(57)【要約】      （修正有）【課題】粒子加速器から取り出された荷電粒子ビームのエネルギーを減衰させる回転型エネルギーディグレーダを提供する。【解決手段】荷電粒子ビームのエネルギーを減衰させるエネルギーディグレーダは、環状状の第１のビーム入射面及び連続する螺旋状のビーム出射面を有する第１のエネルギー減衰部材１０と、連続する螺旋状のビーム入射面及び環状のビーム出射面を有する第２のエネルギー減衰部材２０とを含み、第１及び第２の螺旋面１２と２１は互いに対向する。このエネルギーディグレーダは、第１及び第２のエネルギー減衰部材１０と２０をそれぞれ第１の軸線Ａ１及び第２の軸線Ａ２の周りで回転させる駆動装置６０を含み、慣性モーメントが小さいので、ビームエネルギーをより高精度で且つ高速で変化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子加速器から取り出された荷電粒子ビーム（２）のエネルギーを減衰させるエネルギーディグレーダ（１）であって、
環状形状又は部分環状形状を有する第１のビーム入射面（１１）、及び第１の軸線（Ａ１）を有する第１の連続螺旋面の一部の形状を有するビーム出射面（１２）を有する第１のエネルギー減衰部材（１０）と、
第２の軸線（Ａ２）を有する第２の連続螺旋面の一部の形状を有するビーム入射面、及び環状形状又は部分環状形状を有するビーム出射面（２２）を有する第２のエネルギー減衰部材（２０）と、
前記第１及び第２のエネルギー減衰部材に作動的に連結されると共に、第１及び／又は第２のエネルギー減衰部材をそれぞれ第１の軸線（Ａ１）及び／又は第２の軸線（Ａ２）の周りで回転させる駆動装置とを備え、
前記第１の軸線（Ａ１）は第２の軸線（Ａ２）と平行又は同軸に構成され、前記第１及び第２の螺旋面は互いに対向すると共に同一の作用を有する
ことを特徴とするエネルギーディグレーダ。
【請求項２】
請求項１記載のエネルギーディグレーダ（１）において、
前記第１のエネルギー減衰部材（１０）のビーム入射面（１１）は第１の軸線（Ａ１）と直交し、前記第２のエネルギー減衰部材（２０）のビーム出射面（２２）は第２の軸線（Ａ２）と直交する
ことを特徴とするエネルギーディグレーダ。
【請求項３】
請求項１又は２記載のエネルギーディグレーダ（１）において、
前記駆動装置は、第１のエネルギー減衰部材（１０）を第１の軸線（Ａ１）の周りで回転させる第１のモーター（Ｍ１）と、第２のエネルギー減衰部材（２０）を第２の軸線（Ａ２）の周りで回転させる第２のモーターとを備える
ことを特徴とするエネルギーディグレーダ。
【請求項４】
先行する請求項のいずれか１項に記載のエネルギーディグレーダにおいて、
前記第１及び第２の螺旋面は、シリンドリカルな螺旋面とした
ことを特徴とするエネルギーディグレーダ。
【請求項５】
請求項４記載のエネルギーディグレーダ（１）において、
前記第１及び第２の螺旋面は同一の半径を有し、前記第１の軸線（Ａ１）は第２の軸線（Ａ２）と同一である
ことを特徴とするエネルギーディグレーダ。
【請求項６】
請求項５記載のエネルギーディグレーダ（１）において、
前記第１及び第２の螺旋面は同一のピッチを有する
ことを特徴とするエネルギーディグレーダ。
【請求項７】
請求項６記載のエネルギーディグレーダ（１）において、
前記駆動装置は、第１及び／又は第２のエネルギー減衰部材を軸線（Ａ１）の周りで螺旋移動させるように構成した
ことを特徴とするエネルギーディグレーダ。
【請求項８】
請求項６又は７記載のエネルギーディグレーダ（１）において、
前記第１及び第２のエネルギー減衰部材は、形状及び大きさが同一である
ことを特徴とするエネルギーディグレーダ。
【請求項９】
請求項４記載のエネルギーディグレーダ（１）において、
前記第１の螺旋面の半径（Ｒ１）は第２の螺旋面の半径（Ｒ２）よりも小さく、前記第１の螺旋面のピッチは第２の螺旋面のピッチよりも小さく、前記第１の軸線（Ａ１）は第２の軸線（Ａ２）と相違すると共に第２の軸と平行である
ことを特徴とするエネルギーディグレーダ。
【請求項１０】
先行する請求項のいずれか１項に記載のエネルギーディグレーダにおいて、
前記第１のエネルギー減衰部材及び／又は第２のエネルギー減衰部材は、それぞれベリリウム又はカーボングラフアイトで作られている
ことを特徴とするエネルギーディグレーダ。
【請求項１１】
粒子加速器（１００）及び請求項１から１０までのいずれか１項に記載のエネルギーディグレーダ（１）を備える粒子線治療装置であって、
