【手続補正書】
【提出日】平成28年10月17日(2016.10.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源と、
前記イオン源で生成されるイオンを加速する加速器と、
前記加速器から出射されるイオンビームを輸送するビーム輸送系と、
前記イオンビームの照射目標への照射方向を設定する回転ガントリーと、
前記回転ガントリーに設置され、前記ビーム輸送系によって導かれる前記イオンビームを前記照射方向において前記照射目標に照射する照射装置と、および
制御装置とを備え、
前記イオン源が、お互いに重さの異なる複数種類のイオンを生成するイオン源であり、
前記制御装置が、前記照射装置のビーム軸を、前記イオンの種類ごとに異なる照射方向に合わせるように前記回転ガントリーを回転させる制御を行う制御装置であることを特徴とする荷電粒子ビームシステム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記回転ガントリーの回転制御以外に、前記イオン源から入射される前記複数種類のイオンであって前記異なる照射方向で前記照射目標に照射される前記イオンの種類ごとの、加速後の最高エネルギーでの水中飛程が、前記種類ごとに異なるように、且つ前記異なる照射方向で異なっている前記照射目標の水等価深さに到達するように前記複数種類のイオンを加速する制御を前記加速器に対して実施する制御装置である請求項１に記載の荷電粒子ビームシステム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記回転ガントリーの回転制御以外に、前記イオン源から入射される前記複数種類のイオンのうち最も重いイオンの、前記異なる照射方向のうち前記最も重いイオンに対する或る前記照射方向における加速後の最高エネルギーでの水中飛程が、前記最も重いイオン以外の他の前記イオンの、前記異なる照射方向のうち前記他のイオンに対する他の前記照射方向における最高エネルギーへの加速後での水中飛程よりも短くなるように、前記他の照射方向における前記照射目標の水等価深さが前記最も重いイオンの最長水中飛程を越えるとき、前記複数種類のイオンのうち前記最も重いイオン以外の前記他のイオンが前記照射目標に到達するように、且つ前記或る照射方向における前記照射目標の水等価深さが前記最も重いイオンの前記最長水中飛程以下のとき、前記最も重いイオンが前記照射目標に到達するように、前記複数種類のイオンを加速する制御を前記加速器に対して実施する制御装置である請求項１に記載の荷電粒子ビームシステム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記回転ガントリーの回転制御以外に、前記イオン源から入射される前記複数種類のイオンのうち最も重いイオンの、前記異なる照射方向のうち前記最も重いイオンに対する或る前記照射方向における加速後の最高エネルギーでの水中飛程が、前記最も重いイオンよりも軽い前記イオンの、前記異なる照射方向のうち前記軽いイオンに対する他の前記照射方向における最高エネルギーへの加速後での水中飛程よりも短くなるように、前記他の照射方向における前記照射目標の水等価深さが前記最も重いイオンの最長水中飛程を越えるとき、前記複数種類のイオンのうち前記軽いイオンが前記照射目標に到達するように、且つ前記或る照射方向における前記照射目標の水等価深さが前記最も重いイオンの前記最長水中飛程以下のとき、前記最も重いイオンが前記照射目標に到達するように、前記複数種類のイオンを加速する制御を前記加速器に対して実施する制御装置である請求項１に記載の荷電粒子ビームシステム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記回転ガントリーの回転制御以外に、前記イオン源から入射される前記複数種類のイオンのそれぞれの、前記異なる照射方向における加速後の最高エネルギーでの水中飛程が、イオンの重さの増加と共に減少するように、前記異なる照射方向のうち最も重いイオン以外の他の前記イオンに対する或る前記照射方向における前記照射目標の水等価深さが前記最も重いイオンの加速後の最高エネルギーでの水中飛程を越えるとき、前記他のイオンが前記照射目標に到達するように、且つ前記異なる照射方向のうち前記最も重いイオンに対する他の前記照射方向における前記照射目標の水等価深さが前記最も重いイオンの加速後の最高エネルギーでの水中飛程以下であるとき、前記最も重いイオンが前記照射目標に到達するように、前記複数種類のイオンを加速する制御を前記加速器に対して実施する制御装置である請求項１に記載の荷電粒子ビームシステム。
