(57)【要約】【課題】種々の照射条件に対応して線量分布が調整可能な荷電粒子ビーム照射装置を提供する。【解決手段】荷電粒子ビームのビーム軸とは異なる位置に回転軸５を有するホイール６を配置する。そして、ホイール６は、第１肉厚部６Ａ〜第６肉厚部６Ｆの順で徐々に薄肉になるように形成する。また、ホイール６は、第１肉厚部６Ａ〜第６肉厚部６Ｆのそれぞれの各領域における回転軸５周りの円周に占める角度が、回転軸５からの距離に依存して略連続的（略直線的）に変化するように形成する。そして、ビーム４と回転軸５との間の距離を回転軸移動機構を用いて変更し、これによりホイール６に対する荷電粒子ビームの通過位置での厚み分布の特性を変え、ホイール６を通過するビームエネルギーの成分の割合を変更する。【選択図】          図２
2004223144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビーム発生装置からの荷電粒子ビームを照射対象に照射する荷電粒子ビーム照射装置において、
前記荷電粒子ビームのビーム軸とは異なる位置に回転軸を持つ回転体を具備し、前記回転体は、前記荷電粒子ビームの進行方向に対する前記回転体の厚みが異なる複数の領域から構成され、かつ、前記各領域の回転軸周りの円周に占める角度が、回転軸からの距離に依存して略連続的に変化するように形成し、
前記回転軸と前記ビーム軸との間の距離を変更する回転軸移動手段を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム照射装置において、前記各領域の回転軸周りの円周に占める角度が、前記回転軸からの距離に依存して略直線的に変化することを特徴とする荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項３】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム照射装置において、前記各領域と隣り合う領域との境界線が略直線になっていることを特徴とする荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項４】
荷電粒子ビーム発生装置からの荷電粒子ビームを照射対象に照射する荷電粒子ビーム照射装置において、
前記荷電粒子ビームのビーム軸とは異なる位置に回転軸を持つ回転体を具備し、前記回転体は、前記荷電粒子ビームの進行方向に対する前記回転体の厚みが、前記回転軸周りの角度によって異なり、かつ、前記回転軸周りの角度に対する前記回転体の厚みが、回転軸からの距離に依存して略連続的に変化するように形成し、
前記回転軸と前記ビーム軸との間の距離を変更する回転軸移動手段を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項５】
請求項１，２，３または４に記載の荷電粒子ビーム照射装置を用いて荷電粒子ビーム発生装置からの荷電粒子ビームを照射対象に照射する荷電粒子ビーム照射方法であって、
前記荷電粒子ビーム照射装置に入射される前記荷電粒子ビームのエネルギーの設定、又は、前記荷電粒子ビームの進行方向と垂直な面内に前記荷電粒子ビームを散乱又は走査させて当該ビームを広げる横方向ビーム拡大装置の設定、又は、前記荷電粒子ビームの進行方向の厚みを調整することで荷電粒子ビームの通過後の飛程を調整する飛程調整装置の設定のいずれかの変更に応じて、前記回転軸と前記ビーム軸との間の距離を変更することを特徴とする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】
本発明は、荷電粒子ビーム照射装置、特に、厚み分布を持った円盤状の回転体を回転させてビームのエネルギー分布を拡大するエネルギー分布拡大装置を有する荷電粒子ビーム照射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
荷電粒子ビーム照射装置は、イオン源、加速器、シンクロトン等からなる荷電粒子ビーム発生装置からの荷電粒子ビームを、照射対象内の標的の立体形状に合わせて整形し、照射する装置である。
【０００３】
一般に、荷電粒子ビーム発生装置からの荷電粒子ビームは、細いビーム（例えばビーム径が１ｃｍ程度）であり、このような細いビームを照射対象の標的に均一に照射するために、横方向ビーム拡大装置を用いてビームを散乱または走査させ、ビームをその進行方向に垂直な横方向の面内に拡大させるようにしている。
【０００４】