前記エネルギーディグレーダ（１）は、粒子加速器から取り出された粒子ビーム（２）が前記第１のエネルギー減衰部材（１０）のビーム入射面（１１）においてエネルギーディグレーダ（１）に入射すると共に、第２のエネルギー減衰部材（２０）のビーム出射面（２２）においてエネルギーディグレーダから出射するように、前記粒子ビーム（２）に対して位置決め及び配向されている
ことを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の粒子線治療装置において、
前記粒子加速器（１００）は、好ましくはサイクロトロン、より好ましくはシンクロサイクロトロンのような固定エネルギー加速器とした
ことを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項１３】
請求項１１又は１２記載の粒子線治療装置において、
前記粒子加速器（１００）は、その出射部（１１０）において、最大エネルギーが、１ＭｅＶと５００ＭｅＶとの間、好ましくは１００ＭｅＶと３００ＭｅＶとの間、より好ましくは２００ＭｅＶと２５０ＭｅＶとの間の粒子ビーム（２）を発生するように構成した
ことを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の粒子線治療装置において、
前記第１及び第２のエネルギー減衰部材（１０，２０）の最小厚さ、最大厚さ及び直径は、それぞれ［１ｍｍ，１００ｍｍ］、［１０ｍｍ，３００ｍｍ］及び［１ｍｍ，１００ｍｍ］の範囲に設定され、好ましくは［１ｍｍ，５０ｍｍ］、［１０ｍｍ，２００ｍｍ］及び［１０ｍｍ，２００ｍｍ］の範囲に設定され、より好ましくは［１ｍｍ，１０ｍｍ］、［１０ｍｍ，１００ｍｍ］、［１０ｍｍ，１５０ｍｍ］の範囲に設定したことを特徴とする粒子線治療装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この米国特許出願は、２０１４年１２月１６日に出願された欧州特許出願ＥＰ１４１９８３６４．３及び２０１５年１２月２日に出願された欧州特許出願ＥＰ１５１９７４４４．１に基づく優先権の主張を伴う。上記２つの欧州特許出願は、それらを参照することにより組み込まれる。
【０００２】
本発明は、例えば陽子加速器や炭素イオン加速器のような荷電粒子加速器の分野に関し、特に粒子加速器から取り出された荷電粒子ビームのエネルギーを減衰させる回転エネルギーディグレーダに関する。
【０００３】
さらに、本発明は、粒子加速器と、粒子加速器から取り出された荷電粒子ビームのエネルギーを減衰させる回転型エネルギーディグレーダとを備える粒子線治療装置に関する。
【背景技術】
【０００４】
荷電粒子ビームの使用を含む用途においては、粒子のエネルギーを変化させる必要がある。例えば、粒子線治療の用途において、荷電粒子のエネルギーは治療されるべき身体への粒子の浸入深さを決定する。例えば、サイクロトロンのような固定エネルギー粒子加速器は、発生する粒子ビームのエネルギーを変化させるように構成されていないため、粒子ビームのエネルギーを変化させるためには追加の装置が必要となる。例えば、シンクロトロンのようなエネルギー可変粒子加速器では、発生した粒子ビームのエネルギーを変化させるように構成されているが、粒子がシンクロトロンから取り出された後さらにエネルギーを変化させることが望まれている。
【０００５】
加速器から取り出された粒子ビームのエネルギーを変化させる装置は、エネルギーディグレーダと称されている。従って、エネルギーディグレーダは、粒子加速器から取り出された後の粒子ビームの軌道を横切るように配置した１つ又は複数の減衰物質のブロックを有する。周知の原理によれば、このような減衰物質のブロックを透過する粒子は、所定のタイプの粒子の場合、粒子が透過する材料の本質的特性及びその厚さの関数に相当するエネルギー減衰を受ける。
【０００６】
既存のエネルギーディグレーダは、離散的で平坦なステップを有する螺旋階段の形状を有すると共に粒子ビームの軌道を横切るように配置された減衰物質の単一ブロックを含んでいる。粒子ビームは、階段のステップと直交するようにディグレーダに入射し、対向する側から出射し、ビームのエネルギーはステップの厚さに応じて減衰される。ディグレーダを軸線のまわりで所定の角度だけ回転させると、粒子ビームはディグレーダの別のステップに垂直に入射し、反対側から出射し、ビームのエネルギーはディグレーダのステップの厚さに応じて減衰する。従って、粒子ビームに対してディグレーダの角度位置を変えることによりエネルギー減衰量を変化させることができる。
