荷電粒子線照射装置
【課題】ワブラー法及びスキャニング法の双方によって荷電粒子線を照射することができる荷電粒子線照射装置を提供する。
【解決手段】荷電粒子線照射装置１は、荷電粒子線Ｒを走査するための走査電磁石３ａ，３ｂと、荷電粒子線Ｒをワブラー法で照射するためのワブラー照射手段５と、荷電粒子線Ｒをスキャニング法で照射するためのスキャニング照射手段６と、ワブラー照射手段５及びスキャニング照射手段６を制御する制御装置７と、を備えている。荷電粒子線照射装置１では、制御装置７によって、ワブラー照射手段５又はスキャニング照射手段６の何れか一方を作動させると共に、何れか他方を荷電粒子線Ｒの照射が妨げられないように退避状態とする。よって、ワブラー法による照射及びスキャニング法による照射のそれぞれを、その一方が他方に悪影響を及ぼすことなく実現することができる。
【解決手段】荷電粒子線照射装置１は、荷電粒子線Ｒを走査するための走査電磁石３ａ，３ｂと、荷電粒子線Ｒをワブラー法で照射するためのワブラー照射手段５と、荷電粒子線Ｒをスキャニング法で照射するためのスキャニング照射手段６と、ワブラー照射手段５及びスキャニング照射手段６を制御する制御装置７と、を備えている。荷電粒子線照射装置１では、制御装置７によって、ワブラー照射手段５又はスキャニング照射手段６の何れか一方を作動させると共に、何れか他方を荷電粒子線Ｒの照射が妨げられないように退避状態とする。よって、ワブラー法による照射及びスキャニング法による照射のそれぞれを、その一方が他方に悪影響を及ぼすことなく実現することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線を被照射物に照射する荷電粒子線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の荷電粒子線照射装置としては、荷電粒子線を走査するための走査電磁石と、荷電粒子線をワブラー法で照射するためのワブラー照射手段と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなワブラー法による荷電粒子線照射装置では、荷電粒子線を走査電磁石で円を描くように走査して拡散し、拡散した荷電粒子線を被照射物の形状に沿って整形して照射する。
【０００３】
また、従来の荷電粒子線照射装置として、荷電粒子線を走査するための走査電磁石と、荷電粒子線をスキャニング法で照射するためのスキャニング照射手段と、を備えたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。このようなスキャニング法による荷電粒子線照射装置では、走査電磁石で荷電粒子線を被照射物上にて走査しながら照射する。
【特許文献１】特開平１１−２８２５２号公報
【特許文献２】特開２００６−３４７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上述した各種の荷電粒子線照射装置は、機能上それぞれ独立した装置とされ、ワブラー法による照射又はスキャニング法による照射の一方のみが可能である。よって、上述した荷電粒子装置では、照射の自由度が低いという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、ワブラー法及びスキャニング法の双方によって荷電粒子線を照射することができる荷電粒子線照射装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る荷電粒子線照射装置は、荷電粒子線を被照射物に照射する荷電粒子線照射装置であって、荷電粒子線を走査するための走査電磁石と、荷電粒子線をワブラー法で照射するためのワブラー照射手段と、荷電粒子線をスキャニング法で照射するためのスキャニング照射手段と、ワブラー照射手段とスキャニング照射手段とを制御する制御手段と、を備え、制御手段は、ワブラー照射手段又はスキャニング照射手段の何れか一方を作動させると共に、何れか他方を荷電粒子線の照射が妨げられないように退避状態とすることを特徴とする。
【０００７】
この荷電粒子線照射装置では、制御手段によってワブラー照射手段又はスキャニング照射手段の何れか一方が作動されると共に、何れか他方が荷電粒子線の照射を妨げないように退避状態とされる。つまり、例えば、荷電粒子線をワブラー法で照射する（以下、「ワブラー照射」という）場合、荷電粒子線が走査電磁石によって円を描くように走査されて拡散される。そして、制御手段でワブラー照射手段を作動され、例えば荷電粒子線が被照射物の形状に沿って整形されると共に、制御手段でスキャニング照射手段が退避状態とされる。一方、荷電粒子線をスキャニング法で照射する（以下、「スキャニング照射」という）場合、被照射物上において荷電粒子線が走査電磁石で走査される。このとき、制御手段でスキャニング照射手段が作動され、例えば荷電粒子線が収束されると共に、制御手段でワブラー照射手段が退避状態とされる。従って、本発明によれば、ワブラー法による照射及びスキャニング法による照射のそれぞれを、その一方が他方に悪影響を及ぼすことなく実現することができ、ワブラー法及びスキャニング法の双方で荷電粒子線を照射することが可能となる。
【０００８】
また、ワブラー照射手段及びスキャニング照射手段を取り付ける筐体を備え、ワブラー照射手段は、荷電粒子線を被照射物の形状に沿って整形する荷電粒子線整形ユニットを有し、スキャニング照射手段は、荷電粒子線の到達深さを調整する到達深さ調整ユニットを有し、荷電粒子線整形ユニット及び到達深さ調整ユニットは、筐体に対して相互に付け替え可能とされていることが好ましい。この場合、荷電粒子線を照射する際、荷電粒子線整形ユニット及び到達深さ調整ユニットを相互に付け替えることで、ワブラー照射とスキャニング照射との双方を実現することができる。さらに、このように、荷電粒子線整形ユニット及び到達深さ調整ユニットが相互に付け替え可能とされているため、これらを荷電粒子線照射装置に常に搭載しておくことが不要となり、荷電粒子線照射装置の小型化が可能となる。
【０００９】
このとき、荷電粒子線整形ユニットが筐体に取り付けられた際にオン又はオフとされる第１スイッチと、到達深さ調整ユニットが筐体に取り付けられた際にオン又はオフとされる第２スイッチと、の少なくとも一方を備え、制御手段は、第１及び第２スイッチの状態に基づいて走査電磁石を制御することが好ましい。この場合、筐体に取り付けられたユニットを第１及び第２スイッチで識別することができ、ワブラー照射とスキャニング照射を互いに切り替える際の誤操作や誤動作を防止すること（いわゆるインターロック）が可能となる。
【００１０】
また、ワブラー照射手段は、形状可変な開口部が形成され該開口部に荷電粒子線を通過させて荷電粒子線の平面形状を整形するコリメータを有し、制御手段は、スキャニング照射手段を作動させる際、照射方向の上流側へコリメータを移動させると共に、コリメータの開口部を拡大させることが好ましい。これにより、スキャニング照射の際、広い照射野を確保することができ、コリメータを好適に退避状態とすることが可能となる。
【００１１】
また、ワブラー照射手段は、荷電粒子線の線量分布を調整するフィルタを有し、フィルタには、荷電粒子線をそのまま通過させる通過部が形成されており、制御手段は、スキャニング照射手段を作動させる際、荷電粒子線が通過部を通過するようにフィルタを移動させることが好ましい。この場合、スキャニング照射の際、フィルタを移動させて荷電粒子線を通過部に通過させることで、フィルタを退避状態とすることができる。
【００１２】
