JP2017169966A - 荷電粒子線治療システム - Google Patents

Abstract

【課題】サイクロトロンから出射されたビームの位置を適切な位置に調整可能とする荷電粒子線治療システムを提供する。【解決手段】荷電粒子線治療システムは、荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射するサイクロトロン１１と、荷電粒子線を患者Ｐへ照射する照射ノズル１２と、サイクロトロン１１から出射された荷電粒子線のビームＢを照射ノズル１２へ輸送するビーム輸送ライン１３と、ビーム輸送ライン１３中に設けられ、ビームＢの位置を検知するプロファイルモニタＭ１，Ｍ２と、プロファイルモニタＭ１，Ｍ２よりも上流側に設けられ、ビームＢの位置を調整するステアリング電磁石Ｓ１〜Ｓ４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、荷電粒子線治療システムに関するものである。

従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載の荷電粒子線治療システムが知られている。この荷電粒子線治療システムは、イオンを加速して陽子ビームを出射するサイクロトロン（粒子加速器）と、サイクロトロンから出射された陽子ビームを輸送するビーム輸送ラインと、ビーム輸送ラインによって輸送された陽子ビームを被照射体へ照射する照射装置とを有する。

特開2014-180416号公報

この種の荷電粒子線治療システムにおいては、サイクロトロンから出射された後の荷電粒子線のビームの位置が日によって変動することがある。ビームの位置が想定した位置からずれた場合には想定した位置にビームが輸送されず、輸送途中のビームがダクト等に衝突し、照射装置に到達するビームの量が減ってしまう虞もある。

本発明は、サイクロトロンから出射された荷電粒子線の位置を適切な位置に調整可能とする荷電粒子線治療システムを提供することを目的とする。

本発明の荷電粒子線治療システムは、 荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射するサイクロトロンと、荷電粒子線を被照射体へ照射する照射装置と、サイクロトロンから出射された荷電粒子線を照射装置へ輸送するビーム輸送ラインと、ビーム輸送ライン中に設けられ、通過する荷電粒子線の位置を検知するビーム位置検知部と、ビーム位置検知部よりも上流側に設けられ、荷電粒子線の位置を調整するビーム位置調整部と、を備える。

この荷電粒子線治療システムでは、ビーム位置検知部で検知された荷電粒子線の位置に応じて、ビーム位置調整部によって荷電粒子線の位置を適切に調整することができる。

また、ビーム位置検知部は、通過する荷電粒子線の位置を検知する第１検知部と、第１検知部よりも下流側に設けられ、通過する荷電粒子線の位置を検知する第２検知部と、を有するようにしてもよい。この構成によれば、２つの検知部によって、荷電粒子線の上流側及び下流側の２箇所で荷電粒子線の通過位置を検知するので、荷電粒子線の通過位置のみならず荷電粒子線の進行方向も検知することができる。

本発明の荷電粒子線治療システムは、ビーム輸送ライン中に設けられ、通過する荷電粒子線のエネルギーを低下させ調整するディグレーダを更に備え、ビーム位置検知部は、ディグレーダよりも下流側に設けられ、ビーム位置調整部は、ディグレーダよりも上流側に設けられるようにしてもよい。

荷電粒子線がディグレーダを通過すると発散によりビーム径等が変化するところ、上記構成のシステムでは、ビーム位置検知部が、ディグレーダ通過による変化後の荷電粒子線について通過位置を検知することができる。また、ビーム調整部は、ディグレーダよりも上流側において荷電粒子線の位置を調整するので、荷電粒子線をディグレーダの所望の位置に入射させることができる。

また、本発明の荷電粒子線治療システムは、ビーム輸送ライン中に設けられ、通過する荷電粒子線のエネルギーを低下させ調整するディグレーダを更に備え、ビーム位置検知部は、荷電粒子線がディグレーダを通過する際に発生する粒子を検出する粒子検出器と、粒子検出器が検出した粒子が発生した位置を検知する位置算出部と、を有するようにしてもよい。この構成によれば、ディグレーダを利用して荷電粒子線の通過位置を検知することができるので、ディグレーダをビーム位置検知部の一部として兼用することができる。また、ディグレーダは、被照射体へ荷電粒子線を照射する際にも使用されるものであるので、被照射体への荷電粒子線の照射中においてもリアルタイムで荷電粒子線の通過位置を検知することができる。

