(57)【要約】【課題】比較的大きな照射野を荷電粒子ビームにより適切かつ容易に照射できる荷電粒子ビーム照射装置および照射方法を提供する。【解決手段】加速器から出射され複数のリーフを有する多葉コリメータで制御される荷電粒子ビームを治療室の治療台７上の患者などの被照射体に照射する照射装置において、前記被照射体の移動に応じ多葉コリメータ４の各リーフ８を照射野の形状に合わせて駆動制御し所定の開口領域を有する開口部を形成することにより、前記被照射体の所定面積を照射野の形状に合わせて照射する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のリーフを有する多葉コリメータで制御される荷電粒子ビームを移動手段により移動される被照射体に照射する照射装置において、前記被照射体の移動に応じ前記多葉コリメータの各リーフを照射野の形状に合わせて駆動制御し所定の開口領域を有する開口部を形成することにより、前記被照射体の所定面積を照射野の形状に合わせて照射することを特徴とする荷電粒子照射装置。
【請求項２】
荷電粒子ビームの照射状態において所定速度で連続的に移動する被照射体の移動に応じ前記多葉コリメータの各リーフを照射野の形状に合わせて駆動制御し、被照射体の所定面積を照射野の形状に合わせて照射することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子照射装置。
【請求項３】
荷電粒子ビームの非照射状態において被照射体を移動するとともに前記多葉コリメータの各リーフを照射野の形状に合わせて駆動制御し、前記被照射体の移動動作および前記多葉コリメータにおける各リーフの駆動制御動作の終了に応動して前記荷電粒子ビームを照射することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項４】
前記多葉コリメータの最大開口領域が正方形になるように、リーフの開口幅とリーフの枚数とリーフの厚みが構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項５】
前記多葉コリメータのリーフの枚数が１対であり、それと細長いスリットを設けたコリメータとを組み合わせることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項６】
前記多葉コリメータにおける１対のリーフの形状が多角形からなり、開口幅方向のみならず、それに垂直な方向の駆動も行うことによって、前記多角形のリーフによりスリット両端において照射野の規制を行い、前記多角形のリーフにより照射野の限定が行えることを特徴とする請求項５に記載の荷電粒子照射装置。
【請求項７】
移動される被照射体に複数のリーフを有する多葉コリメータで制御される荷電粒子ビームを照射するにあたり、前記被照射体の移動に応じ前記多葉コリメータの各リーフを照射野の形状に合わせて駆動制御し所定の開口領域を有する開口部を形成することにより、被照射体の所定面積を照射野の形状に合わせて照射することを特徴とする荷電粒子ビーム照射方法。
【請求項８】
荷電粒子ビームの照射状態において所定速度で連続的に移動する被照射体の移動に応じ前記多葉コリメータの各リーフを照射野の形状に合わせて駆動制御し、被照射体の所定面積を照射野の形状に合わせて照射することを特徴とする請求項７に記載の荷電粒子ビーム照射方法。
【請求項９】
荷電粒子ビームの非照射状態において被照射体を移動するとともに前記多葉コリメータの各リーフを照射野の形状に合わせて駆動制御し、前記被照射体の移動動作および前記多葉コリメータにおける各リーフの駆動制御動作の終了に応じて前記荷電粒子ビームを照射することを特徴とする請求項７に記載の荷電粒子ビーム照射方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、荷電粒子ビーム照射装置および照射方法、特に、がん治療等に供する照射系機器とその運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
被照射体への荷電粒子ビームの照射範囲を限定的に制御するには、コリメータが用いられる（例えば、特許文献１参照）。
荷電粒子ビームを拡大するには、ワブラー電磁石が用いられる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１５１２１１号公報
【０００４】
【非特許文献１】
辻井博彦編「重粒子線治療の基礎と臨床」医療科学社、２０００年３月２７日、ｐ３１−ｐ４２，ｐ５０−５１
