WO2015004772A1 - ビーム輸送系及び粒子線治療装置 - Google Patents

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transport system
charged particle
accelerator
particle beam
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和之 花川
菅原　賢悟
周平 小田原
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a beam transport system that transports a charged particle beam composed of charged particles such as protons and heavy particles, and a particle beam therapy system that irradiates an object to be irradiated such as an object or a human body with the transported charged particle beam. is there.
  • a particle beam therapy system is connected to a beam generator that generates a charged particle beam, an accelerator that is connected to the beam generator, and accelerates the generated charged particle beam to an energy set by the accelerator, and then is emitted.
  • a charged particle beam transport system that transports a charged particle beam, and a particle beam irradiation device that is installed on the downstream side of the beam transport system and that irradiates an irradiation target with the charged particle beam.
  • the beam transport system uses the initial beam condition at the point (starting point) between the accelerator and the beam transport system (high energy beam transport system (HEBT system)) as a design value.
  • the intensity of the electromagnet was calculated, the intensity (excitation current) was set in the electromagnet, and the beam was carried so that the beam reached the irradiation position.
  • the accelerator is a cyclotron for small medical use
  • the magnetic field that is not assumed by the synchrotron electromagnets the magnetic field generated by the work error
  • the hexapole electromagnet is appropriately arranged, the Hardt condition is not satisfied, and the outgoing branch of the separatrix may differ depending on the energy.
  • the position of the beam at the irradiation position may change, or the beam diameter may vary. The phenomenon of becoming larger occurred.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining the movement of the beam at the start point in the phase space
  • FIG. 16 is a diagram for explaining the beam trajectory.
  • the horizontal axis in FIG. 15 is the distance ⁇ X in the x direction perpendicular to the beam trajectory center axis
  • the vertical axis is the inclination ⁇ X ′ of ⁇ X with respect to the beam trajectory center axis.
  • the horizontal axis in FIG. 16 is the s axis extending in the beam traveling direction
  • the vertical axis is the distance ⁇ X in the x direction.
  • FIG. 16 shows the positions, the start point S, and the end point T of the deflection electromagnet 63 and the quadrupole electromagnet 64 related to the beam trajectory change.
  • the upper side of FIG. 16 shows the case where the beam emission is ideal, and the lower side of FIG. 16 shows the case where the beam emission deviates from the ideal.
  • the beam optical system of the beam transport system has been designed on the assumption that the beam at the starting point S has no motion and is assumed to have the assumed phase space distribution indicated by the ellipse 62 in FIG.
  • the actual beam has a phase space distribution 60 in which the phase space distribution changes with time as 61a, 61b, 61c.
  • the actual beam intermittently repeats a current value of zero and a value other than zero, and the phase space distribution of the beam is different at times t1, t2, and t3.
  • the phase space distribution of the beam is the phase space distribution 61a at time t1 (spill start), the phase space distribution 61b at time t2 (spill center), and at time t3 (spill end). It is a phase space distribution 61c.
  • the beam in the phase space at the start point S fluctuates on the upstream side as beam trajectories 65a, 65b, 65c, even though there is no movement.
  • the downstream side by adjusting the excitation currents of the deflection electromagnet 63 and the quadrupole electromagnet 64, adjustment can be made so that the beam trajectory coincides with the beam axis (s-axis) and chromatic aberration does not occur at the end point T.
  • the beam trajectories 66a, 66b, and 66c are formed on the downstream side as shown in the lower side of FIG.
  • the chromatic aberration occurs at the end point T, which is the irradiation position.
  • the beam trajectory 66a is a trajectory corresponding to the phase space distribution 61a
  • the beam trajectory 66b is a trajectory corresponding to the phase space distribution 61b
  • the beam trajectory 66c is a trajectory corresponding to the phase space distribution 61c.
  • Patent Document 1 describes a technique for realizing beam size adjustment automation in order to facilitate beam size adjustment.
  • the charged particle beam transport device disclosed in Patent Document 1 is based on a beam size and beam profile measured by a plurality of profile monitors installed between the exit of the accelerator and the entrance of the irradiation device, and a beam focusing device such as a quadrupole electromagnet.
  • a sensitivity calculation device that calculates the sensitivity matrix that indicates the relationship of the beam size to the convergence force of the beam
  • an excitation current correction amount calculation device that calculates the beam convergence force from the set target value of the beam size using the sensitivity matrix
  • the beam converging device is controlled by the excitation current calculated by the excitation current correction amount calculation device.
