(57)【要約】【課題】  照射ポート長を短縮した場合でも、荷電粒子ビームの残飛程が短くなること及び、線量管理を複雑にすることなく、大きな一様照射野を容易に形成できる。【解決手段】  第１のビーム通路からの荷電粒子ビーム２を散乱体を通過させた後、Ｙ方向のワブラー電磁石５、Ｘ方向のワブラー電磁石６を順次通過させる。そして、これら各ワブラー電磁石５，６によって荷電粒子ビーム２のワブラー半径を、所定の周期関数に基いて変化させることにより、荷電粒子ビーム２を標的となる患者８の患部に対して螺旋を描くように照射する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速器で加速された高エネルギーの荷電粒子をワブラー電磁石によりスキャンさせながら標的に照射する荷電粒子線照射装置において、
前記高エネルギーの荷電粒子を前記ワブラー電磁石を用いて螺旋を描くように標的に照射することを特徴とする荷電粒子線照射装置。
【請求項２】
前記標的に螺旋を描くように照射される荷電粒子のワブラー半径は、所定の周期関数に基いて変化させることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項３】
前記周期関数は、以下に（式１）〜（式４）で示す関数であることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線照射装置。
[数１]
Ｘ＝Ａｓｉｎ（ωｔ）…（式１）
Ｙ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）…（式２）
２ｎ×Ｔ／２≦ｔ＜（２ｎ＋１）×Ｔ／２（ｎは０以上の整数）のときＡ＝ｋ…（式３）
（２ｎ＋１）×Ｔ／２≦ｔ＜（２ｎ＋２）×Ｔ／２（ｎは０以上の整数）のときＡ＝ｋ…（式４）
但し、Ｘ、Ｙはビーム中心位置、Ａは振幅（ワブラー半径に相当）、ｋは最大振幅（最大ワブラー半径に相当）、ωは角速度、ｔは時間、αは定数（位相差）、Ｔはワブラー半径の周期を表す。
【請求項４】
前記荷電粒子の螺旋方向の角速度を一定に保持した状態で前記ワブラー半径の変化量を時間の１／２乗に比例するように変化させ、前記ワブラー電磁石の電源には共振型電源を用いたことを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項５】
前記荷電粒子の螺旋方向の角速度を変化させ、前記ワブラー電磁石の電源にはパターン電源を用いたことを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の荷電粒子照射装置を用いたことを特徴とする治療装置。
【請求項７】
前記荷電粒子照射装置は、前記荷電粒子が照射される照射口が前記標的の周囲を回転することにより前記標的に対して多方向からの照射を行うことが可能な回転ガントリ装置であることを特徴とする請求項６に記載の治療装置。
【請求項８】
前記標的の変位、変形を検出して呼吸同期照射により荷電粒子を照射することを特徴とする請求項７に記載の治療装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高エネルギーの荷電粒子ビームを例えば患者の癌細胞に照射して癌治療を行う荷電粒子線照射装置および治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線による癌等の治療には、Ｘ線、ガンマ線、電子線等が用いられており、さらに近年では加速器で加速した高エネルギーの荷電粒子（水素、ヘリウム、炭素等のイオン）ビームを用いて癌等の治療を行う装置（以下、荷電粒子線照射装置という）が開発されている。
【０００３】
このような荷電粒子線照射装置における照射方法には、ブロードビーム法と呼ばれる照射方法の一つとしてワブラー法が存在する。ワブラー法とは、核子当たり（原子核を構成する陽子及び中性子１個当たり）、数１００ＭｅＶ／ｎに加速された荷電粒子ビームをタンタル、鉛等からなる散乱体でガウス分布をもつ重粒子線に散乱させてビーム径を拡大させると共に、水平、垂直２台のワブラー電磁石（偏向電磁石）で円を描くように照射することで、直径１０〜２０ｃｍ程度の一様照射野を形成する方法である。
【０００４】
