带电粒子束治疗装置的制作方法

本发明涉及一种带电粒子束治疗装置。

背景技术：

已知有一种通过对被照射体照射带电粒子束来进行治疗的带电粒子束治疗装置中，在照射带电粒子束的照射喷嘴内具备多叶准直器的结构(例如，专利文献1)。多叶准直器包含包括多个叶片的一对叶片组，通过使叶片移动，从而将一对叶片组之间的开口形状对应到带电粒子束的照射区。

专利文献1：日本特开2014-176546号公报

对于被照射体进行按照规定的扫描图案来照射带电粒子束的所谓扫描照射的带电粒子束治疗装置中，并不是以确定照射区的形状作为主要目的，而是以改善照射区周缘部的剂量分布作为主要目的，而考虑应用多叶准直器。即，考虑在照射区的周缘部，以使剂量急剧下降而非平缓下降为主要目的而应用多叶准直器。然而，若对进行扫描照射的带电粒子束治疗装置应用专利文献1中记载的多叶准直器，则需要确保用于使在照射喷嘴内包含于一对叶片组的叶片移动的空间，这有可能导致照射喷嘴的大型化。

技术实现要素：

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够防止进行扫描照射的带电粒子束治疗装置中的照射喷嘴的大型化并且能够改善照射区周缘部的带电粒子束的剂量分布的带电粒子束治疗装置。

为了实现上述目的，本发明所涉及的带电粒子束治疗装置将带电粒子束照射到被照射体，该带电粒子束治疗装置的特征在于，其具备：加速器，生成所述带电粒子束并将其射出；照射喷嘴，将所述带电粒子束照射到被照射体；及传输线路，连接所述加速器与所述照射喷嘴，并传输所述带电粒子束，将与照射所述带电粒子束时的基准轴正交的轴作为第1轴，将与所述基准轴及所述第1轴正交的轴作为第2轴，所述照射喷嘴具有：扫描部，在预先设定的最大扫描范围内能够向沿着所述第1轴的方向及沿着所述第2轴的方向扫描所述带电粒子束；及多叶准直器，比所述扫描部更靠下游侧设置，并规定所述带电粒子束照射于所述被照射体时的照射区的形状，所述多叶准直器具有隔着所述基准轴而对置设置的一对叶片组，所述叶片组具有：叶片，在沿着所述第1轴的方向上并列有多个，并且能够在沿着所述第2轴的方向上独立进退，并阻挡所述带电粒子束；及叶片驱动部，使所述叶片在沿着所述第2轴的方向上进退，多个所述叶片中的至少一部分叶片的沿所述第2轴的方向上的长度比所述最大扫描范围的沿着所述第2轴的方向上的长度的一半短。

上述带电粒子束治疗装置中，通过扫描部扫描的带电粒子束经由多叶准直器被照射到被照射体，因此，照射区周缘部的带电粒子束的剂量分布得到改善。并且，多叶准直器的多个叶片中的至少一部分的沿着第2轴的方向上的长度比最大扫描范围的沿着第2轴的方向上的长度的一半短。因此，能够缩小确保用于使叶片沿第2轴的方向进退的空间，因此能够实现多叶准直器的小型化，从而能够防止照射喷嘴的大型化并改善带电粒子束的剂量分布。

在此，能够将带电粒子束治疗装置设为如下方式：使其还具备一对阻挡块，在沿着所述第1轴的方向上，设置于所述叶片组的两端侧，并且沿着所述第2轴的方向上的长度为所述最大扫描范围的沿着所述第2轴的方向上的长度以上，并阻挡所述带电粒子束。