  • a sensitivity matrix is obtained from a beam size and a beam profile measured by a profile monitor after rough adjustment of beam transport, and an excitation current of each beam converging device is calculated using the sensitivity matrix. Adjustments were made to excite each beam converging device with the excitation current, and this was repeated until the beam size was sufficiently close to the desired value.
  • JP 2011-206237 A (0037 stage to 0049 stage, 0057 stage to 0061 stage, FIGS. 1 and 3)
  • the charged particle beam transport apparatus (corresponding to a beam transport system) of Patent Document 1 uses each beam convergence sensitivity matrix measured with a profile monitor so that the beam size is sufficiently close to a desired value.
  • the beam size was adjusted by calculating the current and repeating the adjustment for exciting each beam converging device with this excitation current.
  • the charged particle beam transport apparatus of Patent Document 1 does not consider chromatic aberration at the start and end points of optical parameter design, even if the beam size measured by the profile monitor on the beam transport path can be a desired value, The chromatic aberration of the beam at the irradiation position cannot be made almost zero.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and a beam transport system capable of substantially reducing chromatic aberration of a beam at a beam irradiation position even when the beam is emitted from a downsized synchrotron. Aim to get.
  • the beam transport system includes at least one deflection electromagnet that deflects a charged particle beam, at least two quadrupole electromagnets that converge or diverge the charged particle beam, and detects profile data of the charged particle beam, Based on one beam profile monitor, a beam analysis device for calculating a beam time variation related amount which is a time variation amount or a beam diameter of the beam position in the beam profile monitor, and calculates an optical parameter of the beam transport system. And an electromagnet power source for setting exciting currents of the deflection electromagnet and the quadrupole electromagnet based on the optical parameters calculated by the optical parameter calculation device.
  • An optical parameter calculation apparatus for a beam transport system is based on a beam time variation related quantity, and a starting point momentum which is a momentum dispersion function of a charged particle beam at a design start point of the beam transport system set on the beam trajectory of an accelerator.
  • the dispersion function is calculated, and the optical parameter is calculated with the initial condition of the starting point momentum dispersion function and the initial condition at the irradiation position when the profile data is detected.
  • the initial moment at the irradiation position when the profile data is detected and the initial condition at the irradiation position when the profile data is detected are calculated based on the initial conditions. Since the excitation currents of the deflecting electromagnet and the quadrupole electromagnet are set based on the optical parameters thus obtained, the chromatic aberration of the beam can be made substantially zero at the beam irradiation position even for the beam emitted from the miniaturized synchrotron.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a particle beam therapy system according to the present invention. It is a figure which shows the structure of the particle beam irradiation apparatus of FIG. It is a figure which shows the beam trajectory before correction
  • FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a particle beam therapy system according to the present invention
  • the particle beam therapy apparatus 20 includes an incident system 1, an accelerator 3, a beam transport system 4, and a particle beam irradiation apparatus 58.
  • the incident system 1 includes an injector 2 and quadrupole electromagnets 6a and 6b.
  • the accelerator 3 includes a plurality of deflection electromagnets 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, 5h, 5i, 5j, 5k, 5l, and 5m, and a plurality of quadrupole electromagnets 6c, 6d, 6e, 6f, 6g, and 6h.
  • the beam transport system 4 includes a plurality of deflection electromagnets 7a, 7b, a plurality of quadrupole electromagnets 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f, 8g, 8h, beam profile monitors 11a, 11b, a beam analysis device 14, An electromagnet power supply 15 and an optical parameter calculation device 17 are included.
  • the reference numerals of the quadrupole electromagnets of the incident system 1 and the accelerator 3 are generally 6 and 6a to 6n are used when they are distinguished from each other.
  • deviation electromagnet of the accelerator 3 uses 5 generally, and uses 5a thru
  • the reference numerals of the deflection electromagnets of the beam transport system 4 are generally 7, and 7a and 7b are used when they are described separately.
  • the reference numeral of the quadrupole electromagnet of the beam transport system 4 is 8 as a whole, and 8a to 8h are used in the case of distinction.
  • the reference sign of the deflection electromagnet of the beam profile monitor is 11 as a whole, and 11a and 11b are used in the case of distinction.
  • the deflection electromagnets 5 and 7 deflect the charged particle beam, and the quadrupole electromagnets 6 and 8 converge or diverge the charged particle beam.
