JP4523723B2 - イオン光学システムを有するガントリ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は請求項１の前文に記載されるイオン光学システムを有するガントリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このようなガントリのためのイオン光学システムは、プロトンビームを該ガントリの回転軸から曲げるために、米国特許第4,870,287号から公知であるような曲げ角度９０°を有する第１曲げ電磁石を包含する。さらに、第１曲げ電磁石の曲げ角度と同じ曲げ角度を有する第２曲げ電磁石は、該イオンビームを該ガントリの該軸と平行に曲げる。最後に、上記した先行技術によると９０°の曲げ角度を有する第３曲げ電磁石は、該イオンビームを該ガントリの該回転軸と該イオンビームの交わりに向けて曲げる。この交わりはイソセンタと呼ばれる。
【０００３】
第１および第２曲げ電磁石の間に２つの四極子電磁石を配置することは、米国特許第4,870,287号から、さらに公知である。第２および第３曲げ電磁石の間にも、２つの他の四極子電磁石を配置する。しかし、このようなガントリの欠点は、もしも非対称イオンビームが固定伝達ラインからガントリ入射口へ導入されたなら、たった４つの四極子を有するこのようなガントリ内でのビーム輸送は、ガントリ回転の角度に依存することになり、非対称ビームは垂直および水平平面で異なったエミッタンスを有するビームとしての意味を有する。
【０００４】
医療用シンクロトロンの理論的研究ならびに既存施設での測定では、ゆっくりと取り出されたビームは、水平および垂直平面で上記した異なったエミッタンスを有することを示していた。これは回転ガントリへの固定伝達ラインの整合性を複雑にしている。ガントリの水平および垂直平面の入射口ビームパラメーターは、ガントリ回転角度の関数となり、もしも特別な注意が払われないなら、この従属性はガントリ射出口のビームパラメーターへと変換される。
【０００５】
これらの欠点を解消するために、ガントリ内で該四極子電磁石に加えて、複数の他の四極子電磁石を含む「回転子」と呼ばれる、特別な整合部分が、M. BenediktとC. Carli,「医療用シンクロトロンのためのガントリへの整合性」Particle Accelerator Conference PAC '97, Vancouver 1997にて提案された。この回転子は固定伝達ライン内のガントリの上流に配置される。
【０００６】
この回転子は、ガントリ上にいかなる特別なイオン光学拘束力を適用しなくても、固定伝達ラインへ回転ガントリを整合させることができる一般的な方法をもたらす。他方、これは伝達ラインの余分な長さ約１０ｍを占め、これは病院へ取り付ける極めてコンパクな医療用加速器複合体の形態にとしては不利である。さらに、回転子全体はガントリとともに同期的に回転されなければならない。これは、極めて正確な機械的回転のために余分な装置を必要とする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は空間と費用を節約し、かつ、このような回転子を回避することにあり、非対称的イオンビームの輸送と独立したガントリ回転を可能とする。すなわち、イオン光学設定は、たとえビームが水平および垂直平面で異なったエミッタンスでもってガントリへ入ったとしても、ガントリ射出口でビームパラメーターをガントリ回転角度から独立させるべきである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、独立請求項１の主題によって達成される。好ましい実施態様は、請求項１に従属する従属請求項に記載される。
