JP7118720B2 - 粒子線治療システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、粒子線治療システムに関する。

従来、粒子線ビームを患者の患部（がん）に照射して治療を行う粒子線治療システムがある。このような粒子線治療システムでは、システムの更新を行う際に、新たな治療室を設けるようにし、この新しい治療室と既設の治療室とを交互に運転することで、治療を継続しつつ、システムの更新を行うようにしている。

特開２０１８－３８６２８号公報

粒子線治療システムでは、加速器が配置される放射線管理区域の周囲に放射線を遮蔽する厚い遮蔽壁が設けられており、予め建屋内に設けられた未整備の治療室以外でシステムの更新を行う際には、この遮蔽壁の一部を取り壊して、加速器を延長するための経路を構築しなければならない。そのため、遮蔽壁の取り壊し工事に時間がかかり、治療が中断される期間が長くなってしまい、システムの稼働率が低下してしまうという課題がある。

本発明の実施形態は、このような事情を考慮してなされたもので、工事を行う際に治療が中断される期間を短くして稼働率を向上させることができる粒子線治療システムの構築技術を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る粒子線治療システムは、荷電粒子を加速する円形加速器と、前記円形加速器で加速された前記荷電粒子を照射室に導くビーム輸送ラインと、前記円形加速器および前記ビーム輸送ラインが配置される放射線管理区域の周囲にあって、前記円形加速器および前記ビーム輸送ラインから生じる放射線を遮蔽する遮蔽壁と、前記遮蔽壁における外と前記放射線管理区域とを隔てる位置に設けられ、前記照射室の増設用開口部を形成可能な特定部と、前記特定部を閉塞し、この特定部を通過する前記放射線を遮蔽する閉塞部と、前記遮蔽壁の外面に設けられ、前記特定部が対応する階の床面の高さ位置を示す床基準部と、を備える。

本発明の実施形態により、工事を行う際に治療が中断される期間を短くして稼働率を向上させることができる粒子線治療システムの構築技術が提供される。

第１実施形態の新設時の粒子線治療システムを示す平面図。 第１実施形態の増設時の粒子線治療システムを示す平面図。 第１実施形態の特定部と閉塞部を示す平面図。 第１実施形態の特定部と閉塞部を示す側面図。 電磁石装置を示す平面図。 新設時の粒子線治療システムの構築方法を示すフローチャート。 増設時の粒子線治療システムの構築方法を示すフローチャート。 第２実施形態の特定部と閉塞部を示す平面図。 第３実施形態の特定部と閉塞部を示す平面図。 第３実施形態の特定部と閉塞部を示す側面図。 第４実施形態の特定部と床基準部を示す斜視図。

（第１実施形態）
以下、本実施形態を添付図面に基づいて説明する。まず、第１実施形態の粒子線治療システムについて図１から図７を用いて説明する。図１の符号１は、粒子線治療システムである。この粒子線治療システム１では、炭素イオンなどの粒子線ビームを被検体としての患者の病巣組織（がん）に照射して治療を行う。

粒子線治療システム１を用いた放射線治療技術は、重粒子線がん治療技術などとも称される。この技術は、がん病巣（患部）を炭素イオンがピンポイントで狙い撃ちし、がん病巣にダメージを与えながら、正常細胞へのダメージを最小限に抑えることが可能とされる。なお、粒子線とは、放射線のなかでも電子より重いものと定義され、陽子線、重粒子線などが含まれる。このうち重粒子線は、ヘリウム原子より重いものと定義される。

重粒子線を用いるがん治療では、従来のエックス線、ガンマ線、陽子線を用いたがん治療と比較してがん病巣を殺傷する能力が高く、患者の体の表面では放射線量が弱く、がん病巣において放射線量がピークになる特性を有している。そのため、照射回数と副作用を少なくすることができ、治療期間をより短くすることができる。

図１に示すように、粒子線治療システム１は、荷電粒子である炭素イオンを生成するイオン源２と、炭素イオンを加速して粒子線ビームとするリング状の円形加速器３と、粒子線ビームを輸送するビーム輸送ライン４と、粒子線ビームが照射される患者が配置される回転ガントリ５とを備える。

まず、イオン源２で生成された炭素イオンは、円形加速器３に入射される。この炭素イオンは、円形加速器３を約百万回周回する間に光速の約７０％まで加速され、粒子線ビームとなる。そして、この粒子線ビームがビーム輸送ライン４を介して２つの回転ガントリ５まで導かれる。

円形加速器３は、磁場と加速電場の周波数を制御することで炭素イオンを加速する高周波加速空洞と、イオン源２から円形加速器３に炭素イオンを入射させる入射装置と、円形加速器３からビーム輸送ライン４に炭素イオンの粒子線ビームを出射させる出射装置とを備える。

円形加速器３およびビーム輸送ライン４は、内部が真空にされる真空ダクト６～９（ビームパイプ）を備える（図５参照）。これらの真空ダクト６～９の内部を粒子線ビームが進行する。円形加速器３およびビーム輸送ライン４が有する真空ダクト６～９が一体となり、粒子線ビームを回転ガントリ５まで導く輸送経路を構成する。つまり、真空ダクト６～９は、粒子線ビームを通過させるのに充分な真空度を有する密閉された連続空間である。

円形加速器３およびビーム輸送ライン４は、粒子線ビームを制御する電磁石装置１０～１２を備える（図２および図５参照）。それぞれの電磁石装置１０～１２は、真空ダクト６～９の外周を囲むように配置される。また、複数の電磁石装置１０～１２が、真空ダクト６～９が延びる方向に沿って並んでいる。

これらの電磁石装置１０～１２には、様々な種類のものが用いられる。例えば、円形加速器３に用いられる偏向電磁石装置１０、ビーム輸送ライン４に用いられる粒子線ビームの収束および発散を制御する制御用の四極電磁石装置１１、粒子線ビームの進行方向の変更に用いられる偏向電磁石装置１２などである。

