(57)【要約】【課題】所望の照射領域を低コストで形成する粒子ビーム照射装置および粒子ビーム照射システムを提供する。【解決手段】本実施形態による粒子ビーム照射装置は、複数の第１電磁石と、第２電磁石とを備える。複数の第１電磁石は、加速器から供給される粒子ビームを互いに異なる複数の走査方向に走査して標的における照射領域に照射する。第２電磁石は、複数の走査方向の少なくとも１つに対応する粒子ビームの偏向角度を変更可能である。【選択図】図１
2016136118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速器から供給される粒子ビームを互いに異なる複数の走査方向に走査して標的における照射領域に照射する複数の第１電磁石と、
前記複数の走査方向の少なくとも１つに対応する前記粒子ビームの偏向角度を変更可能な第２電磁石と、を備える粒子ビーム照射装置。
【請求項２】
前記第２電磁石は、前記第１電磁石と前記標的との間の光路上に配置されている、請求項１に記載の粒子ビーム照射装置。
【請求項３】
前記第１電磁石は、前記第２電磁石と前記標的との間の光路上に配置されている、請求項１に記載の粒子ビーム照射装置。
【請求項４】
前記第２電磁石は、前記複数の第１電磁石同士の間の光路上に配置されている、請求項１に記載の粒子ビーム照射装置。
【請求項５】
前記第２電磁石を複数備え、
前記複数の第２電磁石の少なくとも１つは、前記複数の第１電磁石の少なくとも１つに対する前記加速器側または前記標的側の光路上に配置されている、請求項１に記載の粒子ビーム照射装置。
【請求項６】
前記複数の第１電磁石の少なくとも１つと前記第２電磁石とは、一体の複合電磁石を構成する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の粒子ビーム照射装置。
【請求項７】
前記第１電磁石は、前記照射領域を分割した複数の分割領域に対して、前記粒子ビームを個別に走査する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の粒子ビーム照射装置。
【請求項８】
粒子ビーム照射装置と、
粒子ビームを加速し、加速された前記粒子ビームを前記粒子ビーム照射装置に供給する加速器と、を備え、
前記粒子ビーム照射装置は、
前記粒子ビームを互いに異なる複数の走査方向に走査して標的における照射領域に照射する複数の第１電磁石と、
前記複数の走査方向の少なくとも１つに対応する前記粒子ビームの偏向角度を変更可能な第２電磁石と、を備える粒子ビーム照射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明による実施形態は、粒子ビーム照射装置および粒子ビーム照射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、加速器から供給される粒子ビームを標的に照射する粒子ビーム照射装置においては、標的上に、照射点（以下、アイソセンターともいう）を含みビーム軸に直交する照射領域（以下、照射野ともいう）を形成する。照射野を形成するために、粒子ビーム照射装置は、照射野に到達する前のビーム軸上に、粒子ビームを走査する２つの二重極電磁石（以下、照射野形成電磁石ともいう）を備える。２つの照射野形成電磁石において、粒子ビームの走査方向は互いに異なる。
【０００３】
ところで、照射野形成電磁石からアイソセンターまでのビーム軸上の距離（以下、照射距離ともいう）は、加速された粒子ビームのエネルギーと、照射野形成電磁石の出力範囲（以下、最大偏向角ともいう）とによって決定されていた。また、最大偏向角は、照射野形成電磁石の電源の容量によって決定されていた。したがって、照射野のサイズすなわち面積は、粒子ビームのエネルギーと、照射野形成電磁石の電源の容量とによって制限されていた。
【０００４】