ところで、この荷電粒子線照射装置による治療は良好な結果を残しているものの、荷電粒子線照射装置、特に炭素線を用いた照射装置の建設コストが高く、普及させるためには荷電粒子線照射装置の小型化を行う必要がある。しかし、装置を小型化して照射ポート長（ワブラー電磁石、散乱体から患者の位置までの間の距離）を短縮すると、従来のワブラー法では、要求される一様照射野とほぼ同程度の大きさの散乱半径が必要となることから、このような大照射野を形成する際には散乱体を厚く形成せざるを得なくなり、その結果、治療に使用できる荷電粒子ビームの残飛程が短くなるという問題がある。
【０００５】
ここで、図５に示す特性線図でも分かるように、散乱体と標的（患者）との間の距離（照射ポート長）を６ｍ、５ｍ、４ｍと小さくするに従って、同一の残飛程（例えば２５０ｍｍ）を得るためには、同じ散乱体厚でも散乱半径が小さくなり、大照射野を形成するのが難しくなる。
【０００６】
そこで、従来、ワブラー電磁石により小さなビーム径（照射野半径の半分程度の散乱半径を有する照射ビーム）を有する荷電粒子ビームを標的上の半径が大きな第１の円軌道（第１ワブリング円）に沿って所定回数回転させ、次にこの荷電粒子ビームを第１の円軌道よりも半径が小さな第２の円軌道（第２ワブリング円）に沿って再度所定回数回転させるという操作を行うことで、大きな一様照射野を形成する技術が検討されている（非特許文献１）。
【０００７】
また、このような荷電粒子線照射装置を用いて癌を治療する場合、癌の治療効果を上げるため、及び患者の皮膚の炎症を防ぐために、粒子の照射は癌部を中心にして１８０°または３６０°の回転照射によって行うことが好ましい。従って、陽子線を癌の治療に用いる場合は、例えば特許文献１に示されているように、ベッドの上に横たえた患者の周囲から陽子線を照射する回転ガントリが広く用いられている。
【０００８】
なお、回転ガントリによる回転照射と同様の効果を得る方法として、ベッドに横たえた患者に対して水平方向と垂直方向の２方向から照射を行うと共に、患者をベッドに固定した状態でベッドを回転させることにより癌部を中心にして多方向からの照射を行う方法がある。しかし、この方法によると、患者をベッドと共に回転させるため、患者への負担が大きいという不具合が生じる。
【０００９】
ところで、重粒子線のビームの直径は数ｍｍであるが、癌の治療には直径１０数ｃｍの照射野が必要である。癌の治療に必要な直径のビームを得る方法として、前記したブロードビーム法の他にスキャニング照射法が知られている。
【００１０】
スキャニング照射法は、重粒子線ビームの直径は数ｍｍのままで、直径１０数ｃｍの範囲の照射野をスキャンする方法である。
【００１１】
【非特許文献１】Timothy R. Renner and William T. Chu Wobbler facility for biological experiments Medical Physics 14(1987) 825-834
【特許文献１】特開平８−２５７１４８号公報（段落００１２〜００１３、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、前記非特許文献１では、円軌道に沿って荷電粒子ビームを回転させる間も各円軌道毎に常に照射線量を測定しなければならず、荷電粒子ビームの管理が大変になるという問題がある。
【００１３】
また、前記特許文献１にもあるように、陽子線の回転ガントリは実用化されているが、重粒子線の回転ガントリはまだ実用化に至っていないという問題もある。これは以下に述べる理由による。
【００１４】
重粒子は粒子の質量が陽子より大きいため、重粒子線のビームの方向を変えるには陽子線より高い磁場をかける必要がある。このため、重粒子線の回転ガントリには大型の電磁石が必要になり、また、粒子の方向を変えるための屈曲部の曲率半径も大きくする必要がある。このため、装置の大型化が避けられない。
【００１５】
そこで、重粒子線を用いたブロードビーム法では、散乱体の厚みを増し、重粒子線の散乱角度を大きくして回転ガントリの直径を相対的に小さくすることも考えられる。しかし、散乱体での重粒子線のエネルギ損失が増大するため、治療可能な標的の深さが制限され、体の深部にある癌には十分な線量を照射できなくなるという問題が生じる。
【００１６】
一方、スキャニング照射法は、ブロードビーム法のように標的までの距離を大きくする必要はない。しかし、標的が呼吸や鼓動によって動いている場合、重粒子線が照射されない部分や、二重に照射される部分が出てくるため、照射野の一様性が顕著に悪化するという問題が生じる。このため、スキャニング照射法の適用は、頭頚部などのしっかり固定できる部分に限定されてしまう。
【００１７】
