JP5717563B2

JP5717563B2 - 散乱体切替装置および粒子線治療装置

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Publication number: JP5717563B2
Application number: JP2011150686A
Authority: JP
Inventors: 寛英山本; 裕史河野; 博光井上; 剛萩野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-07-07
Filing date: 2011-07-07
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2031-07-07
Also published as: JP2013017500A

Description

本発明は、粒子線を患者の病変部に照射して治療する粒子線治療装置に関するものであり、とくに、ビーム径を調整するための散乱体を正確に切替ることのできる散乱体切替装置を備えたものに関する。

粒子線治療は、治療対象となる患部に荷電粒子ビーム（粒子線）を照射して、患部組織にダメージを与えることにより治療を行うものであり、周辺組織の損傷を回避して患部組織に十分な線量を与えるため、患部組織の形状に応じて照射形状を制御する必要がある。粒子線治療装置において、照射形状を制御する方法は、２つに大別される。ワブラ電磁石、散乱体、レンジモジュレータ等により構成される照射ノズルを用いて所定の領域内を一気に照射するブロード照射型とよばれるものと、スキャニング電磁石等によって小さな照射領域を走査して照射形状を形成するスキャニング照射型とよばれるものとである。

ブロード照射型の場合、照射ノズルの下流に設けたマルチリーフコリメータのような物理的な透過形状を再現する制限器により、容易に照射形状を形成することができる。一方、スキャニング照射型は、複雑な制御を必要とするものの、粒子線の走査により直接照射形状を形成するので、分解能が高く、患部形状を忠実に再現することができる。そこで、ブロード照射に必要な制限器等を備え、かつ、必要に応じて走査により直接照射形状を形成するスキャニング照射にも対応できるユニバーサル型の粒子線治療装置が開発されている。

一方、ブロード照射とスキャニング照射では、必要とするビーム径が異なるので、照射方式を切り替える際は、ビーム径を調整する散乱特性の異なる複数の散乱体の中から最適な散乱体をビーム軌道上に配置する必要がある。このとき、ユニバーサル型の粒子線治療装置では、スキャニング照射において、正確に走査制御するために、散乱体を真空雰囲気内に配置する必要があり、切替用も含め複数の散乱体を真空チェンバ内に格納する必要がある。また、電磁波等による誤動作を防止するため、散乱体の切替には空圧や水圧といった流体をシリンダーに加圧供給することで直線駆動する流体式のアクチュエータ（駆動機構）が用いられる。しかしながら、流体式のアクチュエータは、突出または退避のいずれか一方向といったオン／オフ動作となるので、散乱体を切替えるためには、それぞれの散乱体に対応した駆動機構を備えた散乱体切替装置が必要となる。

ここで、散乱体切替装置のビーム軸方向での厚みを薄く抑えるため、あるいは散乱の起点を一定に保つには、各散乱体を同一平面内で駆動する必要がある。そのため、各駆動機構が誤って動作すると、散乱体同士が衝突して破損する恐れがあった。そこで、保護対象である磁石の進行方向の先にストッパを設け、ストッパが磁石よりも先に当たり、磁石の衝突を回避する装置（例えば特許文献１参照。）があり、この技術を散乱体に適用することが考えられる。

特開平９−１６１９９６号公報（段落００１４、図４）

しかしながら、散乱体はビーム軸を中心とするビームの照射経路に配置するものであり、上記のように、ストッパを進行方向で先行して配置すると、ストッパにビームが当たってしまい、照射が乱れることがあった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、ビーム軸方向の大きさの増大や照射の乱れを生じることなく、散乱体同士の衝突を回避して、散乱体を的確に入れ替えることができる散乱体切替装置、およびこれを用いて照射モードに応じて適切なビーム径で照射が可能な粒子線治療装置を得ることを目的とする。

本発明の散乱体切替装置は、粒子線治療装置において、荷電粒子ビームのビーム径を調整する散乱体を切り替える散乱体切替装置であって、散乱特性が異なる複数の散乱体が配置されるとともに、前記荷電粒子ビームのビーム軸に中心軸を合わせるように設置される真空チェンバと、前記中心軸に垂直な第１の平面内において、前記真空チェンバの外側であって互いに異なる方向から前記中心軸に向かって前記真空チェンバ内に延伸し、延伸した先端にそれぞれ散乱体が接続された駆動ロッドを備え、接続された散乱体を、それぞれ前記中心軸を含む使用位置、または前記使用位置から離れた退避位置のいずれか一方に駆動する駆動機構と、前記散乱体のそれぞれに対応する駆動ロッドに連結され、当該散乱体に連動することで当該散乱体の他の散乱体への衝突を防止するストッパと、を備え、前記ストッパのそれぞれの駆動領域を、前記第１の平面と平行で前記中心軸から離れた前記真空チェンバの外側に設定し、前記複数の散乱体のうちの１つの散乱体が前記退避位置から前記使用位置に進入する際に、前記１つの散乱体に対応する前記ストッパが前記複数の散乱体のうちの他の散乱体に対応する前記ストッパのそれぞれの駆動を阻止する位置に配置される、ことを特徴とする。

本発明の散乱体切替装置およびこれを備えた粒子線治療装置によれば、真空チェンバ内で駆動する散乱体に対し、散乱体に連動するストッパを真空チェンバの外側に配置するようにしたので、ビーム軸方向の大きさの増大や照射の乱れを生じることなく、散乱体同士の衝突を回避して、散乱体を的確に入れ替えることができる散乱体切替装置、およびこれを用いて照射モードに応じて適切なビーム径で照射が可能な粒子線治療装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１にかかる粒子線治療装置の構成を説明するための図である。本発明の実施の形態１にかかる散乱体切替装置の構成を説明するための図である。本発明の実施の形態１にかかる散乱体切替装置における、散乱体の駆動機構の構成を説明するための図である。本発明の実施の形態１にかかる散乱体切替装置における、散乱体とストッパの位置関係を説明するための図である。本発明の実施の形態１にかかる散乱体切替装置における、動作を説明するための図である。本発明の実施の形態２にかかる散乱体切替装置における、散乱体の駆動機構の構成を説明するための図である。本発明の実施の形態２にかかる散乱体切替装置における、動作を説明するための図である。本発明の実施の形態３にかかる散乱体切替装置における、散乱体の駆動機構の構成を説明するための図である。

実施の形態１．
図１〜図５は、本発明の実施の形態１にかかる散乱体切替装置およびこれを備えた粒子線治療装置の構成を説明するためのもので、図１は粒子線治療装置の照射系全体の構成を示す図、図２は粒子線治療装置に備えられている散乱体切替装置の構成を説明するための図で、図２（ａ）はビーム方向の上流側から見た平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の平面図において筐体の一部を透視、あるいは一部を切り開いた場合の構成を示す図、図２（ｃ）はビーム方向に垂直な方向から見た側面図であって、図２（ｂ）と同様に筐体の一部を透視、あるいは一部を切り開いた場合の構成を示している。図３は散乱体切替装置における散乱体の駆動機構の構成を説明するための図で、図３（ａ）は駆動機構部分をビーム方向の上流側から見た平面図、図３（ｂ）はビーム方向に垂直な方向から見た側面図、図３（ｃ）は３つの散乱体のそれぞれに対応するストッパとの連携関係を示す図である。また、図４はビーム方向に垂直な面方向における各散乱体の駆動軌跡とストッパの配置との関係を説明するための図で、図４（ａ）は各散乱体の駆動範囲を示す図、図４（ｂ）は各ストッパの大きさと配置を示す図である。さらに図５は散乱体切替装置における、動作を説明するための図であり、図５（ａ）〜図５（ｃ）はそれぞれの散乱体が使用位置に駆動された場合に他の散乱体の侵入を排除する動作を示すものである。

