(57)【要約】      （修正有）【課題】アイソセンタ方式粒子ビーム誘導用等速ガントリー装置およびその設計方法に関し、設計が簡易で、磁石またはビーム誘導素子の磁界強度再調整が不要で、ガントリー装置の全回転位置角度で粒子ビームの高い照射位置精度を有し、比較的軽量の等速ガントリー装置およびガントリー装置の設計方法を提供する。【解決手段】該ガントリー装置は、水平長手軸１６を中心に回転可能であり、磁石３６、３８、４０によるビーム光学システムを備え、該磁石は、粒子ビーム加速器により射出された前記粒子ビーム１２を偏向し、回転対称の一次構造物１８と、該一次構造物１８に支持され、該磁石を保持する二次構造物３０とを備え、該二次構造物は、該磁石の自重による鉛直方向への変位量が、該ガントリー装置の全回転位置角度において本質的に等しく（等速と）なるように設定された剛性を有する。【選択図】図１
2004148103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アイソセンタ方式の粒子ビーム（１２）誘導用ガントリー装置であって、水平長手軸（１６）を中心に回転可能であり、磁石（３６、３８、４０）により象徴されるビーム光学システムを備えており、前記磁石（３６、３８、４０）は、粒子ビーム加速器により軸方向に射出された粒子ビーム（１２）を放射状および前記水平長手軸（１６）に関して垂直方向に偏向し、ほぼ回転対称の一次構造物（１８）と、前記一次構造物（１８）により支持され前記磁石（３６、３８、４０）を保持する二次構造物（３０）とを備え、前記二次構造物（３０）は、前記磁石（３６、３８、４０）の自重による鉛直方向への変位量が、前記ガントリー装置（１０）の全回転位置角度において本質的に等しく（等速と）なるように設定された剛性を有するガントリー装置。
【請求項２】
前記二次構造物（３０）は、前記磁石（３６、３８、４０）の自重による鉛直方向への変位量が、前記ガントリー装置（１０）の全回転位置角度において等しくなるように設定された剛性を有することを特徴とする請求項１に記載のガントリー装置。
【請求項３】
前記磁石（３６、３８、４０）が、前記ガントリー装置（１０）の前記水平長手軸（１６）に関して、無負荷状態において変位した回転軸（５２）を中心に円形軌道上を移動できることを特徴とする請求項１または２に記載のガントリー装置。
【請求項４】
イオン／陽子ビームと前記の負荷により変位した回転軸（５２）との交点を照射照準点とし、前記回転軸（５２）は、最小誤差平方の方法を用いて、無負荷状態における前記ガントリー装置（１０）の前記水平長手軸（１６）に対する前記磁石（３６、３８、４０）の負荷による変位量から求められることを特徴とする請求項３に記載のガントリー装置。
【請求項５】
前記一次構造物（１８）が、実質的に横材および垂直材（２０、２０’）と斜め材（２０’’）とから成る立体的骨組構造体として設計されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のガントリー装置。
【請求項６】
前記斜め材（２０’’）のいくつかが、前記一次構造物（１８）の矩形枠を強化し、それらの表面中心点（２２、２２’）で交わることを特徴とする請求項５に記載のガントリー装置。
【請求項７】
前記一次構造物（１８）がその端部（２４、２４’）に、固定軸受け台（２８、２８’）と相互作用する二つの、特に箱型の、部材サポートリング（２６、２６’）を備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のガントリー装置。
【請求項８】
前記二つの固定軸受け台（２８、２８’）の一方（２８）が、浮動軸受けとして設計され、前記二つの固定軸受け台（２８、２８’）の他方（２８’）が、固定軸受けとして設計されていることを特徴とする請求項７に記載のガントリー装置。
【請求項９】
前記磁石（３６、３８、４０）を保持し前記一次構造物（１８）に支持された前記二次構造物（３０）が、前記一次構造物（１８）に比べて剛性が低くなるように設計されていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のガントリー装置。
【請求項１０】
