JP4728451B2 - 粒子線治療装置 - Google Patents

Description

この発明は、癌や悪性腫瘍等の治療のために、炭素、陽子等の粒子線を患者の疾患部分に照射して治療する粒子線治療装置に関するものである。

患者の癌や悪性腫瘍等の治療のために、疾患部分に適切な線量の粒子線を照射して治療するには、粒子線の照射領域を患者の疾患部分の形状と一致させる必要がある。そのためには、複数のリーフからなる可変コリメータの形状が適切に設定されていることに加え、疾患部分全体に均一な線量が照射されるように、水平方向(照射野の面上)の照射線量、および垂直方向(深さ方向)の照射線量の分布をいずれも均一化することが重要である。特に粒子線の照射領域を患者の疾患部分の形状と一致させるために、可変コリメータの形状確認が重要となってくる。

なお、例えば、下記の特許文献１（特開平１０−７６０１９号公報）には、放射線システムのセットアップ段階で放射線ビームが停止中に作動される光源と、放射線ビームの放射経路中にその照射領域範囲外まで延在する光学素子（ミラー）を設けている。その光源を作動して光学素子に可視光を送出する。光学素子に受光された可視光は反射してコリメータを通過して患者の体表面に照射される。その光照射野とターゲットゾーンの領域とが一致するように位置決めを行っている。

また、下記の特許文献２（実開昭６２−１８６７５３号公報）には、光照射野を利用したシミュレーションのため、ランプからなる光源と、放射線ビームの放射経路中にその照射領域範囲外まで延在するミラーと、光源の近くに設置されたＴＶカメラを設けている。その光源を作動してミラーに光を送出する。ミラーに受光された光は反射して可変（可動）コリメータを通過して患者の体表面に照射される。その光照射野と患者との関係をＴＶカメラで観察している。

また、下記の特許文献３（特開平６−２４６０１５号公報）には、光照射野を利用した照射範囲の確認のため、光源と、放射線の放射経路中にその照射領域範囲外まで延在する鏡Ａと、光源と鏡Ａとの間に設けた鏡Ｂと、鏡Ｂの近くに設置されたテレビカメラを設けている。その光源を作動して鏡Ａに光を送出する。鏡Ａに受光された光は反射して可変（可動）コリメータを通過して患者の体表面に照射される。その光照射野と患者との関係は鏡Ａから鏡Ｂに写され、鏡Ｂに写された状態をテレビカメラで観察している。

特開平１０−７６０１９号公報 実開昭６２−１８６７５３号公報 特開平６−２４６０１５号公報 特公平６−９６０４８号公報

ところで、上記の各特許文献１〜３に記載されるような従来装置では、光源から送出された光を鏡（ミラー）で反射させて可変（可動）コリメータを通過させ、患者の体表面に照射された光照射野を目視確認、あるいはテレビカメラにより確認するようにしているが、可変コリメータの患者毎に整形される癌などの疾患部分の形状を直接的に確認していない。したがって、患者の体表面が水平ではなく複雑な曲面を持った体表面であり、可変コリメータの設定形状を精度よく確認することは困難なものとなっている。また、鏡（ミラー）は患者の体表面に照射された光照射野全体と言う広範囲な領域を監視する必要があり、放射線の照射領域範囲外まで延在させる必要があり、水平方向の設置スペースを確保する必要があるとともに、放射線の照射軸方向に占める長さも数１０ｃｍと大きいものとなり、放射線の照射部が大型化している。

さらに、可変コリメータの形状を確認する手段として、可変コリメータの上流側からカメラで撮影することが考えられている。しかし、カメラで撮影した映像では可変コリメータの上部を直接撮影しているため、可変コリメータの上面が鏡（ミラー）からの光で乱反射し、その可変コリメータの平面部とコリメータエッジ部と端部は不鮮明な状態であり、そのエッジ部を解析し、コリメータリーフで形成した２次元形状を抽出するのは容易ではない。そのエッジ部を解析するには複雑な画像認識ソフトが必需であるとともにその認識作業に多大の労力と手間を要している。しかも、粒子線治療装置で要求される例えば１mm以下の精度の形状確認は実質的に困難なものとなっていた。

また、粒子線治療装置で、高度な３次元照射法である積層原体照射法などでは、１回の治療照射中に、２回以上にわたり、可変コリメータの形状を変更させる必要がある。粒子線治療装置では、可変コリメータと患者の間に患者コンペンセタと呼ばれる装置が挿入される場合が多く、その場合、上述した従来技術にあるように、可変コリメータの形状を患者体表面に投影して、その投影像を監視することは不可能であった。

