図２も参照しながら制御部３０及び電磁石電源２７の詳細について説明する。なお、図２中では電磁石電源２７は３個のみ記載されているが、実際には荷電粒子線治療装置１に設けられた電磁石２５の数だけ、対応する電磁石電源２７が設けられている。また、図２中には電磁石２５が記載されていないが、実際には電磁石電源２７と電気的に接続された電磁石２５が設けられている。

制御部３０は、加速器１１から出射された荷電粒子線の被照射体への照射を制御する。制御部３０は、メイン制御部３１と、ビーム制御部３２と、ＥＳＳ制御部３３と、ＢＴＳ制御部３４と、ＧＴＳ制御部３５と、スキャニング制御部３６と、レイヤ制御部３７と、を有している。

メイン制御部３１は、ビーム制御部３２及びスキャニング制御部３６を制御する。具体的には、メイン制御部３１は、ビーム制御部３２及びスキャニング制御部３６に対して処理開始信号を送信することにより処理を開始させ、処理終了信号を送信することにより処理を終了させる。

ビーム制御部３２は、荷電粒子線が被照射体へ照射可能となるよう、各機能を制御するものである。具体的には、ビーム制御部３２は、メイン制御部３１からの処理開始信号に応じて、サイクロトン制御部（図示せず）に対して処理開始信号を送信し、加速器１１に荷電粒子線の出射を行わせる。また、ビーム制御部３２は、メイン制御部３１からの処理開始信号に応じて、ＥＳＳ制御部３３、ＢＴＳ制御部３４、及びＧＴＳ制御部３５に対して処理開始信号を送信する。

ＥＳＳ制御部３３は、ビーム制御部３２からの処理開始信号に応じて、ＥＳＳ１５に設けられた電磁石２５に対応する電磁石電源２７の電源を入れる。同様に、ＢＴＳ制御部３４は、ビーム制御部３２からの処理開始信号に応じて、ＢＴＳ１６に設けられた電磁石２５に対応する電磁石電源２７の電源を入れる。同様にＧＴＳ制御部３５は、ビーム制御部３２からの処理開始信号に応じて、ＧＴＳ１７に設けられた電磁石２５に対応する電磁石電源２７の電源を入れる。このような、ビーム制御部３２による加速器１１の制御、及び、ＥＳＳ制御部３３、ＢＴＳ制御部３４、及びＧＴＳ制御部３５による電磁石電源２７の制御によって、加速器１１から出射された荷電粒子線を被照射体へ照射することが可能な状態となり、その後に、スキャニング制御部３６による制御が行われる。

スキャニング制御部３６は、被照射体への荷電粒子線のスキャニング（走査）を制御するものである。スキャニング制御部３６は、メイン制御部３１からの処理開始信号に応じて、スキャニング電磁石２１に対して照射開始信号を送信し、スキャニング電磁石２１に同一層上の複数の照射スポットへの照射を行わせる。各層における照射スポットに関する情報は、予めスキャニング制御部３６に記憶されている。また、スキャニング制御部３６は、スキャニング電磁石２１による、一の層の全スポットへの照射が完了すると、レイヤ制御部３７に対して層切り替え信号を送信する。該層切り替え信号には切り替え後の層を特定する情報（例えば２層目、等）が含まれている。

スキャニング制御部３６の制御に応じたスキャニング電磁石２１の荷電粒子線照射イメージについて、図５（ｂ）及び（ｃ）を参照して説明する。図５（ｂ）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５（ｃ）は、荷電粒子線の照射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。

図５（ｂ）に示すように、被照射体は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（荷電粒子線の照射ビーム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５（ｃ）に示すように、照射ビームＢは、ビーム軌道ＴＬを描きながら層Ｌｎの複数の照射スポットに対して照射される。すなわち、スキャニング制御部３６に制御された照射ノズル１２は、ビーム軌道ＴＬ上を移動する。

図２に戻り、レイヤ制御部３７は、スキャニング制御部３６からの層切り替え信号に応じて、層切り替え関連処理を行う。層切り替え関連処理とは、デグレーダ１８のエネルギー調整量を変更するデグレーダ設定処理、及び、電磁石２５のパラメータをデグレーダ設定処理後のデグレーダ１８のエネルギー調整量に応じたものとする電磁石設定処理である。電磁石２５のパラメータとは、電磁石２５に供給する電流の目標値である。

