(57)【要約】  この発明は粒子線治療装置に使用される走査電磁石の残留磁化を短時間で適切に消磁可能にすることを目的とするものであり、加速器により加速され、走査電磁石１１及び１２で走査される粒子線１８を照射対象に照射する粒子線治療装置において、走査電磁石１１、１２を励磁する電源１３及び１４は、走査電磁石１１及び１２を消磁するためのパターン電流を出力するものである。パターン電流は、消磁パターン１７を読み込んで電源１３及び１４を制御する制御回路１５により制御される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速器により加速され、走査電磁石で走査される粒子線を照射対象に照射する粒子線治療装置において、前記走査電磁石を励磁する電源は、前記走査電磁石を消磁するためのパターン電流を出力するものであることを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項２】
前記電源は、制御回路により出力電流制御が行われるものであることを特徴とする請求項１に記載の粒子線治療装置。
【請求項３】
前記制御回路は、消磁パターンを読み込み、このパターンに基づくパターン電流を前記電源から出力させるように制御するものであることを特徴とする請求項２に記載の粒子線治療装置。
【請求項４】
前記パターン電流は、時間とともに周波数が増加するものであることを特徴とする請求項１に記載の粒子線治療装置。
【請求項５】
前記パターン電流は、時間とともに振幅が減少するものであることを特徴とする請求項１または４に記載の粒子線治療装置。
【請求項６】
前記パターン電流の周波数は、電流振幅の減少と対応させて前記走査電磁石の発生誘起電圧が一定値となるように増加していくことを特徴とする請求項１に記載の粒子線治療装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、加速器により加速された荷電粒子線を、走査電磁石で走査して照射対象に照射する粒子線治療装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に粒子線治療装置は、荷電粒子線を発生するビーム発生装置と、ビーム発生装置につながり、発生した荷電粒子線を加速する加速器と、加速器で設定されたエネルギーまで加速された後に出射される荷電粒子線を輸送するビーム輸送系と、ビーム輸送系の下流に設置され、荷電粒子線を照射対象である患者の患部に照射する粒子線照射装置とを備えている。【０００３】
粒子線照射装置のうち、照射対象の形状に合わせるように、細いペンシル状のビームを走査して照射野を形成する走査照射方式では、患部以外の正常組織への粒子線照射を防ぐため、高い照射位置精度が要求される。この要求を満足させるためには、粒子線走査電磁石の残留磁化を完全に除去しておく必要がある。電磁石の残留磁化を除去する方法は、例えば特許文献１、特許文献２に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１３３５０６号公報
【特許文献２】特開平１０−２２９０１４号号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
供給された荷電粒子線を、治療計画に基づく３次元照射形状に整形するように、それぞれ異なる方向に走査制御する２つの走査電磁石と、その電磁石を励磁する電源を備えた粒子線治療装置においては、患者毎に異なる患部に対して３次元照射を行うため、ある患者Aを治療した後に患者Bを治療することを想定すると、患者Aの治療を完了した後の走査電磁石の残留磁化の影響を完全に消し、その後患者Ｂの治療を開始する必要がある。もし、患者Ａの治療の後で、残留磁化が残っていると、患者Ｂの患部と患者Ｂに対して計画した照射形状とがずれてしまう。【０００６】
また、患者Ａの治療の後、残留磁化を消去して患者Ｂの治療を行なう場合、あるいは何らかの不具合によって、患者Aの治療中にインターロックが動作して一端治療が停止した後に治療を再開する場合には、残留磁化の影響をなるべく短時間で消し去ることが望ましい。【０００７】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に示された従来の残留磁化消去用の励磁電源装置では、電源を比較的安価に実現するために、電磁石と外部コンデンサを用いて減衰振動電流を発生させて消磁を行なうものや、商用電源よりサイリスタで切り出したパルス磁場を用いて消磁を行うものであり、本発明のような粒子線治療装置に応用した場合、消磁が完了した状態における残留磁化の状態によっては、短時間で残留磁化の影響を完全に消し去ることはできなかった。【０００８】
