(57)【要約】      （修正有）【課題】粒子線ビームの走査範囲や照射時間を拡大することなく患部の深さ方向の全域に渡って所望の線量分布平坦度を確保することができる粒子線ビーム照射装置を提供する。【解決手段】粒子線ビーム照射装置は、ビーム走査部と、粒子線ビームのビーム幅を所定のビーム幅に拡大する散乱体と、粒子線ビームの体内飛程を、患部のビーム進行方向の大きさに合わせて分散し拡大するビーム飛程拡大装置と、粒子線ビームの最深体内飛程を、患部の奥側の外郭形状に合致させる補償フィルタと、ビーム進行方向と直交する面における患部の外周形状の外側へのビーム照射を遮蔽するコリメータと、ビーム進行方向と直交する面における線量分布の平坦度を測定する平坦度モニタと、を備え、各構成品は、患部に近い方から、補償フィルタ、コリメータ、ビーム飛程拡大装置、平坦度モニタ、散乱体、ビーム走査部、の順に配置される。【選択図】図６
2011120810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子線ビームをビーム進行方向と直交する方向に走査するビーム走査部と、
前記粒子線ビームのビーム幅を所定のビーム幅に拡大する散乱体と、
前記粒子線ビームの体内飛程を、患部のビーム進行方向の大きさに合わせて分散し拡大するビーム飛程拡大装置と、
体内飛程が分散、拡大された前記粒子線ビームの最深体内飛程を、前記患部の奥側の外郭形状に合致させる補償フィルタと、
前記ビーム進行方向と直交する面における前記患部の外周形状の外側へのビーム照射を遮蔽するコリメータと、
前記ビーム進行方向と直交する面における線量分布の平坦度を測定する平坦度モニタと、
を備え、
前記各構成品は、前記患部に近い方から、前記補償フィルタ、前記コリメータ、前記ビーム飛程拡大装置、前記平坦度モニタ、前記散乱体、前記ビーム走査部、の順に配置される、
ことを特徴とする粒子線ビーム照射装置。
【請求項２】
前記ビーム飛程拡大装置は、前記コリメータに近接して配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の粒子線ビーム照射装置。
【請求項３】
前記粒子線ビームの最深体内飛程を調整するビーム飛程調整装置、をさらに備え、
前記ビーム飛程調整装置は、前記ビーム飛程拡大装置と前記平坦度モニタとの間に配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の粒子線ビーム照射装置。
【請求項４】
前記ビーム飛程調整装置は、前記ビーム飛程拡大装置に近接して配置される、
ことを特徴とする請求項３に記載の粒子線ビーム照射装置。
【請求項５】
前記患部を含む患部周辺部にＸ線を照射するＸ線管と、
前記Ｘ線で照射された前記患部周辺部の透視画像を得るフラット・パネル・ディテクタと、をさらに備え、
前記フラット・パネル・ディテクタは、前記コリメータと前記患部との間に配置され、
前記Ｘ線管は、前記患部を挟んで前記フラット・パネル・ディテクタと反対側の位置に配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の粒子線ビーム照射装置。
【請求項６】
前記透視画像は、前記粒子線ビームの照射前に前記の患部の位置決めのために得る画像であり、
前記フラット・パネル・ディテクタは、前記透視画像の撮像時には、前記粒子線ビームの通過経路上の位置にあり、前記粒子線ビームの照射時には、前記粒子線ビームの通過経路上の位置からはずれた退避位置へ移動する、
ことを特徴とする請求項５に記載の粒子線ビーム照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素などの重粒子線ビームや陽子ビームなどを患部に照射し、がん治療を行う粒子線ビーム照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日の日本国において、がんは死因として最も多いものであり、毎年３０万人以上の国民がなくなっている。このような状況の中、治療効果の高さや副作用の少なさなどの優れた特徴を有する、炭素ビームや陽子ビームを用いた粒子線治療法が注目されている。この治療法は、加速器から出射された粒子線ビームをがん細胞に照射することで、正常細胞に与える影響を小さくしながら、がん細胞を死滅させることができる。
【０００３】
この治療法において、現在、国内で使用されている粒子線照射方法は、ワブラー法と呼ばれる方法である（非特許文献１−３等参照）。このワブラー法は、散乱体を用いて粒子線ビームのビームサイズ（ビームのスポット径）を拡大し、拡大した粒子線ビームを電磁石（ワブラー電磁石と呼ばれる）によってターゲット（患部）の領域よりやや広い領域に亘って走査することにより平坦な線量分布を形成するものである。ワブラー法は、粒子線ビームの走査方法によって、通常ワブラー法（単円ワブラー法）とらせんワブラー法に大別される。通常ワブラー法は粒子線ビームを単円に沿って走査する方法であり、らせんワブラー法は粒子線ビームをスパイラル状に走査する方法である。
【０００４】
ワブラー法では、線量分布を患部サイズ以上に拡大したのち、多葉コリメータと呼ばれる真ちゅう製あるいは鉄製のコリメータにより照射領域を制限することにより、患部形状に合致させて照射を行う。また、ビーム進行方向（ビーム軸方向）にはリッジフィルタと呼ばれるビーム飛程拡大装置を設けている。リッジフィルタによってビーム軸方向のエネルギーの幅を患部のビーム軸方向の幅まで拡大する。その後、ボーラスと呼ばれるポリエチレン製の補償フィルタによってビーム停止位置を深い位置での患部形状（外郭）に合致させている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Irradiation System for HIMAC, Masami TORIKOSHI et al., Journal of Radiation Research, Vol. 48 (2007), Suppl.A, May 19, 2007.
