JP2014079300A - 荷電粒子ビーム照射システム - Google Patents

Abstract

【課題】スキャニング照射法における線量一様度を改善できる荷電粒子ビーム照射システムを提供する。
【解決手段】荷電粒子ビームを加速して取り出すシンクロトロン１０と、加速した荷電粒子ビームを照射ノズル４０に輸送するビーム輸送装置２０を備える荷電粒子ビーム照射システムであって、シンクロトロン１０は、周回する荷電粒子ビームに高周波電圧を印加する高周波電圧印加装置１７を有し、ビーム輸送装置２０は、通過する荷電粒子ビームを遮断するビーム遮断装置３０を有し、高周波電圧印加装置１７は、ビーム遮断装置３０が荷電粒子ビームを遮断する期間と遮断せずに荷電粒子ビームを照射ノズル４０に輸送する期間とで、異なる周波数スペクトルの高周波電圧を印加することで、上記課題を解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、荷電粒子ビーム照射システムに関する。

本技術分野の背景技術として、特許文献１がある。特許文献１には、「荷電粒子ビームの供給を再開する前に安定限界を狭め荷電粒子ビームの一部を出射し、該荷電粒子ビームをビーム輸送系３００に設置した電磁石で遮断する」と記載されている。
非特許文献１には、「We proposed to apply another transverse RF field with a frequency component matched with the betatron frequency of particles near the stopband in addition to the original transverse RF field. The particles just inside the separatrix can be selectively extracted during the irradiation, and the uncontrollable spilled beam can be suppressed.」と記載されている。

特開２０１１−３４８２３号公報

"Reduction of uncontrollable spilled beam in RF-knockout slow extraction", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 606 (2009) 325-329

シンクロトロン中を周回する荷電粒子ビームはビーム照射を停止している間も真空ダクト中の残留ガスによる散乱を受けて徐々に広がるため、スポット照射の再開前にビーム輸送系に設置した電磁石（以下、遮断電磁石という）の励磁量を変更している間も荷電粒子ビームがシンクロトロン中からわずかに取り出される。遮断電磁石の励磁量を変更している間に取り出される荷電粒子ビームは、粒子線治療システムの治療計画で定めた位置とは異なる位置に照射されるため、遮断電磁石の励磁量を変更している間の荷電粒子ビームの取り出しがない場合に比べて、照射線量の分布が治療計画で定めた分布に一致する度合い（以下、線量一様度という）が悪化するという問題がある。

そこで、本発明の目的は、スキャニング照射法における線量一様度を改善できる荷電粒子ビーム照射システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、荷電粒子ビームを加速して取り出すシンクロトロンと、加速した荷電粒子ビームを照射ノズルに輸送するビーム輸送装置を備える荷電粒子ビーム照射システムであって、シンクロトロンは、周回する荷電粒子ビームに高周波電圧を印加する高周波電圧印加装置を有し、ビーム輸送装置は、通過する荷電粒子ビームを遮断するビーム遮断装置を有し、高周波電圧印加装置は、ビーム遮断装置が荷電粒子ビームを遮断する期間と遮断せずに荷電粒子ビームを照射ノズルに輸送する期間とで、異なる周波数スペクトルの高周波電圧を印加することを特徴とする。

本発明によれば、スキャニング照射法における線量一様度を改善できる荷電粒子ビーム照射システムを提供することができる。

実施形態１の粒子線治療システムの構成を示す図である。 周回ビームを構成する荷電粒子の水平方向の分布を模式的に示した図である。 高周波電圧印加装置１７が印加する高周波電圧の周波数スペクトルを模式的に示した図である。 ビーム遮断装置３０の構成を示す図 である。 照射ノズル４０の構成を示す図である。 実施形態１の照射パラメータの時間変化を模式的に示した図である。 高周波電圧印加装置１７の構成を示す図である。 実施形態２の粒子線治療システムの構成を示す図である。 ビーム遮断装置１４２の構成を示す図である。 実施形態２の照射パラメータの時間変化を模式的に示す図である。 実施形態３の粒子線治療システムの構成を示す図である。 実施形態３の照射パラメータの時間変化を模式的に示す図 である。 高周波電圧印加装置１７１の構成を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて説明する。
（実施形態１）
本実施形態では、スキャニング照射法における線量一様度を改善できる荷電粒子ビーム照射システムの例を説明する。

図１は、本実施形態による粒子線治療システムの構成図を示す。粒子線治療システムは、入射器１、低エネルギービーム輸送系２、シンクロトロン１０、高エネルギービーム輸送系２０、照射ノズル（照射装置）４０及び制御装置６０を備える。

本実施形態の粒子線治療システムは、入射器１よりシンクロトロン１０へ入射された荷電粒子ビーム（以下、ビームという）をシンクロトロン１０により所定のエネルギーまで加速して取り出し、患者５０中の患部５１へ照射するものである。

入射器１には、例えば、イオン源（図示せず）で生成したビームをシンクロトロン１０への入射に適したエネルギー（以下、入射エネルギーという）まで加速する線形加速器（ライナック）が用いられる。入射器１から取り出された荷電粒子ビームは、低エネルギービーム輸送系２および入射セプタム電磁石１１を経由してシンクロトロン１０の真空ダクト１２中へ入射される。

シンクロトロン１０は、荷電粒子ビームの周回軌道上に、真空ダクト１２、複数の偏向電磁石１３、複数の四極電磁石１４、複数の六極電磁石１５、高周波加速空胴１６、高周波電圧印加装置１７、高速四極電磁石１８、及び取り出し用デフレクタ１９を備える。偏向電磁石１３は、シンクロトロン１０中を周回する荷電粒子ビーム（以下、周回ビームという）を偏向して所定の周回軌道（以下、周回ビーム軌道という）を形成する。四極電磁石１４は、周回ビームに収束あるいは発散の力を加えて周回ビームのサイズを所定の範囲内に抑える。ここで、荷電粒子ビームの荷電粒子ビームの進行方向に垂直な平面内での広がりをサイズと呼んでいる。高周波加速空胴１６は、周回ビームに周回ビーム進行方向の高周波電圧を印加し、周回ビームを照射対象５０への照射に適したエネルギーまで加速する。取り出し用デフレクタ１９は、所定のエネルギーに加速された周回ビームを偏向し、高エネルギービーム輸送系２０へ取り出す。

高エネルギービーム輸送系２０、偏向電磁石２１、四極電磁石２２、ビーム遮断装置３０を備える。図１では、偏向電磁石２１および四極電磁石２２が一台だけ記載されているが、偏向電磁石２１および四極電磁石２２の個数はシンクロトロン１０と患者５０の位置関係に応じて調整される。偏向電磁石２１は、高エネルギービーム輸送系２０中の荷電粒子ビーム（以下、取り出しビームという）を患者５０に向けて偏向する。四極電磁石２２は、取り出しビームに収束あるいは発散の力を加えて取り出しビームおよび患部５１に照射される荷電粒子ビーム（以下、照射ビームという）のサイズを調節する。