また、ディグレーダは、通過する荷電粒子線のエネルギーを低下させる第１減衰材と、第１減衰材よりも下流側に設けられ、通過する荷電粒子線のエネルギーを低下させる第２減衰材と、を有し、粒子検出器は、第１減衰材を通過する際に発生する粒子を検出する第１粒子検出器と、第２減衰材を通過する際に発生する粒子を検出する第２粒子検出器と、を有するようにしてもよい。この構成によれば、荷電粒子線の上流側及び下流側に位置する２つの減衰材の位置で発生する粒子を検出するので、２箇所で荷電粒子線の通過位置を検知することができ、その結果、荷電粒子線の位置のみならず荷電粒子線の進行方向も検知することができる。

また、ビーム位置調整部は、荷電粒子線を偏向する第１偏向部と、第１偏向部よりも下流側に設けられ、荷電粒子線を偏向する第２偏向部と、を有するようにしてもよい。この構成によれば、第１及び第２偏向部の下流の荷電粒子線について、その位置のみならず進行方向も調整することができる。その結果、荷電粒子線の進行方向を適切な方向（例えば、ビームダクトの延在方向）に調整することができる。

本発明によれば、サイクロトロンから出射された荷電粒子線の位置を適切な位置に調整可能とする荷電粒子線治療システムを提供することができる。

第１実施形態の荷電粒子線治療システムを示す図である。 プロファイルモニタを示す図である。 ステアリング電磁石と、プロファイルモニタと、をＹ方向の視線で見た模式図である。 荷電粒子線治療システムにおけるビームの位置の調整を示すフローチャートである。 第２実施形態の荷電粒子線治療システムを示す図である。 第２実施形態におけるディグレーダ及びディグレーダモニタを示す図である。

（第１実施形態）
以下、図１を参照しながら第１実施形態に係る荷電粒子線治療システム１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。また、荷電粒子線のビームの輸送方向に直交する平面上において、所定の一方向（例えば水平方向）をＸ方向とし、Ｘ方向に直交する方向（例えば鉛直方向）をＹ方向とする。また、ビームの輸送方向をＺ方向とする。

図１に示す荷電粒子線治療システム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であるサイクロトロン１１と、荷電粒子線を被照射体へ照射する照射ノズル１２（照射装置）と、サイクロトロン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と、を備えている。更に荷電粒子線治療システム１は、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ィグレーダ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、を備えている。

荷電粒子線治療システム１では、治療台２２上の患者Ｐの腫瘍（被照射体）に対してサイクロトロン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。

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、電磁石２５、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、荷電粒子線が通るビームダクト１４を有している。ビームダクト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上に設けられた電磁石２５には、荷電粒子線のビームを収束させる収束電磁石と、ビームを偏向する偏向電磁石と、が含まれている。

また、ビーム輸送ライン１３は、サイクロトロン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。

ディグレーダ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。ディグレーダ１８は、サイクロトロン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。このようなディグレーダ１８による荷電粒子線のエネルギー調整は、被照射体を仮想的にスライスした層毎に行われる。

荷電粒子線治療システム１は、ビーム輸送ライン１３中でサイクロトロン１１の直ぐ下流側に設けられた２つの四極電磁石Ｑ１，Ｑ２を備えている。四極電磁石Ｑ１は、電磁石電源Ｐ５からの供給電流に応じて輸送中の荷電粒子線のビームのＸ方向の幅を調整する。同様に、四極電磁石Ｑ２は、電磁石電源Ｐ６からの供給電流に応じて輸送中の荷電粒子線のビームのＹ方向の幅を調整する。

更に荷電粒子線治療システム１は、Ｘ方向及びＹ方向におけるビームの位置を調整するための４つのステアリング電磁石Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４（ビーム位置調整部）を備えている。ステアリング電磁石Ｓ１〜Ｓ４は、四極電磁石Ｑ１とディグレーダ１８との間においてビーム輸送ライン１３中に設けられており、上流側から下流側に向かって、ステアリング電磁石Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の順に配列されている。４つのうちの２つのステアリング電磁石Ｓ１，Ｓ３は、Ｘ方向におけるビームの位置を調整するビーム位置調整部として機能し、他の２つのステアリング電磁石Ｓ２，Ｓ４は、Ｙ方向におけるビームの位置を調整するビーム位置調整部として機能する。

