JP7317618B2 - 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、複数の治療室が設けられるものがあり、加速器で加速された粒子線ビームが、途中で枝分れするビーム輸送ラインを介して各治療室に導かれる。ビーム輸送ラインは、複数の電磁石から成る電磁石群を有しており、各治療室に対応する電磁石群に対して電源から電力が供給される。

特開２００６－３４７０１号公報 特開２００７－２６８０３１号公報

ビーム輸送ラインは、放射線管理区域内に設けられるが、電源は、放射線管理区域外に設けられる。電源からビーム輸送ラインの電磁石群に電力を供給する場合には、放射線管理区域を囲んでいる放射線遮蔽用の遮蔽壁に貫通孔を形成し、この貫通孔を介して電源から電磁石群まで延びるケーブルを敷設しなければならない。治療室が多数になると、多数の貫通孔の形成とケーブルの敷設とが必要になる。そこで、電源からビーム輸送ラインの電磁石群までの電力供給系統の構築を効率的に行いたいという要望がある。

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、電源からビーム輸送ラインの電磁石群までの電力供給系統の構築を効率的に行うことができる粒子線治療システム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加速器と、前記加速器から延び、前記加速器で加速された前記荷電粒子を輸送する共通ビーム輸送ラインと、複数の治療室のそれぞれに対応して設けられ、前記荷電粒子を前記共通ビーム輸送ラインから前記治療室まで輸送する個別ビーム輸送ラインと、複数の前記個別ビーム輸送ラインのそれぞれに対応して設けられ、前記荷電粒子を前記共通ビーム輸送ラインから前記個別ビーム輸送ラインに導く磁場を発生させる電磁石群と、前記加速器と前記共通ビーム輸送ラインと前記個別ビーム輸送ラインとを収容する加速器室と、前記加速器室の外部に設けられ、前記加速器室の内部の複数の前記電磁石群のそれぞれに対して電力を供給する電源と、前記電力を前記電源から前記加速器室の内部まで導く基幹ケーブルと、複数の前記電磁石群のそれぞれに対応して設けられ、前記電力を前記基幹ケーブルから前記電磁石群まで導く供給ケーブルと、前記加速器室の内部に設けられ、前記基幹ケーブルから前記供給ケーブルが枝分れする特定部と、を備える。

本発明の実施形態により、電源からビーム輸送ラインの電磁石群までの電力供給系統の構築を効率的に行うことができる粒子線治療システムが提供される。

本実施形態の粒子線治療システムを示す平面図。 電源、切替盤、電磁石群を示す構成図。 粒子線治療システムの設計方法を示すフローチャート。 変形例１の粒子線治療システムを示す側面図。 変形例２の粒子線治療システムの電力供給系統を示す構成図。

以下、図面を参照しながら、粒子線治療システムの実施形態について詳細に説明する。

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、炭素イオンなどの荷電粒子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。

荷電粒子として炭素イオンを用いた放射線治療技術は、重粒子線がん治療技術とも称される。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、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い。さらに、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（例えば、炭素イオン）を生成する荷電粒子源２と、荷電粒子を加速して粒子線ビームとする加速器３と、荷電粒子源２で発生した荷電粒子を加速器３に入射させる入射器４とを備える。

本実施形態の加速器３は、リング状のシンクロトロン加速器を例示する。シンクロトロン加速器は、荷電粒子が通過する真空ダクトを有する。さらに、真空ダクトに沿って配置された偏向電磁石および四極電磁石などの複数の電磁石５，６を有する。そして、荷電粒子を加速する際に、加速器３に入射した低エネルギーの荷電粒子に対し、磁場の印加強度を増加させながら高周波電力によってエネルギーを与える。偏向電磁石は、荷電粒子を円形軌道に沿って周回させる。四極電磁石は、荷電粒子を収束または発散させる。

所定のエネルギーまで加速された荷電粒子は、粒子線ビームとなって取り出し機器である出射用の電磁石６により周回軌道から取り出される。そして、この粒子線ビームは、共通ビーム輸送ライン７により輸送される。さらに、共通ビーム輸送ライン７から複数の個別ビーム輸送ライン８，９に分岐される。

また、粒子線治療システム１は、粒子線ビームが照射される患者が配置される複数の治療室１０を備える。なお、本実施形態では、既設の治療室１０の他に、将来、新たな治療室１１を増設させることもできる。それぞれの治療室１０，１１には、患者が配置される治療台１２が設けられている。なお、治療室１０，１１には、患者に対する粒子線ビームの照射方向を変更可能な回転ガントリ１３を設けることもできる。

