(57)【要約】【課題】厚みが回転方向において変化して通過するイオンビームのエネルギーを変える１つの回転体で治療できる患者数を増加する。【解決手段】イオンビームを患者３２に照射して治療を行うイオンビーム出射装置において、イオンビームを発生させるビーム発生装置１と、周回方向に所定の厚さ分布を備え、ビーム発生装置１から発生されたイオンビームの進路上で回転しイオンビームの飛程を制御するレンジモジュレーションホイール２９を備えたビーム照射ノズル１５と、レンジモジュレーションホイール２９の回転位相に応じて、ビーム発生装置１のビーム発生加速動作を制御する照射制御装置３８とを備える。【選択図】図５
2006239404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを照射対象に出射するイオンビーム出射装置において、
前記イオンビームを発生させかつ加速させるビーム発生装置と、
厚みが回転方向において変化して通過する前記イオンビームのエネルギーを変える回転体を有し、前記回転体を通過した前記イオンビームを前記照射対象に照射するビーム照射ノズルと、
前記回転体の回転時に、前記ビーム発生装置からの前記イオンビームの出射及び出射停止を制御する制御装置とを備えたことを特徴とするイオンビーム出射装置。
【請求項２】
イオンビームを照射対象に出射するイオンビーム出射装置において、
前記イオンビームを発生させかつ加速させるビーム発生装置と、
厚みが回転方向において変化して通過する前記イオンビームのエネルギーを変える回転体を有し、前記回転体を通過した前記イオンビームを前記照射対象に照射するビーム照射ノズルと、
前記回転体の回転角度に基づいて、前記ビーム発生装置からの前記イオンビームの出射及び出射停止を制御する制御装置とを備えたことを特徴とするイオンビーム出射装置。
【請求項３】
前記回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置を前記ビーム照射ノズルに設け、前記制御装置は前記回転角度検出装置で計測された前記回転角度に基づいて前記イオンビームの出射及び出射停止を制御する請求項２記載のイオンビーム出射装置。
【請求項４】
イオンビームを照射対象に出射するイオンビーム出射装置において、
前記イオンビームを発生させかつ加速させるビーム発生装置と、
厚みが回転方向において変化して通過する前記イオンビームのエネルギーを変える回転体を有し、前記回転体を通過した前記イオンビームを前記照射対象に照射するビーム照射ノズルと、
前記回転体の回転方向における第１領域が前記ビーム照射ノズル内のビーム経路に位置するときには前記ビーム発生装置から前記イオンビームを出射させ、前記第１領域以外の第２領域が前記ビーム経路に位置するときには前記ビーム発生装置から前記イオンビームを出射させないように、前記ビーム発生装置からの前記イオンビームの出射を制御する制御装置とを備えたことを特徴とするイオンビーム出射装置。
【請求項５】
前記回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置を前記ビーム照射ノズルに設け、前記制御装置は、前記回転角度検出装置で計測された前記回転角度に基づいて、前記第１領域が前記ビーム経路に位置するときに前記ビーム発生装置から前記イオンビームを出射させ、前記第２領域が前記ビーム経路に位置するときには前記ビーム発生装置から前記イオンビームを出射させないように、前記イオンビームの出射を制御する請求項４記載のイオンビーム出射装置。
【請求項６】
イオンビームを照射対象に出射するイオンビーム出射装置において、
前記イオンビームを加速するシンクロトロンと、
厚みが回転方向において変化して通過する前記イオンビームのエネルギーを変える回転体を有し、前記回転体を通過した前記イオンビームを前記照射対象に照射するビーム照射ノズルと、
前記回転体の回転時に、前記シンクロトロンからの前記イオンビームの出射及び出射停止を制御する制御装置とを備えたことを特徴とするイオンビーム出射装置。
【請求項７】
イオンビームを照射対象に出射するイオンビーム出射装置において、
前記イオンビームを加速するシンクロトロンと、
厚みが回転方向において変化して通過する前記イオンビームのエネルギーを変える回転体を有し、前記回転体を通過した前記イオンビームを前記照射対象に照射するビーム照射ノズルと、
前記回転体の回転角度に基づいて、前記ビーム発生装置からの前記イオンビームの出射及び出射停止を制御する制御装置とを備えたことを特徴とするイオンビーム出射装置。
【請求項８】
前記回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置を前記ビーム照射ノズルに設け、前記制御装置は前記回転角度検出装置で計測された前記回転角度に基づいて前記イオンビームの出射及び出射停止を制御する請求項７記載のイオンビーム出射装置。
【請求項９】
イオンビームを照射対象に出射するイオンビーム出射装置において、
前記イオンビームを加速するシンクロトロンと、
厚みが回転方向において変化して通過する前記イオンビームのエネルギーを変える回転体を有し、前記回転体を通過した前記イオンビームを前記照射対象に照射するビーム照射ノズルと、
前記回転体の回転方向における第１領域が前記ビーム照射ノズル内のビーム経路に位置するときには前記シンクロトロンから前記イオンビームを出射させ、前記第１領域以外の第２領域が前記ビーム経路に位置するときには前記シンクロトロンから前記イオンビームを出射させないように、前記シンクロトロンからの前記イオンビームの出射を制御する制御装置とを備えたことを特徴とするイオンビーム出射装置。
【請求項１０】
前記回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置を前記ビーム照射ノズルに設け、前記制御装置は、前記回転角度検出装置で計測された前記回転角度に基づいて、前記第１領域が前記ビーム経路に位置するときに前記シンクロトロンから前記イオンビームを出射させ、前記第２領域が前記ビーム経路に位置するときには前記シンクロトロンから前記イオンビームを出射させないように、前記イオンビームの出射を制御する請求項９記載のイオンビーム出射装置。
【請求項１１】
前記シンクロトロンは高周波印加装置を有し、前記制御装置は、前記シンクロトロンからの前記イオンビームの出射及び出射停止の制御を、前記高周波印加装置への高周波の供給及び供給停止を制御することによって行う請求項６ないし請求項１０のいずれか１項に記載のイオンビーム出射装置。
【請求項１２】
前記回転体は、回転方向における厚みの変化を複数の段部を形成することによって行っている請求項１または請求項６記載のイオンビーム出射装置。
【請求項１３】
前記回転体は、厚みが回転方向において変化して通過する前記イオンビームのエネルギーを変える複数の前記羽根部を有し、前記複数の羽根部は最も肉厚の厚い部分の厚さが同じである請求項６、７及び９のいずれか１項記載のイオンビーム出射装置。
【請求項１４】
前記回転体は、厚みが回転方向において変化して通過する前記イオンビームのエネルギーを変える複数の前記羽根部を有し、前記複数の羽根部は最も肉厚の厚い部分の厚さが異なっている請求項６、７及び９のいずれか１項記載のイオンビーム出射装置。
【請求項１５】
前記ビーム照射ノズルを通過する前記イオンビームの線量を検出する線量検出装置と、
前記線量検出装置で検出した線量計測値の累積線量が目標線量に達したとき、前記ビーム発生装置又は前記シンクロトロンからの前記イオンビームの出射を停止させる前記制御装置とを備えた請求項１または請求項６に記載のイオンビーム出射装置。
【請求項１６】
前記回転体の回転角度に基づいて、前記ビーム発生装置又は前記シンクロトロンからの前記イオンビームの前記出射を制御する前記制御装置を備えた請求項１または請求項６に記載のイオンビーム出射装置。
【請求項１７】
前記複数の段部のうち少なくとも一部の前記段部で前記イオンビームを通過させ、前記一部の段部において、前記ビーム発生装置からの前記イオンビームの出射及び出射停止を制御する前記制御装置を備えた請求項１２に記載のイオンビーム出射装置。
