(57)【要約】【課題】他のビーム偏向手段を大型化することなく、コスト低減を図る。【解決手段】荷電粒子を患者の照射対象Ｐに照射する医療用荷電粒子照射装置において、入射した荷電粒子線ビームを、Ｘ方向へビームを曲げて位置をずらすように偏向するＸ方向走査電磁石１０１と、このＸ方向走査電磁石１０１より下流側に設けられ、Ｘ方向走査電磁石１０１で偏向された荷電粒子線ビームを、Ｘ方向へビームの位置のずれを小さくするように偏向するＸ方向走査電磁石１０２と、このＸ方向走査電磁石１０２より下流側に設けられ、Ｘ方向走査電磁石で偏向された荷電粒子線ビームを、Ｙ方向へ偏向するＹ方向走査電磁石１０３とを有する。【選択図】　図１
2004121654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子を患者の患部に照射する医療用荷電粒子照射装置において、
入射した荷電粒子線ビームを、そのビーム進行方向に垂直な平面内における一の方向へビームを曲げて位置をずらすように偏向する第１走査電磁石と、
この第１走査電磁石より下流側に設けられ、前記第１走査電磁石で偏向された荷電粒子線ビームを、前記一の方向へ前記ビームの位置のずれを小さくするように偏向する第２走査電磁石と、
この第２走査電磁石より下流側に設けられ、前記第２走査電磁石で偏向された荷電粒子線ビームを、前記ビーム進行方向に垂直な平面内における前記一の方向と直交する他の方向へ偏向する第３走査電磁石とを有することを特徴とする医療用荷電粒子照射装置。
【請求項２】
荷電粒子を患者の患部に照射する医療用荷電粒子照射装置において、
入射した荷電粒子線ビームを、そのビーム進行方向に垂直な平面内における一の方向へビームを曲げて位置をずらすように偏向する第１走査電磁石と、
この第１走査電磁石より下流側に設けられ、前記第１走査電磁石で偏向された荷電粒子線ビームを、前記一の方向へ前記ビームの位置のずれを小さくするように偏向する第２走査電磁石と、
この第２走査電磁石より下流側に設けられ、前記第２走査電磁石で偏向された荷電粒子線ビームを、前記ビーム進行方向に垂直な平面内における前記一の方向と直交する他の方向へ偏向する第３走査電磁石と、
前記第１走査電磁石による偏向量と前記第２走査電磁石による偏向量との所定の比例関係を維持するように、それら第１及び第２走査電磁石を制御する第１偏向制御手段とを有することを特徴とする医療用荷電粒子照射装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の医療用荷電粒子照射装置において、前記第３走査電磁石より下流側に、荷電粒子線ビームを散乱させる散乱体を設けたことを特徴とする医療用荷電粒子照射装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載の医療用荷電粒子照射装置において、前記第２走査電磁石より下流側でかつ前記第３走査電磁石より上流側に、荷電粒子線ビームを散乱させる散乱体を設けたことを特徴とする医療用荷電粒子照射装置。
【請求項５】
請求項２記載の医療用荷電粒子照射装置において、前記第１偏向制御手段は、前記第１走査電磁石及び第２走査電磁石に共通の単一の励磁電源を備え、前記第１走査電磁石及び第２走査電磁石はそれぞれの励磁コイルが前記単一の励磁電源に対し直列に接続されていることを特徴とする医療用荷電粒子照射装置。
【請求項６】
請求項２記載の医療用荷電粒子照射装置において、前記第１偏向制御手段は、前記第１走査電磁石及び第２走査電磁石に対しそれぞれ電源を供給する第１励磁電源及び第２励磁電源と、これら第１及び第２励磁電源に共通の電源制御手段とを備えていることを特徴とする医療用荷電粒子照射装置。
【請求項７】
荷電粒子を患者の患部に照射する医療用荷電粒子照射装置において、
入射した荷電粒子線ビームを、そのビーム進行方向に垂直な平面内における一の方向へ偏向する第１走査電磁石と、
この第１走査電磁石より下流側に設けられ、前記第１走査電磁石で偏向された荷電粒子線ビームを、前記一の方向へ偏向する第２走査電磁石と、
この第２走査電磁石より下流側に設けられ、前記第２走査電磁石で偏向された荷電粒子線ビームを、前記ビーム進行方向に垂直な平面内における前記一の方向と直交する他の方向へ偏向する第３走査電磁石とを有することを特徴とする医療用荷電粒子照射装置。
【請求項８】
荷電粒子を患者の患部に照射する医療用荷電粒子照射装置において、
入射した荷電粒子線ビームをＸ方向においてその偏向量を可変に偏向する第１可変偏向手段と、
この第１可変偏向手段より下流側に設けられ、前記第１可変偏向手段で偏向された荷電粒子線ビームをＸ方向においてその偏向量を可変に偏向する第２可変偏向手段と、
この第２可変偏向手段より下流側に設けられ、前記第２可変偏向手段で偏向された荷電粒子線ビームを、Ｙ方向においてその偏向量を可変に偏向する第３可変偏向手段と、
前記第１可変偏向手段による偏向量と前記第２可変偏向手段による偏向量との所定の比例関係を維持するように、かつ、前記第２可変偏向手段を通過した後の荷電粒子線ビームの走査点が前記第３可変偏向手段の中心部か若しくは少なくとも近傍となるように、前記第１及び第２可変偏向手段を制御する第２偏向制御手段とを有することを特徴とする医療用荷電粒子照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照射対象に荷電粒子線ビームを照射する医療用荷電粒子線ビーム照射装置に係わり、特に、複数の走査電磁石を用いビームを走査することにより照射範囲を拡大する医療用荷電粒子照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
陽子や炭素イオン等の荷電粒子線ビームを患者の患部に照射してガンや腫瘍等を治療する医療用荷電粒子照射装置は、イオン源で発生し、シンクロトロン等の加速器で加速した荷電粒子を、照射野形成手段で照射範囲を患部形状に合わせて成型した後、患者ベッドに横臥した患者の患部に照射する（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
照射野形成手段は、照射対象（患部）の立体形状に合わせて荷電粒子線ビームの照射野を形成し線量分布を調整するものであり、荷電粒子線ビームの進行方向（照射対象の深さ方向、Ｚ軸）に垂直な平面（Ｘ軸とＹ軸を備えたＸ−Ｙ平面）内における照射範囲を成形する横方向ビーム形成部と、荷電粒子線ビームの進行方向（Ｚ軸）における照射範囲を形成する飛程調節部とから構成される。
【０００４】
飛程調節部は、照射対象の深さに対応して荷電粒子線ビームのエネルギーを調整し、荷電粒子線ビームの進行方向（深さ方向）の照射対象の形状に合わせて荷電粒子線ビームを整形するものである。
【０００５】