また、荷電粒子ビーム発生装置からの荷電粒子ビームは、エネルギーがほぼ均一に設定されている。このような均一なエネルギーをもった荷電粒子ビーム（特に陽子線、重粒子線ビーム）を照射対象に照射すると、そのエネルギーによって決まる特定の深さにピークを持つ線量分布（以下、この線量分布のピークをブラッグピークと呼ぶ）が形成される。しかし、ブラッグピークの広がりは数ｍｍと狭いので、後記のようなエネルギー分布拡大装置を用いて荷電粒子ビームのエネルギー分布を拡大または走査し、幅の狭いブラッグピークを照射対象の深さ方向に拡大する方法が考案されている。
【０００５】
従来のエネルギー分布拡大装置としては、例えば非特許文献１で論じられているように、加速器からの荷電粒子線のエネルギーを直接変えるもの（エネルギースキャニング）や、厚み分布を持った円盤状の回転体を回転させ、その一部にビームを通過させるもの（レンジモジュレーティングホイール）、楔形の構造物をビームの通過領域に設置するもの（リッジフィルタ）等が知られている。
【０００６】
そこで、従来技術の一例として、回転体としてのレンジモジュレーティングホイールを用いた荷電粒子ビーム照射装置による線量分布の形成について、図８ないし図１１を参照して説明する。
【０００７】
図８は、従来のレンジモジュレーティングホイールのビーム進行方向厚みの分布を示す平面図であり、図９は従来のレンジモジュレーティングホイールのビーム進行方向厚みと角度との関係を示す半周分の分布図である。図１０は、従来のレンジモジュレーティングホイールを通過した後のビームエネルギー分布の時間平均を示す特性線図であり、図１１は従来の荷電粒子ビーム照射装置による深さ方向に対する線量分布を示す特性線図である。
【０００８】
図８において、レンジモジュレーティングホイール１０１（以下、ホイール１０１という）は、回転軸１０２を中心にほぼ一定の速度をもって回転する。そして、荷電粒子ビーム照射装置（図示せず）からの荷電粒子ビーム１０３（以下、ビーム１０３という）は、ホイール１０１の回転に伴い、図８中の点線で示した円形の軌跡Ｓを描く。
【０００９】
このホイール１０１は、図８に示すように左右対称形状をなしている。そして、このホイール１０１は、扇形状をなす２個の第１肉厚部１０１Ａ、４個の第２肉厚部１０１Ｂ、４個の第３肉厚部１０１Ｃ、４個の第４肉厚部１０１Ｄ、４個の第５肉厚部１０１Ｅ、４個の第６肉厚部１０１Ｆ、２個の空隙部１０１Ｇを有し、第１肉厚部１０１Ａ〜第６肉厚部１０１Ｆの順で徐々に薄肉（空隙部１０１Ｇの厚みは零）に形成されている。
【００１０】
従って、図９に示すように、ビーム１０３の通過位置におけるビーム１０３の進行方向のホイール１０１厚さは、ホイール１０１の角度（中心角）に伴って段階的に変わる。なお、ホイール１０１は、ほぼ一定の速度で、１照射中に数十〜数百回回転するものである。
【００１１】
ビーム１０３は、ホイール１０１に対する通過厚さにほぼ比例したエネルギーを失う。従って、ホイール１０１を通過した後のビームエネルギーの種類は、時間平均を取ると、図１０に示すように、ホイール１０１に対するビーム１０３の通過厚さの種類、つまり、第１肉厚部１０１Ａ〜第６肉厚部１０１Ｆ、空隙部１０１Ｇをそれぞれ合計した数（７個）に等しい。また、ピークの強度比は、各厚み領域が周方向に占める角度幅の比となる。即ち、ある厚みの部分全体が、３０度の角度幅を占めていれば、対応するピークの強度は、全ピーク強度の和の１／１２（＝３０度÷３６０度）となる。
【００１２】
図８に示したホイール１０１は、回転対称性と左右対称性を持つため、ビーム１０３はホイール１０１を相対的に１周すると、同じ厚みの領域（例えば第２肉厚部１０１Ｂ）を４回通過（但し、第１肉厚部１０１Ａと空隙部１０１Ｇは２回通過）することになる。よって、前記のように算出した角度幅（３０度）は、各領域に１／４（但し、第１肉厚部１０１Ａと空隙部１０１Ｇは、各領域に１／２）ずつに分けて割り当てられる。
【００１３】
図１０中に示した各ピークに対応するビーム１０３の成分による照射対象（図示せず）内における線量分布を図１１中の細線で示し、照射対象中の総線量分布を図１１中の太線で示す。図１１に示すように、各ビーム１０３の成分による照射対象内における線量分布は、それぞれのエネルギーに応じた深さにピークを持つブラッグカーブと呼ばれる深部線量分布（細線）を形成し、総線量分布（太線）は、これら各深部線量分布の和に等しい。
【００１４】
