(57)【要約】制御部（20）には、加速器（10）が周期的に繰り返す運転パターンとして、粒子線Ｂを出射できる時間(To)が異なり、ヒステリシスの存在下でも、加速器(10)の偏向電磁石(13)が所望の磁場強度になるようにそれぞれ操作条件が調整された複数の運転パターン  (OP-S,OP-L)を保持する運転パターン保持部(25)と、照射対象を深さ方向に分割した複数のスライスに対して、スライス毎の照射条件を読み込む照射条件読込部(22)と、読み込んだ照射条件に基づいて、複数の運転パターンのうち、当該スライスに適した運転パターンを選択する運転パターン選択部(23)と、スライス毎に、選択した運転パターンに基づいて加速器(10)を制御するとともに、照射条件に基づいて照射装置(40)を制御する主制御部(21)と、が設けられているように構成した。
2013145117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体のコアを用いた偏向電磁石を有し、粒子線を所定エネルギーに調整して出射する加速器と、
前記加速器から供給された粒子線を照射対象の形状に応じて照射する照射装置と、
前記加速器と前記照射装置とを連携して制御する制御部と、を備え、
前記制御部には、
前記加速器が周期的に繰り返す運転パターンとして、前記粒子線を出射できる時間が異なり、かつ前記磁性体のヒステリシスの存在下でも、前記加速器の偏向電磁石が所望の磁場強度になるようにそれぞれ操作条件が調整された複数の運転パターンを保持する運転パターン保持部と、
前記照射対象を深さ方向に分割した複数のスライスに対して、スライス毎の照射条件を読み込む照射条件読込部と、
前記照射条件読込部が読み込んだ照射条件に基づいて、前記複数の運転パターンのうち、当該スライスに適した運転パターンを選択する運転パターン選択部と、
前記スライス毎に、前記選択した運転パターンに基づいて前記加速器を制御するとともに、前記照射条件に基づいて前記照射装置を制御する主制御部と、が設けられていることを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項２】
前記運転パターン選択部は、前記複数の運転パターンのうちの、当該スライスでの線量付与に必要な周期数が少ない運転パターンのなかで前記粒子線を出射できる時間が最も短い運転パターンを選択することを特徴とする請求項１に記載の粒子線治療装置。
【請求項３】
前記複数の運転パターンのうち、少なくとも２つの運転パターンは、前記所定エネルギーが大きく設定された運転パターンの方が、前記粒子線を出射できる時間が長くなるように設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の粒子線治療装置。
【請求項４】
前記複数の運転パターンのうち、少なくとも２つの運転パターンは、前記所定エネルギーが同じで、前記前記粒子線を出射できる時間が異なるように設定されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。
【請求項５】
磁性体のコアを用いた偏向電磁石を有し、粒子線を所定エネルギーに調整して出射する加速器と、前記加速器が周期的に繰り返す運転パターンとして、前記粒子線を出射できる時間が異なり、かつ前記磁性体のヒステリシスの存在下でも、前記加速器の偏向電磁石が所望の磁場強度になるようにそれぞれ操作条件が調整された複数の運転パターンを保持する運転パターン保持部と、を備えた粒子線治療装置を運転する方法であって、
照射対象を深さ方向に分割した複数のスライスに対して、スライス毎の照射条件を読み込む照射条件読込工程と、
前記照射条件読込工程で読み込んだ照射条件に基づいて、前記複数の運転パターンのうち、当該スライスに適した運転パターンを選択する運転パターン選択工程と、
前記スライス毎に、選択した運転パターンに基づいて前記加速器を制御する工程と、