回転ガントリ５は、円筒形状を成す大型の装置である。この回転ガントリ５は、その円筒の中心軸が水平方向を向くように設置される。そして、この軸を中心として回転ガントリ５が回転可能となっている。なお、回転ガントリ５には、ビーム輸送ライン４から延長された真空ダクトおよび電磁石装置が取り付けられる。回転ガントリ５において、真空ダクトは、まず、回転ガントリ５の中心軸に沿って導かれ、回転ガントリ５の円筒外周側へ向けて一旦延びた後に、再び回転ガントリ５の内周側に向けて延びる。

回転ガントリ５には、ビーム輸送ライン４により導かれた粒子線ビームを患者に向けて照射する照射部が設けられる。この粒子線ビームは、照射部からビーム進行方向に対して直交する２方向に走査され照射される。なお、患者は、回転ガントリ５の内部に設けられたベッドに載置される。このベッドは、患者を載置した状態で移動可能となっている。このベッドの移動によって患者を粒子線ビームの照射位置に移動させて位置合わせを行うことができる。そのため、患者の病巣組織に最適な精度で粒子線ビームを照射することができる。

また、回転ガントリ５を回転させることで、患者を中心として照射部を回転させることができる。そして、患者の周囲のいずれの方向からも粒子線ビームを照射することができる。つまり、回転ガントリ５は、ビーム輸送ライン４により導かれた荷電粒子の患者に対する照射方向を変更可能な装置である。そのため、患者の負担を軽減しつつ、最適な方向から粒子線ビームを正確に患部に照射することができる。

粒子線ビームは、患者の体内を通過する際に運動エネルギーを失って速度が低下するとともに、速度の二乗にほぼ反比例する抵抗を受け、ある一定の速度まで低下すると急激に停止する。そして、粒子線ビームの停止点近傍では、ブラッグピークと呼ばれる高エネルギーが放出される。粒子線治療システム１は、このブラッグピークを患者の病巣組織（患部）の位置に合わせることにより、正常組織のダメージを抑えつつ、病巣組織のみを死滅させることができる。

図１に示すように、粒子線治療システム１は、円形加速器３とビーム輸送ライン４と回転ガントリ５を収容する主建屋１５を備える。主建屋１５は、鉄筋コンクリートなどで形成された堅牢な建築物である。第１実施形態では、円形加速器３とビーム輸送ライン４と回転ガントリ５がすべて同一階層に設置される主建屋１５を例示している。

主建屋１５の内部は、円形加速器３が設置される加速器室をはじめとする放射線管理区域１６とそれ以外の通常区域とに分けられる。放射線管理区域１６とは、人が放射線の不必要な被ばくを防ぐため、放射線量が一定以上ある場所を明確に区分けし、人の不必要な立ち入りを防止するために設けられる区域である。この放射線管理区域１６の設置は、法令により取り決められている。

円形加速器３とビーム輸送ライン４と回転ガントリ５は、運転中に放射線を放射する機器であるため、放射線管理区域１６に設けられている。なお、主建屋１５の放射線管理区域１６には、２つの回転ガントリ５が設けられている。これらの回転ガントリ５がそれぞれ配置される第１治療室１７と第２治療室１８とが設けられる。これら治療室１７，１８が荷電粒子の照射が行われる照射室となっている。

ビーム輸送ライン４は、円形加速器３から延びるメイン輸送ライン２０と、このメイン輸送ライン２０から分岐されて治療室１７，１８まで延びるサブ輸送ライン２１，２２とから成る。メイン輸送ライン２０に対してサブ輸送ライン２１，２２が接続される部分には、粒子線ビームの進行方向を変更可能な偏向電磁石装置１２が設けられる。

主建屋１５は、放射線管理区域１６の周囲を仕切り、放射線を遮蔽する遮蔽壁２３と、通常区域にて用いられ、放射線の遮蔽を想定していない通常壁２４とを備える。

遮蔽壁２３により放射線管理区域１６の外部に放射線が漏れないようになっている。この遮蔽壁２３の厚さＴは、１～２ｍ以上となっている。なお、遮蔽壁２３の内部に鉛または鉄などの金属板を設けた場合には、遮蔽壁２３の厚さＴが１ｍ未満であっても良い。放射線管理区域１６の天井部分は、コンクリートで形成した所定の厚みを有する天井板で覆われる。

放射線は、主にビームの偏向部並びに停止部（消失部）で発生し、特にビーム偏向時に接線方向に向かって発生するため、円形加速器３またはビーム輸送ライン４を水平に配置する場合は、水平方向に対し充分な遮蔽能力を有する構造とする。そのため、遮蔽壁２３は、天井板に比較して大きな遮蔽能力を持つ。

なお、主建屋１５の内部において、ロビー２５、廊下２６、診察室２７、スタッフ室２８、患者の待機室２９などの施設は、通常区域に設けられる。患者の待機室２９から治療室１７，１８までの人の進入経路は、遮蔽壁２３で形成され、かつ平面視で屈曲されたクランク状に形成されている。そのため、治療室１７，１８から患者の待機室２９に向かって放射線が漏れることがない。

なお、本実施形態では、円形加速器３、ビーム輸送ライン４、回転ガントリ５を制御する制御装置５０が主建屋１５に設けられている。この制御装置５０は、所定の安全条件を満たすか否かを常に監視し、所定の安全条件を満たさない場合に円形加速器３の運転を禁止し、運転中であれば緊急停止するインターロック５１を備える。

粒子線治療システム１を建設するためには、多額の予算を必要とする。そのため、粒子線治療システム１を新設するときには、初期コストを抑えるため、治療室１７，１８などの設備の数を抑えておく。そして、運営を開始して数年後に経営が安定したところで増設工事を行い、設備の数を増やすようにする。本実施形態では、主建屋１５に隣接して増設用敷地３０が予め確保されている。

図２に示すように、増設用建屋３１には、１つの回転ガントリ５が設けられている。この回転ガントリ５に対応する第３治療室１９が設けられている。この治療室１９が荷電粒子の照射が行われる照射室となっている。この第３治療室１９の増設に伴い、患者の待機室２９などの他の施設も増設される。