【請求項１８】
前記ビーム照射ノズルを通過する前記イオンビームの線量を検出する線量検出装置と、
前記一部の段部における前記ビーム発生装置からの前記イオンビームの出射を前記回転体の回転角度に基づいて制御し、この段部における前記ビーム発生装置からの前記イオンビームの出射停止の制御を、前記線量検出装置で検出した線量計測値がその段部の目標線量に達したときに行う前記制御装置とを備えた請求項１７記載のイオンビーム出射装置。
【請求項１９】
ビーム発生装置から出射されたイオンビームをビーム照射ノズルより出射させるイオンビーム出射方法において、
前記ビーム照射ノズルに設けられた、厚みが回転方向において変化して通過する前記イオンビームのエネルギーを変える回転体を、回転させ、
前記回転体の回転時において、前記ビーム発生装置からの前記イオンビームの出射および出射停止を制御することを特徴とするイオンビーム出射方法。
【請求項２０】
前記ビーム発生装置からの前記イオンビームの出射の制御は、前記回転体の回転角度に基づいて行われる請求項１９記載のイオンビーム出射方法。
【請求項２１】
シンクロトロンから出射されたイオンビームをビーム照射ノズルより出射させるイオンビーム出射方法において、
前記ビーム照射ノズルに設けられた、厚みが回転方向において変化して通過する前記イオンビームのエネルギーを変える回転体を、回転させ、
前記回転体の回転時において、前記シンクロトロンからの前記イオンビームの出射および出射停止を制御することを特徴とするイオンビーム出射方法。
【請求項２２】
前記シンクロトロンからの前記イオンビームの出射の制御は、前記回転体の回転角度に基づいて行われる請求項２１記載のイオンビーム出射方法。
【請求項２３】
前記イオンビームの出射停止の制御は、前記回転体の回転角度に基づいて行われる請求項２０または請求項２２に記載のイオンビーム出射方法。
【請求項２４】
回転方向における厚みの変化を形成された複数の段部によって行っている前記回転体の前記複数の段部のうち少なくとも一部の前記段部で前記イオンビームを通過させ、前記一部の段部において前記イオンビームの出射および出射停止の制御を行う請求項１９または請求項２１に記載のイオンビーム出射方法。
【請求項２５】
前記出射制御は前記回転体の回転角度に基づいて行われ、前記出射停止制御は前記ビーム照射ノズルを通過する前記イオンビームの線量の計測値に基づいて行われる請求項２５記載のイオンビーム出射方法。
【請求項２６】
前記シンクロトロンからの前記イオンビームの出射および出射停止は、前記シンクロトロンに設けられた前記高周波印加装置への高周波の供給及び供給停止を制御することによって行う請求項２１記載のイオンビーム出射方法。
【請求項２７】
前記ビーム照射ノズルを通過する前記イオンビームの線量の計測値の累積線量が目標線量に達したとき、前記イオンビームの前記出射を停止させる請求項２３に記載のイオンビーム出射方法。
【請求項２８】
ビーム発生装置から出射されたイオンビームをビーム照射ノズルより出射させるイオンビーム出射方法において、
前記ビーム照射ノズルに設けられた、厚みが回転方向において変化して通過する前記イオンビームのエネルギーを変える回転体の回転時において、前記ビーム発生装置からの前記イオンビームの出射を前記回転体の回転角度に基づいて制御することを特徴とするイオンビーム出射方法。
【請求項２９】
前記ビーム発生装置がシンクロトロンである請求項２８記載のイオンビーム出射方法。
【請求項３０】
前記ビーム発生装置からの前記イオンビームの出射停止を、前記回転体の回転角度に基づいて制御する請求項２８記載のイオンビーム出射方法。
【請求項３１】
回転方向における厚みの変化を形成された複数の段部によって行っている前記回転体の前記複数の段部のうち少なくとも一部の前記段部で前記イオンビームを通過させる制御は、前記一部の段部における前記出射の制御、および前記ビーム照射ノズルを通過する前記イオンビームの線量の計測値に基づいて行われる前記イオンビームの出射停止の制御を含んでいる請求項２８記載のイオンビーム出射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽子及び炭素イオン等のイオンビームを発生及び出射して患部を治療するイオンビーム出射装置及びイオンビーム出射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
癌などの患者の患部に陽子及び炭素イオン等のイオンビームを照射する治療方法が知られている。この治療に用いるイオンビーム出射装置は、イオンビームを発生させ、必要なエネルギーまで加速させるイオンビーム発生装置、ビーム輸送系、及びビーム照射ノズルを備えている。イオンビーム発生装置で加速されたイオンビームは、第１ビーム輸送系及び回転ガントリーに設けられた第２ビーム輸送系を経て、回転ガントリーに設置され治療照射野をモニタして形作るビーム照射ノズルに達する。ビーム照射ノズルに達したイオンビームはビーム照射ノズルより出射されて患者の患部に照射される。ビーム発生装置としては、例えば、イオンビームを周回軌道から取り出す出射用デフレクターを備えたシンクロトロン（概略円形の加速器）が知られている（例えば、特許文献１；米国特許第５，３６３，００８号）。
【０００３】
例えば陽子ビームの照射線量を患部に与えるイオンビームを用いた放射線療法では、陽子ビームのエネルギーの大部分が、陽子が停止する直前に放出されること、すなわち陽子の停止直前にブラッグピークが形成されるという特性を利用し、陽子ビームのエネルギーの選択により陽子を患部で停止させてビームエネルギーの大部分を患部の細胞或いはその微小外延部に放出するようにする。
【０００４】
通常、患部は、患者の体表面からの深さ方向、つまりイオンビームの進行方向（以下、単に深さ方向という）にある程度の厚みをもっている。その深さ方向における患部の厚み全域にわたってイオンビームを効果的に照射するためには、深さ方向においてブラッグピークの幅を拡大する必要がある。ブラックピークの拡大された幅を、ブラックピーク幅という。必要なブラックピーク幅を得るためには、イオンビームのエネルギーを調節しなければならない。
【０００５】
このような観点から、従来、周方向に段階的に厚みが変化している複数の羽根部を回転軸の周囲に設置したレンジモジュレーション回転体（レンジモジュレーションホイール。以下、ＲＭＷという）が既に提唱されている（例えば、非特許文献１；REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS、Vol. 64, No. 8, 2074頁〜2084頁（図３０及び図３１）1993年８月発行）。複数の羽根部は回転軸に取り付けられる。ＲＭＷは、隣り合う羽根部の相互間に貫通する開口を形成している。例えば、開口をイオンビームの経路（ビーム経路という）に位置させてＲＭＷを回転させる。開口及び羽根部が交互にビーム経路を横切る。イオンビームが開口を通過したときはビームエネルギーが減衰しないため、ブラッグピークが体内の最も深い位置に生じる。イオンビームが羽根部部を通過する際には、羽根部の厚みが厚い部分を通過するほど、このイオンビームのエネルギーの減衰度合いが大きくなり、患部の体表面に近い部分にブラックピークが形成される。ＲＭＷの回転によって、このようなブラッグピークが形成される深さ方向の位置が周期的に変動する結果、時間積分で見ると、患部の深さ方向において比較的広くフラットなブラッグピーク幅を得ることができる。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，３６３，００８号
【非特許文献１】REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS、Vol. 64, No. 8, 2074頁〜2084頁（図３０及び図３１）1993年８月発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の従来手法では、以下のような課題が存在する。
