JPH11253563A - 荷電粒子ビーム照射方法及び装置 - Google Patents

荷電粒子ビーム照射方法及び装置

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JPH11253563A
JPH11253563A JP10057695A JP5769598A JPH11253563A JP H11253563 A JPH11253563 A JP H11253563A JP 10057695 A JP10057695 A JP 10057695A JP 5769598 A JP5769598 A JP 5769598A JP H11253563 A JPH11253563 A JP H11253563A
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charged particle
particle beam
layer
intensity
irradiation
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JP10057695A
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Hiroshi Akiyama
秋山　　浩
Kazuo Hiramoto
和夫 平本
Koji Matsuda
浩二 松田
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】荷電粒子ビームを出射する加速器の制御が簡単
で、かつ走査電磁石の電源のコストを低減できる荷電粒
子ビーム照射方法及び照射装置を提供することにある。 【解決手段】加速器１０から出射された荷電粒子ビーム
を、電磁石３１ａ，３１ｂにより走査しがら、荷電粒子
ビームの進行方向に患部を複数に分割してなる各層に照
射する荷電粒子ビーム照射方法において、ある第１の層
に照射する荷電粒子ビームの強度を、前記荷電粒子ビー
ムの進行方向に対して前記第１の層よりも深い位置にあ
る第２の層に照射する荷電粒子ビームの強度よりも低く
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子ビームを
照射することにより癌を治療する荷電粒子ビーム照射方
法及び装置に係り、特に患部の形状に応じて荷電粒子ビ
ームを照射することができる荷電粒子ビーム照射方法及
び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】加速器等で発生した高エネルギーの荷電
粒子ビーム、例えば陽子のビームにより癌を治療する場
合、最大で２３０ＭｅＶ程度のエネルギーを持つビーム
により、直径２０ｃｍ程度の範囲を照射しなければなら
ない。そのための従来の技術として、患部を体内深さ方
向に複数の層に分割し、各層毎にその形状に合わせて荷
電粒子ビームを走査して照射する方法が、レヴュー・オ
ブ・サイエンス・インストルメント，第６４巻，第８
号，(１９９３年８月)，Ｗ.Ｔ.Ｃｈｕの第２０９２頁か
ら第２０９３頁に記載されている。
【０００３】図９は、上記文献に記載された荷電粒子ビ
ームの照射装置の構成を示す。図９において、加速器か
ら出射された荷電粒子ビーム９０は、デグレーダ１７に
よりエネルギーが調節され、患部２０２における複数の
層（２１０〜２１２）に深い層から浅い層へと順に照射
される。また、各層の面内では、照射装置内において偏
向の向きが垂直となるように配置された第１の走査電磁
石３１ａと第２の走査電磁石３１ｂを用いて、ビームが
走査される。
【０００４】上記文献は荷電粒子ビームの走査方法とし
て、円形に走査するウォブラー走査法，ジグザグに走査
するラスター走査法、及びピクセル状に照射するピクセ
ル走査法について記載している。図１０は、ラスター走
査法による荷電粒子ビームの照射方法を示す。図１０に
示すように、第１層２１０において荷電粒子ビーム２２
０は、第１層２１０の形状に合わせてジグザグに走査さ
れる。第ｎ層２１２においても同様に走査される。
【０００５】図１１は、エネルギーの大きな荷電粒子ビ
ーム２３０と、エネルギーの小さな荷電粒子ビーム２３
１を照射した場合の、それぞれの到達深さと線量との関
係を示す。図１１に示すように、荷電粒子ビームはブラ
ッグピークと呼ばれる線量のピークを有し、そのピーク
が出る到達深さはエネルギーが大きいほど深くなる。ま
た、図１１に示すように、ブラッグピークの出る部分よ
り浅いところでも、線量は少ないが荷電粒子ビームが照
射される。
【０００６】つまり、図１０において、第１層２１０に
荷電粒子ビーム２２０を照射したときに、第ｎ層２１２
のうち領域２２２にも荷電粒子ビーム２２０が照射され
ている。したがって、第ｎ層２１２を照射する場合、領
域２２２に照射する荷電粒子ビーム（点線）の線量を少
なくしなければならない。図１０では、簡単のために第
１層と第ｎ層のみを示したが、実際には第１層から第ｎ
−１層の照射の重ね合わせとなるため、点線の部分の線
量は、実線の部分と比較して１０分の１以下の線量で照
射しなければならない。
【０００７】そのために、前述の文献では、次の２つの
照射方法を提案している。第１の方法は、各層を照射す
る時の走査速度を一定として、領域２２２を照射する際
に荷電粒子ビームの強度を低下させる方法である。第２
の方法は、各層を照射する時の荷電粒子ビームの強度を
一定として、領域２２２を照射する際に荷電粒子ビーム
の走査速度を速める方法である。この２つの方法により
領域２２２における荷電粒子ビームの照射線量を低下さ
せることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の第１の
方法では、１つの層を照射している間に照射位置に応じ
