JP2022152591A - 粒子線治療装置、及び加速器 - Google Patents

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Abstract

【課題】適切な調整態様にて粒子線の強度を調整しつつ、粒子線の走査速度を上げることができる粒子線治療装置、及び加速器を提供する。【解決手段】加速器３は、腫瘍１４の少なくとも一つのレイヤーに基づくイオン源装置６０のパラメータを設定し、粒子線Ｂの強度を調整する。この場合、照射対象となるレイヤーにおいて必要な粒子線Ｂの最大強度が低い場合、イオン源装置６０は、低い強度に対応できるパラメータに抑制した状態にて、粒子を生成することができる（例えば図７（ａ）のレイヤーＬ２やレイヤーＬ３参照）。これにより、イオン源装置６０でのパラメータを適切な大きさに抑制することができる。以上より、適切な調整態様にて粒子線Ｂの強度を調整しつつ、粒子線Ｂの走査速度を上げることができる。【選択図】図５

Description

本発明は、粒子線治療装置、及び加速器に関する。
従来、患者の患部に粒子線を照射することによって治療を行う粒子線治療装置として、例えば、特許文献１に記載された装置が知られている。特許文献１に記載の粒子線治療装置では、粒子線を照射部からスキャニング方式によって照射している。すなわち、照射部は、走査電磁石で走査することで患部に対する粒子線の照射位置を移動させながら、照射を行う。
特開２０１７－２０９３７２号公報
ここで、照射部がスキャニング法によって粒子線の照射を行う場合、照射部は、各照射位置に対する線量を大きくするためには、当該位置に対する照射時間を長くすることで対応していた。これに対し、照射部が高速な走査速度にて照射を行って治療時間を短縮するために、イオン源のパラメータを最大に設定しておき、粒子線の一部をダンパで削ることで粒子線の強度を調整する場合がある。しかし、このような方法では、粒子生成部のパラメータが必要以上に高くなることで、粒子生成部の寿命が短くなるなどの各種問題が発生する場合がある。従って、粒子線の強度を適切な態様にて調整することが求められる。
従って、本発明は、適切な調整態様にて粒子線の強度を調整しつつ、粒子線の走査速度を上げることができる粒子線治療装置、及び加速器を提供することを目的とする。
本発明の一側面に係る粒子線治療装置は、被照射体に対して粒子線を照射する粒子線治療装置であって、加速空間において、粒子線を生成する加速器と、被照射体を仮想的に複数のレイヤーに分け、各レイヤーに対して走査電磁石で粒子線を走査しながら照射する照射部と、加速器は、加速空間で加速する粒子を生成する粒子生成部を備え、加速器は、被照射体の少なくとも一つのレイヤーに基づく粒子生成部のパラメータを設定し、設定されたパラメータに基づき粒子線の強度を調整する。
加速器は、被照射体の少なくとも一つのレイヤーに基づく粒子生成部のパラメータを設定し、設定されたパラメータに基づき粒子線の強度を調整する。この場合、照射対象となるレイヤーにおいて必要な粒子線の最大強度が低い場合、粒子生成部は、小さい強度に対応できるパラメータに抑制した状態にて、粒子を生成することができる。これにより、粒子線生成部でのパラメータを適切な大きさに抑制することができる。また、加速器は、粒子線の照射位置に応じたエネルギーが得られるように、粒子線の強度を調整することで、当該照射位置に対して長時間の照射を行わなくとも、短時間の照射で所望の線量を得ることが可能となる。以上より、適切な調整態様にて粒子線の強度を調整しつつ、粒子線の走査速度を上げることができる。
加速器は、少なくとも一つのレイヤーに対する最大強度に基づいて粒子生成部のパラメータを設定してよい。調整部は、ダンパで粒子線の一部を削ることで強度を調整するため、強度を増加させる方向への調整を行うことはできない。従って、レイヤーに対する最大強度に基づいて粒子線生成部のパラメータを設定することで、出力される粒子線の強度が不足することを抑制できる。
加速器は、最大強度に対して所定の強度を増加させた出力を得られるように、粒子生成部のパラメータを設定してよい。この場合、粒子生成部での経時変化による同じパラメータでも粒子線強度が予定よりも低くなった場合であっても、予め大きい強度を出力できるパラメータを設定しておくことで、強度が不足することを抑制できる。