ホイール１０１の設計時には、想定する照射条件において、照射対象の標的範囲内（図１１中の範囲Ｔ内）での総線量分布がほぼ一定になるように各ピークのビーム成分の割合を決め、それに比例させて第１肉厚部１０１Ａ〜第６肉厚部１０１Ｆ、空隙部１０１Ｇのそれぞれの各厚み領域の角度幅を決める。なお、前記照射条件とは、入射エネルギー、横方向ビーム拡大装置の設定等であり、標的の位置、深さ、大きさ等に応じて適宜選択し、設定する。
【００１５】
このように、ホイール１０１を用いたエネルギー分布拡大装置は、ビーム１０３の進行方向に対するホイール１０１の厚みが、回転軸１０２周りの周方向の角度ごとに異なっている。このため、ホイール１０１を回転させ、その一部にビーム１０３を通過（照射）させると、ビーム１０３が、回転角度ごとに異なる厚みの部分を通過することになり、通過後のビームエネルギーがホイール１０１の回転に伴って時間的に変化する。従って、ホイール１０１の角度ごとの厚み、即ち第１肉厚部１０１Ａ〜第６肉厚部１０１Ｆの厚みを適切に設計、加工することで、通過後のビームエネルギー分布の時間平均を、所望の分布に調整することができる。
【００１６】
一方、他の従来技術として、回転軸からの距離が違う円周上に、厚み分布の違う部分（トラック）を設け、照射条件の変更に対応してビーム通過位置を対応するトラック領域へと変える手法が、例えば非特許文献２に記載されている。この手法の場合、ビームが複数のトラックに跨って通過しないように、トラックの径方向サイズをビームサイズに対して十分大きく取る。
【００１７】
【非特許文献１】
Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｖｏｌ．６４  Ｎｏ．８  １９９３年８月（第２０５５頁〜第２１２２頁）
【非特許文献２】
”Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＮＩＲＳ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｅｍｉｎａｒ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｈｅａｖｙ  Ｉｏｎ  Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ  ｔｏ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｒａｐｙ  ｏｆ  Ｃａｎｃｅｒ  ｉｎ  ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  ＸＸＩ  ＰＴＣＯＧ  Ｍｅｅｔｉｎｇ”（１９９４）（第６２頁、図６）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来技術にあっては、荷電粒子ビーム発生装置からのビームエネルギー及び横方向ビーム拡大装置等の設定といった荷電粒子ビーム照射装置の運転パラメータ（照射条件）は、照射対象の深さ、大きさ等によって変更する必要がある。そして、これら照射条件を変えた場合には、所望の線量分布を形成するためのエネルギー分布も変える必要がある。
【００１９】
従来技術のホイール１０１では、通過後のエネルギー分布は、角度ごとの厚みで決まっているので、後記するように照射条件を変更した場合には、所望の線量分布が形成されないという問題がある。
【００２０】
ここで、ビームエネルギーを、例えばホイール１０１の設計時に想定したエネルギーよりも低く設定した場合における照射対象中の総線量分布について説明する。図１２に、照射対象中の総線量分布を示す。ビームエネルギーを低く変更したことにより、高線量領域（図１２中の範囲Ｔ′参照）は浅い側へとシフトする。そして、この高線量領域は、浅い側ほど線量が低くなっており、図１１中の範囲Ｔのように目標とする一定の線量分布は形成されていない。
【００２１】
これは、ビームエネルギーが低いことにより、横方向ビーム拡大装置でのビームの散乱量が大きくなり、照射対象位置でのビームが広がってビームが薄まることに起因している。つまり、ホイール１０１の厚い部分を通過するビーム成分（ホイール１０１でのエネルギー損失が大きいビーム成分）ほど、ビームの薄まり方が大きくなるため、このホイール１０１の厚い部分を通過するビーム成分が足らなくなって線量が低くなる。この結果、高線量領域は、浅い側ほど線量が低くなる。
【００２２】