増設用建屋３１は、主建屋１５と一体となるように建てられる。つまり、増設用建屋３１は、主建屋１５と同じ階層に回転ガントリ５を設置する建築物となっている。また、増設用建屋３１の床面の高さは、主建屋１５の床面の高さと同じになっている。

このようにすれば、粒子線治療システム１の新設時に、最もコストが嵩む装置である回転ガントリ５の設置数を抑えて新設時のコストを低減させつつ、その後に回転ガントリ５を増設して稼働率を向上させることができる。

増設用建屋３１の内部は、放射線管理区域１６とそれ以外の通常区域とに分けられる。増設用建屋３１の放射線管理区域１６は、主建屋１５から拡張される。また、増設用建屋３１は、放射線管理区域１６の周囲を仕切る増設用遮蔽壁３２と、通常区域にて用いられる増設用通常壁３３とを備える。

増設用建屋３１には、円形加速器３が設けられていないので、主建屋１５から増設用建屋３１までビーム輸送ライン４が延長される。ビーム輸送ライン４は、主建屋１５の遮蔽壁２３に設けられた増設用開口部である特定部３４を介して延長される。延長は、主建屋１５内のビーム輸送ライン４と増設用建屋３１内に設ける増設用ビーム輸送ライン４とを接続して行う。本実施形態では、主建屋１５の新設時に特定部３４が予め設けられる。

以下、図１および図２の紙面左側を建屋１５，３１の西側とし、紙面右側を建屋１５，３１の東側とし、紙面上側を建屋１５，３１の北側とし、紙面下側を建屋１５，３１の南側として説明する。

図１に示すように、主建屋１５の新設時において、遮蔽壁２３に特定部３４が設けられる。この特定部３４は、遮蔽壁２３を貫通する開口部である。つまり、特定部３４は、主建屋１５から増設用建屋３１まで連通される連通部である。また、特定部３４を閉塞し、この特定部３４を通過する放射線を遮蔽する閉塞部３５が設けられる。第１実施形態では、閉塞部３５が放射線を遮蔽する遮蔽扉である。

本実施形態の「外」として屋根が設けられていない屋外を例示する。特定部３４は、遮蔽壁２３における屋外と放射線管理区域１６とを隔てる位置に設けられる。例えば、図１の主建屋１５では、遮蔽壁２３の西側と北側と東側の壁面は、屋外に面している。これに対して遮蔽壁２３の南側の壁面は、患者の待機室２９などの屋内に面している。そこで、特定部３４を遮蔽壁２３の東側の位置に設けるようにする。

なお、本実施形態の「外」は、必ずしも屋外でなくても良く、放射線管理区域１６の外であれば、屋根が設けられた屋内であっても良い。例えば、特定部３４が設けられる位置が、容易に撤去可能な通常壁２４で囲まれた屋内と放射線管理区域１６とを隔てる位置であっても良い。

また、特定部３４は、遮蔽壁２３における円形加速器３から遠い側の位置に設けられる。例えば、図１の主建屋１５では、放射線管理区域１６内の西側に偏って円形加速器３が設けられている。そこで、遮蔽壁２３の屋外と面している壁面のうち、東側の位置に特定部３４を設けるようにする。これは、放射線管理区域１６の図心Ｚと円形加速器３の中心Ｃを結ぶ線と直交し、図心Ｚを通る線を境界Ｋとしたときに、この境界Ｋに対して、円形加速器３の中心Ｃが位置する領域（西側の領域）と反対側の領域（東側の領域）の位置といえる。つまり、平面視における放射線管理区域１６の図心Ｚに対して円形加速器３の中心Ｃが位置する領域と反対側の位置に特定部３４を設けるようにする。

なお、本実施形態の「図心」とは、図形の重心位置のことであり、その位置を支点にしたときに、図形が釣り合う点のことである。例えば、図形が長方形である場合に、その図心は、長方形の対角線の交点となる。

放射線管理区域１６内には、円形加速器３と治療室１７，１８が設けられており、円形加速器３が一方に偏って設けられている場合は、他方に治療室１７，１８が設けられる。よって、このようにすれば、治療室１９を治療室１７，１８に近接して増設する際に、特定部３４を介して主建屋１５から増設用建屋３１まで短い距離でビーム輸送ライン４を延長できる。

また、特定部３４は、メイン輸送ライン２０が延びる方向のさらに先の位置に設けられる。図１の主建屋１５では、西側の円形加速器３から東側に向かってメイン輸送ライン２０が延び、粒子線ビームは、西側から東側に向かって輸送される。そこで、特定部３４を、メイン輸送ライン２０を輸送方向の下流に延長した場合の仮想線Ｖと遮蔽壁２３とが交わる位置に設けるようにする。このようにすれば、第３治療室１９を増設するときに、主建屋１５内で追加の偏向電磁石装置１２を設けることなく増設用建屋３１までビーム輸送ライン４を延長できる。

なお、メイン輸送ライン２０の端部には、円形加速器３から最も離れた位置にある第２治療室１８に延びるサブ輸送ライン２２が設けられている。このサブ輸送ライン２２とメイン輸送ライン２０との接続部には、偏向電磁石装置１２ｂが設けられる。この偏向電磁石装置１２ｂの近傍に特定部３４を設けるようにしても良い。

また、特定部３４は、遮蔽壁２３における第３治療室１９の増設用敷地３０と放射線管理区域１６とを隔てる位置に設けられる。図１の主建屋１５では、主建屋１５の東側に増設用敷地３０が設けられている。そこで、特定部３４は、遮蔽壁２３の東側の位置に設けるようにする。このようにすれば、第３治療室１９の増設用敷地３０に近接して増設用開口部を設けることができるので、ビーム輸送ライン４の延長経路を最短にすることができる。

図３および図４に示すように、特定部３４は、側面視で長方形状を成す開口部である。この特定部３４は、主建屋１５の新設時に、遮蔽壁２３が水平方向に貫通されることで形成される。また、特定部３４を閉塞する閉塞部３５は、その内部に鉛または鉄などの金属板３６を設けた遮蔽扉である。この閉塞部３５により特定部３４を閉塞することで、放射線管理区域１６から放射線が外部に漏れないようになる。

