(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した荷電粒子線のエネルギーを減衰させる複数の減衰部材を備えたエネルギーデグレーダであって、
減衰させるエネルギー量が異なる複数の前記減衰部材を有し、
減衰させるエネルギー量が大きい方の前記減衰部材である低エネルギー側減衰部材は、減衰させるエネルギー量が小さい方の前記減衰部材である高エネルギー側減衰部材よりも前記荷電粒子線の透過率が高い材質からなることを特徴とするエネルギーデグレーダ。
【請求項２】
前記複数の減衰部材のうち、減衰させるエネルギー量が最も大きい前記低エネルギー側減衰部材のみが、前記透過率が高い材質からなることを特徴とする請求項１に記載のエネルギーデグレーダ。
【請求項３】
前記低エネルギー側減衰部材は、ベリリウムから形成され、前記高エネルギー側減衰部材は、グラファイトから形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のエネルギーデグレーダ。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載のエネルギーデグレーダを備え、前記荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射システムであって、
前記エネルギーデグレーダに導入される荷電粒子を加速する加速器と、
前記エネルギーデグレーダによってエネルギーが減衰された前記荷電粒子線を照射する照射装置と、
を備える荷電粒子線照射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線のエネルギーを減衰させるエネルギーデグレーダ、及びそれを備えた荷電粒子線照射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
陽子ビームなどの荷電粒子線を患者に照射してがん治療を行う設備が知られている。この種の設備は、イオン源で生成されたイオン（荷電粒子）を加速させるサイクロトロン（加速器）、サイクロトロンで加速された荷電粒子を輸送する輸送ライン、及び患者に対して任意の方向から荷電粒子線を照射する回転自在の照射装置（回転ガントリ）を備えている。
【０００３】
下記特許文献１に記載の技術では、ビームライン（輸送ライン）にビーム吸収体（減衰材）を挿入してビームエネルギーを減衰させるデグレーダが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０１−２８６３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の荷電粒子線照射システムでは、被照射体の照射位置（深さ）に応じて荷電粒子線のエネルギーを調整している。荷電粒子線のエネルギーの調整には、減衰材を有するエネルギーデグレーダが用いられている。一般的に減衰材の材質としては、放射化しにくく、安価なグラファイトが採用されている。従来技術では、同一の材質からなる減衰材において、荷電粒子線が透過する長さを変更することで、減衰させるエネルギー量を調整していた。
【０００６】
また、近年、通常よりも低いエネルギーの荷電粒子線の使用要求が高まっている。エネルギーの減衰量を大きくするために減衰材を厚くすると、荷電粒子線の散乱が大きくなり、減衰材を透過可能な荷電粒子の数（＝透過率）が減少することになる。
【０００７】
本発明は、以上の課題を解決することを目的としており、エネルギーが低い方の荷電粒子線の透過率の低下を緩和することが可能なエネルギーデグレーダ及びそれを備えた荷電粒子線照射システム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】
【０００８】
本発明は、入射した荷電粒子線のエネルギーを減衰させる複数の減衰部材を備えたエネルギーデグレーダであって、減衰させるエネルギー量が異なる複数の前記減衰部材を有し、減衰させるエネルギー量が大きい方の前記減衰部材である低エネルギー側減衰部材は、減衰させるエネルギー量が小さい方の前記減衰部材である高エネルギー側減衰部材よりも前記荷電粒子線の透過率が高い材質からなることを特徴としている。
【０００９】
