JP2020096647A - 荷電粒子線治療装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ペナンブラの改善と、線量分布の平坦度の確保を両立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】制御部は、マルチリーフコリメータ２４で規定された照射野６０の周縁部に荷電粒子線を照射するときは、照射野６０における他の部分に荷電粒子線を照射するときよりも高い線量の荷電粒子線に変調する。従って、照射野６０の周縁部では、変調によって荷電粒子線自体の線量が高くなっているためペナンブラが改善されながらも線量分布の平坦度が低下するが、照射野の周縁部の荷電粒子線の一部をマルチリーフコリメータ２４で遮蔽することで線量分布を平坦化させることができる。【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、コリメータを用いて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２０１４−２０８３０７号公報

ここで、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。その一方、コリメータで照射野の周縁部における荷電粒子線を遮蔽することで、照射野の周縁部における線量が低下し、被照射体に対する荷電粒子線の線量分布の平坦度（照射野全体における線量分布の平坦度）が低下するという問題がある。

そこで本発明は、ペナンブラの改善と、線量分布の平坦度の確保を両立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。

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、被照射体に対してスキャニング方式により荷電粒子線を照射する照射部と、被照射体の形状に合わせて荷電粒子線の照射野を規定するコリメータと、照射部を制御する制御部と、を備え、制御部は、コリメータで規定された照射野の周縁部に荷電粒子線を照射するときは、照射野における他の部分に荷電粒子線を照射するときよりも高い線量の荷電粒子線に変調する。

本発明に係る荷電粒子線治療装置では、照射部から被照射体に対してスキャニング方式により照射される荷電粒子線の照射野をコリメータで規定することができる。すなわち、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ことができる。このように、コリメータを用いることにより、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。更に、制御部は、コリメータで規定された照射野の周縁部に荷電粒子線を照射するときは、照射野における他の部分に荷電粒子線を照射するときよりも高い線量の荷電粒子線に変調する。従って、照射野の周縁部では、変調によって荷電粒子線自体の線量が高くなっているためペナンブラが改善されながらも線量分布の平坦度が低下するが、照射野の周縁部の荷電粒子線の一部をコリメータで遮蔽することで線量分布を平坦化させることができる。以上により、ペナンブラの改善と、線量分布の平坦度の確保を両立することができる。

荷電粒子線治療装置において、変調された荷電粒子線の線量分布において、当該線量分布の頂点に対応する位置を第１の位置とし、他の部分に照射される荷電粒子線の線量分布の頂点と同じ線量に対応する位置を第２の位置とした場合、コリメータは、第１の位置より外周側の位置であって、第１の位置と第２の間の位置で、変調した荷電粒子線を遮蔽してよい。これにより、コリメータは、照射野の周縁部にて変調された荷電粒子線の一部を適切な位置にて遮蔽することができる。

本発明によれば、ペナンブラの改善と、線量分布の平坦度の確保を両立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。

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。 マルチリーフコリメータを照射軸方向から見た図である。 図４に示す照射野の周縁部付近での荷電粒子線の線量分布を示すグラフである。 比較例に係る荷電粒子線治療装置の照射野の周縁部付近での荷電粒子線の線量分布を示すグラフである。

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。

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によって照射ノズル９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、マルチリーフコリメータ２４、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、照射ノズル９に収容されている。このように、収容体に各主構成要素を収容した照射ノズル９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。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。

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。

マルチリーフコリメータ２４は、照射軸方向と垂直な平面方向における荷電粒子線Ｂの照射野６０を規定するものであり、複数の櫛歯を含む遮線部２４ａ，２４ｂを有している。遮線部２４ａ，２４ｂは、互いに突き合わせるように配置されており、これらの遮線部２４ａ，２４ｂ間には、開口部２４ｃが形成されている。当該開口部２４ｃによって照射野６０が規定される。マルチリーフコリメータ２４は、開口部２４ｃに荷電粒子線Ｂを通過させることで、荷電粒子線Ｂのうち、照射野６０の周縁部に照射された部分を遮蔽する。

