JP3681382B2 - 粒子線照射装置及び荷電粒子ビーム照射装置の調整方法 - Google Patents
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荷電粒子ビームの進行方向における第1の位置に、第2の位置に位置される第2散乱体よりも上記広がり角度が大きな第2散乱体を位置させることができ、第2の位置に、第1の位置に位置される第2散乱体よりも上記広がり角度の小さな第2散乱体を位置させることができるため、形成する照射野の大きさによって第2散乱体を位置させる位置を変えることができる。このため、どのような大きさの照射野でも荷電粒子ビームの体内での飛程を長くできに照射線量をより一様にできる。例えば、比較的大径の照射野を形成する場合には第1の位置に上記広がり度合いが大きい第2散乱体を位置させ、比較的小径の照射野を形成する場合には第2の位置に上記広がり度合いが小さい第2散乱体を位置させることで、いずれの場合でも、長飛程化と線量一様性とのバランスを考慮した最適な第2散乱体位置とすることができる。この結果、照射野の大きさにかかわらず飛程を長くできかつ線量をより一様にできる荷電粒子ビームの照射を実現することができる。
また、本発明は、第1散乱体装置が、荷電粒子ビームの進行方向において、移動可能であるため、荷電粒子ビーム進行方向と直交する方向における荷電粒子ビームのサイズを調整することができる。このため、荷電粒子ビームが照射される照射対象における放射線量分布をさらに一様にすることができる。
好ましくは、荷電粒子ビーム進行方向において第1散乱体装置より下流側に、互いにサイズの異なる照射野をそれぞれ形成するための複数段の第2散乱体装置を設けるとともに、それらの第2散乱体装置の設置距離間隔を、照射野サイズの違いに応じて設定することにある。
本発明の好適な一実施形態である粒子線照射装置(粒子線治療装置)を、図2を用いて説明する。本実施形態の粒子線照射装置1は、荷電粒子ビーム発生装置2及び照射野形成装置(荷電粒子ビーム照射装置)100を備える。荷電粒子ビーム発生装置2は、イオン源(図示せず)、前段加速器3及びシンクロトロン4を有する。イオン源で発生したイオン(例えば、陽子イオン(または炭素イオン))は前段加速器(例えば直線加速器)3で加速される。前段加速器3から出射されたイオンビーム(荷電粒子ビーム)はシンクロトロン4に入射される。このイオンビームは、シンクロトロン4で、高周波加速空胴5から印加される高周波電力によってエネルギーを与えられて加速される。シンクロトロン4内を周回するイオンビームのエネルギーが設定されたエネルギーまでに高められた後、出射用の高周波印加装置6から高周波が周回しているイオンビームに印加される。安定限界内で周回しているイオンビームは、この高周波の印加によって安定限界外に移行し、出射用デフレクタ7を通ってシンクロトロン4から出射される。イオンビームの出射の際には、シンクロトロン4に設けられた四極電磁石8及び偏向電磁石9等の電磁石に導かれる電流が設定値に保持され、安定限界もほぼ一定に保持されている。高周波印加装置6への高周波電力の印加を停止することによって、シンクロトロン4からのイオンビームの出射が停止される。
このとき、第2散乱体識別信号が入力されなかった駆動制御装置54(又は駆動制御装置53)には、照射制御装置50からブランクポートの識別信号が出力される。ブランクポートの識別信号が入力された駆動制御装置54(又は駆動制御装置53)は、これに応じてテーブル37(又はテーブル33)の回転角度を設定してテーブル駆動装置38(又はテーブル駆動装置34)を駆動する。これにより、テーブル33(又はテーブル37)が回転され、テーブル37(又はテーブル33)のブランクポート37a(又はブランクポート33a)を移動させてビーム軸m上に配置する。
