JPH11142596A - 荷電粒子ビーム出射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】走査電磁石の磁極の間隔を狭くして、走査電磁
石における消費電力を軽減することができる荷電粒子ビ
ーム出射装置を提供することにある。 【解決手段】荷電粒子ビーム走査用の走査電磁石１０
０，１１０を有し、加速器から出射された荷電粒子ビー
ムを出力する照射装置を備えた荷電粒子ビーム出射装置
において、走査電磁石１００と走査電磁石１１０の間に
四極電磁石４，５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は癌の治療，食品の殺
菌，植物の品種改良，機械構造物の非破壊検査などに用
いられる荷電粒子ビームを出射する荷電粒子ビーム出射
装置に係り、特に走査電磁石における消費電力を低減で
きる荷電粒子ビーム出射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】加速器等で発生した高エネルギーの荷電
粒子ビーム（以下、ビームと呼ぶ）を癌の治療に用いる
場合、ビームを走査して照射対象である患部を照射する
照射方法と、ビームを拡大し、拡大したビームをコリメ
ータで照射対象である患部の形状に成形して患部を照射
する照射方法とがある。

【０００３】上記２つの照射方法のうち、前者のビーム
を走査して照射する照射方法としては、ビームを円形に
走査するウォブラー法，ビームをジグザグに走査するラ
スター走査法、及び照射対象をピクセル状に照射するピ
クセル走査法がある。これらの照射方法には何れも２つ
の走査電磁石が用いられ、２つの走査電磁石は偏向の向
きが互いに垂直に設定される。走査電磁石は、ビームの
進行方向に対して垂直な面内においてビームを走査す
る。

【０００４】図９は、ウォブラー法を用いて癌の治療を
行う従来の荷電粒子ビーム出射装置を示す。加速器（図
示せず）から出射されたビームは回転ガントリーに入射
され、照射ノズル４０から出力される。照射ノズル４０
において、ビームは２つの走査電磁石１００，１１０に
より患部位置で円形に走査される。なお、走査電磁石１
００はビームをＸ方向に偏向し、走査電磁石１１０はＹ
方向に偏向する。両走査電磁石による偏向量を時間的に
変化させることによって、ビームを円形に走査すること
が可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術では、
走査電磁石１００の偏向の方向に走査電磁石１１０の磁
極があるため、走査電磁石１００により偏向されたビー
ムが走査電磁石１１０の磁極に衝突しないように、走査
電磁石１１０の磁極の間隔を十分に広げる必要があっ
た。磁極の間隔を広げた場合に、必要とされる磁場を発
生させるためには、磁極の間隔が狭い場合に比べて多く
の電流を磁極に供給する必要があり、走査電磁石１１０
における消費電力が増大するという問題があった。

【０００６】本発明の目的は、走査電磁石の磁極の間隔
を狭くして、走査電磁石における消費電力を低減するこ
とができる荷電粒子ビーム出射装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する第１
発明の特徴は、荷電粒子ビーム走査用の走査電磁石を複
数有し、加速器から出射された荷電粒子ビームを出力す
る照射装置を備えた荷電粒子ビーム出射装置において、
前記複数の走査電磁石のうちの２つの走査電磁石の間に
四極電磁石を設けたことにある。

【０００８】２つの走査電磁石の間に四極電磁石を設け
たことにより、荷電粒子ビームの中心軌道が交差する点
が走査電磁石の有効磁場範囲内となるように、荷電粒子
ビームのベータトロン振動を調節することができるた
め、走査電磁石の磁極の間隔を狭くすることができ、走
査電磁石における消費電力を低減することができる。な
お、有効磁場範囲とは走査電磁石が発生する磁場のうち
荷電粒子ビームを偏向させる磁場が発生している範囲を
いう。具体的には、走査電磁石の磁極の端部から磁極の
間隔程度離れた位置までが有効磁場範囲となる。このよ
うに有効磁場範囲が磁極の外側にまで及ぶのは、漏れ磁
場が存在するためである。

【０００９】上記目的を達成する第２発明の特徴は、前
記四極電磁石に電流を供給する電源と、前記電源から出
力される電流を制御する制御装置とを有し、前記２つの
走査電磁石は、第１走査電磁石と、前記四極電磁石を挾
んで前記第１走査電磁石の下流にある第２走査電磁石か
らなり、前記制御装置は、荷電粒子ビームの中心軌道が
交差する点が、前記第２走査電磁石の有効磁場範囲内と
なるように前記電流を制御することにある。

