JP6875721B2 - エネルギー変調装置及びこれを用いた粒子線治療装置 - Google Patents

Description

この発明は、陽子線や荷電粒子線を使ったがん等の治療を行う粒子線治療装置及びそれに用いるエネルギー変調装置に関する。

従来、癌治療において、陽子線や炭素イオン線を主とする荷電粒子線（荷電粒子ビーム）を加速器から取り出し、この荷電粒子ビームを腫瘍（照射標的）に照射する粒子線照射装置が利用されている。

このような粒子線照射装置として、照射する荷電粒子ビームの照射野をＸＹ方向に拡大し、この荷電粒子ビームのＺ方向のエネルギー幅を大きくし、コリメータにより照射野を所定形状に絞って照射するブロードビーム方式の粒子線照射システムが提案されている（特許文献１参照）。

この粒子線照射システムに関して、所定のエネルギー分布を形成するためのエネルギー分布形成装置が提案されている。当該エネルギー分布形成装置は、リッジフィルタ２５の仮想平面２５ａ上に、第一エネルギー吸収体である棒状体１と第二エネルギー吸収体である柱状体３が配置されている。棒状体１は、その厚さがＸ方向に段階的に変化する階段部分を有している。棒状体１は、その厚さがＸ方向に段階的に変化する階段部分を有している。このエネルギー分布形成装置により、ＳＯＢＰ（Ｓｐｒｅａｄ−Ｏｕｔ Ｂｒａｇｇ Ｐｅａｋ）幅の大きな拡大ブラッグカーブを精度良く形成でき製作が容易で製作コストを抑えることができるとされている。そして、このような粒子線照射装置は、リッジフィルタによって調整されたエネルギー分布の荷電粒子ビームを、コリメータで腫瘍の形状に合わせて整えてから照射する。
なお、特許文献１の図１１に従来例として示されるように、一般的には棒状体１のみを有するリッジフィルタが使用されていること多い。

一方で、粒子線照射装置は、上記特許文献１のようなブロードビーム照射方式だけでなく、スキャニング照射方式も利用されている。このスキャニング照射方式の粒子線照射装置は、細い荷電粒子ビームを走査して腫瘍（照射標的）に照射する。

しかし、上述のエネルギー分布形成装置は、このスキャニング方式の粒子線照射装置でそのまま利用すると、条件によっては照射面内におけるエネルギー幅及び分布が不均一になり得るという問題点があった。

特開２０１０−１１７２５７号公報

この発明は、上述した問題に鑑み、スキャニング照射方式の粒子線照射装置による荷電粒子ビームをどの位置に照射しても照射標的への線量集中性を向上させる粒子線治療装置及びそれに用いるエネルギー変調装置を提供することを目的とする。

この発明は、加速器から取り出した荷電粒子ビームをビーム輸送ラインで輸送し走査電磁石を用いてスキャニング方式により照射する粒子線治療装置に用いるエネルギー変調装置であって、基部から頂点部に向かって断面積が段階的に小さくなる単位構造体が同一平面上に基部底面を位置させて複数整列配置され、隣接する前記単位構造体の前記頂点部の間隔が前記単位構造体に入射する前記荷電粒子ビームのビームサイズ以下の間隔で配置され、一列に整列する前記単位構造体の隣り合う２つの前記頂点と、次列の前記単位構造体の各前記頂点が、前記隣り合う２つの頂点間を底辺とする二等辺三角形または正三角形となる位置に配置され、複数の前記単位構造体は、稠密に整列配置されており、二等辺三角形又は正三角形をなす各前記頂点間の距離は、当該二等辺三角形又は正三角形の外接円の径が前記荷電粒子ビームのビーム径以下になるように構成されているエネルギー変調装置であることを特徴とする。

この発明により、スキャニング照射方式の粒子線照射装置による荷電粒子ビームをどの位置に照射しても照射標的へのエネルギー幅及び分布均一性を保持した線量集中性を向上させることができる。

粒子線治療装置の構成図。 照射部の構成図。 リッジフィルタの構成を説明する説明図。 相対線量の深さ方向（照射方向）分布を示す分布図。 ビームサイズと単位構造体間隔による線量均一性を示すグラフ図。 第２〜第４実施例の単位構造体の構成を説明する説明図。

