(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の治療室と、複数の前記治療室毎に配置された複数の粒子線照射装置と、荷電粒子ビームを加速する加速器と、前記加速器により加速された前記荷電粒子ビームを複数の前記粒子線照射装置に輸送するビーム輸送系と、前記加速器、前記ビーム輸送系、複数の前記粒子線照射装置を制御する治療管理装置とを備えた粒子線治療装置であって、
前記ビーム輸送系は、複数の前記粒子線照射装置のいずれか一つに前記荷電粒子ビームを輸送するようにビーム経路を変更するビーム経路変更器を有し、
前記治療管理装置は、同一治療時間帯に治療を行う複数の前記粒子線照射装置に対して、前記荷電粒子ビームを割当時間毎に複数の前記粒子線照射装置のいずれか一つに輸送するように、前記加速器の出射器を制御する出射器制御信号と前記ビーム経路変更器を制御するビーム経路変更器制御信号とを生成するビーム経路制御器を有し、
前記ビーム経路制御器は、
複数の前記粒子線照射装置が前記荷電粒子ビームを照射する複数の患者の呼吸状態を個別にモニタされ、前記患者毎に生成された前記荷電粒子ビームの照射を許可する複数の呼吸ゲート信号のうち少なくとも２つが同時にオンとなる場合に、
前記複数の呼吸ゲート信号に依存することなく複数の前記粒子線照射装置のいずれか一つを周期的に選択するタイムシェアリング信号により指定された治療室の前記粒子線照射装置に前記荷電粒子ビームを輸送するように、複数の前記呼吸ゲート信号と前記タイムシェアリング信号とに基づいて、前記出射器制御信号及び前記ビーム経路変更器制御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２】
前記ビーム経路制御器は、
前記タイムシェアリング信号における治療室指定に応じて、指定された治療室へ前記荷電粒子ビームを輸送する経路指令が変化する前記ビーム経路変更器制御信号を生成するビーム経路変更器制御信号生成部と、
前記タイムシェアリング信号において指定された治療室に対応する前記呼吸ゲート信号がオンの場合に前記荷電粒子ビームの出射を指令する出射指令を示し、他の場合に前記荷電粒子ビームの出射停止を指令する出射停止指令を示す前記出射器制御信号を生成する出射器制御信号生成部と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の粒子線治療装置。
【請求項３】
前記ビーム輸送系は、前記ビーム経路制御器の下流側に前記荷電粒子ビームを遮断するダンパーを備え、
前記ビーム経路制御器は、
前記タイムシェアリング信号において指定された治療室に対応する前記呼吸ゲート信号がオンの場合に、この条件が成立する治療室へ前記荷電粒子ビームを輸送する経路指令を示し、
前記タイムシェアリング信号において指定された治療室に対応する前記呼吸ゲート信号がオフの場合に、前記ダンパーに前記荷電粒子ビームを導く経路遮断指令を示す前記ビーム経路変更器制御信号を生成するビーム経路変更器制御信号生成部と、
前記タイムシェアリング信号の周期毎に指定された治療室指定に対応する前記呼吸ゲート信号がオンの場合に前記荷電粒子ビームの出射を指令する出射指令を示し、
一度出射指令が生成された後に当該周期における最後の治療室指定が解除された場合に、前記荷電粒子ビームの出射停止を指令する出射停止指令を示す前記出射器制御信号を生成する出射器制御信号生成部と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の粒子線治療装置。
【請求項４】
前記ビーム経路制御器は、
前記呼吸ゲート信号がオン状態を継続する期間に、治療室指定が２回以上変化するような周期を有する前記タイムシェアリング信号を生成するタイムシェアリング信号生成部と、前記タイムシェアリング信号の治療室指定をマスクするマスク信号を生成するマスクマスク信号生成部と、
複数の前記呼吸ゲート信号、前記マスク信号、前記タイムシェアリング信号に基づいて前記出射器制御信号を生成する出射器制御信号生成部と、
複数の前記呼吸ゲート信号、前記マスク信号、前記タイムシェアリング信号に基づいて、前記ビーム経路変更器制御信号を生成するビーム経路変更器制御信号生成部と、を備え、前記出射器制御信号生成部は、
前記マスク信号がマスク指令を示し、前記呼吸ゲート信号がオンの場合に、前記荷電粒子ビームの出射を指令する出射指令を示し、
前記マスク信号がマスク解除指令を示し、前記呼吸ゲート信号でオンである治療室が前記タイムシェアリング信号において指定された場合に、前記荷電粒子ビームの出射を指令する出射指令を示し、
他の場合に前記荷電粒子ビームの出射停止を指令する出射停止指令を示す前記出射器制御信号を生成し、
前記ビーム経路変更器制御信号生成部は、
前記マスク信号がマスク指令を示し、複数の前記呼吸ゲート信号のうち１つのみがオンである場合に、この条件が成立する治療室へ前記荷電粒子ビームを輸送する経路指令を示し、
前記マスク信号がマスク解除指令を示し、複数の前記呼吸ゲート信号のうち少なくとも２つが同時にオンであり、前記呼吸ゲート信号がオンである治療室が前記タイムシェアリング信号において指定された場合に、この条件が成立する治療室へ前記荷電粒子ビームを輸送する経路指令を示す前記ビーム経路変更器制御信号を生成することを特徴とする請求項１記載の粒子線治療装置。
【請求項５】
前記ビーム輸送系は、前記ビーム経路制御器の下流側に前記荷電粒子ビームを遮断するダンパーを備え、
前記ビーム経路制御器は、
前記呼吸ゲート信号がオン状態を継続する期間に、治療室指定が２回以上変化するような周期を有する前記タイムシェアリング信号を生成するタイムシェアリング信号生成部と、前記タイムシェアリング信号の治療室指定をマスクするマスク信号を生成するマスクマスク信号生成部と、
複数の前記呼吸ゲート信号と前記タイムシェアリング信号に基づいて前記出射器制御信号を生成する出射器制御信号生成部と、
複数の前記呼吸ゲート信号、前記マスク信号、前記タイムシェアリング信号に基づいて、前記ビーム経路変更器制御信号を生成するビーム経路変更器制御信号生成部と、を備え、前記出射器制御信号生成部は、
複数の前記呼吸ゲート信号のうち少なくとも１つがオンである場合に前記荷電粒子ビームの出射を指令する出射指令を示し、
他の場合に前記荷電粒子ビームの出射停止を指令する出射停止指令を示す前記出射器制御信号を生成し、
前記ビーム経路変更器制御信号生成部は、
前記マスク信号がマスク指令を示し、複数の前記呼吸ゲート信号のうち１つのみがオンである場合に、この条件が成立する治療室へ前記荷電粒子ビームを輸送する経路指令を示し、
前記マスク信号がマスク解除指令を示し、前記タイムシェアリング信号において指定された治療室に対応する前記呼吸ゲート信号がオンの場合に、この条件が成立する治療室へ前記荷電粒子ビームを輸送する経路指令を示し、
前記マスク信号がマスク解除指令を示し、前記タイムシェアリング信号において指定された治療室に対応する前記呼吸ゲート信号がオフの場合に、前記ダンパーに前記荷電粒子ビームを導く経路遮断指令を示す前記ビーム経路変更器制御信号を生成することを特徴とする請求項１記載の粒子線治療装置。
【請求項６】
前記ビーム経路制御器は、
前記呼吸ゲート信号がオン状態を継続する期間に、治療室指定が２回以上変化するような周期を有する前記タイムシェアリング信号を生成するタイムシェアリング信号生成部と、複数の前記呼吸ゲート信号と前記タイムシェアリング信号に基づいて前記出射器制御信号を生成する出射器制御信号生成部と、
複数の前記呼吸ゲート信号、前記タイムシェアリング信号に基づいて、前記ビーム経路変更器制御信号を生成するビーム経路変更器制御信号生成部と、を備え、
前記出射器制御信号生成部は、
複数の前記呼吸ゲート信号のうち１つのみがオンであり、前記呼吸ゲート信号でオンである治療室が前記タイムシェアリング信号において指定された場合に、前記荷電粒子ビームの出射を指令する出射指令を示し、
複数の前記呼吸ゲート信号のうち少なくとも２つが同時にオンであり、前記呼吸ゲート信号がオンである治療室が前記タイムシェアリング信号において指定された場合に、前記荷電粒子ビームの出射を指令する出射指令を示し、
他の場合に前記荷電粒子ビームの出射停止を指令する出射停止指令を示す前記出射器制御信号を生成し、
前記ビーム経路変更器制御信号生成部は、
複数の前記呼吸ゲート信号のうち１つのみの呼吸ゲート信号がオンである場合に、前記呼吸ゲート信号でオンである治療室へ前記荷電粒子ビームを輸送する経路指令を示し、
複数の前記呼吸ゲート信号のうち少なくとも２つが同時にオンであり、前記呼吸ゲート信号がオンである治療室が前記タイムシェアリング信号において指定された場合に、前記呼吸ゲート信号でオンである治療室へ前記荷電粒子ビームを輸送する経路指令を示す前記ビーム経路変更器制御信号を生成することを特徴とする請求項１記載の粒子線治療装置。
【請求項７】
前記ビーム輸送系は、前記ビーム経路制御器の下流側に前記荷電粒子ビームを遮断するダンパーを備え、
前記ビーム経路制御器は、
前記呼吸ゲート信号がオン状態を継続する期間に、治療室指定が２回以上変化するような周期を有する前記タイムシェアリング信号を生成するタイムシェアリング信号生成部と、
複数の前記呼吸ゲート信号と前記タイムシェアリング信号に基づいて、前記出射器制御信号を生成する出射器制御信号生成部と、
前記複数の呼吸ゲート信号、前記タイムシェアリング信号に基づいて、前記ビーム経路変更器制御信号を生成するビーム経路変更器制御信号生成部と、を備え、
前記出射器制御信号生成部は、
前記複数の呼吸ゲート信号のうち少なくとも１つがオンである場合に前記荷電粒子ビームの出射を指令する出射指令を示し、
他の場合に前記荷電粒子ビームの出射停止を指令する出射停止指令を示す前記出射器制御信号を生成し、
前記ビーム経路変更器制御信号生成部は、
前記タイムシェアリング信号において指定された治療室に対応する前記呼吸ゲート信号がオンの場合に、この条件が成立する治療室へ前記荷電粒子ビームを輸送する経路指令を示し、
前記タイムシェアリング信号において指定された治療室に対応する前記呼吸ゲート信号がオフの場合に、前記ダンパーに前記荷電粒子ビームを導く経路遮断指令を示す前記ビーム経路変更器制御信号を生成することを特徴とする請求項１記載の粒子線治療装置。
【請求項８】
前記ビーム経路変更器はキッカー電磁石であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。
【請求項９】
前記ビーム経路変更器はビーム偏向器であり、
前記ビーム経路制御器は、高速スイッチと、偏向器電源を有し、
前記高速スイッチは、前記ビーム経路制御器で生成した制御信号に応じて前記偏向器電源の出力電圧を選択することにより前記ビーム経路変更器制御信号を生成することを特徴とする請求項１記載の粒子線治療装置。
【請求項１０】
前記ビーム経路変更器はビーム偏向器であり、
前記ビーム経路変更器制御信号生成部は、パルス制御器と、高速スイッチと、偏向器電源を有し、
前記パルス制御器は、当該ビーム経路変更器制御信号生成部に入力された信号に基づいて生成した制御信号を前記高速スイッチに出力し、
前記高速スイッチは、前記制御信号に応じて前記偏向器電源の出力電圧を選択することにより前記ビーム経路変更器制御信号を生成することを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。
【請求項１１】
前記ビーム偏向器は、前記荷電粒子ビームの進行方向に短手方向を並べた複数の導体板が配置されたライン電極板と、前記ライン電極板に平行に配置された電極板と、前記ライン電極板と前記電極板との間に前記荷電粒子ビームが通過する通過領域を有し、
複数の前記導体板は、長手方向に直列に接続され、インピーダンス整合がされており、
前記ビーム経路制御器は、前記荷電粒子ビームが複数の前記導体板の短手方向を通過する通過周期である粒子移動基本時間に、複数の前記導体板の長手方向を伝送する伝送周期である伝送基本時間を同期させた電圧パルスである前記ビーム経路変更器制御信号を出力することを特徴とする請求項９記載の粒子線治療装置。
【請求項１２】
前記ビーム偏向器は、前記荷電粒子ビームの進行方向に短手方向を並べた複数の導体板が配置されたライン電極板と、前記ライン電極板に平行に配置された電極板と、前記ライン電極板と前記電極板との間に前記荷電粒子ビームが通過する通過領域を有し、
複数の前記導体板は、長手方向に直列に接続され、インピーダンス整合がされており、
前記ビーム経路変更器制御信号生成部は、前記荷電粒子ビームが複数の前記導体板の短手方向を通過する通過周期である粒子移動基本時間に、複数の前記導体板の長手方向を伝送
する伝送周期である伝送基本時間を同期させた電圧パルスである前記ビーム経路変更器制御信号を出力することを特徴とする請求項１０記載の粒子線治療装置。
【請求項１３】
前記ライン電極板は、基板と、前記基板の表面側に配置された複数の前記導体板と、前記基板の裏面側に接地レベルに接続された裏面導体を有し、前記基板と複数の前記導体板と前記裏面導体の構造は、マイクロストリップライン構造であることを特徴とする請求項１１または１２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、医療用や研究用に用いられる粒子線治療装置に関し、特にタイムシェアリングにより複数の治療室へあたかも同時にビームを輸送することができる粒子線治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、粒子線治療装置には複数の治療室が存在するものが報告されている。従来の粒子線治療装置において、ビーム経路はＨＥＢＴ（高エネルギービーム輸送：High  Energy  Beam  Transport）系と称されるビーム輸送系の電磁石によって選択された１つの治療室へとビームを導く構成となっている。このため、原則的に複数の治療室で同時に治療を行うことはできない。また、このビーム経路の切替えは、偏向電磁石によって行うのが一般的である。【０００３】
特許文献１には、複数の治療室が存在する場合に治療スループットを向上させることを目的として、例外的に、呼吸ナビゲーション（呼吸誘導）により各治療室における患者の呼吸の位相をずらすことによって複数の治療室であたかも同時に治療を行う粒子線治療装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開番号ＷＯ２０１２／０３２６３２Ａ１（００３６段〜００３８段、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の粒子線治療装置は、呼吸ナビゲーションにより複数の治療室であたかも同時に治療を行うことはできるが、呼吸ナビゲーションを行うことが前提となっており、呼吸ナビゲーションを用いないで複数の治療室で同時に治療を行いたいという要望に応えることはできなかった。【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、呼吸ナビゲーションを用いなくてもタイムシェアリングにより複数の治療室へあたかも同時にビームを輸送することができる粒子線治療装置を提供す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は、複数の治療室と、複数の治療室毎に配置された複数の粒子線照射装置と、荷電粒子ビームを加速する加速器と、加速器により加速された荷電粒子ビームを複数の粒子線照射装置に輸送するビーム輸送系と、加速器、ビーム輸送系、複数の粒子線照射装置を制御する治療管理装置とを備える。ビーム輸送系は、複数の粒子線照射装置のいずれか一つに荷電粒子ビームを輸送するようにビーム経路を変更するビーム経路変更器を有し、治療管理装置は、同一治療時間帯に治療を行う複数の粒子線照射装置に対して、荷電粒子ビームを割当時間毎に複数の粒子線照射装置のいずれか一つに輸送するように、加速器の出射器を制御する出射器制御信号とビーム経路変更器を制御するビーム経路変更器制御信号とを生成するビーム経路制御器を有し、ビーム経路制御器は、複数の粒子線照射装置が荷電粒子ビームを照射する複数の患者の呼吸状態を個別にモニタされ、患者毎に生成された荷電粒子ビームの照射を許可する複数の呼吸ゲート信号のうち少なくとも２つが同時にオンとなる場合に、複数の呼吸ゲート信号に依存することなく複数の粒子線照射装置のいずれか一つを周期的に選択するタイムシェアリング信号により指定された治療室の粒子線照射装置に荷電粒子ビームを輸送するように、複数の前記呼吸ゲート信号とタイムシェアリング信号とに基づいて、前記出射器制御信号及び前記ビーム経路変更器制御信号を生成することを特徴とする粒子線治療装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の粒子線治療装置によれば、ビーム輸送系のビーム経路変更器及び加速器の出射器を、複数の呼吸ゲート信号とタイムシェアリング信号とに基づいて、同一治療時間帯に治療を行う複数の粒子線照射装置に対して、荷電粒子ビームを割当時間毎に複数の粒子線照射装置のいずれか一つに輸送するように制御するので、呼吸ナビゲーションを用いなくてもタイムシェアリングにより複数の治療室へあたかも同時にビームを輸送することができる。
【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を示す構成図である。
【図２】図１の粒子線照射装置の概略構成図である。
【図３】図１のビーム輸送系の要部を説明する模式図である。
【図４】比較例のビーム輸送系の要部を説明する模式図である。
【図５】本発明の実施の形態１の粒子線治療装置による複数の治療室へのビーム分配を説明するタイミング図である。
【図６】本発明の呼吸信号と呼吸ゲート信号を説明する図である。
【図７】本発明のタイムシェアリング信号を説明する図である。
【図８】図１のビーム経路制御器を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１による複数の治療室へのビーム分配を説明するタイミング図である。
【図１０】本発明の実施の形態２による粒子線治療装置を示す構成図である。
【図１１】図１０のビーム経路制御器を示す図である。
【図１２】図１０のダクト分岐部の周辺に配置されたダンパーを示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態２による複数の治療室へのビーム分配を説明するタイミング図である。
【図１４】図１０のダクト分岐部の周辺に配置された他のダンパーを示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態３による粒子線治療装置を示す構成図である。
【図１６】図１５のビーム経路制御器を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態３による複数の治療室へのビーム分配を説明するタイミング図である。
【図１８】本発明の実施の形態４による粒子線治療装置を示す構成図である。
【図１９】図１８のビーム経路制御器を示す図である。
【図２０】本発明の実施の形態４による複数の治療室へのビーム分配を説明するタイミング図である。
【図２１】本発明の実施の形態５による粒子線治療装置を示す構成図である。
【図２２】図２１のビーム経路制御器を示す図である。
【図２３】本発明の実施の形態５による複数の治療室へのビーム分配を説明するタイミング図である。
【図２４】本発明の実施の形態６による粒子線治療装置を示す構成図である。
【図２５】図２４のビーム経路制御器を示す図である。
【図２６】本発明の実施の形態６による複数の治療室へのビーム分配を説明するタイミング図である。
【図２７】本発明の実施の形態７による粒子線治療装置を示す構成図である。
【図２８】図２７のビーム経路制御器を示す図である。
【図２９】図２７のビーム偏向器を示す側面図である。
【図３０】図２７のビーム偏向器を上から見た上面図である。
【図３１】図２７のビーム偏向器のマイクロストリップラインを説明する図である。
【図３２】図２７のビーム偏向器のビーム制御を説明する図である。
【図３３】本発明の実施の形態７による複数の治療室へのビーム分配を説明するタイミング図である。
【図３４】本発明の実施の形態８による粒子線治療装置を示す構成図である。
【図３５】図３４のビーム経路制御器を示す図である。
【図３６】本発明の実施の形態８による複数の治療室へのビーム分配を説明するタイミング図である。
【図３７】本発明の実施の形態９による粒子線治療装置を示す構成図である。
【図３８】図３７のビーム経路制御器を示す図である。
【図３９】本発明の実施の形態９による複数の治療室へのビーム分配を説明するタイミング図である。
【図４０】本発明の実施の形態１０による粒子線治療装置を示す構成図である。
