JP5430115B2 - 荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、加速器から出射された荷電粒子線ビームを第一のスキャニング電磁石及び第二のスキャニング電磁石により偏向させて照射ターゲットに照射する荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置に関するものである。

従来の粒子線治療装置における荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置では、荷電粒子線ビーム（例えば電子,陽子,重イオンのビーム）を出射する加速器と、加速器から取り出されるビームを輸送する四極電磁石や偏向電磁石などの電磁石群と、ビームの偏向面が同一面上にあり、互いに逆極性に励磁される２台のスキャニング電磁石（スキャニング電磁石対）と、スキャニング電磁石対を入射ビーム軸周りで回転させる磁石回転駆動機構と、水と等価な密度を持つポリエチレン等の材質で厚みの異なる板を複数枚入射ビーム軸上に出し入れすることでビームのエネルギーを低下させて任意の体内深さでビームを止めるレンジシフタと、スキャニング電磁石対，レンジシフタを制御するスキャニング照射制御装置と、フラットな寝台である臥位治療台と、臥位治療台を任意の位置へ移動させる治療台駆動機構を備えている。さらに、荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置では、ビームを輸送する電磁石群，スキャニング電磁石対，磁石回転駆動機構，レンジシフタ，及びスキャニング照射制御装置を搭載した回転構造体（回転ガントリ）と、照射ターゲットへの照射方向を決定するガントリ回転機構から構成される。

次に動作について説明する。臥位治療台上に患者を乗せ、治療台駆動機構により患者を任意の位置に移動させ、ビームを照射ターゲットに正確に照射できるよう患者の位置を調整する。加速器から取り出されたビームは、上流側のスキャニング電磁石にて入射ビーム軸から外れる方向に偏向され、下流側のスキャニング電磁石にて反対方向に偏向され、最終的に入射ビーム軸と平行に照射ターゲットに照射される。上流側及び下流側の２台のスキャニング電磁石は、一体となって入射ビーム軸回りで任意の角度に回転されるので、ビームは、照射ターゲットに２次元平面の任意の形状に分布されて照射される。

次に、レンジシフタにて水と等価な密度を持つ厚みの異なる複数の板を出し入れすることにより任意のエネルギーにビームのエネルギーを減衰させ、ビームが止まる深さを変更させ、同様に２次元平面の任意の形状に分布されて、ビームが照射される。このようにして、ビームのスポットを３次元に配置していくことにより、照射ターゲットに、その３次元形状に合わせて均一な線量分布で照射していく。スキャニング照射制御装置では、前述の一連の動きを各機器が連携して動作するよう制御する。

照射ターゲットの近傍に照射してはならない重要臓器があるとき、一方向からの照射だけでは、重要臓器への線量を抑えながら照射ターゲットへ十分な線量を与えることが困難な場合があり、その場合には、ビームを輸送する電磁石群，スキャニング電磁石対，及びレンジシフタを回転構造体（回転ガントリ）に組み込み、回転ガントリを回転させることで、重要臓器を避けるように、複数の任意の角度方向から照射（多門照射と呼ぶ）を行う。なお、前述の荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置に関連する従来技術を示すものとして次の特許文献がある。

特開平１０−２６３０９８号公報 特開平１１−３０９２２０号公報 特開２００２−１１３１１８号公報

従来の荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置は、重要臓器への線量を低く抑えるため多門照射する場合、四極電磁石や偏向電磁石などのビームを輸送する電磁石群，スキャニング電磁石，及びレンジシフタ等のビームライン機器を一体で回転させる回転ガントリが必要であった。回転ガントリは、直径１０ｍ程度の回転構造体となってしまう為、高価な照射装置となっていた。
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、回転ガントリを用いないで安価な荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置を得ることを目的とする。

本発明に係わる荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置は、荷電粒子線ビームの偏向面が同一であり、励磁が制御されて、水平方向に対して略４５度の入射ビーム軸角度を有する荷電粒子線ビームを互いに逆方向に曲げる第一のスキャニング電磁石とその電磁石の下流の第二のスキャニング電磁石、前記第一及び第二のスキャニング電磁石を一体にして前記入射ビーム軸の周りで回転させる電磁石回転駆動機構、前記第一及び第二のスキャニング電磁石の励磁を制御すると共に、前記電磁石回転駆動機構の回転を制御するスキャニング照射制御装置、並びに前記第二のスキャニング電磁石の下流に移動され、床に垂直方向と前記入射ビーム軸を含む平面に直交する方向が患者の体軸方向となるように設置される治療台を備え、前記第二のスキャニング電磁石の最大偏向角度は前記第一のスキャニング電磁石の最大偏向角度より大きく、前記第一及び第二のスキャニング電磁石によって偏向された荷電粒子線ビームは前記入射ビーム軸方向からの偏向角度が−４５度〜＋４５度の範囲で得られるように前記第一及び第二のスキャニング電磁石を構成したものである。