特定部３４の縦方向の開口寸法Ｑ１は、約６０ｃｍとなっている。特定部３４の横方向の開口寸法Ｑ２は、約８０ｃｍとなっている。なお、特定部３４の縦横の開口寸法Ｑ１，Ｑ２は、１ｍ以下が好ましい。例えば、ビーム輸送ライン４に用いられる偏向電磁石装置１２の短手方向の寸法Ｌ１および長手方向の寸法Ｌ２は、１～２ｍ程度である（図５参照）。これに対して特定部３４の開口寸法Ｑ１，Ｑ２は、偏向電磁石装置１２が通過不能な寸法となっている。なお、他の電磁石装置の寸法も概ね１～２ｍ程度である。

特定部３４の縦横の開口寸法Ｑ１，Ｑ２が１ｍ以下であることで、開口寸法を最小限にしつつ、増設用ビーム輸送ライン４を構成する真空ダクト８とケーブル３７を、特定部３４を介して設置することができる。開口寸法を最小限にすることで、主建屋１５の堅牢性を維持でき、遮蔽壁２３の厚さを必要最小限とできる。

特定部３４が開放された状態で、増設用ビーム輸送ライン４の真空ダクト８と各種ケーブル３７とが主建屋１５と増設用建屋３１にまたがって設けられる。特定部３４の横方向の開口寸法Ｑ２のうち、右側の開口寸法Ｑ３は、真空ダクト８と各種ケーブル３７とを導出させるために用いられる。この開口寸法Ｑ３は、約２０ｃｍとなっている。この開口寸法Ｑ３は、真空ダクト８の直径に対応した寸法となっている。

一方、左側の開口寸法Ｑ４は、増設工事を行う作業者が、主建屋１５と増設用建屋３１とを行き来するために用いられる。この開口寸法Ｑ４は、約６０ｃｍとなっている。また、特定部３４は、床面から所定の高さ位置Ｈに設けられる。この高さ位置Ｈは、約１ｍとなっている。この高さ位置Ｈは、既設の真空ダクト７の高さ位置に応じて設定される。

本実施形態の特定部３４は、人の通常の進入経路である出入口および新設時の機器の搬入口と異なる開口部を確保するのが好ましい。つまり、主建屋１５の遮蔽壁２３において、人の通常の出入口および新設時の機器の搬入口とは別に、特定部３４が設けられる。

なお、電磁石装置１０～１２などの新設時の機器の搬入口は、放射線管理区域１６の天井部分に設けられる。この搬入口は、機器の搬入後にコンクリートで形成した天井板で覆われる。新設時の機器の搬入口を遮蔽壁２３に設けても良いが、このときの搬入口は、開口寸法が最大５ｍ程度となり、そのままでは建屋の構造が脆弱となり、遮蔽壁２３の厚さを遮蔽性能から要求される以上に厚くする必要が生じる。そのため、機器の搬入後に再工事を行い周囲と同等の構造で搬入口を塞ぐ。このとき、完全に開口を塞ぐことなく開口寸法を調整して特定部３４を設けることもできる。なお、特定部３４を設ける位置として適切な位置に搬入口を設け、この搬入口を特定部３４としても良い。

新設時の機器の搬入時点では、運転開始前のため放射線管理の必要がなく、従来の新設時の機器の搬入口は、放射線の漏えいに関して充分な対策がなされていなかった。一方、第１実施形態の閉塞部３５である遮蔽扉は、治療を開始した後の通常時に開放しない扉である。そのため、この遮蔽扉には、把手が設けられていない。さらに、この遮蔽扉には、遮蔽壁２３の放射線管理区域１６側からのみ開放操作可能な操作部４９を備える。この操作部４９は、放射線管理区域１６側からのみ解錠が可能な錠前である。つまり、遮蔽扉は、内側（放射線管理区域１６）からしか開放操作できない機構となっている。操作部４９を操作し、遮蔽扉を開放するときには、所定の工具（例えば、着脱自在の把手）を用いて開放するようにする。なお、遮蔽扉に通常の扉と同じように把手を設けるようにしても良い。

また、増設工事が完了するまでは、遮蔽扉が開放されるなどして閉塞部３５の閉塞状態が変化した場合に装置の運転を停止するインターロック５１を備える（図１参照）。これにより、治療を開始してからの意図しない放射線の漏えいを防ぐことができる。

図３および図４に示すように、遮蔽扉である閉塞部３５には、開閉状態を検知する開閉センサ５２が設けられる。制御装置５０のインターロック５１（図１参照）は、開閉センサ５２にて取得した情報に基づいて、遮蔽扉が開放されたか否かを判定する。ここで、遮蔽扉が開放されており、かつ円形加速器３が運転中である場合に、円形加速器３の運転を緊急停止する処理を行う。

本実施形態では、主建屋１５の新設時において、予め特定部３４を施工しておく。そして、増設用建屋３１の増設時において、特定部３４を開放することで、遮蔽壁２３に増設用開口部を容易に設けることができる。遮蔽壁２３を取り壊して増設用開口部を形成する工事を行う必要がないので、工期を大幅に短縮することができる。閉塞部３５を取り外す作業は、通常１日以内、およそ２時間程度で完了する。

増設用建屋３１の増設工事を行うときには、予め増設用建屋３１の遮蔽壁３２を構築する。そして、増設用真空ダクト８、四極電磁石装置１１、偏向電磁石装置１２ｃおよび回転ガントリ５などの機器を増設用建屋３１に搬入して組み立てる。これらの工事は、主建屋１５で通常の治療を継続しながら日中にも行うことができる。そして、増設用建屋３１の機器を設置した後に、特定部３４を開放して主建屋１５のビーム輸送ライン４の真空ダクト７と、増設用建屋３１のビーム輸送ライン４の真空ダクト８とを接続する。つまり、既設の真空ダクト７と増設用真空ダクト８の接続作業を機器の組立工程の最後に行うようにする。

