JP5791786B2 - 回転ガントリ及び粒子線治療装置 - Google Patents

Description

本発明は、医療分野に用いられる粒子線治療装置に関するものである。

一般に粒子線治療装置は、荷電粒子ビームを発生するビーム発生装置と、ビーム発生装置につながれ、発生した荷電粒子ビームを加速する加速器と、加速器で設定されたエネルギーまで加速された後に出射される荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、ビーム輸送系の下流に設置され、荷電粒子ビームを照射対象に照射するための粒子線照射装置とを備える。任意の角度から照射対象に荷電粒子ビームを照射するために、粒子線照射装置は３次元照射用の回転ガントリに設置される。

特許文献１には、コンクリート製の放射線遮蔽体で覆われた建屋に設置された粒子線照射装置が記載されている。特許文献１の粒子線照射装置は回転ガントリであり、この回転ガントリは、患者が横たわる治療台、患者に向けて陽子ビームを照射する照射部、誘導ラインによって誘導された陽子ビームを照射部へ導入する導入ラインを備えている。また、この回転ガントリは、導入ライン及び架台に対する重量バランスを取るために、カウンタウエイトが円筒部の外周面に回転軸を挟んで対向する位置に配置されている。

特開２０１１−９２４２４号公報（００１５段〜００３０段、図１、図３）

粒子線治療装置は、高エネルギーの荷電粒子ビームを使用するため、コンクリート製の放射線遮蔽体等の遮蔽体で囲む必要がある。回転ガントリが設置される治療室は、回転ガントリの回転により、任意の角度から陽子線等の荷電粒子ビームが患者やファントム等の照射対象に照射されるので、荷電粒子ビームが照射対象に衝突することにより発生する中性子やガンマ線などの透過性の高い放射線が、室外に漏れるのを極力防ぐため、治療室回りは数メートルの建屋建築物を兼ねたコンクリートなどの遮蔽体で囲む必要がある。

特許文献１の回転ガントリは、荷電粒子ビームが照射対象に衝突することにより発生する中性子やガンマ線などの透過性の高い放射線を遮蔽する工夫がない。特許文献１の回転ガントリは、回転ガントリの回転角度ごとに荷電粒子ビームの照射方向が変化することに伴って、照射対象から発生する透過性の高い放射線の向きが変化するため、照射室回り全体を厚いコンクリートで囲うことが必要であり、粒子線治療装置を収納する建屋を小型化することが困難であった。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、回転ガントリに中性子やガンマ線などの透過性の高い放射線（以降、二次放射線と称する。）の漏洩を減らす遮蔽体を設けることで、回転ガントリから放射線が漏れることを防止することを目的とする。

本発明に係る回転ガントリは、荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系の回転ガントリ搭載部との重量バランスを取るカウンタウエイトを粒子線照射装置と対向する側に備え、カウンタウエイトは、荷電粒子ビームのビーム軸に交わるように配置され、カウンタウエイトは、複数の小ウエイト部を有することを特徴とする。

本発明に係る回転ガントリによれば、二次放射線の漏洩線量を減衰させる遮蔽体を照射対象より下流側に設けたので、特にビーム前方方向に高い割合で発生する二次放射線がガントリ外部に漏れることを防止することができる。

本発明の実施の形態１による回転ガントリの構成を示す図である。 本発明の実施の形態１による粒子線治療装置の概略構成図である。 図２の粒子線照射装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１の遮蔽体の幅を説明する図である。 本発明の実施の形態１の遮蔽体の効果を説明する図である。 遮蔽体がない場合の壁の厚さを説明する図である。 遮蔽体を移動させた際の回転ガントリを示す図である。 本発明の実施の形態２による回転ガントリの構成を示す図である。 図８の遮蔽体を示す図である。 図８の遮蔽体の減衰効果を示す図である。 比較例を示す図である。 本発明の実施の形態３による回転ガントリの構成を示す図である。 本発明の実施の形態４による回転ガントリの構成を示す図である。 着脱部を有するカウンタウエイトを示す図である。 本発明の実施の形態５による回転ガントリの構成を示す図である。 本発明の実施の形態６による回転ガントリの構成及び小ウエイト部を示す図である。 本発明の実施の形態７による回転ガントリの構成及び小ウエイト部を示す図である。 本発明の実施の形態８による回転ガントリの構成を示す図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による回転ガントリの構成を示す図である。図２は本発明の実施の形態１による粒子線治療装置の概略構成図であり、図３は本発明の実施の形態１による粒子線照射装置の構成を示す図である。図２において、粒子線治療装置５１は、ビーム発生装置５２と、ビーム輸送系５９と、粒子線照射装置５８ａ、５８ｂとを備える。ビーム発生装置５２は、イオン源（図示せず）と、前段加速器５３と、シンクロトロン５４とを有する。粒子線照射装置５８ｂは回転ガントリ（図１参照）に設置される。粒子線照射装置５８ａは回転ガントリを有しない治療室に設置される。ビーム輸送系５９の役割はシンクロトロン５４と粒子線照射装置５８ａ、５８ｂの連絡にある。ビーム輸送系５９の一部は回転ガントリ（図１参照）に設置され、その部分には複数の偏向電磁石５５ａ、５５ｂ、５５ｃを有する。回転ガントリに設置されるビーム輸送系５９の一部は回転ガントリ搭載部５６である。

