JPH07275381A

JPH07275381A - ビーム治療装置

Info

Publication number: JPH07275381A
Application number: JP6941094A
Authority: JP
Inventors: Joji Miyaoka; 丈治宮岡; Yukio Yoshihara; 幸夫吉原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-04-07
Filing date: 1994-04-07
Publication date: 1995-10-24

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、シンクロトロンから出射されるビー
ムを治療系で必要とするビームになるように制御すると
共に、治療系の構成を簡単化・小型化したビーム治療装
置を提供することにある。【構成】本発明は、粒子ビームを癌等の被照射部に照射
する治療系から構成されるビーム治療装置において、シ
ンクロトロンから出射された時間変化するビームのエネ
ルギーを一度最高エネルギーまで加速した後ビームのエ
ネルギーを下げながら治療に有効なエネルギーのビーム
を出射するように制御する第１制御手段と、前記シンク
ロトロンから出射された時間変化するビームのエネルギ
ーに相当する磁場に前記ビーム輸送系の電磁石の励磁量
を制御する第２制御手段を備えているので、治療系の構
成を従来に比べ簡単化・小型化することができ、かつ治
療準備のための労力を大幅に削減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加速器を用いて得られる
中性子，陽子，ヘリウム，アルゴン等の高エネルギー粒
子を癌等の被照射対象に照射して治療等を行うビーム治
療装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のビーム治療装置の従来例とし
て、米国ローレンス・バークレイ国立研究所１９８４年
７月発行のFinal Report PUB 5122 に示されたものがあ
る。このビーム治療装置は、図５に示す如く図示しない
加速器からの高エネルギービームを受け、このビームを
広さ方向に分布させる散乱体１と、ビームの深さ方向を
調整するウォータカラム２と、生体Ｐ内に形成されるBr
agg ピーク（治療域）を深さ方向に平坦化するフィルタ
３と、ビームの広さ範囲を規定するコリメータ４及び生
体Ｐ内における被照射対象（たとえば癌）６までの体表
ＰＳからの距離を補正するボーラス５より構成されてい
る。

【０００３】ここで、この種の高エネルギー粒子による
ビームの特性について説明する。

【０００４】例えば、図６（ａ）に示すように、生体Ｐ
内に癌等の被照射対象Ｔが存在し、この被照射対象Ｔに
ビームを当てて治療をする場合を考える。この生体Ｐに
高エネルギービームを照射すると、図６（ｂ）に示すよ
うに特定深さでエネルギー損失ピークを示すようにな
る。これはBragg ピークと称されるものであり、この点
のみが治療されることになり、他の部位は治療されない
ことになる。

【０００５】そこで、図６（ｃ）に示すように、Bragg
ピークを深さ方向に平坦化することにより、この平坦域
により図６（ａ）に示す被照射対象Ｔの深さ方向につい
て幅広く治療を行なうことができる。この平坦化のため
の手段はフィルタと称され、一般に次のようなものであ
る。すなわち、このようなフィルタ３は、高エネルギー
粒子によるビームをその厚さで減衰させることができる
ものであり、一般には、図７（ａ）に示す断面鋸歯状の
形をなし、銅等の材質から作られている。そして、図示
のように鋸歯の谷部近傍を通過するビームＢ1 と、鋸歯
の頂部近傍を通過するビームＢ2 とでは、前者のエネル
ギー損失は小さく、後者のエネルギー損失は大きい。こ
の性質を利用してフィルタ３全体を、ビーム照射方向に
直交する方向に揺動すると図７（ｂ）に示すように、Br
agg ピークを深さ方向について平坦化することができ
る。

【０００６】しかして、従来のビーム治療装置における
ビーム調整方法は、図８に示すように、（散乱体１とフ
ィルタ３は図示せず）被照射対象６の最大範囲をビーム
の照射範囲とするように、ビーム照射前に予めコリメー
タ４を調整しておき、また、深さ方向については概略の
深さをウォータカラム２により調整し、生体Ｐの体表Ｐ
Ｓと被照射対象６とが斜めになっているのをボーラス５
を用いて補償する手法がとられていた。

【０００７】しかしながら、上記従来装置でのビーム調
整にあっては、被照射対象６が傾斜していると、被照射
対象６の部分のみならず、正常な部位にもビームの強い
部分が照射されることになり、このため正常な部分を損
傷することは避けられないという問題であった。

【０００８】また、ボーラス５を用いてビーム照射の被
照射対象６と体表ＰＳとの間を距離補正して被照射対象
６の全域で均一なエネルギー分布となるようにしている
ため、治療計画してから被照射対象６の形状に応じてボ
ーラス５を複雑な形状に加工するといった面倒な工程が
あり、治療そのものよりもこの前工程に時間がかかると
いう問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のビーム治療装置は、ビームを加速する機能をもつシン
クロトロンとフィルタ，コリメータ，ボーラス等の多く
のビーム制御の機器を備え、被照射部にビームをあてる
機能をもつ治療系の機能が完全に分離されており、機器
の構成が複雑になるばかりでなくシンクロトロンが出射
するビームと治療系が必要とするビームのエネルギーが
異なり、治療系でエネルギーを下げる等のシステム的に
も不適合があり、その改善策が要望されていた。

