(57)【要約】      （修正有）【課題】陽子・炭素イオン等の荷電粒子ビーム出射装置の出射に関し、治療時間を短縮する方法を提案する。【解決手段】リッジフィルタ若しくはレンジモジュレーションホイール（ＲＭＷ）を対応する形状に成形し、ＲＭＷのビームＯＮ／ＯＦＦ制御若しくはＲＭＷのビーム電流制御を行い、インテンシティモジュレーション制御を行い、又はスキャニング方式の照射を行うことにより、患者５内に線量同一若しくは線量が異なる複数の拡大ブラッグピークを形成させる。また、部分的に線量の異なる拡大ブラッグピークを形成させる。【選択図】図６
2006280457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを照射対象に対して出射する荷電粒子ビーム出射装置において、
前記荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発生装置と、
前記荷電粒子ビームの進行方向における厚みが異なる複数の領域を有し、前記荷電粒子ビーム発生装置から出射された前記荷電粒子ビームのエネルギーを調整して前記照射対象内に複数の拡大ブラッグピークを形成させる拡大ブラッグピーク形成装置と、
前記拡大ブラッグピーク形成装置を通過した前記荷電粒子ビームを前記照射対象に対して出射する照射装置とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項２】
前記照射対象内に線量の異なる複数の拡大ブラッグピークを形成させる前記拡大ブラッグピーク形成装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項３】
荷電粒子ビームを照射対象に対して出射する荷電粒子ビーム出射装置において、
前記荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発生装置と、
前記荷電粒子ビームの進行方向における厚みが異なる複数の領域を有し、前記荷電粒子ビーム発生装置から出射された前記荷電粒子ビームのエネルギーを調整して前記照射対象内に部分的に線量の異なる拡大ブラッグピークを形成させる拡大ブラッグピーク形成装置と、
前記拡大ブラッグピーク形成装置を通過した前記荷電粒子ビームを前記照射対象に対して出射する照射装置とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項４】
多門照射による重ねあわせにより前記照射対象内における前記拡大ブラッグピーク以外の部分の線量が低減した線量分布を形成させる前記拡大ブラッグピーク形成装置を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項５】
前記ブラッグピーク形成装置は、前記荷電粒子ビームの進行方向における厚み成分が複数存在する複数のリッジを有するリッジフィルタであることを特徴とする請求項４記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項６】
前記ブラッグピーク形成装置は、厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変える回転体であることを特徴とする請求項４記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項７】
荷電粒子ビームを照射対象に対して出射する荷電粒子ビーム出射装置において、
前記荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発生装置と、
前記荷電粒子ビーム発生装置から出射される前記荷電粒子ビームの量を変えるビーム量調整装置と、
厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子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荷電粒子ビームを前記照射対象に対して出射する照射装置と、
前記回転体の回転時に、前記照射対象内に拡大ブラッグピークが複数形成されるように前記ビーム量調整装置を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項８】
前記照射対象内に線量の異なる複数の拡大ブラッグピークが形成されるように前記ビーム量調整装置を制御する前記制御装置を備えたことを特徴とする請求項７記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項９】
荷電粒子ビームを照射対象に対して出射する荷電粒子ビーム出射装置において、
前記荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発生装置と、
前記荷電粒子ビーム発生装置から出射される前記荷電粒子ビームの量を変えるビーム量調整装置と、
厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子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荷電粒子ビームを前記照射対象に対して出射する照射装置と、
前記回転体の回転時に、前記照射対象内に部分的に線量の異なる拡大ブラッグピークが形成されるように前記ビーム量調整装置を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１０】
多門照射による重ねあわせにより前記照射対象内における前記拡大ブラッグピーク以外の部分の線量が低減した線量分布が形成されるように、前記ビーム量調整装置を制御する前記制御装置を備えたことを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれかに記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１１】
荷電粒子ビームを照射対象に対して出射する荷電粒子ビーム出射装置において、
前記荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発生装置と、
前記荷電粒子ビーム発生装置から出射された前記荷電粒子ビームを前記照射対象に対して出射する照射装置と、
前記照射装置から前記照射対象に対して出射される前記荷電粒子ビームのエネルギーを変えるビームエネルギー調整装置と、
前記照射装置から前記照射対象に対して出射される前記荷電粒子ビームの線量を検出する線量検出装置と、
前記照射対象内に拡大ブラッグピークが複数形成されるように、前記線量検出装置で検出された線量に基づいて前記ビームエネルギー調整装置を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１２】
前記照射対象内に線量の異なる複数の拡大ブラッグピークが形成されるように、前記線量検出装置で検出された線量に基づいて前記ビームエネルギー調整装置を制御する前記制御装置を備えたことを特徴とする請求項１１記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１３】
荷電粒子ビームを照射対象に対して出射する荷電粒子ビーム出射装置において、
前記荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発生装置と、
前記荷電粒子ビーム発生装置から出射された前記荷電粒子ビームを前記照射対象に対して出射する照射装置と、
前記照射装置から前記照射対象に対して出射される前記荷電粒子ビームのエネルギーを変えるビームエネルギー調整装置と、
前記照射装置から前記照射対象に対して出射される前記荷電粒子ビームの線量を検出する線量検出装置と、
前記照射対象内に部分的に線量の異なる拡大ブラッグピークが形成されるように、前記線量検出装置で検出された線量に基づいて前記ビームエネルギー調整装置を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１４】
多門照射による重ねあわせにより前記照射対象内における前記拡大ブラッグピーク以外の部分の線量が低減した線量分布が形成されるように、前記線量検出装置で検出された線量に基づいて前記ビームエネルギー調整装置を制御する前記制御装置を備えたことを特徴とする請求項１１乃至請求項１３のいずれかに記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１５】
荷電粒子ビームを照射対象に対して出射する荷電粒子ビーム出射装置において、
前記荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発生装置と、
前記荷電粒子ビーム発生装置から出射される前記荷電粒子ビームのエネルギーを変えるビームエネルギー調整装置と、
前記荷電粒子ビーム発生装置から出射された前記荷電粒子ビームを走査するビーム走査装置を有し、前記荷電粒子ビームを前記照射対象に対して出射する照射装置と、
前記照射装置から前記照射対象に対して出射される前記荷電粒子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された線量に基づいて前記ビーム走査装置を制御する第１制御装置と、
前記照射対象内に拡大ブラッグピークが複数形成されるように、前記線量検出装置で検出された線量に基づいて前記ビームエネルギー調整装置を制御する第２制御装置とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１６】
前記照射対象内に線量の異なる複数の拡大ブラッグピークが形成されるように、前記線量検出装置で検出された線量に基づいて前記ビームエネルギー調整装置を制御する前記第２制御装置を備えたことを特徴とする請求項１５記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１７】
荷電粒子ビームを照射対象に対して出射する荷電粒子ビーム出射装置において、
前記荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発生装置と、
前記荷電粒子ビーム発生装置から出射される前記荷電粒子ビームのエネルギーを変えるビームエネルギー調整装置と、
前記荷電粒子ビーム発生装置から出射された前記荷電粒子ビームを走査するビーム走査装置を有し、前記荷電粒子ビームを前記照射対象に対して出射する照射装置と、
前記照射装置から前記照射対象に対して出射される前記荷電粒子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された線量に基づいて前記ビーム走査装置を制御する第１制御装置と、
前記照射対象内に部分的に線量の異なる拡大ブラッグピークが形成されるように、前記線量検出装置で検出された線量に基づいて前記ビームエネルギー調整装置を制御する第２制御装置とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１８】