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
比較的大きな照射野が必要な場合、対象となる照射野は拡大されたビームの領域範囲内であって、しかも多葉コリメータの形成する形状内の大きさに限定されるので、大きい照射野を得ようとすれば、拡大されたビームの領域を拡げるとともに、多葉コリメータのリーフの数を増やすとかリーフの移動量を大きくする必要がある。
拡大されたビームの領域をより大きくするためにはワブラー電磁石での振れ幅を大きくしなければならず、電磁石の電源をパワーアップするとともに、渦電流等で発生する熱への対策が必要である。
また、多葉コリメータのリーフの数を増やすとか移動量を大きくすると、リーフを駆動するモータと回路を増加し、全体が大きくなり重量も増えざるを得ない。
【０００６】
従来の荷電粒子照射装置は以上のように構成されているので、大きな患部を治療するのには限界があり、そういう場合は照射野を２つ以上に分割して別々に照射する必要があった。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、比較的大きな照射野を荷電粒子ビームにより適切かつ容易に照射できる荷電粒子ビーム照射装置および照射方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明では、被照射体の移動に応じ前記多葉コリメータの各リーフを照射野の形状に合わせて駆動制御し所定の開口領域を有する開口部を形成することにより、前記被照射体の所定面積を照射野の形状に合わせて照射するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明による実施の形態１を図１ないし図４について説明する。図１は実施の形態１における荷電粒子照射装置のビーム照射方向を示す概念図である。図２ないし図４は実施の形態１における多葉コリメータ部分の構成を示す上面図である。
【００１０】
図１において、加速器（図示せず）から出射された荷電粒子ビーム１の照射軌道に対向して、荷電粒子ビーム１を拡大してビーム３とするためのワブラー電磁石２および拡大されたビーム３を限定してビーム５とするためのリーフ８を有する多葉コリメータ４が設けられている。移動方向１１の方向に移動可能な治療台７に患者６が横臥される。
図１は、この発明に係わる照射装置をビーム軸に直角な方向から見た概念図であり、図２〜図４はビーム方向から患部を見た図である。
【００１１】
この実施の形態１による荷電粒子ビーム照射装置では、加速器等により加速された荷電粒子ビーム１の下流にワブラー電磁石２があり、ビームを直角方向に振ることによって時間平均した場合の拡大したビーム３を作っている。これは散乱体を２つ使った散乱体法によって静的に拡大する方法でもよい。
拡大されたビームは多葉コリメータ４上に円形の一様な線量率の領域９を形成する。多葉コリメータ４は鉄などの荷電粒子線を通しにくい物質からなりビーム軸方向に厚みを持つと共に、ビーム軸に垂直な方向には薄いような板状のリーフ８が対となって複数枚重なっている。
多葉コリメータ４のリーフ８は、移動方向１２（図３）の方向に移動可能である。
各リーフ８は独立にモータ等により駆動されて任意の断面形状の空間を作成し、拡大されたビームをそれによって限定して計画した照射野１０に合うようにしている。
患者６は治療台７上にあり、この治療台７はビームを照射しながら例えば体軸方向に一定速度で移動する。
【００１２】
図２は治療照射の初期の状態をビーム方向から見た概念図である。
計画した照射野１０は患者６の例えば胴体に位置しており、徐々に治療台７が治療台の移動方向１１に沿って移動するにつれ、計画した照射野１０は拡大されたビームの領域９にかかってくる。ここでは分かりやすくするためにリーフ８を透かして計画した照射野１０が見えるように描いている。
多葉コリメータ４の各リーフ８は治療台の移動方向１１を軸として左右に駆動されるようになっている。
治療照射の初期では、本来照射されてはならない領域がほとんどなので多葉コリメータ４の各リーフ８はほとんどが閉じた状態である。
計画された照射野に計画した線量が与えられるように、荷電粒子ビームの強度（線量率）の大小によって治療台の移動速度は決められる。
【００１３】
図３は、治療照射の中期の状態を表した概念図である。各リーフ８は計画された照射野１０の形状に沿って駆動されている。同様に、図４は治療照射の終盤の状態を表している。
【００１４】
