WO2010073318A1 - 粒子線治療装置 - Google Patents

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WO2010073318A1
WO2010073318A1 PCT/JP2008/073407 JP2008073407W WO2010073318A1 WO 2010073318 A1 WO2010073318 A1 WO 2010073318A1 JP 2008073407 W JP2008073407 W JP 2008073407W WO 2010073318 A1 WO2010073318 A1 WO 2010073318A1
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WO
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light source
particle beam
mirror
source mirror
variable collimator
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PCT/JP2008/073407
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越虎 蒲
利宏 大谷
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三菱電機株式会社
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    • A61N2005/1085—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy characterised by the type of particles applied to the patient
    • A61N2005/1087—Ions; Protons

Definitions

  • the present invention relates to a particle beam therapy apparatus for irradiating a diseased part of a patient with a particle beam such as carbon or proton for the treatment of cancer or malignant tumor.
  • the shape of a variable collimator consisting of multiple leaves is set appropriately, and the irradiation dose in the horizontal direction (on the surface of the field) is applied so that a uniform dose is irradiated to the entire diseased part. It is important to make the distribution of irradiation dose in the vertical direction (depth direction) uniform. In particular, it is important to confirm the shape of the variable collimator in order to make the irradiation region of the particle beam coincide with the shape of the diseased part of the patient.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 10-76019 describes a light source that is activated while a radiation beam is stopped in a radiation system setup stage, and an irradiation area range in the radiation path of the radiation beam.
  • An optical element (mirror) extending to the outside is provided.
  • the light source is activated to send visible light to the optical element.
  • the visible light received by the optical element is reflected, passes through the collimator, and is irradiated on the patient's body surface. Positioning is performed so that the light irradiation field and the target zone region coincide with each other.
  • Patent Document 2 Japanese Utility Model Publication No. 62-186653
  • the light source consisting of a lamp and the radiation beam radiation path extend beyond the irradiation area range.
  • An existing mirror and a TV camera installed near the light source are provided.
  • the light source is activated to send light to the mirror.
  • the light received by the mirror is reflected, passes through a variable (movable) collimator, and is irradiated on the patient's body surface. The relationship between the light field and the patient is observed with a TV camera.
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 6-246015
  • Japanese Patent Laid-Open No. 6-246015 in order to confirm the irradiation range using the light irradiation field, it extends outside the irradiation area range in the radiation path of the light source and radiation.
  • a mirror A, a mirror B provided between the light source and the mirror A, and a television camera installed near the mirror B are provided.
  • the light source is activated to send light to the mirror A.
  • the light received by the mirror A is reflected, passes through a variable (movable) collimator, and is irradiated on the patient's body surface.
  • the relationship between the light irradiation field and the patient is copied from the mirror A to the mirror B, and the state copied to the mirror B is observed with a television camera.
  • the light transmitted from the light source is reflected by a mirror and passed through a variable (movable) collimator to irradiate the patient's body surface.
  • the shape of the diseased part such as cancer that is shaped for each patient of the variable collimator is not directly confirmed. Therefore, the patient's body surface is not horizontal but has a complex curved surface, and it is difficult to accurately check the setting shape of the variable collimator.
  • the mirror needs to monitor a wide area called the entire light field irradiated on the patient's body surface, and needs to extend outside the radiation irradiation area.
  • the length of the radiation in the irradiation axis direction is as large as several tens of centimeters, and the radiation irradiation part is enlarged.
  • variable collimator As a means for confirming the shape of the variable collimator, it is considered to take a picture with a camera from the upstream side of the variable collimator. However, since the upper part of the variable collimator is directly photographed in the image taken by the camera, the upper surface of the variable collimator is irregularly reflected by the light from the mirror, and the plane part, the collimator edge part and the end part of the variable collimator are It is an unclear state, and it is not easy to analyze the edge portion and extract the two-dimensional shape formed by the collimator leaf. In order to analyze the edge portion, complex image recognition software is indispensable, and the recognition work requires a lot of labor and labor. Moreover, it has been substantially difficult to confirm the shape with an accuracy of, for example, 1 mm or less, which is required for the particle beam therapy system.
  • the layered body irradiation method which is an advanced three-dimensional irradiation method
  • a device called a patient compensator is often inserted between a variable collimator and a patient.
  • the shape of the variable collimator is projected onto the patient's body surface. It was impossible to monitor the projected image.
  • the particle beam therapy system photographs a variable collimator that changes the shape of a particle beam irradiated to an irradiated body in accordance with the shape of a diseased portion of the irradiated body, and an irradiation field shape shaped by the variable collimator.
  • a light source mirror arranged on the particle beam trajectory upstream of the variable collimator, reflecting light from the light source and passing through the variable collimator, and arranged downstream of the variable collimator and variable
  • the particle beam therapy system reflects light from a light source by a light source mirror, passes through a variable collimator, projects an irradiation field shape shaped by the variable collimator by the light that has passed through the variable collimator, By photographing the projection part of the photographing screen with the photographing device and analyzing the video photographed with the photographing device with the image processing device, it is possible to accurately confirm the irradiation field shape shaped by the variable collimator. Have.
  • Embodiment 1 of this invention It is a schematic block diagram which shows the particle beam therapy apparatus in Embodiment 1 of this invention. It is a schematic block diagram which shows the principal part of the particle beam therapy apparatus in Embodiment 2 of this invention. It is a schematic block diagram which shows the principal part of the particle beam therapy apparatus in Embodiment 5 of this invention. It is an enlarged view which shows the light source mirror part of the particle beam therapy apparatus in Embodiment 5 of this invention. It is a schematic block diagram which shows the principal part of the particle beam therapy apparatus in Embodiment 6 of this invention. It is a schematic block diagram which shows the principal part of the particle beam therapy apparatus in Embodiment 8 of this invention. It is an enlarged view which shows the light source mirror part of the particle beam therapy apparatus in Embodiment 8 of this invention.
  • FIG. 1 A particle beam therapy system according to Embodiment 1 of the present invention will be described based on a schematic configuration diagram shown in FIG.
  • the variable collimator 12 is shown as a perspective view.
  • reference numeral 1 denotes a particle beam such as carbon or proton transported from an accelerator (not shown), which travels in the irradiation axis direction.
  • An electromagnet 2 is composed of a pair of electromagnets 2a and 2b, and scans the trajectory of the particle beam 1 transported from the accelerator.
  • 3 is a scatterer that diffuses the particle beam 1 that has passed through the electromagnet 2
  • 4 is a dose monitor that measures the irradiation dose of the particle beam 1 that has passed through the scatterer 3
  • 5 is a depth monitor depending on the thickness of the protrusion.
  • a ridge filter (or energy modulation means) that adjusts the energy spectrum (dose distribution) and gives the particle beam 1 an energy spectrum corresponding to the width in the depth direction of the affected area
  • 6 is a particle that has passed through the set thickness.
  • a range shifter that reduces the energy of the beam 1 by a predetermined amount
  • 7 is a flatness monitor that measures the flatness of the particle beam 1 that has passed through the range shifter 6
  • 8 is a light localizer, which is a patient placed on the treatment bed 9.
  • 11 is a fixed collimator that cuts the unnecessary particle beam 1
  • 12 is a variable for further shaping the particle beam 1 that has passed through the fixed collimator 11 so that the particle beam shape matches the shape of the diseased part of the irradiated object 10.
  • the collimator is configured to change the plurality of leaves 12a so as to match the shape of the diseased portion of the irradiated object 10 to form a desired irradiation field shape.
  • Reference numeral 13 denotes a patient compensator (commonly referred to as a patient bolus or a compensation filter) used to adjust the stop position of the particle beam irradiated to the affected area to the position of the affected area and the normal tissue interface.
  • a patient compensator commonly referred to as a patient bolus or a compensation filter
  • Numeral 14 is a light source for photographing the shape of the variable collimator 12, and the figure is provided at a position located on the upstream side of the variable collimator 12 as an example.
  • a light source mirror 15 is disposed on the trajectory of the particle beam 1 on the upstream side of the variable collimator 12 and reflects the light from the light source 14 to pass through the variable collimator 12.
  • the light from the light source 14 is transmitted from the horizontal direction. Since the light is transmitted, the light source mirror 15 is inclined at approximately 45 degrees to reflect the light from the light source 14 toward the variable collimator 12.
  • the light source mirror 15 is made of a material that transmits the particle beam 1.
