(57)【要約】【課題】治療中の患者の負担を低減することができる荷電粒子線治療装置、及び荷電粒子線の制御方法を提供する。【解決手段】荷電粒子線治療装置１では、制御部３０が記憶している一回の治療における制御パターンでは、照射ノズル１２による荷電粒子線を中断する照射中断時間の合計（ここでは、切り替え工程に対する照射中断時間ｔ２の合計）が、照射ノズル１２によって荷電粒子線が照射される照射時間の合計（照射時間ｔ１の合計）よりも短く設定されている。このように、一回の治療中の照射中断時間の合計を照射時間の合計よりも短く設定することによって、一回の治療全体に要する時間を短縮することができる。従って、荷電粒子線治療装置１は、患者が一回息止めをしている間に治療を完了することができ、治療中の患者の負担を低減することができる。【選択図】図１
2015181655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器と、
スキャニング法によって前記荷電粒子線を被照射体へ照射する照射部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、一回の治療における装置の制御パターンを記憶し、
前記制御パターンでは、前記照射部による前記荷電粒子線を中断する照射中断時間が設定されると共に、前記照射部によって前記荷電粒子線が照射される照射時間が設定され、
一回の治療中における前記照射中断時間の合計は、一回の治療中における前記照射時間の合計よりも短く設定されている、荷電粒子線治療装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記被照射体に設定される一の層に対して前記荷電粒子線を照射する照射工程と、照射対象を次の層へ切り替える切り替え工程と、を交互に繰り返し実行し、
前記制御パターンでは、
それぞれの前記照射工程に対して前記照射時間が設定されると共に、それぞれの前記切り替え工程に対して前記照射中断時間が設定され、
それぞれの前記照射工程に対する前記照射時間と、それぞれの前記切り替え工程に対する前記照射中断時間とは連続して設定されている、請求項１に記載の荷電粒子線治療装置。
【請求項３】
前記照射部は、前記被照射体に設定される全ての層に対する照射を１０秒以内に完了可能である、請求項１又は２に記載の荷電粒子線治療装置。
【請求項４】
スキャニング法によって荷電粒子線を被照射体へ照射する照射部と、制御部と、を備える荷電粒子線治療装置の制御方法であって、
前記制御部が、一回の治療における装置の制御パターンに基づいて前記荷電粒子線の照射を制御し、
前記制御パターンでは、前記照射部による前記荷電粒子線を中断する照射中断時間が設定されると共に、前記照射部によって前記荷電粒子線が照射される照射時間が設定され、
一回の治療中における前記照射中断時間の合計は、一回の治療中における前記照射時間の合計よりも短く設定されている、荷電粒子線治療装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線治療装置、及び荷電粒子線治療装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被照射体に荷電粒子線を照射することによって治療を行う荷電粒子線治療装置として、例えば、特許文献１に記載されたスキャニング式の荷電粒子線治療装置が知られている。特許文献１には、被照射体に対して設定された一の層に所定のスキャニングパターンに従って荷電粒子線を照射し、一の層に対する荷電粒子線の照射が完了すると、荷電粒子線のエネルギーを変更し、次の層に対して荷電粒子線の照射を行う荷電粒子線治療装置が記載されている。特許文献１の荷電粒子線治療装置は、患者の呼吸等による被照射体の動きに合わせて荷電粒子線の照射を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１３０８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のように患者の呼吸に同期させて荷電粒子線を制御する場合、制御が複雑になってしまうという問題がある。一方、照射タイミングを呼吸に同期させる制御を行わない場合、患者が呼吸を止めている間に荷電粒子線を照射することが考えられる。しかし、荷電粒子線の照射及び被照射体の層の切り替えに要する時間が長く、患者の一回の息止め中に治療を完了することができないため、次のような制御を行う必要がある。すなわち、患者が息止めをしている間に荷電粒子線の照射及び層の切り替えを行い、照射を中断して患者が一旦呼吸をすると共に姿勢調整を行い、再び息止めをしている間に荷電粒子線の照射を行うという工程を繰り返す必要がある。このような制御を行う場合、患者が何度も息止めを行わなければならず、患者への負担が大きくなる。従って、荷電粒子線治療装置で治療を行っている間の患者への負担を低減することが求められていた。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、治療中の患者の負担を低減することができる荷電粒子線治療装置、及び荷電粒子線の制御方法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】
【０００６】
本発明に係る荷電粒子線治療装置は、荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器と、スキャニング法によって荷電粒子線を被照射体へ照射する照射部と、制御部と、を備え、制御部は、一回の治療における装置の制御パターンを記憶し、制御パターンでは、照射部による荷電粒子線を中断する照射中断時間が設定されると共に、照射部によって荷電粒子線が照射される照射時間が設定され、一回の治療中における照射中断時間の合計は、一回の治療中における照射時間の合計よりも短く設定されている。
【０００７】
ここで、本発明者らは、鋭意研究の結果、一回の治療中における照射中断時間を短くすることによって治療全体の時間を短縮することが出来ることを見出した。従って、本発明に係る荷電粒子線治療装置において、制御部が記憶している一回の治療における制御パターンでは、照射部による荷電粒子線を中断する照射中断時間の合計が、照射部によって荷電粒子線が照射される照射時間の合計よりも短く設定されている。このように、一回の治療中における照射中断時間の合計を照射時間の合計よりも短く設定することによって、一回の治療全体に要する時間を短縮することができる。このように、一回の治療の時間を短縮すると、荷電粒子線治療装置は、患者が一回息止めをしている間に治療を完了することができるため、治療中の患者の負担を低減することができる。
【０００８】
