JP2020018629A - 荷電粒子線治療装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図ることができる荷電粒子線治療装置を提供する。【解決手段】第１偏向電磁石２１の偏向角を第１偏向角θ１とし、第２偏向電磁石２２Ａの偏向角を第２偏向角θ２とした場合、第２偏向電磁石２２Ａの第２偏向角θ２は、第１偏向角θ１の二倍の大きさで当該第１偏向角θ１と反対側へ向かう角度となる。これにより、第２偏向電磁石２２Ａは、第１偏向角θ１と同じ大きさの照射角θ３にて、患者Ｗに荷電粒子線Ｂを照射することができる。このようなシンプルな関係性を有するため、第１偏向電磁石２１及び第２偏向電磁石２２Ａの磁場強度を調整するだけで、所望の照射角θ３で患者Ｗに荷電粒子線Ｂを照射することができる。荷電粒子線治療装置１は、回転ガントリ方式の装置に比して高さ方向のサイズを低減することができ、且つ、多数の偏向電磁石を用いる場合に比してフットプリントを低減することができる。【選択図】図５

Description

本発明は、荷電粒子線治療装置に関するものである。

従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載の荷電粒子線治療装置が知られている。この荷電粒子線治療装置は、加速器から出射した荷電粒子線の上流側から下流側へ向かって、第１偏向電磁石、第２偏向電磁石、及び第３偏向電磁石を備えている。この荷電粒子線治療装置は、これらの偏向電磁石で荷電粒子線を曲げることで、患者に対して所望の角度で荷電粒子線を照射している。第１偏向電磁石は、加速器からの荷電粒子線を偏向させ、第２偏向電磁石は、第１偏向電磁石からの荷電粒子線を一度水平となるように偏向させている。第３偏向電磁石は、第２偏向電磁石からの荷電粒子線を偏向させて、患者へ照射する。

特開２０１２−０１１０３８号公報

近年、荷電粒子線治療装置の小型化が求められている。上述の荷電粒子線治療装置は、回転ガントリ方式の装置に比べれば、特に高さ方向におけるサイズを小型化することができる。しかしながら、上述の荷電粒子線治療装置は、第１偏向電磁石から第３偏向電磁石までの距離が長くなるため、フットプリントの低減に改善の余地があった。

本発明は、小型化を図ることができる荷電粒子線治療装置を提供することを目的とする。

本発明の荷電粒子線治療装置は、被照射体に荷電粒子線を照射する荷電粒子線治療装置であって、加速器側から入射した荷電粒子線をエネルギーに応じた第１偏向角で偏向する第１偏向電磁石と、荷電粒子線の進行方向において、第１偏向電磁石の下流側に当該第１偏向電磁石と隣接するように設けられ、第１偏向電磁石から入射した荷電粒子線を第２偏向角で偏向する第２偏向電磁石と、進行方向において、第２偏向電磁石の下流側に設けられ、被照射体が載置される載置部と、を備え、第２偏向角は、第１偏向角の二倍の大きさで当該第１偏向角と反対側へ向かう角度である。

荷電粒子線治療装置は、加速器側から入射した荷電粒子線をエネルギーに応じた第１偏向角で偏向する第１偏向電磁石と、荷電粒子線の進行方向において、第１偏向電磁石の下流側に当該第１偏向電磁石と隣接するように設けられ、第１偏向電磁石から入射した荷電粒子線を第２偏向角で偏向する第２偏向電磁石と、を備える。これにより、加速器側からの荷電粒子線は、第１偏向電磁石で偏向され、第２偏向電磁石で偏向された後、載置部に載置された被照射体へ照射される。ここで、第１偏向電磁石の偏向角を第１偏向角とし、第２偏向電磁石の偏向角を第２偏向角とした場合、第２偏向電磁石の第２偏向角は、第１偏向角の二倍の大きさで当該第１偏向角と反対側へ向かう角度となる。これにより、第２偏向電磁石は、第１偏向角と同じ大きさの照射角にて、被照射体に荷電粒子線を照射することができる。このようなシンプルな関係性を有するため、第１偏向電磁石及び第２偏向電磁石の磁場強度を調整するだけで、所望の照射角で被照射体に荷電粒子線を照射することができる。また、荷電粒子線の被照射体に対する照射角は、多数の偏向電磁石を用いなくとも、互いに隣接する第１偏向電磁石及び第２偏向電磁石を用いて、調整可能となる。従って、荷電粒子線治療装置は、回転ガントリ方式の装置に比して高さ方向のサイズを低減することができ、且つ、多数の偏向電磁石を用いる場合に比してフットプリントを低減することができる。以上より、小型化を図ることができる荷電粒子線治療装置を提供できる。

第１偏向電磁石は、加速器側から入射する荷電粒子線の基軸上に中心点を有する仮想的な円を設定し、円と基軸との上流側の第１交点及び下流側の第２交点のうち、第１交点の位置に荷電粒子線の入射点を有し、円の上側の円弧のうち、第２交点から第１交点へ向かって９０°の範囲の少なくとも何れかの部分に円弧状の第１側面を有し、第２偏向電磁石は、第１偏向電磁石の第１側面の外周側の領域に配置され、横方向から見て、第１側面と対応する形状を有する円弧状の第２側面と、横方向から見て、基軸と垂直をなして第２交点を通過する基準線に対して、第２側面と線対称をなす円弧状の第３側面と、を有する。このような構成では、第１偏向電磁石は、入射点から入射した荷電粒子線を偏向させて第１側面の何れかの位置から出射する。第１側面から出射した荷電粒子線は、直ちに第２側面から第２偏向電磁石へ入射する。このとき、第２側面は円弧状の第１側面に対応する形状を有している。また、第３側面は、基準線に対して第２側面と線対称をなす円弧状の形状を有している。従って、荷電粒子線は、第２偏向電磁石内において基準線を基準として線対称な軌道を描き、第２側面での入射態様と線対称な態様にて、第３側面から出射する。

