CN102917755B - 粒子射线照射装置及粒子射线治疗装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种使用多组扫描电磁铁的、精度较高的、能进行从低速到高速的高自由度的带电粒子束扫描的粒子射线照射装置。粒子射线照射装置使所射入的带电粒子束沿与带电粒子束的前进方向相垂直的X方向及Y方向这两个方向的目标轨道进行扫描，以对照射对象进行照射，上述粒子射线照射装置包括多组使带电粒子束在两个方向上进行扫描的扫描电磁铁组，目标轨道由取决于与时间相对应的目标照射位置的时间序列目标轨道数据所给出，基于对时间序列目标轨道数据进行分频而得的多个数据，来生成发送给多组扫描电磁铁的各扫描电磁铁的指令值。

Description

粒子射线照射装置及粒子射线治疗装置

技术领域

本发明涉及将带电粒子束照射至肿瘤等患部来进行治疗的粒子射线治疗装置中的、用于使带电粒子束对应于患部的三维形状来进行照射的粒子射线照射装置。

背景技术

利用粒子射线进行治疗的治疗方法中，使用加速至光速的大约70%的质子、碳射线等高能量的带电粒子束。在将这些高能量的带电粒子束照射到体内时，具有以下特征。第一，所照射的带电粒子大部分都停止在深度与带电粒子能量的约1.7次方成正比的位置。第二，对于施加于所照射的带电粒子在患者体内停止之前所通过的路径的能量密度(称为剂量)，在带电粒子的停止位置具有最大值。将沿着经过的路径而形成的特有的深部剂量分布曲线称为布拉格曲线。将剂量值最大的位置称为布拉格峰。

在三维的粒子射线照射系统中，设法使该布拉格峰的位置对应于肿瘤的三维形状来进行扫描，一边调整各扫描位置的峰值剂量，一边在由预先图像诊断所决定的目标即肿瘤区域中形成规定的三维剂量分布。对带电粒子束进行的扫描包括以下两个方向上的扫描：即，大致与带电粒子束的照射方向垂直的横向(X、Y方向)；以及带电粒子束的照射方向即深度方向(Z方向)。横向上的扫描包括使患者相对于带电粒子束移动的方法、以及使用电磁铁等来使带电粒子束的位置移动的方法，一般使用利用电磁铁的方法。对于深度方向上的扫描，唯有改变带电粒子束能量这一方法。改变能量的方法中包括：利用加速器来改变带电粒子束的能量的方法；以及在带电粒子束通过的路径上插入能量衰减器，并改变衰减器的衰减量的方法。

例如专利文献1中记载有使用电磁铁来使带电粒子束位置移动(也称为扫描)的方法。如专利文献1的图2所示，在现有的粒子射线治疗装置的粒子射线照射系统中，作为进行束点的位置移动的单元，使用使带电粒子束向着与射束前进方向(Z轴方向)相垂直的方向即X－Y方向偏转的扫描磁体(扫描电磁铁)。

另外，在专利文献2所记载的粒子射线照射装置中，采用以下结构：即，在最终偏转电磁铁与其射入侧的偏转电磁铁之间配置多台X方向、Y方向独立的扫描电磁铁，通过叠加该多台扫描电磁铁的摆动，来形成平行照射野。

在专利文献3中揭示了以下结构：即，在使用旋转机架的粒子射线照射装置中，将照射野移动用电磁铁设置在偏转电磁铁的上游，在下游设置一组X方向、Y方向的扫描电磁铁，利用照射野移动电磁铁来大幅移动照射野，在所移动到的区域中，利用扫描电磁铁使射束沿X方向、Y方向进行扫描。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2008－154627号公报(第0024段及图2)

专利文献2：日本专利特开2002－22900号公报

专利文献3：日本专利特开平8－257148号公报

发明内容

在专利文献1的图2所记载的粒子射线照射系统中，在将粒子射线的扫描速度设为高速的情况下，需要与扫描电磁铁X和扫描电磁铁Y的电感值和扫描速度成正比的、大容量的扫描电磁铁电源。因此，粒子射线照射系统的电源容量会与所要求的照射野尺寸(与照射目标尺寸成正比)、及所要求的扫描速度一起增大。另外，在专利文献2所记载的粒子射线照射装置中，使用多台扫描电磁铁来扫描粒子射线，但是该结构的特定在于形成将带电粒子束平行照射到照射位置的平行照射野，形成照射野的自由度较小。而且，在专利文献3所记载的粒子射线照射装置中，采用以下结构：即，将照射野移动用的电磁铁配置在上游，大幅移动照射野，利用配置于下游的扫描电磁铁来扫描带电粒子束，从而只揭示出了使照射野移动用电磁铁与扫描电磁铁分别进行动作的思想。

本发明的目的在于相对于上述现有的带电粒子束的扫描方法，提供一种粒子束照射装置，该粒子束照射装置能将多个扫描电磁铁的各扫描电磁铁的能力发挥到最大，能增大带电粒子束的扫描自由度，且精度较高，能进行从低速到高速的高自由度的带电粒子束扫描。

本发明是一种粒子射线照射装置，该粒子射线照射装置使所射入的带电粒子束沿与带电粒子束的前进方向相垂直的X方向及Y方向这两个方向的目标轨道进行扫描，以对照射对象进行照射，上述粒子射线照射装置包括多组使带电粒子束在两个方向上进行扫描的扫描电磁铁组，目标轨道由取决于与时间相对应的目标照射位置的时间序列目标轨道数据所给出，基于对时间序列目标轨道数据进行分频而得的多个数据，来生成发送给多组扫描电磁铁的各扫描电磁铁的指令值。

本发明的粒子射线照射装置具有以下效果：即，能将多组扫描电磁铁的各扫描电磁铁的能力发挥到最大，精度较高，能进行从低速到高速的高自由度的带电粒子束扫描。

附图说明

图1是表示包含本发明的实施方式1的粒子射线照射装置的粒子射线治疗装置的简要结构的框图。

图2是表示利用本发明的实施方式1的粒子射线照射装置来使带电粒子束进行扫描的状态的概要图。

图3是说明利用一组X方向及Y方向的扫描电磁铁来使带电粒子束进行扫描的状态的示意图。

图4是说明扫描电磁铁的指令值与带电粒子束的移动量之间的关系的框图。

图5是本发明的实施方式1的粒子射线照射装置的分频部的框图。

图6是本发明的实施方式1的粒子射线照射装置的其他分频部的框图。

图7是本发明的实施方式1的粒子射线照射装置的指令值变换部的框图。

图8是本发明的实施方式1的粒子射线照射装置的其他指令值变换部的框图。

图9是本发明的实施方式2的粒子射线照射装置的分频部的框图。

图10是表示本发明的实施方式3的粒子射线照射装置的简要结构的框图。

图11是表示本发明的实施方式4的粒子射线照射装置的简要结构的框图。

图12是表示本发明的实施方式4的其他粒子射线照射装置的简要结构的框图。

图13是说明扫描电磁铁的指令值与带电粒子束的移动量之间的关系的不同于图4的框图。

图14是表示图4的输入及输出的例子的表。

图15是表示图13的输入及输出的例子的表。

图16是表示式(3)及式(4)的各变量、系数等的表。

图17是表示本发明的实施方式5的粒子射线照射装置的指令值变换部的一个例子的框图。

图18是表示本发明的实施方式5的粒子射线照射装置的指令值变换部的另一个例子的框图。

图19是表示式(5)及式(6)的各变量、系数等的表。

图20是表示式(7)及式(8)的各变量、系数等的表。

图21是表示包含本发明的实施方式6的粒子射线照射装置的粒子射线治疗装置的简要结构的框图。

图22是表示包含本发明的实施方式7的粒子射线照射装置的粒子射线治疗装置的简要结构的框图。

具体实施方式

实施方式1.