また、本発明に係る荷電粒子線治療装置において、制御部は、被照射体に設定される一の層に対して荷電粒子線を照射する照射工程と、照射対象を次の層へ切り替える切り替え工程と、を交互に繰り返し実行し、制御パターンでは、それぞれの照射工程に対して照射時間が設定されると共に、それぞれの切り替え工程に対して照射中断時間が設定され、それぞれの照射工程に対する照射時間と、それぞれの切り替え工程に対する照射中断時間とは連続して設定されている。このように、制御パターンでは、照射工程に対して設定された照射時間と、切り替え工程に対して設定された照射中断時間とが、交互に連続して設定されている。すなわち、各工程の途中に患者が呼吸を整えるための時間を確保することなく、層の切り替えが完了したら直ちに次の層への照射を行うことにより、治療時間を短縮することができる。
【０００９】
また、本発明に係る荷電粒子線治療装置において、照射部は、被照射体に設定される全ての層に対する照射を１０秒以内に完了可能であってよい。これによって、患者が一回息止めをしている間に治療を完了することができ、治療中の患者の負担を低減することができる。
【００１０】
本発明に係る荷電粒子線治療装置の制御方法は、スキャニング法によって荷電粒子線を被照射体へ照射する照射部と、制御部と、を備える荷電粒子線治療装置の制御方法であって、制御部が、一回の治療における装置の制御パターンに基づいて荷電粒子線の照射を制御し、制御パターンでは、照射部による荷電粒子線を中断する照射中断時間が設定されると共に、照射部によって荷電粒子線が照射される照射時間が設定され、一回の治療中における照射中断時間の合計は、一回の治療中における照射時間の合計よりも短く設定されている。
【００１１】
本発明に係る荷電粒子線治療装置の制御方法によれば、上述の荷電粒子線治療装置と同様の作用・効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、治療中の患者の負担を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明に係る荷電粒子線照射装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】図２は、制御部の機能を示すブロック構成図である。
【図３】図３は、パラメータ準備段階の処理内容を示すフローチャートである。
【図４】図４は、層切り替え時の処理内容を示すフローチャートである。
【図５】図５は、パラメータ設定、及び、荷電粒子線の照射イメージを示す図である。
【図６】図６（ａ）は実施形態に係る荷電粒子線照射装置における制御パターンを示す概念図であり、図６（ｂ）は比較例に係る荷電粒子線照射装置における制御パターンを示す概念図である。
【図７】図７は、実施例及び比較例に係る照射時間と照射中断時間との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明に係る荷電粒子線照射装置の一実施形態を示す概略図である。
【図９】図９は、制御部及び電磁石周辺の構成を示すブロック構成図である。
【図１０】図１０は、電磁石電源及び半導体周辺の回路構成を示す構成図である。
【図１１】図１１は、電磁石へ流す電流と半導体の抵抗の関係を示す概念図である。
【図１２】図１２は、荷電粒子線治療装置の制御部で実行される処理な内容を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、電磁石へ流す電流と半導体の抵抗の関係を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、「上流」「下流」の語は、出射する荷電粒子線の上流（加速器側）、下流（患者側）をそれぞれ意味している。
【００１５】
図１に示すように、荷電粒子線治療装置１は、放射線療法によるがん治療等に利用される装置であり、荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器１１と、荷電粒子線を被照射体へ照射する照射ノズル１２（照射部）と、加速器１１から出射された荷電粒子線を照射ノズル１２へ輸送するビーム輸送ライン１３（輸送ライン）と、ビーム輸送ライン１３に設けられ、荷電粒子線のエネルギーを低下させて荷電粒子線の飛程を調整するデグレーダ（エネルギー調整部）１８と、ビーム輸送ライン１３に設けられた複数の電磁石２５と、複数の電磁石２５のそれぞれに対応して設けられた電磁石電源２７と、荷電粒子線治療装置１全体を制御する制御部３０と、を備えている。本実施形態では、加速器１１としてサイクロトロンを採用するが、これに限定されず、荷電粒子線を発生させるその他の発生源、例えば、シンクロトン、シンクロサイクロトン、ライナック等であってもよい。
【００１６】
荷電粒子線治療装置１では、治療台２２上の患者Ｐの腫瘍（被照射体）に対して加速器１１から出射された荷電粒子線の照射が行われる。荷電粒子線は電荷をもった粒子を高速に加速したものであり、例えば陽子線、重粒子（重イオン）線等がある。本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１は、いわゆるスキャニング法により荷電粒子線の照射を行うものであり、被照射体を深さ方向に仮想的に分割（スライス）し、スライス平面（層）毎に、層上の照射範囲に対して、荷電粒子線の照射を行う（例えば図５参照）。
【００１７】
なお、スキャニング法による照射方式として、例えばスポット式スキャニング照射、及び、ラスター式スキャニング照射がある。スポット式スキャニング照射は、照射範囲である、一のスポットへの照射が完了すると、一度ビーム（荷電粒子線）照射を止め、次のスポットへの照射準備が整った後に次のスポットへの照射を行う方式である。これに対し、ラスター式スキャニング照射は、同一層の照射範囲については、照射を途中で止めることなく、連続的にビーム照射を行う方式である。このように、ラスター式スキャニング照射は、同一層の照射範囲については連続的にビーム照射が行われるものであるため、スポット式スキャニング照射と異なり、照射範囲は複数のスポットから構成されるものではない。以下では、スポット式スキャニング照射により照射を行う例を説明することとし、同一層上の照射範囲は複数のスポットからなることとして説明するが、これに限定されず、ラスター式スキャニング照射により照射を行う場合には、上述したように照射範囲はスポットから構成されるものではなくてもよい。
【００１８】
照射ノズル１２は、治療台２２の周りを３６０度回転可能な回転ガントリ２３の内側に取り付けられており、回転ガントリ２３によって任意の回転位置に移動可能とされている。照射ノズル１２には、収束電磁石１９（詳細は後述）、スキャニング電磁石２１、真空ダクト２８が含まれている。スキャニング電磁石２１は、照射ノズル１２の中に設けられている。スキャニング電磁石２１は、荷電粒子線の照射方向と交差する面においてＸ方向へ荷電粒子線を走査するＸ方向走査電磁石と、荷電粒子線の照射方向と交差する面においてＸ方向と交差するＹ方向へ荷電粒子線を走査するＹ方向走査電磁石と、を有している。また、スキャニング電磁石２１により走査された荷電粒子線はＸ方向及び／又はＹ方向へ偏向されるため、スキャニング電磁石よりも下流側の真空ダクト２８は、その径が下流側ほど拡大されている。
【００１９】
