JP6184313B2 - 粒子線治療システムおよびリッジフィルタならびにリッジフィルタの製造方法 - Google Patents
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Description
このスポットスキャニングでは、スポットを細かく配置するほど照射時間は増加し、線量率が低下する傾向にある。なお、標的全体に一様な線量を付与することを体積照射と呼ぶ。
ブラッグピークの発生深さは被照射体へのビームの入射エネルギーに依存し、高エネルギーのビームほどピークは深い位置に発生する。また、スポット毎のビームは横方向に対して2次元ガウス分布状の広がりを持つ。ガウス分布の1σ、即ちスポットサイズはアイソセンタ面において2mm〜20mm程度である。高エネルギーのビームほどスポットサイズは小さい。
また、先端部が薄いために、リッジフィルタ、特にその先端部が破損しやすいとの課題もあった。
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、リッジフィルタを備えた粒子線治療システムであって、前記リッジフィルタは、このリッジフィルタにおける粒子線入射方向と同じ方向を深さ方向、前記粒子線入射方向と垂直をなす平面における前記リッジフィルタの一方の方向を繰り返し方向、もう一方の方向を奥行き方向とそれぞれ定義したときに、前記繰り返し方向に複数個配置された構造体と、前記深さ方向の最上流面と最下流面のうち少なくともいずれか一方において前記構造体とそれぞれ接する台座部と、前記繰り返し方向と前記奥行き方向との少なくともいずれかの方向からこの台座部を複数個挟み込む把持部材と、を有し、この構造体は、前記繰り返し方向の中心線に対して左右非対称形状で、前記繰り返し方向の中心線と前記深さ方向の中心線との交点に対して点対称形状で、前記最上流面および前記最下流面の前記繰り返し方向厚さが等しく、前記面より前記繰り返し方向の厚さが厚い部分が前記深さ方向において存在しないことを特徴とする。
本発明の粒子線治療システムおよびリッジフィルタならびにリッジフィルタの製造方法の第1の実施形態を、図1乃至図8を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施形態による粒子線治療システムの全体構成を示す図である。
なお、本実施形態では陽子線照射装置102を例に説明するが、本発明は陽子より質量の重い粒子(炭素線など)を用いた重粒子線照射装置にも適用することができる。
なお、本実施形態では回転ガントリーを備える回転式照射装置105を例に説明するが、照射装置は固定式を採用することもできる。
なお、本実施形態では陽子線の加速装置としてシンクロトロン108を採用したが、サイクロトロンや直線加速器を採用することができる。
図2において、スキャニング照射法では、標的201を微少領域(スポット)202に分割し、スポット202毎にビームを照射する。通過したビームの飛程をガウス分布状に分散させ、ブラッグピークの幅を拡大するため、照射野形成装置110にはリッジフィルタ101が設置されている。
図3において、ブラッグピーク幅の拡大により、本実施形態の粒子線治療システムでは深さ方向(図2におけるZ方向)へのスポット間隔を拡張でき、高線量率でのビーム照射が可能となることが判る。
ある深さについてすべてのスポット202に所定線量を付与すると、照射野形成装置110は深さ方向にビームを走査する。深さ方向へのビームの走査は、シンクロトロン108での加速条件を変更する、もしくは、ビームを照射野形成装置110等に搭載したレンジシフタ(図示せず)を通過させる等の方法によりビームのエネルギーを変更することによって行う。
このような手順を繰り返し、最終的に標的201全体に一様な線量分布が形成される。スポット202毎のビームの横方向線量分布は、アイソセンタ面において1σ=2mm〜20mmのガウス分布状に広がっている。
本実施形態では、走査電磁石203を励磁しない状態においてビームの中心が通過する直線をビーム軸と定義する。また、回転式照射装置105の回転軸とビーム軸との交点をアイソセンタと定義する。
リッジフィルタ101は、ビームの入射方向と同じ方向を深さ方向(図2におけるZ方向)、ビーム入射方向と垂直をなす平面におけるリッジフィルタ101の一方の方向を繰り返し方向(図2におけるX方向)、もう一方の方向を奥行き方向(図2におけるY方向)とそれぞれ定義したときに、構造体301が繰り返し方向に複数個配置された構造となっている。奥行き方向については、最上流面301A等の面が、奥行き方向に延在している形状となっている。
図6に示すように、リッジフィルタ101は、構造体301はその最上流面301A側および最下流面301B側に台座部303と接している。また、この台座部303は、繰り返し方向において把持部材304によって複数個挟み込む形で把持されている。なお、把持部材304は、奥行き方向から台座部303を把持することや、繰り返し方向および奥行き方向の両方向側から台座部303を把持することができる。
