JP4003953B2

JP4003953B2 - Charged particle beam irradiation apparatus and charged particle beam generation method

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Publication number: JP4003953B2
Application number: JP2003017660A
Authority: JP
Inventors: 浩二松田; 寿隆藤巻; 正樹柳澤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2023-01-27
Also published as: JP2004223144A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子ビーム照射装置、特に、厚み分布を持った円盤状の回転体を回転させてビームのエネルギー分布を拡大するエネルギー分布拡大装置を有する荷電粒子ビーム照射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
荷電粒子ビーム照射装置は、イオン源、加速器、シンクロトン等からなる荷電粒子ビーム発生装置からの荷電粒子ビームを、照射対象内の標的の立体形状に合わせて整形し、照射する装置である。
【０００３】
一般に、荷電粒子ビーム発生装置からの荷電粒子ビームは、細いビーム（例えばビーム径が１ｃｍ程度）であり、このような細いビームを照射対象の標的に均一に照射するために、横方向ビーム拡大装置を用いてビームを散乱または走査させ、ビームをその進行方向に垂直な横方向の面内に拡大させるようにしている。
【０００４】
また、荷電粒子ビーム発生装置からの荷電粒子ビームは、エネルギーがほぼ均一に設定されている。このような均一なエネルギーをもった荷電粒子ビーム（特に陽子線、重粒子線ビーム）を照射対象に照射すると、そのエネルギーによって決まる特定の深さにピークを持つ線量分布（以下、この線量分布のピークをブラッグピークと呼ぶ）が形成される。しかし、ブラッグピークの広がりは数ｍｍと狭いので、後記のようなエネルギー分布拡大装置を用いて荷電粒子ビームのエネルギー分布を拡大または走査し、幅の狭いブラッグピークを照射対象の深さ方向に拡大する方法が考案されている。
【０００５】
従来のエネルギー分布拡大装置としては、例えば非特許文献１で論じられているように、加速器からの荷電粒子線のエネルギーを直接変えるもの（エネルギースキャニング）や、厚み分布を持った円盤状の回転体を回転させ、その一部にビームを通過させるもの（レンジモジュレーティングホイール）、楔形の構造物をビームの通過領域に設置するもの（リッジフィルタ）等が知られている。
【０００６】
そこで、従来技術の一例として、回転体としてのレンジモジュレーティングホイールを用いた荷電粒子ビーム照射装置による線量分布の形成について、図８ないし図１１を参照して説明する。
【０００７】
図８は、従来のレンジモジュレーティングホイールのビーム進行方向厚みの分布を示す平面図であり、図９は従来のレンジモジュレーティングホイールのビーム進行方向厚みと角度との関係を示す半周分の分布図である。図１０は、従来のレンジモジュレーティングホイールを通過した後のビームエネルギー分布の時間平均を示す特性線図であり、図１１は従来の荷電粒子ビーム照射装置による深さ方向に対する線量分布を示す特性線図である。
【０００８】
図８において、レンジモジュレーティングホイール１０１（以下、ホイール１０１という）は、回転軸１０２を中心にほぼ一定の速度をもって回転する。そして、荷電粒子ビーム照射装置（図示せず）からの荷電粒子ビーム１０３（以下、ビーム１０３という）は、ホイール１０１の回転に伴い、図８中の点線で示した円形の軌跡Ｓを描く。
【０００９】
このホイール１０１は、図８に示すように左右対称形状をなしている。そして、このホイール１０１は、扇形状をなす２個の第１肉厚部１０１Ａ、４個の第２肉厚部１０１Ｂ、４個の第３肉厚部１０１Ｃ、４個の第４肉厚部１０１Ｄ、４個の第５肉厚部１０１Ｅ、４個の第６肉厚部１０１Ｆ、２個の空隙部１０１Ｇを有し、第１肉厚部１０１Ａ〜第６肉厚部１０１Ｆの順で徐々に薄肉（空隙部１０１Ｇの厚みは零）に形成されている。
【００１０】
従って、図９に示すように、ビーム１０３の通過位置におけるビーム１０３の進行方向のホイール１０１厚さは、ホイール１０１の角度（中心角）に伴って段階的に変わる。なお、ホイール１０１は、ほぼ一定の速度で、１照射中に数十〜数百回回転するものである。
【００１１】
ビーム１０３は、ホイール１０１に対する通過厚さにほぼ比例したエネルギーを失う。従って、ホイール１０１を通過した後のビームエネルギーの種類は、時間平均を取ると、図１０に示すように、ホイール１０１に対するビーム１０３の通過厚さの種類、つまり、第１肉厚部１０１Ａ〜第６肉厚部１０１Ｆ、空隙部１０１Ｇをそれぞれ合計した数（７個）に等しい。また、ピークの強度比は、各厚み領域が周方向に占める角度幅の比となる。即ち、ある厚みの部分全体が、３０度の角度幅を占めていれば、対応するピークの強度は、全ピーク強度の和の１／１２（＝３０度÷３６０度）となる。
【００１２】
図８に示したホイール１０１は、回転対称性と左右対称性を持つため、ビーム１０３はホイール１０１を相対的に１周すると、同じ厚みの領域（例えば第２肉厚部１０１Ｂ）を４回通過（但し、第１肉厚部１０１Ａと空隙部１０１Ｇは２回通過）することになる。よって、前記のように算出した角度幅（３０度）は、各領域に１／４（但し、第１肉厚部１０１Ａと空隙部１０１Ｇは、各領域に１／２）ずつに分けて割り当てられる。
【００１３】
図１０中に示した各ピークに対応するビーム１０３の成分による照射対象（図示せず）内における線量分布を図１１中の細線で示し、照射対象中の総線量分布を図１１中の太線で示す。図１１に示すように、各ビーム１０３の成分による照射対象内における線量分布は、それぞれのエネルギーに応じた深さにピークを持つブラッグカーブと呼ばれる深部線量分布（細線）を形成し、総線量分布（太線）は、これら各深部線量分布の和に等しい。
【００１４】
ホイール１０１の設計時には、想定する照射条件において、照射対象の標的範囲内（図１１中の範囲Ｔ内）での総線量分布がほぼ一定になるように各ピークのビーム成分の割合を決め、それに比例させて第１肉厚部１０１Ａ〜第６肉厚部１０１Ｆ、空隙部１０１Ｇのそれぞれの各厚み領域の角度幅を決める。なお、前記照射条件とは、入射エネルギー、横方向ビーム拡大装置の設定等であり、標的の位置、深さ、大きさ等に応じて適宜選択し、設定する。
【００１５】
このように、ホイール１０１を用いたエネルギー分布拡大装置は、ビーム１０３の進行方向に対するホイール１０１の厚みが、回転軸１０２周りの周方向の角度ごとに異なっている。このため、ホイール１０１を回転させ、その一部にビーム１０３を通過（照射）させると、ビーム１０３が、回転角度ごとに異なる厚みの部分を通過することになり、通過後のビームエネルギーがホイール１０１の回転に伴って時間的に変化する。従って、ホイール１０１の角度ごとの厚み、即ち第１肉厚部１０１Ａ〜第６肉厚部１０１Ｆの厚みを適切に設計、加工することで、通過後のビームエネルギー分布の時間平均を、所望の分布に調整することができる。
【００１６】
一方、他の従来技術として、回転軸からの距離が違う円周上に、厚み分布の違う部分（トラック）を設け、照射条件の変更に対応してビーム通過位置を対応するトラック領域へと変える手法が、例えば非特許文献２に記載されている。この手法の場合、ビームが複数のトラックに跨って通過しないように、トラックの径方向サイズをビームサイズに対して十分大きく取る。