【非特許文献２】Commissioning of conformal irradiation system for heavy-ion radiotherapy using a layer-stacking method, Tatsuaki Kanai et al., Medical Physics 33 (8), August 2006.
【非特許文献３】Optimization of Spiral-Wobbler System for Heavy-Ion Radiotherapy, Masataka KOMORI et al., Japanese Journal of Applied Physics Vol. 43, No.9A, 2004, pp. 6463-6467.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ワブラー法では、患部領域における線量分布平坦度を確保するために、ビーム断面方向の患部サイズに対して、ビームサイズ（ビームのスポット径）やビーム走査範囲を調整する必要がある。ワブラー法の場合、ビーム走査範囲をワブラー半径で表すことができる。ワブラー半径は、通常ワブラー法の場合円の半径であり、らせんワブラー法の場合にはスパイラルの最大半径である。
【０００７】
患部位置におけるビームサイズが常に一定であれば、そのビームサイズを前提として比較的簡単にビーム走査範囲を調整することができる。しかしながら、実際には、リッジフィルタの影響を受けて、患部の深さ方向の位置によってビームサイズが異なってくる。
【０００８】
リッジフィルタは、粒子線ビームが通過するパス長を所定の幅内で変化させ、粒子線ビームに対する減衰特性を所定の幅内で変化させる装置である。リッジフィルタのうち、パス長の短い領域を通過した粒子線ビームの成分は、減衰が少ないため患部の深い位置に達し、パス長の長い領域を通過した粒子線ビームの成分は、減衰が大きいため患部の浅い位置に留まる。
【０００９】
患部の深い位置に達する粒子線ビームの成分は、リッジフィルタの通過パス長が短いため、リッジフィルタであまり散乱を受けず、ビームサイズはそれ程変化しない。これに対して、患部の浅い位置における粒子線ビームの成分は、リッジフィルタの通過パス長が長いため、リッジフィルタによって大きく散乱の影響を受け、ビームサイズが拡大する。つまり、リッジフィルタの影響により、患部の深い位置と浅い位置とでビームサイズが異なってくる。このため、患部の深い位置と浅い位置での、線量分布平坦度を確保するための条件が異なり、患部領域全域にわたって線量分布の平坦度（通常は±２．５％以内）を確保するのが難しくなる。
【００１０】
この問題を解決するため、通常は患部の浅い位置に対して線量分布平坦度を確保できるよう条件を合わせることが行われる。患部の浅い位置ではビームサイズが大きいため、平坦度を確保するにはより大きな範囲をビーム走査することになる。
【００１１】
患部サイズに対して大きな範囲をビーム走査することは、患部に照射されるビーム量の割合（ビーム利用効率）が低下することになり、照射時間の増大をもたらす。また、粒子線ビームを走査するためのワブラー電磁石を励磁する電源（ワブラー電源）に対して要求される出力電流値が大きくなり、コストアップをもたらす。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、粒子線ビームの走査範囲や照射時間を拡大することなく、患部の深さ方向の全域に渡って所望の線量分布平坦度を確保することができる粒子線ビーム照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明に係る粒子線ビーム照射装置は、粒子線ビームをビーム進行方向と直交する方向に走査するビーム走査部と、前記粒子線ビームのビーム幅を所定のビーム幅に拡大する散乱体と、前記粒子線ビームの体内飛程を、患部のビーム進行方向の大きさに合わせて分散し拡大するビーム飛程拡大装置と、体内飛程が分散、拡大された前記粒子線ビームの最深体内飛程を、前記患部の奥側の外郭形状に合致させる補償フィルタと、前記ビーム進行方向と直交する面における前記患部の外周形状の外側へのビーム照射を遮蔽するコリメータと、前記ビーム進行方向と直交する面における線量分布の平坦度を測定する平坦度モニタと、を備え、前記各構成品は、前記患部に近い方から、前記補償フィルタ、前記コリメータ、前記ビーム飛程拡大装置、前記平坦度モニタ、前記散乱体、前記ビーム走査部、の順に配置される、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る粒子線ビーム照射装置によれば、粒子線ビームの走査範囲や照射時間を拡大することなく、患部の深さ方向の全域に渡って所望の線量分布平坦度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の粒子線ビーム照射装置の構成と、粒子線ビーム照射時の各構成品の配置を示す図。