このように、ブロードビーム法では回転ガントリの直径が大きくなり、スキャニング照射法では線量の一様性の悪化が避けられないという問題があるため、今のところ重粒子線照射用の回転ガントリは実用化されていない。
【００１８】
本発明は、前記課題に鑑み、照射ポート長を短縮した場合でも、例えば直径１０〜３０ｃｍ程度の大きな一様照射野を容易に形成できると共に、荷電粒子ビームの残飛程を長く設定でき、さらに、装置の小型化と、ビーム照射中における荷電粒子ビームの照射総線量の管理を容易に行えるようにした荷電粒子線照射装置および治療方法を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、回転ガントリの直径を増大させることなく、一様な線量の照射ができる荷電粒子線照射装置および治療装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、前記課題を解決すべく構成されるものであり、請求項１に記載の発明は、加速器で加速された高エネルギーの荷電粒子ビームをワブラー電磁石によりスキャンさせながら標的に照射する荷電粒子線照射装置において、前記高エネルギーの荷電粒子ビームを前記ワブラー電磁石を用いて螺旋を描くように標的に照射することを特徴とする荷電粒子線照射装置である。
【００２０】
請求項１に記載の発明によれば、荷電粒子ビームをワブラー電磁石により標的に対して螺旋を描くように照射できるから、荷電粒子ビームのビーム径を小さくしても、標的に対して均一な一様照射野を安定して形成することができる。
【００２１】
請求項２に記載の発明は、標的に螺旋を描くように照射される荷電粒子ビームのワブラー半径を、所定の周期関数に基いて変化させることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線照射装置である。
【００２２】
請求項２に記載の発明によれば、荷電粒子ビームのワブラー半径を、所定の周期関数に基いて連続的に変化させることにより、各ワブラー半径でいちいち照射線量を測定することなしに連続して照射できるので、容易に一様照射野を形成することができる。つまり、周期関数によって自動的に一様照射野を形成することができるので、前記非特許文献１のようにワブラー半径ごとの照射線量の管理が必要なくなる。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、周期関数は、以下に（式１）〜（式４）で示す関数であることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線照射装置。
【００２４】
[数１]
Ｘ＝Ａｓｉｎ（ωｔ）…（式１）
Ｙ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）…（式２）
２ｎ×Ｔ／２≦ｔ＜（２ｎ＋１）×Ｔ／２（ｎは０以上の整数）のときＡ＝ｋ…（式３）
（２ｎ＋１）×Ｔ／２≦ｔ＜（２ｎ＋２）×Ｔ／２（ｎは０以上の整数）のときＡ＝ｋ…（式４）
但し、Ｘ、Ｙはビーム中心位置、Ａは振幅（ワブラー半径に相当）、ｋは最大振幅（最大ワブラー半径に相当）、ωは角速度、ｔは時間、αは定数（位相差）、Ｔはワブラー半径の周期を表す。
【００２５】
請求項３に記載の発明によれば、（式１）〜（式４）の周期関数を実行することにより、螺旋状のビームを標的全体に亘って均一に照射することができる。
【００２６】
請求項４に記載の発明は、荷電粒子ビームの螺旋方向に対する角速度を一定に保持した状態で前記ワブラー半径の変化量を時間の１／２乗に比例するように変化させ、ワブラー電磁石の電源には共振型電源を用いたことを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子線照射装置である。
【００２７】
請求項４に記載の発明によれば、荷電粒子ビームの螺旋方向に対する角速度の制御が不要になり、照射野形成の制御を簡単に行うことができる。
【００２８】
請求項５に記載の発明は、前記荷電粒子の螺旋方向の角速度を変化させ、前記ワブラー電磁石の電源にはパターン電源を用いたことを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子線照射装置である。
【００２９】
請求項５に記載の発明によれば、パターン（パルス型）電源を用いることによりワブラー半径が小さくなる領域では、ワブラー半径が大きくなる領域よりも角速度も大きく設定することで、さらに均一な一様照射野を形成することができる。