ビーム輸送ライン１３は、荷電粒子線が通る真空ダクト１４を有している。真空ダクト１４の内部は真空状態に維持されており、輸送中の荷電粒子線を構成する荷電粒子が空気等により散乱することを抑制している。
【００２０】
また、ビーム輸送ライン１３は、加速器１１から出射された所定のエネルギー幅を有する荷電粒子線から所定のエネルギー幅よりも狭いエネルギー幅の荷電粒子線を選択的に取り出すＥＳＳ（Energy Selection System）１５と、ＥＳＳ１５によって選択されたエネルギー幅を有する荷電粒子線を、エネルギーが維持された状態で輸送するＢＴＳ（Beam Transport System）１６と、ＢＴＳ１６から回転ガントリ２３に向けて荷電粒子線を輸送するＧＴＳ（Gantry Transport System）１７と、を有している。
【００２１】
デグレーダ１８は、通過する荷電粒子線のエネルギーを低下させて当該荷電粒子線の飛程を調整する。患者の体表から被照射体である腫瘍までの深さは患者ごとに異なるため、荷電粒子線を患者に照射する際には、荷電粒子線の到達深さである飛程を調整する必要がある。デグレーダ１８は、加速器１１から一定のエネルギーで出射された荷電粒子線のエネルギーを調整することにより、患者体内の所定の深さにある被照射体に荷電粒子線が適切に到達するように調整する。このようなデグレーダ１８による荷電粒子線のエネルギー調整は、被照射体をスライスした層毎に行われる。
【００２２】
電磁石２５は、ビーム輸送ライン１３に複数設けられるものであり、磁場によってビーム輸送ライン１３で荷電粒子線を輸送することができるように、当該荷電粒子線の調整を行うものである。電磁石２５として、輸送中の荷電粒子線のビーム径を収束させる収束電磁石１９、及び荷電粒子線を偏向させる偏向電磁石２０が採用される。なお、以下では収束電磁石１９及び偏向電磁石２０を区別せずに電磁石２５と記載する場合がある。また、電磁石２５は、少なくともビーム輸送ライン１３のうちデグレーダ１８よりも下流側に複数設けられる。ただし、本実施形態では、電磁石２５は、デグレーダ１８よりも上流側にも設けられる。ここでは、電磁石２５として収束電磁石１９が、デグレーダ１８によるエネルギー調整前の荷電粒子線のビーム径を収束させるために、デグレーダ１８の上流側にも設けられている。電磁石２５の総数は、ビーム輸送ライン１３の長さ等により柔軟に変更が可能であり、例えば、１０〜４０程度の数とされる。なお、図１中には電磁石電源２７が一部のみ記載されているが、実際には、電磁石２５の数と同数、設けられている。
【００２３】
デグレーダ１８及び電磁石２５のビーム輸送ライン１３中における位置は特に限定されないが、本実施形態では、ＥＳＳ１５には、デグレーダ１８、収束電磁石１９、及び偏向電磁石２０が設けられている。また、ＢＴＳ１６には収束電磁石１９が設けられており、ＧＴＳ１７には収束電磁石１９及び偏向電磁石２０が設けられている。なお、デグレーダ１８は、上述したように加速器１１と回転ガントリ２３との間であるＥＳＳ１５に設けられており、より詳細には、ＥＳＳ１５のうち回転ガントリ２３よりも加速器１１側（上流側）に設けられている。
【００２４】
電磁石電源２７は、対応する電磁石２５に電流を供給することによって電磁石２５の磁界を生じさせる。電磁石電源２７は、対応する電磁石２５に供給する電流を調整することにより、対応する電磁石２５の磁場の強さを設定可能である。電磁石電源２７は、制御部３０からの信号に応じて電磁石２５に供給する電流を調整している（詳細は後述）。電磁石電源２７は、各電磁石２５それぞれに一対一で対応するように設けられている。すなわち、電磁石電源２７は、電磁石２５の数と同数、設けられている。
【００２５】
被照射体の各層の深さと電磁石２５に供給される電流との関係は以下のとおりである。すなわち、各層の深さから、各層に荷電粒子線を照射するために必要な荷電粒子線のエネルギーが決まり、デグレーダ１８によるエネルギー調整量が決まる。ここで、荷電粒子線のエネルギーが変わると、当該荷電粒子線を偏向・収束するために必要な磁場の強さも変わることとなる。従って、電磁石２５の磁場の強さがデグレーダ１８によるエネルギー調整量に応じた強さとなるように、電磁石２５に供給される電流が決まる。
【００２６】
次に、図２も参照しながら制御部３０及び電磁石電源２７の詳細について説明する。なお、図２中では電磁石電源２７は３個のみ記載されているが、実際には荷電粒子線治療装置１に設けられた電磁石２５の数だけ、対応する電磁石電源２７が設けられている。また、図２中には電磁石２５が記載されていないが、実際には電磁石電源２７と電気的に接続された電磁石２５が設けられている。
【００２７】
制御部３０は、加速器１１から出射された荷電粒子線の被照射体への照射を制御する。制御部３０は、メイン制御部３１と、ビーム制御部３２と、ＥＳＳ制御部３３と、ＢＴＳ制御部３４と、ＧＴＳ制御部３５と、スキャニング制御部３６と、レイヤ制御部３７と、を有している。
【００２８】
メイン制御部３１は、ビーム制御部３２及びスキャニング制御部３６を制御する。具体的には、メイン制御部３１は、ビーム制御部３２及びスキャニング制御部３６に対して処理開始信号を送信することにより処理を開始させ、処理終了信号を送信することにより処理を終了させる。
【００２９】
ビーム制御部３２は、荷電粒子線が被照射体へ照射可能となるよう、各機能を制御するものである。具体的には、ビーム制御部３２は、メイン制御部３１からの処理開始信号に応じて、サイクロトン制御部（図示せず）に対して処理開始信号を送信し、加速器１１に荷電粒子線の出射を行わせる。また、ビーム制御部３２は、メイン制御部３１からの処理開始信号に応じて、ＥＳＳ制御部３３、ＢＴＳ制御部３４、及びＧＴＳ制御部３５に対して処理開始信号を送信する。
【００３０】
ＥＳＳ制御部３３は、ビーム制御部３２からの処理開始信号に応じて、ＥＳＳ１５に設けられた電磁石２５に対応する電磁石電源２７の電源を入れる。同様に、ＢＴＳ制御部３４は、ビーム制御部３２からの処理開始信号に応じて、ＢＴＳ１６に設けられた電磁石２５に対応する電磁石電源２７の電源を入れる。同様にＧＴＳ制御部３５は、ビーム制御部３２からの処理開始信号に応じて、ＧＴＳ１７に設けられた電磁石２５に対応する電磁石電源２７の電源を入れる。このような、ビーム制御部３２による加速器１１の制御、及び、ＥＳＳ制御部３３、ＢＴＳ制御部３４、及びＧＴＳ制御部３５による電磁石電源２７の制御によって、加速器１１から出射された荷電粒子線を被照射体へ照射することが可能な状態となり、その後に、スキャニング制御部３６による制御が行われる。
【００３１】
スキャニング制御部３６は、被照射体への荷電粒子線のスキャニング（走査）を制御するものである。スキャニング制御部３６は、メイン制御部３１からの処理開始信号に応じて、スキャニング電磁石２１に対して照射開始信号を送信し、スキャニング電磁石２１に同一層上の複数の照射スポットへの照射を行わせる。各層における照射スポットに関する情報は、予めスキャニング制御部３６に記憶されている。また、スキャニング制御部３６は、スキャニング電磁石２１による、一の層の全スポットへの照射が完了すると、レイヤ制御部３７に対して層切り替え信号を送信する。該層切り替え信号には切り替え後の層を特定する情報（例えば２層目、等）が含まれている。
