(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを加速した後出射する加速器と、前記加速器から出射された荷電粒子ビームの照射位置を制御する走査電磁石を有し荷電粒子ビームを出力する照射手段と、値が時間変化する期間と時間変化しない期間とを繰り返す電流を前記走査電磁石に供給する電源とを備える荷電粒子ビーム出射装置において、
前記電源は、第１のエネルギーを有する荷電粒子ビームが前記照射手段から出力される場合に比べて、第１のエネルギーよりも低い第２のエネルギーを有する荷電粒子ビームが前記照射手段から出力される場合に、前記走査電磁石に供給する電流が時間変化する期間における電流変化量を大きくすることを特徴とする荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項２】
前記加速器は荷電粒子ビームのエネルギーを制御する高周波加速空胴を有することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項３】
前記照射手段から出力される荷電粒子ビームの軌道上に設けられ、荷電粒子ビームのエネルギーを減衰させることにより荷電粒子ビームのエネルギーを制御するレンジシフターを備えることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項４】
前記電源から供給される電流の値が時間変化しない期間に前記照射手段から出力される荷電粒子ビームの照射線量を計測する線量モニターと、前記線量モニターで計測された荷電粒子ビームの照射線量値と予め設定された照射線量値とを比較し、前記計測された照射線量値が前記設定された照射線量値に達したときに、前記電源から供給される電流が変化するように、前記電源を制御する制御手段とを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項５】
前記照射手段からの荷電粒子ビームの出力を停止する停止手段を有し、前記停止手段は、前記電源から供給される電流の値が時間変化する期間に前記照射手段からの荷電粒子ビームの出力を停止することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項６】
前記停止手段は、前記加速器に設けられ、前記加速器内を周回する荷電粒子ビームに高周波電場を印加して荷電粒子ビームを加速器から出射する高周波印加装置であることを特徴とする請求項５記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、がん治療や患部の診断に用いられる荷電粒子ビームを出力する荷電粒子ビーム出射装置に係り、特に照射対象における照射線量が均一となるように荷電粒子ビームを出力できる荷電粒子ビーム出射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
照射対象に対する荷電粒子ビーム（以下、ビームという）の照射方法としては、照射対象を複数の領域に分け、その領域毎にビームを照射する方法が知られている。その一例として、特開平9−223600 号公報には、照射対象をビームの進行方向に複数の層状の領域に分け、その層状の領域を更に複数の小さな領域に分けて、その小さな領域毎にビームを照射することが記載されている。
【０００３】
また、ビームをがん治療等に用いる場合、患部における照射線量は均一であることが望まれる。照射線量を均一にするために、ビームの照射線量がガウス分布であることを利用して、ビームの照射範囲を重ね合せる照射方法が知られている。図８にその照射方法による照射線量の分布の例を示す。図８に示すように、ビームの照射線量（点線）はガウス分布となっているため、ビームの照射範囲を複数重ね合せることによって、照射線量の総和（実線）を均一な分布とすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した２つの従来技術より、照射対象を複数の層に分け、その層を更に複数の領域に分けて、その領域毎にビームを照射する場合に、複数の領域を重ね合せて設定し、層における照射線量を均一にすることが考えられる。
【０００５】
