JP2017176436A - 荷電粒子線治療装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化を図りながら、患者に対する照射方向の自由度を確保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、加速器３と、患者Ｐを載置し移動可能な載置台５と、水平面に対して交差する方向に延在すると共に、加速器３に対して相対的に移動しないように固定された固定輸送ライン１３と、固定輸送ライン１３の下流側に接続され、固定輸送ライン１３からの荷電粒子線Ｂを９０°未満の角度で偏向し、少なくとも鉛直方向への荷電粒子線Ｂの照射及び水平方向への荷電粒子線Ｂの照射が可能な照射ライン１５と、を備え、載置台５は鉛直方向の荷電粒子線Ｂを患者Ｐに照射させる鉛直照射位置５Ｖと、水平方向の荷電粒子線Ｂを患者Ｐに照射させる水平照射位置５Ｈと、の間で患者Ｐを移動可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、荷電粒子線治療装置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に記載の放射線治療装置が知られている。この装置は、回転ガントリと、その回転ガントリに搭載され、回転軸に交差する照射軸に沿って粒子線を照射野に導く照射野形成装置と、回転軸に沿って供給される粒子線を照射軸の方向に偏向させて照射野形成装置に案内する複数の偏向マグネットとを備えており、照射軸が回転ガントリの回転軸に対して傾斜している。

特開2001-245994号公報

しかしながら、この装置では、複数の偏向マグネットを回転軸周りに回転させる必要があるので、この機構を荷電粒子線治療装置に適用すると、回転機構が大型化してしまう。また、回転させるマグネットを安易に削減すると、患者に対する荷電粒子線の照射方向の制限が大きくなってしまう。このような課題に鑑み、本発明は、装置の小型化を図りながら、患者に対する照射方向の自由度を確保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、荷電粒子線を出射する加速器と、荷電粒子線の照射対象である患者を載置し移動可能な載置台と、加速器から出射された荷電粒子線を輸送可能であり、水平面に対して交差する方向に延在すると共に、加速器に対して相対的に移動しないように固定された固定輸送ラインと、固定輸送ラインの下流側に接続され、固定輸送ラインからの荷電粒子線を偏向し、少なくとも鉛直方向への荷電粒子線の照射及び水平方向への荷電粒子線の照射が可能な照射ラインと、を備え、載置台は、照射ラインから鉛直方向へ照射される荷電粒子線を患者に照射させる鉛直照射位置と、照射ラインから水平方向へ照射される荷電粒子線を患者に照射させる水平照射位置と、の間で患者を移動可能であり、照射ラインによる荷電粒子線の偏向角度は９０°よりも小さい。

この荷電粒子線治療装置では、照射ラインによる荷電粒子線の偏向角度が９０°よりも小さい。このような比較的小さい角度の偏向を行う照射ラインでは、偏向マグネットを小さくできるので、装置全体の小型化を図ることができる。また、照射ラインからは、荷電粒子線の水平方向への照射及び鉛直方向への照射が可能であり、更に、載置台が鉛直照射位置と水平照射位置との間を移動する。これにより、照射ラインによる荷電粒子線の偏向角度が小さいにも拘らず、患者に対する荷電粒子線の照射方向として、少なくとも鉛直方向と水平方向とを選択する自由度を確保することができる。

具体的には、照射ラインは、荷電粒子線の偏向軌道に沿って屈曲して延在しており、固定輸送ラインの延在軸を中心にして固定輸送ラインに対して回転することにより、鉛直方向への荷電粒子線の照射と、水平方向への荷電粒子線の照射と、を切替可能であるようにしてもよい。

また、固定輸送ラインは建屋の壁部に埋め込まれており、加速器と照射ラインとが、壁部を間に挟んで建屋の別の部屋に設けられていることとしてもよい。

本発明の荷電粒子線治療装置によれば、装置の小型化を図りながら、患者に対する照射方向の自由度を確保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。

第1実施形態の荷電粒子線治療装置を示す図である。 第２実施形態の荷電粒子線治療装置を示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る荷電粒子線治療装置の実施形態について詳細に説明する。図１は、荷電粒子線治療装置１が設置される建屋１０１の鉛直断面を示す図である。図１の上下方向が、建屋１０１における鉛直方向に対応する。図１に示される荷電粒子線治療装置１は、例えば、患者Ｐの腫瘍に陽子線等の荷電粒子線Ｂを照射してがんの治療を行う装置である。このような荷電粒子線治療装置には、例えば、重粒子線を照射してがんの治療を行う重粒子線治療装置等が含まれる。