て、ビームの強度を大きく変化させなければならない。
すなわち、１つの層を照射する０.１ 秒から２秒程度の
間に、各荷電粒子ビームの強度を例えば１から１０分の
１まで変化させなければならず、ビームを出射する加速
器の制御が複雑になるという問題があった。
【０００９】また、第２の方法では、領域２２２を照射
するときのビームの走査速度を例えば１０倍に速めて照
射しなければならず、走査電磁石の磁場強度の時間変化
を大きくしなければならない。そのため、走査電磁石の
電源電圧が高くなり、電源のコストが高くなるという問
題があった。
【００１０】本発明の目的は、荷電粒子ビームを出射す
る加速器の制御が簡単で、かつ走査電磁石の電源のコス
トを低減できる荷電粒子ビーム照射方法及び装置を提供
することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する第１
の発明の特徴は、加速器から出射された荷電粒子ビーム
を、電磁石により走査しながら、前記荷電粒子ビームの
進行方向に患部を複数に分割してなる各層に照射する荷
電粒子ビーム照射方法において、ある第１の層に照射す
る荷電粒子ビームの強度を、前記荷電粒子ビームの進行
方向に対して前記第１の層よりも深い位置にある第２の
層に照射する荷電粒子ビームの強度よりも低くすること
にある。
【００１２】第１の発明によれば、第１の層に照射する
荷電粒子ビームの強度を、第２の層に照射する荷電粒子
ビームの強度よりも低くすることにより、第１の層に照
射する荷電粒子ビームの走査速度を低下させることがで
きるため、電磁石に印加する電圧を下げることができ
る。よって、電磁石の電源のコストを低減できる。ま
た、短い時間内に荷電粒子ビームの強度を大きく変化さ
せなくてもよいため、加速器の制御が簡単である。
【００１３】上記目的を達成する第２の発明の特徴は、
加速器から出射された荷電粒子ビームを、電磁石により
走査しながら、前記荷電粒子ビームの進行方向に患部を
複数に分割してなる各層に照射する荷電粒子ビーム照射
方法において、前記荷電粒子ビームの進行方向に対する
層の位置が浅くなるほど、照射する荷電粒子ビームの強
度を低くすることにある。
【００１４】第２の発明によれば、層の位置が浅くなる
ほど照射する荷電粒子ビームの強度を低くすることによ
り、各層における荷電粒子ビームの走査速度を低下させ
ることができるため、電磁石に印加する電圧を下げるこ
とができる。よって、電磁石の電源のコストを低減でき
る。また、短い時間内に荷電粒子ビームの強度を大きく
変化させなくてもよいため、加速器の制御が簡単であ
る。
【００１５】上記目的を達成する第３の発明の特徴は、
第１或いは第２の発明の特徴に加えて、加速器は、高周
波電場を印加することにより荷電粒子ビームを出射する
シンクロトロンであって、前記荷電粒子ビームの強度
は、前記高周波電場を制御することにより制御されるこ
とにある。
【００１６】第３の発明によれば、前記高周波電場を制
御することにより前記荷電粒子ビームの強度を制御する
ため、ビーム強度の変更に要する時間を短くすることが
でき、治療時間を短縮できる。
【００１７】上記目的を達成する第４の発明の特徴は、
第３の発明の特徴に加えて、高周波電場は、高周波電力
が印加された電極から発生するものであって、前記高周
波電場は、前記高周波電力の電力値を制御することによ
り制御されることにある。
【００１８】第４の発明によれば、高周波電力の電力値
を制御することにより高周波電場を制御するため、高周
波電場の制御を簡単に行うことができる。
【００１９】上記目的を達成する第５の発明の特徴は、
第１或いは第２の発明の特徴に加えて、荷電粒子ビーム
の強度は、加速器に入射するイオンの量を制御すること
により制御されることにある。
【００２０】第５の発明によれば、加速器に入射するイ
オンの量を必要最小限に抑えることができるため、加速
器において不要となるビームを減らすことができ、機器
の放射化を低減できる。
【００２１】上記目的を達成する第６の発明の特徴は、
第１或いは第２の発明の特徴に加えて、荷電粒子ビーム
の走査は、荷電粒子ビームの線量値に基づいて行われる
ことにある。
【００２２】第６の発明によれば、線量値に基づいて荷
電粒子ビームを走査するため、加速器から出射される荷
電粒子ビームの強度に多少の変動があっても、各層での
線量を正確にコントロールできる。
【００２３】上記目的を達成する第７の発明の特徴は、
第１或いは第２の発明の特徴に加えて、荷電粒子ビーム
は、そのエネルギーを変更することにより照射する層を
変更するものであって、前記エネルギーの変更は、前記
荷電粒子ビームの軌道上に配置されたデグレーダにより
行われることにある。
【００２４】第７の発明によれば、荷電粒子ビームのエ
ネルギーをデグレーダにより変化させるため、加速器の
制御が簡単になる。
【００２５】上記目的を達成する第８の発明の特徴は、
加速器から出射された荷電粒子ビームを走査する電磁石
と、前記荷電粒子ビームの進行方向に患部を複数に分割
してなる層毎に前記荷電粒子ビームを照射する照射手段
とを備えた荷電粒子ビーム照射装置において、ある第１
の層に照射する荷電粒子ビームの強度を、前記荷電粒子
ビームの進行方向に対して前記第１の層よりも深い位置
にある第２の層に照射した荷電粒子ビームの強度よりも
低くする強度制御手段を備えたことにある。
【００２６】第８の発明によれば、上記第１の発明と同
様の作用効果が得られる。
【００２７】上記目的を達成する第９の発明の特徴は、
加速器から出射された荷電粒子ビームを走査する電磁石
と、前記荷電粒子ビームの進行方向に患部を複数に分割
してなる層毎に前記荷電粒子ビームを照射する照射手段
とを備えた荷電粒子ビーム照射装置において、前記荷電
