(57)【要約】【課題】著しいエミッタンス増大を引き起こさずに粒子ビームのエネルギーを分解する機構を提供する。【解決手段】減少させたエミッタンス増大に、粒子ビームのエネルギーを減衰させるためのエネルギー分解デバイス。エネルギー分解器は、表面に浅い角度で入射するビーム粒子を優先的に散乱させ得るエミッタンス制御材料を備える。一手法では、エネルギー分解器は、低Ｚ材料と高Ｚ材料の交互層を含み、低Ｚ物資は、散乱によってビーム粒子のエネルギーを減衰させる役割を果たし、高Ｚ材料は、ビーム粒子をビーム軸に向けて散乱し返すことでエミッタンス増加を抑制する役割を果たす。別の手法では、エネルギー分解器は、カーボンナノチューブ、または粒子ビームの入射方向に実質的に配向された配向結晶構造を有する材料から成る。カーボンナノチューブは、ビーム粒子を中心ビーム軸に向けて優先的に散乱させ、またそのエネルギーを減衰させる役割を果たす。【選択図】図４Ａ
2019084426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線治療システムであって、
粒子ビームを生成するように動作可能な加速器と、
前記加速器に連結され、粒子散乱によって前記粒子ビームのエネルギーを減衰させるように動作可能なエネルギー分解器であって、前記粒子散乱が前記粒子ビームの空間的エミッタンス増大を引き起こし、前記エネルギー分解器が、粒子相互作用によって前記空間的エミッタンス増大を抑制するように動作可能な第１の材料を備える、エネルギー分解器と、
を備える、前記放射線治療システム。
【請求項２】
前記エネルギー分解器が、前記粒子散乱によって前記粒子ビームのエネルギーを減衰させるように動作可能な第２の材料をさらに備え、前記第１の材料および前記第２の材料が、実質的に異なる原子量または分子量を有する、請求項１に記載の放射線治療システム。
【請求項３】
前記第２の材料が、ルーサイトとグラファイトとＡｌとＣとＢｅとから成る群から選択され、前記第１の材料が、ＷとＰｂとＴａとから成る群から選択される、請求項２に記載の放射線治療システム。
【請求項４】
前記エネルギー分解器が、第２の層と第３の層とによって挟まれた第１の層を備え、前記第１の層が前記第２の材料から作られ、前記第２の部材および前記第３の部材が前記第１の材料から作られ、前記第１の層、前記第２の層、および前記第３の層が、前記粒子ビームの入射方向に並行であり、前記エネルギー分解器が回転可能である、請求項２に記載の放射線治療システム。
【請求項５】
前記エネルギー分解器が、前記粒子ビームの入射方向に沿って多数のセクションを備え、各セクションが、前記第１の材料と前記第２の材料とから作られている複数の交互層を備え、前記複数の交互層が前記入射方向に並行であり、各２つの連続するセクションの層が互いに垂直に配置されている、請求項２に記載の放射線治療システム。
【請求項６】
前記エネルギー分解器が、前記粒子ビームの入射方向に沿って伸長された、実質的に円筒形であり、前記エネルギー分解器が、前記第１の材料と前記第２の材料とから作られている複数の同心円交互層を備え、さらに、各層が約１ｍｍの厚さである、請求項２に記載の放射線治療システム。
【請求項７】
前記第１の材料が、前記粒子ビームのほぼ入射方向に配向されたカーボンナノチューブを備える、請求項１に記載の放射線治療システム。
【請求項８】
前記粒子ビームが、陽子ビームと中性子ビームと電子ビームとＨｅ2+ビームとＣ6+ビームとから成る群から選択されたビームを備える、請求項７に記載の放射線治療システム。
【請求項９】
構台をさらに備え、前記エネルギー分解器材料が前記構台に一体化されている、請求項１に記載の放射線治療システム。
【請求項１０】
前記分解器材料が真空室内に配置されている、請求項１に記載の放射線治療システム。
【請求項１１】
粒子散乱によって粒子ビームのエネルギーを減衰させるように構成されたエネルギー分解器であって、前記粒子散乱が、前記粒子ビームのビーム直径拡大を引き起こし、前記エネルギー分解器が、粒子相互作用によって前記ビーム直径拡大を抑制するように動作可能な第１の材料を備える、前記エネルギー分解器。
【請求項１２】
複数の可動部材を備え、各可動部材が、前記第１の材料と前記第２の材料とを備える、請求項１１に記載のエネルギー分解器。
【請求項１３】