【図２】従来の粒子線ビーム照射装置の構成と、患部の位置合わせ時の各構成品の配置を示す図。
【図３】らせんワブラー法のビーム走査パタンの一例を示す図。
【図４】リッジフィルタを通過する粒子線ビームの成分と通過パスの関係を模式的に示す図。
【図５】リッジフィルタの影響によって、患部の最深位置と最浅位置とで線量分布の形状が大きく異なるという、従来の問題点を説明する図。
【図６】本発明の一実施形態に係る粒子線ビーム照射装置の構成と、粒子線ビーム照射時の各構成品の配置を示す図。
【図７】本発明の一実施形態に係る粒子線ビーム照射装置の構成と、患部の位置合わせ時の各構成品の配置を示す図。
【図８】本発明の一実施形態に係る粒子線ビーム照射装置の構成と各構成品の配置によって得られる効果を説明する第１の図。
【図９】本発明の一実施形態に係る粒子線ビーム照射装置の構成と各構成品の配置によって得られる効果を説明する第２の図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る粒子線ビーム照射装置の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１７】
（１）従来の粒子線ビーム照射装置とビーム照射方法
図１は、本実施形態に係る粒子線ビーム照射装置１に対する比較例として、従来の粒子線ビーム照射装置１００の構成を示す図である。
【００１８】
粒子線ビーム照射装置１００は、正線量計２、副線量計３、Ｘ用ワブラー電磁石４、Ｙ用ワブラー電磁石５、散乱体６、中性子シャッタ７、リッジフィルタ(ビーム飛程拡大装置)８、レンジシフタ（ビーム飛程調整装置）９、平坦度モニタ１０、ビーム位置モニタ１１、Ｘ線管１２、Ｘ線駆動機構１３、４枚ばねコリメータ１４、多葉コリメータ１５、ボーラス（補償フィルタ）１６、フラット・パネル・ディテクタ（ＦＰＤ）１７等を備えて構成されている。
【００１９】
サイクロトロン等の加速器を具備する粒子線ビーム生成装置（図示せず）で生成された粒子線ビームは、正線量計２を透過する。
【００２０】
正線量計２は、照射する線量を測定するためのものである。正線量計２の検出部としては、筐体内にて粒子線の電離作用により生じた電荷を平行電極で収集する電離箱や、筐体内に配置された二次電子放出膜から放出される二次電子を計測するＳＥＭ装置などが用いられる。正線量計２と同じ構成をもつ副線量計３が正線量計２の下流側に配置されており、正線量計２のバックアップとして用いられる。例えば、正線量計２と副線量計３で検出する線量の値が異なれば異常が発生したとしてインターロック信号が発せられ、粒子線ビームの照射を停止する。
【００２１】
Ｘ用およびＹ用ワブラー電磁石４、５は、ワブラー電磁石４、５に入射した粒子線ビームを、ビーム進行方向（ビーム軸方向）と直行する面に２次元（Ｘ方向、Ｙ方向）で走査する。Ｘ用およびＹ用ワブラー電磁石４、５でビーム走査部を構成する。粒子線ビームの走査位置（Ｘ、Ｙ）は、ワブラー電磁石４、５の夫々に接続されたワブラー電源（図示せず）の出力電流を制御することで設定される。
【００２２】
散乱体６は、ターゲット（患部５０）位置においてビームを適切なビームサイズ（ビームのスポット径）に拡大するためのものであり、鉛やタンタルなどの重金属の膜で構成されている。
【００２３】
中性子シャッタ７は、治療室６０と前室６１（Ｘ用およびＹ用ワブラー電磁石４、５等が配置される部屋）とを仕切る壁６３に埋め込まれており、必要なとき（治療を行うとき）以外はシャッタを閉じることでビームを遮断し、治療室６０内の患者や医療スタッフの安全を確保している。
【００２４】
リッジフィルタ（ビーム飛程拡大装置）８は、粒子線ビームの体内飛程を、患部５０のビーム軸方向の大きさに合わせて分散し拡大する。単エネルギー粒子線ビームは非常にシャープな体内深さ方向のピーク線量をもつ。このピーク線量はブラッグピークと呼ばれる。リッジフィルタ８は、患部５０のビーム軸方向の大きさ（長さ）に対応するようにブラッグピークを分散し拡大するためのものである。リッジフィルタ８は、アルミニウム製の棒片（バー）が複数並べられて構成されている。これら棒片はほぼ二等辺三角形の形状を持ち、この棒片を粒子線ビームが通過するときの経路長の違いによって、ビーム停止位置、即ち体内飛程が変化するようになっている。リッジフィルタ８は、通常ワブラー法およびらせんワブラー法で共通のものが使用される。ただし、後述する積層原体照射法と呼ばれる方法のためのリッジフィルタは、スライス間隔に合わせてビーム飛程を拡大するため、高さの短い棒片のリッジフィルタが使用される。
