WO2014174592A1 - 粒子線治療装置およびその運転方法 - Google Patents

Abstract

隣接する２つ以上のスライス(S)を含むスライス群(F)ごとに加速器(1)から出射する粒子線のエネルギーを設定し、当該スライス群(F)内のスライス(S)ごとに減衰量を設定する際、スライス群(F)ごとに、当該スライス群(F)内で最も深い位置のスライス(S)に対して、透過板が所定の厚みを有するように、加速器(1)から出射するエネルギーを最も深い位置のスライス(S)に対応するエネルギーよりも高い値に設定するともに、スライス群(F)ごとに設定される透過板の厚みは、深い位置のスライス群(F)に設定された厚みが、浅い位置のスライス群(F)に設定された厚み以上であり、かつ、最も深い位置のスライス群(F)に設定された厚みが、最も浅い位置のスライス群(F)に設定された厚みよりも厚い。

Description

粒子線治療装置およびその運転方法

　本発明は、粒子線を腫瘍など患部に照射して治療を行う粒子線治療装置において、とくに、３次元照射を行う粒子線治療装置およびその運転方法に関する。

　粒子線治療装置では、円形加速器によって所定のエネルギーにまで加速されて出射された粒子ビーム（粒子線）は、輸送路を介して照射室に設置された粒子線照射装置まで輸送される。粒子線照射装置では、供給された粒子線を照射対象に応じた形状に成形して照射する。正常細胞に対する不要線量を低減するためと、放射線の効率的利用のために、近年３次元照射が注目されている。３次元照射では、スキャニング電磁石によるｘ－ｙ方向（ビーム進行方向と直交する断面）の形状だけでなく、エネルギーを変化させることで、ｚ方向（ビーム進行方向）の形状も成形する。

　ここで、エネルギーを変化させる方法には下記２通りが考えられる。シンクロトロン（円形加速器）で加速する到達エネルギーを変化させることと、透過板の水等価厚を調整して減衰量を変更可能な可変レンジシフタを用いて減速させる手段である。３次元照射を実現するには、例えば１００段階のエネルギー段数を必要とする。この１００段の間隔は、水等価厚（水中のブラッグピークの深さ）で等間隔になるように決定する。これをシンクロトロンの加速エネルギーを変化させることだけで具現化しようとすると、シンクロトロンの出射調整および輸送系の調整を１００回行うことになり、多大な時間がかかるという課題があった。一方、可変レンジシフタは、厚みが増すほど散乱やビームロスが大きくなるため、必要な段数（１００段階）のエネルギーすべてを可変レンジシフタのみで実現するのは望ましくない。

　そこで、例えば、シンクロトロンでは必要な段数の半分（５０段）の出射エネルギーを準備し、その間の値に関しては、可変レンジシフタでの減衰量を変化させることで調整することが考えられる。その際、可変レンジシフタを通過した際の散乱によって発散した粒子ビームを収束させるため、四極電磁石を配置した粒子線照射装置（例えば、特許文献１参照。）の技術を適用することが考えられる。

特開２００７－１８５４２３号公報（段落０００８～００１６、図１） 特開平３－２３６８６２号公報（頁２右上欄～左下欄、第１図～第３図） 特開平８－２９８２００号公報（段落００１０～００１９、図１～図５）

　しかしながら、このような構成では、エネルギーを順次変化させたとき、可変レンジシフタの水等価厚の増減によって散乱の程度も増減を繰り返す。そのため、例えば、特許文献２あるいは特許文献３に示されるように、磁性体のヒステリシスの影響を抑制するために、四極電磁石の強度を単調減少（あるいは増加）させるような制御を行うことができなかった。したがって、スキャニング電磁石に供給される粒子ビームの状態が安定せず、正確な照射を行うことが困難であった。

　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、粒子ビームの状態が安定し、正確に３次元照射が可能な粒子線治療を実現することを目的とする。