本発明にかかるエネルギーデグレーダでは、エネルギーの減衰量が異なる複数の減衰部材を備え、エネルギー減衰量が大きい方の低エネルギー側減衰部材が、エネルギー減衰量が小さい方の高エネルギー側減衰部材よりも透過率が高い材質から形成されているため、低エネルギー側の荷電粒子線の透過率の低下を緩和することができる。その結果、低エネルギー領域（例えば７０MｅＶ以下）において、減衰部材を透過する荷電粒子数の減少を抑制することができる。エネルギー減衰量が大きい場合には、エネルギー減衰量が小さい場合と比較して、減衰部材を透過した後の荷電粒子線のエネルギーが低くなる。
【００１０】
また、複数の減衰部材のうち、減衰させるエネルギー量が最も大きい低エネルギー側減衰部材のみが、透過率が高い材質からなる構成としてもよい。このように、エネルギーの減衰量が最も大きい減衰部材のみを、他の減衰部材よりも透過率が高いものとすることができる。
【００１１】
また、低エネルギー側減衰部材は、ベリリウムから形成され、高エネルギー側減衰部材は、グラファイトから形成することができる。このように低エネルギー側減衰部材として、ベリリウムを採用することで、低エネルギー領域において、減衰部材を透過する荷電粒子数を増加させることができる。
【００１２】
また、本発明は、上記のエネルギーデグレーダを備え、荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射システムであって、エネルギーデグレーダに導入される荷電粒子を加速する加速器と、エネルギーデグレーダによってエネルギーが減衰された荷電粒子線を照射する照射装置と、を備えることを特徴としている。
【００１３】
本発明に係る荷電粒子線照射システムは、入射した荷電粒子線のエネルギーを減衰させるエネルギーデグレーダを備えている。このエネルギーデグレーダでは、エネルギーの減衰量が異なる複数の減衰部材を備え、エネルギー減衰量が大きい方の低エネルギー側減衰部材が、エネルギー減衰量が小さい方の高エネルギー側減衰部材よりも透過率が高い材質から形成されているため、低エネルギー側の荷電粒子線の透過率を向上させることができる。その結果、低エネルギー領域において、減衰部材を透過する荷電粒子数を増加させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のエネルギーデグレーダ及びそれを備えた荷電粒子線照射システムによれば、エネルギーが低い方の荷電粒子線の透過率の低下を緩和することができ、低エネルギー側減衰部材を透過する荷電粒子の数の減少を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る粒子線治療システムの配置図である。
【図２】本発明の実施形態に係るエネルギーデグレーダを示す概略図である。
【図３】本発明の第２実施例に係るエネルギーデグレーダを示す概略図である。
【図４】本発明の第３実施例に係るエネルギーデグレーダを示す概略図である。
【図５】本発明の第４実施例に係るエネルギーデグレーダを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係るエネルギーデグレーダ、及びそれを備えた荷電粒子線照射システムの好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態では、荷電粒子線照射システムを粒子線治療システムとした場合について説明する。
【００１７】
（荷電粒子線照射システム）
粒子線治療システムは、例えばがん治療に適用されるものであり、患者の体内の腫瘍（照射目標物）に対して、陽子ビーム（荷電粒子線）を照射する装置である。
【００１８】
図１に示すように、粒子線治療システム１は、イオン源（図示せず）にて生成されたイオン（水素の陽イオン）を加速させて陽子ビームを生成するサイクロトロン（粒子加速器）２、患者に対して任意の方向から陽子ビームを照射する回転自在の回転ガントリ（照射装置）３、サイクロトロン２で生成された陽子ビーム（サイクロトロンで加速された荷電粒子ビーム）を回転ガントリ３まで輸送する輸送ライン４を備えている。
【００１９】