【００３２】
スキャニング制御部３６の制御に応じたスキャニング電磁石２１の荷電粒子線照射イメージについて、図５（ｂ）及び（ｃ）を参照して説明する。図５（ｂ）は、深さ方向において複数の層に仮想的にスライスされた被照射体を、図５（ｃ）は、荷電粒子線の照射方向から見た一の層における荷電粒子線の走査イメージを、それぞれ示している。
【００３３】
図５（ｂ）に示すように、被照射体は深さ方向において複数の層に仮想的にスライスされており、本例では、深い（荷電粒子線の照射ビームＢの飛程が長い）層から順に、層Ｌ１、層Ｌ２、…層Ｌｎ−１、層Ｌｎ、層Ｌｎ＋１、…層ＬＮ−１、層ＬＮとＮ層に仮想的にスライスされている。また、図５（ｃ）に示すように、照射ビームＢは、ビーム軌道ＴＬを描きながら層Ｌｎの複数の照射スポットに対して照射される。すなわち、スキャニング制御部３６に制御された照射ノズル１２は、ビーム軌道ＴＬ上を移動する。
【００３４】
図２に戻り、レイヤ制御部３７は、スキャニング制御部３６からの層切り替え信号に応じて、層切り替え関連処理を行う。層切り替え関連処理とは、デグレーダ１８のエネルギー調整量を変更するデグレーダ設定処理、及び、電磁石２５のパラメータをデグレーダ設定処理後のデグレーダ１８のエネルギー調整量に応じたものとする電磁石設定処理である。電磁石２５のパラメータとは、電磁石２５に供給する電流の目標値である。
【００３５】
ここで、荷電粒子線治療では、ある患者の治療を行うにあたり、その患者へどのように荷電粒子線を照射するかが計画される（治療計画）。当該治療計画時に決定した治療計画データは、治療が行われる前に治療計画装置（図示せず）から制御部３０のレイヤ制御部３７に送信され、レイヤ制御部３７において記憶される。当該治療計画データには、被照射体の各層に荷電粒子線を照射するためのデグレーダ１８のエネルギー調整量、及び、デグレーダ１８のエネルギー調整量に応じた全ての層に照射するための電磁石２５のパラメータ等が含まれている。
【００３６】
レイヤ制御部３７は、層切り替え関連処理として、まずデグレーダ設定処理を行う。レイヤ制御部３７には、上述したように、予め、被照射体の各層に荷電粒子線を照射するための、デグレーダ１８のエネルギー調整量が記憶されている。そして、レイヤ制御部３７は、スキャニング制御部３６からの層切り替え信号に応じて、デグレーダ１８のエネルギー調整量を、切り替え後の層に応じた値に設定する。
【００３７】
レイヤ制御部３７は、デグレーダ設定処理後に電磁石設定処理を行う。具体的には、レイヤ制御部３７は、各電磁石電源２７に対して層切り替え信号を一斉に送信することにより、電磁石２５のパラメータをデグレーダ設定処理後のデグレーダ１８のエネルギー調整量に応じたものとする。ここで、レイヤ制御部３７が電磁石電源２７に送信する層切り替え信号は、単に、切り替え後の層を特定する情報が含まれたものであり、切り替え後の層に対応する電磁石２５のパラメータ（デグレーダ設定処理後のデグレーダ１８のエネルギー調整量に応じた電磁石２５のパラメータ）が含まれるものではない。電磁石２５のパラメータ変更は、電磁石電源２７により行われる。その前提として、レイヤ制御部３７は、上述した治療計画データのうち、デグレーダ１８のエネルギー調整量に応じた全ての層に照射するための電磁石２５のパラメータを、照射が開始される前（層への照射（切り替え）直前ではなく、治療が開始される前）に電磁石電源２７に送信している。
【００３８】
電磁石電源２７は、レイヤ制御部３７から受信した層切り替え信号に応じて、切り替え後の層に対応する電磁石２５のパラメータ（デグレーダ設定処理後のデグレーダ１８のエネルギー調整量に応じた電磁石２５のパラメータ）を設定する。具体的には、電磁石電源２７は、各層に対応する電磁石２５のパラメータを記憶する記憶部２７ａを有しており、レイヤ制御部３７から層切り替え信号を受信した際に、該層切り替え信号に含まれる切り替え後の層に対応するパラメータを設定する。これにより、切り替え後の層に対応した電流が電磁石２５に供給される。
【００３９】
電磁石電源２７によるパラメータ設定について、図５（ａ）を参照して説明する。図５（ａ）に示すように、すべての電磁石電源２７には、被照射体の各層、具体的には層Ｌ１〜層ＬＮ（図５（ｂ）参照）に対応する電磁石２５のパラメータＤ１〜ＤＮが記憶されている。そして、電磁石電源２７は、レイヤ制御部３７から送信された層切り替え信号ＳＧに含まれる切り替え後の層を特定する情報（Ｌ＝ｎ）に応じて、パラメータＤｎを設定する。
【００４０】
なお、レイヤ制御部３７は、層切り替え信号を電磁石電源２７に送信した後所定の時間（例えば５０ｍｓｅｃ〜２００ｍｓｅｃ）経過後に、電磁石電源２７のパラメータ設定が完了したと判断し、スキャニング制御部３６に切り替え完了信号を送信する。そして、スキャニング制御部３６は、該切り替え完了信号に応じて、スキャニング電磁石２１に対して照射開始信号を送信する。
【００４１】
次に、図３を参照して、電磁石電源２７の記憶部２７ａに電磁石２５のパラメータを準備（格納）する処理について説明する。
【００４２】
まず、レイヤ制御部３７により、治療計画装置からスキャニングデータテーブルが読み込まれる（Ｓ１０１）。層毎の電磁石２５のパラメータは、被照射体に応じた荷電粒子線のエネルギーが考慮され、事前に設定されたものである。
【００４３】
つづいて、レイヤ制御部３７により、電磁石２５のパラメータについて、電磁石電源２７に対する送信情報として選択される（Ｓ１０２）。なお、電磁石２５のパラメータは、層毎に管理されている。
【００４４】
つづいて、レイヤ制御部３７により、電磁石２５のパラメータが電磁石電源２７に送信される（Ｓ１０３）。パラメータは、例えば、全層の電磁石２５のパラメータがひとまとめにされ、各電磁石電源２７に対して順次送信される。
【００４５】
最後に、電磁石電源２７の記憶部２７ａに、レイヤ制御部３７から送信された全層の電磁石２５のパラメータが格納され、記憶される。以上が、記憶部２７ａに電磁石２５のパラメータを格納する処理である。当該格納処理が完了すると、層切り替え時において、レイヤ制御部３７と電磁石電源２７とが連携した電磁石２５のパラメータ設定処理が可能となる。
【００４６】
次に、図４及び図５を参照して、層切り替え時におけるパラメータ設定処理について説明する。なお、当該処理を行う前提として、電磁石電源２７の記憶部２７ａに電磁石２５のパラメータが準備（格納）されるとともに、ビーム制御部３２による加速器１１の制御、及び、ＥＳＳ制御部３３、ＢＴＳ制御部３４、及びＧＴＳ制御部３５による電磁石電源２７の制御によって、加速器１１から出射された荷電粒子線を被照射体へ照射可能となっている必要がある。
【００４７】