粒子ビームの進行方向に対する層の位置が浅くなるほ
ど、照射する荷電粒子ビームの強度を低くする強度制御
手段を備えたことにある。
【００２８】第９の発明によれば、上記第２の発明と同
様の作用効果が得られる。
【００２９】上記目的を達成する第１０の発明の特徴
は、第８或いは第９の発明の特徴に加えて、強度制御手
段は、加速器から荷電粒子ビームを出射するときに印加
される高周波電場を制御することにより、荷電粒子ビー
ムの強度を制御することにある。
【００３０】第１０の発明によれば、上記第３の発明と
同様の作用効果が得られる。
【００３１】上記目的を達成する第１１の発明の特徴
は、第１０の発明の特徴に加えて、強度制御手段は、加
速器から荷電粒子ビームを出射するときに高周波電場を
発生する電極に加えられる高周波電力の電力値を制御す
ることにより、前記高周波電場を制御することにある。
【００３２】第１１の発明によれば、上記第４の発明と
同様の作用効果が得られる。
【００３３】上記目的を達成する第１２の発明の特徴
は、第８或いは第９の発明の特徴に加えて、強度制御手
段は、加速器に入射するイオンの量を制御することによ
り、荷電粒子ビームの強度を制御することにある。
【００３４】第１２の発明によれば、上記第５の発明と
同様の作用効果が得られる。
【００３５】上記目的を達成する第１３の発明の特徴
は、第８或いは第９の発明の特徴に加えて、荷電粒子ビ
ームの線量値に基づいて電磁石を制御する電磁石制御手
段を備えたことにある。
【００３６】第１３の発明によれば、上記第６の発明と
同様の作用効果が得られる。
【００３７】上記目的を達成する第１４の発明の特徴
は、第８或いは第９の発明の特徴に加えて、荷電粒子ビ
ームの軌道上に配置され、かつ前記荷電粒子ビームのエ
ネルギーの変更するデグレーダを備えたことにある。
【００３８】第１４の発明によれば、上記第７の発明と
同様の作用効果が得られる。
【００３９】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
例を詳細に説明する。
【００４０】（実施例１）図１は、本発明の好適な一実
施例である荷電粒子ビーム照射装置を示す。図１におい
て、治療計画装置６１は、ＣＴ装置（図示せず）により
患者の患部を撮影した画像から患部の体内深さと３次元
形状を求め、その形状から荷電粒子ビーム（以下、ビー
ムと呼ぶ）の線量、照射する範囲及び方向を決める。デ
ータ変換装置６２は、治療計画装置６１において求めら
れた患部の体内深さ，ビームの線量，照射する範囲及び
方向に基づいて、患部をビームの照射方向に複数に分割
してなる層の数ｎ，各層に対するビームのエネルギー及
び強度，各層を照射する際の走査電磁石３１ａ，３１ｂ
の励磁電流値のパターンを求め、制御装置７０に出力す
る。なお、本実施例では、治療計画装置６１とデータ変
換装置６２を別個の装置としているが、同一の装置内に
両者の機能をもたせてもよい。また、制御装置７０にデ
ータ変換装置６２の機能を持たせてもよい。
【００４１】制御装置７０は、照射する層の数ｎ及び現
在照射中の層の番号ｉを管理する照射層管理部７１，一
定周期でパルス信号を出力するパルス発生部７２，走査
電磁石３１ａ，３１ｂの励磁電流を供給する電磁石電源
８１ａ，８１ｂに励磁電流値を指示する励磁電流指示部
７３，７４、照射するビームの強度を制御する強度制御
装置２１にビームの強度を指示する強度指示部７５、及
び照射するビームのエネルギーを制御するエネルギー制
御装置１００にビームのエネルギーを指示するエネルギ
ー指示部７６を備える。また、制御装置７０において、
データ変換装置６２から入力された層の数ｎは照射層管
理部７１に、各層を照射する際の走査電磁石３１ａ，３
１ｂの励磁電流値のパターンは励磁電流指示部７３，７
４に、各層に対するビームの強度は強度指示部７５に、
そして各層に対するビームのエネルギーはエネルギー指
示部７６に、それぞれ入力されて記憶される。なお、本
実施例では、ビームの走査方法としてジグザグに走査す
るラスター走査法を用い、前述の走査電磁石３１ａ，３
１ｂの励磁電流値のパターンは、ビームがジグザグに走
査されるように設定される。
【００４２】制御装置７０において運転員から照射開始
指令が入力されると、照射層管理部７１は、ビームを照
射する層の番号ｉとして「１」を励磁電流指示部７３，
７４、強度指示部７５、及びエネルギー指示部７６に対
して出力する。励磁電流指示部７３，７４は、記憶した
励磁電流値のパターンと層番号「１」に基づいて、第１
層における初期照射位置にビームが照射されるように、
電磁石電源８１ａ，８１ｂに励磁電流値を指示する。強
度指示部７５は、記憶した各層に対するビームの強度と
層番号「１」に基づいて、第１層におけるビームの強度
を強度制御装置２１に指示する。また、エネルギー指示
部７６は、記憶した各層に対するビームのエネルギーと
層番号「１」に基づいて、第１層に対応するビームのエ
ネルギーをエネルギー制御装置１００に指示する。な
お、本実施例の場合、ビームの進行方向に対して最も深
い位置にある層（深い層）から浅い位置にある層(浅い
層)へと順にビームを照射する。従って、第１層とは最
も深い位置にある層を指す。電磁石電源８１ａ，８１ｂ
は、指示された励磁電流値に基づいて走査電磁石３１
ａ，３１ｂを励磁する。走査電磁石３１ａ，３１ｂは与
えられた励磁電流値に応じた磁場を発生し、その磁場に
よりビームの照射位置が初期照射位置に設定される。
【００４３】強度制御装置２１は、指示されたビームの
強度に基づいて、出射用高周波源２２が出力する高周波
電力の電力値及び周波数範囲を求める。なお、強度制御
装置２１において、ビームの強度と高周波電力の電力値
及び周波数範囲との関係は、予めテーブル化しておく。
求められた電力値及び周波数範囲は出射用高周波源２２
