(57)【要約】【課題】  第１散乱部及び第２散乱部を含む散乱体装置からの第１散乱部の脱落を防止できる荷電粒子ビーム照射装置を提供することにある。【解決手段】  照射野形成装置１５は第１散乱体装置１７及び第２散乱体装置２０を有し、第２散乱体装置２０は第１散乱部２１及び第２散乱部２２を有する。鉛で構成された第１散乱部２１は、円形をしており、中央部から周辺に向かって曲面を描くように厚みが減少している。プラスチックで構成された第２散乱部２２は、曲面によって画定された開口部２３を有する。第１散乱部２１が、第２散乱部２２上に置かれた保持部材２４Ｂと保持部材２４Ａによって挟まれている。また、第１散乱部２１は、位置決め部材２５によって半径方向の位置決めがなされている。保持部材２４Ａ上に配置された押え部材２６が、第２散乱部２２に複数のねじ２８で固定される。【選択図】図２
2005198793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビーム発生装置と、荷電粒子ビーム発生装置から出射された荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射野形成装置とを備え、
前記照射野形成装置は、前記荷電粒子ビームが通過する第１散乱体装置、及び前記第１散乱体を通過した前記荷電粒子ビームが通過する第２散乱体装置を備え、
前記第２散乱体装置は、材質が異なりかつ分離されている第１散乱部及び第２散乱部を有し、
前記荷電粒子ビームの進行方向において前記第１散乱部が前記第２散乱部と前記第２散乱体装置の一部を構成する他の部材とに挟まれて配置されたことを特徴とする荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項２】
前記荷電粒子ビームの進行方向と交差する方向において前記第１散乱部の位置決めを行う位置決め部材を、前記第２散乱部と前記他の部材との間に配置する請求項１記載の荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項３】
前記他の部材は、前記第２散乱部に取り付けられる押え部材である請求項１または請求項２記載の荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項４】
前記押え部材が前記第２散乱部とは別の第２散乱部である請求項３記載の荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項５】
前記第１散乱部は前記第２散乱部及び前記他の部位材と接触している請求項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６】
前記第１散乱部は第１保持部材及び第２保持部材に接触してこれらの間に配置され、前記第１散乱部、前記第１保持部材及び前記第２保持部材が前記第２散乱部と前記他の部材とに挟まれて配置されている請求項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７】
前記第１散乱部は前記第２散乱部よりも原子質量が大きな物質で構成されている請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の荷電粒子ビーム照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビーム照射装置に係り、特に、がんの患部を治療する粒子線治療装置，荷電粒子ビームを材料に照射する材料照射装置，植物に荷電粒子ビームを照射する植物照射装置、及び荷電粒子ビームを利用したラジオアイソトープ製造装置に適用するのに好適な荷電粒子ビーム照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の荷電粒子ビーム照射装置は、荷電粒子ビーム発生装置，荷電粒子ビーム輸送系及び照射野形成装置を備える。荷電粒子ビーム発生装置は、加速器としてシンクロトロン
（またはサイクロトロン）を含んでいる。シンクロトロンで設定エネルギーまで加速された荷電粒子ビーム（イオンビームという）は、荷電粒子ビーム輸送系を経て照射野形成装置に達する。イオンビームは照射野形成装置から標的領域（例えばがんの患部）に照射される。
【０００３】
照射野形成装置は、荷電粒子ビーム発生装置からのイオンビームを、照射目標である標的領域の形状に合わせて成形して照射する装置である。照射野形成方法は、大別して３種類存在する。第１は二重散乱体法を適用した照射野形成装置（非特許文献１の２０８０〜２０８３頁，図３６）である。この照射野形成装置は、第一散乱体装置，第二散乱体装置及びブラッグピーク拡大装置（ＳＯＢＰ装置という）を有する。第２はウォブラ法を適用した照射野形成装置（特許文献１、及び非特許文献１の２０８４〜２０８６頁，図４１）である。この照射野形成装置は、走査電磁石及びＳＯＢＰ装置を有する。第３はスキャニング法を適用した照射野形成装置（特許文献２，非特許文献１の２０８６〜２０９０頁，図４６〜図４８）である。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２０２０４７号公報