前記磁石（３６、３８、４０）を保持し前記一次構造物（１８）に支持された前記二次構造物（３０）が、前記磁石（３６、３８、４０）の方位角方向への傾動に対してねじり剛性を有するように前記一次構造物（１８）に取り付けられていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のガントリー装置。
【請求項１１】
前記一次構造物（１８）に支持された前記二次構造物（３０）が、少なくとも一つ、特に三つの磁石（３６、３８、４０）を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のガントリー装置。
【請求項１２】
第一の磁石（３６）が、前記の軸方向に射出された粒子ビーム（１２）を受け前記水平長手軸（１６）から偏向させるように、実質的に、前記粒子加速器に面し前記水平長手軸（１６）上に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載のガントリー装置。
【請求項１３】
前記第一の磁石（３６）が、前記の軸方向に射出された粒子ビーム（１２）を、前記水平長手軸（１６）からおよそ３０°〜６０°、特に約４５°の角度で偏向することを特徴とする請求項１２に記載のガントリー装置。
【請求項１４】
前記第一の磁石（３６）が、長部材（３２’）上、前記水平長手軸（１６）上で前記一次構造物（１８）に片持式に取り付けられていることを特徴とする請求項１２または１３に記載のガントリー装置。
【請求項１５】
第二の磁石（３８）が、前記第一の磁石（３６）から来る前記粒子ビーム（１２）を受け、前記水平長手軸（１６）に対して平行に偏向させるように設けられており、支材（５０）により前記第一の磁石に連結されていることを特徴とする請求項１１から１４のいずれかに記載のガントリー装置。
【請求項１６】
前記第二の磁石（３８）が、前記第一の磁石（３６）により偏向された前記粒子ビーム（１２）を前記水平長手軸（１６）に対して平行にもどすように、およそ３０°〜６０°、特に約４５°の角度で偏向することを特徴とする請求項１５に記載のガントリー装置。
【請求項１７】
第三の磁石（４０）が前記第二の磁石（３８）から来る前記粒子ビーム（１２）を受けるように設けられており、前記第三の磁石（４０）は、放射状および前記水平長手軸（１６）に関して垂直方向に前記粒子ビーム（１２）を偏向し、また、支材（５０）により前記第二の磁石に連結されていることを特徴とする請求項１１から１６のいずれかに記載のガントリー装置。
【請求項１８】
前記第三の磁石（４０）が、およそ６０°〜１２０°、特に約９０°の角度で、放射状および前記水平長手軸（１６）に対し実質的に垂直方向に、前記第二の磁石（３８）から来る前記粒子ビーム（１２）を偏向することを特徴とする請求項１７に記載のガントリー装置。
【請求項１９】
前記磁石（３６、３８、４０）が陽子の粒子ビーム（１２）を受け偏向するように設計されていることを特徴とする請求項１から１８のいずれかに記載のガントリー装置。
【請求項２０】
前記磁石（３６、３８、４０）がイオンの粒子ビーム（１２）を受け偏向するように設計されていることを特徴とする請求項１から１８のいずれかに記載のガントリー装置。
【請求項２１】
粒子ビーム誘導素子が前記磁石（３６、３８、４０）の間に配置されていることを特徴とする請求項１から２０のいずれかに記載のガントリー装置。
【請求項２２】
前記第二および第三の磁石が一体部材に形成されることを特徴とする請求項１から２１のいずれかに記載のガントリー装置。
【請求項２３】
前記請求項のいずれかに記載のアイソセンタ方式の粒子ビーム（１２）誘導用ガントリー装置の設計方法であって、無負荷状態において前記ガントリー装置（１０）の水平長手軸（１６）に関して変位する回転軸（５２）を中心として円形軌道上を移動する磁石（３６、３８、４０）を使用し、実質的に回転対称の一次構造物（１８）の剛性を、磁石（３６、３８、４０）の自重による鉛直方向への変位量が、前記ガントリー装置（１０）の全回転位置角度において実質的に等しく、好ましくは厳密に等しくなるように設定するガントリー装置の設計方法。
【請求項２４】
