(57)【要約】  試験照射の際にビーム位置を確認できるとともに、実照射中も荷電粒子ビームがビーム設計軌道をはずれていないか監視できる粒子線治療装置用のビームモニタを得ることを目的とする。  本発明の粒子線治療装置用のビームモニタ（３４）は、荷電粒子ビームのビーム設計軌道（ダクト中心線（２５））上に配置されると共に、荷電粒子ビームが通過可能に設けられた開口部（１８）を有する蛍光板（１７）と、開口部（１８）を開閉すると共に、蛍光塗料が塗布された蓋部（１９）と、開口部（１８）が開閉するように蓋部（１９）を移動する蓋部移動機構（４３）と、蛍光板（１７）の表面を観察するように配置されたカメラ（２１）と、を備えたことを特徴とする。
2017199385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速器系から出射された荷電粒子ビームを照射位置へ輸送するビーム輸送系を備えた粒子線治療装置に用いる粒子線治療装置用のビームモニタであって、
前記荷電粒子ビームのビーム設計軌道上に配置されると共に、前記荷電粒子ビームが通過可能に設けられた開口部を有する蛍光板と、
前記開口部を開閉すると共に、蛍光塗料が塗布された蓋部と、
前記開口部が開閉するように前記蓋部を移動する蓋部移動機構と、
前記蛍光板の表面を観察するように配置されたカメラと、を備えたことを特徴とする粒子線治療装置用のビームモニタ。
【請求項２】
前記蓋部は、前記蛍光板における前記荷電粒子ビームが進行する上流側表面に回転可能に配置され、
前記蓋部移動機構は、前記蓋部に接続された支持棒を回転するモータを備え、前記支持棒を中心にして前記蓋部を回転することを特徴とする請求項１記載の粒子線治療装置用のビームモニタ。
【請求項３】
前記蓋部は、前記蛍光板における前記荷電粒子ビームが進行する上流側表面に並進可能に配置され、
前記蓋部移動機構は、前記蓋部に接続された支持棒を並進移動するモータを備え、前記支持棒を介して前記蓋部を並進移動することを特徴とする請求項１記載の粒子線治療装置用のビームモニタ。
【請求項４】
前記ビームモニタは、
前記蛍光板の前記開口部が前記荷電粒子ビームの前記ビーム設計軌道上に現れている状態で、かつ前記蛍光板における前記開口部よりも外側に前記荷電粒子ビームが照射されたことを検出した場合に、異常検出信号を生成する情報処理器をさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の粒子線治療装置用のビームモニタ。
【請求項５】
荷電粒子ビームを加速する加速器系と、
この加速器系から出射された前記荷電粒子ビームを照射位置まで輸送するビーム輸送系を備えた粒子線治療装置であって、
前記ビーム輸送系は、前記荷電粒子ビームのビーム軌道を調整する、少なくとも１個のステアリング電磁石と、
これに対応する少なくとも１個の、請求項４記載の粒子線治療装置用のビームモニタと、
試験照射の際に、前記開口部が閉じられた状態の前記粒子線治療装置用のビームモニタにより得られた、前記荷電粒子ビームの周期的なビーム位置の変化を測定した測定結果に基づいて、前記ステアリング電磁石に周期的に変動する前記ビーム位置を補正する励磁電流を供給するステアリング電磁石電源と、を備え、
前記粒子線治療装置用のビームモニタは、
照射対象に前記荷電粒子ビームを照射する実照射の際に、前記蛍光板の前記開口部が前記荷電粒子ビームの前記ビーム設計軌道上に現れるようにされており、
前記蛍光板における前記開口部よりも外側に前記荷電粒子ビームが照射されたことを検出した場合に、前記情報処理器が前記異常検出信号を生成することを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項６】
前記ビーム輸送系は、２個の前記ステアリング電磁石である、上流側に位置する第一ステアリング電磁石及び下流側に位置する第二ステアリング電磁石と、これらにそれぞれ対応する２個の前記粒子線治療装置用のビームモニタである、上流側に位置する第一ビームモニタ及び下流側に位置する第二ビームモニタと、前記第一ステアリング電磁石に対応する前記ステアリング電磁石電源である第一ステアリング電磁石電源と、前記第二ステアリング電磁石に対応する前記ステアリング電磁石電源である第二ステアリング電磁石電源を備え、
前記第一ビームモニタは、前記第二ステアリング電磁石の前方に配置され、
前記第一ステアリング電磁石電源は、試験照射の際に、前記開口部が閉じられた状態の前記第一ビームモニタにより得られた、前記荷電粒子ビームの周期的なビーム位置の変化を測定した測定結果に基づいて、前記第一ステアリング電磁石に周期的に変動する前記ビーム位置を補正する励磁電流を供給し、
前記第二ステアリング電磁石電源は、試験照射の際に、前記開口部が閉じられた状態の前記第二ビームモニタにより得られた、前記荷電粒子ビームの周期的なビーム位置の変化を測定した測定結果に基づいて、前記第二ステアリング電磁石に周期的に変動する前記ビーム位置を補正する励磁電流を供給することを特徴とする請求項５記載の粒子線治療装置。
【請求項７】
前記ビーム輸送系に配置された前記ステアリング電磁石を通過する前記荷電粒子ビームの前記ビーム設計軌道を中心に、前記ステアリング電磁石を回転する駆動装置をさらに備え、
前記駆動装置は、前記荷電粒子ビームの進行方向に垂直なｘ方向及びｙ方向へ前記荷電粒子ビームを偏向して前記ビーム軌道を調整するように前記ステアリング電磁石を回転することを特徴とする請求項５または６に記載の粒子線治療装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽子線や炭素イオン線などの荷電粒子ビームを癌等の患部に照射して治療する粒子線治療装置に関し、特に治療のための照射（以下「実照射」）中であっても荷電粒子ビームがビーム設計軌道をはずれていないか監視できるものに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、荷電粒子ビームを加速する加速器系と、この加速器系から出射された高エネルギービームを照射位置まで輸送するビーム輸送系とからなり、ビーム輸送系に少なくとも１個のステアリング電磁石とこれに対応する少なくとも１個のビーム位置モニタを備えた粒子線治療システムが開示されている。特許文献１の粒子線治療システム（粒子線治療装置）は、ビーム位置モニタの検出結果からビーム位置を補正するようステアリング電磁石を駆動している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１３／０６９３７９Ａ１（０００８段、００１１段〜００１４段、００３４段〜００３９段、図１、図１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された粒子線治療システムにおいては、実照射と異なる準備段階における照射である、試験照射の際に、着脱自在のビーム位置モニタを照射位置に設置した状態でビーム照射をする。特許文献１の粒子線治療システムは、ビーム位置の変動が再現性のある周期的のものであるという前提のもと、試験照射の際においてビーム位置の周期的な変動を無くすようにステアリング電磁石の励磁電流値を位置変動の周期に合わせて供給し、その周期的励磁電流値を取得し、この周期的励磁電流値を保存する。特許文献１の粒子線治療システムは、実照射の際にビーム位置モニタを取り外した状態で保存した周期的励磁電流をステアリング電磁石に供給するようにしている。すなわち、特許文献１の粒子線治療システムは、実照射の際にフィードフォワード制御をしている。【０００５】
