粒子射线照射系统以及粒子射线照射系统的控制方法

摘要

本发明的目的在于提供一种能更高速地对照射目标提供更高精度的剂量分布的粒子射线照射系统。本发明的粒子射线照射系统包括：扫描用偏转电磁铁，该扫描用偏转电磁铁使粒子射线发生偏转并对其进行扫描；以及能量宽度扩大设备，该能量宽度扩大设备用于扩大粒子射线的能量宽度，从而在照射目标的深度方向，即粒子射线的照射方向上形成SOBP，能量宽度扩大设备构成为对照射目标的深度方向上的整个照射区域形成深度方向上的SOBP，并对扫描用偏转电磁铁进行控制，以使得粒子射线在照射目标上形成的照射点在上述照射目标的上述横向上的整个照射区域呈阶梯状移动。

说明书

技术领域

本发明涉及一种照射粒子射线来治疗癌症等的应用粒子射线的粒子射线 照射系统。

背景技术

放射线的一个应用为治疗癌症，最近，将质子射线或碳射线等重粒子射 线照射到癌细胞来进行治疗的粒子射线治疗受到关注。首先，对照射粒子射 线来杀死癌细胞的粒子射线照射特性进行说明。在将各种放射线射束照射到 人体的情况下，该放射线射束在体内的剂量分布将如图15所示那样变化。如 图15所示，在各种放射线中，X射线、伽玛射线等光子束在身体表面附近的 部分上的相对剂量最大，随着距离身体表面的深度的增加，其相对剂量减 小。另一方面，对于质子射线、碳射线等粒子射线，其相对剂量在距离身体 表面较深的部分，在这些粒子的停止位置、即快要到达上述粒子射线的射程 之前达到峰值。该峰值被称作为布拉格峰BP（Bragg Peak）。

粒子射线癌症治疗方法中，将该布拉格峰BP照射到人的内脏器官上的肿 瘤处来对癌症进行治疗。癌症以外，还能用于对身体较深部分进行治疗的情 况。包含肿瘤的治疗部位一般被称作为照射目标。布拉格峰BP的位置由所照 射的粒子射线的能量决定，粒子射线的能量越大，则布拉格峰BP就能位于越 深的位置。在粒子射线治疗中，需要使粒子射线对于整个照射目标的剂量分 布均匀，为了将该布拉格峰BP提供到整个照射目标区域，对粒子射线进行 “扩大照射体积”。

在互相正交的X轴、Y轴、Z轴这三个方向上实施该“扩大照射体积”。在 将粒子射线的照射方向设为Z轴方向时，第1“扩大照射体积”在X/Y轴方向 上扩大照射区域，由于在与深度方向正交的横向上扩大照射区域，因此将其 称作为照射野扩大。第2“扩大照射体积”在Z轴方向上进行，被称作为深度方 向的照射体积扩大。

粒子射线的照射方向上的布拉格峰BP的宽度比照射目标的深度方向上的 扩散距离要窄，因此，为了在深度方向上扩大粒子射线的照射方向上的布拉 格峰BP，而实施深度方向的照射体积扩大。另一方面，一般经加速器加速后 的粒子射线的分布尺寸比与该照射方向正交的方向上的照射目标的尺寸要 小，因此，为了在与该照射方向正交的方向上扩大布拉格峰BP的照射野，而 实施横向的照射野扩大。对于上述深度方向的照射野扩大、以及横向的照射 野扩大的方法，目前为止提出有各种方法。扫描照射法（Scanning  Irradiation）是目前受到关注的方法。

在扫描照射法中，作为横向照射野扩大法，使用如下的方法：即，利用 设置在粒子射线照射装置的粒子射线照射部的上游部分的偏转电磁铁，来在 XY面方向上对粒子射线进行扫描，并随时间的推移来移动该粒子射线的照射 位置，从而得到较大的照射野。在该方法中，通过恰当地重合径长较小的尖 向束的相邻的照射点，从而能得到均匀的剂量分布。作为尖向束的扫描方 法，可以是时间上连续地进行扫描的光栅法（raster method）、时间上呈阶梯 状进行扫描的光点法（spot method）、或者光栅法与光点法相组合的方法 等。

作为深度方向的照射体积扩大法，使用对从粒子射线照射装置射出的粒 子射线本身的能量进行控制的方法。在该方法中，可以通过改变对粒子射线 进行加速的加速器的加速能量来控制粒子射线的能量，或通过将被称作为射 程位移器（Range shifter）的器具横穿粒子射线的方式插入来改变粒子射线的 能量。此外，还有一并使用上述加速器的控制和射程位移器的方法。