を含む粒子線治療装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子線を患者の病変部に照射して治療する粒子線治療に関するものであり、とくに、深さの異なる層ごとに照射を行う粒子線治療装置およびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粒子線治療は、患部組織に粒子線を照射してダメージを与えることで治療を行うものであり、広義の放射線治療のひとつである。しかし、γ線、Ｘ線といった他の放射線と異なり、陽子線や重イオン線等の粒子線が物質内を進む際は、速度の２乗に反比例する抵抗を受けて速度が低下するとともに、一定速度以下で急激に停止し、その際に最も線量付与が大きくなる。そのため、粒子線治療では、体内に進入する際の速度（エネルギー）を調節することにより、深さ方向における照射範囲を制御することができる。そこで、粒子線治療においては、患部を体内での深さ方向において分割し、分割した層（スライス）毎に、照射形状を成形することにより、患部の立体形状に対応した線量付与を行う積層原体照射と呼ばれる照射を行うことができる。【０００３】
しかし、ブラッグカーブと呼ばれる深さと線量分布の関係から、あるスライスにピーク（ブラッグピーク）を合わせて照射した場合の、そのスライス以外の部分の線量付与については、そのスライスよりも浅い側の方が、深い側よりも大きくなる。そのため、積層原体照射を行う際、深いスライスで設定する照射時間よりも浅いスライスで設定する照射時間の方が短くなる（例えば、特許文献１参照）。一方、基本的に粒子線の線源である加速器の運転は、入射、加速、出射、減速からなる工程を周期的に繰り返すことで粒子線を出射しているが、一般的に運転周期は固定されている。そのため、浅いスライスに運転周期を合わせた場合、深いスライスを照射する際に複数の運転周期にまたがって照射することになり、運転周期中の待機時間が増えて治療時間が延びてしまう。あるいは、深いスライスに運転周期を合わせた場合、浅いスライスで照射する場合は照射を終えても運転周期が終わるまで待つ必要があり、いずれにせよ治療時間が延びてしまうことになる。【０００４】
そこで、例えば、運転周期の途中でエネルギーを変更させる粒子加速器の運転方法（例えば、特許文献２参照。）や、加速器内の電荷量に応じて、運転中に運転パターン（運転周期に対応）を変更する技術（特許文献３参照。）を取り入れることも考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２０１０９９号公報（段落００１８、図５、図６）
【特許文献２】特開２００８−２２６７４０号公報（段落００４１〜００４３、図１、図２）
【特許文献３】特開２０１０−２３８４６３号公報（段落００５２〜００５５、図１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、運転周期というものは、加速器が安定して粒子線を出射できるように、磁気余効等も考慮して各工程での細かな操作条件を調整することによって決定されるものである。そのため、運転途中で安易に周期やエネルギーを変えると、例えば偏向電磁石のヒステリシスが変化し、粒子線の軌道を設定通りに保つことが困難であった。したがって、例えば、走査によって照射野を成形するスキャニング法のように、正確な軌道の粒子線の供給が求められる照射法では、治療計画に即した正確な照射を行うことが困難になる。【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、治療時間を短縮するとともに、正確な照射ができる粒子線治療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】
【０００８】
本発明の粒子線治療装置は、磁性体のコアを用いた偏向電磁石を有し、粒子線を所定エネルギーに調整して出射する加速器と、前記加速器から供給された粒子線を照射対象の形状に応じて照射する照射装置と、前記加速器と前記照射装置とを連携して制御する制御部と、を備え、前記加速器が周期的に繰り返す運転パターンとして、前記粒子線を出射できる時間が異なり、かつ前記磁性体のヒステリシスの存在下でも、前記加速器の偏向電磁石が所望の磁場強度になるようにそれぞれ操作条件が調整された複数の運転パターンを保持する運転パターン保持部と、前記照射対象を深さ方向に分割した複数のスライスに対して、スライス毎の照射条件を読み込む照射条件読込部と、前記照射条件読込部が読み込んだ照射条件に基づいて、前記複数の運転パターンのうち、当該スライスに適した運転パターンを選択する運転パターン選択部と、前記スライス毎に、前記選択した運転パターンに基づいて前記加速器を制御するとともに、前記照射条件に基づいて前記照射装置を制御する主制御部と、が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の粒子線治療装置によれば、予め調整された粒子線を出射できる時間が異なる運