(57)【要約】  患者もしくは患部毎に個別に設定した基準磁場を患者間もしくは患部間で緩やかに変化させる、すなわち磁場の時間変化率が小さい基礎磁場成分を外周側超伝導コイル６とその電源７によって励磁する。そして、一患者もしくは一患部内において各層を照射するために必要な、基準磁場近傍で高速に磁場を変化させる時間変化率が大きな磁場成分を基礎磁場成分から分割して、コイル６とは独立した内周側超伝導コイル８とその電源９とでこの時間変化率が大きな磁場成分を励磁する。これにより、クエンチリスクを従来に比べて抑えることができ、高速に磁場を変化させることができる超伝導電磁石とそれを用いた粒子線治療システムを提供することが可能となる。
2015045017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子の軌道を偏向させるための超伝導電磁石であって、
患部ごとに個別に設定した基準磁場となる磁場成分を発生させる第１超伝導コイルと、
この第１超伝導コイルを励磁するための第１電源と、
前記患部に対して、前記第１超伝導コイルより高速に変化させ、前記基準磁場を補強もしくは減衰させることで所望の磁場成分を得るための磁場成分を発生させる第２超伝導コイルと、
この第２超伝導コイルを励磁するための第２電源とを備えた
ことを特徴とする超伝導電磁石。
【請求項２】
請求項１に記載の超伝導電磁石において、
前記第１超伝導コイルと前記第２超伝導コイルとの線材を、異なるものとした
ことを特徴とする超伝導電磁石。
【請求項３】
請求項２に記載の超伝導電磁石において、
前記第１超伝導コイルの線材として、臨界温度が４０Ｋ未満の低温超伝導線材を、
前記第２超伝導コイルの線材として、臨界温度が４０Ｋ以上の高温超伝導線材を用いた
ことを特徴とする超伝導電磁石。
【請求項４】
荷電粒子ビームを出射する荷電粒子ビーム発生装置と、
この荷電粒子ビーム発生装置から出射された荷電粒子ビームを照射室まで導くビーム輸送系と、
前記照射室で照射対象物の照射対象形状に合わせて前記ビーム輸送系によって輸送された荷電粒子ビームを照射する粒子線照射装置とを備えた粒子線治療システムであって、
前記ビーム輸送系は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超伝導電磁石を有する
ことを特徴とする粒子線治療システム。
【請求項５】
荷電粒子の軌道を偏向させるための超伝導電磁石の運転方法であって、
第１電源に信号を出力して、患部ごとに個別に設定した基準磁場となる磁場成分を発生させる第１超伝導コイルを励磁する工程と、
この第１超伝導コイルの励磁後に、第２電源に信号を出力して、前記基準磁場を補強もしくは減衰させることで所望の磁場成分を得るための磁場成分を前記第１超伝導コイルより高速に発生させる第２超伝導コイルを励磁する工程とを含む
ことを特徴とする超伝導電磁石の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速に磁場を変化させる必要のある超伝導電磁石とその超伝導電磁石を用いた粒子線治療システムならびに超伝導電磁石の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
円形加速器における荷電粒子の加速方法の一つとして、特許文献１には、荷電粒子の加速に必要な偏光磁場の増加を、主に自己インダクタンスの小さな第２種の偏向コイルにより行い、目的到達エネルギーに近いエネルギーで必要となる高い偏向磁場強度は主に第１種の偏向コイルにより発生させることが記載されている。【０００３】
また、非特許文献１には、水平方向、垂直方向ともに広い磁場領域を形成するのに適した円筒形状の磁極，コイル形状をしており、コイルは電流のθ方向分布がｃｏｓθ分布になるように巻かれている超伝導電磁石が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−１２２９９９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“HIGH-FIELD COMBINED-FUNCTION MAGNETS FOR A 1.5 x 1.5 TeV MUON COLLIDER STORAGE RING”, Proc. of IPAC2012, New Orleans, Louisiana, USA.