  • the imaging screen 18 is made of a material through which the particle beam 1 is transmitted, for example, a plastic such as polyethylene or a thin plate.
  • Reference numeral 19 denotes a photographing device for photographing the projection unit 18a projected on the photographing screen 18, and is constituted by a small camera, for example.
  • Reference numeral 20 denotes an image processing apparatus that analyzes video captured by a small camera as the imaging apparatus 19.
  • Reference numeral 21 denotes a photographing mirror for photographing the projection unit 18a projected on the photographing screen 18.
  • Reference numeral 22 denotes a photographing device for photographing the projection unit 18a of the photographing screen 18 projected onto the photographing mirror 21, which is constituted by a small camera, for example. ing.
  • Reference numeral 23 denotes an image processing apparatus for analyzing video captured by a small camera as the imaging apparatus 22.
  • the operation of the particle beam therapy system according to Embodiment 1 described above will be described.
  • the particle beam 1 transported from the accelerator is trajectory scanned by the electromagnet 2 and passes through the scatterer 3 so that the particle beam 1 is diffused.
  • the energy beam (dose distribution) in the depth direction of the particle beam 1 that has passed through the scatterer 3 is adjusted by the ridge filter 5.
  • the energy of the particle beam 1 that has passed through the ridge filter 5 is reduced by a predetermined amount by the range shifter 6.
  • the particle beam 1 that has passed through the range shifter 6 is cut off by the fixed collimator 11.
  • the particle beam 1 that has passed through the fixed collimator 11 is shaped by the variable collimator 12 to form a planned irradiation field shape.
  • the particle beam 1 that has passed through the variable collimator 12 passes through a patient compensator (bolus) 13 that is shaped corresponding to the shape in the depth direction of the diseased part of the irradiated object 10.
  • the particle beam 1 that has passed through the patient compensator 13 is irradiated onto the diseased part of the irradiated object 10, and a dose distribution that matches the three-dimensional shape of the affected part is formed.
  • the light source 14 is actuated to transmit light 14a in a substantially horizontal direction.
  • the light 14a is reflected by the light source mirror 15 tilted at approximately 45 degrees, transmits the light 14b to the variable collimator 12 side, and passes through the variable collimator 12.
  • the shape of the variable collimator 12 is projected onto the photographing screen by the light 14c that has passed through the variable collimator 12.
  • the shape of the variable collimator 12 can be easily confirmed by photographing the projection unit 18a projected on the photographing screen 18 with the photographing device 19 composed of a small camera and analyzing the image with the image processing device 20.
  • the projection unit 18a of the photographing screen 18 projected onto the photographing mirror 21 is photographed by a photographing device 22 composed of a small camera, and the image is analyzed by the image processing device 23.
  • the light source mirror 15, its support 16, and imaging screen 18 are formed of objects through which the particle beam 1 can easily pass, so that the particle beam 1 can reach the irradiated object 10 without any problem.
  • the light 14a from the light source 14 is reflected by the light source mirror 15 to transmit the light 14b to the variable collimator 12 side, and the shape of the variable collimator 12 is obtained by the light 14c that has passed through the variable collimator 12.
  • the projection unit 18a of the photographing screen 18 is photographed by the photographing devices 19 and 22, and the images photographed by the photographing devices 19 and 22 are analyzed by the image processing devices 20 and 23.
  • the shape of the diseased part of the irradiated object 10 shaped by the variable collimator 12 can be easily confirmed. Further, it is possible to compare the shape of the collimator specified by this analysis with a collimator shape setting image determined in advance based on the treatment plan.
  • the upper surface of the variable collimator is irregularly reflected by the light from the mirror, and the corresponding images of the upstream plane portion of the variable collimator and the collimator leaf tip portion (portion perpendicular to the plane portion) are displayed. It becomes difficult to distinguish, and the leaf edge part, which is the part where the flat part and the tip part intersect, is unclear, and it is not easy to extract and analyze the edge part.
  • the recognition work required a great deal of labor and effort.
  • the shape of the diseased part of the irradiated object 10 shaped by the variable collimator 12 by the light 14c that has passed through the variable collimator 12 is reflected on the projection unit 18a of the imaging screen 18 by the shadow of light. Due to the identification and the like, the flat part of the variable collimator 12 and the edge part of the diseased part shaped in the irradiated object 10 as the patient are in a very clear state, and the analysis of the edge part is complicated image recognition software. Therefore, the recognition work can be accurately analyzed without requiring a great deal of labor and labor. Moreover, it is possible to cope with the shape confirmation with an accuracy of, for example, 1 mm or less required for the particle beam therapy system.
  • the color of the photographing screen 18 is usually white
  • the photographing screen 18 has a color that can be further clearly distinguished from the light 14 c that has passed through the variable collimator 12, or the light transmitted from the light source 14.
  • the distinction between the light 14c passing through the variable collimator 12 and the projection screen 18 other than the projection unit 18a may be further clearly differentiated.
  • the edge of the variable collimator 12 may be differentiated. The part becomes clearer and can be identified with higher accuracy.
  • the above-described prior art mirror needs to capture a wide area, that is, the entire light irradiation field irradiated on the patient's body surface.
  • the length in the axial direction is as large as several tens of centimeters, and the radiation irradiation part is enlarged.
  • the light source mirror 15 in the first embodiment of the present invention only needs to reflect the light from the light source 14, the horizontal direction can be reduced and the length of the particle beam 1 in the irradiation axis direction can be several centimeters, for example, 3 to 4 cm is sufficient, and the irradiation unit of the particle beam therapy system can be downsized.
  • the shape of the variable collimator 12 can be accurately confirmed by the light 14c that has passed through the variable collimator 12 even during irradiation of the particle beam 1. it can.
  • the changed shape of the variable collimator 12 can be easily and accurately confirmed, so that the irradiation treatment of the particle beam 1 can be performed on the patient. It can be performed continuously without giving stress or anxiety.
  • so-called stacked three-dimensional irradiation in which a target site used in particle beam therapy needs to be divided into a plurality of layered regions in the depth direction and an optimum collimator shape is set for each layer to perform irradiation.
  • an imaging device 19 and an image processing device 20 each including a small camera, and an imaging device 22 and an image processing device 23 each including an imaging mirror 21 and a small camera are installed.
  • an imaging device 22 and an image processing device 23 each including an imaging mirror 21 and a small camera are installed.
  • Embodiment 2 The main part of the particle beam therapy system according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the schematic configuration diagram shown in FIG.
  • reference numerals 1, 12, 14, 14a, 14b, 14c, 18, and 18a are the same as those in the first embodiment.
  • a light source mirror 24 is disposed on the trajectory of the particle beam 1 on the upstream side of the variable collimator 12, reflects light from the light source 14 by the reflecting portion 24 a and passes through the variable collimator 12. Is transmitted from a substantially horizontal direction, the light source mirror 24 is inclined at approximately 45 degrees, and the light from the light source 14 is reflected by the reflecting portion 24a of the light source mirror 24 toward the variable collimator 12 side.
  • the light source mirror 24 is made of a material that transmits the particle beam 1.
  • Reference numeral 25 denotes a support for supporting the light source mirror 24 or a component of the light source mirror 24.
  • the light source mirror 24 and the support body 25 that supports the light source mirror 24 are configured as an integral structure.
  • a plate made of aluminum, for example is bent in a stepped manner so that the central portion is inclined at approximately 45 degrees, and the central portion is mirror-coated or mirror-finished to form the reflective portion 24a.
  • the light source mirror 24 is configured, and a portion connected to one end and the other end of the light source mirror 24 is configured as a support 25.
  • the thickness of aluminum as a base material of the light source mirror 24 and the support 25 is preferably about 1 mm or less than 1 mm, for example, 0.5 mm or 0.3 mm in order to suppress the beam energy loss due to the transmission of the particle beam 1 as low as possible. Is used.
  • a single aluminum plate is bent in a stepped manner so that the central portion is inclined at approximately 45 degrees, and mirror coating is applied to the central portion (or the central portion).
  • a light source mirror 24 is formed by forming a reflection portion 24a (by applying a mirror finish or the like so as to form a light reflection surface at least in part), and supports portions connected to one end and the other end of the light source mirror 24, respectively.
  • the body 25 By configuring as the body 25, the light source mirror 24 can be easily formed, and the support of the light source mirror 24 can be supported by the support body 25 made of an integral structure, so that a strong support structure is provided. Can do.