本発明の実施の形態１にかかる粒子線治療装置の最大の特徴は、ブロード照射とスキャニング照射を選択して照射できるユニバーサル型の粒子線治療装置において、ビーム径を調整するための散乱体を照射方式に応じて的確に切り替えることが可能な散乱体切替装置を備えた構成にある。しかし、その特徴についての詳細な説明をする前提として、ユニバーサル型の粒子線治療装置の照射系の全体構成について説明する。

図１に示すように、粒子線治療装置１０は、図示しない加速器から供給された荷電粒子ビームＢを照射方式に応じて走査することにより、照射範囲を拡大するブロード照射ノズルあるいは直接照射形状に走査するスキャニング照射ノズルとして機能する走査電磁石１と、鉛などで構成され、荷電粒子ビームＢを散乱させてビーム径を調整する散乱体（Scatterer）２と、アルミニウムなどで構成され、照射対象の厚さに応じて、ブラッグピークの幅を拡大させるためのリッジフィルタ（Ridge Filter）６と、アクリル樹脂などで構成され、照射対象である患部Ｔｃの患者Ｋの体表面からの深さ（照射深さ）に応じて、荷電粒子ビームＢのエネルギー（飛程）を変えるためのレンジシフタ（Range Shifter）７と、任意の位置に設定できる複数（多葉）のリーフ板を備え、ブロード照射の際、透過形状を患部Ｔｃの形状に合わせるように制限するための制限器として機能するマルチリーフコリメータ（Multi-leaf Collimator）８と、照射対象の深さ形状に合わせるように荷電粒子ビームＢの飛程分布を調整するボーラス９と、を備えている。

そして、スキャニング照射の際に照射形状に応じて荷電粒子ビームＢを正確に走査制御するため、荷電粒子ビームＢのビーム軸Ｘ_Ｂを中心とするビーム経路のうち、少なくとも走査電磁石１により偏向される部分、および散乱体２で散乱される部分が真空雰囲気になるように、真空チェンバ４が設けられている。真空チェンバ４のうち、走査電磁石１に対応する部分４１は、ビーム軸Ｘ_Ｂを挟むように対向配置された走査電磁石１の間隙内に収まるように配置され、散乱体２に対応する部分４２は、３つの散乱体２を内部に格納し、かつ各散乱体２のそれぞれが、気密性の摺動部４Ｓを通って大気中から延伸してきた駆動機構３の駆動ロッド３ｂの延伸端に接続配置されている。

なお、真空チェンバ４の散乱体２に対応する部分４２および駆動機構３の詳細については、後程記載するとして、先に、上記照射系におけるブロード照射およびスキャニング照射の際の動作について説明する。
ここで、説明を明瞭にするため、ｘ方向及びｙ方向を定義する。照射系に供給される荷電粒子ビームＢのビーム軸Ｘ_Ｂに沿った進行方向をｚ軸の正方向とし、ｘ軸とｙ軸とｚ軸を、互いに直交する右手系の座標軸で表現する。走査電磁石１は、ビームの中心（ビーム軸Ｘ_Ｂ）を挟んでｘ方向に対向するように配置され、荷電粒子ビームＢをｙ方向に偏向するｙ方向用電磁石１ｙと、ｙ方向に対向するように配置され、荷電粒子ビームＢをｘ方向に偏向するｘ方向用電磁石１ｘの２組からなり、それぞれの電磁石１ｙ、１ｘが荷電粒子ビームＢのビーム軸Ｘ_Ｂに沿って連なるように配置している。また、図示しない加速器により加速され、輸送系を介して照射系に供給される荷電粒子ビームＢは、直径数ｍｍ以下のいわゆるペンシルビームの状態とする。

ブロード照射の場合、走査電磁石１は、例えば、ワブラ電磁石のように円軌道を描くように荷電粒子ビームＢを走査し、厚みに応じた散乱特性を有する散乱体２により散乱させる。つまり、走査電磁石１でビームの照射範囲（ｘｙ面内）を拡大し、散乱体２によってビーム径を調節することで、照射範囲内でのビーム照射量の分布を調整する。なお、ブロード照射における走査軌道については、円軌道を例に挙げたが、照射範囲を広げるものであれば、円軌道に限らず、らせん軌道やその他の軌道であってもかまわない。

つぎに荷電粒子ビームＢは、リッジフィルタ６を通過する。リッジフィルタ６は、例えば錐状体や断面が三角形の板を面内に多数並べたように形成され、ビームの通過領域（ｘｙ面）を例えば多数の小領域に分割したとすると、小領域毎に異なる厚みを通過する荷電粒子ビームＢが存在するようになっている。図では、理解しやすいように三角柱が横向きに並べられたように記載している。これにより、ブラッグピークが拡大され、所定のＳＯＢＰ（Spread-Out Bragg Peak）幅を有するようになる。すなわち、リッジフィルタ６により、照射範囲はｚ方向にも広げられたことになる。照射範囲を拡大された荷電粒子ビームＢは、レンジシフタ７を通過する。レンジシフタ７は、荷電粒子ビームＢのエネルギーを変えるための装置である。レンジシフタ７によって飛程調整されることで、荷電粒子ビームＢを所望の体内深さに照射（線量付与）することができる。なお、照射範囲の広がりは、リッジフィルタ６で説明したように、面方向（ｘ，ｙ）だけではなく、厚み方向（ｚ）についても含まれるが、以降、特に記載しない限り、本明細書においては、面方向（ｘ，ｙ）の照射範囲のみについて説明する。

照射範囲を広げられた荷電粒子ビームＢは、マルチリーフコリメータ８を通過する。マルチリーフコリメータ８は、板状のリーフ板を厚み方向（ｙ方向）に積層したリーフ列を、荷電粒子ビームＢのビーム軸Ｘ_Ｂを挟むように対をなして対向配置したものである。各リーフ板を厚み方向に直交する方向（ｘ）内でビーム軸Ｘ_Ｂに対して離反あるいは接近方向の所定位置に位置決めすることで、所望の開口形状を形成する。そして、マルチリーフコリメータ８を通過した荷電粒子ビームＢは、患部Ｔｃの形状に合わせた開口形状により、照射範囲を患部形状に合わせて制限される。すなわち、走査電磁石１と散乱体２によって広げられた照射範囲は、マルチリーフコリメータ８によって患部形状に応じた制限・成形がなされることになる。

最後に、荷電粒子ビームＢは、ボーラス９を通過する。ボーラス９は、樹脂等で作られた制限器であり、患部の深さ形状として、例えば、患部のディスタル（Ｄｉｓｔａｌ）形状を補償するような形態に形成されている。ここで、照射範囲内でのエネルギー分布が制限（ｚ方向で成形）され、ディスタル形状と同じ形状を有するようになる。すなわち、照射範囲は、ボーラス９によってｚ方向への制限・成形がなされることになる。

一方、スキャニング照射の場合、走査電磁石１は、患部Ｔｃの形状に応じた照射範囲になるように走査軌跡と範囲を制御する。走査電磁石１により走査制御された荷電粒子ビームＢは、走査軌跡に応じた所定厚みの散乱体２により散乱する。つまり、走査電磁石１でビームを患部形状に合わせた形状（ｘｙ面内）に成形し、散乱体２によってビーム径を調節することで、照射形状内でのビーム照射量の分布を調整する。

リッジフィルタ６およびレンジシフタ７についてはブロード照射と同様である。しかし、スキャニング照射の場合、マルチリーフコリメータ８は、直接照射形状を成形するためには用いない。そのため、リーフを全開状態、あるいは患部Ｔｃを含む一定範囲より外側への誤照射を防ぐための所定範囲を透過させる制限器として使用する。