【非特許文献２】“MAGNETIC-FIELD CALCULATIONS OF THE SUPERCONDUCTING DIPOLE MAGNETS FOR THE HIGH-ENERGY STORAGE RING AT FAIR”, Proc. of PAC2007, New Mexico, USA.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年の高齢化社会を反映し、がん治療法の一つとして、低侵襲で体に負担が少なく、治療後の生活の質が高く維持できる放射線治療が注目されている。その中でも、加速した陽子や炭素などの荷電粒子ビームを用いた粒子線治療システムが、患部への優れた線量集中性のため特に有望視されている。【０００７】
この粒子線治療システムは、治療に必要なエネルギーに荷電粒子ビームを調整する加速器システムと、加速器から取り出した荷電粒子ビームを照射室まで輸送するビーム輸送系とを備える。今後、粒子線治療システムの普及を進めていくためにはシステムの小型化が望まれており、その解決策の一つに超伝導電磁石の利用が考えられている。【０００８】
粒子線治療では、散乱体を使用してビームを広げ、コリメータ、ボーラス等により患部形状に一致させたビームを照射する散乱体照射法と、細いビームを走査電磁石によって走査し、照射位置を制御するビーム走査照射法とがある。ビーム走査照射法ではビームのエネルギーを変更することで治療する深さ方向の調整が可能となる。加速器システムでのエネルギーの変更に応じて、ビーム輸送系ではビームの軌道を一定に保つために電磁石の磁場強度を同期させて変更する必要がある。この変更に時間がかかると治療時間が長くなり、患者負担が増大する。そのため、システムの小型化と治療時間短縮を両立させるため、高速に磁場を変化させることが可能な超伝導電磁石が必要となる。特に、走査電磁石より下流側の電磁石では、ビームを走査しているため、ビームの通過領域が広く、大口径の超伝導電磁石が必要とされる。【０００９】
しかし、特許文献１に記載のような超伝導電磁石では、磁石形状のため、垂直方向の磁場領域を広げようとした場合に、励磁電流の増大や、ヨークの大型化による磁石重量の増大が問題となる。【００１０】
また、非特許文献１記載の超伝導電磁石では、水平方向、垂直方向ともに広い磁場領域を形成するのに適した円筒形状の磁極、コイル形状をしており、そのコイルは電流のθ方向分布がｃｏｓθ分布になるように巻かれている。このコイルの巻き方の他の例としては、非特許文献２に示すようなｄｏｕｂｌｅ−ｈｅｌｉｘ巻等の種々の巻き方が存在する。【００１１】
しかし、いずれの巻き方であっても、非特許文献１に記載の超伝導電磁石では１種類のコイル（たとえば二極磁場発生用コイル）を１電源で運転しているため、クエンチ発生を避けつつ高速に磁場を変化させるのは困難であった。【００１２】
本発明の目的は、クエンチリスクを従来に比べて抑えるとともに、高速に磁場を変化させることができる超伝導電磁石とそれを用いた粒子線治療システムならびに超伝導電磁石の運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、荷電粒子の軌道を偏向させるための超伝導電磁石であって、患部ごとに個別に設定した基準磁場となる磁場成分を発生させる第１超伝導コイルと、この第１超伝導コイルを励磁するための第１電源と、前記患部に対して、前記第１超伝導コイルより高速に変化させ、前記基準磁場を補強もしくは減衰させることで所望の磁場成分を得るための磁場成分を発生させる第２超伝導コイルと、この第２超伝導コイルを励磁するための第２電源とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、時間変化率の小さな基準磁場を発生させる第１超伝導コイルは大電流を安定して流すことができ、時間変化率の大きな磁場を発生させる第２超伝導コイルは必要な励磁電流を小さくできるため、クエンチのリスクを大幅に低減することができる。【００１５】
更に特許文献１記載の電磁石構造の場合、鉄心内磁場1.5T以上となるような高磁場運転時、すでに鉄心が磁気飽和状態にあるため、コイルに流す電流を変化させてもヨーク（鉄心）に磁束が入り込まず、コイル近傍の磁場上昇が主となり、必要磁場領域（本発明でビームダクト、特許文献１で真空ダクトと記載されている領域）の磁場を変化させるためには大電流を流す必要がある。