このため、例えば、照射野のサイズを維持しながら、照射距離を短縮して装置を小型化（コストダウン）しようとしても、照射野のサイズを維持するために最大偏向角を大きくしなければならなかった。最大偏向角を大きくすると、電源の容量の増大によるコストアップが生じ、小型化によるコストダウンとトレードオフとなるおそれがあった。また、例えば、照射距離を維持しながら照射野のサイズを大きくしようとする場合にも、最大偏向角を大きくしなければならないため、コストが増大するおそれがあった。
【０００５】
したがって、従来は、所望の照射領域を低コストで形成することが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２０８２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
所望の照射領域を低コストで形成する粒子ビーム照射装置および粒子ビーム照射システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態による粒子ビーム照射装置は、複数の第１電磁石と、第２電磁石とを備える。複数の第１電磁石は、加速器から供給される粒子ビームを互いに異なる複数の走査方向に走査して標的における照射領域に照射する。第２電磁石は、複数の走査方向の少なくとも１つに対応する粒子ビームの偏向角度を変更可能である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、所望の照射領域を低コストで形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態を示す粒子ビーム照射システム１の斜視図である。
【図２】第１の実施形態の変形例を示す粒子ビーム照射システム１の斜視図である。
【図３】第２の実施形態を示す粒子ビーム照射システム１の斜視図である。
【図４】第２の実施形態の変形例を示す粒子ビーム照射システム１の斜視図である。
【図５】第３の実施形態を示す粒子ビーム照射システム１の斜視図である。
【図６】図６（Ａ）は、図５の粒子ビーム照射システム１の模式的な平面図であり、図６（Ｂ）は、図５の粒子ビーム照射システム１の模式的な側面図である。
【図７】第３の実施形態の変形例を示す粒子ビーム照射システム１の斜視図である。
【図８】図８（Ａ）は、図７の粒子ビーム照射システム１の模式的な平面図であり、図８（Ｂ）は、図７の粒子ビーム照射システム１の模式的な側面図である。
【図９】第４の実施形態を示す粒子ビーム照射システム１の斜視図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、図９の粒子ビーム照射システム１の模式的な平面図であり、図１０（Ｂ）は、図９の粒子ビーム照射システム１の模式的な側面図である。
【図１１】第５の実施形態を示す照射野の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
【００１２】
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態として、照射野のサイズを所望のサイズに維持しつつ装置を小型化する実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態を示す粒子ビーム照射システム１の斜視図である。粒子ビーム照射システム１は、大別して、加速器１２と、粒子ビーム照射装置１１とによって構成されている。粒子ビーム照射システム１は、例えば、粒子線治療装置として用いることができる。
【００１３】
加速器１２は、粒子ビームＢを加速し、加速された粒子ビームＢを粒子ビーム照射装置１１に供給する。本実施形態の粒子ビームＢは、電荷を帯びた荷電粒子ビームであり、例えば、陽子や炭素イオンのビーム等であってもよい。また、加速器１２は、例えば、シンクロトロン加速器等であってよい。
【００１４】
図１に示すように、粒子ビーム照射装置１１は、加速器１２側から順に、第１の照射野形成電磁石１１１と、第２の照射野形成電磁石１１２と、ステアリング電磁石１１３とを備える。第１の照射野形成電磁石１１１および第２の照射野形成電磁石１１２は、複数の第１電磁石の一例である。ステアリング電磁石１１３は、第２電磁石の一例である。照射野形成電磁石１１１、１１２は、照射電磁石ということもできる。ステアリング電磁石１１３は、二重極電磁石ということもでき、また、補正電磁石ということもできる。