イオン源で発生した陽子線等の粒子線である荷電粒子ビームは、前段加速器５３で加速され、入射装置４６からシンクロトロン５４に入射される。荷電粒子ビームは、所定のエネルギーまで加速される。シンクロトロン５４の出射装置４７から出射された荷電粒子ビームは、ビーム輸送系５９を経て粒子線照射装置５８ａ、５８ｂに輸送される。粒子線照射装置５８ａ、５８ｂは荷電粒子ビームを患者４５の照射対象１３（図３参照）に照射する。粒子線照射装置の符号は、総括的に５８を用い、区別して説明する場合に５８ａ、５８ｂを用いる。

ビーム発生装置５２で発生され、所定のエネルギーまで加速された荷電粒子ビーム３１は、ビーム輸送系５９を経由し、粒子線照射装置５８へと導かれる。図３において、粒子線照射装置５８は、荷電粒子ビーム３１に垂直な方向であるＸ方向及びＹ方向に荷電粒子ビーム３１を走査するＸ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３と、位置モニタ３４と、線量モニタ３５と、線量データ変換器３６と、ビームデータ処理装置４１と、走査電磁石電源３７と、粒子線照射装置５８を制御する照射管理装置３８とを備える。照射管理装置３８は、照射制御計算機３９と照射制御装置４０とを備える。線量データ変換器３６は、トリガ生成部４２と、スポットカウンタ４３と、スポット間カウンタ４４とを備える。なお、荷電粒子ビーム３１の進行方向は−Ｚ方向である。

Ｘ方向走査電磁石３２は荷電粒子ビーム３１をＸ方向に走査する走査電磁石であり、Ｙ方向走査電磁石３３は荷電粒子ビーム３１をＹ方向に走査する走査電磁石である。位置モニタ３４は、Ｘ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３で走査された荷電粒子ビーム３１が通過するビームにおける通過位置（重心位置）やサイズを演算するためのビーム情報を検出する。ビームデータ処理装置４１は、位置モニタ３４が検出した複数のアナログ信号（ビーム情報）からなるビーム情報に基づいて荷電粒子ビーム３１の通過位置（重心位置）やサイズを演算する。また、ビームデータ処理装置４１は、荷電粒子ビーム３１の位置異常やサイズ異常を示す異常検出信号を生成し、この異常検出信号を照射管理装置３８に出力する。

線量モニタ３５は、荷電粒子ビーム３１の線量を検出する。照射管理装置３８は、図示しない治療計画装置で作成された治療計画データに基づいて、照射対象１３における荷電粒子ビーム３１の照射位置を制御し、線量モニタ３５で測定され、線量データ変換器３６でデジタルデータに変換された線量が目標線量に達すると荷電粒子ビーム３１を停止する。走査電磁石電源３７は、照射管理装置３８から出力されたＸ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３への制御入力（指令）に基づいてＸ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３の設定電流を変化させる。

ここでは、粒子線照射装置５８のスキャニング照射方式を、荷電粒子ビーム３１の照射位置を変えるときに荷電粒子ビーム３１を停止させないラスタースキャニング照射方式のように行い、スポットスキャニング照射方式のようにビーム照射位置がスポット位置間を次々と移動していく方式として説明する。スポットカウンタ４３は、荷電粒子ビーム３１のビーム照射位置が停留している間の照射線量を計測するものである。スポット間カウンタ４４は、荷電粒子ビーム３１のビーム照射位置が移動している間の照射線量を計測する
ものである。トリガ生成部４２は、ビーム照射位置における荷電粒子ビーム３１の線量が目標線量に達した場合に、線量満了信号を生成するものである。

