エネルギーデグレーダ、及びそれを備えた荷電粒子照射システム
【課題】装置の小型化を図ることが可能なエネルギーデグレーダ、及びそれを備えた荷電粒子照射システムを提供すること。
【解決手段】エネルギーを減衰させる減衰部１２として、段階的又は連続的に厚さが異なる部分１１を、荷電粒子の進行方向と交差する面において２次元的に配置する。そして、エネルギーデグレーダ１０は、２次元座標系で交差する第１の軸方向Ｘ及び第２の軸方向Ｙに減衰部１２を並進駆動する駆動手段４０を備える構成とする。２次元的に配置された減衰部を活用することで、減衰部の最大外形を小さくすることができる。これにより、装置の小型化を図ることができる。また、同時に２軸方向に、減衰部を移動させることで、移動時間を短縮し、エネルギー減衰量の調整時間を短縮することができる。
【解決手段】エネルギーを減衰させる減衰部１２として、段階的又は連続的に厚さが異なる部分１１を、荷電粒子の進行方向と交差する面において２次元的に配置する。そして、エネルギーデグレーダ１０は、２次元座標系で交差する第１の軸方向Ｘ及び第２の軸方向Ｙに減衰部１２を並進駆動する駆動手段４０を備える構成とする。２次元的に配置された減衰部を活用することで、減衰部の最大外形を小さくすることができる。これにより、装置の小型化を図ることができる。また、同時に２軸方向に、減衰部を移動させることで、移動時間を短縮し、エネルギー減衰量の調整時間を短縮することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子のエネルギーを減衰させるエネルギーデグレーダ、及びそれを備えた荷電粒子照射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
陽子ビームなどの荷電粒子を患者に照射してがん治療を行う設備が知られている。この種の設備は、イオン源により生成されたイオン（荷電粒子）を加速させるサイクロトロン、サイクロトロンで加速された荷電粒子を輸送する輸送ライン、及び患者に対して任意の方向から荷電粒子を照射する回転自在の照射装置（回転ガントリ）を備えている。
【０００３】
下記特許文献１に記載の粒子線照射装置は、シンクロトロン（加速器）で加速された荷電粒子ビームのエネルギーを、レンジシフタを用いて減衰させることで、被照射体の内部に到達する荷電粒子ビームの深さ位置を制御している。このレンジシフタは、階段状に厚さが異なるように形成され、階段状に構成された各段のうちの何れの段の位置で荷電粒子ビームを通過させるかによって、深さ方向の位置を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３４５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、レンジシフタを１軸方向に駆動することで、荷電粒子ビームが通過する位置を変更し、エネルギーの減衰量を変化させている。特許文献１に記載されているようなシンクロトロンでは、加速された荷電粒子のエネルギーを変更することが可能な構成であるが、サイクロトロン自体では取り出す荷電粒子のエネルギーの調整が非常に困難である。サイクロトロンにおいて、取り出す荷電粒子のエネルギーを調整する場合には、サイクロトロン内に設けられた電磁石によって生じさせる磁場の大きさを変化させる必要がある。しかしながら、磁場の大きさを変化させると、サイクロトロン内の他の機器（例えばディー電極へ供給する電流の周波数）の調整を精密に行わなければ所望のエネルギーの荷電粒子を取り出すことができないため、非常に手間と時間がかかり、現実的ではないという問題がある。
【０００６】
そして、上述した１軸方向に駆動する方式を、サイクロトロンで加速された荷電粒子を減衰させる装置に適用しようとすると、レンジシフタが１軸方向に長くなり、装置の大型化につながることになる。そこで、装置の小型化を図ることが可能なエネルギーデグレーダが求められている。
【０００７】
本発明は、以上の課題を解決することを目的としており、装置の小型化を図ることが可能なエネルギーデグレーダ、及びそれを備えた荷電粒子照射システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、入射した荷電粒子のエネルギーを減衰させる減衰部を備えたエネルギーデグレーダであって、荷電粒子の進行方向と交差する面内の２次元座標系における交差する２軸の方向を第１の軸方向及び第２の軸方向とし、２次元座標系の位置に応じて、段階的又は連続的に厚さが異なる減衰部と、当該減衰部を、第１の軸方向及び第２の軸方向に並進駆動する駆動手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るエネルギーデグレーダでは、段階的又は連続的に厚さが異なる減衰部が、荷電粒子の進行方向と交差する面において２次元的に配置されている。そして、エネルギーデグレーダは、２次元座標系で交差する第１の軸方向及び第２の軸方向に減衰部を並進駆動する駆動手段を備える構成であるため、厚さが異なる部分が２次元的に配置された減衰部を活用することができ、一つの軸方向に減衰部を駆動させる方式と比較して減衰部の最大外形を小さくすることができる。これにより、装置の小型化を図ることができる。また、同時に２軸方向に、減衰部を移動させることで、移動時間を短縮し、エネルギー減衰量の調整時間を短縮することができる。
【００１０】
ここで、２次元座標系における直交する２軸の方向を第１の軸方向及び第２の軸方向とし、減衰部は、厚さが異なる複数のピースから成る集合体であり、集合体は、第１の軸方向に沿って順々に厚さが異なるように複数のピースが配置されたピース列を備え、当該ピース列は、隣り合う列同士で逆向きで順々に厚さが異なるように前記複数のピースが配置されている構成が好ましい。これにより、複数のピースが、順々に厚さが異なるように配置されているため、減衰部の移動距離を短くすることで、エネルギー減衰量の調整時間を短縮することができる。
【００１１】
また、本発明の荷電粒子照射システムは、上記のエネルギーデグレーダを備え、荷電粒子を照射することを特徴としている。また、本発明の荷電粒子照射システムは、エネルギーデグレーダを備え、荷電粒子を照射する荷電粒子照射システムであって、エネルギーデグレーダの前段に配置され、荷電粒子を加速する加速器と、エネルギーデグレーダの後段に配置され、エネルギーデグレーダを通過した荷電粒子のうち所望のエネルギー幅の荷電粒子を選択的に取り出すエネルギー選択部と、エネルギー選択部の後段に配置され、エネルギー選択部によって取り出された前記所望のエネルギー幅の荷電粒子を、照射する照射装置と、を備えることを特徴としている。
【００１２】
本発明に係る荷電粒子照射システムは、段階的又は連続的に厚さが異なる減衰部が、荷電粒子の進行方向と交差する面において２次元的に配置されたエネルギーデグレーダを備えている。そして、エネルギーデグレーダは、２次元座標系で交差する第１の軸方向及び第２の軸方向に減衰部を並進駆動する駆動手段を備える構成であるため、一つの軸方向に減衰部を駆動させる方式と比較して、減衰部の最大外形を小さくすることができる。これにより、装置の小型化を図ることができる。また、同時に２軸方向に、減衰部を移動させることで、移動時間を短縮し、エネルギー減衰量の調整時間を短縮することができる。
【００１３】
