(57)【要約】【課題】粒子線がん治療において、照射の目的部分である腫瘍以外の健全組織・重要臓器への照射を抑制しながら目的部分への照射を可能とする。【解決手段】本実施形態の照射粒子線制御装置１００は、照射粒子線の通路を挟んで互いに対向し、照射粒子線を軌道軸Ａから拡散する方向に曲げる磁場を発生させる２つの第１平面内拡散用電磁石１１１ａ、１１１ｂと、照射粒子線の移動方向について２つの第１平面内拡散用電磁石１１１ａ、１１１ｂの下流に配され照射粒子線の通路を挟んで互いに対向して、第１平面内拡散用電磁石１１１ａ、１１１ｂにより曲げられた照射粒子線を軌道軸Ａ方向に向かって収束させる方向に曲げる磁場を発生させる２つの第１平面内収束用電磁石１１２ａ、１１２ｂと、２つの第１平面内拡散用電磁石１１１ａ、１１１ｂと２つの第１平面内収束用電磁石１１２ａ、１１２ｂを支持する支持部を有する。【選択図】図２
2017038773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射対象に照射するために一つの軌道軸に沿って取り出された電荷を有する照射粒子線を制御する照射粒子線制御装置であって、
前記照射粒子線の通路を挟んで互いに対向し、前記照射粒子線を前記軌道軸から拡散する方向に曲げる磁場を発生させる２つの第１平面内拡散用電磁石と、
前記照射粒子線の移動方向について前記２つの第１平面内拡散用電磁石の下流に配され前記照射粒子線の通路を挟んで互いに対向して、前記第１平面内拡散用電磁石により曲げられた前記照射粒子線を前記軌道軸方向に向かって収束させる方向に曲げる磁場を発生させる２つの第１平面内収束用電磁石と、
前記２つの第１平面内拡散用電磁石と前記２つの第１平面内収束用電磁石を支持する支持部と、
を備えることを特徴とする照射粒子線制御装置。
【請求項２】
前記第１平面内拡散用電磁石は、前記照射粒子線を前記起動軸に沿う第１平面内で前記軌道軸から拡散させるように構成され、
前記照射粒子線の移動方向について前記２つの第１平面内収束用電磁石の下流に配され前記照射粒子線の通路を挟んで互いに対向して、前記照射粒子線を、前記軌道軸に沿い前記第１平面と直交する第２平面内で前記軌道軸から拡散する方向に曲げる磁場を発生させる２つの第２平面内拡散用電磁石と、
前記照射粒子線の移動方向について前記２つの第２平面内拡散用電磁石の下流に配され前記照射粒子線の通路を挟んで互いに対向して、前記第２平面内拡散用電磁石により曲げられた前記照射粒子線を前記軌道軸方向に収束させる方向に曲げる磁場を発生させる２つの第２平面内収束用電磁石と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の照射粒子線制御装置。
【請求項３】
前記支持部は、前記軌道軸を中心に回転可能に構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照射粒子線制御装置。
【請求項４】
荷電粒子の周回通路に偏向のための磁場を形成する偏向電磁石および前記荷電粒子にエネルギーを付与する高周波加速空洞部と、前記荷電粒子を照射粒子線として一つの軌道軸に沿って取り出すビーム出射部を有する加速器と、
前記照射粒子線を照射対象に照射するために制御する照射粒子線制御装置と、
を備える荷電粒子線照射システムであって、
前記照射粒子線制御装置は、
前記照射粒子線の通路を挟んで互いに対向し、前記照射粒子線を前記軌道軸から拡散する方向に曲げる磁場を発生させる２つの第１平面内拡散用電磁石と、
前記照射粒子線の移動方向について前記２つの第１平面内拡散用電磁石の下流に配され前記照射粒子線の通路を挟んで互いに対向して、前記第１平面内拡散用電磁石により曲げられた前記照射粒子線を前記軌道軸方向に収束させる方向に曲げる磁場を発生させる２つの第１平面内収束用電磁石と、
前記２つの第１平面内拡散用電磁石と前記２つの第１平面内収束用電磁石を支持する支持部と、
を備えることを特徴とする荷電粒子線照射システム。
【請求項５】
照射対象に照射するために加速された荷電粒子が一つの軌道軸に沿って取り出された照射粒子線を制御する照射粒子線制御方法であって、
