(57)【要約】【課題】呼吸などで移動する標的をスキャニング照射する際、深さ方向の線量分布ＳＯＢＰは従来の細いブラッグピークでは線量分布が所定の一様な分布から悪化しやすいという課題があった。従来に比べ患部の線量一様度の向上したスキャニング照射を実現するための飛程調整装置および粒子線治療システムを提供する。【解決手段】リッジフィルタ部とレンジシフタ部を一体製作した構造、あるいは、リッジフィルタ部とレンジシフタ部を接触して配置した構造の飛程調整装置、あるいは、以上の構造を持つ飛程調整装置を複数台並べることにより、ブラッグピークを拡大する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子線を加速する加速器と、
この加速器によって加速された前記粒子線を標的に照射する照射ノズルと、
前記加速器から出射された前記粒子線を前記照射ノズルに輸送するビーム輸送系とを備え、
前記照射ノズルは、前記粒子線の進行方向にブラッグピークの幅を拡大させるリッジフィルタ部と前記粒子線のエネルギーを損失させるレンジシフタ部とを有する飛程調整装置を備え、
前記レンジシフタ部は、前記粒子線の標的入射位置で前記粒子線のエネルギーの拡がりを拡大するのに充分な厚みを有しており、
前記飛程調整装置における前記リッジフィルタ部と前記レンジシフタ部とは接触して配置された
ことを特徴とする粒子線治療システム。
【請求項２】
請求項１に記載の粒子線治療システムにおいて、
前記照射ノズルは、前記粒子線を走査する走査電磁石を更に有し、
前記粒子線の進行方向に対して前記走査電磁石よりも下流側に前記飛程調整装置が配置された
ことを特徴とする粒子線治療システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の粒子線治療システムにおいて、
前記飛程調整装置における前記リッジフィルタ部は、前記レンジシフタ部と同一材料で構成された
ことを特徴とする粒子線治療システム。
【請求項４】
請求項３に記載の粒子線治療システムにおいて、
前記飛程調整装置における前記リッジフィルタ部と前記レンジシフタ部とが一体成形によって形成された
ことを特徴とする粒子線治療システム。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の粒子線治療システムにおいて、
前記飛程調整装置における前記リッジフィルタ部は、前記レンジシフタ部と異なる材料で構成された
ことを特徴とする粒子線治療システム。
【請求項６】
請求項５に記載の粒子線治療システムにおいて、
前記飛程調整装置における前記リッジフィルタ部は、前記レンジシフタ部と嵌め合い構造となっている
ことを特徴とする粒子線治療システム。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の粒子線治療システムにおいて、
前記粒子線の通過領域に複数の前記飛程調整装置を有する前記照射ノズルを更に備えた
ことを特徴とする粒子線治療システム。
【請求項８】
請求項７に記載の粒子線治療システムにおいて、
前記複数の飛程調整装置のうち、第１の飛程調整装置の前記リッジフィルタ部と第２の飛程調整装置の前記リッジフィルタ部とが交差するように設置された
ことを特徴とする粒子線治療システム。
【請求項９】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の粒子線治療システムにおいて、
前記飛程調整装置における前記リッジフィルタ部は、前記粒子線の進行方向に対して前記レンジシフタ部よりも下流側に配置された
ことを特徴とする粒子線治療システム。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の粒子線治療システムにおいて、
前記飛程調整装置における前記レンジシフタ部は、１ｃｍ以上の厚みを有する
ことを特徴とする粒子線治療システム。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の粒子線治療システムにおいて、
前記飛程調整装置における前記レンジシフタ部は、４ｃｍ以上１５ｃｍ以下の厚みを有する
ことを特徴とする粒子線治療システム。
【請求項１２】
粒子線の進行方向にブラッグピークの幅を拡大させるリッジフィルタ部と、
前記粒子線のエネルギーを損失させるレンジシフタ部とを備えた飛程調整装置であって、
前記レンジシフタ部は、前記粒子線の標的入射位置で前記粒子線のエネルギーの拡がりを拡大するのに充分な厚みを有しており、
前記リッジフィルタ部と前記レンジシフタ部とは接触して配置された
