JP2003282300A - 粒子線治療システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ビーム軌道の補正を簡単にかつ素早く行うこと
ができる粒子線治療システムを提供する。 【解決手段】ビーム１を入射し患者７５側へと輸送する
第１ビーム輸送系１０２Ａと、ビーム１の照射野を形成
する照射ノズル７０とを備える照射装置１０３を有する
粒子線治療システムにおいて、照射ノズル７０上流側の
ビーム１の通過位置を検出する第１ビーム位置モニタ６
１，６２と、照射ノズル７０下流側のビーム１の通過位
置を検出する第２ビーム位置モニタ６３，６４と、第１
ステアリング電磁石１８１，１８２及び第２ステアリン
グ電磁石１８３，１８４とを設け、第１及び第２ビーム
位置モニタ６１〜６４の検出結果に基づき、ビーム１が
補正後に所定の軌道となるための補正偏向量を求め、そ
の求めた補正偏向量となるように第１及び第２ステアリ
ング電磁石１８１〜１８４を励磁制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子ビームを
用いてガンや腫瘍等を治療する粒子線治療システムに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】荷電粒子として陽子や重イオンを患者の
患部に照射してガンや腫瘍等を治療する治療システム
は、シンクロトロン等の加速器で加速した荷電粒子ビー
ムを、回転式（又は固定式）の照射装置に設けた輸送手
段に入射して照射野形成手段へ導入し、この照射野形成
手段で照射範囲を患部形状に合わせて成型した後、照射
野形成手段の下方に配置した患者ベッドに横臥した患者
の患部に照射するものである。

【０００３】この種の治療システムの例としては、例え
ば特開２００１−２１０４９８号公報に記載のものがあ
る。この従来技術では、シンクロトロンから回転式照射
装置までの高エネルギービーム輸送系(ＨＥＢＴ系)や照
射装置内に備えられる輸送手段に、ビームの方向を偏向
させる偏向電磁石や、ビームサイズを調節する四極電磁
石が備えられている。また輸送手段の下流側には、照射
野形成手段としての照射機器が設けられている。

【０００４】ここで、元来、照射野形成手段において照
射野形成を行う方法としては、散乱体を用いてビームを
広げる方法や、ビームを走査しその重ね合わせにより照
射線量の均一化を図るビーム走査法が知られている。

【０００５】散乱体を用いる方法は、ビームを、例えば
一種類の金属から成る第１散乱体と密度の異なる２種類
の金属から成る第２散乱体とを用いて拡大するものであ
る。このとき、２個の散乱体によるビーム強度分布の重
ね合わせにより均一なビーム強度分布を実現するもので
あるため、各散乱体によるビーム強度分布が軸対象とな
るようにビーム中心(ビーム軸)が散乱体の中心軸(＝照
射野形成手段の設計軌道)と一致するようにビームを通
さなければならない。

【０００６】一方、ビーム走査法は、ｚ方向に進むビー
ムに対し、ｘ方向走査電磁石及びｙ方向走査電磁石にそ
れぞれ変化する電流を流し、これによってそれぞれの電
磁石に発生する磁場を時間的に変化させ、ビームをｘ方
向およびｙ方向に走査するものである。このようにし
て、例えば単位時間あたりのｘ方向の走査回数を相対的
に多くし、ｙ方向の走査回数を相対的に少なくする等を
行い、所望の態様の照射野を形成する。このとき、ビー
ム軸が設計軌道からずれた状態で走査電磁石に入射する
と照射範囲が患部からずれたり、ビームの重ね合わせに
よる照射線量の均一化が図れないため２台の走査電磁石
の所定の位置(＝照射野形成手段の設計軌道)にビームを
通さなければならない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、輸送
手段から照射野形成手段にビームを導入する際には、前
述したいずれの照射野形成方法であったとしても、ビー
ム軸を照射野形成手段の設計軌道に一致させる必要があ
る。このため、一般に、輸送手段の各構成要素は、照射
野形成手段へ輸送する際に最終的にビーム軸が照射野形
成手段の設計軌道と一致するように設計され、配置され
る。

【０００８】しかしながら、現実には、輸送手段の各構
成要素の形状又は寸法公差、あるいは配置又は組立誤差
等(以下適宜、設置誤差という)により、ビーム軸方向が
若干のずれが生じることは避けられない。そこで、上記
従来技術による治療システムでは、低エネルギービーム
輸送系(ＬＥＢＴ系)や前記高エネルギービーム輸送系
(ＨＥＢＴ系)にステアリング電磁石を設けている。すな
わち、上記従来技術では特に明確に示していないが、通
常、ある一の方向（例えば偏向電磁石の偏向方向）をｘ
軸方向、前記一の方向と垂直な方向(偏向電磁石の偏向
方向と垂直方向)をｙ軸方向とし、例えばｘ方向用に２
つのステアリング電磁石を用いてｘ軸を含む平面内にお
けるビームの変位と勾配とを調整するとともに、ｙ方向
用にも２つのステアリング電磁石を用いてｙ軸を含む平
面内におけるビームの変位と勾配とを調整する。これに
よって、ビームの軌道を照射野形成手段の設計軌道に一
致させるようになっている。

【０００９】具体的には、例えば、高エネルギービーム
輸送系(ＨＥＢＴ系)にx方向及びｙ方向モニタを設置し
てそれぞれビームの変位及び勾配を検出し、前述のx方
向及びｙ方向各２台のステアリング電磁石を適宜励磁し
て軌道補正を行う。そしてこの軌道補正作業の際は、上
記設置誤差がどのくらいであるかが不明であることか
ら、通常、操作者が、手動操作によってx方向及びy方向
それぞれのステアリング電磁石による偏向量(以下適
宜、キック量という)を適宜大きくしたり小さくしたり
して試行錯誤しつつ、その変位や勾配の変化の傾向を見
ながら、ビームの位置が設計軌道に一致するように手動
調整していた。

【００１０】このように、従来の治療システムにおいて
は、各ステアリング電磁石のキック量を手動操作で変化
させつつ試行錯誤にてビーム軌道を補正していたので、
軌道補正作業に多大な労力と時間が必要となっていた。

【００１１】特に、上記従来技術のように、輸送手段及
び照射野形成手段を備えた回転照射体を回転軸心まわり
に回転可能に設けることで、患部の位置や状態に合わせ
て適切な角度位置から照射を行えるようにしたいわゆる
回転式照射装置の場合、その回転角によって自重による
各構成要素の撓み量・変形量等が変化し、上記設置誤差
が回転角によって変化することとなる。このため、回転
照射装置の回転角を変えるたびに上記試行錯誤によるビ
ーム軌道補正作業を繰り返す必要があり、著しく煩雑な
作業となっていた。

【００１２】本発明の目的は、ビーム軌道の補正を簡単
にかつ素早く行うことができる粒子線治療システムを提
供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、荷電粒子ビームを設定されたエネ
ルギーまで加速する加速器と、この加速器から出射した
荷電粒子ビームを照射する回転式の照射装置とを有し、
前記照射装置は、前記加速器から出射した荷電粒子ビー
ムを輸送する第１ビーム輸送手段と、この第１ビーム輸
送手段で輸送した荷電粒子ビームの照射野を形成する照
射野形成手段とを備える粒子線治療システムにおいて、
前記第１ビーム輸送手段に設けられた電磁石のうちで最
も下流側に設けられた前記電磁石よりも下流側で前記荷
電粒子ビームの軌道に沿って配置され、荷電粒子ビーム
の通過位置を検出する第１ビーム位置検出手段と、前記
第１ビーム位置検出手段より下流側で前記軌道に沿って
配置され、荷電粒子ビームの通過位置を検出する第２ビ
ーム位置検出手段と、前記第１ビーム位置検出手段より
上流側の前記第１ビーム輸送手段に設けられた第１ステ
アリング電磁石及び第２ステアリング電磁石と、前記第
１及び第２検出手段のそれぞれから出力される各検出信
号に基づき、前記第１及び第２ステアリング電磁石のそ
れぞれによって前記荷電粒子ビームの位置を変位させる
第１変位量を求める第１変位量算出手段と、前記それぞ
れの前記第１変位量に基づいて、前記第１及び第２ステ
アリング電磁石のそれぞれの励磁電流を制御する第１制
御手段とを有する。

【００１４】本発明においては、第１ビーム輸送手段に
設けられた電磁石のうちで最も下流側に設けられた前記
電磁石よりも下流側の部分で荷電粒子ビームの通過位置
を第１及び第２検出手段で検出し、この検出信号に基づ
き、第１変位量算出手段で第１変位量（例えば、各輸送
要素の輸送行列を用いた近似モデルによって第１及び第
２ステアリング電磁石のそれぞれによって前記荷電粒子
ビームの位置を変位させる第１変位量）を求め、第１制
御手段で、第１変位量に基づいて、第１及び第２ステア
リング電磁石のそれぞれの励磁電流を制御する。このよ
うにして荷電粒子ビームを必要に応じて変位させて設定
範囲内（例えば照射野形成手段の設計軌道）とすること
ができるので、各ステアリング電磁石のキック量を手動
操作で変化させつつ試行錯誤にてビーム軌道を補正して
いた従来構造に比べ、軌道補正のための労力及び時間を
大幅に低減でき、簡単かつ素早く補正を行うことができ
る。

【００１５】（２）上記（１）において、好ましくは、
前記照射野形成手段は第１散乱体及び前記第１散乱体の
下流側に配置された第２散乱体を有し、前記第１ビーム
検出手段は前記第２散乱体よりも上流側に配置される。

【００１６】（３）上記（１）において、また好ましく
は、前記照射野形成手段は荷電粒子ビームを走査するビ
ーム走査手段を有し、前記第１ビーム検出手段は前記ビ
ーム走査手段よりも上流側に配置される。

【００１７】（４）上記（１）〜（３）のいずれか１つ
において、また好ましくは、前記第１変位量算出手段
は、前記第１及び第２検出手段の各検出信号に基づき、
前記荷電粒子ビームの位置が前記照射野形成手段内での
設定軌道内に入るように前記第１変位量を求める。

【００１８】（５）上記（１）〜（４）のいずれか１つ
において、また好ましくは、前記第１変位量算出手段
は、少なくとも、前記第１及び第２ステアリング電磁石
を含む前記第１ビーム輸送手段の各輸送要素の輸送特性
をそれぞれ表す複数の輸送行列を用いた近似モデルによ
り、前記第１変位量を求める。

【００１９】（６）上記（１）〜（５）のいずれか１つ
において、また好ましくは、前記第１及び第２ステアリ
ング電磁石のうち少なくとも一方が、一の方向へ荷電粒
子ビームを変位させる機能と、前記一の方向に垂直な他
の方向へその荷電粒子ビームを変位させる機能との両方
を備えている。