転パターンをスライスの照射条件に応じて使い分けるようにしたので、治療時間を短縮するとともに、粒子線の軌道を正確に制御できる粒子線治療装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる粒子線治療装置の構成を説明するための全体図と、加速器の２つの運転パターンを示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる粒子線治療装置のうち、照射装置の構成を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる粒子線治療装置の加速器の運転パターンについて説明するための図と、その運転パターンで運転した際の加速器を構成する偏向電磁石のヒステリシスループを示す図である。
【図４】積層原体照射における、体表面からの深度と線量の関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１にかかる粒子線治療装置の運転方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】スライスの深さに応じて運転パターンを選択したときの、運転周期中の照射状況について説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態１の応用例にかかる加速器の２つの運転パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１にかかる粒子線治療装置の構成および動作について説明する。図１〜図６は本発明の実施の形態１にかかる粒子線治療装置について説明するためのもので、図１（ａ）と（ｂ）は、粒子線治療装置の全体構成を示す図（ａ）と、粒子線治療装置の線源である加速器に対してあらかじめ用意した２つの運転パターンを説明するための図（ｂ）である。図２は照射装置の構成を説明するための図、図３（ａ）と（ｂ）は加速器の周期的な運転パターンおよびその周期における磁性体コアのヒステリシスを説明するためのもので、図３（ａ）は偏向電磁石の磁場の変化を示す図、図３（ｂ）は（ａ）の運転パターンで運転した際の加速器を構成する偏向電磁石のヒステリシスループを示す図である。図４は、積層原体照射を行った際の、スライスごとの照射による体表面からの深度と線量の関係、およびこれらを積算した体表面からの深度と線量の関係を示す図である。図５は粒子線治療装置の運転方法を説明するためのフローチャートである。また、図６（ａ）と（ｂ）は、スライスの深さに応じて運転パターンを選択したときの、運転周期中の照射状況について説明するための図であり、図６（ａ）は短周期の運転パターンを選択する場合、図６（ｂ）は長周期の運転パターンを選択する場合を示す。
【００１２】
図１（ａ）に示すように、本実施の形態１にかかる粒子線治療装置１は、粒子線Ｂの供給源として、シンクロトロンである円形加速器１０（以降、単に加速器と称する）と、加速器１０から供給された粒子線Ｂを輸送する輸送系３０と、輸送系３０によって運ばれた粒子線Ｂを患者に対して照射する照射装置４０と、照射装置４０を備えた治療室５０と、これら各機器を制御する制御部２０とを備えている。そして、制御部２０には、図１（ｂ）に示すように、運転周期が異なるとともに、予め各工程の操作パラメータが調整された少なくとも２つの運転パターンをデータとして保持されており、スライスに必要な照射時間に応じて運転パターンを選択して照射するようになっている。制御部２０の詳細な構成および制御について述べる前に、粒子線治療装置を構成する主な機器について説明する、
【００１３】
＜加速器＞
加速器１０は、粒子線Ｂが周回する軌道経路となる真空ダクト１１、前段加速器１９から供給された粒子線Ｂを周回軌道内に入射するための入射装置１８Ａ、粒子線Ｂが真空ダクト１１内の周回軌道に沿って周回するよう粒子線Ｂの軌道を偏向させるための偏向電磁石１３ａ〜１３ｄ（まとめて１３と称する）、周回軌道上に形成された粒子線Ｂが発散しないように収束させる収束用電磁石１４ａ〜１４ｄ（まとめて１４と称する）、周回する粒子線Ｂに同期した高周波電圧を与えて加速する高周波加速空洞１５、加速器１０内で加速させた粒子線Ｂを加速器１０外に取りだし、輸送系３０に出射するための出射装置１８Ｂ、出射装置１８Ｂから粒子線Ｂを出射させるために粒子線Ｂの周回軌道に共鳴を励起する六極電磁石１７を備えている。そして、後述するように、これら電磁石類は磁性体のコアを用いているので、磁場強度の履歴に応じたヒステリシスが顕れる。
