JP5661152B2

JP5661152B2 - 粒子線照射装置

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Publication number: JP5661152B2
Application number: JP2013154094A
Authority: JP
Inventors: 高明岩田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-07-25
Filing date: 2013-07-25
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2029-01-09
Also published as: JP2013215616A

Description

この発明は、研究用やがん治療用として、炭素イオン、陽子等の粒子線を照射する粒子線照射装置に関するものである。

粒子線照射装置は、炭素イオン、陽子等の粒子線をあらゆる角度から照射可能とするために、いわゆる回転ガントリと呼ばれている回転照射型の粒子線照射装置が種々提案されている（例えば、特許文献１や特許文献２）。

特許文献２を参考に回転照射型の粒子線照射装置の構成を簡単に説明する。図７は従来の回転照射型の粒子線照射装置を示す全体構成図、図８は図７のＶIII−ＶIII線における矢視の回転軸方向から見た部分側面図である。

これら各図において、１はトラス構造であり樽の形状をしている回転フレームであり、この回転フレーム１には回転の重心不釣合を補正するためカウンタバランス２が取り付けられている。回転フレーム１のビーム入射方向の上流側および下流側には回転リング３が設けられ、この回転リング３は回転フレーム１と固着されている。支持装置４は、回転リング３を介して粒子線照射装置全体（支持装置４自体を除く）の重量を支持および駆動する役割を果し、単一もしくは複数の駆動ローラー４Ａおよび複数の支持ローラー４Ｂから構成され、各々の回転リング３の外周下面に配置されている。駆動ローラー４Ａは、粒子線照射装置の重量を支持するとともに、支持面と回転リング３の外周面間の摩擦力によって回転リング３を介して粒子線照射装置全体に駆動力を与える。その個数は粒子線照射装置の重量や駆動源の容量等に依存する。支持ローラー４Ｂは、支持装置４自体を除く粒子線照射装置全体の重量を支持するものであり、回転リング３の回転に追従して自由回転する。

前記支持装置４の支持面は回転リング３の外周面と接触しており、回転中心の精度の良し悪しは、支持装置４の支持面の回転対称性の精度と粒子線照射装置全体の位置の基準面となる回転リング３の外周面の回転対称性の精度によって大きく左右される。

駆動装置（モーター等）５は、駆動ローラー４Ａに連結され回転駆動又は回転制動を行う。真空ダクト６は、図示しない粒子加速器で加速された荷電粒子を患部に照射させるため導く通路であり、偏向電磁石７および８は前記粒子線を所定の角度に偏向させる役割を果す。これら真空ダクト６と偏向電磁石７および８からなる粒子線の照射パスが構成される。ビーム照射装置９は、真空ダクト６と偏向電磁石７および８からなる粒子線の照射パスを通して粒子線が供給され、前記粒子線の照射域を治療に適した照射野形状に整えたり、エネルギーを変えたりして患部に照射するものである。コーンフレーム１０は、その内部で電磁石等を、外部でケーブル等を支持するためのものであり、真空ダクト６、偏向電磁石７及び８、ビーム照射装置９、コーンフレーム１０は前記回転フレーム１と一体で回転するようになっており、あらゆる角度からの照射が可能となっている。なお、真空ダクト６は粒子加速器（図示せず）から射出された粒子線が通る粒子線照射装置外の真空ダクト（図示せず）と回転ジョイント等で接続されており、粒子線照射装置の回転軸回りに回転可能である。１１は治療を受ける患者を横たえるためのベッド構造体であり、患者の患部が粒子線照射装置の回転中心軸上に位置するように配設される。１２は外部から回転フレーム１の内部に挿入された梁であり、ベッド構造体１１は梁１２に固定されている。１３は回転フレーム１内に確保された空間であり、この中で照射が行われる。

