荷電粒子ビーム出射装置及び荷電粒子ビーム出射方法
【課題】ビーム照射中にＳＯＢＰ幅が所望の幅であるかどうかをリアルタイムに確認することにより、治療の精度を向上する。
【解決手段】シンクロトロン４を有する荷電粒子ビーム発生装置１と、この荷電粒子ビーム発生装置１から出射されたイオンビームのブラッグピーク幅を形成するＲＭＷ装置２８、及びこのＲＭＷ装置２８のイオンビーム進行方向に設けられ、イオンビームの線量を検出する線量モニタ３１を備えた照射装置１６と、線量モニタ３１の検出値に基づいて、ＲＭＷ装置２８により形成されたイオンビームのブラッグピーク幅を演算するＳＯＢＰ幅演算装置７３とを備える。
【解決手段】シンクロトロン４を有する荷電粒子ビーム発生装置１と、この荷電粒子ビーム発生装置１から出射されたイオンビームのブラッグピーク幅を形成するＲＭＷ装置２８、及びこのＲＭＷ装置２８のイオンビーム進行方向に設けられ、イオンビームの線量を検出する線量モニタ３１を備えた照射装置１６と、線量モニタ３１の検出値に基づいて、ＲＭＷ装置２８により形成されたイオンビームのブラッグピーク幅を演算するＳＯＢＰ幅演算装置７３とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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荷電粒子ビーム出射装置及び荷電粒子ビーム出射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
癌などの患者の患部に陽子及び炭素イオン等の荷電粒子ビーム（イオンビーム）を照射する治療方法が知られている。この治療に用いる粒子線出射装置（荷電粒子ビーム出射装置）は、荷電粒子ビーム発生装置，ビーム輸送系、及び照射装置を備えている。荷電粒子ビーム発生装置で加速されたイオンビームは、第１ビーム輸送系及び回転ガントリーに設けられた第２ビーム輸送系を経て回転ガントリーに設置された照射装置に達する。イオンビームは照射装置より出射されて患者の患部に照射される。荷電粒子ビーム発生装置としては、例えば、荷電粒子ビームを周回軌道に沿って周回させる手段，共鳴の安定限界の外側で荷電粒子ビームのベータトロン振動を共鳴状態にする手段、及び荷電粒子ビームを周回軌道から取り出す出射用デフレクターを備えたシンクロトロン（円形加速器）が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
イオンビームを用いた治療、例えば陽子ビームの患部への照射では、陽子ビームのエネルギーの大部分が、陽子が停止するときに放出される、すなわちブラッグピークが形成されるという特性を利用し、陽子ビームの入射エネルギーの選択により陽子を患部近傍で停止させてエネルギー（吸収線量）の大部分を患部の細胞にのみ与えるようにする。
【０００４】
通常、患部は、患者の体表面からの深さ方向（イオンビームの進行方向でもあり、以下、単に深さ方向という）にある程度の厚みをもっている。その深さ方向における患部の厚み全域にわたってイオンビームを効果的に照射するためには、深さ方向においてある程度広いフラットな吸収線量範囲（拡大ブラッグピーク幅(spread-out Bragg peak) 。以下、ＳＯＢＰ幅という。）を形成するように、イオンビームのエネルギーを調節しなければならない。
【０００５】
このような観点から、従来、周方向に段階的に厚みが変化している複数の羽根部を回転軸の周囲に配置したレンジモジュレーション回転体（レンジモジュレーションホイール。以下、ＲＭＷという）が既に提唱されている（例えば、非特許文献１の２０７７頁、図
３０、非特許文献２）。複数の羽根部は回転軸に取り付けられる。ＲＭＷは、隣り合う羽根部の相互間に貫通する開口を形成している。例えば、開口をイオンビームの経路（ビーム経路という）に位置させてＲＭＷを回転させる。開口及び羽根部が交互にビーム経路を横切る。イオンビームが開口を通過したときはビームエネルギーが減衰しないため、ブラッグピークが体内の最も深い位置に生じる。イオンビームが羽根部を通過する際には、羽根部の厚みが厚い部分を通過するほど、このイオンビームのエネルギーの減衰度合いが大きくなり、患部の体表面に近い部分にブラックピークが形成される。ＲＭＷの回転によって、このようなブラッグピークが形成される深さ方向の位置が周期的に変動する結果、時間積分で見ると、患部の深さ方向において比較的広くフラットなブラッグピーク幅を得ることができる。また、ＳＯＢＰ幅の形成は、リッジフィルタを用いても可能であることが知られている（非特許文献１の２０７８頁、図３１）。
【０００６】
患部へ与えた吸収線量は、イオンビーム進行軸上で患者よりも上流に置かれた線量検モニタにより吸収線量に比例する検出値を測定し、その検出値を実際の吸収線量値に換算するための係数を用いて算出できる。この線量モニタによる検出値と実際の患部に与えた吸収線量値との換算係数が、ビームの到達深度及びＳＯＢＰ幅の間に相関関係を持つことが提唱されている（例えば、非特許文献２）。
【０００７】
【特許文献１】ＵＳＰ５,３６３,００８号
【非特許文献１】レビュー オブ サイエンティフィック インスツルメンツ６４巻８号（１９９３年８月）のページ２０７４〜２０８４、図３０〜図３２（REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS VOLUME 64 NUMBER 8(AUGUST 1993)P2074-2084 FIG.30-32）
【非特許文献２】フィジクス イン メディスン アンド バイオロジー４８巻１７号（２００３年９月７日）のページ２７９７から２８０８（PHYSICS IN MEDICINE AND BIOLOGY VOLUME 48 NUMBER 17 (7 SEPTEMBER 2003) 2797-2808）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、荷電粒子ビームの照射中にＳＯＢＰ幅が所望の幅であることを確認できる荷電粒子ビーム出射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、荷電粒子ビームの進行方向における厚みが変化し、かつ通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変えて照射対象内に拡大ブラッグピーク幅を形成させるビームエネルギー調整装置の下流側に配置された線量検出装置で検出された線量に基づいて拡大ブラッグピーク幅を算出する拡大ブラッグピーク幅演算装置とを備えたことにある。
【００１０】
本発明は、線量検出装置で検出された線量に基づいて拡大ブラッグピーク幅を算出するため、荷電粒子ビームを照射しているときに照射対象内に形成される拡大ブラッグピーク幅が所望の幅であるかを確認することができる。
【００１１】
好ましくは、線量に基づいた拡大ブラッグピーク幅の算出を、計測された線量値から求めた出射ＯＮ／ＯＦＦ時間のDuty比に基づいて行うことである。
【００１２】
これにより、拡大ブラッグピーク幅を算出することにより、精度の良い拡大ブラッグピーク幅を得ることができる。
【００１３】
好ましくは、算出された拡大ブラッグピーク幅が設定された幅であるかを判定する拡大ブラッグピーク幅判定装置を備えることが望ましい。これにより、その判定結果に基づいて、照射対象内に形成されたブラッグピーク幅が設定された幅になっているかを容易に確認できる。
【００１４】
好ましくは、算出された拡大ブッラグピーク幅が設定された幅でないとき、荷電粒子ビーム発生装置からの荷電粒子ビームの出射を停止させると良い。これによって、照射対象に対する荷電粒子ビームを用いた治療の精度が向上する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、荷電粒子ビームの照射中に拡大ブッラグピーク幅が所望の幅であるかを確認することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
ＲＭＷが回転しているときに、シンクロトロンからのイオンビームの出射をＯＮ／OFF制御する荷電粒子ビーム出射する技術がある。その技術では、ＲＭＷを回転させつつ、例えば比較的長い時間、すなわちＲＭＷの広い回転角度の範囲にわたってイオンビームを通過させるようにすればイオンビームの減衰度合いが大きく変動することからＳＯＢＰ幅は広くなり、比較的短い時間すなわちＲＭＷの狭い回転角度の範囲にイオンビームを通過させるようにすればイオンビームの減衰度合いがあまり変動しないためＳＯＢＰ幅は狭くなる。このように、ＲＭＷの回転時にイオンビームの出射をＯＮ／ＯＦＦ制御することで、１つのＲＭＷで多様なＳＯＢＰ幅を得られるので、ＲＭＷの交換頻度を低減でき、多数の患者に対し、円滑に治療を行うことができる。
【００１７】
しかしながら、上記技術には以下のような更なる改善の余地があることが分かった。
【００１８】
すなわち、その技術によれば、各患者ごとにビーム発生動作を制御してその患者の患部に応じたＳＯＢＰ幅を得ることができるものの、そのＳＯＢＰ幅が患者の患部に応じた所望の値となっているかどうかを確認するためには、ビームを途中で全部吸収させて吸収線量を測定するしかなかった。このため、ビーム照射中にリアルタイムに確認する手法が確立されておらず、治療の精度向上の観点において更なる改善の余地があった。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００２０】
（実施形態１）
本発明の好適な一実施形態である荷電粒子ビーム出射装置を、図１を用いて説明する。本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置２４は、荷電粒子ビーム発生装置１，荷電粒子ビーム発生装置１の下流側に接続されたビーム輸送系２、及び照射野形成装置である照射装置（荷電粒子ビーム照射装置）１６を備えている。本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置
２４は、具体的には陽子線出射装置である。
【００２１】
荷電粒子ビーム発生装置１は、イオン源（図示せず），前段加速器(例えば線形加速器)３及び主加速器であるシンクロトロン４を有する。シンクロトロン４は、一対の電極によって構成された高周波印加装置５及び高周波加速空胴（加速装置）６をイオンビームの周回軌道上に設置している。第１高周波電源８が開閉スイッチ９，１０を介して高周波印加装置５の電極に接続される。高周波加速空胴６に高周波電力を印加する第２高周波電源
（図示せず）が、別途設けられる。イオン源で発生したイオン（例えば、陽イオン（または炭素イオン））は前段加速器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（荷電粒子ビーム）はシンクロトロン４に入射される。荷電粒子ビーム（粒子線）であるイオンビームは、第２高周波電源からの高周波電力の印加によって高周波加速空胴６内に発生する電磁場に基づい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は、設定されたエネルギー（例えば１００〜２００ＭｅＶ）まで加速された後、開閉スイッチ９を閉じることによってシンクロトロン４から出射される。すなわち、第１高周波電源８からの高周波が、開閉スイッチ９を閉じることによって、閉じられている開閉スイッチ１０、及び開閉スイッチ９を通して高周波印加装置５より周回しているイオンビームに印加される。このため、安定限界内で周回しているイオンビームは、安定限界外に移行し、出射用デフレクタ１１を通って出射される。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１２及び偏向電磁石１３に導かれる電流が電流設定値に保持され、安定限界もほぼ一定に保持されている。開閉スイッチ９
（または開閉スイッチ１０）を開いて高周波印加装置５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。
【００２２】
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２により下流側のビーム経路１７に輸送される。ビーム輸送系２は、四極電磁石１８及び偏向電磁石１９，２０を備え、照射装置１６に連絡されるビーム経路１７に連絡される。照射装置１６及びビーム経路１７は、治療室（図示せず）内に設置された回転ガントリー（図示せず）に取り付けられている。四極電磁石１８，偏向電磁石１９及び偏向電磁石２０がこの順にビーム経路１７に設けられる。ビーム経路１７内のイオンビームは、照射装置１６へと輸送される。患者２２が、回転ガントリー内に形成された治療ケージ（図示せず）内で位置決めされた治療用ベッド２１に横たわっている。照射装置１６から出射されたイオンビームは、その患者２２の癌の患部Ｋ（後述の図２参照）に照射される。四極電磁石１８等の電磁石を備えたビーム経路１７はビーム輸送系であるとも言える。
【００２３】
照射装置１６の構造を、図２を用いて説明する。この図２に示すように、照射装置１６は、回転ガントリーに取り付けられ、ビーム経路１７に接続されるケーシング２５を有する。照射装置１６は、ケーシング２５内に、イオンビーム進行方向の上流側より順次、ビームプロファイルモニタ２６，ＲＭＷ装置（ブラッグピーク幅形成装置）２８，第２散乱体装置２９，飛程調整装置（例えば、レンジシフタ）３０，線量モニタ３１，平坦度モニタ３２，ブロックコリメータ３３，患者コリメータ３４、及びボーラス３５を、ケーシング２５内のビーム経路（ビーム軸）ｍ上に配置している。
【００２４】
ビームプロファイルモニタ２６は、ビーム輸送系２から照射装置１６に入射されたイオンビームがビーム軸ｍ上に位置しているかどうかを確認するモニタである。ビームプロファイルモニタ２６は、ケーシング２５に取り付けられた支持テーブル３９上に設置される。
【００２５】
図２に戻り、ＲＭＷ装置２８は、ＲＭＷ４０，ＲＭＷ４０を回転させる回転装置（例えばモータ）４２、及びＲＭＷ４０の回転角度を検出する角度計５１を有する。ＲＭＷ４０，回転装置４２及び角度計５１は、ケーシング２５に設置された支持部材５０によって保持される。図４に示すように、ＲＭＷ４０は、回転軸４３，回転軸４３と同心円状に配置された円筒部材４４、及び回転軸４３に取り付けられてＲＭＷ４０の半径方向に伸び、他端が円筒部材４４に取り付けられた複数の羽根部４５（本実施例では羽根部４５Ａ，45Ｂ，４５Ｃの３枚）を有している。これらの羽根部４５の周方向における幅は回転軸４３側の端部よりも円筒部材４４側の端部で広くなっている。ＲＭＷ４０の周方向における羽根部４５の相互間には、それぞれ開口４６が形成されている。これら開口４６の周方向における幅も円筒部材４４の内面に近づくほど広くなるように形成されている。
