粒子線治療装置
【課題】治療期間を短縮することができる粒子線治療装置を提供する。
【解決手段】シンクロトロンから出射されたイオンビームは、照射装置より患者に照射される。照射装置は、第一散乱体，第二散乱体、ブロックコリメータ及び患者コリメータを有する。第二散乱体２３はＰｂで構成されたｈｉｇｈＺ部２３Ａ及び樹脂で構成されたｌｏｗＺ部２３Ｂを有する。第一散乱体側から見た第二散乱体２３の形状が正方形であるため、第二散乱体２３を通過したイオンビームは照射装置の軸方向と直交する断面の輪郭形状が正方形になる。正方形の開口部を有するブロックコリメータで除外されるイオンビームの割合が著しく低減され、イオンビームの利用効率が向上する。このため、患者一人当たりの治療時間を短縮することができる。
【解決手段】シンクロトロンから出射されたイオンビームは、照射装置より患者に照射される。照射装置は、第一散乱体，第二散乱体、ブロックコリメータ及び患者コリメータを有する。第二散乱体２３はＰｂで構成されたｈｉｇｈＺ部２３Ａ及び樹脂で構成されたｌｏｗＺ部２３Ｂを有する。第一散乱体側から見た第二散乱体２３の形状が正方形であるため、第二散乱体２３を通過したイオンビームは照射装置の軸方向と直交する断面の輪郭形状が正方形になる。正方形の開口部を有するブロックコリメータで除外されるイオンビームの割合が著しく低減され、イオンビームの利用効率が向上する。このため、患者一人当たりの治療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、粒子線治療装置に係り、特に、陽子及び炭素イオン等のイオンビームを患部（がん病巣）に照射して治療する粒子線治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の粒子線治療装置は、イオンビーム発生装置，イオンビーム輸送系及び照射装置を備える。照射装置は回転ガントリーに設置されている。イオンビーム発生装置は、加速器としてシンクロトロン（またはサイクロトロン）を含んでいる。シンクロトロンで設定エネルギーまで加速されたイオンビームは、イオンビーム輸送系を経て照射装置に達する。そのイオンビームは、照射装置から患者のがんの患部に照射される。
【０００３】
照射装置は、イオンビーム発生装置からのイオンビームを、照射目標である患部の立体形状に合わせて整形し照射野を形成するとともに、照射野内の照射線量を調整する装置である。このように所望の照射線量を照射対象形状に合わせて照射する方法として、二重散乱体法が知られている（特許文献１の図１１及び非特許文献１の図３９参照）。二重散乱体法は、第一散乱体及び第二散乱体の二種類の散乱体を用い、これらの散乱体によって照射装置の軸方向（イオンビームの進行方向）と直交する方向（以下、単に、直交方向という）において照射線量分布が一様でかつその方向に広げられたイオンビームを得るものである。二重散乱体法が適用された照射装置は、第一散乱体及び第二散乱体を有し、第一散乱体を第二散乱体よりも上流に配置している。イオンビームは、第一散乱体での散乱により直交方向において正規分布状に広げられ、その後、第二散乱体での散乱により直交方向における照射線量分布が一様化される。このように、照射線量分布が一様化されたイオンビームは、照射装置内に設置された第一コリメータ（ブロックコリメータ）及び第二コリメータ（患者コリメータ）を通過して患部に照射される。第一コリメータに形成された、イオンビームが通過する開口部（第１開口部）は、円形をしている。第２コリメータに形成された、イオンビームが通過する開口部（第２開口部）は、直交方向での患部の断面形状に対応して形成されている。
【０００４】
第二散乱体は、ｈｉｇｈＺの物質（例えば、Ｐｂ，Ｗ）によって構成されたｈｉｇｈＺ部、及びｌｏｗＺの物質（例えば、樹脂）によって構成されたｌｏｗＺ部を有する。Ｚは原子番号である。イオンビームの散乱度合いは、ｌｏｗＺ部よりもｈｉｇｈＺ部で大きい。ｈｉｇｈＺ部の作用により、第一散乱体により正規分布をしている中央部のイオンビームは、ｈｉｇｈＺ部の作用により外側に向かって散乱される。このため、第二散乱体を通過したイオンビームは、直交方向に広げられた状態でその方向でより一様な照射線量分布になっている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−６９６８３号公報
【非特許文献１】レビュー オブ サイエンティフィック インスツルメンツ６４巻８号（１９９３年８月）の第２０７９〜２０８３頁（REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS VOLUME 64 NUMBER 8(AUGUST 1993)P2079-2083）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
最近、イオンビームの照射野を正方形したいとのニーズが寄せられる。発明者は、まず、照射野を正方形にするために、発明者は、第１コリメータの第１開口部の形状を正方形にすることを考えた。具体的には、第二散乱体を通過したイオンビームは照射装置の軸方向に直交する断面形状の輪郭が円形となっているため、第１開口部の形状は、その円形の輪郭に内接する正方形にすることである。しかしながら、第１開口部の形状を正方形にすることによって、その正方形よりも外側を進行するイオンビームは、第二散乱体によって遮られて患部に照射されなくなり、患部に照射されないイオンビームの割合が増大することになる。この結果、発明者は、イオンビーム発生装置から出射されたイオンビームの利用効率が低下し、患者一人当たりの治療時間が長くなることを見出した。
【０００７】
本発明の目的は、治療時間を短縮できる粒子線治療装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、イオンビームを照射対象に照射するイオンビーム照射装置が、イオンビームが通過する第一散乱体と、第一散乱体を通過したイオンビームが導かれる第二散乱体と、実質的に四角形である開口部を形成し、第二散乱体を通過したイオンビームを、開口部で整形するコリメータとを有し、
第二散乱体は、第１散乱体から見た、外面形状の輪郭が、４つの角部、及び隣り合う角部を互いに連結する４つの線によって形成されていることにある。
【０００９】
本発明は、上記したようにイオンビームが、第１散乱体から見た、外面形状の輪郭が、４つの角部、及び隣り合う角部を互いに連結する４つの線によって形成されている第二散乱体を通過するため、実質的に四角形である開口部を形成しているコリメータで除外されるイオンビームの割合が著しく低減される。これにより、照射対象に照射されるイオンビームの割合が著しく増大し、イオンビーム発生装置２から出射されたイオンビームの利用効率が著しく向上する。従って、患者一人当たりの治療時間を短縮することができ、一年間当りの治療人数を増大できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、イオンビームの利用効率を向上させることができるので、治療時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の好適な一実施例である粒子線治療装置を、陽子線治療装置を例にとって図面を用いて詳細に説明する。
【００１２】
本実施例の陽子線治療装置１は、図１に示すように、イオンビーム発生装置２、イオンビーム輸送系９及び照射装置（照射野形成装置，イオンビーム照射装置）１５を備える。イオンビーム発生装置２は、イオン源（図示せず）、前段加速器３及びシンクロトロン４を有する。照射装置１５は、回転ガントリー（図示せず）に設置されている。イオンビーム輸送系９は、シンクロトロン４と照射装置１５を連絡している。イオンビーム輸送系９の一部は、回転ガントリーに設置される。イオンビーム輸送系９の、回転ガントリーに設置される部分には、偏向電磁石１１，１２が設けられる。