また、粒子線治療システム１は、加速器３から延び、加速器３で加速された荷電粒子を輸送する共通ビーム輸送ライン７と、複数の治療室１０のそれぞれに対応して設けられ、荷電粒子を共通ビーム輸送ライン７から治療室１０まで輸送する個別ビーム輸送ライン８とを備える。なお、増設用の治療室１１に対応する個別ビーム輸送ライン９も設けられる。

個別ビーム輸送ライン８，９は、共通ビーム輸送ライン７から分岐され、対応するそれぞれの治療室１０，１１まで延びている。加速器３で加速された粒子線ビームは、共通ビーム輸送ライン７から個別ビーム輸送ライン８，９に分岐され、それぞれが対応する治療室１０，１１に導かれる。なお、図示は省略するが、治療室１０，１１には、粒子線ビームを患者の患部に向けて照射させるための照射装置が設けられている。

本実施形態のそれぞれの個別ビーム輸送ライン８，９は、水平ビームコースと垂直ビームコースと斜めビームコースとガントリ室ビームコースとの少なくともいずれかのビームコースを形成する。

水平ビームコースは、患者に対して水平方向から粒子線ビームを照射するビームコースである。垂直ビームコースは、患者に対して垂直方向から粒子線ビームを照射するビームコースである。斜めビームコースは、患者に対して斜め方向から粒子線ビームを照射するビームコースである。ガントリ室ビームコースは、回転ガントリ１３が用いられるビームコースである。

まず、荷電粒子源２で生成された荷電粒子は、加速器３に入射される。この荷電粒子は、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共通ビーム輸送ライン７および個別ビーム輸送ライン８，９を介して治療室１０，１１まで導かれる。

荷電粒子として炭素イオンを用いた場合において、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。

なお、一般に、複数の治療室１０，１１で同時に治療を行うことはない。例えば、加速器３で生成された粒子線ビームは、複数の治療室１０，１１のうちのいずれか１つの治療室１０，１１に導かれるように制御される。そして、１つの治療室１０，１１で治療が行われているときに、他の治療室１０，１１では、次回の治療の準備などの作業が行われる。

加速器３、共通ビーム輸送ライン７および個別ビーム輸送ライン８，９は、内部が真空にされる真空ダクト（ビームパイプ）を有する。これらの真空ダクトの内部を粒子線ビームが進行する。加速器３、共通ビーム輸送ライン７および個別ビーム輸送ライン８，９が有する真空ダクトが一体となり、粒子線ビームを治療室１０，１１まで導く輸送経路を形成する。つまり、真空ダクトは、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。

なお、図示は省略するが、入射器４は、低エネルギービーム輸送系（ＬＥＢＴ系）と、高周波四重極型線形加速器（ＲＦＱ）と、ドリフトチューブ型線形加速器を備える。そして、入射器４は、加速器３において加速可能なエネルギーレベルまで荷電粒子を加速する。加速器３は、磁場と加速電場の周波数を制御することで荷電粒子を加速する高周波加速空洞を備える。

本実施形態の共通ビーム輸送ライン７は、粒子線ビームを制御する複数の電磁石１４を備える。さらに、個別ビーム輸送ライン８，９は、粒子線ビームを制御する複数の電磁石で１つのユニットを構成する電磁石群１５，１６を備える。

図２に示すように、個別ビーム輸送ライン８，９は、複数個の電磁石１７で１ユニットを構成する電磁石群１５，１６を備える。これらの電磁石群１５，１６は、複数の個別ビーム輸送ライン８，９のそれぞれに対応して設けられ、荷電粒子を共通ビーム輸送ライン７から個別ビーム輸送ライン８，９に導く磁場を発生させる。

図１に示すように、共通ビーム輸送ライン７および個別ビーム輸送ライン８，９のそれぞれの電磁石群１５，１６は、真空ダクトの屈曲部または分岐部の外周を囲むように配置される。これらの電磁石群１５，１６に用いられる電磁石１７には、様々な種類のものが用いられる。例えば、粒子線ビームの収束および発散を制御するための四極電磁石と、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とが用いられる。

本実施形態の粒子線治療システム１は、複数の電磁石群１５，１６のそれぞれに対して電力を供給する電源１８と、電源１８の制御を行うとともに電磁石群の制御を行う照射制御部１９とを備える。

図１に示すように、粒子線治療システム１は、所定の建屋２０を備える。この建屋２０の内部には、加速器３と共通ビーム輸送ライン７と個別ビーム輸送ライン８，９と治療室１０，１１とを収容する加速器室２１が設けられる。さらに、電源１８を収容する電源室２２が設けられる。また、診察室２３、スタッフ室２４、廊下２６なども設けられる。