多門照射による重ねあわせにより前記照射対象内における前記拡大ブラッグピーク以外の部分の線量が低減した線量分布が形成されるように、前記線量検出装置で検出された線量に基づいて前記ビームエネルギー調整装置を制御する前記第２制御装置を備えたことを特徴とする請求項１５乃至請求項１７のいずれかに記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１９】
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出射させる荷電粒子ビーム出射方法において、
前記照射対象内に複数の拡大ブラッグピークが形成されるように前記荷電粒子ビームのエネルギーを調整して出射することを特徴とする荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２０】
前記照射対象内に線量の異なる複数の拡大ブラッグピークが形成されるように前記荷電粒子ビームのエネルギーを調整することを特徴とする請求項１９記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２１】
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出射させる荷電粒子ビーム出射方法において、
前記照射対象内に部分的に線量の異なる拡大ブラッグピークが形成されるように前記荷電粒子ビームのエネルギーを調整して出射することを特徴とする荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２２】
多門照射による重ねあわせにより前記照射対象内における前記拡大ブラッグピーク以外の部分の線量が低減した線量分布が形成されるように、前記荷電粒子ビームのエネルギーを調整することを特徴とする請求項１９乃至請求項２１のいずれかに記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【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照射対象に対して出射する荷電粒子ビーム出射装置及び荷電粒子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、イオンビーム発生装置、ビーム輸送系、及び照射装置を備えている。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た照射装置に達する。イオンビームは照射装置より出射されて患者の患部に照射される。イオン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に沿って周回させる手段、共鳴の安定限界の外側でイオンビームのベータトロン振動を共鳴状態にする手段、及び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（円形加速器）が知られている。
【０００３】
イオンビームを用いた治療、例えば陽子ビームの患部への照射では、陽子ビームのエネルギーの大部分が、陽子が停止するときに放出される、すなわちブラッグピークが形成されるという特性を利用し、陽子ビームの入射エネルギーの選択により陽子を患部近傍で停止させてエネルギー（吸収線量)の大部分を患部の細胞にのみ与えるようにする。
【０００４】
通常、患部は、患者の体表面からの深さ方向（イオンビームの進行方向でもあり、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、深さ方向においてある程度広いフラットな吸収線量範囲（拡大ブラッグピーク(spread-out Bragg peak)。以下、ＳＯＢＰという。）を形成するように、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】
ＳＯＢＰを形成する手段の１つとして、ビーム進行方向と直角な方向の位置に応じて厚み成分が種々あるリッジフィルタがある（非特許文献１の２０７８頁、図３１）。イオンビームがリッジフィルタの厚みの薄い部分を通過したときはビームエネルギーの減衰が少ないため、ブラッグピークが体内の深い位置に生じる。イオンビームが厚みの厚い部分を通過する際には、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。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を空間的に変動させる結果、患部の深さ方向における線量分布が一様となり、ＳＯＢＰを形成する。
【０００６】
また、他のＳＯＢＰを形成する手段として、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配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）がある（例えば、非特許文献１の２０７７頁、図３０）。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、深さ方向において比較的広くフラットなＳＯＢＰを得ることができる。
【０００７】
その他のＳＯＢＰを形成する手段として、インテンシティモジュレーション(電流変調)という方法がある。これは、出射するイオンビームの量（以下、ビーム量という）及びイオンビームのエネルギー（以下、ビームエネルギーという）をコントロールすることにより、深さ方向に所望の線量分布を得る方法である。ビームエネルギーの制御は、例えばシンクロトロンの設定を変更する（又は照射装置内に設置されたビームエネルギー吸収体の厚みを変える）ことによって行われる。ビーム量については照射装置内に設置した線量モニタでカウントし、所定量に達したところで次のビームエネルギーに移行させる。したがって、患部における深さ方向線量分布が一様となるようにビーム量及びビームエネルギーを制御することで、深さ方向にフラットなＳＯＢＰを得ることができる。
【０００８】
さらに他のＳＯＢＰを形成する手段として、走査電磁石によりイオンビームを患部領域内において走査させて照射するスキャニング方式と呼ばれるものがある（例えば、非特許文献１の２０８６頁、図４５）。このスキャニング方式では、細いビームのビームエネルギーを変更することにより深さ方向の線量分布を、走査電磁石で平面方向のビーム位置を変更することにより平面方向の線量分布を調整し、すべてのビームの重ね合わせにより患部内における線量分布を均一にするものである。このスキャニング照射方式によっても、患部の深さ方向における一様なＳＯＢＰを得ることができる。
【０００９】
【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）のページ２０７４〜２０８８、図３０〜３１，４５(REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS VOLUME 64 NUMBER 8 (AUGUST 1993) P2074-2084 FIG.30-32)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来のＳＯＢＰを形成する手法では、患部の深さ方向において患部の厚み全域にわたって線量分布の均一化を図り、一様な線量分布を得る。しかしながら、体内における放射線感受性は酸素の有無等によりその部位によって異なり、がん等の患部はその発生箇所に応じた適切な照射線量があるため、例えば複数の臓器に転移したがん等に対しては、それぞれの臓器に応じた適切な線量にてそれぞれの患部の厚み全域にわたって照射する必要がある。したがって、深さ方向に一様な線量分布で照射する従来技術の手法では、患部ごとに個別に照射を行うしかなく、治療時間の長時間化を招いていた。また、１箇所にとどまる患部であっても例えば重要臓器（脊椎等）にまたがるがん等に対しては、従来技術の手法では、重要臓器への被爆を回避するためにその臓器の両側方向から患部に対して個別に照射を行うしかなく、この場合にも治療時間の長時間化を招いていた。
【００１１】
本発明は、上記従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、治療時間を短縮することができる荷電粒子ビーム出射装置及び荷電粒子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】
【００１２】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、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のエネルギーを調整して照射対象内に複数の拡大ブラッグピークを形成させることにある。照射対象内に複数の拡大ブラッグピークを形成することにより、複数の臓器に転移したがん等の複数の患部に対し一度の照射で各患部の厚み全域にわたって効果的な照射を行うことができる。また、脊椎等の重要臓器にまたがるがん等の患部に対しても、重要臓器の被爆を低減しつつ臓器の両側に位置する患部に対し一度の照射でその厚み全域にわたって効果的な照射を行うことができる。したがって、治療時間を短縮することができる。
【００１３】
好ましくは、照射対象内に線量の異なる複数の拡大ブラッグピークを形成させるとよい。これにより、酸素増感比の差異等により放射線感受性の異なる複数の患部に対し、各患部に応じた適切な線量の照射を行うことができる。
【００１４】
上記した目的を達成する本発明のもう１つの特徴は、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のエネルギーを調整して照射対象内に部分的に線量の異なる拡大ブラッグピークを形成させることにある。これにより、酸素増感比の差異等により部分的に放射線感受性の異なる患部に対し、一度の照射で各部分に応じた適切な線量の照射を行うことができる。したがって、治療時間を短縮することができる。
【００１５】
好ましくは、多門照射による重ねあわせにより照射対象内における拡大ブラッグピーク以外の部分の線量が低減するように拡大ブラッグピークを形成させるとよい。これにより、照射対象内における照射不要部分の被爆量を低減することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、治療時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な一実施形態である粒子線出射装置を、図面を用いて説明する。
【００１８】
（実施形態１）
本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置である粒子線出射装置１は、図１に示すように、イオンビーム発生装置（荷電粒子ビーム発生装置）２、ビーム輸送系３及び治療台６に固定された患者（照射対象）５に対しイオンビームを照射する照射装置４を備える。イオンビーム発生装置２は、イオン源（図示せず）、前段加速器７及びシンクロトロン８を有する。イオン源で発生したイオン（例えば、陽子または炭素イオン）は前段加速器（例えば直線加速器）７で加速される。このイオンビーム（例えば陽子ビーム）は前段加速器７からシンクロトロン８に入射される。本実施形態ではイオンビームとして陽子ビームが用いられる。荷電粒子ビームであるそのイオンビームは、シンクロトロン８で加速され、設定エネルギーまでに高められた後、出射用デフレクタ９から出射される。