【００１５】
第１の照射野形成電磁石１１１は、加速器１２と標的（照射対象物）とを結ぶビーム軸ＢＡ上（光路上）に配置されている。標的は、例えば、患者の患部であってよい。第１の照射野形成電磁石１１１には、加速器１２から供給された粒子ビームＢが入射する。第１の照射野形成電磁石１１１は、入射した粒子ビームＢを図１に示すｘ方向に走査して第２の照射野形成電磁石１１２側に出射する。
【００１６】
第１の照射野形成電磁石１１１で走査された粒子ビームＢは、第２の照射野形成電磁石１１２およびステアリング電磁石１１３を経た後に、標的における照射野Ｆ１（照射領域）に照射される。照射野Ｆ１は、アイソセンターＣを中心としたビーム軸ＢＡに直交する領域である。第１の照射野形成電磁石１１１によるｘ方向の走査範囲は、照射野Ｆ１のｘ方向の幅に影響するため、第１の照射野形成電磁石１１１は、照射野Ｆ１を形成するということができる。
【００１７】
第１の照射野形成電磁石１１１は、例えば、ｙ方向において対向する２つの磁極を備えていてよい。この場合、第１の照射野形成電磁石１１１は、両磁極間にｙ方向の磁場を印加することで、両磁極間にｚ方向から入射した粒子ビームＢを、電磁力によってｘ方向に偏向させてよい。また、第１の照射野形成電磁石１１１は、不図示の交流電源に接続され、また、システム１全体を制御する不図示の制御装置によって制御されてよい。
【００１８】
第２の照射野形成電磁石１１２は、第１の照射野形成電磁石１１１とステアリング電磁石１１３との間のビーム軸ＢＡ上に配置されている。第２の照射野形成電磁石１１２には、第１の照射野形成電磁石１１１から出射された粒子ビームＢが入射する。第２の照射野形成電磁石１１２は、入射した粒子ビームＢを、第１の照射野形成電磁石１１１の走査方向と異なるｙ方向に走査してステアリング電磁石１１３側に出射する。
【００１９】
第２の照射野形成電磁石１１２で走査された粒子ビームＢは、ステアリング電磁石１１３を経た後に照射野Ｆ１に照射される。第２の照射野形成電磁石１１２によるｙ方向の走査範囲は、照射野Ｆ１のｙ方向の幅に影響するため、第２の照射野形成電磁石１１２は、照射野Ｆ１を形成するということができる。すなわち、第２の照射野形成電磁石１１２は、第１の照射野形成電磁石１１１と協働して照射野Ｆ１を形成し、照射野Ｆ１に粒子ビームＢを照射する。
【００２０】
第２の照射野形成電磁石１１２は、例えば、ｘ方向において対向する２つの磁極を備えていてよい。この場合、第２の照射野形成電磁石１１２は、両磁極間にｘ方向の磁場を印加することで、両磁極間に入射した第１の照射野形成電磁石１１１からの粒子ビームＢを、電磁力によってｙ方向に偏向させてよい。また、第２の照射野形成電磁石１１２は、不図示の交流電源に接続され、また、システム１全体を制御する制御装置によって制御されてよい。
【００２１】
なお、第１の照射野形成電磁石１１１の走査方向は、第２の照射野形成電磁石１１２の走査方向と異なるのであれば、ｘ方向に限定されない。同様に、第２の照射野形成電磁石１１２の走査方向は、第１の照射野形成電磁石１１１の走査方向と異なるのであれば、ｙ方向に限定されない。
【００２２】
ステアリング電磁石１１３は、第２の照射野形成電磁石１１２と標的との間のビーム軸ＢＡ上に配置されている。ステアリング電磁石１１３には、第２の照射野形成電磁石１１２から出射された粒子ビームＢが入射する。ステアリング電磁石１１３は、ｘ方向およびｙ方向の双方に対応する粒子ビームＢの偏向角度を変更可能である。ステアリング電磁石１１３は、粒子ビームＢの偏向角度を、ｘ方向およびｙ方向の双方において変更可能ということもできる。なお、偏向角度は、ビーム軸ＢＡを基準とした粒子ビームＢの走査方向への傾斜角ということもできる。ステアリング電磁石１１３は、偏向角度を変更した後の粒子ビームＢを、標的側に出射する。
【００２３】