このように、特許文献１の粒子線治療システムは、「ビーム位置の変動は再現性のある周期的のもののみである」という前提に立っているため、なんらかの原因で生じる突発的なビーム位置変動や、経時変化によるゆるやかな非周期的なビーム位置変動には対応できなかった。また、特許文献１の粒子線治療システムは、実照射の際にはビーム位置モニタを取り外した状態であるため、実照射の際にビーム位置が設計軌道からはずれていないか監視できていないという問題点があった。【０００６】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、試験照射の際にビーム位置を確認できるとともに、実照射中も荷電粒子ビームがビーム設計軌道をはずれていないか監視できる粒子線治療装置用のビームモニタを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の粒子線治療装置用のビームモニタは、荷電粒子ビームのビーム設計軌道上に配置されると共に、荷電粒子ビームが通過可能に設けられた開口部を有する蛍光板と、開口部を開閉すると共に、蛍光塗料が塗布された蓋部と、開口部が開閉するように蓋部を移動する蓋部移動機構と、蛍光板の表面を観察するように配置されたカメラと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の粒子線治療装置用のビームモニタは、蛍光板の開口部を開閉可能に設けられた蓋部を備えたので、試験照射の際にビーム位置を確認できるとともに、実照射中も荷電粒子ビームがビーム設計軌道をはずれていないか監視できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１による粒子線治療装置の概略構成図である。
【図２】本発明によるビームモニタの位置確認機能時の基本構成例を示す図である。
【図３】本発明によるビームモニタの位置監視機能時の基本構成例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１によるビームモニタの位置確認機能時の概略構成図である。
【図５】本発明の実施の形態１によるビームモニタの位置監視機能時の概略構成図である。
【図６】図４の蛍光板及び蓋部の斜視図である。
【図７】図４の蛍光板及び蓋部の正面図である。
【図８】ビームモニタの蓋部を回転する移動機構を示す図である。
【図９】ビームの振動を説明する図である。
【図１０】図１の２つのステアリング電磁石によるビーム軌道調整を説明する図である。
【図１１】図１０のｓ方向位置Ｓ１におけるビームのｘ方向位置及びｙ方向位置を示す図である。
【図１２】４つの位置のステアリング電磁石によるビーム軌道調整を説明する図である。
【図１３】情報処理器の機能を実現するハードウェア構成を示す図である。
【図１４】図１のビーム輸送系に出射された荷電粒子ビームのビーム電流の時間的変化を説明する図である。
【図１５】図１のステアリング電磁石電源によるビーム補正手順を説明するフローチャートである。
【図１６】図１の第１のステアリング電磁石電源におけるキック角算出の方法を説明する基本的概念図である。
【図１７】図１の第２のステアリング電磁石電源におけるキック角算出の方法を説明する基本的概念図である。
【図１８】ビームモニタの蓋部をスライドする移動機構を示す図である。
【図１９】ビームモニタの蓋部をスライドする他の移動機構を示す図である。
【図２０】本発明の実施の形態１による他の粒子線治療装置の概略構成図である。
【図２１】図２０のステアリング電磁石電源によるビーム補正手順を説明するフローチャートである。
【図２２】本発明の実施の形態２による粒子線治療装置の概略構成図である。
【図２３】図２２の駆動機構及びステアリング電磁石を示す図である。
【図２４】図２３のステアリング電磁石の回転を説明する図である。
【図２５】図２３のステアリング電磁石の回転を説明する図である。
【図２６】本発明の実施の形態２による他の粒子線治療装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による粒子線治療装置の概略構成図である。図２は本発明によるビームモニタの位置確認機能時の基本構成例を示す図であり、図３は本発明によるビームモニタの位置監視機能時の基本構成例を示す図である。図４は本発明の実施の形態１によるビームモニタの位置確認機能時の概略構成図であり、図５は本発明の実施の形態１によるビームモニタの位置監視機能時の概略構成図である。図６は図４の蛍光板及び蓋部の斜視図であり、図７は図４の蛍光板及び蓋部の正面図である。図８は、ビームモニタの蓋部を回転する移動機構を示す図である。図９は、ビームの振動を説明する図である。図１０は図１の２つのステアリング電磁石によるビーム軌道調整を説明する図であり、図１１は図１０のｓ方向位置Ｓ１におけるビームのｘ方向位置及びｙ方向位置を示す図である。図１２は４つの位置のステアリング電磁石によるビーム軌道調整を説明する図である。図１３は、情報処理器の機能を実現するハードウェア構成を示す図である。図１４は図１のビーム輸送系に出射された荷電粒子ビームのビーム電流の時間的変化を説明する図であり、図１５は図１のステアリング電磁石電源によるビーム補正手順を説明するフローチャートである。図１６は図１の第１のステアリング電磁石電源におけるキック角算出の方法を説明する基本的概念図であり、図１７は図１の第２のステアリング電磁石電源におけるキック角算出の方法を説明する基本的概念図である。
【００１１】
本実施の形態１の粒子線治療装置１００は、イオン源（図示せず）、入射器１１、四極電磁石１２ａ、１２ｂ等からなる入射系１と、入射器１１から出射された荷電粒子ビームを周回させながら必要なエネルギーまで加速させるシンクロトロン等である加速器系２と、この加速器系２により必要なエネルギーまで加速された荷電粒子ビームを患者近傍の照射位置Ｔまで輸送するビーム輸送系３と、入射系１、加速器系２、ビーム輸送系３を制御する照射制御装置５を備えている。なお、必要なエネルギーまで加速された荷電粒子ビームを、適宜「高エネルギービーム」と呼ぶ。
【００１２】