このように、この実施の形態１では、治療台７を体軸方向に移動させながら多葉コリメータ４の各リーフ８の開度（開き具合）を調整していくので、従来の照射野よりも大きな患部（特に細長い患部）に対して治療照射をすることが可能となっている。
しかも、治療台７の駆動は患者の体軸方向なので、従来のＣＴやＭＲＩなどの診断機器の駆動と同じであり、治療中に患者に違和感を与えることがない。
荷電粒子ビームの発生源としては、定常的な電流として常に一定の線量を供給するサイクロトロンからの場合は荷電粒子ビーム１が連続的であるので、治療台７の駆動と多葉コリメータ４の駆動は連続的な運転となる。
【００１５】
一方、シンクロトロンからの荷電粒子ビームのようにパルス的にビームが供給される場合や意図して間歇的にビームを照射・中断する運転の場合は、治療台７をステップ状に移動させて、多葉コリメータ４における各リーフ８の形状を設定してからビームを照射するということを複数回繰り返すことで、全体への照射を終了する。
この場合には、荷電粒子ビームの非照射状態において被照射体としての患者を載架した治療台７を移動するとともに、多葉コリメータ４の各リーフ８を照射野の形状に合わせて駆動制御し、被照射体としての患者を載架した治療台７の移動動作および多葉コリメータ４における各リーフ８の駆動制御動作の終了に応動して荷電粒子ビームを照射するものである。
【００１６】
効率的にビームを使用するならば、通常拡大されたビームは円形であるので多葉コリメータのリーフの積み重ね方向の長さとリーフの開度は正方形に近い方が望ましい。
【００１７】
この発明による実施の形態１によれば、複数のリーフ８を有する多葉コリメータ４で制御される荷電粒子ビームを移動可能な治療台７等の移動手段により移動される被照射体に照射する照射装置において、前記移動手段による被照射体の移動に応じ前記多葉コリメータ４の各リーフ８を照射野の形状に合わせて駆動制御し所定の開口領域を有する開口部を形成することにより、被照射体の所定面積を照射野の形状に合わせて照射するものであって、荷電粒子ビームの照射状態において所定速度で連続的に移動する被照射体の移動に応じ前記多葉コリメータ４の各リーフ８を照射野の形状に合わせて駆動制御し、被照射体の所定面積を照射野の形状に合わせて照射するようにしたので、連続的に移動する被照射体の移動に応じ多葉コリメータの各リーフ８を照射野の形状に合わせて駆動制御することによって、比較的大きな照射野を荷電粒子ビームにより適切かつ容易に照射できる荷電粒子ビーム照射装置を得ることができる。
【００１８】
また、この発明による実施の形態１によれば、複数のリーフ８を有する多葉コリメータ４で制御される荷電粒子ビームを移動可能な治療台７等の移動手段により移動される被照射体に照射する照射装置において、前記移動手段による被照射体の移動に応じ前記多葉コリメータ４の各リーフ８を照射野の形状に合わせて駆動制御し所定の開口領域を有する開口部を最大開口領域が正方形となるように形成することにより、被照射体の所定面積を照射野の形状に合わせて照射するものであって、荷電粒子ビームの非照射状態において被照射体を移動するとともに前記多葉コリメータ４の各リーフ８を照射野の形状に合わせて駆動制御し、前記被照射体の移動動作および前記多葉コリメータ４における各リーフ８の駆動制御動作の終了に応動して前記荷電粒子ビームを照射するようにしたので、荷電粒子ビームの非照射状態において移動される被照射体の移動動作および多葉コリメータにおける各リーフの駆動制御動作の終了に応動して前記荷電粒子ビームを照射することによって、比較的大きな照射野を荷電粒子ビームにより適切かつ容易に照射できる荷電粒子ビーム照射装置を得ることができる。
【００１９】
さらに、この発明による実施の形態１によれば、移動可能な治療台７等の移動手段により移動される被照射体に複数のリーフ８を有する多葉コリメータ４で制御される荷電粒子ビームを照射するにあたり、前記荷電粒子ビームの照射状態において所定速度で連続的に移動する被照射体の移動に応じ前記多葉コリメータ４の各リーフ８を照射野の形状に合わせて駆動制御し所定の開口領域を有する開口部を形成することにより、被照射体の所定面積を照射野の形状に合わせて照射するようにしたので、連続的に移動する被照射体の移動に応じ前記多葉コリメータ４の各リーフ８を照射野の形状に合わせて駆動制御することによって、比較的大きな照射野を荷電粒子ビームにより適切かつ容易に照射できる荷電粒子ビーム照射方法を得ることができる。
【００２０】