【図４１】図４０のビーム経路制御器を示す図である。
【図４２】本発明の実施の形態１０による複数の治療室へのビーム分配を説明するタイミング図である。
【図４３】本発明の実施の形態１１による粒子線治療装置を示す構成図である。
【図４４】図４３のビーム経路制御器を示す図である。
【図４５】本発明の実施の形態１１による複数の治療室へのビーム分配を説明するタイミング図である。
【図４６】本発明の実施の形態１２による粒子線治療装置を示す構成図である。
【図４７】図４６のビーム経路制御器を示す図である。
【図４８】本発明の実施の形態１２による複数の治療室へのビーム分配を説明するタイミング図である。
【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を示す構成図である。図２は図１の粒子線照射装置の概略構成図である。粒子線治療装置５１は、ビーム発生装置５２と、ビーム輸送系５９と、複数の粒子線照射装置５８ａ、５８ｂとを備える。粒子線照射装置５８ｂは治療室２９ｂに設けられた回転ガントリ（図示せず）に設置される。粒子線照射装置５８ａは回転ガントリを有しない治療室２９ａに設置される。なお、図１では簡単のため治療室の数を２として説明するが、本発明における治療室の数を２に限定する意図ではない。
【００１１】
ビーム発生装置５２は、イオン源５６と、線形加速器５３と、シンクロトロンである円形加速器（以降、単に加速器と称する）５４とを有する。ビーム輸送系５９の役割は加速器５４と粒子線照射装置５８ａ、５８ｂの連絡にある。ビーム輸送系５９は、加速器５４の出射器６２から出射された荷電粒子ビーム８１（図２参照）を各粒子線照射装置５８ａ、５８ｂへのビーム経路を変更するビーム経路変更器１６と、加速器５４の出射器６２からビーム経路変更器１６までの上流ビーム輸送系２３と、ビーム経路変更器１６から粒子線照射装置５８ａまでの下流ビーム輸送系２４ａと、ビーム経路変更器１６から粒子線照射装置５８ｂまでの下流ビーム輸送系２４ｂとを有する。下流ビーム輸送系２４ｂの一部は回転ガントリ（図示せず）に設置され、その部分には複数の偏向電磁石５５ａ、５５ｂ、５５ｃを有する。ビーム発生装置５２、ビーム輸送系５９、粒子線照射装置５８ａ、５８ｂは、治療管理装置９５により連携して制御される。
【００１２】
イオン源５６で発生した陽子線、炭素線（重粒子線）等の粒子線である荷電粒子ビーム８１は、線形加速器５３で加速され、入射器６１から加速器５４に入射される。荷電粒子ビーム８１は、所定のエネルギーまで加速される。加速器５４で高周波数の電界で加速し磁石で曲げながら、光速の約７０〜８０％まで加速される。加速器５４の出射器６２から出射された荷電粒子ビーム８１は、ビーム輸送系５９を経て粒子線照射装置５８ａ、５８ｂに輸送される。ビーム輸送系５９では、十分にエネルギーが与えられた荷電粒子ビーム８１を、真空ダクト（主ダクト２０、下流ダクト２２ａ、下流ダクト２２ｂ）により作られた通路を、複数の偏向電磁石１２ａ〜１２ｈで必要に応じて軌道を変え、指定された治療室の粒子線照射装置５８ａ、５８ｂへと導く。粒子線照射装置５８ａ、５８ｂは、患者３０の照射対象３１である患部の大きさや深さに応じて照射野を成形し、荷電粒子ビーム８１を照射対象３１（図２参照）に照射する。線形加速器５３で加速された荷電粒子ビーム８１は、偏向電磁石１２ｉ、１２ｊで軌道を変えて、加速器５４の入射器６１へ導いている。主ダクト２０から分岐した下流ダクト２２ａが粒子線照射装置５８ａへ接続され、主ダクト２０から分岐した下流ダクト２２ｂが粒子線照射装置５８ｂへ接続される。破線円で示した部分は、主ダクト２０から下流ダクト２２ａ、２２ｂが分岐されるダクト分岐部２１である。
【００１３】
さて「指定された治療室」と記載したが、前述したように粒子線治療装置は治療効率の観点から、一般的に複数の治療室を備える。すなわち、粒子線照射装置５８は、治療室の数だけ備える必要がある。このように複数のサブシステムからなる大型で複雑なシステムは、一般的に、各サブシステムを専ら制御するサブ制御装置と全体を指揮し制御するメイン制御装置からなることが多い。本発明の実施の形態１に示す粒子線治療装置５１についても、このメイン制御装置とサブ制御装置の構成を採用している場合で説明をする。簡単のため、ビーム発生装置５２及びビーム輸送系５９を有するサブシステムの全てを、ここでは加速器系と呼ぶことにする。粒子線照射装置５８又は、粒子線照射装置５８及び回転ガントリを照射系と呼ぶことにする。治療管理装置９５は、粒子線治療装置５１の全体を制御する主管理装置１２０と、加速器系を制御する加速器系制御装置１２１と、粒子線照射装置５８ａを制御する照射管理装置８８ａと、粒子線照射装置５８ｂを制御する照射管理装置８８ｂとを有する。加速器系制御装置１２１は、出射器６２及びビーム経路変更器１６を制御するビーム経路制御器１８を有する。
【００１４】
治療室２９ａの治療台２５ａには、患者３０ａが載置される。治療室２９ａには、患者３０ａの呼吸状態を患者センサ２７ａで検出し、呼吸信号ｐｓｉｇ１を生成する呼吸信号生成器２６ａが配置される。治療室２９ｂの治療台２５ｂには、患者３０ｂが載置される。治療室２９ｂには、患者３０ｂの呼吸状態を患者センサ２７ｂで検出し、呼吸信号ｐｓｉｇ２を生成する呼吸信号生成器２６ｂが配置される。患者３０ａの患部は照射対象３１ａであり、患者３０ｂの患部は照射対象３１ｂである。粒子線照射装置の符号は、総括的に５８を用い、区別して説明する場合に５８ａ、５８ｂを用いる。治療室、治療台、患者、照射対象、患者センサ、呼吸信号生成器の符号は、それぞれ総括的に２９、２５、３０、３１、２７、２６を用い、区別して説明する場合にａ、ｂを付した符号を用いる。
【００１５】
図２において、粒子線照射装置５８は、荷電粒子ビーム８１に垂直な方向であるＸ方向及びＹ方向に荷電粒子ビーム８１を走査するＸ方向走査電磁石８２及びＹ方向走査電磁石８３と、位置モニタ８４と、線量モニタ８５と、線量データ変換器８６と、ビームデータ処理装置９１と、走査電磁石電源８７とを備える。粒子線照射装置５８を制御する治療管理装置９５の照射管理装置８８は、照射制御計算機８９と照射制御装置９０とを備える。線量データ変換器８６は、トリガ生成部９２と、スポットカウンタ９３と、スポット間カウンタ９４とを備える。なお、図２において荷電粒子ビーム８１の進行方向は−Ｚ方向である。
【００１６】
Ｘ方向走査電磁石８２は荷電粒子ビーム８１をＸ方向に走査する走査電磁石であり、Ｙ方向走査電磁石８３は荷電粒子ビーム８１をＹ方向に走査する走査電磁石である。位置モニタ８４は、Ｘ方向走査電磁石８２及びＹ方向走査電磁石８３で走査された荷電粒子ビーム８１が通過するビームにおける通過位置（重心位置）やサイズを演算するためのビーム情報を検出する。ビームデータ処理装置９１は、位置モニタ８４が検出した複数のアナログ信号からなるビーム情報に基づいて荷電粒子ビーム８１の通過位置（重心位置）やサイズを演算する。また、ビームデータ処理装置９１は、荷電粒子ビーム８１の位置異常やサイズ異常を示す異常検出信号を生成し、この異常検出信号を照射管理装置８８に出力する。
【００１７】
線量モニタ８５は、荷電粒子ビーム８１の線量を検出する。照射管理装置８８は、図示しない治療計画装置で作成された治療計画データに基づいて、患者３０の照射対象３１における荷電粒子ビーム８１の照射位置を制御し、線量モニタ８５で測定され、線量データ変換器８６でデジタルデータに変換された線量が目標線量に達すると荷電粒子ビーム８１を次の照射位置へ移動する。走査電磁石電源８７は、照射管理装置８８から出力されたＸ方向走査電磁石８２及びＹ方向走査電磁石８３への制御入力（指令）に基づいてＸ方向走査電磁石８２及びＹ方向走査電磁石８３の設定電流を変化させる。
【００１８】
ここでは、粒子線照射装置５８のスキャニング照射方式を、荷電粒子ビーム８１の照射位置を変えるときに荷電粒子ビーム８１を停止させないラスタースキャニング照射方式であり、スポットスキャニング照射方式のようにビーム照射位置がスポット位置間を次々と移動していく方式とする。スポットカウンタ９３は、荷電粒子ビーム８１のビーム照射位置が停留している間の照射線量を計測するものである。スポット間カウンタ９４は、荷電粒子ビーム８１のビーム照射位置が移動している間の照射線量を計測するものである。トリガ生成部９２は、ビーム照射位置における荷電粒子ビーム８１の線量が目標照射線量に達した場合に、線量満了信号を生成するものである。
【００１９】
実施の形態１の粒子線治療装置５１におけるビーム経路の切替えの概略を、特許文献１の粒子線治療装置（比較例）と比較して説明する。図３は図１のビーム輸送系の要部を説明する模式図であり、図４は比較例のビーム輸送系の要部を説明する模式図である。比較例では、偏向電磁石１００を用いて荷電粒子ビーム１０１と１０２を切替えていた。これに対して、実施の形態１の粒子線治療装置５１は、偏向電磁石１００の偏向角度θ１よりも偏向角度が小さいが、切替速度の速いビーム経路変更器１６を用いる点で比較例と異なる。実施の形態１のビーム経路変更器１６は、キッカー電磁石１０である。キッカー電磁石１０を起点として、ビーム経路は２つの経路へと分岐される。キッカー電磁石１０のビーム進行方向に直線的でかつ十分に下流の位置に、ビーム経路を治療室２９へ導くための偏向電磁石１２ｅが配置されている。荷電粒子ビーム１３は、キッカー電磁石１０から直線的に進行するビームである。荷電粒子ビーム１４は、キッカー電磁石１０によって荷電粒子ビーム１３から偏向角度θ２で偏向電磁石１２ｅに入射し、治療室２９ａへ導かれるビームである。
【００２０】
粒子線治療では、照射対象３１である患部に対して治療計画どおりの線量を付与し、周辺の正常組織への望ましくない照射を極力なくしたい。このため、特に照射対象３１が患者３０の呼吸に伴い移動してしまう部位である場合には、呼吸同期照射が行われる。より具体的には、一般的に呼吸に伴う臓器の移動は、息を吐いた状態のときに最も安定すると言われている。よって、患者３０に対してはレーザ変位計等の患者センサ２７を用いて腹部等を計測し、呼吸の状態をリアルタイムでモニタリングする。図１に示すように、呼吸の状態を表す、患者センサ２７で計測された信号である呼吸信号ｐｓｉｇ１、ｐｓｉｇ２は、出射器６２、ビーム経路変更器１６を制御するビーム経路制御器１８に入力される。
【００２１】
図６に示すように、呼吸信号ｐｓｉｇ１があらかじめ定めたある閾値Ｔｈ１を下回ったとき、すなわち息を吐いた状態であると判断された場合に、照射を許可する呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１がオンとなる。呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１がオンのときにビーム経路制御器１８は出射器６２を制御し、荷電粒子ビーム８１が出射される。図６は、本発明の呼吸信号と呼吸ゲート信号を説明する図である。図６では、呼吸信号ｐｓｉｇ１と呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１との関係を示した。上側が呼吸信号ｐｓｉｇ１であり、下側が呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１である。横軸は時間ｔであり、縦軸は呼吸信号ｐｓｉｇ１又は呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１の信号値である。図のＢＬは、呼吸信号ｐｓｉｇ１のベースラインである。なお、図６では、照射を許可する呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１がオン状態を、信号値Ｈ状態（高信号値状態）として表した。呼吸信号ｐｓｉｇ２と呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２との関係も、図６と同様であり、呼吸信号ｐｓｉｇ２があらかじめ定めたある閾値Ｔｈ２を下回ったとき、すなわち息を吐いた状態であると判断された場合に、照射を許可する呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２がオンとなる。
【００２２】
治療管理装置９５の加速器系制御装置１２１は、同一治療時間帯に治療を行う複数の粒子線照射装置５８に対して、荷電粒子ビーム８１を割当時間毎に複数の粒子線照射装置５８のいずれか一つに輸送するように、加速器５４及びビーム輸送系５９を制御する。複数の治療室２９ａ、２９ｂのいずれか一方のみに荷電粒子ビーム８１を輸送する場合、加速器系制御装置１２１のビーム経路制御器１８は、ビーム経路変更器１６を該当するビーム経路に切替えて、荷電粒子ビーム８１による照射治療が終了するまでビーム経路を変更しない。
【００２３】
次に、複数の治療室２９ａ、２９ｂ等で照射治療が同じ時間帯に行われる場合、すなわち複数の治療室２９ａ、２９ｂ等への荷電粒子ビーム８１の照射依頼が重なる場合を説明する。図５は、本発明の実施の形態１の粒子線治療装置による複数の治療室へのビーム分配を説明するタイミング図である。図５には、加速器５４内のビームの波形、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇ、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、治療室２９ａ（治療室１）への照射電流Ｉｂｅｍ１、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２、治療室２９ｂ（治療室２）への照射電流Ｉｂｅｍ２、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ３、他の治療室（治療室３）への照射電流Ｉｂｅｍ３を記載した。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇは、ビーム経路変更器１６への予め決められた周期的な信号であり、複数の治療室２９（複数の治療室の粒子線照射装置５８）から１つを指定する信号である。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇの具体例は、後述する。呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ３は、他の治療室（治療室３）への照射を許可する呼吸ゲート信号である。横軸は時間ｔであり、一番上のビームの縦軸はエネルギーである。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇ、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、ｇｓｉｇ３の縦軸は各信号の信号値であり、照射電流Ｉｂｅｍ１、Ｉｂｅｍ２、Ｉｂｅｍ３の縦軸は電流値である。
【００２４】
本発明では、複数の治療室２９で各々の患者３０に対して、それぞれの呼吸の状態のモニタリングを行う。図５では３つの治療室における荷電粒子ビーム８１の分配例をしており、本発明の粒子線治療装置５１は、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇで指定された治療室毎に、その治療室に対する呼吸ゲート信号がオンとなった場合に、荷電粒子ビーム８１を時分割して当該治療室へ輸送し、当該治療室の患者に、荷電粒子ビーム８１を一定時間照射することで照射電流Ｉｂｅｍを供給する。照射電流の符号は、総括的にＩｂｅｍを用い、区別して説明する場合にＩｂｅｍ１、Ｉｂｅｍ２、Ｉｂｅｍ３等、最後に数字を付した符号を用いる。
【００２５】
図５の最上段のビームは、荷電粒子が加速され、フラットトップ（ビームのエネルギーが所定値であり、高エネルギー状態で安定した状態）になり、その後減速される。加速器５４内で、荷電粒子は、このように加速途上状態、フラットトップ状態、減速途上状態、低エネルギー状態を繰り返している。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇが治療室１を示す期間Ｔ１、Ｔ４では、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１がオンの場合に、加速器５４の出射器６２から荷電粒子ビーム８１が出射され、かつビーム経路変更器１６は荷電粒子ビーム８１を治療室１へと導くように制御する。このような制御により、期間Ｔ１、Ｔ４において照射電流Ｉｂｅｍ１が患者３０の照射対象３１に供給される。
【００２６】
タイムシェアリング信号ｓｓｉｇが治療室２を示す期間Ｔ２、Ｔ５では、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２がオンの場合に、加速器５４の出射器６２から荷電粒子ビーム８１が出射され、かつビーム経路変更器１６は荷電粒子ビーム８１を治療室２へと導くように制御する。このような制御により、期間Ｔ２、Ｔ５において照射電流Ｉｂｅｍ２が患者３０の照射対象３１に供給される。同様に、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇが治療室３を示す期間Ｔ３、Ｔ６では、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ３がオンの場合に、加速器５４の出射器６２から荷電粒子ビーム８１が出射され、かつビーム経路変更器１６は荷電粒子ビーム８１を治療室３へと導くように制御する。このような制御により、期間Ｔ３、Ｔ６において照射電流Ｉｂｅｍ３が患者３０の照射対象３１に供給される。
【００２７】
図７は、本発明のタイムシェアリング信号を説明する図である。図７には３つの例、すなわち３つのタイムシェアリング信号ｓｓｉｇ−１、ｓｓｉｇ−２、ｓｓｉｇ−３を示した。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇ−１は、１つの信号における電圧値の違いで治療室の選択を行う例である。例えば、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇ−１の電圧値がＶ１、Ｖ２、Ｖ３の場合に、それぞれ治療室１、治療室２、治療室３を選択する。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇ−２は、２つの信号ｐｂ０、ｐｂ１の電圧値の組み合わせで治療室の選択を行う例である。例えば、信号ｐｂ０の電圧値が高レベルであり、信号ｐｂ１の電圧値が低レベルの場合に、治療室１が選択される。信号ｐｂ０の電圧値が低レベルであり、信号ｐｂ１の電圧値が高レベルの場合に、治療室２が選択される。信号ｐｂ０の電圧値が高レベルであり、信号ｐｂ１の電圧値が高レベルの場合に、治療室３が選択される。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇ−３は、３つの信号ｐｃ１、ｐｃ２、ｐｃ３の電圧値の組み合わせで治療室の選択を行う例である。例えば、信号ｐｃ１、ｐｃ２、ｐｃ３の電圧値が、それぞれ高レベル、低レベル、低レベルの場合に、治療室１が選択される。信号ｐｃ１、ｐｃ２、ｐｃ３の電圧値が、それぞれ低レベル、高レベル、低レベルの場合に、治療室２が選択される。信号ｐｃ１、ｐｃ２、ｐｃ３の電圧値が、それぞれ低レベル、低レベル、高レベルの場合に、治療室３が選択される。
【００２８】
ビーム経路制御器１８について詳しく説明する。図８は図１のビーム経路制御器を示す図であり、図９は本発明の実施の形態１による複数の治療室へのビーム分配を説明するタイミング図である。図９の横軸は時間ｔである。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇ、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、出射器制御信号ｃｓｉｇａ、キッカー制御信号ｃｓｉｇｂの縦軸は各信号の信号値であり、照射電流Ｉｂｅｍ１、Ｉｂｅｍ２の縦軸は電流値である。ビーム経路制御器１８は、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇを生成するタイムシェアリング信号生成部３３と、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２を生成する呼吸ゲート信号生成部３４と、出射器制御信号ｃｓｉｇａを生成する出射器制御信号生成部３６と、ビーム経路変更器制御信号であるキッカー制御信号ｃｓｉｇｂを生成するキッカー制御信号生成部（ビーム経路変更器制御信号生成部）３７とを有する。タイムシェアリング信号生成部３３及び呼吸ゲート信号生成部３４は、制御信号生成部３５を構成する。
【００２９】
