(57)【要約】【課題】二重窓枠型電磁石において、一様磁場領域を広く取ることにより、ビーム走査範囲を確保する。【解決手段】コイル１０１，１０８，１１１，１１８は、Ｙ方向磁場励磁電流通過第１サブ領域とＹ方向磁場励磁電流通過第２サブ領域の間に配置され、Ｘ方向磁場励磁電流通過第１サブ領域を、コイル１０９，１１０，１１９，１２０は、Ｙ方向磁場励磁電流通過メイン領域２２１，２２２とＹ方向磁場励磁電流通過第１サブ領域の間に配置され、Ｘ方向磁場励磁電流通過第２サブ領域を構成し、コイル２０１，２０８，２１１，２１８は、Ｘ方向磁場励磁電流通過第１サブ領域とＸ方向磁場励磁電流通過第２サブ領域の間に配置され、Ｙ方向磁場励磁電流通過第１サブ領域を、コイル２０９，２１０，２１９，２２０は、Ｘ方向磁場励磁電流通過メイン領域１２１，１２２とＸ方向磁場励磁電流通過第１サブ領域の間に配置され、Ｙ方向磁場励磁電流通過第２サブ領域を構成する。【選択図】図７
2013096949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁極周りに巻かれた複数のＸ方向磁場励磁用コイルと、前記磁極周りに巻かれた複数のＹ方向磁場励磁用コイルと備えた二重窓枠型電磁石であって、
前記磁極内であって、前記複数のＸ方向磁場励磁用コイルに電流が流れる領域は、Ｘ方向磁場励磁電流通過メイン領域とＸ方向磁場励磁電流通過サブ領域から構成され、
前記磁極内であって、前記複数のＹ方向磁場励磁用コイルに電流が流れる領域は、Ｙ方向磁場励磁電流通過メイン領域とＹ方向磁場励磁電流通過サブ領域から構成され、
前記Ｘ方向磁場励磁電流通過サブ領域は、前記Ｙ方向磁場励磁電流通過メイン領域と前記Ｙ方向磁場励磁電流通過サブ領域の間に配置され、Ｘ方向磁場励磁時に前記Ｘ方向磁場励磁電流通過メイン領域に発生するＹ方向磁場の影響を軽減し、
前記Ｙ方向磁場励磁電流通過サブ領域は、前記Ｘ方向磁場励磁電流通過メイン領域と前記Ｘ方向磁場励磁電流通過サブ領域の間に配置され、Ｙ方向磁場励磁時に前記Ｙ方向磁場励磁電流通過メイン領域に発生するＸ方向磁場の影響を軽減する
ことを特徴とする走査電磁石。
【請求項２】
請求項１記載の走査電磁石において、
前記磁極が断面正方形の筒状体である
ことを特徴とする走査電磁石。
【請求項３】
請求項２記載の走査電磁石において、
前記Ｘ方向磁場励磁電流通過サブ領域は、Ｘ方向磁場励磁電流通過第１サブ領域とＸ方向磁場励磁電流通過第２サブ領域とから構成され、
前記Ｙ方向磁場励磁電流通過サブ領域は、Ｙ方向磁場励磁電流通過第１サブ領域とＹ方向磁場励磁電流通過第２サブ領域とから構成され、
前記Ｘ方向磁場励磁電流通過メイン領域は、前記正方形の一の相対向する辺に配置され、
前記Ｙ方向磁場励磁電流通過メイン領域は、前記正方形の他の相対向する辺に配置され、
前記Ｘ方向磁場励磁電流通過第１サブ領域は、前記Ｙ方向磁場励磁電流通過第１サブ領域と前記Ｙ方向磁場励磁電流通過第２サブ領域の間に配置され、
前記Ｘ方向磁場励磁電流通過第２サブ領域は、前記Ｙ方向磁場励磁電流通過メイン領域と前記Ｙ方向磁場励磁電流通過第１サブ領域の間に配置され、
前記Ｙ方向磁場励磁電流通過第１サブ領域は、前記Ｘ方向磁場励磁電流通過第１サブ領域と前記Ｘ方向磁場励磁電流通過第２サブ領域の間に配置され、
前記Ｙ方向磁場励磁電流通過第２サブ領域は、前記Ｘ方向磁場励磁電流通過メイン領域と前記Ｘ方向磁場励磁電流通過第１サブ領域の間に配置される
ことを特徴とする走査電磁石。
【請求項４】
請求項１記載の走査電磁石において、
前記磁極が円筒体である
ことを特徴とする走査電磁石。
【請求項５】
請求項１記載の走査電磁石を備える荷電粒子ビーム照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、1つの電磁石でＸ方向・Ｙ方向に励磁できる二重窓枠型電磁石およびこの走査電磁石を備える荷電粒子ビーム照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
がん治療法の一つとして、陽子あるいは炭素イオン等のイオンビームを患者の患部に照射する粒子線治療が知られている。陽子や炭素イオン等のイオンを高エネルギーで物質に入射すると、飛程の終端で多くの線量を周辺の物質に付与する。この性質を利用し、粒子線治療ではがん細胞で多くのエネルギーを失うように、イオンビームを患者に照射する。これにより、周囲の健康な組織に損傷を与えることなく、がん細胞を破壊できる。粒子線治療ではイオンビームの空間的な広がり、照射位置、エネルギーを調整し、患部の形状に合わせた線量分布を形成する。