如上所述，还具备一对阻挡块，由此即使在叶片组的两端侧也能够改善剂量分布。

并且，能够将带电粒子束治疗装置设为如下方式：所述叶片组具有支承所述叶片的支承部，所述叶片相对于所述支承部能够以沿着所述第1轴的轴为中心摆动。

通过具备上述结构，能够对应带电粒子束的照射方向而改变叶片的角度，能够进一步提高剂量分布的改善效果。

发明效果

根据本发明，可提供一种进行扫描照射的带电粒子束治疗装置，其能够防止照射喷嘴的大型化并且改善照射区周缘部的带电粒子束的剂量分布。

附图说明

图1为实施方式所涉及的带电粒子束治疗装置的概略结构图。

图2为多叶准直器的概略立体图。

图3为多叶准直器的主要部分的俯视图。

图4为图3的iv-iv向视图。

图5为表示叶片部件的变形例的图。

图6为表示叶片部件的变形例的图。

图中：1-带电粒子束治疗装置，11-加速器，12-照射喷嘴(照射部)，13-射束传输线路，30-多叶准直器，31、32-叶片组，35、36-阻挡块，37、38-挡块驱动部，40-叶片部件，41-叶片，42-支承部，43-叶片驱动部

具体实施方式

以下，参考附图对用于实施本发明的最佳方式进行详细说明。另外，附图说明中对相同要件标注相同符号，并省略重复说明。另外，各图中为便于说明示出xyz正交坐标系。xyz正交坐标系中，将z轴的延伸方向作为带电粒子束的照射方向的基准轴a的延伸方向，将x轴(第1轴)的延伸方向设为与z轴正交的方向，将y轴(第2轴)的延伸方向作为与z轴及x轴正交的方向，并用到以下说明中。另外，带电粒子束的照射方向的基准轴a是指如图3及图4那样在照射喷嘴12内使带电粒子束不偏转而照射时的带电粒子束的射束中心所通过的轴。

如图1所示，带电粒子束治疗装置1为利用于通过放射疗法进行的癌症治疗等的装置，其具备：加速器11，将在离子源(未图示)生成的带电粒子加速而作为带电粒子束射出；照射喷嘴12(照射部)，将带电粒子束照射到被照射体；射束传输线路13(传输线路)，将从加速器11射出的带电粒子束传输至照射喷嘴12；降能器(能量调整部)18，设置于射束传输线路13且通过降低带电粒子束的能量来调整带电粒子束的射程；及多个电磁铁25，设置于射束传输线路13。本实施方式中，作为加速器11采用回旋加速器，但并不限定于此，也可以是其他加速器，例如同步加速器、同步回旋加速器、直线加速器等。

带电粒子束治疗装置1中，对于治疗台22上的患者p的肿瘤(被照射体)进行从加速器11射出的带电粒子束的照射。带电粒子束为将带电的粒子高速加速的射束，例如有质子束、重粒子(重离子)束等。本实施方式所涉及的带电粒子束治疗装置1为通过所谓的扫描法进行带电粒子束的照射的装置，将被照射体在深度方向上虚拟分割(分切)为多个层，并逐层(分切的平面)对层上的照射范围进行带电粒子束的照射。

另外，作为通过扫描法进行的照射方式，例如有点式扫描照射及光栅式扫描照射。点式扫描照射为若在一个层的照射范围内结束对一个点的照射，则停止一次射束(带电粒子束)照射，待完成对下一个点的照射准备之后进行对下一个点的照射的方式。相对于此，光栅式扫描照射为对于一个层的照射范围，中途不停止照射而是连续进行射束照射的方式。如此，光栅式扫描照射对一个层的照射范围连续进行射束照射，因此不同于点式扫描照射，照射范围并不是由多个点构成的。以下，以通过光栅式扫描照射进行照射为例进行说明，但并不限定于此，也可以是通过点式扫描照射进行照射的结构。