最小誤差平方の方法により、無負荷状態における前記ガントリー装置（１０）の水平長手軸（１６）に対し、前記の負荷により低くなる理論上の回転軸（５２）を求め、前記粒子ビームと前記の負荷により変位した理論上の回転軸（５２）との「交点」を照射照準点として定義することを特徴とする請求項２３に記載の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アイソセンタ方式の粒子ビーム誘導用等速ガントリー装置およびその設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガントリー装置、ガントリー構造物、またはガントリーは一般に周知となっている。このようなガントリー装置は、陽子またはイオンのビームを用いて患者を治療するための医療技術用に設計されている。粒子ビーム誘導用の非アイソセンタ方式ガントリー装置とアイソセンタ方式ガントリー装置とは区別される。
【０００３】
アイソセンタ方式による誘導の場合、磁石（放射線ヘッド）が患者の周囲を円形状に、すなわち、同一半径上を移動し、照射角度を自由に設定することができる。治療台は三次元方向Ｘ−Ｙ−Ｚに移動させることができ、且つ鉛直軸Ｚを中心として回転させることができ、治療台上の患者の位置合わせは比較的少なくてよく、特に鉛直方向においては少なくてすむ。
【０００４】
非アイソセンタ方式粒子ビーム誘導用ガントリー装置の場合、被治療患者の位置合わせは、一般に粒子ビームに対して実質的により強行な方法で行われる。すなわち、被治療患者は、更なる物理的ストレスをかけられ、例えば、その都度必要とされる態勢に動かされたり、ある態勢から別の態勢へと動かされたりする。
【０００５】
周知のアイソセンタ方式の粒子ビーム誘導用陽子ガントリー装置では、粒子ビームをかなり特定した（治療）照準点に向けることができる。従って、従来の（Ｘ線、ガンマ線量子）放射線療法と同様に、照射角度を自由に選択し変更することができる。被治療患者自身は、治療中常に治療台に対し同一の姿勢のままでいればよい。必要とされる治療台の移動量は非常に少なく、特に、重要とされる鉛直Ｚ方向では、ほんの数センチであり、医師による患者に対するアクセスが比較的よい。これらのガントリー装置は、重い磁石を比較的半径の大きな、例えば２〜６メートルの円形軌道上を支持誘導するために使用される。このことから、特に、通常剛性を持つように設計されるガントリー装置が、磁石の位置角および（回転）角度により様々に変位および／または歪曲および／または変形するという問題が生じる。更には、これらが粒子ビームの精密な誘導に影響することにより、照準精度に悪影響を及ぼすことになる。また、このようなガントリー装置は、特に、粒子ビーム誘導における照準精度に関する厳密な必要条件により、極度に剛性の高いものでなければならず、従って、殆どの場合大きくて非常に重い構造物である。
【０００６】
陽子（軽イオン）を用いた療法に使用される剛体設計のガントリー装置に比べて、（重）イオンによる放射線治療に使用される剛体設計のガントリー装置では、磁石およびその磁石の間に配置されるビーム誘導素子の重さが時には１０倍以上となるため、前記構造物の高死荷重がより大きな問題となる。従って、構造物のこのような非常に重い死荷重により、ガントリー装置内で変位および／または歪曲および／または変形が生じ、更には、構造分析が示しているように、重イオンガントリーの死荷重により生じる変形量が大きいことから、必要とされる照準精度に悪影響を及ぼすことになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の目的は、上記不利点が生じることを防ぐと共に、設計が非常に簡易であり、磁石またはビーム誘導素子の（更に一定の）磁界強度再調整を必要とすることなく、ガントリー装置の全回転位置角度において粒子ビームの著しく高い照準精度を可能にし、また比較的軽量であるアイソセンタ方式粒子ビーム誘導用等速ガントリー装置を提供すること、およびそのようなガントリー装置の設計方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、請求項１の特徴により技術的構造に関し驚くほど簡易な方法で達成される。
【０００９】