图1是表示包含本发明的实施方式1的粒子射线照射装置的粒子射线治疗装置的简要结构的框图。在图1中，从加速器1射出质子射线、碳射线等带电粒子束2，由电磁铁组等构成的射束传输系统3将带电粒子束2导向射束照射系统4。射束照射系统4中包括第一扫描电磁铁5和第二扫描电磁铁6这两组扫描电磁铁，上述两组扫描电磁铁使射入的带电粒子束2在与带电粒子束2的前进方向相垂直的方向即X－Y方向上进行二维扫描。第一扫描电磁铁5包括X方向扫描电磁铁52和Y方向扫描电磁铁51，第二扫描电磁铁6包括X方向扫描电磁铁62和Y方向扫描电磁铁61。由此，第一扫描电磁铁5及第二扫描电磁铁6构成X方向扫描电磁铁和Y方向扫描电磁铁的两个电磁铁组。第一扫描电磁铁5的各励磁线圈由第一扫描电磁铁电源53所驱动，第二扫描电磁铁6的各励磁线圈由第二扫描电磁铁电源63所驱动。对于第一扫描电磁铁电源53和第二扫描电磁铁电源63，由粒子射线治疗控制器9所具备的协调控制用扫描控制部7来进行控制，使得第一扫描电磁铁5和第二扫描电磁铁6相互协调来使带电粒子束进行扫描，上述粒子射线治疗装置控制器9对加速器1、射束照射系统4等粒子射线治疗装置整体进行控制。协调控制用扫描控制部7从例如在治疗计划阶段生成数据的治疗计划装置8等获取照射带电粒子束位置的时间序列数据，在治疗阶段(或治疗准备阶段)利用分频部71对该数据进行分频，利用指令值变换部72将其变换为发送到第一扫描电磁铁电源53和第二扫描电磁铁电源63的励磁线圈的励磁电流的指令值。将由第一扫描电磁铁5和第二扫描电磁铁6进行扫描的带电粒子束21在规定的时间照射到照射对象22的规定位置。

此处，受到第一扫描电磁铁5作用而产生的带电粒子束的扫描区域比受到第二扫描电磁铁6作用而产生的带电粒子束的扫描区域要窄。即，利用第一扫描电磁铁5使带电粒子束发生偏转的最大偏转角度小于利用第二扫描电磁铁6使带电粒子束发生偏转的最大偏转角度。另外，一般而言，因扫描电磁铁而产生的偏转角度越小则电磁铁所产生的磁场越小，则较为优选，优选为使用较小的电磁铁、即所流过的电流、电感值较小的电磁铁。因而，第一扫描电磁铁5能采用比第二扫描电磁铁6的电感值要小的电磁铁。例如，第一扫描电磁铁5有可能能由空芯线圈构成，从而能简化第一扫描电磁铁5的结构。电感值较小的电磁铁能高速地改变磁场，因此，第一扫描电磁铁5能比第二扫描电磁铁6更高速地改变磁场。若以电学特性进行表示，则与第二扫描电磁铁相比，第一扫描电磁铁5更高速，且具有能对更高的频率进行频率响应的频率响应特性。

另外，在图1中，相比最大偏转角度较大的第二扫描电磁铁6，将最大偏转角度较小的第一扫描电磁铁5配置在带电粒子束2的上游侧。一般而言，能减小最大偏转角度较小的电磁铁的形状，因此，若考虑到带电粒子束射入到各电磁铁的射入开口，则为了便于配置及设计电磁铁形状，更优选将最大偏转角度较小的第一扫描电磁铁5配置在上游侧。但是，也能将最大偏转角度较大的第二扫描电磁铁6配置在带电粒子束2的上游侧。

图2是表示在图1的粒子射线治疗装置中使带电粒子束进行扫描的状态的概要图，图2(a)是侧视图，表示Y方向。图2(b)是主视图，表示X方向。图2(c)是表示图2(b)的A－A面的带电粒子束的扫描范围等的图。另外，图3是说明利用一组X方向及Y方向的扫描电磁铁来使带电粒子束进行扫描的状态的示意图。图3(A)示出立体图，图3(B)以主视图和侧视图来示出立体图。例如第一扫描电磁铁5中，在上游侧配置有使带电粒子束在Y方向上进行扫描的Y方向扫描电磁铁51，在下游侧配置有使带电粒子束在X方向上进行扫描的X方向扫描电磁铁52。所射入的带电粒子束2首先会因上游侧的Y方向扫描电磁铁51的作用而以带电粒子束的扫描作用轴100为中心偏向Y方向。偏转后的带电粒子束会因下游侧的X方向扫描电磁铁52的作用而以带电粒子束的扫描作用轴200为中心偏向X方向。由此，能将带电粒子束照射到在X－Y的二维空间上扩展的区域。在本发明的实施方式1中，图3所示的扫描分两段进行。

接下来，参照图1及图2说明本发明的实施方式1的粒子束照射装置的动作。首先，使构成装置对准，使得在第一扫描电磁铁5及第二扫描电磁铁6不进行动作的、即带电粒子束不会因这两个扫描电磁铁而受到偏转作用的情况下，将带电粒子束向着基准点即等中心O进行照射。以标号20示出此时的带电粒子束的射束轴。射束轴20表示在第一及第二扫描电磁铁5、6不进行动作的情况下、带电粒子束所通过的轨迹。另外，为了决定带电粒子束照射位置，而设定坐标系。例如，如图1所示，将等中心O设为原点，将与射束轴相垂直的方向设为X轴、Y轴，将射束轴方向设为Z轴。此外，图2的X、Y、Z只表示方向。

所射入的带电粒子束2会因第一扫描电磁铁5及第二扫描电磁铁6的作用而在X－Y二维方向上进行扫描。对于射束照射位置在Z方向上的设定，能通过调整带电粒子的能量来改变射程，即通过改变布拉格峰的位置来进行控制。在这种情况下，Z方向上的照射位置由所照射的剂量分布的代表点、例如布拉格峰的位置来表示。

在第一扫描电磁铁5及第二扫描电磁铁6不工作的状态下，将射束照射位置设定为等中心O。此处，仅使第一扫描电磁铁5进行动作，考虑可进行射束扫描的范围。如图3所示，能利用Y方向扫描电磁铁52来使射束在Y轴方向上呈扇形扩展的范围内进行扫描。还能利用X方向扫描电磁铁51来使射束在X轴方向上呈扇形扩展的范围内进行扫描。其结果是，能扫描的范围是图2(c)的标号为24的由斜线示出的区域、即第一扫描电磁铁5的扫描区域(默认)。