照射喷嘴12安装于能够绕治疗台22旋转360度的旋转机架23的内侧，且能够通过旋转机架23移动到任意的旋转位置。照射喷嘴12中包括汇聚电磁铁19、扫描电磁铁21(扫描部)、导管28及多叶准直器30。扫描电磁铁21设置于照射喷嘴12中。扫描电磁铁21具有在与带电粒子束的照射方向(z方向)交叉的面上向x方向扫描带电粒子束的x方向扫描电磁铁及在与带电粒子束的照射方向(z方向)交叉的面上向与x方向交叉的y方向扫描带电粒子束的y方向扫描电磁铁，从而能够向x方向及y方向扫描。并且，通过扫描电磁铁21扫描的带电粒子束向x方向和/或y方向偏转，因此比扫描电磁铁更靠下游侧的导管28的直径越往下游侧越宽。导管28中填充有用于抑制所通过的带电粒子束发散的气体，或内部呈真空状态。

并且，多叶准直器30按照患者p的肿瘤(被照射体)的形状而对带电粒子束的照射区进行整形。多叶准直器30在比扫描电磁铁21更靠下游侧设置于导管28内的下端附近。对于多叶准直器30的详细内容进行后述。

射束传输线路13具有供带电粒子束通过的真空导管14。真空导管14的内部维持真空状态，并抑制构成传输中的带电粒子束的带电粒子因空气等而散射。

射束传输线路13上的降能器18通过降低所通过的带电粒子束的能量来调整相应带电粒子束的射程。从患者p的体表至被照射体即肿瘤为止的深度根据患者而不同，因此将带电粒子束照射到患者p时，需要调整带电粒子束的到达深度即射程。降能器18以通过调整从加速器11以规定的能量射出的带电粒子束的能量来使带电粒子束适当地到达位于患者体内的规定的深度的被照射体的方式进行调整。通过这种降能器18进行的带电粒子束的能量调整对每个将被照射体虚拟分切的层进行。另外，加速器11为回旋加速器时，使用降能器18来进行带电粒子束的能量调整，但加速器11为同步加速器时，能够容易进行带电粒子束的能量调整，因此能够省略降能器18。

电磁铁25在射束传输线路13设置有多个，进行带电粒子束的调整，以便能够通过磁场在射束传输线路13传输该带电粒子束。作为电磁铁25采用汇聚传输中的带电粒子束的束径的汇聚电磁铁19及使带电粒子束偏转的偏转电磁铁20。另外，以下有时不区分汇聚电磁铁19和偏转电磁铁20而记为电磁铁25。并且，电磁铁25至少在射束传输线路13中比降能器18更靠下游侧设置多个，但为了汇聚通过降能器18进行能量调整之前的带电粒子束的束径，也可以比降能器18更靠上游侧设置。电磁铁25的总数能够根据射束传输线路13的长度等灵活变更，例如可以是10～40左右的数量。

对于各电磁铁25连接有供给用于产生磁场的电流的电磁铁电源(省略图示)。通过调整供给至电磁铁25的电流来设定所对应的电磁铁25的磁场的强度。

并且，射束传输线路13中的降能器18及电磁铁25的配置等没有特别限定。

接着，参考图2～图4对设置于照射喷嘴12内的多叶准直器30进行说明。

图2为表示多叶准直器30的概略立体图，图3为多叶准直器30的俯视图(从z方向观察的图)，图4为图3的iv-iv向视图。

多叶准直器30具有在y方向上对置的一对叶片组31、32和设置于一对叶片组31、32的两端侧且在x方向上对置的一对阻挡块35、36。

如图3所示，一对叶片组31、32在与基准轴a正交的xy平面隔着基准轴a在y方向上对置。一对叶片组31、32分别由包含能够在y方向上独立进退的多个叶片41的叶片部件40构成。

叶片部件40具有叶片41、支承叶片41的支承部42及使叶片41移动的叶片驱动部43。叶片部件40以包含于叶片组31的叶片部件40的叶片41与包含于叶片组32的叶片部件40的叶片41彼此对置的方式沿xy平面配置。

