(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームが入射する第１方向に実質的に直交する第２方向に前記荷電粒子ビームを偏向する第１走査電磁石部と、
前記第１方向および前記第２方向に実質的に直交する第３方向に前記荷電粒子ビームを偏向する第２走査電磁石部と、
を備え、前記第１および第２走査電磁石部は、前記第１方向に対して並列に配置され、
前記第１走査電磁石部は、前記第１方向に沿って配列された複数段の第１走査電磁石を有し、
前記第２走査電磁石部は、前記第１方向に沿って配列され、前記複数段の第１走査電磁石に対応して設けられた複数段の第２走査電磁石を有し、
各第１走査電磁石は対応する第２走査電磁石と共に前記第１方向に並列に配置され、
前記第１走査電磁石および前記第２走査電磁石は、前段よりも後段の口径が大きい荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項２】
各第１走査電磁石は、中空形状の第１構造体と、前記第１構造体の前記第２方向において対向する第１および第２面にそれぞれ設けられた第１および第２コイルと、を備え、
各第２走査電磁石は、前記第１構造体および前記第１コイルならびに前記第２コイルを覆う中空形状の第２構造体と、前記第２構造体の前記第３方向において対向する第３および第４面にそれぞれ設けられた第３および第４コイルと、を備えている請求項１記載の荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項３】
荷電粒子ビームが入射する第１方向に実質的に直交する第２方向に前記荷電粒子ビームを偏向する第１走査電磁石部と、
前記第１方向および前記第２方向に実質的に直交する第３方向に前記荷電粒子ビームを偏向する第２走査電磁石部と、
を備え、前記第１および第２走査電磁石部は、前記第１方向に対して並列に配置され、
前記第１および第２走査電磁石部は、前記第１方向に沿って前記荷電粒子ビームの入射側から口径が連続的に大きくなるように構成されている荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項４】
前記第１走査電磁石部は、前記第１方向に沿って前記荷電粒子ビームの入射側から口径が連続的に大きくなる中空形状の第１構造体と、前記第１構造体の前記第２方向において対向する第１および第２面にそれぞれ設けられた第１および第２コイルと、を備え、
前記第２走査電磁石部は、前記第１構造体および前記第１コイルならびに前記第２コイルを覆い、前記第１方向に沿って前記荷電粒子ビームの入射側から口径が連続的に大きくなる中空形状の第２構造体と、前記第２構造体の前記第３方向において対向する第３および第４面にそれぞれ設けられた第３および第４コイルと、を備えている請求項３記載の荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項５】
前記第１走査電磁石部および前記第２走査電磁石部の外側に設けられた中空形状のヨークを更に備えた請求項１乃至４のいずれかに記載の荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項６】
荷電粒子ビームが入射する第１方向に実質的に直交する第２方向に前記荷電粒子ビームを偏向する第１走査電磁石部と、
前記第１方向および前記第２方向に実質的に直交する第３方向に前記荷電粒子ビームを偏向する第２走査電磁石部と、
を備え、前記第１および第２走査電磁石部は、前記第１方向に対して並列に配置され、
前記第１走査電磁石部は、前記荷電粒子ビームの入射側から出射側まで実質的に一定であるかまたは線形に増大する口径を有する第１走査電磁石と、前記第１走査電磁石の後段に配置され前記荷電粒子ビームの入射側から出射側まで線形に増大する口径を有する第２走査電磁石と、を備え前記第１走査電磁石の出射側の口径と前記第２走査電磁石の入射側の口径が実質的に同じであり、
前記第２走査電磁石部は、前記荷電粒子ビームの入射側から出射側まで実質的に一定であるかまたは線形に増大する口径を有する第３走査電磁石と、前記第３走査電磁石の後段に配置され前記荷電粒子ビームの入射側から出射側まで線形に増大する口径を有する第４走査電磁石と、を備え前記第３走査電磁石の出射側の口径と前記第４走査電磁石の入射側の口径が実質的に同じである荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項７】
前記第１および第２走査電磁石は、中空形状の第１構造体と、前記第１構造体の前記第２方向において対向する第１および第２面のうちの前記第１面に設けられた第１コイル部と、前記第２面に設けられたおよび第２コイル部と、備え、
前記第３および第４走査電磁石は、前記第１構造体および前記第１コイル部および第２コイル部を覆う中空形状の第２構造体と、前記第２構造体の前記第３方向において対向する第３および第４面のうちの前記第３面に設けられた第３コイル部と、前記第４面に設けられた第４コイル部と、を備え、
前記第１構造体は、入射側の口径が出射側の口径と実質的に同一であるかまたは線形に増大する第１部分と、前記第１部分に接続しかつ口径が出射側に向かって線形に増大する第２部分と、を有し、
前記第２構造体は、入射側の口径が出射側の口径と実質的に同一であるかまたは線形に増大する第３部分と、前記第３部分に接続しかつ口径が出射側に向かって線形に増大する第４部分と、を有している請求項６記載の荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項８】
前記第１コイル部は前記第１構造体の前記第１部分および第２部分に渡って設けられた第１コイルを有し、
前記第２コイル部は前記第１構造体の前記第１部分および第２部分に渡って設けられた第２コイルを有し、
前記第３コイル部は前記第２構造体の前記第３部分および第４部分に渡って設けられた第３コイルを有し、
前記第４コイル部は前記第２構造体の前記第３部分および第４部分に渡って設けられた第４コイルを有する請求項７記載の荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項９】
前記第１コイルは、前記第２部分に設けられた部分の巻き線数が前記第１部分に設けられた部分の巻き線数よりも多く、
前記第２コイルは、前記第２部分に設けられた部分の巻き線数が前記第１部分に設けられた部分の巻き線数よりも多く、
前記第３コイルは、前記第４部分に設けられた部分の巻き線数が前記第３部分に設けられた部分の巻き線数よりも多く、
前記第４コイルは、前記第４部分に設けられた部分の巻き線数が前記第３部分に設けられた部分の巻き線数よりも多い請求項７記載の荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項１０】
前記第１コイル部は、前記第１構造体の前記第１部分に設けられた第１コイルと、前記第２部分に設けられた第２コイルと、を有し、
前記第２コイル部は、前記第１構造体の前記第１部分に設けられた第３コイルと、前記第２部分に設けられた第４コイルと、を有し、
前記第３コイル部は、前記第２構造体の前記第３部分に設けられた第５コイルと、前記第４部分に設けられた第６コイルと、を有し、
前記第４コイル部は、前記第２構造体の前記第３部分に設けられた第７コイルと、前記第４部分に設けられた第８コイルと、を有する請求項７記載の荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項１１】
前記第２コイルは前記第１コイルよりも巻き線数が多く、前記第４コイルは前記第３コイルよりも巻き線数が多く、前記第６コイルは前記第５コイルよりも巻き線数が多く、前記第８コイルは前記第７コイルよりも巻き線数が多い請求項１０記載の荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項１２】
前記第１走査電磁石部および前記第２走査電磁石部の外側に設けられた中空形状のヨークを更に備えた請求項６乃至１１のいずれかに記載の荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項１３】
前記ヨークは、前記第１走査電磁石部および前記第２走査電磁石部のうちの口径大きな方の電磁石部の外形に沿って形状の口径を有する請求項１２記載の荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項１４】
前記ヨークは、前記荷電粒子ビームの出射側における厚さが、前記荷電粒子ビームの入射側における厚さよりも薄い請求項１２または１３記載の荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項１５】