接下来，说明在使位于下游的第二扫描电磁铁6工作的情况下、上述扫描区域24会发生的变化。仍然利用Y方向扫描电磁铁61，来使射束在Y轴方向上呈扇形扩展的范围内进行扫描。并利用X方向扫描电磁铁62，来使射束在X轴方向上呈扇形扩展的范围内进行扫描。最后，上述扫描区域会移动到由图2(c)的斜线示出的区域25。另外，标号23所示出的区域是通过使第一扫描电磁铁5和第二扫描电磁铁6工作来进行扫描时所能扫描的区域。

若输入仅使第一扫描电磁铁5工作的指令值，则射束照射位置会从O向P₁移动。此时的射束照射位置的移动量OP₁是仅受到第一扫描电磁铁5的作用而产生的移动量。接着，若输入使第二扫描电磁铁6工作的指令值，则最终的射束照射位置会成为P₂。最终的射束照射位置的移动量OP₂能由下式表示。

[数学式1]

OP₂＝OP₁+P₁P₂       (1)

即，射束移动量能分为受到第一扫描电磁铁5的作用而产生的移动量和受到第二扫描电磁铁6的作用而产生的移动量。

图4使用框图来图示地表示上述说明。在图4中，作为输入的指令值是扫描电磁铁的励磁线圈的励磁电流值，根据该励磁电流值，来输出驱动扫描电磁铁的结果即射束照射位置的移动量。图4中示出以下情况：在第一扫描电磁铁5的指令值(I_1x、I_1y)时，受到第一扫描电磁铁5的作用而产生的移动量为OP₁，且在第二扫描电磁铁6的指令值(I_2x、I_2y)时，最终的射束照射位置的移动量变为OP₂(射束照射位置P2的坐标(x，y))。由此，一旦决定发送到各扫描电磁铁的指令值，就唯一决定了OP₁(x₁、y₁)、OP₂(x、y)。这能被描述为由物理现象决定的、四个输入四个输出的映射。

但是，对于实际治疗而言，最终的射束照射位置才是有意义的。至于在哪个位置照射多少剂量，则由治疗计划装置根据每个患者的情况下进行计算。根据治疗计划装置的计算结果来进一步计算射束照射位置的目标轨道。

若只有一组扫描电磁铁，则只需提供射束照射位置的目标轨道即可，但是本发明中具有多组扫描电磁铁，因此，获得目标轨道的解决方案并不是唯一的。即，为了实现某个射束照射位置，存在无限种第一扫描电磁铁5和第二扫描电磁铁6的作用分担。其原因是，无限种OP₁、OP₂的组合都能满足式(1)的OP₂(左边)。

图5表示本发明的实施方式1的协调控制用扫描控制部7中的分频部71的框图。由治疗计划装置发送来的目标轨道是在按照时间序列来排列有与时间相对应的目标照射位置的数据。即，目标轨道是例如图5的左侧所示的时间序列数据(＝信号)。图5所示的信号仅对一个坐标进行了例示，但是存在X坐标分量和Y坐标分量。该目标轨道是利用点扫描照射方法的目标轨道的例子，上述点扫描照射方法是通过重复以下动作来照射较宽的区域的方法：即，使射束在规定的位置滞留一定时间来进行照射之后，使射束移动到其他位置，并在该位置滞留一定时间来进行照射。对于该目标轨道，为了获得第一扫描电磁铁5和第二扫描电磁铁6的位置指令值，需要在考虑了第一扫描电磁铁5和第二扫描电磁铁6的特性的基础上进行以下动作。利用滤波器将分频部71的输入即图5的左侧所示的目标轨道的信号分为第一扫描电磁铁5用和第二扫描电磁铁6用。第一扫描电磁铁5具有小型、高速的特性，且具有较高频的响应特性，因此，负责目标轨道的高频分量。第二扫描电磁铁6具有大型且扫描幅度大的特性，且具有较低频的响应特性，因此，负责低频分量等。图5示出了使用滤波器来分离目标轨道的信号的情况。此处，最终获得的目标轨道应当与最初计划的目标轨道相同。因而，如图5所示，此处所使用的滤波器选用互补的(F(s)＋G(s)＝1)的滤波器。

图5的F(s)是第二扫描电磁铁6用的滤波器，是低通滤波器73，G(s)(＝1－F(s))是第一扫描电磁铁5用的滤波器，是高通滤波器74。由这些滤波器分离出的目标轨道的信号(位置指令值)是图5的右侧所示的两个信号。另外，如图6所示，也能仅设置低通滤波器73而不设置高通滤波器，利用运算器76来从输入信号即目标轨道的信号中去除由低通滤波器73所分离出的低频分量的信号，从而获得高频分量。相反，也能仅设置高通滤波器而不设置低通滤波器，从输入信号即目标轨道的信号中去除由高通滤波器所分离出的高频分量的信号，从而获得低频分量。

在指令值变换部72中，以受各扫描电磁铁影响的射束位置成为各位置指令值的方式，将各扫描电磁铁的励磁电流作为指令值输出，来控制第一扫描电磁铁电源53及第二扫描电磁铁电源63。图7表示最简单的指令值变换部72的结构。通过线性近似来获得目标照射坐标与扫描电磁铁的励磁电流指令值之间的关系，在指令值运算部721～724中运算发送到各电磁铁的指令值的推定值。例如，对第一扫描电磁铁的X方向的电磁铁的指令值的推定值进行运算的指令值运算部721根据下式求出指令值的推定值。

[数学式2]

${\hat{I}}_{1x}=k_{1x}{x}_1---\left(2\right)$

式中，k_1x是比例常数，是进行直线近似后的直线的斜率。

另外，图8是表示指令值变换部72的其他例子的框图。标号725～728是利用表格来保持目标照射坐标与扫描电磁铁的励磁电流指令值之间的关系的查找表(快速转换表)。在对目标照射坐标与扫描电磁铁的励磁电流指令值之间的关系进行直线近似而无法获得足够精度的情况下，进行折线近似，利用查找表来获得转换结果。上述指令值变换(生成)方法都是一般的方法，但是在位置精度上还有改善的余地。后述的实施方式5将叙述优选的指令值变换(生成)方法。

此处，作为目标轨道举例示出了点扫描照射法的例子，但是本发明的实施方式1的粒子射线照射装置并不限于点扫描照射法，能应用于各种目标轨道。因而，根据实施方式1的粒子射线照射装置，能利用仅对目标轨道的信号进行分频的简单结构，来生成发送给各电磁铁的用于利用两组扫描电磁铁来实现各种目标轨道的指令值，能进行从低速到高速的高自由度的带电粒子束的扫描。另外，若将该粒子射线照射装置应用到粒子射线治疗装置，则能对每个患者形成适当的目标轨道，能进行考虑了各组扫描电磁铁的特性的扫描，因此，能例如力图缩短扫描时间。

实施方式2.