粒子線治療装置において、加速器は、加速空間にて、デフレクタで粒子線を曲げて当該粒子線の一部をダンパで削ることで粒子線の強度を調整する調整部を備えている。従って、調整部は、粒子線の照射位置に応じた強度が得られるように、削り量を調整することで、当該照射位置に対して長時間の照射を行わなくとも、短時間の照射で所望の線量を得ることが可能となる。
加速器は、予め準備したデータテーブルに基づいて、粒子線の強度を調整してよい。この場合、加速器は、演算の負荷を低減した状態で、粒子線の強度を適切に調整することができる。
照射部は、粒子線の強度を検出する検出部を有し、加速器は、検出部の検出結果をフィードバックして、粒子線の強度を調整してよい。この場合、粒子線の強度が、計画時と異なっていた場合でも、検出部での検出結果に基づいて、粒子線の強度を適切に制御することができる。
本発明の一側面に係る加速器は、被照射体を仮想的に複数のレイヤーに分け、各レイヤーに対してスキャニング法によって照射するための粒子線を生成する加速器であって、加速空間において粒子を生成する粒子生成部を備え、被照射体の少なくとも一つのレイヤーに基づく粒子生成部のパラメータを設定し、設定されたパラメータに基づき粒子線の強度を調整する。
この加速器によれば、上述の粒子線治療装置と同趣旨の作用・効果を得ることができる。
本発明によれば、適切な調整態様にて粒子線の強度を調整しつつ、粒子線の走査速度を上げることができる粒子線治療装置、及び加速器を提供できる。
本発明の一実施形態に係る粒子線治療装置を示す概略構成図である。 図１の荷電粒子線照射システムの照射部付近の概略構成図である。 腫瘍に対して設定されたレイヤーを示す図である。 本発明の実施形態に係る加速器の概略断面図である。 本発明の実施形態に係る加速器の概略平面図である。 ダンパで粒子線の一部を削る様子を示す模式図である。 イオン源装置が生成する粒子によって出力できる粒子線の強度を示すグラフである。 データテーブルのイメージを示す図である。 粒子線治療装置における処理内容を示すフローチャートである。
以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る粒子線治療装置について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係る粒子線治療装置１を示す概略構成図である。粒子線治療装置１は、放射線療法によるがん治療等に利用されるシステムである。粒子線治療装置１は、イオン源装置で生成した荷電粒子を加速して粒子線として出射する加速器３と、粒子線を被照射体へ照射する照射部２と、加速器３から出射された粒子線を照射部２へ輸送するビーム輸送ライン２１と、を備えている。照射部２は、治療台４を取り囲むように設けられた回転ガントリ５に取り付けられている。照射部２は、回転ガントリ５によって治療台４の周りに回転可能とされている。なお、加速器３、照射部２、及びビーム輸送ライン２１の更に詳細な構成については、後述する。
図２は、図１の粒子線治療装置１の照射部付近の概略構成図である。なお、以下の説明においては、「Ｘ軸方向」、「Ｙ軸方向」、「Ｚ軸方向」という語を用いて説明する。「Ｚ軸方向」とは、粒子線Ｂの基軸ＡＸが延びる方向であり、粒子線Ｂの照射の深さ方向である。なお、「基軸ＡＸ」とは、後述の走査電磁石５０で偏向しなかった場合の粒子線Ｂの照射軸とする。図２では、基軸ＡＸに沿って粒子線Ｂが照射されている様子を示している。「Ｘ軸方向」とは、Ｚ軸方向と直交する平面内における一の方向である。「Ｙ軸方向」とは、Ｚ軸方向と直交する平面内においてＸ軸方向と直交する方向である。
まず、図２を参照して、本実施形態に係る粒子線治療装置１の概略構成について説明する。粒子線治療装置１はスキャニング法に係る照射装置である。なお、スキャニング方式は特に限定されず、ラインスキャニング、ラスタースキャニング、スポットスキャニング等を採用してよい。図２に示されるように、粒子線治療装置１は、加速器３と、照射部２と、ビーム輸送ライン２１と、制御部７と、治療計画装置９０と、記憶部９５と、を備えている。