タイムシェアリング信号生成部３３は、照射治療が同じ時間帯に行われる治療室に対応したタイムシェアリング信号ｓｓｉｇを生成する。図９では、２つの治療室２９ａ、２９ｂで同じ時間帯に照射治療が行われる例を示した。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇは周期的な信号であり、図９では時刻ｔ１から時刻ｔ５までが１周期である。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇの周期はＴｃ１である。図９に示したタイムシェアリング信号ｓｓｉｇは、第１周期期間において、時刻ｔ１から時刻ｔ３までは治療室１を選択する信号であり、時刻ｔ３から時刻ｔ４までは治療室２を選択する信号である。第２周期期間において、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇは、時刻ｔ５から時刻ｔ７までは治療室１を選択する信号であり、時刻ｔ７から時刻ｔ９までは治療室２を選択する信号である。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇの周期Ｔｃ１と加速器５４での荷電粒子ビーム８１のエネルギーの増減周期はほぼ一致するように、加速器系制御装置１２１にて制御される。少なくとも荷電粒子ビーム８１を複数の治療室に分配する期間（ｔ１〜ｔ４まで、ｔ５〜ｔ９まで）には、フラットトップ状態になるように加速器５４が制御される。
【００３０】
治療室１と治療室２との分配時間は任意に決定してよい。治療室１の患者と治療室２の患者で合計照射時間が大きく異なる場合は、合計照射時間が長い患者への分配時間を長くすればよい。治療室２９ａ（治療室１）の患者３０ａの合計照射時間が、治療室２９ｂ（治療室２）の患者３０ｂの合計照射時間よりも長い場合は、治療室１への分配時間（ｔ３−ｔ１）を治療室２への分配時間（ｔ４−ｔ３）よりも長くすればよい。このように治療室１への分配時間を患者の合計照射時間に応じて変更することで、スライスを変更するときにエネルギーを変える必要があるため、ヒット率が同程度であれば照射終了時刻を複数の治療室で揃えることができ、荷電粒子ビーム８１を無駄に遮断することなく、効率的に荷電粒子ビーム８１を利用することができる。
【００３１】
呼吸ゲート信号生成部３４は、呼吸信号生成器２６ａから送信された呼吸信号ｐｓｉｇ１から呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１を生成し、呼吸信号生成器２６ｂから送信された呼吸信号ｐｓｉｇ２から呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２を生成する。呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２の生成方法は前述した通りである。出射器制御信号生成部３６は、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２を受信し、次のように出射器制御信号ｃｓｉｇａを生成する。図９では、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇが治療室１を示し、かつ治療室１の呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１がオン（信号値Ｈ状態）の場合に、出射器制御信号生成部３６は、出射器６２に荷電粒子ビーム８１の出射を指令する出射指令（信号値Ｈ状態）を出力する。また、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇが治療室２を示し、かつ治療室２の呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２がオン（信号値Ｈ状態）の場合に、出射器制御信号生成部３６は、出射器６２に荷電粒子ビーム８１の出射を指令する出射指令（信号値Ｈ状態）を出力する。出射器制御信号生成部３６は、出射指令を出す条件が不成立になると、出射器制御信号ｃｓｉｇａを出射停止の状態にし、出射器６２に荷電粒子ビーム８１の出射停止を指令する出射停止指令（信号値Ｌ状態）を出力する。図９では、第１周期期間における時刻ｔ２〜時刻ｔ４まで期間と、第２周期期間における時刻ｔ６〜時刻ｔ７まで期間及び時刻ｔ８〜時刻ｔ９まで期間が、荷電粒子ビーム８１の出射指令が出された期間である。
【００３２】
キッカー制御信号生成部３７は、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇを受信し、次のようにキッカー制御信号ｃｓｉｇｂを生成する。図９では、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇが治療室１を示した場合に、キッカー制御信号生成部３７が治療室１（治療室２９ａ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路１指令（信号値Ｉｂ１状態）を出力する。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇが治療室２を示した場合に、キッカー制御信号生成部３７が治療室２（治療室２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路２指令（信号値Ｉｂ２状態）を出力する。キッカー制御信号生成部３７は、経路１指令の場合に信号値Ｉｂ１の制御電流をキッカー電磁石１０に出力し、経路２指令の場合に信号値Ｉｂ２の制御電流をキッカー電磁石１０に出力する。なお、図９では、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇがいずれの治療室も示さない場合（治療室１でもなく治療室２でもない場合）に、キッカー制御信号ｃｓｉｇｂの信号値がＩｂ１でなくＩｂ２でもない信号レベル、例えばゼロレベルの例を示した。
【００３３】
第１周期期間の時刻ｔ２〜時刻ｔ３では、出射器制御信号ｃｓｉｇａが出射指令（信号値Ｈ状態）であり、かつキッカー制御信号ｃｓｉｇｂが経路１指令（信号値Ｉｂ１状態）なので、実施の形態１の粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム８１を出射し、照射電流Ｉｂｅｍ１を治療室１（治療室２９ａ）の患者３０ａの照射対象３１ａに供給する。時刻ｔ３〜時刻ｔ４では、出射器制御信号ｃｓｉｇａが出射指令（信号値Ｈ状態）であり、かつキッカー制御信号ｃｓｉｇｂが経路２指令（信号値Ｉｂ２状態）なので、実施の形態１の粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム８１を出射し、照射電流Ｉｂｅｍ２を治療室２（治療室２９ｂ）の患者３０ｂの照射対象３１ｂに供給する。
【００３４】
第２周期期間の時刻ｔ６〜時刻ｔ７では、出射器制御信号ｃｓｉｇａが出射指令（信号値Ｈ状態）であり、かつキッカー制御信号ｃｓｉｇｂが経路１指令（信号値Ｉｂ１状態）なので、実施の形態１の粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム８１を出射し、照射電流Ｉｂｅｍ１を治療室１（治療室２９ａ）の患者３０ａの照射対象３１ａに供給する。時刻ｔ８〜時刻ｔ９では、出射器制御信号ｃｓｉｇａが出射指令（信号値Ｈ状態）であり、かつキッカー制御信号ｃｓｉｇｂが経路２指令（信号値Ｉｂ２状態）なので、実施の形態１の粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム８１を出射し、照射電流Ｉｂｅｍ２を治療室２（治療室２９ｂ）の患者３０ｂの照射対象３１ｂに供給する。
【００３５】
実施の形態１の粒子線治療装置５１は、偏向電磁石１００よりも偏向角度が小さいが、切替速度の速いビーム経路変更器１６を用いてビーム経路を切替えるので、従来と異なり、呼吸ナビゲーションを用いなくてもタイムシェアリングにより複数の治療室２９へあたかも同時にビームを輸送することができる。実施の形態１の粒子線治療装置５１は、呼吸ナビゲーションを行う必要がないので、患者が患者固有のリラックスした状態で粒子線治療ができる。実施の形態１の粒子線治療装置５１は、呼吸ナビゲーションによって強制的に呼吸周期を誘導しないので、患者が安心することで呼吸安定状態に速やかに移行でき、これにより治療室の占有時間を短縮でき、従来よりも治療スループットを向上させることができる。
【００３６】
実施の形態１の粒子線治療装置５１は、患者が患者固有のリラックスした状態で粒子線治療ができるので、呼吸の１周期において患者が息を吐いた状態を従来よりも長くでき、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２がオンとなる時間を長くすることができる。呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２がオンとなる時間が長くなると、１回の照射治療における荷電粒子ビーム８１の照射遮断処理が少なくなるので、荷電粒子ビーム８１を断続的に照射する照射時間、すなわち照射開始から照射終了までの照射時間を短縮することができる。これにより治療室２９ａ、２９ｂの占有時間を短縮でき、従来よりも治療スループットを向上させることができる。
【００３７】
なお、呼吸ゲート信号（ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、ｇｓｉｇ３等）は、ビーム経路制御器１８とは別の機器によって生成してもよく、その場合、外部で生成された呼吸ゲート信号がビーム経路制御器１８に入力される構成としてもよい。これは、後述する他の実施の形態においても、同様である。
【００３８】
実施の形態１の粒子線治療装置５１は、複数の治療室２９と、複数の治療室２９毎に配置された複数の粒子線照射装置５８と、荷電粒子ビーム８１を加速する加速器５４と、加速器５４により加速された荷電粒子ビーム８１を複数の粒子線照射装置５８に輸送するビーム輸送系５９と、加速器５４、ビーム輸送系５９、複数の粒子線照射装置５８を制御する治療管理装置９５とを備える。実施の形態１の粒子線治療装置５１によれば、ビーム輸送系５９は、複数の粒子線照射装置５８のいずれか一つに荷電粒子ビーム８１を輸送するようにビーム経路を変更するビーム経路変更器１６を有し、治療管理装置９５は、同一治療時間帯に治療を行う複数の粒子線照射装置５８に対して、荷電粒子ビーム８１を割当時間毎に複数の粒子線照射装置５８のいずれか一つに輸送するように、加速器５４の出射器６２を制御する出射器制御信号ｃｓｉｇａとビーム経路変更器１６を制御するビーム経路変更器制御信号（キッカー制御信号ｃｓｉｇｂ）とを生成するビーム経路制御器１８を有し、ビーム経路制御器１８は、複数の粒子線照射装置５８が荷電粒子ビーム８１を照射する複数の患者３０の呼吸状態を個別にモニタされ、患者３０毎に生成された荷電粒子ビーム８１の照射を許可する複数の呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２と、複数の粒子線照射装置５８のいずれか一つを周期的に選択するタイムシェアリング信号ｓｓｉｇとに基づいて、出射器制御信号ｃｓｉｇａ及びビーム経路変更器制御信号（キッカー制御信号ｃｓｉｇｂ）を生成することを特徴とするので、呼吸ナビゲーションを用いなくてもタイムシェアリングにより複数の治療室２９へあたかも同時にビームを輸送することができる。
【００３９】
実施の形態２．
図１０は本発明の実施の形態２による粒子線治療装置を示す構成図であり、図１１は図１０のビーム経路制御器を示す図である。図１２は図１０のダクト分岐部の周辺に配置されたダンパーを示す図であり、図１３は本発明の実施の形態２による複数の治療室へのビーム分配を説明するタイミング図である。実施の形態２の粒子線治療装置５１は、ビーム経路変更器１６の下流側にあるダクト分岐部２１に荷電粒子ビーム８１を遮断するダンパー１１を設け、治療管理装置９５がビーム経路変更器１６にビーム経路変更器制御信号であるキッカー制御信号ｃｓｉｇｄを出力するビーム経路制御器１９を有する点で、実施の形態１の粒子線治療装置５１と異なる。ビーム経路制御器１９は、実施の形態１の出射器制御信号生成部３６及びキッカー制御信号生成部３７に代えて、出射器制御信号ｃｓｉｇａを生成する出射器制御信号生成部３９及びキッカー制御信号生成部（ビーム経路変更器制御信号生成部）４０を備える。キッカー制御信号生成部４０は、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇを受信し、生成したキッカー制御信号ｃｓｉｇｄを出力する。出射器制御信号生成部３９は、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇを受信し、キッカー制御信号ｃｓｉｇｄに対応した出射器制御信号ｃｓｉｇａを生成し、出射器６２に出力する。
【００４０】
図１３を用いて実施の形態２の粒子線治療装置５１の動作を説明する。実施の形態１と違う部分を説明する。出射器制御信号生成部３９は、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇを受信し、次のように出射器制御信号ｃｓｉｇａを生成する。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇの各周期期間において、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇが初めの治療室である治療室１を示し、かつ治療室１の呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１がオン（信号値Ｈ状態）の場合に、出射器制御信号生成部３９は、出射器６２に荷電粒子ビーム８１の出射を指令する出射指令（信号値Ｈ状態）を出力する。出射器制御信号ｃｓｉｇａは、一度出射指令の状態になると、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇにおいて最後の治療室に該当する治療室２の指定が解除されるまで出射指令の状態を維持する。すなわち、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇにおいて最後の治療室に該当する治療室２の指定が解除されると、出射器制御信号生成部３９は、出射器制御信号ｃｓｉｇａを出射停止の状態にし、出射器６２に荷電粒子ビーム８１の出射停止を指令する出射停止指令（信号値Ｌ状態）を出力する。図１３では、第１周期期間における時刻ｔ２〜時刻ｔ４まで期間と、第２周期期間における時刻ｔ６〜時刻ｔ９まで期間が、荷電粒子ビーム８１の出射指令が出された期間である。
【００４１】
キッカー制御信号生成部４０は、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇを受信し、次のようにキッカー制御信号ｃｓｉｇｄを生成する。図１３では、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇが治療室１を示し、かつ呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１がオンの場合に、キッカー制御信号生成部４０が治療室１（治療室２９ａ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路１指令（信号値Ｉｄ１状態）を出力する。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇが治療室２を示し、かつ呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２がオンの場合に、キッカー制御信号生成部４０が治療室２（治療室２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路２指令（信号値Ｉｄ３状態）を出力する。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇがいずれかの治療室（治療室１、治療室２）を示し、かつその治療室に対応する呼吸ゲート信号（ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２）がオフの場合に、キッカー制御信号生成部４０がダンパー１１に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路３指令（信号値Ｉｄ２状態）を出力する。経路３指令は、複数の治療室２９のうち指定された治療室２９へ荷電粒子ビーム８１を輸送する経路指令とは異なっており、複数の治療室２９への荷電粒子ビーム８１の輸送を遮断する経路遮断指令と言うこともできる。
【００４２】
キッカー制御信号生成部４０は、経路１指令の場合に信号値Ｉｄ１の制御電流をキッカー電磁石１０に出力し、経路２指令の場合に信号値Ｉｄ３の制御電流をキッカー電磁石１０に出力し、経路３指令の場合に信号値Ｉｄ２の制御電流をキッカー電磁石１０に出力する。なお、図１３では、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇがいずれの治療室も示さない場合（治療室１でもなく治療室２でもない場合）に、キッカー制御信号ｃｓｉｇｄの信号値がＩｄ１、Ｉｄ２、Ｉｄ３でもない信号レベル、例えばゼロレベルの例を示した。
【００４３】
第１周期期間の時刻ｔ２〜時刻ｔ３では、出射器制御信号ｃｓｉｇａが出射指令（信号値Ｈ状態）であり、かつキッカー制御信号ｃｓｉｇｄが経路１指令（信号値Ｉｄ１状態）なので、実施の形態２の粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム８１を出射し、照射電流Ｉｂｅｍ１を治療室１（治療室２９ａ）の患者３０ａの照射対象３１ａに供給する。時刻ｔ３〜時刻ｔ４では、出射器制御信号ｃｓｉｇａが出射指令（信号値Ｈ状態）であり、かつキッカー制御信号ｃｓｉｇｄが経路２指令（信号値Ｉｄ３状態）なので、実施の形態２の粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム８１を出射し、照射電流Ｉｂｅｍ２を治療室２（治療室２９ｂ）の患者３０ｂの照射対象３１ｂに供給する。時刻ｔ１〜時刻ｔ２では、出射器制御信号ｃｓｉｇａが出射停止指令（信号値Ｌ状態）なので、実施の形態２の粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム８１を出射しない。
【００４４】
第２周期期間の時刻ｔ６〜時刻ｔ７では、出射器制御信号ｃｓｉｇａが出射指令（信号値Ｈ状態）であり、かつキッカー制御信号ｃｓｉｇｄが経路１指令（信号値Ｉｄ１状態）なので、実施の形態２の粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム８１を出射し、照射電流Ｉｂｅｍ１を治療室１（治療室２９ａ）の患者３０ａの照射対象３１ａに供給する。時刻ｔ８〜時刻ｔ９では、出射器制御信号ｃｓｉｇａが出射指令（信号値Ｈ状態）であり、かつキッカー制御信号ｃｓｉｇｄが経路２指令（信号値Ｉｄ３状態）なので、実施の形態２の粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム８１を出射し、照射電流Ｉｂｅｍ２を治療室２（治療室２９ｂ）の患者３０ｂの照射対象３１ｂに供給する。時刻ｔ５〜時刻ｔ６では、出射器制御信号ｃｓｉｇａが出射停止指令（信号値Ｌ状態）なので、実施の形態２の粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム８１を出射しない。時刻ｔ７〜時刻ｔ８では、出射器制御信号ｃｓｉｇａが出射指令（信号値Ｈ状態）であるが、キッカー制御信号ｃｓｉｇｄが経路３指令（信号値Ｉｄ２状態）なので、実施の形態２の粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム８１をダンパー１１によって遮断する。
【００４５】
なお、図１３では、時刻ｔ１〜時刻ｔ２、時刻ｔ５〜時刻ｔ６において、キッカー制御信号ｃｓｉｇｄが経路３指令（信号値Ｉｄ２状態）となる例を示したが、時刻ｔ１〜時刻ｔ２、時刻ｔ５〜時刻ｔ６では出射器制御信号ｃｓｉｇａが出射停止指令（信号値Ｌ状態）なので、キッカー制御信号ｃｓｉｇｄは、信号値Ｉｄ１状態や信号値Ｉｄ３状態等の他の信号値状態でも構わない。また、ビーム経路変更器１６の下流側にあるダクト分岐部２１に荷電粒子ビーム８１を遮断する１つのダンパー１１を設けた例で説明したが、図１４に示すように、下流ビーム輸送系毎に個別にダンパー１１ａ、１１ｂを設けてもよい。図１４は、図１０のダクト分岐部の周辺に配置された他のダンパーを示す図である。