に出力され、出射用高周波源２２は与えられた電力値及
び周波数範囲の高周波電力を、照射層管理部７１からの
出射指令に応じて、シンクロトロン１０の出射用高周波
電極１３に印加する。本実施例のシンクロトロン１０で
は、ビームの安定限界を一定に保った状態で、周回中の
ビームに高周波電場を加えることによりビームの振動振
幅を増大させ、振動振幅が増大して安定限界を超えたビ
ームを共鳴を用いて出射する。出射用高周波電極１３
は、前述の振動振幅を増大させるための高周波電場を加
える電極である。このシンクロトロン１０では、ビーム
に高周波電場を加える出射用高周波電極１３に印加する
高周波電力の電力値及び周波数範囲を制御することによ
って、照射されるビームの強度を制御することができ
る。また、高周波電力の電力値及び周波数範囲のどちら
か一方を制御しても、ビーム強度を制御できる。なお、
電力値の制御はアンプのゲインを調節するだけでよく、
周波数範囲の制御に比べて簡単に行うことができる。
【００４４】エネルギー制御装置１００は、シンクロト
ロン１０内を周回するビームが指示されたエネルギーと
なるように、高周波加速空洞１１，偏向電磁石１４及び
４極電磁石１５を制御する。
【００４５】次に照射層管理部７１は、入射器１２に対
してシンクロトロンへのビームの入射を指示し、指示を
受けた入射器１２はビームをシンクロトロンに入射す
る。シンクロトロンに入射されたビームは、高周波加速
空洞１１，偏向電磁石１４及び４極電磁石１５により、
エネルギー指示部７６で指示したエネルギーまで加速さ
れる。
【００４６】ビームの加速終了後、照射層管理部７１
は、出射用高周波源２２に対して出射指令を出力すると
共に、パルス発生部７２に対してパルス発生開始指令を
出力する。出射指令が入力された出射用高周波源２２に
よって、出射用高周波電極１３に高周波電力が印加さ
れ、周回中のビームに対して出射用高周波電極１３から
高周波電場が加えられて、シンクロトロン１０からビー
ムが出射される。出射されたビームは、４極電磁石４１
ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ、偏向電磁石４２
ａ,４２ｂ,４２ｃからなるビーム輸送系により、走査電
磁石３１ａ，３１ｂ、デグレーダ３２，ビーム位置モニ
タ３３，線量モニタ３４からなる照射装置に導かれる。
ビームは、走査電磁石３１ａ，３１ｂが発生する磁場に
より、初期照射位置に照射される。
【００４７】パルス発生部７２は、パルス発生開始指令
が入力された後、パルス信号を一定周期で励磁電流指示
部７３，７４に出力する。パルス信号が入力された励磁
電流指示部７３，７４は、記憶した励磁電流値のパター
ンに基づいて、次の照射位置にビームが照射されるよ
う、電磁石電源８１ａ，８１ｂに指示した励磁電流値を
変更する。電磁石電源８１ａ，８１ｂは、変更された励
磁電流値に基づいて走査電磁石３１ａ，３１ｂを励磁す
る。走査電磁石３１ａ，３１ｂは変更された励磁電流値
に応じた磁場を発生し、その磁場によりビームの照射位
置が初期照射位置から次の照射位置へと移動する。この
ようにして、パルス信号が発生する度に励磁電流値のパ
ターンに基づいて、電磁石電源８１ａ，８１ｂに指示す
る励磁電流値の変更を繰り返し、照射位置を移動させて
いく。それにより、図１０に示すようにビームをジグザ
グに走査し、第１層を照射する。なお、第１層を照射す
る場合、ビームの照射線量は一定、つまり走査速度は一
定で良いため、ある照射位置から次の照射位置に移動す
る際の移動距離（励磁電流値の変化量）も一定でよい。
【００４８】励磁電流値のパターンに基づいて第１層を
走査し終わった時点で、照射層管理部７１は、パルス発
生部７２，強度指示部７５、及びエネルギー指示部７６
に対して停止指令を出力する。停止指令を受けたパルス
発生部７２は、パルス信号の出力を停止する。強度指示
部７５はビームの強度の指示を停止し、それにより出射
用高周波電極１３への高周波電力の印加が停止され、ビ
ームの出射も停止する。エネルギー指示部７６は、エネ
ルギー制御装置１００に対してビームを所定の速度まで
減速するよう指示を出す。このように本実施例では、第
１層を照射終了後、ビームの照射を停止する。
【００４９】次に照射層管理部７１は、ビームを照射す
る層の番号ｉとして「２」を、励磁電流指示部７３，７
４、強度指示部７５、及びエネルギー指示部７６に入力
する。
【００５０】励磁電流指示部７３，７４は、記憶された
励磁電流値のパターンと層番号「２」に基づいて、第２層
における初期照射位置にビームが照射されるように、電
磁石電源８１ａ，８１ｂに励磁電流値を指示する。な
お、第２層には、第１層にビームを照射したときに照射
された領域が存在するので、その領域においては、照射
されていない領域に比べて走査速度を速くしなければな
らない。そのために第２層に対応する励磁電流値のパタ
ーンは、前述の照射された領域での照射位置間の距離が
長く（励磁電流値の変化量が大きく）なるように設定さ
れている。本実施例では、パルス発生部７２から一定周
期でパルス信号が出力されるため、照射位置間の距離を
長くすることで走査速度を速くできる。
【００５１】強度指示部７５は、記憶された各層に対す
るビームの強度と層番号「２」に基づいて、第２層にお
けるビームの強度を強度制御装置２１に指示する。ここ
で、第２層におけるビームの強度は、第１層の場合と比
べて低く設定されている。前述したように、第２層には
第１層を照射した際に照射された領域が存在するため、
第１層と同じビームの強度で第２層を照射する場合、既
に照射されている領域では照射線量を少なくするため
に、第１層に比べて走査速度を速くしなければならい。
一方、本実施例では、ビームの強度を低くすることでそ
の走査速度の上昇を抑制することができる。