図５（ｂ）に示す被照射体の層Ｌ１〜層ＬＮに対して、荷電粒子線を照射する例で説明する。以下に示す処理の前提として、被照射体の最も深い層である層Ｌ１に荷電粒子線を照射するための設定が行われている。具体的には、電磁石電源２７により、層Ｌ１に対応する電磁石２５のパラメータＤ１が設定されている。
【００４８】
まず、スキャニング制御部３６からの照射開始信号に基づいて、スキャニング電磁石２１により、被照射体の層Ｌ１の全照射スポットへ荷電粒子線が照射される（Ｓ２０１）。当該層Ｌ１の全照射スポットへの照射が完了すると、スキャニング制御部３６により、レイヤ制御部３７に対して層切り替え信号ＳＧが送信される（Ｓ２０２）。なお、該層切り替え信号ＳＧには切り替え後の層Ｌ２を特定する情報（Ｌ＝２）が含まれている。
【００４９】
つづいて、レイヤ制御部３７により、スキャニング制御部３６からの層切り替え信号ＳＧに基づいて、デグレーダ１８のエネルギー調整量変更が行われる（Ｓ２０３）。具体的には、レイヤ制御部３７により、層切り替え信号ＳＧに含まれる切り替え後の層Ｌ２を特定する情報（Ｌ＝２）と、予め記憶された、被照射体の各層に荷電粒子線を照射するためのデグレーダ１８のエネルギー調整量に関する情報とに基づいて、デグレーダ１８のエネルギー調整量が、切り替え後の層Ｌ２に応じた値に変更される。
【００５０】
つづいて、レイヤ制御部３７により、各電磁石電源２７に対して層切り替え信号ＳＧが送信される（Ｓ２０４）。なお、レイヤ制御部３７が電磁石電源２７に送信する層切り替え信号ＳＧは、単に、切り替え後の層Ｌ２を特定する情報（Ｌ＝２）が含まれたものであり、切り替え後の層Ｌ２に対応する電磁石２５のパラメータＤ２（デグレーダ設定処理後のデグレーダ１８のエネルギー調整量に応じた電磁石２５のパラメータＤ２）が含まれるものではない。
【００５１】
つづいて、電磁石電源２７により、レイヤ制御部３７からの層切り替え信号ＳＧに基づいて、切り替え後の層Ｌ２に対応する電磁石２５のパラメータＤ２（デグレーダ設定処理後のデグレーダ１８のエネルギー調整量に応じた電磁石２５のパラメータＤ２）が設定される（Ｓ２０５）。これにより、切り替え後の層Ｌ２に対応した電流が電磁石２５に供給され、切り替え後の層Ｌ２に対して、荷電粒子線の適切な照射が可能となる。
【００５２】
最後に、レイヤ制御部３７によりスキャニング制御部３６に対して切り替え完了信号が送信される（Ｓ２０６）。以上が、層切り替え時におけるパラメータ設定処理である。レイヤ制御部３７による切り替え完了信号の送信を契機として、スキャニング制御部３６はスキャニング電磁石２１に対して照射開始信号を送信する。このようなＳ２０１〜Ｓ２０６の処理が繰り替えされることにより、各層へ切り替える際のパラメータ設定処理が行われる。すなわち、例えば、層Ｌｎ−１から層Ｌｎに切り替える際にも上述したＳ２０１〜Ｓ２０６の処理が行われることにより切り替え後の層Ｌｎのパラメータ設定が行われる。そして、最後に、層ＬＮに対するＳ２０１の処理（全スポットへ照射）が完了すると、スキャニング制御部３６により、被照射体の全層への照射が完了した旨の照射完了信号がメイン制御部３１に送信され、該当の患者に対する放射線治療が完了する。
【００５３】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１では、荷電粒子線を照射する被照射体の層の切り替え時において、レイヤ制御部３７から電磁石電源２７に対して、切り替え後の層を特定する情報が含まれた層切り替え信号が送信される。
【００５４】
荷電粒子線治療装置において被照射体の層を切り替える際には、荷電粒子線のエネルギーを切り替え後の層に応じたものに変更するとともに、当該エネルギー変更後の荷電粒子線を切り替え後の層に適切に照射すべく、電磁石のパラメータ（電磁石に供給される電流等）を変更する必要がある。従来、被照射体の層を切り替える際には、電磁石電源を制御する装置から各電磁石電源に対して、対応する電磁石の切り替え後の層に関するパラメータを都度送信していた。電磁石のパラメータは電磁石毎にそれぞれ異なる値であり、また、パラメータには電磁石に供給する電流等の複数の情報が含まれているため、電磁石電源を制御する装置と各電磁石電源とのデータ通信には時間を要していた（例えば１秒程度）。これにより層の切り替えに時間がかかっていた。
【００５５】
この点、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１では、電磁石電源２７が、被照射体における層毎の電磁石２５のパラメータを記憶する記憶部２７ａを有している。そして、上述したように、層の切り替え時においては、レイヤ制御部３７が、電磁石電源２７に対して切り替え後の層を特定する情報が含まれた層切り替え信号を送信する。そのため、電磁石電源２７では、レイヤ制御部３７から送信された層切り替え信号に基づいて、記憶部２７ａが記憶する切り替え後の層の電磁石２５のパラメータを設定することができる。このように、電磁石電源２７の記憶部２７ａに各層の電磁石２５のパラメータを記憶させておくことで、層の切り替え時において、電磁石電源を制御する装置（レイヤ制御部３７）から電磁石電源２７に対して各層のパラメータ自体を送信する必要がなく、単に切り替えのタイミングを知らせる信号（切り替え後の層を特定する情報が含まれた層切り替え信号）を送信すればよい。このことで、レイヤ制御部３７と各電磁石電源２７とのデータ通信時間を大幅に短縮（例えば１０ｍｓｅｃ）できる。これによって、層の切り替え時間を短縮し照射時間を短縮することができる。
【００５６】
また、上述したように、レイヤ制御部３７から電磁石電源２７に対して送信される層切り替え信号には層を特定する情報が含まれている。そして、電磁石電源２７は、層切り替え信号に含まれる層を特定する情報と、記憶部２７ａが記憶する各層に対応する電磁石２５のパラメータとから、特定された層に対応する電磁石２５のパラメータを設定する。このように、層切り替え信号に層を特定する情報が含まれていることにより、電磁石電源２７は切り替え後に設定する層のパラメータを一意に特定することができ、層の切り替え処理が容易になる。
【００５７】
また、被照射体の周りを回転可能な回転ガントリ２３に照射ノズル１２が取り付けられていることにより、被照射体に対して、荷電粒子線を多方向から照射できる。これにより、被照射体への荷電粒子線の照射をより効果的に行うことができる。
【００５８】
また、デグレーダ１８が、加速器１１と回転ガントリ２３との間に設けられていることにより、加速器１１から出射された荷電粒子線を、被照射体への照射前に確実にエネルギー調整することができる。
【００５９】
ここで、デグレーダ１８は、荷電粒子線を受けて当該荷電粒子線のエネルギ―を低下させるものであり、高度に放射化してガンマ線や中性子線を発するものであるところ、仮にデグレーダ１８が回転ガントリ２３側（すなわち被照射体側）に近づけて配置された場合には、被照射体側において照射に係る構成内の放射線量が高くなるおそれがある。この点、デグレーダ１８は、回転ガントリ２３よりも加速器１１に近い位置に設けられ、被照射体から十分に離間した位置においてエネルギーの調整を行うものであるため、被照射体側において照射に係る構成内の放射線量が高くなることを抑制できる。