２つの第１平面内拡散用電磁石が、前記照射粒子線を前記軌道軸から拡散させる第１平面拡散ステップと、
前記第１平面拡散ステップの後に、２つの第１平面内収束用電磁石が、前記第１平面拡散ステップで拡散された前記照射粒子線を、前記軌道軸方向に収束させる第１平面収束ステップと、
を有することを特徴とする照射粒子線制御方法。
【請求項６】
前記第１平面拡散ステップで前記照射粒子線は前記軌道軸に沿う第１平面内で拡散され、
さらに、２つの第２平面内拡散用電磁石が、前記照射粒子線を前記軌道軸に沿い前記第１平面と直交する第２平面内で前記軌道軸から拡散させる第２平面拡散ステップと、
前記第２平面拡散ステップの後に、２つの第２平面内収束用電磁石が、前記第２平面拡散ステップで拡散された前記照射粒子線を前記軌道軸方向に収束させる第２平面収束ステップと、
をさらに有することを特徴とする請求項５に記載の照射粒子線制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、照射対象に照射するために照射粒子線を制御する照射粒子線制御装置、これを有する荷電粒子線照射システム、および照射粒子線制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子線を用いたがん治療装置（粒子線がん治療装置）では、一般に、加速器によって加速された荷電粒子線が腫瘍部へある線量を付与する際に、腫瘍部のみにダメージを与える必要がある。このためには、粒子線が腫瘍部に到達するまでおよび粒子線が腫瘍部を透過後の、粒子線の経路およびその経路の周辺における粒子線および二次粒子による健全な組織および重要な臓器（健全組織・重要臓器）への線量付与量を低減する事が重要である。
【０００３】
腫瘍部以外の健全組織・重要臓器への線量付与量が一定量に達すると、その部位にそれ以上の線量を加えられないため、粒子線の照射ができなくなる。特に、一方向のみからの照射を行う際にこの効果が顕著となるが、これを低減するために多門照射や回転ガントリーを用いる方法がある（特許文献１〜３）。
【０００４】
図１４は、従来の照射粒子線制御装置の構成および作用を示す斜視図である。荷電粒子線を用いたがん治療装置で用いられる荷電粒子は、拡散用電磁石７により、加速器の荷電粒子線出口の一点から腫瘍部へ広がるように、若しくは腫瘍部を走査するように照射対象１に照射される。この際、一方向からの照射（一門照射）の場合は、１ｃｍ２当りを通過する荷電粒子線数が腫瘍部に比べて多くなる。このため、荷電粒子線の入射する体表面付近の健全組織・重要臓器に付与される線量付与量が高くなりやすく、これが腫瘍部への照射量制限となる場合がある。
【０００５】
一方、複数方向からの入射を行う強度変調放射線治療（ＩＭＲＴ：Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｒａｐｙ）は、体表面付近の健全組織・重要臓器に与える放射線の影響を低く抑えられることから、腫瘍部に対してより安全に高い線量を与えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−２１５４４２号公報
【特許文献２】特開２０１３−１０６９８１号公報
【特許文献３】特許第４９３６９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した、複数方向からの入射を行う強度変調放射線治療を実施できる粒子線がん治療装置においては、多門照射や回転ガントリーによる照射を行うための照射ポートの準備、機器の大型化、動的な機器の必要性などの点が課題であった。
【０００８】
多門照射では、水平及び垂直照射ポートを用意する場合、それぞれの照射ポートまで荷電粒子を輸送する必要がある。荷電粒子を輸送するためには、輸送用の空洞と電磁石およびこれらを設置するための空間が必要であり、建設コストが高くなる。
【０００９】
また、回転ガントリーは患者の周囲を回転可能な回転機構を備えた照射ポートであることから、機器が大型化する。加えて、動的な機器であることから静的な機構に比べて照射位置の精度が低下する。
【００１０】