また、本発明は、入射した荷電粒子のエネルギーを減衰させる減衰部を備えたエネルギーデグレーダにおいて、荷電粒子の進行方向と交差する面内の２次元座標系の位置に応じて、段階的に厚さが異なる減衰部と、当該減衰部を、進行方向に延在する回転軸回りに回転駆動すると共に、回転軸を軸心とする円周の径方向に駆動する駆動手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るエネルギーデグレーダでは、段階的に厚さが異なる減衰部が、荷電粒子の進行方向と交差する面において２次元的に配置されている。そして、エネルギーデグレーダは、減衰部を、荷電粒子の進行方向に延在する回転軸回りに回転駆動すると共に、回転軸を軸心とする円周の径方向に駆動する駆動手段を備える構成であるため、厚さが異なる部分が２次元的に配置された減衰部を活用することができ、一つの軸方向に減衰部を駆動させる方式と比較して、減衰部の最大外形を小さくことができる。これにより、装置の小型化を図ることができる。
【００１５】
ここで、減衰部は、厚さが異なる複数のピースから成る集合体であり、当該集合体は、円周の周方向に沿って順々に厚さが異なるように複数のピースが配置されたピース列を備え、当該ピース列は、回転軸を軸心とするらせん状に配置され、径方向に複数列形成されている構成が好適である。これにより、複数のピースが、順々に厚さが異なるように配置されているため、減衰部の移動距離を短くすることで、エネルギー減衰量の調整時間を短縮することができる。
【００１６】
また、本発明の荷電粒子照射システムは、上記のエネルギーデグレーダを備え、荷電粒子を照射することを特徴としている。また、本発明の荷電粒子照射システムは、エネルギーデグレーダを備え、荷電粒子を照射する荷電粒子照射システムであって、エネルギーデグレーダの前段に配置され、荷電粒子を加速する加速器と、エネルギーデグレーダの後段に配置され、エネルギーデグレーダを通過した荷電粒子のうち所望のエネルギー幅の荷電粒子を選択的に取り出すエネルギー選択部と、エネルギー選択部の後段に配置され、エネルギー選択部によって取り出された所望のエネルギー幅の荷電粒子を、照射する照射装置と、を備えることを特徴としている。
【００１７】
本発明に係る荷電粒子照射システムは、段階的に厚さが異なる減衰部が、荷電粒子の進行方向と交差する面において２次元的に配置されたエネルギーデグレーダを備えている。そして、エネルギーデグレーダは、荷電粒子の進行方向に延在する回転軸回りに回転駆動する共に、回転軸を軸心とする円周の径方向に駆動する駆動手段を備える構成であるため、一つの軸方向に減衰部を駆動させる方式と比較して、減衰部の最大外形を小さくことができる。これにより、装置の小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、２次元的に減衰材を配置することで小型化が図られたエネルギーデグレーダ、及びそれを備えた荷電粒子照射システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る粒子線治療システムの配置図である。
【図２】本発明の実施形態に係るエネルギーデグレーダを示す概略図である。
【図３】減衰材ピースの配列方向を示す概略図である。
【図４】減衰部の厚み方向の形状を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係るエネルギーデグレーダ、及びそれを備えた荷電粒子照射システムの好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態では、荷電粒子照射システムを粒子線治療システムとした場合について説明する。
【００２１】
（荷電粒子照射システム）
粒子線治療システムは、例えばがん治療に適用されるものであり、患者の体内の腫瘍（照射目標物）に対して、陽子ビーム（荷電粒子）を照射する装置である。
【００２２】
図１に示すように、粒子線治療システム１は、イオン源（図示せず）にて生成されたイオン（水素の陰イオン）を加速させた後に陰イオンから電子を剥ぎ取ることで陽子ビームを生成するサイクロトロン（粒子加速器）２、患者に対して任意の方向から陽子ビームを照射する回転自在の回転ガントリ（照射装置）３、サイクロトロン２で生成された陽子ビーム（サイクロトロンで加速された荷電粒子ビーム）を回転ガントリ３まで輸送する輸送ライン４を備えている。
【００２３】
サイクロトロン２で加速された陽子ビームは、輸送ライン４に沿って経路が変更され、回転ガントリ３に輸送される。輸送ライン４には、陽子ビームの経路を変更させるための偏向磁石が設けられている。また、輸送ライン４には、荷電粒子のエネルギーを減衰させるエネルギーデグレーダ１０が設けられている（詳しくは後述する）。
【００２４】
更に、輸送ライン４には、エネルギーデグレーダ１０の後段（下流）に、ＥＳＳ（エネルギー選択システム）３０が設けられている。このＥＳＳ３０は、輸送されてきた所定のエネルギー分布を有する陽子ビームから所望のエネルギー幅の陽子ビームを選択的に取り出すものである。ＥＳＳ３０では、陽子ビームのエネルギー幅が、所望の範囲となるように選択される。
【００２５】
回転ガントリ３は、患者が横たわる治療台、患者に向けて陽子ビームを照射する照射部を備えている。エネルギーデグレーダ１０によってエネルギーが減衰された荷電粒子は、照射部から出射され、患者の対象部位に照射される。
【００２６】
（エネルギーデグレーダ）
図２は、本発明の実施形態に係るエネルギーデグレーダを示す概略図である。図２では、エネルギーデグレーダ１０を陽子ビームＢの進行方向から示している。図２に示すエネルギーデグレーダ１０は、陽子ビームＢの経路上に設けられ、陽子ビームＢのエネルギーを減衰させるものである。エネルギーデグレーダ１０は、透過する陽子ビームＢのエネルギーを減衰させる複数の減衰材ピース１１を備えている。減衰材ピース１１の材質としては、例えば、炭素（Ｃ）、ベリリウム（Ｂｅ）などが挙げられる。
【００２７】
ここで、複数の減衰材ピース１１は、互いに異なる厚さを有し、陽子ビームＢと交差する面内おいて２次元的に配置されている。この２次元的に配置された複数の減衰材ピース１１は、例えば、第１の軸方向Ｘ（図示左右方向）に９個配置され、第２の軸方向Ｙ（図示上下方向）に９個配置されている。これらの複数の減衰材ピース１１から成る集合体は、直交する第１の軸Ｘ及び第２の軸Ｙを有する２次元座標系の位置に応じて異なる厚さの減衰部１２を形成している。なお、第１の軸方向Ｘおよび第２の軸方向Ｙは、互いに交差していればよく、直交していなくてもよい。
【００２８】
また、複数の減衰材ピース１１は、第１の軸方向Ｘに沿って、順々に厚さが異なるように（図４参照）配列されたピース群（ピース列）１３を形成している。本実施形態の減衰部１２では、第１の軸方向Ｘに配列されたピース群１３が、第２の軸方向Ｙに複数列形成されている。そして、第２の軸方向Ｙに隣接するピース群１３は、互いに逆向きに、厚さが減少（または増加）するように、減衰材ピース１１が配置されている。
【００２９】