  • the light source mirror 24 may be made of plastic, acrylic, polyimide, or the like by forming a reflecting portion 24a by applying mirror coating or mirror surface processing or the like to at least a part of the light source mirror 24 formed at an inclination of approximately 45 degrees. Even if configured, the same effect can be obtained. Further, the light source mirror 24 and the support body 25 may be formed of different materials, and may be integrally formed by joining with means such as an adhesive so as to have a stepped shape as shown in FIG. There is an effect.
  • the particle beam therapy system according to the third embodiment of the present invention is characterized in that the light source mirror 24 is disposed in the irradiation region of the particle beam 1. Therefore, the length of the particle beam beam 1 extending outside the irradiation region range and occupying in the irradiation axis direction of the particle beam beam 1 does not need to be as large as several tens of cm as in the above-described conventional mirror. Since the light source mirror 24 only needs to reflect the light from the light source 14, it can be disposed in the irradiation region of the particle beam 1.
  • the light source mirror 24 can be made small, and the length, that is, the height of the particle beam 1 in the irradiation axis direction can be made small.
  • the height of the light source mirror 24 may be several centimeters, for example, 3 to 4 cm.
  • the height in the irradiation direction of the light source mirror 24 can be made smaller than the irradiation region of the particle beam 1 in the plane perpendicular to the irradiation direction of the particle beam 1 at the position of the light source mirror 24. This has the effect of reducing the size of the irradiation unit of the treatment apparatus.
  • Embodiment 4 FIG.
  • the particle beam therapy system according to Embodiment 4 of the present invention is characterized in that the light source mirror 24 in FIG. 2 described above is a convex mirror.
  • the angle at which the light from the light source 14 is reflected by the function of the convex mirror can be further widened, so that the length occupied in the horizontal direction and the irradiation axis direction of the particle beam 1 can be reduced. It can be made even smaller.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a main part of the particle beam therapy system
  • FIG. 4 is an enlarged view showing a light source mirror unit of the particle beam therapy system.
  • reference numerals 1, 12, 14, 14a, 14b, 14c, 18, 18a are the same as or equivalent to the configurations of the above-described embodiments.
  • a light source mirror 26 is disposed on the trajectory of the particle beam 1 on the upstream side of the variable collimator 12, reflects light from the light source 14 by the reflecting portion 26 a and passes through the variable collimator 12.
  • the light source mirror 26 is inclined at approximately 45 degrees, and the light from the light source 14 is reflected by the reflecting portion 26a of the light source mirror 26 toward the variable collimator 12 side.
  • the light source mirror 26 is made of a material that transmits the particle beam 1.
  • Reference numeral 27 denotes a support for supporting the light source mirror 26, and when it is made of the same material as the light source mirror 26, it is configured to be thicker than the plate thickness T 1 of the light source mirror 26.
  • the light source mirror 26 is approximately 45 degrees from the support 27 (or theta degrees) because it is inclined, the thickness T 2 for example 1.414T 1 of the support 27 (or T 1 / cos (theta )),
  • the beam energy loss amount of the particle beam transmitted through the light source mirror 26 in the particle beam 1 and the beam energy loss amount of the particle beam transmitted through the support 27 are substantially the same value. It is configured. That is, even if the particle beam 1 passes through the light source mirror 26 and the support 27 that is a support part thereof, the beam energy of the particle beam 1 decreases by almost the same value, but the energy distribution of the particle beam 1 is almost the same. It is possible to prevent changes. This is very important in a particle beam therapy apparatus that needs to control the stopping position of the particle beam 1 in the patient with an accuracy of about 1 mm or less.
  • the light source mirror 26 and the support body 27 that supports the light source mirror 26 are configured as an integral structure.
  • the light source mirror 26 is configured, and a portion connected to one end and the other end of the light source mirror 26 is configured as a support 27.
  • the beam energy loss amount of the particle beam transmitted through the light source mirror 26 and the beam energy loss amount of the particle beam transmitted through the support 27 are set to be approximately the same value. Therefore, the stop position of the particle beam 1 in the patient can be controlled with an accuracy of about 1 mm or less, and a stable and reliable particle beam therapy apparatus can be obtained. .
  • the substrate thickness of the light source mirror 26 and the support 27 is preferably about several mm or less in order to keep the beam energy loss due to the transmission of the particle beam 1 as low as possible. Or 0.3 mm is used.
  • the light source mirror 26 since the light source mirror 26 only needs to reflect the light from the light source 14, it can be disposed in the irradiation region of the particle beam 1. As a result, the light source mirror 26 can be made small, and the length, that is, the height of the particle beam 1 in the irradiation axis direction can be made small. The height of the light source mirror 26 may be several centimeters, for example, 3 to 4 cm.
  • the height in the irradiation direction of the light source mirror 26 can be made smaller than the irradiation region of the particle beam 1 on the plane perpendicular to the irradiation direction of the particle beam 1 at the position of the light source mirror 26. This has the effect of reducing the size of the irradiation unit of the treatment apparatus.
  • the present invention is not limited to this, and examples thereof include aluminum alloy, copper, copper foil, magnesium, plastic, acrylic, and polyimide.
  • the light source mirror 26 may be configured by forming the reflecting portion 26a by mirror coating or mirror finishing at the central portion formed with an inclination of approximately 45 degrees.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing the main part of the particle beam therapy system.
  • reference numerals 1, 12, 14, 14a, and 14b are the same as those in the above-described embodiments.
  • a light source mirror 29 is disposed on the trajectory of the particle beam 1 on the upstream side of the variable collimator 12, reflects light from the light source 14 by the reflecting portion 29 a and passes through the variable collimator 12. Is transmitted from a substantially horizontal direction, the light source mirror 29 is inclined at approximately 45 degrees, and the light from the light source 14 is reflected by the reflecting portion 29a of the light source mirror 29 toward the variable collimator 12 side.
  • the light source mirror 29 is made of a material that transmits the particle beam 1.
  • a support 30 supports the light source mirror 29.
  • the light source mirror 29 and the support body 30 that supports the light source mirror 29 are configured as an integral structure.
  • the center part of a flat disk material made of aluminum, for example is cut and raised, for example, into a substantially circular shape and bent so as to be inclined at about 45 degrees, and the center part thus cut is mirror coated.
  • the light source mirror 29 is configured by forming the reflecting portion 29a by applying the above.
  • the thickness of the aluminum that is the base material of the light source mirror 29 and the support 30 is preferably about several mm or less in order to keep the beam energy loss due to the transmission of the particle beam 1 as low as possible, for example, 0.5 mm or 0.3 mm. used.
  • a disk material made of aluminum is cut and raised so that the central portion is inclined at approximately 45 degrees, and mirror coating or mirror finishing is applied to the cut and raised central portion.
  • the light source mirror 29 is configured by forming the reflection portion 29a and the other portion of the light source mirror 29 is configured as the support body 30, so that the central portion of the support body 30 only needs to be cut and bent.
  • the light source mirror 29 can be easily formed, and the support of the light source mirror 29 can be supported by the support 30 made of an integral structure, so that a strong support structure can be obtained. Further, since the light source mirror 29 only needs to reflect the light from the light source 14, it can be disposed in the irradiation region of the particle beam 1.
  • the light source mirror 29 can be made small, and the length, that is, the height of the particle beam 1 in the irradiation axis direction can be made small.
  • the height of the light source mirror 29 may be several centimeters, for example, 3 to 4 cm.
  • the height in the irradiation direction of the light source mirror 29 can be made smaller than the irradiation region of the particle beam 1 on the plane perpendicular to the irradiation direction of the particle beam 1 at the position of the light source mirror 29. This has the effect of reducing the size of the irradiation unit of the treatment apparatus.
  • the light source mirror 29 may be made of plastic, acrylic, polyimide, or the like by forming a reflecting portion 29a by applying mirror coating or mirror finishing to at least a part of the light source mirror 29 formed at an inclination of approximately 45 degrees. Even if configured, the same effect can be obtained.
  • variable collimator reflects the light from the light source 14.
  • the shape of the irradiation field shaped by the variable collimator 12 by the light passing through the variable collimator 12 and projected by the variable collimator 12 may be projected.
  • Embodiment 7 FIG.
  • the particle beam therapy system according to Embodiment 7 of the present invention is characterized in that the light source mirror 29 in FIG. 5 described above is a convex mirror.