【請求項６】
前記制御装置は、前記照射目標を前記回転ガントリーで設定される前記異なる照射方向のそれぞれにおける深さ方向に分割して得られる複数層のそれぞれの水等価深さと前記イオンの種類ごとの最長水中飛程を比較し、前記照射目標における前記層の水等価深さに対応した水中飛程が前記最長水中飛程以下になる前記イオンの種類を選択し、前記選択した種類のイオンのエネルギーを制御してこのイオンを前記照射装置から前記照射目標に照射する制御装置である請求項２ないし５のいずれか１項に記載の荷電粒子ビームシステム。
【請求項７】
前記照射装置は、照射するイオンの前記照射装置のビーム軸に垂直な方向における照射位置および前記イオンの照射範囲を設定する走査電磁石を備え、
前記制御装置は、前記照射目標内で分割された複数の体積要素のそれぞれの、前記垂直な方向における照射位置および範囲に基づいて前記走査電磁石を制御し、前記回転ガントリーで設定される前記異なる照射方向のそれぞれにおける各体積要素の水等価深さと、前記イオンの種類ごとの最長水中飛程を比較し、各体積要素の水等価深さが前記最長水中飛程以下になる前記イオンの種類を選択し、この選択された種類のイオンを、各体積要素に照射するための水中飛程を得るエネルギーに加速し、前記体積要素ごとに予め定められる線量を照射する請求項２ないし５のいずれか１項に記載の荷電粒子ビームシステム。
【請求項８】
前記イオン源が、お互いに重さの異なる前記複数種類のイオンとして、第１イオンおよび前記第１イオンよりも重い第２イオンを生成するイオン源であり、
前記制御装置が、前記回転ガントリーの回転制御以外に、前記第１イオンを含む第１イオンビームの、前記異なる照射方向のうちの第１照射方向における前記照射目標の水等価深さが前記第２イオンを含む第２イオンビームの設定水中飛程よりも大きいとき、前記第１イオンビームの水中飛程が前記第２イオンビームの前記設定水中飛程よりも大きくなって前記第１照射方向において前記第１イオンビームが前記照射目標に到達するように、前記加速器の高周波加速装置に印加する高周波電圧の周波数を制御して前記第１イオンビームを加速する第１制御、および前記第２イオンビームの、前記異なる照射方向のうちの第２照射方向における前記照射目標の水等価深さが前記第２イオンビームの前記設定水中飛程以下であるとき、前記第２イオンビームの水中飛程が前記第２イオンビームの前記設定水中飛程以下になって前記第２照射方向において前記第２イオンビームが前記照射目標に到達するように、前記高周波加速装置に印加する前記高周波電圧の周波数を制御して前記第２イオンビームを加速する第２制御をそれぞれ実施する制御装置である請求項１に記載の荷電粒子ビームシステム。
【請求項９】
前記制御装置が、前記照射目標の水等価深さが前記第２イオンビームの前記設定水中飛程よりも大きくなる第１照射方向から、前記第１イオンを含む第１イオンビームを前記照射目標に対して照射するとき、前記照射装置からの前記第１イオンビームの前記照射方向が前記第１照射方向に合うように前記回転ガントリーを回転させる第３制御、および前記照射目標の水等価深さが前記第２イオンビームの前記設定水中飛程以下になる第２照射方向から、前記第２イオンビームを前記照射目標に対して照射するとき、前記照射装置からの前記第２イオンビームの前記照射方向が前記第２照射方向に合うように前記回転ガントリーを回転させる第４制御のそれぞれをさらに行い、前記第１制御を前記第３制御の後に行い、および前記第２制御を前記第４制御の後に行う制御装置である請求項８に記載の荷電粒子ビームシステム。
【請求項１０】
前記制御装置が、前記第１照射方向において異なる深さで分割された、前記照射目標の複数の第１層のそれぞれに前記第１イオンビームを照射するとき、前記第１照射方向においてこれらの第１層のそれぞれに前記第１イオンビームが到達するように、前記第１制御において、前記高周波加速装置に印加する前記高周波電圧の周波数を制御して前記第１イオンビームを加速し、前記第２照射方向において異なる深さで分割された、前記照射目標の複数の第２層に前記第２イオンビームを照射するとき、前記第２照射方向においてこれらの第２層のそれぞれに前記第２イオンビームが到達するように、前記第２制御において、前記高周波加速装置に印加する前記高周波電圧の周波数を制御して前記第２イオンビームを加速する制御装置である請求項８または９に記載の荷電粒子ビームシステム。
