JP5763218B2 - 荷電粒子線照射システム - Google Patents

Description

本発明は、被照射体に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射システムに関する。

従来、がん等に対する放射線治療に利用される荷電粒子線照射システムとして、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この公報に記載の荷電粒子線照射システムでは、治療中の患者に対して余分な放射線の影響が与えられることを避けるため、サイクロトロンや輸送ラインの大部分を治療室の外に配置している。また、放射線が放出される輸送ライン中に、サイクロトロンから出射された所定の第１のエネルギー幅を有する荷電粒子線から所定の第２のエネルギー幅（第１のエネルギー幅よりも小さいエネルギー幅）の荷電粒子線を取り出す（選択する）ためのエネルギー選択システム（ＥＳＳ）が知られている。

特開２０００−７５１００号公報

ところで、上述した荷電粒子線照射システムにおいては、敷地面積縮小の観点から小型化が強く望まれている。一方で、エネルギー選択システムから放出される放射線が患者に悪影響を与えることを避けるため、適切な対策を行う必要がある。

そこで、本発明は、エネルギー選択システムから放出される放射線を適切に遮蔽しつつ、敷地面積の縮小を図ることができる荷電粒子線照射システムを提供することを目的とする。

本発明は、被照射体に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射システムであって、荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器と、被照射体に荷電粒子線を照射する照射部が配置された架台と、加速器から出射された第１のエネルギー幅を有する荷電粒子線から、第１のエネルギー幅よりも小さい第２のエネルギー幅の荷電粒子線を取り出すエネルギー選択システムを有し、加速器から照射部へ荷電粒子線を輸送する輸送ラインと、架台が配置された照射室と、輸送ラインの一部が配置された別室と、を有する建屋と、を備え、加速器は、照射室内に配置されており、輸送ラインのうちエネルギー選択システムは、別室に配置されており、建屋は、照射室と別室とを隔てると共に、エネルギー選択システムから放出される放射線を遮蔽する隔壁を有することを特徴とする。

上記荷電粒子線照射システムによれば、エネルギー選択システムが照射室と隔壁によって隔てられた別室に配置されているので、エネルギー選択システムから放出される放射線が照射室へ漏れることを抑制し、隔壁によって適切に遮蔽することができる。しかも、上記荷電粒子線照射システムでは、照射室内に加速器を配置することにより、照射室内の余剰スペースを有効利用できると共に、従来のシステムにおいて加速器が配置されていた別室の面積を小さくできるので、システム全体の敷地面積の縮小化を図ることができる。

上記荷電粒子線照射システムにおいては、エネルギー選択システムが配置された別室が、架台の背面側に位置していても良い。
この構成によれば、架台の背面側の余剰スペースに加速器が配置される場合が多いことから、加速器からエネルギー選択システムまでの距離を短くすることができるので、敷地面積の縮小化に有利である。

上記荷電粒子線照射システムにおいては、架台と加速器との間には、加速器から架台へ向かう放射線を遮蔽する遮蔽部材が設けられていても良い。
この構成によれば、照射室内の加速器から架台内の患者等へ向かう余分な放射線を適切に遮蔽することができる。

上記架台は、中心軸線を中心として回転又は揺動するガントリであり、上記架台は、照射室において架台を挟んで対向する一対の側壁が、中心軸線と略平行となるように配置されていても良い。
この構成によれば、ガントリの構造上、側壁に挟まれた照射室の隅に適切な大きさの余剰スペースが形成されるので、加速器を照射室内へ配置することによる敷地面積の縮小化を効果的に達成することができる。

本発明によれば、エネルギー選択システムから被照射体へ向かう放射線を適切に遮蔽しつつ、敷地面積の縮小を図ることができる。

本発明に係る荷電粒子線照射システムの一実施形態を示す斜視図である。 図１のガントリを９０°回転した状態を示す平面図である。

以下、本発明に係る荷電粒子線照射システムの好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１及び図２に示されるように、本実施形態に係る荷電粒子線照射システム１は、患者Ｈの腫瘍等（被照射体）に対して荷電粒子線を照射することで放射線治療を行うもの（荷電粒子線治療システム）である。

荷電粒子線照射システム１は、荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器２と、荷電粒子線を患者Ｈの腫瘍に向けて照射する照射部３が配置されたガントリ（架台）４と、患者が配置される治療台５と、加速器２から出射された荷電粒子線を照射部３へ輸送する輸送ライン６と、建屋１００と、を備えている。加速器２、ガントリ４、治療台５、及び輸送ライン６は、建屋１００内に設けられている。