在该深度方向的照射体积扩大法中，使该粒子射线束成为具有规定强度 的能量的射束，对照射目标体积的1个照射层照射布拉格峰BP之后，改变粒 子射线的能量，来对照射目标体积的下一照射层照射布拉格峰BP。通过重复 多次这样的操作，来对多个照射层照射粒子射线的布拉格峰BP，从而能获得 在射束照射方向上具有所希望的宽度的扩大布拉格峰SOBP（Spread Out  Bragg Peak）。(例如专利文献1)

将上述的横向的照射区扩大法和深度方向的照射体积扩大法进行组合后 得到的粒子射线的照射方法是一般被称作为扫描照射法(Scanning Irradiation) 的方法。

此外，为了补偿因患者的呼吸而导致患部的位置移动所产生的照射偏 移，提出有在各照射层均在时间上进行分割并在同一光点位置上照射多次的 方法(例如专利文献2的图11)。此外，在专利文献2中，还提出有将因呼吸 而导致的患部移动考虑在内，从而与呼吸相位同步地控制照射剂量的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2006－87649号公报

专利文献2：国际公开WO2006/082651号(图11)

发明内容

发明所要解决的技术问题

在上述现有的扫描照射法中，由于需要多次改变粒子射线的能量来进行 照射，能量改变需要时间，从而难以缩短照射时间。

本发明以解决上述问题为目的而完成的，其目的在于，在利用扫描照射 法的粒子射线照射系统中，实现更高速、更高精度的剂量分布。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的粒子射线照射系统包括：扫描用偏转电磁铁，该扫描用偏转电 磁铁使粒子射线发生偏转并进行扫描；以及能量宽度扩大设备，该能量宽度 扩大设备用于扩大粒子射线的能量宽度，从而在照射目标的深度方向即粒子 射线的照射方向上形成SOBP，能量宽度扩大设备对照射目标的深度方向上的 整个照射区域形成深度方向的SOBP，并对扫描用偏转电磁铁进行控制，以使 得粒子射线在照射目标上形成的照射点在上述照射目标的上述横向上的整个 照射区域上呈阶梯状移动。

发明效果

在使由粒子射线形成的照射点在横向上移动并对照射目标进行照射的扫 描照射过程中，无需改变能量就能对照射目标的深度方向上的整个照射区域 进行照射，因此，能够提供一种能在短时间内完成照射，并能对照射目标提 供精度更高的剂量分布的粒子射线照射系统。

