带电粒子束照射装置的制作方法

1.本发明涉及一种使带电粒子束扫描而以照射点为单位对照射目标进行照射的(称为“扫描照射”)带电粒子束照射装置。


背景技术：

2.一直以来都进行粒子射线治疗：将高能加速的带电粒子束(也称为“粒子射线”)向癌等恶性肿瘤照射，治疗恶性肿瘤。在使用质子射线、碳射线等带电粒子束的粒子射线治疗中，近年来，扫描照射这一新的照射法也受到注意，实施的施设数也正在增加。以往的粒子线治疗曾以放大射束照射法为主流，在该放大射束照射法中，使用各种照射野形成器具(例如散射体、脊形过滤器、准直器或患者补偿块)将带电粒子束在侧方方向(照射切片面方向)和行进方向(进深(深度)方向)上静态地放大为较细的射束。但是，扫描照射法由于不使用这样的照射野形成器具即可对带电粒子束动态地三维地进行控制而形成照射野，因此可期待照射目标上的剂量分布的提高。在使用扫描照射法的粒子线治疗中，由于利用带电粒子束扫描病灶，因此不需要用于使放大的射束与病灶轮廓一致的多叶准直器。
3.专利文献1公开了一种驱动多叶准直器本身而以比以往少的叶片数对照射目标的边缘部的剂量分布进行提高的方法。专利文献2公开了一种利用四根棱柱状的准直器仅将对照射目标边缘部进行照射的射束遮蔽而使剂量分布的锐度(锋利)提高的装置。专利文献1中记载的多叶准直器能够根据照射目标的形状来改变开口形状，并能够再现患者各自的病灶的形状，但驱动控制与叶片数成比例地变得复杂(图12)。
4.非专利文献1公开了一种在扫描照射装置中对在射束所通过的与射束垂直的面上组装成长方形状的四个调节器独立地进行动作控制而将照射区域的边缘部去掉的装置。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特表2018-536522号公报
8.专利文献2：日本特表2016-526452号公报
9.非专利文献
10.非专利文献1：“a dynamic collimation system for penumbra reduction in spot-scanning proton therapy:proof of concept(外文论文中文译名：点扫描质子照射法中的一种半暗带还原动态准直系统：概念验证)”,丹尼尔
·e·
海尔等,《med.phys.(外文杂志中文译名：医学物理学)》,41(9),2014


技术实现要素：

11.发明所要解决的问题
12.在使用扫描照射装置的粒子线治疗中，为了提高对作为照射目标的病灶的剂量集中性，并且尽可能地降低对照射目标外的正常组织的影响，要求提高照射目标的边缘部处的带电粒子束的剂量分布的锐度(半影)。
13.如专利文献2、非专利文献1所记载的那样，也有减少准直器的叶片数来遮蔽照射目标边缘部的带电粒子束的方法，但难以配合着照射目标的边缘部的形状而使叶片所形成的形状变化为与之充分匹配，特别是照射目标的形状越复杂，该倾向越明显。
14.鉴于这样的情况，本发明的目的在于提供一种带电粒子束照射装置，该带电粒子束照射装置具备设置于向照射目标出射带电粒子束的照射喷嘴的准直装置，使带电粒子束扫描而以照射点为单位对照射目标进行照射。
15.用于解决问题的手段
16.本发明中包含以下的方式〔1〕～〔6〕。
17.〔1〕
18.一种带电粒子束照射装置(10)，该带电粒子束照射装置(10)使带电粒子束扫描而以照射点为单位对照射目标进行照射，其中，具备：
19.准直装置(100、300)，该准直装置(100、300)设置于向照射目标出射带电粒子束的照射喷嘴(50)；以及
20.准直控制部，该准直控制部对所述准直装置进行控制，
21.所述准直装置具备：
22.准直机构(102、302)，该准直机构(102、302)具备从基座部(106、306)延伸出的一个以上的臂状准直器(110、120、310、320)；以及
23.驱动机构(101)，该驱动机构(101)使所述准直机构在与带电粒子束的行进方向(x轴方向)垂直的面(yz面)内移动，
24.所述臂状准直器具备在所述垂直的面(yz面)内相互独立地旋转的多个可动叶片，
25.所述准直控制部在所述垂直的面(yz面)内使所述准直机构移动且/或使所述可动叶片旋转以使所述臂状准直器沿着照射目标的边缘部的形状，从而利用所述臂状准直器将射向所述边缘部的外侧的带电粒子束遮蔽。
26.〔2〕
