(57)【要約】  円形加速器から出射された粒子線が、Ｘ方向のエミッタンスが小さく、Ｙ方向のエミッタンスが大きな粒子線であり、この粒子線を照射ノズルから照射目標に照射する、ガントリーを備えたガントリー型粒子線照射装置において、照射ノズルはリッジフィルタを備え、照射ノズルに粒子線が入射する位置で、円形加速器の出射位置におけるＸ方向のエミッタンスおよびＹ方向のエミッタンスが分離されてそれぞれのエミッタンスが保たれるように粒子線が輸送されるガントリーの角度をガントリーの基準角度とし、ガントリーが基準角度の状態においてＸ方向のエミッタンスが保たれた方向とリッジフィルタの尾根に垂直な方向が所定の角度傾くようにリッジフィルタを設置した。
2013157116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形加速器から出射された粒子線が、前記円形加速器の出射位置における前記粒子線の進行方向に垂直な面内で、前記円形加速器の周回軌道面内の方向をＸ方向、前記粒子線の進行方向に垂直な面内でＸ方向と直交する方向をＹ方向とした場合、Ｘ方向のエミッタンスが小さく、Ｙ方向のエミッタンスが大きな粒子線であり、前記円形加速器の出射後、粒子線輸送系により輸送された前記粒子線を、照射ノズルから照射目標に照射する、ガントリーを備えたガントリー型粒子線照射装置において、
前記照射ノズルはリッジフィルタを備え、前記照射ノズルに前記粒子線が入射する位置で、前記円形加速器の出射位置におけるＸ方向のエミッタンスとＹ方向のエミッタンスとが分離されてそれぞれのエミッタンスが保たれるように前記粒子線が輸送される前記ガントリーの角度をガントリーの基準角度とし、前記ガントリーが前記基準角度の状態において前記Ｘ方向のエミッタンスが保たれた方向と前記リッジフィルタの尾根に垂直な方向が所定の角度傾くように前記リッジフィルタを設置したことを特徴とするガントリー型粒子線照射装置。
【請求項２】
前記所定の角度が２０度以上、７０度以下であることを特徴とする請求項１に記載の粒子線照射装置。
【請求項３】
前記所定の角度が４５度であることを特徴とする請求項１に記載の粒子線照射装置。
【請求項４】
前記リッジフィルタは、矩形の基台を備え、前記リッジフィルタの尾根に垂直な方向が、前記基台の１辺が延びる方向に対して前記所定の角度傾いていることを特徴とする請求項１に記載の粒子線照射装置。
【請求項５】
前記ガントリーが、ガントリー内で曲げられた粒子線の中心線が形成する面が平面となる構成のガントリーであり、前記平面が前記円形加速器の周回軌道面と垂直になるときの前記ガントリーの角度において、前記照射ノズルにおける前記粒子線の前記Ｘ方向のエミッタンスが保たれた方向を基準軸とし、前記リッジフィルタの尾根と垂直な方向を前記基準軸の方向に対して傾けて前記リッジフィルタを設置したことを特徴とする請求項１に記載のガントリー型粒子線照射装置。
【請求項６】
円形加速器と、この円形加速器から出射された粒子線を輸送する粒子線輸送系と、患者を載せる治療台と、請求項１に記載のガントリー型粒子線照射装置とを備えたことを特徴とする粒子線治療装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、粒子線を照射して癌の治療を行うなど粒子線を応用する粒子線照射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
粒子線治療装置は、シンクロトロンなどの加速器によって加速された高エネルギー荷電粒子をビーム状の粒子線として加速器から取り出し、取り出した粒子線を真空ダクトおよび偏向電磁石などで構成される粒子線輸送系により照射室に輸送して、粒子線照射装置により患者の患部に照射する構成となっている。【０００３】
陽子線、炭素線などの粒子線は、体の表面から深い部分で、それらの粒子が止まる位置、すなわちその粒子線の飛程の直前に相対線量がピーク値となる。このピーク値は、ブラッグピークＢＰ（Bragg  Peak）と呼ばれる。【０００４】