前記ヨークは、前記第１方向に沿って鉄板が積層された構造を有している請求項１２乃至１４のいずれかに記載の荷電粒子ビーム照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、荷電粒子ビーム照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
癌などの患者の患部に重粒子線等の荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム照射装置が知られている。この荷電粒子ビーム照射装置は、ビーム発生装置で生成された荷電粒子ビームをビーム加速装置で加速し、ビーム輸送装置を経て治療室内のビーム照射装置によって患部に照射する装置である。このビーム照射装置は照射目標である患部の立体形状に合わせて照射する装置である。このビーム照射装置においては、２組の走査電磁石、例えば一組みの水平方向走査電磁石および一組の垂直方向走査電磁石を直列に配置することにより、荷電粒子ビームを直交する２方向に走査する。
【０００３】
様々な部位および大きさの異なる癌部に照射するため、照射可能な領域(照射野)は広く確保することが望ましい。照射野を広くする方式は大きく分けて二通りある。１つは、直列配置された２組の走査電磁石の位置と、荷電粒子ビームが照射される患者の位置とを大きく離す方式、もう１つは２組の走査電磁石の出力する磁場強度を上げるか、または軸長を延長する方式である。
【０００４】
広い照射野を確保するために、直列に配置された２組の走査電磁石と患者の位置とを大きく離した場合、荷電粒子ビーム照射装置の設置に必要な空間が大きくなってしまい、これらの装置を収納する建屋等が大きくなる。
【０００５】
一方、走査電磁石が出力する磁場強度を上げるか軸長を延長した場合、ビーム進行方向下流の走査電磁石による磁場発生効率が低下し、十分な照射野を確保することができなくなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１２５０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本実施形態は、大型化を抑制することができるとともに、十分な照射野を確保することのできる荷電粒子ビーム照射装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態による荷電粒子ビーム照射装置は、荷電粒子ビームが入射する第１方向に実質的に直交する第２方向に前記荷電粒子ビームを偏向する第１走査電磁石部と、前記第１方向および前記第２方向に実質的に直交する第３方向に前記荷電粒子ビームを偏向する第２走査電磁石部と、を備え、前記第１および第２走査電磁石部は、前記第１方向に対して並列に配置される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態による荷電粒子ビーム照射装置を示す図。
【図２】第１実施形態に用いられる走査電磁石を説明する図。
【図３】図３（ａ）乃至３（ｃ）は、第１実施形態の垂直走査電磁石を説明する図。
【図４】図４（ａ）乃至４（ｃ）は、第１実施形態の水平走査電磁石を説明する図。
【図５】図５（ａ）乃至５（ｃ）は、第１実施形態の変形例による走査電磁石を説明する図。
【図６】第２実施形態の荷電粒子ビーム照射装置に用いられる走査電磁石を示す図。
【図７】第３実施形態の荷電粒子ビーム照射装置に用いられる走査電磁石を示す図。
【図８】第３実施形態の垂直走査電磁石を説明する図。
【図９】第４実施形態の荷電粒子ビーム照射装置に用いられる走査電磁石を示す図。
【図１０】第４実施形態の垂直走査電磁石を説明する図。
【図１１】第４実施形態の水平走査電磁石を説明する図。
【図１２】第５実施形態の垂直走査電磁石を説明する図。
【図１３】第５実施形態の水平走査電磁石を説明する図。
【図１４】第６実施形態の垂直走査電磁石を説明する図。
【図１５】第６実施形態の水平走査電磁石を説明する図。
【図１６】第７実施形態の垂直走査電磁石を説明する図。
【図１７】第７実施形態の水平走査電磁石を説明する図。
【図１８】第８実施形態の荷電粒子ビーム照射装置に用いられる走査電磁石を示す図。
【図１９】第８実施形態の荷電粒子ビーム照射装置に用いられる走査電磁石の上面図。
【図２０】第８実施形態の荷電粒子ビーム照射装置に用いられる走査電磁石の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施形態による荷電粒子ビーム照射装置について図面を参照して説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
第１実施形態による荷電粒子ビーム照射装置を図１に示す。本実施形態の荷電粒子ビーム照射装置１は、荷電粒子、例えば、負パイ中間子、陽子、ヘリウムイオン、炭素イオン、ネオンイオン、シリコンイオン、またはアルゴンイオンを治療照射用の粒子ビーム源とする照射装置１である。
【００１２】
荷電粒子ビーム照射装置１は、図１に示すように、ビーム発生装置１０、ビーム加速装置２０、ビーム輸送装置３０、ビーム照射装置４０、および照射制御装置６０を備え、例えば患者の患部９０に荷電粒子ビーム１０４を照射する。
【００１３】
ビーム発生装置１０は、荷電粒子ビームを発生する。
【００１４】
ビーム加速装置２０は、荷電粒子ビーム１０４を所定のエネルギーに加速する装置である。この構成の一例として、前段加速装置と後段加速装置とで構成されることがある。例えば、前段加速装置として直線加速器、後段加速装置としてシンクロトンで構成される例がある。構成要素としては、真空容器（配管）、高周波加速空洞、ビーム偏向装置（二極電磁石）、ビーム集束・発散装置（四極電磁石）、ビーム軌道補正装置（ステアリング電磁石）、入射装置、出射装置、および制御装置などがある。ビーム加速装置２０の構成は任意とすることができるので、ここでは、詳述しない。加速器としてサイクロトロン等を選択しても構わない。
【００１５】
ビーム輸送装置３０は、加速された荷電粒子ビーム１０４を被照射物へと、すなわち照射治療室内の患者の患部９０へ輸送する装置である。その構成要素としては、真空容器（配管）、ビーム偏向装置（二極電磁石）、ビーム集束・発散装置（四極電磁石）、ビーム軌道補正装置（ステアリング電磁石）、および制御装置などである。
【００１６】
ビーム照射装置４０は、ビーム輸送装置３０の荷電粒子ビーム出口側に設けられ、ビーム輸送装置３０を通過した特定エネルギーの荷電粒子ビーム１０４ｃが患者の患部９０の設定された照射点９０２に正しく入射するように、荷電粒子ビーム１０４ｃの軌道を調節する。また、患部９０における荷電粒子ビーム１０４ｃの照射位置および照射線量を監視する。このビーム照射装置４０は、走査電磁石４０１、走査電磁石電源４０２、位置モニタ４０３、線量計４０４および線量計回路４０５を有する。
【００１７】
走査電磁石４０１は、励磁電流の制御を受け、荷電粒子ビーム１０４ｃの垂直方向の軌道調節を行う一対の垂直走査電磁石４０１ａと、荷電粒子ビーム１０４ｃの水平方向の軌道調節を行う一対の水平走査電磁石４０１ｂと、を有する。走査電磁石電源４０２は電磁石電源４０２ａ、４０２ｂを有している。電磁石電源４０２ａは、走査電磁石４０１ａに対して荷電粒子ビーム１０４ｃの走査に必要な励磁電流を供給する。電磁石電源４０２ｂは、走査電磁石４０１ｂに対して荷電粒子ビーム１０４ｃの走査に必要な励磁電流を供給する。一対の垂直走査電磁石４０１ａおよび一対の水平走査電磁石４０１ｂについては、後で詳細に説明する。
【００１８】
位置モニタ４０３は、これを通過した荷電粒子ビーム１０４ｃの位置すなわち患者の患部９０における荷電粒子ビームの入射位置の指標となる信号を出力し、照射制御装置６０に送信する。なお、位置モニタ４０３としては、電離箱式などを用いることができる。
【００１９】
線量計４０４は、これを通過した荷電粒子ビーム１０４ｃの強度或いは線量すなわち患者の患部９０に照射された荷電粒子ビームの強度ないし線量に応じた電気信号を出力する。なお、線量計４０４としては、電離箱式などを用いることができる。
【００２０】
線量計回路４０５は、線量計４０４から出力される電気信号を受信し、受け取った電気信号が予め設定された積算出力値に到達したとき、患者の患部９０に設定された照射点９０２の線量満了を示す線量満了信号を照射制御装置６０に送信する。
【００２１】
照射制御装置６０は、患者の治療照射をどのように行うかを示す照射パターンデータを記録可能に構成され、この照射パターンデータを参照して荷電粒子ビーム照射装置１の全体制御を行う。なお、照射パターンデータは、治療照射の事前に行われる治療計画にて作成される最適照射情報を元にして作成される。