ビーム遮断装置３０は、制御装置６０からの制御信号に基づいて、取り出しビームがビーム遮断装置３０を通過するかビーム遮断装置３０で遮断されるかを制御する。ビーム遮断装置３０が取り出しビームを遮断している間は、シンクロトロン１０の運転状態に依らず患部５１に荷電粒子ビームは照射されない。高エネルギービーム輸送系２０を通過した取り出しビームは、照射ノズル４０に輸送される。照射ノズル４０が、照射対象である患者５０に対して荷電粒子ビームを出射する。出射された荷電粒子ビームが患者に照射される。照射ノズル４０は、制御装置６０からの制御信号に基づいて、患部５１の形状に合わせて荷電粒子ビームの照射位置を調節する。

図２を用いて、シンクロトロン１０の周回ビームを高エネルギービーム輸送系２０へ取り出す方法について説明する。図２は、周回ビームを構成する個々の荷電粒子（以下、周回ビーム粒子という）の水平方向の分布を表す模式図である。シンクロトロン１０中の水平方向とは、周回ビームの進行方向に垂直であり、偏向電磁石１３の動径に平行な方向を指し、周回ビーム軌道の外側方向が正の方向となる。また、偏向電磁石１３のギャップ方向を垂直方向と呼ぶ。図２の横軸は水平方向の位置を表し、縦軸は進行方向の単位移動量当たりの水平方向位置の変化率（以下、水平方向傾きという）を表す。座標軸の原点は、シンクロトロン１０の設計上の周回ビーム軌道（以下、中心軌道という）である。図２のように水平方向の位置と傾きで表現される平面を水平方向の位相空間と呼び、水平方向の位相空間中で周回ビーム粒子が分布している面積を水平エミッタンスと呼ぶ。

図２（ａ）を用いて、シンクロトロン１０へ荷電粒子ビームが入射してから周回ビームの加速が完了するまでの期間の周回ビーム粒子について説明する。この期間の周回ビーム粒子は、図２（ａ）の斜線部に示す様に水平方向位相空間内で円状に分布している。周回ビーム粒子は、中心軌道のまわりを水平・垂直方向に振動しながらシンクロトロン１０中を周回している。周回ビーム粒子の振動は、水平・垂直ベータトロン振動と呼ばれている。シンクロトロン１０の一周あたりの水平・垂直ベータトロン振動の振動数をそれぞれ水平・垂直チューンと呼ぶ。シンクロトロン１０のチューンは、四極電磁石１４の励磁量を制御することにより調整される。

周回ビームの加速が完了した後、制御装置６０は四極電磁石１４の励磁量を変更し、水平チューンを１／３の倍数に近い値（例えば1.685）に変更する。この状態で六極電磁石１５を励磁し、その強度が中心軌道からの水平方向の距離の二乗に比例する磁場（以下、六極磁場という）を周回ビームに印加すると、水平方向位相空間中に周回ビームが安定となる領域と不安定となる領域を区分する境界（以下、セパラトリクスという）が形成される。図２（ｂ）は、取り出し用デフレクタ１９の入口地点における水平方向位相空間上に形成されたセパラトリクスの模式図である。水平方向位相空間上のセパラトリクスは三角形状であり、セパラトリクスの内側にある周回ビーム粒子はシンクロトロン１０中を安定に周回し続ける。一方、セパラトリクスの外側にある周回ビーム粒子については水平ベータトロン振動の振幅が急激に増大し、水平方向位置が取り出し用デフレクタ１９の内側電極９１の位置を超えた時点でシンクロトロン１０から取り出される。

シンクロトロン１０がセパラトリクスを形成した後、高周波電圧印加装置１７は周回ビームに水平方向の高周波電圧を印加する。高周波電圧印加装置１７が周回ビーム粒子にその水平チューンに相当する周波数の高周波電圧を印加すると、周回ビーム粒子の水平方向ベータトロン振動振幅が徐々に増大する。これにより周回ビーム粒子がセパラトリクスの外側に移動すると、周回ビーム粒子の水平方向ベータトロン振動の振幅は急激に増大し、周回ビーム粒子はシンクロトロン１０の外へ取り出される。水平チューンに相当する周波数とは、当該周波数をシンクロトロン１０の周回周波数で除した値の少数部と、水平チューンの少数部あるいは水平チューンの少数部を１から引いた値とが等しくなるような周波数を指す。

周回ビームに印加される六極磁場の影響により、水平方向位相空間上でセパラトリクスの辺縁部に近い位置にある周回ビーム粒子ほど、その水平チューンは１／３の倍数に近い値となる。これにより、周回ビーム粒子の水平チューンは、セパラトリクスの中心からセパラトリクスの辺縁部に向けて連続的に変化する。従って、セパラトリクス中心の水平チューンに相当する周波数からセパラトリクス辺縁部の水平チューンに相当する周波数までの連続的な周波数スペクトルを持つ高周波電圧を高周波電圧印加装置１７が周回ビームに印加することにより、周回ビームの水平エミッタンスを徐々に増大させて周回ビーム粒子を少しずつシンクロトロン１０の外へ取り出すことができる。

図３を用いて、高周波電圧印加装置１７が周回ビームに印加する高周波電圧の周波数スペクトルについて説明する。図３は、高周波電圧印加装置１７が印加する高周波電圧の周波数スペクトルの模式図であり、横軸が高周波電圧の周波数に相当する水平チューン、縦軸が高周波電圧の出力を表す。

本実施形態の高周波電圧印加装置１７は、周回ビームに周波数スペクトルの異なる二種類の高周波電圧を印加することができる。周回ビームに周波数スペクトルの異なる二種類の高周波電圧を印加するための高周波電圧印加装置１７の構成については後述する。

第一の周波数スペクトル９４は、セパラトリクス中心の水平チューン９２からセパラトリクス辺縁部の水平チューン９３まで出力が一定となる周波数スペクトルである。周波数スペクトル９４を持つ高周波電圧を周回ビームに印加すると周回ビームの水平エミッタンスは徐々に増大し、セパラトリクスを超えた周回ビーム粒子がシンクロトロン１０から取り出される。高周波電圧印加装置１７が周回ビームへの高周波電圧の印加を停止すると水平エミッタンスの増大は停止し、シンクロトロン１０からの周回ビームの取り出しも停止する。高周波電圧印加装置１７が周回ビームに高周波電圧を印加している状態を高周波電圧ＯＮ（あるいは、高周波電圧印加装置ＯＮ）、高周波電圧の印加を停止している状態を高周波電圧ＯＦＦ（あるいは、高周波電圧印加装置ＯＦＦ）と呼ぶことにする。本実施形態の粒子線治療システムによれば、シンクロトロン１０からの周回ビームの取り出しと停止を高周波電圧印加装置１７から周回ビームへ印加する高周波電圧のＯＮとＯＦＦにより制御するため、短時間でシンクロトロン１０からの周回ビームの取り出しを停止することができる。