ことを特徴とする飛程調整装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の飛程調整装置において、
前記リッジフィルタ部は、前記レンジシフタ部と同一材料で構成された
ことを特徴とする飛程調整装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の飛程調整装置において、
前記リッジフィルタ部と前記レンジシフタ部とが一体成形によって形成された
ことを特徴とする飛程調整装置。
【請求項１５】
請求項１２に記載の飛程調整装置において、
前記リッジフィルタ部は、前記レンジシフタ部と異なる材料で構成された
ことを特徴とする飛程調整装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の飛程調整装置において、
前記リッジフィルタ部は、前記レンジシフタ部と嵌め合い構造となっている
ことを特徴とする飛程調整装置。
【請求項１７】
請求項１２乃至１６のいずれか１項に記載の飛程調整装置において、
前記レンジシフタ部は、１ｃｍ以上の厚みを有する
ことを特徴とする飛程調整装置。
【請求項１８】
請求項１２乃至１６のいずれか１項に記載の飛程調整装置において、
前記レンジシフタ部は、４ｃｍ以上１５ｃｍ以下の厚みを有する
ことを特徴とする飛程調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シンクロトロンあるいはサイクロトロンなどの粒子線加速器により加速された荷電粒子ビーム（粒子線）を、がん患部に照射してがん治療を行う粒子線治療システムおよび飛程調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
粒子線治療は、シンクロトロンあるいはサイクロトロンといった加速器により加速された荷電粒子ビームを、がん患部に照射するがん治療法である。加速器からの荷電粒子ビームは、ビーム輸送系により照射ノズルまで輸送され、照射ノズルでがん患部に合致するように整形された後、治療台の患者患部に照射される。
【０００３】
照射ノズルで荷電粒子ビームを整形する方法に、散乱体を用いて荷電粒子ビームを拡大した後、患部形状に合致した形状にコリメータなどで整形する散乱体照射法、また、走査電磁石により加速器からの細い荷電粒子ビームを直接走査しながら照射するスキャニング照射法などがある。
散乱体を用いた照射法では、ビーム進行方向に固定幅の高線量域が形成されるため、患部以外の正常組織への照射量が増加してしまう課題があった。これに対してスキャニング照射法は、細い荷電粒子ビームで患部を走査しながら照射するために、照射位置と照査量を適切に制御することで、患部のみを高線量で照射し周辺の正常組織の線量を減らした照射が可能である。
【０００４】
粒子線スキャニング照射は、従来の散乱体を用いた照射法と比較して、正常組織への照射量を減らした優れた方法であるが課題も存在する。
スキャニング照射では細い荷電粒子ビームで患部の一部分を走査しながら照射していくため、荷電粒子ビームを走査している時に患部が呼吸移動などで移動した場合、照射位置にずれが発生することになる。また、呼吸移動により荷電粒子ビームが通過する経路上の密度も変化するため、体内で荷電粒子ビームが到達する深さも変化する。これらスキャニング照射中に標的が移動することにより、所定の照射位置からのずれが発生する結果、患部に一様な線量を照射する線量分布が崩れることとなる。一方、散乱体を用いた照射法では患部全体を照射するために、患部が呼吸移動で移動した場合でも、照射領域に移動量分の余裕をとっておけば、患部の線量分布の悪化度合いは比較的に小さい。
以上のことから、呼吸に応じて移動する患部においても線量一様度を向上させる粒子線スキャニング照射方法が開発されている。
【０００５】
粒子線スキャニングとゲート照射を組み合わせる方法がある。ゲート照射とは、人体の呼吸波形を観測し、ある特定の呼吸位相の範囲にあるときのみ照射を行う方法である。呼吸波形を取得する方法としては、体表の動きをレーザー距離計、あるいは赤外線カメラで測定する方法などがある。呼吸波形で患者の呼吸移動の範囲を限定してスキャニング照射を行うため、線量分布の崩れを抑えることが可能となる。
呼吸波形を取得する方法として、体表ではなく体内を見る方法はより高精度に患部の動きを把握することが可能である。患部の周辺領域に金マーカーを埋め込み、Ｘ線透視により金マーカーの位置を追跡することによりゲート信号を得る方法がある。所定の範囲内、例えば±１ｍｍの範囲内に金マーカーが入ったときのみスキャニング照射を行うことにより、患部近傍の体内の移動を監視することになるため、体表の呼吸信号を用いたものより、高精度の照射が可能となる。