最後に、荷電粒子ビームＢは、ボーラス９を通過し、照射形状内でのエネルギー分布が制限（ｚ方向で成形）され、ディスタル形状と同じ形状を有するようになる。なお、スキャニング照射においては、ボーラス９を設置する代わりに、走査電磁石１による偏向角度（ビーム走査位置）に応じて照射時間（線量密度）やエネルギー（荷電粒子ビームの運動エネルギー）を変化させるように制御してもよい。

このように、本実施の形態にかかる粒子線治療装置１０では、ブロード照射に必要なマルチコリメータ８等の制限器を備えることで、ブロード照射が可能であるとともに、必要に応じてスキャニング照射にも切替が可能なユニバーサル型の粒子線治療装置として機能することができる。ここで、ユニバーサル型の粒子線治療装置として、走査制御とビーム径の調整を正確に行うため、走査電磁石１部分だけでなく、走査電磁石１の直近の下流に設ける散乱体２をも真空チェンバ４内に収納し、散乱体２を真空チェンバ４内で確実に切り替え可能になるように、散乱体切替装置２０を備えるようにした。

散乱体切替装置２０は、３種類の散乱体２Ａ、２Ｂ、２Ｃ（まとめて散乱体２）のうちの選択したひとつの散乱体２のみをビーム経路の中心であるビーム軸Ｘ_Ｂを中心とする使用位置に駆動するように切り替えるものである。これにより、散乱体切替装置２０に、いわゆるペンシルビームの状態で入射した荷電粒子ビームＢを、３段階（散乱体２を使用位置に設置しない場合を加え４段階）のうちのいずれかのビーム径に調整して出射する装置である。そして、散乱体切替装置２０は、真空チェンバ４のうち、散乱体２に対応する部分である真空チェンバ４２と、真空チェンバ４２内に格納された散乱体２と、各散乱体２を駆動するための駆動機構３とを備えている。

真空チェンバ４２は、図２に示すように、ビーム軸Ｘ_Ｂ方向（ｚ方向）の上流側には走査電磁石１で偏向された荷電粒子ビームＢが入射するための開口が、下側にはビーム径を調整した荷電粒子ビームを出射するための開口（まとめて開口４２ａ）が形成されている。基本的に上下の開口の中心を結ぶ軸を真空チェンバ４２の中心軸Ｘ_４２とし、荷電粒子ビームＢのビーム軸Ｘ_Ｂに中心軸Ｘ_４２が一致するように配置され、上下の開口４２ａ間を結ぶ略円筒状の空間が荷電粒子ビームＢのビーム経路となる。そして、中心軸Ｘ_４２に垂直な面（ｘｙ面）内においてｘ方向の両側とｙ方向の一方側には散乱体２Ａ、２Ｂ、２Ｃをそれぞれｘｙ面内で一方向に直線駆動する駆動機構３Ａ、３Ｂ、３Ｃ（まとめて駆動機構３）が連結されている。

駆動機構３は、図示しない高圧供給源から供給される圧縮空気を動力として直線駆動するアクチュエータであるエアシリンダで主構成され、図２（ｂ）、図２（ｃ）に示すように、真空チェンバ４２に固定接続される筐体３ｃ（図中、駆動機構３Ａの筐体は３ｃＡと記す）と、筐体から伸縮自在に延伸し、先端に散乱体２が接続され、接続された散乱体２を直線駆動する駆動ロッド３ｂ（図中、駆動機構３Ａの駆動ロッドは３ｂＡと記す）とを有している。そして、駆動機構３のそれぞれは、駆動ロッド３ｂが中心軸Ｘ_４２（＝ビーム軸Ｘ_Ｂ）に垂直な同じ平面内で、かつ、先端が中心軸Ｘ_４２に向かうように真空チェンバ４２に連結されている。

また、駆動ロッド３ｂの中間部分は、真空チェンバ４２と筐体３ｃの連結部分に配置されたガス（耐真空）シール性の摺動部４ｓ内を通り、駆動ロッド３ｂを伸ばす側（近接方向）に駆動したときに散乱体２の実質的な中心がビーム軸Ｘ_Ｂに一致（使用位置）し、縮める側（退避方向）に駆動したときは、摺動部４ｓより真空チェンバ４２側の範囲で他の散乱体２の駆動範囲に入らないように位置（退避位置）するように、駆動ロッド３ｂの方向とストロークが調整されている。これにより、各散乱体２は同一平面内で、散乱体２Ａと２Ｃは、中心軸Ｘ_４２を挟んで対向するようにｘ軸方向で使用位置と退避位置間を直線駆動され、散乱体２Ｂは中心軸Ｘ_４２に向かってｙ軸方向に使用位置と退避位置間を直線駆動される。なお、散乱体２が正確に直線駆動するために、実際には大気中部分や真空中部分にスライドガイド等を設置しているが、簡略化のため図示を省略している。

さらに、各駆動機構３の駆動ロッド３ｂの大気側に露出する部分には、図３に示すように、連結体５ｂ（図中、駆動機構３Ａ用の連結体は５ｂＡと記す）を介してストッパ５（図中、駆動機構３Ａ用のストッパは５Ａと記す）が接続されている。このとき、ストッパ５は、真空チェンバ４２の外側の大気中で、真空チェンバ４２内の散乱体２の駆動範囲である平面とは、平行な面内に位置し、散乱体２と連動して直線駆動する。そして、散乱体２とストッパ５間に介在する駆動ロッド３ｂと連結体５ｂが剛体として機能する限り、ストッパ５の動きは、図３（ｃ）に示すように、介在物である駆動ロッド３ｂと連結体５ｂを無視して散乱体２の動きのみで説明することができ、逆に散乱体２の動きは、ストッパ５の動きのみで説明することができる。

そこで、図４を用いて散乱体２の駆動範囲とストッパ５の配置について説明する。なお、図４において、各散乱体２Ａ〜２Ｃは、それぞれの退避位置にあるとし、特に断らない限り、ｘｙ面方向における２次元の大きさと位置のみで説明する。

＜散乱体の位置関係＞
図４（ａ）に示すように、散乱体２Ａは現退避位置とビーム経路の中心であるビーム軸Ｘ_Ｂを中心とする使用位置間を駆動されることで、駆動範囲ＲｍＡを形成し、散乱体２Ｂは現退避位置と使用位置間を駆動されることで、駆動範囲ＲｍＢを形成し、散乱体２Ｃは現退避位置と使用位置間を駆動されることで、駆動範囲ＲｍＣを形成する。このとき、駆動範囲の重なる領域は排他領域Ｒ_ｘ２となり、ひとつの散乱体２が排他領域Ｒ_ｘ２に入っているときに、他の散乱体２が排他領域Ｒ_ｘ２に侵入すると、散乱体２同士が衝突することになる。逆に言えば、ひとつの散乱体２が排他領域Ｒ_ｘ２に入っているときに、他の散乱体２が排他領域Ｒ_ｘ２に侵入できないようにすれば、散乱体２同士の衝突を回避することができる。