【００４６】
実施の形態２の粒子線治療装置５１は、実施の形態１と同じ効果を奏する。実施の形態２の粒子線治療装置５１は、ダンパー１１やダンパー１１ａ、１１ｂを備え、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇの各周期期間において出射器制御信号ｃｓｉｇａが一度出射指令の状態になると、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇにおいて最後の治療室に該当する治療室２の指定が解除されるまで出射指令の状態を維持し、出射指令の状態の途中において荷電粒子ビーム８１を遮断する場合にダンパー１１、１１ａ、１１ｂにより遮断するので、実施の形態１よりも高速に荷電粒子ビーム８１の遮断ができ、実施の形態１よりも短い時間幅の照射電流を患者３０の照射対象３１に供給することができる。
【００４７】
実施の形態３．
図１５は本発明の実施の形態３による粒子線治療装置を示す構成図であり、図１６は図１５のビーム経路制御器を示す図である。図１７は、本発明の実施の形態３による複数の治療室へのビーム分配を説明するタイミング図である。実施の形態３の粒子線治療装置５１は、複数の治療室２９からの照射要求が重なった場合に、例えば、治療室１の呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１がオン状態であり、他の治療室２の呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２がオン状態である場合に、以下に示すように、該当する治療室１、２（治療室２９ａ、２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を短い時間で切替えるように制御する。
【００４８】
実施の形態３の治療管理装置９５は、実施の形態１よりも短い時間で信号値が変化するキッカー制御信号ｃｓｉｇｂを出力するビーム経路制御器６３を有する点で、実施の形態１とは異なる。ビーム経路制御器６３は、出射器制御信号ｃｓｉｇａを生成する出射器制御信号生成部４６と、キッカー制御信号ｃｓｉｇｂを生成するキッカー制御信号生成部（ビーム経路変更器制御信号生成部）４７と、出射器制御信号生成部４６及びキッカー制御信号生成部４７に複数の制御信号を出力する制御信号生成部３５とを有する。制御信号生成部３５は、実施の形態１よりも短い周期Ｔｃ２のタイムシェアリング信号ｓｓｉｇａを生成するタイムシェアリング信号生成部４５と、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２を生成する呼吸ゲート信号生成部３４と、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａの治療室選択をマスクするマスク信号ｍｓｉｇを生成するマスク信号生成部４４とを備える。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａは、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２がオン状態を継続する期間に、治療室指定が２回以上変化するような周期Ｔｃ２を有している。
【００４９】
図１７を用いて実施の形態３の粒子線治療装置５１の動作を説明する。図１７の横軸は時間ｔである。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａ、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、マスク信号ｍｓｉｇ、出射器制御信号ｃｓｉｇａ、キッカー制御信号ｃｓｉｇｂの縦軸は各信号の信号値であり、照射電流Ｉｂｅｍ１、Ｉｂｅｍ２の縦軸は電流値である。なお、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａは、図が複雑にならないように、治療室１と治療室２の選択をＨレベルとＬレベルで行う例を記載した。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａがＨレベルの場合は、治療室１が指定され、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａがＬレベルの場合は、治療室２が指定される。なお、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａは、図７に示したタイムシェアリング信号ｓｓｉｇ−１、ｓｓｉｇ−２、ｓｓｉｇ−３の形式で構成することが可能である。
【００５０】
タイムシェアリング信号生成部４５は、図１７に示すように、実施の形態１の周期Ｔｃ１よりも短い周期Ｔｃ２のタイムシェアリング信号ｓｓｉｇａを生成する。マスク信号生成部４４は、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２を受信し、マスク信号ｍｓｉｇを生成する。マスク信号ｍｓｉｇは、例えば出力の信号値がＨ状態の場合に、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａの治療室選択をマスクする（非有効にする）マスク指令である。マスク信号ｍｓｉｇは、信号値がＬ状態の場合に、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａの治療室選択を有効にするマスク解除指令である。マスク信号生成部４４は、複数の呼吸ゲート信号のうち少なくも２つの呼吸ゲート信号が同時にオンの場合に、マスク解除指令のマスク信号ｍｓｉｇを出力する。マスク信号生成部４４は、複数の呼吸ゲート信号が同時にオンでない場合、すなわち、全ての呼吸ゲート信号がオフであるか、呼吸ゲート信号の１つのみがオンの場合に、マスク指令のマスク信号ｍｓｉｇを出力する。
【００５１】
呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１が時刻ｔ１〜時刻ｔ８までオンであり、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２が時刻ｔ３〜時刻ｔ１０までオンなので、マスク信号生成部４４は、時刻ｔ３〜時刻ｔ８の期間（期間Ａ）においてマスク指令（信号値がＨ状態）のマスク信号ｍｓｉｇを出力し、期間Ａの期間以外においてマスク解除指令（信号値がＬ状態）のマスク信号ｍｓｉｇを出力する。
【００５２】
出射器制御信号生成部４６は、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａ、マスク信号ｍｓｉｇを受信し、次のように出射器制御信号ｃｓｉｇａを生成する。まず、出射器６２に荷電粒子ビーム８１の出射を指令する出射指令（信号値Ｈ状態）は、次の３つの場合がある。マスク信号ｍｓｉｇがマスク指令（信号値Ｈ状態）であり、１つの呼吸ゲート信号（呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１又は呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２）がオン（信号値Ｈ状態）である場合（第１の場合）に、出射器制御信号生成部４６は、出射器６２に荷電粒子ビーム８１の出射を指令する出射指令（信号値Ｈ状態）を出力する。マスク信号ｍｓｉｇがマスク解除指令（信号値Ｌ状態）であり、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａが治療室１を示し、かつ治療室１の呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１がオン（信号値Ｈ状態）の場合（第２の場合）に、出射器制御信号生成部４６は、出射器６２に荷電粒子ビーム８１の出射を指令する出射指令（信号値Ｈ状態）を出力する。マスク信号ｍｓｉｇがマスク解除指令（信号値Ｌ状態）であり、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａが治療室２を示し、かつ治療室２の呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２がオン（信号値Ｈ状態）の場合（第３の場合）に、出射器制御信号生成部４６は、出射器６２に荷電粒子ビーム８１の出射を指令する出射指令（信号値Ｈ状態）を出力する。上記の３つの場合以外では、出射器制御信号生成部４６は、出射器６２に荷電粒子ビーム８１の出射停止を指令する出射停止指令（信号値Ｌ状態）を出力する。図１７では、時刻ｔ１〜時刻ｔ８まで期間と、時刻ｔ９〜時刻ｔ１０まで期間が、荷電粒子ビーム８１の出射指令が出される期間である。
【００５３】
キッカー制御信号生成部４７は、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａ、マスク信号ｍｓｉｇを受信し、次のようにキッカー制御信号ｃｓｉｇｂを生成する。図１７では、マスク信号ｍｓｉｇがマスク指令（信号値Ｈ状態）であり、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１がオン（信号値Ｈ状態）である場合に、キッカー制御信号生成部４７が治療室１（治療室２９ａ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路１指令（信号値Ｉｂ１状態）を出力する。また、マスク信号ｍｓｉｇがマスク解除指令（信号値Ｌ状態）であり、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａが治療室１を示し、かつ治療室１の呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１がオン（信号値Ｈ状態）の場合に、キッカー制御信号生成部４７が治療室１（治療室２９ａ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路１指令（信号値Ｉｂ１状態）を出力する。
【００５４】
マスク信号ｍｓｉｇがマスク指令（信号値Ｈ状態）であり、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２がオン（信号値Ｈ状態）である場合に、キッカー制御信号生成部４７が治療室２（治療室２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路２指令（信号値Ｉｂ２状態）を出力する。また、マスク信号ｍｓｉｇがマスク解除指令（信号値Ｌ状態）であり、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａが治療室２を示し、かつ治療室２の呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２がオン（信号値Ｈ状態）の場合に、キッカー制御信号生成部４７が治療室２（治療室２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路２指令（信号値Ｉｂ２状態）を出力する。
【００５５】
キッカー制御信号生成部４７は、経路１指令の場合に信号値Ｉｂ１の制御電流をキッカー電磁石１０に出力し、経路２指令の場合に信号値Ｉｂ２の制御電流をキッカー電磁石１０に出力する。なお、図１７では、経路１指令及び経路２指令のいずれの指令もでていない場合に、キッカー制御信号ｃｓｉｇｂの信号値がＩｂ１でなくＩｂ２でもない信号レベル、例えばゼロレベルの例を示した。
【００５６】
時刻ｔ２〜時刻ｔ４、時刻ｔ５〜時刻ｔ６、時刻ｔ７〜時刻ｔ８の各期間では、出射器制御信号ｃｓｉｇａが出射指令（信号値Ｈ状態）であり、かつキッカー制御信号ｃｓｉｇｂが経路１指令（信号値Ｉｂ１状態）なので、実施の形態３の粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム８１を出射し、照射電流Ｉｂｅｍ１を治療室１（治療室２９ａ）の患者３０ａの照射対象３１ａに供給する。時刻ｔ４〜時刻ｔ５、時刻ｔ６〜時刻ｔ７、時刻ｔ９〜時刻ｔ１０の各期間では、出射器制御信号ｃｓｉｇａが出射指令（信号値Ｈ状態）であり、かつキッカー制御信号ｃｓｉｇｂが経路２指令（信号値Ｉｂ２状態）なので、実施の形態３の粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム８１を出射し、照射電流Ｉｂｅｍ２を治療室２（治療室２９ｂ）の患者３０ｂの照射対象３１ｂに供給する。
【００５７】
実施の形態３の粒子線治療装置５１は、実施の形態１と同じ効果を奏する。実施の形態３の粒子線治療装置５１は、実施の形態１のタイムシェアリング信号ｓｓｉｇよりも周期が短いタイムシェアリング信号ｓｓｉｇａと、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａの治療室選択をマスクするマスク信号ｍｓｉｇを用いてキッカー制御信号ｃｓｉｇｂ及び出射器制御信号ｃｓｉｇａを生成するビーム経路制御器６３を備え、マスク信号ｍｓｉｇがマスク解除指令（信号値Ｌ状態）の場合に、照射要求があり、かつタイムシェアリング信号ｓｓｉｇａで指定された治療室に短い時間幅の照射電流を患者３０の照射対象３１に供給することができる。より具体的に説明すれば、図１７の時刻ｔ３〜時刻ｔ８のように、マスク信号ｍｓｉｇがマスク解除指令（信号値Ｌ状態）であり、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１及び呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２が同時にオン状態の場合に、ビーム経路制御器６３がキッカー制御信号ｃｓｉｇｂにおける経路指令を短時間に複数回変化させるので、短い時間幅の照射電流を患者３０の照射対象３１に供給することができる。
【００５８】
実施の形態３の粒子線治療装置５１は、実施の形態１よりも短い時間幅の照射電流を患者３０の照射対象３１に供給することができるので、リペイント照射のように照射線量（一定時間あたりに照射される粒子の数）を少なくして照射回数を複数回行う場合、すなわち絵画における薄い絵の具を重ね塗りするような照射をする場合に、実施の形態３のようにビーム経路を高速に切り替える方法は実益がある。
【００５９】
なお、図１７には、呼吸ゲート信号が２つの場合を示したが、呼吸ゲート信号が３つの場合は、マスク信号ｍｓｉｇは以下のようになる。マスク信号ｍｓｉｇがマスク指令になるのは、全ての呼吸ゲート信号がオフである場合と、呼吸ゲート信号の１つのみがオンとなる３通りの場合があり、合計４通りがある。マスク信号ｍｓｉｇがマスク解除指令になるのは、３つの呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、ｇｓｉｇ３が同時にオンする場合と、３つの呼吸ゲート信号のうち２つの呼吸ゲート信号が同時にオンする場合（３通り）であり、合計４通りある。実施の形態３の粒子線治療装置５１は、呼吸ゲート信号が３つ以上の場合にも適用できる。また、呼吸ゲート信号が３つ以上の場合に、荷電粒子ビーム８１を短い時間で切替えるように制御する治療室を２つに制限するようにしてもよい。また、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａの周期Ｔｃ２において、各治療室２９の選択期間の配分は、均等にする場合に限らず任意に設定できる。
【００６０】
実施の形態４．
実施の形態３では、複数の治療室２９からの照射要求が重なった場合に、実施の形態１よりも短い周期Ｔｃ２のタイムシェアリング信号ｓｓｉｇａと、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａの治療室選択をマスクするマスク信号ｍｓｉｇを用いて、該当する治療室１、２（治療室２９ａ、２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を短い時間で切替えるように制御する例を示した。実施の形態４では、ビーム輸送系５９においてダンパー１１を備えた粒子線治療装置５１において、複数の治療室２９に荷電粒子ビーム８１を短い時間で切替えるように制御する例を説明する。
【００６１】
図１８は本発明の実施の形態４による粒子線治療装置を示す構成図であり、図１９は図１８のビーム経路制御器を示す図である。図２０は、本発明の実施の形態４による複数の治療室へのビーム分配を説明するタイミング図である。実施の形態４の治療管理装置９５は、実施の形態２よりも短い時間で信号値が変化するキッカー制御信号ｃｓｉｇｄを出力するビーム経路制御器６４を有する点で、実施の形態２とは異なる。ビーム経路制御器６４は、出射器制御信号ｃｓｉｇａを生成する出射器制御信号生成部５７と、キッカー制御信号ｃｓｉｇｄを生成するキッカー制御信号生成部（ビーム経路変更器制御信号生成部）６０と、出射器制御信号生成部５７及びキッカー制御信号生成部６０に複数の制御信号を出力する制御信号生成部３５とを有する。制御信号生成部３５は、実施の形態２よりも短い周期Ｔｃ２のタイムシェアリング信号ｓｓｉｇａを生成するタイムシェアリング信号生成部４５と、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２を生成する呼吸ゲート信号生成部３４と、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａの治療室選択をマスクするマスク信号ｍｓｉｇを生成するマスク信号生成部４４とを備える。
【００６２】
実施の形態４の粒子線治療装置５１は、複数の治療室２９からの照射要求が重なった場合に、例えば、治療室１の呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１がオン状態であり、他の治療室２の呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２がオン状態である場合に、該当する治療室１、２（治療室２９ａ、２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を短い時間で切替えるように制御する。また、実施の形態４の粒子線治療装置５１は、複数の治療室２９からの照射要求がある期間と１つの治療室２９のみから照射要求がある期間との切替わりの際に、状況により該当する治療室２９へのビーム経路とダンパー１１へのビーム経路を短い時間で切替えるように制御する。
【００６３】
まず、複数の治療室２９からの照射要求が重なった場合に、該当する治療室１、２（治療室２９ａ、２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を短い時間で切替えるように制御する方法を説明する。図２０を用いて実施の形態４の粒子線治療装置５１の動作を説明する。図２０の横軸は時間ｔである。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａ、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、マスク信号ｍｓｉｇ、出射器制御信号ｃｓｉｇａ、キッカー制御信号ｃｓｉｇｄの縦軸は各信号の信号値であり、照射電流Ｉｂｅｍ１、Ｉｂｅｍ２の縦軸は電流値である。なお、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａは、図が複雑にならないように、治療室１と治療室２の選択をＨレベルとＬレベルで行う例を記載した。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａがＨレベルの場合は、治療室１が指定され、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａがＬレベルの場合は、治療室２が指定される。なお、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａは、図７に示したタイムシェアリング信号ｓｓｉｇ−１、ｓｓｉｇ−２、ｓｓｉｇ−３の形式で構成することが可能である。
【００６４】