また、本発明に係わる荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置は、荷電粒子線ビームの偏向面が同一であり、励磁が制御されて、水平方向に対して略２２．５度の第一入射ビーム軸角度を有する荷電粒子線ビームを互いに逆方向に曲げる第一のスキャニング電磁石とその電磁石の下流の第二のスキャニング電磁石、前記第一及び第二のスキャニング電磁石を一体にして前記第一入射ビーム軸の周りで回転させる第一の電磁石回転駆動機構、荷電粒子線ビームの偏向面が同一であり、励磁が制御され、床に垂直方向と前記第一入射ビーム軸を含む平面内で水平方向に対して略１１２．５度の第二入射ビーム軸角度を有する荷電粒子線ビームを互いに逆方向に曲げる第三のスキャニング電磁石とその電磁石の下流の第四のスキャニング電磁石、前記第三及び第四のスキャニング電磁石を一体にして前記第二入射ビーム軸の周りで回転させる第二の電磁石回転駆動機構、前記第一，第二，第三及び第四のスキャニング電磁石の励磁を制御すると共に、前記第一及び第二の電磁石回転駆動機構の回転を制御するスキャニング照射制御装置、並びに前記第二及び第四のスキャニング電磁石の下流に移動され、床に垂直方向と前記入射ビーム軸を含む平面に直交する方向が患者の体軸方向となるように設置される治療台を備え、前記第二のスキャニング電磁石の最大偏向角度は前記第一のスキャニング電磁石の最大偏向角度より大きく、前記第一及び第二のスキャニング電磁石によって偏向された荷電粒子線ビームは前記第一入射ビーム軸方向からの偏向角度が−２２．５度〜＋２２．５度の範囲で得られるように前記第一及び第二スキャニング電磁石を構成し、前記第四のスキャニング電磁石の最大偏向角度は前記第三のスキャニング電磁石の最大偏向角度より大きく、前記第三及び第四のスキャニング電磁石によって偏向された荷電粒子線ビームは前記第二入射ビーム軸方向からの偏向角度が−２２．５度〜＋２２．５度の範囲で得られるように前記第三及び第四スキャニング電磁石を構成したものである。

さらにまた、本発明に係わる荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置は、荷電粒子線ビームの偏向面が同一であり、励磁が制御されて、水平方向に対して略９０度の入射ビーム軸角度を有する荷電粒子線ビームを互いに逆方向に曲げる第一のスキャニング電磁石とその電磁石の下流の第二のスキャニング電磁石、前記第一及び第二のスキャニング電磁石を一体にして前記入射ビーム軸の周りで回転させる電磁石回転駆動機構、前記第一及び第二のスキャニング電磁石の励磁を制御すると共に、前記電磁石回転駆動機構の回転を制御するスキャニング照射制御装置、並びに前記第二のスキャニング電磁石の下流に、床に垂直方向に配置され、背もたれを前後に−４５度〜＋４５度の範囲で傾かせ得る座位治療台を備え、前記第二のスキャニング電磁石の最大偏向角度は前記第一のスキャニング電磁石の最大偏向角度より大きく、前記第一及び第二のスキャニング電磁石によって偏向された荷電粒子線ビームは前記入射ビーム軸方向からの偏向角度が−４５度〜＋４５度の範囲で得られるように前記第一及び第二のスキャニング電磁石を構成したものである。

本発明の荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置によれば、治療台上の患者の臥位の方向を変えることで、患者の体軸に対して３６０度の任意の角度で照射することができ、ガントリを使用しなくても任意の照射角度で多門照射することができる。

また、本発明の荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置によれば、座位治療台の背もたれを前後に−４５度〜＋４５度の範囲で傾かせ得ることで頭頸部に対し水平より上部の任意の角度で照射することができ、頭頸部の多門照射可能な照射装置を安価に供給できる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１である荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置を示す構成図である。加速器から取り出され、四極電磁石や偏向電磁石などの電磁石群を経て輸送される荷電粒子線ビーム（ビームと称す）１は、床（水平方向）６に対し略４５度の入射ビーム軸角度から入射する。第一のスキャニング電磁石２ａはビーム１を入射ビーム軸１ａに対し−４５度〜＋４５度の範囲（その範囲を超えてもよい）の任意の角度で偏向する。第二のスキャニング電磁石２ｂは、第一のスキャニング電磁石２ａの下流に配置され、ビームの偏向面が第一のスキャニング電磁石２ａのそれと同一面上にあり、第一のスキャニング電磁石２ａと逆方向に−９０度〜＋９０度の範囲（その範囲を超えてもよい）の任意の角度でビーム１を偏向する。第二のスキャニング電磁石２ｂの最大偏向角度は第一のスキャニング電磁石２ａの最大偏向角度より大きくして、ビーム１を照射ターゲット４ｂに集めるようにしている。

電磁石回転駆動機構２０（図２参照）は、第一のスキャニング電磁石２ａと第二のスキャニング電磁石２ｂを一体にして、入射ビーム軸１ａ周りで回転させる。レンジシフタ７ａは第２のスキャニング電磁石２ｂの下流に配置され、水と等価な密度を持つポリエチレン等の材質で厚みの異なる板を複数枚入射ビーム軸１ａ上に出し入れすることで、ビーム１のエネルギーを所望量低下させる。レンジシフタ７ａの入射ビーム軸１ａ上への出し入れは、スキャニング照射制御装置１０で制御される。臥位治療台３ａはレンジシフタ７ａの下流に移動して配置され、床に垂直方向と入射ビーム軸１ａを含む平面に直交する方向が患者４ａの体軸方向となるように設置される。スキャニング照射制御装置１０は第一及び第二のスキャニング電磁石２ａ，２ｂの励磁とレンジシフタ７ａの出し入れと電磁石回転駆動機構２０の回転を制御する。なお、臥位治療台３ａの移動配置はスキャニング照射制御装置１０で制御してもよい。

図２は実施の形態１における電磁石回転駆動機構２０を示す構成図である。第一のスキャニング電磁石２ａと第二のスキャニング電磁石２ｂは、それらのビームの偏向面が同一面上になるように連結支持体８ａで一体に支持されている。連結支持体８ａは回転サポートリング８ｂ、８ｃに固定される。回転サポートリング８ｂ、８ｃは、サポートローラ９ａ，９ｂ，９ｄにて回転できるように保持され、スキャニング照射制御装置１０で制御されるモータ９ｃで回転駆動される。