すなわち、患者によって体格の大きさはそれぞれ異なり、また患部の大きさもそれぞれ異なる。このため、各患者の患部を治療するのに最適なブラッグピーク幅もそれぞれ異なる。しかしながら、従来の方法では、一つのＲＭＷに対しては一つの設定されたブラッグピーク幅が得られるだけである。このため、患者ごとに異なるＲＭＷを作成して用意し、患者が変わるたびに取り替えて使用する必要があった。り、多数の患者を効率的に治療するのが困難であった。
【０００８】
本発明の目的は、厚みが回転方向において変化して通過するイオンビームのエネルギーを変える１つの回転体で治療できる患者数を増加できるイオンビーム出射装置およびイオンビーム出射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、厚みが回転方向において変化して通過するイオンビームのエネルギーを変える回転体の回転時に、ビーム発生装置で加速されたイオンビームの出射及び出射停止を制御することにある。回転体が回転しているときにビーム発生装置からのイオンビームの出射及び出射停止を制御することによって、回転方向において、その回転体内でイオンビームが通過する領域を変化させることができる。このため、１つの回転体で、体表面からの深さ方向で異なる幅を有する複数のブラッグピークの拡大幅（以下、ＳＯＢＰ幅という）を形成することができ、１つの回転体を複数の患者に使用することができる。すなわち、患部の厚さが異なる多数の患者を１つのレンジモジュレーション回転体で治療することが可能となる。
【００１０】
好ましくは、イオンビーム発生装置としてシンクロトロンを用いるとよい。
【００１１】
好ましくは、回転体は回転方向において厚みが変化している複数の羽根部を供えると良い。
【００１２】
好ましくは、ビーム発生装置からのイオンビーム出射の開始と停止の制御は、通信ネットワークを介して治療計画ソフトから与えられるＳＯＢＰ幅の情報に基づいて行われるのが良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、厚みが回転方向において変化して通過するイオンビームのエネルギーを変える１つのレンジモジュレーション回転体で治療できる患者数を増加できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００１５】
（実施形態１）
本実施形態のイオンビーム出射装置である陽子線出射装置７は、図１に示すように、ビーム発生装置１、ビーム発生装置１の下流側に接続されたビーム輸送系２及びビーム照射ノズル１５を備えている。
【００１６】
ビーム発生装置１は、イオン（陽子）源（図示せず）、前段加速器３及び主加速器であるシンクロトロン４を有する。シンクロトロン４は、一対の電極によって構成された高周波印加装置５及び高周波加速空胴６から構成されている。高周波印加装置５及び高周波加速空洞６はイオンビームの周回軌道上に設置されている。第１高周波電源８が開閉スイッチ９を介して高周波印加装置５の電極に接続される。高周波加速空胴６に高周波電力を印加する第２高周波電源（図示せず）が、別途設けられる。イオン源で発生したイオン（例えば、陽イオン（または炭素イオン））は前段加速器（例えば線形加速器）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はシンクロトロン４に入射される。イオンビーム（粒子線）は、第２高周波電源からの高周波電力の印加によって高周波加速空胴６内に発生する電磁場に基づいて加速される。シンクロトロン４内を周回するイオンビームは、設定されたエネルギー（例えば７０〜２５０ＭｅＶ）まで加速された後、後述するように開閉スイッチ９を閉じることによってシンクロトロン４から出射される。すなわち、第１高周波電源８からの高周波が、閉じられた開閉スイッチ９を通して閉じることによって、高周波印加装置５より周回しているイオンビームに印加される。このため、安定限界内で周回しているイオンビームは、安定限界外に移行し、出射用デフレクタ１０を通って出射される。イオンビームの出射の際には、シンクロトロン４に設置された四極電磁石１１及び偏向電磁石１２に導かれる電流が電流設定値に保持され、安定限界もほぼ一定に保持されている。開閉スイッチ９を開いて高周波印加装置５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。
【００１７】
シンクロトロン４から出射されたイオンビームは、ビーム輸送系２の下流側に輸送される。ビーム輸送系２は、四極電磁石１３及び偏向電磁石１４と、ビーム照射ノズル１５に接続されたビームダクト１６とを備える。ビーム照射ノズル１５及びビームダクト１６は、治療室(図示せず)内に設置された回転ガントリー(図示せず)に取り付けられている。四極電磁石１７、四極電磁石１８、偏向電磁石１９及び偏向電磁石２０がこの順にビームダクト１６に設置される。イオンビームはそれらの電磁石によってビームダクト１６に沿ってビーム照射ノズル１５へと輸送される。患者が、回転ガントリー内に形成された治療ケージ（図示せず）内で位置決めされた治療用ベッド３４に横たわっている。ビーム照射ノズル１５から出射されたイオンビームは、その患者３２の癌の患部に照射される。四極電磁石１７等の電磁石を備えたビームダクト１６はビーム輸送系であるとも言える。
【００１８】
ビーム照射ノズル装置１５は、回転ガントリーに取り付けられたケーシング２１（図２参照）を有する。ビーム照射ノズル１５は、更に、図２に示す第１散乱体装置２４、第２散乱体装置２５、ブラッグピーク拡大装置であるＲＭＷ装置２６及び線量モニタ２３を有する。第１散乱体装置２４、第２散乱体装置２５、ＲＭＷ装置２６及び線量モニタ２３は、上流側よりこの順でケーシング２１内に設置され、ケーシング２１に取り付けられる。患者毎に成形されたボーラス２７及びコリメータ２８もケーシング２１に取り付けられる。
【００１９】
第１散乱体装置２４は、ケーシング２１内のビーム経路であるビーム軸Ａに直交する方向にイオンビームを拡大させる散乱体２４Ａを有する。散乱体２４Ａは支持部材２４Ｂによってケーシング２１に取り付けられる。散乱体２４Ａは、一般にイオンビームの散乱量に対するエネルギー損失の量が少ない原子番号の大きい物質（鉛やタングステン等）によって構成される。第１散乱体装置２４は、散乱体２４Ａがビーム軸Ａ上に配置されるように設置される。
【００２０】
第２散乱体装置２５は、第１散乱体装置２４によって線量分布が正規分布状に広げられたイオンビームを、一様な線量分布にする機能を有し、散乱体２５Ａ及びこの散乱体２５Ａをケーシング２１に取り付ける支持部材２５Ｂを備えている。第２散乱体装置２５は、散乱体２５Ａがビーム軸Ａ上に配置されるように設けられる。
【００２１】
ＲＭＷ装置２６は、ＲＭＷ２９、ＲＭＷ２９を回転させる回転装置（例えば、モータ）３０、及びＲＭＷ２９の回転位相（回転角度）を検出する角度センサ３１を有している。図３に示すように、ＲＭＷ２９は、複数の羽根部（本実施例では３枚）２９Ａ、回転軸４０、及び円筒部材３９を有する。円筒部材３９は回転軸４０と同心円状に配置される。回転軸４０に取り付けられた複数の羽根部３７（本実施形態では羽根部３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃの３つ）がＲＭＷ２９の半径方向に伸びている。これらの羽根部３７の外側の端部は円筒部材３９に取り付けられる。羽根部３７の周方向における幅は、円筒部材３９側の端部で回転軸４０側の端部よりも広くなっている。ＲＭＷ２９の周方向における羽根部３７の相互間には、それぞれ開口４２が形成される。本実施形態のＲＭＷ２９は開口４２を有しているが、開口の代わりにある厚さを有する薄い羽根部を設けることができる。この場合、その最も薄い羽根部による少量のエネルギロスを考慮する必要がある。各羽根部３７は、ＲＭＷ２９の周方向（回転方向）において階段状に配置された複数の平面領域（段部）４３を有しており、回転軸４０の軸方向（ビーム軸Ａの方向）におけるＲＭＷ２９の底面から各平面領域４３までの各厚みが異なっている。１つの平面領域４３に対するその厚みを、平面領域部分の厚みという。すなわち、羽根部２９は、周方向で羽根部２９の両側に位置する開口４２にそれぞれ隣接する各平面領域４３から、ビーム軸Ａの方向において最も厚みの厚い頂部４４に位置する平面領域４３に向かって、各平面領域部分の厚みが階段状に増加している。各平面領域４３は、回転軸４０から円筒部材３９に向かって延びている。１つのＲＭＷ２９において、３枚の羽根部３７の相互間に位置する開口４２は３つ存在する。