本発明の実施形態は、上述した課題を解決するためになされたものであり、粒子線がん治療において、照射の目的部分である腫瘍以外の健全組織・重要臓器への照射を抑制しながら、目的部分への照射を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の目的を達成するため、本実施形態は、照射対象に照射するために一つの軌道軸に沿って取り出された電荷を有する照射粒子線を制御する照射粒子線制御装置であって、前記照射粒子線の通路を挟んで互いに対向し、前記照射粒子線を前記軌道軸から拡散する方向に曲げる磁場を発生させる２つの第１平面内拡散用電磁石と、前記照射粒子線の移動方向について前記２つの第１平面内拡散用電磁石の下流に配され前記照射粒子線の通路を挟んで互いに対向して、前記第１平面内拡散用電磁石により曲げられた前記照射粒子線を前記軌道軸方向に向かって収束させる方向に曲げる磁場を発生させる２つの第１平面内収束用電磁石と、前記２つの第１平面内拡散用電磁石と前記２つの第１平面内収束用電磁石を支持する支持部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本実施形態は、荷電粒子の周回通路に偏向のための磁場を形成する偏向電磁石および前記荷電粒子にエネルギーを付与する高周波加速空洞部と、前記荷電粒子を照射粒子線として一つの軌道軸に沿って取り出すビーム出射部を有する加速器と、前記照射粒子線を照射対象に照射するために制御する照射粒子線制御装置と、を備える荷電粒子線照射システムであって、前記照射粒子線制御装置は、前記照射粒子線の通路を挟んで互いに対向し、前記照射粒子線を前記軌道軸から拡散する方向に曲げる磁場を発生させる２つの第１平面内拡散用電磁石と、前記照射粒子線の移動方向について前記２つの第１平面内拡散用電磁石の下流に配され前記照射粒子線の通路を挟んで互いに対向して、前記第１平面内拡散用電磁石により曲げられた前記照射粒子線を前記軌道軸方向に収束させる方向に曲げる磁場を発生させる２つの第１平面内収束用電磁石と、前記２つの第１平面内拡散用電磁石と前記２つの第１平面内収束用電磁石を支持する支持部と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本実施形態は、照射対象に照射するために加速された荷電粒子が一つの軌道軸に沿って取り出された照射粒子線を制御する照射粒子線制御方法であって、２つの第１平面内拡散用電磁石が、前記照射粒子線を前記軌道軸から拡散させる第１平面拡散ステップと、前記第１平面拡散ステップの後に、２つの第１平面内収束用電磁石が、前記第１平面拡散ステップで拡散された前記照射粒子線を、前記軌道軸方向に収束させる第１平面収束ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の実施形態によれば、粒子線がん治療において、照射の目的部分である腫瘍以外の健全組織・重要臓器への照射を抑制しながら、目的部分への照射が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態に係る荷電粒子線照射システムの構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係る照射粒子線制御装置の構成および作用を示す斜視図である。
【図３】第１の実施形態に係る照射粒子線制御装置の作用を説明する示す斜視図であり、（ａ）は一方の極性、（ｂ）は他方の極性の場合である。
【図４】第１の実施形態に係る荷電粒子線照射方法の手順を示すフロー図である。
【図５】第１の実施形態に係る照射粒子線制御装置の効果を説明するための概念的グラフである。
【図６】第２の実施形態に係る照射粒子線制御装置の構成および作用を示す斜視図である。
【図７】第２の実施形態に係る照射粒子線制御装置の作用及び効果を示す概念図であり、（ａ）は第１の実施形態の場合、（ｂ）は第２の実施形態の場合である。
【図８】第３の実施形態に係る照射粒子線制御装置の構成および作用を示す斜視図である。
【図９】第３の実施形態に係る荷電粒子線照射方法の手順を示すフロー図である。