　本発明の粒子線治療装置は、照射対象を深さ方向に沿って複数のスライスに分割し、深さの順にスライスごとに成形した粒子線を照射していく際、隣接する２つ以上のスライスを含むスライス群ごとに、加速器から出射する粒子線のエネルギーを設定し、当該スライス群内のスライスごとに減衰量を設定する粒子線治療装置であって、粒子線を透過させる透過板の厚みを変化させることで、前記減衰量を調整する可変レンジシフタと、走査電磁石を有し、前記減衰量を調整された粒子線を前記スライスに応じて成形する照射ノズルと、前記可変レンジシフタと前記照射ノズルとの間に設置され、前記透過板によって発散した粒子線を収束させるように動作する四極電磁石と、前記加速器と前記可変レンジシフタの設定値を定めるとともに、設定値に応じて前記四極電磁石の励磁量を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記スライス群ごとに、当該スライス群内で最も深い位置のスライスに対して、前記透過板が所定の厚みを有するように、前記加速器から出射するエネルギーを前記最も深い位置のスライスに対応するエネルギーよりも高い値に設定するともに、前記スライス群ごとに設定される前記透過板の厚みは、深い位置のスライス群に設定された厚みが、浅い位置のスライス群に設定された厚み以上であり、かつ、最も深い位置のスライス群に設定された厚みが、最も浅い位置のスライス群に設定された厚みよりも厚いことを特徴とする。

　本発明の粒子線治療装置の運転方法は、照射対象を深さ方向に沿って複数のスライスに分割し、深さの順にスライスごとに照射ノズルで成形した粒子線を照射していく際、隣接する２つ以上のスライスを含むスライス群ごとに、加速器から出射する粒子線のエネルギーを設定し、当該スライス群内のスライスごとに可変レンジシフタで減衰量を設定するとともに、前記可変レンジシフタと前記照射ノズルとの間に設置された四極電磁石によって、前記照射ノズルに入射する粒子線を収束させる粒子線治療装置の運転方法であって、前記加速器のエネルギー設定値は、前記スライス群ごとに、当該スライス群内で最も深い位置のスライスに対して、前記可変レンジシフタが所定の減衰量を有するように、前記最も深い位置のスライスに対応するエネルギーよりも高い値に設定するとともに、前記スライス群ごとに設定される減衰量は、深い位置のスライス群に設定された値が、浅い位置のスライス群に設定された値以上であり、かつ、最も深い位置のスライス群に設定された値が、最も浅い位置のスライス群に設定された値よりも大きくなるように設定され、前記加速器のエネルギー設定値と前記可変レンジシフタの減衰量に応じて、前記四極電磁石の励磁量を制御することを特徴とする。

　本発明の粒子線治療装置あるいは粒子線治療装置の運転方法によれば、エネルギーを変化させる際に、発散した粒子ビームを四極電磁石の強度を単調に変化させて収束させることができるので、粒子ビームの状態が安定し、正確に３次元照射が可能な粒子線治療を行うことができる。

本発明の実施の形態１にかかる粒子線治療装置の構成を説明するための機器配置図である。 本発明の実施の形態１にかかる粒子線治療装置を用いて３次元照射を行う際の照射領域を示す模式図である。 可変レンジシフタの透過板の厚みと、粒子線ビームの散乱角の広がりの関係を示す図である。 従来の粒子線治療装置における、エネルギーを調整する際に必要な四極電磁石の強度を説明するための図である。 従来の粒子線治療装置における、エネルギーを調整する際に必要な四極電磁石の強度を説明するための図である。 本発明の実施の形態１にかかる粒子線治療装置および粒子線治療装置の運転方法における、エネルギーを調整する際に必要な四極電磁石の強度を説明するための図である。

実施の形態１．
　以下、本発明の実施の形態１にかかる粒子線治療装置および粒子線治療装置の運転方法について説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかる粒子線治療装置の構成について説明するための模式的な機器配置図、図２は３次元照射を行う際の、深さ方向で所定厚みのスライスに分割して設定した照射領域を示す模式図である。図３はエネルギーを変化させるための可変レンジシフタの透過板の厚みと、粒子線ビームの散乱角の広がりの関係を示す図、図４と図５は従来の構成の粒子線治療装置を用いて３次元照射を行った際の、粒子ビームの運動量（エネルギーと１対１の関係にある量）と四極電磁石の強度との関係を説明するための図である。そして、図６は、本実施の形態１にかかる粒子線治療装置あるいは粒子線治療装置の運転方法を用いて３次元照射を行った際の、粒子ビームの運動量と四極電磁石の強度との関係を説明するための図である。

　本発明の実施の形態１にかかる粒子線治療装置および粒子線治療装置の運転方法の特徴は、３次元照射におけるエネルギーを調整するための構成あるいは調整の方法にある。しかし、その構成と方法の説明に先んじて、粒子線治療装置の全体構成について図１を用いて説明する。

