粒子線照射装置及び粒子線照射方法
【課題】線量分布幅の小さいSOBPを重ね合わせてＳＯＢＰを形成する方式において、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成できる粒子線照射装置及び粒子線照射方法を提供することにある。
【解決手段】エネルギー分布拡大装置部５は、第１の線量分布幅の小さいSOBPを形成するエネルギー分布拡大装置１と、線量分布の体表から最深部に急峻な第２の線量分布幅の小さいSOBPを形成するエネルギー分布拡大装置２とを備える。粒子線を照射してエネルギー分布拡大装置２により標的領域の体表からの最深部に線量分布の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成し、最深部の次に深い領域から体表側の標的領域までを、エネルギー分布拡大装置１を複数回用いて、粒子線を照射して形成する線量分布幅の小さいSOBPを重ね合わせて、記標的領域に合う長さのＳＯＢＰを形成する。
【解決手段】エネルギー分布拡大装置部５は、第１の線量分布幅の小さいSOBPを形成するエネルギー分布拡大装置１と、線量分布の体表から最深部に急峻な第２の線量分布幅の小さいSOBPを形成するエネルギー分布拡大装置２とを備える。粒子線を照射してエネルギー分布拡大装置２により標的領域の体表からの最深部に線量分布の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成し、最深部の次に深い領域から体表側の標的領域までを、エネルギー分布拡大装置１を複数回用いて、粒子線を照射して形成する線量分布幅の小さいSOBPを重ね合わせて、記標的領域に合う長さのＳＯＢＰを形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子線照射装置及び粒子線照射方法に係り、特に、リッジフィルタを用いて線量分布の中で線量の高い領域を形成するのに好適な粒子線照射装置及び粒子線照射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粒子線治療システム、例えば、陽子線治療システムは、がん治療の有効な手段の一つであり、今後、益々盛んに用いられる見込みである。陽子線治療では、患者の患部（標的領域）の線量分布を均一あるいは予め決められた分布に制御することが求められている。
線量分布を均一等に制御する方法として、陽子ビームの進行方向に垂直な面（照射野）には、散乱体を用いて陽子ビームを広げる方法や、陽子ビーム半径の小さいビームを用いて照射野面を走査する方法がある。
陽子ビームの進行方向（深さ方向）の線量分布の形成には、陽子ビームが停止する直前にエネルギーの大部分を放出してブラッグカーブと呼ばれる線量分布を形成する特性と、そのブラッグカーブのピークであるブラッグピークの、深さ方向での位置は体内に入射する陽子ビームのエネルギーの大きさで制御できる特性を利用し、陽子ビームのエネルギーを適切に選択し、陽子ビームを患部近傍で停止させてエネルギーの大部分を患部のがん細胞に与えるようにしている。ここで、ブラッグピークの、深さ方向での幅は数ｍｍである。通常、患部は深さ方向にそれ以上の厚みをもっている。このような患部において患部全体の深さ方向に渡って粒子線を効果的に照射するには、深さ方向で患部大の広がり一様度の高い高線量領域（Spread Out Bragg Peak、以下ＳＯＢＰという）を形成するように、陽子ビームのエネルギーと陽子ビームの照射量を制御する必要がある。 陽子ビームの進行方向（深さ方向）の線量分布の形成には、リッジフィルタやＲＭＷ（Range Modulation Wheel）を用いる方法、あるいは、加速器からのビームエネルギー種を変える方法で、SOBPを形成する（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
ＳＯＢＰの形成において、リッジフィルタやＲＭＷは、陽子ビームの照射で深さ方向にＳＯＢＰを１度に作ることができるが、患部形状が深さ方向に変化する患部では、患部以外に照射することになる。この方法では、形成するSOBP幅の大きさに対応したリッジフィルタやＲＭＷを準備しておく必要があり、多数個を用意しておく必要がある。また、加速器からのビームエネルギーを変える方法では、患部形状に合わせて照射することが可能であるが、この方法では多数のエネルギー種を用意する必要がある。
また、リッジフィルタを用いる別の方法として、患部を積層に分割して照射する方法、すなわち、患部の分割に応じた幅の小さいＳＯＢＰ（患部大のＳＯＢＰと区別するために、以下、これを線量分布幅の小さいＳＯＢＰと呼ぶことにする）を複数個作り、それを合わせて、患部形状に合うＳＯＢＰを形成する方法である（例えば、非特許文献２参照）。
【０００４】
この方法は、線量分布幅の小さいＳＯＢＰをつなぎ合わせて、患部大のＳＯＢＰを生成するので、ＳＯＢＰの長さに応じたリッジフィルタを用意する必要がないので、リッジフィルタの個数を低減することができる。この照射を行うための線量分布幅の小さいＳＯＢＰの形成には、複数個のブラッグピーク幅を拡大して、また、ピーク強度を調整したエネルギー分布拡大装置（リッジフィルタ等の深さ方向にエネルギーを拡大する装置の総称として以下これを用いる）を用いる。
【０００５】
【非特許文献１】W. T. Chu, B. A. Ludewigt and T. R. Renner, Rev. Sci. Instrum. 64, 2055-2122, 1993.
【非特許文献２】B.Schaffner, et al. Med. Phys. 27 (4), 716-724, April 2000.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、線量分布幅の小さいSOBPを生成して、それらを合わせてSOBPを形成する方法において、積層数を減らし照射時間を減らすために、ブラッグピーク幅を拡大すると、照射領域の深さ側のＳＯＢＰの境界部分での線量分布の切れが悪く、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻でなくなるという問題が生じる。この体表から深い側の立下りが急峻でないと、患部以外の正常組織に照射することになる。これを避けるために、線量分布幅の小さいSOBPを生成すると積層数が増大して、照射時間が長くなるという問題が生じる。
【０００７】
本発明の目的は、線量分布幅の小さいＳＯＢＰを重ね合わせてＳＯＢＰを形成する方式において、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成でき、短時間で照射できる粒子線照射装置及び粒子線照射方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、粒子線を標的領域に照射する粒子線照射装置であって、線量分布形状の異なるSOBPを形成する複数のエネルギー分布拡大装置で、深さ方向の線量分布を合成するようにしたものである。
（２）上記目的を達成するために、本発明は、粒子線を標的領域に照射する粒子線照射装置であって、幾何形状の異なる複数のエネルギー分布拡大装置で、深さ方向の線量分布を合成するようにしたものである。
（３）上記（１）又は（２）において、好ましくは、照射線量を測定するモニタと、該照射線量を管理する制御部とを備え、標的領域を積層に分割し、積層毎に使用するエネルギー分布拡大装置、照射線量を定め、モニタで積層毎に照射線量を測定し、制御部で照射線量を管理して照射し、生成した線量分布幅の小さいSOBPを合成するようにしたものである。
（４）上記（３）において、好ましくは、第１の線量分布幅の小さいSOBPを形成するエネルギー分布拡大装置と、標的領域の体表からの最深部に第２の線量分布幅の小さいSOBPを形成するエネルギー分布拡大装置とを備え、粒子線を照射して前記エネルギー分布拡大装置により前記標的領域の体表からの最深部に第２の線量分布幅の小さいSOBPを形成し、最深部の次に深い領域から体表側の標的領域までを、前記エネルギー分布拡大装置を１回あるいは複数回用いて、前記粒子線を照射して形成する第１の線量分布幅の小さいSOBPを重ね合わせて、前記標的領域に合う長さのSOBPを形成するようにしたものである。
ここで、エネルギー分布拡大装置は、通常のエネルギー分布拡大装置よりも線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置に対応し、エネルギー分布拡大装置は、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置に対応する。
【０００９】
（５）上記（４）において、好ましくは、前記粒子線の照射深さを可変するレンジシフタと、前記レンジシフタを駆動するレンジシフタ駆動部と、加速器の粒子線エネルギーとして１種あるいは複数種類のエネルギー種とを備え、前記エネルギー分布拡大装置と、前記エネルギー分布拡大装置を用いて、前記レンジシフタ駆動部による前記レンジシフタと前記エネルギー種のどちらかあるいは共用により、前記粒子線の照射深さを変えて形成する高線量領域を重ね合わせるようにしたものである。
【００１０】
（６）また、上記目的を達成するために、本発明は、粒子線を標的領域に照射する粒子線照射方法であって、粒子線を照射してエネルギー分布拡大装置により前記標的領域の体表からの最深部に第２の線量分布幅の小さいSOBPを形成し、最深部の次に深い領域から体表側の標的領域までを、エネルギー分布拡大装置1を１回あるいは複数回用いて、前記粒子線を照射して形成する第１の線量分布幅の小さいSOBPを重ね合わせて、前記標的領域に合う長さのSOBPを形成することを特徴とするようにしたものである。
かかる方法により、線量分布幅の小さいSOBPを重ね合わせてＳＯＢＰを形成する方式において、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成できるものとなる。
【００１１】
（８）また、上記目的を達成するために、本発明は、粒子線を標的領域に照射する粒子線照射方法であって、粒子線を、エネルギー分布拡大装置を通さないで、直接、標的領域に照射して、前記標的領域の体表からの深部領域に線量分布幅の小さいSOBPを形成し、前記深部領域の次に深いところから体表側の標的領域までを、エネルギー分布拡大装置1を１回あるいは複数回用いて、前記粒子線を照射して形成する線量分布幅の小さいSOBPを重ね合わせて、前記標的領域に合う長さのSOBPを形成するようにしたものである。
かかる方法により、線量分布幅の小さいSOBPを重ね合わせてＳＯＢＰを形成する方式において、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成できるものとなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、線量分布幅の小さいＳＯＢＰを重ね合わせてＳＯＢＰを形成する方式において、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成でき、かつ、短時間で照射できるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図１〜図９を用いて、本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による粒子線照射装置の構成について説明する。ここでは、粒子線照射装置として、陽子線治療システムを例にして説明する。図１は、陽子線治療システムにおける陽子線照射装置の照射ノズル部の概略を示している。
図１は、本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置の構成を示すブロック図である。
【００１４】
陽子線照射装置には、加速器側から陽子ビーム１が入射する。陽子線照射装置は、ビームプロファイル等のモニタ２と、陽子ビームの走査電磁石３と、陽子ビーム径を広げる散乱体４と、エネルギー分布拡大装置部５と、レンジシフタ６と、線量モニタ７と、ブロックコリメータ８と、患者コリメータ９と、制御装置２０と、エネルギー分布拡大装置駆動部２２と、レンジシフタ駆動部２４とを備えている。符号１０は、患者に陽子ビームを当てる中心になるアイソセンタである。
【００１５】
散乱体４は、陽子ビーム１のビーム径を広げるために用いられる。ビーム半径が小さいとビーム利用効率が大きくなるが、ビーム位置精度が厳しくなる。逆に、ビーム半径が大きいとビーム利用効率が小さくなるが、ビーム位置精度は緩和される。ここでは、散乱体４によって広げられたビーム半径としては、ペンシルビーム径より大きいものを用いる。
【００１６】
陽子ビームの進行方向に垂直な照射野へ照射する方法としては、走査電磁石３を用いた、陽子ビームのスポット走査あるいはラスター走査、多重のワブラー走査、また、２重散乱体を用いる方法がある。
【００１７】
エネルギー分布拡大装置部５には、各種のエネルギー分布拡大装置が陽子ビームに対して交換可能に配置されている。各種のエネルギー分布拡大装置については、図２〜図５を用いて後述するが、通常のエネルギー分布拡大装置、通常のエネルギー分布拡大装置よりも線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置等がある。エネルギー分布拡大装置駆動部２２は、制御装置２０からの制御指令に基づいて、陽子ビーム中に挿入するエネルギー分布拡大装置の種類を交換する。
【００１８】
レンジシフタ６は、線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置や線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置で生成される線量分布幅の小さいSOBPの体表からの位置をシフトするのに用いられる。レンジシフタ６は、例えば、厚さの異なるレンジシフタ板から構成される。レンジシフタ板の厚さは、２倍毎に厚さを増やしていくバイナリー方式を用い、例えば、１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、８ｍｍ、１６ｍｍ、３２ｍｍ、・・・を用いている。例えば、２ｍｍと８ｍｍのレンジシフタ板を用いると、１０ｍｍとなり、４ｍｍと１６ｍｍのレンジシフタ板を用いると、２０ｍｍとなる。レンジシフタ駆動部２４は、制御装置２０からの制御指令に基づいて、陽子ビーム中に挿入するレンジシフタ板を選択し、陽子ビーム中に挿入する。
【００１９】