このブラッグピークＢＰを、人の臓器にできた腫瘍に照射して、癌の治療を行なうのが粒子線癌治療方法である。癌以外にも、体の深い部分を治療する場合にも用いることができる。腫瘍を含む被治療部位は、一般には照射目標と呼ばれる。ブラックピークＢＰの位置は、照射される粒子線のエネルギーで決まり、エネルギーの高い粒子線ほどブラッグピークＢＰは深い位置にできる。粒子線治療では、粒子線を照射目標の全体に一様な線量分布とする必要があり、このブラッグピークＢＰを照射目標の全域に与えるために、粒子線の「照射体積の拡大」が行なわれる。【０００５】
深さ方向の照射体積の拡大に用いられる素子として、リッジフィルタと呼ばれる素子がある（例えば特許文献１）。リッジフィルタは、粒子線のエネルギーの幅を拡大する素子である。図１２は、リッジフィルタの構造を示す斜視図であり、側面が階段状になった三角柱を並べた構造体である。この構造体は、例えば、直方体のアルミの部材を削り出して、外側が階段状になるように製作する。粒子線が三角柱の構造体を図１２のＺ２で示す軸の向きに通過するように配置される。通過した距離に応じて粒子線のエネルギーが吸収される。従って各階段の構造体の最下面からの高さを変えることによって粒子線がリッジフィルタを通過した後のエネルギーを変えることができる。また、階段の幅によって前記構造体の特定の厚さの部分を通過する粒子数を変えることができる。【０００６】
リッジフィルタを通過した粒子線は、全体としてエネルギー幅が拡大された粒子線となる。このエネルギー幅が拡大された粒子線を患部に照射することで、深さ方向に幅を持ったブラッグピークＢＰが形成され、深さ方向に幅がある患部に粒子線を照射することができる。【０００７】
一方、シンクロトロン加速器などの円形加速器から出射される粒子線は、遅い出射方法の原理的な制約により、粒子線の進行方向に垂直な面内の方向により異なる性質、すなわち非対称性を有する。粒子線の進行方向をＺ方向、Ｚ方向に垂直で、加速器のビーム周回軌道面内の方向をＸ方向、Ｚ方向とＸ方向に垂直な方向をＹ方向とすると、出射された粒子線は、Ｘ方向に比較的小さいエミッタンス、Ｙ方向には比較的大きいエミッタンスを持つ。このエミッタンスの非対称性が、照射方向を変化させて患部に照射する構成であるガントリー型の粒子線照射装置で特に問題となるため、粒子線輸送系に散乱体を配置してエミッタンスの対称化を行っている例がある（例えば特許文献２）。また、ガントリーには装置全体を小型にするために、ビームラインをねじった構成にしたコークスクリュー型と呼ばれるものもある（例えば特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開  ＷＯ２００９／０５８７２５号
【特許文献２】特開２００６−３５１３３９号公報
【特許文献３】米国特許第４，９１７，３４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２によれば、粒子線輸送系に散乱体を配置することでエミッタンスの対称化は実現できるが、散乱体が必要であり、散乱体により、粒子線のエネルギーが低下したりビームの利用効率が低下したりするという問題がある。一方、リッジフィルタは三角柱の軸方向、すなわち尾根の方向と、この尾根と直交する方向で非対称な形状となっており、エミッタンスを対称化せずにリッジフィルタを通過させると、エミッタンスの非対称の方向と、リッジフィルタの非対称の方向との、方向関係により、リッジフィルタの効果に非対称性が現れる。【００１０】
