(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビーム発生装置と、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照射対象に照射する荷電粒子ビーム照射装置とを備え、
前記荷電粒子ビーム照射装置は、
前記荷電粒子ビームが通過する第１散乱体を備える第１散乱体装置と、
前記第１散乱体を通過した前記荷電粒子ビームが通過する複数の第２散乱体を備え、前記荷電粒子ビームの進行方向における異なる複数の位置のいずれかで前記荷電粒子ビームが通過する領域に、いずれかの前記第２散乱体を位置させる第２散乱体装置とを有し、
前記第１散乱体装置は、前記荷電粒子ビーム照射装置内で前記荷電粒子ビームの進行方向において移動可能に設けられており、
前記複数の第２散乱体のうち前記荷電粒子ビームの進行方向における第１の前記位置で前記通過領域に位置される前記第２散乱体は、前記第１位置よりも上流側の第２の前記位置で前記通過領域に位置される他の前記第２散乱体よりも前記荷電粒子ビームの進行方向に直交する方向における前記荷電粒子ビームの広がり度合いが小さいことを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項２】
荷電粒子ビーム発生装置と、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照射対象に照射する荷電粒子ビーム照射装置とを備え、
前記荷電粒子ビーム照射装置は、
前記荷電粒子ビームが通過する第１散乱体を備える第１散乱体装置と、
前記第１散乱体を通過した前記荷電粒子ビームの通過領域に位置される複数の第２散乱体を有する第２散乱体装置とを備え、
前記第２散乱体装置を制御することによって、前記複数の第２散乱体のうちの１つを、荷電粒子ビームの進行方向における異なる複数の位置のいずれかで前記通過領域に位置させる制御システムを備え、
前記第１散乱体装置は、前記荷電粒子ビーム照射装置内で前記荷電粒子ビームの進行方向において移動可能に設けられており、
前記複数の第２散乱体のうち前記荷電粒子ビームの進行方向における第１の前記位置で前記通過領域に位置される前記第２散乱体は、前記第１位置よりも上流側の第２の前記位置で前記通過領域に位置される他の前記第２散乱体よりも前記荷電粒子ビームの進行方向に直交する方向における前記荷電粒子ビームの広がり度合いが小さいことを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項３】
前記制御システムは治療計画情報に基づいて選択した前記位置に前記第２散乱体を位置させる請求項２記載の粒子線照射装置。
【請求項４】
前記治療計画情報は照射野情報である請求項３記載の粒子線照射装置。
【請求項５】
前記制御システムは他の治療計画情報に基づいて選択した前記第２散乱体を、前記選定された位置に位置させる請求項３記載の粒子線照射装置。
【請求項６】
前記他の治療計画情報はイオンビームのエネルギー情報である請求項５記載の粒子線照射装置。
【請求項７】
荷電粒子ビーム発生装置と、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照射対象に照射する荷電粒子ビーム照射装置とを備え、
前記荷電粒子ビーム照射装置は、前記荷電粒子ビームが通過する第１散乱体を備える第１散乱体装置と、前記荷電粒子ビームの進行方向で前記第１散乱体装置よりも下流側の第１位置で前記荷電粒子ビームの通過領域に位置させる第２散乱体を有する上流第２散乱体装置と、前記荷電粒子ビームの進行方向で前記第１位置よりも下流側の第２位置で前記通過領域に位置させる他の第２散乱体を有する下流第２散乱体装置とを備え、
前記第１散乱体装置は、前記荷電粒子ビーム照射装置内で前記荷電粒子ビームの進行方向において移動可能に設けられており、
前記下流第２散乱体装置の前記第２散乱体は、前記上流第２散乱体装置の前記第２散乱体よりも前記荷電粒子ビームの進行方向に直交する方向における前記荷電粒子ビームの広がり度合いが小さいことを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項８】
前記上流第２散乱体装置及び前記下流第２散乱体装置のうちで選択された一方の第２散乱体装置に含まれる前記第２散乱体を、前記通過領域に位置させる制御システムを備える請求項７記載の粒子線照射装置。
【請求項９】
前記制御システムは前記第２散乱体装置の選択を治療計画情報に基づいて行う請求項８記載の粒子線照射装置。
【請求項１０】
前記上流第２散乱体装置は前記第２散乱体を設置しこの第２散乱体を前記通過領域に位置させる第１テーブルを有し、前記下流第２散乱体装置は前記他の第２散乱体を設置しこの他の第２散乱体を前記通過領域に位置させる第２テーブルを有する請求項７又は８記載の粒子線照射装置。
【請求項１１】
前記第１テーブルは複数の前記第２散乱体を設置し、前記第２テーブルは複数の前記他の第２散乱体を設置し、前記第２テーブルに設置された前記複数の他の第２散乱体は、前記第１テーブルに設置された前記複数の第２散乱体よりも、小さい照射野を形成する請求項１０記載の粒子線照射装置。
【請求項１２】
前記第１テーブルを前記荷電粒子ビームの進行方向と直交する方向に移動させる第１テーブル移動装置と、前記第２テーブルを前記荷電粒子ビームの進行方向と直交する方向に移動させる第２テーブル移動装置とを備え、
前記制御システムは、前記選択された第２散乱体装置に含まれたテーブル移動装置を制御して該当するテーブルの移動を制御し、該当する第２散乱体を前記通過領域に位置させる請求項１０または請求項１１記載の粒子線照射装置。
【請求項１３】
荷電粒子ビーム発生装置と、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照射対象に照射する荷電粒子ビーム照射装置とを備え、
前記荷電粒子ビーム照射装置は、
前記荷電粒子ビームが通過する第１散乱体と、
前記荷電粒子ビームの進行方向において前記第１散乱体の下流側に設けられ、前記荷電粒子ビームの通過領域に位置させる第２散乱体が設けられた第１テーブルと、
前記荷電粒子ビーム進行方向において前記第１のテーブルの下流側に設けられ、前記通過領域に位置させる他の第２散乱体が設けられた第２テーブルとを備え、
前記第１散乱体は、前記荷電粒子ビーム照射装置内で前記荷電粒子ビームの進行方向において移動可能に設けられており、
前記第２テーブルの前記第２散乱体は、前記第１テーブルの前記第２散乱体よりも前記荷電粒子ビームの進行方向に直交する方向における前記荷電粒子ビームの広がり度合いが小さいことを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項１４】
前記第１散乱体を前記荷電粒子ビーム進行方向に移動させる第１散乱体駆動装置と、この第１散乱体駆動装置を制御し、前記第１散乱体の移動量を制御する第１散乱体駆動制御装置とを備えた請求項１３記載の粒子線照射装置。
【請求項１５】
前記第１テーブルは前記第２散乱体を、前記第２テーブルは前記他の第２散乱体を、前記通過領域に配置可能に構成されている請求項１３記載の粒子線照射装置。
【請求項１６】
前記第１テーブルを前記荷電粒子ビームの進行方向と直交する方向に移動させる第１テーブル移動装置と、前記第２テーブルを前記荷電粒子ビームの進行方向と直交する方向に移動させる第２テーブル移動装置と、選択されたテーブルを移動させるテーブル駆動装置を制御し、前記テーブルの移動を制御するテーブル駆動制御装置とを備えた請求項１５記載の粒子線照射装置。
【請求項１７】
荷電粒子ビーム発生装置と、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照射対象に照射する荷電粒子ビーム照射装置とを備え、
前記荷電粒子ビーム照射装置は、
前記荷電粒子ビームが通過する第１散乱体を備える第１散乱体装置と、
前記第１散乱体を通過した前記荷電粒子ビームの通過領域に位置される複数の第２散乱体を備え、前記荷電粒子ビーム進行方向に移動可能に設けられた第２散乱体装置とを備え、