次に、図２〜図５を用いて、本実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部５に用いる各種エネルギー分布拡大装置の構成について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部に用いる通常のエネルギー分布拡大装置の構成及び機能説明図である。図３は、本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部に用いる線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置の構成及び機能説明図である。図４は、本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部に用いる線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置の構成を示す斜視図である。図５は、本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部５に用いる線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置の構成及び機能説明図である。
【００２０】
最初に、図２を用いて、通常のエネルギー分布拡大装置について説明する。図２（ａ）に示すように、ＳＯＢＰを形成する通常のエネルギー分布拡大装置ＲＦは、下段から上段に行くに従って、幅が順次狭くなる構成を有している。図示の例では、７段の例を示しているが、通常のエネルギー分布拡大装置は３０段前後である。なお、図示の例は、模式図であり、段の数、段の幅は、実際のエネルギー分布拡大装置寸法とは異なるものである。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、陽子ビーム１が、エネルギー分布拡大装置ＲＦに照射され、エネルギー分布拡大装置ＲＦの高さの異なる段で、段の高さに応じて到達する陽子ビームの位置が異なる。その結果、図２（ｂ）に示すように、体表からの深さに対して、形成される各ブラッグピーク位置Ｐｂｐ１，Ｐｂｐ２，…が変わる。段数の少ないところを通過した陽子ビーム程、ブラッグピーク位置Ｐｂｐは、体表から深いところまで、到達する。各ブラッグピーク位置Ｐｂｐ１，ＰＢｂｐ２，…を重ね合わせて、ＳＯＢＰ３０が形成される。
【００２２】
次に、図３を用いて、線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置について説明する。図３（ａ）に示す線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦは、図２に示した通常のエネルギー分布拡大装置ＲＦに比べて段数が少なく、高さも低いエネルギー分布拡大装置である。図示の例では、３段の例を示しているが、これは模式図であり、段の数、段の幅は、実際のエネルギー分布拡大装置寸法とは異なるものである。形状としては、エネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦの左右の空隙部を含め、その幅をＷＭ１として、１段目の幅ＷＭ２、２段目の幅ＷＭ３と徐々に狭くしていく。高さＨｍ１は、線量分布幅の小さいSOBPの形状に合わせて決める。
【００２３】
図３（ａ）に示すように、陽子ビーム１が、エネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦに照射され、エネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦの高さの異なる段で、段の高さに応じて到達する陽子ビームの位置が異なる。その結果、図３（ｂ）に示すように、体表からの深さに対して、形成される各ブラッグピーク位置Ｐｂｐｍ１，Ｐｂｐｍ２，…が変わる。段数の少ないところを通過した陽子ビーム程、ブラッグピーク位置Ｐｂｐｍは、体表から深いところまで、到達する。各ブラッグピーク位置Ｐｂｐｍ１，ＰＢｐｍ２，…を重ね合わせて、線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＭ）が形成される。
【００２４】
そして、図３（ｃ）に示すように、エネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦを用いて、第１の線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＭ１）を生成し、次に、図１にて説明したレンジシフタ６を用いて、あるいは、加速器のエネルギー種を変えて、あるいは、両者を用いて、体表からの位置をずらして、線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＭ２）を生成する。このようにして、線量分布幅の小さいSOBPを重ね合わせて、ＳＯＢＰ３０Ａを生成する。線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置は、所望のSOBP30Aの形状になるように、重ね合わせる線量分布幅の小さいSOBPの形状を作るが、そのSOBP形状になるように、エネルギー分布拡大装置の段数、段の幅、高さを調整することになる。線量分布幅の小さいSOBPを重ね合わせて所望のSOBPの平坦度を担保するように、線量分布幅の小さいSOBPの形状を決める。
【００２５】
図４に示すように、エネルギー分布拡大装置部５で用いる線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置は、図３に示したエネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦが複数個、架台４０の上に等間隔で配置され、固定されている。各エネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦの幅ＷＭ１とすると、両側には、空隙部が形成されているので、図４に示す空隙部の幅ＷＧ１は、両側にある空隙部の和となる。なお、架台を円形にして、エネルギー分布拡大装置を配列して、全体を円形状にすることもできる。
【００２６】
しかし、この線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＭ）は、各ブラッグピークを拡大して、それらを重ね合わせるので、図３（ｃ）の線量分布の体表から深い側の立下りが、急峻でなくなる。これを避けるために、図５にて説明する線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置を用いる。
【００２７】
次に、図５を用いて、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦについて説明する。上記エネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦは、図３（ａ）のエネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦより左右の空隙部を広くする。エネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦの各段は、図３（ａ）と同様に１段目からその幅を徐々に狭くしていくが、各段の幅の比率は、エネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦとは異なる。
【００２８】
エネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦでは、体表から標的領域の深い側に到達する陽子ビームは、図３（ａ）のエネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦの狭い間隙部を通過していたが、エネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦでは、空隙部を広くしてありその部分を通過するビーム強度を増大させ、体表から標的領域の深い側に到達するブラッグカーブの強度は大きくなる。エネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦの各段を通過する陽子ビームは、各段の幅の比率に応じてそのビーム強度が変わり、多くの段の通過を通過したブラッグカーブ程、ブラッグピークの位置が標的領域の体表から浅い側に到達する。その結果、図５（a）に示すように、各ブラッグカーブＰｂｐｓｍ１，Ｐｂｐｓｍ２，…の重ね合わせで、分布は体表から深い側が急峻な立下りになり、浅い側はなだらかな立下りのＳＯＢＰ（ＰｂｐＳＭ）が形成される。
このＳＯＢＰ（ＰｂｐＳＭ）は、線量分布の体表から標的領域の深い側の立下りが急峻になり、線量分布の体表から浅い側は、エネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦで生成した線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＭ）との合成の際に、患部に形成するSOBPの平坦度を担保できる形状となる。
【００２９】
図５（b）は、患部に形成するＳＯＢＰを示している。体表から標的領域の深い側には、エネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦを用いて線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰ（ＰｂｐＳＭ）を形成する。そこから浅い部分には、図３及び図４にて説明したエネルギー分布拡大装置M−ＲＦを用いて線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＭ２）を生成する。さらに、レンジシフタ６を用いて、あるいは、加速器のエネルギー種を変えて、あるいは、両者を用いて、線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＭ２，ＰｂｐＭ３，…）を繰り返し生成することで、ＳＯＢＰ３０Ｂを形成できる。この場合、線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＭ２，ＰｂｐＭ３，…）生成の繰り返し回数を制御することで、所望の長さのＳＯＢＰ３０Ｂを形成する。
線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置で生成するSOBPの幅は、それとの合成に用いるエネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦで生成するSOBPの幅との関係で、任意の長さのSOBPの生成に好適なように決める。
【００３０】
図４に示すエネルギー分布拡大装置M−ＲＦの場合と同様に、エネルギー分布拡大装置部５で用いる線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置は、図５に示したエネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦが複数個、架台４０の上に等間隔で配置され、固定して利用する。
【００３１】
次に、図６及び図７を用いて、本実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部５の構成について説明する。
図６は、本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部の第１の構成を示す平面図である。図７は、本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部の第２の構成を示す平面図である。
【００３２】
図６において、回転式のエネルギー分布拡大装置ホルダ４２には、４個の円形開口部ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３，ＯＰ４が形成されている例である。エネルギー分布拡大装置ホルダ４２は、矢印Ｒ１方向に、図１のエネルギー分布拡大装置駆動部２２によって回転可能である。円形開口部ＯＰ２には、図５にて説明したエネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦを架台の上に複数個設置されたものが載置される。円形開口部ＯＰ３には、図４にて説明したエネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦが載置される。円形開口部ＯＰ４には、図２にて説明したエネルギー分布拡大装置ＲＦを架台の上に複数個設置されたものが載置される。円形開口部ＯＰ１には、何も載置されず、陽子ビームを照射野に直接照射するために用いられる。図６は４個設置の例であるが、エネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦやエネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦで異なる種類のものを設置するにはその個数を増やすことになる。
【００３３】
ＳＯＢＰを生成するには、例えば、最初に、ホルダ４２を回転移動して、円形開口部ＯＰ２を陽子ビームの位置に位置づけ、エネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦを用いて照射する。次に、エネルギー分布拡大装置ホルダ４２を回転して、エネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦを用いて、陽子ビームを照射する。さらに、その状態で、レンジシフタ６を用いて、あるいは、加速器のエネルギー種を変えて、あるいは、両者を用いて、深さ方向の照射位置を変えながら、照射を繰り返すことで、ＳＯＢＰを作ることができる。
【００３４】
また、通常のエネルギー分布拡大装置ＲＦを使用する場合には、エネルギー分布拡大装置ホルダ４２を回転して、その位置にセットして、陽子ビームを照射することができる。通常のエネルギー分布拡大装置ＲＦを使用してSOBPを形成した後に、エネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦに交換して、線量分布幅の小さいSOBPを継ぎ足して、SOBP幅の大きいものを形成することができる。
また、陽子ビームを照射野に直接照射するには、円形開口部ＯＰ１を陽子ビームが通過する位置に回転移動することで行える。エネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦ、エネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦ等と組み合わせて、所望のSOBPを形成することができる。
