JP2018196625A - 荷電粒子線治療装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被照射体の形状によらず、ペナンブラの改善を行う事ができる荷電粒子線治療装置を提供する。【解決手段】コリメータ５０を移動させるコリメータ駆動部５１は、走査される荷電粒子線Ｂの位置に応じてコリメータ５０を移動させる。これにより、走査電磁石６が、腫瘍１４の形状に応じて設定された走査経路ＴＬ上に荷電粒子線Ｂを走査させているときに、荷電粒子線Ｂが照射されている位置において、コリメータ５０がその場で荷電粒子線Ｂのコリメートを行うことができる。従って、腫瘍１４が複雑な形状を有している場合であっても、コリメータ５０は、腫瘍１４の形状によらず、荷電粒子線Ｂの移動に追従してその場でコリメートを行うだけで、ペナンブラを改善することができる。【選択図】図４

Description

本発明は、荷電粒子線治療装置に関する。

従来、患者の患部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に記載された装置が知られている。特許文献１に記載の荷電粒子線治療装置では、加速器で加速された荷電粒子線を照射部からスキャニング方式によって照射している。この荷電粒子線治療装置は、マルチリーフコリメータを用いて照射野の外周縁部の一部の不要な荷電粒子線を遮蔽した上で、被照射体の形状に合わせた照射野にて荷電粒子線の照射を行っている。

特開２０１４−１４４１２２号公報

上述のような荷電粒子線治療装置においては、照射野の周縁部に照射される荷電粒子線の一部をコリメータで遮蔽するため、ペナンブラ（横方向の線量分布の切れ）を改善することができる。ここで、従来の荷電粒子線治療装置は、略円形や略四角形状などの単純な形状の被照射対象物については、マルチリーフコリメータで良好に照射野を規定することができる。しかしながら、複雑な形状の照射野については、マルチリーフコリメータの形状の関係上、良好に照射野を規定することができない。その結果、照射野の一部分において、ペナンブラを改善することができないという問題がある。

そこで本発明は、被照射体の形状によらず、ペナンブラの改善を行う事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。

上記課題を解決するため、本発明に係る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、被照射体に対して荷電粒子線を照射する照射部と、を備え、照射部は、予め計画された走査経路で荷電粒子線が照射されるように、荷電粒子線を走査するスキャニング部と、スキャニング部よりも荷電粒子線の下流側に設けられ、荷電粒子線を遮蔽する遮蔽部、及び荷電粒子線を通過させる通過部を有するコリメータと、コリメータを移動させるコリメータ駆動部と、を備え、コリメータ駆動部は、走査される荷電粒子線の位置に応じてコリメータを移動させる。

本発明に係る荷電粒子線治療装置において、照射部のスキャニング部は、予め計画された走査経路で荷電粒子線が照射されるように、荷電粒子線を走査する。このようなスキャニング部の下流側には、荷電粒子線を遮蔽する遮蔽部、及び荷電粒子線を通過させる通過部を有するコリメータが設けられる。コリメータに照射された荷電粒子線は、外縁部が遮蔽部で遮蔽された状態で、通過部を通過する。これにより、荷電粒子線は、コリメートされてペナンブラが改善された状態で、当該コリメータを通過し、被照射体へ照射される。更に、コリメータを移動させるコリメータ駆動部は、走査される荷電粒子線の位置に応じてコリメータを移動させる。これにより、スキャニング部が、被照射体の形状に応じて設定された走査経路上に荷電粒子線を走査させているときに、荷電粒子線が照射されている位置において、コリメータがその場で荷電粒子線のコリメートを行うことができる。その結果、荷電粒子線が被照射体の外周縁部に照射されているときも、コリメータとされた状態にて、当該外周縁部に照射される。従って、被照射体が複雑な形状を有している場合であっても、コリメータは、被照射体の形状によらず、荷電粒子線の移動に追従してその場でコリメートを行うだけで、被照射体の外周縁部付近のペナンブラを改善することができる。以上により、被照射体の形状によらず、ペナンブラの改善を行う事ができる。

荷電粒子線治療装置において、遮蔽部は、荷電粒子線の照射軸が延びる照射軸方向と直交する第１方向に延伸する第１部材と、第１方向に延伸し、且つ、照射軸方向及び第１方向と直交する第２方向において第１部材と対向する第２部材と、を備え、通過部は、第１部材と第２部材との間の隙間によって構成され、コリメータ駆動部は、走査される荷電粒子線の位置に応じて第１部材及び第２部材を第２方向へ移動させてよい。このような構成により、コリメータ駆動部は、荷電粒子線が走査経路のうち、第１方向に長く延びる部分を移動しているときは、当該部分に沿って第１部材及び第２部材を保持し、荷電粒子線が第２方向に移動して第２方向における照射位置を変更するタイミングで、第１部材及び第２部材を第２方向へ移動させればよい。これにより、荷電粒子線の移動にコリメータを常時追従させる場合に比して、コリメータの移動時間（移動距離）を低減することができる。

荷電粒子線治療装置において、コリメータは、第１部材と第２部材との第２方向における距離を調整して通過部の大きさを調整可能な調整部を更に備えてよい。これにより、荷電粒子線の遮蔽量を調整することができる。