また、ワブラー照射手段は、走査電磁石の下流側に配置され荷電粒子線を拡散させる散乱体を有し、荷電粒子線が通過する経路のうち散乱体より上流側は、真空に封止されている場合がある。スキャニング照射では、荷電粒子線を収束させて照射することから、荷電粒子線の経路を真空に封止することが望ましい。これは、荷電粒子線の経路を真空とすると、荷電粒子線の拡散を抑制できるためである。他方、ワブラー照射では、荷電粒子線を拡散させて照射することから、上記のようにワブラー照射手段が散乱体を有する場合がある。ここで、通常、散乱体は、その大きさ（厚さ）等の構造上の点から真空中に配置するのが困難であるため、大気中に配置されるのが一般的である。そこで、本発明では、走査電磁石の下流側に散乱体を配置し、この散乱体より上流側の荷電粒子線の経路を真空に封止している。これにより、ワブラー照射時では散乱体で荷電粒子線を拡散でき、且つスキャニング照射時では荷電粒子線の拡散を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ワブラー法及びスキャニング法の双方によって荷電粒子線を照射することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１５】
図１は本発明の一実施形態に係る荷電粒子線照射装置の斜視図である。図１に示すように、荷電粒子線照射装置１は、治療台１１を取り囲むように設けられた回転ガントリ１２に取り付けられ、該回転ガントリ１２によって治療台１１の回りに回転可能とされている。
【００１６】
図２は、図１の荷電粒子線照射装置のワブラー照射時の概略構成図、図３は、図１の荷電粒子線照射装置のスキャニング照射時の概略構成図である。図２，３に示すように、荷電粒子線照射装置１は、患者１３の体内の腫瘍（被照射物）１４に対し、ワブラー法及びスキャニング法の双方の照射方法を使用して荷電粒子線Ｒを照射するものである。荷電粒子線Ｒとは、電荷をもった粒子を高速に加速したものであり、例えば陽子線、重粒子（重イオン）線等が挙げられる。なお、ワブラー法は、ブロードビーム法とも称される。
【００１７】
図２，３に示すように、荷電粒子線照射装置１は、サイクロトロン２、走査電磁石３ａ，３ｂ、モニタ４ａ，４ｂ、ワブラー照射手段５、スキャニング照射手段６及び制御装置７を備えている。
【００１８】
サイクロトロン２は、荷電粒子線Ｒを発生させる発生源である。このサイクロトロン２は、制御装置７に接続されており、供給される電流が制御される。走査電磁石３ａ，３ｂは、制御装置７から供給される電流に応じて磁場を変化させ、通過する荷電粒子線Ｒを走査する。走査電磁石３ａは、Ｘ方向に荷電粒子線Ｒを走査し、走査電磁石３ｂは、Ｙ方向に荷電粒子線Ｒを走査する。これらの走査電磁石３ａ，３ｂは、荷電粒子線Ｒの照射軸（以下、単に「照射軸」という）においてサイクロトロン２の下流側にこの順で配置されている。
【００１９】
モニタ４ａは、荷電粒子線Ｒのビーム位置を監視し、モニタ４ｂは、荷電粒子線Ｒの線量の絶対値と荷電粒子線Ｒの線量分布とを監視する。各モニタ４ａ，４ｂは、監視した監視情報を制御装置７に出力する。モニタ４ａは、照射軸においてサイクロトロン２の下流側で走査電磁石３ａの上流側に配置されている。モニタ４ｂは、照射軸において走査電磁石３ｂの下流側に配置されている。
【００２０】
ワブラー照射手段５は、荷電粒子線をワブラー法で照射するためのものであり、筐体８に取り付けられて保持されている。このワブラー照射手段５は、散乱体２１、リッジフィルタ２２、ファインデグレーダ２３及びマルチリーフコリメータ２４を有している。
【００２１】
散乱体２１は、通過する荷電粒子線を、照射軸と直交する方向に広がりを持つ幅広のビームに拡散する。この散乱体２１は、板状を呈し、例えば厚さ数ｍｍの鉛で形成されている。散乱体２１は、照射軸において走査電磁石３ｂの下流側でモニタ４ｂの上流側に配置されている。また、散乱体２１は、スキャニング照射の際、制御装置７の制御で照射軸から離れるように移動し、荷電粒子線Ｒが通過しない状態とされる（図３参照）。つまり、散乱体２１は、スキャニング照射時において、荷電粒子線Ｒの照射を妨げない状態である退避状態とされる。
【００２２】
リッジフィルタ２２は、荷電粒子線Ｒの線量分布を調整するものである。具体的には、リッジフィルタ２２は、患者１３の体内の腫瘍１４の厚さ（照射方向の長さ）に対応するように、荷電粒子線Ｒに拡大ブラッグピーク（ＳＯＢＰ）を与える。
【００２３】
図４は、図２のIV−IVに沿ってのリッジフィルタの断面図である。図４に示すように、リッジフィルタ２２は、ステージ２２ａに複数のフィルタ部２２ｂがマトリクス状に設けられて構成されている。これらのフィルタ部２２ｂは、階段状に厚さの変化する金属棒が簾状に並べられてなり、異なるＳＯＢＰを金属棒の形状の相違によって形成する。このステージ２２ａには、荷電粒子線ＲにＳＯＢＰを与えずに荷電粒子線Ｒをそのまま通過させる開口であるブランク部（通過部）２２ｃが設けられている。そして、リッジフィルタ２２は、制御装置７の制御で移動され、荷電粒子線Ｒを通過させるフィルタ部２２ｂが選択的に変更される。これにより、荷電粒子線ＲにおけるＳＯＢＰのピーク幅及び位置を調整することができる。
【００２４】
図２，３に戻り、このリッジフィルタ２２は、照射軸において散乱体２１の下流側でモニタ４ｂの上流側に配置されている。また、リッジフィルタ２２は、スキャニング照射の際、制御装置７の制御で移動され、荷電粒子線Ｒがブランク部（通過部）２２ｃを通過するように配置される（図３参照）。つまり、リッジフィルタ２２は、スキャニング照射時に退避状態とされる。
【００２５】
ファインデグレーダ２３は、通過する荷電粒子線Ｒのエネルギー損失を変化させて、患者１３の体内における荷電粒子線Ｒの到達深さを調整する。具体的には、ファインデグレーダ２３は、互いに積層された複数のブロック２３ａを有し、これらの重なり方を調節することで、荷電粒子線Ｒが通過する厚さを変化させる。これにより、荷電粒子線Ｒは、通過したブロック２３ａの厚さに応じてエネルギーを失い、到達深さが変化することとなる。
【００２６】
このファインデグレーダ２３は、照射軸においてリッジフィルタ２２とモニタ４ｂとの間に配置されている。また、ファインデグレーダ２３は、スキャニング照射の際、制御装置７の制御によって各ブロック２３ａが照射軸から離れるように移動され、荷電粒子線Ｒがブロック２３ａを通過しない状態とされる（図３参照）。つまり、ファインデグレーダ２３は、スキャニング照射時に退避状態とされる。
【００２７】
マルチリーフコリメータ（Multi Leaf Collimator:以下、「ＭＬＣ」という）２４は、照射方向と垂直な平面方向における荷電粒子線Ｒの形状（平面形状）を整形するものであり、複数の櫛歯を含む遮線部２４ａ，２４ｂを有している。遮線部２４ａ，２４ｂは、互いに突き合わせるように配置されており、これらの遮線部２４ａ，２４ｂ間には、開口部２４ｃが形成されている。このＭＬＣ２４は、開口部２４ｃに荷電粒子線Ｒを通過させることで、開口部２４ｃの形状に対応する輪郭に荷電粒子線Ｒを切り取る。
【００２８】
また、ＭＬＣ２４は、照射軸と直交する方向に遮線部２４ａ，２４ｂを進退させることで、開口部２４ｃの位置及び形状を変化することが可能となっている。さらに、ＭＬＣ２４は、リニアガイド２８で照射方向に沿って案内されており、照射方向に沿って移動可能になっている。
【００２９】
このＭＬＣ２４は、照射軸においてモニタ４ｂの下流側に配置されている。また、ＭＬＣ２４は、スキャニング照射の際、制御装置７の制御により、開口部２４ｃが拡大されると共に照射方向の上流側へ移動される（図３参照）。ここでのＭＬＣ２４では、スキャニング照射時において、最大開口面積となるように開口部２４ｃが拡大されると共に、上流側の移動限まで移動される。すなわち、ＭＬＣ２４は、スキャニング照射時に退避状態とされる。
【００３０】
また、ワブラー照射手段５は、スノートホルダ（荷電粒子線整形ユニット）２５をさらに有している。スノートホルダ２５は、ワブラー照射に際して患者１３毎に予め作成され準備されるものである。このスノートホルダ２５は、照射方向における筐体８の先端部８ａに着脱可能とされ、また、後述のファインデグレーダホルダ３２と相互に付け替え可能となっている。スノートホルダ２５は、その内部にボーラス２６と患者コリメータ２７とを含んでいる。
【００３１】
ボーラス２６は、荷電粒子線Ｒの最大到達深さの部分の立体形状を、腫瘍１４の最大深さ部分の形状に合わせて整形する。このボーラス２６の形状は、例えば、腫瘍１４の輪郭線と、Ｘ線ＣＴのデータから求められる周辺組織の電子密度とに基づいて算出される。ボーラス２６は、照射軸においてＭＬＣ２４の下流側に配置されている。患者コリメータ２７は、荷電粒子線Ｒの平面形状を腫瘍１４の平面形状に合わせて最終的に整形するものである。この患者コリメータ２７は、照射軸においてボーラス２６の下流側に配置されており、ＭＬＣ２４の代わりとして用いられる。