加速器３は、荷電粒子を加速して予め設定された強度の粒子線Ｂを出射する装置である。加速器３として、例えば、サイクロトロン、シンクロサイクロトロン等が挙げられる。なお、加速器３として予め定めた強度の粒子線Ｂを出射するサイクロトロンを採用する場合、エネルギー調整部２０（図１参照）を採用することで、照射部２へ送られる粒子線のエネルギーを調整（低下）させることが可能となる。この加速器３は、制御部７に接続されており、供給される電流が制御される。加速器３で発生した粒子線Ｂは、ビーム輸送ライン２１によって照射部２へ輸送される。ビーム輸送ライン２１は、加速器３と、エネルギー調整部２０と、照射部２と、を接続し、加速器３から出射された粒子線を照射部２へ輸送する。
照射部２は、患者１５の体内の腫瘍（被照射体）１４に対し、粒子線Ｂを照射するものである。粒子線Ｂとは、電荷をもった粒子を高速に加速したものであり、例えば陽子線、重粒子（重イオン）線、電子線等が挙げられる。具体的に、照射部２は、イオン源（不図示）で生成した荷電粒子を加速する加速器３から出射されてビーム輸送ライン２１で輸送された粒子線Ｂを腫瘍１４へ照射する装置である。照射部２は、走査電磁石５０、四極電磁石８、プロファイルモニタ１１、ドーズモニタ１２、ポジションモニタ１３ａ，１３ｂ、コリメータ４０、及びディグレーダ３０を備えている。走査電磁石５０、各モニタ１１，１２，１３ａ，１３ｂ、四極電磁石８、及びディグレーダ３０は、収容体としての照射ノズル９に収容されている。このように、照射ノズル９に各主構成要素を収容することによって照射部２が構成されている。なお、四極電磁石８、プロファイルモニタ１１、ドーズモニタ１２、ポジションモニタ１３ａ，１３ｂ、及びディグレーダ３０は省略してもよい。
走査電磁石５０として、Ｘ軸方向走査電磁石５０Ａ及びＹ軸方向走査電磁石５０Ｂが用いられる。Ｘ軸方向走査電磁石５０Ａ及びＹ軸方向走査電磁石５０Ｂは、それぞれ一対の電磁石から構成され（図５参照）、制御部７から供給される電流に応じて一対の電磁石間の磁場を変化させ、当該電磁石間を通過する粒子線Ｂを走査する。Ｘ軸方向走査電磁石５０Ａは、Ｘ軸方向に粒子線Ｂを走査し、Ｙ軸方向走査電磁石５０Ｂは、Ｙ軸方向に粒子線Ｂを走査する。これらの走査電磁石５０は、基軸ＡＸ上であって、加速器３よりも粒子線Ｂの下流側にこの順で配置されている。なお、走査電磁石５０は、治療計画装置９０で予め計画されたスキャンパターンで粒子線Ｂが照射されるように、粒子線Ｂを走査する。走査電磁石５０をどのように制御するかについては、後述する。
四極電磁石８は、Ｘ軸方向四極電磁石８ａ及びＹ軸方向四極電磁石８ｂを含む。Ｘ軸方向四極電磁石８ａ及びＹ軸方向四極電磁石８ｂは、制御部７から供給される電流に応じて粒子線Ｂを絞って収束させる。Ｘ軸方向四極電磁石８ａは、Ｘ軸方向において粒子線Ｂを収束させ、Ｙ軸方向四極電磁石８ｂは、Ｙ軸方向において粒子線Ｂを収束させる。四極電磁石８に供給する電流を変化させて絞り量（収束量）を変化させることにより、粒子線Ｂのビームサイズを変化させることができる。四極電磁石８は、基軸ＡＸ上であって加速器３と走査電磁石５０との間にこの順で配置されている。なお、ビームサイズとは、ＸＹ平面における粒子線Ｂの大きさである。また、ビーム形状とは、ＸＹ平面における粒子線Ｂの形状である。
プロファイルモニタ１１は、初期設定の際の位置合わせのために、粒子線Ｂのビーム形状及び位置を検出する。プロファイルモニタ１１は、基軸ＡＸ上であって四極電磁石８と走査電磁石５０との間に配置されている。ドーズモニタ１２は、粒子線Ｂの線量を検出する。ドーズモニタ１２は、基軸ＡＸ上であって走査電磁石５０に対して下流側に配置されている。ポジションモニタ１３ａ，１３ｂは、粒子線Ｂのビーム形状及び位置を検出監視する。ポジションモニタ１３ａ，１３ｂは、基軸ＡＸ上であって、ドーズモニタ１２よりも粒子線Ｂの下流側に配置されている。各モニタ１１，１２，１３ａ，１３ｂは、検出した検出結果を制御部７に出力する。
ディグレーダ３０は、通過する粒子線Ｂの強度を低下させて当該粒子線Ｂの強度の微調整を行う。本実施形態では、ディグレーダ３０は、照射ノズル９の先端部９ａに設けられている。なお、照射ノズル９の先端部９ａとは、粒子線Ｂの下流側の端部である。
コリメータ４０は、少なくとも走査電磁石５０よりも粒子線Ｂの下流側に設けられ、粒子線Ｂの一部を遮蔽し、一部を通過させる部材である。ここでは、コリメータ４０は、ポジションモニタ１３ａ，１３ｂの下流側に設けられている。コリメータ４０は、当該コリメータ４０を移動させるコリメータ駆動部５１と接続されている。