次に、従来の回転照射型の粒子線照射装置の動作について説明する。いま、駆動装置５により駆動ローラー４Ａを回動させると、駆動ローラー４Ａと回転リング３の接触面間の摩擦力を介して駆動力が伝達され、回転フレーム１を含めた粒子線照射装置全体が照射に最適な角度まで回転する。このとき、真空ダクト６、偏向電磁石７及び８、ビーム照射装置９、コーンフレーム１０も回転フレーム１と一体で回転する。そして装置の角度を固定した後、粒子加速器（図示せず）から射出された粒子線がビーム輸送機器（図示せず）を通して真空ダクト６に入射される。真空ダクト６に入射された粒子線は偏向電磁石７及び８を経て、最終的に入射方向に対して直角の方向に偏向させられ、ビーム照射装置９に入射され所望の照射野が成形されて、ベッド構造体１１上の患者の患部に照射される。このように、駆動装置５によって駆動ローラー４Ａを駆動すれば、回転リング３及び回転フレーム１が回転し、真空ダクト６と偏向電磁石７および８からなる粒子線の照射パスおよびビーム照射装置９も回転するのであらゆる角度からの照射が可能となる。

また、真空ダクト６と偏向電磁石７および８からなる粒子線の照射パスの構成要素において、粒子線の移動方向を曲げるために構成されている偏向電磁石７、８などの磁石類は一般的に重い。そこで、回転フレーム１には粒子線が通る照射パスとは反対側に回転軸上に重心がくるようにカウンタバランス２が装着されている。カウンタバランス２は、重心を回転軸上に移動させる目的以外に特に機能を有してない。

次に、ビーム照射装置９の構成と照射方式について述べる。照射方式には、例えば特許文献３に記載があるように、ブロードビーム方式やスポットスキャニング方式が提案されている。スポットスキャニング方式に関しては非特許文献１に詳細が記述されている。この他にもラスタスキャニング方式や積層原体を用いる方法がある。特許文献３の段落[0030]実施の形態１５に記載されているように、ブロードビーム方式とは、散乱体やワブラー電磁石を使ってビームを広げ、コリメータやボーラスを使って患部以外の場所への照射を減らす方法である。したがって、ブロードビーム方式を採用する場合、ビーム照射装置９には散乱体、ワブラー電磁石、コリメータ及びボーラスが必要となってくる。一方、特許文献３の段落[0012]に記載されているように、スポットスキャニング方式では、ビーム照射装置はビームを適切な位置に照射するためのスキャナー電磁石や、線量モニタ、ビーム位置モニタ、ビームエネルギーを変えるレンジシフタなどから構成される。このように、照射方式によって、ビーム照射装置の構成は変わってくる。

また、真空ダクト６と偏向電磁石７および８からなる粒子線の照射パスを構成する前記偏向電磁石や、前記ビーム照射装置を構成する様々な装置（ワブラー電磁石、コリメータ（マルチリーフコリメータの場合）、スキャナー電磁石、…等）にはそれぞれ動力と制御信号が必要である。３６０度回転する回転フレームの内外に設置されたこれらの装置に電力を供給し制御を行うには、それなりの工夫が必要となる。回転照射型の粒子線照射装置内に動力やユーティリティを供給するケーブルの巻き取り及び巻き出しはケーブルスプールが行う。例えば特許文献４においては、ケーブルスプール（特許文献４では「巻き取りドラム」と呼ぶ）はケーブルとともにこれを保護するケーブルベア（登録商標、ケーブルキャリア）をも巻き取るようになっており、ケーブルベアに設置した多段式ケーブルサポートにおいて自由に回転するローラーを配置する工夫が提案されている。

特許第３５１９２４８号公報特許第３５９９９９５号公報特開２００３−３３２７９４号公報特開２００８−６７９０８号公報

"Spot scanning system for proton radiotherapy", Tatsuaki Kanai et a1., Medical Physics, Vol.7, No.4, Jul./Aug.1980