この発明は以上の点に鑑みてなされたもので、粒子線治療装置に使用される走査電磁石の残留磁化を短時間で適切に消磁可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る粒子線治療装置は、加速器により加速され、走査電磁石で走査される粒子線を照射対象に照射する粒子線治療装置において、前記走査電磁石を励磁する電源は、前記走査電磁石を消磁するためのパターン電流を出力するものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、粒子線の走査を司る走査電磁石用の電源を用いて、消磁の際に前記電源からパターン電流を流して走査電磁石の消磁を行なうので、電流パターンを変えることが容易で、短時間に磁極中の残留磁場ムラの少ない適切な消磁を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の粒子線治療装置の要部を示すブロック図である。
【図２】粒子線治療装置の運転手順を示すフローチャートである。
【図３】この発明の粒子線治療装置の走査電磁石を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１の消磁電流波形を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２の消磁電流波形を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態３の消磁電流波形を示す図である。
【図７】この発明の消磁性能を従来のものと比べた図である。
【図８】一般的なＢ-Ｈカーブの周波数依存性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明に係る粒子線治療装置の要部を示すブロック図である。図において、粒子治線療装置は、ｘ軸方向の走査を司る走査電磁石（ｘ）１１と、ｙ軸方向の走査を司る走査電磁石（ｙ）１２を備えている。走査電磁石１１及び１２は、制御回路１５に接続された電源（ｘ）１３及び電源（ｙ）１４により励磁される。前記制御回路１５は、治療用走査パターン１６と消磁パターン１７からの指令を受けて電源１３及び１４を制御する。治療運転時には、走査電磁石１１及び１２の磁極間を粒子線１８が通過するが、この粒子線１８は、治療用パターン１６を制御回路１５が読み込み、このパターンに従って電源１３及び１４から供給されるパターン電流により励磁される走査電磁石１１及び１２によって走査され、患者の患部に照射される。
【００１３】
一方、走査電磁石の消磁運転は、治療開始前及び（または）治療完了後に消磁パターン１７を制御回路１５が読み込み、このパターンに従って電源１３及び１４から供給されるパターン電流により走査電磁石１１及び１２の消磁が行なわれる。
【００１４】
上述した治療運転と消磁運転は、例えば図２に示すフローチャートのように行なわれる。患者の治療を行なう治療運転開始に先立って、消磁運転を行なう（ステップＳ１）。次に、装置調整用のプリ照射をファントムに対して行う（ステップＳ２）。そして、その結果に基づいて、電磁石のヒステリシスによる影響や制御上の誤差要因などを除くため、計算により走査パターン補正量を決定する（ステップＳ３）。次いで、補正後の誤差が許容値以内かどうか判定し（ステップＳ４）、許容値を超えていればステップＳ１に戻る。許容値以内であれば消磁運転を行い（ステップＳ５）、その後治療運転である人体照射を行なう（ステップＳ６）。さらに、必要に応じて消磁運転を行い（ステップＳ７）、別の患者の治療に移る。
【００１５】
図３は図１における走査電磁石の一方、ここでは走査電磁石１１の断面図を示す。走査電磁石１１は、断面が口形の外周磁極２と、その外周磁極の中央から対向するように突設された一対の中央磁極３A及び３Bと、中央磁極３A、３Bにそれぞれ巻回されたコイル４A、４Bとからなる。コイル４Ａ、４Ｂは電源１３に接続され、電流供給を受ける。粒子線１８は、走査電磁石１１の中央磁極３Aと３Bの対向領域を紙面に垂直に通過するが、そのとき、コイル４A、４Bに流れる電流によりｘ軸上において偏向され、患者の患部に向けて照射される。
【００１６】
走査電磁石１１は、低電流にて強い強度の磁場を発生させるために、電磁石のコア材料に鉄材または電磁鋼板を用いるのが一般的である。このため、粒子ビーム照射運転時の電流により、電流遮断後に残留磁化が残る。磁極内部の残留磁化は、走査の状況によっては、磁極内で偏りを持つ。図３の走査電磁石１１では、Ｓ部分は磁束密度が高いため残留磁化が残りやすく、Ｗ部分は比較的残留磁化が残りにくい。このように磁極の部位により残留磁化の強度が異なるため、中央磁極３Ａ、３Ｂに巻かれたコイル４Ａ、４Ｂ単独で磁極の各部位の残留磁化をムラなく消磁しようと思えば、消磁パターンを工夫する必要がある。
【００１７】
残留磁化が発生すると、次の粒子線照射運転時に粒子線の正確な制御が困難で、患部以外への誤照射を引き起こすことがある。特に、走査電磁石を用いて粒子線を走査するタイプのスキャニングがん治療装置においては、残留磁化は、患部への照射位置の誤差の直接的な原因となるため、高精度な管理が必要となる。
【００１８】