【００２２】
回転軸４０は、ケーシング２１に設けられた支持部材４５に着脱自在に取り付けられる。回転軸４０は軸方向に貫通する貫通孔４１を形成している。支持部材４５に取り付けられた回転装置３０の回転軸３０Ａが、貫通孔４１に噛み合わされる。角度センサ３１も支持部材４５に取り付けられる。
【００２３】
なお、ＲＭＷ２９としては第１散乱体を一体的に取り付けたもの（例えばホイールのビームが当たる位置全体に散乱体を張り巡らしたもの等）を用いてもよい。また、厚さ分布の大きい部分と小さい部分の散乱量の違いを補償するための補償器を取り付けたものを用いてもよい。
【００２４】
本実施形態の陽子線出射装置は、ＲＭＷ２９の回転角度に応じてビーム発生装置１からのイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、複数のＳＯＢＰ幅を生成することができる。以下、この原理を、図４、図５及び図６を用いて説明する。
【００２５】
イオンビームがＲＭＷ２９の開口４２を通過したときは、ビームエネルギーは減衰しないためブラッグピークが体表面から深い第１の位置に形成される。羽根部３７のうち最も厚みが厚くなる頂部４４に位置する平面領域４３をイオンビームが通過したときは、ビームエネルギーが最も大きく減衰されてブラックピークが体表面近くの浅い第２の位置に形成される。イオンビームが開口４２と頂部４４の間に位置する平面領域４３を通過したときは、その平面領域４３が位置する部分の厚みに応じてビームエネルギーが減衰するため、ブラッグピークは第１位置と第２位置の間に存在する第３の位置に形成される。したがって、図４及び図５におけるケースａのように、ＲＭＷ２９の周方向において、３６０°の全回転角度領域において常にビームＯＮである場合には、ＲＭＷ２９の回転によりブラッグピークは第１位置と第２位置との間で周期的に変動する。この結果、ケースａは、時間積分で見ると、図６に示す深さ方向の線量分布ａのように体表面近くから深い位置に至る比較的広いＳＯＢＰ幅というを得ることができる。「ビームＯＮ」は、イオンビームがシンクロトロン４から出射されてＲＭＷ２９を通過しビーム照射ノズル１５から出射される状態を意味する。これに対し、「ビームＯＦＦ」は、イオンビームがシンクロトロン４から出射されずビーム照射ノズル１５から出射されない状態を意味する。
【００２６】
図４及び図５におけるケースｂは、ＲＭＷ２９の周方向において、各羽根部３７の比較的厚い領域（頂部４４付近）ではビームＯＦＦとし、これ以外の回転角度領域ではビームＯＮとする。ケースｂは、体表面近くの浅い部分で生じるブラッグピークがなくなるため、図６に示す深さ方向の線量分布ｂのように線量分布ａよりもフラット部分が狭くなったＳＯＢＰ幅が形成される。
【００２７】
図４及び図５におけるケースｃは、ＲＭＷ２９の周方向において、開口４２及び開口４２付近の各羽根部２４Ａの厚みが比較的薄い領域にてビームＯＮとし、これら以外の回転角度領域ではビームＯＦＦとする。ケースｃは、全体にビームエネルギーの減衰量が少ないため、体表面から深い位置にブラッグピークが形成される。このため、ケースｃは、図６に示す深さ方向の線量分布ｃのように線量分布ｂよりもフラット部分が狭くなったＳＯＢＰ幅が形成される。
【００２８】
本実施形態の陽子線出射装置７は、以上のようにＲＭＷ２９の回転角度に応じてイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより、１つのＲＭＷで複数の異なるＳＯＢＰ幅を形成することができる。
【００２９】
図２に戻り、線量モニタ２３は、ＳＯＢＰ装置２６等で形成した照射野内のイオンビームの線量分布を測定する。また、ボーラス２７は、治療患者３２の患部３３（例えば癌や腫瘍の発生部位）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る。すなわち、ボーラス２７は、ビーム照射ノズル１５内のビーム経路（ビーム軸Ａ）と直交する方向における各位置でのイオンビームの飛程を、照射目標である患部３３の深さ形状に合わせて調整する。ボーラス２７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。また、コリメータ２８は、ビーム経路（ビーム軸Ａ）と直交する方向において、患部３３の形状に合わせてイオンビームを整形するものである。
【００３０】
患者が横たわっている治療用ベッド３４は、ビーム照射ノズル１５からイオンビームを照射する前に、ベッド駆動装置（図示せず）によって移動され、前述の治療ゲージ内に挿入される。回転ガントリーはモータ（図示せず）の駆動によって回転され、ビーム照射ノズル１５内のビーム経路が治療用ベッド３４上の患者３２の患部３３を向くようになる。更に、患者の患部が照射装置１５のビーム経路と精度良く一致するように、治療用ベッド３４の、照射装置１５に対する位置決めが行われる。その後、ビーム経路１６を経てビーム照射ノズル１５内へ導入されたイオンビームは、照射装置１５内の第１散乱体装置２４、第２散乱体装置２５、ＲＭＷ２９が回転しているＲＭＷ装置２６、ボーラス２７及びコリメータ２８を通って患部３３に照射される。ＲＭＷ２９の回転は回転装置３０の駆動により行われる。
【００３１】
本実施形態におけるＲＭＷ２９の回転時におけるイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ制御について、具体的に説明する。「イオンビームの出射ＯＮ」はシンクロトロン４からイオンビームの出射を開始することであり、「イオンビームの出射ＯＦＦ」はシンクロトロン４からのイオンビームの出射を停止することである。まず、Ｘ線ＣＴ装置（図示せず）で患者３２の患部３３付近の断層撮影を行う。医者は、得られた断層像を用いて診断を行い、患部３３の位置及びサイズを把握すると共に、イオンビームの照射方向、最大照射深さ等を定めて治療計画装置３５に入力する。治療計画装置３５は、治療計画ソフトによって、入力されたイオンビームの照射方向、最大照射深さ等に基づき、治療に必要なＳＯＢＰ幅、照射野サイズ及び患部３３に対する目標線量等を算出する。さらに、治療計画装置３５は、治療計画ソフトによって、各種運転パラメータ（イオンビームをシンクロトロン４から出射する時のエネルギー（出射エネルギー）、回転ガントリー角度、患者ベッド位置、及びイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ時におけるＲＭＷ２９の各回転角度）を算出すると共に、治療に適切な周方向の厚さ分布及び角度幅を有するＲＭＷ２９を選定する。治療計画装置３５によって算出された出射エネルギー、ＳＯＢＰ幅、照射野サイズ、回転角度、患者ベッド位置及び照射線量等の各種の治療計画情報が、陽子線出射装置７の中央制御装置３６に入力され、中央制御装置３６の記憶装置（図示せず）に記憶される。
【００３２】
各種の治療計画情報は、治療計画装置３５の表示装置及び陽子線出射装置７の制御室内に設置された表示装置に表示される。治療を受ける患者３２に対するＲＭＷ２９、ボーラス２７及びコリメータ２８が、作業員によって、ビーム照射ノズル１５のケーシング２１内に図２に示すように設置される。
【００３３】