　図において、粒子線治療装置は、粒子線の供給源として、シンクロトロンである円形加速器（以降、単に加速器１と称する）と、３次元照射が可能な粒子線照射装置５と、加速器１と粒子線照射装置５とをつなぎ、加速器１から粒子線照射装置５に粒子線を輸送する輸送系２とを備えている。なお、輸送系２は、粒子線照射装置５を含め、図示しない他の複数の粒子線照射装置につながる輸送路を有している。そして、切替電磁石によって、軌道を切り替えることで、加速器１から出射された粒子ビームを必要な粒子線照射装置に供給できるようになっている。なお、他の図示しない粒子線照射装置については、必ずしも３次元照射の機能を有しているものとは限らない。つぎに、各構成の説明に移る。

　加速器１は、荷電粒子を周回させるための軌道経路となる真空ダクト１１、前段加速器１８から供給された荷電粒子を真空ダクト１１に入射するための入射装置１２、荷電粒子が真空ダクト１１内の周回軌道に沿って周回するよう、荷電粒子の軌道を偏向させるための偏向電磁石１３、周回軌道上の荷電粒子を発散しないように収束させる四極電磁石１４、周回する荷電粒子に同期した高周波電圧を与えて加速する高周波加速空洞１５、加速器１内で加速させた荷電粒子を、所定エネルギーを有する粒子ビームとして加速器１外に取り出し、輸送系２に出射するための出射装置１６、出射装置１６から粒子ビームを出射させるために周回軌道内で共鳴を励起する六極電磁石１７を備えている。そして、周回軌道内の荷電粒子は、高周波数の電界で加速され、磁石で曲げられながら、光速の約６０～８０％まで加速され、輸送系２へ出射される。

　輸送系２は、ＨＥＢＴ（高エネルギービーム輸送：High　Energy　Beam　Transport）系と称され、粒子ビームの輸送経路となる真空ダクト２１と、粒子ビームの軌道を切り替える切替装置である図示しない切替電磁石と、粒子ビームを所定角度に偏向する偏向電磁石２３とを備えている。

　粒子線照射装置５は、輸送系２から供給された粒子ビームを照射対象の大きさや深さに応じた照射野に成形して患部へ照射する３次元照射を行うものである。なお、以降の説明において、粒子ビームの進行方向をｚ方向、進行方向に垂直な面を規定する方向をｘ方向とｙ方向とする。粒子線照射装置５には、ｚ方向の形状を形成するため、粒子ビームのエネルギーを調整するエネルギー調整システム３として機能する可変レンジシフタ３４、コリメータ３５、および四極電磁石３６を備えている。そして、スライスの厚さに応じて、ブラッグピークの幅を拡大させるためのリッジフィルタと、ｘｙ面における２次元の形状を形成（スキャニング）するため、ｘ方向に走査する走査電磁石とｙ方向に走査する走査電磁石とを有する照射ノズル４を備えている。

　可変レンジシフタ３４は、粒子ビームのエネルギーを変えるための装置である。所定の水等価厚に調整された透過板（例えば、図では水等価厚ｔｂを有するベース透過板３４ｂ、水等価厚ｔｓを有するエネルギー調整用透過板３４ｓ）を粒子ビームの入射範囲に対して進入・退避する機能を有している。これにより、入射した粒子ビームのエネルギーを水等価厚に相当するエネルギー分を減衰させて調整する。例えば、密度が０．９４～０．９６ｇ／ｃｍ^３のポリエチレン板の場合、水等価厚を密度で除した厚みにすれば、想定された水等価厚を得ることができる。

　コリメータ３５は、所定の通過孔が設けられた金属ブロック等であり、照射野の平面方向（ｘｙ面）の広がりを制限するもので、光学機器におけるスリットに相当する。リッジフィルタは、例えば錐状体や断面が三角形の板を面内に多数並べたように形成され、照射野内を例えば多数の小領域に分割したとすると、小領域毎に異なる厚みを通過するビームが存在するようになっているものである。これにより、ブラッグピークの範囲が拡大されたＳＯＢＰ（Spread-Out　Bragg　Peak）が得られる。すなわち、リッジフィルタにより、ｚ方向における照射範囲（厚み）が後述するスライスに合致するように調整される。ただし、本例では、スライスの厚さに応じてリッジフィルタにより調整する例を示したが、リッジフィルタを用いない場合もある。

