粒子線照射装置の制御システム及びその制御方法
【課題】
患部内における放射線量分布をより均一化する。
【解決手段】
粒子線治療装置１は、荷電粒子ビーム発生装置２及び照射野形成装置１５を備える。荷電粒子ビーム発生装置２からのイオンビームは照射野形成装置１５より患部６２に照射される。第１及び第２走査電磁石１７，１８の下流側で、照射野形成装置１５に設置された散乱体装置１９及び飛程調整装置２０は一体化されて、またブラッグピーク拡大装置２１は単独で、ビーム軸１４に沿って移動される。散乱体装置１９の移動はイオンビームの散乱度合いを調整し、飛程調整装置２０の移動は吸収体の厚み調整に応じたその散乱度合いの変化を調整し、ブラッグピーク拡大装置２１の移動によってＳＯＢＰ装置２１に対応して生じるその散乱度合いの変化を調整する。これらの調整により、患部内における放射線量分布が均一化される。
患部内における放射線量分布をより均一化する。
【解決手段】
粒子線治療装置１は、荷電粒子ビーム発生装置２及び照射野形成装置１５を備える。荷電粒子ビーム発生装置２からのイオンビームは照射野形成装置１５より患部６２に照射される。第１及び第２走査電磁石１７，１８の下流側で、照射野形成装置１５に設置された散乱体装置１９及び飛程調整装置２０は一体化されて、またブラッグピーク拡大装置２１は単独で、ビーム軸１４に沿って移動される。散乱体装置１９の移動はイオンビームの散乱度合いを調整し、飛程調整装置２０の移動は吸収体の厚み調整に応じたその散乱度合いの変化を調整し、ブラッグピーク拡大装置２１の移動によってＳＯＢＰ装置２１に対応して生じるその散乱度合いの変化を調整する。これらの調整により、患部内における放射線量分布が均一化される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子線照射装置の制御システム及びその制御方法に係り、特に、陽子及び炭素イオン等の荷電粒子ビームを患部に照射して治療する粒子線治療装置，荷電粒子ビームを材料に照射する材料照射装置，食品に荷電粒子ビームを照射する食品照射装置、及び荷電粒子ビームを利用したラジオアイソトープ製造装置に適用するのに好適な粒子線照射装置の制御システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の粒子線治療装置は、荷電粒子ビーム発生装置，ビーム輸送系及び回転式の照射装置を備える。荷電粒子ビーム発生装置は、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荷電粒子ビーム（以下、イオンビームという）は、ビーム輸送系（以下、第１ビーム輸送系という）を経て照射装置に達する。回転式の照射装置は、照射装置ビーム輸送系（以下、第２ビーム輸送系という），照射野形成装置、及び第２ビーム輸送系及び照射野形成装置を一体で回転
させる回転装置（回転ガントリー）を有する。イオンビームは第２ビーム輸送系を通って照射野形成装置から患者の癌の患部に照射される。
【０００３】
照射野形成装置は、荷電粒子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形状に合わせて整形して照射する装置である。照射野形成装置は、大別して３種類存在する。第１は散乱体方式を適用した照射野形成装置、第２はウォブラ方式を適用した照射野形成装置（特許文献１及び特許文献２）、及び第３はスキャニング方式を適用した照
射野形成装置（特許文献３）である。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２１１２９２号公報
【特許文献２】特開平２０００−２０２０４７号公報
【特許文献３】特開平１０−１９９７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
照射野形成装置から患者の体内にイオンビームを照射する際、イオンビームの進行方向（体内の深さ方向）及びその進行方向に直行する方向における放射線量分布が一様になることが望まれる。特に、癌の患部内においてはそのような放射線量分布の一様性が望まれる。これは、３種類の各照射野形成装置からのイオンビームの照射の際にそれぞれ望まれることである。しかしながら、上記した従来の照射野形成装置を有する粒子線治療装置では、特に、体積の大きな患部（照射対象領域）に対して、照射線量を高く保ちつつ深さ方向における放射線量分布の一様性を高く保つことは困難であった。
【０００６】
本発明の目的は、粒子線治療装置の制御システム及びその制御方法において、散乱体を、治療計画情報に基づいて設定された位置に容易に位置させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、治療計画情報に基づいて照射条件情報より必要な散乱体の厚み及び吸収体の厚みを選定し、選定した散乱体及び吸収体の各厚み情報を基に散乱体及び吸収体の位置を選定し、駆動制御装置に対し駆動指令信号と散乱体及び吸収体の各選定した厚みの情報を出力する照射制御装置と、その散乱体の厚み情報に基づいて散乱体を散乱体装置の散乱体の中から選定し、選定された吸収体の厚み情報に基づいてその厚みになる吸収体を飛程調整装置の吸収体の中から選定する駆動制御装置と、該当する散乱体及び吸収体が設定位置に達したとき、該当する各リミットスイッチの作動によって発生する各位置信号を該駆動制御装置に伝えることを特徴とする。
【０００８】
好ましくは、駆動制御装置は、照射制御装置に散乱体及び吸収体の移動完了情報を出力する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、粒子線治療装置の制御システム及びその制御方法において、散乱体を、治療計画情報に基づいて設定された位置に容易に位置させることにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の各実施例を説明する。
【００１１】
（実施例１）
本発明の好適な一実施例である粒子線治療装置を、図１を用いて説明する。本実施例の粒子線治療装置１は、荷電粒子ビーム発生装置２及び照射野形成装置１５を備える。荷電粒子ビーム発生装置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。イオン源で発生したイオン（例えば、陽子イオン（または炭素イオン））は前段
加速器（例えば直線加速器）３で加速される。前段加速器３から出射されたイオンビームはシンクロトロン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された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１３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７及び偏向電磁石８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。
【００１２】
シンクロトロン４から出射されたイオンビームは、ビーム輸送系９を経て照射装置である照射野形成装置１５に達する。ビーム輸送系９の一部である逆Ｕ字部１０及び照射野形成装置１５は、回転可能なガントリー（図示せず）に設置される。逆Ｕ字部１０は偏向電磁石１１，１２を有する。イオンビームは、照射野形成装置１５から治療台（ベッド）
５９に乗っている患者６１の患部（図２）６２に照射される。
【００１３】
本実施例に用いられる照射野形成装置１５の詳細構成を図２に基づいて説明する。照射野形成装置１５は、ウォブラ方式の照射野形成装置である。照射野形成装置１５は、逆Ｕ字部１０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、イオンビーム進行方向の上流側より順次、第１走査電磁石１７，第２走査電磁石１８，散乱体装置１９，飛程調整装置２０、及びブラッグピーク拡大装置（以下、ＳＯＢＰ装置という）２１を配置する。第１走査電磁石１７及び第２走査電磁石１８は散乱体装置１９の上流側でケーシング１６に取り付けられる。散乱体装置１９及び飛程調整装置２０は一体化されて貫通孔３７を有する支持部材２４に取り付けられる。支持部材２４は２つのネジ孔を通るボールネジ２７，２８とそれぞれ噛合っている。ボールネジ２７，２８の上端部はそれぞれ回転可能にケーシング１６に取り付けられる。ボールネジ２７，２８の下端部は、ケーシング１６に取り付けられる交流サーボモータ２５，２６の回転軸に連結される。エンコーダ
２９は交流サーボモータ２５の回転軸に連結される。交流サーボモータ２５，２６は一方のみでもよい。交流サーボモータの替りにステップモータを用いてもよい。ＳＯＢＰ装置２１は、飛程調整装置２０に向って伸びる複数の楔形部材を配置している。楔形部材の両側面は厳密には階段状の形状となっている。ＳＯＢＰ装置として、回転ホイール型SOBPフィルタを用いてもよい。ＳＯＢＰ装置２１は、ボールネジ３２と噛合うネジ孔、及び貫通孔３８を有する支持部材３０に取り付けられる。ボールネジ３２の上端部はケーシング
１６に回転可能に取り付けられる。ボールネジ３２の下端部は、ケーシング１６に取り付けられる交流サーボモータ３１に連結される。エンコーダ３３は交流サーボモータ３１の回転軸に連結される。支持部材３０は、ケーシング１６に設置されるリニアガイド３４に移動可能に取り付けられる。ケーシング１６はボーラス保持部３５を有する。交流サーボモータ２５及びボールネジ２７，交流サーボモータ２６及びボールネジ２８、及び交流サーボモータ３１及びボールネジ３２は、それぞれリニアアクチュエータを構成する。
【００１４】
散乱体装置１９の詳細構成を図３を用いて説明する。散乱体装置１９は、圧縮空気シリンダ４１、及び圧縮空気シリンダ４１内に設置されたピストン（図示せず）に連結されるピストンロッド４２を有する複数の散乱体操作装置４０を有する。これらの散乱体操作装置４０は支持枠３９に設置される。散乱体装置１９は、イオンビームの進行方向（ビーム軸１４という）における厚みが異なる散乱体４３Ａ〜４３Ｆを有する。これらの散乱体は
、個々の散乱体操作装置４０に一個ずつ取り付けられる。散乱体４３Ａ〜４３Ｆは、イオンビームの散乱量に対するイオンビームのエネルギー損失の量が少ないタングステンで構成される。散乱体は、タングステン以外に鉛等の原子番号の大きな物質で構成される材料を用いてもよい。電磁弁５０を有する圧縮空気配管４９が、各散乱体操作装置４０の圧縮空気シリンダ４１にそれぞれ接続される。各圧縮空気配管４９は圧縮空気供給装置（図示せず）に接続される。支持枠３９は飛程調整装置２０の支持枠４４上に設置される。
【００１５】
飛程調整装置２０は、図４に示すように、圧縮空気シリンダ４６、及び圧縮空気シリンダ４６内に設置されたピストン(図示せず)に連結されるピストンロッド４７を有する複数の吸収体操作装置４５を有する。これらの吸収体操作装置４５は支持枠４４に設置される
。飛程調整装置２０は、ビーム軸１４の方向における厚みが異なる吸収体４８Ａ〜４８Ｆを有する。これらの吸収体は、個々の吸収体操作装置４５に一個ずつ取り付けられる。各吸収体は、炭化水素等の原子番号の小さい物質を含む樹脂で構成される。電磁弁５２を有する圧縮空気配管５１が、各吸収体操作装置４５の圧縮空気シリンダ４６にそれぞれ接続される。各圧縮空気配管５１は圧縮空気供給装置（図示せず）に接続される。支持枠４４は支持部材２４上に設置される。
【００１６】
なお、散乱体装置１９の各散乱体操作装置４０及び飛程調整装置２０の各吸収体操作装置４５は、それぞれリミットスイッチを備える。散乱体操作装置４０のリミットスイッチ
【００１７】
【表１】
【００１８】
は、該当する散乱体が、イオンビームが通過する設定位置に達したことを検出する。吸収体操作装置４５のリミットスイッチは、該当する吸収体が、その設定位置に達したことを検出する。上記した散乱体装置及び飛程調整装置として、対向して配置された２枚の楔板を有し、各楔板を移動させて重なり部の厚みを連続的に変化させる装置を用いてもよい。
【００１９】
本実施例の粒子線治療装置は、照射制御装置５４，駆動制御装置５６〜５８、及び走査電磁石制御装置３６を含む制御システム７０を備える。照射制御装置５４のメモリ５５は
、表１に示す照射条件情報を記憶する。照射条件情報の項目は、患部６２の、ビーム軸
１４に直角な方向における長さ（照射野サイズ），患部６２の深さ方向の位置（飛程），
照射野形成装置１５への入射エネルギー（入射Ｅｇ），散乱体の厚み（散乱体厚），吸収
体の厚み（吸収体厚），散乱体装置１９及び飛程調整装置２０の位置(ＳＣ＋ＲＳ位置)，
第１走査電磁石１７の励磁電流(Ｗｂｌ１)及び第２走査電磁石１８の励磁電流(Ｗｂｌ２)である。治療計画情報である照射野サイズ，飛程及び入射エネルギーの各情報と、散乱体厚み，吸収体厚み，ＳＣ＋ＲＳ位置，Ｗｂｌ１及びＷｂｌ２との関係は、予め、計算および実験により求めておく。ＳＣ＋ＲＳ位置は、散乱体装置１９及び飛程調整装置２０に対する第１基準位置を起点とした位置である。治療計画装置５３は、治療する患者６１に対する治療計画情報（照射野サイズ，イオンビームの入射方向，その入射方向における飛程
，入射エネルギー等）を記憶している。メモリ５５は、表２に示すブラッグピーク拡大幅
【００２０】
【表２】
【００２１】
（ＳＯＢＰ幅）と治療計画情報の１つである、体内への入射エネルギーとの関係で、各
ＳＯＢＰ装置２１の位置（ＳＯＢＰ位置）を、照射条件情報として記憶する。各ＳＯＢＰ装置２１の位置は、ＳＯＢＰ装置２１に対する第２基準位置を起点とした位置である。照射制御装置５４、駆動制御装置５６〜５８、及び走査電磁石制御装置３６を個々に設けずに、制御システム７０が照射制御装置５４、駆動制御装置５６〜５８及び走査電磁石制御装置３６の各機能を発揮するように構成してもよい。
【００２２】
ＳＯＢＰ装置２１は、表２に示すＥ１５０Ｓ０１０及びＥ１５０Ｓ０２０等のように複数準備されている。Ｅ１５０Ｓ０１０及びＥ１５０Ｓ０２０等はＳＯＢＰ装置２１のＮo.（ＳＯＢＰＮo.）である。それらのＳＯＢＰ装置２１は、例えば、楔形部材の高さ，階段部の幅及び高さが異なっている。ＳＯＢＰ装置２１は、照射野形成装置１５への入射エネルギー及びＳＯＢＰ幅に応じて選択して支持部材３０に予め取り付けられる。ＳＯＢＰ幅はイオンビームの進行方向における患部６２の長さに応じて定まる。
【００２３】
照射野形成装置１５に対する患者６１の位置決め前に、照射制御装置５４は、治療計画装置５３から患者６１に対する治療計画情報（照射野サイズ（照射野情報），飛程（飛程
情報），入射エネルギー（ビームエネルギー情報）等）を入力し、メモリ５５に記憶させ
る。これらの治療計画情報は、イオンビームの照射条件を現している。照射制御装置５４は、治療計画情報に基づいて照射条件情報より必要な散乱体の厚み及び吸収体の厚みを選定する。イオンビームの入射エネルギーが大きくなる程、厚みの厚い散乱体が選定され、要求される飛程が短い程、厚みの厚い吸収体が選定される。また、照射制御装置５４は、選定した散乱体及び吸収体の各厚み情報（飛程の情報）を基に（ＳＣ＋ＲＳ位置）も選定する。照射制御装置５４は、駆動制御装置５６に対して、駆動指令信号と共に散乱体及び吸収体の各選定した厚みの情報を出力する。駆動制御装置５６は、その散乱体の厚み情報に基づいて、散乱体（一枚または複数枚）を散乱体装置１９の散乱体の中から選定する。例えば、散乱体４３Ｂ及び４３Ｃのそれぞれの厚みの合計が散乱体厚み情報と一致した場合には散乱体４３Ｂ及び４３Ｃが選定される。駆動制御装置５６は、散乱体４３Ｂ及び
４３Ｃを操作するそれぞれの散乱体操作装置４０に接続された各圧縮空気配管４９の電磁弁５０を開く。該当する散乱体操作装置４０のシリンダ４１内に圧縮空気が供給され、散乱体４３Ｂ及び４３Ｃはピストンロッド４２の移動により上記設定位置まで押し出される
。残りの散乱体はイオンビームの通過位置から離れた場所に位置している。また、駆動制御装置５６は、選定された吸収体の厚み情報に基づいて、その厚みになる吸収体（一枚または複数枚）を飛程調整装置２０内の吸収体の中から選定する。例えば、吸収体４８Ｅの厚みが吸収体厚み情報と一致した場合には吸収体４８Ｅが選定される。駆動制御装置５６は、吸収体４８Ｅを操作するそれぞれの吸収体操作装置４５に接続された各圧縮空気配管５１の電磁弁５２を開く。該当する吸収体操作装置４５のシリンダ４６内に圧縮空気が供給され、吸収体４８Ｅはピストンロッド４７の移動により上記設定位置まで押し出される
。残りの吸収体はイオンビームの通過位置から離れた場所に位置している。該当する散乱体及び吸収体が設定位置に達したとき、該当する各リミットスイッチの作動によって発生する各位置信号が駆動制御装置５６に伝えられる。駆動制御装置５６は、照射制御装置
５４に対して散乱体及び吸収体の移動完了情報を出力する。
【００２４】
照射制御装置５４は、駆動制御装置５７に対して、駆動指令信号と共に、（ＳＣ＋ＲＳ
位置）情報、すなわち第１位置情報を出力する。駆動制御装置５７は、第１位置情報に基づいて交流サーボモータ２５，２６を回転させて、支持部材２４を所定の位置まで移動させる。これに伴って、散乱体装置１９及び飛程調整装置２０は第１位置情報に対応した位置まで移動される。駆動制御装置５７は、支持部材２４がその位置に達したことを、エンコーダ２９の検出信号で確認する。照射制御装置５４は、必要なＳＯＢＰ幅が１０mmであるため、駆動制御装置５８に対して、駆動指令信号を出力しない。ＳＯＢＰ幅を３０mmにしなければならない患者６１を治療する場合には、照射制御装置５４は、駆動制御装置