荷電粒子線治療装置１は、建物の建屋１０１内に構築されている。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Ｂを出射する加速器３と、治療対象である患者Ｐを載置し移動可能な載置台５と、を備えている。また荷電粒子線治療装置１は、加速器３から出射された荷電粒子線Ｂを輸送し、載置台５上の患者Ｐまで導くための輸送ライン７を備えている。輸送ライン７の先端は、照射ノズル（照射部）に接続されている。照射ノズル内には、荷電粒子線Ｂを走査する走査電磁石、荷電粒子線Ｂの位置を検出する位置モニタ、等の機器が必要に応じて設けられている。以下、「上流」「下流」の語は、荷電粒子線Ｂの上流（加速器３側）、下流（患者Ｐ側）をそれぞれ意味している。

加速器３は、例えば、サイクロトロン又はシンクロトロンで構成される。加速器３は、建屋１０１の２階に設けられた加速器室１０３内に収納されており、加速器室１０３内で建屋１０１に固定されている。載置台５は、建屋１０１の１階で加速器室１０３の斜め下方に設けられた照射室１０５内に設置されている。加速器室１０３と照射室１０５とは、放射線等を遮蔽するための壁部１０１ａや床部１０１ｂを挟んで互いに別の部屋として設けられている。

載置台５は、所定の駆動機構によって照射室１０５内で並進移動及び回転移動が可能である。載置台５は、例えば照射室１０５内に設置されたレール（図示せず）に沿って照射室１０５内を並進移動する。また、載置台５は、例えばロボットアーム等（図示せず）によって、３軸方向に並進移動可能であってもよい。なお、載置台５の移動軌道については後述する。更に、載置台５は鉛直軸周りに回転（水平回転）することができる。また、載置台５は、水平回転のみならず更に他の軸周りにも回転するように構成されてもよい。

輸送ライン７は、建屋１０１の壁部１０１ａや床部１０１ｂを貫通して設けられており、加速器３から載置台５の位置まで延びている。輸送ライン７は、荷電粒子線Ｂが通るビームダクト９を有している。ビームダクト９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Ｂ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、輸送ライン７上には、荷電粒子線Ｂを収束させる収束電磁石と、荷電粒子線Ｂを偏向する偏向電磁石と、がビームダクト９に沿って適宜配列されており、荷電粒子線Ｂがビームダクト９内を通過するように荷電粒子線Ｂの軌道が調整されている。

輸送ライン７は、上流側に位置する輸送ライン上流部１１と、下流側に位置する可動の照射ライン１５と、輸送ライン上流部１１と照射ライン１５とを接続する固定輸送ライン１３と、を備えている。輸送ライン上流部１１は、加速器３と固定輸送ライン１３の上流端とを接続している。固定輸送ライン１３は壁部１０１ａ及び床部１０１ｂに埋め込まれており、固定輸送ライン１３の上流端は加速器室１０３に位置し、固定輸送ライン１３の下流端は照射室１０５に位置している。固定輸送ライン１３は、加速器室１０３と、その斜め下方に位置する照射室１０５とを接続するために、水平面に対して交差する方向に直状に延在している。本実施形態では、固定輸送ライン１３の延在方向と、水平面との為す角度は４５°である。すなわち、固定輸送ライン１３は、図に示されるように、水平面に対して４５°の角度を為して交差する軸Ａ上に延在している。このように、固定輸送ライン１３が延在する軸Ａを「延在軸Ａ」とする。延在軸Ａに沿って固定輸送ライン１３から出射される荷電粒子線Ｂの進行方向は、水平面に対して４５°をなす下向きの方向である。前述の通り、固定輸送ライン１３は、壁部１０１ａ及び床部１０１ｂに埋め込まれ建屋１０１に対して固定されているので、固定輸送ライン１３は、建屋１０１に固定された加速器３に対しても、相対的に移動しないように固定されている。

照射ライン１５は、照射室１０５内に配置され固定輸送ライン１３の下流側に接続されている。照射ライン１５は荷電粒子線Ｂを偏向する偏向マグネット１５ａを有している。固定輸送ライン１３から送られる荷電粒子線Ｂは、照射ライン１５を通過するときに偏向マグネット１５ａによって偏向される。照射ライン１５における荷電粒子線Ｂの偏向角度は９０°よりも小さい角度に設定される。また、照射ライン１５における荷電粒子線Ｂの偏向は１方向に１回のみである。