【００２５】
レンジシフタ（体内飛程調整装置）９は、体内患部５０内のビーム軸方向の位置（Ｚ）を調整する。リッジフィルタ８で体内飛程が拡大されている場合、患部５０の最も深い位置（最深体内飛程）がレンジシフタ９で調整されることになる。レンジシフタ９は、複数の厚さのアクリル板から構成されており、これらアクリル板を組み合わせることによりレンジシフタ９を通過するビームエネルギー、すなわち体内飛程を調整する。この体内飛程の調整はサイクロトロン等の粒子線ビーム生成装置側でも行うことができるが、微調整はレンジシフタ９を用いる方が簡単であるため、もっぱらレンジシフタが用いられる。
【００２６】
上述したワブラー法は、患部５０全体を一度に照射する方法であるが、これに対して積層原体照射法は、患部５０をビーム軸方向の複数のスライスに分割し、スライス毎に順次ビーム照射を行う方法である。積層原体照射法の場合、スライスの位置に合わせてレンジシフタのアクリル板の挿入厚を順次段階的に変化させながら照射する。
【００２７】
平坦度モニタ１０は、照射ビームが平坦な線量分布を形成しているか否かを確認するためのモニタである。粒子線ビームの照射中（治療中）は、図１に示すように粒子線ビームの経路上に配置される。
【００２８】
一方、ビーム位置モニタ１１は、治療開始前などにワブラー電磁石４，５に電流を流さない条件でビーム位置が正しいことを確認するためのモニタである。
【００２９】
また、Ｘ線管１２はＸ線を発生させ、患者の奥側に対向して設置されるＦＰＤ１７により患者の透視画像を取得することによって、患者の患部５０が正しい位置に設置できているか否かを確認する。
【００３０】
平坦度モニタ１０、ビーム位置モニタ１１、およびＸ線管１２は同一の駆動機構（Ｘ線管駆動機構１３）に取り付けられ、ビーム照射時、ビーム位置確認時、および透視画像撮影時の夫々に応じて配置を替えて使用される。
【００３１】
４枚ばねコリメータ１４および多葉コリメータ１５（両者を合わせて単にコリメータと呼ぶ場合もある）は、ビーム進行方法と直交する面における患部５０の外周形状の外側へのビーム照射を遮蔽するためのものである。
【００３２】
多葉コリメータ１５は、厚さ３ｍｍ程度の真ちゅう製あるいは鉄製のリーフを多数組み合わせたものであり、各リーフの位置を電動あるいはエアシリンダで調整することにより、患部形状に合わせて開閉することができる。
【００３３】
４枚バネコリメータ１４は、多葉コリメータ１５のリーフの隙間からビームがもれ出るのを抑制するためのコリメータである。
【００３４】
なお、積層原体照射法の場合は多葉コリメータ１５および４枚バネコリメータ１４はスライス毎に位置を変更しながら照射される。
【００３５】
ボーラス（補償フィルタ）１６は、ポリエチレン製のブロックの内側が患部形状に合わせて繰りぬかれたものである。ボーラス１６によってビーム停止位置（最深体内飛程）を患部５０の奥側の外郭形状に合致させている。
【００３６】
上述した各構成品を用いて粒子線ビームの照射が行われる。以下では、ワブラー照射法のうち、らせんワブラー法の手順について概略説明する。
【００３７】
まず、治療台（図示なし）に患者を載せ、患者の患部５０の中央がビーム軸中心（アイソセンター５１）にくるよう治療台を移動する。
【００３８】
続いて、図２に示すように、Ｘ線管駆動機構１３を用いてＸ線管１２をビーム軸上に配置し、患者に対してＸ線管１２が対向する位置にＦＰＤ１７を配置する。そして、Ｘ線管１２とＦＰＤ１７を用いて患部周辺のＸ線透視画像を取得して、そのＸ線透視画像とあらかじめ取得しておいた参照画像と比較する。Ｘ線透視画像の患部５０に位置と、参照画像の患部５０の位置が一致していれば位置決めは終了する。一方、位置にずれがあればずれ分だけ治療台を移動（ずれ補正）する。治療台を移動するたびにＸ線透視画像を取得して参照画像との比較し、患部５０の位置が一致するまでずれ補正を行う。
【００３９】