請求項１の特徴によるアイソセンタ方式の粒子ビーム誘導用ガントリー装置の本発明に係る実施形態により、非常に簡易な等速ガントリー装置を実現することができる。この装置は、一方で水平長手軸を中心に回転可能であると共に、磁石を備えており、その磁石の総合効果により、粒子加速器により軸方向に射出される粒子ビームを放射状および水平長手軸に関して垂直方向に誘導する。更に、ほぼ回転対称の一次構造物と、一次構造物により支持され、剛性の低い磁石を搭載した二次構造物とを備えており、二次構造物はガントリー装置の全回転位置角度において磁石の自重による鉛直方向における変位が本質的に等しい大きさ（等速）となるように設定された剛性を有する。従って、このことから、ガントリー装置の全回転位置角度において粒子ビームの照準精度を極めて高くすることができ、この点に関して、不正確さを補償するための追加費用は事実上不必要であり、例えば、重量を均等にするためのレバー装置や、磁石または粒子ビーム誘導素子の更に一定の磁界強度再調整などが不必要となる。剛性の低い構造部品で構成されており（二次構造物）、そのように構成されていない場合に比べ、もともと変位および／または歪曲および／または変形に関して優れているため、本発明に係る等速ガントリー装置は、一方では材質使用の改善による実質的軽量化、他方では構造上高さが比較的低い、すなわち寸法縮小という本質的長所も有する。これら両者により、粒子ビームの照準精度が向上する。同時に、構造領域の剛性の低いデザインは、材料費の実質的な節約にも貢献する。よって、本発明に係るガントリー装置では、その構造が固すぎたり高価になりすぎたりすることなく、非常に良好なアイソセンタ方式粒子ビーム誘導のための前提条件が得られる。本発明に係るガントリー構造は、最終的には、（重）イオン同様陽子イオン（軽イオン）の誘導にも等しく適したものである。
【００１０】
本発明に係るガントリー装置の有益な構造に関する詳細は、請求項２〜２２に記載されている。
【００１１】
特に有益な方法においては、請求項２の特徴により、二次構造物は、磁石の自重による鉛直方向の変位量がガントリー装置の全回転位置角度において等しくなるように設定された剛性を有するように設けられている。
【００１２】
特に重要なのは、請求項３の特徴であり、これにより、磁石をガントリー装置の水平長手軸に関して無負荷の状態で変位する回転軸を中心に円形軌道上を動かすことができる。これを目的として、本発明に係る磁石は、水平長手軸または回転軸に対し垂直またはわずかに傾斜した面内にある円形軌道上を誘導される。その円形軌道、特にそれらの断面の選択に関しては構造部品の適切で緻密な寸法設計を採用することにより、構造変形分析を利用しコンピューター支援設計段階において設定される。
【００１３】
本発明に係るガントリー装置の有益な実施形態の特徴は、ガントリー装置の位置角度に応じていくらか空間的に移動し、負荷により変位する回転軸と照射照準点との共通設定にある。請求項４に記載されているように、これは、イオン／陽子ビームと負荷により変位した理論上の回転軸との「交点」を照射照準点とし、前記回転軸は、最小誤差平方の方法を用いて、無負荷状態におけるガントリー装置の水平長手軸に対する負荷による変位量から求められることによるものである。
【００１４】
更に、本発明の範囲内において、請求項５〜８に記載されているように、一次構造物は、立体的骨組構造体として構成され、本質的に水平および垂直な梁と、一部面中心部で交差する斜め梁からなり、それらの端部に、固定された軸受け台と相互作用する二つの、特に箱型の、部材サポートリングが設けられている。この場合、前記二つの固定軸受け台の一方が浮動軸受けとして、また前記二つの固定軸受け台の他方が固定軸受けとして設計されていると有用である。
【００１５】
請求項９の手段は、一方で重量および質量による力を低下させ、他方では粒子ビームの照準精度を上げる上で特に構成上重要であり、一次構造物に支持され磁石を取り付けた二次構造物は、一次構造物よりも剛性の低い構造となっている。
【００１６】
本発明に係るガントリー装置の大変有益な実施形態においては、請求項１０に記載の一次構造物に支持され磁石を取り付けた二次構造物は、磁石の方位角方向への傾動に対して付加的ねじり剛性が付加されるように一次構造物に連結され、それにより粒子ビームの照準精度の更なる向上を可能にしている。
【００１７】
更に、本発明の範囲内において、前記ガントリー装置に、請求項１１〜１８に記載の、少なくとも一つ、特に三つの磁石を備え、前記磁石の間にステアリング部材や四重極のような幾つかのビーム誘導素子を有する、一次構造物により支持された二次構造物を都合よく備えることも可能である。ここでは、前記ビーム誘導素子に関する更なる説明は控える。というのも、磁石に比べ、これらがガントリー構造体の変形に及ぼす影響は少ないからである。