そこで、電源１３を用いて時間効率よく、かつ、完全にムラなく走査電磁石１１の消磁を行なうことが粒子線治療装置には不可欠となる。走査電磁石の電源は、最大電圧と最大電流で電源性能が規定される。電流は電磁石に流れる電流であるため、最大磁場と強い相関を持つ量である。また、誘起電圧Ｖは、Ｖ＝Ｌ×ｄＩ/ｄｔ（Ｌは磁石の持つインダクタンス、ｄＩ/ｄｔは電流の時間変化）である。従って、ある電源において、最大電圧が規制されている場合、大電流を流すには周波数を下げる必要があり、電流を絞った場合には周波数を上げる必要がある。図８は電磁石のＢ-Ｈカーブの一例を示すが、一般的な傾向として、励磁電流の周波数が増加するとヒステリシスは小さくなることが知られている。
【００１９】
そこで、本実施例では、消磁運転時に、電源１３により走査電磁石１１に供給する電流（パターン電流と呼ぶ）として、時間とともに振幅が減少し、時間とともに周波数が増加する電流を用いる。このパターン電流は、電流パターンを任意に設定できる消磁パターン１７を制御回路１５に読み込ませ、制御回路１５により電源１３を制御することにより生成させる。
【００２０】
図４はこのパターン電流の波形を示している。この電流波形は、時間の経過につれて振幅が減少し、かつ、時間の経過につれて周波数が増加するような交流波形である。図４において、横軸は時間ｔ、縦軸は電流振幅Ｉであり、その波形を数式で表すと次式のようになる。
【００２１】
数１
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【００２２】
Ｉ0：最大励磁電流、ω0：初期角周波数、α：周波数増加率、ｔ：時間、
ｅ：自然対数、τ：減衰時定数。
【００２３】
前記のようなパターン電流を走査用電源１３から走査電磁石１１のコイル４Ａ、４Ｂに流して磁極を励磁することにより、走査電磁石１１の磁極内磁束分布が変わり、走査電磁石１１の残留磁化が大きい領域Ｓも小さい領域Ｗもコイル４Ａ、４Ｂにより、ムラなく、かつ、迅速に消磁が可能となる。
【００２４】
図７はＬ-Ｃ減衰振動を利用した従来の消磁特性Ｃ２と、図４のパターン電流による周波数増加型の消磁特性Ｃ１を比較した図である。図から明らかなように、周波数増加型の消磁時間は短縮されていることが分かる。
【００２５】
上記の説明は走査電磁石１１について説明したが、走査電磁石１２についても同じ消磁操作が必要であり、走査電磁石１２に関しては、電源１４が消磁パターン１７で設定されて供給するパターン電流により消磁される。
【００２６】
実施の形態２．
実施の形態２は実施の形態１と装置構成は同じである。異なるのは、電源から走査電磁石に供給される消磁用のパターン電流の波形である。図５は実施の形態２に係る粒子線治療装置における消磁用パターン電流の波形を示している。
【００２７】
本実施の形態では、走査電磁石１１の誘起電圧であるＶ＝Ｌ×ｄＩ/ｄｔが一定になるように周波数を振幅減少に合わせて増加させている。このパターン電流の設定は、消磁パターン１７により行なう。このような運転を行うことで、V＝L×ｄＩ/ｄｔを一定に保って消磁を行うことが可能となり、実施の形態１の効果に加えて、電源１３、１４の性能をできるだけ多く引き出すことができるという効果がある。図４において、横軸は時間ｔ、縦軸は電流振幅Ｉであり、その波形を数式で表すと次式のようになる。
【００２８】
数２
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【００２９】
Ｉ0：最大励磁電流、ｔ：時間、ｅ：自然対数、τ：減衰時定数。
【００３０】
実施の形態３．
実施の形態３では、電源から走査電磁石に供給する消磁用パターン電流の波形を、図６に示すように、周波数を変えずに振幅のみ減少する電流としている。振幅の減少度合いは消磁パターン１７により設定する。設定を任意に行なうことにより、効果的な消磁を行なうことができる。図６において、横軸は時間ｔ、縦軸は電流振幅Ｉである。
【００３１】
上述のように、この発明によれば、粒子線の走査を行なう電源から走査電磁石に、消磁パターンに応じたパターン電流を供給することにより消磁を行なうので、走査用電源において電流パターンの変更が容易なだけでなく、消磁電流の振幅や周波数を任意に設定して迅速、かつ、ムラの少ない消磁が効率的に行なえ、信頼性の高い粒子線治療装置を得ることができる。
【符号の説明】
【００３２】
２  外周磁極、    ３Ａ、３Ｂ  中央磁極、
４Ａ、４Ｂ  コイル、    １１、１２  走査電磁石、
１３、１４  電源、    １５  制御回路、
１６  治療用走査パターン、    １７  消磁パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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2012120616.tif 000014
2012120616.tif 000015
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