【請求項１１】
前記照射装置に取り付けられ、前記第１イオンビームおよび第２イオンビームのそれぞれを前記照射装置のビーム軸に垂直な方向に走査する走査電磁石を備え、
前記制御装置が、さらに、前記第１イオンビームが到達する前記第１層内で前記第１イオンビームを前記ビーム軸に垂直な方向に走査するとき、前記第１イオンビームが到達する前記第１層内で前記第１イオンビームを走査するように前記走査電磁石を制御し、前記第２イオンビームが到達する前記第２層内で前記第２イオンビームを前記ビーム軸に垂直な方向に走査するとき、前記第２イオンビームが到達する前記第２層内で前記第２イオンビームを走査するように前記走査電磁石を制御する制御装置である請求項１０に記載の荷電粒子ビームシステム。
【請求項１２】
前記第１イオンおよび前記第２イオンを生成する前記イオン源が、前記第１イオンを生成する第１イオン源および前記第２イオンを生成する第２イオン源を含んでいる請求項８ないし１１のいずれか１項に記載の荷電粒子ビームシステム。
【請求項１３】
前記第１イオンおよび前記第２イオンのうち前記加速器に入射する一種のイオンを切り替える切替装置を備え、
前記制御装置が、前記切替装置を切り替える第５制御を実施する請求項８ないし１１のいずれか１項に記載の荷電粒子ビームシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
（６）上記（１）、（２）、（３）、（４）の荷電粒子ビームシステムにおいて、照射装置に各種イオンを走査する走査電磁石を備える。目標内部を深さ方向および横方向に複数の要素に体積分割し、各体積分割要素の水等価深さと、各イオン種の最長水中飛程を比較し、各体積分割要素の水等価深さが最長水中飛程以下のイオン種を選択し、選択したイオン種を、水中飛程が各体積分割要素の水等価深さになるように加速し、各体積分割要素の横方向の照射位置を照射装置の走査電磁石で制御し、各体積要素に予め治療計画で定めた線量を照射する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の荷電粒子ビーム照射方法に適用される荷電粒子ビームシステムの構成図である。
【図２】図１に示された照射装置の拡大構成図である。
【図３】実施例１の荷電粒子ビーム照射方法における照射目標へのイオンビームの照射状態を示す説明図である。
【図４】図３に示された照射目標における体積分割を示す説明図である。
【図５】イオンビームが照射されたときにおける体内の深さ方向での相対線量分布の例を示す説明図である。
【図６】イオンの体内飛程とイオンの核子あたりのエネルギーの関係を示す特性図である。
【図７】イオンの体内飛程によるビームサイズの変化の例を示す説明図である。
【図８】イオンの体内飛程とイオンの磁気剛性率の関係を示す特性図である。
【図９】本発明の他の好適な実施例である実施例２の荷電粒子ビーム照射方法における照射目標へのイオンビームの照射状態を示す説明図である。
【図１０】本発明の他の好適な実施例である実施例３の荷電粒子ビーム照射方法に適用される荷電粒子ビームシステムの照射装置の構成図である。
【図１１】実施例３の荷電粒子ビーム照射方法においてイオンビームが照射される照射目標の層分割を示す説明図である。
【図１２】本発明の他の好適な実施例である実施例４の荷電粒子ビーム照射方法に適用される荷電粒子ビームシステムの構成図である。
【図１３】実施例４の荷電粒子ビーム照射方法における照射目標へのイオンビームの照射状態を示す説明図である。
【図１４】荷電粒子ビームシステムの他の実施例の構成図である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
水中でのイオンビームの飛程と患者の体表面での核子あたりの運動エネルギーの関係の例を図６に示す。例えば、陽子（Ｈ+）およびヘリウムイオン（Ｈｅ2+）は、同じ水中飛程を得るための核子あたりの運動エネルギーは同一である。しかし、ヘリウムイオンより重いイオン（例えば、炭素イオン（Ｃ6+））は、質量が大きくなるほど、水中飛程を増加させるために必要な運動エネルギーは高くなる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