【００１７】
【非特許文献１】
Review of Scientific Instruments Vol.64 No.8 1993年8月（第２０５５頁〜第２１２２頁）
【非特許文献２】
"Proceedings of NIRS International Seminar on the Application of Heavy Ion Accelerator to Radiation Therapy of Cancer in connection with XXI PTCOG Meeting"（1994）（第６２頁、図６）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来技術にあっては、荷電粒子ビーム発生装置からのビームエネルギー及び横方向ビーム拡大装置等の設定といった荷電粒子ビーム照射装置の運転パラメータ（照射条件）は、照射対象の深さ、大きさ等によって変更する必要がある。そして、これら照射条件を変えた場合には、所望の線量分布を形成するためのエネルギー分布も変える必要がある。
【００１９】
従来技術のホイール１０１では、通過後のエネルギー分布は、角度ごとの厚みで決まっているので、後記するように照射条件を変更した場合には、所望の線量分布が形成されないという問題がある。
【００２０】
ここで、ビームエネルギーを、例えばホイール１０１の設計時に想定したエネルギーよりも低く設定した場合における照射対象中の総線量分布について説明する。図１２に、照射対象中の総線量分布を示す。ビームエネルギーを低く変更したことにより、高線量領域（図１２中の範囲Ｔ′参照）は浅い側へとシフトする。そして、この高線量領域は、浅い側ほど線量が低くなっており、図１１中の範囲Ｔのように目標とする一定の線量分布は形成されていない。
【００２１】
これは、ビームエネルギーが低いことにより、横方向ビーム拡大装置でのビームの散乱量が大きくなり、照射対象位置でのビームが広がってビームが薄まることに起因している。つまり、ホイール１０１の厚い部分を通過するビーム成分（ホイール１０１でのエネルギー損失が大きいビーム成分）ほど、ビームの薄まり方が大きくなるため、このホイール１０１の厚い部分を通過するビーム成分が足らなくなって線量が低くなる。この結果、高線量領域は、浅い側ほど線量が低くなる。
【００２２】
そこで、ホイール１０１は、特定の照射条件に対して適切な線量分布を形成するように設計、加工され、照射条件ごとに交換して使用する。即ち、従来では、前記した照射条件ごとに異なるホイールを製作し、使用する必要があるため、多数のホイールを製作し、交換して使用せざるを得ないという問題がある。また、従来のホイールでは、連続的な照射条件の変化に対して常に最適な線量分布を形成することができないという問題がある。
【００２３】
また、ホイールの回転軸からの距離が違う円周上に、厚み分布の違う領域（トラック）を設ける構成とした前記他の従来技術では、ホイールの直径が大きくなり、ホイール全体が大型化する。このため、荷電粒子ビーム照射装置が大型化する、ホイールの回転速度を上げられない、ホイールの振動が起き易いという問題がある。また、連続的な照射条件の変化に対して常に最適な線量分布を形成することができないという問題がある。
【００２４】
本発明の目的は、種々の照射条件に対応してホイールを交換することなく、荷電粒子分布の線量分布が調整可能な荷電粒子ビーム照射装置を提供することにある。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の請求項１に記載の荷電粒子ビーム照射装置の特徴は、荷電粒子ビームのビーム軸とは異なる位置に回転軸を持つ回転体を具備し、前記回転体は、前記荷電粒子ビームの進行方向に対する前記回転体の厚みが異なる周方向に配設された複数の領域から構成され、かつ、前記領域の厚みを前記回転軸からの距離に依存して略連続的に変化するように形成し、前記回転軸と前記ビーム軸との間の距離を変更する回転軸移動手段を備えることにある。
【００３２】
この特徴によれば、回転体の回転に伴って荷電粒子ビームが通過する回転体の厚み（以下、ビーム進行方向厚みという）が変化するため、回転体を通過した後のビームエネルギーが時間的に変化する。そして、回転軸移動手段を用いて回転軸とビーム軸との間の距離を変えることにより、回転体に対する荷電粒子ビームの通過位置が変わり、周方向に配設された前記領域間のビーム進行方向厚み分布の違いに起因して回転体通過後におけるビームエネルギーの時間変化の特性を変えることができ、その結果として、時間平均したエネルギー分布を変えることができる。この際、周方向に配設された前記領域のビーム進行方向厚みを、回転軸からの距離に依存して略連続的に変化させているので、時間平均したエネルギー分布を、回転軸とビーム軸との間の距離に対応して略連続的に変更することができ、照射条件に応じて所望の線量分布を形成するためのエネルギー分布を得ることができる。
【００３３】
さらに、本発明の請求項２に記載の荷電粒子ビームの生成方法の特徴は、荷電粒子ビームのビーム軸とは異なる位置に回転軸を持つ回転体と、前記回転軸と前記ビーム軸との間の距離を変更する回転軸移動手段とを備える荷電粒子ビーム照射装置における荷電粒子ビーム生成方法であって、
前記荷電粒子ビーム照射装置は、前記荷電粒子ビームの進行方向に対する前記回転体の厚みが異なる周方向に配設された複数の領域から構成され、かつ、前記領域の厚みを前記回転軸からの距離に依存して略連続的に変化するように形成された前記回転体に対して、前記荷電粒子ビームを照射し、
前記回転体の回転に伴う厚みの周方向の段階的な変化に応じて、前記厚みが大きい領域においては前記荷電粒子ビームのエネルギーの低減を大きくし、前記厚みが小さい領域においては前記荷電粒子ビームのエネルギーの低減を少なくし、
かつ、前記回転軸移動手段の動作に伴う前記厚みの前記回転軸からの距離に依存した略連続的な変化に応じて、前記回転体を通過した後の前記荷電粒子ビームのエネルギーを連続的に変化させることを特徴とする。
【００３４】
この特徴によれば、照射対象と標的に合わせて入射ビームエネルギー、ビーム拡大装置の設定、飛程調整装置の設定を変えた場合にも、所望の線量分布を形成するためのエネルギー分布を得ることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
（参考例）
本発明の参考例に係る荷電粒子ビーム照射装置を添付図面を参照して説明する。ここで、図１ないし図４は本発明の参考例を示している。図１は、参考例の荷電粒子ビーム照射装置を示す構成図であり、図２は、本参考例によるレンジモジュレーティングホイールのビーム通過範囲の周辺を示す平面図である。また、図３は、本参考例によるレンジモジュレーティングホイールのビーム進行方向厚みと角度との関係を示す半周分の分布図であり、図４は、本参考例によるレンジモジュレーティングホイールの回転軸移動機構を示す概略構成図である。さらに、図５は、本参考例による荷電粒子ビーム照射装置でビームエネルギーを変更した場合の深さ方向線量分布図である。
【００３６】