以下、本発明の一実施形態を図面と共に説明する。

＜粒子線治療装置＞
図１は、粒子線治療装置１０の概略構成を示す構成図である。
粒子線治療装置１０は、加速器１と、ビーム輸送ライン２と、照射部３により主に構成されている。

加速器１は、イオン源から取り出された荷電粒子ビームを各種の電磁石、高周波加速装置などによって加速する。
ビーム輸送ライン２は、真空ダクト、四極電磁石２ａ、及び偏向電磁石２ｂなどで構成され、加速器１から取り出された荷電粒子ビームを輸送する。

ビーム輸送ライン２の末端には、照射部３が設けられている。
これにより、イオン源から取り出された荷電粒子ビームは、加速器１で加速された後、ビーム輸送ライン２を介して、照射部３に輸送される。

＜照射部＞
図２は、照射部３の構成図である。
照射部３に輸送された荷電粒子ビームは、ガウス分布に従う粒子数分布を有し、ビームサイズＷは、ガウス分布の半値全幅（ＦＷＨＭ）で定義される。このビームサイズＷは、最小ビームサイズを３ｍｍ未満とすることができ、最小ビームサイズを２ｍｍ以下とすることが好ましい。

照射部３は、荷電粒子ビームのＸＹ方向（荷電粒子の進行方向に対する垂直平面方向）の位置を制御するＸＹ方向走査部として機能するＸ方向走査電磁石４ａおよびＹ方向走査電磁石４ｂと、荷電粒子ビームのＸＹ方向の位置検出を行うビーム位置モニタ５ｂと、照射スポットＳＰごとの荷電粒子の照射線量を計測する線量モニタ５ａと、荷電粒子のＺ方向（荷電粒子の進行方向）の停止位置（深さ方向となるビーム飛程）を制御するエネルギー変更部６（レンジシフタ）と、停止する荷電粒子の深さ方向の幅Ｄを制御するリッジフィルタ７（エネルギー変調装置）と、を備えている。なお、荷電粒子のＺ方向の停止位置は、エネルギー変更部６だけでなく、加速器１（図１参照）の出射ビームエネルギーの変更によっても制御される。

この構成により、照射部３は、停止する荷電粒子の深さ方向の幅ＤとビームサイズＷとで定義される照射スポットＳＰに荷電粒子を照射し、そして、各照射スポットＳＰの３次元位置を制御する。

そして、照射部３は、線量モニタ５ａにより計測されたある照射点に照射された照射線量が、当該照射点に対する設定値に達すると、Ｘ方向走査電磁石４ａやＹ方向走査電磁石４ｂを制御し、加えてエネルギー変更部６の変更、あるいは加速器１の出射ビームエネルギーの変更を行う。これにより、荷電粒子ビームの照射位置を次の照射点まで走査することができる。尚、次の照射点に走査される荷電粒子ビームの照射位置はビーム位置モニタ５ｂにより監視される。

このようにして、照射部３は、荷電粒子ビームを３次元的に走査（スキャニング）して、照射標的となる腫瘍の形状に合わせて３次元的に配置した各照射スポットＳＰに荷電粒子を次々に照射していく。

＜エネルギー変調装置（リッジフィルタ）＞
図３（Ａ）は、リッジフィルタ７を構成する底面７ｄが正六角形の錐体である単位構造体７ａを模式的に示す斜視図であり、図３（Ｂ）は、当該単位構造体７ａを同一平面状に稠密に配置したリッジフィルタ７の一部を荷電粒子ビームの進行方向から見た平面図である。

リッジフィルタ７は、単位構造体７ａを一つのユニットとして、当該単位構造体７ａを２次元的に周期的に配置した２次元周期構造を有する。図３（Ｂ）では、７つの単位構造体７ａを図示しているが、実際にはさらに多くの単位構造体７ａがこの配置で稠密に配置されてリッジフィルタ７が構成されている。