一方、イオンビームは、照射装置から体内の照射目標に照射される過程において、照射装置内および体内のそれぞれの物質による側方散乱によりビームサイズが増加する。照射装置内でのイオンビームの側方散乱は、イオンビームのエネルギーが小さいほど大きい。一方、体内物質によるイオンビームの側方散乱は、水中飛程の増加とともに増加する。その結果、イオンビームのサイズの増加は、図７に示すように、体内の浅い位置で顕著となる。また、イオンビームのサイズの増加は、図７に示すように、イオンビームに含まれるイオンが重くなるほど小さくなる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
イオン源１に接続されてシャッター４Ａが設けられたビームダクト（ビーム経路）とイオン源２に接続されてシャッター４Ｂが設けられたビームダクトは、互いに合流した後、直線加速器２０に接続される。イオン源１に接続されたビームダクトとイオン源２に接続されたビームダクトの合流点に、切替電磁石３が配置される。荷電変換装置１２が、直線加速器２０とシンクロトロン加速器１３の間、具体的には、直線加速器２０と後述の入射器１１の間に配置されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
直線加速器２０は、水素分子イオンおよびヘリウムイオンのそれぞれを加速できるように構成されているが、イオンビーム１０の照射時には、２つのイオン源１および２のうち切替電磁石３により切り替えられた一方のイオン源（イオン源１またはイオン源２）から入射される水素分子イオンまたはヘリウムイオンを加速する。制御装置３３による切替電磁石３の切り替え制御によって、イオン源１および２の内の一方のイオン源から直線加速器２０にイオン（水素分子イオンまたはヘリウムイオン）の入射が制御される。直線加速器２０で加速された水素分子イオンまたはヘリウムイオンのビームは、直線加速器２０から出射されてシンクロトロン加速器１３の環状のビームダクトに入射される。直線加速器２０で水素分子イオンを加速した場合には、制御装置３３の制御により荷電変換装置１２を作動させ、荷電変換装置１２により、直線加速器２０から出射された水素分子イオンを陽子に変換する。このため、直線加速器２０から出射された水素分子イオンのビームが、荷電変換装置１２により陽子イオンビームになって入射器１１によりシンクロトロン加速器１３の環状ビームダクトに入射される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
この環状ダクトに入射されたイオンビーム１０は、高周波加速装置１７に印加する高周波電圧の周波数を高めることによって加速されて周回軌道である環状のビームダクト内を周回する。高周波電圧は、高周波加速装置１７に接続される高周波電源装置（図示せず）から印加される。高周波加速装置１７に印加する高周波電圧の周波数は、制御装置３３によって高周波電源装置を制御することによって高められる。環状ビームダクト内を周回するイオンビーム１０の加速時には、高周波加速装置１７に印加する高周波電圧の周波数を高めると共に、制御装置３３の制御により各偏向電磁石１８および各四極電磁石１９等の磁場強度を高めて、周回するイオンビーム１０のエネルギーを所定エネルギーまで加速する。加速されて周回するイオンビーム１０のエネルギーが加速終了時の最高エネルギー（前述の所定エネルギー）になったとき、制御装置３３の制御によって出射用高周波電極１５に出射用高周波電圧を印加することにより、環状ビームダクト内を周回するイオンビーム１０にこの出射用高周波電圧を印加する。イオンビーム１０に出射用高周波電圧が印加されると、このイオンビーム１０は、出射用デフレクター１６を通してビーム輸送系２１のビーム経路２２に出射される。イオンビーム１０は、ビーム経路２２を通って照射装置３０に入射され、さらに、照射装置３０から治療用ベッド２８上の患者２９のがんの患部に照射される。イオンビームが出射用デフレクター１６を通してビーム輸送系２１のビーム経路２２に出射されるときには、ビーム輸送系２１の各４極電磁石２３、偏向電磁石２４、各４極電磁石２５および偏向電磁石２６のそれぞれの磁場強度が、制御装置３３からの制御信号により、シンクロトロン加速器１３の環状ビームダクトを周回するイオンビーム１０の加速終了時における最高エネルギーになったとき調節される各偏向電磁石１８および各四極電磁石１９等の磁場強度と同じになるように、高められている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