なお、ステアリング電磁石１１３は、ｘ方向およびｙ方向の双方に対応する偏向角度を変更可能であることに限定されず、ｘ方向およびｙ方向のいずれか一方に対応する偏向角度を変更可能であってもよい。
【００２４】
したがって、図１のステアリング電磁石１１３は、ｘ方向およびｙ方向の偏向角度を変更可能な１つのステアリング電磁石ということもできるし、ｘ方向の偏向角度を変更可能なステアリング電磁石と、ｙ方向の偏向角度を変更可能なステアリング電磁石との２つのステアリング電磁石ということもできる。図１のステアリング電磁石１１３を２つのステアリング電磁石という場合、ステアリング電磁石１１３は、複数の第２電磁石の一例である。
【００２５】
ステアリング電磁石１１３は、例えば、ｙ方向において対向する２つの磁極と、ｘ方向において対向する２つの磁極とを備えていてよい。この場合、ステアリング電磁石１１３は、ｙ方向において対向する２つの磁極間にｙ方向の磁場を印加することで、粒子ビームＢのｘ方向の偏向角度を変更させてよい。また、ステアリング電磁石１１３は、ｘ方向において対向する２つの磁極間にｘ方向の磁場を印加することで、粒子ビームＢのｙ方向の偏向角度を変更させてよい。また、ステアリング電磁石１１３は、不図示の交流電源に接続され、また、システム１全体を制御する制御装置によって制御されてよい。
【００２６】
また、第１の照射野形成電磁石１１１および第２の照射野形成電磁石１１２は、電源によって高速で励磁されるのに対して、ステアリング電磁石１１３は、電源によって低速で励磁されてよい。すなわち、ステアリング電磁石１１３は、照射野形成電磁石１１１、１１２による粒子ビームＢの偏向角度を変更できるのであれば、励磁速度において照射野形成電磁石１１１、１１２に追従しなくてよい。高速励磁を要さないことで、ステアリング電磁石１１３の電源を低コストで製造できる。
【００２７】
次に、図１の粒子ビーム照射システム１の作用について説明する。
【００２８】
先ず、加速器１２は、粒子ビームＢを加速し、加速された粒子ビームＢを第１の照射野形成電磁石１１１側に出射する。
【００２９】
次いで、第１の照射野形成電磁石１１１は、加速器１２側から入射した粒子ビームＢに磁場を印加することで、粒子ビームＢをｘ方向に走査する。第１の照射野形成電磁石１１１は、走査した粒子ビームＢを、第２の照射野形成電磁石１１２側に出射する。
【００３０】
次いで、第２の照射野形成電磁石１１２は、第１の照射野形成電磁石１１１側から入射した粒子ビームＢに磁場を印加することで、粒子ビームＢをｙ方向に走査する。第２の照射野形成電磁石１１２は、走査した粒子ビームＢを、ステアリング電磁石１１３側に出射する。
【００３１】
次いで、ステアリング電磁石１１３は、第２の照射野形成電磁石１１２側から入射した粒子ビームＢに磁場を印加することで、ｘ方向、ｙ方向に対応する粒子ビームＢの偏向角度を変更する。例えば、ステアリング電磁石１１３は、第１の照射野形成電磁石１１１によってｘ方向に走査された粒子ビームＢのｘ方向の偏向角度を、増加させることができる。また、ステアリング電磁石１１３は、第２の照射野形成電磁石１１２によってｙ方向に走査された粒子ビームＢのｙ方向の偏向角度を、増加させることができる。ステアリング電磁石１１３は、偏向角度を変更した後の粒子ビームＢを、標的側に出射する。
【００３２】
以上のようにして、加速器１２から供給された粒子ビームＢは、照射野形成電磁石１１１、１１２とステアリング電磁石１１３とを経ることで、ｘ方向およびｙ方向に広がる矩形の照射野Ｆ１に照射される。
【００３３】
ここで、図１のＢ０＿１は、ステアリング電磁石１１３を設けずに照射野形成電磁石１１１、１１２のみで照射野Ｆ１と同サイズの照射野Ｆ０を得る場合の粒子ビームである。もし、ステアリング電磁石１１３を設けずに、照射野Ｆ１と同サイズの照射野Ｆ０を得ようとする場合、図１に示すように、照射距離を距離Ｄだけ長くしなければならない。なぜならば、ステアリング電磁石１１３を設けない場合、照射距離を長くしなければ粒子ビームＢ０＿１がｘ方向およびｙ方向に広がらないため、照射野Ｆ０を照射野Ｆ１と同サイズにすることができないからである。