単位構造体７ａは、辺の長さが徐々に短くなり面積も小さくなる相似形の複数の正六角柱７ｂを、中心軸を一致させ、且つ側面の向きを揃えて基部７ｕから頂点ｔ７に向かって順に重ねた錐形の構造になっている。１つの正六角柱７ｂにおける各側面７ｃ（平面視における各辺）の大きさ及び形状は同一である。この実施例では、正六角柱７ｂが４つ重ねられており、４つの正六角柱の辺の長さは一定の割合で短くなっており、また、４つの正六角柱７ｂは、いずれも同じ高さで各平面（荷電粒子ビームが照射される照射面）が互いに平行になっているが、これらに限定されるものではない。言い換えると、単位構造体７ａは、底面７ｄが正六角形であり、側面７ｃに階段状のステップを有する錐体になっている。各正六角柱７ｂは、求める荷電粒子ビームによるピークの形状に合わせて、上面（荷電粒子ビームが照射される照射面）の面積と高さ（荷電粒子ビームが照射される方向の段差）が定められている。

リッジフィルタ７は、複数の単位構造体７ａの集合体であり、各単位構造体７ａが同一方向（図中ではＺ軸方向）を向き、且つ荷電粒子ビームの進行方向（図中ではＺ軸方向）に垂直な同一平面内に、底面７ｄを隣接させて稠密に配置されている。ここでは、隣接する各単位構造体７ａは、最下に位置する正六角柱７ｂの１つの側面同士が当接するようにハニカム状に配置されている。さらに言えば、単位構造体７ａは、等間隔かつ稠密に一列に配置された列が多数平行配置されており、かつ、１列ずつ互い違いに単位構造体７ａの頂点７ｔの位置が隣接する列の単位構造体７ａの各頂点７ｔの間に位置するように配置されている。これにより、一列に整列する前記単位構造体７ａの隣合う２つの頂点７ｔ１と、次列の前記単位構造体の各前記頂点７ｔ２が、前記隣り合う２つの頂点７ｔ１，７ｔ１間を底辺Ｌ１とする二等辺三角形の一種である正三角形Ｓとなる位置に配置されている。

そして、各単位構造体７ａは、それぞれの頂点７ｔ（７ｔ１，７ｔ２）の間隔が入射する荷電粒子ビームＢのビームサイズＷ以下の間隔で配置されている。さらに言えば、上述した３つの頂点７ｔ１，７ｔ１，７ｔ２で構成される正三角形Ｓの外接円Ｒ１の半径ｒ１が、照射される荷電粒子ビームＢのビーム半径Ｗａ以下になるように構成されている。これにより、この三角形を構成する３つの頂点７ｔ１，７ｔ１，７ｔ２の全てを荷電粒子ビーム（スポットビーム）の照射領域外（スポット外）に位置させることができずに、少なくとも１つの頂点７ｔが荷電粒子ビームの照射領域内（スポット内）に位置することが実現されている。なお、この明細書で言うビームサイズＷは、リッジフィルタ７に入射する時点での荷電粒子ビームＢのビームサイズＷ、すなわち、リッジフィルタ７の頂点７ｔに荷電粒子ビームＢが入射する時点での荷電粒子ビームＢのビームサイズＷを指す。

このようにして、各単位構造体７ａは最密に配置されているため、所定のビームサイズＷの荷電粒子ビームが照射する照射領域内に充填可能な単位構造体７ａの数を最大にすることができる。

尚、リッジフィルタ７は、当該単位構造体７ａを一つのユニットとした２次元周期構造となっており、そして、隣接する単位構造体７ａの配置間隔ＰＩ（頂点間隔）が、その周期間隔となっている。尚、任意の単位構造体７ａに隣接する６つの単位構造体７ａは、全て辺が隙間なく接続されており、それぞれの頂点間の配置間隔ＰＩはすべて同じ配置間隔ＰＩとなっている。

以上の構造により、単位構造体７ａの配置間隔ＰＩに対する荷電粒子ビームＢのビームサイズ比を１以上にすることができ、リッジフィルタ７に入射する荷電粒子ビームの中心軸が単位構造体７ａのどの部分を通るかに依存せずに、ほぼ同一の線量分布を得ることができる。詳細については後述する。