【特許文献２】特開平１０−１９９７００号公報
【非特許文献１】レビュー  オブ  サイエンティフィック  インスツルメンツ６４巻８号(１９９３年８月)の第２０７９〜２０８３頁(REVIEW OF SCIENTIFIC           INSTRUMENTS VOLUME ６４ NUMBER ８(AUGUST １９９３)Ｐ２０７９−２０９０)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、照射野形成装置から標的領域にイオンビームを照射する際、標的領域内の線量分布が均一になることが望まれ、逆に、標的領域外における線量分布は極力、低くすることが望まれる。特に、がんの治療においては、正常組織への影響を低減する目的から、そのような線量分布の均一化及び不要被曝の低減が望まれる。
【０００６】
このため、二重散乱体法においては、非特許文献１の２０８３頁，図３９に示される第２散乱体（コンタード形第２散乱体）が好適である。第２散乱体は、原子質量の異なる２つの物質で構成され、イオンビームの進行方向と直交する方向における線量分布を一様にする機能を有する。コンタード形第２散乱体は、非特許文献１の図３９に示すように、鉛で構成される先頭部（第１散乱部）をプラスチックで構成される後方部（第２散乱部）に取り付けている。鉛のプラスチックへの取り付けは、通常、接着剤を用いて行われる。
【０００７】
プラスチックへの鉛の保持力は、温度及び放射線の吸収量により大きく左右される。鉛とプラスチックの熱膨張率及び放射線吸収量が異なるため、鉛の先頭部がプラスチックの後方部から脱落する可能性がある。
【０００８】
本発明の目的は、第１散乱部及び第２散乱部を含む散乱体装置からの第１散乱部の脱落を防止できる荷電粒子ビーム照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、第２散乱体装置が、材質が異なりかつ分離されている第１散乱部及び第２散乱部を有しており、荷電粒子ビームの進行方向において第１散乱部が第２散乱部と第２散乱体装置の一部を構成する他の部材とに挟まれて配置されたことにある。
【００１０】
第１散乱部が第２散乱部と第２散乱体装置の一部を構成する他の部材とに挟まれて配置されているため、第１散乱部の脱落を防止できる。
【００１１】
好ましくは、荷電粒子ビームの進行方向と交差する方向において第１散乱部の位置決めを行う位置決め部材を、第２散乱部と他の部材との間に配置することが望ましい。このため、その交差する方向において荷電粒子ビームの線量分布をより均一化できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第１散乱部が２つの部材に挟まれているため、第１散乱部が散乱体装置から脱落することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施例１）
本発明の好適な一実施例であるがん治療用の荷電粒子ビーム照射装置を、図１及び図２を用いて説明する。
【００１４】
本実施例の荷電粒子ビーム照射装置１は、荷電粒子ビーム発生装置２及び照射野形成装置１５を備える。荷電粒子ビーム発生装置２は、イオン源（図示せず），前段加速器３及びシンクロトロン４を有する。イオン源で発生した荷電粒子ビームであるイオンビーム
（例えば、陽子ビームまたは炭素イオンビーム）は前段加速器（例えば直線加速器）３で加速される。本実施例では、イオンビームとして陽子ビームが用いられる。前段加速器３から出射されたイオンビームはシンクロトロン４に入射される。このイオンビームは、シンクロトロン４で、高周波加速空胴５から印加される高周波電力によってエネルギーを与えられて加速される。シンクロトロン４内を周回するイオンビームのエネルギーが設定されたエネルギーまでに高められた後、出射用の高周波印加装置６から高周波がイオンビームに印加される。安定限界内で周回しているイオンビームは、この高周波の印加によって安定限界外に移行し、出射用デフレクタ７を通ってシンクロトロン４から出射される。イオンビームの出射の際には、シンクロトロン４に設けられた四極電磁石８及び偏向電磁石９等の電磁石に導かれる電流が設定値に保持され、安定限界もほぼ一定に保持されている。高周波印加装置６への高周波電力の印加を停止することによって、シンクロトロン４からのイオンビームの出射が停止される。
【００１５】
