CN107115596B - 粒子线治疗***、脊形过滤器及脊形过滤器的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够充分扩展布拉格峰的宽度、且能够不导致照射野形成装置及旋转台架的大型化而在横方向扩展得大的靶上形成相同的辐射剂量分布的点尺寸小的粒子线治疗***、适用于这种粒子线治疗***且易于加工的脊形过滤器及其制造方法。构成脊形过滤器(101)的构造体(301)相对于通过构造体(301)的中心的与深度方向垂直的线线对称，用该线将构造体(301)分割而得到的小构造体(305)相对于重复方向的中心线为左右非对称形状，相对于重复方向的中心线与深度方向的中心线的交点为点对称形状，且深度方向的最上游面(301A)及最下游面(301B)的重复方向上的厚度相等，在深度方向上不存在重复方向上的厚度比最上游面(301A)及最下游面(301B)更厚的部分。

Description

粒子线治疗***、脊形过滤器及脊形过滤器的制造方法

技术领域

本发明涉及粒子线治疗***、脊形过滤器以及脊形过滤器的制造方法。

背景技术

非专利文献1提出了在照射野形成装置设置脊形过滤器的方法。非专利文献1的脊形过滤器构成为将左右对称的山状的构造体向横向排成一列。

另外，专利文献1以充分扩展布拉格峰的宽度为目的，记载了以下构造：具备脊形过滤器，该脊形过滤器具备使光束的射程分散的功能，构成脊形过滤器的构造体在构造体的反复方向上为点对称形状且为左右非对称形状，深度方向的最上游面及最下游面的反复方向的厚度相等，在深度方向上不存在相比最上游面及最下游面，反复方向的厚度更厚的部分。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015－116284号公报

非专利文献1：U.Weber and G.Kraft,“Design and construction of a ripplefilter for a smoothed depth dose distribution in conformal particle therapy”,Phys.Med.Biol.44(1999)2765-2775.

发明内容

发明所要解决的课题

在粒子线治疗中，正在普及扫描照射法。在该扫描照射法中，将靶分割成微小区域(以下称为点)来考虑，且向每个点照射细径的光束。当对某点施加预定的辐射剂量后，则停止光束的照射，朝向接下来的点扫描光束。在将光束在与光束行进方向(以下称为深度方向)垂直的方向(以下称为横向)上进行扫描的情况下，使用扫描电磁铁。对于某深度，当对所有的点施加预定辐射剂量后，将光束在深度方向上扫描。在将光束在深度方向上扫描的情况下，通过变更加速器的加速条件、或者使光束在射程移位器中通过等方法来变更光束的能量。最后，对所有的点、即整个靶施加相同的辐射剂量。

在该点扫描中具有以下倾向，即，将点配置得越细小，照射时间越增加，辐射剂量率越降低。此外，将对整个靶施加相同的辐射剂量称为体积照射。

每个点的光束在深度方向形成被称为布拉格曲线的辐射剂量分布。布拉格曲线在光束的射程附近具有峰(布拉格峰)。在比布拉格峰深的位置，辐射剂量急剧地降低至大致零。

布拉格峰的发生深度依赖于光束对被照射体的入射能，越是高能量的光束，峰发生在越深的位置。另外，每个点的光束在横向上具有二维高斯分布状的展宽。高斯分布的1σ、即点尺寸在照射中心面中为2mm～20mm左右。越是高能量的光束，点尺寸越小。

在如重粒子线等那样地布拉格曲线具有尖锐的峰的情况下，需要在深度方向上隔开细小的间隔来配置点。因此，存在辐射剂量率降低，治疗时间变长的课题。另外，粒子线治疗***需要准备大量的光束能，因此为了保证每天的粒子线治疗***的品质，也要耗费时间和劳力。

对于这样的课题，在非专利文献1记载的脊形过滤器中具有通过使光束的射程呈高斯分布状分散而扩大布拉格峰的宽度的功能。该脊形过滤器的高度越大，峰宽的扩大量越增加，越能够通过较少的点数来形成相同的辐射剂量分布。即，提高粒子线治疗***的辐射剂量率。另外，粒子线治疗***能够随着峰宽的扩大而使光束的射程变动形成稳健的辐射剂量分布。

在此，脊形过滤器的在横向的重复间隔需要细小成与点尺寸相同程度。这是因为，若重复间隔凌乱，则不同的射程损失的光束未充分混合，在体积照射中，在横向的辐射剂量分布发生涟波，存在导致辐射剂量相同度变差的可能性。

因此，在点尺寸小的粒子线治疗***中存在以下课题，即，通过脊形过滤器不能充分扩展布拉格峰的宽度，难以进行高辐射剂量率的光束照射。这是因为，在非专利文献1记载的构造的脊形过滤器中，重复间隔的细小的前端部变薄，若高度大，则非常难以加工。另外，因为前端部薄，所以也存在脊形过滤器、特别是其前端部易于损坏的课题。