照射制御装置３８は、中央制御装置３６から、設定値となる治療計画情報であるＲＭＷ２９の各回転角度（例えば、後述のα１〜α６）、目標線量及び回転ガントリー角度、患者ベッド位置等の必要な治療計画情報を入力し、照射制御装置３８の記憶装置（図示せず）に記憶する。ガントリー制御装置（図示せず）は、照射制御装置３８より回転ガントリー角度情報を入力し、前述したようにビーム照射ノズル１５のビーム経路が患部３３を向くように、回転ガントリー角度情報に基づいて回転ガントリーを回転させる。中央制御装置３６は、患者３２に対する出射エネルギー情報に基づいてビーム発生装置１及びビーム輸送系２の各電磁石に導く電流の制御指令（電流設定値）を設定する。電磁石電源制御装置（図示せず）は、それらの電流設定値に基づいて該当する電磁石電源を制御し、ビーム発生装置１及びビーム輸送系２の各電磁石に供給する励磁電流の電流値を調節する。これにより、ビーム発生装置１及びビーム輸送系２にイオンビームを導く準備が完了する。電磁石電源制御装置は中央制御装置３６に接続されている。
【００３４】
シンクロトロン４は、前段加速器３からのイオンビームの入射、イオンビームの加速、イオンビームの出射、及び減速（次の出射の準備）を繰り返して運転される。設定エネルギーである所望の出射エネルギーまでイオンビームが加速されると、イオンビームの加速が終了し、イオンビームがシンクロトロン４から出射可能な状態（イオンビームの出射可能な状態）になる。イオンビームの加速終了情報は、シンクロトロン４の電磁石等の状態をセンサ（図示）で監視している電磁石電源制御装置から中央制御装置３６に伝えられる。
【００３５】
陽子線出射装置７における前述したＳＯＢＰ幅形成のためのイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦに係る制御を、図１、図２、図４及び図７を用いて説明する。以下におけるイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦに係る制御は、図４におけるケースｂの一例に基づいて説明する。このケースｂの一例では、点４５Ａ、４５Ｂ及び４５Ｃがイオンビームの出射ＯＮ（出射開始）時点であり、点４６Ａ、４６Ｂ及び４６Ｃがイオンビームの出射ＯＦＦ（出射停止）時点である。照射制御装置３８は、ケースｂの制御を行うに際して、回転角度の設定値である回転角度α１〜α６（α３〜α６は図示せず）を、予め中央制御装置３６から入力している。回転角度α１は基準線２２から点４５Ａまでの角度であり、回転角度α２は基準線２２から点４６Ａまでの角度であり、回転角度α３は基準線２２から点４５Ｂまでの角度であり、回転角度α４は基準線２２から点４６Ｂまでの角度であり、回転角度α５は基準線２２から点４５Ｃまでの角度であり、回転角度α６は基準線２２から点４５Ｃまでの角度である。回転角度α１〜α６は、基準線２２がビーム軸Ａに位置するときを基準にした角度を示している。
【００３６】
照射制御装置３８は、図７に示す制御フローに基づいてイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦに係る制御を実行する。まず、加速器（シンクロトロン４）の加速終了信号（イオンビームが出射可能な状態になったことを示す信号）を入力する（ステップ５１）。この加速終了信号は中央制御装置３６から入力される。回転装置３０に回転開始信号を出力する（ステップ５２）。回転装置３０は、照射制御装置３８から出力された駆動信号に基づいて回転される。回転装置３０の回転力は回転軸３０Ａを介して回転軸４０に伝えられ、ＲＭＷ２９が回転される。ＲＭＷ２９の回転数は１秒間当り１０〜２０回転の範囲内の回転数に設定される。回転角度の計測値が回転角度の第１設定値と一致するかが判定される（ステップ５３）。角度センサ３１で計測されたＲＭＷ２９の回転角度の計測値は、照射制御装置３８に入力される。この計測値が出射開始信号を出力するための回転角度の第１設定値（回転角度α１、α３及びα５のいずれか）と一致するかが判定される。回転角度の計測値が第１設定値と一致した場合は、出射開始信号が出力される（ステップ５４）。この出射開始信号によって、開閉スイッチ９が閉じられる。高周波印加装置５より高周波が周回しているイオンビームに印加されるため、イオンビームがシンクロトロン４から出射される。このイオンビームは、ビーム照射ノズル１５に輸送される。イオンビームは、照射装置１５内で回転しているＲＭＷ２９等を通過してビーム軸Ａに沿ってビーム照射ノズル１５より出射され、患部３３に照射される。図４において、黒丸の位置がイオンビームの出射を開始する位置である。
【００３７】
患部３３に照射された線量が目標線量に到達したかが判定される（ステップ５５）。また、回転角度の計測値が回転角度の第２設定値と一致するかが判定される（ステップ５６）。線量モニタ２３によって測定された患部３３に照射される線量、及び回転角度の計測値は、常に照射制御装置３８に入力されている。ステップ５５においては、線量計測値の累積値が目標線量になったかが判定される。この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップ５６の処理に優先してステップ６０の処理が実行され、出射停止信号が出力される。このビーム出射停止信号によって、開閉スイッチ９が開き、高周波印加装置５への高周波の供給が停止される。このため、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。治療用ベッド３４上の患者３２に対するイオンビームの照射が終了する。回転装置３０に停止信号を出力する（ステップ６１）。回転装置３０の回転が停止し、ＲＭＷ２９の回転も停止する。
【００３８】
ステップ５５の判定が「ＮＯ」である場合には、ステップ５６の処理が実行される。ステップ５６において、回転角度の計測値が出射停止信号を出力するための回転角度の第２設定値（回転角度α２、α４及びα６のいずれか）と一致したと判定された場合には、出射停止信号が出力される（ステップ５７）。出射停止信号の出力により、上記したように開閉スイッチ９が開き、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。図４において白丸の位置がイオンビームの出射を停止する位置である。ステップ５４の出射開始信号の出力からステップ５７の出射停止信号の出力までの期間は、例えば、羽根部３７Ａの平面領域４３Ａから羽根部３７Ｂの平面領域４３Ｂが、イオンビームが通るビーム軸Ａを横切る期間であって、実質的にビームＯＮの期間である。開閉スイッチ９が閉じてシンクロトロン４からイオンビームが出射されるまでに要する時間は１／１０００秒以下であり、逆に開閉スイッチ９が開いてイオンビームの出射が停止されるまでに要する時間も１／１０００秒以下である。
【００３９】
ステップ５８で、再度、患部３３に照射された線量が目標線量に到達したかが判定される。この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップ５９の処理が実行される。すなわち、上記したビームＯＮの期間が終了した後、シンクロトロン４内にイオンビームが十分に存在するかを判定する。このイオンビームの存在量（イオンビームの電流密度）は、電磁石電源制御装置がシンクロトロン４に設けられたセンサ（図示せず）の計測値を基に監視している。イオンビームの電流密度の計測値は、中央制御装置３６を介して照射制御装置３８に入力されている。ステップ５９の判定は、電流密度の計測値を用いて行われる。判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップ５３〜５８の処理が実行される。この繰り返し処理における、ステップ５４の出射開始信号の出力からステップ５７の出射停止信号の出力までの期間は、例えば、羽根部３７Ｂの平面領域４３Ｃから羽根部３７Ｃの平面領域４３Ｄがビーム軸Ａを横切る期間であって、実質的にビームＯＮの期間である。次のステップ５３〜５８の繰り返し処理における、羽根部３７Ｃの平面領域４３Ｅから羽根部３７Ａの平面領域４３Ｆがビーム軸Ａを横切る期間も、実質的にビームＯＮの期間である。２つのビームＯＮの期間の間には、図５に示すようにビームＯＦＦの期間が存在する。ステップ５３〜５８の繰り返し処理時に、ステップ５５または５８で、線量計測値の累積値が目標線量になったと判定されると、ステップ６１の処理が行われて患者３２へのイオンビームの照射は終了する。
