(57)【要約】【課題】照射装置よりも上流側での荷電粒子線のエネルギーの測定が可能な荷電粒子線治療装置及びエネルギー計測方法を提供する。【解決手段】荷電粒子線治療装置１では、エネルギー選択システム４のディグレーダ２０において、荷電粒子線において低下させる荷電粒子のエネルギー、すなわち、内部空間Ｓに満たされる媒質と荷電粒子線との相互作用によって荷電粒子から媒質に移行されるエネルギーを検出するエネルギー計測部（光電子増倍管２５）が設けられる。これにより、ディグレーダ２０を通過する荷電粒子から放出されるエネルギーが計測可能となるため、サイクロトロン２において加速された荷電粒子線のエネルギーから、ディグレーダ２０を通過した荷電粒子線のエネルギーを算出することが可能となる。【選択図】図２
2015185432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器と、
前記荷電粒子線を被照射体へ照射する照射部と、
前記加速器と前記照射部との間の前記荷電粒子線の進路上に設けられ、前記荷電粒子線のエネルギーを吸収するエネルギー吸収体と、前記エネルギー吸収体が吸収したエネルギーを計測するエネルギー計測部とを有するディグレーダと、
を備える荷電粒子線治療装置。
【請求項２】
前記ディグレーダは、前記荷電粒子線の進路方向における前記エネルギー吸収体の厚みが可変である請求項１記載の荷電粒子線治療装置。
【請求項３】
前記エネルギー吸収体は流体である請求項１又は２記載の荷電粒子線治療装置。
【請求項４】
前記ディグレーダは、前記荷電粒子線の進路上に延び、一方側の端部に底部が形成された筒状のシリンダ部と、前記シリンダ部の底部側とは逆側の端部側からシリンダ部の内壁に沿って移動可能なピストン部と、を含んで構成され、前記シリンダ部と前記ピストン部とによって形成される内部空間に前記エネルギー吸収体が充填される請求項３記載の荷電粒子線治療装置。
【請求項５】
前記エネルギー計測部は、前記荷電粒子線の進路方向に沿って、前記エネルギー吸収体に対応して複数設けられる請求項４記載の荷電粒子線治療装置。
【請求項６】
前記荷電粒子線の進路上の前記ディグレーダの上流側又は下流側に、前記荷電粒子線の粒子数を測定する粒子数計測部をさらに備える請求項１〜５のいずれか一項に記載の荷電粒子線治療装置。
【請求項７】
加速器において加速された荷電粒子線を被照射体に対して照射する荷電粒子線治療装置における前記荷電粒子線のエネルギー計測方法であって、
前記加速器と前記被照射体に荷電粒子線を照射する照射部との間の前記荷電粒子線の進路上に設けられたディグレーダにおいて、前記加速器からの前記荷電粒子線のエネルギーをエネルギー吸収体で吸収し、前記荷電粒子線のエネルギーを低下させるエネルギー吸収ステップと、
前記エネルギー吸収ステップにおいて前記エネルギー吸収体が吸収したエネルギーを前記ディグレーダのエネルギー計測部において計測するエネルギー計測ステップと、
を有する荷電粒子線のエネルギー計測方法。
【請求項８】
加速器において加速された荷電粒子線を被照射体に対して照射する荷電粒子線治療装置における前記荷電粒子線のエネルギー計測方法であって、
前記加速器と前記被照射体に荷電粒子線を照射する照射部との間の前記荷電粒子線の進路上に設けられたディグレーダにおいて、前記加速器からの前記荷電粒子線のエネルギーをエネルギー吸収体で全て吸収することで前記荷電粒子線を停止させる荷電粒子線停止ステップと、
前記荷電粒子線停止ステップにおいて前記エネルギー吸収体が吸収したエネルギーを前記ディグレーダのエネルギー計測部において計測することで、前記加速器から出射された前記荷電粒子線の全体のエネルギーを計測する全体エネルギー計測ステップと、