【００３０】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の荷電粒子線照射装置を用いたことを特徴とする治療装置である。
【００３１】
請求項６に記載の発明によれば、荷電粒子線照射装置を用いることにより一様な照射野を形成することができ、治療装置の性能、信頼性等を高めることができる。
【００３２】
請求項７に記載の発明は、荷電粒子照射装置は、荷電粒子が照射される照射口が標的の周囲を回転することにより前記標的に対して多方向からの照射を行うことが可能な回転ガントリ装置であることを特徴とする請求項６に記載の治療装置である。
【００３３】
請求項７に記載の発明によれば、標的に対して多方向からの荷電粒子を照射できるため、重粒子等の荷電粒子を、癌等の標的に集中的に当ててそれ以外の部位への照射を最小限に抑えることができる。
【００３４】
請求項８に記載の発明は、標的の変位、変形を検出して呼吸同期照射により荷電粒子を照射することを特徴とする請求項７に記載の治療装置である。
【００３５】
請求項８に記載の発明によれば、呼吸周期中のある位相にのみタイミングを合わせて照射を行うことにより、呼吸によって位置が変動する標的に対しても精度よく荷電粒子の照射を行うことができる。
【発明の効果】
【００３６】
以上、詳述した通り、請求項１の発明によれば、荷電粒子ビームをワブラー電磁石により標的に対して螺旋を描くように照射するので、荷電粒子ビームのビーム径を小さくしても、標的に対して均一な一様照射野を安定して形成することができ、照射ポート長を短縮した場合でも、散乱体の厚みを小さく抑えた状態で例えば直径１０〜３０ｃｍ程度の大きな一様照射野を簡単に形成することができる
【００３７】
請求項２に記載の発明によれば、荷電粒子ビームのワブラー半径を、所定の周期関数に基いて連続的に変化させることができるため、多重ワブラー法のようなワブラー半径毎の照射線量を計測することなしに、容易に一様照射野を形成できる。
【００３８】
請求項３に記載の発明によれば、荷電粒子ビームのワブラー半径を、所定の周期関数に基いて連続的に変化させることができるため、（式１）〜（式４）の周期関数を実行することにより、螺旋状のビームを標的全体に亘って均一に照射することができる。
【００３９】
請求項４に記載の発明によれば、荷電粒子ビームの螺旋方向に対する角速度の制御が不要になり、照射野形成の制御を簡単に行うことができる。
【００４０】
請求項５に記載の発明によれば、ワブラー半径が小さくなる領域では、ワブラー半径が大きくなる領域よりも角速度も大きく設定することで、さらに均一な一様照射野を形成することができる。
【００４１】
請求項６に記載の発明によれば、荷電粒子線照射装置を用いることにより小型でも一様な照射野を形成することができ、治療装置の建設コストを低減することができる。
【００４２】
請求項７に記載の発明によれば、螺旋ワブラー法による照射が可能な回転ガントリを採用しているため、従来のブロードビーム法と比較して荷電粒子のビーム径を小さく抑えることができる。従って、例えば重粒子等の荷電粒子を照射する場合でも、従来技術で述べたように、散乱体を厚くしてビーム径を大きく形成したり、回転ガントリの直径を大きくしたりする必要がなくなる。これにより、回転ガントリの小型化を図ることができ、癌治療等に有効である炭素等の重粒子を照射する回転ガントリの実用化を図ることができる。
【００４３】
請求項８に記載の発明によれば、螺旋ワブラー法を用いた呼吸同期照射を行うことができるため、患者の呼吸により変位、変形する標的（肺、肝臓等）に対しても、標的の位置に合わせて精度の高い照射を行うことができ、重粒子等の荷電粒子を用いて癌の治療を有効に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
本発明の第１の実施の形態に係る荷電粒子線照射装置を重粒子線がん治療装置に用いた場合を例に挙げ、図１ないし図３の添付図面を参照して説明する。図１は、重粒子線がん治療装置の照射部分を示す断面図である。
【００４５】
図１に示すように、重粒子線がん治療装置１は、炭素線等の荷電粒子ビーム２が通過する第１のビーム通路３と、第１のビーム通路３に隣接して下流側に設置された散乱体４と、散乱体４の下流側に設置されたＹ方向のワブラー電磁石５及びＸ方向のワブラー電磁石６と、Ｘ方向のワブラー電磁石６の下流側に設置された第２のビーム通路７と、標的である患者８を載置する載置台９とを含んで構成されている。