本実施形態では、照射ライン１５における荷電粒子線Ｂの偏向角度は４５°である。すなわち、照射ライン１５の下流端から出射される荷電粒子線Ｂの進行方向は、延在軸Ａに沿って固定輸送ライン１３から出射される荷電粒子線Ｂの進行方向に対して４５°の角度をなす。照射ライン１５におけるビームダクト９は、荷電粒子線Ｂの偏向軌道に沿って曲がって延在している。照射ライン１５で偏向された荷電粒子線Ｂは、照射ライン１５の下流端から出射され、載置台５上の患者Ｐに照射される。なお、照射ライン１５には、患者Ｐに対して荷電粒子線Ｂを照射する照射ノズルが含まれてもよい。

また、照射ライン１５は、延在軸Ａを中心にして、固定輸送ライン１３に対して回転可能である。このとき、偏向マグネット１５ａも上記の延在軸Ａ周りに回転するので、固定輸送ライン１３による荷電粒子線Ｂの偏向方向も上記延在軸Ａ周りに回転する。照射ライン１５を固定輸送ライン１３に対して回転させる（建屋１０１に対して回転させる）ための構造の例としては、例えば、照射ライン１５の回転周方向に沿って弧状に建屋１０１に敷設されたレールと、照射ライン１５に固定され上記レール上を転動するローラとを備える構造であってもよい。また、例えば、照射ライン１５の回転周方向に沿って弧状に建屋１０１に敷設されたラックと、照射ライン１５に固定され上記ラックに噛み合って転動する歯車とを備える構造であってもよい。

本実施形態では、水平面に対して４５°をなす上記の延在軸Ａ周りに、偏向角度４５°で荷電粒子線Ｂを偏向する照射ライン１５が回転することになる。この構成により、照射ライン１５が最も下方に向けて荷電粒子線Ｂを偏向する場合には、水平面に対して９０°をなす鉛直下向きに、照射ライン１５からの荷電粒子線Ｂが照射される。このような照射ライン１５の回転方向の位置を、符号「１５Ｖ」を付して図中に示す。また、照射ライン１５が最も上方に向けて荷電粒子線Ｂを偏向する場合には、水平面に対して０°をなす水平方向に、照射ライン１５からの荷電粒子線Ｂが照射される。このような照射ライン１５の回転方向の位置を、符号「１５Ｈ」を付して二点鎖線で図中に示す。

以上のように、照射ライン１５は、少なくとも鉛直方向の下向きへの荷電粒子線Ｂの照射及び水平方向への荷電粒子線Ｂの照射が可能である。本実施形態では、照射ライン１５の回転方向の位置を任意に選択することができ、照射ライン１５からの荷電粒子線Ｂの照射方向を水平方向から鉛直下向きまでの間の任意の方向に設定することができる。

これに対応し、載置台５は、照射ライン１５からの荷電粒子線Ｂの照射先の位置に患者Ｐを配置させるべく、照射室１０５内を移動可能である。載置台５は、少なくとも図中に示される鉛直照射位置５Ｖ及び水平照射位置５Ｈに選択的に配置することができる。載置台５が鉛直照射位置５Ｖに配置されるときには、位置１５Ｖにある照射ライン１５からの荷電粒子線Ｂの照射先に患者Ｐが位置し、照射ライン１５からの荷電粒子線Ｂが患者Ｐに対して鉛直下向きに照射される。また、載置台５が水平照射位置５Ｈに配置されるときには、位置１５Ｈにある照射ライン１５からの荷電粒子線Ｂの照射先に患者Ｐが位置し、照射ライン１５からの荷電粒子線Ｂが患者Ｐに対して水平方向に照射される。

本実施形態では、載置台５は、照射ライン１５からの荷電粒子線Ｂの照射先に追従するために、延在軸Ａの周りに設定される所定の環状の軌道Ｃで鉛直照射位置５Ｖと水平照射位置５Ｈとの間を移動することができる。また、載置台５は、上記の軌道Ｃ上の任意の位置で停止することができる。上記の軌道Ｃは、延在軸Ａ周りに回転する照射ライン１５からの荷電粒子線Ｂの照射先の軌跡に沿って設定されればよい。例えば、軌道Ｃは、鉛直照射位置５Ｖと水平照射位置５Ｈとを結ぶ仮想線分を直径とする円軌道であってもよい。