27.根据〔1〕所述的带电粒子束照射装置，其中，
28.所述一个以上的臂状准直器是从所述基座部延伸出的至少两个臂状准直器(110、120)，所述臂状准直器分别具备相互串列地连接的多个所述可动叶片，
29.所述准直控制部使所述准直机构移动且/或使所述可动叶片分别旋转以使所述臂状准直器沿着照射目标的边缘部的形状，从而利用所述臂状准直器将射向所述边缘部的外侧的带电粒子束遮蔽。
30.〔3〕
31.根据〔2〕所述的带电粒子束照射装置，其中，
32.所述带电粒子束照射装置具备至少两个所述准直装置，
33.所述准直控制部使所述准直机构分别移动且/或使所述可动叶片分别旋转以使所述准直装置各自的所述臂状准直器配合而沿着照射目标的整个边缘部的形状，从而分别利用所述臂状准直器将射向所述边缘部的外侧的带电粒子束遮蔽。
34.〔4〕
35.一种带电粒子束照射装置(10)，该带电粒子束照射装置(10)使带电粒子束扫描而以照射点为单位对照射目标进行照射，其中，具备：
36.准直装置(200)，该准直装置(200)设置于向照射目标出射带电粒子束的照射喷嘴(50)；以及
37.准直控制部，该准直控制部对所述准直装置进行控制，
38.所述准直装置具备：
39.准直机构(202)，该准直机构(202)具备从基座部(106)延伸出的两个臂状准直器(210、220)；以及
40.驱动机构(101)，该驱动机构(101)使所述准直机构在与带电粒子束的行进方向(x轴方向)垂直的面(yz面)内移动，
41.所述两个臂状准直器分别具备在所述垂直的面(yz面)内旋转的一个可动叶片，
42.所述准直控制部在所述垂直的面(yz面)内使所述准直机构移动且/或使所述可动叶片旋转以使所述臂状准直器沿着照射目标的边缘部的形状，从而利用所述臂状准直器将射向所述边缘部的外侧的带电粒子束遮蔽，
43.在向照射目标的边缘部照射带电粒子束时，所述准直控制部使所述准直机构跟随照射点的扫描而移动，从而利用所述臂状准直器将射向所述边缘部的外侧的带电粒子束遮蔽。
44.〔5〕
45.根据〔4〕所述的带电粒子束照射装置，其中，在向照射目标照射带电粒子束时，所述准直控制部使所述准直机构跟随照射点的扫描而移动且使所述可动叶片旋转，从而利用所述臂状准直器将射向所述边缘部的外侧的带电粒子束遮蔽。
46.〔6〕
47.根据〔1〕～〔3〕中任一项所述的带电粒子束照射装置，其中，
48.所述臂状准直器具备与所述基座部连接且在所述行进方向(x轴方向)上排列配置的多个所述可动叶片(311～313、321～323)，
49.所述可动叶片分别具有至少一个关节部(315)，并构成为绕所述关节部旋转。
50.发明效果
51.本发明的一实施方式所涉及的带电粒子束照射装置在与带电粒子束的行进方向垂直的面内使准直机构移动且/或使可动叶片旋转以使臂状准直器沿着照射目标的边缘部的形状，利用该臂状准直器将射向该边缘部的外侧的带电粒子束遮蔽，由此提高照射目标的边缘部处的剂量分布的锐度。
附图说明
52.图1是第一实施方式的带电粒子束照射装置的概略结构图。
53.图2(a)和(b)是照射喷嘴和扫描照射的概要图。
54.图3(a)和(b)是准直装置的概略结构图。
55.图4(a)～(c)是臂状准直器的动作说明图。
56.图5是臂状准直器沿着照射目标的边缘部形成这一情况的说明图。
57.图6是粒子束治疗的流程图。
58.图7是带电粒子束照射治疗开始后的控制流程图。
59.图8(a)和(b)是第二实施方式中的准直装置的概略结构图。
60.图9(a)～(c)是剂量分布被准直装置遮蔽这一情况的说明图。
61.图10(a)～(f)是准直装置跟随带电粒子束的扫描这一情况的说明图。
62.图11(a)～(c)是第三实施方式中的准直装置的概略结构图。
63.图12(a)和(b)是现有技术的多叶准直器的概略结构图。
64.附图标记说明
65.10 带电粒子束照射装置
66.20 加速器
67.30 带电粒子束输送系统
68.31 带电粒子束调整单元
69.32 真空管道
70.33 分配电磁铁
71.34 扇型真空管道
72.40 聚束电磁铁
73.50 照射喷嘴
74.52 扫描电磁铁
75.54 剂量监视器(第一剂量监视器)
76.56 位置监视器
77.60 治疗计划装置
78.70 照射模式转换装置
79.72 剂量修正系数存储部