【００２０】これによりステアリング電磁石の個数を低
減することができ、また設置スペースを縮小できること
で照射装置の小型化も図れる。

【００２１】（７）上記目的を達成するために、本発明
は、荷電粒子ビームを設定されたエネルギーまで加速す
る加速器と、この加速器から出射した荷電粒子ビームを
照射する回転式の照射装置と、前記加速器から出射した
荷電粒子ビームを前記照射装置へ輸送する第２ビーム輸
送手段とを備える粒子線治療システムにおいて、前記第
２ビーム輸送手段における荷電粒子ビームの通過位置を
検出する第３ビーム位置検出手段と、前記第３ビーム位
置検出手段より下流側において前記第２ビーム輸送手段
における荷電粒子ビームの通過位置を検出する第４ビー
ム位置検出手段と、前記第３ビーム位置検出手段より上
流側で前記第２ビーム輸送手段に設けられた第３ステア
リング電磁石及び第４ステアリング電磁石と、前記第３
及び第４検出手段のそれぞれから出力される各検出信号
に基づき、前記第３及び第４ステアリング電磁石のそれ
ぞれによって前記荷電粒子ビームの位置を変位させる第
２変位量を求める第２変位量算出手段と、前記それぞれ
の前記第２変位量に基づいて、前記第３及び第４ステア
リング電磁石のそれぞれの励磁電流を制御する第２制御
手段とを有する。

【００２２】本発明においては、第２ビーム輸送手段に
設けられた電磁石のうちで最も下流側に設けられた前記
電磁石よりも下流側の部分で荷電粒子ビームの通過位置
を第３及び第４検出手段で検出し、この検出信号に基づ
き、第２変位量算出手段で第２変位量（例えば、各輸送
要素の輸送行列を用いた近似モデルによって第１及び第
２ステアリング電磁石のそれぞれによって荷電粒子ビー
ムの位置を変位させる第２変位量）を求め、第２制御手
段で、第２変位量に基づいて、前記第３及び第４ステア
リング電磁石のそれぞれの励磁電流を制御する。このよ
うにして荷電粒子ビームを必要に応じて変位させて設定
範囲内（例えば照射野形成手段の設計軌道）とすること
ができるので、各ステアリング電磁石のキック量を手動
操作で変化させつつ試行錯誤にてビーム軌道を補正して
いた従来構造に比べ、軌道補正のための労力及び時間を
大幅に低減でき、簡単かつ素早く補正を行うことができ
る （８）上記（７）において、好ましくは、前記第２変位
量算出手段は、前記第３及び第４検出手段の各検出信号
に基づき、前記荷電粒子ビームの位置が前記照射野形成
手段内での設定軌道内に入るように前記第２変位量を求
める。

【００２３】（９）上記（７）又は（８）において、ま
た好ましくは、前記第２変位量算出手段は、少なくと
も、前記第３及び第４ステアリング電磁石を含む前記第
２ビーム輸送手段の各輸送要素の輸送特性をそれぞれ表
す複数の輸送行列を用いた近似モデルにより、前記第２
変位量を求める。

【００２４】（１０）上記（７）〜（９）のいずれか１
つにおいて、また好ましくは、前記第３及び第４ステア
リング電磁石のうち少なくとも一方が、一の方向へ荷電
粒子ビームを変位させる機能と、前記一の方向に垂直な
他の方向へその荷電粒子ビームを変位させる機能との両
方を備えている。

【００２５】これによりステアリング電磁石の個数を低
減することができ、また設置スペースを縮小できること
で照射装置の小型化も図れる。

【００２６】（１１）上記目的を達成するために、本発
明は、荷電粒子ビームを設定されたエネルギーまで加速
する加速器と、この荷電粒子ビームを照射する固定式の
照射装置と、前記加速器から出射した荷電粒子ビームを
前記照射装置に輸送するビーム輸送手段とを備える粒子
線治療システムにおいて、前記ビーム輸送手段に設けら
れた電磁石のうちで最も下流側に設けられた前記電磁石
よりも下流側で前記荷電粒子ビームが通る軌道に沿って
配置され、荷電粒子ビームの通過位置を検出する第１ビ
ーム位置検出手段と、前記第１ビーム位置検出手段より
下流側で前記軌道に沿って配置され、荷電粒子ビームの
通過位置を検出する第２ビーム位置検出手段と、前記第
１ビーム位置検出手段より上流側の前記ビーム輸送手段
に設けられた第１ステアリング電磁石及び第２ステアリ
ング電磁石と、前記第１及び第２検出手段のそれぞれか
ら出力される各検出信号に基づき、前記第１及び第２ス
テアリング電磁石のそれぞれによって前記荷電粒子ビー
ムの位置を変位させる第１変位量を求める第１変位量算
出手段と、前記それぞれの前記第１変位量に基づいて、
前記第１及び第２ステアリング電磁石のそれぞれの励磁
電流を制御する第１制御手段とを有する。

【００２７】（１２）上記（１１）において、好ましく
は、前記照射装置は第１散乱体及び前記第１散乱体の下
流側に配置された第２散乱体を有し、前記第１ビーム検
出手段は前記第２散乱体よりも上流側に配置される。

【００２８】（１３）上記（１１）において、また好ま
しくは、前記照射装置は荷電粒子ビームを走査するビー
ム走査手段を有し、前記第１ビーム検出手段は前記ビー
ム走査手段よりも上流側に配置される。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しつつ説明する。

【００３０】本発明の第１の実施形態を図１〜図５によ
り説明する。

【００３１】図１は、本実施形態の粒子線治療システム
の全体構成を表すシステム構成図である。なお、全体構
成の理解の容易化のために、側面図として表す回転照射
装置１０３（後述）側の構成と、平面図として表すそれ
以外の主加速器１０１（後述）側の構成とを同一図とし
て便宜的に示している。これに対応し、誤解防止のため
に、鉛直上方側への座標軸ｘ軸、ビーム進行方向への座
標軸ｓ軸、及びこれらｘ軸及びｓ軸に直角な方向のｙ軸
を併せて示している。また、図示煩雑を防止するため
に、一部の信号の流れの図示を省略している。

【００３２】この図１において、本実施形態の粒子線治
療システムは、前段加速器１００と、シンクロトロン型
の主加速器１０１と、ビーム輸送系１０２と、回転照射
装置１０３と、主制御装置２００と、加速器制御装置２
０１と、ステアリング電磁石制御装置２０２とを備えて
いる。

【００３３】主加速器１０１は、主加速器１０１を周回
する荷電粒子ビームを偏向する偏向電磁石１１２と、周
回する荷電粒子ビーム（例えば、水素イオンビームまた
は炭素イオンビーム）にエネルギーを与えてそのエネル
ギーをエネルギー設定値まで高める高周波加速空胴１１
５と、周回する荷電粒子ビームに磁界を印加してベータ
トロン振動を共鳴状態にする四極電磁石１１３及び多極
電磁石１１４と、周回する荷電粒子ビームに高周波を印
加してベータトロン振動を増加する出射用高周波印加装
置１１６とを備えている。

【００３４】偏向電磁石１１２、四極電磁石１１３、及
び多極電磁石１１４は加速器制御装置２０１の制御に基
づき動作する加速器用電源装置３０１により電流が供給
されて励磁制御され、高周波加速空胴１１５は加速器用
電源装置３０１により電力が供給される。また出射用高
周波印加装置１１６は、加速器制御装置２０１の制御に
基づき動作する出射用高周波電源装置３００によって電
力が供給されるようになっている。

【００３５】ビーム輸送系１０２は、回転照射装置１０
３の入口側部分に位置する第１ビーム輸送系１０２Ａ
と、主加速器１０１と回転照射装置１０３との間に位置
する第２ビーム輸送系１０２Ｂとから構成されている。

【００３６】第２ビーム輸送系１０２Ｂは、加速器１０
１から出射した荷電粒子ビーム１を回転照射装置１０３
まで輸送するためビームサイズの調整を行う四極電磁石
１２１と、荷電粒子ビームの軌道を曲げる偏向電磁石１
２２と、荷電粒子ビーム１の通過する通過位置(詳細に
は変位と勾配、後述)を検出する(言い換えればビーム軌
道を確認する)一対の第２ｘ方向ビーム位置モニタ６３
及び第２ｙ方向ビーム位置モニタ６４と、それらビーム
位置モニタ６３，６４より上流側に位置する一対の第１
ｘ方向ビーム位置モニタ６１及び第１ｙ方向ビーム位置
モニタ６２と、それらビーム位置モニタ６１，６２より
上流側に配置されビーム軌道を補正するためにビーム１
を偏向させる(後述のように補正偏向量を付与する)一対
のｘ方向ステアリング電磁石１８３及びｙ方向ステアリ
ング電磁石１８４と、それらステアリング電磁石１８
３，１８４より上流側に配置された一対のｘ方向ステア
リング電磁石１８１及びｙ方向ステアリング電磁石１８
２とを備えている。第２ビーム輸送系１０２Ｂのビーム
位置モニタ６１，６２，６３，６４の検出信号(ビーム
位置情報)は、ステアリング電磁石制御装置２０２へ入
力される。加速器制御装置２０１は、ビーム輸送系電磁
石電源３０２を制御してビーム輸送系電磁石電源３０２
から 四極電磁石１２１，１１１及び偏向電磁石１２２
のそれぞれに供給される励磁電流を調整し、それらの電
磁石における励磁量を制御する。

【００３７】第１ビーム輸送系１０２Ａは、第２ビーム
輸送系１０２Ｂ同様、四極電磁石１１１と、荷電粒子ビ
ームの軌道を曲げる第１偏向電磁石１５１及び第２偏向
電磁石１５２と、一対のｘ方向（＝偏向電磁石１５１，
１５２の偏向面方向）ステアリング電磁石１８３及びｙ
方向（＝偏向電磁石１５１，１５２の偏向面方向と垂直
な方向）ステアリング電磁石１８４と、それらステアリ
ング電磁石１８３，１８４より上流側に配置された一対
のｘ方向ステアリング電磁石１８１及びｙ方向ステアリ
ング電磁石１８２とを備えている。四極電磁石１１１及
び偏向電磁石１５１，１５２は、加速器制御装置２０１
の制御に基づき動作する照射装置電磁石電源３０４によ
り電流が供給されて励磁制御される。

【００３８】回転照射装置１０３は、第２ビーム輸送系
１０２Ｂに連絡される第１ビーム輸送系１０２Ａ、及び
第１ビーム輸送系１０２Ａからの荷電粒子ビームを入射
する照射ノズル７０を備える。第１ビーム輸送系１０２
Ａ及び照射ノズル７０は、一体となって回転軸１１まわ
りに回転可能な回転体（いわゆるガントリー）を構成し
ている。照射ノズル７０の延長線上に患者７５を載置す
る回転しない治療台(患者ベッド)７６が回転照射装置１
０３とは別に設けられる。

