(57)【要約】【課題】線量分布を測定するための測定時間を短縮することが可能な液体ファントム装置及び荷電粒子線治療装置を提供する。【解決手段】複数の検出素子が測定面内に配置された二次元の線量測定部１３を備え、測定面内の各測定点における線量を同時に測定する構成とする。貯留部１１に貯留された液体の荷電粒子線の照射軸が延在する方向の長さを変化させて、荷電粒子線の液体中での移動距離を変え、二次元の線量測定部１３を荷電粒子線の照射軸が延在する方向（Ｚ方向）に沿って移動させて、三次元の線量分布を測定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を照射する照射部から照射され、液体中を進行した前記荷電粒子線の線量分布を測定する液体ファントム装置であって、
前記液体を貯留可能な貯留部と、
前記液体中を進行した前記荷電粒子線の線量を測定する複数の検出素子を有し、前記荷電粒子線の照射方向に交差する測定面内に前記複数の検出素子が配置されて前記測定面内の線量分布を測定する二次元の線量測定部と、を備え、
前記貯留部に貯留された前記液体の前記荷電粒子線の照射軸が延在する方向の長さを調整可能であることを特徴とする液体ファントム装置。
【請求項２】
前記貯留部は、前記荷電粒子線の照射軸が延在する方向に伸縮可能な蛇腹部を有することを特徴とする請求項１に記載の液体ファントム装置。
【請求項３】
前記貯留部において、前記荷電粒子線が通過する開口部には、前記開口部を封止する蓋が装着されており、
前記蓋には、前記貯留部の内側に凹む凹部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液体ファントム装置。
【請求項４】
前記蛇腹部の筒状本体の山又は谷には、前記筒状本体よりも剛性が高いリング部材が、前記筒状本体の周方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の液体ファントム装置。
【請求項５】
互いに交差する一対の棒状部材を複数有し、これらの一対の棒状部材が前記蛇腹部の伸縮方向に連結されて、前記一対の棒状部材の各節点又は各交点が前記伸縮方向に等間隔移動可能なパンタグラフ構造を前記蛇腹部の筒状本体の外側に備え、
前記パンタグラフ構造の前記各節点又は各交点は、前記筒状本体の山又は谷に対して支持されていることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の液体ファントム装置。
【請求項６】
前記線量測定部は、前記荷電粒子線の照射軸が延在する方向において、前記貯留部の下流で前記貯留部の外側に配置されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の液体ファントム装置。
【請求項７】
荷電粒子線を照射可能な照射部と、
請求項１〜６の何れか一項に記載の液体ファントム装置とを備えることを特徴とする荷電粒子線治療装置。
【請求項８】
荷電粒子線を照射可能な照射部と、
請求項２に記載の液体ファントム装置とを備え、
前記蛇腹部の前記照射部側の端部が固定され、前記照射部とは反対側の端部が移動可能に支持されていることを特徴とする荷電粒子線治療装置。
【請求項９】
荷電粒子線を照射可能な照射部と、
請求項３に記載の液体ファントム装置とを備え、
前記蓋の前記凹部は、前記蛇腹部の前記照射部側の前記開口部を封止することを特徴とする荷電粒子線治療装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を透過した荷電粒子線の線量分布を測定する液体ファントム装置及び荷電粒子線治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばがんの治療装置として、患者の体内の腫瘍に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線治療装置が知られている。患者に対して荷電粒子線を照射する前には、荷電粒子線の線量分布を実際に測定して確認している。例えば特開２００３−４７６６６号公報（特許文献１）には、人体に見立てた水に実際に荷電粒子線を照射して水中での線量分布を測定する水ファントム型線量分布測定装置が開示されている。
【０００３】