  • the axis in the traveling direction (s direction) of the charged particle beam is the s axis
  • the axis is perpendicular to the s axis
  • the x direction axis is the direction extending outside the orbital plane of the accelerator 3 x.
  • An axis in the y direction perpendicular to the axis, the s axis, and the y axis is referred to as a y axis.
  • the acceleration cavity 9 accelerates the charged particle beam that circulates in the accelerator 3.
  • the x-direction kick electrode 10 is an electrode that is pushed by an electric field from the circumferential direction to the outer circumferential side (x direction) in order to emit a charged particle beam to the beam transport system 4.
  • the beam profile monitor 11 detects beam profile data for calculating the beam position, beam size, etc. of the charged particle beam.
  • the beam transport system 4 transports the charged particle beam to the irradiation position T via the particle beam irradiation device 58.
  • the charged particle beam which is a particle beam such as a proton beam generated by the ion source of the injector 2, is accelerated by the former accelerator of the injector 2, and converges or diverges the charged particle beam by the quadrupole electromagnets 6 a and 6 b to the accelerator 3.
  • the accelerator 3 will be described using a synchrotron as an example.
  • the charged particle beam is accelerated to a predetermined energy.
  • the charged particle beam enters the beam transport system 4 from the deflecting electromagnet 7a installed in the accelerator 3, is transported to the irradiation position T via the particle beam irradiation device 58, and is an irradiation target 45 (see FIG. 2) of the patient.
  • the affected area is irradiated.
  • the particle beam irradiation device 58 irradiates the irradiation target 45 (see FIG. 2) with the charged particle beam by expanding the beam or scanning the beam so as to form a desired irradiation field.
  • the particle beam irradiation device 58 includes an X-direction scanning electromagnet 32 and a Y-direction scanning electromagnet 33 that scan the charged particle beam 31 in the X direction and the Y direction that are perpendicular to the charged particle beam 31, and a position monitor 34.
  • the irradiation management device 38 includes an irradiation control computer 39 and an irradiation control device 40.
  • the dose data converter 36 includes a trigger generation unit 42, a spot counter 43, and an inter-spot counter 44.
  • the traveling direction of the charged particle beam 31 is the ⁇ Z direction.
  • the ⁇ Z direction is the s direction of the beam coordinate system, but the X direction and Y direction in FIG. 2 do not necessarily match the x direction and y direction of the beam coordinate system.
  • the X-direction scanning electromagnet 32 is a scanning electromagnet that scans the charged particle beam 31 in the X direction
  • the Y-direction scanning electromagnet 33 is a scanning electromagnet that scans the charged particle beam 31 in the Y direction.
  • the position monitor 34 detects beam information for calculating a passing position (center of gravity position) and a size of a beam through which the charged particle beam 31 scanned by the X direction scanning electromagnet 32 and the Y direction scanning electromagnet 33 passes.
  • the beam data processing device 41 calculates the passing position (center of gravity position) and size of the charged particle beam 31 based on beam information made up of a plurality of analog signals (beam information) detected by the position monitor 34. Further, the beam data processing device 41 generates an abnormality detection signal indicating an abnormal position or size abnormality of the charged particle beam 31 and outputs this abnormality detection signal to the irradiation management device 38.
  • the dose monitor 35 detects the dose of the charged particle beam 31.
  • the irradiation management device 38 controls the irradiation position of the charged particle beam 31 on the irradiation object 45 based on treatment plan data created by a treatment planning device (not shown), is measured by the dose monitor 35, and is measured by the dose data converter 36.
  • the dose converted into digital data reaches the target dose, the charged particle beam 31 is moved to the next irradiation position.
  • the scanning electromagnet power source 37 sets the set currents of the X direction scanning electromagnet 32 and the Y direction scanning electromagnet 33 based on control inputs (commands) to the X direction scanning electromagnet 32 and the Y direction scanning electromagnet 33 output from the irradiation management device 38. Change.
  • the scanning irradiation method of the particle beam irradiation apparatus 58 is changed to a hybrid scanning irradiation method (a method in which the beam is not stopped when the beam irradiation position (spot) is changed), specifically, the irradiation position of the charged particle beam 31 is set.
  • a hybrid scanning irradiation method a method in which the beam is not stopped when the beam irradiation position (spot) is changed
  • the irradiation position of the charged particle beam 31 is set.