高周波電圧印加装置１７が印加する高周波電圧の第二の周波数スペクトル９５は、セパラトリクス辺縁部の狭い領域の水平チューンに相当する周波数成分のみで構成される。周波数スペクトル９５を持つ高周波電圧を周回ビームに印加すると、セパラトリクス辺縁部の周回ビーム粒子は水平方向ベータトロン振動の振幅が増大してシンクロトロン１０から取り出されるが、セパラトリクス中心付近の周回ビーム粒子は水平方向ベータトロン振動の振幅が増大しない。従って、周波数スペクトル９５を持つ高周波電圧の印加により、水平方向位相空間中の周回ビーム粒子の分布は、図２（ｃ）に示すように、セパラトリクス辺縁部に殆ど周回ビーム粒子が存在しない状態となる。

シンクロトロン１０からのビーム取り出しは高周波電圧印加装置１７のＯＮ／ＯＦＦにより制御されるが、周回ビーム粒子にはビーム進行方向の振動（以下、シンクロトロン振動という）に伴う水平チューンの変動がある。そのため、高周波電圧印加装置１７が高周波電圧をＯＦＦとしても、しばらくの間はビームの取り出しが継続する。シンクロトロン振動をする個々の周回ビーム粒子からは、セパラトリクスサイズがシンクロトロン振動と同一周期で振動するように見えるため、高周波電圧印加装置１７の高周波電圧ＯＦＦ時点で、サイズが最小となるセパラトリクス（以下、最小セパラトリクスという）よりも外側にいる周回ビーム粒子は、高周波電圧ＯＦＦ時点からシンクロトロン振動一周期分の時間（例えば1ｍｓ）が経過するまでの間にシンクロトロン１０から取り出される。また、周回ビームの水平エミッタンスは真空ダクト１２中に残留するガスとの散乱により徐々に増大するため、高周波電圧印加装置１７の高周波電圧ＯＦＦ時点からシンクロトロン振動一周期分の時間が経過した後も取り出しビームの強度は０にはならない。

高周波電圧印加装置１７の高周波電圧をＯＦＦしてから取り出される周回ビームは線量一様度悪化の原因となるため、本実施形態の粒子線治療システムでは高速四極電磁石１８を用いて周回ビームの取り出しが停止するまでの時間（ビーム停止時間）を短縮する。具体的には、高周波電圧印加装置１７の高周波電圧をＯＦＦすると同時に高速四極電磁石１８を励磁し、セパラトリクスの面積（セパラトリクスサイズ）を急速に拡大することでビーム停止時間を短縮することができる。

図４を用いて、ビーム遮断装置３０がシンクロトロン１０からの取り出しビームを遮断する方法について説明する。図４は、ビーム遮断装置３０の構成を示す模式図である。

ビーム遮断装置３０は、遮断電磁石３１、遮断電磁石電源３２、ダンパー３３を備える。遮断電磁石３１は、シンクロトロン１０に近い方（ビーム進行方向の上流側であり、以下、上流側という）に設置され、ダンパー３３は患者に近い方（ビーム進行方向の下流側であり、以下、下流側という）に設置されている。つまり、遮断電磁石３１は、ビーム進行方向に対してダンパー３３よりも上流側に配置される。また、遮断電磁石３１は遮断電磁石電源３２に接続され、遮断電磁石電源３２は制御装置６０に接続されている。遮断電磁石３１が励磁されていない状態では取り出しビームは遮断電磁石３１により偏向されず、取り出しビームは遮断されずに照射ノズル２１に輸送される。輸送された取り出しビームが、照射ノズル２１から出射され、患者５０まで到達する。以下、遮断電磁石３１が励磁されていない状態を遮断電磁石３１ＯＦＦ、取り出しビームがビーム遮断装置３０により遮断されていない状態をビーム遮断装置３０ＯＦＦと呼ぶ。

遮断電磁石電源３２は、制御装置６０からタイミング信号が入力されると遮断電磁石３１を取り出しビームの遮断が可能となる所定の励磁量まで励磁する。取り出しビームの遮断が可能となる励磁量は、取り出しビームの運動エネルギーおよび遮断電磁石３１とダンパー３３との位置関係から計算により求められる。また、遮断電磁石３１が上記所定の励磁量に励磁されている状態を、遮断電磁石３１ＯＮと呼ぶことにする。遮断電磁石３１がＯＮの状態では、取り出しビームは遮断電磁石３１により偏向され、下流側に設置されたダンパー３３に入射する。ダンパー３３へ入射した取り出しビームはダンパー３３により止められて廃棄されるため、遮断電磁石３１がＯＮの状態では取り出しビームは照射ノズル２１に輸送されず、患者５０に到達しない。つまり、取り出しビームはビーム遮断装置３０において遮断されている。以下、取り出しビームがビーム遮断装置３０により遮断されている状態をビーム遮断装置３０ＯＮと呼ぶ。

ビーム遮断装置３０ＯＮの状態で、制御装置６０が遮断電磁石電源３２にタイミング信号が出力すると、遮断電磁石電源３２は遮断電磁石３１の励磁を終了し、取り出しビームはビーム遮断装置３１を通過するようになる。このように、ビーム遮断装置３０は、制御装置６０からのタイミング信号に応じてＯＮとＯＦＦを切り替える。

本実施形態では、遮断電磁石３１がＯＮの場合にビーム遮断装置３０がＯＮ、遮断電磁石３１がＯＦＦの場合にビーム遮断装置３０がＯＦＦとなる構成としたが、これを反転させて遮断電磁石３１がＯＦＦの場合にビーム遮断装置３０がＯＮ、遮断電磁石３１がＯＮの場合にビーム遮断装置３０がＯＦＦとなる構成としても良い。

また、本実施形態では、遮断電磁石３１の直後にダンパー３３が設置される構成としたが、遮断電磁石３１とダンパー３３の間に偏向電磁石や四極電磁石などの機器が設置される構成としても良い。遮断電磁石３１とダンパー３３の間に適切な電磁石を設置することにより、遮断電磁石３１による取り出しビームの偏向を拡大し、遮断電磁石３１に必要な励磁量を低減することができる。