５８に対して、駆動指令信号と共に、ＳＯＢＰ装置２１の位置情報、すなわち第２位置情報を出力する。駆動制御装置５８は、第２位置情報に基づいて交流サーボモータ３１を回転させて、支持部材３０を所定の位置まで移動させる。ＳＯＢＰ装置２１は第２位置情報に対応した所定の位置まで移動する。駆動制御装置５８は、支持部材３０がその位置に達したことを、エンコーダ３３の検出信号で確認する。
【００２５】
照射制御装置５４は、メモリ５５から患者６１に対する照射野サイズ及び入射エネルギーの各情報を取り込み、これらの情報を用いて上記の照射条件情報より第１走査電磁石
１７及び第２走査電磁石１８のそれぞれの励磁電流を選択する。選択された各励磁電流の情報（例えば、図１３（Ｂ）に示す各走査電磁石に対する励磁電流の情報）は、走査電磁石制御装置３６に伝えられる。走査電磁石制御装置３６は、それらの励磁電流情報に基づいて第１走査電磁石１７及び第２走査電磁石１８にそれぞれ供給する励磁電流を制御し、イオンビームを、ビーム軸１４に直交する平面内で円を描くように回転させる。この円をウォブラ円という。具体的には、第１走査電磁石１７の走査によりイオンビームを上記円内でＸ方向に移動させ、第２走査電磁石１８の走査によりイオンビームを上記円内でＸ軸と直交するＹ軸方向に移動させる。そのような第１走査電磁石１７及び第２走査電磁石
１８の協調したイオンビーム走査によって、イオンビームは上記平面内で円を描くように移動する。このようなイオンビームの走査は、照射野形成装置１５からイオンビームを出射するときに行われる。ウォブラ円の大きさはイオンビームの進行方向に垂直な方向における患部６２の大きさに対して定まる。
【００２６】
選定された散乱体及び吸収体がイオンビーム通過位置に設定され、散乱体装置１９，飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１が所定の位置まで移動された後に、イオンビームの調整等の治療前の準備が行われる。更に、患者６１用のボーラス２２がボーラス保持部
３５に設置され、コリメータ２３がボーラス保持部３５の下方でケーシング１６に設置される。これらの準備が完了した後、治療台５９を移動して患者６１の患部６２を照射野形成装置１５のビーム軸１４と一致させ、治療開始となる。オペレータは、操作盤（図示せず）から治療開始信号を入力する。その治療開始信号を取り込んだ加速器制御装置（図示せず）の作用によって、イオンビームがシンクロトロン４から出射される。このイオンビームは、前述したように、照射野形成装置１５に達する。照射制御装置５４は、入力した上記の治療開始信号に基づいて、イオンビーム走査開始信号、上記した各励磁電流情報を走査電磁石制御装置３６に出力する。走査電磁石制御装置３６は、励磁電流を制御して前述したようにイオンビームを走査する。
【００２７】
走査されたイオンビームは散乱体４３Ｂ，４３Ｃを通過する。イオンビームは、各散乱体によって散乱され、イオンビームの進行方向に対して円錐状に拡大される。そして、イオンビームは、吸収体４８Ｅを通過する。吸収体は、イオンビームのエネルギーを減少させることによって、イオンビームの体内における飛程を調整する。更に、イオンビームは
、ＳＯＢＰ装置２１を通過する。ＳＯＢＰ装置２１は、楔形部材においてイオンビーム進行方向における厚みが異なっている。このように厚みの異なった部分が存在するため、散乱体で拡大されて各走査電磁石によって走査されたイオンビームのエネルギーの減衰度合いはＳＯＢＰ装置２１の通過する部分で異なる。ＳＯＢＰ装置２１を通過してエネルギーが異なった各イオンビームは、体内の異なる位置でそれぞれブラッグピークを形成する。このため、ビーム軸１４の方向における放射線量の分布がより平坦化される。
【００２８】
ＳＯＢＰ装置２１を通過したイオンビームは、ボーラス２２を通過する。イオンビームの飛程は、ボーラス２２によって、イオンビームの進行方向における患部６２の形状に合せて調整される。ボーラス２２を通過し、患部６２をビーム軸１４方向に投影した形状の外側に位置するイオンビームは、コリメータ２３によって除外される。すなわち、コリメータ２３はその形状の内側に位置するイオンビームを通過させる。コリメータ２３を通過したイオンビームが患部６２に照射される。
【００２９】
本実施例では、イオンビーム進行方向における、患部６２の下流側端の位置でのウォブラ円（照射目標下流側ウォブラ円）、及びイオンビーム進行方向における、患部６２の上
流側端の位置でのウォブラ円（照射目標上流側ウォブラ円）のそれぞれの大きさ（図５）は、単純に同じ走査電磁石１７，１８の走査焦点位置からの距離によって定義される。これに対して、その下流側端でのイオンビームのサイズ及び量はＳＯＢＰ装置２１の厚みの薄い部分を通過したイオンビームのサイズ及び量であり、その上流側端でのそのサイズはＳＯＢＰ装置２１の厚みの薄い部分及び厚い部分を通過したイオンビームを重ね合わせたイオンビームのサイズ及び量となる。その上流側端でのウォブラ円とイオンビームサイズとの比、及びその下流側端でのウォブラ円とイオンビームサイズとの比を、それぞれ適切な比となるように、散乱体，吸収体、及びＳＯＢＰ装置２１を、それぞれ該当する位置に移動，設定することにより、患部に対する放射線量分布の一様性の高い照射を、照射線量率が高い状態のまま行うことができる。照射目標は、患部６２の形状によって定まり、多少マージンをとり患部よりも大きくする場合もある。
【００３０】
本実施例は、イオンビームの通過位置に位置する散乱体(例えば散乱体４３Ｂ，４３Ｃ)をイオンビームの進行方向に移動させるため、患部６２の位置におけるイオンビームの散乱サイズ（イオンビームの進行方向に直交する方向においてイオンビームの拡大されたサイズ）を変化させることができる。すなわち、散乱体を患部６２に近づけることによって散乱サイズが小さくなり、逆に遠ざけることによって散乱サイズが大きくなる。イオンビームの進行方向における散乱体の移動は、体内におけるイオンビームの飛程を変えないでイオンビームの散乱サイズを、イオンビームの進行方向における放射線量分布が平坦化された最適な散乱サイズに調整することができ、患部６２における照射された放射線量の分布を調整できる。具体的には、イオンビームの散乱サイズが最適散乱サイズより小さい場合には散乱体を患部６２から遠ざけ、逆に最適散乱サイズよりも大きい場合には散乱体を患部６２に近づける。
【００３１】
また、イオンビーム通過領域内での吸収体の厚みが増す程、イオンビームの散乱サイズが最適散乱サイズよりも大きくなり、患部６２の放射線量分布が悪くなる。しかしながら
、本実施例は、選定された吸収体をイオンビームの進行方向に移動させるため、吸収体を選定してイオンビームの飛程を調整した際におけるイオンビームの散乱サイズの変化によって生じる、患部６２の放射線量分布の悪化を抑制でき、最適散乱サイズの放射線量分布が得られる。吸収体のその移動は、イオンビームの飛程を変えないで、吸収体に起因した患部６２の放射線量分布の変化を調整できる。選定された吸収体の厚みが増す程、吸収体はイオンビームの進行方向で下流側に更に移動される。
【００３２】
ＳＯＢＰ幅の異なる複数のＳＯＢＰ装置２１が用意されており、前述のように１つの
ＳＯＢＰ装置２１が選択して設置される。各ＳＯＢＰ装置２１は達成できるＳＯＢＰ幅に応じてイオンビームの散乱サイズが異なる。散乱サイズの大きなＳＯＢＰ装置２１程、上記下流側に移動される。この移動によって、イオンビームの散乱サイズは最適散乱サイズに調整され、イオンビームの進行方向と直行する方向での患部６２の放射線量分布は平坦化される。
【００３３】
本実施例は、前述したように、散乱体装置１９，飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置
２１をイオンビーム進行方向に移動できるため、患部６２内の放射線量分布（イオンビームの進行方向、及びこれと直行する方向における放射線量分布）を一様にすることができる。また、イオンビームの利用効率が高まるので、照射線量率も増大する。
【００３４】
本実施例では、散乱体装置１９が飛程調整装置２０に設置されているため、これらの装置を一緒に同じ駆動装置である交流サーボモータ２５，２６によって移動できる。このため、本実施例は、散乱体装置１９と飛程調整装置２０を別々の駆動装置で移動させる場合に比べて構成が簡単になる。本実施例では、散乱体装置１９と飛程調整装置２０が一体化されて吸収体が散乱体に近接しているため、吸収体に入射されるイオンビームのサイズが小さくなり、ビーム軸１４に直行する面内での各吸収体の長さ及び幅を小さくできる。これは、飛程調整装置２０が小型化される。吸収体の挿入量に応じて吸収体による散乱の影響がでるが、本実施例は、吸収体及び散乱体を一緒にイオンビームの進行方向に移動させるため、その進行方向における吸収体の移動量を少なくでき、患部６２から吸収体までの距離をより長くすることができる。この距離の増大、及び散乱体と吸収体とが近接しているため、患部６２外への放射線量分布のにじみ（半影）が小さくなる。なお、本実施例では吸収体と散乱体のビーム軸１４に沿っての移動量は同じである。一体化された散乱体装置１９及び飛程調整装置２０がビーム軸１４に沿って移動されるので、吸収体の選定によって定まるイオンビームの飛程に拘らず、患部６２の放射線量分布の変化が小さくできる
。更に、本実施例は、飛程調整装置２０と散乱体装置１９とが一体化されているので、選定された吸収体が散乱体の近くに位置し、その吸収体に入射するイオンビームのサイズが小さくなる。従って、各吸収体を小さくでき照射野形成装置１５を小型化できる。
【００３５】
本実施例は、制御システム７０、特に、照射制御装置５４及び駆動制御装置５６の機能により、第１散乱体装置１９の散乱体をイオンビームの進行方向に移動させて設定された位置に容易に位置させることができる。特に、照射制御装置７０が、患者６１の治療計画情報、具体的には飛程（飛程情報）を用いて、第１散乱体装置１９の散乱体を上記設定位置に位置させることができる。
【００３６】
本実施例は、体内の深さ方向において、イオンビームの照射に基づいた照射目標内の放射線量分布が、図６（Ｂ）に示すように、一様になる。図６（Ｂ）の放射線量分布は本実施例のように飛程調整装置２０を移動させることによって得られる。散乱体装置１９，飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１を移動しない従来例では、その照射目標内での放射線量分布は、図６（Ａ）に示すように、体内の深さ方向において変化する。本実施例では
、そのような放射線量分布の変化を著しく抑制できる。なお、図６（Ａ），（Ｂ）は同じ
エネルギーのイオンビームを照射した場合の例である。
【００３７】
図７（Ａ）は、従来例での照射目標における放射線量分布の一様性を示している。従来例では、照射目標の深さ方向の長さが変わっても放射線量分布は一様である。本実施例では、図７（Ｂ）に示すように、照射目標の深さ方向における長さが短い場合にはその長さが長い場合よりも放射線量の一様性がより向上する。図７（Ｂ）の特性は本実施例のようにＳＯＢＰ装置２１を移動させることによって得られる。
【００３８】
本実施例では、一体化された散乱体装置１９及び飛程調整装置２０と、ＳＯＢＰ装置
２１との両方をビーム軸１４方向に沿って移動させているが、散乱体装置１９，飛程調整装置２０、及びＳＯＢＰ装置２１のうちの１つをを移動できる構成にしてもよい。この場合には、散乱体装置１９及び飛程調整装置２０が分離され、それぞれの装置に対して該当する装置をイオンビームの進行方向に移動させる駆動装置（ボールネジ及び交流サーボモータ）が設けられる。また、ＳＯＢＰ装置２１が移動でき散乱体装置１９及び飛程調整装置２０を移動できない構造とした場合には、吸収体に対応して生じる患部６２における放射線量分布の変化の調整ができなくなるが、患部６２の放射線量分布は従来例に比べてより均一化される。更には、散乱体装置１９，飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１のうちのいずれか２つの装置を、イオンビームの進行方向に移動させてもよい。
【００３９】
また、実施例１において、一体化された散乱体装置１９及び飛程調整装置２０を第１走査電磁石１７の上流側に位置させてもよい。散乱体装置１９が第１走査電磁石１７の上流側に位置するため、散乱体装置１９によってイオンビームを散乱させる度合いを小さくできる。このため、散乱体装置１９の散乱体の厚みを薄くでき、散乱体装置１９をコンパクト化できる。本実施例は、飛程調整装置２０が第１走査電磁石１７の上流側に位置するため、それがその下流側に位置する場合に比べて有効線源距離を更に長くでき、有効線源サイズを更に小さくできる。このため、半影が更に小さくなる。また、飛程調整装置２０を上流側に位置させることによって、吸収体量が多く（吸収体の厚みが厚く）なればイオンビームの散乱が大きくなり、また、イオンビームのエネルギーが減少するので、大きなウォブラ円を得ることができる。これによって、患部６２におけるイオンビームの散乱サイズとウォブラ円の大きさの比の選択の自由度が増大する。
【００４０】
本実施例は飛程調整装置２０を備えているが、飛程調整装置２０を設けないでシンクロトロン４において加速時にイオンビームに与えるエネルギーを調節し、患者６１の体内でのイオンビームの飛程を調節することも可能である。更には、ボーラス２２の底部の厚みを所定の厚みに事前に設定することによっても、希望する飛程を得ることができる。
【００４１】
（実施例２）
本発明の他の実施例である実施例２の粒子線治療装置を、以下に説明する。本実施例の粒子線治療装置は、図１に示す粒子線治療装置１において照射野形成装置１５を図８に示す照射野形成装置１５Ａに替えた構成を有する。照射野形成装置１５Ａは、ＳＯＢＰ装置２１及びこれに付随する構成の位置が照射野形成装置１５と異なっているだけである。照射野形成装置１５Ａは、図８に示すように、ＳＯＢＰ装置２１を第１走査電磁石１７の上流側に配置した構成を有する。支持部材３０，交流サーボモータ３１，ボールネジ３２，エンコーダ３３及びリニアガイド３４も、第１走査電磁石１７よりも上流側に位置しており、ケーシング１６内に設置されている。ＳＯＢＰ装置としては、回転ホイール型のSOBPフィルタを用いてもよい。
【００４２】
ＳＯＢＰ装置２１の、イオンビーム進行方向における厚みの薄い部分を通過したイオンビームは、エネルギーが高いため、第１及び第２走査電磁石による走査量が小さくなる。しかしながら、ＳＯＢＰ装置２１の、イオンビーム進行方向における厚みの厚い部分を通過したイオンビームについては、エネルギーが低いため、第１及び第２走査電磁石によって走査された場合の走査量が前述の厚みの薄い部分を通過したイオンビームのそれよりも大きくなる。このため、第１及び第２走査電磁石による走査後における、上記の厚みの厚い部分を通過したイオンビームの広がり角度は、図９に示すように、それらによる走査後における、上記の厚みの薄い部分を通過したイオンビームのその角度よりも大きくなる。照射目標上流側ウォブラ円は上記の厚みの厚い部分を通過したイオンビームによって形成され、照射目標下流側ウォブラ円は上記の厚みの薄い部分を通過したイオンビームによって形成される。従って、第１及び第２走査電磁石によって走査されたイオンビームが体内において飛程の浅い領域に描く各エネルギー成分によって重ね合される円と各エネルギー成分のイオンビームによって重ね合されたイオンビームサイズとの比、及び飛程の深い領域に描かれるイオンビームが描く円と各エネルギー成分のイオンビームによって重ね合されたイオンビームサイズとの比が、それぞれ最適な値となるような位置に、ＳＯＢＰ装置２１が移動されて設定される。これによって、図１０（Ｂ）に示すように、照射目標のビーム軸１４（中心軸）上での相対放射線量分布が体内の深さ方向で一様になると共に、照射目標の外周部での相対放射線量分布がその深さ方向でより一様化される。また、図１０（Ｂ）に示される本実施例における照射目標の外周部での相対放射線量分布は、ＳＯＢＰ装置２１が第２走査電磁石１８の下流側に配置された実施例１におけるその外周部での相対放射線量分布（図１０（Ａ））よりも一様化される。すなわち、実施例１は、照射目標
の深い位置と浅い位置におけるビーム軸１４の直行する方向での放射線量分布のバランスを取ることにより、放射線量分布をより平坦にしようとしている。これに対して、本実施例は、深い位置と浅い位置におけるそれらの放射線量分布の格差自体を取り除いている。
【００４３】
本実施例は、実施例１で生じる効果を得ることができる。更に、本実施例は、ＳＯＢＰ装置２１を第１走査電磁石１７よりも上流側に配置しているため、イオンビームのサイズは小さく、ＳＯＢＰ装置２１のサイズを小さくできる。
【００４４】
実施例２において、散乱体装置１９，飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１のうちの１つ、またはそれらの装置のうちのいずれか２つをイオンビームの進行方向に移動できる構成にしてもよい。