【０００３】
粒子線治療に用いる粒子線治療システムは、主に、イオン源、イオン源で発生したイオンを加速する加速器、加速器から出射したイオンビームを輸送するビーム輸送装置、所望の形状で患部にビームを照射する照射装置を備える。
【０００４】
粒子線治療システムで用いられる加速器には、シンクロトロンやサイクロトロン等が挙げられる。どちらの加速器も入射したイオンを所定のエネルギーまで加速し、イオンビームとして出射する機能は共通である。
【０００５】
加速器から出射されたイオンビームはビーム輸送装置によって照射装置まで輸送される。ビーム輸送装置にはイオンビームの進行方向を変える偏向電磁石とステアリング電磁石、イオンビームに収束、発散の作用を与える四極電磁石などが備えられており、これらの電磁石の励磁量を適切に調整することで、適切なサイズ、位置のビームが照射装置まで輸送される。
【０００６】
照射装置は、一般に、ビームの経路中の最も下流に備えられている。照射装置では、患部形状に合わせたイオンビームの照射野を形成する。照射装置での照射野形成の方法の例として、ウォブラー法とスキャニング照射法が知られている。どちらの照射装置も照射装置の上流部に走査電磁石を備え、走査電磁石により励磁された磁場をビームが通過することにより、ビームは偏向され、患部に対し一様な線量分布を付与する。
【０００７】
ウォブラー法では、走査電磁石の下流にビームの飛程を調整するエネルギー吸収体、照射範囲を設定するコリメータを配置する。走査電磁石は、Ｘ方向磁場とＹ方向磁場を発生させ、各磁場を励磁する電流を正弦波で変化させることで、ビームを進行方向に直交する平面内で円を描くように走査する。一方、コリメータにより患部の外側へ向かうビームは遮断され、患部には一様に近い線量分布が形成される。
【０００８】
スキャニング照射法の一例として、スポットスキャニング照射法について説明する。走査電磁石は、Ｘ方向磁場とＹ方向磁場を発生させ、各磁場を励磁する電流量を制御することで、ビームを進行方向に直交する平面内の所定のスポットに照射するように走査する。また、患部形状に一致した照射野を形成するために、加速器から出射されるビームのエネルギーを変更するか、あるいはビーム輸送装置に配置されたエネルギー吸収体の厚みを変えることで、照射装置に輸送されるビームのエネルギーを変更する。これにより、ビームのエネルギーによってブラッグピークの位置が変わり、患部形状に合わせた照射野が形成される。また、任意の方向からの照射を可能にするために、回転ガントリーに搭載されている照射装置もある。
【０００９】
ウォブラー法、スキャニング照射法のどちらにおいても一般的に、Ｘ方向磁場を励磁する電磁石とＹ方向磁場を励磁する電磁石の2つの電磁石を、ビーム進行方向に対し直列に配置する（第1従来技術）。
【００１０】
ところで、粒子線治療システムは、加速器やビーム輸送装置や照射装置などの各機器から構成され、設置には数十メートル四方の敷地が必要である。粒子線治療システムの低コスト化には、設置面積の低減が有効である。その一つとして、照射装置の小型化が検討されている。照射装置を小型軽量化することにより、回転ガントリーも小型化でき、建屋の小型化にもなり、その結果、システム全体の小型化、低コスト化を図ることができる。
【００１１】
例えば、非特許文献１には、二重窓枠型電磁石が提案されている（第2従来技術）。この二重窓枠型電磁石は、一台の電磁石でＸ方向磁場とＹ方向磁場の2つの磁場を励磁できる。Ｘ方向磁場とＹ方向磁場とをベクトル合成することで任意の磁場を励磁できる。二重窓枠型電磁石を用いる第2従来技術は、２つの電磁石を直列に配置する第１従来技術に比べて、走査電磁石から照射点までの距離が短くなり、照射装置の小型化を図ることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Vladimir Anferov他 「Combined Ｘ-Ｙ scanning magnet for conformal proton radiation therapy」Medical Physics 32(3), 2005年3月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、二重窓枠型電磁石（第２従来技術）では、異なる系統のコイルが互いに干渉して、いわゆる六極磁場が発生し、周辺部において一様磁場領域とならない。一様磁場領域から外れたビームはビームサイズが元の値から変化する等、照射計画に通りの線量を患部に付与できない恐れがある。大きな一様磁場領域が得られない結果、走査電磁石の内部でのビーム通過領域を第1従来技術に比べて狭くせざるを得ず、ビームの走査範囲に制限が課されてしまう。