【０００７】
しかしながら、例えば粒子線治療の用途に必要とされるエネルギー変化の良好な解像度を得るためには、十分に低い高さのステップを設ける必要があり、既存のディグレーダでは大きな直径を必要とする。結果として、既存のディグレーダは大きな慣性モーメントを有し、粒子ビームに対して迅速に及び／又は高精度に回転させることが困難になってしまう。しかしながら、最近の用途では、粒子ビームのエネルギーを例えば数１０ｍ秒のように極めて迅速に且つ高精度に変化させることが要求されている。これは、例えば粒子線治療の場合である。粒子線治療の場合、例えば腫瘍のような目標物は粒子ビームにより層ごとに照射され、これらの層は患者の身体中の異なる深さに位置する。このような場合、１つの層を照射してから次の層の照射に移行する際、粒子ビームのエネルギーを極めて迅速に及び／又は高精度に変化できることが望ましい。
【０００８】
既知のディグレーダの大直径に起因する別の欠点は、大量の高価なエネルギー減衰材料が必要であり、コストが相当高価になってしまう。大直径の別の欠点は、ディグレーダが大きいため扱いにくく、大きなスペースを占有し、設置面積が大きくなってしまう。
【０００９】
他の既存のディグレーダは、減衰物質の"コンマ"状のブロックが用いられており、このコンマ状のブロックは軸線の周りに回転移動可能にされている。ビームは回転軸線と直交する方向でコンマと交差し、つまりビームは"コンマ"の外側の湾曲側で"コンマ"に入射し、"コンマ"の内側の湾曲側で"コンマ"から出射する。或いは、この逆の関係に設定される場合もある。エネルギー減衰量は、粒子ビームに対する"コンマ"の角度位置を変えることにより変化する。
【００１０】
これらのエネルギーディグレーダは、特に粒子線治療の用途に用いられる場合、大きな直径を必要とし、従って、前述したのと同様な欠点があり、すなわち慣性モーメントが大きく、コストが高価であり、占有体積が大きい欠点がある。
【発明の概要】
【００１１】
本発明の目的は、既知のエネルギーディグレーダの欠点を解消することにある。開示技術の目的は、粒子ビームのエネルギーを既知のディグレーダよりも迅速に及び／又は一層高い精度で変化させるように構成したエネルギーディグレーダを提供することにある。
【００１２】
開示した実施例によるエネルギーディグレーダの入射側の典型的なビームエネルギーはＭｅＶのレンジであり、例えば１５０ＭｅＶ〜３００ＭｅＶの範囲にあり、出射側の典型的な所望のビームエネルギーもＭｅＶのレンジであり、例えば入力エネルギーが２３０ＭｅＶの場合、５０ＭｅＶ〜２３０ＭｅＶの範囲である。
【００１３】
この開示技術によれば、粒子加速器から取り出された荷電粒子ビームのエネルギーを減衰させるエネルギーディグレーダであって、
・環状形状又は部分環状形状を有する第１のビーム入射面、及び第１の軸線を有する第１の連続螺旋面の一部の形状を有するビーム出射面を有する第１のエネルギー減衰部材と、
・第２の軸線を有する第２の連続螺旋面の一部の形状を有するビーム入射面、及び環状形状又は部分環状形状を有するビーム出射面を有する第２のエネルギー減衰部材と、
・前記第１及び第２のエネルギー減衰部材に作動的に連結されると共に、第１及び／又は第２のエネルギー減衰部材をそれぞれ第１の軸線及び／又は第２の軸線の周りで回転させる駆動装置とを備え、
・前記第１の軸線は第２の軸線と平行又は同軸に構成され、前記第１及び第２の螺旋面は互いに対向すると共に同様な作用を有するエネルギーディグレーダを提供する。
【００１４】
エネルギー減衰部材が３Ｄプリンタを用いて作成される場合、螺旋面は螺旋階段のクローズアップした外観を有する。しかし、ビームが螺旋面と交差する際のレベルにおけるステップの最小段差（トレッド深さ）が最小平均ビーム直径以下の場合（例えば、螺旋面と交差する際の平均ビーム直径が８ｍｍと３０ｍｍとの間の範囲にある場合、ステップの最小段差は８ｍｍ以下となる）、螺旋面は連続螺旋面とみなされる。
【００１５】
本開示技術の実施例を示す図面から明らかなように、ディグレーダは、エネルギー減衰部材の入射面及び出射面が荷電粒子ビームの軌道に対して以下の（連続し又は不連続の）シーケンスで配置される。
・第１のエネルギー減衰部材のビーム入射面
・第１のエネルギー減衰部材のビーム出射面
・第２のエネルギー減衰部材のビーム入射面
・第２のエネルギー減衰部材のビーム出射面