図５を用いて、本実施形態の粒子線治療システムで用いられるスキャニング照射法を説明する。図５は、照射ノズル４０の構成を示す模式図である。照射ノズル４０は、第１の走査電磁石４１、第２の走査電磁石４２、第１の走査電磁石電源４１Ａ、第２の走査電磁石電源４２Ａ、線量モニタ４３、及びビーム位置モニタ４４を備える。第１の走査電磁石電源４１Ａ及び第２の走査電磁石電源４２Ｂは、制御装置６０から入力される制御信号に基づいて第１の走査電磁石４１及び第２の走査電磁石４２を励磁する。第１の走査電磁石４１と第２の走査電磁石４２は、荷電粒子ビームを互いに垂直な方向へ偏向する偏向電磁石である。照射ノズル４０へ入射された取り出しビームは第１の走査電磁石４１及び第２の走査電磁石４２により偏向され、ビーム進行方向に垂直な平面内の所定の位置に照射される。

照射ビームが患者５０の体内を進む距離（以下、照射深さという）は、シンクロトロン１０からの取り出しビームのエネルギーを変更することにより制御される。取り出しビームのエネルギーは、高エネルギービーム輸送系２０中にエネルギー吸収体を設置し、エネルギー吸収体の厚さを変更することで調整しても良い。また、照射ビームのエネルギー分散を拡大するため照射ノズル中に楔形のリッジフィルタを設置しても良い。

スキャニング照射法では、患者５０の患部５１を照射深さの異なる複数のレイヤー５２に分割し、各レイヤーをさらに複数の照射スポット５３に分割して照射線量を管理する。制御装置６０は、取り出しビームのエネルギーを一番目のレイヤー５１に対応した値に、第１の走査電磁石４１及び第２の走査電磁石４２の励磁量を一番目の照射スポット５２に対応した値に設定した後、シンクロトロン１０からのビーム取り出しを開始する。線量モニタ４３は、治療開始時点からの照射線量の積算値を制御装置６０へ出力しており、制御装置６０は線量モニタ４３の出力から一番目の照射スポット５３に対する照射線量を算出する。一番目の照射スポット５３に対する照射線量が治療計画で定めた目標値に到達すると、制御装置６０はシンクロトロン１０からの周回ビームの取り出しを停止し、第１の走査電磁石４１及び第２の走査電磁石４２の励磁量を二番目の照射スポット５３に対応した値に変更する。以下、各照射スポットへ照射された線量をスポット照射線量、スポット照射線量の目標値を目標線量という。

第１の走査電磁石４１及び第２の走査電磁石４２の励磁量の変更が完了した後、制御装置６０はシンクロトロン１０からの周回ビームの取り出しを再開し、二番目の照射スポットへ荷電粒子ビームを照射する。制御装置６０は、シンクロトロン１０からの周回ビームの取り出しと第１の走査電磁石４１及び第２の走査電磁石４２の励磁量の変更を繰り返し、一番目のレイヤー５２を構成する全ての照射スポット５３に対して所定の量の荷電粒子ビームを照射する。

一番目のレイヤー５２に対する照射か完了すると、制御装置６０は取り出しビームのエネルギーを二番目のレイヤー５２に対応した値に変更し、一番目のレイヤー５２への照射と同様にして二番目のレイヤー５２へ荷電粒子ビームを照射する。本実施形態では、照射野を構成する全てのレイヤー及び照射スポットに所定の線量を照射するまでシンクロトロン１０からの周回ビームの取り出しと停止を繰り返す。

図６を用いて、本実施形態の粒子線治療システムにおいて、スキャニング照射法における線量一様度を改善する手法について説明する。図６は、照射パラメータの時間変化を模式的に示した図である。図６では、横軸が時間を示し、縦軸が各要素の励磁量・出力・強度を示す。図６(a)は第１の走査電磁石４１及び第２の走査電磁石４２の励磁量１００の時間変化を示し、図６(b)は第一の高周波電圧の出力１０１の時間変化を示し、図６(c)は第二の高周波電圧の出力１０２の時間変化を示し、図６(d)は、高速四極電磁石１８の励磁量１０３の時間変化を示し、図６(e)は取り出しビームの強度１０４の時間変化を示し、図６(f)は遮断電磁石３１の励磁量１０５の時間変化を示し、図６(g)は照射ビームの強度１０６との時間変化を表すグラフである。なお、図６(a)では、二台の走査電磁石４１、４２の励磁量１００を便宜的に一本のグラフで表している。また、残留ガスによる散乱で周回ビーム粒子がセパラトリクスを超える速度に対応する取り出しビーム強度を便宜的に散乱取り出し強度１０７としておく。

ある照射スポットに対して荷電粒子ビームを照射する期間（以下、照射期間という）において第１の走査電磁石４１及び第２の走査電磁石４２の励磁量は一定であり、周回ビームには第一の高周波電圧が印加されている。また、第二の高周波電圧はＯＦＦであり、高速四極電磁石１８と遮断電磁石３１は励磁されていない。シンクロトロン１０からは荷電粒子ビームが取り出され、ビーム遮断装置３０がＯＦＦであることから取り出しビームはそのまま患者に照射される。従って、照射期間においては取り出しビームの強度１０４と照射ビームの強度１０６が同一となる。

スポット照射完了タイミング１１０において、現在の照射スポットに対する照射線量が目標値に到達すると、第一の高周波電圧がＯＦＦとなり、シンクロトロン１０からのビーム取り出しが停止する。また、ビーム取り出しが停止するまでの時間を短縮するため、スポット照射完了タイミング１１０において高速四極電磁石１８が励磁される。第１の走査電磁石４１及び第２の走査電磁石４２の励磁量は、次の照射スポットに対応した値への変更を開始し、遮断電磁石３２は励磁を開始する。

次に、タイミング１１１において、遮断電磁石３１の励磁が完了し、ビーム遮断装置３０がＯＮとなると、高速四極電磁石１８はＯＦＦとなり、同時に第二の高周波電圧の印加が開始する。高速四極電磁石１８のＯＦＦによりセパラトリクスサイズが照射期間と同じ大きさにもどること、第二の高周波電圧がセパラトリクス辺縁部の周回ビーム粒子の水平ベータトロン振動振幅を増大させることにより、区間１１４ではシンクロトロン１０からビームが取り出される。区間１１４ではビーム遮断装置３０がＯＮであるため、取り出しビームは遮断され、患者には照射されない。また、区間１１４では第一の高周波電圧がＯＦＦであるため、セパラトリクス中心部の周回ビーム粒子の水平ベータトロン振動振幅は増大せず、セパラトリクス辺縁部の周回ビーム粒子は徐々に枯渇し、取り出しビームの強度は減少する。

タイミング１１２において、取り出しビームの強度が十分に減少すると、第二の高周波電圧はＯＦＦとなり、同時に遮断電磁石３１の励磁量１０５は減少し始める。遮断電磁石３１の励磁量１０５が減少している間も周回ビーム粒子は残留ガスによる散乱を受けるが、セパラトリクス辺縁部の周回ビーム粒子が枯渇しているため、遮断電磁石３１の励磁量が０となるまでの時間（例えば１ｍｓ）以内では周回ビーム粒子がセパラトリクスを超えて取り出されることがない。