附图说明

图1是对本发明的实施方式1所涉及的粒子射线照射系统的照射区域进 行说明的图。

图2是表示本发明的实施方式1所涉及的粒子射线照射系统的整体的简 要结构的俯视图。

图3是表示本发明的实施方式1所涉及的粒子射线照射系统的简要结构 的框图。

图4是表示经本发明的实施方式1所涉及的粒子射线照射系统进行扩大 后的SOBP的示例的曲线图。

图5是本发明的实施方式1所涉及的粒子射线照射系统进行粒子射线照 射时的流程图。

图6是表示本发明的实施方式2所涉及的粒子射线照射系统的简要结构 的框图。

图7是表示本发明的实施方式2的粒子射线照射系统的位移相位检测部 的结构例的框图。

图8是对本发明的实施方式2所涉及的粒子射线照射系统的动作进行说 明的曲线图。

图9是表示本发明的实施方式3所涉及的粒子射线照射系统的简要结构 的框图。

图10是对经本发明的实施方式3所涉及的粒子射线照射系统进行扩大后 的SOBP的示例进行说明的第一曲线图。

图11是对经本发明的实施方式3所涉及的粒子射线照射系统进行扩大后 的SOBP的示例进行说明的第二曲线图。

图12是对本发明的实施方式3所涉及的粒子射线照射系统的照射区域进 行说明的图。

图13是表示本发明的实施方式4所涉及的粒子射线照射系统的简要结构 的框图。

图14是对本发明的实施方式5所涉及的粒子射线照射系统的动作进行说 明的曲线图。

图15是表示将各种放射线照射于人体的情况下的放射线在体内的剂量分 布的图。

具体实施方式

实施方式1

图2是表示本发明的实施方式1所涉及的粒子射线照射系统的整体的简 要结构的俯视图，图3是对图2的俯视图中的整体结构添加控制装置等后示 出的实施方式1所涉及的粒子射线照射系统的简要结构的框图。如图2及图3 所示，实施方式1所涉及的粒子射线照射系统包括：粒子射线发生部10、粒 子射线输送部20、2个粒子射线照射部30A、30B等。图2中，代表性地示出 了得到2个粒子射线照射部的系统，然而粒子射线照射部也可以有更多个， 或者也可以是一个。图3中为简便起见，仅设置一个粒子射线照射部，以作 为粒子射线照射部30。为了放射线安全管理等使用上的方便，将粒子射线发 生部10和粒子射线照射部30A、30B设置在被屏蔽的房间内。粒子射线输送 部20将粒子射线发生部10和各粒子射线照射部30A、30B相连接。粒子射线 输送部20具有将由粒子射线发生部10产生的粒子射线分别输送到粒子射线 照射部30A、30B的粒子射线输送路径21、22。粒子射线输送部20包括用于 改变粒子射线的方向的偏转电磁铁50，并构成为使粒子射线通过真空管道 内。粒子射线照射部30A、30B构成为将粒子射线PB照射到患者的目标部 位。下面，将粒子射线照射部30A、30B作为粒子射线照射部30来进行说 明。

粒子射线发生部10具有入射器11和加速器12。入射器11产生质子射线 或碳射线等质量较大的粒子。加速器12对由入射器11产生的粒子进行加 速，并射出粒子射线PB。利用来自包含于照射控制部80中的加速器控制器 13的信号，来对该加速器12进行控制。该加速器控制器13向加速器12提供 能量控制信号，设定加速能量，从而设定从加速器12射出的粒子射线PB的 能量，或者控制射出粒子射线PB的时间、强度。

粒子射线照射部30构成治疗室。粒子射线照射部30包括照射喷嘴40、 治疗台32等。治疗台32用于使患者保持仰卧姿势或坐姿的状态。照射喷嘴 40将输送到粒子射线照射部30的粒子射线PB向治疗台32上的患者的照射目 标进行照射。

图3示出了实施方式1中的粒子射线照射部30的照射喷嘴40的具体结 构。图3所示的照射喷嘴40包括用于使粒子射线束PB的射束直径发生变化 的射束直径变更器44。作为射束直径变更器，可以使用各种射束直径变更 器：例如可以是使用了四极电磁铁的射束直径变更器；或者是使用较薄的散 射体，并通过改变散射体的厚度来改变照射目标上的射束直径的射束直径变 更器等。另外，在无需改变或选择射束直径的情况下，有时省略射束直径变 更器44。照射喷嘴40具有：扫描用偏转电磁铁41a、41b，该扫描用偏转电 磁铁41a、41b在横向上、即在与粒子射线PB的照射方向正交的X、Y面上 对射束直径经改变后的粒子射线PB进行扫描（有时将41a、41b一起称作为 扫描用偏转电磁铁41）；扫描用偏转电磁铁驱动电源45，该扫描用偏转电磁 铁驱动电源45驱动该扫描用偏转电磁铁41；剂量监视器42，该剂量监视器 42监视粒子射线PB的照射剂量；以及作为能量宽度扩大设备的脊形过滤器 43，该脊形过滤器43扩大粒子射线PB的能量宽度。除此之外，例如还具有 射束位置监视器等，但由于与本发明无直接关系，进行省略。

脊形过滤器43会降低通过其的粒子射线的能量，但被设计为使得粒子射 线所通过的厚度根据位置不同而不同，因此，作为整体而言，通过后的粒子 射线所具有的能量宽度比通过前的粒子射线的能量宽度要大。由此，若将通 过脊形过滤器43后的粒子射线照射到例如人体内，则其布拉格峰BP的位 置、即粒子射线的射程将被扩大。图4示出了经扩大后的布拉格峰BP （SOBP）（Spread-out Bragg Peak）的一个示例。图4中，SOBP约为 10cm。若使用形成图4的SOBP的脊形过滤器，则能够对深度方向的宽度为 10cm的照射目标进行照射。

