(57)【要約】  本発明は、粒子ビーム治療システム（２）であって、様々な異なる治療角度（２６）から患者の標的容積へ粒子放射線治療のための粒子ビーム（１２）を照射することを可能にするための磁場の構成を備え、前記システム（２）は、ａ）アクティブな静磁場領域（４０）に向かって方向付けられた粒子ビーム（１２）を有し、入射粒子ビーム（１２）の方向は、アクティブな磁場領域（４０）における磁場（Ｈ）の方向に対して実質的に垂直であり、ｂ）前記アクティブ磁場領域（４０）は、円筒状に成形された磁場システムの実質的に軸方向に向けられた磁場によって満たされた円筒状に成形された磁場システムを発生させるように配置された複数の磁石（４，４ａ〜４ｃ）および／またはコイル（６，８，１０）を含み、前記アクティブな磁場領域（４０）は、半径方向外側案内場領域（１６）および半径方向内側曲げ場領域（１８）を含み、ｃ）複数の磁石（４，４ａ，４ｂ）および／またはコイル（６，８，１０）は、ｃ１）円筒状に成形された磁場システムの外縁に配置されたアーク走査磁石システム（４，４ａ，４ｂ，４ｃ）であって、前記アーク走査磁石システム（４，４ａ，４ｂ，４ｃ）は、粒子ビーム（１２）に対する半径方向変位および角度に影響を与え、粒子ビーム（１２）が案内場領域（１６）に進入する位置を決定する、アーク走査磁石システム（４，４ａ，４ｂ，４ｃ）と、ｃ２）アーク走査磁石システム（４，４ａ，４ｂ）によって最初に偏向させられた入射粒子ビーム（１２）のための静磁案内場を発生させる、選択的に鉄製エンクロージャ（３６）に埋め込まれた第１の数のコイル（６）であって、前記磁気案内場は、円筒状に成形された磁場システムの半径方向外側案内場領域（１６）において主に有効でありかつ半径方向内側曲げ場領域（１８）を包囲している、第１の数のコイル（６）と、ｃ３）磁気案内場領域（１６）から出た粒子ビーム（１２）のための静磁曲げ場を発生させる、選択的に鉄製エンクロージャ（３６）に埋め込まれた第２の数のコイル（８，１０）であって、前記磁気曲げ場は、円筒状に成形された磁場システムの半径方向内側曲げ場領域（１８）において主に有効である、第２の数のコイル（８，１０）と、に区別され、ｄ）患者用の寝台（２２）を包囲する中央領域（２０）を有し、前記中央領域（２０）は、円筒状に成形された磁場システムの半径方向内側領域（１８）によって包囲されており、ｅ）粒子ビーム線量測定および／または粒子ビームモニタリングおよび／または飛程補償（３４）および／またはペンシルビームスキャニング（２８，３０）のための構成要素を有し、前記構成要素は、中央領域（２０）、好ましくは、寝台（２２）に対して可動なノズルシステム（３２）に配置されており、ｆ）患者の標的容積において粒子ビーム（１２）によって沈着させられる線量情報を決定する治療計画に従って粒子ビーム（１２）を所望の治療角度（２６）へもたらすために、複数の磁石（４，４ａ，４ｂ，４ｃ）および／またはコイル（６，８，１０）を制御するための治療制御システムを有する、粒子ビーム治療システムを開示している。
2021512718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子ビーム治療システム（２）であって、様々な異なる治療角度（２６）から患者の標的容積へ粒子放射線治療のための粒子ビーム（１２）を照射することを可能にするための磁場の構成を備え、前記システム（２）は、
ａ）アクティブな静磁場領域（４０）に向かって方向付けられた粒子ビーム（１２）を有し、入射粒子ビーム（１２）の方向は、アクティブな磁場領域（４０）における磁場（Ｈ）の方向に対して実質的に垂直であり、
ｂ）前記アクティブな磁場領域（４０）は、円筒状に成形された磁場システムの実質的に軸方向に向けられた磁場によって満たされた前記円筒状に成形された磁場システムを発生させるように配置された複数の磁石（４，４ａ〜４ｃ）および／またはコイル（６，８，１０）を含み、前記アクティブな磁場領域（４０）は、半径方向外側案内場領域（１６）および半径方向内側曲げ場領域（１８）を含み、
ｃ）前記複数の磁石（４，４ａ，４ｂ）および／または前記コイル（６，８，１０）は、
ｃ１）前記円筒状に成形された磁場システムの外縁に配置されたアーク走査磁石システム（４，４ａ，４ｂ，４ｃ）であって、前記アーク走査磁石システム（４，４ａ，４ｂ，４ｃ）は、前記粒子ビーム（１２）に対する半径方向変位および角度に影響を与え、前記粒子ビーム（１２）が前記案内場領域（１６）に進入する位置を決定する、アーク走査磁石システム（４，４ａ，４ｂ，４ｃ）と、
ｃ２）前記アーク走査磁石システム（４，４ａ，４ｂ）によって最初に偏向させられた入射粒子ビーム（１２）のための静磁案内場を発生させる、選択的に鉄製エンクロージャ（３６）に埋め込まれた第１の数のコイル（６）であって、前記磁気案内場は、前記円筒状に成形された磁場システムの前記半径方向外側案内場領域（１６）において主に有効でありかつ半径方向内側曲げ場領域（１８）を包囲している、第１の数のコイル（６）と、