【００１４】
偏向電磁石１３には、偏向電磁石１３の励磁電流を制御する偏向電磁石制御装置や、高周波加速空洞１５には、高周波加速空洞１５に高周波電圧を供給するための高周波源、高周波源を制御するための高周波制御装置というように、各部を制御するための図示しない装置が備えられており、偏向電磁石制御装置、高周波制御装置や収束用電磁石１４などその他のコンポーネントを制御して加速器１０全体を制御する加速器制御装置等も制御部２０内に備えられている。
【００１５】
また、前段加速器１９は、図では簡略化のためにひとつの機器のように記載しているが、実際には、陽子、炭素（重粒子）等の荷電粒子（イオン）を発生させるイオン源（イオンビーム発生装置）と、発生させた荷電粒子を初期加速する線形加速器系とを備えている。そして、前段加速器１９から加速器１０に入射した荷電粒子は、高周波数の電界で加速され、磁石で曲げられながら、光速の約７０〜８０％まで加速される。
【００１６】
＜輸送系＞
加速器１０により加速された粒子線Ｂは、ＨＥＢＴ（高エネルギービーム輸送：High  Energy  Beam  Transport）系と称される輸送系３０へと出射される。輸送系３０は、粒子線Ｂの輸送経路となる真空ダクト３１と、粒子線Ｂのビーム軌道を切替える切替装置である切替電磁石３２と、粒子線Ｂを所定角度に偏向する偏向電磁石３３とを備えている。そして加速器１０により所定のエネルギーが与えられ、出射装置１８Ｂから出射されて真空ダクト３１内を進む粒子線Ｂを、切替電磁石３２で必要に応じて図示しない他の治療装置に向かう輸送経路に切替、指定された治療室５０に設けられた照射装置４０へと導く。
【００１７】
＜照射装置＞
照射装置４０は、輸送系３０から供給された粒子線Ｂを照射対象である患者Ｋの患部の大きさや深さに応じた照射野に成形して患部へ照射する装置である。照射野を成形する方法は複数あるが、本実施の形態では、粒子線Ｂを走査させて照射野を形成するスキャニング照射法を用いた例で説明する。なお、スキャニング照射法は、物理的な制限器で照射野を形成するブロード照射とくらべ、とくに入射した際の軌道精度が形成する照射野の精度に大きく影響する。したがって、供給される粒子線Ｂの軌道の正確さは、照射野を正確に形成して治療計画通りに線量付与できるか否かに大きな影響を与えることになる。
【００１８】
照射装置４０は、図２に示すように、線源から供給された粒子線Ｂを走査することにより、照射野を形成する走査電磁石４１と、鉛などで構成され、粒子線Ｂを散乱させる散乱体（Scatterer）４２と、アルミニウムなどで構成され、照射対象の厚さに応じて、ブラッグピークの幅を拡大させるためのリッジフィルタ（Ridge  Filter）４３と、粒子線Ｂのエネルギーを所定量減衰させるレンジシフタ（Range  Shifter）４４とを備えている。
【００１９】
＜治療室＞
治療室５０は、患者Ｋに対して実際に粒子線Ｂを照射して治療を行うための部屋であり、図示しないが、基本的には、例えば図１における切替装置３２から分岐した先に設置された他の治療室５０も同様に、治療室５０ごとに上述した照射装置４０を備えている。なお、図において、治療室５０では、偏向電磁石３３ｒ部分から照射装置４０全体が患者Ｋ（治療台５１）を中心に回転し、患者Ｋへの粒子線Ｂの照射角度を自由に設定できる回転照射室（回転ガントリとも言われる）５０の例を示している。通常、ひとつの加速器１０に対して、例えば、角度や位置を自在に設定可能な治療台５１に固定された患者Ｋに対して照射装置４０から水平方向に粒子線Ｂを照射する水平照射室５０や、その他タイプの異なる治療室５０を複数備えている。
【００２０】
＜制御部＞
上記のような、複数の機器（加速器１０、輸送系３０、治療室５０ごとの照射装置４０等）を備えたシステムの制御系として、各機器（サブシステム）を専ら制御するサブ制御器と全体を指揮し制御するメイン制御器からなる階層型の制御系統を用いることが多い。本発明の実施の形態１にかかる粒子線Ｂ治療装置の制御部２０においても、このメイン制御器とサブ制御器の構成を採用している。そして、サブシステム内で制御できる動作はサブ制御器で、複数のシステムを連携して制御する動作はメイン制御器が制御するというように、制御系統内での機能を分担している。しかし、本発明の実施の形態１にかかる粒子線治療装置の説明においては、運転パターンを選択する機能の説明に特化して、全体をひとつの制御部２０で制御しているような形態で記載している。