【００２６】
各羽根部４５は、ＲＭＷ４０の周方向において階段状に配置された複数の平面領域（段部）４７を有しており、回転軸４３の軸方向（ビーム軸ｍの方向）におけるＲＭＷ４０の底面から各平面領域４７までの各厚みが異なっている。すなわち、ＲＭＷ４０の底面から各平面領域４７までのレベルが異なる。ここでは、１つの平面領域４７に対するその厚みを、平面領域部分の厚みという。すなわち、羽根部４５は、周方向において羽根部４５の両側に位置する開口４６からビーム軸ｍの方向における最も厚みの厚い頂部に位置する平面領域４７に向かって各平面領域部分の厚みが階段状に増加している。各平面領域４７は回転軸４３から円筒部材４４に向かって延びており、その周方向における幅も円筒部材
４４に近づくほど広くなっている。
【００２７】
ケーシング２５に設置される支持部材５０は、ビーム軸ｍの方向に対向する支持部50Ａ，５０Ｂを有し、更に支持部５０Ｂの下流側に支持部５０Ｃを有する。これら支持部50Ａ，５０Ｂはそれぞれ回転軸４８，４９を回転可能に支持している。ＲＭＷ４０は保持部
５０Ａ，５０Ｂの間に挿入され、ＲＭＷ４０の回転軸４３が回転軸４８，４９に挟まれるように支持される。すなわち、回転軸４３は回転軸４８，４９に着脱可能に取り付けられ、ＲＭＷ４０が交換可能となる。回転軸４８，４９のそれぞれの端部が回転軸４３に設けられた貫通孔内に挿入されている。なお、支持部５０Ａ，５０Ｂはケーシング２５内のビーム経路をさえぎらないように配置される。回転軸４３，４８，４９もそのビーム経路からずれた位置に配置される。
【００２８】
支持部５０Ｃに設置された回転装置４２が回転軸４９に連結されている。ＲＭＷ４０の回転角度（回転位相）を検出する角度計５１が、回転軸４８に連結されて支持部５０Ａに取り付けられている。角度計５１で検出されたＲＭＷ４０の回転角度の測定値は、後述する照射制御装置７０の照射制御部６６に入力される。
【００２９】
なお、本実施形態は、図２及び図４に図示していないが、ＲＭＷ装置２８と第２散乱体装置２９との間で、ビーム軸ｍ上に第１散乱体が設置されている。この第１散乱体も、ケーシング２５に設置される。第１散乱体は、ＲＭＷ４０を通過したイオンビームをビーム軸ｍと直交する方向に広げる機能を有する。
【００３０】
第２散乱体装置２９は、複数の第２散乱体５５，回転テーブル５６及びモータ５７を有している。モータ５７は、ケーシング２５に取り付けられる支持部材５８に設置されている。イオンビームを散乱する度合いが異なる複数の第２散乱体５５は回転テーブル５６上に周方向に並んで設置される。回転テーブル５６がモータ５７により回転されることによって、所定の第２散乱体５５がビーム軸ｍ上に配置される。モータ５７の駆動は駆動制御部６８によって制御される。
【００３１】
飛程調整装置３０は、厚みの異なる複数の吸収体６０（本実施の形態では４つ）、及び各吸収体６０ごとに設けられた吸収体操作装置６１を有する。この吸収体操作装置６１としては、例えば圧縮空気により駆動するエアシリンダ等が用いられる。各吸収体操作装置６１は吸収体駆動装置６２によって駆動され、この吸収体駆動装置６２は駆動制御部６８によって制御される。
【００３２】
線量モニタ３１は照射装置１６に入射されたイオンビームの線量を測定するためのモニタである。図３を用いてその検出原理の一例を説明する。線量モニタ３１は、複数（ここでは例えば５枚とする）の重ね合わせた電極３１ａ〜３１ｃを有しており、厚さが数μｍ程度と非常に薄く構成されている。これら５枚の電極は、イオンビーム進行方向において、中心に位置し、線量モニタカウンタ６３に接続された信号電極３１ａ，信号電極３１ａを挟むように位置し、正側の電圧を印加された２枚の正電極３１ｂ、及びこれらの正電極３１ｂをさらに挟むように最も外側に位置する２枚の接地電極３１ｃである。これらの電極をイオンビームが通過すると、そのエネルギーにより信号電極３１ａと正電極３１ｂ，３１ｂとの間で電離電荷が発生し、この発生した電離電荷は信号電極３１ａから取り出される。信号電極３１ａから取り出される電離電荷量はイオンビームの線量に比例するので、線量モニタカウンタ６３でこの電離電荷量をカウントすることによって、イオンビームの線量を求めることができる。本実施例では、線量測定装置は、線量モニタ３１及び線量モニタカウンタ６３を有する。
【００３３】
ブロックコリメータ３３は、イオンビームをビーム軸ｍと垂直な平面方向に整形してイオンビームの照射野を粗くコリメートする。ブロックコリメータ３３の開口径は駆動制御部６８によって可変に制御される。患者コリメータ３４はイオンビームを患部２２の患部Ｋの形状に合わせてさらに細かくコリメートするためのものである。ボーラス３５は、治療患者２２の患部Ｋ（例えば癌や腫瘍の発生部位）の最大深さに合わせてイオンビームの到達深度を調整するものであり、ビーム軸ｍに垂直な平面上の各位置における飛程を、照射目標である患部Ｋの深さ形状に合わせて調整するものである。
【００３４】
図２に戻り、荷電粒子ビーム出射装置２４は、照射制御装置７０を備える。照射制御装置７０は、線量モニタカウンタ６３，照射制御部（第２制御装置）７２，拡大ブラッグピーク幅演算装置（以下、ＳＯＢＰ幅演算装置という）７３，駆動制御部７４を有する。
ＳＯＢＰ幅演算装置７３はＳＯＢＰ幅判定装置でもある。照射制御部７２は、ＳＯＢＰ幅を形成するための荷電粒子ビーム発生装置１からのイオンビームの出射のＯＮ・ＯＦＦ制御を行う。ＳＯＢＰ幅演算装置７３は、照射中のイオンビームのＳＯＢＰ幅を算出し、このＳＯＢＰ幅が設定幅となっているかどうかの判定を行う。駆動制御部７４は、第２散乱体装置２９のモータ５７，飛程調整装置３０の吸収体駆動装置６２、及びブロックコリメータ３３のそれぞれの駆動を制御する。更に、荷電粒子ビーム出射装置２４はインターロック装置（第１制御装置）７６を備える。
【００３５】
以上の構成を有する荷電粒子ビーム出射装置２４は、ＲＭＷ４０の回転角度に応じて荷電粒子ビーム発生装置１からのイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、複数のＳＯＢＰ幅を生成することができる。以下、この原理を、図５，図６及び図７を用いて説明する。
【００３６】
イオンビームがＲＭＷ４０の開口４６を通過したときは、ビームエネルギーは減衰しないためブラッグピークが体表面から深い第１の位置に形成される。羽根部４５のうち最も厚みが厚くなる頂部４５Ａに位置する平面領域４７をイオンビームが通過したときは、ビームエネルギーが最も大きく減衰されてブラックピークが体表面近くの浅い第２の位置に形成される。イオンビームが開口４６と頂部４５Ａの間に位置する平面領域４７を通過したときは、その平面領域４７が位置する部分の厚みに応じてビームエネルギーが減衰するため、ブラッグピークは第１位置と第２位置の間に存在する第３の位置に形成される。したがって、図５及び図６における照射条件アのように、ＲＭＷ４０の周方向において、
３６０°の全回転角度領域において常にビームＯＮである場合には、ＲＭＷ４０の回転によりブラッグピークは第１位置と第２位置との間で周期的に変動する。この結果、照射条件アは、時間積分で見ると、図７に示す深さ方向の線量分布アのように体表面近くから深い位置に至る比較的広いＳＯＢＰ幅というを得ることができる。「ビームＯＮ」は、イオンビームがシンクロトロン４から出射されてＲＭＷ４０を通過し照射装置１６から出射される状態を意味する。これに対し、「ビームＯＦＦ」は、イオンビームがシンクロトロン４から出射されず照射装置１６から出射されない状態を意味する。
【００３７】
図５及び図６における照射条件イは、ＲＭＷ４０の周方向において、各羽根部４５の比較的厚い領域（頂部付近）ではビームＯＦＦとし、これ以外の回転角度領域ではビーム
ＯＮとする。照射条件イは、体表面近くの浅い部分で生じるブラッグピークがなくなるため、図７に示す深さ方向の線量分布イのように線量分布アよりもフラット部分が狭くなったＳＯＢＰ幅が形成される。
【００３８】
図５及び図６における照射条件ウは、ＲＭＷ４０の周方向において、開口４６及び開口４６付近の各羽根部４５の厚みが比較的薄い領域にてビームＯＮとし、これら以外の回転角度領域ではビームＯＦＦとする。照射条件ウは、全体にビームエネルギーの減衰量が少ないため、体表面から深い位置にブラッグピークが形成される。このため、照射条件ウは、図７に示す深さ方向の線量分布ウのように線量分布イよりもフラット部分が狭くなったＳＯＢＰ幅が形成される。
【００３９】
荷電粒子ビーム出射装置２４は、以上のようにＲＭＷ４０の回転角度に応じてイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより、１つのＲＭＷで複数の異なるＳＯＢＰ幅を形成することができる。
【００４０】
ＲＭＷ４０の回転時にイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより種々の
ＳＯＢＰ幅を形成できることは、後述するように、非常にメリットがある。しかしながら、ある患者に対して望まれたＳＯＢＰ幅が実際に形成されているかを確認できることは、イオンビームを用いた治療の精度を高めるためにも、荷電粒子ビーム出射装置に要求される重要な要件の１つである。発明者らは、この課題を解決するために種々の検討を行い、ＲＭＷ装置２８を通過したイオンビームの線量に基づけば、イオンビームを患者に照射している状態で、患者の体内に形成されるＳＯＢＰ幅を確認できることを考案した。この発明者らの検討結果を、以下に説明する。
【００４１】
前述の通り、患者の体内に形成されるＳＯＢＰ幅は、ＲＭＷ回転時のイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ時間により決定する。この関係は、使用するＲＭＷ毎の固有値となるが、計算や実験結果から事前に求めることが可能である。
【００４２】
例として、あるＲＭＷにおけるＳＯＢＰ幅と出射ＯＮ／ＯＦＦ時間の関係を図８に示す。出射ＯＮ／ＯＦＦ時間は、下式で表すDuty比を使用して表現する。ここで、ＴONは出射ＯＮ時間、ＴOFFは出射ＯＦＦ時間を表す。
【００４３】
【数１】
【００４４】
目標のＳＯＢＰ幅が大きい場合は、それに伴ない出射ＯＮ時間が長くなる為、Duty比も大きくなる。
【００４５】
本実施形態では、ＲＭＷの種類毎に目標ＳＯＢＰ幅に対応する出射ＯＮ／ＯＦＦ時間の設定が照射制御装置のメモリに記憶されている。従って、目標ＳＯＢＰ幅が設定されると自動的に出射ＯＮ／ＯＦＦ時間が設定される。
【００４６】
実際に形成されたイオンビームのＳＯＢＰ幅は、ＲＭＷを通過したイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ時間を計測し、上記で設定される出射ＯＮ／ＯＦＦ時間の設定と比較することで算出が可能である。実際のＯＮ／ＯＦＦ時間からDuty比を計算し、（図８に示したような）事前に算出したＲＭＷ毎のＳＯＢＰ幅とDuty比の関係表を参照して、Duty比が一致するＳＯＢＰ幅が、実際に形成されたイオンビームのＳＯＢＰ幅となる。
【００４７】
実際にＲＭＷを通過したイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ時間は、ＲＭＷの下流側に設置された線量モニタ３１の計測値を使用して算出する。
【００４８】
図９は、実際の出射ＯＮ／ＯＦＦ時間と線量モニタから出力されるパルス信号の関係である。前述のように、線量モニタを通過するイオンビームの荷電粒子数は、出射ビーム量に比例して増加する。その為、出射ＯＮのタイミングで、線量モニタ３１を通過するイオンビームの荷電粒子数は増加し、その結果、線量モニタカウンタ６３に入力されるパルス数も増加する。線量モニタカウンタ６３のパルスカウント値を単位時間当たりのカウントレートに変換した例を図１０に示す。
【００４９】
単位時間の設定に依存するが、単位時間当たりのカウント値は、出射ＯＮ時に大きく、出射ＯＦＦ時に小さくなり、出射ＯＮ／ＯＦＦで明確な違いが現れる。図１０において、単位時間当たりのカウント値にある閾値を設け、閾値以上である場合を出射ＯＮ、閾値以下である場合を、出射ＯＦＦと判定することで、実際の出射ＯＮ／ＯＦＦ時間を求めることができる。この判定で使用する閾値としては、カウントレートに変換する際の単位時間の設定により適切な値を選定する必要がある。
【００５０】
本実施形態では、実際のイオンビーム量に相当するパルスカウント値のカウントレートへの変換および閾値判定をＳＯＢＰ幅演算装置で行い、閾値判定により求められる出射
ＯＮ／ＯＦＦのDuty比を、あらかじめメモリに登録されたＳＯＢＰ幅設定値に対応した
Duty比と比較し、実際に形成されたＳＯＢＰ幅の判定を行う。
【００５１】
この方法を用いることで、ＲＭＷの回転に合わせ、例えば、１回転毎に判定処理を行うことが可能であり、イオンビームを患部に照射している状態で、リアルタイムに患者の体内に形成されるＳＯＢＰ幅の算出・判定を行うことができる。
【００５２】
荷電粒子ビーム出射装置２４による治療開始前に、医者は、Ｘ線ＣＴ装置（図示せず）によって得られた患者２２の患部Ｋ付近の断層像を用いて診断を行い、患部Ｋの位置及びサイズを把握すると共に、イオンビームの照射方向，最大照射深さ等の情報を治療計画装置７７に入力する。治療計画装置７７は、治療計画ソフトによって、入力されたイオンビームの照射方向，最大照射深さ等に基づき、ＳＯＢＰ幅，照射野径及び患部２２に対する目標線量等を算出する。さらに、治療計画装置７７は、各種運転パラメータ（シンクロトロン４から出射されるイオンビームのエネルギー（照射装置１６への入射エネルギー），回転ガントリー角度、及びイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ時におけるＲＭＷ４０の各回転角度）を算出すると共に、治療に適切なＲＭＷ４０を選定する。回転角度及び目標線量、さらに、照射野径，飛程，入射エネルギー（入射Ｅｇ），第１散乱体の厚み(ＳＣ１厚)，ＳＯＢＰ幅，第２散乱体５５の種類（ＳＣ２種類），飛程調整装置３０におけるビーム経路に位置させる吸収体６０の厚み（ＲＳ厚）及びブロックコリメータ３３の開口径
（ＢＣ開口径）等の上記した治療計画情報が、荷電粒子ビーム出射装置の中央制御装置に入力され、中央制御装置の記憶装置（図示せず）に記憶される。以上に述べた各治療計画情報は、中央制御装置から照射制御装置７０のメモリに記憶される。
【００５３】
ガントリー制御装置（図示せず）は、入力した回転ガントリー角度情報に基づいて、照射装置１６のビーム経路がその角度で患者２２を向くように、回転ガントリーを回転させる。患者が横たわっている治療用ベッド２１を移動させて患部Ｋが照射装置１６のビーム経路の延長線上に位置するように、治療用ベッド２１の位置決めがなされる。