本発明は、エミッタンスが非対称性を有する粒子線を、リッジフィルタを備えたガントリー型の粒子線照射装置により照射目標に照射する場合に、粒子線のエネルギーが低下したりビームの利用効率が低下したりせずに、ガントリーの角度による変化が小さいエネルギー幅拡大が実現できる粒子線照射装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、円形加速器から出射された粒子線が、円形加速器の出射位置における粒子線の進行方向に垂直な面内で、円形加速器の周回軌道面内の方向をＸ方向、粒子線の進行方向に垂直な面内でＸ方向と直交する方向をＹ方向とした場合、Ｘ方向のエミッタンスが小さく、Ｙ方向のエミッタンスが大きな粒子線であり、円形加速器の出射後、粒子線輸送系により輸送された粒子線を、照射ノズルから照射目標に照射する、ガントリーを備えたガントリー型粒子線照射装置において、照射ノズルはリッジフィルタを備え、照射ノズルに粒子線が入射する位置で、円形加速器の出射位置におけるＸ方向のエミッタンスおよびＹ方向のエミッタンスが分離されてそれぞれのエミッタンスが保たれるように粒子線が輸送されるガントリーの角度をガントリーの基準角度とし、ガントリーが基準角度の状態においてＸ方向のエミッタンスが保たれた方向とリッジフィルタの尾根に垂直な方向が所定の角度傾くように前記リッジフィルタを設置したものである。
【発明の効果】
【００１２】
ガントリーの角度による変化が小さいエネルギー幅拡大が実現できるガントリー型粒子線照射装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１による粒子線治療装置に搭載された粒子線照射装置を説明するための概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１による粒子線照射装置の照射ノズルの概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１による粒子線治療装置に搭載された粒子線照射装置を説明するための別の概略構成図である。
【図４】従来の粒子線照射装置のガントリー角度に対する、リッジフィルタの尾根に垂直な方向の粒子線のエミッタンスの変化を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１による粒子線照射装置のリッジフィルタの設置角度の例を示す概念図である。
【図６】本発明の実施の形態１による粒子線照射装置の効果を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態１による粒子線照射装置の効果を説明する別の図である。
【図８】本発明の実施の形態１による粒子線照射装置の効果を説明するさらに別の図である。
【図９】本発明の実施の形態２による粒子線照射装置のリッジフィルタを示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態２による粒子線照射装置のリッジフィルタを装着した回転取付台を示す平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２による粒子線照射装置のリッジフィルタを装着した別の回転取付台を示す平面図である。
【図１２】一般的なリッジフィルタを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による粒子線治療装置に搭載された粒子線照射装置を説明するための概略構成図である。また、図２は、本発明の実施の形態１による粒子線照射装置の照射ノズルの概略構成を示す断面側面図である。シンクロトロン加速器１００にイオン源１０１から入射された陽子や炭素などの荷電粒子が、電磁石、加速空洞、真空ダクトなどでリング状に構成されたシンクロトロン加速器１００で加速される。加速された荷電粒子は粒子線として出射器１０２からシンクロトロン加速器１００外に出射される。出射された粒子線は、真空ダクトや電磁石で構成された粒子線輸送系２００内を輸送され、ガントリー型の粒子線照射装置１に入射される。
【００１５】
一般的なガントリー型粒子線照射装置１（単に「ガントリー１」と呼ぶこともある）は、粒子線の進行方向を２回あるいは３回曲げるための偏向電磁石を備えており、照射ノズル４から照射目標に粒子線を照射するように構成されている。ガントリー型粒子線照射装置１は矢印Ａで示すように、全体が、入射される粒子線の進行軸、すなわち図１においてＺ１２で示す方向の軸の周りに回転するよう構成されている。