【０００９】
したがって、イオン光学システムを有するガントリは、さらに、
ビーム方向に垂直である平面で該イオンビームの水平走査を行うための、該第３曲げ電磁石の上流に配置する水平走査電磁石；
ビーム方向に垂直である平面で該イオンビームの垂直走査を行うための、該第３曲げ電磁石の上流に配置する垂直走査電磁石；
該第１曲げ電磁石の下流であって、かつ、該走査電磁石の上流に位置する調整可能な励磁を有する少なくとも６つの四極子電磁石を含み、
四極子電磁石は、
ガントリ入口からイソセンタへの完全にアクロマチックであるビーム輸送；
既定のビームサイズパターンに従うイソセンタでの該イオンビームのサイズ制御；および
ガントリ回転角度から独立した、イソセンタでの該イオンビームのサイズおよびイソセンタでの該イオンビームのスポット形をもたらし、
ガントリは加速器とガントリを結合する固定ビーム伝達ラインにおいて、０°〜３６０°のいかなる角度でも回転でき、かつ、該固定ビーム伝達ラインから出て、該ガントリへ入る該イオンビームは、該固定ビーム伝達ラインの水平および垂直平面で異なったエミッタンスを有する。
【００１０】
イオンビーム（通常、１≦Ｚ≦８）が癌治療の用途において、好ましい物理的および生物学的性質を有することは周知である。最も適したビーム伝送技術は、特にプロトンより重いイオンでは、加速器からのエネルギー変動および請求項１の特徴部分に記載される横方向強度制御ラスタ走査を含む、いわゆる活性ビーム走査である。消極的なビーム伝送とは逆に、活性走査システムは患者へ可変的スポットサイズを有する細い鉛筆様ビームを伝送し、治療領域上でそれを走査することを目的とする。
【００１１】
ビーム輸送システムによって鉛筆様ビームを形成し、かつ保存することは、ガントリのイオン光学システムにおけるこの場合には、大きな重要性を有する。標的に対する線量の適合性は、もしもビームがいかなる方向からも患者へ挿入できるなら、さらに最適化され得る。このことは室内座標系において、水平軸のまわりに回転する該ガントリによって達成される。鉛筆ビーム走査を回転ガントリと組み合わせると、特殊な別のイオン光学問題を引き起こす。
【００１２】
このビームは、伝達ラインの出口、ガントリ入口、およびガントリイソセンタで、それぞれ、シグマ・マトリックスσ（０）、σ（１）およびσ（２）で表示される。シグマ・マトリックスは、一般には、下記形式を有する。

ここで、ｉ＝０，１，２であり、個々のマトリックス項は、通常の意味を有する。シグマ・マトリックスは、現実の正定符号であって、かつ、対称的マトリックスである。シグマ・マトリックスの対角項の平方根は、ｘ，ｘ'，ｙおよびｙ'座標におけるビームサイズの測定値である。ここで、[ｘ，ｘ'，ｙ，y']は、シグマ・マトリックスによって特徴つけられた四次元楕円面の内側の体積をビームが占める四次元位相空間である。オフ・対角項は、位相空間内の楕円の方向性を決定する。伝達ラインの出口で、いわゆる未結合ビームが予想され、すなわち、２つの横方向位相空間、[ｘ，ｘ']および[ｙ，ｙ']の間に相関関係は存在しない。このような場合、水平および垂直相を結合するシグマ・マトリックスの要素はゼロになる。これらの性質を考慮すれば、伝達ラインの射出口でのビームのシグマ・マトリックスは単純な形式で記載され得る：

【００１３】
もしもガントリが角度αでもって、固定伝達ラインにおいて回転するなら、ガントリ入口でのビームのシグマ・マトリックス、σ（１）は、下記変換式によって示されるであろう：
σ（１）＝ Ｍ_α・σ（０）・Ｍ_α ^Ｔ
（３）
ここで、ＭαＴは角度αによって座標系の回転を記述し、下記式を有するＭαに対する転置マトリックスである。