【００５４】
照射制御装置７０の駆動制御部７４は、記憶された照射野径，飛程及び入射エネルギーの各情報を用いて、予め記憶されている照射条件情報から、第１散乱体の厚み，ＳＯＢＰ幅，第２散乱体の種類，吸収体の厚み、及びブロックコリメータ開口径を選定する。駆動制御部７４は、第１散乱体の厚みの情報に基づいて、ビーム軸ｍ上に位置するようにその厚みの第１散乱体を移動させる。駆動制御部７４は、選定された第２散乱体５５がビーム軸ｍ上に位置するようにモータ５７を駆動して回転テーブル５６を回転させる。また、駆動制御部６８は、選定された吸収体６０がビーム軸ｍ上に位置するように吸収体駆動装置６２を介して吸収体操作装置６１を操作する。駆動制御部６８は、選定されたブロックコリメータ３３の開口径情報に基づき、図示しない駆動装置を制御し、ブロックコリメータ
３３の各ブロックを駆動し、その開口径を所定の径にする。
【００５５】
各種の治療計画情報は、荷電粒子ビーム出射装置２４の制御室内に設置された表示装置に表示される。治療を受ける患者２２に対するＲＭＷ４０，ボーラス３５及び患者コリメータ３４が、作業員によって、照射装置１６のケーシング２５内に図２に示すように設置される。
【００５６】
照射制御装置７０のＳＯＢＰ幅演算装置７３は、選定されたＳＯＢＰ幅，使用するRMW４０に基づき、関係情報をメモリから読み出す。また、照射制御装置７０の照射制御部
７２は、治療する患者２２に対する、ケージング２５内に設置した回転角度情報及び目標線量をメモリから読み出す。
【００５７】
荷電粒子ビーム出射装置２４を用いた患部Ｋの治療について、以下に説明する。
【００５８】
シンクロトロン４は、前段加速器３からのイオンビームの入射，イオンビームの加速，イオンビームの出射、および減速を繰り返して運転される。設定エネルギーで出射エネルギーまで、イオンビームが加速されると、イオンビームの加速が終了し、イオンビームがシンクロトロン４から出射可能な状態になる。
【００５９】
照射制御装置７０の照射制御部７２は、メモリからの読み出したデータをもとに、出射開始条件の判定を行い、ＳＯＢＰ幅形成のためのイオンビーム出射ＯＮ／ＯＦＦ指令を出力する。この出射ＯＮ指令によって開閉スイッチ９が閉じられる。開閉スイッチ１０は閉じており、第１高周波電源８から出力された高周波が高周波印加装置５より周回しているイオンビームに印加されるため、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、照射装置１６に輸送される。
【００６０】
このイオンビームは、照射装置１６内でビーム軸ｍに沿って進行する。イオンビームは、ビームプロファイルモニタ２６，回転しているＲＭＷ４０を通過し、第１散乱体によりビーム軸ｍに直行する方向に拡大される。その後、イオンビームは、第２散乱体５５により上記に直行する方向で線量分布が平坦化され、飛程調整装置３０の吸収体６０を通過してエネルギーが減少し、患者２２の体内における飛翔が調整される。吸収体６０を通過したイオンビームは、線量モニタ３１で線量を計測され、平坦度モニタ３２でビームｍ軸方向に垂直な方向における平坦度が確認される。線量計測値は、線量モニタカウンタ６３に入力される。イオンビームは更に、ブロックコリメータ３３，患者コリメータ３４及びボーラス３５を通過して、患部Ｋに照射される。
【００６１】
線量モニタ３１によって測定された線量から、患部Ｋに照射された線量が、目標線量に到達したどうかが照射制御部７２で常時に判定されている。判定の結果、患部Ｋに照射された線量が目標線量に達した場合は、出射ＯＦＦ指令が出力され、開閉スイッチ９が開き、高周波印加装置５への高周波供給が停止され、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。これにより、治療用ベッド２１上の患者２２に対するイオンビームの照射が終了するし、回転装置４２のおよび、ＲＭＷ４０の回転も停止する。
【００６２】
照射制御装置７０内のＳＯＢＰ幅演算装置７３は、照射中のイオンビームのＳＯＢＰ幅が所定の幅になっているかどうかの判定を行う。この詳細について以下に示す。
【００６３】
ＳＯＢＰ幅演算装置７３には、イオンビームの線量に相当する電離電荷量が、線量モニタ３１で検出、線量モニタカウンタ６３でカウントされ、入力される。ＳＯＢＰ幅演算装置７３は、入力されたパルス値を単位時間当たりのカウントレートに変換し、事前に設定された閾値との比較から、ビームＯＮ／ＯＦＦ時間を判定し、そのDuty比（実績）を計算する。
【００６４】
算出されたDuty比（実績）が、治療計画情報で設定されたＳＯＢＰ幅設定値から求められるDuty比（設定）に一致するかを判定する。２つのDuty比を比較した結果が、あるトレランス内で一致しない場合、ＳＯＢＰ幅演算装置７３は、ＳＯＢＰ幅異常信号をインターロック装置７６に出力する。
【００６５】
このとき、インターロック装置７６は、スイッチＯＦＦ信号を開閉スイッチ１０に出力し、開閉スイッチ１０が開く。このため、第１高周波電源８から高周波印加装置５への高周波の供給が停止され、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。Duty比が一致している場合は、ＳＯＢＰ幅演算装置７３は、ＳＯＢＰ幅正常信号をインターロック装置７６に対し出力する為、インターロック装置７６は、スイッチＯＦＦ指令を出力しない。そのため、所望のＳＯＢＰ幅が形成されているとして、患者２２へのイオンビーム照射が継続される。前述のように、このイオンビーム照射は、線量モニタ３１の検出信号により得られた線量値が目標線量に到達するまで継続される。
【００６６】
ＳＯＢＰ幅演算装置７３でのDuty比の比較結果は、ＳＯＢＰ幅異常、またはＳＯＢＰ幅正常信号として表示装置５４に表示される。この際、実際のイオンビームの出射ＯＮ／
ＯＦＦ時間のDuty比（実績）と、あらかじめメモリに記憶されている使用したＲＭＷのSOBP幅とDuty比（設定）の関係を示すデータテーブル（例えば図９のような）から、実際のＳＯＢＰ幅が逆算され、表示装置５４に表示される。
【００６７】
なお、ＳＯＢＰ幅演算装置７３は、ＳＯＢＰ幅判定装置でもある。ＳＯＢＰ幅設定値は、患者２２により異なり、同一の患者であっても、治療の進行に伴なう患部Ｋの縮小により異なる。
【００６８】
本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置２４によれば、ＲＭＷ４０を回転させた状態でイオンビームをＯＮ／ＯＦＦ制御するため、回転方向において、ＲＭＷ４０内でイオンビームが通過する領域を、ＲＭＷ４０の回転方向において、変化させることができる。このため、１つのＲＭＷ４０で、患者２２の体表面からの深さ方向で異なる幅を有する複数の
ＳＯＢＰ幅を形成することができ、１つのＲＭＷ４０を複数の患者に使用することができる。すなわち、１つのＲＭＷ４０を用いて治療できる患者数が増加する。また、１つの
ＲＭＷ４０を用いて、複数のＳＯＢＰ幅を形成することができるため、荷電粒子ビーム出射装置２４を有するがん治療センタで準備するＲＭＷの個数が低減できる。１つのＲＭＷ４０で複数のＳＯＢＰ幅を形成できることは、照射装置１６に設置されたＲＭＷの交換回数が減少する。これは、治療の準備に要する時間が短縮されることになり、荷電粒子ビーム出射装置２４における患者の治療人数が増加できる。特に、本実施形態は、イオンビームのＯＮ／ＯＦＦ制御をＲＭＷ４０の回転角度(具体的には回転角度の計測値及び設定値)に基づいて行っているため、特定のＳＯＢＰ幅を精度良く形成することができる。ビームのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うＲＭＷの回転角度を変えることによって、種々のＳＯＢＰ幅を形成することができる。
【００６９】
シンクロトロン４では、加速されるイオンの数が同じであるため、ビームＯＮの期間を短縮しても、第１高周波電源８から高周波印加装置５に供給する出射用の高周波のパワーを増加することによって、ビームＯＮの期間中にシンクロトロン４から出射されるイオンビームの電流密度を増大できる。このため、ビームＯＮの期間が短くても患者に照射される線量率（単位時間当りで単位体積当りに照射される放射線量）を増大できる。厚さの薄い患部Ｋ、または体積が小さい患部Ｋを有する患者２２に対しては、電流密度が増大されたイオンビームを照射することによってイオンビームの照射時間を短縮できる。この照射時間の短縮は、患者２２の負担を軽減でき、１年間当りの治療人数を増加できる。ビームＯＮの期間を短縮する場合でも、出射用の高周波のパワーを前述のように増大することによって、周回する全てのイオンビームを実質的にシンクロトロン４から出射させることができるため、シンクロトロン４等の機器の放射化の度合いが低下する。
【００７０】
加速器としてシンクロトロンの代りにサイクロトロンを用い、サイクロトロンから出射されたイオンビームを照射装置１６に導くことが考えられる。しかしながら、サイクロトロンは、シンクロトロンのように減速工程がなく、イオンビームの入射，加速及び出射の各工程を連続して行うため、「ビームＯＮ」の期間を短くすると、単位時間当りに照射装置１６から出射されるイオンの数が減少する。しかしながら、患部Ｋに対する線量率は変わらない。これは、ＳＯＢＰ幅を減少させる、つまり、照射体積を減らしていることと等価である。この結果、「ビームＯＮ」の期間を短くしても、厚さの薄い患部Ｋ、または体積が小さい患部Ｋを有する患者２２に対しては、イオンビームの照射時間が変わらない。サイクロトロンにおいて「ビームＯＦＦ」をイオンビームの加速過程または加速後に行えば、捨てられるイオンビーム量が多くなり、サイクロトロン等の機器の放射化が増加する。
【００７１】
本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置２４によれば、ＲＭＷ４０に対するビームＯＮ／ＯＦＦ制御により形成された実ＳＯＢＰ幅がＳＯＢＰ幅設定値と同じであるか否かをイオンビームの照射中にリアルタイムに確認することができる。実ＳＯＢＰ幅がＳＯＢＰ幅設定値でない場合にはイオンビームの出射を停止できるので、治療計画で設定したＳＯＢＰ幅と異なる異常なＳＯＢＰ幅が患者２２内で形成されることを避けることができる。このため、イオンビームによる治療の精度が著しく向上する。すなわち、本実施形態によれば、治療計画で設定したＳＯＢＰ幅が患者２２の体内に形成されるときにのみ、イオンビームを患者２２に照射できる。
【００７２】
ＳＯＢＰ幅演算装置７３から出力されたＳＯＢＰ幅異常信号またはＳＯＢＰ幅正常信号が表示装置５４に表示されるため、医者（または放射線技師）は患者２２内で形成されているＳＯＢＰ幅の正常（または異常）を確認できる。このため、万が一、表示装置５４にＳＯＢＰ幅異常信号（ＳＯＢＰ幅異常情報）が表示されても、インターロック装置７６等の異常により、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ない場合には、医者（または放射線技師）は制御室内のオペレータコンソール（図示せず）に設けられたビーム出射停止ボタンを押すことにより、開閉スイッチ１０を開くことができる。すなわち、手動でシンクロトロン４からのイオンビームの出射を停止できる。
【００７３】
（実施形態２）
本発明の他の実施形態である荷電粒子ビーム出射装置を、図１１を用いて以下に説明する。本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置２４Ａは、荷電粒子ビーム出射装置２４における、シンクロトロン４を有する荷電粒子ビーム発生装置１を、サイクロトロン４Ａを有する荷電粒子ビーム発生装置１Ａに置き替え、ビーム輸送系２にエネルギー変更装置８２を付加した構成を有する。照射装置１６はＲＭＷ装置２８を有する。
【００７４】
荷電粒子ビーム発生装置１Ａは、加速装置８１を有するサイクロトロン４Ａ，イオン源８０及びエネルギー変更装置８２を備える。エネルギー変更装置８２は、サイクロトロン４Ａ付近でビーム輸送系２に設置される。エネルギー変更装置８２は、イオンビームを通過させてエネルギーを損失させる板状の複数のディグレーダ，エネルギーの低くなったイオンビームを偏向する偏向電磁石（図示せず），偏向電磁石通過後のイオンビームの一部分を切り出すアパーチャ（図示せず）、及びイオンビームのビーム輸送系２下流側への輸送をシャットアウトするビームシャッタ（図示せず）を備える。
【００７５】
照射制御部７２によりイオンビームのＯＮ／ＯＦＦ制御が行われる。しかし、出力される出射ＯＮ信号は、イオン源電源装置に出力される。イオン源電源装置８６は、出射ＯＮ信号の入力によりイオン源８０に電力を供給する。イオン源８０は起動されてイオンビームを出射させる。このイオンビームは、サイクロトロン４Ａに入射され、加速装置８１によって設定エネルギーまで加速される。設定エネルギーまで加速されたイオンビームは、出射用デフレクタ１１を介してサイクロトロン４Ａから出射される。その後、照射制御部７２から出力される出射ＯＦＦ信号により、イオン源電源装置８６がイオン源８０への電力の供給を停止させる。イオンビームのサイクロトロン４Ａへの入射が停止され、サイクロトロン４Ａからのイオンビームの出射も停止される。
【００７６】
また、イオンビームの出射中において、ＳＯＢＰ幅演算装置７３がＳＯＢＰ幅異常信号を出力した場合には、インターロック装置７６がイオン源電源装置８７に電力供給停止信号を出力する。イオン源電源装置８６からイオン源８０への電力の供給が停止され、サイクロトロン４Ａからのイオンビームの出射が停止される。
【００７７】
実施形態２は、実施形態１で得られる、（１）厚さの薄い患部Ｋ、または体積が小さい患部Ｋを有する患者２２に対する、電流密度が増大されたイオンビームを照射することによってイオンビームの照射時間の短縮、（２）機器の放射化度合いの低下、の２つの効果以外の実施形態１で生じる効果を得ることができる。
【００７８】
なお、イオンビームのＯＮ／ＯＦＦ制御は、イオン源８０の起動／停止以外に、エネルギー変更装置８２のビームシャッタを開閉することによって行うことも可能である。また、偏向電磁石１５への電源供給の制御により、イオンビームの経路を変更させて、照射装置１６へのイオンビームの入射のＯＮ／ＯＦＦを制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１実施形態の荷電粒子ビーム出射装置の全体構成図である。
【図２】図１に示す照射装置の詳細構成を表す縦断面図である。
【図３】図１に示す線量モニタの概略構成を示す構成図である。
