JPWO2013099503A1

JPWO2013099503A1 - 荷電粒子線照射装置

Info

Publication number: JPWO2013099503A1
Application number: JP2013551544A
Authority: JP
Inventors: 暁矢島
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2015-04-30
Also published as: US8941086B2; US20140246606A1; JP2017038975A; WO2013099503A1; CN103826698B; JP6275804B2; CN103826698A

Abstract

本発明は、アイソセンター精度を向上させることができる荷電粒子線照射装置を提供することを目的とする。本発明に係る荷電粒子線照射装置１は、照射部３が配置され、中心軸線ＣＬを中心として回転可能又は揺動可能なガントリ６と、被照射体が配置されるエンクロージャー２と、加速器４から出射された荷電粒子線が入射する入口部Ｐを有し、ガントリ６に支持されると共に入口部Ｐから入射した荷電粒子線を照射部３へ輸送するガントリ側輸送ライン５Ｂと、を備え、ガントリ６は、ガントリ側輸送ライン５Ｂの入口部Ｐとエンクロージャー２との間に設けられた第１の軸受け部２６と、エンクロージャー２に対して第１の軸受け部２６の反対側に設けられた第２の軸受け部２７と、を有する。

Description

本発明は、被照射体に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射装置に関する。

従来、がん等に対する放射線治療を行う荷電粒子線照射装置として、がん等に荷電粒子線を照射する照射部と、当該照射部が配置され、中心軸線を中心として所定角度内を揺動可能なガントリと、を備えたものが知られている（非特許文献１参照）。このような荷電粒子線照射装置では、ガントリの角度変更により照射部の照射角度を変更することができるので、がん等の位置に応じた適切な角度から荷電粒子線を照射することが可能となる。

Eros Pedroni "IMPROVINGGANTRY-BASED PROTON SCANNING BEYOND THE CURRENT STATE OF THE ART" ESTRO29 2010年9月12日−9月16日 BARCELONA SPAIN

しかしながら、前述した従来の荷電粒子線照射装置においては、機械的なガタや照射部やガントリ自身の重みの影響のため、ガントリの角度変更に伴って荷電粒子線照射装置のアイソセンター精度が低下するという問題があった。

そこで、本発明は、アイソセンター精度を向上させることができる荷電粒子線照射装置を提供することを目的とする。

本発明は、被照射体に荷電粒子線を照射する照射部を有する荷電粒子線照射装置であって、照射部が配置され、中心軸線を中心として回転可能又は揺動可能なガントリと、中心軸線に沿って延伸する筒状の側壁と、側壁の中心軸線に沿った方向における両端に設けられた垂直壁と、側壁の一部に設けられた開口部とを有し、被照射体がその内部に配置されるエンクロージャーと、加速器から出射された荷電粒子線が入射する入口部を有し、ガントリに支持されると共に入口部から入射した荷電粒子線を照射部へ輸送するガントリ側輸送ラインと、を備え、ガントリは、ガントリ側輸送ラインの入口部とエンクロージャーとの間に設けられ、ガントリを回転可能又は揺動可能に支持する第１の軸受け部と、エンクロージャーに対して第１の軸受け部の反対側に設けられ、ガントリを回転可能又は揺動可能に支持する第２の軸受け部と、を有していることを特徴とする。

上記荷電粒子線照射装置によれば、ガントリを支持する第１及び第２の軸受け部がエンクロージャーを挟む位置に設けられているので、エンクロージャーの片側にのみ軸受け部が設けられていた従来の装置と比べて、エンクロージャー付近のガントリ及び照射部を精度良く保持することができる。その結果、ガントリの角度変更による照射部のアイソセンター位置のずれを抑制することができるので、装置のアイソセンター精度を向上させることができる。また、エンクロージャーは、中心軸線に沿って延伸する筒状の側壁と側壁の一部に設けられた開口部とを有するため、患者らは中心軸線に沿った方向からではなく、エンクロージャーの側方からエンクロージャー内に入ることができる。つまり、照射室において、荷電粒子線照射装置の中心軸線に沿った方向における端部側に、患者らがエンクロージャー内に入るためのスペースを設ける必要が無くなる。この省略可能となったスペースに第２の軸受け部を設置することで、中心軸線に沿った方向の照射室の大型化を抑制すると共に、装置のアイソセンター精度を向上させることができる。