図１において、本参考例による荷電粒子ビーム照射装置１は、第１散乱体２及び第２散乱体３を備え、これら第１散乱体２及び第２散乱体３は横方向ビーム拡大装置を構成し、荷電粒子ビーム４（以下、ビーム４という）をビーム進行方向と垂直な方向に散乱又は走査させて拡大するものである。また、この荷電粒子ビーム照射装置１は、前記横方向ビーム拡大装置（第１散乱体２、第２散乱体３）と、ビーム４の軸と異なる位置に回転軸５を有し、ビームのエネルギー分布を拡大する回転体としてのレンジモジュレーティングホイール６（以下、ホイール６という）と、例えば患部等の標的７の横方向形状に合わせてビームを切り取る（整形する）コリメータ８と、標的の最大深さに合わせてビームエネルギーを調整するボーラス９とを構成機器として有する。
【００３７】
この荷電粒子ビーム照射装置１には、荷電粒子ビーム発生装置（図示せず）で発生したビーム４が図１の上方（図１中の矢印方向）から供給される。そして、第１散乱体２に入射されて広がったビーム４は、ホイール６を通過した後、ビーム通過箇所によって散乱強度が異なる第２散乱体３を通過して散乱されることにより、照射面の付近で横方向に対しほぼ均一なビーム強度分布を形成する。この均一に拡大されたビーム４は、コリメータ７によって標的６形状の横方向広がりに合わせて切り出され、整形される。
【００３８】
ここで、ホイール６は、後記するようにホイール６を通過するビーム４のエネルギー分布を広げ、照射対象の深さ方向に対し均一な線量分布を形成するエネルギー分布拡大装置を構成している。また、ボーラス４は、標的７の横方向の各部分に対応する位置を通過するビームのエネルギーをシフトさせ、標的の立体形状に合わせて高線量領域を形成する。
【００３９】
次に、本参考例の形態に係るホイール６の構成について述べる。
図２に示すように、本参考例に用いるホイール６は、従来技術とほぼ同様に、扇形状をなす２個の第１肉厚部６Ａ（１個のみ図示）、４個の第２肉厚部６Ｂ、４個の第３肉厚部６Ｃ、４個の第４肉厚部６Ｄ、４個の第５肉厚部６Ｅ、４個の第６肉厚部６Ｆ（いずれも２個のみ図示）、２個の空隙部をそれぞれ有し、第１肉厚部６Ａ〜第６肉厚部６Ｆの順で徐々に薄肉（空隙部の厚みは零）に形成されている。
【００４０】
しかし、図２に示すように、例えばホイール６のうち最も厚肉な部分となる第１肉厚部６Ａ（実線）は、従来技術による第１肉厚部１０１Ａ（点線）と比較して外側円弧６Ｈから内側円弧６Ｊに向かう（外周から中心近傍に向かう）に従って徐々に幅広に形成されている。一方、ホイール６のうち最も薄肉な部分となる第６肉厚部６Ｆ（実線）は、従来技術による第６肉厚部６Ｆ（点線）と比較して外側円弧６Ｈから内側円弧６Ｊに向かうに従って徐々に幅狭に形成されている。
【００４１】
つまり、従来技術によるホイール１０１は、第１肉厚部１０１Ａ〜第６肉厚部１０１Ｆのそれぞれの各領域における回転軸１０２周りの円周に占める角度（各肉厚部１０１の扇の中心角）が、回転軸１０２からの距離に拘わらず略一定（図２中の点線参照）であるのに対し、本参考例によるホイール６は、第１肉厚部６Ａ〜第６肉厚部６Ｆのそれぞれの各領域における回転軸５周りの円周に占める角度が、回転軸５からの距離に依存して略連続的（略直線的）に変化するように形成されている。
【００４２】
なお、ホイール６が滑らかに回転するように、ホイール６の形状は、前記従来技術と同様に１８０度回転対称性を持たせている。また、ホイール６は、第１肉厚部６Ａ〜第６肉厚部６Ｆのそれぞれの各領域の境界線が略直線となるように形成している。
【００４３】
次に、図４にホイール６の回転軸移動機構１０の構成の一例を示す。
図４に示すように、フレーム１１には、その下面側に位置してボールねじ回転用モータ１２が取り付けられ、上面側には固定具１３，１３を介してボールねじ１４が固定して取り付けられている。そして、このボールねじ１４は２個のギヤ１５，１５を介してボールねじ回転用モータ１２と連結されている。また、ボールねじ１４にはモータ支持ブラケット１６が固定して取り付けられ、このモータ支持部ブラケット１６にはホイール回転用モータ１７が装着されている。さらに、ホイール回転用モータ１７は出力軸となる回転軸５を有し、この回転軸５によってホイール６を回転させる。
【００４４】
この回転軸移動機構１０は、ボールねじ回転用モータ１２を作動させることにより、ギヤ１５を介してボールねじ１４を回転させる。そして、このボールねじ１４の回転に伴って、モータ支持ブラケット１６、ホイール回転用モータ１７と一体となったホイール６（回転軸５）を、図１、図４中の矢印方向へと移動させる。
【００４５】
このように構成される本参考例では、回転軸移動機構１０によりビームエネルギーの変更に対応して、ホイール６に対するビームの通過位置（図２中の矢示ａ，ｂ，ｃ）を変更することができる。この結果、ホイール６に対するビーム４の通過位置での厚み分布を図３に示すように変えることができ、ホイール６を通過するビームエネルギーの成分の割合を変えることができる。例えばビームエネルギーＥがＥ１（条件１）とＥ２（条件２）の範囲内（Ｅ１＞Ｅ＞Ｅ２）である場合、厚み分布は条件１と条件２の場合の厚み分布の中間となる。
【００４６】
つまり、ビームエネルギーが低い条件２の場合には、ビームエネルギーが高い条件１の場合に比較して、ホイール６の厚い部分（第１肉厚部６Ａ、第２肉厚部６Ｂ等）を通過するビーム成分を増やすことができ、ホイール６を通過した後におけるビームエネルギーの低い成分を増やすことができ、標的７の範囲内における総線量分布をほぼ一定にすることができる。
【００４７】
従って、ビームエネルギーがＥとなる照射条件に対しては、ビームエネルギーＥ１よりも低いビームエネルギーＥ２の条件による厚み分布に近づくため、肉厚の大きい領域を通過して薄められたエネルギーの低いビーム成分の割合を増やすことができ、ビームエネルギー（入射エネルギー）をＥ１からＥへ、ＥからＥ２へとそれぞれ低くした場合でも、図５に示す範囲Ｔ１のように、標的７の範囲内における総線量分布をほぼ一定に設定できることができる。
【００４８】
これにより、本参考例によれば、種々の照射条件に対応してホイール６を交換することなく、荷電粒子の線量分布が調整可能な荷電粒子ビーム照射装置１を提供することができる。また、荷電粒子ビーム照射装置１を小型化でき、ホイール６の回転速度を上げることができ、ホイール６の回転時の振動を抑えることができる。また、連続的な照射条件の変化に対しても、常に最適な線量分布を形成することができる。さらに、ホイール６は、第１肉厚部６Ａ〜第６肉厚部６Ｆのそれぞれの各領域の境界線が略直線となるように形成したので、ホイール６の加工及び加工後の寸法計測を容易に行うことができる。
【００４９】
また、ホイール６は、第１肉厚部６Ａ〜第６肉厚部６Ｆのそれぞれの各領域における回転軸５周りの円周に占める角度が、回転軸５からの距離に依存して略直線的に変化するように形成したので、入射するビーム４のサイズが変わった場合にも、ホイール６を通過した後の時間平均したビームエネルギー分布が変化することがなくなる。このため、ビームエネルギー分布を回転軸５とビーム４の軸との間の距離だけで制御することができ、照射条件の調整を簡便にすることができる。
【００５０】
なお、図２に示すように、条件１におけるビーム４の軌跡と回転軸５との間の距離をＲ１（図６参照）、条件２におけるビーム４の軌跡と回転軸５との間の距離をＲ２（図６参照）とし、ビームエネルギーＥをＥ１（条件１）とＥ２（条件２）の範囲内（Ｅ１＞Ｅ＞Ｅ２）に設定した場合、ビーム４と回転軸５との間の距離Ｒ（Ｒ１＞Ｒ＞Ｒ２）は、後記式１の関係となるように回転軸移動機構１０を用いて回転軸５を移動することが好ましい。また、Ｒ１とＲ２との差（Ｒ１−Ｒ２）は、Ｒ１及びＲ２よりも小さく、かつ３割以下程度になるように設定する。
【００５１】
【数１】

【００５２】
（実施の形態）