しかしながらこの照射方法では、ビームの照射範囲が目標とする領域から少しでもずれると層における照射線量が不均一になるため、層における照射線量を均一にするにはビームの照射範囲を精度良く制御しなければならない。よって、ビームの照射範囲の制御が複雑になるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、簡単な制御で、照射対象における照射線量の不均一を抑制することができる荷電粒子ビーム出射装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の特徴は、荷電粒子ビームを加速した後出射する加速器と、前記加速器から出射された荷電粒子ビームの照射位置を制御する走査電磁石を有し荷電粒子ビームを出力する照射手段と、値が時間変化する期間と時間変化しない期間とを繰り返す電流を前記走査電磁石に供給する電源とを備える荷電粒子ビーム出射装置において、前記電源は、第１のエネルギーを有する荷電粒子ビームが前記照射手段から出力される場合に比べて、第１のエネルギーよりも低い第２のエネルギーを有する荷電粒子ビームが前記照射手段から出力される場合に、前記走査電磁石に供給する電流が時間変化する期間における電流変化量を大きくすることにある。
【０００８】
照射手段から出力される荷電粒子ビームのエネルギーが低くなるほど、走査電磁石に供給する電流が時間変化する期間における電流変化量を大きくすることにより、荷電粒子ビームのエネルギーが低い場合、すなわち荷電粒子ビームの照射位置が浅い位置となる場合に比べて、荷電粒子ビームのエネルギーが高い場合、すなわち荷電粒子ビームの照射位置が深い位置となる場合に、走査電磁石に供給する電流が時間変化する期間における電流変化量を大きくすることとなる。また、走査電磁石に供給する電流が時間変化する期間における電流変化量を大きくすることにより、荷電粒子ビームの照射位置は荷電粒子ビームの進行方向に対して垂直な方向に大きく移動し、逆に電流変化量が小さければ照射位置の移動量も小さくなる。
【０００９】
従って、上記特徴を備える本発明によれば、荷電粒子ビームの照射位置が深い位置にあるほど、荷電粒子ビームの進行方向に対して垂直な方向への照射位置の移動量を小さくするため、荷電粒子ビームが照射される照射領域が密集し、照射位置がずれた場合の照射対象における照射線量分布の変化を小さくできる。このように本発明によれば、簡単な制御で、照射対象における照射線量の不均一を抑制することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の好適な一実施例である荷電粒子ビーム出射装置を示す。なお、図１の荷電粒子ビーム出射装置は、がん患者の患部に荷電粒子ビーム（以下、ビームという）を照射することにより、がんの治療を行うものである。
【００１２】
図１の荷電粒子ビーム出射装置によるがん患者の治療においては、まず、患部の体表からの深さ位置，患部の形状，患部に照射すべき照射線量等の患者情報が、制御装置３内の演算部３１に入力される。演算部３１は、入力された患者情報に基づいて加速器１から出射するビームのエネルギー、患部におけるビームの照射位置及び患部におけるビームの照射線量を決定する。
【００１３】
以下、演算部３１におけるビームのエネルギー、照射位置及び照射線量の決定方法について説明する。なお、本実施例では、図２に示すように、患部をビームの進行方向（Ｚ方向）に９つに分けて得られる層状の領域Ｌ１〜Ｌ９（以下、層Ｌｎという。ｎ＝１〜９）を、更に複数の領域Ａ１１，Ａ１２，…（以下、照射領域Ａｎｉという。ｉ＝１，２，…）に分け、その照射領域Ａｎｉ毎にビームを照射する。なお、本実施例における層Ｌｎは、ｎが大きくなるほど体表から遠い位置、すなわち深い位置にあることを示す。また、各照射領域Ａｎｉは、ビームの照射位置を移動せずに照射できる大きさであり、その大きさは全て等しい。
【００１４】
まず演算部３１は、前述の患者情報に基づいて、患部をいくつの層に分けるのか決定する。なお、本実施例では前述のように患部を９つの層に分ける。次に、最も深い位置にある層Ｌ９の深さ位置を求め、その深さ位置にブラッグピークがくるビームのエネルギーＥ９を計算する。また、他の層Ｌ１〜Ｌ８についても、各層の深さ位置にブラッグピークが来るようなビームのエネルギーＥ１〜Ｅ８をそれぞれ求める。以下、エネルギーＥ９のビームのことを層Ｌ９に照射するビーム、エネルギーＥ８のビームのことを層Ｌ８に照射するビーム、というように各々のビームを呼ぶ。実際には、エネルギーＥ９のビームは層Ｌ１〜Ｌ９の全てに照射される。