【００３２】
また、スノートホルダ２５には、リミットスイッチ２５ａが設けられている。リミットスイッチ２５ａは、スノートホルダ２５が筐体８に取り付けされた際、筐体８の取付孔８ｂに進入されることでＯＮ（オン）とされる。また、リミットスイッチ２５ａは、制御装置７に接続されており、スイッチ情報を制御装置７に出力する。
【００３３】
スキャニング照射手段６は、荷電粒子線をスキャニング法で照射するためのものであり、ワブラー照射手段５と同様に筐体８に取り付けられて保持されている。このスキャニング照射手段６は、収束体３１ａ，３１ｂ及びファインデグレーダホルダ（到達深さ調整ユニット）３２を有している。
【００３４】
収束体３１ａ，３１ｂは、例えば荷電粒子線Ｒを絞って収束させるものであり、ここでは、電磁石が用いられている。収束体３１ａは、照射軸においてサイクロトロン２とモニタ４ａとの間に配置され、収束体３１ｂは、照射軸においてモニタ４ａと走査電磁石３ａとの間に配置されている。また、これらの収束体３１ａ，３１ｂは、ワブラー照射の際、制御装置７の制御によって電流が非供給にされて機能が停止され、荷電粒子線Ｒを収束せずにそのまま通過させる。つまり、収束体３１ａ，３１ｂは、ワブラー照射時に退避状態とされる。
【００３５】
ファインデグレーダホルダ３２は、照射方向における筐体８の先端部８ａに着脱可能とされ、また、上述のスノートホルダ２５と相互に付け替え可能となっている。このファインデグレーダホルダ３２は、その内部にファインデグレーダ３３を含んでいる。
【００３６】
ファインデグレーダ３３は、通過する荷電粒子線Ｒのエネルギー損失を変化させて、患者１３の体内における荷電粒子線Ｒの最大到達深さを最終的に調整する。具体的には、ファインデグレーダ３３は、所定の重なり方で互いに積層された複数のブロック３３ａを有しており、通過したブロック３３ａの厚さに応じて荷電粒子線Ｒのエネルギーを失わせ、荷電粒子線Ｒの最大到達深さを腫瘍１４の最大深さ部分の形状に合わせる。なお、サイクロトロン２と収束体３１ａとの中間においてエネルギー損失を変化させる方法もあり、この場合には、ファインデグレーダ３３は不要となる。
【００３７】
このファインデグレーダホルダ３２には、リミットスイッチ３２ａが設けられている。リミットスイッチ３２ａは、ファインデグレーダホルダ３２が筐体８に取り付けされた際、筐体８の取付孔８ｃに進入されることでＯＮ（オン）とされる。また、リミットスイッチ３２ａは、制御装置７に接続されており、スイッチ情報を制御装置７に出力する。
【００３８】
制御装置７は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等により構成されている。この制御装置７は、モニタ４ａ，４ｂから出力された監視情報、及びリミットスイッチ２５ａ，３２ａから出力されたスイッチ情報に基づいて、サイクロトロン２、走査電磁石３ａ，３ｂ、ワブラー照射手段５及びスキャニング照射手段６を制御する（詳しくは、後述）。
【００３９】
また、荷電粒子線照射装置１では、荷電粒子線Ｒが通過する経路のうち散乱体２１より上流側が、パイプ４１で覆われ封止されており、このパイプ４１内が、真空にされている。ここでは、例えば１０−３［Ｐａ］になるまでパイプ４１内を真空ポンプ（不図示）で真空引きしている。
【００４０】
次に、荷電粒子線照射装置１を用い、患者１３の腫瘍１４に対して荷電粒子線Ｒを照射する場合について説明する。
【００４１】
荷電粒子線照射装置１では、ワブラー照射を行う場合、図２に示すように、まず、筐体８の先端部８ａにスノートホルダ２５を取り付ける。そして、制御装置７によってワブラー照射手段５を作動させる。具体的には、荷電粒子線Ｒが通過するように散乱体２１が移動され、荷電粒子線Ｒがフィルタ部２２ｂを通過するようにリッジフィルタ２２が移動される。さらに、ファインデグレーダ２３のブロック２３ａが調節されてその厚さが所定厚さとされ、ＭＬＣ２４の遮線部２４ａ，２４ｂが進退されて開口部２４ｃが所定形状とされる。これと共に、制御装置７によって収束体３１ａ，３１ｂが退避状態にされる。
【００４２】
続いて、サイクロトロン２から荷電粒子線Ｒを発生させる。発生された荷電粒子線Ｒは、走査電磁石３ａ，３ｂによって円を描くように走査されて拡散された後、リッジフィルタ２２、ファインデグレーダ２３、ＭＬＣ２４、ボーラス２６及び患者コリメータ２７によって整形及び調整される。これにより、腫瘍１４の形状に沿った一様照射野でもって腫瘍１４に荷電粒子線Ｒが照射されることとなる。
【００４３】
ここで、スノートホルダ２５を筐体８に取り付けた際には、リミットスイッチ２５ａがＯＮとされ、制御装置７によってスキャニング照射手段６が退避状態であるか否かが判定される。退避状態であると判定された場合、例えばサイン波の波形を有する電流が走査電磁石３ａ，３ｂに供給され、上述のようにサイクロトロン２から荷電粒子線Ｒが発生される一方、退避状態でないと判定された場合、走査電磁石３ａ，３ｂへの電流の供給が行われない。
【００４４】
さらに、リミットスイッチ２５ａがＯＮのとき、制御装置７によって走査電磁石３ａ，３ｂが制御される。具体的には、走査電磁石３ａ，３ｂに供給される電流がワブラー照射モードとされ、上述したように荷電粒子線Ｒが円を描くように走査される。
【００４５】
また、荷電粒子線照射装置１では、スキャニング照射を行う場合、図３に示すように、まず、筐体８の先端部８ａにファインデグレーダホルダ３２を取り付ける。そして、制御装置７によってワブラー照射手段５を作動させる。具体的には、通過する荷電粒子線Ｒが収束するように収束体３１ａ，３１ｂが作動状態（ＯＮ）とされる。これと共に、制御装置７によってワブラー照射手段５が退避状態とされる。なお、前述のように、サイクロトロン２と収束体３１ａとの中間でエネルギー損失を変化させる方法では、ファインデグレーダホルダ３２の取り付けは不要となる。
【００４６】
続いて、サイクロトロン２から荷電粒子線Ｒを発生させる。発生した荷電粒子線Ｒは、走査電磁石３ａ，３ｂで腫瘍１４上にて走査されると共に、リッジフィルタ２２のブランク部２２ｃを通過し、ファインデグレーダ３３で荷電粒子線Ｒの最大到達深さが調整される。これにより、荷電粒子線Ｒは、腫瘍１４上にて走査されつつ照射されることとなる。
【００４７】
ここで、ファインデグレーダホルダ３２を筐体８に取り付けた際には、リミットスイッチ３２ａがＯＮとされ、制御装置７によってワブラー照射手段５が退避状態であるか否かが判定される。退避状態であると判定された場合、例えば矩形波又は三角波の波形を有する電流が走査電磁石３ａ，３ｂに供給され、上述のようにサイクロトロン２から荷電粒子線Ｒが発生される。一方、退避状態でないと判定された場合、走査電磁石３ａ，３ｂへの電流の供給が行われない。
【００４８】
さらに、リミットスイッチ３２ａがＯＮのとき、制御装置７によって走査電磁石３ａ，３ｂが制御される。具体的には、走査電磁石３ａ，３ｂに供給される電流がスキャニング照射モードとされ、上述したように荷電粒子線Ｒが腫瘍１４上にて走査される。
【００４９】
以上、本実施形態の荷電粒子線照射装置１では、荷電粒子線Ｒを照射するに際し、ワブラー照射手段５又はスキャニング照射手段６の何れか一方が作動されると共に、何れか他方が荷電粒子線Ｒの照射が妨げられないように退避状態とされる。従って、荷電粒子線照射装置１によれば、ワブラー照射及びスキャニング照射のそれぞれを、その一方が他方に悪影響を及ぼすことなく実現することができ、ワブラー法及びスキャニング法の双方によって荷電粒子線Ｒを照射することが可能となる。その結果、荷電粒子線照射装置１における照射の自由度を高めることができる。さらに、ワブラー照射及びスキャニング照射のそれぞれで走査電磁石３ａ、３ｂを兼用することができ、よって、これらの各照射を好適に行うことが可能となる。
【００５０】