この発明は、照射中においても、可変コリメータの形状を精度よく確認することができるとともに小型化を図ることができる粒子線治療装置を提供することにある。

この発明の粒子線治療装置は、被照射体に照射する粒子線ビームの形状を被照射体の疾患部分の形状に合わせて変化させる可変コリメータと、可変コリメータにより整形された照射野形状を撮影するための光源と、可変コリメータの上流側で粒子線ビームの軌道上に配設され、光源からの光を反射させて可変コリメータを通過させる光源ミラーと、可変コリメータの下流側に配設され、可変コリメータを通過した光により可変コリメータにより整形された照射野形状が投影される撮影スクリーンと、撮影スクリーンに投影された投影部を撮影する撮影装置と、撮影装置により撮影した映像を解析する画像処理装置とを備えたことを特徴とするものである。

この発明に係る粒子線治療装置は、光源からの光を光源ミラーにより反射させて可変コリメータを通過させ、可変コリメータを通過した光により可変コリメータにより整形された照射野形状を撮影スクリーンに投影し、撮影スクリーンの投影部を撮影装置により撮影し、撮影装置により撮影した映像を画像処理装置で解析するようにしたことにより、可変コリメータにより整形された照射野形状を精度よく確認することができる効果を有する。

この発明の上記以外の目的、特徴、観点および効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。

この発明の実施の形態１における粒子線治療装置を示す概略構成図である。 この発明の実施の形態２における粒子線治療装置の要部を示す概略構成図である。 この発明の実施の形態５における粒子線治療装置の要部を示す概略構成図である。 この発明の実施の形態５における粒子線治療装置の光源ミラー部を示す拡大図である。 この発明の実施の形態６における粒子線治療装置の要部を示す概略構成図である。 この発明の実施の形態８における粒子線治療装置の要部を示す概略構成図である。 この発明の実施の形態８における粒子線治療装置の光源ミラー部を示す拡大図である。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１による粒子線治療装置を図１に示す概略構成図に基づいて説明する。なお、可変コリメータ１２については斜視図として示している。図１において、１は図示しない加速器から輸送される炭素、陽子等の粒子線ビームであり、照射軸方向に進行される。２は電磁石であり、一対の電磁石２ａ，２ｂから構成され、加速器から輸送された粒子線ビーム１の軌道を走査する。３は電磁石２を通過した粒子線ビーム１を拡散する散乱体、４は散乱体３を通過した粒子線ビーム１の照射線量が計測される線量モニタ、５は突部分の厚みによって深さ方向のエネルギースペクトル（線量分布）が調整され、粒子線ビーム１に治療患部の深さ方向幅に応じたエネルギースペクトルを持たせるリッジフィルタ（又はエネルギー変調手段）、６は設定された厚み分だけ通過した粒子線ビーム１のエネルギーを所定量低減させるレンジシフタ、７はレンジシフタ６を通過した粒子線ビーム１の平坦度を計測する平坦度モニタ、８はライトローカライザーであり、治療ベツド９に載置された患者である被照射体１０の疾患部分の位置決めを行うために使用される。１１は不要な粒子線ビーム１をカットする固定コリメータ、１２は固定コリメータ１１を通過した粒子線ビーム１を更に整形させ、粒子線形状を被照射体１０の疾患部分の形状と一致させるための可変コリメータであり、複数のリーフ１２ａを被照射体１０の疾患部分の形状に合致するよう変化させて所望の照射野形状を形成するように構成されている。１３は患部に照射された粒子線ビームの停止位置を患部と正常組織境界面位置に合わせるために用いる患者コンペンセタ（通称、患者ボーラスまたは補償フィルタ）である。

１４は可変コリメータ１２の形状を撮影するための光源であり、図は一例として、可変コリメータ１２より上流側に位置する箇所に設けられている。１５は可変コリメータ１２の上流側で粒子線ビーム１の軌道上に配設され、光源１４からの光を反射させて可変コリメータ１２を通過させる光源ミラーであり、光源１４からの光は水平方向から送出されるので、光源ミラー１５は略４５度に傾斜されて光源１４からの光を可変コリメータ１２側に反射させている。なお、光源ミラー１５は粒子線ビーム１が透過する材料で構成される。１６は光源ミラー１５を支持する支持体、１７は支持体１６を支持する支持台、１８は可変コリメータ１２の下流側に配設され、可変コリメータ１２を通過した光により可変コリメータ１２の照射野形状が投影される撮影スクリーンであり、１８ａが投影部である。なお、撮影スクリーン１８は粒子線ビーム１が透過する材料、例えばポリエチレンなどのプラスチック又は薄い板等で構成される。１９は撮影スクリーン１８に投影された投影部１８ａを撮影する撮影装置であり、例えば小型カメラで構成されている。２０は撮影装置１９である小型カメラにより撮影した映像を解析する画像処理装置である。２１は撮影スクリーン１８に投影された投影部１８ａを撮影するための撮影ミラー、２２は撮影ミラー２１に写し出された撮影スクリーン１８の投影部１８ａを撮影する撮影装置であり、例えば小型カメラで構成されている。２３は撮影装置２２である小型カメラにより撮影した映像を解析する画像処理装置である。