【００１４】
ガントリのビーム輸送系は、その伝達マトリックスＭ_GANによって特徴つけられえる。

【００１５】
伝達マトリックスＭ_GANは、ｄｅｔＭ_GAN＝１（６）の条件を充足しなければならない。ガントリ光学自体における水平および垂直平面間に結合が存在しないことは、等式（５）において既に仮定されている。適当な項はゼロにセットされている。さらに、ガントリのビーム輸送系は、ガントリイソセンタでアクロマティックであると仮定されている。（Ｄ_ISO＝０、Ｄ'_ISO＝０（７，８）、ここで、Ｄ_ISOはガントリイソセンタでの分散関数である。）これは分散関数に関する項がなくても、伝達マトリックスＭ_GANを４×４形として書くことができる。ガントリイソセンタでのビームのシグマ・マトリックス、σ（２）は、下記関係式で示される：
σ（２）＝ Ｍ_GAN・σ（１）・Ｍ_GAN ^Ｔ
（９）
ガントリ中のアクロマティックなビーム輸送もまた、ガントリ回転角度とは独立していなければならない。これは、もしも分散関数およびその誘導体がガントリ入口でゼロにセットされるなら、達成され得る。これは伝達ライン上のイオン光学拘束力へ翻訳され、その出口でイオン分散フリー領域を形成する。
【００１６】
ガントリイソセンタでのビームパラメーターは全てがガントリ回転軸から独立していなくてもよい。腫瘍照射線として、これは両縦方向平面におけるビームサイズおよびビームスポット形において、角度の独立を達成するに充分である。丸いビームスポットが必要である。シグマ・マトリックス数理学的形式言語では、これらの要件は、下記のように記載され得る。
σ（２）₁₁ ＝σ（２）₃₃≠ｆ（α）AND σ（２）₁₃＝０≠ｆ（α）（１０）
さらに、ビームサイズは直径４〜１０ｍｍに調整可能でなければならない。
【００１７】
基本的前提を列挙した後、我々はガントリ回転軸角度へのガントリイソセンタでのビームパラメーターの従属性を調査することを進めることができる。伝達ラインの出口からガントリイソセンタへの全体の変換を表現するために、等式（３）および（９）を組み合わせると便宜的である。
σ（２）＝Ｍ_GAN・σ（１）・Ｍ^T _GAN＝Ｍ_GAN・Ｍ_α・σ（０）・Ｍ^T _α・Ｍ^T _GNA
＝ Ｍ_OVER・σ（０）・Ｍ^T _OVER （１１）
ここで、Ｍ_OVERは下記関連式によって示される伝達ラインの出口からガントリイソセンタへの全体的伝達マトリックスである。
Ｍ_OVER ＝ Ｍ_GAN・Ｍ_α
（１２）
【００１８】
マトリックスＭαはガントリ回転角度αに従属する項を含むから（等式（４）参照）、これらの項は変換式（１１）によりガントリイソセンタσ（２）のビームのシグマ・マトリックス（１１）へも「進入」する。１つはマトリックス増倍式（１１）から得られる。
σ（２）₁₁＝ｒ² ₁₁・[ σ（０）₁₁ｃｏｓ²α＋σ（０）₃₃ｓｉｎ²α]＋２ｒ₁₁ｒ
₁₂σ（０）₁₂ｃｏｓ²α＋ｒ² ₁₂・[σ（０）₂₂ｃｏｓ²α＋σ（０）₄₄ｓｉｎ²α]
＋ ２ｒ₁₁ｒ₁₂σ（０）₃₄ｓｉｎ²α （１３）
等式（１３）のαを含む項を取り除くことが実現可能であること、およびそのようにする数種の方法が存在することを見出すことは興味深い。その場合、等式（１３）は、
もしも、ｒ_１１＝０ AND σ（０）_２２＝σ（０）_４４であるなら、
σ（２）_１１＝ ｒ^２ _１２・σ（０）_２２ ≠ ｆ（α）
（１４）
または
もしも、ｒ_１２＝０ AND σ（０）_１１＝σ（０）_３３であるなら、
σ（２）_１１＝ｒ^２ _１１・σ（０）_１１ ≠ ｆ（α）
(１５）
となる。
【００１９】
同じセットの拘束力が、ガントリの垂直平面で得られ得る。