接下来，对图3的粒子射线照射系统的动作进行说明。首先，在治疗计 划部60中，决定每个患者的照射剂量分布，并保存该数据。在照射控制计算 部70中，基于该照射剂量分布的数据，来决定各照射点的照射剂量，并将该 数据输出至照射控制部80的照射剂量控制器14。另外，在照射控制计算部 70中，还决定应由加速器12射出的粒子射线的能量、射点尺寸，并将该数据 输出至加速器控制器13、射点尺寸控制器15。由此，来完成照射前的准备。

图1示出了接下来实际将粒子射线向照射目标进行照射时的照射区域的 示意图。图1（A）的“○”标记表示各照射点，“○”标记中的数字表示对照射点 进行扫描的顺序。另外，图1（B）示出了图1（A）的A-A剖面。图5示出 了照射时的流程图。首先，通过照射控制部80来对加速器12、射束直径变更 器14等进行设定，以使得在准备阶段由照射控制计算部70决定的能量、射 点尺寸等成为决定值（ST1）。接下来，射束扫描控制器16对扫描用偏转电 磁铁电源45进行控制以对扫描用偏转电磁铁41的励磁电流进行设定，以使 得粒子射线PB被照射到照射点1的位置上（ST2）。在完成励磁电流的设定 之后，从加速器12射出粒子射线（ST3），开始照射。若开始照射，则利用 剂量监视器42对所照射的剂量进行计数。剂量计数值被发送至照射剂量控制 器14。在照射剂量控制器14中，通过从照射控制计算部70接收各照射点的 所需照射剂量值，从而在每个照射点的剂量计数值达到所需照射剂量值的情 况下，向照射控制计算部70发出剂量终止信号（ST4）。在照射点的剂量终 止的情况下，照射控制计算部70对射束扫描控制器16发出指令，以使得粒 子射线向下一个照射点移动，并将扫描用偏转电磁铁41的励磁电流设定成与 下一个照射点相对应的励磁电流（ST6）。重复上述动作，直到最后一个照射 点（图1中的照射点n）的照射结束（ST5）。

图1示出了通过上述照射而形成的区域。对于通过照射而形成的区域， 在横向即XY方向上，成为利用扫描用偏转电磁铁41使照射点呈阶梯状移动 而形成的整个区域，在深度方向即Z方向上，成为相当于利用经脊形过滤器 43扩大后的粒子射线的能量而扩大出的布拉格峰值的区域。若使用通常的脊 形过滤器，则粒子射线的能量宽度在整个XY区域上相同，因此，在Z方向 上，一定宽度的区域会成为照射区域。因此，对于每个照射点，柱形区域会 成为照射区域，而由所有照射点形成的整个照射区域也成为深度方向一定的 筒状区域。在患部形状是与筒状相近似的形状的情况下，以使得成为与患部 深度相符的扩大布拉格峰的方式，来设定从加速器12射出的粒子射线的能量 及脊形过滤器43，从而能够不改变能量地完成照射。在现有的射点扫描照射 中，通过依次改变所照射的粒子射线的能量，来在深度方向上形成多个层状 的照射区域，从而对整个区域进行照射。在该方法中，需要依次改变能量， 而改变能量需要改变加速器12的参数设定，或者改变在粒子射线从加速器12 射出之后才被插入的射程移位器的参数，因而较花时间。另一方面，根据本 发明，能够利用XY方向上的一次扫描来对整个区域进行照射，而无需改变 粒子射线的能量，因此能够在短时间内进行照射，从而起到能减轻患者负担 的效果。

实施方式2

图6是表示本发明的实施方式2的粒子射线照射系统的整体的简要结构 的框图。图6中，与图3相同的标号表示相同或相当的部分。在本实施方式2 中，如图6所示，设置位移相位检测部90，将由该位移检测部90检测出的患 部位置的位移信号输出至照射控制计算部70。在位移相位检测部90中，进行 患者的呼吸测定或照射目标的位置检测，并基于这些呼吸测定或照射目标的 位置检测，来进行患部的位置判定。在照射控制计算部70中，对照射控制部 80进行控制，以使得与所判定出的患部的移动周期的相位同步地进行粒子射 线的照射。由于照射目标的位置会根据患者的呼吸等发生变化，因此粒子射 线的照射位置会发生变化，照射精度会下降。在呼气等时候，照射目标的位 置变化较小，因此在该期间内进行照射能实现精度较高的照射。在本实施方 式2中，还在一次呼气过程中，对整个XY照射区域进行照射。由此，能进 行精度非常高的照射。