  • the angle at which the light from the light source 14 is reflected by the function of the convex mirror can be further widened, so that the length occupied in the horizontal direction and the irradiation axis direction of the particle beam 1 can be reduced. It can be made even smaller.
  • Embodiment 8 A particle beam therapy system according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a main part of the particle beam therapy system
  • FIG. 7 is an enlarged view showing a light source mirror part of the particle beam therapy system.
  • reference numerals 1, 12, 14, 14a, and 14b are the same as those in the above-described embodiments.
  • 31 is a light source mirror that is disposed on the trajectory of the particle beam 1 upstream of the variable collimator 12, reflects light from the light source 14 by the reflecting portion 31 a and passes through the variable collimator 12.
  • the light source mirror 31 is inclined at approximately 45 degrees, and the light from the light source 14 is reflected to the variable collimator 12 side by the reflecting portion 31a of the light source mirror 31.
  • the light source mirror 31 is made of a material that transmits the particle beam 1.
  • Reference numeral 32 denotes a support that supports the light source mirror 31 and is configured to be thicker than the plate thickness T 1 of the light source mirror 31.
  • the particle beam transmitted through the light source mirror 31 in the particle beam 1 The beam energy loss amount of the beam and the beam energy loss amount of the particle beam transmitted through the support 32 are set to be approximately the same value. That is, even if the particle beam 1 passes through the light source mirror 31 and the support 32 that is a support part thereof, the beam energy of the particle beam 1 decreases by almost the same value, but the energy distribution of the particle beam 1 is almost unchanged. It is possible to prevent changes. This is very important in a particle beam therapy apparatus that needs to control the stopping position of the particle beam 1 in the patient with an accuracy of about 1 mm or less.
  • the light source mirror 31 and the support body 32 that supports the light source mirror 31 are configured as an integral structure.
  • the light source mirror 31 is configured by coating or mirror-finishing to form the reflection portion 31 a, and the other part of the light source mirror 31 is configured as a support body 32.
  • the beam energy loss amount of the particle beam transmitted through the light source mirror 31 and the beam energy loss amount of the particle beam transmitted through the support 32 are substantially the same value. Therefore, the stop position of the particle beam 1 in the patient can be controlled with an accuracy of about 1 mm or less, and a stable and reliable particle beam therapy apparatus can be obtained. .
  • the thickness of the aluminum that is the base material of the light source mirror 31 and the support 32 is preferably about several millimeters or less in order to keep the loss due to the transmission of the particle beam 1 as low as possible. 0.5 mm or 0.3 mm is used.
  • the light source mirror 31 since the light source mirror 31 only needs to reflect the light from the light source 14, it can be disposed in the irradiation region of the particle beam 1. As a result, the light source mirror 31 can be made small, and the length, that is, the height of the particle beam 1 in the irradiation axis direction can be made small. The height of the light source mirror 31 may be several centimeters, for example, 3 to 4 cm.
  • the height in the irradiation direction of the light source mirror 31 can be made smaller than the irradiation region of the particle beam 1 on the plane perpendicular to the irradiation direction of the particle beam 1 at the position of the light source mirror 31. This has the effect of reducing the size of the irradiation unit of the treatment apparatus.
  • the light source mirror 31 and the support 32 are made of aluminum.
  • the present invention is not limited to this, and aluminum alloy, copper, copper foil, magnesium, plastic, acrylic, polyimide, etc. may be used.
  • the same effect can be obtained even if the light source mirror 31 is configured by forming a reflecting portion 31a by applying mirror coating or mirror surface processing to at least a part of the light source mirror 31 formed with an inclination of approximately 45 degrees. Play.
  • the shape of the light source mirror 31 is substantially circular has been described, the shape is not limited to a circular shape, and may be a square shape or other shapes.
  • the variable collimator reflects light from the light source 14. The shape of the irradiation field shaped by the variable collimator 12 by the light passing through the variable collimator 12 and projected by the variable collimator 12 may be projected.