建屋１００は、隔壁１０１によって隔てられた照射室Ａと輸送室（別室）Ｂとを備えている。加速器２及びガントリ４は照射室Ａに配置されており、輸送ライン６の一部が輸送室Ｂに配置されている。輸送室Ｂは、ガントリ４の背面側（治療台５と反対側）に位置している。照射室Ａ及び輸送室Ｂは放射線を遮蔽する遮蔽壁によって覆われている。なお、図２において、照射室Ａの紙面における左側の遮蔽壁は図示を省略している。隔壁１０１は放射線を遮蔽する材料により形成されている。

加速器２は、荷電粒子線として例えば陽子線、重粒子（重イオン）線等を出射する装置である。加速器２としては、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、線形加速器等を用いることができる。小型化の観点からは、超伝導サイクロトロンを採用することが特に好ましい。

筒状のガントリ４は、中心軸線ＣＬを中心として揺動可能に構成されている。ガントリ４は、上方から見て長方形状を成す照射室Ａに対して、左右の側壁１０２，１０３が中心軸線ＣＬと略平行となるように配置されている。換言すると、ガントリ４は、ガントリ４を挟んで対向する一対の側壁１０２，１０３が中心軸線ＣＬに沿って延在するように、配置されている。ガントリ４の正面には、患者が配置される治療台５が設けられている。

患者が配置される治療台５は、ロボットアーム５ａによって移動可能に支持されている。ロボットアーム５ａは、治療台５を水平方向及び鉛直方向に移動させる。

輸送ライン６は、加速器２とガントリ４の照射部３とを繋ぐ真空ダクト７を備えている。以下の説明において、真空ダクト７の加速器２側を上流側、真空ダクト７の照射部３側を下流側として説明する。

また、輸送ライン６は、エネルギー選択システム［ESS(Energy Selection System)］８、軸受部９、第一偏向磁石１０、収束磁石１１、第二偏向磁石１２、を備えている。これらの構成要素８〜１２は、上述した順番で真空ダクト７の上流側から下流側へ並んで配置されている。真空ダクト７は、隔壁１０１を貫いて形成されており、照射室Ａの加速器２から出射された荷電粒子線を輸送室Ｂのエネルギー選択システム８へと輸送する。

エネルギー選択システム８は、加速器２から出射された所定の第１のエネルギー幅を有する荷電粒子線から所定の第２のエネルギー幅（第１のエネルギー幅よりも小さいエネルギー幅）の荷電粒子線を取り出す（選択する）機能を有する。エネルギー選択システム８は、治療計画に応じて輸送ライン６が輸送する荷電粒子線のエネルギー幅を選択する。エネルギー選択システム８は、全体が輸送室Ｂ内に収容されている。

具体的には、エネルギー選択システム８は、デグレーダ１４、上流側偏向磁石１５、エネルギー調整部１６、及び下流側偏向磁石１７を有している。デグレーダ１４は、加速器２から出射された荷電粒子線のエネルギーを減衰（減少）させるものであり、エネルギーの減衰量（減少量）が調整可能となっている。上流側偏向磁石１５は、加速器２から出射されデグレーダ１４によりエネルギーが減衰された荷電粒子線を水平面内で９０°偏向させる。上流側偏向磁石１５によって偏向された荷電粒子線は、エネルギー調整部１６へ向かって進行する。

エネルギー調整部１６は、荷電粒子線のエネルギーを選択するためのスリットを備えている。所定の第１のエネルギー幅を有する荷電粒子線が上流側偏向磁石１５によって偏向される際、エネルギーの低い荷電粒子は大きく偏向され、エネルギーが高い荷電粒子は小さく曲げられる。このため、荷電粒子線はそのエネルギーに応じて、エネルギー調整部１６のスリットにおいて異なる位置を通過する。取り除きたいエネルギーの荷電粒子線が通過するスリットの穴の位置を塞ぐことで、取り除きたいエネルギーの荷電粒子線はエネルギー調整部１６を通過せず、取り出したいエネルギーの荷電粒子線のみがエネルギー調整部１６を通過する。これにより、所定の第１のエネルギー幅を有する荷電粒子線から、第１のエネルギー幅よりも小さい所定の第２のエネルギー幅の荷電粒子線を取り出す（選択する）ことができる。