【図４】図１に示すＲＭＷの斜視図である。
【図５】図４に示したＲＭＷの平面図であり、イオンビームの出射のケースａ〜ｃを例として示したものである。
【図６】図５に示すケースａ〜ｃにおけるそれぞれのビームＯＮ及びビームＯＦＦを時系列で示した図である。
【図７】図５に示すケースａ〜ｃのそれぞれに対する深さ方向の線量分布及びSOBP幅を示す図である。
【図８】あるＲＭＷにおけるＳＯＢＰ幅とDutyの関係を示す図である。
【図９】出射ＯＮ／ＯＦＦ時の線量モニタの計測値パルス信号を示す図である。
【図１０】線量モニタの計測信号を単位時間当たりのカウントレートに変換した例を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施例である実施形態２の荷電粒子ビーム出射装置の全体構成図である。
【符号の説明】
【００８０】
１，１Ａ…荷電粒子ビーム発生装置、２…ビーム輸送系、３…前段加速器(線形加速器)、４…シンクロトロン、４Ａ…サイクロトロン、５…高周波印加装置、６…高周波加速空胴（加速装置）、８…第１高周波電源、９，１０…開閉スイッチ、１１…出射用デフレクタ、１２，１８…四極電磁石、１３，１９，２０…偏向電磁石、１６…照射装置（荷電粒子ビーム照射装置）、１７…ビーム経路、２１…治療用ベッド、２２…患者、２４，24Ａ…荷電粒子ビーム出射装置、２５…ケーシング、２６…ビームプロファイルモニタ、２８…ＲＭＷ装置（ブラッグピーク幅形成装置）、２９…第２散乱体装置、３０…飛程調整装置、３１…線量モニタ、３１ａ…電極（信号電極）、３１ｂ…電極（正電極）、３１ｃ…電極（接地電極）、３２…平坦度モニタ、３３…ブロックコリメータ、３４…患者コリメータ、３５…ボーラス、３９…支持テーブル、４０…ＲＭＷ、４２…回転装置、５０…支持部材、５１…角度計、５５…第２散乱体、５７…モータ、６２…吸収体駆動装置、６３…線量モニタカウンタ、６６…照射制御部、６８…駆動制御部、７０…照射制御装置、
７２…照射制御部、７３…拡大ブラッグピーク幅演算装置（ＳＯＢＰ幅演算装置）、７４…駆動制御部、７６…インターロック装置（第１制御装置）、７７…治療計画装置、８０…イオン源、８１…加速装置、８２…エネルギー変更装置、８６…イオン源電源装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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荷電粒子ビーム出射装置及び荷電粒子ビーム出射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
癌などの患者の患部に陽子及び炭素イオン等の荷電粒子ビーム（イオンビーム）を照射する治療方法が知られている。この治療に用いる粒子線出射装置（荷電粒子ビーム出射装置）は、荷電粒子ビーム発生装置，ビーム輸送系、及び照射装置を備えている。荷電粒子ビーム発生装置で加速されたイオンビームは、第１ビーム輸送系及び回転ガントリーに設けられた第２ビーム輸送系を経て回転ガントリーに設置された照射装置に達する。イオンビームは照射装置より出射されて患者の患部に照射される。荷電粒子ビーム発生装置としては、例えば、荷電粒子ビームを周回軌道に沿って周回させる手段，共鳴の安定限界の外側で荷電粒子ビームのベータトロン振動を共鳴状態にする手段、及び荷電粒子ビームを周回軌道から取り出す出射用デフレクターを備えたシンクロトロン（円形加速器）が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
イオンビームを用いた治療、例えば陽子ビームの患部への照射では、陽子ビームのエネルギーの大部分が、陽子が停止するときに放出される、すなわちブラッグピークが形成されるという特性を利用し、陽子ビームの入射エネルギーの選択により陽子を患部近傍で停止させてエネルギー（吸収線量）の大部分を患部の細胞にのみ与えるようにする。
【０００４】
通常、患部は、患者の体表面からの深さ方向（イオンビームの進行方向でもあり、以下、単に深さ方向という）にある程度の厚みをもっている。その深さ方向における患部の厚み全域にわたってイオンビームを効果的に照射するためには、深さ方向においてある程度広いフラットな吸収線量範囲（拡大ブラッグピーク幅(spread-out Bragg peak) 。以下、ＳＯＢＰ幅という。）を形成するように、イオンビームのエネルギーを調節しなければならない。
【０００５】
このような観点から、従来、周方向に段階的に厚みが変化している複数の羽根部を回転軸の周囲に配置したレンジモジュレーション回転体（レンジモジュレーションホイール。以下、ＲＭＷという）が既に提唱されている（例えば、非特許文献１の２０７７頁、図
３０、非特許文献２）。複数の羽根部は回転軸に取り付けられる。ＲＭＷは、隣り合う羽根部の相互間に貫通する開口を形成している。例えば、開口をイオンビームの経路（ビーム経路という）に位置させてＲＭＷを回転させる。開口及び羽根部が交互にビーム経路を横切る。イオンビームが開口を通過したときはビームエネルギーが減衰しないため、ブラッグピークが体内の最も深い位置に生じる。イオンビームが羽根部を通過する際には、羽根部の厚みが厚い部分を通過するほど、このイオンビームのエネルギーの減衰度合いが大きくなり、患部の体表面に近い部分にブラックピークが形成される。ＲＭＷの回転によって、このようなブラッグピークが形成される深さ方向の位置が周期的に変動する結果、時間積分で見ると、患部の深さ方向において比較的広くフラットなブラッグピーク幅を得ることができる。また、ＳＯＢＰ幅の形成は、リッジフィルタを用いても可能であることが知られている（非特許文献１の２０７８頁、図３１）。
【０００６】
患部へ与えた吸収線量は、イオンビーム進行軸上で患者よりも上流に置かれた線量検モニタにより吸収線量に比例する検出値を測定し、その検出値を実際の吸収線量値に換算するための係数を用いて算出できる。この線量モニタによる検出値と実際の患部に与えた吸収線量値との換算係数が、ビームの到達深度及びＳＯＢＰ幅の間に相関関係を持つことが提唱されている（例えば、非特許文献２）。
【０００７】
【特許文献１】ＵＳＰ５,３６３,００８号
【非特許文献１】レビュー オブ サイエンティフィック インスツルメンツ６４巻８号（１９９３年８月）のページ２０７４〜２０８４、図３０〜図３２（REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS VOLUME 64 NUMBER 8(AUGUST 1993)P2074-2084 FIG.30-32）
【非特許文献２】フィジクス イン メディスン アンド バイオロジー４８巻１７号（２００３年９月７日）のページ２７９７から２８０８（PHYSICS IN MEDICINE AND BIOLOGY VOLUME 48 NUMBER 17 (7 SEPTEMBER 2003) 2797-2808）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、荷電粒子ビームの照射中にＳＯＢＰ幅が所望の幅であることを確認できる荷電粒子ビーム出射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、荷電粒子ビームの進行方向における厚みが変化し、かつ通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変えて照射対象内に拡大ブラッグピーク幅を形成させるビームエネルギー調整装置の下流側に配置された線量検出装置で検出された線量に基づいて拡大ブラッグピーク幅を算出する拡大ブラッグピーク幅演算装置とを備えたことにある。
【００１０】
本発明は、線量検出装置で検出された線量に基づいて拡大ブラッグピーク幅を算出するため、荷電粒子ビームを照射しているときに照射対象内に形成される拡大ブラッグピーク幅が所望の幅であるかを確認することができる。
【００１１】
好ましくは、線量に基づいた拡大ブラッグピーク幅の算出を、計測された線量値から求めた出射ＯＮ／ＯＦＦ時間のDuty比に基づいて行うことである。
【００１２】
これにより、拡大ブラッグピーク幅を算出することにより、精度の良い拡大ブラッグピーク幅を得ることができる。
【００１３】
好ましくは、算出された拡大ブラッグピーク幅が設定された幅であるかを判定する拡大ブラッグピーク幅判定装置を備えることが望ましい。これにより、その判定結果に基づいて、照射対象内に形成されたブラッグピーク幅が設定された幅になっているかを容易に確認できる。
【００１４】
好ましくは、算出された拡大ブッラグピーク幅が設定された幅でないとき、荷電粒子ビーム発生装置からの荷電粒子ビームの出射を停止させると良い。これによって、照射対象に対する荷電粒子ビームを用いた治療の精度が向上する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、荷電粒子ビームの照射中に拡大ブッラグピーク幅が所望の幅であるかを確認することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
ＲＭＷが回転しているときに、シンクロトロンからのイオンビームの出射をＯＮ／OFF制御する荷電粒子ビーム出射する技術がある。その技術では、ＲＭＷを回転させつつ、例えば比較的長い時間、すなわちＲＭＷの広い回転角度の範囲にわたってイオンビームを通過させるようにすればイオンビームの減衰度合いが大きく変動することからＳＯＢＰ幅は広くなり、比較的短い時間すなわちＲＭＷの狭い回転角度の範囲にイオンビームを通過させるようにすればイオンビームの減衰度合いがあまり変動しないためＳＯＢＰ幅は狭くなる。このように、ＲＭＷの回転時にイオンビームの出射をＯＮ／ＯＦＦ制御することで、１つのＲＭＷで多様なＳＯＢＰ幅を得られるので、ＲＭＷの交換頻度を低減でき、多数の患者に対し、円滑に治療を行うことができる。
【００１７】
しかしながら、上記技術には以下のような更なる改善の余地があることが分かった。
【００１８】
すなわち、その技術によれば、各患者ごとにビーム発生動作を制御してその患者の患部に応じたＳＯＢＰ幅を得ることができるものの、そのＳＯＢＰ幅が患者の患部に応じた所望の値となっているかどうかを確認するためには、ビームを途中で全部吸収させて吸収線量を測定するしかなかった。このため、ビーム照射中にリアルタイムに確認する手法が確立されておらず、治療の精度向上の観点において更なる改善の余地があった。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００２０】
（実施形態１）
本発明の好適な一実施形態である荷電粒子ビーム出射装置を、図１を用いて説明する。本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置２４は、荷電粒子ビーム発生装置１，荷電粒子ビーム発生装置１の下流側に接続されたビーム輸送系２、及び照射野形成装置である照射装置（荷電粒子ビーム照射装置）１６を備えている。本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置
２４は、具体的には陽子線出射装置である。
【００２１】
荷電粒子ビーム発生装置１は、イオン源（図示せず），前段加速器(例えば線形加速器)３及び主加速器であるシンクロトロン４を有する。シンクロトロン４は、一対の電極によって構成された高周波印加装置５及び高周波加速空胴（加速装置）６をイオンビームの周回軌道上に設置している。第１高周波電源８が開閉スイッチ９，１０を介して高周波印加装置５の電極に接続される。高周波加速空胴６に高周波電力を印加する第２高周波電源
（図示せず）が、別途設けられる。イオン源で発生したイオン（例えば、陽イオン（または炭素イオン））は前段加速器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（荷電粒子ビーム）はシンクロトロン４に入射される。荷電粒子ビーム（粒子線）であるイオンビームは、第２高周波電源からの高周波電力の印加によって高周波加速空胴６内に発生する電磁場に基づい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は、設定されたエネルギー（例えば１００〜２００ＭｅＶ）まで加速された後、開閉スイッチ９を閉じることによってシンクロトロン４から出射される。すなわち、第１高周波電源８からの高周波が、開閉スイッチ９を閉じることによって、閉じられている開閉スイッチ１０、及び開閉スイッチ９を通して高周波印加装置５より周回しているイオンビームに印加される。このため、安定限界内で周回しているイオンビームは、安定限界外に移行し、出射用デフレクタ１１を通って出射される。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１２及び偏向電磁石１３に導かれる電流が電流設定値に保持され、安定限界もほぼ一定に保持されている。開閉スイッチ９
（または開閉スイッチ１０）を開いて高周波印加装置５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。
【００２２】
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２により下流側のビーム経路１７に輸送される。ビーム輸送系２は、四極電磁石１８及び偏向電磁石１９，２０を備え、照射装置１６に連絡されるビーム経路１７に連絡される。照射装置１６及びビーム経路１７は、治療室（図示せず）内に設置された回転ガントリー（図示せず）に取り付けられている。四極電磁石１８，偏向電磁石１９及び偏向電磁石２０がこの順にビーム経路１７に設けられる。ビーム経路１７内のイオンビームは、照射装置１６へと輸送される。患者２２が、回転ガントリー内に形成された治療ケージ（図示せず）内で位置決めされた治療用ベッド２１に横たわっている。照射装置１６から出射されたイオンビームは、その患者２２の癌の患部Ｋ（後述の図２参照）に照射される。四極電磁石１８等の電磁石を備えたビーム経路１７はビーム輸送系であるとも言える。
【００２３】
照射装置１６の構造を、図２を用いて説明する。この図２に示すように、照射装置１６は、回転ガントリーに取り付けられ、ビーム経路１７に接続されるケーシング２５を有する。照射装置１６は、ケーシング２５内に、イオンビーム進行方向の上流側より順次、ビームプロファイルモニタ２６，ＲＭＷ装置（ブラッグピーク幅形成装置）２８，第２散乱体装置２９，飛程調整装置（例えば、レンジシフタ）３０，線量モニタ３１，平坦度モニタ３２，ブロックコリメータ３３，患者コリメータ３４、及びボーラス３５を、ケーシング２５内のビーム経路（ビーム軸）ｍ上に配置している。