【００２１】
制御部２０は、図１に示すように、全体制御を行う主制御部２１と、複数のスライスの照射形状・線量等の照射条件を保持する照射条件保持部２４と、周期の異なる複数の加速器運転パターン（単に運転パターンと称する）を保持する運転パターン保持部２５と、主制御部２１の指示に従い、照射条件保持部２４に保持された照射条件からスライス毎の照射条件を読み込む照射条件読込部２２と、運転パターン保持部２５が保持する運転パターンの中から、スライス毎に当該スライスの照射条件に適した運転パターンを選択する運転パターン選択部２３とを有する。
【００２２】
運転パターン保持部２５が保持する運転パターンは、図１（ｂ）に示すように、少なくとも、エネルギーが小さく、照射時間（粒子線Ｂを出射できる時間）Ｔｏの短い短周期パターンＯＰ−Ｓと、エネルギーが大きく、照射時間Ｔｏが長い長周期パターンＯＰ−Ｌである。なお、図１（ｂ）における横軸は時間、縦軸は加速器１０の偏向電磁石１３の磁場強度Ｉｍｆを表している。これは、粒子線Ｂのエネルギーが大きい、つまり速度が速いと、同じ曲率で曲げるために、偏向電磁石１３の磁場強度Ｉｍｆを強くする必要があるため、磁場強度Ｉｍｆによって周回軌道内を周回する粒子線Ｂのエネルギーを表現している。
【００２３】
ここで、粒子線治療装置１が選択する加速器１０の運転パターンについて図３と図４を用いて説明する。加速器１０の運転は、図３（ａ）に示すように、前段加速器１９からの入射工程Ｐｉと、粒子線Ｂを所定速度（エネルギー）まで加速する加速工程Ｐａと、粒子線Ｂを出射する出射工程Ｐｏと、粒子線Ｂの速度を落とす減速工程Ｐｄを含む複数の工程を１周期Ｃｏｐとして、繰り返されるものである。この工程において、偏向電磁石１３の磁場強度Ｉｍｆの変更に伴い、磁性体のコアを用いた偏向電磁石１３のヒステリシスは、図３（ｂ）に示すように変化する。このとき、予め磁気余効の影響を測定することにより、ヒステリシスが存在しても所望の磁場強度を実現できるように、運転パターンが調整されている。
【００２４】
例えば、ヒステリシスの存在下では、偏向電磁石１３に与える電流量が同じでも、偏向電磁石１３によって形成される磁場強度が同じとは限らない。そのため、予め磁気余効を測定し、連続する２つの周期の周期長と磁場強度ごとに偏向電磁石１３に与える電流量のテーブルを作成する。そして、加速運転時に、その周期とひとつ前の周期の周期長と磁場強度の関係から導かれる、その周期に必要な電流量を上記テーブルから選択する。なお、ここでは２つ以上前の周期のヒステリシスの影響は小さいとして、連続する２つの周期のテーブルを作成するようにしたが、２つ以上前の周期のヒステリシスの影響が無視できない場合もある。この場合は、連続する３つ以上の周期の周期長と磁場強度ごとに偏向電磁石１３に与える電流量のテーブルを作成する。
【００２５】
このように、チューニングされた運転パターンを使用する限りにおいて、所望の磁場強度を与えることができるので、粒子線Ｂの軌道が一定し、正確な軌道で出射することができる。一方、背景技術で述べたように、単に線量が満了になったからといって不用意に工程の長さ（特許文献では照射工程Ｐｏの長さ）を変えたり、チューニングされていない運転パターンを用いたりすると、磁気余効の影響により、次の周期は、異なる磁場強度Ｉｍｆの元で操作されるので、粒子線Ｂの軌道が変化し、正確な軌道で出射することが困難となる。
【００２６】
さらに、このように予めチューニングした運転パターンを使用する方法は、従来の固定周期の運転パターンを使用する方法に対して、準備する運転パターンの量を増やし、適切な運転パターンを選択する部分を追加することで実現できる。そのため、従来の制御システムと比べて変更点が少なく、単純で安価なものとなる。一方、たとえ磁気余効の影響も考慮して、任意に工程の長さを変えられる運転システムをつくったとしても、制御システムが複雑になったり、部品点数が上がることで高価になったりしてしまう。
【００２７】
一方、図４に示すのは、ブラッグカーブと呼ばれる深さと線量分布の関係である。図において、横軸は体表面からの深さに相当する水深Ｄｗを、縦軸は線量Ｄを示す。そして、各線は、患部のうちの深い（ディスタル：Ｄｉｓｔａｌ）層（スライス）の線量分布Ｄｄｔと、浅い（プロキシマル：Ｐｒｏｘｉｍａｌ）スライスの線量分布Ｄｐｒ、および、各スライスの線量を積算した線量分布Ｄｔである。図に示すように、全体として浅い部分から深い部分まで一様の線量分布Ｄｔを得るためには、深いスライスで付与する線量よりも浅いスライスで付与する線量の方が少なくなる。つまり、深いスライスの照射時間よりも浅いスライスの照射時間の方が短くなる。