前述したように、一般に、二重散乱体法では、散乱体をなるべく上流側に配置することで第1及び第2散乱体の厚さを薄くして飛程損失を低減し、飛程を長くしてイオンビームの体内到達深度を深くすることができる。通常、第1散乱体は照射野形成装置の最上流付近に設置されるが、長飛程化のためには第2散乱体もできるだけ上流側に設置し、第1散乱体との距離をなるべく小さくしたほうがよい。なお、第2散乱体が照射目標に近いほどコリメータで切り出したときの端部形状の鋭敏さが低下するという面もあり、この意味からも第2散乱体はできるだけ上流側の方がよい。図5(a)は、このような第1散乱体位置を固定した場合の第2散乱体と第1散乱体との間の距離と、飛程(到達深度)との関係を表す図である。第2散乱体と第1散乱体との間の距離が小さいほど、飛程が長くなることが分かる。
本実施形態では、第2散乱体32又は36の照射野径に応じた使い分けに加え、第1散乱体装置18がイオンビーム進行方向に移動可能であることから、患部Kの位置におけるイオンビームの散乱サイズ(イオンビームの進行方向に直交する方向においてイオンビームの拡大されたサイズ)を微調整することができる。すなわち、第1散乱体28を患部Kに近づけることによって散乱サイズが小さくなり、逆に遠ざけることによって散乱サイズが大きくなる。このような第1散乱体28の移動により、患者15体内におけるイオンビームの飛程を変えないで、イオンビーム進行方向における放射線量分布が平坦化された最適なイオンビーム散乱サイズに調整することができ、この結果患部Kにおける照射された放射線量の分布を微調整することができる。具体的には、イオンビームの散乱サイズが最適散乱サイズより小さい場合には第1散乱体28を患部Kから遠ざけ、逆に最適散乱サイズよりも大きい場合には第1散乱体28を患部Kに近づける。このようにして、本実施形態によれば、患部K内の放射線量分布をさらに一様にすることができる。
本発明の他の実施形態である実施形態2の粒子線照射装置(粒子線治療装置)を、以下に説明する。本実施形態の粒子線照射装置は、図1に示す粒子線照射装置1において、照射野形成装置100を図6に示す照射野形成装置100Aに替えた構成を有する。
テーブル駆動装置63は、モータ69、歯車70,71を有する。モータ69は支持部材73に設置される。モータ69の回転軸に取り付けられた歯車70は、支持筒部材68が貫通し支持筒部材68に取り付けられた歯車71に噛み合っている。モータ69の回転力は、歯車70を介して歯車71に伝えられて支持筒部材68を回転させ、テーブル62を回転させる。このように、テーブル駆動装置63によるテーブル62の回転によって、高効率で精度の高い照射を行うために複数の第2散乱体61から1つが選択されてビーム軸m上に位置されるようになっている。なお、第2散乱体装置60、具体的には支持部材73がケーシング16に固定されたガイド装置(図示せず)によってボールネジ65まわりの回転が拘束され、ビーム軸mと平行な方向にのみ移動可能にガイドされている。
患者15に対して要求される照射野径が大きい(表1に示したデータ例では例えば照射野径φ=350mm)場合には、第2散乱体装置60のテーブル62は、駆動制御装置67の上記制御によって、前述の第1実施形態における第2散乱体装置19Aのテーブル33の位置(第1設定位置)まで移動される。また、その要求される照射野径が小さい(表1に示したデータ例では例えば照射野径φ=200mm,60mm)場合には、第2散乱体装置60のテーブル62は、駆動制御装置67の上記制御によって、前述の第1実施形態における第2散乱体装置19Bのテーブル37の位置(第2設定位置)まで移動される。
第2散乱体識別信号に対応してビーム軸m上に位置される第2散乱体61は、照射野径が大きい(例えば照射野径φ=350mm)場合には第2散乱体32であり、照射野径が小さい(例えば照射野径φ=200mm,60mm)の場合には第2散乱体36である。
本実施形態は、実施形態1で生じる効果を得ることができる。本実施形態は、更に、第2散乱体装置を実施形態1よりもコンパクト化でき、照射野形成装置の構成を単純化できる。