特許文献１に記載の水ファントム型線量分布測定装置では、円筒形状を成す水槽内に放射線測定センサー（検出素子）が配置されており、水中の放射線測定センサーを三次元的に移動させて、線量分布を測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−４７６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の従来技術では、線量の測定が行われる測定点ごとに検出素子を移動させなければならず、測定点が多いほど合計の測定時間が長くなってしまい、線量分布を測定することが容易ではなかった。特に、荷電粒子線をスキャニング法で照射するための荷電粒子線照射装置において、線量分布の測定を行う場合には、１層毎に各測定点に検出素子を移動させて測定を行い、さらに複数の層において各測定点に検出素子を移動させて測定を行うので、線量分布を測定するための合計の測定時間が長くなっていた。
【０００６】
そこで、線量分布の測定を行うための測定時間を短縮することが求められている。本発明は、線量分布を測定するための測定時間の短縮を図ることが可能な液体ファントム装置及び荷電粒子線治療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】
【０００７】
本発明の液体ファントム装置は、荷電粒子線を照射する照射部から照射され、液体中を進行した荷電粒子線の線量分布を測定する液体ファントム装置であって、液体を貯留可能な貯留部と、液体中を進行した荷電粒子線の線量を測定する複数の検出素子を有し、荷電粒子線の照射方向に交差する測定面内に複数の検出素子が配置されて測定面内の線量分布を測定する二次元の線量測定部と、を備え、貯留部に貯留された液体の荷電粒子線の照射軸が延在する方向の長さを調整可能であることを特徴としている。
【０００８】
この液体ファントム装置によれば、複数の検出素子が測定面内に配置された二次元の線量測定部を備えているので、測定面内の各測定点における線量を同時に測定することができる。液体ファントム装置は、貯留部に貯留された液体の荷電粒子線の照射軸が延在する方向の長さを変化させて、荷電粒子線の液体中での移動距離を変え、二次元の線量測定部を荷電粒子線の照射軸が延在する方向に沿って移動させるだけで、三次元の線量分布を測定することができる。そのため、三次元の線量分布を測定するための測定時間を短縮することができる。
【０００９】
また、貯留部は、荷電粒子線の照射軸が延在する方向（照射軸方向）に伸縮可能な蛇腹部を有する構成でもよい。蛇腹部が照射軸方向に伸縮することで、貯留部に貯留されている液体の照射軸方向の長さを変化させて、荷電粒子線の液体中での移動距離を容易に変えることができる。
【００１０】
また、貯留部において、荷電粒子ビームが通過する開口部には、開口部を封止する蓋が装着されており、蓋には、貯留部の内側に凹む凹部が形成されていることが好適である。蛇腹部を有する貯留部の開口部を封止する蓋に凹部が形成されているので、蛇腹部が最も縮んだ状態において液体が充満されている長さ（照射軸方向の長さ）を、蛇腹部の長さよりも短くすることができる。荷電粒子線の液体中での移動距離を短くして、荷電粒子ビームの線量を測定することができる。
【００１１】
また、蛇腹部の筒状本体の山又は谷には、筒状本体よりも剛性が高いリング部材が、筒状本体の周方向に沿って配置されていることが好ましい。これにより、筒状本体を補強することができ、蛇腹部を有する貯留部を傾斜させた場合において、筒状本体に作用する負荷を筒状本体の周方向に分散させて応力集中を抑制することができる。
【００１２】
また、互いに交差する一対の棒状部材を複数有し、これらの一対の棒状部材が蛇腹部の伸縮方向に連結されて、一対の棒状部材の各節点又は各交点が伸縮方向に等間隔で移動可能なパンタグラフ構造を蛇腹部の筒状本体の外側に備え、パンタグラフ構造の各節点又は各交点は、筒状本体の山又は谷に対して支持されていることが好適である。これにより、パンタグラフ構造における各交点が蛇腹部の筒状本体の山又は谷に対して支持されているので、これらの山又は谷を等間隔に維持することができる。そのため、鉛直方向に対して傾斜する方向に蛇腹部が伸縮する場合であっても、蛇腹部の筒状本体の山又は谷を等間隔に維持することができ、蛇腹部の形状を維持して、応力集中を抑制することができる。
【００１３】
また、線量測定部は、荷電粒子線の照射軸が延在する方向において、貯留部の下流で貯留部の外側に配置されていることが好ましい。これにより、液体が貯留された貯留部を通過した荷電粒子線の線量分布を測定することができる。また、線量測定部を液体中に配置しない構成とすることができる。
【００１４】
また、本発明の荷電粒子線治療装置は、荷電粒子線を照射可能な照射部と、上記の液体ファントム装置とを備えることを特徴としている。