【００２８】
そこで、本実施の形態１にかかる粒子線治療装置１では、予めチューニングした運転パターンとして、図１（ｂ）に示すように、浅部スライス用として、深部スライス用に対してエネルギーが小さく、１周期中の粒子線Ｂを出射できる時間（照射時間）Ｔｏの短い運転パターンＯＰ−Ｓと、深部スライス用として、浅部スライス用に対してエネルギーが大きく、照射時間Ｔｏの長い運転パターンＯＰ−Ｌとを運転パターン保持部２５に備えるようにした。
【００２９】
そして、運転パターン選択部２３は、スライス毎の照射条件（エネルギー、照射時間Ｔｏ）に応じて、２つの運転パターンのうち、適した運転パターンを選択するようにし、制御部２０は、スライス毎に適した運転パターンで運転するように加速器１０の運転パターンを制御する。
【００３０】
なお、粒子線治療装置１においては、制御部２０には、ワークステーションやコンピュータを用いることが一般的である。そのため、制御部２０を構成する各部は、ソフトウェア等により発現されることになり、必ずしも特定のハードウェアに収まるとは限らない。そのため、図ではそれらをまとめて制御部２０として記載するが、それは、制御部２０が物理的に一つのまとまったハードウェアとして存在するものであることを意味するものではない。
【００３１】
つぎに、このような制御で運転される粒子線治療装置１の動作について説明する。
制御部２０によって選択された運転パターンによって運転制御される加速器１０から照射装置４０に供給された所定エネルギーの粒子線Ｂは、直径数ｍｍ以下のいわゆるペンシルビームの状態である。これが、走査電磁石４１によって、ビーム軸に垂直な面内（例えば、ビーム軸をｚとすると、ｘｙ面）方向に走査され、面の延在方向での照射野が形成される。また、散乱体４２によって散乱されることによって、ビームの太さが調整される。面方向の照射野が形成された粒子線Ｂは、リッジフィルタ４３を通過し、スライスの厚みに応じて、ブラッグピークが拡大され、所定幅に拡大されたブラッグピーク（ＳＯＢＰ：Spread-Out  Bragg  Peak）を有するようになる。
【００３２】
次に、粒子線Ｂは、レンジシフタ４４を通過する。レンジシフタ４４は、所定の厚みのアクリル等の板を入射範囲内に配置することにより、粒子線Ｂのエネルギーを減衰させることで調節する。粒子線Ｂのエネルギーは加速器１０によって調整されるが、上述したように、加速器１０の運転パターンをチューニングするのには手間がかかる。そのため、加速器１０によるエネルギーの調整ピッチはスライスの厚みよりも大きくなるので、レンジシフタ４４によって粒子線Ｂのエネルギーを微調整することより、所望のスライス（体内深さ）に照射（線量付与）することができる。
【００３３】
上記のような照射装置４０を用い、積層原体照射法で照射する場合、深さ方向に空間的な線量付与を分割して投与することになる。照射開始時には最深部を含む層（スライス）の照射条件に合わせて、加速器１０の運転パターンが選択され、その運転パターンに対して、そのスライスの照射野を形成できるように、走査電磁石４１、レンジシフタ４４が設定され、粒子線Ｂが患部Ｋに照射される。最深部の層（スライス）の照射が終了すると、自動的にＳＯＢＰに相当した深さ分、浅い位置（照射原から見た手前側）のスライスの照射条件に合わせて、加速器１０の運転パターンが選択され、その運転パターンに対して、そのスライスの照射野を形成できるように、走査電磁石４１、レンジシフタ４４が設定され、患部Ｋへの粒子線Ｂの照射が行われる。以降、同様に順次スライスを移動させながら、全体として患部の立体形状に合わせて線量が付与される。
【００３４】
一連の照射における制御動作について、図５のフローチャートおよび図６の運転パターン図を用いて説明する。