実施形態1及び2において、荷電粒子ビーム加速装置としてシンクロトロンの替りにサイクロトロンを用いてもよい。
18 第1散乱体装置
19A,19B 第2散乱体装置
28 第1散乱体
30 ボールネジ(第1散乱体駆動装置)
31 モータ(第1散乱体駆動装置)
32 第2散乱体(大照射野用散乱体)
33 テーブル(第1テーブル)
34 テーブル駆動装置(第1テーブル駆動装置)
36 第2散乱体(小照射野用散乱体)
37 テーブル(第2テーブル)
38 テーブル駆動装置(第2テーブル駆動装置)
52 駆動制御装置(第1散乱体駆動制御装置)
53 駆動制御装置(テーブル駆動制御装置)
54 駆動制御装置(テーブル駆動制御装置)
60 第2散乱体装置
61 第2散乱体
64 第2散乱体移動装置
65 ボールネジ(第2散乱体移動装置)
67 駆動制御装置(第2散乱体駆動制御装置)
68 支持筒部材
73 支持部材
74 モータ(第2散乱体移動装置)
76 ナット部材(第2散乱体移動装置)
100 照射野形成装置
Claims (25)
- 荷電粒子ビーム発生装置と、荷電粒子ビーム発生装置から出射された荷電粒子ビームを照射対象に照射する荷電粒子ビーム照射装置とを備え、
前記荷電粒子ビーム照射装置は、
前記荷電粒子ビームが通過する第1散乱体を備える第1散乱体装置と、
前記第1散乱体を通過した前記荷電粒子ビームが通過する複数の第2散乱体を備え、前記荷電粒子ビームの進行方向における異なる複数の位置のいずれかで前記荷電粒子ビームが通過する領域に、いずれかの前記第2散乱体を位置させる第2散乱体装置とを有し、
前記第1散乱体装置は、前記荷電粒子ビーム照射装置内で前記荷電粒子ビームの進行方向において移動可能に設けられており、
前記複数の第2散乱体のうち前記荷電粒子ビームの進行方向における第1の前記位置で前記通過領域に位置される前記第2散乱体は、前記第1位置よりも上流側の第2の前記位置で前記通過領域に位置される他の前記第2散乱体よりも前記荷電粒子ビームの進行方向に直交する方向における前記荷電粒子ビームの広がり度合いが小さいことを特徴とする粒子線照射装置。 - 荷電粒子ビーム発生装置と、荷電粒子ビーム発生装置から出射された荷電粒子ビームを照射対象に照射する荷電粒子ビーム照射装置とを備え、
前記荷電粒子ビーム照射装置は、
前記荷電粒子ビームが通過する第1散乱体を備える第1散乱体装置と、
前記第1散乱体を通過した前記荷電粒子ビームの通過領域に位置される複数の第2散乱体を有する第2散乱体装置とを備え、
前記第2散乱体装置を制御することによって、前記複数の第2散乱体のうちの1つを、荷電粒子ビームの進行方向における異なる複数の位置のいずれかで前記通過領域に位置させる制御システムを備え、
前記第1散乱体装置は、前記荷電粒子ビーム照射装置内で前記荷電粒子ビームの進行方向において移動可能に設けられており、
前記複数の第2散乱体のうち前記荷電粒子ビームの進行方向における第1の前記位置で前記通過領域に位置される前記第2散乱体は、前記第1位置よりも上流側の第2の前記位置で前記通過領域に位置される他の前記第2散乱体よりも前記荷電粒子ビームの進行方向に直交する方向における前記荷電粒子ビームの広がり度合いが小さいことを特徴とする粒子線照射装置。 - 前記制御システムは治療計画情報に基づいて選択した前記位置に前記第2散乱体を位置させる請求項2記載の粒子線照射装置。
- 前記治療計画情報は照射野情報である請求項3記載の粒子線照射装置。
- 前記制御システムは他の治療計画情報に基づいて選択した前記第2散乱体を、前記選定された位置に位置させる請求項3記載の粒子線照射装置。
- 前記他の治療計画情報はイオンビームのエネルギー情報である請求項5記載の粒子線照射装置。
- 荷電粒子ビーム発生装置と、荷電粒子ビーム発生装置から出射された荷電粒子ビームを照射対象に照射する荷電粒子ビーム照射装置とを備え、
