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JP2008264062A - Range shifter and particle beam irradiation apparatus - Google Patents

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JP2008264062A
JP2008264062A JP2007108124A JP2007108124A JP2008264062A JP 2008264062 A JP2008264062 A JP 2008264062A JP 2007108124 A JP2007108124 A JP 2007108124A JP 2007108124 A JP2007108124 A JP 2007108124A JP 2008264062 A JP2008264062 A JP 2008264062A
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Japan
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particle beam
substrate
substrates
range shifter
patient
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Application number
JP2007108124A
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Japanese (ja)
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Hideki Tomita
英樹 富田
Jiyouichi Koike
上一 小池
Kazuyuki Maeda
一幸 前田
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a range shifter and a particle beam irradiation apparatus, which do not exert mental stress on a patient. <P>SOLUTION: The range shifter 16 is provided in the particle beam irradiation apparatus for irradiating the lesion of a patient with particle beams and performing treatment, and moves the spread-out Bragg peak of the particle beam. The range shifter is provided with a substrate 22 for absorbing the energy of the particle beam and a substrate driving mechanism 23 for moving the substrate 22 so as to appear and disappear on the route of the particle beam. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、レンジシフタ及び粒子線照射装置に関する。   The present invention relates to a range shifter and a particle beam irradiation apparatus.

患者の患部に陽子線や重粒子線などの粒子線を照射する粒子線治療方法が知られている。この治療に用いる粒子線照射システムは、粒子線発生装置と、シンクロトロンなどの加速装置と、所定の照射エネルギーまで加速された粒子線を輸送する輸送路と、患者に対して粒子線を照射する粒子線照射装置とを備えている。   A particle beam treatment method is known in which a patient's affected area is irradiated with a particle beam such as a proton beam or a heavy particle beam. The particle beam irradiation system used for this treatment irradiates a patient with a particle beam generator, an acceleration device such as a synchrotron, a transport path for transporting a particle beam accelerated to a predetermined irradiation energy, and a patient. And a particle beam irradiation device.

粒子線を患者に照射した場合、粒子線は患者の体表面から所定の深さ位置で急激にエネルギーを放出して消滅する（ブラッグピーク）ことが知られている。粒子線の照射エネルギーが高いほどブラッグピークの発生する深さ位置が深くなり、粒子線が体内の深部まで到達することになる。したがって、ブラッグピークの発生位置を患部の深さ位置に合わせて粒子線を照射することで、患部に対して選択的に粒子線のエネルギーを放出することができる。粒子線のエネルギー放出を受けた患部は、細胞が破壊されて除去される。   It is known that when a patient is irradiated with a particle beam, the particle beam suddenly releases energy at a predetermined depth from the patient's body surface and disappears (Bragg peak). The higher the irradiation energy of the particle beam, the deeper the position where the Bragg peak occurs, and the particle beam reaches the deep part of the body. Therefore, by irradiating the particle beam with the Bragg peak generation position aligned with the depth position of the affected part, the energy of the particle beam can be selectively released to the affected part. The affected part that has received the energy release of the particle beam is destroyed and the cells are removed.

通常、患部は患者の体内で深さ方向に厚みを有している。患部全体を除去するためにはある程度の深さ範囲に亘ってブラッグピークを発生させる必要がある。つまり、深さ方向においてある程度広い吸収線量範囲（拡大ブラッグピーク）を形成する必要がある。加えて、患者によって患部の位置が異なるため、患部の深さ位置に応じて拡大ブラッグピークを移動させる手段が必要になる。このような拡大ブラッグピークを移動させる手段として、レンジシフタが知られている。   Usually, the affected part has a thickness in the depth direction within the body of the patient. In order to remove the entire affected area, it is necessary to generate a Bragg peak over a certain depth range. That is, it is necessary to form an absorbed dose range (enlarged Bragg peak) that is somewhat wide in the depth direction. In addition, since the position of the affected area varies depending on the patient, a means for moving the enlarged Bragg peak according to the depth position of the affected area is required. A range shifter is known as means for moving such an enlarged Bragg peak.

レンジシフタは、通常、粒子線のエネルギーを吸収する複数の基板によって構成されている。この基板が粒子線の経路上に配置されると、粒子線のエネルギーが吸収され、患者の体内に到達する深さ位置を移動させることができる。一般的には、複数の基板を粒子線の経路外に配置させておき、患部の位置に応じて必要な基板を粒子線の経路上に出没移動させる構成が知られている。この場合、基板を移動させる移動手段としては、圧縮空気を駆動源とするエアシリンダ機構が知られている。エアシリンダ機構を用いることで、基板の出没に要する時間が０．３秒程度の高速移動が可能になっている。このエアシリンダ機構は、粒子線の経路上への移動及び粒子線の経路上から退避する移動のみを行うものであり、基板の移動停止の制御は単独では不可能である。このため、基板の移動を所定の位置で停止させるように、基板の移動を物理的に停止させるストッパを備えた構成になっている。
特開２００３−３２００３９号公報 The range shifter is usually composed of a plurality of substrates that absorb the energy of the particle beam. When this substrate is placed on the path of the particle beam, the energy of the particle beam is absorbed and the depth position reaching the patient's body can be moved. In general, a configuration is known in which a plurality of substrates are arranged outside the particle beam path, and necessary substrates are moved in and out of the particle beam path according to the position of the affected part. In this case, an air cylinder mechanism using compressed air as a drive source is known as a moving means for moving the substrate. By using the air cylinder mechanism, it is possible to move the substrate at a high speed of about 0.3 seconds. This air cylinder mechanism only moves the particle beam on the path and moves away from the particle beam path, and it is impossible to control the movement stop of the substrate alone. For this reason, the stopper is provided to physically stop the movement of the substrate so as to stop the movement of the substrate at a predetermined position.
JP 2003-320039 A