そこで、ホイール１０１は、特定の照射条件に対して適切な線量分布を形成するように設計、加工され、照射条件ごとに交換して使用する。即ち、従来では、前記した照射条件ごとに異なるホイールを製作し、使用する必要があるため、多数のホイールを製作し、交換して使用せざるを得ないという問題がある。また、従来のホイールでは、連続的な照射条件の変化に対して常に最適な線量分布を形成することができないという問題がある。
【００２３】
また、ホイールの回転軸からの距離が違う円周上に、厚み分布の違う領域（トラック）を設ける構成とした前記他の従来技術では、ホイールの直径が大きくなり、ホイール全体が大型化する。このため、荷電粒子ビーム照射装置が大型化する、ホイールの回転速度を上げられない、ホイールの振動が起き易いという問題がある。また、連続的な照射条件の変化に対して常に最適な線量分布を形成することができないという問題がある。
【００２４】
本発明の目的は、種々の照射条件に対応してホイールを交換することなく、荷電粒子分布の線量分布が調整可能な荷電粒子ビーム照射装置を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の請求項１に記載の荷電粒子ビーム照射装置の特徴は、荷電粒子ビームのビーム軸とは異なる位置に回転軸を持つ回転体を具備し、前記回転体は、前記荷電粒子ビームの進行方向に対する前記回転体の厚みが異なる複数の領域から構成され、かつ、前記各領域の回転軸周りの円周に占める角度が、回転軸からの距離に依存して略連続的に変化するように形成し、前記回転軸と前記ビーム軸との間の距離を変更する回転軸移動手段を備えることにある。
【００２６】
この特徴によれば、回転体の回転に伴って荷電粒子ビームは厚みの違う複数の領域を通過するため、回転体を通過した後のビームエネルギーが時間的に変化する。そして、回転軸移動手段を用いて回転軸とビーム軸との間の距離を変更することにより、回転体に対する荷電粒子ビームの通過位置が変わり、各領域の回転軸周りの円周に占める角度の違いに起因して回転体通過後のビームエネルギーの時間変化の特性を変えることができ、その結果として、時間平均したエネルギー分布を変えることができる。この際、回転軸周りの角度に対するビーム進行方向厚み分布を、回転軸からの距離に依存して略連続的に変化させているので、時間平均したエネルギー分布を、回転軸とビーム軸との間の距離に対応して略連続的に変更することができ、照射条件に応じて所望の線量分布を形成するためのエネルギー分布を得ることができる。なお、各領域の回転軸周りの円周に占める角度は、第１の実施の形態では、内側（回転軸側）を外側よりも相対的に幅広に形成したが、これに限らず、例えば外側を内側よりも相対的に幅広に形成してもよい。しかし、内側を外側よりも相対的に幅広に形成することによって、回転体の質量、慣性モーメント等を小さく抑えることができる。
【００２７】
また、本発明の請求項２に記載の荷電粒子ビーム照射装置の特徴は、前記請求項１の特徴を持つ荷電粒子ビーム照射装置において、前記各領域の回転軸周りの円周に占める角度が、前記回転軸からの距離に依存して略直線的に変化することにある。
【００２８】
この特徴によれば、入射するビームのサイズが変わった場合にも、回転体を通過した後の時間平均したエネルギー分布が変化することがない。このため、エネルギー分布を回転軸とビーム軸との間の距離だけで制御することができ、照射条件の調整が簡便になる。
【００２９】
また、本発明の請求項３に記載の荷電粒子ビーム照射装置の特徴は、前記請求項１の特徴を持つ荷電粒子ビーム照射装置において、前記各領域と隣り合う領域との境界線が略直線になっていることにある。
【００３０】
この特徴によれば、回転体の各領域と隣り合う領域との境界線が略直線になっているので回転体の加工を容易に行うことができる。
【００３１】
さらに、本発明の請求項４に記載の荷電粒子ビーム照射装置の特徴は、荷電粒子ビームのビーム軸とは異なる位置に回転軸を持つ回転体を具備し、前記回転体は、前記荷電粒子ビームの進行方向に対する前記回転体の厚みが、前記回転軸周りの角度によって異なり、かつ、前記回転軸周りの角度に対する前記回転体の厚みが、回転軸からの距離に依存して略連続的に変化するように形成し、前記回転軸と前記ビーム軸との間の距離を変更する回転軸移動手段を備えることにある。
【００３２】