一方、本発明は第２超伝導コイルを必要磁場領域周辺に設置でき、特許文献１記載の磁石と比較して低い電流で必要磁場領域での磁場を変化させることが可能となり、前述第１超伝導コイルと第２超伝導コイルの分離によるクエンチのリスク低減に加え、更に安定した高速磁場の可変超伝導電磁石を提供することができる。【００１６】
更に、時間変化率の大きな磁場を発生させる第２超伝導コイルと時間変化率の小さな磁場を発生させる第１超伝導コイルを離して設置することができるようになり、時間変化率の小さな磁場を発生させる第１超伝導コイルの位置における最大磁場強度や磁場の単位時間変化量を小さくすることが可能となる。このため、クエンチリスクを低減した大口径の高速磁場の可変を実現できる超伝導電磁石を提供することができる。【００１７】
そして、本発明の超伝導電磁石を粒子線治療システムに適用することにより、超伝導電磁石の利用によりシステムの小型化が可能となる。同時に、高速磁場可変超伝導電磁石の実現により、患者に照射するビームのエネルギーを高速に変化させることができるため治療時間の短縮が可能となり、患者負担を軽減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の超伝導電磁石の第１の実施形態の概略の一例を示す横断面図である。
【図２】本発明の超伝導電磁石の第１の実施形態のコイルと電源の配置の概略の一例を示す構成図である。
【図３】本発明の超伝導電磁石の第１の実施形態における好適な電磁石運転パターンの一例と、比較のための従来の電磁石運転パターンとを示すタイムチャート図である。
【図４】本発明の超伝導電磁石の第１の実施形態における好適な電磁石運転パターンの他の一例を示すタイムチャート図である。
【図５】本発明の超伝導電磁石の第１の実施形態における好適な電磁石運転パターンの更に他の一例を示すタイムチャート図である。
【図６】本発明の超伝導電磁石の第１の実施形態における好適な電磁石運転パターンの更に他の一例を示すタイムチャート図である。
【図７】本発明の超伝導電磁石を用いた粒子線治療システムの第２の実施形態の概略構成を示す構成図である。
【図８】本発明の超伝導電磁石を用いた粒子線治療システムの第３の実施形態の概略構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明の超伝導電磁石および粒子線治療システムならびに超伝導電磁石の運転方法の実施形態を、図面を用いて説明する。
【００２０】
＜第１の実施形態＞  
本発明の超伝導電磁石および超伝導電磁石の運転方法の第１の実施形態を、図１乃至図６を用いて説明する。
図１は本発明の超伝導電磁石の第１の実施形態の概略の一例を示す横断面図、図２は本発明の超伝導電磁石の第１の実施形態のコイルと電源の配置の概略の一例を示す構成図、図３は本発明の超伝導電磁石の第１の実施形態における好適な電磁石運転パターンの一例、比較のための従来の電磁石運転パターンとを示すタイムチャート図、図４は本発明の超伝導電磁石の第１の実施形態における好適な電磁石運転パターンの他の一例を示すタイムチャート図、図５は本発明の超伝導電磁石の第１の実施形態における好適な電磁石運転パターンの更に他の一例を示すタイムチャート図、図６は本発明の超伝導電磁石の第１の実施形態における好適な電磁石運転パターンの更に他の一例を示すタイムチャート図である。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態の超伝導電磁石は、超伝導コイル１、ヨーク２、ビームダクト３、断熱容器４とを概略備えている。
【００２２】
超伝導コイル１は、それぞれ独立に設置された外周側超伝導コイル（第１超伝導コイル）６と内周側超伝導コイル（第２超伝導コイル）８とから構成されている。
【００２３】
図２に示すように、コイル６は電源７（第１電源）に、コイル８は電源９（第２電源）に接続されており、それぞれ独立した電源に接続されている。このコイル６，８は、ｃｏｓθ巻と呼ばれるコイル形状を有している。
【００２４】