減衰材ピース１１の各位置は、２次元座標系（ｘ，ｙ）を用いて表現することができる。例えば、図３に示す左上の減衰材ピース１１を基準（ｘ，ｙ）＝（１，１）とし、第１の軸方向Ｘに１つ移動するごとに、（２，１）、（３，１）、…、（９，１）と表現し、基準（１，１）から第２の軸方向Ｙに１つ移動するごとに、（１，２）、（１，３）、…、（１，９）と表現する。本実施形態の減衰部１２では、座標（１，１）、（２，１）、…、（９，１）、（９，２）、（８，２）、…、（１，２）、（１，３）、…、（９，９）と移動するごとに、順々に厚さが減少するように、減衰材ピース１１が各々配置されている。なお、順々に厚さが増加するように減衰材ピース１１が配置されていてもよく、不規則に厚さが増加又は減少するように減衰材ピース１１が配置されていてもよい。順々に厚さが変化するとは、一定の変化量で厚さが増加又は減少することをいう。
【００３０】
また、本実施形態の減衰材ピース１１は、正面視（陽子ビームの進行方向から見て）において、正方形を成している。そして、減衰材ピース１１の集合体である減衰部１２も正面視において、正方形を成している。なお、減衰材ピース１１及び減衰部１２の正面視における形状は、その他の形状（三角形、台形、ひし形、円形など）でもよい。
【００３１】
（駆動機構）
エネルギーデグレーダ１０は、図２に示すように、減衰部を第１の軸方向Ｘ及び第２の軸方向Ｙに並進駆動する駆動機構（駆動手段）４０を備えている。この駆動機構４０は、減衰部を固定する固定用フレーム４１、この固定用フレーム４１を第１の軸方向Ｘの両側から支持する一対の第１リニアガイド４２、第１リニアガイド４２を第２の軸方向Ｙに駆動するためのボールねじ４３、このボールねじ４３を回転駆動するための駆動モータ４４、この駆動モータ４４及びボールねじ４３と共に駆動される駆動用フレーム４５、この駆動用フレーム４５を第２の軸方向Ｙの両側から支持する一対の第２リニアガイド４６、第２リニアガイド４６を第１の軸方向Ｘに駆動するためのボールねじ４７、このボールねじ４７を回転駆動するための駆動モータ４８、この駆動モータ４８及びボールねじ４７が固定される土台フレーム４９を備えている。
【００３２】
固定用フレーム４１は、例えば矩形の枠体であり、複数の減衰材ピース１１を外面側から固定するものである。第１リニアガイド４２は、第２の軸方向Ｙに延在し、第１の軸方向Ｘの両側から固定用フレーム４１を支持している。また、第１のリニアガイド４２には、ボールねじ４３を挿通するナット４３ａが連結されている。そして、駆動モータ４４の回転軸に、一対のボールねじ４３の一方が連結されている。
【００３３】
駆動用フレーム４５は、例えば矩形の枠体であり、一対のボールねじ４３及び駆動モータ４４を支持している。駆動用フレーム４５の第２の軸方向Ｙに延在するフレーム部分に、一対のボールねじ４３が固定されて第２の軸方向Ｙに延在している。第２リニアガイド４６は、第１の軸方向Ｘに延在し、第２の軸方向Ｙの両側から駆動用フレーム４５を支持している。また、第２のリニアガイド４６には、ボールねじ４７を挿通するナット４７ａが連結されている。そして、駆動モータ４８の回転軸に、一対のボールねじ４７の一方が連結されている。
【００３４】
土台フレーム４９は、例えば矩形の枠体であり、一対のボールねじ４７及び駆動モータ４８を支持している。土台フレーム４９の第１の軸方向Ｘに延在するフレーム部分に、一対のボールねじ４７が固定されて第１の軸方向Ｘに延在している。
【００３５】
（駆動機構の制御部）
エネルギーデグレーダ１０は、駆動機構４０の動作を制御する制御部（不図示）を備えている。駆動機構４０の制御部は、例えば、粒子線治療システム１の動作を制御する陽子線治療装置制御端末（不図示）に組み込まれている。この陽子線治療装置端末は、演算処理を行うＣＰＵ、記憶部となるＲＯＭ及びＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成されている。
【００３６】
駆動機構４０の制御部には、駆動モータ４４，４８が電気的に接続されている。駆動モータ４４，４８は、制御部からの指令信号に従って作動する。駆動モータ４８は、駆動用フレーム４５を第１の軸方向Ｘに駆動する。駆動モータ４４は、固定用フレーム４１を第２の軸方向Ｙに駆動する。すなわち、駆動モータ４８及びボールねじ４７によって、駆動用フレーム４５が第１の軸方向Ｘに駆動され、駆動用フレーム４５に固定された駆動モータ４４及びボールねじ４３によって、固定用フレーム４１が第２の軸方向Ｙに駆動される。これにより、固定用フレーム４１に支持された減衰部（複数の減衰材ピース１１）１２が、第１の軸方向Ｘ及び第２の軸方向Ｙに並進駆動される。
【００３７】
（エネルギーデグレーダ及粒子線治療システムの作用）
粒子線治療システム１では、サイクロトロン２によって陽子ビームＢが加速され、加速された陽子ビームＢ（例えば２３０ＭｅＶ±数ＭｅＶのエネルギー範囲を有する）は、エネルギーデグレーダ１０に導入される。エネルギーデグレーダ１０では、駆動機構４０によって減衰部１２が第１の軸方向Ｘ及び第２の軸方向Ｙに並進駆動され、陽子ビームＢの経路上に、所望の減衰材ピース１１が配置されている。そして、この減衰材ピース１１を通過した陽子ビームＢは、減衰材ピース１１によって減速されて、エネルギーが減衰させられる（例えば２００ＭｅＶ±十数ＭｅＶ）。ここで、減衰材ピース１１を通過した陽子ビームＢは、減衰材ピース１１を通過する際に僅かながらエネルギー幅が拡大される。
【００３８】
エネルギーデグレーダ１０を通過した陽子ビームＢは、ＥＳＳ３０に導入される。ＥＳＳ３０では、導入された陽子ビームＢうち、所望のエネルギー範囲の陽子ビームＢが選択的に取り出される（例えば２００ＭｅＶ±１ＭｅＶ）。エネルギー幅が選択された陽子ビームＢは、輸送ライン４によって輸送されて回転ガントリ３に導入されて、被照射体に照射される。これにより、被照射体の内部の所定の深さ位置に到達するように陽子ビームＢが照射される。
【００３９】
このような本実施形態のエネルギーデグレーダ及びそれを備えた粒子線治療システムによれば、段階的又は連続的（直線的、曲線的）に厚さが異なる減衰部が、荷電粒子の進行方向と交差する面において２次元的に配置されている。そして、エネルギーデグレーダは、２次元座標系で交差する第１の軸方向及び第２の軸方向に減衰部を並進駆動する駆動手段を備える構成であるため、一つの軸方向に減衰部を駆動させる方式と比較して、減衰部の最大外形を小さくすることができる。これにより、装置の小型化を図ることができる。また、同時に２軸方向に、減衰部を移動させることで、移動時間を短縮し、エネルギー減衰量の調整時間を短縮することができる。
【００４０】
また、本実施形態のエネルギーデグレーダ１０の減衰部１２では、第１の軸方向に沿って順々に厚さが異なるように複数の減衰材ピース１１が配置されたピース群１３を備え、当該ピース群１３は、第２の軸方向Ｙに複数列形成され、第２の軸方向Ｙに隣接するピース群１３同士は、逆向きに厚さが減少するように配置されている。例えば奇数列のピース群１３では、図示右方向へ移動するごとに、厚さが減少し、偶数列のピース群１３では、図示左方向へ移動するごとに、厚さが減少するように、減衰材ピース１１が配列されている。このように複数の減衰材ピース１１が、順々に厚さが異なるように配置いるため、減衰部１２の移動距離を短く抑えることができ、エネルギー減衰量の調整時間を短縮することができる。
【００４１】