【００１３】
イオン源で発生した陽子線であるイオンビームは、前段加速器（例えば直線加速器）３で加速されて、シンクロトロン４に入射される。このイオンビームは、シンクロトロン４で、高周波加速空胴５から印加される高周波電力によってエネルギーを与えられて更に加速される。シンクロトロン４内を周回するイオンビームのエネルギーが設定エネルギーまでに高められた後、出射用の高周波印加装置６から高周波が周回しているイオンビームに印加される。安定限界内で周回しているイオンビームは、この高周波の印加によって安定限界外に移行し、出射用デフレクタ７を通ってシンクロトロン４から出射される。イオンビームの出射の際には、シンクロトロン４に設けられた四極電磁石８及び偏向電磁石９等の電磁石に導かれる電流が設定値に保持され、安定限界もほぼ一定に保持されている。高周波印加装置６への高周波電力の印加を停止することによって、シンクロトロン４からのイオンビームの出射が停止される。シンクロトロン４から出射されたイオンビームは、イオンビーム輸送系９を経て照射装置１５に達する。イオンビームは照射装置１５より治療台（カウチ）１０上に横たわっている患者１４の患部（がんの患部）３５（図２）に照射される。
【００１４】
尚、イオンビーム発生装置にはサイクロトロンや線形加速器などのイオンビーム加速器を用いてもよい。
【００１５】
照射装置１５の詳細構造を、図２に基づいて説明する。
【００１６】
照射装置１５は、回転ガントリーに取り付けられるケーシング１６を有し、ケーシング１６内に、照射装置１５の軸方向（イオンビーム進行方向）の上流側より、第１散乱体装置１８，第２散乱体装置２２，ブラッグピーク拡大装置（ＳＯＢＰ形成装置）２５，飛程調整装置２７，ブロックコリメータ（第一コリメータ）３０，ボーラス３６及び患者コリメータ（第二コリメータ）３７を順次配置している。
【００１７】
第１散乱体装置１８は、イオンビーム進行方向に直交する方向においてイオンビームを広げる第一散乱体１９、及び支持部材２０を有する。第一散乱体１９は、支持部材２０によってケーシング１６に設置される。第一散乱体１９は、一般にイオンビームを散乱させる能力が高い鉛やタングステン等の原子番号の大きい物質（ｈｉｇｈＺの物質）によって構成される材料が用いられる。第一散乱体１９は、照射装置１５の軸心（ケーシング１６内のビーム経路）２１に配置される。Ｚは原子番号である。
【００１８】
第２散乱体装置１９Ａは第二散乱体２３及び支持部材２４を有する。第二散乱体２３は、ケーシング１６に取り付けられる支持部材２４に設置される。第二散乱体２３は、第一散乱体１９により直交方向で正規分布状に広げられたイオンビームをその方向で一様な線量分布とするためのものであり、後述するように、ｈｉｇｈＺの物質(例えば、Ｐｂ，Ｗ)によって構成されたｈｉｇｈＺ部２３Ａ（図４参照）、及びイオンビームを散乱させる能力が低い、原子番号の小さい物質（ｌｏｗＺの物質。例えば、樹脂）によって構成されたｌｏｗＺ部２３Ｂ（図４参照）を有する。第二散乱体２３はビーム経路２１に配置される。
【００１９】
ＳＯＢＰ形成装置２５は、イオンビームのエネルギー分布幅を広げて患者１４の体内の深さ方向における線量分布を調節する装置であり、支持部材２６によってケーシング１６に取り付けられる。ＳＯＢＰ形成装置２５は、ＳＯＢＰフィルタ装置、エネルギー変調装置またはエネルギーフィルタ装置とも称される。ＳＯＢＰ形成装置２５は、一般には、イオンビームの散乱量が少ない樹脂系素材及びアルミニウム等の原子番号の小さい物質で構成され、軸方向の厚みが異なる複数の領域を形成している。それらの領域は、照射装置
１５の軸方向と直交方向に配置されている。厚みの異なるそれらの領域をイオンビームが通過することによって、ＳＯＢＰ形成装置２５を通過したイオンビームは、複数のエネルギー成分を有することになる。軸方向での厚みの異なる各領域に対して、直交方向における面積を決めることで、イオンビームにおける各エネルギー成分の重みが決定される。それら複数のエネルギー成分の重ね合せによって線量分布が調整され、患者１４の患部３９の深さ方向に一様性の高い線量分布を形成することができる。ＳＯＢＰ形成装置２５としては、本実施例ではリッジフィルタを使用している。
【００２０】
また、ＳＯＢＰ形成装置２０として、上記リッジフィルタ以外に、例えば階段状に加工した部材を羽根部に用いたプロペラ状の構造物（照射装置１５の軸方向と直交した平面内で回転させる）であるRange Modulator Wheel （回転ホイール）を用いてもよい。回転ホイールの構造は、非特許文献１に詳細に記載されている。
【００２１】
飛程調整装置２７は、吸収体２８を有し、材料物質を通過する時のエネルギー損失によりイオンビームの飛程を減らし、そのときのエネルギー損失を変化させることで、体内でのイオンビームの最大到達深度、すなわち飛程を調整する装置である。飛程調整装置２７は、レンジシフタ、ファインデグレーダ、エネルギーデグレーダ等とも称される。吸収体２８は、一般に、エネルギー損失が少なくかつ散乱量が少ないアクリル及びルサイト等の、原子番号の小さい物質によって構成される。飛程調整装置２７は、支持部材２９によってケーシング１６に取り付けられる。ＳＯＢＰ形成装置２５及び飛程調整装置２７は、共に、ビーム経路２１に配置される。
【００２２】
ブロックコリメータ３０は、放射線遮蔽体で構成され、照射野を粗くコリメートするものであり、ケーシング１６に取り付けられている。ブロックコリメータ３０は、イオンビームを通過させる、正方形の開口部（第１開口部）３１を形成している。ブロックコリメータ３０は、開口部３１よりも外側に達するイオンビームの通過を阻止し、開口部３１に到達したイオンビームのみを通過させる。ブロックコリメータ３０を通過したイオンビームの、照射装置１５の軸方向と直交する方向での断面形状が、開口部３１の形状と同様な正方形となる。このようにして、正方形の照射野が形成される。
【００２３】
ブロックコリメータ３０は、具体的には、図３に示す構成を有している。すなわち、ブロックコリメータ３０は、放射線遮蔽部材３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ、及びガイドレール３４，３５を有する。一対のガイドレール３４は、ケーシング１６の対向する内面にそれぞれ取り付けられる。もう一対のガイドレール３５は、ガイドレール３４よりもボーラス３６側に配置され、ケーシング１６の対向する他の内面にそれぞれ取り付けられる。一対のガイドレール３４が延びている方向と一対のガイドレール３５が延びている方向は、互いに９０°ずれている。放射線遮蔽部材３２Ａ，３２Ｂが一対のガイドレール３４上に移動可能に設置されている。放射線遮蔽部材３３Ａ，３３Ｂは、一対のガイドレール３５上に移動可能に取り付けられており、ガイドレール３５とガイドレール３４との間に配置されている。放射線遮蔽部材３２Ａと放射線遮蔽部材３２Ｂの間隔、及び放射線遮蔽部材３３Ａと放射線遮蔽部材３３Ｂとの間隔を調節することによって、ブロックコリメータ３０の開口部３１の大きさが調節できる。前者の間隔と後者の間隔を同じ幅にすることによって、開口部３１は正方形となり、その幅を変えることによって正方形の大きさを変えることができる。正方形をした開口部３１の一対の対角線の交点は、照射装置１５の軸心と一致している。
【００２４】
ボーラス３６は、患者１４の患部３９の最大深さに合わせてイオンビームの到達深度を調整するものであり、イオンビームの進行方向に垂直な各位置における飛程を、照射目標である患部３９の深さ形状に合わせて調整する。なお、多方向から照射を行う場合や、治療部位によってはボーラス３６を使用しない場合もある。