【００４０】
ステップ５９の判定が「ＮＯ」の場合には、ステップ５１からの処理が実行される。すなわち、シンクロトロン４内を周回しているイオンビームの電流密度が低下してイオンビームの出射が不可能な場合には、シンクロトロン４を減速させる。電磁石電源制御装置がシンクロトロン４及びビーム輸送系２等に設けられた電磁石に供給する電流値を低下させる。それらの電磁石に供給される電流値がイオンビームの入射状態に保持される。イオンビームが前段加速器３からシンクロトロン４に入射される。このイオンビームは前述のように出射エネルギーになるまで加速される。イオンビームの加速終了後にスッテップ５１からの処理が、照射制御装置３８で実行される。
【００４１】
ステップ５４とステップ５６の間でステップ５５の判定を行うため、イオンビームが回転しているＲＭＷ２９を通過している間に、線量計測値の累積値が目標線量になったとき、イオンビームの出射を停止することができる。したがって、患部３３にイオンビームが過大に照射されることを防止できる。例えば、図４において、羽根部３７Ａと羽根部３７Ｂとの間に位置する開口４２がビーム軸Ａの位置に存在するときにステップ５５で「ＹＥＳ」と判定された場合には、イオンビームの出射を停止できる。このため、その開口４２がビーム軸Ａに位置してから回転角度の第２設定値に対する点４６Ａがビーム軸Ａに位置するまでの間におけるイオンビームの患部３３への照射を停止できる。
【００４２】
上記したケースｂの一例においては、点４５Ａから点４６Ａまでの領域、点４５Ｂから点４６Ｂまでの領域及び点４５Ｃから点４６Ｃまでの領域はＲＭＷ２９におけるイオンビーム通過領域である。点４６Ａから点４５Ｂまでの領域、点４６Ｂから点４５Ｃまでの領域及び点４６Ｃから点４５Ａまでの領域はＲＭＷ２９におけるイオンビームの通過しない領域（イオンビーム非通過領域）である。ケースｂの一例について説明したが、１つのＲＭＷ２９に対して、出射開始信号を出力するための回転角度の第１設定値、及び出射停止信号を出力するための回転角度の第２設定値を変えることにより種々のＳＯＢＰ幅を形成することができる。図５に示す各「ビームＯＮ」は開口４２をイオンビームが通過しているが、イオンビームが開口４２を通過せず頂部４４を通過させるように制御することも可能である。照射制御装置３８は、例えば、図４において、点４６Ｃがビーム軸Ａに到達したときに出射開始信号を出力し、点４５Ａがビーム軸Ａに到達したときに出射停止信号を出力する。
【００４３】
本実施形態の陽子線出射装置７によれば、ＲＭＷ２９を回転させた状態でイオンビームをＯＮ／ＯＦＦ制御するため、回転方向において、ＲＭＷ２９内でイオンビームが通過する領域を、ＲＭＷ２９の回転方向において、変化させることができる。このため、１つのＲＭＷ２９で、患者３２の体表面からの深さ方向で異なる幅を有する複数のＳＯＢＰ幅を形成することができ、１つのＲＭＷ２９を複数の患者に使用することができる。すなわち、１つのＲＭＷ２９を用いて治療できる患者数が増加する。また、１つのＲＭＷ２９を用いて、複数のＳＯＢＰ幅を形成することができるため、陽子線出射装置７を有するがん治療センタで準備するＲＭＷの個数が低減できる。１つのＲＭＷ２９で複数のＳＯＢＰ幅を形成できることは、ビーム照射ノズル１５に設置されたＲＭＷの交換回数が減少する。これは、治療の準備に要する時間が短縮されることになり、陽子線出射装置７における患者の治療人数が増加できる。特に、本実施形態は、イオンビームのＯＮ／ＯＦＦ制御をＲＭＷ２９の回転角度（具体的には回転角度の計測値及び設定値）に基づいて行っているため、特定のＳＯＢＰ幅を精度良く形成することができる。ビームのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うＲＭＷの回転角度を変えることによって、種々のＳＯＢＰ幅を形成することができる。
【００４４】
シンクロトロン４では、加速されるイオンの数が同じであるため、ビームＯＮの期間を短縮しても、第１高周波電源８から高周波印加装置５に供給する出射用の高周波のパワーを増加することによって、ビームＯＮの期間中にシンクロトロン４から出射されるイオンビームの電流密度を増大できる。このため、ビームＯＮの期間が短くても患者に照射される線量率（単位時間当りで単位体積当りに照射される放射線量）を増大できる。厚さの薄い患部３３、または体積が小さい患部３３を有する患者３２に対しては、電流密度が増大されたイオンビームを照射することによってイオンビームの照射時間を短縮できる。この照射時間の短縮は、患者３２への負担を軽減でき、１年間当りの治療人数を増加できる。ビームＯＮの期間を短縮する場合でも、出射用の高周波のパワーを前述のように増大することによって、周回する全てのイオンビームを実質的にシンクロトロン４から出射させることができるため、シンクロトロン４等の機器の放射化の度合いが低下する。
【００４５】
加速器としてシンクロトロンの代りにサイクロトロンを用い、サイクロトロンから出射されたイオンビームをビーム照射ノズル１５に導くことが考えられる。しかしながら、サイクロトロンは、シンクロトロンのように減速工程がなく、イオンビームの入射、加速及び出射の各工程を連続して行うため、「ビームＯＮ」の期間を短くすると、単位時間当りにビーム照射ノズル１５から出射されるイオンの数が減少する。しかしながら、患部３３に対する線量率は変わらない。これは、ＳＯＢＰ幅を減少させる、つまり、照射体積を減らしていることと等価である。この結果、「ビームＯＮ」の期間を短くしても、厚さの薄い患部３３、または体積が小さい患部３３を有する患者３２に対しては、イオンビームの照射時間が変わらない。サイクロトロンにおいて「ビームＯＦＦ」をイオンビームの加速過程または加速後に行えば、捨てられるイオンビーム量が多くなり、サイクロトロン等の機器の放射化が増加する。
【００４６】
実施形態１において、ＲＭＷ２９の代りに図８に示す他のＲＭＷ６２を用いた場合について説明する。ＲＭＷ６２は、３枚の羽根部６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃを有する。６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃは羽根部６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃのそれぞれの頂部である。羽根部６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃは羽根部の底面からそれぞれの頂部までの厚みが異なっている。この厚みは、図９に示すように、羽根部６３Ａが最も厚く、次に羽根部６３Ｂが厚く、羽根部６３Ｃが最も薄くなっている。いずれの羽根部もＲＭＷ２９と同様に複数の平面領域を有する。ＲＭＷ６２の他の構成は、ＲＭＷ２９と同じである。ＲＭＷ２９は各羽根部の全ての頂部の高さが同じであるのに対して、ＲＭＷ６２は各羽根部の頂部の高さが全て異なっている。ＲＭＷ６２も、ビーム照射ノズル１５内で支持部材４５に着脱自在に取り付けられる。
【００４７】
ＲＭＷ６２をビーム照射ノズル１５に設置した際におけるイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ制御には、以下に述べる３つのケースがある。まず、ケースｄは、点６５Ａの位置の回転角度で出射開始信号が出力されて点６６Ａの位置の回転角度で出射停止信号が出力され、羽根部６３Ａの領域で「ビームＯＮ」となる。ケースｅは、点６５Ｂの位置の回転角度で出射開始信号が出力されて点６６Ｂの位置の回転角度で出射停止信号が出力され、羽根部６３Ｂの領域で「ビームＯＮ」となる。ケースｆは、点６５Ｃの位置の回転角度で出射開始信号が出力されて点６６Ｃの位置の回転角度で出射停止信号が出力され、羽根部６３Ｃの領域で「ビームＯＮ」となる。点６５Ａ〜６５Ｃ及び６６Ａ〜６６Ｃは全ていずれかの開口４２に位置している。いずれのケースも、「ビームＯＮ」以外の領域では、「ビームＯＦＦ」となる。