图7是表示位移相位检测部90的一个示例的详细情况的框图。呼吸测定 部91测定患者100的呼吸并输出呼吸信号BS，可以使用现有的粒子射线照 射系统或X射线CT中的呼吸测定设备。对于该呼吸测定部91，可使用如下 方法：在患者100的腹部或胸部安装发光二极管(LED)并通过该发光二极管的 发光位置的位移来测定呼吸的方法；利用反射装置并通过激光射线来测定身 体的位移的方法；在患者的腹部安装伸缩型电阻并测定其电特性的变化的方 法；及直接测量患者100的呼吸气息的方法等。

照射目标位置检测部93检测出患者100体内的照射目标的位置，并输出 呼吸信号BS。作为该照射目标位置检测部93，使用X射线源931、932、及 对应于它们的X射线图像获取装置941、942。X射线源931、932向患者100 体内的照射目标照射X射线，X射线图像获取装置941、942获取来自X射线 源931、932的X射线图像，以检测出照射目标的位置。作为X射线图像获取 装置941、942，例如使用采用了图像增强器的X射线电视装置或用CCD照 相机对闪烁板进行测量的方法等。关于照射目标，还有在与其对应的主要部 位预先埋入金等金属小片作为标识的方法，通过使用该标识，容易确定照射 目标的位置。

呼吸测定部91和照射目标位置检测部93一起检测出照射目标伴随着呼 吸等的位移，并产生呼吸信号BS。这些呼吸信号BS一起被输入到患部位置 判定部95。该患部位置判定部95基于在其存储器内存储的呼气/吸气的相关 关系，并根据所输入的呼吸信号BS来实时地判定呼吸位移，并将状态信号 SS输出到照射控制计算部70。

图8的曲线图中示出了位移相位检测部90的动作的概要。图8(a)的曲线 图举例示出了照射目标的呼吸位移，图8（b）的曲线图示出了基于该位移判 定出的结果的状态信号。图8(a)的曲线图中的横虚线表示规定的阈值，在位 移为规定阈值以下的情况下，患部位置判定部95输出图8(b)所示的状态信 号、即处于能照射的状态的信号。照射控制计算部70基于状态信号如下那样 对照射进行控制。

首先，在照射前，利用位移相位检测部90测定因患者的呼吸运动等而产 生的脏器移动，并获取患部的移动周期的相位数据。即，由位移相位检测部 90输出的状态信号的数据被登记至照射控制计算部70。在照射控制计算部70 中，患部移动中的状态信号的时间长度（之后称为单位选通长度（one gate  length））可以例如由所登记的多个单位选通信号长度来评价，并且，通过运 算来决定用于在单位选通长度内对患部的所有照射点进行照射的、各照射点 上的照射剂量率（强度）等照射参数。照射剂量率通过将各照射点上的照射 剂量除以各射点上的照射容许时间来求得。照射容许时间通过将单位选通长 度内的照射时间乘上整个照射过程中的每个射点的照射比率来求得。在决定 照射参数之后，实施照射，并在输出状态信号SS的期间（单位选通期间）， 利用所决定的照射参数来进行照射。图8（c）中通过扩大单位选通长度来示 出了实际对各照射点进行照射的示意图。如图8（c）所示，在单位选通长度 内，对照射点1～照射点n的所有照射点进行照射。例如假定照射点数为 500，单位选通长度为1秒，设全部照射时间为单位选通长度以下的例如0.5 秒，则决定照射参数使得一个照射点的照射时间约为1ms。

根据能从加速器12获取出的粒子射线的剂量以及照射目标的大小，例 如，在照射目标的大小为5cm×5cm×5cm，作为照射剂量的生物剂量为 5GyE，射点尺寸φ为2.5mm的情况下，能够实现照射点总数约为500，以 0.5秒对所有照射点照射所需剂量的照射。此时，对于深度方向，通过对脊形 过滤器43的参数进行设定，以使得SOBP的宽度在规定的深度成为5cm，从 而能够不改变粒子射线的能量，就实现照射目标深度方向的照射。由此，能 够在单位选通期间内完成对所有照射点的照射，因此能够进行将照射过程中 的照射目标的移动降低到最低限度的照射，从而实现精度极高的照射。