しかしながら、エアシリンダ機構を用いた場合、基板の高速移動がストッパによって停止される際に基板がストッパに衝突し、衝突音が発生することになる。粒子線照射装置は患者に近い位置に配置されることが多いため、この衝突音が患者に心的ストレスを与えてしまう虞がある。   However, when the air cylinder mechanism is used, when the high-speed movement of the substrate is stopped by the stopper, the substrate collides with the stopper and a collision sound is generated. Since the particle beam irradiation apparatus is often arranged at a position close to the patient, there is a possibility that this collision sound may give a mental stress to the patient.

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、患者に心的ストレスを与えることの無いレンジシフタ及び粒子線照射装置を提供することにある。   In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide a range shifter and a particle beam irradiation apparatus that do not give a mental stress to a patient.

上記目的を達成するため、本発明に係るレンジシフタは、患者の患部に粒子線を照射して治療する粒子線照射装置に設けられ、前記粒子線の拡大ブラッグピークを移動させるレンジシフタであって、前記粒子線のエネルギーを吸収する基板と、前記基板を前記粒子線の経路上に出没可能に移動させるサーボ機構とを具備することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a range shifter according to the present invention is a range shifter provided in a particle beam irradiation apparatus for irradiating and treating a diseased part of a patient and moving an expanded Bragg peak of the particle beam, It comprises a substrate that absorbs the energy of the particle beam, and a servo mechanism that moves the substrate so as to appear and retract on the path of the particle beam.

本発明によれば、粒子線のエネルギーを吸収する基板をサーボ機構によって粒子線の経路上に出没可能に移動させることとしたので、基板の移動及び基板の移動停止の制御を単独で行うことが可能になる。基板の移動を停止させるストッパが不要になるため、移動手段としてエアシリンダ機構を用いた場合に発生する衝突音を回避することができる。これにより、患者に心的ストレスを与えることの無いレンジシフタを得ることができる。   According to the present invention, since the substrate that absorbs the energy of the particle beam is moved by the servo mechanism so as to be able to appear and retract on the path of the particle beam, it is possible to independently control the movement of the substrate and the movement stop of the substrate. It becomes possible. Since a stopper for stopping the movement of the substrate is not necessary, it is possible to avoid a collision sound that occurs when an air cylinder mechanism is used as the moving means. Thereby, the range shifter which does not give a mental stress to a patient can be obtained.

上記のレンジシフタは、前記基板が複数設けられており、前記サーボ機構が前記複数の基板を独立して移動可能になっていることを特徴とする。
本発明によれば、基板が複数設けられており、サーボ機構が複数の基板を独立して移動可能になっていることとしたので、複数の基板を移動させる際にも上記の衝突音の発生を回避することができる。 The range shifter is provided with a plurality of the substrates, and the servo mechanism can move the plurality of substrates independently.
According to the present invention, since a plurality of substrates are provided and the servo mechanism is capable of moving the plurality of substrates independently, the above-described collision noise is generated even when the plurality of substrates are moved. Can be avoided.

上記のレンジシフタは、前記基板が複数設けられており、前記サーボ機構が前記複数の基板の一部又は全部を同時に移動可能になっていることを特徴とする。
本発明によれば、基板が複数設けられており、サーボ機構が複数の基板の一部又は全部を同時に移動可能になっていることとしたので、患部の位置に応じて複数の基板の中から任意に基板を選択して移動させることが可能になるため、基板１枚あたりの厚さを薄くすることが可能となる。これにより、効率的な移動を実現可能となる。 The range shifter includes a plurality of the substrates, and the servo mechanism is capable of moving part or all of the plurality of substrates simultaneously.
According to the present invention, a plurality of substrates are provided, and the servo mechanism can move a part or all of the plurality of substrates at the same time. Since the substrate can be arbitrarily selected and moved, the thickness per substrate can be reduced. Thereby, efficient movement can be realized.

上記のレンジシフタは、前記基板が複数設けられており、前記サーボ機構が前記基板ごとに設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、基板が複数設けられており、サーボ機構が基板ごとに設けられていることとしたので、例えば基板の重量が異なっている場合、基板の重量に対応した駆動力を有するサーボ機構を設けることができる。これにより、効果的な移動制御が実現可能になる。 The range shifter includes a plurality of the substrates, and the servo mechanism is provided for each of the substrates.
According to the present invention, since a plurality of substrates are provided and the servo mechanism is provided for each substrate, for example, when the weights of the substrates are different, the servo having a driving force corresponding to the weight of the substrates is provided. A mechanism can be provided. Thereby, effective movement control can be realized.