【００１４】
Ｘ方向磁場を励磁する電磁石とＹ方向磁場を励磁する電磁石の2つの電磁石を用いる第1従来技術の場合、それぞれの電磁石において、コイルのギャップに比べて磁極幅を長くする（Ｘ・Ｙ非対称）ことにより、上記の課題を軽減できる。
【００１５】
しかし、二重窓枠型電磁石は、Ｘ方向磁場とＹ方向磁場の2方向の磁場を励磁するため、その磁極形状はＸとＹが対称（直線Ｙ＝Ｘに対し対称）となる。第1従来技術のようにＸ・Ｙ非対称とすることはできない。
【００１６】
本発明の目的は、Ｘ方向磁場とＹ方向磁場の2方向の磁場を励磁する二重窓枠型電磁石において、一様磁場領域を広く取ることにより、Ｘ方向磁場を励磁する電磁石とＹ方向磁場を励磁する電磁石の2つの電磁石を用いる場合（第１従来技術）と同等のビーム走査範囲を維持できる走査電磁石を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、磁極周りに巻かれた複数のＸ方向磁場励磁用コイルと、前記磁極周りに巻かれた複数のＹ方向磁場励磁用コイルと備えた二重窓枠型電磁石であって、前記磁極内であって、前記複数のＸ方向磁場励磁用コイルに電流が流れる領域は、Ｘ方向磁場励磁電流通過メイン領域とＸ方向磁場励磁電流通過サブ領域から構成され、前記磁極内であって、前記複数のＹ方向磁場励磁用コイルに電流が流れる領域は、Ｙ方向磁場励磁電流通過メイン領域とＹ方向磁場励磁電流通過サブ領域から構成され、前記Ｘ方向磁場励磁電流通過サブ領域は、前記Ｙ方向磁場励磁電流通過メイン領域と前記Ｙ方向磁場励磁電流通過サブ領域の間に配置され、Ｘ方向磁場励磁時に前記Ｘ方向磁場励磁電流通過メイン領域に発生するＹ方向磁場の影響を軽減し、前記Ｙ方向磁場励磁電流通過サブ領域は、前記Ｘ方向磁場励磁電流通過メイン領域と前記Ｘ方向磁場励磁電流通過サブ領域の間に配置され、Ｙ方向磁場励磁時に前記Ｙ方向磁場励磁電流通過メイン領域に発生するＸ方向磁場の影響を軽減する。
【００１８】
このように構成した本発明においては、例えば、Ｙ方向磁場励磁の場合、Ｙ方向磁場励磁電流通過メイン領域に隣接するＸ方向磁場励磁電流通過サブ領域は励磁されない。従って、従来技術に比べてＸ方向の磁場は軽減される。
【００１９】
更に、Ｘ方向磁場励磁電流通過メイン領域に隣接するＹ方向磁場励磁電流通過サブ領域はＸ方向に発生する磁場の向きをＹ方向に変える様に作用する。
【００２０】
これらの作用により、六極磁場の影響は軽減され、第２従来技術に比べて大きな一様磁場領域が得られる。すなわち、第１従来技術と同等の一様磁場領域が得られる。
【００２１】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記磁極が断面正方形の筒状体である。
【００２２】
磁極断面が正方形であることにより、二重窓枠型電磁石はＸ・Ｙ対称な断面形状となる。
【００２３】
（３）上記（２）において、好ましくは、前記Ｘ方向磁場励磁電流通過サブ領域は、Ｘ方向磁場励磁電流通過第１サブ領域とＸ方向磁場励磁電流通過第２サブ領域とから構成され、前記Ｙ方向磁場励磁電流通過サブ領域は、Ｙ方向磁場励磁電流通過第１サブ領域とＹ方向磁場励磁電流通過第２サブ領域とから構成され、前記Ｘ方向磁場励磁電流通過メイン領域は、前記正方形の一の相対向する辺に配置され、前記Ｙ方向磁場励磁電流通過メイン領域は、前記正方形の他の相対向する辺に配置され、前記Ｘ方向磁場励磁電流通過第１サブ領域は、前記Ｙ方向磁場励磁電流通過第１サブ領域と前記Ｙ方向磁場励磁電流通過第２サブ領域の間に配置され、前記Ｘ方向磁場励磁電流通過第２サブ領域は、前記Ｙ方向磁場励磁電流通過メイン領域と前記Ｙ方向磁場励磁電流通過第１サブ領域の間に配置され、前記Ｙ方向磁場励磁電流通過第１サブ領域は、前記Ｘ方向磁場励磁電流通過第１サブ領域と前記Ｘ方向磁場励磁電流通過第２サブ領域の間に配置され、前記Ｙ方向磁場励磁電流通過第２サブ領域は、前記Ｘ方向磁場励磁電流通過メイン領域と前記Ｘ方向磁場励磁電流通過第１サブ領域の間に配置される。