本発明の荷電粒子線治療装置は、被照射体に荷電粒子線を照射する荷電粒子線治療装置であって、加速器側から入射した荷電粒子線をエネルギーに応じて偏向する第１偏向電磁石と、荷電粒子線の進行方向において、第１偏向電磁石の下流側に当該第１偏向電磁石と隣接するように設けられ、第１偏向電磁石から入射した荷電粒子線を偏向する第２偏向電磁石と、進行方向において、第２偏向電磁石の下流側に設けられ、被照射体が載置される載置部と、を備え、第１偏向電磁石は、加速器側から入射する荷電粒子線の基軸上に中心点を有する仮想的な円を設定し、円と基軸との上流側の第１交点及び下流側の第２交点のうち、第１交点の位置に荷電粒子線の入射点を有し、円の上側の円弧のうち、第２交点から第１交点へ向かって９０°の範囲の少なくとも何れかの部分に円弧状の第１側面を有し、第２偏向電磁石は、第１偏向電磁石の第１側面の外周側の領域に配置され、横方向から見て、第１側面と対応する形状を有する円弧状の第２側面と、横方向から見て、基軸と垂直をなして第２交点を通過する基準線に対して、第２側面と線対称をなす円弧状の第３側面と、を有する。

荷電粒子線治療装置は、加速器側から入射した荷電粒子線をエネルギーに応じて偏向する第１偏向電磁石と、荷電粒子線の進行方向において、第１偏向電磁石の下流側に当該第１偏向電磁石と隣接するように設けられ、第１偏向電磁石から入射した荷電粒子線を偏向する第２偏向電磁石と、を備える。これにより、加速器側からの荷電粒子線は、第１偏向電磁石で偏向され、第２偏向電磁石で偏向された後、載置部に載置された被照射体へ照射される。ここで、第１偏向電磁石は、入射点から入射した荷電粒子線を偏向させて第１側面の何れかの位置から出射する。第１側面から出射した荷電粒子線は、直ちに第２側面から第２偏向電磁石へ入射する。このとき、第２側面は円弧状の第１側面に対応する形状を有している。また、第３側面は、基準線に対して第２側面と線対称をなす円弧状の形状を有している。従って、荷電粒子線は、第２偏向電磁石内において基準線を基準として線対称な軌道を描き、第２側面での入射態様と線対称な態様にて、第３側面から出射する。このようなシンプルな関係性を有するため、第１偏向電磁石及び第２偏向電磁石の磁場強度を調整するだけで、所望の照射角で被照射体に荷電粒子線を照射することができる。また、荷電粒子線の被照射体に対する照射角は、多数の偏向電磁石を用いなくとも、互いに隣接する第１偏向電磁石及び第２偏向電磁石を用いて、調整可能となる。従って、荷電粒子線治療装置は、回転ガントリ方式の装置に比して高さ方向のサイズを低減することができ、且つ、多数の偏向電磁石を用いる場合に比してフットプリントを低減することができる。以上より、小型化を図ることができる荷電粒子線治療装置を提供できる。

荷電粒子線は、荷電粒子線の進行方向において、第１偏向電磁石の下流側に当該第１偏向電磁石と隣接するように設けられ、第１偏向電磁石から入射した荷電粒子線を偏向する第３偏向電磁石を更に備え、第１偏向電磁石は、円の下側の円弧のうち、第２交点から第１交点へ向かって９０°の範囲の少なくとも何れかの部分に円弧状の第４側面を有し、第３偏向電磁石は、第１偏向電磁石の第４側面の外周側の領域に配置され、横方向から見て、第４側面と対応する形状を有する円弧状の第５側面と、横方向から見て、基軸と垂直をなして第２交点を通過する基準線に対して、第４側面と線対称をなす円弧状の第６側面と、を有してよい。このような構成によれば、第３偏向電磁石を用いることで、下側から所望の照射角で荷電粒子線を被照射体へ照射することができる。

第２偏向電磁石による第２偏向角は、第１偏向電磁石による第１偏向角の二倍の大きさで当該第１偏向角と反対側へ向かう角度であってよい。これにより、第２偏向電磁石は、第１偏向角と同じ大きさの照射角にて、被照射体に荷電粒子線を照射することができる。

本発明によれば、小型化を図ることができる荷電粒子線治療装置を提供することができる。

実施形態に係る荷電粒子線治療装置を示す概略側面図である。 （ａ）は図１に示すＩＩａ−ＩＩａ線に沿った断面図であり、（ｂ）は図１に示すＩＩｂ−ＩＩｂ線に沿った断面図である。 照射ノズル付近の具体的な構成を示す概略側面図である。 各偏向電磁石の位置関係を示す概略側面図である。 荷電粒子線の挙動を説明するための概略側面図である。 荷電粒子線の挙動を説明するための概略側面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る荷電粒子線治療装置について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示されるように、本発明の一実施形態に係る荷電粒子線治療装置１は、放射線療法によるがん治療等に利用される装置であり、イオン源（不図示）で生成した荷電粒子を加速して荷電粒子線として出射する加速器２と、荷電粒子線を被照射体へ照射する照射部３と、患者を載置する載置部４と、加速器２から出射された荷電粒子線を照射部３へ輸送するビーム輸送ライン６と、を備えている。加速器２は加速器室１０内に配置されている。照射部３及び載置部４は、照射室１１内に配置されている。加速器室１０及び照射室１１はそれぞれ壁で囲まれた空間によって構成される。加速器室１０と照射室１１との間は、壁１２で隔てられている。ビーム輸送ライン６は、壁１２を貫通している。

なお、以下の説明においては、「Ｘ軸方向」、「Ｙ軸方向」という語を用いて説明する。Ｘ軸方向は、加速器２から照射部３へ向かう方向である。Ｘ軸方向の正側が照射部３側に該当し、負側が加速器２側に該当する。Ｙ軸方向は、水平方向であってＸ軸方向と直交する方向であり、請求項における「横方向」に対応する方向である。Ｙ軸方向の正側が図１における紙面裏側に該当し、負側が図１における紙面表側に該当する。