次に動作について説明する。床６から略４５度の角度で入射されたビーム１は、第一のスキャニング電磁石２ａを正又は負方向にその励磁の強さを制御することにより、偏向面内で入射ビーム軸１ａに対し−４５度〜＋４５度の範囲の任意の角度に偏向される。次に第二のスキャニング電磁石２ｂにて負又は正方向にその励磁の強さを制御することにより、逆方向に偏向面（即ち、第一のスキャニング電磁石２ａの偏向面と同一面）内で−９０度〜＋９０度の範囲の任意の角度に偏向される。このようにして、ビーム１は、患者の照射ターゲット４ｂへ、入射ビーム軸１ａに対して同一偏向面内で−４５度〜＋４５度の範囲（その範囲を超えてもよい）で任意の角度に照射される。

連結支持体８ａにて一体に支持されたスキャニング電磁石２ａ、２ｂは、スキャニング照射制御装置１０によりモータ９ｃを介して回転駆動され、入射ビーム軸１ａを中心に回転し、任意の回転角度に設定される。このようにして任意の照射角度、任意の回転角度で照射することにより、患者４ａの体軸回りの０度から９０度までの照射角度で、入射ビーム軸１ａに垂直な２次元平面上に任意の形状で照射できる。次に、レンジシフタ７ａにて水と等価な密度を持つ厚みの異なる複数の板を出し入れすることにより、ビーム１のエネルギーを任意のエネルギーに減衰させ、ビーム１が止まる深さを変更させ、同様に２次元平面の任意の形状に分布されて、ビーム１が照射される。

このようにして、ビーム１のスポットを３次元に配置していくことにより、照射ターゲット４ｂに、その３次元形状に合わせて均一な線量分布で照射していくことができる。ここで、臥位治療台３ａ上の、患者４ａの臥位の方向（頭/足の方向、うつぶせ／仰向けの方向）を変えることで、患者の体軸に対して３６０度の任意の角度で照射することができる。実施の形態１では上述のように照射を行うので、ガントリを使用しなくても任意の照射角度で多門照射することが可能な荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置を得ることができる。なお実施の形態１では、レンジシフタ７ａを第二のスキャニング電磁石２ｂの下流に設置したが、第一のスキャニング電磁石２ａの下流または、上流に設置してもよく、同一効果を得ることができる。また、加速器にて出射する粒子線ビームのビームエネルギーを変化させることでレンジシフタ７ａを省くこともでき、その場合も同一の効果を得ることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、臥位治療台３ａは水平のままであったが、患者４ａの体軸の周りで約−１５度〜＋１５度の範囲であれば、患者がずれ落ちないよう固定することは容易であり、傾かせてもよい。図３は実施の形態２である荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置を示す構成図である。なお、各図において、同一符号は同一又は相当部分を示し、説明を省略する。図３に示すように、床（水平方向）６に対し略４５度の入射ビーム軸角度から荷電粒子線ビーム１を入射する。第一のスキャニング電磁石２ａはビーム１を入射ビーム軸１ａに対し−３０度〜＋３０度の範囲（その範囲を超えてもよい）の任意の角度で偏向する。第２のスキャニング電磁石２ｂは、第一のスキャニング電磁石２ａの下流に配置され、ビームの偏向面が第一のスキャニング電磁石２ａのそれと同一面上にあり、第一のスキャニング電磁石２ａと逆方向に−６０度〜＋６０度の範囲（その範囲を超えてもよい）の任意の角度でビーム１を偏向する。

電磁石回転駆動機構２０（図２参照）は、第一のスキャニング電磁石２ａと第二のスキャニング電磁石２ｂを一体にして、入射ビーム軸１ａ周りで回転させる。臥位治療台３ａは、レンジシフタ７ａの下流に、床６に垂直方向と入射ビーム軸１ａを含む平面に直交する方向が患者４ａの体軸方向となるように移動して配置され、前記直交する方向の周り、望ましくは前記体軸の周りで−１５度〜＋１５度の範囲（その範囲を超えてもよい）で傾かせることが可能な治療台回転機構２１を有する。スキャニング照射制御装置１０は、第一及び第二のスキャニング電磁石２ａ，２ｂの励磁、レンジシフタ７ａの出し入れ，及び電磁石回転駆動機構２０の回転を制御すると共に、必要があれば、治療台回転機構２１の回転を制御する。

次に動作について説明する。床から略４５度の角度で入射されたビーム１は、第一のスキャニング電磁石２ａを正又は負方向にその励磁の強さを制御することにより、偏向面内で入射ビーム軸１ａに対し−３０度〜＋３０度の範囲の任意の角度に偏向される。次に第二のスキャニング電磁石２ｂにて負又は正方向にその励磁の強さを制御することにより、逆方向に偏向面内で−６０度〜＋６０度の範囲の任意の角度に偏向される。このようにして、ビーム１は、患者の照射ターゲット４ｂへ、入射ビーム軸１ａに対して同一偏向面内で−３０度〜＋３０度の範囲（その範囲を超えてもよい）で任意の角度に照射される。

連結支持体８ａにて一体に支持されたスキャニング電磁石２ａ，２ｂが、モータ９ｃにて回転駆動され、入射ビーム軸１ａを中心に回転し、任意の角度に設定される。このようにして任意の照射角度、任意の回転角度で照射することにより、患者４ａの体軸回りの０度から６０度までの照射角度で、入射ビーム軸１ａに垂直な２次元平面上に任意の形状で照射できる。次に、レンジシフタ７ａにより、ビーム１のエネルギーを任意のエネルギーに減衰させ、ビーム１が止まる深さを変更させ、同様に２次元平面の任意の形状に分布されて、ビーム１が照射される。