【０００６】
呼吸移動する標的に対するスキャニング照射の線量分布の崩れを抑制するために、荷電粒子ビームを整形する方法もある。荷電粒子ビームを人体に照射した時には、深さ方向にブラッグカーブと呼ばれる線量分布特性を示し、特にブラッグピークと呼ばれるピーク領域で高線量を付与する。がん患部にブラッグピークが一致するように荷電粒子ビームエネルギーを決めることで患部のみに集中した線量分布を形成するが、移動する標的の線量分布の崩れを抑制するために、ブラッグピークを拡大する方法がある。荷電粒子ビームが体内で作るブラッグカーブにおいて、ブラッグピークを拡大するためにミニリッジフィルタと呼ぶ機器を配置する。リッジフィルタは断面形状がおよそ三角形をしており、エネルギーの広がりを拡大することでブラッグピークを拡大する。そのため、深さ方向をよりロバストに照射することが出来る。
また、荷電粒子ビームのビームサイズを大きくすることにより、線量一様度の悪化を防ぐことも可能であるが、横方向の線量分布の切れが悪化するという課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４０７２３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
粒子線スキャニング照射において、特に浅い部位に位置する患部を照射する場合では、ブラッグピークが鋭いため、呼吸で標的が移動した際に線量一様度が悪化しやすい傾向にあった。
【０００９】
具体的には、粒子線スキャニング照射では、患部を層に分割し、各層を同一のエネルギーで照射していく。荷電粒子ビームの進行方向、すなわち深さ方向の線量分布は、各層のブラッグカーブを適切な照射量で重ね合わせることにより一様な高線量領域ＳＯＢＰ（Ｓｐｒｅａｄ  Ｏｕｔ  Ｂｒａｇｇ  Ｐｅａｋ）を形成する。
【００１０】
従来は、ブラッグピークが鋭い場合は、特許文献１に示すようにリッジフィルタと呼ばれる装置を通過させて、ブラッグピークを太らせてＳＯＢＰ形成していた。リッジフィルタは、断面形状がおよそ三角形状をした部材を並べた構造をしており、荷電粒子ビームが通過する場所により失うエネルギーが異なるため、断面形状を適切に調整することにより荷電粒子ビームのエネルギー拡がりを大きく出来る。その結果、人体入射位置でのエネルギー拡がりを大きくすることが出来、ブラッグピークを拡大することが出来る。
【００１１】
しかし、この方法では、粒子線スキャニングのビームサイズが小さくなるにつれて、リッジフィルタの構成部材を並べる繰り返し間隔も小さくする必要があり、構造が細かくなるためにリッジフィルタの製作が困難になるという課題があった。また、ブラッグピークをより太くするためには、リッジフィルタの高さを高くする必要があった。断面の高さが高く、横幅の小さいリッジフィルタは製作が困難であった。
【００１２】
本発明は、呼吸で標的が移動した場合でも、線量一様度を向上させて粒子線スキャニング照射を行うことができる粒子線治療システムおよび飛程調整装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、ブラッグピークを拡大するためにリッジフィルタだけでなく、レンジシフタを併用することに着目する。レンジシフタは荷電粒子ビームのエネルギーを損失させるので、人体入射位置でのエネルギー拡がりを大きくする。
【００１４】
例えばレンジシフタの厚みが水等価で５ｃｍの場合、レンジシフタを通過した深さ５ｃｍを照射するブラッグピークの太さは、レンジシフタを通過する前の深さ１０ｃｍのエネルギーの荷電粒子ビームのブラッグピークの太さとほぼ同等である。
このような効果を持つ厚いレンジシフタにリッジフィルタを接触させて配置した構造、あるいはレンジシフタとリッジフィルタを一体で製作した構造の飛程調整装置により、従来のリッジフィルタよりブラッグピークを拡大することが可能となる。
【００１５】
リッジフィルタとレンジシフタを一体で製作するとは、リッジフィルタとレンジシフタを同一の材質で一体製作した構造、あるいは、従来のリッジフィルタの台座を延長した構造を指す。
リッジフィルタとレンジシフタを接触させた配置とは、リッジフィルタとレンジシフタの配置間隔を極力小さく、例えば数ｍｍ以下に配置した構造である。これにより、リッジフィルタを散乱の比較的大きな金属で製作し、レンジシフタを散乱の小さい樹脂製にするなど、リッジフィルタとレンジシフタを違う材質で製作することも可能となる。
【００１６】