对于这样的课题，在专利文献1中公开了一种具备类似于平行四边形的形状的剖面的脊形过滤器。该脊形过滤器具备以下构造，即，将非专利文献1所示的山状的构造体在中心分割，使一方上下翻转。因此，射程损失的比例虽然与非专利文献1的形状相同，但是因为将尖锐部去除，所以变得容易加工。

当光束受到因扫描电磁铁而引起的偏向时，光束相对于脊形过滤器倾斜地入射。此时，光束向脊形过滤器的入射角度依赖于横向的点位置。专利文献1的脊形过滤器为左右非对称的构造，因此光束在脊形过滤器的射程损失的比例依赖于点位置而变换。因此，本发明者们发现了存在以下课题，即，在横向上，对大的靶不能形成相同的辐射剂量分布。

对于这样的课题，若使从扫描电磁铁到脊形过滤器的距离充分长，则扫描的光束视为与深度方向大致平行，因此能够解决这样的课题。但是，存在导致搭载扫描电磁铁的照射野形成装置和旋转台架的大型化、重量增加的问题。

上述的专利文献1也公开了通过使构成脊形过滤器的构造体互相左右翻转后排列来使脊形过滤器整体形成为左右对称形状的构造体配置。认为，若为这样的配置，则即使光束相对于脊形过滤器倾斜地入射，对于靶，也能够得到相同的辐射剂量分布。

但是，本发明者们发现了，对于专利文献1记载的构造体配置，虽然去除尖锐部，但是在脊形过滤器内制作狭小的空间，特别是在一体成型地加工所有的构造体的情况下，存在加工的容易度受损的问题。另外，因为狭小的空间部分不能进行尺寸检查，因此，即使在制作了的情况下，也存在难以进行精度管理的课题。

本发明的目的在于提供一种点尺寸小的粒子线治疗***、适于这种粒子线治疗***且易于加工的脊形过滤器及其制造方法，上述粒子线治疗***能够充分扩展布拉格峰的宽度，且能够不导致照射野形成装置及旋转台架的大型化而在横向上扩展得大的靶上形成相同的辐射剂量分布。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，采用例如技术方案记载的结构。本发明包括多个解决上述课题的方案，若列举其一列，则为一种用于扩大粒子线的能量分布的脊形过滤器，其特征在于，具有使通过的粒子线的能量衰减的第一构造体及第二构造体，在将上述脊形过滤器的粒子线入射方向定义为深度方向、将与上述粒子线入射方向呈垂直的平面的一个方向定义为重复方向时，就上述第一构造体而言，含有与上述深度方向平行的直线和与上述重复方向平行的直线的平面上的第一截面形状为以上述第一截面形状的重心为对称点的点对称形状，将上述第一截面形状的上述深度方向的最上游的边设为第一边、将最下游的边设为第二边时，上述第一边和上述第二边平行且上述第一边和上述第二边的长度在重复方向上最长，由上述第一边和上述第二边构成的四边形为平行四边形，上述第二构造体具有使上述第一构造体在与上述深度方向垂直的面翻转而成的形状，在上述重复方向上配置有多个上述第一构造体及上述第二构造体。

发明的效果

根据本发明，能够充分扩展布拉格峰的宽度，而且能够不导致照射野形成装置及旋转台架的大型化而在横向上扩展得大的靶形成相同的辐射剂量分布。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的粒子线治疗***的整体结构的图。