【００４８】
ケースｄ〜ｆにおけるイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ制御は、照射装置３８が図７に示すフローチャートに基づいた処理により行われる。ＲＭＷ６２を用いた場合にも、実施形態１で述べた効果を得ることができる。ＲＭＷ６２によれば、１つのＲＭＷにおいて羽根部４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃに対応した３種類の異なるＳＯＢＰ幅を得ることができる。
【００４９】
なお、ＲＭＷ６２は高さの異なる３種類の羽根部を設けているが、高さの異なる２種類或いは４種類以上の羽根部を設けてもよい。また、ＲＭＷ６２では１種類の羽根部の領域でのみ「ビームＯＮ」の領域を設定したが、隣り合う、高さの異なる２種類以上の羽根部に跨って「ビームＯＮ」の領域を形成してもよい。この場合、例えば羽根部６３Ａ及び羽根部６３Ｂに跨って「ビームＯＮ」の量言いを形成した場合には、得られる線量分布は、これらの羽根部にそれぞれ単独にイオンビームを照射して得られるそれぞれの線量分布を重ね合わせたものとなる。必ずしも各羽根部の全体を「ビームＯＮ」の対象領域としなくても、ＲＭＷ２９の場合と同様に各羽根部を部分的に含む「ビームＯＮ」の領域を形成してもよい。
【００５０】
（実施形態２）
本発明の他の実施形態である実施形態２の陽子線出射装置を以下に説明する。本実施形態の陽子線出射装置は、実施形態１の陽子線出射装置７におけるビーム照射ノズル１５に設置されるＲＭＷ２９を、図１０に示すＲＭＷ６７に代えた構成を有している。本実施形態の陽子線出射装置の他の構成は陽子線出射装置７と同じである。本実施形態の陽子線出射装置は、図１１に示すように、ビーム出射のＯＮ／ＯＦＦをＲＭＷ６７の各段部（平面領域）ごとに行うようにしたものである。
【００５１】
ＲＭＷ６７は、軸方向における厚さが０である開口４２から最大の厚さになる頂部７０にかけてＲＭＷの回転方向と反対向きに階段状に厚みが増すように複数の平面領域４３を有する１枚の羽根部６８を備える。ＲＭＷ６７の他の構成はＲＭＷ２９と同じであるため説明を省略する。
【００５２】
本実施形態において、照射制御装置３８により実行されるイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ制御を、図１２に示す制御フローを用いて説明する。なお、図１２に示す制御フローのうち、図７に示す制御フローと同じ部分については説明を省略する。
【００５３】
照射制御装置３８は、治療計画情報であるビームＯＮの領域Ｒｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）の情報を予め中央制御装置３６から入力している。ｎは整数である。ちなみに、後述の回転角度の設定値Ａｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）および目標線量値Ｄｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）の各情報も、治療計画情報であり、中央制御装置３６から照射制御装置３８に予め入力される。今回の治療例では、領域Ｒｉは、例えば、図１０に示す領域Ｒ１〜領域１１の１１領域である。回転角度の設定値Ａｉおよび目標線量値Ｄｉも含めて、ｎは１１である。領域Ｒ１は開口４２の位置である。領域Ｒ２〜領域Ｒ１１は、羽根部６８において、最も厚みの薄い位置６９に位置する平面領域４３から、三番目に厚い位置７１に位置する平面領域４３までの各平面領域４３が該当する。また、例えば、回転角度の設定値である回転角度Ａ１からＡ１１は、回転角度が基準線２２から点７２Ａまでの角度、回転角度Ａ２が基準線２２から点７２Ｂまでの角度、回転角度Ａ１１が基準線２２から点７２Ｋまでの角度のように、基準線２２から各黒丸の位置までの角度である。なお、ビームＯＮの領域Ｒｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）は、患者３２の患部３３の大きさおよび体表面からの位置によって、図１０において、領域Ｒ４から頂部７０、および領域Ｒ３から領域Ｒ９等に設定しても良い。
【００５４】
加速器（シンクロトロン４）の加速終了信号を入力する（ステップ５１）。回転装置３０に回転開始信号を出力する（ステップ５２）。回転装置３０の駆動により、ＲＭＷ６７は１秒間当り例えば６回転の回転数で回転する。回転角度の計測値ＧＡｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）が回転角度の設定値Ａｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）と一致するかが判定される（ステップ７３）。例えば、角度センサ３１で計測されたＲＭＷ２９の回転角度の計測値ＧＡｉが回転角度の設定値Ａｉと一致したとき、出射開始信号が出力される（ステップ５４）。例えば、計測値ＧＡ１が設定値Ａ１と一致したとき、出射開始信号が出力される。開閉スイッチ９が閉じられ、イオンビームがシンクロトロン４から出射される。このイオンビームはＲＭＷ６７の領域Ｒｉ（例えば、開口４２である領域１）を通過して患部３３に照射される。
【００５５】
領域Ｒｉに対する線量計測値ＲＤｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）がその領域Ｒｉに対する目標線量Ｄｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）と一致するかが判定される(ステップ７４)。線量モニタ２３によって測定された患部３３に照射されるイオンビームの線量計測値ＲＤｉは照射制御装置３８に入力される。線量計測値ＲＤｉが目標線量Ｄｉに一致したとき、出射停止信号が出力される（ステップ５７）。例えば、領域Ｒ１に対する線量計測値ＲＤ１が領域Ｒ１に対する目標線量Ｄ１と一致したとき、出射停止信号が出力される。開閉スイッチ９が開き、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。ステップ７３，５４，７４，５７の処理によって、イオンビームが、黒丸の点７２Ａから白丸の点７７Ａまでの回転角度の範囲で領域Ｒ１を通過して、患部３３に照射される。領域Ｒｉ（開口４２）を通過したイオンビームはＲＭＷ６７によってエネルギーが減衰しないため、患部３３の最も深い位置に対して照射される。ステップ７５の判定が「ＮＯ」（領域Ｒｎでない）のときには、ステップ７３，５４，７４，５７，７５の処理が、領域Ｒ２，Ｒ３，…，Ｒｎに対して、順次、実行される。ここで述べている具体例では、領域Ｒ１１になるまでそれらの処理が繰り返される。ステップ７３，５４，７４，５７の処理が繰り返されることによって、イオンビームは、黒丸の点７２Ｂから白丸の点７７Ｂまでの回転角度の範囲で領域Ｒ２を、黒丸の点７２Ｃから白丸の点７７Ｃまでの回転角度の範囲で領域Ｒ３を、……、黒丸の点７２Ｋから白丸の点７７Ｋまでの回転角度の範囲で領域Ｒ１１を、それぞれ通過する。本例では、ＲＭＷ６７における頂部７０の平面領域４３Ｚおよび一段下の平面領域４３Ｙに対しては、ビームＯＦＦされるためイオンビームが通過しない。
【００５６】
ステップ７５の判定が「ＹＥＳ」（領域Ｒｎである）となった場合には、ステップ７６の処理、すなわち、領域Ｒｉにおける線量計測値の累積値ＴＲＤｉ（ｉ＝１，２，…ｎ）がその領域Ｒｉに対する線量の設定値ＴＤｉ（ｉ＝１，２，…ｎ）に到達したかを判定する。ステップ７６の判定が「ＮＯ」であるときは、ステップ５９の判定がなされる。ステップ５９の判定が「ＹＥＳ」の場合は、ステップ７３，５４，７４，５７，７５，７６の処理が繰り返される。ステップ５９の判定が「ＮＯ」の場合は、図１２に示すステップ５１〜ステップ７６の処理が繰り返される。ステップ７６の判定が「ＹＥＳ」になったとき、回転装置３０に停止信号が出力され（ステップ６１）、患者３２に対するイオンビームの照射が終了する。