ここで、荷電粒子線治療では、ある患者の治療を行うにあたり、その患者へどのように荷電粒子線を照射するかが計画される（治療計画）。当該治療計画時に決定した治療計画データは、治療が行われる前に治療計画装置（図示せず）から制御部３０のレイヤ制御部３７に送信され、レイヤ制御部３７において記憶される。当該治療計画データには、被照射体の各層に荷電粒子線を照射するためのデグレーダ１８のエネルギー調整量、及び、デグレーダ１８のエネルギー調整量に応じた全ての層に照射するための電磁石２５のパラメータ等が含まれている。

レイヤ制御部３７は、層切り替え関連処理として、まずデグレーダ設定処理を行う。レイヤ制御部３７には、上述したように、予め、被照射体の各層に荷電粒子線を照射するための、デグレーダ１８のエネルギー調整量が記憶されている。そして、レイヤ制御部３７は、スキャニング制御部３６からの層切り替え信号に応じて、デグレーダ１８のエネルギー調整量を、切り替え後の層に応じた値に設定する。

レイヤ制御部３７は、デグレーダ設定処理後に電磁石設定処理を行う。具体的には、レイヤ制御部３７は、各電磁石電源２７に対して層切り替え信号を一斉に送信することにより、電磁石２５のパラメータをデグレーダ設定処理後のデグレーダ１８のエネルギー調整量に応じたものとする。ここで、レイヤ制御部３７が電磁石電源２７に送信する層切り替え信号は、単に、切り替え後の層を特定する情報が含まれたものであり、切り替え後の層に対応する電磁石２５のパラメータ（デグレーダ設定処理後のデグレーダ１８のエネルギー調整量に応じた電磁石２５のパラメータ）が含まれるものではない。電磁石２５のパラメータ変更は、電磁石電源２７により行われる。その前提として、レイヤ制御部３７は、上述した治療計画データのうち、デグレーダ１８のエネルギー調整量に応じた全ての層に照射するための電磁石２５のパラメータを、照射が開始される前（層への照射（切り替え）直前ではなく、治療が開始される前）に電磁石電源２７に送信している。

電磁石電源２７は、レイヤ制御部３７から受信した層切り替え信号に応じて、切り替え後の層に対応する電磁石２５のパラメータ（デグレーダ設定処理後のデグレーダ１８のエネルギー調整量に応じた電磁石２５のパラメータ）を設定する。具体的には、電磁石電源２７は、各層に対応する電磁石２５のパラメータを記憶する記憶部２７ａを有しており、レイヤ制御部３７から層切り替え信号を受信した際に、該層切り替え信号に含まれる切り替え後の層に対応するパラメータを設定する。これにより、切り替え後の層に対応した電流が電磁石２５に供給される。

電磁石電源２７によるパラメータ設定について、図５（ａ）を参照して説明する。図５（ａ）に示すように、すべての電磁石電源２７には、被照射体の各層、具体的には層Ｌ１〜層ＬＮ（図５（ｂ）参照）に対応する電磁石２５のパラメータＤ１〜ＤＮが記憶されている。そして、電磁石電源２７は、レイヤ制御部３７から送信された層切り替え信号ＳＧに含まれる切り替え後の層を特定する情報（Ｌ＝ｎ）に応じて、パラメータＤｎを設定する。

なお、レイヤ制御部３７は、層切り替え信号を電磁石電源２７に送信した後所定の時間（例えば５０ｍｓｅｃ〜２００ｍｓｅｃ）経過後に、電磁石電源２７のパラメータ設定が完了したと判断し、スキャニング制御部３６に切り替え完了信号を送信する。そして、スキャニング制御部３６は、該切り替え完了信号に応じて、スキャニング電磁石２１に対して照射開始信号を送信する。