「不連続シーケンス」により、例えば平坦な減衰物質のプレートのような追加の減衰物質を第１及び第２のエネルギー減衰部材のビーム入射面とビーム出射面との間に又はその内側に配置することができるものと理解すべきである。
【００１６】
２つの互いに対向すると共に同一性能の連続螺旋面を有する２つのエネルギー減衰部材が存在するため、ディグレーダの直径は既知の回転型ディグレーダよりも小さくすることができ、エネルギー変化において良好な解像度が得られると共にディグレーダの出力部における粒子のエネルギー拡散量は統計的に抑制される。直径が小さくなるため、つまり慣性モーメントが一層小さくなるため、エネルギー減衰部材を一層迅速に回転させることが可能になり、従って、粒子ビームのエネルギーを一層迅速に変化させることができる。
【００１７】
好ましくは、第１のエネルギー減衰部材のビーム入射面は第１の軸線と直交し、第２のエネルギー減衰部材のビーム出射面は第２の軸線と直交する。これにより、ディグレーダの出射部における粒子のエネルギー拡散が抑制できる。
【００１８】
好ましくは、駆動装置は、第１のエネルギー減衰部材を第１の軸線の周りで回転させる第１のモーターと、第２のエネルギー減衰部材を第２の軸線の周りで回転させる第２のモーターとを備える。第１のエネルギー減衰部材が固定され第２のエネルギー減衰部材が回転する形態と比較して、この好適な形態により、所定の／所望のエネルギー減衰を行う場合、第１及び第２のエネルギー減衰部材を粒子ビームに対して互いに独立して位置決めすることができ、例えばビーム入射面及びビーム出射面におけるビームの光学特性に応じて位置決めすることができる。さらに、粒子ビームのエネルギー変化を一層高速で高精度に行える利点が得られる。
【００１９】
好ましくは、第１及び第２の螺旋面はシリンドリカルな螺旋面とする。より好ましくは、第１及び第２の螺旋面は同一の半径を有し、第１の軸線は第２の軸線と同一とする。さらに好ましくは、第１及び第２のエネルギー減衰部材は、形状及び大きさにおいて同一とする。これにより、ディグレーダの製造が容易になると共に製造コストが安価になる。
【００２０】
変形例として、第１の螺旋面の半径は第２の螺旋面の半径よりも小さくし、第１の螺旋面のピッチは第２の螺旋面のピッチよりも小さくし、第１の軸線は第２の軸線とは異なるが第２の軸線と平行にする。この変形例により、第１のエネルギー減衰部材は、その直径が一層小さくなり、つまり一層高速で移動することができる。
【００２１】
本開示技術によれば、粒子加速器及び本開示技術によるエネルギーディグレーダを備える粒子線治療装置であって、エネルギーディグレーダは、粒子加速器から取り出された粒子ビームが第１のエネルギー減衰部材のビーム入射面においてエネルギーディグレーダに入射すると共に、第２のエネルギー減衰部材のビーム出射面においてエネルギーディグレーダから出射するように、前記粒子ビームに対して位置決め及び配向されているエネルギーディグレーダを提供する。第１のエネルギー減衰部材のビーム入射面が第１の軸線と直交し第２のエネルギー減衰部材のビーム出射面が第２の軸線と直交する場合、エネルギーディグレーダは、粒子加速器から取り出された粒子ビームに対して、粒子ビームが第１のエネルギー減衰部材のビーム入射面に対して直交するようにエネルギーディグレーダに入射する。
【００２２】
好ましくは、粒子加速器はエネルギー固定加速器とし、より好ましくはサイクロトロンとし、さらに好ましくはシンクロサイクロトロンとする。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
図面に基づいて本開示技術の概念を詳細に説明する。
【図１】図１は、開示した実施例による例示的エネルギーディグレーダの前面を線図的に示す図である。
【図２】図２は、図１のエネルギーディグレーダの上面を線図的に示す図である。
【図３】図３は、図１のエネルギーディグレーダの高エネルギー減衰レベルにおける部分断面を線図的に示す図である。
【図４】図４は、図１のエネルギーディグレーダの低エネルギー減衰レベルにおける部分断面を線図的に示す図である。
【図５】図５は、開示した実施例による別の例示的エネルギーディグレーダの前面を線図的に示す図である。
【図６】図６は、図５のエネルギーディグレーダの上面を線図的に示す図である。
【図７】図７は、開示した実施例による別の例示的エネルギーディグレーダの一部の前面を線図的に示す図である。