リッジフィルタを通過した荷電粒子ビームは、レンジシフタでエネルギー損失するため、同じブラッグピークの太さを実現するためには、リッジフィルタ単体の場合と比較してリッジフィルタの高さを低くすることが出来る。また、リッジフィルタを通過した荷電粒子ビームは、レンジシフタで散乱を受けるために繰り返し間隔を大きくすることが出来るため、より製作しやすくなる。厚いレンジシフタを通過させることにより、粒子線スキャニングのビームサイズが散乱により大きくなるが、本発明の飛程調整装置は、患者近傍に設置することでビームサイズ増大を最小限にする。
【００１７】
以上のような構造を持つ飛程調整装置を患者近傍に設置することにより、従来に比べてブラッグピークを拡大することが出来る。その結果、呼吸移動する標的を照射する場合に荷電粒子ビームの到達深さが変化した場合でも、深さ方向の線量一様度の悪化度合いを抑制することが可能となる。本発明は、特にブラッグピークが鋭い飛程の短い浅い領域を照射する場合、その効果は顕著となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、従来のリッジフィルタよりブラッグピークを拡大することが可能となり、呼吸移動する標的に粒子線スキャニング照射を行う場合に、従来に比べて深さ方向の線量一様度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明が関係する粒子線治療システムの全体構成を示す図である。
【図２】本発明が関係する粒子線スキャニング用の照射ノズルの機器構成を示す図である。
【図３】粒子線スキャニング照射を示す図である。
【図４】粒子線スキャニング照射において深さ方向に一様な線量分布ＳＯＢＰ形成を示す図である。
【図５】本発明の実施例１による飛程調整装置を示す図である。
【図６】本発明による飛程調整装置によりブラッグピークが拡大することを説明する図である。
【図７】本発明による飛程調整装置により形成されたＳＯＢＰを示す図である。
【図８】本発明の実施例２による飛程調整装置を示す図である。
【図９】本発明の実施例３による飛程調整装置を示す図である。
【図１０】本発明の実施例４による飛程調整装置を示す図である。
【図１１】本発明の実施例５による飛程調整装置を示す図である。
【図１２】本発明の実施例６による飛程調整装置を示す図である。
【図１３】本発明の実施例７による飛程調整装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に本発明の粒子線治療システムおよび飛程調整の実施例を、図面を用いて説明する。
【００２１】
まず、粒子線治療システムの全体構成および関連する装置の構成について説明する。
【００２２】
図１に、本発明が関係する粒子線治療システムの全体構成を示す。
シンクロトロン加速器あるいはサイクロトロン加速器といった粒子線加速器２０で加速された荷電粒子ビームは、ビーム輸送系３０により照射ノズル４０まで輸送される。照射ノズル４０で荷電粒子ビームは患部形状に合致するように整形され、治療台５０に横になった患者５に照射される。加速器２０は、入射器２１とシンクロトロン加速器２２から成る。図１では、シンクロトロン加速器２２が記載されているが、サイクロトロン加速器などその他の粒子線加速器でも構わない。
【００２３】
図２に、本発明が関係する粒子線スキャニング用の照射ノズル４０を示す。
照射ノズル４０では、水平、垂直方向用の走査電磁石４１Ａ，４１Ｂにより二次元平面内に荷電粒子ビームを走査する。図２で照射ノズル先端に取り付けられる機器は本発明による飛程調整装置１００を示す。走査電磁石４１Ａ，４１Ｂにより走査されたビームは、患部５１に照射される。線量モニタ４２は各照射スポットに照射された荷電粒子ビームの照射量を測定する。位置モニタ４３は各照射スポットのビーム位置を計測する。
【００２４】
スキャニング照射は、あらかじめ図１に示す治療計画装置１０でがん患部を一様な線量で照射するための照射スポットの位置と各照射スポットに対する照射量を計算する。
【００２５】
粒子線スキャニング照射を図３に示す。
患部５１を層５２に分割し、各層５２は同じエネルギーの荷電粒子ビームで照射していく。層５２内には照射スポット５３が配置される。各照射スポット５３の定められた照射量の荷電粒子ビームを照射すると、次の照射スポット５３を照射する。ある層５２の照射が完了すると、荷電粒子ビームのエネルギーを変更して次の層５２の照射を行う。