【００３９】照射ノズル７０に設けられた第１散乱体
（最上流に設けられる散乱体）よりも下流側、具体的に
は、照射ノズル７０より下流側(あるいは照射ノズル７
０内で第１散乱体よりも下流側部分でもよい)には、第
２ビーム輸送系１０２Ｂと同様にビーム１の通過する通
過位置(詳細には変位と勾配、後述)を検出する(言い換
えればビーム軌道を確認する)一対のｘ方向ビーム位置
モニタ６３及びｙ方向ビーム位置モニタ６４が設けられ
ている。また、それらビーム位置モニタ６３，６４より
上流側で照射ノズル７０に設けられた第２散乱体５より
も上流側、具体的には、照射ノズル７０より上流側(あ
るいは照射ノズル７０内で第２散乱体５よりも上流側部
分でもよい)に一対のｘ方向ビーム位置モニタ６１及び
ｙ方向ビーム位置モニタ６２が設けられている。これら
ビーム位置モニタ６１，６２，６３，６４は、以上説明
したものも含み本実施形態の粒子線治療システムに配置
されるすべての磁力要素（電磁石）よりもビーム進行方
向下流側に位置しており、かつビーム位置モニタ６１，
６２とビーム位置モニタ６３，６４との間にも磁力要素
は全く設けられていない。なお、第２散乱体５は照射ノ
ズル７０内で第１散乱体４よりも下流側に設けられる。
回転照射装置１０３のビーム位置モニタ６１，６２，６
３，６４の検出信号(ビーム位置情報)は、ステアリング
電磁石制御装置２０２へ入力される。

【００４０】加速器制御装置２０１及びステアリング電
磁石制御装置２０２は各種患者データに基づき、主制御
装置２００によって制御される。なお、患者データは、
治療計画に関連して予め収集されたものであり、例え
ば、治療に必要な荷電粒子ビームのエネルギーや回転照
射装置の回転角度等を含む。

【００４１】加速器制御装置２０１は、前述したよう
に、出射用高周波電源装置３００、加速器用電源装置３
０１、ビーム輸送系電磁石電源３０２、及び照射装置電
磁石電源３０４を介して、前段加速器１００から主加速
器１０１へのビームの出射、主加速器１０１を周回させ
ることによる治療に必要なエネルギーまでの荷電粒子ビ
ームの加速と第２ビーム輸送系１０２Ｂへの出射、第１
ビーム輸送系１０２Ａ並びに回転照射装置１０３内にお
ける荷電粒子ビームの輸送を制御する機能を備えてい
る。

【００４２】ステアリング電磁石制御装置２０２は、第
２輸送系１０２Ｂ及び回転照射装置１０３の各ビーム位
置モニタ６１，６２，６３，６４からの荷電粒子ビーム
の位置情報（ビーム位置情報）に基づき、ビーム位置
（荷電粒子ビームの位置）を所定の軌道(本実施例では
照射ノズル７０の設計軌道)上に補正するために必要な
キック量(蹴り量、詳細は後述)を得るためのステアリン
グ電磁石１８１，１８２，１８３，１８４のそれぞれの
励磁量を求める。そして、ステアリング電磁石制御装置
２０２は、得られた各励磁量を基にビーム輸送系ステア
リング電磁石電源３０３及び照射装置ステアリング電磁
石電源３０５を制御して、ビーム輸送系ステアリング電
磁石電源３０３から第２ビーム輸送系１０２Ｂにおける
ステアリング電磁石１８１，１８２，１８３，１８４に
供給される励磁電流を制御し、かつ照射装置ステアリン
グ電磁石電源３０５から第１ビーム輸送系１０２Ａにお
けるステアリング電磁石１８１，１８２，１８３，１８
４に供給される励磁電流を制御する。これによって、第
１ビーム輸送系１０２Ａ及び第２ビーム輸送系１０２Ｂ
の各ステアリング電磁石の励磁量が制御される。なおこ
のとき、各ステアリング電磁石１８１〜１８４の電流値
とそれによって発生する磁場により荷電粒子ビーム１が
受けるキック量の関係は予め求めておく。

【００４３】上記のような構成により、本実施形態の粒
子線治療システムにおいては、低エネルギーの荷電粒子
ビーム１が前段加速器１００から主加速器１０１に入射
され、主加速器１０１において治療に必要なエネルギー
まで加速された後、第２ビーム輸送系１０２Ｂから治療
室(図示せず)内に輸送されて導入され、さらに回転照射
装置１０３の第１ビーム輸送系１０２Ａを介し照射ノズ
ル７０にて荷電粒子ビーム１が成形されて患部へ照射さ
れる。

【００４４】上記のような基本構成及び動作の粒子線治
療システムにおいて、本実施形態の要部は、輸送行列を
用いた近似モデルによってステアリング電磁石１８１〜
１８４の補正偏向量を求め、これによってステアリング
電磁石１８１〜１８４を励磁制御することにより、荷電
粒子ビーム１の軌道が最終的に照射ノズル７０の設計軌
道に一致するように補正することにある。以下、その詳
細を順を追って説明する。

【００４５】（１）近似モデルの画定 ビーム輸送系におけるビーム軌道の位置及び勾配は、偏
向電磁石、四極電磁石、ステアリング電磁石、その間の
ドリフト空間（磁石等がなくビーム軌道に影響を与えな
い自由空間）を表す輸送行列を用いて計算することがで
きる。

【００４６】このとき、本願発明者等の検討によれば、
偏向電磁石のチルト角や四極電磁石の設置誤差が微小で
ある場合には、それら偏向電磁石・四極電磁石によるビ
ーム軌道の位置・勾配の変化量は、それぞれの輸送行列
と分離し、機器通過後に位置・勾配の変化量を加えると
いう手法で近似できることがわかった。以下このことを
説明する。

【００４７】偏向電磁石の輸送行列の近似 まず、偏向電磁石について、設置チルト角（＝ビーム進
行方向を回転軸とする回転設置誤差の角度、０度が理想
値）がある場合の輸送行列は、水平方向及び垂直方向に
ついてそれぞれ下記の式（１−１）及び式（１−２）で
近似することができる。ここで、ρは偏向半径、θは偏
向角、φはチルト角である。 水平方向：

【数１】 …（１−１） 垂直方向：

【数２】 …（１−２） これら式（１−１）及び式（１−２）のうちの第1項が
チルト角のないときの理想的な軌道を与える項であり、
第２項がチルト角の影響を表す項である。なお、水平方
向については、第２項が微少量であるチルト角φの２次
の項となって無視できるほど小さくなることから、第２
項は省略する。

【００４８】四極電磁石の輸送行列の近似 次に、四極電磁石について、ビーム進行方向に垂直な面
内で設置誤差がある場合の輸送行列（水平方向）は、下
記の（１−３）式及び（１−４）式で表すことができ
る。ここで、Ｋは磁場勾配を磁気剛性率Ｂρで除した値
の絶対値、Ｌは磁極長、ξは設置誤差の量である。 収束型：

【数３】 …（１−３）

【数４】 …（１−４） これら式（１−３）及び式（１−４）のうち、第1項が
設置誤差のないときの理想的な軌道を与える項であり、
第２項が設置誤差の影響を表す項である。なお、垂直方
向については上記輸送行列の収束・発散作用を入れ替え
たものになる。

【００４９】ステアリング電磁石による補正量の評価 ビーム輸送系におけるビーム軌道補正では、ステアリン
グ電磁石でビームに勾配の変化をもたらす補正キックを
加え、その下流に設置したプロファイルモニタでその影
響を位置の変化として確認することができる。このと
き、本願発明者等の行った検討によれば、上記の近
似モデルを用いることにより、ステアリング電磁石によ
る勾配の補正量の評価についても、単一キックと考えて
ステアリング電磁石で勾配（キック量あるいは蹴り量）
のみが加わったと見なせることがわかった。このことを
図２を用いて以下詳細に説明する。なお、ビームの進行
方向についての設置誤差の影響は小さいのでここでは無
視する。

【００５０】図２は、設置誤差を含むときのビーム輸送
系の模式図である。図中、Ｄ_ｉはi番目のドリフトを表
す輸送行列であり、Ｍ_ｉはi番目の電磁石を表す輸送行
列であり、δ_ｉ ^→（注：本願明細書の文中において添字
として右上に付す「→」は、すべてベクトルを表す矢印
または行列を表す太字の代用表記である）はｉ番目の機
器の設置誤差による変位・勾配の変化を表すベクトルで
あり、ｘ_ｉ ^→はi番目の機器通過後の変位・勾配を表す
ベクトルであり、ｘ_ｏ ^→はステアリング電磁石での変位
・勾配を表すベクトルであり、Ａ_ｉ＝Ｍ_ｉＤ_ｉである。
また、ｋ^→はステアリング電磁石によるキックを表すベ
クトルであり、すなわち、

【数５】 …（１−５） である。

【００５１】図２において、まず、補正前のプロファイ
ルモニタにおける変位・勾配の値は、 x₁ ^→＝Ａ₁x₀ ^→+δ₁ ^→ x₂ ^→＝Ａ₂x₁ ^→+δ₂ ^→ ＝Ａ₂(Ａ₁x₀ ^→+δ₁ ^→)+δ₂ ^→ ＝Ａ₂Ａ₁x₀ ^→+Ａ₂δ₁ ^→+δ₂ ^→ ・ ・ ・ x_n ^→＝Ａ_nx_n-1 ^→+δ_n ^→ ＝(Ａ_nＡ_n-1…Ａ₃Ａ₂Ａ₁)x₀ ^→+(Ａ_nＡ_n-1…Ａ₃Ａ₂)δ₁ ^→ +(Ａ_nＡ_n-1…Ａ₃)δ₂ ^→ + … + Ａ_nδ_n-1 ^→+δ_n ^→ x_f ^→＝D_fx_n ^→ ＝(D_fＡ_nＡ_n-1…Ａ₃Ａ₂Ａ₁)x₀ ^→+(D_fＡ_nＡ_n-1 …Ａ₃Ａ₂)δ₁ ^→ +(D_fＡ_nＡ_n-1…Ａ₃)δ₂ ^→+ + D_fＡ_nδ_n-1 ^→+D_fδ_n ^→ … （ １−６） 次に、ここでステアリング電磁石のステアリング機能に
よって補正キックk^→を新たに加えると、ステアリング
出口の軌道ベクトルは、 x₀ ^→→x₀ ^→+k^→ と表される。