图9是示出本发明的实施方式2所涉及的粒子射线照射装置的协调控制用扫描控制器7中的分频部71的结构的框图。在实施方式1中，使用了两组扫描电磁铁，但是在本实施方式2中，在图1的射束照射系统4中，从带电粒子束的上游到下游配置有第一扫描电磁铁、第二扫描电磁铁、第三扫描电磁铁这三组扫描电磁铁。例如，第一扫描电磁铁为最大偏转角度较小、但能高速地改变磁场的电磁铁，第三扫描电磁铁为最大偏转角度较大而能扫描较大区域、但仅能在低速的情况下改变磁场的电磁铁，第二扫描电磁铁是所具有的最大偏转角度、磁场的改变速度都具有第一扫描电磁铁与第三扫描电磁铁中间的特性的电磁铁。因而，各扫描电磁铁的电感值按照第一扫描电磁铁、第二扫描电磁铁、第三扫描电磁铁的顺序增大，各电磁铁的频率响应特性也各不相同。

在使用上述三组扫描电磁铁对带电粒子束进行扫描的情况下，协调控制用扫描控制部7中的分频部71将从治疗计划装置8接收到的目标轨道的信号分离为三组扫描电磁铁的位置指令信号。在这种情况下，如图9所示，使用三个滤波器来分割目标轨道的信号。在图9中，F(s)是第三扫描电磁铁用的滤波器，是低通滤波器73，H(s)是第二扫描电磁铁用的滤波器，是带通滤波器75，G(s)(＝1－F(s)－H(s))是第一扫描电磁铁用的滤波器，是高通滤波器74。在指令值变换部72中，输出各扫描电磁铁的励磁电流作为指令值，使得成为由上述滤波器所分离的目标轨道的信号(位置指令值)，来控制各扫描电磁铁电源。

此外，与实施方式1所说明的相同，即使缺少低通滤波器73、带通滤波器75、或高通滤波器74中的任一个，也能通过从目标轨道的信号中去除由另两个滤波器所分离出的信号，从而获得与所缺滤波器能分离出的信号相同的信号。

如上所述，在实施方式2中，对使用三组扫描电磁铁的情况进行了说明，但也能使用更多组的扫描电磁铁。由此，本发明能应用于使用多组扫描电磁铁的情况，能以简单的结构生成发送到各电磁铁的、用于利用多组扫描电磁铁来实现各种目标轨道的指令值，能进行从低速到高速的高自由度的带电粒子束的扫描。

实施方式3.

图10是表示本发明的实施方式3的粒子射线照射装置的简要结构的框图。在图10中，与图1相同的标号表示相同或相当的部分。在实施方式1中，将从治疗计划装置8输出的目标轨道信号暂时传送、保存到粒子射线治疗装置控制器9，在治疗阶段，在上述粒子射线治疗装置控制器9所具备的协调控制用扫描控制部7中，利用滤波器来进行分频，实时地生成第一扫描电磁铁5的位置指令值及第二扫描电磁铁6的位置指令值。在本实施方式3中，在治疗计划装置80的内部设置有协调控制用扫描控制部7，该协调控制用扫描控制部7具有生成发送给第一扫描电磁铁电源53及第二扫描电磁铁电源63的指令值的功能。协调控制用扫描控制部7从治疗计划装置80的内部所具有的治疗计划部81获取目标轨道信号，利用分频部71的滤波器进行分频，生成第一扫描电磁铁5的位置指令值及第二扫描电磁铁6的位置指令值，在指令值变换部72中，将这些位置指令值变换为发送到各扫描电磁铁电源的指令值。即，治疗计划装置80在治疗计划阶段，预先分别生成第一扫描电磁铁5及第二扫描电磁铁6的各指令值。

由此，能在任意部分利用滤波器对根据治疗计划生成的目标轨道信号进行分频，以生成发送到各扫描电磁铁的指令值，也能在现有的粒子射线照射装置所具备的计算机内部包括实施方式1、2所说明的分频部71。

实施方式4.

实施方式4说明也能将本发明应用于随着呼吸等的患部运动或变形的情况。图11及图12是表示本发明的实施方式4的粒子射线治疗装置的简要结构的框图。在图11及图12中，与图1相同的标号表示相同或相当的部分。在使用粒子射线治疗装置的治疗中，照射对象即患部可能会随着患者的呼吸等生理活动而运动或发生变形。因此，为了进行有效且安全的治疗，设法提出了各种“呼吸同步照射”、“患部跟踪照射”等提案。

图11是表示具有对患者体表的运动进行监视的摄像机30的粒子射线治疗装置的结构的图。此外，在图11中，仅示出了一组监视摄像机，但是由于目的在于获得患部的三维位置信息，因此，通常使用两组或两组以上的监视摄像机。在患者的体表预设多个标记，将该标记作为所谓的界标(landmark)，利用图像处理装置31来求出三维位置信息。协调控制用扫描控制部7根据由图像处理装置31求出的界标的三维位置信息，来推测患部的位置、姿势，以修正目标照射位置。对于由协调控制用扫描控制部7进行修正后的目标照射位置，也由分频部71进行分频，因此，能够协调第一扫描电磁铁和第二扫描电磁铁来控制射束位置。

图12是表示以与图11相同的目的来构成的粒子射线治疗装置的结构的图。在图12中，使用X射线摄影装置，该X射线摄影装置包括X射线管32、FPD(Fat Panel Detector：平板探测器)33、及包含图像处理功能的X射线控制装置34等。此外，在图12中，仅示出了一组X射线摄影装置，但是由于目的在于获得患部的三维位置信息，因此，通常使用两组或两组以上的X射线摄影装置。若使用X射线摄影装置，则能获得包含患部的周边部的透视图像。因而，在该情况下，具有骨骼的特征性形状的部分等成为界标。至于之后的、X射线控制装置34求出界标的三维位置信息之后的流程，都与上述图11的情况相同。

在本实施方式4的粒子射线治疗装置中，采用以下结构：即，如上所述那样对照射对象即患部的运动进行检测，根据该运动来校正目标照射位置，即进行反馈补偿，因此，能实现更高精度的照射。

实施方式5.

在实施方式1～4中，对于由多组扫描电磁铁构成的射束照射系统，说明了用于生成发送到各扫描电磁铁的指令值的、各扫描电磁铁的目标扫描量的决定方法。具体而言，使用滤波器生成各扫描电磁铁所分担的射束扫描量，以获得最终所给出的目标轨道。一般可能会持有以下想法：即，一旦决定了各扫描电磁铁所分担的射束扫描量，则很容易就能生成发送给各扫描电磁铁的指令值。但是，实际上，即使决定了射束扫描量，也不易正确地求出发送给扫描电磁铁以达成该射束扫描量的指令值(励磁电流值)。特别是设置在下游的扫描电磁铁会受到上游的扫描电磁铁的影响，因此，需要设法生成该指令值。因此，在本实施方式5中，详细说明不易求出用于达成目标轨道的指令值这一课题，并说明解决该课题的方法。

基于实施方式1所说明的图4，来说明不易求出用于达成目标轨道的、发送给扫描电磁铁的指令值这一技术课题。图4的左侧示出了将指令值输入到各扫描电磁铁的情况(主要原因)。图4的右侧示出了其结果、即、扫描射束(移动照射位置)来输出唯一确定的照射位置(结果)。