【００１０】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、シンクロトロンから出射されるビーム
を治療系で必要とするビームになるように制御すると共
に、治療系の構成を簡単化・小型化したビーム治療装置
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の請求項１は、中性子，陽子，ヘリウム，アル
ゴン等の粒子をイオン化し、加速する入射器と、前記入
射器で生成された粒子ビームを加速するシンクロトロン
と、前記シンクロトロンから出射された粒子ビームを被
照射部まで誘導するビーム輸送系と、前記粒子ビームを
癌等の被照射部に照射する治療系から構成されるビーム
治療装置において、前記シンクロトロンから出射された
時間変化するビームのエネルギーを一度最高エネルギー
まで加速した後ビームのエネルギーを下げながら治療に
有効なエネルギーのビームを出射するように制御する第
１制御手段と、前記シンクロトロンから出射された時間
変化するビームのエネルギーに相当する磁場に前記ビー
ム輸送系の電磁石の励磁量を制御する第２制御手段を備
えたことを特徴とする。

【００１２】請求項２は、請求項１記載のビーム治療装
置において、癌等の被照射部の形状に合わせてワブラー
電磁石を制御することによりビームの照射エリアを任意
の形状に整形することを可能にする制御手段を備えたこ
とを特徴とする。

【００１３】請求項３は、請求項１記載のビーム治療装
置において、癌等の被照射部の形状に合わせてワブラー
電磁石及びフィルターを連動して制御することによりビ
ームの照射エリアを任意の形状に整形することを可能に
する制御手段を備えたことを特徴とする。

【００１４】請求項４は、中性子，陽子，ヘリウム，ア
ルゴン等の粒子をイオン化し，加速する入射器と、前記
入射器で生成された粒子ビームを加速するシンクロトロ
ンと、前記シンクロトロンから出射された粒子ビームを
被照射部まで誘導するビーム輸送系と、前記粒子ビーム
を癌等の被照射部に照射する治療系から構成されるビー
ム治療装置において、前記ビーム輸送系に粒子ビームを
しゃ断するビームダンパと、前記ビームダンパの開・閉
を操作する制御装置を備え、前記シンクロトロンの運転
が安定するまで、あるいは運転状況が安定していること
を確認するまでは前記ビームダンパを閉じておき、確認
後は前記ビームダンパを開けることにより安定したビー
ムを被照射部に照射するように構成したことを特徴とす
る。

【００１５】

【作用】本発明のビーム治療装置は上記のように構成さ
れているので、シンクロトロンが治療系の要求を満足す
るビームを出射するシステムが構成され、システム的に
適合するばかりでなく、治療系の構成を従来に比べ簡単
化・小型化することができ、かつ治療準備のための労力
を大幅に削減できる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例の（請求項１対応）構成図
である。同図に示すように、入射器１にて生成されたビ
ームはシンクロトロン２へインフレクタ部２１を介して
入射される。シンクロトロン２では偏向電磁石２２等の
磁場や高周波加速空洞２３の制御を行いビームの加速を
行う（図２に偏向電磁石２２の磁場パターンの一例を示
す）。

【００１７】加速されたビームはデフレクタ部２４より
ビーム輸送系３へと出射される。ビーム輸送系３では偏
向電磁石３１等によりビームの方向を制御し、治療系４
へビームを導いている。

【００１８】治療系４では癌等の非照射体の一形状にあ
わせてビームの照射エリア，照射時間及びビームエネル
ギー等を制御する必要がある。ビームエネルギーは体内
に照射されたビームの治療効果が最も高い深さを決める
パラメータであり、被照射部の最も深い部位に相当する
ＥH から最も浅い部位に相当するＥL まで連続したエネ
ルギーのビームを照射することが必要である。

【００１９】従来はフィルタを通過することでエネルギ
ーの拡がりのあるビームを照射していたが、本実施例明
では下記の方法にて実現する。被照射部の形状は治療前
に正確に分かっている。つまり、必要なエネルギーの範
囲と照射のエリアは把握することができる。この情報を
シンクロトロン２の制御装置２５と、ビーム輸送系３の
制御装置３２と、治療系の制御装置４１に与えることで
各制御装置は次の動作を実行する。