【００５２】したがって、補正後の軌道を添え字ｃを用
いて書き表すと、 x_1C ^→＝Ａ₁(x₀ ^→+k^→)+δ₁ ^→ x_2C ^→＝Ａ₂x_1C ^→+δ₂ ^→ ＝Ａ₂｛Ａ₁(x₀ ^→+k^→)+δ₁ ^→)｝+δ₂ ^→ ＝Ａ₂Ａ₁x₀ ^→+Ａ₂Ａ₁k^→+Ａ₂δ₁ ^→+δ₂ ^→ ・ ・ ・ x_{n C} ^→＝Ａ_nx_n-1C ^→+δ_n ^→ ＝(Ａ_nＡ_n-1…Ａ₃Ａ₂Ａ₁)x₀ ^→+(Ａ_nＡ_n-1…Ａ₃Ａ₂Ａ₁)k^→ +(Ａ_nＡ_n-1…Ａ₃Ａ₂)δ₁ ^→+(Ａ_nＡ_n-1…Ａ₃)δ₂ ^→+ … +Ａ_nδ_n-1 ^→+ δ_n ^→ x_{f C} ^→＝D_fx_{n C} ^→ ＝(D_fＡ_nＡ_n-1…Ａ₃Ａ₂Ａ₁)x₀ ^→+(D_fＡ_nＡ_n-1…Ａ₃Ａ₂Ａ₁)k^→ +(D_fＡ_nＡ_n-1…Ａ₃Ａ₂)δ₁ ^→ +(D_fＡ_nＡ_n-1…Ａ₃)δ₂ ^→+ … +D_fＡ_nδ_n-1 ^→+D_fδ_n ^→ … （１−７） 上記の式（１−６）及び式（１−７）を対比し、x_{f C} ^→
を補正前の値x_f ^→を用いて表すと、 x_{f C} ^→＝(D_fＡ_nＡ_n-1…Ａ₃Ａ₂Ａ₁)k^→+x_f ^→ … （１−８） となる。

【００５３】すなわち、上記（１−８）で表されるよう
に、上記で説明した近似モデルを用いると、ステア
リング電磁石のステアリング機能によるキックの効果
は、(D _fＡ_nＡ_n-1…Ａ₃Ａ₂Ａ₁)k^→の項を補正前の設置誤
差の影響を含んだ項x_f ^→に付け加えた形になることがわ
かる。言い換えれば、ステアリングのキックによる軌道
の変化分は、設置誤差の影響のない理想的な遷移行列
(＝上記の例ではD_fＡ_nＡ_{n- 1}…Ａ₃Ａ₂Ａ₁)を補正キック
ベクトル（＝上記の例ではk^→）に掛けあわせることに
より評価できることがわかった。

【００５４】（２）上記近似モデルを用いた本実施形態
における軌道補正の原理 次に、上記（１）で説明した近似モデルを、具体的に上
述した本実施形態の粒子線治療システムにおける軌道補
正へ適用する場合について考察する。

【００５５】一般に、ビーム輸送系に配置される光学機
器について、偏向電磁石(ＢＭ)、収束型四極電磁石(Ｑ
Ｆ)、発散型四極電磁石(ＱＤ)それぞれの輸送行列
Ｍ_BMX，Ｍ_{B MY}，Ｍ_QF、Ｍ_QDは、それぞれ以下の式（２−
１）、式（２−２）、式（２−３）、式（２−４）で表
すことができる。なお、ρ及びθはそれぞれ偏向電磁石
の偏向半径[m]と偏向角[rad]を表し、Ｋ及びＬはそれぞ
れ四極電磁石のＫ値[１/m^２]と磁極長[m]を示す。

【数６】 …（２−１）

【数７】 …（２−２）

【数８】 …（２−３）

【数９】 …（２−４） ここで、照射ノズル７０に導かれるビーム１に要求され
る位置精度は、照射野形成法にもよるが、一般にサブmm
オーダーであり、軌道勾配の精度もほぼ１mrad以下であ
る。既に述べたように、照射ノズル７０は、荷電粒子ビ
ーム１の設計軌道を基準に設計されることから、理想的
には荷電粒子ビーム１の軌道の変位・勾配ともゼロにし
なくてはいけない。また本実施形態のようないわゆる回
転式の照射装置１０３の場合には、照射装置１０３の入
射の時点で、その入射するビーム軸が回転体の回転軸１
１と一致するように荷電粒子ビーム１の軌道の変位・勾
配ともゼロにしておくことが望ましい。

【００５６】このように変位・勾配という２つのパラメ
ータを特定の値に設定するため、本実施形態では、第１
ビーム輸送系１０２Ａ及び第２ビーム輸送系１０２Ｂそ
れぞれにおいて、２対のステアリング電磁石１８１，１
８２及び１８３，１８４を用いるようになっている。

【００５７】図３は、上記した本実施形態の第１ビーム
輸送系１０２Ａ又は第２ビーム輸送系１０２Ｂを想定し
た、ステアリング電磁石２台と照射ノズル内に２台のビ
ーム位置モニタとを備えたビーム輸送系の模式図であ
る。この図３を用いて、以上述べた考察に基づき、照射
ノズル７０でのビーム変位・勾配ともゼロに補正するた
めのステアリング電磁石２台のキック量を求める原理
を、以下詳細に説明する。なお、ここでは例としてｘ方
向の補正についてのみ示すが、これと垂直なｙ方向方向
についても同様の機器・方法で補正可能であることは言
うまでもない。

【００５８】図３において、前述の（１）で考察した
ように、２台のステアリングによる軌道補正の効果を求
めるには、の近似モデルを用いることにより、各ス
テアリングのキック量に設置誤差を含まない理想的な遷
移行列を掛ければ足りる。

【００５９】すなわち、第１及び第２ステアリング電磁
石１８２，１８４でキック量ｋ_１ ^→，ｋ_２ ^→を与えた場
合、それらによって生じる第１ビーム位置モニタ６２で
の軌道の変化ｘ₁ ^→，ｘ₂ ^→は輸送行列を用いて、

【数１０】 …（２−５）

【数１１】 …（２−６） と表すことができる。

【００６０】第１ビーム位置モニタ６２で観測される軌
道エラーｘ_err ^→を補正して変位・勾配ともゼロにする
ためには、

【数１２】 …（２−７） を満たせばよい。

【００６１】すなわち、

【数１３】 …（２−８） となるキック量ｋ_１ ^→，ｋ_２ ^→を求めればよい。

【００６２】したがって、

【数１４】 …（２−９） とおくと、ｋ₁ ^→、ｋ_２ ^→は、上記Ｍ_corの逆行列を用い
ることで、

【数１５】 …（２−１０） のようにして求めることができる。

【００６３】なお、このとき、軌道エラーｘ_err ^→は、
２台のビーム位置モニタ６２，６４で検出した位置情報
Ｘ_１ ^→，Ｘ_２ ^→と、それらの間の距離Ｌとを用いること
により、

【数１６】 …（２−１１） によって求めることができる。また上述のように輸送行
列から求めるＭ_corは理想的な行列から求めることがで
きるが、実際にビーム１を用いて調整する場合にはキッ
ク量ｋ_１ ^→，ｋ_２ ^→とＸ_１ ^→，Ｘ_２ ^→との関係から求
め、実際の体系を反映させることもできる。

【００６４】以上の方法によれば、第１ビーム位置モニ
タ６２での変位・勾配と、ステアリング電磁石１８２又
は１８４以降に配置された機器の理想的な輸送行列のみ
を用いれば足り、機器の位置誤差・チルト量、第１ステ
アリング電磁石１８２位置まで輸送されてくるビーム１
の変位・勾配の値は計算上必要ない（言い換えれば、設
置誤差が実際どの程度であるのか、あるいはその設置誤
差で各輸送要素においてどのような変位・勾配が生じて
いるのかが全く不明のままでも、ビーム軌道の補正を行
うことが可能である）。このような補正量計算方法で必
要とされる条件は、(a)２台のビーム位置モニタが、そ
れらの間にビーム光学機器（偏向電磁石、四極電磁石）
がない状態で設置されていること；(b)それらの位置モ
ニタより上流に２台のステアリング電磁石が設置されて
いること；である。本実施形態においても前述のように
この条件を満たすように第１ビーム輸送系１０２Ａ及び
第２ビーム輸送系１０２Ｂが構成されている。

【００６５】なお、実際には、線形の輸送行列では表せ
ない、偏向電磁石の多極（主に六極）成分や四極電磁石
の多極（八極）成分の寄与が予想されるが、それぞれの
電磁石は通常、多極成分を十分に低減することを前提に
設計、製作されるため、その寄与は小さいと考えられ
る。

【００６６】（３）本実施形態における軌道調整手順 上記（２）の原理に基づく、本実施形態による粒子線治
療システムにおける実際の荷電粒子ビームの軌道調整手
順を、以下に説明する。その軌道調整は、荷電粒子ビー
ムを照射する患者が照射ノズル７０の延長線上に設定さ
れる前、すなわち治療前の荷電粒子ビーム調整の一環の
作業として行われる。その軌道調整は、主制御装置２０
０と、加速器制御装置２０１、ガントリー回転制御装置
（図示せず）及びステアリング電磁石制御装置２０２と
の連携制御によって行われる。以下、ステアリング電磁
石制御装置２０２が行う軌道補正制御手順を、図４を用
いて説明する。

【００６７】図４に示すフローは、大きく、第２ビーム
輸送系１０２Ｂにおけるビーム軌道の補正（ビーム軸が
回転軸１１に一致するように補正）を行うステップ１０
〜ステップ８０と、その後、第１ビーム輸送系１０２Ａ
(言い換えればガントリー側)におけるビーム軌道の補正
（最終的にビーム軸が照射ノズル７０の設計軌道に一致
するように補正）を行うステップ９０〜ステップ１７０
との２つによって構成されている。

【００６８】まず予め、主制御装置２００は加速器制御
装置２０１及びステアリング電磁石制御装置２０２に対
して起動信号を出力する。この信号を入力した加速器制
御装置２０１は荷電粒子ビーム出射用高周波電源装置３
００、加速器用電源装置３０１及びビーム輸送系電磁石
電源３０２を制御し、その信号を入力したステアリング
電磁石制御装置２０２はビーム輸送系ステアリング電磁
石電源３０３制御し、第２ビーム輸送系１０２Ｂにビー
ムを通す。その後、ステアリング電磁石制御装置２０２
は、ステップ１０〜ステップ８０の第２ビーム輸送系１
０２Ｂにおけるビーム軌道補正を行う。

【００６９】すなわち、ステアリング電磁石制御装置２
０２は、ステップ１０で、第２ビーム輸送系１０２Ｂに
設けた第１及び第２ビーム位置モニタ６１，６２及び６
３，６４によるビーム位置の検出信号を入力する。