を有する荷電粒子線のエネルギー計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線治療装置及びこの荷電粒子線治療装置におけるエネルギー計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、放射線治療に利用される荷電粒子線治療装置として、特許文献１記載の装置が知られている。特許文献１記載の荷電粒子照射システムでは、イオン源で生成された荷電粒子を加速させるサイクロトロンと、サイクロトロンからの荷電粒子を患者に対して照射するための照射装置と、荷電粒子をサイクロトロンから照射装置へ輸送する輸送ラインとを備える。また、特許文献１では、サイクロトロンで加速された荷電粒子のエネルギーを減衰させるエネルギーデグレーダが、輸送ライン上のサイクロトロン直下に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０９０６１４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の荷電粒子照射システムでは、照射装置から出射された荷電粒子線のエネルギーを測定することは可能であった。しかしながら、照射装置から出射された荷電粒子線のエネルギーは、サイクロトロンから出射され、エネルギーデグレータにより減衰された後の荷電粒子線のエネルギーである。したがって、サイクロトロンから出射される荷電粒子線のエネルギーを測定する機構はなく、照射装置よりも上流側、特に加速器から出射直後の荷電粒子線のエネルギーを評価する機構は今まで検討されていなかった。
【０００５】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、照射装置よりも上流側での荷電粒子線のエネルギーの測定が可能な荷電粒子線治療装置及びエネルギー計測方法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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る荷電粒子線治療装置は、荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器と、前記荷電粒子線を被照射体へ照射する照射部と、前記加速器と前記照射部との間の前記荷電粒子線の進路上に設けられ、前記荷電粒子線のエネルギーを吸収するエネルギー吸収体と、前記エネルギー吸収体が吸収したエネルギーを計測するエネルギー計測部とを有するディグレーダと、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の一態様に係る荷電粒子線のエネルギー計測方法は、加速器において加速された荷電粒子線を被照射体に対して照射する荷電粒子線治療装置における前記荷電粒子線のエネルギー計測方法であって、前記加速器と前記被照射体に荷電粒子線を照射する照射部との間の前記荷電粒子線の進路上に設けられたディグレーダにおいて、前記加速器からの前記荷電粒子線のエネルギーをエネルギー吸収体で吸収し、前記荷電粒子線のエネルギーを低下させるエネルギー吸収ステップと、前記エネルギー吸収ステップにおいて前記エネルギー吸収体が吸収したエネルギーを前記ディグレーダのエネルギー計測部において計測するエネルギー計測ステップと、を有することを特徴とする。
【０００８】
上記の荷電粒子線治療装置及び荷電粒子線のエネルギー計測方法によれば、ディグレーダにおいて、エネルギー吸収体によって吸収された荷電粒子線のエネルギーがエネルギー計測部によって計測される。このように、ディグレーダを通過する荷電粒子から放出されるエネルギーが計測可能となるため、この計測結果を利用して荷電粒子線のエネルギーを算出することが可能となる。
【０００９】
ここで、前記ディグレーダは、前記荷電粒子線の進路方向における前記エネルギー吸収体の厚みが可変である態様とすることができる。このように、エネルギー吸収体の厚みが可変である構成とすることで、エネルギー吸収体の厚みの制御による荷電粒子線のエネルギーの制御を容易に行うことができる。
【００１０】
また、前記エネルギー吸収体は流体である態様とすることができる。このように、ディグレーダのエネルギー吸収体を流体とすることで、従来の固体の減衰材及びその移動機構によるディグレーダと比較して、ディグレーダの小型化が可能となる。
【００１１】