【００５２】本実施例における第２層のビーム強度の決
め方を、以下説明する。ここで、患部全体に照射しなけ
ればならない線量が１０で、第１層におけるビーム強度
を１とする。第２層のうち既に照射されている領域での
照射線量が５である場合、第２層におけるビームの強度
は０.５ とする。このように第２層のビームの強度を設
定することにより、第１層におけるビームの走査速度
と、第２層の既に照射されている領域におけるビームの
走査速度とが等しくなる。すなわち、ビーム強度１で線
量１０を照射する場合と、ビーム強度０.５ で線量５を
照射する場合のビームの走査速度は等しい。なお、第２
層のうち照射されていない領域における走査速度は、ビ
ーム強度０.５ で線量１０を照射するため、第１層にお
ける走査速度の半分となる。このように、第１層におけ
る走査速度と、第２層における最大の走査速度とが等し
くなるように、第２層におけるビーム強度を設定する。
一方、従来技術のように第１層及び第２層を同じビーム
強度で照射するならば、第２層の既に照射されている領
域における走査速度は第１層の２倍となる。
【００５３】層の番号ｉとして「２」が入力されたエネ
ルギー指示部７６は、記憶された各層に対するビームの
エネルギーと層番号「２」に基づいて、第２層に対応す
るビームのエネルギーをエネルギー制御装置１００に指
示する。なお、第２層は第１層よりも浅い位置にあるた
め、ビームのエネルギーは低く設定される。つまり、層
の位置が浅いほどエネルギーも小さくなる。
【００５４】以下、第１層を照射した場合と同様に、ビ
ームをシンクロトロンから出射し、出射されたビームを
走査して第２層にビームを照射する。
【００５５】第３層から第ｎ層についても同様にビーム
を照射することにより、患部全体にビームが照射され
る。なお、第３層から第ｎ層へと層の位置が浅くなるほ
ど、予め照射される線量が増加し、かつその線量分布が
複雑化する。そのような場合でも、層の中で照射された
線量の最も多い領域における走査速度が、第１層におけ
る走査速度と等しくなるように、ビームの強度を設定す
ればよい。
【００５６】図２は、本実施例において、運転員により
照射開始指令が制御装置７０に入力されてから、第ｎ層
の照射が終了（患部全体の照射が終了）するまでの流れ
を示すフローチャートである。
【００５７】このように本実施例では、各層毎にビーム
の強度を設定するため、各層におけるビームの強度を一
定にした場合と比べて、走査速度の最大値を低下させる
ことができる。走査速度は走査電磁石３１ａ，３１ｂの
磁場の時間変化に比例し、磁場の時間変化は電磁石電源
８１ａ，８１ｂの電流の時間変化、すなわち電磁石電源
８１ａ，８１ｂの出力電圧に比例する。そのため、本実
施例のようにビームの走査速度の最大値を低減すれば、
電磁石電源８１ａ，８１ｂの出力電圧を低くすることが
でき、電磁石電源８１ａ，８１ｂのコストを低減でき
る。
【００５８】また、本実施例の、出射用高周波源２２か
ら出力される高周波電力の電力値及び周波数幅を制御す
ることによるビーム強度の制御は、電気的な制御である
ため応答が早く、ビーム強度の変更に要する時間が短
い。そのため治療時間を短縮できる。
【００５９】なお、本実施例ではシンクロトロン１０に
おいてビームのエネルギーを変化させているが、エネル
ギーを細かく制御しようとするとシンクロトロン１０の
制御が複雑になるため、エネルギーの細かな制御のため
にデグレーダ３２を用いてもよい。
【００６０】更に、本実施例では、層の中で照射された
線量が最も多い領域における走査速度が、第１層におけ
る走査速度と等しくなるようにビームの強度を設定して
いるが、層の線量の平均値を基準としてビーム強度を設
定すれば、走査速度の平均値が第１層における走査速度
と等しくなり、電磁石電源８１ａ，８１ｂの出力電圧を
低減することが可能である。このように、第１層におけ
るビームの強度よりも、第２層〜第ｎ層におけるビーム
強度を少しでも小さくすることにより、走査速度の最大
値を低下することができる。
【００６１】（実施例２）本発明の他の実施例である荷
電粒子ビーム照射装置を図３を用いて以下に説明する。
本実施例は、照射位置の変更を測定した照射線量に基づ
いて行う荷電粒子ビーム照射装置である。本実施例につ
いて、実施例１と異なる点を説明する。
【００６２】本実施例の照射装置は、実施例１のパルス
発生部７２に代えて線量管理部７７を備える。本実施例
において、データ変換装置６２は、層の数ｎ、各層に対
するビームのエネルギー及び強度、走査電磁石３１ａ．
３１ｂの励磁電流値のパターンに加えて、層内の各照射
位置において必要とされる照射線量値を求める。この照
射線量値は、線量管理部７７に出力され、線量管理部７
７は入力された照射線量値を照射位置と対応させて記憶
する。
【００６３】ビームの加速終了後、照射層管理部７１
は、出射用高周波源２２に対して出射指令を出力すると
共に、線量管理部７７に対して線量管理開始指令を出力
する。線量管理部７７は、照射層管理部７１からの指令
が入力されると、線量モニタ３４で計測したビームの線
量値と、予め照射位置と対応させて記憶した照射線量値
のうち初期照射位置に対応する照射線量値とを比較す
る。比較した結果、計測したビームの線量値が初期照射
位置に対応する照射線量値に達した場合に、励磁電流指
示部７３，７４にパルス信号を出力する。パルス信号が
入力された励磁電流指示部７３，７４は、照射位置が初
期照射位置から次の照射位置に変更されるように、励磁
電流値のパターンに基づいて、電磁石電源８１ａ，８１
ｂに指示した励磁電流値を変更する。
【００６４】その後も線量管理部７７は、線量モニタ３
４で計測したビームの線量値と、予め照射位置と対応さ
せて記憶した照射線量値とを繰り返し比較し、計測した
ビームの線量値がその照射位置において必要とされる照