シンクロトロン４から出射されたイオンビームは、ビーム輸送系１０を経て照射野形成装置１５に達する。ビーム輸送系１０の一部である逆Ｕ字部１１及び照射野形成装置１５は、回転可能なガントリー（図示せず）に設置される。逆Ｕ字部１１は偏向電磁石１２，１３を有する。イオンビームは、照射野形成装置１５から治療台（ベッド）３５に横たわっている患者３３の患部３４（図２）に照射される。
【００１６】
本実施例に用いられる照射野形成装置１５の詳細構成を図２に基づいて説明する。照射野形成装置１５は、二重散乱体法を適用しており、第１散乱体装置１７及び第２散乱体装置２０を有する。照射野形成装置１５は、更に、ブラッグピーク拡大装置(ＳＯＢＰ装置)４５，飛程調整装置３０，コリメータ３１及びボーラス３２を備える。第１散乱体装置
１７，第２散乱体装置２０，ＳＯＢＰ装置４５，飛程調整装置３０，コリメータ３１及びボーラス３２は、照射野形成装置１５のケーシング１６内に配置され、イオンビームが通るビーム経路３６上に配置される。第１散乱体装置１７，第２散乱体装置２０，ＳＯＢＰ装置４５，飛程調整装置３０，コリメータ３１及びボーラス３２は、この順序で、イオンビームの進行方向に向かって配置される。第１散乱体装置１７は支持部材１８でケーシング１６に保持される。本実施例で用いられるＳＯＢＰ装置４５は、非特許文献１の2077頁，図３０に示される回転型のレンジモジュレーションホイールである。すなわち、SOBP装置４５は、イオンビームの進行方向に多数の段差を有する複数の翼部材を周方向に配置して回転軸に取り付けた構成を有する。その回転軸は、ケーシング１６に設置した一対の支持部材３７に回転可能に取り付けられる。回転軸はモーター２９によって回転される。飛程調整装置３０は、支持部材３８によってケーシング１６に取り付けられる。コリメータ３１及びボーラス３２も、ケーシング１６に取り付けられる。
【００１７】
第２散乱体装置２０の詳細な構成を、図３を用いて説明する。第２散乱体装置２０は、コンタード形第２散乱体装置であり、第１散乱部２１及び第２散乱部２２を有する。第１散乱部２１は、原子質量が大きな物質である鉛合金等で構成されている。第１散乱部２１はタングステン合金またはベリリウム等で構成することも可能である。第１散乱部２１は、円形をしており、中央部から周辺に向かって曲面を描くように厚みが減少している。これは滑らかな曲面でも良いし段構造でも良い。第２散乱部２２は第１散乱部２１に比べて原子質量が小さな物質である樹脂(resin) 等で構成される。第２散乱部２２は開口部２３を有する。この開口部２３は、イオンビームの進行方向において第２散乱部２２を貫通しており、入口部よりも出口部の直径が大きくなっている。開口部２３は、第２散乱部２２の、入口部から出口部に向かう内面の曲面によって画定されている。
【００１８】
第１散乱部２１が第２散乱部２２の上面に置かれた保持部材２４Ｂ上に配置され、第１散乱部２１の底面が保持部材２４Ｂの上面と接触している。第１散乱部２１及び円形状の保持部材２４Ｂは、第２散乱部２２の上部に形成された円形状のくぼみ内に配置される。第１散乱部２１は、そのくぼみ内に配置される位置決め部材２５によって、第１散乱部
２１の中心軸が第２散乱部２２の中心軸と一致するように、位置決めされる。位置決め部材２５は、第１散乱部２１の上面の曲面と一致する曲面を形成している開口部を有する。第１散乱部２１は、この開口部内に挿入されることによって第２散乱体装置２０の半径方向における位置決めがなされるのである。第１散乱部２１及び位置決め部材２５の上面を覆うように円形状の保持部材２４Ａが配置される。中央に円形の開口部２７を有する押え部材２６が、保持部材２４Ａの上に配置される。押え部材２６は第２散乱部２２に複数のねじ２８によって固定される。第１散乱部２１及び第２散乱部２２の中心軸、及び開口部
２７の中心軸が、第２散乱体装置２０の軸心３９上に位置している。第２散乱体装置２０は、軸心３９がビーム経路３６と一致するようにケーシング１６内に配置される。保持部材２４Ａ，２４Ｂは、アルミニウム（または樹脂）で構成され、薄膜である。保持部材
２４Ａ，２４Ｂは、水等価厚さの薄いものが良い。押え部材２６は樹脂で構成される。
【００１９】
照射野形成装置１５内に達したイオンビームは、第１散乱体装置１７でビーム径が拡大されて、第２散乱体装置２０に入射される。第２散乱体装置２０を通過したイオンビームは、第１散乱部２１及び第２散乱部２２によって、イオンビームの進行方向と直交する方向において線量分布が一様化される。この一様化は、第１散乱部２１の中心軸と第２散乱部２２の中心軸とが一致するように、第１散乱部２１が位置決め部材２５によって位置決めされるために達成される。イオンビームは、モーター２９によって回転されているSOBP装置４５を通過する。すなわち、イオンビームは、多数の段差を有する複数の翼部材を通過することによって、患部３４の深さ方向における線量分布が一様化される。イオンビームは、更に、飛程調整装置３０，コリメータ３１及びボーラス３２を通過して患部３４に照射される。