【００１９】
シンクロトロン８から出射されたイオンビームは、ビーム輸送系３を経て照射装置４に達する。照射装置４、及びビーム輸送系３の一部である逆Ｕ字状のビーム輸送装置１０は回転ガントリー（図示せず）の回転胴に設置され、回転ガントリーの回転に伴って患者５の周囲を回転する。イオンビームはビーム輸送装置１０を通って照射装置４から治療台６上に横たわっている患者５の患部１８（図２）に照射される。
【００２０】
照射装置４は、図２に示すように、回転ガントリーに取り付けられたケーシング１１を有する。照射装置４は、更に、第１散乱体１２、第２散乱体１３、飛程調整装置１４、拡大ブラッグピーク形成装置であるリッジフィルタ１５、患者コリメータ１６及びボーラス１７を有する。第１散乱体１２、第２散乱体１３、飛程調整装置１４、リッジフィルタ１５、患者コリメータ１６及びボーラス１７は、ビーム進行方向の上流側よりこの順でケーシング１１内に配置され、ケーシング１１に設置される。
【００２１】
第１散乱体１２は、ケーシング１１内のビーム経路であるビーム軸ｍに略直交する方向に正規分布状にイオンビームを拡大させる。この第１散乱体１２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２散乱体１３は、第１散乱体１２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、ビーム軸ｍと直交する方向に一様な線量分布にする機能を有する。この第２散乱体１３は、内側が比較的原子番号の高い物質で構成されており、外側は比較的原子番号の低い物質で構成されている。
【００２２】
飛程調整装置１４は厚みの異なる複数の吸収体を有する。この吸収体が例えば圧縮空気により駆動するエアシリンダ等（図示せず）によってビーム軸ｍ上に選択的に移動され、エネルギーを所望の量に減じる。なお、飛程調整装置１４はレンジシフタ、ディグレーダ等とも称される。リッジフィルタ１５はイオンビームの進行方向における厚みがビーム進行方向と直角方向における位置に応じて変化する複数のリッジ１５Ａ〜１５Ｄ（図５）を有する。各リッジ１５Ａ〜１５Ｄの厚み及びその厚み部分の幅は患者５の患部１８（例えば癌や腫瘍の発生部位）の深さ方向において所望の線量分布が得られるように形成されている。イオンビームは、リッジフィルタ１５を通過することにより、深さ方向に所望の線量分布となるようにエネルギーを調整される。
【００２３】
患者コリメータ１６は、ビーム軸ｍと略直交する方向において、患部１８の形状に合わせてイオンビームを整形するものである。なお、患者コリメータ１６はアパーチャとも称される。ボーラス１７は、患者５の患部１８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１７は、ビーム軸ｍと略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１８の深さ形状に合わせて調整する。なお、ボーラス１７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。
【００２４】
次に、リッジフィルタ１５の特徴について説明する。まず、理解を容易とするために、比較対象として線量一様な単一のＳＯＢＰを形成する際に用いられる一般的なリッジフィルタについて説明する。
【００２５】
図３に示す一般的なリッジフィルタ１５’が有する各リッジ１５’Ａ〜１５’Ｄは、その断面形状がほぼ同形状に形成されており、それぞれの一方側（図３中左側）の斜面が、ビーム軸ｍ方向（ビーム進行方向）における厚みが異なる複数の領域をビーム軸ｍと略直交する方向に所定の比率で有するように階段状に形成されている。イオンビームがリッジフィルタ１５’の厚みの薄い部分を通過したときはビームエネルギーの減衰が少ないため、ブラッグピークが体内の深い位置に生じる。イオンビームがリッジフィルタ１５’の厚みの厚い部分を通過する際には、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。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をビーム軸ｍと略直交する方向に空間的に変動させる結果、深さ方向における線量分布が一様となり、図４に示すようなＳＯＢＰを形成する。ＳＯＢＰの幅の大きさ、深さは治療計画時に設定され、その治療計画情報に基づいてリッジフィルタ１５’は製作される。
【００２６】
次に、本実施形態のリッジフィルタ１５を図５及び図６を用いて説明する。リッジフィルタ１５の各リッジ１５Ａ〜１５Ｄは、図５に示すように、線量一様な単一のＳＯＢＰを形成するためのリッジフィルタ１５’の形状に比べ、厚みが中程度である領域（斜面の中央部付近）の比率が相対的に少なくなるように、かつ厚みが厚い部分（斜面の上方部分）の領域の比率が相対的に大きくなるように形成されている。そして、所望の深さにおいて線量が一様となるように各厚みの領域の比率が調整されている。その結果、体内における中程度の深さでの線量分布が低下すると共に、体表面に近い浅い位置で一様な線量分布が形成され、図６に示すように、互いにほぼ同線量である２つのＳＯＢＰが形成される。
【００２７】
なお、各リッジ１５Ａ〜１５Ｄの形状はこの図５に示すものに限らず、例えば両側に斜面を有する略三角形の形状としてもよい。またこのように階段状の斜面として厚みを段階的に変化させるのではなく、なだらかな斜面に形成して厚みが連続的に変化するようにしてもよい。さらに、ここではＳＯＢＰの数を２つとしたが、さらに多数のＳＯＢＰを形成するようにしてもよい。
【００２８】
以上のように構成される本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、図７に示すように、例えば１つの臓器中の複数箇所に転移したがん等である複数の患部１８ａ，１８ｂに対し、線量一様な単一のＳＯＢＰを形成するためのリッジフィルタ１５’を用いた場合には患部１８ａ，１８ｂ間の正常細胞の被爆を避けるためにそれぞれの患部１８ａ，１８ｂに対して個別に照射を行うしかなかったのに対し、本実施形態では複数のＳＯＢＰを形成することが可能であるので、一度の照射で各患部１８ａ，１８ｂの厚み全域にわたって効果的な照射を行うことができる。したがって、治療時間を短縮することができる。また、仮に単一ＳＯＢＰ形成用のリッジフィルタ１５’を用いて治療時間を短縮するために患部１８ａ，１８ｂに対して一度に照射を行った場合、患部１８ａ，１８ｂ間の正常細胞に不要な線量を与えることになるが、本実施形態では患部１８ａ，１８ｂ間の正常細胞に与える線量を低減でき、照射不要部分の被爆量を低減することができる。さらに、図８に示すように、例えば脊椎等の重要臓器１９にまたがるがん等の患部１８に対しても、重要臓器１９の被爆を低減しつつ臓器１９の両側に位置する患部１８に対し一度の照射でその厚み全域にわたって効果的な照射を行うことができる。したがって、治療時間を短縮することができる。また、単一ＳＯＢＰ形成用のリッジフィルタ１５’を用いて患部１８に対して一度に重要臓器１９ごと照射を行う場合に比べ、重要臓器１９部分に与える線量を低減でき、重要臓器１９の被爆量を低減することができる。
【００２９】
なお、以上では互いに線量がほぼ同等であるＳＯＢＰを複数形成する場合を例にとって説明したが、線量の異なるＳＯＢＰを複数形成するようにしてもよい。この場合に用いるリッジフィルタの一例を図９及び図１０を用いて説明する。リッジフィルタ（拡大ブラッグピーク形成装置）２０の各リッジ２０Ａ〜２０Ｄは、図９に示すように、図５に示した実施形態１のリッジフィルタ１５の形状と同様に厚みが中程度の領域（斜面の中央部付近）の比率が相対的に少なくなるように形成されており、かつ、図５のリッジフィルタ１５に比べて厚みが厚い部分（斜面の上方部分）の領域の比率が相対的に小さくなるように形成されている。そして、所望の深さにおいて線量が一様となるように各厚みの領域の比率が調整されている。その結果、図１０に示すように、互いに線量の異なる２つのＳＯＢＰ（ここでは浅い方のＳＯＢＰの線量が低く、深い方のＳＯＢＰの線量が高い）が形成される。
【００３０】
なお、特に図を用いて説明はしないが、リッジフィルタ２０を図５に比べて厚みが薄い部分（斜面の下方部分）の領域の比率が相対的に小さくなるように形成すれば、上記と線量の大きさの関係が反対である２つのＳＯＢＰ（浅い方のＳＯＢＰの線量が高く、深い方のＳＯＢＰの線量が低い）を形成することができる。
【００３１】
本変形例１によれば、上記実施形態１と同様の効果を得ることができる上に、さらに図１１に示すように、例えば異なる臓器に転移したがん等、酸素増感比の差異等により放射線感受性の異なる複数の患部１８Ａ，１８Ｂに対し、各患部に応じた適切な線量の照射を行うことができる。
【００３２】
また、以上では２つ以上の複数のＳＯＢＰを形成する場合を例にとって説明したが、部分的に線量の異なる単一のＳＯＢＰを形成するようにしてもよい。このような場合に用いるリッジフィルタの一例を図１２及び図１３を用いて説明する。リッジフィルタ（拡大ブラッグピーク形成装置）２１の各リッジ２１Ａ〜２１Ｄは、図１２に示すように、図３に示した単一ＳＯＢＰ形成用のリッジフィルタ１５’の形状に比べ、厚みが厚い領域（斜面の上方部分）及び厚みが薄い領域（斜面の下方部分）の比率が相対的に小さくなるように形成されている。そして、所望の深さにおいて線量が一様となるように各厚みの領域の比率が調整されている。その結果、図１３に示すように、部分的に線量の異なるＳＯＢＰ（ここでは深さ方向両端の線量が低いＳＯＢＰ）が形成される。
【００３３】
本変形例２によれば、図１４に示すように、例えば酸素増感比の差異等により外側と内側で放射線感受性の異なる患部１８Ｃ，１８Ｄに対し、単一ＳＯＢＰ形成用のリッジフィルタ１５’を用いて各部分に応じた適切な線量の照射を行うためには内側の患部１８Ｃ及び外側の患部１８Ｄに対して個別に照射を行うしかなかったのに比べ、本実施形態では部分的に線量の異なるＳＯＢＰを形成することが可能であるので、一度の照射で患部１８Ｃ，１８Ｄに対して各部分に応じた適切な線量の照射を行うことができる。したがって、治療時間を短縮することができる。
【００３４】
またさらに、以上では単門照射（ある１つの照射方向から行うビーム照射）の場合を例にとって説明したが、多門照射（ガントリーを回転させて複数の照射方向から行うビーム照射）を行うことを前提にリッジフィルタの形状を決定するようにしてもよい。
【００３５】