また、マルチリーフコリメータ２４は、Ｚ軸方向と直交する方向に遮線部２４ａ，２４ｂを進退させることで、開口部２４ｃ、すなわち照射野６０の位置及び形状を変化することが可能となっている。さらに、マルチリーフコリメータ２４は、リニアガイド２８で照射軸方向に沿って案内されており、Ｚ軸方向に沿って移動可能になっている。このマルチリーフコリメータ２４は、モニタ４ｂの下流側に配置されている。

より具体的には、図４に示すように、マルチリーフコリメータ２４は、Ｘ軸方向で対向する一対のリーフ群３１，３２を有している。一対のリーフ群３１，３２は、基準軸Ａに直交するＸＹ平面において、基準軸Ａを挟んでＸ軸方向で対向する。一対のリーフ群３１，３２は、それぞれＸ軸方向に独立して進退可能な多数のリーフ４１を含むリーフ部材４０から構成されている。

リーフ部材４０は、リーフ４１と、リーフ４１を移動させるリーフ駆動部４３と、を有する。リーフ部材４０は、リーフ群３１に含まれるリーフ部材４０のリーフ４１と、リーフ群３２に含まれるリーフ部材４０のリーフ４１と、が互いに対向するように、ＸＹ平面に沿って配置される。

リーフ４１は、Ｘ軸方向に沿って延びる長方形板状の部材である。リーフ４１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。

リーフ駆動部４３は、制御部７からの信号に基づいて、各リーフ４１をＸ軸方向に駆動させて、要求された位置に配置させる。制御部７は、照射軸方向から見た場合の腫瘍１４の形状に合わせて、マルチリーフコリメータ２４の開口部２４ｃの形状を設定する。本実施形態では、スキャニング法によって荷電粒子線Ｂが照射される。従って、マルチリーフコリメータ２４は、後述の層Ｌ_ｎに対する荷電粒子線Ｂの照射を行っているときは、当該層Ｌ_ｎに対するビーム軌道ＴＬ（図３（ｂ）参照）に対応する形状の照射野６０を形成する。なお、マルチリーフコリメータ２４の動作の詳細については、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、及びマルチリーフコリメータ２４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。

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。また、マルチリーフコリメータ２４は、制御部７の制御信号に基づき、走査経路の周縁部を走査している荷電粒子線Ｂの一部を遮蔽するように、開口部２４ｃを形成する。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、ビーム軌道ＴＬ（走査経路）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のビーム軌道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に制御された照射ノズル９から出射した荷電粒子線Ｂは、ビーム軌道ＴＬ上を移動する。

次に、図４及び図５を参照して、制御部７による制御内容の詳細について説明する。なお、理解を容易とするために、図４では照射対象に係る層Ｌ_ｎのビーム軌道ＴＬに対応する照射野６０を長方形状にしている。すなわち、照射野６０のＸ軸方向に延びる周縁部６１，６２と、Ｙ軸方向に延びる周縁部６３，６４は、いずれも真っ直ぐに延びている。Ｘ軸方向に延びる周縁部６１，６２は、リーフ４１のＸ軸方向に延びる側縁部によって規定される。Ｙ軸方向に延びる周縁部６３，６４は、リーフ４１のＸ軸方向における端部が、真っ直ぐに複数個並べられることによって規定される。また、本実施形態では、ビーム軌道ＴＬは、Ｘ軸方向に真っ直ぐに延びるビームラインと、Ｙ軸方向に荷電粒子線Ｂのスポット一つ分移動するためのビームラインと、を複数組み合わせることで構成されるものとする。

