JP6584678B2 - 走査電磁石、および走査電磁石を備えた粒子線照射装置の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば粒子線治療装置に用いられる粒子線照射装置に備えられる走査電磁石において、その現地でのアライメント作業の軽減化に関するものである。

粒子線を対象物に照射する装置では、粒子線軌道の制御用として例えば偏向電磁石や四極電磁石等が連続して複数台設置される。粒子線軌道の位置確認用として、ビーム位置モニタ等が設置される。これらの機器は、粒子線軌道に対して、正確にアライメントされていることが必要である。従来のアライメント方法では、「地面と平行に設置する単独の電磁石」に言及されていた。（例えば、特許文献１および特許文献２参照）

粒子線治療装置において、スキャニング照射法と呼ばれる照射法では、粒子線の進行方向に垂直な２次元方向に粒子線を走査して、照射対象である患者の患部に粒子線を照射するための走査電磁石が粒子線照射装置に搭載される。この走査電磁石は、２次元方向に粒子線を走査、すなわち進行方向を偏向させるため、粒子線の進行方向と垂直な一方向であるＸ方向に粒子線を偏向するＸ方向偏向電磁石と、粒子線の進行方向およびＸ方向に垂直な方向であるＹ方向に粒子線を偏向するＹ方向偏向電磁石との２つの偏向電磁石により構成される。粒子線を照射対象に対して重力方向に照射する粒子線照射装置においては、Ｘ方向偏向電磁石とＹ方向偏向電磁石は、重力方向に並んで配置されている。

特開２００６−３０２８１８号公報 特開平１１−２１４１９８号公報

従来の走査電磁石のアライメント作業は、現地にてそれぞれの偏向電磁石を１台１台アライメントしていた。また、一つの架台に複数台の機器が搭載された電磁石及びその他機器のアライメント作業についても現地にて１台１台アライメント作業が必要になるなどの問題点があった。

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、現地据付後の、現地でのアライメント作業の軽減を実現する走査電磁石の提供を目的としている。

この発明は、Ｚ方向に進行する粒子線を、Ｚ方向と垂直な一方向であるＸ方向に偏向する第一偏向電磁石と、Ｚ方向に進行する粒子線を、Ｚ方向とＸ方向に垂直なＹ方向に偏向する第二偏向電磁石とが、Ｚ方向に並んで配置されている走査電磁石において、第一偏向電磁石は第二偏向電磁石よりも重く、第一偏向電磁石は電磁石架台と、この電磁石架台に対向して配置された固定用電磁石架台に固定されており、第二偏向電磁石が第一偏向電磁石との位置関係を調整するための位置調整機構を介して電磁石固定架台に取り付けられているよう構成されている。

また、この発明による走査電磁石を備えた粒子線照射装置の製造方法は、Ｚ方向が水平方向となる状態で、第一偏向電磁石に対する第二偏向電磁石の位置を位置調整機構により調整した後、第二偏向電磁石を固定用電磁石架台に固定して走査電磁石を組み立てる第一工程と、第一工程により組み立てられた走査電磁石を、Ｚ方向が垂直方向となる状態にして、走査電磁石据付架台に走査電磁石位置調整機構を介して搭載し、走査電磁石位置調整機構により、当該粒子線照射装置において設計された粒子線の軸に対して走査電磁石の位置を調整する第二工程を含むものである。

この発明によれば、第一偏向電磁石と第二偏向電磁石との位置関係のアライメントは工場にて行うことができるため、現地据付後の、現地でのアライメント作業が軽減される。

この発明の実施の形態１による走査電磁石が粒子線照射装置に組み込まれた状態での構成を示す側面図である。 この発明の実施の形態１による走査電磁石を工場などで組み立てる状態を示す側面図である。 この発明の走査電磁石を備えた粒子線照射装置の動作を説明するための概略ブロック図である。 この発明の実施の形態１による走査電磁石のそれぞれの偏向電磁石の断面図である。 従来の走査電磁石が粒子線照射装置に組み込まれた状態での構成の一例を示す側面図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による走査電磁石１が粒子線照射装置に組み込まれた状態での構成を示す側面図である。図２は、工場などにおいて組み立てる状態の走査電磁石１を示す側面図である。また、図３は、この発明の走査電磁石１を備えた粒子線照射装置の動作を説明するための概略ブロック図である。まず、図３を参照して、この発明の走査電磁石の動作を説明する。

粒子線治療において、スキャニング照射法などでは、患者の患部４０の全領域に粒子線を照射するために、粒子線を２次元に走査して照射する方法がとられる。スキャニング照射法では、粒子線を粒子線の進行方向に垂直な２次元方向に走査することで粒子線のエネルギーに対応した患部４０の深さの部分に層状の照射を行う。さらに、粒子線のエネルギーを変更することにより、患者の患部４０の深さ方向に複数の層状の照射領域を形成して患部４０の全領域に粒子線を照射する。粒子線１０を２次元に走査するため、患部に粒子線を照射するための粒子線照射装置に、第一偏向電磁石１１と第二偏向電磁石１２とが配置された走査電磁石１を備える。