この場合に用いるリッジフィルタの一例を図１５及び図１６を用いて説明する。なお、ここでは説明を容易とするために、対向２門照射（対向する２方向から行うビーム照射）により線量一様な単一のＳＯＢＰを形成する場合を例にして説明する。本変形例のリッジフィルタ（拡大ブラッグピーク形成装置）２２の各リッジ２２Ａ〜２２Ｄは、図１５に示すように、図３に示した単一ＳＯＢＰ形成用のリッジフィルタ１５’の形状に比べ、厚みの無い領域を増やして厚みのある領域（斜面部分）の比率が全体的に小さくなるように形成されている。その結果、図１６に示すように、最深部付近に大きなピークが形成され、体表面に近くなるにつれ次第に線量が小さくなる線量分布が形成され、対向２門照射を行うことによって、重ねあわせによりＳＯＢＰ以外の部分の線量が低減した線量分布が形成される。
【００３６】
本変形例３によれば、図１７に示す単純に線量一様なＳＯＢＰが形成される照射を対向２門から行った場合の線量分布に比べ、ＳＯＢＰ以外の部分の線量が低減した線量分布が得られ、患部１８以外の照射不要部分の被爆量を低減することができる。そして、ここでは線量一様な単一のＳＯＢＰを形成する場合を例にして説明したが、これを前述した実施形態１及び変形例１，２に適用し、多門照射を考慮に入れたリッジフィルタの形状を計算して製作することにより、ＳＯＢＰ以外の部分の線量を低減しつつ、複数のＳＯＢＰ、又は部分的に線量の異なるＳＯＢＰを形成することが可能となる。なお、ここでは対向２門照射を行う場合を例にとって説明したが、さらに照射方向を増やした場合にも適用可能である。
【００３７】
なお、以上の実施形態１及び変形例１〜３においては、拡大ブラッグピーク形成装置としてリッジフィルタを用いたが、これに限らず、ビーム進行方向の厚み及びその厚み領域の幅を所望の線量分布が得られるように成形したＲＭＷ（図２０参照）を用いてもよい。この場合にも同様の効果を得ることができる。
【００３８】
（実施形態２）
本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置である粒子線出射装置１Ａは、図１８に示すように、イオンビーム発生装置２、ビーム輸送系３及び照射装置４Ａを備えている。
【００３９】
イオンビーム発生装置２は、実施形態１と同様に、イオン源（図示せず）、前段加速器７及び主加速器であるシンクロトロン８Ａを有する。シンクロトロン８Ａは、一対の電極によって構成された高周波印加装置２６及び高周波加速空胴２７をイオンビームの周回軌道上に設置している。第１高周波電源２８が開閉スイッチ２９を介して高周波印加装置２６の電極に接続される。高周波加速空胴２７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。前段加速器７から出射されたイオンビームはシンクロトロン８Ａに入射され、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２７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８Ａ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１００〜２００ＭｅＶ）まで加速された後、後述するように開閉スイッチ２９を閉じることによってシンクロトロン８Ａから出射される。すなわち、第１高周波電源２８からの高周波が、閉じられた開閉スイッチ２９を通して閉じることによって、高周波印加装置２６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９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８Ａに設けられた四極電磁石３１及び偏向電磁石３２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２９を開いて高周波印加装置２６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８Ａからのイオンビームの出射が停止される。
【００４０】
シンクロトロン８Ａから出射されたイオンビームは、ビーム輸送系３により照射装置４Ａに輸送される。照射装置４Ａは、図１９に示すように、回転ガントリーに取り付けられたケーシング１１内に、第１散乱体１２、第２散乱体１３、拡大ブラッグピーク形成装置であるＲＭＷ装置３４及び線量モニタ３５を有する。ボーラス１７及び患者コリメータ１６もケーシング１１に取り付けられる。
【００４１】
ＲＭＷ装置３４は、ＲＭＷ（回転体）３６、ＲＭＷ３６を回転させる回転装置（例えば、モータ）３７、及びＲＭＷ３６の回転位相（回転角度）を検出する角度計３８を有している。図２０に示すように、ＲＭＷ３６は、複数の羽根部（本実施例では３枚）３９、回転軸４０、及び円筒部材４１を有する。円筒部材４１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３９（本実施形態では羽根部３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃの３つ）がＲＭＷ３６の半径方向に伸びている。これらの羽根部３９の外側の端部は円筒部材４１に取り付けられる。羽根部３９の周方向における幅は、円筒部材４１側の端部で回転軸４０側の端部よりも広くなっている。ＲＭＷ３６の周方向における羽根部３９の相互間には、それぞれ開口４２が形成される。各羽根部３９は、ＲＭＷ３６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ｍの方向）におけるＲＭＷ３６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３９は、周方向で羽根部３９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ｍ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４１に向かって延びている。１つのＲＭＷ３６において、３枚の羽根部３９の相互間に位置する開口４２は３つ存在する。
【００４２】
回転軸４０は、ケーシング１１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４６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４６に噛み合わされる。角度計３８も支持部材４５に取り付けられる。
【００４３】
なお、ＲＭＷ３６としては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。
【００４４】
本実施形態の粒子線出射装置１Ａは、ＲＭＷ３６の回転角度に応じてイオンビーム発生装置２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を形成することができる。以下、この原理を図２１乃至図２５を用いて説明する。なお、理解を容易とするために、ここではまず比較対象として線量一様な単一のＳＯＢＰを形成する場合について説明する。
【００４５】
イオンビームがＲＭＷ３６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３９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２１及び図２２におけるケースａのように、ＲＭＷ３６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、ＲＭＷ３６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２３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８Ａから出射されてＲＭＷ３６を通過し照射装置４Ａ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８Ａから出射されず照射装置４Ａから出射されない状態を意味する。
【００４６】
図２１及び図２２におけるケースｂは、ＲＭＷ３６の周方向において、各羽根部３９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２３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が形成される。
【００４７】
図２１及び図２２におけるケースｃは、ＲＭＷ３６の周方向において、開口４２及び開口４２付近の各羽根部３９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２３に示す深さ方向の線量分布ｃのように線量分布ｂよりもさらにフラット部分が狭くなったＳＯＢＰが形成される。
【００４８】
次に、本実施形態のイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ制御を図２４及び図２５を用いて説明する。本実施形態では、図に示すように、ビーム出射のＯＮ／ＯＦＦをより細かに制御する。ここでは、図２２に示すケースａに比べ、羽根部３９の厚みが中程度である領域のビームをＯＦＦとして当該領域のビームＯＮ比率が相対的に小さくなるように制御する。その結果、体内における中程度の深さでの線量が低下し、図２５に示すように、互いにほぼ同線量である２つのＳＯＢＰが形成される。
【００４９】
本実施形態におけるＲＭＷ３６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８Ａ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８Ａ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５の患部１８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１８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４７に入力する。治療計画装置４７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、照射野サイズ及び患部１８に対する目標線量等を算出する。さらに、治療計画装置４７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８Ａから出射する時のエネルギー（ビームエネルギー）、回転ガントリー角度、及びイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ時におけるＲＭＷ３６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ＲＭＷ３６を選定する。治療計画装置４７によって算出されたビームエネルギー、ＳＯＢＰ、照射野サイズ、回転角度及び照射線量等の各種の治療計画情報が、粒子線出射装置１Ａの中央制御装置４８に入力され、中央制御装置４８の記憶装置（図示せず）に記憶される。
【００５０】
各種の治療計画情報は、治療計画装置４７の表示装置及び粒子線出射装置１Ａ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５に対するＲＭＷ３６、ボーラス１７及び患者コリメータ１６が、作業員によって、照射装置４Ａのケーシング１１内に図１９に示すように設置される。