図１において、回転ガントリ１０は、ガントリ内室２４と、カウンタウエイト１１と、遮蔽体１２と、遮蔽体移動装置１９とを備える。回転ガントリ１０に、ビーム輸送系５９の回転ガントリ搭載部５６及び粒子線照射装置５８が設置される。カウンタウエイト１１は、回転ガントリ１０に設置された回転ガントリ搭載部５６との重量バランスを取るために、回転ガントリ搭載部５６と逆側に設置される。遮蔽体１２は、荷電粒子ビーム３１が照射対象１３に衝突することにより発生する中性子やガンマ線などの透過性の高い放射線を減衰させる。遮蔽体移動装置１９は、遮蔽体１２が接続される駆動棒２１と、駆動棒２１を移動する駆動装置２０とを有する。遮蔽体１２は、例えば複数の鉄板を重ねて形成したものである。なお、照射対象１３がファントムの水であっても、荷電粒子ビーム３１の衝突により中性子やガンマ線などの透過性の高い放射線（二次放射線）が発生する。偏向電磁石５５ａ、５５ｂ、５５ｃのそれぞれの間や偏向電磁石５５ｃと粒子線照射装置５８との間には、荷電粒子ビーム３１を収束または発散させる四極電磁石等が配置されることがある。

図１において、距離ＳＡＤ（Ｓｏｕｒｃｅ Ａｘｉｓ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）は粒子線拡大起点位置から患者４５の照射対象１３の中心までの距離であり、遮蔽体距離ｄ１は照射対象１３の中心から遮蔽体１２までの距離である。遮蔽体厚さｔ１は、遮蔽体１２の荷電粒子ビーム３１の進行方向における厚さである。荷電粒子ビーム３１が照射対象１３に衝突することにより発生する二次放射線は、ビーム中心線１４から所定の角度αの範囲に特に強く放射される。放射線外周線１５は、図１の紙面左側（−Ｘ方向）に、二次放射線が角度αで進行する場合の進行線であり、二次放射線が角度αの範囲に広がって進行する場合の外周線である。放射線外周線１６は、図１の紙面右側（Ｘ方向）に、二次放射線が角度αで進行する場合の進行線であり、二次放射線が角度αの範囲に広がって進行する場合の外周線である。本発明は、建屋の遮蔽壁の厚さに影響の大きい二次放射線の漏洩線量を遮蔽体１２で減衰させるので、二次放射線の進行方向において検討する。例えば、発生する二次放射線の強度及びエネルギーが特に大きい場合の角度αは１０°である。角度αが１０°以内を覆うように回転ガントリ１０に遮蔽体１２を設けた。

図１では、荷電粒子ビーム３１がＸ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３によって走査されていない場合を示している。角度α以内に放射される二次放射線が遮蔽体１２を通過するためのＸ方向の幅Ｗ１を考える。幅Ｗ１は式（１）で表すことができる。
Ｗ１＝２×（ｄ１＋ｔ１）×ｔａｎα ・・・（１）

遮蔽体距離ｄ１を１０００ｍｍ、遮蔽体厚さｔ１を４００ｍｍ、角度αを１０°とする場合、式（１）より幅Ｗ１は４９４ｍｍになる。したがって、遮蔽体距離ｄ１を１０００ｍｍ、遮蔽体厚さｔ１を４００ｍｍ、角度αを１０°とする場合は、荷電粒子ビーム３１の進行方向と垂直な方向における遮蔽体１２の幅は、４９４ｍｍ以上が必要である。

現実に実施される粒子線治療では、荷電粒子ビーム３１がＸ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３によって走査され、照射野が横方向に拡大される。照射野が横方向に拡大される場合に必要となる遮蔽体１２の幅を、図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態１による遮蔽体の幅を説明する図である。ビーム外周線１７は荷電粒子ビーム３１が走査角度−βで走査された−Ｘ方向の最外周のビーム経路であり、ビーム外周線１８は荷電粒子ビーム３１が走査角度＋βで走査されたＸ方向の最外周のビーム経路である。走査角度βは、ビーム中心線１４から反時計周りを正方向（＋方向）とし、ビーム中心線１４から時計周りを負方向（−方向）とする。照射対象１３における荷電粒子ビーム３１の拡大幅（走査幅）ｗｓとした場合、角度α以内に放射される二次放射線が遮蔽体１２を通過するためのＸ方向の幅Ｗ２は、式（２）で表すことができる。
Ｗ２＝ｗｓ＋２×（ｄ１＋ｔ１）×ｔａｎ（α＋β） ・・・（２）

距離ＳＡＤを３０００ｍｍ、遮蔽体距離ｄ１を１０００ｍｍ、遮蔽体厚さｔ１を４００ｍｍ、拡大幅ｗｓを２００ｍｍ、角度αを１０°とする場合、式（２）より７９１ｍｍになる。この場合、荷電粒子ビーム３１の進行方向と垂直な方向における遮蔽体１２の幅は、７９１ｍｍ以上が必要である。遮蔽体１２の幅は、荷電粒子ビーム３１の走査範囲、すなわち照射対象１３における荷電粒子ビーム３１の拡大幅（走査幅）ｗｓと、二次放射線の角度αを考慮して決定される。実施の形態１の回転ガントリ１０は、荷電粒子ビーム３１の走査範囲と二次放射線の角度αを考慮して、角度α以内の二次放射線が通過する幅を有する遮蔽体１２を備えたので、角度α以内の二次放射線の漏洩線量を減衰させることができる。