【００２２】
この照射パターンデータには、患者の患部９０を仮想的に切り分けた照射スライス９０１ごとに設定された照射点９０２の位置指標となる基準位置からみた水平方向の相対位置および垂直方向の相対位置、照射スライス９０１の位置指標すなわち体内深度の指標となる体内飛程、体内におけるビーム停止幅の指標となるビーム停止幅、各照射点９０２に照射すべきビーム強度および設定線量から構成されるもので、ビーム発生装置１０、ビーム加速装置２０、ビーム輸送装置３０、およびビーム照射装置４０の一部あるいはすべての動作制御に必要な情報が収められる。なお、ビーム停止幅は、荷電粒子ビームのエネルギー幅に基づく体内飛程の差により生ずるものである。また、照射パターンデータの内容は適宜変更できる。
【００２３】
照射制御装置６０は、ビーム集束制御部６０１、エネルギー選択制御部６０２および走査制御部６０３を有する。
【００２４】
走査制御部６０３は、所定の照射点９０２に対し荷電粒子ビーム１０４ｃが入射するよう、走査電磁石電源４０２の出力を制御し、走査電磁石４０１に印加する励磁電流を調節する。
【００２５】
（垂直走査電磁石および水平走査電磁石）
次に、垂直走査電磁石および水平走査電磁石について詳細に説明する。一対の垂直走査電磁石４０１ａおよび一対の水平走査電磁石４０１ｂは、図２に示すように、荷電粒子ビーム１０４ｃの進行に対して並列に配置されている。すなわち一対の垂直走査電磁石４０１ａは垂直方向に配置され、一対の水平走査電磁石４０１ｂは、一対の垂直走査電磁石４０１ａが配置された位置と同じ位置でかつ水平方向に配置される。そして、一対の垂直走査電磁石４０１ａおよび一対の水平走査電磁石４０１ｂは、直交する２方向、すなわち垂直方向および水平方向の走査を同時に行うように配置されている。
【００２６】
一対の垂直走査電磁石４０１ａの詳細について図３（ａ）乃至３（ｃ）を参照して説明する。図３（ａ）は一対の垂直走査電磁石４０１ａの上面図を示し、図３（ｂ）は一対の垂直走査電磁石４０１ａの側面図を示し、図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示す切断面Ａ−Ａで切断した断面図を示す。
【００２７】
一対の垂直走査電磁石４０１ａは、中空形状の構造体４０１ａ３と、この構造体４０１ａ３の上側の表面に設けられたコイル部４０１ａ１と、構造体４０１ａ３の下側の表面に設けられたコイル部４０１ａ２と、を備えている。構造体４０１ａ３は、渦電流が生じない材料、例えば、非磁性金属、ＦＲＰ（Fiber-Reinforced Plastic)等が用いられる。
【００２８】
コイル部４０１ａ１は、構造体４０１ａ３の上側の表面に設けられサドル形状のコイル４０１ａ１１と、このコイル４０１ａ１１の外側に設けられたコイル４０１ａ１２と、このコイル４０１ａ１２の外側に設けられたコイル４０１ａ１３と、を備えている、なお、各コイル４０１ａ１１、４０１ａ１２、４０１ａ１３は絶縁材で被覆されている。
【００２９】
コイル部４０１ａ２は、構造体４０１ａ３の下側の表面に設けられサドル形状のコイル４０１ａ２１と、このコイル４０２ａ１１の外側に設けられたコイル４０１ａ２２と、このコイル４０１ａ２２の外側に設けられたコイル４０１ａ２３と、を備えている、なお、各コイル４０１ａ２１、４０１ａ２２、４０１ａ２３は絶縁材で被覆されている。各コイル４０１ａ１１〜４０１ａ１３、４０１ａ２１〜４０１ａ２３に励磁電流を流すことにより、垂直方向に磁場を発生する。なお、図３（ａ）乃至３（ｃ）では、コイルは上側および下側にそれぞれ３個設けられていたが、それぞれ１個、２個、または４個以上設けてもよい。
なお、図３（ｃ）において、符号１０４ｃは荷電粒子ビームを示す。
【００３０】
一対の水平走査電磁石４０１ｂの詳細について図４（ａ）乃至４（ｃ）を参照して説明する。図４（ａ）は一対の水平走査電磁石４０１ｂの上面図を示し、図４（ｂ）は一対の水平走査電磁石４０１ｂの側面図を示し、図４（ｃ）は、図４（ｂ）に示す切断面Ａ−Ａで切断した断面図を示す。
【００３１】
一対の水平走査電磁石４０１ｂは、一対の垂直走査電磁石４０１ａの外側に設けられた中空形状の構造体４０１ｂ３と、この構造体４０１ｂ３の一対の側面のうちの一方の側面に設けられたコイル部４０１ｂ１と、構造体４０１ｂ３の他方の側面に設けられたコイル部４０１ｂ２と、を備えている。構造体４０１ｂ３は、構造体４０１ａ３と同様に渦電流が生じない材料、例えば、非磁性金属、ＦＲＰ（Fiber-Reinforced Plastic)等が用いられる。また、この時水平走査電磁石４０１ｂは垂直走査電磁石４０１ａの内側に設けても良い。
【００３２】
コイル部４０１ｂ１は、構造体４０１ａ３の一方の側面に設けられサドル形状のコイル４０１ｂ１１と、このコイル４０１ｂ１１の外側に設けられたコイル４０１ｂ１２と、このコイル４０１ｂ１２の外側に設けられたコイル４０１ｂ１３と、を備えている、なお、各コイル４０１ｂ１１、４０１ｂ１２、４０１ｂ１３は絶縁材で被覆されている。
【００３３】
コイル部４０１ｂ２は、構造体４０１ａ３の他方の側面に設けられサドル形状のコイル４０１ｂ２１と、このコイル４０１ｂ２１の外側に設けられたコイル４０１ｂ２２と、このコイル４０１ｂ２２の外側に設けられたコイル４０１ｂ２３と、を備えている、なお、各コイル４０１ｂ２１、４０１ｂ２２、４０１ｂ２３は絶縁材で被覆されている。各コイル４０１ｂ１１〜４０１ｂ１３、４０１ｂ２１〜４０１ｂ２３に励磁電流を流すことにより、水平方向に磁場を発生する。なお、図４（ａ）乃至４（ｃ）では、コイルは一対の側面にそれぞれ３個設けられていたが、１個、２個、または４個以上設けてもよい。なお、図４（ｃ）において、符号１０４ｃは荷電粒子ビームを示す。
【００３４】
なお、本実施形態においては、図５（ａ）乃至５（ｃ）に示すように、水平走査電磁石４０１ｂの外側にヨーク４０１ｃを設けることが好ましい。図５（ａ）は走査電磁石４０１からヨーク４０１ｃを除いた上面図を示し、図５（ｂ）は走査電磁石４０１からヨーク４０１ｃを除いた側面図を示し、図５（ｃ）は、図５（ｂ）に示す切断面Ａ−Ａで切断した断面図を示す。このように、ヨーク４０１ｃを設けることにより、外部に磁場が漏れるのを抑制することができる。なお、図５（ｃ）において、符号１０４ｃは荷電粒子ビームを示す。
【００３５】
（荷電粒子ビーム照射装置１の動作）
次に、荷電粒子ビーム照射装置１の動作を説明する。
【００３６】
以下の動作用説明は、いわゆるスポットスキャニング照射法を用いて治療照射を行う例に基づくものである。スポットスキャニング照射法は、すでに加速器駆動型の粒子線照射技術にあっては確立されており、治療効果が高いことが確認されている照射方法である。
【００３７】
このスポットスキャニング照射法は、患者の患部を仮想的に３次元格子点、すなわち、照射スライスおよびその照射スライスに設定される照射点に切り分け、患部の深さ方向（荷電粒子ビーム軸の方向）、患部の断面方向（荷電粒子ビーム軸と交わる方向）の各方向に荷電粒子ビームを走査する方法である。
【００３８】
１つの照射点に照射された線量がその照射点に対する設定線量に到達したことを示す線量満了信号が生成されたタイミングで荷電粒子ビームの照射を一旦停止させる。その後、荷電粒子ビームを次の照射点ないし照射スライスへと走査して照射を再開する。この操作を繰り返すことにより患部全域の照射が行われる。
【００３９】
例えば、ターゲットとしてスライス面９０１ａ〜９０１ｃのそれぞれに照射スポット（図ではスライス面９０１ａ上の照射点９０２）があるとする。まず始めに設定照射スポットに応じて各機器の調整が行われる。スライス面の変更は、ビームのエネルギーを変えることでなされる。エネルギーが高いほど深い側（図１の場合は、スライス面９０１ａ）にビームが届き、エネルギーが低いほど浅い側（図１の場合は、スライス面９０１ｃ）に移動する。ビームのエネルギー変更はビーム加速装置２０で加速するビームのエネルギーを低減させることで行う方法や、ビーム加速装置２０で加速したビームに対しビーム輸送装置３０またはビーム照射装置４０で適当なフィルターを掛けることで行ってもよい。
【００４０】
荷電粒子ビームのエネルギー選択に応じて、ビーム輸送装置３０を構成する電磁石の励磁量も調節される。これにより、患者の患部９０に到達する荷電粒子ビームの必要な強度が確保される。
【００４１】
そして、ビーム照射装置４０における走査電磁石４０１の励磁電流が調節され、所定のエネルギーの荷電粒子ビームが照射点（たとえば照射点９０２ａ）に正しく入射するよう設定される。
【００４２】