【００５１】
照射制御装置４９は、中央制御装置４８から、設定値となる治療計画情報であるＲＭＷ３６の各回転角度、目標線量及び回転ガントリー角度等の必要な治療計画情報を入力し、照射制御装置４９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４９より回転ガントリー角度情報を入力し、前述したように照射装置４Ａのビーム経路が患部１８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４８は、患者５に対するビームエネルギー情報に基づいてイオンビーム発生装置２及びビーム輸送系３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、イオンビーム発生装置２及びビーム輸送系３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、イオンビーム発生装置２及びビーム輸送系３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４８に接続されている。
【００５２】
シンクロトロン８Ａは、前段加速器７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、及び減速を繰り返して運転される。設定エネルギーであるビーム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８Ａから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８Ａの電磁石等の状態をセンサ（図示せず）で監視している電磁石電源制御装置から中央制御装置４８に伝えられる。
【００５３】
粒子線出射装置１Ａにおける前述した複数のＳＯＢＰ形成のためのイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦに係る制御を、図２４及び図２６を用いて説明する。照射制御装置４９は、出射ＯＮ／ＯＦＦ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（図２４）を、予め中央制御装置４８から入力している。回転角度α１は基準線（羽根部３９の最初の端部）から最初にビーム出射ＯＮとする点までの角度（ここでは０°）であり、回転角度α２は基準線から最初にビーム出射ＯＦＦとするまでの角度であり、回転角度α３は基準線から次にビーム出射ＯＮとするまでの角度であり、回転角度α４は基準線から次にビーム出射ＯＦＦとするまでの角度であり、後の回転角度α５及びα６も同様である。回転角度α１〜α６は、基準線がビーム軸ｍに位置するときを基準にした角度を示している。
【００５４】
照射制御装置４９は、図２６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８Ａ）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４８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４９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、ＲＭＷ３６が回転される。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）。角度計３８で計測されたＲＭＷ３６の回転角度の計測値は、照射制御装置４９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２９が閉じられる。高周波印加装置２６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８Ａから出射される。このイオンビームは、照射装置４Ａに輸送される。イオンビームは、照射装置４Ａ内で回転しているＲＭＷ３６等を通過してビーム軸ｍに沿って照射装置４Ａより出射され、患部１８に照射される。
【００５５】
患部１８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３５によって測定された患部１８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４９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２９が開き、高周波印加装置２６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８Ａからのイオンビームの出射が停止される。治療用ベッド６上の患者５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、ＲＭＷ３６の回転も停止する。
【００５６】
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２９が開き、シンクロトロン８Ａからのイオンビームの出射が停止される。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が、ビームＯＮの期間に相当する。
【００５７】
ステップ５８で、再度、患部１８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８Ａ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８Ａ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４８を介して照射制御装置４９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。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５へのイオンビームの照射は終了する。
【００５８】
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８Ａ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８Ａを減速させる。電磁石電源制御装置がシンクロトロン８Ａ及びビーム輸送系３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７からシンクロトロン８Ａに入射される。このイオンビームは前述のようにビーム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テップ５１からの処理が、照射制御装置４９で実行される。
【００５９】
以上のように構成される本実施形態によれば、複数のＳＯＢＰを形成することが可能であるので、実施形態１と同様に治療時間を短縮することができる。また、照射不要部分の被爆量を低減することができる。
【００６０】
なお、以上では互いに線量がほぼ同等であるＳＯＢＰを複数形成する場合を例にとって説明したが、線量の異なるＳＯＢＰを複数形成するようにしてもよい。この場合に行うイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦに係る制御を図２７及び図２８を用いて説明する。図に示すように、本変形例４では図２５に示す実施形態２の制御に比べ、羽根部３９の厚みの厚い領域（頂部４４付近）におけるビームＯＦＦを増加させて当該領域のビームＯＮ比率が相対的に小さくなるように制御する。その結果、体表面に近い浅い位置のＳＯＢＰ２については線量が低下し、図２８に示すように、線量の異なる２つのＳＯＢＰが形成される。
【００６１】
本変形例４によれば、上記実施形態２と同様の効果を得ることができる上に、例えば異なる臓器に転移したがん等、酸素増感比の差異等により放射線感受性の異なる複数の患部に対してであっても、各患部に応じた適切な線量の照射を行うことができる。
【００６２】
また、以上では２つ以上の複数のＳＯＢＰを形成する場合を例にとって説明したが、部分的に線量の異なる単一のＳＯＢＰを形成するようにしてもよい。この場合に行うイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦに係る制御を図２９及び図３０を用いて説明する。図に示すように、本変形例５では図２２に示すケースａに比べ、羽根部３９の厚みが厚い領域及び厚みが薄い領域におけるビームＯＦＦを増加させて当該領域におけるビームＯＮの比率が相対的に小さくなるように制御する。その結果、図３０に示すように、部分的に線量の異なるＳＯＢＰ（深さ方向両端部の線量が低いＳＯＢＰ）が形成される。
【００６３】
本変形例５によれば、例えば酸素増感比の差異等により外側と内側で放射線感受性の異なる患部に対し、一度の照射で患部の内外に対して各部分に応じた適切な線量の照射を行うことができる。したがって、治療時間を短縮することができる。
【００６４】
またさらに、以上では単門照射の場合を例にとって説明したが、多門照射を行うことを前提にビームの出射のＯＮ／ＯＦＦを制御するようにしてもよい。この場合に行うイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦに係る制御を図３１及び図３２を用いて説明する。なお、ここでは説明を容易とするために、対向２門照射（対向する２方向から照射）により線量一様な単一のＳＯＢＰを形成する場合を例にして説明する。図に示すように、本変形例６では図２２に示すケースａに比べ、厚みの厚い領域ほどビームＯＦＦを増加させ、全体的に厚みが薄い領域ほどビームＯＮの比率が大きくなるように制御する。その結果、図３２に示すように、深さ方向における最深部近傍にピークを有し、体表面に近くなるにつれ線量が徐々に小さくなる線量分布が形成され、対向２門照射を行うことによって、重ねあわせによりＳＯＢＰ以外の部分の線量が低減した線量分布が形成される。
【００６５】
本変形例６によれば、先の図１７に示す単純に線量一様なＳＯＢＰが形成される照射を対向２門から行った場合に重ねあわせにより形成される線量分布に比べ、ＳＯＢＰ以外の部分の線量が低減した線量分布が得られ、患部１８以外の照射不要部分の被爆量を低減することができる。そして、ここでは線量一様な１つのＳＯＢＰを形成する場合を例にして説明したが、これを前述した実施形態２及び変形例４，５に適用し、多門照射を考慮に入れたビームＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより、ＳＯＢＰ以外の部分の線量を低減しつつ、複数のＳＯＢＰ、又は部分的に線量の異なるＳＯＢＰを形成することが可能となる。なお、ここでは対向２門照射を行う場合を例にとって説明したが、さらに照射方向を増やした場合にも適用可能である。
【００６６】
（実施形態３）