加速器２は、荷電粒子を加速して予め設定されたエネルギーの荷電粒子線Ｂを出射する装置である。加速器２として、例えば、サイクロトロン、シンクロトロン、シンクロサイクロトロン、ライナック等が挙げられる。加速器２で発生した荷電粒子線Ｂは、ビーム輸送ライン６によって照射部３へ輸送される。ビーム輸送ライン６は、加速器２と、照射部３と、を接続し、加速器２から出射された荷電粒子線Ｂを照射部３へ輸送する。ビーム輸送ライン６には、四極電磁石などが設けられている。なお、荷電粒子線Ｂは、加速器２から照射部３へ向かってビーム輸送ライン６をＸ軸方向の正側へ向かって真っ直ぐに進行する。当該進行状態における荷電粒子線Ｂの基軸を基軸ＡＸとする。

照射部３は、患者Ｗ（被照射体）の患部に対し、荷電粒子線Ｂを照射するものである。荷電粒子線Ｂとは、電荷をもった粒子を高速に加速したものであり、例えば陽子線、重粒子（重イオン）線、電子線等が挙げられる。照射部３は、患者Ｗに対して所望の照射角で荷電粒子線Ｂを照射することができる。照射部３は、第１偏向電磁石２１と、第２偏向電磁石２２Ａと、第３偏向電磁石２２Ｂと、を備える。なお、各偏向電磁石２１，２２Ａ，２２Ｂは、Ｙ軸方向に互い離間した状態で対向するように一対設けられる（図２参照）。

第１偏向電磁石２１は、加速器２側から入射した荷電粒子線Ｂをエネルギーに応じて偏向する電磁石である。第１偏向電磁石２１は、ビーム輸送ライン６を介して加速器２から進行してきた荷電粒子線Ｂを上側へ向けて偏向させることで第２偏向電磁石２２Ａへ導く。または、第１偏向電磁石２１は、ビーム輸送ライン６を介して加速器２から進行してきた荷電粒子線Ｂを下側へ向けて偏向させることで第３偏向電磁石２２Ｂへ導く。

Ｙ軸方向から見て、第１偏向電磁石２１は、Ｄ字状の形状を有している。第１偏向電磁石２１は、基軸ＡＸを基準として、上下に線対称な形状を有している。第１偏向電磁石２１は、Ｘ軸方向の負側の領域（すなわち荷電粒子線Ｂの進行方向の上流側）において矩形状に構成され、Ｘ軸方向の正側の領域（すなわち荷電粒子線Ｂの進行方向の下流側）においてＸ軸方向の正側へ凸となる半円状に構成される。第１偏向電磁石２１は、Ｘ軸方向の負側の端部において、上下方向に広がる側面３１を有する。側面３１は基軸ＡＸに対して垂直な平面となる。従って、加速器２からの荷電粒子線Ｂは、側面３１を入射面として第１偏向電磁石２１へ入射する。第１偏向電磁石２１は、Ｘ軸方向の正側の円弧状の側面のうち、上半分に対応する部分である側面３２Ａ（第１側面）を有する。また、第１偏向電磁石２１は、Ｘ軸方向の正側の円弧状の側面のうち、下半分に対応する部分である側面３２Ｂ（第４側面）を有する。なお、側面３２Ａと側面３２Ｂは、互いに連続した曲面である。第１偏向電磁石２１内で偏向した荷電粒子線Ｂは、側面３２Ａ又は側面３２Ｂを出射面として第１偏向電磁石２１から出射する。第１偏向電磁石２１は、芯部２１ａと、芯部２１ａの外周部に巻かれたコイル部２１ｂと、を備える。

図２（ｂ）に示すように、一対の第１偏向電磁石２１は、Ｙ軸方向に互いに離間するように配置されている。これにより、一対の第１偏向電磁石２１間には空間ＳＰ１が形成される。一対の第１偏向電磁石２１は、空間ＳＰ１と反対側において壁部４３で支持される。空間ＳＰ１は荷電粒子線Ｂが進行する空間であるため、真空とされている。

図１に示すように、第２偏向電磁石２２Ａは、荷電粒子線Ｂの進行方向において、第１偏向電磁石２１の下流側に当該第１偏向電磁石２１と隣接するように設けられ、第１偏向電磁石２１から入射した荷電粒子線Ｂを偏向する電磁石である。第２偏向電磁石２２Ａは、第１偏向電磁石２１に対し、Ｘ軸方向の正側の位置で斜め上方に設けられている。第２偏向電磁石２２Ａは、第１偏向電磁石２１から入射してきた荷電粒子線Ｂを上側に凸となるように円弧状に曲げた後、載置部４へ向けて出射する。

Ｙ軸方向から見て、第２偏向電磁石２２Ａは、略扇状の形状を有している。第２偏向電磁石２２Ａは、上下方向に延びる基準線ＣＬ１に対して線対称な形状を有している。基準線ＣＬ１は、基軸ＡＸと垂直をなして、第１偏向電磁石２１のＸ軸方向の正側の頂点ＴＰを通過する線である（図４参照）。第２偏向電磁石２２Ａは、側面３２Ａと対応する形状を有する円弧状の側面３３Ａ（第２側面）を有する。第１偏向電磁石２１からの荷電粒子線Ｂは、側面３３Ａを入射面として第２偏向電磁石２２Ａに入射する。側面３３Ａは、第２偏向電磁石２２Ａの内部へ向かって凹をなすように湾曲する曲面である。第２偏向電磁石２２Ａは、基準線ＣＬ１に対して、側面３３Ａと線対称をなす円弧状の側面３４Ａ（第３側面）を有する。第２偏向電磁石２２Ａ内で偏向した荷電粒子線Ｂは、側面３４Ａを出射面として第２偏向電磁石２２Ａから出射する。また、第２偏向電磁石２２Ａは、側面３３Ａの上端部と側面３４Ａの上端部との間で上方へ向かって凸となる半円弧状をなす側面３６Ａを有する。第２偏向電磁石２２Ａは、芯部２２Ａａと、芯部２２Ａａの外周部に巻かれたコイル部２２Ａｂと、を備える。

