JP4299269B2 - 粒子線治療システム - Google Patents

Description

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特開２００１−２１０４９８号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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を備え、前記第１ステアリング電磁石及び第２ステアリング電磁石は、両方とも、前記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上流側の位置に設けられ、前記粒子線治療システムは、更に、前記第１及び第２ビーム位置検出手段のそれぞれから出力される各検出信号の両方を用いて、前記第１ビーム輸送手段に含まれる電磁石の設置誤差による前記荷電粒子ビームの軌道の変位、勾配エラーを補正するよう、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それぞれの第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。

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ビーム位置検出手段で検出し、この検出信号の両方を用いて、第１ビーム輸送手段に含まれる電磁石の設置誤差による荷電粒子ビームの軌道の変位、勾配エラーを補正するよう、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におけるそれぞれの第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、簡単かつ素早く荷電粒子ビームの軌道補正を行うことができる。

（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ビーム位置検出手段は前記第２散乱体よりも上流側に配置される。

（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ビーム位置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。

（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ビーム位置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。

（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。

（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。

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。

（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、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を備え、前記第１ステアリング電磁石及び第２ステアリング電磁石は、両方とも、前記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上流側の位置に設けられ、前記粒子線治療システムは、更に、前記第３及び第４ビーム位置検出手段のそれぞれから出力される各検出信号の両方を用いて、前記第２ビーム輸送手段に含まれる電磁石の設置誤差による前記荷電粒子ビームの軌道の変位、勾配エラーを補正するよう、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それぞれの第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。

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検出する荷電粒子ビームの通過位置を第３及び第４ビーム位置検出手段で検出し、この検出信号の両方を用いて、第２ビーム輸送手段に含まれる電磁石の設置誤差による荷電粒子ビームの軌道の変位、勾配エラーを補正するよう、第２変位量算出手段で第３及び第４ステアリング電磁石におけるそれぞれの第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、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、簡単かつ素早く荷電粒子ビームの軌道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ビーム位置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装置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。

（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。

（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。

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。

（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を備え、前記第１ステアリング電磁石及び第２ステアリング電磁石は、両方とも、前記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上流側の位置に設けられ、前記粒子線治療システムは、更に、前記第１及び第２ビーム位置検出手段のそれぞれから出力される各検出信号両方を用いて、前記ビーム輸送手段に含まれる電磁石の設置誤差による前記荷電粒子ビームの軌道の変位、勾配エラーを補正するよう、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それぞれの第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。

（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ビーム位置検出手段は前記第２散乱体よりも上流側に配置される。

（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ビーム位置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。

請求項１記載の発明によれば、第１及び第２ビーム位置検出手段のそれぞれから出力される各検出信号の両方を用いて、第１ビーム輸送手段に含まれる電磁石の設置誤差による荷電粒子ビームの軌道の変位、勾配エラーを補正するよう、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それぞれの第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、簡単かつ素早く荷電粒子ビームの軌道補正を行うことができる。

請求項７記載の発明によれば、第３及び第４ビーム位置検出手段のそれぞれから出力される各検出信号の両方を用いて、第２ビーム輸送手段に含まれる電磁石の設置誤差による荷電粒子ビームの軌道の変位、勾配エラーを補正するよう、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それぞれの第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、簡単かつ素早く荷電粒子ビームの軌道補正を行うことができる

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。

本発明の第１の実施形態を図１〜図５により説明する。

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、ビーム進行方向への座標軸ｓ軸、ｓ軸に直角な座標軸ｘ及びこれらｓ軸及びｘ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。

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２０１と、ステアリング電磁石制御装置２０２とを備えている。

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１１５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。

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。

ビーム輸送系１０２は、回転照射装置１０３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。

第２ビーム輸送系１０２Ｂは、加速器１０１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１２２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１ｘ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。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。

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。

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１０２Ａ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１０３とは別に設けられる。

照射ノズル７０に設けられた第１散乱体４（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７０内で第１散乱体４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６１，６２，６３，６４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。

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３０１、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。

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１８１，１８２，１８３，１８４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。

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。

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。

（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。

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。

（イ）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：

…（１−１）
垂直方向：

…（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。

（ロ）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：

…（１−３）

発散型：

…（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。

（ハ）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（イ）（ロ）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。

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、

…（１−５）
である。

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x _f ^→ 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）
ただし、D _f は、ｎ番目の電磁石とプロファイルモニタ間のドリフトを表す輸送行列である。
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。

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。

すなわち、上記（１−８）で表されるように、上記（イ）（ロ）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。