下流側偏向磁石１７は、再び荷電粒子線を水平面内で９０°偏向させて元の方向（加速器２の出射方向と平行な方向）へ進行させる。なお、下流側偏向磁石１７によって偏向された荷電粒子線の進行方向は、中心軸線ＣＬの延在方向にほぼ等しい。下流側偏向磁石１７によって偏向された荷電粒子線は、隔壁１０１を通り抜けて軸受部９へ進行する。

軸受部９は、照射室Ａ内の輸送ライン６を回転可能に支持する部位である。軸受部９は、隔壁１０１の照射室Ａ側に埋め込まれている。軸受部９は、中心軸線ＣＬを中心として回転可能となるように、軸受部９より下流側の輸送ライン６を支持している。

第一偏向磁石１０は、軸受部９の下流側に配置されており、中心軸線ＣＬに沿って進行する荷電粒子線を中心軸線ＣＬから離れる方向へと偏向させる。第一偏向磁石１０の下流側には、五つの収束磁石１１が配置されている。収束磁石１１は、荷電粒子線がビームの径方向に拡散することを抑制する電磁石である。

五つの収束磁石１１の下流側には、第二偏向磁石１２が配置されている。第二偏向磁石１２は、荷電粒子線を中心軸線ＣＬに向けて偏向する。第二偏向磁石１２によって偏向された荷電粒子線は、ガントリ４に設置された照射部３に向かって進行する。

以上説明した照射室Ａ内の輸送ライン６（軸受部９より下流側の輸送ライン６）は、ガントリ４のフレーム１８によって支持されている。ガントリ４のフレーム１８は、中心軸線ＣＬに沿って延在する回転軸部１８ａを有しており、この回転軸部１８ａを中心として揺動可能に構成されている。具体的には、回転軸部１８ａは二本のフレーム支持部１９によって揺動可能に支持されており、二本のフレーム支持部１９は側壁１０２の凸部１０２ａに対して固定されている。

このフレーム１８によって、ガントリ４は中心軸線ＣＬを中心として揺動可能に支持されている。また、建屋１００のガントリ４の下方に対応する位置には、ガントリ４の揺動に合わせて輸送ライン６が入り込むための堀（穴）が形成されている。ガントリ４は、輸送ライン６が水平となる状態（図２に示す状態）を基準として、例えば−９０°〜＋９０°の角度範囲で揺動する。

また、ガントリ４の揺動する角度範囲を拡大するため、側壁１０２に切り込みを設けても良い。側壁１０２の切り込みに輸送ライン６が入り込むことで、例えば−９０°〜＋１２０°の角度範囲でガントリ４を揺動させることができる。このように、ガントリ４が３６０°回転せず、所定角度内で揺動する構成とすることで、ガントリ４が３６０°回転する場合と比べて敷地面積を縮小化することができ、荷電粒子線照射システム１のコスト削減を図ることができる。

また、ガントリ４と加速器２との間には、放射線を遮蔽するための遮蔽部材２０が設けられている。壁状の遮蔽部材２０は、例えば鉛等を含んで構成されており、加速器２のガントリ４側を覆うように形成されている。本実施形態における加速器２は、壁状の遮蔽部材２０、照射室Ａの側壁１０３、及び隔壁１０１によって囲まれたスペースに配置されている。

壁状の遮蔽部材２０は、天井まで至る必要はなく、また側壁１０３や隔壁１０１と接続している必要もない。遮蔽部材２０は、加速器２からガントリ４内に配置された患者Ｈへ向かう放射線を適切に遮蔽する構成であれば良い。

以上説明した本実施形態に係る荷電粒子線照射システム１によれば、エネルギー選択システム８が照射室Ａと隔壁１０１によって隔てられた輸送室Ｂに配置されているので、エネルギー選択システム８から放出される放射線が照射室Ａへ漏れることを抑制し、隔壁１０１によって適切に遮蔽することができる。前述の通り、エネルギー選択システム８のエネルギー調整部１６は、取り除きたいエネルギーの荷電粒子線が通過するスリットの穴の位置を塞ぐことで、取り除きたいエネルギーの荷電粒子線をスリットの穴を塞ぐ部材に衝突させる。加速器２により加速されて高エネルギーとなった荷電粒子線がスリットの穴を塞ぐ部材に衝突すると、高エネルギーの放射線（ガンマ線等）が発生する。隔壁１０１によってこの高エネルギーの放射線を遮蔽することで、エネルギー選択システム８から放出される放射線が、照射室Ａ内に居る患者Ｈ等に与える悪影響を抑制することができる。しかも、荷電粒子線照射システム１では、照射室Ａ内に加速器２を配置することにより、照射室Ａ内の余剰スペースを有効利用できると共に、従来のシステムにおいて加速器２が配置されていた輸送室Ｂの面積を小さくできるので、システム全体の敷地面積の縮小化を図ることができる。従って、荷電粒子線照射システム１によれば、敷地面積の縮小化による建設コストの大幅な削減を達成することができる。