前記荷電粒子ビーム照射装置は、前記荷電粒子ビームが通過する第1散乱体を備える第1散乱体装置と、前記荷電粒子ビームの進行方向で前記第1散乱体装置よりも下流側の第1位置で前記荷電粒子ビームの通過領域に位置させる第2散乱体を有する上流第2散乱体装置と、前記荷電粒子ビームの進行方向で前記第1位置よりも下流側の第2位置で前記通過領域に位置させる他の第2散乱体を有する下流第2散乱体装置とを備え、
前記第1散乱体装置は、前記荷電粒子ビーム照射装置内で前記荷電粒子ビームの進行方向において移動可能に設けられており、
前記下流第2散乱体装置の前記第2散乱体は、前記上流第2散乱体装置の前記第2散乱体よりも前記荷電粒子ビームの進行方向に直交する方向における前記荷電粒子ビームの広がり度合いが小さいことを特徴とする粒子線照射装置。 - 前記上流第2散乱体装置及び前記下流第2散乱体装置のうちで選択された一方の第2散乱体装置に含まれる前記第2散乱体を、前記通過領域に位置させる制御システムを備える請求項7記載の粒子線照射装置。
- 前記制御システムは前記第2散乱体装置の選択を治療計画情報に基づいて行う請求項8記載の粒子線照射装置。
- 前記上流第2散乱体装置は前記第2散乱体を設置しこの第2散乱体を前記通過領域に位置させる第1テーブルを有し、前記下流第2散乱体装置は前記他の第2散乱体を設置しこの他の第2散乱体を前記通過領域に位置させる第2テーブルを有する請求項7又は8記載の粒子線照射装置。
- 前記第1テーブルは複数の前記第2散乱体を設置し、前記第2テーブルは複数の前記他の第2散乱体を設置し、前記第2テーブルに設置された前記複数の他の第2散乱体は、前記第1テーブルに設置された前記複数の第2散乱体よりも、小さい照射野を形成する請求項10記載の粒子線照射装置。
- 前記第1テーブルを前記荷電粒子ビームの進行方向と直交する方向に移動させる第1テーブル移動装置と、前記第2テーブルを前記荷電粒子ビームの進行方向と直交する方向に移動させる第2テーブル移動装置とを備え、
前記制御システムは、前記選択された第2散乱体装置に含まれたテーブル移動装置を制御して該当するテーブルの移動を制御し、該当する第2散乱体を前記通過領域に位置させる請求項10または請求項11記載の粒子線照射装置。 - 荷電粒子ビーム発生装置と、荷電粒子ビーム発生装置から出射された荷電粒子ビームを照射対象に照射する荷電粒子ビーム照射装置とを備え、
前記荷電粒子ビーム照射装置は、
前記荷電粒子ビームが通過する第1散乱体と、
前記荷電粒子ビームの進行方向において前記第1散乱体の下流側に設けられ、前記荷電粒子ビームの通過領域に位置させる第2散乱体が設けられた第1テーブルと、
前記荷電粒子ビーム進行方向において前記第1のテーブルの下流側に設けられ、前記通過領域に位置させる他の第2散乱体が設けられた第2テーブルとを備え、
前記第1散乱体は、前記荷電粒子ビーム照射装置内で前記荷電粒子ビームの進行方向において移動可能に設けられており、
前記第2テーブルの前記第2散乱体は、前記第1テーブルの前記第2散乱体よりも前記荷電粒子ビームの進行方向に直交する方向における前記荷電粒子ビームの広がり度合いが小さいことを特徴とする粒子線照射装置。 - 前記第1散乱体を前記荷電粒子ビーム進行方向に移動させる第1散乱体駆動装置と、この第1散乱体駆動装置を制御し、前記第1散乱体の移動量を制御する第1散乱体駆動制御装置とを備えた請求項13記載の粒子線照射装置。
- 前記第1テーブルは前記第2散乱体を、前記第2テーブルは前記他の第2散乱体を、前記通過領域に配置可能に構成されている請求項13記載の粒子線照射装置。
- 前記第1テーブルを前記荷電粒子ビームの進行方向と直交する方向に移動させる第1テーブル移動装置と、前記第2テーブルを前記荷電粒子ビームの進行方向と直交する方向に移動させる第2テーブル移動装置と、選択されたテーブルを移動させるテーブル駆動装置を制御し、前記テーブルの移動を制御するテーブル駆動制御装置とを備えた請求項15記載の粒子線照射装置。
- 荷電粒子ビーム発生装置と、荷電粒子ビーム発生装置から出射された荷電粒子ビームを照射対象に照射する荷電粒子ビーム照射装置とを備え、