上述した実施の形態１による粒子線治療装置の動作について説明する。加速器から輸送された粒子線ビーム１は電磁石２により軌道が走査されて散乱体３を通過することにより粒子線ビーム１が拡散される。散乱体３を通過した粒子線ビーム１はリッジフィルタ５により深さ方向のエネルギースペクトル（線量分布）が調整される。リッジフィルタ５を通過した粒子線ビーム１はレンジシフタ６によりその粒子線ビーム１のエネルギーが所定量低減される。レンジシフタ６を通過した粒子線ビーム１は固定コリメータ１１により不要な粒子線ビーム１がカットされる。固定コリメータ１１を通過した粒子線ビーム１は可変コリメータ１２により整形され計画された照射野形状を形成するようになる。可変コリメータ１２を通過した粒子線ビーム１は被照射体１０の疾患部分の深さ方向の形状に対応して成形される患者コンペンセタ（ボーラス）１３を通過する。患者コンペンセタ１３を通過した粒子線ビーム１は被照射体１０の疾患部分に照射されて、患部３次元形状に合わせた線量分布が形成される。

ところで、可変コリメータ１２の形状が設定通りに設定されているかを確認するには、光源１４を作動させて略水平方向の光１４ａを送出する。この光１４ａは略４５度に傾けた光源ミラー１５により反射されて可変コリメータ１２側へ光１４ｂを送出するとともに可変コリメータ１２を通過する。可変コリメータ１２を通過した光１４ｃにより可変コリメータ１２の形状が撮影スクリーンに投影される。撮影スクリーン１８に投影された投影部１８ａを小型カメラからなる撮影装置１９により撮影しその映像を画像処理装置２０により解析することにより、可変コリメータ１２の形状を容易に確認することができる。また、図は一例として、さらに撮影ミラー２１に写し出された撮影スクリーン１８の投影部１８ａを小型カメラからなる撮影装置２２により撮影しその映像を画像処理装置２３により解析するようにしている。尚、上記光源ミラー１５と、その支持体１６、および撮影スクリーン１８は粒子線ビーム１が通過し易い物体で形成されているので、粒子線ビーム１が被照射体１０に問題なく到達できる。

この発明の実施の形態１によれば、光源１４からの光１４ａを光源ミラー１５により反射させて可変コリメータ１２側へ光１４ｂを送出するとともに可変コリメータ１２を通過した光１４ｃにより可変コリメータ１２の形状を撮影スクリーン１８に投影し、撮影スクリーン１８の投影部１８ａを撮影装置１９、２２により撮影し、撮影装置１９、２２により撮影した映像を画像処理装置２０、２３で解析するようにしたことにより、可変コリメータ１２により整形された被照射体１０の疾患部分の形状を容易に確認することができる。また、この解析によって特定したコリメータの形状を予め治療計画に基づいて決めたコリメータ形状の設定画像と比較することが可能である。上述した従来技術では可変コリメータの上面が鏡（ミラー）からの光で乱反射し、その可変コリメータの上流側平面部とコリメータリーフ先端部（上記平面部と垂直している部分）の対応する画像が区別付き難くなり、上記平面部と先端部の交差する部分であるリーフエッジ部は不鮮明な状態であり、そのエッジ部を画像解析して抽出するのは容易ではなく、そのエッジ部を解析するには複雑な画像認識ソフトが必需であるとともにその認識作業に多大の労力と手間を要していた。しかるに、この発明の実施の形態１においては、可変コリメータ１２を通過した光１４ｃにより可変コリメータ１２により整形された被照射体１０の疾患部分の形状が撮影スクリーン１８の投影部１８ａに光の陰陽の識別などにより、可変コリメータ１２の平面部と患者である被照射体１０に整形された疾患部分の水平方向形状のエッジ部は極めて鮮明な状態であり、そのエッジ部の解析を複雑な画像認識ソフトを必需とすることなく、かつその認識作業に多大の労力と手間を要することなく精度よく解析できる効果を有するものである。しかも、粒子線治療装置で要求される例えば１ｍｍ以下の精度の形状確認にも対応できるものである。