　四極電磁石３６は、粒子ビームの進行方向から見た際に、２つのＮ極と２つのＳ極を交互に周状に並ぶように配置したもので、ｘｙ面のうち、一方向には光学機器における凸レンズのように働き、直交する方向には凹レンズのように働く。そのため、例えば、ビームの進行方向に、複数の単位四極電磁石３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄを極性をずらせて並べることで、ビームの軌道を一定の範囲に収束させる。なお、本実施の形態１では、単位四極電磁石３６ａ～３６ｄを４台並べる例を示したが、これに限ることはなく、設計条件に応じて適宜増減してよい。

　そして、加速器１とエネルギー調整システム３と照射ノズル４とを連携して制御する制御部６を備えることにより、後述する３次元照射が実行される。

　つぎに、上述した構成の粒子線照射装置５を用いた３次元照射について説明する。
　この場合、図２に示すように、照射対象に対応する照射領域Ｖｔを粒子ビームＢの進行方向（ｚ方向：深さ）に沿って、所定厚みのスライスＳ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、・・・Ｓ_ｍ、・・・（まとめて、スライスＳ）に分割する。そして、各スライスＳの飛程に相当するエネルギーに調整した粒子ビームが照射ノズル４に提供されるように、エネルギー調整システム３において、加速器１から供給された粒子ビームのエネルギーを調整する。

　このとき、とくに、３次元照射のように高品質な治療を提供する場合には、治療計画で設定された照射をいかに忠実に再現するかが重要である。そのため、各スライスＳにおいて、照射ノズル４に供給される粒子ビームの幅（広がりの標準偏差σで評価）やビーム強度（時間当たりの線量を示す電流値で評価）の変動を抑制することがエネルギー調整システム３には求められる。具体的には、粒子ビームの幅については、あるスライスＳ_ｍを照射する際に供給される粒子ビームの標準偏差１σが５ｍｍの場合に、隣のスライスＳ_ｍ＋１での標準偏差１σが６ｍｍ程度で収まっていること。そして、ビーム強度については、あるスライスＳ_ｍを照射する際の電流値が２ｎＡで、その隣のスライスＳ_ｍ＋１での電流値が３ｎＡ程度の範囲に収まっていれば精度の高い照射は可能である。

　しかし、例えば、あるスライスＳ_ｍを照射する際に供給される粒子ビームの標準偏差１σが５ｍｍの場合に、隣のスライスＳ_ｍ＋１での標準偏差１σが１０ｍｍに変化するような場合。あるいは、ビーム強度については、あるスライスＳ_ｍを照射する際の電流値が２ｎＡで、その隣のスライスＳ_ｍ＋１での電流値が６ｎＡ程まで変化するような場合は、精度の高い照射は困難になる。

　ここで、図２で説明した照射領域Ｖｔに対して３次元照射（積層原体照射）を行う場合、例えば、スライスＳは、水等価厚で等間隔になるように設計し、ビームの進行方向における最深部のスライスＳ１から浅い方に向かって順次照射する。つまり、３次元照射では、高いエネルギーから低いエネルギーへスライスＳ毎にシフトしながら照射を行う。なお、低いエネルギーから高いエネルギーへスライスＳ毎にシフトしながら照射を行う場合もある。

　その際、背景技術で説明したように、加速器１では必要な段数のｎ分の１の段数の出射エネルギーを準備する。そして各段の間の（ｎ－１）個分の値に関しては、可変レンジシフタ３４の透過板を出し入れすることで調整する。つまり、隣接する２つ以上のスライスＳを含むスライス群Ｆごとに、加速器１から出射する粒子線のエネルギーを設定し、スライス群Ｆ内のスライスＳごとに減衰量を設定することになる。この場合、各段の間の値も等間隔であるので、各段のエネルギーのｎ分の１の水等価厚に相当する透過板を（ｎ－１）枚用意し、段ごとに透過板の枚数を（ｎ－１）枚から０まで減少させることで、可変レンジシフタ３４の厚みを順次変化させればよい。