このようにして、ビーム１のスポットを３次元に配置していくことにより、照射ターゲット４ｂに、その３次元形状に合わせて均一な線量分布で照射していくことができる。ここで、臥位治療台３ａ上の患者４ａの臥位の方向（頭/足の方向、うつぶせ／仰向けの方向）及び治療台の傾きを変えることで、患者の体軸に対して３６０度の任意の角度で照射することができる。実施の形態２では上述のように照射を行うので、ガントリを使用しなくても任意の照射角度で多門照射することが可能な荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置を得ることができる。第一及び第二のスキャニング電磁石２ａ，２ｂの最大偏向角度を入射ビーム軸１ａに対して−３０度〜＋３０度の範囲とすることにより、最大偏向角度を−４５度〜＋４５度の範囲にするものより、第一及び第二のスキャニング電磁石２ａ，２ｂを小形化でき安価にすることができる。

実施の形態３．
実施の形態１及び２では、入射ビーム軸１ａが１方向だけの場合について説明したが、図４に示すように、入射ビーム軸を２方向、つまり２系統設けてもよい。図４は実施の形態３である荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置を示す構成図である。第一の系統において、第一入射ビーム１は、床（水平方向）６に対し略２２．５度の第一入射ビーム軸角度から入射する。第一のスキャニング電磁石２ａはビーム１を第一入射ビーム軸１ａに対し−２２．５度〜＋２２．５度の範囲（その範囲を超えてもよい）の任意の角度で偏向する。第二のスキャニング電磁石２ｂは、第一のスキャニング電磁石２ａの下流に配置され、ビームの偏向面が第一のスキャニング電磁石２ａのそれと同一面上にあり、第一のスキャニング電磁石２ａと逆方向に−４５度〜＋４５度の範囲（その範囲を超えてもよい）の任意の角度でビーム１を偏向する。さらに、図１と同様に、第一及び第二のスキャニング電磁石２ａ，２ｂを一体にして、第一入射ビーム軸１ａ周りで回転させる第一の電磁石回転駆動機構を備えると共に、第二のスキャニング電磁石２ｂの下流にレンジシフタ７ａを備える。

第二の系統においては、第一の系統と同様なものを水平方向からの角度を変えて設置する。即ち、床に垂直方向と第一入射ビーム軸１ａを含む平面内で第二入射ビーム２２が、床（水平方向）６に対し略１１２．５度の第二入射ビーム軸角度から入射する。第三のスキャニング電磁石２ｃはビーム２２を第二入射ビーム軸１ｂに対し−２２．５度〜＋２２．５度の範囲（その範囲を超えてもよい）の任意の角度で偏向する。第四のスキャニング電磁石２ｄは、ビームの偏向面が第三のスキャニング電磁石２ｃのそれと同一面上にあり、第三のスキャニング電磁石２ｃと逆方向に−４５度〜＋４５度の範囲（その範囲を超えてもよい）の任意の角度でビーム２２を偏向する。そして、同様に、第三及び第四のスキャニング電磁石２ｃ，２ｄを一体にして、第二入射ビーム軸１ｂ周りで回転させる第二の電磁石回転駆動機構を備えると共に、レンジシフタ７ｂを備える。

さらに、臥位治療台３ａは、第二のスキャニング電磁石２ｂと第四のスキャニング電磁石２ｄの下流に、床に垂直方向と第一，第二入射ビーム軸１ａ，１ｂを含む平面に直交する方向が患者４ａの体軸方向となるように移動して設置される。スキャニング照射制御装置１０は第一，第二，第三及び第四のスキャニング電磁石２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの励磁を制御すると共に、第一及び第二の電磁石回転駆動機構の回転を制御する。スキャニング照射制御装置１０は治療台３ａの移動を制御してもよい。

そして、第二のスキャニング電磁石２ｂの最大偏向角度は第一のスキャニング電磁石２ａの最大偏向角度より大きく、第一及び第二のスキャニング電磁石２ａ，２ｂによって偏向された荷電粒子線ビームは第一入射ビーム軸方向からの偏向角度が−２２．５度〜＋２２．５度の範囲（その範囲を超えてもよい）となるように第一及び第二スキャニング電磁石２ａ，２ｂを構成する。第四のスキャニング電磁石２ｄの最大偏向角度は第三のスキャニング電磁石２ｃの最大偏向角度より大きく、第三及び第四のスキャニング電磁石２ｃ，２ｄによって偏向された荷電粒子線ビームは第二入射ビーム軸方向からの偏向角度が−２２．５度〜＋２２．５度の範囲（その範囲を超えてもよい）となるように第三及び第四スキャニング電磁石２ｃ，２ｄを構成する。

第一系統の第一及び第二のスキャニング電磁石２ａ，２ｂによるビーム照射角、約４５度（−２２．５度〜＋２２．５度の範囲）、並びに第二系統の第三及び第四のスキャニング電磁石２ｃ，２ｄによるビーム照射角、約４５度（−２２．５度〜＋２２．５度の範囲）は、図４で判るように離れているが、合わせて約９０度のビーム照射角をカバーできる。第一系統の入射ビーム軸角度２２．５度に対して第二系統の入射ビーム軸角度が１１２．５度と離れることにより、両系統の間隔を大きくでき、両系統の配置が容易になる。