さらに、治療室１０と廊下２６との間には、前室２５が設けられる。前室２５は、治療室１０の一部を構成するものでも良い。なお、前室２５は、位置決め室とも呼ばれ、治療台１２などの機器の操作を行う操作盤などが設けられる。患者の位置決めを行う際には、操作盤の操作を行う技師が前室２５に配置される。

なお、電源１８は、例えば、キュービクルなどの配電盤である。配電盤では、発電所から変電所を通して送られる高電圧の電気を降圧させる受電設備が金属製の箱体に収容されている。

建屋２０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。図１では、加速器３と共通ビーム輸送ライン７と個別ビーム輸送ライン８，９と治療室１０，１１とが、同一階層に設置される建屋２０を例示している。

また、電源１８から電磁石群１５，１６までは、所定のケーブル２７，２８，２９を介して電力が供給される。なお、理解を助けるために、個別ビーム輸送ライン８，９の電磁石群１５，１６に対して電力を供給するケーブル２７，２８，２９のみを図示し、加速器３の電磁石５，６と、共通ビーム輸送ライン７の電磁石１４とのそれぞれに対して電源１８から電力を供給するケーブルの図示を省略する。

本実施形態の粒子線治療システム１は、電力を電源１８から加速器室２１の内部まで導く基幹ケーブル２７と、電力を基幹ケーブル２７から既設の電磁石群１５，１６まで導く供給ケーブル２８，２９と、基幹ケーブル２７から供給ケーブル２８，２９が枝分れする特定部としての切替盤３０を備える。

なお、既設の電磁石群１５に接続される供給ケーブル２８と、増設用の電磁石群１６に接続される供給ケーブル２９とが設けられている。これらが切替盤３０に接続されている。

図１に示すように、電源１８が電源室２２の内部に設けられ、この電源室２２から１本の基幹ケーブル２７が加速器室２１まで延びている。この基幹ケーブル２７を通すために、電源室２２と加速器室２１とを区分ける遮蔽壁３１には、１個の貫通孔３２が設けられている。

加速器室２１の内部の供給ケーブル２８は、複数の電磁石群１５のそれぞれに対応して設けられている。例えば、４つの個別ビーム輸送ライン８がある場合には、それぞれに対応して４つの供給ケーブル２８が設けられる。そして、供給ケーブル２８の上流側の端部が切替盤３０に接続される。

本実施形態では、１本の基幹ケーブル２７から複数本の供給ケーブル２８，２９が枝分れする電力供給系統３３が形成されている（図２参照）。そして、切替盤３０は、基端の電源１８から末端の複数の電磁石群１５，１６まで枝分れする電力供給系統３３の最初の分岐部となっている。このようにすれば、粒子線治療システム１の建設時またはメンテナンス時に切替盤３０下流側の供給ケーブル２８，２９の配線作業を効率的に行うことができる。

切替盤３０は、加速器室２１の内部に設けられている。つまり、切替盤３０は、電磁石群１５，１６の近傍に設けられている。なお、近傍とは、電源１８よりも近い位置を示す。

切替盤３０は、照射制御部１９により制御され、電力の供給先となる電磁石群１５，１６の切り替えを行う。照射制御部１９と切替盤３０とは制御信号線３４で接続されている。

照射制御部１９は、粒子線ビームの照射を行う治療室１０，１１に対応する電磁石群１５，１６に電力が供給されるように、切替盤３０の制御を行う。つまり、照射制御部１９により励磁される電磁石群１５，１６の制御が行われる。

また、切替盤３０は、放射線を遮蔽する遮蔽部材３５で覆われている。この遮蔽部材３５は、例えば、鉄または鉛などの部材で形成された箱状を成す。このようにすれば、切替盤３０に対する放射線の照射が抑えられ、放射線による切替盤３０に対する悪影響を抑制することができる。

粒子線治療システム１の建設時には、加速器室２１の内部に作業者が入って所定の作業を行う。このときに、供給ケーブル２８の着脱がし易い切替盤３０が加速器室２１の内部に配置されるため、供給ケーブル２８の敷設作業を効率的に行うことができる。また、治療室１１の増設作業も効率的に行うことができる。

加速器室２１は、放射線管理区域となっている。建屋２０の内部は、この放射線管理区域と、それ以外の通常区域（非管理区域）とに分けられる。放射線管理区域とは、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の設置は、法令により取り決められている。

荷電粒子源２、入射器４、加速器３の電磁石５，６、共通ビーム輸送ライン７の電磁石１４、および個別ビーム輸送ライン８，９の電磁石群１５，１６は、運転中に放射線を放射する機器であるため、放射線管理区域に設けられている。

建屋２０は、放射線管理区域である加速器室２１を囲み、放射線を遮蔽する遮蔽構造部としての遮蔽壁３１を備える。つまり、放射線管理区域は、その周囲が遮蔽壁３１で仕切られている。また、通常区域は、放射線の遮蔽を想定していない通常壁３６，３７で仕切られている。