【００１０】荷電粒子ビームの中心軌道が交差する点が
第２走査電磁石の有効磁場範囲内となるように、２つの
走査電磁石の間に設けられた四極電磁石に供給される電
流を制御することにより、第２走査電磁石の磁極の間隔
を狭くすることができ、第２走査電磁石における消費電
力を低減することができる。

【００１１】上記目的を達成する第３発明の特徴は、前
記荷電粒子ビームの中心軌道が交差する点は、前記有効
磁場範囲内にある前記第２走査電磁石の中心位置に合わ
せられることにある。

【００１２】荷電粒子ビームの中心軌道が交差する点
を、第２走査電磁石の中心位置に合わせることにより、
第２走査電磁石の磁極の間隔を最小にすることができ、
第２走査電磁石における消費電力を大幅に低減すること
ができる。

【００１３】上記目的を達成する第４発明の特徴は、前
記四極電磁石に電流を供給する電源と、前記電源から出
力される電流を制御する制御装置とを有し、前記２つの
走査電磁石は、第１走査電磁石と、前記四極電磁石を挾
んで前記第１走査電磁石の下流にある第２走査電磁石か
らなり、前記制御装置は、前記第１走査電磁石と前記第
２走査電磁石における荷電粒子ビームのベータトロン振
動の位相差が、略180度の整数倍になるように前記電流
を制御することにある。

【００１４】第１走査電磁石と第２走査電磁石における
荷電粒子ビームのベータトロン振動の位相差が、略１８
０度の整数倍になるように、２つの走査電磁石の間に設
けられた四極電磁石に供給される電流を制御することに
より、荷電粒子ビームの中心軌道が交差する点が第２走
査電磁石の有効磁場範囲内となるため、第２走査電磁石
の磁極の間隔を狭くすることができ、第２走査電磁石に
おける消費電力を低減することができる。

【００１５】上記目的を達成する第５発明の特徴は、荷
電粒子ビーム走査用の走査電磁石を複数有し、加速器か
ら出射された荷電粒子ビームを出力する照射装置を備え
た荷電粒子ビーム出射装置において、前記複数の走査電
磁石は、第１走査電磁石と、前記第１走査電磁石の下流
にある第２走査電磁石とを含み、荷電粒子ビームの中心
軌道が交差する点が、前記第２走査電磁石の有効磁場範
囲内にあることにある。

【００１６】荷電粒子ビームの中心軌道が交差する点
が、第２走査電磁石の有効磁場範囲内にあるため、第２
走査電磁石の磁極の間隔を狭くすることができ、第２走
査電磁石における消費電力を低減することができる。

【００１７】上記目的を達成する第６発明の特徴は、荷
電粒子ビーム走査用の走査電磁石を複数有し、加速器か
ら出射された荷電粒子ビームを出力する照射装置を備え
た荷電粒子ビーム出射装置において、前記複数の走査電
磁石は、第１走査電磁石と、前記第１走査電磁石の下流
にある第２走査電磁石とを含み、前記第１走査電磁石と
前記第２走査電磁石における荷電粒子ビームのベータト
ロン振動の位相差が、略１８０度の整数倍であることに
ある。

【００１８】第１走査電磁石と第２走査電磁石における
荷電粒子ビームのベータトロン振動の位相差が、略１８
０度の整数倍であるため、荷電粒子ビームの中心軌道が
交差する点が第２走査電磁石の有効磁場範囲内となり、
第２走査電磁石の磁極の間隔を狭くすることができる。
よって、第２走査電磁石における消費電力を低減するこ
とができる。

【００１９】上記目的を達成する第７発明の特徴は、前
記複数の走査電磁石のうち最も下流にある走査電磁石の
下流に、四極電磁石及び偏向電磁石の少なくとも一方を
備えたことにある。

【００２０】複数の走査電磁石のうち最も下流にある走
査電磁石の下流に、四極電磁石及び偏向電磁石の少なく
とも一方を備えたことにより、荷電粒子ビームの中心軌
道を、走査電磁石により偏向しない場合の荷電粒子ビー
ムの中心軌道と平行にすることができ、正常組織におけ
る線量を低減できる。

【００２１】上記目的を達成する第８発明の特徴は、前
記四極電磁石に電流を供給する電源と、前記偏向電磁石
に電流を供給する電源と、前記電源から出力される電流
を制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、荷電粒
子ビームの中心軌道が、前記走査電磁石により偏向しな
い場合の荷電粒子ビームの中心軌道と平行となるように
前記電流を制御することにある。