次に遮蔽体１２の適用によって得られる効果について説明する。遮蔽体１２を通過した二次放射線は、その漏洩線量が減衰するので、実施の形態１の回転ガントリ１０を設置した治療室の壁や床の厚さを従来に比べて減少させることができる。図５は本発明の実施の形態１の遮蔽体の効果を説明する図であり、図６は遮蔽体がない場合の壁の厚さを説明する図である。例えば、照射対象１３に照射する荷電粒子ビーム３１の荷電粒子が炭素陽イオンであり、荷電粒子のエネルギーが４００ＭｅＶ／ｎ（核子当たり４００ＭｅＶ）である場合を考える。図５及び図６のいずれも、距離ＳＡＤは３０００ｍｍである。図５において、遮蔽体距離ｄ１は２０００ｍｍであり、鉄製の遮蔽体の厚さｔ１は５００ｍｍである。エネルギーが４００ＭｅＶ／ｎの炭素陽イオンが照射対象１３に衝突し、炭素陽イオンの進行方向に発生する中性子の実効線量を半減するのに必要な鉄の厚さはコンクリートの厚さの約半分である。したがって、図５に示した厚さｔ１は５００ｍｍの鉄製の遮蔽体は、厚さ１ｍのコンクリートに相当する。

図６に示した厚さｔ３が２５００ｍｍのコンクリートの治療室壁３０と同様の遮蔽効果を得るためには、図５に示した厚さｔ１が５００ｍｍである鉄製の遮蔽体を回転ガントリに設置することで、コンクリートの治療室壁の厚さｔ２を１５００ｍｍにすることができる。すなわち、厚さｔ１が５００ｍｍである鉄製の遮蔽体を回転ガントリに設置することで、従来のコンクリートの治療室壁の厚さｔ３を１ｍ削減した厚さｔ２のコンクリートの治療室壁にすることができる。従来、壁厚さｔ３が必要だったものが、壁厚さｔ２に低減できるということである。これは、差分Δｔ＝ｔ３−ｔ２に対応する二次放射線の減衰能力は、遮蔽体１２により担われることによる。

実施の形態１の回転ガントリ１０は、照射対象１３に対して粒子線照射装置５８と対向する側に、すなわち照射対象１３より下流側に遮蔽体１２を備えたので、遮蔽体１２を通過する二次放射線の漏洩線量を減衰させることができ、回転ガントリ１０から二次放射線が漏れることを防止することができる。二次放射線は、遮蔽体１２により減衰されるので、回転ガントリ１０を設置する治療室の壁や床の厚さを、従来に比べて薄くすることができ、治療室を小型化することができる。治療室を小型化することができるので、粒子線治療装置５１を収納する建屋を小型化することができる。

回転ガントリ１０は、定期的に建屋との位置関係が許容範囲内にあることを確認し、ずれが大きくなった場合に位置調整を行う。回転ガントリ１０と建屋との位置確認や位置調整を行う際に、遮蔽体１２を移動する。図７は、遮蔽体を移動させた際の回転ガントリを示す図である。図７において、アイソセンタＩＣは回転ガントリ１０が回転したときのビーム中心線１４がそれぞれ交わる点である。回転ガントリ１０と建屋との位置確認や位置調整を行う際に、アイソセンタＩＣと建屋床２２の床基準印２３を光学的に確認する。この際、遮蔽体１２が邪魔になるので、遮蔽体移動装置１９の駆動装置２０を動作させ、遮蔽体１２をスライド移動させる。遮蔽体１２をビーム中心線１４にかからないようにすることで、アイソセンタＩＣと建屋床２２の床基準印２３を光学的に確認することができる。

実施の形態１の回転ガントリ１０によれば、荷電粒子ビーム３１が照射対象１３に衝突することにより発生する二次放射線の漏洩線量を減衰させる遮蔽体１２を、照射対象１３に対して粒子線照射装置５８と対向する側に備えたので、回転ガントリ１０から二次放射線が漏れることを防止することができる。