【００１６】
照射ノズル４は、概略図２に示すように構成されている。図２は、ガントリー１の角度が図１の角度で、照射ノズル４をＹ２軸の方向から見た断面図である。照射ノズル４に入射する粒子線ＰＢを、走査電磁石４１により粒子線進行方向と垂直な方向に偏向して移動させ、照射目標である治療台３０に載った患者２０の患部を粒子線で走査する。走査電磁石４１の下流には、照射線量をモニタする線量モニタ４２や、エネルギー幅拡大機器であるリッジフィルタ４３が配置されている。照射ノズル４はガントリー１に搭載されているため、矢印曲線で示すように患者２０の周りを回転するようになっており、患者２０に、種々の方向から粒子線を照射できるように構成されている。
【００１７】
ここで、本発明に関係が深い粒子線の方向について詳細に説明する。粒子線は、シンクロトロン加速器１００の出射器１０２からシンクロトロン加速器１００外部に出射される。シンクロトロン加速器１００内で荷電粒子は電磁石によって形成される軌道を周回しながら、加速空洞を通過する毎に加速される。この荷電粒子が周回して形成する軌道の中心を含む面を加速器の周回軌道面と呼ぶ。シンクロトロン加速器１００は、通常直径数１０ｍといった大きい軌道（医療用は小型であり直径１０ｍから２０ｍ）を有するため、周回軌道面は通常水平面となる。荷電粒子がシンクロトロン加速器１００から粒子線として出射された粒子線のビーム軸は、周回軌道面内に含まれることとなる。図１に示すように、粒子線が出射された直後のビーム軸、すなわち粒子線の進行方向の軸をＺ１１軸とする。出射器１０２は、シンクロトロン加速器１００内を周回する荷電粒子の束のうち周回軌道の外周部分の荷電粒子を切り出すように周回軌道から切り離して、シンクロトロン加速器１００外に出射させるように構成されている。
【００１８】
出射器１０２の位置で、Ｚ１１軸に垂直で周回軌道面内にある軸をＸ１１軸とする。さらに、Ｚ１１軸とＸ１１軸の双方に垂直な軸をＹ１１軸とする。シンクロトロン加速器１００内においてＸ１１軸方向に分布する荷電粒子は、切り出されるように出射され、Ｙ１１軸方向に分布する荷電粒子は、シンクロトロン加速器１００内そのままの分布で出射される。その結果、出射される粒子線の性質はＸ１１軸方向とＹ１１軸方向で異なった性質を有する粒子線となる。この出射方法で出射された粒子線は、Ｘ１１方向には比較的小さいエミッタンスを有し、Ｙ１１方向には比較的大きなエミッタンスを有する。
【００１９】
エミッタンスは、粒子線の位相空間分布の面積であり、上記Ｘ１１、Ｙ１１の各方向のエミッタンスの大きさは、粒子線が電磁石のみから構成される粒子線輸送系２００を進行する間には変化しない。粒子線輸送系２００を進行してガントリーに入射する位置であるガントリー入射位置１０では、粒子線に乗った各方向（各方向のエミッタンスが保たれる方向）軸、すなわち出射器１０２における各方向軸はＸ１２、Ｙ１２、Ｚ１２となる。したがって、ガントリー入射位置１０における粒子線は、Ｘ１２方向には比較的小さいエミッタンスを有し、Ｙ１２方向には比較的大きなエミッタンスを有する粒子線となっている。この粒子線が、ガントリー型の粒子線照射装置で進行方向を曲げられ、照射ノズル４に入射する照射ノズル入射位置１１での各方向（各方向のエミッタンスが保たれる方向）軸は、Ｘ１３、Ｙ１３、Ｚ１３となる。
【００２０】
ここで、照射ノズル４の軸を決定しておく。今、ガントリー１の回転角の基準となる０度を、図１のような状態の角度とする。すなわち、ガントリー内で粒子線が曲げられて粒子線のビーム軸が形成する面がシンクロトロン加速器１００の周回軌道面と垂直となる状態をガントリー１の基準角度０度とする。ガントリー１の基準角度をこのように定義すると、ガントリー１が０度の状態では、照射ノズル４へ入射する粒子線は、シンクロトロン加速器１００の出射位置でのＸ１１方向のエミッタンスとＹ１１方向のエミッタンスが結合されず、各方向のエミッタンスが分離されて保たれたままの粒子線となっている。照射ノズル４の軸は、粒子線の進行方向をＺ２軸とし、Ｘ１３に一致する方向をＸ２軸、Ｙ１３に一致する方向をＹ２軸とする。このＸ２軸、Ｙ２軸、Ｚ２軸は、ガントリー１の回転と共に回転する照射ノズル４に固定された軸とする。すなわち、Ｘ２軸、Ｙ２軸、Ｚ２軸は、ガントリー１の回転と共に回転する移動軸である。