【００２２】荷電粒子ビームの中心軌道が、走査電磁石
により偏向しない場合の荷電粒子ビームの中心軌道と平
行となるように、四極電磁石に供給される電流と、偏向
電磁石に供給される電流を制御することにより、正常組
織における線量を低減できる。

【００２３】上記目的を達成する第９発明の特徴は、前
記照射装置は、回転ガントリーであって、前記走査電磁
石は、前記回転ガントリーのビーム輸送系に配置される
ことにある。

【００２４】走査電磁石を回転ガントリーのビーム輸送
系に配置することにより、回転ガントリーの回転半径を
小さくすることができ、回転ガントリーが配置される建
屋を小さくできる。よって、建設コストを低減すること
ができる。

【００２５】上記目的を達成する第１０発明の特徴は、
荷電粒子ビームの軌道上に散乱体を配置したことにあ
る。

【００２６】荷電粒子ビームの軌道上に散乱体を配置し
たことにより、散乱体で荷電粒子ビームの径を拡大する
ことができ、荷電粒子ビームの走査量を減らすことがで
きる。よって、荷電粒子ビームを照射する時間を低減す
ることができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
例を詳細に説明する。

【００２８】（実施例１）図１は本発明の好適な一実施
例である荷電粒子ビーム出射装置を示す。なお、本実施
例の荷電粒子ビーム出射装置は、荷電粒子ビーム（以
下、ビームと呼ぶ）を患者の患部に照射することにより
癌の治療を行うものであり、図１は、患者用ベッド４０
０の回りを回転軸を中心に回転可能な回転ガントリーを
示す。

【００２９】図１において、加速器（図示せず）から出
射されたビームは、回転ガントリーに入射される。回転
ガントリーに入射されたビームは、四極電磁石１〜５及
び偏向電磁石６〜８が発生する磁場により、予め設定さ
れた軌道に沿って照射ノズル４０に輸送される。なお、
四極電磁石１〜５の各々には電流を供給するための電源
１０が設けられ、四極電磁石１〜５は電源１０より供給
される電流に応じた磁場強度の磁場を発生する。一方、
偏向電磁石６〜８の各々にも電源２０が設けられてお
り、偏向電磁石６〜８は電源２０より供給される電流に
応じた磁場強度の磁場を発生する。電源１０及び２０が
出力する電流は、制御装置３０においてビームのエネル
ギー等に基づき決定され、制御装置３０の出力信号によ
り各電源に設定される。以下、偏向電磁石６から偏向電
磁石８までの構成をビーム輸送系と総称する。

【００３０】本実施例では、走査電磁石１００が四極電
磁石３と四極電磁石４の間に設けられ、走査電磁石１１
０は偏向電磁石８の下流の照射ノズル４０内に設けられ
る。走査電磁石１００は、偏向電磁石６〜８の偏向面方
向（ＸＺ面方向）にビームを偏向する走査電磁石で、偏
向電磁石６〜８の偏向面に対して垂直な方向(Ｙ方向)の
磁場を発生する。走査電磁石１１０は、偏向電磁石６〜
８の偏向面に垂直な方向（Ｙ方向）にビームを偏向する
走査電磁石で、偏向電磁石６〜８の偏向面方向（ＸＺ面
方向）の磁場を発生する。走査電磁石１００及び１１０
には、それぞれ電源１５０及び１６０が設けられ、制御
装置３０の出力信号に基づいた大きさの電流が電源１５
０及び１６０から走査電磁石１００及び１１０に与えら
れる。走査電磁石１００及び１１０は、供給された電流
に応じた磁場強度の磁場を発生する。この制御装置３０
の出力信号を時間的に変化させて、電源１５０及び１６
０が出力する電流、及び走査電磁石１００及び１１０が
発生する磁場の磁場強度を時間的に変化させることによ
り、患部においてビームを走査することができる。な
お、制御装置３０から電源１５０及び１６０に与えられ
る出力信号は、患部の形状やビームの強度等に基づいて
決定される。

【００３１】図２は、回転ガントリーを直線で表わした
場合のビームの中心軌道及び各電磁石の配置を示す。な
お、図２（ａ）は偏向電磁石６〜８の偏向面に対して垂
直な方向（Ｙ方向）から見た回転ガントリーを示し、図
２（ｂ）は偏向電磁石６〜８の偏向面方向（ＸＺ面方
向）から見た回転ガントリーを示す。