【００１５】
次に演算部３１は、患部の形状に基づいて、各層Ｌｎに照射するビームの照射位置、つまり各層Ｌｎにおける複数の照射領域Ａｎｉ（円形）の中心位置を決定する。図３（ａ）は層Ｌ９における各照射領域Ａ９１，Ａ９２，…を示す。図３（ａ）では、層Ｌ９における照射領域Ａ９ｉの一部のみ示しているが、実際には層Ｌ９全体を覆うように照射領域Ａ９ｉが設定される。なお、層Ｌ９の各照射領域Ａ９ｉは、その中心位置Ｐ９ｉがＸ方向及びＹ方向にＤ９の間隔をおいて設定される。この間隔Ｄ９は（数１）により求められる。
【００１６】
【数１】
0003873493.tif 000002
【００１７】
ここで、Ｒ：照射領域の半径，ｍ：層の総数である。
【００１８】
（数１）より、本実施例の層Ｌ９における各照射領域Ａ９ｉの中心位置Ｐ９ｉの間隔Ｄ９は、
【００１９】
【数２】
0003873493.tif 000003
【００２０】
となる。（数１）に従って、その他の層Ｌ１〜Ｌ８についてもそれぞれに間隔Ｄ１〜Ｄ８が求められる。求められた間隔Ｄｎに基づいて各照射領域Ａｎｉの位置が設定され、その中心位置Ｐｎｉが決定される。なお（数１）によれば、層Ｌｎが浅い位置にあるほど間隔Ｄｎは広くなる。この間隔Ｄｎが最も広い層Ｌ１では、間隔Ｄ１が照射領域Ａｎｉの半径と等しくなる。層Ｌ１における各照射領域Ａ１ｉを図３（ｂ）に示す。このように、各層Ｌｎにおいて照射領域Ａｎｉの間隔Ｄｎを照射領域Ａｎｉの半径Ｒ以下に設定することによって、ガウス分布をもつビームの照射線量の重ね合わせにより、ビームを照射したときの各層Ｌｎにおける照射線量の分布が均一となる。
【００２１】
次に、演算部３１は、各層Ｌｎに照射するビームの照射線量を決定する。まず最初に、層Ｌ９に照射するビームの照射線量を決める。層Ｌ９に照射される照射線量としては、層Ｌ９の各照射領域Ａ９ｉにビームを照射して得られる照射線量の分布（各照射領域Ａ９ｉにおける照射線量を重ね合せた結果）が、演算部３１に入力された患部に照射すべき照射線量と等しくなるように、照射領域の重ね合わせを考慮して、各照射領域Ａ９ｉに照射するビームの照射線量が決定される。当然のことながら、各照射領域Ａ９ｉに照射するビームの照射線量は、演算部３１に入力された患部に照射すべき照射線量よりも小さくなる。
【００２２】
続いて、層Ｌ８における照射線量を決定するが、層Ｌ８はエネルギーＥ９のビームが照射されるときにいくらか照射されるので、その照射線量を考慮しなければならない。ここで図４を用いて、本実施例における、ビームのエネルギーＥｎと照射線量との関係について説明する。図４は、横軸に体表からの深さ位置、縦軸に照射線量を示し、エネルギーＥ６〜Ｅ９のビームによる照射線量の分布と、その総和の分布を表わす。図に示すように、エネルギーＥ９のビームを照射した場合、層Ｌ９位置で最も照射線量が大きくなっているが、層Ｌ８位置でもいくらかは照射される。従って、層Ｌ９位置と層Ｌ８位置とで照射線量を均一にするためには、図に示すように、エネルギーＥ８のビームによる照射線量をエネルギーＥ９のビームの照射線量に比べて低くしなければならない。具体的には、エネルギーＥ９のビームの照射線量分布において、層Ｌ９位置における照射線量（ピーク値）から層Ｌ８位置における照射線量を引いた値を、層Ｌ８に照射される線量とすれば良い。
【００２３】
演算部３１は、この層Ｌ８に照射される線量に基づき、かつ照射領域の重ね合わせを考慮して、各照射領域Ａ８ｉに照射するビームの照射線量、すなわちエネルギーＥ８のビームによる照射線量（ピーク値）を決定する。このようにしてエネルギーＥ８のビームによる照射線量を決定することにより、層Ｌ８位置における照射線量は、層Ｌ９位置における照射線量と等しくなる。その他のエネルギーＥ１〜Ｅ７のビームについてもエネルギーＥ８のビームの場合と同様に、エネルギーの高いビームによる照射線量と、照射領域の重ね合わせとを考慮した上で、照射線量（ピーク値）を決定する。
【００２４】
以上説明したように、各層Ｌｎに照射するビームのエネルギーＥｎ、各層Ｌｎにおける各照射領域Ａｎｉの中心位置Ｐｎｉ、及び各層Ｌｎの照射領域Ａｎｉにおける照射線量を決定する。本実施例によれば、層Ｌｎの位置が浅くなるにしたがって、ビームのエネルギーＥｎ及び照射線量は低く設定され、照射領域Ａｎｉの間隔Ｄｎは広く設定される。