患者４ａの臥位の方向（頭/足の方向、うつぶせ／仰向けの方向）を変えることで、患
部４ａの照射ターゲット４ｂに対するビームの照射方向を３６０度の任意の角度で照射でき、回転ガントリが不要になり、任意の照射角度で多門照射することができる。実施の形態２のスキャニング電磁石２ａ,２ｂより、実施の形態３のスキャニング電磁石２ａ,２ｂ,２ｃ,２ｄの方が小型化でき、製作性が向上する。

実施の形態４．
実施の形態３における臥位治療台３ａは、軸の周りで傾かせないものであるが、実施の形態２のように臥位治療台３ａを軸の周りで傾かせるようにしてもよい。実施の形態４を実施の形態３と異なる部分を中心に説明する。図５は実施の形態４である荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置を示す構成図である。図５において、臥位治療台３ａは、床６に垂直方向と第一及び第二入射ビーム軸１ａ，１ｂを含む平面に直交する方向が患者４ａの体軸方向となるように移動して配置され、前記直交する方向の周り、望ましくは前記体軸の周りで−１５度〜＋１５度の範囲（その範囲を超えてもよい）で傾かせることが可能な治療台回転機構２１を有している。臥位治療台３ａの傾きは、スキャニング照射制御装置１０で制御することもできる。

第一の系統において、第一入射ビーム１は、床（水平方向）６に対し略２２．５度の第一入射ビーム軸角度から入射するが、第一のスキャニング電磁石２ａはビーム１を第一入射ビーム軸１ａに対し−１５度〜＋１５度の範囲（その範囲を超えてもよい）の任意の角度で偏向し、第二のスキャニング電磁石２ｂは、第一のスキャニング電磁石２ａと逆方向に−３０度〜＋３０度の範囲（その範囲を超えてもよい）の任意の角度でビーム１を偏向する。第一の電磁石回転駆動機構と共に、レンジシフタ７ａを備える。

第二の系統において、第二入射ビーム２２は、床（水平方向）６に対し略１１２．５度の第二入射ビーム軸角度から入射するが、第三のスキャニング電磁石２ｃはビーム２２を第二入射ビーム軸１ｂに対し−１５度〜＋１５度の範囲（その範囲を超えてもよい）の任意の角度で偏向し、第四のスキャニング電磁石２ｄは、第三のスキャニング電磁石２ｃと逆方向に−３０度〜＋３０度の範囲（その範囲を超えてもよい）の任意の角度でビーム２２を偏向する。第二の電磁石回転駆動機構と共に、レンジシフタ７ｂを備える。

そして、第二のスキャニング電磁石２ｂの最大偏向角度は第一のスキャニング電磁石２ａの最大偏向角度より大きく、第一及び第二のスキャニング電磁石２ａ，２ｂによって偏向された荷電粒子線ビームは第一入射ビーム軸方向からの偏向角度が−１５度〜＋１５度の範囲（その範囲を超えてもよい）となるように第一及び第二スキャニング電磁石２ａ，２ｂを構成する。第四のスキャニング電磁石２ｄの最大偏向角度は第三のスキャニング電磁石２ｃの最大偏向角度より大きく、第三及び第四のスキャニング電磁石２ｃ，２ｄによって偏向された荷電粒子線ビームは第二入射ビーム軸方向からの偏向角度が−１５度〜＋１５度の範囲（その範囲を超えてもよい）となるように第三及び第四スキャニング電磁石２ｃ，２ｄを構成する。

第一系統の第一及び第二のスキャニング電磁石２ａ，２ｂによるビーム照射角、約３０度（−１５度〜＋１５度の範囲）、並びに第二系統の第三及び第四のスキャニング電磁石２ｃ，２ｄによるビーム照射角、約３０度（−１５度〜＋１５度の範囲）は、図５で判るように離れているが、合わせて約６０度のビーム照射角をカバーできる。

患者４ａの臥位の方向（頭/足の方向、うつぶせ／仰向けの方向）と臥位治療台３ａの
傾きを変えることで、患部４ａの照射ターゲット４ｂに対するビームの照射方向を３６０度の任意の角度で照射でき、回転ガントリが不要になる。実施の形態３の第一,第二,第三及び第四のスキャニング電磁石２ａ,２ｂ，２ｃ,２ｄより、実施の形態４の第一,第二,第三及び第四のスキャニング電磁石２ａ,２ｂ，２ｃ,２ｄの方が小型化でき、製作性が向上する。

実施の形態５．
実施の形態１では、スキャニング電磁石におけるビームを偏向させるポール（電極）は、ヨーク枠部内の全体に及び幅広形状であったが、ヨーク枠部を移動できる幅狭なポールを用いて構成してもよい。図６は実施の形態５である荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置を示す構成図である。図６において、第二のスキャニング電磁石２ｂは、固定ヨーク枠部５ｂと、その固定ヨーク枠部５ｂ内側でスライドする一対のポール５ａと、ポール５ａに巻回されたコイル５ｃで構成されている。ポール５ａを固定ヨーク枠部５ｂ内でビームの振り角に応じてスキャニング照射制御装置で制御してスライドする。

図６では、第二のスキャニング電磁石２ｂに適用したが、図４の第一，第二，第三及び第四のスキャニング電磁石２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの少なくともいずれかにも同様に適用できる。図４の第二及び第四のスキャニング電磁石２ｂ，２ｄに適用した場合を図７に示す。さらに、後述する実施の形態６の図８，実施の形態７の図９及び実施の形態８の図１０のスキャニング電磁石２ａ,２ｂの少なくともいずれかにも適用できる。適用したスキャニング電磁石においては、ポール幅を狭くすることができるため、スキャニング電磁石を軽くすることができ、安価なスキャニング照射装置を供給できる。