【００２５】
患者コリメータ３７は、照射装置１５の軸方向と直交する方向での患部３９の断面形状に対応して形成された開口部（第２開口部）３８を有する。患者コリメータ３７は、開口部３８によってその断面形状に合わせてイオンビームを整形する。すなわち、患者コリメータ３７は、ブロックコリメータ３０で形成された断面形状が正方形のイオンビームのうち、開口部３８よりも外側に到達したイオンビームの通過を阻止する。イオンビームは開口部３８内のみを通過する。
【００２６】
次に、第二散乱体２３の詳細構成を、図４を用いて以下に説明する。第二散乱体２３は、ｈｉｇｈＺ部２３Ａ及びｌｏｗＺ部２３Ｂを有する（図４（Ｂ）参照）。第一散乱体
１９側から見た第二散乱体２３の形状の輪郭は、図４（Ｃ）に示すように正方形となっている。その輪郭は、４つの角部（本実施例では直角の角部）、及び隣り合う角部を互いに連結する４つの線によって形成されているとも言える。ｈｉｇｈＺ部２３Ａは、照射装置１５の軸方向において上流側に向かって凸となる形状を有している。このため、ｈｉｇｈＺ部２３Ａの軸方向の厚みは、図４（Ｂ）に示すように、第二散乱体２３の軸心で最も厚く、第二散乱体２３の周辺に向かって急激に減少してその周辺で最も薄くなっている。
ｌｏｗＺ部２３Ｂは、内部に、照射装置１５の軸方向において下流側に開放される凹部
２３Ｄが形成されている。このため、ｌｏｗＺ部２３Ｂの軸方向の厚みは、ｈｉｇｈＺ部２３Ａとは逆で、図４（Ｂ）に示すように、第二散乱体２３の周辺で最も厚く、第二散乱体２３の軸心に向かって急激に減少してその軸心で最も薄くなっている。ｈｉｇｈＺ部
２３Ａの同一レベルでの外面の輪郭（ｈｉｇｈＺ部２３Ａの外面の、照射装置１５の軸方向と直交する断面での輪郭）は、図４（Ｃ）に示す二点差線のように正方形になっている。図示されていないが、ｌｏｗＺ部２３Ｂは、同一レベルでの外面の輪郭（ｌｏｗＺ部
２３Ｂの外面の、照射装置１５の軸方向と直交する断面での輪郭）及びそのレベルでの内面の輪郭（ｌｏｗＺ部２３Ｂの内面の、照射装置１５の軸方向と直交する断面での輪郭）も、正方形になっている。第二散乱体２３の軸心は照射装置１５の軸心と一致している。第二散乱体２３の上記正方形の一対の対角線の各向きは、正方形をした開口部３１の一対の対角線の各向きと一致するように配置される。
【００２７】
第二散乱体２３におけるイオンビームのエネルギー損失が場所に寄らず一定になるように、直交方向における各位置でのｈｉｇｈＺ部２３Ａ及びｌｏｗＺ部２３Ｂの各軸方向の厚みが決定されている。ｈｉｇｈＺ部２３Ａの、イオンビームの散乱角度は、ｌｏｗＺ部２３Ｂのその散乱角度いよりも大きく、第２散乱体２３でイオンビームの散乱はｈｉｇｈＺ部２３Ａの影響を大きく受ける。第二散乱体２３の、直交方向における各位置(ｒ，θ)での散乱角度Ωは、実質的に、ｈｉｇｈＺ部２３Ａの軸方向の厚みによって定まる。ｒは第二散乱体２３の軸心から半径方向の位置、θはその軸心周りにおける位置を示している。
【００２８】
本実施例における第二散乱体２３の作用について詳細に説明する。ブロックコリメータ３０の正方形である開口部３１の大きさは、放射線遮蔽部材３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂをそれぞれ移動させ、イオンビームを照射する患者１４の患部３９に対応するように設定されている。第一散乱体１９を通過して正規分布状に広げられたイオンビームが、第二散乱体２３に入射される。第二散乱体２３のｈｉｇｈＺ部２３Ａの作用により、第二散乱体２３の軸心部に入射したイオンビームは散乱角度が大きくなって外側に向かって大きく散乱し、第二散乱体２３の周辺部に入射したイオンビームは散乱角度が小さく外側に向かって散乱する度合いが低減される。第二散乱体２３のｈｉｇｈＺ部２３Ａは、ｈｉｇｈＺ部２３Ａの底面（ｈｉｇｈＺ部２３ＡとｌｏｗＺ部２３Ｂの境界面）からの各レベルでの横断面の輪郭形状が正方形をしているため、第二散乱体２３を通過したイオンビームは、照射装置１５の軸方向と直交する断面の輪郭形状が実質的に正方形になっている。換言すれば、本実施例では、第二散乱体２３を通過したイオンビームの、その断面での輪郭形状が実質的に正方形になるように、直交方向における各位置（ｒ，θ）での散乱角度Ωは、実質的に、ｈｉｇｈＺ部２３Ａの、直交方向における各位置（ｒ，θ）での軸方向の厚みが設定されている。
【００２９】
第二散乱体２３を通過したイオンビームの、照射装置１５の軸方向と直交する断面での輪郭形状である正方形は、ブロックコリメータ３０の正方形の開口部３１よりも若干大きい。このため、第二散乱体２３を通過したイオンビームのうち、開口部３１よりも外側に位置するイオンビームがブロックコリメータ３０に遮られて除外されるが、開口部３１に入射したイオンビームがボーラス３６に導かれる。
【００３０】
本実施例は、第二散乱体２３を通過したイオンビームの、その軸方向と直交する断面での輪郭形状が実質的に正方形であるため、イオンビームの、その断面での輪郭形状が円形である場合に比べて、ブロックコリメータ３０で除外されるイオンビームの割合が著しく低減される。換言すれば、イオンビームの、その断面での輪郭形状が円形である場合に比べて、本実施例は、開口部３１を通過するイオンビームの割合が著しく増大する。このため、患者コリメータ３７でもイオンビームの一部が除外されるが、患部３９に照射されるイオンビームの割合が、イオンビームの、その断面での輪郭形状が円形である場合に比べて、著しく増大し、イオンビーム発生装置２から出射されたイオンビームの利用効率が著しく向上する。このため、患者一人当たりの治療時間を短縮することができ、一年間当りの治療人数を増大できる。
【００３１】
患者によっては、イオンビームの照射野を長方形（直角の角を挟む二辺の長さが異なる四角形）にする必要がある。このときは、ブロックコリメータ３０の、放射線遮蔽部材
３２Ａと放射線遮蔽部材３２Ｂとの間隔、及び放射線遮蔽部材３３Ａと放射線遮蔽部材
３３Ｂとの間隔を変えて、開口部３１の形状を長方形とする。ブロックコリメータ３０の開口部３１がそのように設定された場合に用いる第二散乱体２３は、第一散乱体１９側から見た形状が長方形となっている。この例においても、前述した正方形の場合と同様に、ブロックコリメータ３０によって除外されるイオンビームの量が著しく減少し、イオンビームの利用効率が増大するため、患者一人当たりの治療時間を短縮することができる。
【００３２】
第二散乱体としては、第二散乱体２３以外に、図５（Ａ），（Ｂ）に示す第二散乱体
４０Ａ，４０Ｂを用いることも可能である。図５（Ａ）に示す第二散乱体４０Ａは、第二散乱体２３のｌｏｗＺ部２３Ｂの各外面、及びｈｉｇｈＺ部２３Ａの外面の輪郭を、それぞれ、内側に窪ませた形状を有する。第二散乱体４０Ａは、４つの外面に凹部４１をそれぞれ形成している。この第二散乱体４０Ａも、第二散乱体２３と同様に、第一散乱体１９側から見た形状の輪郭が正方形（または長方形）となっている。また、図５（Ｂ）に示す第二散乱体４０Ｂは、第二散乱体４０Ａとは逆に、４つの外面をそれぞれの中央部で外側に少し突出させた輪郭形状を有する。この第二散乱体４０Ｂも、第二散乱体２３と同様に、第一散乱体１９側から見た形状の輪郭が正方形（または長方形）となっている。これらの第二散乱体４０Ａ，４０Ｂは、いずれも、第一散乱体１９側から見た形状の輪郭が４つの角部、及び隣り合う前記角部を互いに連結する４つの線によって形成されていると言える。第二散乱体４０Ａ，４０ＢのそれぞれのｈｉｇｈＺ部は、ｈｉｇｈＺ部の底面