前記荷電粒子ビーム照射装置は、
前記荷電粒子ビームが通過する第1散乱体を備える第1散乱体装置と、
前記第1散乱体を通過した前記荷電粒子ビームの通過領域に位置される複数の第2散乱体を備え、前記荷電粒子ビーム進行方向に移動可能に設けられた第2散乱体装置とを備え、
前記複数の第2散乱体は、前記荷電粒子ビームの進行方向における異なる複数の位置のうち第1の前記位置で前記荷電粒子ビームの通過領域に位置される前記第2散乱体と、前記第1位置よりも下流側の第2の前記位置で前記通過領域に位置される他の前記第2散乱体とを有し、
前記第1散乱体装置は、前記荷電粒子ビーム照射装置内で前記荷電粒子ビームの進行方向において移動可能に設けられており、
前記通過領域で前記第2位置に位置される前記他の第2散乱体は、前記通過領域で前記第1位置に位置される前記第2散乱体よりも前記荷電粒子ビームの進行方向に直交する方向における前記荷電粒子ビームの広がり度合いが小さいことを特徴とする粒子線照射装置。 - 前記第2散乱体装置を、前記荷電粒子ビーム進行方向において、移動させる第2散乱体移動装置と、この第2散乱体移動装置を制御し、前記第2散乱体装置の移動量を制御する第2散乱体駆動制御装置とを備えた請求項17記載の粒子線照射装置。
- 前記第1散乱体装置を、前記荷電粒子ビーム進行方向において、移動させる第1散乱体移動装置と、この第1散乱体移動装置を制御し、前記第1散乱体装置の移動量を制御する第1散乱体移動制御装置とを備えた請求項1、請求項2、請求項7及び請求項17のいずれかに記載の粒子線照射装置。
- 前記第2散乱体装置は、前記第2散乱体を前記通過領域に位置させるテーブルと、前記テーブルを前記荷電粒子ビームの進行方向と直交する方向に移動させるテーブル移動装置とを備えた請求項17記載の粒子線照射装置。
- 前記テーブル移動装置を制御し、前記テーブルの移動を制御するテーブル駆動制御装置とを備えた請求項20記載の粒子線照射装置。
- 前記第2散乱体装置の下流側に配置され、前記荷電粒子ビームの進行方向と垂直な平面内で前記荷電粒子ビームを整形するコリメータを備えた請求項1、請求項2、請求項7及び請求項17のいずれかに記載の粒子線照射装置。
- 第1散乱体を通過した荷電粒子ビームを通過させる複数の第2散乱体であって、前記荷電粒子ビームの進行方向における異なる複数の位置のうちのある前記位置で前記荷電粒子ビームの通過領域に位置される第2散乱体と、前記ある位置よりも下流側の他の前記位置で前記通過領域に位置される第2散乱体とを有し、前記他の位置で前記通過領域に位置される前記第2散乱体は、前記ある位置で前記通過領域に位置される他の前記第2散乱体よりも前記荷電粒子ビームの進行方向に直交する方向における前記荷電粒子ビームの広がり度合いが小さくなっている荷電粒子ビーム照射装置の調整方法であって、
前記第1散乱体を前記荷電粒子ビーム進行方向における設定位置に移動させ、前記複数の第2散乱体のうちの1つの前記第2散乱体を、前記荷電粒子ビームの進行方向における異なる複数の位置のうちのいずれかの前記位置において前記通過領域に位置させる荷電粒子ビーム照射装置の調整方法。 - 前記複数の位置のいずれかの前記位置への前記第2散乱体の配置は、前記荷電粒子ビームの進行方向で前記第1散乱体よりも下流側の前記ある位置に配置されるある前記第2散乱体を有する上流第2散乱体装置、及び前記上流第2散乱体装置よりも下流側の前記他の位置に配置される他の前記第2散乱体を有する下流第2散乱体装置のうちの一方の第2散乱体装置に含まれる前記第2散乱体を、前記通過領域に位置させることによって行う請求項23記載の荷電粒子ビーム照射装置の調整方法。
- 前記選択された位置への前記第2散乱体の配置は、前記第2散乱体を、前記荷電粒子ビームの進行方法において、移動させることによって行う請求項23記載の荷電粒子ビーム照射装置の調整方法。
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