具体的には、ステアリング電磁石Ｓ１（第１偏向部）は、電磁石電源Ｐ１からの供給電流に応じてビームをＸ方向に偏向する。すなわち、ステアリング電磁石Ｓ１を通過するビームの進行方向はステアリング電磁石Ｓ１が発生する磁界によってＸ方向に屈曲する。この場合、電磁石電源Ｐ１からステアリング電磁石Ｓ１への供給電流が大きいほどビームの屈曲の角度が大きくなり、上記供給電流が小さいほどビームの屈曲の角度は小さくなる。また、電磁石電源Ｐ１からステアリング電磁石Ｓ１への供給電流の正負（供給電流の向き）を変更することにより、ビームの屈曲方向を変更することができる。

上記のステアリング電磁石Ｓ１と同様の構成に基づいて、ステアリング電磁石Ｓ３（第２偏向部）は、電磁石電源Ｐ３からの供給電流に応じてビームをＸ方向に偏向し、ステアリング電磁石Ｓ２（第１偏向部）は、電磁石電源Ｐ２からの供給電流に応じてビームをＹ方向に偏向し、ステアリング電磁石Ｓ４（第２偏向部）は、電磁石電源Ｐ４からの供給電流に応じてビームをＹ方向に偏向する。

更に荷電粒子線治療システム１は、Ｘ方向及びＹ方向におけるビームの通過位置を検知するビーム位置検知部として、２つのプロファイルモニタＭ１，Ｍ２を備えている。プロファイルモニタＭ１（第１検知部）及びプロファイルモニタＭ２（第２検知部）は、ディグレーダ１８の下流側においてビーム輸送ライン１３中に設けられており、上流側から下流側に向かって、プロファイルモニタＭ１，Ｍ２の順に配列されている。

図２に示されるように、プロファイルモニタＭ１は、電離箱に内蔵された透過型のマルチストリップワイヤー３１Ｘ，３１Ｙを備えており、マルチストリップワイヤー３１Ｘ，３１Ｙには高電圧が印加されている。Ｘ方向に延在する複数の（例えば、１２８本の）マルチストリップワイヤー３１Ｘと、Ｙ方向に延在する複数の（例えば、１２８本の）マルチストリップワイヤー３１ＹとがＺ方向に重ねて配置され、Ｚ方向の視線で見て格子状をなすワイヤーグリッド３０が構成されている。このように構成されたワイヤーグリッド３０では、Ｚ方向の視線で見たマルチストリップワイヤー３１Ｘ，３１Ｙの各交点（以下「ワイヤー交点」）に対応させてＸＹ平面内の位置を表すことができる。

ビームＢがワイヤーグリッド３０を通過する際に、ビームＢの照射を受けたマルチストリップワイヤー３１Ｘ，３１Ｙでは電荷が発生するため、この電荷を検知することでビームＢの照射範囲に含まれるワイヤー交点の分布すなわちビームＢの照射位置（通過位置）のＸＹ座標を検知することができる。プロファイルモニタＭ１は、ビームＢの通過位置のＸＹ座標を示す電気信号を後述する制御部３５に送信する。また、プロファイルモニタＭ１では、上記の照射範囲に含まれるワイヤー交点の分布に基づいて、Ｘ方向のビームの幅や、Ｙ方向のビームの幅を検知することもできる。なお、プロファイルモニタＭ２も、プロファイルモニタＭ１と同様の構成を備えているので、重複する説明を省略する。

図３は、ビーム輸送ライン１３中に配列されたステアリング電磁石Ｓ１〜Ｓ４と、プロファイルモニタＭ１，Ｍ２と、をＹ方向の視線で見た模式図である。前述したように、ビームＢのＸ方向の位置調整のために、ビームＢの進行方向に配列された２つのステアリング電磁石Ｓ１，Ｓ３が設けられている。この構成により、図３に示されるように、ビームＢをＸ方向に２回屈曲させることができる。従って、ステアリング電磁石Ｓ１，Ｓ３によるビームＢの屈曲角度をそれぞれ調整することにより、当該ステアリング電磁石Ｓ１，Ｓ３よりも下流のビームＢに関して、ビームＢのＸ方向における位置と、Ｘ方向における進行方向と、を調整することができる。例えば図３の例では、ビームＢが、ステアリング電磁石Ｓ１によってＸ方向で図中の上向きに屈曲され、ステアリング電磁石Ｓ３によってＸ方向で図中の下向きに屈曲される。これにより、ビームＢの位置がビームダクト１４の中央（プロファイルモニタＭ１，Ｍ２の中央）に合わせられ、且つビームＢの進行方向がビームダクト１４に平行になる。なお、図中のＢ’は、調整前のビームの軌跡を示している。