照射ライン１５の回転方向の位置を任意に設定すると共に、当該照射ライン１５の回転方向の位置に対応させて載置台５の軌道Ｃ上の位置を設定することで、患者Ｐに対する荷電粒子線Ｂの照射方向を、鉛直方向の下向きから水平方向までの間で任意に設定することができる。また、載置台５自体の水平回転方向の位置を更に調整することにより、患者Ｐに対する荷電粒子線Ｂの照射方向は、２軸方向で任意に設定することができる。

続いて、上記実施形態に係る荷電粒子線治療装置１による作用効果について説明する。荷電粒子線治療装置１では、照射ライン１５による荷電粒子線Ｂの偏向角度が９０°よりも小さく（具体的には偏向角度が４５°であり）、荷電粒子線Ｂを１方向に１回のみ偏向させている。このような比較的小さい角度の偏向を１方向に１回のみ行う照射ライン１５は、偏向マグネット１５ａを最低１個備えればよい。従って、照射ライン１５を回転させるための回転機構を小型化することができ、装置全体の小型化を図ることができる。

また、照射ライン１５からは、荷電粒子線Ｂの水平方向への照射及び鉛直方向への照射が可能であり、その照射先に患者Ｐを位置させるべく載置台５が鉛直照射位置５Ｖと水平照射位置５Ｈとの間を移動する。これにより、照射ライン１５による荷電粒子線Ｂの偏向角度が小さいことを補って、患者Ｐに対する荷電粒子線Ｂの照射方向として、少なくとも鉛直方向と水平方向とを選択する自由度を確保することができる。以上の通り、荷電粒子線治療装置１によれば、装置の小型化を図りながら、患者Ｐに対する照射方向の自由度を確保することができる。

また、患者Ｐに対する照射方向の自由度を確保するためには、載置台５の回転移動の自由度を大きくすることも考えられる。しかしながら、載置台５の水平回転以外の回転により患者Ｐの姿勢が大きく変更されると、重力によって患者Ｐの体内で内蔵の位置が変動する。そうすると、照射対象である腫瘍の位置も変動してしまい、腫瘍の位置に対して正確に荷電粒子線Ｂを照射することが困難になるといった問題がある。これに対し、荷電粒子線治療装置１においては、載置台５は少なくとも並進移動と水平回転移動とを行えばよい。よって、患者Ｐを載置台５上に臥位で載置することができ、患者Ｐに対する重力方向を一定に維持したまま荷電粒子線Ｂの照射を行うことができる。よって、患者Ｐの体内での腫瘍の位置も比較的安定し、正確に荷電粒子線Ｂを照射することが困難になるといったような上記の問題が回避される。

（第２実施形態）
続いて、図２を参照しながら、第２実施形態に係る荷電粒子線治療装置５１について説明する。図２は、荷電粒子線治療装置５１が設置される建屋２０１の鉛直断面を示す図である。図２の上下方向が、建屋２０１における鉛直方向に対応する。荷電粒子線治療装置５１において、前述の荷電粒子線治療装置１の構成要素と同一又は同等の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。図２に示されるように、荷電粒子線治療装置５１は、建屋２０１内に構築されている。建屋２０１において、加速器３は中二階の加速器室１０３に設置されている。そして、建屋２０１内には、前述の照射室１０５に加え、照射室１０５の直上で２階に設けられた照射室１０７が存在している。照射室１０７は、照射室１０５に対して上下対称に構築されている。すなわち、照射室１０７内には、照射ライン１５と上下対称に設けられた照射ライン６５と、載置台５と上下対称に設けられた載置台５５と、が設けられている。

また、壁部１０１ａには、固定輸送ライン１３と上下対称に設けられた固定輸送ライン６３が埋め込まれている。照射ライン６５は、固定輸送ライン６３の下流端に接続されている。輸送ライン上流部６１の下流側は、固定輸送ライン１３側と固定輸送ライン６３側とに分岐している。輸送ライン上流部６１は、公知の切替手段によって、加速器３からの荷電粒子線Ｂを固定輸送ライン１３又は固定輸送ライン６３の何れかに選択的に切替えて送ることができる。