横方向ビーム形成部は、荷電粒子線ビームの進行方向に垂直な平面（Ｘ−Ｙ平面）方向に荷電粒子線ビームを拡大した後、拡大された荷電粒子線ビームをコリメータで切り取ることにより、荷電粒子線ビームの進行方向に垂直な平面上の照射対象の形状に合わせて荷電粒子線ビームを整形するものである。このときのビーム拡大には、ビームを走査する手法やビーム径を拡大させる手法、あるいはそれらを組み合わせる手法等がある。
【０００６】
ビームを走査する手法においては、一般に、２つのビーム偏向手段を、それぞれの偏向面が互いに垂直になるように配置することが多く、特に陽子、重粒子といった高エネルギービームの照射においては、そのビーム偏向手段として電磁石（走査電磁石）を用いることが多い。例えばＹ方向に垂直な磁極面を備えＹ方向の磁場を発生してビームをＸ方向に偏向するＸ方向走査電磁石を上流側に配置し、Ｘ方向に垂直な磁極面を備えＸ方向の磁場を発生してビームをＹ方向に偏向するＹ方向走査電磁石を下流側に配置する。この場合、ビームのＸ方向位置は上流側のＸ方向走査電磁石内で徐々に偏向され、電磁石通過後直線的に変化するため、Ｘ方向走査点は上流側Ｘ方向走査電磁石の中心付近となり、同様にしてビームのＹ方向走査点はほぼ下流側Ｙ方向走査電磁石の中心付近となる。
【０００７】
このような構成において、下流側のＹ方向走査電磁石では、上流側Ｘ方向走査電磁石によるビーム走査によって、上流側に比べてＸ方向におけるビーム通過範囲が大きくなり、結果として磁場発生方向であるＸ方向における磁極間隔を大きくしなければならない。ここで、走査電磁石においては、通常、磁場発生方向における磁極間隔が大きくなるほどその磁気抵抗が大きくなるため、磁極間隔のべき乗（例えば２乗）に比例して消費電力が大きくなる。このため、上記のようなＸ方向の磁極間隔の増大によってＹ方向走査電磁石における消費電力は著しく増大し、運転コスト（ランニングコスト）が増大することとなっていた。また、走査電磁石を励磁するための電源については、通常、その最大電圧と最大電流との積で表される電源容量が磁場発生方向の磁極間隔が大きくなるほど例えばそれにほぼ比例して大きくなるため、上記のような構成では、Ｙ方向走査電磁石の励磁用電源として電源容量の極めて大きいものを用意する必要があり、設備コスト（初期コスト）が増大することとなっていた。
【０００８】
そこで、これに対応して、従来、Ｘ方向走査電磁石とＹ方向走査電磁石とを大きく距離を離して配置するとともに、これら２つの走査電磁石の間に設けた偏向電磁石及び四極電磁石のＸ方向におけるビーム収束機能を利用し、下流側Ｙ方向走査電磁石近傍でのＸ方向におけるビーム通過範囲を小さくするものが提唱されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
この従来技術では、Ｘ方向走査電磁石でＸ方向にビームを曲げて位置をずらすように偏向させた後、偏向電磁石や四極電磁石のビーム収束機能を利用しそれらを通過する間にＸ方向にビームの位置のずれを小さくするように徐々に偏向させ、下流側Ｙ方向走査電磁石近傍で一度焦点を結ばせる。これにより、実質的にビーム走査点をその焦点位置（言い換えればＹ方向走査電磁石付近）に移動させ、下流側Ｙ方向走査電磁石でのＸ方向におけるビーム通過範囲を縮小している。そして、焦点以降、Ｙ方向走査電磁石を通過し再度Ｘ方向にビーム通過範囲が大きくなった粒子線ビームを、コリメータへと導入するようになっている。
【００１０】
【非特許文献１】
「Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　Ｖｏｌ．６４　Ｎｏ．８（１９９３年８月）」（ｐ．２０５５〜２１２２）
【特許文献１】
特開平１０−２８２３００号公報（段落番号
【００１１】、
【００１２】及び図７）
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、Ｘ方向走査電磁石とＹ方向走査電磁石の間に設けた偏向電磁石及び四極電磁石のＸ方向ビーム収束機能を利用し、下流側Ｙ方向走査電磁石近傍で一度焦点を結ばせることでＹ方向走査電磁石におけるビーム通過範囲を縮小している。これにより、Ｙ方向走査電磁石におけるＸ方向の磁極間隔の増大による消費電力の増大及び励磁用電源容量の増大を防止し、コスト低減を図ることができる。
【００１３】
しかしながら、上記偏向電磁石や四極電磁石のビーム収束機能は本来それほど大きくないため、一旦Ｘ方向走査電磁石でビームを曲げて位置をずらすように偏向させた荷電粒子線ビームを逆にビームの位置のずれを小さくするように偏向させる間、その輸送距離の大きさとともにＸ方向におけるビーム通過範囲の最大値が比較的大きくなり、これに伴ってそれら偏向電磁石や四極電磁石でのＸ方向におけるビーム通過範囲が大きくなる。すなわち、走査電磁石の小型化を図れるものの、それ以外のビーム偏向手段（この例では四極電磁石や大型構造の偏向電磁石）のＸ方向における大型化を招く。このため、それらの自重の増大によって支持構造物のたわみが増大し（特にこの公知例のような回転ガントリーでその傾向が顕著となる）、この結果、ビーム照射精度の向上が困難となる。
【００１４】
本発明の目的は、他のビーム偏向手段を大型化することなく、コスト低減を図れる医療用荷電粒子照射装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、荷電粒子を患者の患部に照射する医療用荷電粒子照射装置において、入射した荷電粒子線ビームを、そのビーム進行方向に垂直な平面内における一の方向へビームを曲げて位置をずらすように偏向する第１走査電磁石と、この第１走査電磁石より下流側に設けられ、前記第１走査電磁石で偏向された荷電粒子線ビームを、前記一の方向へ前記ビームの位置のずれを小さくするように偏向する第２走査電磁石と、この第２走査電磁石より下流側に設けられ、前記第２走査電磁石で偏向された荷電粒子線ビームを、前記ビーム進行方向に垂直な平面内における前記一の方向と直交する他の方向へ偏向する第３走査電磁石とを有する。
【００１６】
本発明においては、第１走査電磁石で例えばＸ方向にビームを曲げて位置をずらすように偏向させた後に下流側の第２走査電磁石でＸ方向にビームの位置のずれを小さくするように偏向させることにより、例えばさらに下流側のＹ方向第３走査電磁石近傍で一度焦点を結ばせることが可能となる。これによって、実質的にビーム走査点をその焦点位置（言い換えれば第３走査電磁石付近）に移動させ、下流側第３走査電磁石におけるＸ方向におけるビーム通過範囲を縮小し、焦点以降、第３走査電磁石を通過し再度Ｘ方向にビーム通過範囲を拡大し所定の大きさとなった粒子線ビームを、コリメータへと導入する。
【００１７】