【００４６】
このように構成される重粒子線がん治療装置１によれば、加速器（図示せず）で加速されて第１のビーム通路３を通過した荷電粒子ビーム２が散乱体４を通過する間に、散乱されてビーム径が大きくなる。そして、このようにビーム径が大きくなった荷電粒子ビーム２は、Ｙ方向のワブラー電磁石５でＹ方向にスキャン（偏向）されると共にＸ方向のワブラー電磁石６でＸ方向にスキャン（偏向）される。その際、従来技術で述べたように、照射野半径と同程度の散乱半径を有する照射ビームを用いる代わりに、後記するようにワブラー半径を周期的に変化させ、螺旋を描くようにして荷電粒子ビーム２を患者８の癌等の腫瘍部に照射する。
【００４７】
次に、Ｙ方向のワブラー電磁石５及びＸ方向のワブラー電磁石６を用いて荷電粒子ビーム２を患者８に照射する照射方法について述べる。
【００４８】
まず、散乱体４で散乱された荷電粒子ビーム２のＹ方向のワブラー半径を、共振型電源（図示せず）に接続されるＹ方向のワブラー電磁石５を用いて以下の（式２）〜（式４）で表される周期関数を実行して偏向させる。次に、このようにＹ方向のワブラー電磁石５を通過してＹ方向に偏向された荷電粒子ビーム２のＸ方向のワブラー半径を、同じく共振型電源（図示せず）に接続されるＸ方向のワブラー電磁石６を用いて以下の（式１）、（式３）、（式４）で表される周期関数を実行して偏向させる。このように、Ｙ方向ワブラー電磁石５及びＸ方向のワブラー電磁石６の電源に共振型電源を用いた場合には、これら２台のワブラー電磁石に流れる電流値は９０度位相（α＝π／２）がずれた正弦波になる。なお、本実施の形態では、（式１）、（式２）においてωは一定に設定している。そして、（式１）〜（式４）に示すようにＸ方向のワブラー半径の振幅、Ｙ方向のワブラー半径の振幅を時間ｔの関数で変調させることにより、荷電粒子ビーム２は渦巻き状の軌跡を描くようにして患者に照射される。
【００４９】
[数１]
Ｘ＝Ａｓｉｎ（ωｔ）…（式１）
Ｙ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）…（式２）
２ｎ×Ｔ／２≦ｔ＜（２ｎ＋１）×Ｔ／２（ｎは０以上の整数）のときＡ＝ｋ…（式３）
（２ｎ＋１）×Ｔ／２≦ｔ＜（２ｎ＋２）×Ｔ／２（ｎは０以上の整数）のときＡ＝ｋ…（式４）
但し、Ｘ、Ｙはビーム中心位置、Ａは振幅（ワブラー半径に相当）、ｋは最大振幅（最大ワブラー半径に相当）、ωは角速度、ｔは時間、αは定数（位相差）、Ｔはワブラー半径の周期
【００５０】
つまり、荷電粒子ビーム２は、図２に示すように外周側から内周側（又は内周側から外周側）へと向かって渦巻きを描くように患者８（図１参照）の患部に向かって照射される。最内周部まで到達すると、続けて内周側から外周側へと向かって同じ巻き方向に渦巻きを描くように最外周部まで照射される。この一回分の渦巻きの照射を止まることなく１０〜１５回繰り返すことにより、照射のむらをなくし、例えば直径１０〜３０ｃｍ程度の一様（均一）な照射野を形成することができる。なお、照射軌道がこの一回分の渦巻きの照射軌道をたどるのであれば、照射は内周部から外周部に向かって始まってもよいし、その途中から始まっても、途中で終了してもよい。
【００５１】
従って、荷電粒子ビーム２のビーム径を小さくしても、標的に対して均一な一様照射野を安定して形成することができる。このため、照射ポート長を短縮して重粒子線がん治療装置を小型化した場合でも、散乱体４の厚みを小さく抑えた状態で例えば直径１０〜３０ｃｍ程度の大きな一様照射野を簡単に形成することができる。この結果、散乱体４の厚みを小さく抑えた場合でも、荷電粒子ビーム２の残飛程を長く設定でき、荷電粒子ビーム２の管理を容易に行うことができる。また、前記（式１）、（式２）で角速度ωを一定にしたことにより、角速度ωの制御が不要になり、照射野形成のための制御を簡単に行うことができる。
【００５２】
また、本実施の形態では、ワブラー電磁石５，６との共振を利用する共振型電源を用いる構成としたので、共振型電源に必要な電力を小さく抑えることができ、重粒子線がん治療装置の性能、信頼性等を高めることができる。
【実施例】
【００５３】