【００３４】
これに対して、本実施形態では、ステアリング電磁石１１３によって走査範囲を拡大する（ビームを広げる）ことができるので、ステアリング電磁石１１３を設けない場合に比較して、同サイズの照射野を得るための照射距離を距離Ｄだけ短縮することができる。これにより、粒子ビーム照射装置１１、粒子ビーム照射システム１およびこれらを収納する建屋を小型化できるので、コストを削減できる。したがって、本実施形態によれば、所望の照射野を低コストで形成できる。
【００３５】
（第１の実施形態の変形例）
次に、第１の実施形態の変形例として、図１の粒子ビーム照射システム１に対して電磁石の配置順を入れ替えた変形例について説明する。なお、本変形例の説明にあたって、図１と同様の構成部については、同一の符号を用いて重複した説明を省略する。図２は、第１の実施形態の変形例を示す粒子ビーム照射システム１の斜視図である。図２において、加速器１２は省略されている（第２〜第４の実施形態も同様である）。
【００３６】
図２に示すように、本変形例において、第１の照射野形成電磁石１１１および第２の照射野形成電磁石１１２は、ステアリング電磁石１１３と標的との間のビーム軸ＢＡ上に配置されている。すなわち、本変形例においては、ステアリング電磁石１１３が第１の照射野形成電磁石１１１より加速器１２側に配置されている。
【００３７】
本変形例の粒子ビーム照射システム１において、加速器１２から供給された粒子ビームＢは、先ず、ステアリング電磁石１１３によって広げられる。そして、粒子ビームＢは、第１の照射野形成電磁石１１１および第２の照射野形成電磁石１１２において順に走査された後に、照射野Ｆ１に照射される。本変形例においても、ステアリング電磁石１１３によって走査範囲を拡大できるので、ステアリング電磁石１１３を設けない場合に比較して、同サイズの照射野を得るための照射距離を距離Ｄだけ短縮することができる。したがって、本変形例においても、所望の照射野を低コストで形成できる。
【００３８】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態として、照射野形成電磁石の最大偏向角を拡大することなく照射野のサイズを拡大する実施形態について説明する。なお、第２の実施形態の説明にあたって、第１の実施形態と同様の構成部については、同一の符号を用いて重複した説明を省略する。図３は、第２の実施形態を示す粒子ビーム照射システム１の斜視図である。
【００３９】
図３の粒子ビーム照射システム１（以下、図３の構成ともいう）は、図１の粒子ビーム照射システム１（以下、図１の構成ともいう）に対して、照射距離が距離Ｄ（図１参照）だけ拡大している点が異なる。
【００４０】
ステアリング電磁石１１３において広げられた粒子ビームＢは、ステアリング電磁石１１３から出射された時点での偏向角を有したまま標的側に進行する。このため、粒子ビームＢは、標的側に進行するほど、ｘ、ｙ方向への広がりが大きくなる。図３の構成は、図１の構成よりも照射距離が拡大しているので、粒子ビームＢのｘ、ｙ方向への広がりが大きくなる。
【００４１】
粒子ビームＢのｘ、ｙ方向への広がりが大きいことで、図３の構成では、図１の構成で得られる照射野Ｆ１よりもサイズが大きい照射野Ｆ２を得ることができる。
【００４２】
ここで、図３のＢ０＿２は、ステアリング電磁石１１３を設けない場合の粒子ビームである。もし、ステアリング電磁石１１３を設けない場合、図３に示すように、所望のサイズの照射野Ｆ２よりも小さいサイズの照射野Ｆ０しか形成することができない。また、もし、ステアリング電磁石１１３を設けずにサイズが大きい照射野Ｆ２を得ようとする場合、第１の照射野形成電磁石１１１および第２の照射野形成電磁石１１２の電源のスペックを上げて最大偏向角を拡大する必要がある。この場合、電源の容量の増加にともなうコストの上昇を招いてしまう。
【００４３】
これに対して、本実施形態によれば、ステアリング電磁石１１３によって粒子ビームＢを広げることができるので、照射野形成電磁石１１１、１１２の電源の容量を増加せずとも所望のサイズの照射野Ｆ２を形成することができる。したがって、本実施形態においても、所望の照射野を低コストで形成できる。