患者の位置決めが終了すると、患部の最深位置（最深体内飛程）に合わせて加速器から出射されるビームエネルギーが選ばれる。このビームエネルギーに対して、加速器を形成する多数の電磁石の電流値を設定する必要があるので、通常は数点の設定値のなかから選ばれる。そして、最深体内飛程の微調整（０．５ｍｍ程度の調整）はビーム飛程調整装置であるレンジシフタ９の挿入厚を調整することによって行われる。
【００４０】
並行して、患部５０のビーム軸方向の長さの最大値に対応させて体内飛程を深さ方向に拡大するため、数種類あるリッジフィルタの中から一つのリッジフィルタ８が選択される。
【００４１】
また、患部形状をもとに製作されたボーラス（補償フィルタ）１６を多葉コリメータ１５のビーム下流側に取り付ける。その後、患部５０のビーム断面形状に対応させて多葉コリメータ１５の開口形状が設定される。
【００４２】
また、患部５０のビーム断面形状を十分覆うように、散乱体６の厚さと、ワブラー法によってビームを走査する範囲の最大半径（この最大半径をワブラー半径と呼ぶ）が設定される。ビームの走査は図示しないワブラー電源（Ｘ、Ｙ）のあらかじめ決められた出力電流波形にしたがって行われ、ビームを走査する最大半径とビームエネルギーに紐付けられた係数をあらかじめ決められた出力電流波形に積算することで各々の患部５０ビーム断面サイズに適用する。
【００４３】
らせんワブラー法では、ワブラー電磁石で走査されるビームが描く軌道は、以下の（式１）〜（式３）となる（非特許文献３）。
【数１】
2011120810.tif 000003
【００４４】
ここで、Ｆはビーム軌道の水平成分と垂直成分、Ｔは径方向の動作周期、ωは回転の各周波数、ｎは整数である。また、Ａはワブラー半径、Ｒは照射野径（半径）、σはビームサイズである。
【００４５】
図３は、らせんワブラー法によるビーム走査の概念を示す図である。らせんワブラー軌道としては、（式１）−（式３）の軌道を修正したものも使用することができるが、その場合にも本発明が適用可能であり、同様の効果が得られるため、説明は省略する。
【００４６】
次に散乱体６の厚さの設定を行う。散乱体の厚さは、患部の最深位置でビームサイズが標準偏差σ≧２．５ｃｍになるように設定される。ビームサイズがσ＜２．５ｃｍでは形成される線量分布の平坦度が低下する。つまり、粒子線ビームのピークでの線量とビームとビームの間の位置での線量との差が大きくなり、線量分布に許容範囲以上の凹凸が生じる。他方、ビームサイズが２．５ｃｍより大きい場合は、平坦度±２．５％以内という基準は確保できるものの、ビームサイズが大きくなるにしたがって、同じビーム軌道に対して平坦度を確保できる範囲が小さくなる。
【００４７】
上記のような各構成品に対する設定が完了すると、加速器からは設定されたエネルギーの粒子線ビームが出射され、患部５０に対する照射が行われる。
【００４８】
患者位置決め後には平坦度モニタ１０がビーム軸上に移動され、照射時において患部に照射されるビームが形成する分布の平坦度を監視する。万一、平坦度に異常があれば、インターロック信号を出力する。加速器はインターロック信号を受信するとビーム出射を停止するようになっている。
【００４９】
患部５０に照射される線量は正線量計２で計測され、あらかじめ設定された線量に達すると粒子線ビームの出射が停止され、照射が完了する。
【００５０】
このような装置構成・手順で照射されるらせんワブラー法において、次のような問題がある。
【００５１】
図４は、リッジフィルタ８を通過するビーム成分を図示したものである。リッジフィルタ８は、パスＡで示したようにリッジフィルタ８のバー８０をほとんど通過しない成分から、パスＢで示したようにリッジフィルタ８のバー８０をすべて通過する成分までを混ぜ合わせることによってビームの体内飛程を分散し、拡大している。パスＡを通る成分は損失が最も少なく、患部５０の最深位置に達するビーム成分である。一方、パスＢを通る成分は損失が最も大きく、患部５０の最も浅い位置に達するビーム成分である。
【００５２】
粒子線ビームがリッジフィルタ８のバー８０を通過する間に散乱を受けるが、パスＢはバー８０を通る距離が最も長いため散乱の影響を最も受け、この成分（患部５０の最浅位置のビーム成分）のビームサイズが最も広がってしまうことになる。一方、パスＡはバーを通る距離が最も短いため散乱の影響を最も受けず、この成分（患部５０の最深位置のビーム成分）のビームサイズの広がりは最も小さい。
【００５３】
このため、図５に示すように、患部の最深位置での線量分布と、最浅位置での線量分布とでは異なった分布形状を示すことになる。図５から判るように、最深位置での線量分布は中心部をほとんどが平坦な領域となるが、最浅位置での線量分布は、中心部の平坦な領域が少なく両端に向かって緩やかな傾斜で減少する傾向を示す。つまり、患部５０の最浅位置での平坦度は、最深位置の平坦度よりも低い。