なお、特定部３４を開放して真空ダクト７，８同士を接続する作業は、１日程度で行うことができる。つまり、主建屋１５において、通常の治療を行っていない土日などの休日または夜間に、この作業を行うことで、粒子線治療システム１の稼働率を低下させずに増設工事を完了することができる。

従来のように、放射線管理区域１６を外部と区分ける遮蔽壁２３に開口を設けるときには、外部に放射線が漏れないように、円形加速器３などの機器を停止しなければならない。工事は１日では完了せず、開口を設ける最中または設けた後に、適切に放射線遮蔽が必要となるためである。放射線の問題が解決できたとしても、壁面に穴を開ける際に発生する振動（ノイズ）が治療に悪影響を与えるため、やはり治療中は工事を中断しなければならない。従来技術では、遮蔽壁２３に増設用開口部を設ける工事を行うときに、機器を停止しなければならず、通常の治療が行えない期間があった。本実施形態では、主建屋１５の新設時に予め特定部３４を設けておくことで、増設時に通常の治療が行えない期間を無くすことができる。さらに、増設時に主建屋１５にて大がかりな工事を行う必要がなくなる。

特に、粒子線治療では、一般的に１週間に３～４日程度の治療を数週間継続する必要がある。そのため、４日以上の治療ができない期間が生じると、治療を最初からやり直す必要が生じる。本実施形態では、設備を増設する場合であっても、治療を中断する必要がない。そのため、粒子線治療システム１の稼働率を向上させることができる。

また、増設用建屋３１を構築するときにおいて、既設の機器と増設用の機器とを実際に接続する前に、双方の位置合わせを行っておく必要がある。このような場合に、閉塞部３５を開放することで、既設の機器に合わせて増設用の機器の位置合わせを行い、その位置合わせが終了した後は、直ぐに開口を閉塞して、放射線を遮蔽することができる。位置合わせは、機器設置作業の他、基準点の移し替えを行うこともある。この作業も、通常の治療を行っていない休日または夜間の期間を用いて行うことができる。必要に応じて閉塞部３５の開閉を行うことができるので、増設工事期間であっても、粒子線治療システム１を用いた治療を継続することができる。

図５に示すように、ビーム輸送ライン４は、分岐のない通常用真空ダクト７，８と、２方向に分岐される分岐用真空ダクト９とを含む。分岐用真空ダクト９は、メイン輸送ライン２０とサブ輸送ライン２１，２２の分岐部分に設けられる（図１参照）。なお、通常用真空ダクト７，８の端部には接続用のフランジ３８が設けられるとともに、分岐用真空ダクト９の端部にも接続用のフランジ３９が設けられる。

これらの分岐部分には、偏向電磁石装置１２ａ，１２ｂが設けられる（図１参照）。これらの偏向電磁石装置１２ａ，１２ｂが発生させる磁場により、メイン輸送ライン２０を進行する粒子線ビームを、直進させたり、サブ輸送ライン２１，２２に向かうように屈曲させたりすることができる。

主建屋１５の新設時において、メイン輸送ライン２０の端部には、第２治療室１８に延びるサブ輸送ライン２２が接続されるものの、分岐させる必要はない。しかし、予め分岐用真空ダクト９を用いてサブ輸送ライン２２をメイン輸送ライン２０に接続させる。

そして、分岐用真空ダクト９の一方の端部のフランジ３９には、閉止フランジ４０が取り付けられている。この閉止フランジ４０により分岐用真空ダクト９の一方の端部が閉塞される。なお、分岐用真空ダクト９の一方の端部が、増設用真空ダクト８を接続可能な接続部となっている。さらに、この分岐用真空ダクト９は、主建屋１５のビーム輸送ライン４における特定部３４に最も近い部分に設けられているものである。

なお、分岐用真空ダクト９の一方の端部のフランジ３９に閉止バルブを設けても良い。このようにすれば、分岐用真空ダクト９の一方の端部に、閉止バルブを介して増設用真空ダクト８を接続し、適宜、この閉止バルブの開放と閉鎖を行うことで、ビーム輸送ライン４の試験または調整を行うことができる。

増設用建屋３１の増設工事を行うときには、分岐用真空ダクト９から閉止フランジ４０を取り外し、増設用真空ダクト８を接続することができる。このようにすれば、増設用建屋３１の増設工事を行うときに、主建屋１５のビーム輸送ライン４の部品を交換しなくても、増設用真空ダクト８を接続することができるので、短期間で作業を完了することができる。

なお、本実施形態では、主建屋１５の新設時において、メイン輸送ライン２０の端部に分岐用真空ダクト９を設けるようにしているが、他の実施態様でも良い。例えば、主建屋１５の新設時には、メイン輸送ライン２０の端部に一方向に屈曲された真空ダクトを介してサブ輸送ライン２２を接続しておく。そして、粒子線治療システム１の定期点検期間中に、メイン輸送ライン２０の端部の一方向に屈曲された真空ダクトを分岐用真空ダクト９に交換するようにしても良い。

本実施形態では、円形加速器３、ビーム輸送ライン４、回転ガントリ５を制御する制御装置５０が主建屋１５に設けられている。なお、ビーム輸送ライン４、回転ガントリ５を増設した場合に、これら増設された機器を制御する制御装置は、増設用建屋３１に増設しても良いし、主建屋１５にある既設の制御装置５０を用いて増設された機器を制御するようにしても良い。

次に、新設時の粒子線治療システムの構築方法について図６のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ１１において、主建屋１５の新設工事を開始する。次のステップＳ１２において、主建屋１５の遮蔽壁２３の施工を行う。次のステップＳ１３において、主建屋１５の遮蔽壁２３に特定部３４を設ける施工を行う。次のステップＳ１４において、特定部３４を閉塞部３５で閉塞する。