【００２０】シンクロトロン制御装置２５は、図２に示
すように最高エネルギーＥO まで加速した後、徐々にエ
ネルギーを下げるように偏向電磁石２２や高周波加速空
洞２３を制御する。エネルギーがＥH になるとデフレク
タ２４を働かせビームの出射を開始し、エネルギーがＥ
L になるまで出射を続ける。ビーム輸送系制御装置３２
は出射されたビームを治療系４へ導くように偏向電磁石
３１等を制御する。（出射されたビームのエネルギーが
変化するので、偏向電磁石３１等の磁場を変化させる必
要がある。）治療系制御装置４１は導かれたビームの形状でワブラー
電磁石等を用いて整え、被照射部に照射する。つまり、
従来のビーム治療装置ではウォータカラム及びフィルタ
を用いてビームのエネルギーを変化させていたが、本実
施例によればシンクロトロンの制御によって実現するこ
とができる。

【００２１】上述したように、本実施例によれば、ビー
ムのエネルギーに巾を持たせるために設けられているウ
ォータカラムフィルタを不要とすることができるので、
治療系を単純化・小型化することができる。

【００２２】図３は本発明の他の実施例（請求項２及び
請求項３対応）の治療系の照射装置の構成図である。同
図に示すように、本実施例ではフィルタ４４によりビー
ムのエネルギーを制御し、ワブラー電磁石４２によりビ
ームの照射エリアの形状を制御する。治療系制御装置４
１はフィルタ制御装置４５とワブラー電磁石制御装置４
３の制御パターンを決定する。

【００２３】フィルタ制御装置４５はフィルタ４４をビ
ーム進行方向の垂直あるいは垂直に近い角度を持った平
面上を１回または数回掃引し、ビームの治療効果の高い
体内深さ位置を制御する。ワブラー電磁石制御装置４３
は、フィルタ４４通過後のビームを少なくとも２方向以
上に偏向する機能を有すワブラー電磁石４２の制御を行
う。

【００２４】治療系制御装置４１は癌等の被照射部形状
を深さ方向データと深さに対応する断面形状データに分
割し、フィルタ制御装置４５とワブラー電磁石制御装置
４３の制御を行うことにより、任意の被照射部形状を描
くことができる。

【００２５】このように、本実施例によればフィルタ４
４とワブラー電磁石４２で任意の被照射形状が実現でき
る。なお、フィルタ４４の機能を補佐する装置としてウ
ォータカラムを備えても本実施例と同様な機能が得られ
る。また、治療系制御装置４１は、上記実施例と同様に
照射時間の他、ビーム照射エリア，ビームエネルギーを
制御することができる。

【００２６】ところで、従来の方法ではビームの照射エ
リアの制御はワブラー電磁石４２と散乱体，コリメー
タ，ボーラス等により行っていたが、本実施例では下記
の方法を採用する。すなわち、図１の実施例によればビ
ームのエネルギーは時間の関数Ｅ(t) として表現するこ
とができる。エネルギーと治療効果のある体内深度は一
意に決まるので、このことは即ち治療効果のある体内深
度が時間の関数Ｄ(t) として表すことと同意である。

【００２７】このことを利用すれば治療系制御装置では
被照射部の形状を時間の関数Ｆ(t)として表現すること
が可能となる。被照射部の形状をＦ(t) として表したも
のをワブラー電磁石４２の電源装置４３に伝達し、ビー
ムのエネルギーに対応するビーム照射エリアを与えるよ
うにワブラー電磁石４２を励磁することで任意の照射エ
リアを実現することができる。

【００２８】このように、本実施例によればフィルタと
ワブラー電磁石で任意の照射エリアを実現できるので、
従来装置ではビームの照射エリアを制御するために必要
とされた散乱体，コリメータ，ボーラスを省くことがで
きる。従って、治療系を単純化・小型化することがで
き、かつ、ボーラス作成に要していた時間を省けるた
め、治療準備期間を短縮できるビーム治療装置を提供す
ることができる。

【００２９】なお、ビーム照射エリアを制御するワブラ
ー電磁石の誤動作防止等の目的でコリメータを設けるこ
とはビーム治療装置のさらなる信頼性向上に繋がること
は明らかである。

【００３０】図４は本発明の別な実施例（請求項４対
応）のビーム治療装置の構成図である。同図において、
ビームダンパ３３はシンクロトロンからの粒子ビームを
しゃ断する機能を有するもので、閉状態ではシンクロト
ロン２が運転されていても、治療系４へビームを送らな
いようにするものである。必要に応じて、鉛等を用いて
放射線遮蔽を施す。また、このビームダンパ３３は、フ
ァラデーカップとして利用することでビームモニタとし
ての機能を備えることもできる。

【００３１】ビームダンパ制御装置３４は、ビームダン
パ３３の開閉操作を遠隔にて実行する制御装置であり、
治療系制御装置４１あるいは操作装置３５からの信号に
より、自動またはオペレータの判断による遠隔操作を行
うことができる。なお、シンクロトロンの運転は表時間
の待機時間の直後では不安定なビーム出力が心配され
る。あるいは運転パターン変更後はビーム出力を確認し
ておく必要があると判断される。