【００４４】
（第２の実施形態の変形例）
次に、第２の実施形態の変形例として、図３の粒子ビーム照射システム１に対して電磁石の配置順を入れ替えた変形例について説明する。なお、本変形例の説明にあたって、図３と同様の構成部については、同一の符号を用いて重複した説明を省略する。図４は、第２の実施形態の変形例を示す粒子ビーム照射システム１の斜視図である。
【００４５】
図４に示すように、本変形例の粒子ビーム照射システム１（以下、図４の構成ともいう）は、図３の構成に対して、ステアリング電磁石１１３が第１の照射野形成電磁石１１１より加速器１２側に配置されている点のみが異なる。
【００４６】
図４の構成では、加速器１２から供給された粒子ビームＢが、ステアリング電磁石１１３によって広げられた後に、第１および第２の照射野形成電磁石１１１、１１２において走査されて、照射野Ｆ２に照射される。本変形例においても、図３の構成と同様に、照射野形成電磁石１１１、１１２の電源の容量を増加せずに大きいサイズの照射野Ｆ２を形成できる。したがって、本変形例においても、所望の照射野を低コストで形成できる。
【００４７】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態として、照射野を所望のサイズに維持しながら照射野形成電磁石の最大偏向角を縮小する実施形態について説明する。なお、第３の実施形態の説明にあたって、第１の実施形態と同様の構成部については、同一の符号を用いて重複した説明を省略する。図５は、第３の実施形態を示す粒子ビーム照射システム１の斜視図である。図６（Ａ）は、図５の粒子ビーム照射システム１の模式的な平面図であり、図６（Ｂ）は、図５の粒子ビーム照射システム１の模式的な側面図である。
【００４８】
図５、図６において、Ｂ０＿３は、図５の粒子ビーム照射システム１と同サイズの照射野Ｆを、ステアリング電磁石１１３を設けず照射野形成電磁石１１１、１１２のみで形成する場合（以下、比較例ともいう）の粒子ビームである。これに対して、Ｂは、本実施形態の粒子ビーム照射システム１の粒子ビームＢである。
【００４９】
図５、図６において、θｘ０は、第１の照射野形成電磁石１１１に基づく比較例の粒子ビームＢ０＿３のｘ方向における最大偏向角である。これに対して、θｘ１は、第１の照射野形成電磁石１１１に基づく本実施形態の粒子ビームＢのｘ方向における最大偏向角である。ｘ方向における最大偏向角は、第１の照射野形成電磁石１１１の電源の容量に影響され、電源の容量が大きいほど大きい。
【００５０】
図５、図６において、θｙ０は、第２の照射野形成電磁石１１２に基づく比較例の粒子ビームＢ０＿３のｙ方向における最大偏向角である。これに対して、θｙ１は、第２の照射野形成電磁石１１２に基づく本実施形態の粒子ビームＢのｙ方向における最大偏向角である。ｙ方向における最大偏向角は、第２の照射野形成電磁石１１２の電源の容量に影響され、電源の容量が大きいほど大きい。
【００５１】
図５、図６において、θＳＴｘは、ステアリング電磁石１１３に基づく粒子ビームＢのｘ方向の偏向角度である。また、θＳＴｙは、ステアリング電磁石１１３に基づく粒子ビームＢのｙ方向の偏向角度である。
【００５２】
図６において、αは、比較例の粒子ビームＢ０＿３と、ステアリング電磁石１１３後の本実施形態の粒子ビームＢとのなす角度である。αは、正値である。
【００５３】
図５に示すように、本実施形態の粒子ビームＢは、ステアリング電磁石１１３に到達するまでは、比較例の粒子ビームＢ０＿３に対して偏向角度が小さい。その後、ステアリング電磁石１１３に到達した本実施形態の粒子ビームＢは、ステアリング電磁石１１３によって偏向角をｘ方向においてθＳＴｘ拡大される。同時に、粒子ビームＢは、ステアリング電磁石１１３によって偏向角をｙ方向においてθＳＴｙ拡大される。偏向角度が拡大されることで、本実施形態の粒子ビームＢは、最終的に比較例の粒子ビームＢ０＿３と同サイズの照射野Ｆを形成できる。
【００５４】