80.74 剂量监视器输出修正系数存储部
81.80 照射控制装置
82.82 准直控制部
83.100、200、300 准直装置
84.101 驱动机构
85.102、202、302 准直机构
86.103～105 驱动部
87.106、306 基座部
88.110、120、210、220、310、320 臂状准直器
89.111～114、311～313、321～323 可动叶片
90.315 关节部
具体实施方式
91.[第一实施方式]
[0092]
本发明的第一实施方式涉及一种带电粒子束照射装置，该带电粒子束照射装置具备设置于照射喷嘴的准直装置，使带电粒子束扫描而以照射点为单位对照射目标进行照射。该准直装置的准直机构具备从基座部延伸的至少一个臂状准直器，各臂状准直器由相互串列地连接的多个可动叶片构成。臂状准直器的各可动叶片分别在与带电粒子束的行进方向垂直的面内相互独立地旋转。由此，臂状准直器能够将其形状改变为沿着照射目标的
边缘部的形状。由此，在通过扫描照射向照射目标的边缘部照射带电粒子束时，可防止带电粒子束射向(照射到)照射目标的外侧，照射目标的边缘部处的带电粒子束的剂量分布的锐度提高。注意，所谓遮蔽或者防止带电粒子束，并不限于完全遮蔽或者防止带电粒子束的照射的情况，还包含使照射降低到可抑制带电粒子束对照射目标外侧的健康部位的不良影响的程度的情况。
[0093]
＜带电粒子束照射装置10＞
[0094]
图1是带电粒子束照射装置10的概略结构图，图2是照射喷嘴50以及扫描照射的概要图。
[0095]
带电粒子束照射装置10具备加速器20、带电粒子束输送系统30、聚束电磁铁40以及照射喷嘴50。另外，带电粒子束照射装置10具备治疗计划装置60、照射模式转换装置70以及照射控制装置80。照射控制装置80包括控制后述的准直装置的准直控制部82。
[0096]
加速器20是生成带电粒子束的装置，例如是同步加速器、回旋加速器或线性加速器。由加速器20生成的带电粒子束通过带电粒子束输送系统30被引导到聚束电磁铁40。
[0097]
带电粒子束输送系统30中包括一个或多个带电粒子束调整单元31、真空管道32、分配电磁铁33以及扇型真空管道34等。加速器20、带电粒子束调整单元31以及分配电磁铁33通过真空管道32连接，分配电磁铁33以及聚束电磁铁40通过扇型真空管道34连接。带电粒子束调整单元31根据规格而适当地包含用于调整带电粒子束的射束形状和/或剂量的射束狭缝、用于调整带电粒子束的行进方向的电磁铁、用于调整带电粒子束的射束形状的四极电磁铁以及用于微调带电粒子束的射束位置的转向电磁铁等。
[0098]
分配电磁铁33使带电粒子束以偏转角(φ)连续地偏转，并向聚束电磁铁40出射带电粒子束。若将带电粒子束的行进方向设为x轴，将由聚束电磁铁40生成的磁场的方向设为z轴，将与x轴以及z轴正交的方向设为y轴，则聚束电磁铁40使从xy面中相对于x轴为偏转角(φ)的较大范围入射的带电粒子束通过照射喷嘴50以照射角(θ)向等中心(o)聚束。分配电磁铁33以及聚束电磁铁40是通过参照的方式整合进来的本技术人的在先专利(日本专利第6364141号、日本专利6387476号或日本专利第6734610号)中记载的结构，省略详细的说明。
[0099]
照射喷嘴50位于使用带电粒子束进行治疗等的治疗室内，向照射目标出射带电粒子束。照射喷嘴50在xy面内以沿着聚束电磁铁40所生成的有效磁场区域的出射侧的形状的方式连续地移动。从有效磁场区域的出射侧朝向等中心的带电粒子束在照射喷嘴50内通过，通过照射喷嘴50进行带电粒子束的扫描。
[0100]
注意，对于通过改变照射角(θ)而对照射位置进行的调整与通过利用照射喷嘴50内的扫描电磁铁52使带电粒子束扫描而对照射位置进行的调整之间的不同，不做限定，但可以理解为通过变更照射角θ来进行带电粒子束的照射位置的比较大的调整，通过利用扫描电磁铁52使带电粒子束扫描来进行带电粒子束的照射位置的比较小的调整(微调)。在任一情况下，就照射目标的进深(深度)方向上的照射位置的调整而言，都可以通过改变带电粒子束的能量来进行调整。
[0101]