また、撮影スクリーン１８の色は通常、白色であるが、可変コリメータ１２を通過した光１４ｃとの区別がさらにくっきり差別化できる色からなる撮影スクリーン１８とするか、或いは光源１４から送出される光を色付きの光とすることにより、可変コリメータ１２を通過した光１４ｃと撮影スクリーン１８の投影部１８ａ以外との区別がさらにくっきり差別化するようにしてもよく、これらの場合は可変コリメータ１２のエッジ部はさらに鮮明な状態となり、より一層精度よく特定することができる。

また、上述した従来技術の鏡（ミラー）は患者の体表面に照射された光照射野全体と言う広範囲な領域を写す必要があり、放射線の照射領域範囲外まで延在させるとともに、放射線の照射軸方向に占める長さも数１０ｃｍと大きいものとなり、放射線の照射部が大型化している。しかるに、この発明の実施の形態１における光源ミラー１５は光源１４からの光を反射させるだけでよいので、水平方向を小さくできるとともに、粒子線ビーム１の照射軸方向に占める長さも数ｃｍ、例えば３〜４ｃｍでよく、粒子線治療装置の照射部の小型化を図ることができる効果を有するものである。

また、光源ミラー１５、撮影スクリーン１８は粒子線ビーム１が透過するので、粒子線ビーム１の照射中においても、可変コリメータ１２を通過した光１４ｃにより可変コリメータ１２の形状を精度よく確認することができる。また、この実施例では、光源ミラー１５およびその支持体１６と、撮影スクリーン１８の厚みをなるべく薄くすることで、粒子線ビーム１に与える影響を抑えることが望ましい。

さらに、患者である被照射体１０の治療段階で可変コリメータ１２の形状を変化させた場合も、その変更された形状を精度よく容易に確認できるので、粒子線ビーム１の照射治療を患者へのストレス、不安感などを与えることなく連続して行うことができる。一例としては、粒子線治療で用いられる標的部位を深さ方向において複数の層状領域に分割してそれぞれの層に対して最適なコリメータ形状を設定して照射を行う必要のある所謂積層３次元照射法（特許文献４参照）を実施する際に、照射中に変化する可変コリメータ１２の設定形状を精度よく確認できる効果がある。

ところで、撮影スクリーン１８の投影部１８ａを撮影する手段として、小型カメラからなる撮影装置１９と画像処理装置２０、そして撮影ミラー２１と小型カメラからなる撮影装置２２と画像処理装置２３を設置しているが、いずれか一方の撮影手段を選択すれば所望の目的を達成することができる。

実施の形態２.
この発明の実施の形態２による粒子線治療装置の要部を図２に示す概略構成図に基づいて説明する。図２において、１、１２、１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１８、１８ａは上述した実施の形態１の構成と同様である。２４は可変コリメータ１２の上流側で粒子線ビーム１の軌道上に配設され、光源１４からの光を反射部２４ａで反射させて可変コリメータ１２を通過させる光源ミラーであり、光源１４からの光は略水平方向から送出されるので、光源ミラー２４は略４５度に傾斜されて光源１４からの光を光源ミラー２４の反射部２４ａで可変コリメータ１２側に反射させている。なお、光源ミラー２４は粒子線ビーム１が透過する材料で構成される。２５は光源ミラー２４を支持する支持体又は光源ミラー２４の一構成部である。

この発明の実施の形態２による粒子線治療装置は図２から明らかなように、光源ミラー２４とその光源ミラー２４を支持する支持体２５は一体構造体で構成されている。図は一例として、例えば１枚のアルミニウムからなる板材を中央部が略４５度に傾斜するよう段違い状に折曲し、その中央部にミラーコーティングまたは鏡面加工を施して反射部２４ａを形成することにより光源ミラー２４を構成し、その光源ミラー２４の一方端および他方端にそれぞれつながる部分を支持体２５として構成している。ところで、光源ミラー２４、支持体２５の基材であるアルミニウムの板厚は粒子線ビーム１の透過によるビームエネルギーロスを極力低く抑えるため１ｍｍ程度または１ｍｍ以下が望ましく、例えば0.5ｍｍまたは0.3ｍｍのものが使用される。

この発明の実施の形態２によれば、１枚のアルミニウムからなる板材を中央部が略４５度に傾斜するよう段違い状に折曲し、その中央部にミラーコーティングを施して（又は中央部の少なくとも一部に光反射面を形成するように鏡面加工などを施して）反射部２４ａを形成することにより光源ミラー２４を構成し、その光源ミラー２４の一方端および他方端にそれぞれつながる部分を支持体２５として構成したことにより、容易に光源ミラー２４を形成することができるとともに、その光源ミラー２４の支持を一体構造体からなる支持体２５で支持することができるので強固な支持構造とすることができる。