【００３５】
このような構成により、各種のエネルギー分布拡大装置の交換が容易にでき、円形ホルダを用いることで、エネルギー分布拡大装置の交換に必要な空間を小さくすることができる。
【００３６】
図７は、第２のホルダ構成を示している。エネルギー分布拡大装置ホルダ４４は、長方形であり、図１に示したエネルギー分布拡大装置駆動部２２によって矢印Ｒ２方向にスライド可能である。エネルギー分布拡大装置ホルダ４４には、４個の円形開口部ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３，ＯＰ４が形成されている。円形開口部ＯＰ２には、図５にて説明したエネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦを架台の上に複数個設置されたものが載置される。円形開口部ＯＰ３には、図４にて説明したエネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦが載置される。円形開口部ＯＰ４には、図２にて説明したエネルギー分布拡大装置ＲＦを架台の上に複数個設置されたものが載置される。円形開口部ＯＰ１には、何も載置されず、陽子ビームを照射野に直接照射するために用いられる。
【００３７】
次に、図８を用いて、本実施形態による粒子線照射装置によるＳＯＢＰの形成の各構成機器の動作について説明する。
図８は、本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置によるＳＯＢＰの形成の各構成機器の動作について説明図である。
まず、標的領域大（患部大）のSOBP、体表からの深さ位置、全照射量等を決定する（ステップ５０）。これは、治療計画等で決定される。これを基に、用いるエネルギー分布拡大装置の種類、標的領域大のSOBPを線量分布幅の小さいSOBPに分割した場合に使用するエネルギー分布拡大装置の順番、線量分布幅の小さいSOBP毎に対応して照射する照射線量を決定する（ステップ５１）。
次に、エネルギー分布拡大装置をセットする（ステップ５２）。このエネルギー分布拡大装置が、例えば、エネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦの場合には、それをセットする。体表からのビームの到達位置に合わせて、ビームエネルギーを設定し、ビームサイズに合わせて散乱体の厚さを設定する（ステップ５３）。この条件でビームを照射する（ステップ５４）。
線量モニタ等のモニタで、線量を測定して、予め決めた照射線量に達しているかを判断する（ステップ５５）。達していない場合には、満了になるまで照射して、線量分布幅の小さいSOBPを生成する。測定した線量が、予め決めた照射線量に達しているかの判断を、制御部で行う。
照射線量が満了すると、上記エネルギー分布拡大装置を用いて照射位置を変更して線量分布幅の小さいSOBPが形成するかを判断する（ステップ５６）。このエネルギー分布拡大装置が、例えば、エネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦの場合には、それで生成された線量分布幅の小さいSOBPが体表から患部の最深部に1個生成されればよいと予め決めた場合、上記エネルギー分布拡大装置を用いて照射位置を変更して線量分布幅の小さいSOBPが形成しないと判断する。
次に、エネルギー分布拡大装置を交換して、次の照射をするかを判断する段階に進む（ステップ５７）。予め決めたエネルギー分布拡大装置の使用順番に従って、エネルギー分布拡大装置を交換して、次の照射をする場合、エネルギー分布拡大装置をセットする。このエネルギー分布拡大装置が、例えば、ある線量分布幅を生成するエネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦの場合には、それをセットする。
以下、上記と同様のステップを行い（ステップ５３、５４）、照射線量が満了すると、上記エネルギー分布拡大装置を用いて照射位置を変更して線量分布幅の小さいSOBPが形成するかを判断する（ステップ５６）。例えば、このエネルギー分布拡大装置が、ある線量分布幅を生成するエネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦの場合で、これで生成される線量分布幅の小さいSOBPを複数回重ねてSOBPを形成する場合には、上記エネルギー分布拡大装置を用いて照射位置を変更して線量分布幅の小さいSOBPが形成すると判断して、次の位置に線量分布幅の小さいSOBPを生成するように、ビームエネルギー、散乱体厚さを設定する（ステップ５３）。以下、同様のステップを繰り返し（ステップ５４、５５）、ステップ５６に到る。
ステップ５６で、上記エネルギー分布拡大装置を用いて照射位置を変更して線量分布幅の小さいSOBPが形成しないと判断する場合、予め決めたエネルギー分布拡大装置の使用順番に従って、エネルギー分布拡大装置を交換して、次の照射をするかを判断する段階に進む（ステップ５７）。例えば、このエネルギー分布拡大装置が、別の線量分布幅を生成するエネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦの場合には、それをセットする。以下、同様のステップを繰り返す。予め決めたエネルギー分布拡大装置の使用順番に従って、次の照射をする必要がないと判断すると、ビーム照射は終了となる（ステップ５８）。これで、粒子線照射装置による標的領域大のＳＯＢＰの形成が終了となる。
【００３８】
以下では、ビームエネルギーの設定の仕方について説明する。ＳＯＢＰの深さ方向の位置をどこに設定するかは、ビームエネルギーで決まる。ビームエネルギーの変え方としては、加速器でエネルギー種を変える方法と、レンジシフタで変える方法、両者を組み合わせる方法がある。ビームエネルギーの設定はこのいずれか、あるいは、両方で行う。例えば、加速器のエネルギー種のみで位置を変えようとすると、エネルギー種の数が膨大になるので、レンジシフタも用いる。また、一つのＳＯＢＰを形成する時に、加速器からのエネルギー種を変えないで、レンジシフタのみで線量分布幅の小さいSOBPの位置を移動させると、レンジシフタのレンジ調整範囲が大きくなって、レンジシフタの駆動装置が大きくなる。
【００３９】
そこで、本実施形態では、ＳＯＢＰ形成時に、複数個の加速器からのエネルギー種とレンジシフタとの両方を用いる。線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦを用いて、線量分布幅の小さいSOBPを、標的領域の最深部に生成する場合、用意した加速器からのエネルギー種の中から、標的領域の最深部に到達する加速器からのエネルギー種を選び、照射する。あるいは、それに適したエネルギー種がない場合は、加速器からのエネルギー種とレンジシフタとを用いて標的領域の最深部に到達するビームエネルギーを形成して、照射する。
次に、エネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦを用いて、標的領域の最深部から浅い側の位置に、線量分布幅の小さいSOBPを形成する場合、上記と同様に、加速器からのエネルギー種とレンジシフタとの組み合わせを用いて、標的領域の最深部から浅い側の位置に到達するビームエネルギーを形成して、照射する。同様の方法で、線量分布幅の小さいSOBPの標的領域内の位置を移動させて、線量分布幅の小さいSOBPを繰り返し生成し、これらの線量分布幅の小さいSOBPを重ね合わせて、標的領域に合う長さのＳＯＢＰを形成する。
【００４０】
次に、図９で、本実施形態による粒子線照射装置によるＳＯＢＰの形成について、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰと線量分布幅の小さいSOBPとを用いて説明する。
図９は、本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置によるＳＯＢＰの形成について、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰと線量分布幅の小さいSOBPとを用いた説明図である。
【００４１】
図８に示したプロセスに従って、図９（ａ）に示すように、各機器を作動し、体表から標的領域の深い側には、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置で線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＳＭ）を形成し、そこから浅い部分には、線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置を用いて、加速器からのエネルギー種とレンジシフタとの組み合わせを用いて、線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＭ２，ＰｂｐＭ３，…）を繰り返し生成し、その繰り返し回数を制御することで、ＳＯＢＰ３０Ｂを形成する。線量分布幅の小さいSOBPを繰り返し生成する際、線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置は同一のものを用いるとは限らず、種類の異なるものを複数個用いることもある。
【００４２】
ＳＯＢＰ３０Ｂの線量分布の体表から標的領域の深い側の立下りの急峻さの度合いは、線量分布の平坦部を１００％とした場合、例えば、深い側（distal）の線量８０％と線量２０％の間の距離（distal fall-off）で表す場合がある。線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置を用いることで、図５（ｃ）の破線で示したように、線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置で形成した緩慢な立下りから、実線で示したような急峻な立下りの分布にすることができる。図９（ａ）に示すように、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置で形成したＳＯＢＰを用いることで、Distal fall-offの距離では、従来のエネルギー分布拡大装置ＲＦを使用した場合と同程度になる効果がある。
【００４３】
本実施形態によれば、ＳＯＢＰの線量分布の体表から標的領域の深い側の立下りの急峻さを劣化させることなく、従来のエネルギー分布拡大装置M-ＲＦを用いる場合に比べて、同数程度かそれ以下の線量分布幅の小さいSOBPの繰り返し回数で、所望のSOBPを形成することができるので、照射時間を短縮できるという効果がある。また、積層数が少なく積層厚さを厚くできるので、各積層部の深さ方向の移動にロバストで、呼吸同期照射に適する。
【００４４】
従来のエネルギー分布拡大装置ＲＦを使用する場合、SOBPの長さに対応して用意する必要があり、その数は多くなる。その点、本発明では、線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置を繰り返し用いることにより、ＳＯＢＰの長さを変えられるので、線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置と線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置とを用いれば、所望のＳＯＢＰを作るのに、合計で２個あればよいことになる。また、以下で示す種類の異なる線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置と線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置とを、それぞれ複数個用意したとしても、用意する個数は、従来のエネルギー分布拡大装置ＲＦの場合に比べて、大幅に減少する。このように、本発明は、従来に比べて、エネルギー分布拡大装置の個数を大幅に減少できるという効果がある。
【００４５】
また、従来のエネルギー分布拡大装置ＲＦでは、エネルギー分布拡大装置を複数種類用意して、ＳＯＢＰの長さに応じて、エネルギー分布拡大装置ＲＦを換える必要があった。
【００４６】
本発明は、従来に比べて、エネルギー分布拡大装置の交換回数を減少でき、かつ、エネルギー分布拡大装置ホルダ４２で、上記の構成により、各種のエネルギー分布拡大装置の交換が容易にでき、ＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置の交換装置が簡素化できるという効果がある。
【００４７】
上記のように、加速器からのエネルギー種を複数個用意して、ＳＯＢＰの生成中にエネルギー種を変えるようにした場合には、レンジシフタのレンジ調整範囲を狭くできるので、レンジシフタ板の枚数が減り、レンジシフタの駆動装置を簡素化できるという効果がある。
また、エネルギー分布拡大装置の形状等の変更に対しても、従来のエネルギー分布拡大装置ＲＦの膨大な個数を作り変えることはなく、線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置を数個作り変えればよく、フレキシブルに対応できるという効果がある。
【００４８】
さらに、図９（ｂ）に示すように、線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置で形成した線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＭ２，ＰｂｐＭ３，ＰｂｐＭ４，…）の繰り返し回数を制御することにより、ＳＯＢＰ３０Ｃの長さを制御して形成することができる。患部の大きさによってＳＯＢＰの長さは変わるが、医療的にこれまでＳＯＢＰの長さを１ｃｍ毎変える場合が多いので、線量分布幅の小さいSOBPの長さを、例えば、１ｃｍにすると、線量分布幅の小さいSOBPを重ね合わせることで、所望の長さのSOBPを形成できる。このように、本発明によれば、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻で、所望の長さのSOBPを形成できるといる効果がある。
【００４９】
次に、図１０を用いて、本発明の第２の実施形態による粒子線照射装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による粒子線照射装置の構成は、図１と同様である。本実施形態では、線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置の構成に特徴がある。