次のステップＳ１５において、主建屋１５の治療室１７，１８の施工を行う。次のステップＳ１６において、主建屋１５の放射線管理区域１６に円形加速器３を搬入する。次のステップＳ１７において、主建屋１５の放射線管理区域１６にビーム輸送ライン４を搬入する。次のステップＳ１８において、主建屋１５の治療室１７，１８に回転ガントリ５を搬入する。

次のステップＳ１９において、主建屋１５に搬入した円形加速器３、ビーム輸送ライン４、回転ガントリ５などの各種設備の試験または調整を行う。次のステップＳ２０において、主建屋１５の新設工事を完了する。次のステップＳ２１において、主建屋１５の新設された設備で治療を開始する。

次に、増設時の粒子線治療システムの構築方法について図７のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ３１において、主建屋１５に隣接する増設用敷地３０にて増設工事を開始する。ここで、主建屋１５の設備を用いた治療は継続して行う。次のステップＳ３２において、増設用建屋３１の増設用遮蔽壁３２の施工を行う。次のステップＳ３３において、増設用建屋３１の第３治療室１９の施工を行う。

次のステップＳ３４において、増設用建屋３１にビーム輸送ライン４を搬入する。次のステップＳ３５において、増設用建屋３１の第３治療室１９に回転ガントリ５を搬入する。

次のステップＳ３６において、主建屋１５の特定部３４を閉塞している閉塞部３５を操作し、特定部３４を開放する。そして、主建屋１５のビーム輸送ライン４と増設用建屋３１のビーム輸送ライン４とを接続する。これらの作業は、休日または夜間の期間を用いて行うことができる。このとき、既に増設用遮蔽壁３２が設置されているため、放射線管理区域１６の設定が容易で、特定部３４の開放後に遮蔽の心配をする必要はない。

次のステップＳ３７において、増設用建屋３１の増設工事を完了する。次のステップＳ３８において、さらに別の休日または夜間の期間に、増設用建屋３１に搬入した円形加速器３、ビーム輸送ライン４、回転ガントリ５などの各種設備の試験または調整を行う。次のステップＳ３９において、増設用建屋３１の増設された設備で治療を開始する。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の特定部３４Ａと閉塞部３５Ａについて図８を用いて説明する。なお、前述した実施形態に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。

図８に示すように、第２実施形態の特定部３４Ａは、主建屋１５の新設時に、遮蔽壁２３が水平方向に貫通されることで形成される。この特定部３４Ａは、前述の第１実施形態と同様に、主建屋１５の新設時に遮蔽壁２３に設けられる。さらに、この特定部３４Ａが設けられる位置も、前述の第１実施形態と同様に、遮蔽壁２３における屋外と放射線管理区域１６とを隔てる位置である。

また、特定部３４Ａを閉塞する閉塞部３５Ａは、その内部に鉛または鉄などの金属板３６を設けた遮蔽ブロックである。閉塞部３５Ａは、断面視で凸状を成す部材である。部材は一体でなく取扱いが容易なように複数に分かれていても良い。この閉塞部３５Ａを屋外側から特定部３４Ａに取り付けることができる。また、閉塞部３５Ａを特定部３４Ａから取り外すこともできる。

なお、閉塞部３５Ａを施錠しておき、容易に開放できないようにしても良い。そして、閉塞部３５Ａに放射線管理区域１６側からのみ解除操作が可能な操作部４９を設けるようにしても良い。つまり、閉塞部３５Ａは、内側（放射線管理区域１６）からしか開放操作できない機構としても良い。また、閉塞部３５Ａの閉塞状態が変化した場合に装置の運転を停止するインターロック５１を設けるようにしても良い。

増設用建屋３１の増設時において、特定部３４Ａが開放された状態で、ビーム輸送ライン４の増設用の真空ダクト８と各種ケーブル３７とが主建屋１５から増設用建屋３１に導かれる。この閉塞部３５Ａにより特定部３４Ａを閉塞することで、放射線管理区域１６から放射線が外部に漏れないようになる。

なお、主建屋１５の新設時に重量のある強固な遮蔽ブロックである閉塞部３５Ａを特定部３４Ａに取り付けておく。そして、増設用建屋３１の増設時に、軽量な簡易遮蔽ブロックである閉塞部３５Ａに交換しても良い。軽量な遮蔽ブロックに交換することで、増設工事を行うときに、閉塞部３５Ａを着脱し易くなる。

第２実施形態では、閉塞部３５Ａが特定部３４Ａに対して着脱可能な遮蔽ブロックであることで、治療室を増設するときに、遮蔽壁２３の破壊作業を行うことなく、増設用開口部を開放する作業を容易に行うことができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態の特定部３４Ｂと閉塞部３５Ｂについて図９から図１０を用いて説明する。なお、前述した実施形態に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。

図９に示すように、第３実施形態の特定部３４Ｂは、前述の第１実施形態と同様に、主建屋１５の新設時に遮蔽壁２３に設けられる。さらに、この特定部３４Ｂが設けられる位置も、前述の第１実施形態と同様に、遮蔽壁２３における屋外と放射線管理区域１６とを隔てる位置である。主建屋１５の新設時において、特定部３４Ｂは、遮蔽壁２３の一部を成す閉塞部３５Ｂにより閉塞されている。

図１０に示すように、遮蔽壁２３の殆どの部分は、内部に鉄筋４１を有する鉄筋コンクリートで形成される。そして、特定部３４Ｂを閉塞する閉塞部３５Ｂは、内部に鉄筋４１が無い無筋コンクリートで形成される。つまり、閉塞部３５Ｂは、遮蔽壁２３の他の部分よりも強度が弱く形成された部分である。このようにすれば、放射線をコンクリートで遮蔽しつつ、無筋コンクリートで形成された部分を、遮蔽壁２３の他の部分よりも強度が弱い閉塞部３５Ｂとすることができる。

そして、増設用建屋３１の増設時に、無筋コンクリートで形成された閉塞部３５Ｂを貫通する工事を行い、特定部３４Ｂに増設用開口部を形成する。なお、この特定部３４Ｂは、床面から所定の高さ位置までの開口される寸法を有する。