第３偏向電磁石２２Ｂは、荷電粒子線Ｂの進行方向において、第１偏向電磁石２１の下流側に当該第１偏向電磁石２１と隣接するように設けられ、第１偏向電磁石２１から入射した荷電粒子線Ｂを偏向する電磁石である。第３偏向電磁石２２Ｂは、第１偏向電磁石２１に対し、Ｘ軸方向の正側の位置で斜め下方に設けられている。第３偏向電磁石２２Ｂは、第１偏向電磁石２１から入射してきた荷電粒子線Ｂを下側に凸となるように円弧状に曲げた後、載置部４へ向けて出射する。

Ｙ軸方向から見て、第３偏向電磁石２２Ｂは、略扇状の形状を有している。第３偏向電磁石２２Ｂは、基軸ＡＸを基準として、第２偏向電磁石２２Ａと線対称な形状を有している。第３偏向電磁石２２Ｂは、側面３２Ｂと対応する形状を有する円弧状の側面３３Ｂ（第５側面）を有する。第１偏向電磁石２１からの荷電粒子線Ｂは、側面３３Ｂを入射面として第３偏向電磁石２２Ｂに入射する。第３偏向電磁石２２Ｂは、基準線ＣＬ１に対して、側面３３Ｂと線対称をなす円弧状の側面３４Ｂ（第６側面）を有する。第３偏向電磁石２２Ｂ内で偏向した荷電粒子線Ｂは、側面３４Ｂを出射面として第３偏向電磁石２２Ｂから出射する。また、第３偏向電磁石２２Ｂは、側面３３Ｂの下端部と側面３４Ｂの下端部との間で下方へ向かって凸となる半円弧状をなす側面３６Ｂを有する。第３偏向電磁石２２Ｂは、芯部２２Ｂａと、芯部２２Ｂａの外周部に巻かれたコイル部２２Ｂｂと、を備える。

図２（ａ）に示すように、一対の第２偏向電磁石２２Ａ及び一対の第３偏向電磁石２２Ｂは、Ｙ軸方向に互いに離間するように配置されている。これにより、一対の第２偏向電磁石２２Ａ間及び一対の第３偏向電磁石２２Ｂ間には空間ＳＰ２が形成される。一対の第２偏向電磁石２２Ａ及び一対の第３偏向電磁石２２Ｂは、空間ＳＰ２と反対側において壁部４４で支持される。空間ＳＰ２は荷電粒子線Ｂが進行する空間であるため、真空とされている。また、空間ＳＰ２は、空間ＳＰ１と連通している。

図２に示すように、第１偏向電磁石２１が荷電粒子線Ｂを上側へ偏向させる場合、空間ＳＰ１内での磁場の方向（図中、矢印で示す）は、Ｙ軸方向の正側となる。また、第２偏向電磁石２２Ａによる空間ＳＰ２内での磁場の方向は、Ｙ軸方向の負側となる。一方、第１偏向電磁石２１が荷電粒子線Ｂを下側へ偏向させる場合、空間ＳＰ１内での磁場の方向は、Ｙ軸方向の正側となる。また、第３偏向電磁石２２Ｂによる空間ＳＰ２内での磁場の方向は、Ｙ軸方向の正側となる。

図１に示すように、第２偏向電磁石２２Ａの側面３４Ａ及び第３偏向電磁石２２Ｂの側面３４Ｂは、荷電粒子線Ｂの出射面として機能する。従って、照射部３は、側面３４Ａ，３４Ｂと載置部４との間に照射ノズル７を備える。照射ノズル７内には、スキャニング電磁石（スキャニング法で照射を行う場合）、四極電磁石、モニタ、ディグレーダなどの各種構成要素が収容されていてよい。照射部３は、側面３４Ａ，３４Ｂの荷電粒子線Ｂの出射位置を調整することができる。従って、照射ノズル７は、出射位置に合わせて移動することができる。ここで、上述のように、荷電粒子線Ｂが進行する空間ＳＰ１，ＳＰ２（図２参照）は、真空に保たれている。従って、各偏向電磁石２１，２２Ａ，２２Ｂが配置される空間は、載置部４が配置される外部空間から気密性が保たれた状態で封止されている。

例えば、図３に示すように、各偏向電磁石２１，２２Ａ，２２Ｂが配置される空間は、壁部４７によって載置部４が配置される外部空間に対して封止されている。ここで、壁部４７は、側面３４Ａ，３４Ｂに沿って円弧状に湾曲する湾曲部４７ａと、載置部４が設けられる床面Ｆ１と同じ高さ位置にて水平に広がる床部４７ｂと、床面Ｆ１から下方へ向かって延びる段差面Ｆ２に沿って床部４７ｂから下方へ延びる下壁部４７ｃと、湾曲部４７ａから上方へ向かって延びる上壁部４７ｄと、を備える。湾曲部４７ａには、照射ノズル７が気密性を保った状態で設けられる。

ここで、照射ノズル７は、壁部４７の気密性を保ちつつも、荷電粒子線Ｂの出射位置に追従して移動しなくてはならない。従って、照射ノズル７が側面３４Ａ，３４Ｂに沿って移動する時は、壁部４７ごと移動する。すなわち、壁部４７のうちの湾曲部４７ａであった箇所が、照射ノズル７が下側に下がることに伴って、床部４７ｂや下壁部４７ｃとなる場合もある。このため、壁部４７は、照射ノズル７に合わせた移動を行うための移動代として、折り畳み部４７ｅを有する。折り畳み部４７ｅは、壁部４７を構成する部材が複数回、折り畳まれた箇所である。折り畳み部４７ｅは、上壁部４７ｄに設けられる。折り畳み部４７ｅの一部は、照射ノズル７が下側へ移動する場合、下方へ引き伸ばされる。

載置部４は、荷電粒子線Ｂの進行方向において、第２偏向電磁石２２Ａ及び第３偏向電磁石２２Ｂの下流側に設けられ、患者Ｗが載置される部分である。載置部４は、治療台５１と、治療台５１の位置調整が可能な位置調整機構５２と、を備える。載置部４は、患者Ｗの患部が照射点ＲＰに配置されるように、位置合わせがなされる。照射点ＲＰは、荷電粒子線Ｂの照射の目標位置である。照射点ＲＰは、側面３４Ａ，３４Ｂの中心点に設定される。