制御部７は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等により構成されている。この制御部７は、各モニタ１１，１２，１３ａ，１３ｂから出力された検出結果に基づいて、加速器３、走査電磁石５０、四極電磁石８、及びコリメータ駆動部５１を制御する。
また、粒子線治療装置１の制御部７は、粒子線治療の治療計画を行う治療計画装置９０、及び各種データを記憶する記憶部９５と接続されている。治療計画装置９０は、治療前に患者１５の腫瘍１４をＣＴ等で測定し、腫瘍１４の各位置における線量分布（照射すべき粒子線の線量分布）を計画する。具体的には、治療計画装置９０は、腫瘍１４に対してスキャンパターンを作成する。治療計画装置９０は、作成したスキャンパターンを制御部７へ送信する。治療計画装置９０が作成したスキャンパターンでは、粒子線Ｂがどのような走査経路をどのような走査速度で描くかが計画されている。
スキャニング法による粒子線の照射を行う場合、腫瘍１４をＺ軸方向に複数のレイヤーに仮想的に分割し、一のレイヤーにおいて粒子線を治療計画において定めた走査経路に従うように走査して照射する。そして、当該一のレイヤーにおける粒子線の照射が完了した後に、隣接する次のレイヤーにおける粒子線Ｂの照射を行う。
図２に示す粒子線治療装置１により、スキャニング法によって粒子線Ｂの照射を行う場合、通過する粒子線Ｂが収束するように四極電磁石８を作動状態（ＯＮ）とする。
続いて、加速器３から粒子線Ｂを出射する。出射された粒子線Ｂは、走査電磁石５０の制御によって治療計画において定めたスキャンパターンに従うように走査される。これにより、粒子線Ｂは、腫瘍１４に対してＺ軸方向に設定された一のレイヤーにおける照射範囲内を走査されつつ照射されることとなる。一のレイヤーに対する照射が完了したら、次のレイヤーへ粒子線Ｂを照射する。
制御部７の制御に応じた走査電磁石５０の粒子線照射イメージについて、図３（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。図３（ａ）は、深さ方向において複数のレイヤーに仮想的にスライスされた被照射体を、図３（ｂ）は、深さ方向から見た一のレイヤーにおける粒子線の走査イメージを、それぞれ示している。
図３（ａ）に示すように、被照射体は照射の深さ方向において複数のレイヤーに仮想的にスライスされており、本例では、深い（粒子線Ｂの飛程が長い）レイヤーから順に、レイヤーＬ１、レイヤーＬ２、…レイヤーＬｎ－１、レイヤーＬｎ、レイヤーＬｎ＋１、…レイヤーＬＮ－１、レイヤーＬＮとＮレイヤーに仮想的にスライスされている。また、図３（ｂ）に示すように、粒子線Ｂは、走査経路ＴＬに沿ったビーム軌道を描きながら、連続照射（ラインスキャニング又はラスタースキャニング）の場合はレイヤーＬｎの走査経路ＴＬに沿って連続的に照射され、スポットスキャニングの場合はレイヤーＬｎの複数の照射スポットに対して照射される。粒子線Ｂは、Ｘ軸方向に延びる走査経路ＴＬ１に沿って照射され、走査経路ＴＬ２に沿ってＹ軸方向に僅かにシフトし、隣の走査経路ＴＬ１に沿って照射される。このように、制御部７に制御された照射部２から出射した粒子線Ｂは、走査経路ＴＬ上を移動する。
図４及び図５を参照して、加速器３について更に詳細に説明する。図４は、加速器３の概略断面図である。図５は、加速器３の概略平面図である。加速器３は、中心軸ＣＬ周りに荷電粒子を旋回させて粒子線Ｂを生成する装置である。
図４及び図５に示すように、加速器３は、コア１０と、イオン源装置６０（粒子生成部）と、コイル６１と、ディー電極６２と、デフレクタ６３と、ダンパ６４と、を備える。コア１０は、中心軸ＣＬが延びる方向に互いに対向して主磁場を形成する上側の磁極１０ａ及び下側の磁極１０ｂと、磁極１０ａ，１０ｂを磁気的に接続するヨーク部１０ｃと、を有する。磁極１０ａ，１０ｂは、内部が真空にされた真空箱（図示せず）内に位置している。