【００２１】
図３に、ガントリー１が、図１の基準角度の状態から９０度回転した状態の粒子線治療装置全体の概略構成図を示す。ガントリー１が９０度回転した状態においても、基準角度の状態と同様、シンクロトロン加速器１００の出射位置でのＸ１１方向のエミッタンスとＹ１１方向のエミッタンスが結合されず、各方向のエミッタンスが分離されて保たれたままの粒子線となっている。ただし、９０度回転した状態では、照射ノズル入射位置１１における粒子線に乗った各方向軸、すなわち出射器１０２における各方向軸に相当する軸は、図３に示すＸ１４、Ｙ１４、Ｚ１４となる。一方、照射ノズル４に固定されたＸ２、Ｙ２、Ｚ２は図３に示すように照射ノズル４に固定されて回転された方向に変化する。図１のＸ２、Ｙ２、Ｚ２も、図３のＸ２、Ｙ２、Ｚ２も、照射ノズル４との関係は同一である。しかし、粒子線に乗った軸（各方向のエミッタンスが保たれる方向）であるＸ１４、Ｙ１４は、ガントリー１が基準角度である０度の状態における粒子線に乗った軸、Ｘ１３、Ｙ１３とは、照射ノズル４を基準にすると、９０度入れ替わった方向になっている。
【００２２】
図１および図３で説明したように、ガントリー１が回転することで、粒子線に乗った軸は照射ノズル４とは違う回転をする。ガントリー１の角度が０度のとき、照射ノズル４のＸ２軸を粒子線のエミッタンスが小さい方向、すなわちＸ１３の方向と一致する方向に定義した。しかし、ガントリー１の角度が９０度回転すると、粒子線のエミッタンスが小さい方向、すなわちＸ１４の方向は、照射ノズル４のＹ２軸と一致する方向となる。
【００２３】
照射ノズル４に設置されているリッジフィルタ４３は、ガントリー１の回転に従って、照射ノズル４と共に回転する。リッジフィルタを、図１２に示すようにリッジフィルタ４３の尾根４３１が延びる方向が例えばＹ２方向となるように設置したとする。この場合、ガントリー１の角度が０度において、エミッタンスが小さい方向、すなわち図１のＸ１３の方向がリッジフィルタの尾根と垂直な方向と一致する。一方、図３に示すガントリー１の角度が９０度の状態では、エミッタンスが小さい方向、すなわち図３のＸ１４の方向は、リッジフィルタの尾根の延びる方向であるＹ２軸の方向となっている。このときリッジフィルタの尾根と垂直な方向はエミッタンスの大きな方向となっている。
【００２４】
リッジフィルタ４３を、図１２に示すようにリッジフィルタの尾根が延びる方向がＹ２方向となるように設置した場合に、ガントリー１が０度から９０度まで回転したとき、リッジフィルタの尾根に垂直な方向のエミッタンスがどのように変化するかを図４に示す。ガントリー１が回転するに従い、リッジフィルタ４３に入射する粒子線は、エミッタンスの小さい方向とエミッタンスの大きい方向、すなわちガントリー入射位置１０のＸ１２方向とＹ１２方向のエミッタンスが結合して、小さなエミッタンスが次第に大きくなり、ガントリー１の角度が４５度でこの結合が最大となる。ガントリー１の角度が４５度からさらに大きくなるとこの結合は減少するが、リッジフィルタに入射する粒子線のリッジフィルタの尾根に垂直な方向の成分は、ガントリー入射位置１０のＹ１２方向の成分、すなわちエミッタンスが大きい成分が増加するため、エミッタンスは大きいまま推移する。よって、リッジフィルタの尾根に垂直な方向のエミッタンスは、ガントリー１の角度ととともに、図４のような変化をする。従来は、リッジフィルタの尾根の方向は以上のように設置されていた（例えば特許文献１）。
【００２５】