本実施形態は、上述の実施形態２ではＲＭＷ３６の回転角度に応じてイオンビーム発生装置２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を形成するようにしたのに対し、ＲＭＷ３６の回転角度に応じてイオンビームの量を制御することにより複数のＳＯＢＰを形成するようにしたものである。
【００６７】
図３３に本実施形態の粒子線出射装置１Ｂを示す。この粒子線出射装置１Ｂが実施形態２の粒子線出射装置１Ａと異なる点は、第１高周波電源２８の高周波出力を制御する高周波出力制御装置（ビーム量調整装置）６２を備える点、及び照射制御装置４９の代わりに照射制御装置（制御装置）４９Ａを備える点である。粒子線出射装置１Ｂは、ＲＭＷ３６の回転角度に応じてイオンビーム発生装置２から出射されるビーム量を制御することにより、複数のＳＯＢＰを形成することができる。以下、このビーム量に係る制御について説明する。
【００６８】
シンクロトロン８Ａから出射されるイオンビームの量はビーム電流値として検出される。このビーム電流値は、第１高周波電源２８から高周波印加装置２６を介して周回するイオンビームに印加される高周波出力の大きさによって決定される。本実施形態では、治療計画装置４７によって算出されたビームエネルギー、ＳＯＢＰ、照射野サイズ、回転角度及び照射線量等の各種の治療計画情報に、上記ＳＯＢＰを得るために治療計画ソフトによって算出されたＲＭＷ３６の回転角度に応じたビーム電流値が含まれる。この治療計画情報は、粒子線出射装置１Ｂの中央制御装置４８に入力され、中央制御装置４８の記憶装置（図示せず）に記憶される。
【００６９】
照射制御装置４９Ａは、中央制御装置４８から、ＲＭＷ３６の回転角度に応じたビーム電流値を含む治療計画情報を入力し、照射制御装置４９Ａの記憶装置（図示せず）に記憶する。治療時には、角度計３８で計測されたＲＭＷ３６の回転角度の計測値が照射制御装置４９Ａに入力され、照射制御装置４９Ａは記憶装置に記憶したＲＭＷ３６の回転角度に応じたビーム電流値に基づき、入力されたＲＭＷ３６の回転角度に応じたビーム電流値を設定し、高周波出力制御装置６２に出力する。
【００７０】
高周波出力制御装置６２の記憶装置（図示せず）には、各ビーム電流値に対応して高周波出力が設定された高周波出力制御テーブルが予め記憶されている。高周波出力制御装置６２は、記憶装置から読み出した高周波出力制御テーブルに基づき、入力されたビーム電流値に応じた高周波出力を設定し、その設定値となるように第１高周波電源２８を制御する。これにより、第１高周波電源２８から高周波印加装置２６を介して周回するイオンビームに高周波出力が印加され、治療計画情報に基づいた量のイオンビームがシンクロトロン８Ａから出射される。
【００７１】
以上のようにして、ＲＭＷ３６の回転角度に応じてイオンビーム発生装置２からのビーム量を制御することにより、複数のＳＯＢＰを形成することができる。以下、この原理を説明する。なお、理解を容易とするために、比較対象としてまず図３４に線量一様な単一のＳＯＢＰを形成する場合のビーム量（ビーム電流）の制御の一例を示す。ここでは、ＲＭＷ３６の羽根部３９の厚みの厚い領域ではビーム量を相対的に減少させ、羽根部３９の厚みが中程度〜薄い領域ではビーム量を相対的に増加させるように制御する。その結果、図３５に示すような線量が一様な単一のＳＯＢＰが形成される。
【００７２】
次に、本実施形態のビーム量に係る制御を図３６及び図３７を用いて説明する。ここでは、図３４に示す単一のＳＯＢＰを形成する場合のビーム量制御に比べ、羽根部３９の厚みが厚い領域におけるビーム量を相対的に増大させ、かつ羽根部３９の厚みが中程度の領域におけるビーム量が減少するように制御する。その結果、患者体内における中程度の深さでの線量が低下すると共に体表面に近い浅い部分での線量が増加し、図３７に示すように互いにほぼ同線量である２つのＳＯＢＰが形成される。
【００７３】
本実施形態によれば、このように複数のＳＯＢＰを形成することが可能であるので、実施形態１及び実施形態２と同様に治療時間を短縮することができる。また、照射不要部分の被爆量を低減することができる。
【００７４】
なお、以上では互いに線量がほぼ同等であるＳＯＢＰを複数形成する場合を例にとって説明したが、線量の異なるＳＯＢＰを複数形成するようにしてもよい。この場合に行うビーム量に係る制御を図３８及び図３９を用いて説明する。図に示すように、本変形例７では図３６に示す実施形態３のビーム量制御に比べ、羽根部３９の厚みの厚い領域におけるビーム量が相対的に減少するように制御し、また羽根部３９の厚みの薄い領域におけるビーム量が相対的に増加するように制御する。その結果、深い方に位置するＳＯＢＰ１については線量が増加すると共に、体表面に近い浅い位置のＳＯＢＰ２については線量が低下し、図３９に示すように、線量の異なる２つのＳＯＢＰが形成される。
【００７５】
本変形例７によれば、上記実施形態３と同様の効果を得ることができる上に、例えば異なる臓器に転移したがん等、酸素増感比の差異等により放射線感受性の異なる複数の患部に対してであっても、各患部に応じた適切な線量の照射を行うことができる。
【００７６】
また、以上では２つ以上の複数のＳＯＢＰを形成する場合を例にとって説明したが、部分的に線量の異なる単一のＳＯＢＰを形成するようにしてもよい。この場合に行うビーム量に係る制御を図４０及び図４１を用いて説明する。図に示すように、本変形例８では図３４に示す単一のＳＯＢＰを形成する場合のビーム量制御に比べ、羽根部３９の厚みが中程度である領域におけるビーム量が相対的に増加するように制御する。その結果、図４１に示すように患者体内における中程度の深さ部分の線量が増加し、深さ方向両端部の線量が低下した部分的に線量の異なるＳＯＢＰが形成される。
【００７７】
本変形例８によれば、例えば酸素増感比の差異等により外側と内側で放射線感受性の異なる患部に対し、一度の照射で患部の内外に対して各部分に応じた適切な線量の照射を行うことができる。したがって、治療時間を短縮することができる。
【００７８】
またさらに、以上では単門照射の場合を例にとって説明したが、多門照射を行うことを前提にビーム量を制御するようにしてもよい。この場合に行うビーム量に係る制御を図４２及び図４３を用いて説明する。なお、ここでは説明を容易とするために、対向２門照射（対向する２方向から照射）により線量一様な単一のＳＯＢＰを形成する場合を例にして説明する。図に示すように、本変形例９では図３４に示す単一のＳＯＢＰを形成する場合のビーム量制御に比べ、羽根部３９の厚みのない領域（開口４２部分）におけるビーム量を大幅に増加させると共に、羽根部３９の厚みの厚い領域ほどビーム量を減少させて、全体的に厚みが薄くなるにつれてビーム量が大きくなるように制御する。その結果、図４３に示すように、最深部近傍にピークを有し、体表面に近くなるにつれ徐々に線量が小さくなる線量分布が形成され、対向２門照射を行うことによって、重ねあわせによりＳＯＢＰ以外の部分の線量が低減した線量分布が形成される。
【００７９】
本変形例９によれば、先の図１７に示す単純に線量一様なＳＯＢＰが形成される照射を対向２門から行った場合の線量分布に比べ、ＳＯＢＰ以外の部分の線量が低減した線量分布が得られ、患部１８以外の照射不要部分の被爆量を低減することができる。そして、ここでは線量一様な１つのＳＯＢＰを形成する場合を例にして説明したが、これを前述した実施形態３及び変形例７，８に適用し、多門照射を考慮に入れたビーム量制御を行うことにより、ＳＯＢＰ以外の部分の線量を低減しつつ、複数のＳＯＢＰ、又は部分的に線量の異なるＳＯＢＰを形成することが可能となる。なお、ここでは対向２門照射を行う場合を例にとって説明したが、さらに照射方向を増やした場合にも適用可能である。
【００８０】
（実施形態４）
本実施形態は、イオンビーム発生装置２から出射されるイオンビームの量及びイオンビームのエネルギーを調整することにより、患者の患部の深さ方向に所望の線量分布を得るものである。
【００８１】
図４４に本実施形態の粒子線出射装置１Ｃを示す。この粒子線出射装置１Ｃが実施形態３の粒子線出射装置１Ｂと異なる点は、高周波出力制御装置６２の代わりに高周波加速空胴２７に印加される高周波出力の大きさを制御する高周波出力制御装置（ビームエネルギー調整装置）６３を有する点、リッジフィルタやＲＭＷ等の拡大ＳＯＢＰ形成装置を備えない照射装置４Ｂ（図４５参照）を有する点、及び照射制御装置４９Ａの代わりに照射制御装置（制御装置）４９Ｂを備えた点である。粒子線出射装置１Ｃは、照射装置４Ｂから患者５に照射される照射線量及びシンクロトロン８Ａから出射されるイオンビームのエネルギーを制御する（以下、インテンシティモジュレーション制御という）ことにより、複数のＳＯＢＰを形成することができる。以下、この制御について説明する。
【００８２】
シンクロトロン８Ａから出射されるイオンビームの出射エネルギーは、高周波加速空胴２７内に発生する電磁場の強度によって左右され、この電磁場の強度は第２高周波電源（図示せず）によって高周波加速空胴２７に印加される高周波電力の大きさによって決定される。本実施形態では、治療計画装置４７によって算出されたビームエネルギー、ＳＯＢＰ、照射野サイズ、回転角度及び照射線量等の各種の治療計画情報に、上記ＳＯＢＰを得るために治療計画ソフトによって算出されたビームエネルギー−線量値テーブル（例えば１１０ＭｅＶ〜２００ＭｅＶの範囲においてビームエネルギーを１０ＭｅＶずつ変化させた場合の各ビームエネルギーに応じた線量値）が含まれる。ビームエネルギー−線量値テーブルにおける各ビームエネルギーは、患部１８を深さ方向に適宜の数の層に分けたときにおけるそれぞれの層に対応するものである。例えば上記の例は、患部１８を深さ方向に１０層に分けて照射する場合であり、２００ＭｅＶは最下層、１１０ＭｅＶは最上層を照射する際のビームエネルギーに相当する。ビームエネルギー−線量値テーブルを含む治療計画情報は、粒子線出射装置１Ｃの中央制御装置４８に入力され、中央制御装置４８の記憶装置（図示せず）に記憶される。
【００８３】
照射制御装置４９Ｂは、中央制御装置４８から、ビームエネルギー−線量値テーブルを含む治療計画情報を入力し、照射制御装置４９Ｂの記憶装置（図示せず）に記憶する。以下、治療照射時における照射制御装置４９Ｂの制御を説明する。
【００８４】
まず、記憶装置から読み出したビームエネルギー−線量値テーブルに基づき、第１のビームエネルギー設定値（最下層に対応するエネルギー設定値）を高周波出力制御装置６３に出力する。高周波出力制御装置６３の記憶装置（図示せず）には、各ビームエネルギー値に応じて高周波出力が設定された高周波出力制御テーブルが予め記憶されている。高周波出力制御装置６３は、記憶装置から読み出した高周波出力制御テーブルに基づき、入力されたビームエネルギー値に応じた高周波出力を設定し、その設定値となるように第２高周波電源を制御する。これにより高周波加速空胴２７に所定の強度の電磁場が発生し、シンクロトロン８Ａ内を周回するイオンビームは第１のビームエネルギー設定値となるまで加速される。
【００８５】