なお、リッジフィルタ７の材質は、アルミまたはアクリル等の適宜の素材が用いられる。

＜線量分布に対するビームサイズ及び配置間隔の影響度合い＞
図４は、リッジフィルタ７に入射する荷電粒子ビームＢの中心位置と、そのときのビーム軸方向の線量部分の関係を示すグラフであり、縦軸を線量、横軸を深さとしている。なお、この縦軸の線量は、深さ０のときの線量を１として規格可した値である。このグラフは、リッジフィルタ７に荷電粒子ビームが入射する場合、荷電粒子ビームの中心軸が単位構造体７ａ内の異なる３つの点１１ａ，１１ｂ，１１ｃ（図３（Ａ）参照）を通る場合があると仮定して計算した、それぞれの荷電粒子ビームの進行方向（深さ方向）の線量分布１２ａ，１２ｂ，１２ｃを示している。

計算に際して、荷電粒子ビームは、ガウス分布に従う粒子数分布を有し、ビームサイズＷは、ガウス分布の半値全幅（ＦＷＨＭ）で、単位構造体７ａの配置間隔ＰＩ（図３参照）の０．６８倍であると仮定している。尚、計算により導出された線量分布は、荷電粒子ビームがリッジフィルタ７に入射した場合の水中での線量分布を示している。

図４から、荷電粒子ビームの進行方向（深さ方向）の線量分布は、その中心軸が通る点（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）の位置により違いがあるのがわかる。中心軸が単位構造体７ａの頂点７ｔ（１１ａ）に位置する場合、単位構造体７ａの厚い部分を荷電粒子ビーム中の粒子の多くが通過するため、エネルギー損失が大きく、線量分布は全体的に浅い方向にシフトし、且つ線量分布の幅が小さくなっている。他方、中心軸が単位構造体７ａの底面７ｄに近い基部側の点（１１ｃ）に位置する場合には、単位構造体７ａの薄い部分を荷電粒子ビーム中の粒子の多くが通過するため、エネルギー損失が小さく、線量分布は全体的に深い方向にシフトし、且つ線量分布の幅が大きくなっている。そして、中心軸が点（１１ａ）と点（１１ｃ）との中間点に相当する点（１１ｂ）に位置する場合には、線量分布の深さ方向の全体的な位置、及び線量分布の幅は、中心軸が点（１１ａ）及び点（１１ｃ）に位置する上述の場合の中間的な値を示している。

図５は、ビームサイズＷ（ＦＷＨＭ）で規定された荷電粒子ビームの照射領域に含まれる単位構造体７ａの数と、深さ方向の線量均一性との関係を示した図である。横軸は、単位構造体７ａの配置間隔ＰＩに対するビームサイズＷ（ＦＷＨＭ）の比率とし、リッジフィルタ７に入射する荷電粒子ビームが照射する照射領域内に充填することが可能な単位構造体７ａの数を間接的に表している。縦軸は、以下の［数１］に示すＣｈｉ‐ｓｑｕａｒｅ（χ^２）の値とし、リッジフィルタ７を通過することで形成される深さ方向の線量分布の均一性を表している。

ここで、Ｃａｌｃ．（ｚ）は、あるビームサイズで計算した深さｚにおける線量分布の計算値であり、Ｄｓｇｎ（ｚ）は、同じ深さｚにおける線量分布の設計値である。

横軸は、ビームサイズを頂点ｔ７間のピッチで除算した値を示している。この値は、ピッチサイズ１．７３ｍｍのリッジフィルタに対して複数のビームサイズ条件で計算した結果である。

図中のエラーバーは、リッジフィルタ７に入射する荷電粒子ビームの中心軸が単位構造体７ａ内の様々な点を通ることに起因したバラツキを示している。横軸の値が１より大きい場合には、縦軸のχ^２の値はほぼ一定となっており、計算値の設計値からの乖離がビームサイズに依存していないことを意味している。他方、横軸の値が１より小さくなると、縦軸のχ^２の値、及びエラーバーが大きくなっている。これは、ビームサイズＷが単位構造体７ａの配置間隔ＰＩより小さくなると、計算値の設計値からの乖離が大きくなり、加えてリッジフィルタ７に入射する荷電粒子ビームの中心軸が通る単位構造体７ａ内の位置に依存して線量分布の変化が大きくなることを意味している。

以上のことから、リッジフィルタ７に入射する荷電粒子ビームのビームサイズＷや入射位置に依存した変化が小さい線量分布を実現するためには、単位構造体７ａの配置間隔ＰＩに対するビームサイズＷの比率を１以上にする必要がある。言い換えれば、単位構造体７ａの配置間隔ＰＩは、ビームサイズＷより小さくする必要のあることがわかる。