上記のレンジシフタは、前記複数の基板のうち隣接する基板に設けられるサーボ機構が、前記基板の異なる辺にそれぞれ設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、複数の基板のうち隣接する基板に設けられるサーボ機構が、基板の異なる辺にそれぞれ設けられていることとしたので、複数の基板を近接させて配置した場合であっても、それぞれのサーボ機構の位置が重なるのを回避することができる。これにより、スペースを節約することができるため、レンジシフタを小型化することができる。 The range shifter is characterized in that servo mechanisms provided on adjacent substrates among the plurality of substrates are respectively provided on different sides of the substrate.
According to the present invention, since the servo mechanisms provided on the adjacent substrates among the plurality of substrates are provided on different sides of the substrates, respectively, even when the plurality of substrates are arranged close to each other. The positions of the servo mechanisms can be prevented from overlapping. As a result, space can be saved, and the range shifter can be downsized.

上記のレンジシフタは、前記複数の基板には、前記粒子線のエネルギーの吸収量が異なる基板が含まれていることを特徴とする。
本発明によれば、複数の基板には粒子線のエネルギーの吸収量が異なる基板が含まれていることとしたので、患部の位置に応じて粒子線のエネルギーの吸収量の異なる基板を適宜選択して配置することができる。特に、サーボ機構が前記複数の基板の一部又は全部を同時に移動可能になっている場合、粒子線のエネルギーの吸収量の異なる基板を適宜組み合わせて配置させることが可能となるため、幅広い制御が可能となる。 The range shifter is characterized in that the plurality of substrates include substrates having different amounts of energy absorption of the particle beam.
According to the present invention, since the plurality of substrates include the substrates having different absorption amounts of the particle beam energy, the substrates having different absorption amounts of the particle beam energy are appropriately selected according to the position of the affected part. Can be arranged. In particular, when the servo mechanism is capable of moving a part or all of the plurality of substrates simultaneously, it is possible to arrange substrates having different amounts of energy absorption of particle beams in appropriate combinations, so that a wide range of control is possible. It becomes possible.

上記のレンジシフタは、前記基板が複数設けられており、前記複数の基板には、前記粒子線の経路に対して第１方向上に設けられる基板と、前記粒子線の経路に対して第２方向上に設けられる基板とが含まれていることを特徴とする。
本発明によれば、基板が複数設けられており、複数の基板には、粒子線の経路に対して第１方向上に設けられる基板と、粒子線の経路に対して第２方向上に設けられる基板とが含まれていることとしたので、基板を第１方向上及び第２方向上に分散して配置されることとなる。このため、レンジシフタのうち粒子線の進行方向上の寸法を小さくすることができる。 The range shifter includes a plurality of the substrates, and the plurality of substrates are provided in a first direction with respect to the particle beam path and in a second direction with respect to the particle beam path. And a substrate provided thereon.
According to the present invention, a plurality of substrates are provided, the plurality of substrates being provided in a first direction with respect to the particle beam path, and provided in a second direction with respect to the particle beam path. Therefore, the substrates are distributed in the first direction and the second direction. For this reason, the dimension of the particle beam in the traveling direction of the range shifter can be reduced.

本発明に係る粒子線照射装置は、上記のレンジシフタを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、患者に心的ストレスを与えることの無いレンジシフタを備えているので、患者の負担の少ない粒子線照射装置を得ることができる。 A particle beam irradiation apparatus according to the present invention includes the above-described range shifter.
According to the present invention, since the range shifter that does not give mental stress to the patient is provided, a particle beam irradiation apparatus with less burden on the patient can be obtained.

本発明によれば、粒子線のエネルギーを吸収する基板をサーボ機構によって粒子線の経路上に出没可能に移動させることとしたので、基板の移動及び基板の移動停止の制御を単独で行うことが可能になる。基板の移動を停止させるストッパが不要になるため、移動手段としてエアシリンダ機構を用いた場合に発生する衝突音を回避することができる。これにより、患者に心的ストレスを与えることの無いレンジシフタを得ることができる。   According to the present invention, the substrate that absorbs the energy of the particle beam is moved by the servo mechanism so as to be able to appear and disappear on the path of the particle beam. It becomes possible. Since a stopper for stopping the movement of the substrate is not necessary, it is possible to avoid a collision sound that occurs when an air cylinder mechanism is used as the moving means. Thereby, the range shifter which does not give a mental stress to a patient can be obtained.

本発明によれば、患者に心的ストレスを与えることの無いレンジシフタを備えているので、患者の負担の少ない粒子線照射装置を得ることができる。   According to the present invention, since the range shifter that does not give mental stress to the patient is provided, a particle beam irradiation apparatus with less burden on the patient can be obtained.

本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本実施形態に係る粒子線照射システムの構成を示す図である。
同図に示すように、粒子線照射システム１は、粒子線発生装置２と、加速装置３と、粒子線照射装置４と、輸送管５とを主体として構成されている。この粒子線照射システム１は、治療台Ｓ上の患者Ｔの患部に陽子線や重粒子線などの粒子線を照射する粒子線治療方法に用いられる。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a particle beam irradiation system according to the present embodiment.
As shown in the figure, the particle beam irradiation system 1 is mainly composed of a particle beam generator 2, an acceleration device 3, a particle beam irradiation device 4, and a transport pipe 5. This particle beam irradiation system 1 is used in a particle beam therapy method for irradiating an affected area of a patient T on a treatment table S with a particle beam such as a proton beam or a heavy particle beam.