実施の形態６．
実施の形態１〜５では、患者を乗せる治療台として、臥位治療台を使用した場合について説明したが、座位治療台を使用してもよい。図８は実施の形態６である荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置を示す構成図である。荷電粒子線ビーム１は床（水平方向）６に対し略９０度の入射ビーム軸角度から入射する。第一のスキャニング電磁石２ａはビーム１を入射ビーム軸１ａに対し−４５度〜＋４５度の範囲（その範囲を超えてもよい）の任意の角度で偏向する。第二のスキャニング電磁石２ｂは、第一のスキャニング電磁石２ａの下流に配置され、ビームの偏向面が第一のスキャニング電磁石２ａのそれと同一面上にあり、第一のスキャニング電磁石２ａと逆方向に−９０度〜＋９０度の範囲（その範囲を超えてもよい）の任意の角度でビーム１を偏向する。第二のスキャニング電磁石２ａの最大偏向角度は第一のスキャニング電磁石２ａの最大偏向角度より大きくして、ビーム１を照射ターゲット４ｂに集めるようにしている。レンジシフタ７ａは実施の形態１と同様に有している。

電磁石回転駆動機構２０（図２参照）は、第一及び第二のスキャニング電磁石２ａ,２
ｂを一体にして、入射ビーム軸１ａ周りで回転させる。スキャニング照射制御装置１０は第一及び第二のスキャニング電磁石２ａ,２ｂの励磁、電磁石回転駆動機構の回転、レン
ジシフタ７ａの出し入れを制御する。座位治療台３ｂは、その向きをスキャニング照射装置の正面向きと同じにして移動し配置し、その座位治療台３ｂに患者４ａが座ったときの体軸が概ね入射ビーム軸１ａと一致するように設置され、その背もたれが前後（つまり正面裏面方向）に、−４５度〜＋４５度の範囲（その範囲を超えてもよい）に傾けることができる。座位治療台３ｂの移動や傾きは、スキャニング照射制御装置１０で制御してもよい。

第一及び第二のスキャニング電磁石によって偏向された荷電粒子線ビームは入射ビーム軸方向からの偏向角度が−４５度〜＋４５度の範囲（その範囲を超えてもよい）となるように第一及び第二のスキャニング電磁石が構成される。このようにして、ビーム１は、照射ターゲット４ｂへ、入射ビーム軸１ａに対して−４５度〜＋４５度の範囲の任意の角度に照射される。一体に連結されたスキャニング電磁石２ａ，２ｂが回転駆動され、入射ビーム軸１ａを中心に回転し任意の角度に設定される。このようにして任意の照射角度、任意の回転角度で照射することにより、患者の体軸回りの０度から９０度までの照射角度で、入射ビーム軸１ａに垂直な２次元平面上に任意の形状で照射できる。

次に、レンジシフタ７ａを出し入れすることにより、任意のエネルギーにビーム１のエネルギーを減衰させ、ビーム１が止まる深さを変更させ、同様に２次元平面の任意の形状に分布されて、ビーム１が照射される。このようにして、ビーム１のスポットを３次元に配置していくことにより、照射ターゲットに、その３次元形状に合わせて均一な線量分布で照射していく。ここで、座位治療台３ｂの背もたれを−４５度〜＋４５度の範囲で前後に傾けることで頭頸部に対し水平より上部の任意の角度で照射することができる。これにより、既に固定照射ポートを持つ既設施設への頭頸部専用の多門照射可能な照射装置を安価に供給できる。

実施の形態７．
なお、座位治療台を用いる場合、荷電粒子線ビーム１は床から略９０度の入射ビーム軸角度で入射することとしたが、水平方向、つまり床から略０度の入射ビーム軸角度で入射するようにしてもよい。図９は実施の形態７である荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置を示す構成図である。荷電粒子線ビーム１は床（水平方向）６に対し略０度の入射ビーム軸角度から入射する。第一及び第二のスキャニング電磁石２ａ，２ｂ、電磁石回転駆動機構２０，及びレンジシフタ７ａは実施の形態６と同様な構成である。スキャニング照射制御装置１０は、第一及び第二のスキャニング電磁石２ａ,２ｂの励磁、電磁石回転駆動機構の回転、レンジシフタ７ａの出し入れを制御する。

座位治療台３ｂは、その向きを入射ビーム軸に対向させて、入射ビーム軸に対して垂直な２次元平面上に、床に垂直に移動し配置され、その背もたれが前後（つまり入射ビーム軸方向の前後方向）に、−４５度〜＋４５度の範囲（その範囲を超えてもよい）に傾けることができる。さらに座位治療台３ｂは、上下に移動できる。座位治療台３ｂはスキャニング照射制御装置１０で制御してもよい。このようにして患者前面の任意の照射角度、任意の回転角度で照射することにより、患者前面の０度から９０度までの照射角度で、入射ビーム軸１ａに垂直な２次元平面上に任意の形状で照射できる。ここで、座位治療台３ｂの背もたれを−４５度〜＋４５度の範囲で前後に傾けることで患者前面に対して任意の角度で照射することができ、多門照射可能な照射装置を安価に供給できる。

実施の形態８．
実施の形態６では、電磁石回転駆動機構２０を持つスキャニング電磁石の場合について説明したが、図１０に示すように、スキャニング電磁石は固定として、座位治療台３ｂを床に垂直な軸周りに回転させてもよい。実施の形態６と異なる部分を中心に説明する。図１０は実施の形態８である荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置を示す構成図である。荷電粒子線ビーム１は床６に対し略９０度の入射ビーム軸角度から入射する。入射したビーム１は第一のスキャニング電磁石２ａで入射ビーム軸１ａに対し−４５度〜＋４５度の範囲（その範囲を超えてもよい）の任意の角度に偏向され、次に第二のスキャニング電磁石２ｂにて逆方向に−９０度〜＋９０度の範囲（その範囲を超えてもよい）の任意の角度に偏向される。電磁石回転駆動機構は備えていない。