ところで、この発明の実施の形態２による光源ミラー２４、支持体２５を構成する材料としてアルミニウムからなる場合について述べたが、これに限定されるものではなく、アルミニウム合金、銅、銅箔、マグネシウム、プラスチック、アクリル、ポリイミドなどであってもよく、略４５度に傾斜して形成した光源ミラー２４の少なくとも一部にミラーコーティングまたは鏡面加工などを施して反射部２４ａを形成することにより光源ミラー２４を構成しても同様の効果を奏する。また、光源ミラー２４とその支持体２５を別々の材料で構成し、図２に示すような段違い形状を有するように接着剤などの手段で結合して一体的に構成してもよく、同様の効果を奏する。

実施の形態３.
この発明の実施の形態３による粒子線治療装置を図２から明らかなように、光源ミラー２４は粒子線ビーム１の照射領域内に配置したことを特徴としている。したがって、上述した従来技術の鏡（ミラー）のように粒子線ビーム１の照射領域範囲外まで延在かつ粒子線ビーム１の照射軸方向に占める長さも数１０ｃｍと大きいものとする必要がなく、光源ミラー２４は光源１４からの光を反射させるだけでよいので、粒子線ビーム１の照射領域内に配置することができる。その結果として、光源ミラー２４を小さくできるとともに、粒子線ビーム１の照射軸方向に占める長さ、すなわち、高さも小さくできる。光源ミラー２４の高さは数ｃｍでよく、例えば３〜４ｃｍとすることができる。このように、光源ミラー２４の位置において、粒子線ビーム１の照射方向と垂直する平面において、粒子線ビーム１の照射領域よりも、光源ミラー２４の照射方向における高さを小さくできることが、粒子線治療装置の照射部の小型化を図ることができる効果を有するものである。

実施の形態４．
この発明の実施の形態４による粒子線治療装置は上述した図２における光源ミラー２４を凸面鏡としたことを特徴としている。このように光源ミラー２４を凸面鏡としたことにより、光源１４からの光を凸面鏡の機能により反射させる角度をさらに広げることができるので、水平方向および粒子線ビーム１の照射軸方向に占める長さをより一層小さくすることができる。

実施の形態５.
この発明の実施の形態５による粒子線治療装置を図３および図４に基づいて説明する。図３は粒子線治療装置の要部を示す概略構成図であり、図４は粒子線治療装置の光源ミラー部を示す拡大図である。これら各図において、１、１２、１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１８、１８ａは上述した各実施の形態の構成と同様または同等である。２６は可変コリメータ１２の上流側で粒子線ビーム１の軌道上に配設され、光源１４からの光を反射部２６ａで反射させて可変コリメータ１２を通過させる光源ミラーであり、光源１４からの光は略水平方向から送出されるので、光源ミラー２６は略４５度に傾斜されて光源１４からの光を光源ミラー２６の反射部２６ａで可変コリメータ１２側に反射させている。なお、光源ミラー２６は粒子線ビーム１が透過する材料で構成される。２７は光源ミラー２６を支持する支持体であり、光源ミラー２６と同じ材料で構成した場合、光源ミラー２６の板厚Ｔ₁より厚く構成されている。

すなわち、図４に示すように、光源ミラー２６は支持体２７より約４５度（又はθ度）傾いているため、支持体２７の厚みＴ₂を例えば1.414Ｔ₁（又はＴ₁／ｃｏｓ（θ））とすることにより、粒子線ビーム１のうち光源ミラー２６を透過する粒子線ビームのビームエネルギーロス量と支持体２７を透過する粒子線ビームのビームエネルギーロス量とほぼ同じ値になるように構成されている。すなわち、粒子線ビーム１が光源ミラー２６およびその支持部である支持体２７を通過しても、粒子線ビーム１のビームエネルギーはほぼ同じ値だけ減少するが、粒子線ビーム１のエネルギー分布に殆ど変化が生じないようにすることができる。このことが粒子線ビーム１の患者体内における停止位置を約１ｍｍ以下の精度で制御する必要がある粒子線治療装置では、非常に重要な意味を持つものである。

この発明の実施の形態５による粒子線治療装置は図３および図４から明らかなように、光源ミラー２６とその光源ミラー２６を支持する支持体２７は一体構造体で構成されている。図は一例として、例えば１枚のアルミニウムからなる板材を中央部が略４５度に傾斜するよう段違い状に折曲した後、その中央部の厚みＴ₁を中央部の両側の厚みＴ₂より薄く、すなわち、Ｔ₂＝1.414Ｔ₁（又はＴ₁／ｃｏｓ（θ））となるように研磨等で削設し、その後、その中央部にミラーコーティングまたは鏡面加工を施して反射部２６ａを形成することにより光源ミラー２６を構成し、その光源ミラー２６の一方端および他方端にそれぞれつながる部分を支持体２７として構成している。