{ｒ_３３＝０ ＡＮＤ σ（０）_２２＝σ（０）_４４}
ＯＲ {ｒ_３４＝０ ＡＮＤ σ（０）＝σ（０）_３３}
（１６）
【００２０】
ｘｙ相関項σ（２）_１３は、
σ（２）_１３＝ｓｉｎαｃｏｓα・[ｒ_１１ｒ_３３（σ（０）_３３−σ（０）_１
１）＋ｒ_１１ｒ_３４（σ（０）_３４−σ（０）_１２）＋ｒ_１２ｒ_３４（σ（０）
_４４−σ（０）_２２）＋ｒ_１２ｒ_３３（σ（０）_３４−σ（０）_１２）]
（１７）
であろう。
【００２１】
もしも下記拘束力が満たされるなら、σ（２）_１３＝０≠ｆ（α）の条件を満足する。
{ｒ_１１＝０ ＡＮＤ ｒ_３３＝０ ＡＮＤ σ（０）_２２＝σ（０）_４４}
ＯＲ
{ｒ_１２＝０ ＡＮＤ ｒ_３４＝０ ＡＮＤ σ（０）_１１＝σ０）_３３}
【００２２】
上記イオン光学拘束力間の論理的関係は、表１に概略される。
好ましい実施態様および本発明のさらなる利点は、添付する図面に基づいてより詳細にここに記載される。
【００２３】
図１はガントリの配置図である。
図２は２つの有意なガントリ位置におけるガントリのビーム包絡線の図である。
図３はガントリ回転角度の関数としてのガントリのビーム包絡線の図である。
図４は走査電磁石の作用の説明図である。
【００２４】
上記マトリックス解析は、コンピュータシミュレーションにより行う。拘束力はイソセンタの正常導電性ガントリ上に適用される。その配置は図１に示され、ここで、参照番号２０〜２７は四極子電磁石を示し、１および２は第１および第２曲げ電磁石として４２°の曲げ電磁石をそれぞれ示し、３は第３曲げ電磁石として９０°曲げ電磁石を示し、４はイオンビームを示し、７はガントリ５の回転軸を示し、１０はイソセンタを示し、３０はガントリ入口を示し、６はイソセンタ１０でのイオンビーム４と軸７との交わりを示す。１１は水平スキャナを示し、１２は垂直スキャナを示し、１３は入射口極面１５の３０°回転を示し、かつ、１４は射出口極面１６の２１°回転を示す。
【００２５】
入射口ビームエミッタンスは、２つの横方向平面において、ε_ｘ＝５πｍｍ．ｍｒａｄおよびε_ｙ＝１πｍｍ．ｍｒａｄであり、運動量幅はΔｐ／ｐ＝０．２％である。シミュレーションは、これが要求されるイオン光学拘束力に適合し、かつ、σ（０）_２２＝σ（０）_４４（表１の左欄）の条件を満足する小さな発散量を有する入射口ビームにおける満足すべきビーム集束を達成することを示す。図２ａおよび２ｂは、ガントリ回転角度が９０°異なる２つの有意なガントリ配置におけるガントリ５のビーム包絡線４０および４１を示す。
【００２６】
図２ａ）は、ガントリがその水平平面で最小エミッタンスを有するビームを輸送する場合の状況である。図２ｂ）はガントリがその垂直平面で最小エミッタンスを有するビームを輸送する場合の状況である。参照番号２０〜２７は四極子を示し、１および２は４２°曲げ電磁石を示し、３は９０°曲げ電磁石を示し、上部プロット４０はガントリ５の水平平面を示し、下部プロット４１はガントリの垂直平面を示し、かつ、点線４２が分散関数を示す。
【００２７】
１つの位置で、ガントリ５の水平平面は最大エミッタンスを有するビーム４を輸送し、他の位置では、ガントリ５の水平平面は最小エミッタンスを有するビーム４を輸送する。
【００２８】
ビーム輸送の角度独立性を証明するために、下記図３は、全てのビーム包絡線がガントリ回転角度１０°増加する毎に、これら２つのガントリ位置間に存在することを１つのプロットにて示す。これらのプロットは、４ｍｍのアウトプットビーム（図３ａ）および１０ｍｍのアウトプットビーム（図３ｂ）において示され、ε_ｘ／ε_ｙ＝５である。図３に対応するガントリのイオン光学設定は、表２に列挙される。参照記号は図２ａおよび図２ｂで示されるものと同じである。プロットの解像能を増加させるために、第３曲げ電磁石３の開口は釣合いを外れている（out of scale）。