遮蔽壁３１により放射線管理区域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３１の厚さＴは、１～２ｍ以上となっている。なお、遮蔽壁３１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３１の厚さＴが１ｍ未満であっても良い。

また、放射線管理区域である加速器室２１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遮蔽構造部としての遮蔽天井板で覆われる。なお、加速器室２１の床部分は、コンクリートで形成した所定の厚みを有する遮蔽構造部としての遮蔽床で覆われる。

放射線は、主にビームの偏向部および停止部（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。そのため、加速器３、共通ビーム輸送ライン７および個別ビーム輸送ライン８，９を水平に並べて配置する場合は、水平方向に対し充分な遮蔽能力を有する構造とすることが好ましい。例えば、遮蔽壁３１は、天井板と比較して大きな遮蔽能力を持つ。

なお、建屋２０の内部において、診察室２３、スタッフ室２４、廊下２６などの施設は、通常区域に設けられている。通常区域から治療室１０，１１までの人の進入経路は、遮蔽壁３１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１０，１１から通常区域に向かって放射線が漏れることがない。

また、電源１８は、加速器室２１の外部である電源室２２に設けられているため、粒子線治療システム１が稼働中であっても、放射線の影響を受けることがない。そこで、作業者が電源１８のメンテナンスを行い易くなっている。

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１０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、回転ガントリ１３が配置される治療室１１を増設するための場所が、加速器室２１の内部に予め確保されている。

粒子線治療システム１の建設時には、最もコストが嵩む装置である回転ガントリ１３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１３を増設して稼働率を向上させることができる。

回転ガントリ１３は、円筒形状を成す大型の装置である。この回転ガントリ１３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１３が回転可能となっている。なお、回転ガントリ１３には、個別ビーム輸送ライン９から延長された真空ダクトおよび電磁石群が取り付けられる。回転ガントリ１３において、真空ダクトは、まず、回転ガントリ１３の中心軸に沿って導かれ、回転ガントリ１３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１３の内周側に向けて延びる。

回転ガントリ１３には、個別ビーム輸送ライン９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方向に走査可能となっている。なお、患者は、回転ガントリ１３の内部に設けられた治療台に載置される。この治療台は、患者を載置した状態で移動可能となっている。この治療台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１３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１３は、個別ビーム輸送ライン９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。

なお、本実施形態では、回転ガントリ１３を増設用の治療室１１に設ける形態を例示しているが、その他の態様であっても良い。例えば、既設の治療室１０をガントリ室ビームコースに対応させて回転ガントリ１３を設けるようにしても良い。そして、増設用の治療室１１は、他のビームコースに対応させても良い。

なお、治療室１１が増設される場合には、この治療室１１に対応する増設用の個別ビーム輸送ライン９と電磁石群１６と供給ケーブル２９が設けられる。そして、切替盤３０は、増設用の供給ケーブル２９が接続可能となっている。このようにすれば、治療室１１を増設する際に、電力供給系統３３の構築を含めた増設作業を効率的に行うことができる。

図２に示すように、切替盤３０は、供給ケーブル２８，２９が接続可能な複数のコンタクタ３８，３９を備える。なお、コンタクタ３８，３９とは電磁開閉器とも称する。コンタクタ３８，３９には、供給ケーブル２８，２９が着脱される。これらのコンタクタ３８，３９によりそれぞれの供給ケーブル２８，２９に対する電力の供給のＯＮ・ＯＦＦが制御される。

本実施形態の切替盤３０は、既設の供給ケーブル２８に対応するコンタクタ３８とともに未設の供給ケーブル２９に対応するコンタクタ３９を備える。つまり、治療室１１の増設時に新たに追加される供給ケーブル２９が接続されるコンタクタ３９が予め設けられている。このようにすれば、治療室１１を増設する際に、切替盤３０を交換しないで済むようになるため、増設工事を効率的に行うことができる。また、既設の電源１８を増設用の治療室１１のために用いることができるため、新たな電源１８の増設が不要になる。また、遮蔽壁３１に新たに貫通孔３２を増設することも不要になる。そのため、建屋２０に対する改造も不要になる。

なお、本実施形態では、切替盤３０が未設の供給ケーブル２９に対応するコンタクタ３９を備えるが、その他の態様であっても良い。例えば、切替盤３０が既設の供給ケーブル２８に対応するコンタクタ３８を備えるようにし、治療室１１の増設時に、新たに増設用のコンタクタ３９を追加できるようにしても良い。