前記粒子ビームのエネルギーを減衰させるように動作可能な第２の材料をさらに備え、前記第１の材料および前記第２の材料が、実質的に異なる原子量または分子量を有し、前記第２の材料が、ルーサイトとグラファイトとＡｌとＣとＢｅとから成る群から選択され、前記第１の材料が、ＷとＰｂとＴａとから成る群から選択される、請求項１１に記載のエネルギー分解器。
【請求項１４】
前記エネルギー分解器が、１つまたは複数のセクションを前記粒子ビームの入射方向に沿って備え、各セクションが、前記第１の材料と前記第２の材料とから作られている、それぞれの複数の交互層を備え、各２つの隣接するセクション内の層が異なる方向に配向されている、請求項１３に記載のエネルギー分解器。
【請求項１５】
前記第１の材料が、前記粒子ビームのほぼ入射方向に配向されたカーボンナノチューブを備える、請求項１１に記載のエネルギー分解器。
【請求項１６】
前記粒子ビームが、陽子ビームと中性子ビームと電子ビームとＨｅ2+ビームとＣ6+ビームとから成る群から選択されたビームを備える、請求項１０に記載のエネルギー分解器。
【請求項１７】
制御されたエネルギーの粒子ビームを生成するように構成されたシステムであって、
粒子源に連結されたサイクロトロンと、
前記サイクロトロンに連結され、前記粒子ビームを目標に向けるように動作可能なビーム線アセンブリと、
前記ビーム線アセンブリ内に配置され、粒子散乱によって前記粒子ビームのエネルギーを減衰させるように構成されたエネルギー分解器であって、前記粒子散乱が、前記粒子ビームのビーム直径拡大を引き起こし、前記エネルギー分解器が、粒子相互作用によって前記ビーム直径拡大を抑制するように動作可能な第１の材料を備える、エネルギー分解器と、
を備える、前記システム。
【請求項１８】
前記エネルギー分解器が、前記粒子ビームのエネルギーを減衰させるように動作可能な第２の材料を備え、前記第１の材料および前記第２の材料が、実質的に異なる原子量または分子量を有する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記エネルギー分解器が、前記第１の材料と前記第２の材料から作られる複数の交互層を備え、各層が、前記粒子ビームの入射方向に並行に配置されている、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記エネルギー分解器が、前記粒子ビームのほぼ入射方向に配向されたカーボンナノチューブを備える、請求項１７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（相互参照）
本出願は、２０１３年３月１５日に出願された、「ＨＩＧＨ  ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ  ＤＥＧＲＡＤＥＲ  ＦＯＲ  ＲＡＤＩＡＴＩＯＮ  ＥＮＥＲＧＹ  ＳＥＬＥＣＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭ」という表題の、米国仮特許出願第６１／７９３，８５７の優先権を主張する。前述の特許出願は、すべての目的のために、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
本開示の実施形態は、一般に、医療機器に関し、より具体的には、放射線治療デバイスに関する。
【０００３】
たとえば、腫瘍の放射線治療のために使用される典型的な陽子治療システムでは、加速器、たとえば、サイクロトロンまたはシンクロトロンの中で、後にエネルギー分解とエネルギー選択とを通して所定のエネルギーレベルに調整され得る固定エネルギーレベルで、陽子ビームを生成することができる。加速器の近くに配置されたエネルギー分解器は、陽子ビームのエネルギーを減少させるために一般的に使用される。たとえば、サイクロトロンは、約４Ｐｉ−ｍｍ−ｍＲａｄのエミッタンスを有する２５０ＭｅＶ陽子の陽子ビームを生成することができる。エネルギー分解器は、たとえば、０．１ＭｅＶずつ、２５０ＭｅＶから７０ＭｅＶまでエネルギーを減少させるために使用され得る。
【０００４】
ビーム粒子とエネルギー分解器材料との間の粒子散乱のために、エネルギー分解器から出力するビームは、通常、最終治療ビームの品質を減少させる、所望の最終ビームエネルギーの辺りを中心としたエネルギーの広がりと、方向変動とを有する。言い換えると、エネルギー分解器は、ビームのエミッタンス増加を引き起こす。