タイムシェアリング信号生成部４５は、図２０に示すように、実施の形態２の周期Ｔｃ１よりも短い周期Ｔｃ２のタイムシェアリング信号ｓｓｉｇａを生成する。マスク信号生成部４４は、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２を受信し、マスク信号ｍｓｉｇを生成する。マスク信号ｍｓｉｇは、例えば出力の信号値がＨ状態の場合に、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａの治療室選択をマスクする（非有効にする）マスク指令である。マスク信号ｍｓｉｇは、信号値がＬ状態の場合に、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａの治療室選択を有効にするマスク解除指令である。マスク信号生成部４４は、複数の呼吸ゲート信号のうち少なくも２つの呼吸ゲート信号が同時にオンの場合に、マスク解除指令のマスク信号ｍｓｉｇを出力する。マスク信号生成部４４は、複数の呼吸ゲート信号が同時にオンでない場合、すなわち、全ての呼吸ゲート信号がオフであるか、呼吸ゲート信号の１つのみがオンの場合に、マスク指令のマスク信号ｍｓｉｇを出力する。
【００６５】
呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１が時刻ｔ１〜時刻ｔ８までオンであり、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２が時刻ｔ３〜時刻ｔ１０までオンなので、マスク信号生成部４４は、時刻ｔ３〜時刻ｔ８の期間（期間Ｂ）においてマスク指令（信号値がＨ状態）のマスク信号ｍｓｉｇを出力し、期間Ｂの期間以外においてマスク解除指令（信号値がＬ状態）のマスク信号ｍｓｉｇを出力する。
【００６６】
出射器制御信号生成部５７は、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａを受信し、次のように出射器制御信号ｃｓｉｇａを生成する。少なくとも１つの呼吸ゲート信号（呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１又は呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２）がオン（信号値Ｈ状態）である場合（第１の場合）に、出射器制御信号生成部５７は、出射器６２に荷電粒子ビーム８１の出射を指令する出射指令（信号値Ｈ状態）を出力する。図２０では、時刻ｔ１〜ｔ１０まで期間が、荷電粒子ビーム８１の出射指令が出される期間である。図２０において、時刻ｔ８〜時刻ｔ９の期間において、出射器制御信号ｃｓｉｇａが出射指令の状態が維持されている点で、実施の形態３の図１７と異なる。
【００６７】
キッカー制御信号生成部６０は、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａ、マスク信号ｍｓｉｇを受信し、次のようにキッカー制御信号ｃｓｉｇｄを生成する。図２０では、マスク信号ｍｓｉｇがマスク指令（信号値Ｈ状態）であり、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１がオン（信号値Ｈ状態）である場合に、キッカー制御信号生成部６０が治療室１（治療室２９ａ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路１指令（信号値Ｉｄ１状態）を出力する。また、マスク信号ｍｓｉｇがマスク解除指令（信号値Ｌ状態）であり、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａが治療室１を示し、かつ治療室１の呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１がオン（信号値Ｈ状態）の場合に、キッカー制御信号生成部６０が治療室１（治療室２９ａ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路１指令（信号値Ｉｄ１状態）を出力する。
【００６８】
マスク信号ｍｓｉｇがマスク指令（信号値Ｈ状態）であり、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２がオン（信号値Ｈ状態）である場合に、キッカー制御信号生成部６０が治療室２（治療室２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路２指令（信号値Ｉｄ３状態）を出力する。また、マスク信号ｍｓｉｇがマスク解除指令（信号値Ｌ状態）であり、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａが治療室２を示し、かつ治療室２の呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２がオン（信号値Ｈ状態）の場合に、キッカー制御信号生成部６０が治療室２（治療室２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路２指令（信号値Ｉｄ３状態）を出力する。
【００６９】
マスク信号ｍｓｉｇがマスク解除指令（信号値Ｌ状態）であり、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａがいずれかの治療室（治療室１、治療室２）を示し、かつその治療室に対応する呼吸ゲート信号（ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２）がオフの場合に、キッカー制御信号生成部６０がダンパー１１に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路３指令（信号値Ｉｄ２状態）を出力する。このようになるのは、複数の治療室２９からの照射要求がある期間と１つの治療室２９のみから照射要求がある期間との切替わりの際である。
【００７０】
キッカー制御信号生成部６０は、経路１指令の場合に信号値Ｉｄ１の制御電流をキッカー電磁石１０に出力し、経路２指令の場合に信号値Ｉｄ３の制御電流をキッカー電磁石１０に出力し、経路３指令の場合に信号値Ｉｄ２の制御電流をキッカー電磁石１０に出力する。なお、図２０では、経路１指令、経路２指令、経路３指令のいずれの指令もでていない場合に、キッカー制御信号ｃｓｉｇｄの信号値がＩｄ１、Ｉｄ２、Ｉｄ３でもない信号レベル、例えばゼロレベルの例を示した。
【００７１】
時刻ｔ２〜時刻ｔ４、時刻ｔ５〜時刻ｔ６、時刻ｔ７〜時刻ｔ８では、出射器制御信号ｃｓｉｇａが出射指令（信号値Ｈ状態）であり、かつキッカー制御信号ｃｓｉｇｄが経路１指令（信号値Ｉｄ１状態）なので、実施の形態４の粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム８１を出射し、照射電流Ｉｂｅｍ１を治療室１（治療室２９ａ）の患者３０ａの照射対象３１ａに供給する。時刻ｔ４〜時刻ｔ５、時刻ｔ６〜時刻ｔ７、時刻ｔ９〜時刻ｔ１０では、出射器制御信号ｃｓｉｇａが出射指令（信号値Ｈ状態）であり、かつキッカー制御信号ｃｓｉｇｄが経路２指令（信号値Ｉｄ３状態）なので、実施の形態４の粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム８１を出射し、照射電流Ｉｂｅｍ２を治療室２（治療室２９ｂ）の患者３０ｂの照射対象３１ｂに供給する。時刻ｔ８〜時刻ｔ９では、出射器制御信号ｃｓｉｇａが出射指令（信号値Ｈ状態）であるが、キッカー制御信号ｃｓｉｇｄが経路３指令（信号値Ｉｄ２状態）なので、実施の形態４の粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム８１をダンパー１１によって遮断する。
【００７２】
実施の形態４の粒子線治療装置５１は、実施の形態２と同じ効果を奏する。実施の形態４の粒子線治療装置５１は、実施の形態２のタイムシェアリング信号ｓｓｉｇよりも周期が短いタイムシェアリング信号ｓｓｉｇａを用いて、キッカー制御信号ｃｓｉｇｄ及び出射器制御信号ｃｓｉｇａを生成するビーム経路制御器６４を備え、ビーム経路制御器６４のマスク信号ｍｓｉｇがマスク解除指令（信号値Ｌ状態）の場合に、照射要求があり、かつタイムシェアリング信号ｓｓｉｇａで指定された治療室に短い時間幅の照射電流を患者３０の照射対象３１に供給することができる。より具体的に説明すれば、図２０の時刻ｔ３〜時刻ｔ８のように、マスク信号ｍｓｉｇがマスク解除指令（信号値Ｌ状態）であり、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１及び呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２が同時にオン状態の場合に、ビーム経路制御器６４がキッカー制御信号ｃｓｉｇｄにおける経路指令を短時間に複数回変化させるので、短い時間幅の照射電流を患者３０の照射対象３１に供給することができる。
【００７３】
実施の形態４の粒子線治療装置５１は、実施の形態２よりも短い時間幅の照射電流を患者３０の照射対象３１に供給することができるので、リペイント照射のように照射線量（一定時間あたりに照射される粒子の数）を少なくして照射回数を複数回行う場合、すなわち絵画における薄い絵の具を重ね塗りするような照射をする場合に、実施の形態４のようにビーム経路を高速に切り替える方法は実益がある。
【００７４】
なお、図２０には、呼吸ゲート信号が２つの場合を示したが、呼吸ゲート信号が３つの場合は、マスク信号ｍｓｉｇは以下のようになる。マスク信号ｍｓｉｇがマスク指令になるのは、全ての呼吸ゲート信号がオフである場合と、呼吸ゲート信号の１つのみがオンとなる３通りの場合があり、合計４通りがある。マスク信号ｍｓｉｇがマスク解除指令になるのは、３つの呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、ｇｓｉｇ３が同時にオンする場合と、３つの呼吸ゲート信号のうち２つの呼吸ゲート信号が同時にオンする場合（３通り）であり、合計４通りある。実施の形態４の粒子線治療装置５１は、呼吸ゲート信号が３つ以上の場合にも適用できる。また、呼吸ゲート信号が３つ以上の場合に、荷電粒子ビーム８１を短い時間で切替えるように制御する治療室を２つに制限するようにしてもよい。また、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａの周期Ｔｃ２において、各治療室２９の選択期間の配分は、均等にする場合に限らず任意に設定できる。
【００７５】
実施の形態５．
実施の形態３では、複数の治療室２９からの照射要求が重なった場合に、実施の形態１よりも短い周期Ｔｃ２のタイムシェアリング信号ｓｓｉｇａと、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａの治療室選択をマスクするマスク信号ｍｓｉｇを用いて、該当する治療室１、２（治療室２９ａ、２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を短い時間で切替えるように制御する例を示した。実施の形態５では、マスク信号ｍｓｉｇを用いずに、複数の治療室２９に荷電粒子ビーム８１を短い時間で切替えるように制御したり、１つの治療室２９に短い時間の照射電流を供給する例を説明する。
【００７６】
図２１は本発明の実施の形態５による粒子線治療装置を示す構成図であり、図２２は図２１のビーム経路制御器を示す図である。図２３は、本発明の実施の形態５による複数の治療室へのビーム分配を説明するタイミング図である。実施の形態５の粒子線治療装置５１は、複数の治療室２９からの照射要求が重なった場合に、例えば、治療室１の呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１がオン状態であり、他の治療室２の呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２がオン状態である場合に、該当する治療室１、２（治療室２９ａ、２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を短い時間で切替えるように制御する。また、実施の形態５の粒子線治療装置５１は、１つのみの治療室２９からの照射要求があった場合に、出射器制御信号ｃｓｉｇａを短い時間でオン及びオフの切替を行い、該当する治療室２９に荷電粒子ビーム８１を短い時間で切替えるように制御する。言い換えると、実施の形態５の粒子線治療装置５１は、短い時間で出射器６２からビーム出射及びビーム停止の切替と、短い時間でビーム経路変更器１６による治療室２９への経路切替とを行う粒子線治療装置である。
【００７７】
実施の形態５の治療管理装置９５は、実施の形態３と同様に実施の形態１よりも短い時間で信号値が変化するキッカー制御信号ｃｓｉｇｂを出力するビーム経路制御器６５を有する。ビーム経路制御器６５は、出射器制御信号ｃｓｉｇａを生成する出射器制御信号生成部５７と、キッカー制御信号ｃｓｉｇｂを生成するキッカー制御信号生成部（ビーム経路変更器制御信号生成部）５０と、出射器制御信号生成部５７及びキッカー制御信号生成部５０に複数の制御信号を出力する制御信号生成部３５とを有する。制御信号生成部３５は、実施の形態１よりも短い周期Ｔｃ２のタイムシェアリング信号ｓｓｉｇａを生成するタイムシェアリング信号生成部４５と、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２を生成する呼吸ゲート信号生成部３４とを備える。タイムシェアリング信号生成部４５は、図２３に示すように、実施の形態１の周期Ｔｃ１よりも短い周期Ｔｃ２のタイムシェアリング信号ｓｓｉｇａを生成する。
【００７８】
図２３を用いて実施の形態５の粒子線治療装置５１の動作を説明する。図２３の横軸は時間ｔである。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａ、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、出射器制御信号ｃｓｉｇａ、キッカー制御信号ｃｓｉｇｂの縦軸は各信号の信号値であり、照射電流Ｉｂｅｍ１、Ｉｂｅｍ２の縦軸は電流値である。なお、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａは、図が複雑にならないように、治療室１と治療室２の選択をＨレベルとＬレベルで行う例を記載した。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａがＨレベルの場合は、治療室１が指定され、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａがＬレベルの場合は、治療室２が指定される。なお、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａは、図７に示したタイムシェアリング信号ｓｓｉｇ−１、ｓｓｉｇ−２、ｓｓｉｇ−３の形式で構成することが可能である。
【００７９】
出射器制御信号生成部５７は、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａを受信し、次のように出射器制御信号ｃｓｉｇａを生成する。まず、出射器６２に荷電粒子ビーム８１の出射を指令する出射指令（信号値Ｈ状態）は、次の４つの場合がある。１つのみの呼吸ゲート信号（呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１又は呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２）がオン（信号値Ｈ状態）であり、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａが治療室１を示し、かつ治療室１の呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１がオン（信号値Ｈ状態）の場合（第１の場合）に、出射器制御信号生成部５７は、出射器６２に荷電粒子ビーム８１の出射を指令する出射指令（信号値Ｈ状態）を出力する。また、１つのみの呼吸ゲート信号（呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１又は呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２）がオン（信号値Ｈ状態）であり、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａが治療室２を示し、かつ治療室２の呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２がオン（信号値Ｈ状態）の場合（第２の場合）に、出射器制御信号生成部５７は、出射器６２に荷電粒子ビーム８１の出射を指令する出射指令（信号値Ｈ状態）を出力する。また、複数の呼吸ゲート信号（呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１及び呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２）がオン（信号値Ｈ状態）であり、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａが治療室１を示し、かつ治療室１の呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１がオン（信号値Ｈ状態）の場合（第３の場合）に、出射器制御信号生成部５７は、出射器６２に荷電粒子ビーム８１の出射を指令する出射指令（信号値Ｈ状態）を出力する。
【００８０】
また、複数の呼吸ゲート信号（呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１及び呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２）がオン（信号値Ｈ状態）であり、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａが治療室２を示し、かつ治療室２の呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２がオン（信号値Ｈ状態）の場合（第４の場合）に、出射器制御信号生成部５７は、出射器６２に荷電粒子ビーム８１の出射を指令する出射指令（信号値Ｈ状態）を出力する。上記の４つの場合以外では、出射器制御信号生成部５７は、出射器６２に荷電粒子ビーム８１の出射停止を指令する出射停止指令（信号値Ｌ状態）を出力する。図２３では、時刻ｔ２〜時刻ｔ３まで期間と、時刻ｔ４〜時刻ｔ５まで期間と、時刻ｔ６〜時刻ｔ７まで期間と、時刻ｔ８〜時刻ｔ１３まで期間と、時刻ｔ１４〜時刻ｔ１５まで期間と、時刻ｔ１６〜時刻ｔ１７まで期間と、時刻ｔ１８〜時刻ｔ１９まで期間が、荷電粒子ビーム８１の出射指令が出される期間である。
【００８１】
キッカー制御信号生成部５０は、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａを受信し、次のようにキッカー制御信号ｃｓｉｇｂを生成する。図２３では、１つの呼吸ゲート信号のみがオン（信号値Ｈ状態）である場合、すなわち、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１のみがオン（信号値Ｈ状態）である場合に、キッカー制御信号生成部５０が治療室１（治療室２９ａ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路１指令（信号値Ｉｂ１状態）を出力する。また、他の１つの呼吸ゲート信号のみがオン（信号値Ｈ状態）である場合、すなわち、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２のみがオン（信号値Ｈ状態）である場合に、キッカー制御信号生成部５０が治療室２（治療室２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路２指令（信号値Ｉｂ２状態）を出力する。
【００８２】