また、前記ディグレーダは、前記荷電粒子線の進路上に延び、一方側の端部に底部が形成された筒状のシリンダ部と、前記シリンダ部の底部側とは逆側の端部側からシリンダ部の内壁に沿って移動可能なピストン部と、を含んで構成され、前記シリンダ部と前記ピストン部とによって形成される内部空間に前記エネルギー吸収体が充填される態様とすることができる。
【００１２】
上記のように、ディグレーダがシリンダ部とピストン部とで構成され、内部空間にエネルギー吸収体を充填する構成とすることによって、ピストン部を移動することによって、エネルギー吸収体の厚みが変更可能となり、エネルギー吸収体の厚みの制御による荷電粒子線のエネルギーの制御を簡便な操作により精度よく実施することができる。
【００１３】
また、前記エネルギー計測部は、前記荷電粒子線の進路方向に沿って、前記エネルギー吸収体に対応して複数設けられる態様とすることができる。
【００１４】
上記のように、エネルギー吸収体に対応してエネルギー計測部を複数設ける構成とすることで、エネルギー吸収体により吸収されたエネルギーをより精度よく計測することができる。
【００１５】
また、前記荷電粒子線の進路上の前記ディグレーダの上流側又は下流側に、前記荷電粒子線の粒子数を測定する粒子数計測部をさらに備える態様とすることができる。
【００１６】
このように、荷電粒子線の粒子数を計測する粒子数計測部をさらに備えることで、荷電粒子線に含まれる荷電粒子の粒子数とそのエネルギーとの対応関係を把握することが可能となり、荷電粒子線のより高い精度の制御が実現可能となる。
【００１７】
また、本発明の一態様に係る荷電粒子線のエネルギー計測方法は、加速器において加速された荷電粒子線を被照射体に対して照射する荷電粒子線治療装置における前記荷電粒子線のエネルギー計測方法であって、前記加速器と前記被照射体に荷電粒子線を照射する照射部との間の前記荷電粒子線の進路上に設けられたディグレーダにおいて、前記加速器からの前記荷電粒子線のエネルギーをエネルギー吸収体で全て吸収することで前記荷電粒子線を停止させる荷電粒子線停止ステップと、前記荷電粒子線停止ステップにおいて前記エネルギー吸収体が吸収したエネルギーを前記ディグレーダのエネルギー計測部において計測することで、前記加速器から出射された前記荷電粒子線の全体のエネルギーを計測する全体エネルギー計測ステップと、を有することを特徴とする。
【００１８】
上記の荷電粒子線のエネルギー計測方法によれば、ディグレーダのエネルギー吸収体によって、荷電粒子線のエネルギーを全て吸収した後に、吸収されたエネルギーがエネルギー計測部によって計測される。このように、ディグレーダを用いて、加速器から出射される荷電粒子線のエネルギーを直接計測することが可能となり、計測結果に基づいた制御を行うことでより高い精度での荷電粒子線のエネルギーの管理等を行うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、照射装置よりも上流側での荷電粒子線のエネルギーの測定が可能な荷電粒子線治療装置及びエネルギー計測方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る荷電粒子線治療装置の構成を説明する図である。
【図２】荷電粒子線治療装置のエネルギー選択システムの構成を説明する図である。
【図３】エネルギー選択システムのピストン部の移動について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態に係る荷電粒子線治療装置の構成を説明する図である。以下の実施形態では、荷電粒子線治療装置１が陽子線を照射する陽子線照射装置である場合について説明する。荷電粒子線治療装置１は、例えば、患者（治療対象）の内部の病巣（例えば、腫瘍等）に対して、陽子線を照射する装置である。なお、荷電粒子線としては、本実施形態で説明する陽子線の他に、例えば、重粒子（重イオン）線、パイ中間子線等が挙げられ、これらの荷電粒子線を用いた治療に対しても本実施形態に係る荷電粒子線治療装置を適用することができる。
【００２３】