以上の構成及び動作により、ビームサイズＷを小さくした場合でも、リッジフィルタ７を構成する単位構造体７ａの配置間隔ＰＩをビームサイズＷより小さく設定することにより、荷電粒子ビームの入射位置に依存したエネルギー変調の変動を抑制することができる。これにより、荷電粒子ビームが走査（スキャニング）され、リッジフィルタ７の任意の場所を通過した荷電粒子は、各照射スポットＳＰにおいて、深さ方向の線量分布に大きな変動を与えることなく照射できる。

また、深さ方向に連なる照射スポットＳＰの連結部分に不均一な線量分布が生じる恐れが小さくなる。すなわち、リッジフィルタ７を通過する荷電粒子ビームの粒子群の混ざり合いが促進され、照射標的内の線量分布不均一性を抑えることができる。これにより、照射ポート（照射部３）の短縮化を実現でき、粒子線治療装置１０を小型化することができる。

また、リッジフィルタ７が最低限持つべき単位構造体７ａの密度が明らかになることで、単位構造体７ａの小型化に対する工作精度の過度な要求を抑えることができる。

単位構造体７ａの配置間隔ＰＩをビームサイズＷより小さくすることで、荷電粒子ビームが照射するリッジフィルタ７の照射領域内（特に荷電粒子ビームの進行方向に垂直な面内）での粒子群の混ざり合いが促進される。これにより、各照射スポットＳＰにおける、荷電粒子ビームの進行方向に垂直な面内の線量分布の均一化が図れる。

また、リッジフィルタ７から照射標的までの距離を過度に大きくとる必要がなく、粒子線治療装置１０の小型化にも役立つ。

尚、ビームサイズＷを小さくした場合、単位構造体７ａの配置間隔ＰＩを、そのビームサイズＷより小さくなるようにすればよく、単位構造体７ａの小型化のために、過度な工作精度は必要とされない。

図６（Ａ）は、実施例２のリッジフィルタ１７を荷電粒子線ビームの進行方向から見た模式図である。

リッジフィルタ７は、単位構造体１７ａを一つのユニットとして、当該単位構造体１７ａを２次元的に周期的に配置した２次元周期構造を有する。リッジフィルタ７は、側面１７ｃに階段状のステップを有する底面１７ｄが正方形の錐体である単位構造体１７ａが、底面１７ｄを隣接させて同一平面状に稠密に配置されている。

図６（Ａ）に示すように、単位構造体１７ａは、辺の長さが徐々に短くなる複数の正四角柱１７ｂを、中心軸を一致させ、且つ側面の向きを揃えて順に重ねた錐形の構造であってもよい。ここでは、正四角柱１７ｂが４つ重ねられており、４つの正四角柱の辺の長さは一定の割合で短くなっており、また、４つの正四角柱１７ｂの高さ（図中のＺ方向）は、何れも同じになっているが、これらに限定されるものではない。言い換えると、単位構造体１７ａは、側面１７ｃに階段状のステップを有する底面１７ｄが正四角形の錐体であってもよい。

そして、リッジフィルタ１７は、各単位構造体１７ａを同一方向（図中ではＺ軸方向）に向け、且つ荷電粒子ビームの進行方向（図中ではＺ軸方向）に垂直な同一平面内に、底面１７ｄを隣接させて稠密に配置させて構成するようにしてもよい。ここでは、任意の単位構造体１７ａに隣接する左右（図中のＸ方向）の単位構造体１７ａは、各々１つで、最下に位置する正四角柱１７ｂの１つの側面同士が当接するよう配置されている。一方、任意の単位構造体１７ａに隣接する前後（図中のＹ方向）の単位構造体１７ａは、各々２つで、最下に位置する正四角柱１７ｂの１つの側面同士が当接するよう配置されている。