【００１５】
この荷電粒子線治療装置は、上記の液体ファントム装置を備え、測定面内の各測定点における線量を同時に測定することができるので、貯留部に貯留された液体の照射軸方向の長さを変化させて、荷電粒子線の液体中での移動距離を変えながら、二次元の線量測定部を照射軸方向に沿って移動させるだけで、三次元の線量分布を測定することができる。そのため、三次元の線量分布を測定するための測定時間を短縮することができる。
【００１６】
また、本発明の荷電粒子線治療装置は、荷電粒子線を照射可能な照射部と、上記の液体ファントム装置とを備え、蛇腹部の照射部側の端部が固定され、照射部とは反対側の端部が移動可能に支持されていることを特徴としている。
【００１７】
この荷電粒子線治療装置は、上記の液体ファントム装置を備えているので、三次元の線量分布を測定するための測定時間を短縮することができる。また、蛇腹部を伸縮させる場合には、荷電粒子ビーム照射部とは反対側の端部を移動させることで、照射部側の端部を基準位置として安定して支持することができる。
【００１８】
また、本発明の荷電粒子線治療装置は、荷電粒子線を照射可能な照射部と、上記の液体ファントム装置とを備え、蓋の凹部は、蛇腹部の照射部側の開口部を封止することを特徴としている。これにより、蛇腹部の照射部とは反対側の端部を平面として、蛇腹部の外径よりも張り出して、線量測定部を配置することができ、蛇腹部の伸縮方向とは交差する方向である横方向のスペースを有効に利用することができる。凹部が形成されている場合には、貯留された液体に接近させて、且つ、凹部内に線量測定部を配置しようとすると、横方向のスペースに制約が生じていた。線量測定部を液体に接近させることで、線量を測定する際の検出精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、線量分布を測定するための測定時間を短縮することが可能な液体ファントム装置及び荷電粒子線治療装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態の荷電粒子線治療装置である荷電粒子線治療装置を示す斜視図である。
【図２】荷電粒子線治療装置の照射部に取り付けられた液体ファントム装置である水ファントム装置を示す斜視図である。
【図３】水ファントム装置の貯留部である水槽を示す平面図である。
【図４】図３に示す水槽の正面図である。
【図５】図３に示す水槽の側面図である。
【図６】図３に示す水槽を荷電粒子線の照射方向に沿って切った断面図である。
【図７】水槽のべローズが最も縮んだ状態を示す断面図である。
【図８】水ファントム装置を用いた線量分布の測定の概略を示す模式図である。
【図９】水ファントム装置の線量測定部である２次元イオンチャンバーを示す図であり、図９（ａ）は検出素子の配置を示す平面図、図９（ｂ）検出素子の配置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図においては、説明の便宜上、ＸＹＺ直交座標系を示している。ＸＹＺ直交座標系は、Ｚ方向を荷電粒子線Ｒの照射軸の延在方向、Ｘ方向をＺ方向に直交する方向、Ｙ方向をＺ方向及びＸ方向に直交する方向として以下の説明に用いる。なお、照射軸とは、荷電粒子線Ｒを照射部４内で偏向せずに照射した場合の荷電粒子線Ｒのビーム中心が通過する軸を意味する。
【００２２】
図１に示されるように、荷電粒子線治療装置１は、患者の癌腫瘍（被照射体）に荷電粒子線Ｒを照射することにより癌治療等を行うための装置である。荷電粒子線治療装置１は、患者が置かれる治療台２と、治療台２を収容可能なガントリー３と、ガントリー３の内側に設けられた照射部４とを備えている。荷電粒子線治療装置１には、荷電粒子線Ｒを出射するサイクロトロン等の加速器が接続されている。
【００２３】
ガントリー３は、治療台２上の患者に対する照射部４の照射角度を任意に変更するため回転可能に構成された構造体である。なお、ガントリー３は必ずしも３６０°回転する必要はなく、３６０°未満の角度で揺動する構成であってもよい。
【００２４】
サイクロトロンは、荷電粒子を加速して荷電粒子線Ｒを出力する加速器である。荷電粒子線Ｒとしては、例えば陽子線、重粒子（重イオン）線、電子線等が挙げられる。なお、サイクロトロンに代えて、シンクロトロン、シンクロサイクロトロン、ライナック等を採用してもよい。
【００２５】