散乱体２Ａと２Ｃの駆動方向に垂直な方向の幅をＬ_ｅｘＶ、散乱体２Ｂの駆動方向に垂直な方向の幅をＬ_ｅｘＨとすると、排他領域Ｒ_ｘ２の大きさは、ｙ方向長さＬ_ｅｘＶ×ｘ方向長さＬ_ｅｘＨの方形（散乱体２の縦横比が同じ（Ｌ_ｅｘＶ＝Ｌ_ｅｘＨ）の場合は正方形）となる。ここで、３つの散乱体のうち、直線上に対向配置した散乱体２Ａと２Ｃとは、排他領域Ｒ_ｘ２の幅よりも短い間隔まで接近させることは可能であるが、駆動方向が交差する２Ａと２Ｂ間、および２Ｂと２Ｃ間は一方が一部でも排他領域Ｒ_ｘ２に侵入すると、他方が排他領域Ｒ_ｘ２に侵入した途端に衝突してしまう。そのため、安全を考慮して、排他領域Ｒ_ｘ２の散乱体２Ａに対向する面と、２Ｃに向かう面、および散乱体２Ｂへ向かう面を余裕分Ｌだけ広げた制限領域Ｒ_ｐ２を設定する。つまり、排他領域Ｒ_ｘ２から、ｘ方向では両側、ｙ方向では散乱体２Ｂへ向かう側に余裕分Ｌを広げた制限領域Ｒ_ｐ２を設定する。

そして、散乱体２Ａの退避位置から制限領域Ｒ_ｐ２に進入するまでの駆動長さである、排他領域Ｒ_ｘ２との間隔をＧ_２Ａ（＝散乱体２ＡのストロークＤｍＡ−Ｌ_ｅｘＨ―Ｌ）、同様に散乱体２Ｂが退避位置にあるときの制限領域Ｒ_ｐ２との間隔をＧ_２Ｂ（＝散乱体２ＢのストロークＤｍＢ−Ｌ_ｅｘＶ―Ｌ）、散乱体２Ｃが退避位置にあるときの制限領域Ｒ_ｐ２との間隔をＧ_２Ｃ（＝散乱体２ＣのストロークＤｍＣ−Ｌ_ｅｘＨ―Ｌ）とする。つまり、幅Ｌ_ｅｘＶの散乱体２Ａが退避位置から距離Ｇ_２Ａ移動すれば制限領域Ｒ_ｐ２に入り、幅Ｌ_ｅｘＨの散乱体２Ｂが退避位置から距離Ｇ_２Ｂ移動すれば制限領域Ｒ_ｐ２に入り、幅Ｌ_ｅｘＶの散乱体２Ｃが退避位置から距離Ｇ_２Ｃ移動すれば制限領域Ｒ_ｐ２に入ることになる。

＜ストッパの構成と配置＞
基本的には、駆動方向が交差する組となる散乱体同士について、ひとつの散乱体が制限領域Ｒ_ｐ２に入っているときに、他の散乱体が制限領域Ｒ_ｐ２に侵入せず、排他領域Ｒ_ｘ２には接することもできないようにストッパ５を構成する。さらに、ストッパ５の配置については、ストッパ５および連結体５ｂが駆動する範囲が、荷電粒子ビームＢのビーム経路および真空チェンバ４２の外壁４２ｗ等にかからないように、図４（ｂ）に示すように散乱体２の排他領域Ｒ_ｘ２からｚ方向およびｘｙ平面方向に平行移動した排他領域Ｒ_ｘ５を基準とする。さらに、平行移動したストッパ５の排他領域Ｒ_ｘ５に基づいて、散乱体駆動機構３の筐体３ｃや真空チェンバ４２の外壁４２ｗ等にストッパ５や連結体５ｂが当たることのないように連結体５ｂの形状や駆動ロッド３ｂとの連結位置等を定める。

＜ストッパ５Ｂ＞
ストッパ５Ｂは、退避位置に駆動されたときに、排他領域Ｒ_ｘ５からの距離Ｇ_ＢＦがＧ_２Ｂとなるように、排他領域Ｒ_ｘ５に対向する面５ｆ_ＢＦの位置を設定する。そして、ストッパ５Ｂの駆動方向に垂直な方向（ｘ方向）の長さＬ_５ＢＦを面５ｆ_ＢＦが対向する排他領域Ｒ_ｘ５の長さより２Ｌ長いＬ_ｅｘＨ＋２Ｌとし、ストッパ５Ｂが排他領域Ｒ_ｘ５内に進入したときに、ストッパ５Ａおよびストッパ５Ｃに対向する面５ｆ_ＢＲと５ｆ_ＢＬが、それぞれ排他領域Ｒ_ｘ５の両端から出るようにｘ方向位置を合わせる。これにより、駆動方向に垂直で排他領域Ｒ_ｘ５に対向する面５ｆ_ＢＦと、排他領域Ｒ_ｘ５に侵入した際に、ストッパ５Ａ、５Ｃに対向する面５ｆ_ＢＬと面５ｆ_ＢＲがストッパとして機能する。なお、ストッパとして機能する面のうち、両端面５ｆ_ＢＲと５ｆ_ＢＬは、理論的には面積のない点でも機能するので、長さを規定する必要はなく、基本的には対向面５ｆ_ＢＦの長さと位置を規定すればよい。

＜ストッパ５Ａ＞
ストッパ５Ａは、駆動方向が交差するストッパ５Ｂ（散乱体２Ｂ）のみを考慮すれば、退避位置に駆動されたときに、排他領域Ｒ_ｘ５からの距離Ｇ_ＡＦがＧ_２Ａとなるように、排他領域Ｒ_ｘ５に対向する面５ｆ_ＡＦの位置を設定すればよい。さらに、駆動方向が同一直線上にあるストッパ５Ｃ（散乱体２Ｃ）との接近を避けるため、排他領域Ｒ_ｘ５からの距離Ｇ_ＡＦをＧ_２Ａより所定量短いＧ_２Ａ−αと設定する。そして、ストッパ５Ａの駆動方向に垂直な方向（ｙ方向）の長さＬ_５ＡＦを面５ｆ_ＡＦが対向する排他領域Ｒ_ｘ５の長さよりＬ長いＬ_ｅｘＶ＋Ｌとし、ストッパ５Ａが排他領域Ｒ_ｘ５内に進入したときに、ストッパ５Ｂに対向する端面５ｆ_ＡＬが、排他領域Ｒ_ｘ５のストッパ５Ｂ側の端部から出るようにｙ方向位置を合わせる。これにより、駆動方向に垂直で排他領域Ｒ_ｘ５に対向する面５ｆ_ＡＦと、排他領域Ｒ_ｘ５に侵入した際に、ストッパ５Ｂに対向する端面５ｆ_ＡＬがストッパとして機能する。なお、ストッパとして機能する面のうち、端面５ｆ_ＡＬは、理論的には面積のない点でも機能するので、機械的な強度のみで長さを設定すればよく、基本的には対向面５ｆ_ＡＦの長さと位置を規定すればよい。

＜ストッパ５Ｃ＞
ストッパ５Ｃはストッパ５Ａと対照の関係であるので、考え方はストッパＡと同様であり、退避位置に駆動されたときに、排他領域Ｒ_ｘ５からの距離Ｇ_ＣＦがＧ_２Ｃ−αとなるように、排他領域Ｒ_ｘ５に対向する面５ｆ_ＣＦの位置を設定する。そして、ストッパ５Ｃの駆動方向に垂直な方向（ｙ方向）の長さＬ_５ＣＦを面５ｆ_ＣＦが対向する排他領域Ｒ_ｘ５の長さよりＬ長いＬ_ｅｘＶ＋Ｌとし、ストッパ５Ｃが排他領域Ｒ_ｘ５内に進入したときに、ストッパ５Ｂに対向する端面５ｆ_ＣＲが、排他領域Ｒ_ｘ５のストッパ５Ｂ側の端部にかかるようにｙ方向位置を合わせる。これにより、駆動方向に垂直で排他領域Ｒ_ｘ５に対向する面５ｆ_ＣＦと、排他領域Ｒ_ｘ５に侵入した際に、ストッパ５Ｂに対向する端面５ｆ_ＣＲがストッパとして機能する。なお、ストッパとして機能する面のうち、端面５ｆ_ＣＲも、理論的には面積のない点でも機能するので、機械的な強度のみで長さを設定すればよく、基本的には対向面５ｆ_ＣＦの長さと位置を規定すればよい。