このように、光源ミラー２６の板厚Ｔ₁とその両端側の支持体２７の板厚Ｔ₂との関係をＴ₂＝1.414Ｔ₁（又はＴ₁／ｃｏｓ（θ））とすることにより、粒子線ビーム１のうち光源ミラー２６を透過する粒子線ビームのビームエネルギーロス量と支持体２７を透過する粒子線ビームのビームエネルギーロス量とほぼ同じ値になるように構成され、粒子線ビーム１のエネルギー分布に殆ど変化が生じないので、粒子線ビーム１の患者体内における停止位置を約１ｍｍ以下の精度で制御することが可能となり、安定した信頼性の高い粒子線治療装置を得ることができる。

なお、この発明の実施の形態５においても、光源ミラー２６、支持体２７の基材板厚は粒子線ビーム１の透過によるビームエネルギーロスを極力低く抑えるため数ｍｍ程度以下が望ましく、例えば0.5ｍｍまたは0.3ｍｍのものが使用される。また、光源ミラー２６は光源１４からの光を反射させるだけでよいので、粒子線ビーム１の照射領域内に配置することができる。その結果として、光源ミラー２６を小さくできるとともに、粒子線ビーム１の照射軸方向に占める長さ、すなわち、高さも小さくできる。光源ミラー２６の高さは数ｃｍでよく、例えば３〜４ｃｍとすることができる。このように、光源ミラー２６の位置において、粒子線ビーム１の照射方向と垂直する平面において、粒子線ビーム１の照射領域よりも、光源ミラー２６の照射方向における高さを小さくできることが、粒子線治療装置の照射部の小型化を図ることができる効果を有するものである。

さらに、光源ミラー２６、支持体２７を構成する材料としてアルミニウムからなる場合について述べたが、これに限定されるものではなく、アルミニウム合金、銅、銅箔、マグネシウム、プラスチック、アクリル、ポリイミドなどであってもよく、略４５度に傾斜して形成した中央部にミラーコーティングまたは鏡面加工して反射部２６ａを形成することにより光源ミラー２６を構成すればよい。

実施の形態６.
この発明の実施の形態６による粒子線治療装置を図５に基づいて説明する。図５は粒子線治療装置の要部を示す概略構成図である。図５において、１、１２、１４、１４ａ、１４ｂは上述した各実施の形態の構成と同様である。２９は可変コリメータ１２の上流側で粒子線ビーム１の軌道上に配設され、光源１４からの光を反射部２９ａで反射させて可変コリメータ１２を通過させる光源ミラーであり、光源１４からの光は略水平方向から送出されるので、光源ミラー２９は略４５度に傾斜されて光源１４からの光を光源ミラー２９の反射部２９ａで可変コリメータ１２側に反射させている。なお、光源ミラー２９は粒子線ビーム１が透過する材料で構成される。３０は光源ミラー２９を支持する支持体である。

この発明の実施の形態６による粒子線治療装置は図５から明らかなように、光源ミラー２９とその光源ミラー２９を支持する支持体３０は一体構造体で構成されている。図は一例として、例えば１枚のアルミニウムからなる平面状の円板材の中央部を例えば略円状に切り起こして略４５度に傾斜するように折曲し、その切り起こした中央部にミラーコーティングを施して反射部２９ａを形成することにより光源ミラー２９を構成している。ところで、光源ミラー２９、支持体３０の基材であるアルミニウムの板厚は粒子線ビーム１の透過によるビームエネルギーロスを極力低く抑えるため数ｍｍ程度以下が望ましく、例えば0.5ｍｍまたは0.3ｍｍのものが使用される。

この発明の実施の形態６によれば、１枚のアルミニウムからなる円板材を中央部が略４５度に傾斜するよう切り起こして折曲し、その切り起こした中央部にミラーコーティングまたは鏡面加工を施して反射部２９ａを形成して光源ミラー２９を構成し、その光源ミラー２９の他の部分を支持体３０として構成したことにより、支持体３０の中央部を切り起こして折曲するだけでよく、容易に光源ミラー２９を形成することができるとともに、その光源ミラー２９の支持を一体構造体からなる支持体３０で支持することができるので強固な支持構造とすることができる。また、光源ミラー２９は光源１４からの光を反射させるだけでよいので、粒子線ビーム１の照射領域内に配置することができる。その結果として、光源ミラー２９を小さくできるとともに、粒子線ビーム１の照射軸方向に占める長さ、すなわち、高さも小さくできる。光源ミラー２９の高さは数ｃｍでよく、例えば３〜４ｃｍとすることができる。このように、光源ミラー２９の位置において、粒子線ビーム１の照射方向と垂直する平面において、粒子線ビーム１の照射領域よりも、光源ミラー２９の照射方向における高さを小さくできることが、粒子線治療装置の照射部の小型化を図ることができる効果を有するものである。