【００６０】
なお、荷電粒子線治療装置の構成は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００６１】
例えば、スキャニング制御部３６及びレイヤ制御部３７は別々の構成として説明したが、それぞれの機能を具備する一の構成であってもよい。同様に、ビーム制御部３２とスキャニング制御部３６は別々の構成として説明したが、それぞれの機能を具備する一の構成であってもよい。また、レイヤ制御部３７から電磁石電源２７に送信される層切り替え信号は、層を特定する情報を含んでいるとして説明したが、必ずしも層を特定する情報が含まれている必要はなく、単に層の切り替えのタイミングを知らせる信号であってもよい。この場合には、電磁石電源の記憶部において各層の照射順序が記憶されているとともに、電磁石電源が設定しているパラメータが常に管理されている必要がある。これにより、層切り替え信号が単に層の切り替えのタイミングを知らせる信号であっても、切り替え後の
層に対応する電磁石のパラメータを特定し、設定することができる。
【００６２】
また、回転ガントリ２３を用いず照射ノズルを固定して固定照射するものであってもよい。また、デグレーダ１８に替えて、別のデグレーダを、サイクロトンよりも回転ガントリに近い位置に設けてもよい。
【００６３】
次に、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１の制御方法について説明する。荷電粒子線治療装置１の制御部３０は、一回の治療における装置の制御パターンを記憶している。なお、「一回の治療」とは、被照射体の全ての層Ｌ１〜ＬＮに対して荷電粒子線を照射することである。一回の治療は、層Ｌ１に対してスキャニングを開始し、最後の層ＬＮに対するスキャニングが終了することによって完了する。制御パターンは、前述の治療計画装置（不図示）が作成する治療計画データに含まれる情報である。従って、制御部３０は、治療計画装置から送信される治療計画データを受信することによって、荷電粒子線治療装置による治療の制御パターンを記憶する。
【００６４】
図６（ａ）は、実施形態に係る荷電粒子線治療装置１における制御パターンを示す概念図である。制御部３０は、被照射体に設定される一の層Ｌｎに対して荷電粒子線を照射する照射工程と、照射対象を次の層Ｌｎ＋１へ切り替える切り替え工程と、を交互に繰り返し実行する。また、制御パターンでは、それぞれの照射工程に対して照射時間ｔ１が設定されると共に、それぞれの切り替え工程に対して照射中断時間ｔ２が設定される。また、制御パターンでは、それぞれの照射工程に対する照射時間ｔ１と、それぞれの切り替え工程に対する照射中断時間ｔ２とは連続して設定されている。照射時間ｔ１と照射中断時間ｔ２とが連続して設定されているとは、一の照射工程と一の切り替え工程との間に他の工程が介在しないことである。すなわち、照射時間ｔ１が経過して一の照射工程が完了した後は、直ちに切り替え工程が開始され、照射中断時間ｔ２が経過して一の切り替え工程が完了した後は、直ちに次の照射工程が開始される。
【００６５】
また、制御パターンでは、一の切り替え工程に対する照射中断時間ｔ２が、一の照射工程に対する照射時間ｔ１よりも短く設定されている。例えば、照射中断時間ｔ２は１００ミリ秒程度に設定されている。また、本実施形態の制御パターンでは、照射工程と切り替え工程が交互に繰り返し実行されて、患者の息止め調整工程は含まれていない。従って、制御パターン全体における照射中断時間は、切り替え工程の時間（照射中断時間ｔ２）のみによって構成される。従って、図７に示すように、一回の治療中における照射中断時間の合計は、一回の治療中における照射時間の合計よりも短く設定されている。図７に示すように、照射ノズル１２は、被照射体に設定される全ての層に対する照射を１０秒以内に完了可能である。すなわち、一回の治療が１０秒以内に完了するため、患者が一回息止めをしている最中に治療を完了させることができる。本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１を用いて治療を行う場合、患者が息止め調整を行う工程を省略することができる。なお、図７のグラフにおいて「スキャニング時間」は、個々の照射時間ｔ１の合計値を示しており、「レイヤ切り替え時間」は、個々の照射中断時間ｔ２の合計値を示している。
【００６６】
ここで、比較例として従来の荷電粒子線治療装置の制御パターンについて、図６（ｂ）を参照して説明する。比較例に係る荷電粒子線治療装置の制御パターンでは、一の切り替え工程に対する照射中断時間ｔ２が、一の照射工程に対する照射時間ｔ１よりも長く設定されている。例えば、照射中断時間ｔ２は２秒程度に設定されている。また、比較例に係る制御パターンでは、所定回数だけ照射工程と切り替え工程が交互に繰り返し実行されて、一定時間が経過したタイミングで、息止め調整工程が介在する。息止め調整工程では、息を止めている患者が呼吸をして、再び息止めを行うための姿勢等の調整が行われる。息止め調整工程に対しては照射中断時間ｔ３が設定される。従って、制御パターン全体における照射中断時間は、切り替え工程の時間（照射中断時間ｔ２）及び息止め調整時間（照射中断時間ｔ３）によって構成される。従って、図７に示すように、一回の治療中における照射中断時間の合計は、一回の治療中における照射時間の合計よりも長く設定されている。比較例に係る荷電粒子線治療装置では、特に切り替え工程に要する時間が長いため、患者が一回息止めをしている間に全ての層への照射を完了することができない。従って、治療中に息止め調整時間を確保する必要性が生じ、更に治療時間が長くなる。図７に示すように、複数回息止め調整を行う必要があり、一回の治療に１１０秒以上要していた。なお、図７に示す比較例のグラフは概念図である。
【００６７】
以上のように、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１では、制御部３０が記憶している一回の治療における制御パターンでは、照射ノズル１２による荷電粒子線を中断する照射中断時間の合計（ここでは、切り替え工程に対する照射中断時間ｔ２の合計）が、照射ノズル１２によって荷電粒子線が照射される照射時間の合計（照射時間ｔ１の合計）よりも短く設定されている。このように、一回の治療中の照射中断時間の合計を照射時間の合計よりも短く設定することによって、一回の治療全体に要する時間を短縮することができる。従って、荷電粒子線治療装置１は、患者が一回息止めをしている間に治療を完了することができ、治療中の患者の負担を低減することができる。
【００６８】