【図１０】第３の実施形態に係る荷電粒子線照射方法の効果を示す概念図である。
【図１１】第３の実施形態に係る荷電粒子線照射方法の効果の別の例を示す概念図である。
【図１２】第４の実施形態に係る荷電粒子線照射システムの構成を示す概念図である。
【図１３】第４の実施形態に係る荷電粒子線照射システムの変形例の構成を示す概念図である。
【図１４】従来の照射粒子線制御装置の構成および作用を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、照射粒子線制御装置、荷電粒子線照射システム、および照射粒子線制御方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１７】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る荷電粒子線照射システムの構成を示すブロック図である。荷電粒子線照射システム２００は、加速器１０および照射粒子線制御装置１００を有する。加速器１０は、シンクロトロンである。加速器１０は、加速の対象とする加速粒子が周回する周回ビーム用真空容器１１、偏向電磁石１２、加速粒子とする荷電粒子の供給源からの荷電粒子の導入を行う入射用電磁石１３、高周波加速空洞部１４、加速粒子の取り出しを行う出射用電磁石１５、周回ビーム収束用四極電磁石１６、四極電磁石電源１６ａを有する。
【００１８】
偏向電磁石１２は、周回ビーム用真空容器１１内の加速粒子の進行平面に垂直な方向に磁場を形成する。偏向電磁石１２に囲まれた部分の周回ビーム用真空容器１１は曲率を有しており、この部分で加速粒子の方向が変更される。加速粒子の進行方向が常にこの曲率に沿うように、加速粒子のエネルギー上昇に応じて磁場の強さを増加させる。具体的には、偏向電磁石１２の図示しないコイルの電流の電源である偏向電磁石電源１２ａから供給する電流を増加させる。
【００１９】
高周波加速空洞部１４は、いわゆる高周波加速空洞と呼ばれる加速粒子にエネルギーを供給する部分であり、空洞部を形成する真空ダクトおよびその外側の筐体等の部材を有する。エネルギーの供給は、高周波発生装置１４ａにより高周波の周波数を上昇させることにより行う。
【００２０】
また、周回ビーム用真空容器１１へ加速対象の荷電粒子を供給する装置として、加速器１０は、イオン源１７ａ、イオン源１７ａからの荷電粒子を加速する入射用加速器１７ｂ、および荷電粒子の通路となる入射用真空容器１７を有する。
【００２１】
また、加速器１０は、周回ビーム用真空容器１１から加速された粒子を照射粒子線として取り出す装置として、ビーム出射部１８を有する。照射対象１に照射するために、ビーム出射部１８によって周回ビーム用真空容器１１から取り出された荷電粒子を、以下、照射粒子線と呼ぶ。ビーム出射部１８の出口には、照射粒子線の軌道を制御する照射粒子線制御装置１００が設けられている。
【００２２】
図２は、第１の実施形態に係る照射粒子線制御装置の構成および作用を示す斜視図である。照射粒子線制御装置１００は、第１平面内拡散用電磁石１１１および第１平面内収束用電磁石１１２、および第１平面内拡散用電磁石１１１および第１平面内収束用電磁石１１２を静止支持する図示しない支持部を有する。
【００２３】
第１平面内拡散用電磁石１１１は、第１平面内拡散用電磁石１１１ａおよび第１平面内拡散用電磁石１１１ｂを含む。第１平面内拡散用電磁石１１１ａと第１平面内拡散用電磁石１１１ｂとは、照射粒子線の軌道軸Ａを挟んで互いに平行に間隔をおいて対向して配されている。ここで、軌道軸とは、ビーム出射部１８から出射されてほぼ同一方向に向かいほぼ同一直線上にある照射粒子線の軌道を、このように呼ぶこととする。
【００２４】
第１平面内拡散用電磁石１１１ａと第１平面内拡散用電磁石１１１ｂは、互いに相俟って第１平面内拡散用電磁石１１１ａと第１平面内拡散用電磁石１１１ｂとの間を結ぶ磁束を形成する。第１平面内拡散用電磁石１１１ａと第１平面内拡散用電磁石１１１ｂは、この磁束の大きさ及び極性を変化可能に構成されている。第１平面内拡散用電磁石１１１ａのコイルと第１平面内拡散用電磁石１１１ｂのコイルとは、互いに独立であってもよいし、互いに直列に接続されていてもよい。また、電磁石は超電導電磁石であってもよい。