同様に、ビームのＹ方向の位置調整のために、ビームの進行方向に配列された２つのステアリング電磁石Ｓ２，Ｓ４が設けられている。この構成により、ビームＢをＹ方向に２回屈曲させることができる。従って、ステアリング電磁石Ｓ２，Ｓ４によるビームＢの屈曲角度をそれぞれ調整することにより、当該ステアリング電磁石Ｓ２，Ｓ４よりも下流のビームＢに関して、ビームＢのＹ方向における位置と、Ｙ方向における進行方向と、を調整することができる。

また、ビーム通過位置のＸＹ座標を検知するための２つのプロファイルモニタＭ１，Ｍ２がビームＢの輸送方向に配置されている。この構成により、プロファイルモニタＭ１，Ｍ２の２箇所におけるビームＢの通過位置の各ＸＹ座標のみならず、プロファイルモニタＭ１，Ｍ２間におけるビームＢの進行方向のＸ成分，Ｙ成分を検知することができる。

制御部３５は例えばコンピュータで構成され、電磁石電源Ｐ１〜Ｐ６に対してそれぞれ制御信号を送信する。電磁石電源Ｐ１〜Ｐ６には、それぞれ、ステアリング電磁石Ｓ１〜Ｓ４及び四極電磁石Ｑ１，Ｑ２に供給すべき電流を示す電流パラメータが上記制御信号によって付与される。以下、上記制御信号によって電磁石電源Ｐ１に付与される電流パラメータを「第１電流パラメータ」、電磁石電源Ｐ２に付与される電流パラメータを「第２電流パラメータ」、といったように、各電磁石電源Ｐ１〜Ｐ６に付与される電流パラメータを第１〜第６電流パラメータと区別して呼ぶこととする。

電磁石電源Ｐ１は、制御信号によって付与された第１電流パラメータに対応する電流をステアリング電磁石Ｓ１に供給する。そして、ステアリング電磁石Ｓ１は、前述の通り、供給された電流に応じた方向及び角度でビームＢを屈曲させる。このように、制御部３５は、ステアリング電磁石Ｓ１におけるビームＢの屈曲方向及び屈曲角度を調整する。同様にして、制御部３５は、ステアリング電磁石Ｓ２〜Ｓ４におけるビームＢの屈曲方向及び屈曲角度を調整する。また、同様にして、制御部３５は、四極電磁石Ｑ１，Ｑ２におけるビーム幅を調整することができる。制御部３５は、前述の通り、プロファイルモニタＭ１，Ｍ２から、それぞれ、ビームＢの通過位置のＸＹ座標を示す電気信号を受信する。

以上説明したような荷電粒子線治療システム１においては、プロファイルモニタＭ１，Ｍ２で検知されたビームＢの通過位置に基づいて、ステアリング電磁石Ｓ１〜Ｓ４の電流値の設定が調整され、ステアリング電磁石Ｓ１〜Ｓ４の下流におけるビームＢの通過位置及び進行方向が適正な位置に調整される。以下、図４を参照しながら、荷電粒子線治療システム１におけるビームＢの通過位置及び進行方向の調整について説明する。この調整処理は、例えば、毎日の荷電粒子線治療システム１による患者Ｐの治療に先立って、１日に１回程度の頻度で実行される。また、この調整処理は、例えば、制御部３５が予め準備されたプログラムを実行することにより、自動的に実行される。

図４に示されるように、サイクロトロン１１からの荷電粒子線のビームＢが出射されている状態（ステップＳ５０１）において、プロファイルモニタＭ１，Ｍ２がそれぞれ、ビームＢの通過位置のＸＹ座標を検知し、制御部３５に電気信号を送信する。制御部３５は、プロファイルモニタＭ１におけるビームＢの通過位置（以下「第１ビーム位置」）のＸＹ座標と、プロファイルモニタＭ２におけるビームＢの通過位置（以下「第２ビーム位置」）のＸＹ座標と、を取得する（ステップＳ５０３）。