図１０は、本発明の第２の実施形態による粒子線照射装置に用いる線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置により生成されるＳＯＢＰの説明図である。
【００５０】
線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置の段数、幅、高さを調整することで、生成する線量分布幅の小さいSOBPの広がりの幅を変えることができる。例えば、図３（ａ）の線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置に、段数、幅を増やして、それらの比率を調整して、ブラッグカーブの幅を大きくして、広がりの幅の大きいＳＯＢＰを作る。
【００５１】
図１０（ａ）は、図４の線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置を用いてＳＯＢＰを形成した例で、図１０（ｂ）は、広がりの幅の大きいＳＯＢＰを用いることで、所望のＳＯＢＰを形成した例である。
【００５２】
例えば、線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦで生成した線量分布幅の小さいSOBPの広がりの幅を１ｃｍとする場合、本実施形態による線量分布幅の小さいSOBPの広がりの幅を、２ｃｍあるいは３ｃｍ等に設定する。例えば、１２ｃｍ幅のＳＯＢＰを形成する場合、標的領域の体表からの最深部に、１ｃｍ幅の線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰ（ＰｂｐＳＭ）を１個生成し、最深部の次に深い領域から体表側の標的領域までを、１ｃｍ幅の線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＭ２，ＰｂｐＭ３，…）を１１個生成することで、１２ｃｍ幅のＳＯＢＰを形成する場合、ＳＯＢＰを形成する際の線量分布幅の小さいSOBPの繰り返し回数は１２回となる。
【００５３】
それに対して、本実施形態のように、広がりの幅の大きいＳＯＢＰを用いると、標的領域の体表からの最深部に１ｃｍ幅のＳＯＢＰ（ＰｂｐＳＭ）を１個生成し、最深部の次に深い領域から体表側の標的領域までを、２ｃｍ幅のＳＯＢＰ（ＰｂｐＭ２’，ＰｂｐＭ３’，…）を５個と、１ｃｍ幅のＳＯＢＰを１個用いると、ＳＯＢＰ３０Ｄを形成する際の線量分布幅の小さいSOBPの繰り返し回数は７回に減る。
【００５４】
また、標的領域の体表からの最深部に１ｃｍ幅のＳＯＢＰ（ＰｂｐＳＭ）を１個生成し、最深部の次に深い領域から体表側の標的領域までを、３ｃｍ幅のＳＯＢＰを３個と、２ｃｍ幅のＳＯＢＰを１個用いると、ＳＯＢＰを形成する際の線量分布幅の小さいSOBPの繰り返し回数は５回に減る。
このように、ＳＯＢＰを形成する際の線量分布幅の小さいSOBPの繰り返し回数を減らすために、生成するSOBPの幅の異なるエネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦとエネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦを、それぞれ、１個ないしは複数用意して、繰り返し回数を減らすことができる。
【００５５】
このように、本実施形態によれば、広がりの大きいＳＯＢＰを用いることで、ＳＯＢＰを形成する際の線量分布幅の小さいSOBPの繰り返し回数を減らすことができるメリットがある。すなわち、治療時間を短縮することができるという効果がある。また、幅が広いので、線量分布幅の小さいSOBPの位置のずれがあっても、ＳＯＢＰの平坦度への影響は小さいという効果がある。
【００５６】
次に、図１１を用いて、本発明の第３の実施形態による粒子線照射装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による粒子線照射装置の構成は、図１と同様である。本実施形態では、線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置の構成に特徴がある。
図１１は、本発明の第３の実施形態による粒子線照射装置に用いる線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置により生成されるＳＯＢＰの説明図である。
【００５７】
本実施形態の第１の例では、線量分布形状を変化させるものである。ここでは、図４に示す線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置を用いるが、陽子ビーム強度を大きくする、あるいは、線量を管理して、図１１（ａ）に示すように、線量の大きい線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＭ２Ａ，ＰｂｐＭ３Ａ，…）を作る。この線量分布幅の小さいSOBPの強度を増大させて、体表から浅い側で線量が大きくなるＳＯＢＰ３０Ｅを形成するものである。
【００５８】
また、本実施形態の第２の例では、図４に示す線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置を用いるが、陽子ビーム強度を小さくする、あるいは、線量を管理して、図１１（ｂ）に示すように、線量の小さい線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＭ２Ｂ，ＰｂｐＭ３Ｂ，…）を作る。この線量分布幅の小さいSOBPの強度を減少させて、体表から浅い側で線量が小さくなるＳＯＢＰ３０Ｆを形成するものである。
【００５９】
本実施形態のように、陽子ビーム強度を制御する、あるいは、線量を管理して、線量分布幅の小さいSOBPの線量の大きさを制御することで、ＳＯＢＰの線量分布を制御することができる。また、広がりの幅の大きいＳＯＢＰに、陽子ビーム強度を制御する、あるいは、線量を管理して、線量分布幅の小さいSOBPの線量の大きさを制御することを適用すれば、線量分布幅の小さいSOBPの繰り返し回数を減らしつつ、ＳＯＢＰの線量分布を制御することができる。
このように、線量分布幅の小さいSOBPの線量の大きさを制御することで、ＳＯＢＰの線量分布を所望の形状に制御することができるという効果がある。これは、特に、炭素ビームの場合、ＳＯＢＰの線量分布に傾斜をつけつつ、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するのに効果的である。
【００６０】
次に、本発明の第４の実施形態による粒子線照射装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による粒子線照射装置の構成は、図１と同様である。
【００６１】
本実施形態では、図４に示す線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置を用いて、線量分布幅の小さいSOBPを作るが、体表から標的領域の深い側はエネルギー分布拡大装置を通過させないで、照射野を直接照射する。すなわち、図６、７に示すエネルギー分布拡大装置部のホルダ４２の円形開口部ＯＰ１を陽子線が通過するようにして、照射野を直接照射する。
【００６２】
直接照射するので、体表から標的領域の深い側でのブラッグピークの広がりは少なく、体表から深い側で線量分布の立下りが急峻になる。標的領域の深部領域の次に深いところから、線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置を用いて、線量分布幅の小さいSOBPを形成していき、標的領域に合う長さのＳＯＢＰを形成する。
【００６３】
本実施形態によれば、図４に示す１種類のエネルギー分布拡大装置を使用して、陽子ビームの直接照射と組み合わせて、ＳＯＢＰを形成することができるという効果がある。
また、この直接照射は、SOBPの平坦度を担保するために、線量の不足している部分を照射するのに、この直接照射を用いることもできる。
【００６４】
なお、以上の説明では、陽子ビームを用いた陽子線治療システムの照射装置とその方法を示したが、炭素、ヘリウム等の重粒子ビームを用いた粒子線治療システムの照射装置にも、本照射法は適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部に用いる通常のエネルギー分布拡大装置の構成及び機能説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部に用いる線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置の構成及び機能説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部に用いる線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置の構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部に用いる線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置の機能説明図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部の第１の構成を示す平面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部の第２の構成を示す平面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置によるＳＯＢＰの形成の説明図である。
【図９】本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置によるＳＯＢＰの形成の説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態による粒子線照射装置に用いる線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置により生成されるＳＯＢＰの説明図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態による粒子線照射装置に用いる線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置により生成されるＳＯＢＰの説明図である。
【符号の説明】
【００６６】
１…陽子ビーム
２…モニタ
３…走査電磁石
４…散乱体
５…エネルギー分布拡大装置部
６…レンジシフタ
７…線量モニタ
８…ブロックコリメータ
９…患者コリメータ
１０…アイソセンタ
２０…制御装置
２２…エネルギー分布拡大装置駆動部
２４…レンジシフタ駆動部
４０…架台
４２…ホルダ
ＲＦ…通常のエネルギー分布拡大装置
Ｍ−ＲＦ…線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置
ＳＭ−ＲＦ…線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子線照射装置及び粒子線照射方法に係り、特に、リッジフィルタを用いて線量分布の中で線量の高い領域を形成するのに好適な粒子線照射装置及び粒子線照射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粒子線治療システム、例えば、陽子線治療システムは、がん治療の有効な手段の一つであり、今後、益々盛んに用いられる見込みである。陽子線治療では、患者の患部（標的領域）の線量分布を均一あるいは予め決められた分布に制御することが求められている。
線量分布を均一等に制御する方法として、陽子ビームの進行方向に垂直な面（照射野）には、散乱体を用いて陽子ビームを広げる方法や、陽子ビーム半径の小さいビームを用いて照射野面を走査する方法がある。
陽子ビームの進行方向（深さ方向）の線量分布の形成には、陽子ビームが停止する直前にエネルギーの大部分を放出してブラッグカーブと呼ばれる線量分布を形成する特性と、そのブラッグカーブのピークであるブラッグピークの、深さ方向での位置は体内に入射する陽子ビームのエネルギーの大きさで制御できる特性を利用し、陽子ビームのエネルギーを適切に選択し、陽子ビームを患部近傍で停止させてエネルギーの大部分を患部のがん細胞に与えるようにしている。ここで、ブラッグピークの、深さ方向での幅は数ｍｍである。通常、患部は深さ方向にそれ以上の厚みをもっている。このような患部において患部全体の深さ方向に渡って粒子線を効果的に照射するには、深さ方向で患部大の広がり一様度の高い高線量領域（Spread Out Bragg Peak、以下ＳＯＢＰという）を形成するように、陽子ビームのエネルギーと陽子ビームの照射量を制御する必要がある。 陽子ビームの進行方向（深さ方向）の線量分布の形成には、リッジフィルタやＲＭＷ（Range Modulation Wheel）を用いる方法、あるいは、加速器からのビームエネルギー種を変える方法で、SOBPを形成する（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
ＳＯＢＰの形成において、リッジフィルタやＲＭＷは、陽子ビームの照射で深さ方向にＳＯＢＰを１度に作ることができるが、患部形状が深さ方向に変化する患部では、患部以外に照射することになる。この方法では、形成するSOBP幅の大きさに対応したリッジフィルタやＲＭＷを準備しておく必要があり、多数個を用意しておく必要がある。また、加速器からのビームエネルギーを変える方法では、患部形状に合わせて照射することが可能であるが、この方法では多数のエネルギー種を用意する必要がある。
また、リッジフィルタを用いる別の方法として、患部を積層に分割して照射する方法、すなわち、患部の分割に応じた幅の小さいＳＯＢＰ（患部大のＳＯＢＰと区別するために、以下、これを線量分布幅の小さいＳＯＢＰと呼ぶことにする）を複数個作り、それを合わせて、患部形状に合うＳＯＢＰを形成する方法である（例えば、非特許文献２参照）。
【０００４】
この方法は、線量分布幅の小さいＳＯＢＰをつなぎ合わせて、患部大のＳＯＢＰを生成するので、ＳＯＢＰの長さに応じたリッジフィルタを用意する必要がないので、リッジフィルタの個数を低減することができる。この照射を行うための線量分布幅の小さいＳＯＢＰの形成には、複数個のブラッグピーク幅を拡大して、また、ピーク強度を調整したエネルギー分布拡大装置（リッジフィルタ等の深さ方向にエネルギーを拡大する装置の総称として以下これを用いる）を用いる。
【０００５】
【非特許文献１】W. T. Chu, B. A. Ludewigt and T. R. Renner, Rev. Sci. Instrum. 64, 2055-2122, 1993.