座位治療台３ｂは、その向きをスキャニング照射装置の正面向きと同じにして移動し配置し、その座位治療台３ｂに患者４ａが座ったときの体軸が概ね入射ビーム軸１ａと一致するように設置され、その背もたれが前後（つまり正面裏面方向）に、−４５度〜＋４５度の範囲（その範囲を超えてもよい）に傾けることができる。さらに、床に垂直方向な回転軸の周りで、望ましくは体軸の周りに−９０度〜＋９０度の範囲（その範囲を超えてもよい）で回転させることができる。座位治療台３ｂの移動，傾きや回転は、スキャニング照射制御装置１０で制御される。

このようにして、ビーム１は、照射ターゲット４ｂへ、入射ビーム軸１ａに対して−４５度〜＋４５度の範囲（その範囲を超えてもよい）で任意の角度に照射される。ここで、座位治療台３ｂは、背もたれを−４５度〜＋４５度の範囲（その範囲を超えてもよい）で前後に傾けると共に、座位治療台３ｂを床に垂直方向な回転軸の周りで−９０度〜＋９０度の範囲（その範囲を超えてもよい）で回転させることで、スキャニング電磁石を回転させる必要が無く、実施の形態６と同様な効果を得ることができると共に、安価な照射装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１である荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置を示す構成図である。 実施の形態１における電磁石回転駆動機構を示す構成図である。 実施の形態２である荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置を示す構成図である。 実施の形態３である荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置を示す構成図である。 実施の形態４である荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置を示す構成図である。

実施の形態５である荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置を示す構成図である。 実施の形態５である他の荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置を示す構成図である。 実施の形態６である荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置を示す構成図である。 実施の形態７である荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置を示す構成図である。 実施の形態８である荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置を示す構成図である。

符号の説明

１ ビーム １ａ，１ｂ 入射ビーム軸
２ａ 第一のスキャニング電磁石 ２ｂ 第二のスキャニング電磁石
２ｃ 第三のスキャニング電磁石 ２ｄ 第四のスキャニング電磁石
３ａ 臥位治療台 ３ｂ 座位治療台
４ａ 患者 ４ｂ 患部の照射ターゲット
５ａ ポール ５ｂ 固定ヨーク枠部
５ｃ コイル ６ 床
７ａ，７ｂ レンジシフタ ８ａ 連結支持体
８ｂ、８ｃ 回転サポートリング ９ａ、９ｂ，９ｄ サポートローラ
９ｃ モータ １０ スキャニング照射制御装置
２０ 電磁石回転駆動機構 ２１ 治療台回転機構
２２ ビーム

Claims (8)