照射部４は、スキャニング法により荷電粒子線Ｒを患者の腫瘍に向けて照射する照射ノズルである。この照射部４の内部には、走査電磁石及びファインデグレーダが配置されている。走査電磁石は、供給される電流に応じて磁場を変化させ、通過する荷電粒子線Ｒを走査する。ファインデグレーダは、照射方向において、走査電磁石の下流側に配置され、通過する荷電粒子線Ｒのエネルギー損失を変化させて、患者の体内における荷電粒子線Ｒの最大到達深さを最終的に調整する。具体的には、ファインデグレーダは、積層された複数のブロックを有し、通過したブロックの厚さに応じて荷電粒子線Ｒのエネルギーを失わせ、荷電粒子線Ｒの最大到達深さを腫瘍の最大深さ部分の形状に合わせる。
【００２６】
荷電粒子線治療装置１は、図２に示されるように、照射部４から実際に照射された荷電粒子線の線量分布を測定するための水ファントム装置（液体ファントム装置）１０を備えている。水ファントム装置１０は、線量分布を測定するときに、照射部４に取り付けられて使用される。患者に対して荷電粒子線を照射して治療を行うときには、図１に示されるように照射部４から取り外される。
【００２７】
水ファントム装置１０は、荷電粒子線を通過させる水を貯留するための貯留部である水槽１１を備えている。水ファントム装置１０は、水槽１１を支持するための枠体１２を有し、水槽１１は枠体１２を介して照射部４に取り付けられる。また、水槽１１の底部の外面には、水槽１１を透過した荷電粒子線の線量を検出して線量分布を測定するための二次元の線量測定部である二次元型イオンチャンバー１３が設けられている。
【００２８】
水槽１１は、荷電粒子線Ｒの照射軸の延在する方向に伸縮可能な蛇腹部であるべローズ１４を備えている。べローズ１４は、塩化ビニールなどの樹脂製のシートを筒状に巻いて成形された筒状本体１４ａを有する。筒状本体１４ａは、水槽１１の側壁を構成し、この筒状本体１４ａには、外方に突出する頂部である山部１４ｂと、内側に窪む谷部１４ｃとが形成され、これらの山部１４ｂ及び谷部１４ｃはＺ方向に交互に複数配置されている。
【００２９】
べローズ１４の筒状本体１４ａの照射部４側（図示上側）の開口部には、この開口部を封止する蓋１５が装着され、照射部４とは反対側（図示下側）の開口部には、この開口部を封止する底板１６が装着されている。これらの蓋１５及び底板１６の材料としては、例えばアクリルを使用することができる。アクリルは、例えば陽子線に対して水とほぼ等価な飛程を示す。水槽１１に貯留される水としては、蒸留水を使用することができ、生理食塩水を使用してもよい。また水に代えて、その他の液体を水槽１１に貯留して使用してもよい。
【００３０】
蓋１５は、べローズ１４の筒状本体１４ａの内側に配置される円筒部１５ａを備えている。円筒部１５ａの一方の端部に形成された開口部は、円盤部１５ｂによって覆われている。円筒部１５ａの他方の端部には、円筒部１５ａの径方向の外方に張り出すつば部１５ｃが形成されている。つば部１５ｃには、蓋１５をべローズ１４に固定するためのボルト穴が複数形成されている。円筒部１５ａ及び円盤部１５ｂは、べローズ１４内に挿入可能な大きさに形成されている。
【００３１】
底板１６は、例えば矩形板状を成し、べローズ１４の筒状本体１４ａの開口部の内径よりも大きく形成されている。底板１６の筒状本体１４ａの開口部の周縁に接する部分には、底板１６を筒状本体１４ａに固定するためのボルト穴が複数形成されている。底板１６は、Ｚ方向から見た場合に筒状本体１４ａの外側に張り出す部分に、後述する駆動板１８を固定するためのボルト穴が複数形成されている。
【００３２】
また、筒状本体１４ａの照射部４側の端部には、支持板１７が取り付けられ、筒状本体１４ａの照射部４とは反対側の端部には、駆動板１８が取り付けられている。支持板１７は、べローズ１４を枠体１２固定するためのものであり、駆動板１８はべローズ１４を伸縮させる際に駆動されるものである。支持板１７及び駆動板１８は、例えばステンレス鋼の板材から形成されている。
【００３３】
支持板１７の中央には、筒状本体１４ａの開口部の内径に対応する共に、蓋１５の円筒部１５ａの外形に対応する大きさの開口部が形成されている。支持板１７の開口部の周縁には、この支持板１７を筒状本体１４ａの端部に固定するためのボルト穴が複数形成されている。また、支持板１７は略矩形状の外形を成し、支持板１７の四隅には、Ｙ方向において両側に張り出す張出部１７ａが形成され、この張出部１７ａには、支持板１７を枠体１２に固定するためのボルト穴がそれぞれ形成されている。そして、支持板１７は、筒状本体１４ａの照射部４側の端部にボルト固定され、蓋１５の円筒部１５ａは支持板１７及び筒状本体の開口部に挿通され、つば部１５ｃが支持板１７の外面にボルト固定されている。