次に、照射制御装置４９Ｂはビーム出射信号を出力して開閉スイッチ２９を閉じ、シンクロトロン８Ａから設定エネルギーまで加速されたイオンビームを出射させる。これにより、患部１８の最下層の照射が開始される。照射制御装置４９Ｂは、ビーム照射中には常時線量モニタ３５の検出値を入力する。この入力した検出値が、ビームエネルギー−線量値テーブルにおいて最初のビームエネルギーに対応して設定された線量値となったら、ビーム出射停止信号を出力して開閉スイッチ２９を開き、シンクロトロン８Ａからのビームの出射を停止させる。このとき、シンクロトロン８Ａ内を周回する残ビームは減速される。
【００８６】
照射制御装置４９Ｂはビームエネルギー−線量値テーブルに基づき、第２のビームエネルギー設定値を高周波出力制御装置６３に出力する。例えば第１のビームエネルギー設定値が２００ＭｅＶであり、１０ＭｅＶずつエネルギーを変更させる場合であれば、第２のビームエネルギー設定値は１９０ＭｅＶとなる。高周波出力制御装置６３は、入力されたビームエネルギー値に応じた高周波出力を設定し、その設定値となるように第２高周波電源を制御する。これによりシンクロトロン８Ａ内を周回するイオンビームは第２のエネルギー設定値となるまで加速される。第２のエネルギー設定値まで加速されたイオンビームは出射され、最下層の１つ上の第２層において照射される。そして、線量モニタ３５の検出値が設定値となったら出射が停止される。その後も同様の制御が行われる。
【００８７】
照射が患部１８の最上層まで進み、線量モニタ３５の検出値がビームエネルギー−線量値テーブルにおいて最上層のビームエネルギーに対応して設定された線量値となったら、ビーム出射停止信号を出力して開閉スイッチ２９を開き、シンクロトロン８Ａからのビームの出射を停止させる。これにより、治療照射を終了する。
【００８８】
本実施形態では、以上のようにしてインテンシティモジュレーション制御を行うことにより、複数のＳＯＢＰを形成することができる。以下、この原理を説明する。なお、理解を容易とするために、比較対象としてまず図４６に線量一様な単一のＳＯＢＰを形成する場合のインテンシティモジュレーション制御の一例を示す。なお、この図４６では、上述したインテンシティモジュレーション制御を行った結果、各エネルギーにおける照射線量が満了するまでに要した照射時間を横軸に経過時間をとって示している（以下も同様）。このような照射時間となるように制御を行う結果、図４７に示すような線量が一様な単一のＳＯＢＰが形成される。
【００８９】
次に、本実施形態のビーム量に係る制御を図４８及び図４９を用いて説明する。ここでは、図４６に示す単一のＳＯＢＰを形成する場合に比べ、ビームエネルギーの小さい領域における照射時間を相対的に増大させ、かつビームエネルギーが中程度の大きさ（ここでは１７０，１８０ＭｅＶ）における照射を停止して当該領域における線量を減少させるように制御を行う。その結果、患者体内における中程度の深さでの線量が低下すると共に体表面に近い浅い部分での線量が増加し、図４９に示すように互いにほぼ同線量である２つのＳＯＢＰが形成される。
【００９０】
本実施形態によれば、このように複数のＳＯＢＰを形成することが可能であるので、実施形態１乃至実施形態３と同様に治療時間を短縮することができる。また、照射不要部分の被爆量を低減することができる。
【００９１】
なお、以上では互いに線量がほぼ同等であるＳＯＢＰを複数形成する場合を例にとって説明したが、線量の異なるＳＯＢＰを複数形成するようにしてもよい。この場合に行うインテンシティモジュレーション制御を図５０及び図５１を用いて説明する。図に示すように、本変形例１０では図４８に示す実施形態４の制御に比べ、ビームエネルギーの小さい領域（ここでは１２０〜１４０ＭｅＶ）における照射時間が相対的に減少するように制御する。その結果、体表面に近い浅い位置のＳＯＢＰ２については線量が低下し、図５１に示すように、線量の異なる２つのＳＯＢＰが形成される。
【００９２】
本変形例１０によれば、上記実施形態４と同様の効果を得ることができる上に、例えば異なる臓器に転移したがん等、酸素増感比の差異等により放射線感受性の異なる複数の患部に対してであっても、各患部に応じた適切な線量の照射を行うことができる。
【００９３】
また、以上では２つ以上の複数のＳＯＢＰを形成する場合を例にとって説明したが、部分的に線量の異なる単一のＳＯＢＰを形成するようにしてもよい。この場合に行うインテンシティモジュレーション制御を図５２及び図５３を用いて説明する。図に示すように、本変形例１１では図４６に示す線量一様な単一のＳＯＢＰを形成する場合の制御に比べ、ビームエネルギーが大きい領域（ここでは２００ＭｅＶ）及びビームエネルギーが小さい領域（ここでは１２０〜１４０ＭｅＶ）における照射時間が相対的に減少するように制御する。その結果、図５３に示すように深さ方向における両側の線量が低下した、部分的に線量の異なるＳＯＢＰが形成される。
【００９４】
本変形例１１によれば、例えば酸素増感比の差異等により外側と内側で放射線感受性の異なる患部に対し、一度の照射で患部の内外に対して各部分に応じた適切な線量の照射を行うことができる。したがって、治療時間を短縮することができる。
【００９５】
またさらに、以上では単門照射の場合を例にとって説明したが、多門照射を行うことを前提にインテンシティモジュレーション制御を行うようにしてもよい。この場合に行う制御を図５４及び図５５を用いて説明する。なお、ここでは説明を容易とするために、対向２門照射（対向する２方向から照射）により線量一様な単一のＳＯＢＰを形成する場合を例にして説明する。図に示すように、本変形例１２では図４６に示す単一のＳＯＢＰを形成する場合の制御に比べ、最もビームエネルギーが大きい（２００ＭｅＶ）領域での照射時間を大幅に増加させ、その他の領域における照射時間を全体的に減少させると共にビームエネルギーが小さくなるにつれて照射時間が徐々に短くなるように制御する。その結果、図５５に示すように、最深部近傍にピークを有し、体表面に近づくにつれ徐々に線量が小さくなる線量分布が形成され、対向２門照射を行うことによって、重ねあわせによりＳＯＢＰ以外の部分の線量が低減した線量分布が形成される。
【００９６】
本変形例１２によれば、先の図１７に示す単純に線量一様なＳＯＢＰが形成される照射を対向２門から行った場合の線量分布に比べ、ＳＯＢＰ以外の部分の線量が低減した線量分布が得られ、患部１８以外の照射不要部分の被爆量を低減することができる。そして、ここでは線量一様な単一のＳＯＢＰを形成する場合を例にして説明したが、これを前述した実施形態４及び変形例１０，１１に適用し、多門照射を考慮に入れたインテンシティモジュレーション制御を行うことにより、ＳＯＢＰ以外の部分の線量を低減しつつ、複数のＳＯＢＰ、又は部分的に線量の異なるＳＯＢＰを形成することが可能となる。なお、ここでは対向２門照射を行う場合を例にとって説明したが、さらに照射方向を増やした場合にも適用可能である。
【００９７】
なお、以上の実施形態４及び変形例１０，１１では、シンクロトロン８Ａの高周波加速空洞２７の電磁場の強度を調整することによりビームエネルギーの変更を行うようにしたが、これに限らず、例えば照射装置４Ｂに設けた飛程調整装置（ビームエネルギー調整装置）１４（図４５）等によりビームエネルギーを変更するようにしてもよい。この場合にも、同様の効果を得ることができる。
【００９８】
（実施形態５）
図５６に本実施形態の粒子線出射装置１Ｄを示す。この粒子線出射装置１Ｄが実施形態４の粒子線出射装置１Ｃと異なる点は、第１散乱体１２及び第２散乱体１３を備えた散乱体方式である照射装置４Ｂの代わりにスキャニング方式の照射装置４Ｃを備えた点、及び照射制御装置４９Ｂの代わりに照射制御装置（第１制御装置、第２制御装置）４９Ｃを備えた点である。
【００９９】
照射装置４Ｃは、ビームを走査するための走査電磁石（ビーム走査装置）６４，６５、及び線量モニタ３５を有する。走査電磁石６４，６５は、例えばビーム軸と垂直な平面上において互いに直交する方向(Ｘ方向、Ｙ方向)にビームを偏向し照射位置をＸ方向およびＹ方向に動かすためのものである。ビーム輸送系３を経て逆Ｕ字状のビーム輸送装置１０から照射装置４Ｃ内へ導入されたイオンビームは、走査電磁石６４，６５によって順次照射位置を走査され、患部１８において高線量領域を形成するように照射される。照射装置４Ｃ内の走査電磁石６４，６５は、照射制御装置４９Ｃによって制御される。
【０１００】
以下、治療照射時における照射制御装置４９Ｃの制御について説明する。
まず、記憶装置から読み出したビームエネルギー−線量値テーブルに基づき、患部１８の最下層に対応する第１のビームエネルギー設定値を高周波出力制御装置６３に出力する。高周波出力制御装置６３は、入力されたビームエネルギー値に応じた高周波出力を設定し、その設定値となるように第２高周波電源を制御する。これにより高周波加速空胴２７に所定の強度の電磁場が発生し、シンクロトロン８Ａ内を周回するイオンビームは第１のビームエネルギー設定値となるまで加速される。
【０１０１】
次に、照射制御装置４９Ｃはビーム出射信号を出力して開閉スイッチ２９を閉じ、シンクロトロン８Ａから設定エネルギーまで加速されたイオンビームを出射させる。これにより、患部１８の最下層の照射が開始される。本実施形態では、最下層がさらに複数のスポットに分割され、各スポットについて必要線量が照射される。具体的には、照射制御装置４９Ｃは、ビーム照射中には常時線量モニタ３５の検出値を入力しており、第１のスポットにおける照射線量が満了したらビーム出射停止信号を出力して開閉スイッチ２９を開き、シンクロトロン８Ａからのビームの出射を停止させる。そして走査電磁石６４，６５に指令信号を出力して次の第２のスポットに対応した励磁電流とした上で、ビーム出射開始信号を出力して開閉スイッチ２９を閉じ、シンクロトロン８Ａからのビームの出射を開始させる。出射されたイオンビームは、走査電磁石６４，６５により走査され、第２のスポットに照射される。以上を繰り返し、最下層における各スポットの照射を行う。なお、各スポットごとの必要線量の合計は、ビームエネルギー−線量値テーブルにおいて最下層のビームエネルギーに対応して設定された線量となる。
【０１０２】
照射制御装置４９Ｃは、積算線量カウンタ（図示せず）により線量モニタ３５の検出値を積算する。この積算値がビームエネルギー−線量値テーブルにおいて最下層のビームエネルギーに対応して設定された線量値となったら、ビーム出射停止信号を出力して開閉スイッチ２９を開き、シンクロトロン８Ａからのビームの出射を停止させる。このとき、シンクロトロン８Ａ内を周回する残ビームは減速される。
【０１０３】
その後、照射制御装置４９Ｃはビームエネルギー−線量値テーブルに基づき、第２のビームエネルギー設定値を高周波出力制御装置６３に出力する。高周波出力制御装置６３は、入力されたビームエネルギー値に応じた高周波出力を設定し、その設定値となるように第２高周波電源を制御する。これによりシンクロトロン８Ａ内を周回するイオンビームは第２のエネルギー設定値となるまで加速される。第２のエネルギー設定値まで加速されたイオンビームは出射され、最下層の上の第２層における各スポットに照射される。積算線量値が第２層のビームエネルギーに対応して設定された線量値となったら出射が停止される。その後も同様の制御が行われる。