ところで、粒子線照射装置を使用する際に、あるいは粒子線治療装置を使用する際に、照射形態の選択肢が増えることのメリットは大きいものとなる。

しかしながら、上述した従来の粒子線照射装置においては、先行技術文献にみるように、１つの回転ガントリには１つの照射パスしか存在しない。また、搭載されているビーム照射装置も１つなので、照射方式も限られるものである。

たしかに、上述したように、従来実施されている粒子線照射システム（施設）では、１台の粒子加速器で加速される粒子線を２台の回転ガントリへ供給パスを切り替えて導けるようになっているところがほとんどである。２台の回転ガントリのうち、１台の回転ガントリのビーム照射装置はブロードビーム方式、もう一方の回転ガントリのビーム照射装置はスポットスキャニング方式とすれば、２種類の照射方式は実施できることになる。

しかし、粒子線を用いた治療現場においては、２台の回転ガントリの照射系を全く同じ構成にしていることが多い。その理由としては、治療計画は１つの照射方式を前提として計画されること、また、１台の回転ガントリが故障してももう一台がバックアップとしてすぐに同じ機能で使用でき、治療がストップしてしまうリスクを避けられることがあげられる。つまり、実際には１施設において１種類の照射方式しか実施できていない状態と言える。仮に回転ガントリごとに別々のビーム照射装置を搭載していたとしても、照射対象の位置や姿勢を変えずに２種類の照射を施すことは実際的にはできないものである。

この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、１台の回転照射型の粒子線照射装置において、２つの照射を行うことができる粒子線照射装置を得ることを目的とする。

この発明に係わる粒子線照射装置は、入射される粒子線を照射する照射装置が照射基準点を回転中心として１８０度程度回転自在に駆動される回転フレーム内に配置された粒子線照射装置において、同一の前記回転フレームの回転中心軸上に配置され粒子線を導くために設けられた真空ダクトと、同一の前記回転フレームに前記照射基準点に向かって粒子線を照射する第１の照射装置が配置された第１照射系統と、同一の前記回転フレームに前記照射基準点に向かって粒子線を照射する第２の照射装置が配置された第２照射系統とを設け、前記真空ダクト内に導かれた粒子線を、前記第１の照射装置から照射するときは前記第１照射系統に分岐し、前記第２の照射装置から照射するときは前記第２照射系統に分岐して入射させる照射系統切り替え手段を備え、前記第１の照射装置と前記第２の照射装置とを同一の照射装置構成とし、かつ前記第１の照射装置と前記第２の照射装置とを対向する位置に配置したものである。

この発明に係わる粒子線照射装置は、同一の前記回転フレームに前記照射基準点に向かって粒子線を照射する第１の照射装置が配置された第１照射系統と、前記照射基準点に向かって粒子線を照射する第２の照射装置が配置された第２照射系統とを設け、真空ダクトから入射される粒子線を一方側又は前記一方側と逆の他方側に分岐して前記第１照射系統の第１の照射装置又は前記第２照射系統の第２の照射装置に入射させる照射系統切り替え手段を備え、前記第１の照射装置と前記第２の照射装置とを同一の照射装置構成とし、かつ前記第１の照射装置と前記第２の照射装置とを対向する位置に配置したことにより、装置全体の回転量を極力小さくして動力費等の低減を図ることができる。更には、一方の照射系統をバックアップとして使用することも可能である。

この発明の実施の形態１に係わる粒子線照射装置を示す全体構成図である。この発明の実施の形態１に係わる粒子線照射装置を示す部分鳥瞰図である。この発明の実施の形態２に係わる粒子線照射装置における照射系統切り替え手段を示す模式図である。この発明の実施の形態３に係わる粒子線照射装置を示す全体鳥瞰図である。この発明の実施の形態３に係わる粒子線照射装置における各照射系統を示す鳥瞰図である。この発明の実施の形態３に係わる粒子線照射装置における照射系統切り替え手段部を示す鳥瞰図である。従来の粒子線照射装置を示す全体構成図である。従来の粒子線照射装置を示すＶIII−ＶIII線における矢視の回転軸方向から見た部分側面図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１に基づいて説明する。図１において、１は回転フレーム、３は回転リング、４は支持装置、４Ａは駆動ローラー、５は駆動装置、６は真空ダクト、１０はコーンフレームであり、これらは上述した従来のものと同様の機能を有するものである。