　なお、説明を簡略化するため、以降の説明においては、ｎ＝２として、加速器１で必要な段数の半分の段数の出射エネルギーを用意し、可変レンジシフタ３４によって、各段（スライス群Ｆ）の間に１つ分の値（中間値）を設定する場合について説明する。つまり、２つのスライスＳを含むスライス群Ｆのそれぞれに対して加速器１の出射エネルギーを設定し、スライス群Ｆ内の２つのスライスＳのそれぞれに対しては、可変レンジシフタ３４の透過板の厚みを調整することで対応させる。

　このように、可変レンジシフタ３４のような物理的な透過板を通過した際の粒子ビームの散乱角の広がりは、図３に示すように、厚みが増すにつれて大きくなる。そして、上記のような調整方法では、エネルギーを順次単調に減少させているにもかかわらず、加速器１の出射エネルギー（スライス群Ｆ）ごとに、透過板を通過したり、しなかったりの切り替えを行うので、散乱量が変動を繰り返すことになる。

　通常、可変レンジシフタ３４のような透過板を用いない場合のＨＥＢＴの光学設計では、エネルギーと１対１対応する運動量で規格化した磁場強度（励磁強度）は一定である。一方、透過板を通過する場合には、低エネルギーになるほど散乱は強くなり、運動量（エネルギー）と磁場強度との関係は線形ではなくなるが、運動量が小さくなるほど、四極電磁石の強度が少なくてよくなる現象は同じである。しかし、図４に示すように、透過板を通過した場合の曲線（ｔｓ）の方が、透過板を通過しない場合の曲線（Ｎ）よりも四極電磁石が高くなる方にシフトする。

　つまり、運動量が一定でも、粒子線が透過する透過板の厚みを厚くすると、四極電磁石３６の磁場強度を上げる必要がある。その結果、発散したビームを収束させるために必要な四極電磁石３６の強度は、エネルギーを単調減少させているにもかかわらず、強弱を繰り返すことになる。具体例としては、ある段（スライス群Ｆ）における透過板を通過させない状態（図中、△印）から次の段における透過板を通過させる状態（図中、◇印）に切り替えた際に、四極電磁石３６の強度を上げることになる。

　ここで、例えば、特許文献１（段落００２１、図３）に記載されているように、常時、水等価厚の薄いベース透過板３４ｂを挿入しておくことで、中間値に調整するためのエネルギー調整用透過板３４ｓを挿入する際の発散角の変化を小さくする技術を取り入れることも考えられる。この場合、図５に示すように、ベース透過板３４ｂを使用した場合の曲線（ｔｂ）と、中間値に調整するためのエネルギー調整用透過板３４ｓ（図４と同じ厚み（ｔｓ）分）を追加した場合の曲線（ｔｂ＋ｔｓ）との差（四極電磁石３６の強度）は、図４よりも小さくなる。

　このように、ベース透過板３４ｂを用いて、必要な強度の差を小さくした場合、可変レンジシフタ３４の透過板の水等価厚みを増加させた際（図中、運動量が下がる方向で〇から◇へ移行時）に、一部のエネルギー領域において四極電磁石３６の強度を増加させないように調整することは可能である。しかし、患者ごとのＳＯＢＰを形成するすべてのエネルギーレンジにおいて、四極電磁石３６の強度を増加させることなく、エネルギーを調整することは困難であった。

　そこで、本実施の形態１にかかる粒子線治療装置においては、エネルギー設定値の小さな（浅い位置）スライス群Ｆに用いるベース透過板３４ｂ方が、エネルギー設定値の大きな（深い位置）スライス群Ｆに用いるベース透過板３４ｂよりも厚みが薄くなるようにした。表１に上述した図４に相当する従来例１、図５に相当する従来例２と、本実施の形態１にかかる粒子線治療装置または粒子線治療装置の運転方法の実施例における、エネルギー調整方法の具体例を示す。

　表１において、最上段はスライスＳの番号、次の段がスライス群Ｆの番号、その次が、スライスＳ毎のエネルギー設定値である。Ｅ_１、Ｅ_２、・・・と進むにつれ、順次ΔＥずつエネルギーが減少していく、つまり等間隔で深い方から浅い方に向かうものとする。そして、設定値のうち、Ｅ_１とＥ_２は、全エネルギーを３つの領域に分けたときの最大のエネルギーレンジにおける設定値を、Ｅ_ｉとＥ_ｉ＋１は、中間のエネルギーレンジにおける設定値を、Ｅ_ｊとＥ_ｊ＋１は、最小のエネルギーレンジにおける設定値をそれぞれ示す。それ以外の設定値については、記載を省略している。