図１に戻り、コイル６，８は、それぞれθ方向の電流分布がｃｏｓθ分布となるように、必要な磁場領域（ビームダクト３の内側）を囲むように配置される。またそれぞれのコイル６，８は、断熱容器４により構成される断熱層内に設置されており、極低温まで冷却できるようになっている。コイル６，８の外周側にはヨーク２が設置されており、中心磁場強度を高め、外周方向への漏れ磁場を低減している。
【００２５】
次に、コイル６とコイル８の違いについて説明する。まず、それぞれのコイルによって発生させる磁場の時間変化の例を図３に示す。
図３中、（Ａ）は単一のコイルで構成した従来のコイルでの磁場パターンを示し、（Ｂ）は（Ａ）と同じ必要な磁場パターンを２種類のコイルで構成した本発明の超伝導コイルでのそれぞれの磁場パターンを示している。
【００２６】
図３（Ｂ）の長破線に示すように、コイル６によって励磁する磁場パターンは、各々の患部ごとに個別に設定された基準磁場を発生させる。この基準磁場は、それぞれの患部の最深部照射に相当する磁場に設定する。この基準磁場を患部間で変化させる時間は、一般的に数十秒〜１分程度である。
なお、本発明において「患部」とは、一人の患者における治療対象の患部に限られず、例えば、一人の患者において患部が異なって照射する荷電粒子ビームのエネルギーを大きく変更する場合の複数の治療対象の患部の各々の「患部」のことも意味する。
【００２７】
一方、コイル８によって励磁する磁場パターンは、一患部を深さ方向に分割した各層（数層〜数百層）を照射するのに必要な磁場パターンを得るための磁場パターンである。すなわち、コイル８は、図３（Ｂ）の一点鎖線に示すように、必要な磁場パターンを実現するために、コイル６が発生させる磁場強度より強度が小さく、時間変化率の大きな、基準磁場を減衰させる磁場を発生させ、高速で変化させるコイルである。
【００２８】
このように、コイル６とコイル８とでは、図３（Ｂ）に示すように、一患部においては、コイル６では磁場強度を変化させないのに対し、コイル８は一患部において各層に荷電粒子ビームを照射するために荷電粒子のビームエネルギーを変更するのに対応させて磁場強度を小さくかつ高速に変化させるとの役割が分担されている。
【００２９】
より具体的には、コイル８では各層間で磁場を変化させる時間は一般的に数十ｍｓ〜数百ｍｓ程度と高速であり、コイル６の数十秒〜１分程度に対してかなり高速である。
【００３０】
このようにコイル８とコイル６に機能を分割して持たせると、例えば、２．５Ｔから２．０Ｔまで一患部内で磁場を変化させたい場合に、高速に磁場を変化させるコイル８には０．５Ｔの磁場変化を発生させる電流を流せばよく、コイル６は変化させずにそのままにしておくことができる。
これはコイル断面積を一定として考えたときに、電流密度を小さくできることを意味し、クエンチに対して余裕を持ちながら、高速に磁場を変化させることが可能となる。
【００３１】
更に、コイル６とコイル８は異なる種類の超伝導線材が用いられている。
具体的には、相対的に磁場の時間変化率が小さな、大電流を流すコイル６には線材コストの低いＮｂＴｉ等の臨界温度が４０Ｋ未満の低温超伝導線材が用いられている。一方、相対的に磁場の時間変化率が大きなコイル８にはＭｇＢ２，イットリウム系といった臨界温度が４０Ｋ以上の高温超伝導線材が用いられている。これにより、さらにクエンチに対する余裕を大きくすることができる。
【００３２】
上述した本発明の超伝導電磁石および超伝導電磁石の運転方法の第１の実施形態によれば、患者もしくは患部毎に個別に設定した基準磁場を患者間もしくは患部間で緩やかに変化させる、すなわち磁場の時間変化率が小さい基礎磁場成分を外周側超伝導コイル６とその電源７によって励磁する。そして、一患者もしくは一患部内において各層を照射するために必要な、基準磁場近傍で高速に磁場を変化させる時間変化率が大きな磁場成分を基礎磁場成分から分割して、コイル６とは独立した内周側超伝導コイル８とその電源９とでこの時間変化率が大きな磁場成分を励磁することを特徴とする。
【００３３】
本発明のようにコイルを分割しない従来の超伝導コイルの場合、全コイルを高温超伝導線材で構成して高速に磁場を変化させることで図３（Ａ）に示すような必要な磁場パターンを得ることは可能ではある。しかし、広い磁場領域で高磁場を出す場合に、線材の性能面およびコスト面で早期の実現は困難である。また、クエンチリスクが高くなってしまうとの問題もある。