荷電粒子線治療装置において、通過部は、荷電粒子線の照射軸が延びる照射軸方向に貫通するように遮蔽部に形成された孔部によって構成され、コリメータ駆動部は、走査される荷電粒子線の位置に応じて遮蔽部を照射軸方向と直交する第１方向、及び照射軸方向及び第１方向と直交する第２方向へ移動させてよい。通過部が、照射軸方向に貫通するように遮蔽部に形成された孔部によって構成されているため、コリメータは、荷電粒子線を略全周にわたってコリメートすることができる。これにより、第１方向及び第２方向のいずれの方向についてもペナンブラを改善することができる。

本発明によれば、被照射体の形状によらず、ペナンブラの改善を行う事ができる荷電粒子線治療装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る荷電粒子線治療装置の概略構成図である。 図１の荷電粒子線治療装置の照射部付近の概略構成図である。 腫瘍に対して設定された層を示す図である。 本実施形態に係る荷電粒子線治療装置のコリメータの斜視図である。 （ａ）は図４のコリメータをＸ軸方向から見た図であり、（ｂ）はコリメータをＺ軸方向から見た図である。 説明のための腫瘍の形状の一例を示す模式図である。 本実施形態に係る荷電粒子線治療装置において、腫瘍に荷電粒子線を照射する際の動作を示す模式図である。 本実施形態に係る荷電粒子線治療装置において、腫瘍に荷電粒子線を照射する際の動作を示す模式図である。 比較例に係る荷電粒子線治療装置において、腫瘍に対してマルチリーフコリメータで照射野を規定した様子を示す模式図である。 比較例に係る荷電粒子線治療装置において、腫瘍に対してマルチリーフコリメータで照射野を規定した様子を示す模式図である。 変形例に係るコリメータの斜視図である。 （ａ）は図１１のコリメータをＸ軸方向から見た断面図であり、（ｂ）はコリメータをＺ軸方向から見た図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る荷電粒子線治療装置について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示されるように、本発明の一実施形態に係る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、イオン源（不図示）で生成した荷電粒子を加速して荷電粒子線として出射する加速器３と、荷電粒子線を被照射体へ照射する照射部２と、加速器３から出射された荷電粒子線を照射部２へ輸送するビーム輸送ライン２１と、を備えている。照射部２は、治療台４を取り囲むように設けられた回転ガントリ５に取り付けられている。照射部２は、回転ガントリ５によって治療台４の周りに回転可能とされている。

図２は、図１の荷電粒子線治療装置の照射部付近の概略構成図である。なお、以下の説明においては、「Ｘ軸方向」、「Ｙ軸方向」、「Ｚ軸方向」という語を用いて説明する。「Ｚ軸方向」とは、荷電粒子線Ｂの基軸ＡＸが延びる方向であり、荷電粒子線Ｂの照射の深さ方向である。なお、「基軸ＡＸ」とは、後述の走査電磁石６で偏向しなかった場合の荷電粒子線Ｂの照射軸とする。図２では、基軸ＡＸに沿って荷電粒子線Ｂが照射されている様子を示している。「Ｘ軸方向」とは、Ｚ軸方向と直交する平面内における一の方向である。「Ｙ軸方向」とは、Ｚ軸方向と直交する平面内においてＸ軸方向と直交する方向である。Ｚ軸方向が請求項における照射軸方向に対応し、Ｘ軸方向が請求項における第１方向に該当し、Ｙ軸方向が請求項における第２方向に該当するものとする。

まず、図２を参照して、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１の概略構成について説明する。荷電粒子線治療装置１はスキャニング法に係る照射装置である。なお、スキャニング方式は特に限定されず、ラインスキャニング、ラスタースキャニング、スポットスキャニング等を採用してよい。図２に示されるように、荷電粒子線治療装置１は、加速器３と、照射部２と、ビーム輸送ライン２１と、制御部７と、を備えている。

加速器３は、荷電粒子を加速して予め設定されたエネルギーの荷電粒子線Ｂを出射する装置である。加速器３として、例えば、サイクロトロン、シンクロトロン、シンクロサイクロトロン、ライナック等が挙げられる。なお、加速器３として予め定めたエネルギーの荷電粒子線Ｂを出射するサイクロトロンを採用する場合、エネルギー調整部２０を採用することで、照射部２へ送られる荷電粒子線のエネルギーを調整（低下）させることが可能となる。なお、シンクロトロンは出射する荷電粒子線のエネルギーを容易に変更できるため、加速器３としてシンクロトロンを採用する場合には、エネルギー調整部２０を省略してもよい。この加速器３は、制御部７に接続されており、供給される電流が制御される。加速器３で発生した荷電粒子線Ｂは、ビーム輸送ライン２１によって照射部２へ輸送される。ビーム輸送ライン２１は、加速器３と、エネルギー調整部２０と、照射部２と、を接続し、加速器３から出射された荷電粒子線を照射部２へ輸送する。