　例えば、従来例１においては、スライス群Ｆ内の２つのエネルギー設定値（Ｅ_ｋとＥ_ｋ＋１）に対して、加速器１から同じエネルギー（Ｅ_ｋ）の粒子ビームを出射（Ａ欄）する。そして、ΔＥに相当する水等価厚ｔｓのエネルギー調整用透過板３４ｓを出し入れする（ＲＳ欄）ことで、スライス群Ｆ内のスライスＳ毎のエネルギー設定値に応じたエネルギーに調整していることを示している。

　そして、従来例２においては、スライス群Ｆ内の２つのエネルギー設定値（Ｅ_ｋとＥ_ｋ＋１）に対して、加速器１から、ベース透過板３４ｂで減衰する分を補償するように設定値（Ｅ_ｋ）よりも高めに設定した同じエネルギー（Ｅ_ｋ＋Ｅ_ｂ）の粒子ビームを出射（Ａ欄）する。そして、ΔＥに相当する水等価厚ｔｓのエネルギー調整用透過板３４ｓを出し入れする（ＲＳ欄）ことで、スライス群Ｆ内のスライスＳ毎のエネルギー設定値に応じたエネルギーに調整する。

　一方、実施例においては、エネルギーレンジ（領域）を３つに分け、最大レンジの領域（ｔ１域と称する。）では、第１水等価厚みｔ１を有するベース透過板３４ｂを用い、中間レンジの領域（ｔ２域と称する。）では、第１水等価厚みよりも薄い第２水等価厚みｔ２を有するベース透過板３４ｂを用い、最小レンジの領域（ｔ３域と称する。）では、第２水等価厚みよりも薄い第３水等価厚みｔ３を有するベース透過板３４ｂを用いる。

　そのため、スライス群Ｆ内の２つのエネルギー設定値（Ｅ_ｋとＥ_ｋ＋１）に対して、加速器１から出射する同じエネルギーは、設定値（Ｅ_ｋ）よりも、そのレンジで設定されたベース透過板３４ｂで減衰する分を補償するように、ｔ１域では（Ｅ_ｋ＋Ｅ_ｔ１）、ｔ２域では（Ｅ_ｋ＋Ｅ_ｔ２）、ｔ３域では（Ｅ_ｋ＋Ｅ_ｔ３）の粒子ビームを出射（Ａ欄）する。そして、ΔＥに相当する水等価厚ｔｓのエネルギー調整用透過板３４ｓを出し入れする（ＲＳ欄）ことで、スライス群Ｆ内のスライスＳ毎のエネルギー設定値に応じたエネルギーに調整する。

　つまり、図６に示すように、ｔ１域では曲線（ｔ１）と曲線（ｔ１＋ｔｓ）、ｔ２域では曲線（ｔ２）と曲線（ｔ２＋ｔｓ）、ｔ３域では曲線（ｔ３）と曲線（ｔ３＋ｔｓ）というように、領域ごとに可変レンジシフタ３４の透過板の厚みの組合せの異なる曲線に基づいて、エネルギーを調整することになる。これにより、患者ごとのＳＯＢＰを形成する全てのエネルギーレンジにおいて、四極電磁石３６の強度を増加させることなく、強度を変化させない場合も含み、単調減少になるように調整することが可能となる。

　その結果、ヒステリシスの影響を抑制して、四極電磁石３６における磁場強度を正確に制御でき、粒子ビームの状態が安定し、正確に３次元照射が可能な粒子線治療を行うことができる。

　また、上記のような構成の場合、低いエネルギーから高いエネルギーへスライスＳ毎にシフトしながら照射を行うようにすれば、四極電磁石３６の強度を減少させることなく、強度を変化させない場合も含み、単調増加になるように調整することが可能となる。したがって、その場合も、ヒステリシスの影響を抑制して、四極電磁石３６における磁場強度を正確に制御でき、粒子ビームの状態が安定し、正確に３次元照射が可能な粒子線治療を行うことができる。

