(57)【要約】【課題】粒子治療設備の粒子線のエネルギー拡大のための装置を、損傷に対して抵抗力があり、しかも場所をとらない構成とする。【解決手段】粒子治療設備の粒子線のエネルギー拡大のための装置が可撓性材料からなる表面構造化された拡大要素１３を備え、その拡大要素をその変形可能性によって粒子線の照射位置１７と待機位置１９との間で移動可能とする。【選択図】図２
2007050250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面構造化された拡大要素（１３、２１）を有する粒子治療設備の粒子線の粒子エネルギー分布を拡大するための装置において、拡大要素（１３、２１）が可撓性の材料から形成されていることを特徴とする粒子治療設備の粒子線の粒子エネルギー分布拡大装置。
【請求項２】
可撓性の材料が、粒子線との相互作用に関して組織類似及び／又は水分類似の性質を有し、及び／又は可撓性の材料が約１g/ccm、特に1.03 g/ccmの密度を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
可撓性の材料が伸縮性の性質を有し、及び／又は可撓性の材料が可逆的に及び／又はヒステリシスなしに変形可能であることを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
可撓性の材料がシリコーン、ゲル又はパラフィンを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の装置。
【請求項５】
拡大要素（１３、２１）は粒子線による照射のための第１の作動状態においては照射位置（１７、２７）に、第２の作動状態においては粒子線との相互作用の存在しない待機位置（１９、２３）に配置可能であり、その際  拡大要素は第１の作動状態から第２の作動状態へ、又は第２の作動状態から第１の作動状態への交替時に少なくとも１つの変形した中間状態をとることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の装置。
【請求項６】
第２の作動状態において拡大要素（１３、２１）は少なくとも部分的に巻き取られることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
装置が取り付け具（１５）及び／又は案内レール（２５）を有し、拡大要素（１３、２１）は取り付け具（１５）によって保持され、また異なる作動状態をとるため自動的に駆動され案内レール（２５）に沿って可動であることを特徴とする請求項５又は６記載の装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の装置を有する粒子治療設備の粒子線監視及び粒子線調節ユニット（９、９´）。
【請求項９】
粒子治療設備の粒子線の粒子エネルギー分布を拡大するための装置の可撓性材料からなる拡大要素（１３、２１）を製造するための方法において、固体材料から形成された拡大要素（１３、２１）のネガ型（１）が準備され、可撓性材料の液状又はゲル状の原料で満たされ、続いて原料は、ネガ型（１）から取り除かれる前に、集合状態を固体状態に変えるためのプロセスにかけられることを特徴とする粒子治療設備の粒子線の粒子エネルギー分布拡大装置の拡大要素製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡大要素を有し粒子治療設備の粒子線の粒子エネルギー分布を拡大するための装置、そのような装置を有する粒子線監視及び粒子線調節ユニット、並びにそのような装置の製造のための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粒子治療においては、患者は高エネルギーの粒子で照射される。在来の光子治療と比較して、粒子治療はいわゆる逆線量分布によって特徴づけられる。これは粒子線の入射路における低い線量と、患者内の粒子の最大侵入到達距離の範囲における鋭い最大値によって生じる。この最大値はブラッグ（Bragg）ピークといわれる。ブラッグピークの位置は、粒子線における粒子のエネルギーに左右される。このことは、粒子エネルギーを変えることによってブラッグピークの位置、即ち照射される組織との最大の相互作用の位置を放射方向において非常に正確に調整することを可能にする。
【０００３】
到達した粒子のエネルギーぼけはブラッグピークの幅を決定する。照射方向において相前後して存在する層を照射する場合には、照射すべき組織中に連続した線量分布を生じさせるためにブラッグ最大値の広がりがブラッグピークの部分的な重なりを可能にすべきである。ブラッグ最大値が強く表われすぎると、線量分布がＺ方向に形づくられやすくなる。このことを避けるために層間隔は小さく選ばれなければならず、それによって照射時間が長くなることになる。
【０００４】
ユー、ウエーバー（U.Weber）及びジー、クラフト（G.Kraft）によって、いわゆるリプルフィルタとして、ブラッグ最大値を粒子治療設備の粒子線の粒子エネルギー分布によって幅を広げるものが提案されている（例えば非特許文献１参照）。
【０００５】