図１に示すように、切替盤３０から複数の電磁石群１５，１６までの距離は、それぞれ異なっている。しかし、本実施形態の複数の供給ケーブル２８，２９は、切替盤３０から電磁石群１５，１６までの長さが同じになるように調整される。例えば、全ての供給ケーブル２８，２９のうち最も長い供給ケーブル２９の長さに合わせて他の供給ケーブル２８の長さが設定される。本実施形態では、切替盤３０から増設用の電磁石群１６までの距離が最も長いため、増設用の供給ケーブル２９が最も長くなっている。なお、切替盤３０から電磁石群１５までの距離に対して供給ケーブル２８の全長が長い場合には、供給ケーブル２８の一部を捲回した捲回部２８ａを形成し、その敷設距離を調整する。

全ての供給ケーブル２８，２９の長さを同じにすることで、それぞれの供給ケーブル２８，２９の電気抵抗が同じになる。そのため、それぞれの電磁石群１５，１６に対して供給される電力の制御を行い易くなる。つまり、電源１８のゲイン調整作業が不要となる。

また、増設用の治療室１１に対応する個別ビーム輸送ライン９の供給ケーブル２９の長さを予め設定可能である。この増設用の供給ケーブル２９を含めた全ての供給ケーブル２８，２９のうち最も長い供給ケーブル２９の長さに合わせて他の供給ケーブル２８の長さが設定される。このようにすれば、治療室１１が増設されても、それぞれの供給ケーブル２８，２９の電気抵抗が同じになるため、それぞれの電磁石群１６に対して供給する電力の制御を行い易くなる。

なお、基幹ケーブル２７から複数の供給ケーブル２８，２９が枝分れしている。このようにすれば、基幹ケーブル２７を通すために遮蔽壁３１に形成する貫通孔３２の数を低減させることができる。本実施形態では、基幹ケーブル２７が１本であるため、遮蔽壁３１に形成する貫通孔３２も１つで済む。

従来、一般的な粒子線治療システムでは、電磁石群１５と電源１８とが一対を成し、独立した供給ケーブル２８で互いに接続されていた。そのため、複数の治療室１０を設ける場合には、遮蔽壁３１に複数の貫通孔３２を設ける必要がある。また、貫通孔３２の増加は、放射線の遮蔽設計にも影響し、遮蔽計算結果に応じて壁厚を増す必要もある。これら建屋側作業の負担増加に伴い、工事の長期化が生じてしまう。

さらに、建屋２０の限られたフロア面積において、複数の電源１８の配置スペースを確保する必要がある。また、使用する供給ケーブル２８の物量も、治療室１０の増加に比例して多くなってしまう。さらに、治療室１０の増加に伴い、供給ケーブル２８が増加し、作業者のアクセスおよび機器の配置スペースに支障をきたす。さらに、敷設作業も増加してしまう。

本実施形態の粒子線治療システム１では、１つの電源１８から複数の電磁石群１５，１６に電力を供給できるため、電源１８の数を低減させることができる。さらに、電源１８の配置必要なスペースも低減させることができる。また、特定部としての切替盤３０が加速器室２１の内部に設けられるため、供給ケーブル２８，２９の敷設作業を効率的に行うことができる。

また、粒子線治療システム１では、切替盤３０を加速器室２１の内部に設けられるため、供給ケーブル２８の物量の低減、遮蔽壁３１の貫通孔３２の数を低減、治療室１１の増設に伴う改修項目低減を実現できる。

ビーム光学計算技術の高度化により、異なる電磁石を同じ電流値で励磁させつつ、異なる治療室１０，１１に同じビーム性状のビームを輸送するような光学計算の最適化が実施できるようになった。粒子線治療システム１では、ビーム光学パラメータの最適化かつ共通化が実施された治療室１０，１１に対応して電磁石群１５，１６が配置される。これらの電磁石群１５，１６の近傍に切替盤３０を配置することで、切替盤３０から電磁石群１５，１６までの供給ケーブル２８，２９を短くし、その長さを均一に揃えることが容易となる。

粒子線治療システム１では、供給ケーブル２８，２９の長さが揃え易くなったことで、工期自体が短くなり、かつ電源室２２のスペースを縮小することが可能となる。さらに、粒子線治療システム１のコストダウンにもつながる。また、放射線管理区域である加速器室２１と通常区域の電源室２２の間のケーブルの本数が劇的に少なくなり、それに伴い貫通孔３２の数を減少させることができる。さらに、貫通孔３２のサイズ自体も小さくすることが可能となる。これにより、放射線の遮蔽効果を向上させることができる。そのため、放射線発生源の近傍に貫通孔３２を形成することができる。