治療計画装置１０で計算された患者毎のデータは、図１に示す粒子線治療システムの全体制御装置１１に送られる。全体制御装置１１から加速器、ビーム輸送系制御装置１２にエネルギー変更、ビームオンオフなどの信号を送る。全体制御装置１１から各照射スポットの座標値、照射量を照射ノズル制御装置１３に送る。照射スポットの座標値は、走査電磁石４１Ａ，４１Ｂの励磁電流値に変換されて、照射が実施される。
スキャニング照射では、図２に示す照射ノズル４０内の線量モニタ４２で各照射スポット５３に照射された荷電粒子ビームの照射量を測定し、位置モニタ４３で荷電粒子ビームの照射位置を確認する。
ビーム進行方向、すなわち患部深さ方向の照射位置変更には、荷電粒子ビームのエネルギーを変更する。荷電粒子ビームのエネルギーが変化すると、荷電粒子ビームの体内到達位置が変わる。エネルギーの高い荷電粒子ビームは、体内の深い場所まで到達し、エネルギーの低い荷電粒子ビームは体内の浅い場所までしか到達しない。粒子線スキャニング照射では、深さ方向の一様な線量分布形成に荷電粒子ビームのエネルギーを変更して、照射量を適切に配分することにより深さ方向のＳＯＢＰを形成する。各エネルギーの照射量を適切に配分することで各エネルギーのブラッグカーブ６１が決まり、図４に示すように深さ方向に一様な線量分布ＳＯＢＰ（Ｓｐｒｅａｄ  Ｏｕｔ  Ｂｒａｇｇ  Ｐｅａｋ）６２を形成する。
【００２６】
＜実施例１＞  
図５に、本実施例による粒子線用の飛程調整装置１００を示す。
図５で、飛程調整装置１００はリッジフィルタ部１０１とレンジシフタ部１０２を有する。荷電粒子ビーム４４は、図５の矢印の方向に入射する。
【００２７】
リッジフィルタ部１０１はブラッグピークを拡大する機能を持ち、レンジシフタ部１０２はブラッグピーク６１を厚み分だけ平行移動する機能を持つ。
【００２８】
本実施例のレンジシフタ部１０２は、荷電粒子ビーム４４の患者体表面（標的入射位置）において荷電粒子ビーム４４のエネルギーの広がりを拡大するのに充分な厚みを有する。
好ましくは、レンジシフタ部１０２が、荷電粒子ビーム４４のビーム進行方向に対して１ｃｍ以上の厚みを有することで、レンジシフタ部１０２でもブラックピークを太らせる効果を得ることができ、荷電粒子ビーム４４のエネルギーの広がりを拡大するのに充分な厚みとなる。
さらに好ましくは、レンジシフタ部１０２が、荷電粒子ビーム４４のビーム進行方向に対して４ｃｍ以上の厚みを有することで、粒子線治療システムで出射可能な最低エネルギー、すなわち患者の体表面からの深さが４ｃｍの範囲に位置する患部に対しても荷電粒子ビームを照射することが可能となる。また、さらに好ましくは、レンジシフタ部１０２の厚みを１５ｃｍ以下とすることで、一台の飛程調整装置で、照射対象となる患部が位置する範囲内に荷電粒子ビーム４４を照射することが可能となる。
【００２９】
図５においてリッジフィルタ部１０１とレンジシフタ部１０２が同一の材質で接触して配置された構造を示す。リッジフィルタ部１０１とレンジシフタ部１０２を接触させるとは、リッジフィルタ部１０１とレンジシフタ部１０２の間隔が数ｍｍ以内で配置されたことを指す。
なお、図５においてリッジフィルタ部１０１とレンジシフタ部１０２は一体として製作しても良い。図５ではリッジフィルタ部１０１が荷電粒子ビーム４４入射に対してリッジフィルタ部１０１が上流に配置されているが、照射ノズル内に設置する場合は、リッジフィルタ部１０１を上流に配置しても、下流に配置してもどちらでも良い。
【００３０】
本実施例のブラッグピーク拡大効果を図６で説明する。図６では、本実施例による飛程調整装置１００を設置した場合のブラッグカーブを６３に示し、設置しなかった場合のブラッグカーブを６１に示す。
【００３１】
本実施例によるブラッグピークの太り方は二段階である。
まず、飛程調整装置１００を通過する前の荷電粒子ビームは深さａに到達するだけのエネルギーを持っている。そのため、飛程調整装置１００を通過しなかった場合のブラッグカーブはブラッグカーブ６１のように深さａまで到達する。本実施例の飛程調整装置１００のレンジシフタ部１０２により、荷電粒子ビームは深さａから深さｂまでの差に相当するエネルギーを失う。そのため、図６において、レンジシフタ部１０２による荷電粒子ビームのエネルギー損失によりブラッグカーブがブラッグカーブ６１からブラッグカーブ６１Ａにほぼ平行移動する。粒子線は人体を通過するにつれて、進行方向にエネルギーが拡がっていくエネルギーストラグリングと呼ばれる性質を持っている。そのため、深さａを照射する粒子線のエネルギー拡がりは、より浅い位置の深さｂを照射する粒子線のエネルギー拡がりより大きくなる。そのため、深さａを照射するブラッグカーブ６１は、深さｂを照射するブラッグカーブ６１Ａより太くなっている。レンジシフタ部１０２の通過により、ブラッグカーブ６１とブラッグピーク６１Ａの太さはほぼ変化せず平行移動した形となる。このようにレンジシフタ部１０２により、本実施例の飛程調整装置１００は厚み分だけ高いエネルギーの荷電粒子ビームを照射することにより、ブラッグピークを拡大することが可能である。