図１に示すように、荷電粒子線治療装置１は、イオン源（図示省略）で生成されたイオンを加速して荷電粒子線を出射するサイクロトロン（粒子加速器）２、サイクロトロン２から出射された荷電粒子線を輸送する輸送ライン３を有する。なお、粒子加速器としては、上記のサイクロトロンに限定されず、シンクロトロン、シンクロサイクロトロン、ライナック（線形加速器）等を用いることもできる。
【００２４】
サイクロトロン２で加速された荷電粒子線は、輸送ライン３に沿って偏向され、回転ガントリ７の陽子線照射ユニットに供給される。輸送ライン３には、荷電粒子線を偏向させるための偏向磁石や、成形を行う四重極電磁石等が設けられている。荷電粒子線を調整するための電磁石としては、ビーム成形を行う四重極電磁石、ビームを偏向させる偏向磁石などが含まれる。
【００２５】
また、輸送ライン３のうちサイクロトロン２直下には、サイクロトロン２から出射された所定のエネルギー幅を有する荷電粒子線から、所定のエネルギー幅よりも狭いエネルギー幅の荷電粒子線を選択的に取り出すエネルギー選択システム［ＥＳＳ（Energy  Selection  System）］４が設けられる。さらに、エネルギー選択システム４の下流には、エネルギー選択システム４によって選択されたエネルギー幅を有する荷電粒子線を、エネルギーが維持された状態で輸送するＢＴＳ（Beam  Transport  System）（図示せず）と、ＢＴＳから回転ガントリ７に向けて荷電粒子線を輸送するＧＴＳ（Gantry  Transport  System）（図示せず）と、が設けられている。なお、エネルギー選択システム４は、ディグレーダ２０を含んで構成される。また、エネルギー選択システム４、ＢＴＳ及びＧＴＳは、それぞれ複数の図示しない電磁石を含んで構成される。
【００２６】
ディグレーダ２０は、通過する荷電粒子線のエネルギーを低下させて当該荷電粒子線の飛程を調整する機能を有する。患者の体表から被照射体である腫瘍までの深さは患者ごとに異なるため、荷電粒子線を患者に照射する際には、荷電粒子線の到達深さである飛程を調整する必要がある。ディグレーダ２０は、サイクロトロン２から一定のエネルギーで出射された荷電粒子線のエネルギーを調整することにより、患者体内の所定の深さにある被照射体に荷電粒子線が適切に到達するように調整する。このようなディグレーダ２０による荷電粒子線のエネルギー調整は、被照射体をスライスした層毎に行われる。
【００２７】
輸送ライン３に複数設けられる電磁石は、磁場によって輸送ライン３で荷電粒子線を輸送することができるように、当該荷電粒子線の調整を行うものである。電磁石としては、輸送中の荷電粒子線のビーム径を収束させる収束電磁石、及び荷電粒子線を偏向させる偏向電磁石等が採用される。なお、電磁石は、少なくとも輸送ライン３のうちディグレーダ２０よりも下流側に複数設けられる。なお、電磁石は、ディグレーダ２０よりも上流側にも設けられていてもよい。ディグレーダ２０の上流側に設けられる電磁石としては、ディグレーダ２０によるエネルギー調整前の荷電粒子線のビーム径を収束させるために設けられる収束電磁石が挙げられる。輸送ライン３に設けられる電磁石の総数は、輸送ライン３の長さ等により柔軟に変更が可能であり、例えば、１０〜４０程度の数とされる。なお、電磁石に対応して電磁石電源も設けられる。
【００２８】
荷電粒子線治療装置１は、建屋５内に収容されている。建屋５には、放射線の透過を抑制する放射線遮蔽壁によって構成された複数の照射室（検査室）６が設けられている。照射室６には、荷電粒子線照射ユニットを一体として回転させる回転ガントリ７（回転照射装置）が設けられている。
【００２９】
回転ガントリ７は、治療台に横たわる患者（被照射体）に対して陽子ビームを照射する照射部（照射ノズル８）を備えている。エネルギー選択システム４を通ることで所望のエネルギーに制御された荷電粒子は、照射部から出射されて、患者の対象部位に対して照射される。
【００３０】