  • a description will be given of a method in which the charged particle beam 31 is not stopped when changing, as in a raster scanning irradiation method, and a beam irradiation position is successively moved between spot positions as in a spot scanning irradiation method.
  • the spot counter 43 measures the irradiation dose while the beam irradiation position of the charged particle beam 31 is stopped.
  • the spot-to-spot counter 44 measures the irradiation dose while the beam irradiation position of the charged particle beam 31 is moving.
  • the trigger generation unit 42 generates a dose expiration signal when the dose of the charged particle beam 31 at the beam irradiation position reaches the target irradiation dose.
  • FIG. 3 is a diagram showing a beam trajectory before correction in the beam transport system according to the first embodiment of the present invention.
  • the start point S to the end point (irradiation position) T for designing the optical system of the beam transport system 4 are displayed in a straight line.
  • FIG. 3 is the s-axis that is the axis in the traveling direction of the charged particle beam 31, and the vertical axis is the distance ⁇ X in the x direction.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the beam current emitted to the beam transport system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing a phase space distribution at the start point of the beam transport system according to the first embodiment of the present invention.
  • the horizontal axis in FIG. 6 is the distance ⁇ X in the x direction perpendicular to the beam trajectory center axis, and the vertical axis is the inclination ⁇ X ′ of ⁇ X with respect to the beam trajectory center axis.
  • the actual charged particle beam 31 intermittently repeats the current value between zero and a value other than zero, and the phase space distribution of the charged particle beam 31 is different at times t1, t2, and t3.
  • the phase space distribution 23 of the charged particle beam 31 is the phase space distribution 24a at the time t1 (spill start), the phase space distribution 24b at the time t2 (spill center), and the time t3 (spill end). ) Is the phase space distribution 24c.
  • the beam trajectory 21a in FIG. 3 is a beam trajectory at time t1 (start of spill), and is a beam trajectory corresponding to the phase space distribution 24a.
  • the beam trajectory 21b is a beam trajectory at time t2 (spill center), and is a beam trajectory corresponding to the phase space distribution 24b.
  • the beam trajectory 21c is a beam trajectory at the time t3 (spill end) and corresponds to the phase space distribution 24c.
  • step S1 the optical parameter calculation device 17 calculates optical parameters when the synchrotron (accelerator 3) is in an ideal state.
  • the optical parameter is output to the device control device 16, and the device control device 16 calculates the current value of each electromagnet based on the optical parameter and sends the current value to the electromagnet power supply 15.
  • the electromagnet power supply 15 sets the current of the electromagnets (the deflection electromagnet 7 and the quadrupole electromagnet 8) of the beam transport system 4.
  • the electromagnet power supply 15 also sets the currents of the electromagnets (the deflection electromagnet 5 and the quadrupole electromagnet 6) of the incident system 1 and the accelerator 3.
  • step S2 the device control device 16 sends command values corresponding to the optical parameters of the accelerator 3 to the RF acceleration power source 12 and the electromagnet power source 15, and in accordance with those command values, each device (the deflection electromagnet 5, the quadrupole electromagnet 6, The acceleration cavity 9) is driven to accelerate and emit the charged particle beam 31. Since the RF sweep method is used here, the RF frequency of the RF acceleration power supply 12 is appropriately inserted at the time of emission, but the RF kick power supply 13 is not driven. In FIG. 1, the x-direction kick electrode 10 and the RF kick power source 13 are described. However, since these are not used in the RF sweep method, they may be deleted from the accelerator 3.
  • step S3 the profile data at each time of the charged particle beam 31 emitted from the accelerator 3 is acquired by the beam profile monitors 11a and 11b, and the beam position is analyzed by the beam analyzer 14.
  • the time for acquiring the profile data is the time from the start of emission to the end of emission, and is the time from time t1 to time t3 in FIG.
  • step S4 momentum dispersion functions ⁇ a and ⁇ b that can be expressed by the equations (1) and (2) are calculated from the position variation information of the profile data.
  • p is the momentum
  • ⁇ p is the momentum difference with respect to the momentum at the reference time t0
  • ⁇ x is the position difference with the position in the x direction at the reference time t0.
  • the subscript a indicates a numerical value in the beam profile monitor 11a
  • the subscript b indicates a numerical value in the beam profile monitor 11b.