ｃ３）前記磁気案内場領域（１６）から出た前記粒子ビーム（１２）のための静磁曲げ場を発生させる、選択的に鉄製エンクロージャ（３６）に埋め込まれた第２の数のコイル（８，１０）であって、前記磁気曲げ場は、前記円筒状に成形された磁場システムの前記半径方向内側曲げ場領域（１８）において主に有効である、第２の数のコイル（８，１０）と、
に区別され、
ｄ）患者用の寝台（２２）を包囲する中央領域（２０）を有し、前記中央領域（２０）は、前記円筒状に成形された磁場システムの前記半径方向内側領域（１８）によって包囲されており、
ｅ）粒子ビーム線量測定および／または粒子ビームモニタリングおよび／または飛程補償（３４）および／またはペンシルビームスキャニング（２８，３０）のための構成要素を有し、前記構成要素は、前記中央領域（２０）、好ましくは、前記寝台（２２）に対して可動なノズルシステム（３２）に配置されており、
ｆ）前記患者の標的容積において前記粒子ビーム（１２）によって沈着させられる線量情報を決定する治療計画に従って前記粒子ビーム（１２）を所望の治療角度（２６）へもたらすために、前記複数の磁石（４，４ａ，４ｂ，４ｃ）および／または前記コイル（６，８，１０）を制御するための治療制御システムを有する、
粒子ビーム治療システム。
【請求項２】
前記中央領域（２０）を包囲するように、コリメータリング（１０）のセットが配置されている、請求項１記載のシステム（２）。
【請求項３】
前記中央領域（２０）を包囲するように、レンジシフタリング（１０ａ，１０ｂ）のセットが配置されている、請求項１または２記載のシステム（２）。
【請求項４】
別々に調節可能な磁気ペンシルビームスキャニング場を発生させるために、複数のペンシルビームスキャニング磁石（２８，３０）が、前記半径方向外側案内場領域（１６）と前記半径方向内側曲げ場領域（１８）との間に設けられているかまたは前記半径方向内側曲げ場領域（１８）と部分的に重なり合っている、請求項１から３までのいずれか１項記載のシステム（２）。
【請求項５】
前記粒子ビーム（１２）は、陽子ビームまたは、炭素イオンビームまたはヘリウムイオンビームなどのイオンビームである、請求項１から４までのいずれか１項記載のシステム（２）。
【請求項６】
前記治療制御システムは、前記アーク走査磁石（４，４ａ，４ｂ，４ｃ）によって生じる磁気強度の適切な変化によって、決定された様々な治療角度（２６）を実現する、請求項１から５までのいずれか１項記載のシステム（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、様々な異なる治療角度からの患者の標的容積への粒子放射線治療のための粒子ビームの照射を可能にするための磁場の構成を備える粒子ビーム治療システムに関する。
【０００２】
全ての外部照射治療において、患者内の標的容積（例えば、腫瘍）に放射線量を照射するために、電子、光子（Ｘ線）、陽子またはその他のイオンのビームが用いられる。しかしながら、このような治療において、一部の放射線量が標的容積の外側にある（健康な）組織にも蓄積されることが不可避である。ただし、この問題は、光子または電子ビームの代わりに陽子ビームまたはイオンビームを用いる場合には、深刻度が低減する。したがって、健康な組織への線量をさらに減少させるために様々な技術が用いられている。
【０００３】
最もよく用いられる「十字火」技術において、標的容積における高い線量および周囲の組織における低い線量を得るために、ビームは複数の方向から標的容積へ向けられる。多くの角度方向が用いられる場合、この技術は、標的容積の外側の線量を大きな容積にわたって希釈し、これにより、標的容積の外側にある健康な組織における局所的線量の著しい減少を生じるが、それと同時に、標的容積における高線量を達成する。
【０００４】
この技術において、治療角度（ビームが患者に到達する方向）は、ビーム照射装置（ガントリ）を患者の周りにおいて順次に適切な角度配向へ回転させることによって設定される。回転の中心、いわゆるアイソセンタを、用いられる全ての方向からのビームが通過する。より多くの異なる治療角度が用いられるほど、より大きな容積が照射され、その容積にわたって非標的線量が希釈させられる。これにより、標的容積の周囲の組織における線量は、かなり有効に最小化される。非標的組織におけるこの線量希釈は、治療角度の連続的な（かつかなり大きな）範囲を適用することによって最適化することができる。この角度の連続的な範囲は、アークと呼ばれる。現在、このいわゆるアーク治療は、光子ビームのための照射治療における最も一般的な方法の１つである。例えば、Varian社のラピッドアーク（RapidArc）／トゥルービーム（TrueBeam）システム、Elekta社のＶＭＡＴアプローチまたはAccuray社のいわゆるトモセラピーまたはトモヘリカルスパイラルセラピーシステムは全て、光子型放射線治療のためのアーク照射の形式を用いる。