【００１８】
これに関連して、請求項１４の手段により、第一の磁石を、水平長手軸上で長部材により一次構造物上に片持式に配置し、第二および第三の磁石を支材により連結することにより、それら磁石を中央ガントリー領域の「大きな」動きにほぼ等速で追従させることが有益であると分かった。
【００１９】
本発明に係るガントリー装置の有益な一実施形態は、請求項１９に記載のように、陽子の粒子ビームを受け誘導するように設計された磁石を使用することにより得られる。従って、本発明に係るガントリー装置は、いわゆる陽子ガントリー装置として有益に使用できる。
【００２０】
また、請求項２０に記載の特徴により、磁石をイオンの粒子ビームを受け誘導するように設計することは、本発明に係る特に大きな重要性を有する。これにより、本発明に係るガントリー装置は、いわゆるイオンガントリー装置として有益に使用することができる。イオンガントリー装置のビーム誘導に必要とされる粒子流誘導素子と磁石は、プロトンガントリー用に比べ実質的に大きく重いことから、本発明により達成できる改善点は、主に、ガントリー装置全体の大きさおよび寸法条件および材料費であり、実質的にコスト節減につながる。
【００２１】
請求項２１に記載されているように、粒子ビーム誘導素子は、磁石の間に配置されている。
【００２２】
第二および第三の磁石は、請求項２２の手段に対応し一体部材を形成するのが適切である。
【００２３】
請求項２３に記載の特徴により、技術的プロセスに関しても驚くほど簡易な方法で目的を達成できる。
【００２４】
よって、本発明に係るアイソセンタ方式で粒子ビームを誘導するガントリー装置の設計方法により、本質的に回転対称の一次構造物の剛性を、ガントリー装置の全回転位置角度において磁石の自重による鉛直方向への変位がほぼ同じ、好ましくは等しくなるように設定する。磁石は、無負荷状態でガントリー装置の水平長手軸に関して変位する回転軸を中心にして円形軌道上を移動する。この方法で、設計が簡易であると同時にガントリー装置の全回転位置角度において粒子ビームの照準精度を極めて高くすることのできるガントリー装置を得ることができる。本発明に係る方法の重要な点は、設計および寸法設定において変位および／または歪曲および／または変形をかなり大きくし、そうすることによりそうでない場合と比べて初めからより影響を受けやすくすることができることで、材料使用の改善により実質上構造的により軽くより小さく、よって非常に高費用効率で製造できるガントリー装置となることである。
【００２５】
最後に、これに関連して、本発明の範囲内において、請求項２４に記載されているように、最小誤差平方の方法を用いることにより、無負荷状態におけるガントリー装置の水平長手軸に対し、負荷により低くなる理論上の回転軸を求めることもでき、またイオン／陽子ビームと負荷により変位した理論上の回転軸との「交点」を照射照準点と定義することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の更なる特徴、利点、および詳細は、以下、図面を参照しながら好ましい実施形態において説明する。
【００２７】
アイソセンタ方式の粒子ビーム１２誘導用の本発明に係るガントリー装置１０の一実施形態の下記説明において、互いに対応する部分はその都度同一の符号で示している。
【００２８】
図示している実施形態は、陽子ビーム、特に重イオンの誘導用に設けられたガントリー装置である。例えば、イオン、例えば、炭素の患者への照射は、深部腫瘍を、腫瘍容積外の近接した健康な組織には殆ど触れることなく、正確に突き止め除去することを可能にする有望な治療であることが分かっている。この場合、生物学上、陽子光線よりも重イオン光線の方が実質的に有効である。
【００２９】
図１、２および／または３、４は、本発明に係るそのようなアイソセンタ方式の粒子ビーム、すなわちイオン光線１２誘導用ガントリー装置１０の実施形態の一般的構造を示している。この種のガントリー装置１０の寸法および大きさの関係は、人間１４の大きさとの比較で示している。
【００３０】