上記荷電粒子線照射装置において、ガントリは、矩形状の照射室内に、中心軸線が照射室の一の対角線に沿うように配置されても良い。

上記荷電粒子線照射装置によれば、照射室が矩形状である場合、中心軸線が照射室の一の対角線に沿うようにガントリが照射室内に配置されると、他の対角線に沿った方向のスペースを活用して患者らがエンクロージャー内に入ることができるため、より照射室の大型化を抑制できる。

上記荷電粒子線照射装置において、ガントリの回転又は揺動のバランスを取るためのカウンタウェイトと、ガントリ側輸送ラインの入口部とエンクロージャーとの間に配置され、ガントリとカウンタウェイトとを連結するカウンタウェイト連結部と、を更に備えても良い。

上記荷電粒子線照射装置によれば、カウンタウェイトを備えることで、ガントリの回転又は揺動を安定させることができる。しかも、上記荷電粒子線照射装置によれば、設計上スペースを確保しやすいガントリ側輸送ラインの入口部とエンクロージャーとの間にカウンタウェイト連結部を配置しているので、装置全体の小型化に有利である。

本発明によれば、アイソセンター精度を向上させることができる。

本発明に係る荷電粒子線照射装置の一実施形態を示す斜視図である。図１のガントリが９０°回転して水平面内に位置する状態を示す平面図である。図１のエンクロージャーを示す断面図である。

以下、本発明に係る荷電粒子線照射装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１及び図２に示されるように、本実施形態に係る荷電粒子線照射装置１は、エンクロージャー２内の患者の腫瘍等（被照射体）に対して、照射部３から荷電粒子線を照射することで放射線治療を行う装置である。

荷電粒子線照射装置１は、荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器４と、加速器４から出射された荷電粒子線を照射部３へ輸送する輸送ライン５と、中心軸線ＣＬを中心として揺動可能なガントリ６と、を建屋１００内に備えている。

建屋１００は、隔壁１０１によって照射室Ａと加速器室Ｂとに隔てられている。照射室Ａにはガントリ６及びエンクロージャー２が配置されており、加速器室Ｂには加速器４が配置されている。輸送ライン５は、照射室Ａ及び加速器室Ｂの両方に跨がって設けられている。

加速器４は、荷電粒子線として例えば陽子線、重粒子（重イオン）線等を出射する装置である。加速器４としては、例えばサイクロトロン、シンクロトロン、シンクロサイクロトロン、線形加速器を用いることができる。小型化の観点からは、超伝導サイクロトロンを採用することが特に好ましい。

輸送ライン５は、加速器４から出射された荷電粒子線を照射部３へ輸送する。輸送ライン５は、加速器側輸送ライン５Ａ及びガントリ側輸送ライン５Ｂから構成されている。以下、輸送ライン５の加速器４側を上流側、照射部３側を下流側として説明に用いる。

加速器側輸送ライン５Ａは、加速器室Ｂの加速器４に接続されており、建屋１００に対して固定された輸送ラインである。加速器側輸送ライン５Ａは、加速器側真空ダクト８、加速器側収束電磁石９、及び加速器側偏向電磁石１０を備えている。

加速器側真空ダクト８は、加速器４とガントリ側輸送ライン５Ｂとを繋いでいる。加速器４から出射された荷電粒子線は、加速器側真空ダクト８内を通じてガントリ側輸送ライン５Ｂへ輸送される。