【００２５】
演算部３１で求められたビームのエネルギーＥｎ，各照射領域Ａｎｉの中心位置Ｐｎｉ及び照射線量は、制御部３２に出力され、制御部３２に記憶される。また、制御部３２は、入力されたエネルギーＥｎを制御部３３に出力する。
【００２６】
制御部３２は、入力されたビームのエネルギーＥｎに基づいて、それらのビームを加速器１から出射するために電源１６から高周波印加装置１１に出力する電流値を求める。求めた電流値は、層Ｌ１〜Ｌ９に対応づけた形式で記憶する。また、制御部３２は、入力された各照射領域Ａｎｉの中心位置Ｐｎｉに基づいて、ビームをその中心位置Ｐｎｉに照射するために電源２８から走査電磁石２４，２５それぞれに出力する電流値を求める。この電流値は、各照射領域Ａｎｉに対応づけた形式で記憶される。なお、前述したように、層の位置が浅いほど隣り合う照射領域の間隔Ｄｎは大きくなるので、走査電磁石に供給する電流値の照射領域変更時の変化量も大きくなる。
【００２７】
一方、制御部３３は、入力されたビームのエネルギーＥｎに基づいて、前段加速器４から出射されるビーム（エネルギー一定）をエネルギーＥｎまで加速する際に偏向電磁石１２，四極電磁石１３，六極電磁石１４および高周波加速空胴１５で必要とされる電流値を求める。求められた電流値は、層Ｌ１〜Ｌ９に対応づけた形式で偏向電磁石１２，四極電磁石１３，六極電磁石１４および高周波加速空胴１５毎に記憶される。また、制御部３３は、加速器１から出射したビームを走査電磁石２４，２５に導くために四極電磁石２２及び偏向電磁石２１，２３で必要とされる電流値を求める。求めた電流値は、層Ｌ１〜Ｌ９に対応づけた形式で四極電磁石２２及び偏向電磁石２１，２３毎に記憶される。
【００２８】
なお、制御部３２，３３は、各電流値を求めるために、予めビームのエネルギーや照射領域の中心位置と各電流値とを対応づけたテーブルを用意しておき、そのテーブルを用いて各電流値を求める。
【００２９】
次に、ビームを患部に照射するまでの手順について説明する。なお、本実施例では、体表から最も深い位置にある層Ｌ９から最も浅い位置にある層Ｌ１へと順にビームを照射する。まず、層Ｌ９にビームを照射する手順を説明する。
【００３０】
最初に、制御部３３から前段加速器４に対してビーム出射指令が出力される。前段加速器４は、ビーム出射指令が入力されると、ビームを出射する。前段加速器４から出射されたビームは、加速器１に入射される。
【００３１】
また、制御部３３は、前段加速器４にビーム出射指令を出力すると共に、電源１７に対して層Ｌ９に対応づけて記憶された偏向電磁石１２，四極電磁石１３，六極電磁石１４及び高周波加速空胴１５の各電流値を出力する。電源１７は、入力された値の電流を偏向電磁石１２，四極電磁石１３，六極電磁石１４及び高周波加速空胴１５のそれぞれに供給する。ここで、それぞれに供給される電流は、ビームの加速と共に変化するように設定されている。
【００３２】
ここで、加速器１における各構成の役割を説明する。まず、偏向電磁石１２は、供給された電流に応じた磁場を発生し、ビームが加速器１の周回軌道に沿って周回するように磁場でビームを偏向する。四極電磁石１３は、供給された電流に応じた磁場によりビームの安定限界を制御する。高周波加速空胴１５は、供給された電流に応じてビームに高周波の電場を印加し、ビームを加速する。すなわち、ビームのエネルギーを上昇させる。六極電磁石１４は、供給された電流に応じてビームに磁場を印加することにより、ビームを共鳴させる。この共鳴は、ビームを加速器１から出射するときに用いる。
【００３３】
加速器１においてビームがエネルギーＥ９まで加速されると、制御部３２は層Ｌ９に対応づけて記憶された高周波印加装置１１の電流値を電源１６に出力する。電源１６は入力された値の電流を、高周波印加装置１１に供給する。高周波印加装置１１は、供給された電流に応じた高周波電場を発生し、その高周波電場をビームに印加することより、ビームを加速器１００から出射する。具体的には、本実施例の加速器１では、ビーム出射時に四極電磁石１３により安定限界を一定に保ち、その状態で高周波印加装置１１によりビームに高周波電場を印加する。高周波電場の印加により、ビームが安定限界を超え、安定限界を超えたビームは、六極電磁石１４の磁場により共鳴を起こし、加速器１から出射される。加速器１から出射されたビームは、回転照射装置２に導かれる。