図１において、入射器１１で発生した荷電粒子ビームは、シンクロトロン等の加速器系２に入射され、ここで必要なエネルギーまで加速される。加速器系２で加速された荷電粒子ビームは、出射用偏向電磁石３０からビーム輸送系３へと出射され、後述する各種電磁石を経由してビーム軌道が調整されて照射位置Ｔに至り、照射対象に照射される。ビーム輸送系３は、荷電粒子ビームのビームサイズを調整する複数の四極電磁石３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆ、３２ｇ、ビーム軌道補正用のステアリング電磁石３３ａ、３３ｂ、ビームの方向を偏向する偏向電磁石３１、荷電粒子ビームのビーム位置確認及びビーム位置監視を行うビームモニタ３４ａ、３４ｂ、ステアリング電磁石３３ａ、３３ｂの励磁電流をそれぞれ制御するステアリング電磁石電源４１、４２、照射対象に荷電粒子ビームを照射する照射ノズル４を備えている。ビームモニタ３４ａ、３４ｂは２つあるので、上流側に位置するビームモニタ３４ａ及び下流側に位置するビームモニタ３４ｂを、それぞれ適宜、第１のビームモニタ（第一ビームモニタ）３４ａ及び第２のビームモニタ（第二ビームモニタ）３４ｂと呼ぶ。ステアリング電磁石３３ａ、３３ｂも２つあるので、上流側に位置するステアリング電磁石３３ａ及び下流側に位置するステアリング電磁石３３ｂを、それぞれ適宜、第１のステアリング電磁石（第一ステアリング電磁石）３３ａ及び第２のステアリング電磁石（第二ステアリング電磁石）３３ｂと呼ぶ。ステアリング電磁石３３ａ、３３ｂの励磁電流をそれぞれ制御するステアリング電磁石電源４１、４２を、それぞれ適宜、第１のステアリング電磁石電源（第一ステアリング電磁石電源）４１、第２のステアリング電磁石電源（第二ステアリング電磁石電源）４２と呼ぶ。
【００１３】
ビーム輸送系３の四極電磁石の符号は、総括的に３２を用い、区別して説明する場合に３２ａ〜３２ｇを用いる。ステアリング電磁石の符号は、総括的に３３を用い、区別して説明する場合に３３ａ、３３ｂを用いる。ビームモニタの符号は、総括的に３４を用い、区別して説明する場合に３４ａ、３４ｂを用いる。四極電磁石３２は、四極磁場成分を有する電磁石を含んでおり、荷電粒子ビームのビームサイズを調整する。ステアリング電磁石３３ａ、３３ｂは、それぞれのステアリング電磁石電源４１、４２により励磁電流が制御され、高エネルギービームのビーム軌道を調整する。ステアリング電磁石３３ａ、３３ｂは、所定の励磁電流が流れることで、高エネルギービームがビーム輸送系３において所定のビーム設計軌道を通過して照射対象に到達するように、ビーム軌道を補正する。
【００１４】
実施の形態１のビームモニタ３４は、荷電粒子ビームのビーム軌道を観測及び調整するための試験照射の際と、実際に患者の患部に照射する実照射の際とで機能が変更可能に構成されている。実施の形態１のビームモニタ３４は、目的を達成するために、試験照射の際にビーム位置を確認できる位置確認機能と、実照射中も荷電粒子ビームがビーム設計軌道をはずれていないか監視できる位置監視機能を備える必要がある。荷電粒子ビームのビーム軌道を観測及び調整するための試験照射の際には、特許文献１に示されたビーム位置モニタと同様の機能（位置確認機能）を備えればよい。また、実際に患者の患部に照射する実照射の際には、正常なビーム軌道を進行する荷電粒子ビームを通過させると共に、異常なビーム軌道を進行する荷電粒子ビームを検出する機能、すなわち荷電粒子ビームが設計軌道からはずれていないか監視する位置監視機能を備えることが必要である。
【００１５】
従来の粒子線治療装置における、位置確認機能のみのビーム位置モニタは、例えば、特許文献１のように、蛍光板とそれを撮像するカメラの構成によって実現されることが知られている（特許文献１の段落番号００１３、００３９及び図１３）。また、従来の粒子加速器のビーム監視手段として、ビーム設計軌道を包囲してリング状の蛍光板を配置して、当該蛍光板の表面をテレビカメラで観測するものも知られている（例えば、特開平５−９００００号公報）。このように、試験照射の際に用いるビーム位置モニタと実照射の際に用いるビーム監視モニタとは、いずれも蛍光板とそれを撮像するカメラによって構成できる、という共通性を有している。
【００１６】
そこで、本実施の形態１の粒子線治療装置１００に用いるビームモニタ３４は、例えば、荷電粒子ビームの設計軌道上に配置された蛍光板１７と、当該蛍光板１７の表面を観察するように配置されるカメラ２１を備えた構成にした。また、ビームモニタ３４は、実照射の際に、当該蛍光板１７にはビームが設計軌道上を正しく進行する場合（正しく照射されている場合）には通過するような開口部１８が設けられ、当該開口部１８を覆うような開閉可能でかつ蛍光剤（蛍光塗料）が塗布された蓋部１９を備えている。すなわち、実施の形態１のビームモニタ３４は、図３に示した位置確認機能時の基本構成と図２に示した位置監視機能時の基本構成とを併せ持っている。
【００１７】
図２に示すように、実照射の際の位置監視機能を有するビームモニタ３４において、設計軌道上を正しく進行するビーム２３が蛍光板１７に設けられた開口部１８を通過し、設計軌道上を正しく進行していないビーム２４が蛍光板１７に衝突して生じる光（発光）をカメラ２１で検出する。すなわち、ビームが設計軌道上をはずれて進行する場合（蛍光板１７における開口部１８よりも外側にビームが照射された場合）には、蛍光板１７が発光し、カメラ２１がその発光を捕らえる。図３に示すように、試験照射の際の位置監視機能を有するビームモニタ３４において、設計軌道上を正しく進行するビーム２３が蓋部１９に衝突して生じる光をカメラ２１で検出し、設計軌道上を正しく進行していないビーム２４が蛍光板１７に衝突して生じる光をカメラ２１で検出する。すなわち、蛍光板１７及び蓋部１９が発光し、カメラ２１がその発光を捕らえる。
【００１８】
実施の形態１のビームモニタ３４は、荷電粒子ビームのビーム軌道を観測及び調整するための試験照射の際と、実際に患者の患部に照射する実照射の際とで機能が変更される。ビームモニタ３４は、試験照射の際には荷電粒子ビームのビーム位置を確認する位置確認機能が実現される状態にされ、実照射の際には荷電粒子ビームが設計軌道からはずれていないか監視する位置監視機能が実現される状態にされる。ビームモニタ３４は、図４及び図５に示すように、例えば、開口部１８を有する蛍光板１７と、蛍光塗料が塗布された蓋部１９と、蓋部１９を移動する蓋部移動機構４３と、蛍光板１７及び又は蓋部１９の表面を撮影するカメラ２１と、カメラ２１で撮影した画像に基づいてビーム軌道の異常を検出し、粒子線治療装置１００の照射制御装置５に生成した異常検出信号ｓｉｇｅを送信する情報処理器２７を備える。情報処理器２７は、実照射の際に、蛍光板１７における開口部１８よりも外側に荷電粒子ビームが照射されたことを検出した場合に、異常検出信号ｓｉｇｅを生成する。ビーム設計軌道は、例えばダクト中心線２５を通過する軌道である。ここで、開口部１８は、ビームが設計されたとおりに進行する場合にはビームが通過するように、またビームが設計軌道からはずれた場合にはビームを遮るように設けてある。開口部１８は、例えば、実測された荷電粒子ビームの通過範囲にマージンを加えた範囲の開口や、シミュレーションで計算された荷電粒子ビームの通過範囲にマージンを加えた範囲の開口を有している。蓋部１９は蛍光板１７における荷電粒子ビームが進行する上流側表面に回転可能に配置されている。