粒子線発生装置２は、陽子線や重粒子線を発生させる装置である。粒子線発生装置２としては、例えばＥＣＲ型イオン源やＰＩＧ型イオン源など、公知のイオン源が用いられる。例えば炭素イオンＣ６＋の重粒子を生成する粒子線発生装置には、ＣＯ２ガスに電子ビームを照射し炭素分子Ｃから電子を１つずつたたき出してＣ＋、Ｃ２＋、Ｃ３＋、Ｃ４＋と順に生成する機構と、Ｃ４＋に残っている２つの電子を剥ぎとって炭素原子核のみのＣ６＋を生成する機構とが設けられている。このほか、生成された粒子を加速装置３に入射するために当該粒子を加速する前段加速器（図示しない）なども設けられている。 The particle beam generator 2 is a device that generates proton beams and heavy particle beams. As the particle beam generator 2, a known ion source such as an ECR ion source or a PIG ion source is used. For example, in a particle beam generator that generates heavy particles of carbon ions C 6+ , a CO 2 gas is irradiated with an electron beam to knock out electrons from carbon molecules C one by one and C + , C 2+ , C 3+ , C 4+ A mechanism that sequentially generates and a mechanism that strips two electrons remaining in C 4+ to generate C 6+ having only carbon nuclei are provided. In addition, a pre-accelerator (not shown) for accelerating the generated particles to enter the acceleration device 3 is also provided.

加速装置３は、加速高周波の周期を粒子回転周期に同期させることによって粒子線を２９０ＭｅＶ／ｕ程度の高エネルギーまで加速する装置である。代表的な加速装置３として、例えばシンクロトロン等が挙げられる。シンクロトロンには、例えば粒子線を周回軌道に保つための機構や、周回軌道上における粒子線の広がりを収束させる機構などが設けられている。このほか、シンクロトロンの周回軌道に沿って高周波加速空洞や高周波印加装置、加速した粒子線を射出する粒子線射出口なども設けられている。   The acceleration device 3 is a device that accelerates the particle beam to a high energy of about 290 MeV / u by synchronizing the period of the acceleration high frequency with the particle rotation period. As a typical acceleration device 3, for example, a synchrotron or the like can be cited. The synchrotron is provided with, for example, a mechanism for keeping the particle beam in a circular orbit, a mechanism for converging the spread of the particle beam on the circular orbit, and the like. In addition, a high-frequency accelerating cavity, a high-frequency applying device, a particle beam injection port for emitting an accelerated particle beam, and the like are also provided along the orbit of the synchrotron.

粒子線照射装置４は、治療台Ｓ上の患者Ｔの患部に対して水平方向及び垂直方向に粒子線を照射する装置である。本実施形態では、患者Ｔの患部に対して水平方向に粒子を照射する水平照射装置４ａと、患者Ｔの患部に向けて垂直方向に粒子を照射する垂直照射装置４ｂとの２つの照射装置が設けられている。   The particle beam irradiation apparatus 4 is an apparatus that irradiates the affected part of the patient T on the treatment table S in the horizontal direction and the vertical direction. In the present embodiment, there are two irradiation devices: a horizontal irradiation device 4a that irradiates the affected part of the patient T in the horizontal direction and a vertical irradiation device 4b that irradiates the particle in the vertical direction toward the affected part of the patient T. Is provided.

輸送管５は、加速装置３から射出された粒子線を２つの粒子線照射装置４まで輸送する輸送系である。この輸送管５は、一端が加速装置３の粒子線射出口に接続されており、粒子線照射装置４側では２つに分岐している。一方の分岐端が水平照射装置４ａに接続されており、他方の分岐端が垂直照射装置４ｂに接続されている。   The transport pipe 5 is a transport system that transports the particle beam emitted from the acceleration device 3 to the two particle beam irradiation devices 4. One end of the transport pipe 5 is connected to the particle beam injection port of the acceleration device 3 and is branched into two on the particle beam irradiation device 4 side. One branch end is connected to the horizontal irradiation device 4a, and the other branch end is connected to the vertical irradiation device 4b.

図２は、粒子線照射装置４の構成を模式的に示す図である。
同図に示すように、粒子線照射装置４は、ワブラー法による粒子線照射装置であり、モニタ部１１と、ワブラー電磁石１２と、散乱体１３と、リッジフィルタ１５と、レンジシフタ１６と、アライメント１８と、コリメータ１９とを主体として構成されている。水平照射装置４ａと垂直照射装置４ｂとでは、同一の構成になっている。 FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the particle beam irradiation apparatus 4.
As shown in the figure, the particle beam irradiation device 4 is a particle beam irradiation device by a wobbler method, and includes a monitor unit 11, a wobbler electromagnet 12, a scatterer 13, a ridge filter 15, a range shifter 16, and an alignment 18. And the collimator 19 as a main component. The horizontal irradiation device 4a and the vertical irradiation device 4b have the same configuration.

モニタ部１１は、患者Ｔの体内に照射する粒子線の線量を測定する線量モニタや、粒子線が正しい位置にあるかどうかを識別する位置モニタなどを有している。   The monitor unit 11 includes a dose monitor that measures the dose of the particle beam irradiated into the body of the patient T, a position monitor that identifies whether the particle beam is in the correct position, and the like.