照射喷嘴50具备扫描电磁铁52、剂量监视器54、位置监视器56以及准直装置100。注意，准直装置100并不限于设置在位置监视器56的下游侧(照射目标侧)的方式，也可以是设置在扫描电磁铁52与剂量监视器54之间即上游侧(聚束电磁铁40侧)的方式。另外，就带电粒子束的能量的调整而言，既可以对照射喷嘴50进一步设置射程移位器等能量调整单元
来进行调整，也可以在加速器20侧进行调整，还可以通过这两者进行调整。
[0102]
扫描电磁铁52通过对所流过的电流量、电流的方向进行调整来微调从照射喷嘴50出射的带电粒子束的行进方向，变更带电粒子束的照射位置，使带电粒子束能够扫掠(扫描)。
[0103]
剂量监视器54是监视带电粒子束并测量带电粒子束的剂量的电离箱。电离箱是在充满气体的容器内设置有两极的电极的放射线测定器。若带电粒子等电离放射线入射到电离箱内，则内部的气体电离成电子和阳离子，在电离箱内部的电极之间施加电压，电离出的电子和阳离子分别向阳极和阴极移动，产生电流。通过测定该电流来测定带电粒子束的剂量。
[0104]
位置监视器56对通过的带电粒子束的位置进行测定来测定带电粒子束在照射目标上的位置。准直装置100的细节详见后述。
[0105]
在扫描照射中，将照射目标划分为多个切片层(也称为切片面)，将各切片面分割为多个照射点。一般来说，就照射点的数量而言，即使是标准的照射目标尺寸(几百cm3)，有时也会达到数万个照射点。带电粒子束被扫描电磁铁52调整位置，以将照射点一个一个地全部涂满的方式进行照射(图2的(b))。带电粒子束的位置由位置监视器56测定，对各照射点的剂量由剂量监视器54测定。在剂量监视器54所测定出的剂量的值达到了由医师等医疗工作者以照射点为单位预先设定的预设值(目标剂量)的时刻(完成照射)，向下一个照射点位置移动带电粒子束。若完成了一个切片面内的全部照射点的照射，则暂时停止带电粒子束的照射并进入下一个切片面(深度方向)的照射准备。通过反复进行该流程而向整个照射目标照射带电粒子束，若最终向照射目标的全部照射点照射了目标剂量，则射束的照射完全停止，完成治疗。
[0106]
在向不同的切片面进行照射的情况下，变更带电粒子束的能量。就能量的变更而言，可以改变加速器20的输出来变更带电粒子束的能量，或者可以对照射喷嘴50使用射程移位器等能量调整单元来进行变更。若完成了用于能量变更的设定，则开始下一个切片内的带电粒子束照射。通过反复进行该流程而对整个照射目标进行照射，若最终对照射目标的全部照射点照射了设定的目标剂量，则带电粒子束的照射停止。
[0107]
治疗计划装置60基于医疗工作者的输入来生成治疗计划数据，并将治疗计划数据发送至照射模式转换装置70。治疗计划数据是通过由医疗工作者在治疗计划装置60中根据在治疗室的治疗台上固定的患者的ct图像和/或mri图像指定肿瘤(照射目标)的范围、指定肿瘤的形状并且指定照射的剂量及剂量率等而生成的。
[0108]
治疗计划数据包含每个照射点的带电粒子束的剂量率及剂量、以及照射点位置(坐标)的信息。治疗计划数据也可以进一步包含每个照射点的带电粒子束的能量及射束尺寸、肿瘤(照射目标)的位置及大小、带电粒子束对肿瘤的照射范围(照射方向等)的信息等。
[0109]
在此，在治疗计划数据中处理的信息基于患者的ct图像信息、mri图像信息等，因此如果保持原样，则例如不能利用带电粒子束照射装置10等进行照射。因此，需要从治疗计划数据向照射控制数据的转换。例如，在治疗计划数据中，针对照射目标，以给予所期望的剂量的方式决定各照射点的剂量、剂量率、能量等的值。在实际的照射中，无法测定照射目标、即患者体内的剂量，因此使用电离箱的剂量监视器54发挥其作用。剂量监视器54由电离箱、电位计等电路构成。由通过电离箱的带电粒子束电离出的电流被电路转换为对应的频
率，并作为脉冲信号输出，剂量监视器54对脉冲信号进行计数。因此，治疗计划数据的每个照射点的剂量被按照在照射控制数据中称为机器跳数(mu)的、关联了脉冲信号的计数值和剂量的放射线治疗特有的单位来处理。
[0110]
照射模式转换装置70基于从治疗计划装置60接收到的治疗计划数据生成照射控制数据，并将其发送至照射控制装置80。在扫描照射法中，以照射点为单位设定照射控制数据中的带电粒子束的剂量率、剂量及能量等各种参数。此时，也可以如日本特愿2020-104390号(该申请的内容被通过参照的方式整合进来)记载的发明那样，以照射点为单位对剂量监视器54的测定值进行修正。在照射控制数据中，包含加速器20、带电粒子束输送系统30、聚束电磁铁40及照射喷嘴50的控制信息(例如，加速器20的电源电流值、带电粒子束输送系统30及聚束电磁铁40的电流控制、照射喷嘴50的驱动控制以及准直装置100的驱动控制等)等。