【０００５】
アークは、連続的に続く１つの角度範囲から成ることができるが、互いに小さな間隔を置いた多数の別個の角度方向の合計から成ることもできる。アークの適用の間、ビーム強度を加速器またはビーム輸送系において変化させることができるかつ／または治療角度を変化させることによって速度を変化させることができる。アーク内でのこの強度変調は、線量分布のさらなる改善のために適用することができる。
【０００６】
粒子ビーム治療（陽子ビーム治療を含む）においてはまた、線量分布を最適化するために異なるビーム方向が適用される。粒子治療において、いわゆる「ガントリ」は、患者の周囲を回転することができる一般的に使用されるビーム照射装置である。これは、陽子治療設備におけるビーム輸送系の最終セクションの構成要素（例えば、磁石など）を支持する機械的構造物である。陽子治療において一般的に使用されるガントリは、大きく（直径８〜１０ｍ）かつ重い（１００〜２００トン）装置である。寝台の正確な位置決めと共に、ガントリの回転は、例えば、米国特許第６８１４６９４号明細書および米国特許第７３４８５７９号明細書に開示されているように、異なる方向からの標的の照射を可能にする。
【０００７】
しかしながら、その重量、サイズおよび様々な安全態様により、ガントリの回転速度は、一般的に、毎分３６０度に制限されている。したがって、陽子またはイオン治療は、通常、数個の別個の治療角度のみを適用することによって行われる。この機械的制限により、粒子治療ガントリを用いたアーク治療は、行うのが困難であり、数分という比較的長い時間を要する。しかしながら、最近行われた、線量分布の複数の計算は、陽子アーク治療によって得られる陽子線量分布の改善が可能であることを示している。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、陽子治療などの粒子治療の技術的可能性を、光子のために知られたアーク治療の方向へ拡張する、粒子治療のためのシステムを提供することである。
【０００９】
この目的は、本発明によれば、磁場の構成を有する、すなわち、コイルの複数のグループと、選択肢として、磁場の正確な成形のために、鉄製ヨークによって包囲された鉄磁極のシステムから成る鉄製エンクロージャとによって形成された粒子ビーム治療システムによって達成される。これは、様々な異なる治療角度から患者の標的容積へ粒子放射線治療のための粒子ビームを照射することを可能にするためであり、前記システムは、
ａ）アクティブな静磁場領域に向かって方向付けられた粒子ビームを有し、入射粒子ビームの方向は、アクティブな磁場領域における静磁場の方向に対して実質的に垂直であり、
ｂ）前記アクティブな静磁場領域は、円筒状に成形された磁場システムの実質的に軸方向に向けられた磁場によって満たされた円筒状に成形された磁場システムを発生させるように配置された複数の磁石またはコイルを含み、前記磁場システムは、外側案内場領域および内側曲げ場領域を含み、
ｃ）複数の磁石またはコイルは、
ｃ１）円筒状に成形された磁場システムの外縁に配置されたアーク走査磁石システムであって、前記アーク走査磁石システムは、好ましくは、極めて短い時間で、例えば、ミリ秒のオーダにおいて、粒子ビームの小さな半径方向変位および／または偏向に影響を与える、アーク走査磁石システムと、
ｃ２）アーク走査磁石システムによって最初に偏向させられた入射粒子ビームのための静磁案内場を発生させる第１の数のコイルであって、前記静磁案内場は、円筒状に成形された磁場システムの半径方向外側案内場領域において主に有効でありかつ半径方向内側曲げ場領域を包囲しており、好ましくは、この静磁場は、適切なコイルジオメトリおよび電流と、選択的に、ヨークによって包囲された磁極から成る鉄製エンクロージャとによって成形される、第１の数のコイルと、
ｃ３）磁気案内場から出た粒子ビームのための静磁曲げ場を発生させる第２の数のコイルであって、前記静磁曲げ場は、円筒状に成形された磁場システムの半径方向内側曲げ場領域において主に有効であり、好ましくは、この静磁場は、適切なコイルジオメトリおよび電流と、選択的に、ヨークによって包囲された磁極から成る鉄製エンクロージャとによって成形される、第２の数のコイルと、
に区別され、
ｄ）患者用の寝台を包囲する中央領域を有し、前記中央領域は、円筒状に成形された磁場システムの半径方向内側曲げ場領域によって包囲されており、
ｅ）粒子ビーム線量測定および／または粒子ビームモニタリングおよび／または飛程補償および／またはペンシルビームスキャニングのための構成要素を有し、前記構成要素は、中央領域においてまたは中央領域の近くにおいて、好ましくは、寝台に対して可動なノズルシステムに配置されており、