また、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１において制御部３０は、被照射体に設定される一の層に対して荷電粒子線を照射する照射工程と、照射対象を次の層へ切り替える切り替え工程と、を交互に繰り返し実行する。また、制御パターンでは、それぞれの照射工程に対して照射時間ｔ１が設定されると共に、それぞれの切り替え工程に対して照射中断時間ｔ２が設定され、それぞれの照射工程に対する照射時間ｔ１と、それぞれの切り替え工程に対する照射中断時間ｔ２とは連続して設定されている。このように、制御パターンでは、照射工程に対して設定された照射時間ｔ１と、切り替え工程に対して設定された照射中断時間ｔ２とが、交互に連続して設定されている。すなわち、各工程の途中に患者が呼吸を整えるための時間を確保しなくともよく、層の切り替えが完了したら直ちに次の層への照射を行うことにより、治療時間を短縮することができる。
【００６９】
また、本発明に係る荷電粒子線治療装置１において、照射ノズル１２は、被照射体に設定される全ての層に対する照射を１０秒以内に完了可能である。これによって、患者が一回息止めをしている間に治療を完了することができ、治療中の患者の負担を低減することができる。
【００７０】
一回の治療中の照射中断時間の合計を照射時間の合計よりも短く設定するための技術は、上述の荷電粒子線治療装置１のように電磁石への信号送付時間を短縮するものに限定されない。例えば、電磁石内のエネルギーが消費されるまでの時間を短縮する技術を採用してもよい。具体的な例としては、図８に示すように、荷電粒子線治療装置１００は、放射線療法によるがん治療等に利用される装置であり、荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器１１と、荷電粒子線を被照射体へ照射する照射ノズル１２（照射部）と、加速器１１から出射された荷電粒子線を照射ノズル１２へ輸送するビーム輸送ライン１３（輸送ライン）と、ビーム輸送ライン１３に設けられ、荷電粒子線のエネルギーを低下させて荷電粒子線の飛程を調整するデグレーダ（エネルギー調整部）１８と、照射ノズル１２及びビーム輸送ライン１３に設けられた複数の電磁石２５と、複数の電磁石２５のそれぞれに対応して設けられた電磁石電源２７と、荷電粒子線治療装置１００全体を制御する制御部１３０と、を備えている。本実施形態では、加速器１１としてサイクロトロンを採用するが、これに限定されず、荷電粒子線を発生させるその他の発生源、例えば、シンクロトン、シンクロサイクロトン、ライナック等であってもよい。なお、図８に示す荷電粒子線治療装置１００の構成は、制御部１３０を除き、図１に示す荷電粒子線治療装置１００と同様であるため、説明を省略する。
【００７１】
次に、図９も参照しながら制御部１３０及び電磁石電源２７の詳細について説明する。なお、図９中では電磁石電源２７は一部のみ記載されているが、実際には荷電粒子線治療装置１００に設けられた電磁石２５の数だけ、対応する電磁石電源２７が設けられている。
【００７２】
制御部１３０は、加速器１１から出射された荷電粒子線の被照射体への照射を制御する。制御部１３０は、スキャニング電磁石２１を制御することによって被照射体に設定された層に対して所定のスキャニングパターンに従って荷電粒子線を照射する。また、制御部１３０は、デグレーダ１８を制御することによって荷電粒子線のエネルギーを調整し、荷電粒子線の飛程を調整する。これによって、制御部１３０は、荷電粒子線を照射する層を切り替えることができる。
【００７３】
電磁石電源２７と電磁石２５との間には半導体（トランジスタ）５０が直列に接続されている。制御部１３０は、半導体５０に入力される電流を制御することによって、半導体５０での抵抗を制御することができる。ここで、荷電粒子線を照射する層を切り替えるとき、制御部１３０は、デグレーダ１８を制御して、飛程を短くするために荷電粒子線のエネルギーを低下させる。このとき、荷電粒子線のエネルギーの低下に対応させて電磁石２５への励磁量も低下させるために、制御部１３０は、電磁石電源２７から電磁石２５へ入力する電流を低下させる。このとき、電磁石２５に残ったエネルギーを吸収するために、制御部１３０は、半導体５０の抵抗を上げる。
【００７４】
次に、図１０を参照して電磁石電源２７及び半導体５０周辺の回路構成について詳細に説明する。図１０に示すように、電磁石電源２７では、電流設定値Ｉ．ｓｅｔに設定された電流がラインＬ１を通過し、電流フィードバック部５１、ラインＬ２及び半導体５２を介してラインＬ４を流れる。ラインＬ４には抵抗としての半導体５０が設けられており、電流は半導体５０を介して電磁石２５へ流れる。ラインＬ４には電流モニタ５３が設けられており、電流モニタ５３は、電流を検出してラインＬ３を介して電流フィードバック部５１に信号を送信することで電流フィードバックを行う。一方、ラインＬ１からはラインＬ５が分岐しており、ラインＬ５には信号生成回路５４及びゲート回路５５が設けられている。ラインＬ５は、半導体５０に接続されている。このような回路構成においては、電流設定値Ｉ．ｓｅｔに設定された電流がラインＬ１を流れると、信号生成回路５４は、当該電流設定値Ｉ．ｓｅｔに対応した抵抗設定値Ｔｒ．ｓｅｔを設定し信号を生成する。また、ゲート回路５５は、抵抗設定値Ｔｒ．ｓｅｔに対応した電流を半導体５０に入力する。
【００７５】
次に、荷電粒子線の飛程調整方法について、図１１及び図１２を参照して説明する。図１１は、電磁石２５へ流す電流と半導体５０の抵抗の関係を示す概念図である。図１２は、荷電粒子線治療装置１００の制御部１３０で実行される処理内容を示すフローチャートである。図１２に示すように、制御部１３０は、照射ノズル１２を制御して、層Ｌｎに対して荷電粒子線をスキャニングパターンに従って照射する（ステップＳ１０）。このとき、制御部１３０は、電磁石電源２７を制御して電磁石２５に一定の電流（すなわち、電流設定値Ｉ．ｓｅｔが一定）を流すと共に、半導体５０が低い抵抗となるように抵抗設定値Ｔｒ．ｓｅｔをＯＮに設定する（図１１参照）。次に、制御部１３０は、全ての層Ｌ１〜ＬＮに対する照射が完了していないかどうかの判定を行う（ステップＳ２０）。完了していないと判定された場合、制御部１３０は、照射を行う層の切り替え処理を行う。
【００７６】
具体的には、制御部１３０は、デグレーダ１８を制御することによって荷電粒子線のエネルギーを低下させる（ステップＳ３０）。また、制御部１３０は、電磁石電源２７を制御することによって、電流設定値Ｉ．ｓｅｔを下げて電磁石２５へ流す電流を低下させる（ステップＳ４０）。このとき、制御部１３０は、抵抗設定値Ｔｒ．ｓｅｔをＯＦＦに設定して、半導体５０の抵抗を上げる（ステップＳ５０）。これによって、半導体５０が、電磁石２５に残ったエネルギーを吸収する。このように、照射する層の切り替えを繰り返すことで、電流設定値Ｉ．ｓｅｔは、階段状に低下するような波形を描く。また、抵抗設定値Ｔｒ．ｓｅｔは、電流設定値Ｉ．ｓｅｔが一定の値に設定されているときはＯＮに設定され、電流設定値Ｉ．ｓｅｔが低下するときにのみ、局所的にＯＦＦに設定される。全ての層Ｌ１〜ＬＮに対する荷電粒子線の照射が完了したら、Ｓ２０においてＮＯと判定され、図１２に示す処理が終了する。