[0111]
照射控制装置80基于从照射模式转换装置70接受的照射控制数据对加速器20、带电粒子束输送系统30、聚束电磁铁40以及照射喷嘴50进行控制，从而控制通过扫描照射进行的向照射目标的带电粒子束照射，通过扫描照射法利用带电粒子束执行治疗。另外，照射控制装置80包含对照射喷嘴50的准直装置100进行控制的准直控制部82。
[0112]
＜准直装置100＞
[0113]
使用图3对本实施方式的准直装置100进行说明。图3是从下游侧向上游侧对设置于照射喷嘴50的准直装置100进行观察的图。准直装置100构成为将yz面内的射向各切片面的照射目标的边缘部外的(从边缘部露出的)带电粒子束遮蔽。
[0114]
在本实施方式中，设置于照射喷嘴50的准直装置100包含第一准直装置100a和第二准直装置100b。注意，也可以是对照射喷嘴50只使用一个准直装置100的结构，还可以是对照射喷嘴50使用三个以上的准直装置100的结构。
[0115]
朝向图3的纸面观察，第一准直装置100a及第二准直装置100b配置在相对于照射喷嘴50(和/或带电粒子束可通过范围)的中心c相互成点对称的位置。第一准直装置100a及第二准直装置100b由照射控制装置80的准直控制部82控制。
[0116]
第一准直装置100a构成为，在朝向图3的纸面观察时，将在围绕中心c的主要是第一象限、第二象限及第三象限通过的带电粒子束遮蔽。第二准直装置100b构成为，在朝向图3的纸面观察时，将在围绕中心c的主要是第一象限、第三象限及第四象限通过的带电粒子束遮蔽。
[0117]
注意，第一准直装置100a及第二准直装置100b的配置并不限于此，也可以是第一准直装置100a配置在第一象限且第二准直装置100b配置在第三象限的情况。另外，并不限于第一准直装置100a及第二准直装置100b相互相对于中心c配置成点对称的情况，可任意调整配置位置，只要能够在照射目标的边缘部遮蔽带电粒子束即可。
[0118]
第一准直装置100a及第二准直装置100b分别具备驱动机构101及准直机构102。
[0119]
驱动机构101使准直机构102在与带电粒子束的行进方向(x轴方向)垂直的yz面内移动。驱动机构101具备沿着在z轴方向上设置的引导件移动的第一驱动部103、沿着在y轴方向上设置的引导件移动的第二驱动部104和沿着与第一驱动部103及第二驱动部104一起移动的引导件在yz轴方向上移动的第三驱动部105。第一～第三驱动部103～105分别具备用于沿着引导件移动的马达等促动器，并由照射控制装置80的准直控制部82控制。
[0120]
准直机构102具有基座部106和臂状准直器110、120，基座部106与第三驱动部105连接，并在yz面内相对于第三驱动部105向旋转和/或辐射方向(半径方向)移动，臂状准直器110、120从基座部106的两侧延伸出。臂状准直器110、120分别具备相互串列地连接的多个可动叶片。基座部106的位置以及臂状准直器110、120的各可动叶片的旋转由照射控制装置80的准直控制部82控制。
[0121]
基座部106以及臂状准直器110、120的各可动叶片是具有足以将带电粒子束遮蔽的厚度的金属制(铁、黄铜、铅等)的部件。一个可动叶片的厚度(x轴方向)为1cm～10cm，侧方方向(yz面)的宽度(长度方向)为1cm～3cm，但并不限定于此。
[0122]
注意，在图3的(a)中，臂状准直器110、120各自所包含的可动叶片的数量相同，第一准直装置100a及第二准直装置100b各自所包含的可动叶片的数量也被描绘成相同，但并不限定于此。例如，如图3的(b)所示，臂状准直器110、120所包含的可动叶片的数量可以不同，第一准直装置100a及第二准直装置100b各自所包含的可动叶片的数量也可以不同。
[0123]
图4示出了基座部106以及臂状准直器110的可动叶片111～114。基座部106以及可动叶片111～114为了能够在彼此串列地保持连接的状态下在yz面内相互独立地旋转而分别具备马达等促动器m1～m4。
[0124]