次に、エネルギー選択システム４のうち、特にディグレーダ２０近辺について、図２及び図３を参照しながら説明する。図２に示すように、エネルギー選択システム４は、粒子数計測部１０、ディグレーダ２０、ＡＤ変換器３０及び制御部４０を含んで構成される。なお、エネルギー選択システム４は、上述した収束電磁石、偏向磁石等も含んで構成される。このうち、粒子数計測部１０及びディグレーダ２０は、サイクロトロン２から出射されて輸送ライン３内を移動する荷電粒子線の進路Ｐにおいて、上流から下流に向かいこの順となるように配置される。
【００３１】
粒子数計測部１０は、荷電粒子線の強度を測定する機能を有していればよく、例えば、プラスチックシンチレータ等の計測器によって実現される。粒子数計測部１０によって荷電粒子線の強度（単位時間あたりのエネルギー）を測定することで、サイクロトロン２から出射された荷電粒子線に含まれる粒子数を測定することができる。すなわち、粒子数計測部１０は、線量を測定することで、間接的に粒子数を測定している。
【００３２】
ディグレーダ２０は、粒子数計測部１０の下流側に設けられ、粒子数計測部１０からの荷電粒子線を入射し、そのエネルギーを減衰させる装置である。ディグレーダ２０は、図２に示すように、シリンダ部２１と、ピストン部２３と、エネルギー計測部としての光電子増倍管２５と、を含んで構成される。
【００３３】
シリンダ部２１は、荷電粒子線の進路Ｐに沿って側壁２１Ｃが延びる略円筒状の部材であって、側壁２１Ｃの下流側（図示右側）の端部は、中央部に荷電粒子線が通行可能な透過部２１Ｂが形成された形成された底部２１Ａによって塞がれている。
【００３４】
ピストン部２３は、シリンダ部２１の底部２１Ａ側の端部とは逆側の端部側からシリンダ部２１の内壁に沿って進路Ｐ方向に移動可能な部材であり、中央部に荷電粒子線が通行可能な透過部２３Ｂが形成される。ピストン部２３は、後述の制御部４０の指示に基づき、図示しない駆動手段の駆動によって荷電粒子線の進路Ｐ方向に移動する。図３は、シリンダ部２１の底部２１Ａ側にピストン部２３が移動した場合を説明する図である。図３に示すように、ピストン部２３が移動することで、シリンダ部２１の底部２１Ａと、ピストン部２３との距離（図２に示す長さＬ）が変更される。
【００３５】
図２に戻り、シリンダ部２１の底部２１Ａには、配管３１が接続され、ポンプ３２の駆動により、タンク３３に貯留される媒質（エネルギー吸収体）が配管３１を介して供給されることで、シリンダ部２１の内部空間Ｓは媒質によって満たされる。タンク３３は、輸送ライン３との間に放射性遮蔽壁が設けられている場所に設けられることが好ましい。このような場所としては、例えば、タンク３３を建屋５の地下等に設ける構成が挙げられる。
【００３６】
ディグレーダ２０において荷電粒子のエネルギーを吸収することで前記荷電粒子線を減衰させるエネルギー吸収体として内部空間Ｓに満たされる媒質は、流体であることが好ましい。このような媒質としては、例えば、液体又は気体の希ガス（Ｈｅ、Ａｒ等）又は液体シンチレータ等を採用することができる。流体の媒質を用いることで、固体の媒質を用いる場合と比較して、ディグレーダ２０及びその周辺機器の小型化が可能となる。特に、媒質が液体Ｘｅである場合には、荷電粒子線のエネルギー吸収能が高いため、小型化の実現が容易である。
【００３７】
また、媒質は、荷電粒子線のエネルギーを減衰させる際に媒質自身にエネルギーが付与される。媒質は、この荷電粒子線からの付与エネルギーを例えば電離、蛍光、熱、振動等に変換することで発散しやすい物質であることが好ましい。
【００３８】
さらに、シリンダ部２１の内部空間Ｓには、荷電粒子線からの付与エネルギーに基づいて荷電粒子線から発散されるエネルギーを検出するエネルギー検出部が設けられる。図２に示すディグレーダ２０では、媒質として荷電粒子線の受光によって蛍光を発するＸｅを内部空間Ｓ内に満たした所謂液体シンチレータとして、媒質からの蛍光をシリンダ部２１の側壁２１Ｃに設けられた光電子増倍管（ＰＭＴ）２５により検出する構成としている。光電子増倍管２５は、シリンダ部２１内での媒質からの蛍光を精度よく検出するために、シリンダ部２１の内部空間Ｓ内に一様に分散して配置されることが好ましい。
【００３９】