この特徴によれば、回転体の回転に伴って荷電粒子ビームが通過する回転体の厚み（以下、ビーム進行方向厚みという）が変化するため、回転体を通過した後のビームエネルギーが時間的に変化する。そして、回転軸移動手段を用いて回転軸とビーム軸との間の距離を変えることにより、回転体に対する荷電粒子ビームの通過位置が変わり、回転軸周りの角度に対するビーム進行方向厚み分布の違いに起因して回転体通過後におけるビームエネルギーの時間変化の特性を変えることができ、その結果として、時間平均したエネルギー分布を変えることができる。この際、回転軸周りの角度に対するビーム進行方向厚み分布を、回転軸からの距離に依存して略連続的に変化させているので、時間平均したエネルギー分布を、回転軸とビーム軸との間の距離に対応して略連続的に変更することができ、照射条件に応じて所望の線量分布を形成するためのエネルギー分布を得ることができる。
【００３３】
さらに、本発明の請求項５に記載の荷電粒子ビーム照射方法の特徴は、請求項１，２，３または４に記載の荷電粒子ビーム照射装置を用いて荷電粒子ビーム発生装置からの荷電粒子ビームを照射対象に照射する荷電粒子ビーム照射方法であって、荷電粒子ビーム照射装置に入射される荷電粒子ビームのエネルギーの設定、又は、前記荷電粒子ビームの進行方向と垂直な面内に前記荷電粒子ビームを散乱又は走査させて当該ビームを広げる横方向ビーム拡大装置の設定、又は、前記荷電粒子ビームの進行方向の厚みを調整することで荷電粒子ビームの通過後の飛程を調整する飛程調整装置の設定のいずれかの変更に応じて、前記回転軸と前記ビーム軸との間の距離を変更することにある。
【００３４】
この特徴によれば、照射対象と標的に合わせて入射ビームエネルギー、ビーム拡大装置の設定、飛程調整装置の設定を変えた場合にも、所望の線量分布を形成するためのエネルギー分布を得ることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明の実施の形態に係る荷電粒子ビーム照射装置を添付図面を参照して説明する。ここで、図１ないし図４は本発明の第１の実施の形態を示している。図１は、本実施の形態による荷電粒子ビーム照射装置を示す構成図であり、図２は、本実施の形態によるレンジモジュレーティングホイールのビーム通過範囲の周辺を示す平面図である。また、図３は、本実施の形態によるレンジモジュレーティングホイールのビーム進行方向厚みと角度との関係を示す半周分の分布図であり、図４は、本実施の形態によるレンジモジュレーティングホイールの回転軸移動機構を示す概略構成図である。さらに、図５は、本実施の形態による荷電粒子ビーム照射装置でビームエネルギーを変更した場合の深さ方向線量分布図である。
【００３６】
図１において、本実施の形態による荷電粒子ビーム照射装置１は、第１散乱体２及び第２散乱体３を備え、これら第１散乱体２及び第２散乱体３は横方向ビーム拡大装置を構成し、荷電粒子ビーム４（以下、ビーム４という）をビーム進行方向と垂直な方向に散乱又は走査させて拡大するものである。また、この荷電粒子ビーム照射装置１は、前記横方向ビーム拡大装置（第１散乱体２、第２散乱体３）と、ビーム４の軸と異なる位置に回転軸５を有し、ビームのエネルギー分布を拡大する回転体としてのレンジモジュレーティングホイール６（以下、ホイール６という）と、例えば患部等の標的７の横方向形状に合わせてビームを切り取る（整形する）コリメータ８と、標的の最大深さに合わせてビームエネルギーを調整するボーラス９とを構成機器として有する。
【００３７】
この荷電粒子ビーム照射装置１には、荷電粒子ビーム発生装置（図示せず）で発生したビーム４が図１の上方（図１中の矢印方向）から供給される。そして、第１散乱体２に入射されて広がったビーム４は、ホイール６を通過した後、ビーム通過箇所によって散乱強度が異なる第２散乱体３を通過して散乱されることにより、照射面の付近で横方向に対しほぼ均一なビーム強度分布を形成する。この均一に拡大されたビーム４は、コリメータ７によって標的６形状の横方向広がりに合わせて切り出され、整形される。
【００３８】
ここで、ホイール６は、後記するようにホイール６を通過するビーム４のエネルギー分布を広げ、照射対象の深さ方向に対し均一な線量分布を形成するエネルギー分布拡大装置を構成している。また、ボーラス４は、標的７の横方向の各部分に対応する位置を通過するビームのエネルギーをシフトさせ、標的の立体形状に合わせて高線量領域を形成する。
【００３９】
次に、本実施の形態に係るホイール６の構成について述べる。
図２に示すように、本実施の形態に用いるホイール６は、従来技術とほぼ同様に、扇形状をなす２個の第１肉厚部６Ａ（１個のみ図示）、４個の第２肉厚部６Ｂ、４個の第３肉厚部６Ｃ、４個の第４肉厚部６Ｄ、４個の第５肉厚部６Ｅ、４個の第６肉厚部６Ｆ（いずれも２個のみ図示）、２個の空隙部をそれぞれ有し、第１肉厚部６Ａ〜第６肉厚部６Ｆの順で徐々に薄肉（空隙部の厚みは零）に形成されている。