前記複数の第２散乱体は、前記荷電粒子ビームの進行方向における異なる複数の位置のうち第１の前記位置で前記荷電粒子ビームの通過領域に位置される前記第２散乱体と、前記第１位置よりも下流側の第２の前記位置で前記通過領域に位置される他の前記第２散乱体とを有し、
前記第１散乱体装置は、前記荷電粒子ビーム照射装置内で前記荷電粒子ビームの進行方向において移動可能に設けられており、
前記通過領域で前記第２位置に位置される前記他の第２散乱体は、前記通過領域で前記第１位置に位置される前記第２散乱体よりも前記荷電粒子ビームの進行方向に直交する方向における前記荷電粒子ビームの広がり度合いが小さいことを特徴とする粒子線照射装置。    
【請求項１８】
前記第２散乱体装置を、前記荷電粒子ビーム進行方向において、移動させる第２散乱体移動装置と、この第２散乱体移動装置を制御し、前記第２散乱体装置の移動量を制御する第２散乱体駆動制御装置とを備えた請求項１７記載の粒子線照射装置。
【請求項１９】
前記第１散乱体装置を、前記荷電粒子ビーム進行方向において、移動させる第１散乱体移動装置と、この第１散乱体移動装置を制御し、前記第１散乱体装置の移動量を制御する第１散乱体移動制御装置とを備えた請求項１、請求項２、請求項７及び請求項１７のいずれかに記載の粒子線照射装置。
【請求項２０】
前記第２散乱体装置は、前記第２散乱体を前記通過領域に位置させるテーブルと、前記テーブルを前記荷電粒子ビームの進行方向と直交する方向に移動させるテーブル移動装置とを備えた請求項１７記載の粒子線照射装置。
【請求項２１】
前記テーブル移動装置を制御し、前記テーブルの移動を制御するテーブル駆動制御装置とを備えた請求項２０記載の粒子線照射装置。
【請求項２２】
前記第２散乱体装置の下流側に配置され、前記荷電粒子ビームの進行方向と垂直な平面内で前記荷電粒子ビームを整形するコリメータを備えた請求項１、請求項２、請求項７及び請求項１７のいずれかに記載の粒子線照射装置。
【請求項２３】
第１散乱体を通過した荷電粒子ビームを通過させる複数の第２散乱体であって、前記荷電粒子ビームの進行方向における異なる複数の位置のうちのある前記位置で前記荷電粒子ビームの通過領域に位置される第２散乱体と、前記ある位置よりも下流側の他の前記位置で前記通過領域に位置される第２散乱体とを有し、前記他の位置で前記通過領域に位置される前記第２散乱体は、前記ある位置で前記通過領域に位置される他の前記第２散乱体よりも前記荷電粒子ビームの進行方向に直交する方向における前記荷電粒子ビームの広がり度合いが小さくなっている荷電粒子ビーム照射装置の調整方法であって、
前記第１散乱体を前記荷電粒子ビーム進行方向における設定位置に移動させ、前記複数の第２散乱体のうちの１つの前記第２散乱体を、前記荷電粒子ビームの進行方向における異なる複数の位置のうちのいずれかの前記位置において前記通過領域に位置させる荷電粒子ビーム照射装置の調整方法。
【請求項２４】
前記複数の位置のいずれかの前記位置への前記第２散乱体の配置は、前記荷電粒子ビームの進行方向で前記第１散乱体よりも下流側の前記ある位置に配置されるある前記第２散乱体を有する上流第２散乱体装置、及び前記上流第２散乱体装置よりも下流側の前記他の位置に配置される他の前記第２散乱体を有する下流第２散乱体装置のうちの一方の第２散乱体装置に含まれる前記第２散乱体を、前記通過領域に位置させることによって行う請求項２３記載の荷電粒子ビーム照射装置の調整方法。
【請求項２５】
前記選択された位置への前記第２散乱体の配置は、前記第２散乱体を、前記荷電粒子ビームの進行方法において、移動させることによって行う請求項２３記載の荷電粒子ビーム照射装置の調整方法。
【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荷電粒子ビーム照射装置の調整方法に係り、特に、陽子及び炭素イオン等の荷電粒子ビームを患部に照射して治療する粒子線治療装置、荷電粒子ビームを材料に照射する材料照射装置、食品に荷電粒子ビームを照射する食品照射装置、及び荷電粒子ビームを利用したラジオアイソトープ製造装置に適用するのに好適な粒子線照射装置及び荷電粒子ビーム照射装置の調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の粒子線治療装置は、荷電粒子ビーム発生装置、イオンビーム輸送系及び回転式の照射装置を備える。荷電粒子ビーム発生装置は、加速器としてシンクロトロン（またはサイクロトロン）を含んでいる。シンクロトロンで設定エネルギーまで加速された荷電粒子ビームは、イオンビーム輸送系（第１イオンビーム輸送系）を経て照射装置に達する。回転式の照射装置は、照射装置イオンビーム輸送系（第２イオンビーム輸送系）、照射野形成装置、及び第２イオンビーム輸送系及び照射野形成装置を一体で回転させる回転装置（回転ガントリー）を有する。イオンビームは第２イオンビーム輸送系を通って照射野形成装置から患者の癌の患部に照射される。
【０００３】
照射野形成装置は、荷電粒子ビーム発生装置からのイオンビームを、照射目標である患部の立体形状に合わせて整形し照射野を形成するとともに、照射野内の照射線量を調整する装置である。このように所望の照射線量を照射対象形状に合わせて照射する方法として、散乱体を通過した後のイオンビームの照射線量分布がほぼ正規分布になることを利用し、イオンビームの軸方向に距離をおいて配置した２種類の散乱体を用いて照射線量を一様化する二重散乱体法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】レビュー  オブ  サイエンティフィック  インスツルメンツ６４巻８号(１９９３年８月)の第２０７９〜２０８３頁(REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS VOLUME ６４ NUMBER ８(AUGUST １９９３)P２０７９-２０８３)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、二重散乱体法は、最初にイオンビーム進行方向上流側に配置した散乱体(第１散乱体)によりイオンビームを正規分布状に広げ、その後、イオンビーム進行方向下流側に配置した散乱体(第２散乱体)での散乱によりイオンビームの照射線量分布を一様化する。このとき、特に、イオンビームを上記のように癌に照射するといった医療用途においては、近年、照射線量の一様性を高く保つことと、体内中のあらゆる患部形状に対応できるように、照射野径を大きくすること、体内での到達深度を長くすることが強く求められる傾向にある。
【０００６】
ここで、二重散乱体法では、散乱体をなるべく上流側に配置することで第１及び第２散乱体の厚さを薄くして飛程損失を低減し、飛程を長くして体内到達深度を長くすることができる。通常第１散乱体は照射野形成装置の最上流付近に設置されるが、上記長飛程化のためには第２散乱体もできるだけ上流側に設置し、第１散乱体との距離をなるべく小さくしたほうがよい。その反面、二重散乱体法では、イオンビームの進行軸と第２散乱体との中心位置にずれが発生した場合に、第１及び第２散乱体間の距離が短いほど、そのずれ量に対する線量一様性の悪化率が大きくなる。したがって、線量の一様性を向上するためには、第２散乱体をなるべく下流側に設置して第１散乱体との距離をなるべく大きくしたほうがよい。
【０００７】
これらの結果、上記従来の照射野形成装置の設計では、上記の長飛程化と線量一様性とのバランスを考慮して第２散乱体の最適な設置位置を決定することとなる。しかしながら、上述した照射野の大径化のニーズに対応し装置において形成可能な最大照射野径を大きくすると、比較的大径の照射野を形成する場合と比較的小径の照射野を形成する場合とでそれぞれの適切な第２散乱体設置位置が大きく異なってしまうこととなる。このため、照射野の大きさにかかわらず常に飛程を長くかつ線量一様性の高い照射を実現するのは困難であった。
【０００８】