【００２４】
ビームプロファイルモニタ２６は、ビーム輸送系２から照射装置１６に入射されたイオンビームがビーム軸ｍ上に位置しているかどうかを確認するモニタである。ビームプロファイルモニタ２６は、ケーシング２５に取り付けられた支持テーブル３９上に設置される。
【００２５】
図２に戻り、ＲＭＷ装置２８は、ＲＭＷ４０，ＲＭＷ４０を回転させる回転装置（例えばモータ）４２、及びＲＭＷ４０の回転角度を検出する角度計５１を有する。ＲＭＷ４０，回転装置４２及び角度計５１は、ケーシング２５に設置された支持部材５０によって保持される。図４に示すように、ＲＭＷ４０は、回転軸４３，回転軸４３と同心円状に配置された円筒部材４４、及び回転軸４３に取り付けられてＲＭＷ４０の半径方向に伸び、他端が円筒部材４４に取り付けられた複数の羽根部４５（本実施例では羽根部４５Ａ，45Ｂ，４５Ｃの３枚）を有している。これらの羽根部４５の周方向における幅は回転軸４３側の端部よりも円筒部材４４側の端部で広くなっている。ＲＭＷ４０の周方向における羽根部４５の相互間には、それぞれ開口４６が形成されている。これら開口４６の周方向における幅も円筒部材４４の内面に近づくほど広くなるように形成されている。
【００２６】
各羽根部４５は、ＲＭＷ４０の周方向において階段状に配置された複数の平面領域（段部）４７を有しており、回転軸４３の軸方向（ビーム軸ｍの方向）におけるＲＭＷ４０の底面から各平面領域４７までの各厚みが異なっている。すなわち、ＲＭＷ４０の底面から各平面領域４７までのレベルが異なる。ここでは、１つの平面領域４７に対するその厚みを、平面領域部分の厚みという。すなわち、羽根部４５は、周方向において羽根部４５の両側に位置する開口４６からビーム軸ｍの方向における最も厚みの厚い頂部に位置する平面領域４７に向かって各平面領域部分の厚みが階段状に増加している。各平面領域４７は回転軸４３から円筒部材４４に向かって延びており、その周方向における幅も円筒部材
４４に近づくほど広くなっている。
【００２７】
ケーシング２５に設置される支持部材５０は、ビーム軸ｍの方向に対向する支持部50Ａ，５０Ｂを有し、更に支持部５０Ｂの下流側に支持部５０Ｃを有する。これら支持部50Ａ，５０Ｂはそれぞれ回転軸４８，４９を回転可能に支持している。ＲＭＷ４０は保持部
５０Ａ，５０Ｂの間に挿入され、ＲＭＷ４０の回転軸４３が回転軸４８，４９に挟まれるように支持される。すなわち、回転軸４３は回転軸４８，４９に着脱可能に取り付けられ、ＲＭＷ４０が交換可能となる。回転軸４８，４９のそれぞれの端部が回転軸４３に設けられた貫通孔内に挿入されている。なお、支持部５０Ａ，５０Ｂはケーシング２５内のビーム経路をさえぎらないように配置される。回転軸４３，４８，４９もそのビーム経路からずれた位置に配置される。
【００２８】
支持部５０Ｃに設置された回転装置４２が回転軸４９に連結されている。ＲＭＷ４０の回転角度（回転位相）を検出する角度計５１が、回転軸４８に連結されて支持部５０Ａに取り付けられている。角度計５１で検出されたＲＭＷ４０の回転角度の測定値は、後述する照射制御装置７０の照射制御部６６に入力される。
【００２９】
なお、本実施形態は、図２及び図４に図示していないが、ＲＭＷ装置２８と第２散乱体装置２９との間で、ビーム軸ｍ上に第１散乱体が設置されている。この第１散乱体も、ケーシング２５に設置される。第１散乱体は、ＲＭＷ４０を通過したイオンビームをビーム軸ｍと直交する方向に広げる機能を有する。
【００３０】
第２散乱体装置２９は、複数の第２散乱体５５，回転テーブル５６及びモータ５７を有している。モータ５７は、ケーシング２５に取り付けられる支持部材５８に設置されている。イオンビームを散乱する度合いが異なる複数の第２散乱体５５は回転テーブル５６上に周方向に並んで設置される。回転テーブル５６がモータ５７により回転されることによって、所定の第２散乱体５５がビーム軸ｍ上に配置される。モータ５７の駆動は駆動制御部６８によって制御される。
【００３１】
飛程調整装置３０は、厚みの異なる複数の吸収体６０（本実施の形態では４つ）、及び各吸収体６０ごとに設けられた吸収体操作装置６１を有する。この吸収体操作装置６１としては、例えば圧縮空気により駆動するエアシリンダ等が用いられる。各吸収体操作装置６１は吸収体駆動装置６２によって駆動され、この吸収体駆動装置６２は駆動制御部６８によって制御される。
【００３２】
線量モニタ３１は照射装置１６に入射されたイオンビームの線量を測定するためのモニタである。図３を用いてその検出原理の一例を説明する。線量モニタ３１は、複数（ここでは例えば５枚とする）の重ね合わせた電極３１ａ〜３１ｃを有しており、厚さが数μｍ程度と非常に薄く構成されている。これら５枚の電極は、イオンビーム進行方向において、中心に位置し、線量モニタカウンタ６３に接続された信号電極３１ａ，信号電極３１ａを挟むように位置し、正側の電圧を印加された２枚の正電極３１ｂ、及びこれらの正電極３１ｂをさらに挟むように最も外側に位置する２枚の接地電極３１ｃである。これらの電極をイオンビームが通過すると、そのエネルギーにより信号電極３１ａと正電極３１ｂ，３１ｂとの間で電離電荷が発生し、この発生した電離電荷は信号電極３１ａから取り出される。信号電極３１ａから取り出される電離電荷量はイオンビームの線量に比例するので、線量モニタカウンタ６３でこの電離電荷量をカウントすることによって、イオンビームの線量を求めることができる。本実施例では、線量測定装置は、線量モニタ３１及び線量モニタカウンタ６３を有する。
【００３３】
ブロックコリメータ３３は、イオンビームをビーム軸ｍと垂直な平面方向に整形してイオンビームの照射野を粗くコリメートする。ブロックコリメータ３３の開口径は駆動制御部６８によって可変に制御される。患者コリメータ３４はイオンビームを患部２２の患部Ｋの形状に合わせてさらに細かくコリメートするためのものである。ボーラス３５は、治療患者２２の患部Ｋ（例えば癌や腫瘍の発生部位）の最大深さに合わせてイオンビームの到達深度を調整するものであり、ビーム軸ｍに垂直な平面上の各位置における飛程を、照射目標である患部Ｋの深さ形状に合わせて調整するものである。
【００３４】
図２に戻り、荷電粒子ビーム出射装置２４は、照射制御装置７０を備える。照射制御装置７０は、線量モニタカウンタ６３，照射制御部（第２制御装置）７２，拡大ブラッグピーク幅演算装置（以下、ＳＯＢＰ幅演算装置という）７３，駆動制御部７４を有する。
ＳＯＢＰ幅演算装置７３はＳＯＢＰ幅判定装置でもある。照射制御部７２は、ＳＯＢＰ幅を形成するための荷電粒子ビーム発生装置１からのイオンビームの出射のＯＮ・ＯＦＦ制御を行う。ＳＯＢＰ幅演算装置７３は、照射中のイオンビームのＳＯＢＰ幅を算出し、このＳＯＢＰ幅が設定幅となっているかどうかの判定を行う。駆動制御部７４は、第２散乱体装置２９のモータ５７，飛程調整装置３０の吸収体駆動装置６２、及びブロックコリメータ３３のそれぞれの駆動を制御する。更に、荷電粒子ビーム出射装置２４はインターロック装置（第１制御装置）７６を備える。
【００３５】
以上の構成を有する荷電粒子ビーム出射装置２４は、ＲＭＷ４０の回転角度に応じて荷電粒子ビーム発生装置１からのイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、複数のＳＯＢＰ幅を生成することができる。以下、この原理を、図５，図６及び図７を用いて説明する。
【００３６】
イオンビームがＲＭＷ４０の開口４６を通過したときは、ビームエネルギーは減衰しないためブラッグピークが体表面から深い第１の位置に形成される。羽根部４５のうち最も厚みが厚くなる頂部４５Ａに位置する平面領域４７をイオンビームが通過したときは、ビームエネルギーが最も大きく減衰されてブラックピークが体表面近くの浅い第２の位置に形成される。イオンビームが開口４６と頂部４５Ａの間に位置する平面領域４７を通過したときは、その平面領域４７が位置する部分の厚みに応じてビームエネルギーが減衰するため、ブラッグピークは第１位置と第２位置の間に存在する第３の位置に形成される。したがって、図５及び図６における照射条件アのように、ＲＭＷ４０の周方向において、
３６０°の全回転角度領域において常にビームＯＮである場合には、ＲＭＷ４０の回転によりブラッグピークは第１位置と第２位置との間で周期的に変動する。この結果、照射条件アは、時間積分で見ると、図７に示す深さ方向の線量分布アのように体表面近くから深い位置に至る比較的広いＳＯＢＰ幅というを得ることができる。「ビームＯＮ」は、イオンビームがシンクロトロン４から出射されてＲＭＷ４０を通過し照射装置１６から出射される状態を意味する。これに対し、「ビームＯＦＦ」は、イオンビームがシンクロトロン４から出射されず照射装置１６から出射されない状態を意味する。
【００３７】
図５及び図６における照射条件イは、ＲＭＷ４０の周方向において、各羽根部４５の比較的厚い領域（頂部付近）ではビームＯＦＦとし、これ以外の回転角度領域ではビーム
ＯＮとする。照射条件イは、体表面近くの浅い部分で生じるブラッグピークがなくなるため、図７に示す深さ方向の線量分布イのように線量分布アよりもフラット部分が狭くなったＳＯＢＰ幅が形成される。
【００３８】
図５及び図６における照射条件ウは、ＲＭＷ４０の周方向において、開口４６及び開口４６付近の各羽根部４５の厚みが比較的薄い領域にてビームＯＮとし、これら以外の回転角度領域ではビームＯＦＦとする。照射条件ウは、全体にビームエネルギーの減衰量が少ないため、体表面から深い位置にブラッグピークが形成される。このため、照射条件ウは、図７に示す深さ方向の線量分布ウのように線量分布イよりもフラット部分が狭くなったＳＯＢＰ幅が形成される。
【００３９】
荷電粒子ビーム出射装置２４は、以上のようにＲＭＷ４０の回転角度に応じてイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより、１つのＲＭＷで複数の異なるＳＯＢＰ幅を形成することができる。
【００４０】
ＲＭＷ４０の回転時にイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより種々の
ＳＯＢＰ幅を形成できることは、後述するように、非常にメリットがある。しかしながら、ある患者に対して望まれたＳＯＢＰ幅が実際に形成されているかを確認できることは、イオンビームを用いた治療の精度を高めるためにも、荷電粒子ビーム出射装置に要求される重要な要件の１つである。発明者らは、この課題を解決するために種々の検討を行い、ＲＭＷ装置２８を通過したイオンビームの線量に基づけば、イオンビームを患者に照射している状態で、患者の体内に形成されるＳＯＢＰ幅を確認できることを考案した。この発明者らの検討結果を、以下に説明する。
【００４１】
前述の通り、患者の体内に形成されるＳＯＢＰ幅は、ＲＭＷ回転時のイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ時間により決定する。この関係は、使用するＲＭＷ毎の固有値となるが、計算や実験結果から事前に求めることが可能である。
【００４２】
例として、あるＲＭＷにおけるＳＯＢＰ幅と出射ＯＮ／ＯＦＦ時間の関係を図８に示す。出射ＯＮ／ＯＦＦ時間は、下式で表すDuty比を使用して表現する。ここで、ＴONは出射ＯＮ時間、ＴOFFは出射ＯＦＦ時間を表す。
【００４３】
【数１】
【００４４】
目標のＳＯＢＰ幅が大きい場合は、それに伴ない出射ＯＮ時間が長くなる為、Duty比も大きくなる。
【００４５】
本実施形態では、ＲＭＷの種類毎に目標ＳＯＢＰ幅に対応する出射ＯＮ／ＯＦＦ時間の設定が照射制御装置のメモリに記憶されている。従って、目標ＳＯＢＰ幅が設定されると自動的に出射ＯＮ／ＯＦＦ時間が設定される。
【００４６】
実際に形成されたイオンビームのＳＯＢＰ幅は、ＲＭＷを通過したイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ時間を計測し、上記で設定される出射ＯＮ／ＯＦＦ時間の設定と比較することで算出が可能である。実際のＯＮ／ＯＦＦ時間からDuty比を計算し、（図８に示したような）事前に算出したＲＭＷ毎のＳＯＢＰ幅とDuty比の関係表を参照して、Duty比が一致するＳＯＢＰ幅が、実際に形成されたイオンビームのＳＯＢＰ幅となる。
【００４７】
実際にＲＭＷを通過したイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ時間は、ＲＭＷの下流側に設置された線量モニタ３１の計測値を使用して算出する。
【００４８】
図９は、実際の出射ＯＮ／ＯＦＦ時間と線量モニタから出力されるパルス信号の関係である。前述のように、線量モニタを通過するイオンビームの荷電粒子数は、出射ビーム量に比例して増加する。その為、出射ＯＮのタイミングで、線量モニタ３１を通過するイオンビームの荷電粒子数は増加し、その結果、線量モニタカウンタ６３に入力されるパルス数も増加する。線量モニタカウンタ６３のパルスカウント値を単位時間当たりのカウントレートに変換した例を図１０に示す。
【００４９】
単位時間の設定に依存するが、単位時間当たりのカウント値は、出射ＯＮ時に大きく、出射ＯＦＦ時に小さくなり、出射ＯＮ／ＯＦＦで明確な違いが現れる。図１０において、単位時間当たりのカウント値にある閾値を設け、閾値以上である場合を出射ＯＮ、閾値以下である場合を、出射ＯＦＦと判定することで、実際の出射ＯＮ／ＯＦＦ時間を求めることができる。この判定で使用する閾値としては、カウントレートに変換する際の単位時間の設定により適切な値を選定する必要がある。
【００５０】
本実施形態では、実際のイオンビーム量に相当するパルスカウント値のカウントレートへの変換および閾値判定をＳＯＢＰ幅演算装置で行い、閾値判定により求められる出射
ＯＮ／ＯＦＦのDuty比を、あらかじめメモリに登録されたＳＯＢＰ幅設定値に対応した
Duty比と比較し、実際に形成されたＳＯＢＰ幅の判定を行う。
【００５１】
この方法を用いることで、ＲＭＷの回転に合わせ、例えば、１回転毎に判定処理を行うことが可能であり、イオンビームを患部に照射している状態で、リアルタイムに患者の体内に形成されるＳＯＢＰ幅の算出・判定を行うことができる。
【００５２】