【００４０】
しかし、図２に示すように、例えばホイール６のうち最も厚肉な部分となる第１肉厚部６Ａ（実線）は、従来技術による第１肉厚部１０１Ａ（点線）と比較して外側円弧６Ｈから内側円弧６Ｊに向かう（外周から中心近傍に向かう）に従って徐々に幅広に形成されている。一方、ホイール６のうち最も薄肉な部分となる第６肉厚部６Ｆ（実線）は、従来技術による第６肉厚部６Ｆ（点線）と比較して外側円弧６Ｈから内側円弧６Ｊに向かうに従って徐々に幅狭に形成されている。
【００４１】
つまり、従来技術によるホイール１０１は、第１肉厚部１０１Ａ〜第６肉厚部１０１Ｆのそれぞれの各領域における回転軸１０２周りの円周に占める角度（各肉厚部１０１の扇の中心角）が、回転軸１０２からの距離に拘わらず略一定（図２中の点線参照）であるのに対し、本実施の形態によるホイール６は、第１肉厚部６Ａ〜第６肉厚部６Ｆのそれぞれの各領域における回転軸５周りの円周に占める角度が、回転軸５からの距離に依存して略連続的（略直線的）に変化するように形成されている。
【００４２】
なお、ホイール６が滑らかに回転するように、ホイール６の形状は、前記従来技術と同様に１８０度回転対称性を持たせている。また、ホイール６は、第１肉厚部６Ａ〜第６肉厚部６Ｆのそれぞれの各領域の境界線が略直線となるように形成している。
【００４３】
次に、図４にホイール６の回転軸移動機構１０の構成の一例を示す。
図４に示すように、フレーム１１には、その下面側に位置してボールねじ回転用モータ１２が取り付けられ、上面側には固定具１３，１３を介してボールねじ１４が固定して取り付けられている。そして、このボールねじ１４は２個のギヤ１５，１５を介してボールねじ回転用モータ１２と連結されている。また、ボールねじ１４にはモータ支持ブラケット１６が固定して取り付けられ、このモータ支持部ブラケット１６にはホイール回転用モータ１７が装着されている。さらに、ホイール回転用モータ１７は出力軸となる回転軸５を有し、この回転軸５によってホイール６を回転させる。
【００４４】
この回転軸移動機構１０は、ボールねじ回転用モータ１２を作動させることにより、ギヤ１５を介してボールねじ１４を回転させる。そして、このボールねじ１４の回転に伴って、モータ支持ブラケット１６、ホイール回転用モータ１７と一体となったホイール６（回転軸５）を、図１、図４中の矢印方向へと移動させる。
【００４５】
このように構成される本実施の形態では、回転軸移動機構１０によりビームエネルギーの変更に対応して、ホイール６に対するビームの通過位置（図２中の矢示ａ，ｂ，ｃ）を変更することができる。この結果、ホイール６に対するビーム４の通過位置での厚み分布を図３に示すように変えることができ、ホイール６を通過するビームエネルギーの成分の割合を変えることができる。例えばビームエネルギーＥがＥ１（条件１）とＥ２（条件２）の範囲内（Ｅ１＞Ｅ＞Ｅ２）である場合、厚み分布は条件１と条件２の場合の厚み分布の中間となる。
【００４６】
つまり、ビームエネルギーが低い条件２の場合には、ビームエネルギーが高い条件１の場合に比較して、ホイール６の厚い部分（第１肉厚部６Ａ、第２肉厚部６Ｂ等）を通過するビーム成分を増やすことができ、ホイール６を通過した後におけるビームエネルギーの低い成分を増やすことができ、標的７の範囲内における総線量分布をほぼ一定にすることができる。
【００４７】
従って、ビームエネルギーがＥとなる照射条件に対しては、ビームエネルギーＥ１よりも低いビームエネルギーＥ２の条件による厚み分布に近づくため、肉厚の大きい領域を通過して薄められたエネルギーの低いビーム成分の割合を増やすことができ、ビームエネルギー（入射エネルギー）をＥ１からＥへ、ＥからＥ２へとそれぞれ低くした場合でも、図５に示す範囲Ｔ１のように、標的７の範囲内における総線量分布をほぼ一定に設定できることができる。
【００４８】
これにより、本実施の形態によれば、種々の照射条件に対応してホイール６を交換することなく、荷電粒子の線量分布が調整可能な荷電粒子ビーム照射装置１を提供することができる。また、荷電粒子ビーム照射装置１を小型化でき、ホイール６の回転速度を上げることができ、ホイール６の回転時の振動を抑えることができる。また、連続的な照射条件の変化に対しても、常に最適な線量分布を形成することができる。さらに、ホイール６は、第１肉厚部６Ａ〜第６肉厚部６Ｆのそれぞれの各領域の境界線が略直線となるように形成したので、ホイール６の加工及び加工後の寸法計測を容易に行うことができる。
【００４９】