（ｈｉｇｈＺ部とｌｏｗＺ部の境界面）からの各レベルでの横断面の輪郭形状が二点差線で示される形状になっている。これらの二点差線で示される各形状は、第二散乱体４０Ａ，４０ＢのそれぞれのｈｉｇｈＺ部とｌｏｗＺ部の境界での各断面形状と同じである。第二散乱体４０Ａ，４０Ｂのいずれを照射装置１５に設置しても、第二散乱体２３を設置した場合と同様な効果を得ることができる。
【００３３】
以上に述べた第二散乱体はＣｏｎｔｏｕｒｅｄ構造の第二散乱体であるが、２重リング構造の第二散乱体を用いてもよい。上記した実施例における第二散乱体２３の替りに用いることができる２重リング構造の第二散乱体の一例を、図６を用いて説明する。２重リング構造の第二散乱体４０Ｃは、ｈｉｇｈＺ部２３Ｃ、及びｈｉｇｈＺ部２３Ｃに取り付けられたｌｏｗＺ部２３Ｄを有する。ｈｉｇｈＺ部２３Ｃ及びｌｏｗＺ部２３Ｄのそれぞれの軸方向の厚みは、エネルギー損失が等しくなるように設定されている。ｈｉｇｈＺ部
２３Ｃの軸方向での厚みは、図６（Ａ）に示すように、ｌｏｗＺ部２３Ｄのその厚みよりも薄くなっている。ｈｉｇｈＺ部２３Ｃは、ｌｏｗＺ部２３Ｄに取り囲まれている。第一散乱体１９側から見たｈｉｇｈＺ部２３Ｃ及びｌｏｗＺ部２３Ｄのそれぞれの輪郭形状は、正方形（または長方形）になっている。換言すれば、第一散乱体１９側から見たhighZ部２３Ｃ及びｌｏｗＺ部２３Ｄのそれぞれの輪郭形状は、４つの角部、及び隣り合う前記角部を互いに連結する４つの線によって形成されていると言える。ｈｉｇｈＺ部２３Ｃ及びｌｏｗＺ部２３Ｄのそれぞれの輪郭形状は、第二散乱体２３の替りに第二散乱体４０Ｃを設置した照射装置１５においても、ブロックコリメータ３０の開口部３１を通過するイオンビームの割合を著しく増大でき、イオンビーム発生装置２から出射されたイオンビームの利用効率が著しく向上する。このため、患者一人当たりの治療時間を短縮することができる。
【００３４】
第二散乱体２３，４０Ａ，４０Ｂは、ｈｉｇｈＺ部とｌｏｗＺ部の境界における断面形状が正方形（または長方形）となっている。第二散乱体４０Ｃは、少なくともｈｉｇｈＺ部２３Ｃの、照射装置１５の軸方向に直交する断面形状が正方形（または長方形）となっている。
【００３５】
前述した実施例に用いた照射装置１５は、イオンビームとして炭素線等の重粒子線を用いる、粒子線治療装置の一種である重粒子線治療装置の照射装置として用いることも可能である。重粒子線治療装置も、イオンビーム発生装置２及びイオンビーム輸送系９を備えている。イオンビーム発生装置２は、重粒子線（例えば、炭素線）であるイオンビームを発生するイオン源を備えている。重粒子線治療装置の照射装置１５に、上記した第二散乱体２３，４０Ａ，４０Ｂ、４０Ｃのいずれかを用いることによって、前述した陽子線治療装置と同様な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の好適な一実施例である陽子線治療装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す照射装置の詳細構成を示す縦断面図である。
【図３】図２のIII−III断面図で、ブロックコリメータの構成を示す説明図である。
【図４】図２に示す第二散乱体の詳細構成図で、（Ａ）は第二散乱体の斜視図、(Ｂ)は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）は第二散乱体の平面図である。
【図５】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ第二散乱体の他の実施例の平面図である。
【図６】第二散乱体の他の実施例の平面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…陽子線治療装置、２…イオンビーム発生装置、４…シンクロトロン、９…イオンビーム輸送系、１５…照射装置、１６…ケーシング、１８…第一散乱体装置、１９…第一散乱体、２１…照射装置の軸心（ビーム経路）、２２…第二散乱体装置、２３，４０Ａ，
４０Ｂ，４０Ｃ…第二散乱体、２３Ａ，２３Ｃ…ｈｉｇｈＺ部、２３Ｂ，２３Ｄ…lowZ部、２５…ＳＯＢＰ形成装置、２７…飛程調整装置、３０…ブロックコリメータ、３１，
３８…開口部、３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ…放射線遮蔽部材、３４，３５…ガイドレール、３７…患者用コリメータ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子線治療装置に係り、特に、陽子及び炭素イオン等のイオンビームを患部（がん病巣）に照射して治療する粒子線治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の粒子線治療装置は、イオンビーム発生装置，イオンビーム輸送系及び照射装置を備える。照射装置は回転ガントリーに設置されている。イオンビーム発生装置は、加速器としてシンクロトロン（またはサイクロトロン）を含んでいる。シンクロトロンで設定エネルギーまで加速されたイオンビームは、イオンビーム輸送系を経て照射装置に達する。そのイオンビームは、照射装置から患者のがんの患部に照射される。
【０００３】
照射装置は、イオンビーム発生装置からのイオンビームを、照射目標である患部の立体形状に合わせて整形し照射野を形成するとともに、照射野内の照射線量を調整する装置である。このように所望の照射線量を照射対象形状に合わせて照射する方法として、二重散乱体法が知られている（特許文献１の図１１及び非特許文献１の図３９参照）。二重散乱体法は、第一散乱体及び第二散乱体の二種類の散乱体を用い、これらの散乱体によって照射装置の軸方向（イオンビームの進行方向）と直交する方向（以下、単に、直交方向という）において照射線量分布が一様でかつその方向に広げられたイオンビームを得るものである。二重散乱体法が適用された照射装置は、第一散乱体及び第二散乱体を有し、第一散乱体を第二散乱体よりも上流に配置している。イオンビームは、第一散乱体での散乱により直交方向において正規分布状に広げられ、その後、第二散乱体での散乱により直交方向における照射線量分布が一様化される。このように、照射線量分布が一様化されたイオンビームは、照射装置内に設置された第一コリメータ（ブロックコリメータ）及び第二コリメータ（患者コリメータ）を通過して患部に照射される。第一コリメータに形成された、イオンビームが通過する開口部（第１開口部）は、円形をしている。第２コリメータに形成された、イオンビームが通過する開口部（第２開口部）は、直交方向での患部の断面形状に対応して形成されている。
【０００４】
第二散乱体は、ｈｉｇｈＺの物質（例えば、Ｐｂ，Ｗ）によって構成されたｈｉｇｈＺ部、及びｌｏｗＺの物質（例えば、樹脂）によって構成されたｌｏｗＺ部を有する。Ｚは原子番号である。イオンビームの散乱度合いは、ｌｏｗＺ部よりもｈｉｇｈＺ部で大きい。ｈｉｇｈＺ部の作用により、第一散乱体により正規分布をしている中央部のイオンビームは、ｈｉｇｈＺ部の作用により外側に向かって散乱される。このため、第二散乱体を通過したイオンビームは、直交方向に広げられた状態でその方向でより一様な照射線量分布になっている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−６９６８３号公報
【非特許文献１】レビュー オブ サイエンティフィック インスツルメンツ６４巻８号（１９９３年８月）の第２０７９〜２０８３頁（REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS VOLUME 64 NUMBER 8(AUGUST 1993)P2079-2083）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