照射部２は、患者１５の体内の腫瘍（被照射体）１４に対し、荷電粒子線Ｂを照射するものである。荷電粒子線Ｂとは、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、電子線等が挙げられる。具体的に、照射部２は、イオン源（不図示）で生成した荷電粒子を加速する加速器３から出射されてビーム輸送ライン２１で輸送された荷電粒子線Ｂを腫瘍１４へ照射する装置である。照射部２は、走査電磁石６、四極電磁石８、プロファイルモニタ１１、ドーズモニタ１２、ポジションモニタ１３ａ，１３ｂ、コリメータ５０、及びディグレーダ３０を備えている。走査電磁石６、各モニタ１１，１２，１３ａ，１３ｂ、四極電磁石８、及びディグレーダ３０は、収容体としての照射ノズル９に収容されている。このように、照射ノズル９に各主構成要素を収容することによって照射部２が構成されている。なお、四極電磁石８、プロファイルモニタ１１、ドーズモニタ１２、ポジションモニタ１３ａ，１３ｂ、及びディグレーダ３０は省略してもよい。

走査電磁石（スキャニング部）６は、Ｘ軸方向走査電磁石６ａ及びＹ軸方向走査電磁石６ｂを含む。Ｘ軸方向走査電磁石６ａ及びＹ軸方向走査電磁石６ｂは、それぞれ一対の電磁石から構成され、制御部７から供給される電流に応じて一対の電磁石間の磁場を変化させ、当該電磁石間を通過する荷電粒子線Ｂを走査する。走査電磁石６によってＸ軸方向走査電磁石６ａは、Ｘ軸方向に荷電粒子線Ｂを走査し、Ｙ軸方向走査電磁石６ｂは、Ｙ軸方向に荷電粒子線Ｂを走査する。これらの走査電磁石６は、基軸ＡＸ上であって、加速器３よりも荷電粒子線Ｂの下流側にこの順で配置されている。なお、走査電磁石６は、治療計画装置１００で予め計画された走査経路で荷電粒子線Ｂが照射されるように、荷電粒子線Ｂを走査する。

四極電磁石８は、Ｘ軸方向四極電磁石８ａ及びＹ軸方向四極電磁石８ｂを含む。Ｘ軸方向四極電磁石８ａ及びＹ軸方向四極電磁石８ｂは、制御部７から供給される電流に応じて荷電粒子線Ｂを絞って収束させる。Ｘ軸方向四極電磁石８ａは、Ｘ軸方向において荷電粒子線Ｂを収束させ、Ｙ軸方向四極電磁石８ｂは、Ｙ軸方向において荷電粒子線Ｂを収束させる。四極電磁石８に供給する電流を変化させて絞り量（収束量）を変化させることにより、荷電粒子線Ｂのビームサイズを変化させることができる。四極電磁石８は、基軸ＡＸ上であって加速器３と走査電磁石６との間にこの順で配置されている。なお、ビームサイズとは、ＸＹ平面における荷電粒子線Ｂの大きさである。また、ビーム形状とは、ＸＹ平面における荷電粒子線Ｂの形状である。

プロファイルモニタ１１は、初期設定の際の位置合わせのために、荷電粒子線Ｂのビーム形状及び位置を検出する。プロファイルモニタ１１は、基軸ＡＸ上であって四極電磁石８と走査電磁石６との間に配置されている。ドーズモニタ１２は、荷電粒子線Ｂの線量を検出する。ドーズモニタ１２は、基軸ＡＸ上であって走査電磁石６に対して下流側に配置されている。ポジションモニタ１３ａ，１３ｂは、荷電粒子線Ｂのビーム形状及び位置を検出監視する。ポジションモニタ１３ａ，１３ｂは、基軸ＡＸ上であって、ドーズモニタ１２よりも荷電粒子線Ｂの下流側に配置されている。各モニタ１１，１２，１３ａ，１３ｂは、検出した検出結果を制御部７に出力する。

ディグレーダ３０は、通過する荷電粒子線Ｂのエネルギーを低下させて当該荷電粒子線Ｂのエネルギーの微調整を行う。本実施形態では、ディグレーダ３０は、照射ノズル９の先端部９ａに設けられている。なお、照射ノズル９の先端部９ａとは、荷電粒子線Ｂの下流側の端部である。

コリメータ５０は、少なくとも走査電磁石６よりも荷電粒子線Ｂの下流側に設けられ、荷電粒子線Ｂの一部を遮蔽し、一部を通過させる部材である。ここでは、コリメータ５０は、ポジションモニタ１３ａ，１３ｂの下流側に設けられている。コリメータ５０は、当該コリメータ５０を移動させるコリメータ駆動部５１と接続されている。なお、コリメータ５０及びコリメータ駆動部５１の詳細な構成については後述する。

制御部７は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等により構成されている。この制御部７は、各モニタ１１，１２，１３ａ，１３ｂから出力された検出結果に基づいて、加速器３、走査電磁石６、四極電磁石８、及びコリメータ駆動部５１を制御する。

また、荷電粒子線治療装置１の制御部７は、荷電粒子線治療の治療計画を行う治療計画装置１００と接続されている。治療計画装置１００は、治療前に患者１５の腫瘍１４をＣＴ等で測定し、腫瘍１４の各位置における線量分布（照射すべき荷電粒子線の線量分布）を計画する。具体的には、治療計画装置１００は、腫瘍１４に対して治療計画マップを作成する。治療計画装置１００は、作成した治療計画マップを制御部７へ送信する。治療計画装置１００が作成した治療計画マップでは、荷電粒子線Ｂがどのような走査経路を描くかが計画されている。