また、ホイール６は、第１肉厚部６Ａ〜第６肉厚部６Ｆのそれぞれの各領域における回転軸５周りの円周に占める角度が、回転軸５からの距離に依存して略直線的に変化するように形成したので、入射するビーム４のサイズが変わった場合にも、ホイール６を通過した後の時間平均したビームエネルギー分布が変化することがなくなる。このため、ビームエネルギー分布を回転軸５とビーム４の軸との間の距離だけで制御することができ、照射条件の調整を簡便にすることができる。
【００５０】
なお、図２に示すように、条件１におけるビーム４の軌跡と回転軸５との間の距離をＲ１（図６参照）、条件２におけるビーム４の軌跡と回転軸５との間の距離をＲ２（図６参照）とし、ビームエネルギーＥをＥ１（条件１）とＥ２（条件２）の範囲内（Ｅ１＞Ｅ＞Ｅ２）に設定した場合、ビーム４と回転軸５との間の距離Ｒ（Ｒ１＞Ｒ＞Ｒ２）は、後記式１の関係となるように回転軸移動機構１０を用いて回転軸５を移動することが好ましい。また、Ｒ１とＲ２との差（Ｒ１−Ｒ２）は、Ｒ１及びＲ２よりも小さく、かつ３割以下程度になるように設定する。
【００５１】
【数１】
2004223144.tif 000003
【００５２】
（第２の実施の形態）
次に、図６は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、荷電粒子ビームの進行方向に対するレンジモジュレーティングホイールの厚みが、回転軸周りの角度によって異なり、かつ、前記回転軸周りの角度に対するレンジモジュレーティングホイールの厚みが、回転軸からの距離に依存して略連続的に変化するように形成したことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。また、図６は、第２の実施の形態のレンジモジュレーティングホイールの厚み分布を示す平面図である。
【００５３】
図６に示すように、本実施の形態に係るレンジモジュレーティングホイール２１（以下、ホイール２１という）は、従来技術とほぼ同様に、扇形状をなす２個の第１肉厚部２１Ａ、４個の第２肉厚部２１Ｂ、４個の第３肉厚部２１Ｃ、４個の第４肉厚部２１Ｄ、４個の第５肉厚部２１Ｅ、４個の第６肉厚部２１Ｆ、２個の空隙部２１Ｇをそれぞれ有し、第１肉厚部２１Ａ〜第６肉厚部２１Ｆの順で徐々に薄肉（空隙部２１Ｇの厚みは零）に形成されている。
【００５４】
また、ホイール２１のうち、例えば第１肉厚部２１Ａはホイール２１の外周から中心近傍（回転軸５側）に向かうに従って、徐々（連続的）に肉厚が大きくなるように形成されている。そして、第２肉厚部２１Ｂ〜第６肉厚部２１Ｆについても、第１肉厚部２１Ａと同様に、それぞれホイール２１の外周から中心に向かうに従って、徐々に肉厚が大きくなるように形成されている。
【００５５】
つまり、従来技術によるホイール１０１は、回転軸１０２の周りの角度に対するホイール１０１の厚み分布が回転軸５からの距離に拘わらず略一定（図９参照）であるのに対し、本実施の形態によるホイール２１は、回転軸５の周りの角度に対する各肉厚部２１Ａ〜２１Ｆのそれぞれの厚み分布が、回転軸５からの距離に依存して略連続的に変化するように形成されている。
【００５６】
なお、第２の実施の形態についても、図６に示すように、条件１におけるビーム４の軌跡Ｓ１と回転軸５との間の距離をＲ１、条件２におけるビーム４の軌跡Ｓ２と回転軸５との間の距離をＲ２とし、ビームエネルギーＥをＥ１（条件１）とＥ２（条件２）の範囲内（Ｅ１＞Ｅ＞Ｅ２）に設定した場合、ビーム４と回転軸５との間の距離Ｒ（Ｒ１＞Ｒ＞Ｒ２）は、前記式１の関係となるように回転軸移動機構を用いて回転軸５を移動することが好ましい。また、Ｒ１とＲ２との差（Ｒ１−Ｒ２）は、Ｒ１及びＲ２よりも小さく、かつ３割以下程度になるように設定する。
【００５７】
以上のように、第２の実施の形態では、ホイール２１を構成する各肉厚部２１Ａ〜２１Ｆをそれぞれホイール２１の外周から中心近傍に向かうに従って、徐々に肉厚が大きくなるように形成したので、ビームエネルギーの変更に対応してホイール２１の回転軸５を移動し、ホイール２１に対するビームの通過位置を図６に示すように変更することにより、例えば条件２（ビームエネルギーＥ２）の方が条件１（ビームエネルギーＥ１）よりもホイール２１を通過する厚い部分を増やすことができ、ホイール２１を通過する各ビーム成分のエネルギーを変える（調整する）ことができる。つまり、エネルギー分布の調整の自由度を高めることができる。
【００５８】