叶片41为沿y方向延伸的长方形板状部件。叶片41为用于阻挡带电粒子束的部件，因此由能够阻挡带电粒子束的材料制造。作为能够阻挡带电粒子束的材料可举出黄铜、铜、钽、钼等，但优选设为阻挡能力高的黄铜制叶片。

叶片41的宽度(z方向的长度)被设定为通过叶片41能够阻挡带电粒子束。因此，将叶片41设为阻挡能力高的黄铜制叶片时，能够缩小叶片41的宽度，从而可实现多叶准直器30的小型化。

叶片41的长度(y方向的长度)根据带电粒子束的最大扫描范围而设定。带电粒子束的最大扫描范围为能够控制因扫描电磁铁21而引起的带电粒子束的偏转的范围。而且，叶片41的长度能够设为比带电粒子束的最大扫描范围的y方向的长度的1/2短。另外，优选叶片41的长度的下限为从照射喷嘴12射出的带电粒子束的束径为4倍左右。通过将叶片41的长度设为上述范围，能够可靠地进行带电粒子束的阻挡并实现多叶准直器30的小型化。

叶片41的厚度(x方向的长度)没有特别限定，但通过缩小叶片41的厚度，能够更精细地通过多叶准直器30进行带电粒子束的照射区的整形。

并且，叶片41可以在其表面通过无电镀镍而形成硬镀层(硬质涂布层)。硬镀层的形成方法并不限定于无电镀镍，能够应用各种方法。并且，硬镀层可以形成于叶片41的表面的一部分，也可以形成于整个表面。

支承叶片41的支承部42为安装于叶片41的长边方向的一侧端部并沿y方向延伸的部件。支承部42的材料没有特别限定。支承部42只要在叶片41能够沿y方向进退的状态下支承叶片41即可。作为这种结构，例如可举出支承部42本身能够伸缩的结构，也可以是支承部42本身不伸缩的棒状的部件。

叶片驱动部43为用于使叶片41沿y方向进退的驱动机构。叶片部件40的支承部42为能够伸缩的结构时，通过叶片驱动部43的驱动来改变支承部42的伸缩，从而能够控制叶片41的y方向的进退。并且，叶片部件40的支承部42不伸缩时，通过叶片驱动部43的驱动使支承部42移动，从而能够控制与支承部42一体的叶片41的y方向的进退。另外，也可以设为叶片驱动部43直接使叶片41移动的结构。此时，不设置支承部42，叶片驱动部43与叶片41直接相连。

一对叶片组31、32被配置成，从y方向观察时，带电粒子束的最大扫描范围中x方向的两端与包含于叶片组31、32的多个叶片41重叠。具体而言，如图4所示，以与从y方向观察时的带电粒子束的最大扫描范围f2的长度相比叶片组31、32的x方向的长度更大的方式配置有包含于叶片组31、32的多个叶片41。

并且，一对阻挡块35、36为分别沿y方向延伸的柱状的部件。一对阻挡块35、36在与基准轴a正交的xy平面并且比一对叶片组31、32更靠上方(沿z方向的上侧)隔着基准轴a在x方向上对置。即，以将叶片组31、32的一侧的端部彼此相连的方式设置有阻挡块35，且以将另一侧的端部彼此相连的方式设置有阻挡块36。

阻挡块35、36为用于阻挡带电粒子束的部件，因此由能够阻挡带电粒子束的材料制造。作为能够阻挡带电粒子束的材料可举出黄铜、铜、钽、钼等，但优选设为阻挡能力高的黄铜制阻挡块。

阻挡块35、36的高度(z方向的长度)被设定为能够通过阻挡块35、36阻挡带电粒子束。因此，将阻挡块35、36设为阻挡能力高的钨、钽制时，能够缩小阻挡块35、36的高度，从而可实现多叶准直器30的小型化。

阻挡块35、36的长度(y方向的长度)能够设为带电粒子束的最大扫描范围的y方向的长度以上。并且，如图3所示，以包括所有y方向上的带电粒子束的最大扫描范围f1的方式配置阻挡块35、36。