リッジフィルタを通過後の粒子線は、リッジフィルタの尾根と垂直な方向に、リッジフィルタの構造そのままのエネルギー分布を有し、この方向にエミッタンスが小さい粒子線がリッジフィルタに入射した場合、このエネルギー分布を有したまま照射目標に照射され、照射目標において斑な（不均一な）照射分布を形成することになる。
【００２６】
これに対し、リッジフィルタの尾根と垂直な方向のエミッタンスが大きな粒子線が、リッジフィルタに入射した場合、リッジフィルタを通過後、粒子線が進行するにつれて粒子線は混ざり合う。このため、リッジフィルタでエネルギー幅が広げられた均一なエネルギー分布を有する粒子線が照射目標に照射され、照射目標において均一な照射分布を形成する。よって、従来のように、ガントリーの角度が０度のときに、リッジフィルタの尾根と垂直な方向と、リッジフィルタに入射する粒子線のエミッタンスが小さい方向とが一致するようにリッジフィルタが設置されている場合、ガントリー１の角度によっては照射分布が斑に（不均一）なってしまうことになる。
【００２７】
ガントリー１が回転しても、常にリッジフィルタの尾根に垂直な方向のエミッタンスが大きな粒子線がリッジフィルタに入射するようにすれば、リッジフィルタ通過後、照射目標における粒子線の照射分布を均一にできる。あるいは照射分布が斑になるのを抑制できることになる。本発明者らは、照射ノズル４に設定されたＸ２軸およびＹ２軸に対して、リッジフィルタの尾根の方向を傾けて設置することにより、ガントリー１の角度がどのような角度であっても、リッジフィルタの尾根と垂直な方向のエミッタンスが小さくならないことを見出した。照射ノズル４に設定されたＸ２軸およびＹ２軸に対して、リッジフィルタの尾根の方向を傾けて設置することにより、ガントリー１の角度が０度であっても、照射目標において斑な照射分布を形成しないガントリー型粒子線照射装置が得られることを見出したのである。以下、この構成について説明する。
【００２８】
図５は、本発明の実施の形態１による粒子線照射装置のリッジフィルタの設置角度の例を示す概念図である。照射ノズル４に固定されたＸ２軸と、リッジフィルタ４３の尾根４３１と垂直な方向とが成す角度θを４５度としている。図６に、リッジフィルタ４３を、リッジフィルタ４３の尾根４３１と垂直な方向がＸ２軸と４５度傾くように設置した場合、ガントリー１の角度によってリッジフィルタの尾根と垂直な方向の粒子線のエミッタンスがどのように変化するかを示す。図６において、太実線ａで示す曲線が、リッジフィルタ４３の尾根４３１と垂直な方向をＸ２軸に対して４５度傾けた場合の、リッジフィルタの尾根と垂直な方向の粒子線のエミッタンスの変化を示している。このように、ガントリー１が回転しても、リッジフィルタの尾根と垂直な方向の粒子線のエミッタンスはほぼ同じ大きさでほとんど変化しないことがわかる。
【００２９】
図６には、図４と同じ、リッジフィルタ４３の尾根４３１と垂直な方向がＸ２軸と一致する方向、すなわち図５に示す角度θが０度となるようにリッジフィルタ４３を設置した場合の、リッジフィルタの尾根と垂直な方向の粒子線のエミッタンスの変化の様子を点線ｂで示している。また、リッジフィルタ４３の尾根４３１と垂直な方向がＹ２軸と一致する方向にリッジフィルタ４３を設置した場合の、リッジフィルタの尾根と垂直な方向の粒子線のエミッタンスの変化の様子を一点鎖線ｃで示している。図６で解るように、リッジフィルタ４３の設置角度によって、リッジフィルタの尾根と垂直な方向の粒子線のエミッタンスの変化の様子は劇的に変わる。
【００３０】
リッジフィルタの尾根と垂直な方向の粒子線のエミッタンスの変化が、図６の太実線ａのような場合は、ガントリー１が回転しても、照射目標における照射分布の変化は少なく、斑な照射分布になることはない。これに対して、粒子線のエミッタンスの変化が点線ｂの場合、ガントリー１の角度が０度付近で照射分布が斑になる。また粒子線のエミッタンスの変化が一点鎖線ｃの場合、ガントリー１の角度が９０度付近で照射分布が斑になる。
【００３１】