次に、図３を参照して、電磁石電源２７の記憶部２７ａに電磁石２５のパラメータを準備（格納）する処理について説明する。

まず、レイヤ制御部３７により、治療計画装置からスキャニングデータテーブルが読み込まれる（Ｓ１０１）。層毎の電磁石２５のパラメータは、被照射体に応じた荷電粒子線のエネルギーが考慮され、事前に設定されたものである。

つづいて、レイヤ制御部３７により、電磁石２５のパラメータについて、電磁石電源２７に対する送信情報として選択される（Ｓ１０２）。なお、電磁石２５のパラメータは、層毎に管理されている。

つづいて、レイヤ制御部３７により、電磁石２５のパラメータが電磁石電源２７に送信される（Ｓ１０３）。パラメータは、例えば、全層の電磁石２５のパラメータがひとまとめにされ、各電磁石電源２７に対して順次送信される。

最後に、電磁石電源２７の記憶部２７ａに、レイヤ制御部３７から送信された全層の電磁石２５のパラメータが格納され、記憶される。以上が、記憶部２７ａに電磁石２５のパラメータを格納する処理である。当該格納処理が完了すると、層切り替え時において、レイヤ制御部３７と電磁石電源２７とが連携した電磁石２５のパラメータ設定処理が可能となる。

次に、図４及び図５を参照して、層切り替え時におけるパラメータ設定処理について説明する。なお、当該処理を行う前提として、電磁石電源２７の記憶部２７ａに電磁石２５のパラメータが準備（格納）されるとともに、ビーム制御部３２による加速器１１の制御、及び、ＥＳＳ制御部３３、ＢＴＳ制御部３４、及びＧＴＳ制御部３５による電磁石電源２７の制御によって、加速器１１から出射された荷電粒子線を被照射体へ照射可能となっている必要がある。

図５（ｂ）に示す被照射体の層Ｌ１〜層ＬＮに対して、荷電粒子線を照射する例で説明する。以下に示す処理の前提として、被照射体の最も深い層である層Ｌ１に荷電粒子線を照射するための設定が行われている。具体的には、電磁石電源２７により、層Ｌ１に対応する電磁石２５のパラメータＤ１が設定されている。

まず、スキャニング制御部３６からの照射開始信号に基づいて、スキャニング電磁石２１により、被照射体の層Ｌ１の全照射スポットへ荷電粒子線が照射される（Ｓ２０１）。当該層Ｌ１の全照射スポットへの照射が完了すると、スキャニング制御部３６により、レイヤ制御部３７に対して層切り替え信号ＳＧが送信される（Ｓ２０２）。なお、該層切り替え信号ＳＧには切り替え後の層Ｌ２を特定する情報（Ｌ＝２）が含まれている。

つづいて、レイヤ制御部３７により、スキャニング制御部３６からの層切り替え信号ＳＧに基づいて、デグレーダ１８のエネルギー調整量変更が行われる（Ｓ２０３）。具体的には、レイヤ制御部３７により、層切り替え信号ＳＧに含まれる切り替え後の層Ｌ２を特定する情報（Ｌ＝２）と、予め記憶された、被照射体の各層に荷電粒子線を照射するためのデグレーダ１８のエネルギー調整量に関する情報とに基づいて、デグレーダ１８のエネルギー調整量が、切り替え後の層Ｌ２に応じた値に変更される。

つづいて、レイヤ制御部３７により、各電磁石電源２７に対して層切り替え信号ＳＧが送信される（Ｓ２０４）。なお、レイヤ制御部３７が電磁石電源２７に送信する層切り替え信号ＳＧは、単に、切り替え後の層Ｌ２を特定する情報（Ｌ＝２）が含まれたものであり、切り替え後の層Ｌ２に対応する電磁石２５のパラメータＤ２（デグレーダ設定処理後のデグレーダ１８のエネルギー調整量に応じた電磁石２５のパラメータＤ２）が含まれるものではない。

つづいて、電磁石電源２７により、レイヤ制御部３７からの層切り替え信号ＳＧに基づいて、切り替え後の層Ｌ２に対応する電磁石２５のパラメータＤ２（デグレーダ設定処理後のデグレーダ１８のエネルギー調整量に応じた電磁石２５のパラメータＤ２）が設定される（Ｓ２０５）。これにより、切り替え後の層Ｌ２に対応した電流が電磁石２５に供給され、切り替え後の層Ｌ２に対して、荷電粒子線の適切な照射が可能となる。