阻挡块35、36的宽度(x方向的长度)没有特别限定，但优选为从照射喷嘴12射出的带电粒子束的束径的4倍左右。将阻挡块35、36的宽度设为上述范围，从而能够可靠地阻挡带电粒子束并实现多叶准直器30的小型化。

并且，在阻挡块35、36分别连接有挡块驱动部37、38，通过挡块驱动部37、38的驱动能够沿阻挡块35、36的x方向进退。

上述多叶准直器30中，使包含于一对叶片组31、32的多个叶片41沿y方向进退，并且使一对阻挡块35、36沿x方向进退，从而能够在中央处形成开口t(参考图3)。使该开口t的形状与被照射体的形状相配，从而能够规定带电粒子束的照射区。开口t的形状根据对被照射体照射带电粒子束的分切平面(层)而设定。

在此，本实施方式所涉及的带电粒子束治疗装置1中，从加速器11射出并通过射束传输线路13被传输的带电粒子束通过扫描电磁铁21而向规定的方向偏转，并且通过在多叶准直器30形成的开口t进一步规定照射区并照射到患者p。

一直以来，多叶准直器通常应用于宽射束法(放大照射法)的带电粒子束治疗装置。宽射束法的带电粒子束治疗装置中，对束径大于被照射体的带电粒子束射束应用多叶准直器，从而切出具有与被照射体的形状相对应的照射区的带电粒子束而照射到患者p。

另一方面，进行扫描照射的带电粒子束治疗装置中，根据与被照射体相对应的扫描图案进行带电粒子束的照射，因此认为无需如多叶准直器那样的用于对照射区进行整形的装置。然而，获知了即使是进行扫描照射的带电粒子束治疗装置中，从照射喷嘴射出的带电粒子束射束的半影(侧半影)也有待于改善。即，希望从照射喷嘴射出的射束的剂量分布相同，但认为有可能射束边缘的剂量分布下降，且照射区的端部的带电粒子束的剂量平稳地下降。

因此，本实施方式所涉及的带电粒子束治疗装置1中，不仅进行带电粒子束的扫描照射而且应用多叶准直器30，从而通过叶片41阻挡带电粒子束，因此尤其能够改善照射区周缘部的带电粒子束的剂量分布而使周缘部的剂量剧变。

并且，本实施方式所涉及的带电粒子束治疗装置1中的多叶准直器30的叶片41的长度比带电粒子束的扫描范围的y方向的一半长度短。由此，可实现多叶准直器30所占空间的小型化，并实现带电粒子束治疗装置1整体的小型化。

宽射束法(放大照射法)的带电粒子束治疗装置中，使用用于将具有比被照射体更大的束径的带电粒子束形成到与被照射体相对应的照射区的多叶准直器，因此需要事先准备能够阻挡所有带电粒子束的叶片，需要将叶片设长。该情况下，还需要在一对叶片组的外侧设置用于能够使叶片移动的空间，因此致使多叶准直器所占的空间大型化。因此，容纳多叶准直器的照射喷嘴本身也大型化。

相对于此，本实施方式所涉及的进行扫描照射的带电粒子束治疗装置1中，带电粒子束的束径与宽射束法相比非常小，且用于被照射体的周缘部的带电粒子束的剂量分布的控制，因此能够充分缩小叶片。因此，也能够使用于可让叶片移动的空间小型化，因此可实现多叶准直器30所占空间的小型化，也能够使照射喷嘴小型化。

并且，若多叶准直器30的叶片41小型化，则叶片41便容易移动。因此，能够使叶片41高速移动，因此能够更高速进行多叶准直器30的开口t的控制。

此外，若叶片部件40的支承部42为能够伸缩的结构，则能够减少伴随叶片部件40的移动的支承部42的移动量。因此，无需确保伴随叶片41的移动而移动的支承部42所需的空间，能够使多叶准直器30所占的空间更小型化。