照射ライン６５は、照射ライン１５と同様にして、少なくとも鉛直方向の上向きへの荷電粒子線Ｂの照射及び水平方向への荷電粒子線Ｂの照射が可能である。また、照射ライン６５の回転方向の位置は任意に選択することができ、照射ライン６５からの荷電粒子線Ｂの照射方向を水平方向から鉛直上向きまでの間の任意の方向に設定することができる。更に、載置台５５が、照射ライン６５からの荷電粒子線Ｂの照射先に患者Ｐを移動することにより、患者Ｐに対する荷電粒子線Ｂの照射方向を、鉛直方向の上向きから水平方向までの間で任意に設定することができる。例えば、照射ライン６５が位置６５Ｖにあり載置台５５が鉛直照射位置５５Ｖに配置されるときには、照射ライン６５からの荷電粒子線Ｂが患者Ｐに対して鉛直方向上向きに照射される。また、照射ライン６５が位置６５Ｈにあり載置台５５が水平照射位置５５Ｈに配置されるときには、照射ライン６５からの荷電粒子線Ｂが患者Ｐに対して水平方向に照射される。

この荷電粒子線治療装置５１によれば、患者Ｐに対して荷電粒子線Ｂを鉛直方向の下向きから水平方向までの照射角度で照射する場合には照射室１０５を使用し、患者Ｐに対して荷電粒子線Ｂを鉛直方向の上向きから水平方向までの照射角度で照射する場合には照射室１０７を使用するといった運用が可能になる。

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、実施形態の照射ライン１５，６５は、延在軸Ａ周りに回転することで荷電粒子線Ｂの照射方向を可変としているが、照射ラインが照射方向を可変とするための構成は、実施形態の構成には限られない。例えば、照射ラインが、複数の分岐されたビームダクトを備えると共に、当該複数のビームダクトのうちの何れかに荷電粒子線Ｂの送り先を切替える切替手段を備えてもよい。また、実施形態では、患者Ｐに対する荷電粒子線Ｂの照射方向を任意に設定することができるが、この構成も必須ではなく、荷電粒子線Ｂを患者に対して鉛直方向に照射する設定と、荷電粒子線Ｂを患者に対して水平方向に照射する設定と、の少なくとも２種類の設定の切替が可能であればよい。

１，５１…荷電粒子線治療装置、３…加速器、５，５５…載置台、５Ｖ…鉛直照射位置、５Ｈ…水平照射位置、１３，６３…固定輸送ライン、１５，６５…照射ライン、１０１，２０１…建屋、１０１ａ…壁部、１０１ｂ…床部、Ａ…延在軸、Ｐ…患者。

Claims (3)

1. 荷電粒子線を出射する加速器と、
   前記荷電粒子線の照射対象である患者を載置し移動可能な載置台と、
   前記加速器から出射された前記荷電粒子線を輸送可能であり、水平面に対して交差する方向に延在すると共に、前記加速器に対して相対的に移動しないように固定された固定輸送ラインと、
   前記固定輸送ラインの下流側に接続され、前記固定輸送ラインからの荷電粒子線を偏向し、少なくとも鉛直方向への前記荷電粒子線の照射及び水平方向への前記荷電粒子線の照射が可能な照射ラインと、を備え、
   前記載置台は、
   前記照射ラインから鉛直方向へ照射される前記荷電粒子線を前記患者に照射させる鉛直照射位置と、前記照射ラインから水平方向へ照射される前記荷電粒子線を前記患者に照射させる水平照射位置と、の間で前記患者を移動可能であり、
   前記照射ラインによる前記荷電粒子線の偏向角度は９０°よりも小さい、荷電粒子線治療装置。
2. 前記照射ラインは、
   前記荷電粒子線の偏向軌道に沿って曲がって延在しており、
   前記固定輸送ラインの延在軸を中心にして前記固定輸送ラインに対して回転することにより、前記鉛直方向への前記荷電粒子線の照射と、前記水平方向への前記荷電粒子線の照射と、を切替可能である、請求項１に記載の荷電粒子線治療装置。
3. 前記固定輸送ラインは建屋の壁部又は床部に埋め込まれており、
   前記加速器と前記照射ラインとが、前記壁部又は床部を間に挟んで前記建屋の別の部屋に設けられている、請求項１又は２に記載の荷電粒子線治療装置。

Images