【００３４】
また、支持板１７と筒状本体１４ａの端部とが当接するシール面、及び支持板１７とつば部１５ｃとが当接するシール面には、Ｏリングなどのシール部材が配置されて、水密性が確保されている。
【００３５】
駆動板１８の中央には、筒状本体１４ａの開口部の内径に対応する大きさの開口部が形成されている。また、駆動板１８の開口部の周縁には、この駆動板１８を底板１６に固定するためのボルト穴が複数形成されている。底板１６は、筒状本体１４ａの照射部４とは反対側の端部にボルト固定され、駆動板１８は、底板１６の外面にボルト固定されている。すなわち、駆動板１８は、底板１６を介して筒状本体１４ａに固定されている。
【００３６】
また、駆動板１８と底板１６とが当接するシール面、及び底板１６と筒状本体１４ａの端部とが当接するシール面には、Ｏリングなどのシール部材が配置されて、水密性が確保されている。
【００３７】
また、水槽１１には、Ｙ方向において筒状本体１４ａを挟んで配置された一対のパンタグラフ構造２０が設けられている。パンタグラフ構造２０は、互いに交差する第１の棒状部材２１及び第２の棒状部材２２を複数有し、Ｘ字状に交差した第１の棒状部材２１及び第２の棒状部材２２が、べローズ１４の伸縮方向に連結されている。第１の棒状部材２１及び第２の棒状部材２２の交点２３は、第１の棒状部材２１及び第２の棒状部材２２の長手方向の中央で交差している。また、パンタグラフ構造２０の節点２４は、パンタグラフ構造２０が伸縮する方向（図４に示す場合にはＺ方向）に隣接しＸ字状に交差した第１の棒状部材２１及び第２の棒状部材２２の端部が接続されている点（結合点）である。これらの交点２３及び節点２４は、パンタグラフ構造２０が伸縮する方向において、等間隔を維持しながら接近又は離間する。
【００３８】
交点２３及び節点２４において、第１の棒状部材２１及び第２の棒状部材２２は、Ｙ方向に延在する回転軸線回りに回転可能に接続されている。パンタグラフ構造２０が伸長する場合には、Ｘ方向に隣り合う節点２４同士が接近し、パンタグラフ構造２０が収縮する場合には、Ｚ方向に隣り合う交点２３同士が接近する。
【００３９】
パンタグラフ構造２０の交点２３には、交差する第１の棒状部材２１及び第２の棒状部材２２を回転可能に支持するピン２３ａ（図６参照）が設けられ、このピン２３ａの筒状本体１４ａ側の端部には、筒状本体１４ａに接続するための支持片２３ｂが張り出している。この支持片２３ｂは、後述する支持用リング部材２５に載置されている。
【００４０】
パンタグラフ構造２０の節点２４には、接続された第１の棒状部材２１及び第２の棒状部材２２を回転可能に支持するピンが設けられ、このピンの筒状本体１４ａ側の端部には、筒状本体１４ａに支持される支持部２４ｂが設けられている。
【００４１】
筒状本体１４ａの山部１４ｂには、外側に張り出す支持用リング部材２５が取り付けられている。支持用リング部材２５は、周方向に直交する断面が平板状を成している。支持用リング部材２５の内周側には、山部１４ｂが挿入される溝部が形成され、この溝部内に山部１４ｂが挿入されて、支持用リング部材２５は筒状本体１４ａの外面に取り付けられている。
【００４２】
また、パンタグラフ構造２０の交点２３及び節点２４は、筒状本体１４ａの山部１４ｂに対応して配置され、Ｚ方向に交互に配置されている。交点２３に接続された支持片２３ｂは、支持用リング部材２５に載せられることで、支持用リング部材２５に支持されている。節点２４に接続された支持部２４ｂには、支持用リング部材２５が挿入される溝部が形成され、この溝部に支持用リング部材２５が挿入されて、節点２４は支持用リング部材２５に支持されている。支持部２４ｂは、支持用リング部材２５に対してＸ方向にスライド可能に支持されている。
【００４３】
パンタグラフ構造２０の上端部（照射部４側の端部）２０ａは、支持板１７に連結され、パンタグラフ構造の下端部（照射部４とは反対側の端部）２０ｂは、駆動板１８に連結されている。
【００４４】
また、水槽１１には、べローズ１４の筒状本体１４ａを伸縮させるための駆動機構が設けられている。この駆動機構は、支持板１７の四隅に配置された４本のボールねじ３０を備え、駆動板１８を支持板１７に対してＺ方向に接近又は離間させることで、筒状本体１４ａを伸縮させるものである。
【００４５】