サイクロトロン２で加速された陽子ビームは、輸送ライン４に沿って偏向され、回転ガントリ３に輸送される。輸送ライン４には、陽子ビームを偏向させるための偏向磁石が設けられている。また、輸送ライン４には、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１０が設けられている（詳しくは後述する）。
【００２０】
更に、輸送ライン４には、エネルギーデグレーダ１０の後段（下流）に、ＥＳＳ（エネルギー選択システム）３０が設けられている。このＥＳＳ３０は、輸送されてきた所定のエネルギー分布を有する陽子ビームから所望のエネルギー幅の陽子ビームを選択的に取り出すものである。ＥＳＳ３０では、陽子ビームのエネルギー幅が、所望の範囲となるように選択される。
【００２１】
回転ガントリ３は、患者が横たわる治療台、患者に向けて陽子ビームを照射する照射部を備えている。エネルギーデグレーダ１０によってエネルギーが減衰された荷電粒子線は、照射部から出射され、患者の対象部位に照射される。
【００２２】
（エネルギーデグレーダ）
図２は、本発明の実施形態に係るエネルギーデグレーダを示す概略図である。図２に示すエネルギーデグレーダ１０は、陽子ビームＢの経路上（ビームライン上）に設けられ、陽子ビームＢのエネルギーを減衰させるものである。エネルギーデグレーダ１０は、透過する陽子ビームＢのエネルギーを減衰させる複数の減衰部材１１Ａ〜１１Ｇを備えている。なお、減衰部材１１Ａ〜１１Ｇを区別する必要がないときは、減衰部材１１と記す。
【００２３】
エネルギーデグレーダ１０では、互いに厚さが異なる減衰部材１１が、一方向に厚さ順に配置されている。本実施形態では、陽子ビームＢの経路と交差する方向Ｘにおいて、減衰部材１１Ａから減衰部材１１Ｇへ順に厚さが増加するように配置されている。なお、ここでいう厚さとは、荷電粒子線の透過方向における長さをいう。減衰部材１１は、例えば、陽子ビームＢが出射される出口側の端面が揃うように配置され、反対の入口側の端面が階段状を成すように配置されている。なお、減衰部材１１は、厚さ順に配置されていなくてもよい。また、出口側の端面が階段状を成すように配置されていてもよく、その他の配置でもよい。
【００２４】
減衰部材１１は、支持部材（不図示）によって一体的に支持されている。また、エネルギーデグレーダ１０は、減衰部材１１に駆動力を付与する駆動源（例えば、駆動モータ）、減衰部材１１の移動を案内する案内手段（例えば、ガイドレール）など備えている。そして、エネルギーデグレーダ１０は、陽子ビームＢを透過させる減衰部材１１を、陽子ビームＢの経路上に移動させることで、陽子ビームＢのエネルギーの減衰量を変更する。エネルギーデグレーダ１０は、陽子ビームＢが透過する減衰部材１１の厚さに応じて異なる減速度で陽子ビームＢを減速させる。陽子ビームＢは、運動エネルギーが減少して減衰する。
【００２５】
ここで、エネルギーデグレーダ１０では、減衰させるエネルギー量が大きい方の減衰部材１１である低エネルギー側減衰部材が、減衰させるエネルギー量が小さい方の減衰部材１１である高エネルギー側減衰部材よりも陽子ビームＢの透過率が高い材質から形成されている。換言すれば、高エネルギー側減衰部材よりも、低エネルギー側減衰部材に、原子番号が小さい物質が採用されている。これは、減衰材料の原子番号が大きいほど陽子ビームＢの散乱が大きく広がるため、透過できる陽子の数が減ることによる。
【００２６】
本実施形態のエネルギーデグレーダ１０では、減衰させるエネルギー量が最も大きい減衰部材１１Ｇのみが、その他の減衰部材１１Ａ〜１１Ｆよりも透過率が高い材質から形成されている。減衰部材１１の材質としては、例えば、炭素（Ｃ）、ベリリウム（Ｂｅ）などが挙げられる。本実施形態では、最も低エネルギー側の減衰部材１１Ｇに、原子番号が小さい安定固形物質であるベリリウムが採用され、その他の減衰部材１１Ａ〜１１Ｆに炭素（グラファイト）が採用されている。
【００２７】
なお、低エネルギー側の二つの減衰部材１１Ｇ，１１Ｆに、残りの減衰部材１１Ａ〜１１Ｅよりも透過率が高い材質を採用してもよい。また、最も低エネルギー側の減衰部材１１Ｇに透過率が高い材質を採用しない場合でもよい。例えば、低エネルギー側の減衰部材１１Ｆに、残りの減衰部材１１Ａ〜１１Ｅよりも透過率が高い材質を採用し、最も低エネルギー側の減衰部材１１Ｇと減衰部材１１Ａ〜１１Ｄとを同じ材質によって形成してもよい。