また、荷電粒子線照射装置１は、上述したように、スノートホルダ２５及びファインデグレーダホルダ３２が、筐体８に対して相互に付け替え可能に構成されている。そのため、荷電粒子線Ｒを照射する際、スノートホルダ２５及びファインデグレーダホルダ３２を相互に付け替えることで、ワブラー照射とスキャニング照射との双方を実現することができる。さらに、このように、スノートホルダ２５及びファインデグレーダホルダ３２が相互に付け替え可能に構成されているため、これらを荷電粒子線照射装置１に常に搭載しておくことが不要となり、荷電粒子線照射装置１の小型化が可能となる。
【００５１】
また、荷電粒子線照射装置１では、上述したように、スノートホルダ２５にリミットスイッチ２５ａが設けられており、ファインデグレーダホルダ３２にリミットスイッチ３２ａが設けられている。そして、制御装置７は、これらのリミットスイッチ２５ａ，３２ａのスイッチ情報に基づいて、走査電磁石３ａ，３ｂを制御する。加えて、制御装置７は、かかるスイッチ情報に基づいて、ワブラー照射手段５又はスキャニング照射手段６の退避状態を判定する。これにより、ホルダ２５，３２のうちの何れが筐体８に取り付けられているかを識別し、ワブラー照射とスキャニング照射を互いに切り替える際の誤操作や誤動作を防止すること（いわゆるインターロック）が可能となる。その結果、意図しない照射方法で荷電粒子線Ｒが照射されるのを抑止でき、荷電粒子線照射装置１の安全性を高めることができる。
【００５２】
また、上述したように、スキャニング照射の際、ＭＬＣ２４の開口部２４ｃが拡大されると共に、このＭＬＣ２４が照射方向の上流側へ移動される。このようにＭＬＣ２４を退避状態にすることで、スキャニング照射時に広い照射野を確保することができる。
【００５３】
また、上述したように、リッジフィルタ２２には、荷電粒子線Ｒをそのまま通過させるブランク部２２ｃが形成されている。よって、スキャニング照射の際、制御装置７でリッジフィルタ２２を制御し、荷電粒子線Ｒがブランク部２２ｃを通過するようにリッジフィルタ２２を移動させることで、リッジフィルタ２２を好適に退避状態とすることができる。
【００５４】
ところで、スキャニング照射では、荷電粒子線Ｒを収束させて照射することから、荷電粒子線Ｒの経路を真空に封止することが望ましい。これは、荷電粒子線Ｒの経路を真空とすると、荷電粒子線Ｒの拡散を抑制できるためである。他方、ワブラー照射では、荷電粒子線Ｒを拡散させて照射することから、ワブラー照射手段５が散乱体２１を有している。この散乱体２１は、その厚さ方向にボリュームがあり、大きさ等の構造上の点で真空中に配置するのが困難であるため、大気中に配置されるのが一般的である。そこで、荷電粒子線照射装置１では、上述したように、走査電磁石３ａ，３ｂの下流側に散乱体２１を配置し、この散乱体２１よりも上流側の荷電粒子線Ｒの経路を真空に封止している。これにより、ワブラー照射時では散乱体２１で荷電粒子線Ｒを拡散でき、且つスキャニング照射時では荷電粒子線Ｒの拡散を抑制することができる。その結果、スキャニング照射の際の走査電磁石３ａ，３ｂにおいては、拡散していない状態で荷電粒子線Ｒを走査することができ、スキャニング照射を高精度化することが可能となる。
【００５５】
なお、荷電粒子線照射装置１におけるスキャニング法としては、照射領域がスポット状になるよう荷電粒子線Ｒを照射するスポットスキャニング法、荷電粒子線Ｒをジグザグに走査しつつ連続照射するラスタースキャニング法、荷電粒子線Ｒを平行に走査しつつ連続照射するラインスキャニング法等が挙げられる。本実施形態のようにサイクロトロン２を採用すると、荷電粒子線Ｒが連続的に発生されるため、スキャニング法としては、ラスタースキャニング法又はラインスキャニング法が好ましい。シンクロトロンを採用すると、荷電粒子線Ｒが断続（パルス）的に発生されるため、スキャニング法としてはスポットスキャニング法が好ましい。
【００５６】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、各ホルダ２５，３２にリミットスイッチ２５ａ，３２ａをそれぞれ設けたが、リミットスイッチ２５ａ，３２ａの何れか一方のみを設けてもよい。また、リミットスイッチ２５ａ，３２ａは、ホルダ２５，３２が筐体８に取り付けられた際にオンとされるものであるが、取り付けられた際にオフとされるものであってもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、リッジフィルタ２２にブランク部２２ｃを通過部として設けたが、この通過部は、荷電粒子線Ｒを実質的にそのまま通過（透過）させるものであればフィルタ等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態に係る荷電粒子線照射装置の斜視図である。
【図２】図１の荷電粒子線照射装置のワブラー照射時の概略構成図である。
【図３】図１の荷電粒子線照射装置のスキャニング照射時の概略構成図である。
【図４】図２のIV−IVに沿ってのリッジフィルタの断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１…荷電粒子線照射装置、３ａ，３ｂ…走査電磁石、５…ワブラー照射手段、６…スキャニング照射手段、７…制御装置（制御手段）、８…筐体、１４…被照射物、２１…散乱体、２２…リッジフィルタ（フィルタ）、２２ｃ…ブランク部（通過部）、２４…ＭＬＣ（コリメータ）、２４ｃ…開口部、２５…スノートホルダ（荷電粒子線整形ユニット）、２５ａ…リミットスイッチ（第１スイッチ）、３２…ファインデグレーダホルダ（到達深さ調整ユニット）、３２ａ…リミットスイッチ（第２スイッチ）、Ｒ…荷電粒子線。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線を被照射物に照射する荷電粒子線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の荷電粒子線照射装置としては、荷電粒子線を走査するための走査電磁石と、荷電粒子線をワブラー法で照射するためのワブラー照射手段と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなワブラー法による荷電粒子線照射装置では、荷電粒子線を走査電磁石で円を描くように走査して拡散し、拡散した荷電粒子線を被照射物の形状に沿って整形して照射する。
【０００３】
また、従来の荷電粒子線照射装置として、荷電粒子線を走査するための走査電磁石と、荷電粒子線をスキャニング法で照射するためのスキャニング照射手段と、を備えたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。このようなスキャニング法による荷電粒子線照射装置では、走査電磁石で荷電粒子線を被照射物上にて走査しながら照射する。
【特許文献１】特開平１１−２８２５２号公報
【特許文献２】特開２００６−３４７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上述した各種の荷電粒子線照射装置は、機能上それぞれ独立した装置とされ、ワブラー法による照射又はスキャニング法による照射の一方のみが可能である。よって、上述した荷電粒子装置では、照射の自由度が低いという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、ワブラー法及びスキャニング法の双方によって荷電粒子線を照射することができる荷電粒子線照射装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る荷電粒子線照射装置は、荷電粒子線を被照射物に照射する荷電粒子線照射装置であって、荷電粒子線を走査するための走査電磁石と、荷電粒子線をワブラー法で照射するためのワブラー照射手段と、荷電粒子線をスキャニング法で照射するためのスキャニング照射手段と、ワブラー照射手段とスキャニング照射手段とを制御する制御手段と、を備え、制御手段は、ワブラー照射手段又はスキャニング照射手段の何れか一方を作動させると共に、何れか他方を荷電粒子線の照射が妨げられないように退避状態とすることを特徴とする。
【０００７】