【００２４】
（４）上記（１）において、好ましくは、前記磁極が円筒体である。
【００２５】
磁極断面が円形であることにより、二重窓枠型電磁石はＸ・Ｙ対称な断面形状となる。
【００２６】
（５）上記（１）の走査電磁石は、好ましくは、荷電粒子ビーム照射装置に備えられる。
【００２７】
二重窓枠型電磁石により照射装置の小型化を図ることができる。その結果、システム全体の小型化、低コスト化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、二重窓枠型電磁石を用いることにより、Ｘ方向磁場を励磁する電磁石とＹ方向磁場を励磁する電磁石の2つの電磁石を用いる場合（第1従来技術）に比べて、照射装置の小型化を図ることができる。
【００２９】
また、第２従来技術のコイル配置を変更することで、一様磁場領域を広く取り、第１従来技術と同等のビーム走査範囲を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】粒子線治療システムの概略構成図である。
【図２】照射装置の概略構成図である（第１実施形態）。
【図３】走査電磁石の断面図である（第１実施形態）。
【図４】走査電磁石の断面図である（従来技術）。
【図５】Ｘ方向の磁場分布を示す図である（Ｙ方向励磁）。
【図６】Ｙ方向の磁場分布を示す図である（Ｙ方向励磁）。
【図７】Ｙ方向磁場を示す図ある（第１実施形態）
【図８】走査電磁石の断面図である（第２実施形態）。
【図９】照射装置の概略構成図である（第３実施形態）。
【図１０】走査電磁石の断面図である（第３実施形態）。
【図１１】走査電磁石の断面図である（従来技術・円筒体）。
【図１２】Ｘ方向の磁場分布を示す図である（Ｙ方向励磁）。
【図１３】Ｙ方向の磁場分布を示す図である（Ｙ方向励磁）。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
＜第1実施形態＞
以下、本発明の第1実施形態を図面を用いて説明する。
【００３２】
〜構成〜
図１は本実施例における粒子線治療システム１００の概略構成図である。本システム１００は、イオン源２００、入射用加速器３００、主加速器４００、ビーム輸送装置５００、照射装置６００から構成される。本システム１００は陽子線を用いた治療装置であり、イオン源２００で水素イオン、すなわち陽子を発生させ、入射用加速器３００で予備加速されたイオンは主加速器４００に入射される。主加速器４００では患者ごとの治療計画によって計画されたビームの飛程に合わせたエネルギーまでビームが加速され、ビーム輸送装置５００に出射される。出射されたビームはビーム輸送装置５００によって適切なサイズに調整され、照射装置６００まで輸送される。ビーム輸送装置５００は、回転ガントリー５１０を有し、回転軸５２０を軸としてビーム輸送装置５００と、それに接続された照射装置６００が回転する。これにより、患者ごとの治療計画によって定められた照射方向から、照射点７００にビームが照射される。
【００３３】
図２は照射装置６００の概略構成図である。照射装置６００はスキャニング照射法の照射装置である。図示上方からビームが入射され、走査電磁石６１０によるビーム軌道に垂直な磁場成分からの力により偏向され、照射点７００に対し、所定の走査範囲７１０内でビームを走査できる。走査電磁石６１０の下流にはビーム位置を確認するビーム位置モニタ６２０が設置されており、このモニタ６２０によって照射中に、有感部６２１を通過したビーム位置を測定し、その照射位置を確認している。
【００３４】
図２では、走査電磁石６１０のコイルの一部のみ図示している。走査電磁石６１０にはＸ方向磁場励磁用コイル６１１とＹ方向磁場励磁量コイル６１２が備えられており、それぞれのコイル６１１、６１２にはＸ方向磁場励磁用電源（図示せず）とＹ方向磁場励磁用電源（図示せず）がそれぞれ接続されており、治療計画装置によって計画された患者ごとのビーム照射位置と照射経路に従って、制御装置からの指令によって計算した電流パターンを出力する。
【００３５】