作为整体，能将该物理现象把握为四个输入四个输出的“映射”。

另外，根据有因必有果的思路，即“先因后果”的顺序，也能将“正方向的映射”特称为“正映射”。但是，此处的“指令值”的含义如下。用于驱动扫描电磁铁的控制量一般是电流。因此，此处所谓的指令值是控制量的目标值，一般附加电流的单位。

该物理现象，除了图4之外，还能如图13那样进行解释。在图4中，正映射的输入和输出如图14所示的表1那样设定。如表1那样，由于基于四个输入获得四个输出，因此，获得四个输入四个输出的映射。然而，输出1和输出2仅取决于第一扫描电磁铁，因此，即，仅取决于输入1和输入2，因而，从局部来看该映射为两个输入两个输出。但是，当作为整体来看时，能获得四个输入四个输出。此处，根据式(1)，OP₁、OP₂、P₁P₂这三个矢量中，只要知道任意两个，就能计算剩下的一个矢量。在图4所示的正映射中，将输出设为OP₁、OP₂这两个矢量，但是，也能如图13所示那样，将正映射的输出设为OP₁、P₁P₂这两个矢量。图15所示的表2中示出了图13所示的映射的输出输入。

此处，示出了说明技术课题的简单的例1。假设以某扫描量使射束进行扫描，将射束照射到某照射位置。与此相对，考虑使用下游的扫描电磁铁，来使照射位置在例如X方向上移动＋1cm。此时，根据上游的扫描电磁铁将射束所扫描到的不同位置，为了达成上述移动量，下游的扫描电磁铁的控制量不同。即，以下两种指令值是互不相同的：在上游的扫描电磁铁不工作的状态下，使位于原点的射束的照射位置在X方向上移动＋1cm的指令；以及在上游的扫描电磁铁工作的状态下，例如使位于在X方向上偏移10cm的位置上的射束的照射位置进一步在X方向上移动＋1cm(＝11cm)的指令值。根据经验，已知以下现象、即、上述指令值会产生偏差。

示出说明技术课题的又一简单例2。在下游扫描电磁铁不工作的状态下，设用于使位于原点的射束照射位置移动到距离X坐标为2cm的位置而发送给上游的X方向扫描电磁铁的控制量为2[A]。另外，在上游扫描电磁铁不工作的状态下，设用于使位于原点的射束照射位置移动到距离X坐标为2cm的位置而发送给下游的X方向扫描电磁铁的控制量为2[A]。此时，在将相对于上游X方向扫描电磁铁的控制量设为2[A]、将相对于下游的X方向扫描电磁铁的控制量设为2[A]的情况下，射束的照射位置的X坐标并不限于4cm的位置。或者说，一般都不是4cm。根据经验，已知以下现象、即、上述那样的射束照射位置会产生偏差。

由此，需要始终在概念上明确并区分物理现象的主要原因即控制量(电流)、和物理现象的结果即射束位置。上述例1示出了以下例子：即，结果(射束位置)中的加法原则在相对应的主要原因(控制量)中不成立。例2示出了以下例子：即，主要原因(控制量)中的加法原则在相对应的结果(射束位置)中不成立。其原因在于，表示物理现象的正映射并不是线性的。

作为表示生成严密指令值的难度的方面，需要考虑以下的一点。安装扫描电磁铁，使射束分别在与射束轴正交的X方向和Y方向上进行扫描。理想的情况是，射束位置的X坐标分量能完全由X方向用的扫描电磁铁来实现，射束位置的Y坐标分量能完全由Y方向用的扫描电磁铁来实现。但是，事实上，难以完全独立地控制射束照射位置的X坐标分量和Y坐标分量。例如，根据经验可知，在利用Y方向用扫描电磁铁使射束进行扫描以使得射束位置的Y坐标为3cm的状态下，若以X方向用扫描电磁铁使射束进行扫描，则射束照射位置的轨迹不会完全与X轴平行，Y坐标会从3cm偏离。可以认为其原因之一在于扫描电磁铁的安装误差等，但并不限于此。由此，无法利用单一扫描电磁铁将射束位置的控制独立且单独地分为X坐标分量和Y坐标分量来进行所述射束位置的控制，将上述情况表现为“存在X和Y的干涉项”、“存在X和Y的交差项”等。

X和Y的干涉项的问题在利用一组扫描电磁铁使射束进行扫描时就已存在。本发明的射束照射系统4中，至少使用上游的第一扫描电磁铁5和下游的第二扫描电磁铁6这两组扫描电磁铁。因而，对于X和Y的干涉项的问题，在本发明中会更复杂。在考虑两组以上的扫描电磁铁的情况之前，首先论述一组X方向和Y方向扫描电磁铁的情况。

如上所述，将一组扫描电磁铁的情况下的X和Y的干涉项的问题作为课题。为了解决课题，使得指令值变换部72中具有X方向和Y方向逆映射数学模型，该X方向和Y方向逆映射数学式模型基于带电粒子束的目标照射位置坐标，来分别生成实现该照射的X方向扫描电磁铁的X方向指令值和Y方向扫描电磁铁的Y方向指令值。另外，使该X方向和Y方向逆映射数学式模型分别包含在带电粒子束的照射位置平面上以两个变量来表示目标照射位置坐标时的两个变量中的任意一个变量。

说明假设一组扫描电磁铁的逆映射数学式模型与假设两组扫描电磁铁的逆映射数学式模型的对应关系。如上所述，由第一扫描电磁铁5产生的射束移动量OP₁仅取决于第一扫描电磁铁5。因此，即使考虑图4和图13中的任意映射，OP₁部分也是两个输入两个输出。即，可认为，对于将向第一扫描电磁铁5所发送的指令值输入到第一扫描电磁铁5而输出OP₁的部分，即使在由两组扫描电磁铁构成的射束照射系统中，也与表示由一组扫描电磁铁所构成的射束照射系统的物理现象的正映射相同。

另一方面，受到位于第一扫描电磁铁5的下游的第二扫描电磁铁6的作用而产生的射束移动量P₁P₂(图13的映射的输出)及最终的射束移动量OP₂(图4的映射的输出)取决于第一扫描电磁铁5和第二扫描电磁铁6这两者。因而，可以认为输出受到第二扫描电磁铁6的作用而产生的射束移动量P₁P₂的映射从局部来看为四个输入两个输出(图13、表2： )。另外，可以认为输出最终的射束移动量OP₂的映射从局部来看为四个输入两个输出(图4、表1： )。可以认为上述部分是使用两组扫描电磁铁的射束照射系统所特有的性质。作为整体，可以认为表示输出OP₁和P₁P₂或输出OP₁和OP₂的两组扫描电磁铁的射束照射系统的物理现象的正映射作为整体是四个输入四个输出。

“正映射”的物理现象是指一旦决定并发出了发送给扫描电磁铁的指令值，就唯一决定了射束照射位置，在图4及图13中，利用箭头表示该顺序。然而，实际上对于装置的功能而言所需要的是，首先获得目标射束照射位置，然后相对于该目标射束照射位置来求出实现该目标射束照射位置的扫描电磁铁的指令值。即，与物理现象相反的方式。

即使在具有一组扫描电磁铁的射束照射系统的情况下，也同样需要相反的方式。为了实现与该物理现象相反的方式，使指令值变换部72具备逆映射数学式模型。逆映射数学式模型例如可以考虑采用具有以下多项式结构的模型。