射線量値に達した時点で、パルス信号を出力する。この
ようにして、ビームの線量値が必要とされる照射線量値
に達する度に照射位置を変更することにより、ビームを
走査し、各層を照射する。なお、本実施例において、線
量モニタ３３からの線量値の取り込みは、線量値をアナ
ログ・デジタル変換器で取り込むか、または一定線量に
達した場合にパルスを発生させ、パルスの数をカウント
することにより測定した線量値を取り込めばよい。
【００６５】以上説明した点以外は、実施例１と同じで
ある。
【００６６】図４は、本実施例において、運転員により
照射開始指令が制御装置７０に入力されてから、第ｎ層
の照射が終了（患部全体の照射が終了）するまでの流れ
を示すフローチャートである。
【００６７】本実施例によれば、実施例１の効果に加え
て、線量値により照射位置の変更をするため、シンクロ
トロン１０から出射されるビームの強度に多少の変動が
あっても、各照射位置での線量を正確にコントロールで
きる。
【００６８】なお、本実施例では、層を照射する際にビ
ームを停止せず連続的に照射しているが、線量モニタ３
３で計測された線量値と線量管理部７７に記憶された照
射線量値とが一致した場合にビームの照射を停止し、走
査電磁石３１ａ，３１ｂの磁場（励磁電流）が変更され
た後に再度ビームを照射してもよい。
【００６９】（実施例３）本発明の他の実施例である荷
電粒子ビーム照射装置を図５を用いて以下に説明する。
本実施例は、ビームのエネルギーをデグレーダによって
変更する荷電粒子ビーム照射装置である。本実施例につ
いて、実施例１と異なる点を説明する。
【００７０】本実施例の照射装置は、実施例１のエネル
ギー制御装置１００に代えてデグレーダ駆動装置２００
を備えている。エネルギー指示部７６は、デグレーダ駆
動装置２００に対してビームのエネルギーを指示する。
デグレーダ駆動装置２００は、予めビームのエネルギー
と必要とされるデグレーダの厚みとの関係を記憶してお
り、指示されたエネルギーに応じてデグレーダ３２の厚
みを決定する。更に、デグレーダ駆動部２００は、決定
した厚みに基づいて、厚みの異なる複数の板からなるデ
グレーダ３２の板の組み合わせを決定し、ビームの軌道
上に配置する。なお、デグレーダ３２を構成する板は、
通過するビームのエネルギーを低下させる性質を持つ。
なお、本実施例において、シンクロトロン１０から出射
するビームのエネルギーは、必要とされる最大のエネル
ギーとし、エネルギーを低下させる必要がある場合にデ
グレーダ３２を使用する。
【００７１】以上説明した点以外は、実施例１と同じで
ある。
【００７２】本実施例によれば、実施例１の効果に加え
て、ビームのエネルギーをデグレーダ３２で変化させる
ためシンクロトロンの制御を簡単にできる。
【００７３】（実施例４）本発明の他の実施例である荷
電粒子ビーム照射装置を図６を用いて以下に説明する。
本実施例は、入射器１２のイオン源１６で発生するイオ
ンの量を変更することによってビームの強度を変更する
荷電粒子ビーム照射装置である。本実施例について、実
施例１と異なる点を説明する。
【００７４】本実施例の照射装置は、強度制御装置２１
を備えておらず、強度指示部７５はイオン源１６に対し
てビーム強度を指示する。イオン源１６は、指示された
ビーム強度に応じて発生するイオンの量を変更する。つ
まり、指示されたビーム強度が大きいほど、発生するイ
オンの量を多くする。なお、本実施例において、出射用
高周波電極１３に印加する高周波電力は一定とする。
【００７５】本実施例によれば、実施例１の効果に加え
て、シンクロトロン１０に入射するビームの量を必要最
小限に抑えることができるため、シンクロトロン１０に
おいて不要となるビームを減らすことができ、機器の放
射化を低減できる。
【００７６】なお、本実施例において、入射器１２とシ
ンクロトロン１０を接続するビーム輸送系にスリットを
設け、そのスリットの幅によってシンクロトロン１０に
入射するイオンの量を変更してもよい。
【００７７】以上、ビームをジグザグに走査する場合に
ついて各実施例で説明したが、各実施例においてビーム
をピクセル状に走査する場合には、シンクロトロン１０
からビームを出射するための制御を簡単化することがで
きる。ビームをピクセル状に走査する場合に、従来のよ
うに各層におけるビームの強度を一定とすると、浅い層
では既に照射されている領域において照射時間を短くし
なければならない。そのため、短い周期でビームをオン
オフしなければならず、シンクロトロン１０におけるビ
ーム出射の制御が複雑化してしまう。一方、本実施例で
は、浅い層でビーム強度を小さくするのでビームの照射
時間を長くすることができ、そのため前述のように、シ
ンクロトロン１０からビームを出射するための制御を簡
単化することができる。
【００７８】（実施例５）本発明の他の実施例である荷
電粒子ビーム照射装置を図７を用いて以下に説明する。
本実施例は、加速器としてサイクロトロンを用いた荷電
粒子ビーム照射装置である。本実施例について、実施例
３と異なる点を説明する。
【００７９】強度指示部７５は、サイクロトロン１９の
イオン源（図示せず）に対してビームの強度を指示し、
その指示に応じてイオン源からサイクロトロン１９に入
射するイオンの量を制御することにより、サイクロトロ
ン１９から出射するビームの強度を調節する。また、本
実施例において、照射層管理部７１から出力される出射
指令は、サイクロトロン１９のイオン源に入力され、イ
オン源はその指令に応じてビームをサイクロトロン１９
に入射する。更にサイクロトロン１９からのビームの出
射を停止する際には、照射層管理部７１から停止指令を
イオン源に入力し、イオン源からサイクロトロン１９へ
のビームの入射を停止する。
【００８０】なお、本実施例では、イオン源からサイク