この荷電粒子線照射装置では、制御手段によってワブラー照射手段又はスキャニング照射手段の何れか一方が作動されると共に、何れか他方が荷電粒子線の照射を妨げないように退避状態とされる。つまり、例えば、荷電粒子線をワブラー法で照射する（以下、「ワブラー照射」という）場合、荷電粒子線が走査電磁石によって円を描くように走査されて拡散される。そして、制御手段でワブラー照射手段を作動され、例えば荷電粒子線が被照射物の形状に沿って整形されると共に、制御手段でスキャニング照射手段が退避状態とされる。一方、荷電粒子線をスキャニング法で照射する（以下、「スキャニング照射」という）場合、被照射物上において荷電粒子線が走査電磁石で走査される。このとき、制御手段でスキャニング照射手段が作動され、例えば荷電粒子線が収束されると共に、制御手段でワブラー照射手段が退避状態とされる。従って、本発明によれば、ワブラー法による照射及びスキャニング法による照射のそれぞれを、その一方が他方に悪影響を及ぼすことなく実現することができ、ワブラー法及びスキャニング法の双方で荷電粒子線を照射することが可能となる。
【０００８】
また、ワブラー照射手段及びスキャニング照射手段を取り付ける筐体を備え、ワブラー照射手段は、荷電粒子線を被照射物の形状に沿って整形する荷電粒子線整形ユニットを有し、スキャニング照射手段は、荷電粒子線の到達深さを調整する到達深さ調整ユニットを有し、荷電粒子線整形ユニット及び到達深さ調整ユニットは、筐体に対して相互に付け替え可能とされていることが好ましい。この場合、荷電粒子線を照射する際、荷電粒子線整形ユニット及び到達深さ調整ユニットを相互に付け替えることで、ワブラー照射とスキャニング照射との双方を実現することができる。さらに、このように、荷電粒子線整形ユニット及び到達深さ調整ユニットが相互に付け替え可能とされているため、これらを荷電粒子線照射装置に常に搭載しておくことが不要となり、荷電粒子線照射装置の小型化が可能となる。
【０００９】
このとき、荷電粒子線整形ユニットが筐体に取り付けられた際にオン又はオフとされる第１スイッチと、到達深さ調整ユニットが筐体に取り付けられた際にオン又はオフとされる第２スイッチと、の少なくとも一方を備え、制御手段は、第１及び第２スイッチの状態に基づいて走査電磁石を制御することが好ましい。この場合、筐体に取り付けられたユニットを第１及び第２スイッチで識別することができ、ワブラー照射とスキャニング照射を互いに切り替える際の誤操作や誤動作を防止すること（いわゆるインターロック）が可能となる。
【００１０】
また、ワブラー照射手段は、形状可変な開口部が形成され該開口部に荷電粒子線を通過させて荷電粒子線の平面形状を整形するコリメータを有し、制御手段は、スキャニング照射手段を作動させる際、照射方向の上流側へコリメータを移動させると共に、コリメータの開口部を拡大させることが好ましい。これにより、スキャニング照射の際、広い照射野を確保することができ、コリメータを好適に退避状態とすることが可能となる。
【００１１】
また、ワブラー照射手段は、荷電粒子線の線量分布を調整するフィルタを有し、フィルタには、荷電粒子線をそのまま通過させる通過部が形成されており、制御手段は、スキャニング照射手段を作動させる際、荷電粒子線が通過部を通過するようにフィルタを移動させることが好ましい。この場合、スキャニング照射の際、フィルタを移動させて荷電粒子線を通過部に通過させることで、フィルタを退避状態とすることができる。
【００１２】
また、ワブラー照射手段は、走査電磁石の下流側に配置され荷電粒子線を拡散させる散乱体を有し、荷電粒子線が通過する経路のうち散乱体より上流側は、真空に封止されている場合がある。スキャニング照射では、荷電粒子線を収束させて照射することから、荷電粒子線の経路を真空に封止することが望ましい。これは、荷電粒子線の経路を真空とすると、荷電粒子線の拡散を抑制できるためである。他方、ワブラー照射では、荷電粒子線を拡散させて照射することから、上記のようにワブラー照射手段が散乱体を有する場合がある。ここで、通常、散乱体は、その大きさ（厚さ）等の構造上の点から真空中に配置するのが困難であるため、大気中に配置されるのが一般的である。そこで、本発明では、走査電磁石の下流側に散乱体を配置し、この散乱体より上流側の荷電粒子線の経路を真空に封止している。これにより、ワブラー照射時では散乱体で荷電粒子線を拡散でき、且つスキャニング照射時では荷電粒子線の拡散を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ワブラー法及びスキャニング法の双方によって荷電粒子線を照射することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１５】
図１は本発明の一実施形態に係る荷電粒子線照射装置の斜視図である。図１に示すように、荷電粒子線照射装置１は、治療台１１を取り囲むように設けられた回転ガントリ１２に取り付けられ、該回転ガントリ１２によって治療台１１の回りに回転可能とされている。
【００１６】
図２は、図１の荷電粒子線照射装置のワブラー照射時の概略構成図、図３は、図１の荷電粒子線照射装置のスキャニング照射時の概略構成図である。図２，３に示すように、荷電粒子線照射装置１は、患者１３の体内の腫瘍（被照射物）１４に対し、ワブラー法及びスキャニング法の双方の照射方法を使用して荷電粒子線Ｒを照射するものである。荷電粒子線Ｒとは、電荷をもった粒子を高速に加速したものであり、例えば陽子線、重粒子（重イオン）線等が挙げられる。なお、ワブラー法は、ブロードビーム法とも称される。
【００１７】
図２，３に示すように、荷電粒子線照射装置１は、サイクロトロン２、走査電磁石３ａ，３ｂ、モニタ４ａ，４ｂ、ワブラー照射手段５、スキャニング照射手段６及び制御装置７を備えている。
【００１８】
サイクロトロン２は、荷電粒子線Ｒを発生させる発生源である。このサイクロトロン２は、制御装置７に接続されており、供給される電流が制御される。走査電磁石３ａ，３ｂは、制御装置７から供給される電流に応じて磁場を変化させ、通過する荷電粒子線Ｒを走査する。走査電磁石３ａは、Ｘ方向に荷電粒子線Ｒを走査し、走査電磁石３ｂは、Ｙ方向に荷電粒子線Ｒを走査する。これらの走査電磁石３ａ，３ｂは、荷電粒子線Ｒの照射軸（以下、単に「照射軸」という）においてサイクロトロン２の下流側にこの順で配置されている。
【００１９】
モニタ４ａは、荷電粒子線Ｒのビーム位置を監視し、モニタ４ｂは、荷電粒子線Ｒの線量の絶対値と荷電粒子線Ｒの線量分布とを監視する。各モニタ４ａ，４ｂは、監視した監視情報を制御装置７に出力する。モニタ４ａは、照射軸においてサイクロトロン２の下流側で走査電磁石３ａの上流側に配置されている。モニタ４ｂは、照射軸において走査電磁石３ｂの下流側に配置されている。
【００２０】
ワブラー照射手段５は、荷電粒子線をワブラー法で照射するためのものであり、筐体８に取り付けられて保持されている。このワブラー照射手段５は、散乱体２１、リッジフィルタ２２、ファインデグレーダ２３及びマルチリーフコリメータ２４を有している。
【００２１】
散乱体２１は、通過する荷電粒子線を、照射軸と直交する方向に広がりを持つ幅広のビームに拡散する。この散乱体２１は、板状を呈し、例えば厚さ数ｍｍの鉛で形成されている。散乱体２１は、照射軸において走査電磁石３ｂの下流側でモニタ４ｂの上流側に配置されている。また、散乱体２１は、スキャニング照射の際、制御装置７の制御で照射軸から離れるように移動し、荷電粒子線Ｒが通過しない状態とされる（図３参照）。つまり、散乱体２１は、スキャニング照射時において、荷電粒子線Ｒの照射を妨げない状態である退避状態とされる。
【００２２】
リッジフィルタ２２は、荷電粒子線Ｒの線量分布を調整するものである。具体的には、リッジフィルタ２２は、患者１３の体内の腫瘍１４の厚さ（照射方向の長さ）に対応するように、荷電粒子線Ｒに拡大ブラッグピーク（ＳＯＢＰ）を与える。
【００２３】