【００４５】
実施例２において、一体化された散乱体装置１９及び飛程調整装置２０を、それらをビーム軸１４に沿って移動させる駆動装置と共に、ＳＯＢＰ装置２１よりも上流側に配置することも可能である。これによって、前述したように飛程調整装置２０をコンパクト化できる。
【００４６】
（実施例３）
以上述べた各実施例はウォブラ方式の照射野形成装置を適用した粒子線治療装置であるが、散乱体方式の照射野形成装置を適用した粒子線治療装置の実施例を以下に説明する。本発明の他の実施例である実施例３の粒子線治療装置は、図１に示す粒子線治療装置１において照射野形成装置１５を図１１に示す散乱体方式の第１照射野形成装置である照射野形成装置１５Ｂに替えた構成を有する。本実施例の粒子線治療装置は、駆動制御装置５８を備えていない。照射野形成装置１５Ｂは、回転照射装置１３に取り付けられるケーシング１６内に、イオンビーム進行方向の上流側より順次、散乱体装置１９（第１散乱体），
散乱体装置６３（第２散乱体），ＳＯＢＰ装置２１及び飛程調整装置２０を配置する。ケ
ーシング１６は飛程調整装置２０の下流側にボーラス保持部を有する。
【００４７】
散乱体装置１９は支持部材６７に取り付けられる。支持部材６７はネジ孔を通るボールネジ６６と噛合っている。ボールネジ６６の上端部は回転可能にケーシング１６に取り付けられる。ボールネジ６６の下端部は、ケーシング１６に取り付けられる交流サーボモータ６５の回転軸に連結される。エンコーダ２９Ａは交流サーボモータ６５の回転軸に連結される。散乱体装置６３は支持部材６４によってケーシング１６に取り付けられる。SOBP装置２１は支持部材によってケーシング１６に取り付けられる。更に、飛程調整装置２０は支持部材６８によってケーシング１６に取り付けられる。本実施例では、散乱体装置
６３，ＳＯＢＰ装置２１及び飛程調整装置２０はビーム軸１４に沿って移動できない。
【００４８】
散乱体装置６３は、イオンビームの散乱度合いがイオンビームの入射する部分によって異なるように構成されている。散乱体装置６３は、例えば、散乱度合いが異なる複数の材料で構成された二重リングの散乱体を有する。散乱体装置６３は、イオンビームの線量分布を調整する装置である。すなわち、散乱体装置６３は、内側と外側の構造が異なっており、主として、内側と外側で散乱強度を変えることにより、内側を通過したイオンビームと外側を通過したイオンビームが重ね合わされた部分での放射線量分布が均一になるように調整する装置である。散乱体装置６３に用いる散乱体の他の例としては、段階的に材料の割合を変えるコンタード照射用の構造等がある。
【００４９】
実施例１と同様に、照射制御装置５４は、メモリ５５に記憶されている被検者の治療計画情報を基に、メモリ５５に記憶されている照射条件情報より散乱体及び吸収体の各厚みを選定する。メモリ５５は表１に示す照射条件情報であって（ＳＣ＋ＲＳ位置）の情報をＳＣ位置の情報、すなわち散乱体装置１９の位置情報に替えた照射条件情報を記憶している。ＳＣ位置は散乱体装置１９に対する第１基準位置を基準とした位置である。駆動制御装置５６は、選定された散乱体の厚み情報に基づいて、散乱体装置１９内で必要とする散乱体を選定し、選定された散乱体をイオンビームの通過位置まで移動させる制御を行う。また、駆動制御装置５６は、選定された吸収体の厚み情報に基づいて、飛程調整装置２０内で必要とする吸収体を選定し、選定された吸収体をイオンビームの通過位置まで移動させる制御を行う。ボーラス２２がボーラス保持部３５に設置され、コリメータ２３もケーシング１６の下端部に設置される。
【００５０】
照射制御装置５４は、駆動制御装置５７に対し、駆動指令と共に、第１位置情報であるＳＣ位置情報を出力する。駆動制御装置５７はそのＳＣ位置情報を基に交流サーボモータ６５を回転させて支持部材６７をビーム軸１４に沿って所定の位置まで移動させる。駆動制御装置５７は、ビーム軸１４と直交する方向での患部６２のサイズに応じて散乱体装置１９をビーム軸１４の方向に移動させるために交流サーボモータ６５の駆動を制御する。
【００５１】
回転照射装置１０から照射野形成装置１５Ｃに入射されたイオンビームは、散乱体装置１９の選定された散乱体によって散乱されてイオンビーム進行方向に円錐状に拡大され、散乱体装置６３に入射される。イオンビームは、散乱体装置６３の二重リング構造の散乱体によって散乱され、ビーム軸１４に垂直な平面内での放射線量分布が調整される。その後、イオンビームは、ブラックピーク拡大装置２１，飛程調整装置２０，ボーラス２２及びコリメータ２３を順次通過して患部６２に照射される。ブラックピーク拡大装置２１及び飛程調整装置２０は、実施例１と同様に機能する。
【００５２】
本実施例は、散乱体をイオンビーム進行方向に移動させるため、従来例に比べて、患部６２内の放射線量分布をより均一化できる。また、イオンビームの利用効率が向上し、照射線量率を増大できる。散乱体装置６３をビーム軸１４に沿って移動させる場合は、(１)散乱体装置６３の中心とビーム軸１４の同心度は、放射線量分布に大きな影響を及ぼすため、ビーム軸１４の方向への移動の直進性に対して高精度が要求される、及び（２）散乱体装置６３は散乱体装置１９に比べて大型であり重いため、駆動用の交流サーボモータの容量が大きくなる、という問題を生じる。散乱体装置６３を固定し散乱体装置１９をその軸に沿って移動させる本実施例はそれらの問題を解消できる。
【００５３】
本実施例は、散乱体装置１９を治療計画情報に基づいて定まる所定の位置に位置させることができるため、実施例１と同様に患者の照射目標内におけるイオンビームの進行方向
、及びこれと直行する方向における線量分布をより均一化できる。具体的には、本実施例は、図１４（Ｃ）に示すように、イオンビームの進行方向と直交する方向における線量分布をより均一化できる。このため、患者の照射目標内におけるイオンビームの進行方向、及びこれと直行する方向における線量分布をより均一化できる。ちなみに、図１４(Ａ)は、散乱体装置１９，散乱体装置６３，ＳＯＢＰ装置２１及び飛程調整装置２０がイオンビームの軸方向に移動できない照射野形成装置（従来の照射野形成装置）を用いた場合における線量分布である。イオンビームの進行方向と直行する方向における線量分布が不均一になっている。このため、従来の照射野形成装置を用いた場合は、高照射線量率（２Ｇｙ／min ）でのイオンビームの照射はできず、図１４（Ｂ）に示すように照射線量率を低くして（１.５Ｇｙ／minにして）、イオンビームの照射を行う。本実施例は、２Ｇｙ／min という高照射線量率でイオンビームの照射ができるため、患者１人当りの治療時間を短縮することができる。これは、年間における治療人数の増加につながる。また、本実施例は、前述したように高照射線量率でイオンビームの照射ができるため、照射線量率を低くした図１４（Ｂ）の場合に比べて、半影を低減できる。半影の低減は、正常な細胞へのイオンビームの照射を低減することにつながり、正常な細胞への副作用が低減できる。これらの効果は、前述した各実施例及び後述の各実施例においても、得ることができる。
【００５４】
本実施例における照射目標内の線量分布の均一化について、具体的に説明する。散乱体装置１９をイオンビームの進行方向に移動させることによってイオンビームにおける線量分布が平坦になっている部分（例えば、イオンビームの中心部）をコリメータ２３の開口部（イオンビームが通過する部分）の全体にわたって入射させることができる。コリメータ２３の開口部を通過したイオンビームが患者の照射目標に照射されるため、照射目標のイオンビームの進行方向及びこれと直交する方向における線量分布がより平坦化される。散乱体装置１９をイオンビームの進行方向に移動させることによって、イオンビームのエネルギーを変えずに線量分布を偏向することが可能であり、しかも線量分布を連続的に調節することができる。更に、散乱体装置１９のイオンビームの進行方向への移動は、SOBP装置及び飛程調整装置がイオンビームの進行方向に移動できない状態であっても、SOBP装置２１をイオンビーム通過部の厚みの違う別のＳＯＢＰ装置に変更した場合、または飛程調整装置２０において厚みの違う吸収体に変更した場合におけるそれらの変更によるイオンビームの散乱の影響を、ほぼ完全に補償することができ、照射目標の線量分布をより均一化できる。後述の実施例４のように飛程調整装置２０をイオンビームの進行方向に移動させる場合、及び後述の実施例５のようにＳＯＢＰ装置２１を移動させる場合は、吸収体の厚みの変更及びイオンビーム通過部の厚みの違うＳＯＢＰ装置への変更によるイオンビームの散乱の影響を、散乱体装置１９の移動ほど補償することはできない。
【００５５】
散乱体装置１９は、元々、イオンビームを、ビーム軸１４と直交する方向に広げる機能を有しており、飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１に比べて線量分布の変更に大きく影響する。このため、散乱体装置１９をビーム軸１４に沿って移動させた場合における照射目標の線量分布への影響の度合いも、飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１のいずれかをビーム軸１４に沿って移動させた場合におけるその影響の度合いよりも大きくなる。照射目標の線量分布を同じ程度に調整する場合、散乱体装置１９のビーム軸１４に沿った移動距離が飛程調整装置２０またはＳＯＢＰ装置２１のその移動距離短くなる。このため
、散乱体装置１９を移動させると、照射野形成装置のビーム軸１４の方向の長さを短くでき、照射野形成装置を小型化できる。
【００５６】
以上述べた散乱体装置１９をイオンビームの進行方向で移動させることによって得る効果は、本出願の他の実施例において散乱体装置１９をイオンビームの進行方向に移動させる場合にも生じる。
【００５７】
本実施例において、散乱体装置１９，ＳＯＢＰ装置２１及び飛程調整装置２０のうちのいずれか２つ、またはそれらの装置の全てをイオンビームの進行方向に沿って移動させてもよい。
【００５８】
（実施例４）
本発明の他の実施例である実施例４の粒子線治療装置は、実施例３において照射野形成装置１５Ｂを散乱体方式の第２照射野形成装置に替えた構成を有する。本実施例の粒子線治療装置は、駆動制御装置５８を備えていない。第２照射野形成装置は、照射野形成装置１５Ｂとは、散乱体装置１９を支持部材６７によってケーシング１６に移動しないように設置し、飛程調整装置２０をビーム軸１４の方向に移動できるようにケーシング１６に設置した点で異なっている。飛程調整装置２０をビーム軸１４の方向に移動させる駆動装置は、照射野形成装置１５Ｂにおいて散乱体装置１９をその方向に移動させる駆動装置（交流サーボモータ６５及びボールネジ６６）と同じ構成を有し、ケーシング１６に取り付けられる。
【００５９】
実施例３と同様に、照射制御装置５４は、散乱体及び吸収体の各厚みを選定する。また
、メモリ５５は、表１に示す照射条件情報であって（ＳＣ＋ＲＳ位置）の情報をＲＳ位置の情報、すなわち飛程調整装置２０の位置情報に替えた照射条件情報を記憶する。ＲＳ位置は飛程調整装置２０に対する第１基準位置を基準とした位置である。駆動制御装置５６は、実施例３と同様に、必要とする散乱体及び吸収体を選定し、選定された散乱体及び吸収体をイオンビームの通過位置まで移動させる制御を行う。ボーラス２２及びコリメータ２３もケーシング１６に設置される。
【００６０】
照射制御装置５４は、駆動制御装置５７に対し、駆動指令と共に、第１位置情報であるＲＳ位置情報を出力する。駆動制御装置５７はそのＲＳ位置情報を基に交流サーボモータを回転させて支持部材６８をビーム軸１４に沿って所定の位置まで移動させる。回転照射装置１０から第２照射野形成装置に入射されたイオンビームは、散乱体装置１９の選定された散乱体，散乱体装置６３，ブラックピーク拡大装置２１，飛程調整装置２０，ボーラス２２及びコリメータ２３を順次通過して患部６２に照射される。
【００６１】
本実施例は、吸収体をイオンビーム進行方向に移動させるため、実施例１で述べたように、選定した吸収体に起因するイオンビームの散乱の変化によって生じる、患部６２内の放射線量分布を従来例よりも均一化できる。また、イオンビームの利用効率が向上し、照射線量率を増大できる。
【００６２】
（実施例５）
本発明の他の実施例である実施例５の粒子線治療装置は、実施例３において照射野形成装置１５Ｂを散乱体方式の第３照射野形成装置に替えた構成を有する。本実施例の粒子線治療装置は、駆動制御装置５７を備えていない。第３照射野形成装置は、照射野形成装置１５Ｂとは、散乱体装置１９を支持部材６７によってケーシング１６に移動しないように設置し、ＳＯＢＰ装置２１をビーム軸１４の方向に移動できるようにケーシング１６に設置した点で異なっている。ＳＯＢＰ装置２１をビーム軸１４の方向に移動可能にした構成は、実施例１と同じである。
【００６３】
実施例３と同様に、照射制御装置５４は、散乱体及び吸収体の各厚みを選定する。また
、メモリ５５は、表１に示す照射条件情報であって（ＳＣ＋ＲＳ位置）以外の情報を照射条件情報を記憶し、更に表２に示す照射条件情報も記憶する。駆動制御装置５６は、実施例３と同様に、必要とする散乱体及び吸収体を選定し、選定された散乱体及び吸収体をイオンビームの通過位置まで移動させる制御を行う。ボーラス２２及びコリメータ２３もケーシング１６に設置される。
【００６４】
照射制御装置５４は、駆動制御装置５８に対し、駆動指令と共に、第２位置情報であるＳＯＢＰ装置２１の位置情報を出力する。駆動制御装置５８は第２位置情報を基に交流サーボモータを回転させて支持部材３０をビーム軸１４に沿って所定の位置まで移動させる
。回転照射装置１０から第３照射野形成装置に入射されたイオンビームは、実施例４と同様に患部６２に照射される。
【００６５】
本実施例は、ＳＯＢＰ装置２１をイオンビーム進行方向に移動させるため、実施例１で述べたように、設置されたＳＯＢＰ装置２１に対応して生じる患部６２の放射線量分布の変化を調整でき、患部６２内の放射線量分布を従来例よりも均一化できる。また、イオンビームの利用効率が向上し、照射線量率を増大できる。ＳＯＢＰ装置はイオンビームの進行方向における厚み（イオンビーム通過部の厚み）が厚いほど、ビーム軸１４と直交する方向におけるイオンビームの広がりが大きくなる。このＳＯＢＰ装置によるイオンビームの散乱の影響を補償するため、ＳＯＢＰ装置をイオンビームの進行方向に移動させ、照射目標の線量分布を従来よりも均一化することができる。
【００６６】
実施例３〜５は、実施例１で移動する散乱体装置１９，飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１のうちの１つを移動しているため、実施例１に比べて患部６２内の放射線量分布の均一化の調整能力は劣るが、従来例に比べてその放射線量分布がより均一化される。
【００６７】
実施例３において、移動可能に構成された散乱体装置１９以外で、飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１の少なくとも１つを移動可能に構成することも可能である。すなわち
、飛程調整装置２０をビーム軸１４に沿って移動可能にするためには、飛程調整装置２０の駆動装置をケーシング１６に設置すればよい。また、ＳＯＢＰ装置２１をビーム軸１４に沿って移動可能にするためには、ＳＯＢＰ装置２１の駆動装置を図２に示すようにケーシング１６に設置すればよい。例えば、散乱体装置１９と共に、飛程調整装置２０及び
ＳＯＢＰ装置２１を移動可能にすることによって、患部６２内の放射線量分布の一様化は実施例３よりも向上して実施例１と同等になる。また、実施例４において、移動可能に構成された飛程調整装置２０と共に、ＳＯＢＰ装置２１を移動可能に構成することも可能である。この場合は、上記したＳＯＢＰ装置２１の駆動装置をケーシング１６に設置すればよい。
【００６８】
（実施例６）
本発明の他の実施例である実施例６の粒子線治療装置は、実施例１において照射野形成装置１５を図１２に示す照射野形成装置１５Ｅに替えた構成を有する。照射野形成装置
１５Ｅは、照射野形成装置１５Ｂとは、実施例１と同様に一体化した散乱体装置１９及び飛程調整装置２０を第２散乱体である散乱体装置６３よりも上流側に配置し、更に散乱体装置１９，飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１をビーム軸１４に沿って移動可能に構成した点で異なっている。一体化された散乱体装置１９と飛程調整装置２０をビーム軸
１４に沿って移動させる駆動装置は、図１に示すその駆動装置と同じ構成である。SOBP装置２１ビーム軸１４に沿って移動させる駆動装置は、図１に示すその駆動装置と同じ構成である。
【００６９】
本実施例における照射制御装置５４、及び駆動制御装置５６，５７，５８は実施例１と同様に機能する。照射野形成装置１５Ｅに入射されたイオンビームは内部の各装置を通過して患部６２に照射される。
【００７０】