図７に、図５に示す角度θが３０度となるようにリッジフィルタ４３を設置した場合の、リッジフィルタの尾根と垂直な方向の粒子線のエミッタンスの変化の様子を示す。この場合、エミッタンスは、ガントリー１の角度０度における約１０．４から、ガントリー１の角度９０度における約１４．８まで変化する。エミッタンスは最小で１０．４であるので、この場合においても照射分布が斑になることはない。最小値１０．４は、最大値１４．８に対して７０．３％である。図８に、リッジフィルタの設置角度θ（図５に示すθ）を横軸とし、ガントリーが回転した場合の、リッジフィルタの尾根と垂直な方向の粒子線のエミッタンスの最小値（最大値に対する割合）を縦軸として示す。図８に示すように、θが０度や９０度から少し異なるだけでも急激にエミッタンスの最小値が増加することがわかる。特にθが２０度以上７０度以下の範囲であれば、エミッタンスの最小値が５０％以上となり、照射分布が斑になることはない。以上のように、本発明は、リッジフィルタ４３の尾根と垂直な方向を、Ｘ２軸に対して傾けてリッジフィルタを設置することにある。最も好ましいのは傾ける角度４５度であるが、正確に４５度とする必要はなく、傾ける角度を２０度以上７０度以下とすれば大きな効果が得られる。
【００３２】
本発明によれば、リッジフィルタを、リッジフィルタ４３の尾根と垂直な方向を、Ｘ２軸に対して所定の角度傾けて、より好ましくは２０度〜７０度傾けて、最も好ましくは４５度傾けて設置することにより、ガントリーが回転しても照射目標における粒子線の照射分布が斑にならない照射が実現できる。
【００３３】
ここで、Ｘ２軸、すなわち、リッジフィルタを傾ける基準となる軸について説明する。ガントリーが回転したときに、加速器の出射時の、粒子線の出射進行方向と垂直で、加速器の周回軌道面内方向であるＸ１１方向の粒子線のエミッタンスと、これと垂直なＹ１１方向のエミッタンスとが結合せずに分離されて各方向のエミッタンスが保たれたままリッジフィルタ（あるいは照射ノズル）まで粒子線が輸送されるガントリーの回転角度を基準角度とする。ガントリーの角度が基準角度のときの、Ｘ１１方向のエミッタンスが保たれた方向を、リッジフィルタを傾ける基準となる軸（Ｘ２）の方向とする。本発明は、リッジフィルタの尾根と垂直な方向を、この基準となる軸（Ｘ２）の方向に対して傾けて設置するものである。
【００３４】
なお、ガントリーの基準角度は、上記の説明では０度として説明したが、Ｘ１１方向のエミッタンスとＹ１１方向のエミッタンスが結合せずに分離され、各方向のエミッタンスが保たれたままリッジフィルタまで粒子線が輸送されるガントリーの角度は、０度のみならず、図３で示す９０度、あるいは１８０度、２７０度と、９０度ごとに出現する。よって、基準角度は必ずしも０度でなくても良く、９０度、１８０度あるいは２７０度であっても良い。
【００３５】
ガントリー１が、図１のように、ガントリー内で曲げられた粒子線の中心線が形成する面が平面となる構成のガントリーとすると、本発明は以下のように表現できる。ガントリー内の粒子線の中心線が形成する平面が加速器の周回軌道面と垂直になるガントリーの角度において、リッジフィルタの位置でＸ１１方向のエミッタンスが保たれた方向（Ｘ１３）を基準軸とし、リッジフィルタの尾根と垂直な方向をこの基準軸の方向に対して傾けてリッジフィルタを設置するものである。
【００３６】
また、ガントリーが特許文献３のような、いわゆるコークスクリュー型のガントリーでは、ガントリー内の粒子線の中心線が形成する面は平面とはならないが、ガントリーを回転することにより、加速器の出射時の、粒子線の出射進行方向と垂直で、加速器の周回軌道面内方向であるＸ１１方向の粒子線のエミッタンスと、これと垂直なＹ１１方向のエミッタンスとが分離され、各方向のエミッタンスが保たれたままリッジフィルタ（あるいは照射ノズル）まで粒子線が輸送されるガントリーの角度が存在する。このガントリーの回転角度を基準角度として、このときのＸ１１方向のエミッタンスが保たれた方向を、リッジフィルタを傾ける基準となる軸の方向とする。リッジフィルタの尾根と垂直な方向をこの基準軸の方向に対して傾けてリッジフィルタを設置すればよい。