【０００５】
従来、エネルギー分解器は、小さい原子番号を有する材料から成る。図１は、先行技術によるエネルギー分解器１０１内の粒子散乱によって引き起こされる、粒子エミッタンス増大を示した図である。エネルギー分解器は、たとえば、（明示的に図示されていない）６つの構成ウェッジを有するグラファイトのブロックから作られ得、ウェッジの位置、したがって、ビームがそれを通過して伝わる材料の厚さを調整することによって、出力ビームエネルギーを変化させることができる。図示する通り、入射陽子ビーム１０２がエネルギー分解器１０１を通り抜けるにつれて、ビーム１０２の散乱がグラファイト１０１で発生し、ビーム１０３がエネルギー分解器から出力するにつれて、空間的エミッタンスの大幅な増加となる。言い換えると、ビーム１０２は、エネルギー範囲がシフトし、空間的に散乱したより広いビーム１０３になる。
【０００６】
下流のビーム輸送線が、通常、限られたエミッタンス受容を有するために、散乱したビームは視準され、それによって、加速器から抽出された最初のビームのほんの一部のみが、下流での放射線使用のために運ばれ得る。エネルギー分解器によって引き起こされるエミッタンス増大およびエネルギー選択システム（ＥＳＳ）による関連視準は、特に、エネルギー分解器がビームを低レベル、たとえば、１％に減衰させるように構成されている時に、ＥＳＳの非常に低いビーム送信効率を不必要に引き起こす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、著しいエミッタンス増大を引き起こさずに粒子ビームのエネルギーを分解する機構を提供することは有利になり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そのため、本開示の実施形態は、材料表面に浅い角度で入射するビーム粒子を優先的に散乱させる得るエミッタンス制御材料を備える、エネルギー分解器を使用する。一手法では、エネルギー分解器は、低Ｚ材料と高Ｚ材料との交互層を含むことができ、Ｚは材料の原子量または分子量を表す。低Ｚ材料は、散乱によってビーム粒子のエネルギーを減衰させる役割を果たし、高Ｚ材料は、ビーム粒子をビーム軸に向けて散乱し返すことによってエミッタンス増加を抑制する役割を果たす。低Ｚ材料は、ルーサイト、グラファイト、炭素、アルミニウム、リチウム、水などから選択することができる。高Ｚ材料は、タングステン、鉛、タンタルなどから選択することができる。別のアプローチでは、エネルギー分解器は、カーボンナノチューブ、または粒子ビームの入射方向に実質的に配向された結晶構造を有する他の材料を備えることができる。カーボンナノチューブは、ビーム粒子を中心ビーム軸に向けて優先的に散乱させ、また、そのエネルギーを減衰させる役割を果たすことができる。したがって、粒子ビームは、エミッタンス増大を減じられてエネルギー分解器から出力することができ、それによって、エネルギー選択システムの送信効率を有利に改善することができる。
【０００９】
本開示の一実施形態では、放射線治療システムは、粒子ビームを生成するように動作可能な加速器と、粒子散乱によって粒子ビームのエネルギーを減衰させるように動作可能なエネルギー分解器とを備え、粒子散乱は、粒子ビームの空間的エミッタンス増大を引き起こし、エネルギー分解器は、空間的エミッタンス増大を粒子相互作用によって抑制するように動作可能な第１の材料を備える。分解器は、粒子散乱によって粒子ビームのエネルギーを減衰させるように動作可能な第２の材料を備えることができ、第１の材料および第２の材料は、実質的に異なる原子量または分子量を有する。エネルギー分解器は、また、粒子ビームの入射方向におおよそ向けられたカーボンナノチューブを備えることができる。
【００１０】
前述のものは概要であり、したがって、必然的に、詳細の簡略化と一般化と省略とを含む。結果として、当業者は、概要が説明のためだけであり、いかなる場合も限定することを意図しないということを理解する。特許請求の範囲によってのみ定められる、本発明の他の態様、発明的特徴、および利点は、以下に明記する非限定的な詳細な説明において明白になる。
【００１１】