【００２０】
本実施例で用いられる第２散乱体装置２０は、第１散乱部２１を、第２散乱部２２と分離して第２散乱部２２の上方に配置し、押え部材２６で押し付けているため、第１散乱部２１が脱落することを防止できる。第１散乱部２１が位置決め部材２５によって前述のように位置決めされるため、イオンビームの進行方向と直交する方向における線量分布が一様化される。また、第１散乱部２１が第２散乱体装置２０の軸方向で保持部材２４Ａと保持部材２４Ｂとに挟まれて配置されるため、脱落防止の効果が高くなる。
【００２１】
第２散乱体装置の他の実施例を、図４を用いて説明する。本実施例の第２散乱体装置
２０Ａは、２重リング型第２散乱体装置であり、第１散乱部２１Ｂ及び第２散乱部２２Ａ，２２Ｂを有する。第１散乱部２１Ｂの材質は第１散乱部２１の材質と同じであり、第２散乱部２２Ａ，２２Ｂの材質は第２散乱部２２の材質と同じである。第２散乱部２２Ａ，２２Ｂはそれぞれ中央部に開口部４０，４１を形成する。第２散乱部２２Ｂの円形状のくぼみ内に配置される保持部材２４Ｂは、第２散乱部２２Ｂの上面に接している。第１散乱部２１Ｂは、その底面が保持部材２４Ｂの上面と接触するように、そのくぼみ内に配置される。第１散乱部２１Ｂは、くぼみ内に配置される環状の位置決め部材２５Ｂの開口部内に配置される。位置決め部材２５Ｂの開口部の内径は第１散乱部２１Ｂの外径に等しい。第１散乱部２１Ｂの直径は開口部４０，４１の直径と等しい。第１散乱部２１Ｂ及び位置決め部材２５Ｂの肉厚は略等しい。第１散乱部２１Ｂは位置決め部材２５Ｂによって第２散乱体装置２０Ａの半径方向において所定の位置に位置決めされる。保持部材２４Ａが第１散乱部２１Ｂ及び位置決め部材２５Ｂの上面と接している。押え部材でもある第２散乱部２２Ａが保持部材２４Ａの上面と接して配置される。第２散乱部２２Ａが複数のねじ
２８によって第２散乱部２２Ｂに固定される。第１散乱部２１Ｂ，第２散乱部２２Ａ，第２散乱部２２Ｂの書く中心軸は、第２散乱体装置２０Ａの軸心３９と一致している。
【００２２】
従来のニ重リング型第２散乱体装置は、図５に示すように、環状の第２散乱部４３の開口部内に第１散乱部４２を配置した構成を有する。第１散乱部４２は冷やし嵌めにより第２散乱部４３に保持される。冷やし嵌めによる第１散乱部４２の保持力は、温度差及び放射線の吸収量に大きく左右されるので、第１散乱部４２が脱落する可能性がある。しかしながら、ニ重リング型第２散乱体装置である本実施例の第２散乱体装置２０Ａでも、位置決め部材２５Ｂで位置決めされて第２散乱部と分離している第１散乱部２１Ｂを第２散乱部２２Ａによって第２散乱部２２Ｂに押し付けるため、第１散乱部２１Ｂが第２散乱体装置２０Ａから脱落することを防止できる。第１散乱部２１Ｂが第２散乱体装置２０の軸方向で保持部材２４Ａと保持部材２４Ｂとに挟まれて配置されていることによって、散乱体２０と同様な効果を得ることができる。
【００２３】
第２散乱体装置２０において、保持部材２４Ａ，２４Ｂ，押え部材２６を削除し、第１散乱部２１及び位置決め部材２５の底面を第２散乱部２２の上面に接触させても良い。この場合には、位置決め部材２５の外縁部をねじ２８により第２散乱部２２に取り付ける。このような構造においても、位置決め部材２５により第１散乱部２１の脱落を防止でき、第１散乱部２１が位置決め部材２５によって前述のように位置決めされるため、イオンビームの進行方向と直交する方向における線量分布が一様化される。保持部材２４Ａ，24Ｂ，押え部材２６が削除されているため、本例の第２散乱体の構造は第２散乱体装置２０よりも単純化される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の好適な一実施例である荷電粒子ビーム照射装置の構成図である。
【図２】図１の照射野形成装置の縦断面図である。
【図３】図２に示す第２散乱体装置の縦断面図である。
【図４】第２散乱体装置の他の実施例の縦断面図である。
【図５】従来のニ重リング型第２散乱体装置の縦断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１…荷電粒子ビーム照射装置、２…荷電粒子ビーム発生装置、４…シンクロトロン、５…高周波加速空洞、６…高周波印加装置、１０…ビーム輸送系、１５…照射野形成装置、１７…第１散乱体装置、２０，２０Ａ…第２散乱体装置、２１，２１Ｂ…第１散乱部、
２２，２２Ａ，２２Ｂ…第２散乱部、２４…コリメータ装置、２５，２５Ｂ…位置決め部材、２６…押え部材、４５…ブラッグピーク拡大装置、３０…飛程調整装置、３５…治療台（ベッド）。
【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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