【００１９】
試験照射の際には図５に示すように蓋部１９により蛍光板１７の開口部１８が覆われるので、ビームモニタ３４は、真空ダクト１５の内部に配置されている蛍光板１７及び蓋部１９の表面に当たった荷電粒子ビームの位置を、真空ダクト１５に設けられた窓１６を介してカメラ２１で撮影する。実照射の際には図４に示すように蓋部１９が移動し蛍光板１７の開口部１８がビーム軌道上に配置されるので、ビームモニタ３４は、開口部１８よりも外周側の蛍光板１７の表面に当たった荷電粒子ビームの位置を、窓１６を介してカメラ２１で撮影する。図６では、蓋部１９が開口部１８を覆う場合の回転方向２８を示した。図４、図５には、蓋部１９が蓋部移動機構４３のモータ２０により、蛍光板１７の表面に平行な状態と蛍光板１７の表面に平行でない状態（傾斜した状態）とに変更される例を示した。また、図４、図５には、蛍光板１７が、真空ダクト１５のダクト中心線２５に対して角度θで傾斜して配置された例を示した。カメラ２１はカメラ軸２６が蛍光板１７に垂直になるように配置されている。なお、図４、図５では、モータ２０は破線で示したが、真空ダクト１５の図における紙面裏側に配置されたモータ２０と蛍光板１７及び蓋部１９とが重なっているので、判別し易くするために、蛍光板１７及び蓋部１９は実線で示した。
【００２０】
図７には、図４のＡ方向から見た蛍光板１７と蓋部１９の正面図を示した。図１、図４、図５には３次元方向（ｓ方向、ｘ方向、ｙ方向）を示した。ｓ方向は荷電粒子ビームの進行方向であり、ｘ方向はｓ方向に垂直な方向であり、ｙ方向はｓ方向及びｘ方向に垂直な方向である。なお、他の図においても各方向は同様に示した。蛍光板１７は真空ダクト１５のダクト中心線２５に対して角度θで傾斜して配置されているので、正面から見た場合の蛍光板１７における長手方向ｂ１がダクト中心線２５に対して角度θで傾斜しており、正面から見た場合の蛍光板１７における短手方向ｂ２はｘ方向と平行になっている。なお、図４、図５において蛍光板１７の長手方向ｂ１は、ｙ方向に対して９０°−θで傾斜している。
【００２１】
ビームモニタ３４の蓋部１９を移動する蓋部移動機構４３は、例えば蓋部１９に接続された支持棒４４と、支持棒４４にモータ軸４９が接続されたモータ２０とを備える。図８は、真空ダクト１５及び窓１６を切断した断面図であり、蛍光板１７及び開口部１８が図７と同様に正面を向いている図である。図８において、蓋部１９が開口部１８を覆った場合の蓋部１９ａも示した。
【００２２】
粒子線治療装置１００を詳しく説明する。粒子線治療装置１００は、試験照射の際及び実照射の際においては、ビーム輸送系３の所定位置に２個の機能変更可能なビームモニタ３４ａ、３４ｂを備えている。図１のステアリング電磁石電源４１、４２はそれぞれステアリング電磁石３３ａ、３３ｂ用の電源であって、試験照射の際のビームモニタ３４ａ、３４ｂにおけるビーム位置の検出値に応じてステアリング電磁石３３ａ、３３ｂの補正用励磁電流の値を算出し、これを保存する制御装置を含んでいる。
【００２３】
一般論として、四極電磁石を含むビーム光学系において、ある１点でビームに中心軌道からずれるような磁場（偏向磁場）を与えた場合のビームの軌道変化について、図９を用いて説明する。図９にビーム中心位置特性６２を示した。図９の横軸はｓ方向の位置であり、縦軸はｘ方向の位置である。Ｓａ点で偏向磁場を発生させて偏向力６１によりビームを偏向した場合、ビーム軌道は下流のＳｂ点で最大変位となり、その後、変位は小さくなり、さらに下流のＳｃ点で一旦変位がゼロとなる。その後ビームの変位は再び逆方向に大きくなり、またさらに下流のＳｄ点で変位の符号がＳｂ点とは逆で最大となり、再びＳｅ点でゼロに戻る。このようにビームの変位量は振動することから、１周期を３６０度とした位相で表すことができる。
【００２４】
以上のことから、四極電磁石を含むビーム光学系では、なんらかの原因によりビーム軌道がずれた場合に、そのずれが大きく現れる箇所と逆にずれがあまり現れない箇所が存在することがわかる。
【００２５】
特許文献１に示された粒子線治療装置では、ビーム軌道上のビーム位置の周期的な変動を補正しようとするものである。このビーム位置の周期的な変動を観測するため、ビーム位置モニタをビーム位置のずれ（変動）が大きく現れる箇所に、すなわち感度のよい箇所に、配置することが合理的である。本実施の形態１の粒子線治療装置１００は、ビームモニタ３４ａ、３４ｂが、ビーム位置のずれ（変動）が大きく現れる箇所に配置されている。ビーム位置のずれ（変動）が大きく現れる箇所が、前述した所定位置である。
【００２６】
試験照射の際において、ビームモニタ３４ａ、３４ｂは位置監視機能が実現される状態にされる（図５参照）。この状態で、実施の形態１の粒子線治療装置１００は、後述するように、ビーム位置の周期的な変動を無くすようにステアリング電磁石３３ａ、３３ｂの励磁電流値を位置変動の周期に合わせて供給し、その周期的励磁電流値を取得し、この周期的励磁電流値をステアリング電磁石電源４１、４２に保存する。そして、実施の形態１の粒子線治療装置１００は、実照射の際にビームモニタ３４ａ、３４ｂが位置監視機能が実現されるように変更し（図４参照）、ステアリング電磁石電源４１、４２に保存した周期的励磁電流をステアリング電磁石３３ａ、３３ｂに供給する。
【００２７】
しかし、ステアリング電磁石３３ａ、３３ｂによってビーム位置の周期的な変動を補正した後であっても、なんらかの理由によりさらにビーム位置がずれた場合に周期的変動でのずれ（変動）が大きく現れた箇所に後発的なビーム位置ずれ、すなわち荷電粒子ビームのビーム軸ずれが大きく生じることはよくある。したがって、実照射の際にもビームモニタ３４ａ、３４ｂを配置した同じ箇所で後発的なビーム位置ずれを監視することは、後発的なビーム位置ずれを効率的に検出できるメリットがある。
【００２８】
次に粒子線治療装置１００の動作について説明する。粒子線治療装置１００における照射には、前述したように、ビームが正しい位置等に照射できるように患者なしで行う調整及びキャリブレーション（校正）用の「試験照射」と、校正された後に、実際に患者に対して治療を行うための「実照射」とがある。キャリブレーションは決められた期間ごとに行うことが一般的である。
【００２９】