图2是本发明的第一实施方式的照射野形成装置的概要图。

图3是由本发明的第一实施方式的采用了扫描照射法的照射野形成装置形成的、每一点的辐射剂量分布图。

图4是本发明的第一实施方式的脊形过滤器的一部分结构的概要图。

图5是本发明的第一实施方式的脊形过滤器的一部分结构的与进深方向垂直的平面上的概要剖视图。

图6是本发明的第一实施方式的脊形过滤器的与进深方向垂直的平面上的概要剖视图。

图7是表示构成本发明的第一实施方式的脊形过滤器的构造体的一例的概要图。

图8是表示构成本发明的第一实施方式的构造体的小构造体的一例的概要图。

图9是表示将本发明的第一实施方式的脊形过滤器用现有技术置换后的情况下形成的辐射剂量分布的一例的概要图。

图10是表示由本发明的第一实施方式的脊形过滤器形成的辐射剂量分布的一例的概要图。

图11是表示构成本发明的第一实施方式的构造体的小构造体的其它一例的概要图。

图12是本发明的第二实施方式的照射野形成装置的概要图。

图13是由本发明的第二实施方式的采用了散射体照射法的照射野形成装置形成的辐射剂量分布图。

图14是表示构成本发明的第二实施方式的构造体的小构造体的一例的概要图。

图15是表示构成本发明的第二实施方式的构造体的小构造体的其它一例的概要图。

图16是本发明的第一实施方式的脊形过滤器的与进深方向垂直的平面上的概要剖视图。

图17是本发明的第三实施方式的脊形过滤器的与进深方向垂直的平面上的其它一例的概要剖视图。

符号的说明

101、101A、101B、101C—脊形过滤器，102—质子线照射装置，103—质子线发生装置，104—质子线输送装置，105—旋转式照射装置，106—离子源，107—初级加速器，108—同步加速器，109—射出转向器，110、110A—照射野形成装置，201—靶，202—点，203—扫描电磁铁，301—脊形过滤器的构造体，301A—构造体的最上游面，301B—构造体的最下游面，301C—构造体的中间面，303—台座部，304—固定部，305、306、307、308—小构造体，305A、306A、307A、308A—小构造体的最上游面，305B、306B、307B、308B—小构造体的最下游面，601—散射体，602—准直仪，603—组织等效物，701—构造体，701A—上面构造体，701B—下面构造体，702—固定部。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的粒子线治疗***及脊形过滤器以及脊形过滤器的制造方法的实施方式进行说明。

(第一实施方式)

使用图1至图11对本发明的第一实施方式的粒子线治疗***及脊形过滤器以及脊形过滤器的制造方法进行说明。首先，使用图1，对本发明的一实施方式的粒子线治疗***的结构及动作进行说明。图1是表示本发明的一实施方式的粒子线治疗***的整体结构的图。

如图1所示，粒子线治疗***具备质子线照射装置102。此外，在本实施方式中以质子线照射装置102为例进行说明，但是本发明也能够应用于使用比质子质量重的粒子(碳线等)的重粒子线照射装置。

如图1所示，质子线照射装置102具有质子线发生装置103、质子线输送装置104以及旋转式照射装置105。此外，本实施方式中以具备旋转台架的旋转式照射装置105为例进行说明，但是照射装置也能够采用固定式。

在图1中，质子线发生装置103具有离子源106、初级加速器107(例如，直线加速器)以及同步加速器108。在离子源106产生的质子离子首先通过初级加速器107加速。从初级加速器107射出的质子线(以下，称为光束)在通过同步加速器108加速至预定的能量后，从射出转向器109向质子线输送装置104射出。最后，光束经由旋转式照射装置105而照射被照射体。

旋转式照射装置105具有旋转台架(未图示)及照射野形成装置110。设置于旋转台架上的照射野形成装置110与旋转台架一同旋转。质子线输送装置104的一部分安装于旋转台架。

此外，在本实施方式中作为质子线的加速装置采用了同步加速器108，但是也能够采用回旋加速器、直线加速器。

接下来，参照图2，对照射野形成装置110详细地进行说明。图2是采用了扫描照射法的照射野形成装置110的概要图。在图2中，扫描照射法将靶201分割成微小区域(点)202，且向每个点202照射光束。使通过后的光束的射程呈高斯分布状分散，为了扩大布拉格峰的宽度，在照射野形成装置110设置有用于扩大光束的能量分布的脊形过滤器101。

图3是表示通过了脊形过滤器101的每一个点的质子线的水中布拉格曲线的概念图。在图3中，判断为，通过扩大布拉格峰的宽度，在本实施方式的粒子线治疗***中，能够扩张深度方向(图2的Z方向)的点间隔，能够进行高辐射剂量率的光束照射。

在扫描照射法中，当对某点202施加规定的辐射剂量时，停止照射，并将光束朝向接下来的规定点202扫描。在横向(图2的X方向及Y方向)的光束扫描中使用在照射野形成装置110所搭载的扫描电磁铁203。

对于某深度，当对所有的点202施加规定辐射剂量时，照射野形成装置110在深度方向扫描光束。深度方向的光束的扫描是通过利用变更同步加速器108的加速条件、或者使光束通过在照射野形成装置110等所搭载的射程移位器(未图示)等方法来变更光束的能量而进行。

通过重复上述的顺序，最终在整个靶201形成相同的辐射剂量分布。每个点202的光束的横向辐射剂量分布在照射中心面上呈1σ＝2mm～20mm的高斯分布状扩展。在本实施方式中，将在未使扫描电磁铁203励磁的状态下通过光束的中心的直线定义为光束轴。另外，将旋转式照射装置105的旋转轴与光束轴的交点定义为照射中心。

接下来，参照图4至图6，对脊形过滤器101详细地进行说明。图4表示脊形过滤器101的一部分结构的概要图，图5表示与进深方向垂直的平面上的脊形过滤器101的一部分结构的剖视图。图6表示与重复方向垂直的平面上的脊形过滤器101的概要剖视图。

如图4及图5所示，在将与光束的入射方向相同的方向定义为深度方向(与图2的Z方向相同)、将与光束入射方向形成垂直的平面上的脊形过滤器101的一个方向定义为重复方向(与图2的X方向相同)、将另一个方向定义为进深方向(与图2的Y方向相同)时，脊形过滤器101为在重复方向上配置有多个构造体301的构造。对于进深方向，成为最上游面301A等的面延伸的形状。