図7にリッジフィルタを構成する構造体の概略図を示す。
構造体301は、また、繰り返し方向の中心線に対して左右非対称形状で、かつ繰り返し方向の中心線と深さ方向の中心線との交点S(重心)に対して点対称形状となっており、山状のような深さ方向における尖鋭部(先端部,頂上)を有さない形状となっている。すなわち、各構造体301を繰り返し方向の中心線で分割し、分割したうちの一方を深さ方向において上下反転させると、現在の一般的なリッジフィルタを構成する尖鋭部を有する山状の構造体と同じ形状となる。
更に、構造体301は、深さ方向の最上流面301Aおよび最下流面301Bの繰り返し方向の厚さ(長さ)が等しくなっている。また、この最上流面301Aや最下流面301Bより繰り返し方向の厚さ(長さ)が厚い(長い)部分が深さ方向において存在しない構造となっている。
従って、これらのような構造を満たす本実施形態における構造体301を備えるリッジフィルタ101は、現在存在するリッジフィルタと同様に、ビームの飛程をガウス分布状に分散させる機能を備えていることが判る。
用いる旋盤,フライス盤や、削り出しの条件は一般的な条件であり、構造体301の形状が尖鋭部を持たない形状、すなわち繰り返し方向の中心線に対して左右非対称形状で、かつ繰り返し方向の中心線と深さ方向の中心線との交点Sに対して点対称形状、深さ方向の最上流面301Aおよび最下流面301Bの繰り返し方向の厚さが等しく、最上流面301Aや最下流面301Bより繰り返し方向の厚さが厚い部分が深さ方向において存在しない構造となるように、上述したアルミ,銅,ABS等からなるインゴットを削り出し加工によって作製する。
図8に示すようなこの構造体305も、繰り返し方向の中心線に対して左右非対称形状で、かつ繰り返し方向の中心線と深さ方向の中心線との交点Sに対して点対称形状となっている。また、構造体305は、深さ方向の最上流面305Aおよび最下流面305Bの繰り返し方向の厚さが等しくなっている。更に、深さ方向において最上流面305Aや最下流面305Bより繰り返し方向の厚さが厚い部分が存在せず、同じ厚さとなっている構造である。
本発明の粒子線治療システムおよびリッジフィルタならびにリッジフィルタの製造方法の第2の実施形態を図9を用いて説明する。なお、厚さ方向、繰り返し方向、奥行き方向は、図2や図4等と同様に定義する。また、本実施形態による粒子線治療システムの全体構成は図1と同様である。さらに、本実施形態による粒子線治療システムに用いる照射野形成装置の構成は、図2と同様である。
図9に示すように、本実施形態のリッジフィルタ101Aは、各構造体301が、繰り返し方向において交互に左右反転させて配置されたものである。
例えば、ビーム走査によりリッジフィルタ101へのビーム入射角が大きくなると、図6に示すような第1の実施形態の構造体301の配置では、リッジフィルタ101中でのビームの通過経路に偏りが生じる。より具体的には、図6に示すAの領域では、ビームが構造体301の傾きに対し平行に通過する傾向となる。一方、図6のBの領域では、ビームが垂直に通過する傾向となる。従って、スポット位置に依存してビームの飛程分散量が変化し、体積照射時に一様な線量分布が得られない可能性がある。
しかし図9に示すような本実施形態の構造体301の配置では、ビームの通過経路に偏りが生じにくいため、スポット位置に関わらずビームの飛程分散量はほぼ一定となり、一様な線量分布が得られる、との効果を奏することができる。
本発明の粒子線治療システムおよびリッジフィルタならびにリッジフィルタの製造方法の第3の実施形態を図10乃至図13を用いて説明する。なお、厚さ方向、繰り返し方向、奥行き方向は、図2や図4等と同様に定義する。また、本実施形態による粒子線治療システムの全体構成は図1と同様である。
本実施形態では、ウォブラー照射法について図10を用いて説明する。
なお、横方向に一様な線量分布を形成する手段としては、2重散乱体法も有効である。2重散乱体法は走査電磁石の替わりに2種類の散乱体をビーム通過位置に配置することで横方向に一様な線量分布を形成する。
また、繰り返し方向の中心線に対して左右非対称形状で、かつ繰り返し方向の中心線と深さ方向の中心線との交点Sに対して点対称形状となっている。また、深さ方向の最上流面301Aおよび最下流面301Bの繰り返し方向の厚さが等しく、最上流面301Aや最下流面301Bより繰り返し方向の厚さが厚い部分が深さ方向において存在しない構造となっている。
なお、本実施形態では通常のコリメータ602としたが、マルチリーフコリメータでも同様の効果が得られる。
すなわち、リッジフィルタが尖鋭部を持たない構造体を有するため、その製作における加工が容易になり、粒子線治療システムを低コスト化することができる。特に、ウォブラー照射法を採用した粒子線治療システムでは、エネルギー、SOBP幅に応じて多数のリッジフィルタを製作する必要があるが、本実施形態のような尖鋭部を持たない構造体を有するリッジフィルタはその効果が顕著となる。また、加工が容易になることで、高さを大きくしたリッジフィルタを製作可能で、より大きなSOBP幅を形成できる。