荷電粒子ビーム出射装置２４による治療開始前に、医者は、Ｘ線ＣＴ装置（図示せず）によって得られた患者２２の患部Ｋ付近の断層像を用いて診断を行い、患部Ｋの位置及びサイズを把握すると共に、イオンビームの照射方向，最大照射深さ等の情報を治療計画装置７７に入力する。治療計画装置７７は、治療計画ソフトによって、入力されたイオンビームの照射方向，最大照射深さ等に基づき、ＳＯＢＰ幅，照射野径及び患部２２に対する目標線量等を算出する。さらに、治療計画装置７７は、各種運転パラメータ（シンクロトロン４から出射されるイオンビームのエネルギー（照射装置１６への入射エネルギー），回転ガントリー角度、及びイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ時におけるＲＭＷ４０の各回転角度）を算出すると共に、治療に適切なＲＭＷ４０を選定する。回転角度及び目標線量、さらに、照射野径，飛程，入射エネルギー（入射Ｅｇ），第１散乱体の厚み(ＳＣ１厚)，ＳＯＢＰ幅，第２散乱体５５の種類（ＳＣ２種類），飛程調整装置３０におけるビーム経路に位置させる吸収体６０の厚み（ＲＳ厚）及びブロックコリメータ３３の開口径
（ＢＣ開口径）等の上記した治療計画情報が、荷電粒子ビーム出射装置の中央制御装置に入力され、中央制御装置の記憶装置（図示せず）に記憶される。以上に述べた各治療計画情報は、中央制御装置から照射制御装置７０のメモリに記憶される。
【００５３】
ガントリー制御装置（図示せず）は、入力した回転ガントリー角度情報に基づいて、照射装置１６のビーム経路がその角度で患者２２を向くように、回転ガントリーを回転させる。患者が横たわっている治療用ベッド２１を移動させて患部Ｋが照射装置１６のビーム経路の延長線上に位置するように、治療用ベッド２１の位置決めがなされる。
【００５４】
照射制御装置７０の駆動制御部７４は、記憶された照射野径，飛程及び入射エネルギーの各情報を用いて、予め記憶されている照射条件情報から、第１散乱体の厚み，ＳＯＢＰ幅，第２散乱体の種類，吸収体の厚み、及びブロックコリメータ開口径を選定する。駆動制御部７４は、第１散乱体の厚みの情報に基づいて、ビーム軸ｍ上に位置するようにその厚みの第１散乱体を移動させる。駆動制御部７４は、選定された第２散乱体５５がビーム軸ｍ上に位置するようにモータ５７を駆動して回転テーブル５６を回転させる。また、駆動制御部６８は、選定された吸収体６０がビーム軸ｍ上に位置するように吸収体駆動装置６２を介して吸収体操作装置６１を操作する。駆動制御部６８は、選定されたブロックコリメータ３３の開口径情報に基づき、図示しない駆動装置を制御し、ブロックコリメータ
３３の各ブロックを駆動し、その開口径を所定の径にする。
【００５５】
各種の治療計画情報は、荷電粒子ビーム出射装置２４の制御室内に設置された表示装置に表示される。治療を受ける患者２２に対するＲＭＷ４０，ボーラス３５及び患者コリメータ３４が、作業員によって、照射装置１６のケーシング２５内に図２に示すように設置される。
【００５６】
照射制御装置７０のＳＯＢＰ幅演算装置７３は、選定されたＳＯＢＰ幅，使用するRMW４０に基づき、関係情報をメモリから読み出す。また、照射制御装置７０の照射制御部
７２は、治療する患者２２に対する、ケージング２５内に設置した回転角度情報及び目標線量をメモリから読み出す。
【００５７】
荷電粒子ビーム出射装置２４を用いた患部Ｋの治療について、以下に説明する。
【００５８】
シンクロトロン４は、前段加速器３からのイオンビームの入射，イオンビームの加速，イオンビームの出射、および減速を繰り返して運転される。設定エネルギーで出射エネルギーまで、イオンビームが加速されると、イオンビームの加速が終了し、イオンビームがシンクロトロン４から出射可能な状態になる。
【００５９】
照射制御装置７０の照射制御部７２は、メモリからの読み出したデータをもとに、出射開始条件の判定を行い、ＳＯＢＰ幅形成のためのイオンビーム出射ＯＮ／ＯＦＦ指令を出力する。この出射ＯＮ指令によって開閉スイッチ９が閉じられる。開閉スイッチ１０は閉じており、第１高周波電源８から出力された高周波が高周波印加装置５より周回しているイオンビームに印加されるため、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、照射装置１６に輸送される。
【００６０】
このイオンビームは、照射装置１６内でビーム軸ｍに沿って進行する。イオンビームは、ビームプロファイルモニタ２６，回転しているＲＭＷ４０を通過し、第１散乱体によりビーム軸ｍに直行する方向に拡大される。その後、イオンビームは、第２散乱体５５により上記に直行する方向で線量分布が平坦化され、飛程調整装置３０の吸収体６０を通過してエネルギーが減少し、患者２２の体内における飛翔が調整される。吸収体６０を通過したイオンビームは、線量モニタ３１で線量を計測され、平坦度モニタ３２でビームｍ軸方向に垂直な方向における平坦度が確認される。線量計測値は、線量モニタカウンタ６３に入力される。イオンビームは更に、ブロックコリメータ３３，患者コリメータ３４及びボーラス３５を通過して、患部Ｋに照射される。
【００６１】
線量モニタ３１によって測定された線量から、患部Ｋに照射された線量が、目標線量に到達したどうかが照射制御部７２で常時に判定されている。判定の結果、患部Ｋに照射された線量が目標線量に達した場合は、出射ＯＦＦ指令が出力され、開閉スイッチ９が開き、高周波印加装置５への高周波供給が停止され、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。これにより、治療用ベッド２１上の患者２２に対するイオンビームの照射が終了するし、回転装置４２のおよび、ＲＭＷ４０の回転も停止する。
【００６２】
照射制御装置７０内のＳＯＢＰ幅演算装置７３は、照射中のイオンビームのＳＯＢＰ幅が所定の幅になっているかどうかの判定を行う。この詳細について以下に示す。
【００６３】
ＳＯＢＰ幅演算装置７３には、イオンビームの線量に相当する電離電荷量が、線量モニタ３１で検出、線量モニタカウンタ６３でカウントされ、入力される。ＳＯＢＰ幅演算装置７３は、入力されたパルス値を単位時間当たりのカウントレートに変換し、事前に設定された閾値との比較から、ビームＯＮ／ＯＦＦ時間を判定し、そのDuty比（実績）を計算する。
【００６４】
算出されたDuty比（実績）が、治療計画情報で設定されたＳＯＢＰ幅設定値から求められるDuty比（設定）に一致するかを判定する。２つのDuty比を比較した結果が、あるトレランス内で一致しない場合、ＳＯＢＰ幅演算装置７３は、ＳＯＢＰ幅異常信号をインターロック装置７６に出力する。
【００６５】
このとき、インターロック装置７６は、スイッチＯＦＦ信号を開閉スイッチ１０に出力し、開閉スイッチ１０が開く。このため、第１高周波電源８から高周波印加装置５への高周波の供給が停止され、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。Duty比が一致している場合は、ＳＯＢＰ幅演算装置７３は、ＳＯＢＰ幅正常信号をインターロック装置７６に対し出力する為、インターロック装置７６は、スイッチＯＦＦ指令を出力しない。そのため、所望のＳＯＢＰ幅が形成されているとして、患者２２へのイオンビーム照射が継続される。前述のように、このイオンビーム照射は、線量モニタ３１の検出信号により得られた線量値が目標線量に到達するまで継続される。
【００６６】
ＳＯＢＰ幅演算装置７３でのDuty比の比較結果は、ＳＯＢＰ幅異常、またはＳＯＢＰ幅正常信号として表示装置５４に表示される。この際、実際のイオンビームの出射ＯＮ／
ＯＦＦ時間のDuty比（実績）と、あらかじめメモリに記憶されている使用したＲＭＷのSOBP幅とDuty比（設定）の関係を示すデータテーブル（例えば図９のような）から、実際のＳＯＢＰ幅が逆算され、表示装置５４に表示される。
【００６７】
なお、ＳＯＢＰ幅演算装置７３は、ＳＯＢＰ幅判定装置でもある。ＳＯＢＰ幅設定値は、患者２２により異なり、同一の患者であっても、治療の進行に伴なう患部Ｋの縮小により異なる。
【００６８】
本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置２４によれば、ＲＭＷ４０を回転させた状態でイオンビームをＯＮ／ＯＦＦ制御するため、回転方向において、ＲＭＷ４０内でイオンビームが通過する領域を、ＲＭＷ４０の回転方向において、変化させることができる。このため、１つのＲＭＷ４０で、患者２２の体表面からの深さ方向で異なる幅を有する複数の
ＳＯＢＰ幅を形成することができ、１つのＲＭＷ４０を複数の患者に使用することができる。すなわち、１つのＲＭＷ４０を用いて治療できる患者数が増加する。また、１つの
ＲＭＷ４０を用いて、複数のＳＯＢＰ幅を形成することができるため、荷電粒子ビーム出射装置２４を有するがん治療センタで準備するＲＭＷの個数が低減できる。１つのＲＭＷ４０で複数のＳＯＢＰ幅を形成できることは、照射装置１６に設置されたＲＭＷの交換回数が減少する。これは、治療の準備に要する時間が短縮されることになり、荷電粒子ビーム出射装置２４における患者の治療人数が増加できる。特に、本実施形態は、イオンビームのＯＮ／ＯＦＦ制御をＲＭＷ４０の回転角度(具体的には回転角度の計測値及び設定値)に基づいて行っているため、特定のＳＯＢＰ幅を精度良く形成することができる。ビームのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うＲＭＷの回転角度を変えることによって、種々のＳＯＢＰ幅を形成することができる。
【００６９】
シンクロトロン４では、加速されるイオンの数が同じであるため、ビームＯＮの期間を短縮しても、第１高周波電源８から高周波印加装置５に供給する出射用の高周波のパワーを増加することによって、ビームＯＮの期間中にシンクロトロン４から出射されるイオンビームの電流密度を増大できる。このため、ビームＯＮの期間が短くても患者に照射される線量率（単位時間当りで単位体積当りに照射される放射線量）を増大できる。厚さの薄い患部Ｋ、または体積が小さい患部Ｋを有する患者２２に対しては、電流密度が増大されたイオンビームを照射することによってイオンビームの照射時間を短縮できる。この照射時間の短縮は、患者２２の負担を軽減でき、１年間当りの治療人数を増加できる。ビームＯＮの期間を短縮する場合でも、出射用の高周波のパワーを前述のように増大することによって、周回する全てのイオンビームを実質的にシンクロトロン４から出射させることができるため、シンクロトロン４等の機器の放射化の度合いが低下する。
【００７０】
加速器としてシンクロトロンの代りにサイクロトロンを用い、サイクロトロンから出射されたイオンビームを照射装置１６に導くことが考えられる。しかしながら、サイクロトロンは、シンクロトロンのように減速工程がなく、イオンビームの入射，加速及び出射の各工程を連続して行うため、「ビームＯＮ」の期間を短くすると、単位時間当りに照射装置１６から出射されるイオンの数が減少する。しかしながら、患部Ｋに対する線量率は変わらない。これは、ＳＯＢＰ幅を減少させる、つまり、照射体積を減らしていることと等価である。この結果、「ビームＯＮ」の期間を短くしても、厚さの薄い患部Ｋ、または体積が小さい患部Ｋを有する患者２２に対しては、イオンビームの照射時間が変わらない。サイクロトロンにおいて「ビームＯＦＦ」をイオンビームの加速過程または加速後に行えば、捨てられるイオンビーム量が多くなり、サイクロトロン等の機器の放射化が増加する。
【００７１】
本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置２４によれば、ＲＭＷ４０に対するビームＯＮ／ＯＦＦ制御により形成された実ＳＯＢＰ幅がＳＯＢＰ幅設定値と同じであるか否かをイオンビームの照射中にリアルタイムに確認することができる。実ＳＯＢＰ幅がＳＯＢＰ幅設定値でない場合にはイオンビームの出射を停止できるので、治療計画で設定したＳＯＢＰ幅と異なる異常なＳＯＢＰ幅が患者２２内で形成されることを避けることができる。このため、イオンビームによる治療の精度が著しく向上する。すなわち、本実施形態によれば、治療計画で設定したＳＯＢＰ幅が患者２２の体内に形成されるときにのみ、イオンビームを患者２２に照射できる。
【００７２】
ＳＯＢＰ幅演算装置７３から出力されたＳＯＢＰ幅異常信号またはＳＯＢＰ幅正常信号が表示装置５４に表示されるため、医者（または放射線技師）は患者２２内で形成されているＳＯＢＰ幅の正常（または異常）を確認できる。このため、万が一、表示装置５４にＳＯＢＰ幅異常信号（ＳＯＢＰ幅異常情報）が表示されても、インターロック装置７６等の異常により、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ない場合には、医者（または放射線技師）は制御室内のオペレータコンソール（図示せず）に設けられたビーム出射停止ボタンを押すことにより、開閉スイッチ１０を開くことができる。すなわち、手動でシンクロトロン４からのイオンビームの出射を停止できる。
【００７３】
（実施形態２）
本発明の他の実施形態である荷電粒子ビーム出射装置を、図１１を用いて以下に説明する。本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置２４Ａは、荷電粒子ビーム出射装置２４における、シンクロトロン４を有する荷電粒子ビーム発生装置１を、サイクロトロン４Ａを有する荷電粒子ビーム発生装置１Ａに置き替え、ビーム輸送系２にエネルギー変更装置８２を付加した構成を有する。照射装置１６はＲＭＷ装置２８を有する。
【００７４】
荷電粒子ビーム発生装置１Ａは、加速装置８１を有するサイクロトロン４Ａ，イオン源８０及びエネルギー変更装置８２を備える。エネルギー変更装置８２は、サイクロトロン４Ａ付近でビーム輸送系２に設置される。エネルギー変更装置８２は、イオンビームを通過させてエネルギーを損失させる板状の複数のディグレーダ，エネルギーの低くなったイオンビームを偏向する偏向電磁石（図示せず），偏向電磁石通過後のイオンビームの一部分を切り出すアパーチャ（図示せず）、及びイオンビームのビーム輸送系２下流側への輸送をシャットアウトするビームシャッタ（図示せず）を備える。
【００７５】
照射制御部７２によりイオンビームのＯＮ／ＯＦＦ制御が行われる。しかし、出力される出射ＯＮ信号は、イオン源電源装置に出力される。イオン源電源装置８６は、出射ＯＮ信号の入力によりイオン源８０に電力を供給する。イオン源８０は起動されてイオンビームを出射させる。このイオンビームは、サイクロトロン４Ａに入射され、加速装置８１によって設定エネルギーまで加速される。設定エネルギーまで加速されたイオンビームは、出射用デフレクタ１１を介してサイクロトロン４Ａから出射される。その後、照射制御部７２から出力される出射ＯＦＦ信号により、イオン源電源装置８６がイオン源８０への電力の供給を停止させる。イオンビームのサイクロトロン４Ａへの入射が停止され、サイクロトロン４Ａからのイオンビームの出射も停止される。
【００７６】
また、イオンビームの出射中において、ＳＯＢＰ幅演算装置７３がＳＯＢＰ幅異常信号を出力した場合には、インターロック装置７６がイオン源電源装置８７に電力供給停止信号を出力する。イオン源電源装置８６からイオン源８０への電力の供給が停止され、サイクロトロン４Ａからのイオンビームの出射が停止される。