タイミング１１３において、遮断電磁石の励磁量が０となり走査電磁石４１、４２の励磁量の変更が完了すると、周回ビームに第一の高周波電圧が印加され、シンクロトロン１０からのビーム取り出しが再開する。

図６(e)及び図６(g)では、取り出しビーム強度の時間変化１０４および照射ビーム強度の時間変化１０６に、区間１１４において第二の高周波電圧を印加しない場合の波形を点線で示した。この場合、セパラトリクス辺縁部の周回ビーム粒子は、残留ガスによる散乱以上の速さで拡散することはなく、セパラトリクス辺縁部の周回ビーム粒子は枯渇しない。従って、遮断電磁石３１、第１の走査電磁石４１及び第２の走査電磁石４２の励磁量を変更している間もシンクロトロン１０からのビーム取り出しが継続し、取り出しビームの一部は照射ノズル２１に入射される。遮断電磁石３１の励磁量を変更している間は荷電粒子ビームが治療計画で定めた位置とは異なる位置に照射されるため、遮断電磁石３１の励磁量を変更している間にシンクロトロン１０からビームが取り出されない場合に比べると線量一様度は悪化することになる。

本実施形態の粒子線治療システムによれば、ビーム遮断装置３０がＯＮとなっている間にセパラトリクスの辺縁部に対応する周波数スペクトルのみを持つ高周波電圧を周回ビームへ印加するため、ビーム遮断電磁石３１の励磁量を変更している間にシンクロトロン１０からビームが取り出されることを防ぎ、線量一様度を改善することができる。

図７を用いて、周回ビームに周波数スペクトルの異なる二種類の高周波電圧を印加するための高周波電圧印加装置１７の構成について説明する。図７は、高周波電圧印加装置１７の構成を示す模式図である。

高周波電圧印加装置１７は、第一の高周波発生装置７１、第二の高周波電圧発生装置７２、第一の高周波スイッチ７６、第二の高周波スイッチ７７、加算器７３、高周波スイッチ７８、増幅器７４、及び高周波電圧印加電極７５を備える。第一の高周波発生装置７１および第二の高周波発生装置７２は、例えば、任意波形発生器である。

第一の高周波発生装置７１は、第一の高周波電圧と相似形の周波数スペクトルを持つ高周波電圧７９を発生させる。第二の高周波発生装置７２は、第二の高周波電圧と相似形の周波数スペクトルを持つ高周波電圧８０を発生させる。高周波スイッチ７６には制御装置６０からの照射期間中のみＯＮとなる制御信号８１が入力されており、第一の高周波発生装置７１からの高周波電圧７９は、照射期間中のみ高周波スイッチ７６を通過して加算器７３へ出力される。高周波スイッチ７７には、制御信号８１を反転させたものが入力されており、照射期間以外の期間のみ第二の高周波発生装置７１からの高周波電圧８０は高周波スイッチ７７を通過して加算器７３へ出力される。加算器７３は、高周波電圧７９と高周波電圧８０を合成するため、照射期間中に高周波電圧７９を出力し、照射期間以外には高周波電圧８０を出力する。高周波スイッチ７８には、制御信号８１と第二の高周波電圧を印加する期間（図６中の区間１１４）であることを表す制御信号８２の論理和が入力されており、高周波電圧を印加すべき期間のみ加算器７３からの高周波電圧を通過させる。制御信号８２は、例えばビーム遮断電磁石の励磁が完了した時点でＯＮとし、制御信号８２がＯＮとなった後セパラトリクス辺縁部の周回ビーム粒子を枯渇させるために必要な時間（例えば１ｍｓ）が経過したらＯＦＦとする信号を用いることができる。増幅器７４は、加算器７３から入力された高周波電圧を増幅し、高周波電圧印加電極７５に出力する。高周波電圧印加電極７５は、周回ビームを水平方向に挟むように設置されており、高周波電圧７５に出力された高周波電圧が周回ビームに印加される。増幅器７４は、第一の高周波電圧発生装置７１からの高周波電圧７９が入力された場合に第一の高周波電圧を出力し、第二の高周波電圧発生装置７２からの高周波電圧７７が入力された場合に第二の高周波電圧を出力する。このように、高周波電圧印加装置１７は、ビーム遮断装置がＯＦＦである照射期間中は、セパラトリクス内全体の周回ビーム粒子の水平チューンに対応する周波数スペクトルを持つ第一の高周波電圧を周回ビームへ印加し、ビーム遮断装置がＯＮである間は、セパラトリクス辺縁部の周回ビーム粒子の水平チューンに対応する周波数スペクトルのみを持つ第二の高周波電圧を周回ビームへ印加する。これにより、本実施形態の粒子線治療システムによれば、ビーム遮断電磁石３１の励磁量を変更している間にシンクロトロン１０からビームが取り出されることを防ぎ、線量一様度を改善することができる。

（実施形態２）
本実施形態では、スキャニング照射法における線量一様度を改善できるだけでなく、機器のコストを低減できる荷電粒子ビーム照射システムの例を説明する。

図８は、本実施形態による粒子線治療システムの構成図を示す。本実施形態の粒子線治療システムは、図１に示す実施形態１の粒子線治療システムと同様の構成を有するが、以下の点で両者は相違する。つまり、実施形態１の粒子線治療システムは、シンクロトロン１０からのビーム取り出しを停止するための高速四極電磁石１８を備えるが、本実施形態のシンクロトロン１４０には高速四極電磁石１８が備えられていない。また、本実施形態の高エネルギービーム輸送系１４１に設置されるビーム遮断装置１４２は、実施形態１のビーム遮断装置３０と構成が異なる。

図９を用いて、本実施形態におけるビーム遮断装置１４２の動作について説明する。図９は、ビーム遮断装置１４２の構成を示す模式図である。ビーム遮断装置１１２は、図４に示す実施形態１のビーム遮断装置３０と同様の構成を有するが、遮断電磁石電源１４３が遮断電磁石１４３の励磁を完了するまでに要する時間（立ち上がり時間）が、実施形態１の遮断電磁石電源３２に比べて短い。