ところで、この発明の実施の形態６による光源ミラー２９、支持体３０を構成する材料としてアルミニウムからなる場合について述べたが、これに限定されるものではなく、アルミニウム合金、銅、銅箔、マグネシウム、プラスチック、アクリル、ポリイミドなどであってもよく、略４５度に傾斜して形成した光源ミラー２９の少なくとも一部にミラーコーティングまたは鏡面加工などを施して反射部２９ａを形成することにより光源ミラー２９を構成しても同様の効果を奏する。

なお、光源ミラー２９の形状が略円状の場合について述べたが、円状に限定されるものではなく、四角形状や他の形状でもよく、要するに、光源１４からの光を反射させて可変コリメータ１２を通過させ、可変コリメータ１２を通過した光により可変コリメータ１２により整形された照射野形状が撮影スクリーン１８に投影できる形状であればよい。

実施の形態７．
この発明の実施の形態７による粒子線治療装置は上述した図５における光源ミラー２９を凸面鏡としたことを特徴としている。このように光源ミラー２９を凸面鏡としたことにより、光源１４からの光を凸面鏡の機能により反射させる角度をさらに広げることができるので、水平方向および粒子線ビーム１の照射軸方向に占める長さをより一層小さくすることができる。

実施の形態８.
この発明の実施の形態８による粒子線治療装置を図６および図７に基づいて説明する。図６は粒子線治療装置の要部を示す概略構成図であり、図７は粒子線治療装置の光源ミラー部を示す拡大図である。これら各図において、１、１２、１４、１４ａ、１４ｂは上述した各実施の形態の構成と同様である。３１は可変コリメータ１２の上流側で粒子線ビーム１の軌道上に配設され、光源１４からの光を反射部３１ａで反射させて可変コリメータ１２を通過させる光源ミラーであり、光源１４からの光は略水平方向から送出されるので、光源ミラー３１は略４５度に傾斜されて光源１４からの光を光源ミラー３１の反射部３１ａで可変コリメータ１２側に反射させている。なお、光源ミラー３１は粒子線ビーム１が透過する材料で構成される。３２は光源ミラー３１を支持する支持体であり、光源ミラー３１の板厚Ｔ₁より厚く構成されている。

すなわち、図７に示すように、支持体３２の厚みＴ₂を例えば1.414Ｔ₁（又はＴ₁／ｃｏｓ（θ））とすることにより、粒子線ビーム１のうち光源ミラー３１を透過する粒子線ビームのビームエネルギーロス量と支持体３２を透過する粒子線ビームのビームエネルギーロス量とほぼ同じ値になるように構成されている。すなわち、粒子線ビーム１が光源ミラー３１およびその支持部である支持体３２を通過しても、粒子線ビーム１のビームエネルギーはほぼ同じ値だけ減少するが、粒子線ビーム１のエネルギー分布に殆ど変化が生じないようにすることができる。このことが粒子線ビーム１の患者体内における停止位置を約１ｍｍ以下の精度で制御する必要がある粒子線治療装置では、非常に重要な意味を持つものである。

この発明の実施の形態８による粒子線治療装置は図６および図７から明らかなように、光源ミラー３１とその光源ミラー３１を支持する支持体３２は一体構造体で構成されている。図は一例として、例えば１枚のアルミニウムからなる平面状の円板材の中央部を例えば略円状に切り起こして略４５度に傾斜するように折曲し、その切り起こした中央部の厚みＴ₁を中央部の周囲側の厚みＴ₂より薄く、すなわち、Ｔ₂＝1.414Ｔ₁（又はＴ₁／ｃｏｓ（θ））となるように研磨等で削設し、その後、その中央部にミラーコーティングまたは鏡面加工を施して反射部３１ａを形成することにより光源ミラー３１を構成し、その光源ミラー３１の他の部分を支持体３２として構成している。

このように、光源ミラー３１の板厚Ｔ₁とその周囲側の支持体３２の板厚Ｔ₂との関係をＴ₂＝1.414Ｔ₁（又はＴ₁／ｃｏｓ（θ））とすることにより、粒子線ビーム１のうち光源ミラー３１を透過する粒子線ビームのビームエネルギーロス量と支持体３２を透過する粒子線ビームのビームエネルギーロス量とほぼ同じ値になるように構成され、粒子線ビーム１のエネルギー分布に殆ど変化が生じないので、粒子線ビーム１の患者体内における停止位置を約１ｍｍ以下の精度で制御することが可能となり、安定した信頼性の高い粒子線治療装置を得ることができる。