実施の形態１の粒子線治療装置５１によれば、荷電粒子ビーム３１を発生させ、この荷電粒子ビーム３１を加速器（シンクロトロン５４）で加速させるビーム発生装置５２と、加速器（シンクロトロン５４）により加速された荷電粒子ビーム３１を輸送するビーム輸送系５９と、ビーム輸送系５９で輸送された荷電粒子ビーム３１を照射対象１３に照射する粒子線照射装置５８と、粒子線照射装置５８を搭載し、アイソセンタを中心に回転可能な回転ガントリ１０と、を備え、回転ガントリ１０は、荷電粒子ビーム３１が照射対象１３に衝突することにより発生する二次放射線の漏洩線量を減衰させる遮蔽体１２を、照射対象１３に対して粒子線照射装置５８と対向する側に備えたので、回転ガントリ１０から二次放射線が漏れることを防止することができ、回転ガントリ１０を設置する治療室の壁や床の厚さを、従来に比べて薄くすることができ、治療室を小型化することができる。治療室を小型化することができるので、粒子線治療装置５１を収納する建屋を小型化することができる。

実施の形態２．
図８は本発明の実施の形態２による回転ガントリの構成を示す図であり、図９は実施の形態２の遮蔽体を示す図である。実施の形態２の回転ガントリ１０は、実施の形態１の回転ガントリ１０に比べて、遮蔽体移動装置１９がなく、遮蔽体１２が土台部２５と、第１着脱部６７と第２着脱部６８からなる着脱部２６で構成される点で異なる。図９では、着脱部２６が露出するように土台部２５は断面で示している。

実施の形態２の遮蔽体１２は、土台部２５と着脱部２６の第２着脱部６８とをボルト２７で接続したものである。図９では、土台部２５及び着脱部２６が、それぞれ鉄板４枚の積層構造であり、階段状の係合部を有している例を示している。第１着脱部６７は鉄板３枚であり、第２着脱部６８は鉄板１枚である。第１着脱部６７を土台部２５に入れた後に、第２着脱部６８で蓋をするように取り付ける。着脱可能な着脱部２６と土台部２５とが係合する係合部は、荷電粒子ビーム３１のビーム軸（ビーム中心線１４を通過する軸）に平行な部分と垂直な部分がある例である。回転ガントリ１０と建屋との位置確認や位置調整を行う際に、着脱部２６を外すことで、アイソセンタＩＣと建屋床２２の床基準印２３を光学的に確認することができる。

図９のように、遮蔽体１２の土台部２５及び着脱部２６がビーム軸方向に同形状でない構造、すなわち軸方向に遮蔽体１２の１／２以上の係合部がない構造とすることは、二次放射線の漏洩線量を減衰させる上で意味を持つ。これについて図１０及び図１１を用いて説明する。図１０は遮蔽体の減衰効果を示す図であり、図１１は比較例を示す図である。図１１に示す比較例の遮蔽体７２は、土台部７３と着脱部７４で構成されている。複数の矢印は、中性子などの二次放射線がある幅を持って、直進していることを示している。図１０に示す実施の形態２の遮蔽体１２では、矢印６１のように通過する中性子は、鉄板４枚を通過し、矢印６２のように通過する中性子は、鉄板３枚を通過する。したがって、遮蔽体１２は、少なくとも鉄板３枚分の二次放射線の減衰効果がある。

これに対して、図１１に示す比較例の遮蔽体７２では、矢印６１のように通過する中性子は鉄板４枚を通過し、矢印６２のように通過する中性子は鉄板３枚を通過するが、矢印６３のように通過する中性子は鉄板１枚を通過する。比較例の遮蔽体７２は、遮蔽体１２に比べて、二次放射線の漏洩線量を減衰させる効果が小さくなっている。

したがって、実施の形態２の遮蔽体１２は、遮蔽体１２の土台部２５及び着脱部２６がビーム軸方向に同形状でない構造、すなわち軸方向に遮蔽体１２の１／２以上の係合部がない構造とすることによって、着脱可能な着脱部２６と土台部２５とが係合する係合部においても、二次放射線の減衰効果を十分に確保しながら、着脱部２６を着脱可能な構成にすることができる。

実施の形態２の回転ガントリ１０は、照射対象１３より下流側に遮蔽体１２を有するので、回転ガントリ１０から二次放射線が漏れることを防止することができる。また、遮蔽体１２は土台部２５と着脱部２６で構成されるので、遮蔽体移動装置１９を設けなくてもメンテナンスの際に着脱部２６を取り外すことで、アイソセンタＩＣと建屋床２２の床基準印２３を光学的に確認することができる。

なお、着脱部２６は、着脱の機会が多い施設の場合には、当部分だけを二次放射線による放射化の小さいアルミニウムにするなど、土台部２５と材質を変えてもよい。また、土台部２５と材質を変える例としては、土台部２５を普通コンクリート、着脱部２６を重コンクリートとして、着脱部２６の遮蔽能力を増強してもよい。