１４は真空ダクト６から入射される粒子線の第１照射系統、１５はこの第１照射系統１４に配置された第１の照射装置であり、照射基準位置のアイソセンタ１６に向かって照射する。第１照射系統１４は、例えば図１において、入射される粒子線を上方向に偏向させる第１偏向電磁石１７と、回転フレーム１を貫通してその回転フレーム１の内外に位置し、回転フレーム１内に位置する一方側は第１偏向電磁石１７に接続された４極電磁石１８と、回転フレーム１の外側に位置する４極電磁石１８の他方側に接続され、４極電磁石１８を上方向に通過した粒子線を水平方向に偏向させる第２偏向電磁石１９と、回転フレーム１の中央部外周に支持体２０により支持され、一方側が第２偏向電磁石１９に接続された４極電磁石２１と、４極電磁石２１の他方側に接続され、４極電磁石２１を水平方向に通過した粒子線を下方向に偏向させ第１の照射装置１５に入射させる第３偏向電磁石２２とから構成されている。

２３は真空ダクト６から入射される粒子線の第２照射系統、２４はこの第２照射系統２３に配置された第２の照射装置であり、アイソセンタ１６に向かって照射する。第２照射系統２３は、例えば図１において、入射される粒子線を下方向に偏向させる第４偏向電磁石２５と、回転フレーム１を貫通してその回転フレーム１の内外に位置し、回転フレーム１内に位置する一方側は第４偏向電磁石２５に接続された４極電磁石２６と、回転フレーム１の外側に位置する４極電磁石２６の他方側に接続され、４極電磁石２６を下方向に通過した粒子線を水平方向に偏向させる第５偏向電磁石２７と、回転フレーム１の中央部外周に支持体２８により支持され、一方側が第５偏向電磁石２７に接続された４極電磁石２９と、４極電磁石２９の他方側に接続され、４極電磁石２９を水平方向に通過した粒子線を上方向に偏向させ第２の照射装置２４に入射させる第６偏向電磁石３０とから構成されている。

３１は真空ダクト６から入射される粒子線を第１照射系統１４または第２照射系統２３に切り替えて入射させる照射系統切り替え手段であり、例えばスイッチング電磁石で構成し、そのスイッチング電磁石のスィツチング動作の切り替えにより、第１照射系統１４または第２照射系統２３に切り替えて入射させるものであり、２つの系統に分岐するように
構成されている。

例えば、第１照射系統１４を、上述した従来の回転照射型の粒子線照射装置における上方向の粒子線の照射パスに相当するとすれば、第２照射系統２３はその反対側、すなわち上述した従来の回転照射型の粒子線照射装置におけるカウンタバランス２があった側に配置されたものである。

各照射装置に関しては種々のものを選択することができるが、例えば、第１照射系統１４の第１の照射装置１５にはブロードビーム方式用の照射装置構成を選択し、第２照射系統２３の照射装置２４にはスポットスキャニング方式用の照射装置構成を選択することが考えられる。また、あえて同じ照射装置構成を装着し、上半分と下半分とで照射装置を切り分けて使用し、装置全体の回転量を極力小さくして動力費等の低減を図るようにしてもよい、更には、一方の照射系統をバックアップとして使用することも考えられる。このような構成は、回転ガントリの回転可能範囲が１８０度程度の小型ガントリに対して有効であり、１８０度程度の小型ガントリに対しても実質的に３６０度の方向から照射可能となり、施設全体としての小型化も図れる。