次に、図６は本発明の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、荷電粒子ビームの進行方向に対するレンジモジュレーティングホイールの厚みが、回転軸周りの角度によって異なり、かつ、前記回転軸周りの角度に対するレンジモジュレーティングホイールの厚みが、回転軸からの距離に依存して略連続的に変化するように形成したことにある。なお、本実施の形態では、前記参考例と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。また、図６は、実施の形態のレンジモジュレーティングホイールの厚み分布を示す平面図である。
【００５３】
図６に示すように、本実施の形態に係るレンジモジュレーティングホイール２１（以下、ホイール２１という）は、従来技術とほぼ同様に、扇形状をなす２個の第１肉厚部２１Ａ、４個の第２肉厚部２１Ｂ、４個の第３肉厚部２１Ｃ、４個の第４肉厚部２１Ｄ、４個の第５肉厚部２１Ｅ、４個の第６肉厚部２１Ｆ、２個の空隙部２１Ｇをそれぞれ有し、第１肉厚部２１Ａ〜第６肉厚部２１Ｆの順で徐々に薄肉（空隙部２１Ｇの厚みは零）に形成されている。
【００５４】
また、ホイール２１のうち、例えば第１肉厚部２１Ａはホイール２１の外周から中心近傍（回転軸５側）に向かうに従って、徐々（連続的）に肉厚が大きくなるように形成されている。そして、第２肉厚部２１Ｂ〜第６肉厚部２１Ｆについても、第１肉厚部２１Ａと同様に、それぞれホイール２１の外周から中心に向かうに従って、徐々に肉厚が大きくなるように形成されている。
【００５５】
つまり、従来技術によるホイール１０１は、回転軸１０２の周りの角度に対するホイール１０１の厚み分布が回転軸５からの距離に拘わらず略一定（図９参照）であるのに対し、本実施の形態によるホイール２１は、回転軸５の周りの角度に対する各肉厚部２１Ａ〜２１Ｆのそれぞれの厚み分布が、回転軸５からの距離に依存して略連続的に変化するように形成されている。
【００５６】
なお、本実施の形態についても、図６に示すように、条件１におけるビーム４の軌跡Ｓ１と回転軸５との間の距離をＲ１、条件２におけるビーム４の軌跡Ｓ２と回転軸５との間の距離をＲ２とし、ビームエネルギーＥをＥ１（条件１）とＥ２（条件２）の範囲内（Ｅ１＞Ｅ＞Ｅ２）に設定した場合、ビーム４と回転軸５との間の距離Ｒ（Ｒ１＞Ｒ＞Ｒ２）は、前記式１の関係となるように回転軸移動機構を用いて回転軸５を移動することが好ましい。また、Ｒ１とＲ２との差（Ｒ１−Ｒ２）は、Ｒ１及びＲ２よりも小さく、かつ３割以下程度になるように設定する。
【００５７】
以上のように、実施の形態では、ホイール２１を構成する各肉厚部２１Ａ〜２１Ｆをそれぞれホイール２１の外周から中心近傍に向かうに従って、徐々に肉厚が大きくなるように形成したので、ビームエネルギーの変更に対応してホイール２１の回転軸５を移動し、ホイール２１に対するビームの通過位置を図６に示すように変更することにより、例えば条件２（ビームエネルギーＥ２）の方が条件１（ビームエネルギーＥ１）よりもホイール２１を通過する厚い部分を増やすことができ、ホイール２１を通過する各ビーム成分のエネルギーを変える（調整する）ことができる。つまり、エネルギー分布の調整の自由度を高めることができる。
【００５８】
なお、前記参考例および実施の形態では、ホイール６（２１）を第１散乱体２と第２散乱体３との間に設置する構成として述べた。しかし、本発明はこれに限ることなく、例えば図７に示す本発明の変形例のように、ホイール６を第１散乱体２の上方に設置する構成としてもよい。このように構成したことにより、ビームのどの部分（例えば真中、端）でも深さ方向の線量分布を平らにすることが可能となる。
【００５９】
また、前記実施の形態では、ホイール２１を構成する各肉厚部２１Ａ〜２１Ｆをそれぞれホイール２１の外周から中心近傍に向かうに従って、徐々に肉厚が大きくなるように形成するものとして説明した。しかし、本発明はこれに限ることなく、例えば、ホイールを構成する各肉厚部をそれぞれホイールの外周から中心近傍に向かうに従って、肉厚が小さくなるように形成してもよい。また、外周から中心までの全ての範囲で肉厚を変化させる必要は必ずしもなく、必要な部分だけ肉厚を変化させてもよい。
【００６０】
また、前記参考例では、ホイール６を構成する各肉厚部６Ａ〜６Ｆの厚みがそれぞれほぼ一定となるように形成するものとして説明した。しかし、本参考例はこれに限ることなく、例えばホイールを構成する各肉厚部を実施の形態と同様に、それぞれホイールの外周から中心近傍に向かうに従って、肉厚が小さくなるように形成してもよいし、肉厚が大きくなるように形成してもよい。
【００６１】
また、前記参考例及び実施の形態では、入射エネルギーを変更した場合について述べたが、横方向ビーム拡大装置（第１散乱体２、第２散乱体３）の設定、飛程調整装置（図示せず）の設定等の他の条件の変更に対しても、同様に適用、調整できる。
【００６２】
さらに、前記参考例及び実施の形態では、コリメータ、ボーラスを使用しているが、これらは整形された荷電粒子ビームを切り出し、標的形状に合わせる機能であり、本発明に直接関係しない。よって本発明は、これらを使用しない荷電粒子ビーム生成方法に対しても適用できる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、種々の照射条件に対応してレンジモジュレーティングホイールを交換することなく、荷電粒子分布の線量分布が調整可能な荷電粒子ビーム照射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例による荷電粒子ビーム照射装置を示す構成図である。
【図２】参考例によるレンジモジュレーティングホイールのビーム通過範囲の周辺を示す平面図である。
【図３】参考例によるレンジモジュレーティングホイールのビーム進行方向厚みと角度との関係を示す半周分の分布図である。
【図４】参考例によるレンジモジュレーティングホイールの回転軸移動機構を示す概略構成図である。
【図５】参考例による荷電粒子ビーム照射装置でビームエネルギーを変更した場合の深さ方向線量分布図である。
【図６】本発明の実施の形態によるレンジモジュレーティングホイールのビーム進行方向厚みの分布を示す平面図である。
【図７】本発明の変形例による荷電粒子ビーム照射装置を示す構成図である。
【図８】従来技術によるレンジモジュレーティングホイールのビーム進行方向厚みの分布を示す平面図である。
【図９】従来技術によるレンジモジュレーティングホイールのビーム進行方向厚みと角度との関係を示す半周分の分布図である。
【図１０】従来技術によるレンジモジュレーティングホイールを通過した後のビームエネルギー分布の時間平均を示す特性線図である。
【図１１】従来技術による荷電粒子ビーム照射装置による深さ方向に対する線量分布を示す特性線図である。
【図１２】従来技術による荷電粒子ビーム照射装置でビームエネルギーを変更した場合の深さ方向線量分布図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a charged particle beam irradiation apparatus, and more particularly to a charged particle beam irradiation apparatus having an energy distribution expansion device that rotates a disk-shaped rotating body having a thickness distribution to expand the energy distribution of the beam.