図４は、図２のIV−IVに沿ってのリッジフィルタの断面図である。図４に示すように、リッジフィルタ２２は、ステージ２２ａに複数のフィルタ部２２ｂがマトリクス状に設けられて構成されている。これらのフィルタ部２２ｂは、階段状に厚さの変化する金属棒が簾状に並べられてなり、異なるＳＯＢＰを金属棒の形状の相違によって形成する。このステージ２２ａには、荷電粒子線ＲにＳＯＢＰを与えずに荷電粒子線Ｒをそのまま通過させる開口であるブランク部（通過部）２２ｃが設けられている。そして、リッジフィルタ２２は、制御装置７の制御で移動され、荷電粒子線Ｒを通過させるフィルタ部２２ｂが選択的に変更される。これにより、荷電粒子線ＲにおけるＳＯＢＰのピーク幅及び位置を調整することができる。
【００２４】
図２，３に戻り、このリッジフィルタ２２は、照射軸において散乱体２１の下流側でモニタ４ｂの上流側に配置されている。また、リッジフィルタ２２は、スキャニング照射の際、制御装置７の制御で移動され、荷電粒子線Ｒがブランク部（通過部）２２ｃを通過するように配置される（図３参照）。つまり、リッジフィルタ２２は、スキャニング照射時に退避状態とされる。
【００２５】
ファインデグレーダ２３は、通過する荷電粒子線Ｒのエネルギー損失を変化させて、患者１３の体内における荷電粒子線Ｒの到達深さを調整する。具体的には、ファインデグレーダ２３は、互いに積層された複数のブロック２３ａを有し、これらの重なり方を調節することで、荷電粒子線Ｒが通過する厚さを変化させる。これにより、荷電粒子線Ｒは、通過したブロック２３ａの厚さに応じてエネルギーを失い、到達深さが変化することとなる。
【００２６】
このファインデグレーダ２３は、照射軸においてリッジフィルタ２２とモニタ４ｂとの間に配置されている。また、ファインデグレーダ２３は、スキャニング照射の際、制御装置７の制御によって各ブロック２３ａが照射軸から離れるように移動され、荷電粒子線Ｒがブロック２３ａを通過しない状態とされる（図３参照）。つまり、ファインデグレーダ２３は、スキャニング照射時に退避状態とされる。
【００２７】
マルチリーフコリメータ（Multi Leaf Collimator:以下、「ＭＬＣ」という）２４は、照射方向と垂直な平面方向における荷電粒子線Ｒの形状（平面形状）を整形するものであり、複数の櫛歯を含む遮線部２４ａ，２４ｂを有している。遮線部２４ａ，２４ｂは、互いに突き合わせるように配置されており、これらの遮線部２４ａ，２４ｂ間には、開口部２４ｃが形成されている。このＭＬＣ２４は、開口部２４ｃに荷電粒子線Ｒを通過させることで、開口部２４ｃの形状に対応する輪郭に荷電粒子線Ｒを切り取る。
【００２８】
また、ＭＬＣ２４は、照射軸と直交する方向に遮線部２４ａ，２４ｂを進退させることで、開口部２４ｃの位置及び形状を変化することが可能となっている。さらに、ＭＬＣ２４は、リニアガイド２８で照射方向に沿って案内されており、照射方向に沿って移動可能になっている。
【００２９】
このＭＬＣ２４は、照射軸においてモニタ４ｂの下流側に配置されている。また、ＭＬＣ２４は、スキャニング照射の際、制御装置７の制御により、開口部２４ｃが拡大されると共に照射方向の上流側へ移動される（図３参照）。ここでのＭＬＣ２４では、スキャニング照射時において、最大開口面積となるように開口部２４ｃが拡大されると共に、上流側の移動限まで移動される。すなわち、ＭＬＣ２４は、スキャニング照射時に退避状態とされる。
【００３０】
また、ワブラー照射手段５は、スノートホルダ（荷電粒子線整形ユニット）２５をさらに有している。スノートホルダ２５は、ワブラー照射に際して患者１３毎に予め作成され準備されるものである。このスノートホルダ２５は、照射方向における筐体８の先端部８ａに着脱可能とされ、また、後述のファインデグレーダホルダ３２と相互に付け替え可能となっている。スノートホルダ２５は、その内部にボーラス２６と患者コリメータ２７とを含んでいる。
【００３１】
ボーラス２６は、荷電粒子線Ｒの最大到達深さの部分の立体形状を、腫瘍１４の最大深さ部分の形状に合わせて整形する。このボーラス２６の形状は、例えば、腫瘍１４の輪郭線と、Ｘ線ＣＴのデータから求められる周辺組織の電子密度とに基づいて算出される。ボーラス２６は、照射軸においてＭＬＣ２４の下流側に配置されている。患者コリメータ２７は、荷電粒子線Ｒの平面形状を腫瘍１４の平面形状に合わせて最終的に整形するものである。この患者コリメータ２７は、照射軸においてボーラス２６の下流側に配置されており、ＭＬＣ２４の代わりとして用いられる。
【００３２】
また、スノートホルダ２５には、リミットスイッチ２５ａが設けられている。リミットスイッチ２５ａは、スノートホルダ２５が筐体８に取り付けされた際、筐体８の取付孔８ｂに進入されることでＯＮ（オン）とされる。また、リミットスイッチ２５ａは、制御装置７に接続されており、スイッチ情報を制御装置７に出力する。
【００３３】
スキャニング照射手段６は、荷電粒子線をスキャニング法で照射するためのものであり、ワブラー照射手段５と同様に筐体８に取り付けられて保持されている。このスキャニング照射手段６は、収束体３１ａ，３１ｂ及びファインデグレーダホルダ（到達深さ調整ユニット）３２を有している。
【００３４】
収束体３１ａ，３１ｂは、例えば荷電粒子線Ｒを絞って収束させるものであり、ここでは、電磁石が用いられている。収束体３１ａは、照射軸においてサイクロトロン２とモニタ４ａとの間に配置され、収束体３１ｂは、照射軸においてモニタ４ａと走査電磁石３ａとの間に配置されている。また、これらの収束体３１ａ，３１ｂは、ワブラー照射の際、制御装置７の制御によって電流が非供給にされて機能が停止され、荷電粒子線Ｒを収束せずにそのまま通過させる。つまり、収束体３１ａ，３１ｂは、ワブラー照射時に退避状態とされる。
【００３５】
ファインデグレーダホルダ３２は、照射方向における筐体８の先端部８ａに着脱可能とされ、また、上述のスノートホルダ２５と相互に付け替え可能となっている。このファインデグレーダホルダ３２は、その内部にファインデグレーダ３３を含んでいる。
【００３６】
ファインデグレーダ３３は、通過する荷電粒子線Ｒのエネルギー損失を変化させて、患者１３の体内における荷電粒子線Ｒの最大到達深さを最終的に調整する。具体的には、ファインデグレーダ３３は、所定の重なり方で互いに積層された複数のブロック３３ａを有しており、通過したブロック３３ａの厚さに応じて荷電粒子線Ｒのエネルギーを失わせ、荷電粒子線Ｒの最大到達深さを腫瘍１４の最大深さ部分の形状に合わせる。なお、サイクロトロン２と収束体３１ａとの中間においてエネルギー損失を変化させる方法もあり、この場合には、ファインデグレーダ３３は不要となる。
【００３７】
このファインデグレーダホルダ３２には、リミットスイッチ３２ａが設けられている。リミットスイッチ３２ａは、ファインデグレーダホルダ３２が筐体８に取り付けされた際、筐体８の取付孔８ｃに進入されることでＯＮ（オン）とされる。また、リミットスイッチ３２ａは、制御装置７に接続されており、スイッチ情報を制御装置７に出力する。
【００３８】
制御装置７は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等により構成されている。この制御装置７は、モニタ４ａ，４ｂから出力された監視情報、及びリミットスイッチ２５ａ，３２ａから出力されたスイッチ情報に基づいて、サイクロトロン２、走査電磁石３ａ，３ｂ、ワブラー照射手段５及びスキャニング照射手段６を制御する（詳しくは、後述）。
【００３９】
また、荷電粒子線照射装置１では、荷電粒子線Ｒが通過する経路のうち散乱体２１より上流側が、パイプ４１で覆われ封止されており、このパイプ４１内が、真空にされている。ここでは、例えば１０−３［Ｐａ］になるまでパイプ４１内を真空ポンプ（不図示）で真空引きしている。
【００４０】
次に、荷電粒子線照射装置１を用い、患者１３の腫瘍１４に対して荷電粒子線Ｒを照射する場合について説明する。
【００４１】
荷電粒子線照射装置１では、ワブラー照射を行う場合、図２に示すように、まず、筐体８の先端部８ａにスノートホルダ２５を取り付ける。そして、制御装置７によってワブラー照射手段５を作動させる。具体的には、荷電粒子線Ｒが通過するように散乱体２１が移動され、荷電粒子線Ｒがフィルタ部２２ｂを通過するようにリッジフィルタ２２が移動される。さらに、ファインデグレーダ２３のブロック２３ａが調節されてその厚さが所定厚さとされ、ＭＬＣ２４の遮線部２４ａ，２４ｂが進退されて開口部２４ｃが所定形状とされる。これと共に、制御装置７によって収束体３１ａ，３１ｂが退避状態にされる。