キャリブレーションは、上流側から順に下流側へ行っていく。粒子線治療装置１００のキャリブレーションは、他の光学系機器と同じように考えると理解できる。所望のビーム設計軌道に実際のビーム軸を一致させることを考える。簡単のため、ビーム輸送系３の上流側から適宜、Ｓ１点、Ｓ２点、Ｓ３点があるとする。図１０に示すように、Ｓ１点において、ビーム位置が設計軌道（ダクト中心線２５）からずれていれば、そのＳ１点でビームの進行方向を変えて、次のＳ２点において設計軌道を通過するように調整する。ただし、このままではＳ２点では設計軌道を通過したとしても、その下流においても設計軌道上にのっているとは限らない。下流側においてもビームを設計軌道にのせるためには、位置だけではなく、角度をも調整しなければならない。そこで、Ｓ２点において２回目のビームの進行方向を変える作業を行い、次のＳ３点においても設計軌道を通過するようにする。２回ビームの進行方向を変えることによって、はじめてビームを設計軌道に一致させることができる。なお、ビーム設計軌道をダクト中心線２５とする例で説明したが、ビーム設計軌道はダクト中心線２５以外の任意の位置に設定しても構わない。
【００３０】
理想的には、このＳ２点に、ビームモニタ３４を置いてビーム位置を確認し、同時にステアリング電磁石３３も配置してビームの進行方向をＳ３点の設計軌道を通過するようにしたい。しかし、実際上はビームモニタ３４とステアリング電磁石３３とを同じ位置に置くことは難しいため、下流側のステアリング電磁石３３ｂを上流側のビームモニタ３４ａの近傍に、すなわちできるだけ近くに配置している。
【００３１】
このように、キャリブレーションは上流側から順に下流側へ行っていくため、試験照射の際にＳ２点に必要なのは、荷電粒子ビームのビーム位置を確認する「ビーム位置モニタ」、すなわち位置確認機能が実現される状態のビームモニタ３４となる。
【００３２】
仮に、「ビーム位置モニタ」の構成を、特許文献１のように蛍光板とそれを撮像するカメラの構成によって実現する場合、ビーム位置モニタでビームが遮断されるため、Ｓ２点より下流側へは正常にビームが届かない。すなわち、Ｓ３点のビーム位置を見ることもできないし、ましてや治療をすることはできない。ステアリング電磁石のキャリブレーションにおいてはこれでよく、この場合におけるステアリング電磁石のキャリブレーション手順は次のようになる。（１）まずはＳ２点でのビーム位置を合わせ、（２）Ｓ２点での「ビーム位置モニタ」を退避させ、（３）Ｓ３点でのビーム位置を調整するよう、Ｓ３点よりも上流側に配置されたステアリング電磁石３３により補正する、という手順で行う。
【００３３】
一方、患者を治療する実照射の場合は、「ビーム位置モニタ」などビームを遮るものがあっては困る。そこで、特許文献１のような粒子線治療装置においては、キャリブレーションが完了した後の実照射の際に、「ビーム位置モニタ」をビーム軸から退避させている。
【００３４】
本発明に係る実施の形態１のビームモニタ３４では、前述したように、ビームモニタ３４の蓋部１９を図５の状態から図４の状態、すなわちビームモニタ３４を位置確認機能の状態から位置監視機能の状態とすることで、開口部１８がダクト中心線２５上に現れ、ビームを遮らないような構成とした。したがって、実施の形態１の粒子線治療装置１００における、ステアリング電磁石３３のキャリブレーション手順は次のようになる。（１）まずはＳ２点でのビーム位置を合わせ、（２）Ｓ２点でのビームモニタ３４における蓋部１９を退避させ、（３）Ｓ３点でのビーム位置を調整するよう、Ｓ３点よりも上流側に配置されたステアリング電磁石３３により補正する、という手順で行う。実施の形態１では、上流側のステアリング電磁石３３ａは図１０のＳ１点に配置されており、下流側のステアリング電磁石３３ｂは図１０のＳ２点の近傍下流側に配置されている。
【００３５】
通常、ビーム軌道２９の調整は、ｘ方向とｙ方向を独立に調整するので、Ｓ１点、Ｓ２点の近傍下流側において、それぞれｘ方向用とｙ方向用のステアリング電磁石３３が用いられる。図１１では、ビームの進行方向、すなわちｓ方向に見た場合のｓ方向位置Ｓ１におけるｘ方向位置及びｙ方向位置（ビーム位置Ｐ１）を示した。ダクト中心１４はダクト中心線２５上の点である。Ｓ１点におけるｘ方向用のステアリング電磁石３３で偏向方向６３ａの向きに調整し、Ｓ１点（現実的にはずれている）におけるｙ方向用のステアリング電磁石３３で偏向方向６３ｂの向きに調整する。なお、ビーム軌道２９の調整は、ｘ方向及びｙ方向をほぼ同一の位置でステアリング電磁石３３によって偏向する例に限定されない。例えば、図１２のように、Ｓ５点、Ｓ６点でｙ方向用のステアリング電磁石３３を用いて、ｙ方向のビーム軌道２９ａを調整し、Ｓ７点、Ｓ８点でｘ方向用のステアリング電磁石３３を用いて、ｘ方向のビーム軌道２９ｂを調整してもよい。
【００３６】
実施の形態１のビームモニタ３４は、実照射の際に、蓋部１９が移動して開口部１８がダクト中心線２５上に現れるので、ビームがなんらかの理由により設計軌道からはずれると、開口部１８の周辺にビームが当り、蛍光板１７が発光し、カメラ２１がその発光を捕らえる。カメラ２１で撮影した画像は情報処理器２７に送られ、情報処理器２７にてカメラ２１で撮像された画像に対して画像解析のプログラムを実行することによって、ビームが設計軌道からずれたかを判定する。情報処理器２７は、図１３に示すように、プロセッサ９８及びメモリ９９を備えており、プロセッサ９８がメモリ９９に記憶された画像解析のプログラムを実行することにより、ビームが設計軌道からずれたかを判定する。
【００３７】
情報処理器２７は、ビームが設計軌道からずれた場合に粒子線治療装置１００の照射制御装置５（制御パネル等）にアラーム表示、警告音を再生するようにする異常検出信号ｓｉｇｅを、照射制御装置５（制御パネル等）に送信する。粒子線治療装置１００は、異常検出信号ｓｉｇｅを受信した場合に、照射制御装置５がアラーム表示、警告音を再生するので、粒子線治療をより安全に行うことが可能となる。すなわち、アラーム表示、警告音により、緊急の対応を迅速に行うことができる。さらに、異常検出信号ｓｉｇｅによって、照射制御装置５が自動的にビームを遮断するようにすれば、粒子線治療装置１００は粒子線治療をより安全に行うことが可能となる。すなわち、粒子線治療装置１００は、異常検出信号ｓｉｇｅによってインターロック機能が働き、ビーム軌道が異常な状態の荷電粒子ビームを照射対象に照射することを防止でき、ビーム軌道が正常な状態の荷電粒子ビームを照射対象に正確に照射することができる。
【００３８】
今まで、実照射中も荷電粒子ビームがビーム設計軌道をはずれていないか監視するビームモニタの構成及び方法を説明した。次に、ビーム位置の周期的な変動をなくすステアリング電磁石３３の調整方法を説明する。このビーム位置の周期的な変動をなくすステアリング電磁石３３の調整方法は、特許文献１に示された方法と同様であり、ここでは概略を説明する。
【００３９】