また、この発明の実施の形態１における粒子線照射装置において、入射側（図１では左側）にケーブルを巻き取るためのケーブルスプール３２が設けられている。ケーブルスプール３２には複数の櫛状体３２ａが設けられており、それら櫛状体３２ａ間にそれぞれ複数のケーブル３３を収容できるようにし、一度に巻き取れるケーブル３３の本数が多くなるよう工夫されている。

次に動作について説明する。この発明の実施の形態１における粒子線照射装置を使用するに際し、あらかじめどちらの照射装置を使用するか、すなわち、第１照射系統１４の第１の照射装置１５を使用するか、あるいは第２照射系統２３の第２の照射装置２４を使用するかを決めておくとともに、またどの角度から照射したいかを決めておく。図は一例として、第１照射系統１４の第１の照射装置１５を使用し、鉛直線真上からアイソセンタ１６に向かって照射したい場合について説明する（すなわち、図１に記載の角度）。

そして、所望の角度から粒子線の照射ができるように、回転フレーム１を回転させるため、図示しない制御装置により駆動装置５を決められた量だけ回転し、駆動ローラー４Ａにより回転リング３を回すことにより、回転フレーム１およびその回転フレーム１に固定された粒子線の照射パスを構成する各部材が回ることにより所望の角度位置の設定が実現される（図１に記載の角度）。次に、選択した照射系統、すなわち、第１照射系統１４へ粒子線が通るように、照射系統切り替え手段３１であるスイッチング電磁石を動作させて機能させておく。

粒子線の照射は、図示しない粒子加速器によって加速された粒子線を回転照射型の粒子線照射装置へ入射することにより行われる。したがって、粒子加速器により加速された粒子線は、図１の左側（入射側と呼ぶ）から真空ダクト６を経由して照射系統切り替え手段３１であるスイッチング電磁石へ導かれる。ここで、スイッチング電磁石により、粒子線は選択した第１照射系統１４へと偏向される（ここの例では、上側）。

第１照射系統１４へと導かれた粒子線は、第１偏向電磁石１７によって上方向に偏向され、４極電磁石１８によってビーム調整される。４極電磁石１８を上方向に通った粒子線は、第２偏向電磁石１９によって水平方向に偏向され、４極電磁石２１によってビーム調整される。そして、４極電磁石２１を通った粒子線は、第３偏向電磁石２２によって下方向に偏向され、第１の照射装置１５へ入射される。第１の照射装置１５に入射された粒子線は、上方からアイソセンタ１６へ向かって照射される。

また、第２照射系統２３の第２の照射装置２４を使用し、下からアイソセンタ１６に向かって照射したい場合について説明する（すなわち、図１に記載の角度）。この場合には、第２照射系統２３へ粒子線が通るように、照射系統切り替え手段３１であるスイッチング電磁石を動作させて機能させておく。

粒子加速器により加速された粒子線は、図１の左側（入射側と呼ぶ）から真空ダクト６を経由して照射系統切り替え手段３１であるスイッチング電磁石へ導かれる。ここで、スイッチング電磁石により、粒子線は選択した第２照射系統２３へと偏向される（ここの例では、下側）。

第２照射系統２３へと導かれた粒子線は、第４偏向電磁石２５によって下方向に偏向され、４極電磁石２６によってビーム調整される。４極電磁石２６を下方向に通った粒子線は、第５偏向電磁石２７によって水平方向に偏向され、４極電磁石２９によってビーム調整される。そして、４極電磁石２９を通った粒子線は、第６偏向電磁石３０によって上方向に偏向され、第２の照射装置２４へ入射される。第２の照射装置２４に入射された粒子線は、下方からアイソセンタ１６へ向かって照射される。