本実施例は、散乱体装置１９，飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１をビーム軸１４に沿って移動させるため、実施例１と同様に患部６２の放射線量分布を一様にできる。本実施例は、一体化された散乱体装置１９と飛程調整装置２０を散乱体装置６３の上流側に配置しているため、選定される吸収体によって飛程の調整量が大きくなった場合でも、有効線源距離を長くできかつ有効線源サイズを小さくできる。このため、患部外への放射線量分布のにじみ（半影）を小さく抑えることができる。加えて、飛程調整装置２０に入射するイオンビームのビームサイズが小さくなるので飛程調整装置２０を小型化できる。
【００７１】
飛程調整装置２０を第２散乱体である散乱体装置６３の上流に配置することは、飛程調整に伴う放射線量分布の変化量が大きくなることにつながる。しかし、本実施例は、散乱体装置１９及び飛程調整装置２０をビーム軸１４の方向に移動できるため、その放射線量分布の変化量を補正する調整が可能である。なお、散乱体装置１９と飛程調整装置２０が一体化されているため、それらのビーム軸１４の方向への移動量を小さくできる。また、飛程調整装置２０でのイオンビームのエネルギー損失量が大きくなる場合（厚みの厚い吸収体が選定された場合）には散乱体装置６３でのイオンビームの散乱量も大きくなる。このため、散乱体装置１９及び飛程調整装置２０の移動によって、吸収体によるイオンビームの飛程の調整量に拘わらず、患部６２内の放射線量分布の変化を小さくできる。
【００７２】
本実施例において、一体化された散乱体装置１９及び飛程調整装置２０と、ＳＯＢＰ装置２１とのいずれかをビーム軸１４に沿って移動しない構造にすることも可能である。一体化された散乱体装置１９及び飛程調整装置２０が移動しない構造では、イオンビームの通過領域に吸収体を挿入することにより、散乱体装置６３の外側領域へのイオンビームの入射量が多くなる。しかしながら、吸収体挿入によりエネルギーが減少している分、散乱体装置６３の位置でのイオンビームの散乱が、吸収体を挿入しない場合よりも大きくなる
。
【００７３】
ウォブラ方式の照射野形成装置の他の実施例を説明する。本実施例における照射野形成装置（Ａ型照射野形成装置という）は、照射野形成装置１５Ｂ(図１１)において散乱体装置６３を図２に示す第１走査電磁石１７及び第２走査電磁石１８に替えた構成を有する。第１走査電磁石１７の上流側に位置する散乱体装置１９はビーム軸１４の方向に移動可能である。飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１はビーム軸１４の方向に移動しない。本実施例の照射野形成装置において、飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１の少なくとも１つを更にビーム軸１４の方向に移動させてもよい。これらの照射野形成装置を用いても
、患部６２の放射線量分布が従来に比べて均一化される。
【００７４】
ウォブラ方式の照射野形成装置の更に他の実施例を説明する。本実施例における照射野形成装置（Ｂ型照射野形成装置という）は、Ａ型照射野形成装置において、散乱体装置
１９を第２走査電磁石１８の下流側でＳＯＢＰ装置２１の上流側に配置した構成を有する
。本実施例では、散乱体装置１９，飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１のうち散乱体装置１９がビーム軸１４の方向に移動できる。Ｂ型照射野形成装置において、飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１の少なくとも１つを更にビーム軸１４の方向に移動させてもよい。これらの照射野形成装置を用いても、患部６２の放射線量分布が従来に比べて均一化される。
【００７５】
（実施例７）
スキャニング方式の照射野形成装置を適用した本発明の他の実施例である実施例７の粒子線治療装置を、以下に説明する。本実施例の粒子線治療装置は、図１に示す粒子線治療装置とは、走査電磁石制御装置３６によって行われる第１走査電磁石１７及び第２走査電磁石１８のイオンビーム走査の制御が異なっている。
【００７６】
本実施例におけるイオンビームのスキャニングについて具体的に説明する。照射制御装置５４は、患者６１に対するスキャニングにおけるイオンビームの走査条件情報（例えば
、図１３（Ａ）に示す励磁電流パターン等）をメモリ５５から取り込んで走査電磁石制御装置３６に出力する。イオンビームの走査条件情報は、患者６１に対する治療計画時において作成される。走査電磁石制御装置３６は、その励磁電流パターン情報を基に第１走査電磁石１７及び第２走査電磁石１８にそれぞれ供給される各励磁電流を制御する。第１走査電磁石１７及び第２走査電磁石１８によって走査されたイオンビームは、散乱体装置
１９，飛程調整装置２０，ＳＯＢＰ装置２１，ボーラス２２及びコリメータに３を通過して患部６２に照射される。ちなみに、ウォブラ方式でのイオンビームの走査は、実施例１で述べたように、図１３（Ｂ）に示す各走査電磁石に対する励磁電流パターンに基づいて行われる。
【００７７】
スキャニング方式は、患部６２を複数の領域に分割して分割された領域（例えば、体内の深さ方向において患部６２を複数の領域に分割する）内でイオンビームをスキャンしながら照射する方式である。このようなスキャニング方式は、患部６２の形状に合せてイオンビームを照射することができ、患部６２の周囲に位置する健全な細胞へのイオンビームの照射を避けることができる。上記の図１３（Ａ）の励磁電流パターンのように各励磁電流を制御することによって、イオンビームは上記の分割された領域内を蛇行しながら一定方向に進行する。このようなイオンビームの走査によって、１つの分割領域に対するイオンビームの照射が完了する。体表面からの深さが異なる他の分割領域へのイオンビームの移動は、イオンビームのエネルギーを変えることによって行う。
【００７８】
従来のスキャニング用の照射野形成装置を用いた場合には、イオンビームのスキャニングにおいて、分割領域内でのイオンビームの進行方向の長さ、または体内の深さ方向で異なる位置に応じてイオンビームのサイズが異なるという問題が生じる。しかしながら、本実施例では、散乱体装置１９をビーム軸１４の方向に移動させるのでイオンビームのサイズを調整でき、飛程調整装置２０もその方向に移動させるので選定された吸収体により飛程を調整した際におけるイオンビームの散乱の変化、すなわちイオンビームサイズの変化を調整でき、更に、ＳＯＢＰ装置２１を移動させるので選定されたＳＯＢＰ装置２１によって生じるイオンビームサイズの変化を調整できる。このように、本実施例は、イオンビームサイズを調整できるため、上記した分割領域内でのイオンビームの進行方向の長さ、または体内の深さ方向で異なる位置に応じてイオンビームのサイズが異なるという問題を解消できる。本実施例は、散乱体装置１９，飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１をビーム軸１４に沿って移動させることにより、イオンビームのサイズを簡単に調整できる。
【００７９】
（実施例８）
スキャニング方式の照射野形成装置を適用した本発明の他の実施例である実施例８の粒子線治療装置を、以下に説明する。本実施例の粒子線治療装置は、図１に示す粒子線治療装置と構造上は同じであり、図２に示す照射野形成装置１５を備える。本実施例は、走査電磁石制御装置３６による第１走査電磁石１７及び第２走査電磁石１８のイオンビーム走査の制御の仕方が実施例１及び実施例７と異なっている。本実施例も実施例７のように患部６２を分割した領域に対してイオンビームを照射する。
【００８０】
照射制御装置５４は、患者６１に対するスキャニングにおけるイオンビームの走査条件情報をメモリ５５から読み込んで走査電磁石制御装置３６に出力する。その走査条件情報は、図１３（Ｃ）に示す第１走査電磁石１７及び第２走査電磁石１８のそれぞれの励磁電流パターンである。走査電磁石制御装置３６は、その励磁電流パターン情報を基に第１走査電磁石１７及び第２走査電磁石１８に供給される各励磁電流を制御する。図１３（Ｃ）に示すそれぞれの励磁電流パターンは、図１３（Ａ）に示すスキャニング方式の励磁電流パターンに図１３（Ｂ）に示すウォブラ方式の励磁電流パターンを加味したものである。
【００８１】
第１走査電磁石１７及び第２走査電磁石１８によって走査されたイオンビームは、散乱体装置１９，飛程調整装置２０，ＳＯＢＰ装置２１，ボーラス２２及びコリメータに３を通過して患部６２に照射される。
【００８２】
本実施例は、図１３（Ｃ）に示す励磁電流パターンに基づいて各走査電磁石を制御するため、実施例７で生じる、イオンビームの進行方向の長さ等に応じてイオンビームのサイズが異なるという問題を解消できる。すなわち、分割領域内でのイオンビームの進行方向の長さ、または体内の深さ方向の位置が変わってもイオンビームのサイズは変わらない。実際には、イオンビームの形状はガウス分布に類似した形状となり、ウォブリングを行って円軌道を描いた場合には、イオンビームはガウス分布に類似した分布形状を円積分した形状となる。しかしながら、イオンビームの散乱量に対して走査を行う円軌道が小さければ、イオンビームの形状をガウス分布に類似した形状として想定することは可能である。具体的には、走査電磁石制御装置３６は、ビームサイズの小さい照射領域ではウォブリングパターン（ウォブリング電磁石に印加する電流値の時間的推移）を大きく、ビームサイズが大きい照射領域ではウォブリングパターンを小さくするように第１走査電磁石１７及び第２走査電磁石１８に供給される各励磁電流を制御する。ラスタースキャニングに本実施例を適用した場合には螺旋軌道を描きながらイオンビームを走査することになり、ボクセルスキャニングに本実施例を適用した場合には固定位置でそれぞれイオンビームが円軌道を描く様な照射を行うことになる。本実施例は、実施例７と同様にイオンビームサイズの変化を調整できる。
【００８３】
実施例７及び８のそれぞれにおいて、散乱体装置１９，飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１の全てをビーム軸１４に沿って移動させないで、それらのうちの１つ、またはそれらのうちの２つをビーム軸１４に沿って移動させた場合は、それら３つを移動させた場合に比べて劣るが、従来のスキャニング方式に比べてイオンビームサイズの変化をより抑制できる。
【００８４】
実施例１以外の第１及び第２走査電磁石を有する前述の実施例においても、走査電磁石制御装置３６により第１及び第２走査電磁石に供給する各励磁電流を実施例７及び８で述べた各励磁電流パターンに基づいて制御することができる。
【００８５】
上記した各実施例はシンクロトロンを含む粒子線治療装置を対象としているが、各実施例における照射野形成装置は、サイクロトロンを含む粒子線治療装置に対しても適用可能である。サイクロトロンを含む粒子線治療装置は、飛程調整装置の替りに、ボーラス２２の底部の厚みを所定の厚みに事前に設定することによっても希望する飛程を得ることができる。
【００８６】
以上に述べた各実施例は、荷電粒子ビーム発生装置及び照射野形成装置を有する荷電粒子ビームを材料に照射する材料照射装置，食品に荷電粒子ビームを照射する食品照射装置
、及び荷電粒子ビームを利用したラジオアイソトープ製造装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の粒子線治療装置の構成図である。
【図２】図１の照射野形成装置の縦断面図である。
【図３】図２における散乱体装置の縦断面図である。
【図４】図２における飛程調整装置の縦断面図である。
【図５】図２の照射野形成装置、すなわちＳＯＢＰ装置が走査電磁石の下流側に位置する場合において、走査電磁石で走査されたイオンビームの状態を示す説明図である。
【図６】照射目標のビーム軸方向の深さと放射線量分布の一様性との関係を示しており、（Ａ）は従来の照射野形成装置に対するそれらの関係を示す特性図であり、(Ｂ)は図２の照射野形成装置に対するそれらの関係を示す特性図である。
【図７】照射目標のビーム軸方向の長さと線量分布の一様性との関係を示して、(Ａ)は従来の照射野形成装置に対するそれらの関係を示す特性図であり、（Ｂ）は図２の照射野形成装置に対するそれらの関係を示す特性図である。
【図８】本発明の他の実施例である実施例２の粒子線治療装置に用いられる照射野形成装置の構成図である。
【図９】図８の照射野形成装置、すなわちＳＯＢＰ装置が走査電磁石の上流側に位置する場合において、走査電磁石で走査されたイオンビームの状態を示す説明図である。
【図１０】照射目標の中心軸及び照射目標の外周部におけるイオンビームの飛程と相対線量分布との関係を示しており、（Ａ）は従来の照射野形成装置に対するそれらの関係を示す特性図であり、（Ｂ）は図２の照射野形成装置に対するそれらの関係を示す特性図である。
【図１１】本発明の他の実施例である実施例３の粒子線治療装置に用いられる照射野形成装置の構成図である。
【図１２】本発明の他の実施例である実施例６の粒子線治療装置に用いられる照射野形成装置の構成図である。
【図１３】照射野形成装置の走査電磁石に対する励磁電流パターンを示しており、 （Ａ）は実施例７のスキャニングに適用される励磁電流パターンの説明図であり、 （Ｂ）は実施例１に適用される励磁電流パターンの説明図であり、（Ｃ）は実施例８のスキャニングに適用される励磁電流パターンの説明図である。
【図１４】照射目標内の線量分布、及び半影を示す説明図であり、（Ａ）は従来の照射野形成装置を用いた場合における高照射線量率での照射目標内の線量分布を示す説明図、（Ｂ）は従来の照射野形成装置を用いた場合における低照射線量率での照射目標内の線量分布、及び半影を示す説明図、（Ｃ）は図１１の実施例３における照射野形成装置を用いた場合における低照射線量率での照射目標内の線量分布、及び半影を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８８】
１…粒子線治療装置、２…荷電粒子ビーム発生装置、４…シンクロトロン、６…高周波印加装置、１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｅ…照射野形成装置、１６…ケーシング、１７…第１走査電磁石、１８…第２走査電磁石、１９，６３…散乱体装置、２０…飛程調整装置
、２１…ブラッグピーク拡大装置、２５，２６，３１…交流サーボモータ、２７，２８，３２…ボールネジ、４０…散乱体操作装置、４３Ａ〜４３Ｆ…散乱体、４５…吸収体操作装置、４８Ａ〜４８Ｆ…吸収体、５４…照射制御装置、５６，５７，５８…駆動制御装置
、５９…治療台。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子線照射装置の制御システム及びその制御方法に係り、特に、陽子及び炭素イオン等の荷電粒子ビームを患部に照射して治療する粒子線治療装置，荷電粒子ビームを材料に照射する材料照射装置，食品に荷電粒子ビームを照射する食品照射装置、及び荷電粒子ビームを利用したラジオアイソトープ製造装置に適用するのに好適な粒子線照射装置の制御システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の粒子線治療装置は、荷電粒子ビーム発生装置，ビーム輸送系及び回転式の照射装置を備える。荷電粒子ビーム発生装置は、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荷電粒子ビーム（以下、イオンビームという）は、ビーム輸送系（以下、第１ビーム輸送系という）を経て照射装置に達する。回転式の照射装置は、照射装置ビーム輸送系（以下、第２ビーム輸送系という），照射野形成装置、及び第２ビーム輸送系及び照射野形成装置を一体で回転
させる回転装置（回転ガントリー）を有する。イオンビームは第２ビーム輸送系を通って照射野形成装置から患者の癌の患部に照射される。
【０００３】
照射野形成装置は、荷電粒子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形状に合わせて整形して照射する装置である。照射野形成装置は、大別して３種類存在する。第１は散乱体方式を適用した照射野形成装置、第２はウォブラ方式を適用した照射野形成装置（特許文献１及び特許文献２）、及び第３はスキャニング方式を適用した照
射野形成装置（特許文献３）である。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２１１２９２号公報
【特許文献２】特開平２０００−２０２０４７号公報
【特許文献３】特開平１０−１９９７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
照射野形成装置から患者の体内にイオンビームを照射する際、イオンビームの進行方向（体内の深さ方向）及びその進行方向に直行する方向における放射線量分布が一様になることが望まれる。特に、癌の患部内においてはそのような放射線量分布の一様性が望まれる。これは、３種類の各照射野形成装置からのイオンビームの照射の際にそれぞれ望まれることである。しかしながら、上記した従来の照射野形成装置を有する粒子線治療装置では、特に、体積の大きな患部（照射対象領域）に対して、照射線量を高く保ちつつ深さ方向における放射線量分布の一様性を高く保つことは困難であった。