さらにまた、リッジフィルタが破損しにくくなるため、粒子線治療システムの稼働率が向上する。
なお、本発明は上記の実施形態に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。上述の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
102…陽子線照射装置、
103…陽子線発生装置、
104…陽子線輸送装置、
105…回転式照射装置、
106…イオン源、
107…前段加速器、
108…シンクロトロン、
109…出射デフレクタ、
110…照射野形成装置、
201…標的、
202…スポット、
203…走査電磁石、
301,305,306,307…リッジフィルタの構造体、
301A,305A,306A,307A,…最上流面、
301B,305B,306B,307B,…最下流面、
303…台座部、
304…把持部材、
601…散乱体、
602…コリメータ、
603…ボーラス。
Claims (8)
- リッジフィルタを備えた粒子線治療システムであって、
前記リッジフィルタは、このリッジフィルタにおける粒子線入射方向と同じ方向を深さ方向、前記粒子線入射方向と垂直をなす平面における前記リッジフィルタの一方の方向を繰り返し方向、もう一方の方向を奥行き方向とそれぞれ定義したときに、前記繰り返し方向に複数個配置された構造体と、
前記深さ方向の最上流面と最下流面のうち少なくともいずれか一方において前記構造体とそれぞれ接する台座部と、
前記繰り返し方向と前記奥行き方向との少なくともいずれかの方向からこの台座部を複数個挟み込む把持部材と、を有し、
この構造体は、前記繰り返し方向の中心線に対して左右非対称形状で、前記繰り返し方向の中心線と前記深さ方向の中心線との交点に対して点対称形状で、前記最上流面および前記最下流面の前記繰り返し方向厚さが等しく、前記面より前記繰り返し方向の厚さが厚い部分が前記深さ方向において存在しない
ことを特徴とする粒子線治療システム。 - 請求項1の粒子線治療システムにおいて、
前記リッジフィルタは、前記構造体が前記繰り返し方向において交互に左右反転されて配置された
ことを特徴とする粒子線治療システム。 - 請求項1の粒子線治療システムにおいて、
前記構造体は、前記深さ方向に対して複数積層された
ことを特徴とする粒子線治療システム。 - 請求項1の粒子線治療システムにおいて、
前記構造体は、前記深さ方向に対して幅を広げて、ブラッグピーク幅を広げるよう形成された
ことを特徴とする粒子線治療システム。 - ビームのエネルギー分布を拡大するためのリッジフィルタであって、
このリッジフィルタにおける粒子線入射方向と同じ方向を深さ方向、前記粒子線入射方向と垂直をなす平面における前記リッジフィルタの一方の方向を繰り返し方向、もう一方の方向を奥行き方向とそれぞれ定義したときに、前記繰り返し方向に複数個配置された構造体と、
前記深さ方向の最上流面と最下流面のうち少なくともいずれか一方において前記構造体とそれぞれ接する台座部と、
前記繰り返し方向と前記奥行き方向との少なくともいずれかの方向からこの台座部を複数個挟み込む把持部材と、を有し、
この構造体は、前記繰り返し方向の中心線に対して左右非対称形状で、前記繰り返し方向の中心線と前記深さ方向の中心線との交点に対して点対称形状で、前記最上流面および前記最下流面の前記繰り返し方向厚さが等しく、前記面より前記繰り返し方向の厚さが厚い部分が前記深さ方向において存在しない
ことを特徴とするリッジフィルタ。 - ビームのエネルギー分布を拡大するためのリッジフィルタの製造方法であって、
このリッジフィルタにおける粒子線入射方向と同じ方向を深さ方向、前記粒子線入射方向と垂直をなす平面における前記リッジフィルタの一方の方向を繰り返し方向、もう一方の方向を奥行き方向とそれぞれ定義したときに、前記繰り返し方向の中心線に対して左右非対称形状で、前記繰り返し方向の中心線と前記深さ方向の中心線との交点に対して点対称形状で、前記深さ方向の最上流面および最下流面の前記繰り返し方向厚さが等しく、前記面より前記繰り返し方向の厚さが厚い部分が前記深さ方向において存在しない構造体を、前記繰り返し方向に複数個配置し、この構造体を前記繰り返し方向もしくは前記奥行き方向から複数個挟み込む
ことを特徴とするリッジフィルタの製造方法。 - 請求項6のリッジフィルタの製造方法において、
前記構造体を前記繰り返し方向において交互に左右反転させて配置する
ことを特徴とするリッジフィルタの製造方法。 - 請求項6のリッジフィルタの製造方法において、
前記構造体を、削り出しによって一体形成する
ことを特徴とするリッジフィルタの製造方法。
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