このとき、従来構造のように本来ビーム収束機能のそれほど大きくない偏向電磁石や四極電磁石を用いず、ビーム偏向機能の高い第２走査電磁石を用いることによってＸ方向にビーム通過範囲を急激に縮小させることができるので、一旦第１走査電磁石でビームを曲げて位置をずらした後にビームの位置のずれを小さくする間におけるその輸送距離を小さくでき、またそのときのビーム通過範囲の最大値を小さくすることができる。したがって、それらの間に通常設けられる偏向電磁石や四極電磁石等の他のビーム偏向手段の小型化を図ることができる。
【００１８】
一方このとき、本発明においては、元来の例えばＸ方向走査電磁石１個とＹ方向走査電磁石の合計２個から、第１走査電磁石（Ｘ方向）、第２走査電磁石（Ｘ方向）、第３走査電磁石（Ｙ方向）の合計３個に１個増えるため、その分の消費電力及び電源容量は別途追加となる。
【００１９】
しかしながら、例えば消費電力についてみると、Ｘ方向走査電磁石１個とＹ方向走査電磁石１個とを配置する上記の元来構造では、下流側のＹ方向走査電磁石においてＸ方向ビーム通過範囲の増大に応じ磁場発生方向であるＸ方向の磁極間隔が大きくなっている。前述したように消費電力は磁場発生方向における磁極間隔の例えば２乗に比例することから、Ｙ方向走査電磁石の消費電力はＸ方向走査電磁石の例えば５倍程度にも達する。このため、Ｘ方向走査電磁石及びＹ方向走査電磁石２つを合計した消費電力は著しく増大する。
【００２０】
本発明においては、前述したように最下流側の第３走査電磁石におけるＸ方向ビーム通過範囲の縮小によって磁極間隔を元来構造の例えば１／２程度に低減できることから、上記元来のＹ方向走査電磁石の約１／３程度にまで第３走査電磁石の消費電力を低減することができる。これに対して、新たな追加分となる第１走査電磁石は偏向量が小さく極めて小型のもので足りることから、第１及び第２走査電磁石の消費電力を合計しても元来のＸ方向走査電磁石の消費電力の２倍には至らない。この結果、第１〜第３走査電磁石３個の合計消費電力を、元来のＸ方向及びＹ方向走査電磁石２個の合計消費電力よりも例えば１／２程度にまで小さくでき、運転コスト（ランニングコスト）を低減することができる。
【００２１】
また、電源容量についてみると、Ｘ方向走査電磁石１個とＹ方向走査電磁石１個とを配置する上記の元来構造では、前述したように電源容量は磁場発生方向における磁極間隔に例えば比例することから、Ｙ方向走査電磁石の励磁電源に必要な電源容量は、Ｘ方向走査電磁石の励磁電源の例えば数倍（３〜５倍）程度にも達する。このため、Ｙ方向走査電磁石については特に大型の電源が必要で、場合によっては通常の市場では入手できず別途製作する必要が生じ、設備コスト（初期コスト）が増大する。
【００２２】
本発明においては、前述したように最下流側の第３走査電磁石におけるＸ方向ビーム通過範囲の縮小によって磁極間隔が低減されることから、上記元来のＹ方向走査電磁石の６０％程度まで第３走査電磁石用励磁電源の電源容量を低減することができ、コストを著しく低減できる。これに対して、新たな追加分となる第１走査電磁石は偏向量が小さく極めて小型のもので足りることから、第１走査電磁石用に使用される電源容量は元来のＸ方向走査電磁石の電源容量の１／３程度で足り、また第２走査電磁石用に使用される電源容量も元来のＸ方向走査電磁石と大差ない程度のもので足りる。この結果、総合的に見て、第１〜第３走査電磁石３個の励磁用電源に必要な設備コスト（初期コスト）を、元来のＸ方向及びＹ方向走査電磁石２個の励磁用電源に必要な設備コストに比べて、少なくともほぼ等しいか若しくは小さくすることができる。
【００２３】
以上のようにして、本発明においては、他のビーム偏向手段を大型化することなく、コスト低減を図ることができる。
【００２４】
（２）上記目的を達成するために、また本発明は、荷電粒子を患者の患部に照射する医療用荷電粒子照射装置において、入射した荷電粒子線ビームを、そのビーム進行方向に垂直な平面内における一の方向へビームを曲げて位置をずらすように偏向する第１走査電磁石と、この第１走査電磁石より下流側に設けられ、前記第１走査電磁石で偏向された荷電粒子線ビームを、前記一の方向へ前記ビームの位置のずれを小さくするように偏向する第２走査電磁石と、この第２走査電磁石より下流側に設けられ、前記第２走査電磁石で偏向された荷電粒子線ビームを、前記ビーム進行方向に垂直な平面内における前記一の方向と直交する他の方向へ偏向する第３走査電磁石と、前記第１走査電磁石による偏向量と前記第２走査電磁石による偏向量との所定の比例関係を維持するように、それら第１及び第２走査電磁石を制御する第１偏向制御手段とを有する。
【００２５】
第１走査電磁石による偏向量と第２走査電磁石による偏向量とが比例関係に維持されることにより、ビーム曲げて位置ずれ増大→位置ずれの低減→第３走査電磁石近傍の焦点という粒子線ビームの挙動を維持しつつ、容易かつ確実に走査を行うことができる。
【００２６】
（３）上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記第３走査電磁石より下流側に、荷電粒子線ビームを散乱させる散乱体を設ける。
【００２７】
散乱体を設ける場合、ビーム走査点から散乱体までの距離が大きくなるほど、より多くの方向のより広い範囲から種々のビームが散乱体に入射する可能性が高くなり、散乱体から出射した後におけるビーム外郭が曖昧になる結果、照射ビームの角度分布広がりが大きくなり、コリメータでビームを切り出した後の照射対象内線量分布の切れ（半影）が大きくなって照射精度の向上が困難となる。
【００２８】
本発明においては、上記（１）で説明したように実質的にビーム走査点を焦点位置である第３走査電磁石付近に移動させるので、第３走査電磁石より下流側に散乱体を設けることで、走査点と散乱体との距離を小さくすることができる。これにより、照射対象内線量分布の半影を小さくし照射精度を向上することができる。また、大きな範囲を走査し、広い領域を照射する照射装置を実現することができる。特に、ビーム走査点を散乱体付近に合わせた場合には、照射対象内線量分布の半影をより小さくすることができ、照射精度を一層向上させることができる。
【００２９】
（４）上記（１）又は（２）において、また好ましくは、前記第２走査電磁石より下流側でかつ前記第３走査電磁石より上流側に、荷電粒子線ビームを散乱させる散乱体を設ける。
【００３０】
散乱体をＹ方向の第３走査電磁石より上流側へ配置したことにより、散乱体と照射面との距離が長くなり、照射面で同じビーム強度分布を形成するために必要な散乱量を小さくすることができる。これにより、散乱体の厚さを薄くすることができ、散乱体におけるビームのエネルギー損失を小さくできる。この結果、照射面に到達するビームのエネルギーが高くなるため、照射対象内でのビームの到達深度が深くなり、より深い標的に対し照射を行うことができる。
【００３１】
（５）上記（２）において、また好ましくは、前記第１偏向制御手段は、前記第１走査電磁石及び第２走査電磁石に共通の単一の励磁電源を備え、前記第１走査電磁石及び第２走査電磁石はそれぞれの励磁コイルが前記単一の励磁電源に対し直列に接続されている。