また、荷電粒子線照射システム１によれば、エネルギー選択システム８が配置された輸送室Ｂがガントリ４の背面側に位置することで、ガントリ４の背面側に配置された加速器２からエネルギー選択システム８までの距離を短くすることができるので、敷地面積の縮小化に有利である。

更に、荷電粒子線照射システム１によれば、加速器２からガントリ４へ向かう放射線を遮蔽する遮蔽部材２０が設けられているので、照射室Ａ内の加速器２からガントリ４内の患者等へ向かう余分な放射線を適切に遮蔽することができる。

また、荷電粒子線照射システム１では、照射室Ａにおいてガントリ４を挟んで対向する一対の側壁１０２，１０３が中心軸線ＣＬと略平行となるように、ガントリ４が照射室Ａ内に配置されている。これにより、側壁１０２，１０３に挟まれた照射室Ａの隅に適切な大きさの余剰スペースが形成されるので、加速器２を照射室Ａ内へ配置することによる敷地面積の縮小化を効果的に達成することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、照射室Ａや輸送室Ｂの形状は上述したものに限られず、施設の設置条件に応じて様々な形状が採用されうる。また、加速器２やエネルギー選択システム８の位置も上述したものに限られない。例えば、ガントリ４と高さ違いの位置に加速器２が配置されても良い。この場合には、輸送室Ｂのエネルギー選択システム８が上下方向に延在するように設けることもできる。

また、必ずしも回転可能又は揺動可能なガントリを備える必要はなく、照射部３が配置された架台が固定された方式（いわゆる固定照射方式）であっても本発明を適用することができる。その他、遮蔽部材２０の位置や形状は上述したものに限られず、加速器２から患者へ向かう放射線を遮蔽できる態様であれば良い。

本発明は、エネルギー選択システムから放出される放射線を適切に遮蔽しつつ、敷地面積の縮小を図ることができる荷電粒子線照射システムに利用可能である。

１…荷電粒子線照射システム ２…加速器 ３…照射部 ４…ガントリ（架台） ５…治療台 ６…輸送ライン ７…真空ダクト ８…エネルギー選択システム ９…軸受部 １０…第一偏向磁石 １１…収束磁石 １２…第二偏向磁石 １４…デグレーダ １５…上流側偏向磁石 １６…エネルギー調整部 １７…下流側偏向磁石 １８…フレーム １９…フレーム支持部 ２０…遮蔽部材 １００…建屋 １０１…隔壁 １０２，１０３…側壁 Ａ…照射室 Ｂ…輸送室（別室） ＣＬ…中心軸線

Claims (4)

1. 被照射体に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射システムであって、
   荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器と、
   前記被照射体に荷電粒子線を照射する照射部が配置された架台と、
   前記加速器から出射された第１のエネルギー幅を有する荷電粒子線から、前記第１のエネルギー幅よりも小さい第２のエネルギー幅の荷電粒子線を取り出すエネルギー選択システムを有し、前記加速器から前記照射部へ荷電粒子線を輸送する輸送ラインと、
   前記架台が配置された照射室と、前記輸送ラインの一部が配置された別室と、を有する建屋と、を備え、
   前記加速器は、前記照射室内に配置されており、
   前記輸送ラインのうち前記エネルギー選択システムは、前記別室に配置されており、
   前記建屋は、前記照射室と前記別室とを隔てると共に、前記エネルギー選択システムから放出される放射線を遮蔽する隔壁を有することを特徴とする荷電粒子線照射システム。
2. 前記エネルギー選択システムが配置された前記別室が、前記架台の背面側に位置する請求項１に記載の荷電粒子線照射システム。
3. 前記架台と前記加速器との間には、前記加速器から前記架台へ向かう放射線を遮蔽する遮蔽部材が設けられている請求項１又は２に記載の荷電粒子線照射システム。
4. 前記架台は、中心軸線を中心として回転又は揺動するガントリであり、
   前記架台は、前記照射室において前記架台を挟んで対向する一対の側壁が、前記中心軸線と略平行となるように配置されている請求項１〜３の何れか一項に記載の荷電粒子線照射システム。

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