粒子線治療システム１では、基幹ケーブル２７および供給ケーブル２８を配置するケーブルトレイを少なくすることもできる。さらに、建屋２０に対する電磁石群１５の配置の自由度も上げることが可能となる。このように、粒子線治療システム１は、普及機でありながらユーザー要望に応え易い装置設計が可能となる。さらに、供給ケーブル２８の最適化により切り替え動作を円滑化することで、治療時間を短縮し患者への負担を軽減することができる。

また、それぞれの個別ビーム輸送ライン８，９は、水平ビームコースと垂直ビームコースと斜めビームコースとガントリ室ビームコースとの少なくともいずれかのビームコースを形成する。このようにすれば、様々な種類のビームコースに対応して個別ビーム輸送ライン８，９を設けられていても、基幹ケーブル２７が共通して用いられるため、電力供給系統３３の構築が行い易くなる。

本実施形態では、稼働中に加速器３と共通ビーム輸送ライン７と個別ビーム輸送ライン８，９とから放射線が漏れる箇所が予め特定される。そして、切替盤３０は、放射線が漏れる箇所を避けて配置される。

このようにすれば、切替盤３０を放射線から防護する構造を簡素化することができる。例えば、遮蔽部材３５の厚さを薄くしたり、簡素化したりすることができる。なお、放射線が漏れる箇所はシミュレーションにより特定される。また、シミュレーションには、放射線の遮蔽計算の実施を含む。

また、稼働中に加速器３と共通ビーム輸送ライン７と個別ビーム輸送ライン８，９とから漏れる放射線に基づく線量の分布が予め特定される。そして、切替盤３０は、線量が予め定められた閾値以下の箇所に配置される。

このようにすれば、切替盤３０が配置可能な箇所の選択肢を増やせるようになり、切替盤３０に対する放射線の照射が抑えられ、かつ電磁石群１５，１６に近接した位置に切替盤３０を配置することができる。なお、線量の分布はシミュレーションにより取得される。また、閾値は、粒子線治療システム１の設計者が予め設定した値でも良いし、加速器室２１の内部の線量の平均値であっても良い。そして、線量の低い箇所に切替盤３０を設けるようにする。

このように、本実施形態では、切替盤３０を遮蔽部材３５で覆い、遮蔽計算の実施と合わせて、切替盤３０が配置可能な低線量領域と特定し、電磁石群１５，１６の近傍となる最適な位置を設定する。

次に、粒子線治療システム１の設計方法について図３のフローチャートを用いて説明する。なお、前述の図１から図２を適宜参照する。

図３に示すように、まず、ステップＳ１１において、設計者は、粒子線治療システム１の基本設計を行う。ここで、加速器室２１の内部における加速器３と共通ビーム輸送ライン７と個別ビーム輸送ライン８，９との配置態様を決定する。なお、既設の治療室１０とともに、増設用の治療室１１を含めた設定を行う。さらに、ビーム光学計算に基づき、電源１８を共通化させることが可能な電磁石群１５，１６を検討することも行う。

次のステップＳ１２において、設計者は、稼働中に加速器３と共通ビーム輸送ライン７と個別ビーム輸送ライン８，９とから漏れる放射線に関するシミュレーションを行う。さらに、放射線が漏れる箇所を特定するとともに線量の分布を特定する。

次のステップＳ１３において、設計者は、切替盤３０の配置を、放射線が漏れる箇所を避けられる箇所に設定する。さらに、切替盤３０の配置を、線量が予め定められた閾値以下の箇所に設定する。つまり、高線量領域を避けた位置に切替盤３０の配置する設計を行う。加えて、切替盤３０の遮蔽構造も検討し、放射線による影響を低減する設計を行う。

次のステップＳ１４において、設計者は、仮に、切替盤３０から複数の電磁石群１５，１６までの距離に対応してそれぞれの供給ケーブル２８，２９の長さを設定した場合に、これら増設用の供給ケーブル２９を含めた全ての供給ケーブル２８，２９のうち最も長い供給ケーブル２９の長さを特定する。

次のステップＳ１５において、設計者は、前述の仮設定した場合に最も長い供給ケーブル２９の長さに合わせて他の供給ケーブル２８の長さを設定する。つまり、それぞれの供給ケーブル２８，２９の長さが同じになるように、供給ケーブル２８，２９の長さを決定する。

次のステップＳ１６において、設計者は、粒子線治療システム１の最終設計を行う。ここでは、最終的な建屋２０の設計、粒子線治療システム１の全体成立性の確認および最適化設計を行う。そして、本設計方法を終了する。

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。

次に、変形例について説明する。図４は、変形例１の粒子線治療システム１Ａを示す側面図である。この変形例１の粒子線治療システム１Ａは、２階建ての建屋４０を備える。建屋４０の１階が加速器室２１となっており、２階が電源室２２となっている。