以上のようにして、各構成装置が調節された後、照射制御装置６０の制御を受けて、ビーム発生装置１０から荷電粒子ビーム１０４が射出される。
【００４３】
ビーム発生装置１０から射出された荷電粒子ビーム１０４は、ビーム加速装置２０による加速を受けた後、ビーム輸送装置３０に案内される。このビーム輸送装置３０では、荷電粒子ビーム１０４は例えばビーム偏向装置（図示せず）により形成される磁場に入射して運動量に応じて軌道を偏向することによって安定的にビーム照射装置４０に案内される。ビーム照射装置４０では、荷電粒子ビーム１０４ｃが走査電磁石４０１により形成される磁場に入射して水平方向および垂直方向の軌道が調節され、各スライス面上の照射点(照射スライス９０１ａの例では、設定された照射点９０２ａ)に向かって進み、照射点９０２ａの治療照射が行われる。
【００４４】
このとき、照射制御装置６０により、位置モニタ４０３の出力信号に基づいて軌道調節された荷電粒子ビーム１０４ｃが照射点９０２ａに正しく入射しているか否かが監視される。
【００４５】
この照射点９０２ａに対する荷電粒子ビームの照射は、線量計回路４０５から線量満了信号が出力されるまで継続して行われる。線量満了信号が出力され照射制御装置６０に入力されたときは、次の照射点（例えば照射点９０２ｂ）の照射に移行する。すなわち、照射制御装置６０により照射パターンデータが参照され、次の照射点９０２ｂに荷電粒子ビームが入射するように走査電磁石４０１の励磁電流が調節され、再び照射制御装置６０に線量満了信号が入力されるまで、照射点９０２ｂに対し荷電粒子ビームの照射が継続して行われる。このような操作が順次繰り返されることで、照射スライス９０１ａに設定された全ての照射点９０２に対する照射が行われる。
【００４６】
照射スライス９０１ａの照射が完了したときは、次の照射スライス９０１ｂの照射に移行する。すなわち、照射制御装置６０により照射パターンデータが参照され、照射スライス９０１ｂの位置で荷電粒子ビームが停止するようにビーム加速装置２０の調節が行われ、この照射スライス９０１ｂの各照射点（図示省略）に荷電粒子ビームが入射するようにビーム照射装置４０の調節が行われる。このような操作が順次繰り返されていき、最浅の照射スライス９０１ｃの照射へと移行する。
【００４７】
次に、本実施形態の荷電粒子ビーム照射装置１の作用を説明する。
【００４８】
様々な部位および大きさの異なる癌部に照射するため、照射野は広く確保することが望ましい。照射野を大きくする方式は大きく分けて二通りある。１つは、直列配置された２組の走査電磁石の位置と、荷電粒子ビームが照射される患者の位置とを大きく離す方式、もう１つは２組の走査電磁石の出力する磁場強度を上げるか、または軸長を延長する方式である。
【００４９】
広い照射野を確保するために、直列に配置された２組の走査電磁石と患者の位置とを大きく離した場合、荷電粒子ビーム照射装置の設置に必要な空間が大きくなってしまい、これらの装置を収納する建屋等が大きくなる。一方、走査電磁石が出力する磁場強度を上げるか軸長を延長した場合、ビーム進行方向下流の走査電磁石による磁場発生効率が低下し、十分な照射野を確保することができなくなってしまう。
【００５０】
そこで本発明者は、ビーム照射装置４０として、並列に配置された一対の垂直走査電磁石４０１ａおよび一対の水平走査電磁石４０１ｂを用いることにより、荷電粒子ビーム照射装置が荷電粒子ビームの進行方向に長くなることを抑制することができるとともに、口径の増加を必要最小限に抑えることができる。これにより、大型化を抑制することが可能になるとともに、十分な照射野を確保することのできる荷電粒子ビーム照射装置を提供することができる。
【００５１】
（第２実施形態）
第２実施形態による荷電粒子ビーム照射装置について図６を参照して説明する。図６は第２実施形態の荷電粒子ビーム照射装置に用いられる走査電磁石４０１Ａを示す図である。この第２実施形態の荷電粒子ビーム照射装置は、図１に示す第１実施形態の荷電粒子ビーム照射装置１において、走査電磁石４０１を図６に示す走査電磁石４０１Ａに置き換えた構成を有している。
【００５２】
この走査電磁石４０１Ａは、図２に示す走査電磁石４０１を３段、荷電粒子ビーム１０４ｃの進行に対して直列に配置した構成を有している。すなわち、走査電磁石４０１Ａは、荷電粒子ビーム１０４ｃの進行に対して並列に配置された一対の垂直走査電磁石４０１ａ１および一対の水平走査電磁石４０１ｂ１と、これらの走査電磁石４０１ａ１および４０１ｂ１の後段に設けられかつ並列に配置された一対の垂直走査電磁石４０１ａ２および一対の水平走査電磁石４０１ｂ２と、これらの走査電磁石４０１ａ２および４０１ｂ２の後段に設けられかつ並列に配置された一対の垂直走査電磁石４０１ａ３および一対の水平走査電磁石４０１ｂ３と、を備えている。
【００５３】
そして、後段の走査電磁石の口径は前段の走査電磁石の口径よりも大きい。すなわち、  一対の垂直走査電磁石４０１ａ２および一対の水平走査電磁石４０１ｂ２の口径は、一対の垂直走査電磁石４０１ａ１および一対の水平走査電磁石４０１ｂ１の口径よりも大きく、一対の垂直走査電磁石４０１ａ３および一対の水平走査電磁石４０１ｂ３の口径は、一対の垂直走査電磁石４０１ａ２および一対の水平走査電磁石４０１ｂ２の口径よりも大きい。
【００５４】
図２に示す走査電磁石を複数段直列に配置し、かつ後段の走査電磁石の口径は前段の走査電磁石の口径よりも大きいように構成することにより、第１実施形態と同様に、荷電粒子ビーム照射装置が荷電粒子ビームの進行方向に長くなることを抑制することができるとともに、口径の増加を必要最小限に抑えることができる。これにより、大型化を抑制することが可能になるとともに、十分な照射野を確保することのできる荷電粒子ビーム照射装置を提供することができる。
【００５５】
（第３実施形態）
第３実施形態による荷電粒子ビーム照射装置について図７を参照して説明する。図７は第３実施形態の荷電粒子ビーム照射装置に用いられる走査電磁石４０１Ｂを示す図である。この第３実施形態の荷電粒子ビーム照射装置は、図１に示す第１実施形態の荷電粒子ビーム照射装置１において、走査電磁石４０１を図７に示す走査電磁石４０１Ｂに置き換えた構成を有している。
【００５６】
この走査電磁石４０１Ｂは、並列に配置された一対の垂直走査電磁石４０１ａおよび一対の水平走査電磁石４０１ｂを備えている。一対の垂直走査電磁石４０１ａおよび一対の水平走査電磁石４０１ｂは、荷電粒子ビーム１０４ｃの入射側から出射側に向かうにつれて口径が広がる形状を有している。なお、図７では、口径の広がる形状はビームの偏向に応じた形状であって楽器のラッパのそれと同じとなっているが、口径は、荷電粒子ビーム１０４ｃの入射側から出射側に向かうにつれて線形的に増加する形状であってもよい。
【００５７】
この第３実施形態における垂直走査電磁石４０１ａの上側のコイル部４０１ａ１を図８に示す。この垂直走査電磁石４０１ａは、荷電粒子ビーム１０４ｃの入射側から出射側に向かうにつれて口径が増加する中空形状を有する構造体４０１ａ３を備えている。上側のコイル部４０１ａ１は、構造体４０３ａ３の上側の表面に設けられている。
【００５８】
上側のコイル部４０１ａ１は、構造体４０３ａ３の上側の表面に設けられたコイル４０１ａ１１と、このコイル４０１ａ１１の外側に設けられたコイル４０１ａ１２と、このコイル４０１ａ１２の外側に設けられたコイル４０１ａ１３とを備えている。
【００５９】
なお、図３（ａ）乃至図３（ｃ）に示した場合と同様に、垂直走査電磁石４０１ａは、構造体４０１ａ３の下側の表面に設けられた下側のコイル部（図示せず）を備えており。
この下側のコイル部も上側のコイル部４０１ａ１と同様に、複数のコイルを有し、これらのコイルは構造体の下側の表面に設けられる。なお、図８では、コイルは一対の側面にそれぞれ３個設けられていたが、１個、２個、または４個以上設けてもよい。
【００６０】
そして、図４（ａ）乃至４（ｃ）に示した場合と同様に、垂直走査電磁石４０１ａの外側または内側に、水平走査電磁石のコイル部が設けられる。
【００６１】
このように構成された第３実施形態も第１実施形態と同様に、荷電粒子ビーム照射装置が荷電粒子ビームの進行方向に長くなることを抑制することができるとともに、口径の増加を必要最小限に抑えることができる。これにより、大型化を抑制することが可能になるとともに、十分な照射野を確保することのできる荷電粒子ビーム照射装置を提供することができる。
【００６２】
（第４実施形態）
第４実施形態による荷電粒子ビーム照射装置について図９を参照して説明する。図９は第４実施形態の荷電粒子ビーム照射装置に用いられる走査電磁石４０１Ｃを示す図である。この第４実施形態の荷電粒子ビーム照射装置は、図１に示す第１実施形態の荷電粒子ビーム照射装置１において、走査電磁石４０１を図９に示す走査電磁石４０１Ｃに置き換えた構成を有している。