【００３２】図２（ｂ）に示すように、ＸＺ面方向から
見ると、走査電磁石１１０が発生する磁場によりビーム
がＹ方向に偏向され、ビームの軌道勾配が変化してい
る。一方のＹ方向から見た場合にも、図２（ａ）に示す
ように、走査電磁石１００により偏向電磁石６〜８の偏
向面に対して垂直の磁場を発生させると、ビームがＸＺ
面方向に偏向され、ビームの軌道勾配が変化するが、走
査電磁石１００の下流では四極電磁石４及び５の作用に
よりビームがベータトロン振動をしながら進んでいく。
つまり、走査電磁石１００により偏向されたビームは、
四極電磁石４及び５により回転ガントリーの中心方向に
偏向され、走査電磁石１１０を通過するときには、走査
電磁石１１０の中心を通る。このとき、走査電磁石１０
０と走査電磁石１１０におけるビームのベータトロン振
動の位相差は略１８０度となっている。このように、走
査電磁石１１０において、ビームが走査電磁石１１０の
中心位置を通るため、走査電磁石１１０の磁極の間隔を
狭くすることができ、その結果、走査電磁石１１０にお
ける消費電力を低減することができる。なお、ビームを
走査電磁石１１０の中心位置を通過させる方法について
は後述する。

【００３３】次に、走査電磁石１００と走査電磁石１１
０の制御について述べる。患部位置でのビームの走査の
方向は、走査電磁石１００と走査電磁石１１０の間のベ
ータトロン振動の位相差で決まる。本実施例では、走査
電磁石１００と走査電磁石１１０の間のベータトロン振
動の位相差が略１８０度であるので、図２（ａ）に示す
ように、患部位置においてビームは走査電磁石１００で
偏向された方向と逆の方向に走査される。例えば、走査
電磁石１００と走査電磁石１１０の間のベータトロン振
動の位相差を略３６０度とすると、患部位置においてビ
ームは走査電磁石１００で偏向された方向と同じ方向に
走査される。

【００３４】また、本実施例において、走査電磁石１０
０及び１１０のコイルには、正弦波で位相差が略９０度
である電流が電源１５０及び１６０よりそれぞれ供給さ
れ、それぞれの電流の振幅は、走査電磁石１１０の位置
でのＸＺ面方向及びＹ方向の軌道勾配の最大値が等しく
なるように制御される。その結果、ビームは患部位置で
円弧を描く。なお、本実施例では患部位置においてビー
ムを円形に走査しているが、走査電磁石１００に供給す
る電流をのこぎり波または三角波とし、走査電磁石１１
０に供給する電流を時間とともに増加するように制御す
ることにより、ビームをジグザグに走査することもでき
る。また、走査電磁石１００及び１１０のそれぞれに階
段状に変化する電流を与え、磁場の時間変化が実質的に
０のときにのみビームを照射する制御も考えられる。

【００３５】上記のいずれの走査方法においても走査電
磁石１１０の磁極の間隔を狭くすることができる。

【００３６】走査電磁石１１０の下流には、位置モニタ
ー５００，形状モニター５０１、及び線量モニター５０
２が設けられており、それぞれビームの位置，ビームの
形状，ビームの線量を検出する。各モニターの検出信号
はデータ処理装置５０に入力され、制御装置３０におい
て処理可能な信号に変換される。データ処理装置５０で
変換された各検出信号は、制御装置３０に入力される。
制御装置３０は、入力された各モニターの検出信号に基
づいて、電源１０，２０，１５０及び１６０を制御す
る。例えば、ビームの走査速度は、線量モニター５０２
によって検出された線量に基づいて制御できる。

【００３７】次に、ビームを走査電磁石１１０の中心位
置を通過させる方法について説明する。走査電磁石１１
０において、ビームを走査電磁石１１０の中心位置を通
過させる方法としては、以下の方法がある。まず、回転
ガントリーにおける四極電磁石や偏向電磁石の配置が予
め決まっている場合は、走査電磁石１１０の位置を決め
た後、走査電磁石１１０の上流側で、かつ走査電磁石１
１０の位置に対してビームのベータトロン振動の位相差
が略１８０度となる位置を走査電磁石１００の位置とす
る。このことにより、走査電磁石１１０ではビームが中
心位置を通過する。なお、位相差が略１８０度となる位
置は、計算によって求めることができる。