続いて、制御部３５は、第１及び第２ビーム位置が、それぞれ、調整目標位置から所定の範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ５０５）。例えば、ここでは、第１ビーム位置のＸ座標、第１ビーム位置のＹ座標、第２ビーム位置のＸ座標、及び第２ビーム位置のＹ座標が、すべて各調整目標の座標に対して所定の誤差範囲内にある場合に、「Ｙｅｓ」の判定がなされ、それ以外の場合には「Ｎｏ」の判定がなされる。

なお、第１及び第２ビーム位置が両方とも調整目標位置から所定範囲内にあるときに、ビームＢの通過位置がビームダクト１４の中心近傍であり且つビームＢの進行方向がビームダクト１４の延在方向に略平行になるように設定されている。

上記のステップＳ５０５において、Ｙｅｓの判定がなされた場合には、制御部３５は、電磁石電源Ｐ１〜Ｐ４に付与されている現在の第１〜第４電流パラメータを制御部３５の記憶部３５ａに記憶し（ステップＳ５０７）、処理を終了する。これ以降は、制御部３５は、記憶部３５ａに記憶された第１〜第４電流パラメータを、それぞれ電磁石電源Ｐ１〜Ｐ４に付与する。

一方、上記のステップＳ５０５において、Ｎｏの判定がなされた場合には、次のステップＳ５０９に処理を進める。ステップＳ５０９では、制御部３５が、第１ビーム位置のＸ座標、第１ビーム位置のＹ座標、第２ビーム位置のＸ座標、及び第２ビーム位置のＹ座標を、それぞれ調整目標の座標に近づけるための第１〜第４電流パラメータの組合せを、所定のアルゴリズムにより算出する（ステップＳ５０９）。次に、制御部３５は、上記の算出された組合せにおける第１〜第４電流パラメータを、それぞれ、制御信号によって電磁石電源Ｐ１〜Ｐ４に付与する（ステップＳ５１１）。そうすると、各電磁石電源Ｐ１〜Ｐ４からは、第１〜第４電流パラメータに対応した電流がステアリング電磁石Ｓ１〜Ｓ４に供給され、各ステアリング電磁石Ｓ１〜Ｓ４は、供給された上記電流に応じた方向及び角度でビームＢを屈曲させる。次に、処理はステップＳ５０３に戻り、ステップＳ５０３からの処理が繰り返される。その後、最終的には、ステップＳ５０５において「Ｙｅｓ」の判定がなされ、第１及び第２ビーム位置が調整目標位置から所定の範囲内になったところで、第１〜第４パラメータが記憶部３５ａに記憶され（ステップＳ５０７）、処理が終了する。

続いて、上述した荷電粒子線治療システム１による作用効果について説明する。荷電粒子線治療システム１では、プロファイルモニタＭ１，Ｍ２で検知されたビームＢの通過位置に応じて、電磁石電源Ｐ１〜Ｐ４の供給電流を設定することによりビームＢの通過位置及び進行方向を適切に調整することができる。上記のビーム位置の調整処理は、予め準備されたプログラムに従って、制御部３５が自動的に実行可能であるので、各ステアリング電磁石Ｓ１〜Ｓ４の設定を手動で調整する方法に比べて、調整の手間を低減することができる。

また、荷電粒子線治療システム１では、プロファイルモニタＭ１，Ｍ２の２箇所におけるビームのＸＹ座標に基づき、ビームＢのＸ方向の通過位置及び進行方向が２箇所のステアリング電磁石Ｓ１，Ｓ３で調整されると共に、ビームＢのＹ方向の通過位置及び進行方向が２箇所のステアリング電磁石Ｓ２，Ｓ４で調整される。従って、Ｘ方向及びＹ方向においてビームＢの通過位置及び進行方向を適切に調整することができ、ビームダクト１４の中央近傍をビームダクト１４の延在方向に沿って正確に進行するビームを形成することができる。

また、この種の荷電粒子線治療システムでは、ビームＢがディグレーダ１８を通過すると発散によりビームＢの径等が変化する。これに対し、荷電粒子線治療システム１では、プロファイルモニタＭ１，Ｍ２がディグレーダ１８よりも下流側に設けられているので、ビームＢの径等が変化した後のビームＢについて通過位置を検知し、当該ビームＢの通過位置及び進行方向が調整されることになる。その結果、適切に位置調整されたビームＢが照射ノズル１２まで到達する。また、荷電粒子線治療システム１では、ステアリング電磁石Ｓ１〜Ｓ４がディグレーダ１８よりも上流側に設けられているので、ビームＢをディグレーダ１８の所望の位置に正確に入射させることができ、ひいては、患者Ｐの体内におけるビームの飛程を正確に調整することができる。