なお、シリンダ部２１の内部空間Ｓに充填される媒質に応じて、エネルギー計測器は適宜変更される。例えば、媒質が荷電粒子線からの付与エネルギーを電離に変換する場合には、エネルギー計測器としては電離箱等が用いられる。また、媒質が荷電粒子線からの付与エネルギーを熱に変換する場合には、エネルギー計測器としてはカロリメーター等が用いられる。また、媒質が荷電粒子線からの付与エネルギーを振動に変換する場合には、エネルギー計測器としては超音波検出器等が用いられる。
【００４０】
光電子増倍管２５により検出された蛍光に係る情報は、ＡＤ変換器３０においてアナログ／デジタル変換され、電気信号として制御部４０へ送られる。
【００４１】
制御部４０は、ディグレーダ２０のピストン部２３の位置を制御する機能を有すると共に、粒子数計測部１０における粒子数の計測結果と、ＡＤ変換器３０から送信される光電子増倍管２５におけるエネルギーの計測結果に基づいて、ディグレーダ２０より下流側の荷電粒子線のエネルギーを管理する機能を有する。さらに、上記のディグレーダ２０を用いて、サイクロトロン２から出射される荷電粒子線の最大加速エネルギーを管理する機能を有する。これらについては後述する。
【００４２】
上記のエネルギー選択システム４を含む荷電粒子線治療装置１におけるエネルギー計測は以下の２つの方法で行うことができる。
【００４３】
まず、第１のエネルギー計測方法について説明する。サイクロトロン２で加速された荷電粒子線が輸送ライン３を介して粒子数計測部１０に到達すると、粒子数計測部１０において、荷電粒子線の粒子数（単位時間の間に粒子数計測部１０を通過する荷電粒子線のエネルギー）が計測される。粒子数計測部１０において計測された荷電粒子線の粒子数は、制御部４０に対して送信される。
【００４４】
次に、粒子数計測部１０を出射した荷電粒子線は、ディグレーダ２０のピストン部２３の透過部２３Ｂからディグレーダ２０の内部空間Ｓに入射し、媒質で満たされた内部空間Ｓ内を移動し、シリンダ部２１の底部２１Ａに設けられた透過部２１Ｂからディグレーダ２０外に出射し、輸送ライン３に沿って下流側の回転ガントリ７へ向けて移動する。
【００４５】
ディグレーダ２０の内部空間Ｓ内は媒質で満たされているので、ディグレーダ２０内に入射した荷電粒子線は、媒質によって荷電粒子線のエネルギーが吸収されることで、荷電粒子線のエネルギーが減衰されて所望の速度にまで減速する（エネルギー吸収ステップ）。減速後の荷電粒子線の速度は、荷電粒子線の媒質中の移動距離に基づいて定まるので、制御部４０によりピストン部２３を移動させて、ピストン部２３の透過部２３Ｂとシリンダ部２１の透過部２１Ｂとの間の媒質によって満たされる領域の長さＬ（図２参照）を変動することで制御される。また、荷電粒子線の減速によって媒質に付与され、蛍光として発散されるエネルギーは、光電子増倍管２５によって検出され、ＡＤ変換器３０によって電子信号に変換された後に、エネルギー量が制御部４０によって算出される（エネルギー計測ステップ）。制御部４０では、粒子数計測部１０において取得された荷電粒子線の粒子数に基づいて、ディグレーダ２０より下流での荷電粒子１つあたりのエネルギーを算出することができる。そして、算出された結果に基づいて、制御部４０におけるピストン部２３の移動制御の調整等が行われる。
【００４６】
次に、第２のエネルギー計測方法について説明する。サイクロトロン２で加速された荷電粒子線が輸送ライン３を介して粒子数計測部１０に到達すると、粒子数計測部１０において、荷電粒子線の粒子数が計測される。粒子数計測部１０において計測された荷電粒子線の粒子数は、制御部４０に対して送信される。
【００４７】
次に、粒子数計測部１０を出射した荷電粒子線は、ディグレーダ２０のピストン部２３の透過部２３Ｂからディグレーダ２０の内部空間Ｓに入射する。ここで、ピストン部２３の透過部２３Ｂとシリンダ部２１の透過部２１Ｂとの間の媒質によって満たされる領域の長さＬ（図２参照）の間を十分に長くしておく。これによって、ディグレーダ２０内に入射した荷電粒子線は、ディグレーダ２０の内部空間Ｓ内に満たされた媒質によって、そのエネルギーが全て吸収され、荷電粒子線は移動を停止する（荷電粒子線停止ステップ）。そして、荷電粒子線から媒質に付与され、蛍光として発散されるエネルギーは、光電子増倍管２５によって検出され、ＡＤ変換器３０によって電子信号に変換された後に、エネルギー量が制御部４０によって算出される（全体エネルギー計測ステップ）。このような構成とした場合には、荷電粒子線が含むエネルギーの全量が光電子増倍管２５によって検出されると考えられることから、荷電粒子線のエネルギーの全量を算出することができる。