ここでは、左右に隣接する単位構造体１７ａの配置間隔は、何れも配置間隔ＰＩｘで同じであり、また、前後に隣接する４つの単位構造体１７ａとの配置間隔は、何れも配置間隔ＰＩｙで同じになっているが、配置間隔ＰＩｘと配置間隔ＰＩｙとは同じにはなっていない。しかしながら、前後に隣接する単位構造体１７ａを左右方向（図中のＸ方向）に全体に移動させることで、単位構造体１７ａの充填密度を変えることなく、配置間隔ＰＩｙを配置間隔ＰＩｘに一致させることが可能である。この場合、任意の単位構造体１７ａに隣接する前後の単位構造体１７ａは、各々１つになるようにＸＹ両方向に整列して配置される。すなわち、各単位構造体１７ａは、ＸＹ両方向にずれが無いように揃えられて全体として平面視（ビーム照射方向から見て）格子状に配置される。このような場合には、単位構造体１７ａの配置間隔ＰＩは、任意の単位構造に隣接する複数の単位構造の配置間隔の内で最も短い配置間隔、ここでは、配置間隔ＰＩｘを指すものとする。

図６（Ｂ）は、実施例３のリッジフィルタ２７を荷電粒子線ビームの進行方向から見た模式図である。

リッジフィルタ２７は、単位構造体２７ａを一つのユニットとして、当該単位構造体２７ａを２次元的に周期的に配置した２次元周期構造を有する。このリッジフィルタ２７は、側面２７ｃに階段状のステップを有する底面２７ｄが正三角形の錐体である単位構造体２７ａが、底面２７ｄを隣接させて同一平面状に稠密に配置されている。

図６（Ｂ）に示すように、単位構造体２７ａは、辺の長さが徐々に短くなる複数の正三角柱２７ｂを、中心軸を一致させ、且つ側面の向きを揃えて順に重ねた錐形の構造であってもよい。ここでは、正三角柱２７ｂが４つ重ねられており、４つの正三角柱の辺の長さは一定の割合で短くなっており、また、４つの正三角柱２７ｂの高さ（図中のＺ方向）は、何れも同じになっているが、これらに限定されるものではない。言い換えると、単位構造体２７ａは、側面２７ｃに階段状のステップを有する底面２７ｄが正三角形の錐体であってもよい。

そして、リッジフィルタ２７は、各単位構造体２７ａを同一方向（図中ではＺ軸方向）に向け、且つ荷電粒子ビームの進行方向（図中ではＺ軸方向）に垂直な同一平面内に、底面２７ｄを隣接させて稠密に配置させて構成するようにしてもよい。

ここでは、任意の単位構造２７ａの回りには、その最下に位置する正三角柱２７ｂの３つの側面（平面視した二次元三角形の各辺）に対してそれぞれの１つの側面（平面視した二次元三角形の辺）が当接するように配置されている３つの単位構造２７ａと、同じくその最下に位置する正三角柱２７ｂの３つの側辺（平面視した二次元三角形の各頂点２７ｔ）に対してそれぞれ３つの側辺（平面視した二次元三角形の各頂点２７ｔ）が当接するように配置されて隣接する９つの単位構造２７ａが存在する。そして、任意の単位構造２７ａと最隣接の３つの単位構造２７ａとは、最短の同じ配置間隔ＰＩで配置されており、ここでは、この最短の配置間隔ＰＩを配置間隔ＰＩとしている。

図６（Ｃ）は、実施例４のリッジフィルタ３７を荷電粒子ビームの進行方向から見た模式図である。このリッジフィルタ３７は、側面３７ｃに階段状のステップを有する底面３７ｄが真円形の錐体を正六角形の平面板３７ｚ上に形成した単位構造体３７ａが、前記平面板３７ｚを隣接させて同一平面状に稠密に配置されている。

リッジフィルタ３７は、単位構造体３７ａを一つのユニットとして、当該単位構造体３７ａを２次元的に周期的に配置した２次元周期構造を有する。

図６（Ｃ）に示すように、単位構造体３７ａは、正六角形の平面板３７ｚ上に形成され、直径の長さが徐々に短くなる複数の円柱３７ｂを、中心軸を一致させて順に重ねた錐形の構造になっている。ここでは、正六角形の平面板３７ｚ上に円柱３７ｂが３つ重ねられており、３つの円柱３７ｂの直径の長さは一定の割合で短くなっており、また、３つの円柱３７ｂの高さは、何れも同じになっているが、これらに限定されるものではない。言い換えると、単位構造体３７ａは、側面３７ｃに階段状のステップを有する底面３７ｄが真円形の錐体が正六角形の平面板３７ｚ上に形成された構造になっている。