另外，为了提高通过叶片部件40的叶片41改善带电粒子束的剂量分布的效果，优选设为叶片41能够以x方向作为轴摆动的结构。关于此，参考图5进行说明。

图5表示使叶片部件40的叶片41沿着yz平面以x方向为轴转动，且使端面41a相对于基准轴a所延伸的方向(z方向)倾斜α角的结构。端面41a为与叶片组对置侧的端面。并且，角度α根据带电粒子束的照射方向而设定。

进行扫描照射的带电粒子束治疗装置1中，带电粒子束通过扫描电磁铁21偏转而被照射，因此带电粒子束的照射位置越是远离基准轴a，带电粒子束越是以与基准轴a倾斜的状态照射。若带电粒子束如此相对于基准轴a倾斜的状态下照射，则有可能出现照射区周缘部的带电粒子束的剂量平稳下降的状态。相对于此，通过设为使叶片41相对于支承部42能够以沿x方向延伸的轴为中心摆动的结构而设为根据带电粒子束的倾斜度而使叶片41的端面倾斜的结构，从而能够抑制叶片41的端部的带电粒子束的散射等，能够进一步改善带电粒子束的剂量分布。

设为让叶片41能够相对于支承部42以沿x方向延伸的轴为中心摆动的结构的方法没有特别限定。例如图5的例子中，将安装于叶片41的支承部42设为2个，且各自被安装成能够相对于叶片41以x方向为中心转动。若是这种结构，将2个保持部件的y方向的移动量设为互不相同，从而使叶片41能够以沿x方向延伸的轴为中心摆动。

此外，在图6示出支承部能够伸缩的结构以及叶片能够相对于支承部摆动的叶片部件40a的例子。图6(a)～图6(c)为说明叶片部件40a的结构、支承部42a伸缩及叶片41摆动的步骤的图。

图6(a)所示的叶片部件40a中，支承部42a由多个筒状部件421、422、423和棒状的部件构成。这些筒状部件421、422、423以能够依次沿y方滑动的方式连接，外径以前端侧(叶片41侧)的筒状部件421、连结于筒状部件421的筒状部件422、连结于筒状部件422的筒状部件423的顺序依次变大。并且，筒状部件421能够容纳于筒状部件422的内侧，筒状部件422能够容纳于筒状部件423的内侧。筒状部件421被安装成能够相对于叶片41以沿x方向延伸的轴为中心转动。并且，与筒状部件421不同而沿y方向延伸的例如由金属线等形成的棒状部件425被安装成能够相对于叶片41以沿x方向延伸的轴为中心转动。

为上述叶片部件40a时，改变筒状部件421、422、423的相对位置，从而能够使叶片41沿y方向进退。例如，如图6(a)所示，设为筒状部件421、422、423依次沿y方向延伸的状态，从而使叶片41向-y方向移动。并且，如图6(b)所示，设为筒状部件421、422容纳于筒状部件423内的状态即筒状部件421、422、423彼此重合的状态，从而使叶片41向+y方向移动。并且，改变棒状部件425相对于筒状部件421、422、423的y方向的相对位置，从而如图6(c)所示，使叶片41相对于支承部42a以沿x方向延伸的轴为中心而摆动。

如此，叶片部件40a的结构，尤其用于控制叶片41的y方向的进退及以沿x方向延伸的轴为中心的摆动的结构，能够进行各种变更。

本发明并不限定于上述实施方式。例如多叶准直器30只要在照射喷嘴12内且比扫描电磁铁21更靠下游，则安装位置不受限定。

并且，多叶准直器30的结构也能够进行适当变更。例如，对一对阻挡块35、36分别由一个挡块构成的结构进行了说明，但阻挡块35、36各自也可以由多个挡块构成。并且，能够适当变更叶片41的形状或用于使叶片沿y方向进退的结构。并且，用于使叶片进退的叶片驱动部的机构及配置等也能够适当变更。