【００４８】
併せて、制御部４０では、粒子数計測部１０において取得された荷電粒子線の粒子数に基づいて、荷電粒子１つあたりの最大加速エネルギー（サイクロトロン２から出射される荷電粒子線のエネルギー）を算出することができる。なお、このようなエネルギー計測を行うためには、ディグレーダ２０は、進路Ｐに沿ってみたときの内部空間Ｓに満たされる媒質の厚み（長さＬ）が、荷電粒子線を全て吸収可能な長さよりも長くなるような構造とする必要がある。
【００４９】
ここで、従来のエネルギー選択システムでは、一般的に荷電粒子線の進路上に、媒質によって構成された楔形状の減衰材を配置し移動させることで、荷電粒子線の進行方向における減衰材の厚みを制御する構成が知られている。しかし、このような従来のエネルギー選択システムでは、サイクロトロン２から出射されて輸送ライン３を経た後に回転ガントリ７の照射装置から出射された荷電粒子線のエネルギーを測定することはあったが、サイクロトロン２から出射される荷電粒子線のエネルギーを直接測定する機構はなく、照射装置よりも上流側、特に加速器から出射直後の荷電粒子線のエネルギーを評価する機構は今まで検討されていなかった。
【００５０】
これに対して、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１では、エネルギー選択システム４のディグレーダ２０において、荷電粒子線において低下させる荷電粒子のエネルギー、すなわち、内部空間Ｓに満たされる媒質と荷電粒子線との相互作用によって荷電粒子から媒質に移行されるエネルギーを検出するエネルギー計測部（光電子増倍管２５）が設けられる。これにより、第１のエネルギー計測方法として示したように、ディグレーダ２０を通過する荷電粒子から放出されるエネルギーが計測可能となるため、サイクロトロン２において加速された荷電粒子線のエネルギーから、ディグレーダ２０を通過した荷電粒子線のエネルギーを算出することが可能となる。
【００５１】
また、第２のエネルギー計測方法として説明したように、ディグレーダ２０内に入射した荷電粒子線のエネルギーを、ディグレーダ２０の内部空間Ｓ内に満たされた媒質によって全て吸収する構成として、光電子増倍管２５によって荷電粒子線が含むエネルギーの全量を光電子増倍管２５によって検出する構成とすることで、荷電粒子線のエネルギーの全量（サイクロトロン２から出射された荷電粒子線の最大加速エネルギー）を算出することも可能となる。
【００５２】
このように、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１においては、従来は測定することが考慮されていなかった回転ガントリよりも上流側での荷電粒子線のエネルギーの測定が可能となる。これにより、例えば、第１のエネルギー計測方法で得られるディグレーダ２０の媒質で吸収されたエネルギーの計測結果は、ディグレーダ２０の性能評価や調整等に利用することができる。また、第２のエネルギー計測方法で得られるディグレーダ２０の媒質で吸収されたエネルギーの計測結果は、サイクロトロン２の性能評価や調整等に利用することができる。
【００５３】
また、従来のエネルギー選択システムでは、楔形状の減衰材を移動するための大型の移動機構が必要となる。また、減衰材及び移動機構は放射線遮蔽材等で遮蔽する必要があり、遮蔽材を含む装置が大型化してしまうという課題があった。これに対して、本実施形態に係るエネルギー選択システム４では、ディグレーダ２０の内部空間Ｓに満たされる媒質が流体とすることができる。これにより、減衰材及び移動機構を含むディグレーダとしての小型化が可能となる。
【００５４】