磁極６１３は断面正方形の筒状体をしており、窓枠状の厚さ約0.5mmの電磁鋼板を積層したものである。その平面形状は正方形であり、ビーム通過領域６１５も正方形である。照射装置６００の長さは走査電磁石の磁場と照射野サイズの比で決められている。例えば、片側ビームサイズが5mm、運動エネルギー220MeVの陽子線を一辺400mmの正方形の範囲で、最大磁場0.2T、磁極長700mmの電磁石で走査する。走査電磁石の下流側の端面と照射点の距離は2900mmとなる。一方、一様磁場領域６１５は一辺54mmの正方形となる。
【００３６】
Ｘ方向磁場励磁用コイル６１１とＹ方向磁場励磁用コイル６１２が磁極６１３周りに巻かれている。
【００３７】
図３は、走査電磁石６１０の断面図である。Ｘ方向磁場励磁用コイル６１１は複数のコイルから構成され、磁極内のコイル１０１〜１２０を無地で示す。Ｙ方向磁場励磁用コイル６１２は複数のコイルから構成され、磁極内のコイル２０１〜２２０をハッチングで示す。本発明の特徴的構成は各コイルの配置にある。
【００３８】
図示正方形上側には、コイル１０２〜１０７が配置され、図示正方形下側には、コイル１１２〜１１７が配置され、Ｘ方向磁場励磁電流通過メイン領域１２１，１２２を構成している。図示正方形右側には、コイル２０２〜２０７が配置され、図示正方形左側には、コイル２１２〜２１７が配置され、Ｙ方向磁場励磁電流通過メイン領域２２１，２２２を構成している。
【００３９】
図示正方形上側において、コイル１０１は、コイル２１８とコイル２１９との間に配置され、コイル１０８は、コイル２０１とコイル２２０との間に配置され、図示正方形下側において、コイル１１１は、コイル２０８とコイル２０９との間に配置され、コイル１１８は、コイル２１１とコイル２１０との間に配置され、それぞれ、Ｘ方向磁場励磁電流通過第１サブ領域を構成している。
【００４０】
図示正方形右側において、コイル１０９は、メイン領域２２１とコイル２０１との間に配置され、コイル１１０は、メイン領域２２１とコイル２０８との間に配置され、図示正方形左側において、コイル１１９は、メイン領域２２２とコイル２１１との間に配置され、コイル１２０は、メイン領域２２２とコイル２１８との間に配置され、それぞれ、Ｘ方向磁場励磁電流通過第２サブ領域を構成している。
【００４１】
図示正方形右側において、コイル２０１は、コイル１０８とコイル１０９との間に配置され、コイル２０８は、コイル１１１とコイル１１０との間に配置され、図示正方形左側において、コイル２１１は、コイル１１８とコイル１１９との間に配置され、コイル２１８は、コイル１０１とコイル１２０との間に配置され、それぞれ、Ｙ方向磁場励磁電流通過第１サブ領域を構成している。
【００４２】
図示正方形上側において、コイル２１９は、メイン領域１２１とコイル１０１との間に配置され、コイル２２０は、メイン領域１２１とコイル１０８との間に配置され、図示正方形下側において、コイル２０９は、メイン領域１２２とコイル１１１との間に配置され、コイル２１０は、メイン領域１２２とコイル１１８との間に配置され、それぞれ、Ｙ方向磁場励磁電流通過第２サブ領域を構成している。
【００４３】
Ｘ方向磁場励磁用コイル６１１では、電源からコイル１０１〜１２０まで順次直列接続され電源に戻る回路が構成されている。Ｘ方向磁場励磁用コイル６１１に電流を流した場合は図示Ｘ方向に磁場が励磁される。Ｙ方向磁場励磁用コイル６１２では、別の電源からコイル２０１〜２２０まで順次直列接続され電源に戻る回路が構成されている。Ｙ方向磁場励磁用コイル６１２に電流を流した場合は図示Ｙ方向に磁場が励磁される。異なるコイル通過領域を通過するコイル間の接続は磁極外のコイル接続部６１４（図２参照）を介して行われている。
【００４４】
〜作用・効果〜
従来技術に係る二重窓枠型電磁石（第２従来技術）と比較することにより、本実施形態の効果を説明する。
【００４５】
図４は、従来技術に係る走査電磁石の断面図である。本実施形態のＸ方向磁場励磁用コイル１０９，１１０，１１９，１２０の配置位置に、Ｙ方向磁場励磁用コイル２３１，２３２，２３３，２３４が配置され、本実施形態のＹ方向磁場励磁用コイル２１９，２２０，２０９，２１０の配置位置に、Ｘ方向磁場励磁用コイル１３１，１３２，１３３，１３４が配置される。
【００４６】
すなわち、従来技術においては、正方形の上側および下側全域に、Ｘ方向磁場励磁電流通過領域が構成され、正方形の右側および左側全域に、Ｙ方向磁場励磁電流通過領域が構成される。メイン領域、サブ領域といった区分はない（全てメイン領域）。
【００４７】