本発明の実施形態は、同一の参照符号が同一要素を指す添付図面と併せて、以下の詳細な説明を読むことから、より良く理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】先行技術による、エネルギー分解器内で粒子散乱によって引き起こされる粒子エミッタンス増大を示した図である。
【図２】本開示の実施形態による、エミッタンス制御材料面に浅い角度で入射するビーム粒子の優先的散乱の効果を示した図である。
【図３】制限されたエミッタンス増大の状態に、またはエミッタンス増大のない状態に、粒子ビームのエネルギーを減衰させるために使用されるカーボンナノチューブから作られるエネルギー分解器の図である。
【図４Ａ】本開示の実施形態による、高Ｚ材料を活用してビームの前方散乱を強化するエネルギー分解器の例示的構成の側面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示すエネルギー分解器の例示的構成の断面図である。
【図５Ａ】高Ｚ材料と低Ｚ材料とから作られている複数の交互層を含むエネルギー分解器の例示的構成の図である。
【図５Ｂ】本開示の実施形態による、各セクションが高Ｚ材料と低Ｚ材料とから作られている交互層を有する、複数のセクションを含むエネルギー分解器の例示的構成の図である。
【図６】高Ｚ材料と低Ｚ材料との複数の交互層を含む円筒形エネルギー分解器の例示的構成の図である。
【図７】本開示の実施形態による、エネルギー分解器を備える医療施設の例示的構成の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態を詳細に参照し、それらの実施例を添付図面に示す。本発明を好適な実施形態に関連して説明するが、それらが、本発明をこれらの実施形態に限定する意図がないことが理解される。逆に、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定められる本発明の精神と範囲内に含まれ得る、代替物と修正物と同等物とを含むように意図されている。さらに、本発明の実施形態の以下の詳細な説明では、本発明の十分な理解を提供するために、多くの具体的な詳細を明記する。しかしながら、これらの具体的な詳細なしに本発明を実践することができるということが、当業者によって認識される。他の例では、本発明の実施形態の態様を不必要に不明瞭にしないために、良く知られた方法と手順と構成要素と回路とを詳細に説明していない。方法は、明確さのために番号を付けられたステップのシーケンスとして図示され得るが、番号は、必ずしもステップの順番を決定するものではない。ステップのうちのいくつかを省略し、並列に実行し、またはシーケンスの厳密な順番を維持する必要なしに実行することができる、ということを理解すべきである。本発明の実施形態を示す図面は、おおよその図形であって縮尺通りでなく、特に、寸法のうちのいくつかは、表現の明確さのためであり、図中で拡大して示されている。同様に、説明の容易さのための図面中の図は、一般に、同様の方向を示しているが、図中のこの表現は大部分において任意である。一般に、本発明は、どの方向においても動作させ得る。
【００１４】
表記および用語
しかしながら、これらの用語と類似の用語とのうちのすべてが、適切な物理量に関連するものであり、単にこれらの量に適用される便宜的なラベルであるということに留意すべきである。以下の説明から明白であるものと反対のことが具体的に述べられない限り、本発明を通して、「処理」または「アクセス」または「実行」または「記憶」または「描写」などの用語を活用した説明は、コンピュータシステムまたは同様の電子コンピューティングデバイスの動作とプロセスとを指し、コンピュータシステムまたは同様の電子コンピューティングデバイスは、コンピュータシステムのレジスタとメモリと他のコンピュータ可読媒体との内部で物理（電子）量として表わされるデータを操作かつ変換して、コンピュータシステムのメモリまたはレジスタまたは他のそのような情報記憶装置、送信デバイスまたは表示デバイスの内部で物理量として同様に表される他のデータにする。ある構成要素がいくつかの実施形態中に現れる時、同一の参照番号の使用は、その構成要素が最初の実施形態に示したものと同一の構成要素であるということを意味する。
【００１５】
放射線治療システムのためのエネルギー分解器