具体的には、図４に示すように、ビーム軌道ＴＬにおけるＹ軸方向の負側の端部には、周縁部６１に沿ってＸ軸方向に延びるＸ軸ビームラインＢＬｘ１を有する。また、ビーム軌道ＴＬは、Ｘ軸ビームラインＢＬｘ１に対してＹ軸方向の正側へ所定のピッチで離間した位置には、Ｘ軸ビームラインＢＬｘ２を有し、更にＹ軸方向の正側へ所定のピッチで離間した位置にはＸ軸ビームラインＢＬｘ３を有し、それ以降、同趣旨のＸ軸ビームラインＢＬｘｎを有する。そして、ビーム軌道ＴＬは、Ｙ軸方向の正側の端部には、周縁部６２に沿ってＸ軸方向に延びるＸ軸ビームラインＢＬｘＮを有する。

また、ビーム軌道ＴＬは、Ｘ軸ビームラインＢＬｘ１のＸ軸方向の正側の端部から、Ｘ軸ビームラインＢＬｘ２のＸ軸方向の正側の端部へ向かって、周縁部６３に沿ってＹ軸方向の正側へ延びるＹ軸ビームラインＢＬｙ１を有する。また、ビーム軌道ＴＬは、Ｘ軸ビームラインＢＬｘ２のＸ軸方向の負側の端部から、Ｘ軸ビームラインＢＬｘ３のＸ軸方向の負側の端部へ向かって、周縁部６４に沿ってＹ軸方向の正側へ延びるＹ軸ビームラインＢＬｙ２を有する。ビーム軌道ＴＬは、Ｙ軸方向の他の位置においても、同趣旨のＹ軸ビームラインＢＬｙ１，ＢＬｙ２を有している。

制御部７は、上述のようなビーム軌道ＴＬを取得したら、当該ビーム軌道ＴＬに対応する照射野６０を規定するために、マルチリーフコリメータ２４を駆動させて、開口部２４ｃの形状を調整し、図４に示すような配置にする。そして、制御部７は、照射野６０の周縁部６１，６２，６３，６４に荷電粒子線Ｂを照射するときは、照射野６０における他の部分に荷電粒子線Ｂを照射するときよりも高い線量の荷電粒子線Ｂに変調する。「照射野の周縁部に荷電粒子線を照射するとき」とは、上述の例においては、Ｘ軸ビームラインＢＬｘ１，ＢＬｘＮに対して荷電粒子線Ｂを照射するとき、及びＹ軸ビームラインＢＬｙ１，ＢＬｙ２に対して荷電粒子線Ｂを照射するときである。「照射野における他の部分に荷電粒子線を照射するとき」とは、上述の例においては、Ｘ軸ビームラインＢＬｘ２からＸ軸ビームラインＢＬｘ（Ｎ−１）に対して荷電粒子線Ｂを照射するときである。なお、図４では、理解を容易とするために、周縁部６１，６２，６３，６４に対して照射される荷電粒子線Ｂのビーム形状のみを示しているが、他のビームラインに対しても、所定の大きさ・形状に設定された荷電粒子線Ｂが照射される。

ここで、図５を参照して、図４に示すような、Ｙ軸方向に延びる破線ＳＬに対応する位置に照射される荷電粒子線Ｂの線量分布について説明する。なお、図５に示す線量分布は、図５の横軸はＹ軸方向における位置を示し、縦軸は荷電粒子線Ｂの線量を示す。また、図５の線量分布は、マルチリーフコリメータ２４の上面における線量分布を示しているものとする。ただし、実際の荷電粒子線治療装置１の運転時は、各種モニタ１２，１３ａ，１３ｂの位置にて、荷電粒子線Ｂの線量分布が取得される。よって、制御部７は、各種モニタ１２，１３ａ，１３ｂの検出結果に基づいて、マルチリーフコリメータ２４の位置での線量分布を演算した上で、マルチリーフコリメータ２４の制御、及び後述の荷電粒子線Ｂの線量を変調する制御を行ってよい。または、制御部７は、各種モニタ１２，１３ａ，１３ｂの位置における線量分布を用いて所定の演算を行うことで、マルチリーフコリメータ２４の制御、及び後述の荷電粒子線Ｂの線量を変調する制御を行ってよい。