[数学式3]

${\hat{I}}_{1x}=a_{00}+a_{01}{x}_1+a_{10}{y}_1+a_{02}{x_1}^2+a_{11}{x}_1{y}_1+a_{20}{y_1}^2---\left(3\right)$

[数学式4]

${\hat{I}}_{1y}=b_{00}+b_{01}{x}_1+b_{10}{y}_1+b_{02}{x_1}^2+b_{11}{x}_1{y}_1+b_{20}{y_1}^2---\left(4\right)$

式中，各变量、系数等如图16的表3所示。

此外，式(3)及式(4)表示最高次数＝2的多项式，但根据映射的非线性程度等来适当地决定最高次数取多少、及采用怎样的项即可。本说明书的要点并非利用式(3)或式(4)来限定用于指令值变换部72的逆映射。

为了使用式(3)、式(4)来求出指令值的推定值，需要预先求出未知参数(多项式的系数)。例如，能预先在没有患者的状态下进行试照射，并利用最小二乘法或加权最小二乘法基于实际测定的数据来求出该未知参数。另外，将该操作称为校准。

图17及图18是利用框图来表示在使用两组扫描电磁铁的射束照射系统的情况下、利用指令值变换部72来达成与该物理现象相反的方式的“逆映射”。图17是与图4所示的正映射相对应的逆映射的框图。另外，图18是与图13所示的正映射相对应的逆映射的框图。本发明的粒子射线照射装置中的指令值变换部72包括图17、图18所示的逆映射的数学式模型。

如图17、图18所示，求出第二扫描电磁铁6(下游扫描电磁铁)的指令值的推定值的逆映射2都是四个输入两个输出。即，需要不同于式(3)、式(4)所示的两个输入两个输出的数学式模型的数学式模型。因此，在本发明的实施方式5中，使用以下所示的数学式模型。

图17所对应的逆映射的数学式模型例如如下式(5)、下式(6)所示。

[数学式5]

${\hat{I}}_{2x}=c_{0000}$

$+c_{0001}{x}_1+c_{0010}{y}_1+c_{0100}x+c_{1000}y$

$+c_{0002}{x_1}^2+c_{0011}{x}_1{y}_1+c_{0020}{y_1}^2+c_{0101}{x}_{1}x+c_{0110}{y}_{1}x$

$+c_{0200}{x}^2+c_{1001}{x}_{1}y+c_{1010}{y}_{1}y+c_{1100}\mathrm{xy}+c_{2000}{y}^2---\left(5\right)$

[数学式6]

${\hat{I}}_{2y}=d_{0000}$

$+d_{0001}{x}_1+d_{0010}{y}_1+d_{0100}x+d_{1000}y$

$+d_{0002}{x_1}^2+d_{0011}{x}_1{y}_1+d_{0020}{y_1}^2+d_{0101}{x}_{1}x+d_{0110}{y}_{1}x$

$+d_{0200}{x}^2+d_{1001}{x}_{1}y+d_{1010}{y}_{1}y+d_{1100}\mathrm{xy}+d_{2000}{y}^2---\left(6\right)$

式中，各变量、系数等如图19的表4所示。

图18所对应的逆映射的数学式模型例如如下式(7)、下式(8)所示。

[数学式7]

${\hat{I}}_{2x}=e_{0000}$

$+e_{0001}{x}_1+e_{0010}{y}_1+e_{0100}{x}_2+e_{1000}{y}_2$

$+e_{0002}{x_1}^2+e_{0011}{x}_1{y}_1+e_{0020}{y_1}^2+e_{0101}{x}_1{x}_2+e_{0110}{y}_1{x}_2$

$+e_{0200}{x_2}^2+e_{1001}{x}_1{y}_2+e_{1010}{y}_1{y}_2+e_{1100}{x}_2{y}_2+e_{2000}{y_2}^2---\left(7\right)$

[数学式8]

${\hat{I}}_{2y}=f_{0000}$

$+f_{0001}{x}_1+f_{0010}{y}_1+f_{0100}{x}_2+f_{1000}{y}_2$

$+f_{0002}{x_1}^2+f_{0011}{x}_1{y}_1+f_{0020}{y_1}^2+f_{0101}{x}_1{x}_2+f_{0110}{y}_1{x}_2$

$+f_{0200}{x_2}^2+f_{1001}{x}_1{y}_2+f_{1010}{y}_1{y}_2+f_{1100}{x}_2{y}_2+f_{2000}{y_2}^2---\left(8\right)$

式中，各变量、系数等如图20的表5所示。

此外，式(5)至式(8)表示最高次数＝2的多项式，但根据映射的非线性程度等来适当地决定最高次数取多少、及采用怎样的项即可。本说明书的要点并非利用式(5)至式(8)来限定用于指令值变换部72的逆映射。

即使使用式(5)至式(8)来求出指令值的推定值的情况下，也需要预先求出未知参数(多项式的系数)。能预先在没有患者的状态下进行试照射，并利用最小二乘法或加权最小二乘法基于实际测定的数据来求出该未知参数。此外，为了与该试照射相区别，将用于患者治疗的照射称为“正式照射”。将用于求出未知参数的操作(包含试照射)称为校准。

在本实施方式5中，如上所述，协调控制用扫描控制部具有假设由两个扫描电磁铁相连而成的照射系统的正映射的、所述正映射的逆映射模型，基于校准时的试照射的实际数据来求出逆映射模型的未知参数，因此，能解决在求出扫描电磁铁的指令值时、因物理现象(正映射)的非线性而产生的、无法应用加法法则的问题，还能解决X和Y的干涉项的问题。此外，若在逆映射的数学式模型中采用多项式模型，则能发挥以下的特别效果：即，只需要加法和乘法运算，因此能高速地计算指令值的推定值。

实施方式6.

图21是表示本发明的实施方式6的粒子射线照射装置的结构的框图。在图21中，与图1相同的标号表示相同或相当的部分或部件。在本实施方式6中，对于使粒子射线2向X方向偏转来进行扫描的扫描电磁铁，仅设置X方向扫描电磁铁620这一个。另外，对于使粒子射线2向Y方向偏转来进行扫描的扫描电磁铁，仅设置Y方向扫描电磁铁610这一个。X方向扫描电磁铁620的励磁线圈也仅有一个，但是，这一个励磁线圈由第一X方向扫描电磁铁电源535和第二X方向扫描电磁铁电源635这两个电源所驱动。同样，Y方向扫描电磁铁610的励磁线圈也仅有一个，但是，这一个励磁线圈由第一Y方向扫描电磁铁电源536和第二Y方向扫描电磁铁电源636这两个电源所驱动。另外，X方向扫描电磁铁620与实施方式1中的第二扫描电磁铁6的X方向扫描电磁铁62相同，具有能使粒子射线2偏转到目标的最大宽度的能力。尽管第二X方向扫描电磁铁电源635能够输出大电流，但为低电压，且由于X方向扫描电磁铁620的励磁线圈的电感值较大，因此，第二X方向扫描电磁铁电源635是不能使电流高速变化的电源、即低电压大电流电源。另外，尽管第一X方向扫描电磁铁电源535所能输出的电流值较小，但却能输出高电压，是即使X方向扫描电磁铁620的励磁线圈的电感值较大、也能使电流高速变化的高电压小电流电源。采用以下结构：即，来自第一X方向扫描电磁铁电源535及第二X方向扫描电磁铁电源635这两个电源的电流重叠并流过X方向扫描电磁铁620的励磁线圈。