ロトロンに入射するイオンの量を制御することにより、
ビームの強度を調節しているが、ビーム輸送系に設けた
スリット１８の幅を制御することにより、ビームの強度
を調節してもよい。また、ビームのエネルギーはデグレ
ーダ３２により制御しているが、サイクロトロン１６の
下流に配置したデグレーダ１７によって制御してもよ
い。更に、本実施例において、加速器として線形加速器
を用いてもよい。
【００８１】本実施例によれば、実施例３と同様の効果
を得られる。
【００８２】なお、実施例１〜４において、ビーム輸送
系に配置したスリットによってビーム強度を変更しても
同様の効果が得られる。
【００８３】（実施例６）本発明の他の実施例である荷
電粒子ビーム照射装置を図８を用いて以下に説明する。
本実施例は、ビームを複数回円形に回転走査して、平坦
な線量分布を作り、それを多葉コリメータによって患部
の形状に合わせて整形して照射する荷電粒子ビーム照射
装置である。本実施例について、実施例３と異なる点を
説明する。本実施例において、データ変換装置６２にお
いて求められる励磁電流値のパターンは、ビームが一定
速度で円形に走査されるように設定され、励磁電流指示
部７３，７４に記憶される。また、データ変換装置６２
は、各層において必要とされるビームの照射線量値を求
め、パルス発生部７２に記憶させる。更に、データ変換
装置６２は、各層に対するビームの強度を強度指示部７
５に出力するが、この強度は、層の位置が浅くなるほど
小さく設定される。
【００８４】パルス発生部７２は、照射層管理部７１か
らパルス発生開始指令が入力されると、励磁電流指示部
７３，７４に対して一定周期でパルス信号を発生する。
パルス信号が入力された励磁電流指示部７３，７４は、
励磁電流値のパターンに基づいて、パルス信号が入力さ
れる度に電磁石電源８１ａ，８１ｂに指示する励磁電流
値を変更する。走査電磁石３１ａ，３１ｂは、電磁石電
源８１ａ，８１ｂから入力された励磁電流値に応じて磁
場を発生し、ビームを一定速度で円形に走査する。円形
に走査されたビームは散乱体３６により患部の大きさ以
上に拡大される。多葉コリメータ３５は、拡大されたビ
ームを患部の形状に合うように整形する。整形されたビ
ームは、ボーラス３７により患部の下部形状に飛程が合
わせられる。
【００８５】線量モニタ３４は、ビームの線量値を計測
し、パルス発生部７２に出力する。パルス発生部７２
は、記憶した各層に対する照射線量値と計測した線量値
とを比較し、計測した線量値が記憶した照射線量値に達
したときに、励磁電流指示部７３，７４に対するパルス
信号の出力を停止する。このようにして層を照射し終わ
った時点で、照射層管理部７１は強度指示部７５、及び
エネルギー指示部７６に対して停止指令を出力する。
【００８６】以上説明した点以外は、実施例３と同じで
ある。
【００８７】本実施例のように、ビームを円形に複数回
走査して各層を照射する場合、浅い層におけるビーム強
度を深い層におけるビーム強度と等しくすると、浅い層
では線量を小さくするためにビームの照射時間が短くな
り、ビームの回転走査数も少なくなる。このときビーム
の強度に時間変動が発生すると、線量分布の一様性が悪
化する。また、ビームのオンオフによる立ち上がり，立
ち下がりの線量分布への影響が大きくなる。しかしなが
ら、本実施例のように、層の位置が浅くなるほどビーム
の強度を小さくすることにより、照射時間を長くするこ
とができ、ビームの回転走査数を多くすることで線量分
布の一様性を向上できる。
【００８８】
【発明の効果】以上説明したように、第１及び第８の発
明によれば、電磁石に印加する電圧を下げることができ
るため、電磁石の電源のコストを低減できる。また、加
速器の制御が簡単である。
【００８９】第２及び第９の発明によれば、電磁石に印
加する電圧を下げることができるため、電磁石の電源の
コストを低減できる。また、加速器の制御が簡単であ
る。
【００９０】第３及び第１０の発明によれば、ビーム強
度の変更に要する時間を短くすることができ、治療時間
を短縮できる。
【００９１】第４及び第１１の発明によれば、高周波電
場の制御を簡単に行うことができる。
【００９２】第５及び第１２の発明によれば、加速器に
おいて不要となるビームを減らすことができ、機器の放
射化を低減できる。
【００９３】第６及び第１３の発明によれば、加速器か
ら出射される荷電粒子ビームの強度に多少の変動があっ
ても、各層での線量を正確にコントロールできる。
【００９４】第７及び第１４の発明によれば、加速器の
制御が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な一実施例である荷電粒子ビーム
照射装置の構成図である。
【図２】図１の実施例における、荷電粒子ビームの照射
手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明の他の実施例である荷電粒子ビーム照射
装置の構成図である。
【図４】図３の実施例における、荷電粒子ビームの照射
手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の他の実施例である荷電粒子ビーム照射
装置の構成図である。
【図６】本発明の他の実施例である荷電粒子ビーム照射
装置の構成図である。
【図７】本発明の他の実施例である荷電粒子ビーム照射
装置の構成図である。
【図８】本発明の他の実施例である荷電粒子ビーム照射
装置の構成図である。
【図９】従来の荷電粒子ビーム照射装置の構成図であ
る。
【図１０】ラスター走査法による荷電粒子ビームの照射
方法を示す図である。
【図１１】体内深さと線量との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０…シンクロトロン、１１…高周波加速空洞、１２…