放射線管理区域である加速器室２１は、遮蔽構造部としての遮蔽壁４１で囲まれる。さらに、加速器室２１の天井部分であって電源室２２の床部分は、遮蔽構造部としての遮蔽床４２で覆われる。なお、加速器室２１の床部分も、遮蔽構造部としての遮蔽床４３で覆われる。

通常区域である電源室２２は、放射線の遮蔽を想定していない通常壁４４で囲まれる。さらに、電源室２２の天井部分も、放射線の遮蔽を想定していない天井板４５となっている。

電源室２２の内部には、電源１８が設けられる。さらに、加速器室２１の内部には、切替盤３０と複数の電磁石群１５が設けられる。また、加速器室２１と電源室２２とを仕切る遮蔽床４２には、１個の貫通孔４６が設けられている。この貫通孔４６を介して電源室２２から１本の基幹ケーブル４７が加速器室２１まで延びている。この基幹ケーブル４７により電源１８と切替盤３０とが接続される。そして、切替盤３０から複数本の供給ケーブル４８が延びる。それぞれの供給ケーブル４８は、対応する電磁石群１５に接続される。

このように、加速器室２１と電源室２２を異なる階層に設けて、遮蔽床４２に貫通孔４６を設けるようしても良い。粒子線治療システム１Ａの建設時に、階層の異なる加速器室２１と電源室２２と繋ぐ基幹ケーブル４７の数を低減させることができるため、構築作業を効率的に行うことができる。

図５は、変形例２の粒子線治療システム１Ｂの電力供給系統４９を示す構成図である。この変形例２では、遮蔽壁３１を介して加速器室２１と電源室２２とが区分けられている。

電源室２２の内部には、１つの電源１８と照射制御部１９が設けられている。加速器室２１の内部には、８つの電磁石群５０と２つの切替盤５１と１つの分電盤５２とが設けられている。

電源１８は、１本の基幹ケーブル５３を介して分電盤５２に接続される。なお、基幹ケーブル５３は、貫通孔３２を介して電源１８から加速器室の内部まで導かれている。そして、分電盤５２から２本の第１供給ケーブル５４が延び、それぞれが切替盤５１に接続されている。さらに、１つの切替盤５１から４本の第２供給ケーブル５５が延び、それぞれが電磁石群５０に接続されている。なお、変形例２の分電盤５２は、切替盤としての機能を有していても良い。

この変形例２では、１つの電源１８から複数の電磁石群５０まで枝分れする電力供給系統４９の最初の分岐部である分電盤５２が特定部となっている。このようにすれば、第１供給ケーブル５４および第２供給ケーブル５５が加速器室２１に配置されるため、配線作業を効率的に行うことができる。

なお、本実施形態では、被検体として人間である患者を例示しているが、その他の態様であっても良い。例えば、犬、猫などの動物を被検体とし、これらの動物に放射線治療を行う際に、粒子線治療システム１を用いても良い。

なお、本実施形態では、加速器３としてシンクロトロン加速器を例示しているが、その他の態様であっても良い。例えば、加速器３は、他の円形加速器または直線状の線形加速器であっても良い。

なお、本実施形態では、全ての供給ケーブル２８，２９の長さを同じにしているが、その他の態様であっても良い。例えば、それぞれの供給ケーブル２８，２９の長さが異なっていても良い。

なお、本実施形態では、増設用の供給ケーブル２９が最も長くなっているため、この供給ケーブル２９に合わせて、他の供給ケーブル２８の長さが決定されているが、その他の態様であっても良い。例えば、複数の既設の供給ケーブル２８のうち、いずれか１つの供給ケーブル２８が最も長い場合には、この最も長い供給ケーブル２８の長さに合わせて、他の既設の供給ケーブル２８および増設用の供給ケーブル２９の長さを決定しても良い。

以上説明した実施形態によれば、加速器室の内部に設けられ、基幹ケーブルから供給ケーブルが枝分れする特定部を備えることにより、電源からビーム輸送ラインの電磁石群までの電力供給系統の構築を効率的に行うことができる。

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（１Ａ，１Ｂ）…粒子線治療システム、２…荷電粒子源、３…加速器、４…入射器、５，６…電磁石、７…共通ビーム輸送ライン、８…個別ビーム輸送ライン、９…増設用の個別ビーム輸送ライン、１０…治療室、１１…増設用の治療室、１２…治療台、１３…回転ガントリ、１４…電磁石、１５…電磁石群、１６…増設用の電磁石群、１７…電磁石、１８…電源、１９…照射制御部、２０…建屋、２１…加速器室、２２…電源室、２３…診察室、２４…スタッフ室、２５…前室、２６…廊下、２７…基幹ケーブル、２８…供給ケーブル、２８ａ…捲回部、２９…増設用の供給ケーブル、３０…切替盤、３１…遮蔽壁、３２…貫通孔、３３…電力供給系統、３４…制御信号線、３５…遮蔽部材、３６，３７…通常壁、３８…コンタクタ、３９…増設用のコンタクタ、４０…建屋、４１…遮蔽壁、４２，４３…遮蔽床、４４…通常壁、４５…天井板、４６…貫通孔、４７…基幹ケーブル、４８…供給ケーブル、４９…電力供給系統、５０…電磁石群、５１…切替盤、５２…分電盤、５３…基幹ケーブル、５４…第１供給ケーブル、５５…第２供給ケーブル。