また、荷電粒子線治療システム１では、加速器としてサイクロトロン１１が用いられている。サイクロトロン１１は、例えばシンクロトロンなどの他の加速器に比較して、出口におけるビーム位置の変動が大きい傾向にある。よって、サイクロトロンを加速器として使用する荷電粒子線治療システム１においては、上述のように自動的にビーム位置調整が行われる構成がより好適に使用される。

なお、前述の通り、プロファイルモニタＭ１，Ｍ２は、それぞれ、Ｘ方向のビームＢの幅やＹ方向のビームＢの幅を検知することもできる。従って、制御部３５は、プロファイルモニタＭ１，Ｍ２で検知されたビームＢの幅に基づいて、第５及び第６電流パラメータを調整することで、ビームＢのＸ方向及びＹ方向の幅を適切に調整することも可能である。

(第２実施形態）
図５に示されるように、本実施形態の荷電粒子線治療システム１０１は、プロファイルモニタＭ１，Ｍ２（図１参照）に代えて、ディグレーダモニタＤ１，Ｄ２を備える点において荷電粒子線治療システム１とは異なっている。ディグレーダモニタＤ１，Ｄ２は、プロファイルモニタＭ１，Ｍ２と同様に、ビームの位置を検知するビーム位置検知部として機能する。ディグレーダモニタＤ１，Ｄ２は、それぞれ、ビームＢの通過位置のＸＹ座標を示す電気信号を制御部３５に送信する。荷電粒子線治療システム１０１におけるその他の構成については、荷電粒子線治療システム１と同様である。本実施形態の荷電粒子線治療システム１０１の構成要素のうち、第１実施形態と同一又は同等の構成要素には、図面上で同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図６を参照しながら、ディグレーダ１８及びディグレーダモニタＤ１，Ｄ２の構成について詳細に説明する。図６に示されるように、ディグレーダ１８は、Ｚ方向に配列された２枚の減衰材１８ａ，１８ｂを備えている。減衰材１８ａ，１８ｂは、Ｘ方向に尖ったくさび形の断面をなしており、ビームＢの軌道上に配置される。減衰材１８ａ，１８ｂのうち、上流側に配置されるものを減衰材１８ａ（第１減衰材）とし、下流側に配置されるものを減衰材１８ｂ（第２減衰材）とする。ディグレーダ１８は、ビームダクト１４が一部途切れた箇所に構成されており、減衰材１８ａ，１８ｂはビームダクト１４の外に位置している。すなわち、ディグレーダ１８よりも上流側のビームダクト１４の下流端面１４ａと、下流側のビームダクト１４の上流端面１４ｂと、の間に減衰材１８ａ，１８ｂが配置されている。下流端面１４ａからビームダクト１４外に出射されたビームＢは、減衰材１８ａ，１８ｂを通過し、上流端面１４ｂから再びビームダクト１４に導入される。

ビームＢが減衰材１８ａ，１８ｂを通過する際に、通過する減衰材１８ａ，１８ｂの部位の厚みに応じてビームＢのエネルギーが喪失される。ディグレーダ１８は、減衰材１８ａ，１８ｂを、ビームＢの軌道に対し挿抜する方向（例えばＸ方向）に移動させる駆動機構（図示せず）を備えている。ビームＢの軌道に対し減衰材１８ａ，１８ｂを挿抜することにより、ビームＢが通過する部位の減衰材１８ａ，１８ｂの厚みを変更し、ビームＢのエネルギー喪失量を調整することができる。このように、ビームＢを所望のエネルギーに低下させてビームＢのエネルギーを調整することで、患者Ｐの体内におけるビームＢの飛程を調整することができる。

ここで、ビームＢがディグレーダ１８を通過する際には、ビームＢと減衰材１８ａ，１８ｂとの反応により二次粒子３９が生成する。そして二次粒子３９は、減衰材１８ａ，１８ｂにおけるビームＢの通過部位から周囲に放出される。上記の二次粒子３９には、例えば、ガンマ線や電子が含まれる。