【００７７】
実施形態２は、実施形態１で得られる、（１）厚さの薄い患部Ｋ、または体積が小さい患部Ｋを有する患者２２に対する、電流密度が増大されたイオンビームを照射することによってイオンビームの照射時間の短縮、（２）機器の放射化度合いの低下、の２つの効果以外の実施形態１で生じる効果を得ることができる。
【００７８】
なお、イオンビームのＯＮ／ＯＦＦ制御は、イオン源８０の起動／停止以外に、エネルギー変更装置８２のビームシャッタを開閉することによって行うことも可能である。また、偏向電磁石１５への電源供給の制御により、イオンビームの経路を変更させて、照射装置１６へのイオンビームの入射のＯＮ／ＯＦＦを制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１実施形態の荷電粒子ビーム出射装置の全体構成図である。
【図２】図１に示す照射装置の詳細構成を表す縦断面図である。
【図３】図１に示す線量モニタの概略構成を示す構成図である。
【図４】図１に示すＲＭＷの斜視図である。
【図５】図４に示したＲＭＷの平面図であり、イオンビームの出射のケースａ〜ｃを例として示したものである。
【図６】図５に示すケースａ〜ｃにおけるそれぞれのビームＯＮ及びビームＯＦＦを時系列で示した図である。
【図７】図５に示すケースａ〜ｃのそれぞれに対する深さ方向の線量分布及びSOBP幅を示す図である。
【図８】あるＲＭＷにおけるＳＯＢＰ幅とDutyの関係を示す図である。
【図９】出射ＯＮ／ＯＦＦ時の線量モニタの計測値パルス信号を示す図である。
【図１０】線量モニタの計測信号を単位時間当たりのカウントレートに変換した例を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施例である実施形態２の荷電粒子ビーム出射装置の全体構成図である。
【符号の説明】
【００８０】
１，１Ａ…荷電粒子ビーム発生装置、２…ビーム輸送系、３…前段加速器(線形加速器)、４…シンクロトロン、４Ａ…サイクロトロン、５…高周波印加装置、６…高周波加速空胴（加速装置）、８…第１高周波電源、９，１０…開閉スイッチ、１１…出射用デフレクタ、１２，１８…四極電磁石、１３，１９，２０…偏向電磁石、１６…照射装置（荷電粒子ビーム照射装置）、１７…ビーム経路、２１…治療用ベッド、２２…患者、２４，24Ａ…荷電粒子ビーム出射装置、２５…ケーシング、２６…ビームプロファイルモニタ、２８…ＲＭＷ装置（ブラッグピーク幅形成装置）、２９…第２散乱体装置、３０…飛程調整装置、３１…線量モニタ、３１ａ…電極（信号電極）、３１ｂ…電極（正電極）、３１ｃ…電極（接地電極）、３２…平坦度モニタ、３３…ブロックコリメータ、３４…患者コリメータ、３５…ボーラス、３９…支持テーブル、４０…ＲＭＷ、４２…回転装置、５０…支持部材、５１…角度計、５５…第２散乱体、５７…モータ、６２…吸収体駆動装置、６３…線量モニタカウンタ、６６…照射制御部、６８…駆動制御部、７０…照射制御装置、
７２…照射制御部、７３…拡大ブラッグピーク幅演算装置（ＳＯＢＰ幅演算装置）、７４…駆動制御部、７６…インターロック装置（第１制御装置）、７７…治療計画装置、８０…イオン源、８１…加速装置、８２…エネルギー変更装置、８６…イオン源電源装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを照射対象に対して出射する荷電粒子ビーム出射装置おいて、
前記荷電粒子ビームを発生する荷電粒子ビーム発生装置と、
前記荷電粒子ビーム発生装置から出射された前記荷電粒子ビームの進行方向における厚みが変化し、かつ通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変えて前記照射対象内に拡大ブラッグピーク幅を形成させるビームエネルギー調整装置を有し、前記ビームエネルギー調整装置を通過した前記荷電粒子ビームを前記照射対象に対して出射する照射装置と、
前記荷電粒子ビームの進行方向で前記ビームエネルギー調整装置の下流側の前記荷電粒子ビームの線量を測定する線量測定装置と、
前記線量測定装置で測定された線量値に基づいて前記拡大ブラッグピーク幅を算出する拡大ブラッグピーク幅演算装置とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項２】
前記線量値に基づいた前記拡大ブラッグピーク幅の算出を、前記線量値から求めた出射ＯＮ／ＯＦＦ時間に基づいて行う前記拡大ブラッグピーク幅演算装置を備えた請求項１記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項３】
前記ビームエネルギー調整装置は厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変える回転体を含んでいる請求項１記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項４】
前記回転体の回転時に、前記荷電粒子ビーム発生装置からの前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を制御する制御装置を備えた請求項３記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項５】
前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止の制御を前記回転体の回転角度に基づいて行う前記制御装置を備えた請求項４記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項６】
前記拡大ブラックピーク幅を表示する表示装置を備えた請求項１記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項７】
荷電粒子ビームを照射対象に対して出射する荷電粒子ビーム出射装置おいて、
前記荷電粒子ビームを発生する荷電粒子ビーム発生装置と、
前記荷電粒子ビーム発生装置から出射された前記荷電粒子ビームの進行方向における厚みが変化し、かつ通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変えて前記照射対象内に拡大ブラッグピーク幅を形成させるビームエネルギー調整装置を有し、前記ビームエネルギー調整装置を通過した前記荷電粒子ビームを前記照射対象に対して出射する照射装置と、
前記荷電粒子ビームの進行方向で前記ビームエネルギー調整装置の下流側に配置された線量測定装置と、
前記線量測定装置で測定された線量に基づいて前記拡大ブラッグピーク幅を算出し、算出された前記拡大ブラッグピーク幅が設定された幅であるかを判定する拡大ブラッグピーク幅判定装置とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項８】
算出された前記拡大ブッラグピーク幅が前記設定された幅でないとき、前記荷電粒子ビームの出射を停止するように前記荷電粒子ビーム発生装置を制御する第１制御装置を備えた請求項７記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項９】
前記算出された拡大ブラックピーク幅を表示する表示装置を備えた請求項７記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１０】
前記線量値に基づいた前記拡大ブラッグピーク幅の算出を、前記線量値から求めた出射ＯＮ／ＯＦＦ時間に基づいて行う前記拡大ブラッグピーク幅演算装置を備えた請求項７記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１１】
前記ビームエネルギー調整装置は厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変える回転体を含んでいる請求項７記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１２】
前記回転体の回転時に、前記荷電粒子ビーム発生装置からの前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を制御する第２制御装置を備えた請求項１１記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１３】
前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止の制御を前記回転体の回転角度に基づいて行う前記第２制御装置を備えた請求項１２記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１４】
前記回転体は、厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変える複数の前記羽根部を有する請求項１１記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１５】
前記荷電粒子ビーム発生装置がシンクロトロン及びサイクロトロンのいずれか一方を含んでいる請求項１または請求項７記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１６】
高周波印加装置を有するシンクロトロンを含む前記荷電粒子ビーム発生装置と、算出された前記拡大ブッラグピーク幅が前記設定された幅でないとき、前記シンクロトロンからの前記荷電粒子ビームの出射を停止するために、前記高周波印加装置への高周波の印加を停止させる前記第１制御装置を備えた請求項８記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１７】
厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変える回転体を含んでいる前記ビームエネルギー調整装置と、
前記回転体の回転時に、前記シンクロトロンからの前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を制御する第２制御装置とを備え、
前記第２制御装置は、前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止の制御を、前記高周波印加装置への高周波の供給及び供給停止を制御することによって行う請求項１６記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１８】
サイクロトロン及び前記サイクロトロンに前記荷電粒子ビームを入射するイオン源を含む前記荷電粒子ビーム発生装置と、算出された前記拡大ブッラグピーク幅が前記設定された幅でないとき、前記サイクロトロンからの前記荷電粒子ビームの出射を停止するために、前記イオン源への電力の供給を停止させる前記第１制御装置を備えた請求項８記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１９】
サイクロトロン及び前記サイクロトロンに前記荷電粒子ビームを入射するイオン源を含む前記荷電粒子ビーム発生装置と、前記サイクロトロンから出射された前記荷電粒子ビームのエネルギーを変更するエネルギー変更装置と、算出された前記拡大ブッラグピーク幅が前記設定された幅でないとき、前記照射装置への前記荷電粒子ビームの輸送を停止するために、前記エネルギー変更装置に設けられるシャッターを閉じる前記第１制御装置を備えた請求項８記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項２０】
荷電粒子ビーム発生装置から出射された荷電粒子ビームを、前記荷電粒子ビームの進行方向における厚みが変化し、かつ通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変えて前記照射対象内に拡大ブラッグピーク幅を形成させるビームエネルギー調整装置を有する照射装置より出射させる荷電粒子ビーム出射方法において、
前記荷電粒子ビーム進行方向において、前記ビームエネルギー調整装置の下流側で前記荷電粒子ビームの線量を測定し、
前記線量に基づいて前記拡大ブラッグピーク幅を算出することを特徴とする荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２１】
前記線量値に基づいた前記拡大ブラッグピーク幅の算出を、前記線量値から求めた出射ＯＮ／ＯＦＦ時間に基づいて行う請求項２０記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２２】
前記ビームエネルギー調整装置に含まれている、厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変える回転体を回転させているときに、前記荷電粒子ビーム発生装置からの前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を行う請求項２０記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２３】
前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を前記回転体の回転角度に基づいて行う請求項２２記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２４】
荷電粒子ビーム発生装置から出射された荷電粒子ビームを、前記荷電粒子ビームの進行方向における厚みが変化し、かつ通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変えて前記照射対象内に拡大ブラッグピーク幅を形成させるビームエネルギー調整装置を有する照射装置より出射させる荷電粒子ビーム出射方法において、
前記荷電粒子ビーム進行方向において、前記ビームエネルギー調整装置の下流側で前記荷電粒子ビームの線量を測定し、
前記線量に基づいて前記拡大ブラッグピーク幅を算出し、算出された前記拡大ブラッグピーク幅が設定された幅であるかを判定することを特徴とする荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２５】
算出された前記拡大ブッラグピーク幅が前記設定された幅でないとき、前記荷電粒子ビームの出射を停止する請求項２４記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２６】
算出された前記拡大ブラックピーク幅を表示装置に表示する請求項２４記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２７】