また、複数の呼吸ゲート信号（呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１及び呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２）がオン（信号値Ｈ状態）であり、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａが治療室１を示し、かつ治療室１の呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１がオン（信号値Ｈ状態）の場合に、キッカー制御信号生成部５０が治療室１（治療室２９ａ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路１指令（信号値Ｉｂ１状態）を出力する。また、複数の呼吸ゲート信号（呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１及び呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２）がオン（信号値Ｈ状態）であり、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａが治療室２を示し、かつ治療室２の呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２がオン（信号値Ｈ状態）の場合に、キッカー制御信号生成部５０が治療室２（治療室２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路２指令（信号値Ｉｂ２状態）を出力する。
【００８３】
キッカー制御信号生成部５０は、経路１指令の場合に信号値Ｉｂ１の制御電流をキッカー電磁石１０に出力し、経路２指令の場合に信号値Ｉｂ２の制御電流をキッカー電磁石１０に出力する。なお、図２３では、経路１指令及び経路２指令のいずれの指令もでていない場合に、キッカー制御信号ｃｓｉｇｂの信号値がＩｂ１でなくＩｂ２でもない信号レベル、例えばゼロレベルの例を示した。
【００８４】
時刻ｔ２〜時刻ｔ３、時刻ｔ４〜時刻ｔ５、時刻ｔ６〜時刻ｔ７、時刻ｔ８〜時刻ｔ９、時刻ｔ１０〜時刻ｔ１１、時刻ｔ１２〜時刻ｔ１３の各期間では、出射器制御信号ｃｓｉｇａが出射指令（信号値Ｈ状態）であり、かつキッカー制御信号ｃｓｉｇｂが経路１指令（信号値Ｉｂ１状態）なので、実施の形態５の粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム８１を出射し、照射電流Ｉｂｅｍ１を治療室１（治療室２９ａ）の患者３０ａの照射対象３１ａに供給する。時刻ｔ９〜時刻ｔ１０、時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２、時刻ｔ１４〜時刻ｔ１５、時刻ｔ１６〜時刻ｔ１７、時刻ｔ１８〜時刻ｔ１９の各期間では、出射器制御信号ｃｓｉｇａが出射指令（信号値Ｈ状態）であり、かつキッカー制御信号ｃｓｉｇｂが経路２指令（信号値Ｉｂ２状態）なので、実施の形態５の粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム８１を出射し、照射電流Ｉｂｅｍ２を治療室２（治療室２９ｂ）の患者３０ｂの照射対象３１ｂに供給する。
【００８５】
実施の形態５の粒子線治療装置５１は、実施の形態１と同じ効果を奏する。実施の形態５の粒子線治療装置５１は、実施の形態１のタイムシェアリング信号ｓｓｉｇよりも周期が短いタイムシェアリング信号ｓｓｉｇａを用いてキッカー制御信号ｃｓｉｇｂ及び出射器制御信号ｃｓｉｇａを生成するビーム経路制御器６５を備え、照射要求があり、かつタイムシェアリング信号ｓｓｉｇａで指定された治療室に短い時間幅の照射電流を患者３０の照射対象３１に供給することができる。より具体的に説明すれば、図２３の時刻ｔ８〜時刻ｔ１３のように、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１及び呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２が同時にオン状態の場合に、ビーム経路制御器６５がキッカー制御信号ｃｓｉｇｂにおける経路指令を短時間に複数回変化させると共に、時刻ｔ２〜時刻ｔ８、時刻ｔ１３〜時刻ｔ１９のように、１つの呼吸ゲート信号のみがオン（信号値Ｈ状態）である場合に、出射器制御信号ｃｓｉｇａをタイムシェアリング信号ｓｓｉｇａと同じ周期Ｔｃ２でオン及びオフの切替を行うので、短い時間幅の照射電流を患者３０の照射対象３１に供給することができる。
【００８６】
実施の形態５の粒子線治療装置５１は、実施の形態３と同様に、実施の形態１よりも短い時間幅の照射電流を患者３０の照射対象３１に供給することができるので、リペイント照射のように照射線量（一定時間あたりに照射される粒子の数）を少なくして照射回数を複数回行う場合、すなわち絵画における薄い絵の具を重ね塗りするような照射をする場合に、実施の形態５のようにビーム経路を高速に切り替える方法は実益がある。実施の形態５の粒子線治療装置５１は、マスク信号ｍｓｉｇを用いないので、実施の形態３に比べて制御信号生成部３５の制御が簡便になるメリットがある。
【００８７】
なお、図２３には、呼吸ゲート信号が２つの場合を示したが、実施の形態５の粒子線治療装置５１は、呼吸ゲート信号が３つ以上の場合にも適用できる。また、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａの周期Ｔｃ２において、各治療室２９の選択期間の配分は、均等にする場合に限らず任意に設定できる。
【００８８】
実施の形態６．
実施の形態５では、ビーム輸送系５９においてダンパー１１を備えない粒子線治療装置５１において、マスク信号ｍｓｉｇを用いずに、複数の治療室２９に荷電粒子ビーム８１を短い時間で切替えるように制御したり、１つの治療室２９に短い時間の照射電流を供給する例を示した。実施の形態６では、ビーム輸送系５９においてダンパー１１を備えた粒子線治療装置５１において、マスク信号ｍｓｉｇを用いずに、複数の治療室２９に荷電粒子ビーム８１を短い時間で切替えるように制御したり、１つの治療室２９に短い時間の照射電流を供給する例を説明する。
【００８９】
図２４は本発明の実施の形態６による粒子線治療装置を示す構成図であり、図２５は図２４のビーム経路制御器を示す図である。図２６は、本発明の実施の形態６による複数の治療室へのビーム分配を説明するタイミング図である。実施の形態６の粒子線治療装置５１は、複数の治療室２９からの照射要求が重なった場合に、例えば、治療室１の呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１がオン状態であり、他の治療室２の呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２がオン状態である場合に、該当する治療室１、２（治療室２９ａ、２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を短い時間で切替えるように制御する。また、実施の形態６の粒子線治療装置５１は、１つのみの治療室２９からの照射要求があった場合に、該当する治療室２９への経路とダンパー１１への経路を短い時間で切替えるように制御する。言い換えると、実施の形態６の粒子線治療装置５１は、短い時間でビーム経路変更器１６によって、複数の治療室２９への経路切替と、１つの治療室２９とダンパー１１との経路切替を行う粒子線治療装置である。
【００９０】
実施の形態６の治療管理装置９５は、実施の形態２よりも短い時間で信号値が変化するキッカー制御信号ｃｓｉｇｄを出力するビーム経路制御器６６を有する。ビーム経路制御器６６は、出射器制御信号ｃｓｉｇａを生成する出射器制御信号生成部５７と、キッカー制御信号ｃｓｉｇｄを生成するキッカー制御信号生成部６９と、出射器制御信号生成部５７及びキッカー制御信号生成部６９に複数の制御信号を出力する制御信号生成部３５とを有する。制御信号生成部３５は、実施の形態２よりも短い周期Ｔｃ２のタイムシェアリング信号ｓｓｉｇａを生成するタイムシェアリング信号生成部４５と、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２を生成する呼吸ゲート信号生成部３４とを備える。タイムシェアリング信号生成部４５は、図２６に示すように、実施の形態２の周期Ｔｃ１よりも短い周期Ｔｃ２のタイムシェアリング信号ｓｓｉｇａを生成する。
【００９１】
図２６を用いて実施の形態６の粒子線治療装置５１の動作を説明する。図２６の横軸は時間ｔである。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａ、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、出射器制御信号ｃｓｉｇａ、キッカー制御信号ｃｓｉｇｄの縦軸は各信号の信号値であり、照射電流Ｉｂｅｍ１、Ｉｂｅｍ２の縦軸は電流値である。なお、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａは、図が複雑にならないように、治療室１と治療室２の選択をＨレベルとＬレベルで行う例を記載した。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａがＨレベルの場合は、治療室１が指定され、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａがＬレベルの場合は、治療室２が指定される。なお、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａは、図７に示したタイムシェアリング信号ｓｓｉｇ−１、ｓｓｉｇ−２、ｓｓｉｇ−３の形式で構成することが可能である。
【００９２】
出射器制御信号生成部５７は、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａを受信し、次のように出射器制御信号ｃｓｉｇａを生成する。少なくとも１つの呼吸ゲート信号（呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１又は呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２）がオン（信号値Ｈ状態）である場合（第１の場合）に、出射器制御信号生成部５７は、出射器６２に荷電粒子ビーム８１の出射を指令する出射指令（信号値Ｈ状態）を出力する。図２６では、時刻ｔ１〜ｔ２０まで期間が、荷電粒子ビーム８１の出射指令が出される期間である。
【００９３】
キッカー制御信号生成部６９は、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａを受信し、次のようにキッカー制御信号ｃｓｉｇｄを生成する。１つの呼吸ゲート信号がオンとなった治療室２９がタイムシェアリング信号ｓｓｉｇａにて選択されれば、図２６の時刻ｔ２〜時刻ｔ８、時刻ｔ１４〜ｔ２０のように、キッカー制御信号生成部６９が該当する治療室２９に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路指令（照射可能経路指令）出力し、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａにて他の治療室２９が選択されればキッカー制御信号生成部６９がダンパー１１に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路指令（遮断経路指令）出力を出力する。
【００９４】
また、複数の呼吸ゲート信号がオン（信号値Ｈ状態）である場合も同様であり、呼吸ゲート信号がオンとなった治療室２９がタイムシェアリング信号ｓｓｉｇａにて選択されればキッカー制御信号生成部６９が該当する治療室２９に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路指令（照射可能経路指令）出力し、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａにて他の治療室２９が選択されればキッカー制御信号生成部６９が該当する治療室２９に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路指令（照射可能経路指令）出力を出力する。治療室が異なっていても、呼吸ゲート信号がオン（信号値Ｈ状態）で、かつ呼吸ゲート信号がオン（信号値Ｈ状態）となった該当治療室２９がタイムシェアリング信号ｓｓｉｇａにて選択される状況が続く場合は、図２６の時刻ｔ８〜時刻ｔ１２のように、キッカー制御信号生成部６９が１つの治療室２９から他の治療室２９へ荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路指令（照射可能経路指令）出力する。
【００９５】
図２６のキッカー制御信号ｃｓｉｇｄを具体的に説明する。時刻ｔ１〜時刻ｔ８のように、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１のみがオン（信号値Ｈ状態）である場合、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａが治療室１を示せば、キッカー制御信号生成部６９が治療室１（治療室２９ａ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路１指令（信号値Ｉｄ１状態）を出力する。また、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１のみがオン（信号値Ｈ状態）である場合、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａが他の治療室２を示せば、キッカー制御信号生成部６９がダンパー１１に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路２指令（信号値Ｉｄ３状態）を出力する。
【００９６】
時刻ｔ８〜時刻ｔ１３では、複数の治療室２９からの照射要求が重なっており、複数の呼吸ゲート信号（呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１及び呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２）がオン（信号値Ｈ状態）である。この照射要求が重なっている状況において、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａが治療室１を示し、かつ治療室１の呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１がオン（信号値Ｈ状態）の場合に、キッカー制御信号生成部６９が治療室１（治療室２９ａ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路１指令（信号値Ｉｄ１状態）を出力する。また、この照射要求が重なっている状況において、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａが治療室２を示し、かつ治療室２の呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２がオン（信号値Ｈ状態）の場合に、キッカー制御信号生成部６９が治療室２（治療室２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路２指令（信号値Ｉｄ３状態）を出力する。
【００９７】
時刻ｔ１３〜時刻ｔ２０では、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２のみがオン（信号値Ｈ状態）である場合である。呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２のみがオン（信号値Ｈ状態）である場合、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａが治療室２を示せば、キッカー制御信号生成部６９が治療室２（治療室２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路２指令（信号値Ｉｄ３状態）を出力する。また、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２のみがオン（信号値Ｈ状態）である場合、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａが他の治療室１を示せば、キッカー制御信号生成部６９がダンパー１１に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路３指令（信号値Ｉｄ２状態）を出力する。
【００９８】
キッカー制御信号生成部６９は、経路１指令の場合に信号値Ｉｄ１の制御電流をキッカー電磁石１０に出力し、経路２指令の場合に信号値Ｉｄ３の制御電流をキッカー電磁石１０に出力し、経路３指令の場合に信号値Ｉｄ２の制御電流をキッカー電磁石１０に出力する。なお、図２６では、経路１指令、経路２指令、経路３指令のいずれの指令もでていない場合に、キッカー制御信号ｃｓｉｇｄの信号値がＩｄ１、Ｉｄ２、Ｉｄ３でもない信号レベル、例えばゼロレベルの例を示した。
【００９９】
時刻ｔ２〜時刻ｔ３、時刻ｔ４〜時刻ｔ５、時刻ｔ６〜時刻ｔ７、時刻ｔ８〜時刻ｔ９、時刻ｔ１０〜時刻ｔ１１、時刻ｔ１２〜時刻ｔ１３の各期間では、出射器制御信号ｃｓｉｇａが出射指令（信号値Ｈ状態）であり、かつキッカー制御信号ｃｓｉｇｄが経路１指令（信号値Ｉｄ１状態）なので、実施の形態６の粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム８１を出射し、照射電流Ｉｂｅｍ１を治療室１（治療室２９ａ）の患者３０ａの照射対象３１ａに供給する。時刻ｔ９〜時刻ｔ１０、時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２、時刻ｔ１４〜時刻ｔ１５、時刻ｔ１６〜時刻ｔ１７、時刻ｔ１８〜時刻ｔ１９の各期間では、出射器制御信号ｃｓｉｇａが出射指令（信号値Ｈ状態）であり、かつキッカー制御信号ｃｓｉｇｄが経路２指令（信号値Ｉｄ３状態）なので、実施の形態６の粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム８１を出射し、照射電流Ｉｂｅｍ２を治療室２（治療室２９ｂ）の患者３０ｂの照射対象３１ｂに供給する。時刻ｔ１〜時刻ｔ２、時刻ｔ３〜時刻ｔ４、時刻ｔ５〜時刻ｔ６、時刻ｔ７〜時刻ｔ８、時刻ｔ１３〜時刻ｔ１４、時刻ｔ１５〜時刻ｔ１６、時刻ｔ１７〜時刻ｔ１８、時刻ｔ１９〜時刻ｔ２０の各期間では、出射器制御信号ｃｓｉｇａが出射指令（信号値Ｈ状態）であるが、キッカー制御信号ｃｓｉｇｄが経路３指令（信号値Ｉｄ２状態）なので、実施の形態６の粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム８１をダンパー１１によって遮断する。
【０１００】
実施の形態６の粒子線治療装置５１は、実施の形態２と同じ効果を奏する。実施の形態６の粒子線治療装置５１は、実施の形態１のタイムシェアリング信号ｓｓｉｇよりも周期が短いタイムシェアリング信号ｓｓｉｇａを用いてキッカー制御信号ｃｓｉｇｄ及び出射器制御信号ｃｓｉｇａを生成するビーム経路制御器６６を備え、照射要求があり、かつタイムシェアリング信号ｓｓｉｇａで指定された治療室に短い時間幅の照射電流を患者３０の照射対象３１に供給することができる。より具体的に説明すれば、図２６の時刻ｔ１〜時刻ｔ２０のように、少なくとも１つの呼吸ゲート信号（ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２）がオン状態の場合に、ビーム経路制御器６６がキッカー制御信号ｃｓｉｇｄにおける経路指令（経路１指令、経路２指令、経路３指令）を短時間に複数回変化させてビーム経路を切替えるので、短い時間幅の照射電流を患者３０の照射対象３１に供給することができる。
【０１０１】
実施の形態６の粒子線治療装置５１は、指定された治療室に短い時間幅の照射電流を患者３０の照射対象３１に供給する際に、キッカー電磁石１０よりもオン及びオフの切替が遅くなる出射器６２を出射器制御信号ｃｓｉｇａにより短い時間で変化することなく、ビーム経路変更器１６のみを短時間に複数回変化させてビーム経路を切替えるので、実施の形態５よりも短い時間幅の照射電流を患者３０の照射対象３１に供給することができる。
【０１０２】
実施の形態６の粒子線治療装置５１は、実施の形態４と同様に、実施の形態１よりも短い時間幅の照射電流を患者３０の照射対象３１に供給することができるので、リペイント照射のように照射線量（一定時間あたりに照射される粒子の数）を少なくして照射回数を複数回行う場合、すなわち絵画における薄い絵の具を重ね塗りするような照射をする場合に、実施の形態６のようにビーム経路を高速に切り替える方法は実益がある。実施の形態６の粒子線治療装置５１は、マスク信号ｍｓｉｇを用いないので、実施の形態４に比べて制御信号生成部３５の制御が簡便になるメリットがある。
【０１０３】