ｆ）患者の標的容積において粒子ビームによって沈着させられる線量情報を決定する治療計画に従って粒子ビームを所望の治療角度へもたらすために、複数の磁石および／またはコイルを制御するための治療制御システムを有する。
【００１０】
この概念は、光子治療において用いられるアーク治療法に類似の、導入部において説明したようないわゆるアーク治療を行うために、治療角度の連続的なまたは不連続の範囲から標的容積を照射する可能性を提供する。ビーム照射システムが移動させられる必要がないということはこのシステムの顕著な利点である。なぜならば、これは、最近の粒子ビームガントリシステムにとって固有であるからである。このシステムにより、アークの提供（異なる治療角度における照射の提供）を約数秒という比較的短い時間で行うことができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態において、中央領域を包囲するように、コリメータリングを配置することができる。コリメータまたはレンジシフタリングにより、治療制御システムは、標的容積へのより良い集束を得るために粒子ビームをシャープにすることができる。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態において、中央領域を包囲するように、レンジシフタリングを配置することができる。レンジシフタリングにより、治療制御システムは、標的容積までの粒子ビームの侵入深さにより良く焦点を合わせることができる。
【００１３】
ペンシルビームスキャニング治療プランを実現するためには、別々に調節可能なペンシルビームスキャニング磁場を発生させるために、複数の別個のペンシルビームスキャニング磁石が、半径方向外側領域と半径方向内側領域との間に設けられているかまたは半径方向内側領域と部分的に重なり合っている。
【００１４】
本発明の別の好ましい実施形態において、パルス粒子ビーム、例えば、シンクロサイクロトロンからのビームを提供することができる。パルスビームが提供される場合、パルスの間の時間に治療角度を変化させることができる。したがって、案内場および曲げ場の場の強度を調節することができるが、この調節は、粒子ビームの次のパルスが提供されるときに完了させられる必要があるということに言及しなければならない。
【００１５】
一般的に、粒子ビーム治療の場合、粒子ビームは、陽子ビームまたは、炭素イオンビームまたはヘリウムイオンビームなどのイオンビームであることができる。
【００１６】
様々な治療角度において標的容積における正確な線量沈着を照射することを可能にするために、治療制御システムは、アーク走査磁石によって生じる磁気強度の適切な変化によって、決定された様々な治療角度を実現することができる。したがって、アーク走査磁石システムの強度のみが変化させられればよく、これにより、粒子ビームは、僅かに異なる位置において、円筒状の磁気案内場を通過させられ、その結果、標的容積において治療角度の小さな変化を生じる。
【００１７】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面を参照しながらより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】粒子ビーム治療システムのレイアウトの正面図を概略的に示している。
【図２】図１に記載の粒子ビーム治療システムのレイアウトの側面図を概略的に示している。
【図３】粒子ビーム治療システムの可能なレイアウトの複数の正面図を概略的に示している。
【図４】部分的に、ａ）２つの別個のアーク走査磁石システムを用いることによって約３６０度にわたる走査が行われる状況を示す、本発明の可能なレイアウトの正面図を概略的に示しておりかつ部分的に、ｂ）案内場における粒子ビームの位置を変化させることを可能にする、２つの小さな磁石から成る１つのアーク走査磁石システムを用いることによって約３６０度にわたる走査が行われる状況を示す、本発明の可能なレイアウトの正面図を概略的に示している。
【図５】粒子ビーム治療システムの中央領域において患者にまたは患者の周囲に取り付けられたコリメーションおよび／またはレンジシフタシステムを概略的に示している。
【図６】粒子ビーム治療システムにおいてペンシルビームスキャニングを行うための２つの方法を概略的に示している。
【図７】ノズルシステムの態様を概略的に示している。
【図８】側方から患者にアクセスするための開口を備える、円筒の部分的な範囲という選択肢を有する、粒子ビーム治療システムのレイアウトの正面図を概略的に示している。
【図９】患者をカバーしかつ治療角度に関して入射ビームの飛程をシフトさせる飛程補償体を有する、粒子ビーム治療システムのレイアウトの正面図を概略的に示している。