本発明の目的は、どのような大きさの照射野でも体内における荷電粒子ビームの飛程を長くでき照射する線量をより一様にできる粒子線照射装置及び荷電粒子ビーム照射装置の調整方法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、第１散乱体を前記荷電粒子ビーム進行方向における設定位置に移動させ、荷電粒子ビームの進行方向における少なくとも第１の位置、及びその第１位置よりもその進行方向の下流側における第２の位置のいずれかで荷電粒子ビームの通過領域に、第１散乱体を通過した荷電粒子ビームが通過する複数の第２散乱体のいずれかを位置させることにある。複数の第２散乱体のうち荷電粒子ビームの進行方向における第２の位置でその通過領域に位置される第２散乱体は、第１の位置でその通過領域に位置される他の第２散乱体よりも荷電粒子ビームの進行方向に直交する方向における荷電粒子ビームの広がり度合いが小さい。
荷電粒子ビームの進行方向における第１の位置に、第２の位置に位置される第２散乱体よりも上記広がり角度が大きな第２散乱体を位置させることができ、第２の位置に、第１の位置に位置される第２散乱体よりも上記広がり角度の小さな第２散乱体を位置させることができるため、形成する照射野の大きさによって第２散乱体を位置させる位置を変えることができる。このため、どのような大きさの照射野でも荷電粒子ビームの体内での飛程を長くできに照射線量をより一様にできる。例えば、比較的大径の照射野を形成する場合には第１の位置に上記広がり度合いが大きい第２散乱体を位置させ、比較的小径の照射野を形成する場合には第２の位置に上記広がり度合いが小さい第２散乱体を位置させることで、いずれの場合でも、長飛程化と線量一様性とのバランスを考慮した最適な第２散乱体位置とすることができる。この結果、照射野の大きさにかかわらず飛程を長くできかつ線量をより一様にできる荷電粒子ビームの照射を実現することができる。
また、本発明は、第１散乱体装置が、荷電粒子ビームの進行方向において、移動可能であるため、荷電粒子ビーム進行方向と直交する方向における荷電粒子ビームのサイズを調整することができる。このため、荷電粒子ビームが照射される照射対象における放射線量分布をさらに一様にすることができる。
好ましくは、荷電粒子ビーム進行方向において第１散乱体装置より下流側に、互いにサイズの異なる照射野をそれぞれ形成するための複数段の第２散乱体装置を設けるとともに、それらの第２散乱体装置の設置距離間隔を、照射野サイズの違いに応じて設定することにある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、どのような大きさの照射野でも体内における荷電粒子ビームの飛程を長くでき照射する線量をより一様にできる。また、第１散乱体が、荷電粒子ビームの進行方向において、移動可能であるため、荷電粒子ビームが照射される照射対象における放射線量分布をさらに一様にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００１２】
（実施形態１）
本発明の好適な一実施形態である粒子線照射装置（粒子線治療装置）を、図２を用いて説明する。本実施形態の粒子線照射装置１は、荷電粒子ビーム発生装置２及び照射野形成装置（荷電粒子ビーム照射装置）１００を備える。荷電粒子ビーム発生装置２は、イオン源（図示せず）、前段加速器３及びシンクロトロン４を有する。イオン源で発生したイオン（例えば、陽子イオン（または炭素イオン））は前段加速器（例えば直線加速器）３で加速される。前段加速器３から出射されたイオンビーム（荷電粒子ビーム）はシンクロトロン４に入射される。このイオンビームは、シンクロトロン４で、高周波加速空胴５から印加される高周波電力によってエネルギーを与えられて加速される。シンクロトロン４内を周回するイオンビームのエネルギーが設定されたエネルギーまでに高められた後、出射用の高周波印加装置６から高周波が周回しているイオンビームに印加される。安定限界内で周回しているイオンビームは、この高周波の印加によって安定限界外に移行し、出射用デフレクタ７を通ってシンクロトロン４から出射される。イオンビームの出射の際には、シンクロトロン４に設けられた四極電磁石８及び偏向電磁石９等の電磁石に導かれる電流が設定値に保持され、安定限界もほぼ一定に保持されている。高周波印加装置６への高周波電力の印加を停止することによって、シンクロトロン４からのイオンビームの出射が停止される。
【００１３】
シンクロトロン４から出射されたイオンビームは、イオンビーム輸送系１０を経て照射装置である照射野形成装置１００に達する。イオンビーム輸送系１０の一部である逆Ｕ字部１１及び照射野形成装置１００は、回転可能なガントリー（図示せず）に設置される。逆Ｕ字部１１は偏向電磁石１２，１３を有する。イオンビームは、照射野形成装置１００から治療台（ベッド）１４に乗っている患者１５の患部Ｋに照射される。
【００１４】
粒子線照射装置１に用いられる照射野形成装置１００の詳細構成を図１に基づいて説明する。
【００１５】
照射野形成装置１００は、逆Ｕ字部１１に取り付けられるケーシング１６を有し、ケーシング１６内に、イオンビーム進行方向の上流側より順次、イオンビームプロファイルモニタ１７、第１散乱体装置１８、第２散乱体装置１９、ブラッグピーク拡大装置（ＳＯＢＰ形成装置）２０、飛程調整装置２１、線量モニタ２２、平坦度モニタ２３、ブロックコリメータ２４、ボーラス２５、患者コリメータ２６を配置する。第２散乱体装置１９は、第２散乱体装置（大照射野用第２散乱体装置）１９Ａ及び第２散乱体装置（小照射野用第２散乱体装置）１９Ｂを含んでいる。
【００１６】
イオンビームプロファイルモニタ１７は、入射イオンビーム位置を測定するものであり、支持部材２７を介してハウジング１６に固定されている。
【００１７】
第１散乱体装置１８は、イオンビームの進行方向に垂直な照射領域を広げるためのものであり、イオンビーム進行方向に複数枚の散乱体（第１散乱体）２８を備えている。各散乱体２８は、一般に散乱量に対するエネルギー損失の量が少ない鉛やタングステン等、原子番号の大きい物質より構成される材料が用いられる。散乱量の設定方法としては、本実施例で用いる単種、あるいは複種の材料よりなる平板を複数枚重ねて２進数方式で厚みを設定する方式の替りに、２枚一組の楔型ブロックを組み合わせて駆動して連続的に厚みを設定する方式を採用してもよい。両方式とも、荷電粒子ビームが通過する物質の厚み、材質を変えることでは共通している。第１散乱体装置１８は、詳細な説明は省略するが、後述する駆動制御装置５１の駆動指令信号に従って設定した厚さになるように散乱体２８をイオンビーム進行軸（以下、ビーム軸という）ｍ上に配置する。
【００１８】
また、各散乱体２８はネジ孔を備えた支持部材２９に取り付けられており、支持部材２９のネジ孔にボールネジ３０が螺合されている。各散乱体２８には、散乱体２８をビーム軸ｍと直行する方向に移動させる散乱体移動装置（図示せず）がそれぞれ設けられる。ボールネジ３０の上端部は回転可能にケーシング１６に取り付けられる。ボールネジ３０の下端部は、ケーシング１６に取り付けられるモータ（例えば交流サーボモータ、あるいはステップモータ等）３１の回転軸に連結される。なお、第１散乱体装置１８は、図示しないガイド手段によってボールネジ３０まわりの回転が拘束され、ビーム軸ｍに沿った上下方向のみ移動可能にガイドされている。このような構造により、これらモータ３１及びボールネジ３０は、散乱体２８の移動装置（第１散乱体移動装置、リニアアクチュエータ）を構成している。また、図示しないエンコーダが、モータ３１の回転軸に連結されている。なお、このようなイオンビーム進行方向駆動による第１散乱体装置１８の移動は、主としてイオンビーム散乱サイズ微調整のためのものであって移動可能距離も比較的小さく、第２散乱体装置１９Ａ，１９Ｂを選択的に使用する意義（後述）と同様の機能（＝照射野に応じた長飛程化・線量一様化機能）は、実質的には備えていないものである。
【００１９】
第２散乱体装置１９Ａ，１９Ｂは、第１散乱体装置１８により正規分布状に広げられたイオンビームを一様な線量分布とするためのものであり、いずれか一方の散乱機能が選択的に使用される。イオンビームの進行方向に沿って２段構成となっている上流側の第２散乱体装置１９Ａが形成しようとする照射野径が大きい場合に対応するものであり、下流側の第２散乱体装置１９Ｂが照射野径が小さい場合に対応するものである。