ディグレーダモニタＤ１は、上記減衰材１８ａと、減衰材１８ａを斜め上流側から撮像するカメラ４１（第１粒子検出器）と、カメラ４１による撮像データを処理する演算部４３（位置算出部）とを備えている。カメラ４１としては、二次粒子３９を受光しイメージ化することが可能なカメラが採用される。例えば、コンプトンカメラ、シンチレータを有するカメラ、ＰＥＴカメラ、ピンホールカメラ等をカメラ４１として使用することができる。なお、前述のとおり、ディグレーダ１８は、ビームダクト１４が一部途切れた箇所に構成されているので、カメラ４１はビームダクト１４の外に設置することができ、カメラ４１の設置スペースが確保し易い。

演算部４３は例えばコンピュータであり、カメラ４１で得られた撮像データに基づいて所定の画像処理演算を行い、減衰材１８ａにおける二次粒子３９の発生箇所のＸＹ座標を検知する。そして、演算部４３は、減衰材１８ａ上における二次粒子３９の発生箇所のＸＹ座標を示す電気信号を制御部３５に送信する。減衰材１８ａにおける二次粒子３９の発生箇所は、すなわち減衰材１８ａの位置におけるビームＢの通過位置であるので、制御部３５においては、演算部４３から受信したＸＹ座標は、ビームＢの通過位置のＸＹ座標として取り扱われる。

なお、演算部４３としては、個別のコンピュータ等ではなく、制御部３５の一機能として制御部３５に含まれてもよい。また、二次粒子３９に反応して蛍光し可視光を発生する蛍光物質を減衰材１８ａ，１８ｂに塗布しておくことも可能である。この場合、可視光を受光しイメージ化するカメラ（通常の可視光カメラ）をカメラ４１として採用することができる。なお、上記の蛍光物質としては、例えば、アルミナを含む蛍光塗料や、銀とＺｎＳを含む蛍光塗料を用いることができる。

ディグレーダモニタＤ２は、ディグレーダモニタＤ１と同様に、上記減衰材１８ｂと、カメラ４２（第２粒子検出器）と、演算部４４（位置算出部）とを備えている。ディグレーダモニタＤ２のカメラ４２は、減衰材１８ｂを斜め下流側から撮像する。そしてディグレーダモニタＤ２の演算部４４は、減衰材１８ｂ上における二次粒子３９の発生箇所のＸＹ座標を示す電気信号を制御部３５に送信する。カメラ４２はカメラ４１と同様の構成を備え、演算部３４は演算部３３と同様の構成を備えているので、それぞれ重複する説明を省略する。

以上の荷電粒子線治療システム１０１による作用効果について説明する。

荷電粒子線治療システム１０１では、前述のプロファイルモニタＭ１，Ｍ２に代えてディグレーダモニタＤ１，Ｄ２を用いることで、減衰材１８ａと、その下流側に配置された減衰材１８ｂと、の２つの位置におけるビームＢの位置を検知し、検知したビームＢの位置に基づいてステアリング電磁石Ｓ１〜Ｓ４の電流を制御し、ビームＢの位置を調整目標位置に調整することができる。すなわち、制御部３５は、ディグレーダモニタＤ１で検知されたビームＢの通過位置を前述の第１ビーム位置とし、ディグレーダモニタＤ２で検知されたビームＢの通過位置を前述の第２ビーム位置として取り扱えばよい。よって、第１実施形態の荷電粒子線治療システム１と同様の作用効果が奏される。

荷電粒子線治療システム１０１による患者Ｐへのビームの照射中（患者Ｐの治療中）においては、ディグレーダ１８は、ビームＢを通過させ当該ビームＢのエネルギーを低下させており、患者Ｐの治療中においても上記のような二次粒子３９が減衰材１８ａ，１８ｂから発生している。従って、治療に影響を与えることなく、ディグレーダモニタＤ１，Ｄ２を用いてディグレーダ１８からビームＢの位置（ＸＹ座標）を取得することができる。このように、患者Ｐの治療中にリアルタイムで、ビームＢの通過位置を検知することができるので、検知されたビームＢの通過位置に基づいて、ステアリング電磁石Ｓ１〜Ｓ４の電流をフィードバック制御するといった処理をリアルタイムで治療中に実行することができる。よって、治療中においてビームＢの通過位置及び進行方向をリアルタイムで調整目標に制御する処理が可能であり、最終的に患者Ｐに対して照射されるビーム位置の精度も向上する。

本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して、変形例を構成することも可能である。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。