最近、イオンビームの照射野を正方形したいとのニーズが寄せられる。発明者は、まず、照射野を正方形にするために、発明者は、第１コリメータの第１開口部の形状を正方形にすることを考えた。具体的には、第二散乱体を通過したイオンビームは照射装置の軸方向に直交する断面形状の輪郭が円形となっているため、第１開口部の形状は、その円形の輪郭に内接する正方形にすることである。しかしながら、第１開口部の形状を正方形にすることによって、その正方形よりも外側を進行するイオンビームは、第二散乱体によって遮られて患部に照射されなくなり、患部に照射されないイオンビームの割合が増大することになる。この結果、発明者は、イオンビーム発生装置から出射されたイオンビームの利用効率が低下し、患者一人当たりの治療時間が長くなることを見出した。
【０００７】
本発明の目的は、治療時間を短縮できる粒子線治療装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、イオンビームを照射対象に照射するイオンビーム照射装置が、イオンビームが通過する第一散乱体と、第一散乱体を通過したイオンビームが導かれる第二散乱体と、実質的に四角形である開口部を形成し、第二散乱体を通過したイオンビームを、開口部で整形するコリメータとを有し、
第二散乱体は、第１散乱体から見た、外面形状の輪郭が、４つの角部、及び隣り合う角部を互いに連結する４つの線によって形成されていることにある。
【０００９】
本発明は、上記したようにイオンビームが、第１散乱体から見た、外面形状の輪郭が、４つの角部、及び隣り合う角部を互いに連結する４つの線によって形成されている第二散乱体を通過するため、実質的に四角形である開口部を形成しているコリメータで除外されるイオンビームの割合が著しく低減される。これにより、照射対象に照射されるイオンビームの割合が著しく増大し、イオンビーム発生装置２から出射されたイオンビームの利用効率が著しく向上する。従って、患者一人当たりの治療時間を短縮することができ、一年間当りの治療人数を増大できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、イオンビームの利用効率を向上させることができるので、治療時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の好適な一実施例である粒子線治療装置を、陽子線治療装置を例にとって図面を用いて詳細に説明する。
【００１２】
本実施例の陽子線治療装置１は、図１に示すように、イオンビーム発生装置２、イオンビーム輸送系９及び照射装置（照射野形成装置，イオンビーム照射装置）１５を備える。イオンビーム発生装置２は、イオン源（図示せず）、前段加速器３及びシンクロトロン４を有する。照射装置１５は、回転ガントリー（図示せず）に設置されている。イオンビーム輸送系９は、シンクロトロン４と照射装置１５を連絡している。イオンビーム輸送系９の一部は、回転ガントリーに設置される。イオンビーム輸送系９の、回転ガントリーに設置される部分には、偏向電磁石１１，１２が設けられる。
【００１３】
イオン源で発生した陽子線であるイオンビームは、前段加速器（例えば直線加速器）３で加速されて、シンクロトロン４に入射される。このイオンビームは、シンクロトロン４で、高周波加速空胴５から印加される高周波電力によってエネルギーを与えられて更に加速される。シンクロトロン４内を周回するイオンビームのエネルギーが設定エネルギーまでに高められた後、出射用の高周波印加装置６から高周波が周回しているイオンビームに印加される。安定限界内で周回しているイオンビームは、この高周波の印加によって安定限界外に移行し、出射用デフレクタ７を通ってシンクロトロン４から出射される。イオンビームの出射の際には、シンクロトロン４に設けられた四極電磁石８及び偏向電磁石９等の電磁石に導かれる電流が設定値に保持され、安定限界もほぼ一定に保持されている。高周波印加装置６への高周波電力の印加を停止することによって、シンクロトロン４からのイオンビームの出射が停止される。シンクロトロン４から出射されたイオンビームは、イオンビーム輸送系９を経て照射装置１５に達する。イオンビームは照射装置１５より治療台（カウチ）１０上に横たわっている患者１４の患部（がんの患部）３５（図２）に照射される。
【００１４】
尚、イオンビーム発生装置にはサイクロトロンや線形加速器などのイオンビーム加速器を用いてもよい。
【００１５】
照射装置１５の詳細構造を、図２に基づいて説明する。
【００１６】
照射装置１５は、回転ガントリーに取り付けられるケーシング１６を有し、ケーシング１６内に、照射装置１５の軸方向（イオンビーム進行方向）の上流側より、第１散乱体装置１８，第２散乱体装置２２，ブラッグピーク拡大装置（ＳＯＢＰ形成装置）２５，飛程調整装置２７，ブロックコリメータ（第一コリメータ）３０，ボーラス３６及び患者コリメータ（第二コリメータ）３７を順次配置している。
【００１７】
第１散乱体装置１８は、イオンビーム進行方向に直交する方向においてイオンビームを広げる第一散乱体１９、及び支持部材２０を有する。第一散乱体１９は、支持部材２０によってケーシング１６に設置される。第一散乱体１９は、一般にイオンビームを散乱させる能力が高い鉛やタングステン等の原子番号の大きい物質（ｈｉｇｈＺの物質）によって構成される材料が用いられる。第一散乱体１９は、照射装置１５の軸心（ケーシング１６内のビーム経路）２１に配置される。Ｚは原子番号である。
【００１８】
第２散乱体装置１９Ａは第二散乱体２３及び支持部材２４を有する。第二散乱体２３は、ケーシング１６に取り付けられる支持部材２４に設置される。第二散乱体２３は、第一散乱体１９により直交方向で正規分布状に広げられたイオンビームをその方向で一様な線量分布とするためのものであり、後述するように、ｈｉｇｈＺの物質(例えば、Ｐｂ，Ｗ)によって構成されたｈｉｇｈＺ部２３Ａ（図４参照）、及びイオンビームを散乱させる能力が低い、原子番号の小さい物質（ｌｏｗＺの物質。例えば、樹脂）によって構成されたｌｏｗＺ部２３Ｂ（図４参照）を有する。第二散乱体２３はビーム経路２１に配置される。
【００１９】
ＳＯＢＰ形成装置２５は、イオンビームのエネルギー分布幅を広げて患者１４の体内の深さ方向における線量分布を調節する装置であり、支持部材２６によってケーシング１６に取り付けられる。ＳＯＢＰ形成装置２５は、ＳＯＢＰフィルタ装置、エネルギー変調装置またはエネルギーフィルタ装置とも称される。ＳＯＢＰ形成装置２５は、一般には、イオンビームの散乱量が少ない樹脂系素材及びアルミニウム等の原子番号の小さい物質で構成され、軸方向の厚みが異なる複数の領域を形成している。それらの領域は、照射装置
１５の軸方向と直交方向に配置されている。厚みの異なるそれらの領域をイオンビームが通過することによって、ＳＯＢＰ形成装置２５を通過したイオンビームは、複数のエネルギー成分を有することになる。軸方向での厚みの異なる各領域に対して、直交方向における面積を決めることで、イオンビームにおける各エネルギー成分の重みが決定される。それら複数のエネルギー成分の重ね合せによって線量分布が調整され、患者１４の患部３９の深さ方向に一様性の高い線量分布を形成することができる。ＳＯＢＰ形成装置２５としては、本実施例ではリッジフィルタを使用している。
【００２０】
また、ＳＯＢＰ形成装置２０として、上記リッジフィルタ以外に、例えば階段状に加工した部材を羽根部に用いたプロペラ状の構造物（照射装置１５の軸方向と直交した平面内で回転させる）であるRange Modulator Wheel （回転ホイール）を用いてもよい。回転ホイールの構造は、非特許文献１に詳細に記載されている。