なお、図２６には、呼吸ゲート信号が２つの場合を示したが、実施の形態６の粒子線治療装置５１は、呼吸ゲート信号が３つ以上の場合にも適用できる。また、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａの周期Ｔｃ２において、各治療室２９の選択期間の配分は、均等にする場合に限らず任意に設定できる。
【０１０４】
実施の形態７．
実施の形態１〜６では、ビーム経路変更器１６としてキッカー電磁石１０を用いた例で説明したが、キッカー電磁石１０の代りに、後述するビーム偏向器１５を用いることができる。ここで、キッカー電磁石１０は荷電粒子ビーム８１を偏向する偏向可能角度が小さいため、ビーム経路を構成するための偏向電磁石１２ｅをキッカー電磁石１０から距離をおいた下流側に設置しなければならないという要件が課される。この要件は、粒子線治療装置をコンパクトに設計しようとする場合の障害となり得る。そこで、実施の形態７においては、ビーム偏向器１５を用いることで、高速なビーム経路の切替えを実現し、かつ、粒子線治療装置をコンパクトに設計することができる例を示す。
【０１０５】
図２７は本発明の実施の形態７による粒子線治療装置を示す構成図であり、図２８は図２７のビーム経路制御器を示す図である。図２９は図２７のビーム偏向器を示す側面図であり、図３０は図２７のビーム偏向器を上から見た上面図である。図３１は図２７のビーム偏向器のマイクロストリップラインを説明する図であり、図３２は図２７のビーム偏向器のビーム制御を説明する図である。図３３は、本発明の実施の形態７による複数の治療室へのビーム分配を説明するタイミング図である。実施の形態７の粒子線治療装置５１は、ビーム経路変更器１６としてビーム偏向器１５を用い、治療管理装置９５がビーム偏向器１５を制御するビーム偏向器制御信号ｃｓｉｇｃ（ビーム経路変更器制御信号）を出力するビーム経路制御器６７を有する点で、実施の形態１とは異なる。
【０１０６】
ビーム経路制御器６７は、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇを生成するタイムシェアリング信号生成部３３と、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２を生成する呼吸ゲート信号生成部３４と、出射器制御信号ｃｓｉｇａを生成する出射器制御信号生成部３６と、ビーム偏向器制御信号ｃｓｉｇｃを生成するビーム偏向器制御信号生成部（ビーム経路変更器制御信号生成部）４８とを有する。タイムシェアリング信号生成部３３及び呼吸ゲート信号生成部３４は、制御信号生成部３５を構成する。ビーム偏向器制御信号生成部４８は、パルス制御器４１と、高速スイッチ４２と、偏向器電源４３を有する。
【０１０７】
ビーム偏向器１５及びビーム偏向器制御信号生成部４８の構成は、特開２０１２−０２４２５４号公報に開示されている。図２８〜図３２を用いて詳しく説明する前に、概略を説明する。特開２０１２−０２４２５４号公報に開示されたビーム偏向器１５は、スキャニング照射方式におけるビーム遮断の際の過渡線量を抑制し、照射線量精度を向上させることを目的として、ビームの進行方向に短手方向を並べた複数の導体板７７ａ〜７７ｆが配置されたライン電極板７４と、当該ライン電極板７４に平行に配置された電極板７６を有している。特開２０１２−０２４２５４号公報で開示されたビーム偏向器１５においては、ライン電極板７４と電極板７６との間に荷電粒子ビーム８１が通過する通過領域を有している。当該複数の導体板７７ａ〜７７ｆは、長手方向に直列に接続され、インピーダンス整合がされている。ビーム偏向器制御装置（ビーム偏向器制御信号生成部４８）は、荷電粒子ビーム８１が複数の導体板７７ａ〜７７ｆの短手方向を通過する通過周期である粒子移動基本時間に、複数の導体板７７ａ〜７７ｆの長手方向を伝送する伝送周期である伝送基本時間を同期させた電圧パルス９７を出力するように構成されている。この電圧パルス９７は、ビーム偏向器制御信号ｃｓｉｇｃに相当する。導体板の符号は総括的に７７を用い、区別して説明する場合にａ〜ｆを付した符号を用いる。
【０１０８】
ビーム偏向器１５は、ライン電極板７４とライン電極板７４に対向する電極板７６を有する。ライン電極板７４は、マイクロストリップライン式静電電極板である。ライン電極板７４は、ＧＦＲＰ（ｇｌａｓｓ  ｆｉｂｅｒ  ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  ｐｌａｓｔｉｃｓ）板等の基板７８の表面に複数の銅板等の導体板７７を並行に配置し、基板７８の裏面に銅板等の裏面導体７５を配置したものである。裏面導体７５は接地レベルにされ（ＧＮＤに接続され）、電極板７６はＤＣ電源（直流電源）７９に接続され、ライン電極板７４の各導体板７７ａ〜７７ｆには電圧パルス９７が伝送される。電極板７６とライン電極板７４は、荷電粒子ビーム８１の入射ビーム軸に対し平行に設置される。ビーム偏向器１５は、ライン電極板７４と電極板７６との間に荷電粒子ビーム８１が通過する通過領域を有する。ライン電極板７４に電圧パルス９７が入力されない場合に、すなわち接地レベルの電圧が印加された場合に、電極板７６とライン電極板７４との間に作られる各電場Ｅ１〜Ｅ６（方向は電極板７６からライン電極板７４）により荷電粒子ビーム８１は偏向される。ライン電極板７４に電圧パルス９７が入力された場合は、電極板７６とライン電極板７４との間に作られる各電場Ｅ１〜Ｅ６が相殺するように動作させることで、荷電粒子ビーム８１は直進する。電場Ｅ１は導体板７７ａと電極板７６間の電場である。同様に電場Ｅ２〜Ｅ６は、それぞれ導体板７７ｂ〜７７ｆと電極板７６間の電場である。なお、図２９において、ライン電極板７４及び電極板７６は断面を示している。
【０１０９】
ビーム偏向器１５による荷電粒子ビーム８１を偏向する偏向角度は、電極板７６とライン電極板７４との間に作られる各電場Ｅ１〜Ｅ６によって決定される。ＤＣ電源７９によって電極板７６に電圧Ｖｂが印可されている場合を考える。ライン電極板７４に印可される電圧パルス９７の電圧ＶｐがＶｂである（Ｖｐ＝Ｖｂ）場合は、荷電粒子ビーム８１は偏向されず、荷電粒子ビーム８１は直進ビーム７１となって入射ビーム軸に沿ってビーム偏向器１５を通過する。ライン電極板７４に印可される電圧パルス９７の電圧Ｖｐが接地レベルの電圧（０Ｖ）である（Ｖｐ＝０）場合は、荷電粒子ビーム８１は偏向され、荷電粒子ビーム８１は偏向ビーム７０となって入射ビーム軸からそれてビーム偏向器１５を通過する。ライン電極板７４に印可される電圧パルス９７の電圧Ｖｐが０Ｖより大きくＶｂよりも小さい（０＜Ｖｐ＜Ｖｂ）場合は、荷電粒子ビーム８１は偏向ビーム７０から直進ビーム７１の間の経路でビーム偏向器１５を通過する。なお、ライン電極板７４に印可される電圧パルス９７の電圧ＶｐがＶｂよりも高い電圧の場合、荷電粒子ビーム８１は、直進ビーム７１よりも上側に偏向される経路でビーム偏向器１５を通過する。以上のように、ライン電極板７４に任意の電圧Ｖｐで電圧パルス９７を伝送することで、任意の偏向角度で荷電粒子ビーム８１を偏向することができる。
【０１１０】
ライン電極板７４は、図３１に示すように、幅Ｗ、長さＬ１（図３０参照）、厚さｈ１の導体板７７ａ〜７７ｆが、厚さｈ２の基板７８に露出して配置される。ライン電極板７４はマイクロストリップラインの構造を備えるので、マイクロストリップラインのインピーダンスマッチング（インピーダンス整合）の原理により、導体板７７ａ〜７７ｆのそれぞれは、所定のインピーダンス（例えば５０Ω）を有する。また、図３０に示すように導体板７７ａ〜７７ｆはそれぞれ間隔Ｓだけ間隔を空けて配置される。ここでマイクロストリップラインの特性インピーダンスＺ０は、基板７８の比誘電率をεｒとすると数式（１）のように表わせる。
Ｚ０＝８７／（εｒ＋１．４１）１／２×ｌｎ（Ａ／Ｂ）    ・・・（１）
なお、Ａ及びＢは、それぞれ数式（２）及び数式（３）のように表わせる。
Ａ＝５．９８×（ｈ２−ｈ１）      ・・・（２）
Ｂ＝０．８×Ｗ×ｈ１      ・・・（３）
比誘電率をεｒ、幅Ｗ、厚さｈ１、厚さｈ２を選択することで、所定のインピーダンス（例えば５０Ω）を得ることができる。
【０１１１】
図３０に示すように、ライン電極板７４の６つの導体板７７ａ〜７７ｆは、それぞれ遅延配線９９（９９ａ〜９９ｅ）で接続され、１本の伝送路を構成するように直列接続される。遅延配線の符号は総括的に９９を用い、区別して説明する場合にａ〜ｅを付した符号を用いる。導体板７７ａには電圧パルス９７を導入する入力配線９８が接続され、導体板７７ｆの終端には一端が接地された終端抵抗１０３が接続される。ライン電極板７４の各導体板７７ａ〜７７ｆは所定のインピーダンス（例えば５０Ω）を有し、終端でインピーダンスマッチング用の終端抵抗１０３を介して接地されるので、ライン電極板７４に入力されるスイッチングされた電圧パルス９７は反射することなく、ライン電極板７４内を伝送することができる。なお、遅延配線９９（９９ａ〜９９ｅ）と終端抵抗１０３のインピーダンスは導体板７７ａ〜７７ｆのインピーダンスと等しくする。
【０１１２】
また、遅延配線９９ａ〜９９ｅは、基板７８にプリント配線のようにリソグラフィ技術や多層配線技術を用いて形成してもよい。遅延配線９９ａ〜９９ｅを基板７８に形成することで、遅延配線９９ａ〜９９ｅの半田接続作業等が不要となり、ライン電極板７４でのインピーダンス調整を容易に行うことができる。
【０１１３】
ビーム偏向器１５により荷電粒子ビーム８１の進行を制御する方法を詳しく説明する。荷電粒子ビーム８１は複数の荷電粒子９６（適宜、粒子９６と称する）の束なので、１つの粒子９６が導体板７７の短手方向（短辺）を通過する時間と電圧パルス９７が導体板７７の長手方向（長辺）を通過する時間とが後述する所定の同期関係になるようにライン電極板７４を構成することで、初めの導体板７７ａで電圧パルス９７の影響を受けた粒子群のみが、次の導体板７７ｂ〜７７ｆでも電圧パルス９７の影響を受けるようにする。これにより、ライン電極板７４に入射された時点で、電圧Ｖｂでスイッチングされた電圧パルス幅（時間幅）分の粒子群は電場Ｅの影響を受けなくなり、ビームを直進させることができる。また、電圧パルス９７の電圧ＶｐをＶｂ以外にすることでビームを偏向することができる。
【０１１４】
粒子９６はライン電極板７４の中央を通過する場合を考える。ビームの中心成分に注目し、ビームの中心成分がライン電極板７４を通るように位置調整し、使用するからである。粒子９６の速度をｖ１とすると、粒子９６が導体板７７を通過する時間はＷ／ｖ１である。粒子９６が導体板７７の短手方向（短辺）を通過し、次の導体板７７に到達する時間（粒子移動基本時間）ＴＰ０は、（Ｗ＋Ｓ）／ｖ１となる。所定の伝送特性を有する導体板７７を伝送する電圧パルス９７の速度をｖ２とすると、電圧パルス９７が導体板７７の長手方向（長辺）を通過する時間は、Ｌ１／ｖ２である。また、遅延配線９９の伝搬遅延時間ＴＤから、導体板７７の長手方向の長さに相当する実効長Ｌ２を導入する。実効長Ｌ２はｖ２×ＴＤで計算できる。初めの導体板７７を通過して遅延配線９９を通過した時間、すなわち初めの導体板７７を通過して次の導体板７７に到達する時間（伝送基本時間）ＴＶ０は、（Ｌ１＋Ｌ２）／ｖ２となる。粒子移動基本時間ＴＰ０と伝送基本時間ＴＶ０とが一致するようにライン電極板７４を構成する。このようにすることで、上述の所定の同期関係を実現でき、上述したように、ライン電極板７４に入射された時点で、電圧Ｖｂでスイッチングされた電圧パルス幅（時間幅）分の粒子群は電場Ｅの影響を受けなくなり、ビームを直進させることができる。なお、粒子移動基本時間ＴＰ０は荷電粒子ビーム８１が複数の導体板７７ａ〜７７ｆの短手方向を通過する通過周期であり、伝送基本時間ＴＶ０は複数の導体板７７ａ〜７７ｆの長手方向を伝送する伝送周期である。
【０１１５】
上述の粒子移動基本時間ＴＰ０と伝送基本時間ＴＶ０とが一致する所定の同期関係を実現する上で、必要となる粒子９６の速度ｖ１と電圧パルス９７の伝送速度ｖ２について説明する。粒子９６の速度ｖ１と電圧パルス９７の伝送速度ｖ２は、それぞれ数式（４）及び数式（５）のように表わせる。
ｖ１＝ｃ×√（１−（Ｅｓ／（Ｅｓ＋Ｋ））２）      ・・・（４）
ｖ２＝１／√（Ｌ×Ｃ）      ・・・（５）
ここで、Ｋは粒子９６のエネルギー（ＭｅＶ）、ｃは光速、Ｅｓは陽子の静止エネルギー、Ｌは導体板７７のインダクタンス、Ｃは導体板７７の電気容量である。
【０１１６】
ビーム偏向器１５で荷電粒子ビーム８１に印加する電場Ｅについて説明する。図３２は電場Ｅを計算するための条件を説明する図である。７２は荷電粒子ビーム８１がビーム偏向器１５を通過する直進ビーム７１に平行な直進ビーム平行軸である。点Ｐは荷電粒子ビーム８１の偏向距離ｄを評価するための評価点であり、例えば下流ビーム輸送系２４ａにおける偏向電磁石１２ｅの入口点である。ライン電極板７４の長さをＬ４とし、ライン電極板７４の前端から評価点Ｐまでの直進ビーム平行軸上での距離をＬ３とする。ライン電極板７４の終端において、荷電粒子９６は直進ビーム平行軸方向の速度成分はｖ１であるが、荷電粒子９６は電場Ｅの影響を受けて、ライン電極板７４の垂直方向成分を得る。この荷電粒子９６の速度における垂直方向成分（垂直方向速度成分）をｖｂとする。また、偏向ビーム軌道７３と直進ビーム平行軸７２の角度をαとする。荷電粒子９６の垂直方向速度成分ｖｂは、ｖ１×ｔａｎαなので、数式（６）のように表わされる。
ｖｂ＝ｖ１×ｄ／（Ｌ３−Ｌ４）      ・・・（６）
【０１１７】
荷電粒子９６がライン電極板７４の終端において、垂直方向速度成分ｖｂの速度を持つために必要な電位差Ｖｄを考える。陽子の質量をｍ１、電荷をｑとすると、ライン電極板７４の終端において、運動エネルギーは１／２×ｍ１×ｖｂ２であり、電位差Ｖｄによって荷電粒子９６が得るエネルギーはｑ×Ｖｄなので、電位差Ｖは数式（７）のように表わされる。
Ｖｄ＝（１／２×ｍ１×ｖｂ２）／ｑ      ・・・（７）
ライン電極板７４の終端において必要な電位差Ｖｄは、ライン電極板７４のｎ１本の導体板７７のそれぞれで分担することになる。すなわち、荷電粒子９６が導体板７７の１本当たりＶｄ／ｎ１の電位差を受けるように、ライン電極板７４のｎ１本の導体板７７と電極板７６間に電場Ｅを発生させればよい。導体板７７の幅Ｗを通過する場合に、その幅Ｗを通過する時間はｖ１／Ｗなので、ライン電極板７４の垂直方向の移動距離ｄａは、数式（８）のように表わされる。
ｄａ＝（ｖｂ／ｎ１）×（Ｗ／ｖ１）      ・・・（８）
したがって、ビーム偏向器１５で荷電粒子ビーム８１に印加すべき電場Ｅは（Ｖｄ／ｎ１）／ｄａなので、数式（７）、（８）を代入し整理すると、数式（９）のように表わされる。
Ｅ＝（１／２×ｍ１×ｖｂ×ｖ１）／（ｑ×Ｗ）      ・・・（９）
数式（９）に数式（６）を代入して整理すると、電場Ｅは数式（１０）のように表わされる。
Ｅ＝ｍ１×ｄ×ｖ１２／（２×ｑ×Ｗ×（Ｌ３−Ｌ４））
・・・（１０）
【０１１８】
図３３を用いて実施の形態７の粒子線治療装置５１の動作を説明する。実施の形態１と違う部分を説明する。図２７では、治療室１（治療室２９ａ）に輸送される荷電粒子ビーム８１はビーム偏向器１５で偏向されて偏向電磁石１２ｅへ向かい、治療室２（治療室２９ｂ）に輸送される荷電粒子ビーム８１はビーム偏向器１５で偏向されずに直進し偏向電磁石１２ｇへ向かうようにビーム輸送系５９が構成されている。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇが治療室１（治療室２９ａ）を示す場合、ビーム経路制御器６７は治療室１（治療室２９ａ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路１指令（信号値Ｖｃ１状態）を出力する。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇが治療室２（治療室２９ｂ）を示す場合、ビーム経路制御器６７は治療室２（治療室２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路２指令（信号値Ｖｃ２状態）を出力する。ここで、信号値Ｖｃ２（電圧Ｖｃ２）は、電極板７６に印可される電圧Ｖｂであり、信号値Ｖｃ１（電圧Ｖｃ１）は、Ｖｃ２より低い電圧である。ビーム偏向器制御信号ｃｓｉｇｃの信号値Ｖｃ１、Ｖｃ２の大小関係は、実施の形態１のキッカー制御信号ｃｓｉｇｂの信号値Ｉｂ１、Ｉｂ２の大小関係と逆になっているが、上述したように、ビーム偏向器制御信号ｃｓｉｇｃが信号値Ｖｃ１の場合は経路１指令であり、ビーム偏向器制御信号ｃｓｉｇｃが信号値Ｖｃ２の場合は経路２指令である。したがって、実施の形態７の粒子線治療装置５１は、実施の形態１と同様に動作する。
【０１１９】
ビーム偏向器１５は、キッカー電磁石１０よりも偏向角度を大きくすることができるので、ビーム偏向器１５から偏向電磁石１２ｅまでの距離を実施の形態１よりも短くすることができる。実施の形態７の粒子線治療装置５１は、実施の形態１よりも小型のビーム輸送系５９を構成することができる。
【０１２０】
実施の形態７の粒子線治療装置５１は、実施の形態１と同じ効果を奏する。また、実施の形態７の粒子線治療装置５１は、実施の形態１におけるキッカー電磁石１０に代えて、ビーム偏向器１５を用いる構成とした。このような構成とすることにより、キッカー電磁石１０よりも、高速にビーム経路の切替えが可能で、かつ偏向角度を大きくすることができるため、高速なビーム経路の切替えを実現しつつ、かつ、粒子線治療装置をコンパクトに設計することが可能となる。
【０１２１】
実施の形態８．
実施の形態８では、ビーム輸送系５９においてダンパー１１を備えた実施の形態２の粒子線治療装置５１に、ビーム偏向器１５を用いることで、高速なビーム経路の切替えを実現し、かつ、粒子線治療装置をコンパクトに設計することができる例を示す。図３４は本発明の実施の形態８による粒子線治療装置を示す構成図であり、図３５は図３４のビーム経路制御器を示す図である。図３６は本発明の実施の形態８による複数の治療室へのビーム分配を説明するタイミング図である。実施の形態８の粒子線治療装置５１は、ビーム経路変更器１６としてビーム偏向器１５を用い、治療管理装置９５がビーム偏向器１５を制御するビーム偏向器制御信号ｃｓｉｇｅ（ビーム経路変更器制御信号）を出力するビーム経路制御器６８を有する点で、実施の形態２とは異なる。
【０１２２】
ビーム経路制御器６８は、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇを生成するタイムシェアリング信号生成部３３と、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２を生成する呼吸ゲート信号生成部３４と、出射器制御信号ｃｓｉｇａを生成する出射器制御信号生成部３９と、ビーム偏向器制御信号ｃｓｉｇｅを生成するビーム偏向器制御信号生成部（ビーム経路変更器制御信号生成部）４９とを有する。タイムシェアリング信号生成部３３及び呼吸ゲート信号生成部３４は、制御信号生成部３５を構成する。ビーム偏向器制御信号生成部４９は、パルス制御器４１と、高速スイッチ４２と、偏向器電源４３を有する。実施の形態８のパルス制御器４１は、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇを受信し、生成した制御信号を高速スイッチ４２へ出力する。高速スイッチ４２はパルス制御器４１からの制御信号に応じて、ビーム偏向器制御信号ｃｓｉｇｅを生成する。
【０１２３】
図３６を用いて実施の形態８の粒子線治療装置５１の動作を説明する。実施の形態２と違う部分を説明する。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇが治療室１（治療室２９ａ）を示し、かつ呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１がオンの場合、すなわち治療室１（治療室２９ａ）に荷電粒子ビーム８１を輸送する条件が成立した場合、ビーム経路制御器６８は治療室１（治療室２９ａ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路１指令（信号値Ｖｅ１状態）を出力する。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇが治療室２（治療室２９ｂ）を示し、かつ呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ２がオンの場合、すなわち治療室２（治療室２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を輸送する条件が成立した場合、ビーム経路制御器６８は治療室２（治療室２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路２指令（信号値Ｖｅ３状態）を出力する。タイムシェアリング信号ｓｓｉｇがいずれかの治療室（治療室１、治療室２）を示し、かつその治療室に対応する呼吸ゲート信号（ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２）がオフの場合、すなわちダンパー１１に荷電粒子ビーム８１を導く条件が成立した場合、ビーム経路制御器６８はダンパー１１に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路３指令（信号値Ｖｅ２状態）を出力する。