さらにリッジフィルタ部１０１は従来のリッジフィルタと同様の断面形状をもっており、ブラッグピークを拡大する効果がある。図６において、平行移動したブラッグカーブ６１Ａはリッジフィルタ部１０１によりさらにピーク部が拡大されてブラッグカーブ６３になる。このように、リッジフィルタ部１０１により、レンジシフタ部１０２により平行移動されたブラッグピークを更に拡大することが可能である。
【００３２】
図７に、本実施例に基づく飛程調整装置１００を設置して深さ方向に一様な線量分布ＳＯＢＰ６２を形成した場合を示す。
ＳＯＢＰ６２を構成する個々のエネルギーのブラッグピーク６１が拡大していることから、位置ずれに対して線量一様度の悪化度合いが小さいことが分かる。これにより従来に比べ、位置ずれに対して線量分布の崩れを抑制することが可能となる。また、所望のＳＯＢＰ６２を形成するのに必要なエネルギー数が減るために、スキャニング照射においてエネルギーを切り替えて照射するレイヤーを変更する回数が減るために、治療時間を短縮することが可能となる。
【００３３】
呼吸に応じて移動する臓器を照射する場合に、線量一様度を向上させる方法にゲート照射がある。ゲート照射とは、呼吸移動信号をもとに臓器が所定の位置にある時にのみビーム照射を行う照射法である。照射する領域の位置ずれを所定の範囲内に抑えることで位置ずれを少なくすることが出来るため、線量一様度が向上する。
呼吸移動信号を取得する手段として、レーザーで体表の動きを見る方法や、また、患部周辺に埋め込んだ金マーカーをＸ線透視により所定の範囲内に入った時にゲート信号を発信する方法がある。金マーカーをＸ線透視で確認してゲート照射する方法は、体内の照射する臓器周辺の動きを見ているので、より高精度な照射を実現出来、動体追跡法と呼ばれる。本実施例による飛程調整装置１００は、このような動体追跡照射と組み合わせて使うことで移動する標的に対しても高精度でスキャニング照射が可能となる。
【００３４】
本実施例の飛程調整装置１００では、リッジフィルタ部１０１とレンジシフタ部１０２が接触して配置されているため、リッジフィルタ部１０１とレンジシフタ部の間隔はほぼ０であるか、あっても数ｍｍ以内である。特許文献１に記載されているリッジフィルタとレンジシフタは照射ノズル内に別々に配置するため、本実施例と比較してリッジフィルタとレンジシフタの設置間隔が大きくなる。そのため、リッジフィルタの患者からの距離は遠くなり、リッジフィルタの繰り返し間隔を患者位置に投影した繰り返し間隔は、本実施例と比較して大きくなる傾向にある。患者位置に投影したリッジフィルタの繰り返し間隔が大きいということは、リッジフィルタの繰り返し構造に起因する線量分布のしま模様が発生しやすい傾向になる。
本実施例ではリッジフィルタ部１０１をレンジシフタ部１０２と接触あるいは一体として配置することにより、リッジフィルタ部１０１をより患者に近い位置に配置することが可能となる。そのため、患者位置に投影したリッジフィルタの繰り返し間隔は、従来技術と比べて小さくなり、リッジフィルタの繰り返し構造に起因する線量分布のしま模様が発生しにくくなる。しま模様が発生しにくいということは、リッジフィルタの繰り返し間隔を、従来に比べ大きくすることが出来るということである。
このように本実施例の飛程調整装置１００のリッジフィルタ部１０１は、繰り返し間隔が大きくなり製作が容易になる利点がある。
一方、本実施例による飛程調整装置１００は、レンジシフタ部１０２が厚いため、荷電粒子ビームのビームサイズも増大させる性質を持つ。本実施例の飛程調整装置１００は、図２において照射ノズル４０の最先端部に取り付け患者に近付けて設置することにより、ビームサイズの増加を抑制することが出来るとの効果も奏する。
【００３５】
＜実施例２＞  
本発明の実施例２の飛程調整装置１００を図８に示す。以下、実施例１と異なる構成を中心に説明する。
図８では、飛程調整装置１００は、リッジフィルタ部１０１とレンジシフタ部１０２が接触した構造をしている。ここでリッジフィルタ部１０１とレンジシフタ部１０２を接触させるとは、リッジフィルタ部１０１とレンジシフタ部１０２の間のすき間部１０３が数ｍｍ以内の間隔で配置することを指す。
【００３６】
図８では、荷電粒子ビーム４４に対してリッジフィルタ部１０１が上流、レンジシフタ部１０２が下流に配置されているが、逆でも構わない。