イオン源装置６０は、イオン等の荷電粒子を生成する装置である。イオン源装置６０で生成された荷電粒子が導管６０ａを通じて加速器３の中心部に到達すると、導管６０ａの先端部に位置するインフレクタ６０ｂによってその向きが上下方向から水平方向に屈曲される。なお、粒子線Ｂのオンオフは、一対の電極６６（図４参照）によって切り替えられる。次に、コア１０及びコイル６１が形成する磁場により、粒子は、所定の軌道面ＭＨ（図６参照）に沿って円軌道Ｔ（加速器３の中心軸ＣＬから外側に向かう渦巻き状の軌道）を描きながら旋回しつつ加速される（図５参照）。これにより、粒子線Ｂが生成される。すなわち、真空箱内で、且つ、磁極１０ａ，１０ｂ間の領域は、荷電粒子の加速空間Ｓ（図４参照）として機能する。その後、粒子線の円軌道Ｔがデフレクタ６７や磁気チャンネル６８によって微調整され、四極磁石６９で収束されて、ビーム出口７０を介して出射された粒子線Ｂがビーム輸送ライン２１に導入される（図５参照）。なお、イオン源装置６０が加速器３の内部に配置されていてもよい。この場合、インフレクタ６０ｂ等は不要である。イオン源装置６０は、イオン源制御部７２で設定されたパラメータに基づいて運転を行う。
図４に示すように、コイル６１は、主磁場を形成するために用いられる。コイル６１は、上側の磁極１０ａの外周を囲むように配置された第１の部分と、下側の磁極１０ｂの外周を囲むように配置された第２の部分とを含む。第１及び第２の部分は、電気的に直列に接続されている。
ディー電極６２は、扇形状の形状を有する電極である。ディー電極６２は、磁極１０ａと磁極１０ｂとの間、すなわち加速空間Ｓ内に配置されている。ディー電極６２は、軌道面を間において位置するように中心軸ＣＬが延びる方向に対向している。ディー電極６２は、高周波電源（図示せず）に接続されている。高周波電源は、ディー電極６２に高周波の電力を供給して、ディー電極６２の間に一定の周期で電場の周期が入れ替わる交流電場（高周波電場）を発生させる。荷電粒子がディー電極６２間を通過するタイミングと高周波電場の周期とを同期させることにより、ディー電極６２を通過するごとに荷電粒子が加速される。
デフレクタ６３は、ディー電極６２とは周方向における異なる位置に設けられる。ダンパ６４は、粒子線Ｂの進行方向において、デフレクタ６３の下流側に配置される。デフレクタ６３は、軌道面を挟むように中心軸ＣＬが延びる方向に対向する一対の電極によって構成されるデフレクタ６３には、一対の電極に電圧を印加する電源７１が接続されている。
加速器３では、図６に示すように、デフレクタ６３（図５参照）で粒子線Ｂを周回位置Ｒ１から周回位置Ｒ２，Ｒ３へと上方向に曲げて、ダンパ６４で削る。このように、デフレクタ６３及びダンパ６４は、粒子線Ｂの強度を調整する調整部８０として機能する。調整部８０は、加速空間Ｓにて、デフレクタ６３で粒子線Ｂを曲げて当該粒子線Ｂの一部をダンパ６４で削ることで粒子線Ｂの強度を調整する。
ここで、加速器３は、腫瘍１４の少なくとも一つのレイヤーＬｎに基づくイオン源装置６０のパラメータを設定し、設定されたパラメータに基づき粒子線Ｂの強度を調整する。すなわち、加速器３は、腫瘍１４の少なくとも一つのレイヤーＬｎに基づくイオン源装置６０のパラメータを設定し、調整部８０による粒子線Ｂの削り量を制御することで、粒子線Ｂの強度を調整する。本実施形態では、加速器３は、一つのレイヤーＬｎに基づくイオン源装置６０のパラメータを設定する。すなわち、加速器３は、一つのレイヤーＬｎ毎にイオン源装置６０のパラメータを設定する。
イオン源制御部７２は、レイヤーＬｎ毎にプラズマパラメータを設定する。プラズマパラメータとは、イオン源装置６０が粒子を生成するためにプラズマを発生する際に、プラズマの強度を定めるパラメータである。プラズマパラメータとして、例えば、バイアス電流、バイアス電圧、陰極温度が挙げられる。これにより、例えば図７（ａ）に示すように、イオン源装置６０が生成する粒子によって出力できる粒子線Ｂの強度は、レイヤーＬｎ毎に異なっている。
イオン源制御部７２は、一つのレイヤーＬｎに対する最大強度に基づいてイオン源装置６０のパラメータを設定する。例えば、図７（ａ）のレイヤーＬ３では、レイヤー内の粒子線Ｂの最大電流値（最大強度）が「ＩＧ１」で表される。この最大電流値ＩＧ１は一つのレイヤーＬ３の中での最大値であるため、加速器３としての最大電流値ＩＧ２よりも低くなる。
イオン源制御部７２は、一つのレイヤーＬｎに対する最大電流値（最大強度）に対して所定の電流値を増加させた出力を得られるように、イオン源装置６０のパラメータを設定する。例えば、図７（ａ）の例では、イオン源制御部７２は、一つのレイヤーＬ３に対する最大電流値ＩＧ１に増加電流値Ｍの分だけ追加した出力が得られるように、プラズマパラメータを設定する。具体的には、イオン源制御部７２は、最大電流値ＩＧ１に対して、１０％高い出力が出せるようなプラズマパラメータを設定する。なお、増加電流値Ｍは、１０％に限定されず、例えば５～１００％の範囲で設定してもよい。