つぎに、上記のように構成した散乱体切替装置２０における動作について図５を用いて説明する。
＜散乱体２Ａ使用時＞
図５（ａ）に示すように、散乱体２Ａを使用する場合、他の散乱体２Ｂ、２Ｃは退避位置にあり、散乱体２Ａを退避位置から図中右側の使用位置に向かって駆動することができる。このとき、散乱体２Ａが制限領域Ｒ_ｐ２に進入した部分から使用位置に達するまでの範囲内のいずれの位置にあっても、ストッパ５Ａの端面５ｆ_ＡＬは排他領域Ｒ_ｘ５のストッパ５Ｂに対向する辺上のいずれかの位置に存在することになる。そのため、散乱体２Ｂが誤って使用位置に向かって駆動されても、散乱体２Ｂが制限領域Ｒ_ｐ２に進入する直前にストッパ５Ｂの対向面５ｆ_ＢＦが端面５ｆ_ＡＬにぶつかり、ストッパ５Ｂおよびこれに連動する散乱体２Ｂの駆動が阻止される。これにより、散乱体２Ｂが制限領域Ｒ_ｐ２に進入することはなく、散乱体２Ａに対して散乱体２Ｂが衝突するのを回避することができる。

また、このとき、散乱体２Ｃが誤って使用位置に向かって駆動されても、散乱体２Ｃが散乱体２Ａに衝突するまでに２（α＋Ｌ）分の距離を残して先にストッパ５Ｃの対向面５ｆ_ＣＦがストッパ５Ａの対向面５ｆ_ＡＦにぶつかる。これにより、ストッパ５Ｃおよびこれに連動する散乱体２Ｃの駆動が阻止され、散乱体２Ａに対して散乱体２Ｃが衝突するのを回避することができる。

＜散乱体２Ｂ使用時＞
図５（ｂ）に示すように、散乱体２Ｂを使用する場合、他の散乱体２Ａ、２Ｃは退避位置にあり、散乱体２Ｂを退避位置から図中下側の使用位置に向かって駆動することができる。このとき、散乱体２Ｂが制限領域Ｒ_ｐ２に進入した部分から使用位置に達するまでの範囲内のいずれの位置にあっても、ストッパ５Ｂの端面５ｆ_ＡＲは排他領域Ｒ_ｘ５のストッパ５Ａに対向する辺上のいずれかの位置に存在する。また、端面５ｆ_ＡＬは排他領域Ｒ_ｘ５のストッパ５Ｃに対向する辺から外側に平行移動した線上のいずれかの位置に存在することになる。そのため、散乱体２Ａが誤って使用位置に向かって駆動されても、散乱体２Ａが制限領域Ｒ_ｐ２に進入する直前にストッパ５Ａの対向面５ｆ_ＡＦが端面５ｆ_ＢＲにぶつかり、ストッパ５Ａおよびこれに連動する散乱体２Ａの駆動が阻止される。これにより、散乱体２Ａが制限領域Ｒ_ｐ２に進入することはなく、散乱体２Ｂに対して散乱体２Ａが衝突するのを回避することができる。

また、このとき、散乱体２Ｃが誤って使用位置に向かって駆動されても、散乱体２Ｃが制限領域Ｒ_ｐ２に進入する直前にストッパ５Ｃの対向面５ｆ_ＣＦが端面５ｆ_ＢＬにぶつかり、ストッパ５Ｃおよびこれに連動する散乱体２Ｃの駆動が阻止される。これにより、散乱体２Ｃが制限領域Ｒ_ｐ２に進入することはなく、散乱体２Ｂに対して散乱体２Ｃが衝突するのを回避することができる。

＜散乱体２Ｃ使用時＞
図５（ｃ）に示すように、散乱体２Ｃを使用する場合、他の散乱体２Ａ、２Ｂは退避位置にあり、散乱体２Ｃを退避位置から図中左側の使用位置に向かって駆動することができる。このとき、散乱体２Ｃが制限領域Ｒ_ｐ２に進入した部分から使用位置に達するまでの範囲内のいずれの位置にあっても、ストッパ５Ｃの端面５ｆ_ＣＲは排他領域Ｒ_ｘ５のストッパ５Ｂに対向する辺から外側に平行移動した直線上のいずれかの位置に存在することになる。そのため、散乱体２Ｂが誤って使用位置に向かって駆動されても、散乱体２Ｂが制限領域Ｒ_ｐ２に進入する直前にストッパ５Ｂの対向面５ｆ_ＢＦが端面５ｆ_ＣＲにぶつかり、ストッパ５Ｂおよびこれに連動する散乱体２Ｂの駆動が阻止される。これにより、散乱体２Ｂが制限領域Ｒ_ｐ２に進入することはなく、散乱体２Ｃに対して散乱体２Ｂが衝突するのを回避することができる。

また、このとき、散乱体２Ａが誤って使用位置に向かって駆動されても、散乱体２Ａが散乱体２Ｃに衝突するまでに２（α＋Ｌ）分の距離を残して、先にストッパ５Ａの対向面５ｆ_ＡＦがストッパ５Ｃの対向面５ｆ_ＣＦにぶつかる。これにより、ストッパ５Ａおよびこれに連動する散乱体２Ａの駆動が阻止され、散乱体２Ｃに対して散乱体２Ａが衝突するのを回避することができる。

つまり、ひとつの散乱体２が使用位置を含む制限領域Ｒ_ｐ２内に入ると、他の散乱体２は制限領域Ｒ_ｐ２内に進入することがないので、他の散乱体２の駆動機構３が誤って使用位置に向かって駆動しても、散乱体２同士が衝突して損傷を被ることがない。さらに、散乱体２と連結されたストッパ５が真空チェンバ４２の外部で散乱体２と連携して駆動するので、真空チェンバ４２内を探らなくとも、散乱体２の動作を外部から容易に監視することができる。

以上のように、本実施の形態１にかかる散乱体切替装置２０によれば、粒子線治療装置１０において、荷電粒子ビームＢのビーム径を調整する散乱体２を切り替える散乱体切替装置２０であって、散乱特性が異なる複数の散乱体２Ａ〜２Ｃ（まとめて２）が（真空雰囲気内に）配置されるとともに、荷電粒子ビームＢのビーム軸Ｘ_Ｂに中心軸Ｘ_４２を合わせるように設置される真空チェンバ４２と、中心軸Ｘ_４２に垂直な第１の平面内において、真空チェンバ４２の外側（大気中）であって、互いに異なる方向（の筐体３ｃ）から中心軸Ｘ_４２に向かって真空チェンバ４２内に延伸し、延伸した先端にそれぞれ散乱体２Ａ〜２Ｃが接続された駆動ロッド３ｂ（３ｂＡ〜３ｂＣ）を備え、接続された散乱体２Ａ〜２Ｃを、それぞれ中心軸Ｘ_４２を含む使用位置、または使用位置から離れた退避位置のいずれか一方に駆動する駆動機構３と、散乱体２Ａ〜２Ｃのそれぞれに対応する駆動ロッド３ｂＡ〜３ｂＣ（の真空チェンバ４２より外側部分）に連結され、当該散乱体に連動することで当該散乱体の他の散乱体への衝突を防止するストッパ５（５Ａ〜５Ｃ）と、を備え、ストッパ５Ａ〜５Ｃのそれぞれの駆動領域を、第１の平面と平行で、中心軸Ｘ_４２から離れた真空チェンバ４２の外側に設定する、ように構成しているので、装置の特に照射系部分のビーム軸Ｘ_Ｂ方向の大きさの増大や照射の乱れを生じることなく、散乱体２同士の衝突を回避して、散乱体２を的確に入れ替えることができる。また真空チェンバ４２内に格納され、通常、容易に状況を確認することができない散乱体２の駆動状況が、外部から容易に確認できるので、いずれかの散乱体２（の駆動機構３）が誤動作しても、適切な対応を取ることができる。