Claims (12)

1. 荷電粒子を加速する加速器と、
   前記加速器から延び、前記加速器で加速された前記荷電粒子を輸送する共通ビーム輸送ラインと、
   複数の治療室のそれぞれに対応して設けられ、前記荷電粒子を前記共通ビーム輸送ラインから前記治療室まで輸送する個別ビーム輸送ラインと、
   複数の前記個別ビーム輸送ラインのそれぞれに対応して設けられ、前記荷電粒子を前記共通ビーム輸送ラインから前記個別ビーム輸送ラインに導く磁場を発生させる電磁石群と、
   前記加速器と前記共通ビーム輸送ラインと前記個別ビーム輸送ラインとを収容する加速器室と、
   前記加速器室の外部に設けられ、前記加速器室の内部の複数の前記電磁石群のそれぞれに対して電力を供給する電源と、
   前記電力を前記電源から前記加速器室の内部まで導く基幹ケーブルと、
   複数の前記電磁石群のそれぞれに対応して設けられ、前記電力を前記基幹ケーブルから前記電磁石群まで導く供給ケーブルと、
   前記加速器室の内部に設けられ、前記基幹ケーブルから前記供給ケーブルが枝分れする特定部と、
   を備える、
   粒子線治療システム。
2. 前記特定部は、前記電源から複数の前記電磁石群まで枝分れする電力供給系統の最初の分岐部である、
   請求項１に記載の粒子線治療システム。
3. 前記電源の制御を行うとともに前記電磁石群の制御を行う照射制御部を備え、
   前記特定部は、前記照射制御部により制御され、前記電力の供給先となる前記電磁石群の切り替えを行う切替盤である、
   請求項１または請求項２に記載の粒子線治療システム。
4. 前記切替盤を覆い、放射線を遮蔽する遮蔽部材を備える、
   請求項３に記載の粒子線治療システム。
5. 稼働中に前記加速器と前記共通ビーム輸送ラインと前記個別ビーム輸送ラインとから放射線が漏れる箇所が予め特定されており、
   前記切替盤は、前記放射線が漏れる箇所を避けて配置される、
   請求項３または請求項４に記載の粒子線治療システム。
6. 稼働中に前記加速器と前記共通ビーム輸送ラインと前記個別ビーム輸送ラインとから漏れる放射線に基づく線量の分布が予め特定されており、
   前記切替盤は、前記線量が予め定められた閾値以下の箇所に配置される、
   請求項３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. 前記治療室が増設可能であり、
   前記切替盤は、増設用の前記治療室に対応する前記個別ビーム輸送ラインの前記供給ケーブルが接続可能である、
   請求項３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. 前記切替盤は、既設の前記供給ケーブルに対応するコンタクタとともに未設の前記供給ケーブルに対応する前記コンタクタを備える、
   請求項３から請求項７のいずれか１項に記載の粒子線治療システム。
9. 複数の前記供給ケーブルは、前記特定部から前記電磁石群までの長さが同じになっている、
   請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の粒子線治療システム。
10. 前記治療室が増設可能であり、
    増設用の前記治療室に対応する前記個別ビーム輸送ラインの前記供給ケーブルの前記長さを予め設定可能であり、
    全ての前記供給ケーブルのうち最も長い前記供給ケーブルの長さに合わせて他の前記供給ケーブルの前記長さが設定される、
    請求項９に記載の粒子線治療システム。
11. 前記加速器室が放射線管理区域であり、前記加速器室を囲み、放射線を遮蔽する遮蔽構造部を備える、
    請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の粒子線治療システム。
12. 前記個別ビーム輸送ラインは、
    被検体に対して水平方向から前記荷電粒子を照射する水平ビームコースと、
    被検体に対して垂直方向から前記荷電粒子を照射する垂直ビームコースと、
    被検体に対して斜め方向から前記荷電粒子を照射する斜めビームコースと、
    被検体に対する前記荷電粒子の照射方向を変更可能な回転ガントリが用いられるガントリ室ビームコースと、
    の少なくともいずれかのビームコースを形成する、
    請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の粒子線治療システム。

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