水中飛程４ｃｍのヘリウムイオンビームを得るためには、加速後の最高エネルギーである核子あたり６９ＭｅＶのヘリウムイオンビームが周回できるように、シンクロトロン加速器１３の各偏向電磁石１８および各四極電磁石１９の磁場強度を制御装置３３からの制御信号に基づいて高められ、このヘリウムイオンビームは、制御装置３３により高周波加速装置１７に印加する高周波電圧の周波数を高めることにより、ヘリウムイオンビームのエネルギーが核子あたり６９ＭｅＶまで高められる。照射する患部の位置に到達するために必要なエネルギーまで高められる。ビーム輸送系２１の各４極電磁石２３、偏向電磁石２４、各４極電磁石２５および偏向電磁石２６のそれぞれの磁場強度も、同様に、制御装置３３により前述したように制御される。核子あたり６９ＭｅＶのエネルギーを有するヘリウムイオンビームが、シンクロトロン加速器１３からビーム輸送系２１のビーム経路２２に出射され、照射装置３０から患部に照射される。ヘリウムイオンビームの照射により、ブラッグピークが患者２９の体表面から深さ方向において水等価深さ４ｃｍの位置に形成される。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
水中飛程３０ｃｍの陽子イオンビームを得るためには、加速後の最高エネルギーである２２０ＭｅＶの陽子イオンビームが周回できるように、シンクロトロン加速器１３の各偏向電磁石１８および各四極電磁石１９の磁場強度を制御装置３３からの制御信号に基づいて高められ、この陽子イオンビームは、制御装置３３により高周波加速装置１７に印加する高周波電圧の周波数を高めることにより、陽子イオンビームのエネルギーがおよそ２２０ＭｅＶまで高められる。陽子イオンビームは、照射する患部の位置に到達するために必要なエネルギーまで高められる。ビーム輸送系２１の各４極電磁石２３、偏向電磁石２４、各４極電磁石２５および偏向電磁石２６のそれぞれの磁場強度も、同様に、制御装置３３により前述したように制御される。およそ２２０ＭｅＶのエネルギーを有する陽子イオンビームが、シンクロトロン加速器１３からビーム輸送系２１のビーム経路２２に出射され、照射装置３０から患部照射される。陽子イオンビームの照射により、ブラッグピークが患者２９の体表面から深さ方向において水等価深さ３０ｃｍの位置に形成される。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
本実施例では、図３に示すように、回転ガントリー２７の回転角度を制御装置３３により制御し、方向Ａおよび方向Ｂから患部４０に向かってイオンビームを照射する。方向Ａからのイオンビームの照射では、患部４０全体の水等価深さが患者２９の体表面から水中飛程４ｃｍ以下の３ｃｍであり、全ての体積要素４１にヘリウムイオンビームを照射する。ヘリウムイオンビームを各体積要素４１に適する水中飛程が得られる加速終了後のエネルギーまでシンクロトロン加速器１３により加速し、加速後にビーム輸送系２１のビーム経路２２に出射する。回転ガントリー２７を回転させて照射装置３０のビーム軸を方向Ａに事前に合わせておく。横方向のヘリウムイオンビームの照射位置は、照射装置３０の走査電磁石３２ａ，３２ｂによる走査により定め、計画した線量量のヘリウムイオンビームを体積要素４１に照射する。計画量のヘリウムイオンビームを照射したことを照射量モニター５２ａ，５２ｂで確認した後、ヘリウムイオンビームのその体積要素４１への照射を停止する。次に、照射する体積要素４１の水等価深さが同じ場合は、走査電磁石３２ａ，３２ｂの磁場強度を変更して次の体積要素４１にヘリウムイオンビーム照射する。体積要素４１の水等価深さが異なる場合は、ヘリウムイオンビームの加速エネルギーを、ヘリウムイオンビームの水中飛程がその水等価深さに適した値になるように、高周波加速装置１７を用いて変更し、横方向の照射位置を走査電磁石３２ａ，３２ｂの磁場で設定して該当する体積要素４１へのヘリウムイオンビームの照射を行う。このようなヘリウムイオンビームの照射を繰り返し行い、患部４０全体の体積要素４１に対してヘリウムイオンビームの所定量の照射を行う。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
