Proceedings of the 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
August 8-10, 2016, Chiba, Japan

PASJ2016 FSP004

群馬大学重粒子線医学センターの現状報告
PRESENT STATUS OF GUNMA UNIVERSITY HEAVY ION MEDICAL CENTER
想田 光#,A)，菊池 遥 A)，藤本 哲也 B)，遊佐 顕 A)，田代 睦 A)，島田 博文 A)，松村 彰彦 A)，久保田 佳樹 A)，
金井 達明 A)，取越 正己 A)
Hikaru Souda #, A), Haruka Kikuchi A), Tetsuya Fujimoto B), Ken Yusa A), Mutsumi Tashiro A), Hirofumi Shimada A),
Akihiko Matsumura A), Yoshiki Kubota A), Tatsuaki Kanai A), Masami Torikoshi A)
A)
Gunma University Heavy Ion Medical CenterB)
Accelerator Engineering Corporation

Abstract
Operation of cancer treatment has been carried out at Gunma University Heavy Ion Medical Center since March 2010.
Total 2087 patients were treated until the end of June 2016. No treatment delay longer than 2 hour due to the accelerator
occurred. Nevertheless, several troubles which decrease beam current occurred: gas flow reduction of the ECR ion source,
and a deterioration of the charge stripping foil. An energy-saving operation mode of the synchrotron has reduced 10% of
the total power consumption.
Table 1: Specification of the Accelerator in Gunma
University Heavy Ion Medical Center (GHMC)
10GHz
Ion Source RF Frequency
群 馬 大 学 重 粒 子 線 医 学 セ ン タ ー [1] で は 、 最 大
Gas Species
Methane(CH4)(ECR,
400MeV/u の炭素ビームを用いて 2010 年より癌患者
Permanent Ion Species
C4+への治療照射を行っている。炭素線治療装置[2]の構Magnet)
Ext. Voltage
30kV (10keV/u)
成及び主要パラメータは Table 1 の通りである。
RF Frequency
200MHzInjector
本施設では、上記装置を用いて 2016 年 6 月末まで
RF Power
140kW(RFQ)(RFQ+に累計 2087 名の治療を遂行した。治療人数の推移は(Tetrode)
400kW(IHL)
APF IHFig. 1 の通りで、2010 年度 87 人、2011 年度 214 人、Beam Energy
600keV/u (RFQ)DTL)
4MeV/u (IHL)
2012 年度 315 人、2013 年度 496 人、2014 年度 496 人
IonSpecies
C6+である。2015 年は、群馬大学医学部附属病院での手Energy
290,380,400MeV/u術に関する問題のために、2015 年 6 月 18-7 月 2 日のCircumference
63.3m
間先進医療を一時停止して自主点検を行った[3]ため、
Max.
Field
1.5T(Bρ=38Tm)
これに伴って患者数が前年より減少して 367 人とExtraction
Slow Extractionなった。2016 年度は、診療報酬改定により骨軟部腫
Synchrotron Method
3rd order resonance瘍の保険診療が始まり、患者数の増加が期待されて+RF Sweep)いる。
Max. Extracted 1.3x109 pps
particle number
Maximum range 25cm(400MeV/u)
in water
Irradiation
Broad Beam
MethodLayer Stacking
Respiratory
Enabled for lung,
liver ca. etc.
Irradiation Gating
SystemIrradiation Field 15x15cm
Max. SOBP
14cm# of Irradiation 3(A=Hor,Room
B=Hor,Ver, C=Ver)

1.

はじめに

Figure 1: Trend of the total number of treated patients [1].
___________________________________________# souda@gunma-u.ac.jp- 1325 -Proceedings of the 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
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2.

現在の運転状況

ビーム強度が得られている。

現在の施設運用については、毎朝の立ち上げと終業時シャットダウンを行うコールドスタート運転を行っている。
毎週月曜日は週例点検として、日常点検では確認できない加速器の現場確認及びビームパラメータ(COD、治療室ビーム軸を含む)の測定を行っている。火曜日から金曜日までの 4 日が治療日で、朝 7 時から立ち上げを開始し、各治療室でのビーム位置測定に加え、基準エネルギー(380MeV/u)で照射量の校正基準となる標準測定を行っている。治療は 8 時 40 分から 16～20 時まで行
わ れ 、 治 療 後 は 火 曜 ・ 金 曜 を 新 患 ・ QA(QualityAssurance)測定に充てており、水曜および木曜は照射系での物理実験もしくは細胞等への照射による生物実験を行っている。加速器自体に関するマシンスタディは主に月曜日の夕方以降に行っている。2014 年 6 月より、治療 Figure 3: Trend of beam currents at ion source, synchrotron
室 D のスキャニング照射ポートを用いて、マウスを用いた injection, and synchrotron extraction.
動物実験を月 1 回程度定期的に実施している。また、実験運用として 290MeV および 170MeV の RF-KO 取り出 3.
稼働率とトラブル事例
しビームの調整も行っている[4]。
治療時間2015 年度の治療稼働率()は 99.1%で治療時間ା遅延時間あった。各月の稼働率を Fig. 4 に示す。2015 年度は、
X 線位置決め用 FPD の故障による 1 室治療停止があったものの、加速器トラブルによる 2 時間以上の全系治療停止が発生しなかったことから、昨年までよりダウンタイムを小さくすることができた。