同样，Y方向扫描电磁铁610的励磁线圈也仅有一个，但是，这一个励磁线圈由第一Y方向扫描电磁铁电源536和第二Y方向扫描电磁铁电源636这两个电源所驱动。另外，Y方向扫描电磁铁610与实施方式1中的第二扫描电磁铁6的Y方向扫描电磁铁61相同，具有能使粒子射线2偏转到目标的最大宽度的能力。尽管第二Y方向扫描电磁铁电源636能够输出大电流，但为低电压，且由于Y方向扫描电磁铁610的励磁线圈的电感值较大，因此，第二Y方向扫描电磁铁电源636是不能使电流高速变化的电源、即低电压大电流电源。另外，尽管第一Y方向扫描电磁铁电源536所能输出的电流值较小，但却能输出高电压，是即使Y方向偏转电磁铁610的励磁线圈的电感值较大、也能使电流高速变化的高电压小电流电源。采用以下结构：即，来自第一Y方向扫描电磁铁电源536及第二Y方向扫描电磁铁电源636这两个电源的电流重叠并流过Y方向扫描电磁铁610的励磁线圈。

在本实施方式6的粒子射线照射装置中，利用第一X方向扫描电磁铁电源535和X方向扫描电磁铁620来进行相当于实施方式1所说明的第一扫描电磁铁电源53和第一扫描电磁铁5的X方向扫描电磁铁52的动作，利用第二X方向扫描电磁铁电源635和X方向扫描电磁铁620来进行相当于实施方式1所说明的第二扫描电磁铁电源63和第二扫描电磁铁6的X方向扫描电磁铁62的动作。同样，利用第一Y方向扫描电磁铁电源536和Y方向扫描电磁铁610来进行相当于实施方式1所说明的第一扫描电磁铁电源53和第一扫描电磁铁5的Y方向扫描电磁铁51的动作，利用第二Y方向扫描电磁铁电源636和Y方向扫描电磁铁610来进行相当于实施方式1所说明的第二扫描电磁铁电源63和第二扫描电磁铁6的Y方向扫描电磁铁61的动作。即，如实施方式1所说明的那样，在指令值变换部72中，基于由分频部71从目标轨道的信号中分离出的高频分量，来求出相对于第一X方向扫描电磁铁电源535及第一Y方向扫描电磁铁电源536的指令值。同样，在指令值变换部72中，基于由分频部71从目标轨道的信号中分离出的低频分量，来求出相对于第二X方向扫描电磁铁电源635及第二Y方向扫描电磁铁电源636的指令值。

由此，根据实施方式6的粒子射线照射装置，能利用对目标轨道的信号进行分频的简单结构，来对分别位于X方向及Y方向上的一个扫描电磁铁，生成分别发送给高速及低速的响应速度互不相同的两个扫描电磁铁电源的指令值，能进行从低速到高速的高自由度的带电粒子束的扫描。另外，若将该粒子射线照射装置应用于粒子射线治疗装置，则能对每个患者形成适当的目标轨道，能进行考虑了各组扫描电磁铁的特性的扫描，因此，能力图缩短扫描时间。

此外，也能将与实施方式2所说明的技术思想相同的技术思想应用于本实施方式6。即，也能采用以下结构：即，对分别位于X方向及Y方向上的一个扫描电磁铁分别设置高速、中速、及低速这三个电源，或设置响应速度互不相同的四个以上的电源。另外，不言而喻，对于指令值的生成方式等，不仅能将实施方式1的方式应用于本实施方式6，还能将实施方式3、实施方式4、实施方式5应用于本实施方式6。

实施方式7.

图22是表示本发明的实施方式7的粒子射线照射装置的结构的框图。在图22中，与图1及图21相同的标号表示相同或相当的部分、部件。在本实施方式7中，对于使粒子射线2向X方向偏转来进行扫描的扫描电磁铁，仅设置X方向扫描电磁铁621这一个。但是，X方向扫描电磁铁621在同一铁心上卷绕有第一X方向励磁线圈625及第二X方向励磁线圈626这两个励磁线圈。此处，第二X方向励磁线圈626的匝数比第一X方向励磁线圈625的匝数要多，具有较大的电感值，第一X方向励磁线圈625的电感值较小。第一X方向励磁线圈625由响应速度较快的第一X方向扫描电磁铁电源535所驱动，第二X方向励磁线圈626由响应速度低于第一X方向扫描电磁铁电源535的第二X方向扫描电磁铁电源635所驱动。

第一X方向励磁线圈625由第一X方向扫描电磁铁电源535所驱动，对X方向扫描电磁铁621进行励磁，以使粒子射线2偏转来进行扫描，其所能扫描的范围与实施方式1中的第一扫描电磁铁5的X方向扫描电磁铁52所能扫描的范围相同。另外，第二X方向励磁线圈626由第二X方向扫描电磁铁电源635所驱动，对X方向扫描电磁铁621进行励磁，以使粒子射线2偏转来进行扫描，其所能扫描的范围与实施方式1中的第二扫描电磁铁6的X方向扫描电磁铁62所能扫描的范围相同。即，在由第二X方向扫描电磁铁电源635所驱动的第二X方向励磁线圈626中，能使粒子射线2发生较大偏转来进行扫描，但是不能进行高速扫描。在由第一X方向扫描电磁铁电源535所驱动的第一X方向励磁线圈625中，能使粒子射线2进行高速扫描，但不能在较大的范围内进行扫描。

同样，Y方向扫描电磁铁611在同一铁心上卷绕有第一Y方向励磁线圈615及第二Y方向励磁线圈612这两个励磁线圈。此处，第二Y方向励磁线圈616的匝数比第一Y方向励磁线圈615的匝数要多，具有较大的电感值，第一Y方向励磁线圈615的电感值较小。第一Y方向励磁线圈615由响应速度较快的第一Y方向扫描电磁铁电源536所驱动，第二Y方向励磁线圈616由响应速度低于第一Y方向扫描电磁铁电源536的第二Y方向扫描电磁铁电源636所驱动。

第一Y方向励磁线圈615由第一Y方向扫描电磁铁电源536所驱动，对Y方向扫描电磁铁611进行励磁，以使粒子射线2偏转来进行扫描，其所能扫描的范围与实施方式1中的第一扫描电磁铁5的Y方向扫描电磁铁51所能扫描的范围相同。另外，第二Y方向励磁线圈616由第二Y方向扫描电磁铁电源636所驱动，对Y方向扫描电磁铁611进行励磁，以使粒子射线2偏转来进行扫描，其所能扫描的范围与实施方式1中的第二扫描电磁铁6的Y方向扫描电磁铁61所能扫描的范围相同。即，在由第二Y方向扫描电磁铁电源636所驱动的第二Y方向励磁线圈616中，能使粒子射线2发生较大的偏转来进行扫描，但是不能进行高速扫描。在由第一Y方向扫描电磁铁电源536所驱动的第一Y方向励磁线圈615中，能使粒子射线2进行高速扫描，但不能在较大的范围内进行扫描。