此外，在上述内容中，对能在单位选通期间内对整个照射区域照射所需 照射剂量的示例进行了说明，但也未必一定要在单位选通期间内照射所需照 射剂量。例如在上述示例中，若无法利用通过一次加速而能从加速器获取的 粒子射线的剂量、来对整个照射区域照射5GyE，则能够通过分成多次进行照 射，来对整个照射区域照射5GyE。在所需照射剂量为5GyE的情况下，在照 射控制计算部70中，假设评价为能利用通过一次加速而能从加速器获取的粒 子射线的剂量、来对整个照射区域照射3GyE，则首先在单位选通期间内利用 由加速器的第一次加速产生的粒子射线来对所有照射点进行照射，从而对照 射目标提供3GyE的剂量。接下来，在第二次加速后的单位选通期间内，利用 第二次加速产生的粒子射线再次对所有照射点进行照射，从而对照射目标提 供2GyE的剂量。由此，利用两个选通期间的时间，在各个选通期间内对所有 照射点进行照射，从而能够提供总计为5GyE的剂量。由此，并非必须在单位 选通期间内照射全部的剂量，而可以分多个选通期间来进行照射。但是，必 须是在单位选通期间内对所有照射点进行照射，而在下单位选通期间内也对 所有照射点进行照射。由于在单位选通期间内对所有照射点进行照射，因此 在每个选通期间内都能实现精度较高的照射，从而叠加起来也能得到精度较 高的照射剂量。

实施方式3

图9是表示本发明的实施方式3的粒子射线照射系统的简要结构的框 图。图9中，与图3及图6相同的标号表示相同或相当的部分。在实施方式1 及实施方式2中，利用脊形过滤器43来在深度方向上形成固定的SOBP。然 而，由于患部形状的多样性，因此若仅在深度方法上形成固定的SOBP，则其 使用范围较窄。在本实施方式3中，如图9所示，使用锥形脊形过滤器431 及物块46，作为能量宽度扩大设备。对于锥形脊形过滤器431，以射束的前 进方向（Z方向）为轴方向，在与射束的前进方向垂直的XY平面内配置并形 成有多个非常细的锥形体。如图9所示意性表示的那样，例如通过改变锥形 体的高度，来使得通过锥形体的粒子射线所受得到影响在XY面内有所不 同，从而能够对照射目标照射出能量宽度根据位置不同的粒子射线。

图10中示出了由通过锥形脊形过滤器431后的粒子射线形成的SOBP的 一个示例。图10中，由A所示的实线曲线表示在粒子射线通过配置有高度较 高的锥形体的部分（例如中央部分）时、由通过后的粒子射线形成的SOBP， 为宽度较宽的SOBP。由B所示的虚线曲线表示在粒子射线通过配置有高度 比由曲线A所示部分要低的锥形体的部分（例如中央周边部分）时、由通过 后的粒子射线形成的SOBP，为宽度比A要窄的SOBP。由C所示的点划线曲 线表示在粒子射线通过配置有高度比由曲线B所示部分更低的锥形体的部分 （例如周边部分）时、由通过后的粒子射线形成的SOBP，为宽度比Ｂ还要窄 的SOBP。SOBP的宽度会根据如上述那样配置的锥形体的高度而有所不同， 随着SOBP宽度的变大，在SOBP的中心获取同等剂量所需的照射剂量（照 射粒子数）变多，因而必须根据锥形脊形过滤器的配置来调节照射剂量。如 上所述，作为根据锥形脊形过滤器的配置来调整照射剂量的方法，扫描照射 法为最佳的照射方法。

通过锥形脊形过滤器431后的粒子射线会通过物块46。物块是由树脂等 形成的限制器，对通过物块的粒子射线的能量进行限制，以使得根据照射目 标的深度形状来限制粒子射线的射程。能量宽度经图10中示出的锥形脊形过 滤器431放大后的粒子射线通过物块46，从而使粒子射线形成如图11所示的 深度方向的SOBP。即，例如图10中由曲线A所示的通过中央部分的粒子射 线也会通过物块46的中央部分，该粒子射线的能量几乎未受到限制，如由图 11的实线A1所示的曲线那样，形成深度可达300mm的较宽的SOBP。另 外，对于图10中由曲线B所示的通过中央周边部分的粒子射线，该粒子射线 的能量会受到物块46的限制，因而会如由图11的虚线B1所示的曲线那样， 形成深度大约可达270mm的受到限制的稍窄的SOBP。另外，对于图10中由 曲线C所示的通过周边部分的粒子射线，该粒子射线的能量会较大地受到物 块46的限制，因而会如由图11的虚线C1所示的曲线那样，形成深度大约可 达250mm的受到限制的较窄的SOBP。如上所述，通过使用具有XY平面内 的分布的锥形脊形过滤器431及物块46，从而能形成在照射目标的深度方向 具有分布的照射区域。