加速器３は、一つのレイヤーＬｎに対して上述のように定められたプラズマパラメータにて出力された粒子線Ｂを調整部８０を制御して、粒子線Ｂの強度を調整する。電源７１は、対象となるレイヤーＬｎにおけるデフレクタの電圧（チョッパ電圧）の初期値は、レイヤーＬｎ内の最初のスポットへの電流値に対応する値に設定する。そして、以降のスポットに対する電流値が得られるように、電源７１は、レイヤーＬｎ内での各スポットの重みに電流値が対応するように、チョッパ電圧を調整する。なお、照射部２がレイヤーＬｎに対して粒子線Ｂの照射を行っている間は、イオン源制御部７２は、プラズマパラメータを一定とする。一方、電源７１は、レイヤーＬｎ内の照射位置に応じて、チョッパ電圧を変更して調整部８０による粒子線Ｂの削り量を調整し、所望の強度の粒子線Ｂを得る。例えば、図３（ｂ）において照射位置Ｐ１に対する粒子線Ｂの強度よりも、照射位置Ｐ２に対する粒子線Ｂの強度が高い場合、電源７１は、照射位置Ｐ１における粒子線Ｂの削り量が、照射位置Ｐ２における粒子線Ｂの削り量よりも多くなるように、チョッパ電圧を大きくする。
ここで、加速器３は、予め準備したデータテーブルに基づいて、粒子線Ｂの強度の調整、すなわち調整部８０の削り量を制御する。例えば、図８に示すようなデータテーブルを予め準備しておく。当該データテーブルを作成するときは、イオン源装置６０の陰極温度は、最大電流を出力できるような陰極温度に設定しておく。次に、陰極温度を変えずに、バイアス電流を所定の値に設定して、照射部２は、粒子線Ｂの照射を行う。このとき、電源７１のチョッパ電圧を変えながら粒子線Ｂを照射すると共に、各パラメータを測定する。測定するパラメータとしては、加速器３から出力される粒子線Ｂの「ビーム電流」「ビーム位置（またはステアラー補正量）」「ビームサイズ」が挙げられる。ビーム電流は、出力される粒子線Ｂの強度である。ビーム位置とは、加速器出口における粒子線Ｂの位置（ずれの大きさ）である。加速器出口に設けられたビームモニタにて粒子線Ｂの位置を測定可能である。ステアラー補正量とは、当該ビーム位置から位置を調整したときのずれの補正量の大きさである。ビームサイズとは、出力される粒子線Ｂの直径である。
上述のような測定での測定結果に基づいて、所定のバイアス電流と、所定のチョッパ電圧に設定したときに、どのようなパラメータの粒子線Ｂが得られるかについてのデータテーブルを作成できる。なお、データテーブルのうち、あるバイアス電流の設定値と、隣のバイアス電流の設定値との間の中間のバイアス電流に対する粒子線Ｂのパラメータについては、演算を行って内挿することで補完する。同様に、あるチョッパ電圧と隣のチョッパ電圧の設定値の間の中間のチョッパ電圧に対する粒子線Ｂのパラメータについても、演算で内挿することで補完する。このようなデータテーブルは、図２に示す記憶部９５に格納される。治療計画装置９０がスキャニングパターンを作成するときには、各レイヤーにおける最大電流値を参照して、イオン源装置６０でのバイアス電流を設定する。また、治療計画装置９０は、各レイヤーの各照射位置において、どのようなパラメータの粒子線Ｂを照射すべきかを把握すると共に、データテーブルに照らし合わせて、各照射位置でのチョッパ電圧を決定する。例えば、あるレイヤーのバイアス電流が「Ａ１」である場合、治療計画装置９０は、データテーブルの「Ａ１」の行に含まれる粒子線Ｂのパラメータに対して、各照射位置でのパラメータを照らし合わせ、合致するチョッパ電圧を決定する（図８参照）。これにより、治療計画装置９０は、スキャニングパターンと、当該スキャニングパターンに対応するバイアス電流及びチョッパ電圧を決定することができる。粒子線Ｂの照射を行うとき、制御部７は、電源７１及びイオン源制御部７２に指令値を送り、作成したスキャニングパターンに従ったタイミングで、バイアス電流及びチョッパ電圧を設定する。