【００７７】
次に、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１００の作用効果について説明する。
【００７８】
荷電粒子線治療装置１００では、荷電粒子線を照射する被照射体の層を切り替えるときに、制御部１３０は、デグレーダ１８を制御することによって荷電粒子線のエネルギーを低下させて、荷電粒子線の飛程を短くする。このとき、荷電粒子線のエネルギーが低下するため、それに伴って電磁石電源２７が電磁石２５へ流す電流も低下させる必要がある。電磁石２５の電流減少の速度を速くするためには負荷時定数を大きくする必要がある。ここで、電磁石電源２７と電磁石２５との間に直列に抵抗器を設け、当該抵抗器で負荷（電磁石２５）のエネルギーを消費させる構成が考えられる。しかしながら、このような構成では、抵抗器の抵抗が極めて大きくなり、必要のない時（荷電粒子線の照射時）にも大きな抵抗が作用するため、大きな電力が必要になるという問題がある。また、電磁石電源２７と電磁石２５との間にコンデンサを並列に設けることで電磁石２５のエネルギーを回生する場合、電磁石２５のインダクタンスが大きいため、非常に大きなコンデンサを設ける必要があるという問題がある。
【００７９】
一方、本実施形態では、制御部１３０は、荷電粒子線を照射する被照射体の層を切り替えるときに、デグレーダ１８を制御することによって荷電粒子線のエネルギーを低下させると共に、電磁石電源２７と電磁石２５との間に直列に接続された半導体５０の抵抗を上げる。半導体５０は、電磁石２５への電流を減少させるときに必要なタイミングで抵抗を高くして負荷時定数を大きくできるため、電流の低下に要する時間を短縮することができる。すなわち、荷電粒子線を照射する層を切り替えるときの切り替え時間を短縮し、荷電粒子線治療の時間を短縮することができる。例えば、従来の荷電粒子線治療装置では層の切り替えに２秒程度要していたのに対し、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１００では、１００ミリ秒程度で層を切り替えることができる。通常、層は数十層設定されるため、層の切り替え時間の合計時間を大幅に短縮することできる。その結果、荷電粒子線治療の時間を大幅に短縮することができる。また、制御部１３０は、抵抗を大きくする必要のないタイミングでは、半導体５０の抵抗を小さくしておくことができるので、抵抗器やコンデンサを配置する際の問題が生じない。
【００８０】
本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１００において、デグレーダ１８は、加速器１１と照射ノズル１２との間に設けられ、電磁石２５には、少なくともビーム輸送ライン１３に配置される収束電磁石１９又は偏向電磁石２０が含まれている。これによって、層を切り替えるときに収束電磁石１９又は偏向電磁石２０に対する電流の低下に要する時間を短縮できる。
【００８１】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、電磁石電源周辺の回路構成は図１０に示すものに限定されない。また、回転ガントリ２３を用いず照射ノズルを固定して固定照射するものであってもよい。また、デグレーダ１８に替えて、別のデグレーダを、サイクロトンよりも回転ガントリに近い位置に設けてもよい。また、加速器１１がシンクロトロンであり、デグレーダ１８が、加速器１１内に設けられてもよい。
【００８２】
また、半導体５０の抵抗のパターンは図１１に示すものに限定されない。例えば、図１３に示すような抵抗のパターンを採用してもよい。図１３に示すように、電磁石２５に流す電流が高い状態では、半導体５０の抵抗を低くしておき、数段階電流が下がったときのタイミングで半導体５０の抵抗を中間の値に設定しておき、更に数段階電流が下がったときのタイミングで半導体５０の抵抗を高く設定してよい。
【００８３】
図８に示す荷電粒子線治療装置１００は、図１に示す荷電粒子線治療装置１と同様の作用・効果を奏することができる。すなわち、制御部１３０が記憶している一回の治療における制御パターンでは、照射ノズル１２による荷電粒子線を中断する照射中断時間の合計（ここでは、切り替え工程に対する照射中断時間ｔ２の合計）が、照射ノズル１２によって荷電粒子線が照射される照射時間の合計（照射時間ｔ１の合計）よりも短く設定されている。このように、一回の治療中の照射中断時間の合計を照射時間の合計よりも短く設定することによって、一回の治療全体に要する時間を短縮することができる。従って、荷電粒子線治療装置１は、患者が一回息止めをしている間に治療を完了することができ、治療中の患者の負担を低減することができる。
【００８４】
また、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１００において制御部１３０は、被照射体に設定される一の層に対して荷電粒子線を照射する照射工程と、照射対象を次の層へ切り替える切り替え工程と、を交互に繰り返し実行する。また、制御パターンでは、それぞれの照射工程に対して照射時間ｔ１が設定されると共に、それぞれの切り替え工程に対して照射中断時間ｔ２が設定され、それぞれの照射工程に対する照射時間ｔ１と、それぞれの切り替え工程に対する照射中断時間ｔ２とは連続して設定されている。このように、制御パターンでは、照射工程に対して設定された照射時間ｔ１と、切り替え工程に対して設定された照射中断時間ｔ２とが、交互に連続して設定されている。すなわち、各工程の途中に患者が呼吸を整えるための時間を確保しなくともよく、層の切り替えが完了したら直ちに次の層への照射を行うことにより、治療時間を短縮することができる。
【００８５】
また、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１００において、照射ノズル１２は、被照射体に設定される全ての層に対する照射を１０秒以内に完了可能である。これによって、患者が一回息止めをしている間に治療を完了することができ、治療中の患者の負担を低減することができる。
【００８６】
なお、本発明において、一回の治療に要する時間を短くするための方法は、上述の図１や図８に記載されたものに限定されない。例えば、被照射体の層の切り替工程において、デグレーダの切り替え速度を速くすることにより（デグレーダの移動に用いるモータの回転速度を速くすることで高速移動させる）、照射中断時間を短くしてもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１，１００…荷電粒子線照射装置、１１…加速器、１２…照射ノズル、１３…ビーム輸送ライン、１８…デグレーダ、２５…電磁石、２７…電磁石電源、２７ａ…記憶部、３０，１３０…制御部。
【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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