【００６３】
この走査電磁石４０１Ｃは、第１走査電磁石部４０１Ｃ１と、この第１走査電磁石部４０１Ｃ１の後段に設けられた第２走査電磁石部４０１Ｃ２と、を備えている。第１走査電磁石部４０１Ｃ１は、この第１走査電磁石部４０１Ｃ１に入射する荷電粒子ビーム１０４ｃに対して並列に配置された、一対の垂直走査電磁石４１０ａ１および一対の水平走査電磁石４１０ｂ１を備え、口径が入射側から出射側まで実質的に一定であるかまたは線形に増大する構造である。すなわち、第１走査電磁石部４０１Ｃ１においては、口径が入射側から出射側に向かうにつれて変化率が実質的に０であるかまたは正の一定値であるように変化する構造を有している。ここで、口径の変化率とは、入射側から出射側に向かって距離Δｚ移動したときに口径がΔＤ増大する場合に、比ΔＤ／Δｚを意味する。
【００６４】
第２走査電磁石部４０１Ｃ２は、並列に配置された、一対の垂直走査電磁石４１０ａ２および一対の水平走査電磁石４１０ｂ２を備え、口径が入射側から出射側に向かうにつれて第１走査電磁石部４０１Ｃ１と異なる変化率で線形に増大するように構成されている。なお、第１走査電磁石部４０１Ｃ１の出射側の口径と第２走査電磁石部４０１Ｃ２の入射側の口径は実質的に等しい。
【００６５】
この第４実施形態における垂直走査電磁石４１０ａ１および垂直走査電磁石４１０ａ２に関する構造体４１０ａ３およびこの構造体４１０ａ３の上側の表面に設けられた第１コイル部４１０ａ１の一具体例を図１０に示す。構造体４１０ａ３は、第１部分４１０ａ３１と、この第１部分４１０ａ３１に接続する第２部分４１０ａ３２とを備えている。第１コイル部４１０ａ１は、垂直走査電磁石４１０ａ１および垂直走査電磁石４１０ａ２を一体のコイルで形成した構成を有している。
【００６６】
この第１コイル部４１０ａ１は、構造体４１０ａ３の上側の表面に設けられたコイル４１０ａ１１と、このコイル４１０ａ１１の外側に設けられたコイル４１０ａ１２と、このコイル４１０ａ１２の外側に設けられたコイル４１０ａ１３と、を備えている。なお、第１実施形態と同様に、各コイル４１０ａ１１、４１０ａ１２、４１０ａ１３は、それぞれ絶縁材で被覆されている。各コイル４１０ａ１１、４１０ａ１２、４１０ａ１３に、図１に示す電磁石電源４０２ａを用いて励磁電流を流すことにより、垂直方向に磁場を発生する。なお、図１０では、コイルは構造体の上側の表面に３個設けられていたが、１個、２個、または４個以上設けてもよい。
【００６７】
第１部分４１０ａ３１は、図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）に示す第１実施形態における構造体４０１ａ３と同様に、中空形状を有している。第２部分４１０ａ３２は、口径が入射側から出射側に向かうに連れて線形に増加するチューブ形状を有している。第１部分４１０ａ３１の出射側の口径は第２部分４１０ａ３２の入射側の口径と実質的に等しい。コイル４１０ａ１１、４１０ａ１２、４１０ａ１３は、第１部分４１０ａ３１および第２部分４１０ａ３２に渡って形成される。
【００６８】
なお、垂直走査電磁石４１０ａ１および垂直走査電磁石４１０ａ２のそれぞれの対となる第２コイル部（図示せず）は、図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ａ３１および第２部分４１０ａ３２の下側の表面に設けられる。この第２コイル部も、図１０に示す第１コイル部４１０ａ１と同様に、３つのコイルから構成される。図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１０ａ１の各コイル４１０ａ１１、４１０ａ１２、４１０ａ１３と同じサイズでかつ第１部分４１０ａ３１および第２部分４１０ａ３２の中心軸に対して、第１コイル部４１０ａ１の各コイル４１０ａ１１、４１０ａ１２、４１０ａ１３と対称の位置に形成される。
【００６９】
また、第４実施形態における水平走査電磁石４１０ｂ１および水平走査電磁石４１０ｂ２は、図１１に示すように、構造体４１０ｂ３と、この構造体４１０ｂ３の一方の側面に設けられた第１コイル部４１０ｂ１と、他方の側面に設けられた第２コイル部（図示せず）と、を有している。
【００７０】
構造体４１０ｂ３は、垂直走査電磁石４１０ａ１および垂直走査電磁石４１０ａ２の外側に設けられ、第１部分４１０ｂ１１と、この第１部分４１０ｂ１１に接続する第２部分４１０ｂ１２とを備えている。第１部分４１０ａ３１は、図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）に示す第１実施形態における構造体４０１ａ３と同様に、中空形状を有している。第２部分４１０ａ３２は、口径が入射側から出射側に向かうに連れて線形に増加するチューブ形状を有している。第１部分４１０ａ３１の出射側の口径は第２部分４１０ａ３２の入射側の口径と実質的に等しい。なお、水平走査電磁石４１０ｂ１、４１０ｂ２は、垂直走査電磁石４１０ａ１、４１０ａ２の内側に設けてもよい。
【００７１】
第１コイル部４１０ｂ１は、構造体４１０ｂ３の一方の側面に設けられたコイル４１０ｂ１１と、このコイル４１０ｂ１１の外側に設けられたコイル４１０ｂ１２と、このコイル４１０ｂ１２の外側に設けられたコイル４１０ｂ１３と、を備えている。コイル４１０ｂ１１、４１０ｂ１２、４１０ｂ１３は、第１部分４１０ｂ３１および第２部分４１０ｂ３２に渡って形成される。なお、第１実施形態と同様に、各コイル４１０ｂ１１、４１０ｂ１２、４１０ｂ１３は、それぞれ絶縁材で被覆されている。各コイル４１０ｂ１１、４１０ｂ１２、４１０ｂ１３に、図１に示す電磁石電源４０２ｂを用いて励磁電流を流すことにより、水平方向に磁場を発生する。なお、図１１では、コイルは構造体の一方の側面にそれぞれ３個設けられていたが、１個、２個、または４個以上設けてもよい。
【００７２】
水平走査電磁石４１０ｂ１および水平走査電磁石４１０ｂ２の対となる第２コイル部（図示せず）は、図４（ａ）、４（ｂ）、４（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ｂ３１および第２部分４１０ｂ３２の他方の側面に設けられる。この第２コイル部も、図１１に示す第１コイル部４１０ｂ１と同様に、３つのコイルから構成される。図４（ａ）、４（ｂ）、４（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１０ｂ１の各コイル４１０ｂ１１、４１０ｂ１２、４１０ｂ１３と実質的に同じサイズでかつ第１部分４１０ｂ３１および第２部分４１０ｂ３２の中心軸に対して、第１コイル部４１０ｂ１の各コイル４１０ｂ１１、４１０ｂ１２、４１０ｂ１３と対称の位置に形成される。
【００７３】
図９に示す第４実施形態のように、走査電磁石４０１Ｃは、荷電粒子ビーム１０４ｃに対して並列に配置された一対の垂直走査電磁石４１０ａ１および一対の水平走査電磁石４１０ｂ１と、これらの走査電磁石４１０ａ１および４１０ｂ１の後段に設けられかつ並列に配置された一対の垂直走査電磁石４１０ａ２および一対の水平走査電磁石４１０ｂ２と、を備え、これらの走査電磁石４１０ａ２および４１０ｂ２は口径が入射側から出射側に向かうにつれて線形に増大するように構成されているので、第１実施形態と同様に、荷電粒子ビーム照射装置が荷電粒子ビームの進行方向に長くなることを抑制することができるとともに、口径の増加を必要最小限に抑えることができる。これにより、大型化を抑制することが可能になるとともに、十分な照射野を確保することのできる荷電粒子ビーム照射装置を提供することができる。
なお、第４実施形態では、走査電磁石４０１Ｃは、第１走査電磁石部４０１Ｃ１と、この第１走査電磁石部４０１Ｃ１の後段に設けられた第２走査電磁石部４０１Ｃ２と、からなる２段構造を有していたが、３段以上の構造を有していてもよい。例えば、第１走査電磁石部４０１Ｃ１と、この第１走査電磁石部４０１Ｃ１の後段に設けられた第２走査電磁石部４０１Ｃ２と、この第２走査電磁石部４０１Ｃ２の後段に設けられた第３走査電磁石と、からなる３段構造を有し、第３走査電磁石においては、入射側から出射側に向かうにつれて口径が前段の走査電磁石と異なる変化率で線形に増大する構造を有している。また、このような３段以上の構造は、後述する第５乃至第８実施形態においても適用することができる。
【００７４】
（第５実施形態）
第５実施形態による荷電粒子ビーム照射装置について図１２および図１３を参照して説明する。この第５実施形態の荷電粒子ビーム照射装置は、第５実施形態の荷電粒子ビーム照射装置１において、図９に示す垂直走査電磁石４１０ａ１、４１０ａ２のコイルをそれぞれの垂直走査電磁石に対応して設け、水平走査電磁石４１０ｂ１、４１０ｂ２のコイルをそれぞれの水平走査電磁石に対応して設けた構成を有している。