ところで、鉄や電磁鋼などの磁性体の最大比透磁率はおおよそ５０００から８０００程度である。このような比透磁率の大きい磁性体のまわりに生じる磁場は磁性体表面に対しほぼ垂直な方向に生じる。この性質を用い、窓枠型電磁石では長方形の開口を持つ磁性体を磁極として用いる。例えば、長方形開口部の左右の端に設けられた励磁用コイルに互いに逆向きの電流を流すことで、開口部内に上下方向の磁場を励起できる。
【００４８】
Ｘ方向磁場とＹ方向磁場の2方向の磁場を励磁する二重窓枠型電磁石においては、磁極および開口部の形状は正方形となる。Ｘ方向磁場励磁用コイル６１１に電流を流した場合は図示Ｘ方向に磁場が励磁され、Ｙ方向磁場励磁用コイル６１２に電流を流した場合は図示Ｙ方向に磁場が励磁される。
【００４９】
従来技術の課題について説明する。例えば、Ｙ方向磁場励磁用コイル６１２によりＹ方向に磁場が励磁される場合、二極磁場である。しかしながら、Ｙ方向磁場励磁用コイル６１２周辺では、僅かながらＸ方向の磁場が生じる。このＸ方向磁場は中心からの距離の2乗に比例するように開口部の端に向けて大きくなっていく。その結果、特にコイル２０１，２０８，２１１，２１８周辺でのＸ方向磁場は無視できなくなり、いわゆる六極磁場となる。発生する磁場の概略を図４に追加する。
【００５０】
Ｙ方向磁場に対し、Ｘ方向磁場は10-2から10-1程度の大きさとなるため、大きな一様磁場領域６１５が得られない。この課題を図５、図６において更に詳しく説明する。
【００５１】
図５は、Ｘ方向の磁場分布を示す図であり、図６はＹ方向の磁場分布を示す図である。ともに、Ｙ方向磁場励磁用コイル６１２によりＹ方向の磁場を励磁する場合、中心磁場で規格化した磁場について示している。従来技術の磁場分布について実線で示す。
【００５２】
Ｘ・Ｙ方向ともに、中心から離れるに従って、六極磁場の影響が大きくなり、一様磁場でなくなる。
【００５３】
一方、本実施形態の構成は以下のように作用する。
【００５４】
図７は、走査電磁石６１０の断面図（図３）にＹ方向磁場励磁用コイル６１２により発生するＹ方向の磁場の概略を追加したものである。メイン領域２２１に隣接するＸ方向磁場励磁用コイル１０９，１１０およびメイン領域２２２に隣接するＸ方向磁場励磁用コイル１１９，１２０は励磁されない。従って、従来技術に比べてＸ方向の磁場は軽減される。
【００５５】
更に、メイン領域１２１に隣接するＹ方向磁場励磁用コイル２１９，２２０およびメイン領域１２２に隣接するＹ方向磁場励磁用コイル２０９，２１０はＸ方向に発生する磁場の向きをＹ方向に変える様に作用する。
【００５６】
これらの作用により、六極磁場の影響は軽減され、従来技術に比べて大きな一様磁場領域６１５が得られる。この効果を図５、図６において更に詳しく説明する。図５、図６に、本実施形態の磁場分布について破線で示す。
【００５７】
Ｘ・Ｙ方向ともに、中心から離れるに従って、六極磁場の影響が大きくなり、一様磁場でなくなるという傾向は従来技術と同じである。しかし、従来技術にくらべて、本実施形態のほうが、Ｘ・Ｙ方向ともに、より広い範囲で磁場が一様である（規格磁場が１に近い）ことが分かる。したがって、より大きな一様磁場領域６１５が得られる。
【００５８】
なお、Ｙ方向磁場励磁の場合について述べたが、Ｘ方向磁場励磁の場合も同様である。
【００５９】
また、本実施形態は、二重窓枠型電磁石を用いることにより、照射装置の小型化を図ることができる。
【００６０】
＜第２実施形態＞
〜構成〜
図８は、第２実施形態に係る走査電磁石の断面図である。第１実施形態（図３参照）のＸ方向磁場励磁用コイル１０９，１１０，１１９，１２０の配置位置に、Ｙ方向磁場励磁用コイル２３１，２３２，２３３，２３４が配置され、第１実施形態のＹ方向磁場励磁用コイル２１９，２２０，２０９，２１０の配置位置に、Ｘ方向磁場励磁用コイル１３１，１３２，１３３，１３４が配置される。さらに、第１実施形態のＸ方向磁場励磁用コイル１０１，１０８，１１１，１１８の配置位置に、Ｙ方向磁場励磁用コイル２３６，２３７，２３８，２３９が配置され、第１実施形態のＹ方向磁場励磁用コイル２０１，２０８，２１１，２１８の配置位置に、Ｘ方向磁場励磁用コイル１３６，１３７，１３８，１３９が配置される。
【００６１】