実際には、粒子ビームは、それが表面に浅い角度で入射する時に優先的に散乱させられ得る、ということが観察されている。本開示の実施形態は、エミッタンス制御材料の表面に浅い角度で入射するビーム粒子を粒子ビームの中心線に向けて優先的に散乱させることができるエミッタンス制御材料を含むエネルギー分解器を用い、それによって、粒子ビームがエネルギー分解器を通過して伝わるにつれて、粒子ビームの前方散乱を強化し、粒子ビームのエミッタンス増大を抑制する。
【００１６】
図２は、本開示の実施形態による、エミッタンス制御材料表面に浅い角度で入射するビーム粒子２０２の優先的散乱の効果を示している。詳細に説明する通り、エミッタンス制御材料のシートは、エネルギー分解器の一部、たとえば、エミッタンス制御材料と他の材料との間の接触面とすることができる。シートは、粒子ビームがエネルギー分解器に入るにつれて、粒子ビームの中心軸２０３と並行に位置付けられる。エネルギー分解器に入ると、ビーム粒子は、中心軸２０３の方向に沿って移動することができる。エネルギー減衰材料、たとえば、グラファイト材料による粒子散乱のために、ビーム粒子は、図示する通り、その最初の移動方向から逸脱し、表面２０１に浅い角度で衝突する。エミッタンス制御材料表面２０１は、粒子を、その最初の移動方向２０３に向けて散乱し返す役割を果たすことができる。
【００１７】
一手法では、エミッタンス制御材料は、ビーム中心軸に並行に配向された結晶構造を有する設計材料でもよい。図３は、限定されたエミッタンス増大の状態に、またはエミッタンス増大のない状態に、粒子ビーム３０２のエネルギーを減衰させるために使用されるカーボンナノチューブ３０１から作られた、エネルギー分解器３００を示している。例示された実施例では、カーボンナノチューブ３００は、粒子ビーム３０２の入射方向にほぼ平行に配向されている。たとえば、矢印の軌跡線３０４によって示す通り、陽子３０４は、カーボンナノチューブに入り、カーボンナノチューブの原子によって散乱させられるにつれて減速する。例示するように、陽子３０４は、カーボンナノチューブの内壁に比較的浅い角度で衝突し、優先的散乱のために、ナノチューブ壁によって中心ビーム軸に向けて反射し返される。したがって、陽子は、カーボンナノチューブまたはエネルギー分解器３００の中を軸に近い角度で伝搬し、出ることができる。このプロセスは、光ファイバーケーブルの中を通過する光に類似であり得る。集合的に、エネルギー分解器から出る陽子ビーム３０３は、比較的狭い空間的エミッタンスを有することができる。これは、コリメータによってビームから除去される粒子の数を有利に減少させ、それによって、粒子輸送効率を改善する。
【００１８】
本開示は、特定の種類のカーボンナノチューブまたはカーボンナノチューブの特定の製造方法に限定されない。たとえば、エネルギー分解器に使用されるカーボンナノチューブは、シングルウォールナノチューブ、マルチウォールナノチューブ、ナノトリ、ナノバッド、グラフェンカーボンナノチューブ、窒素ドープカーボンナノチューブなどでもよい。
【００１９】
カーボンナノチューブは、当技術分野で良く知られている、エネルギー分解器としての適切な幾何学的形状を有することができる。本開示は、カーボンナノチューブの特定の平均長、材料の種類、厚さ、幅または形、またはエネルギー分解器の特定の配置に限定されない。そのようなエネルギー分解器は、適切なＥＳＳコリメータと併せて、またはＥＳＳコリメータの必要性なしに、使用され得る。
【００２０】
いくつかの実施形態では、エネルギー分解器は可変エネルギー分解器でもよく、複数の可動部品、たとえば、ウェッジを含み、可動部品の位置は、粒子ビームのエネルギーレベルを変化させるために調整され得る。いくつかの実施形態では、エネルギー分解器は、細長い円筒形に構成することができる。いくつかの実施形態では、エネルギー分解器は、回転可能でもよい。
【００２１】
別の手法では、エネルギー分解器は、エミッタンスの著しい増加なしにエネルギー範囲シフトを実現するために、高Ｚ材料をエミッタンス制御材料として使用してビーム粒子の前方散乱を強化する。当業者によって理解される通り、本開示は、特定の種類の高Ｚ材料に限定されない。２、３例を挙げると、高Ｚ材料は、タングステンと鉛とタンタルとそれらの化合物などとのうちの１つまたは複数でもよい。
【００２２】