ボールねじ３０は、Ｚ方向に延在するねじ軸３１を備え、ねじ軸３１は、支持板１７及び駆動板１８を貫通している。ねじ軸３１は、支持板１７に固定された軸受け３２によって支持され、軸線回りに回転可能となっている。ねじ軸３１の上端部は、支持板１７より上方に張り出し、各ねじ軸３１の上端部には、プーリー３１ａが取り付けられ、図３に示されるように、これらのプーリー３１ａには無端ベルト３３が巻き掛けられている。
【００４６】
ねじ軸３１の一つには、駆動源である電動モーター（不図示）が接続されている。電動モーターによる回転力は一つのねじ軸３１に伝達され、このねじ軸３１に伝達された回転力は、プーリー３１ａ及び無端ベルト３３を介して、その他のねじ軸３１に伝達され、４本全てのねじ軸３１が回転駆動される。
【００４７】
駆動板１８には、図４に示されるように、ねじ軸３１に対応する位置にナット３４が取り付けられている。ナット３４は、ねじ軸３１に装着されており、ねじ軸３１の回転に伴って軸線方向に移動する。これにより、駆動板１８を支持板１７に対して接近又は離間させることができ、べローズ１４の筒状本体１４ａを伸縮させる。
【００４８】
また、べローズ１４は、筒状本体１４ａの伸縮方向を案内するリニアガイド４０を駆動板１８の四隅に対応して４つ備えている。リニアガイド４０は、Ｘ方向に延在するレール４１と、このレール４１に沿って移動するブロック４２とを備えている。レール４１は、Ｘ方向において、駆動板１８を挟んで両側に配置されていると共に、Ｙ方向において駆動板１８の両端部近傍にそれぞれ配置されている。レール４１は、それぞれ枠体１２に対して固定されている。レール４１に装着されたブロック４２は、駆動板１８にそれぞれ固定されている。ブロック４２は、筒状本体１４ａの伸縮に伴って、レール４１に沿って移動し、駆動板１８の移動方向を拘束する。ブロック４２は、Ｘ方向及びＹ方向へ移動が抑制されている。なお、図２及び図７において、リニアガイド４０の図示が省略されている。
【００４９】
また、べローズ１４は、筒状本体１４ａの山部１４ｂの移動を案内するガイド機構を備え、このガイド機構は、Ｚ方向に延在するガイドレール４４と、このガイドレール４４に沿って移動するガイド部４５とを備えている。ガイドレール４４は、Ｘ方向において筒状本体１４ａを挟んで両側に配置されると共に、Ｙ方向に離間して２組配置されている。合計４本のガイドレール４４が設けられている。各ガイドレール４４は枠体１２に対して固定されている。ガイドレール４４は、Ｙ方向においてリニアガイド４０のレール４１よりも内側に配置されている。なお、図２及び図７において、ガイドレール４４及びガイド部４５の図示が省略されている。
【００５０】
ガイド部４５は、筒状本体１４ａに接続された支持用リング部材２５に固定されている。ガイド部４５は、筒状本体１４ａの複数の山部１４ｂに対してそれぞれ設けられている。ガイド部４５には、ガイドレール４４が嵌る凹部が形成され、ガイド部４５のＹ方向の移動が拘束される。ガイド部４５は、筒状本体１４ａの伸縮に伴ってＺ方向へ移動する。また、ガイド部４５は、Ｘ方向においてガイドレール４４と当接しているので、Ｘ方向の外側への移動が拘束される。
【００５１】
また、図６に示されるように、べローズ１４には、筒状本体１４ａの形状を保持するための補強用リング部材４６が装着されている。補強用リング部材４６は、筒状本体１４ａの山部１４ｂ及び谷部１４ｃに対応して配置されている。補強用リング部材４６の中心線は、筒状本体１４ａの中心線と同軸上に配置され、山部１４ｂでは、筒状本体１４ａの内側に配置され、谷部１４ｃでは、筒状本体１４ａの外側に配置されている。補強用リング部材４６は、筒状本体１４ａよりも剛性が高い材料から形成されている。補強用リング部材４６としては、例えばステンレス鋼を用いることができる。なお、補強用リング部材４６は、図６にのみ図示されている。
【００５２】
また、水槽１１には、バッファタンク６１（図８参照）が接続されている。バッファタンク６１は、水槽１１に供給される水及び水槽１１から排出された水を貯留するものであり、水槽１１の底板１６に取り付けられた配管６２や可撓性を有するホースなどによって、水槽１１と連通されている。
【００５３】
また、水ファントム装置１０は、図２及び図７に示されるように、水槽１１を支持するための枠体１２を備えている。枠体１２は、水槽１１を外側から支持するものであり、矩形の四隅に対応して配置されＺ方向に延在する４本の支柱５１を有する。支柱５１の上端部は、Ｘ方向に延在する一対の第１の上端部連結部材５２によって連結されているとともに、Ｙ方向に延在する一対の第２の上端部連結部材５３によって連結されている。第２の上端部連結部材５３は、第１の上端部連結部材５２上に配置されている。第２の上端部連結部材５３の天面５３ａは、照射部４に当接する当接面を形成する。また、第２の上端部連結部材５３には、照射部４に対して着脱可能な連結具が設けられていてもよい。