言い換えると、従来技術（図４参照）のＸ方向磁場励磁用コイル１０１，１０８，１１１，１１８の配置位置に、Ｙ方向磁場励磁用コイル２３６，２３７，２３８，２３９が配置され、従来技術のＹ方向磁場励磁用コイル２０１，２０８，２１１，２１８の配置位置に、Ｘ方向磁場励磁用コイル１３６，１３７，１３８，１３９が配置される。
【００６２】
すなわち、図示正方形上側には、コイル１３１，１０２〜１０７，１３２が配置され、図示正方形下側には、コイル１３３，１１２〜１１７，１３４が配置され、Ｘ方向磁場励磁電流通過メイン領域１２１，１２２を構成している。図示正方形右側には、コイル２３１，２０２〜２０７，２３２が配置され、図示正方形左側には、コイル２３３，２１２〜２１７，２３４が配置され、Ｙ方向磁場励磁電流通過メイン領域２２１，２２２を構成している。
【００６３】
図示正方形右側において、コイル１３６は、メイン領域２２１とコイル２３７との間に配置され、コイル１３７は、メイン領域２２１とコイル２３８との間に配置され、図示正方形左側において、コイル１３８は、メイン領域２２２とコイル２３９との間に配置され、コイル１３９は、メイン領域２２２とコイル２３６との間に配置され、それぞれ、Ｘ方向磁場励磁電流通過サブ領域を構成している。
【００６４】
図示正方形上側において、コイル２３６は、メイン領域１２１とコイル１３９との間に配置され、コイル２３７は、メイン領域１２１とコイル１３６との間に配置され、図示正方形下側において、コイル２３８は、メイン領域１２２とコイル１３７との間に配置され、コイル２３９は、メイン領域１２２とコイル１３８との間に配置され、それぞれ、Ｙ方向磁場励磁電流通過サブ領域を構成している。
【００６５】
〜作用・効果〜
第１実施形態と同様に、Ｙ方向磁場励磁の場合を例に、本実施形態の作用・効果を説明する。発生するＹ方向の磁場の概略を図８に追加する。
【００６６】
メイン領域２２１に隣接するＸ方向磁場励磁用コイル１３６，１３７およびメイン領域２２２に隣接するＸ方向磁場励磁用コイル１３８，１３９は励磁されない。従って、従来技術に比べてＸ方向の磁場は軽減される。
【００６７】
更に、メイン領域１２１に隣接するＹ方向磁場励磁用コイル２３６，２３７およびメイン領域１２２に隣接するＹ方向磁場励磁用コイル２３８，２３９はＸ方向に発生する磁場の向きをＹ方向に変える様に作用する。
【００６８】
これらの作用により、六極磁場の影響は軽減され、従来技術（図４参照）に比べて大きな一様磁場領域６１５が得られる。なお、Ｙ方向磁場励磁の場合について述べたが、Ｘ方向磁場励磁の場合も同様である。
【００６９】
＜第３実施形態＞
〜構成〜
第１実施形態および第２実施形態は、本発明を断面正方形の筒状体の磁極６１３に適用したものであるのに対し、第３実施形態は、本発明を円筒体の磁極６１６に適用したものである。
【００７０】
図９は照射装置６００の概略構成図である。照射点７００に対し半径200mmの範囲７２０でビームを走査するように、一様磁場領域６１７は一辺27mｍの円形となる。
【００７１】
図１０は、第３実施形態に係る走査電磁石６１０の断面図である。Ｘ方向磁場励磁用コイル６１１は複数のコイルから構成され、磁極内のコイル１５１〜１６６を無地で示す。Ｙ方向磁場励磁用コイル６１２は複数のコイルから構成され、磁極内のコイル２５１〜２６６をハッチングで示す。
【００７２】
ここで、Ｘ軸を０°とし反時計回りに角度を規定する。説明の便宜上、４５°〜１３５°の範囲を図示円周上側、１３５°〜２２５°の範囲を図示円周左側、２２５°〜３１５°の範囲を図示円周下側、３１５°〜４０５°（４５°）の範囲を図示周右側と呼ぶ。
【００７３】
図示円周上側には、コイル１５１〜１５６が配置され、図示円周下側には、コイル１５９〜１６４が配置され、Ｘ方向磁場励磁電流通過メイン領域１７１，１７２を構成している。図示円形右側には、コイル２５２〜２５７が配置され、図示円周左側には、コイル２６０〜２６５が配置され、Ｙ方向磁場励磁電流通過メイン領域２７１，２７２を構成している。
【００７４】
図示円周右側において、コイル１５７は、メイン領域２７１とコイル２５１との間に配置され、コイル１５８は、メイン領域２７１とコイル２５８との間に配置され、図示円周左側において、コイル１６５は、メイン領域２７２とコイル２５９との間に配置され、コイル１６６は、メイン領域２７２とコイル２６６との間に配置され、それぞれ、Ｘ方向磁場励磁電流通過サブ領域を構成している。
【００７５】