（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。

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(ＱＦ)、発散型四極電磁石(ＱＤ)それぞれの輸送行列Ｍ_BMX，Ｍ_BMY，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。

…（２−１）

…（２−２）

…（２−３）

…（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１１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。

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１８１，１８２及び１８３，１８４を用いるようになっている。

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。

図３において、前述の（１）（ハ）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、（イ）（ロ）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。

すなわち、第１及び第２ステアリング電磁石１８１，１８３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６１での軌道の変化ｘ₁ ^→，ｘ₂ ^→は輸送行列を用いて、

…（２−５）

…（２−６）
と表すことができる。

第１ビーム位置モニタ６１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、

…（２−７）
を満たせばよい。

すなわち、

…（２−８）
となるキック量ｋ_１ ^→，ｋ_２ ^→を求めればよい。

したがって、

…（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、

…（２−１０）
のようにして求めることができる。

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６１，６３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、

…（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。

以上の方法によれば、第１ビーム位置モニタ６１での変位・勾配と、ステアリング電磁石１８１又は１８３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１８１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。

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。

（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２００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。

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。また、図４は、便宜上、ｘ方向のビーム軌道の補正のみを示しているが、以下の説明では、ｘ、ｙ方向の両方向について説明する。

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３００、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１０２Ｂにおけるビーム軌道補正を行う。

すなわち、ステアリング電磁石制御装置２０２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６３，６４によるビーム位置の検出信号を入力する。

その後、ステアリング電磁石制御装置２０２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。

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。

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１８１〜１８４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１８１〜１８４に供給する励磁電流を制御する。

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６１，６２，６３，６４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。

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１７０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。

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２００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２０２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。

その後、ステアリング電磁石制御装置２０２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。

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。

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６１，６２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。

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１８１〜１８４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３０３を制御して第１及び第２ステアリング電磁石１８１〜１８４に供給する励磁電流を制御する。

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６１，６２，６３，６４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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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１８１，１８２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。

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３１０の判定が満たされ、ステップ３３０へと移る。

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。

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３４０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。

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３４０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。

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。

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。

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６１，６２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２０２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１８３，１８４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。

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９０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。

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１０２Ｂ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１０３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１０３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。

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第２ビーム輸送系１０２Ｂ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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

…（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。

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ΔΨ₂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。

…（３−２）

…（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、

…（３−４）

…（３−５）
となる。

ここで、上記第１の実施形態で前述した式（２−８）、すなわち

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、

…（３−６）

…（３−７）
となる。

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。

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１８１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１８２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。

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。

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。

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２ｘ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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本実施形態によれば、第２ビーム輸送系１０２Ｂ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。

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１０２Ｂ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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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１０３Ｂのいずれかを備えている。

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，１０３Ｂ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。

具体的には、まず、第２ビーム輸送系１０２Ｂ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、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。

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。

本実施形態によれば、照射装置１０３，１０３Ａ，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。

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。 設置誤差を含むときのビーム輸送系の模式図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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

Claims (13)

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を備え、
   前記第１ステアリング電磁石及び第２ステアリング電磁石は、両方とも、前記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上流側の位置に設けられ、
   前記粒子線治療システムは、更に、
   前記第１及び第２ビーム位置検出手段のそれぞれから出力される各検出信号の両方を用いて、前記第１ビーム輸送手段に含まれる電磁石の設置誤差による前記荷電粒子ビームの軌道の変位、勾配エラーを補正するよう、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それぞれの第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ビーム位置検出手段は前記第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ビーム位置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ビーム位置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. 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、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を備え、
   前記第１ステアリング電磁石及び第２ステアリング電磁石は、両方とも、前記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上流側の位置に設けられ、
   前記粒子線治療システムは、更に、
   前記第３及び第４ビーム位置検出手段のそれぞれから出力される各検出信号の両方を用いて、前記第２ビーム輸送手段に含まれる電磁石の設置誤差による前記荷電粒子ビームの軌道の変位、勾配エラーを補正するよう、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それぞれの第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ビーム位置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装置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. 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を備え、
    前記第１ステアリング電磁石及び第２ステアリング電磁石は、両方とも、前記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上流側の位置に設けられ、
    前記粒子線治療システムは、更に、
    前記第１及び第２ビーム位置検出手段のそれぞれから出力される各検出信号の両方を用いて、前記ビーム輸送手段に含まれる電磁石の設置誤差による前記荷電粒子ビームの軌道の変位、勾配エラーを補正するよう、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それぞれの第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。

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