このユー、ウエーバー及びジー、クラフトにより提案されたラスタスキャン装置を有する粒子治療設備のためのリプルフィルタと並んで、粒子治療においていわゆるスキャタリング技術を用いて、別の不活性の、到達距離を調整する装置が知られている。スキャタリング技術において、この装置はブラッグピークを方向づけながら腫瘍の全深さに合せる。そのような装置は例えば推進装置及びカットオンフィルタであり、それらはブラッグピークを空間的に重ねるために高速で回転されるか高速で粒子線中をあちこち動かされる。
【０００６】
通常、例えばリプルフィルタ、到達距離を調整する要素等のような不活性の粒子線形成要素は、硬い材料、通例PMMA又はアルミニウムから作られる。そのような材料は、機械的に非常に精密に加工され、相応して損傷の危険性がある（参照：ユー、ウエーバー及びジー、クラフトによる溝構造の特殊な構成）。さらにRPD Inc.社により、到達距離調整のための不活性の粘土状材料が知られており、この材料は患者の上に置かれる。
【０００７】
粒子治療設備の取扱いを簡単化するため、不活性の粒子線形成要素を自動化して粒子線中に位置せしめ得るようにするのが有利である。何故なら、不活性要素の頻繁な取り付け及び取り外しによって、要素は機械的に負荷がかけられ、その結果繊細な構造が損傷を受けるおそれがあるからである。さらに、取り付け及び取り外しのために大きな場所を要求され、そのための場所は事情によっては真空にされた粒子線導入部からの粒子線出口範囲が狭められるため得られないことがある。
【０００８】
通常粒子線を形成する要素は、真空にされた粒子線導入部からの粒子線の粒子線出口に位置及び強度監視のための粒子線監視要素と共に置かれ、いわゆる粒子線監視及び粒子線調節装置を形成し、この装置はできるだけ患者の近くに置かれている。
【非特許文献１】U.Weber、G.Kraft著“Design and construction of a ripple filter for a smoothed depth does distribution in conformal particle therapy”Phys.Med.Biol.44巻、1999年、2765〜2775頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、粒子治療設備の粒子線のエネルギー拡大のための装置であって、損傷に対する抵抗力が強く、しかも場所をとらないで構成し得るものを得ることにある。
【００１０】
本発明の別の課題は、そのような装置を備えた粒子線監視及び粒子線調節ユニット及びそのような装置を製造するための方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
エネルギー拡大のための冒頭に述べた装置に関する課題は、請求項１による装置によって解決される。粒子線監視及び粒子線調節ユニット及びそのような装置を製造するための方法に関する課題は、請求項８による粒子線監視及び粒子線調節ユニット及び請求項９による方法によって解決される。
【００１２】
粒子エネルギー分布の拡大のための一実施形態においては、拡大要素が可撓性の材料、好ましくは粒子との相互作用に関して組織等価性及び／又は水分等価性の性質を持った材料で形成される。即ち、その材料の密度が例えば１g/ccmの大きさ、好ましくは1.03 g/ccmにある。可撓性の材料は伸縮性に富んだ性質を有するのが有利であり、また変形しやすいのが有利である。その材料は可逆的に、及び／又は変形した状態のヒステリシス状の保持性なしに、変形し得るのが有利であり、その結果その材料はその変形後、例えばその照射位置において、拡大のための所望の形を有する。可撓性の材料がシリコーン、ゲル又はパラフィンを有すると有利である。
【００１３】
エネルギー分布の拡大を生じさせるために、例えば、拡大要素の表面構造が調整され、その際例えばその構造は解析的に計算され最適化され得る。例えば表面は先に述べたユー、ウエーバー及びジー、クラフトにより示された溝構造を有することができる（非特許文献１参照）。その際材料としては例えばRPD Inc.社の材料を使用することができる。表面の構造化は変形に対し抵抗力があり、その結果照射の際変形した中間状態をとった後もエネルギー分布の必要な拡大が生じる。
【００１４】
そのような装置は、機械的な影響による局部的な破壊に関して危険にさらされることがより少ない。拡大要素が例えば粒子線による照射のための第１の作動状態においては照射位置に、第２の作動状態では待機位置に配置され、その際第１の作動状態においてのみ拡大要素と粒子線との相互作用が行われることによって、装置は付加的に粒子治療設備の部分として可撓性の性質に基づいて粒子線出口の範囲に場所を節約して配置することができる。その際、拡大要素の可撓性に基づいて、拡大要素が第１の作動状態から第２の作動状態へ、又は第２の作動状態から第１の作動状態へ交替する場合、拡大要素、特にその表面構造が損傷を受けることなく、拡大要素が少なくとも部分的に変形し得るのが有利である。それによって例えば、装置の一構成形態において、第２の作動状態で拡大要素が少なくとも部分的に巻き取られるか又は場所を節約して配置される、即ち例えば拡大要素の少なくとも一部分が粒子線に平行に変形されることが可能である。
【００１５】