図１４のように、ビームスピルと称されるｔ１−ｔ２の間、加速器系２から高エネルギービーム（荷電粒子ビーム）がビーム輸送系３に出射され、その後、所定時間休止して次の出射（ｔ３−ｔ４の間、以降省略）を繰り返している。図１４の縦軸はビーム電流（ビーム量）であり、横軸は時間である。このような間欠的な高エネルギービームがビーム輸送系３により輸送され、最下流の照射ノズル４により照射対象に照射される。また、加速器系２から荷電粒子ビームを取り出すとき、加速器系２の電磁石の磁場や高周波電力に周期的変動が存在すると、ビーム電流は通常状態Ｍの電流にそれによる周期的変動分Ｌの電流が重畳される。
【００４０】
前述したように、実施の形態１では、上流側のステアリング電磁石３３ａは図１０のＳ１点に配置されており、下流側のステアリング電磁石３３ｂは図１０のＳ２点の近傍下流側に配置されている。図１０に示したように、実施の形態１のビーム輸送系３は、Ｓ１点において上流側のステアリング電磁石３３ａを用いてビーム中心が下流側のステアリング電磁石３３ｂにおいてダクト中心線２５（ビーム軸上の線）を通過するように曲げられる。続いて、実施の形態１のビーム輸送系３は、Ｓ２点の近傍下流側において下流側のステアリング電磁石３３ｂでビーム中心の傾きがダクト中心線２５（ビーム軸上の線）と平行になるように曲げられるようにし、以後、ダクト中心線２５（ビーム軸上の線）に沿ってビーム中心が進行するようにしている。
【００４１】
実施の形態１のビーム輸送系３は、上流側のステアリング電磁石３３ａを調整するために下流側のステアリング電磁石３３ｂの前方に上流側のビームモニタ３４ａが設置され、これにより上流側のステアリング電磁石３３ａを調整するようにしている。更に、実施の形態１のビーム輸送系３は、下流側のステアリング電磁石３３ｂの後方に下流側のビームモニタ３４ｂが設置され、これにより下流側のステアリング電磁石３３ｂを調整するようにしている。
【００４２】
次に、図１５〜図１７を用いて、ステアリング電磁石３３ａ、３３ｂによる具体的なビーム補正方法の概要を説明する。なお、図１５では、ビームの偏向方向はｘ方向を代表例として記載している、すなわちビームをｘ方向に偏向する例が記載されているが、ｙ方向への偏向もｘ方向への偏向と同様である。ステップＳＴ０１にて、上流側に位置するビームモニタ３４ａ（第１のモニタ）によって各タイミングｔにおけるビーム位置Ｐａ（ｔ）を検出し、上流側に位置するステアリング電磁石３３ａを制御するステアリング電磁石電源４１に入力する。ビーム位置Ｐａ（ｔ）はビーム位置変動量Ｐｘ１、Ｐｙ１を含んでいる。ビーム位置変動量Ｐｘ１はｘ方向のビーム位置変動量であり、ビーム位置変動量Ｐｙ１はｙ方向のビーム位置変動量である。タイミングｔはビームスピル期間ｔ１〜ｔ２の間の複数の時点を指し、それぞれの時点におけるビーム位置の動的変動を検出することを意味する。
【００４３】
図１６は、ビームの進行方向（ｓ方向）を紙面に垂直な方向としてｓ軸（ｓ方向の軸）に対してそれぞれ互いに直角なｘ軸（ｘ方向の軸）、ｙ軸（ｙ方向の軸）上のタイミングｔ（ｔ１〜ｔ２）におけるビーム位置Ｐａを上流側のビームモニタ３４ａ（第１のモニタ）で観察した場合のビーム位置Ｐａ１〜Ｐａ６の変動の一例を示したものである。周期的変動要因によりビーム位置Ｐａ１〜Ｐａ６はビーム軸（ｓ軸）を外れた挙動となっている。図１６には、ビーム位置Ｐａ１におけるｘ軸成分のビーム位置変動量Ｐｘ１、ｙ軸成分のビーム位置変動量Ｐｙ１が表示されている。また、各ビーム位置Ｐａ２〜Ｐａ６では、ｘ軸成分のビーム位置変動量Ｐｘ１のみ表示されているがｙ軸成分も存在することは言うまでもない。
【００４４】
ステップＳＴ０２において、ステアリング電磁石電源４１において、上流側のビームモニタ３４ａのビーム位置変動量Ｐｘ１を入力し、ここで、Ｐｘ１＝０となるステアリング電磁石３３ａのキック角を各タイミングにおいて算出する。この算出に当っては、予めビーム位置変動量Ｐｘ１に対してキック角を関連付けた経験値を時間テーブルの形でステアリング電磁石電源４１の制御装置内に用意しておき、各タイミングにおけるビーム位置変動量Ｐｘ１に応じて、Ｐｘ１＝０となるステアリング電磁石３３ａのキック角として導出する。
【００４５】
続いてステップＳＴ０３において、算出されたキック角に応じた電流パターンＩ１（ｔ）を作成し、保存する。これも各キック角に対する電流パターンを時間テーブルの形でステアリング電磁石電源４１の制御装置内に用意しておき、例えば、算出されたキック角に応じた電流パターンに線形補間を施すことによりリニアな電流パターンＩ１（ｔ）とする。この電流パターンＩ１（ｔ）をステアリング電磁石３３ａの励磁電流として出力し、ビーム位置を矯正する。
【００４６】
ステップＳＴ０４において、この電流パターンＩ１（ｔ）をステアリング電磁石３３ａの励磁電流として使用して、荷電粒子ビームのビーム中心が下流側のステアリング電磁石３３ｂにおいて、ダクト中心線２５（ビーム軸上の線）を通過するように曲げられるように運転しながら、下流側に位置するビームモニタ３４ｂ（第２のモニタ）によってタイミングｔ（ｔ１〜ｔ２）におけるビーム位置Ｐｂ（ｔ）を検出し、下流側に位置するステアリング電磁石３３ｂを制御するステアリング電磁石電源４２に入力する。ビーム位置Ｐｂ（ｔ）は、図１７に示すようにビーム位置変動量Ｐｘ２、Ｐｙ２を含んでいる。ビーム位置変動量Ｐｘ２はｘ方向のビーム位置変動量であり、ビーム位置変動量Ｐｙ２はｙ方向のビーム位置変動量である。
【００４７】
ステップＳＴ０５において、ステアリング電磁石電源４２において、下流側のビームモニタ３４ｂのビーム位置変動量Ｐｘ２を入力し、Ｐｘ２＝０となるステアリング電磁石３３ｂのキック角を各タイミングにおいて算出する。図１７はｘ軸、ｙ軸上のタイミングｔ（ｔ１〜ｔ２）におけるビーム位置Ｐｂをビームモニタ３４ｂで観察した場合のビーム位置Ｐｂ１〜Ｐｂ７の変動の一例を示したものである。周期的変動要因により、やはりビーム位置Ｐｂ１〜Ｐｂ７はビーム軸（ｓ軸）を外れた挙動となっている。ステップＳＴ０５における算出方法は、前述したステップＳＴ０２の場合と同様である。
【００４８】
更にステップＳＴ０６において、算出されたキック角に応じた電流パターンＩ２（ｔ）を作成し、保存する。これも各キック角に対する電流パターンを時間テーブルの形でステアリング電磁石電源４２の制御装置内に用意しておき、例えば、算出されたキック角に応じた電流パターンに線形補間を施すことによりリニアな電流パターンＩ２（ｔ）とする。ステップＳＴ０７にてこれをステアリング電磁石３３ｂの励磁電流として出力し、ビーム位置を最終的にビーム軸上に来るように矯正する。また、ステップＳＴ０７において、ビームモニタ３４ｂ（第２のモニタ）によってタイミングｔ（ｔ１〜ｔ２）におけるビーム位置Ｐｂ（ｔ）を検出し、ビーム位置Ｐｂ（ｔ）がダクト中心線２５（ビーム軸上の線）上に来ていることを確認し、終了する。
【００４９】