実施の形態３．
図１２は、本発明の実施の形態３による回転ガントリの構成を示す図である。実施の形態３による回転ガントリ１０は、実施の形態１及び２とは、カウンタウエイト１１が遮蔽体１２の機能を一部持たせた点、すなわちカウンタウエイト１１が遮蔽体の一部を担う点で異なる。具体的には、カウンタウエイト１１をビーム中心線１４方向に延伸させ、角度αの二次放射線がカウンタウエイト１１を通過するようにする。

実施の形態３の回転ガントリ１０は、照射対象１３より下流側に遮蔽体１２を有し、かつカウンタウエイト１１が二次放射線の漏洩線量を減衰させるので、回転ガントリ１０から二次放射線が漏れることを防止することができる。実施の形態３の回転ガントリ１０は、一部の二次放射線はカウンタウエイト１１を通過することで減衰するので、実施の形態１及び２の回転ガントリ１０より、遮蔽体１２の大きさを小さくすることができる。

実施の形態４．
図１３は、本発明の実施の形態４による回転ガントリの構成を示す図である。実施の形態４による回転ガントリ１０は、実施の形態３とは、カウンタウエイト１１を角度α以内の二次放射線が全て通過可能にするようにビーム軸を超えて延伸させた点で異なる。

実施の形態４の回転ガントリ１０は、照射対象１３より下流側に遮蔽体１２を有し、かつカウンタウエイト１１が角度α以内の二次放射線の漏洩線量を減衰させるので、回転ガントリ１０から二次放射線が漏れることを防止することができる。実施の形態４の回転ガントリ１０は、角度α以内の全ての二次放射線がカウンタウエイト１１を通過することでさらに減衰するので、実施の形態１乃至３の回転ガントリ１０より二次放射線が漏れることを防止する効果を高めることができる。

カウンタウエイト１１におけるビーム中心線１４の周辺を着脱可能にしてもよい。図１４は着脱部を有するカウンタウエイトを示す図であり、カウンタウエイト１１が第１着脱部６９と第２着脱部７０からなる着脱部２９を有する例である。図１４では、着脱部２９が露出するようにカウンタウエイト１１の本体部２８は断面で示している。本体部２８と着脱部２９の第２着脱部７０とをボルト２７で接続したものである。図１４では、本体部２８及び着脱部２９は、それぞれ鉄板４枚の積層構造である例であり、階段状の係合部であって、着脱可能な着脱部２９と本体部２８とが係合する係合部を有している例を示している。第１着脱部６９は鉄板３枚であり、第２着脱部７０は鉄板１枚である。第１着脱部６９を本体部２８に入れた後に、第２着脱部７０で蓋をするように取り付ける。着脱可能な着脱部２９と本体部２８とが係合する係合部は、実施の形態２で説明した遮蔽体１２の係合部と同様に、荷電粒子ビーム３１のビーム軸（ビーム中心線１４を通過する軸）に平行な部分と垂直な部分がある例である。回転ガントリ１０と建屋との位置確認や位置調整を行う際に、カウンタウエイト１１の着脱部２９及び遮蔽体１２の着脱部２６を外すことで、アイソセンタＩＣと建屋床２２の床基準印２３を光学的に確認することができる。

なお、着脱部２９は、着脱の機会が多い施設の場合には、当部分だけを二次放射線による放射化の小さいアルミニウムにするなど、本体部２８と材質を変えてもよい。また、本体部２８と材質を変える例としては、本体部２８を普通コンクリート、着脱部２９を重コンクリートとして、着脱部２９の遮蔽能力を増強してもよい。

実施の形態４のカウンタウエイト１１は、カウンタウエイト１１の本体部２８及び着脱部２９がビーム軸方向に同形状でない構造、すなわち軸方向に漏洩線量遮蔽体の機能を有するカウンタウエイト１１の１／２以上の係合部がない構造とすることによって、着脱可能な着脱部２９と本体部２８とが係合する係合部においても、二次放射線の減衰効果を十分に確保しながら、着脱部２９を着脱可能な構成にすることができる。

なお、カウンタウエイト１１に着脱部２９を設けない場合は、建屋床２２の床基準印２３からカウンタウエイト１１を避けてビーム中心線１４に至るアーム等を設置し、このアームにおけるビーム中心線１４が通過する部分に基準印を設けるとで、アイソセンタＩＣと建屋床２２の床基準印２３に基づく基準印を光学的に確認することができる。また、カウンタウエイト１１にスライド機構を設けて、回転ガントリ１０と建屋との位置確認や位置調整を行う際に、カウンタウエイト１１がビーム中心線１４と交わらないようにスライドさせるようにしてもよい。

実施の形態５．
図１５は、本発明の実施の形態５による回転ガントリの構成を示す図である。実施の形態５による回転ガントリ１０は、実施の形態１乃至４とは、遮蔽体１２を無くし、カウンタウエイト１１を角度α以内の全ての二次放射線が通過可能にするようにビーム軸を超えて延伸させた点で異なる。