  • Embodiment 9 FIG.
  • the particle beam therapy system according to Embodiment 9 of the present invention is characterized in that the light source mirror 31 in FIG. 6 described above is a convex mirror.
  • the angle at which the light from the light source 14 is reflected by the function of the convex mirror can be further expanded, so that the length occupied in the horizontal direction and the irradiation axis direction of the particle beam 1 can be reduced. It can be made even smaller.
  • the present invention is suitable for the realization of a particle beam therapy apparatus for irradiating and treating particle beams of carbon, protons and the like in conformity with the shape of a diseased part of a patient for the treatment of cancer, malignant tumor and the like.

Abstract

　光源からの光を光源ミラーにより反射させて可変コリメータを通過させ、可変コリメータを通過した光により可変コリメータにより形成された照射野形状を撮影スクリーンに投影し、撮影スクリーンの投影部を撮影装置により撮影し、撮影装置により撮影した映像を画像処理装置で解析するようにした。

Description

粒子線治療装置
　この発明は、癌や悪性腫瘍等の治療のために、炭素、陽子等の粒子線を患者の疾患部分に照射して治療する粒子線治療装置に関するものである。
　患者の癌や悪性腫瘍等の治療のために、疾患部分に適切な線量の粒子線を照射して治療するには、粒子線の照射領域を患者の疾患部分の形状と一致させる必要がある。そのためには、複数のリーフからなる可変コリメータの形状が適切に設定されていることに加え、疾患部分全体に均一な線量が照射されるように、水平方向(照射野の面上)の照射線量、および垂直方向(深さ方向)の照射線量の分布をいずれも均一化することが重要である。特に粒子線の照射領域を患者の疾患部分の形状と一致させるために、可変コリメータの形状確認が重要となってくる。
　なお、例えば、下記の特許文献１（特開平１０－７６０１９号公報）には、放射線システムのセットアップ段階で放射線ビームが停止中に作動される光源と、放射線ビームの放射経路中にその照射領域範囲外まで延在する光学素子（ミラー）を設けている。その光源を作動して光学素子に可視光を送出する。光学素子に受光された可視光は反射してコリメータを通過して患者の体表面に照射される。その光照射野とターゲットゾーンの領域とが一致するように位置決めを行っている。
　また、下記の特許文献２（実開昭６２－１８６７５３号公報）には、光照射野を利用したシミュレーションのため、ランプからなる光源と、放射線ビームの放射経路中にその照射領域範囲外まで延在するミラーと、光源の近くに設置されたＴＶカメラを設けている。その光源を作動してミラーに光を送出する。ミラーに受光された光は反射して可変（可動）コリメータを通過して患者の体表面に照射される。その光照射野と患者との関係をＴＶカメラで観察している。
　また、下記の特許文献３（特開平６－２４６０１５号公報）には、光照射野を利用した照射範囲の確認のため、光源と、放射線の放射経路中にその照射領域範囲外まで延在する鏡Ａと、光源と鏡Ａとの間に設けた鏡Ｂと、鏡Ｂの近くに設置されたテレビカメラを設けている。その光源を作動して鏡Ａに光を送出する。鏡Ａに受光された光は反射して可変（可動）コリメータを通過して患者の体表面に照射される。その光照射野と患者との関係は鏡Ａから鏡Ｂに写され、鏡Ｂに写された状態をテレビカメラで観察している。
特開平１０－７６０１９号公報 実開昭６２－１８６７５３号公報 特開平６－２４６０１５号公報 特公平６－９６０４８号公報
　ところで、上記の各特許文献１～３に記載されるような従来装置では、光源から送出された光を鏡（ミラー）で反射させて可変（可動）コリメータを通過させ、患者の体表面に照射された光照射野を目視確認、あるいはテレビカメラにより確認するようにしているが、可変コリメータの患者毎に整形される癌などの疾患部分の形状を直接的に確認していない。したがって、患者の体表面が水平ではなく複雑な曲面を持った体表面であり、可変コリメータの設定形状を精度よく確認することは困難なものとなっている。また、鏡（ミラー）は患者の体表面に照射された光照射野全体と言う広範囲な領域を監視する必要があり、放射線の照射領域範囲外まで延在させる必要があり、水平方向の設置スペースを確保する必要があるとともに、放射線の照射軸方向に占める長さも数１０ｃｍと大きいものとなり、放射線の照射部が大型化している。
　さらに、可変コリメータの形状を確認する手段として、可変コリメータの上流側からカメラで撮影することが考えられている。しかし、カメラで撮影した映像では可変コリメータの上部を直接撮影しているため、可変コリメータの上面が鏡（ミラー）からの光で乱反射し、その可変コリメータの平面部とコリメータエッジ部と端部は不鮮明な状態であり、そのエッジ部を解析し、コリメータリーフで形成した２次元形状を抽出するのは容易ではない。そのエッジ部を解析するには複雑な画像認識ソフトが必需であるとともにその認識作業に多大の労力と手間を要している。しかも、粒子線治療装置で要求される例えば１mm以下の精度の形状確認は実質的に困難なものとなっていた。
　また、粒子線治療装置で、高度な３次元照射法である積層原体照射法などでは、１回の治療照射中に、２回以上にわたり、可変コリメータの形状を変更させる必要がある。粒子線治療装置では、可変コリメータと患者の間に患者コンペンセタと呼ばれる装置が挿入される場合が多く、その場合、上述した従来技術にあるように、可変コリメータの形状を患者体表面に投影して、その投影像を監視することは不可能であった。
　この発明は、照射中においても、可変コリメータの形状を精度よく確認することができるとともに小型化を図ることができる粒子線治療装置を提供することにある。
　この発明の粒子線治療装置は、被照射体に照射する粒子線ビームの形状を被照射体の疾患部分の形状に合わせて変化させる可変コリメータと、可変コリメータにより整形された照射野形状を撮影するための光源と、可変コリメータの上流側で粒子線ビームの軌道上に配設され、光源からの光を反射させて可変コリメータを通過させる光源ミラーと、可変コリメータの下流側に配設され、可変コリメータを通過した光により可変コリメータにより整形された照射野形状が投影される撮影スクリーンと、撮影スクリーンに投影された投影部を撮影する撮影装置と、撮影装置により撮影した映像を解析する画像処理装置とを備えたことを特徴とするものである。
　この発明に係る粒子線治療装置は、光源からの光を光源ミラーにより反射させて可変コリメータを通過させ、可変コリメータを通過した光により可変コリメータにより整形された照射野形状を撮影スクリーンに投影し、撮影スクリーンの投影部を撮影装置により撮影し、撮影装置により撮影した映像を画像処理装置で解析するようにしたことにより、可変コリメータにより整形された照射野形状を精度よく確認することができる効果を有する。
　この発明の上記以外の目的、特徴、観点および効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。
この発明の実施の形態１における粒子線治療装置を示す概略構成図である。 この発明の実施の形態２における粒子線治療装置の要部を示す概略構成図である。 この発明の実施の形態５における粒子線治療装置の要部を示す概略構成図である。 この発明の実施の形態５における粒子線治療装置の光源ミラー部を示す拡大図である。 この発明の実施の形態６における粒子線治療装置の要部を示す概略構成図である。 この発明の実施の形態８における粒子線治療装置の要部を示す概略構成図である。 この発明の実施の形態８における粒子線治療装置の光源ミラー部を示す拡大図である。
実施の形態１．
　この発明の実施の形態１による粒子線治療装置を図１に示す概略構成図に基づいて説明する。なお、可変コリメータ１２については斜視図として示している。図１において、１は図示しない加速器から輸送される炭素、陽子等の粒子線ビームであり、照射軸方向に進行される。２は電磁石であり、一対の電磁石２ａ，２ｂから構成され、加速器から輸送された粒子線ビーム１の軌道を走査する。３は電磁石２を通過した粒子線ビーム１を拡散する散乱体、４は散乱体３を通過した粒子線ビーム１の照射線量が計測される線量モニタ、５は突部分の厚みによって深さ方向のエネルギースペクトル（線量分布）が調整され、粒子線ビーム１に治療患部の深さ方向幅に応じたエネルギースペクトルを持たせるリッジフィルタ（又はエネルギー変調手段）、６は設定された厚み分だけ通過した粒子線ビーム１のエネルギーを所定量低減させるレンジシフタ、７はレンジシフタ６を通過した粒子線ビーム１の平坦度を計測する平坦度モニタ、８はライトローカライザーであり、治療ベツド９に載置された患者である被照射体１０の疾患部分の位置決めを行うために使用される。１１は不要な粒子線ビーム１をカットする固定コリメータ、１２は固定コリメータ１１を通過した粒子線ビーム１を更に整形させ、粒子線形状を被照射体１０の疾患部分の形状と一致させるための可変コリメータであり、複数のリーフ１２ａを被照射体１０の疾患部分の形状に合致するよう変化させて所望の照射野形状を形成するように構成されている。１３は患部に照射された粒子線ビームの停止位置を患部と正常組織境界面位置に合わせるために用いる患者コンペンセタ（通称、患者ボーラスまたは補償フィルタ）である。
　１４は可変コリメータ１２の形状を撮影するための光源であり、図は一例として、可変コリメータ１２より上流側に位置する箇所に設けられている。１５は可変コリメータ１２の上流側で粒子線ビーム１の軌道上に配設され、光源１４からの光を反射させて可変コリメータ１２を通過させる光源ミラーであり、光源１４からの光は水平方向から送出されるので、光源ミラー１５は略４５度に傾斜されて光源１４からの光を可変コリメータ１２側に反射させている。なお、光源ミラー１５は粒子線ビーム１が透過する材料で構成される。１６は光源ミラー１５を支持する支持体、１７は支持体１６を支持する支持台、１８は可変コリメータ１２の下流側に配設され、可変コリメータ１２を通過した光により可変コリメータ１２の照射野形状が投影される撮影スクリーンであり、１８ａが投影部である。なお、撮影スクリーン１８は粒子線ビーム１が透過する材料、例えばポリエチレンなどのプラスチック又は薄い板等で構成される。１９は撮影スクリーン１８に投影された投影部１８ａを撮影する撮影装置であり、例えば小型カメラで構成されている。２０は撮影装置１９である小型カメラにより撮影した映像を解析する画像処理装置である。２１は撮影スクリーン１８に投影された投影部１８ａを撮影するための撮影ミラー、２２は撮影ミラー２１に写し出された撮影スクリーン１８の投影部１８ａを撮影する撮影装置であり、例えば小型カメラで構成されている。２３は撮影装置２２である小型カメラにより撮影した映像を解析する画像処理装置である。