そして、この発明による実施の形態１によれば、移動可能な治療台７等の移動手段により移動される被照射体に複数のリーフ８を有する多葉コリメータ４で制御される荷電粒子ビームを照射するにあたり、前記荷電粒子ビームの非照射状態において被照射体を移動するとともに前記多葉コリメータ４の各リーフ８を照射野の形状に合わせて駆動制御し所定の開口領域を有する開口部を形成することにより、前記被照射体の移動動作および前記多葉コリメータにおける各リーフの駆動制御動作の終了に応じて前記荷電粒子ビームを照射するようにしたので、荷電粒子ビームの非照射状態において移動される被照射体の移動動作および前記多葉コリメータにおける各リーフの駆動制御動作の終了に応じて前記荷電粒子ビームを照射することによって、比較的大きな照射野を荷電粒子ビームにより適切かつ容易に照射できる荷電粒子ビーム照射方法を得ることができる。
【００２１】
実施の形態２．
この発明による実施の形態２を図５ないし図７について説明する。図５ないし図７は実施の形態２における多葉コリメータ部分の構成を示す上面図である。
この実施の形態２において、ここで説明する特有の構成および方法以外の構成内容および方法内容については、先に説明した実施の形態１における構成および方法と同様の構成内容および方法内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００２２】
図５〜図７は、この発明の実施の形態に係る荷電粒子ビーム照射装置を示す概念図である。これも荷電粒子ビームの照射方向から見た図である。
図において、ブロック型のコリメータ１３には、中央部に長方形の形に穴の開いたスリット１４を設けている。
１対のリーフ１５ａ，１５ｂを有するコリメータ１５は、ブロックコリメータ１３の上流または下流に位置し、スリット１４の長辺にそって位置が変えられるようになっている。
その他の符号は、前述と同じものであり省略する。分かり易いようにブロックコリメータ１３は透かして計画した照射野１０が見えるように描いている。
【００２３】
図５は治療照射の初期の状態であり、図６，図７はそれぞれ中盤，終盤を示した概念図である。
治療台の移動に伴って計画した照射野１０がブロックコリメータ１３のスリット１４にかかってくると、そのスリット１４内での幅に応じて左右のリーフ１５ａ，１５ｂの開度が調整され、必要なところ以外に荷電粒子ビームが当たらないようにする。
【００２４】
図６のようにさらに治療台が進み、照射野の幅の大きいところでは、それに合わせて左右のリーフ１５ａ，１５ｂを広げている。
【００２５】
同様に、図７では形状にそってリーフ１５ａ，１５ｂが最後は閉じていく方向となる。
また、治療台７の動きは、実施の形態１と同様である。連続的なビームの場合は、各治療台７やリーフ１５ａ，１５ｂの駆動は連続であり、間歇的なビームの場合はステップ状である。
【００２６】
このように実施の形態２による荷電粒子照射装置では、実施の形態１に示したことと同様に広い（特に細長い）照射が可能になるとともに、複数の枚数のリーフでは、隣り合うリーフとの摩擦、向かい合うリーフの両隣との干渉や隙間の処理等の問題があるが、この実施の形態２における発明の場合はリーフ１５ａ，１５ｂが１対で済むので、駆動系も含めて単純な構成であり、コストを抑えて同等の効果をあげることが可能となる。
【００２７】
この発明による実施の形態２によれば、実施の形態１における構成において、多葉コリメータ１５のリーフ１５ａ，１５ｂの枚数が１対であり、それと細長いスリット１４を設けたコリメータ１３とを組み合わせて、前記コリメータ１３の細長いスリット１４による照射野を前記スリット１４の両端において前記多葉コリメータ１５の１対のリーフ１５ａ，１５ｂにより規制するようにしたので、１対のリーフ１５ａ，１５ｂを有する多葉コリメータ１５との細長いスリット１４を設けたコリメータ１３とにより、簡潔な構成によって比較的大きな照射野を荷電粒子ビームにより適切かつ容易に照射できる荷電粒子ビーム照射装置を得ることができる。
【００２８】
実施の形態３．
この発明による実施の形態３を図８ないし図１０について説明する。図８ないし図１０は実施の形態３における多葉コリメータ部分の構成を示す上面図である。
この実施の形態３において、ここで説明する特有の構成および方法以外の構成内容および方法内容については、先に説明した実施の形態２における構成および方法と同様の構成内容および方法内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００２９】
図８〜１０はこの発明による実施の形態に係る荷電粒子ビーム照射装置を示す概念図である。図は前述と同様に、ビーム側から被照射体を見た図である。