スキャニング法による荷電粒子線の照射を行う場合、腫瘍１４をＺ軸方向に複数の層に仮想的に分割し、一の層において荷電粒子線を治療計画において定めた走査経路に従うように走査して照射する。そして、当該一の層における荷電粒子線の照射が完了した後に、隣接する次の層における荷電粒子線Ｂの照射を行う。

図２に示す荷電粒子線治療装置１により、スキャニング法によって荷電粒子線Ｂの照射を行う場合、通過する荷電粒子線Ｂが収束するように四極電磁石８を作動状態（ＯＮ）とする。

続いて、加速器３から荷電粒子線Ｂを出射する。出射された荷電粒子線Ｂは、走査電磁石６の制御によって治療計画において定めた走査経路に従うように走査される。これにより、荷電粒子線Ｂは、腫瘍１４に対してＺ軸方向に設定された一の層における照射範囲内を走査されつつ照射されることとなる。一の層に対する照射が完了したら、次の層へ荷電粒子線Ｂを照射する。

制御部７の制御に応じた走査電磁石６の荷電粒子線照射イメージについて、図３（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。図３（ａ）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３（ｂ）は、深さ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３（ａ）に示すように、被照射体は照射の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Ｂの飛程が長い）層から順に、層Ｌ_１、層Ｌ_２、…層Ｌ_ｎ−１、層Ｌ_ｎ、層Ｌ_ｎ＋１、…層Ｌ_Ｎ−１、層Ｌ_ＮとＮ層に仮想的にスライスされている。また、図３（ｂ）に示すように、荷電粒子線Ｂは、走査経路ＴＬに沿ったビーム軌道を描きながら、連続照射（ラインスキャニング又はラスタースキャニング）の場合は層Ｌ_ｎの走査経路ＴＬに沿って連続的に照射され、スポットスキャニングの場合は層Ｌ_ｎの複数の照射スポットに対して照射される。すなわち、制御部７に制御された照射部２から出射した荷電粒子線Ｂは、走査経路ＴＬ上を移動する。

次に、図４を参照して、コリメータ５０及びコリメータ駆動部５１の詳細な構成について説明する。コリメータ５０は、荷電粒子線Ｂを遮蔽する遮蔽部５３、及び荷電粒子線Ｂを通過させる通過部５４を有する。遮蔽部５３は、Ｘ軸方向に延伸する第１部材５６Ａと、Ｘ軸方向に延伸し、且つ、Ｙ軸方向において第１部材５６Ａと対向する第２部材５６Ｂと、を備える。通過部５４は、第１部材５６Ａと第２部材５６Ｂとの間の隙間によって構成される。

通過部５４は、Ｘ軸方向に沿って延伸している。ここで、荷電粒子線Ｂの走査経路ＴＬは、Ｘ軸方向に沿って直線状に延びるＸ軸経路ＴＬ１と、Ｘ軸経路ＴＬ１の位置をずらすためにＹ軸方向に僅かに延びるＹ軸経路ＴＬ２と、を有している（図３参照）。荷電粒子線Ｂの照射が行われる際、走査対象となるＸ軸経路ＴＬ１と対応するように、通過部５４が配置される。第１部材５６Ａ及び第２部材５６Ｂの延伸方向における長さ、すなわち通過部５４のＸ軸方向における長さは特に限定されない。ただし、例えば、想定される照射野のサイズのうち、最大サイズの照射野を想定した場合に、第１部材５６Ａ及び第２部材５６ＢのＸ軸方向における長さは、最大サイズの照射野のＸ軸方向の長さよりも長く設定してよい。第１部材５６Ａ及び第２部材５６Ｂは、荷電粒子線Ｂの遮蔽に用いられる部材であることから、荷電粒子線Ｂを遮蔽可能な材料により製造される。荷電粒子線Ｂを遮蔽可能な材料としては、真鍮、銅、タンタル、モリブデン、鉄等が挙げられるが、加工性の良さやコストの観点から真鍮又は鉄製とすることが好ましい。

第１部材５６Ａは、矩形状の断面形状を有しており、同一断面形状を維持した状態でＸ軸方向に直線状に延伸する。第１部材５６Ａは、ＸＹ軸平面と平行に広がる上面５６Ａａと、ＸＹ軸平面と平行に広がる下面５６Ａｂと、Ｙ軸方向の正側にてＸＺ軸平面と平行に広がる側面５６Ａｃと、Ｙ軸方向の負側にてＸＺ軸平面と平行に広がる側面５６Ａｄと、を備える（図５（ａ）参照）。第２部材５６Ｂは、矩形状の断面形状を有しており、同一断面形状を維持した状態でＸ軸方向に直線状に延伸する。第２部材５６Ｂは、第１部材５６Ａと同一の断面形状を有している。ただし、コリメータ５０としての機能を発揮できる限り、第１部材５６Ａ及び第２部材５６Ｂの断面形状が完全に同一でなくともよい。第２部材５６Ｂは、ＸＹ軸平面と平行に広がる上面５６Ｂａと、ＸＹ軸平面と平行に広がる下面５６Ｂｂと、Ｙ軸方向の負側にてＸＺ軸平面と平行に広がる側面５６Ｂｃと、Ｙ軸方向の正側にてＸＺ軸平面と平行に広がる側面５６Ｂｄと、を備える（図５（ａ）参照）。