　上述した実施の形態１による粒子線治療装置の動作について説明する。加速器から輸送された粒子線ビーム１は電磁石２により軌道が走査されて散乱体３を通過することにより粒子線ビーム１が拡散される。散乱体３を通過した粒子線ビーム１はリッジフィルタ５により深さ方向のエネルギースペクトル（線量分布）が調整される。リッジフィルタ５を通過した粒子線ビーム１はレンジシフタ６によりその粒子線ビーム１のエネルギーが所定量低減される。レンジシフタ６を通過した粒子線ビーム１は固定コリメータ１１により不要な粒子線ビーム１がカットされる。固定コリメータ１１を通過した粒子線ビーム１は可変コリメータ１２により整形され計画された照射野形状を形成するようになる。可変コリメータ１２を通過した粒子線ビーム１は被照射体１０の疾患部分の深さ方向の形状に対応して成形される患者コンペンセタ（ボーラス）１３を通過する。患者コンペンセタ１３を通過した粒子線ビーム１は被照射体１０の疾患部分に照射されて、患部３次元形状に合わせた線量分布が形成される。
　ところで、可変コリメータ１２の形状が設定通りに設定されているかを確認するには、光源１４を作動させて略水平方向の光１４ａを送出する。この光１４ａは略４５度に傾けた光源ミラー１５により反射されて可変コリメータ１２側へ光１４ｂを送出するとともに可変コリメータ１２を通過する。可変コリメータ１２を通過した光１４ｃにより可変コリメータ１２の形状が撮影スクリーンに投影される。撮影スクリーン１８に投影された投影部１８ａを小型カメラからなる撮影装置１９により撮影しその映像を画像処理装置２０により解析することにより、可変コリメータ１２の形状を容易に確認することができる。また、図は一例として、さらに撮影ミラー２１に写し出された撮影スクリーン１８の投影部１８ａを小型カメラからなる撮影装置２２により撮影しその映像を画像処理装置２３により解析するようにしている。尚、上記光源ミラー１５と、その支持体１６、および撮影スクリーン１８は粒子線ビーム１が通過し易い物体で形成されているので、粒子線ビーム１が被照射体１０に問題なく到達できる。
　この発明の実施の形態１によれば、光源１４からの光１４ａを光源ミラー１５により反射させて可変コリメータ１２側へ光１４ｂを送出するとともに可変コリメータ１２を通過した光１４ｃにより可変コリメータ１２の形状を撮影スクリーン１８に投影し、撮影スクリーン１８の投影部１８ａを撮影装置１９、２２により撮影し、撮影装置１９、２２により撮影した映像を画像処理装置２０、２３で解析するようにしたことにより、可変コリメータ１２により整形された被照射体１０の疾患部分の形状を容易に確認することができる。また、この解析によって特定したコリメータの形状を予め治療計画に基づいて決めたコリメータ形状の設定画像と比較することが可能である。上述した従来技術では可変コリメータの上面が鏡（ミラー）からの光で乱反射し、その可変コリメータの上流側平面部とコリメータリーフ先端部（上記平面部と垂直している部分）の対応する画像が区別付き難くなり、上記平面部と先端部の交差する部分であるリーフエッジ部は不鮮明な状態であり、そのエッジ部を画像解析して抽出するのは容易ではなく、そのエッジ部を解析するには複雑な画像認識ソフトが必需であるとともにその認識作業に多大の労力と手間を要していた。しかるに、この発明の実施の形態１においては、可変コリメータ１２を通過した光１４ｃにより可変コリメータ１２により整形された被照射体１０の疾患部分の形状が撮影スクリーン１８の投影部１８ａに光の陰陽の識別などにより、可変コリメータ１２の平面部と患者である被照射体１０に整形された疾患部分の水平方向形状のエッジ部は極めて鮮明な状態であり、そのエッジ部の解析を複雑な画像認識ソフトを必需とすることなく、かつその認識作業に多大の労力と手間を要することなく精度よく解析できる効果を有するものである。しかも、粒子線治療装置で要求される例えば１ｍｍ以下の精度の形状確認にも対応できるものである。
　また、撮影スクリーン１８の色は通常、白色であるが、可変コリメータ１２を通過した光１４ｃとの区別がさらにくっきり差別化できる色からなる撮影スクリーン１８とするか、或いは光源１４から送出される光を色付きの光とすることにより、可変コリメータ１２を通過した光１４ｃと撮影スクリーン１８の投影部１８ａ以外との区別がさらにくっきり差別化するようにしてもよく、これらの場合は可変コリメータ１２のエッジ部はさらに鮮明な状態となり、より一層精度よく特定することができる。
　また、上述した従来技術の鏡（ミラー）は患者の体表面に照射された光照射野全体と言う広範囲な領域を写す必要があり、放射線の照射領域範囲外まで延在させるとともに、放射線の照射軸方向に占める長さも数１０ｃｍと大きいものとなり、放射線の照射部が大型化している。しかるに、この発明の実施の形態１における光源ミラー１５は光源１４からの光を反射させるだけでよいので、水平方向を小さくできるとともに、粒子線ビーム１の照射軸方向に占める長さも数ｃｍ、例えば３～４ｃｍでよく、粒子線治療装置の照射部の小型化を図ることができる効果を有するものである。
　また、光源ミラー１５、撮影スクリーン１８は粒子線ビーム１が透過するので、粒子線ビーム１の照射中においても、可変コリメータ１２を通過した光１４ｃにより可変コリメータ１２の形状を精度よく確認することができる。また、この実施例では、光源ミラー１５およびその支持体１６と、撮影スクリーン１８の厚みをなるべく薄くすることで、粒子線ビーム１に与える影響を抑えることが望ましい。
　さらに、患者である被照射体１０の治療段階で可変コリメータ１２の形状を変化させた場合も、その変更された形状を精度よく容易に確認できるので、粒子線ビーム１の照射治療を患者へのストレス、不安感などを与えることなく連続して行うことができる。一例としては、粒子線治療で用いられる標的部位を深さ方向において複数の層状領域に分割してそれぞれの層に対して最適なコリメータ形状を設定して照射を行う必要のある所謂積層３次元照射法（特許文献４参照）を実施する際に、照射中に変化する可変コリメータ１２の設定形状を精度よく確認できる効果がある。
　ところで、撮影スクリーン１８の投影部１８ａを撮影する手段として、小型カメラからなる撮影装置１９と画像処理装置２０、そして撮影ミラー２１と小型カメラからなる撮影装置２２と画像処理装置２３を設置しているが、いずれか一方の撮影手段を選択すれば所望の目的を達成することができる。
実施の形態２.
　この発明の実施の形態２による粒子線治療装置の要部を図２に示す概略構成図に基づいて説明する。図２において、１、１２、１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１８、１８ａは上述した実施の形態１の構成と同様である。２４は可変コリメータ１２の上流側で粒子線ビーム１の軌道上に配設され、光源１４からの光を反射部２４ａで反射させて可変コリメータ１２を通過させる光源ミラーであり、光源１４からの光は略水平方向から送出されるので、光源ミラー２４は略４５度に傾斜されて光源１４からの光を光源ミラー２４の反射部２４ａで可変コリメータ１２側に反射させている。なお、光源ミラー２４は粒子線ビーム１が透過する材料で構成される。２５は光源ミラー２４を支持する支持体又は光源ミラー２４の一構成部である。
　この発明の実施の形態２による粒子線治療装置は図２から明らかなように、光源ミラー２４とその光源ミラー２４を支持する支持体２５は一体構造体で構成されている。図は一例として、例えば１枚のアルミニウムからなる板材を中央部が略４５度に傾斜するよう段違い状に折曲し、その中央部にミラーコーティングまたは鏡面加工を施して反射部２４ａを形成することにより光源ミラー２４を構成し、その光源ミラー２４の一方端および他方端にそれぞれつながる部分を支持体２５として構成している。ところで、光源ミラー２４、支持体２５の基材であるアルミニウムの板厚は粒子線ビーム１の透過によるビームエネルギーロスを極力低く抑えるため１ｍｍ程度または１ｍｍ以下が望ましく、例えば0.5ｍｍまたは0.3ｍｍのものが使用される。
　この発明の実施の形態２によれば、１枚のアルミニウムからなる板材を中央部が略４５度に傾斜するよう段違い状に折曲し、その中央部にミラーコーティングを施して（又は中央部の少なくとも一部に光反射面を形成するように鏡面加工などを施して）反射部２４ａを形成することにより光源ミラー２４を構成し、その光源ミラー２４の一方端および他方端にそれぞれつながる部分を支持体２５として構成したことにより、容易に光源ミラー２４を形成することができるとともに、その光源ミラー２４の支持を一体構造体からなる支持体２５で支持することができるので強固な支持構造とすることができる。
　ところで、この発明の実施の形態２による光源ミラー２４、支持体２５を構成する材料としてアルミニウムからなる場合について述べたが、これに限定されるものではなく、アルミニウム合金、銅、銅箔、マグネシウム、プラスチック、アクリル、ポリミイドなどであってもよく、略４５度に傾斜して形成した光源ミラー２４の少なくとも一部にミラーコーティングまたは鏡面加工などを施して反射部２４ａを形成することにより光源ミラー２４を構成しても同様の効果を奏する。また、光源ミラー２４とその支持体２５を別々の材料で構成し、図２に示すような段違い形状を有するように接着剤などの手段で結合して一体的に構成してもよく、同様の効果を奏する。
実施の形態３.
　この発明の実施の形態３による粒子線治療装置を図２から明らかなように、光源ミラー２４は粒子線ビーム１の照射領域内に配置したことを特徴としている。したがって、上述した従来技術の鏡（ミラー）のように粒子線ビーム１の照射領域範囲外まで延在かつ粒子線ビーム１の照射軸方向に占める長さも数１０ｃｍと大きいものとする必要がなく、光源ミラー２４は光源１４からの光を反射させるだけでよいので、粒子線ビーム１の照射領域内に配置することができる。その結果として、光源ミラー２４を小さくできるとともに、粒子線ビーム１の照射軸方向に占める長さ、すなわち、高さも小さくできる。光源ミラー２４の高さは数ｃｍでよく、例えば３～４ｃｍとすることができる。このように、光源ミラー２４の位置において、粒子線ビーム１の照射方向と垂直する平面において、粒子線ビーム１の照射領域よりも、光源ミラー２４の照射方向における高さを小さくできることが、粒子線治療装置の照射部の小型化を図ることができる効果を有するものである。
実施の形態４．
　この発明の実施の形態４による粒子線治療装置は上述した図２における光源ミラー２４を凸面鏡としたことを特徴としている。このように光源ミラー２４を凸面鏡としたことにより、光源１４からの光を凸面鏡の機能により反射させる角度をさらに広げることができるので、水平方向および粒子線ビーム１の照射軸方向に占める長さをより一層小さくすることができる。
実施の形態５.