另外，如图5所示，脊形过滤器101的与进深方向垂直的面上的截面形状为在某构造体301与相邻的构造体301之间形成的空气层(以下，成为间隙)的截面形状(第三截面形状)和构造体301本身的截面形状(第二截面形状)相同的形状。

另外，如图6所示，构造体301在深度方向上的最上游面301A侧及最下游面301B侧与台座部303连接。另外，该台座部303以在重复方向上被固定部304夹着多个的形状而固定。此外，固定部304也可以从进深方向固定台座部303、也可以从重复方向及进深方向两个方向侧固定台座部303。

在本实施方式中，构成为，将脊形过滤器101的构造体301一个一个地单独加工、制作，通过固定部304夹住它们而固定，但是即使是以下的结构，也能够得到与本实施方式相同的效果，即，构成为制作模具等，通过铸造、注射成型来一体成型地加工、制作所有的构造体，或者构成为，通过3D打印仅形成构造体301部分，或者包括台座部303、固定部304而一体形成。

接下来，参照图7，对构成脊形过滤器101的构造体301详细地进行说明。图7表示构成脊形过滤器101的构造体301的概要图。

构造体301的与进深方向垂直的平面上的截面形状相对于通过构造体301的中心的与深度方向垂直的线线对称。另外，使构造体301在与深度方向垂直的面即使上下翻转也是相同的形状。构造体301被该垂直的面分割成两个小构造体305。小构造体305中，深度方向的上游侧为第一构造体，下游侧为第二构造体。

另外，构造体301形成为深度方向的最上游面301A、最下游面301B以及中间面301C的重复方向的厚度相等，且成为在深度方向上不存在重复方向上的厚度比该三个面(最上游面301A、最下游面301B以及中间面301C)更厚的部分。

接下来，参照图8，对构成构造体301的小构造体305详细地进行说明。图8表示构成构造体301的小构造体305的概要图。

如图8所示，小构造体305在深度方向上为台阶形状及反台阶形状，且为了扩展布拉格峰的宽度而形成。

另外，小构造体305的与进深方向垂直的平面上的截面形状相对于重复方向的中心线为左右非对称形状，且相对于重复方向的中心线与深度方向的中心线的交点S(重心)为点对称形状，成为山状的不具有深度方向上的尖锐部(前端部、顶点)的形状。

而且，小构造体305的深度方向的最上游面305A及最下游面305B的重复方向的厚度(长度)相等。另外，成为在深度方向上不存在重复方向上的厚度(长度)比该最上游面305A、最下游面305B更厚(长)的部分。

本实施方式的脊形过滤器101通过具备多个组合两个满足这样的构造的小构造体305而成的构造体301，从而能够使光束的射程呈高斯分布状分散，能够使布拉格峰的宽度扩大。

此外，在图8的小构造体301的例中，阶数在图示的情况上设成20阶，但是阶数不限定于20阶，根据脊形过滤器的需求的性能能够适当变更。

如上所述，小构造体305的与进深方向垂直的平面上的截面形状为左右非对称的构造。因此，当代替图5所示的构造体301而由与小构造体305相同的形状的构造体构成脊形过滤器101时，在从扫描电磁铁到靶的距离较短且光束相对于脊形过滤器101倾斜地入射的情况下，脊形过滤器101中的光束的射程损失的比例依赖于点位置而变化。

因此，即使对靶的各点施加相等的辐射剂量，也如图9所示，不能得到相同的横向辐射剂量分布。为了在这样的情况下得到相同的辐射剂量分布，需要使从扫描电磁铁到脊形过滤器的距离变长，以使得视为光束与深度方向平行地向脊形过滤器入射。此外，图9表示使用现有的构造的脊形过滤器的情况下的辐射剂量分布的一例的图。

但是，如图7所示，本实施方式的构造体301为在小构造体305的下游配置了在与深度方向垂直的面上下翻转而成的另一个小构造体305的构造，因此抵消了依赖于点位置的射程损失的变化。即，即使在光束相对于深度方向倾斜地入射到脊形过滤器101，也能够如图10所示地对靶在横向上形成相同的辐射剂量分布。此外，图10是表示使用本实施方式的构造的脊形过滤器101的情况下的辐射剂量分布的一例的图。

因此，能够缩短从扫描电磁铁到脊形过滤器的距离，能够不使搭载扫描电磁铁的照射野形成装置和旋转台架大型化、不增加重量而在横向上对大的靶形成相同的辐射剂量分布。

接下来，对这样的构造的脊形过滤器101的制造方法进行说明。

构成脊形过滤器101的构造体301的小构造体305的材质需要抑制光束的散射并吸收能量，因此采用铝或铜等金属、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(Acrylonitrile butadienestyrene)树脂)。

构造体301是由铸锭(原料块)通过使用了车床、铣床等的切削，通过一体形成，根据需要而制作。作为其它方法，能够通过3D打印形成多个构造体301，或者将由上述的材料构成的板在深度方向上层叠多个而形成。