Figure 2: Monthly operation time of the accelerator.
.
Figure 2 に 2014 年 4 月以降の運転時間を示す。運
転内容は、治療運転(治療照射およびその待機時間)、
Figure 4: Availability for all-time and for treatment time.
治療に必要となる準備測定運転(立上げ確認、新患線量校正、QA 測定(深部／軸外線量分布測定))、治療加速器系の大きなトラブルは、10/31 の休日実験中にに直結しない実験運転に分類できる。2015 年度は治RFQ-HPAのトリップが多発し一時定格印加不可能と療室 B に CT を設置するため 3 月に定期メンテナンなったことがあるが、何度か再起動を繰り返すうちに 3 時スを行った。この時、2014 年に放電が頻発して磁場間程度で回復し治療への影響はなかった。他には、8/23測定で六極磁場の低下が示唆されたイオン源永久磁の実験中に LEBT ソレノイド電源が半導体温度異常を発石を、テストスタンドの予備機と交換した。また、報して非常停止となり、調べると盤背面のファンが 1 基停
入射器 IH-DTL のチューナ交換のため入射器大気開 止していた事があった。これは定期点検から漏れていた放を行い、エージングおよび試験運転は順調に完了 項目であった。2014 年度に 20 分以上の遅延が 3 回発して予定通り運転を再開した。
生した真空現場盤 PLC の CPU 異常については、制御シンクロトロン出射電流量の推移を Fig. 3 に示す。 改修によって正しい原因を検知できるようになったので、2015 年 5 月頃、イオン源のガス流量が不安定でビー 2 回発生したがいずれも 5 分程度で復旧できている。
また、10/14 以降、治療時間中に 380MeV・400MeV のム電流の減少が見られたが、RF 出力・周波数の調整ビーム軸が2mm 程度変動するという異常が発生した。高により改善した。しかし夏以降シンクロトロン捕獲エネルギーで発生し、直前に冷却水の流量低下が頻発効率の低下が続き、調査した所荷電変換薄膜の劣化が判明し、12 月に交換を行った。これにより出射強 していたことからストレーナーの清掃など冷却状態の見度は 0.9x109pps→1.3x109pps に回復し、以降は良好な 直しを行ったが解決に至らず、10/19 には治療前にスト- 1326 -Proceedings of the 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
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リップラインモニタでの確認ビーム軸が 3mm を超過し、治療中断、昼休みに臨時軸調整を行って対応した。その後は軸変動が発生しても基準超過しないよう軸調整するという対症療法を行いつつ原因を調査した。結局、1 月の電源定期点検において出射バンプ S-BME3P の特定ビットが出力されない状態(ビット抜け)が判明し、当該ビットを使用する 380MeV,400MeV で電流が 3%下がって COD が変化し、ビーム軸に影響を与えていたものであった。ビット抜けは 3 月の点検中にも H-VL2-Q1P でも発見された。いずれも素子および基板の交換により復旧した。
2014 年に放電が頻発したイオン源の磁場測定を行った所、治療施設の磁石では六極磁場の局所的な低下が見られており、また予備機であるテストスタンドの磁石では磁極が脱落してプラズマチェンバーを締め付けていた。
これについて、まず 2015 年 6 月にテストスタンド磁石を Figure 5: Daily power consumption in the treatment timewith and without energy saving operation.
修理し、脱落の再発防止処置として磁極間にシムを挿入した。修理後ビームが正常に出ることを確認した後、2016 年 3 月にこの修理した磁石を治療施設側のものと交換した。治療施設側の磁石は下部の磁極が脱落して1mm 程度中心に向けて飛び出していた。磁場測定の結果は減磁の兆候はなく、以前見られた磁場の低下はチェンバーの軸がずれていてその内側で磁場測定をしたため、偏心のため角度によって半径方向位置が変わっていたことが原因と推測される。今後、同様に修理してテストスタンドの磁石として運用を再開する予定である。

4.

シンクロトロン省エネルギー運転

治療用シンクロトロンの運転として、治療時間中(当日の治療が全件終了していない)には治療を再優先で運転しているが、位置決めの時間および空き時間は待機時間となるため、シンクロトロンを一定のパターンで運転しておくと必要のない電力消費が発生する。そこで、消費電力を低く抑えかつ治療要求に即座に対応できるよう、2016 年 6 月に、加速器のフラットベース待機運転[5]ができるよう制御改造を行った。
改造後は、治療室でのビーム利用が終了すると即座に入射エネルギーに相当する 4MeV 一定での運転パラメータファイルを起動し、フラットベース待機モードに入るようにした。当初は 1 分間の待ち時間を置いてからフラットベース待機に入っていたが、より省電力効果が高いことから待ち時間を最小に変更した。
これにより、Fig. 5, 6 に示すように、消費電力量は治療時間では 30%の削減となり、測定運用も含めた 24 時間の総消費電力としては 10%削減できるようになった。これは年間の電力料金として 1000 万円程度の削減につながるため、今回の調査を契機に運用に影響を与えず電力消費の削減を行う検討を進めている。

Figure 6: Daily power consumption (sum of 24 hours) withand without energy saving operation.

謝辞
本施設の運営および本発表に含まれる研究は放射線医学総合研究所、三菱電機株式会社、加速器エンジニアリング株式会社の協力により行われ、JSPS 科研費 26860395 の助成および博士課程リーディング教育プログラム「重粒子線医工学グローバルリーダー養成プログラム」の支援をいただきました。特に、イオン源の磁場測定においては放医研の村松正幸さんに機材を提供いただきました。また、日々の運転およびデータ取得に貢献いただいている三菱電機株式会社の運転技術員の皆様に深く感謝いたします。

参考文献[1] http://heavy-ion.showa.gunma-u.ac.jp/[2] T. Ohno et al., Cancers, 3, 4046 (2011).
[3] 先進医療の実施状況に関する自主点検等結果報告書;
http://hospital.med.gunma-u.ac.jp/wpcontent/uploads/2015/07/jisyutennkenn_houkokusyo.pdf[4] H. Kikuchi et al., WEOL03, in this proceedings.
[5] M. Kanazawa et al., Proc. of PASJ11, 874-877 (2014).

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