【００３４】
制御部３３は、加速器１においてビームを加速中に、層Ｌ９に対応づけて記憶された四極電磁石２２及び偏向電磁石２１，２３の各電流値を電源２７に出力する。電源２７は入力された値の電流を、四極電磁石２２及び偏向電磁石２１，２３にそれぞれ供給する。回転照射装置２に入力されたビームは、四極電磁石２２及び偏向電磁石２１，２３により予め設定された軌道に沿って走査電磁石２４，２５に導かれる。
【００３５】
また、制御部３２は、制御部３３が電源２７に電流値を出力するのと共に、照射領域Ａ９１の中心位置Ｐ９１に対応づけて記憶された電流値を電源２８に出力する。電源２８は、入力された値の電流を走査電磁石２４，２５それぞれに供給する。走査電磁石２４，２５は、それぞれに供給された電流に応じて磁場を発生し、走査電磁石２４はＸ方向に、走査電磁石２５はＹ方向にビームを偏向する。走査電磁石２４，２５により偏向されたビームは、照射領域Ａ９１の中心位置Ｐ９１に照射される。
【００３６】
線量モニター２６は、患部に照射されるビームの照射線量を計測する。線量モニター２６において計測されたビームの照射線量の実測値は、制御部３２に入力される。制御部３２は、層Ｌ９に対応づけて記憶された照射線量の値（設定値）と、入力された実測値とを比較し、実測値が設定値に達した時点で電源１６に対して出射停止指令を出力する。電源１６は、出射停止指令が入力されると高周波印加装置１１に対する電流の供給を停止する。従って、高周波印加装置１１による高周波電場の発生が停止し、加速器１からのビームの出射も停止する。なお、実測値が設定値に達する前に加速器１を周回するビームがなくなった場合には、新たに前段加速器４からビームを入射し、加速器１においてエネルギーＥ９まで加速した後、再度ビームを加速器１から出射すれば良い。
【００３７】
このようにして照射領域Ａ９１に対するビームの照射が終了したら、次に照射領域Ａ９２にビームを照射する。照射領域Ａ９２にビームを照射する際には、加速器１からのビームの出射を停止した状態で、制御部３２から電源２８に対して、照射領域Ａ９２に対応づけて記憶された走査電磁石２４，２５のそれぞれの電流値が出力される。電源２８は入力された値の電流を走査電磁石２４，２５それぞれに供給し、走査電磁石２４，２５は供給された電流に応じた磁場を発生する。なお、図３(ａ)に示すように、照射領域Ａ９２の位置は、照射領域Ａ９１をＸ方向にＤ９だけずらした位置に相当するので、ビームをＹ方向に偏向する走査電磁石２５に供給される電流は、照射領域Ａ９１を照射するときと照射領域Ａ９２を照射するときとで変化はなく、ビームをＸ方向に偏向する走査電磁石２４に供給される電流のみが変化する。
【００３８】
電源２８から走査電磁石２４，２５に電流が供給された時点で、制御部３２は、層Ｌ９に対応づけて記憶された高周波印加装置１１の電流の値を電源１６に出力する。電源１６は、入力された値の電流を高周波印加装置１１に供給する。高周波印加装置１１は、供給された電流に応じた高周波電場を加速器１を周回中のビームに印加し、ビームを加速器１から出射する。加速器１から出射されたビームは、走査電磁石２４，２５に導かれて走査電磁石２４，２５により偏向された後、照射領域Ａ９２に照射される。照射領域Ａ９１にビームを照射する場合と同様に、照射領域Ａ９２にビームを照射する際にも、線量モニター２６による実測値と制御部３２に記憶された設定値とを比較し、実測値が設定値に達した時点で加速器１からのビームの出射を停止する。
【００３９】
このような手順を繰り返すことにより、層Ｌ９の各照射領域Ａ９１，Ａ９２，…に対して、設定された照射線量のビームが照射される。なお、照射領域Ａ９１から照射領域Ａ９２にビームの照射位置を変更する際には走査電磁石２５に供給する電流に変化はなかったが、ビームの照射位置をＹ方向に移動する場合には走査電磁石２５に供給する電流も変化させる。
【００４０】
層Ｌ９における全ての照射領域Ａ９ｉにビームを照射し終えたら、次に層Ｌ８の各照射領域Ａ８ｉを照射する。層Ｌ８にビームを照射する手順は、層Ｌ９の場合と同様であり、層Ｌ８に対応づけて記憶された各電流値等を各々の装置に供給することにより加速器１，回転照射装置２を制御して、層Ｌ８にビームを照射する。以降、層Ｌ１まで同じ手順を繰り返すことにより患部全体にビームを照射する。