【００２０】
第２散乱体装置１９Ａは、照射野径が比較的大きい場合に対応する複数の第２散乱体（大照射野用散乱体）３２を備えている。各散乱体３２は、第１散乱体装置１８により正規分布状に広げられたイオンビーム強度を一様化するために、粒子の通過する場所によってエネルギー損失は等しく、粒子の散乱強度は異なるように（中心側における散乱の程度は相対的に大きく径方向外周側における散乱の程度は相対的に小さいように）、複数種の材質及び厚みにより構成されている。形状としては、２重リング構造、段階的に材料の割合を変えるContoured構造等がある。
【００２１】
また散乱体３２は、円形（略円盤状）の散乱体設置テーブル（第１テーブル、上流側テーブル）３３の上に周方向に複数個（この例では５個の散乱体３２ａ〜ｅ）が搭載されている。このとき、テーブル３３のうち散乱体３２の設置されていない個所には、第１散乱体装置２で散乱されたイオンビームを素通しするブランクポート（開口部）３３ａが設けられている（後述の図３参照）。このテーブル３３は、テーブル駆動装置３４を介し、ケーシング１６に固定された支持部材３５に回転可能に支持されている。そして、テーブル駆動装置３４にて回転駆動されることで、高効率で精度の高い照射を行うために複数の散乱体３２ａ〜ｅの中から１種を選択してビーム軸上に配置して所望の散乱を行わせるか、若しくはブランクポート３３ａをビーム軸上に配置し散乱を行わずイオンビームを素通しするようになっている。
【００２２】
第２散乱体装置１９Ｂは、照射野径が比較的小さい場合に対応する複数の第２散乱体（小照射野用散乱体）３６を備えており、上記第２散乱体装置１９Ａに備えられた複数の第２散乱体３２の形成する大きな照射野径と対比した場合のその照射野サイズの差に応じて、予め設定された距離（例えば２００ｍｍ〜数百ｍｍ程度）だけ第２散乱体装置１９Ａから下流側に離して設置されている。
【００２３】
各散乱体３６は、第２散乱体装置１９Ａの第２散乱体３２と基本的には同等の構成であるが、小照射野形成用として、第２散乱体３２よりも全般に厚みや径方向寸法が異なっている。またこれら第２散乱体３６も、第２散乱体３２と同様、円形（略円盤状）の散乱体設置テーブル（第２テーブル、下流側テーブル）３７の上に周方向にこの例では５個の散乱体３６ａ〜ｅが搭載され、さらにテーブル３７にはイオンビーム素通し用のブランクポート（開口部）３７ａが設けられている（後述の図３参照）。テーブル３７は、テーブル３３同様ケーシング１６に回転可能に支持されており、テーブル駆動装置３８にて回転駆動されることで、高効率で精度の高い照射を行うために複数の第２散乱体３６ａ〜ｅ及びブランクポート３７ａから１つが選択されてビーム軸上に配置されるようになっている。
【００２４】
図３は、上記した構成の第２散乱体装置１９Ａ，１９Ｂのテーブル３３，３７の位置関係をイオンビーム進行方向上流側より見た図である。図示のように、散乱体設置テーブル３３，３７は、お互いのテーブルの円周上に設置された第２散乱体３２ａ〜ｅ，３６ａ〜ｅ及びブランクポート３３ａ，３７ａの中心位置がビーム軸ｍ上で一致するように配置されている。図示の例では、第１散乱体装置１８により正規分布状に広げられたイオンビームを一様な線量分布とする第２散乱体として第２散乱体装置１９Ｂの第２散乱体３６ａが選択された例を示している。すなわち、第２散乱体装置１９Ａにおいてはブランクポート３３ａがビーム軸ｍ上に位置するようにテーブル３３が駆動され、第２散乱体装置１９Ｂにおいては第２散乱体３６ａがビーム軸ｍ上に位置するようにテーブル３７が駆動されている。
【００２５】
なお、上記はテーブル３３，３７が円形でそれらを回転駆動して第２散乱体及びブランクポートを選択する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、テーブルの形状を四角形として、このテーブルを、テーブル駆動制御装置の制御に基づきテーブル駆動装置が例えばビーム軸に垂直な面上で直交する２軸方向にスライド駆動させる方法等でもよい。
【００２６】
ＳＯＢＰ形成装置２０は、イオンビームのエネルギー分布幅を広げてイオンビーム進行方向深さに線量分布を拡大するもので、ＳＯＢＰフィルタ装置、エネルギー変調装置、エネルギーフィルタ装置等とも称される。一般には、エネルギー損失の量に対する散乱量が少ない樹脂系素材やアルミニウム等の原子番号の小さい物質により、イオンビーム進行方向に垂直な平面上に厚さの異なる領域を構成している。それぞれの厚さをイオンビームが通過することによりイオンビームが複数のエネルギー成分を持ち、各厚さ部分の面積を決めることで、イオンビームの各エネルギー成分の重みが決まる。それら複数のエネルギー成分の重ね合せにより線量分布を調整し、イオンビーム進行方向に一様性の高い線量分布を形成するものである。
【００２７】
ＳＯＢＰ形成装置２０は、この例では、いわゆるリッジフィルタであり、３種類の楔体３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃを備えている。各楔体３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃはそれぞれ、飛程調整装置２１側（この例では下方）に向って伸びる楔形部材（楔型に成型した物質）３９ａを多数個並べ、さらにそれら楔形部材３９ａの両側面を階段状の形状として構成されている。
【００２８】
図４は、これら楔体３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃの詳細構造を表す上面図であり、楔体３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃは、それぞれに対応する貫通孔４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを備えた矩形状の支持部材（テーブル）４０に取り付けられている。テーブル４０は、ケーシング１６に取り付けられた駆動装置（例えば交流サーボモータ）４１によって、ビーム軸に垂直な面内において一軸方向（図１中左・右方向）にスライド駆動され、これによって適宜の楔体３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃが選択可能となっている。各楔体３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃは、例えば、楔形部材の高さ、階段部の幅及び高さが異なっており、照射野形成装置１００への入射エネルギー及びＳＯＢＰ幅に応じて選択してテーブル４０に予め取り付けられる。ＳＯＢＰ幅はイオンビームの進行方向における患部Ｋの長さに応じて定まる。
【００２９】
なお、上記テーブル４０の形状は矩形に限られず、他の形状でもよい。例えば、ビーム軸に垂直に円形テーブルを設置し、その円周方向に複数の楔体を設置し、テーブルを回転させて楔体を選択（変更）するようにしてもよい。
【００３０】
また、ＳＯＢＰ形成装置２０は、上記リッジフィルタ以外に、例えば階段状に加工した物質を羽根とするプロペラ上の構造物（ビーム軸に垂直な平面方向に回転させる）であるRange Modulator Wheel（回転ホイール型）等でもよい。この場合、各エネルギー分布の重ね合わせの時間平均を取ることにより、イオンビーム進行方向の線量分布が一様となるように調整される。これらの装置については、例えば、レビュー  オブ  サイエンティフィック  インスツルメンツ64巻8号(1993年8月)の第2074項から第2079項(REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS VOLUME 64 NUMBER 8(AUGUST 1993)P2074-2079)に詳しい。
【００３１】
また、ＳＯＢＰ形成装置２０を用いず、照射野形成装置に入射されるイオンビームの入射エネルギー、及びイオンビームの強度を調整することにより、線量分布を調整することも可能である。