最後に、レイヤ制御部３７によりスキャニング制御部３６に対して切り替え完了信号が送信される（Ｓ２０６）。以上が、層切り替え時におけるパラメータ設定処理である。レイヤ制御部３７による切り替え完了信号の送信を契機として、スキャニング制御部３６はスキャニング電磁石２１に対して照射開始信号を送信する。このようなＳ２０１〜Ｓ２０６の処理が繰り替えされることにより、各層へ切り替える際のパラメータ設定処理が行われる。すなわち、例えば、層Ｌｎ−１から層Ｌｎに切り替える際にも上述したＳ２０１〜Ｓ２０６の処理が行われることにより切り替え後の層Ｌｎのパラメータ設定が行われる。そして、最後に、層ＬＮに対するＳ２０１の処理（全スポットへ照射）が完了すると、スキャニング制御部３６により、被照射体の全層への照射が完了した旨の照射完了信号がメイン制御部３１に送信され、該当の患者に対する放射線治療が完了する。

また、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１では、荷電粒子線を照射する被照射体の層の切り替え時において、レイヤ制御部３７から電磁石電源２７に対して、切り替え後の層を特定する情報が含まれた層切り替え信号が送信される。

荷電粒子線治療装置において被照射体の層を切り替える際には、荷電粒子線のエネルギーを切り替え後の層に応じたものに変更するとともに、当該エネルギー変更後の荷電粒子線を切り替え後の層に適切に照射すべく、電磁石のパラメータ（電磁石に供給される電流等）を変更する必要がある。従来、被照射体の層を切り替える際には、電磁石電源を制御する装置から各電磁石電源に対して、対応する電磁石の切り替え後の層に関するパラメータを都度送信していた。電磁石のパラメータは電磁石毎にそれぞれ異なる値であり、また、パラメータには電磁石に供給する電流等の複数の情報が含まれているため、電磁石電源を制御する装置と各電磁石電源とのデータ通信には時間を要していた（例えば１秒程度）。これにより層の切り替えに時間がかかっていた。

この点、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１では、電磁石電源２７が、被照射体における層毎の電磁石２５のパラメータを記憶する記憶部２７ａを有している。そして、上述したように、層の切り替え時においては、レイヤ制御部３７が、電磁石電源２７に対して切り替え後の層を特定する情報が含まれた層切り替え信号を送信する。そのため、電磁石電源２７では、レイヤ制御部３７から送信された層切り替え信号に基づいて、記憶部２７ａが記憶する切り替え後の層の電磁石２５のパラメータを設定することができる。このように、電磁石電源２７の記憶部２７ａに各層の電磁石２５のパラメータを記憶させておくことで、層の切り替え時において、電磁石電源を制御する装置（レイヤ制御部３７）から電磁石電源２７に対して各層のパラメータ自体を送信する必要がなく、単に切り替えのタイミングを知らせる信号（切り替え後の層を特定する情報が含まれた層切り替え信号）を送信すればよい。このことで、レイヤ制御部３７と各電磁石電源２７とのデータ通信時間を大幅に短縮（例えば１０ｍｓｅｃ）できる。これによって、層の切り替え時間を短縮し照射時間を短縮することができる。

また、上述したように、レイヤ制御部３７から電磁石電源２７に対して送信される層切り替え信号には層を特定する情報が含まれている。そして、電磁石電源２７は、層切り替え信号に含まれる層を特定する情報と、記憶部２７ａが記憶する各層に対応する電磁石２５のパラメータとから、特定された層に対応する電磁石２５のパラメータを設定する。このように、層切り替え信号に層を特定する情報が含まれていることにより、電磁石電源２７は切り替え後に設定する層のパラメータを一意に特定することができ、層の切り替え処理が容易になる。

また、被照射体の周りを回転可能な回転ガントリ２３に照射ノズル１２が取り付けられていることにより、被照射体に対して、荷電粒子線を多方向から照射できる。これにより、被照射体への荷電粒子線の照射をより効果的に行うことができる。