ワブラー電磁石１２は、位相が互いに９０°ずれた２基の電磁石からなる。ワブラー電磁石１２には、各電磁石に同一周波数の交流励磁電流を流して磁場を発生させる機構が設けられている。この磁場により荷電粒子ビームを円軌道に沿って高速で走査させることができるようになっている。   The wobbler electromagnet 12 is composed of two electromagnets whose phases are shifted by 90 ° from each other. The wobbler electromagnet 12 is provided with a mechanism for generating a magnetic field by supplying an alternating excitation current of the same frequency to each electromagnet. This magnetic field enables the charged particle beam to be scanned along the circular orbit at high speed.

散乱体１３は、例えばタンタルや鉛などの金属からなり、粒子線を散乱させることが可能な構成を有している。当該散乱によって粒子線の照射範囲を径方向（進行方向に対して垂直な方向）に拡大することができるようになっている。例えば図示しない制御部によって粒子線の拡大範囲を調節できるようになっている。   The scatterer 13 is made of a metal such as tantalum or lead, for example, and has a configuration capable of scattering particle beams. Due to the scattering, the irradiation range of the particle beam can be expanded in the radial direction (direction perpendicular to the traveling direction). For example, the enlargement range of the particle beam can be adjusted by a control unit (not shown).

リッジフィルタ１５は、粒子線の照射経路上に配置されている。このリッジフィルタ１５は、粒子線の照射エネルギーの分布幅を広げ患部の体内に形成されるブラッグピークを広範囲に拡大する装置である。   The ridge filter 15 is disposed on the particle beam irradiation path. The ridge filter 15 is a device that widens the distribution width of the irradiation energy of the particle beam and widens the Bragg peak formed in the affected area.

レンジシフタ１６は、リッジフィルタ１５によって形成された粒子線のブラッグピークをずらすことにより、患者Ｔの体表面から深さ方向に対する粒子線の到達位置を調節する機構である。   The range shifter 16 is a mechanism that adjusts the arrival position of the particle beam in the depth direction from the body surface of the patient T by shifting the Bragg peak of the particle beam formed by the ridge filter 15.

アライメント１８は、粒子線の照射エネルギーの分布を測定する機構である。   The alignment 18 is a mechanism for measuring the distribution of irradiation energy of the particle beam.

コリメータ１９は、粒子線の照射領域が患者Ｔの患部の形状に対応した形状となるように粒子線の一部を遮断する機構である。   The collimator 19 is a mechanism that blocks a part of the particle beam so that the irradiation region of the particle beam has a shape corresponding to the shape of the affected part of the patient T.

図３及び図４は、レンジシフタ１６の構成を示す図である。図３は粒子線の入射側から見たときの構成を示しており、図４は図３の上面側から見たときの構成を示している。
レンジシフタ１６は、ケーシング２１と、基板２２と、基板駆動機構２３とを主体として構成されている。 3 and 4 are diagrams showing the configuration of the range shifter 16. 3 shows a configuration when viewed from the incident side of the particle beam, and FIG. 4 shows a configuration when viewed from the upper surface side of FIG.
The range shifter 16 is mainly composed of a casing 21, a substrate 22, and a substrate driving mechanism 23.

ケーシング２１は、例えばアルミニウム合金などからなり、基板２２及び基板駆動機構２３を収容する収容部である。ケーシング２１内は、中央領域２１ａと、側部領域２１ｂ、２１ｃとの３つの領域からなる。中央領域２１ａは、ケーシング２１のうち図中左右方向の中央の領域であり、粒子線が通過する領域である。側部領域２１ｂは、ケーシング２１のうち図中左方向（第１方向）に位置する領域であり、粒子線が通過しない領域である。以下、この領域を左側部領域２１ｂと表記する。側部領域２１ｃは、ケーシング２１のうち図中右方向（第２方向）に位置する領域であり、粒子線が通過しない領域である。以下、この領域を右側部領域２１ｃと表記する。   The casing 21 is made of, for example, an aluminum alloy and is a housing portion that houses the substrate 22 and the substrate driving mechanism 23. The inside of the casing 21 consists of three areas, a central area 21a and side areas 21b and 21c. The central region 21a is a central region in the left-right direction in the figure in the casing 21, and is a region through which the particle beam passes. The side region 21b is a region located in the left direction (first direction) in the figure of the casing 21, and is a region through which particle beams do not pass. Hereinafter, this region is referred to as a left side region 21b. The side region 21c is a region located in the right direction (second direction) in the figure of the casing 21, and is a region through which particle beams do not pass. Hereinafter, this region is referred to as a right side region 21c.

基板２２は、例えばアクリルなど粒子線のエネルギーを吸収する材料からなる矩形の基板であり、ケーシング２１の左側部領域２１ｂと右側部領域２１ｃとにそれぞれ６枚ずつ収容されている。粒子線の経路に対してそれぞれ異なる領域に基板２２を同数ずつ収容することにより、基板２２が分散して配置されることになるため、基板２２を一列に配置する場合に比べてケーシング２１のうち粒子線の進行方向上の寸法を小さくすることが可能になっている。   The substrate 22 is a rectangular substrate made of a material that absorbs the energy of the particle beam, such as acrylic, and is accommodated in each of the left side region 21 b and the right side region 21 c of the casing 21. By accommodating the same number of substrates 22 in different regions with respect to the particle beam path, the substrates 22 are arranged in a distributed manner. It is possible to reduce the size of the particle beam in the traveling direction.