また、本実施形態の粒子線治療システムでは、サイクロトロン２と、ＥＳＳ３０との間にエネルギーデグレーダ１０が配置されているため、エネルギーデグレーダ１０を通過することで陽子ビームＢから、ＥＳＳ３０によって所望のエネルギー幅を有する陽子ビームＢが選択的に取り出される。陽子ビームＢはエネルギーデグレーダ１０を通過する際にエネルギー幅が拡大されるが、その後ＥＳＳ３０によって所望のエネルギー範囲の陽子ビームＢが選択的に取り出されるため、回転ガントリー３へ輸送する陽子ビームＢのエネルギー幅を精度良く調整することができる。なお、エネルギーデグレーダ１０は、ＥＳＳ３０の後段に設けられていてもよい。
【００４２】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。図３は、減衰材ピースの配列方向を示す概略図である。上記実施形態では、図３（ａ）の矢印Ａ１に示されるように、減衰材ピース１１の厚さが減少するように減衰部１２が構成されているが、その他の方向に沿って、厚さが減少するように減衰材ピース１１が配置されていてもよい。例えば、図３（ａ）の矢印Ａ２に示す斜め方向に、順々に厚さが減少又は増加するように、減衰材ピース１１が配置されている構成でもよい。また、図３（ｂ）の矢印Ａ３に示すように、減衰部１２の中央を基点として、旋回するように、らせん状に、順々に厚さが減少又は増加するように減衰材ピース１１が配置されている構成でもよい。
【００４３】
図４は、減衰部の厚み方向の形状を示す側面図である。上記実施形態では、図４（ａ）に示されるように、段階的に厚さが変化するように減衰部１２が構成されているが、図４（ｂ）に示されるように、例えば、第１の軸方向Ｘの位置に応じて、直線的（連続的）に、厚さが変化する減衰部１２としてもよい。また、曲線的に、厚さが変化する減衰部としてもよい。例えば、厚さの増減率は、一定でなくてもよい。
【００４４】
また、上記の減衰部１２は、複数の減衰材ピース１１の集合体から形成されているが、一体として形成され、位置に応じて厚さが異なるように形成された減衰部１２でもよい。また、例えば、第１の軸方向Ｘに延在する部分ごとに、一体的に形成されている減衰部１２でもよい。
【００４５】
また、エネルギーデグレーダ１０は、入射した荷電粒子のエネルギーを減衰させる減衰部を備えたエネルギーデグレーダにおいて、荷電粒子の進行方向と交差する面内の２次元座標系の位置に応じて、段階的に厚さが異なる減衰部と、減衰部を、進行方向に延在する回転軸回りに回転駆動すると共に、回転軸を軸心とする円周の径方向に駆動する駆動手段と、を備える構成でもよい。これにより、一つの軸方向に減衰部を駆動させる方式と比較して、減衰部の最大外形を小さくことができ、装置の小型化を図ることができる。このような場合には、回転軸を所定の方向に移動させることで、減衰部を径方向に移動させる駆動手段を構成することができる。
【００４６】
ここで、減衰部１２は、厚さが異なる複数の減衰材ピース１１から成る集合体であり、当該集合体は、円周の周方向に沿って順々に厚さが異なるように複数の減衰材ピース１１が配置されたピース列を備え、当該ピース列は、回転軸を軸心とするらせん状に配置され、径方向に複数列形成されている構成が好適である。これにより、複数の減衰材ピース１１が、順々に厚さが異なるように配置されているため、減衰部１２の移動距離を短くすることで、エネルギー減衰量の調整時間を短縮することができる。そして、このようなエネルギーデグレーダを備える荷電粒子照射システムを構成してもよい。
【００４７】
また、荷電粒子は、水素を用いた陽子線に限定されず、他の荷電粒子（例えば炭素を用いた重粒子線）でも良い。
【００４８】
また、加速器は、サイクロトロンに限定されず、他の加速器（例えばシンクロサイクロトロンやシンクロトロン）でもよい。
【００４９】
また、エネルギーデグレーダは、サイクロトロンとＥＳＳとの間に配置される構成に限定されず、他の箇所（例えば、回転ガントリに設けられた照射ノズルの内部など）に配置されたものでもよい。
【００５０】
また、荷電粒子照射システムは、エネルギー選択部を備えていない構成でもよい。荷電粒子照射システムは、エネルギーデグレーダを備え、当該エネルギーデグレーダによってエネルギーが減衰された荷電粒子を照射可能な構成であればよい。
【符号の説明】
【００５１】
１…粒子線治療システム（荷電粒子照射システム）、２…サイクロトロン（粒子加速器）、３…回転ガントリ、４…輸送ライン、１０…エネルギーデグレーダ、１１…減衰材ピース、１２…減衰部、１３…ピース群（ピース列）、３０…ＥＳＳ（エネルギー選択部）、４０…駆動機構（駆動手段）４０。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子のエネルギーを減衰させるエネルギーデグレーダ、及びそれを備えた荷電粒子照射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
陽子ビームなどの荷電粒子を患者に照射してがん治療を行う設備が知られている。この種の設備は、イオン源により生成されたイオン（荷電粒子）を加速させるサイクロトロン、サイクロトロンで加速された荷電粒子を輸送する輸送ライン、及び患者に対して任意の方向から荷電粒子を照射する回転自在の照射装置（回転ガントリ）を備えている。
【０００３】
下記特許文献１に記載の粒子線照射装置は、シンクロトロン（加速器）で加速された荷電粒子ビームのエネルギーを、レンジシフタを用いて減衰させることで、被照射体の内部に到達する荷電粒子ビームの深さ位置を制御している。このレンジシフタは、階段状に厚さが異なるように形成され、階段状に構成された各段のうちの何れの段の位置で荷電粒子ビームを通過させるかによって、深さ方向の位置を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３４５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、レンジシフタを１軸方向に駆動することで、荷電粒子ビームが通過する位置を変更し、エネルギーの減衰量を変化させている。特許文献１に記載されているようなシンクロトロンでは、加速された荷電粒子のエネルギーを変更することが可能な構成であるが、サイクロトロン自体では取り出す荷電粒子のエネルギーの調整が非常に困難である。サイクロトロンにおいて、取り出す荷電粒子のエネルギーを調整する場合には、サイクロトロン内に設けられた電磁石によって生じさせる磁場の大きさを変化させる必要がある。しかしながら、磁場の大きさを変化させると、サイクロトロン内の他の機器（例えばディー電極へ供給する電流の周波数）の調整を精密に行わなければ所望のエネルギーの荷電粒子を取り出すことができないため、非常に手間と時間がかかり、現実的ではないという問題がある。
【０００６】
そして、上述した１軸方向に駆動する方式を、サイクロトロンで加速された荷電粒子を減衰させる装置に適用しようとすると、レンジシフタが１軸方向に長くなり、装置の大型化につながることになる。そこで、装置の小型化を図ることが可能なエネルギーデグレーダが求められている。
【０００７】