なお、前記各実施の形態では、ホイール６（２１）を第１散乱体２と第２散乱体３との間に設置する構成として述べた。しかし、本発明はこれに限ることなく、例えば図７に示す本発明の変形例のように、ホイール６を第１散乱体２の上方に設置する構成としてもよい。このように構成したことにより、ビームのどの部分（例えば真中、端）でも深さ方向の線量分布を平らにすることが可能となる。
【００５９】
また、前記第２の実施の形態では、ホイール２１を構成する各肉厚部２１Ａ〜２１Ｆをそれぞれホイール２１の外周から中心近傍に向かうに従って、徐々に肉厚が大きくなるように形成するものとして説明した。しかし、本発明はこれに限ることなく、例えば、ホイールを構成する各肉厚部をそれぞれホイールの外周から中心近傍に向かうに従って、肉厚が小さくなるように形成してもよい。また、外周から中心までの全ての範囲で肉厚を変化させる必要は必ずしもなく、必要な部分だけ肉厚を変化させてもよい。
【００６０】
また、前記第１の実施の形態では、ホイール６を構成する各肉厚部６Ａ〜６Ｆの厚みがそれぞれほぼ一定となるように形成するものとして説明した。しかし、本発明はこれに限ることなく、例えばホイールを構成する各肉厚部を第２の実施の形態と同様に、それぞれホイールの外周から中心近傍に向かうに従って、肉厚が小さくなるように形成してもよいし、肉厚が大きくなるように形成してもよい。
【００６１】
また、前記各実施の形態では、入射エネルギーを変更した場合について述べたが、横方向ビーム拡大装置（第１散乱体２、第２散乱体３）の設定、飛程調整装置（図示せず）の設定等の他の条件の変更に対しても、同様に適用、調整できる。
【００６２】
さらに、前記各実施の形態では、コリメータ、ボーラスを使用しているが、これらは整形された荷電粒子ビームを切り出し、標的形状に合わせる機能であり、本発明に直接関係しない。よって本発明は、これらを使用しない照射方法に対しても適用できる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、種々の照射条件に対応してレンジモジュレーティングホイールを交換することなく、荷電粒子分布の線量分布が調整可能な荷電粒子ビーム照射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による荷電粒子ビーム照射装置を示す構成図である。
【図２】第１の実施の形態によるレンジモジュレーティングホイールのビーム通過範囲の周辺を示す平面図である。
【図３】第１の実施の形態によるレンジモジュレーティングホイールのビーム進行方向厚みと角度との関係を示す半周分の分布図である。
【図４】第１の実施の形態によるレンジモジュレーティングホイールの回転軸移動機構を示す概略構成図である。
【図５】第１の実施の形態による荷電粒子ビーム照射装置でビームエネルギーを変更した場合の深さ方向線量分布図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態によるレンジモジュレーティングホイールのビーム進行方向厚みの分布を示す平面図である。
【図７】本発明の変形例による荷電粒子ビーム照射装置を示す構成図である。
【図８】従来技術によるレンジモジュレーティングホイールのビーム進行方向厚みの分布を示す平面図である。
【図９】従来技術によるレンジモジュレーティングホイールのビーム進行方向厚みと角度との関係を示す半周分の分布図である。
【図１０】従来技術によるレンジモジュレーティングホイールを通過した後のビームエネルギー分布の時間平均を示す特性線図である。
【図１１】従来技術による荷電粒子ビーム照射装置による深さ方向に対する線量分布を示す特性線図である。
【図１２】従来技術による荷電粒子ビーム照射装置でビームエネルギーを変更した場合の深さ方向線量分布図である。
【符号の説明】
１  荷電粒子ビーム照射装置
２  第１散乱体（横方向ビーム拡大装置）
３  第２散乱体（横方向ビーム拡大装置）
４  荷電粒子ビーム
５  回転軸
６，２１  レンジモジュレーティングホイール（回転体）
７  標的
１０  回転軸移動機構（回転軸移動手段）
【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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【図１１】
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【図１２】
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