図４Ａは、本開示の実施形態による、高Ｚ材料を活用してビームの前方散乱を強化するエネルギー分解器４００の例示的構成の側面図である。エネルギー分解器４００は、粒子ビームのエネルギーを減衰させる役割を主に果たす低Ｚ材料層４１２と、低Ｚ材料によって引き起こされた散乱を抑制する役割を主に果たす２つの高Ｚ材料層４１１および４１３と、を含む３層サンドイッチ構造を含む。低Ｚ材料は、リチウム、ベリリウム、炭素、レキサン、水、ルーサイト、アルミニウム、または当技術分野で良く知られている他の適切な材料のうちの少なくとも１つでもよい。図４Ｂは、図４Ａに示したエネルギー分解器４００の例示的構成の断面図を示している。
【００２３】
たとえば、軌跡線が示す通り、低Ｚ材料層４１２に入る陽子４０１は、低Ｚ材料中の原子または分子との相互作用を通して減速する。陽子が低Ｚ材料と高Ｚ材料との接触面に衝突すると、陽子は、高Ｚ材料層４１１によって、ビーム軸方向に向かって、陽子がエネルギー分解器４００から出るまでおそらく複数回反射し返され得る。結果として、エネルギー分解器から出て来るビームは、集合的に、限定された空間的エミッタンス増大を提供することができる。
【００２４】
いくつかの実施形態では、サンドイッチ構造を有するエネルギー分解器は、ビーム中心軸の周りを回転可能であって、サンドイッチ構造に並行な方向（「Ｘ軸」）とサンドイッチ構造に垂直な方向（「Ｙ軸」）について、ビームエミッタンスの差を減少させることができる。
【００２５】
いくつかの他の実施形態では、エネルギー分解器は、高Ｚ材料と低Ｚ材料とから作られている複数の交互層として構成され得る。図５Ａは、高Ｚ材料層、たとえば、５０２、５０４、および５０６と、低Ｚ材料層、たとえば、５０１、５０３、および５０５とから作られている複数の交互層を含むエネルギー分解器の例示的構成を示している。各層の断面は、長方形または当技術分野で良く知られている他の適切な形でもよい。スタック中の層５０１から層５０６は、たとえば、約１ｍｍ程度の、等しい厚さ、またはさまざまな厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、エネルギー分解器は、２５の低Ｚ層と２５の高Ｚ層とを有する全部で５０層を含む。いくつかの実施形態では、スタックは、粒子ビームの中心軸の周りを回転可能である。層になっているスタックは、当技術分野で良く知られているプロセスで製造され、処理され得る。
【００２６】
図５Ｂは、本開示の実施形態による、各セクションが、高Ｚ材料層、たとえば、５１２と、低Ｚ材料層、たとえば、５１１とから作られている交互層を有する、複数のセクション５１０と５２０と５３０とを含むエネルギー分解器の例示的構成を示している。例示するように、複数のセクション内の層のスタックは、異なる向きに位置付けられている。たとえば、セクション５１０中の層およびセクション５２０中の層は、互いに垂直である。当業者によって理解される通り、複数のセクションは、適切な幾何学的形状、寸法、または方向に構成され得る。たとえば、各セクションは、ビーム５４０の入射方向に沿って１ｍｍでもよい。
【００２７】
図６は、高Ｚ材料層、たとえば、６１２と、低Ｚ材料層、たとえば、６１１とから成る複数の交互層を含む円筒形エネルギー分解器６００の例示的構成を示している。複数の層は、さまざまな厚さ、または等しい厚さを有することができる。エネルギー分解器６００は、入射ビーム方向に沿って伸長された、複数の可動セクションを備えることができ、目標に提供される所定のエネルギーレベルにより、可動セクションの位置を変えることができる。当業者によって理解される通り、複数のセクションは、適切な幾何学的形状、寸法、または方向に構成することができる。
【００２８】
本開示によるエネルギー分解器を、放射線治療機器を含む、適切な機器の粒子ビーム輸送線に適用することができる。当業者によって理解される通り、エネルギー分解器で使用される、エネルギー減衰材料およびエミッタンス制御材料は、粒子ビーム中の粒子種により変更してよい。エネルギー分解器は、真空または大気中に置くことができる。
【００２９】