【００３２】
飛程調整装置２１は、材料物質を通過する時のエネルギー損失によりイオンビームの飛程を減らし、そのときのエネルギー損失を変化させることで、体内での最大到達深度、すなわち飛程を調整する装置であり、レンジシフタ、ファインデグレーダ、エネルギーデグレーダ等とも称される。一般には、材料として、エネルギー損失の量に対する散乱量が少ないアクリルやルサイト等、原子番号の小さい物質より構成される材料が用いられる。
【００３３】
飛程調整装置２１は、この例では、ビーム軸を挟んで対向するように配置された２枚一組の楔型ブロック（吸収体）４２Ａ，４２Ｂを備えている。ケーシング１６に取り付けられたブロック駆動装置（例えば交流サーボモータ）４３，４３により、それらブロック４２Ａ，４２Ｂをビーム軸ｍに垂直な面内において一軸方向（図１中左・右方向）にスライド駆動して、重なり部の厚みを連続的に変化させ、これによって荷電粒子が通過する材料部分の厚みを変えるようになっている。
【００３４】
なお、飛程調整装置２１は、上記のタイプ以外にも、単種、あるいは複種の材料よりなる平板を複数枚重ね、２進数方式で厚みを設定しエネルギー損失量を設定する方式等でもよい。
【００３５】
また飛程調整装置２１自体、必ずしも必要なものではなく、その機能を、ボーラス２５の底厚を厚くすることで代替することも可能であり、さらに、入射する荷電粒子ビームの入射エネルギーを細かく調整することによっても飛程を調整することが可能である。
【００３６】
線量モニタ２２は形成した照射野内の線量分布を測定し、平坦度モニタ２３は、線量分布の平坦度を測定するものであり、テーブル状の支持部材４４上に設けられている。
【００３７】
ブロックコリメータ２４は、照射野を粗くコリメートするものであり、ケーシング１６に取りつけられている。
【００３８】
ボーラス２５は、治療患者１５の患部の最大深さに合わせてイオンビームの到達深度を調整するものであり、イオンビームの進行方向に垂直な各位置における飛程を、照射目標である患部Ｋの深さ形状に合わせて調整する。このボーラス２５は、飛程補償装置、エネルギーコンペンセータ、コンペンセータ等とも称される。なお、多方向から照射を行う場合や、治療部位によっては使用しない場合もある。
【００３９】
患者コリメータ２６は、イオンビーム進行方向と垂直な平面方向に患部形状に合わせてイオンビームを整形する。なお、治療部位によっては使用されない場合もある。
【００４０】
以上のような構成の照射野形成装置１００により形成された照射野は、治療患者１５の患部Ｋにおいてそのエネルギーを放出し、高線量領域を形成する。なお、構成機器の配置順序については第１散乱体装置１８、第２散乱体装置１９Ａ、及び第２散乱体装置１９Ｂの順序は固定されているが、ＳＯＢＰ形成装置２０及び飛程調整装置２１については第１散乱体装置１８の上流、第１散乱体装置１８と第２散乱体装置１９Ａ，１９Ｂとの間に配置される場合がある。また、ボーラス２５、患者コリメータ２６については第２散乱体装置１９Ａ，１９Ｂの下流に配置されるが、配置順序については、上記の逆となる場合がある。
【００４１】
本実施形態の粒子線治療装置は、照射制御装置５０、及び駆動制御装置５１〜５６を有する制御システム８０を備える。照射制御装置５０及び駆動制御装置５１〜５６を個々に設けずに、制御システム８０が照射制御装置５０及び駆動制御装置５１〜５６の各機能を発揮するように構成してもよい。
【００４２】
照射制御装置５０にはメモリ５７が設けられており、このメモリ５７は、照射条件情報を記憶する。照射条件情報の項目は、照射野形成装置１５内でのイオンビーム通過領域に位置させる第１散乱体２８の厚み（SC1厚）、イオンビーム進行方向における第１散乱体２８の位置（SC1位置）、飛程調整装置２１における、イオンビーム通過領域に位置させるブロック４２Ａ，４２Ｂの厚み（RS厚）、第２散乱体装置（１９Ａまたは１９Ｂ）（SC2テーブル）、イオンビーム通過領域に位置させる第２散乱体３２，３６の種類（SC2種）である。照射条件情報は、例えば表１に示すように、照射目標である患部Ｋのビーム軸ｍに直角な方向における大きさ（照射野径、照射野サイズ）、患部Ｋのビーム軸方向（深さ方向）の位置（照射野最大到達深度、飛程）及び大きさ、照射野形成装置１５への入射イオンビームエネルギー（入射Ｅｇ）に対応して定められている。照射野サイズ、飛程（体内でのイオンビームの飛程）、入射イオンビームエネルギーと、第１散乱体厚み、第１散乱体位置、飛程調整装置ブロック厚み、第２散乱体テーブルの種類、第２散乱体種類との関係は、予め、計算および実験により求めておく。また飛程とＳＯＢＰ形成装置２０の楔体３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃの種類との対応付けも予め求められ、照射条件情報としてメモリ５７に記録されている。
【００４３】
【表１】
0003681382.tif 000002
【００４４】
治療計画装置５８は、治療する患者１５に対する治療計画情報（照射野サイズ、イオンビームの入射方向、その入射方向における飛程、入射エネルギー等）を記憶している。
【００４５】
次に、上記構成の本実施形態の粒子線照射装置の動作を以下に説明する。
【００４６】
まず、照射野形成装置１００に対する患者１５の位置決め前に、照射制御装置５０は、治療計画装置５８から患者１５に対する治療計画情報（照射野サイズ、飛程、入射エネルギー等）を入力し、メモリ５７に記憶させる（あるいは治療計画装置５８にて入力された患部Ｋの位置及び形状より、照射野サイズや飛程等の照射条件を照射制御装置５０が決定し、メモリ５７に入力記憶するようにしてもよい）。照射制御装置５０は、メモリ５７に記憶された、患者１５に対する治療計画情報である照射野サイズ（照射野情報）、飛程（飛程情報）及び入射エネルギー（ビームエネルギー情報）を用いて、メモリ５７にあらかじめ記録されている表１に例示したような照射条件情報から、第１散乱体の厚み、第１散乱体位置、第２散乱体搭載テーブル、第２散乱体の種類、及び吸収体の厚み（飛程調整装置の厚み）を選定する。例えば、照射野情報に基づいて第２散乱体搭載テーブル（イオンビーム進行方向における第２散乱体の位置）が、ビームエネルギー情報に基づいて第１散乱体の位置及び第２散乱体がそれぞれ選定される。イオンビームの入射エネルギーが大きくなる程、厚みの厚い散乱体が選定され、要求される飛程が短い程、厚みの厚い吸収体が選定される。
【００４７】
また照射制御装置５０は、駆動制御装置５１に対し、駆動指令信号と共に選定された第１散乱体の厚み情報を出力する。駆動制御装置５１は、その厚み情報に基づいて選定された厚さとなるように第１散乱体装置１８内の散乱体２８（一枚または複数枚）を選定する。駆動制御装置５１は駆動指令信号に基づいて該当する散乱体移動装置を駆動させ、選択された散乱体２８を移動させてビーム軸ｍ上に位置させる。
【００４８】
さらに、照射制御装置５０は、第１散乱体駆動制御用の駆動制御装置５２に対して、駆動指令信号と共に第１散乱体の位置情報を出力する。駆動制御装置５２は、その位置情報に基づいてモータ３１を回転させ、支持部材２９を所定の位置まで移動させる。これに伴って、第１散乱体装置１８は位置情報に対応した位置まで移動される。駆動制御装置５２は、支持部材２９がその位置に達したことを例えばエンコーダの検出信号で確認する。なお、この第１散乱体装置１８の移動においては、前述した照射情報のすべてが必ずしも必要であるわけではなく、照射目標である患部Ｋのビーム軸ｍに直角な方向における大きさ（照射野径、照射野サイズ）、患部Ｋのビーム軸方向（深さ方向）の位置（照射野最大到達深度、飛程）、及び患部Ｋのビーム軸方向（深さ方向）の大きさの少なくとも１つに基づき駆動制御することが可能である。
【００４９】