图4的(b)及(c)示出了可动叶片111～114分别相互独立地进行右转或左转的例子。照射控制装置80的准直控制部82对各可动叶片111～114的促动器m1～m4分别独立地进行控制，使可动叶片110a～110d分别独立地旋转，能够将臂状准直器的形状变更为所希望的形状。
[0125]
这样，准直装置100根据照射控制装置80的准直控制部82的控制，利用驱动机构101使基座部106向所希望的位置移动，并进一步调整各可动叶片110的朝向。由此，例如如图5所示，准直装置100挪动准直机构102的臂状准直器110、120的各可动叶片来进行调整，以使臂状准直器110、120配合地变成沿着照射目标的边缘部的形状。
[0126]
图6是使用本实施方式中的进行扫描照射的带电粒子束照射装置10的粒子束治疗的流程图。
[0127]
首先，由医师或检查技师等医疗工作者获取在治疗室的治疗台上固定的患者的ct图像和/或mri图像，并将其信息发送至治疗计划装置60(步骤s1)。由医疗工作者在治疗计划装置60中基于ct图像和/或mri图像指定肿瘤(照射目标)的范围及形状(步骤s2)，并指定带电粒子束的照射方向(步骤s3)。
[0128]
在治疗计划装置60中，由医疗工作者手动地且/或由治疗计划装置60自动地针对每个切片面指定照射目标的边缘部(步骤s4)，并指定各切片面的每个照射点的带电粒子束的照射条件(剂量、位置、方向等)(步骤s5)。治疗计划装置60生成包含照射目标及其边缘部的信息以及每个照射点的剂量及剂量率等数据的治疗计划数据，并将其发送至照射模式转换装置70(步骤s6)。注意，步骤s2～s5并不限定于该顺序，也可以适当变更。
[0129]
照射模式转换装置70基于从治疗计划装置60接受的治疗计划数据生成照射控制数据，并将其向照射控制装置80发送(步骤s7)。照射控制装置80基于从照射模式转换装置70接受的照射控制数据对加速器20、带电粒子束输送系统30、聚束电磁铁40、照射喷嘴50以及准直装置100进行控制，从而控制通过扫描照射进行的向照射目标的带电粒子束照射，开始带电粒子束对照射目标的照射治疗(步骤s8)。
[0130]
图7是利用照射控制装置80开始带电粒子束的照射治疗后的控制流程图。
[0131]
照射控制装置80选择照射带电粒子束的照射目标的第i个切片面(i为1至总切片面数的整数)(步骤s11)。
[0132]
照射控制装置80的准直控制部82基于第i个切片面处的照射目标的边缘部的信息(位置坐标、形状的信息等)，在yz面内使准直装置100的准直机构102移动到照射目标的边缘部，并为了能够将从该边缘部露出的带电粒子束遮蔽而调整准直机构102的基座部106、臂状准直器110、120的位置，挪动臂状准直器110、120的各开动叶片的朝向，调整为与该边缘部的形状对应的形状(步骤s12)。注意，该边缘部可以是第i个切片面的照射目标的整个边缘部，也可以是照射目标的边缘部的一部分。
[0133]
照射控制装置80一边扫描第i个切片面上的包含照射目标的该边缘部的范围(包括整个照射目标的情况)，一边对该范围内的每个照射点照射带电粒子束(步骤s13)。重复步骤s13，直到对该范围内的全部照射点完成带电粒子束的照射为止(步骤s14中为“否”)。
[0134]
若对该范围内的全部照射点完成了带电粒子束的照射(在步骤s14中为“是”)，则照射控制装置80停止带电粒子束的照射(步骤s15)，并判定是否已经对第i个切片面上的整个照射目标的照射点进行了带电粒子束的照射(步骤s16)。
[0135]
在尚未对第i个切片面的全部照射点进行带电粒子束的照射的情况下(在步骤s16为“否”)，将准直装置100的准直机构102挪动到照射目标的其他部分的边缘部，之后重复步骤s12～s16。
[0136]
在已经对第i个切片面的整个照射目标的照射点进行了带电粒子束的照射的情况下(在步骤s16中为“是”)，照射控制装置80判定是否已经对全部的切片面完成了带电粒子束的照射(步骤s17)。在尚未完成的情况下(步骤s17中为“否”)，选择第i+1个切片面(步骤s11)，并进行步骤s12～s16的处理。在已经对全部的切片面完成了处理的情况下(在步骤s17中为“是”)，带电粒子束的照射治疗完成。
[0137]