なお、この発明の実施の形態８においても、光源ミラー３１、支持体３２の基材であるアルミニウムの板厚は粒子線ビーム１の透過によるロスを極力低く抑えるため数ｍｍ程度以下が望ましく、例えば0.5ｍｍまたは0.3ｍｍのものが使用される。また、光源ミラー３１は光源１４からの光を反射させるだけでよいので、粒子線ビーム１の照射領域内に配置することができる。その結果として、光源ミラー３１を小さくできるとともに、粒子線ビーム１の照射軸方向に占める長さ、すなわち、高さも小さくできる。光源ミラー３１の高さは数ｃｍでよく、例えば３〜４ｃｍとすることができる。このように、光源ミラー３１の位置において、粒子線ビーム１の照射方向と垂直する平面において、粒子線ビーム１の照射領域よりも、光源ミラー３１の照射方向における高さを小さくできることが、粒子線治療装置の照射部の小型化を図ることができる効果を有するものである。

さらに、光源ミラー３１、支持体３２を構成する材料としてアルミニウムからなる場合について述べたが、これに限定されるものではなく、アルミニウム合金、銅、銅箔、マグネシウム、プラスチック、アクリル、ポリイミドなどであってもよく、略４５度に傾斜して形成した光源ミラー３１の少なくとも一部にミラーコーティングまたは鏡面加工などを施して反射部３１ａを形成することにより光源ミラー３１を構成しても同様の効果を奏する。また、光源ミラー３１の形状が略円状の場合について述べたが、円状に限定されるものではなく、四角形状や他の形状でもよく、要するに、光源１４からの光を反射させて可変コリメータ１２を通過させ、可変コリメータ１２を通過した光により可変コリメータ１２により整形された照射野形状が撮影スクリーン１８に投影できる形状であればよい。

実施の形態９．
この発明の実施の形態９による粒子線治療装置は上述した図６における光源ミラー３１を凸面鏡としたことを特徴としている。このように光源ミラー３１を凸面鏡としたことにより、光源１４からの光を凸面鏡の機能により反射させる角度をさらに広げることができるので、水平方向および粒子線ビーム１の照射軸方向に占める長さをより一層小さくすることができる。

この発明の各種の変形または変更は、関連する熟練技術者が、この発明の範囲と精神を逸脱しない中で実現可能であり、この明細書に記載された各実施の形態には制限されないことと理解されるべきである。

この発明は、癌や悪性腫瘍等の治療のために、炭素、陽子等の粒子線を患者の疾患部分の形状に一致させて照射して治療する粒子線治療装置の実現に好適である。

Claims (9)

1. 被照射体に照射する粒子線ビームの形状を上記被照射体の疾患部分の形状に合わせて変化させる可変コリメータと、
   上記可変コリメータにより整形された照射野形状を撮影するための光源と、
   上記可変コリメータの上流側で上記粒子線ビームの軌道上に配設され、上記光源からの光を反射させて上記可変コリメータを通過させる光源ミラーと、
   上記可変コリメータの下流側に配設され、上記可変コリメータを通過した光により上記可変コリメータにより整形された照射野形状が投影される撮影スクリーンと、
   上記撮影スクリーンに投影された投影部を撮影する撮影装置と、
   上記撮影装置により撮影した映像を解析する画像処理装置とを、
   備えたことを特徴とする粒子線治療装置。
2. 上記光源ミラーは上記光源からの光を反射させ上記可変コリメータを通過するように傾斜され、上記光源ミラーの一方端および他方端にそれぞれ配置され上記光源ミラーと一体的に成形された支持体を設け、段違い状態に構成されたことを特徴とする請求項1記載の粒子線治療装置。
3. 上記光源ミラーは上記粒子線ビームの照射領域内に配置されることを特徴とする請求項２記載の粒子線治療装置。
4. 上記光源ミラーの厚さは上記支持体の厚さより薄くし、上記光源ミラーと上記支持体を透過する上記粒子線ビームのエネルギーロス量を均一化させるようにしたことを特徴とする請求項２記載の粒子線治療装置。
5. 平面状の支持体の中央部を切り起こして反射部を形成することにより上記光源ミラーを構成したことを特徴とする請求項１記載の粒子線治療装置。
6. 上記支持体の中央部を切り起こして構成した上記光源ミラーの厚さを上記支持体の厚さより薄くし、上記光源ミラーと上記支持体を透過する上記粒子線ビームのエネルギーロス量を均一化させるようにしたことを特徴とする請求項５記載の粒子線治療装置。
7. 上記光源ミラーは凸面鏡としたことを特徴とする請求項２、５、及び６のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。
8. 上記光源ミラーはアルミニウムで構成されたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。
9. 上記光源ミラーはプラスチックの表面をミラーコーティングして構成されたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。

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