　なお、上記説明では、エネルギーを３つの領域に分ける場合について説明したが、これに限ることはない。磁場強度が単調減少で制御できるのであれば、２つ以上の適当な数に分ければよい。さらには、加速器１の出射エネルギーごとに変化させてもよい。また、上記説明では、領域によって、水等価厚みの異なるベース透過板３４ｂを使い分ける場合を説明したが、これに限ることはない。可変レンジシフタ３４としての水等価厚（減衰量）の調整は、それぞれ所望の水等価厚に調整した透過板を用意するようにしてもよく、また、各透過板の厚みが２倍の関係になる複数の透過板を組み合わせることで、所望の水等価厚を得る、いわゆるバイナリ方式と呼ばれるもので実現してもよい。

　また、本実施の形態１にかかる粒子線治療装置では、エネルギー調整システム３を照射室ごとに設けられる粒子線照射装置５の一部として設置する形態を示したが、これに限られることはない。例えば、各照射室に共通の輸送系２部分に設置するようにしてもよい。

　さらに、本実施の形態１にかかる粒子線治療装置では、ビームの進行方向に垂直な面内での照射形状を形成する照射ノズル４には、供給されるビームの精度を要求されるスキャニング照射を行う例について記載したが、これに限られることはない。例えば、走査電磁石で拡大した照射野をマルチリーフコリメータ等の物理的な透過形状を有する制限器を利用して照射形状を形成するワブラ法のような場合であっても、走査電磁石に供給されるビームの精度が高まることで、正確な線量分布で照射することができる。

　以上のように、本実施の形態１にかかる粒子線治療装置によれば、照射対象を深さ方向に沿って複数のスライスＳに分割し、深さの順にスライスＳごとに成形した粒子線（粒子ビーム）を照射していく際、隣接する２つ以上のスライスＳを含むスライス群Ｆごとに加速器１から出射する粒子線のエネルギーを設定し、当該スライス群Ｆ内のスライスＳごとに減衰量を設定する粒子線治療装置であって、粒子線を透過させる透過板の厚みを変化させることで、減衰量を調整する可変レンジシフタ３４と、走査電磁石を有し、減衰量を調整された粒子線をスライスＳに応じて成形する照射ノズル４と、可変レンジシフタ３４と照射ノズル４との間に設置され、透過板によって発散した粒子線を収束させるように動作する四極電磁石３６と、加速器１と可変レンジシフタ３４の設定値を定めるとともに、設定値に応じて四極電磁石３６の励磁量を制御する制御部６と、を備え、制御部６は、スライス群Ｆごとに、当該スライス群Ｆ内で最も深い位置のスライスＳに対して、透過板が所定の厚みを有するように、加速器１から出射するエネルギーを最も深い位置のスライスＳに対応するエネルギーよりも高い値に設定するともに、スライス群Ｆごとに設定される透過板の厚みは、深い位置のスライス群Ｆに設定された厚みが、浅い位置のスライス群Ｆに設定された厚み以上であり、かつ、最も深い位置のスライス群Ｆに設定された厚みが、最も浅い位置のスライス群Ｆに設定された厚みよりも厚い、ように構成したので、四極電磁石３６の強度を単調に減少（あるいは増加）させる制御で、発散した粒子線を収束させることができるので、粒子ビームの状態が安定し、正確に３次元照射が可能な粒子線治療を行うことができる。

　とくに、照射ノズル４は、スキャニング法により、スライスＳに応じた成形を行うものであるので、とくに、照射ノズル４に入射するビームの安定性が必要であり、本発明の効果がより顕著にあらわれる。

　また、可変レンジシフタ３４と四極電磁石３６との間に、所定以上に発散した粒子線の通過を制限するコリメータ３５が設置されているので、さらに容易に四極電磁石３６の強度を単調に減少（あるいは増加）させる制御で、発散した粒子線を収束させることができる。