なお、上述のようなデータテーブルに従ってスキャニングパターンを作成した場合でも、実際の照射における粒子線Ｂのパラメータが、計画したものからずれる可能性はある。例えば、照射部２は、ドーズモニタ１２（検出部）で粒子線Ｂの電流値（強度）を監視することで、計画値からのずれを把握することができる。当該ずれが検出された場合、制御部７は、再びデータテーブルを参照し直してチョッパ電圧を補正するのではなく、検出したずれの検出結果を電源７１にフィードバックして、粒子線Ｂの強度の調整、すなわち調整部８０の粒子線Ｂの削り量を制御する。ただし、検出されたずれが所定量を超えた場合は、メンテナンスなどのタイミングで、前述の測定を行うことで、データテーブルの作り直しをおこなう。
次に、図９を参照して、照射部２が腫瘍１４に粒子線Ｂを照射して治療を行うときの処理内容について説明する。当該処理は、制御部７によって実行される。制御部７は、図９の処理を行う前に、予め治療計画装置９０が作成した治療計画のデータを取得する。まず、制御部７は、照射対象となるレイヤーに対するイオン源装置６０のパラメータを設定する（ステップＳ１０）。次に、制御部７は、対象となるレイヤーの最初のスポットへの電流値（強度）に基づいて、デフレクタ６３のチョッパ電圧の初期値を設定する（ステップＳ２０）。そして、制御部７は、対象のレイヤーに対して粒子線Ｂを照射しながらスキャニングを行うと共に、調整部８０での粒子線Ｂの削り量を調整して、各照射位置での強度調整を行う（ステップＳ３０）。次に、制御部７は、対象のレイヤーに対するスキャニングが完了したか否かを判定する（ステップＳ４０）。完了していないと判定した場合は、制御部７は、ステップＳ３０を繰り返す。完了したと判定した場合、制御部７は、全レイヤーに対するスキャニングが完了したか否かを判定する（ステップＳ５０）。完了していないと判定した場合、制御部７は、レイヤーを切り替えて（ステップＳ６０）、ステップＳ１０から処理を繰り返す。一方、全レイヤーのスキャニングが完了したと判定した場合、図９に示す処理が終了する。
次に、本実施形態に係る粒子線治療装置１、及び加速器３の作用・効果について説明する。
粒子線治療装置１において、加速器３は、加速空間Ｓにて、デフレクタ６３で粒子線Ｂを曲げて当該粒子線Ｂの一部をダンパ６４で削ることで粒子線Ｂの強度を調整する調整部８０を備えている。従って、調整部８０は、粒子線Ｂの照射位置に応じた強度が得られるように、削り量を調整することで、当該照射位置に対して長時間の照射を行わなくとも、短時間の照射で所望の線量を得ることが可能となる。
ここで、図７（ｂ）を参照して、比較例に係る加速器のイオン源装置のパラメータについて説明する。比較例では、加速器の出力としての最大電流値ＩＧ２を出力できるように、イオン源装置のパラメータが設定される。これにより、全レイヤーに対して、粒子線Ｂの出力が最大電流値ＩＧ２となる。しかし、比較例では、常に最大電流値ＩＧ２が得られるようにイオン源装置を運転することになるため、メンテナンスの周期が短くなる（例えば二週間程度）という問題がある。また、粒子線Ｂの強度が低いところをダンパ６４で削っているといえども、常に高電流値の粒子線Ｂを削ることになるため、周囲の構造物へのスパッタの影響が出るという問題が生じる。また、デフレクタ６３は、常に高強度の粒子線Ｂを曲げなくてはならいので、出力する強度によっては、デフレクタ６３の電源の設定電圧の分解能が良くなくては、精度良く強度を調整できない可能性がある。また、イオン源装置が安定しなくなる可能性も出る。
これに対し、本実施形態においては、加速器３は、腫瘍１４の少なくとも一つのレイヤーに基づくイオン源装置６０のパラメータを設定し、調整部８０による粒子線Ｂの削り量を制御することで、粒子線Ｂの強度を調整する。この場合、照射対象となるレイヤーにおいて必要な粒子線Ｂの最大強度が低い場合、イオン源装置６０は、低い強度に対応できるパラメータに抑制した状態にて、粒子を生成することができる（例えば図７（ａ）のレイヤーＬ２やレイヤーＬ３参照）。これにより、イオン源装置６０でのパラメータを適切な大きさに抑制することができる。また、加速器３は、粒子線Ｂの照射位置に応じた線量が得られるように、粒子線Ｂの強度を調整することで、当該照射位置に対して長時間の照射を行わなくとも、短時間の照射で所望の線量を得ることが可能となる。以上より、適切な調整態様にて粒子線Ｂの強度を調整しつつ、粒子線Ｂの走査速度を上げることができる。
加速器３は、少なくとも一つのレイヤーに対する最大強度に基づいてイオン源装置６０のパラメータを設定してよい。調整部８０は、ダンパ６４で粒子線Ｂの一部を削ることで強度を調整するため、強度を増加させることで調整を行うことはできない。従って、レイヤーに対する最大強度に基づいてイオン源装置６０のパラメータを設定することで、出力される粒子線の強度が不足することを抑制できる。