次に、本発明の効果を確認した実施例について、図３を参照して説明する。図３において、ワブラー電磁石５，６による荷電粒子ビーム２のワブラー回転周波数（１秒間でワブラー回転方向に周回する回数）は６０Ｈｚ、ワブラー半径の周波数は２０Ｈｚ、照射時間は１．８秒に設定した状態で（式１）〜（式４）の周期関数に基いてシミュレーションを行った。この結果、照射野の平坦度（図３中の平坦部１０の平坦度）は、±２．５％程度となり、照射野の平坦度が治療に必要なレベルを確保できることが分かった。
【００５４】
次に、図４は本発明の第２の実施の形態として、第１の実施の形態で説明した荷電粒子線照射装置を回転ガントリに取り付けた回転ガントリ装置を示している。
図４は本実施の形態による重粒子線がん治療装置を示す全体図である。図４に示すように、本実施の形態に用いる重粒子線がん治療装置４０は、回転ガントリ２０と、患者Ｐが横たえるベッド３０とを備えている。なお、この回転ガントリ２０は、従来から知られている陽子線照射用の回転ガントリと基本構成が同一である。
【００５５】
そして、回転ガントリ２０は、加速器（図示せず）で加速された重粒子が入射する第１のビーム流通管２１と、第１のビーム流通管２１の下流側に接続された第１の偏向電磁石２２と、第１の偏向電磁石２２の下流側に接続された第２のビーム流通管２３と、第２のビーム流通管２３の下流側に接続された第２の偏向電磁石２４と、第２の偏向電磁石２４の下流側に接続された第３のビーム流通管２５と、第３のビーム流通管２５の下流側に接続された第３の偏向電磁石２６とを備えている。また、回転ガントリ２０は、第３のビーム流通管２５の下流側に配置されたＹ方向のワブラー電磁石２７と、Ｙ方向のワブラー電磁石２７の下流側に配置されたＸ方向のワブラー電磁石２８と、Ｘ方向のワブラー電磁石２８の下流側に配置された散乱体２９とを有している。
【００５６】
そして、回転ガントリ２０は、患者Ｐの体軸方向（第１の流通管２１）と同軸となる回転軸Ｌ−Ｌを中心に駆動モータ（図示せず）等を用いて患者の周囲を３６０°回転するようになっている。つまり、回転ガントリ２０は、荷電粒子である重粒子が照射される照射口３１が患者Ｐの周囲を回転することにより患者Ｐの標的に対して３６０度任意の方向から照射を行えるようになっている。
【００５７】
次に、本実施の形態に用いる重粒子線がん治療装置４０の動作について説明する。まず、第１のビーム流通管２１を通過した重粒子は、第１の偏向電磁石２２により回転軸Ｌ−Ｌと直交する方向に向けて曲げられると共に、この曲げられた重粒子は、第２のビーム流通管２３を通過して、第２の偏向電磁石２４により回転軸Ｌ−Ｌと平行となる方向に向けて曲げられる。次にこの重粒子は、第３のビーム流通管２５を通過して、第３の偏向電磁石２６により再度回転軸Ｌ−Ｌと直交且つ回転軸Ｌ−Ｌと交差する方向に向けて曲げられる。そして、次にＹ方向のワブラー電磁石２７、Ｘ方向のワブラー電磁石２８および散乱体２９を順次経由して照射口３１から患者Ｐの患部に向けて照射される。
【００５８】
ここで、患者Ｐの患部に向けて照射される重粒子は、前記第１の実施の形態と同様に、Ｘ，Ｙ方向のワブラー電磁石２７，２８により外周側から内周側（または内周側から外周側）へと向かって渦巻きを描くように（図２参照）患者Ｐの患部に向かって照射される。
【００５９】
このように、本実施の形態によれば、回転ガントリ２０を用いた螺旋ワブラー法を採用しているため、従来のブロードビーム法と比較して重粒子のビーム径を小さく抑えることができる。従って、重粒子を照射する場合でも、従来技術で述べたように、散乱体２９を厚くしてビーム径を大きく広げて形成したり、回転ガントリ２０の直径を大きくしたりする必要がなくなる。これにより、回転ガントリ２０の小型化を図ることができ、癌治療等に有効である炭素等の重粒子を照射する回転ガントリ２０の実用化を図ることができる。
【００６０】
また、呼吸同期照射は従来から知られている方法で行うことができる。例えば患者の体の表面にマーカを付けてそれを赤外線で観測することにより、呼吸に伴って変化する曲線（呼吸曲線）を得る。この呼吸曲線にしきい値を設け、曲線がしきい値以下のとき（呼気側のとき）、呼吸同期信号を発生させる。そして、この呼吸同期信号の発生中に患者の標的の位置に合わせて重粒子の照射を行うことにより、呼吸によって変位、変形する標的に対しても精度よく照射を行うことができる。
【００６１】
なお、第１の実施の形態では、（式１）、（式２）において角速度ωを一定に設定した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限ることなく、例えば荷電粒子ビーム２の螺旋方向に対する角速度ωを変化させるようにしてもよい。例えばワブラー半径の小さなところでは（図２中の内周側）では、荷電粒子ビーム２の角速度ωを増大させることにより、より一様な照射野を形成することが可能となる。