[0002]
[Prior art]
The charged particle beam irradiation apparatus is an apparatus that shapes and irradiates a charged particle beam from a charged particle beam generation apparatus including an ion source, an accelerator, and a synchroton according to a three-dimensional shape of a target in an irradiation target.
[0003]
In general, a charged particle beam from a charged particle beam generator is a thin beam (for example, a beam diameter of about 1 cm). In order to uniformly irradiate such a thin beam on a target to be irradiated, a lateral beam expanding device is used. Is used to scatter or scan the beam and expand the beam in a lateral plane perpendicular to the direction of travel.
[0004]
Further, the energy of the charged particle beam from the charged particle beam generator is set almost uniformly. When a charged particle beam (especially proton beam or heavy particle beam) having such uniform energy is irradiated to an irradiation target, a dose distribution having a peak at a specific depth determined by the energy (hereinafter referred to as this dose distribution). The peak is called the Bragg peak). However, since the spread of the Bragg peak is as narrow as several millimeters, the energy distribution of the charged particle beam is expanded or scanned using an energy distribution expansion device as described later, and the narrow Bragg peak is expanded in the depth direction of the irradiation target. A method has been devised.
[0005]
As a conventional energy distribution expansion device, as discussed in Non-Patent Document 1, for example, a device that directly changes the energy of a charged particle beam from an accelerator (energy scanning), or a disk-shaped rotating body having a thickness distribution Are known in which a beam is passed through a part (range modulating wheel), and a wedge-shaped structure is installed in a beam passing region (ridge filter).
[0006]
Therefore, as an example of the prior art, formation of a dose distribution by a charged particle beam irradiation apparatus using a range modulating wheel as a rotating body will be described with reference to FIGS.
[0007]
FIG. 8 is a plan view showing the distribution of the beam traveling direction thickness of the conventional range modulating wheel, and FIG. 9 is a distribution diagram of a half circumference showing the relationship between the beam traveling direction thickness and the angle of the conventional range modulating wheel. It is. FIG. 10 is a characteristic diagram showing the time average of the beam energy distribution after passing through the conventional range modulating wheel, and FIG. 11 is a characteristic line showing the dose distribution in the depth direction by the conventional charged particle beam irradiation apparatus. FIG.
[0008]
In FIG. 8, the range modulating wheel 101 (hereinafter referred to as the wheel 101) rotates with a substantially constant speed around the rotation shaft 102. A charged particle beam 103 (hereinafter referred to as a beam 103) from a charged particle beam irradiation apparatus (not shown) draws a circular locus S indicated by a dotted line in FIG.
[0009]
The wheel 101 has a symmetrical shape as shown in FIG. The wheel 101 has two fan-shaped first thick portions 101A, four second thick portions 101B, four third thick portions 101C, and four fourth thick portions 101D. It has four fifth thick parts 101E, four sixth thick parts 101F, two gaps 101G, and gradually becomes thinner in the order of the first thick part 101A to the sixth thick part 101F. (The thickness of the gap 101G is zero).
[0010]
Therefore, as shown in FIG. 9, the thickness of the wheel 101 in the traveling direction of the beam 103 at the passing position of the beam 103 changes stepwise with the angle (center angle) of the wheel 101. The wheel 101 rotates at a substantially constant speed several tens to several hundreds times during one irradiation.
[0011]
The beam 103 loses energy approximately proportional to the thickness of passage through the wheel 101. Therefore, the type of beam energy after passing through the wheel 101 is obtained by taking a time average, as shown in FIG. 10, the type of the passing thickness of the beam 103 with respect to the wheel 101, that is, the first thick portion 101A to the first thick portion. It is equal to the total number (seven) of the six thick portions 101F and the gap portions 101G. The peak intensity ratio is the ratio of the angular width occupied by each thickness region in the circumferential direction. That is, if the entire thickness portion occupies an angle width of 30 degrees, the intensity of the corresponding peak is 1/12 (= 30 degrees / 360 degrees) of the sum of all peak intensities.
[0012]
Since the wheel 101 shown in FIG. 8 has rotational symmetry and left-right symmetry, the beam 103 passes through the same thickness region (for example, the second thick portion 101B) four times when the wheel 103 relatively goes around the wheel 101. (However, the first thick part 101A and the gap 101G pass twice). Therefore, the angular width (30 degrees) calculated as described above is divided and assigned to each region by a quarter (however, the first thick portion 101A and the gap portion 101G are ½ each region). .
[0013]
The dose distribution in the irradiation target (not shown) by the component of the beam 103 corresponding to each peak shown in FIG. 10 is indicated by a thin line in FIG. 11, and the total dose distribution in the irradiation target is indicated by a thick line in FIG. Show. As shown in FIG. 11, the dose distribution in the irradiation target by the components of each beam 103 forms a deep dose distribution (thin line) called a Bragg curve having a peak at a depth corresponding to each energy, and the total dose distribution. The (bold line) is equal to the sum of these respective deep dose distributions.
[0014]
At the time of designing the wheel 101, under the assumed irradiation conditions, the ratio of the beam component of each peak is determined so that the total dose distribution within the target range to be irradiated (within the range T in FIG. 11) is substantially constant. The angular width of each thickness region of the first thick part 101A to the sixth thick part 101F and the gap part 101G is determined in proportion. The irradiation conditions are incident energy, setting of the lateral beam expanding device, and the like, which are appropriately selected and set according to the position, depth, size, etc. of the target.
[0015]
As described above, in the energy distribution expansion apparatus using the wheel 101, the thickness of the wheel 101 with respect to the traveling direction of the beam 103 differs for each circumferential angle around the rotation axis 102. For this reason, when the wheel 101 is rotated and the beam 103 is passed (irradiated) on a part of the wheel 101, the beam 103 passes through a portion having a different thickness for each rotation angle. It changes with time as the rotation of. Accordingly, by appropriately designing and processing the thickness of the wheel 101 for each angle, that is, the thickness of the first thick portion 101A to the sixth thick portion 101F, the time average of the beam energy distribution after passing is obtained as a desired distribution. Can be adjusted.
[0016]
On the other hand, as another conventional technique, portions (tracks) having different thickness distributions are provided on the circumferences having different distances from the rotation axis, and the beam passing position is changed to a corresponding track region in accordance with the change of irradiation conditions. The technique is described in Non-Patent Document 2, for example. In the case of this method, the radial size of the track is made sufficiently large with respect to the beam size so that the beam does not pass across a plurality of tracks.
[0017]
[Non-Patent Document 1]
Review of Scientific Instruments Vol.64 No.8 August 1993 (pp. 2055-2122)
[Non-Patent Document 2]
"Proceedings of NIRS International Seminar on the Application of Heavy Ion Accelerator to Radiation Therapy of Cancer in connection with XXI PTCOG Meeting" (1994) (page 62, Fig. 6)
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the prior art, the operating parameters (irradiation conditions) of the charged particle beam irradiation apparatus such as the setting of the beam energy from the charged particle beam generation apparatus and the lateral beam expanding apparatus are the depth and size of the irradiation target. It is necessary to change depending on the situation. When these irradiation conditions are changed, it is also necessary to change the energy distribution for forming a desired dose distribution.