【０００６】
本発明の目的は、粒子線治療装置の制御システム及びその制御方法において、散乱体を、治療計画情報に基づいて設定された位置に容易に位置させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、治療計画情報に基づいて照射条件情報より必要な散乱体の厚み及び吸収体の厚みを選定し、選定した散乱体及び吸収体の各厚み情報を基に散乱体及び吸収体の位置を選定し、駆動制御装置に対し駆動指令信号と散乱体及び吸収体の各選定した厚みの情報を出力する照射制御装置と、その散乱体の厚み情報に基づいて散乱体を散乱体装置の散乱体の中から選定し、選定された吸収体の厚み情報に基づいてその厚みになる吸収体を飛程調整装置の吸収体の中から選定する駆動制御装置と、該当する散乱体及び吸収体が設定位置に達したとき、該当する各リミットスイッチの作動によって発生する各位置信号を該駆動制御装置に伝えることを特徴とする。
【０００８】
好ましくは、駆動制御装置は、照射制御装置に散乱体及び吸収体の移動完了情報を出力する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、粒子線治療装置の制御システム及びその制御方法において、散乱体を、治療計画情報に基づいて設定された位置に容易に位置させることにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の各実施例を説明する。
【００１１】
（実施例１）
本発明の好適な一実施例である粒子線治療装置を、図１を用いて説明する。本実施例の粒子線治療装置１は、荷電粒子ビーム発生装置２及び照射野形成装置１５を備える。荷電粒子ビーム発生装置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。イオン源で発生したイオン（例えば、陽子イオン（または炭素イオン））は前段
加速器（例えば直線加速器）３で加速される。前段加速器３から出射されたイオンビームはシンクロトロン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された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１３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７及び偏向電磁石８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。
【００１２】
シンクロトロン４から出射されたイオンビームは、ビーム輸送系９を経て照射装置である照射野形成装置１５に達する。ビーム輸送系９の一部である逆Ｕ字部１０及び照射野形成装置１５は、回転可能なガントリー（図示せず）に設置される。逆Ｕ字部１０は偏向電磁石１１，１２を有する。イオンビームは、照射野形成装置１５から治療台（ベッド）
５９に乗っている患者６１の患部（図２）６２に照射される。
【００１３】
本実施例に用いられる照射野形成装置１５の詳細構成を図２に基づいて説明する。照射野形成装置１５は、ウォブラ方式の照射野形成装置である。照射野形成装置１５は、逆Ｕ字部１０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、イオンビーム進行方向の上流側より順次、第１走査電磁石１７，第２走査電磁石１８，散乱体装置１９，飛程調整装置２０、及びブラッグピーク拡大装置（以下、ＳＯＢＰ装置という）２１を配置する。第１走査電磁石１７及び第２走査電磁石１８は散乱体装置１９の上流側でケーシング１６に取り付けられる。散乱体装置１９及び飛程調整装置２０は一体化されて貫通孔３７を有する支持部材２４に取り付けられる。支持部材２４は２つのネジ孔を通るボールネジ２７，２８とそれぞれ噛合っている。ボールネジ２７，２８の上端部はそれぞれ回転可能にケーシング１６に取り付けられる。ボールネジ２７，２８の下端部は、ケーシング１６に取り付けられる交流サーボモータ２５，２６の回転軸に連結される。エンコーダ
２９は交流サーボモータ２５の回転軸に連結される。交流サーボモータ２５，２６は一方のみでもよい。交流サーボモータの替りにステップモータを用いてもよい。ＳＯＢＰ装置２１は、飛程調整装置２０に向って伸びる複数の楔形部材を配置している。楔形部材の両側面は厳密には階段状の形状となっている。ＳＯＢＰ装置として、回転ホイール型SOBPフィルタを用いてもよい。ＳＯＢＰ装置２１は、ボールネジ３２と噛合うネジ孔、及び貫通孔３８を有する支持部材３０に取り付けられる。ボールネジ３２の上端部はケーシング
１６に回転可能に取り付けられる。ボールネジ３２の下端部は、ケーシング１６に取り付けられる交流サーボモータ３１に連結される。エンコーダ３３は交流サーボモータ３１の回転軸に連結される。支持部材３０は、ケーシング１６に設置されるリニアガイド３４に移動可能に取り付けられる。ケーシング１６はボーラス保持部３５を有する。交流サーボモータ２５及びボールネジ２７，交流サーボモータ２６及びボールネジ２８、及び交流サーボモータ３１及びボールネジ３２は、それぞれリニアアクチュエータを構成する。
【００１４】
散乱体装置１９の詳細構成を図３を用いて説明する。散乱体装置１９は、圧縮空気シリンダ４１、及び圧縮空気シリンダ４１内に設置されたピストン（図示せず）に連結されるピストンロッド４２を有する複数の散乱体操作装置４０を有する。これらの散乱体操作装置４０は支持枠３９に設置される。散乱体装置１９は、イオンビームの進行方向（ビーム軸１４という）における厚みが異なる散乱体４３Ａ〜４３Ｆを有する。これらの散乱体は
、個々の散乱体操作装置４０に一個ずつ取り付けられる。散乱体４３Ａ〜４３Ｆは、イオンビームの散乱量に対するイオンビームのエネルギー損失の量が少ないタングステンで構成される。散乱体は、タングステン以外に鉛等の原子番号の大きな物質で構成される材料を用いてもよい。電磁弁５０を有する圧縮空気配管４９が、各散乱体操作装置４０の圧縮空気シリンダ４１にそれぞれ接続される。各圧縮空気配管４９は圧縮空気供給装置（図示せず）に接続される。支持枠３９は飛程調整装置２０の支持枠４４上に設置される。
【００１５】
飛程調整装置２０は、図４に示すように、圧縮空気シリンダ４６、及び圧縮空気シリンダ４６内に設置されたピストン(図示せず)に連結されるピストンロッド４７を有する複数の吸収体操作装置４５を有する。これらの吸収体操作装置４５は支持枠４４に設置される
。飛程調整装置２０は、ビーム軸１４の方向における厚みが異なる吸収体４８Ａ〜４８Ｆを有する。これらの吸収体は、個々の吸収体操作装置４５に一個ずつ取り付けられる。各吸収体は、炭化水素等の原子番号の小さい物質を含む樹脂で構成される。電磁弁５２を有する圧縮空気配管５１が、各吸収体操作装置４５の圧縮空気シリンダ４６にそれぞれ接続される。各圧縮空気配管５１は圧縮空気供給装置（図示せず）に接続される。支持枠４４は支持部材２４上に設置される。
【００１６】
なお、散乱体装置１９の各散乱体操作装置４０及び飛程調整装置２０の各吸収体操作装置４５は、それぞれリミットスイッチを備える。散乱体操作装置４０のリミットスイッチ
【００１７】
【表１】
【００１８】
は、該当する散乱体が、イオンビームが通過する設定位置に達したことを検出する。吸収体操作装置４５のリミットスイッチは、該当する吸収体が、その設定位置に達したことを検出する。上記した散乱体装置及び飛程調整装置として、対向して配置された２枚の楔板を有し、各楔板を移動させて重なり部の厚みを連続的に変化させる装置を用いてもよい。
【００１９】
本実施例の粒子線治療装置は、照射制御装置５４，駆動制御装置５６〜５８、及び走査電磁石制御装置３６を含む制御システム７０を備える。照射制御装置５４のメモリ５５は
、表１に示す照射条件情報を記憶する。照射条件情報の項目は、患部６２の、ビーム軸
１４に直角な方向における長さ（照射野サイズ），患部６２の深さ方向の位置（飛程），
照射野形成装置１５への入射エネルギー（入射Ｅｇ），散乱体の厚み（散乱体厚），吸収
体の厚み（吸収体厚），散乱体装置１９及び飛程調整装置２０の位置(ＳＣ＋ＲＳ位置)，
第１走査電磁石１７の励磁電流(Ｗｂｌ１)及び第２走査電磁石１８の励磁電流(Ｗｂｌ２)である。治療計画情報である照射野サイズ，飛程及び入射エネルギーの各情報と、散乱体厚み，吸収体厚み，ＳＣ＋ＲＳ位置，Ｗｂｌ１及びＷｂｌ２との関係は、予め、計算および実験により求めておく。ＳＣ＋ＲＳ位置は、散乱体装置１９及び飛程調整装置２０に対する第１基準位置を起点とした位置である。治療計画装置５３は、治療する患者６１に対する治療計画情報（照射野サイズ，イオンビームの入射方向，その入射方向における飛程
，入射エネルギー等）を記憶している。メモリ５５は、表２に示すブラッグピーク拡大幅
【００２０】
【表２】
【００２１】
（ＳＯＢＰ幅）と治療計画情報の１つである、体内への入射エネルギーとの関係で、各
ＳＯＢＰ装置２１の位置（ＳＯＢＰ位置）を、照射条件情報として記憶する。各ＳＯＢＰ装置２１の位置は、ＳＯＢＰ装置２１に対する第２基準位置を起点とした位置である。照射制御装置５４、駆動制御装置５６〜５８、及び走査電磁石制御装置３６を個々に設けずに、制御システム７０が照射制御装置５４、駆動制御装置５６〜５８及び走査電磁石制御装置３６の各機能を発揮するように構成してもよい。
【００２２】
ＳＯＢＰ装置２１は、表２に示すＥ１５０Ｓ０１０及びＥ１５０Ｓ０２０等のように複数準備されている。Ｅ１５０Ｓ０１０及びＥ１５０Ｓ０２０等はＳＯＢＰ装置２１のＮo.（ＳＯＢＰＮo.）である。それらのＳＯＢＰ装置２１は、例えば、楔形部材の高さ，階段部の幅及び高さが異なっている。ＳＯＢＰ装置２１は、照射野形成装置１５への入射エネルギー及びＳＯＢＰ幅に応じて選択して支持部材３０に予め取り付けられる。ＳＯＢＰ幅はイオンビームの進行方向における患部６２の長さに応じて定まる。
【００２３】
照射野形成装置１５に対する患者６１の位置決め前に、照射制御装置５４は、治療計画装置５３から患者６１に対する治療計画情報（照射野サイズ（照射野情報），飛程（飛程
情報），入射エネルギー（ビームエネルギー情報）等）を入力し、メモリ５５に記憶させ
る。これらの治療計画情報は、イオンビームの照射条件を現している。照射制御装置５４は、治療計画情報に基づいて照射条件情報より必要な散乱体の厚み及び吸収体の厚みを選定する。イオンビームの入射エネルギーが大きくなる程、厚みの厚い散乱体が選定され、要求される飛程が短い程、厚みの厚い吸収体が選定される。また、照射制御装置５４は、選定した散乱体及び吸収体の各厚み情報（飛程の情報）を基に（ＳＣ＋ＲＳ位置）も選定する。照射制御装置５４は、駆動制御装置５６に対して、駆動指令信号と共に散乱体及び吸収体の各選定した厚みの情報を出力する。駆動制御装置５６は、その散乱体の厚み情報に基づいて、散乱体（一枚または複数枚）を散乱体装置１９の散乱体の中から選定する。例えば、散乱体４３Ｂ及び４３Ｃのそれぞれの厚みの合計が散乱体厚み情報と一致した場合には散乱体４３Ｂ及び４３Ｃが選定される。駆動制御装置５６は、散乱体４３Ｂ及び
４３Ｃを操作するそれぞれの散乱体操作装置４０に接続された各圧縮空気配管４９の電磁弁５０を開く。該当する散乱体操作装置４０のシリンダ４１内に圧縮空気が供給され、散乱体４３Ｂ及び４３Ｃはピストンロッド４２の移動により上記設定位置まで押し出される
。残りの散乱体はイオンビームの通過位置から離れた場所に位置している。また、駆動制御装置５６は、選定された吸収体の厚み情報に基づいて、その厚みになる吸収体（一枚または複数枚）を飛程調整装置２０内の吸収体の中から選定する。例えば、吸収体４８Ｅの厚みが吸収体厚み情報と一致した場合には吸収体４８Ｅが選定される。駆動制御装置５６は、吸収体４８Ｅを操作するそれぞれの吸収体操作装置４５に接続された各圧縮空気配管５１の電磁弁５２を開く。該当する吸収体操作装置４５のシリンダ４６内に圧縮空気が供給され、吸収体４８Ｅはピストンロッド４７の移動により上記設定位置まで押し出される
。残りの吸収体はイオンビームの通過位置から離れた場所に位置している。該当する散乱体及び吸収体が設定位置に達したとき、該当する各リミットスイッチの作動によって発生する各位置信号が駆動制御装置５６に伝えられる。駆動制御装置５６は、照射制御装置
５４に対して散乱体及び吸収体の移動完了情報を出力する。
【００２４】
照射制御装置５４は、駆動制御装置５７に対して、駆動指令信号と共に、（ＳＣ＋ＲＳ
位置）情報、すなわち第１位置情報を出力する。駆動制御装置５７は、第１位置情報に基づいて交流サーボモータ２５，２６を回転させて、支持部材２４を所定の位置まで移動させる。これに伴って、散乱体装置１９及び飛程調整装置２０は第１位置情報に対応した位置まで移動される。駆動制御装置５７は、支持部材２４がその位置に達したことを、エンコーダ２９の検出信号で確認する。照射制御装置５４は、必要なＳＯＢＰ幅が１０mmであるため、駆動制御装置５８に対して、駆動指令信号を出力しない。ＳＯＢＰ幅を３０mmにしなければならない患者６１を治療する場合には、照射制御装置５４は、駆動制御装置
５８に対して、駆動指令信号と共に、ＳＯＢＰ装置２１の位置情報、すなわち第２位置情報を出力する。駆動制御装置５８は、第２位置情報に基づいて交流サーボモータ３１を回転させて、支持部材３０を所定の位置まで移動させる。ＳＯＢＰ装置２１は第２位置情報に対応した所定の位置まで移動する。駆動制御装置５８は、支持部材３０がその位置に達したことを、エンコーダ３３の検出信号で確認する。
【００２５】
照射制御装置５４は、メモリ５５から患者６１に対する照射野サイズ及び入射エネルギーの各情報を取り込み、これらの情報を用いて上記の照射条件情報より第１走査電磁石
１７及び第２走査電磁石１８のそれぞれの励磁電流を選択する。選択された各励磁電流の情報（例えば、図１３（Ｂ）に示す各走査電磁石に対する励磁電流の情報）は、走査電磁石制御装置３６に伝えられる。走査電磁石制御装置３６は、それらの励磁電流情報に基づいて第１走査電磁石１７及び第２走査電磁石１８にそれぞれ供給する励磁電流を制御し、イオンビームを、ビーム軸１４に直交する平面内で円を描くように回転させる。この円をウォブラ円という。具体的には、第１走査電磁石１７の走査によりイオンビームを上記円内でＸ方向に移動させ、第２走査電磁石１８の走査によりイオンビームを上記円内でＸ軸と直交するＹ軸方向に移動させる。そのような第１走査電磁石１７及び第２走査電磁石
１８の協調したイオンビーム走査によって、イオンビームは上記平面内で円を描くように移動する。このようなイオンビームの走査は、照射野形成装置１５からイオンビームを出射するときに行われる。ウォブラ円の大きさはイオンビームの進行方向に垂直な方向における患部６２の大きさに対して定まる。
【００２６】
選定された散乱体及び吸収体がイオンビーム通過位置に設定され、散乱体装置１９，飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１が所定の位置まで移動された後に、イオンビームの調整等の治療前の準備が行われる。更に、患者６１用のボーラス２２がボーラス保持部
３５に設置され、コリメータ２３がボーラス保持部３５の下方でケーシング１６に設置される。これらの準備が完了した後、治療台５９を移動して患者６１の患部６２を照射野形成装置１５のビーム軸１４と一致させ、治療開始となる。オペレータは、操作盤（図示せず）から治療開始信号を入力する。その治療開始信号を取り込んだ加速器制御装置（図示せず）の作用によって、イオンビームがシンクロトロン４から出射される。このイオンビームは、前述したように、照射野形成装置１５に達する。照射制御装置５４は、入力した上記の治療開始信号に基づいて、イオンビーム走査開始信号、上記した各励磁電流情報を走査電磁石制御装置３６に出力する。走査電磁石制御装置３６は、励磁電流を制御して前述したようにイオンビームを走査する。
【００２７】
走査されたイオンビームは散乱体４３Ｂ，４３Ｃを通過する。イオンビームは、各散乱体によって散乱され、イオンビームの進行方向に対して円錐状に拡大される。そして、イオンビームは、吸収体４８Ｅを通過する。吸収体は、イオンビームのエネルギーを減少させることによって、イオンビームの体内における飛程を調整する。更に、イオンビームは
、ＳＯＢＰ装置２１を通過する。ＳＯＢＰ装置２１は、楔形部材においてイオンビーム進行方向における厚みが異なっている。このように厚みの異なった部分が存在するため、散乱体で拡大されて各走査電磁石によって走査されたイオンビームのエネルギーの減衰度合いはＳＯＢＰ装置２１の通過する部分で異なる。ＳＯＢＰ装置２１を通過してエネルギーが異なった各イオンビームは、体内の異なる位置でそれぞれブラッグピークを形成する。このため、ビーム軸１４の方向における放射線量の分布がより平坦化される。
【００２８】
ＳＯＢＰ装置２１を通過したイオンビームは、ボーラス２２を通過する。イオンビームの飛程は、ボーラス２２によって、イオンビームの進行方向における患部６２の形状に合せて調整される。ボーラス２２を通過し、患部６２をビーム軸１４方向に投影した形状の外側に位置するイオンビームは、コリメータ２３によって除外される。すなわち、コリメータ２３はその形状の内側に位置するイオンビームを通過させる。コリメータ２３を通過したイオンビームが患部６２に照射される。