【００４１】
図５は、患部に対してビームを照射する手順をフローチャートで示す。まず、ビームを照射する層Ｌｎとして層Ｌ９を設定し、ビームを照射する照射領域Ａniとして照射領域Ａ９１を設定する（ステップ５０１）。次に、前段加速器４からビームを出射し、加速器１にそのビームを入射する（ステップ５０２）。加速器１は、入射されたビームをエネルギーＥｎまで加速する（ステップ５０３）。またステップ５０２と並行して、走査電磁石２４，２５に対して、照射領域Ａｎｉにビームを照射するための電流を供給する（ステップ５０４）。
【００４２】
次に、加速器１からビームを出射し、照射領域Ａｎｉにそのビームを照射する（ステップ５０５）。続いて、照射されたビームの照射線量の実測値が、層Ｌｎに対して設定された照射線量の設定値に達したかを判定する(ステップ５０６)。ステップ５０６において「Yes」と判定された場合にはステップ５０７へ進み、「No」と判定された場合にはステップ５０８へ進む。ステップ５０８では、加速器１にビームがあるかを判定し、「Yes」と判定した場合にはステップ５０６へ進み、「No」と判定した場合にはステップ５０２へ進む。すなわち、加速器１にビームがなくなった時点で、ステップ５０２，５０３でエネルギーＥｎのビームを生成し、ステップ５０５により再度ビームを照射する。
【００４３】
ステップ５０６においてビームの照射線量の実測値が、設定値に達したと判定されたら、ビームの出射を停止する（ステップ５０７）。次に層Ｌｎの全ての照射領域Ａｎｉを照射したかを判定し、「Yes」と判定した場合にはステップ５１０へ、「No」と判定した場合にはステップ５１１へ進む（ステップ５０９）。ステップ５１１では、ｉに１を加算し、ステップ５１２へ進む。なお、ｉに１が加算されたことによってビームを照射する照射領域Ａｎｉが変更される。ステップ５１２では、加速器１にビームがあるかを判定し、「Yes」と判定した場合にはステップ５０４へ進む。一方「No」と判定した場合には、ステップ５０２へ進む。このようにして、新たな照射領域Ａｎｉにビームが照射される。
【００４４】
ステップ５１０では、層Ｌｎが層Ｌ１かを判定し、「Yes」と判定した場合には患部に対するビームの照射を終了する。「No」と判定した場合には、ステップ５１３へ進む。ステップ５１３では、ｎに１を加算し、ステップ５０２へ進む。ｎに１が加算されたことによってビームを照射する層Ｌｎが変更される。
【００４５】
以上説明したように、本実施例では、予め決定した照射計画に従って、各層Ｌｎにおける各照射領域Ａｎｉ毎にビームを照射する。このような本実施例によっても従来の技術と同様に、ビームの照射位置が照射領域Ａｎｉからずれてしまうことがある。しかしながら、本実施例によれば、照射位置がずれた場合でも、線量の不均一を抑制することができる。なぜならば、本実施例では、前述のように位置が深い層においては各照射領域Ａｎｉの間隔Ｄｎが狭い、すなわち照射領域Ａｎｉが密集しているため、そのうちの１つの位置がずれたとしても、全体の照射線量から見て位置のずれた照射領域の照射線量の割合は非常に小さく、照射線量の分布に大きな影響はない。よって、位置が深い層におけるビームの照射位置のずれは、患部における照射線量の均一性に大きな影響を及ぼさない。また、位置が浅い層ではビームの照射線量が小さいため、照射位置がずれても全体の照射線量に比べればその割合は小さい。よって、位置が浅い層におけるビームの照射位置のずれも、患部における照射線量の均一性に大きな影響を及ぼさない。このように、本実施例では、深い位置にある層ほど照射領域の間隔を狭めること、および浅い位置にある層ほど照射線量を小さくすることにより、照射位置のずれが原因で発生する照射線量の不均一を抑制することができる。
【００４６】
なお、本実施例において、各層毎に照射領域を移動する方向を変えることにより、ビームが照射領域からずれることによって起こる照射線量の不均一を相殺することができる。
【００４７】
また、本実施例では、照射領域を直線状に移動させているが、照射領域の移動のしかたは本実施例に限られるものではなく、例えばうずまき状に移動させても良い。
【００４８】
（実施例２）