【００４２】
続いて、サイクロトロン２から荷電粒子線Ｒを発生させる。発生された荷電粒子線Ｒは、走査電磁石３ａ，３ｂによって円を描くように走査されて拡散された後、リッジフィルタ２２、ファインデグレーダ２３、ＭＬＣ２４、ボーラス２６及び患者コリメータ２７によって整形及び調整される。これにより、腫瘍１４の形状に沿った一様照射野でもって腫瘍１４に荷電粒子線Ｒが照射されることとなる。
【００４３】
ここで、スノートホルダ２５を筐体８に取り付けた際には、リミットスイッチ２５ａがＯＮとされ、制御装置７によってスキャニング照射手段６が退避状態であるか否かが判定される。退避状態であると判定された場合、例えばサイン波の波形を有する電流が走査電磁石３ａ，３ｂに供給され、上述のようにサイクロトロン２から荷電粒子線Ｒが発生される一方、退避状態でないと判定された場合、走査電磁石３ａ，３ｂへの電流の供給が行われない。
【００４４】
さらに、リミットスイッチ２５ａがＯＮのとき、制御装置７によって走査電磁石３ａ，３ｂが制御される。具体的には、走査電磁石３ａ，３ｂに供給される電流がワブラー照射モードとされ、上述したように荷電粒子線Ｒが円を描くように走査される。
【００４５】
また、荷電粒子線照射装置１では、スキャニング照射を行う場合、図３に示すように、まず、筐体８の先端部８ａにファインデグレーダホルダ３２を取り付ける。そして、制御装置７によってワブラー照射手段５を作動させる。具体的には、通過する荷電粒子線Ｒが収束するように収束体３１ａ，３１ｂが作動状態（ＯＮ）とされる。これと共に、制御装置７によってワブラー照射手段５が退避状態とされる。なお、前述のように、サイクロトロン２と収束体３１ａとの中間でエネルギー損失を変化させる方法では、ファインデグレーダホルダ３２の取り付けは不要となる。
【００４６】
続いて、サイクロトロン２から荷電粒子線Ｒを発生させる。発生した荷電粒子線Ｒは、走査電磁石３ａ，３ｂで腫瘍１４上にて走査されると共に、リッジフィルタ２２のブランク部２２ｃを通過し、ファインデグレーダ３３で荷電粒子線Ｒの最大到達深さが調整される。これにより、荷電粒子線Ｒは、腫瘍１４上にて走査されつつ照射されることとなる。
【００４７】
ここで、ファインデグレーダホルダ３２を筐体８に取り付けた際には、リミットスイッチ３２ａがＯＮとされ、制御装置７によってワブラー照射手段５が退避状態であるか否かが判定される。退避状態であると判定された場合、例えば矩形波又は三角波の波形を有する電流が走査電磁石３ａ，３ｂに供給され、上述のようにサイクロトロン２から荷電粒子線Ｒが発生される。一方、退避状態でないと判定された場合、走査電磁石３ａ，３ｂへの電流の供給が行われない。
【００４８】
さらに、リミットスイッチ３２ａがＯＮのとき、制御装置７によって走査電磁石３ａ，３ｂが制御される。具体的には、走査電磁石３ａ，３ｂに供給される電流がスキャニング照射モードとされ、上述したように荷電粒子線Ｒが腫瘍１４上にて走査される。
【００４９】
以上、本実施形態の荷電粒子線照射装置１では、荷電粒子線Ｒを照射するに際し、ワブラー照射手段５又はスキャニング照射手段６の何れか一方が作動されると共に、何れか他方が荷電粒子線Ｒの照射が妨げられないように退避状態とされる。従って、荷電粒子線照射装置１によれば、ワブラー照射及びスキャニング照射のそれぞれを、その一方が他方に悪影響を及ぼすことなく実現することができ、ワブラー法及びスキャニング法の双方によって荷電粒子線Ｒを照射することが可能となる。その結果、荷電粒子線照射装置１における照射の自由度を高めることができる。さらに、ワブラー照射及びスキャニング照射のそれぞれで走査電磁石３ａ、３ｂを兼用することができ、よって、これらの各照射を好適に行うことが可能となる。
【００５０】
また、荷電粒子線照射装置１は、上述したように、スノートホルダ２５及びファインデグレーダホルダ３２が、筐体８に対して相互に付け替え可能に構成されている。そのため、荷電粒子線Ｒを照射する際、スノートホルダ２５及びファインデグレーダホルダ３２を相互に付け替えることで、ワブラー照射とスキャニング照射との双方を実現することができる。さらに、このように、スノートホルダ２５及びファインデグレーダホルダ３２が相互に付け替え可能に構成されているため、これらを荷電粒子線照射装置１に常に搭載しておくことが不要となり、荷電粒子線照射装置１の小型化が可能となる。
【００５１】
また、荷電粒子線照射装置１では、上述したように、スノートホルダ２５にリミットスイッチ２５ａが設けられており、ファインデグレーダホルダ３２にリミットスイッチ３２ａが設けられている。そして、制御装置７は、これらのリミットスイッチ２５ａ，３２ａのスイッチ情報に基づいて、走査電磁石３ａ，３ｂを制御する。加えて、制御装置７は、かかるスイッチ情報に基づいて、ワブラー照射手段５又はスキャニング照射手段６の退避状態を判定する。これにより、ホルダ２５，３２のうちの何れが筐体８に取り付けられているかを識別し、ワブラー照射とスキャニング照射を互いに切り替える際の誤操作や誤動作を防止すること（いわゆるインターロック）が可能となる。その結果、意図しない照射方法で荷電粒子線Ｒが照射されるのを抑止でき、荷電粒子線照射装置１の安全性を高めることができる。
【００５２】
また、上述したように、スキャニング照射の際、ＭＬＣ２４の開口部２４ｃが拡大されると共に、このＭＬＣ２４が照射方向の上流側へ移動される。このようにＭＬＣ２４を退避状態にすることで、スキャニング照射時に広い照射野を確保することができる。
【００５３】
また、上述したように、リッジフィルタ２２には、荷電粒子線Ｒをそのまま通過させるブランク部２２ｃが形成されている。よって、スキャニング照射の際、制御装置７でリッジフィルタ２２を制御し、荷電粒子線Ｒがブランク部２２ｃを通過するようにリッジフィルタ２２を移動させることで、リッジフィルタ２２を好適に退避状態とすることができる。
【００５４】
ところで、スキャニング照射では、荷電粒子線Ｒを収束させて照射することから、荷電粒子線Ｒの経路を真空に封止することが望ましい。これは、荷電粒子線Ｒの経路を真空とすると、荷電粒子線Ｒの拡散を抑制できるためである。他方、ワブラー照射では、荷電粒子線Ｒを拡散させて照射することから、ワブラー照射手段５が散乱体２１を有している。この散乱体２１は、その厚さ方向にボリュームがあり、大きさ等の構造上の点で真空中に配置するのが困難であるため、大気中に配置されるのが一般的である。そこで、荷電粒子線照射装置１では、上述したように、走査電磁石３ａ，３ｂの下流側に散乱体２１を配置し、この散乱体２１よりも上流側の荷電粒子線Ｒの経路を真空に封止している。これにより、ワブラー照射時では散乱体２１で荷電粒子線Ｒを拡散でき、且つスキャニング照射時では荷電粒子線Ｒの拡散を抑制することができる。その結果、スキャニング照射の際の走査電磁石３ａ，３ｂにおいては、拡散していない状態で荷電粒子線Ｒを走査することができ、スキャニング照射を高精度化することが可能となる。
【００５５】
なお、荷電粒子線照射装置１におけるスキャニング法としては、照射領域がスポット状になるよう荷電粒子線Ｒを照射するスポットスキャニング法、荷電粒子線Ｒをジグザグに走査しつつ連続照射するラスタースキャニング法、荷電粒子線Ｒを平行に走査しつつ連続照射するラインスキャニング法等が挙げられる。本実施形態のようにサイクロトロン２を採用すると、荷電粒子線Ｒが連続的に発生されるため、スキャニング法としては、ラスタースキャニング法又はラインスキャニング法が好ましい。シンクロトロンを採用すると、荷電粒子線Ｒが断続（パルス）的に発生されるため、スキャニング法としてはスポットスキャニング法が好ましい。