【００３２】これらの状況を踏まえ、本実施例では上記
のビームダンパを備え、次の治療を行う。すなわち、シ
ンクロトロン２及びビーム輸送系３，治療系４は計画さ
れた治療パターンによる治療を開始するが、この間ビー
ムダンパ３３は閉状態にしておき、シンクロトロン２
や、ビーム輸送系３に備えられたビームモニタ等で、ビ
ームの状態をモニタし、全システムの治療手順が計画ど
おりであることを確認する。確認後、操作装置３５を介
してオペレータがビームダンパ３３を開状態とし、治療
を開始する。計画どおりのビーム照射が実行された後、
治療系制御装置４１あるいは操作装置３５を介してのオ
ペレータの操作によりビームダンパ３３を閉状態とし、
ビームの通過を停止する。このようにしてシンクロトロ
ン２の運転が安定した状態でビーム治療が行うことがで
きる。

【００３３】以上のように本実施例によれば、シンクロ
トロンの運転が安定した状態で治療を行うことができ
る、あるいはビームの運転状態を確認した状態で治療を
行うことができるので、信頼性の高いビーム治療装置を
提供することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のビーム治
療装置によれば、治療系の構成を大幅に単純化・小型化
することができると共に、治療準備のための労力を大幅
に削減でき、しかもビーム治療の信頼性を高めることが
できるという、優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のビーム治療装置の構成図。

【図２】本発明におけるビームのエネルギーの変化を時
間の関数として表した図。

【図３】本発明の他の実施例の治療系の照射装置の構成
図。

【図４】本発明のさらに他の実施例のビーム治療装置の
構成図。

【図５】従来のビーム治療装置の治療系照射装置の構成
図。

【図６】図５のビーム特性図。

【図７】図５のビームの作用を説明するための図。

【図８】従来のビーム治療装置のビーム調整方法を説明
するための図。

【符号の説明】

１…入射部、２…シンクロトロン、３…ビーム輸送系、
４…治療系、５…患者、６…被照射部、２１…インフレ
クタ、２２…偏向電磁石、２３…高周波加速空洞、２４
…デフレクタ、２５…制御装置、３１…偏向電磁石、３
２…制御装置、３３…ビームダンパ、３４…ビームダン
パ制御装置、３５…操作装置、４１…治療系制御装置、
４２…ワブラー電磁石、４３…ワブラー電磁石電源装
置、４４…フィルタ、４５…フィルタ制御装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中性子，陽子，ヘリウム，アルゴン等の
粒子をイオン化し、加速する入射器と、前記入射器で生
成された粒子ビームを加速するシンクロトロンと、前記
シンクロトロンから出射された粒子ビームを被照射部ま
で誘導するビーム輸送系と、前記粒子ビームを癌等の被
照射部に照射する治療系から構成されるビーム治療装置
において、前記シンクロトロンから出射された時間変化
するビームのエネルギーを一度最高エネルギーまで加速
した後ビームのエネルギーを下げながら治療に有効なエ
ネルギーのビームを出射するように制御する第１制御手
段と、前記シンクロトロンから出射された時間変化する
ビームのエネルギーに相当する磁場に前記ビーム輸送系
の電磁石の励磁量を制御する第２制御手段を備えたこと
を特徴とするビーム治療装置。
【請求項２】請求項１記載のビーム治療装置におい
て、癌等の被照射部の形状に合わせてワブラー電磁石を
制御することによりビームの照射エリアを任意の形状に
整形することを可能にする制御手段を備えたことを特徴
とするビーム治療装置。
【請求項３】請求項１記載のビーム治療装置におい
て、癌等の被照射部の形状に合わせてワブラー電磁石及
びフィルターを連動して制御することによりビームの照
射エリアを任意の形状に整形することを可能にする制御
手段を備えたことを特徴とするビーム治療装置。
【請求項４】中性子，陽子，ヘリウム，アルゴン等の
粒子をイオン化し，加速する入射器と、前記入射器で生
成された粒子ビームを加速するシンクロトロンと、前記
シンクロトロンから出射された粒子ビームを被照射部ま
で誘導するビーム輸送系と、前記粒子ビームを癌等の被
照射部に照射する治療系から構成されるビーム治療装置
において、前記ビーム輸送系に粒子ビームをしゃ断する
ビームダンパと、前記ビームダンパの開・閉を操作する
制御装置を備え、前記シンクロトロンの運転が安定する
まで、あるいは運転状況が安定していることを確認する
までは前記ビームダンパを閉じておき、確認後は前記ビ
ームダンパを開けることにより安定したビームを被照射
部に照射するように構成したことを特徴とするビーム治
療装置。