さらに、複数の散乱体２Ａ〜２Ｃのうち、少なくとも２つの散乱体（２Ａと２Ｂ、２Ｂと２Ｃ）の駆動方向は直交しており、２つの散乱体のそれぞれに対応するストッパ（５Ａと５Ｂ、５Ｂと５Ｃ）の駆動領域は、第１の平面内におけるそれぞれ対応する散乱体の駆動軌跡を重ねた矩形の排他領域Ｒ_ｘ２を平行移動した排他領域Ｒ_ｘ５に基づき、設定されるように構成したので、ストッパ５が荷電粒子ビームＢを遮ることがない。しかも、駆動方向が直交する散乱体２の一方が排他領域Ｒ_ｘ２に入ると、他方の散乱体２は、対応するストッパが一方のストッパに先に当たることで排他領域Ｒ_ｘ２に入ることができず、確実に散乱体２同士の衝突を防止することができる。

また、本実施の形態１にかかる粒子線治療装置１０によれば、図示しない加速器から供給された荷電粒子ビームＢを走査方向が異なる２つの電磁石１ｘ，１ｙで走査する走査電磁石１と、走査電磁石１の下流側に配置された、上述した散乱体切替装置２０と、走査電磁石１の走査モードをスキャニング照射またはブロード照射のいずれかに切り替える図示しない走査モード切替装置とを備え、散乱体切替装置２０は、切り替えた走査モードに基づいて、使用位置に駆動する散乱体を切替えるように構成したので、照射モードに応じて適切なビーム径で照射が可能な（ユニバーサル型の）粒子線治療装置を得ることができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、各散乱体２の駆動方向が直交または同一直線上にある場合について説明した。本実施の形態では、３つの散乱体の駆動方向が同一平面内で互いに１２０度で交差するような構成とした。他の構成については基本的に実施の形態１と同様である。

図６と図７は、本発明の実施の形態２にかかる散乱体切替装置の構成を説明するためのもので、図６は散乱体切替装置における駆動機構の構成を説明するために、真空チェンバの外壁部分等の記載を省略した図で、図６（ａ）は散乱体切替装置をビーム方向の上流側から見た平面図、図６（ｂ）はビーム方向に垂直な面方向における各散乱体の駆動軌跡と制限領域との関係を説明するための図である。さらに図７は散乱体切替装置における、動作を説明するための図であり、図７（ａ）〜図７（ｃ）はそれぞれの散乱体が使用位置に駆動された場合に他の散乱体の侵入を排除する動作を示すものである。

図６（ａ）に示すように、本実施の形態２にかかる散乱体切替装置では、３つの散乱体２Ａ、２Ｂ、２Ｃが中心軸Ｘ_４２（＝粒子線治療装置１０に設置したときのビーム軸Ｘ_Ｂ）に垂直な同一平面内で、互いに駆動方向が１２０度で交差するように構成したものである。そして、実施の形態１と同様に、３つの散乱体２Ａ〜２Ｃのうち、ひとつの散乱体のみが中心軸Ｘ_４２を中心とする使用位置に移動して使用することができる。そして、散乱体２同士の衝突を回避するためのストッパ５は、荷電粒子ビームＢのビーム経路および、真空チェンバ４２の外壁４２ｗにかからないように配置している。

ストッパ５を配置構成するために、図６（ｂ）に示すような排他領域Ｒ_ｘ２を設定した。散乱体２Ａ〜２Ｃは、互いに駆動方向が交差するが、そのうち、対となる散乱体を２組（２Ａと２Ｂ、２Ｂと２Ｃ）選定して組ごとの排他領域Ｒ_{ｘ２ＡＢ、}Ｒ_Ｘ２ＢＣを設定する。図に示すように、散乱体２Ａと２Ｂについては、それぞれの駆動軌跡の重なりである平行四辺形の排他領域Ｒ_ｘ２ＡＢを抽出し、排他領域Ｒ_ｘ２ＡＢのそれぞれ散乱体に対向する辺を中心軸Ｘ_４２から外側に余裕分Ｌ平行移動した領域を制限領域Ｒ_ｐ２ＡＢとした。これを散乱体２Ｂと２Ｃの組についても行い、両者の共通する領域をＲ_ｐ２とし、実施の形態１と同様に、ストッパ５およびストッパ５と散乱体２を連結する連結体が駆動する範囲が、荷電粒子ビームＢのビーム経路および真空チェンバ４２の外壁４２ｗ等にかからないように、散乱体２の排他領域Ｒ_ｘ２からｚ方向およびｘｙ平面方向に平行移動した排他領域Ｒ_ｘ５を設定する。さらに、図示を省略した散乱体駆動機構３の筐体３ｃや真空チェンバ４２の外壁４２ｗ等にストッパ５や連結体５ｂが当たることのないように連結体５ｂの形状や駆動ロッド３ｂとの連結位置等を定める。

＜ストッパ５Ｂ＞
ストッパ５Ｂの駆動方向に垂直な方向の長さは、同方向における排他領域Ｒ_ｘ５の幅から左右にそれぞれ余裕分Ｌ広げた幅とし、散乱体２Ｂが制限領域Ｒ_ｐ２に進入したときに、ストッパ５Ｂが排他領域Ｒ_ｘ５の駆動方向における近い部分に進入するように配置する。これにより、駆動方向に垂直で排他領域Ｒ_ｘ５に対向する面と、排他領域Ｒ_ｘ５に侵入した際に、駆動方向に垂直な方向の両端面がストッパとして機能する。なお、ストッパとして機能する面のうち、両端面は、理論的には面積のない点でも機能するので、長さを規定する必要はなく、基本的には対向面の長さと位置を規定すればよい。

＜ストッパ５Ａ、５Ｃ＞
ストッパ５Ａと５Ｃについては、駆動距離を散乱体Ｂの駆動方向に平行（ｙ方向）の成分と垂直方向（ｘ方向）に分解して、構成を設定する。ストッパ５Ｂ（散乱体２Ｂ）のみを考慮すれば、散乱体２Ａが制限領域Ｒ_２ｐに進入した際に、ストッパ５Ａが排他領域Ｒ_ｘ５にかかるようにすればよい。しかし、ストッパ５Ｃ（散乱体２Ｃ）との衝突を考慮して、ストッパ５Ａは、さらに排他領域Ｒ_ｘ５よりｘ方向にα分近づける。そして、ストッパ５Ａのｙ方向の長さを排他領域Ｒ_ｘ５のｙ方向断面長さとし、ストッパ５Ａが排他領域Ｒ_ｘ５内に進入したときに、ストッパ５Ｂに対向する端面が、排他領域Ｒ_ｘ５のストッパ５Ｂ側の端部にかかるようにｙ方向位置を合わせる。ストッパ５Ｃも同様である。