ガントリー装置１０は、水平長手軸１６を中心にして回転可能であり、ほぼ回転対称である一次構造物１８を有する。一次構造物１８は、本質的に横材２０、垂直材２０’、および斜め材２０’’からなる立体的な骨組構造体として構成されている。斜め材２０’’は、例えば、一次構造物１８の矩形枠を強化しており、その面中心点２２、２２’で交差している。
【００３１】
更に、一次構造物１８はその端部２４、２４’に、固定軸受け台２８、２８’と相互作用する箱部材またはそれに類似の形態の二つの部材サポートリング２６、２６’を有する。一次構造物１８と固定軸受け台２８、２８’の間の回転連結部が、箱型部材サポートリング２６、２６’で構成されている。この場合、二つの固定軸受け台２８、２８’のうち一方の軸受け台２８は浮動軸受けとして設計されており、二つの固定軸受け台２８、２８’のうちのもう一方の軸受け台２８’は固定軸受けとして設計されている。
【００３２】
一次構造物１８に支えられた二次構造物３０は、磁石３６、３８、および４０による鉛直方向への湾曲および／または変位および／または歪曲および／または変形が、ガントリー装置１０のあらゆる回転位置角度または回転設定角度においてほぼ等しくなるように重量および剛性に関して最適化されている。好ましい方法では、これらの鉛直方向への変位がガントリー装置１０の全回転位置角度において等しくなるように二次構造物３０を強化する。
一次構造物１８は、ケーブル回転／巻取装置２９を備え、図３にその概略のみを示している。
【００３３】
一次構造物１８は、二次構造物３０を支持している。二次構造物３０は、磁石３６、３８、４０と支材５０の間に配置された粒子ビーム誘導素子（図示せず）と、磁石３６、３８、４０とを受け入れ、および／または保持し且つ取り付けるための連結部品３４および部材３２から構成されている。
【００３４】
図１〜図４に示しているガントリー装置１０の実施形態の例では、それぞれの例で、粒子ビーム１２を誘導するために三つの磁石３６、３８、４０が取り付けられている。磁石３６、３８、４０は、矢印４２で示しているように、粒子加速器、この場合、陽子またはイオン加速器（図示せず）により軸方向に射出される粒子ビーム１２を誘導することにより、粒子ビーム１２が患者空間４４へと放射状、すなわち、水平長手軸１６に対し垂直方向に誘導され、予定の（治療）照準点４６に当たる。よって、患者１４の治療は、水平姿勢で厳密に（治療）照準点４６において行われる。治療台１５を用いて、患者、すなわち腫瘍を、照準点４６に対し三次元方向（Ｘ−Ｙ−Ｚ）において正確に位置決めし、必要な角度の位置にくるように鉛直軸Ｚを中心に回転させることができる。患者空間４４でその役目を終える粒子ビーム１２は、ガントリー装置１０全体の釣合いおもりの役割を兼ねる遮蔽ブロック４８により捕捉される。
【００３５】
特に、第一の磁石３６は、水平長手軸１６上で粒子加速器に面して配置されている。第一の磁石３６は、軸方向に射出される粒子ビーム１２を受け水平長手軸１６から偏向させるのに使用する。第一の磁石３６は、粒子ビームの放射面に関して、長手軸１６からおよそ３０°〜６０°、特に約４５°の事前設定角度で、軸方向に射出される粒子ビーム１２を回転させる。このため、第一の磁石３６は、支材５０’により一次構造物１８の長手軸１６上に自在にまたは浮動するように取り付けられており、特に、擬似片持式で軸対称に取り付けられている。
【００３６】
第二の磁石３８は、第一の磁石から誘導されて来る粒子ビーム１２を受け水平長手軸１６に平行な軌道上に粒子ビームを戻すように設計されている。従って、第二の磁石３８は、粒子ビームが再び水平長手軸に対して平行に進行するようになるまで、およそ３０°〜６０°、特に約４５°の事前設定角度で粒子ビームを回転させる。
【００３７】
第三の磁石４０は、第二の磁石３８から誘導されて来る粒子ビーム１２を受け、放射状および水平長手軸１６に関して垂直方向に、患者空間４４における厳密な（治療）照準点４６に粒子ビームを偏向するために使用する。第三の磁石４０は、６０°〜１２０°、特に約９０°の角度で放射状および水平長手軸１６に関して本質的に垂直方向に粒子ビーム１２を偏向する。
【００３８】
原則として、粒子ビームを偏向するために使用する磁石の数は、ここで示したものより多くても少なくてもよい。特に、磁石３８と４０とを組み合わせ、粒子ビームを約１２０°〜１５０°偏向する一部品を形成することもできる。
【００３９】