図５において、Ｘ軸ビームラインＢＬｘ１に対する荷電粒子線Ｂの線量分布は「Ｍ１」で示され、Ｘ軸ビームラインＢＬｘ２に対する荷電粒子線Ｂの線量分布は「Ｍ２」で示され、Ｘ軸ビームラインＢＬｘ３に対する荷電粒子線Ｂの線量分布は「Ｍ３」で示されている。

線量分布Ｍ１の頂点ＴＰ１は、線量分布Ｍ２の頂点ＴＰ２よりも所定のピッチ分だけ、Ｙ軸方向の負側の位置Ｐ１に位置している。また、線量分布Ｍ１の頂点ＴＰ１における線量ＳＴ１（すなわち、線量分布Ｍ１の線量のピーク）は、線量分布Ｍ２の頂点ＴＰ２における線量ＳＴ２よりも大きい。線量分布Ｍ３の頂点ＴＰ３は、線量分布Ｍ２の頂点ＴＰ２よりも所定のピッチ分だけ、Ｙ軸方向の正側に位置している点以外は、線量分布Ｍ２と同様の分布となる。すなわち、線量分布Ｍ３の頂点ＴＰ３における線量は、線量分布Ｍ２と同じく線量ＳＴ２となる。なお、Ｘ軸ビームラインＢＬｘ３以降のＸ軸ビームラインに対する荷電粒子線Ｂの線量分布は、頂点の位置が異なる点以外は、線量分布Ｍ２，Ｍ３と同形状の分布となる。

以上のように、照射野６０の周縁部６１に対して照射される荷電粒子線Ｂ（以降、「変調された荷電粒子線」と称する場合がある）は、照射野６０における他の部分に対して照射される荷電粒子線Ｂ（以降、「通常時の荷電粒子線」と称する場合がある）よりも高い線量に変調されているため、線量分布Ｍ１は、他の線量分布Ｍ２，Ｍ３よりも大きな分布となり、ピークにおける線量も大きい。変調された荷電粒子線Ｂの線量のピークの大きさは特に限定されないが、例えば、通常時の荷電粒子線Ｂの線量のピークに比べて１０５〜２００％程度の大きさで変調されてよい。各ビームラインにおける荷電粒子線Ｂの線量分布が上述のように設定されることにより、個々の線量分布を合計した全体の線量分布ＴＭは、周縁部付近で下降する前に、局所的にピークを有する（図５及び図６においてＡで示す）。

上述のような線量分布を描く荷電粒子線Ｂに対するマルチリーフコリメータ２４の配置について説明する。図５において、変調された荷電粒子線Ｂの線量分布Ｍ１において、当該線量分布Ｍ１の頂点ＴＰ１に対応する位置を第１の位置Ｐ１とする。線量分布Ｍ１において、他の部分に照射される荷電粒子線Ｂの線量分布Ｍ２，Ｍ３の頂点ＴＰ２，ＴＰ３と同じ線量ＳＴ２に対応する位置を第２の位置Ｐ２とする。なお、第２の位置Ｐ２は、Ｙ軸方向の正側と負側にそれぞれ設定されるが、ここでは負側（すなわち外周側の位置）に設定されるものを指すものとする。このように規定した場合、マルチリーフコリメータ２４は、第１の位置Ｐ１より外周側の位置であって、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との間の位置で、変調した荷電粒子線Ｂを遮蔽する。すなわち、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との間の領域を領域Ｅ１とした場合、リーフ４１の側縁部は、領域Ｅ１の何れかの位置に配置される。リーフ４１の側縁部の位置を位置ＰＣとした場合、線量分布ＴＭのうち、当該位置ＰＣよりも負側の領域Ｅ２の線量は遮蔽される。また、制御部７は、当該位置にリーフ４１が配置されるように、マルチリーフコリメータ２４の開口部２４ｃの形状を調整する。あるいは、制御部７は、当該位置にリーフ４１が配置されるように、Ｘ軸ビームラインＢＬｘ１の位置を微調整してもよい。