【００２１】
飛程調整装置２７は、吸収体２８を有し、材料物質を通過する時のエネルギー損失によりイオンビームの飛程を減らし、そのときのエネルギー損失を変化させることで、体内でのイオンビームの最大到達深度、すなわち飛程を調整する装置である。飛程調整装置２７は、レンジシフタ、ファインデグレーダ、エネルギーデグレーダ等とも称される。吸収体２８は、一般に、エネルギー損失が少なくかつ散乱量が少ないアクリル及びルサイト等の、原子番号の小さい物質によって構成される。飛程調整装置２７は、支持部材２９によってケーシング１６に取り付けられる。ＳＯＢＰ形成装置２５及び飛程調整装置２７は、共に、ビーム経路２１に配置される。
【００２２】
ブロックコリメータ３０は、放射線遮蔽体で構成され、照射野を粗くコリメートするものであり、ケーシング１６に取り付けられている。ブロックコリメータ３０は、イオンビームを通過させる、正方形の開口部（第１開口部）３１を形成している。ブロックコリメータ３０は、開口部３１よりも外側に達するイオンビームの通過を阻止し、開口部３１に到達したイオンビームのみを通過させる。ブロックコリメータ３０を通過したイオンビームの、照射装置１５の軸方向と直交する方向での断面形状が、開口部３１の形状と同様な正方形となる。このようにして、正方形の照射野が形成される。
【００２３】
ブロックコリメータ３０は、具体的には、図３に示す構成を有している。すなわち、ブロックコリメータ３０は、放射線遮蔽部材３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ、及びガイドレール３４，３５を有する。一対のガイドレール３４は、ケーシング１６の対向する内面にそれぞれ取り付けられる。もう一対のガイドレール３５は、ガイドレール３４よりもボーラス３６側に配置され、ケーシング１６の対向する他の内面にそれぞれ取り付けられる。一対のガイドレール３４が延びている方向と一対のガイドレール３５が延びている方向は、互いに９０°ずれている。放射線遮蔽部材３２Ａ，３２Ｂが一対のガイドレール３４上に移動可能に設置されている。放射線遮蔽部材３３Ａ，３３Ｂは、一対のガイドレール３５上に移動可能に取り付けられており、ガイドレール３５とガイドレール３４との間に配置されている。放射線遮蔽部材３２Ａと放射線遮蔽部材３２Ｂの間隔、及び放射線遮蔽部材３３Ａと放射線遮蔽部材３３Ｂとの間隔を調節することによって、ブロックコリメータ３０の開口部３１の大きさが調節できる。前者の間隔と後者の間隔を同じ幅にすることによって、開口部３１は正方形となり、その幅を変えることによって正方形の大きさを変えることができる。正方形をした開口部３１の一対の対角線の交点は、照射装置１５の軸心と一致している。
【００２４】
ボーラス３６は、患者１４の患部３９の最大深さに合わせてイオンビームの到達深度を調整するものであり、イオンビームの進行方向に垂直な各位置における飛程を、照射目標である患部３９の深さ形状に合わせて調整する。なお、多方向から照射を行う場合や、治療部位によってはボーラス３６を使用しない場合もある。
【００２５】
患者コリメータ３７は、照射装置１５の軸方向と直交する方向での患部３９の断面形状に対応して形成された開口部（第２開口部）３８を有する。患者コリメータ３７は、開口部３８によってその断面形状に合わせてイオンビームを整形する。すなわち、患者コリメータ３７は、ブロックコリメータ３０で形成された断面形状が正方形のイオンビームのうち、開口部３８よりも外側に到達したイオンビームの通過を阻止する。イオンビームは開口部３８内のみを通過する。
【００２６】
次に、第二散乱体２３の詳細構成を、図４を用いて以下に説明する。第二散乱体２３は、ｈｉｇｈＺ部２３Ａ及びｌｏｗＺ部２３Ｂを有する（図４（Ｂ）参照）。第一散乱体
１９側から見た第二散乱体２３の形状の輪郭は、図４（Ｃ）に示すように正方形となっている。その輪郭は、４つの角部（本実施例では直角の角部）、及び隣り合う角部を互いに連結する４つの線によって形成されているとも言える。ｈｉｇｈＺ部２３Ａは、照射装置１５の軸方向において上流側に向かって凸となる形状を有している。このため、ｈｉｇｈＺ部２３Ａの軸方向の厚みは、図４（Ｂ）に示すように、第二散乱体２３の軸心で最も厚く、第二散乱体２３の周辺に向かって急激に減少してその周辺で最も薄くなっている。
ｌｏｗＺ部２３Ｂは、内部に、照射装置１５の軸方向において下流側に開放される凹部
２３Ｄが形成されている。このため、ｌｏｗＺ部２３Ｂの軸方向の厚みは、ｈｉｇｈＺ部２３Ａとは逆で、図４（Ｂ）に示すように、第二散乱体２３の周辺で最も厚く、第二散乱体２３の軸心に向かって急激に減少してその軸心で最も薄くなっている。ｈｉｇｈＺ部
２３Ａの同一レベルでの外面の輪郭（ｈｉｇｈＺ部２３Ａの外面の、照射装置１５の軸方向と直交する断面での輪郭）は、図４（Ｃ）に示す二点差線のように正方形になっている。図示されていないが、ｌｏｗＺ部２３Ｂは、同一レベルでの外面の輪郭（ｌｏｗＺ部
２３Ｂの外面の、照射装置１５の軸方向と直交する断面での輪郭）及びそのレベルでの内面の輪郭（ｌｏｗＺ部２３Ｂの内面の、照射装置１５の軸方向と直交する断面での輪郭）も、正方形になっている。第二散乱体２３の軸心は照射装置１５の軸心と一致している。第二散乱体２３の上記正方形の一対の対角線の各向きは、正方形をした開口部３１の一対の対角線の各向きと一致するように配置される。
【００２７】
第二散乱体２３におけるイオンビームのエネルギー損失が場所に寄らず一定になるように、直交方向における各位置でのｈｉｇｈＺ部２３Ａ及びｌｏｗＺ部２３Ｂの各軸方向の厚みが決定されている。ｈｉｇｈＺ部２３Ａの、イオンビームの散乱角度は、ｌｏｗＺ部２３Ｂのその散乱角度いよりも大きく、第２散乱体２３でイオンビームの散乱はｈｉｇｈＺ部２３Ａの影響を大きく受ける。第二散乱体２３の、直交方向における各位置(ｒ，θ)での散乱角度Ωは、実質的に、ｈｉｇｈＺ部２３Ａの軸方向の厚みによって定まる。ｒは第二散乱体２３の軸心から半径方向の位置、θはその軸心周りにおける位置を示している。
【００２８】
本実施例における第二散乱体２３の作用について詳細に説明する。ブロックコリメータ３０の正方形である開口部３１の大きさは、放射線遮蔽部材３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂをそれぞれ移動させ、イオンビームを照射する患者１４の患部３９に対応するように設定されている。第一散乱体１９を通過して正規分布状に広げられたイオンビームが、第二散乱体２３に入射される。第二散乱体２３のｈｉｇｈＺ部２３Ａの作用により、第二散乱体２３の軸心部に入射したイオンビームは散乱角度が大きくなって外側に向かって大きく散乱し、第二散乱体２３の周辺部に入射したイオンビームは散乱角度が小さく外側に向かって散乱する度合いが低減される。第二散乱体２３のｈｉｇｈＺ部２３Ａは、ｈｉｇｈＺ部２３Ａの底面（ｈｉｇｈＺ部２３ＡとｌｏｗＺ部２３Ｂの境界面）からの各レベルでの横断面の輪郭形状が正方形をしているため、第二散乱体２３を通過したイオンビームは、照射装置１５の軸方向と直交する断面の輪郭形状が実質的に正方形になっている。換言すれば、本実施例では、第二散乱体２３を通過したイオンビームの、その断面での輪郭形状が実質的に正方形になるように、直交方向における各位置（ｒ，θ）での散乱角度Ωは、実質的に、ｈｉｇｈＺ部２３Ａの、直交方向における各位置（ｒ，θ）での軸方向の厚みが設定されている。
【００２９】
第二散乱体２３を通過したイオンビームの、照射装置１５の軸方向と直交する断面での輪郭形状である正方形は、ブロックコリメータ３０の正方形の開口部３１よりも若干大きい。このため、第二散乱体２３を通過したイオンビームのうち、開口部３１よりも外側に位置するイオンビームがブロックコリメータ３０に遮られて除外されるが、開口部３１に入射したイオンビームがボーラス３６に導かれる。