また、デグレーダ１８が、加速器１１と回転ガントリ２３との間に設けられていることにより、加速器１１から出射された荷電粒子線を、被照射体への照射前に確実にエネルギー調整することができる。

ここで、デグレーダ１８は、荷電粒子線を受けて当該荷電粒子線のエネルギーを低下させるものであり、高度に放射化してガンマ線や中性子線を発するものであるところ、仮にデグレーダ１８が回転ガントリ２３側（すなわち被照射体側）に近づけて配置された場合には、被照射体側において照射に係る構成内の放射線量が高くなるおそれがある。この点、デグレーダ１８は、回転ガントリ２３よりも加速器１１に近い位置に設けられ、被照射体から十分に離間した位置においてエネルギーの調整を行うものであるため、被照射体側において照射に係る構成内の放射線量が高くなることを抑制できる。

ところで、この種の荷電粒子線治療装置１では、照射ビームＢのスキャニングの際、患者体内の狙った深さに正確にビームのエネルギーを付与するために、ビーム飛程（患者体内でのビームの到達位置）を高精度に調整することが望まれる。そして、ビームの飛程を高精度に調整するためにはビームのエネルギーを高精度に調整することが求められる。

例えば、加速器１１（サイクロトロン）のメンテナンスが行われると、加速器１１内に設けられるデフレクタ電極や中心電極等の交換等に伴う位置変化に起因して加速器１１から出力されるエネルギーが変動する場合がある。メンテナンス後には、上記のエネルギーの変動に対応してビームの飛程が変動してしまうので、上記のような変動に対応するビームの飛程の変動を抑えることが望まれる。ここで、デグレーダ１８は、ビームＢのスキャニングのために飛程を調整するものであるものの、ビームのエネルギー調整の精度が比較的粗く、加速器１１の変動に起因するビームのエネルギーを微調整することには不向きである。

そこで、図１に示されるように、荷電粒子線治療装置１は、照射ノズル１２から照射されるビームのエネルギーを測定するための水ファントム６１（エネルギー測定部）と、水ファントム６１によって測定されたエネルギーの測定値に基づいて、加速器１１から出射されるビームのエネルギーの変動を調整するエネルギー変動調整部６３と、を備えている。エネルギー変動調整部６３は、デグレーダ１８の直ぐ上流に配置されている。

図６に示されるように、エネルギー変動調整部６３は、ビームＢを通過させると共に通過させる当該ビームＢのエネルギーを低下させる複数のエネルギー吸収体（エネルギー低下部）６５と、各エネルギー吸収体６５を保持する保持部６７と、各保持部６７を各々独立して往復移動させる駆動部６９と、ビーム輸送ライン１３を真空に封止しエネルギー吸収体６５を収容する筐体７１と、を有している。エネルギー吸収体６５は、エネルギー変動調整部６３を通過するビームＢの径よりもその幅が大きい。保持部６７は、中央の開口部にエネルギー吸収体６５を保持する保持枠部６７ａを有している。駆動部６９は、各保持部６７を介して、各々のエネルギー吸収体６５を、ビームＢの通過経路Ｂａ上の位置と、通過経路Ｂａから退避された退避位置と、で往復移動させることができる。例えば、駆動部６９は、各々のエネルギー吸収体６５を、ビームＢの進行方向に対して直交する方向に往復動させる。保持部６７を往復動させる機構としては、例えば、ボールネジ等を利用することができる。上記のように、エネルギー変動調整部６３がエネルギー吸収体６５の駆動機構を備えることにより、エネルギー吸収体６５の配置を手作業で調整する必要がなく、エネルギー変動調整部６３近傍の高放射能領域に作業者が立ち入る必要がない。