【００３２】
これにより、第１走査電磁石及び第２走査電磁石によるビーム偏向量を、特に調節を行わなくても容易に比例関係にすることができる。したがって、運転が簡単になると共に、ずれによる誤照射の可能性を低減することができる。
【００３３】
（６）上記（２）において、また好ましくは、前記第１偏向制御手段は、前記第１走査電磁石及び第２走査電磁石に対しそれぞれ電源を供給する第１励磁電源及び第２励磁電源と、これら第１及び第２励磁電源に共通の電源制御手段とを備えている。
【００３４】
本発明においては、第１走査電磁石及び第２走査電磁石用の励磁電源がそれぞれ別個に設けられることにより、各励磁電流を、増幅率を変えることで調整し、これによって走査点位置を所望に調整することができる。したがって、第１走査電磁石及び第２走査電磁石の間の機器の条件変更や、磁石の設計誤差があった場合にも、走査点がずれないように調節することができ、ビームの第３走査電磁石磁極への衝突回避や照射精度の維持を実現することができる。またこのとき、第１及び第２励磁電源は第２電源制御手段という単一の信号源で制御されることになるので、第１及び第２走査電磁石の位相調節を行う必要がなく、運転が簡単になると共に、位相ずれによる誤照射の可能性を低減することができる。
【００３５】
（７）上記目的を達成するために、本発明は、荷電粒子を患者の患部に照射する医療用荷電粒子照射装置において、入射した荷電粒子線ビームを、そのビーム進行方向に垂直な平面内における一の方向へ偏向する第１走査電磁石と、この第１走査電磁石より下流側に設けられ、前記第１走査電磁石で偏向された荷電粒子線ビームを、前記一の方向へ偏向する第２走査電磁石と、この第２走査電磁石より下流側に設けられ、前記第２走査電磁石で偏向された荷電粒子線ビームを、前記ビーム進行方向に垂直な平面内における前記一の方向と直交する他の方向へ偏向する第３走査電磁石とを有する。
【００３６】
（８）上記目的を達成するために、本発明は、荷電粒子を患者の患部に照射する医療用荷電粒子照射装置において、入射した荷電粒子線ビームをＸ方向においてその偏向量を可変に偏向する第１可変偏向手段と、この第１可変偏向手段より下流側に設けられ、前記第１可変偏向手段で偏向された荷電粒子線ビームをＸ方向においてその偏向量を可変に偏向する第２可変偏向手段と、この第２可変偏向手段より下流側に設けられ、前記第２可変偏向手段で偏向された荷電粒子線ビームを、Ｙ方向においてその偏向量を可変に偏向する第３可変偏向手段と、前記第１可変偏向手段による偏向量と前記第２可変偏向手段による偏向量との所定の比例関係を維持するように、かつ、前記第２可変偏向手段を通過した後の荷電粒子線ビームの走査点が前記第３可変偏向手段の中心部か若しくは少なくとも近傍となるように、前記第１及び第２可変偏向手段を制御する第２偏向制御手段とを有する。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００３８】
本実施形態の医療用荷電粒子照射装置は、この種のものとして公知の放射線治療装置、例えば陽子線治療装置に適用されるものである。詳細な図示は省略するが、この陽子線治療装置においては、例えば特開２００１−３５３２２８号公報に記載のもののように、入射器にて発生した荷電粒子（例えば陽子）ビームが、低エネルギビーム輸送装置を通過して主加速器であるシンクロトロンに入射され、このシンクロトロンで治療に必要とされるエネルギ（通常１００〜２００ＭｅＶ）まで加速される。シンクロトロンから出射した荷電粒子ビームは、本実施形態の荷電粒子照射装置（回転照射装置）に入射される。
【００３９】
図２は、本実施形態による荷電粒子照射装置の全体概略構造を表す概念的側面図である。以下、荷電粒子線ビームの進行方向（照射対象の深さ方向）をＺ軸方向（Ｚ方向）、これに垂直な平面内における一の方向をＸ方向（図２の紙面内左右方向）、その平面内におけるＸ方向と直交する方向をＹ方向（図２の紙面と垂直方向）としている。
【００４０】
この図２において、本実施形態の荷電粒子照射装置１は、ビーム輸送用の偏向電磁石２Ａ，２Ｂ，２Ｃ、ビーム収束用の四極電磁石３Ａ，３Ｂ，３Ｃ、真空粒子チャンバ４、出射ノズル５、及びＸ方向走査電磁石（第１走査電磁石）１０１を取り付けた回転ガントリー６と、この回転ガントリー６を所定の回転軸ｋまわりに回転駆動するモータ（図示せず）とを備えており、モータを駆動して回転ガントリー６を回転軸ｋまわりに回転させることにより、照射方向を変えられるようになっている。
【００４１】
出射ノズル５は、Ｘ方向走査電磁石（第２走査電磁石）１０２と、その下流側に配設したＹ方向走査電磁石（第３走査電磁石）１０３と、さらにその下流側に配設され、ビーム拡大の条件に応じて散乱物の厚さを変更できる散乱体ユニット（散乱体）１０４とを備えている。
【００４２】
Ｘ方向走査電磁石１０２は、出射ノズル５外に設けたＸ方向走査電磁石１０１とともに、Ｙ方向に磁場を発生し、上記した偏向電磁石２Ａ，２Ｂ，２Ｃと同じ面内にビームを（その偏向量を可変に）偏向する。このとき、Ｘ方向走査電磁石１０１はビームを曲げて位置をずらすように偏向し、Ｘ方向走査電磁石１０２は、Ｘ方向走査電磁石１０１による上記のビームの位置のずれを小さくするように偏向する。これらＸ方向走査電磁石１０２，１０３の励磁コイル（図示せず）は共通のＸ方向走査電磁石電源１０５に電源線１０６ａ，１０６ｂを介して直列に接続されており、そのＸ方向走査電磁石電源１０５からの電力によって励磁される。
【００４３】
Ｙ方向走査電磁石１０３は、Ｘ方向に磁場を発生し、Ｙ方向にビームを（その偏向量を可変に）偏向する。このＹ方向走査電磁石１０３の励磁コイル（図示せず）はＹ方向走査電磁石電源１０７に電源線１０８を介して接続されており、そのＹ方向走査電磁石電源１０７からの電力によって励磁される。
【００４４】
次に、上記構成の本実施形態の荷電粒子照射装置１の動作を説明する。
【００４５】
荷電粒子照射装置１に入力されたビームは、偏向電磁石２Ａ〜Ｃにより軌道が曲げられかつ四極電磁石３Ａ〜Ｃによってベータトロン振動が調節されて下流側に輸送され、Ｘ方向走査電磁石１０２の上流側で真空チャンバー４から真空窓を通して空気中に出て、更に空気中を出射ノズル５内各機器により成型されながら通過した後、照射対象Ｐに照射される。
【００４６】
このようなビーム輸送過程において、ビームは、Ｘ方向走査電磁石１０１，１０２それぞれの磁極間を通過することによって偏向電磁石７と同じ面内においてＸ方向に偏向され、さらにＹ方向走査電磁石１０４の磁極間を通過することによってＹ方向に偏向される。
【００４７】