加速器側収束電磁石９は、加速器側真空ダクト８に沿って配置され、輸送中の荷電粒子線のビームが拡散することを抑制する。加速器側収束電磁石９は、合計八個設けられている。加速器側収束電磁石９のうち四個は、二組の加速器側偏向電磁石１０に挟まれるように配置されている。加速器側収束電磁石９の残りの四個は、二組の加速器側偏向電磁石１０の上流側及び下流側に二個ずつ配置されている。

加速器側偏向電磁石１０は、荷電粒子線の進行方向の偏向を行う。加速器側偏向電磁石１０は、加速器側真空ダクト８上で四個の加速器側収束電磁石９を挟むように二個ずつ配置されている。加速器側偏向電磁石１０は、加速器側真空ダクト８に沿って荷電粒子線の進行方向を偏向させる。

ガントリ側輸送ライン５Ｂは、照射部３に接続されており、ガントリ６に対して固定された輸送ラインである。ガントリ側輸送ライン５Ｂは、ガントリ６と一体となって中心軸線ＣＬの周りを移動する。

ガントリ側輸送ライン５Ｂは、ガントリ側真空ダクト１１、第１のガントリ側偏向電磁石１２、ガントリ側収束電磁石１３、第２のガントリ側偏向電磁石１４、第１の走査電磁石１５、第３のガントリ側偏向電磁石１６、第２の走査電磁石１７、及び第４のガントリ側偏向電磁石１８を備えている。

ガントリ側真空ダクト１１は、加速器側輸送ライン５Ａの加速器側真空ダクト８と照射部３とを繋いでおり、荷電粒子線の通路を構成する。第１のガントリ側偏向電磁石１２は、中心軸線ＣＬに沿って加速器側真空ダクト８から入射した荷電粒子線の進行方向を中心軸線ＣＬから離れる方向に偏向する電磁石である。第１のガントリ側偏向磁石１２は、荷電粒子線の進行方向を中心軸線ＣＬから６０°傾いた方向へ偏向する。

第１のガントリ側偏向電磁石１２及び第１のガントリ側偏向電磁石１２内のガントリ側真空ダクト１１は、加速器側輸送ライン５Ａと接続された入口部Ｐを構成する。

ガントリ側収束電磁石１３は、第１のガントリ側偏向電磁石１２で偏向された荷電粒子線のビーム径を収束させる三個の電磁石である。ガントリ側収束電磁石１３で収束された荷電粒子線は、第２のガントリ側偏向電磁石１４へ進行する。

第２のガントリ側偏向電磁石１４は、荷電粒子線の進行方向を中心軸線ＣＬに沿う方向へ６０°偏向する。第２のガントリ側偏向電磁石１４で偏向された荷電粒子線は、第１の走査電磁石１５へ進行する。第１の走査電磁石１５は、その内部を通過する荷電粒子線の進行方向に直行する方向における荷電粒子線の走査を行う。

第３のガントリ側偏向電磁石１６は、第１の走査電磁石１５で走査された荷電粒子線の進行方向を中心軸線ＣＬに近づく方向へ４５°偏向する。第３のガントリ側偏向電磁石１６で偏向された荷電粒子線は、第２の走査電磁石１７へ進行する。第２の走査電磁石１７は、その内部を通過する荷電粒子線の進行方向に直交し、且つ、第１の走査電磁石１５における走査方向と直交する方向における荷電粒子線の走査を行う。

第４のガントリ側偏向電磁石１８は、第２の走査電磁石１７で走査された荷電粒子線の進行方向を中心軸線ＣＬと直交する方向へ４５°偏向する。第４のガントリ側偏向電磁石１８は、ガントリ側輸送ライン５Ｂを構成する最後の偏向電磁石である。第４のガントリ側偏向電磁石１８で偏向された荷電粒子線は、照射部３に供給される。