【００７０】その後、ステアリング電磁石制御装置２０
２は、ステップ２０で、上記ステップ１０における検出
信号に基づき、前述の式（２−１１）によって第１ビー
ム位置モニタ６１，６２における荷電粒子ビームの変位
及び勾配を算出する。

【００７１】そして、ステップ３０で、第１ステアリン
グ電磁石１８１，１８２と第１ビーム位置モニタ６１，
６２との間に位置する四極電磁石１２１，１２１の励磁
量から、第１ステアリング電磁石１８１，１８２と第１
ビーム位置モニタ６１，６２との間の理想的な輸送行列
（遷移行列）を算出する。また第２ステアリング電磁石
１８３，１８４と第１ビーム位置モニタ６１，６２との
間の理想的な輸送行列（遷移行列）も算出する。

【００７２】その後、ステップ４０において、上記ステ
ップ２０で算出したビーム変位及び勾配と、上記ステッ
プ３０で算出した遷移行列とを用いて、上述の式（２−
９）及び式（２−１０）により、第１及び第２ステアリ
ング電磁石１８２，１８４の第１キック量を算出した
後、ステップ５０でこの算出した第１キック量となるよ
うに、ビーム輸送系ステアリング電磁石電源３０３を制
御して第１及び第２ステアリング電磁石１８２，１８４
に供給する励磁電流を制御する。

【００７３】そして、ステップ６０で、このステアリン
グ励磁状態で第１及び第２ビーム位置モニタ６１，６
２，６３，６４においてビーム位置の検出を行い、ステ
ップ７０で変位＝０、勾配＝０が確認されたら、ステッ
プ８０でそのときの第１キック量（第１補正キック量）
をステアリング電磁石制御装置２０２のメモリ等の記憶
手段（図示せず）に記憶する。

【００７４】ステップ８０が終了したら、ステアリング
電磁石制御装置２０２は、ステップ９０〜ステップ１７
０の第１ビーム輸送系１０２Ａにおけるビーム軌道補正
を行う。すなわち、まず準備手順として、ビーム輸送系
ステアリング電磁石電源３０３及び照射装置ステアリン
グ電磁石電源３０５を介し、すべてのステアリング電磁
石１８１，１８２，１８３，１８４の励磁を停止する。

【００７５】ここで、上記励磁停止制御が終了したと
き、ステアリング電磁石制御装置２０２は主制御装置２
００に一時待機信号を出力する。その信号を入力した主
制御装置２００は図示しないガントリー回転制御装置へ
治療計画（照射計画）に対応したガントリー回転角を入
力する。ガントリー回転制御装置は、その回転角に基づ
いて、回転体（ガントリー）を回転させる回転駆動装置
（図示せず）を所定の角度位置となるまで回転駆動さ
せ、回転終了後に回転終了信号を主制御装置２００に出
力する。そして、主制御装置２００からステアリング電
磁石ＯＮ信号を入力したステアリング電磁石制御装置２
０２は、第１ビーム輸送系１０２Ａ及び第２ビーム輸送
系１０２Ｂの全ステアリング電磁石を励磁し、主加速器
１０１から出射された荷電粒子ビームが第１ビーム輸送
系１０２Ａ及び第２ビーム輸送系１０２Ｂ内を通され
る。

【００７６】その後、ステアリング電磁石制御装置２０
２は、ステップ１００で、照射ノズル７０に設けた第１
及び第２ビーム位置モニタ６１，６２及び６３，６４に
よるビーム位置の検出信号を入力する。

【００７７】そして、ステップ１１０で、上記ステップ
１００における検出信号に基づき、ステアリング電磁石
制御装置２０２は、前述の式（２−１１）によって第１
ビーム位置モニタ６１，６２におけるビーム変位及び勾
配を算出する。

【００７８】その後、ステップ１２０で、第１ステアリ
ング電磁石１８１，１８２と第１ビーム位置モニタ６
１，６２との間に位置する四極電磁石１１１，１１１，
１１１及び偏向電磁石１５２の励磁量から、第１ステア
リング電磁石１８１，１８２と第１ビーム位置モニタ６
１，６２との間の理想的な輸送行列（遷移行列）を算出
する。また第２ステアリング電磁石１８３，１８４と第
１ビーム位置モニタ６１，６２との間に位置する四極電
磁石１１１及び偏向電磁石１５２の励磁量からそれらの
間の理想的な輸送行列（遷移行列）も算出する。

【００７９】その後、ステップ１３０において、上記ス
テップ１１０で算出したビーム変位及び勾配と、上記ス
テップ１２０で算出した遷移行列とを用いて、上述の式
（２−９）及び式（２−１０）により、第１及び第２ス
テアリング電磁石１８２，１８４の第２キック量を算出
した後、ステップ１４０でこの算出した第２キック量と
なるように、ビーム輸送系ステアリング電磁石電源３０
３を制御して第１及び第２ステアリング電磁石１８２，
１８４に供給する励磁電流を制御する。

【００８０】そして、ステップ１５０で、このステアリ
ング励磁状態で第１及び第２ビーム位置モニタ６１，６
２，６３，６４においてビーム位置の検出を行い、ステ
ップ１６０で変位＝０、勾配＝０が確認されたら、ステ
ップ１７０でそのときの第２キック量（第２補正キック
量）を上記した記憶手段に記憶する。ステップ１７０の
処理が実行された後、主制御装置２００からの指令を受
けた加速器制御装置２０１は主加速器１０１からの荷電
粒子ビームの出射を停止する。

【００８１】なお、以上でわかるように、ステアリング
電磁石制御装置２０２は、実質的に、照射装置１０３内
のステアリング電磁石によって変位させる荷電粒子ビー
ムの第１変位量（第２キック量）を算出する第１変位量
算出手段、第１変位量に基づいて照射装置１０３内のス
テアリング電磁石の励磁電流を制御する第１制御手段、
第２ビーム輸送系１０２Ｂ内のステアリング電磁石によ
って変位させる荷電粒子ビームの第２変位量（第１キッ
ク量）を算出する第２変位量算出手段、及び第２変位量
に基づいて第２ビーム輸送系１０２Ｂ内のステアリング
電磁石の励磁電流を制御する第２制御手段を含んでい
る。第１変位量算出手段は前述のステップ１００〜ステ
ップ１３０及びステップ１５０〜ステップ１７０の処理
を実行し、第１制御手段はステップ１４０の制御を実行
する。第２変位量算出手段は前述のステッ１プ２０〜ス
テップ４０及びステップ６０〜ステップ８０の処理を実
行し、第２制御手段はステップ５０の制御を実行する。

【００８２】以上のようにして荷電粒子ビームの軌道調
整を行った後、治療台７６を移動させて治療台７６に乗
せられた患者の患部を照射ノズル７０に対して位置合せ
を行う。その後、オペレータからの入力に基づいて主制
御装置２００が治療開始信号を各制御装置に出力する。
そして、加速器制御装置２０１等の制御装置の作用によ
り、主加速器１０１から荷電粒子ビームが出射され、照
射ノズル７０から患部に荷電粒子ビームを照射する。こ
のとき、ステアリング電磁石制御装置２０２は、各ビー
ム位置モニタの出力信号ではなく記憶装置に記憶された
第１キック量に基づいて、第２ビーム輸送系１０２Ｂに
設けられた各ステアリング電磁石に供給する励磁電流を
制御し、記憶装置に記憶された第２キック量に基づい
て、第１ビーム輸送系１０２Ａに設けられた各ステアリ
ング電磁石に供給する励磁電流を制御する。この制御に
よって、照射ノズル７０から患部に照射される荷電粒子
ビームの変位及び勾配をそれぞれ０にすることができ
る。

【００８３】（４）本実施形態の作用・効果 以上説明した本実施形態の粒子線治療システムにおける
ビーム軌道補正方法の作用を、比較例を参照しつつ説明
する。

【００８４】図５は、前述した従来技術にほぼ相当する
比較例におけるビーム軌道補正方法の要部手順を表すフ
ローチャートである。対比の明確化のために、上記本実
施形態の粒子線治療システムに対応する部分には、同一
の符号を用いて以下説明する。

【００８５】図５において、まずステップ３００で、第
２ビーム輸送系１０２Ｂにおける相対的に上流側及び下
流側にそれぞれ配置した第１及び第２ビーム位置モニタ
６１，６２及び６３，６４によるビーム位置の検出信号
を入力するとともに、その検出信号に基づいて勾配を算
出する。

【００８６】そして、ステップ３１０で、適宜の表示装
置に第１ビーム位置モニタ６１，６２におけるビーム位
置及び勾配を表示させ、それらビーム位置の変位及び勾
配が０となったかどうかを操作者が判定する。０になっ
ていない場合は、ステップ３２０にて第２ビーム輸送系
１０２Ｂに設置した第１及び第２ステアリング電磁石１
８１，１８２及び１８３，１８４の励磁量を手動で調整
し、ステップ３００に戻り同様の手順を繰り返す。この
ようにして、ステップ３１０にてビーム位置及び勾配が
０となるまで、操作者が試行錯誤して手動操作にて調整
を繰り返す。

【００８７】第１ビーム位置モニタ６１，６２における
ビーム位置の変位及び勾配が０となったら、ステップ３
１０の判定が満たされ、ステップ３３０へと移る。

【００８８】ステップ３３０では、上記ステップ３００
と同様、照射ノズル７０における相対的に上流側及び下
流側にそれぞれ配置した第１及び第２ビーム位置モニタ
６１，６２及び６３，６４によるビーム位置の検出信号
を入力するとともに、その検出信号に基づいて勾配を算
出する。

【００８９】そして、ステップ３４０で、上記ステップ
３１０と同様、適宜の表示装置に第１ビーム位置モニタ
６１，６２におけるビーム位置及び勾配を表示させ、そ
れらビーム位置の変位及び勾配が０となったかどうかを
操作者が判定する。０になっていない場合は、ステップ
３５０にて第１ビーム輸送系１０２Ａに設置した第１及
び第２ステアリング電磁石１８１，１８２及び１８３，
１８４の励磁量を手動で調整し、ステップ３３０に戻り
同様の手順を繰り返す。このようにして、ステップ３４
０にてビーム位置及び勾配が０となるまで、操作者が試
行錯誤して手動操作にて調整を繰り返す。

【００９０】第１ビーム位置モニタ６１，６２における
ビーム位置の変位及び勾配が０となったら、ステップ３
４０の判定が満たされ、すべてのビーム軌道補正が完了
し、このフローを終了する。

【００９１】以上のように、この比較例では、操作者
が、手動操作によってステアリング電磁石による励磁量
(キック量)を適宜大きくしたり小さくしたりして試行錯
誤しつつ、その変位や勾配の変化の傾向を見ながら、ビ
ーム１の位置が設計軌道に一致するように手動調整して
いたので、軌道補正作業に多大な労力と時間が必要とな
っていた。