図４Ａは、後程詳細に説明する図１のＡ−Ａ位置での第二偏向電磁石１２の断面図であり、この断面図に示すように、第二偏向電磁石１２は入射された粒子線１０を粒子線の進行方向であるＺ方向に垂直な一方向であるＹ方向に偏向するよう配置される。同様に、図４Ｂは、図１のＢ−Ｂ位置での第一偏向電磁石１１の断面図であり、この断面図に示すように、第一偏向電磁石１１はＹ方向およびＺ方向と垂直なＸ方向に粒子線を偏向する。このように、粒子線治療における粒子線照射装置には、粒子線を２次元に走査するため、粒子線を直交する２方向に偏向する２つの偏向電磁石を備えた走査電磁石が設置されている。これら２つの偏向電磁石は、入射される粒子線を垂直な２次元方向に偏向するため、入射される粒子線の軸に対して精度よくアライメントする必要がある。本発明は、粒子線照射装置に設置する走査電磁石のアライメントを簡単に行えるようにするために提案するものである。

この発明の実施の形態１による走査電磁石を図１、図２に基づいて説明する。図１に示すように、粒子線照射装置に組み込まれた状態の走査電磁石１は、重力方向に並ぶ、すなわちＺ方向が重力方向となっている第一偏向電磁石１１と第二偏向電磁石１２を備えている。また、工場などにおいて組み立てる状態の走査電磁石１を示す図２のように、第一偏向電磁石１１と第二偏向電磁石１２は水平方向に並んで設置された状態、すなわちＺ方向が水平方向となった状態で走査電磁石１単体として組み立てられる。第一偏向電磁石１１および第二偏向電磁石１２は、電磁石架台２および固定用電磁石架台３に固定されている。

このように、電磁石架台２の反対側にも固定用電磁石架台３が配置されており、第一偏向電磁石１１および第二偏向電磁石１２は、共に電磁石架台２と固定用電磁石架台３とに挟まれて設置されている。ここで、第一偏向電磁石１１と第二偏向電磁石１２は大きさが異なり、第一偏向電磁石１１の方が第二偏向電磁石１２より大きく、重い。これは、照射対象に近い第一偏向電磁石１１は、照射対象から遠い第二偏向電磁石１２よりも、最大偏向角度を大きくする必要があるからである。

図２に示す走査電磁石１では、電磁石架台２の第一偏向電磁石１１が取り付けられる面２Ｓ、および固定用電磁石架台３の第一偏向電磁石１１が取り付けられる面３Ｓが機械加工された面となっている。第一偏向電磁石１１はこれら機械加工された面２Ｓおよび３Ｓに当てて電磁石架台２および固定用電磁石架台３に固定され、固定された第一偏向電磁石１１の位置を基準として第二偏向電磁石１２の位置を調整するように構成されている。すなわち、電磁石架台２には、工場などで組み立てるときに、第二偏向電磁石１２の平面方向、すなわちＹ方向およびＺ方向の位置調整ができるよう、ねじを回すことで得られる推進力によって位置調整ができるＹＺ位置調整機構５が取り付けられている。また重力方向は、電磁石架台２および固定用電磁石架台３の少なくとも一方と第二偏向電磁石１２との間に、ライナ等の位置調整用薄板３１を差し込んだり、抜いたりして位置調整を行えるものとしている。ここでは、ＹＺ位置調整機構５と位置調整用薄板３１を含んで位置調整機構と称することにする。このように、重い方の第一偏向電磁石１１を基準となるよう固定し、軽い方の第二偏向電磁石１２を、基準とした重い方の第一偏向電磁石１１に対して調整するようにした。軽い方を位置調整する構成としたことにより、より調整が容易になる。

工場において、水平に並べた状態で第一偏向電磁石１１を基準に第二偏向電磁石１２のアライメントが完了した時点で、第一偏向電磁石１１および第二偏向電磁石１２はボルト・ナット等によって電磁石架台２に支持・固定された状態となっている。この状態をモジュール化されていると称し、この第一偏向電磁石１１および第二偏向電磁石１２と電磁石架台２をモジュール化されたものをモジュール化した走査電磁石１と称す。

以上のように、２個の偏向電磁石が並んで配置され、粒子線の進行方向であるＺ方向が重力方向となる粒子線照射装置に組み込まれる走査電磁石を、工場での走査電磁石単体での組立段階において、偏向電磁石を搭載しやすいよう水平置きして、２個の偏向電磁石の位置関係をアライメントするようにした。この２個の偏向電磁石がアライメント調整された走査電磁石１を、粒子線照射装置に現地で組み込み、図１のように２個の偏向電磁石が重力方向に並んだ状態で、設計された粒子線の軸に対するアライメントを、走査電磁石据付架台７との間に設けた走査電磁石位置調整機構６によって行う。このように、走査電磁石据付架台７に、工場で組み立てられた走査電磁石１を９０度起こして据え付ける。第一偏向電磁石１１および第二偏向電磁石１２は、電磁石架台２および固定用電磁石架台３に挟まれて固定されているので、９０度起こした際にも、後述する、従来の走査電磁石のように片側からだけで支える構造に対して、両者の位置関係が変化し難い。第一偏向電磁石１１および第二偏向電磁石１２が電磁石架台２および固定用電磁石架台３に固定された走査電磁石１全体は、走査電磁石位置調整機構６によって平面方向、および重力方向の位置調整をそれぞれ可能としている。