照射部３は、エンクロージャー２内の治療台２０ａに配置された患者の腫瘍に対して荷電粒子線の照射を行う。エンクロージャー２は、中心軸線ＣＬに沿って延伸した筒形状の側壁２ａを有しており、中心軸線ＣＬを囲むように形成されている（図３参照）。側壁２ａの中心軸線ＣＬに沿った方向における両端は中心軸線ＣＬに垂直な垂直壁２ｂによって閉じられている。側壁２ａの一部には開口部２ｃが設けられており、中心軸線ＣＬに沿った方向から見ると側壁２ａは側方に向かって開放されたＵ字形状となっている。患者や医師は、開口部２ｃを介して照射室Ａとエンクロージャー２内との間を行き来することができる。側壁２ａの一部は移動壁２ｄとなっており、移動壁２ｄを照射部３が貫通している。側壁２ａは建屋１００に対して固定されているが、移動壁２ｄはガントリ６の回転に伴って中心軸線ＣＬまわりに回転する照射部３と共に移動可能となっている。エンクロージャー２は、中心軸線ＣＬの延在方向に十分な長さを有しており、治療台２０ａに配置された患者が閉塞感を感じないよう開放的な構成とされている。

エンクロージャー２内の治療台２０ａは、六軸多関節型ロボットアーム２０ｂによって移動自在に支えられている。六軸多関節型ロボットアーム２０ｂは、治療計画に応じて治療台２０ａの位置や姿勢を高精度に制御する。

ガントリ６は、中心軸線ＣＬを中心として揺動可能に構成されている。図１は、鉛直方向に立ち上がった姿勢のガントリ６を示している。図２は、図１の状態から９０°回転して、ガントリ側輸送ライン５Ｂが水平面内に位置する姿勢のガントリ６を示している。ガントリ６は、図２に示す姿勢の角度を基準として、下側（ガントリ側輸送ライン５Ｂが水平面よりも下方へ向かう方向）へ９０°、及び上側（ガントリ側輸送ライン５Ｂが水平面よりも上方へ向かう方向）へ１１０°の範囲で揺動可能に構成されている。本実施形態に係るガントリ６は、上側の角度範囲を９０°ではなく１１０°とすることにより、わずかな角度の斜め照射のために患者の姿勢変更が必要となることを避け、装置の利便性を高めている。

ガントリ６は、入口側支持部２１、ラダー部２２、軸保持部２３、中央筐体部２４、先端筐体部２５、第１の軸受け部２６、及び第２の軸受け部２７を備えている。以下、中心軸線ＣＬの延在方向における加速器側輸送ライン５Ａ側を後側、その反対側を前側として説明する。

入口側支持部２１は、ガントリ側輸送ライン５Ｂの入口部Ｐを支持する部位である。入口側支持部２１は、ガントリ側輸送ライン５Ｂに沿って設けられたラダー部２２に固定されている。入口側支持部２１は、ラダー部２２と一体となってガントリ側輸送ライン５Ｂの入口部Ｐを支持する。また、ラダー部２２は、ガントリ側輸送ライン５Ｂを構成する三個のガントリ側収束電磁石１３を支持している。入口側支持部２１及びラダー部２２は、円筒状の軸保持部２３と連結している。

軸保持部２３は、中心軸線ＣＬに沿って突出する軸部２３ａを保持する円筒状の部位である。軸保持部２３上には、ラダー部２２の前端が接続された中央筐体部２４が連結されている。

中央筐体部２４は、ガントリ側輸送ライン５Ｂを構成する第２のガントリ側偏向電磁石１４、第１の走査電磁石１５、第３のガントリ側偏向電磁石１６を支持する筐体状のフレーム部位である。中央筐体部２４は、中心軸線ＣＬの延在方向で先端筐体部２５と連結している。