【００２５】
同様に、第１平面内収束用電磁石１１２ａと第１平面内収束用電磁石１１２ｂは、互いに相俟って第１平面内収束用電磁石１１２ａと第１平面内収束用電磁石１１２ｂとの間を結ぶ磁束を形成する。第１平面内収束用電磁石１１２ａと第１平面内収束用電磁石１１２ｂは、この磁束の大きさ及び極性を変化可能に構成されている。
【００２６】
第１平面内拡散用電磁石１１１ａおよび第１平面内拡散用電磁石１１１ｂのセットの電流の向きと、第１平面内収束用電磁石１１２ａおよび第１平面内収束用電磁石１１２ｂのセットの電流の向きとは、互いに反対方向となるように同期している。
【００２７】
図３は、照射粒子線制御装置の作用を説明する示す斜視図であり、（ａ）は一方の極性、（ｂ）は他方の極性の場合である。すなわち、（ａ）は、磁束ベクトルＢ１が、第１平面内拡散用電磁石１１１ａから第１平面内拡散用電磁石１１１ｂの方向にあるように、第１平面内拡散用電磁石１１１ａおよび第１平面内拡散用電磁石１１１ｂに電流が流れる場合である。また、（ｂ）は、磁束ベクトルＢ２が、第１平面内収束用電磁石１１１ｂから第１平面内拡散用電磁石１１１ａの方向にあるように、第１平面内拡散用電磁石１１１ａおよび第１平面内拡散用電磁石１１１ｂに電流が流れる場合である。
【００２８】
磁束ベクトルＢ中を速度ベクトルｖで移動するＮｅ＋の荷電粒子に働く力ベクトルＦは、次の式（１）で与えられる。
Ｆ＝Ｎｅ・ｖ×Ｂ                      …（１）
ただし、×は、ベクトル同士の外積である。
【００２９】
したがって、（ａ）に示すように、−ｙ方向の磁束ベクトルＢ１の磁界内で、ｚ方向にｖで進む正の荷電粒子には、ｘ方向の力ベクトルＦが働く。このため、荷電粒子は、入射してきた軌跡軸である直線Ｌ０を直進した点Ｐ０には行かず、直線Ｌ０から外れて、点Ｐ０を通り鉛直上方に延びる直線Ｌ１上の点Ｐ１の方向にそれる。すなわち、荷電粒子は、直線Ｌ０と直線Ｌ１を含む平面（第１平面）内を曲がりながら移動する。磁束ベクトルＢ１の密度が一定であれば軌跡は円弧上となる。
【００３０】
一方、（ｂ）に示すように、ｙ方向の磁束ベクトルＢ２の磁界内で、ｚ方向にｖで進む荷電粒子には、−ｘ方向に力ベクトルＦが働く。このため、荷電粒子は、入射してきた軌跡軸である直線Ｌ０を直進した点Ｐ０には行かず、直線Ｌ０から外れて、点Ｐ０を通り鉛直下方に延びる直線Ｌ１上の点Ｐ２の方向にそれる。すなわち、第１平面内を（ａ）の場合と逆方向に、入射してきた軌跡軸である直線Ｌ０から外れて曲がりながら移動する。
【００３１】
以上、陽子線や重粒子線などの正の電荷を有する場合について、説明したが、電子線などのマイナスの電荷を有する場合は、逆の方向となるが、効果は同様である。
【００３２】
図２に示す第１平面内拡散用電磁石１１１ａと第１平面内拡散用電磁石１１１ｂ間の磁束は、図３で示した磁束ベクトルＢ１の方向と磁束ベクトルＢ２の方向への変更を周期的に繰り返す。周期的な繰り返しは、ある方向に固定されない方が良く、たとえば、正弦波のような変化が望ましい。
【００３３】
一方、図２に示す第１平面内収束用電磁石１１２ａと第１平面内収束用電磁石１１２ｂには、第１平面内収束用電磁石１１２ａと第１平面内収束用電磁石１１２ｂ間の磁束が、第１平面内拡散用電磁石１１１ａと第１平面内拡散用電磁石１１１ｂ間の磁束と逆方向の磁束を生ずるような電流が流される。
【００３４】
すなわち、たとえば、第１平面内拡散用電磁石１１１が図３（ａ）の状態にある時は、第１平面内収束用電磁石１１２は（ｂ）の状態にある。同様に、第１平面内拡散用電磁石１１１が図３（ｂ）の状態にある時は、第１平面内収束用電磁石１１２は（ａ）の状態にある。
【００３５】
この結果、第１平面内拡散用電磁石１１１内を移動する荷電粒子が、入射してきた軌跡軸である直線Ｌ０から外れて＋ｘ方向に曲がった後に、第１平面内収束用電磁石１１２内を移動するときは、逆方向に曲がる、すなわち、入射してきた軌跡軸である直線Ｌ０に近づく方向に曲がることになる。この収束位置を、照射対象１の目的部分５となるように、磁束を生ずる電流を制御することができる。以下、荷電粒子が軌道軸Ｌ０からそれることを、拡散するということとする。また、軌道軸Ｌ０の方向に戻ることを、収束するということとする。