【００５４】
患部５０の浅い位置から深い位置まで、所定の平坦度を確保するためには、平坦度の低い方の線量分布、即ち、最浅位置での線量分布の平坦度が所定の基準を満たすように、ワブラー半径Ａを（式１）〜（式３）から決めざるを得ない。
【００５５】
このため、大きなワブラー半径をもって照射野分布を形成する必要がある。大きなワブラー半径を得るためにワブラー電源の出力電流値を大きくする必要があり、電源コストが高くなってしまう。
【００５６】
また、図５から判るように、患部領域に比べてワブラー半径、すなわちビームが走査される範囲が大きいため、患部領域に照射される粒子線ビームの割合（ビーム利用効率）が小さくなってしまう。この結果、照射時間の長時間化をもたらすことになる。
【００５７】
他方、積層原体照射法は、前述したように、患部を深さ方向に複数個の領域（スライス）に分割し、スライス毎に多葉コリメータの形状を調整して模擬的に３次元的な照射を行う方法である。積層原体照射法による照射装置およびその構成は図１と同じであるが、リッジフィルタは積層原体照射法用のものに変更する。これは、積層原体照射法ではスライス幅分だけビーム軸方向に拡大するためである。
【００５８】
積層原体照射法における照射の手順は以下のとおりである。なお、ここではビームの拡大はらせんワブラー法により行われるものとする。
【００５９】
患者の位置決めから各構成品の設定が完了するまでの手順は概ね上述と同様である。ただし、リッジフィルタ８は積層原体照射用のものが選択され、レンジシフタ９は最深スライスにビームが停止するよう設定される。また、多葉コリメータ１５は最深スライスの形状に合わせて設定される。
【００６０】
各構成品の設定が完了すると、加速器からは設定されたエネルギーのビームが出射され、患部の最深スライスの照射が行われる。このとき、最深スライスに照射される線量は正線量計２で計測され、あらかじめ設定された線量に達するとビームの出射が停止され、スライスの切り換えが行われる。
【００６１】
スライスの切り換えでは、次のスライスの位置に対応するようレンジシフタ９の設定が行われ、また次のスライスの形状に合わせて多葉コリメータ１５の開口形状が変更される。これらが完了後に再度、ビームの出射が開始され、正線量計２の監視のもと、該当するスライスに対してあらかじめ設定された線量の照射が行われる。順次、この手順を患部５０の長さ方向の全領域にわたり行っていく。
【００６２】
このような手順で照射される積層原体照射においても、前述した問題と類似した次のような問題がある。
【００６３】
患部５０の最も浅い位置を照射するときには、レンジシフタ９の挿入厚が大きくなっている。一方、患部５０の最も深い位置を照射するときには、レンジシフタ９の挿入厚は小さくなっている。このため、患部５０の最深位置でのビームサイズに比べて患部の最も浅い位置でのビームサイズは大きくなってしまう。このため、前述した問題と同様に、患部５０の最浅位置での平坦度は、最深位置の平坦度よりも低くなり、患部５０の浅い位置から深い位置まで、所定の平坦度を確保するためには、最浅位置での線量分布の平坦度が所定の基準を満たすように、ワブラー半径Ａを（式１）〜（式３）から決めざるを得ない。
【００６４】
このため、前述の問題と同様に、大きなワブラー半径をもって照射野分布を形成する必要があり、ワブラー電源の出力電流値増大に伴って電源コストが高くなってしまう。また、ビーム利用効率も小さく、照射時間が長くなる。
【００６５】
（２）本実施形態に係る粒子線ビーム照射装置とビーム照射方法
図６は、本発明の実施形態に係る粒子線ビーム照射装置１の構成を示す図である。図６に示す各構成品の種類や数は、従来の粒子線ビーム照射装置１００（図１）と同じであり、対応する構成品には同じ符号を付している。
【００６６】
本実施形態に係る粒子線ビーム照射装置１と、従来の粒子線ビーム照射装置１００との第１の相違点は、各構成品の配置順序にある。
【００６７】
従来の粒子線ビーム照射装置１００では、粒子線ビーム照射中の各構成品は、図１（或は非特許文献１のFig.２）に示すように、患部５０に近い方から、ボーラス（補償フィルタ）１６、コリメータ（多葉コリメータ１５、４枚ばねコリメータ１４）、平坦度モニタ１０、レンジシフタ（ビーム飛程調整装置）９、リッジフィルタ（ビーム飛程拡大装置）８、散乱体６、ビーム走査部の順に配置されている。