各基板２２は、粒子線の照射領域Ｐの面積よりも大きい面積になるように形成されており、それぞれ所定の厚さを有している。例えば、左側部領域２１ｂに収容される基板２２については、粒子線の入射方向の手前側からそれぞれ４８ｍｍ、３２ｍｍ、３２ｍｍ、１６ｍｍ、４ｍｍ、１ｍｍの厚さ（粒子線の入射方向の寸法）を有している。また、右側部領域２１ｃに収容される基板２２については、粒子線の入射方向の手前側からそれぞれ４８ｍｍ、３２ｍｍ、３２ｍｍ、８ｍｍ、２ｍｍ、０．５ｍｍの厚さを有している。   Each substrate 22 is formed to have an area larger than the area of the particle beam irradiation region P, and has a predetermined thickness. For example, the substrate 22 accommodated in the left side region 21b has thicknesses (dimensions in the particle beam incident direction) of 48 mm, 32 mm, 32 mm, 16 mm, 4 mm, and 1 mm, respectively, from the front side in the particle beam incident direction. is doing. Further, the substrate 22 accommodated in the right side region 21c has thicknesses of 48 mm, 32 mm, 32 mm, 8 mm, 2 mm, and 0.5 mm, respectively, from the near side in the incident direction of the particle beam.

基板２２は、その厚さが厚いほど粒子線のエネルギー吸収量も大きくなっている。このように厚さの異なる基板２２を有していることによって、患部の位置に応じて粒子線のエネルギーの吸収量の異なる基板２２を適宜選択して配置することができるようになっている。   As the thickness of the substrate 22 increases, the energy absorption amount of the particle beam increases. By having the substrates 22 having different thicknesses as described above, the substrates 22 having different absorption amounts of the particle beam energy can be appropriately selected and arranged according to the position of the affected part.

基板駆動機構２３は、基板２２を移動させる移動手段であり、各基板２２ごとに設けられている。１２枚の基板のうち厚さが大きい基板２２には、駆動力の大きい基板駆動機構２３が設けられており、厚さが小さい基板２２には駆動力の小さい基板駆動機構２３が設けられている。   The substrate driving mechanism 23 is a moving unit that moves the substrate 22, and is provided for each substrate 22. Of the twelve substrates, the substrate 22 having a large thickness is provided with a substrate driving mechanism 23 having a large driving force, and the substrate 22 having a small thickness is provided with a substrate driving mechanism 23 having a small driving force. .

この基板駆動機構２３は、サーボモータ３１と、ガイドレール３２と、基板保持部３３とを主体として構成されている。左側部領域２１ｂに設けられた基板２２を駆動する基板駆動機構２３は、ケーシング２１の図中上側に配置されている。右側部領域２１ｃに設けられた基板２２を駆動する基板駆動機構２３は、ケーシング２１の図中下側に配置されている。このように左側部領域２１ｂと右側部領域２１ｃとで基板駆動機構２３を上下に分散させて配置することにより、基板２２又は基板駆動機構２３の一部同士が重なるのを回避できるようになっている。   The substrate drive mechanism 23 is mainly composed of a servo motor 31, a guide rail 32, and a substrate holding part 33. A substrate driving mechanism 23 for driving the substrate 22 provided in the left side region 21b is disposed on the upper side of the casing 21 in the figure. A substrate driving mechanism 23 for driving the substrate 22 provided in the right side region 21c is disposed on the lower side of the casing 21 in the figure. In this way, by arranging the substrate driving mechanism 23 so as to be vertically dispersed in the left side region 21b and the right side region 21c, it is possible to avoid the substrate 22 or part of the substrate driving mechanism 23 from overlapping each other. Yes.

サーボモータ３１は、電力によって回転するモータ機構を備えた駆動機構であり、ケーシング２１の内壁に固定されている。   The servo motor 31 is a drive mechanism including a motor mechanism that rotates by electric power, and is fixed to the inner wall of the casing 21.

ガイドレール３２は、サーボモータ３１の回転軸に接続されており、サーボモータ３１の回転がガイドレール３２に伝わるようになっている。ガイドレール３２は、基板２２の移動方向に沿って設けられている。ガイドレール３２の表面にはネジ山が形成されている。   The guide rail 32 is connected to the rotation shaft of the servo motor 31, and the rotation of the servo motor 31 is transmitted to the guide rail 32. The guide rail 32 is provided along the moving direction of the substrate 22. A thread is formed on the surface of the guide rail 32.

基板保持部３３は、基板２２の一部を保持するように当該基板２２に固定された部分と、ガイドレール３２に螺合するように設けられたボールネジ部分とを有している。ガイドレール３２が回転することにより、当該ガイドレール３２のネジ山に沿って基板保持部３３のボールネジ部分が移動するようになっている。   The substrate holding part 33 has a portion fixed to the substrate 22 so as to hold a part of the substrate 22 and a ball screw portion provided so as to be screwed to the guide rail 32. As the guide rail 32 rotates, the ball screw portion of the substrate holding portion 33 moves along the thread of the guide rail 32.

各基板駆動機構２３は、それぞれ独立して駆動することが可能になっている。例えば基板駆動機構２３は、１枚の基板２２であっても複数枚の基板２２であっても同時に移動させることができるようになっており、患部の深さ位置に応じて複数の基板２２の中から任意に基板を組み合わせて移動させることが可能になっている。   Each substrate driving mechanism 23 can be driven independently. For example, the substrate drive mechanism 23 can be moved at the same time whether it is a single substrate 22 or a plurality of substrates 22, and the plurality of substrates 22 can be moved according to the depth position of the affected part. It is possible to move by arbitrarily combining the substrates from the inside.