【図８】図８は、図７のエネルギーディグレーダの種々の減衰レベルにおける前面を線図的に示す図である。
【図９】図９は、粒子加速器及び開示した実施例によるエネルギーディグレーダを備える粒子線治療装置を線図的に示す図である。
【００２４】
図面はスケール通りに又は比率にそって図示されていない。図面に関して、同様な又は同一の構成要素には同一符号を付する。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は本開示技術による例示的なエネルギーディグレーダ（１）の前面をＸＹＺを基準として線図的に示す。
【００２６】
エネルギーディグレーダ（１）は２つの分離したエネルギー減衰部材、すなわち第１のエネルギー減衰部材（１０）と第２のエネルギー減衰部材（２０）とを備える。第１のエネルギー減衰部材は、環状形状（又は部分環状形状）を有する第１のビーム入射面（１１）、及び第１の軸線（Ａ１）を有する第１の連続する螺旋面の一部の形状を有するビーム出射面（１２）を有する。
【００２７】
第２のエネルギー減衰部材は、第１の軸線（Ａ１）と平行又は一致した第２の軸線（Ａ２）を有する第２の連続する螺旋面の一部の形状を有するビーム入射面、及び環状形状又は部分環状形状を有し対向するビーム出射面（２２）を有する。
【００２８】
エネルギー減衰部材が３Ｄプリンタを用いて作成される場合、螺旋面は螺旋階段の外観を有する。しかし、ビームが螺旋面と交差する際のレベルにおけるステップの最小段差（トレッド深さ）が最小平均ビーム直径以下の場合（例えば、螺旋面と交差する際の平均ビーム直径が８ｍｍと３０ｍｍとの間の範囲にある場合、ステップの最小段差は８ｍｍ以下となる）、螺旋面は連続する螺旋面と考える。
【００２９】
図１から明らかなように、第１及び第２のエネルギー減衰部材（１０，２０）は、第１及び第２の螺旋面が互いに対向するように位置決めする。第１及び第２の螺旋面は同一の性能を有する。
【００３０】
好ましくは、第１のエネルギー減衰部材（１０）のビーム入射面（１１）は第１の軸線（Ａ１）と直交し、第２のエネルギー減衰部材（２０）のビーム出射面（２２）は第２の軸線（Ａ２）と直交する。この好適例において、第１のエネルギー減衰部材（１０）のビーム入射面（１１）は、勿論第２のエネルギー減衰部材（２０）の第２のビーム出射面（２２）と平行である。
【００３１】
さらに、エネルギーディグレーダ（１）は、第１及び第２のエネルギー減衰部材（１０，２０）と作動的に連結される駆動装置を備える。この駆動装置は、第１のエネルギー減衰部材（１０）及び／又は第２のエネルギー減衰部材（２０）をそれぞれ第１の軸線（Ａ１）及び／又は第２の軸線（Ａ２）の周りで回転するように構成され、第１の軸線（Ａ１）は第２の軸線（Ａ２）と平行又は同一とする。
【００３２】
例えば、駆動装置は、単一のモーター及びこの単一のモーターを第１のエネルギー減衰部材（１０）に選択的に連結する伝達装置を備え、第１のエネルギー減衰部材（１０）を第１の軸線（Ａ１）の周りで回転させ、第２のエネルギー減衰部材（２０）を固定（回転せず）することもできる。
【００３３】
変形例として、例えば駆動装置は、単一のモーター及びこの単一のモーターを第１及び第２のエネルギー減衰部材にそれぞれ連結する伝達装置を備え、第１及び第２のエネルギー減衰部材をそれぞれ回転させ、好ましくは反対方向に回転させる（すなわち、第１のエネルギー減衰部材（１０）を時計周りに回転させ、第２のエネルギー減衰部材（２０）を反射時計周りに回転させる。この逆方向の場合でもよい）。
【００３４】
好ましくは、図１に示すように、駆動装置は、第１のエネルギー減衰部材（１０）に作動的に連結されて第１のエネルギー減衰部材（１０）を第１の軸線（Ａ１）の周りで回転させる第１のモーター（Ｍ１）及び第２のエネルギー減衰部材（２０）に作動的に連結されて第２のエネルギー減衰部材（２０）を第２の軸線（Ａ２）の周りで回転させる第２のモーター（Ｍ２）を備える。第１及び第２のモーターは、例えばステップモーターとすることができる。図１には図示されていないが、エネルギーディグレーダ（１）は、さらに、一方において第１及び／又は第２のモーターと他方において第１及び第２のエネルギー減衰部材との間に中間伝達装置を備え、速度及びモーターからエネルギー減衰部材に供給されるトルクを適合させることができる。
【００３５】