【００９２】特に、前述した図１に示した本実施形態の
粒子線治療システムのように、回転照射体（ガントリ
ー）を回転軸１１まわりに回転可能に設けることで患部
の位置や状態に合わせて適切な角度位置から照射を行え
るようにした回転式の照射装置１０３の場合、その回転
角によって自重による各構成要素の撓み量・変形量等が
変化し、設置誤差が回転角によって変化することとな
る。このため、回転照射装置１０３の回転角を変えるた
びに上記試行錯誤によるビーム軌道補正作業を繰り返す
必要があり、著しく煩雑な作業となっていた。

【００９３】これに対し、上記本実施形態の粒子線治療
システムの軌道補正方法によれば、上記（１）〜（３）
で説明したように、第１及び第２ビーム位置モニタ６
１，６２及び６３，６４の検出信号に基づき、各輸送要
素の輸送行列を用いた近似モデルによって第１及び第２
ステアリング電磁石１８１，１８２及び１８３，１８４
の補正キック量を求め、ステアリング電磁石制御装置２
０２で、ビーム輸送系ステアリング電磁石電源３０３及
び照射装置ステアリング電磁石電源３０５を介しその求
めた補正キック量をビーム１に与えるように第１及び第
２ステアリング電磁石１８１，１８２及び１８３，１８
４に供給する励磁電流を制御する。このようにしてビー
ム１を補正後において所定の設計軌道とすることができ
るので、各ステアリング電磁石のキック量を手動操作で
変化させつつ試行錯誤にてビーム軌道を補正する上記比
較例に比べ、軌道補正のための労力及び時間を大幅に低
減でき、簡単かつ素早く補正を行うことができる。な
お、本願発明者等は上記実施形態の粒子線治療装置と同
等の構造及びサイズの実験装置を用いて補正精度の確認
実験を行ったところ、照射ノズル７０から照射されるビ
ーム１の誤差は、補正前に最大数ミリ程度生じていたの
が、補正後には最大でも十分の数ミリ程度と約１／１０
にまで低減し、高い精度で補正できることを確認した。

【００９４】特に、前述したように本実施形態の照射装
置１０３のような回転式のものでは広い範囲で（例えば
プラスマイナス１８０度）回転させ回転角度を細かく
（例えば５度刻みで）設定するが、各要素の自重による
たわみ量はその角度によって異なるため、第１及び第２
補正キック量もその角度ごとに求めなければならない。
本実施形態では上記のように１つの角度ごとの調整時間
を大幅に短縮できるとともに、前述の図４のステップ９
０やステップ２１０において第１及び第２補正キック量
を記憶できることから、過去に一度使用したことのある
角度については第１及び第２補正キック量をその都度算
出しなくても、治療時に患者データをもとに必要なエネ
ルギー、回転角度に対応するステアリング電磁石の補正
データを呼び出して軌道補正を行うようにすれば、調整
作業自体を不要とすることもできる。したがって、操作
者（医師あるいは技術者）の負担を大幅に低減するとと
もに、利便性を大きく向上できる。

【００９５】また、ステアリング電磁石制御装置２０２
が第２ビーム輸送系１０２Ｂに設けたビーム位置モニタ
６１〜６４の検出信号に基づいて第２ビーム輸送系１０
２Ｂに設けたステアリング電磁石１８１〜１８４にそれ
ぞれ供給する励磁電流を制御しているため、照射装置１
０３の入口、すなわち回転の中心に位置している第１ビ
ーム輸送系１０２Ａの入口で荷電粒子ビームの位置を設
定位置（例えば中心の位置）に合せることができる。こ
のため、第１ビーム輸送系１０２Ａに設けたステアリン
グ電磁石１８１〜１８４による制御により、照射装置１
０３の各構成要素の撓み量、変形量が変化しても照射ノ
ズル７０の出口において荷電粒子ビームを設定位置によ
り精度良く合せることができる。

【００９６】また、照射装置１０３においてビーム位置
モニタ６１〜６４を第１ビーム輸送系１０２Ｂで最下流
に位置する電磁石よりも下流側に配置しているので、荷
電粒子ビームの位置をビーム位置モニタで精度良く検出
できる。このため、その検出信号を用いるステアリング
電磁石の励磁電流制御による荷電粒子ビームの位置合せ
の精度が向上する。第２ビーム輸送系１０２部において
もビーム位置モニタ６１〜６４を第１ビーム輸送系１０
２Ｂで最下流に位置する電磁石よりも下流側に配置して
いるので、荷電粒子ビームの位置を第２ビーム輸送系１
０２Ｂのビーム位置モニタで精度良く検出できる。した
がって、第１ビーム輸送系１０２Ａの入口における荷電
粒子ビームの位置合せ制御を精度良く行うことができ
る。

【００９７】また、照射装置１０３におけるビーム位置
モニタ６１、６２を第２散乱体５よりも上流側に配置し
て荷電粒子ビームの位置を検出しているため、荷電粒子
ビームの位置合せ制御により荷電粒子ビームを第２散乱
体５の所定の位置を通過させることができ、第２散乱体
５の通過後における荷電粒子ビームの、その進行方向に
直角な方向での強度分布が平坦化される。

【００９８】なお、上記第１の実施形態において、照射
ノズル７０内の第２散乱体５の替りにｘ方向ビーム走査
用電磁石及びｙ方向ビーム走査用電磁石を設け、これら
の走査用電磁石の下流側に第１散乱体４を配置してもよ
い。この場合では、照射装置１０３におけるビーム位置
モニタ６１、６２はｘ方向ビーム走査用電磁石及びｙ方
向ビーム走査用電磁石よりも上流側に配置する。これ
は、ビーム走査用電磁石に入射される荷電粒子ビームの
位置を精度良く制御できるため、ビーム走査用電磁石に
よる走査後の荷電粒子ビームの位置も所定の位置にする
ことができる。なお、荷電粒子のスキャニングを行う場
合には、ｘ方向ビーム走査用電磁石及びｙ方向ビーム走
査用電磁石の下流側に散乱体を配置しない。この場合で
も、ビーム位置モニタ６１、６２はビーム走査用電磁石
よりも上流側に配置される。

【００９９】本発明の第２の実施形態を図６により説明
する。本実施形態は、ベータトロン振動の位相差を利用
してビーム軌道の補正をさらに簡単にする実施形態であ
る。

【０１００】図６は、本実施形態の粒子線治療システム
の全体構成を表すシステム構成図である。なお、図１と
同様、図示煩雑を防止するために、一部の信号の流れの
図示を省略している。

【０１０１】上記第１実施形態と異なる本実施形態の原
理を以下に説明する。

【０１０２】一般に、粒子の設計軌道中の点Ａ、点Ｂ
の２点間の輸送行列は例えばOHO'９４「電子貯蔵リング
におけるビームダイナミックスの基礎」I-４４頁に示さ
れているように、各点でのTwiss Parameterを用いて以
下のように表すことができる。

【０１０３】

【数１７】 …（３−１） ここでβはベータトロン関数、αはsをビームの設計軌
道に沿う座標としてα＝−(１/２)×dβ/dsで定義され
る量であり、添え字aは点Ａの値を、添え字ｂは点Ｂの
値を示す。ΔΨは点Ａから点Ｂへ進む際のベータトロン
振動の位相差を示す。

【０１０４】この基本原理を応用し、第1ステアリング
電磁石から第1ビーム位置モニタまでのベータトロン振
動の位相差をΔΨ_１、第２ステアリング電磁石から第1
ビーム位置モニタまでのベータトロン振動の位相差をΔ
Ψ₂とする。また、各機器でのTwiss Parameterα、βを
第1ステアリング電磁石位置での値をα_１、β_１、第２
ステアリング電磁石の値をα_２、β_２、第1ビーム位置
モニタでの値をα_m、β_mとおく。すると第1ステアリン
グ電磁石から第1ビーム位置モニタまでの遷移行列Ｍ₁と
第２ステアリング電磁石から第1ビーム位置モニタまで
の遷移行列Ｍ₂は上記式（３−１）より以下のように表
されることとなる。

【０１０５】

【数１８】 …（３−２）

【数１９】 …（３−３） ここで、第１ステアリング電磁石から第１ビーム位置モ
ニタまでの位相差を180°+180°×ｍ（ｍ＝0,1,2,
…）、第２ステアリング電磁石から第１ビーム位置モニ
タまでの位相差を90°+180°×ｎ（ｎ＝0,1,2,…）、第
１ビーム位置モニタ位置のビームの広がりが平行（α_ｍ
＝０）とするならば、式（３−２）、（３−３）はそれ
ぞれ、

【数２０】 …（３−４）

【数２１】 …（３−５） となる。

【０１０６】ここで、上記第１の実施形態で前述した式
（２−８）、すなわち

【数２２】 を解けば補正キック量が求まるから、この式（２−８）
に上記式（３−４）、式（３−５）を代入すると、

【数２３】 …（３−６）

【数２４】 …（３−７） となる。

【０１０７】すなわち、第１ステアリング電磁石のキッ
ク量は式（３−６）に示すように照射ノズル部の軌道勾
配のエラーのみを、第２ステアリング電磁石のキック量
は式（３−７）に示すように照射ノズル部の軌道変位の
エラーのみを独立に補正できるので補正が簡単になる。

【０１０８】本実施形態においては、以上の原理に基づ
き、図６に示すように、回転照射装置１０３の偏向面内
（ｘ方向）においてｘ方向第１ステアリング電磁石１８
１をｘ方向第１位置モニタ６１から位相差１８０度の位
置に、ｘ方向第２ステアリング電磁石１８３をｘ方向第
１位置モニタ６１から位相差９０度の位置に配置してい
る（なおこれに対応して第２偏向電磁石１５２を第１ス
テアリング電磁石１８１と第２ステアリング電磁石１８
２との間に配置するとともに、第３偏向電磁石１５３を
追加している）。上記位相差の条件とｘ方向第１位置モ
ニタ６１でα_m＝０を満たす４極電磁石１１１の磁場勾
配を回転照射装置１０３の光学系設計の段階で予め求め
ておく。この光学設計に基づく磁場勾配となるように４
極電磁石１１１を励磁することにより、ｘ方向の軌道補
正を上記第１実施形態よりもさらに簡単に行うことがで
きる。

【０１０９】本発明の第３の実施形態を図７により説明
する。本実施形態は、異なる機能のステアリング電磁石
を用いる実施形態である。

【０１１０】図７は、本実施形態の粒子線治療システム
の全体構成を表すシステム構成図である。なお、図１及
び図６と同様、図示煩雑を防止するために、一部の信号
の流れの図示を省略している。