方向Ａからのヘリウムイオンビームの照射を終えた後、回転ガントリー２７の回転角度を変更して、照射装置３０のビーム軸を方向Ｂに合せる。方向Ｂからのイオンビームの照射では、図３に示すように、照射目標である患部４０は、水中飛程４ｃｍより深い位置にある。このため、方向Ｂからは、全体積要素４１に対して陽子イオンビームの照射を行う。各体積要素４１への陽子イオンビームの照射手順は、方向Ａからのヘリウムイオンビームを使って照射する場合と同じである。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
照射目標である患部４０Ａは、方向Ａにおいては患者２９の体表面から水等価深さ２ｃｍ〜７ｃｍの間に位置しており、方向Ｂにおいては患者２９の体表面から水等価深さはヘリウムイオンビームの水中飛程４ｃｍよりも深い位置にある。実施例１と同様に、患部４０を複数の体積要素４１で分割して、照射装置３０のビーム軸を方向Ａに合わせて方向Ａからイオンビームの照射を行う場合には、体表面からの水等価深さが４ｃｍよりも浅い位置に存在する、患部４０の体積要素４１に対してはヘリウムイオンビームを照射し、体表面からの水等価深さが４ｃｍよりも深い位置に存在する、患部４０の体積要素４１に対しては陽子イオンビームを照射する。また、照射装置３０のビーム軸を方向Ｂに合わせて方向Ｂからイオンビームの照射を行う場合には、全ての体積要素４１が体表面からの水等価深さが１０ｃｍ以上の位置に存在するため、全ての体積要素４１に対して陽子イオンビームを照射する。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
本発明の他の好適な実施例である実施例３の荷電粒子ビーム照射方法を説明する。本実施例の荷電粒子ビーム照射方法では、実施例１で用いた荷電粒子ビームシステム５において照射装置３０を図１０に示す照射装置３０Ａに替えた荷電粒子ビームシステムが用いられる。本実施例で用いられる、照射装置３０Ａ以外における荷電粒子ビームシステムの構成は、荷電粒子ビームシステム５と同じである。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
照射装置３０Ａには、走査電磁石３２ａ，３２ｂと照射量を計測する照射量モニター５２ａ，５２ｂと横方向の照射野範囲を定めるコリメータ５３を設置する。また、照射装置３０の下部には、照射目標の深さ方向の形状に基づいて水中飛程を補償する飛程補償器５４を設置する。そのほかの構成は、図１の構成と同じである。本実施例でも、陽子とヘリウムイオンを用い、陽子は水中飛程３０ｃｍのエネルギーまで、ヘリウムは水中飛程４ｃｍのエネルギーまで加速する。シンクロトロン加速器１３から出射したイオンビームは、ビーム輸送系２１により回転ガントリー２７に設置した照射装置３０に輸送する。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
本実施例では、加速器に直線加速器２０とシンクロトロン加速器１３を使用しているが、加速器を図１４に示すように、エネルギー一定で陽子（Ｈ+）イオンビームおよびヘリウム（Ｈｅ2+）イオンビームを出射するサイクロトロン加速器５５とし、イオンビームを通過させる金属製デグレーダ５６をビーム輸送系に設置し、このデグレーダの厚さを変化させてイオンビームのエネルギーの減衰量を制御することにより、他の実施例と同様のシステムを実現できる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
陽子とヘリウムイオンを切替える時には、図１４に示す切替電磁石３の極性を変更し、サイクロトロン加速器５５の偏向電磁石５７の磁場、高周波加速装置５８の共振周波数制御および印加高周波、出射用デフレクター５９へ加える電圧を変更、制御して加速、出射する。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