先端筐体部２５は、第４のガントリ側偏向電磁石１８を囲むように構成された筐体状のフレーム部位である。先端筐体部２５は、エンクロージャー２の外周付近に位置する。先端筐体部２５は、ガントリ側輸送ライン５Ｂを構成する第２の走査電磁石１７及び第４のガントリ側偏向電磁石１８を支持している。先端筐体部２５の一部は、エンクロージャー２の前側に回り込んでおり、中心軸線ＣＬに沿って突出する軸部２５ａを有している。

第１の軸受け部２６及び第２の軸受け部２７は、建屋１００に対して固定されており、中心軸線ＣＬを中心としてガントリ６を揺動可能に支持している。第１の軸受け部２６及び第２の軸受け部２７は、エンクロージャー２を挟むようにエンクロージャー２の前後に配置されている。

第１の軸受け部２６は、ガントリ側輸送ライン５Ｂの入口部Ｐとエンクロージャー２との間に設けられており、エンクロージャー２の後側に位置している。第１の軸受け部２６は、照射室Ａ内に設けられた壁部１０２に固定されており、軸保持部２３の軸部２３ａを回転可能に支持している。

第２の軸受け部２７は、エンクロージャー２に対して第１の軸受け部２６の反対側に設けられており、エンクロージャー２の前側に位置している。第２の軸受け部２７は、照射室Ａの壁に固定されており、先端筐体部２５の軸部２５ａを回転可能に支持している。

また、荷電粒子線照射装置１は、ガントリ６の揺動のバランスを取るためのカウンタウェイト３０を備えている。カウンタウェイト３０は、中心軸線ＣＬに対して中央筐体部２４の反対側に位置するように配置されている。カウンタウェイト３０は、カウンタウェイト連結部３１を介してガントリ６と連結されている。

カウンタウェイト連結部３１は、ガントリ６とカウンタウェイト３０とを連結する部位であり、ガントリ側輸送ライン５Ｂの入口部Ｐとエンクロージャー２との間に設けられている。カウンタウェイト連結部３１は、第１の軸受け部２６の後側に位置している。

カウンタウェイト連結部３１は、ガントリ６を構成する円筒状の軸保持部２３の一部を共有している。カウンタウェイト３０及びカウンタウェイト連結部３１の形状や重量は、ガントリ６とのバランスによって適切なものが選択される。

以上説明した本実施形態に係る荷電粒子線照射装置１によれば、ガントリ６を支持する第１及び第２の軸受け部２６,２７がエンクロージャー２を挟む位置に設けられているので、エンクロージャー２の片側にのみ軸受け部が設けられている従来の装置と比べて、エンクロージャー２付近のガントリ６及び照射部３を精度良く保持することができる。その結果、ガントリ６の角度変更による照射部３のアイソセンター位置のずれを抑制することができるので、装置のアイソセンター精度を向上させることができる。また、エンクロージャー２は、中心軸線ＣＬに沿って延伸する筒状の側壁２ａと側壁２ａの一部に設けられた開口部２ｃとを有するため、患者らは中心軸線ＣＬに沿った方向からではなく、エンクロージャー２の側方からエンクロージャー２内に入ることができる。つまり、照射室Ａにおいて、荷電粒子線照射装置１の中心軸線ＣＬに沿った方向における端部側に、患者らがエンクロージャー２内に入るためのスペースを設ける必要が無くなる。この省略可能となったスペースに第２の軸受け部２７を設置することで、中心軸線ＣＬに沿った方向の照射室Ａの大型化を抑制すると共に、装置のアイソセンター精度を向上させることができる。

更に、荷電粒子線照射装置１によれば、照射室Ａが矩形状である場合、中心軸線ＣＬが照射室Ａの一の対角線に沿うようにガントリ６が照射室Ａ内に配置されると、他の対角線に沿った方向のスペースを活用して患者らがエンクロージャー２内に入ることができるため、より照射室Ａの大型化を抑制できる。