【００３６】
なお、たとえば、図３（ｂ）に示す方向に、健全な状態の重要な臓器あるいはその部分（健全・重要臓器）が存在している場合には、スイープ範囲からこの方向を除外することにより、健全・重要臓器への照射を防止することができる。スイープ領域からの除外は、スイープの幅を狭めることによっても可能である。あるいは、途中の方向から別の方向にジャンプすることにより中央の範囲でも除外することが可能である。このように、中央の前方に目的部分５が存在しながらも、中央部以外のルートから目的部分５に到達するということも可能である。
【００３７】
図４は、第１の実施形態に係る荷電粒子線照射方法の手順を示すフロー図である。まず、荷電粒子は、加速器１０で加速される（ステップＳ０１）。詳細には、イオン源１７ａから供給された荷電粒子は、入射用加速器１７ｂを経由して、入射用電磁石１３を経由して周回ビーム用真空容器１１に流入する。周回ビーム用真空容器１１では、高周波加速空洞部１４でエネルギーを付与されながら、それぞれの偏向電磁石１２で周回ビーム用真空容器１１に沿って曲がりながら、また、周回ビーム収束用四極電磁石１６により周回軸中心に収束されながら加速される。次に、出射用電磁石１５により、荷電粒子を照射粒子線として取り出す（ステップＳ０２）。
【００３８】
照射粒子線が取り出された後、第１平面内拡散用電磁石１１１が照射粒子線を拡散させる（ステップＳ０３）。第１平面内収束用電磁石１１２は、第１平面内拡散用電磁石１１１に同期しながら拡散した照射粒子線を収束させる（ステップＳ０４）。
【００３９】
図５は、第１の実施形態に係る照射粒子線制御装置の効果を説明するための概念的グラフである。横軸は、皮膚表面からの位置である。縦軸は、それぞれの位置における照射粒子線の照射線量である。
【００４０】
破線で示す曲線Ｂは、従来の方式による場合の照射線量の分布である。また、実線で示す曲線Ａは、本実施形態に係る照射粒子線制御方法による場合の照射線量の分布である。図５で示すように、従来の方式の場合は、皮膚表面から目的部分５に至る経路においても、目的部分５のさらに奥の範囲についても照射線量のレベルが緩やかに分布している。
【００４１】
一方、本実施形態においては、最終的に目的部分５には照射レベルが確保されるが、目的部分５に至る経路では、照射レベルが低く抑えられる。また、本実施形態における照射粒子線制御装置１００は、静的な要素のみから構成され、動的な装置を用いないことから、精度よく照射することができる。
【００４２】
以上のように、本実施形態により、粒子線がん治療において、大掛かりな装置を必要とせずに、照射の目的部分である腫瘍以外の健全組織・重要臓器への照射を抑制しながら、目的部分への照射が可能となる。
【００４３】
［第２の実施形態］
図６は、第２の実施形態に係る照射粒子線制御装置の構成および作用を示す斜視図である。第１平面内拡散用電磁石１１１と第１平面内収束用電磁石１１２は、支持部１３０に支持されている。支持部１３０は、電磁石取り付けバー１３１および支持板１３２を有する。
【００４４】
第１平面内拡散用電磁石１１１と第１平面内収束用電磁石１１２のそれぞれの上部および下部には、軌道軸に垂直な方向に延びた電磁石取り付けバー１３１が２本ずつ取り付けられている。電磁石取り付けバー１３１の両端は、それぞれ支持板１３２に接続している。
【００４５】
支持部１３０は、軌跡軸である直線Ｌ０を中心に回転可能に構成されている。なお、電磁石取り付けバー１３１と支持板１３２の構成は、第１平面内拡散用電磁石１１１と第１平面内収束用電磁石１１２の第１平面内拡散用電磁石１１１と第１平面内収束用電磁石１１２自重による荷重が確実に伝達し、回転可能に構成されていれば、他の構成でもよい。
【００４６】
図７は、第２の実施形態に係る照射粒子線制御装置の作用及び効果を示す概念図であり、（ａ）は第１の実施形態の場合、（ｂ）は第２の実施形態の場合である。それぞれ、照射対象１の表面、すなわち患者の場合は皮膚の表面を通過する照射粒子線の軌跡を示している。