第３実施形態では、閉塞部３５Ｂが、遮蔽壁２３の一部を成し、遮蔽壁２３の他の部分よりも強度が弱く形成された部分であることで、大きな開口部を確保しつつ、治療室を増設するときに、増設用開口部を形成する作業を短期間で行うことができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態の特定部３４Ｃと閉塞部３５Ｃについて図１１を用いて説明する。なお、前述した実施形態に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。

図１１に示すように、第４実施形態では、異なる階層に円形加速器３と回転ガントリ５を設置した主建屋１５Ａを例示する。そして、この主建屋１５Ａに隣接して同じ階数の増設用建屋を建築する。２階建て以上の主建屋１５Ａの場合には、１階４２に円形加速器３を設置して、特定部３４Ｃを２階４３またはそれ以上の階に設けるようにしても良い。この主建屋１５Ａでは、２階４３の遮蔽壁２３Ａに特定部３４Ｃが設けられている。なお、この特定部３４Ｃは、蓋状の閉塞部３５Ｃで閉塞されている。

このように円形加速器３と特定部３４Ｃとが設けられる階が異なっている場合でも、平面視において、遮蔽壁２３Ａにおける屋外と放射線管理区域１６とを隔てる位置に、特定部３４Ｃが設けられる。平面視において、メイン輸送ライン２０を輸送方向の延長した場合の仮想線と遮蔽壁２３Ａとが交わる位置、つまり、平面視において、メイン輸送ライン２０が延びる方向のさらに先の位置に、特定部３４Ｃが設けられる。また、平面視において、遮蔽壁２３Ａにおける円形加速器３から遠い側の位置に、特定部３４Ｃが設けられる。

第４実施形態では、特定部３４Ｃが存在する２階４３の床面４４の高さ位置を示す床基準部４５が設けられる。この床基準部４５は、特定部３４Ｃの下方位置に対応した位置に設けられる。床基準部４５は、２階４３の遮蔽壁２３Ａの屋外側の壁面から側方に突出された板状を成す部分である。床基準部４５の上面が、２階４３の床面４４の高さ位置と一致している。

このようにすれば、増設用建屋の工事を行うときに、機器の設置の基準となる主建屋１５Ａの床面４４の高さ位置を、作業者が放射線管理区域１６に立ち入らなくても、床基準部４５によって遮蔽壁２３Ａの屋外側から確認することができる。この確認された主建屋１５Ａの床面４４の高さ位置に基づいて、増設用建屋の２階の床面の高さ位置を決定することができる。つまり、１ｍｍ以下の高い設置位置精度が要求される中で、既設の機器と増設用の機器の高さずれを防いでビーム輸送ライン４の接続時の工程の後戻りを防ぐことができる。

なお、第４実施形態では、主建屋１５Ａの２階４３に床基準部４５が設けられているが、特定部３４Ｃが対応する階が１階または地下階である場合には、１階または地下階の遮蔽壁の屋外側の壁面に、床基準部４５を設けるようにしても良い。

なお、床基準部４５は、壁面から側方に突出された板状を成す部分となっているが、この床基準部４５は、壁面を凹ませて形成した凹部であっても良い。また、床基準部４５は、壁面に設けられたマーカであっても良い。

本実施形態に係る粒子線治療システムを第１実施形態から第４実施形態に基づいて説明したが、いずれか１の実施形態において適用された構成を他の実施形態に適用しても良いし、各実施形態において適用された構成を組み合わせても良い。例えば、第１実施形態の増設用開口部の開口寸法を他の実施形態の増設用開口部の寸法としても良い。

なお、本実施形態のフローチャートにおいて、各ステップが直列に実行される形態を例示しているが、必ずしも各ステップの前後関係が固定されるものでなく、一部のステップの前後関係が入れ替わっても良い。また、一部のステップが他のステップと並列に実行されても良い。

なお、本実施形態では、増設用の照射室としての治療室１９に回転ガントリ５が設けられているが、その他の形態であっても良い。例えば、治療室は、回転ガントリ５を設けずに、粒子線ビームを患者に向けて照射する照射部が固定的に配置される固定室であっても良い。また、増設工事の対象となる照射室は、治療室１９でなくても良く、実験室またはビーム確認室であっても良い。

なお、本実施形態では、増設用建屋３１の床面の高さが主建屋１５の床面の高さと同じになっているが、増設用建屋３１と主建屋１５とが同じ階であっても、床面の高さが若干異なっていても良い。また、１階建ての主建屋１５に隣接して２階建ての増設用建屋３１を建築し、これらの建屋１５，３１同士を連結しても良い。

なお、本実施形態では、増設用建屋３１が主建屋１５と一体となるように建てられているが、増設用建屋３１が主建屋１５から離れた位置に建てられても良い。その場合には、特定部３４から増設用建屋３１まで延びる連結用通路を形成し、この通路により主建屋１５から増設用建屋３１までビーム輸送ラインを延長しても良い。

なお、本実施形態では、特定部３４が遮蔽壁２３を水平方向に貫通しているが、その他の形態であっても良い。例えば、ビーム輸送ライン４が水平面に対し斜めに配置されている場合は、特定部３４が遮蔽壁２３を斜め方向に傾斜されて貫通しても良い。また、特定部３４が遮蔽壁２３の内部で屈曲されても良い。

なお、本実施形態では、特定部３４が遮蔽壁２３に設けられているが、放射線管理区域１６を仕切る天井（遮蔽壁）に特定部が設けられても良い。つまり、特定部３４が天井を垂直方向に貫通しても良い。

なお、本実施形態では、特定部３４が地上階の遮蔽壁２３に設けられているが、特定部３４を地下階の遮蔽壁２３に設けても良い。

なお、本実施形態では、重粒子線がん治療を行う施設を例示しているが、その他の施設にも本実施形態を適用できる。例えば、陽子線がん治療を行う施設に本実施形態を適用しても良い。また、中性子捕捉療法（BNCT：Boron Neutron Capture Therapy）で治療を行う施設に本実施形態を適用しても良い。つまり、粒子線ビームを照射する照射部は、患者に粒子線ビームを照射するのみならず、所定のターゲットに粒子線ビームを照射して中性子を発生させるものであっても良い。