【００２８】
（エネルギーデグレーダ及び粒子線治療システムの作用）
粒子線治療システム１では、サイクロトロン２によって陽子ビームＢが加速され、加速された陽子ビームＢ（例えば２３０ＭｅＶ±数ＭｅＶのエネルギー範囲を有する）は、エネルギーデグレーダ１０に導入される。エネルギーデグレーダ１０では、駆動手段によって減衰部材１１が駆動されて移動し、陽子ビームＢの経路上に所望の減衰部材１１が配置されている。そして、この減衰部材１１を通過した陽子ビームＢは、減衰部材１１によって減速されて、エネルギーが減衰させられる（例えば２００ＭｅＶ±十数ＭｅＶ）。
【００２９】
エネルギーデグレーダ１０を通過した陽子ビームは、ＥＳＳ３０に導入される。ＥＳＳ３０では、導入された陽子ビームうち、所望のエネルギー範囲の陽子ビームが選択的に取り出される（例えば２００ＭｅＶ±１ＭｅＶ）。エネルギー幅が選択された陽子ビームは、輸送ライン４によって輸送されて回転ガントリ３に導入されて、被照射体に照射される。これにより、被照射体の内部の所定の深さ位置に到達するように陽子ビームが照射される。被照射体の内部の深い位置に到達するように陽子ビームを照射する場合には、エネルギーデグレーダ１０による減衰量を小さくし、被照射体の内部の浅い位置（例えば体表付近）に到達するように陽子ビームを照射する場合には、エネルギーデグレーダ１０による減衰量を大きくする。
【００３０】
このような本実施形態のエネルギーデグレーダ及びそれを備えた粒子線治療システムによれば、複数の減衰部材１１を備え、これらの減衰部材１１に入射する陽子ビームＢのエネルギーを減衰させることができる。エネルギーデグレーダ１０では、エネルギー減衰量が大きい方の低エネルギー側減衰部材１１Ｇが、エネルギー減衰量が小さい方の高エネルギー側減衰部材よりも透過率が高い材料から形成されているため、低エネルギー側の陽子ビームＢの透過率の低下を緩和することができる。その結果、低エネルギー領域において、陽子ビームＢの散乱を抑え、減衰部材１１を透過できる陽子の数の減少を抑制することができる。
【００３１】
また、複数の減衰部材１１のうち、減衰させるエネルギー量が最も大きい低エネルギー側減衰部材１１Ｇのみが、透過率が高く高価なベリリウムによって形成されているため、製造コストの増加を抑えつつ、低エネルギー側減衰部材１１Ｇを透過する陽子の数の減少を抑制することができる。すなわち、照射される陽子の数の減少を抑制することができる。これにより、体表付近の浅い位置へ、有効に陽子ビームを照射することができ、信頼性の高い粒子線治療システム１を実現することができる。
【００３２】
下記の表１は、陽子ビームＢの各エネルギーにおける透過率を示すものである。表１中の透過率は、ＥＳＳ３０の出口で測定した値である。このときの減衰部材の材質は、全て同一であり、グラファイトが採用されている。
【表１】
0005726644.tif 000002
【００３３】
下記の表２は、陽子ビームＢの透過率について、減衰部材の材質による比較を示すものである。陽子ビームＢのエネルギーが７０［ＭｅＶ］であり、ビーム径がφ５ｍｍ、φ２ｍｍである場合について計測した。
【表２】
0005726644.tif 000003
【００３４】
（第２実施例）
次に図３を参照して、第２実施例に係るエネルギーデグレーダ１０Ｂについて説明する。図３に示すエネルギーデグレーダ１０Ｂが、図２に示すエネルギーデグレーダ１０と違う点は、一つの減衰部材１２Ａ〜１２Ｇにおいて、異なる厚さを有する点である。このように一つの減衰部材１２Ａ〜１２Ｇにおいて、複数の厚みを有する構成としてもよい。
【００３５】
次に図４を参照して、第３実施例に係るエネルギーデグレーダ１０Ｃについて説明する。図４に示すように、エネルギーデグレーダ１０Ｃは、互いに対向して配置された一対の減衰部材１３，１４を有している。減衰部材１３，１４は、くさび形を成し、互いの斜面１３ａ，１４ａ同士が対面して配置されている。減衰部材１３，１４は、陽子ビームＢの進行方向と交差するＸ方向に移動可能な構成とされている。減衰部材１３，１４をＸ方向に移動させ、陽子ビームＢが減衰部材１３，１４を透過する長さを変更して、陽子ビームＢのエネルギーの減衰量を制御する。なお、減衰部材１３，１４の何れか一方を、陽子ビームＢの進行方向へ駆動して、減衰部材１３，１４の隙間を調整し、陽子ビームＢのビーム径を制御する構成としてもよい。