一次構造物１８に支持され、磁石３６、３８、４０を保持する二次構造物３０は、磁石３６、３８、４０の方位角方向への傾動に対してねじり剛性を持つように一次構造物１８上に取り付けられている。
【００４０】
磁石３６、３８、４０自体は、無負荷状態でガントリー装置１０の水平長手軸１６に関して変位する（仮想）回転軸５２を中心にして円形軌道上を動く。人間１４との比較で大きさを示しているように、第二および第三の磁石３８、４０は、かなり大きな半径の軌道上を誘導される。この場合、回転軸５２は、最小誤差平方の方法により磁石の鉛直方向への弾性変位を利用することにより、ガントリー装置１０の水平長手軸１６に関して求めるのが好ましい。
【００４１】
更に、一次構造物１８に支持され、磁石３６、３８、４０を受け入れ保持する二次構造物３０は、一次構造物１８に比べ、弾性または柔軟性を有するように設計されている。
【００４２】
一般的に磁石３６、３８、４０と、粒子ビーム誘導素子および長持ちのする弾性を有する梁構造を含めた重量はかなりなものになるため、ガントリー装置１０がたわみ、その程度は回転位置角度により異なる。また、ガントリー装置１０の様々な回転位置角度により変形度も異なるという付加的要因もある。
【００４３】
図５Ａおよび５Ｂは、ガントリー装置の二つの異なった位置での磁石と釣合いおもり４８に関する変形量を示している。磁石３８、４０の鉛直方向への変位Ｖ２、Ｖ３をガントリー装置１０の全回転位置角度において可能な限り等しくできるようにするため、それらの最大変位量を基準として用いる必要がある。これらは、ガントリー装置１０への著しいてこの作用により、磁石３８、４０が−９０°および＋９０°の水平位置にあるときに生じる。これらの最大変位量を考慮し、二次構造物３０は、磁石３６、３８、４０の望ましくない傾動を排除するため、鉛直方向において相応に柔軟であり、方位角方向への剛性を有するように設計する。
【００４４】
本発明に係るガントリー装置１０は、磁石３６、３８、４０の回転位置角度に関わらず、磁石の場または粒子ビーム誘導素子に対する矯正調整をすることなく同一の（治療）照準点４６に常に粒子ビーム１２が確実に当たるようにする。
【００４５】
粒子ビーム１２が、磁石３６、３８、４０の全回転位置角度において、最高可能精度で（治療）照準点４６に当たるように、ガントリー装置１０は、弾性による変形変位にもかかわらず、相対的位置がずれないように設計された磁石３６、３８、４０を、共通の水平回転軸５２を中心とした円形軌道上を誘導する。元の水平粒子ビームは厳密に９０°偏向される。こうして、粒子ビーム１２は第三の磁石４０の円形状面内に位置し、あらゆる回転位置角の円中心点でつねに（治療）照準点４６に当たる。
【００４６】
従って、本発明のガントリー装置１０の構造は、以下に基づいて設計されている：
当初、可能な限り剛性が高くなる先行技術の一般に周知の基本原則に従いガントリー装置を設計するつもりであった。しかしながら、模擬計算により、ガントリー装置１０全体の死荷重が増えるため、三つの磁石３６、３８、４０の鉛直方向への変位量Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を必要に応じて減らすことができないことが分かった。
【００４７】
必要な精度を得ると同時に死荷重を減らし、引いてはコストを削減するため、等速ガントリー装置を開発した。その装置は、死荷重をも含め、磁石３６、３８、４０を搭載した状態で、三つの回転位置角度全てにおいて同一の変形変位量（Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ３＝ＶＨ）となる理想的な構造を有する。このように、三つの磁石３６、３８、４０は、無負荷時の受け軸２８、２８’の長手軸１６に対してＶＨだけ変位する軸５２を中心に円形軌道上を移動する。
【００４８】
更に、本発明に係るガントリー装置１０では、磁石３６、３８、４０のガントリー装置１０への結合部が、傾動に対し方位角方向に準剛性を有するとすれば、粒子ビーム１２を位置決めすると、三つの回転位置角度全てにおいて同一の（治療）照準点４６に当たる。この（治療）照準点４６は、回転軸５２と放射状に９０°偏向された粒子ビーム１２との交点である。ガントリー装置１０では、この交点に関する変形変位は生じない。
【００４９】