制御部７は、荷電粒子線Ｂの線量の変調を行うとき、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、Ｘ軸ビームラインＢＬｘ１上を移動する荷電粒子線Ｂの速度を、他のビームラインに比して遅くすればよい。これによって、Ｘ軸ビームラインＢＬｘ１に荷電粒子線Ｂが照射される時間が、他のビームラインに比して長くなり、大きな線量分布を得ることができる。また、制御部７は、スポットスキャニングの場合は、Ｘ軸ビームラインＢＬｘ１上に設定された各照射スポットでの照射時間を長くすることで、荷電粒子線Ｂの線量の変調を行ってよい。その他、イオン源から出力するイオンの量を増やすことによって荷電粒子線Ｂの線量の変調を行ってもよい。

なお、図５では、照射野６０のうち周縁部６１付近での線量分布を例にして説明したが、周縁部６２においても同趣旨の制御が行われる。また、周縁部６３，６４付近では、制御部７は、Ｙ軸ビームラインＢＬｙ１，ＢＬｙ２に対する荷電粒子線Ｂの線量が、Ｘ軸ビームラインＢＬｘ２〜ＢＬｘ（Ｎ−１）に対する荷電粒子線Ｂよりも高くなるように変調を行う。

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１に係る荷電粒子線治療装置として、コリメータを有さず、且つ、照射野の周縁部で荷電粒子線Ｂの線量の変調を行わないものについて説明する。このような比較例１に係る荷電粒子線治療装置では、図６（ｂ）に示すように、いずれの照射位置における線量分布Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３も同様な形状となる。この場合、合計の線量分布ＴＭは、照射野の周縁部付近において、緩やかに低下して行くようなグラフを描く。従って、横方向の線量分布の切れを示すペナンブラ（図において「Ｔ２」で示す）が大きくなるという問題が生じる。

これに対し、比較例２に係る荷電粒子線治療装置として、コリメータで照射野を規定するが、照射野の周縁部で荷電粒子線Ｂの線量の変調を行わないものについて説明する。この場合、図６（ｂ）に示すように、コリメータの側縁部の位置ＰＣよりも外周側の領域Ｅ２における合計の線量分布ＴＭが遮蔽される。これによって、周縁部付近で急激に線量が低下するので、ペナンプラを低下させることができる。しかしながら、このような比較例２に係る荷電粒子線治療装置では、周縁部付近の線量が遮蔽されるため、当該箇所で急激に線量が低下することに起因して、照射野に対する線量分布の平坦度が低下してしまう場合がある。すなわち、コリメータの位置で荷電粒子線Ｂを遮蔽した後も、コリメータを通過した当該荷電粒子線Ｂは、下流側まで進行して、腫瘍の層Ｌ_ｎへ照射される。このとき、照射対象となる層Ｌ_ｎの周縁部付近での線量分布が、コリメータでの遮蔽に起因して落ち込むことにより、線量分布の平坦度が低下する場合がある。

また、比較例３に係る荷電粒子線照射装置として、コリメータでの照射野の規定を行わず、照射野の周縁部で荷電粒子線Ｂの線量の変調を行うものについて説明する。この場合、図６（ａ）に示すように、周縁部に対する線量分布Ｍ１が大きくなることで、合計に係る線量分布ＴＭが、周縁部付近で急激に立ち上がることで、ペナンブラを低下させることができる（図において「Ｔ１」で示す）。その一方、合計に係る線量分布ＴＭが周縁部付近でピーク（図においてＡで示す）を有する場合がある。これによって、局所的に線量が大きくなることに起因して、線量分布の平坦度が低下する場合がある。