[0019]
In the wheel 101 of the prior art, since the energy distribution after passing is determined by the thickness for each angle, there is a problem that a desired dose distribution is not formed when the irradiation conditions are changed as described later.
[0020]
Here, the total dose distribution in the irradiation target when the beam energy is set lower than, for example, the energy assumed when the wheel 101 is designed will be described. FIG. 12 shows the total dose distribution in the irradiation object. By changing the beam energy low, the high dose region (see range T ′ in FIG. 12) shifts to the shallow side. And in this high dose area | region, a dose is so low that it is shallow, and the target fixed dose distribution is not formed like the range T in FIG.
[0021]
This is due to the fact that, due to the low beam energy, the amount of scattering of the beam in the lateral beam expanding apparatus increases, and the beam at the irradiation target position spreads and becomes thinner. In other words, the beam component that passes through the thick part of the wheel 101 (the beam component that has a large energy loss at the wheel 101) becomes more thin, so that the beam component that passes through the thick part of the wheel 101 becomes insufficient. The dose is lowered. As a result, in the high-dose region, the dose becomes lower on the shallow side.
[0022]
Therefore, the wheel 101 is designed and processed so as to form an appropriate dose distribution for a specific irradiation condition, and is used by exchanging for each irradiation condition. That is, conventionally, since it is necessary to manufacture and use different wheels for each irradiation condition described above, there is a problem that a large number of wheels must be manufactured and replaced. Further, the conventional wheel has a problem that it is not always possible to form an optimal dose distribution with respect to continuous changes in irradiation conditions.
[0023]
Further, in the other prior art in which the regions (tracks) having different thickness distributions are provided on the circumferences having different distances from the rotation axis of the wheel, the diameter of the wheel is increased and the entire wheel is increased in size. For this reason, there exists a problem that a charged particle beam irradiation apparatus enlarges, the rotational speed of a wheel cannot be raised, and the vibration of a wheel tends to occur. In addition, there is a problem that an optimal dose distribution cannot always be formed with respect to continuous changes in irradiation conditions.
[0024]
The objective of this invention is providing the charged particle beam irradiation apparatus which can adjust the dose distribution of a charged particle distribution, without replacing | exchanging a wheel corresponding to various irradiation conditions.
[0031]
[Means for Solving the Problems]
 Achieve the above objectiveOf the present inventionClaim 1The charged particle beam irradiation apparatus according to the present invention includes a rotating body having a rotation axis at a position different from the beam axis of the charged particle beam, and the rotating body has a rotating body with respect to the traveling direction of the charged particle beam. It is composed of a plurality of regions arranged in circumferential directions having different thicknesses, and the thickness of the region is formed so as to change substantially continuously depending on the distance from the rotation shaft, and the rotation shaft and the The object of the present invention is to provide a rotation axis moving means for changing the distance between the beam axis.
[0032]
 According to this feature, the thickness of the rotating body through which the charged particle beam passes (hereinafter referred to as the beam traveling direction thickness) changes with the rotation of the rotating body, so that the beam energy after passing through the rotating body changes in time. Change. And by changing the distance between the rotation axis and the beam axis using the rotation axis moving means, the passing position of the charged particle beam with respect to the rotating body changes,Between the regions arranged in the circumferential directionDue to the difference in the thickness distribution in the beam traveling direction, it is possible to change the time change characteristic of the beam energy after passing through the rotating body, and as a result, the time-averaged energy distribution can be changed. On this occasion,Of the region arranged in the circumferential directionBeam traveling direction thicknessTheBecause it is changed substantially continuously depending on the distance from the rotation axis, the time-averaged energy distribution can be changed substantially continuously corresponding to the distance between the rotation axis and the beam axis. An energy distribution for forming a desired dose distribution according to the irradiation conditions can be obtained.
[0033]
 Further, the charged particle beam generation method according to claim 2 of the present invention is characterized in that:In a charged particle beam irradiation apparatus comprising: a rotating body having a rotation axis at a position different from a beam axis of a charged particle beam; and a rotation axis moving unit that changes a distance between the rotation axis and the beam axis.Charged particle beamGenerationA method,
 The charged particle beam irradiation apparatus is composed of a plurality of regions arranged in circumferential directions having different thicknesses of the rotating body with respect to the traveling direction of the charged particle beam, and the thickness of the region is a distance from the rotation axis. The charged particle beam is irradiated to the rotating body formed so as to change substantially continuously depending on
 In accordance with the stepwise change in the circumferential direction of the thickness accompanying the rotation of the rotating body, the charged particle beam energy reduction is increased in the region where the thickness is large, and the charged particle beam is used in the region where the thickness is small. Less energy reduction,
 The energy of the charged particle beam after passing through the rotating body is continuously changed according to a substantially continuous change of the thickness depending on the distance from the rotating shaft accompanying the operation of the rotating shaft moving means. It is characterized by changing.
[0034]
According to this feature, an energy distribution for forming a desired dose distribution can be obtained even when the incident beam energy, the setting of the beam expanding device, and the setting of the range adjusting device are changed according to the irradiation target and the target. Can do.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Reference example)
 Of the present inventionReference exampleA charged particle beam irradiation apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Here, FIGS. 1 to 4 show the present invention.Reference exampleIs shown. FIG.Reference exampleFIG. 2 is a block diagram showing a charged particle beam irradiation apparatus, and FIG.Reference exampleIt is a top view which shows the periphery of the beam passage range of the range modulating wheel by. In addition, FIG.Reference exampleFIG. 4 is a distribution diagram of a half circumference showing the relationship between the beam traveling direction thickness and angle of the range modulating wheel by FIG.Reference exampleIt is a schematic block diagram which shows the rotating shaft moving mechanism of the range modulating wheel by. In addition, FIG.Reference example6 is a dose distribution diagram in the depth direction when the beam energy is changed by the charged particle beam irradiation apparatus according to FIG.
[0036]
 In FIG.Reference exampleThe charged particle beam irradiating apparatus 1 includes a first scatterer 2 and a second scatterer 3, and the first scatterer 2 and the second scatterer 3 constitute a lateral beam expanding device, and the charged particle beam 4 ( Hereinafter, the beam 4) is expanded by being scattered or scanned in a direction perpendicular to the beam traveling direction. The charged particle beam irradiation apparatus 1 has a rotation axis 5 at a position different from the axis of the beam 4 and the transverse beam expanding apparatus (the first scatterer 2 and the second scatterer 3). Range modulating wheel 6 (hereinafter referred to as wheel 6) as a rotating body that expands the distribution, collimator 8 that cuts out (shapes) the beam in accordance with the shape of the target 7 such as an affected part, and the maximum depth of the target A bolus 9 that adjusts the beam energy in accordance with the height is included as a constituent device.
[0037]
The charged particle beam irradiation apparatus 1 is supplied with a beam 4 generated by a charged particle beam generator (not shown) from above (in the direction of the arrow in FIG. 1). Then, the beam 4 that has been incident on the first scatterer 2 and spreads passes through the wheel 6 and then passes through the second scatterer 3 having a different scattering intensity depending on the beam passage location, thereby being scattered. In the vicinity, a substantially uniform beam intensity distribution is formed in the lateral direction. The uniformly expanded beam 4 is cut out and shaped by a collimator 7 in accordance with the lateral spread of the target 6 shape.