在本实施方式7的粒子射线照射装置中，利用第一X方向扫描电磁铁电源535和X方向扫描电磁铁621的第一X方向励磁线圈625，来进行相当于实施方式1所说明的第一扫描电磁铁电源53和第一扫描电磁铁5的X方向扫描电磁铁52的动作，利用第二X方向扫描电磁铁电源635和X方向扫描电磁铁621的第二X方向励磁线圈626，来进行相当于实施方式1所说明的第二扫描电磁铁电源63和第二扫描电磁铁6的X方向扫描电磁铁62的动作。同样，利用第一Y方向扫描电磁铁电源536和Y方向扫描电磁铁611的第一Y方向励磁线圈615，来进行相当于实施方式1所说明的第一扫描电磁铁电源53和第一扫描电磁铁5的Y方向扫描电磁铁51的动作，利用第二Y方向扫描电磁铁电源636和Y方向扫描电磁铁611的第二Y方向励磁线圈616，来进行相当于实施方式1所说明的第二扫描电磁铁电源63和第二扫描电磁铁6的Y方向扫描电磁铁61的动作。即，如实施方式1所说明的那样，在指令值变换部72中，基于由分频部71从目标轨道的信号中分离出的高频分量，来求出相对于第一X方向扫描电磁铁电源535及第一Y方向扫描电磁铁电源536的指令值。同样，在指令值变换部72中，基于由分频部71从目标轨道的信号中分离出的低频分量，来求出相对于第二X方向扫描电磁铁电源635及第二Y方向扫描电磁铁电源636的指令值。

如上所述，根据实施方式7的粒子射线照射装置，对分别位于X方向及Y方向上的一个扫描电磁铁分别卷绕电感值较小和电感值较大的两个励磁线圈，从而能利用对目标轨道的信号进行分频的简单结构，来生成发送给的各扫描电磁铁电源的指令值，能进行从低速到高速的高自由度的带电粒子束的扫描。另外，若将该粒子射线照射装置应用到粒子射线治疗装置，则能对每个患者形成适当的目标轨道，能进行考虑了各扫描电磁铁电源和各励磁线圈的特性的扫描，因此，能力图缩短扫描时间。

此外，也可以将与实施方式2所说明的技术思想相同的技术思想应用到本实施方式7。即，也可以采用以下结构：即，对分别位于X方向及Y方向的一个扫描电磁铁，分别设置电感值较小、电感值较大、及电感值位于较大及较小之间的三个励磁线圈，或设置电感值互不相同的四个以上的励磁线圈。另外，对于指令值的生成等，不言而喻，不仅能将实施方式1的方式应用到本实施方式7，还能将实施方式3、实施方式4、及实施方式5应用到本实施方式7。

标号说明

1：加速器

2：带电粒子束

3：射束传输系统

4：射束照射系统

5：第一扫描电磁铁

6：第二扫描电磁铁

7：协调控制用扫描控制部

8、80：治疗计划装置

20：射束轴(beam axis)

21：进行扫描的带电粒子束

22：照射对象

23：整个射束照射系统的扫描区域

24：第一扫描电磁铁的扫描区域(默认)

51、61、610、611：Y方向扫描电磁铁

52、62、620、621：X方向扫描电磁铁

535：第一X方向扫描电磁铁电源

536：第一Y方向扫描电磁铁电源

615：第一Y方向励磁线圈

616：第二Y方向励磁线圈

625：第一X方向励磁线圈

616：第二X方向励磁线圈

635：第一X方向扫描电磁铁电源

636：第一Y方向扫描电磁铁电源

71：分频部

72：指令值变换部

73：低通滤波器

74：高通滤波器

O：等中心

Claims (9)

1.一种粒子射线照射装置，该粒子射线照射装置使所射入的带电粒子束沿与所述带电粒子束的前进方向相垂直的X方向及Y方向这两个方向的目标轨道进行扫描，以对照射对象进行照射，其特征在于，

所述粒子射线照射装置包括多组使所述带电粒子束在所述两个方向上进行扫描的扫描电磁铁组，

所述目标轨道由取决于与时间相对应的目标照射位置的时间序列目标轨道数据所给出，

基于对所述时间序列目标轨道数据进行分频而得的多个数据，来生成发送给所述多组扫描电磁铁组的各扫描电磁铁的指令值。

2.如权利要求1所述的粒子射线照射装置，其特征在于，

不同组的扫描电磁铁的电学的频率响应特性不同。

3.如权利要求2所述的粒子射线照射装置，其特征在于，

扫描电磁铁的组数为两组。

4.如权利要求3所述的粒子射线照射装置，其特征在于，

配置在带电粒子束的上游侧的扫描电磁铁组的频率响应特性高于配置在下游侧的扫描电磁铁组的频率响应特性。

5.如权利要求1所述的粒子射线照射装置，其特征在于，

基于将时间序列目标轨道数据进行分频而得的多个数据，利用逆映射数学式模型来生成发送到多组扫描电磁铁的各扫描电磁铁的指令值。

6.一种粒子射线照射装置，

该粒子射线照射装置使所射入的带电粒子束沿与所述带电粒子束的前进方向相垂直的X方向及Y方向这两个方向的目标轨道进行扫描，以对照射对象进行照射，其特征在于，包括：

使所述带电粒子束在所述X方向上进行扫描的X方向扫描电磁铁；用于对该X方向扫描电磁铁进行励磁的响应速度不同的多个X方向扫描电磁铁电源；

使所述带电粒子束在所述Y方向上进行扫描的Y方向扫描电磁铁；以及用于对该Y方向扫描电磁铁进行励磁的响应速度不同的多个Y方向扫描电磁铁电源，

所述目标轨道由取决于与时间相对应的目标照射位置的时间序列目标轨道数据所给出，

基于对所述时间序列目标轨道数据进行分频而得的多个数据，来生成发送给所述多个X方向扫描电磁铁电源及所述多个Y方向扫描电磁铁电源的指令值。

7.如权利要求6所述的粒子射线照射装置，其特征在于，

对用于对所述X方向扫描电磁铁进行励磁的一个励磁线圈，重叠流过来自所述多个X方向扫描电磁铁电源的电流，对用于对所述Y方向扫描电磁铁进行励磁的一个励磁线圈，重叠流过来自所述多个Y方向扫描电磁铁电源的电流。

8.如权利要求6所述的粒子射线照射装置，其特征在于，

所述粒子射线照射装置包括：用于对所述X方向扫描电磁铁进行励磁的、电感值不同的多个X方向励磁线圈；以及用于对所述Y方向扫描电磁铁进行励磁的、电感值不同的多个Y方向励磁线圈，

所述多个X方向扫描电磁铁电源的各扫描电磁铁电源向所述多个X方向励磁线圈的各励磁线圈提供电流，

所述多个Y方向扫描电磁铁电源的各扫描电磁铁电源向所述多个Y方向励磁线圈的各励磁线圈提供电流。

9.一种粒子射线治疗装置，其特征在于，

包括：权利要求1或6所述的粒子射线照射装置；以及生成目标轨道的治疗计划装置。