一方、本発明では、基準磁場励磁用のコイル６と磁場強度を高速で時間変化させるコイル８とを独立して設置するとともに、それぞれのコイルを独立の電源７，９で励磁することにより、基礎磁場励磁用のコイル６の位置での最大磁場強度や磁場の単位時間変化量を小さくすることが可能となり、クエンチリスクを低減した大口径の高速磁場可変超伝導電磁石を実現することができる。
また、分割したコイルの線材を自由に組み合わせることができ、たとえば時間変化率の大きな磁場を発生させるコイル８に高温超伝導材を用いた場合、その励磁電流は一体型コイルの場合の数分の一程度でよく、早期の高速磁場可変超伝導電磁石を実現することができる。また、高温超伝導線材の量も少なくてよく、コスト面での利点もある。
【００３４】
なお、外周側超伝導コイル６と内周側超伝導コイル８とによって発生させる磁場パターンは図３に示すパターンに限られない。その他の例を図４乃至図６を用いて説明する。
【００３５】
図４では、コイル６によって発生させる基準磁場を、患部の平均深さに設定した例である。この場合、図３（Ｂ）に示した磁場パターンの組み合わせと比較して、コイル６によって発生させる最大磁場を低減することが可能となる。また、コイル８によって発生させる磁場は、コイル６の発生させる基準磁場を補強もしくは減衰させるが、その最大磁場はコイル６と同様に低減することが可能となる。
【００３６】
また、図５には、患者ごとに異なる基準磁場の時間変化が小さくなるように、基準磁場のうち最も浅い部分を照射するのに必要な磁場と最も深い部分を照射するのに必要な磁場のうち最も各患者毎の基準磁場の平均に近いほうを基準とした例を示す。
この場合についても、図３（Ｂ）に示した磁場パターンの組み合わせと比較して、コイル６によって発生させる最大磁場を低減することが可能である。
【００３７】
更に、図６にコイル６で発生させる基準磁場を一定とした例を示す。この場合においても、図３（Ｂ）に示した磁場パターンの組み合わせと比較して、コイル６によって発生させる最大磁場を低減することが可能である。
【００３８】
＜第２の実施形態＞  
本発明の粒子線治療システムの第２の実施形態を図７用いて説明する。
図７は本発明の超伝導電磁石を用いた粒子線治療システムの第２の実施形態の概略構成を示す構成図である。
【００３９】
図７に示すように、本発明の粒子線治療システムの第２の実施形態は、入射系１００と、シンクロトロン２００と、高エネルギービーム輸送系３００と、照射装置４００とを概略備える。また、入射系１００，シンクロトロン２００，高エネルギービーム輸送系３００，照射装置４００を制御する制御系（入射系制御装置１１０，シンクロトロン制御装置２１０，高エネルギービーム輸送系制御装置３１０，照射系制御装置４１０）と治療システム全体を制御する全体制御装置５００とを概略備えている。
【００４０】
入射系１００は、イオン源１１と、このイオン源１１で発生させた荷電粒子をシンクロトロン２００への入射に適したエネルギーまで加速するライナックのような前段加速器１２と、この前段加速器１２で加速した荷電粒子ビームをシンクロトロン２００まで輸送するための輸送系（偏向電磁石１３や四極電磁石１４等）とから概略構成される。
【００４１】
シンクロトロン２００は、入射されたビームを所望のエネルギーまで加速する。このシンクロトロン２００は、ビームを入射する入射用偏向装置２１と、入射したビームを偏向する偏向電磁石２２と、ビームを収束・発散させる四極電磁石２３，２４と，ビームを加速する高周波加速空胴２５と、ビーム軌道を偏向してシンクロトロン２００からビームを取り出すための出射用機器２６とを概略備える。
【００４２】
シンクロトロン２００を制御するシンクロトロン制御装置２１０は、偏向電磁石２２を制御する偏向電磁石制御部２１２と、四極電磁石２３，２４をそれぞれ制御する四極電磁石制御部２１３，２１４と、高周波加速空胴２５を制御する高周波加速制御部２１５と、出射用機器２６を制御する出射用機器制御部２１６とを有する。それぞれの制御部２１２，２１３，２１４，２１５，２１６と各機器の間には電源２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａが配置されている。
【００４３】