　この発明の実施の形態５による粒子線治療装置を図３および図４に基づいて説明する。図３は粒子線治療装置の要部を示す概略構成図であり、図４は粒子線治療装置の光源ミラー部を示す拡大図である。これら各図において、１、１２、１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１８、１８ａは上述した各実施の形態の構成と同様または同等である。２６は可変コリメータ１２の上流側で粒子線ビーム１の軌道上に配設され、光源１４からの光を反射部２６ａで反射させて可変コリメータ１２を通過させる光源ミラーであり、光源１４からの光は略水平方向から送出されるので、光源ミラー２６は略４５度に傾斜されて光源１４からの光を光源ミラー２６の反射部２６ａで可変コリメータ１２側に反射させている。なお、光源ミラー２６は粒子線ビーム１が透過する材料で構成される。２７は光源ミラー２６を支持する支持体であり、光源ミラー２６と同じ材料で構成した場合、光源ミラー２６の板厚Ｔ1より厚く構成されている。
　すなわち、図４に示すように、光源ミラー２６は支持体２７より約４５度（又はθ度）傾いているため、支持体２７の厚みＴ2を例えば1.414Ｔ1（又はＴ1／ｃｏｓ（θ））とすることにより、粒子線ビーム１のうち光源ミラー２６を透過する粒子線ビームのビームエネルギーロス量と支持体２７を透過する粒子線ビームのビームエネルギーロス量とほぼ同じ値になるように構成されている。すなわち、粒子線ビーム１が光源ミラー２６およびその支持部である支持体２７を通過しても、粒子線ビーム１のビームエネルギーはほぼ同じ値だけ減少するが、粒子線ビーム１のエネルギー分布に殆ど変化が生じないようにすることができる。このことが粒子線ビーム１の患者体内における停止位置を約１ｍｍ以下の精度で制御する必要がある粒子線治療装置では、非常に重要な意味を持つものである。
　この発明の実施の形態５による粒子線治療装置は図３および図４から明らかなように、光源ミラー２６とその光源ミラー２６を支持する支持体２７は一体構造体で構成されている。図は一例として、例えば１枚のアルミニウムからなる板材を中央部が略４５度に傾斜するよう段違い状に折曲した後、その中央部の厚みＴ1を中央部の両側の厚みＴ2より薄く、すなわち、Ｔ2＝1.414Ｔ1（又はＴ1／ｃｏｓ（θ））となるように研磨等で削設し、その後、その中央部にミラーコーティングまたは鏡面加工を施して反射部２６ａを形成することにより光源ミラー２６を構成し、その光源ミラー２６の一方端および他方端にそれぞれつながる部分を支持体２７として構成している。
　このように、光源ミラー２６の板厚Ｔ1とその両端側の支持体２７の板厚Ｔ2との関係をＴ2＝1.414Ｔ1（又はＴ1／ｃｏｓ（θ））とすることにより、粒子線ビーム１のうち光源ミラー２６を透過する粒子線ビームのビームエネルギーロス量と支持体２７を透過する粒子線ビームのビームエネルギーロス量とほぼ同じ値になるように構成され、粒子線ビーム１のエネルギー分布に殆ど変化が生じないので、粒子線ビーム１の患者体内における停止位置を約１ｍｍ以下の精度で制御することが可能となり、安定した信頼性の高い粒子線治療装置を得ることができる。
　なお、この発明の実施の形態５においても、光源ミラー２６、支持体２７の基材板厚は粒子線ビーム１の透過によるビームエネルギーロスを極力低く抑えるため数ｍｍ程度以下が望ましく、例えば0.5ｍｍまたは0.3ｍｍのものが使用される。また、光源ミラー２６は光源１４からの光を反射させるだけでよいので、粒子線ビーム１の照射領域内に配置することができる。その結果として、光源ミラー２６を小さくできるとともに、粒子線ビーム１の照射軸方向に占める長さ、すなわち、高さも小さくできる。光源ミラー２６の高さは数ｃｍでよく、例えば３～４ｃｍとすることができる。このように、光源ミラー２６の位置において、粒子線ビーム１の照射方向と垂直する平面において、粒子線ビーム１の照射領域よりも、光源ミラー２６の照射方向における高さを小さくできることが、粒子線治療装置の照射部の小型化を図ることができる効果を有するものである。
　さらに、光源ミラー２６、支持体２７を構成する材料としてアルミニウムからなる場合について述べたが、これに限定されるものではなく、アルミニウム合金、銅、銅箔、マグネシウム、プラスチック、アクリル、ポリミイドなどであってもよく、略４５度に傾斜して形成した中央部にミラーコーティングまたは鏡面加工して反射部２６ａを形成することにより光源ミラー２６を構成すればよい。
実施の形態６.
　この発明の実施の形態６による粒子線治療装置を図５に基づいて説明する。図５は粒子線治療装置の要部を示す概略構成図である。図５において、１、１２、１４、１４ａ、１４ｂは上述した各実施の形態の構成と同様である。２９は可変コリメータ１２の上流側で粒子線ビーム１の軌道上に配設され、光源１４からの光を反射部２９ａで反射させて可変コリメータ１２を通過させる光源ミラーであり、光源１４からの光は略水平方向から送出されるので、光源ミラー２９は略４５度に傾斜されて光源１４からの光を光源ミラー２９の反射部２９ａで可変コリメータ１２側に反射させている。なお、光源ミラー２９は粒子線ビーム１が透過する材料で構成される。３０は光源ミラー２９を支持する支持体である。
　この発明の実施の形態６による粒子線治療装置は図５から明らかなように、光源ミラー２９とその光源ミラー２９を支持する支持体３０は一体構造体で構成されている。図は一例として、例えば１枚のアルミニウムからなる平面状の円板材の中央部を例えば略円状に切り起こして略４５度に傾斜するように折曲し、その切り起こした中央部にミラーコーティングを施して反射部２９ａを形成することにより光源ミラー２９を構成している。ところで、光源ミラー２９、支持体３０の基材であるアルミニウムの板厚は粒子線ビーム１の透過によるビームエネルギーロスを極力低く抑えるため数ｍｍ程度以下が望ましく、例えば0.5ｍｍまたは0.3ｍｍのものが使用される。
　この発明の実施の形態６によれば、１枚のアルミニウムからなる円板材を中央部が略４５度に傾斜するよう切り起こして折曲し、その切り起こした中央部にミラーコーティングまたは鏡面加工を施して反射部２９ａを形成して光源ミラー２９を構成し、その光源ミラー２９の他の部分を支持体３０として構成したことにより、支持体３０の中央部を切り起こして折曲するだけでよく、容易に光源ミラー２９を形成することができるとともに、その光源ミラー２９の支持を一体構造体からなる支持体３０で支持することができるので強固な支持構造とすることができる。また、光源ミラー２９は光源１４からの光を反射させるだけでよいので、粒子線ビーム１の照射領域内に配置することができる。その結果として、光源ミラー２９を小さくできるとともに、粒子線ビーム１の照射軸方向に占める長さ、すなわち、高さも小さくできる。光源ミラー２９の高さは数ｃｍでよく、例えば３～４ｃｍとすることができる。このように、光源ミラー２９の位置において、粒子線ビーム１の照射方向と垂直する平面において、粒子線ビーム１の照射領域よりも、光源ミラー２９の照射方向における高さを小さくできることが、粒子線治療装置の照射部の小型化を図ることができる効果を有するものである。
　ところで、この発明の実施の形態６による光源ミラー２９、支持体３０を構成する材料としてアルミニウムからなる場合について述べたが、これに限定されるものではなく、アルミニウム合金、銅、銅箔、マグネシウム、プラスチック、アクリル、ポリミイドなどであってもよく、略４５度に傾斜して形成した光源ミラー２９の少なくとも一部にミラーコーティングまたは鏡面加工などを施して反射部２９ａを形成することにより光源ミラー２９を構成しても同様の効果を奏する。
　なお、光源ミラー２９の形状が略円状の場合について述べたが、円状に限定されるものではなく、四角形状や他の形状でもよく、要するに、光源１４からの光を反射させて可変コリメータ１２を通過させ、可変コリメータ１２を通過した光により可変コリメータ１２により整形された照射野形状が撮影スクリーン１８に投影できる形状であればよい。
実施の形態７．
　この発明の実施の形態７による粒子線治療装置は上述した図５における光源ミラー２９を凸面鏡としたことを特徴としている。このように光源ミラー２９を凸面鏡としたことにより、光源１４からの光を凸面鏡の機能により反射させる角度をさらに広げることができるので、水平方向および粒子線ビーム１の照射軸方向に占める長さをより一層小さくすることができる。
実施の形態８.