【０１０４】
本実施形態では、以上のように、スキャニング方式の照射を行いつつ、前述した実施形態４のインテンシティモジュレーション制御と同様の制御を行う。これにより、図４８〜図５５で示した複数のＳＯＢＰ、部分的に線量の異なるＳＯＢＰ、多門照射を考慮に入れた線量分布を形成することができる。したがって、本実施形態によれば実施形態４と同様に治療時間の短縮及び照射不要部分の被爆量の低減効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の実施形態１の粒子線出射装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１に示す照射装置の内部構成を表す側断面図である。
【図３】線量一様な単一のＳＯＢＰを形成するための一般的なリッジフィルタの断面形状を模式的に示す図である。
【図４】図３に示すリッジフィルタを用いることにより形成されるＳＯＢＰを含む線量分布を示す図である。
【図５】本発明の実施形態１のリッジフィルタの断面形状を模式的に示す図である。
【図６】図５に示すリッジフィルタを用いることにより形成される複数のＳＯＢＰを含む線量分布を示す図である。
【図７】実施形態１により、１つの臓器中の複数箇所に転移したがん等である複数の患部に対して一度に照射を行うことができることを示す説明図である。
【図８】実施形態１により、脊椎等の重要臓器にまたがるがん等の患部に対して一度に照射を行うことができることを示す説明図である。
【図９】線量の異なる複数のＳＯＢＰを形成する場合である変形例１のリッジフィルタの断面形状を模式的に示す図である。
【図１０】図９に示すリッジフィルタを用いることにより形成される線量の異なる複数のＳＯＢＰを含む線量分布を示す図である。
【図１１】変形例１により、異なる臓器に転移したがん等である複数の患部に対して適切な線量の照射を行うことができることを示す説明図である。
【図１２】部分的に線量の異なるＳＯＢＰを形成する場合である変形例２のリッジフィルタの断面形状を模式的に示す図である。
【図１３】図１２に示すリッジフィルタを用いることにより形成される部分的に線量の異なるＳＯＢＰを含む線量分布を示す図である。
【図１４】変形例２により、外側と内側で放射線感受性の異なる患部に対して適切な線量の照射を行うことができることを示す説明図である。
【図１５】多門照射による重ねあわせによりＳＯＢＰ以外の部分の線量が低減した線量分布を形成させる場合である変形例３のリッジフィルタの断面形状を模式的に示す図である。
【図１６】図１５に示すリッジフィルタを用いることにより形成される線量分布を示す図である。
【図１７】単純に一様な線量のＳＯＢＰが形成される照射を対向２門から行った場合に重ねあわせにより形成される線量分布を示す図である。
【図１８】本発明の実施形態２の粒子線出射装置の全体構成を示す図である。
【図１９】図１８に示す照射装置の内部構成を表す側断面図である。
【図２０】図１９に示すＲＭＷの全体構造を示す斜視図である。
【図２１】幅の異なる３種類の線量一様な単一のＳＯＢＰを形成する場合におけるイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ制御を説明するための図である。
【図２２】幅の異なる３種類の線量一様な単一のＳＯＢＰを形成する場合におけるイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ制御を説明するための図である。
【図２３】図２１及び図２２に示すビーム出射ＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより形成される３種類のＳＯＢＰを含む線量分布図である。
【図２４】本発明の実施形態２におけるビームＯＮ／ＯＦＦのタイミングをＲＭＷの羽根部の厚さと対応させて示す図である。
【図２５】図２４に示すビームＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより得られる複数のＳＯＢＰを含む線量分布を示す図である。
【図２６】照射制御装置により行われるイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦに係る制御の制御フローである。
【図２７】線量の異なる複数のＳＯＢＰを形成する場合である変形例４のビームＯＮ／ＯＦＦのタイミングをＲＭＷの羽根部の厚さと対応させて示す図である。
【図２８】図２７に示すビームＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより得られる線量の異なる複数のＳＯＢＰを含む線量分布を示す図である。
【図２９】部分的に線量の異なるＳＯＢＰを形成する場合である変形例５のビームＯＮ／ＯＦＦのタイミングをＲＭＷの羽根部の厚さと対応させて示す図である。
【図３０】図２９に示すビームＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより得られる部分的に線量の異なるＳＯＢＰを含む線量分布を示す図である。
【図３１】多門照射による重ねあわせによりＳＯＢＰ以外の部分の線量が低減した線量分布を形成させる場合である変形例６のビームＯＮ／ＯＦＦのタイミングをＲＭＷの羽根部の厚さと対応させて示す図である。
【図３２】図３１に示すビームＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより得られるＳＯＢＰ以外の部分の線量が低減した線量分布を示す図である。
【図３３】本発明の実施形態３の粒子線出射装置の全体構成を示す図である。
【図３４】線量一様な単一のＳＯＢＰを形成する場合におけるイオンビームのビーム量の変化をＲＭＷの羽根部の厚さと対応させて示す図である。
【図３５】図３４に示すビーム量制御を行うことにより得られる単一のＳＯＢＰを含む線量分布を示す図である。
【図３６】本発明の実施形態３におけるイオンビームのビーム量の変化をＲＭＷの羽根部の厚さと対応させて示す図である。
【図３７】図３６に示すビーム量制御を行うことにより得られる複数のＳＯＢＰを含む線量分布を示す図である。
【図３８】線量の異なる複数のＳＯＢＰを形成する場合である変形例７におけるイオンビームのビーム量の変化をＲＭＷの羽根部の厚さと対応させて示す図である。
【図３９】図３８に示すビーム量制御を行うことにより得られる線量の異なる複数のＳＯＢＰを含む線量分布を示す図である。
【図４０】部分的に線量の異なるＳＯＢＰを形成する場合である変形例８のビーム量の変化をＲＭＷの羽根部の厚さと対応させて示す図である。
【図４１】図４０に示すビーム量制御を行うことにより得られる部分的に線量の異なるＳＯＢＰを含む線量分布を示す図である。
【図４２】多門照射による重ねあわせによりＳＯＢＰ以外の部分の線量が低減した線量分布を形成させる場合である変形例９のビーム量の変化をＲＭＷの羽根部の厚さと対応させて示す図である。
【図４３】図４２に示すビーム量制御を行うことにより得られるＳＯＢＰ以外の部分の線量が低減した線量分布を示す図である。
【図４４】本発明の実施形態４の粒子線出射装置の全体構成を示す図である。
【図４５】図４４に示す照射装置の内部構成を表す側断面図である。
【図４６】線量一様な単一のＳＯＢＰを形成する場合における各ビームエネルギーでの照射時間を示すタイムチャートである。
【図４７】図４６に示すインテンシティモジュレーション制御を行うことにより得られる単一のＳＯＢＰを含む線量分布を示す図である。
【図４８】本発明の実施形態４における各ビームエネルギーでの照射時間を示すタイムチャートである。
【図４９】図４８に示すインテンシティモジュレーション制御を行うことにより得られる複数のＳＯＢＰを含む線量分布を示す図である。
【図５０】線量の異なる複数のＳＯＢＰを形成する場合である変形例１０における各ビームエネルギーでの照射時間を示すタイムチャートである。
【図５１】図５０に示すインテンシティモジュレーション制御を行うことにより得られる線量の異なる複数のＳＯＢＰを含む線量分布を示す図である。
【図５２】部分的に線量の異なるＳＯＢＰを形成する場合である変形例１１における各ビームエネルギーでの照射時間を示すタイムチャートである。
【図５３】図５２に示すインテンシティモジュレーション制御を行うことにより得られる部分的に線量の異なるＳＯＢＰを含む線量分布を示す図である。
【図５４】多門照射による重ねあわせによりＳＯＢＰ以外の部分の線量が低減した線量分布を形成させる場合である変形例１２における各ビームエネルギーでの照射時間を示すタイムチャートである。
【図５５】図５４に示すインテンシティモジュレーション制御を行うことにより得られるＳＯＢＰ以外の部分の線量が低減した線量分布を示す図である。
【図５６】本発明の実施形態５の粒子線出射装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１          粒子線出射装置（荷電粒子ビーム出射装置）
１Ａ        粒子線出射装置（荷電粒子ビーム出射装置）
１Ｂ        粒子線出射装置（荷電粒子ビーム出射装置）
１Ｃ        粒子線出射装置（荷電粒子ビーム出射装置）
１Ｄ        粒子線出射装置（荷電粒子ビーム出射装置）
２          イオンビーム発生装置（荷電粒子ビーム発生装置）
４          照射装置
４Ａ〜４Ｃ  照射装置
５          患者（照射対象）
１４        飛程調整装置（ビームエネルギー調整装置）
１５        リッジフィルタ（拡大ブラッグピーク形成装置）
２０        リッジフィルタ（拡大ブラッグピーク形成装置）
２１        リッジフィルタ（拡大ブラッグピーク形成装置）
２２        リッジフィルタ（拡大ブラッグピーク形成装置）
３４        ＲＭＷ装置（拡大ブラッグピーク形成装置）
３５        線量モニタ（線量検出装置）
３６        ＲＭＷ（回転体）
４９Ａ      照射制御装置（制御装置）
４９Ｂ      照射制御装置（制御装置）
４９Ｃ      照射制御装置（第１制御装置、第２制御装置）
６２        高周波出力制御装置（ビーム量調整装置）
６３        高周波出力制御装置（ビームエネルギー調整装置）
６４，６５  走査電磁石（ビーム走査装置）
【図１】
2006280457.tif 000003
【図２】
2006280457.tif 000004
【図３】
2006280457.tif 000005
【図４】
2006280457.tif 000006
【図５】
2006280457.tif 000007
【図６】
2006280457.tif 000008
【図７】
2006280457.tif 000009
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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