　また、本実施の形態１にかかる粒子線治療装置の運転方法によれば、照射対象を深さ方向に沿って複数のスライスＳに分割し、深さの順にスライスＳごとに照射ノズル４で成形した粒子線を照射していく際、隣接する２つ以上のスライスＳを含むスライス群Ｆごとに、加速器１から出射する粒子線のエネルギーを設定し、当該スライス群Ｆ内のスライスＳごとに可変レンジシフタ３４で減衰量を設定するとともに、可変レンジシフタ３４と照射ノズル４との間に設置された四極電磁石３６によって、照射ノズル４に入射する粒子線を収束させる粒子線治療装置の運転方法であって、加速器１のエネルギー設定値は、スライス群Ｆごとに、当該スライス群Ｆ内で最も深い位置のスライスＳに対して、可変レンジシフタ３４が所定の減衰量を有するように、最も深い位置のスライスＳに対応するエネルギーよりも高い値に設定するとともに、スライス群Ｆごとに設定される減衰量は、深い位置のスライス群Ｆに設定された値が、浅い位置のスライス群Ｆに設定された値以上であり、かつ、最も深い位置のスライス群Ｆに設定された値が、最も浅い位置のスライス群Ｆに設定された値よりも大きくなるように設定され、加速器１のエネルギー設定値と可変レンジシフタ３４の減衰量に応じて、四極電磁石３６の励磁量を制御するように構成したので、四極電磁石３６の強度を単調に減少（あるいは増加）させる制御で、発散した粒子線を収束させることができるので、粒子ビームの状態が安定し、正確に３次元照射が可能な粒子線治療を行うことができる。

　１：加速器、　２：輸送系、　３：エネルギー調整システム、　
４：照射ノズル、　５：粒子線照射装置、
３４：可変レンジシフタ、　３４ｂ：ベース透過板、　
３４ｓ：エネルギー調整用透過板、　３５：コリメータ、　
３６：四極電磁石、
Ｆ：スライス群、　Ｓ：スライス、　Ｖｔ：照射領域。

Claims (4)

1. 　照射対象を深さ方向に沿って複数のスライスに分割し、深さの順にスライスごとに成形した粒子線を照射していく際、隣接する２つ以上のスライスを含むスライス群ごとに加速器から出射する粒子線のエネルギーを設定し、当該スライス群内のスライスごとに減衰量を設定する粒子線治療装置であって、
   　粒子線を透過させる透過板の厚みを変化させることで、前記減衰量を調整する可変レンジシフタと、
   　走査電磁石を有し、前記減衰量を調整された粒子線を前記スライスに応じて成形する照射ノズルと、
   　前記可変レンジシフタと前記照射ノズルとの間に設置され、前記透過板によって発散した粒子線を収束させるように動作する四極電磁石と、
   　前記加速器と前記可変レンジシフタの設定値を定めるとともに、設定値に応じて前記四極電磁石の励磁量を制御する制御部と、を備え、
   　前記制御部は、
   　前記スライス群ごとに、当該スライス群内で最も深い位置のスライスに対して、前記透過板が所定の厚みを有するように、前記加速器から出射するエネルギーを前記最も深い位置のスライスに対応するエネルギーよりも高い値に設定するともに、
   　前記スライス群ごとに設定される前記透過板の厚みは、深い位置のスライス群に設定された厚みが、浅い位置のスライス群に設定された厚み以上であり、かつ、最も深い位置のスライス群に設定された厚みが、最も浅い位置のスライス群に設定された厚みよりも厚いことを特徴とする粒子線治療装置。
2. 　前記照射ノズルは、スキャニング法により、前記スライスに応じた成形を行うことを特徴とする請求項１に記載の粒子線治療装置。
3. 　前記可変レンジシフタと前記四極電磁石との間に、所定以上に発散した粒子線の通過を制限するコリメータが設置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の粒子線治療装置。
4. 　照射対象を深さ方向に沿って複数のスライスに分割し、深さの順にスライスごとに照射ノズルで成形した粒子線を照射していく際、隣接する２つ以上のスライスを含むスライス群ごとに、加速器から出射する粒子線のエネルギーを設定し、当該スライス群内のスライスごとに可変レンジシフタで減衰量を設定するとともに、前記可変レンジシフタと前記照射ノズルとの間に設置された四極電磁石によって、前記照射ノズルに入射する粒子線を収束させる粒子線治療装置の運転方法であって、
   　前記加速器のエネルギー設定値は、前記スライス群ごとに、当該スライス群内で最も深い位置のスライスに対して、前記可変レンジシフタが所定の減衰量を有するように、前記最も深い位置のスライスに対応するエネルギーよりも高い値に設定するとともに、
   　前記スライス群ごとに設定される減衰量は、深い位置のスライス群に設定された値が、浅い位置のスライス群に設定された値以上であり、かつ、最も深い位置のスライス群に設定された値が、最も浅い位置のスライス群に設定された値よりも大きくなるように設定され、
   　前記加速器のエネルギー設定値と前記可変レンジシフタの減衰量に応じて、前記四極電磁石の励磁量を制御することを特徴とする粒子線治療装置の運転方法。

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