図１５に示したビーム補正手順は準備操作である。実施の形態１の粒子線治療装置１００は、実照射の際には、保存した各電流パターンＩ１（ｔ）、Ｉ２（ｔ）を、周期的に運転する加速器系２のシンクロトロンに同期して上流側のステアリング電磁石３３ａと下流側のステアリング電磁石３３ｂに流すことで、ビームの位置とビームの角度を変動しない状態で照射対象（患者）に照射して治療を行う。
【００５０】
なお、ビームモニタ３４の蓋部１９の移動機構は、図１８又は図１９に示すように蓋部１９を蓋部移動機構４３によりスライドさせて開口部１８をダクト中心線２５上に出現させたり、隠したりする構成であってもよい。図１８はビームモニタの蓋部をスライドする（並進移動する）移動機構を示す図であり、図１９はビームモニタの蓋部をスライドする（並進移動する）他の移動機構を示す図である。蓋部１９は、蛍光板１７における荷電粒子ビームが進行する上流側表面に並進可能に配置されている。図１８に示した蓋部移動機構４３は、蓋部１９に接続された支持棒４４と、支持棒４４に接続されたピニオン４６と、ピニオン４６に係合して移動させるラック４５と、ラック４５を回転するモータ２０を備える。図１８は、真空ダクト１５及び窓１６を切断した断面図であり、蛍光板１７及び開口部１８が図７と同様に正面を向いている図である。図１８において、蓋部１９が開口部１８を覆った場合の蓋部１９ａも示した。
【００５１】
図１９に示した蓋部移動機構４３は、蓋部１９に接続された支持棒４４と、支持棒４４に接続された送りねじ４７と、送りねじ４７に係合し、送りねじ４７を支持する送りナット４８と、送りねじ４７を回転するモータ２０を備える。なお、送りナット４８は図示しない固定具で加速器系２が設置された床、又は真空ダクト１５に固定されている。図１９は、真空ダクト１５及び窓１６を切断した断面図であり、蛍光板１７及び開口部１８が図７と同様に正面を向いている図である。図１９において、蓋部１９が開口部１８を覆った場合の蓋部１９ａも示した。
【００５２】
今までステアリング電磁石３３及びビームモニタ３４がそれぞれ２つある粒子線治療装置１００の例を説明したが、ステアリング電磁石３３及びビームモニタ３４はそれぞれ１つであってもよい。この場合は、ビーム輸送系３の敷設状態や、偏向電磁石、四極電磁石の数等により、１つのステアリング電磁石３３でビーム軌道が調整可能な特別な例である。図２０は本発明の実施の形態１による他の粒子線治療装置の概略構成図であり、図２１は図２０のステアリング電磁石電源によるビーム補正手順を説明するフローチャートである。図２０に示した粒子線治療装置１００は、偏向電磁石３１の上流側にステアリング電磁石３３が配置され、ビームモニタ３４が照射ノズル４の上流側に配置された例である。ステアリング電磁石３３によるビーム補正方法は、図１５のフローチャートを用いて説明したものを各１個のステアリング電磁石３３及びビームモニタ３４を対応させせればよい。ステアリング電磁石３３によるビーム補正方法は、図２１に示すように、ステップＳＴ１１〜ステップＳＴ１４を実行する。
【００５３】
ステップＳＴ１１にて、ビームモニタ３４によって各タイミングｔにおけるビーム位置Ｐａ（ｔ）を検出し、ステアリング電磁石３３を制御するステアリング電磁石電源４１に入力する。ステップＳＴ１２において、ステアリング電磁石電源４１において、ビームモニタ３４のビーム位置変動量Ｐｘ１を入力し、ここで、Ｐｘ１＝０となるステアリング電磁石３３のキック角を各タイミングにおいて算出する。この算出に当っては、予めビーム位置変動量Ｐｘ１に対してキック角を関連付けた経験値を時間テーブルの形でステアリング電磁石電源４１の制御装置内に用意しておき、各タイミングにおけるビーム位置変動量Ｐｘ１に応じて、Ｐｘ１＝０となるステアリング電磁石３３のキック角として導出する。ステップＳＴ１３において、算出されたキック角に応じた電流パターンＩ１（ｔ）を作成し、保存する。これも各キック角に対する電流パターンを時間テーブルの形でステアリング電磁石電源４１の制御装置内に用意しておき、例えば、算出されたキック角に応じた電流パターンに線形補間を施すことによりリニアな電流パターンＩ１（ｔ）とする。ステップＳＴ１４にてこれをステアリング電磁石３３の励磁電流として出力し、ビーム位置を最終的にビーム軸上に来るように矯正する。また、ステップＳＴ１４において、ビームモニタ３４によってタイミングｔ（ｔ１〜ｔ２）におけるビーム位置Ｐａ（ｔ）を検出し、ビーム位置Ｐａ（ｔ）がダクト中心線２５（ビーム軸上の線）上に来ていることを確認し、終了する。
【００５４】
図２１に示したビーム補正手順は準備操作である。図２０に示した粒子線治療装置１００は、実照射の際には、保存した各電流パターンＩ１（ｔ）を、周期的に運転する加速器系２のシンクロトロンに同期してステアリング電磁石３３に流すことで、ビームの位置とビームの角度を変動しない状態で照射対象（患者）に照射して治療を行う。
【００５５】
以上のように、実施の形態１の粒子線治療装置用のビームモニタ３４は、荷電粒子ビームのビーム設計軌道（ダクト中心線２５）上に配置されると共に、荷電粒子ビームが通過可能に設けられた開口部１８を有する蛍光板１７と、開口部１８を開閉すると共に、蛍光塗料が塗布された蓋部１９と、開口部１８が開閉するように蓋部１９を移動する蓋部移動機構４３と、蛍光板１７の表面を観察するように配置されたカメラ２１と、を備えたことを特徴とする。この特徴により、実施の形態１の粒子線治療装置用のビームモニタ３４は、蛍光板１７の開口部１８を開閉可能に設けられた蓋部１９を備えたので、試験照射の際にビーム位置を確認できるとともに、実照射中も荷電粒子ビームがビーム設計軌道をはずれていないか監視できる。
【００５６】
また、実施の形態１の粒子線治療装置１００は、荷電粒子ビームを加速する加速器系２と、この加速器系２から出射された荷電粒子ビームを照射位置Ｔまで輸送するビーム輸送系３を備えた粒子線治療装置であって、ビーム輸送系３は、荷電粒子ビームのビーム軌道を調整する、少なくとも１個のステアリング電磁石３３と、これに対応する少なくとも１個の粒子線治療装置用のビームモニタ３４と、試験照射の際に、開口部１８が閉じられた状態の粒子線治療装置用のビームモニタ３４により得られた、荷電粒子ビームの周期的なビーム位置の変化を測定した測定結果に基づいて、ステアリング電磁石３３に周期的に変動するビーム位置を補正する励磁電流を供給するステアリング電磁石電源４１と、を備える。粒子線治療装置用のビームモニタ３４は、荷電粒子ビームのビーム設計軌道（ダクト中心線２５）上に配置されると共に、荷電粒子ビームが通過可能に設けられた開口部１８を有する蛍光板１７と、開口部１８を開閉すると共に、蛍光塗料が塗布された蓋部１９と、開口部１８が開閉するように蓋部１９を移動する蓋部移動機構４３と、蛍光板１７の表面を観察するように配置されたカメラ２１と、を備えている。また、粒子線治療装置用のビームモニタ３４は、照射対象に荷電粒子ビームを照射する実照射の際に、蛍光板１７の開口部１８が荷電粒子ビームのビーム設計軌道（ダクト中心線２５）上に現れるようにされており、蛍光板１７における開口部１８よりも外側に荷電粒子ビームが照射されたことを検出した場合に、情報処理器２７が異常検出信号ｓｉｇｅを生成することを特徴とする。この特徴により、実施の形態１の粒子線治療装置１００は、ビーム位置の周期的な変動をなくすとともに、実照射中も荷電粒子ビームがビーム設計軌道をはずれていないか監視できる。