入射器、１３…出射用高周波電極、１４…偏向電磁石、
１５…４極電磁石、２１…強度制御装置、２２…出射用
高周波源、３１ａ，３１ｂ…走査電磁石、６１…治療計
画装置、６２…データ変換装置、７０…制御装置、７１
…照射層管理部、７２…パルス発生部、７３，７４…励
磁電流値指示部、７５…強度指示部、７６…エネルギー
指示部、８１ａ，８１ｂ…電磁石電源、１００…エネル
ギー制御装置。

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】加速器から出射された荷電粒子ビームを、
    電磁石により走査しながら、前記荷電粒子ビームの進行
    方向に患部を複数に分割してなる各層に照射する荷電粒
    子ビーム照射方法において、 ある第１の層に照射する荷電粒子ビームの強度を、前記
    荷電粒子ビームの進行方向に対して前記第１の層よりも
    深い位置にある第２の層に照射する荷電粒子ビームの強
    度よりも低くすることを特徴とする荷電粒子ビーム照射
    方法。
  2. 【請求項２】加速器から出射された荷電粒子ビームを、
    電磁石により走査しながら、前記荷電粒子ビームの進行
    方向に患部を複数に分割してなる各層に照射する荷電粒
    子ビーム照射方法において、 前記荷電粒子ビームの進行方向に対する層の位置が浅く
    なるほど、照射する荷電粒子ビームの強度を低くするこ
    とを特徴とする荷電粒子ビーム照射方法。
  3. 【請求項３】前記加速器は、高周波電場を印加すること
    により荷電粒子ビームを出射するシンクロトロンであっ
    て、前記荷電粒子ビームの強度は、前記高周波電場を制
    御することにより制御されることを特徴とする請求項１
    及び２のいずれかに記載の荷電粒子ビーム照射方法。
  4. 【請求項４】前記高周波電場は、高周波電力が印加され
    た電極から発生するものであって、前記高周波電場は、
    前記高周波電力の電力値を制御することにより制御され
    ることを特徴とする請求項３記載の荷電粒子ビーム照射
    方法。
  5. 【請求項５】前記荷電粒子ビームの強度は、前記加速器
    に入射するイオンの量を制御することにより制御される
    ことを特徴とする請求項１及び２のいずれかに記載の荷
    電粒子ビーム照射方法。
  6. 【請求項６】前記荷電粒子ビームの走査は、前記荷電粒
    子ビームの線量値に基づいて行われることを特徴とする
    請求項１及び２のいずれかに記載の荷電粒子照射方法。
  7. 【請求項７】前記荷電粒子ビームは、そのエネルギーを
    変更することにより照射する層を変更するものであっ
    て、前記エネルギーの変更は、前記荷電粒子ビームの軌
    道上に配置されたデグレーダにより行われることを特徴
    とする請求項１及び２のいずれかに記載の荷電粒子ビー
    ム照射方法。
  8. 【請求項８】加速器から出射された荷電粒子ビームを走
    査する電磁石と、前記荷電粒子ビームの進行方向に患部
    を複数に分割してなる層毎に前記荷電粒子ビームを照射
    する照射手段とを備えた荷電粒子ビーム照射装置におい
    て、 ある第１の層に照射する荷電粒子ビームの強度を、前記
    荷電粒子ビームの進行方向に対して前記第１の層よりも
    深い位置にある第２の層に照射した荷電粒子ビームの強
    度よりも低くする強度制御手段を備えたことを特徴とす
    る荷電粒子ビーム照射装置。
  9. 【請求項９】加速器から出射された荷電粒子ビームを走
    査する電磁石と、前記荷電粒子ビームの進行方向に患部
    を複数に分割してなる層毎に前記荷電粒子ビームを照射
    する照射手段とを備えた荷電粒子ビーム照射装置におい
    て、 前記荷電粒子ビームの進行方向に対する層の位置が浅く
    なるほど、照射する荷電粒子ビームの強度を低くする強
    度制御手段を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム照
    射装置。
  10. 【請求項１０】前記強度制御手段は、前記加速器から荷
    電粒子ビームを出射するときに印加される高周波電場を
    制御することにより、荷電粒子ビームの強度を制御する
    ことを特徴とする請求項８及び９のいずれかに記載の荷
    電粒子ビーム照射装置。
  11. 【請求項１１】前記強度制御手段は、前記加速器から荷
    電粒子ビームを出射するときに前記高周波電場を発生す
    る電極に加えられる高周波電力の電力値を制御すること
    により、前記高周波電場を制御することを特徴とする請
    求項８及び９のいずれかに記載の荷電粒子ビーム照射装
    置。
  12. 【請求項１２】前記強度制御手段は、前記加速器に入射
    するイオンの量を制御することにより、荷電粒子ビーム
    の強度を制御することを特徴とする請求項８及び９のい
    ずれかに記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  13. 【請求項１３】前記荷電粒子ビームの線量値に基づいて
    前記電磁石を制御する電磁石制御手段を備えたことを特
    徴とする請求項８及び９のいずれかに記載の荷電粒子照
    射装置。
  14. 【請求項１４】前記荷電粒子ビームの軌道上に配置さ
    れ、かつ前記荷電粒子ビームのエネルギーを変更するデ
    グレーダを備えたことを特徴とする請求項８及び９のい
    ずれかに記載の荷電粒子ビーム照射装置。
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