図７は、本開示の実施形態による、エネルギー分解器７０４を備える医療施設７００の例示的構成を示している。小型放射線システム７００は、陽子ビームを、固定サイクロトロン７０１から隣接するシングル治療室７０３に提供するように設計されている。陽子放射線システム７００は、加速器７０１、たとえば、図示のサイクロトロンと、粒子ビームをサイクロトロン７０１からシングル治療室７０３に直線軸に沿って運ぶ短いビーム線７０２と、ビーム線７０２に配置されたエネルギー分解器７０４と、１セットの双極子磁石７０６および７０７と、陽子ビームを治療ステーションに、ノズルを通して異なる角度で提供するように動作可能な回転構台７０５とを含む。上記で説明した通り、エネルギー分解器はエミッタンス制御材料を含み、低エミッタンスを有し、したがって、高輸送効率のビームを生成することができる。
【００３０】
シングルルーム構成７００では、サイクロトロンを、治療室の実質的に可能な限り近くに置くことができ、したがって、ビーム線７０４を短く、直線的にすることができ、粒子ビームを別の方向に向けるために使用される双極子磁石の必要性を減らす。システムは、粒子ビームを集めるためにビーム経路に設置された、複数セットの集束磁石をさらに備えることができる。例示された実施形態では、構台７０５上に設置された双極子磁石７０６および双極子磁石７０７は、エネルギー選択と、粒子ビームをビーム線軸から治療ステーションのアイソセンターに偏向させることという、２つの機能を請け負う。図示の実施形態では、構台のエントリーポイントに設置された４５°双極子磁石７０６および下流の１３５°双極子磁石７０７は、集合的に、粒子ビームを、ビーム線７０２の軸から９０°曲げることができる。同時に、磁石７０６と磁石７０７とのコイル内の電流が、目標エネルギーレベルにしたがって正確な電流に制御されると、磁石７０６および磁石７０７は、ビームコリメータと共同して、エネルギー選択機能を実行するように動作可能である。
【００３１】
エネルギースリットと曲げ磁石と集束磁石とを含むエネルギー選択システム（ＥＳＳ）は、任意で、過剰エネルギーを有する陽子、または角度方向に逸脱している陽子を除去するために使用され得る。次いで、陽子ビームは、治療ステーションにビーム輸送システムを介して提供される。ビーム輸送システムは、粒子ビームを調整し、それを放射線ステーションに提供することができる。ビーム輸送システムの最後で、放射線ノズルに関連する構台は、ビームを、手術中に照射ステーションによって固定位置に支えられている照射物、たとえば、患者の腫瘍の上に提供する。中性子、ＨｅまたはＣイオンビームなどの、他の重粒子放射線治療のための同様なシステムを使用することができる。
【００３２】
特定の好適な実施形態と方法とが本明細書で開示されたが、そのような実施形態と方法との変形および変更が、本発明の精神と範囲とから逸脱することなくなされ得るということが、前述の開示から当業者に明白となる。添付の特許請求の範囲と、適用法の規則および原則とによって要求される限りにおいてのみ、本発明は限定されるべきである、ということが意図されている。
【図１】
2019084426.tif 000003
【図２】
2019084426.tif 000004
【図３】
2019084426.tif 000005
【図４Ａ】
2019084426.tif 000006
【図４Ｂ】
2019084426.tif 000007
【図５Ａ】
2019084426.tif 000008
【図５Ｂ】
2019084426.tif 000009
【図６】
2019084426.tif 000010
【図７】
2019084426.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月15日(2019.3.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線治療システムであって、
粒子ビームを生成するように動作可能な加速器と、
前記粒子ビームを運ぶように構成されたビーム線と、
前記ビーム線に配置され、粒子散乱によって前記粒子ビームのエネルギーを減衰させるように動作可能な第１の材料であって、前記粒子散乱が前記粒子ビームの空間的エミッタンス増大を引き起こす第１の材料と、粒子相互作用によって前記空間的エミッタンス増大を抑制するように動作可能な第２の材料とを備えるエネルギー分解器と
を備え、
前記第１の材料および前記第２の材料は、実質的に異なる原子量または分子量を有し、