【００６８】
これに対して、本実施形態に係る粒子線ビーム照射装置１では、図６に示すように、患部５０に近い方から、ボーラス（補償フィルタ）１６、コリメータ（多葉コリメータ１５、４枚ばねコリメータ１４）、リッジフィルタ（ビーム飛程拡大装置）８、レンジシフタ（ビーム飛程調整装置）９、平坦度モニタ１０、散乱体６、ビーム走査部の順に配置されている。また、リッジフィルタ８は可能なかぎりコリメータに近接させて配置している。
【００６９】
粒子線ビーム照射装置１の配置の要点は、リッジフィルタ８を可能な限り患部５０に近づけ、リッジフィルタ８と患部５０との距離が極力小さくなるようにしている点である。
【００７０】
ボーラス（補償フィルタ）１６とコリメータ（多葉コリメータ１５、４枚ばねコリメータ１４）は、粒子線ビームの照射範囲を患部５０の形状に精度よく合致させる必要性から、患部５０に再接近させて配置せざるを得ないが、リッジフィルタ８をコリメータの次に配置し、リッジフィルタ８をコリメータに近接させることにより、リッジフィルタ８と患部５０との距離が最大限小さくなるようにしている。
【００７１】
また、従来の粒子線ビーム照射装置１００では、レンジシフタ９はリッジフィルタ８よりも患部５０に近い位置に配置されているが、本実施形態に係る粒子線ビーム照射装置１では、この順序を逆にして、リッジフィルタ８をレンジシフタ９よりも患部５０に近い位置に配置している。
【００７２】
本実施形態に係る粒子線ビーム照射装置１と、従来の粒子線ビーム照射装置１００との第２の相違点は、患部５０の位置決め時におけるＸ線管１２とＦＰＤ１７の位置である。
【００７３】
従来の粒子線ビーム照射装置１００では、図２に示すように、Ｘ線管１２は、レンジシフタ９とコリメータとの間に配置されおり、ＦＰＤ１７は粒子線ビームの照射元から見て患者５０の奥側に配置されている。これに対して、本実施形態に係る粒子線ビーム照射装置１では、この位置関係を逆転させ、患者の奥側にＸ線管１２を配置し、患者５０とコリメータの間にＦＰＤ１７を配置する構成としている。この結果、本実施形態に係る粒子線ビーム照射装置１では、患者５０を中心としたＸ線管１２とＦＰＤ１７との距離を、従来の粒子線ビーム照射装置１００よりも近づけることができる。
【００７４】
本実施形態に係る粒子線ビーム照射装置１を用いて粒子線ビームの照射（ワブラー法）を行う手順について以下に説明する。
【００７５】
まず、治療台（図示せず）に患者を載せ、患者の患部５０の中央がビーム軸中心（アイソセンター５１）にくるよう治療台を移動する。
【００７６】
続いて、駆動機構（図示せず）を用いてボーラス（補償フィルタ）１６とＦＰＤ１７を移動させ、ＦＰＤ１７を多葉コリメータ１５後方のビーム軸上に配備する（図７参照）。そして、Ｘ線管１２とＦＰＤ１７を用いて患部５０周辺のＸ線透視画像を取得して、その透視画像とあらかじめ取得しておいた参照画像とを比較する。取得した透視画像の患部５０の位置が参照画像の患部５０の位置と一致していれば位置決めは終了する。一方、両者の患部５０の位置にずれがあればずれ分だけ治療台を移動（ずれ補正）する。治療台を移動するたびにＸ線透視画像を取得し、参照画像との比較し、位置が一致するまでずれ補正を行う
このようにして位置決めが完了すると、駆動機構を用いてＦＰＤ１７を多葉コリメータ１６の後方の位置から退避させ、替わりにボーラス（補償フィルタ）１６を多葉コリメータ１６の後方のビーム軸上の位置へ移動させる（図６参照）。
【００７７】
各構成品に対する設定の手順、および粒子線ビームの照射開始から照射終了までの手順は前述した従来の粒子線ビーム照射装置１００に対する手順と同じであり、説明を省略する。
【００７８】
本実施形態に係る粒子線ビーム照射装置１では、リッジフィルタ８を可能な限り患部５０に近づけ、リッジフィルタ８と患部５０との距離が極力小さくなるようにしている。
【００７９】
一方、前述したように、粒子線ビームはリッジフィルタ８を通過する間に散乱を受け、患部５０の最浅位置のビーム成分はビームサイズが最も広がり、患部５０の最深位置のビーム成分のビームサイズの広がりは最も小さい。より具体的には、リッジフィルタ８のバー８０のうち、通過パスの長い領域を通るビーム成分（患部５０の浅い位置を照射するビーム成分）は大きな散乱を受けてビーム幅が広がり、通過パスの短い領域を通るビーム成分（患部５０の深い位置を照射するビーム成分）はあまり散乱を受けないため、ビーム幅の広がりも小さい。
【００８０】
図８は、リッジフィルタ８によって広がったビーム幅と、患部５０の位置におけるビームサイズ（ビームのスポット径）との関係を模式的に示したものである。