さらに、図１には、第１及び第２のエネルギー減衰部材（１０，２０）と交差する粒子ビーム（２）を図示する。これら２つの減衰部材（１０，２０）の幾何学的構成より、入射ビームのエネルギーは、第１及び／又は第２のエネルギー減衰部材の角度位置の関数としてより強く又はより弱く減衰されることは明らかである。駆動装置に作動的に接続される制御ユニット（６０）を用いて、例えばシステムから受信したエネルギー減衰の設定の関数として角度位置を修正することができる。
【００３６】
図２は図１のエネルギーディグレーダの上面を線図的に示し、第１のエネルギー減衰部材（１０）のビーム入射面（１１）の環状形状を良好に示す。
【００３７】
好ましくは、図１及び図２から明らかなように、第１及び第２の螺旋面はシリンドリカルな螺旋面とする。好ましくは、第１の軸線（Ａ１）は第２の軸線（Ａ２）と同一（一致する）とする。より好ましくは、第１の螺旋面の半径（Ｒ１）は第２の螺旋面の半径（Ｒ２）と同一とする。より好ましくは、第１及び第２の螺旋面は同一のピッチとする。さらに好適には、第１及び第２のエネルギー減衰部材（１０，２０）は、形状及び大きさを同一とする。
【００３８】
図３は、図１のエネルギーディグレーダ（１）の高エネルギーレベルにおける部分断面及び展開図を線図的に示す。この例示的な表現において、第１及び第２のエネルギー減衰部材は、同一の大きさ及び同一形状を有し、従って、第１及び第２の螺旋面は同一の半径、同一の作用及び同一のピッチを有することを意味する。ここでは、粒子ビーム（２）を拡大して示し、その断面サイズをより明瞭にする。図３から明らかなように、ビーム（２）の左端の部分の粒子は、ギヤップＧ１を介して２つのエネルギー減衰部材の厚さＥ１ａ及びＥ２ａの部位を透過する。ビーム（２）の右端の部分の粒子は、ギヤップＧ１を介して２つのエネルギー減衰部材の厚さＥ１ｂ及びＥ２ｂの部位を透過する。ギヤップＧ１は、例えば空気ギヤップ又は真空ギヤップとすることができる。粒子の全エネルギー減衰量は、第１及び第２のエネルギー減衰部材の粒子における粒子経路に沿うエネルギー減衰量の和として評価できる。この例示的な構成において、Ｅ１ａ＋Ｇ１＋Ｅ２ａ＝Ｅ１ｂ＋Ｇ１＋Ｅ２ｂとし、これら２つの粒子のエネルギーは約同一量だけ減衰する。ビーム（２）の他の粒子についても同様である。
【００３９】
図４は、図１のエネルギーディグレーダ（１）の低エネルギー減衰レベルにおける部分断面及び展開図を線図的に示す。この構成は、第１のエネルギー減衰部材（１０）を適切な方向にある角度だけ回転させ（厚さＥ１ａ及びＥ１ｂが薄くなるように）及び／又は第２のエネルギー減衰部材（２０）を反対方向にある角度だけ回転させること（厚さＥ２ａ及びＥ２ｂが薄くなるように）により得ることができる。図４から明らかなように、ビーム（２）の左端の部分の粒子は、ギヤップＧ２を介して２つのエネルギー減衰部材の厚さＥ３ａ及びＥ４ａの部位を透過する。ビーム（２）の右端の部分の粒子は、同一のギヤップＧ２を介して２つのエネルギー減衰部材の厚さＥ３ｂ及びＥ４ｂの部位を透過する。従って、こら２つの粒子のエネルギーは、ほぼ同一量だけ減衰することが理解される。ビーム（２）の他の粒子についても同様である。この実施例において、ギヤップＧ２はギヤップＧ１よりも大きい。これにより、不具合の多くが解消されることになる。この理由は、減衰レベルが低く、従って、図３に示す高い減衰を行う場合よりもビームの発散が小さくなるからである。高い減衰レベルの場合、ビームサイズが一層重要であることが知られており、図３に示すように、ギヤップＧ１は小さくすることができる。
【００４０】
図５は本開示技術による別の例示的エネルギーディグレーダ（１）の前面図をＸＹＺを基準として線図的に示す。このエネルギーディグレーダは、第１の螺旋面の半径（Ｒ１）が第２の螺旋面の半径（Ｒ２）よりも小さく、且つ第１の軸線（Ａ１）が第２の軸線（Ａ２）とは相違すると共に平行である点を除き、図１のエネルギーディグレーダと同一である。好ましくはＲ１＜０．５Ｒ２とし、より好ましくはＲ１＜０．２Ｒ２とし、さらに好ましくはＲ１＜０．１Ｒ２とする。両方の螺旋面に同一の傾斜を形成するため、第１の螺旋面のピッチは、好ましくは第２の螺旋面のピッチよりも小さくする。
【００４１】
図６は、図５のエネルギーディグレーダ（１）の上面図を線図的に示す。
【００４２】
図７は本開示技術による別の例示的エネルギーディグレーダ（１）の前面図をＸＹＺを基準として線図的に示す。このエネルギーディグレーダは、モーター（Ｍ１）の固定子がネジ溝を有するガイド部材（３５）に取り付けられ、第１のエネルギー減衰部材（１０）はガイド部材（３５）のネジ溝と協働するネジ部を有するシャフト（３０）に取り付けられている点を除き、図１のエネルギーディグレーダと同一である。