本实施方式的带电粒子束装置在照射喷嘴50中具备一个以上的准直装置100(100a、100b)，准直装置100的准直机构102具备从底座部106延伸出的至少一个臂状准直器110(及120)。臂状准直器具备串列地连接且相互独立地动作的多个可动叶片，在与带电粒子束的行进方向垂直的xy面内，各可动叶片分别独立地动作，使得臂状准直器110(及120)与照射目标的边缘部的形状匹配地改变其形状。由此，在通过扫描照射向照射目标的边缘部照射带电粒子束时，可防止向照射目标外照射带电粒子束，照射目标的边缘部处的带电粒子束的剂量分布的锐度提高。
[0138]
另外，在图12所示的以往的多叶准直器的结构中，由覆盖整个照射目标的多个叶片构成，需要在与带电粒子束的行进方向垂直的面内分别独立地驱动控制各叶片。在该结构中，存在各叶片的尺寸、重量大，成为非常大型的准直器结构的问题。但是，在本实施方式的准直装置100中，解决了该现有技术的问题。
[0139]
[第二实施方式]
[0140]
本发明的第二实施方式的带电粒子束照射装置在照射喷嘴50中具备准直装置200，准直装置200由第一准直装置200a以及第二准直装置200b构成(图8)。
[0141]
第一准直装置200a及第二准直装置200b各自的准直机构202具备从基座部106延伸出的臂状准直器210、220，臂状准直器210、220分别具备一个可动叶片。注意，对于与第一
实施方式相同的结构，适当省略说明。另外，与第一实施方式相同，准直装置200可以仅具备一个准直装置200，也可以具备三个以上的准直装置200。
[0142]
如图8的(b)所示，准直装置200的准直机构202的臂状准直器210、220分别构成为，在与带电粒子束的行进方向垂直的yz面内，通过促动器m1、m2的驱动而相互独立地旋转。在图8中，示出了臂状准直器210、220之间的角度大致为90度的方式，但臂状准直器210、220之间的角度能够调整为0～360度的任意角度。
[0143]
在本实施方式中，准直装置200的准直机构202构成为跟随照射目标的边缘部处的带电粒子束照射的扫描(扫掠)而动作。准直机构202构成为，为了跟随带电粒子束照射的扫描而动作，通过尽可能地削减构成臂状准直器210、220的可动叶片的数量来降低准直机构202的重量，从而跟最比较高速地进行的带电粒子束照射的扫描。
[0144]
使用图9在本实施方式中对射向照射目标的边缘部的外侧的带电粒子束的遮蔽进行说明。
[0145]
在yz面内，在利用带电粒子束对照射目标的边缘部(面向纸面时的左上)进行照射时，在不存在准直装置200a的情况下，由于带电粒子束的扩散(剂量分布的扩散)，带电粒子束的分布的一部分还射向照射目标的边缘部的外侧。
[0146]
在图9的(a)中，准直装置200a的准直机构202配置于照射目标的边缘部，并与该边缘部的形状匹配地调整可动叶片之间的角度(或保持预先规定的角度)，在图9的(a)的右侧所示的线图中可看出，从该边缘部起射向外侧的带电粒子束被遮蔽。
[0147]
同样，在图9的(b)中，准直装置200a的准直机构202配置于照射目标的边缘部，在图9的(b)的右侧所示的线图中可看出，从边缘部起射向外侧的带电粒子束被遮蔽。另外，在图9的(c)中，准直装置200b的准直机构202移动至照射目标的边缘部，并与该边缘部的形状匹配地调整可动叶片之间的角度(或保持预先规定的角度)，由此，在图9的(c)的右侧所示的线图中可看出，从该边缘部起射向外侧的带电粒子束被遮蔽。
[0148]
使用图10，对本实施方式的准直装置200的准直机构202跟随照射目标的边缘部处的带电粒子束的扫描而动作的结构进行说明。
[0149]
照射控制装置80的准直控制部82在以照射点为单位基于带电粒子束的照射位置的信息和照射目标的边缘部的信息对照射目标的边缘部进行照射的情况下，使准直装置200的准直机构202移动到该照射点的位置(的附近)，并与边缘部的形状匹配地对可动叶片201、202之间的角度进行调整(或者保持规定的角度不做调整)。这样，照射控制装置80的准直控制部82进行如下控制：在使带电粒子束对照射目标的边缘部进行照射的情况下，使准直机构302也跟随其位置而使移动。
[0150]