【００５７】
各領域Ｒｉ（ｉ＝１，２，…ｎ）に対するそれぞれの目標線量Ｄｉ（ｉ＝１，２，…ｎ）および線量の設定値ＴＤｉ（ｉ＝１，２，…ｎ）を、図１３を用いて説明する。患者３２の体表面からの深さ方向において総線量の分布が一様になる領域であるＳＯＢＰ幅が、患部（標的領域）３３の深さ方向の幅を含むように設定される。総線量は、イオンビームによって患部３３に照射されるトータルの線量である。ＲＭＷ６７の領域Ｒ１（開口４２）を通過したイオンビームは、図１３に示すように、患部３の最も深い位置にブラッグピーク形成する。図１３に示すブラッグピークＢＰ１の線量は、患部３２へのイオンビームの照射が終了するまでに領域Ｒ１を通過したイオンビームによって患部３３に照射された総線量である。ブラッグピークＢＰ１の線量が線量の設定値ＴＤ１となる。領域Ｒ２，Ｒ３，…，Ｒ１１と、ＲＭＷ６７の底面からの厚みが増大するほど、イオンビームのエネルギーが減衰されるため、ブラッグピークの形成される位置が体表面の方に移動する。すなわち、図１３に示すように、ブラッグピークＢＰａ，ＢＰｂ，ＢＰｃ，…が形成される。ブラッグピークＢＰａの線量は、患部３２へのイオンビームの照射が終了するまでに領域Ｒａを通過したイオンビームによって患部３３に照射された総線量である。ブラッグピークＢＰｃの線量は、患部３２へのイオンビームの照射が終了するまでに領域Ｒｃを通過したイオンビームによって患部３３に照射された総線量である。このため、ブラッグピークＢＰａの線量が線量の設定値ＴＤａ、ブラッグピークＢＰｂの線量が線量の設定値ＴＤｂ、ブラッグピークＢＰｃの線量が線量の設定値ＴＤｃである。このように、ある患者３２に対する線量の設定値ＴＤｉ、例えば、線量の設定値ＴＤ１〜ＴＤ１１が決められる。
【００５８】
目標線量Ｄｉ（ｉ＝１，２，…ｎ）は、線量の設定値ＴＤｉ（ｉ＝１，２，…ｎ）、および患部３２に対してイオンビームの照射を開始してからその照射を終了するまでの期間におけるＲＭＷ６７の回転数に基づいて定められる。その照射期間におけるＲＭＷ６７の回転数が例えば１０回転である場合には、Ｄｉ＝ＴＤｉ／１０となる。特に、線量の設定値が最も大きい設定値ＴＤ１が照射可能な回転数を用いて定めるとよい。
【００５９】
本実施形態も、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、各段部（平面領域）におけるそれぞれの目標線量Ｄｉ（ｉ＝１，２，…ｎ）を変えることにより、実施形態１に比較して線量分布の微調整が可能となる。これにより、異なるエネルギー（又は異なる飛程調整体挿入量、異なる照射野サイズ）を有する複数のイオンビームに対して、深さ方向の線量分布を均一に調整することが可能となる。さらに、本実施形態によれば、実施形態１に比べてＲＭＷの回転数を比較的小さくすることが可能である。ＲＭＷは治療照射時に患者３２の側近に位置するビーム照射ノズル１５内において回転駆動するものであるため、回転数を小さくすることにより、安全性を向上することができる。また、実施形態１は、従来技術に比べて準備するＲＭＷ２９の個数を低減できるが、種々の大きさの患部の照射野サイズに対応できるように、何種類かのＲＭＷを準備する必要がある。これに対して、本実施形態は例えば図１０に示す１種類のＲＭＷで種々の照射野サイズの患部に対してイオンビームを用いた治療を行うことができる。すなわち、準備すべきＲＭＷを著しく低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施形態１のイオンビーム出射装置の全体構成図である。
【図２】図１に示す照射装置の内部構造を示す縦断面図である。
【図３】図１、図２に示すＲＭＷの斜視図である。
【図４】図３に示したＲＭＷの平面図であり、イオンビームの出射のケースａ〜ｃを例として示したものである。
【図５】図４に示すケースａ〜ｃにおけるそれぞれのビームＯＮ及びビームＯＦＦを時系列で示した図である。
【図６】図４に示すケースａ〜ｃのそれぞれに対する深さ方向の線量分布及びＳＯＢＰ幅を示す図である。
【図７】図１に示す照射制御装置で実行される制御ステップに係るフローチャートである。
【図８】ＲＭＷの他の実施形態の平面図であり、イオンビームの出射のケースｄ〜ｆを例として示したものである。
【図９】図８に示すケースｄ〜ｆのそれぞれに対する深さ方向の線量分布及びＳＯＢＰ幅を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態２のイオンビーム出射装置に用いられるＲＭＷの平面図であり、イオンビームの出射の１つのケースを例として示したものである。
【図１１】図１０に示すケースにおけるビームＯＮの状態を時系列的に示した図である。
【図１２】実施形態２における照射制御装置で実行される制御ステップに係るフローチャートである。
【図１３】各ブラックピークの線量を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  ビーム発生装置
３  前段加速器
４  シンクロトロン
５  高周波印加装置
６  高周波加速空洞
８  第１高周波電源
７  陽子線出射装置（イオンビーム出射装置）
９  開閉スイッチ
１０  出射用デフレクタ
１１，１３、１７，１８  四極電磁石
１２，１４，１９，２０  偏向電磁石
１５  ビーム照射ノズル
１６  ビームダクト
２１  ケーシング
２２  基準線
２３  線量モニタ
２４  第１散乱体装置
２４Ａ  散乱体
２４Ｂ  支持部材
２５  第２散乱体装置
２５Ａ  散乱体
２５Ｂ  支持部材
２６  ＲＭＷ装置
２７  ボーラス
２８  コリメータ
２９  ＲＭＷ
２９Ａ  複数の羽根部
３０  回転装置（例えば、モータ）
３０Ａ  回転軸
３１  角度センサ
３２  患者
３３  患部
３４  治療用ベッド
３５  治療計画装置
３６  中央制御装置
３７  複数の羽根部
３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ  羽根部
３８  照射制御装置
３９  円筒部材
４０  回転軸
４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ  羽根部
４１  貫通孔
４２  開口
４３  複数の平面領域（段部）
４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，４３Ｄ，４３Ｅ，４３Ｆ  平面領域
４４  頂部
４５  支持部材
４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ  イオンビームの出射ＯＮの点
４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ  イオンビームの出射ＯＦＦの点
６２  ＲＭＷ
６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ  羽根部
６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃ  頂部
６５Ａ，６５Ｂ，６５Ｃ  イオンビームの出射ＯＮの点
６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃ  イオンビームの出射ＯＦＦの点
６７  ＲＭＷ
６８  羽根部
６９  最も厚みの薄い位置
【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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【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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