【００３８】一方、走査電磁石１００及び１１０の位置
を決めた後、走査電磁石１００と走査電磁石１１０の間
に配置された単数または複数の四極電磁石の磁場の磁場
強度を調整することにより、走査電磁石１００と走査電
磁石１１０の間のベータトロン振動の位相差を略１８０
度とすることもできる。なお、必要とされる四極電磁石
の磁場の磁場強度は、計算によって求められる。

【００３９】以上のように、上記いずれの場合でも走査
電磁石の配置や四極電磁石の磁場強度を、計算により求
めることが可能であるが、ビームを実際に出力して、位
置モニター５００及び形状モニター５０１によりビーム
の位置，サイズを検出し、その結果に応じて調整するこ
ともできる。

【００４０】このように、走査電磁石１００と走査電磁
石１１０の間のベータトロン振動の位相差を略１８０度
とすると、走査電磁石１００が発生する磁場の磁場強度
にかかわらず、ビームは常に走査電磁石１１０の中心位
置を通過する。つまり、走査電磁石１００による偏向量
の違いによりビームの中心軌道が変化しても、ビームは
必ず走査電磁石１１０の中心位置を通過するため、ビー
ムの中心軌道を重ねあわせてみると走査電磁石１１０の
中心位置でビームの中心軌道が交差する（以下、この交
差する点をビームの焦点と呼ぶ）。

【００４１】以上説明したように、ビームの焦点を走査
電磁石１１０の中心位置に合わせることにより、走査電
磁石１１０の磁極の間隔を狭くすることができ、よっ
て、走査電磁石１１０における消費電力を低減すること
ができる。また、走査電磁石１１０の磁極の間隔を狭く
することにより、走査電磁石１１０からの漏れ磁場を低
減することができるため、走査電磁石１１０の周辺にあ
る機器への磁場の影響を軽減することができる。例え
ば、周辺の機器に流れる渦電流を低減することができ
る。

【００４２】更に、本実施例によれば、照射ノズル４０
内に配置される走査電磁石が１つであり、従来の２つ配
置する場合に比べて、照射ノズル４０における機器配置
のスペースが広くなる。従って、照射ノズル４０内の機
器の組み立てが容易になり、作業効率が向上する。ま
た、照射ノズル４０内に配置する走査電磁石が１つにな
ったことにより、照射ノズル４０の重量が軽くなるの
で、照射ノズル４０の支持構造を簡略化できる。

【００４３】（実施例２）本発明の他の実施例である荷
電粒子ビーム出射装置を図３を用いて以下に説明する。
なお、本実施例については、主に前述の実施例１と異な
る箇所について説明する。

【００４４】本実施例では、図３に示すように、回転ガ
ントリーの偏向電磁石を６と７′の２台とした。実施例
１に比べて、本実施例では回転ガントリーの偏向電磁石
の数が１台少ないため、電源２０の数も１台少なくな
り、制御装置３０により制御する電源の数を１台減らす
ことができる。よって、制御装置３０における制御が簡
単になり、制御装置３０の構成も簡単化できる。また、
実施例１と同様の作用効果も得ることができる。なお、
本実施例では、ビームの焦点が走査電磁石１１０の中心
位置にくるように、走査電磁石１００の下流に配置され
る四極電磁石４によるビームの偏向量を調節する。

【００４５】（実施例３）本発明の他の実施例である荷
電粒子ビーム出射装置を図４を用いて以下に説明する。
なお、本実施例については、主に前述の実施例１と異な
る箇所について説明する。

【００４６】本実施例では、図４に示すように、回転ガ
ントリーの偏向電磁石を４台で構成し、走査電磁石１１
０を偏向電磁石７と偏向電磁石８の間に配置する。ま
た、偏向電磁石８の下流には、四極電磁石５及び偏向電
磁石９が配置される。

【００４７】図５は、回転ガントリーを直線で表わした
場合のビームの中心軌道及び各電磁石の配置を示す。な
お、図５（ａ）は偏向電磁石６〜９の偏向面に対して垂
直な方向（Ｙ方向）から見た回転ガントリーを示し、図
５（ｂ）は偏向電磁石６〜９の偏向面内方向（ＸＺ面方
向）から見た回転ガントリーを示す。