図１０を用いて、本実施形態の粒子線治療システムのスキャニング照射法における線量一様度を改善する手法について説明する。図１０は、照射パラメータの時間変化を模式的に示す図である。図１０の横軸が時間を表し、縦軸が各要素の励磁量・出力・強度を表す。図１０(a)は第１の走査電磁石４１及び第１の走査電磁石４２の励磁量１２０の時間変化を表し、図１０(b)は第一の高周波電圧の出力１２１の時間変化を表し、図１０(c)は第二の高周波電圧の出力１２２の時間変化を表し、図１０(d)は取り出しビームの強度１２３の時間変化を表し、図１０(e)は遮断電磁石３１の励磁量１２４の時間変化を表し、図１０(f)は照射ビームの強度１２５との時間変化を表すグラフであり。本実施形態でも、実施形態１の図６と同様、二台の走査電磁石４１、４２の励磁量１２０は一本のグラフで表している。また、残留ガスによる散乱で周回ビーム粒子がセパラトリクスを超える速度に対応する取り出しビーム強度を便宜的に散乱取り出し強度１３２としておく。

本実施形態では、実施形態１と同様、ビーム遮断装置１４２がＯＮとなっている間に第二の高周波電圧をＯＮにし、セパラトリクス辺縁部の周回ビーム粒子のみの水平ベータトロン振動振幅を増大させる。これにより、ビーム遮断装置１４２をＯＮとしている間にセパラトリクス辺縁部の周回ビーム粒子があらかじめ取り出されるため、本実施形態は、ビーム遮断装置１４２をＯＦＦとするために遮断電磁石３１の励磁量を変化させている間にシンクロトロン１０からビームが取り出されることを防ぎ、線量一様度を改善することができる。

本実施形態では、実施形態１とは異なり、ある照射スポットへのビームの照射が完了する前（タイミング１２６）に第一の高周波電圧を停止する。取り出しビームの強度は、第一の高周波電圧の停止により低下するが、シンクロトロン振動および残留ガスによる散乱の影響があるため０にはならない。このため、ある照射スポットに対して照射する予定の線量（以下、目標線量という）の大部分（例えば、予定線量の９０％）を照射した時点で第一の高周波電圧をＯＦＦとすれば、第一の高周波電圧をＯＦＦとした状態で当該照射スポットに対する照射を完了することができる。以下、第一の高周波電圧をＯＦＦとするスポット照射線量を、スポット照射完了準備線量という。

制御装置６０は、線量モニタ４３の測定結果からスポット照射線量を計算し、スポット照射線量がスポット照射完了準備線量を超えた時点（タイミング１２６）で第一の高周波電圧を停止する。制御装置６０は、第一の高周波電圧を停止した後もスポット照射線量の監視を継続し、スポット照射線量が目標線量に到達した時点（スポット照射完了時点１２７）で第二の高周波電圧をＯＦＦにするとともにビーム遮断装置１１２をＯＮにする。第一の高周波電圧を停止した時点で最小セパラトリクスの外側にいる周回ビーム粒子は、第一の高周波電圧を停止してからスポット照射完了時点１２７の間までにシンクロトロン１０から取り出される。これにより、スポット照射完了時点１２７以降においては、主に残留ガスによる散乱に起因して周回ビームが取り出されるため、取り出しビーム強度は散乱取り出し強度に一致する。

ここで、遮断電磁石３１の立ち上がり時間は、一般にＯＮ状態の遮断電磁石の励磁量が０となるまでに要する時間（以下、立下り時間という）よりも短い。取り出しビーム強度が小さく遮断電磁石３１の立ち上がり時間が短いことから、スポット照射完了時点１２７から遮断電磁石３１の励磁完了までの間にシンクロトロン１０から取り出されるビームの量はごく僅かとなる。これにより、本実施形態では、高速四極電磁石を使用しなくてもスポット照射が完了してから遮断電磁石３１の励磁が完了するまでの間にシンクロトロン１０から取り出されるビームによる線量一様度の悪化が問題とならない。

取り出しビーム強度の時間変化１２３および照射ビーム強度の時間変化１２５に、第一の高周波電圧をスポット照射完了時点１２６でＯＦＦとしない場合の波形を点線で示した。この場合、最小セパラトリクスの外側に周回ビーム粒子が残った状態でスポット照射が完了するため、スポット照射完了時点１２７以降の取り出しビーム強度１２３および照射ビーム強度１２５が第一の高周波電圧をスポット照射完了時点１２７以前にＯＦＦする場合に比べて高くなり、線量一様度の悪化が問題となる。第一の高周波電圧をスポット照射完了時点１２７以前にＯＦＦせずに線量一様度の悪化を防止するには、例えば実施形態１で示すような高速四極電磁石を使用する必要がある。

本実施形態の粒子線治療システムによれば、ビーム遮断装置１４２がＯＮとなっている間にセパラトリクスの辺縁部に対応する周波数スペクトルのみを持つ高周波電圧を周回ビームへ印加するため、ビーム遮断電磁石３１の励磁量を変更している間にシンクロトロン１０からビームが取り出されることを防ぎ、線量一様度を改善することができる。
さらに、本実施形態の粒子線治療システムによれば、ビーム照射が停止するまでの時間を短縮するために高速四極電磁石を設置する必要がないため、実施形態１の粒子線治療システムに比べてシンクロトロン１０の制作にかかるコストを低減できる。

（実施形態３）
本実施形態では、スキャニング照射法における線量一様度を改善できるだけでなく、機器のコストを低減できる荷電粒子ビーム照射システムの例を説明する。

図１１は、本実施形態による粒子線治療システムの構成図である。本実施形態の粒子線治療システムは、図８に示す実施形態２の粒子線治療システムと同様の構成を有するが、以下の点で両者は相違する。本実施形態のシンクロトロン１７０に備えられる高周波電圧印加装置１７１は、実施形態２のシンクロトロン１４０に備えられる高周波電圧印加装置１７と構成が異なり、また、本実施形態での第一の高周波電圧および第二の高周波電圧を印加するタイミングが実施形態２と異なっている。本実施形態における高周波電圧印加装置１７１の構成については後述する。

図１２を用いて、本実施形態の粒子線治療システムでのスキャニング照射法における線量一様度を改善する手法について説明する。図１２は、照射パラメータの時間変化を模式的に示した図である。図１２(a)は第１の走査電磁石４１及び第２の走査電磁石４２の励磁量１５０の時間変化を示し、図１２(b)は第一の高周波電圧の出力１５１の時間変化を示し、図１２(c)は第二の高周波電圧の出力１５２の時間変化を示し、図１２(d)は取り出しビームの強度１５３の時間変化を示し、図１２(e)は遮断電磁石３１の励磁量１５４の時間変化を示し、図１２(f)は照射ビームの強度１５５の時間変化を示す。図１２の横軸が時間を表し、縦軸が各要素の励磁量・出力・強度を表す。本実施形態の図１２でも、実施形態２の図１０と同様、二台の走査電磁石４１、４２の励磁量１５０は一本のグラフで表している。また、残留ガスによる散乱で周回ビーム粒子がセパラトリクスを超える速度に対応する取り出しビーム強度を便宜的に散乱取り出し強度１６２としておく。