【００２９】
ビームサイズ制御は、この作業への伝達ラインに関与することなく、ガントリ光学によって専ら行う。これは、伝達ラインがガントリイソセンタ１０で要求されるビームサイズにかかわらず、同じアウトプットラパメーターを有するビームを常にその射出口で形成することを意味する。ガントリ四極子２２〜２７の異なった設定は、イソセンタ１０でビームサイズを制御するために利用される。図３に示される２つの極端な実施例のほかに、全ビーム直径４〜１０ｍｍにおいて１ｍｍ毎にシミュレーションが行われた。
【００３０】
図４は走査電磁石１１および１２の作用を説明する。走査電磁石１１および１２は、第３曲げ電磁石３の上流であって、最後の四極子レンズ２７の下流に配置される。この位置はイオン光学の観点から最適であると判断された。第３ガントリ電磁石３の入射口および射出口の極面１５および１６のエッジ集束は、平行走査モードをほぼ達成するために使用される。理想的な平行走査からの偏角は、１０ｃｍの最大ビームずれで０．２°である。走査フィールドは２０×２０ｃｍ^２である。入射口および射出口の極面回転角度１３、１４（図１に示される）は、それぞれ３０°および２１°である。図４の上部は、水平平面１１１および第３曲げ電磁石３の曲げ範囲に示される水平走査１１によって生じるビーム偏向５０を示す。図４の下部は水平平面１１２および第３曲げ電磁石３の曲げ範囲に示される垂直走査１２によって生じるビーム偏向６０を示す。
【００３１】
本発明の解決策は、表１に列挙される要求イオン光学拘束力を満足することができるガントリのみを使用できる。このようなガントリは、適当な数の可変要素、本発明に従えば、調節可能な励磁を有する少なくとも６つの四極子電磁石を有していなければならない。本発明は、６つのイオン光学拘束力：アクロマティック輸送のために２つ、回転独立性を得るために２つおよびビームサイズ制御のために２つを全て一緒に使用する。これは、本発明に従えば、四極子の最小数は６であることを意味する。表２から明らかなように、好ましい実施態様は最小数に比べて、ある冗長性をもたらす８つの四極子を含む。しかしながら、この冗長性は変数が任意の数に設定され得ない、あるシステムの現実的デザインにおいては利点を有する。四極子極先端の磁性線束密度は物理的に限定され（その限界は好ましい実施態様では０．８Ｔに設定される）、もちろん、ガントリ内側のビーム包絡線は、ビーム輸送要素の開口ができるだけ小さくなるような方法で制御されるべきである。さらに、この冗長性はビーム輸送システムの誤った感度を最小限にするために使用され得る。
【００３２】
ガントリ伝達マトリックスの適当な項をゼロに設定して、ガントリイソセンタでビームパラメーターからガントリ回転角度含有項を除去することは、２つの横方向平面におけるいかなるエミッタンスの差異においても有効であることに注目すべきである。実際に、これは全くε_ｘ／ｅ_ｙ比に全く依存しない。その計算はε_ｘ／ｅ_ｙ＝５およびε_ｘ／ｅ_ｙ＝１０において実施された。これは先行技術から公知である測定値よりもより大きい。しかしながら、極端に大きなエミッタンス比では、イソセンタで等しいビームスポットサイズを得るか、合理的な開口内のガントリ内側にビーム包絡線を保つか、あるいは結合点で適当なビームを形成する問題に誰しも遭遇する。これらの問題は、ε_ｘ／ｅ_ｙ＞１５において生じる。
【００３３】