【００８１】
従来の粒子線ビーム照射装置１００では、図８（ａ）に示すように、リッジフィルタ８から患部５０までの距離が大きいため、ビーム幅の広がりの差異の影響を大きく受け、患部５０の最浅位置でのビームサイズと最深位置でのビームサイズとの差は大きく異なる。
【００８２】
これに対して、本実施形態に係る粒子線ビーム照射装置１では、図８（ｂ）に示すように、リッジフィルタ８から患部５０までの距離が小さいため、ビーム幅の広がりの差異の影響をほとんど受けず、患部５０の最浅位置でのビームサイズと最深位置でのビームサイズはほとんど同じとなる。
【００８３】
この結果、本実施形態に係る粒子線ビーム照射装置１では、図９に示すように、患部の最深位置での線量分布と、最浅位置での線量分布とで、ほぼ同じ分布形状を示すことになる。また、患部５０の領域全域にわたって、最深位置の線量分布と最浅位置の線量分布はいずれも良好な平坦度を確保できるようになる。
【００８４】
このため、必要となるワブラー半径は従来の粒子線ビーム照射装置１００で必要とされたワブラー半径（図５参照）よりも小さくなり、ワブラー半径を与えるためのワブラー電源の出力電流値も小さくなり、電源コストを小さくすることができる。
【００８５】
また、患部領域とワブラー半径、すなわちビームが走査される範囲の差異が小さくなるため、患部領域に照射される粒子線ビームの割合（ビーム利用効率）も小さくなり、照射時間を短縮することができる。
【００８６】
一方、積層原体照射法では、レンジシフタ９の挿入厚を調整することによってスライス位置を調整するが、レンジシフタ９の挿入厚によってビームの散乱の程度が異なり、患部の浅い位置のスライスに照射するときの方が、患部の深い位置のスライスに照射するときに比べるとビーム幅は大きくなる。しかしながら、本実施形態に係る粒子線ビーム照射装置１では、レンジシフタ９の位置も従来の粒子線ビーム照射装置１００に比べると、患部５０に近い位置に配置されている。このため、リッジフィルタ８を患部５０に近づけて配置することのよって得られる上記の効果と同様の効果が、レンジシフタ９を患部５０に近づけて配置することによっても得られる。
【００８７】
リッジフィルタ８とレンジシフタ９はともにビームを散乱し、患部位置におけるビームサイズを大きくするようにはたらく。しかしながら、レンジシフタ９はアクリル等の有機材料が使用されるので散乱効果はそれ程大きくない。これに対して、リッジフィルタ８は、アルミニウムなどの金属で構成されており、散乱効果はレンジシフタ９に比べると大きい。したがって、患部５０に近い位置にリッジフィルタ８を配置し、そのビーム上流にレンジシフタ９を配置した方が、散乱効果の大きなリッジフィルタ８をより患部５０に近づけることが可能となり、患部５０の最浅位置と最深位置におけるビームサイズの差をより小さくすることができる。
【００８８】
さらに、本実施形態における粒子線ビーム照射装置１では、図７に示したように、患部５０の位置あわせ時に、多葉コリメータ１５に近接してそのビーム下流側にＦＰＤ１７を配置し、患者を挟んでＦＰＤ１７と逆側にＸ線管１２を配置している。ＦＰＤ１７とＸ線管１２の配置をこのようにすることによって、従来に比べてＦＰＤ１７とＸ線管１２との間の距離を短くすることができる。このため、ＦＰＤ１７が受けるＸ線量が増加し、従来の粒子線ビーム照射装置１００に比べてより鮮明な画像を取得できるようになる。この結果、画像処理によりずれ量を算出することが容易になり、患者位置決め時間が短縮化され、患者の負荷が低減される。
【００８９】
なお、本発明は上記の実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。
【符号の説明】
【００９０】
１  粒子線ビーム照射装置
４  Ｘ用ワブラー電磁石（ビーム走査部）
５  Ｙ用ワブラー電磁石（ビーム走査部
６  散乱体
８  リッジフィルタ(ビーム飛程拡大装置)
９  レンジシフタ（ビーム飛程調整装置）
１０  平坦度モニタ
１１  ビーム位置モニタ
１２  Ｘ線管
１４  ４枚ばねコリメータ（コリメータ）
１５  多葉コリメータ（コリメータ）
１６  ボーラス（補償フィルタ）
１７  ＦＰＤ（フラット・パネル・ディテクタ）
【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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