ここで、θｘ０、θｘ１、θＳＴｘ、αの間には、次式が成立する。
θｘ０−θｘ１＝θＳＴｘ−α      （１）
θＳＴｘ＞α      （２）
よって、θｘ０、θｘ１は、次式の関係を有する。
θｘ１＜θｘ０        （３）
すなわち、本実施形態によれば、照射野Ｆのサイズを維持しながら比較例に比べて第１の照射野形成電磁石１１１の最大偏向角を縮小できる。最大偏向角を縮小できるので、第１の照射野形成電磁石１１１の電源として、比較例の場合よりも容量が小さい低コストの電源を用いることができる。
【００５５】
また、θｙ０、θｙ１、θＳＴｙ、αの間には、次式が成立する。
θｙ０−θｙ１＝θＳＴｙ−α      （４）
θＳＴｙ＞α      （５）
よって、θｙ０、θｙ１は、次式の関係を有する。
θｙ１＜θｙ０        （６）
すなわち、本実施形態によれば、照射野Ｆのサイズを維持しながら比較例に比べて第２の照射野形成電磁石１１２の最大偏向角を縮小できる。最大偏向角を縮小できるので、第２の照射野形成電磁石１１２の電源として、比較例の場合よりも容量が小さい低コストの電源を用いることができる。
【００５６】
したがって、本実施形態においても、所望の照射野を低コストで形成できる。
【００５７】
（第３の実施形態の変形例）
次に、第３の実施形態の変形例として、図５、図６の粒子ビーム照射システム１に対してステアリング電磁石１１３を最も加速器１２側に並べ替えた変形例について説明する。図７は、第３の実施形態の変形例を示す粒子ビーム照射システム１の斜視図である。図８（Ａ）は、図７の粒子ビーム照射システム１の模式的な平面図であり、図８（Ｂ）は、図７の粒子ビーム照射システム１の模式的な側面図である。
【００５８】
図８において、βは、比較例の粒子ビームＢ０＿３と本実施形態の粒子ビームＢとのなす角度である。βは、正値である。その他の図８中のパラメータの意義は、図５、図６中の同一記号のパラメータの意義と同様である。
【００５９】
図７に示すように、ステアリング電磁石１１３は、第１の照射野形成電磁石１１１よりも加速器１２に配置されている。したがって、本実施形態の粒子ビームＢは、第１の照射野形成電磁石１１１に到達した時点でｘ方向およびｙ方向に広がっている。一方、比較例の粒子ビームＢ０＿３は、第１の照射野形成電磁石１１１に到達するまでは走査されない。このため、第１の照射野形成電磁石１１１の位置において、比較例の粒子ビームＢ０＿３の広がりは、本実施形態の粒子ビームＢよりも狭い。一方、比較例の粒子ビームＢ０＿３は、本実施形態の粒子ビームＢより最大偏向角が大きいことで、最終的に本実施形態の粒子ビームＢと同サイズの照射野Ｆを形成できる。
【００６０】
ここで、θｘ０、θｘ１、θＳＴｘ、βの間には、次式が成立する。
θｘ０−θｘ１＝β＋θＳＴｘ    （７）
β＞０      （８）
θＳＴｘ＞０  （９）
よって、θｘ０、θｘ１は、上記（３）式の関係（θｘ１＜θｘ０）を有する。
すなわち、本変形例においても、照射野Ｆのサイズを維持しながら比較例に比べて第１の照射野形成電磁石１１１の最大偏向角を縮小できる。
【００６１】
また、θｙ０、θｙ１、θＳＴｙ、βの間には、（８）式に加え、次式が成立する。
θｙ０−θｙ１＝β＋θＳＴｙ    （１０）
θＳＴｙ＞０      （１１）
よって、θｙ０、θｙ１は、上記（６）式の関係（θｙ１＜θｙ０）を有する。
すなわち、本変形例においても、照射野Ｆのサイズを維持しながら比較例に比べて第２の照射野形成電磁石１１２の最大偏向角を縮小できる。
【００６２】
したがって、本変形例においても、所望の照射野を低コストで形成できる。
【００６３】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態として、複合電磁石を備えた粒子ビーム照射システムの実施形態について説明する。本実施形態は、複数の照射野形成電磁石の間の光路上にステアリング電磁石を配置する実施形態でもある。なお、第４の実施形態の説明にあたって、第１の実施形態と同様の構成部については、同一の符号を用いて重複した説明を省略する。図９は、第４の実施形態を示す粒子ビーム照射システム１の斜視図である。図１０（Ａ）は、図９の粒子ビーム照射システム１の模式的な平面図であり、図１０（Ｂ）は、図９の粒子ビーム照射システム１の模式的な側面図である。