【０１１１】図７において、本実施形態の粒子線治療シ
ステムにおいては、図１に示した第１実施形態における
第１ｘ方向ステアリング電磁石１８１及び第１ｙ方向ス
テアリング電磁石１８２に代えて１つの第１ｘ−ｙ方向
両用ステアリング電磁石１９０を設けるとともに、第２
ｘ方向ステアリング電磁石１８３及び第２ｙ方向ステア
リング電磁石１８４に代えて１つの第２ｘ−ｙ方向両用
ステアリング電磁石１９１を設けたものである。

【０１１２】このように、ステアリング電磁石１９１，
１９２をｘ-ｙ方向両用とすることで機器の設置スペー
スを減らすことができ、特に回転照射装置１０３の小型
化に寄与することができるという効果を得る。

【０１１３】本発明の第４の実施形態を図８により説明
する。本実施形態は、本発明をガントリー側にのみ適用
した実施形態である。

【０１１４】図８は、本実施形態の粒子線治療システム
の全体構成を表すシステム構成図である。なお、図示煩
雑を防止するために、図１〜図７同様、一部の信号の流
れの図示を省略している。

【０１１５】図８において、本実施形態による粒子線治
療システムは、第１の実施形態の構成から、第２ビーム
輸送系１０２Ｂに設置していた第２ステアリング電磁石
１８３，１８４を省略したものとなっている。

【０１１６】すなわち、本実施形態においては、ビーム
１の軌道補正において、第２ビーム輸送系１０２Ｂに関
しては従来どおり、手動操作による試行錯誤によって補
正を行い、ガントリー側に関してのみ本発明を適用し、
近似モデルを用いた補正を行うようにするものである。

【０１１７】具体的には、第１の実施形態の図４に示し
た制御フローのうち、ステップ１０〜ステップ９０に相
当する部分については、これらのステップを行うのでは
なく、第２ビーム輸送系１０２Ｂに設置した第１ステア
リング電磁石１８１，１８２を用いて前述の図５に示し
たステップ３００〜ステップ３２０のような手順で操作
者の試行錯誤によって補正を行う。

【０１１８】このようにして第２ビーム輸送系１０２Ｂ
側のビーム軌道の補正を行った後、ガントリー側に設け
た第１及び第２ステアリング電磁石１８１，１８２及び
１８３，１８４を用いて、図４のステップ１００〜ステ
ップ２１０を行い、ガントリー側のビーム軌道補正を行
う。

【０１１９】本実施形態によれば、第２ビーム輸送系１
０２Ｂ側については、上記した軌道補正のための労力及
び時間の低減という本発明の効果を得ることができない
が、ガントリー側についてはこの効果を得ることができ
る。したがって、第２ビーム輸送系１０２Ｂ側もガント
リー側もどちらも手動操作で試行錯誤により調整してい
た従来手法に比べれば、少なくとも全体としてみればビ
ーム軌道の補正を簡単かつ素早く補正を行うことができ
る。

【０１２０】特に、前述したように回転式照射装置を備
えた粒子線治療システムでは、第２ビーム輸送系１０２
Ｂ側については例えば治療開始時に一度補正をしてしま
えばその後の再補正は不要であるのに対し、ガントリー
側は回転角度が変化するたびにステアリング電磁石にお
ける補正キック量も変わるため、実際はガントリー側の
ビーム軌道補正の労力・負担のほうが大きい。本実施形
態では、この労力・負担の大きいガントリー側に本発明
をビーム軌道補正の手法を適用することにより、補正作
業における調整時間を大幅に短縮できる。

【０１２１】本発明の第５の実施形態を図９により説明
する。本実施形態は、上記第４の実施形態の構成を垂直
固定式のガントリーに適用した実施形態である。

【０１２２】図９は、本実施形態の粒子線治療システム
の全体構成を表すシステム構成図である。なお、図示煩
雑を防止するために、図１〜図８同様、一部の信号の流
れの図示を省略しており、上記図８及び図７と同等の部
分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【０１２３】図９において、本実施形態による粒子線治
療システムは、垂直固定型の照射装置１０３Ａを備えて
いる。但し、この照射装置１０３Ａは、上記第１の実施
形態の照射装置１０３と同様の第１輸送系１０２Ａ、照
射ノズル７０、治療台(患者ベッド)７６を備えており、
これらが回転せず、患者７５に対し常時上方から照射を
行うようになっていることが第４の実施形態と異なる点
である。また、ステアリング電磁石として、図７に示し
た第３の実施形態と同様、第１ｘ−ｙ方向両用ステアリ
ング電磁石１９０及び第２ｘ−ｙ方向両用ステアリング
電磁石１９１を設けている。

【０１２４】本実施形態においても、上記第４の実施形
態と同様、固定式照射装置１０３Ａ側について、軌道補
正のための労力及び時間の低減という効果を得ることが
できる。

【０１２５】特に、固定式照射装置１０３Ａに輸送され
てくるビーム１の軌道が何らかの原因で変化しうる場合
や、地震などにより照射装置設置箇所に新たな設置誤差
が加わった場合の軌道補正に有効である。

【０１２６】本発明の第６の実施形態を図１０により説
明する。本実施形態は、上記第４の実施形態の構成を水
平固定式のガントリーに適用した実施形態である。

【０１２７】図１０は、本実施形態の粒子線治療システ
ムの全体構成を表すシステム構成図である。なお、図示
煩雑を防止するために、図１〜図９同様、一部の信号の
流れの図示を省略しており、以上説明した各図と同等の
部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【０１２８】図１０において、本実施形態による粒子線
治療システムは、水平固定型の照射装置１０３Ｂを備え
ている。但し、この照射装置１０３Ｂは、上述した各実
施形態と機能的に同等の第１輸送系１０２Ａ、照射ノズ
ル７０、治療台(患者ベッド)７６を備えており、これら
が回転せず、患者７５に対し常時水平方向から照射を行
うようになっていることが異なる。

【０１２９】本実施形態においても、上記第５の実施形
態と同様、固定式照射装置１０３Ｂ側について、軌道補
正のための労力及び時間の低減という効果を得ることが
できる。

【０１３０】本発明の第７の実施形態を図１１により説
明する。本実施形態は、上記第４の実施形態とは逆に、
本発明を第２ビーム輸送系１０２Ｂにのみ適用した実施
形態である。

【０１３１】図１１は、本実施形態の粒子線治療システ
ムの全体構成を表すシステム構成図である。なお、図示
煩雑を防止するために、図１〜図１０同様、一部の信号
の流れの図示を省略しており、以上説明した各図と同等
の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【０１３２】図１１において、本実施形態による粒子線
治療システムは、回転式の照射装置１０３、垂直固定型
の照射装置１０３Ａ、及び水平固定型の照射装置１０３
Ｂのいずれかを備えている。

【０１３３】そして、本実施形態においては、ビーム１
の軌道補正において、照射装置１０３，１０３Ａ，１０
３Ｂ側に関しては従来どおり、手動操作による試行錯誤
によって補正を行い、第２ビーム輸送系１０２Ｂに関し
てのみ本発明を適用し、近似モデルを用いた補正を行う
ようにするものである。

【０１３４】具体的には、まず、第２ビーム輸送系１０
２Ｂ側に設けた第１及び第２ステアリング電磁石１８
１，１８２及び１８３，１８４を用いて、第１の実施形
態の図４に示したステップ１０〜ステップ９０を行い、
ビーム軌道補正を行う。

【０１３５】その後、第１の実施形態の図４に示した制
御フローのうちステップ１００〜ステップ２１０に相当
する部分については、これらのステップを行うのではな
く、照射装置１０３，１０３Ａ，１０３Ｂ側に設置した
ステアリング電磁石を用いて前述の図５に示したステッ
プ３００〜ステップ３２０のような手順で操作者の試行
錯誤によって補正を行う。

【０１３６】本実施形態によれば、照射装置１０３，１
０３Ａ，１０３Ｂ側については、既に説明した軌道補正
のための労力及び時間の低減という本発明の効果を得る
ことができないが、第２ビーム輸送系１０２Ｂ側につい
てはこの効果を得ることができる。したがって、第２ビ
ーム輸送系１０２Ｂ側も照射装置側もどちらも手動操作
で試行錯誤により調整していた従来手法に比べれば、少
なくとも全体としてみればビーム軌道の補正を簡単かつ
素早く補正を行うことができる。本発明の第８の実施形
態を図１２により説明する。本実施形態は照射野形成法
としてビーム走査法を実施する構成に適用した実施形態
である。すなわち、ビーム走査法を実施するために、照
射野形成ノズル７０のx方向第1ビーム位置モニタ６１、
ｙ方向第1ビーム位置モニタ６２の下流にx方向ビーム走
査電磁石７１とｙ方向走査電磁石７２を設置する。ビー
ム走査法におけるビーム軌道補正は照射ノズル７０でビ
ームを走査しない時の基準となるビーム軌道が設計軌道
と一致するよう第１実施形態と同様の方法で行う。軌道
補正後、治療のための照射は、患部位置に応じて加速器
制御装置２０１の指示により走査電磁石電源３０６から
x方向走査電磁石７１、ｙ方向走査電磁石７２へ供給す
る電流値を制御してビームをｘ方向、ｙ方向にビーム１
を走査して行う。なお、以上述べた全ての実施形態にお
いて、主加速器１０１をシンクロトロンではなくサイク
ロトロンにすることが可能である。サイクロトロンを用
いる場合には前段加速器１００は不要となる。このよう
なサイクロトロンを用いた粒子線治療システムも、前述
の該当する実施形態で述べた効果を得ることができる。

【０１３７】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、第１及び
第２検出手段のそれぞれから出力される各検出信号に基
づき、第１変位量算出手段で第１及び第２ステアリング
電磁石のそれぞれによって荷電粒子ビームの位置を変位
させる第１変位量を求め、第１制御手段でそれぞれの第
１変位量に基づいて、第１及び第２ステアリング電磁石
のそれぞれの励磁電流を制御し、荷電粒子ビームの位置
を必要に応じて変位させて設定範囲内にすることができ
る。したがって、従来構造に比べ、軌道補正のための労
力及び時間を大幅に低減でき、簡単かつ素早く補正を行
うことができる。

【０１３８】請求項７記載の発明によれば、第３及び第
４検出手段のそれぞれから出力される各検出信号に基づ
き、第２変位量算出手段で第１及び第２ステアリング電
磁石のそれぞれによって荷電粒子ビームの位置を変位さ
せる第２変位量を求め、第２制御手段でそれぞれの第２
変位量に基づいて、第３及び第４ステアリング電磁石の
それぞれの励磁電流を制御し、荷電粒子ビームの位置を
必要に応じて変位させて設定範囲内にすることができ
る。したがって、従来構造に比べ、軌道補正のための労
力及び時間を大幅に低減でき、簡単かつ素早く補正を行
うことができる