高エネルギービーム輸送系３００は、シンクロトロン２００によって所望のエネルギーまで加速され、出射用機器２６から取り出された荷電粒子ビームを照射装置４００まで輸送する。この高エネルギービーム輸送系３００は、入射したビームを偏向する偏向電磁石３１と、ビームを収束・発散させる四極電磁石３２とを有する。
【００４４】
偏向電磁石３１は、第１の実施形態で説明した独立した複数系統のコイル（外周側超伝導コイル６とその電源７、内周側超伝導コイル８とその電源９）を備える超伝導電磁石が用いられている。
【００４５】
高エネルギービーム輸送系３００を制御する高エネルギービーム輸送系制御装置３１０は、偏向電磁石３１を制御する偏向電磁石制御部３１１と、四極電磁石３２を制御する四極電磁石制御部３１２とを有する。
偏向電磁石制御部３１１は、外周側超伝導コイル６を励磁させるための電源７と、内周側超伝導コイル８を励磁させるための電源９とをそれぞれ独立して制御する。四極電磁石制御部３１２は、四極電磁石３２を励磁させるための電源３２ａを制御する。
【００４６】
照射装置４００は、シンクロトロン２００から取り出し、高エネルギービーム輸送系３００によって輸送された荷電粒子ビームを、患者１０００の患部１００１の位置や形状に合わせて調整し、患部１００１に照射する。照射装置４００は、荷電粒子ビームの軌道を変化させる走査電磁石４１やビームモニタ４２等を有している。本実施例では走査電磁石を超伝導電磁石３１の下流側に配置しているが、超伝導電磁石３１の上流に配置される場合もある。
【００４７】
このような粒子線治療システムでは、３次元的な患部１００１の形状を深さ方向の複数の層に分割し、シンクロトロン２００の出射ビームのエネルギーを変更することで各層を選択的に照射する。
このために、入射系１００で生成したビームをシンクロトロン２００に入射した後、治療計画装置（図示せず）で設定された患者ごとの照射エネルギーパターンに対応して加速器制御系２１０により偏向電磁石２０２、四極電磁石２０３，２０４、高周波加速空胴２０５を制御して、シンクロトロン２００にて所定のエネルギーに調整する。
所定のエネルギーに調整されたビームは出射用機器２６によってシンクロトロン２００から取り出され、高エネルギービーム輸送系３００に引き継がれる。
高エネルギービーム輸送系３００では、シンクロトロン２００から取り出されたエネルギーに同期して輸送系制御装置３１０によって偏向電磁石３１および四極電磁石３２を制御し、照射装置４００まで荷電粒子ビームを輸送する。
照射装置４００では、走査電磁石４１で照射ビームを２次元的（ｘ方向，ｙ方向）に走査して、患部１００１の層内の各部に所定の線量を与える。
【００４８】
上述のように、本実施形態の粒子線治療システムでは、患者１０００の患部１００１の深さ方向の複数の層に照射する際に、シンクロトロン２００の出射ビームのエネルギーを変更する。このとき、荷電粒子ビームが照射装置４００まで輸送されるよう、高エネルギービーム輸送系制御装置３１０の偏向電磁石制御部３１１によって偏向電磁石３１の電源９に対して信号を出力して、シンクロトロン２００の出射ビームエネルギーに応じた所定の必要な磁場パターンが得られるように内周側超伝導コイル８の励磁電流を調整する。この際、偏向電磁石制御部３１１は、偏向電磁石３１内の外周側超伝導コイル６とその電源７に対しては、磁場パターンを固定して変更しないよう制御する。
【００４９】
本発明の粒子線治療システムの第２の実施形態においては、シンクロトロン２００から取り出されるビームのエネルギーが高速に変化しても、輸送系３００における偏向電磁石３１もエネルギー変更と同期して磁場を高速に変更することが可能となり、治療時間の短縮により患者負担を軽減することができる。また、前述した超伝導電磁石の第１の実施形態を備えているため、超伝導電磁石の利用により治療システム全体の小型化が可能となる。
【００５０】
なお、本実施形態はこれに限られず、高エネルギービーム輸送系３００の偏向電磁石３１のすべてを第１の実施形態の超伝導電磁石とした例を示したが、すべてが第１の実施形態の超伝導電磁石である必要は必ずしもなく、一部を常伝導電磁石とすることもできる。
【００５１】
＜第３の実施形態＞  
本発明の粒子線治療システムの第３の実施形態を図８を用いて説明する。
図８は本発明の超伝導電磁石を用いた粒子線治療システムの第３の実施形態の概略構成を示す構成図である。