加速器３は、最大強度に対して所定の強度を増加させた出力を得られるように、イオン源装置６０のパラメータを設定してよい。この場合、粒子線Ｂの出力が不安定になることで、ダンパで削るときの粒子線Ｂの強度が予定よりも低くなった場合であっても、予め強度を増加させておくことで、強度が不足することを抑制できる。
加速器３は、予め準備したデータテーブルに基づいて、粒子線Ｂの強度を調整してよい。この場合、加速器３は、演算の負荷を低減した状態で、調整部８０の削り量を適切に調整することができる。
照射部２は、粒子線Ｂの強度を検出するドーズモニタ１２（検出部）を有し、加速器３は、ドーズモニタ１２の検出結果をフィードバックして、粒子線Ｂの強度を調整してよい。この場合、粒子線Ｂの強度が、計画時と異なっていた場合でも、ドーズモニタ１２での検出結果に基づいて、調整部８０の削り量を適切に制御することができる。
本実施形態の一側面に係る加速器３は、被照射体を仮想的に複数のレイヤーに分け、各レイヤーに対してスキャニング法によって照射するための粒子線Ｂを生成する加速器３であって、加速空間において粒子を生成するイオン源装置６０を備え、被照射体の少なくとも一つのレイヤーに基づくイオン源装置６０のパラメータを設定し、設定されたパラメータに基づき粒子線Ｂの強度を調整する。
この加速器３によれば、上述の粒子線治療装置１と同趣旨の作用・効果を得ることができる。
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
例えば、イオン源装置のパラメータは、一層一層のレイヤーに対して設定されなくとも、複数のレイヤーに対して、まとめて一つのパラメータが設定されてよい。
図４及び図５では、加速器としてサイクロトロンが例示されていたが、例えば、シンクロサイクロトロン、直線加速器（ライナック）等、種々の加速器に対しても本発明の構成が採用されてよい。
１…粒子線治療装置、２…照射部、３…加速器、１２…ドーズモニタ（検出部）、６０…イオン源装置（粒子生成部）、６３…デフレクタ、６４…ダンパ、８０…調整部。

Claims (7)

  1. 被照射体に対して粒子線を照射する粒子線治療装置であって、
    前記加速空間において、前記粒子線を生成する加速器と、
    前記被照射体を仮想的に複数のレイヤーに分け、各レイヤーに対して走査電磁石で前記粒子線を走査しながら照射する照射部と、
    前記加速器は、
    前記加速空間で加速する前記粒子を生成する粒子生成部を備え、
    前記加速器は、前記被照射体の少なくとも一つのレイヤーに基づく前記粒子生成部のパラメータを設定し、設定された前記パラメータに基づき前記粒子線の強度を調整する、粒子線治療装置。
  2. 前記加速器は、少なくとも一つのレイヤーに対する最大強度に基づいて前記粒子生成部のパラメータを設定する、請求項１に記載の粒子線治療装置。
  3. 前記加速器は、前記最大強度に対して所定の強度を増加させた出力を得られるように、前記粒子生成部のパラメータを設定する、請求項２に記載の粒子線治療装置。
  4. 前記加速器は、前記加速空間にて、デフレクタで前記粒子線を曲げて当該粒子線の一部をダンパで削ることで前記粒子線の強度を調整する調整部を備える、請求項１～３の何れか一項に記載の粒子線治療装置。
  5. 前記加速器は、予め準備したデータテーブルに基づいて、前記粒子線の強度を調整する、請求項１～４の何れか一項に記載の粒子線治療装置。
  6. 前記照射部は、前記粒子線の強度を検出する検出部を有し、
    前記加速器は、前記検出部の検出結果をフィードバックして、前記粒子線の強度を調整する、請求項１～５の何れか一項に記載の粒子線治療装置。
  7. 被照射体を仮想的に複数のレイヤーに分け、各レイヤーに対してスキャニング法によって照射するための粒子線を生成する加速器であって、
    加速空間において粒子を生成する粒子生成部を備え、
    前記被照射体の少なくとも一つのレイヤーに基づく前記粒子生成部のパラメータを設定し、設定された前記パラメータに基づき前記粒子線の強度を調整する、加速器。

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