また、照射制御装置５０は、治療計画情報に基づいて第２散乱体装置１９Ａを選択した場合には第２散乱体３２のうち選定された第２散乱体を示す第２散乱体識別信号を駆動制御装置５３へ、第２散乱体装置１９Ｂを選択した場合には第２散乱体３６のうち選定された第２散乱体を示す第２散乱体識別信号を駆動制御装置５４へ出力する。すなわち、第２散乱体識別信号は、照射制御装置５０から、イオンビームを照射する患者１５に対して大きな照射野径（表１に示したデータ例では例えば照射野径φ＝３５０ｍｍ）を形成する必要がある場合には駆動制御装置５３へ、小さい照射野径（表１に示したデータ例では例えば照射野径φ＝２００ｍｍ，６０ｍｍ）を形成する必要がある場合には駆動制御装置５４へ出力される。第２散乱体識別信号が入力された駆動制御装置５３（又は駆動制御装置５４）は、その第２散乱体識別信号に応じテーブル３３（又はテーブル３７）の回転角度を設定してテーブル駆動装置３４（又はテーブル駆動装置３８）を駆動する。これにより、テーブル３３（又はテーブル３７）が回転され、識別信号に対応した（言い換えれば形成する照射野サイズに応じた適切な）第２散乱体３２（又は第２散乱体３６）を移動させてビーム軸ｍ上（イオンビームの通過領域）に配置する。テーブル３３の回転は、イオンビームの進行方向において第１散乱体２８よりも下流の第１位置でビーム軸ｍ上に第２散乱体３２を位置させることになる。テーブル３７の回転は、イオンビームの進行方向において第１散乱体２８及び上記第１位置よりも下流の第２の位置ビーム軸ｍ上に第２散乱体３６を位置させることになる。
このとき、第２散乱体識別信号が入力されなかった駆動制御装置５４（又は駆動制御装置５３）には、照射制御装置５０からブランクポートの識別信号が出力される。ブランクポートの識別信号が入力された駆動制御装置５４（又は駆動制御装置５３）は、これに応じてテーブル３７（又はテーブル３３）の回転角度を設定してテーブル駆動装置３８（又はテーブル駆動装置３４）を駆動する。これにより、テーブル３３（又はテーブル３７）が回転され、テーブル３７（又はテーブル３３）のブランクポート３７ａ（又はブランクポート３３ａ）を移動させてビーム軸ｍ上に配置する。
【００５０】
さらに、照射制御装置５０は、前述の照射条件から、駆動指令信号と共に、ＳＯＢＰ形成装置の種類を示す識別信号を駆動制御装置５５に対して出力する。駆動制御装置５５は、識別信号に基づいて、図４に示したように複数の楔体３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃが搭載されている中から照射線量がイオンビーム進行方向へ設定値だけ拡大されるものを選択し、駆動装置４１によりテーブル４０をイオンビーム進行方向に垂直な面上で平行移動させることで、ビーム軸ｍ上に配置する。
【００５１】
また、照射制御装置５０は、前述の照射条件から、駆動指令信号と共に、飛程調整装置２１の厚み情報を駆動制御装置５６に出力する。駆動制御装置５６は、その厚み情報に基づいて、ビーム軸ｍ上で楔形ブロック４２Ａ，４２Ｂの重なり合う距離が設定値に対応した厚さとなるように、駆動装置４３，４３を駆動してブロック４２Ａ，４２Ｂを所定の位置まで平行移動させる。
【００５２】
以上のようにして、選定された散乱体及び吸収体がイオンビーム通過位置（ビーム軸ｍ上）に設定され、第１散乱体装置１８が所定の位置まで移動された後に、イオンビームの調整等の治療前の準備が行われる。
【００５３】
さらに、患者１５用のボーラス２５がケーシング１６のボーラス保持部に設置され、患者コリメータ２６がボーラス保持部の下方でケーシング１６に設置される。このとき、これらボーラス２５及び患者コリメータ２６は、材質としてケミカルウッド、真ちゅう等のイオンビーム遮蔽物質が用いられており、治療計画装置５８から出力される患部形状に合わせて成型される。ボーラス２５は、患部のイオンビーム進行方向最深部の形状の形状と３次元的に一致するよう精密加工され、１照射ごとに交換する。コリメータ２６は、患部形状のイオンビーム進行方向と垂直な面上での投影図と一致するように精密加工され、１照射ごとに交換する。
【００５４】
これらの準備が完了した後、治療台１４を移動して患者１５の患部Ｋを照射野形成装置１００のビーム軸ｍと一致させ、治療開始となる。オペレータは、操作盤（図示せず）から治療開始信号を入力する。その治療開始信号を取り込んだ加速器制御装置（図示せず）の作用によって、所望のエネルギーにまで加速されたイオンビームがシンクロトロン４から出射される。
【００５５】
イオンビームは、前述したように、照射野形成装置１００に達し、照射野形成装置１００内でビーム軸ｍに沿って進行する。すなわち、第１散乱体１８、及び第２散乱体３２（又は３６）を通過して散乱され、イオンビーム進行方向に対して円錐状に拡大される。その後、イオンビームは、ＳＯＢＰ形成装置２０を通過する。ＳＯＢＰ形成装置２０では、前述したように楔形部材３９ａはイオンビーム進行方向における厚みが異なることから、イオンビームのエネルギーの減衰度合いがその通過領域に応じて異なるようになり、それぞれ体内の異なる位置でそれぞれブラッグピークを形成するようになる。この結果、イオンビーム進行方向における放射線量の分布の平坦化が図られる。その後、イオンビームは飛程調整装置２１の楔形ブロック４２Ａ，４２Ｂを通過し、これらブロック４２Ａ，４２Ｂがイオンビームのエネルギーを減少させることによって、イオンビームの体内における飛程が調整される。
【００５６】
飛程調整装置２１を通過したイオンビームは、ボーラス２５を通過する。イオンビームの飛程は、ボーラス２５によって、イオンビーム進行方向における患部Ｋの形状に合せて調整される。ボーラス２５を通過し、患部Ｋをビーム軸ｍ方向に投影した形状の外側に位置するイオンビームは、患者コリメータ２６によって除外される。すなわち、コリメータ２６はその形状の内側に位置するイオンビームのみを通過させる。コリメータ２６を通過したイオンビームは治療する患部領域に集中した高線量領域を形成しつつ、患部Ｋに照射される。
【００５７】
次に、上記の構成及び動作である本実施形態の粒子線照射装置の作用及び効果を以下に説明する。
【００５８】
（１）長飛程化及び照射線量一様化の効果
前述したように、一般に、二重散乱体法では、散乱体をなるべく上流側に配置することで第１及び第２散乱体の厚さを薄くして飛程損失を低減し、飛程を長くしてイオンビームの体内到達深度を深くすることができる。通常、第１散乱体は照射野形成装置の最上流付近に設置されるが、長飛程化のためには第２散乱体もできるだけ上流側に設置し、第１散乱体との距離をなるべく小さくしたほうがよい。なお、第２散乱体が照射目標に近いほどコリメータで切り出したときの端部形状の鋭敏さが低下するという面もあり、この意味からも第２散乱体はできるだけ上流側の方がよい。図５（ａ）は、このような第１散乱体位置を固定した場合の第２散乱体と第１散乱体との間の距離と、飛程（到達深度）との関係を表す図である。第２散乱体と第１散乱体との間の距離が小さいほど、飛程が長くなることが分かる。
【００５９】
その反面、二重散乱体法では、イオンビームの進行軸と第２散乱体との中心位置にずれが発生した場合に、第１散乱体と第２散乱体との間の距離が短いほど、そのずれ量に対する患部Ｋへの線量一様性の悪化率が大きくなる。したがって、患部Ｋに照射する線量（単に、線量という）の一様性を向上するためには、第２散乱体をなるべく下流側に設置して第１散乱体との距離をなるべく大きくしたほうがよい。図５（ｂ）は、このような第１散乱体位置を固定した場合の第２散乱体と第１散乱体との間の距離と、ずれ量あたりの線量分布一様性悪化率との関係を表す図である。第２散乱体と第１散乱体との間の距離が大きいほど、その一様性悪化率が小さくなる（照射する線量の一様性が向上する）ことが分かる。
【００６０】
しかしながら、例えば近年の医療用途における要請に基づき形成可能な最大照射野径を増大した場合を考えると、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、比較的大径の照射野を形成する場合と比較的小径の照射野を形成する場合とで、その特性が大きく異なってくる。
【００６１】