1. 荷電粒子線ビームの偏向面が同一であり、励磁が制御されて、水平方向に対して略４５度の入射ビーム軸角度を有する荷電粒子線ビームを互いに逆方向に曲げる第一のスキャニング電磁石とその電磁石の下流の第二のスキャニング電磁石、
   前記第一及び第二のスキャニング電磁石を一体にして前記入射ビーム軸の周りで回転させる電磁石回転駆動機構、
   前記第一及び第二のスキャニング電磁石の励磁を制御すると共に、前記電磁石回転駆動機構の回転を制御するスキャニング照射制御装置、並びに
   前記第二のスキャニング電磁石の下流に移動され、床に垂直方向と前記入射ビーム軸を含む平面に直交する方向が患者の体軸方向となるように設置される治療台を備え、
   前記第二のスキャニング電磁石の最大偏向角度は前記第一のスキャニング電磁石の最大偏向角度より大きく、前記第一及び第二のスキャニング電磁石によって偏向された荷電粒子線ビームは前記入射ビーム軸方向からの偏向角度が−４５度〜＋４５度の範囲で得られるように前記第一及び第二のスキャニング電磁石を構成したことを特徴とする荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置。
2. 前記治療台は、床に垂直方向と前記入射ビーム軸を含む平面に直交する軸の周りで−１５度〜＋１５度の範囲で回転させることができ、
   前記第一及び第二のスキャニング電磁石は、前記第一及び第二のスキャニング電磁石によって偏向された荷電粒子線ビームが前記入射ビーム軸方向からの偏向角度が−３０度〜＋３０度の範囲で得られるように構成したことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置。
3. 荷電粒子線ビームの偏向面が同一であり、励磁が制御されて、水平方向に対して略２２．５度の第一入射ビーム軸角度を有する荷電粒子線ビームを互いに逆方向に曲げる第一のスキャニング電磁石とその電磁石の下流の第二のスキャニング電磁石、
   前記第一及び第二のスキャニング電磁石を一体にして前記第一入射ビーム軸の周りで回転させる第一の電磁石回転駆動機構、
   荷電粒子線ビームの偏向面が同一であり、励磁が制御され、床に垂直方向と前記第一入射ビーム軸を含む平面内で水平方向に対して略１１２．５度の第二入射ビーム軸角度を有する荷電粒子線ビームを互いに逆方向に曲げる第三のスキャニング電磁石とその電磁石の下流の第四のスキャニング電磁石、
   前記第三及び第四のスキャニング電磁石を一体にして前記第二入射ビーム軸の周りで回転させる第二の電磁石回転駆動機構、
   前記第一，第二，第三及び第四のスキャニング電磁石の励磁を制御すると共に、前記第一及び第二の電磁石回転駆動機構の回転を制御するスキャニング照射制御装置、並びに
   前記第二及び第四のスキャニング電磁石の下流に移動され、床に垂直方向と前記入射ビーム軸を含む平面に直交する方向が患者の体軸方向となるように設置される治療台を備え、前記第二のスキャニング電磁石の最大偏向角度は前記第一のスキャニング電磁石の最大偏向角度より大きく、前記第一及び第二のスキャニング電磁石によって偏向された荷電粒子線ビームは前記第一入射ビーム軸方向からの偏向角度が−２２．５度〜＋２２．５度の範囲で得られるように前記第一及び第二スキャニング電磁石を構成し、前記第四のスキャニング電磁石の最大偏向角度は前記第三のスキャニング電磁石の最大偏向角度より大きく、前記第三及び第四のスキャニング電磁石によって偏向された荷電粒子線ビームは前記第二入射ビーム軸方向からの偏向角度が−２２．５度〜＋２２．５度の範囲で得られるように前記第三及び第四スキャニング電磁石を構成したことを特徴とする荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置。
4. 前記治療台は、床に垂直方向と前記入射ビーム軸を含む平面に直交する軸の周りで−１５度〜＋１５度の範囲で回転させることができ、
   前記第一及び第二スキャニング電磁石は、前記第一及び第二のスキャニング電磁石によって偏向された荷電粒子線ビームが前記第一入射ビーム軸方向からの偏向角度が−１５度〜＋１５度の範囲で得られるように構成し、
   前記第三及び第四スキャニング電磁石は、前記第三及び第四のスキャニング電磁石によって偏向された荷電粒子線ビームが前記第二入射ビーム軸方向からの偏向角度が−１５度〜＋１５度の範囲で得られるように構成したことを特徴とする請求項３記載の荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置。
5. 荷電粒子線ビームの偏向面が同一であり、励磁が制御されて、水平方向に対して略９０度の入射ビーム軸角度を有する荷電粒子線ビームを互いに逆方向に曲げる第一のスキャニング電磁石とその電磁石の下流の第二のスキャニング電磁石、
   前記第一及び第二のスキャニング電磁石を一体にして前記入射ビーム軸の周りで回転させる電磁石回転駆動機構、
   前記第一及び第二のスキャニング電磁石の励磁を制御すると共に、前記電磁石回転駆動機構の回転を制御するスキャニング照射制御装置、並びに
   前記第二のスキャニング電磁石の下流に、床に垂直方向に配置され、背もたれを前後に−４５度〜＋４５度の範囲で傾かせ得る座位治療台を備え、
   前記第二のスキャニング電磁石の最大偏向角度は前記第一のスキャニング電磁石の最大偏向角度より大きく、前記第一及び第二のスキャニング電磁石によって偏向された荷電粒子線ビームは前記入射ビーム軸方向からの偏向角度が−４５度〜＋４５度の範囲で得られるように前記第一及び第二のスキャニング電磁石を構成したことを特徴とする荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置。
6. 荷電粒子線ビームの偏向面が同一であり、励磁が制御されて、水平方向に対して略０度の入射ビーム軸角度を有する荷電粒子線ビームを互いに逆方向に曲げる第一のスキャニング電磁石とその電磁石の下流の第二のスキャニング電磁石、
   前記第一及び第二のスキャニング電磁石を一体にして前記入射ビーム軸の周りで回転させる電磁石回転駆動機構、
   前記第一及び第二のスキャニング電磁石の励磁を制御すると共に、前記電磁石回転駆動機構の回転を制御するスキャニング照射制御装置、並びに
   前記第二のスキャニング電磁石の下流に、荷電粒子ビームに対向し床に垂直方向に配置され、背もたれを前後に−４５度〜＋４５度の範囲で傾かせ得る座位治療台を備え、
   前記第二のスキャニング電磁石の最大偏向角度は前記第一のスキャニング電磁石の最大偏向角度より大きく、前記第一及び第二のスキャニング電磁石によって偏向された荷電粒子線ビームは前記入射ビーム軸方向からの偏向角度が−４５度〜＋４５度の範囲で得られるように前記第一及び第二のスキャニング電磁石を構成したことを特徴とする荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置。
7. 荷電粒子線ビームの偏向面が同一であり、励磁が制御されて、水平方向に対して略９０度の入射ビーム軸角度を有する荷電粒子線ビームを互いに逆方向に曲げる第一のスキャニング電磁石とその電磁石の下流の第二のスキャニング電磁石、
   前記第一及び第二のスキャニング電磁石の励磁を制御するスキャニング照射制御装置、
   並びに前記第二のスキャニング電磁石の下流に、床に垂直方向に配置され、背もたれを前後に−４５度〜＋４５度の範囲で傾かせ得ると共に、床に垂直方向の回転軸の周りで−９０度〜＋９０度の範囲で回転させ得る座位治療台を備え、
   前記第二のスキャニング電磁石の最大偏向角度は前記第一のスキャニング電磁石の最大偏向角度より大きく、前記第一及び第二のスキャニング電磁石によって偏向された荷電粒子線ビームは前記入射ビーム軸方向からの偏向角度が−４５度〜＋４５度の範囲で得られるように前記第一及び第二のスキャニング電磁石を構成したことを特徴とする荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置。
8. 前記スキャニング電磁石は、矩形状をした固定ヨーク枠部と、前記固定ヨーク枠部の内側に配置され前記固定ヨーク枠部内をスライドするコイルが巻回された一対のポールから構成され、前記一対のポールが荷電粒子ビームの偏向角度に応じて前記固定ヨーク枠部内をスライドするようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の荷電粒子線ビームのスキャニング照射装置。

Images