构造体301的制造条件能够采用一般的条件，通过切削加工由上述的铝、铜、ABS等构成的铸锭来制作，或者使用这些原料通过3D打印来形成，以成为以下构造：构造体301的形状为不具有尖锐部的形状、即，与进深方向垂直的平面上的截面形状相对于通过构造体301的中心的与深度方向垂直的线线对称，在通过垂直的线分割构造体301而考虑小构造体305时，小构造体305相对于重复方向的中心线为左右非对称形状，且相对于重复方向的中心线与深度方向的中心线的交点S为点对称形状，深度方向的最上游面301A及最下游面301B的重复方向的厚度相等，在深度方向上不存在重复方向上的厚度比最上游面305A、最下游面305B更厚的部分。

台座部303与构造体301同时通过由切削加工或3D打印进行的一体形成而制作，或者在通过切削建工或3D打印制作构造体301后将另外制作而成的台座部303安装于最上游面301A及最下游面301B，从而与构造体301接触。优选台座部303及固定部304的材质采用与构造体301相同的材质。

在制作多个具备这样的台座部303的构造体301后，在重复方向上配置多个构造体，在该状态下通过固定部304使台座部303固定，从而制作脊形过滤器101。或者，也可以通过3D打印一体形成多个构造体301、台座部303以及固定部304。

接下来，对本实施方式的效果进行说明。

如上所述，在本发明的粒子线治疗***及脊形过滤器以及其制造方法的第一实施方式中，具备脊形过滤器101，该脊形过滤器101具备使光束的射程分散的功能，构成该脊形过滤器101的构造体301相对于通过构造体301的中心的与深度方向垂直的线线对称，通过该线分割构造体301而得到的小构造体305相对于重复方向的中心线为左右非对称形状，且相对于重复方向的中心线与深度方向的中心线的交点为点对称形状，深度方向上的最上游面301A及最下游面301B的重复方向上的厚度相等，在深度方向上不存在重复方向上的厚度比最上游面301A及最下游面301B更厚的部分。

即，小构造体305的含有与深度方向平行的直线和与上述重复方向平行的直线的平面上的截面形状为以截面形状的重心为对称点的点对称形状，在将截面形状的深度方向的最上游的边设为第一边、将最下游的边设为第二边时，第一边和第二边平行且第一边和第二边的长度在重复方向上最长，由第一边和第二边构成的四边形为平行四边形。

由此，因为将深度方向的点间隔扩展，所以能够削减体积照射所需的光束能量数，在粒子线治疗***的品质保证中，能够降低时间和劳力。而且，脊形过滤器难以损坏，因此粒子线治疗***的工作率提高。

另外，构造体301的深度方向的最上游面301A、最下游面301B以及中间面301C的重复方向上的厚度相等，且在深度方向上不存在重复方向上的厚度比这三个面更厚的部分。而且，构成脊形过滤器101的构造体301的在与进深方向垂直的平面上的截面形状为即使在与深度方向垂直的面上下翻转也相同的形状。因此，即使小的点尺寸，也能够使辐射剂量相同度不变差而提高辐射剂量率。另外，能够扩展深度方向的点间隔，削减体积照射所需的光束能量数。而且，脊形过滤器难以损坏。

另外，构造体301的构造为，在小构造体305的下游配置有相对于与深度方向垂直的面上下翻转而成的另一个小构造体305，因此，抵消依赖于点位置的射程损失的变化。即，即使在光束相对于深度方向倾斜地入射到脊形过滤器101的情况下，也如图10所示地能够对靶在横向上形成相同的辐射剂量分布。

脊形过滤器101的构造体301为不具有山状的尖锐部的构造，因此能够制作重复间隔细小且高度大的构造体。因此，通过将具备这样的构造体301而成的脊形过滤器101用于使用扫描照射法的粒子线治疗***，即使小的点尺寸，也能够使辐射剂量相同度不变差，提高辐射剂量率。

另外，因为脊形过滤器101的构造体301不具有尖锐部，所以加工变得容易，因此容易制造，能够降低制造脊形过滤器需要的成本，能够使粒子线治疗***低成本化。而且，能够非常容易地使脊形过滤器101的前端部的高度在光束行进方向(深度方向)上增高，能够容易地扩展布拉格峰的宽度。因此，为了增加布拉格峰的宽度，无需设置厚的射程移位器，因此能够将光束尺寸保持得细。

另外，脊形过滤器101在与进深方向垂直的面上构造体301部分的截面形状和间隙的截面形状为相同形状，因此即使重复间隔细且高度大，也能够充分确保形成构造体301部分时的空间，另外，也充分确保构造体301的强度，因此能够高精度地制作构造体301，即使小的点尺寸，也能够得到能够使辐射剂量相同度不变差而提高辐射剂量率等的效果。