【００４８】図５（ａ）に示すように、Ｙ方向から見る
と、走査電磁石１００により偏向されたビームは、四極
電磁石４によりベータトロン振動の位相が調整され、走
査電磁石１１０の中心位置にビームの焦点が合わせられ
る。走査電磁石１１０を通過したビームは、偏向電磁石
８，四極電磁石５，偏向電磁石９を順に通過するが、通
過する際に各電磁石が発生する磁場により偏向され、偏
向電磁石９から出力されるときのビームの向きは、走査
電磁石により偏向しない場合のビームの中心軌道（以
下、設計軌道と呼ぶ）と平行になっている。なお、四極
電磁石５，偏向電磁石８及び９において必要とされる磁
場は計算により求められ、その値に応じて電源１０，２
０が制御される。

【００４９】一方、図５（ｂ）に示すように、ＸＺ面方
向から見ても、走査電磁石１１０により偏向されたビー
ムは、偏向電磁石８，四極電磁石５，偏向電磁石９を通
過する際に、各電磁石の磁場により偏向され、偏向電磁
石９から出力されるときには、ビームの向きは設計軌道
と平行になっている。

【００５０】本実施例によれば、設計軌道と平行なビー
ムを出力するため、設計軌道に対して角度を持つビーム
（ファンビーム）を出力する場合に比べて、正常組織に
おける線量を低減できる。なお、この線量を低減できる
という効果は、体表に近い部分ほど大きくなる。

【００５１】また、走査電磁石１１０を、回転ガントリ
ーの照射ノズル４０からビーム輸送系に移動したため、
回転ガントリーの回転半径を小さくすることができる。
よって、回転ガントリーが配置される建屋を小さくする
ことができ、建設コストを低減できる。加えて、照射ノ
ズル４０に走査電磁石を配置しないため、照射ノズル４
０における機器配置のスペースが更に広くなる。従っ
て、照射ノズル４０内の機器の組み立てが容易になり、
作業効率が向上する。また、照射ノズル４０内に走査電
磁石を配置しないので、照射ノズル４０の重量がより軽
くなり、照射ノズル４０の支持構造をより簡略化でき
る。

【００５２】更に、本実施例によれば、前述の実施例１
と同様の作用効果も得ることができる。

【００５３】なお、図４に示す構成に限らず、図６及び
図７に示す荷電粒子ビーム出射装置でも本実施例と同様
の作用効果が得られる。つまり、図６及び図７の荷電粒
子ビーム出射装置は、走査電磁石１１０が回転ガントリ
ーのビーム輸送系にあり、かつ走査電磁石１１０の下流
に偏向電磁石或いは四極電磁石が配置され、しかもビー
ムの焦点が走査電磁石１１０の中心位置となるように構
成されている。

【００５４】（実施例４）本発明の他の実施例である荷
電粒子ビーム出射装置を図８を用いて以下に説明する。
なお、本実施例については、主に前述の実施例１と異な
る箇所について説明する。

【００５５】本実施例では、図８に示すように、走査電
磁石１１０の下流に散乱体７００を配置している。従っ
て、走査電磁石１１０から出力されたビームは、散乱体
700により径が拡大されて患部に照射される。このよう
に、散乱体７００でビームの径を拡大することにより、
ビームの走査量を減らすことができ、ビームを照射する
時間を低減できる。なお、本実施例では、散乱体７００
を走査電磁石１１０の下流に配置しているが、ビームの
軌道上であれば散乱体７００をどこに配置してもビーム
の径を拡大でき、ビームの走査量を減らすことができ
る。しかし、走査電磁石１１０の上流で、かつ走査電磁
石１１０から離れた位置に散乱体７００を配置すると、
走査電磁石１１０の磁極の間隔を広げなければならなく
なるため、散乱体７００は、本実施例のように走査電磁
石１１０の下流に配置するか、或いは上流で、かつ走査
電磁石１１０に近い位置（例えば、走査電磁石１１０と
偏向電磁石８の間）に配置するのが好ましい。

【００５６】また、本実施例によれば、走査電磁石１０
０，１１０によるビームの走査と、散乱体７００による
ビームの拡大の両者の効果により、必要な領域を一様に
照射することができる。

【００５７】更に、散乱体７００を用いることにより、
ビームのエネルギーが変更された場合でも、ビームの形
状を一定にすることができる。照射ノズル４０には、位
置モニター５００，形状モニター５０１、及び線量モニ
ター５０２などの機器が配置されており、これらの機器
によりビームは散乱されて拡大するが、ビームのエネル
ギーが変更された場合、上記機器による散乱強度が異な
るために、患部におけるビームの径が変化する。しか
し、散乱体７００をビームのエネルギーに応じて自動な
いしは手動により交換することにより、ビームの径の変
化分を調整することができる。