本発明の他の実施例である荷電粒子ビーム出射装置について、実施例１と異なる箇所を以下説明する。本実施例の荷電粒子ビーム出射装置は、図６に示すように、各層をＹ方向に複数の領域に分けて、その領域毎にビームを照射する。つまり、実施例１では点であった照射領域を、本実施例ではＸ方向に伸びる線とし、その照射領域ＡｎｉにおいてビームをＸ方向に複数回走査して照射する。なお、本実施例の荷電粒子線ビーム出射装置の装置構成は、実施例１と同様である。
【００４９】
本実施例において、演算部３１は、（数１）によりＹ方向における照射領域Ａｎｉの中心位置Ｐｎｉの間隔Ｄｎを決定し、その間隔Ｄｎに基づいてＹ方向における各照射領域Ａｎｉの中心位置Ｐｎｉを設定する。その後、層Ｌｎ全体を照射領域Ａｎｉで覆うように各照射領域ＡｎｉのＸ方向の長さと位置を決定し、その長さと位置からＸ方向における各照射領域Ａｎｉの両端位置を設定する。演算部３１で設定された各照射領域ＡｎｉのＹ方向における中心位置ＰｎｉとＸ方向における両端位置は、制御部３２に入力される。
【００５０】
制御部３２は、ビームをＹ方向における中心位置Ｐｎｉに照射するために走査電磁石２５で必要とされる電流値と、ビームをＸ方向における両端位置の間で走査して照射するために走査電磁石２４で必要とされる電流値とを求める。求めた各電流値は、照射領域Ａｎｉと対応づけた形で記憶する。なお、Ｘ方向にはビームを走査するため、走査電磁石２４で必要とされる電流値は周期的に正負が反転する交流電流となる。また、Ｙ方向における中心位置Ｐｎｉ及びＸ方向における両端位置と走査電磁石２４、２５で必要とされる電流値とは、その対応関係を予めテーブル化しておき、制御部３２はそのテーブルを用いることにより各電流値を求める。
【００５１】
以上説明した点以外は図１の実施例と同様である。
【００５２】
本実施例によれば、照射領域ＡｎｉにおいてビームはＸ方向に複数回走査され、予め設定された照射線量に達した時点で照射位置がＹ方向に移動されて照射領域Ａｎｉが変更される。このような本実施例でも、Ｙ方向における中心位置の間隔Ｄｎが各層毎に異なり（層の位置が浅いほど間隔Ｄｎは広くなる）、各層における照射線量が異なる（層の位置が浅いほど照射線量は少ない）ので、図１の実施例と同様に、患部における照射線量の不均一を抑制できる。
【００５３】
（実施例３）
本発明の他の実施例である荷電粒子ビーム出射装置について、実施例２と異なる箇所を以下説明する。本実施例の荷電粒子ビーム出射装置は、図９に示すように各層を複数の領域に分けて、その領域毎にビームを出射する。つまり、実施例２では、ビームをＸ方向に伸びる線状に走査したが、本実施例では、Ｘ方向及びＹ方向に斜めに延びる線にそって走査する。即ち、各照射領域Ａｎｉの中心がＸ方向及びＹ方向に斜めに延びる線である。図１０に走査する時のビーム中心の移動を実線で示す。本実施例において、走査電磁石２４と２５の電流は同時に変化させる。各照射領域Ａｎｉのビーム中心の走査角度は、走査電磁石２４と２５の電流変化率の比できまるため、走査ビームサイズに応じ適切に走査電磁石２４と２５の電流変化率を定める。演算部３１は、照射領域ＡｎｉのＸ方向及びＹ方向の中心位置ＰｎｉのＹ方向における間隔Ｄｎを(数１)により決定し、それに基づいて、Ｘ方向，Ｙ方向における各照射領域Ａｎｉの中心位置Ｐｎｉを設定する。その後、層Ｌｎ全体を照射領域Ａｎｉで覆うようにＸ方向，Ｙ方向における各照射領域Ａｎｉの両端位置を設定する。演算部３１で設定された各照射領域Ａｎｉの中心位置ＰｎｉとＸ方向，Ｙ方向における両端位置は、制御部３２に入力される。
【００５４】
制御部３２は、ビームを照射領域ＡｎｉのＸ方向及びＹ方向における両端間で照射するために走査電磁石２４，２５で必要とされる電流値を求め、求めた各電流値は、照射領域Ａｎｉと対応づけた形で記憶する。なお、Ｘ方向，Ｙ方向にビームを走査するため、走査電磁石２４，２５で必要とされる電流値は、周期的に正負が反転する交流電流となる。
【００５５】
以上説明した点以外は実施例２と同様である。
【００５６】