【００５４】
支柱５１の下端部は、Ｘ方向に延在する一対の下端部連結部材５４によって連結されている。枠体１２は、Ｙ方向から見た場合に、一対の支柱５１、第１の上端部連結部材５２及び下端部連結部材５４によって矩形の枠体を構成し、この矩形の枠体の対角線上に配置された補強部材５５を更に備えている。補強部材５５は、矩形の枠体の角部において、一対の支柱５１、第１の上端部連結部材５２及び下端部連結部材５４に連結されている。
【００５５】
また、枠体１２は、Ｙ方向に延在し、Ｙ方向に隣り合う支柱５１同士を連結する第１の梁５６、第２の梁５７及び第３の梁５８を備えている。これらの第１の梁５６は上段に配置され、第２の梁５７は中段に配置され、第３の梁５８は下段に配置されている。第１の梁５６上には、水槽１１の支持板１７の張出部１７ａが載置され、張出部１７ａは第１の梁５６にボルト固定されている。
【００５６】
また、図５に示されるガイドレール４４は、第１の梁５６、第２の梁５７及び第３の梁５８にそれぞれ固定され、リニアガイド４０のレール４１は、第２の梁５７及び第３の梁５８にそれぞれ固定されている。
【００５７】
二次元型イオンチャンバー１３は、水槽１１の底板１６の外面に密着して固定されている。イオンチャンバー１３は、底板１６に接続された配管６２と干渉しない位置に配置されている。イオンチャンバー１３は、Ｚ方向から見た場合に例えば矩形の外形を有するパッケージを有し、このパッケージ内に複数の検出素子７１（図９参照）が配置されている。複数の検出素子７１は、Ｘ方向に沿って並んで配置されていると共に、Ｙ方向に沿って並んで配置されている。検出素子７１は、一対の電極７２，７３を有し、荷電粒子線Ｒが照射されて電極７２，７３間のガスが電離され、正電荷をもつイオンと負電荷をもつ電子とに分離され、一対の電極７２，７３に電流が発生する。この電流を計測して、各検出素子７１が配置された位置における荷電粒子線の線量を測定することができる。イオンチャンバー１３は、検出素子７１が配置されているＸ−Ｙ平面（測定面）内の線量を同時に測定する。
【００５８】
次に、荷電粒子線治療装置１及び水ファントム装置１０の作用について説明する。
荷電粒子線治療装置１では、照射部４の走査電磁石を用いて荷電粒子線Ｒを走査して、患者の体内の腫瘍に荷電粒子線Ｒを照射することで治療を行うことができる。また、荷電粒子線治療装置１の照射部４は、ガントリー３に取り付けられて姿勢が変更されるので、照射角度を変更して荷電粒子線Ｒを照射することができる。
【００５９】
荷電粒子線治療装置１を用いて治療を行う前には、１日１回、例えば、毎朝、荷電粒子線Ｒを水ファントム装置１０に対して照射して線量分布を測定する。
【００６０】
線量分布を測定する前に、図２に示されるように、水ファントム装置１０を照射部４に取り付ける。水槽１１のべローズ１４の筒状本体１４ａの中心線の延在する方向と、照射部４の照射軸とを一致させて、枠体１２を照射部４の先端に取り付ける。そして、スキャニング法による荷電粒子線の照射を行い、照射された荷電粒子線の線量分布の測定を行う。このとき、べローズ１４を伸縮させイオンチャンバー１３の位置をＺ方向に移動させて、位置を変えることで測定面を移動させて、各レイヤーにおける線量を測定し、測定された線量に基づいて三次元の線量分布を測定する。
【００６１】
図８は、水ファントム装置１０を用いた線量分布の測定の概略を示す模式図である。図８（ａ）では、べローズ１４を最も収縮させた状態を示し、図８（ｂ）では、べローズ１４を最も伸長させた状態を示している。例えば、図８（ａ）に示すように、べローズ１４を収縮させた状態として、上段側のレイヤーについての線量を測定し、レイヤー内における線量の測定が終了したら、べローズ１４を伸長させて、べローズ１４内に水を供給し、水中での荷電粒子線Ｒの移動距離を変更して、深さが異なるレイヤーにおける線量を順次測定する。このように、べローズ１４を伸長させて、次々にＸ方向における位置を変えて、各レイヤーにおける線量の測定を行い、図８（ｂ）に示されるように、べローズ１４を伸長させて、全てのレイヤーについての線量の測定を完了させる。
【００６２】