次に、第１偏向電磁石２１、第２偏向電磁石２２Ａ及び第３偏向電磁石２２Ｂの構成について、更に詳しく説明する。なお、以降の形状の説明は、Ｙ軸方向の負側から正側を見た場合の形状について行われているものとする。まず、図４を参照して、第１偏向電磁石２１及び第２偏向電磁石２２Ａの形状について説明する。なお、照射部３の偏向電磁石の構成は基軸ＡＸを基準として上下対称であるため、図４では、基軸ＡＸより上側の構成のみを示している。

まず、基軸ＡＸ上に中心点ＣＰ１を有する仮想的な円ＣＲ１を設定する。当該円ＣＲ１と基軸ＡＸとの上流側の第１交点Ｐ１及び下流側の第２交点Ｐ２のうち、第１交点Ｐ１の位置には、第１偏向電磁石２１に対する荷電粒子線Ｂの入射点ＩＰが設定される。また、第２交点Ｐ２の位置に、第１偏向電磁石２１の頂点ＴＰが設定される。なお、基軸ＡＸと垂直であり中心点ＣＰ１を通過する線を基準線ＣＬ２とし、入射点ＩＰを通過する線を基準線ＣＬ３とする。基準線ＣＬ３の位置では、入射点ＩＰから上方へ向かって側面３１が延びている。側面３１の高さは、円ＣＲ１の半径と同じである。

第１偏向電磁石２１は、円ＣＲ１の上側の円弧のうち、第２交点Ｐ２から第１交点Ｐ１へ向かって９０°の範囲の部分に円弧状の側面３２Ａを有する。側面３２Ａの下端部は、頂点ＴＰ（第２交点Ｐ２）に対応する。側面３２Ａの上端部は、円ＣＲ１と基準線ＣＬ２との第３交点Ｐ３に対応する。また、第１偏向電磁石２１は、側面３１の上端部３１ａと第３交点Ｐ３との間にＸ軸方向に延びる平面３５を有する。

第２偏向電磁石２２Ａは、第１偏向電磁石２１の側面３２Ａの外周側の領域に配置される。第２偏向電磁石２２Ａは、上述の通り、側面３２Ａと対応する形状を有する円弧状の側面３３Ａを有する。側面３３Ａの下端部は頂点ＴＰに対応し、側面３３Ａの上端部は第３交点Ｐ３に対応する。第２偏向電磁石２２Ａは、基準線ＣＬ１に対して、側面３３Ａと線対称をなす円弧状の側面３４Ａを有する。側面３４Ａの下端部は頂点ＴＰに対応し、側面３４Ａの上端部は第３交点Ｐ３と基準線ＣＬ１に対して線対称な点Ｐ４に対応する。点Ｐ３，Ｐ４を結ぶ基準線ＣＬ４と基準線ＣＬ１との交点を中心点ＣＰ２として設定した場合、側面３６Ａは中心点ＣＰ２を中心とし、点Ｐ３，Ｐ４を通過する円弧となる。

次に、照射部３での荷電粒子線Ｂの挙動について説明する。図５に示すように、第１偏向電磁石２１の偏向角を第１偏向角θ１とする。このときの側面３２Ａの荷電粒子線Ｂの出射点である点Ｐ１０は、側面３２Ａの中心点ＣＰ１を通過し、基軸ＡＸに対して第１偏向角θ１の角度をなす法線ＮＬ１上に設定される。荷電粒子線Ｂは、一定の磁場の中では円弧を描くように移動するため、第１偏向電磁石２１内では、荷電粒子線Ｂは、側面３１に対して入射点ＩＰにて垂直に入射し、側面３２Ａに対し点Ｐ１０にて垂直（点Ｐ１０に対する接線ＴＬ１に垂直）に出射する。従って、荷電粒子線Ｂの円弧軌道の中心点ＣＰ３は、基準線ＣＬ３と接線ＴＬ１との交点に設定される。すなわち、第１偏向角θ１で荷電粒子線Ｂを偏向させるための偏向半径は、中心点ＣＰ３と入射点ＩＰとの間の距離によって求められる。

点Ｐ１０は、第１偏向電磁石２１の出射点であると共に、第２偏向電磁石２２Ａの入射点である。従って、点Ｐ１０を通過する法線ＮＬ１が入射する荷電粒子線Ｂの基準となる。第２偏向電磁石２２Ａの偏向角を第２偏向角θ２とする。第２偏向角θ２は、第２偏向電磁石２２Ａへ入射してきた荷電粒子線Ｂに対する、第２偏向電磁石２２Ａを出射する荷電粒子線Ｂの角度である。ここで、側面３４Ａは、側面３３Ａと線対称な関係にある。従って、基準線ＣＬ１に対して点Ｐ１０と対称な点Ｐ１１が側面３４Ａの出射点となる。荷電粒子線Ｂは、出射面である側面３４Ａに対して点Ｐ１１にて垂直に出射する。また、点Ｐ１１を通過する法線ＮＬ２が出射する荷電粒子線Ｂの基準となる。法線ＮＬ１と法線ＮＬ２は、中心点ＣＰ２にて交わる。法線ＮＬ１に対する法線ＮＬ２の角度が、第２偏向電磁石２２Ａの第２偏向角θ２となる。第２偏向角θ２は、第１偏向角θ１とは反対側へ向かう角度である。点Ｐ１１から出射された荷電粒子線Ｂは、法線ＮＬ２に沿って照射点ＲＰへ向かって進行する。よって、基軸ＡＸに対する法線ＮＬ２の角度が照射角θ３となる。

側面３３Ａの円弧と側面３４Ａの円弧は基準線ＣＬ１を基準として線対称な関係にある。よって、中心点ＣＰ１から中心点ＣＰ２までの距離と、照射点ＲＰから中心点ＣＰ２までの距離とは、等しくなる。すなわち、中心点ＣＰ１、中心点ＣＰ２及び照射点ＲＰによって形成される三角形は、二等辺三角形となる。従って、第２偏向角θ２は、底角である第１偏向角θ１と照射角θ３とを足し合わせた大きさとなる。底角である第１偏向角θ１の大きさと照射角θ３の大きさとは、互いに等しくなる。従って、第２偏向角θ２は、第１偏向角θ１の二倍の大きさであり、第１偏向角θ１と反対側へ向かう角度となる。