さらに、本実施形態に係るエネルギー選択システム４のディグレーダ２０では、荷電粒子線の進行方向における媒質の厚み、すなわち、ディグレーダ２０の内部空間Ｓの長さＬ（図２参照）が可変とされている。具体的には、ピストン部２３が荷電粒子線の進路Ｐに移動することで、有底筒状のシリンダ部２１の内部空間Ｓの長さＬが変更される。このように、媒質の厚みが可変とされていることで、ディグレーダ２０から出射される荷電粒子線のエネルギー制御を精度よく行うことができる。また、従来のエネルギー選択システムのディグレーダでは、減衰材を荷電粒子線の進路方向とは異なる方向（主に、進路方向と垂直な方向）に減衰材を移動させて、減衰材の厚さを変更していたことから、大型の移動機構が必要であった。
【００５５】
また、従来のディグレーダでは、減衰材及び移動機構は放射線遮蔽材等で遮蔽する必要があり、遮蔽材を含む装置が大型化することがあった。これに対して、ディグレーダ２０では、荷電粒子線の進路Ｐ方向に沿ったピストン部２３の移動によって媒質の厚みを変更することから大型の移動機構を必要とせず、さらに放射線遮蔽材等の設備も小型化が可能となる。
【００５６】
また、荷電粒子線の進路Ｐ上に荷電粒子線の粒子数を測定する粒子数計測部１０をさらに備えることで、荷電粒子線に含まれる荷電粒子の粒子数とそのエネルギーとの対応関係を把握することが可能となり、荷電粒子線のより高い精度の制御が実現可能となる。なお、粒子数計測部１０は、進路Ｐであれば、ディグレーダ２０の上流側又は下流側のいずれかに設けられていればよい。また、上流側及び下流側の双方にディグレーダ２０を設ける構成としてもよい。
【００５７】
また、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１においては、タンク３３が建屋５の地下に設けられていることにより、作業者の安全性を高めることができる。エネルギー選択システム４のディグレーダ２０のシリンダ部２１の内部空間Ｓに満たされた媒質は陽子線が照射されるため、次第に放射化される。シリンダ部２１内の媒質はタンク３３へ戻されることもあることから、タンク３３内の媒質にも放射化されたものが含まれる。ここで、放射化されたタンク３３が建屋５の室内に存在すると、作業者が荷電粒子線治療装置１を構成する機器（サイクロトロン２やディグレーダ２０等）のメンテナンス等を行う際に、タンク３３から放出される放射線により被ばく量が多くなる可能性が考えられる。これに対して、上記実施形態のように、タンク３３を建屋５の地下に収容することで、作業者の被ばく量を抑制することができる。
【００５８】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、粒子数計測部１０が設けられている構成について説明したが、粒子数計測部１０を用いない構成としてもよい。この場合でも、エネルギー計測部において、内部空間Ｓにおいて媒質によって吸収された荷電粒子線のエネルギーを計測することができ、この結果に基づいたディグレーダ２０の制御等を行うことができる。
【００５９】
また、上記実施形態では、荷電粒子線の進路Ｐ方向におけるエネルギー吸収体（媒質）の厚みを可変とする構成として、ピストン部２３が荷電粒子線の進路Ｐに移動することで、有底筒状のシリンダ部２１の内部空間Ｓの長さＬが変更される構成について説明したが、他の構成とすることもできる。このような構成としては、例えば、媒質を収容する容器の形状を、進路Ｐ方向に沿った側壁部分を蛇腹状とし、蛇腹状の側壁を伸縮させることで、内部空間の長さを変更させる構成とすることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１…荷電粒子線治療装置、２…サイクロトロン（粒子加速器）、３…輸送ライン、５…建屋、６…照射室、７…回転ガントリ、１０…粒子数計測部、２０…ディグレーダ、２１…シリンダ部、２３…ピストン部、２５…光電子増倍管（エネルギー計測部）、３０…ＡＤ変換器、４０…制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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