【００４３】
第１のモーター（Ｍ１）の回転子は、シャフト（３０）に対する機械的カップリング部材（４０）を備え、シャフト３０を回転させてシャフトを軸並進移動させることができる。本例では、機械的カップリング部材（４０）は、２つの平坦な内側部分（４０ａ，４０ｂ）を有するＵ字状部材を備え、これら２つの平坦な部分はシャフト（３０）の末端部分である２つの平坦な外側面（３０ａ，３０ｂ）とそれぞれ滑動可能に係合する。
【００４４】
本例では、第１のモーター（Ｍ１）の回転子、ネジ溝、第１のエネルギー減衰部材（１０）の第１の螺旋面及び前記シャフト（３０）は全て同軸配置され、軸線（Ａ１）を有する。
【００４５】
シャフト（３０）のネジ部分（３１）のピッチ及び作用（つまり、ガイド部材（３５）のネジ溝のピッチ及び作用）は、第１の螺旋面のピッチ及び作用と同一とする。
【００４６】
従って、図７の螺旋状の二重の矢印で示すように、駆動装置は、第１のエネルギー減衰部材（１０）を軸線（Ａ１）の周りで螺旋移動させるように構成されていると理解される。
【００４７】
本例では、第１のモーター（Ｍ１）の回転子は機械的カップリング部材（４０）に直接連結した。好ましくは、第１のモーター（Ｍ１）の回転子は、例えば速度減速ギィアボックスのような速度減速器を介して機械的カップリング（４０）に連結し、移動の精度を増大する。
【００４８】
第２のエネルギー減衰部材（２０）は、好ましくは同一の方法で第２のモーター（Ｍ２）（図７において、図示されていない）に連結する。この場合、図７の二重螺旋矢印で示すように、駆動装置は、第２のエネルギー減衰部材（２０）を軸線（Ａ１）の周りで螺旋移動させるように構成するものと理解される。この場合、制御ユニット（６０）は、第１及び第２のモーター（Ｍ１，Ｍ２）を同期して同一の速度で互いに反対方向に駆動するように構成され、第１のモーター（Ｍ１）が第１のエネルギー減衰部材（１０）を角度α（アルファ）だけ回転させる場合、第２のモーター（Ｍ２）は第２のエネルギー減衰部材（２０）を角度−α（マイナスアルファ）だけ回転させる。このような構成により、第１及び第２の螺旋面を極めて接近して配置することが可能になり、いかなる角度位置においても、すなわちいかなるエネルギー減衰位置においても、２つの螺旋面間に一定のギヤップ（Ｇ１）が形成される。好ましくは、第１の螺旋面と第２の螺旋面との間の器（Ｇ１）は５ｃｍ以下とし、好ましくは１ｃｍ以下とし、より好ましくは５ｍｍ以下とし、さらに好ましくは１ｍｍとする。好ましくは、第１及び第２の螺旋面は、損傷するのを防止するため、互いに接触しない。
【００４９】
好ましくは、第１及び第２の螺旋面は、各軸線の周りで、３６０°以内の角度で回転し、より好ましくは２７０°以内、さらに好ましくは１８０°又はそれ以内の角度で回転する。  
【００５０】
図８ａ〜８ｃは、図７のエネルギーディグレーダの前面図を３つの異なるエネルギー減衰レベルで線図的に示す。図８ａにおいて、第１及び第２のエネルギー減衰部材（１０，２０）は、粒子ビーム（２）が両方のエネルギー減衰部材の厚い減衰物質域を透過するように駆動装置により角度的に位置決めされ、大きなエネルギー減衰が得られる。図８ｂにおいて、第１及び第２のエネルギー減衰部材（１０，２０）は、駆動装置により反対方向に同一の角度だけ回転し、粒子ビーム（２）は図８ａと比べて薄い減衰物質域を透過する。図８ｃにおいて、第１及び第２のエネルギー減衰部材（１０，２０）は、駆動装置によりそれぞれさらに反対方向に同一の角度だけ回転し、粒子ビーム（２）は図８ｂと比べてより薄い減衰物質域を透過し、より小さいエネルギー減衰が得られる。
【００５１】
好ましくは、第１のエネルギー減衰部材（１０）及び／又は第２のエネルギー減衰部材（２０）はベリリウム又はカーボングラフアイトにより製造する。より好ましくは、第１のエネルギー減衰部材（１０）は、第２のエネルギー減衰部材（２０）と同一の材料で製造する。
【００５２】
図９に線図的に示すように、本開示技術は、ターゲット２００に向けて荷電粒子ビーム（２）を照射するように構成した粒子線治療装置（５０）に関する。この粒子線治療装置は、例えば陽子線や炭素イオン線のような荷電粒子ビーム（２）を発生して出射させる粒子加速器（１００）と、荷電粒子ビーム（２）のエネルギーをターゲット（２００）に到達する前に減衰させる前述したエネルギーディグレーダ（１）とを備える。