例如，在照射点的扫描在照射目标的边缘部开始的情况下，准直装置200的准直机构202移动到该照射点的位置，并与边缘部的形状匹配地对可动叶片210、220之间的角度进行调整(或者保持规定的角度不做调整)，将射向边缘部的外侧的带电粒子束遮蔽(图10的(a))。在照射目标的边缘部处的带电粒子束照射的扫描中，如图10的(b)及(c)所示，跟随着照射点的移动，准直机构202也移动，并且可动叶片210、220之间的角度也被调整，将射向边缘部的外侧的带电粒子束遮蔽。另一方面，在带电粒子束的照射点不在照射目标的边缘部时，不需要准直机构202的跟随，因此不跟随(图10的(d))。注意，也可以控制为跟随。另外，若带电粒子束的照射点来到了照射目标的边缘部，则进行准直机构202的跟随(图10的
(e))。另外，利用第二准直装置200b，进行对边缘部的遮蔽(图10的(f))。注意，在本实施方式中，可动叶片210、220之间的角度可以改变，也可以是该角度固定在例如90度等的结构。
[0151]
如上所述，本实施方式的带电粒子束装置在照射喷嘴50中具备一个以上的准直装置200(200a、200b)，准直装置200的准直机构202具备从底座部106延伸出的至少一个臂状准直器210(及220)。臂状准直器分别具备一个可动叶片(注意，还包括将多个可动叶片组合在一起而构成为一个可动叶片那样的情况)，在与带电粒子束的行进方向垂直的xy面内，各可动叶片分别独立地动作，使得臂状准直器210(和/或220)与照射目标的边缘部的形状匹配地改变其形状(注意，包括不改变臂状准直器的形状就进行遮蔽的情况)。并且，准直机构202至少跟随照射目标的边缘部处的扫描照射(照射点的扫描)而移动。因此，在向照射目标的边缘部照射带电粒子束时，可防止向照射目标外照射带电粒子束，照射目标的边缘部处的带电粒子束的剂量分布的锐度提高。
[0152]
[第三实施方式]
[0153]
本发明的第三实施方式的带电粒子束照射装置在照射喷嘴50中具备准直装置300，准直装置300的准直机构302具备基座部306和从基座部306延伸出的臂状准直器310、320。臂状准直器310、320具备多个可动叶片，但与第一实施方式不同，该多个可动叶片在带电粒子束的行进方向(x轴方向)上排列设置。另外，各可动叶片为了使带电粒子束能够通过犹如人类的手指所形成的开口而具备装有马达等促动器的一个以上的关节部315，在带电粒子束的行进方向上也能够改变可动叶片所形成的开口的形状。
[0154]
图11的(a)示出了一个准直装置300的准直机构302，其驱动机构(未图示)与第一及第二实施方式相同。准直机构302具备基座部306和从基座部306延伸出的臂状准直器310、320。臂状准直器的数量只要是一个以上即可。在臂状准直器310中具备多个可动叶片311～313(图11的(b))，各可动叶片311～313构成为能够通过关节部315在yz面内犹如手指那样弯折。注意，对于臂状准直器320也是相同的，省略图示以及说明。
[0155]
在本实施方式中，x轴的方向的各可动叶片(311～313及321～323)分别独立地驱动，如图11的(c)所示，例如可以构成为，带电粒子束入射侧的可动叶片311及321所形成的开口较大，可动叶片312及322所形成的开口较小，带电粒子束出射侧的可动叶片313及323所形成的开口进一步变小。这样，通过使带电粒子束的行进方向(x轴方向)的入射侧的开口比出射侧大，能够抑制带电粒子束向可动叶片311及321所形成的准直器开口入射的位置精度，同时能够减小从出射侧的可动叶片313及323所形成的开口射出的带电粒子束的宽度(yz面内)。注意，可动叶片313及323所形成的开口的宽度(yz面内)比带电粒子束的剂量分布(yz面内)的宽度小即可。
[0156]
注意，第三实施方式所示的结构能够应用于第一及第二实施方式的结构。即，在第一及第二实施方式中，也可以构成为，各臂状准直器具备与基座部106连接且在带电粒子束的行进方向(x轴方向)上排列配置的多个可动叶片，各可动叶片具有至少一个关节部，能够绕关节部旋转。
[0157]
上述说明的尺寸、材料、形状、构成要素的相对位置等可根据应用本发明的装置的构造或各种条件而变更。并不意图限定于在说明中使用的特定的术语以及实施方式，只要是本领域技术人员，就能够使用其他同等的构成要素，上述实施方式还能够在不脱离本发明的主旨或范围的限度内进行其他的变形及变更。另外，对于与本发明的一个实施方式关
联地进行了说明的特征，即使前面没有明确说明，也能够与其他实施方式组合使用。