【非特許文献２】B.Schaffner, et al. Med. Phys. 27 (4), 716-724, April 2000.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、線量分布幅の小さいSOBPを生成して、それらを合わせてSOBPを形成する方法において、積層数を減らし照射時間を減らすために、ブラッグピーク幅を拡大すると、照射領域の深さ側のＳＯＢＰの境界部分での線量分布の切れが悪く、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻でなくなるという問題が生じる。この体表から深い側の立下りが急峻でないと、患部以外の正常組織に照射することになる。これを避けるために、線量分布幅の小さいSOBPを生成すると積層数が増大して、照射時間が長くなるという問題が生じる。
【０００７】
本発明の目的は、線量分布幅の小さいＳＯＢＰを重ね合わせてＳＯＢＰを形成する方式において、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成でき、短時間で照射できる粒子線照射装置及び粒子線照射方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、粒子線を標的領域に照射する粒子線照射装置であって、線量分布形状の異なるSOBPを形成する複数のエネルギー分布拡大装置で、深さ方向の線量分布を合成するようにしたものである。
（２）上記目的を達成するために、本発明は、粒子線を標的領域に照射する粒子線照射装置であって、幾何形状の異なる複数のエネルギー分布拡大装置で、深さ方向の線量分布を合成するようにしたものである。
（３）上記（１）又は（２）において、好ましくは、照射線量を測定するモニタと、該照射線量を管理する制御部とを備え、標的領域を積層に分割し、積層毎に使用するエネルギー分布拡大装置、照射線量を定め、モニタで積層毎に照射線量を測定し、制御部で照射線量を管理して照射し、生成した線量分布幅の小さいSOBPを合成するようにしたものである。
（４）上記（３）において、好ましくは、第１の線量分布幅の小さいSOBPを形成するエネルギー分布拡大装置と、標的領域の体表からの最深部に第２の線量分布幅の小さいSOBPを形成するエネルギー分布拡大装置とを備え、粒子線を照射して前記エネルギー分布拡大装置により前記標的領域の体表からの最深部に第２の線量分布幅の小さいSOBPを形成し、最深部の次に深い領域から体表側の標的領域までを、前記エネルギー分布拡大装置を１回あるいは複数回用いて、前記粒子線を照射して形成する第１の線量分布幅の小さいSOBPを重ね合わせて、前記標的領域に合う長さのSOBPを形成するようにしたものである。
ここで、エネルギー分布拡大装置は、通常のエネルギー分布拡大装置よりも線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置に対応し、エネルギー分布拡大装置は、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置に対応する。
【０００９】
（５）上記（４）において、好ましくは、前記粒子線の照射深さを可変するレンジシフタと、前記レンジシフタを駆動するレンジシフタ駆動部と、加速器の粒子線エネルギーとして１種あるいは複数種類のエネルギー種とを備え、前記エネルギー分布拡大装置と、前記エネルギー分布拡大装置を用いて、前記レンジシフタ駆動部による前記レンジシフタと前記エネルギー種のどちらかあるいは共用により、前記粒子線の照射深さを変えて形成する高線量領域を重ね合わせるようにしたものである。
【００１０】
（６）また、上記目的を達成するために、本発明は、粒子線を標的領域に照射する粒子線照射方法であって、粒子線を照射してエネルギー分布拡大装置により前記標的領域の体表からの最深部に第２の線量分布幅の小さいSOBPを形成し、最深部の次に深い領域から体表側の標的領域までを、エネルギー分布拡大装置1を１回あるいは複数回用いて、前記粒子線を照射して形成する第１の線量分布幅の小さいSOBPを重ね合わせて、前記標的領域に合う長さのSOBPを形成することを特徴とするようにしたものである。
かかる方法により、線量分布幅の小さいSOBPを重ね合わせてＳＯＢＰを形成する方式において、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成できるものとなる。
【００１１】
（８）また、上記目的を達成するために、本発明は、粒子線を標的領域に照射する粒子線照射方法であって、粒子線を、エネルギー分布拡大装置を通さないで、直接、標的領域に照射して、前記標的領域の体表からの深部領域に線量分布幅の小さいSOBPを形成し、前記深部領域の次に深いところから体表側の標的領域までを、エネルギー分布拡大装置1を１回あるいは複数回用いて、前記粒子線を照射して形成する線量分布幅の小さいSOBPを重ね合わせて、前記標的領域に合う長さのSOBPを形成するようにしたものである。
かかる方法により、線量分布幅の小さいSOBPを重ね合わせてＳＯＢＰを形成する方式において、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成できるものとなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、線量分布幅の小さいＳＯＢＰを重ね合わせてＳＯＢＰを形成する方式において、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成でき、かつ、短時間で照射できるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図１〜図９を用いて、本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による粒子線照射装置の構成について説明する。ここでは、粒子線照射装置として、陽子線治療システムを例にして説明する。図１は、陽子線治療システムにおける陽子線照射装置の照射ノズル部の概略を示している。
図１は、本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置の構成を示すブロック図である。
【００１４】
陽子線照射装置には、加速器側から陽子ビーム１が入射する。陽子線照射装置は、ビームプロファイル等のモニタ２と、陽子ビームの走査電磁石３と、陽子ビーム径を広げる散乱体４と、エネルギー分布拡大装置部５と、レンジシフタ６と、線量モニタ７と、ブロックコリメータ８と、患者コリメータ９と、制御装置２０と、エネルギー分布拡大装置駆動部２２と、レンジシフタ駆動部２４とを備えている。符号１０は、患者に陽子ビームを当てる中心になるアイソセンタである。
【００１５】
散乱体４は、陽子ビーム１のビーム径を広げるために用いられる。ビーム半径が小さいとビーム利用効率が大きくなるが、ビーム位置精度が厳しくなる。逆に、ビーム半径が大きいとビーム利用効率が小さくなるが、ビーム位置精度は緩和される。ここでは、散乱体４によって広げられたビーム半径としては、ペンシルビーム径より大きいものを用いる。
【００１６】
陽子ビームの進行方向に垂直な照射野へ照射する方法としては、走査電磁石３を用いた、陽子ビームのスポット走査あるいはラスター走査、多重のワブラー走査、また、２重散乱体を用いる方法がある。
【００１７】
エネルギー分布拡大装置部５には、各種のエネルギー分布拡大装置が陽子ビームに対して交換可能に配置されている。各種のエネルギー分布拡大装置については、図２〜図５を用いて後述するが、通常のエネルギー分布拡大装置、通常のエネルギー分布拡大装置よりも線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置等がある。エネルギー分布拡大装置駆動部２２は、制御装置２０からの制御指令に基づいて、陽子ビーム中に挿入するエネルギー分布拡大装置の種類を交換する。
【００１８】
レンジシフタ６は、線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置や線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置で生成される線量分布幅の小さいSOBPの体表からの位置をシフトするのに用いられる。レンジシフタ６は、例えば、厚さの異なるレンジシフタ板から構成される。レンジシフタ板の厚さは、２倍毎に厚さを増やしていくバイナリー方式を用い、例えば、１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、８ｍｍ、１６ｍｍ、３２ｍｍ、・・・を用いている。例えば、２ｍｍと８ｍｍのレンジシフタ板を用いると、１０ｍｍとなり、４ｍｍと１６ｍｍのレンジシフタ板を用いると、２０ｍｍとなる。レンジシフタ駆動部２４は、制御装置２０からの制御指令に基づいて、陽子ビーム中に挿入するレンジシフタ板を選択し、陽子ビーム中に挿入する。
【００１９】
次に、図２〜図５を用いて、本実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部５に用いる各種エネルギー分布拡大装置の構成について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部に用いる通常のエネルギー分布拡大装置の構成及び機能説明図である。図３は、本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部に用いる線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置の構成及び機能説明図である。図４は、本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部に用いる線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置の構成を示す斜視図である。図５は、本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部５に用いる線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置の構成及び機能説明図である。
【００２０】
最初に、図２を用いて、通常のエネルギー分布拡大装置について説明する。図２（ａ）に示すように、ＳＯＢＰを形成する通常のエネルギー分布拡大装置ＲＦは、下段から上段に行くに従って、幅が順次狭くなる構成を有している。図示の例では、７段の例を示しているが、通常のエネルギー分布拡大装置は３０段前後である。なお、図示の例は、模式図であり、段の数、段の幅は、実際のエネルギー分布拡大装置寸法とは異なるものである。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、陽子ビーム１が、エネルギー分布拡大装置ＲＦに照射され、エネルギー分布拡大装置ＲＦの高さの異なる段で、段の高さに応じて到達する陽子ビームの位置が異なる。その結果、図２（ｂ）に示すように、体表からの深さに対して、形成される各ブラッグピーク位置Ｐｂｐ１，Ｐｂｐ２，…が変わる。段数の少ないところを通過した陽子ビーム程、ブラッグピーク位置Ｐｂｐは、体表から深いところまで、到達する。各ブラッグピーク位置Ｐｂｐ１，ＰＢｂｐ２，…を重ね合わせて、ＳＯＢＰ３０が形成される。
【００２２】
次に、図３を用いて、線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置について説明する。図３（ａ）に示す線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦは、図２に示した通常のエネルギー分布拡大装置ＲＦに比べて段数が少なく、高さも低いエネルギー分布拡大装置である。図示の例では、３段の例を示しているが、これは模式図であり、段の数、段の幅は、実際のエネルギー分布拡大装置寸法とは異なるものである。形状としては、エネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦの左右の空隙部を含め、その幅をＷＭ１として、１段目の幅ＷＭ２、２段目の幅ＷＭ３と徐々に狭くしていく。高さＨｍ１は、線量分布幅の小さいSOBPの形状に合わせて決める。
【００２３】
図３（ａ）に示すように、陽子ビーム１が、エネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦに照射され、エネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦの高さの異なる段で、段の高さに応じて到達する陽子ビームの位置が異なる。その結果、図３（ｂ）に示すように、体表からの深さに対して、形成される各ブラッグピーク位置Ｐｂｐｍ１，Ｐｂｐｍ２，…が変わる。段数の少ないところを通過した陽子ビーム程、ブラッグピーク位置Ｐｂｐｍは、体表から深いところまで、到達する。各ブラッグピーク位置Ｐｂｐｍ１，ＰＢｐｍ２，…を重ね合わせて、線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＭ）が形成される。
【００２４】
そして、図３（ｃ）に示すように、エネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦを用いて、第１の線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＭ１）を生成し、次に、図１にて説明したレンジシフタ６を用いて、あるいは、加速器のエネルギー種を変えて、あるいは、両者を用いて、体表からの位置をずらして、線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＭ２）を生成する。このようにして、線量分布幅の小さいSOBPを重ね合わせて、ＳＯＢＰ３０Ａを生成する。線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置は、所望のSOBP30Aの形状になるように、重ね合わせる線量分布幅の小さいSOBPの形状を作るが、そのSOBP形状になるように、エネルギー分布拡大装置の段数、段の幅、高さを調整することになる。線量分布幅の小さいSOBPを重ね合わせて所望のSOBPの平坦度を担保するように、線量分布幅の小さいSOBPの形状を決める。