【００３０】
本実施例は、第二散乱体２３を通過したイオンビームの、その軸方向と直交する断面での輪郭形状が実質的に正方形であるため、イオンビームの、その断面での輪郭形状が円形である場合に比べて、ブロックコリメータ３０で除外されるイオンビームの割合が著しく低減される。換言すれば、イオンビームの、その断面での輪郭形状が円形である場合に比べて、本実施例は、開口部３１を通過するイオンビームの割合が著しく増大する。このため、患者コリメータ３７でもイオンビームの一部が除外されるが、患部３９に照射されるイオンビームの割合が、イオンビームの、その断面での輪郭形状が円形である場合に比べて、著しく増大し、イオンビーム発生装置２から出射されたイオンビームの利用効率が著しく向上する。このため、患者一人当たりの治療時間を短縮することができ、一年間当りの治療人数を増大できる。
【００３１】
患者によっては、イオンビームの照射野を長方形（直角の角を挟む二辺の長さが異なる四角形）にする必要がある。このときは、ブロックコリメータ３０の、放射線遮蔽部材
３２Ａと放射線遮蔽部材３２Ｂとの間隔、及び放射線遮蔽部材３３Ａと放射線遮蔽部材
３３Ｂとの間隔を変えて、開口部３１の形状を長方形とする。ブロックコリメータ３０の開口部３１がそのように設定された場合に用いる第二散乱体２３は、第一散乱体１９側から見た形状が長方形となっている。この例においても、前述した正方形の場合と同様に、ブロックコリメータ３０によって除外されるイオンビームの量が著しく減少し、イオンビームの利用効率が増大するため、患者一人当たりの治療時間を短縮することができる。
【００３２】
第二散乱体としては、第二散乱体２３以外に、図５（Ａ），（Ｂ）に示す第二散乱体
４０Ａ，４０Ｂを用いることも可能である。図５（Ａ）に示す第二散乱体４０Ａは、第二散乱体２３のｌｏｗＺ部２３Ｂの各外面、及びｈｉｇｈＺ部２３Ａの外面の輪郭を、それぞれ、内側に窪ませた形状を有する。第二散乱体４０Ａは、４つの外面に凹部４１をそれぞれ形成している。この第二散乱体４０Ａも、第二散乱体２３と同様に、第一散乱体１９側から見た形状の輪郭が正方形（または長方形）となっている。また、図５（Ｂ）に示す第二散乱体４０Ｂは、第二散乱体４０Ａとは逆に、４つの外面をそれぞれの中央部で外側に少し突出させた輪郭形状を有する。この第二散乱体４０Ｂも、第二散乱体２３と同様に、第一散乱体１９側から見た形状の輪郭が正方形（または長方形）となっている。これらの第二散乱体４０Ａ，４０Ｂは、いずれも、第一散乱体１９側から見た形状の輪郭が４つの角部、及び隣り合う前記角部を互いに連結する４つの線によって形成されていると言える。第二散乱体４０Ａ，４０ＢのそれぞれのｈｉｇｈＺ部は、ｈｉｇｈＺ部の底面
（ｈｉｇｈＺ部とｌｏｗＺ部の境界面）からの各レベルでの横断面の輪郭形状が二点差線で示される形状になっている。これらの二点差線で示される各形状は、第二散乱体４０Ａ，４０ＢのそれぞれのｈｉｇｈＺ部とｌｏｗＺ部の境界での各断面形状と同じである。第二散乱体４０Ａ，４０Ｂのいずれを照射装置１５に設置しても、第二散乱体２３を設置した場合と同様な効果を得ることができる。
【００３３】
以上に述べた第二散乱体はＣｏｎｔｏｕｒｅｄ構造の第二散乱体であるが、２重リング構造の第二散乱体を用いてもよい。上記した実施例における第二散乱体２３の替りに用いることができる２重リング構造の第二散乱体の一例を、図６を用いて説明する。２重リング構造の第二散乱体４０Ｃは、ｈｉｇｈＺ部２３Ｃ、及びｈｉｇｈＺ部２３Ｃに取り付けられたｌｏｗＺ部２３Ｄを有する。ｈｉｇｈＺ部２３Ｃ及びｌｏｗＺ部２３Ｄのそれぞれの軸方向の厚みは、エネルギー損失が等しくなるように設定されている。ｈｉｇｈＺ部
２３Ｃの軸方向での厚みは、図６（Ａ）に示すように、ｌｏｗＺ部２３Ｄのその厚みよりも薄くなっている。ｈｉｇｈＺ部２３Ｃは、ｌｏｗＺ部２３Ｄに取り囲まれている。第一散乱体１９側から見たｈｉｇｈＺ部２３Ｃ及びｌｏｗＺ部２３Ｄのそれぞれの輪郭形状は、正方形（または長方形）になっている。換言すれば、第一散乱体１９側から見たhighZ部２３Ｃ及びｌｏｗＺ部２３Ｄのそれぞれの輪郭形状は、４つの角部、及び隣り合う前記角部を互いに連結する４つの線によって形成されていると言える。ｈｉｇｈＺ部２３Ｃ及びｌｏｗＺ部２３Ｄのそれぞれの輪郭形状は、第二散乱体２３の替りに第二散乱体４０Ｃを設置した照射装置１５においても、ブロックコリメータ３０の開口部３１を通過するイオンビームの割合を著しく増大でき、イオンビーム発生装置２から出射されたイオンビームの利用効率が著しく向上する。このため、患者一人当たりの治療時間を短縮することができる。
【００３４】
第二散乱体２３，４０Ａ，４０Ｂは、ｈｉｇｈＺ部とｌｏｗＺ部の境界における断面形状が正方形（または長方形）となっている。第二散乱体４０Ｃは、少なくともｈｉｇｈＺ部２３Ｃの、照射装置１５の軸方向に直交する断面形状が正方形（または長方形）となっている。
【００３５】
前述した実施例に用いた照射装置１５は、イオンビームとして炭素線等の重粒子線を用いる、粒子線治療装置の一種である重粒子線治療装置の照射装置として用いることも可能である。重粒子線治療装置も、イオンビーム発生装置２及びイオンビーム輸送系９を備えている。イオンビーム発生装置２は、重粒子線（例えば、炭素線）であるイオンビームを発生するイオン源を備えている。重粒子線治療装置の照射装置１５に、上記した第二散乱体２３，４０Ａ，４０Ｂ、４０Ｃのいずれかを用いることによって、前述した陽子線治療装置と同様な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の好適な一実施例である陽子線治療装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す照射装置の詳細構成を示す縦断面図である。
【図３】図２のIII−III断面図で、ブロックコリメータの構成を示す説明図である。
【図４】図２に示す第二散乱体の詳細構成図で、（Ａ）は第二散乱体の斜視図、(Ｂ)は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）は第二散乱体の平面図である。
【図５】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ第二散乱体の他の実施例の平面図である。
【図６】第二散乱体の他の実施例の平面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…陽子線治療装置、２…イオンビーム発生装置、４…シンクロトロン、９…イオンビーム輸送系、１５…照射装置、１６…ケーシング、１８…第一散乱体装置、１９…第一散乱体、２１…照射装置の軸心（ビーム経路）、２２…第二散乱体装置、２３，４０Ａ，
４０Ｂ，４０Ｃ…第二散乱体、２３Ａ，２３Ｃ…ｈｉｇｈＺ部、２３Ｂ，２３Ｄ…lowZ部、２５…ＳＯＢＰ形成装置、２７…飛程調整装置、３０…ブロックコリメータ、３１，
３８…開口部、３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ…放射線遮蔽部材、３４，３５…ガイドレール、３７…患者用コリメータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビーム発生装置と、イオンビーム発生装置から出射されたイオンビームを照射対象に照射するイオンビーム照射装置とを備え、
前記イオンビーム照射装置は、
前記イオンビームが通過する第一散乱体と、