　この発明の実施の形態８による粒子線治療装置を図６および図７に基づいて説明する。図６は粒子線治療装置の要部を示す概略構成図であり、図７は粒子線治療装置の光源ミラー部を示す拡大図である。これら各図において、１、１２、１４、１４ａ、１４ｂは上述した各実施の形態の構成と同様である。３１は可変コリメータ１２の上流側で粒子線ビーム１の軌道上に配設され、光源１４からの光を反射部３１ａで反射させて可変コリメータ１２を通過させる光源ミラーであり、光源１４からの光は略水平方向から送出されるので、光源ミラー３１は略４５度に傾斜されて光源１４からの光を光源ミラー３１の反射部３１ａで可変コリメータ１２側に反射させている。なお、光源ミラー３１は粒子線ビーム１が透過する材料で構成される。３２は光源ミラー３１を支持する支持体であり、光源ミラー３１の板厚Ｔ1より厚く構成されている。
　すなわち、図７に示すように、支持体３２の厚みＴ2を例えば1.414Ｔ1（又はＴ1／ｃｏｓ（θ））とすることにより、粒子線ビーム１のうち光源ミラー３１を透過する粒子線ビームのビームエネルギーロス量と支持体３２を透過する粒子線ビームのビームエネルギーロス量とほぼ同じ値になるように構成されている。すなわち、粒子線ビーム１が光源ミラー３１およびその支持部である支持体３２を通過しても、粒子線ビーム１のビームエネルギーはほぼ同じ値だけ減少するが、粒子線ビーム１のエネルギー分布に殆ど変化が生じないようにすることができる。このことが粒子線ビーム１の患者体内における停止位置を約１ｍｍ以下の精度で制御する必要がある粒子線治療装置では、非常に重要な意味を持つものである。
　この発明の実施の形態８による粒子線治療装置は図６および図７から明らかなように、光源ミラー３１とその光源ミラー３１を支持する支持体３２は一体構造体で構成されている。図は一例として、例えば１枚のアルミニウムからなる平面状の円板材の中央部を例えば略円状に切り起こして略４５度に傾斜するように折曲し、その切り起こした中央部の厚みＴ1を中央部の周囲側の厚みＴ2より薄く、すなわち、Ｔ2＝1.414Ｔ1（又はＴ1／ｃｏｓ（θ））となるように研磨等で削設し、その後、その中央部にミラーコーティングまたは鏡面加工を施して反射部３１ａを形成することにより光源ミラー３１を構成し、その光源ミラー３１の他の部分を支持体３２として構成している。
　このように、光源ミラー３１の板厚Ｔ1とその周囲側の支持体３２の板厚Ｔ2との関係をＴ2＝1.414Ｔ1（又はＴ1／ｃｏｓ（θ））とすることにより、粒子線ビーム１のうち光源ミラー３１を透過する粒子線ビームのビームエネルギーロス量と支持体３２を透過する粒子線ビームのビームエネルギーロス量とほぼ同じ値になるように構成され、粒子線ビーム１のエネルギー分布に殆ど変化が生じないので、粒子線ビーム１の患者体内における停止位置を約１ｍｍ以下の精度で制御することが可能となり、安定した信頼性の高い粒子線治療装置を得ることができる。
　なお、この発明の実施の形態８においても、光源ミラー３１、支持体３２の基材であるアルミニウムの板厚は粒子線ビーム１の透過によるロスを極力低く抑えるため数ｍｍ程度以下が望ましく、例えば0.5ｍｍまたは0.3ｍｍのものが使用される。また、光源ミラー３１は光源１４からの光を反射させるだけでよいので、粒子線ビーム１の照射領域内に配置することができる。その結果として、光源ミラー３１を小さくできるとともに、粒子線ビーム１の照射軸方向に占める長さ、すなわち、高さも小さくできる。光源ミラー３１の高さは数ｃｍでよく、例えば３～４ｃｍとすることができる。このように、光源ミラー３１の位置において、粒子線ビーム１の照射方向と垂直する平面において、粒子線ビーム１の照射領域よりも、光源ミラー３１の照射方向における高さを小さくできることが、粒子線治療装置の照射部の小型化を図ることができる効果を有するものである。
　さらに、光源ミラー３１、支持体３２を構成する材料としてアルミニウムからなる場合について述べたが、これに限定されるものではなく、アルミニウム合金、銅、銅箔、マグネシウム、プラスチック、アクリル、ポリミイドなどであってもよく、略４５度に傾斜して形成した光源ミラー３１の少なくとも一部にミラーコーティングまたは鏡面加工などを施して反射部３１ａを形成することにより光源ミラー３１を構成しても同様の効果を奏する。また、光源ミラー３１の形状が略円状の場合について述べたが、円状に限定されるものではなく、四角形状や他の形状でもよく、要するに、光源１４からの光を反射させて可変コリメータ１２を通過させ、可変コリメータ１２を通過した光により可変コリメータ１２により整形された照射野形状が撮影スクリーン１８に投影できる形状であればよい。
実施の形態９．
　この発明の実施の形態９による粒子線治療装置は上述した図６における光源ミラー３１を凸面鏡としたことを特徴としている。このように光源ミラー３１を凸面鏡としたことにより、光源１４からの光を凸面鏡の機能により反射させる角度をさらに広げることができるので、水平方向および粒子線ビーム１の照射軸方向に占める長さをより一層小さくすることができる。
　この発明の各種の変形または変更は、関連する熟練技術者が、この発明の範囲と精神を逸脱しない中で実現可能であり、この明細書に記載された各実施の形態には制限されないことと理解されるべきである。
　この発明は、癌や悪性腫瘍等の治療のために、炭素、陽子等の粒子線を患者の疾患部分の形状に一致させて照射して治療する粒子線治療装置の実現に好適である。

Claims (9)

  1. 　被照射体に照射する粒子線ビームの形状を上記被照射体の疾患部分の形状に合わせて変化させる可変コリメータと、
    　上記可変コリメータにより整形された照射野形状を撮影するための光源と、
    　上記可変コリメータの上流側で上記粒子線ビームの軌道上に配設され、上記光源からの光を反射させて上記可変コリメータを通過させる光源ミラーと、
    　上記可変コリメータの下流側に配設され、上記可変コリメータを通過した光により上記可変コリメータにより整形された照射野形状が投影される撮影スクリーンと、
    　上記撮影スクリーンに投影された投影部を撮影する撮影装置と、
    　上記撮影装置により撮影した映像を解析する画像処理装置とを、
    備えたことを特徴とする粒子線治療装置。
  2. 　上記光源ミラーは上記光源からの光を反射させ上記可変コリメータを通過するように傾斜され、上記光源ミラーの一方端および他方端にそれぞれ配置され上記光源ミラーと一体的に成形された支持体を設け、段違い状態に構成されたことを特徴とする請求項1記載の粒子線治療装置。
  3. 　上記光源ミラーは上記粒子線ビームの照射領域内に配置されることを特徴とする請求項２記載の粒子線治療装置。
  4. 　上記光源ミラーの厚さは上記支持体の厚さより薄くし、上記光源ミラーと上記支持体を透過する上記粒子線ビームのエネルギーロス量を均一化させるようにしたことを特徴とする請求項２記載の粒子線治療装置。
  5. 　上記支持体を平面状としその中央部を切り起こして上記光源からの光を反射させ上記可変コリメータを通過するように傾斜させて光源ミラーを構成したことを特徴とする請求項１記載の粒子線治療装置。
  6. 　上記支持体の中央部を切り起こして構成した上記光源ミラーの厚さを上記支持体の厚さより薄くし、上記光源ミラーと上記支持体を透過する上記粒子線ビームのエネルギーロス量を均一化させるようにしたことを特徴とする請求項５記載の粒子線治療装置。
  7. 　上記光源ミラーは凸面鏡としたことを特徴とする請求項２、５、及び６のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。
  8. 　上記光源ミラーはアルミニウムで構成されたことを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。
  9. 　上記光源ミラーはプラスチックの表面をミラーコーティングして構成されたことを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。
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