【００３７】
図８に示す飛程調整装置により、ブラッグピークを拡大することが出来る原理は、図６に示すように実施例１と同様である。
図８に示すリッジフィルタ部１０１とレンジシフタ部１０２が接触した構造により、リッジフィルタ部１０１とレンジシフタ部１０２を異なる材質で製作することが可能となる。例えば、リッジフィルタ部１０１はビームサイズ増大効果がレンジシフタ部１０２と比較して小さいため、金属材質で製作する。レンジシフタ部１０２は数ｃｍ程度の厚みを持つために、ビームサイズ増大効果が大きいため樹脂材質で製作する。このように材質を変えることで、ビームサイズの増大を最小限に抑制しつつ、ブラッグピークの拡大幅を大きくすることが可能となる。
リッジフィルタ部１０１の繰り返し間隔を、従来のミニリッジフィルタより大きくすることが出来る効果は、実施例１と同様である。また、移動する標的に対する粒子線スキャニング照射で線量一様度が上がる効果、および、治療時間短縮効果も実施例１と同様である。
【００３８】
＜実施例３＞  
本発明の実施例３の飛程調整装置１００を図９に示す。実施例１と異なる構成を中心に説明する。
図９では、リッジフィルタ部１０１とレンジシフタ部１０２が嵌め合い構造となっている。レンジシフタ部１０２にリッジフィルタ部１０１の形状と合致する溝構造を設け、リッジフィルタ部１０１とレンジシフタ部１０２がかみ合った構造とする。本実施例では、リッジフィルタ部１０１とレンジシフタ部１０２は異なる材質で製作する。実施例２と同様の理由で、リッジフィルタ部１０１は金属製で、レンジシフタ部１０２は樹脂製などである。
【００３９】
図９では、荷電粒子ビーム４４に対してリッジフィルタ部１０１が上流に、レンジシフタ部１０２が下流に来ているが、逆にしても構わない。
図９に示す飛程調整装置により、ブラッグピークを拡大することが出来る原理は、図６に示すように実施例１と同様である。リッジフィルタ部１０１の繰り返し間隔を、従来のミニリッジフィルタより大きくすることが出来る効果は、実施例１と同様である。また、移動する標的に対する粒子線スキャニング照射で線量一様度が上がる効果、および、治療時間短縮効果も実施例１と同様である。
図９に示す本実施例では、リッジフィルタ部１０１の先端の細い部分を保護することが可能であり、照射ノズルに取り外しする際に損傷して欠損するのを防止することが可能となる。
【００４０】
＜実施例４＞  
本発明の実施例４の飛程調整装置１００を図１０に示す。
図１０では、実施例１に説明した飛程調整装置が、上部１００Ａと下部１００Ｂの二個配置されている。
【００４１】
図１０では、実施例１に基づく飛程調整装置が２個配置されているが、それ以上の複数台の飛程調整装置が配置されていても良い。また、図１０では図５に示す実施例１にもとづく飛程調整装置が配置されているが、図８あるいは図９に示す実施例２あるいは実施例３にもとづく飛程調整装置でも構わない。図１０では、上部１００Ａおよび下部１００Ｂの飛程調整装置１００Ａと１００Ｂは、それぞれリッジフィルタ部１０１が上流にレンジシフタ部１０２が下流に配置されているが、リッジフィルタ部１０１とレンジシフタ部１０２の配置順はどちらでも構わない。
【００４２】
上部１００Ａのレンジシフタ部１０２の厚みと、下部１００Ｂのレンジシフタ部１０２の厚みは特に同じである必要はなく、厚みが異なっていても構わない。同様に、上部１００Ａのリッジフィルタ部１０１と下部１００Ｂのリッジフィルタ部１０１の形も同一の断面形状である必要はなく、異なっていても構わない。
図１０に示す飛程調整装置により、ブラッグピークを拡大することが出来る原理は、図６に示すように実施例１と同様である。また、移動する標的に対する粒子線スキャニング照射で線量一様度が上がる効果、および、治療時間短縮効果も実施例１と同様である。
図１０に示す飛程調整装置１００Ａ，１００Ｂはそれぞれのリッジフィルタ部１０１の高さを減らすことが可能となり、飛程調整装置の製作が容易になるという効果がある。
【００４３】
＜実施例５＞  
本発明の実施例５の飛程調整装置１００を図１１に示す。
図１１では、実施例１に説明した飛程調整装置が、上部１００Ａと下部１００Ｂの二個配置され、リッジフィルタ部１０１が交差する形で対面している。上部１００Ａと下部１００Ｂの飛程調整装置はそれぞれ、同一材質でリッジフィルタ部１０１とレンジシフタ部１０２が接触して配置されているか、あるいは、一体製作されている。上部の飛程調整装置１００Ａと下部の飛程調整装置１００Ｂはレンジシフタ部１０２の横部分などで固定されて一体化されたものとする。