第２部材５６Ｂは、第１部材５６ＡからＹ軸方向の負側に離間するように配置される。このとき、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、第１部材５６Ａの上面５６Ａａと第２部材５６Ｂの上面５６Ｂａが、Ｚ軸方向において同位置に配置され、互いに同一平面を形成するように配置される。また、第１部材５６Ａの側面５６Ａｃと第２部材５６Ｂの側面５６Ｂｃとが互いに平行をなして対向するように配置される。通過部５４は、互いに対向する側面５６Ａｃと側面５６Ｂｃとの間に形成される。このような配置により、Ｚ軸方向の負側からコリメータ５０に入射された荷電粒子線Ｂは、外縁部の一部が上面５６Ａａ，５６Ｂａで遮蔽さ、中心付近の一部が通過部５４を通過する。すなわち、外縁部の一部がコリメートされてペナンブラが改善された状態の荷電粒子線Ｂが、下流側へ照射される。

図４に示すように、コリメータ５０は、第１部材５６Ａと第２部材５６ＢとのＹ軸方向における距離を調整して通過部５４の大きさを調整可能な調整部６０を更に備える。調整部６０は、例えば、Ｙ軸方向に延びて第１部材５６Ａと第２部材５６Ｂとを連結するネジ部材６１によって構成されている。ネジ部材６１は、第１部材５６Ａ及び第２部材５６ＢのＸ軸方向における両端部に形成されている。通過部５４の大きさは、ネジ部材６１による締め付け量に基づいて調整される。調整部６０は、通過部５４の大きさを自動的に調整するための駆動部６２を備えている。駆動部６２はネジ部材６１を回転させるための回転力を発生するモータによって構成される。駆動部６２は、第２部材５６ＢのＸ軸方向負側の端部に設けられている。駆動部６２には、Ｘ軸方向正側の端部のネジ部材６１に回転力を伝達するための伝達部材６３が設けられている。伝達部材６３は、Ｘ軸方向に延伸しており、第２部材５６ＢのＸ軸方向正側の端部に設けられたギアを有する連結部６４を介して、Ｘ軸方向正側のネジ部材６１に回転力を伝達する。駆動部６２は、制御部７０に接続されている。制御部７０は、荷電粒子線Ｂの線量分布などを考慮して、荷電粒子線Ｂをどの程度遮蔽するかを演算し、当該演算結果に基づいて駆動部６２に制御信号を送信してよい。

コリメータ駆動部５１は、走査される荷電粒子線Ｂの位置に応じてコリメータを移動させる、本実施形態では、コリメータ駆動部５１は、走査される荷電粒子線Ｂの位置に応じて第１部材５６Ａ及び第２部材５６ＢをＹ軸方向へ移動させる。走査経路ＴＬのうち、一のＸ軸経路ＴＬ１に荷電粒子線Ｂが照射されているとき、コリメータ駆動部５１は、コリメータ５０を対象となるＸ軸経路ＴＬ１の位置にて保持し、当該Ｘ軸経路ＴＬ１への荷電粒子線Ｂの照射が完了したら、荷電粒子線Ｂが次のＸ軸経路ＴＬ１へ移動するためにＹ軸経路ＴＬ２に沿ってＹ軸方向に走査されるタイミングで、コリメータ５０をＹ軸方向へ移動させる（図３（ｂ）及び図７，８参照）。前述のように、制御部７０は、治療計画において定められた走査経路を参照することで、走査電磁石６を制御して、走査される荷電粒子線Ｂの走査位置を制御する。同様に、制御部７０は、治療計画において定められた走査経路を参照することで、コリメータ駆動部５１を制御して、コリメータ５０の位置を制御する。従って、制御部７０は、荷電粒子線Ｂによる走査位置とコリメータ５０の位置、すなわち荷電粒子線Ｂを移動させるタイミングと、コリメータ５０を移動させるタイミングとの間の同期を取った上で、走査電磁石６及びコリメータ駆動部５１の制御を行う。なお、制御部７０は、ポジションモニタ１３ａ，１３ｂによって検出された荷電粒子線Ｂの位置に基づいて、コリメータ駆動部５１によるコリメータ５０の移動を制御してもよい。

図４に示すように、コリメータ駆動部５１は、ガイド部７１Ａ，７１Ｂと、スライド部７２Ａ，７２Ｂと、シャフト部７３と、駆動部７４と、を備えている。

ガイド部７１Ａ，７１Ｂは、コリメータ５０のＸ軸方向の両端部に対応する位置にて、Ｙ軸方向へ互いに平行に延伸している。ガイド部７１Ａは、コリメータ５０のＸ軸方向の負側の端部の位置に配置される。ガイド部７１Ｂは、コリメータ５０のＸ軸方向の正側の端部の位置に配置される。ガイド部７１Ａ，７１Ｂは、コリメータ５０を下側から支持する位置に配置される。また、ガイド部７１Ａ，７１Ｂは、シャフト部７３を通過させるため、Ｚ軸方向における中央位置に、Ｙ軸方向へ延びる開口部７１ａ，７１ａを有している。