まず、照射条件読込部２２は、照射条件保持部２４に保持された、照射角度、スライス数、スライス毎の照射形状・線量等の照射条件を読み込む（ステップＳ１０）。なお、照射条件は、必ずしも制御部２０内に保持している必要はなく、例えば、通信等により入手するようにしてもよい。そして、主制御部２１は、例えば、最深部から始めた上の例のように、読み込んだ照射条件から、最初に照射するスライスを設定する（ステップＳ２０）。つぎに、運転パターン選択部２３は、運転パターン保持部２５が保持する運転パターンの中から、そのスライスの照射条件に適した運転パターンを選択する（ステップＳ３０）。そして、主制御部２１は、選択した運転パターンで運転するよう加速器１０を制御するとともに、その運転パターンによる加速器１０からの粒子線Ｂの出射に対応して、輸送系３０、照射装置４０を制御して、そのスライスでの照射を行う（ステップＳ４０）．そして、これらの動作を最終スライスまで繰り返す（ステップＳ５０で「Ｙ」となるまで）。
【００３５】
なお、深部スライスから浅部スライスに向かってスライスを移動させる場合、最初のスライス（最深部）はデフォルトとして、図５（ｂ）に示す長周期パターンＯＰ−Ｌが選択される。基本的に長周期パターンＯＰ−Ｌの照射時間ＴｏＬは、最深部のスライスが照射満了Ｅｄに至る照射時間Ｐｅ１よりも長くなるように設定するので、最深部のスライスの照射を１つの運転周期で完了させることができる。そして、次のスライスの照射時間Ｐｅ２は、通常最深部の照射時間Ｐｅ１よりも短いので、同様に１つの運転周期で照射を完了させることができる。
【００３６】
一方、スライスを浅い方へ進めていくと、例えばｉ番目のスライスにおける線量満了に必要な照射時間Ｐｅiが、短周期パターンＯＰ−Ｓの照射時間ＴｏＳよりも短くなった場合、短周期パターンＯＰ−Ｓを選択する。以降のスライス（ｉ＋１以降）で線量満了に必要な照射時間Ｐｅi+1は、基本的に短くなる一方なので、同様に短周期パターンＯＰ−Ｓを選択する。
【００３７】
これにより、例えば、長周期パターンＯＰ−Ｌを全てのスライスで選択した時と比べて、周期内における待ち時間が短縮され、全体として治療時間を短縮することができる。あるいは、短周期パターンＯＰ−Ｓを全てのスライスで選択すると、深部スライスでは１回の周期で照射が満了せず、複数回に分けて照射する場合が生じて治療時間が長くなることになるが、本実施の形態では一つのスライスにおいて費やす周期回数を総じて減少させることにより、全体として治療時間を短縮することができる。この効果は、長周期パターンＯＰ−Ｌの照射時間ＴｏＬを、最深部のスライスが照射満了Ｅｄに至る照射時間Ｐｅ１よりも短く設定した場合においても奏功するものである。
【００３８】
なお、上記例は簡単のため、運転パターンを２つ有する例について説明したが、これに限定されることはない。チューニング等の手間をかけることにより、さらに細分化した運転パターンを準備しておくようにしもよい。また、運転パターの選択は、上記のように周期と照射時間とを比較した結果に限ることはない。例えば、レンジシフタ４４による減衰量では、エネルギーを調整できない場合に、運転パターンを切り替えるように、粒子線のエネルギーレンジによって選択するようにしてもよい。
【００３９】
実施の形態１の変形例．
なお、上記の例は、長周期パターンは短周期パターンよりもエネルギーを大きくした例、つまり、周期が異なるとエネルギーが異なる運転パターンを持つ例について説明した。一方、本変形例では、同じエネルギーに対して周期の異なる運転パターンを用意するようにした。
【００４０】
図７は、本変形例を適用する形態について説明するためのもので、例えば、同じ形状の患部が体表面から異なる深さに位置した場合の体内深度と付与線量との関係と、適用する運転パターンについて説明するものである。図において、上段は患部が体表面から浅い位置にある場合、下段は患部が体表面から深い位置にある場合の線量分布である。上段と下段をつなぐ破線は、体表面から同じ深さの位置、つまり同じエネルギーを必要とする位置であるが、上段では最深部のため必要な線量が多く、照射時間を長くする必要があるスライスに対応する運転パターンＯＰ−１を、下段では、最浅部のため必要な線量が少なく、照射時間が短くて済むスライスに対応する運転パターンＯＰ−２を保持している例を示す。
【００４１】
このような場合、例えば、同じエネルギー、あるいは近似のエネルギーに対して、長さの異なる複数の運転パターンを用意することで、スライスの照射条件により適した運転パターンを選択し、正確で治療時間の短い照射が行える。
【００４２】
