JP2000162391A - 荷電粒子ビーム出射装置及び荷電粒子ビーム照射方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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。 【解決手段】加速器１から出射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２４，２５によ
る荷電粒子ビームの偏向量を大きく変化させて照射領域
の間隔を広くする。

Description

【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、前記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、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Ａ
ｎｉ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Ｅ
９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Ａ
９１，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Ｐ９
ｉ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】

【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】

【００２０】となる。（数１）に従って、その他の層Ｌ
１〜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Ａ９
ｉ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Ａｎ
ｉ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２
２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１
３，六極電磁石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１
４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２
２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２
７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２４，２
５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２
４，２５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Ａ
９１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５０
１）。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５０
４）。

【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５０
５）。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Ｐ
ｎｉ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Ａ
ｎｉ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Ａｎ
ｉ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Ａ
ｎｉ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Ａｎ
ｉ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Ａｎ
ｉ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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｈ 13/04 Ｈ０５Ｈ 13/04 Ｎ (72)発明者 松田 浩二 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 Ｆターム(参考） 2G085 AA13 BA12 BA13 CA05 CA06 CA15 CA20 CA21 EA07 4C082 AA01 AC05 AC06 AE01 AE03 AG09 AG12 AG52 AP01 AP02 AR12

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【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、前記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、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。
2. 【請求項２】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。
3. 【請求項３】前記加速器は、前記照射手段から出力され
   る荷電粒子ビームのエネルギーを制御することを特徴と
   する請求項１及び２のいずれかに記載の荷電粒子ビーム
   出射装置。
4. 【請求項４】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及び２のいずれかに記載の荷電粒子ビーム出射装置。
5. 【請求項５】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４のいずれかに記載の荷電粒子ビーム出射装置。
6. 【請求項６】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５のいずれかに記載の荷電粒子ビー
   ム出射装置。
7. 【請求項７】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６記載の荷電粒子
   ビーム出射装置。
8. 【請求項８】患部を荷電粒子ビームの進行方向に複数に
   分けて得られる第１領域と、前記第１領域を更に複数に
   分けて得られる第２領域とを設定し、前記第２領域毎に
   荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム照射方法にお
   いて、前記複数の第２領域は、隣り合う第２領域同士が
   重なり合っており、かつ前記第２領域は、その第２領域
   が含まれる第１領域の位置が深いほど他の第２領域と重
   なる部分が多いことを特徴とする荷電粒子ビーム照射方
   法。
9. 【請求項９】前記第２領域は円形をしており、隣り合う
   ２つの第２領域の中心位置の距離は、第２領域の半径以
   下であることを特徴とする請求項８記載の荷電粒子ビー
   ム照射方法。