図３は、上述したＸ方向走査電磁石電源１０５及びＹ方向走査電磁石電源１０７によりＸ方向走査電磁石１０１，１０２及びＹ方向走査電磁石１０３に供給する励磁電流の時間変化の一例を表す図であり、図４はそれら３台の走査電磁石１０１，１０２，１０３によるビーム偏向に起因する、照射面でのビーム中心軸移動量の時間変化の一例を表す図である。
【００４８】
図３において、この例では、Ｘ方向走査電磁石電源１０５及びＹ方向走査電磁石電源１０７は、その時間変化が正弦波状となるような励磁電流をそれぞれＸ方向走査電磁石１０１，１０２及びＹ方向走査電磁石１０３に供給しており、Ｘ方向励磁電流とＹ方向励磁電流とは、位相が互いに９０°ずれている。
【００４９】
照射面におけるビームの中心軸は、Ｘ方向走査電磁石１０１，１０２の偏向量に比例した量だけＸ方向に移動し、Ｙ方向走査電磁石に１０３よる偏向量に比例した量だけＹ方向に移動する。これにより、図４に示すように、Ｘ方向走査電磁石１０１によるビーム中心軸移動量とＸ方向走査電磁石１０２によるビーム中心軸移動量との和（ビーム中心軸のＸ方向総移動量）は、Ｙ方向走査電磁石１０３によるビーム中心軸移動量（ビーム中心軸のＹ方向移動量）と振幅が略等しく、位相が９０°ずれる。この結果、ビーム中心軸が照射対象Ｐの照射面において円形の軌跡を描くように制御されている。
【００５０】
なおこのとき、２つのＸ方向走査電磁石１０１，１０２については、前述のように互いにＸ方向走査電源１０５に対し直列に接続されていることにより、下流側のＸ方向走査電磁石１０２によるビーム中心軸移動量の振幅がＹ方向走査電磁石１０３によるビーム中心軸移動量の振幅よりも若干大きくなる（例えば１．２倍）とともに、上流側のＸ方向走査電磁石１０１によるビーム中心軸移動量の振幅が常に上記Ｘ方向走査電磁石１０２のビーム中心軸移動量の振幅と逆方向で比例関係（例えば０．２倍）に維持されるようになっている。このようにして、前述したビーム中心軸のＸ方向総移動量と、ビーム中心軸移動量のＹ方向移動量とが略等しい関係が成立されている。
【００５１】
図１は、上記のような励磁制御により実現される荷電粒子ビームの通過挙動を表す説明図であり、ビームのＸ方向走査面内ビーム軸通過範囲及びビーム通過範囲を模式的に示したものである。なお、各走査電磁石１０１，１０２，１０３の磁極の領域のみを併せて示している。このとき一点鎖線ｍはビーム通過範囲の中心であって、全ての走査電磁石による偏向量が０の場合ビームの中心軸がこの一点鎖線ｍに一致するものである。また点線ｎはビーム中心軸のＸ方向走査面内通過範囲を示し、実線ｐはビームの通過範囲であってビーム中心軸の周りビーム径分だけ大きな範囲となっているものである。
【００５２】
図１及び前述の図２において、ビームは、まず最上流側のＸ方向走査電磁石１０１によって曲げて位置をずらすように比較的小さい振幅で偏向され、この結果走査振幅（言い換えればある程度の時間単位でみたときのビーム軸通過範囲、ビーム径を加味すればビーム通過範囲、以下同様）が下流に行くにしたがって徐々に大きくなる。その後、下流側に配置されたＸ方向走査電磁石１０２によってビームは逆に上記ビームの位置のずれを小さくするように（ビーム通過範囲が小さくなる方向に）比較的大きな振幅で偏向される。これにより、Ｘ方向走査電磁石１０２よりも下流では走査振幅が再び小さくなってゆく。
【００５３】
このとき、前述したように２つのＸ方向走査電磁石１０１，１０２による偏向量が比例関係に維持されることにより、ビーム中心軸の振幅が０になる焦点ができ、この焦点位置Ｑが事実上のＸ方向の走査点となる。走査振幅は焦点位置Ｑに向かって小さくなっていって焦点位置Ｑで０になった後、その下流側で再度大きくなる。なお、上記のように比例関係に維持される２つのＸ方向走査電磁石１０１，１０２の偏向量の比を小さくするほど、Ｘ方向走査点（焦点位置）Ｑはより下流側へと移動するが、この例では、例えば電磁石のビーム進行方向磁極長さ及びコイル巻数を適切に選択することによって偏向量の比を調節し、図１に示すように走査点Ｑが概ねＹ方向走査電磁石１０３の水平方向中心部（あるいは少なくともその近傍）に来るように予め設定されている。そして、Ｙ方向走査電磁石１０３の磁極間隔は、ビーム通過範囲に干渉しない限りにおいてなるべく狭くなるように設定されている。
【００５４】
以上のようにして各走査電磁石１０１，１０２，１０３により偏向され、Ｙ方向走査電磁石１０３内の走査点Ｑから再び走査振幅が徐々に大きくなったビームは、Ｙ方向走査電磁石１０３のさらに下流側の散乱体１０４に入射され、散乱体１０４に備えられた散乱物により散乱される。これにより、ビームを構成する粒子のＸＹ面内分布がビーム中心軸の周りにガウス分布状に広がり、下流に進むに従ってビーム強度分布が広がる。即ち、ビーム通過範囲がさらに拡大される（図１参照）。このとき、照射面位置でのビーム強度分布はほぼＸＹ方向の２次元ガウス分布であって、その標準偏差はビーム中心軸の描く円の半径の約３分の２に調整され、ガウス分布を円形に走査する結果、照射対象Ｐの照射面上でのビーム走査１周にわたる平均積算ビーム強度分布が走査中心のまわり走査円の約７０％の円形領域内部で一様になるように図られている。
【００５５】
散乱体１０４から出射されたビームは、リッジフィルタ５ａを通過することによってそのエネルギを決められた割合で減衰され、ビームのエネルギに患部の厚さに応じた分布が与えられる。その後、線量モニタ５ｂによりビームの線量が計測され（積算通過量や強度分布を計測してもよい。これら各値を基に照射対象Ｐに吸収させる線量が制御される）、さらにボーラス５ｃに入力されて患部の下部形状に応じたエネルギ分布とされる（言い換えれば照射対象Ｐ内での深さ方向線量分布が調整され）る。そして、コリメータ５ｄにより患部の水平方向形状に成形され（言い換えれば照射対象Ｐにおける横方向線量分布が調整され）た後、照射対象（患者の患部）Ｐに照射される。
【００５６】
なお、以上において、Ｘ方向走査電磁石１０１は、各請求項記載の、入射した荷電粒子線ビームをＸ方向においてその偏向量を可変に偏向する第１可変偏向手段を構成し、Ｘ方向走査電磁石１０２は、第１可変偏向手段より下流側に設けられ、第１可変偏向手段で偏向された荷電粒子線ビームをＸ方向においてその偏向量を可変に偏向する第２可変偏向手段を構成し、Ｙ方向走査電磁石１０３は、第２可変偏向手段より下流側に設けられ、第２可変偏向手段で偏向された荷電粒子線ビームを、Ｙ方向においてその偏向量を可変に偏向する第３可変偏向手段を構成する。
【００５７】
また、Ｘ方向走査電源１０７が、第１走査電磁石及び第２走査電磁石に共通の単一の励磁電源を構成すると共に、第１走査電磁石による偏向量と第２走査電磁石による偏向量との所定の比例関係を維持するように、それら第１及び第２走査電磁石を制御する第１偏向制御手段をも構成し、さらに、第１可変偏向手段による偏向量と第２可変偏向手段による偏向量との所定の比例関係を維持するように、かつ、第２可変偏向手段を通過した後の荷電粒子線ビームの走査点が第３可変偏向手段の中心部か若しくは少なくとも近傍となるように、第１及び第２可変偏向手段を制御する第２偏向制御手段をも構成する。