また、回転独立ビーム輸送を達成するために、ガントリ拘束力のセットにたった２つ以上のイオン光学拘束力、いわゆるｒ_１１＝ｒ_３３＝０またはｒ_１２＝ｒ_３４＝０を追加されなければならないことは、本発明の興味深い事実である。アクロマティックなビーム輸送およびビームサイズ制御のための他の拘束力は、とにかく充足されなければならない。
【００３４】
曲げ電磁石は２Ｔまでの磁場を使用するように仮定されている。しかし、電磁石の傾斜中にある飽和関連動的効果を避けるためには、１．８Ｔへ磁場を低下させることが実現可能である。しかしながら、この変化は本発明の回転独立ビーム輸送の概念に何等影響を与えない。
【００３５】
ガントリ設定がガントリ回転角度の関数である場合には、ガントリ５をあるモードに取りつけることは、確かに可能性がある。しかしながら、このようなモードはビームサイズの関数、さらにガントリ回転角度の関数として、全ての設定を保存する大きなデータセットを必要とする。ビームエネルギーと粒子種の関数として、異なった設定を有する必要性も存在する。したがって、ガントリ回転角度への依存性を除去することは、大きな利点である。これは１００のファクター（９０°−ガントリ回転の１つの四極子、１°−ガントリ位置の角度解像）によりデータ量をおおよそ低下させる。
【００３６】
非対称ビームのガントリ回転独立ビーム輸送となるイオン光学拘束力間の論理的関係と要約は、表１に示される。イオン光学拘束力の２つの可能性あるセットは、表１の２つのカラムに示される。論理的「OR」はこれらの２つのカラムの間で使用され、一方、論理的「AND」は所与のカラム内の拘束力間を結合する。
【００３７】
【表１】
伝達ライン
常にアクロマティック：伝達ラインの射出口でＤ＝０ AND Ｄ'＝０
ガントリ
常にアクロマティック： ｒ_１６＝０ ＡＮＤ ｒ_２６＝０
σ（０）_２２＝σ（０）_４４ ＡＮＤ ｒ_１１＝０ ＡＮＤ ｒ_３３＝０
ＯＲσ（０）_１１＝σ（０）_３３ ＡＮＤ ｒ_１２＝０ ＡＮＤ ｒ_３４＝０
【００３８】
図３に示される回転独立ビーム輸送に対応するガントリ設定は、表２に列挙される。下記略号が使用される。Ｌ_eff＝四極子の効果長、Ａｐ＝四極子極開口の半径、Ｂ＝四極子極先端の磁性流速密度（「−」は垂直フォーカス）、Ｂ_ＢＥＮＤ＝双極子電磁石の磁性流速密度、ＩＲ＝入射口極面回転角度、ＥＲ＝射出口極面回転角度、ｄ＝ドリフト長。全ての曲げ電磁石は場勾配がないように設計されている。すわなわち、Ｎ＝０である。
【００３９】
【表２】

【図面の簡単な説明】
【図１】 ガントリの配置図である。
【図２Ａ】 ２つの有意なガントリ位置におけるガントリのビーム包絡線の図である。
【図２Ｂ】 ２つの有意なガントリ位置におけるガントリのビーム包絡線の図である。
【図３Ａ】 ガントリ回転角度の関数としてのガントリのビーム包絡線の図である。
【図３Ｂ】 ガントリ回転角度の関数としてのガントリのビーム包絡線の図である。
【図４】 走査電磁石の作用の説明図である。
【符号の説明】
１、２：第１および第２曲げ電磁石として４２°の曲げ電磁石
３：第３曲げ電磁石として９０°曲げ電磁石
４：イオンビーム
５：ガントリ
６：イソセンタ１０でのイオンビーム４と軸７との交わり
７：ガントリ５の回転軸
１０：イソセンタ
１１：水平スキャナ、走査電磁石
１１１：水平平面
１１２：水平平面
１２：垂直スキャナ、走査電磁石
１３：入射口極面１５の３０°回転
１４：射出口極面１６の２１°回転
１５：入射口および射出口の極面
１６：入射口および射出口の極面
２０〜２７：四極子電磁石
２７：四極子レンズ
３０：ガントリ入口
４０：ガントリ５の水平平面
４１：ガントリの垂直平面
４２：分散関数
５０：ビーム偏向
６０：ビーム偏向

Claims (5)