图12示出了利用图9的粒子射线照射系统来在XY平面内进行扫描并进 行照射的情况下所形成的照射区域的示意图。图12（A）的“○”标记与图1 （A）相同，表示各照射点，“○”标记中的数字表示对照射点进行扫描的顺 序。另外，图12（B）示出了图12（A）的A-A剖面。如图12（B）所示， 可知：各照射点的深度方向上的照射区域会因位置的不同而变化，通过使用 作为能量宽度扩大设备的锥形脊形过滤器431以及作为能量限制器的物块 46，从而能够使深度方向上的照射区域成为与照射目标的形状相符的区域。

在本实施方式3中，也与实施方式2中说明的相同，能够评价患部的移 动周期，从而设定照射参数并实施照射，以使得在单位选通期间内对所有照 射点进行照射。由此，能够不改变粒子射线的能量就实现照射目标的深度方 向上的照射，并能在单位选通期间内完成所有照射点的照射，因此能够将照 射过程中的照射目标的移动抑制到最低限度地进行照射，从而实现精度极高 的照射。

实施方式4

图13是表示本发明的实施方式4的粒子射线照射系统的整个简要结构的 框图。图13中，与图3、图6及图9相同的标号表示相同或相当的部分。能 采用多种结构来实现不改变粒子射线的能量、而在深度方向上形成规定的照 射区域、即形成SOBP的结构。在图13中，采用使用脊形过滤器43与物块 46来形成深度方向上的照射区域的结构。此外，为了形成与照射目标在横向 上的形状相符的照射区域，也可以使用如多叶准直器（MLC：Multi-Leaf  Collimator）或患者准直器这样的准直器。

在现有的扫描照射法中，对于深度方向上的照射区域，通过一边改变粒 子射线的能量，来形成在深度方向上不同的照射区域，一边进行照射。与此 相对地，本发明中，使用设置在扫描用偏转电磁铁41下游的脊形过滤器等能 量宽度扩大设备、作为能量限制器的物块等，来对深度方向上的照射目标的 整个区域形成照射区域。在该结构中，通过利用对照射点进行扫描的扫描照 射来形成横向上的照射区域，从而能够例如在单位选通期间内对照射目标的 整个区域完成照射，并能够实现精度较高的照射。

实施方式5

图14是对本发明的实施方式5所涉及的粒子射线照射系统的动作进行说 明的曲线图。图14（a）、（b）、及（c）是与图8（a）、（b）、及（c）相 同的图。图14（d）对应于图14（c）中的放大后的时间轴来示出了从加速器 12射出的射束强度的时间变化，示出了从加速器射出粒子射线的状态。例 如，在实施方式2中，在单位选通期间内对整个照射区域进行照射，而在本 实施方式5的粒子射线照射系统的动作中，使从加速器射出粒子射线的时刻 与进行照射的时刻同步。

首先，在选通期间内的照射开始时刻t0，计算出到加速器能射出粒子射 线为止的剩余时间，若到能射出粒子射线为止的剩余时间不满足选通期间内 的预定照射时间，则暂缓射出。若到能射出粒子射线为止的剩余时间满足选 通期间内的预定照射时间，则射出粒子射线。通过评价患部的移动周期以及 加速器的运行周期，从而能在选通期间内对整个照射区域完成照射。通过多 个选通期间来对照射区域进行照射时，在患部的移动周期内、患部位置产生 位置偏差的情况下，原则上产生剂量分布计划外的高剂量区域或低剂量区 域。通过在选通期间内对整个照射区域完成照射，从而能提高剂量分布的精 度。

标号说明

10:粒子射线发生部

11:入射器

12:加速器

13:加速器控制器

14:照射剂量控制器

15:射点尺寸控制器

16:射束扫描控制器

20:粒子射线输送部

30、30A、30B:粒子射线照射部

32:治疗台

40:照射喷嘴

41、41a、41b:扫描用偏转电磁铁

42:剂量监视器

43:脊形过滤器(能量宽度扩大设备)

431:锥形脊形过滤器(能量宽度扩大设备)

44:射束直径变更器

60:治疗计划部

70:照射控制计算部

80:照射控制部

90:移位相位检测部

PB:粒子射线