【００５８】
次に、本実施形態の作用効果を説明する。
【００５９】
（１）他のビーム偏向手段（偏向電磁石、四極電磁石）の小型化
上述したように、本実施形態の荷電粒子照射装置１においては、最上流側のＸ方向走査電磁石１０１でＸ方向にビームを曲げて位置をずらすように（ビーム通過範囲を大きくするように）偏向させた後に下流側のＸ方向走査電磁石１０２でＸ方向に上記ビームの位置のずれを小さくするように（ビーム通過範囲を縮小させる）偏向することにより、さらに下流側のＹ方向走査電磁石１０３内部にビーム走査点Ｑを位置させる。これにより、Ｙ方向走査電磁石１０３におけるＸ方向ビーム通過範囲を縮小し、その走査点Ｑ以降、Ｙ方向走査電磁石１０３を通過し再度Ｘ方向にビーム軸通過範囲が拡大して所定の大きさとなった粒子線ビームを、コリメータ５ｄへと導入する。
【００６０】
このように、本来ビーム収束機能のそれほど大きくない偏向電磁石や四極電磁石を用いる従来構造（特開平１０−２８２３００号公報）と異なり、ビーム収束機能の高いＸ方向走査電磁石１０２でＸ方向にビーム通過範囲を急激に縮小させるので、一旦Ｘ方向走査電磁石１０１でビームを曲げて位置をずらした後にビームの位置のずれを小さくする間におけるその輸送距離を小さくでき、またそのときのＸ方向ビーム通過範囲の最大値を小さくすることができる。これにより、上記従来構造に比べ、輸送経路に設けられる他の偏向手段としての偏向電磁石２Ｃの小型化（Ｘ方向における寸法の低減）を図ることができる。また、この結果自重による支持構造物（この例では回転ガントリー６）のたわみを低減できるので、たわみによるビーム照射精度の低下を防止できる。
【００６１】
（２）コスト低減
この作用について、比較例を参照しつつ以下詳細に説明する。
【００６２】
図５は、１台のＸ方向走査電磁石及び１台のＹ方向走査電磁石を備えた元来の荷電粒子照射装置にほぼ相当する本実施形態の比較例による荷電粒子照射装置の全体概略構造を表す概念的側面図であり、図６は、そのビームのＸ方向走査面内ビーム軸通過範囲及びビーム通過範囲を模式的に示したものであり、それぞれ前述の図２及び図１にそれぞれ相当する図である。なお、図５及び図６において、上記実施形態による荷電粒子照射装置１と同等の部分には「′」を添字として追加した符号を付して表し、適宜説明を省略する。
【００６３】
これら図５及び図６において、この比較例の荷電粒子照射装置１′では、走査電磁石として、Ｘ方向走査電磁石１０２′、Ｙ方向走査電磁石１０３′の２つのみがこの順序で鉛直方向に近接配置され、さらにＹ方向走査電磁石１０３′の下流側に、散乱体１０４′が配置されている。
【００６４】
ビームは、上記実施形態の荷電粒子照射装置１の照射方法と同様にして、Ｘ方向走査電磁石１０２′とＹ方向走査電磁石１０３′によって偏向され、ビーム中心軸が照射面で円形の軌跡を描く。すなわち、上流側のＸ方向走査電磁石１０２′の水平方向中心部（あるいは少なくともその近傍）にＸ方向における走査点Ｑ′があり、この走査点Ｑ′より下流側に行くにしたがって走査振幅が大きくなる。これによって、Ｘ方向走査電磁石１０２′の下流側に位置するＹ方向走査電磁石１０３’位置でのＸ方向ビーム通過範囲は比較的大きくならざるを得ず、Ｙ方向走査電磁石１０３′のＸ方向における磁極間隔も大きくなる。
【００６５】
このとき、一般に、走査電磁石の消費電力は磁場発生方向における磁極間隔の例えば２乗に比例することから、本比較例においては、Ｙ方向走査電磁石１０３′の消費電力はＸ方向走査電磁石１０２′の例えば５倍程度にも達する。このため、Ｘ方向走査電磁石１０２′及びＹ方向走査電磁石１０３′２つを合計した消費電力は著しく増大する。
【００６６】
また、電源容量についてみると、一般に、走査電磁石の電源容量は磁場発生方向における磁極間隔に例えば比例することから、Ｙ方向走査電磁石１０３′を励磁するＹ方向走査電磁石電源１０７′に必要な電源容量は、Ｘ方向走査電磁石１０２′を励磁するＸ方向走査電磁石電源１０５′の例えば数倍（３〜５倍）程度にも達する。このため、Ｙ方向走査電磁石電源１０７′については特に大型の電源が必要で、場合によっては通常の市場では入手できず別途製作する必要が生じ、設備コスト（初期コスト）が増大する。
【００６７】
これに対して、本実施形態の荷電粒子照射装置１においては、上記比較例のＸ方向走査電磁石１０２′１個とＹ方向走査電磁石１０３′の合計２個から、Ｘ方向走査電磁石１０１、Ｘ方向走査電磁石１０２、Ｙ方向走査電磁石１０３の合計３個と１個増える。しかしながら、本願発明者等の検討によれば、本実施形態の荷電粒子照射装置１においては、前述したように最下流側のＹ方向走査電磁石１０３におけるＸ方向ビーム通過範囲の縮小によって磁極間隔を上記比較例のＹ方向走査電磁石１０３′の例えば１／２程度にまで低減できることがわかった。この結果、比較例のＹ方向走査電磁石１０３′の約１／３程度にまでＹ方向走査電磁石１０３の消費電力を低減することができる。一方、上記比較例と比べた場合の新たな追加分となるＸ方向走査電磁石１０１は前述のように偏向量が小さく極めて小型のもので足りることから、Ｘ方向走査電磁石１０１，１０２の消費電力を合計しても上記比較例のＸ方向走査電磁石１０２′の消費電力の２倍には至らない。この結果、Ｘ方向走査電磁石１０１、Ｘ方向走査電磁石１０２、Ｙ方向走査電磁石１０３の３個の合計消費電力を、上記比較例におけるＸ方向走査電磁石１０２′及びＹ方向走査電磁石１０３′の２個の合計消費電力よりも例えば１／２程度にまで小さくでき、運転コスト（ランニングコスト）を低減することができる。
【００６８】
また、電源容量についてみると、本願発明者等の検討によれば、本実施形態の荷電粒子照射装置１においては、前述したように最下流側のＹ方向走査電磁石１０３におけるＸ方向ビーム通過範囲の縮小によって磁極間隔が低減されることから、上記比較例のＹ方向走査電磁石１０３′の励磁用の電源１０７′の６０％程度までＹ方向走査電源１０７の電源容量を低減することができ、コストを著しく低減できる。これに対して、上記比較例と比べて新たな追加分となるＸ方向走査電磁石１０１は偏向量が小さく極めて小型のもので足りることから、Ｘ方向走査電磁石用に増加すべき電源容量は上記比較例のＸ方向走査電源１０７′の電源容量の１／３程度で足りる。またＸ方向走査電磁石１０２用に使用される電源容量については、Ｘ方向走査電磁石１０２位置でのビーム通過範囲が、比較例のＸ方向走査電磁石１０２′よりもＸ方向に大きくなっており、Ｘ方向走査電磁石磁場の有効磁場範囲を広げる必要がある。しかしながらこの場合、磁極面に平行な方向（Ｘ方向）への伸長であることから、その電源容量の増加は磁極間隔が大きくした場合ほど多くなく、上記比較例のＸ方向走査電源１０７′と大差ない程度のもので足りる。これらの結果、総合的に見て、３個の走査電磁石１０１，１０２，１０２の励磁用に用いる電源１０５，１０７に必要な設備コスト（初期コスト）は、上記比較例の２個の走査電磁石１０２′，１０３′の励磁用に用いる電源１０５，１０７に必要な設備コストに比べて、少なくともほぼ等しいか若しくは小さくすることができることがわかった。