図７は、水槽１１のべローズ１４が最も縮んだ状態を示す断面図である。水槽１１内に貯留された水は、Ｚ方向において、蓋１５の円盤部１５ｂと底板１６との間に貯留されている。ボールねじ３０のねじ軸３１を回転駆動することで、底板１６を下方に移動させると共に、バッファタンク６１から水を水槽１１内に供給することで、イオンチャンバー１３を移動させて荷電粒子線の水中での移動距離を変える。このように、水槽１１内の水位（底板１６と円盤部１５ｂとの距離）を変えることで、Ｚ方向の異なる位置での荷電粒子線の線量を順次測定することができる。
【００６３】
この水ファントム装置１０によれば、二次元型イオンチャンバー１３によって測定面内の各測定点における線量を同時に測定することができ、べローズ１４の筒状本体１４ａを伸縮させるだけで、イオンチャンバー１３の位置をＺ方向に移動させると共に、筒状本体１４ａ内に貯留された水の水位（荷電粒子線の照射軸が延在する方向の長さ）を変化させて、荷電粒子線の水中での移動距離を変え、三次元の線量分布を測定することができる。これにより、三次元の線量分布を測定するための測定時間を短縮することができる。
【００６４】
水ファントム装置１０は、蓋１５の円盤部１５ｂがべローズ１４の筒状本体１４ａ内に配置されているので、筒状本体１４ａが最も縮んだ状態において水が充満されている長さ（照射方向における長さ）を、筒状本体１４ａの長さよりも短くすることができる。これにより、荷電粒子線の水中での移動距離を短くして、荷電粒子ビームの線量を測定することができる。
【００６５】
ベローズ１４の筒状本体１４ａの山部１４ｂ又は谷部１４ｃには、筒状本体１４ａよりも剛性が高い補強用リング部材４６が、筒状本体１４ａの周方向に沿って配置されているので、筒状本体１４ａを補強することができ、べローズ１４を有する水槽１１を傾斜させた場合において、筒状本体１４ａに作用する負荷を筒状本体１４ａの周方向に分散させて応力集中を抑制することができる。べローズ１４の変形を抑制することができ、筒状本体１４ａの撓みを抑制することができる。
【００６６】
また、水ファントム装置１０では、パンタグラフ構造２０を備えているので、山部１４ｂ又は谷部１４ｃを等間隔に維持することができる。そのため、鉛直方向に対して傾斜する方向にべローズ１４の筒状本体１４ａが伸縮する場合であっても、筒状本体１４ａの形状を維持して、応力集中を抑制することができる。
【００６７】
また、水ファントム装置１０では、リニアガイド４０がＸ方向の両側から筒状本体１４ａを挟んで配置されているので、筒状本体１４ａの変形を抑制しつつ筒状本体１４ａの伸縮方向を案内することができる。ガントリー３を用いて、筒状本体１４ａの姿勢が変化しても、安定して筒状本体１４ａを伸縮させることができる。
【００６８】
本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で下記のような種々の変形が可能である。
【００６９】
上記実施形態では、イオンチャンバー１３が水槽１１の外側に配置されているが、イオンチャンバー１３は、水中に配置されていてもよい。
【００７０】
また、上記実施形態では、べローズ（蛇腹部）１４を備える水槽１１としているが、例えば、二つの筒体を備え、一方の筒体を他方の筒体に挿入し、筒体同士の重なる長さを変えることで、荷電粒子線の照射軸が延在する方向の水槽の長さを変えるようにしてもよく、その他の構成により、貯留部に貯留された液体の荷電粒子線の照射軸が延在する方向の長さを変更して、液体中における荷電粒子線の移動距離を変えてもよい。
【００７１】
また、液体ファントム装置１０は、ガントリーを備えていない荷電粒子線治療装置に対して適用してもよい。また、上記実施形態では、べローズ１４の照射部４とは反対側の端部（底板１６側）が移動する構成としているが、べローズ１４の照射部４側の端部を移動可能な構成としてもよい。
【００７２】
また、上記実施形態では、スキャニング法により荷電粒子線を照射する場合の線量分布の測定について説明しているが、荷電粒子線の照射方法は、その他の方法でもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１…荷電粒子線治療装置、４…照射部、１０…水ファントム装置（液体ファントム装置）、１１…水槽（貯留部）、１３…二次元型イオンチャンバー（線量測定部）、１４…べローズ（蛇腹部）、１４ａ…筒状本体、１５…蓋、２０…パンタグラフ構造、２１…第１の棒状部材（一対の棒状部材）、２２…第２の棒状部材（一対の棒状部材）、２３…交点、２４…節点、４６…補強用リング部材。
【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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