【００３６】
この減衰部材１３，１４は、減衰させるエネルギー量が異なる複数の減衰部材１３Ａ，１３Ｂ，１４Ａ，１４Ｂを備えている。減衰させるエネルギー量が大きい方の低エネルギー側減衰部材１３Ｂ，１４Ｂは、減衰させるエネルギー量が小さい方の高エネルギー側減衰部材１３Ａ，１４Ａよりも、陽子ビームＢの透過率が高い材質から形成されている。例えば、陽子ビームＢのエネルギーを７０［ＭｅＶ］に減衰させる部分にのみ、透過率が高い材質（ベリリウム）が採用されている。
【００３７】
このような第３実施例のエネルギーデグレーダ１０Ｃにおいても、上記実施形態のエネルギーデグレーダ１０と同様に、低エネルギー領域において、陽子ビームＢの散乱を抑え、減衰部材１３Ｂ，１４Ｂを透過する陽子の数の減少を抑制することができる。
【００３８】
（第４実施例）
次に図５を参照して、第４実施例に係るエネルギーデグレーダ１０Ｄについて説明する。図５は、エネルギーデグレーダの正面図であり、陽子ビームＢの進行方向から示すものである。図５に示すエネルギーデグレーダ１０Ｄは、厚さが異なる複数の減衰部材１５Ａ，１５Ｂを備え、複数の減衰部材１５Ａ，１５は、渦巻き状に配置されている。例えば、中央側が薄く、外側が厚くなるように、複数の減衰部材１５Ａ，１５Ｂが配置されている。なお、中央側が厚く、外側が薄くなるように複数の減衰部材１５Ａ，１５Ｂを配置してもよい。
【００３９】
エネルギーデグレーダ１０Ｄの中央には、陽子ビームＢの進行方向と平行に延在する回転軸１６が配置されている。この回転軸１６は、軸周りに回転可能であると共に、陽子ビームの進行方向と交差する方向に移動可能な構成とされている。この回転軸１６が回転する共に、所定の方向に移動することで、所望の減衰部材１５Ａ，１５Ｂが陽子ビームの経路上に配置される。
【００４０】
ここで、第４実施例のエネルギーデグレーダ１０Ｄにおいても、減衰させるエネルギー量が大きい方の低エネルギー側減衰部材１５Ｂは、減衰させるエネルギー量が小さい方の高エネルギー側減衰部材１５Ａよりも、陽子ビームの透過率が高い材質から形成されている。このような第４実施例のエネルギーデグレーダ１０Ｄにおいても、上記実施形態のエネルギーデグレーダ１０と同様に、低エネルギー領域において、陽子ビームＢの散乱を抑え、減衰部材１３Ｂ，１４Ｂを透過する陽子の数の減少を抑制することができる。
【００４１】
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。
【００４２】
また、エネルギーデグレーダ１０の配置は、サイクロトロン２の直後に限定されず、回転ガントリ３に設置された照射ノズル中にエネルギーデグレーダ１０が設けられている構成でもよい。
【００４３】
また、加速器は、サイクロトロン２に限定されず、例えば、シンクロサイクロトロンなど、他の加速器でもよい。また、荷電粒子線は陽子ビームに限定されず、炭素ビーム（重粒子ビーム）などでも良い。
【００４４】
また、低エネルギー側減衰部材の材質は、ベリリウムに限定されず、その他の減衰材料を採用してもよい。
【００４５】
また、粒子線治療システム１は、回転ガントリを用いず、固定照射としてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１…粒子線治療システム（荷電粒子線照射システム）、２…サイクロトロン（粒子加速器）、３…回転ガントリ、４…輸送ライン、１０，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ…エネルギーデグレーダ、１１Ａ〜１１Ｆ，１２Ａ〜１２Ｆ，１３Ａ，１４Ａ，１５Ａ…高エネルギー側減衰部材（減衰部材）、１１Ｇ，１２Ｇ，１３Ｂ，１４Ｂ，１５Ｂ…低エネルギー側減衰部材（減衰部材）、Ｂ…陽子ビーム（荷電粒子線）。
【図１】
0005726644.tif 000004
【図２】
0005726644.tif 000005
【図３】
0005726644.tif 000006
【図４】
0005726644.tif 000007
【図５】
0005726644.tif 000008