【００５７】
実施の形態２．
図２２は本発明の実施の形態２による粒子線治療装置の概略構成図であり、図２３は図２２の駆動機構及びステアリング電磁石を示す図である。図２４、図２５は、図２３のステアリング電磁石の回転を説明する図である。図２６は、本発明の実施の形態２による他の粒子線治療装置の概略構成図である。実施の形態２の粒子線治療装置１００は、ステアリング電磁石３３をビーム設計軸中心に回転する駆動機構５０を備えた点で実施の形態１の粒子線治療装置１００と異なる。図２２では、ステアリング電磁石３３ａ、３３ｂをそれぞれ回転する駆動機構５０ａ、５０ｂを記載した。図２６は、ステアリング電磁石３３及びビームモニタ３４をそれぞれ１つ備えた粒子線治療装置１００の例である。駆動機構の符号は、総括的に５０を用い、区別して説明する場合に５０ａ、５０ｂを用いる。
【００５８】
前述したとおり、図１０のＳ２点におけるビーム位置のずれを、Ｓ１点のステアリング電磁石を用いて補正する。ここで、Ｓ２点におけるビーム位置のずれは、図４、図５に示すｘ方向、ｙ方向のそれぞれに生じる可能性がある。すなわち、ｘｙ平面を仮定して、その原点が設計軌道と交差する箇所だとすると、ｘｙの成分で示されるベクトルの分だけビーム軸がずれる可能性がある。
【００５９】
ステアリング電磁石は、ビームをｘ方向へ偏向するように配置したｘ方向用のステアリング電磁石と、ビームをｙ方向へ偏向するように配置したｙ方向用のステアリング電磁石と、それぞれ用いることが一般的である。前述のＳ１点に配置したステアリング電磁石がｘ方向用のステアリング電磁石であった場合、Ｓ２点におけるビーム位置のずれ成分はｘ方向にしか補正できない。
【００６０】
そこで、実施の形態２においては、ステアリング電磁石３３をビーム設計軌道（ダクト中心線２５）に回転可能なように駆動機構５０を介して配置することにより、ステアリング電磁石３３によるビームの偏向方向を変えられるような構成とした。これにより、Ｓ２点におけるビームの位置ずれがｘ成分とｙ成分とのいずれもがある場合であっても、ステアリング電磁石３３を回転し、ビームの偏向方向を変更してビーム軌道を調整するので、Ｓ２点でのビーム位置ずれをなくすことが可能となる。
【００６１】
駆動機構５０は、例えば、リング５１と、ステアリング電磁石３３とリング５１とを接続する支持材５２と、リング５１を回転する回転駆動機（モータ）５３とを備える。駆動機構５０は、ステアリング電磁石３３の磁場方向軸６５及び磁場方向軸６５に垂直な偏向方向軸６４を３６０°回転することができる。図２３では、紙面奥側の方向がｓ方向であり、右方向及び上方向がそれぞれｘ方向及びｙ方向となる向きで記載した。図２３において、偏向方向軸６４はｙ軸と平行な基準軸６６と重なっている。また、図２３では、正電荷の荷電粒子がｓ方向に進行する例を想定して、電流方向Ｉ、ステアリング電磁石３３の磁場方向Ｂ、荷電粒子が磁場によって受ける力方向Ｆを記載した。
【００６２】
図２４、図２５を用いて、ステアリング電磁石３３の回転を説明する。図２５に示すように、図１０のＳ２点におけるビームモニタ３４で観測されたビーム位置が、ｘｙ平面上のＰ２点である場合を説明する。ダクト中心線２５上のダクト中心１４からＰ２点を結ぶベクトルがずれベクトルとなる。ステアリング電磁石３３を用いて、ビーム位置Ｐ２をダクト中心１４の方へ偏向するので、ダクト中心１４及びビーム位置Ｐ２を通過する線が偏向方向軸６４と一致するように、すなわちステアリング電磁石３３を、偏向方向軸６４とｙ軸（基準軸６６）との角度がα°となるように回転する。ステアリング電磁石３３を、偏向方向軸６４とｙ軸との角度がα°となるように回転した例が図２４である。図２４に示したように、ステアリング電磁石３３によって磁場方向Ｂに磁場を発生させれば、荷電粒子は力方向Ｆの力を受けてダクト中心１４の方向、すなわちダクト中心線２５の方向へ偏向される。すなわち、駆動機構５０を用いてステアリング電磁石３３を図２４に示した状態にすれば、荷電粒子ビームをダクト中心１４の方向、すなわちダクト中心線２５の方向へ偏向することができる。
【００６３】
実施の形態２の粒子線治療装置１００は、実施の形態１と同様に、ビーム位置の周期的な変動をなくすとともに、実照射中も荷電粒子ビームがビーム設計軌道をはずれていないか監視できる。また、実施の形態２の粒子線治療装置１００は、ステアリング電磁石３３をビーム設計軸中心に回転する駆動機構５０を備えたので、Ｓ２点におけるビームの位置ずれがｘ成分とｙ成分とのいずれもがある場合であっても、１つのステアリング電磁石３３を回転し、Ｓ２点でのビーム位置ずれをなくすことができる。したがって、実施の形態２の粒子線治療装置１００は、実施の形態１の粒子線治療装置１００に比べて、ステアリング電磁石３３ａ、３３ｂを小型にすることができ、ステアリング電磁石３３ａ、３３ｂの励磁電流をそれぞれ制御するステアリング電磁石電源４１、４２を小型化することができる。ステアリング電磁石電源４１、４２は、ｘ方向、ｙ方向の２方向ではなく、１方向用の励磁電流を生成するので、制御回路を簡略化することができる。
【００６４】
なお、実施の形態１及び２において、荷電粒子ビームのビーム位置を確認する位置確認機能と荷電粒子ビームが設計軌道からはずれていないか監視する位置監視機とを備えたビームモニタ３４が、蛍光板１７及び蓋部１９に蛍光塗料が塗布されており、すなわち蛍光板モニタとなる例で説明したが、これに限定されず、荷電粒子ビームのビーム位置が検出できる他のモニタであってもよい。また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００６５】
２…加速器系、３…ビーム輸送系、１７…蛍光板、１８…開口部、１９、１９ａ…蓋部、２０…モータ、２１…カメラ、２５…ダクト中心線（ビーム設計軌道）、２７…情報処理器、３３、３３ａ、３３ｂ…ステアリング電磁石、３４、３４ａ、３４ｂ…ビームモニタ、４１、４２…ステアリング電磁石電源、４３…蓋部移動機構、４４…支持棒、５０、５０ａ、５０ｂ…駆動機構、１００…粒子線治療装置、Ｔ…照射位置、ｓｉｇｅ…異常検出信号
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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