この構成により、エネルギー変動調整部６３は、各エネルギー吸収体６５をビームＢの通過経路Ｂａ上に挿抜し、通過経路Ｂａに配置するエネルギー吸収体６５の枚数を調整することができ、当該エネルギー変動調整部６３を通過させるビームＢのエネルギーを調整することができる。すなわち、エネルギー変動調整部６３は、加速器１１から出射され照射ノズル１２から照射されるビームＢのエネルギーを調整することができる。なお、エネルギー変動調整部６３は、デグレーダ１８と比較して、より高精度にビームＢのエネルギーを調整することができる。このため、エネルギー吸収体６５としては、例えば、厚さ１００μｍ程度の一様の厚さをもつポリイミドフィルム（カプトンフィルム（登録商標））を採用することができる。また、複数のエネルギー吸収体６５の中に、厚さ（ビームの吸収率）が異なるものが混在してもよい。この場合、エネルギー変動調整のバリエーションを増やすことができる。また、図６の例では、エネルギー吸収体６５が４枚設けられているが、エネルギー吸収体６５の枚数は４枚に限らず、これより多くても少なくてもよい。

エネルギー吸収体６５によるビームＢのエネルギーの調整精度（最小調整量）は、デグレーダ１８によるビームＢのエネルギーの調整精度（最小調整量）よりも調整精度が高く、エネルギー吸収体６５は、デグレーダ１８よりも細かくビームＢのエネルギーを調整することができる。すなわち、デグレーダ１８の減衰材によるエネルギーの最小の減衰量よりも更に小さいエネルギーが、１枚のエネルギー吸収体６５によって減衰可能である。このための構成として、例えば、エネルギー吸収体６５は、デグレーダ１８に設けられた減衰材の最少厚（荷電粒子線を通過させる際に使用可能な厚みのうち、最も小さな厚み）よりもその厚さが小さい（薄い）。換言すれば、厚みがリニア又は段階的に変化した形状をなすデグレーダ１８の減衰材のうち最薄の部分の厚さよりも、エネルギー吸収体６５の厚さが小さい。また、デグレーダ１８が、複数の減衰材を設け荷電粒子線を通過させる減衰材の枚数を調整するようにした構成である場合には、デグレーダ１８が備える最薄の減衰材の厚さよりも、エネルギー吸収体６５の厚さが小さい。

水ファントム６１は、照射ノズル１２からのビームＢの線量を測定するためのものである。例えば、荷電粒子線治療装置１の毎日の稼働開始時には、水ファントム６１を用いてビームＢの線量を測定し、この測定値が所定の線量基準を満たしている場合に治療を開始する。図１において、水ファントム６１が、治療台２２と位置を入れ替える、又は治療台２２上に載置されることで、照射ノズル１２からのビームＢを水ファントム６１に照射することができ、ビームＢのエネルギーを測定することができる。なお、水ファントム６１に照射されたビームＢのエネルギーを測定する手法は周知であるので、詳細な説明を省略する。このように、水ファントム６１は、照射ノズル１２から照射されるビームＢのエネルギーを測定するエネルギー測定部として機能する。なお、厳密には、水ファントム６１は荷電粒子線治療装置１の一部分ではなく、線量測定時にのみ上記のように使用し、それ以外の時には例えば別の場所に保管されている。また、エネルギー測定部としては、水ファントムに限られず、例えば水ファントム以外の線量計を照射ノズル１２内に設けてもよい。例えば、電離箱を照射ノズル１２内にエネルギー測定部として設けてもよい。

次に、エネルギー変動調整部６３を用いて、加速器１１から出射され照射ノズル１２から照射されるビームＢのエネルギーを調整するための調整処理について説明する。加速器１１のメンテナンス後には、水ファントム６１を使用して照射ノズル１２からのビームＢのエネルギーを測定する。そして、水ファントム６１により測定されたエネルギーが基準のエネルギーよりも高い場合には、エネルギーの差分に対応させて、エネルギー変動調整部６３において、ビームＢの通過経路Ｂａ上に挿入されるエネルギー吸収体６５の数を増加させる。これにより、下流に供給されるビームＢのエネルギーを低くするように調整することができる。また、水ファントム６１により測定されたエネルギーが基準のエネルギーよりも低い場合には、エネルギーの差分に対応させて、エネルギー変動調整部６３において、ビームＢの通過経路Ｂａ上に挿入されるエネルギー吸収体６５の数を減少させる。これにより、下流に供給されるビームＢのエネルギーを高くするように調整することができる。なお、上記の「基準のエネルギー」は、例えば、加速器１１のメンテナンス前に測定された、照射ノズル１２からのビームＢのエネルギーである。上述のようなエネルギー変動調整部６３による調整によって、例えばメンテナンス等に起因する加速器１１の変動の影響を相殺することができる。その結果、照射ノズル１２から照射されるビームのエネルギーの変動が抑えられ、ビームの飛程を高精度に調整することができる。なお、上記のような調整処理は、制御装置により自動的に行われてもよく、水ファントム６１で測定された線量を基に作業者が制御装置への指令を出してエネルギー変動調整部を駆動してもよい。