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による粒子線治療シス
テムの全体構成を表すシステム構成図である。

【図２】設置誤差を含むときのビーム輸送系の模式図で
ある。

【図３】ステアリング電磁石２台と照射ノズル内に２台
のビーム位置モニタとを備えたビーム輸送系の模式図で
ある。

【図４】本発明の第１の実施の形態による粒子線治療シ
ステムに備えられた加速器制御装置及びステアリング電
磁石制御装置によるビーム補正制御手順を表すフローチ
ャートである。

【図５】従来技術にほぼ相当する比較例におけるビーム
軌道補正方法の要部手順を表すフローチャートである。

【図６】本発明の第２の実施形態による粒子線治療シス
テムの全体構成を表すシステム構成図である。

【図７】本発明の第３の実施形態による粒子線治療シス
テムの全体構成を表すシステム構成図である。

【図８】本発明の第４の実施形態による粒子線治療シス
テムの全体構成を表すシステム構成図である。

【図９】本発明の第５の実施形態による粒子線治療シス
テムの全体構成を表すシステム構成図である。

【図１０】本発明の第６の実施形態による粒子線治療シ
ステムの全体構成を表すシステム構成図である。

【図１１】本発明の第７の実施形態による粒子線治療シ
ステムの全体構成を表すシステム構成図である。

【図１２】本発明の第８の実施形態による粒子線治療シ
ステムの全体構成を表すシステム構成図である。

【符号の説明】

１ ビーム １１ 回転照射装置の回転軸 ６１ ｘ方向第１ビーム位置モニタ ６２ ｙ方向第１ビーム位置モニタ ６３ ｘ方向第２ビーム位置モニタ ６４ ｙ方向第２ビーム位置モニタ ７０ 照射ノズル ７１ ｘ方向走査電磁石 ７２ ｙ方向走査電磁石 ７５ 患者 ７６ 治療台 １００ 前段加速器 １０１ 主加速器 １０２ ビーム輸送系 １０２Ａ 第１ビーム輸送系 １０２Ｂ 第２ビーム輸送系 １０３ 回転照射装置 １０３Ａ 垂直固定型照射装置 １０３Ｂ 水平固定型照射装置 １８１ x方向第１ステアリング電磁石 １８２ ｙ方向第１ステアリング電磁石 １８３ x方向第２ステアリング電磁石 １８４ ｙ方向第２ステアリング電磁石 １９０ x-ｙ方向第１ステアリング電磁石 １９１ x-ｙ方向第２ステアリング電磁石 ２００ 主制御装置 ２０１ 加速器制御装置 ２０２ ステアリング電磁石制御装置 ３００ 出射用高周波電源装置 ３０１ 加速器用電源装置 ３０２ ビーム輸送系電磁石電源 ３０３ ビーム輸送系ステアリング電磁石電源 ３０４ 照射装置電磁石電源 ３０５ 照射装置ステアリング電磁石電源 ３０６ 走査電磁石電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平本 和夫 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・電機開発研究所内 Ｆターム(参考） 2G085 AA13 BA20 CA20 DA08 4C082 AA01 AC05 AE01 AG01 AG02 AG11 AP11

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】荷電粒子ビームを設定されたエネルギーま
   で加速する加速器と、この加速器から出射した荷電粒子
   ビームを照射する回転式の照射装置とを有し、前記照射
   装置は、前記加速器から出射した荷電粒子ビームを輸送
   する第１ビーム輸送手段と、この第１ビーム輸送手段で
   輸送した荷電粒子ビームの照射野を形成する照射野形成
   手段とを備える粒子線治療システムにおいて、 前記第１ビーム輸送手段に設けられた電磁石のうちで最
   も下流側に設けられた前記電磁石よりも下流側で前記荷
   電粒子ビームの軌道に沿って配置され、荷電粒子ビーム
   の通過位置を検出する第１ビーム位置検出手段と、 前記第１ビーム位置検出手段より下流側で前記軌道に沿
   って配置され、荷電粒子ビームの通過位置を検出する第
   ２ビーム位置検出手段と、 前記第１ビーム位置検出手段より上流側の前記第１ビー
   ム輸送手段に設けられた第１ステアリング電磁石及び第
   ２ステアリング電磁石と、 前記第１及び第２検出手段のそれぞれから出力される各
   検出信号に基づき、前記第１及び第２ステアリング電磁
   石のそれぞれによって前記荷電粒子ビームの位置を変位
   させる第１変位量を求める第１変位量算出手段と、 前記それぞれの前記第１変位量に基づいて、前記第１及
   び第２ステアリング電磁石のそれぞれの励磁電流を制御
   する第１制御手段とを有することを特徴とする粒子線治
   療システム。
2. 【請求項２】請求項１記載の粒子線治療システムにおい
   て、前記照射野形成手段は第１散乱体及び前記第１散乱
   体の下流側に配置された第２散乱体を有し、前記第１ビ
   ーム検出手段は前記第２散乱体よりも上流側に配置され
   ることを特徴とする粒子線治療システム。
3. 【請求項３】請求項１記載の粒子線治療システムにおい
   て、前記照射野形成手段は荷電粒子ビームを走査するビ
   ーム走査手段を有し、前記第１ビーム検出手段は前記ビ
   ーム走査手段よりも上流側に配置されることを特徴とす
   る粒子線治療システム。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項記載の粒子線
   治療システムにおいて、前記第１変位量算出手段は、前
   記第１及び第２検出手段の各検出信号に基づき、前記荷
   電粒子ビームの位置が前記照射野形成手段内での設定軌
   道内に入るように前記第１変位量を求めることを特徴と
   する粒子線治療システム。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項記載の粒子線
   治療システムにおいて、前記第１変位量算出手段は、少
   なくとも、前記第１及び第２ステアリング電磁石を含む
   前記第１ビーム輸送手段の各輸送要素の輸送特性をそれ
   ぞれ表す複数の輸送行列を用いた近似モデルにより、前
   記第１変位量を求めることを特徴とする粒子線治療シス
   テム。
6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項記載の粒子線
   治療システムにおいて、前記第１及び第２ステアリング
   電磁石のうち少なくとも一方が、一の方向へ荷電粒子ビ
   ームを変位させる機能と、前記一の方向に垂直な他の方
   向へその荷電粒子ビームを変位させる機能との両方を備
   えていることを特徴とする粒子線治療システム。
7. 【請求項７】荷電粒子ビームを設定されたエネルギーま
   で加速する加速器と、この加速器から出射した荷電粒子
   ビームを照射する回転式の照射装置と、前記加速器から
   出射した荷電粒子ビームを前記照射装置へ輸送する第２
   ビーム輸送手段とを備える粒子線治療システムにおい
   て、 前記第２ビーム輸送手段における荷電粒子ビームの通過
   位置を検出する第３ビーム位置検出手段と、 前記第３ビーム位置検出手段より下流側において前記第
   ２ビーム輸送手段における荷電粒子ビームの通過位置を
   検出する第４ビーム位置検出手段と、 前記第３ビーム位置検出手段より上流側で前記第２ビー
   ム輸送手段に設けられた第３ステアリング電磁石及び第
   ４ステアリング電磁石と、 前記第３及び第４検出手段のそれぞれから出力される各
   検出信号に基づき、前記第３及び第４ステアリング電磁
   石のそれぞれによって前記荷電粒子ビームの位置を変位
   させる第２変位量を求める第２変位量算出手段と、 前記それぞれの前記第２変位量に基づいて、前記第３及
   び第４ステアリング電磁石のそれぞれの励磁電流を制御
   する第２制御手段とを有することを特徴とする粒子線治
   療システム。
8. 【請求項８】請求項７記載の粒子線治療システムにおい
   て、前記第２変位量算出手段は、前記第３及び第４検出
   手段の各検出信号に基づき、前記荷電粒子ビームの位置
   が前記照射野形成手段内での設定軌道内に入るように前
   記第２変位量を求めることを特徴とする粒子線治療シス
   テム。
9. 【請求項９】請求項７又は８記載の粒子線治療システム
   において 前記第２変位量算出手段は、少なくとも、前
   記第３及び第４ステアリング電磁石を含む前記第２ビー
   ム輸送手段の各輸送要素の輸送特性をそれぞれ表す複数
   の輸送行列を用いた近似モデルにより、前記第２変位量
   を求めることを特徴とする粒子線治療システム。
10. 【請求項１０】請求項７〜９のいずれか１項記載の粒子
    線治療システムにおいて、前記第３及び第４ステアリン
    グ電磁石のうち少なくとも一方が、一の方向へ荷電粒子
    ビームを変位させる機能と、前記一の方向に垂直な他の
    方向へその荷電粒子ビームを変位させる機能との両方を
    備えていることを特徴とする粒子線治療システム。
11. 【請求項１１】荷電粒子ビームを設定されたエネルギー
    まで加速する加速器と、この荷電粒子ビームを照射する
    固定式の照射装置と、前記加速器から出射した荷電粒子
    ビームを前記照射装置に輸送するビーム輸送手段とを備
    える粒子線治療システムにおいて、 前記ビーム輸送手段に設けられた電磁石のうちで最も下
    流側に設けられた前記電磁石よりも下流側で前記荷電粒
    子ビームが通る軌道に沿って配置され、荷電粒子ビーム
    の通過位置を検出する第１ビーム位置検出手段と、 前記第１ビーム位置検出手段より下流側で前記軌道に沿
    って配置され、荷電粒子ビームの通過位置を検出する第
    ２ビーム位置検出手段と、 前記第１ビーム位置検出手段より上流側の前記ビーム輸
    送手段に設けられた第１ステアリング電磁石及び第２ス
    テアリング電磁石と、 前記第１及び第２検出手段のそれぞれから出力される各
    検出信号に基づき、前記第１及び第２ステアリング電磁
    石のそれぞれによって前記荷電粒子ビームの位置を変位
    させる第１変位量を求める第１変位量算出手段と、 前記それぞれの前記第１変位量に基づいて、前記第１及
    び第２ステアリング電磁石のそれぞれの励磁電流を制御
    する第１制御手段とを有することを特徴とする粒子線治
    療システム。
12. 【請求項１２】請求項１１記載の粒子線治療システムに
    おいて、前記照射装置は第１散乱体及び前記第１散乱体
    の下流側に配置された第２散乱体を有し、前記第１ビー
    ム検出手段は前記第２散乱体よりも上流側に配置される
    ことを特徴とする粒子線治療システム。
13. 【請求項１３】請求項１１記載の粒子線治療システムに
    おいて、前記照射装置は荷電粒子ビームを走査するビー
    ム走査手段を有し、前記第１ビーム検出手段は前記ビー
    ム走査手段よりも上流側に配置されることを特徴とする
    粒子線治療システム。