一方、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１では、照射部２から腫瘍１４に対してスキャニング方式により照射される荷電粒子線Ｂの照射野６０をマルチリーフコリメータ２４で規定することができる。すなわち、照射野６０の周縁部に照射される荷電粒子線Ｂの一部をコリメータで遮蔽することができる。このように、マルチリーフコリメータ２４を用いることにより、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。更に、制御部７は、マルチリーフコリメータ２４で規定された照射野６０の周縁部に荷電粒子線Ｂを照射するときは、照射野６０における他の部分に荷電粒子線Ｂを照射するときよりも高い線量の荷電粒子線Ｂに変調する。従って、照射野６０の周縁部では、変調によって荷電粒子線Ｂ自体の線量が高くなっているためペナンブラが改善されながらも線量分布の平坦度が低下するが、照射野の周縁部の荷電粒子線Ｂの一部をマルチリーフコリメータ２４で遮蔽することで線量分布を平坦化させることができる。以上により、ペナンブラの改善と、線量分布の平坦度の確保を両立することができる。

荷電粒子線治療装置１において、変調された荷電粒子線Ｂの線量分布Ｍ１において、当該線量分布Ｍ１の頂点ＴＰ１に対応する位置を第１の位置Ｐ１とし、他の部分に照射される荷電粒子線Ｂの線量分布Ｍ２，Ｍ３の頂点ＴＰ２，ＴＰ３と同じ線量ＳＴ２に対応する位置を第２の位置Ｐ２とする。この場合、マルチリーフコリメータ２４は、第１の位置Ｐ１より外周側の位置であって、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との間の位置で、変調した荷電粒子線Ｂを遮蔽する。例えば、位置Ｐ１よりも内周側で荷電粒子線Ｂの遮蔽を行う場合、線量分布Ｍ１の頂点ＴＰ１の線量も遮蔽することとなる。この場合、荷電粒子線Ｂを変調したことによる効果が低減する。また、第２の位置Ｐ２よりも外周側で荷電粒子線Ｂの遮蔽を行う場合、遮蔽される線量の量が少なくなりすぎることで、マルチリーフコリメータ２４を用いる事による効果が減少する。従って、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との間の位置で、変調した荷電粒子線Ｂを遮蔽することで、荷電粒子線Ｂの変調による効果、及びマルチリーフコリメータ２４を用いることによる効果を両立させることが可能になる。以上により、マルチリーフコリメータ２４は、照射野６０の周縁部にて変調された荷電粒子線Ｂの一部を適切な位置にて遮蔽することができる。

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４に示す照射野の形状は一例に過ぎず、腫瘍１４の形状に合わせてあらゆる形状の照射野が規定されてよい。

また、図４に示すマルチリーフコリメータの構造は一例に過ぎず、照射野を規定できるものであれば、あらゆるタイプのコリメータを採用してもよい。

なお、線量の変調によって荷電粒子線の線量を高くする位置は、照射野の最も外側の位置に限らず、照射野の内側の複数の位置における線量を高くしてもよい。例えば、図５に示す線量分布Ｍ１のみの線量を高くするのではなく、例えば線量分布Ｍ２などの線量を高くしてもよい。

１…荷電粒子線治療装置、２…照射部、３…加速器、７…制御部、１４…腫瘍（被照射体）、２４…マルチリーフコリメータ。

Claims (2)

1. 荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器と、
   被照射体に対してスキャニング方式により前記荷電粒子線を照射する照射部と、
   前記被照射体の形状に合わせて前記荷電粒子線の照射野を規定するコリメータと、
   前記照射部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記コリメータで規定された前記照射野の周縁部に前記荷電粒子線を照射するときは、前記照射野における他の部分に前記荷電粒子線を照射するときよりも高い線量の前記荷電粒子線に変調する、荷電粒子線治療装置。
2. 変調された前記荷電粒子線の線量分布において、当該線量分布の頂点に対応する位置を第１の位置とし、前記他の部分に照射される前記荷電粒子線の線量分布の頂点と同じ線量に対応する位置を第２の位置とした場合、
   前記コリメータは、前記第１の位置より外周側の位置であって、前記第１の位置と前記第２の位置との間の位置で、変調した前記荷電粒子線を遮蔽する、請求項１に記載の荷電粒子線治療装置。