また、荷電粒子線照射装置１によれば、設計上スペースを確保しやすいガントリ側輸送ライン５Ｂの入口部Ｐとエンクロージャー２との間にカウンタウェイト連結部３１を配置しているので、中心軸線ＣＬを中心としたガントリ６の揺動のバランスを取って安定させつつ、装置全体の小型化にも有利である。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、第１の軸受け部２６の後方に軸受け部を追加しても良い。また、軸受け部の形状や構成は上記実施形態に示すものに限られない。

また、ガントリ６は、上記実施形態に示す角度範囲で揺動するものに限られず、その他の角度範囲で揺動する態様であっても良く、３６０°回転する態様であっても良い。また、ガントリ６や輸送ライン５の構成は、上記実施形態に示すものに限られない。

本発明は、アイソセンター精度を向上させることができる荷電粒子線照射装置として利用可能である。

１…荷電粒子線照射装置２…エンクロージャー２ａ…側壁２ｂ…垂直壁２ｃ…開口部３…照射部４…加速器５…輸送ライン５Ａ…加速器側輸送ライン５Ｂ…ガントリ側輸送ライン６…ガントリ２０ａ…治療台２０ｂ…ロボットアーム２６…第１の軸受け部２７…第２の軸受け部３０…カウンタウェイト３１…カウンタウェイト連結部１００…建屋１０１…隔壁１０２…壁部Ａ…照射室Ｂ…加速器室ＣＬ…中心軸線Ｐ…入口部

ガントリ側真空ダクト１１は、加速器側輸送ライン５Ａの加速器側真空ダクト８と照射部３とを繋いでおり、荷電粒子線の通路を構成する。第１のガントリ側偏向電磁石１２は、中心軸線ＣＬに沿って加速器側真空ダクト８から入射した荷電粒子線の進行方向を中心軸線ＣＬから離れる方向に偏向する電磁石である。第１のガントリ側偏向電磁石１２は、荷電粒子線の進行方向を中心軸線ＣＬから６０°傾いた方向へ偏向する。

第２のガントリ側偏向電磁石１４は、荷電粒子線の進行方向を中心軸線ＣＬに沿う方向へ６０°偏向する。第２のガントリ側偏向電磁石１４で偏向された荷電粒子線は、第１の走査電磁石１５へ進行する。第１の走査電磁石１５は、その内部を通過する荷電粒子線の進行方向に直交する方向における荷電粒子線の走査を行う。

Claims

被照射体に荷電粒子線を照射する照射部を有する荷電粒子線照射装置であって、
前記照射部が配置され、中心軸線を中心として回転可能又は揺動可能なガントリと、
前記中心軸線に沿って延伸する筒状の側壁と、前記側壁の前記中心軸線に沿った方向における両端に設けられた垂直壁と、前記側壁の一部に設けられた開口部とを有し、前記被照射体がその内部に配置されるエンクロージャーと、
加速器から出射された前記荷電粒子線が入射する入口部を有し、前記ガントリに支持されると共に前記入口部から入射した前記荷電粒子線を前記照射部へ輸送するガントリ側輸送ラインと、
を備え、
前記ガントリは、
前記ガントリ側輸送ラインの前記入口部と前記エンクロージャーとの間に設けられ、前記ガントリを回転可能又は揺動可能に支持する第１の軸受け部と、
前記エンクロージャーに対して前記第１の軸受け部の反対側に設けられ、前記ガントリを回転可能又は揺動可能に支持する第２の軸受け部と、を有していることを特徴とする荷電粒子線照射装置。
前記ガントリは、矩形状の照射室内に、前記中心軸線が前記照射室の一の対角線に沿うように配置されることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線照射装置。
前記ガントリの回転又は揺動のバランスを取るためのカウンタウェイトと、
前記ガントリ側輸送ラインの前記入口部と前記エンクロージャーとの間に配置され、前記ガントリと前記カウンタウェイトとを連結するカウンタウェイト連結部と、を更に備えることを特徴とする請求項１又は２記載の荷電粒子線照射装置。