水平軸５２に関して、絶対変位ではなく粒子ビーム誘導素子の相互的な相対変位のみが決定因子であるため、かなりの絶対変位量を難なく許容することができる。これにより、一定の構造領域は比較的薄壁となるよう設計することができるためかなりの材料節約につながる。剛性を有するように設計されたガントリー装置に比べ、本発明に係るガントリー装置１０に必要となる鋼材はかなり少ない。
【００５０】
図６は、三つの磁石３６、３８、４０の実現した変位量Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の例を回転軸５２を含め示している。柔軟性をもって取り付けられた第一の磁石３６の変位量Ｖ１は、対称的抑制によりガントリー装置１０の全回転位置角で実質的に同一であり、また設計により容易に決定されるため、変位量Ｖ１は、水平回転軸５２に対し更に最適にするため（Ｖ２＋Ｖ３）／２とほぼ同一になるように選択される。
【００５１】
磁石３６、３８、４０は軸方向から見て、略楕円形軌道ではなく、円形軌道上を移動するため、変位量Ｖ２およびＶ３も可能な限り等しくなるように選択すべきであり、これはいくつかの回転位置角に対する精密な最適化の一端として実現することができる。
【００５２】
図６では、水平回転軸５２の位置は、例として、距離Ｄ１、Ｄ２およびＤ３に関する最小誤差平方の原則により選択されている。このように、水平回転軸５２はＶ１、Ｖ２、およびＶ３の間に位置する。
【００５３】
本発明は図示した実施形態の形態に限定されるものではない。従って、陽子光線を使用する治療にも同様に本発明にかかる等速ガントリー装置１０を使用することは難なく可能である。この場合、そのようなガントリー装置の構造設計は、本質的に同一である。変更箇所は、磁石と粒子ビーム誘導素子の重量と寸法が異なることによる寸法の相互関係だけである。詳細を示すまでもなく、磁石３６、３８、４０の数は三つに限らずそれ以上またはそれ以下の数の磁石を本発明に係るガントリー装置１０に支持させることも考えられる。よって、例えば、第二および第三の磁石を構造的に組合せ単一部材を形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明により設計されたガントリー装置の一実施形態を示す概略側面図である。
【図２】本発明により設計された図１に示したガントリー装置の一実施形態を示す概略平面図である。
【図３】本発明により設計されたガントリー装置の別の実施形態を示す拡大側面図である。
【図４】本発明により設計された図３に示したガントリー装置の実施形態を示す正面図である。
【図５】５Ａおよび５Ｂは、図３および図４に示す、本発明により設計されたガントリー装置の実施形態の概略断面図であり、ガントリー装置の二つの異なる回転位置角度または回転設定角度を示している。
【図６】図３および図４に示す、本発明により設計されたガントリー装置の実施形態における梁を示す概略図であり、磁石および／または粒子ビーム誘導素子の重量により生じる変位および／または歪曲および／または変形を図示している。
【符号の説明】
【００５５】
１０  ガントリー装置
１２  粒子ビーム
１４  人、患者
１５  治療台
１６  水平長手軸
１８  一次構造物
２０  横材
２０’  垂直材
２０’’  斜め材
２２、２２’  表面中心点
２４、２４’  一次構造物端部
２６、２６’  部材サポートリング
２８、２８’  固定軸受け台
２９  ケーブル回転／巻取装置
３０  二次構造物
３２、３２’  部材
３４  連結部品
３６  第一の磁石
３８  第二の磁石
４０  第三の磁石
４２  矢印
４４  患者空間
４６  （治療）照準点
４８  遮蔽ブロック
５０、５０’  支材
５２  回転軸
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３  距離
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３  変位量
【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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【外国語明細書】
2004148103000001.pdf