上部１００Ａのレンジシフタ部１０２の厚みと、下部１００Ｂのレンジシフタ部１０２の厚みは特に同じである必要はなく、厚みが異なっていても構わない。同様に、上部１００Ａのリッジフィルタ部１０１と下部１００Ｂのリッジフィルタ部１０１の形も同一の断面形状である必要はなく、異なっていても構わない。
【００４４】
図１１に示す飛程調整装置により、ブラッグピークを拡大することが出来る原理は、図６に示すように実施例１と同様である。また、移動する標的に対する粒子線スキャニング照射で線量一様度が上がる効果、および、治療時間短縮効果も実施例１と同様である。
本実施例では、リッジフィルタ部１０１を対向させた構造とすることで、リッジフィルタ部１０１の先端部分を保護することが可能である。また、リッジフィルタ部１０１が対向して交差していることにより、実施例１〜３までと同じブラッグピークの太りを実現するために、上部１００Ａと下部１００Ｂのリッジフィルタ部１０１はそれぞれ高さを減らすことが可能となる。これにより上部の飛程調整装置１００Ａと下部の飛程調整装置１００Ｂの製作が容易になるという効果がある。
【００４５】
＜実施例６＞  
本発明の実施例６の飛程調整装置１００を図１２に示す。
図１２では、実施例２に説明した飛程調整装置が、上部１００Ａと下部１００Ｂの二個配置され、リッジフィルタ部１０１が交差する形で対面している。上部１００Ａと下部１００Ｂの飛程調整装置はそれぞれ、リッジフィルタ部１０１とレンジシフタ部１０２が異なる材質で製作されている。
それ以外は、実施例５と同じ配置である。
【００４６】
図１２に示す飛程調整装置により、ブラッグピークを拡大することが出来る原理は、図６に示すように実施例１と同様である。また、移動する標的に対する粒子線スキャニング照射で線量一様度が上がる効果、および、治療時間短縮効果も実施例１と同様である。
本実施例により、リッジフィルタ部１０１の先端部分を保護することが出来る効果は実施例５と同様である。
【００４７】
＜実施例７＞  
本発明の実施例７の飛程調整装置１００を図１３に示す。
図１３では、実施例３に説明した飛程調整装置が、上部１００Ａと下部１００Ｂの二個配置され、リッジフィルタ部１０１が交差する形で配置されている。上部１００Ａと下部１００Ｂの飛程調整装置はそれぞれ、リッジフィルタ部１０１とレンジシフタ部１０２が異なる材質で製作されている。
荷電粒子ビーム４４に対して、上部１００Ａの飛程調整装置はレンジシフタ部１０２が上流に、リッジフィルタ部１０１が下流に配置されているが、これは逆になっても構わない。同様に下部１００Ｂの飛程調整装置もリッジフィルタ部１０１とレンジシフタ部１０２の上下関係は問わない。ただし、リッジフィルタ部１０１は交差している必要がある。リッジフィルタ部１０１を交差することにより、リッジフィルタ部１０１の高さを減らせることにより製作性が向上するのは実施例５と同様である。
【００４８】
図１３に示す飛程調整装置により、ブラッグピークを拡大することが出来る原理は、図６に示すように実施例１と同様である。また、移動する標的に対する粒子線スキャニング照射で線量一様度が上がる効果、および、治療時間短縮効果も実施例１と同様である。
本実施例により、リッジフィルタ部１０１の先端部分を保護することが出来る効果は実施例３，５と同様である。
【００４９】
＜その他＞  
なお、本発明は上記の実施例に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。
【００５０】
例えば、本発明の飛程調整装置は、陽子線スキャニング照射にも、また、炭素線スキャニング照射にも適用可能である。
【符号の説明】
【００５１】
５：患者、
１０：治療計画装置、
１１：全体制御装置、
１２：加速器、ビーム輸送系制御装置、
１３：照射ノズル制御装置、
２０：加速器、
２１：入射器、
２２：シンクロトロン、
３０：ビーム輸送系、
３１：偏向電磁石、
４０：照射ノズル、
４１Ａ，４１Ｂ：走査電磁石、
４２：線量モニタ、
４３：位置モニタ、
４４：荷電粒子ビーム、
５０：治療台、
５１：患部、
５２：層、
５３：照射スポット、
６１，６１Ａ：ブラッグカーブ、
６２：ＳＯＢＰ、
６３：本発明による飛程調整装置通過後のブラッグカーブ、
１００，１００Ａ，１００Ｂ：飛程調整装置、
１０１：リッジフィルタ部、
１０２：レンジシフタ部、
１０３：すき間部。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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