リッジフィルタ３７は、複数の単位構造体３７ａの集合体であり、各単位構造体３７ａが同一方向（図中ではＺ軸方向）を向き、且つ荷電粒子ビームの進行方向（図中ではＺ軸方向）に垂直な同一平面内に、正六角形の平面板３７ｚを隣接させて稠密に配置されている。ここでは、隣接する各単位構造体３７ａは、最下に位置する正六角形の平面板３７ｚの１つの側面同士が当接するようにハニカム状に配置されている。

実施例１の構成と同様に、各単位構造体３７ａは最密に配置されているため、所定のビームサイズＷの荷電粒子ビームが照射する照射領域内に充填可能な単位構造体３７ａの数を最大にすることができる。

尚、リッジフィルタ３７は、当該単位構造体３７ａを一つのユニットとした２次元周期構造となっており、そして、隣接する単位構造体３７ａの配置間隔ＰＩが、その周期間隔となっている。尚、任意の単位構造体３７ａに隣接する単位構造体３７ａは、６つ存在し、それらとの配置間隔ＰＩはすべて同じ配置間隔ＰＩとなっている。

実施例２〜４で示した上述のリッジフィルタ１７，２７，３７の何れの構成も、実施例１で示したリッジフィルタの構成と同様の動作をし、同様の効果を奏する。

また、リッジフィルタ１７，２７，３７以外の他の構成及び動作は、上述の実施例１と同一であるため、同一要素に同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

なお、本発明は、上述した各実施例１〜４に限らず、様々な形態をとることができる。
例えば、単位構造体（単位構造体７ａ，１７ａ，２７ａ，３７ａ）は、荷電粒子ビームの進行方向に見て相似形となる大きさの異なる複数種類の板状ブロック（正六角柱７ｂ，四角柱１７ｂ，三角柱２７ｂ，円柱３７ｂ）が、基部から頂点部に向けて徐々に小さいものが配置された任意の形状に形成することができる。

この発明は、ビームサイズの小さな荷電粒子ビームをスキャニング方式により照射する粒子線治療装置及びそれに用いられるエネルギー変調装置に利用することができる。

１…加速器
２…ビーム輸送ライン
３…照射部
４ａ…Ｘ方向走査電磁石
４ｂ…Ｙ方向走査電磁石
７…リッジフィルタ
７ａ、１７ａ，２７ａ、３７ａ…単位構造体
１０…粒子線治療装置
３７ｚ…平面板
ＰＩ…配置間隔
Ｗ…ビームサイズ

Claims (2)

1. 加速器から取り出した荷電粒子ビームをビーム輸送ラインで輸送し走査電磁石を用いてスキャニング方式により照射する粒子線治療装置に用いるエネルギー変調装置であって、
   基部から頂点部に向かって断面積が段階的に小さくなる単位構造体が同一平面上に基部底面を位置させて複数整列配置され、
   隣接する前記単位構造体の前記頂点部の間隔が前記単位構造体に入射する前記荷電粒子ビームのビームサイズ以下の間隔で配置され、
   一列に整列する前記単位構造体の隣り合う２つの前記頂点と、次列の前記単位構造体の各前記頂点が、前記隣り合う２つの頂点間を底辺とする二等辺三角形または正三角形となる位置に配置され、
   複数の前記単位構造体は、稠密に整列配置されており、
   二等辺三角形又は正三角形をなす各前記頂点間の距離は、当該二等辺三角形又は正三角形の外接円の径が前記荷電粒子ビームのビーム径以下になるように構成されている
   エネルギー変調装置。
2. 荷電粒子ビームを加速する加速器と、
   前記加速器から取り出した荷電粒子ビームを搬送するビーム輸送ラインと、
   前記荷電粒子ビームを照射するビーム照射部とを備えた粒子線治療装置であって、
   前記ビーム照射部に、請求項１記載のエネルギー変調装置を備え、
   照射標的となる腫瘍の形状に合わせて３次元的に配置した各照射スポットに前記荷電粒子ビームを次々に照射していく際に、
   前記エネルギー変調装置の前記単位構造体の位置にかかわらず前記エネルギー変調装置の任意の場所を通過させる構成である
   粒子線治療装置。
   

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