【００７５】
図１２は、第５実施形態の垂直走査電磁石４１０ａ１、４１０ａ２それぞれの、構造体４１０ａ３の上側の表面に設けられた第１コイル部４１１ａ１１、４１１ａ１２を示す図である。第１コイル部４１１ａ１１は、第１部分４１０ａ３１の上側の表面に設けられ、コイル４１１ａ１１１と、このコイル４１１ａ１１１の外側に設けられたコイル４１１ａ１１２と、このコイル４１１ａ１１２の外側に設けられたコイル４１１ａ１１３と、を備えている。第１コイル部４１１ａ１２は、第２部分４１０ａ３２の上側の表面に設けられ、コイル４１１ａ１２１と、このコイル４１１ａ１２１の外側に設けられたコイル４１１ａ１２２と、このコイル４１１ａ１２２の外側に設けられたコイル４１１ａ１２３と、を備えている。すなわち、第５実施形態の第１コイル部４１１ａ１１、４１１ａ１２は、図１０に示す第１コイル部４１０ａ１を２つに分割した構成を有している。図１２では、コイルは構造体の上側の表面にそれぞれ３個設けられていたが、１個、２個、または４個以上設けてもよい。
【００７６】
なお、これらの第１コイル部４１１ａ１１、４１１ａ１２のそれぞれと対になる第２コイル部（図示せず）はそれぞれ、図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ａ３１および第２部分４１０ａ３２の下側の表面に設けられる。この第２コイル部もそれぞれ、図１２に示す第１コイル部４１１ａ１１、４１１ａ１２と同様に、３つのコイルから構成される。図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ａ３１の下側の表面に形成された第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１１ａ１１の各コイル４１１ａ１１１、４１１ａ１１２、４１１ａ１１３と同じサイズでかつ第１部分４１０ａ３１の中心軸に対して、第１コイル部４１１ａ１１の各コイル４１１ａ１１１、４１１ａ１１２、４１１ａ１１３と対称の位置に形成される。また、第２部分４１０ａ３２の下側の表面に形成された第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１１ａ１２の各コイル４１１ａ１２１、４１１ａ１２２、４１１ａ１２３と同じサイズでかつ第２部分４１０ａ３２の中心軸に対して、第１コイル部４１１ａ２の各コイル４１１ａ１２１、４１１ａ１２２、４１１ａ１２３と対称の位置に形成される。
【００７７】
図１３は、第５実施形態の水平走査電磁石４１０ｂ１、４１０ｂ２それぞれの、構造体４１０ｂ３の一方の側面に設けられた第１コイル部４１１ｂ１１、４１１ｂ１２を示す図である。第１コイル部４１１ｂ１１は、第１部分４１０ｂ３１の一方の側面に設けられ、コイル４１１ｂ１１１と、このコイル４１１ｂ１１１の外側に設けられたコイル４１１ｂ１１２と、このコイル４１１ｂ１１２の外側に設けられたコイル４１１ｂ１１３と、を備えている。第１コイル部４１１ｂ１２は、第２部分４１０ｂ２の一方の側面に設けられ、コイル４１１ｂ１２１と、このコイル４１１ｂ１２１の外側に設けられたコイル４１１ｂ１２２と、このコイル４１１ｂ１２２の外側に設けられたコイル４１１ｂ１２３と、を備えている。すなわち、第５実施形態の第１コイル部４１１ｂ１１、４１１ｂ１２は、図１１に示す第１コイル部４１０ｂ１を２つに分割した構成を有している。図１３では、コイルは構造体の一方の側面にそれぞれ３個設けられていたが、１個、２個、または４個以上設けてもよい。
【００７８】
なお、これらの第１コイル部４１１ｂ１１、４１１ｂ１２のそれぞれと対になる第２コイル部（図示せず）はそれぞれ、図４（ａ）、４（ｂ）、４（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ｂ３１および第２部分４１０ｂ３２の他方の側面に設けられる。この第２コイル部もそれぞれ、図１３に示す第１コイル部４１１ｂ１１、４１１ｂ１２と同様に、３つのコイルから構成される。図４（ａ）、４（ｂ）、４（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ｂ３１の他方の側面に形成された第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１１ｂ１１の各コイル４１１ｂ１１１、４１１ｂ１１２、４１１ｂ１１３と同じサイズでかつ第１部分４１０ｂ３１の中心軸に対して、第１コイル部４１１ｂ１１の各コイル４１１ｂ１１１、４１１ｂ１１２、４１１ｂ１１３と対称の位置に形成される。また、第２部分４１０ｂ３２の他方の側面に形成された第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１１ｂ１２の各コイル４１１ｂ１２１、４１１ｂ１２２、４１１ｂ１２３と同じサイズでかつ第２部分４１０ｂ３２の中心軸に対して、第１コイル部４１１ｂ２の各コイル４１１ｂ１２１、４１１ｂ１２２、４１１ｂ１２３と対称の位置に形成される。
【００７９】
このように構成された第５実施形態においては、一対の垂直走査電磁石４１０ａ１と、一対の垂直走査電磁石４１０ａ２の励磁電流の強さを変えることが可能となるとともに、一対の水平走査電磁石４１０ｂ１と、一対の水平走査電磁石４１０ｂ２の励磁電流の強さを変えることが可能となる。これにより、口径が入射側から出射側に向かって線形に増大する一対の垂直走査電磁石４１０ａ２および一対の水平走査電磁石４１０ｂ２によって形成される磁場の強さを第４実施形態に比べて調整することができる。なお、この場合、一対の垂直走査電磁石４１０ａ１に励磁電流を供給する第１電磁石電源と、一対の垂直走査電磁石４１０ａ２に励磁電流を供給する第２電磁石電源を用意することが好ましく、一対の水平走査電磁石４１０ｂ１に励磁電流を供給する第３電磁石電源と、一対の水平走査電磁石４１０ｂ２に励磁電流を供給する第４電磁石電源を用意することが好ましい。
【００８０】
この第５実施形態も第４実施形態と同様に、荷電粒子ビーム照射装置が荷電粒子ビームの進行方向に長くなることを抑制することができるとともに、口径の増加を必要最小限に抑えることができる。これにより、大型化を抑制することが可能になるとともに、十分な照射野を確保することのできる荷電粒子ビーム照射装置を提供することができる。
【００８１】
（第６実施形態）
第６実施形態による荷電粒子ビーム照射装置について図１４および図１５を参照して説明する。この第６実施形態の荷電粒子ビーム照射装置は、第５実施形態の荷電粒子ビーム照射装置１において、一対の垂直走査電磁石４１０ａ２および一対の水平走査電磁石４１０ｂ２の構成するコイルの巻き線数を、一対の垂直走査電磁石４１０ａ１および一対の水平走査電磁石４１０ｂ１の構成するコイルの巻き線数よりも多くした構造を有している。
【００８２】
図１４は、第６実施形態の垂直走査電磁石４１０ａ１、４１０ａ２それぞれの、構造体４１０ａ３の上側の表面に設けられた第１コイル部４１１ａ１１、４１１ａ１２を示す図である。第１コイル部４１１ａ１１は、第１部分４１０ａ３１の上側の表面に設けられ、コイル４１１ａ１１１と、このコイル４１１ａ１１１の外側に設けられたコイル４１１ａ１１２と、このコイル４１１ａ１１２の外側に設けられたコイル４１１ａ１１３と、を備えている。第１コイル部４１１ａ１２は、第２部分４１０ａ３２の上側の表面に設けられ、コイル４１１ａ１２１と、このコイル４１１ａ１２１の外側に設けられたコイル４１１ａ１２２と、このコイル４１１ａ１２２の外側に設けられたコイル４１１ａ１２３と、このコイル４１１ａ１２３の外側に設けられたコイル４１１ａ１２４と、このコイル４１１ａ１２４の外側に設けられたコイル４１１ａ１２５と、を備えている。図１４では、第１コイル部４１１ａ１１は第１部分４１０ａ３１の上側の表面に３個のコイルが設けられていたが、１個、２個、または４個以上設けてもよい。また、第１コイル部４１１ａ１２は第２部分４１０ａ３２の上側の表面に５のコイルが個設けられていたが、第１コイル部４１１ａ１１よりも多くのコイルを設ければよい。
【００８３】