荷電粒子ビームシステム５Ａは、荷電粒子発生装置６Ａ、ビーム輸送系２１、回転ガントリー２７、照射装置３０および制御装置３３を備えている。荷電粒子発生装置６Ａは、シンクロトロン加速器１３以外に、ヘリウムイオン源２（Ｈｅ2+）、炭素イオン源７（Ｃ4+）、直線加速器２０，８、炭素イオン（Ｃ4+）を炭素イオンＣ6+に荷電変換する荷電変換装置１２Ｂ、および切替電磁石３を備えている。ヘリウムイオン源２は直線加速器２０に接続され、炭素イオン源７が直線加速器８に接続される。切替電磁石３は、直線加速器２０から出射されたヘリウムイオンビームと、直線加速器８から出射された炭素イオン（Ｃ6+）ビームのシンクロトロン加速器１３の環状ビームダクトへの入射を切り替える。シンクロトロン加速器１３、ビーム輸送系２１、回転ガントリー２７および照射装置３０のそれぞれの構成は、荷電粒子ビームシステム５と同じである。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
シンクロトロン加速器１３では、ヘリウムイオンビームおよび炭素イオンビームが、高周波加速装置１７により最高エネルギー２２０ＭｅＶ／核子（磁気剛性率４．５Ｔｍ）までそれぞれ加速される。これによりヘリウムイオンビームは最長水中飛程３０ｃｍ、炭素イオンビームは最長水中飛程が１０ｃｍとなる。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
照射装置３０の照射量モニター５２ａ，５２ｂはヘリウムイオンビームおよび炭素イオンビームによるそれぞれの照射量を逐次確認する。ヘリウムイオンビーム（または炭素イオンビーム）は走査電磁石３２ａ、３２ｂにより照射目標の形状に従って、横方向に走査されて患部に照射される。患部の深さ方向には、ヘリウムイオンビーム（または炭素イオンビーム）の加速エネルギーを変更して、ブラッグピーク深さと各イオンビームの水中飛程を変更する。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
照射方向Ａからの照射では、患部４０Ｂ全体の水等価深さが１０ｃｍ以上であり、全体積要素４１にヘリウムイオンビームを照射する。各体積要素４１への照射に必要なヘリウムイオンビームのエネルギーとその照射量をあらかじめ治療計画で定めておく。予め治療計画で定めた角度に回転ガントリー２７を設定し、ヘリウムイオンビームを各体積要素４１の水等価深さに適する水中飛程を得るエネルギーまで加速する。横方向の照射位置は、照射装置３０の走査電磁石３２ａ，３２ｂで定め、計画した量のヘリウムイオンビームを照射する。計画量のヘリウムイオンビームを照射した後、ヘリウムイオンビームの照射を停止し、次に照射する体積要素４１の水等価深さが同じ場合は、走査電磁石３２ａ，３２ｂの強度を変更して照射し、体積要素４１の位置の水等価深さが異なる場合は、ヘリウムイオンビームの加速エネルギーを変更し、横方向の照射位置を走査電磁石３２ａ，３２ｂで設定して、照射を繰り返し行い、目標全体積への照射を行う。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
上記実施例では、水等価深さ深さが１０ｃｍ以下の場合、いずれの体積要素４１についても炭素イオンビームを照射するが、水等価深さが１０ｃｍ以下の場合にも、各体積要素４１をヘリウムイオンビームと炭素イオンビームそれぞれで照射することも可能である。これにより、高い線量集中性や線量分布制御性を得て、かつ、照射時間を抑えることが可能である。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】
本実施例では、加速器に直線加速器２０とシンクロトロン加速器１３を使用するが、加速器を図１４に示すように、サイクロトロン加速器５５、イオン源はヘリウムイオン源（Ｈｅ2+）と炭素イオン源（Ｃ6+）を使用して各イオンをエネルギー２２０ＭｅＶ／核子まで加速し、それぞれイオンビームを通過させる金属製デグレーダ５６をビーム輸送系２１に設置し、このデグレーダ５６の厚さを変化させてイオンビームのエネルギーの減衰量を制御することにより、他の実施例と同様のシステムを実現できる。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
ヘリウムイオンビームと炭素イオンビームを切替える時には、図１４に示す切替電磁石
３の極性を変更し、サイクロトロン加速器５５の高周波加速装置５８の共振周波数、印加高周波を制御装置３３により制御して加速する。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2015084886.tif 000001