以上のように、この発明による実施の形態１によれば、粒子線照射装置における回転フレーム１内に、第１照射系統１４、第２照射系統２３の２つの照射系を備えているので、例えば、第１照射系統１４をブロードビーム方式用とし、第２照射系統２３をスポットスキャニング方式用といった照射系を具備することができ、粒子線照射装置あるいは粒子線治療装置を使用するに際し、照射形態の選択肢を増やすことができる。また、１つの回転フレーム１内で２つの照射系が存在するので、照射対象、例えば患者の位置や姿勢を変えることなく、２種類の照射をすることができる。より具体的には、たとえば塗り絵のように照射対象の広い範囲はブロードビーム方式を洗濯して照射し、境界近傍や細かい部分はスポットスキャニング方式を選択して照射することが可能である。更に、第１照射系統１４と第２照射系統２３の両者を同じ照射方式で構成し、上半分と下半分とで照射装置を切り分けて使用することにより、装置全体の回転量を極力小さくして動力費等の低減を図ることができる。更には、一方の照射系統をバックアップとして使用することも考えられる。

また、上方向に第１照射系統１４を配置し、下方向に第２照射系統２３を配置したことにより、装置重心が回転軸上にくるようになるので、上述した従来装置のようなカウンタバランス２を廃止することができるという効果を奏する。

ところで、上述したように、粒子線照射装置における回転フレーム１内に照射パスを２系統設けるということは、実際に実現するためには種々工夫が必要となってくる。回転照射型の粒子線照射装置内に動力やユーティリティを供給するためのケーブル本数がほぼ２倍必要となってくるということである。（動力用のケーブルは共有できる場合があるが、制御信号用のケーブルは２系統分必要となる）そこで、ケーブルスプール１４に複数の櫛状体１４ａを設け、それら櫛状体１４ａ間に複数のケーブル３３が入るようにし、一度に巻き取れるケーブル数を多くする。

上述したとおり、回転フレーム１内には、第１偏向電磁石１７、４極電磁石１８の一方側及び第１の照射装置１５、さらには第４偏向電磁石２５、４極電磁石２６の一方側及び第２の照射装置２４、照射系統切り替え手段３１であるスイッチング電磁石などがあり、それぞれに動力用、信号用や制御用のケーブルが必要になる。その他にも図示しない移動床やＸ線撮像装置など様々な機器が回転フレーム１内に存在し、やはりその動力用、信号用や制御用のケーブルが必要となり、その総数は１照射系統で数百本、２系統になれば千
本近くになる。

そこで、各ケーブルの取り扱いについて、以下のような工夫を施す。この発明の実施の形態１におけるケーブルの取り扱いの工夫について、図２に基づいて説明する。

ケーブルスプール３２には複数の櫛状体３２ａが設けられており、それら櫛状体３２ａ間にそれぞれ複数のケーブル３３を収容できるようにし、一度に巻き取れるケーブル３３の本数が多くなるよう工夫している。回転フレーム１を回転させると、ケーブル３３はケーブルスプール３２によって巻き取り、巻き出しされる。

そして、ケーブルスプール３２には巻き取るケーブル３３に対応して、外から中へケーブル３３を取り入れるためのケーブル取り入れ部３２ｂにケーブル用通し穴３２ｃが施されている。これによって、回転フレーム１の内部に動力用、信号用及び制御用のケーブル３３を繋ぐことができる。

また、回転フレーム１の外に装着されている第２偏向電磁石１９、４極電磁石１８の他方側、４極電磁石２１及び第３偏向電磁石２２、さらには第５偏向電磁石２７、４極電磁石２６の他方側、４極電磁石２９及び第６偏向電磁石３０に対しては、ケーブルルート３３ａで示したように、一旦、ケーブルスプール３２内に引いたケーブル３３を、回転フレーム１に設けられた窓１ａを通じて外へ出せばよい。

一般に、ケーブルが可動する箇所はケーブルベアを利用し、これによってケーブルが擦れたり断線したりすることから保護をする（特許文献４）。反面、ケーブルベアは場所をとってしまう。したがって、ケーブルの保護と巻き取り本数のバランスを考えて、ケーブルベアを使用するかどうか判断すればよい。