なお、本実施形態では、主建屋１５の新設時に、この主建屋１５の遮蔽壁２３に特定部３４を設けているが、増設用建屋３１の増設時に、この増設用建屋３１の増設用遮蔽壁３２に新たに特定部３４を設けるようにしても良い。そして、その後にさらに別の増設用建屋を増設する場合に、既設の増設用建屋３１の特定部３４を開口させても良い。

なお、本実施形態では、主建屋１５の新設時に、増設用建屋３１が建設されておらず、その増設用敷地３０のみが確保されるようになっているが、その他の形態でも良い。例えば、主建屋１５の新設時に、増設用建屋３１の遮蔽壁３２のみを一緒に建設しておき、特定部３４を閉塞部３５で閉塞しておいても良い。そして、運営を開始して数年後に増設工事を行い、増設用建屋３１に回転ガントリ５などの機器を増設した後に、閉塞部３５を取り除いて特定部３４を開放するようにしても良い。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、照射室の増設用開口部を形成可能な特定部を備えることにより、工事を行う際に治療が中断される期間を短くして稼働率を向上させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…粒子線治療システム、２…イオン源、３…円形加速器、４…ビーム輸送ライン、５…回転ガントリ、６～９…真空ダクト、１０～１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）…電磁石装置、１５（１５Ａ）…主建屋、１６…放射線管理区域、１７…第１治療室、１８…第２治療室、１９…第３治療室、２０…メイン輸送ライン、２１，２２…サブ輸送ライン、２３（２３Ａ）…遮蔽壁、２４…通常壁、２５…ロビー、２６…廊下、２７…診察室、２８…スタッフ室、２９…患者の待機室、３０…増設用敷地、３１…増設用建屋、３２…遮蔽壁、３３…通常壁、３４（３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ）…特定部、３５（３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ）…閉塞部、３６…金属板、３７…ケーブル、３８，３９…フランジ、４０…閉止フランジ、４１…鉄筋、４２…１階、４３…２階、４４…床面、４５…床基準部、４９…操作部、５０…制御装置、５１…インターロック、５２…開閉センサ、Ｃ…中心、Ｈ…位置、Ｋ…境界、Ｌ１，Ｌ２…寸法、Ｑ１～Ｑ４…開口寸法、Ｖ…仮想線。

Claims (10)

1. 荷電粒子を加速する円形加速器と、
   前記円形加速器で加速された前記荷電粒子を照射室に導くビーム輸送ラインと、
   前記円形加速器および前記ビーム輸送ラインが配置される放射線管理区域の周囲にあって、前記円形加速器および前記ビーム輸送ラインから生じる放射線を遮蔽する遮蔽壁と、
   前記遮蔽壁における外と前記放射線管理区域とを隔てる位置に設けられ、前記照射室の増設用開口部を形成可能な特定部と、
   前記特定部を閉塞し、この特定部を通過する前記放射線を遮蔽する閉塞部と、
   前記遮蔽壁の外面に設けられ、前記特定部が対応する階の床面の高さ位置を示す床基準部と、
   を備える、
   粒子線治療システム。
2. 荷電粒子を加速する円形加速器と、
   前記円形加速器で加速された前記荷電粒子を照射室に導くビーム輸送ラインと、
   前記円形加速器および前記ビーム輸送ラインが配置される放射線管理区域の周囲にあって、前記円形加速器および前記ビーム輸送ラインから生じる放射線を遮蔽する遮蔽壁と、
   前記遮蔽壁における外と前記放射線管理区域とを隔てる位置に設けられ、前記照射室の増設用開口部を形成可能な特定部と、
   前記特定部を閉塞し、この特定部を通過する前記放射線を遮蔽する閉塞部と、
   前記閉塞部を前記放射線管理区域側からのみ開放操作可能な操作部と、
   を備える、
   粒子線治療システム。
3. 荷電粒子を加速する円形加速器と、
   前記円形加速器で加速された前記荷電粒子を照射室に導くビーム輸送ラインと、
   前記円形加速器および前記ビーム輸送ラインが配置される放射線管理区域の周囲にあって、前記円形加速器および前記ビーム輸送ラインから生じる放射線を遮蔽する遮蔽壁と、
   前記遮蔽壁における外と前記放射線管理区域とを隔てる位置に設けられ、前記照射室の増設用開口部を形成可能な特定部と、
   前記特定部を閉塞し、この特定部を通過する前記放射線を遮蔽する閉塞部と、
   前記閉塞部の閉塞状態が変化したときに前記円形加速器の運転を停止するインターロックと、
   を備える、
   粒子線治療システム。
4. 前記特定部は、平面視における前記放射線管理区域の図心に対して前記円形加速器の中心が位置する領域と反対側の位置に設けられる請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の粒子線治療システム。
5. 前記特定部は、前記遮蔽壁における前記照射室の増設用敷地と前記放射線管理区域とを隔てる位置に設けられる請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の粒子線治療システム。
6. 前記増設用開口部の開口寸法は、１ｍ以下である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の粒子線治療システム。
7. 前記特定部が前記遮蔽壁に貫通された開口部であり、前記閉塞部が前記放射線を遮蔽する遮蔽扉である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の粒子線治療システム。
8. 前記特定部が前記遮蔽壁に貫通された開口部であり、前記閉塞部が前記放射線を遮蔽し、かつ前記特定部に対して着脱可能な遮蔽ブロックである請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の粒子線治療システム。
9. 前記閉塞部は、前記遮蔽壁の一部を成し、前記遮蔽壁の他の部分よりも強度が弱く形成された部分である請求項１、４、５、６のいずれか１項に記載の粒子線治療システム。
10. 前記照射室に設けられ、前記ビーム輸送ラインにより導かれた前記荷電粒子の被検体に対する照射方向を変更可能な回転ガントリを備える請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の粒子線治療システム。

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