すなわち、図５（ｂ）に示す線量一様性の悪化についてみると、比較的大きな照射野を形成する場合、イオンビームの進行軸と第２散乱体との中心位置とが多少ずれたとしても、大きな照射野全体の中でみるとその影響は小さくある程度吸収されてしまう。このため、比較的小さな照射野を形成する場合に比べて線量一様性の悪化率の値は小さい。一方、図５（ａ）に示す飛程についてみると、比較的小さな照射野を形成する場合、小さい照射野でイオンビームが相対的に集中することから、比較的大きな照射野を形成する場合に比べて飛程が長く、到達深度は大きい。
【００６２】
以上の結果、大照射野を形成する場合には、もともと線量一様性の悪化率の値が相対的に小さいことから、バランス上、線量一様性を多少悪化させても飛程重視としてなるべく第２散乱体と第１散乱体との間の距離を小さくするほうが好ましい。逆に、小照射野を形成する場合には、もともと飛程は相対的に長いことから、バランス上、多少飛程を短くしても線量一様性重視として第２散乱体と第１散乱体との間の距離を大きくするほうが好ましいことがわかる。
【００６３】
本実施形態の粒子線照射装置に備えられた照射野形成装置１００においては、上記に対応し、照射野径が大きい（例えば照射野径φ＝３５０ｍｍ）場合には駆動制御装置５３により駆動装置３４を駆動制御してテーブル３３を回転させ、テーブル３３上の第２散乱体３２ａ〜ｅのうち１つをビーム軸ｍ上に位置させる。このときテーブル３７はブランクポート３７ａがビーム軸ｍ上となる。また、照射野径が小さい（例えば照射野径φ＝２００ｍｍ，６０ｍｍ）場合には駆動制御装置５４により駆動装置３８を駆動制御してテーブル３７を回転させ、テーブル３７上の第２散乱体３６ａ〜ｅのうち１つをビーム軸ｍ上に位置させる。このときテーブル３３はブランクポート３３ａがビーム軸ｍ上となる。
【００６４】
これにより、大照射野形成時は図５（ａ）及び図５（ｂ）中の比較的左側の領域においてイオンビームの照射を行うこととなり、図５（ａ）において飛程損失を低減して飛程を例えばＸＬのように長くすることができ、図５（ａ）中に示すように小照射野形成時における飛程の最小値ＸＳと同程度まで長飛程化を図ることができる。但しこのとき、図５（ｂ）において線量一様性の悪化率は例えばαＬまで相対的に大きくなるが、図５（ｂ）中に示すようにそれでも小照射野形成時における線量一様性悪化率の最小値αＳと同程度にとどめることができる。
【００６５】
一方、小照射野形成時は図５（ａ）及び図５（ｂ）中の比較的右側の領域においてイオンビームの照射を行うこととなり、図５（ｂ）において線量一様性の悪化率を低減して例えばαＳのようにすることができ、図５（ｂ）中に示すように大照射野形成時における線量一様性悪化率の最大値αＬと同程度まで線量一様性向上を図ることができる。但しこのとき、図５（ａ）において飛程は例えばＸＳまで相対的に小さくなるが、図５（ａ）中に示すようにそれでも大照射野形成時における飛程の最大値ＸＬと同程度にとどめることができる。
【００６６】
以上のようにして、本実施形態によれば、大照射野形成時でも小照射野形成時でも、飛程はほぼ上記ＸＳやＸＬ程度の比較的大きな値を確保してそれより短くなるのを防止でき、線量一様性悪化率についてはαＳやαＬ程度の比較的小さな値を確保してそれより大きくなるのを防止できる。すなわち、照射野径の大小に関係なく長飛程化と線量一様性とのバランスを考慮した最適な第２散乱体位置とすることができるので、形成可能な照射野径範囲全体にわたって、常に飛程が長く線量一様性が高い照射を実現することができる。
【００６７】
（２）線量一様性のさらなる向上
本実施形態では、第２散乱体３２又は３６の照射野径に応じた使い分けに加え、第１散乱体装置１８がイオンビーム進行方向に移動可能であることから、患部Ｋの位置におけるイオンビームの散乱サイズ（イオンビームの進行方向に直交する方向においてイオンビームの拡大されたサイズ）を微調整することができる。すなわち、第１散乱体２８を患部Ｋに近づけることによって散乱サイズが小さくなり、逆に遠ざけることによって散乱サイズが大きくなる。このような第１散乱体２８の移動により、患者１５体内におけるイオンビームの飛程を変えないで、イオンビーム進行方向における放射線量分布が平坦化された最適なイオンビーム散乱サイズに調整することができ、この結果患部Ｋにおける照射された放射線量の分布を微調整することができる。具体的には、イオンビームの散乱サイズが最適散乱サイズより小さい場合には第１散乱体２８を患部Ｋから遠ざけ、逆に最適散乱サイズよりも大きい場合には第１散乱体２８を患部Ｋに近づける。このようにして、本実施形態によれば、患部Ｋ内の放射線量分布をさらに一様にすることができる。
【００６８】
（３）本実施形態は、制御システム、特に、照射制御装置５０、駆動制御装置５３，５４の機能により、第２散乱体３２及び第２散乱体３６をイオンビームの進行方向における異なる位置でイオンビームの通過領域に容易に位置させることができる。特に、照射制御装置５０が、患者１５の治療計画情報、すなわち照射野径（照射野情報）を用いて、第２散乱体を位置すべき、イオンビーム進行方向における位置（第１位置または第２位置（具体的にはテーブル３３またはテーブル３７）を選択するため、患者１５に対応させて望ましい位置に第２散乱体を位置させることができる。これにより、患者１５が必要とする照射野サイズに対応したイオンビームを容易に得ることができ、しかも線量を一様化することができる。
【００６９】
なお、本実施形態の本質的な効果である上記（１）を得る限りにおいては、必ずしも第１散乱体装置１８はビーム軸ｍ方向に移動可能である必要はなく、固定構造であってもよいことは言うまでもない。
【００７０】
また、上記実施形態においては、第２散乱体装置１９Ａと第２散乱体装置１９Ｂとの２段を設け、照射野の大きさに応じて使い分けたが、これに限られず、さらにこれらの間に中照射野用第２散乱体装置を設けて３段構成としさらに細かく使い分けても良いし、４段以上としてもよい。要は、互いにサイズの異なる照射野をそれぞれ形成するために、イオンビーム進行方向に沿って第１散乱体装置１８より下流側に照射野サイズの違いに応じた距離間隔をもって複数段設ければ足りる。
【００７１】
（実施形態２）
本発明の他の実施形態である実施形態２の粒子線照射装置（粒子線治療装置）を、以下に説明する。本実施形態の粒子線照射装置は、図１に示す粒子線照射装置１において、照射野形成装置１００を図６に示す照射野形成装置１００Ａに替えた構成を有する。
【００７２】
図６において、照射野形成装置１００Ａは、上流側及び下流側にそれぞれ配置された２段の固定式の第２散乱体装置１９Ａ，１９Ｂに代えてビーム軸ｍ方向に移動可能な可動式の第２散乱体装置６０を設けたものである。照射野形成装置１００Ａは、更に、第２散乱体移動装置６４を備える。
【００７３】
第２散乱体装置６０は、照射野径が大きい場合と照射野径が小さい場合との両方に対応する（言い換えれば照射野径の大きさに関係なく用いられる）ものであり、第２散乱体６１を備えている。第２散乱体６１は、第１実施形態における第２散乱体３２，３６と同様、円形（略円盤状）の散乱体設置テーブル６２の上に周方向に複数個の第２散乱体６１が搭載されている。第２散乱体装置６０の詳細構成を、図７を用いて説明する。複数の第２散乱体６１は、第２散乱体３２，３６をそれぞれ複数個含んでいる。第２散乱体装置６０は、更に、円板状の支持部材７３及び支持筒部材６８を備える。支持筒部材６８の一端がテーブル６２に取り付けられる。支持筒部材６８の他端部は支持部材６８に取り付けられた押え部材７２内に回転可能に保持される。下端部がケーシング１６の水平壁部分に設置されているボールネジ６５が、支持部材７３、支持筒部材６８及びテーブル６２を貫通している。テーブル６２は支持筒部材６８と共にボールネジ６５の周囲を回転する。ボールネジ６５はビーム軸ｍに並行して延びている。
テーブル駆動装置６３は、モータ６９、歯車７０，７１を有する。モータ６９は支持部材７３に設置される。モータ６９の回転軸に取り付けられた歯車７０は、支持筒部材６８が貫通し支持筒部材６８に取り付けられた歯車７１に噛み合っている。モータ６９の回転力は、歯車７０を介して歯車７１に伝えられて支持筒部材６８を回転させ、テーブル６２を回転させる。このように、テーブル駆動装置６３によるテーブル６２の回転によって、高効率で精度の高い照射を行うために複数の第２散乱体６１から１つが選択されてビーム軸ｍ上に位置されるようになっている。なお、第２散乱体装置６０、具体的には支持部材７３がケーシング１６に固定されたガイド装置（図示せず）によってボールネジ６５まわりの回転が拘束され、ビーム軸ｍと平行な方向にのみ移動可能にガイドされている。