これらの第１コイル部４１１ａ１１、４１１ａ１２のそれぞれと対になる第２コイル部（図示せず）はそれぞれ、図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ａ３１および第２部分４１０ａ３２の下側の表面に設けられる。この第２コイル部もそれぞれ、図１４に示す第１コイル部４１１ａ１１および第１コイル部４１１ａ１２と同様にそれぞれ、３つおよび５つのコイルから構成される。図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ａ３１の下側の表面に形成された第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１１ａ１１の各コイル４１１ａ１１１、４１１ａ１１２、４１１ａ１１３と同じサイズでかつ第１部分４１０ａ３１の中心軸に対して、第１コイル部４１１ａ１１の各コイル４１１ａ１１１、４１１ａ１１２、４１１ａ１１３と対称の位置に形成される。また、第２部分４１０ａ３２の下側の表面に形成された第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１１ａ１２の各コイル４１１ａ１２１、４１１ａ１２２、４１１ａ１２３、４１１ａ１２４、４１１ａ１２５と、同じサイズでかつ第２部分４１０ａ３２の中心軸に対して、第１コイル部４１１ａ２の各コイル４１１ａ１２１、４１１ａ１２２、４１１ａ１２３、４１１ａ１２４、４１１ａ１２５と対称の位置に形成される。
【００８４】
図１５は、第６実施形態の水平走査電磁石４１０ｂ１、４１０ｂ２それぞれの、構造体４１０ｂ３の一方の側面に設けられた第１コイル部４１１ｂ１１、４１１ｂ１２を示す図である。第１コイル部４１１ｂ１１は、第１部分４１０ｂ３１の一方の側面に設けられ、コイル４１１ｂ１１１と、このコイル４１１ｂ１１１の外側に設けられたコイル４１１ｂ１１２と、このコイル４１１ｂ１１２の外側に設けられたコイル４１１ｂ１１３と、を備えている。第１コイル部４１１ｂ１２は、第２部分４１０ｂ３２の一方の側面に設けられ、コイル４１１ｂ１２１と、このコイル４１１ｂ１２１の外側に設けられたコイル４１１ｂ１２２と、このコイル４１１ｂ１２２の外側に設けられたコイル４１１ｂ１２３と、このコイル４１１ｂ１２３の外側に設けられたコイル４１１ｂ１２４と、このコイル４１１ｂ１２４の外側に設けられたコイル４１１ｂ１２４と、を備えている。図１５では、第１コイル部４１１ｂ１１は第１部分４１０ｂ３１の一方の側面に３個設けられていたが、１個、２個、または４個以上設けてもよい。また、第１コイル部４１１ｂ１２は第２部分４１０ｂ３２の一方の側面に５個のコイルが設けられていたが、第１コイル部４１１ｂ１１よりも多くのコイルを設ければよい。
【００８５】
なお、これらの第１コイル部４１１ｂ１１、４１１ｂ１２のそれぞれと対になる第２コイル部（図示せず）はそれぞれ、図４（ａ）、４（ｂ）、４（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ｂ３１および第２部分４１０ｂ３２の他方の側面に設けられる。この第２コイル部もそれぞれ、図１５に示す第１コイル部４１１ｂ１１および第１コイル部４１１ｂ１２と同様にそれぞれ、３つおよび５つのコイルから構成される。図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ａ３１の他方の側面に形成された第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１１ｂ１１の各コイル４１１ｂ１１１、４１１ｂ１１２、４１１ｂ１１３と同じサイズでかつ第１部分４１０ｂ３１の中心軸に対して、第１コイル部４１１ｂ１１の各コイル４１１ｂ１１１、４１１ｂ１１２、４１１ｂ１１３と対称の位置に形成される。また、第２部分４１０ｂ３２の他方の側面に形成された第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１１ｂ１２の各コイル４１１ｂ１２１、４１１ｂ１２２、４１１ｂ１２３、４１１ｂ１２４、４１１ｂ１２５と同じサイズでかつ第２部分４１０ｂ３２の中心軸に対して、第１コイル部４１１ｂ２の各コイル４１１ｂ１２１、４１１ｂ１２２、４１１ｂ１２３、４１１ｂ１２４、４１１ｂ１２５と対称の位置に形成される。
【００８６】
このように構成された第６実施形態においては、一対の垂直走査電磁石４１０ａ１と、一対の垂直走査電磁石４１０ａ２では、コイルの巻き線数を変えたので、一対の垂直走査電磁石４１０ａ１と一対の垂直走査電磁石４１０ａ２に同じ励磁電流を流しても、一対の垂直走査電磁石４１０ａ２によって形成される磁場を一対の垂直走査電磁石４１０ａ１によって形成される磁場よりも強くすることができる。すなわち、一対の垂直走査電磁石４１０ａ１と一対の垂直走査電磁石４１０ａ２に対して同じ電磁石電源を用いて励磁電流を供給することができる。
【００８７】
また、一対の水平走査電磁石４１０ｂ１と、一対の水平走査電磁石４１０ｂ２では、コイルの巻き線数を変えたので、一対の水平走査電磁石４１０ｂ１と一対の水平走査電磁石４１０ｂ２に同じ励磁電流を流しても、一対の水平走査電磁石４１０ｂ２によって形成される磁場を一対の水平走査電磁石４１０ｂ１によって形成される磁場よりも強くすることができる。すなわち、一対の水平走査電磁石４１０ｂ１と一対の水平走査電磁石４１０ｂ２に対して同じ電磁石電源を用いて励磁電流を供給することができる。
【００８８】
この第６実施形態も第５実施形態と同様に、荷電粒子ビーム照射装置が荷電粒子ビームの進行方向に長くなることを抑制することができるとともに、口径の増加を必要最小限に抑えることができる。これにより、大型化を抑制することが可能になるとともに、十分な照射野を確保することのできる荷電粒子ビーム照射装置を提供することができる。
【００８９】
（第７実施形態）
第７実施形態による荷電粒子ビーム照射装置について図１６および図１７を参照して説明する。この第７実施形態の荷電粒子ビーム照射装置は、第４実施形態の荷電粒子ビーム照射装置１において、一対の垂直走査電磁石４１０ａ２および一対の水平走査電磁石４１０ｂ２の構成するコイルの巻き線数を、一対の垂直走査電磁石４１０ａ１および一対の水平走査電磁石４１０ｂ１の構成するコイルの巻き線数よりも多くした構造を有している。
【００９０】
図１６は、第７実施形態の垂直走査電磁石４１０ａ１、４１０ａ２それぞれの、構造体４１０ａ３の上側の表面に設けられた第１コイル部４１１ａ１１、４１１ａ１２を示す図である。第１コイル部４１１ａ１２は、第２部分４１０ａ３２の上側の表面に設けられ、コイル４１１ａ１１と、このコイル４１１ａ１１の外側に設けられたコイル４１１ａ１２と、このコイル４１１ａ１２の外側に設けられたコイル４１１ａ１３と、このコイル４１１ａ１３の外側に設けられたコイル４１１ａ１４と、このコイル４１１ａ１４の外側に設けられたコイル４１１ａ１５と、を備えている。なお、コイル４１１ａ１３、コイル４１１ａ１４、およびコイル４１１ａ１５は、第１部分４１０ａ３１の上側の表面に延在し、第１コイル部４１１ａ１１を構成する。図１６では、第１コイル部４１１ａ１１は３個のコイルが設けられていたが、１個、２個、または４個以上設けてもよい。また、第１コイル部４１１ａ１２は５個のコイルが設けられていたが、第１コイル部４１１ａ１１よりも多くのコイルを設ければよい。
【００９１】
これらの第１コイル部４１１ａ１１、４１１ａ１２のそれぞれと対になる第２コイル部（図示せず）はそれぞれ、図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ａ３１および第２部分４１０ａ３２の下側の表面に設けられる。この第２コイル部もそれぞれ、図１６に示す第１コイル部４１１ａ１１および第１コイル部４１１ａ１２と同様にそれぞれ、３つおよび５つのコイルから構成される。図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ａ３１の下側の表面に形成された第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１１ａ１１の各コイル４１１ａ１３、４１１ａ１４、４１１ａ１５と同じサイズでかつ第１部分４１０ａ３１の中心軸に対して、第１コイル部４１１ａ１１の各コイル４１１ａ１３、４１１ａ１４、４１１ａ１５と対称の位置に形成される。また、第２部分４１０ａ３２の下側の表面に形成された第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１１ａ１２の各コイル４１１ａ１１、４１１ａ１２、４１１ａ１３、４１１ａ１４、４１１ａ１５と、同じサイズでかつ第２部分４１０ａ３２の中心軸に対して、第１コイル部４１１ａ１２の各コイル４１１ａ１１、４１１ａ１２、４１１ａ１３、４１１ａ１４、４１１ａ１５と対称の位置に形成される。
【００９２】