【００５８】なお、本実施例においても、実施例１と同
様の作用効果を得ることができる。以上説明した各実施
例では、ビームの焦点を走査電磁石１１０の中心位置に
合わせているが、必ずしも走査電磁石１１０の中心位置
である必要はなく、ビームの焦点を走査電磁石１１０の
有効磁場範囲内とすれば、従来の荷電粒子ビーム出射装
置と比較して、走査電磁石１１０の磁極の間隔を十分狭
くすることができる。なお、有効磁場範囲とは走査電磁
石１１０が発生する磁場のうちビームを偏向させる磁場
が発生している範囲をいう。具体的には、走査電磁石１
１０の磁極の端部から磁極の間隔程度離れた位置までが
有効磁場範囲となる。このように有効磁場範囲が磁極の
外側にまで及ぶのは、漏れ磁場が存在するためである。
また、各実施例では、走査電磁石１００と走査電磁石１
１０の間のベータトロン振動の位相差を略１８０度とし
ているが、略１８０度の整数倍であれば同様の効果が得
られる。

【００５９】更に、各実施例では走査電磁石１００の下
流に配置される四極電磁石を１台或いは２台としている
が、走査電磁石１００と走査電磁石１１０の距離がベー
タトロン振動の位相差が略１８０度あるいは略１８０度
の整数倍になる距離であれば、四極電磁石の数が３台以
上であっても同様の効果が得られることは言うまでもな
い。また、四極電磁石と偏向電磁石の位置関係について
も、走査電磁石１００と走査電磁石１１０の距離がベー
タトロン振動の位相差が略１８０度あるいは略１８０度
の整数倍になるように配置されるのであれば、前述の各
実施例の構成に限定されるものではない。

【００６０】加えて、各実施例ではビーム走査用に電磁
石を用いているが、永久磁石を回転させることにより回
転磁界を作って、ビームを円形に走査してもよい。ま
た、各実施例では照射装置として患者用ベッドの回りを
回転可能な回転ガントリーについて説明しているが、固
定の照射装置や、ビームの輸送装置が直線状の照射装置
でも偏向電磁石及び四極電磁石を適切に配置することに
より同様の作用効果を得られる。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように第１発明によれば、
走査電磁石の磁極の間隔を狭くすることができ、走査電
磁石における消費電力を低減することができる。

【００６２】第２発明によれば、第２走査電磁石の磁極
の間隔を狭くすることができ、第２走査電磁石における
消費電力を低減することができる。

【００６３】第３発明によれば、第２走査電磁石の磁極
の間隔を最小にすることができ、第２走査電磁石におけ
る消費電力を大幅に低減することができる。

【００６４】第４〜第６発明によれば、第２発明と同様
の作用効果を得ることができる。

【００６５】第７発明によれば、荷電粒子ビームの中心
軌道を、走査電磁石により偏向しない場合の荷電粒子ビ
ームの中心軌道と平行にすることができ、正常組織にお
ける線量を低減できる。

【００６６】第８発明によれば、正常組織における線量
を低減できる。

【００６７】第９発明によれば、回転ガントリーの回転
半径を小さくすることができ、回転ガントリーが配置さ
れる建屋を小さくできるため、建設コストを低減でき
る。

【００６８】第１０発明によれば、荷電粒子ビームの走
査量を減らすことができ、荷電粒子ビームを照射する時
間を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な一実施例である荷電粒子ビーム
出射装置の構成図である。