【００５２】
図８に示すように、本発明の粒子線治療システムの第３の実施形態は、サイクロトロンシステム６００と、高エネルギービーム輸送系３００と、照射装置４００とを概略備える。また、サイクロトロンシステム６００，高エネルギービーム輸送系３００，照射装置４００を制御する制御系（加速器制御装置６１０，高エネルギービーム輸送系制御装置３１０，照射系制御装置４１０）と治療システム全体を制御する全体制御装置５００とを概略備えている。
【００５３】
サイクロトロンシステム６００は、加速器としてのサイクロトロン６１と、エネルギー変更機器６２とを有している。
【００５４】
サイクロトロンシステム６００では、エネルギーの変更は、サイクロトロン６１から一定エネルギーのビームを取り出した後に、加速器制御装置６１０のからの信号に基づきエネルギー変更機器６２を制御して金属板等の厚みを制御し、ビームを金属板を通過させることでエネルギーを変化させ、調整することで行う。
【００５５】
本実施形態においても、患者１０００の患部１００１の深さ方向の複数の層に照射する際に、エネルギー変更機器６２以降のビーム輸送系３００では変更後のエネルギーに同期して偏向電磁石３１の磁場を変化させる必要が生じる。
そこで、荷電粒子ビームが照射装置４００まで輸送されるよう、高エネルギービーム輸送系制御装置３１０の偏向電磁石制御部３１１によって偏向電磁石３１の電源９に対して信号を出力して、サイクロトロンシステム６００からの出射ビームに応じた所定の必要な磁場パターンが得られるように内周側超伝導コイル８の励磁電流を制御する。この際、第２の実施形態と同様に、偏向電磁石制御部３１１は、偏向電磁石３１内の外周側超伝導コイル６に対しては、磁場パターンを固定して変更しないよう制御する。
【００５６】
本発明の粒子線治療システムの第３の実施形態においても、前述した超伝導電磁石の第１の実施形態を備えているため、粒子線治療システムの第２の実施形態とほぼ同様な効果が得られる。
【００５７】
＜その他＞  
なお、本発明は上記の実施形態に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。
【００５８】
例えば、治療に必要なエネルギーに調整する加速器等の種別に関係なく本発明の超伝導電磁石は有効である。
【００５９】
また、上述の実施形態では、ビーム軌道を偏向させる二極磁場を発生させる超伝導電磁石に本発明の超伝導電磁石を提供した場合について説明したが、ビームを収束、発散させる四極磁場、さらに高次の多極磁場についても、本発明の超伝導電磁石を適用すれば同様の効果を得ることが可能である。
この場合、単独の四極超伝導電磁石であっても、非特許文献１に記載されているような機能結合型超伝導電磁石（同一の磁石で二極磁場と四極磁場を発生させることが可能な磁石）に対しても本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１…超伝導コイル、
２…ヨーク、
３…ビームダクト、
４…断熱容器、
６…外周側超伝導コイル、
７…外周側超伝導コイル用電源、
８…内周側超伝導コイル、
９…内周側超伝導コイル用電源、
１００…入射系、
１１……イオン源、
１２…前段加速器、
１３…偏向電磁石、
１４…四極電磁石、
１１０…入射系制御装置、
２００…シンクロトロン、
２１…入射用偏向装置、
２２…偏向電磁石、
２３…収束用四極電磁石、
２４…発散用四極電磁石、
２５…高周波加速空胴、
２６…出射用機器、
２１０…加速器制御装置、
３００…高エネルギービーム輸送系、
３１…偏向電磁石、
３２…四極電磁石、
３１０…高エネルギービーム輸送系制御装置、
４００…照射装置、
４１…走査電磁石、
４２…ビームモニタ、
４１０…照射系制御装置、
５００…全体制御装置、
６００…サイクロトロンシステム、
６１…サイクロトロン、
６２…エネルギー変更機器。
【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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【国際調査報告】
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