【００７４】
第２散乱体移動装置（リニアアクチュエータ）６４は、モータ（例えば交流サーボモータ、あるいはステップモータ等）７４、歯車７５、ナット部材７６、ナット保持部材７７を有する。モータ７４及びナット保持部材７７は、モータ６９が取り付けられる面とは反対側の面で支持部材７３に設置される。ボールネジ６５はナット保持部材７７を貫通する。ナット部材７６はボールネジ６５と噛み合っている。ナット部材７６は、ナット保持部材７７の他端部内に配置され、ナット保持部材７７とナット保持部材７７に取り付けられた押え部材７８との間に回転可能に位置する。モータ７４の回転軸に取り付けられた歯車７５が、ナット部材７６の周囲に形成された歯車と噛み合う。また、図示しないエンコーダが、モータ７４の回転軸に連結されている。
【００７５】
ここで、本実施形態の粒子線治療装置は、照射制御装置５０、駆動制御装置５１，５２，５５，５６，６６，６７を含む制御システム８０Ａを備える。駆動制御装置６６，６７は第１の実施形態の駆動制御装置５３，５４に代えて設けられる。
【００７６】
駆動制御装置６６は、第１の実施形態の駆動制御装置５３，５４に機能的には類似するものである。すなわち、照射制御装置５０が、メモリ５７に記憶された治療計画情報を用いてメモリ５７にあらかじめ記憶された表１に例示したような照射条件情報から必要な第２散乱体６１を選定する。選定された第２散乱体６１を示す第２散乱体識別信号を照射制御装置５０から入力した駆動制御装置６６は、その第２散乱体識別信号に応じテーブル６２の回転角度を設定してテーブル駆動装置６３のモータ６９を回転させる。これによりテーブル６２が回転されて、第２散乱体識別信号に対応した第２散乱体６１がビーム軸ｍ上に位置される。
【００７７】
一方、メモリ５７に記憶された照射条件情報は、表１に示す照射条件情報のうち「第２散乱体搭載テーブル（SC2テーブル）」の替りに「第２散乱体位置（SC2位置）」を含んでいる。照射制御装置５０は、患者１５の治療計画情報に基づいて選定した第２散乱体位置を示す第２散乱体位置情報を、駆動制御装置６７に対して出力する。駆動制御装置６７は、その位置情報に基づいて第２散乱体移動装置６４を駆動させ、テーブル６２をその第２散乱体位置まで移動させる。具体的にはモータ７４を回転させる。モータ７４の回転力は歯車７５を介してナット部材７６に伝えられる。ボールネジ６５と噛み合ってナット保持部材７７と押え部材７８との間に位置するナット部材７６がボールネジ６５の軸方向に移動するため、ナット保持部材７７、支持部材７３、支持筒部材６８及びテーブル６２がボールネジ６５の軸方向に移動する。これによって、テーブル６２が第２散乱体位置情報に対応した位置（第２散乱体位置）まで移動される。駆動制御装置６７は、テーブル６２がその位置に達したことを例えばエンコーダの検出信号で確認したとき、モータ７４の回転を停止させる。
患者１５に対して要求される照射野径が大きい（表１に示したデータ例では例えば照射野径φ＝３５０ｍｍ）場合には、第２散乱体装置６０のテーブル６２は、駆動制御装置６７の上記制御によって、前述の第１実施形態における第２散乱体装置１９Ａのテーブル３３の位置（第１設定位置）まで移動される。また、その要求される照射野径が小さい（表１に示したデータ例では例えば照射野径φ＝２００ｍｍ，６０ｍｍ）場合には、第２散乱体装置６０のテーブル６２は、駆動制御装置６７の上記制御によって、前述の第１実施形態における第２散乱体装置１９Ｂのテーブル３７の位置（第２設定位置）まで移動される。
第２散乱体識別信号に対応してビーム軸ｍ上に位置される第２散乱体６１は、照射野径が大きい（例えば照射野径φ＝３５０ｍｍ）場合には第２散乱体３２であり、照射野径が小さい（例えば照射野径φ＝２００ｍｍ，６０ｍｍ）の場合には第２散乱体３６である。
本実施形態は、実施形態１で生じる効果を得ることができる。本実施形態は、更に、第２散乱体装置を実施形態１よりもコンパクト化でき、照射野形成装置の構成を単純化できる。
【００７８】
本実施形態の粒子線照射装置に備えられた照射野形成装置１００Ａにおいては、上述したように、照射野径が大きい（例えば照射野径φ＝３５０ｍｍ）場合には駆動制御装置６７によりモータ６４を駆動して第２散乱体装置６０を上流側に移動させ、照射野径が小さい（例えば照射野径φ＝２００ｍｍ，６０ｍｍ）場合には第２散乱体装置６０を下流側に移動させる。これにより、上記第１実施形態と同様、照射野径の大小に関係なく長飛程化と線量一様性とのバランスを考慮した最適な第２散乱体位置とすることができるので、形成可能な照射野径範囲全体にわたって、常に飛程が長く線量一様性が高い照射を実現することができる。さらに、第１散乱体装置１８がイオンビーム進行方向に移動可能であることから、患部Ｋ内の放射線量分布をさらに一様にすることができる。
実施形態１及び２において、荷電粒子ビーム加速装置としてシンクロトロンの替りにサイクロトロンを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１実施形態の粒子線照射装置に備えられる照射野形成装置の詳細構成を表す縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の粒子線照射装置の全体概略構成を表す図である。
【図３】図１における第２散乱体装置の設置テーブルの位置関係をイオンビーム進行方向上流側より見た図である。
【図４】図１におけるＳＯＢＰ形成装置の楔体の詳細構造を表す上面図である。
【図５】第１散乱体位置を固定した場合の第１散乱体−第２散乱体間距離に対する、（ａ）は到達飛程との関係を表す図、（ｂ）は線量分布の一様性との関係を表す図である。
【図６】本発明の第２実施形態の粒子線照射装置に備えられる照射野形成装置の詳細構成を表す縦断面図である。
【図７】図６に示す第２散乱体装置、テーブル駆動装置及び第２散乱体移動装置の詳細縦断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
２              荷電粒子ビーム発生装置
１８            第１散乱体装置
１９Ａ，１９Ｂ  第２散乱体装置
２８            第１散乱体
３０            ボールネジ（第１散乱体駆動装置）
３１            モータ（第１散乱体駆動装置）
３２            第２散乱体（大照射野用散乱体）
３３            テーブル（第１テーブル）
３４            テーブル駆動装置（第１テーブル駆動装置）
３６            第２散乱体（小照射野用散乱体）
３７            テーブル（第２テーブル）
３８            テーブル駆動装置（第２テーブル駆動装置）
５２            駆動制御装置（第１散乱体駆動制御装置）
５３            駆動制御装置（テーブル駆動制御装置）
５４            駆動制御装置（テーブル駆動制御装置）
６０            第２散乱体装置
６１            第２散乱体
６４            第２散乱体移動装置
６５            ボールネジ（第２散乱体移動装置）
６７            駆動制御装置（第２散乱体駆動制御装置）
６８            支持筒部材
７３            支持部材
７４            モータ（第２散乱体移動装置）
７６            ナット部材（第２散乱体移動装置）
１００          照射野形成装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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