【００６４】
図４に示すように、本実施形態の粒子ビーム照射システム１は、加速器１２側から順に、第１の照射野形成電磁石１１１と、ステアリング電磁石１１３と、第２の照射野形成電磁石１１２とを備える。ただし、第１の照射野形成電磁石１１１とステアリング電磁石１１３とは、一体の複合電磁石１１４を構成する。ここで、一体とは、第１の照射野形成電磁石１１１とステアリング電磁石１１３とが単一の電磁石１１４として作られている（すなわち、構造的に一体である）ことをいう。複合電磁石１１４の態様において、ステアリング電磁石１１３は、ｙ方向の偏向角度を拡大する機能を備えている。
【００６５】
図９、図１０において、Ｂ０＿４は、図９の粒子ビーム照射システム１と同サイズの照射野Ｆを、ステアリング電磁石１１３を設けず照射野形成電磁石１１１、１１２のみで形成する場合（以下、比較例ともいう）の粒子ビームである。これに対して、Ｂは、本実施形態の粒子ビーム照射システム１の粒子ビームＢである。
【００６６】
図１０（Ｂ）において、θｙ２は、複合電磁石１１４に基づく本実施形態の粒子ビームＢのｙ方向における偏向角度である。その他の図中のパラメータの意義は、図５、図６中の同一記号のパラメータの意義と同様である。
【００６７】
ここで、θｙ０、θｙ１、θｙ２、βの間には、（８）式に加え、次式が成立する。
θｙ０−θｙ１＝β＋θｙ２    （１２）
θｙ２＞０      （１３）
よって、θｙ０、θｙ１は、上記（６）式の関係（θｙ１＜θｙ０）を有する。
すなわち、本変形例においては、照射野Ｆのサイズを維持しながら比較例に比べて第２の照射野形成電磁石１１２の最大偏向角を縮小できる。また、第１の照射野形成電磁石１１１とステアリング電磁石１１３とを複合電磁石１１４に統一することで、更なる小型化、部品点数の削減および組み立て容易性の向上が可能となる。
【００６８】
したがって、本実施形態においても、所望の照射野を低コストで形成できる。
【００６９】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態として、照射野を分割する実施形態について説明する。なお、第５の実施形態の説明にあたって、第１の実施形態と同様の構成部については、同一の符号を用いて重複した説明を省略する。図１１は、第５の実施形態を示す照射野の図である。
【００７０】
本実施形態において、第１の照射野形成電磁石１１１および第２の照射野形成電磁石１１２は、照射野Ｆを分割した複数の分割領域Ｆ＿１〜Ｆ＿４（第１〜第４象限）毎に、粒子ビームＢを個別に走査する。本実施形態によれば、例えば、分割領域Ｆ＿１〜Ｆ＿４を分割する分割点ＤＰ付近に粒子ビームＢを照射すべきでない箇所がある場合に、その箇所を避けた走査が可能である。本実施形態は、第１〜第４の実施形態の粒子ビーム照射システム１のいずれと組み合わせてもよい。
【００７１】
また、照射野形成電磁石１１１、１１２とステアリング電磁石１１３との個数および配置順は、上記の各実施形態に限定されない。例えば、複数のステアリング電磁石１１３の少なくとも１つを、第１の照射野形成電磁石１１１および第２の照射野形成電磁石１１２の少なくとも１つに対する加速器１２側または標的側の光路ＢＡ上に配置してもよい。
【００７２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７３】
１  粒子ビーム照射システム
１１  粒子ビーム照射装置１１
１２  加速器
１１１  第１の照射野形成電磁石
１１２  第２の照射野形成電磁石
１１３  ステアリング電磁石
【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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