つぎに、上記のように構成した散乱体切替装置２０における動作について図７を用いて説明する。
＜散乱体２Ａ使用時＞
図７（ａ）に示すように、散乱体２Ａを使用する場合、他の散乱体２Ｂ、２Ｃは退避位置にあり、散乱体２Ａを退避位置から図中右上方３０度の使用位置に向かって駆動することができる。このとき、散乱体２Ａが制限領域Ｒ_ｐ２に進入した部分から使用位置に達するまでの範囲内のいずれの位置にあっても、ストッパ５Ａのストッパ５Ｂに対向する端面は排他領域Ｒ_ｘ５のストッパ５Ｂに対向する辺を外側に平行移動した線上のいずれかの位置に存在することになる。そのため、散乱体２Ｂが誤って使用位置に向かって駆動されても、散乱体２Ｂが制限領域Ｒ_ｐ２に進入する直前にストッパ５Ｂの対向面がストッパ５Ａの端面にぶつかり、ストッパ５Ｂおよびこれに連動する散乱体２Ｂの駆動が阻止される。これにより、散乱体２Ｂが制限領域Ｒ_ｐ２に進入することはなく、散乱体２Ａに対して散乱体２Ｂが衝突するのを回避することができる。

また、このとき、散乱体２Ｃが誤って使用位置に向かって駆動されても、散乱体２Ｃが散乱体２Ａに衝突するまでに２（α＋Ｌ）分の距離を残して先にストッパ５Ｃのストッパ５Ａに対向する面がストッパ５Ａのストッパ５Ｃに対向する面にぶつかる。これにより、ストッパ５Ｃおよびこれに連動する散乱体２Ｃの駆動が阻止され、散乱体２Ａに対して散乱体２Ｃが衝突するのを回避することができる。

＜散乱体２Ｂ使用時＞
図７（ｂ）に示すように、散乱体２Ｂを使用する場合、他の散乱体２Ａ、２Ｃは退避位置にあり、散乱体２Ｂを退避位置から図中下側の使用位置に向かって駆動することができる。このとき、散乱体２Ｂが制限領域Ｒ_ｐ２に進入した部分から使用位置に達するまでの範囲内のいずれの位置にあっても、ストッパ５Ｂのストッパ５Ａに対向する端面は排他領域Ｒ_ｘ５のストッパ５Ａに対向する辺を外側に平行移動した線上のいずれかの位置に存在する。また、ストッパ５Ｂのストッパ５Ｃに対向する端面は排他領域Ｒ_ｘ５のストッパ５Ｃに対向する辺を外側に平行移動した線上のいずれかの位置に存在することになる。そのため、散乱体２Ａが誤って使用位置に向かって駆動されても、散乱体２Ａが制限領域Ｒ_ｐ２に進入する直前にストッパ５Ａのストッパ５Ｃに対向する面がストッパ５Ｂの端面にぶつかり、ストッパ５Ａおよびこれに連動する散乱体２Ａの駆動が阻止される。これにより、散乱体２Ａが制限領域Ｒ_ｐ２に進入することはなく、散乱体２Ｂに対して散乱体２Ａが衝突するのを回避することができる。

また、このとき、散乱体２Ｃが誤って使用位置に向かって駆動されても、散乱体２Ｃが制限領域Ｒ_ｐ２に進入する直前にストッパ５Ｃのストッパ５Ａに対向する面がストッパ５Ｂの端面にぶつかり、ストッパ５Ｃおよびこれに連動する散乱体２Ｃの駆動が阻止される。これにより、散乱体２Ｃが制限領域Ｒ_ｐ２に進入することはなく、散乱体２Ｂに対して散乱体２Ｃが衝突するのを回避することができる。

なお、本実施の形態２においては、ストッパ５Ｂの排他領域Ｒ_ｘ５に対向する面を駆動方向に垂直な方向に延びるひとつの面としたが、これに限ることはない。たとえば、ストッパ５Ａの端面にあたる面としてストッパ５Ａの駆動方向に平行な方向の面と、ストッパ５Ｃの端面にあたる面としてストッパ５Ｃの駆動方向に平行な方向の面とを、ｚ方向での位置をずらして形成するようにしてもよい。この場合、ストッパ５Ａや５Ｃの排他領域Ｒ_ｘ５内での進入深さに関わりなく、ストッパ５Ｂの駆動できる距離が変化しないので、ストッパ５Ｂのストロークを余分に長くとる必要がなく、コンパクトに形成できる。

また、本実施の形態２では、実施の形態１におけるストッパ配置を基準として、散乱体２Ｂの駆動方向に平行で中心軸Ｘ_４２を含む直線に対して対称となるように、水平と垂直に分解した駆動成分を基にストッパを構成したが、これに限ることはない。本実施の形態２にように、３つの散乱体２Ａ〜２Ｃの駆動角が等しく、中心軸Ｘ_４２を対称軸とする３回対称の場合、ストッパ５も各駆動方向に垂直な方向に延びる面を形成し、排他領域Ｒ_ｘ５の中心を対称軸とする３回対称の配置にすることも可能である。

以上のように、本実施の形態２にかかる散乱体切替装置２０によれば、複数の散乱体２Ａ〜２Ｃのうち、少なくとも２つの散乱体（２Ａと２Ｂ、２Ｂと２Ｃ）の駆動方向は交差する方向であり、２つの散乱体のそれぞれに対応するストッパ（５Ａと５Ｂ、５Ｂと５Ｃ）の駆動領域は、第１の平面内におけるそれぞれ対応する散乱体の駆動軌跡を重ねた平行四辺形の排他領域Ｒ_ｘ２を平行移動した排他領域Ｒ_ｘ５に基づき、設定されるように構成したので、ストッパ５が荷電粒子ビームＢを遮ることがない。しかも、駆動方向が直交する散乱体２の一方が排他領域Ｒ_ｘ２に入ると、他方の散乱体２は、対応するストッパが一方のストッパに先に当たることで排他領域Ｒ_ｘ２に入ることができず、確実に散乱体２同士の衝突を防止することができる。

実施の形態３．
上記実施の形態１では、散乱体が３つの場合について説明した。本実施の形態では、４つの散乱体の駆動方向が同一平面内で９０度ずつ異なるように構成とした。他の構成については基本的に実施の形態１と同様である。

図８は、本発明の実施の形態３にかかる散乱体切替装置の構成を説明するためのもので、実施の形態２の図６と同様に、真空チェンバの外壁部分等の記載を省略した図で、図８（ａ）は散乱体切替装置をビーム方向の上流側から見た平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるｂ−ｂ線部分から見た側面図、図８（ｃ）は図８（ａ）におけるｃ−ｃ線部分から見た側面図である。

図８（ａ）に示すように、本実施の形態３にかかる散乱体切替装置では、４つの散乱体２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄが中心軸Ｘ_４２（＝粒子線治療装置１０に設置したときのビーム軸Ｘ_Ｂ）に垂直な同一平面内で、駆動方向が９０度ずれるように構成したものである。そして、実施の形態１と同様に、４つの散乱体２Ａ〜２Ｄのうち、ひとつの散乱体のみが中心軸Ｘ_４２を中心とする使用位置に移動して使用することができる。そして、散乱体２同士の衝突を回避するためのストッパ５は、荷電粒子ビームＢのビーム経路および、真空チェンバ４２の外壁４２ｗにかからないように配置している。

本実施の形態３では、実施の形態１に比べて、散乱体２Ｂと同一直線上で駆動する散乱体２Ｄを増加しただけなので、散乱体２の排他領域Ｒ_ｘ２および制限領域Ｒ_ｐ２は、実施の形態１と同様に設定することができる。しかし、ストッパ５を配置構成するための排他領域Ｒ_ｘ５は、ストッパ５Ｂを中心として駆動方向が交差するストッパ５Ａ、５Ｂ、５Ｃからなるストッパ群Ｂ用の排他領域Ｒ_ｘ５Ｂと、ストッパ５Ｄを中心として駆動方向が交差するストッパ５Ａ、５Ｃ、５Ｄからなるストッパ群Ｄ用の排他領域Ｒ_ｘ５Ｄの２か所設定した。排他領域Ｒ_ｘ５Ｂは、実施の形態１における排他領域Ｒ_ｘ５と同様であり、排他領域Ｒ_ｘ５Ｄと排他領域Ｒ_ｘ５Ｂとは、中心軸Ｘ_４２を含みストッパ５Ａ、５Ｄの駆動方向に平行な図示しない面（以降、面ＡＣＸと称する）で面対称の関係になる。そして、各ストッパ５および連結体５ｂの構成も、面ＡＣＸで面対称になるように構成している。