【図１０】（ａ）静的な案内場および曲げ場の発生のための、鉄磁極を包囲する鉄製ヨークおよび同心的なコイルを有する、鉄製エンクロージャの可能な磁石配列の横から見た断面図および（ｂ）この磁石配列の正面図を概略的に示している。
【００１９】
本明細書に示された発明は、患者の周囲におけるビーム照射システムの機械的移動のない、多くの異なる角度からの放射線治療のために、陽子ビームを標的容積、すなわち、患者の腫瘍容積へ照射するための、空間における向きおよび位置が固定された同心的な静磁場の構成の概念を取り扱う。この概念は、光子治療においてしばしば用いられるアーク治療と呼ばれる方法に類似して、患者位置において、角度方向の連続的な範囲から照射することを可能にする。陽子ビームに関して本明細書に示された概念は、炭素またはヘリウムのイオンビームなどのあらゆるその他のイオンビームを用いたあらゆる形式の粒子治療にも適用可能である。
【００２０】
本発明（図１および図２参照）は、粒子ビーム治療のためのシステム、本明細書においては陽子ビーム治療システム２を含む。この陽子ビーム治療システム２は、複数の磁石４およびコイル６，８，１０と、選択的に、鉄製エンクロージャとを有し、これらは、空間的に固定されており、異なる方向（治療角度２６、図３参照）からシステム２のアイソセンタ１４に陽子ビーム１２を照射するために使用される。この治療システム２にとって独特なことは、近年のガントリシステム（すなわち、スイスのフィリゲンにあるPaul Scherrer Instituteにある陽子ビーム設備ガントリ１およびガントリ２）において行われなければならないようにこのような大きな磁石を一切移動させることなく、アイソセンタ１４における治療角度２６を変化させることができるということである。
【００２１】
陽子ビーム治療システム２は、磁石４およびコイル６，８，１０のシステムを含む円筒状システムとして設計されており、このシステムは、少なくとも、外側案内場領域１６（静的０．８Ｔ）および内側曲げ場領域１８（静的２．１Ｔ）を発生させ、両方とも同心的な磁場を有する。コイル６，８，１０は、超電導コイルとして実現可能である。選択的に、コイル６，８，１０を、図１０に示したように、ヨークおよび磁極を含む鉄製エンクロージャに埋め込むことができる。概して、コイル６，８，１０および鉄の配列は、サイクロトロンにおける磁石構成との類似性を有する。これにより、コイル６，８，１０および選択的な鉄製エンクロージャのシステムは、例えば、サイクロトロン原理の利点を有することができ、このサイクロトロン原理において、磁場ベクトルは、２つの磁極片の間において実質的に平行であり、磁極片は、閉鎖された磁気ヨーク内に保持されている。これらの同心的な磁場は、治療システム２の軸線ｘの周囲の自由な円筒状空間である中央領域２０を包囲している。コイル６，８，１０は、この軸線ｘに対して垂直に向けられておりかつｙ−ｚ平面に対して実質的に平行に配置されている。中央領域２０において、患者を寝台２２に配置することができる。治療計画の計算後、患者は、照射治療のアイソセンタ１４である円筒状システムの軸線に標的容積（例えば、患者の腫瘍）を配置するために、この計画に従って位置決めされなければならない。
【００２２】
両方の同心的な領域１６，１８における同心的な磁場は、同じ方向にかつ、円筒軸線（軸線ｘ）に対してほぼ平行に向けられている。外側環状案内場領域１６における磁場は、ここでは「案内場」と呼ばれ、ここでは円筒状の「曲げ場」領域と呼ばれる内側環状曲げ場領域１８を包囲している。中央領域２０は、この曲げ場領域１８において中心合わせされており、コイル１０に加えて、中央領域２０における磁場強度を最小化するために陽子ビーム治療システム２に別のコイルまたは鉄ブロックを加えることができる。
【００２３】
加速器（例えば、サイクロトロン）からの粒子ビーム１２は、案内場領域１６の外縁に配置されたアーク走査磁石システム４を通って接線方向に案内場領域１６に進入する。アーク走査磁石システム４は、環状の案内場領域１６内のほぼ円形の軌道へ陽子ビーム１２を方向付ける２つの双極磁石を有することができる。ビーム軌道は、環において正確に中心合わせされているのでなく、案内場領域１６の内縁へ次第に接近していく。この配置は、陽子ビーム１２がアーク走査磁石システム４を出発したときに陽子ビーム１２が最初に有していた方向によって制御される。この方向は、アーク走査磁石システム４の磁場の強度によって制御される。
【００２４】
これにより、案内場領域１６においてある方位角にわたって陽子ビーム１２が通過した後、陽子ビーム１２は、案内環状部の内縁に到達し、曲げ場領域１８に進入する。この曲げ場は案内場よりも強く、これにより、陽子ビーム１２を陽子ビーム治療システム２の軸線（アイソセンタ１４）に向かって曲げることができる。
【００２５】