1. イオンビーム（４）をガントリの回転軸（７）から曲げるための、回転軸（７）に対して４０〜４５°の範囲の曲げ角度を有する第１曲げ電磁石（１）；
   該イオンビーム（４）を該ガントリ（５）の回転軸（７）と平行に曲げるための、第１曲げ電磁石（１）の曲げ角度と同じ角度を有する第２曲げ電磁石；
   該イオンビーム（４）をガントリ（５）の回転軸（７）と該イオンビーム（４）の交わり（６）〔該交わり（６）ポイントはイソセンタ（１０）と呼ばれる〕に向けて曲げるための、回転軸（７）に対して４５°〜９０°の範囲の曲げ角度を有する第３曲げ電磁石（３）；
   を含むイオン光学システムを有するガントリであって、
   該ガントリは、さらに、
   ビーム方向に垂直な平面で該イオンビーム（４）の水平走査を行うための、該第３曲げ電磁石（３）の上流に位置する水平走査電磁石（１１）；
   ビーム方向に垂直な平面で該イオンビーム（４）の垂直走査を行うための、該第３曲げ電磁石（３）の上流に位置する垂直走査電磁石（１２）；
   ガントリに入射するイオンビームの非対称イオンビームエミッタンスに起因する、出射するイオンビームの回転依存性をなくすための２つの四極子電磁石、ビームサイズを制御するための２つの四極子電磁石およびアクロマティックなビーム輸送のための２つの四極子電磁石を含む、該第１曲げ電磁石（１）の下流であって、かつ、該走査電磁石（１１、１２）の上流に位置する調整可能な励磁を有する少なくとも６つの四極子電磁石（２２〜２７）を含み、
   これらの調整可能な四極子電磁石は、
   ガントリ入射口（３０）からイソセンタ（１０）へのアクロマティックなビーム輸送；
   既定のビームサイズパターンに従うイソセンタ（１０）での該イオンビーム（４）のサイズ制御；および
   ガントリ（５）の回転角度から独立した、イソセンタ（１０）での該イオンビーム（４）のサイズおよびイソセンタ（１０）での該イオンビーム（４）のスポット形をもたらし、ガントリ（５）は加速器とガントリ（５）を結合する固定ビーム伝達ラインに対して、０°〜３６０°のいかなる角度でも回転することができ、かつ、該固定ビーム伝達ラインから出て、該ガントリ（５）へ入る該イオンビーム（４）は、該固定ビーム伝達ラインのイオンビーム（４）に対して垂直な平面における水平方向と鉛直方向で異なったエミッタンスを有することを特徴とし、
   それによって、イソセンタ（１０）でのイオンビームのシグマ・マトリックスのσ_１１およびσ_３３が、ガントリの回転角度から独立しているという条件を満たすように、ガントリのイオン光学システムが設計された、ガントリ。
2. ガントリの伝達マトリックスのｒ_１１およびｒ_３３は、条件ｒ_１１＝ｒ_３３＝０を満たし、かつ、ガントリ入口でのイオンビームのシグマ・マトリックスのσ_２２およびσ_４４は、条件σ_２２＝σ_４４を満たす、請求項１に記載のガントリ。
3. ガントリの伝達マトリックスのｒ_１２およびｒ_３４は、条件ｒ_１２＝ｒ_３４＝０を満たし、かつ、ガントリ入口でのイオンビームのシグマ・マトリックスのσ_１１およびσ_３３は、条件σ_１１＝σ_３３を満たす、請求項１に記載のガントリ。
4. 前記イオンビーム（４）の磁場中の軌道の剛性は、調整可能な励磁において、少なくとも１．１〜６．６Ｔｍ（テスラ×メーター）の範囲であることを特徴とする、請求項１記載のガントリ。
5. 少なくとも２つの別な四極子（２０、２１）が、入射するイオンビームの非対称イオンビームエミッタンスに起因する誤差による、出射するビームが受ける（感じる）影響を最小となるビーム輸送システムとするために、第１曲げ電磁石（１）の上流に配置されることを特徴とする、請求項１または請求項４記載のガントリ。

Images