本発明は、以上の課題を解決することを目的としており、装置の小型化を図ることが可能なエネルギーデグレーダ、及びそれを備えた荷電粒子照射システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、入射した荷電粒子のエネルギーを減衰させる減衰部を備えたエネルギーデグレーダであって、荷電粒子の進行方向と交差する面内の２次元座標系における交差する２軸の方向を第１の軸方向及び第２の軸方向とし、２次元座標系の位置に応じて、段階的又は連続的に厚さが異なる減衰部と、当該減衰部を、第１の軸方向及び第２の軸方向に並進駆動する駆動手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るエネルギーデグレーダでは、段階的又は連続的に厚さが異なる減衰部が、荷電粒子の進行方向と交差する面において２次元的に配置されている。そして、エネルギーデグレーダは、２次元座標系で交差する第１の軸方向及び第２の軸方向に減衰部を並進駆動する駆動手段を備える構成であるため、厚さが異なる部分が２次元的に配置された減衰部を活用することができ、一つの軸方向に減衰部を駆動させる方式と比較して減衰部の最大外形を小さくすることができる。これにより、装置の小型化を図ることができる。また、同時に２軸方向に、減衰部を移動させることで、移動時間を短縮し、エネルギー減衰量の調整時間を短縮することができる。
【００１０】
ここで、２次元座標系における直交する２軸の方向を第１の軸方向及び第２の軸方向とし、減衰部は、厚さが異なる複数のピースから成る集合体であり、集合体は、第１の軸方向に沿って順々に厚さが異なるように複数のピースが配置されたピース列を備え、当該ピース列は、隣り合う列同士で逆向きで順々に厚さが異なるように前記複数のピースが配置されている構成が好ましい。これにより、複数のピースが、順々に厚さが異なるように配置されているため、減衰部の移動距離を短くすることで、エネルギー減衰量の調整時間を短縮することができる。
【００１１】
また、本発明の荷電粒子照射システムは、上記のエネルギーデグレーダを備え、荷電粒子を照射することを特徴としている。また、本発明の荷電粒子照射システムは、エネルギーデグレーダを備え、荷電粒子を照射する荷電粒子照射システムであって、エネルギーデグレーダの前段に配置され、荷電粒子を加速する加速器と、エネルギーデグレーダの後段に配置され、エネルギーデグレーダを通過した荷電粒子のうち所望のエネルギー幅の荷電粒子を選択的に取り出すエネルギー選択部と、エネルギー選択部の後段に配置され、エネルギー選択部によって取り出された前記所望のエネルギー幅の荷電粒子を、照射する照射装置と、を備えることを特徴としている。
【００１２】
本発明に係る荷電粒子照射システムは、段階的又は連続的に厚さが異なる減衰部が、荷電粒子の進行方向と交差する面において２次元的に配置されたエネルギーデグレーダを備えている。そして、エネルギーデグレーダは、２次元座標系で交差する第１の軸方向及び第２の軸方向に減衰部を並進駆動する駆動手段を備える構成であるため、一つの軸方向に減衰部を駆動させる方式と比較して、減衰部の最大外形を小さくすることができる。これにより、装置の小型化を図ることができる。また、同時に２軸方向に、減衰部を移動させることで、移動時間を短縮し、エネルギー減衰量の調整時間を短縮することができる。
【００１３】
また、本発明は、入射した荷電粒子のエネルギーを減衰させる減衰部を備えたエネルギーデグレーダにおいて、荷電粒子の進行方向と交差する面内の２次元座標系の位置に応じて、段階的に厚さが異なる減衰部と、当該減衰部を、進行方向に延在する回転軸回りに回転駆動すると共に、回転軸を軸心とする円周の径方向に駆動する駆動手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るエネルギーデグレーダでは、段階的に厚さが異なる減衰部が、荷電粒子の進行方向と交差する面において２次元的に配置されている。そして、エネルギーデグレーダは、減衰部を、荷電粒子の進行方向に延在する回転軸回りに回転駆動すると共に、回転軸を軸心とする円周の径方向に駆動する駆動手段を備える構成であるため、厚さが異なる部分が２次元的に配置された減衰部を活用することができ、一つの軸方向に減衰部を駆動させる方式と比較して、減衰部の最大外形を小さくことができる。これにより、装置の小型化を図ることができる。
【００１５】
ここで、減衰部は、厚さが異なる複数のピースから成る集合体であり、当該集合体は、円周の周方向に沿って順々に厚さが異なるように複数のピースが配置されたピース列を備え、当該ピース列は、回転軸を軸心とするらせん状に配置され、径方向に複数列形成されている構成が好適である。これにより、複数のピースが、順々に厚さが異なるように配置されているため、減衰部の移動距離を短くすることで、エネルギー減衰量の調整時間を短縮することができる。
【００１６】
また、本発明の荷電粒子照射システムは、上記のエネルギーデグレーダを備え、荷電粒子を照射することを特徴としている。また、本発明の荷電粒子照射システムは、エネルギーデグレーダを備え、荷電粒子を照射する荷電粒子照射システムであって、エネルギーデグレーダの前段に配置され、荷電粒子を加速する加速器と、エネルギーデグレーダの後段に配置され、エネルギーデグレーダを通過した荷電粒子のうち所望のエネルギー幅の荷電粒子を選択的に取り出すエネルギー選択部と、エネルギー選択部の後段に配置され、エネルギー選択部によって取り出された所望のエネルギー幅の荷電粒子を、照射する照射装置と、を備えることを特徴としている。
【００１７】
本発明に係る荷電粒子照射システムは、段階的に厚さが異なる減衰部が、荷電粒子の進行方向と交差する面において２次元的に配置されたエネルギーデグレーダを備えている。そして、エネルギーデグレーダは、荷電粒子の進行方向に延在する回転軸回りに回転駆動する共に、回転軸を軸心とする円周の径方向に駆動する駆動手段を備える構成であるため、一つの軸方向に減衰部を駆動させる方式と比較して、減衰部の最大外形を小さくことができる。これにより、装置の小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、２次元的に減衰材を配置することで小型化が図られたエネルギーデグレーダ、及びそれを備えた荷電粒子照射システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る粒子線治療システムの配置図である。
【図２】本発明の実施形態に係るエネルギーデグレーダを示す概略図である。
【図３】減衰材ピースの配列方向を示す概略図である。
【図４】減衰部の厚み方向の形状を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係るエネルギーデグレーダ、及びそれを備えた荷電粒子照射システムの好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態では、荷電粒子照射システムを粒子線治療システムとした場合について説明する。
【００２１】
（荷電粒子照射システム）
粒子線治療システムは、例えばがん治療に適用されるものであり、患者の体内の腫瘍（照射目標物）に対して、陽子ビーム（荷電粒子）を照射する装置である。
【００２２】
図１に示すように、粒子線治療システム１は、イオン源（図示せず）にて生成されたイオン（水素の陰イオン）を加速させた後に陰イオンから電子を剥ぎ取ることで陽子ビームを生成するサイクロトロン（粒子加速器）２、患者に対して任意の方向から陽子ビームを照射する回転自在の回転ガントリ（照射装置）３、サイクロトロン２で生成された陽子ビーム（サイクロトロンで加速された荷電粒子ビーム）を回転ガントリ３まで輸送する輸送ライン４を備えている。