図３に概略的に示したように、小さなアーク走査磁石システム４の設定は、より強い曲げ場を備える内側環状曲げ場領域１８に陽子ビーム１２がどの方位角２４において進入するかを決定する。図３に示したように、陽子ビーム１２は、治療角度２６を決定する半径方向に沿ってアイソセンタ１４に到達する。これにより、治療制御システム（詳細には示されていない）から生じるこれらの陽子ビーム制御に従って、アーク走査磁石システム４の設定が、ビームがどの治療角度２６において患者に到達するかを決定する。案内場および曲げ場と、これらの場のエネルギ依存絶対量との一定比を用いることによって、行われるべき唯一の設定は、患者における治療角度２６を設定するためにアーク走査磁石システム４の強度を所望の場強度に設定することである。強い磁気的な案内場および曲げ場の変化は、著しくより大きな労力、電力および時間を必要とするので、アーク走査磁石システム４は、患者における治療角度２６の極めて迅速な変化を提供することができるように設計されている。その結果、図３ｄに示したように、かなりの寸法の円弧（異なる治療角度２６における様々な陽子ビーム照射）（治療関連アーク）を、僅か数秒でカバーすることができる。
【００２６】
図３ｄおよび（２つのアーク走査磁石４ａおよび４ｂを備えるアーク走査磁石システムを含む）図４ａに示したように、方位円弧を、連続的なスイープ、多くの小さな別個のステップまたはこれらの方法の組合せにおいてカバーすることができる。ビームパルスと、ビーム特性と、治療角度２６との間の適切な等時性を達成することができれば、このシステムは、パルス粒子ビーム１２、例えば、シンクロサイクロトロンから生じるビームと共に適用することもできる。したがって、各ステップまたはパルス（シーケンス）において、アーク走査磁石システム４は、それぞれの別個の方位角２４に属する適切な場強度に一定に維持されなければならない。図４ｂは、本発明の可能なレイアウトの正面図を概略的に示しており、案内場領域１６における粒子ビーム１２の位置を変化させることを可能にする、２つの小さな磁石４，４ｃを含むアーク走査磁石システム４を用いることによって約３６０度にわたる走査が行われる状況を示している。
【００２７】
ペンシルビームスキャニング技術がこのシステムにおいて適用される場合、曲げ場の小さな局所的または全体的な調節コイル３０によってまたは患者の周囲を矢印２８ａに沿って陽子ビームと共に移動する別個のペンシルビームスキャニング磁石（ＰＢＳ−磁石２８）によって、横方向スキャニングが行われる。両方の可能性が、図６に概略的に示されている（図６ａにおける別個の可動なＰＢＳ磁石２８および図６ｂにおける付加的な調節コイル３０）。
【００２８】
本発明は、磁気システムのいかなる機械的動作も必要とせずかつ現在使用されているガントリより著しく迅速に治療角度２６を変化させることができる、磁場構成が患者において広範囲の入射ビーム方向（治療角度２６）を提供することができる、陽子またはその他のイオンビームによって癌を治療するための治療システム２、という目的を達成する。
【００２９】
この目的は、本発明によれば、空間的に固定されておりかつ陽子またはイオンビームをアイソセンタ１４へ案内する磁石のシステムによって達成される。治療システム２は、典型的には、治療される患者を寝台２２に配置することができる自由空間（中央領域２０）を包囲した、同心状の磁場の少なくとも２つの領域１６，１８を形成する円筒状のシステムを含む。
【００３０】
選択的に、飛程補償材料３４が、患者付近に取り付けられているまたは中央領域において２つの機械的リングに取り付けられており、これにより、全ての治療角度２６において患者における粒子ビーム１２の正確な飛程が得られ、これにより、治療ごとの所要のビームエネルギの数の減少を可能にする（図９参照）。
【００３１】
本発明は、システムの異なる実施形態の以下の選択肢のうちの１つ以上も含む。
【００３２】
ａ）案内場における軌道の長さを減じるために、治療システム２には少なくとも２つのアーク走査磁石４ａ，４ｂが設けられている。外部ビーム輸送系は、順にビーム１２をアーク走査磁石４ａ，４ｂへ送信することができる。この選択肢の可能なレイアウトの概略図が、図４に示されている。
【００３３】
ｂ）曲げ場および／または案内場の付加的な小さな変化と共に、アーク走査磁石システム４によって治療角度２６を設定することができる。
【００３４】
ｃ）鉄磁極のシステムを包囲するヨークから成る鉄製エンクロージャ（図１０参照）と選択的に組み合わされた、少なくとも２つの同心状のコイル６，８，１０の２つの平行なセット（図１および図２参照）に基づく磁石システムによって、静的な案内場および静的な曲げ場を発生させる磁石を構成することができる。
【００３５】
ｄ）同心状に取り付けられた「レース・トラック・タイプ」コイルシステムの複数のセットに基づく磁石によって、案内場および曲げ場を発生させる磁石を構成することができる。
【００３６】