実施の形態５の回転ガントリ１０は、照射対象１３より下流側にカウンタウエイト１１を有し、カウンタウエイト１１が角度α以内の二次放射線の漏洩線量を減衰させるので、回転ガントリ１０から二次放射線が漏れることを防止することができる。実施の形態５の回転ガントリ１０は、カウンタウエイト１１が二次放射線の遮蔽体の機能を兼ねるので、別体として遮蔽体を設ける必要がなくなり、構造が簡略化される利点がある。

実施の形態４で説明したように、カウンタウエイト１１におけるビーム中心線１４の周辺を着脱可能にしてもよい。回転ガントリ１０と建屋との位置確認や位置調整を行う際に、カウンタウエイト１１の着脱部２９を外すことで、アイソセンタＩＣと建屋床２２の床基準印２３を光学的に確認することができる。また、カウンタウエイト１１に着脱部２９を設けない場合は、建屋床２２の床基準印２３からカウンタウエイト１１を避けてビーム中心線１４に至るアーム等を設置し、このアームにおけるビーム中心線１４が通過する部分に基準印を設けるようにしてもよい。また、カウンタウエイト１１にスライド機構を設けて、回転ガントリ１０と建屋との位置確認や位置調整を行う際に、カウンタウエイト１１がビーム中心線１４と交わらないようにスライドさせるようにしてもよい。回転ガントリ１０と建屋との位置確認や位置調整を行う際に、アイソセンタＩＣと建屋床２２の床基準印２３に基づく基準印を光学的に確認することができる。

実施の形態６．
図１６は、本発明の実施の形態６による回転ガントリの構成及び小ウエイト部を示す図である。図１６（ａ）は実施の形態６による回転ガントリの構成を示す図であり、図１６（ｂ）は小ウエイト部を回転ガントリ搭載部側から見た上面図である。実施の形態６による回転ガントリ１０は、実施の形態５とは、カウンタウエイト１１が複数に分割された点で異なる。図１６は、カウンタウエイト１１が２つの小ウエイト部６４からなり、各小ウエイト部６４が直方体の例である。図１６（ｂ）において、ビーム中心線１４は、小ウエイト部６４の外形を示す四角形における破線で示した対角線の交点で小ウエイト部６４に交わっている。

二次放射線の漏洩線量を減衰させる遮蔽体としては、照射対象１３より下流側に位置するカウンタウエイト１１の厚さを厚くすることが望ましい。ビーム中心線１４が通過するカウンタウエイト１１の厚さが厚くなるように、カウンタウエイト１１を分割して設置することにより、二次放射線の漏洩線量を減衰させる効果を大きくすることができる。

実施の形態６の回転ガントリ１０は、照射対象１３より下流側にカウンタウエイト１１の小ウエイト部６４を有し、小ウエイト部６４が角度α以内の二次放射線の漏洩線量を減衰させるので、回転ガントリ１０から二次放射線が漏れることを防止することができる。また、カウンタウエイト１１を複数の小ウエイト部６４で構成したので、小ウエイト部６４の厚さは、一体物である実施の形態５のカウンタウエイト１１の厚さより厚くでき、二次放射線の漏洩線量を減衰させる効果を大きくすることができる。

実施の形態７．
図１７は、本発明の実施の形態７による回転ガントリの構成及び小ウエイト部を示す図である。図１７（ａ）は実施の形態７による回転ガントリの構成を示す図であり、図１７（ｂ）は小ウエイト部を回転ガントリ搭載部側から見た上面図である。実施の形態７による回転ガントリ１０は、実施の形態６とは、小ウエイト部の形状が異なる。図１７は、カウンタウエイト１１が２つの小ウエイト部６５からなり、各小ウエイト部６５がビーム軸に対し同心円状の円柱体の例である。図１７（ｂ）において、円柱体の中心をビーム中心線１４が通過しており、すなわち、ビーム中心線１４は、円柱体（小ウエイト部６５）に外接する破線で示した外接四角形７５の対角線の交点で円柱体（小ウエイト部６５）に交わっている。

図１７に示すように、ビーム軸に対して同心円状になるようにカウンタウエイト１１の小ウエイト部６５を配置すると、カウンタウエイト単位重量に対して二次放射線を減衰させる効果が大きくなる。例えば、照射野が円形（すなわち拡大照射やブロード照射など）の治療装置においては、ビーム方向の断面が円形である小ウエイト部は、ビーム方向の断面が正方形（例えば、外接四角形７５）である小ウエイト部より、約３／４に小さくできる。