この実施の形態１における粒子線照射装置に必要なケーブル３３の本数は、数百本以上となるため、ケーブル３３の重さによる影響も考慮しなければならない。この発明の実施の形態１によれば、右巻きのケーブルグループと左巻きのケーブルグループを分けることにより、ケーブル３３の重さによってケーブルスプール３２へかかる回転モーメントを相殺するようにしている。図はわかりやすくするため、右巻きのケーブルグループと左巻きのケーブルグループを回転軸方向の前後で分けたが、右巻きと左巻きのグループを細かく設定したり、交互に並べたりしても同様の効果を奏する。ここでの本質は、ケーブル３３によるケーブルスプール３２の回転モーメントを相殺することにある。なお、ケーブルスプール３２内に支柱３２ｄを設けてケーブル３３の重さによる影響を補強するようにしている。

実施の形態２．
なお、上述したこの発明の実施の形態１においては、真空ダクト６を通して入射される粒子線を第１照射系統１４または第２照射系統２３に切り替える照射系統切り替え手段３１としてスイッチング電磁石を用いる場合について述べたが、図３に示すように、真空ダクト６を通して入射される粒子線を第１照射系統１４に偏向させる第１スイッチング用偏向電磁石３４と、真空ダクト６を通して入射される粒子線を第２照射系統２３に偏向させる第２スイッチング用偏向電磁石３５と、真空ダクト６を通して入射される粒子線を第１スイッチング用偏向電磁石３４を通して第２スイッチング用偏向電磁石３５に入射させる直進入射体３６とから照射系統切り替え手段３１を構成してもよい。

通常は、上方向からの粒子線の照射方式が選択されることが多いので、第２スイッチング用偏向電磁石３５はＯＦＦとし、第１スイッチング用偏向電磁石３４をＯＮとする。真空ダクト６を通して入射される粒子線は、第１スイッチング用偏向電磁石３４により第１
照射系統１４に偏向される。したがって、第２スイッチング用偏向電磁石３５はＯＦＦ状態であり第２照射系統２３には粒子線が入射されない。また、第２照射系統２３に粒子線を入射させたい場合には、第１スイッチング用偏向電磁石３４はＯＦＦとし、第２スイッチング用偏向電磁石３５をＯＮとする。真空ダクト６を通して入射される粒子線は、直進入射体３６を通して第２スイッチング用偏向電磁石３５により第２照射系統２３に偏向される。したがって、第１スイッチング用偏向電磁石３５はＯＦＦ状態であり第１照射系統１４には粒子線が入射されない。以上のことから明らかなように、照射系統切り替え手段３１を構成する第１スイッチング用偏向電磁石３４と第２スイッチング用偏向電磁石３５は上述した発明の実施の形態１における第１偏向電磁石１７と第３偏向電磁石２５の機能を有している。したがって、第１偏向電磁石１７と第３偏向電磁石２５を省略することができ、構造を簡素化できるとともにコスト低減を図ることができる。

実施の形態３．
また、上述したこの発明の実施の形態１および２においては、第１照射系統１４の第１の照射装置１５または第２照射系統２３の第２の照射装置２４からアイソセンタ１６に向かって照射された粒子線は、原則的にはアイソセンタ１６に配置された図示しない照射対象の内部で消失するような使われ方が一般的である。しかしながら、第１の照射装置１５と第２の照射装置２４の照射方向が互いに向き合っていると、一方の照射装置から照射された粒子線が他方の照射装置を、特に中性子により被爆するかもしれないというリスクが生じる。