【００６９】
以上のように、本実施形態の荷電粒子照射装置１においては、１台のＸ方向走査電磁石及び１台のＹ方向走査電磁石を備えた比較例に比べ、運転コスト（ランニングコスト）を低減することができ、また設備コストを少なくともほぼ等しいか若しくは小さくできる。したがって、トータルで見ると、比較例よりも確実にコスト低減を図ることができる。
【００７０】
（３）その他
▲１▼Ｘ方向走査電源共通化による効果
上述したように、本発明においてはＸ方向走査電磁石１０１による偏向量とＸ方向走査電磁石１０２による偏向量との間に所定の比例関係を維持する必要がある。本実施形態では、２つのＸ方向走査電磁石１０１，１０２を互いに共通のＸ方向走査電源１０５に対して直列に接続していることにより、それぞれの走査電磁石１０１，１０２によるビーム偏向量を特に調節を行わなくても容易に比例関係にすることができる。したがって、運転が簡単になると共に、ずれによる誤照射の可能性を低減することができる。
【００７１】
▲２▼散乱体の配置位置による効果
一般に、ビーム走査とビーム径拡大を組み合わせる横方向ビーム拡大方法では、散乱体とビーム走査位置が離れるほど、照射対象へ到達する照射ビームの質が悪化する。例えば２つの走査電磁石を用いる場合、それら走査電磁石の上流又は下流に散乱物を配置すると、一方の走査電磁石が散乱物から遠くなり、照射ビームの角度分布広がりが大きくなり、横方向ビーム整形の為のコリメータでビームを切り出した際の切れ（半影）が大きくなって、照射性能が悪化する。本実施形態においては、図１に示すように、図６の上記比較例に比べてＸ方向走査点Ｑと散乱体１０４との間の距離を小さくできることから、散乱体１０４上でのビーム通過範囲を小さくできる。これにより、照射対象Ｐの照射面位置でのビーム角度分布広がりを小さくできるので、コリメータ５ｄでビームを横方向に切り出した場合の、横方向ビーム強度分布の切れ（＝照射対象内線量分布の半影）を小さくでき、照射精度を向上できる効果がある。また、大きな範囲を走査し、広い領域を照射する照射装置を実現することができる。
【００７２】
またこのとき、本実施形態では、Ｘ方向走査点ＱをＹ方向走査磁石１０３の中心でなく散乱体１０４の中心部又はその近傍に来るように、Ｘ方向走査電磁石１０１，１０２の偏向量の比を調節することもできる。この場合、Ｙ方向走査電磁石１０３の磁極間隔は若干大きくなるものの、上記した照射対象Ｐ内線量分布の半影をより小さくできる効果がある。
【００７３】
なお、上記実施形態においては、散乱体１０４を、最下流側であるＹ方向走査電磁石１０３よりも下流側に配置したが、これに限られず、Ｘ方向走査電磁石１０２とＹ方向走査電磁石１０３との間に設けても良い。以下、この変形例について、図７及び図８により説明する。
【００７４】
図７は、本変形例による荷電粒子照射装置のＸ方向走査面内ビーム軸通過範囲及びビーム通過範囲を模式的に示した図であり、上記実施形態の図１に相当する図である。なお、この図７において、上記実施形態による荷電粒子照射装置１と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００７５】
図７において、この変形例の荷電粒子装置では、散乱体１０４が、Ｘ方向走査電磁石１０２の下流側でＹ方向走査電磁石１０３の上流側に（言い換えればＸ方向走査電磁石１０２とＹ方向走査電磁石１０３との間に）配置されている。その他の点は、上記実施形態の荷電粒子装置１とほぼ同様である。
【００７６】
ビームは、上記実施形態の荷電粒子照射装置１の照射方法と同様にしてＸ方向走査電磁石１０１，１０２とＹ方向走査電磁石１０３によって偏向される。またこのとき、Ｘ方向走査電磁石１０２とＹ方向走査電磁石１０３との間で散乱体１０４によって散乱され、ビームを構成する粒子のＸＹ面内分布がビーム中心軸の周りにガウス分布状に広がり下流に進むに従ってビーム強度分布が広がる。そして、最終的にビーム中心軸は照射対象Ｐの照射面で円形の軌跡を描く。
【００７７】
本変形例においても、上記実施形態と同様、本発明の基本的な効果である（１）他のビーム偏向手段の小型化及び（２）コスト低減の効果を得ることができる。
【００７８】
すなわち、最上流側のＸ方向走査電磁石１０１でＸ方向にビームを曲げて位置をずらすように偏向させた後に下流側のＸ方向走査電磁石１０２でＸ方向にビームの位置のずれを小さくするように偏向させ、さらに散乱体４を介して下流側のＹ方向走査電磁石１０３内部にビーム走査点Ｑを位置させることにより、Ｙ方向走査電磁石１０３におけるＸ方向ビーム通過範囲を縮小する。これにより、本来ビーム収束機能のそれほど大きくない偏向電磁石や四極電磁石を用いる従来構造に比べ、偏向電磁石２Ｃの小型化を図ることができる。またこれにより、１台のＸ方向走査電磁石及び１台のＹ方向走査電磁石を備えた元来の構造に比べ、運転コストを低減することができ、また設備コストを少なくともほぼ等しいか若しくは小さくでき、トータルで見てコスト低減を図ることができる。
【００７９】
なお、散乱体ユニットがＹ方向走査電磁石３よりも上流にあるので、Ｙ方向走査電磁石３を通過する際のビーム通過範囲が上記実施形態の場合に比べて若干大きくなるが、全体的には、ほぼ上記実施形態と同程度の効果を得ることができる。特に、例えば散乱体がＸ方向走査電磁石とＹ方向走査電磁石の間にあることを前提とした従来の荷電粒子線ビーム照射装置（例えば特開平１０−２１１２９２号公報）と比較した場合には、上記の効果は顕著である。
【００８０】
図８は、１台のＸ方向走査電磁石及び１台のＹ方向走査電磁石を備えた上記特開平１０−２１１２９２号公報による荷電粒子照射装置にほぼ相当する本実施形態の比較例による荷電粒子照射装置のビームのＸ方向走査面内ビーム軸通過範囲及びビーム通過範囲を模式的に示したものである。なお、図８において、上記実施形態による荷電粒子照射装置１と同等の部分には「″」を添字として追加した符号を付して表し、適宜説明を省略する。
【００８１】
この図８において、この比較例の荷電粒子照射装置では、走査電磁石として、Ｘ方向走査電磁石１０２″、Ｙ方向走査電磁石１０３″の２つのみがこの順序で鉛直方向に近接配置され、さらにそれら電磁石１０２″と電磁石１０３″との間に、散乱体１０４″が配置されている。この場合、先に図６を用いて前述した比較例と同様、Ｘ方向走査電磁石１０２″の水平方向中心部に走査点Ｑ″があり、下流側に行くにしたがって走査振幅が大きくなるが、Ｙ方向走査電磁石１０３″に入射する前に散乱体１０４″によってさらに走査振幅が拡大される。これによって、Ｙ方向走査電磁石１０３″位置でのＸ方向ビーム通過範囲がかなり大きくなり、Ｙ方向走査電磁石１０３″のＸ方向における磁極間隔もかなり大きくなる。