[0038]
Here, the wheel 6 constitutes an energy distribution expansion device that widens the energy distribution of the beam 4 passing through the wheel 6 and forms a uniform dose distribution in the depth direction of the irradiation target, as will be described later. Further, the bolus 4 shifts the energy of the beam passing through the position corresponding to each part of the target 7 in the lateral direction, and forms a high-dose region according to the three-dimensional shape of the target.
[0039]
 Then bookReference exampleA configuration of the wheel 6 according to the embodiment will be described.
 As shown in FIG.Reference exampleThe wheel 6 used in the first and second embodiments has two fan-shaped first thick portions 6A (only one shown), four second thick portions 6B, and four third thick portions, as in the prior art. Part 6C, four fourth thick parts 6D, four fifth thick parts 6E, four sixth thick parts 6F (both only two shown), each having two gaps The first thick portion 6A to the sixth thick portion 6F are gradually formed to be thinner (the thickness of the gap is zero).
[0040]
However, as shown in FIG. 2, for example, the first thick part 6A (solid line) which is the thickest part of the wheel 6 has an outer arc compared to the first thick part 101A (dotted line) according to the prior art. The width gradually increases from 6H toward the inner arc 6J (from the outer periphery toward the center). On the other hand, the sixth thick part 6F (solid line), which is the thinnest part of the wheel 6, gradually increases from the outer arc 6H toward the inner arc 6J as compared with the sixth thick part 6F (dotted line) according to the prior art. It is formed narrowly.
[0041]
 In other words, the wheel 101 according to the conventional technology occupies the circumference around the rotation axis 102 in each region of the first thick portion 101A to the sixth thick portion 101F (the central angle of the fan of each thick portion 101). Is substantially constant regardless of the distance from the rotating shaft 102 (see the dotted line in FIG. 2).Reference exampleIn the wheel 6 according to the above, the angle that occupies the circumference around the rotation axis 5 in each region of the first thick part 6A to the sixth thick part 6F is substantially continuous depending on the distance from the rotation axis 5 ( It is formed so as to change (substantially linear).
[0042]
In addition, the shape of the wheel 6 is given 180 degree | times rotational symmetry like the said prior art so that the wheel 6 may rotate smoothly. Moreover, the wheel 6 is formed so that the boundary line of each area | region of the 1st thick part 6A-the 6th thick part 6F becomes a substantially straight line.
[0043]
Next, FIG. 4 shows an example of the configuration of the rotating shaft moving mechanism 10 of the wheel 6.
As shown in FIG. 4, a ball screw rotating motor 12 is attached to the frame 11 on the lower surface side, and a ball screw 14 is fixedly attached to the upper surface side via fixing tools 13 and 13. ing. The ball screw 14 is connected to a ball screw rotating motor 12 through two gears 15 and 15. A motor support bracket 16 is fixedly attached to the ball screw 14, and a wheel rotation motor 17 is mounted on the motor support bracket 16. Further, the wheel rotating motor 17 has a rotating shaft 5 serving as an output shaft, and the wheel 6 is rotated by the rotating shaft 5.
[0044]
The rotary shaft moving mechanism 10 rotates the ball screw 14 via the gear 15 by operating the ball screw rotating motor 12. As the ball screw 14 rotates, the wheel 6 (rotary shaft 5) integrated with the motor support bracket 16 and the wheel rotation motor 17 is moved in the direction of the arrow in FIGS.
[0045]
 Book configured in this wayReference exampleThen, the passage position of the beam with respect to the wheel 6 (arrows a, b, and c in FIG. 2) can be changed by the rotating shaft moving mechanism 10 in response to the change of the beam energy. As a result, the thickness distribution at the passage position of the beam 4 with respect to the wheel 6 can be changed as shown in FIG. 3, and the ratio of the component of the beam energy passing through the wheel 6 can be changed. For example, when the beam energy E is within the range of E1 (condition 1) and E2 (condition 2) (E1> E> E2), the thickness distribution is intermediate between the thickness distributions of conditions 1 and 2.
[0046]
That is, in the case of the condition 2 where the beam energy is low, as compared with the case of the condition 1 where the beam energy is high, the wheel 6 passes through a thick part (the first thick part 6A, the second thick part 6B, etc.). The beam component can be increased, the component with low beam energy after passing through the wheel 6 can be increased, and the total dose distribution within the range of the target 7 can be made substantially constant.
[0047]
Therefore, for the irradiation condition in which the beam energy is E, the thickness distribution approximates to the condition of the beam energy E2 lower than the beam energy E1, and thus the beam component having a low energy that has been thinned through the region having a large thickness. Even when the beam energy (incident energy) is decreased from E1 to E and from E to E2, the total dose distribution within the range of the target 7 as in the range T1 shown in FIG. Can be set almost constant.
[0048]
 This makes the bookReference exampleAccordingly, it is possible to provide the charged particle beam irradiation apparatus 1 capable of adjusting the dose distribution of charged particles without exchanging the wheel 6 corresponding to various irradiation conditions. Moreover, the charged particle beam irradiation apparatus 1 can be reduced in size, the rotation speed of the wheel 6 can be increased, and vibration during rotation of the wheel 6 can be suppressed. Moreover, an optimal dose distribution can always be formed even with continuous changes in irradiation conditions. Furthermore, since the wheel 6 is formed so that the boundary lines of the respective regions of the first thick part 6A to the sixth thick part 6F are substantially straight lines, it is easy to process the wheel 6 and to measure dimensions after the process. Can be done.
[0049]
In the wheel 6, the angle of the circumference of the rotation axis 5 in each region of the first thick part 6 A to the sixth thick part 6 F is substantially linear depending on the distance from the rotation axis 5. Therefore, even when the size of the incident beam 4 changes, the time-averaged beam energy distribution after passing through the wheel 6 does not change. For this reason, the beam energy distribution can be controlled only by the distance between the rotation axis 5 and the axis of the beam 4, and the adjustment of the irradiation conditions can be simplified.
[0050]
As shown in FIG. 2, the distance between the trajectory of the beam 4 and the rotating shaft 5 in the condition 1 is R1 (see FIG. 6), and the distance between the trajectory of the beam 4 and the rotating shaft 5 in the condition 2 is When R2 (see FIG. 6) is set and the beam energy E is set within the range of E1 (condition 1) and E2 (condition 2) (E1> E> E2), the distance R between the beam 4 and the rotating shaft 5 It is preferable to move the rotating shaft 5 using the rotating shaft moving mechanism 10 so that (R1> R> R2) is in the relationship of the following formula 1. The difference between R1 and R2 (R1-R2) is set to be smaller than R1 and R2 and about 30% or less.
[0051]
[Expression 1]

[0052]
 (Embodiment)
 Next, FIG. 6 shows the present invention.EmbodimentThe feature of the present embodiment is that the thickness of the range modulating wheel with respect to the traveling direction of the charged particle beam differs depending on the angle around the rotation axis, and the thickness of the range modulating wheel with respect to the angle around the rotation axis is It is formed so as to change substantially continuously depending on the distance from the rotation axis. In the present embodiment, the above-mentionedReference exampleThe same reference numerals are given to the same components, and the description thereof is omitted. In addition, FIG.EmbodimentIt is a top view which shows the thickness distribution of this range modulating wheel.
[0053]
As shown in FIG. 6, the range modulating wheel 21 (hereinafter referred to as the wheel 21) according to the present embodiment has two first thick portions 21 A that form a fan shape and four pieces, similar to the related art. The second thick part 21B, four third thick parts 21C, four fourth thick parts 21D, four fifth thick parts 21E, four sixth thick parts 21F, and two The first and second thick portions 21A to 21F are gradually thinned (the thickness of the gap portion 21G is zero).