粒子線治療においては、粒子線を種々の方向から照射できるよう、粒子線照射装置を回転させるガントリに搭載することがある。この場合も、粒子線照射装置をガントリに取り付ける際には、粒子線が重力方向に照射する角度を基準として、この基準の角度において調整して取り付ける場合が多い。また、図１の走査電磁石据付架台７は地面から支持しているが、建屋の壁または天井から支持する方法でも適用可能である。

図５は、従来の走査電磁石１００の構成を示す図である。走査電磁石据付架台７０に電磁石架台２０が取り付けられ、電磁石架台２０に取り付けられた第一偏向電磁石架台２１に位置調整機構５１を介して第一偏向電磁石１１が取り付けられている。また、電磁石架台２０に取り付けられた第二偏向電磁石架台２２に位置調整機構５２を介して第二偏向電磁石１２が取り付けられている。このように従来は、第一偏向電磁石１１および第二偏向電磁石１２はいわゆる片持ち支持により電磁石架台２０に、それぞれの偏向電磁石を個別にアライメントするように取り付けられていた。この構成において、現地にて粒子線照射装置に組み込む際に、第一偏向電磁石１１を位置調整機構５１により、第二偏向電磁石を位置調整機構５２により、それぞれ１台ずつアライメントを行っており、現地作業時間を多く費やしていた。

これに対し、図１の本発明の実施の形態１による走査電磁石１では、現地でのアライメント作業は、走査電磁石位置調整機構６による走査電磁石１全体のアライメント作業のみで良いため、アライメント作業の時間が少なくなる。また、第一偏向電磁石１１および第二偏向電磁石１２が電磁石架台２および固定用電磁石架台３に挟まれて固定されているので、工場で水平状態で第一偏向電磁石１１に対して第二偏向電磁石１２の位置を調整した後、現地で９０度起こして粒子線照射装置に組み込む際に、第一偏向電磁石１１と第二偏向電磁石１２との位置関係が変化し難い。さらに、工場におけるアライメント作業においても、軽い方の第二偏向電磁石の位置を調整するようにしているため、アライメント作業が容易になる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 走査電磁石、２ 電磁石架台、３ 固定用電磁石架台、５ ＹＺ位置調整機構、６ 走査電磁石位置調整機構、７ 走査電磁石据付架台７、１１ 第一偏向電磁石、１２ 第二偏向電磁石、３１ 位置調整用薄板

Claims (3)

1. Ｚ方向に進行する粒子線を、前記Ｚ方向と垂直な一方向であるＸ方向に偏向する第一偏向電磁石と、Ｚ方向に進行する粒子線を、前記Ｚ方向と前記Ｘ方向に垂直なＹ方向に偏向する第二偏向電磁石とが、前記Ｚ方向に並んで配置されている走査電磁石において、
   前記第一偏向電磁石は前記第二偏向電磁石よりも重く、
   前記第一偏向電磁石は電磁石架台と、この電磁石架台に対向して配置された固定用電磁石架台に固定されており、
   前記第二偏向電磁石が前記第一偏向電磁石との位置関係を調整するための位置調整機構を介して前記電磁石架台に取り付けられていることを特徴とする走査電磁石。
2. 前記第二偏向電磁石の前記電磁石架台と前記固定用電磁石架台に挟まれた方向の前記位置調整機構は、前記電磁石架台および前記固定用電磁石架台の少なくとも一方と前記第二偏向電磁石との間に挟まれる位置調整用薄板であることを特徴とする請求項１に記載の走査電磁石。
3. 請求項１または２に記載の走査電磁石を備えた粒子線照射装置の製造方法であって、
   前記Ｚ方向が水平方向となる状態で、前記第一偏向電磁石に対する前記第二偏向電磁石の位置を前記位置調整機構により調整した後、前記第二偏向電磁石を前記固定用電磁石架台に固定して走査電磁石を組み立てる第一工程と、
   前記第一工程により組み立てられた走査電磁石を、前記Ｚ方向が重力方向となる状態にして、走査電磁石据付架台に走査電磁石位置調整機構を介して搭載し、前記走査電磁石位置調整機構により、当該粒子線照射装置において設計された粒子線の軸に対して前記走査電磁石の位置を調整する第二工程を含むことを特徴とする走査電磁石を備えた粒子線照射装置の製造方法。

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