前記エネルギー分解器は、第２の層と第３の層とによって挟まれた第１の層を備え、
前記第１の層は、前記第１の材料から作られ、
前記第２の層および前記第３の層が前記第２の材料から作られる、
前記放射線治療システム。
【請求項２】
前記第１の層、前記第２の層および前記第３の層が平らな層である、請求項１に記載の放射線治療システム。
【請求項３】
前記第１の材料が、ルーサイトとグラファイトとＡｌとＣとＢｅとから成る群から選択され、前記第２の材料が、ＷとＰｂとＴａとから成る群から選択される、請求項２に記載の放射線治療システム。
【請求項４】
前記第１の層、前記第２の層、および前記第３の層が、前記粒子ビームの入射方向に平行である、請求項２に記載の放射線治療システム。
【請求項５】
前記エネルギー分解器が、前記粒子ビームの入射方向に沿って順に配置された複数のセクションを備え、前記複数のセクションの各セクションが、前記第１の材料と前記第２の材料とから作られている複数の交互層を備え、前記複数のセクションにおける前記複数の交互層が前記入射方向に平行であり、前記複数のセクションの各セクションにおける層が、前記複数のセクションの隣接するセクションの層とは異なる向きで配置されている、請求項２に記載の放射線治療システム。
【請求項６】
前記各セクションにおける前記層は、前記隣接するセクションの前記層に対して垂直に配置されている、請求項５に記載の放射線治療システム。
【請求項７】
前記エネルギー分解器が、回転可能である、請求項１に記載の放射線治療システム。
【請求項８】
前記粒子ビームが、陽子ビームと中性子ビームと電子ビームとＨｅ2+ビームとＣ6+ビームとから成る群から選択されたビームを備える、請求項１に記載の放射線治療システム。
【請求項９】
前記ビーム線の構成要素を備える構台をさらに備え、前記エネルギー分解器が前記構台に一体化されている、請求項１に記載の放射線治療システム。
【請求項１０】
前記エネルギー分解器が、前記構台における真空室内に配置されている、請求項９に記載の放射線治療システム。
【請求項１１】
前記第１の層、前記第２の層、および前記第３の層が同心円形層である、請求項１に記載の放射線治療システム。
【請求項１２】
放射線治療システムにおけるエネルギー分解器であって、
前記エネルギー分解器が、第１の層と、第２の層と、第３の層とを備え、
前記第１の層は、前記第２の層と前記第３の層とによって挟まれ、
前記第１の層は、第１の材料から作られ、前記第２の層および前記第３の層は、第２の材料から作られ、
前記第１の材料は、粒子散乱によって粒子ビームのエネルギーを減衰させるように動作可能であり、
前記粒子散乱は、前記粒子ビームのビーム直径拡大を引き起こし、
前記第２の材料は、粒子相互作用によって前記粒子ビームのビーム直径拡大を抑制するように動作可能であり、
前記第１の材料および前記第２の材料は、実質的に異なる原子量または分子量を有する、エネルギー分解器。
【請求項１３】
複数の可動部材を備え、各可動部材が、前記第１の材料と前記第２の材料とを備える、請求項１２に記載のエネルギー分解器。
【請求項１４】
前記第１の材料が、ルーサイトとグラファイトとＡｌとＣとＢｅとから成る群から選択され、前記第２の材料が、ＷとＰｂとＴａとから成る群から選択される、請求項１２に記載のエネルギー分解器。
【請求項１５】
前記第１の層、前記第２の層、および前記第３の層が、前記粒子ビームの入射方向に平行である、請求項１２に記載のエネルギー分解器。
【請求項１６】
前記エネルギー分解器が、前記粒子ビームの入射方向に沿って順に配置された複数のセクションを備え、各セクションが、前記第１の材料と前記第２の材料とから作られている、それぞれの複数の交互層を備え、前記複数のセクションの各セクションにおける層が、前記複数のセクションの隣接するセクションの層とは異なる向きで配置されている、請求項１２に記載のエネルギー分解器。
【請求項１７】
前記粒子ビームが、陽子ビームと中性子ビームと電子ビームとＨｅ2+ビームとＣ6+ビームとから成る群から選択されたビームを備える、請求項１２に記載のエネルギー分解器。
【請求項１８】
前記第１の層、前記第２の層、および前記第３の層が同心円形層である、請求項１２に記載のエネルギー分解器。
【請求項１９】
前記第１の層、前記第２の層および前記第３の層が平らな層である、請求項１２に記載のエネルギー分解器。