【００２５】
図４に示すように、エネルギー分布拡大装置部５で用いる線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置は、図３に示したエネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦが複数個、架台４０の上に等間隔で配置され、固定されている。各エネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦの幅ＷＭ１とすると、両側には、空隙部が形成されているので、図４に示す空隙部の幅ＷＧ１は、両側にある空隙部の和となる。なお、架台を円形にして、エネルギー分布拡大装置を配列して、全体を円形状にすることもできる。
【００２６】
しかし、この線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＭ）は、各ブラッグピークを拡大して、それらを重ね合わせるので、図３（ｃ）の線量分布の体表から深い側の立下りが、急峻でなくなる。これを避けるために、図５にて説明する線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置を用いる。
【００２７】
次に、図５を用いて、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦについて説明する。上記エネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦは、図３（ａ）のエネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦより左右の空隙部を広くする。エネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦの各段は、図３（ａ）と同様に１段目からその幅を徐々に狭くしていくが、各段の幅の比率は、エネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦとは異なる。
【００２８】
エネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦでは、体表から標的領域の深い側に到達する陽子ビームは、図３（ａ）のエネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦの狭い間隙部を通過していたが、エネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦでは、空隙部を広くしてありその部分を通過するビーム強度を増大させ、体表から標的領域の深い側に到達するブラッグカーブの強度は大きくなる。エネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦの各段を通過する陽子ビームは、各段の幅の比率に応じてそのビーム強度が変わり、多くの段の通過を通過したブラッグカーブ程、ブラッグピークの位置が標的領域の体表から浅い側に到達する。その結果、図５（a）に示すように、各ブラッグカーブＰｂｐｓｍ１，Ｐｂｐｓｍ２，…の重ね合わせで、分布は体表から深い側が急峻な立下りになり、浅い側はなだらかな立下りのＳＯＢＰ（ＰｂｐＳＭ）が形成される。
このＳＯＢＰ（ＰｂｐＳＭ）は、線量分布の体表から標的領域の深い側の立下りが急峻になり、線量分布の体表から浅い側は、エネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦで生成した線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＭ）との合成の際に、患部に形成するSOBPの平坦度を担保できる形状となる。
【００２９】
図５（b）は、患部に形成するＳＯＢＰを示している。体表から標的領域の深い側には、エネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦを用いて線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰ（ＰｂｐＳＭ）を形成する。そこから浅い部分には、図３及び図４にて説明したエネルギー分布拡大装置M−ＲＦを用いて線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＭ２）を生成する。さらに、レンジシフタ６を用いて、あるいは、加速器のエネルギー種を変えて、あるいは、両者を用いて、線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＭ２，ＰｂｐＭ３，…）を繰り返し生成することで、ＳＯＢＰ３０Ｂを形成できる。この場合、線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＭ２，ＰｂｐＭ３，…）生成の繰り返し回数を制御することで、所望の長さのＳＯＢＰ３０Ｂを形成する。
線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置で生成するSOBPの幅は、それとの合成に用いるエネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦで生成するSOBPの幅との関係で、任意の長さのSOBPの生成に好適なように決める。
【００３０】
図４に示すエネルギー分布拡大装置M−ＲＦの場合と同様に、エネルギー分布拡大装置部５で用いる線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置は、図５に示したエネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦが複数個、架台４０の上に等間隔で配置され、固定して利用する。
【００３１】
次に、図６及び図７を用いて、本実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部５の構成について説明する。
図６は、本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部の第１の構成を示す平面図である。図７は、本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部の第２の構成を示す平面図である。
【００３２】
図６において、回転式のエネルギー分布拡大装置ホルダ４２には、４個の円形開口部ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３，ＯＰ４が形成されている例である。エネルギー分布拡大装置ホルダ４２は、矢印Ｒ１方向に、図１のエネルギー分布拡大装置駆動部２２によって回転可能である。円形開口部ＯＰ２には、図５にて説明したエネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦを架台の上に複数個設置されたものが載置される。円形開口部ＯＰ３には、図４にて説明したエネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦが載置される。円形開口部ＯＰ４には、図２にて説明したエネルギー分布拡大装置ＲＦを架台の上に複数個設置されたものが載置される。円形開口部ＯＰ１には、何も載置されず、陽子ビームを照射野に直接照射するために用いられる。図６は４個設置の例であるが、エネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦやエネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦで異なる種類のものを設置するにはその個数を増やすことになる。
【００３３】
ＳＯＢＰを生成するには、例えば、最初に、ホルダ４２を回転移動して、円形開口部ＯＰ２を陽子ビームの位置に位置づけ、エネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦを用いて照射する。次に、エネルギー分布拡大装置ホルダ４２を回転して、エネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦを用いて、陽子ビームを照射する。さらに、その状態で、レンジシフタ６を用いて、あるいは、加速器のエネルギー種を変えて、あるいは、両者を用いて、深さ方向の照射位置を変えながら、照射を繰り返すことで、ＳＯＢＰを作ることができる。
【００３４】
また、通常のエネルギー分布拡大装置ＲＦを使用する場合には、エネルギー分布拡大装置ホルダ４２を回転して、その位置にセットして、陽子ビームを照射することができる。通常のエネルギー分布拡大装置ＲＦを使用してSOBPを形成した後に、エネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦに交換して、線量分布幅の小さいSOBPを継ぎ足して、SOBP幅の大きいものを形成することができる。
また、陽子ビームを照射野に直接照射するには、円形開口部ＯＰ１を陽子ビームが通過する位置に回転移動することで行える。エネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦ、エネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦ等と組み合わせて、所望のSOBPを形成することができる。
【００３５】
このような構成により、各種のエネルギー分布拡大装置の交換が容易にでき、円形ホルダを用いることで、エネルギー分布拡大装置の交換に必要な空間を小さくすることができる。
【００３６】
図７は、第２のホルダ構成を示している。エネルギー分布拡大装置ホルダ４４は、長方形であり、図１に示したエネルギー分布拡大装置駆動部２２によって矢印Ｒ２方向にスライド可能である。エネルギー分布拡大装置ホルダ４４には、４個の円形開口部ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３，ＯＰ４が形成されている。円形開口部ＯＰ２には、図５にて説明したエネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦを架台の上に複数個設置されたものが載置される。円形開口部ＯＰ３には、図４にて説明したエネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦが載置される。円形開口部ＯＰ４には、図２にて説明したエネルギー分布拡大装置ＲＦを架台の上に複数個設置されたものが載置される。円形開口部ＯＰ１には、何も載置されず、陽子ビームを照射野に直接照射するために用いられる。
【００３７】
次に、図８を用いて、本実施形態による粒子線照射装置によるＳＯＢＰの形成の各構成機器の動作について説明する。
図８は、本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置によるＳＯＢＰの形成の各構成機器の動作について説明図である。
まず、標的領域大（患部大）のSOBP、体表からの深さ位置、全照射量等を決定する（ステップ５０）。これは、治療計画等で決定される。これを基に、用いるエネルギー分布拡大装置の種類、標的領域大のSOBPを線量分布幅の小さいSOBPに分割した場合に使用するエネルギー分布拡大装置の順番、線量分布幅の小さいSOBP毎に対応して照射する照射線量を決定する（ステップ５１）。
次に、エネルギー分布拡大装置をセットする（ステップ５２）。このエネルギー分布拡大装置が、例えば、エネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦの場合には、それをセットする。体表からのビームの到達位置に合わせて、ビームエネルギーを設定し、ビームサイズに合わせて散乱体の厚さを設定する（ステップ５３）。この条件でビームを照射する（ステップ５４）。
線量モニタ等のモニタで、線量を測定して、予め決めた照射線量に達しているかを判断する（ステップ５５）。達していない場合には、満了になるまで照射して、線量分布幅の小さいSOBPを生成する。測定した線量が、予め決めた照射線量に達しているかの判断を、制御部で行う。
照射線量が満了すると、上記エネルギー分布拡大装置を用いて照射位置を変更して線量分布幅の小さいSOBPが形成するかを判断する（ステップ５６）。このエネルギー分布拡大装置が、例えば、エネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦの場合には、それで生成された線量分布幅の小さいSOBPが体表から患部の最深部に1個生成されればよいと予め決めた場合、上記エネルギー分布拡大装置を用いて照射位置を変更して線量分布幅の小さいSOBPが形成しないと判断する。
次に、エネルギー分布拡大装置を交換して、次の照射をするかを判断する段階に進む（ステップ５７）。予め決めたエネルギー分布拡大装置の使用順番に従って、エネルギー分布拡大装置を交換して、次の照射をする場合、エネルギー分布拡大装置をセットする。このエネルギー分布拡大装置が、例えば、ある線量分布幅を生成するエネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦの場合には、それをセットする。
以下、上記と同様のステップを行い（ステップ５３、５４）、照射線量が満了すると、上記エネルギー分布拡大装置を用いて照射位置を変更して線量分布幅の小さいSOBPが形成するかを判断する（ステップ５６）。例えば、このエネルギー分布拡大装置が、ある線量分布幅を生成するエネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦの場合で、これで生成される線量分布幅の小さいSOBPを複数回重ねてSOBPを形成する場合には、上記エネルギー分布拡大装置を用いて照射位置を変更して線量分布幅の小さいSOBPが形成すると判断して、次の位置に線量分布幅の小さいSOBPを生成するように、ビームエネルギー、散乱体厚さを設定する（ステップ５３）。以下、同様のステップを繰り返し（ステップ５４、５５）、ステップ５６に到る。