図１７は、第６実施形態の水平走査電磁石４１０ｂ１、４１０ｂ２それぞれの、構造体４１０ｂ３の一方の側面に設けられた第１コイル部４１１ｂ１１、４１１ｂ１２を示す図である。第１コイル部４１１ｂ１２は、第２部分４１０ｂ３２の一方の側面に設けられ、コイル４１１ｂ１１１と、このコイル４１１ｂ１１１の外側に設けられたコイル４１１ｂ１１２と、このコイル４１１ｂ１１２の外側に設けられたコイル４１１ｂ１１３と、このコイル４１１ｂ１１３の外側に設けられたコイル４１１ｂ１１４と、このコイル４１１ｂ１１４の外側に設けられたコイル４１１ｂ１１５と、を備えている。なお、コイル４１１ｂ１１３、コイル４１１ｂ１１４、およびコイル４１１ａ１１５は、第１部分４１０ｂ３１の上側の表面に延在し、第１コイル部４１１ｂ１１を構成する。図１７では、第１コイル部４１１ｂ１１は３個のコイルが設けられていたが、１個、２個、または４個以上設けてもよい。また、第１コイル部４１１ｂ１２は５個のコイルが設けられていたが、第１コイル部４１１ｂ１１よりも多くのコイルを設ければよい。
【００９３】
これらの第１コイル部４１１ｂ１１、４１１ｂ１２のそれぞれと対になる第２コイル部（図示せず）はそれぞれ、図４（ａ）、４（ｂ）、４（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ｂ３１および第２部分４１０ｂ３２の他方の側面に設けられる。この第２コイル部もそれぞれ、図１６に示す第１コイル部４１１ｂ１１および第１コイル部４１１ｂ１２と同様にそれぞれ、３つおよび５つのコイルから構成される。図４（ａ）、４（ｂ）、４（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ｂ３１の他方の側面に形成された第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１１ｂ１１の各コイル４１１ｂ１３、４１１ｂ１４、４１１ｂ１５と同じサイズでかつ第１部分４１０ｂ３１の中心軸に対して、第１コイル部４１１ｂ１１の各コイル４１１ｂ１３、４１１ｂ１４、４１１ｂ１５と対称の位置に形成される。また、第２部分４１０ｂ３２の下側の表面に形成された第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１１ｂ１２の各コイル４１１ｂ１１、４１１ｂ１２、４１１ｂ１３、４１１ｂ１４、４１１ｂ１５と、同じサイズでかつ第２部分４１０ａ３２の中心軸に対して、第１コイル部４１１ｂ１２の各コイル４１１ｂ１１、４１１ｂ１２、４１１ｂ１３、４１１ｂ１４、４１１ｂ１５と対称の位置に形成される。
【００９４】
このように構成された第７実施形態においては、一対の垂直走査電磁石４１０ａ１と、一対の垂直走査電磁石４１０ａ２では、コイルの巻き線数を変えたので、一対の垂直走査電磁石４１０ａ１と一対の垂直走査電磁石４１０ａ２に同じ励磁電流を流しても、一対の垂直走査電磁石４１０ａ２によって形成される磁場を一対の垂直走査電磁石４１０ａ１によって形成される磁場よりも強くすることができる。すなわち、一対の垂直走査電磁石４１０ａ１と一対の垂直走査電磁石４１０ａ２に対して同じ電磁石電源を用いて励磁電流を供給することができる。
【００９５】
また、一対の水平走査電磁石４１０ｂ１と、一対の水平走査電磁石４１０ｂ２では、コイルの巻き線数を変えたので、一対の水平走査電磁石４１０ｂ１と一対の水平走査電磁石４１０ｂ２に同じ励磁電流を流しても、一対の水平走査電磁石４１０ｂ２によって形成される磁場を一対の水平走査電磁石４１０ｂ１によって形成される磁場よりも強くすることができる。すなわち、一対の水平走査電磁石４１０ｂ１と一対の水平走査電磁石４１０ｂ２に対して同じ電磁石電源を用いて励磁電流を供給することができる。
【００９６】
この第７実施形態も第４実施形態と同様に、荷電粒子ビーム照射装置が荷電粒子ビームの進行方向に長くなることを抑制することができるとともに、口径の増加を必要最小限に抑えることができる。これにより、大型化を抑制することが可能になるとともに、十分な照射野を確保することのできる荷電粒子ビーム照射装置を提供することができる。
【００９７】
（第８実施形態）
第８実施形態による荷電粒子ビーム照射装置について図１８を参照して説明する。図１８は第８実施形態の荷電粒子ビーム照射装置に用いられる走査電磁石４０１Ｄを示す図である。この第８実施形態の荷電粒子ビーム照射装置は、図１に示す第１実施形態の荷電粒子ビーム照射装置１において、走査電磁石４０１を図９に示す走査電磁石４０１Ｄに置き換えた構成を有している。
【００９８】
この第８実施形態の走査電磁石４０１Ｄは、第４乃至第７実施形態のいずれかの走査電磁石において、水平走査電磁石４１０ｂ１、４１０ｂ２の外側にヨーク４０１ｃを設けた構成を有している。なお、水平走査電磁石の口径が垂直走査電磁石の口径よりも小さい場合は、ヨーク４０１ｃは垂直走査電磁石の外側に設けられる。図１８は、第４実施形態の水平走査電磁石４１０ｂ１、４１０ｂ２の外側にヨーク４２０を設けた場合の断面図である。
【００９９】
本実施形態においては、ヨーク４２０は、内部の口径が、水平走査電磁石４１０ｂ１、４１０ｂ２の外形に沿った形状を有している。すなわち、水平走査電磁石４１０ｂ１に対応する部分の口径は実質的に一定であるかまたは線形に増大する構造であり、水平走査電磁石４１０ｂ２に対応する部分の口径は水平走査電磁石４１０ｂ１と異なる変化率で線形に増加する。また、ヨーク４２０の外径は実質的に一定である。このため、荷電粒子１０４ｃが出射される出射側では、入射側に比べてヨーク４２０の肉厚は薄くなっている。
【０１００】
本実施形態の走査電磁石４０１Ｄの上面図および断面図を図１９および図２０に示す。この図１９は、ヨーク４２０の一部分を切断した上面図である。ヨーク４２０は、垂直走査電磁石のコイル部４１０ａ１と長手方向の長さはほぼ同じ長さを有している。なお、図２０において、符号１０４ｃは荷電粒子ビームを示す。
【０１０１】
ヨーク４２０は少なくとも２つ以上に分割される。一般的にはＹ方向またはＸ方向に２分割される。図２０では、矢印で示すようにＹ方向に２分割される。ヨーク４２０の内周面の加工およびコイル組立が容易となる構造をしている。ヨーク４２０の内周面はコイル部４１０ａ１の外周面と接触するか近接する大きさであり、鉄などの磁性体で構成されることで磁場の強度を増大すると共に、漏れ磁場を低減している。
【０１０２】
本実施形態の走査電磁石４０１Ｄは交流で駆動するため、ヨーク４２０は、電磁鋼板などの薄い鉄板を長手方向に複数枚積層し樹脂で接着した構成を有している。これによりヨーク４２０の発熱や渦電流による誤差磁場を低減することができる。
【０１０３】
また、ヨーク４２０においては、上記の通りヨーク４２０の内周面はコイル部４１０ａ１の外周面と接触するか近接する大きさである。しかし、ヨーク４２０の外周面は外径一定としている。このような形状をヨーク４２０が有することで、口径が小さく磁場強度が強い位置ではヨーク４２０は肉厚に、口径が大きく磁場強度が弱い位置ではヨーク４２０は肉薄になり、ヨーク４２０の磁場強度を高める効果を効率的に得ると共に製作性の良いヨークを得ることができる。
【０１０４】
第８実施形態も第４実施形態と同様に、荷電粒子ビーム照射装置が荷電粒子ビームの進行方向に長くなることを抑制することができるとともに、口径の増加を必要最小限に抑えることができる。これにより、大型化を抑制することが可能になるとともに、十分な照射野を確保することのできる荷電粒子ビーム照射装置を提供することができる。更に、ヨーク４２０を設けたことにより、外部に磁場が漏れるのを抑制することができる。
【０１０５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１０６】
１……荷電粒子ビーム照射装置、１０……ビーム発生装置、１０４，１０４ｃ……荷電粒子ビーム、２０……ビーム加速装置、３０……ビーム輸送装置、４０……ビーム照射装置、４０１……走査電磁石、４０１ａ……垂直走査電磁石、４０１ｂ……水平走査電磁石、４０２（４０２ａ，４０２ｂ）……走査電磁石電源、４０３……位置モニタ、４０４……線量計、４０５……線量計回路、６０……照射制御装置、６０３……走査制御部、９０……患者の患部、９０１（９０１ａ〜９０１ｃ）……照射スライス、９０２（９０２ａ〜９０２ｃ）……照射点。
【図１】
0006613466.tif 000002
【図２】
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【図３】
0006613466.tif 000004
【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】
0006613466.tif 000009
【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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