【００４７】
第１の実施形態の場合は、図７（ａ）に示すように、第１平面と照射対象１が交差する曲線上で、ｘ１とｘ２の間をスイープする。本第２の実施形態においては、図１７（ｂ）に示すように、ｘ１とｘ２との間をスイープしながら、点Ｐを中心にスイープする軌跡が回転するような全体の軌跡となる。ここで、点Ｐは、軌跡軸である直線Ｌ０と照射対象１の表面との交点である。
【００４８】
以上のように、照射粒子線の照射対象１の表面の通過点は、点ｘ１、ｘ２の軌跡である円Ｃ内の範囲に分散する。この結果、大掛かりな装置を必要とせずに、照射の目的部分５である腫瘍以外の健全組織・重要臓器への照射を抑制しながら、目的部分５への照射が可能となる。
【００４９】
［第３の実施形態］
図８は、第３の実施形態に係る照射粒子線制御装置の構成および作用を示す斜視図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形である。本第３の実施形態における照射粒子線制御装置１００は、第１平面内収束用電磁石１１２の下流に設けられた第２平面内拡散用電磁石１２１と第２平面内収束用電磁石１２２をさらに有する。
【００５０】
第２平面内拡散用電磁石１２１は、第２平面内拡散用電磁石１２１ａと第２平面内拡散用電磁石１２１ｂを有する。第２平面内拡散用電磁石１２１ａと第２平面内拡散用電磁石１２１ｂは、第１平面内収束用電磁石１１２ａおよび第１平面内収束用電磁石１１２ｂに対して、軌跡軸である直線Ｌ０を中心に９０度回転した方向に固定されている。
【００５１】
第２平面内収束用電磁石１２２は、第２平面内拡散用電磁石１２１の下流に設けられている。第２平面内収束用電磁石１２２は、第２平面内収束用電磁石１２２ａおよび第２平面内収束用電磁石１２２ｂを含む。第２平面内収束用電磁石１２２ａおよび第２平面内収束用電磁石１２２ｂは、第２平面内拡散用電磁石１２１ａと第２平面内拡散用電磁石１２１ｂと同じ方向に固定されている。
【００５２】
従って、第２平面内拡散用電磁石１２１ａと第２平面内拡散用電磁石１２１ｂとの間の磁束は、第１平面内収束用電磁石１１２ａと第１平面内収束用電磁石１１２ｂとの間の磁束と、軌跡軸である直線Ｌ０を中心に互いに直交する方向となる。したがって、仮に軌跡軸である直線Ｌ０の方向に照射粒子線が流入する場合、第１平面と軌跡軸である直線Ｌ０を中心に互いに直交する第２平面内で、方向が曲げられる。また、第２平面内で第２平面内収束用電磁石１２２ａおよび第２平面内収束用電磁石１２２ｂが形成する磁束は、第２平面内拡散用電磁石１２１ａおよび第２平面内拡散用電磁石１２１ｂが形成する磁束とは、第１平面と軌跡軸である直線Ｌ０について逆方向に形成されるように、それぞれの電磁石のコイルに流れる電流の大きさと方向が調整される。
【００５３】
図９は、第３の実施形態に係る荷電粒子線照射方法の手順を示すフロー図である。ステップＳ０１ないしステップＳ１４は、第１の実施形態と同様である。ステップＳ０３、
ステップＳ１４に並行して、第２平面内拡散用電磁石１２１が照射粒子線を拡散させる（ステップＳ１５）。ステップＳ１５に続いて、第２平面内収束用電磁石１２２が第２平面内拡散用電磁石１２１に同期しながら照射粒子線を収束させる（ステップＳ１６）。
【００５４】
第２平面内拡散用電磁石１２１および第２平面内収束用電磁石１２２による磁束変化、それによる第２平面にほぼ平行なスイープの周期は、第１平面内拡散用電磁石１１１および第１平面内収束用電磁石１１２による第１平面内におけるスイープの周期に比べて十分長い。
【００５５】
図１０は、第３の実施形態に係る荷電粒子線照射方法の効果を示す概念図である。照射対象１の表面を照射粒子線が通過する場所の軌跡を示している。第１平面内拡散用電磁石１１１および第１平面内収束用電磁石１１２により第１平面内でｘ１とｘ２の間でスイープされながら、これより長い周期で、第２平面内拡散用電磁石１２１および第２平面内収束用電磁石１２２によって第２平面にほぼ平行な平面内でｙ１とｙ２の間でスイープされる。
【００５６】