実施の形態７の回転ガントリ１０は、照射対象１３より下流側にカウンタウエイト１１の小ウエイト部６５を有し、小ウエイト部６５が角度α以内の二次放射線の漏洩線量を減衰させるので、回転ガントリ１０から二次放射線が漏れることを防止することができる。また、カウンタウエイト１１の小ウエイト部６５を円柱体にし、照射対象１３より下流側の小ウエイト部６５の中心軸（円柱体の中心軸）とビーム軸と一致させるようにしたので、実施の形態６の回転ガントリ１０よりも、カウンタウエイト単位重量に対して二次放射線の漏洩線量を減衰させる効果を大きくすることができる。

実施の形態８．
図１８は、本発明の実施の形態８による回転ガントリの構成を示す図である。実施の形態８による回転ガントリ１０は、実施の形態６及び７とは、照射対象１３より下流側に位置するカウンタウエイト１１の小ウエイト部６６の形状が、特別な形状を有する点で異なる。図１８は、照射対象１３より下流側に位置するカウンタウエイト１１の小ウエイト部６６の形状が、アイソセンタＩＣから遠ざかるに従がってビーム中心線１４に垂直な面積が段階的に小さくなっており、他の小ウエイト部が直方体の小ウエイト部６４である例である。なお、直方体の小ウエイト部６４の形状は、直方体に限定されず、他の形状でもよい。

二次放射線は、ビーム前方方向に発生する割合が高く、また、ビーム前方方向に発生する放射線はエネルギーが高く、透過率が高い。小ウエイト部６６は、ビーム軸方向は厚く、ビーム中心線１４から少しずれた方向は薄くすることで、同重量の小ウエイト部を遮蔽体として効率よく使うことが可能となる。

実施の形態８の回転ガントリ１０は、照射対象１３より下流側にカウンタウエイト１１の小ウエイト部６６を有し、アイソセンタＩＣから遠ざかるに従がってビーム中心線１４に垂直な面積が段階的に小さくなっている小ウエイト部６６が角度α以内の二次放射線の漏洩線量を減衰させるので、回転ガントリ１０から二次放射線が漏れることを防止することができる。また、カウンタウエイト１１の小ウエイト部６６をアイソセンタＩＣから遠ざかるに従がってビーム中心線１４に垂直な面積が段階的に小さくなるようにしたので、実施の形態６及び７の回転ガントリ１０よりも、遮蔽体として効率よく使うことが可能となる。

なお、粒子線照射装置５８の照射方式としてスキャニング照射方式を例に説明したが、荷電粒子ビーム３１を散乱体で散乱拡大し、拡大した荷電粒子ビーム３１を照射対象１３の形状にあわせて照射野を形成するブロード照射方式にも適用できる。また、実施の形態１で説明したスキャニング照射方式と異なる他のスキャニング照射方式、すなわちスポットスキャニング、ラスタースキャニング等にも適用できる。また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１０…回転ガントリ、１１…カウンタウエイト、１２…遮蔽体、１３…照射対象、１９…遮蔽体移動装置、２５…土台部、２６…着脱部、２８…本体部、２９…着脱部、３１…荷電粒子ビーム、５１…粒子線治療装置、５２…ビーム発生装置、５４…シンクロトロン（加速器）、５６…回転ガントリ搭載部、５８、５８ａ、５８ｂ…粒子線照射装置、５９…ビーム輸送系、６４、６５、６６…小ウエイト部。

Claims (4)

1. 荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線照射装置を搭載し、アイソセンタを中心に回転可能な回転ガントリであって、
   前記荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系の回転ガントリ搭載部との重量バランスを取るカウンタウエイトを前記粒子線照射装置と対向する側に備え、
   前記カウンタウエイトは、前記荷電粒子ビームのビーム軸に交わるように配置され、
   前記カウンタウエイトは、複数の小ウエイト部を有することを特徴とする回転ガントリ。
2. 前記荷電粒子ビームの前記ビーム軸に交わるように配置された前記小ウエイト部は、
   前記ビーム軸に対して同心円状の円柱体であることを特徴とする請求項１記載の回転ガントリ。
3. 前記荷電粒子ビームの前記ビーム軸に交わるように配置された前記小ウエイト部は、
   前記アイソセンタから遠ざかるに従がって前記ビーム軸に垂直な面積が段階的に小さくなる形状であることを特徴とする請求項１記載の回転ガントリ。
4. 荷電粒子ビームを発生させ、この荷電粒子ビームを加速器で加速させるビーム発生装置と、前記加速器により加速された荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、前記ビーム輸送系で輸送された荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線照射装置と、前記粒子線照射装置を搭載し、アイソセンタを中心に回転可能な回転ガントリと、を備え、
   前記回転ガントリは、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転ガントリであることを特徴とする粒子線治療装置。

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