【００５６】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、各ホルダ２５，３２にリミットスイッチ２５ａ，３２ａをそれぞれ設けたが、リミットスイッチ２５ａ，３２ａの何れか一方のみを設けてもよい。また、リミットスイッチ２５ａ，３２ａは、ホルダ２５，３２が筐体８に取り付けられた際にオンとされるものであるが、取り付けられた際にオフとされるものであってもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、リッジフィルタ２２にブランク部２２ｃを通過部として設けたが、この通過部は、荷電粒子線Ｒを実質的にそのまま通過（透過）させるものであればフィルタ等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態に係る荷電粒子線照射装置の斜視図である。
【図２】図１の荷電粒子線照射装置のワブラー照射時の概略構成図である。
【図３】図１の荷電粒子線照射装置のスキャニング照射時の概略構成図である。
【図４】図２のIV−IVに沿ってのリッジフィルタの断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１…荷電粒子線照射装置、３ａ，３ｂ…走査電磁石、５…ワブラー照射手段、６…スキャニング照射手段、７…制御装置（制御手段）、８…筐体、１４…被照射物、２１…散乱体、２２…リッジフィルタ（フィルタ）、２２ｃ…ブランク部（通過部）、２４…ＭＬＣ（コリメータ）、２４ｃ…開口部、２５…スノートホルダ（荷電粒子線整形ユニット）、２５ａ…リミットスイッチ（第１スイッチ）、３２…ファインデグレーダホルダ（到達深さ調整ユニット）、３２ａ…リミットスイッチ（第２スイッチ）、Ｒ…荷電粒子線。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を被照射物に照射する荷電粒子線照射装置であって、
前記荷電粒子線を走査するための走査電磁石と、
前記荷電粒子線をワブラー法で照射するためのワブラー照射手段と、
前記荷電粒子線をスキャニング法で照射するためのスキャニング照射手段と、
前記ワブラー照射手段と前記スキャニング照射手段とを制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記ワブラー照射手段又は前記スキャニング照射手段の何れか一方を作動させると共に、何れか他方を前記荷電粒子線の照射が妨げられないように退避状態とすることを特徴とする荷電粒子線照射装置。
【請求項２】
前記ワブラー照射手段及び前記スキャニング照射手段を取り付ける筐体を備え、
前記ワブラー照射手段は、前記荷電粒子線を前記被照射物の形状に沿って整形する荷電粒子線整形ユニットを有し、
前記スキャニング照射手段は、前記荷電粒子線の到達深さを調整する到達深さ調整ユニットを有し、
前記荷電粒子線整形ユニット及び前記到達深さ調整ユニットは、前記筐体に対して相互に付け替え可能とされていることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項３】
前記荷電粒子線整形ユニットが前記筐体に取り付けられた際にオン又はオフとされる第１スイッチと、前記到達深さ調整ユニットが前記筐体に取り付けられた際にオン又はオフとされる第２スイッチと、の少なくとも一方を備え、
前記制御手段は、前記第１及び第２スイッチの状態に基づいて前記走査電磁石を制御することを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項４】
前記ワブラー照射手段は、形状可変な開口部が形成され該開口部に前記荷電粒子線を通過させて前記荷電粒子線の平面形状を整形するコリメータを有し、
前記制御手段は、前記スキャニング照射手段を作動させる際、照射方向の上流側へ前記コリメータを移動させると共に、前記コリメータの前記開口部を拡大させることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項５】
前記ワブラー照射手段は、前記荷電粒子線の線量分布を調整するフィルタを有し、
前記フィルタには、前記荷電粒子線をそのまま通過させる通過部が形成されており、
前記制御手段は、前記スキャニング照射手段を作動させる際、前記荷電粒子線が前記通過部を通過するように前記フィルタを移動させることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項６】
前記ワブラー照射手段は、前記走査電磁石の下流側に配置され前記荷電粒子線を拡散させる散乱体を有し、
前記荷電粒子線が通過する経路のうち前記散乱体より上流側は、真空に封止されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項１】
荷電粒子線を被照射物に照射する荷電粒子線照射装置であって、
前記荷電粒子線を走査するための走査電磁石と、
前記荷電粒子線をワブラー法で照射するためのワブラー照射手段と、
前記荷電粒子線をスキャニング法で照射するためのスキャニング照射手段と、
前記ワブラー照射手段と前記スキャニング照射手段とを制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記ワブラー照射手段又は前記スキャニング照射手段の何れか一方を作動させると共に、何れか他方を前記荷電粒子線の照射が妨げられないように退避状態とすることを特徴とする荷電粒子線照射装置。
【請求項２】
前記ワブラー照射手段及び前記スキャニング照射手段を取り付ける筐体を備え、
前記ワブラー照射手段は、前記荷電粒子線を前記被照射物の形状に沿って整形する荷電粒子線整形ユニットを有し、
前記スキャニング照射手段は、前記荷電粒子線の到達深さを調整する到達深さ調整ユニットを有し、
前記荷電粒子線整形ユニット及び前記到達深さ調整ユニットは、前記筐体に対して相互に付け替え可能とされていることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項３】
前記荷電粒子線整形ユニットが前記筐体に取り付けられた際にオン又はオフとされる第１スイッチと、前記到達深さ調整ユニットが前記筐体に取り付けられた際にオン又はオフとされる第２スイッチと、の少なくとも一方を備え、
前記制御手段は、前記第１及び第２スイッチの状態に基づいて前記走査電磁石を制御することを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項４】
前記ワブラー照射手段は、形状可変な開口部が形成され該開口部に前記荷電粒子線を通過させて前記荷電粒子線の平面形状を整形するコリメータを有し、
前記制御手段は、前記スキャニング照射手段を作動させる際、照射方向の上流側へ前記コリメータを移動させると共に、前記コリメータの前記開口部を拡大させることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項５】
前記ワブラー照射手段は、前記荷電粒子線の線量分布を調整するフィルタを有し、
前記フィルタには、前記荷電粒子線をそのまま通過させる通過部が形成されており、
前記制御手段は、前記スキャニング照射手段を作動させる際、前記荷電粒子線が前記通過部を通過するように前記フィルタを移動させることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項６】
前記ワブラー照射手段は、前記走査電磁石の下流側に配置され前記荷電粒子線を拡散させる散乱体を有し、
前記荷電粒子線が通過する経路のうち前記散乱体より上流側は、真空に封止されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項記載の荷電粒子線照射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２３６８６７（Ｐ２００９−２３６８６７Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８６５５４（Ｐ２００８−８６５５４）
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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