図示円周上側において、コイル２６６は、メイン領域１７１とコイル１６６との間に配置され、コイル２５１は、メイン領域１７１とコイル１５７との間に配置され、図示円周下側において、コイル２５８は、メイン領域１７２とコイル１５８との間に配置され、コイル２５９は、メイン領域１７２とコイル１６５との間に配置され、それぞれ、Ｙ方向磁場励磁電流通過サブ領域を構成している。
【００７６】
〜作用・効果〜
従来技術と比較することにより、本実施形態の効果を説明する。なお、従来技術の磁極６１３は断面正方形の筒状体であるが、従来技術に係るコイル配置（図４参照）を円筒体の磁極６１６に適用した場合を仮定して、本実施形態の従来技術とする。
【００７７】
図１１は、従来技術に係るコイル配置を円筒体の磁極６１６に適用した場合の走査電磁石の断面図である。本実施形態のＸ方向磁場励磁用コイル１５７，１５８，１６５，１６６の配置位置に、Ｙ方向磁場励磁用コイル２８１，２８２，２８３，２８４が配置され、本実施形態のＹ方向磁場励磁用コイル２５１，２５８，２５９，２６６の配置位置に、Ｘ方向磁場励磁用コイル１８１，１８２，１８３，１８４が配置される。
【００７８】
すなわち、従来技術においては、円周の上側および下側全域に、Ｘ方向磁場励磁電流通過領域が構成され、円周の右側および左側全域に、Ｙ方向磁場励磁電流通過領域が構成される。メイン領域、サブ領域といった区分はない。
【００７９】
例えば、Ｙ方向磁場励磁用コイル６１２によりＹ方向に磁場が励磁される場合、二極磁場である。しかしながら、Ｙ方向磁場励磁用コイル６１２周辺では、僅かながらＸ方向の磁場が生じる。このＸ方向磁場は中心からの距離の2乗に比例するように開口部の端に向けて大きくなっていく。その結果、特にコイル２８１，２８２，２８３，２８４周辺でのＸ方向磁場は無視できなくなり、いわゆる六極磁場となり、大きな一様磁場領域６１７が得られない。この課題を図１２、図１３において更に詳しく説明する。
【００８０】
図１２は、Ｘ方向の磁場分布を示す図であり、図１３はＹ方向の磁場分布を示す図である。ともに、Ｙ方向磁場励磁用コイル６１２によりＹ方向の磁場を励磁する場合、中心磁場で規格化した磁場について示している。従来技術の磁場分布について実線で示す。
【００８１】
Ｘ・Ｙ方向ともに、中心から離れるに従って、六極磁場の影響が大きくなり、一様磁場でなくなる。発生する磁場の概略を図１１に追加する。
【００８２】
一方、本実施形態の磁場分布について破線で示す。Ｘ・Ｙ方向ともに、中心から離れるに従って、六極磁場の影響が大きくなり、一様磁場でなくなるという傾向は従来技術と同じである。しかし、従来技術にくらべて、本実施形態のほうが、Ｘ・Ｙ方向ともに、より広い範囲で磁場が一様である（規格磁場が１に近い）ことが分かる。
【００８３】
本実施形態において発生するＹ方向の磁場の概略を図１０に追加する。
【００８４】
メイン領域２７１に隣接するＸ方向磁場励磁用コイル１５７，１５８およびメイン領域２７２に隣接するＸ方向磁場励磁用コイル１６５，１６６は励磁されない。従って、従来技術に比べてＸ方向の磁場は軽減される。
【００８５】
更に、メイン領域１７１に隣接するＹ方向磁場励磁用コイル２５１，２６６およびメイン領域１７２に隣接するＹ方向磁場励磁用コイル２５８，２５９はＸ方向に発生する磁場の向きをＹ方向に変える様に作用する。
【００８６】
これらの作用により、六極磁場の影響は軽減され、従来技術（図１１参照）に比べて大きな一様磁場領域６１７が得られる。なお、Ｙ方向磁場励磁の場合について述べたが、Ｘ方向磁場励磁の場合も同様である。
【符号の説明】
【００８７】
１００  粒子線治療システム
２００  イオン源
３００  入射用加速器
４００  主加速器
５００  ビーム輸送装置
５１０  回転ガントリー
５２０  回転ガントリーの回転軸
６００  照射装置
６１０  走査電磁石
６１１，１０１〜１８４  Ｘ方向磁場励磁用コイル
６１２，２０１〜２８４  Ｙ方向磁場励磁用コイル
６１３，６１６  磁極
６１４  コイル接続部
６１５，６１７  一様磁場領域
６１６  走査電磁石の中心軸
６２０  ビーム位置モニタ
７００  照射点
７１０，７２０  ビーム走査範囲
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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