【００５３】
エネルギーディグレーダ（１）は、粒子加速器（１００）から取り出された粒子ビーム（２）が第１のエネルギー減衰部材（１０）のビーム入射面（１１）においてエネルギーディグレーダ（１）に入射すると共に、第２のエネルギー減衰部材（２０）のビーム出射面（２２）においてエネルギーディグレーダから出射するように、粒子ビーム（２）に対して位置決め及び配向される。好ましくは、第１のエネルギー減衰部材（１０）のビーム入射面（１１）、第２のエネルギー減衰部材（２０）のビーム出射面（２２）と平行にすると共に第１の軸線（Ａ１）と直交し、第１の軸線は第２の軸線（Ａ２）に対して平行又は同一とする。この場合、図９に示すように、エネルギーディグレーダ（１）は、粒子ビーム（２）が第１のエネルギー減衰部材（１０）のビーム入射面（１１）に垂直に入射するように粒子ビーム（２）に対して位置決め及び配向される。
【００５４】
図面を明瞭にするため、図９は粒子線治療装置に必要な全ての構成要素が図示されていない。しかし、従来技術から既知の構成要素であって本開示技術を理解するために必要な構成要素が図示されていない場合がある。
【００５５】
好ましくは、粒子加速器（１００）は、固定エネルギー加速器とし、好ましくはサイクロトロンとし、より好ましくはシンクロサイクロトロンとする。
【００５６】
好ましくは、粒子加速器（１００）は、その出射部（１１０）において、最大エネルギーが、１ＭｅＶと５００ＭｅＶとの間、好ましくは１００ＭｅＶと３００ＭｅＶとの間、より好ましくは２００ＭｅＶと２５０ＭｅＶとの間の粒子ビーム（２）を発生するように構成する。
【００５７】
この場合、本開示技術によるエネルギーディグレーダ（１０）の出力部における典型的な所望のビームエネルギーは、例えば２３０ＭｅＶの上流エネルギーに対して５０ＭｅＶ〜２３０ＭｅＶのような範囲のＭｅＶの範囲にある。
【００５８】
これらのエネルギーの場合、好ましくは以下のパラメータを有する。
・第１のエネルギー減衰部材（１０）の最小厚さ（軸方向に測定した）は、［１ｍｍ，１００ｍｍ］の範囲、好ましくは［１ｍｍ，５０ｍｍ］の範囲、より好ましくは［１ｍｍ，１０ｍｍ］の範囲に設定する。同一の事項が第２のエネルギー減衰部材（２０）にも適用される。
・第１のエネルギー減衰部材（１０）の最大厚さ（軸方向に測定した）は、［１０ｍｍ，３００ｍｍ］の範囲に、好ましくは［１０ｍｍ，２００ｍｍ］の範囲に、より好ましくは［１０ｍｍ，１００ｍｍ］の範囲に設定する。同一の事項が第２のエネルギー減衰部材（２０）にも適用される。
・第１のエネルギー減衰部材（１０）の直径は、［１０ｍｍ，３００ｍｍ］の範囲、好ましくは［１０ｍｍ，２００ｍｍ］の範囲、より好ましくは［１０ｍｍ，１５０ｍｍ］の範囲に設定する。同一の事項が第２のエネルギー減衰部材（２０）にも適用される。
【００５９】
開示した実施例は以下のように記述することもできる。荷電粒子ビーム（２）のエネルギーを減衰させるエネルギーディグレーダ（１）であって、  環状の第１のビーム入射面及び螺旋状のビーム出射面を有する第１のエネルギー減衰部材（１０）と、螺旋状のビーム入射面及び環状のビーム出射面を有する第２のエネルギー減衰部材（２０）と、第１及び／又は第２のエネルギー減衰部材を互いに平行な第１の軸線（Ａ１）及び第２の軸線（Ａ２）の周りでそれぞれ回転させる駆動装置とを備え、第１及び第２の螺旋面は互いに対向するエネルギーディグレーダ。
【００６０】
本開示技術は、特有の実施例として説明したが、これら実施例は単に例示したものであり、これらに限定されない。さらに、開示された実施例は、個々に図示され及び／又は記述された事項に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載した参照符号は、保護範囲を限定するものではない。「備える」、「含む」、「構成する」又はこれらの変形語並びにこれらの活用形の使用は、これら以外の他の部材の存在を除外するものではない。構成要素の前に記載する冠詞「ａ」、「ａｎ」又は「ｔｈｅ」の使用は、これら構成要素の複数の存在を除外するものではない。
【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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【外国語明細書】
2016122000000001.pdf