[0054]
Further, in the wheel 21, for example, the first thick portion 21 A is formed so that the thickness gradually increases (continuously) from the outer periphery of the wheel 21 toward the vicinity of the center (on the rotating shaft 5 side). The second thick portion 21B to the sixth thick portion 21F are also formed so that the thickness gradually increases from the outer periphery of the wheel 21 toward the center, similarly to the first thick portion 21A. ing.
[0055]
That is, in the wheel 101 according to the conventional technique, the thickness distribution of the wheel 101 with respect to the angle around the rotating shaft 102 is substantially constant regardless of the distance from the rotating shaft 5 (see FIG. 9), whereas according to the present embodiment. The wheel 21 is formed such that the thickness distribution of each of the thick portions 21 A to 21 F with respect to the angle around the rotation shaft 5 changes substantially continuously depending on the distance from the rotation shaft 5.
[0056]
 In addition,This embodiment6, the distance between the trajectory S1 of the beam 4 and the rotating shaft 5 in the condition 1 is R1, and the distance between the trajectory S2 of the beam 4 and the rotating shaft 5 in the condition 2 is R2, as shown in FIG. When the beam energy E is set within the range of E1 (condition 1) and E2 (condition 2) (E1> E> E2), the distance R (R1> R> R2) between the beam 4 and the rotating shaft 5 It is preferable to move the rotating shaft 5 using a rotating shaft moving mechanism so as to satisfy the relationship of Formula 1. The difference between R1 and R2 (R1-R2) is set to be smaller than R1 and R2 and about 30% or less.
[0057]
 As aboveEmbodimentThen, since each thick part 21A-21F which comprises the wheel 21 is formed so that thickness may become large gradually as it goes to the center vicinity from the outer periphery of the wheel 21, the wheel 21 respond | corresponds to the change of beam energy. 6 and changing the beam passing position with respect to the wheel 21 as shown in FIG. 6, for example, the condition 21 (beam energy E2) causes the wheel 21 to move more than the condition 1 (beam energy E1). Thick portions that pass through can be increased, and the energy of each beam component passing through the wheel 21 can be changed (adjusted). That is, the degree of freedom in adjusting the energy distribution can be increased.
[0058]
 In addition, the aboveReference examples andIn the embodiment, the wheel 6 (21) is described as being configured between the first scatterer 2 and the second scatterer 3. However, the present invention is not limited to this, and the wheel 6 may be installed above the first scatterer 2 as in a modification of the present invention shown in FIG. With this configuration, the dose distribution in the depth direction can be flattened at any part of the beam (for example, the middle or end).
[0059]
 Also,Embodiment aboveIn the above description, the thick portions 21 A to 21 F constituting the wheel 21 are formed so as to gradually increase in thickness from the outer periphery of the wheel 21 toward the vicinity of the center. However, the present invention is not limited to this, and for example, each thick portion constituting the wheel may be formed so that the thickness decreases from the outer periphery of the wheel toward the center. Further, it is not always necessary to change the wall thickness in the entire range from the outer periphery to the center, and the wall thickness may be changed only in necessary portions.
[0060]
 Also, the aboveReference exampleIn the above description, it is assumed that the thicknesses of the thick portions 6A to 6F constituting the wheel 6 are substantially constant. But bookReference exampleIs not limited to this, for example, each thick part constituting the wheelEmbodimentSimilarly, it may be formed such that the thickness decreases from the outer periphery of the wheel to the vicinity of the center, or the thickness may increase.
[0061]
 Also, the aboveReference examples andIn the embodiment, the case where the incident energy is changed has been described. However, setting of the lateral beam expanding device (first scatterer 2, second scatterer 3), setting of the range adjusting device (not shown), etc. It can be applied and adjusted in the same way for changes in other conditions.
[0062]
 Further, although the collimator and the bolus are used in the reference example and the embodiment, these are functions for cutting out the shaped charged particle beam and matching the target shape, and are not directly related to the present invention. Therefore, the present invention does not use theseCharged particle beam generationIt can also be applied to methods.
[0063]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the charged particle beam irradiation apparatus which can adjust the dose distribution of a charged particle distribution can be provided, without replacing | exchanging a range modulation wheel corresponding to various irradiation conditions.
[Brief description of the drawings]
[Figure 1]Reference exampleIt is a block diagram which shows the charged particle beam irradiation apparatus by this.
[Figure 2]Reference exampleIt is a top view which shows the periphery of the beam passage range of the range modulating wheel by.
[Fig. 3]Reference exampleFIG. 6 is a distribution diagram of a half circumference showing a relationship between a beam traveling direction thickness and an angle of the range modulating wheel according to FIG.
[Fig. 4]Reference exampleIt is a schematic block diagram which shows the rotating shaft moving mechanism of the range modulating wheel by.
[Figure 5]Reference example6 is a dose distribution diagram in the depth direction when the beam energy is changed by the charged particle beam irradiation apparatus according to FIG.
FIG. 6 of the present inventionEmbodimentIt is a top view which shows the distribution of the beam advancing direction thickness of the range modulating wheel by.
FIG. 7 is a configuration diagram showing a charged particle beam irradiation apparatus according to a modification of the present invention.
FIG. 8 is a plan view showing a distribution of thickness in the beam traveling direction of a range modulating wheel according to the prior art.
FIG. 9 is a distribution diagram of a half circumference showing a relation between a beam traveling direction thickness and an angle of a range modulating wheel according to the prior art.
FIG. 10 is a characteristic diagram showing a time average of a beam energy distribution after passing through a range modulating wheel according to the prior art.
FIG. 11 is a characteristic diagram showing a dose distribution in the depth direction by a charged particle beam irradiation apparatus according to the prior art.
FIG. 12 is a dose distribution diagram in the depth direction when the beam energy is changed by the charged particle beam irradiation apparatus according to the prior art.

Claims

In a charged particle beam irradiation apparatus for irradiating an irradiation target with a charged particle beam from a charged particle beam generator,
A rotating body having a rotation axis at a position different from a beam axis of the charged particle beam, and the rotating body is provided in a plurality of circumferential directions having different thicknesses of the rotating body with respect to a traveling direction of the charged particle beam; And the thickness of the region is formed so as to change substantially continuously depending on the distance from the rotation axis,
A charged particle beam irradiation apparatus comprising: a rotation axis moving unit that changes a distance between the rotation axis and the beam axis.

A charged particle beam in a charged particle beam irradiation apparatus comprising: a rotating body having a rotation axis at a position different from a beam axis of the charged particle beam; and a rotation axis moving unit that changes a distance between the rotation axis and the beam axis. A generation method,
The charged particle beam irradiation apparatus includes:
The rotating body is composed of a plurality of regions arranged in different circumferential directions with respect to the traveling direction of the charged particle beam, and the thickness of the region is substantially continuous depending on the distance from the rotation axis. Irradiating the charged particle beam to the rotating body formed to change,
In accordance with the stepwise change in the circumferential direction of the thickness accompanying the rotation of the rotating body, the charged particle beam energy reduction is increased in the region where the thickness is large, and the charged particle beam is used in the region where the thickness is small. Less energy reduction,
The energy of the charged particle beam after passing through the rotating body is continuously changed according to a substantially continuous change of the thickness depending on the distance from the rotating shaft accompanying the operation of the rotating shaft moving means. A charged particle beam generation method characterized by changing.