荷電粒子線Ｂの円弧軌道の中心点ＣＰ４は、基準線ＣＬ１と接線ＴＬ１との交点に設定される。すなわち、第２偏向角θ２で荷電粒子線Ｂを偏向させるための偏向半径は、中心点ＣＰ４と点Ｐ１０との間の距離によって求められる。

ここで、偏向半径Ｒは、以下の式（１）で示される。ただし、ｐは荷電粒子の運動量を示し、ｑは荷電粒子の電荷を示し、Ｂは磁束密度を示す。このうち、運動量ｐ及び電荷ｑは一定であるため、磁束密度Ｂを調整するだけで、偏向半径Ｒを所望の値に設定することができる。従って、第１偏向電磁石２１にて第１偏向角θ１で荷電粒子線Ｂを偏向させるためには、中心点ＣＰ３と入射点ＩＰとの間の距離で示される偏向半径Ｒが得られるように、第１偏向電磁石２１の磁束密度Ｂを調整する。また、第２偏向電磁石２２Ａにて第２偏向角θ２で荷電粒子線Ｂを偏向させるためには、中心点ＣＰ４と点Ｐ１０との間の距離で示される偏向半径Ｒが得られるように、第２偏向電磁石２２Ａの磁束密度Ｂを調整する。

Ｒ＝ｐ／ｑＢ …（１）

また、図６に示すように、図５に示すものより照射角θ３を大きくしたい場合は、第１偏向角θ１を大きくする。この場合、第１偏向電磁石２１内では荷電粒子線Ｂが小さい円弧を描くため、図５に示すものより第１偏向電磁石２１の磁束密度が大きくなるように調整する。また、第２偏向電磁石２２Ａ内では荷電粒子線Ｂが大きな円弧を描くため、図５に示すものより第２偏向電磁石２２Ａの磁束密度が小さくなるように調整する。このように、偏向電磁石２１，２２Ａの磁束密度を調整することによって、所望の照射角θ３にて患者Ｗに対して荷電粒子線Ｂの照射を行うことができる。

なお、図４〜図６では、偏向電磁石同士の境界部付近でも均一に磁場が発生している前提で説明を行った。ただし、図１，２に示すように、偏向電磁石同士の境界部付近にはコイルなどが配置されることで、必ずしも均一な磁場が発生するとは限らない場合もある。このような場合は、境界部の状況に合わせて、角偏向電磁石の磁場強度を調整する。

次に、本実施形態の荷電粒子線治療装置１の作用・効果について説明する。

本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１は、患者Ｗに荷電粒子線Ｂを照射する荷電粒子線治療装置１であって、加速器２側から入射した荷電粒子線Ｂをエネルギーに応じた第１偏向角θ１で偏向する第１偏向電磁石２１と、荷電粒子線Ｂの進行方向において、第１偏向電磁石２１の下流側に当該第１偏向電磁石２１と隣接するように設けられ、第１偏向電磁石２１から入射した荷電粒子線Ｂを第２偏向角θ２で偏向する第２偏向電磁石２２Ａと、進行方向において、第２偏向電磁石２２Ａの下流側に設けられ、患者Ｗが載置される載置部４と、を備える。第２偏向角θ２は、第１偏向角θ１の二倍の大きさで当該第１偏向角θ１と反対側へ向かう角度である。

荷電粒子線治療装置１は、加速器２側から入射した荷電粒子線Ｂをエネルギーに応じた第１偏向角θ１で偏向する第１偏向電磁石２１と、荷電粒子線Ｂの進行方向において、第１偏向電磁石２１の下流側に当該第１偏向電磁石２１と隣接するように設けられ、第１偏向電磁石２１から入射した荷電粒子線Ｂを第２偏向角θ２で偏向する第２偏向電磁石２２Ａと、を備える。これにより、加速器２側からの荷電粒子線Ｂは、第１偏向電磁石２１で偏向され、第２偏向電磁石２２Ａで偏向された後、載置部４に載置された患者Ｗへ照射される。ここで、第１偏向電磁石２１の偏向角を第１偏向角θ１とし、第２偏向電磁石２２Ａの偏向角を第２偏向角θ２とした場合、第２偏向電磁石２２Ａの第２偏向角θ２は、第１偏向角θ１の二倍の大きさで当該第１偏向角θ１と反対側へ向かう角度となる。これにより、第２偏向電磁石２２Ａは、第１偏向角θ１と同じ大きさの照射角θ３にて、患者Ｗに荷電粒子線Ｂを照射することができる。このようなシンプルな関係性を有するため、第１偏向電磁石２１及び第２偏向電磁石２２Ａの磁場強度を調整するだけで、所望の照射角θ３で患者Ｗに荷電粒子線Ｂを照射することができる。また、荷電粒子線Ｂの患者Ｗに対する照射角θ３は、多数の偏向電磁石を用いなくとも、互いに隣接する第１偏向電磁石２１及び第２偏向電磁石２２Ａを用いて、調整可能となる。従って、荷電粒子線治療装置１は、回転ガントリ方式の装置に比して高さ方向のサイズを低減することができ、且つ、多数の偏向電磁石を用いる場合に比してフットプリントを低減することができる。以上より、小型化を図ることができる荷電粒子線治療装置１を提供できる。