次に、上記のように構成された粒子線照射システムの動作を説明する。
粒子線発生装置２で発生した粒子線は、加速装置３において所定のエネルギー（２９０ｅＶ／ｕ程度）にまで加速される。粒子線の照射エネルギーが大きくなった状態で、輸送管５を経て加速装置３から粒子線照射装置４（水平照射装置４ａ及び垂直照射装置４ｂ）に入射する。 Next, the operation of the particle beam irradiation system configured as described above will be described.
The particle beam generated by the particle beam generator 2 is accelerated to a predetermined energy (about 290 eV / u) in the accelerator 3. In a state where the irradiation energy of the particle beam is increased, the particle beam irradiation device 4 (the horizontal irradiation device 4a and the vertical irradiation device 4b) is incident from the acceleration device 3 through the transport pipe 5.

各粒子線照射装置４に入射した粒子線は、モニタ部１１、ワブラー電磁石１２、散乱体１３を順に通過する。この過程では、患者Ｔの体内に照射する粒子線の線量が測定され、粒子線が正しい位置にあるかどうかの識別が行われ、粒子線を走査して位置合わせが行われ、粒子線の照射範囲が径方向に拡大される。   The particle beam incident on each particle beam irradiation device 4 sequentially passes through the monitor unit 11, the wobbler electromagnet 12, and the scatterer 13. In this process, the dose of the particle beam irradiated into the body of the patient T is measured, whether the particle beam is in the correct position is identified, the particle beam is scanned and aligned, and the particle beam is irradiated. The range is expanded in the radial direction.

粒子線の入射前にリッジフィルタ１５の回転板を回転させ、粒子線の経路上に所定のフィルタを配置する。粒子線は、リッジフィルタ１５によって粒子線のブラッグピークが平坦化され、拡大ブラッグピークが形成される。   The rotating plate of the ridge filter 15 is rotated before the particle beam is incident, and a predetermined filter is disposed on the particle beam path. In the particle beam, the Bragg peak of the particle beam is flattened by the ridge filter 15 to form an enlarged Bragg peak.

リッジフィルタ１５を透過した粒子線は、レンジシフタ１６において、粒子線のエネルギーが吸収され、患者Ｔの体表面から深さ方向に対する粒子線の到達位置が調節される。   The particle beam energy that has passed through the ridge filter 15 is absorbed by the range shifter 16 and the arrival position of the particle beam in the depth direction from the body surface of the patient T is adjusted.

このとき、レンジシフタ１６では、患部の深さ位置に応じて最適な厚さの基板２２を中央領域２１ａに移動させる。サーボモータ３１が駆動を開始してから０．３秒程度で基板２２が中央領域２１ａに移動する。一度に複数の基板２２を同時に移動させることができるため、基板２２の移動に要する時間が長くならずに済み、短時間で移動が行われる。必要に応じて、別の基板２２を中央領域２１ａに移動させ、中央領域２１ａの基板２２を左側部領域２１ｂ又は右側部領域２１ｃへ退避させるようにしても構わない。   At this time, the range shifter 16 moves the substrate 22 having the optimum thickness to the central region 21a according to the depth position of the affected part. In about 0.3 seconds after the servo motor 31 starts driving, the substrate 22 moves to the central region 21a. Since a plurality of substrates 22 can be moved simultaneously at the same time, it is not necessary to increase the time required to move the substrate 22, and the movement is performed in a short time. If necessary, another substrate 22 may be moved to the central region 21a, and the substrate 22 in the central region 21a may be retracted to the left side region 21b or the right side region 21c.

基板２２には、当該基板２２の厚さに応じて最適な駆動力を有する基板駆動機構２３が設けられているため、必要最小限の駆動で効率的に移動が行われることになる。左側部領域２１ｂ側の基板駆動機構２３がケーシング２１の上側に設けられており、右側部領域２１ｃ側の基板駆動機構２３がケーシング２１の下側に設けられているため、基板２２の移動の際には左右の基板２２あるいは基板駆動機構２３の一部が衝突することなく、スムーズに移動が行われる。   Since the substrate 22 is provided with the substrate drive mechanism 23 having an optimum driving force according to the thickness of the substrate 22, the substrate 22 is efficiently moved with the minimum necessary drive. Since the substrate drive mechanism 23 on the left side region 21b side is provided on the upper side of the casing 21, and the substrate drive mechanism 23 on the right side region 21c side is provided on the lower side of the casing 21, the substrate 22 is moved. In this case, the left and right substrates 22 or a part of the substrate driving mechanism 23 does not collide, and the movement is performed smoothly.

レンジシフタ１６と通過した粒子線は、アライメント１８において粒子線の照射エネルギーの分布が測定される。アライメント１８を通過した粒子線は、コリメータ１９によって患者Ｔの患部の形状に対応した照射領域となるように一部が遮断され、この状態で患者Ｔへ向けて射出される。   For the particle beam that has passed through the range shifter 16, the distribution of the irradiation energy of the particle beam is measured in the alignment 18. Part of the particle beam that has passed through the alignment 18 is blocked by the collimator 19 so as to be an irradiation region corresponding to the shape of the affected area of the patient T, and is emitted toward the patient T in this state.