另外，脊形过滤器101还具：在构造体301的最上游面301A及最下游面301B分别与构造体301连接的台座部303；以及从重复方向和进深方向的至少任一个方向夹住多个台座部303的固定部304。因此，在使脊形过滤器101移动、旋转时，能够强力地抑制构造体301部分弯曲，能够进行更高精度的照射，并且成为适于搭载于旋转台架的脊形过滤器。另外，在以高的精度将构造体301在重复方向上排列而固定时，也可以仅通过固定部304从进深方向夹住而固定，因此容易固定，另外容易进行微调整。由此，能够以高的精度在重复方向上配置构造体301，成为操控性优异的脊形过滤器。而且，通过固定部304来固定台座部303，因此不对构造体301施加负担，构造体301更难以损坏，还有利于提高粒子线治疗***的工作率。

此外，构成脊形过滤器101的构造体301的小构造体不限于图8所示的在深度方向上成为台阶状的构造，如图11所示，能够使用在深度方向上成为光滑的形状的构造(小构造体306)。

图11所示的该小构造体306也相对于重复方向的中心线为左右非对称形状，且相对于重复方向的中心线与深度方向的中心线的交点为点对称形状。另外，小构造体306的深度方向的最上游面306A及最下游面306B的重复方向上的厚度相等。而且，在深度方向上，不存在重复方向上的厚度比最上游面306A、最下游面306B更厚的部分，而成为相同的厚度。

这样的构造的小构造体306也能够通过对由铝、铜、ABS等构成的铸锭进行切削加工、3D打印等的方法而制作。

构成脊形过滤器101的构造体的小构造体即使为图11所示的小构造体306，也能够得到与上述相同的效果。

(第二实施方式)

使用图12至图15，对本发明的粒子线治疗***及脊形过滤器以及其制造方法的第二实施方式进行说明。此外，厚度方向、重复方向、进深方向定义为与第一实施方式相同。另外，本实施方式的粒子线治疗***的整体结构与图1相同。

第一实施方式的照射野形成装置110采用了扫描照射法，在采用摇摆照射法的情况下也能够得到相同的效果。在本实施方式中，使用图12及图13，对摇摆照射法进行说明。图12是采用了摇摆照射法的本实施方式的照射野形成装置的概要图，图13是由本实施方式的照射野形成装置形成的辐射剂量分布图。

如图12所示，在摇摆照射法中，向照射野形成装置110A的内部追加散射体601、准直仪602以及组织等效物603。

在这样的摇摆照射法中，首先利用治疗计划装置(未图示)等根据来自被照射体表面的靶的深度、大小来选择合适的光束能。光束的能量通过变更同步加速器108的加速条件或者使光束通过在照射野形成装置110A等所搭载的射程移位器(未图示)等方法而变更。当光束能量决定时，根据靶的横向的大小来变更散射体601的厚度。然后，决定从扫描电磁铁电源(未图示)向扫描电磁铁203供给的最大电流值。最大电流值决定光束扫描路径的半径。当开始进行光束照射时，为了光束在横向上呈圆形地扫描，扫描电磁铁电源的正负周期性地反转，每个扫描电磁铁203相位偏差90度，向扫描电磁铁203供给与最大电流值相等的交流电流。将通过散射体后在横向上扩散的光束呈圆形扫描，从而在横向上形成相同的辐射剂量分布。此外，作为在横向上形成相同的辐射剂量分布的方案，双重散射体法也有效。双重散射体法通过替代扫描电磁铁而将两种散射体配置于光束通过位置，从而在横向上形成相同的辐射剂量分布。

如图13所示，摇摆照射法的脊形过滤器101A具备以下功能，即，调整光束的射程分散，以与靶201的宽度一致的方式在深度方向上形成展开布拉格峰(Spread Out BraggPeak、以下记载成SOBP)。

以下，对本实施方式的脊形过滤器101A进行说明。与在第一实施方式所示的扫描照射法的情况相同，构成脊形过滤器101A的周期构造的各构造体309的与进深方向垂直的平面上的截面形状相对于通过构造体309的中心的与深度方向垂直的线线对称。另外，构造体309在与深度方向垂直的面即使上下翻转也为相同的形状。通过该垂直的面，将构造体309分割成两个小构造体307。使用图14，对本实施方式的小构造体307进行说明。

如图14所示，小构造体307在深度方向上为台阶形状，对于深度方向，成为形成展开布拉格峰的形状。另外，小构造体307相对于重复方向的中心线为左右非对称形状，且相对于重复方向的中心线与深度方向的中心线的交点S为点对称形状。而且，深度方向的最上游面307A及最下游面307B的重复方向的厚度相等，在深度方向上不存在重复方向上的厚度比最上游面307A、最下游面307B更厚的部分。