スライド部７２Ａ，７２Ｂは、コリメータ５０のＸ軸方向の両端部を支持すると共に、ガイド部７１Ａ，７１Ｂに沿ってＹ軸方向へスライド可能な部材である。スライド部７２Ａがガイド部７１Ａに取り付けられ、スライド部７２Ｂがガイド部７１Ｂに取り付けられる。スライド部７２Ａ，７２Ｂは、コリメータ５０の第１部材５６Ａ及び第２部材５６Ｂを支持するコリメータ支持部７２ａ，７２ａと、コリメータ支持部７２ａ，７２ａから下方へ延びてシャフト部７３を支持するシャフト支持部７２ｂ，７２ｂと、を備える。

シャフト部７３は、Ｘ軸方向における各端部がそれぞれスライド部７２Ａ，７２Ｂのシャフト支持部７２ｂに支持されている。シャフト部７３は、ガイド部７１Ａ，７１Ｂの開口部７１ａに挿通されている。また、シャフト部７３のＸ軸方向における両端部には、ガイド部７１Ａ，７１Ｂの開口部７１ａに沿って移動するためのローラ７６が設けられている。また、スライド部７２Ｂには、シャフト部７３に回転力を付与するための駆動部７４が設けられている。駆動部７４はモータによって構成され、スライド部７２Ａ，７２Ｂに支持されたシャフト部７３に回転力を付与する。

以上のような構成により、コリメータ駆動部５１がコリメータ５０をＹ軸方向へ移動させる時、制御部７０はコリメータ駆動部５１に制御信号を送り、当該コリメータ駆動部５１を回転させる。これによって、シャフト部７３がガイド部７１Ａ，７１Ｂの開口部７１ａを回転しながらＹ軸方向へ移動し、それに伴って、スライド部７２Ａ，７２Ｂ及びコリメータ５０がＹ軸方向へ移動する。

次に、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１の作用・効果について説明する。

まず、比較例に係る荷電粒子線治療装置のマルチリーフコリメータについて説明する。例えば、略円形や略四角形状などの単純な形状の被照射対象物については、マルチリーフコリメータで良好に照射野を規定することができる。しかしながら、複雑な形状の照射野については、マルチリーフコリメータの形状の関係上、良好に照射野を規定することができない。その結果、照射野の一部分において、ペナンブラを改善することができないという問題がある。例えば、腫瘍の中には、ドーナツ形のように中心に穴が開いた形状や、馬蹄のように内部へ食い込む形状等となる場合もある。図６に示す腫瘍１４は、臓器Ｇの周囲を覆うような湾曲形状を有する湾曲部８０を有しており、且つ、二股に分岐して延びる二股部８１，８２を有する。

このような腫瘍１４に対してマルチリーフコリメータで照射野を規定する場合の構成の例を図９及び図１０に示す。図９は、Ｙ軸方向に延びて、Ｙ軸方向に互いに対向する複数のマルチリーフコリメータ９０Ａ，９０Ｂによって、腫瘍１４に対する照射野を設定した様子を示している。図１０は、Ｘ軸方向に延びて、Ｘ軸方向に互いに対向する複数のマルチリーフコリメータ９１Ａ，９１Ｂによって、腫瘍１４に対する照射野を設定した様子を示している。図９に示すように、腫瘍１４のうち、二股部８１，８２に挟まれた谷部８３の輪郭部は、二股部８１，８２に阻害されてマルチリーフコリメータ９１Ａ，９１Ｂが入り込むことができない箇所である。一方、谷部８３を規定するために、Ｘ軸方向へ延びるマルチリーフコリメータ９１Ａ，９１Ｂを用いた場合、図１０に示すように、湾曲部８０の内周側の谷部８４、及び湾曲部８０と二股部８１との間の谷部８６が、マルチリーフコリメータ９１Ａ，９１Ｂで規定できない箇所となる。以上のように、複雑な形状の腫瘍１４に対しては、マルチリーフコリメータをどのような角度で配置しても、照射野を規定できない部分が発生する。

これに対して、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１を用いた場合、図７に示すように、荷電粒子線Ｂの走査位置にコリメータ５０を配置し、コリメートしながら荷電粒子線Ｂを腫瘍１４へ照射することができる。例えば、図７に示すように、Ｘ軸に延びる走査経路上に腫瘍１４の谷部８６が形成されている場合、腫瘍１４が存在する箇所では荷電粒子線Ｂが照射され、腫瘍１４が存在しない谷部８６の位置では、一時的に荷電粒子線Ｂの照射が停止される（空撃ち）。そして、対象となる走査経路への照射が完了したら、図８に示すように、コリメータ駆動部５１がコリメータ５０をＹ軸方向へ移動し、次のＸ軸走査経路上へコリメータ５０を配置する。そして、当該Ｘ軸走査経路に対して荷電粒子線Ｂの照射がなされる。当該動作を繰り返すことによって、複雑な形状を有する腫瘍１４の全域に対して荷電粒子線Ｂを照射することができ、且つ、照射中は常にコリメータ５０で荷電粒子線Ｂがコリメートされた状態とすることができる。これにより、複雑な形状を有する腫瘍１４の外縁部の略全体に対するペナンブラを改善することができる。