ｅ）中央領域２０において患者の周囲に取り付けられた２つの平行なリング１０ａ，１０ｂは、軸方向におけるビーム拡散を制限するビームコリメータ１０として機能する（図５参照）。
【００３７】
ｆ）中央領域２０において患者の周囲に取り付けられた２つの平行なリング１０ｃ，１０ｄは、ビーム方向におけるビーム飛程を調節するレンジシフタとして機能する（図５参照）；ｆ）治療システム２には、治療角度２６に関して入射ビームの飛程を調節するために、中央領域２０において患者と入射ビーム１２との間に飛程補償体３４が具備されている（図９参照）。
【００３８】
ｇ）治療システム２には、患者におけるビームサイズを制限するために、コリメーションシステム１０が具備されている。
【００３９】
ｈ）適切な寝台２２およびそれぞれの治療制御システムを使用することによって、治療システム２は、スパイラル治療の適用に適したものとなる；この適用において、患者は、アーク線量の適用中に治療システム２の軸線ｘに沿って移動する（図９におけるビーム照射の円弧としての線量照射の例）。
【００４０】
ｉ）ペンシルビームスキャニング（ＰＢＳ）において、小さくかつ迅速なＰＢＳ磁石２８を、曲げ場の内側環状領域１８において、好ましくは、曲げ場の外側において取り付けることができる。このＰＢＳ磁石２８は、陽子ビーム１２のそれぞれの方位位置に従って、その方位位置を設定するように可動である（図６ａ参照）。
【００４１】
ｊ）ペンシルビームスキャニングのための別の選択肢の実現において、曲げ領域における場、または曲げ場領域１８の半径方向外縁における内側環状曲げ場領域１８におけるコイル３０によって図６ｂに示されたように別々に制御される場を、ＰＢＳを行うために使用することができる（図６ｂ参照）。
【００４２】
ｋ）治療システム２には、曲げ場領域に配置されたノズルシステム３２が具備されており、このノズルシステム３２において、粒子ビーム１２が、走査または散乱、監視およびコリメートされる；ノズルシステム３２は、矢印３２ａに沿って可動であり、その方位位置は、粒子ビームの方位位置に従わなければならない（図７参照）。
【００４３】
ｌ）治療システムは、円筒形の３６０度全周を包囲しているのではなく、円筒形システムのセグメント部分のみを包囲している。このセグメントは、円筒形全体の少なくとも１８０度をカバーしている。この選択肢は、中央領域２０へのアクセス可能性を高め、より多くの寝台配向を可能にする。図８は、このような開放式治療システムの可能なレイアウトを示している。
【００４４】
ｍ）中央領域２０における磁場を最小化するための別の選択肢もあり得る。
【００４５】
ｎ）特別に成形された磁場およびＭＲI向け機器を中央領域に付加することができる。この領域と、包囲する磁場との間に適切な磁気シールディングまたは補償体を付加的に付加することによって、この選択肢は、粒子ビームによる照射の間、直前または直後のＭＲＩ画像の取得も可能にする。
【００４６】
詳細について、図１は、陽子ビーム治療システム２の概略的な正面図を示しており、この図には、主要な構成要素が示されている。
【００４７】
図２は、図１に記載のレイアウトの概略的な側面図を示しており、やはり陽子ビーム治療システム２の主要な構成要素を示している。
【００４８】
図３は、治療システム２の可能なレイアウトの複数の正面図を概略的に示している。特に、アーク走査磁石４によって設定される複数の異なる方位角２４および治療角度２６が患者において示されている。右下の図３ｄ）は、１つのアーク走査磁石が、上側の１８０度の治療角度２６にわたってスイープする状況を示している。案内場の外縁に沿ったアーク走査磁石４の最適な位置は、治療システム２の上流における加速器およびビーム運搬系からの入射粒子ビームの方向および位置に依存する。これらの図におけるアーク走査磁石４，４ａ，４ｂの位置は、可能な例を表しているにすぎない。
【００４９】
図４ａ）は、治療システム２の２つの可能なレイアウトの正面図を概略的に示している。図４ａ）は、２つのアーク走査磁石４ａ，４ｂを使用することによって約３６０度の範囲にわたって走査を行うことができる状況を示している。粒子ビーム１２を、案内場のそれぞれの範囲を用いて第１のアーク走査磁石４ａから第２のアーク走査磁石４ｂへ送ることができる。治療システム２のこの例において、第１のアーク走査磁石４ａによって行われるスイープは、治療角度２６の上側の１８０度をカバーし、第２のアーク走査磁石４ｂによって行われるスイープは、治療角度２６の下側の１８０度をカバーする。この例は、特に、第２のまたは複数のアーク走査磁石システムを使用することによって存在する選択肢を示している。図４ｂは、案内場における粒子ビームの位置を変化させることを可能にする、２つの小さな双極磁石４，４ｃを含むアーク走査磁石システムを用いることによって約３６０度にわたる走査が行われる状況を示す、本発明の可能なレイアウトの正面図を概略的に示している。
【００５０】