【００２９】
本実施例では、イオンビーム進行方向における、患部６２の下流側端の位置でのウォブラ円（照射目標下流側ウォブラ円）、及びイオンビーム進行方向における、患部６２の上
流側端の位置でのウォブラ円（照射目標上流側ウォブラ円）のそれぞれの大きさ（図５）は、単純に同じ走査電磁石１７，１８の走査焦点位置からの距離によって定義される。これに対して、その下流側端でのイオンビームのサイズ及び量はＳＯＢＰ装置２１の厚みの薄い部分を通過したイオンビームのサイズ及び量であり、その上流側端でのそのサイズはＳＯＢＰ装置２１の厚みの薄い部分及び厚い部分を通過したイオンビームを重ね合わせたイオンビームのサイズ及び量となる。その上流側端でのウォブラ円とイオンビームサイズとの比、及びその下流側端でのウォブラ円とイオンビームサイズとの比を、それぞれ適切な比となるように、散乱体，吸収体、及びＳＯＢＰ装置２１を、それぞれ該当する位置に移動，設定することにより、患部に対する放射線量分布の一様性の高い照射を、照射線量率が高い状態のまま行うことができる。照射目標は、患部６２の形状によって定まり、多少マージンをとり患部よりも大きくする場合もある。
【００３０】
本実施例は、イオンビームの通過位置に位置する散乱体(例えば散乱体４３Ｂ，４３Ｃ)をイオンビームの進行方向に移動させるため、患部６２の位置におけるイオンビームの散乱サイズ（イオンビームの進行方向に直交する方向においてイオンビームの拡大されたサイズ）を変化させることができる。すなわち、散乱体を患部６２に近づけることによって散乱サイズが小さくなり、逆に遠ざけることによって散乱サイズが大きくなる。イオンビームの進行方向における散乱体の移動は、体内におけるイオンビームの飛程を変えないでイオンビームの散乱サイズを、イオンビームの進行方向における放射線量分布が平坦化された最適な散乱サイズに調整することができ、患部６２における照射された放射線量の分布を調整できる。具体的には、イオンビームの散乱サイズが最適散乱サイズより小さい場合には散乱体を患部６２から遠ざけ、逆に最適散乱サイズよりも大きい場合には散乱体を患部６２に近づける。
【００３１】
また、イオンビーム通過領域内での吸収体の厚みが増す程、イオンビームの散乱サイズが最適散乱サイズよりも大きくなり、患部６２の放射線量分布が悪くなる。しかしながら
、本実施例は、選定された吸収体をイオンビームの進行方向に移動させるため、吸収体を選定してイオンビームの飛程を調整した際におけるイオンビームの散乱サイズの変化によって生じる、患部６２の放射線量分布の悪化を抑制でき、最適散乱サイズの放射線量分布が得られる。吸収体のその移動は、イオンビームの飛程を変えないで、吸収体に起因した患部６２の放射線量分布の変化を調整できる。選定された吸収体の厚みが増す程、吸収体はイオンビームの進行方向で下流側に更に移動される。
【００３２】
ＳＯＢＰ幅の異なる複数のＳＯＢＰ装置２１が用意されており、前述のように１つの
ＳＯＢＰ装置２１が選択して設置される。各ＳＯＢＰ装置２１は達成できるＳＯＢＰ幅に応じてイオンビームの散乱サイズが異なる。散乱サイズの大きなＳＯＢＰ装置２１程、上記下流側に移動される。この移動によって、イオンビームの散乱サイズは最適散乱サイズに調整され、イオンビームの進行方向と直行する方向での患部６２の放射線量分布は平坦化される。
【００３３】
本実施例は、前述したように、散乱体装置１９，飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置
２１をイオンビーム進行方向に移動できるため、患部６２内の放射線量分布（イオンビームの進行方向、及びこれと直行する方向における放射線量分布）を一様にすることができる。また、イオンビームの利用効率が高まるので、照射線量率も増大する。
【００３４】
本実施例では、散乱体装置１９が飛程調整装置２０に設置されているため、これらの装置を一緒に同じ駆動装置である交流サーボモータ２５，２６によって移動できる。このため、本実施例は、散乱体装置１９と飛程調整装置２０を別々の駆動装置で移動させる場合に比べて構成が簡単になる。本実施例では、散乱体装置１９と飛程調整装置２０が一体化されて吸収体が散乱体に近接しているため、吸収体に入射されるイオンビームのサイズが小さくなり、ビーム軸１４に直行する面内での各吸収体の長さ及び幅を小さくできる。これは、飛程調整装置２０が小型化される。吸収体の挿入量に応じて吸収体による散乱の影響がでるが、本実施例は、吸収体及び散乱体を一緒にイオンビームの進行方向に移動させるため、その進行方向における吸収体の移動量を少なくでき、患部６２から吸収体までの距離をより長くすることができる。この距離の増大、及び散乱体と吸収体とが近接しているため、患部６２外への放射線量分布のにじみ（半影）が小さくなる。なお、本実施例では吸収体と散乱体のビーム軸１４に沿っての移動量は同じである。一体化された散乱体装置１９及び飛程調整装置２０がビーム軸１４に沿って移動されるので、吸収体の選定によって定まるイオンビームの飛程に拘らず、患部６２の放射線量分布の変化が小さくできる
。更に、本実施例は、飛程調整装置２０と散乱体装置１９とが一体化されているので、選定された吸収体が散乱体の近くに位置し、その吸収体に入射するイオンビームのサイズが小さくなる。従って、各吸収体を小さくでき照射野形成装置１５を小型化できる。
【００３５】
本実施例は、制御システム７０、特に、照射制御装置５４及び駆動制御装置５６の機能により、第１散乱体装置１９の散乱体をイオンビームの進行方向に移動させて設定された位置に容易に位置させることができる。特に、照射制御装置７０が、患者６１の治療計画情報、具体的には飛程（飛程情報）を用いて、第１散乱体装置１９の散乱体を上記設定位置に位置させることができる。
【００３６】
本実施例は、体内の深さ方向において、イオンビームの照射に基づいた照射目標内の放射線量分布が、図６（Ｂ）に示すように、一様になる。図６（Ｂ）の放射線量分布は本実施例のように飛程調整装置２０を移動させることによって得られる。散乱体装置１９，飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１を移動しない従来例では、その照射目標内での放射線量分布は、図６（Ａ）に示すように、体内の深さ方向において変化する。本実施例では
、そのような放射線量分布の変化を著しく抑制できる。なお、図６（Ａ），（Ｂ）は同じ
エネルギーのイオンビームを照射した場合の例である。
【００３７】
図７（Ａ）は、従来例での照射目標における放射線量分布の一様性を示している。従来例では、照射目標の深さ方向の長さが変わっても放射線量分布は一様である。本実施例では、図７（Ｂ）に示すように、照射目標の深さ方向における長さが短い場合にはその長さが長い場合よりも放射線量の一様性がより向上する。図７（Ｂ）の特性は本実施例のようにＳＯＢＰ装置２１を移動させることによって得られる。
【００３８】
本実施例では、一体化された散乱体装置１９及び飛程調整装置２０と、ＳＯＢＰ装置
２１との両方をビーム軸１４方向に沿って移動させているが、散乱体装置１９，飛程調整装置２０、及びＳＯＢＰ装置２１のうちの１つをを移動できる構成にしてもよい。この場合には、散乱体装置１９及び飛程調整装置２０が分離され、それぞれの装置に対して該当する装置をイオンビームの進行方向に移動させる駆動装置（ボールネジ及び交流サーボモータ）が設けられる。また、ＳＯＢＰ装置２１が移動でき散乱体装置１９及び飛程調整装置２０を移動できない構造とした場合には、吸収体に対応して生じる患部６２における放射線量分布の変化の調整ができなくなるが、患部６２の放射線量分布は従来例に比べてより均一化される。更には、散乱体装置１９，飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１のうちのいずれか２つの装置を、イオンビームの進行方向に移動させてもよい。
【００３９】
また、実施例１において、一体化された散乱体装置１９及び飛程調整装置２０を第１走査電磁石１７の上流側に位置させてもよい。散乱体装置１９が第１走査電磁石１７の上流側に位置するため、散乱体装置１９によってイオンビームを散乱させる度合いを小さくできる。このため、散乱体装置１９の散乱体の厚みを薄くでき、散乱体装置１９をコンパクト化できる。本実施例は、飛程調整装置２０が第１走査電磁石１７の上流側に位置するため、それがその下流側に位置する場合に比べて有効線源距離を更に長くでき、有効線源サイズを更に小さくできる。このため、半影が更に小さくなる。また、飛程調整装置２０を上流側に位置させることによって、吸収体量が多く（吸収体の厚みが厚く）なればイオンビームの散乱が大きくなり、また、イオンビームのエネルギーが減少するので、大きなウォブラ円を得ることができる。これによって、患部６２におけるイオンビームの散乱サイズとウォブラ円の大きさの比の選択の自由度が増大する。
【００４０】
本実施例は飛程調整装置２０を備えているが、飛程調整装置２０を設けないでシンクロトロン４において加速時にイオンビームに与えるエネルギーを調節し、患者６１の体内でのイオンビームの飛程を調節することも可能である。更には、ボーラス２２の底部の厚みを所定の厚みに事前に設定することによっても、希望する飛程を得ることができる。
【００４１】
（実施例２）
本発明の他の実施例である実施例２の粒子線治療装置を、以下に説明する。本実施例の粒子線治療装置は、図１に示す粒子線治療装置１において照射野形成装置１５を図８に示す照射野形成装置１５Ａに替えた構成を有する。照射野形成装置１５Ａは、ＳＯＢＰ装置２１及びこれに付随する構成の位置が照射野形成装置１５と異なっているだけである。照射野形成装置１５Ａは、図８に示すように、ＳＯＢＰ装置２１を第１走査電磁石１７の上流側に配置した構成を有する。支持部材３０，交流サーボモータ３１，ボールネジ３２，エンコーダ３３及びリニアガイド３４も、第１走査電磁石１７よりも上流側に位置しており、ケーシング１６内に設置されている。ＳＯＢＰ装置としては、回転ホイール型のSOBPフィルタを用いてもよい。
【００４２】
ＳＯＢＰ装置２１の、イオンビーム進行方向における厚みの薄い部分を通過したイオンビームは、エネルギーが高いため、第１及び第２走査電磁石による走査量が小さくなる。しかしながら、ＳＯＢＰ装置２１の、イオンビーム進行方向における厚みの厚い部分を通過したイオンビームについては、エネルギーが低いため、第１及び第２走査電磁石によって走査された場合の走査量が前述の厚みの薄い部分を通過したイオンビームのそれよりも大きくなる。このため、第１及び第２走査電磁石による走査後における、上記の厚みの厚い部分を通過したイオンビームの広がり角度は、図９に示すように、それらによる走査後における、上記の厚みの薄い部分を通過したイオンビームのその角度よりも大きくなる。照射目標上流側ウォブラ円は上記の厚みの厚い部分を通過したイオンビームによって形成され、照射目標下流側ウォブラ円は上記の厚みの薄い部分を通過したイオンビームによって形成される。従って、第１及び第２走査電磁石によって走査されたイオンビームが体内において飛程の浅い領域に描く各エネルギー成分によって重ね合される円と各エネルギー成分のイオンビームによって重ね合されたイオンビームサイズとの比、及び飛程の深い領域に描かれるイオンビームが描く円と各エネルギー成分のイオンビームによって重ね合されたイオンビームサイズとの比が、それぞれ最適な値となるような位置に、ＳＯＢＰ装置２１が移動されて設定される。これによって、図１０（Ｂ）に示すように、照射目標のビーム軸１４（中心軸）上での相対放射線量分布が体内の深さ方向で一様になると共に、照射目標の外周部での相対放射線量分布がその深さ方向でより一様化される。また、図１０（Ｂ）に示される本実施例における照射目標の外周部での相対放射線量分布は、ＳＯＢＰ装置２１が第２走査電磁石１８の下流側に配置された実施例１におけるその外周部での相対放射線量分布（図１０（Ａ））よりも一様化される。すなわち、実施例１は、照射目標
の深い位置と浅い位置におけるビーム軸１４の直行する方向での放射線量分布のバランスを取ることにより、放射線量分布をより平坦にしようとしている。これに対して、本実施例は、深い位置と浅い位置におけるそれらの放射線量分布の格差自体を取り除いている。
【００４３】
本実施例は、実施例１で生じる効果を得ることができる。更に、本実施例は、ＳＯＢＰ装置２１を第１走査電磁石１７よりも上流側に配置しているため、イオンビームのサイズは小さく、ＳＯＢＰ装置２１のサイズを小さくできる。
【００４４】
実施例２において、散乱体装置１９，飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１のうちの１つ、またはそれらの装置のうちのいずれか２つをイオンビームの進行方向に移動できる構成にしてもよい。
【００４５】
実施例２において、一体化された散乱体装置１９及び飛程調整装置２０を、それらをビーム軸１４に沿って移動させる駆動装置と共に、ＳＯＢＰ装置２１よりも上流側に配置することも可能である。これによって、前述したように飛程調整装置２０をコンパクト化できる。
【００４６】
（実施例３）
以上述べた各実施例はウォブラ方式の照射野形成装置を適用した粒子線治療装置であるが、散乱体方式の照射野形成装置を適用した粒子線治療装置の実施例を以下に説明する。本発明の他の実施例である実施例３の粒子線治療装置は、図１に示す粒子線治療装置１において照射野形成装置１５を図１１に示す散乱体方式の第１照射野形成装置である照射野形成装置１５Ｂに替えた構成を有する。本実施例の粒子線治療装置は、駆動制御装置５８を備えていない。照射野形成装置１５Ｂは、回転照射装置１３に取り付けられるケーシング１６内に、イオンビーム進行方向の上流側より順次、散乱体装置１９（第１散乱体），
散乱体装置６３（第２散乱体），ＳＯＢＰ装置２１及び飛程調整装置２０を配置する。ケ
ーシング１６は飛程調整装置２０の下流側にボーラス保持部を有する。
【００４７】
散乱体装置１９は支持部材６７に取り付けられる。支持部材６７はネジ孔を通るボールネジ６６と噛合っている。ボールネジ６６の上端部は回転可能にケーシング１６に取り付けられる。ボールネジ６６の下端部は、ケーシング１６に取り付けられる交流サーボモータ６５の回転軸に連結される。エンコーダ２９Ａは交流サーボモータ６５の回転軸に連結される。散乱体装置６３は支持部材６４によってケーシング１６に取り付けられる。SOBP装置２１は支持部材によってケーシング１６に取り付けられる。更に、飛程調整装置２０は支持部材６８によってケーシング１６に取り付けられる。本実施例では、散乱体装置
６３，ＳＯＢＰ装置２１及び飛程調整装置２０はビーム軸１４に沿って移動できない。
【００４８】
散乱体装置６３は、イオンビームの散乱度合いがイオンビームの入射する部分によって異なるように構成されている。散乱体装置６３は、例えば、散乱度合いが異なる複数の材料で構成された二重リングの散乱体を有する。散乱体装置６３は、イオンビームの線量分布を調整する装置である。すなわち、散乱体装置６３は、内側と外側の構造が異なっており、主として、内側と外側で散乱強度を変えることにより、内側を通過したイオンビームと外側を通過したイオンビームが重ね合わされた部分での放射線量分布が均一になるように調整する装置である。散乱体装置６３に用いる散乱体の他の例としては、段階的に材料の割合を変えるコンタード照射用の構造等がある。
【００４９】
実施例１と同様に、照射制御装置５４は、メモリ５５に記憶されている被検者の治療計画情報を基に、メモリ５５に記憶されている照射条件情報より散乱体及び吸収体の各厚みを選定する。メモリ５５は表１に示す照射条件情報であって（ＳＣ＋ＲＳ位置）の情報をＳＣ位置の情報、すなわち散乱体装置１９の位置情報に替えた照射条件情報を記憶している。ＳＣ位置は散乱体装置１９に対する第１基準位置を基準とした位置である。駆動制御装置５６は、選定された散乱体の厚み情報に基づいて、散乱体装置１９内で必要とする散乱体を選定し、選定された散乱体をイオンビームの通過位置まで移動させる制御を行う。また、駆動制御装置５６は、選定された吸収体の厚み情報に基づいて、飛程調整装置２０内で必要とする吸収体を選定し、選定された吸収体をイオンビームの通過位置まで移動させる制御を行う。ボーラス２２がボーラス保持部３５に設置され、コリメータ２３もケーシング１６の下端部に設置される。
【００５０】
照射制御装置５４は、駆動制御装置５７に対し、駆動指令と共に、第１位置情報であるＳＣ位置情報を出力する。駆動制御装置５７はそのＳＣ位置情報を基に交流サーボモータ６５を回転させて支持部材６７をビーム軸１４に沿って所定の位置まで移動させる。駆動制御装置５７は、ビーム軸１４と直交する方向での患部６２のサイズに応じて散乱体装置１９をビーム軸１４の方向に移動させるために交流サーボモータ６５の駆動を制御する。
【００５１】