以上のように、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１において、照射部２の走査電磁石６は、予め計画された走査経路ＴＬで荷電粒子線Ｂが照射されるように、荷電粒子線Ｂを走査する。このような走査電磁石６の下流側には、荷電粒子線Ｂを遮蔽する遮蔽部５３、及び荷電粒子線Ｂを通過させる通過部５４を有するコリメータ５０が設けられる。コリメータ５０に照射された荷電粒子線Ｂは、外縁部が遮蔽部５３で遮蔽された状態で、通過部５４を通過する。これにより、荷電粒子線Ｂは、コリメートされてペナンブラが改善された状態で、当該コリメータ５０を通過し、腫瘍１４へ照射される。更に、コリメータ５０を移動させるコリメータ駆動部５１は、走査される荷電粒子線Ｂの位置に応じてコリメータ５０を移動させる。これにより、走査電磁石６が、腫瘍１４の形状に応じて設定された走査経路ＴＬ上に荷電粒子線Ｂを走査させているときに、荷電粒子線Ｂが照射されている位置において、コリメータ５０がその場で荷電粒子線Ｂのコリメートを行うことができる。その結果、荷電粒子線Ｂが腫瘍１４の外周縁部に照射されているときも、コリメータとされた状態にて、当該外周縁部に照射される。従って、腫瘍１４が複雑な形状を有している場合であっても、コリメータ５０は、腫瘍１４の形状によらず、荷電粒子線Ｂの移動に追従してその場でコリメートを行うだけで、腫瘍１４の外周縁部付近におけるペナンブラを改善することができる。以上により、腫瘍１４の形状によらず、ペナンブラの改善を行う事ができる。

なお、本実施形態に係るコリメータ５０を用いつつ、図９及び図１０に示すようなマルチリーフコリメータも兼用してもよい。すなわち、ＸＹ軸方向の一方の軸方向におけるペナンブラをコリメータ５０で改善しつつ、他方の軸方向におけるペナンブラをマルチリーフコリメータを補足的に用いることで改善してもよい。

荷電粒子線治療装置１において、遮蔽部５３は、Ｘ軸方向に延伸する第１部材５６Ａと、Ｘ軸方向に延伸し、且つ、Ｙ軸方向において第１部材５６Ａと対向する第２部材５６Ｂと、を備える。通過部５４は、第１部材５６Ａと第２部材５６Ｂとの間の隙間によって構成され、コリメータ駆動部５１は、走査される荷電粒子線Ｂの位置に応じて第１部材５６Ａ及び第２部材５６ＢをＹ軸方向へ移動させてよい。このような構成により、コリメータ駆動部５１は、荷電粒子線Ｂが走査経路ＴＬのうち、Ｘ軸方向に長く延びるＸ軸経路ＴＬ１を移動しているときは、当該Ｘ軸経路ＴＬ１に沿って第１部材５６Ａ及び第２部材５６Ｂを保持し、荷電粒子線ＢがＹ軸方向に移動してＹ軸方向における照射位置を変更するタイミングで、第１部材５６Ａ及び第２部材５６ＢをＹ軸方向へ移動させればよい。これにより、荷電粒子線Ｂの移動にコリメータ５０を常時追従させる場合に比して、コリメータ５０の移動時間を低減することができる。

荷電粒子線治療装置１において、コリメータ５０は、第１部材５６Ａと第２部材５６ＢとのＹ軸方向における距離を調整して通過部５４の大きさを調整可能な調整部６０を更に備えてよい。これにより、荷電粒子線Ｂの遮蔽量を調整することができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、図１１及び図１２に示すようなコリメータ１５０を採用してよい。コリメータ１５０は、遮蔽部１５３に形成された孔部１５５によって通過部１５４が構成されている点で、前述のコリメータ５０と主に相違している。

図１１に示すように、コリメータ１５０は、ブロック状の部材によって構成される遮蔽部１５３と、通過部１５４と、を有している。通過部１５４は、Ｚ軸方向に貫通するように遮蔽部１５３に形成された孔部１５５によって構成される。図１２に示すように、孔部１５５は、円形状の開口部を同一形状、同一寸法でＺ軸方向に延ばすことによって構成されている。孔部１５５の直径は、遮蔽部１５３の上面１５３ａに照射された荷電粒子線Ｂの直径よりも小さい。従って、荷電粒子線Ｂは、外周縁部の全周にわたって遮蔽部１５３の上面１５３ａで遮蔽され、中心部付近が通過部１５４を通過する。

コリメータ駆動部１５１は、荷電粒子線Ｂの移動に対して、常時コリメータ１５０を追従させるように、コリメータ１５０を移動させる。コリメータ駆動部１５１は、走査される荷電粒子線Ｂの位置に応じて遮蔽部１５３をＸ軸方向、及びＹ軸方向へ移動させる。従って、コリメータ１５０は、荷電粒子線Ｂの走査と同じタイミングにて、走査経路ＴＬ上を移動する。