【０１２４】
ここで、信号値Ｖｅ３（電圧Ｖｅ３）は、電極板７６に印可される電圧Ｖｂであり、信号値Ｖｅ１（電圧Ｖｅ１）及び信号値Ｖｅ２（電圧Ｖｅ２）は、Ｖｅ３より低い電圧である。ビーム偏向器制御信号ｃｓｉｇｅの信号値Ｖｅ１、Ｖｅ３の大小関係は、実施の形態２のキッカー制御信号ｃｓｉｇｄの信号値Ｉｄ１、Ｉｄ３の大小関係と逆になっているが、上述したように、ビーム偏向器制御信号ｃｓｉｇｅが信号値Ｖｅ１の場合は経路１指令であり、ビーム偏向器制御信号ｃｓｉｇｅが信号値Ｖｅ３の場合は経路２指令であり、ビーム偏向器制御信号ｃｓｉｇｅが信号値Ｖｅ２の場合は経路３指令である。したがって、実施の形態８の粒子線治療装置５１は、実施の形態２と同様に動作する。
【０１２５】
実施の形態８の粒子線治療装置５１は、実施の形態２と同じ効果を奏する。また、実施の形態８の粒子線治療装置５１は、実施の形態２におけるキッカー電磁石１０に代えて、キッカー電磁石１０よりも、高速にビーム経路の切替えが可能で、かつ偏向角度を大きくすることができるビーム偏向器１５を用いる構成としたので、実施の形態２よりも高速なビーム経路の切替えを実現しつつ、かつ、粒子線治療装置をコンパクトに設計することが可能となる。
【０１２６】
実施の形態９．
実施の形態９では、複数の治療室２９からの照射要求が重なった場合に、該当する治療室１、２（治療室２９ａ、２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を短い時間で切替えるように制御する実施の形態３の粒子線治療装置５１に、ビーム偏向器１５を用いることで、高速なビーム経路の切替えを実現し、かつ、粒子線治療装置をコンパクトに設計することができる例を示す。図３７は本発明の実施の形態９による粒子線治療装置を示す構成図であり、図３８は図３７のビーム経路制御器を示す図である。図３９は本発明の実施の形態９による複数の治療室へのビーム分配を説明するタイミング図である。実施の形態９の粒子線治療装置５１は、ビーム経路変更器１６としてビーム偏向器１５を用い、治療管理装置９５がビーム偏向器１５を制御するビーム偏向器制御信号ｃｓｉｇｃを出力するビーム経路制御器１１３を有する点で、実施の形態３とは異なる。
【０１２７】
ビーム経路制御器１１３は、出射器制御信号ｃｓｉｇａを生成する出射器制御信号生成部４６と、ビーム偏向器制御信号ｃｓｉｇｃを生成するビーム偏向器制御信号生成部（ビーム経路変更器制御信号生成部）１０５と、出射器制御信号生成部４６及びビーム偏向器制御信号生成部１０５に複数の制御信号を出力する制御信号生成部３５とを有する。制御信号生成部３５は、周期Ｔｃ１よりも短い周期Ｔｃ２のタイムシェアリング信号ｓｓｉｇａを生成するタイムシェアリング信号生成部４５と、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２を生成する呼吸ゲート信号生成部３４と、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａの治療室選択をマスクするマスク信号ｍｓｉｇを生成するマスク信号生成部４４とを備える。ビーム偏向器制御信号生成部１０５は、パルス制御器４１と、高速スイッチ４２と、偏向器電源４３を有する。実施の形態９のパルス制御器４１は、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａ、マスク信号ｍｓｉｇを受信し、生成した制御信号を高速スイッチ４２へ出力する。高速スイッチ４２はパルス制御器４１からの制御信号に応じて、ビーム偏向器制御信号ｃｓｉｇｃを生成する。
【０１２８】
図３９を用いて実施の形態９の粒子線治療装置５１の動作を説明する。実施の形態３と違う部分を説明する。治療室１（治療室２９ａ）に荷電粒子ビーム８１を輸送する条件が成立した場合、ビーム経路制御器１１３は治療室１（治療室２９ａ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路１指令（信号値Ｖｃ１状態）を出力する。治療室２（治療室２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を輸送する条件が成立した場合、ビーム経路制御器１１３は治療室２（治療室２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路２指令（信号値Ｖｃ２状態）を出力する。ここで、信号値Ｖｃ１、Ｖｃ２については、実施の形態７で説明した通りである。実施の形態９の粒子線治療装置５１は、実施の形態３と同様に動作する。
【０１２９】
実施の形態９の粒子線治療装置５１は、実施の形態３と同じ効果を奏する。また、実施の形態９の粒子線治療装置５１は、実施の形態３におけるキッカー電磁石１０に代えて、キッカー電磁石１０よりも、高速にビーム経路の切替えが可能で、かつ偏向角度を大きくすることができるビーム偏向器１５を用いる構成としたので、実施の形態３よりも高速なビーム経路の切替えを実現しつつ、かつ、粒子線治療装置をコンパクトに設計することが可能となる。
【０１３０】
実施の形態１０．
実施の形態１０では、ビーム輸送系５９においてダンパー１１を備え、複数の治療室２９からの照射要求が重なった場合に、該当する治療室１、２（治療室２９ａ、２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を短い時間で切替えるように制御する実施の形態４の粒子線治療装置５１に、ビーム偏向器１５を用いることで、高速なビーム経路の切替えを実現し、かつ、粒子線治療装置をコンパクトに設計することができる例を示す。図４０は本発明の実施の形態１０による粒子線治療装置を示す構成図であり、図４１は図４０のビーム経路制御器を示す図である。図４２は本発明の実施の形態１０による複数の治療室へのビーム分配を説明するタイミング図である。実施の形態１０の粒子線治療装置５１は、ビーム経路変更器１６としてビーム偏向器１５を用い、治療管理装置９５がビーム偏向器１５を制御するビーム偏向器制御信号ｃｓｉｇｅを出力するビーム経路制御器１１４を有する点で、実施の形態４とは異なる。
【０１３１】
ビーム経路制御器１１４は、出射器制御信号ｃｓｉｇａを生成する出射器制御信号生成部５７と、ビーム偏向器制御信号ｃｓｉｇｅを生成するビーム偏向器制御信号生成部（ビーム経路変更器制御信号生成部）１０６と、出射器制御信号生成部５７及びビーム偏向器制御信号生成部１０６に複数の制御信号を出力する制御信号生成部３５とを有する。制御信号生成部３５は、周期Ｔｃ１よりも短い周期Ｔｃ２のタイムシェアリング信号ｓｓｉｇａを生成するタイムシェアリング信号生成部４５と、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２を生成する呼吸ゲート信号生成部３４と、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａの治療室選択をマスクするマスク信号ｍｓｉｇを生成するマスク信号生成部４４とを備える。ビーム偏向器制御信号生成部１０６は、パルス制御器４１と、高速スイッチ４２と、偏向器電源４３を有する。実施の形態１０のパルス制御器４１は、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａ、マスク信号ｍｓｉｇを受信し、生成した制御信号を高速スイッチ４２へ出力する。高速スイッチ４２はパルス制御器４１からの制御信号に応じて、ビーム偏向器制御信号ｃｓｉｇｅを生成する。
【０１３２】
図４２を用いて実施の形態１０の粒子線治療装置５１の動作を説明する。実施の形態４と違う部分を説明する。治療室１（治療室２９ａ）に荷電粒子ビーム８１を輸送する条件が成立した場合、ビーム経路制御器１１４は治療室１（治療室２９ａ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路１指令（信号値Ｖｅ１状態）を出力する。治療室２（治療室２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を輸送する条件が成立した場合、ビーム経路制御器１１４は治療室２（治療室２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路２指令（信号値Ｖｅ３状態）を出力する。ダンパー１１に荷電粒子ビーム８１を導く条件が成立した場合、ビーム経路制御器１１４はダンパー１１に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路３指令（信号値Ｖｅ２状態）を出力する。ここで、信号値Ｖｅ１、Ｖｅ２、Ｖｅ３については、実施の形態８で説明した通りである。実施の形態１０の粒子線治療装置５１は、実施の形態４と同様に動作する。
【０１３３】
実施の形態１０の粒子線治療装置５１は、実施の形態４と同じ効果を奏する。また、実施の形態１０の粒子線治療装置５１は、実施の形態４におけるキッカー電磁石１０に代えて、キッカー電磁石１０よりも、高速にビーム経路の切替えが可能で、かつ偏向角度を大きくすることができるビーム偏向器１５を用いる構成としたので、実施の形態４よりも高速なビーム経路の切替えを実現しつつ、かつ、粒子線治療装置をコンパクトに設計することが可能となる。
【０１３４】
実施の形態１１．
実施の形態１１は、複数の治療室２９からの照射要求が重なった場合に、マスク信号ｍｓｉｇを用いずに該当する治療室１、２（治療室２９ａ、２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を短い時間で切替えるように制御する実施の形態５の粒子線治療装置５１に、ビーム偏向器１５を用いることで、高速なビーム経路の切替えを実現し、かつ、粒子線治療装置をコンパクトに設計することができる例を示す。図４３は本発明の実施の形態１１による粒子線治療装置を示す構成図であり、図４４は図４３のビーム経路制御器を示す図である。図４５は本発明の実施の形態１１による複数の治療室へのビーム分配を説明するタイミング図である。実施の形態１１の粒子線治療装置５１は、ビーム経路変更器１６としてビーム偏向器１５を用い、治療管理装置９５がビーム偏向器１５を制御するビーム偏向器制御信号ｃｓｉｇｃを出力するビーム経路制御器１１５を有する点で、実施の形態５とは異なる。
【０１３５】
ビーム経路制御器１１５は、出射器制御信号ｃｓｉｇａを生成する出射器制御信号生成部５７と、ビーム偏向器制御信号ｃｓｉｇｃを生成するビーム偏向器制御信号生成部（ビーム経路変更器制御信号生成部）１０７と、出射器制御信号生成部５７及びビーム偏向器制御信号生成部１０７に複数の制御信号を出力する制御信号生成部３５とを有する。制御信号生成部３５は、周期Ｔｃ１よりも短い周期Ｔｃ２のタイムシェアリング信号ｓｓｉｇａを生成するタイムシェアリング信号生成部４５と、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２を生成する呼吸ゲート信号生成部３４とを備える。ビーム偏向器制御信号生成部１０７は、パルス制御器４１と、高速スイッチ４２と、偏向器電源４３を有する。実施の形態１１のパルス制御器４１は、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａを受信し、生成した制御信号を高速スイッチ４２へ出力する。高速スイッチ４２はパルス制御器４１からの制御信号に応じて、ビーム偏向器制御信号ｃｓｉｇｃを生成する。
【０１３６】
図４５を用いて実施の形態１１の粒子線治療装置５１の動作を説明する。実施の形態５と違う部分を説明する。治療室１（治療室２９ａ）に荷電粒子ビーム８１を輸送する条件が成立した場合、ビーム経路制御器１１５は治療室１（治療室２９ａ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路１指令（信号値Ｖｃ１状態）を出力する。治療室２（治療室２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を輸送する条件が成立した場合、ビーム経路制御器１１５は治療室２（治療室２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路２指令（信号値Ｖｃ２状態）を出力する。ここで、信号値Ｖｃ１、Ｖｃ２については、実施の形態７で説明した通りである。実施の形態１１の粒子線治療装置５１は、実施の形態５と同様に動作する。
【０１３７】
実施の形態１１の粒子線治療装置５１は、実施の形態５と同じ効果を奏する。また、実施の形態１１の粒子線治療装置５１は、実施の形態５におけるキッカー電磁石１０に代えて、キッカー電磁石１０よりも、高速にビーム経路の切替えが可能で、かつ偏向角度を大きくすることができるビーム偏向器１５を用いる構成としたので、実施の形態５よりも高速なビーム経路の切替えを実現しつつ、かつ、粒子線治療装置をコンパクトに設計することが可能となる。
【０１３８】
実施の形態１２．
実施の形態１２では、ビーム輸送系５９においてダンパー１１を備え、複数の治療室２９からの照射要求が重なった場合に、マスク信号ｍｓｉｇを用いずに該当する治療室１、２（治療室２９ａ、２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を短い時間で切替えるように制御する実施の形態６の粒子線治療装置５１に、ビーム偏向器１５を用いることで、高速なビーム経路の切替えを実現し、かつ、粒子線治療装置をコンパクトに設計することができる例を示す。図４６は本発明の実施の形態１２による粒子線治療装置を示す構成図であり、図４７は図４６のビーム経路制御器を示す図である。図４８は本発明の実施の形態１２による複数の治療室へのビーム分配を説明するタイミング図である。実施の形態１２の粒子線治療装置５１は、ビーム経路変更器１６としてビーム偏向器１５を用い、治療管理装置９５がビーム偏向器１５を制御するビーム偏向器制御信号ｃｓｉｇｅを出力するビーム経路制御器１１６を有する点で、実施の形態６とは異なる。
【０１３９】
ビーム経路制御器１１６は、出射器制御信号ｃｓｉｇａを生成する出射器制御信号生成部５７と、ビーム偏向器制御信号ｃｓｉｇｅを生成するビーム偏向器制御信号生成部（ビーム経路変更器制御信号生成部）１０８と、出射器制御信号生成部５７及びビーム偏向器制御信号生成部１０８に複数の制御信号を出力する制御信号生成部３５とを有する。制御信号生成部３５は、周期Ｔｃ１よりも短い周期Ｔｃ２のタイムシェアリング信号ｓｓｉｇａを生成するタイムシェアリング信号生成部４５と、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２を生成する呼吸ゲート信号生成部３４とを備える。ビーム偏向器制御信号生成部１０８は、パルス制御器４１と、高速スイッチ４２と、偏向器電源４３を有する。実施の形態１２のパルス制御器４１は、呼吸ゲート信号ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、タイムシェアリング信号ｓｓｉｇａを受信し、生成した制御信号を高速スイッチ４２へ出力する。高速スイッチ４２はパルス制御器４１からの制御信号に応じて、ビーム偏向器制御信号ｃｓｉｇｅを生成する。
【０１４０】
図４８を用いて実施の形態１２の粒子線治療装置５１の動作を説明する。実施の形態６と違う部分を説明する。治療室１（治療室２９ａ）に荷電粒子ビーム８１を輸送する条件が成立した場合、ビーム経路制御器１１６は治療室１（治療室２９ａ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路１指令（信号値Ｖｅ１状態）を出力する。治療室２（治療室２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を輸送する条件が成立した場合、ビーム経路制御器１１６は治療室２（治療室２９ｂ）に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路２指令（信号値Ｖｅ３状態）を出力する。ダンパー１１に荷電粒子ビーム８１を導く条件が成立した場合、ビーム経路制御器１１６はダンパー１１に荷電粒子ビーム８１を導くように経路の切替えを指令する経路３指令（信号値Ｖｅ２状態）を出力する。ここで、信号値Ｖｅ１、Ｖｅ２、Ｖｅ３については、実施の形態８で説明した通りである。実施の形態１２の粒子線治療装置５１は、実施の形態６と同様に動作する。
【０１４１】
実施の形態１２の粒子線治療装置５１は、実施の形態６と同じ効果を奏する。また、実施の形態１２の粒子線治療装置５１は、実施の形態６におけるキッカー電磁石１０に代えて、キッカー電磁石１０よりも、高速にビーム経路の切替えが可能で、かつ偏向角度を大きくすることができるビーム偏向器１５を用いる構成としたので、実施の形態６よりも高速なビーム経路の切替えを実現しつつ、かつ、粒子線治療装置をコンパクトに設計することが可能となる。
【０１４２】
なお、実施の形態１〜１２では、スライスを変更する際に荷電粒子ビーム８１を停止し、同一スライス内を照射する際には荷電粒子ビーム８１を照射し続ける照射方法で説明したが、これに限定されることなく、照射スポット毎に荷電粒子ビーム８１の停止するスポットスキャニングや、ラスタースキャニング等の他の照射方法にも適用できる。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】
【０１４３】
１０…キッカー電磁石、１１、１１ａ、１１ｂ…ダンパー、
１５…ビーム偏向器、１６…ビーム経路変更器、
１８、１９…ビーム経路制御器、２９、２９ａ、２９ｂ…治療室、
３０、３０ａ、３０ｂ…患者、３３…タイムシェアリング信号生成部、
３６…出射器制御信号生成部、
３７…キッカー制御信号生成部（ビーム経路変更器制御信号生成部）、
３９…出射器制御信号生成部、
４０…キッカー制御信号生成部（ビーム経路変更器制御信号生成部）、
４１…パルス制御器、４２…高速スイッチ、４３…偏向器電源、
４４…マスク信号生成部、４５…タイムシェアリング信号生成部、
４６…出射器制御信号生成部、
４７…キッカー制御信号生成部（ビーム経路変更器制御信号生成部）、
４８、４９…ビーム偏向器制御信号生成部
（ビーム経路変更器制御信号生成部）、
５０…キッカー制御信号生成部（ビーム経路変更器制御信号生成部）、
５１…粒子線治療装置、５４…円形加速器（加速器）、
５７…出射器制御信号生成部、５８、５８ａ、５８ｂ…粒子線照射装置、
５９…ビーム輸送系、６０…キッカー制御信号生成部
（ビーム経路変更器制御信号生成部）、６２…出射器、
６３、６４、６５、６６、６７、６８…ビーム経路制御器、
６９…キッカー制御信号生成部（ビーム経路変更器制御信号生成部）、
７４…ライン電極板、７５…裏面導体、７６…電極板、
７７、７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７７ｄ、７７ｅ、７７ｆ…導体板、
８１…荷電粒子ビーム、９５…治療管理装置、９７…電圧パルス、
１０５、１０６、１０７、１０８…ビーム偏向器制御信号生成部
（ビーム経路変更器制御信号生成部）、
１１３、１１４、１１５、１１６…ビーム経路制御器、
ｃｓｉｇａ…出射器制御信号、
ｃｓｉｇｂ…キッカー制御信号（ビーム経路変更器制御信号）、
ｃｓｉｇｃ…ビーム偏向器制御信号（ビーム経路変更器制御信号）、
ｃｓｉｇｄ…キッカー制御信号（ビーム経路変更器制御信号）、
ｃｓｉｇｅ…ビーム偏向器制御信号（ビーム経路変更器制御信号）、
ｇｓｉｇ１、ｇｓｉｇ２、ｇｓｉｇ３…呼吸ゲート信号、
ｍｓｉｇ…マスク信号、
ｓｓｉｇ、ｓｓｉｇａ…タイムシェアリング信号、
ＴＶ０…伝送基本時間、ＴＰ０…粒子移動基本時間。
【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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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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