図において、図８は図９におけるコリメータ１６の１対のリーフ１６ａ，１６ｂの一個を拡大してビーム側から見た図である。
リーフ１６ａ，１６ｂの形状はビームをブロックする側が多角形になっており、スリットの方向に対して様々な角度を持っている。そして、このリーフ１６ａ，１６ｂはスリット１４の切れ込みと平行な符号１８で示す駆動方向Ｘだけでなく、符号１８で示す駆動方向Ｘに直角な符号１７で示すの駆動方向Ｙにも駆動できるようになっている。
【００３０】
図９はこの形状のリーフがスリットを持ったブロックコリメータ１３とともに動作をしている概念図である。
動作は実施の形態２と同様にスリットにかかる計画した照射野１０を挟むようにコリメータ１６のリーフ１６ａ，１６ｂが符号１８で示す駆動方向Ｘに位置させられるが、スリット１４の部分での計画した照射野１０の外形の両側の接線方向に合わせて両リーフ１６ａ，１６ｂの相当する角度のついた部分が接するように符号１７で示す駆動方向Ｙも調整される。
【００３１】
図１０は終盤部分の状態を示す。計画した照射野１０の右下では外形が斜めとなっているため、リーフ１６ａ，１６ｂのはじの斜めの勾配がついたところが位置するように動いている。
図８では、多角形の形状で説明したが、なめらかな曲線でさまざまな勾配を近似してもよい。
【００３２】
このように実施の形態３による荷電粒子ビーム照射装置では、治療台７が移動するとともに、コリメータが照射野の形状に合わせて開くので、従来よりも大きな照射野（特に細長い照射野）に対応できるとともに、そのスリット１４の位置での外形の勾配に合わせてリーフ１６ａ，１６ｂの切片形状が決められるために、より計画された形状に忠実な照射が可能となる。
【００３３】
この発明による実施の形態３によれば、実施の形態２における構成において、コリメータ１６における１対のリーフ１６ａ，１６ｂの形状が多角形からなり、開口幅方向のみならず、それに垂直な方向の駆動も行うことによって、前記多角形のリーフ１６ａ，１６ｂによりスリット１４の両端において照射野の規制を行い、前記多角形のリーフ１６ａ，１６ｂにより照射野の限定を行い、いろいろな角度がついた照射野の限定が行えるようにしたので、多角形からなる１対のリーフを有する多葉コリメータによって、比較的大きな照射野を荷電粒子ビームにより適切かつ容易に照射できる荷電粒子ビーム照射装置を得ることができる。
【００３４】
【発明の効果】
この発明によれば、比較的大きな照射野を荷電粒子ビームにより適切かつ容易に照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による実施の形態１に係る荷電粒子ビーム照射装置の構成を示す概念図である。
【図２】この発明による実施の形態１に係る多葉コリメータ部分の構成を示す上面図である。
【図３】この発明による実施の形態１に係る多葉コリメータ部分の構成を示す上面図である。
【図４】この発明による実施の形態１に係る多葉コリメータ部分の構成を示す上面図である。
【図５】この発明による実施の形態２に係る多葉コリメータ部分の構成を示す上面図である。
【図６】この発明による実施の形態２に係る多葉コリメータ部分の構成を示す上面図である。
【図７】この発明による実施の形態２に係る多葉コリメータ部分の構成を示す上面図である。
【図８】この発明による実施の形態３に係る多葉コリメータ部分の構成を示す上面図である。
【図９】この発明による実施の形態３に係る多葉コリメータ部分の構成を示す上面図である。
【図１０】この発明による実施の形態３に係る多葉コリメータ部分の構成を示す上面図である。
【符号の説明】
１  荷電粒子ビーム、２  ワブラー電磁石、３  拡大されたビーム、４  多葉コリメータ、５  多葉コリメータで限定されたビーム、６  患者、７  治療台、８  リーフ、９  拡大されたビームの領域、１０  計画した照射野、１１  治療台の移動方向、１２  リーフ駆動方向、１３  スリットのあるブロックコリメータ、１４  スリット、１５ａ，１５ｂ  １対のコリメータリーフ、１６ａ，１６ｂ  リーフ、１７  駆動方向Ｙ、１８  駆動方向Ｘ。
【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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【図１０】
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