【００２３】
サイクロトロン２で加速された陽子ビームは、輸送ライン４に沿って経路が変更され、回転ガントリ３に輸送される。輸送ライン４には、陽子ビームの経路を変更させるための偏向磁石が設けられている。また、輸送ライン４には、荷電粒子のエネルギーを減衰させるエネルギーデグレーダ１０が設けられている（詳しくは後述する）。
【００２４】
更に、輸送ライン４には、エネルギーデグレーダ１０の後段（下流）に、ＥＳＳ（エネルギー選択システム）３０が設けられている。このＥＳＳ３０は、輸送されてきた所定のエネルギー分布を有する陽子ビームから所望のエネルギー幅の陽子ビームを選択的に取り出すものである。ＥＳＳ３０では、陽子ビームのエネルギー幅が、所望の範囲となるように選択される。
【００２５】
回転ガントリ３は、患者が横たわる治療台、患者に向けて陽子ビームを照射する照射部を備えている。エネルギーデグレーダ１０によってエネルギーが減衰された荷電粒子は、照射部から出射され、患者の対象部位に照射される。
【００２６】
（エネルギーデグレーダ）
図２は、本発明の実施形態に係るエネルギーデグレーダを示す概略図である。図２では、エネルギーデグレーダ１０を陽子ビームＢの進行方向から示している。図２に示すエネルギーデグレーダ１０は、陽子ビームＢの経路上に設けられ、陽子ビームＢのエネルギーを減衰させるものである。エネルギーデグレーダ１０は、透過する陽子ビームＢのエネルギーを減衰させる複数の減衰材ピース１１を備えている。減衰材ピース１１の材質としては、例えば、炭素（Ｃ）、ベリリウム（Ｂｅ）などが挙げられる。
【００２７】
ここで、複数の減衰材ピース１１は、互いに異なる厚さを有し、陽子ビームＢと交差する面内おいて２次元的に配置されている。この２次元的に配置された複数の減衰材ピース１１は、例えば、第１の軸方向Ｘ（図示左右方向）に９個配置され、第２の軸方向Ｙ（図示上下方向）に９個配置されている。これらの複数の減衰材ピース１１から成る集合体は、直交する第１の軸Ｘ及び第２の軸Ｙを有する２次元座標系の位置に応じて異なる厚さの減衰部１２を形成している。なお、第１の軸方向Ｘおよび第２の軸方向Ｙは、互いに交差していればよく、直交していなくてもよい。
【００２８】
また、複数の減衰材ピース１１は、第１の軸方向Ｘに沿って、順々に厚さが異なるように（図４参照）配列されたピース群（ピース列）１３を形成している。本実施形態の減衰部１２では、第１の軸方向Ｘに配列されたピース群１３が、第２の軸方向Ｙに複数列形成されている。そして、第２の軸方向Ｙに隣接するピース群１３は、互いに逆向きに、厚さが減少（または増加）するように、減衰材ピース１１が配置されている。
【００２９】
減衰材ピース１１の各位置は、２次元座標系（ｘ，ｙ）を用いて表現することができる。例えば、図３に示す左上の減衰材ピース１１を基準（ｘ，ｙ）＝（１，１）とし、第１の軸方向Ｘに１つ移動するごとに、（２，１）、（３，１）、…、（９，１）と表現し、基準（１，１）から第２の軸方向Ｙに１つ移動するごとに、（１，２）、（１，３）、…、（１，９）と表現する。本実施形態の減衰部１２では、座標（１，１）、（２，１）、…、（９，１）、（９，２）、（８，２）、…、（１，２）、（１，３）、…、（９，９）と移動するごとに、順々に厚さが減少するように、減衰材ピース１１が各々配置されている。なお、順々に厚さが増加するように減衰材ピース１１が配置されていてもよく、不規則に厚さが増加又は減少するように減衰材ピース１１が配置されていてもよい。順々に厚さが変化するとは、一定の変化量で厚さが増加又は減少することをいう。
【００３０】
また、本実施形態の減衰材ピース１１は、正面視（陽子ビームの進行方向から見て）において、正方形を成している。そして、減衰材ピース１１の集合体である減衰部１２も正面視において、正方形を成している。なお、減衰材ピース１１及び減衰部１２の正面視における形状は、その他の形状（三角形、台形、ひし形、円形など）でもよい。
【００３１】
（駆動機構）
エネルギーデグレーダ１０は、図２に示すように、減衰部を第１の軸方向Ｘ及び第２の軸方向Ｙに並進駆動する駆動機構（駆動手段）４０を備えている。この駆動機構４０は、減衰部を固定する固定用フレーム４１、この固定用フレーム４１を第１の軸方向Ｘの両側から支持する一対の第１リニアガイド４２、第１リニアガイド４２を第２の軸方向Ｙに駆動するためのボールねじ４３、このボールねじ４３を回転駆動するための駆動モータ４４、この駆動モータ４４及びボールねじ４３と共に駆動される駆動用フレーム４５、この駆動用フレーム４５を第２の軸方向Ｙの両側から支持する一対の第２リニアガイド４６、第２リニアガイド４６を第１の軸方向Ｘに駆動するためのボールねじ４７、このボールねじ４７を回転駆動するための駆動モータ４８、この駆動モータ４８及びボールねじ４７が固定される土台フレーム４９を備えている。
【００３２】
固定用フレーム４１は、例えば矩形の枠体であり、複数の減衰材ピース１１を外面側から固定するものである。第１リニアガイド４２は、第２の軸方向Ｙに延在し、第１の軸方向Ｘの両側から固定用フレーム４１を支持している。また、第１のリニアガイド４２には、ボールねじ４３を挿通するナット４３ａが連結されている。そして、駆動モータ４４の回転軸に、一対のボールねじ４３の一方が連結されている。
【００３３】
駆動用フレーム４５は、例えば矩形の枠体であり、一対のボールねじ４３及び駆動モータ４４を支持している。駆動用フレーム４５の第２の軸方向Ｙに延在するフレーム部分に、一対のボールねじ４３が固定されて第２の軸方向Ｙに延在している。第２リニアガイド４６は、第１の軸方向Ｘに延在し、第２の軸方向Ｙの両側から駆動用フレーム４５を支持している。また、第２のリニアガイド４６には、ボールねじ４７を挿通するナット４７ａが連結されている。そして、駆動モータ４８の回転軸に、一対のボールねじ４７の一方が連結されている。
【００３４】
土台フレーム４９は、例えば矩形の枠体であり、一対のボールねじ４７及び駆動モータ４８を支持している。土台フレーム４９の第１の軸方向Ｘに延在するフレーム部分に、一対のボールねじ４７が固定されて第１の軸方向Ｘに延在している。
【００３５】
（駆動機構の制御部）
エネルギーデグレーダ１０は、駆動機構４０の動作を制御する制御部（不図示）を備えている。駆動機構４０の制御部は、例えば、粒子線治療システム１の動作を制御する陽子線治療装置制御端末（不図示）に組み込まれている。この陽子線治療装置端末は、演算処理を行うＣＰＵ、記憶部となるＲＯＭ及びＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成されている。
【００３６】
駆動機構４０の制御部には、駆動モータ４４，４８が電気的に接続されている。駆動モータ４４，４８は、制御部からの指令信号に従って作動する。駆動モータ４８は、駆動用フレーム４５を第１の軸方向Ｘに駆動する。駆動モータ４４は、固定用フレーム４１を第２の軸方向Ｙに駆動する。すなわち、駆動モータ４８及びボールねじ４７によって、駆動用フレーム４５が第１の軸方向Ｘに駆動され、駆動用フレーム４５に固定された駆動モータ４４及びボールねじ４３によって、固定用フレーム４１が第２の軸方向Ｙに駆動される。これにより、固定用フレーム４１に支持された減衰部（複数の減衰材ピース１１）１２が、第１の軸方向Ｘ及び第２の軸方向Ｙに並進駆動される。