ステップ５６で、上記エネルギー分布拡大装置を用いて照射位置を変更して線量分布幅の小さいSOBPが形成しないと判断する場合、予め決めたエネルギー分布拡大装置の使用順番に従って、エネルギー分布拡大装置を交換して、次の照射をするかを判断する段階に進む（ステップ５７）。例えば、このエネルギー分布拡大装置が、別の線量分布幅を生成するエネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦの場合には、それをセットする。以下、同様のステップを繰り返す。予め決めたエネルギー分布拡大装置の使用順番に従って、次の照射をする必要がないと判断すると、ビーム照射は終了となる（ステップ５８）。これで、粒子線照射装置による標的領域大のＳＯＢＰの形成が終了となる。
【００３８】
以下では、ビームエネルギーの設定の仕方について説明する。ＳＯＢＰの深さ方向の位置をどこに設定するかは、ビームエネルギーで決まる。ビームエネルギーの変え方としては、加速器でエネルギー種を変える方法と、レンジシフタで変える方法、両者を組み合わせる方法がある。ビームエネルギーの設定はこのいずれか、あるいは、両方で行う。例えば、加速器のエネルギー種のみで位置を変えようとすると、エネルギー種の数が膨大になるので、レンジシフタも用いる。また、一つのＳＯＢＰを形成する時に、加速器からのエネルギー種を変えないで、レンジシフタのみで線量分布幅の小さいSOBPの位置を移動させると、レンジシフタのレンジ調整範囲が大きくなって、レンジシフタの駆動装置が大きくなる。
【００３９】
そこで、本実施形態では、ＳＯＢＰ形成時に、複数個の加速器からのエネルギー種とレンジシフタとの両方を用いる。線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦを用いて、線量分布幅の小さいSOBPを、標的領域の最深部に生成する場合、用意した加速器からのエネルギー種の中から、標的領域の最深部に到達する加速器からのエネルギー種を選び、照射する。あるいは、それに適したエネルギー種がない場合は、加速器からのエネルギー種とレンジシフタとを用いて標的領域の最深部に到達するビームエネルギーを形成して、照射する。
次に、エネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦを用いて、標的領域の最深部から浅い側の位置に、線量分布幅の小さいSOBPを形成する場合、上記と同様に、加速器からのエネルギー種とレンジシフタとの組み合わせを用いて、標的領域の最深部から浅い側の位置に到達するビームエネルギーを形成して、照射する。同様の方法で、線量分布幅の小さいSOBPの標的領域内の位置を移動させて、線量分布幅の小さいSOBPを繰り返し生成し、これらの線量分布幅の小さいSOBPを重ね合わせて、標的領域に合う長さのＳＯＢＰを形成する。
【００４０】
次に、図９で、本実施形態による粒子線照射装置によるＳＯＢＰの形成について、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰと線量分布幅の小さいSOBPとを用いて説明する。
図９は、本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置によるＳＯＢＰの形成について、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰと線量分布幅の小さいSOBPとを用いた説明図である。
【００４１】
図８に示したプロセスに従って、図９（ａ）に示すように、各機器を作動し、体表から標的領域の深い側には、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置で線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＳＭ）を形成し、そこから浅い部分には、線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置を用いて、加速器からのエネルギー種とレンジシフタとの組み合わせを用いて、線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＭ２，ＰｂｐＭ３，…）を繰り返し生成し、その繰り返し回数を制御することで、ＳＯＢＰ３０Ｂを形成する。線量分布幅の小さいSOBPを繰り返し生成する際、線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置は同一のものを用いるとは限らず、種類の異なるものを複数個用いることもある。
【００４２】
ＳＯＢＰ３０Ｂの線量分布の体表から標的領域の深い側の立下りの急峻さの度合いは、線量分布の平坦部を１００％とした場合、例えば、深い側（distal）の線量８０％と線量２０％の間の距離（distal fall-off）で表す場合がある。線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置を用いることで、図５（ｃ）の破線で示したように、線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置で形成した緩慢な立下りから、実線で示したような急峻な立下りの分布にすることができる。図９（ａ）に示すように、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置で形成したＳＯＢＰを用いることで、Distal fall-offの距離では、従来のエネルギー分布拡大装置ＲＦを使用した場合と同程度になる効果がある。
【００４３】
本実施形態によれば、ＳＯＢＰの線量分布の体表から標的領域の深い側の立下りの急峻さを劣化させることなく、従来のエネルギー分布拡大装置M-ＲＦを用いる場合に比べて、同数程度かそれ以下の線量分布幅の小さいSOBPの繰り返し回数で、所望のSOBPを形成することができるので、照射時間を短縮できるという効果がある。また、積層数が少なく積層厚さを厚くできるので、各積層部の深さ方向の移動にロバストで、呼吸同期照射に適する。
【００４４】
従来のエネルギー分布拡大装置ＲＦを使用する場合、SOBPの長さに対応して用意する必要があり、その数は多くなる。その点、本発明では、線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置を繰り返し用いることにより、ＳＯＢＰの長さを変えられるので、線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置と線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置とを用いれば、所望のＳＯＢＰを作るのに、合計で２個あればよいことになる。また、以下で示す種類の異なる線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置と線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置とを、それぞれ複数個用意したとしても、用意する個数は、従来のエネルギー分布拡大装置ＲＦの場合に比べて、大幅に減少する。このように、本発明は、従来に比べて、エネルギー分布拡大装置の個数を大幅に減少できるという効果がある。
【００４５】
また、従来のエネルギー分布拡大装置ＲＦでは、エネルギー分布拡大装置を複数種類用意して、ＳＯＢＰの長さに応じて、エネルギー分布拡大装置ＲＦを換える必要があった。
【００４６】
本発明は、従来に比べて、エネルギー分布拡大装置の交換回数を減少でき、かつ、エネルギー分布拡大装置ホルダ４２で、上記の構成により、各種のエネルギー分布拡大装置の交換が容易にでき、ＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置の交換装置が簡素化できるという効果がある。
【００４７】
上記のように、加速器からのエネルギー種を複数個用意して、ＳＯＢＰの生成中にエネルギー種を変えるようにした場合には、レンジシフタのレンジ調整範囲を狭くできるので、レンジシフタ板の枚数が減り、レンジシフタの駆動装置を簡素化できるという効果がある。
また、エネルギー分布拡大装置の形状等の変更に対しても、従来のエネルギー分布拡大装置ＲＦの膨大な個数を作り変えることはなく、線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置を数個作り変えればよく、フレキシブルに対応できるという効果がある。
【００４８】
さらに、図９（ｂ）に示すように、線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置で形成した線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＭ２，ＰｂｐＭ３，ＰｂｐＭ４，…）の繰り返し回数を制御することにより、ＳＯＢＰ３０Ｃの長さを制御して形成することができる。患部の大きさによってＳＯＢＰの長さは変わるが、医療的にこれまでＳＯＢＰの長さを１ｃｍ毎変える場合が多いので、線量分布幅の小さいSOBPの長さを、例えば、１ｃｍにすると、線量分布幅の小さいSOBPを重ね合わせることで、所望の長さのSOBPを形成できる。このように、本発明によれば、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻で、所望の長さのSOBPを形成できるといる効果がある。
【００４９】
次に、図１０を用いて、本発明の第２の実施形態による粒子線照射装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による粒子線照射装置の構成は、図１と同様である。本実施形態では、線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置の構成に特徴がある。
図１０は、本発明の第２の実施形態による粒子線照射装置に用いる線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置により生成されるＳＯＢＰの説明図である。
【００５０】
線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置の段数、幅、高さを調整することで、生成する線量分布幅の小さいSOBPの広がりの幅を変えることができる。例えば、図３（ａ）の線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置に、段数、幅を増やして、それらの比率を調整して、ブラッグカーブの幅を大きくして、広がりの幅の大きいＳＯＢＰを作る。
【００５１】
図１０（ａ）は、図４の線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置を用いてＳＯＢＰを形成した例で、図１０（ｂ）は、広がりの幅の大きいＳＯＢＰを用いることで、所望のＳＯＢＰを形成した例である。
【００５２】
例えば、線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦで生成した線量分布幅の小さいSOBPの広がりの幅を１ｃｍとする場合、本実施形態による線量分布幅の小さいSOBPの広がりの幅を、２ｃｍあるいは３ｃｍ等に設定する。例えば、１２ｃｍ幅のＳＯＢＰを形成する場合、標的領域の体表からの最深部に、１ｃｍ幅の線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰ（ＰｂｐＳＭ）を１個生成し、最深部の次に深い領域から体表側の標的領域までを、１ｃｍ幅の線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＭ２，ＰｂｐＭ３，…）を１１個生成することで、１２ｃｍ幅のＳＯＢＰを形成する場合、ＳＯＢＰを形成する際の線量分布幅の小さいSOBPの繰り返し回数は１２回となる。
【００５３】
それに対して、本実施形態のように、広がりの幅の大きいＳＯＢＰを用いると、標的領域の体表からの最深部に１ｃｍ幅のＳＯＢＰ（ＰｂｐＳＭ）を１個生成し、最深部の次に深い領域から体表側の標的領域までを、２ｃｍ幅のＳＯＢＰ（ＰｂｐＭ２’，ＰｂｐＭ３’，…）を５個と、１ｃｍ幅のＳＯＢＰを１個用いると、ＳＯＢＰ３０Ｄを形成する際の線量分布幅の小さいSOBPの繰り返し回数は７回に減る。
【００５４】
また、標的領域の体表からの最深部に１ｃｍ幅のＳＯＢＰ（ＰｂｐＳＭ）を１個生成し、最深部の次に深い領域から体表側の標的領域までを、３ｃｍ幅のＳＯＢＰを３個と、２ｃｍ幅のＳＯＢＰを１個用いると、ＳＯＢＰを形成する際の線量分布幅の小さいSOBPの繰り返し回数は５回に減る。
このように、ＳＯＢＰを形成する際の線量分布幅の小さいSOBPの繰り返し回数を減らすために、生成するSOBPの幅の異なるエネルギー分布拡大装置Ｍ−ＲＦとエネルギー分布拡大装置ＳＭ−ＲＦを、それぞれ、１個ないしは複数用意して、繰り返し回数を減らすことができる。
【００５５】
このように、本実施形態によれば、広がりの大きいＳＯＢＰを用いることで、ＳＯＢＰを形成する際の線量分布幅の小さいSOBPの繰り返し回数を減らすことができるメリットがある。すなわち、治療時間を短縮することができるという効果がある。また、幅が広いので、線量分布幅の小さいSOBPの位置のずれがあっても、ＳＯＢＰの平坦度への影響は小さいという効果がある。
【００５６】
次に、図１１を用いて、本発明の第３の実施形態による粒子線照射装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による粒子線照射装置の構成は、図１と同様である。本実施形態では、線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置の構成に特徴がある。