【００６２】
また、第１の実施の形態では、ワブラー電磁石５，６との共振を利用する共振型電源を用いた場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限ることなく、ワブラー電磁石５，６との共振を利用しないパルス型電源を用いる構成としてもよい。パルス型電源を用いた場合、ワブラー電磁石５，６のコイルで発生する逆起電力に打ち勝つだけの電圧で電流を流すため、任意の周期関数での制御が可能となる。
【００６３】
また、第１の実施の形態では、荷電粒子ビーム２を外周側から内周側に向けて螺旋状に移動させる構成とした場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限ることなく、例えば荷電粒子ビーム２を内周側から外周側に向けて螺旋状に移動させてもよい。
【００６４】
さらに、第１の実施の形態では、Ｙ方向のワブラー電磁石５の上流側に散乱体４を配置する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限ることなく、例えばＸ方向のワブラー電磁石６の下流側に散乱体４を配置する構成としてもよい。
【００６５】
さらに、第２の実施の形態では、Ｙ方向のワブラー電磁石２７とＸ方向のワブラー電磁石２８と散乱体２９とを偏向電磁石２６の下流側に配置する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限ることなく、例えばＹ方向のワブラー電磁石２７とＸ方向のワブラー電磁石２８と散乱体２９とをビーム流通管２５に設置してもよい。
【００６６】
また、第１の実施の形態では、荷電粒子ビーム２の上流側にＹ方向のワブラー電磁石５を配置し、下流側にＸ方向のワブラー電磁石６を配置する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限ることなく、例えばＸ方向のワブラー電磁石６を上流側に配置し、Ｙ方向のワブラー電磁石５を下流側に配置してもよい。このことは第２の実施の形態でも同様である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る重粒子線がん治療装置の照射部分を示す部分拡大断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る荷電粒子ビームの移動方向を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る螺旋ワブラー法による照射野形成のシミュレーション結果を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る重粒子線がん治療装置を示す全体図である。
【図５】荷電粒子ビームの残飛程と散乱半径との関係を示す特性線図である。
【符号の説明】
【００６８】
１，４０  重粒子線がん治療装置（荷電粒子線照射装置）
２      荷電粒子ビーム
４，２９  散乱体
５，２７  Ｙ方向のワブラー電磁石
６，２８  Ｘ方向のワブラー電磁石
８，Ｐ  患者
【図１】
2005103255.tif 000003
【図２】
2005103255.tif 000004
【図３】
2005103255.tif 000005
【図４】
2005103255.tif 000006
【図５】
2005103255.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成16年7月20日(2004.7.20)
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
前記周期関数は、以下に（式１）〜（式４）で示す関数であることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線照射装置。
【数１】
2005103255.tif 000008
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
【数１】
2005103255.tif 000009
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
【数１】
2005103255.tif 000010