図５は、コリメーションまたはレンジシフタシステム１０を有する粒子治療システム２の１つの実施形態を概略的に示している。このコリメーションまたはレンジシフタシステム１０は、中央領域２０において寝台２２の周囲に取り付けられている。コリメーションおよびレンジシフタシステムはそれぞれ、２つの平行なリング１０ａ，１０ｂを有する。レンジシフタの各リングの形状は、くさび形である。軸方向におけるコリメータの開口または２つのレンジシフタリングの重なり合いは、リングの間の軸方向距離がこの角度における正確な軸方向開口または重なり合いに設定されるように、２つのリング１０ａ，１０ｂの傾きを調節することによって設定される。図５の右側において、開口の３つの可能な方位位置（左、右および上）が示されている。
【００５１】
図６は、粒子ビームシステムにおいてペンシルビームスキャニングを行うための２つの可能な方法を概略的に示している。左側の図６（ａ）において、ＰＢＳ−磁石２８が、曲げ場領域の外縁に取り付けられている。ＰＢＳ磁石２８を適切に制御することによって、ＰＢＳ磁石２８は、横方向に粒子ビーム１２を走査する。ＰＢＳ−磁石２８は、それぞれの方位ビーム位置と一致させられるようにシステム軸線ｘを中心とする円弧にわたって回転するように可動である。３つの異なる走査されたビームが、概略的に示されている。右側の図６（ｂ）において、ＰＢＳは、曲げ場領域１８内のＰＢＳリングコイル３０によって、内側リングにおける場を調節することによって行われる。図は、ＰＢＳリングコイル３０が曲げ場の外縁に取り付けられている、ＰＢＳ場構成の一例を示している。３つの異なる走査されたビームも、概略的に示されている。
【００５２】
図７は、ノズルシステム３２を有する粒子治療システムの１つの実施形態を概略的に示している。このノズルシステム３２は、ビームモニタリング、ビームコリメーションおよび散乱またはペンシルビームスキャニングを行う機器を有することができる。ノズルシステム３２は、それぞれの方位ビーム位置と一致させられるようにシステム軸線ｘを中心とする円弧に沿って回転するように可動である。
【００５３】
図８は、寝台２２へアクセスする特定の必要性を考慮した粒子ビームシステムの可能なレイアウトの正面図を概略的に示している。同心状の磁場によって円筒体の一部のみがカバーされているという選択肢により、開口は、一方の側からの患者へのアクセスを可能にする。右側に磁気システムを備えた選択肢が示されている。これは、左側または上側であることもできる。
【００５４】
図９は、粒子ビームの飛程を補償するための付加的な手段を提供するという選択肢を概略的に示している。この飛程補償体３４は、ここでは正面図で示されたクッションとして設計することができる。飛程補償体３４は、少なくとも治療の領域において患者をカバーし、治療角度２６および飛程補償体３４の深さに関して入射ビーム１２の飛程をシフトさせる。
【００５５】
図１０は、複数の磁石４，６，８の設計の一例を概略的に示している。図１０ａ）は、外側環状領域１６における案内場および内側環状領域１８における曲げ場を発生させるコイル６，８の配向を示している。磁場Ｈを発生させるコイル６，８は、システムにおいて静磁場の正確な形状を規定する、ヨーク３６および磁極のシステムから成る鉄製エンクロージャに埋め込まれている。図１０ｂ）は、この配置の平面図を示している。この例における配置は、強い円筒状磁場によって、帯電させられた粒子ビームが環状軌道に沿って移動する、サイクロトロンの磁石と同じ構成を有する。ここではＨＦ電場が存在しないので、Ｈ場に対して垂直な方向でＨ場に進入するビーム１２における粒子は、ＨＦ場からエネルギを得ず、したがって、アイソセンタ１４に向かって曲げられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ）】
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【図４ｂ）】
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【図５】
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【図６ａ）】
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【図６ｂ）】
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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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【国際調査報告】
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