図１１は、本発明の第３の実施形態による粒子線照射装置に用いる線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置により生成されるＳＯＢＰの説明図である。
【００５７】
本実施形態の第１の例では、線量分布形状を変化させるものである。ここでは、図４に示す線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置を用いるが、陽子ビーム強度を大きくする、あるいは、線量を管理して、図１１（ａ）に示すように、線量の大きい線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＭ２Ａ，ＰｂｐＭ３Ａ，…）を作る。この線量分布幅の小さいSOBPの強度を増大させて、体表から浅い側で線量が大きくなるＳＯＢＰ３０Ｅを形成するものである。
【００５８】
また、本実施形態の第２の例では、図４に示す線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置を用いるが、陽子ビーム強度を小さくする、あるいは、線量を管理して、図１１（ｂ）に示すように、線量の小さい線量分布幅の小さいSOBP（ＰｂｐＭ２Ｂ，ＰｂｐＭ３Ｂ，…）を作る。この線量分布幅の小さいSOBPの強度を減少させて、体表から浅い側で線量が小さくなるＳＯＢＰ３０Ｆを形成するものである。
【００５９】
本実施形態のように、陽子ビーム強度を制御する、あるいは、線量を管理して、線量分布幅の小さいSOBPの線量の大きさを制御することで、ＳＯＢＰの線量分布を制御することができる。また、広がりの幅の大きいＳＯＢＰに、陽子ビーム強度を制御する、あるいは、線量を管理して、線量分布幅の小さいSOBPの線量の大きさを制御することを適用すれば、線量分布幅の小さいSOBPの繰り返し回数を減らしつつ、ＳＯＢＰの線量分布を制御することができる。
このように、線量分布幅の小さいSOBPの線量の大きさを制御することで、ＳＯＢＰの線量分布を所望の形状に制御することができるという効果がある。これは、特に、炭素ビームの場合、ＳＯＢＰの線量分布に傾斜をつけつつ、線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するのに効果的である。
【００６０】
次に、本発明の第４の実施形態による粒子線照射装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による粒子線照射装置の構成は、図１と同様である。
【００６１】
本実施形態では、図４に示す線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置を用いて、線量分布幅の小さいSOBPを作るが、体表から標的領域の深い側はエネルギー分布拡大装置を通過させないで、照射野を直接照射する。すなわち、図６、７に示すエネルギー分布拡大装置部のホルダ４２の円形開口部ＯＰ１を陽子線が通過するようにして、照射野を直接照射する。
【００６２】
直接照射するので、体表から標的領域の深い側でのブラッグピークの広がりは少なく、体表から深い側で線量分布の立下りが急峻になる。標的領域の深部領域の次に深いところから、線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置を用いて、線量分布幅の小さいSOBPを形成していき、標的領域に合う長さのＳＯＢＰを形成する。
【００６３】
本実施形態によれば、図４に示す１種類のエネルギー分布拡大装置を使用して、陽子ビームの直接照射と組み合わせて、ＳＯＢＰを形成することができるという効果がある。
また、この直接照射は、SOBPの平坦度を担保するために、線量の不足している部分を照射するのに、この直接照射を用いることもできる。
【００６４】
なお、以上の説明では、陽子ビームを用いた陽子線治療システムの照射装置とその方法を示したが、炭素、ヘリウム等の重粒子ビームを用いた粒子線治療システムの照射装置にも、本照射法は適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部に用いる通常のエネルギー分布拡大装置の構成及び機能説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部に用いる線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置の構成及び機能説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部に用いる線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置の構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部に用いる線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置の機能説明図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部の第１の構成を示す平面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置のエネルギー分布拡大装置部の第２の構成を示す平面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置によるＳＯＢＰの形成の説明図である。
【図９】本発明の第１の実施形態による粒子線照射装置によるＳＯＢＰの形成の説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態による粒子線照射装置に用いる線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置により生成されるＳＯＢＰの説明図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態による粒子線照射装置に用いる線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置により生成されるＳＯＢＰの説明図である。
【符号の説明】
【００６６】
１…陽子ビーム
２…モニタ
３…走査電磁石
４…散乱体
５…エネルギー分布拡大装置部
６…レンジシフタ
７…線量モニタ
８…ブロックコリメータ
９…患者コリメータ
１０…アイソセンタ
２０…制御装置
２２…エネルギー分布拡大装置駆動部
２４…レンジシフタ駆動部
４０…架台
４２…ホルダ
ＲＦ…通常のエネルギー分布拡大装置
Ｍ−ＲＦ…線量分布幅の小さいSOBPを生成するエネルギー分布拡大装置
ＳＭ−ＲＦ…線量分布の体表から深い側の立下りが急峻なＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子線を標的領域に照射する粒子線照射装置であって、
線量分布形状の異なる高線量領域を形成する複数のエネルギー分布拡大装置で、深さ方向の線量分布を合成することを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項２】
粒子線を標的領域に照射する粒子線照射装置であって、
幾何形状の異なる複数のエネルギー分布拡大装置で、深さ方向の線量分布を合成することを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項３】
請求項１若しくは請求項２のいずれかに記載の粒子線照射装置において、
照射線量を測定するモニタと、該照射線量を管理する制御部とを備え、
前記標的領域を積層に分割し、該積層毎に、少なくとも、使用するエネルギー分布拡大装置、照射線量を定め、該モニタで該積層毎に照射線量を測定し、該制御部で照射線量を管理して線量分布を生成し、該線量分布を合成する粒子線照射装置。
【請求項４】
請求項３記載の粒子線照射装置において、
第１の高線量領域を形成するエネルギー分布拡大装置と、前記標的領域の体表からの最深部に第２の高線量領域を形成するエネルギー分布拡大装置とを備え、
粒子線を照射して前記エネルギー分布拡大装置により前記標的領域の体表からの最深部に第２の高線量領域を形成し、最深部の次に深い領域から体表側の標的領域までを、前記エネルギー分布拡大装置を１回あるいは複数回用いて、前記粒子線を照射して形成する第１の高線量領域を重ね合わせて、前記標的領域に合う長さの高線量領域を形成することを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項５】
請求項４記載の粒子線照射装置において、
前記粒子線の照射深さを可変するレンジシフタと、
前記レンジシフタを駆動するレンジシフタ駆動部と、
加速器の粒子線エネルギーとして１種あるいは複数種類のエネルギー種とを備え、
前記エネルギー分布拡大装置1、前記エネルギー分布拡大装置２を用いて、前記レンジシフタ駆動部による前記レンジシフタと前記エネルギー種のどちらかあるいは共用により、前記粒子線の照射深さを変えて形成する高線量領域を重ね合わせることを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項６】
請求項４記載の粒子線照射装置の粒子線照射方法であって、
粒子線を照射してエネルギー分布拡大装置2により前記標的領域の体表からの最深部に第２の高線量領域を形成し、
最深部の次に深い領域から体表側の標的領域までを、エネルギー分布拡大装置1を１回あるいは複数回用いて、前記粒子線を照射して形成する１の高線量領域を重ね合わせて、前記標的領域に合う長さの高線量領域を形成することを特徴とする粒子線照射方法。
【請求項７】
粒子線を標的領域に照射する粒子線照射方法であって、
粒子線を直接照射して、前記標的領域の体表からの深部領域に高線量領域を形成し、
前記深部領域の次に深いところから体表側の標的領域までを、エネルギー分布拡大装置1を１回あるいは複数回用いて、前記粒子線を照射して形成する高線量領域を重ね合わせて、前記標的領域に合う長さの高線量領域を形成することを特徴とする粒子線照射方法。
【請求項１】
粒子線を標的領域に照射する粒子線照射装置であって、
線量分布形状の異なる高線量領域を形成する複数のエネルギー分布拡大装置で、深さ方向の線量分布を合成することを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項２】
粒子線を標的領域に照射する粒子線照射装置であって、
幾何形状の異なる複数のエネルギー分布拡大装置で、深さ方向の線量分布を合成することを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項３】
請求項１若しくは請求項２のいずれかに記載の粒子線照射装置において、
照射線量を測定するモニタと、該照射線量を管理する制御部とを備え、
前記標的領域を積層に分割し、該積層毎に、少なくとも、使用するエネルギー分布拡大装置、照射線量を定め、該モニタで該積層毎に照射線量を測定し、該制御部で照射線量を管理して線量分布を生成し、該線量分布を合成する粒子線照射装置。
【請求項４】
請求項３記載の粒子線照射装置において、
第１の高線量領域を形成するエネルギー分布拡大装置と、前記標的領域の体表からの最深部に第２の高線量領域を形成するエネルギー分布拡大装置とを備え、
粒子線を照射して前記エネルギー分布拡大装置により前記標的領域の体表からの最深部に第２の高線量領域を形成し、最深部の次に深い領域から体表側の標的領域までを、前記エネルギー分布拡大装置を１回あるいは複数回用いて、前記粒子線を照射して形成する第１の高線量領域を重ね合わせて、前記標的領域に合う長さの高線量領域を形成することを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項５】
請求項４記載の粒子線照射装置において、
前記粒子線の照射深さを可変するレンジシフタと、
前記レンジシフタを駆動するレンジシフタ駆動部と、
加速器の粒子線エネルギーとして１種あるいは複数種類のエネルギー種とを備え、
前記エネルギー分布拡大装置1、前記エネルギー分布拡大装置２を用いて、前記レンジシフタ駆動部による前記レンジシフタと前記エネルギー種のどちらかあるいは共用により、前記粒子線の照射深さを変えて形成する高線量領域を重ね合わせることを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項６】
請求項４記載の粒子線照射装置の粒子線照射方法であって、
粒子線を照射してエネルギー分布拡大装置2により前記標的領域の体表からの最深部に第２の高線量領域を形成し、
最深部の次に深い領域から体表側の標的領域までを、エネルギー分布拡大装置1を１回あるいは複数回用いて、前記粒子線を照射して形成する１の高線量領域を重ね合わせて、前記標的領域に合う長さの高線量領域を形成することを特徴とする粒子線照射方法。
【請求項７】
粒子線を標的領域に照射する粒子線照射方法であって、
粒子線を直接照射して、前記標的領域の体表からの深部領域に高線量領域を形成し、
前記深部領域の次に深いところから体表側の標的領域までを、エネルギー分布拡大装置1を１回あるいは複数回用いて、前記粒子線を照射して形成する高線量領域を重ね合わせて、前記標的領域に合う長さの高線量領域を形成することを特徴とする粒子線照射方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−２７９１５９（Ｐ２００８−２７９１５９Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２７６４５（Ｐ２００７−１２７６４５）
【出願日】平成１９年５月１４日（２００７．５．１４）
【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２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１４日（２００７．５．１４）
【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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