例えば、実施形態ではＸ方向のビーム位置調整のために２つのステアリング電磁石Ｓ１，Ｓ３を設けているが、Ｘ方向のビーム位置調整部は１つでもよい。同様に、実施形態ではＹ方向のビーム位置調整のために２つのステアリング電磁石Ｓ２，Ｓ４を設けているが、Ｙ方向のビーム位置調整部は１つでもよい。また、実施形態では、ビームの位置を２箇所で検知するために２つのプロファイルモニタＭ１，Ｍ２又は２つのディグレーダモニタＤ１，Ｄ２を設けているが、このようなビーム位置検知部は１つでもよい。また、本発明では、ビーム位置調整部の下流側にビーム位置検知部が設けられるといった位置関係があればよく、第１実施形態のように、ビーム位置調整部（ステアリング電磁石Ｓ１〜Ｓ２）とビーム位置検知部（プロファイルモニタＭ１，Ｍ２）との間にディグレーダ１８が配置される構成は必須ではない。

１，１０１…荷電粒子線治療システム、１１…サイクロトロン、１２…照射ノズル（照射装置）、１３…ビーム輸送ライン、１８…ディグレーダ、１８ａ…減衰材（第１減衰材）、１８ｂ…減衰材（第２減衰材）、４１…カメラ（第１粒子検出器）、４２…カメラ（第２粒子検出器）、４３，４４…演算部（位置算出部）、Ｂ…ビーム、Ｄ１，Ｄ２…ディグレーダモニタ（第１検知部、ビーム位置検知部）、Ｄ１，Ｄ２…ディグレーダモニタ（第２検知部、ビーム位置検知部）、Ｓ１，Ｓ３…ステアリング電磁石（第１偏向部、ビーム位置調整部）、Ｓ２，Ｓ４…ステアリング電磁石（第２偏向部、ビーム位置調整部）、Ｍ１，Ｍ２…プロファイルモニタ（第１検知部、ビーム位置検知部）、Ｍ１，Ｍ２…プロファイルモニタ（第２検知部、ビーム位置検知部）、Ｐ…患者（被照射体）。

Claims (6)

1. 荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射するサイクロトロンと、
   前記荷電粒子線を被照射体へ照射する照射装置と、
   前記サイクロトロンから出射された前記荷電粒子線を前記照射装置へ輸送するビーム輸送ラインと、
   前記ビーム輸送ライン中に設けられ、通過する前記荷電粒子線の位置を検知するビーム位置検知部と、
   前記ビーム位置検知部よりも上流側に設けられ、前記荷電粒子線の位置を調整するビーム位置調整部と、を備える荷電粒子線治療システム。
2. 前記ビーム位置検知部は、
   通過する前記荷電粒子線の位置を検知する第１検知部と、
   前記第１検知部よりも下流側に設けられ、通過する前記荷電粒子線の位置を検知する第２検知部と、を有する、請求項１に記載の荷電粒子線治療システム。
3. 前記ビーム輸送ライン中に設けられ、通過する前記荷電粒子線のエネルギーを低下させ調整するディグレーダを更に備え、
   前記ビーム位置検知部は、前記ディグレーダよりも下流側に設けられ、
   前記ビーム位置調整部は、前記ディグレーダよりも上流側に設けられる、請求項１又は２に記載の荷電粒子線治療システム。
4. 前記ビーム輸送ライン中に設けられ、通過する前記荷電粒子線のエネルギーを低下させ調整するディグレーダを更に備え、
   前記ビーム位置検知部は、
   前記荷電粒子線が前記ディグレーダを通過する際に発生する粒子を検出する粒子検出器と、
   前記粒子検出器が検出した粒子が発生した位置を検知する位置算出部と、を有する、請求項１に記載の荷電粒子線治療システム。
5. 前記ディグレーダは、
   通過する前記荷電粒子線のエネルギーを低下させる第１減衰材と、
   第１減衰材よりも下流側に設けられ、通過する荷電粒子線のエネルギーを低下させる第２減衰材と、を有し、
   前記粒子検出器は、
   前記第１減衰材を通過する際に発生する粒子を検出する第１粒子検出器と、
   前記第２減衰材を通過する際に発生する粒子を検出する第２粒子検出器と、を有する、請求項４に記載の荷電粒子線治療システム。
6. 前記ビーム位置調整部は、
   前記荷電粒子線を偏向する第１偏向部と、
   前記第１偏向部よりも下流側に設けられ、前記荷電粒子線を偏向する第２偏向部と、を有する、請求項２又は５に記載の荷電粒子線治療システム。

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