装置の有利な実施形態においては、装置は取り付け具を有し、この取り付け具によって拡大要素が保持され、またこの取り付け具は種々の作動状態をとるため自動化により駆動される。その際取り付け具の動きは、例えば直線状の、拡大要素の変形が行われないような動きに制限されるものではなく、任意の動き及び従って材料の可撓性の枠内での関連した変形も行われ得るものである。
【００１６】
別の実施形態においては、装置は粒子治療設備の粒子線出口の範囲内に、即ち好ましくは真空にされた粒子線導入部と患者との間に配置される。通常装置は、到達距離を調整する要素を除いて、粒子線路内にあり照射される最後の要素であり、拡大要素は粒子線監視及び粒子線調節ユニットの中にあり、このユニットは一方では粒子線をエネルギー及び粒子数に関して監視し、他方ではエネルギー分布を調整する粒子線パラメータを調節する。
【００１７】
本発明の他の有利な実施形態はその他の請求項に記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に本発明の複数の実施例について本発明を説明する。
【実施例】
【００１９】
図１は可撓性材料の原料によるキャスティングのための拡大要素のネガ型１を示す。注入溝３を通して液状又はゼリー状の原料が型空隙５内に達する。ネガ型１は上部分７Aと下部分７Bに２分割され、その結果拡大要素が硬化後容易に取り出され得るようになっている。
【００２０】
ネガ型７Bの内側の部分は、例えば前述のユー、ウエーバー及びジー、クラフトによる文献に従いリプルフィルタの構造化の様式で形成される。そのためネガ型１は例えば鋼又はアルミニウムから切削法で高精密に作られる。
【００２１】
硬化に際して原料は液状又はゲル状から固体状への集合状態の変化を生じさせるプロセスにかけられる。このプロセスは使用される材料に従って種々異なり得るもので、例えばプロセスは橋かけ度に依存して種々の温度又は圧力において行うことができる。凝固後型が開かれポジ型がネガ型１から取り出される。そのようにして作られた拡大要素は、離型後関連する全温度範囲及び関連する圧力において可撓性で伸縮性の材料の性質を有し、有利には組織等価性を持つ。可撓性によって、機械的影響による破壊を受けることが少なくなる。マスターパターン式の製造方法は、個々の不活性要素の切削による製造より経済的である。
【００２２】
伸縮性の材料の性質によって、粒子線形成要素は粒子線中への自動化された取り入れの際変形され、その結果装置は極めて場所を節約して形成することができる。模範的な実施形態を図２及び図３に示す。
【００２３】
図２には粒子線監視及び粒子線調節ユニット９が示されている。このユニットは、粒子線治療設備の真空にされた粒子線導入システムからの粒子線出口１１に接続しており、粒子治療設備の最後のユニットであり、このユニットによって粒子線は一方では監視され（監視要素１２）、他方ではそのエネルギー分布に関して調節される。粒子線は、ラスタスキャン装置を使用する場合例えば40cm×40cmのスキャン範囲内で出ることができる。可能な粒子線位置は破線矢印によって明らかにされている。
【００２４】
粒子線の粒子エネルギー分布を拡大するための装置は、拡大要素１３を有し、この要素は取り付け具（枠体）１５によって保持され、少なくともスキャン範囲の大きさを有する。拡大要素１３は可撓性の材料からなっている。第１の作動状態では拡大要素は粒子線によって照射される。即ちその際は拡大要素１３は照射位置１７にある。装置がもはや必要でなくなると、装置は粒子線から遠ざけることができる。そのため、取り付け具１５は例えばレール上を第２の作動状態１９（破線で示す）へ走行し、拡大要素１３は場所を節約するように変形して粒子線出口１１の隣の待機位置に配置される。
【００２５】
図３は、可撓性の拡大要素２１を有する粒子線の粒子エネルギー分布を拡大するための装置の別の実施形態を示す。粒子線出口１１´の粒子線監視及び粒子線調節ユニット９´は、拡大要素２１と並んで同様に粒子線監視要素１２´を有する。図３による実施形態においては、不要となった拡大要素２１が粒子線通路の外側に巻き取られた状態で待機位置２３にある（破線で示す）。拡大要素２１は必要な場合案内レール２５を用いてこの待機位置から自動的に照射位置２７の粒子線中にもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による装置の製造のためのネガ型の概略説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の照射位置と待機位置とを説明するための概略図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の照射位置と待機位置とを説明するための概略図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  ネガ型
３  注入溝
５  型空隙
７A  ネガ型の上部分
７B  ネガ型の下部分
９、９´  粒子線監視及び粒子線調節ユニット
１１、１１´  粒子線出口
１２、１２´  粒子線監視要素
１３  拡大要素
１５  取り付け具
１７  照射位置
１９  待機位置
２１  拡大要素
２３  待機位置
２５  案内レール
２７  照射位置
【図１】
2007050250.tif 000003
【図２】
2007050250.tif 000004
【図３】
2007050250.tif 000005