【００３７】
（エネルギーデグレーダ及粒子線治療システムの作用）
粒子線治療システム１では、サイクロトロン２によって陽子ビームＢが加速され、加速された陽子ビームＢ（例えば２３０ＭｅＶ±数ＭｅＶのエネルギー範囲を有する）は、エネルギーデグレーダ１０に導入される。エネルギーデグレーダ１０では、駆動機構４０によって減衰部１２が第１の軸方向Ｘ及び第２の軸方向Ｙに並進駆動され、陽子ビームＢの経路上に、所望の減衰材ピース１１が配置されている。そして、この減衰材ピース１１を通過した陽子ビームＢは、減衰材ピース１１によって減速されて、エネルギーが減衰させられる（例えば２００ＭｅＶ±十数ＭｅＶ）。ここで、減衰材ピース１１を通過した陽子ビームＢは、減衰材ピース１１を通過する際に僅かながらエネルギー幅が拡大される。
【００３８】
エネルギーデグレーダ１０を通過した陽子ビームＢは、ＥＳＳ３０に導入される。ＥＳＳ３０では、導入された陽子ビームＢうち、所望のエネルギー範囲の陽子ビームＢが選択的に取り出される（例えば２００ＭｅＶ±１ＭｅＶ）。エネルギー幅が選択された陽子ビームＢは、輸送ライン４によって輸送されて回転ガントリ３に導入されて、被照射体に照射される。これにより、被照射体の内部の所定の深さ位置に到達するように陽子ビームＢが照射される。
【００３９】
このような本実施形態のエネルギーデグレーダ及びそれを備えた粒子線治療システムによれば、段階的又は連続的（直線的、曲線的）に厚さが異なる減衰部が、荷電粒子の進行方向と交差する面において２次元的に配置されている。そして、エネルギーデグレーダは、２次元座標系で交差する第１の軸方向及び第２の軸方向に減衰部を並進駆動する駆動手段を備える構成であるため、一つの軸方向に減衰部を駆動させる方式と比較して、減衰部の最大外形を小さくすることができる。これにより、装置の小型化を図ることができる。また、同時に２軸方向に、減衰部を移動させることで、移動時間を短縮し、エネルギー減衰量の調整時間を短縮することができる。
【００４０】
また、本実施形態のエネルギーデグレーダ１０の減衰部１２では、第１の軸方向に沿って順々に厚さが異なるように複数の減衰材ピース１１が配置されたピース群１３を備え、当該ピース群１３は、第２の軸方向Ｙに複数列形成され、第２の軸方向Ｙに隣接するピース群１３同士は、逆向きに厚さが減少するように配置されている。例えば奇数列のピース群１３では、図示右方向へ移動するごとに、厚さが減少し、偶数列のピース群１３では、図示左方向へ移動するごとに、厚さが減少するように、減衰材ピース１１が配列されている。このように複数の減衰材ピース１１が、順々に厚さが異なるように配置いるため、減衰部１２の移動距離を短く抑えることができ、エネルギー減衰量の調整時間を短縮することができる。
【００４１】
また、本実施形態の粒子線治療システムでは、サイクロトロン２と、ＥＳＳ３０との間にエネルギーデグレーダ１０が配置されているため、エネルギーデグレーダ１０を通過することで陽子ビームＢから、ＥＳＳ３０によって所望のエネルギー幅を有する陽子ビームＢが選択的に取り出される。陽子ビームＢはエネルギーデグレーダ１０を通過する際にエネルギー幅が拡大されるが、その後ＥＳＳ３０によって所望のエネルギー範囲の陽子ビームＢが選択的に取り出されるため、回転ガントリー３へ輸送する陽子ビームＢのエネルギー幅を精度良く調整することができる。なお、エネルギーデグレーダ１０は、ＥＳＳ３０の後段に設けられていてもよい。
【００４２】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。図３は、減衰材ピースの配列方向を示す概略図である。上記実施形態では、図３（ａ）の矢印Ａ１に示されるように、減衰材ピース１１の厚さが減少するように減衰部１２が構成されているが、その他の方向に沿って、厚さが減少するように減衰材ピース１１が配置されていてもよい。例えば、図３（ａ）の矢印Ａ２に示す斜め方向に、順々に厚さが減少又は増加するように、減衰材ピース１１が配置されている構成でもよい。また、図３（ｂ）の矢印Ａ３に示すように、減衰部１２の中央を基点として、旋回するように、らせん状に、順々に厚さが減少又は増加するように減衰材ピース１１が配置されている構成でもよい。
【００４３】
図４は、減衰部の厚み方向の形状を示す側面図である。上記実施形態では、図４（ａ）に示されるように、段階的に厚さが変化するように減衰部１２が構成されているが、図４（ｂ）に示されるように、例えば、第１の軸方向Ｘの位置に応じて、直線的（連続的）に、厚さが変化する減衰部１２としてもよい。また、曲線的に、厚さが変化する減衰部としてもよい。例えば、厚さの増減率は、一定でなくてもよい。
【００４４】
また、上記の減衰部１２は、複数の減衰材ピース１１の集合体から形成されているが、一体として形成され、位置に応じて厚さが異なるように形成された減衰部１２でもよい。また、例えば、第１の軸方向Ｘに延在する部分ごとに、一体的に形成されている減衰部１２でもよい。
【００４５】
また、エネルギーデグレーダ１０は、入射した荷電粒子のエネルギーを減衰させる減衰部を備えたエネルギーデグレーダにおいて、荷電粒子の進行方向と交差する面内の２次元座標系の位置に応じて、段階的に厚さが異なる減衰部と、減衰部を、進行方向に延在する回転軸回りに回転駆動すると共に、回転軸を軸心とする円周の径方向に駆動する駆動手段と、を備える構成でもよい。これにより、一つの軸方向に減衰部を駆動させる方式と比較して、減衰部の最大外形を小さくことができ、装置の小型化を図ることができる。このような場合には、回転軸を所定の方向に移動させることで、減衰部を径方向に移動させる駆動手段を構成することができる。
【００４６】
ここで、減衰部１２は、厚さが異なる複数の減衰材ピース１１から成る集合体であり、当該集合体は、円周の周方向に沿って順々に厚さが異なるように複数の減衰材ピース１１が配置されたピース列を備え、当該ピース列は、回転軸を軸心とするらせん状に配置され、径方向に複数列形成されている構成が好適である。これにより、複数の減衰材ピース１１が、順々に厚さが異なるように配置されているため、減衰部１２の移動距離を短くすることで、エネルギー減衰量の調整時間を短縮することができる。そして、このようなエネルギーデグレーダを備える荷電粒子照射システムを構成してもよい。
【００４７】
また、荷電粒子は、水素を用いた陽子線に限定されず、他の荷電粒子（例えば炭素を用いた重粒子線）でも良い。
【００４８】
また、加速器は、サイクロトロンに限定されず、他の加速器（例えばシンクロサイクロトロンやシンクロトロン）でもよい。
【００４９】
また、エネルギーデグレーダは、サイクロトロンとＥＳＳとの間に配置される構成に限定されず、他の箇所（例えば、回転ガントリに設けられた照射ノズルの内部など）に配置されたものでもよい。
【００５０】
また、荷電粒子照射システムは、エネルギー選択部を備えていない構成でもよい。荷電粒子照射システムは、エネルギーデグレーダを備え、当該エネルギーデグレーダによってエネルギーが減衰された荷電粒子を照射可能な構成であればよい。
【符号の説明】
【００５１】