第１偏向電磁石２１は、加速器２側から入射する荷電粒子線Ｂの基軸ＡＸ上に中心点ＣＰ１を有する仮想的な円ＣＲ１を設定し、円ＣＲ１と基軸ＡＸとの上流側の第１交点Ｐ１及び下流側の第２交点Ｐ２のうち、第１交点Ｐ１の位置に荷電粒子線Ｂの入射点ＩＰを有し、円ＣＲ１の上側の円弧のうち、第２交点Ｐ２から第１交点Ｐ１へ向かって９０°の範囲の少なくとも何れかの部分に円弧状の側面３２Ａを有し、第２偏向電磁石２２Ａは、第１偏向電磁石２１の側面３２Ａの外周側の領域に配置され、横方向から見て、側面３２Ａと対応する形状を有する円弧状の側面３３Ａと、横方向から見て、基軸ＡＸと垂直をなして第２交点Ｐ２を通過する基準線ＣＬ１に対して、側面３３Ａと線対称をなす円弧状の側面３４Ａと、を有する。このような構成では、第１偏向電磁石２１は、入射点ＩＰから入射した荷電粒子線Ｂを偏向させて側面３２の何れかの位置から出射する。側面３２Ａから出射した荷電粒子線Ｂは、直ちに側面３３Ａから第２偏向電磁石２２Ａへ入射する。このとき、側面３３Ａは円弧状の側面３２Ａに対応する形状を有している。また、側面３４Ａは、基準線ＣＬ１に対して側面３３Ａと線対称をなす円弧状の形状を有している。従って、荷電粒子線Ｂは、第２偏向電磁石２２Ａ内において基準線ＣＬ１を基準として線対称な軌道を描き、側面３３Ａでの入射態様と線対称な態様にて、側面３４Ａから出射する。

本実施形態の荷電粒子線治療装置１は、患者Ｗに荷電粒子線Ｂを照射する荷電粒子線治療装置１であって、加速器２側から入射した荷電粒子線Ｂをエネルギーに応じて偏向する第１偏向電磁石２１と、荷電粒子線Ｂの進行方向において、第１偏向電磁石２１の下流側に当該第１偏向電磁石２１と隣接するように設けられ、第１偏向電磁石２１から入射した荷電粒子線Ｂを偏向する第２偏向電磁石２２Ａと、進行方向において、第２偏向電磁石２２Ａの下流側に設けられ、患者Ｗが載置される載置部４と、を備え、第１偏向電磁石２１は、加速器２側から入射する荷電粒子線Ｂの基軸ＡＸ上に中心点ＣＰ１を有する仮想的な円を設定し、円ＣＲ１と基軸ＡＸとの上流側の第１交点Ｐ１及び下流側の第２交点Ｐ２のうち、第１交点Ｐ１の位置に荷電粒子線Ｂの入射点ＩＰを有し、円ＣＲ１の上側の円弧のうち、第２交点Ｐ２から第１交点Ｐ１へ向かって９０°の範囲の少なくとも何れかの部分に円弧状の側面３２Ａを有し、第２偏向電磁石２２Ａは、第１偏向電磁石２１の側面３２Ａの外周側の領域に配置され、横方向から見て、側面３２Ａと対応する形状を有する円弧状の側面３３Ａと、横方向から見て、基軸ＡＸと垂直をなして第２交点Ｐ２を通過する基準線ＣＬ１に対して、側面３３Ａと線対称をなす円弧状の側面３４Ａと、を有する。

荷電粒子線治療装置１は、加速器２側から入射した荷電粒子線Ｂをエネルギーに応じて偏向する第１偏向電磁石２１と、荷電粒子線Ｂの進行方向において、第１偏向電磁石２１の下流側に当該第１偏向電磁石２１と隣接するように設けられ、第１偏向電磁石２１から入射した荷電粒子線Ｂを偏向する第２偏向電磁石２２Ａと、を備える。これにより、加速器２側からの荷電粒子線Ｂは、第１偏向電磁石２１で偏向され、第２偏向電磁石２２Ａで偏向された後、載置部４に載置された患者Ｗへ照射される。ここで、第１偏向電磁石２１は、入射点ＩＰから入射した荷電粒子線Ｂを偏向させて側面３２Ａの何れかの位置から出射する。側面３２Ａから出射した荷電粒子線Ｂは、直ちに側面３３Ａから第２偏向電磁石２２Ａへ入射する。このとき、側面３３Ａは円弧状の側面３２Ａに対応する形状を有している。また、側面３４Ａは、基準線ＣＬ１に対して側面３３Ａと線対称をなす円弧状の形状を有している。従って、荷電粒子線Ｂは、第２偏向電磁石２２Ａ内において基準線ＣＬ１を基準として線対称な軌道を描き、側面３３Ａでの入射態様と線対称な態様にて、側面３４Ａから出射する。このようなシンプルな関係性を有するため、第１偏向電磁石２１及び第２偏向電磁石２２Ａの磁場強度を調整するだけで、所望の照射角θ３で患者Ｗに荷電粒子線をＢ照射することができる。また、荷電粒子線Ｂの患者Ｗに対する照射角θ３は、多数の偏向電磁石を用いなくとも、互いに隣接する第１偏向電磁石２１及び第２偏向電磁石２２Ａを用いて、調整可能となる。従って、荷電粒子線治療装置１は、回転ガントリ方式の装置に比して高さ方向のサイズを低減することができ、且つ、多数の偏向電磁石を用いる場合に比してフットプリントを低減することができる。以上より、小型化を図ることができる荷電粒子線治療装置１を提供できる。

荷電粒子線治療装置１は、荷電粒子線Ｂの進行方向において、第１偏向電磁石２１の下流側に当該第１偏向電磁石２１と隣接するように設けられ、第１偏向電磁石２１から入射した荷電粒子線Ｂを偏向する第３偏向電磁石２２Ｂを更に備える。と、第１偏向電磁石２１は、円ＣＲ１の下側の円弧のうち、第２交点Ｐ２から第１交点Ｐ１へ向かって９０°の範囲の少なくとも何れかの部分に円弧状の側面３２Ｂを有し、第３偏向電磁石２２Ｂは、第１偏向電磁石２１の側面３２Ｂの外周側の領域に配置され、横方向から見て、側面３２Ｂと対応する形状を有する円弧状の側面３３Ｂと、横方向から見て、基軸ＡＸと垂直をなして第２交点Ｐ２を通過する基準線ＣＬ１に対して、側面３２Ｂと線対称をなす円弧状の側面３４Ｂと、を有してよい。このような構成によれば、第３偏向電磁石２２Ｂを用いることで、下側から所望の照射角θ３で荷電粒子線Ｂを患者Ｗへ照射することができる。