组织等效物603和准直仪602事先加工为与靶201的形状一致，并如图12所示地由操作者等安装于照射野形成装置110A的前端部分。组织等效物603由ABS树脂等形成，其与深度方向的靶201形状一致，根据场所来调整光束的射程。准直仪602与横向的靶201形状一致，将光束遮蔽成适当的形状，降低向靶201的外侧的辐射暴露。此外，在本实施方式中采用了常规的准直仪602，采用多叶准直仪也能够得到相同的效果。

通过上述的顺序，在摇摆照射法中，在靶201的横向和深度方向上形成相同的辐射剂量分布。

其它结构、动作以及制造方法为与上述的第一实施方式大致相同的结构、动作以及制造方法，因此省略详情。

本发明的粒子线治疗***及脊形过滤器以及脊形过滤器的制造方法的第二实施方式也能够得到与上述的粒子线治疗***及脊形过滤器以及脊形过滤器地制造方法的第一实施方式大致相同的效果。

即，因为脊形过滤器101A具备不具有尖锐部的构造体，所以其制作中的加工变得容易，能够使粒子线治疗***低成本化。特别是在采用了摇摆照射法的粒子线治疗***中需要根据能量、SOBP宽度来制作多个脊形过滤器，就本实施方式这样的具备不具有尖锐部的构造体的脊形过滤器而言，其效果显著。另外，由于加工变得容易，从而能够制作使高度变大的脊形过滤器，能够形成更大的SOBP宽度。而且，因为脊形过滤器难以损坏，所以粒子线治疗***的工作率提高。

此外，构成本实施方式的脊形过滤器101A的构造体309的小构造体不限于用重复方向的中心线分割图12所示的重复方向的厚度在深度方向上变化的前端尖的三棱锥形状，使分割后的一个上下翻转而成的构造的小构造体307，也能够采用图15所示的构造的小构造体308，其构造为在图14所示的深度方向上成为光滑的形状。

图15所示的该小构造体308相对于重复方向的中心线也是左右非对称形状，且相对于重复方向的中心线与深度方向的中心线的交点S为点对称形状。另外，小构造体308的深度方向的最上游面308A及最下游面308B的重复方向上的厚度相等。而且，在深度方向上，最上游面308A和最下游面308B成为相同的厚度，且不存在重复方向上的厚度更厚的部分。这种构造的小构造体308也能够通过对由铝、铜、ABS等构成的铸锭进行切削加工、3D打印而制作。

对于具备由图15所示的小构造体308构成的构造体的脊形过滤器，也能够得到与第一实施方式相同的效果。

(第三实施方式)

如在第一实施方式中所述，对于脊形过滤器101，寻求即使在光束相对于脊形过滤器101倾斜地入射的情况下，脊形过滤器101中的光束的射程损失的比例也不依赖于点位置而变化。而且，为了使加工及尺寸检查的容易性不受损，寻求不具有狭小的空间。

使用图16、图17，对本实施方式的脊形过滤器101B、101C进行说明。图16及图17表示本实施方式的与重复方向垂直的平面上的脊形过滤器101的概要截面。

如图16所示，脊形过滤器101B的构造体701表示相当于第一实施方式的构造体301、第二实施方式的构造体309的作用。

然而，构造体701的形状与第一实施方式的小构造体305及第二实施方式的小构造体307同样地，与进深方向垂直的面上的截面形状相对于重复方向的中心线为左右非对称形状，且相对于重复方向的中心线与深度方向的中心线的交点S(重心)为点对称形状，成为山状的不具有深度方向上的尖锐部(前端部、顶点)的形状。构造体701固定于固定部702。

另外，与第一实施方式的脊形过滤器101、第二实施方式的脊形过滤器101A相比，在本实施方式的脊形过滤器101B中，构造体701在重复方向上每隔一个地配置。而且，在固定部702的下面具备与上面相同的构造。但是，下面侧为使各构造体701左右翻转并在重复方向上滑行一个构造体的量而成的构造。

如图17所示，本实施方式的脊形过滤器也可以采用在上面构造体701A的上面和下面构造体701B的下面分别配置固定部702而保持的结构的脊形过滤器101C。此时，上面构造体701A的下面和下面构造体701B的上面无需一定处于同一平面上。

对于具备由图16、图17所示的构造体701、701A、701B构成的构造体的脊形过滤器，也能够得到与第一实施方式相同的效果。

(其它)

此外，本发明不限于上述的实施方式，包括各种变形例。上述的实施方式是为了易于理解地说明本发明而详细地进行说明的实施方式，并非限定于必须具备所说明的所有的结构。另外，能够将某实施方式的结构的一部分置换成其它实施方式的结构，另外，能够向某实施方式的结构添加其它实施方式的结构。另外，对于各实施方式的结构的一部分，也能够进行其它结构的追加、删除、置换。

例如，具备在深度方向上层叠多个图7所示的构造体301、图9所示的构造体309而成的构造的构造体的脊形过滤器也能够得到相同的效果。

另外，也可以用于构造体不同的材料形成脊形过滤器101的空气层。例如，也可以将构造体作成金属，用树脂形成相当于间隙的部分。

Claims (12)