本実施形態では、実施形態１、２と同様、ビーム遮断装置１４２がＯＮとなっている間に第二の高周波電圧をＯＮにし、セパラトリクス辺縁部の周回ビーム粒子のみの水平ベータトロン振動振幅を増大させる。これにより、ビーム遮断装置１４２をＯＮとしている間にセパラトリクス辺縁部の周回ビーム粒子があらかじめ取り出されるため、本実施形態は、ビーム遮断装置１４２をＯＦＦとするために遮断電磁石３１の励磁量を変化させている間にシンクロトロン１０からビームが取り出されることを防ぎ、線量一様度を改善することができる。

本実施形態では、実施形態２と同様、ある照射スポットへのビームの照射が完了する前に第一の高周波電圧を停止する。以下、実施形態２と同様、第一の高周波電圧をＯＦＦとするスポット照射線量を、スポット照射完了準備線量という。また、本実施形態では、実施形態１、２とは異なり、照射期間中に第一の高周波電圧と第二の高周波電圧の両方を周回ビームへ印加する。照射期間中に第一の高周波電圧と第二の高周波電圧の両方をＯＮとするため、セパラトリクスの辺縁部に対応する高周波電圧の出力は、セパラトリクスの中心部に対応する高周波電圧の出力よりも高くなる。これにより、本実施形態では、セパラトリクスの辺縁部に近づくほど水平ベータトロン振動の振幅が速く増大するため、スポット照射の開始直後を除くと常に、セパラトリクス辺縁部の周回ビーム粒子の密度がセパラトリクス中央部に比べて薄い状態が保たれる。

タイミング１５６において第一の高周波電圧を停止すると、セパラトリクス中央部からセパラトリクス辺縁部への周回ビーム粒子の供給が停止するため、取り出しビーム強度は急激に減少する。照射期間中は第一の高周波電圧を停止した後も第二の高周波電圧を印加しているため、セパラトリクス辺縁部の周回ビーム粒子は急速に取り出され、取り出しビーム・照射ビームの強度はシンクロトロン振動の一周期よりも短い時間で散乱取り出し強度１６２まで減少する。取り出しビーム強度が散乱取り出し強度１６２まで減少した後は、セパラトリクス中心部から残留ガスとの散乱によりセパラトリクス辺縁部へ僅かに供給される周回ビーム粒子を第二の高周波電圧で取り出し続ける状態となるため、セパラトリクス辺縁部の周回ビーム粒子の密度は第一の高周波電圧の停止前よりもさらに低い値に保たれる。制御装置６０は、第一の高周波電圧を停止した後もスポット照射線量の監視を継続し、スポット照射線量が目標値に到達した時点で第二の高周波電圧を停止するとともにビーム遮断装置１４２をＯＮにする。スポット照射完了時点１５７においてセパラトリクス辺縁部の周回ビーム粒子の分布はごく薄い状態に保たれているため、第二の高周波電圧をＯＦＦすると即座にシンクロトロン１０からのビーム取り出しが停止する。より厳密に言えば、照射完了時点から遮断電磁石３１の励磁が完了するまでにシンクロトロン１０から取り出される周回ビーム粒子の量は、目標とする線量一様度に対して無視できるほど小さい。

図１３を用いて、ビーム遮断装置１４２がＯＦＦである照射期間中は第一の高周波電圧と第二の高周波電圧の両方を周回ビームに印加し、遮断電磁石３１がＯＮの場合は第二の高周波電圧のみを周回ビームに印加するための高周波電圧印加装置１７１の構成について説明する。図１３は、高周波電圧印加装置１７１の構成を示す模式図である。高周波電圧印加装置１７１は、第一の高周波発生装置１７２、第二の高周波電圧発生装置１７３、高周波スイッチ１７４、加算器１７５、高周波スイッチ１７６、増幅器１７７、及び高周波電圧印加電極１７８を備える。

本実施形態では、実施形態１と同様、加算器１７５は第一の高周波電圧発生装置および第二の高周波電圧発生装置からの高周波電圧を合成し、高周波スイッチ１７６を経由して増幅器１７７に出力する。第一の高周波発生装置１７２は、第一の高周波電圧と相似形の周波数スペクトルを持つ高周波電圧１７９を発生させ、第二の高周波発生装置１７３は、第二の高周波電圧と相似形の周波数スペクトルを持つ高周波電圧１８０を発生させる。増幅器１７７は入力された高周波電圧を増幅し、高周波電圧印加電極１７８へ出力する。

高周波スイッチ１７４には、照射期間中のみＯＮとなる制御信号１８１と、スポット照射線量がスポット照射完了準備線量以下である場合にのみＯＮとなる制御信号１８２の論理積が入力されており、高周波スイッチ１７４は入力信号がＯＮの場合のみ第一の高周波電圧発生装置１７２からの高周波電圧１７９を通過させる。合成器７３には、照射期間中でスポット照射線量がスポット照射完了準備線量以下の場合に高周波電圧１７９および高周波電圧１８０が、それ以外の場合に高周波電圧１８０が入力される。高周波スイッチ１７６には、実施形態１と同様、照射期間中にＯＮとなる制御信号１８１と、ビーム遮断装置１４２がＯＮとなった後一定時間ＯＮとなる制御信号１８３の論理和が入力されている。従って、増幅器１７７には、照射期間中でスポット照射線量がスポット照射完了準備線量以下の場合に高周波電圧１７９および高周波電圧１８０が、照射期間中でスポット照射線量がスポット照射完了準備線量以上の場合およびビーム遮断装置がＯＮとなった後一定時間以内の場合に高周波電圧１８０のみが入力される。同様に、周回ビームに対しては照射期間中でスポット照射線量がスポット照射完了準備線量以下の場合に第一の高周波電圧および第二の高周波電圧が、照射期間中でスポット照射線量がスポット照射完了準備線量以上の場合およびビーム遮断装置がＯＮとなった後一定時間以内の場合に第二の高周波電圧のみが入力される。

本実施形態の粒子線治療システムによれば、ビーム遮断装置１４２がＯＮとなっている間にセパラトリクスの辺縁部に対応する周波数スペクトルのみを持つ高周波電圧を周回ビームへ印加するため、ビーム遮断電磁石３１の励磁量を変更している間にシンクロトロン１０からビームが取り出されることを防ぎ、線量一様度を改善することができる。

さらに、本実施形態によれば、ビーム照射が停止するまでの時間を短縮するために高速四極電磁石を設置する必要がないため、実施形態１の粒子線治療システムに比べてシンクロトロン１０の制作にかかるコストを低減できる。