以上のように、本実施の形態１にかかる粒子線治療装置１によれば、磁性体のコアを用いた電磁石（例えば、偏向電磁石１３）を有し、粒子線Ｂを所定エネルギーに調整して出射する加速器１０と、加速器１０から供給された粒子線Ｂを照射対象の形状に応じて照射する照射装置４０と、加速器１０と照射装置４０とを連携して制御する制御部２０と、を備え、制御部２０には、加速器１０が周期的に繰り返す運転パターンＯＰとして、粒子線Ｂを出射できる時間（照射時間）Ｔｏが異なり、かつ磁性体のヒステリシスの存在下でも、加速器１０の偏向電磁石１３が所望の磁場強度になるようにそれぞれ操作条件が調整された複数の運転パターンＯＰ−Ｌ、ＯＰ−Ｓを保持する運転パターン保持部２５と、照射対象を深さ方向に分割した複数のスライスに対して、スライス毎の照射条件を読み込む照射条件読込部２２と、照射条件読込部２２が読み込んだ照射条件に基づいて、複数の運転パターンのうち、当該スライスに適した運転パターンを選択する運転パターン選択部２３と、スライス毎に、選択した運転パターンに基づいて加速器１０を制御するとともに、照射条件に基づいて照射装置４０を制御する主制御部２１と、が設けられているように構成したので、スライス毎に、所望の磁場強度を与えられる最適な運転パターンを選択することができるので、治療時間を短縮するとともに、正確な照射を行うことができる。
【００４３】
とくに、運転パターン選択部２３は、複数の運転パターンＯＰ−Ｓ、ＯＰ−Ｌのうちの、当該スライスでの線量付与に必要な周期数が少ない運転パターン（例えば、１周期で付与できる運転パターン）のなかで、粒子線Ｂを出射できる時間Ｔｏが最も短い運転パターンを選択するように構成したので、各スライスの照射を最短にすることができる。
【００４４】
さらに、複数の運転パターンのうち、少なくとも２つの運転パターンＯＰ−Ｓ、ＯＰ−Ｌは、所定エネルギーが大きく設定された運転パターンＯＰ−Ｌの方が、粒子線Ｂを出射できる時間Ｔｏの長さが長くなるように設定されているようにしたので、深部のスライスに対しては、出射に必要な線量を確保して少ない周期で線量を満了させることができる運転パターンを確保し、浅部のスライスに対しては、短い時間で照射を終わらせる運転パターンを確保して、全体として治療時間を短縮することができる。
【００４５】
またさらに、複数の運転パターンのうち、少なくとも２つの運転パターンＯＰ−１、ＯＰ−２は、所定エネルギーが同じで、粒子線Ｂを出射できる時間Ｔｏが異なるように設定されているようにしたので、患部の体表面からの位置が同じでも、深部になるスライスに対しては、出射に必要な線量を確保して少ない周期で線量を満了させることができる運転パターンＯＰ−１を確保し、同じ深さでも浅部となるスライスに対しては、短い時間で照射を終わらせる運転パターンＯＰ−２を確保して、全体として治療時間を短縮することができる。
【００４６】
また、本実施の形態１にかかる粒子線治療装置１の運転方法は、磁性体のコアを用いた例えば偏向電磁石１３のような電磁石を有し、粒子線Ｂを所定エネルギーに調整して出射する加速器１０と、加速器１０が周期的に繰り返す運転パターンＯＰとして、粒子線Ｂを出射できる時間（照射時間）Ｔｏが異なり、かつ前記磁性体のヒステリシスの存在下でも、加速器１０の偏向電磁石１３が所望の磁場強度になるようにそれぞれ操作条件が調整された複数の運転パターンＯＰ−Ｌ、ＯＰ−Ｓを保持する運転パターン保持部２５と、を備えた粒子線治療装置１を運転する方法であって、照射対象を深さ方向に分割した複数のスライスに対して、スライス毎の照射条件を読み込む照射条件読込工程Ｓ１０と、照射条件読込工程Ｓ１０で読み込んだ照射条件に基づいて、複数の運転パターンＯＰ−Ｓ、ＯＰ−Ｌのうち、当該スライスに適した運転パターンを選択する運転パターン選択工程Ｓ３０と、スライス毎に、選択した運転パターンに基づいて加速器１０を制御する工程Ｓ４０と、を含むように構成したので、スライス毎に、所望の磁場強度を与えられるので、治療時間を短縮するとともに、正確な照射を行うことができる。
【符号の説明】
【００４７】
１：粒子線治療装置、
１０：加速器（１３：偏向電磁石（磁性体のコアを有する電磁石））、
２０：制御部（２１：主制御部、２２：照射条件読込部、
２３：運転パターン選択部、２４：照射条件保持部、
２５：運転パターン保持部）、
４０：照射装置、
ＯＰ：運転パターン（ＯＰ−Ｌ：長周期パターン、
ＯＰ−Ｓ：短周期パターン）、
Ｔｏ：１周期中の粒子線を出射（照射）できる時間。
【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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【国際調査報告】
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