また、エネルギー変動調整部６３は、デグレーダ１８よりも下流に配置してもよい。しかしながらこの場合、エネルギー変動調整部６３よりも上流に位置する電磁石２５の調整も必要になり、調整作業の煩雑化を招く。従って、エネルギー変動調整部６３は、可能な限り上流に配置することが好ましく、デグレーダ１８よりも上流に配置することが好ましい。

なお、荷電粒子線治療装置の構成は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

例えば、スキャニング制御部３６及びレイヤ制御部３７は別々の構成として説明したが、それぞれの機能を具備する一の構成であってもよい。同様に、ビーム制御部３２とスキャニング制御部３６は別々の構成として説明したが、それぞれの機能を具備する一の構成であってもよい。また、レイヤ制御部３７から電磁石電源２７に送信される層切り替え信号は、層を特定する情報を含んでいるとして説明したが、必ずしも層を特定する情報が含まれている必要はなく、単に層の切り替えのタイミングを知らせる信号であってもよい。この場合には、電磁石電源の記憶部において各層の照射順序が記憶されているとともに、電磁石電源が設定しているパラメータが常に管理されている必要がある。これにより、層切り替え信号が単に層の切り替えのタイミングを知らせる信号であっても、切り替え後の層に対応する電磁石のパラメータを特定し、設定することができる。

また、回転ガントリ２３を用いず照射ノズルを固定して固定照射するものであってもよい。また、デグレーダ１８に替えて、別のデグレーダを、加速器１１よりも回転ガントリに近い位置や照射ノズル１２内に設けてもよい。

１…荷電粒子線照射装置、１１…加速器、１２…照射ノズル（照射部）、１３…ビーム輸送ライン、１８…デグレーダ（飛程調整部）、６１…水ファントム（エネルギー測定部）、６３…エネルギー変動調整部、６５…エネルギー吸収体（エネルギー低下部）、６９…駆動部、Ｐ…患者（被照射体）。

Claims

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、
前記照射部から照射される前記荷電粒子線のエネルギーを測定するエネルギー測定部と、
前記エネルギー測定部によって測定されたエネルギーの測定値に基づいて、前記加速器から出射される前記荷電粒子線のエネルギーの変動を調整するエネルギー変動調整部と、
を備える荷電粒子線治療装置。
前記荷電粒子線のエネルギーを低下させて前記荷電粒子線の飛程を調整する飛程調整部を更に備え、
前記エネルギー変動調整部は、飛程調整部よりも上流側に設けられる、請求項１に記載の荷電粒子線治療装置。
前記エネルギー変動調整部は、
前記加速器から出射された前記荷電粒子線を通過させると共に当該荷電粒子線のエネルギーを低下させる複数のエネルギー低下部と、
各々の前記エネルギー低下部を、前記荷電粒子線の通過経路上の位置と、前記通過経路から退避された退避位置と、で移動させる駆動部と、を有する、請求項１又は２に記載の荷電粒子線治療装置。
前記荷電粒子線のエネルギーを低下させて前記荷電粒子線の飛程を調整する飛程調整部を更に備え、
前記エネルギー変動調整部は、
前記加速器から出射された前記荷電粒子線を通過させると共に当該荷電粒子線のエネルギーを低下させる複数のエネルギー低下部と、
各々の前記エネルギー低下部を、前記荷電粒子線の通過経路上の位置と、前記通過経路から退避された退避位置と、で移動させる駆動部と、を有し、
前記エネルギー低下部は、飛程調整部に設けられた減衰材の最少厚よりもその厚さが小さい、請求項１に記載の荷電粒子線治療装置。