本実施形態の粒子線治療システムでは、照射期間中にセパラトリクス辺縁部の周回ビーム粒子を第二の高周波電圧により取り出すため、照射完了から遮断電磁石の励磁が完了するまでの間にシンクロトロン１０から取り出されるビーム粒子の量を低減し、実施形態２の粒子線治療システムに比べて線量一様度を向上することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上の必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１ 入射器
２ 低エネルギービーム輸送系
１０ シンクロトロン
１１ 入射インフレクタ
１２ 真空ダクト
１３ 偏向電磁石
１４ 四極電磁石
１５ 六極電磁石
１７ 高周波電圧印加装置
１８ 高速四極電磁石
１９ 取り出し用デフレクタ
２０ 高エネルギービーム輸送系
２１ 偏向電磁石
２２ 四極電磁石
３０ ビーム遮断装置
３１ 遮断電磁石
３２ 遮断電磁石電源
３３ ダンパー
４０ 照射ノズル
４１ 第１の走査電磁石
４２ 第２の走査電磁石
４１Ａ 第１の走査電磁石電源
４２Ａ 第２の走査電磁石電源
４３ 線量モニタ
４４ ビーム位置モニタ
５０ 患者
５１ 患部
５２ スキャニング照射法のレイヤー
５３ スキャニング照射法の照射スポット
６０ 制御装置
７１ 第一の高周波電圧発生装置
７２ 第二の高周波電圧発生装置
７３ 加算器
７４ 増幅器
７５ 高周波電圧印加電極
７６ 第一の高周波スイッチ
７７ 第二の高周波スイッチ
７８ 高周波スイッチ
７９ 高周波電圧
８０ 高周波電圧
８１ 制御信号
８２ 制御信号
９０ セパラトリクス
９１ 取り出し用デフレクタ１９の内側電極
９２ セパラトリクス中心部に相当する周波数
９３ セパラトリクス辺縁部に相当する周波数
９４ 第一の高周波電圧の周波数スペクトル
９５ 第二の高周波電圧の周波数スペクトル
１００ 走査電磁石励磁量
１０１ 第一の高周波電圧出力
１０２ 第二の高周波電圧出力
１０３ 高速四極電磁石励磁量
１０４ 取り出しビーム強度
１０５ 遮断電磁石３１励磁量
１０６ 照射ビーム強度
１１０ スポット照射完了タイミング
１１１ 遮断電磁石３１励磁完了タイミング
１１２ 第二の高周波電圧ＯＦＦタイミング
１１３ スポット照射再開タイミング
１１４ 第二の高周波電圧印加区間
１２０ 走査電磁石励磁量
１２１ 第一の高周波電圧出力
１２２ 第二の高周波電圧出力
１２３ 取り出しビーム強度
１２４ 遮断電磁石励磁量
１２５ 照射ビーム強度
１２６ 第一の高周波電圧ＯＦＦタイミング
１２７ スポット照射完了タイミング
１２８ 第二の高周波電圧ＯＮタイミング
１２９ 第二の高周波電圧ＯＦＦタイミング
１３０ スポット照射再開タイミング
１３１ 第二の高周波電圧印加区間
１４０ シンクロトロン
１４１ 高エネルギービーム輸送系
１４２ ビーム遮断電磁石
１４３ 遮断電磁石電源
１５０ 走査電磁石励磁量
１５１ 第一の高周波電圧出力
１５２ 第二の高周波電圧出力
１５３ 取り出しビーム強度
１５４ 遮断電磁石励磁量
１５５ 照射ビーム強度
１５６ 第一の高周波電圧ＯＦＦタイミング
１５７ スポット照射完了タイミング
１５８ 停止期間中の第二の高周波電圧ＯＮタイミング
１５９ 停止期間中の第二の高周波電圧ＯＦＦタイミング
１６０ スポット照射再開タイミング
１６１ 停止期間中の第二の高周波電圧印加区間
１７０ シンクロトロン
１７１ 高周波電圧印加装置
１７２ 第一の高周波電圧発生装置
１７３ 第二の高周波電圧発生装置
１７４ 高周波スイッチ
１７５ 加算器
１７６ 高周波スイッチ
１７７ 増幅器
１７８ 高周波電圧印加電極
１７９ 高周波電圧
１８０ 高周波電圧
１８１ 制御信号
１８２ 制御信号
１８３ 制御信号

Claims (5)

1. 荷電粒子ビームを加速して取り出すシンクロトロンと、
   加速した前記荷電粒子ビームを照射ノズルに輸送するビーム輸送装置を備える荷電粒子ビーム照射システムであって、
   前記シンクロトロンは、周回する前記荷電粒子ビームに高周波電圧を印加する高周波電圧印加装置を有し、
   前記ビーム輸送装置は、通過する荷電粒子ビームを遮断するビーム遮断装置を有し、
   前記高周波電圧印加装置は、前記ビーム遮断装置が前記荷電粒子ビームを遮断する期間と前記ビーム遮断装置が前記荷電粒子ビームを遮断せずに前記荷電粒子ビームを前記照射ノズルに輸送する期間とで、前記シンクロトロンを周回する前記荷電粒子ビームに対して異なる周波数スペクトルの高周波電圧を印加することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
2. 請求項１に記載の荷電粒子ビーム照射システムであって、
   前記高周波電圧印加装置は、
   前記ビーム遮断装置が前記荷電粒子ビームを遮断していない期間に、前記シンクロトロン中を周回する前記荷電粒子ビームの安定領域内の中心部に対応する周波数スペクトルを持つ第一の高周波電圧を印加し、
   前記ビーム遮断装置が前記荷電粒子ビームを遮断している期間に、前記シンクロトロン中を周回する前記荷電粒子ビームの安定領域の辺縁部に対応する周波数スペクトルを持つ第二の高周波電圧を印加することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
3. 請求項２に記載の荷電粒子ビーム照射システムであって、
   前記高周波電圧印加装置は、
   前記シンクロトロンからの前記荷電粒子ビームの取り出しが停止するよりも前に前記第一の高周波電圧の印加を停止することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
4. 請求項１に記載の荷電粒子ビーム照射システムであって、
   前記高周波電圧印加装置は、
   前記ビーム遮断装置が前記荷電粒子ビームを遮断していない期間に、前記シンクロトロン中を周回する前記荷電粒子ビームの安定領域内の中心部に対応する周波数スペクトルを持つ第一の高周波電圧および前記シンクロトロン中を周回する前記荷電粒子ビームの安定領域の辺縁部に対応する周波数スペクトルを持つ第二の高周波電圧を印加し、
   前記ビーム遮断装置が前記荷電粒子ビームを遮断している期間に、前記第二の高周波電圧を印加できることを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
5. 請求項４に記載の荷電粒子ビーム照射システムであって、
   前記高周波電圧印加装置は、
   前記シンクロトロンからの前記荷電粒子ビームの取り出しが停止するよりも前に前記第一の高周波電圧の印加を停止し、前記第一の高周波電圧の印加を停止した後も前記第二の高周波電圧の印加が継続することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。