以上説明した各実施例では、照射領域Ａｎｉを変更する際に加速器１からのビームの出射を停止しているが、照射領域Ａｎｉの変更を高速で行うことができる場合には、加速器１からビームを出射しながら照射領域Ａｎｉの変更を行っても良い。なお、ここでいう高速とは、照射領域Ａｎｉを変更する間に照射される照射線量を患部全体に照射される照射線量よりも十分に小さくできる程度の速さである。更に、照射領域Ａｎｉの変更時にビームの照射線量を低下させれば、照射領域Ａｎｉ変更時の照射線量をより小さくすることができる。なお、ビームの照射線量を低下させるには、加速器１において高周波印加装置１１からビームに印加される高周波電場の強度を低下させれば良い。
【００５７】
また、前述の各実施例では患部に照射するビームのエネルギーＥｎを加速器１において変更しているが、加速器１からは常に同じエネルギーのビームを出射し、ビームが加速器１から出射されて患者に照射されるまでに通る経路（ビームの軌道）にビームのエネルギーを変更する手段を設けることによってビームのエネルギーを変更しても良い。図７にその一例として、偏向電磁石２３と走査電磁石２４との間にレンジシフター７を設けた例を示す。
【００５８】
レンジシフター７は、図に示すように、Ｙ方向に厚さが変化する構造物７１，７２からなる。この構造物７１，７２は、ビームのエネルギーをその厚さに応じて減衰させる材料からなり、Ｙ方向に移動させることによりビームが通過する位置における厚さを変えてビームのエネルギーを調節する。
【００５９】
このようなレンジシフター７を用いる場合は、ビームを照射する層によらず加速器１から出射するビームのエネルギーを一定にし、各層に対して求められたビームのエネルギーＥｎをレンジシフター７の駆動装置（図示せず）に与えて、エネルギーＥｎに合わせて駆動装置により構造物７１，７２の位置を調節する。なお、加速器１から出射するビームのエネルギーの値は、層Ｌｎのうち最も深い位置にある層Ｌ９の位置にブラッグピークが来るように設定する。従って、層Ｌ９にビームを照射する場合には構造物７１，７２をビームの軌道上からはずし、層Ｌ８から層Ｌ１へと層の位置が浅くなるのにしたがって、ビーム軌道上の構造物７１，７２の厚さが厚くなるように構造物７１，７２の位置を調節する。このようにして、ビームのエネルギーを変更することもできる。
【００６０】
なお、以上説明した各実施例では層の数を９つとしているが、層の数は９つに限られるものではなく、患部の深さ方向の大きさに応じて適切な数を設定すれば良い。
【００６１】
また、前述の各実施例では、加速器１においてビームの出射及び停止を制御しているが、ビームを完全に遮断する遮蔽物を用いて患部に対するビームの照射を制御しても良い。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な制御で、照射対象における照射線量の不均一を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な一実施例である荷電粒子ビーム出射装置の構成図である。
【図２】患部における層と照射領域の設定例を示す図である。
【図３】図３（ａ）は層Ｌ９における各照射領域の位置を示す図であり、図３（ｂ）は層Ｌ１における各照射領域の位置を示す図である。
【図４】エネルギーＥ６〜Ｅ９のビームの照射線量の分布を示す図である。
【図５】患部にビームを照射する手順を示すフローチャートである。
【図６】患部における層と照射領域の他の設定例を示す図である。
【図７】レンジシフター７の構成図である。
【図８】ガウス分布をもつビームの照射線量分布と、その総和の照射線量分布を示す図である。
【図９】患部における層と照射領域の他の設定例を示す図である。
【図１０】図９におけるビーム中心の移動を示す図である。
【符号の説明】
１…加速器、２…回転照射装置、３…制御装置、４…前段加速器、１１…高周波印加装置、１２，２１，２３…偏向電磁石、１３，２２…四極電磁石、１４…六極電磁石、１５…高周波加速空胴、１６，１７，２７，２８…電源、２４，２５…走査電磁石、２６…線量モニター、３１…演算部、３２，３３…制御部。
【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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【図９】
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【図１０】
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