前記第一散乱体を通過した前記イオンビームが導かれる第二散乱体と、
実質的に四角形である開口部を形成し、前記第二散乱体を通過した前記イオンビームを、前記開口部で整形するコリメータとを有し、
前記第二散乱体は、前記第１散乱体から見た、外面形状の輪郭が、４つの角部、及び隣り合う前記角部を互いに連結する４つの線によって形成されていることを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項２】
前記輪郭の、前記第二散乱体の軸心を間に挟んで対向する２つの角部を結ぶ直線が、前記照射装置の軸方向と直交する平面において前記開口部の対角線と同じ方向を向いている請求項１に記載の粒子線治療装置。
【請求項３】
前記線は、前記直線によって描かれる円よりも内側に位置する請求項２に記載の粒子線治療装置。
【請求項４】
前記第二散乱体は、エネルギー損失が少なく原子番号の大きい物質によって構成されるｈｉｇｈＺ部、及びエネルギー損失が少なく原子番号の小さい物質によって構成される
ｌｏｗＺ部を有し、前記ｈｉｇｈＺ部の、前記イオンビームの散乱角が、前記ｌｏｗＺ部のそれよりも大きくなっており、
前記ｈｉｇｈＺ部及び前記ｌｏｗＺ部のそれぞれの外面の、前記軸方向と直交する断面での輪郭が、前記４つの角部及び前記４つの線によって形成されている請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。
【請求項５】
前記ｈｉｇｈＺ部が、前記軸方向において、前記ｌｏｗＺ部よりも上流に位置しているおり、前記ｌｏｗＺ部が前記ｈｉｇｈＺ部に取り付けられている請求項４に記載の粒子線治療装置。
【請求項６】
イオンビーム発生装置と、イオンビーム発生装置から出射されたイオンビームを照射対象に照射するイオンビーム照射装置とを備え、
前記イオンビーム照射装置は、
前記イオンビームが通過する第一散乱体と、
前記第一散乱体を通過した前記イオンビームが導かれる第二散乱体と、
実質的に正方形である開口部を形成し、前記第二散乱体を通過した前記イオンビームを、前記開口部で整形するコリメータとを有し、
前記第二散乱体は、エネルギー損失が少なく原子番号の大きい物質によって構成されるｈｉｇｈＺ部、及びエネルギー損失が少なく原子番号の小さい物質によって構成される
ｌｏｗＺ部を有し、前記ｈｉｇｈＺ部の、前記イオンビームの散乱角が、前記ｌｏｗＺ部のそれよりも大きくなっており、
前記ｌｏｗＺ部が前記軸方向と直交する平面内において前記ｈｉｇｈＺ部を取り囲んで前記ｈｉｇｈＺ部に取り付けられ、
前記ｈｉｇｈＺ部は、前記第１散乱体から見た、輪郭形状が、４つの角部、及び隣り合う前記角部を互いに連結する４つの線によって形成されていることを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項７】
前記輪郭の、前記第二散乱体の軸心を間に挟んで対向する２つの角部を結ぶ直線が、前記照射装置の軸方向と直交する平面において前記開口部の対角線と同じ方向を向いている請求項６に記載の粒子線治療装置。
【請求項８】
前記線は、前記直線によって描かれる円よりも内側に位置する請求項７に記載の粒子線治療装置。
【請求項９】
前記４つの角部及び前記４つの線によって画定される形状が、前記４つの角部が直角である四角形である請求項１又は請求項６に記載の粒子線治療装置。
【請求項１】
イオンビーム発生装置と、イオンビーム発生装置から出射されたイオンビームを照射対象に照射するイオンビーム照射装置とを備え、
前記イオンビーム照射装置は、
前記イオンビームが通過する第一散乱体と、
前記第一散乱体を通過した前記イオンビームが導かれる第二散乱体と、
実質的に四角形である開口部を形成し、前記第二散乱体を通過した前記イオンビームを、前記開口部で整形するコリメータとを有し、
前記第二散乱体は、前記第１散乱体から見た、外面形状の輪郭が、４つの角部、及び隣り合う前記角部を互いに連結する４つの線によって形成されていることを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項２】
前記輪郭の、前記第二散乱体の軸心を間に挟んで対向する２つの角部を結ぶ直線が、前記照射装置の軸方向と直交する平面において前記開口部の対角線と同じ方向を向いている請求項１に記載の粒子線治療装置。
【請求項３】
前記線は、前記直線によって描かれる円よりも内側に位置する請求項２に記載の粒子線治療装置。
【請求項４】
前記第二散乱体は、エネルギー損失が少なく原子番号の大きい物質によって構成されるｈｉｇｈＺ部、及びエネルギー損失が少なく原子番号の小さい物質によって構成される
ｌｏｗＺ部を有し、前記ｈｉｇｈＺ部の、前記イオンビームの散乱角が、前記ｌｏｗＺ部のそれよりも大きくなっており、
前記ｈｉｇｈＺ部及び前記ｌｏｗＺ部のそれぞれの外面の、前記軸方向と直交する断面での輪郭が、前記４つの角部及び前記４つの線によって形成されている請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。
【請求項５】
前記ｈｉｇｈＺ部が、前記軸方向において、前記ｌｏｗＺ部よりも上流に位置しているおり、前記ｌｏｗＺ部が前記ｈｉｇｈＺ部に取り付けられている請求項４に記載の粒子線治療装置。
【請求項６】
イオンビーム発生装置と、イオンビーム発生装置から出射されたイオンビームを照射対象に照射するイオンビーム照射装置とを備え、
前記イオンビーム照射装置は、
前記イオンビームが通過する第一散乱体と、
前記第一散乱体を通過した前記イオンビームが導かれる第二散乱体と、
実質的に正方形である開口部を形成し、前記第二散乱体を通過した前記イオンビームを、前記開口部で整形するコリメータとを有し、
前記第二散乱体は、エネルギー損失が少なく原子番号の大きい物質によって構成されるｈｉｇｈＺ部、及びエネルギー損失が少なく原子番号の小さい物質によって構成される
ｌｏｗＺ部を有し、前記ｈｉｇｈＺ部の、前記イオンビームの散乱角が、前記ｌｏｗＺ部のそれよりも大きくなっており、
前記ｌｏｗＺ部が前記軸方向と直交する平面内において前記ｈｉｇｈＺ部を取り囲んで前記ｈｉｇｈＺ部に取り付けられ、
前記ｈｉｇｈＺ部は、前記第１散乱体から見た、輪郭形状が、４つの角部、及び隣り合う前記角部を互いに連結する４つの線によって形成されていることを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項７】
前記輪郭の、前記第二散乱体の軸心を間に挟んで対向する２つの角部を結ぶ直線が、前記照射装置の軸方向と直交する平面において前記開口部の対角線と同じ方向を向いている請求項６に記載の粒子線治療装置。
【請求項８】
前記線は、前記直線によって描かれる円よりも内側に位置する請求項７に記載の粒子線治療装置。
【請求項９】
前記４つの角部及び前記４つの線によって画定される形状が、前記４つの角部が直角である四角形である請求項１又は請求項６に記載の粒子線治療装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−２６７９０４（Ｐ２００７−２６７９０４Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−９６３７９（Ｐ２００６−９６３７９）
【出願日】平成１８年３月３１日（２００６．３．３１）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月３１日（２００６．３．３１）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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