コリメータ駆動部１５１は、図４に示すコリメータ駆動部５１のガイド部７１Ａ，７１Ｂ、スライド部７３Ａ，７３Ｂ、シャフト部７３、及び駆動部７４によるＹ軸方向への駆動機構に加えて、Ｘ軸方向への駆動機構を有している。Ｘ軸方向への駆動機構は、コリメータ駆動部５１の第１部材５６Ａ及び第２部材５６Ｂに代えて、ボールネジ１６１、駆動部１６２、及びガイド部材１６３をスライド部７２Ａ，７２Ｂに設けることによって構成されている。このような構成により、コリメータ駆動部１５１は、スライド部７３Ａ，７３ＢをＹ軸方向へ移動させることで、コリメータ１５０をＸ軸方向の駆動機構ごと、Ｙ軸方向へ移動させることができる。また、コリメータ駆動部１５１は、Ｘ軸方向の駆動機構によって、コリメータ１５０をＸ軸方向へ移動させることができる。

より詳細に、ボールネジ１６１は、Ｘ軸方向に延びる棒状のネジ部材であり、その両端部がスライド部７２Ａ，７２Ｂの上端部に回転可能に支持されている。遮蔽部１５３は、ボールネジ１６１に連結されており、当該ボールネジ１６１の回転によって、Ｘ軸方向へ移動可能に構成されている。駆動部１６２は、スライド部７２Ａに取り付けられており、ボールネジ１６１に回転力を付与することができる。ガイド部材１６３は、ボールネジ１６１の下方でＸ軸方向に延びており、その両端がスライド部７２Ａ，７２Ｂに支持されている。遮蔽部１５３は、ボールネジ１６１の回転に伴って移動する際は、ガイド部材１６３にガイドされながら、Ｘ軸方向へ移動する。

以上により、変形例に係る荷電粒子線治療装置１において、通過部１５４は、Ｚ軸方向に貫通するように遮蔽部１５３に形成された孔部１５５によって構成され、コリメータ駆動部１５１は、走査される荷電粒子線Ｂの位置に応じて遮蔽部１５３をＸ軸方向、及びＹ軸方向へ移動させる。通過部１５４が、Ｚ軸方向に貫通するように遮蔽部１５３に形成された孔部１５５によって構成されているため、コリメータ１５０は、荷電粒子線Ｂを略全周にわたってコリメートすることができる。これにより、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のいずれの方向についてもペナンブラを改善することができる。

なお、図６に示す腫瘍１４の形状は一例に過ぎず、あらゆる形状の腫瘍１４が採用されてよい。

また、図４に示すコリメータ５０及びコリメータ駆動部５１に加えて、更にもう一組のコリメータ５０及びコリメータ駆動部５１を追加してよい。追加されるコリメータ５０は、Ｙ軸方向へ延びる第１部材５６Ａ及び第２部材５６Ｂを有し、追加されるコリメータ駆動部５１はＸ軸方向へコリメータ５０を移動させるものであってよい。追加されたコリメータ駆動部５１は、荷電粒子線ＢのＸ軸方向への移動に追従するように、コリメータ５０を移動させる。これにより、荷電粒子線は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両側においてペナンブラが改善される。

また、図４及び図１１に示す遮蔽部及び通過部の形状は一例に過ぎず、本発明の趣旨の範囲内で、あらゆる形状の遮蔽部及び通過部を採用してよい。

１…荷電粒子線治療装置、２…照射部、３…加速器、６…走査電磁石（スキャニング部）、１４…腫瘍（被照射体）、５０，１５０…コリメータ、５３,１５３…遮蔽部、５４,１５４…通過部、５１,１５１…コリメータ駆動部、５６Ａ…第１部材、５６Ｂ…第２部材、６０…調整部。

Claims (4)

1. 荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器と、
   被照射体に対して前記荷電粒子線を照射する照射部と、を備え、
   前記照射部は、
   予め計画された走査経路で前記荷電粒子線が照射されるように、前記荷電粒子線を走査するスキャニング部と、
   前記スキャニング部よりも前記荷電粒子線の下流側に設けられ、前記荷電粒子線を遮蔽する遮蔽部、及び前記荷電粒子線を通過させる通過部を有するコリメータと、
   前記コリメータを移動させるコリメータ駆動部と、を備え、
   前記コリメータ駆動部は、走査される前記荷電粒子線の位置に応じて前記コリメータを移動させる、荷電粒子線治療装置。
2. 前記遮蔽部は、
   前記荷電粒子線の照射軸が延びる照射軸方向と直交する第１方向に延伸する第１部材と、
   前記第１方向に延伸し、且つ、前記照射軸方向及び前記第１方向と直交する第２方向において前記第１部材と対向する第２部材と、を備え、
   前記通過部は、第１部材と前記第２部材との間の隙間によって構成され、
   前記コリメータ駆動部は、走査される前記荷電粒子線の位置に応じて前記第１部材及び前記第２部材を前記第２方向へ移動させる、請求項１に記載の荷電粒子線治療装置。
3. 前記コリメータは、前記第１部材と第２部材との前記第２方向における距離を調整して前記通過部の大きさを調整可能な調整部を更に備える、請求項２に記載の荷電粒子線治療装置。
4. 前記通過部は、前記荷電粒子線の照射軸が延びる照射軸方向に貫通するように前記遮蔽部に形成された孔部によって構成され、
   前記コリメータ駆動部は、走査される前記荷電粒子線の位置に応じて前記遮蔽部を前記照射軸方向と直交する第１方向、及び前記照射軸方向及び前記第１方向と直交する第２方向へ移動させる、請求項１に記載の荷電粒子線治療装置。
   

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