【図２】図１の実施例における荷電粒子ビームの中心軌
道と各電磁石の配置を示す図である。

【図３】本発明の他の実施例である荷電粒子ビーム出射
装置の構成図である。

【図４】本発明の他の実施例である荷電粒子ビーム出射
装置の構成図である。

【図５】図４の実施例における荷電粒子ビームの中心軌
道と各電磁石の配置を示す図である。

【図６】本発明の他の実施例である荷電粒子ビーム出射
装置の構成図である。

【図７】本発明の他の実施例である荷電粒子ビーム出射
装置の構成図である。

【図８】本発明の他の実施例である荷電粒子ビーム出射
装置の構成図である。

【図９】従来の荷電粒子ビーム出射装置の構成図であ
る。

【符号の説明】

１，２，３，４，５…四極電磁石、６，７，８，９…偏
向電磁石、１０，２０，１５０，１６０…電源、３０…
制御装置、４０…照射ノズル、１００，１１０…走査電
磁石、４００…患者用ベッド、５００…位置モニター、
５０１…形状モニター、５０２…線量モニター、７００
…散乱体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 乗峯 哲朗 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】荷電粒子ビーム走査用の走査電磁石を複数
   有し、加速器から出射された荷電粒子ビームを出力する
   照射装置を備えた荷電粒子ビーム出射装置において、 前記複数の走査電磁石のうちの２つの走査電磁石の間に
   四極電磁石を設けたことを特徴とする荷電粒子ビーム出
   射装置。
2. 【請求項２】前記四極電磁石に電流を供給する電源と、
   前記電源から出力される電流を制御する制御装置とを有
   し、前記２つの走査電磁石は、第１走査電磁石と、前記
   四極電磁石を挾んで前記第１走査電磁石の下流にある第
   ２走査電磁石からなり、前記制御装置は、荷電粒子ビー
   ムの中心軌道が交差する点が、前記第２走査電磁石の有
   効磁場範囲内となるように前記電流を制御することを特
   徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム出射装置。
3. 【請求項３】前記荷電粒子ビームの中心軌道が交差する
   点は、前記有効磁場範囲内にある前記第２走査電磁石の
   中心位置に合わせられることを特徴とする請求項２記載
   の荷電粒子ビーム出射装置。
4. 【請求項４】前記四極電磁石に電流を供給する電源と、
   前記電源から出力される電流を制御する制御装置とを有
   し、前記２つの走査電磁石は、第１走査電磁石と、前記
   四極電磁石を挾んで前記第１走査電磁石の下流にある第
   ２走査電磁石からなり、前記制御装置は、前記第１走査
   電磁石と前記第２走査電磁石における荷電粒子ビームの
   ベータトロン振動の位相差が、略１８０度の整数倍にな
   るように前記電流を制御することを特徴とする請求項１
   記載の荷電粒子ビーム出射装置。
5. 【請求項５】荷電粒子ビーム走査用の走査電磁石を複数
   有し、加速器から出射された荷電粒子ビームを出力する
   照射装置を備えた荷電粒子ビーム出射装置において、 前記複数の走査電磁石は、第１走査電磁石と、前記第１
   走査電磁石の下流にある第２走査電磁石とを含み、荷電
   粒子ビームの中心軌道が交差する点が、前記第２走査電
   磁石の有効磁場範囲内にあることを特徴とする荷電粒子
   ビーム出射装置。
6. 【請求項６】荷電粒子ビーム走査用の走査電磁石を複数
   有し、加速器から出射された荷電粒子ビームを出力する
   照射装置を備えた荷電粒子ビーム出射装置において、 前記複数の走査電磁石は、第１走査電磁石と、前記第１
   走査電磁石の下流にある第２走査電磁石とを含み、前記
   第１走査電磁石と前記第２走査電磁石における荷電粒子
   ビームのベータトロン振動の位相差が、略１８０度の整
   数倍であることを特徴とする荷電粒子ビーム出射装置。
7. 【請求項７】前記複数の走査電磁石のうち最も下流にあ
   る走査電磁石の下流に、四極電磁石及び偏向電磁石の少
   なくとも一方を備えたことを特徴とする請求項１乃至６
   のいずれかに記載の荷電粒子ビーム出射装置。
8. 【請求項８】前記四極電磁石に電流を供給する電源と、
   前記偏向電磁石に電流を供給する電源と、前記電源から
   出力される電流を制御する制御装置とを有し、前記制御
   装置は、荷電粒子ビームの中心軌道が、前記走査電磁石
   により偏向しない場合の荷電粒子ビームの中心軌道と平
   行となるように前記電流を制御することを特徴とする請
   求項７記載の荷電粒子ビーム出射装置。
9. 【請求項９】前記照射装置は、回転ガントリーであっ
   て、前記走査電磁石は、前記回転ガントリーのビーム輸
   送系に配置されることを特徴とする請求項１乃至８のい
   ずれかに記載の荷電粒子ビーム出射装置。
10. 【請求項１０】荷電粒子ビームの軌道上に散乱体を配置
    したことを特徴とする請求項２乃至９のいずれかに記載
    の荷電粒子ビーム出射装置。