前記線量値に基づいた前記拡大ブラッグピーク幅の算出を、前記線量値の単位時間当たりの線量率に基づいて行う請求項２４記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２８】
前記ビームエネルギー調整装置に含まれている、厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変える回転体を回転させているときに、前記荷電粒子ビーム発生装置からの前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を行う請求項２４記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２９】
前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を前記回転体の回転角度に基づいて行う請求項２８記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項１】
荷電粒子ビームを照射対象に対して出射する荷電粒子ビーム出射装置おいて、
前記荷電粒子ビームを発生する荷電粒子ビーム発生装置と、
前記荷電粒子ビーム発生装置から出射された前記荷電粒子ビームの進行方向における厚みが変化し、かつ通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変えて前記照射対象内に拡大ブラッグピーク幅を形成させるビームエネルギー調整装置を有し、前記ビームエネルギー調整装置を通過した前記荷電粒子ビームを前記照射対象に対して出射する照射装置と、
前記荷電粒子ビームの進行方向で前記ビームエネルギー調整装置の下流側の前記荷電粒子ビームの線量を測定する線量測定装置と、
前記線量測定装置で測定された線量値に基づいて前記拡大ブラッグピーク幅を算出する拡大ブラッグピーク幅演算装置とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項２】
前記線量値に基づいた前記拡大ブラッグピーク幅の算出を、前記線量値から求めた出射ＯＮ／ＯＦＦ時間に基づいて行う前記拡大ブラッグピーク幅演算装置を備えた請求項１記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項３】
前記ビームエネルギー調整装置は厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変える回転体を含んでいる請求項１記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項４】
前記回転体の回転時に、前記荷電粒子ビーム発生装置からの前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を制御する制御装置を備えた請求項３記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項５】
前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止の制御を前記回転体の回転角度に基づいて行う前記制御装置を備えた請求項４記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項６】
前記拡大ブラックピーク幅を表示する表示装置を備えた請求項１記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項７】
荷電粒子ビームを照射対象に対して出射する荷電粒子ビーム出射装置おいて、
前記荷電粒子ビームを発生する荷電粒子ビーム発生装置と、
前記荷電粒子ビーム発生装置から出射された前記荷電粒子ビームの進行方向における厚みが変化し、かつ通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変えて前記照射対象内に拡大ブラッグピーク幅を形成させるビームエネルギー調整装置を有し、前記ビームエネルギー調整装置を通過した前記荷電粒子ビームを前記照射対象に対して出射する照射装置と、
前記荷電粒子ビームの進行方向で前記ビームエネルギー調整装置の下流側に配置された線量測定装置と、
前記線量測定装置で測定された線量に基づいて前記拡大ブラッグピーク幅を算出し、算出された前記拡大ブラッグピーク幅が設定された幅であるかを判定する拡大ブラッグピーク幅判定装置とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項８】
算出された前記拡大ブッラグピーク幅が前記設定された幅でないとき、前記荷電粒子ビームの出射を停止するように前記荷電粒子ビーム発生装置を制御する第１制御装置を備えた請求項７記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項９】
前記算出された拡大ブラックピーク幅を表示する表示装置を備えた請求項７記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１０】
前記線量値に基づいた前記拡大ブラッグピーク幅の算出を、前記線量値から求めた出射ＯＮ／ＯＦＦ時間に基づいて行う前記拡大ブラッグピーク幅演算装置を備えた請求項７記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１１】
前記ビームエネルギー調整装置は厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変える回転体を含んでいる請求項７記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１２】
前記回転体の回転時に、前記荷電粒子ビーム発生装置からの前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を制御する第２制御装置を備えた請求項１１記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１３】
前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止の制御を前記回転体の回転角度に基づいて行う前記第２制御装置を備えた請求項１２記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１４】
前記回転体は、厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変える複数の前記羽根部を有する請求項１１記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１５】
前記荷電粒子ビーム発生装置がシンクロトロン及びサイクロトロンのいずれか一方を含んでいる請求項１または請求項７記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１６】
高周波印加装置を有するシンクロトロンを含む前記荷電粒子ビーム発生装置と、算出された前記拡大ブッラグピーク幅が前記設定された幅でないとき、前記シンクロトロンからの前記荷電粒子ビームの出射を停止するために、前記高周波印加装置への高周波の印加を停止させる前記第１制御装置を備えた請求項８記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１７】
厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変える回転体を含んでいる前記ビームエネルギー調整装置と、
前記回転体の回転時に、前記シンクロトロンからの前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を制御する第２制御装置とを備え、
前記第２制御装置は、前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止の制御を、前記高周波印加装置への高周波の供給及び供給停止を制御することによって行う請求項１６記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１８】
サイクロトロン及び前記サイクロトロンに前記荷電粒子ビームを入射するイオン源を含む前記荷電粒子ビーム発生装置と、算出された前記拡大ブッラグピーク幅が前記設定された幅でないとき、前記サイクロトロンからの前記荷電粒子ビームの出射を停止するために、前記イオン源への電力の供給を停止させる前記第１制御装置を備えた請求項８記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１９】
サイクロトロン及び前記サイクロトロンに前記荷電粒子ビームを入射するイオン源を含む前記荷電粒子ビーム発生装置と、前記サイクロトロンから出射された前記荷電粒子ビームのエネルギーを変更するエネルギー変更装置と、算出された前記拡大ブッラグピーク幅が前記設定された幅でないとき、前記照射装置への前記荷電粒子ビームの輸送を停止するために、前記エネルギー変更装置に設けられるシャッターを閉じる前記第１制御装置を備えた請求項８記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項２０】
荷電粒子ビーム発生装置から出射された荷電粒子ビームを、前記荷電粒子ビームの進行方向における厚みが変化し、かつ通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変えて前記照射対象内に拡大ブラッグピーク幅を形成させるビームエネルギー調整装置を有する照射装置より出射させる荷電粒子ビーム出射方法において、
前記荷電粒子ビーム進行方向において、前記ビームエネルギー調整装置の下流側で前記荷電粒子ビームの線量を測定し、
前記線量に基づいて前記拡大ブラッグピーク幅を算出することを特徴とする荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２１】
前記線量値に基づいた前記拡大ブラッグピーク幅の算出を、前記線量値から求めた出射ＯＮ／ＯＦＦ時間に基づいて行う請求項２０記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２２】
前記ビームエネルギー調整装置に含まれている、厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変える回転体を回転させているときに、前記荷電粒子ビーム発生装置からの前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を行う請求項２０記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２３】
前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を前記回転体の回転角度に基づいて行う請求項２２記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２４】
荷電粒子ビーム発生装置から出射された荷電粒子ビームを、前記荷電粒子ビームの進行方向における厚みが変化し、かつ通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変えて前記照射対象内に拡大ブラッグピーク幅を形成させるビームエネルギー調整装置を有する照射装置より出射させる荷電粒子ビーム出射方法において、
前記荷電粒子ビーム進行方向において、前記ビームエネルギー調整装置の下流側で前記荷電粒子ビームの線量を測定し、
前記線量に基づいて前記拡大ブラッグピーク幅を算出し、算出された前記拡大ブラッグピーク幅が設定された幅であるかを判定することを特徴とする荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２５】
算出された前記拡大ブッラグピーク幅が前記設定された幅でないとき、前記荷電粒子ビームの出射を停止する請求項２４記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２６】
算出された前記拡大ブラックピーク幅を表示装置に表示する請求項２４記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２７】
前記線量値に基づいた前記拡大ブラッグピーク幅の算出を、前記線量値の単位時間当たりの線量率に基づいて行う請求項２４記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２８】
前記ビームエネルギー調整装置に含まれている、厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変える回転体を回転させているときに、前記荷電粒子ビーム発生装置からの前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を行う請求項２４記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２９】
前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を前記回転体の回転角度に基づいて行う請求項２８記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【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２００８−１２１２１（Ｐ２００８−１２１２１Ａ）
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１８７３５２（Ｐ２００６−１８７３５２）
【出願日】平成１８年７月７日（２００６．７．７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（０００１５３４４３）株式会社日立情報制御ソリューションズ (359)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月７日（２００６．７．７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（０００１５３４４３）株式会社日立情報制御ソリューションズ (359)
【Ｆターム（参考）】
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