１…粒子線治療システム（荷電粒子照射システム）、２…サイクロトロン（粒子加速器）、３…回転ガントリ、４…輸送ライン、１０…エネルギーデグレーダ、１１…減衰材ピース、１２…減衰部、１３…ピース群（ピース列）、３０…ＥＳＳ（エネルギー選択部）、４０…駆動機構（駆動手段）４０。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した荷電粒子のエネルギーを減衰させる減衰部を備えたエネルギーデグレーダであって、
荷電粒子の進行方向と交差する面内の２次元座標系における交差する２軸の方向を第１の軸方向及び第２の軸方向とし、
前記２次元座標系の位置に応じて、段階的又は連続的に厚さが異なる減衰部と、
前記減衰部を、前記第１の軸方向及び前記第２の軸方向に並進駆動する駆動手段と、
を備えることを特徴とするエネルギーデグレーダ。
【請求項２】
前記２次元座標系における直交する２軸の方向を前記第１の軸方向及び前記第２の軸方向とし、
前記減衰部は、厚さが異なる複数のピースから成る集合体であり、
前記集合体は、前記第１の軸方向に沿って順々に厚さが異なるように複数の前記ピースが配置されたピース列を備え、
前記ピース列は、隣り合う列同士で逆向きで順々に厚さが異なるように前記複数のピースが配置されていることを特徴とする請求項１記載のエネルギーデグレーダ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のエネルギーデグレーダを備え、前記荷電粒子を照射する荷電粒子照射システム。
【請求項４】
前記エネルギーデグレーダの前段に配置され、前記荷電粒子を加速する加速器と、
前記エネルギーデグレーダの後段に配置され、前記エネルギーデグレーダを通過した前記荷電粒子のうち所望のエネルギー幅の荷電粒子を選択的に取り出すエネルギー選択部と、
前記エネルギー選択部の後段に配置され、前記エネルギー選択部によって取り出された前記所望のエネルギー幅の荷電粒子を、照射する照射装置と、
を備えることを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子照射システム。
【請求項５】
入射した荷電粒子のエネルギーを減衰させる減衰部を備えたエネルギーデグレーダにおいて、
荷電粒子の進行方向と交差する面内の２次元座標系の位置に応じて、段階的に厚さが異なる減衰部と、
前記減衰部を、前記進行方向に延在する回転軸回りに回転駆動すると共に、前記回転軸を軸心とする円周の径方向に駆動する駆動手段と、
を備えることを特徴とするエネルギーデグレーダ。
【請求項６】
前記減衰部は、厚さが異なる複数のピースから成る集合体であり、
前記集合体は、前記円周の周方向に沿って順々に厚さが異なるように複数の前記ピースが配置されたピース列を備え、
前記ピース列は、前記回転軸を軸心とするらせん状に配置され、前記径方向に複数列形成されていることを特徴とする請求項５記載のエネルギーデグレーダ。
【請求項７】
請求項５又は６に記載のエネルギーデグレーダを備え、前記荷電粒子を照射する荷電粒子照射システム。
【請求項８】
前記エネルギーデグレーダの前段に配置され、前記荷電粒子を加速する加速器と、
前記エネルギーデグレーダの後段に配置され、前記エネルギーデグレーダを通過した前記荷電粒子のうち所望のエネルギー幅の荷電粒子を選択的に取り出すエネルギー選択部と、
前記エネルギー選択部の後段に配置され、前記エネルギー選択部によって取り出された前記所望のエネルギー幅の荷電粒子を、照射する照射装置と、
を備えることを特徴とする請求項７に記載の荷電粒子照射システム。
【請求項１】
入射した荷電粒子のエネルギーを減衰させる減衰部を備えたエネルギーデグレーダであって、
荷電粒子の進行方向と交差する面内の２次元座標系における交差する２軸の方向を第１の軸方向及び第２の軸方向とし、
前記２次元座標系の位置に応じて、段階的又は連続的に厚さが異なる減衰部と、
前記減衰部を、前記第１の軸方向及び前記第２の軸方向に並進駆動する駆動手段と、
を備えることを特徴とするエネルギーデグレーダ。
【請求項２】
前記２次元座標系における直交する２軸の方向を前記第１の軸方向及び前記第２の軸方向とし、
前記減衰部は、厚さが異なる複数のピースから成る集合体であり、
前記集合体は、前記第１の軸方向に沿って順々に厚さが異なるように複数の前記ピースが配置されたピース列を備え、
前記ピース列は、隣り合う列同士で逆向きで順々に厚さが異なるように前記複数のピースが配置されていることを特徴とする請求項１記載のエネルギーデグレーダ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のエネルギーデグレーダを備え、前記荷電粒子を照射する荷電粒子照射システム。
【請求項４】
前記エネルギーデグレーダの前段に配置され、前記荷電粒子を加速する加速器と、
前記エネルギーデグレーダの後段に配置され、前記エネルギーデグレーダを通過した前記荷電粒子のうち所望のエネルギー幅の荷電粒子を選択的に取り出すエネルギー選択部と、
前記エネルギー選択部の後段に配置され、前記エネルギー選択部によって取り出された前記所望のエネルギー幅の荷電粒子を、照射する照射装置と、
を備えることを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子照射システム。
【請求項５】
入射した荷電粒子のエネルギーを減衰させる減衰部を備えたエネルギーデグレーダにおいて、
荷電粒子の進行方向と交差する面内の２次元座標系の位置に応じて、段階的に厚さが異なる減衰部と、
前記減衰部を、前記進行方向に延在する回転軸回りに回転駆動すると共に、前記回転軸を軸心とする円周の径方向に駆動する駆動手段と、
を備えることを特徴とするエネルギーデグレーダ。
【請求項６】
前記減衰部は、厚さが異なる複数のピースから成る集合体であり、
前記集合体は、前記円周の周方向に沿って順々に厚さが異なるように複数の前記ピースが配置されたピース列を備え、
前記ピース列は、前記回転軸を軸心とするらせん状に配置され、前記径方向に複数列形成されていることを特徴とする請求項５記載のエネルギーデグレーダ。
【請求項７】
請求項５又は６に記載のエネルギーデグレーダを備え、前記荷電粒子を照射する荷電粒子照射システム。
【請求項８】
前記エネルギーデグレーダの前段に配置され、前記荷電粒子を加速する加速器と、
前記エネルギーデグレーダの後段に配置され、前記エネルギーデグレーダを通過した前記荷電粒子のうち所望のエネルギー幅の荷電粒子を選択的に取り出すエネルギー選択部と、
前記エネルギー選択部の後段に配置され、前記エネルギー選択部によって取り出された前記所望のエネルギー幅の荷電粒子を、照射する照射装置と、
を備えることを特徴とする請求項７に記載の荷電粒子照射システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１４７９０３（Ｐ２０１２−１４７９０３Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８２０９（Ｐ２０１１−８２０９）
【出願日】平成２３年１月１８日（２０１１．１．１８）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１８日（２０１１．１．１８）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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