＜ストッパ５Ｂ、５Ｄ＞
ストッパ５Ｂは、散乱体２Ａ、２Ｃとの衝突を回避するため、実施の形態１におけるストッパ５Ｂと同様に排他領域Ｒ_ｘ５Ｄに基づいて構成したストッパ５Ｂ_Ｓと、散乱体２Ｄとの衝突を回避するために排他領域Ｒ_ｘ５とは独立して構成したストッパ５Ｂ_Ｆと、これらを駆動ロッド３ｂＢに連結する連結体５ｂＢとからなる。また、ストッパ５Ｄはストッパ５Ｂに対して面ＡＣＸで面対称になるように構成し、ストッパ５Ｂ_Ｓと対称なストッパ５Ｄ_Ｓと、ストッパ５Ｂ_Ｆと対称なストッパ５Ｄ_Ｆと、連結体５ｂＢと対称な連結体５ｂＤとからなる。そして、ストッパ５Ｂ_Ｆとストッパ５Ｄ_Ｆは、図８（ｂ）、図８（ｃ）に示すように、排他領域Ｒ_ｘ５Ｄを設定した平面とは異なる平面（距離をあけた平行な面）内で駆動し、駆動方向（ｙ方向）における間隔が散乱体２Ｂと２Ｄ間の間隔よりも短くなるように構成、配置している。

＜ストッパ５Ａ、５Ｃ＞
ストッパ５Ａについては、実施の形態１におけるストッパ５Ａに対応するストッパ５Ａ_Ｌと、ストッパ５Ａ_Ｌと面ＡＣＸで面対称となるストッパ５Ａ_Ｒと、これらを駆動ロッド３ｂＡに連結する連結体５ｂＡとからなる。ストッパ５Ｃについても同様に、実施の形態１におけるストッパ５Ｃに対応するストッパ５Ｃ_ＬＲと、ストッパ５Ｃ_Ｒと面ＡＣＸで面対称となるストッパ５Ｃ_Ｌと、これらを駆動ロッド３ｂＣに連結する連結体５ｂＣとからなる。

つぎに、上記のように構成した散乱体切替装置２０における動作について説明する。
＜散乱体２Ａ使用時＞
散乱体２Ａを使用する場合、他の散乱体２Ｂ、２Ｃ、２Ｄのうち、散乱体２Ｂと２Ｃとの関係については実施の形態１と同様である。そして散乱体２Ｄに対しては、ストッパ５Ａ_Ｌとストッパ５Ｂ_Ｓとの組み合わせと面対称となるストッパ５Ａ_Ｒとストッパ５Ｄ_Ｓとによって、衝突を回避できる。

なお、散乱体２Ｃが誤って使用位置に向かって駆動された場合、ストッパ５Ａ_Ｌとストッパ５Ｃ_Ｌ間と同様に、ストッパ５Ａ_Ｒとストッパ５Ｃ_Ｌ間でも散乱体２Ｃの駆動を阻止し、散乱体２Ａに対して散乱体２Ｃが衝突するのを回避することができる。

＜散乱体２Ｂ使用時＞
散乱体２Ｂを使用する場合、他の散乱体２Ｂ、２Ｃ、２Ｄのうち、散乱体２Ａと２Ｃとの関係については実施の形態１と同様である。そして散乱体２Ｄに対しては、散乱体２Ｂと２Ｄが衝突する前にストッパ５Ｂ_Ｆとストッパ５Ｄ_Ｆが先に当たるので、衝突を回避できる。

＜散乱体２Ｃ、２Ｄ使用時＞
散乱体２Ｃを使用する場合、散乱体２Ａと同様に、他の散乱体２Ａ、２Ｂ、２Ｄとの衝突を回避することができる。また、散乱体２Ｄを使用する場合、散乱体２Ｂと同様に、他の散乱体２Ａ、２Ｂ、２Ｃとの衝突を回避することができる。

１走査電磁石（１ｘ：ｘ方向走査電磁石、１ｙ：ｙ方向走査電磁石）、２散乱体（２Ａ：第１散乱体、２Ｂ：第２散乱体、２Ｃ：第３散乱体）、３エアシリンダ（駆動機構（３ｂ：駆動ロッド、３ｃ：筐体））、４真空チェンバ（４１：走査電磁石対応部分、４２：散乱体対応部分）、５ストッパ（５ｂ：連結体）、６リッジフィルタ、７レンジシフタ、８マルチリーフコリメータ、９ボーラス、
１０粒子線治療装置、２０散乱体切替装置、
Ｂ：荷電粒子ビーム、Ｒｍ：散乱体の駆動領域、Ｒ_ｐ２：散乱体の制限領域、Ｒ_ｘ２：散乱体の排他領域（駆動領域の重なり）、Ｒ_ｘ５：ストッパの排他領域、Ｘ_４２：散乱体切替装置の中心、Ｘ_Ｂビーム軸（ビーム経路の中心）

Claims

粒子線治療装置において、荷電粒子ビームのビーム径を調整する散乱体を切り替える散乱体切替装置であって、
散乱特性が異なる複数の散乱体が配置されるとともに、前記荷電粒子ビームのビーム軸に中心軸を合わせるように設置される真空チェンバと、
前記中心軸に垂直な第１の平面内において、前記真空チェンバの外側であって互いに異なる方向から前記中心軸に向かって前記真空チェンバ内に延伸し、延伸した先端にそれぞれ散乱体が接続された駆動ロッドを備え、接続された散乱体を、それぞれ前記中心軸を含む使用位置、または前記使用位置から離れた退避位置のいずれか一方に駆動する駆動機構と、
前記散乱体のそれぞれに対応する駆動ロッドに連結され、当該散乱体に連動することで当該散乱体の他の散乱体への衝突を防止するストッパと、を備え、
前記ストッパのそれぞれの駆動領域を、前記第１の平面と平行で前記中心軸から離れた前記真空チェンバの外側に設定し、前記複数の散乱体のうちの１つの散乱体が前記退避位置から前記使用位置に進入する際に、前記１つの散乱体に対応する前記ストッパが前記複数の散乱体のうちの他の散乱体に対応する前記ストッパのそれぞれの駆動を阻止する位置に配置される、
ことを特徴とする散乱体切替装置。
前記複数の散乱体のうち、少なくとも２つの散乱体の駆動方向は交差する方向であり、
前記２つの散乱体のそれぞれに対応するストッパの駆動領域は、前記第１の平面内におけるそれぞれ対応する散乱体の駆動軌跡が重なる第１の領域を平行移動した第２の領域に基づき、前記ビーム軸、前記真空チェンバおよび前記駆動機構にかからないように設定されることを特徴とする請求項１に記載の散乱体切替装置。
前記２つの散乱体の駆動方向が直交していることを特徴とする請求項２に記載の散乱体切替装置。
加速器から供給された荷電粒子ビームを走査方向が異なる２つの電磁石で走査する走査電磁石と、
前記走査電磁石の下流側に配置された、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の散乱体切替装置と、
前記走査電磁石の走査モードをスキャニング照射またはブロード照射のいずれかに切り替える走査モード切替装置と、を備え、
前記散乱体切替装置は、前記切り替えた走査モードに基づいて、前記使用位置に駆動する散乱体を切替える、
ことを特徴とする粒子線治療装置。