第２偏向電磁石２２Ａによる第２偏向角θ２は、第１偏向電磁石２１による第１偏向角θ１の二倍の大きさで当該第１偏向角θ１と反対側へ向かう角度である。これにより、第２偏向電磁石２２Ａは、第１偏向角θ１と同じ大きさの照射角θ３にて、患者Ｗに荷電粒子線Ｂを照射することができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、上述の実施形態では、偏向電磁石２２Ａ，２２Ｂは、第２交点Ｐ２から第１交点Ｐ１へ向かって９０°の範囲の全域に円弧状の側面３３Ａ，３３Ｂを有していた。これに代えて、０°〜９０°の範囲のうちの一部が円弧状出ない部分が存在してもよい。例えば、第２交点Ｐ２付近の一部の領域や、９０°付近の一部の領域が円弧状になっていなくともよい。あるいは、第２交点Ｐ２から９０°の範囲のみならず、９０°よりも第１交点Ｐ１側の部分まで円弧状の側面３３Ａ，３３Ｂが広がっていてもよい。

また、照射部３は少なくとも第２偏向電磁石２２Ａを備えていればよく、第３偏向電磁石２２Ｂが省略されてもよい。

第１偏向電磁石２１の基準線ＣＬ２よりもＸ軸方向の負側の領域の形状は、荷電粒子線Ｂの軌道に影響を与えない限り、どのような形状であってもよい。また、偏向電磁石２２Ａ，２２Ｂのうち、側面３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂ以外の部分の形状は、荷電粒子線Ｂの軌道に影響を与えない限り、どのような形状であってもよい。例えば、側面３６Ａは円弧状をなしているが、矩形状などであってもよい。

１…荷電粒子線治療装置、４…載置部、２１…第１偏向電磁石、２２Ａ…第２偏向電磁石、２２Ｂ…第３偏向電磁石、３２Ａ…側面（第１側面）、３２Ｂ…側面（第４側面）、３３Ａ…側面（第２側面）、３３Ｂ…側面（第５側面）、３４Ａ…側面（第３側面）、３４Ｂ…側面（第６側面）、Ｂ…荷電粒子線。

Claims (5)

1. 被照射体に荷電粒子線を照射する荷電粒子線治療装置であって、
   加速器側から入射した前記荷電粒子線をエネルギーに応じた第１偏向角で偏向する第１偏向電磁石と、
   前記荷電粒子線の進行方向において、前記第１偏向電磁石の下流側に当該第１偏向電磁石と隣接するように設けられ、前記第１偏向電磁石から入射した前記荷電粒子線を第２偏向角で偏向する第２偏向電磁石と、
   前記進行方向において、前記第２偏向電磁石の下流側に設けられ、前記被照射体が載置される載置部と、を備え、
   前記第２偏向角は、前記第１偏向角の二倍の大きさで当該第１偏向角と反対側へ向かう角度である、荷電粒子線治療装置。
2. 前記第１偏向電磁石は、
   前記加速器側から入射する前記荷電粒子線の基軸上に中心点を有する仮想的な円を設定し、前記円と前記基軸との上流側の第１交点及び下流側の第２交点のうち、前記第１交点の位置に前記荷電粒子線の入射点を有し、
   前記円の上側の円弧のうち、前記第２交点から前記第１交点へ向かって９０°の範囲の少なくとも何れかの部分に円弧状の第１側面を有し、
   前記第２偏向電磁石は、前記第１偏向電磁石の前記第１側面の外周側の領域に配置され、
   横方向から見て、前記第１側面と対応する形状を有する円弧状の第２側面と、
   前記横方向から見て、前記基軸と垂直をなして前記第２交点を通過する基準線に対して、前記第２側面と線対称をなす円弧状の第３側面と、を有する、請求項１に記載の荷電粒子線治療装置。
3. 被照射体に荷電粒子線を照射する荷電粒子線治療装置であって、
   加速器側から入射した前記荷電粒子線をエネルギーに応じて偏向する第１偏向電磁石と、
   前記荷電粒子線の進行方向において、前記第１偏向電磁石の下流側に当該第１偏向電磁石と隣接するように設けられ、前記第１偏向電磁石から入射した前記荷電粒子線を偏向する第２偏向電磁石と、
   前記進行方向において、前記第２偏向電磁石の下流側に設けられ、前記被照射体が載置される載置部と、を備え、
   前記第１偏向電磁石は、
   前記加速器側から入射する前記荷電粒子線の基軸上に中心点を有する仮想的な円を設定し、前記円と前記基軸との上流側の第１交点及び下流側の第２交点のうち、前記第１交点の位置に前記荷電粒子線の入射点を有し、
   前記円の上側の円弧のうち、前記第２交点から前記第１交点へ向かって９０°の範囲の少なくとも何れかの部分に円弧状の第１側面を有し、
   前記第２偏向電磁石は、前記第１偏向電磁石の前記第１側面の外周側の領域に配置され、
   横方向から見て、前記第１側面と対応する形状を有する円弧状の第２側面と、
   前記横方向から見て、前記基軸と垂直をなして前記第２交点を通過する基準線に対して、前記第２側面と線対称をなす円弧状の第３側面と、を有する、荷電粒子線治療装置。
4. 前記荷電粒子線の進行方向において、前記第１偏向電磁石の下流側に当該第１偏向電磁石と隣接するように設けられ、前記第１偏向電磁石から入射した前記荷電粒子線を偏向する第３偏向電磁石を更に備え、
   前記第１偏向電磁石は、前記円の下側の円弧のうち、前記第２交点から前記第１交点へ向かって９０°の範囲の少なくとも何れかの部分に円弧状の第４側面を有し、
   前記第３偏向電磁石は、前記第１偏向電磁石の前記第４側面の外周側の領域に配置され、
   横方向から見て、前記第４側面と対応する形状を有する円弧状の第５側面と、
   前記横方向から見て、前記基軸と垂直をなして前記第２交点を通過する基準線に対して、前記第４側面と線対称をなす円弧状の第６側面と、を有する、請求項３に記載の荷電粒子線治療装置。
5. 前記第２偏向電磁石による第２偏向角は、前記第１偏向電磁石による第１偏向角の二倍の大きさで当該第１偏向角と反対側へ向かう角度である、請求項３又は４に記載の荷電粒子線治療装置。

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