1.一种脊形过滤器，其用于扩大粒子线的能量分布，

上述脊形过滤器的特征在于，

具有使通过的粒子线的能量衰减的第一构造体及第二构造体，

在将上述脊形过滤器的粒子线入射方向定义为深度方向、将与上述粒子线入射方向呈垂直的平面的一个方向定义为重复方向时，

就上述第一构造体而言，

含有与上述深度方向平行的直线和与上述重复方向平行的直线的平面上的第一截面形状为以上述第一截面形状的重心为对称点的点对称形状，上述重心为上述重复方向的中心线与上述深度方向的中心线的交点，

将上述第一截面形状的上述深度方向的最上游的边设为第一边、将最下游的边设为第二边时，上述第一边和上述第二边平行且上述第一边和上述第二边的长度在重复方向上最长，

由上述第一边和上述第二边构成的四边形为平行四边形，

上述第二构造体具有使上述第一构造体在与上述深度方向垂直的面翻转而成的形状，

在上述重复方向上配置有多个上述第一构造体及上述第二构造体。

2.根据权利要求1所述的脊形过滤器，其特征在于，

在上述深度方向上，上述第一构造***于比上述第二构造体靠上游侧。

3.根据权利要求1所述的脊形过滤器，其特征在于，

具备：台座部，其在上述第一构造体的上述深度方向的最上游面或最下游面，或者在上述第二构造体的上述深度方向的最上游面或最下游面固定上述第一构造体或上述第二构造体；以及

夹着多个上述台座部的固定部。

4.根据权利要求2所述的脊形过滤器，其特征在于，

具备：台座部，其在上述第一构造体的上述深度方向的最上游面或最下游面，或者在上述第二构造体的上述深度方向的最上游面或最下游面固定上述第一构造体或上述第二构造体；以及

夹着多个上述台座部的固定部。

5.根据权利要求3所述的脊形过滤器，其特征在于，

脊形过滤器为一体成型件。

6.根据权利要求4所述的脊形过滤器，其特征在于，

脊形过滤器为一体成型件。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的脊形过滤器，其特征在于，

上述第一构造体和上述第二构造体在上述深度方向上层叠。

8.根据权利要求7所述的脊形过滤器，其特征在于，

由所层叠的第一构造体和第二构造体构成的上述平面上的第二截面形状，与上述平面上的间隙的第三截面形状为相同形状。

9.根据权利要求1～6中任一项所述的脊形过滤器，其特征在于，

在上述深度方向上翻转时为相同形状。

10.根据权利要求1～6中任一项所述的脊形过滤器，其特征在于，

在从上述深度方向观察时，上述第一构造体和上述第二构造体交替配置。

11.一种粒子线治疗***，其具备脊形过滤器，

上述粒子线治疗***的特征在于，

上述脊形过滤器具有使通过的粒子线的能量衰减的第一构造体及第二构造体，

在将上述脊形过滤器的粒子线入射方向定义为深度方向、将与上述粒子线入射方向呈垂直的平面的一个方向定义为重复方向时，

就上述第一构造体而言，

含有与上述深度方向平行的直线和与上述重复方向平行的直线的平面上的第一截面形状为以上述截面形状的重心为对称点的点对称形状，上述重心为上述重复方向的中心线与上述深度方向的中心线的交点，

将上述截面形状的上述深度方向的最上游的边设为第一边、将最下游的边设为第二边时，上述第一边和上述第二边平行且上述第一边和上述第二边的长度在重复方向上最长，

由上述第一边和上述第二边构成的四边形为平行四边形，

上述第二构造体具有使上述第一构造体在与上述深度方向垂直的面翻转而成的形状，

在上述重复方向上配置有多个上述第一构造体及上述第二构造体。

12.一种脊形过滤器的制造方法，上述脊形过滤器用于扩大光束的能量分布，

上述脊形过滤器的制造方法的特征在于，

上述脊形过滤器具有使通过的粒子线的能量衰减的第一构造体及第二构造体，

在将上述脊形过滤器的粒子线入射方向定义为深度方向、将与上述粒子线入射方向呈垂直的平面的一个方向定义为重复方向时，

就上述第一构造体而言，

含有与上述深度方向平行的直线和与上述重复方向平行的直线的平面上的截面形状为以上述截面形状的重心为对称点的点对称形状，上述重心为上述重复方向的中心线与上述深度方向的中心线的交点，

将上述截面形状的上述深度方向的最上游的边设为第一边、将最下游的边设为第二边时，上述第一边和上述第二边平行且上述第一边和上述第二边的长度在重复方向上最长，

由上述第一边和上述第二边构成的四边形为平行四边形，

上述第二构造体具有使上述第一构造体在与上述深度方向垂直的面翻转而成的形状，

在上述重复方向上配置有多个上述第一构造体及上述第二构造体。