このように、本実施形態によれば、粒子線のエネルギーを吸収する基板２２を、サーボモータ３１を有する基板駆動機構２３によって粒子線の経路上（中央領域２１ａ）に出没可能に移動させることとしたので、基板２２の移動及び基板の移動停止の制御を単独で行うことが可能になる。基板２２の移動を停止させるストッパが不要になるため、移動手段としてエアシリンダ機構を用いた場合に発生する衝突音を回避することができる。これにより、患者Ｔに心的ストレスを与えることの無いレンジシフタ１６を得ることができる。   As described above, according to the present embodiment, the substrate 22 that absorbs the energy of the particle beam is moved by the substrate driving mechanism 23 having the servo motor 31 so as to be able to appear and appear on the particle beam path (the central region 21a). Therefore, it is possible to independently control the movement of the substrate 22 and the stop of the movement of the substrate. Since a stopper for stopping the movement of the substrate 22 is not necessary, it is possible to avoid a collision sound that occurs when an air cylinder mechanism is used as the moving means. Thereby, the range shifter 16 which does not give mental stress to the patient T can be obtained.

また、本実施形態によれば、患者Ｔに心的ストレスを与えることの無いレンジシフタ１６を備えているので、患者の負担の少ない粒子線照射装置４を得ることができる。   Moreover, according to this embodiment, since the range shifter 16 which does not give mental stress to the patient T is provided, the particle beam irradiation apparatus 4 with little burden on a patient can be obtained.

本発明の実施の形態に係る粒子線照射システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the particle beam irradiation system which concerns on embodiment of this invention. 本実施形態に係る粒子線照射装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the particle beam irradiation apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るレンジシフタの構成を示す正面図。The front view which shows the structure of the range shifter which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るレンジシフタの構成を示す平面図。The top view which shows the structure of the range shifter which concerns on this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１…粒子線照射システム ２…粒子線発生装置 ４…粒子線照射装置 ４ａ…水平照射装置 ４ｂ…垂直照射装置 １６…レンジシフタ ２１…ケーシング ２２…基板 ２３…基板駆動機構 ３１…サーボモータ ３２…ガイドレール ３３…基板保持部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Particle beam irradiation system 2 ... Particle beam generator 4 ... Particle beam irradiation apparatus 4a ... Horizontal irradiation apparatus 4b ... Vertical irradiation apparatus 16 ... Range shifter 21 ... Casing 22 ... Substrate 23 ... Substrate drive mechanism 31 ... Servo motor 32 ... Guide rail 33 ... Substrate holder

Claims (8)

患者の患部に粒子線を照射して治療する粒子線照射装置に設けられ、前記粒子線の拡大ブラッグピークを移動させるレンジシフタであって、
前記粒子線のエネルギーを吸収する基板と、
前記基板を前記粒子線の経路上に出没可能に移動させるサーボ機構と
を具備することを特徴とするレンジシフタ。 A range shifter for moving an enlarged Bragg peak of the particle beam provided in a particle beam irradiation apparatus for irradiating and treating a diseased part of a patient with a particle beam,
A substrate that absorbs the energy of the particle beam;
A range shifter, comprising: a servo mechanism for moving the substrate so as to appear and retract on the path of the particle beam. 前記基板が複数設けられており、
前記サーボ機構が前記複数の基板を独立して移動可能になっている
ことを特徴とする請求項１に記載のレンジシフタ。 A plurality of the substrates are provided,
The range shifter according to claim 1, wherein the servo mechanism is capable of moving the plurality of substrates independently. 前記基板が複数設けられており、
前記サーボ機構が前記複数の基板の一部又は全部を同時に移動可能になっている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレンジシフタ。 A plurality of the substrates are provided,
The range shifter according to claim 1 or 2, wherein the servo mechanism is capable of moving part or all of the plurality of substrates simultaneously. 前記基板が複数設けられており、
前記サーボ機構が前記基板ごとに設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか一項に記載のレンジシフタ。 A plurality of the substrates are provided,
The range shifter according to any one of claims 1 to 3, wherein the servo mechanism is provided for each of the substrates. 前記複数の基板のうち隣接する基板に設けられるサーボ機構が、前記基板の異なる辺にそれぞれ設けられている
ことを特徴とする請求項４に記載のレンジシフタ。 The range shifter according to claim 4, wherein servo mechanisms provided on adjacent substrates among the plurality of substrates are respectively provided on different sides of the substrate. 前記複数の基板には、前記粒子線のエネルギーの吸収量が異なる基板が含まれている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか一項に記載のレンジシフタ。 The range shifter according to any one of claims 1 to 5, wherein the plurality of substrates include substrates having different amounts of energy absorption of the particle beams. 前記基板が複数設けられており、
前記複数の基板には、
前記粒子線の経路に対して第１方向上に設けられる基板と、
前記粒子線の経路に対して第２方向上に設けられる基板と
が含まれている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちいずれか一項に記載のレンジシフタ。 A plurality of the substrates are provided,
The plurality of substrates include
A substrate provided in a first direction with respect to the path of the particle beam;
The range shifter according to any one of claims 1 to 6, further comprising: a substrate provided in a second direction with respect to the path of the particle beam. 請求項１乃至請求項７のうちいずれか一項に記載のレンジシフタを備えたことを特徴とする粒子線照射装置。   A particle beam irradiation apparatus comprising the range shifter according to any one of claims 1 to 7.
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