【００３７】
実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２による粒子線照射装置の、リッジフィルタ４３を示す斜視図である。リッジフィルタの基台４３２が矩形の形状であり、その矩形の形状の１辺が照射ノズルの基準の方向軸であるＸ２の方向に一致する方向となるように取付けられる。リッジフィルタの尾根と垂直な方向をこのリッジフィルタの基台４３２の矩形の１辺と角度θとなるように傾けて配置する。リッジフィルタの尾根の方向をこのように配置することで、従来と同じ照射ノズル４にリッジフィルタの基台４３２を従来と同じように取り付けることで、リッジフィルタの尾根と垂直な方向がＸ２軸と傾くように取り付けられるため、従来の粒子線照射装置の照射ノズルを改造することなく、容易に本発明による粒子線照射装置が得られる。
【００３８】
粒子線治療装置では、図１０に示すように、特性が異なる複数の種類のリッジフィルタ４３を、回転する回転取付台４３４に複数設けられたホルダに取り付け、照射対象である患者に応じて適切なリッジフィルタを、回転取付台４３４を回転させて選択するように構成されている。このとき、図９のように、リッジフィルタの尾根と垂直な方向をこのリッジフィルタの基台４３２の矩形の１辺と角度θ（図９ではθ＝４５度）となるように傾けて配置したリッジフィルタであれば、従来の回転取付台４３４と同じホルダに取り付けることで、本発明による粒子線照射装置が得られる。一方、リッジフィルタの尾根４３１と垂直な方向が矩形の基台４３３の１辺と平行に設けられている、図１２のようなリッジフィルタ４３を回転取付台４３４に取り付けて、本発明による粒子線照射装置を得る場合は、図１１のように、回転取付台４３４に設けるホルダを傾けて設置しておく必要がある。このような配置では回転取付台４３４上での利用効率が悪く、設置精度も悪くなる恐れがある。
【００３９】
以上の実施の形態１、実施の形態２では、加速器としてシンクロトロン加速器１００を例にして説明したが、サイクロトロン加速器など、その他の円形加速器においても出射される粒子線のエミッタンスは方向性を有している。すなわち、シンクロトロン加速器と同様、粒子線の出射進行方向と垂直で、加速器の周回軌道面内方向で粒子線のエミッタンスが小さく、これと垂直な方向のエミッタンスは大きい。よって、本発明は、シンクロトロン加速器から出射される粒子線のみならず、円形加速器から出射される粒子線に適用することで、シンクロトロン加速器を例にして説明した実施の形態１、実施の形態２で述べた効果を奏する。
【符号の説明】
【００４０】
１：ガントリー                  ４：照射ノズル
１０：粒子線のガントリー入射位置  １１：粒子線の照射ノズル入射位置
２０：患者                        ３０：治療台
４３：リッジフィルタ
１００：シンクロトロン加速器（円形加速器）
１０２：出射器                    ２００：粒子線輸送系
４３１：リッジフィルタの尾根      ４３２：リッジフィルタの基台
【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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【手続補正書】
【提出日】平成26年8月1日(2014.8.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
【特許文献１】国際公開  ＷＯ２００９／１３９０３７号
【特許文献２】特開２００６−３５１３３９号公報
【特許文献３】米国特許第４，９１７，３４４号明細書
【国際調査報告】
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