回転照射装置１０から照射野形成装置１５Ｃに入射されたイオンビームは、散乱体装置１９の選定された散乱体によって散乱されてイオンビーム進行方向に円錐状に拡大され、散乱体装置６３に入射される。イオンビームは、散乱体装置６３の二重リング構造の散乱体によって散乱され、ビーム軸１４に垂直な平面内での放射線量分布が調整される。その後、イオンビームは、ブラックピーク拡大装置２１，飛程調整装置２０，ボーラス２２及びコリメータ２３を順次通過して患部６２に照射される。ブラックピーク拡大装置２１及び飛程調整装置２０は、実施例１と同様に機能する。
【００５２】
本実施例は、散乱体をイオンビーム進行方向に移動させるため、従来例に比べて、患部６２内の放射線量分布をより均一化できる。また、イオンビームの利用効率が向上し、照射線量率を増大できる。散乱体装置６３をビーム軸１４に沿って移動させる場合は、(１)散乱体装置６３の中心とビーム軸１４の同心度は、放射線量分布に大きな影響を及ぼすため、ビーム軸１４の方向への移動の直進性に対して高精度が要求される、及び（２）散乱体装置６３は散乱体装置１９に比べて大型であり重いため、駆動用の交流サーボモータの容量が大きくなる、という問題を生じる。散乱体装置６３を固定し散乱体装置１９をその軸に沿って移動させる本実施例はそれらの問題を解消できる。
【００５３】
本実施例は、散乱体装置１９を治療計画情報に基づいて定まる所定の位置に位置させることができるため、実施例１と同様に患者の照射目標内におけるイオンビームの進行方向
、及びこれと直行する方向における線量分布をより均一化できる。具体的には、本実施例は、図１４（Ｃ）に示すように、イオンビームの進行方向と直交する方向における線量分布をより均一化できる。このため、患者の照射目標内におけるイオンビームの進行方向、及びこれと直行する方向における線量分布をより均一化できる。ちなみに、図１４(Ａ)は、散乱体装置１９，散乱体装置６３，ＳＯＢＰ装置２１及び飛程調整装置２０がイオンビームの軸方向に移動できない照射野形成装置（従来の照射野形成装置）を用いた場合における線量分布である。イオンビームの進行方向と直行する方向における線量分布が不均一になっている。このため、従来の照射野形成装置を用いた場合は、高照射線量率（２Ｇｙ／min ）でのイオンビームの照射はできず、図１４（Ｂ）に示すように照射線量率を低くして（１.５Ｇｙ／minにして）、イオンビームの照射を行う。本実施例は、２Ｇｙ／min という高照射線量率でイオンビームの照射ができるため、患者１人当りの治療時間を短縮することができる。これは、年間における治療人数の増加につながる。また、本実施例は、前述したように高照射線量率でイオンビームの照射ができるため、照射線量率を低くした図１４（Ｂ）の場合に比べて、半影を低減できる。半影の低減は、正常な細胞へのイオンビームの照射を低減することにつながり、正常な細胞への副作用が低減できる。これらの効果は、前述した各実施例及び後述の各実施例においても、得ることができる。
【００５４】
本実施例における照射目標内の線量分布の均一化について、具体的に説明する。散乱体装置１９をイオンビームの進行方向に移動させることによってイオンビームにおける線量分布が平坦になっている部分（例えば、イオンビームの中心部）をコリメータ２３の開口部（イオンビームが通過する部分）の全体にわたって入射させることができる。コリメータ２３の開口部を通過したイオンビームが患者の照射目標に照射されるため、照射目標のイオンビームの進行方向及びこれと直交する方向における線量分布がより平坦化される。散乱体装置１９をイオンビームの進行方向に移動させることによって、イオンビームのエネルギーを変えずに線量分布を偏向することが可能であり、しかも線量分布を連続的に調節することができる。更に、散乱体装置１９のイオンビームの進行方向への移動は、SOBP装置及び飛程調整装置がイオンビームの進行方向に移動できない状態であっても、SOBP装置２１をイオンビーム通過部の厚みの違う別のＳＯＢＰ装置に変更した場合、または飛程調整装置２０において厚みの違う吸収体に変更した場合におけるそれらの変更によるイオンビームの散乱の影響を、ほぼ完全に補償することができ、照射目標の線量分布をより均一化できる。後述の実施例４のように飛程調整装置２０をイオンビームの進行方向に移動させる場合、及び後述の実施例５のようにＳＯＢＰ装置２１を移動させる場合は、吸収体の厚みの変更及びイオンビーム通過部の厚みの違うＳＯＢＰ装置への変更によるイオンビームの散乱の影響を、散乱体装置１９の移動ほど補償することはできない。
【００５５】
散乱体装置１９は、元々、イオンビームを、ビーム軸１４と直交する方向に広げる機能を有しており、飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１に比べて線量分布の変更に大きく影響する。このため、散乱体装置１９をビーム軸１４に沿って移動させた場合における照射目標の線量分布への影響の度合いも、飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１のいずれかをビーム軸１４に沿って移動させた場合におけるその影響の度合いよりも大きくなる。照射目標の線量分布を同じ程度に調整する場合、散乱体装置１９のビーム軸１４に沿った移動距離が飛程調整装置２０またはＳＯＢＰ装置２１のその移動距離短くなる。このため
、散乱体装置１９を移動させると、照射野形成装置のビーム軸１４の方向の長さを短くでき、照射野形成装置を小型化できる。
【００５６】
以上述べた散乱体装置１９をイオンビームの進行方向で移動させることによって得る効果は、本出願の他の実施例において散乱体装置１９をイオンビームの進行方向に移動させる場合にも生じる。
【００５７】
本実施例において、散乱体装置１９，ＳＯＢＰ装置２１及び飛程調整装置２０のうちのいずれか２つ、またはそれらの装置の全てをイオンビームの進行方向に沿って移動させてもよい。
【００５８】
（実施例４）
本発明の他の実施例である実施例４の粒子線治療装置は、実施例３において照射野形成装置１５Ｂを散乱体方式の第２照射野形成装置に替えた構成を有する。本実施例の粒子線治療装置は、駆動制御装置５８を備えていない。第２照射野形成装置は、照射野形成装置１５Ｂとは、散乱体装置１９を支持部材６７によってケーシング１６に移動しないように設置し、飛程調整装置２０をビーム軸１４の方向に移動できるようにケーシング１６に設置した点で異なっている。飛程調整装置２０をビーム軸１４の方向に移動させる駆動装置は、照射野形成装置１５Ｂにおいて散乱体装置１９をその方向に移動させる駆動装置（交流サーボモータ６５及びボールネジ６６）と同じ構成を有し、ケーシング１６に取り付けられる。
【００５９】
実施例３と同様に、照射制御装置５４は、散乱体及び吸収体の各厚みを選定する。また
、メモリ５５は、表１に示す照射条件情報であって（ＳＣ＋ＲＳ位置）の情報をＲＳ位置の情報、すなわち飛程調整装置２０の位置情報に替えた照射条件情報を記憶する。ＲＳ位置は飛程調整装置２０に対する第１基準位置を基準とした位置である。駆動制御装置５６は、実施例３と同様に、必要とする散乱体及び吸収体を選定し、選定された散乱体及び吸収体をイオンビームの通過位置まで移動させる制御を行う。ボーラス２２及びコリメータ２３もケーシング１６に設置される。
【００６０】
照射制御装置５４は、駆動制御装置５７に対し、駆動指令と共に、第１位置情報であるＲＳ位置情報を出力する。駆動制御装置５７はそのＲＳ位置情報を基に交流サーボモータを回転させて支持部材６８をビーム軸１４に沿って所定の位置まで移動させる。回転照射装置１０から第２照射野形成装置に入射されたイオンビームは、散乱体装置１９の選定された散乱体，散乱体装置６３，ブラックピーク拡大装置２１，飛程調整装置２０，ボーラス２２及びコリメータ２３を順次通過して患部６２に照射される。
【００６１】
本実施例は、吸収体をイオンビーム進行方向に移動させるため、実施例１で述べたように、選定した吸収体に起因するイオンビームの散乱の変化によって生じる、患部６２内の放射線量分布を従来例よりも均一化できる。また、イオンビームの利用効率が向上し、照射線量率を増大できる。
【００６２】
（実施例５）
本発明の他の実施例である実施例５の粒子線治療装置は、実施例３において照射野形成装置１５Ｂを散乱体方式の第３照射野形成装置に替えた構成を有する。本実施例の粒子線治療装置は、駆動制御装置５７を備えていない。第３照射野形成装置は、照射野形成装置１５Ｂとは、散乱体装置１９を支持部材６７によってケーシング１６に移動しないように設置し、ＳＯＢＰ装置２１をビーム軸１４の方向に移動できるようにケーシング１６に設置した点で異なっている。ＳＯＢＰ装置２１をビーム軸１４の方向に移動可能にした構成は、実施例１と同じである。
【００６３】
実施例３と同様に、照射制御装置５４は、散乱体及び吸収体の各厚みを選定する。また
、メモリ５５は、表１に示す照射条件情報であって（ＳＣ＋ＲＳ位置）以外の情報を照射条件情報を記憶し、更に表２に示す照射条件情報も記憶する。駆動制御装置５６は、実施例３と同様に、必要とする散乱体及び吸収体を選定し、選定された散乱体及び吸収体をイオンビームの通過位置まで移動させる制御を行う。ボーラス２２及びコリメータ２３もケーシング１６に設置される。
【００６４】
照射制御装置５４は、駆動制御装置５８に対し、駆動指令と共に、第２位置情報であるＳＯＢＰ装置２１の位置情報を出力する。駆動制御装置５８は第２位置情報を基に交流サーボモータを回転させて支持部材３０をビーム軸１４に沿って所定の位置まで移動させる
。回転照射装置１０から第３照射野形成装置に入射されたイオンビームは、実施例４と同様に患部６２に照射される。
【００６５】
本実施例は、ＳＯＢＰ装置２１をイオンビーム進行方向に移動させるため、実施例１で述べたように、設置されたＳＯＢＰ装置２１に対応して生じる患部６２の放射線量分布の変化を調整でき、患部６２内の放射線量分布を従来例よりも均一化できる。また、イオンビームの利用効率が向上し、照射線量率を増大できる。ＳＯＢＰ装置はイオンビームの進行方向における厚み（イオンビーム通過部の厚み）が厚いほど、ビーム軸１４と直交する方向におけるイオンビームの広がりが大きくなる。このＳＯＢＰ装置によるイオンビームの散乱の影響を補償するため、ＳＯＢＰ装置をイオンビームの進行方向に移動させ、照射目標の線量分布を従来よりも均一化することができる。
【００６６】
実施例３〜５は、実施例１で移動する散乱体装置１９，飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１のうちの１つを移動しているため、実施例１に比べて患部６２内の放射線量分布の均一化の調整能力は劣るが、従来例に比べてその放射線量分布がより均一化される。
【００６７】
実施例３において、移動可能に構成された散乱体装置１９以外で、飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１の少なくとも１つを移動可能に構成することも可能である。すなわち
、飛程調整装置２０をビーム軸１４に沿って移動可能にするためには、飛程調整装置２０の駆動装置をケーシング１６に設置すればよい。また、ＳＯＢＰ装置２１をビーム軸１４に沿って移動可能にするためには、ＳＯＢＰ装置２１の駆動装置を図２に示すようにケーシング１６に設置すればよい。例えば、散乱体装置１９と共に、飛程調整装置２０及び
ＳＯＢＰ装置２１を移動可能にすることによって、患部６２内の放射線量分布の一様化は実施例３よりも向上して実施例１と同等になる。また、実施例４において、移動可能に構成された飛程調整装置２０と共に、ＳＯＢＰ装置２１を移動可能に構成することも可能である。この場合は、上記したＳＯＢＰ装置２１の駆動装置をケーシング１６に設置すればよい。
【００６８】
（実施例６）
本発明の他の実施例である実施例６の粒子線治療装置は、実施例１において照射野形成装置１５を図１２に示す照射野形成装置１５Ｅに替えた構成を有する。照射野形成装置
１５Ｅは、照射野形成装置１５Ｂとは、実施例１と同様に一体化した散乱体装置１９及び飛程調整装置２０を第２散乱体である散乱体装置６３よりも上流側に配置し、更に散乱体装置１９，飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１をビーム軸１４に沿って移動可能に構成した点で異なっている。一体化された散乱体装置１９と飛程調整装置２０をビーム軸
１４に沿って移動させる駆動装置は、図１に示すその駆動装置と同じ構成である。SOBP装置２１ビーム軸１４に沿って移動させる駆動装置は、図１に示すその駆動装置と同じ構成である。
【００６９】
本実施例における照射制御装置５４、及び駆動制御装置５６，５７，５８は実施例１と同様に機能する。照射野形成装置１５Ｅに入射されたイオンビームは内部の各装置を通過して患部６２に照射される。
【００７０】
本実施例は、散乱体装置１９，飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１をビーム軸１４に沿って移動させるため、実施例１と同様に患部６２の放射線量分布を一様にできる。本実施例は、一体化された散乱体装置１９と飛程調整装置２０を散乱体装置６３の上流側に配置しているため、選定される吸収体によって飛程の調整量が大きくなった場合でも、有効線源距離を長くできかつ有効線源サイズを小さくできる。このため、患部外への放射線量分布のにじみ（半影）を小さく抑えることができる。加えて、飛程調整装置２０に入射するイオンビームのビームサイズが小さくなるので飛程調整装置２０を小型化できる。
【００７１】
飛程調整装置２０を第２散乱体である散乱体装置６３の上流に配置することは、飛程調整に伴う放射線量分布の変化量が大きくなることにつながる。しかし、本実施例は、散乱体装置１９及び飛程調整装置２０をビーム軸１４の方向に移動できるため、その放射線量分布の変化量を補正する調整が可能である。なお、散乱体装置１９と飛程調整装置２０が一体化されているため、それらのビーム軸１４の方向への移動量を小さくできる。また、飛程調整装置２０でのイオンビームのエネルギー損失量が大きくなる場合（厚みの厚い吸収体が選定された場合）には散乱体装置６３でのイオンビームの散乱量も大きくなる。このため、散乱体装置１９及び飛程調整装置２０の移動によって、吸収体によるイオンビームの飛程の調整量に拘わらず、患部６２内の放射線量分布の変化を小さくできる。
【００７２】
本実施例において、一体化された散乱体装置１９及び飛程調整装置２０と、ＳＯＢＰ装置２１とのいずれかをビーム軸１４に沿って移動しない構造にすることも可能である。一体化された散乱体装置１９及び飛程調整装置２０が移動しない構造では、イオンビームの通過領域に吸収体を挿入することにより、散乱体装置６３の外側領域へのイオンビームの入射量が多くなる。しかしながら、吸収体挿入によりエネルギーが減少している分、散乱体装置６３の位置でのイオンビームの散乱が、吸収体を挿入しない場合よりも大きくなる
。
【００７３】
ウォブラ方式の照射野形成装置の他の実施例を説明する。本実施例における照射野形成装置（Ａ型照射野形成装置という）は、照射野形成装置１５Ｂ(図１１)において散乱体装置６３を図２に示す第１走査電磁石１７及び第２走査電磁石１８に替えた構成を有する。第１走査電磁石１７の上流側に位置する散乱体装置１９はビーム軸１４の方向に移動可能である。飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１はビーム軸１４の方向に移動しない。本実施例の照射野形成装置において、飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１の少なくとも１つを更にビーム軸１４の方向に移動させてもよい。これらの照射野形成装置を用いても
、患部６２の放射線量分布が従来に比べて均一化される。
【００７４】
ウォブラ方式の照射野形成装置の更に他の実施例を説明する。本実施例における照射野形成装置（Ｂ型照射野形成装置という）は、Ａ型照射野形成装置において、散乱体装置
１９を第２走査電磁石１８の下流側でＳＯＢＰ装置２１の上流側に配置した構成を有する
。本実施例では、散乱体装置１９，飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１のうち散乱体装置１９がビーム軸１４の方向に移動できる。Ｂ型照射野形成装置において、飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１の少なくとも１つを更にビーム軸１４の方向に移動させてもよい。これらの照射野形成装置を用いても、患部６２の放射線量分布が従来に比べて均一化される。
【００７５】
（実施例７）
スキャニング方式の照射野形成装置を適用した本発明の他の実施例である実施例７の粒子線治療装置を、以下に説明する。本実施例の粒子線治療装置は、図１に示す粒子線治療装置とは、走査電磁石制御装置３６によって行われる第１走査電磁石１７及び第２走査電磁石１８のイオンビーム走査の制御が異なっている。
【００７６】
本実施例におけるイオンビームのスキャニングについて具体的に説明する。照射制御装置５４は、患者６１に対するスキャニングにおけるイオンビームの走査条件情報（例えば