そこで、第１の照射装置１５と第２の照射装置２４の照射方向が互いに向き合わないように配置したのがこの発明の実施の形態３である。この発明の実施の形態３を図４から図６に基づいて説明する。図４は全体鳥瞰図、図５は各照射系統を示す鳥瞰図、図６は照射系統切り替え手段部を示す鳥瞰図である。これら各図から明らかなように、第１照射系統１４側の第１の照射装置１５からアイソセンタ１６に向かって照射された粒子線が、第２照射系統２３側の第２の照射装置２４に照射されないように、また、第２照射系統２３側の第２の照射装置２４からアイソセンタ１６に向かって照射された粒子線が、第１照射系統１４側の第１の照射装置１５に照射されないように、各照射装置の照射方向が粒子線の同一軌道にならないように配置している。すなわち、第１の照射装置１５に対し第２の照射装置２４を相対向する１８０度の位置ではなく、例えば回転フレーム１の側部から見て左側が１８０度より小さい角度となるように配置している。

なお、この実施の形態３においては、上述した実施の形態２を主体として説明、すなわち、照射系統切り替え手段３１が、第１スイッチング用偏向電磁石３４と第２スイッチング用偏向電磁石３５と直進入射体３６とから構成された場合の粒子線照射装置を例として説明したが、これに限定されるものではなく、上述した実施の形態１のように照射系統切り替え手段３１がスイッチング電磁石により構成された場合の粒子線照射装置にも適用することができ、同様の効果を奏する。

以上のように、第１の照射装置１５から照射された粒子線は第２の照射装置２４に照射されることはなく、また逆に、第２の照射装置２４から照射された粒子線は第１の照射装置１５に照射されることはないので、一方の照射装置から照射された粒子線が他方の照射装置を、特に中性子により被爆するかもしれないというリスクが全く生じることがなく、高信頼性の粒子線照射装置を得ることができる。

この発明は、研究用やがん治療用として、炭素イオン、陽子等の粒子線を照射する粒子線照射装置の実現に好適である。

１４第１照射系統１５第１の照射装置
２３第２照射系統２４第２の照射装置
３１照射系統切り替え手段３４第１スイッチング用偏向電磁石３５第２スイッチング用偏向電磁石

Claims

入射される粒子線を照射する照射装置が照射基準点を回転中心として１８０度程度回転自在に駆動される回転フレーム内に配置された粒子線照射装置において、
同一の前記回転フレームの回転中心軸上に配置され粒子線を導くために設けられた真空ダクトと、同一の前記回転フレームに前記照射基準点に向かって粒子線を照射する第１の照射装置が配置された第１照射系統と、同一の前記回転フレームに前記照射基準点に向かって粒子線を照射する第２の照射装置が配置された第２照射系統とを設け、
前記真空ダクト内に導かれた粒子線を、前記第１の照射装置から照射するときは前記第１照射系統に分岐し、前記第２の照射装置から照射するときは前記第２照射系統に分岐して入射させる照射系統切り替え手段を備え、前記第１の照射装置と前記第２の照射装置とを同一の照射装置構成とし、かつ前記第１の照射装置と前記第２の照射装置とを対向する位置に配置したことを特徴とする粒子線照射装置。
前記照射系統切り替え手段は、同一の前記回転フレーム内に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の粒子線照射装置。
前記照射系統切り替え手段により前記第１照射系統に導かれた粒子線は上方向に偏向され、上方向に偏向された前記粒子線は水平方向に偏向され、水平方向に偏向された前記粒子線は下方向に偏向されて前記第１の照射装置に入射され、前記第１の照射装置に入射された前記粒子線は前記照射基準点に向かって照射されるとともに、前記照射系統切り替え手段により前記第２照射系統に導かれた粒子線は前記第１照射系統に導かれた粒子線とは逆の方向の下方向に偏向され、下方向に偏向された前記粒子線は水平方向に偏向され、水平方向に偏向された前記粒子線は上方向に偏向されて前記第２の照射装置に入射され、前記第２の照射装置に入射された前記粒子線は前記照射基準点に向かって照射されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の粒子線照射装置。