以上のように、第１平面内拡散用電磁石１１１および第１平面内収束用電磁石１１２による磁束の時間的変化の周期と第２平面内拡散用電磁石１２１および第２平面内収束用電磁石１２２による磁束の時間的変化の周期が離れていれば、照射対象１の表面において、（ｘ１−ｘ２）×（ｙ１−ｙ２）平面にほぼ満遍なく拡げることができる。
【００５７】
図１１は、第３の実施形態に係る荷電粒子線照射方法の効果の別の例を示す概念図である。ここで、破線で囲まれた領域Ｒは、照射粒子線が通過するスイープ範囲から除外された領域である。例えば、荷電粒子の加速器１０による加速エネルギーの最大値と、目的部分５の照射対象１における位置とから、必要とされる照射方向が存在する。しかしながら、そのままの照射では、目的部分５に至る経路に、健全・重要臓器が存在する場合がある。このような場合でも、図１１のように、健全・重要臓器を通過する領域Ｒを、スイープ領域から除外することにより、健全・重要臓器への照射を防止することができる。
【００５８】
［第４の実施形態］
図１２は、第４の実施形態に係る荷電粒子線照射システムの構成を示す概念図である。また、図１３は、第４の実施形態に係る荷電粒子線照射システムの変形例の構成を示す概念図である。
【００５９】
本実施形態は、第１の実施形態または第３の実施形態の変形である。本第４の実施形態における荷電粒子線照射システムは、複数の照射粒子線制御装置１００を有する。それぞれの照射粒子線制御装置１００は、最終的に照射対象１の目的部分５に照射粒子線を収束させている。また、それぞれの照射粒子線制御装置１００は、異なった方向から照射粒子線を照射している。
【００６０】
図１２は、互いに直交する方向から照射している場合を示す。また、図１３は、互いに反対方向から照射している場合を示す。それぞれの照射粒子線制御装置１００に供給される照射粒子線は、同じ加速器１０から供給されるが、それぞれ異なる出射用電磁石１５から供給されることでもよい。あるいは、同一の出射用電磁石１５から供給されて、途中で分岐してそれぞれ供給されることでもよい。
【００６１】
このように、複数経路から照射粒子線を供給することにより、さらに、目的部分５以外の部分への照射を低減することができる。
【００６２】
［その他の実施形態］
以上、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。
【００６３】
また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。たとえば、第２の実施形態における支持部１３０を回転可能に構成する特徴と、第３の実施形態における２つの方向での制御という特徴を組み合わせてもよい。また、ガントリーを用いた方式に、各実施形態あるいはその組み合わせを適用してもよい。
【００６４】
さらに、これらの実施形態は、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】
【００６５】
１…照射対象、５…目的部分、７…拡散用電磁石、１０…加速器、１１…周回ビーム用真空容器、１２…偏向電磁石、１２ａ…偏向電磁石電源、１３…入射用電磁石、１４…高周波加速空洞部、１４ａ…高周波発生装置、１５…出射用電磁石、１６…周回ビーム収束用四極電磁石、１６ａ…四極電磁石電源、１７…入射用真空容器、１７ａ…イオン源、１７ｂ…入射用加速器、１８…ビーム出射部、１００…照射粒子線制御装置、１１１、１１１ａ、１１１ｂ…第１平面内拡散用電磁石、１１２、１１２ａ、１１２ｂ…第１平面内収束用電磁石、１２１、１２１ａ、１２１ｂ…第２平面内拡散用電磁石、１２２、１２２ａ、１２２ｂ…第２平面内収束用電磁石、１３０…支持部、１３１…電磁石取り付けバー、１３２…支持板、２００…荷電粒子線照射システム
【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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【図１４】
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