、図１３（Ａ）に示す励磁電流パターン等）をメモリ５５から取り込んで走査電磁石制御装置３６に出力する。イオンビームの走査条件情報は、患者６１に対する治療計画時において作成される。走査電磁石制御装置３６は、その励磁電流パターン情報を基に第１走査電磁石１７及び第２走査電磁石１８にそれぞれ供給される各励磁電流を制御する。第１走査電磁石１７及び第２走査電磁石１８によって走査されたイオンビームは、散乱体装置
１９，飛程調整装置２０，ＳＯＢＰ装置２１，ボーラス２２及びコリメータに３を通過して患部６２に照射される。ちなみに、ウォブラ方式でのイオンビームの走査は、実施例１で述べたように、図１３（Ｂ）に示す各走査電磁石に対する励磁電流パターンに基づいて行われる。
【００７７】
スキャニング方式は、患部６２を複数の領域に分割して分割された領域（例えば、体内の深さ方向において患部６２を複数の領域に分割する）内でイオンビームをスキャンしながら照射する方式である。このようなスキャニング方式は、患部６２の形状に合せてイオンビームを照射することができ、患部６２の周囲に位置する健全な細胞へのイオンビームの照射を避けることができる。上記の図１３（Ａ）の励磁電流パターンのように各励磁電流を制御することによって、イオンビームは上記の分割された領域内を蛇行しながら一定方向に進行する。このようなイオンビームの走査によって、１つの分割領域に対するイオンビームの照射が完了する。体表面からの深さが異なる他の分割領域へのイオンビームの移動は、イオンビームのエネルギーを変えることによって行う。
【００７８】
従来のスキャニング用の照射野形成装置を用いた場合には、イオンビームのスキャニングにおいて、分割領域内でのイオンビームの進行方向の長さ、または体内の深さ方向で異なる位置に応じてイオンビームのサイズが異なるという問題が生じる。しかしながら、本実施例では、散乱体装置１９をビーム軸１４の方向に移動させるのでイオンビームのサイズを調整でき、飛程調整装置２０もその方向に移動させるので選定された吸収体により飛程を調整した際におけるイオンビームの散乱の変化、すなわちイオンビームサイズの変化を調整でき、更に、ＳＯＢＰ装置２１を移動させるので選定されたＳＯＢＰ装置２１によって生じるイオンビームサイズの変化を調整できる。このように、本実施例は、イオンビームサイズを調整できるため、上記した分割領域内でのイオンビームの進行方向の長さ、または体内の深さ方向で異なる位置に応じてイオンビームのサイズが異なるという問題を解消できる。本実施例は、散乱体装置１９，飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１をビーム軸１４に沿って移動させることにより、イオンビームのサイズを簡単に調整できる。
【００７９】
（実施例８）
スキャニング方式の照射野形成装置を適用した本発明の他の実施例である実施例８の粒子線治療装置を、以下に説明する。本実施例の粒子線治療装置は、図１に示す粒子線治療装置と構造上は同じであり、図２に示す照射野形成装置１５を備える。本実施例は、走査電磁石制御装置３６による第１走査電磁石１７及び第２走査電磁石１８のイオンビーム走査の制御の仕方が実施例１及び実施例７と異なっている。本実施例も実施例７のように患部６２を分割した領域に対してイオンビームを照射する。
【００８０】
照射制御装置５４は、患者６１に対するスキャニングにおけるイオンビームの走査条件情報をメモリ５５から読み込んで走査電磁石制御装置３６に出力する。その走査条件情報は、図１３（Ｃ）に示す第１走査電磁石１７及び第２走査電磁石１８のそれぞれの励磁電流パターンである。走査電磁石制御装置３６は、その励磁電流パターン情報を基に第１走査電磁石１７及び第２走査電磁石１８に供給される各励磁電流を制御する。図１３（Ｃ）に示すそれぞれの励磁電流パターンは、図１３（Ａ）に示すスキャニング方式の励磁電流パターンに図１３（Ｂ）に示すウォブラ方式の励磁電流パターンを加味したものである。
【００８１】
第１走査電磁石１７及び第２走査電磁石１８によって走査されたイオンビームは、散乱体装置１９，飛程調整装置２０，ＳＯＢＰ装置２１，ボーラス２２及びコリメータに３を通過して患部６２に照射される。
【００８２】
本実施例は、図１３（Ｃ）に示す励磁電流パターンに基づいて各走査電磁石を制御するため、実施例７で生じる、イオンビームの進行方向の長さ等に応じてイオンビームのサイズが異なるという問題を解消できる。すなわち、分割領域内でのイオンビームの進行方向の長さ、または体内の深さ方向の位置が変わってもイオンビームのサイズは変わらない。実際には、イオンビームの形状はガウス分布に類似した形状となり、ウォブリングを行って円軌道を描いた場合には、イオンビームはガウス分布に類似した分布形状を円積分した形状となる。しかしながら、イオンビームの散乱量に対して走査を行う円軌道が小さければ、イオンビームの形状をガウス分布に類似した形状として想定することは可能である。具体的には、走査電磁石制御装置３６は、ビームサイズの小さい照射領域ではウォブリングパターン（ウォブリング電磁石に印加する電流値の時間的推移）を大きく、ビームサイズが大きい照射領域ではウォブリングパターンを小さくするように第１走査電磁石１７及び第２走査電磁石１８に供給される各励磁電流を制御する。ラスタースキャニングに本実施例を適用した場合には螺旋軌道を描きながらイオンビームを走査することになり、ボクセルスキャニングに本実施例を適用した場合には固定位置でそれぞれイオンビームが円軌道を描く様な照射を行うことになる。本実施例は、実施例７と同様にイオンビームサイズの変化を調整できる。
【００８３】
実施例７及び８のそれぞれにおいて、散乱体装置１９，飛程調整装置２０及びＳＯＢＰ装置２１の全てをビーム軸１４に沿って移動させないで、それらのうちの１つ、またはそれらのうちの２つをビーム軸１４に沿って移動させた場合は、それら３つを移動させた場合に比べて劣るが、従来のスキャニング方式に比べてイオンビームサイズの変化をより抑制できる。
【００８４】
実施例１以外の第１及び第２走査電磁石を有する前述の実施例においても、走査電磁石制御装置３６により第１及び第２走査電磁石に供給する各励磁電流を実施例７及び８で述べた各励磁電流パターンに基づいて制御することができる。
【００８５】
上記した各実施例はシンクロトロンを含む粒子線治療装置を対象としているが、各実施例における照射野形成装置は、サイクロトロンを含む粒子線治療装置に対しても適用可能である。サイクロトロンを含む粒子線治療装置は、飛程調整装置の替りに、ボーラス２２の底部の厚みを所定の厚みに事前に設定することによっても希望する飛程を得ることができる。
【００８６】
以上に述べた各実施例は、荷電粒子ビーム発生装置及び照射野形成装置を有する荷電粒子ビームを材料に照射する材料照射装置，食品に荷電粒子ビームを照射する食品照射装置
、及び荷電粒子ビームを利用したラジオアイソトープ製造装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の粒子線治療装置の構成図である。
【図２】図１の照射野形成装置の縦断面図である。
【図３】図２における散乱体装置の縦断面図である。
【図４】図２における飛程調整装置の縦断面図である。
【図５】図２の照射野形成装置、すなわちＳＯＢＰ装置が走査電磁石の下流側に位置する場合において、走査電磁石で走査されたイオンビームの状態を示す説明図である。
【図６】照射目標のビーム軸方向の深さと放射線量分布の一様性との関係を示しており、（Ａ）は従来の照射野形成装置に対するそれらの関係を示す特性図であり、(Ｂ)は図２の照射野形成装置に対するそれらの関係を示す特性図である。
【図７】照射目標のビーム軸方向の長さと線量分布の一様性との関係を示して、(Ａ)は従来の照射野形成装置に対するそれらの関係を示す特性図であり、（Ｂ）は図２の照射野形成装置に対するそれらの関係を示す特性図である。
【図８】本発明の他の実施例である実施例２の粒子線治療装置に用いられる照射野形成装置の構成図である。
【図９】図８の照射野形成装置、すなわちＳＯＢＰ装置が走査電磁石の上流側に位置する場合において、走査電磁石で走査されたイオンビームの状態を示す説明図である。
【図１０】照射目標の中心軸及び照射目標の外周部におけるイオンビームの飛程と相対線量分布との関係を示しており、（Ａ）は従来の照射野形成装置に対するそれらの関係を示す特性図であり、（Ｂ）は図２の照射野形成装置に対するそれらの関係を示す特性図である。
【図１１】本発明の他の実施例である実施例３の粒子線治療装置に用いられる照射野形成装置の構成図である。
【図１２】本発明の他の実施例である実施例６の粒子線治療装置に用いられる照射野形成装置の構成図である。
【図１３】照射野形成装置の走査電磁石に対する励磁電流パターンを示しており、 （Ａ）は実施例７のスキャニングに適用される励磁電流パターンの説明図であり、 （Ｂ）は実施例１に適用される励磁電流パターンの説明図であり、（Ｃ）は実施例８のスキャニングに適用される励磁電流パターンの説明図である。
【図１４】照射目標内の線量分布、及び半影を示す説明図であり、（Ａ）は従来の照射野形成装置を用いた場合における高照射線量率での照射目標内の線量分布を示す説明図、（Ｂ）は従来の照射野形成装置を用いた場合における低照射線量率での照射目標内の線量分布、及び半影を示す説明図、（Ｃ）は図１１の実施例３における照射野形成装置を用いた場合における低照射線量率での照射目標内の線量分布、及び半影を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８８】
１…粒子線治療装置、２…荷電粒子ビーム発生装置、４…シンクロトロン、６…高周波印加装置、１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｅ…照射野形成装置、１６…ケーシング、１７…第１走査電磁石、１８…第２走査電磁石、１９，６３…散乱体装置、２０…飛程調整装置
、２１…ブラッグピーク拡大装置、２５，２６，３１…交流サーボモータ、２７，２８，３２…ボールネジ、４０…散乱体操作装置、４３Ａ〜４３Ｆ…散乱体、４５…吸収体操作装置、４８Ａ〜４８Ｆ…吸収体、５４…照射制御装置、５６，５７，５８…駆動制御装置
、５９…治療台。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
治療計画情報に基づいて照射条件情報より必要な散乱体の厚み及び吸収体の厚みを選定し、選定した散乱体及び吸収体の各厚み情報を基に散乱体及び吸収体の位置を選定し、駆動制御装置に対し駆動指令信号と散乱体及び吸収体の各選定した厚みの情報を出力する照射制御装置と、
その散乱体の厚み情報に基づいて散乱体を散乱体装置の散乱体の中から選定し、選定された吸収体の厚み情報に基づいてその厚みになる吸収体を飛程調整装置の吸収体の中から選定する駆動制御装置とを備え、
該当する散乱体及び吸収体が設定位置に達したとき、該当する各リミットスイッチの作動によって発生する各位置信号を該駆動制御装置に伝えることを特徴とする粒子線治療装置の制御システム。
【請求項２】
治療計画情報に基づいて照射条件情報より必要な散乱体の厚み及び吸収体の厚みを選定し、選定した散乱体及び吸収体の各厚み情報を基に散乱体及び吸収体の位置を選定し、駆動制御装置に対し駆動指令信号と散乱体及び吸収体の各選定した厚みの情報を出力する照射制御装置と、
その散乱体の厚み情報に基づいて散乱体を散乱体装置の散乱体の中から選定し、選定された吸収体の厚み情報に基づいてその厚みになる吸収体を飛程調整装置の吸収体の中から選定する駆動制御装置とを備え、
該当する散乱体及び吸収体が設定位置に達したとき、該当する各リミットスイッチの作動によって発生する各位置信号を該駆動制御装置に伝え、該駆動制御装置は、該照射制御装置に散乱体及び吸収体の移動完了情報を出力することを特徴とする粒子線治療装置の制御システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の粒子線治療装置の制御システムにおいて、
前記照射制御装置は、前記駆動制御装置に対して、前記散乱体及び吸収体の位置情報情報を出力することを特徴とする粒子線治療装置の制御システム。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の粒子線治療装置の制御システムにおいて、
患者の位置決め前に、照射制御装置は、患者に対する治療計画情報が入力され、記憶することを特徴とする粒子線治療装置の制御システム。
【請求項５】
治療計画情報に基づいて照射条件情報より必要な散乱体の厚み及び吸収体の厚みを選定し、選定した散乱体及び吸収体の各厚み情報を基に散乱体及び吸収体の位置を選定し、駆動制御装置に対し駆動指令信号と散乱体及び吸収体の各選定した厚みの情報を出力する照射制御する工程と、
その散乱体の厚み情報に基づいて散乱体を散乱体装置の散乱体の中から選定し、選定された吸収体の厚み情報に基づいてその厚みになる吸収体を飛程調整装置の吸収体の中から選定する駆動制御する工程とを含み、
該当する散乱体及び吸収体が設定位置に達したとき、該当する各リミットスイッチの作動によって発生する各位置信号を該駆動制御装置に伝えることを特徴とする粒子線治療装置の制御方法。
【請求項１】
治療計画情報に基づいて照射条件情報より必要な散乱体の厚み及び吸収体の厚みを選定し、選定した散乱体及び吸収体の各厚み情報を基に散乱体及び吸収体の位置を選定し、駆動制御装置に対し駆動指令信号と散乱体及び吸収体の各選定した厚みの情報を出力する照射制御装置と、
その散乱体の厚み情報に基づいて散乱体を散乱体装置の散乱体の中から選定し、選定された吸収体の厚み情報に基づいてその厚みになる吸収体を飛程調整装置の吸収体の中から選定する駆動制御装置とを備え、
該当する散乱体及び吸収体が設定位置に達したとき、該当する各リミットスイッチの作動によって発生する各位置信号を該駆動制御装置に伝えることを特徴とする粒子線治療装置の制御システム。
【請求項２】
治療計画情報に基づいて照射条件情報より必要な散乱体の厚み及び吸収体の厚みを選定し、選定した散乱体及び吸収体の各厚み情報を基に散乱体及び吸収体の位置を選定し、駆動制御装置に対し駆動指令信号と散乱体及び吸収体の各選定した厚みの情報を出力する照射制御装置と、
その散乱体の厚み情報に基づいて散乱体を散乱体装置の散乱体の中から選定し、選定された吸収体の厚み情報に基づいてその厚みになる吸収体を飛程調整装置の吸収体の中から選定する駆動制御装置とを備え、
該当する散乱体及び吸収体が設定位置に達したとき、該当する各リミットスイッチの作動によって発生する各位置信号を該駆動制御装置に伝え、該駆動制御装置は、該照射制御装置に散乱体及び吸収体の移動完了情報を出力することを特徴とする粒子線治療装置の制御システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の粒子線治療装置の制御システムにおいて、
前記照射制御装置は、前記駆動制御装置に対して、前記散乱体及び吸収体の位置情報情報を出力することを特徴とする粒子線治療装置の制御システム。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の粒子線治療装置の制御システムにおいて、
患者の位置決め前に、照射制御装置は、患者に対する治療計画情報が入力され、記憶することを特徴とする粒子線治療装置の制御システム。
【請求項５】
治療計画情報に基づいて照射条件情報より必要な散乱体の厚み及び吸収体の厚みを選定し、選定した散乱体及び吸収体の各厚み情報を基に散乱体及び吸収体の位置を選定し、駆動制御装置に対し駆動指令信号と散乱体及び吸収体の各選定した厚みの情報を出力する照射制御する工程と、
その散乱体の厚み情報に基づいて散乱体を散乱体装置の散乱体の中から選定し、選定された吸収体の厚み情報に基づいてその厚みになる吸収体を飛程調整装置の吸収体の中から選定する駆動制御する工程とを含み、
該当する散乱体及び吸収体が設定位置に達したとき、該当する各リミットスイッチの作動によって発生する各位置信号を該駆動制御装置に伝えることを特徴とする粒子線治療装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−１７５５４０（Ｐ２００７−１７５５４０Ａ）
【公開日】平成１９年７月１２日（２００７．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９０１３０（Ｐ２００７−９０１３０）
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【分割の表示】特願２００４−２３００５６（Ｐ２００４−２３００５６）の分割
【原出願日】平成１５年６月１２日（２００３．６．１２）
【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７月１２日（２００７．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【分割の表示】特願２００４−２３００５６（Ｐ２００４−２３００５６）の分割
【原出願日】平成１５年６月１２日（２００３．６．１２）
【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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