【００８２】
これに対して、図７に示した本変形例の荷電粒子照射装置においては、図８と比較して分かるように、最下流側のＹ方向走査電磁石１０３におけるＸ方向ビーム通過範囲の縮小によって磁極間隔を上記比較例のＹ方向走査電磁石１０３″に比べて大幅に低減できる。したがって、上記（１）（２）で述べた効果を得ることができることがわかる。すなわち、散乱体１０４をＸ方向走査電磁石１０２とＹ方向走査電磁石１０３との間に配置することを前提とした場合においても、Ｙ方向走査電磁石１０３の磁極間隔を小さくすることができ、コストダウンや他の偏向手段小型化という効果を図ることができる。
【００８３】
また本変形例においては、上記に加え、以下のような効果もある。
【００８４】
すなわち、図７と図１とを比較してわかるように、本変形例では、散乱体１０４と照射面との距離が図１に示した実施形態に比べて大きい。これにより、照射面で同じビーム強度分布を形成するために必要な散乱量は小さくなるので、散乱体１０４を上記実施形態に比べて薄くすることができる。この結果、散乱体１０４におけるビームのエネルギー損失が小さくなり、照射面に到達するビームのエネルギーが高くなる。したがって、照射対象Ｐ内でのビームの到達深度が深くなり、上記実施形態よりも深い標的に対して照射を行うことができる。
【００８５】
なお、以上は、３台の走査電磁石１０１，１０２，１０３と散乱体１０４とを備えた構成を用いた照射法を例にとって説明したが、散乱体の有無は本発明の本質的ではなく、散乱体１０４の有無に関係なく前述の発明本来の（１）（２）の効果が得られるのは言うまでもない。
【００８６】
また、以上は、２台のＸ方向走査電磁石１０１，１０２を、単一のＸ方向走査電源１０５で励磁した場合を例にとって説明したが、これにも限られず、２台のＸ方向走査電磁石１０１，１０２の電源を別々（第１操作電磁石としてのＸ方向走査電磁石１０１を励磁する第１励磁電源と、第２操作電磁石としてのＸ方向走査電磁石１０２を励磁する第２励磁電源）にしても良い。この場合、各励磁電流を、増幅率を変えることで調整し、これによって走査点位置を所望に調整することができる。したがって、Ｘ方向走査電磁石１０１及びＸ方向走査電磁石１０２の間の機器の条件変更や、磁石の設計誤差があった場合にも、走査点がずれないように調節することができ、ビームのＹ方向走査電磁石１０３磁極への衝突回避や照射精度の維持を実現することができる。またこの際、それぞれの電源を共通の電源制御手段（単一の信号源）で制御するようにすれば、２つのＸ方向走査電磁石１０１，１０２の位相調節を行う必要がなく、運転が簡単になると共に、位相ずれによる誤照射の可能性を低減することができる。
【００８７】
さらに、以上は、ビーム中心軌道が照射面で円形となるように走査する場合を例にとって説明したが、これに限られず、例えばテレビ同様にスキャンさせるなど、任意の軌跡を描かせても良い。この場合でも、２台のＸ方向走査電磁石１０１，１０２によるビーム偏向量を比例関係にすることにより、Ｘ方向走査点位置Ｑは変化せず、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８８】
さらに、以上は、本発明を、照射装置を回転させて照射方向を変更する回転ガントリーに適用した場合を例にとって説明したが、これに限られるものではなく、照射方向が固定の照射装置に対しても適用できる。この場合、一般にＸ方向走査電磁石１０１と１０２との間にビームを偏向する機器を設けないが、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８９】
【発明の効果】
本発明によれば、ビーム収束機能の高い第２走査電磁石を用いてＸ方向にビームの位置のずれを小さくするように急激に偏向させるので、一旦第１走査電磁石でビームを曲げて位置をずらすように偏向させた後にビームの位置のずれを小さくするように偏向させるときのビーム通過範囲の最大値を小さくすることができる。したがって、それらの間に通常設けられる偏向電磁石や四極電磁石等の他のビーム偏向手段の小型化を図ることができる。また、第１〜第３走査電磁石３個の合計消費電力を、元来のＸ方向及びＹ方向走査電磁石２個の合計消費電力よりも例えば１／２程度にまで小さくして運転コスト（ランニングコスト）を低減できるとともに、第１〜第３走査電磁石３個の励磁用電源に必要な設備コスト（初期コスト）を、元来のＸ方向及びＹ方向走査電磁石２個の励磁用電源に必要な設備コストに比べて、少なくともほぼ等しいか若しくは小さくすることができるので、コスト低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による荷電粒子照射装置の励磁制御により実現される荷電粒子ビームの通過挙動を表す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態による荷電粒子照射装置の全体概略構造を表す概念的側面図である。
【図３】Ｘ方向走査電磁石電源及びＹ方向走査電磁石電源によりＸ方向走査電磁石及びＹ方向走査電磁石に供給する励磁電流の時間変化の一例を表す図である。
【図４】３台の走査電磁石によるビーム偏向に起因する、照射面でのビーム中心軸移動量の時間変化の一例を表す図である。
【図５】１台のＸ方向走査電磁石及び１台のＹ方向走査電磁石を備えた元来の荷電粒子照射装置にほぼ相当する本実施形態の比較例による荷電粒子照射装置の全体概略構造を表す概念的側面図である。
【図６】ビームのＸ方向走査面内ビーム軸通過範囲及びビーム通過範囲を模式的に示したものである。
【図７】散乱体を、Ｘ方向走査電磁石とＹ方向走査電磁石との間に設けた変形例による荷電粒子照射装置のＸ方向走査面内ビーム軸通過範囲及びビーム通過範囲を模式的に示した図である。
【図８】１台のＸ方向走査電磁石及び１台のＹ方向走査電磁石を備えた比較例による荷電粒子照射装置のビームのＸ方向走査面内ビーム軸通過範囲及びビーム通過範囲を模式的に示したものである。
【符号の説明】
１０１　　　　　Ｘ方向走査電磁石（第１走査電磁石、第１可変偏向手段）
１０２　　　　　Ｘ方向走査電磁石（第２走査電磁石、第２可変偏向手段）
１０３　　　　　Ｙ方向走査電磁石（第３走査電磁石、第３可変偏向手段）
１０４　　　　　散乱体
１０７　　　　　Ｘ方向走査電源（単一の励磁電源、第１偏向制御手段、第２偏向制御手段）
Ｐ　　　　　　　照射対象（患部）
【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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