  • step S5 the momentum dispersion functions ( ⁇ x, ⁇ x ′), ( ⁇ y, ⁇ y ′) and the optical parameters at the start point S are calculated and output to the device control device 16.
  • the momentum dispersion functions in the beam profile monitors 11a and 11b can be expressed by equations (3) and (4), respectively.
  • the subscript i on the right side indicates input, that is, the start point S.
  • Ma and Mb are beam transport matrices from the starting point S to the beam profile monitors 11a and 11b, and can be expressed by equations (5) and (6).
  • the optical parameter calculation device 17 calculates the momentum dispersion functions ( ⁇ x, ⁇ x ′) and ( ⁇ y, ⁇ y ′) at the starting point S from the equations (3) and (4). For example, momentum dispersion functions ( ⁇ x, ⁇ x ′) and ( ⁇ y, ⁇ y ′) are calculated so that the phase space distribution 23 in FIG. 6 is obtained.
  • the optical parameter at which the momentum dispersion function at the irradiation position, which is the end point T, is (0, 0) (condition 1) is calculated from equation (7), and is output to the optical parameter calculator 17. This condition 1 is an initial condition at the irradiation position (end point T) when profile data is detected by the beam profile monitor 11.
  • step S6 the device control device 16 again transfers the current value based on the optical parameter that is Condition 1 to the electromagnet power source 15, and sets a predetermined current in each electromagnet.
  • FIG. 4 is a diagram showing a corrected beam trajectory in the beam transport system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing a phase space distribution before correction at the end point of the beam transport system according to Embodiment 1 of the present invention, and
  • FIG. 8 is a phase after correction at the end point of the beam transport system according to Embodiment 1 of the present invention. It is a figure which shows spatial distribution.
  • FIG. 9 is a diagram showing a beam spot arrangement before correction at the end point of the beam transport system according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 10 is a beam after correction at the end point of the beam transport system according to Embodiment 1 of the present invention. It is a figure which shows spot arrangement
  • the beam trajectory 22b is a corrected beam trajectory at time t2 (spill center), and is a beam trajectory in which the beam trajectory 21b in FIG. 3 is corrected.
  • the beam trajectory 22c is a beam trajectory after correction at the time t3 (spill end), and is a beam trajectory in which the beam trajectory 21c in FIG. 3 is corrected. Note that the beam trajectory 22b in FIG. 4 is on the s-axis even after the correction, like the beam trajectory 21b in FIG.
  • the horizontal axis is the distance ⁇ X in the x direction perpendicular to the beam trajectory center axis
  • the vertical axis is the inclination ⁇ X 'of ⁇ X with respect to the beam trajectory center axis.
  • the horizontal axis is the x-axis of the beam coordinate system described above
  • the vertical axis is the y-axis of the beam coordinate system.
  • the phase space distribution before correction at the end point T of the beam transport system 4 is the phase space distribution 25, and at time t1 (start of spill), it is the phase space distribution 26a, and time t2 (spill).
  • phase space distribution 26b In the case of (center), it is the phase space distribution 26b, and in the case of time t3 (spill end), it is the phase space distribution 26c.
  • the corrected phase space distribution at the end point T of the beam transport system 4 is the phase space distribution 27, and at time t1 (start of spill) is the phase space distribution 28a, and at time t2 (spill).
  • the case of (center) is the phase space distribution 28b, and the time t3 (spill end) is the phase space distribution 28c.
  • the phase space distributions 28a, 28b, and 28c are described as being slightly shifted, but the chromatic aberration is substantially zero (substantially zero).
  • the beam position in the phase space is constant regardless of time.
  • the phase space distribution 25 before correction at the end point T of the beam transport system 4 of Embodiment 1 has large chromatic aberration
  • the phase space distribution 27 after correction has almost zero (substantially zero) chromatic aberration. ing.
  • ⁇ X is from ⁇ 4.2 mm to 4.1 mm
  • ⁇ X is from ⁇ 2.0 mm to 2.0 mm.
  • the beam trajectory fluctuates at the end point T before the correction, and the beam size becomes wider than the planned value.
  • the beam size is different from the width value from the lower limit to the upper limit of ⁇ X in the phase distribution, but the beam size increases as the width value of ⁇ X increases.
  • the corrected beam trajectories are all on the s-axis after the installation position of the beam profile monitor 11b. Since the corrected beam trajectory at the end point T is not changed, the beam size at the end point T is the planned beam size, that is, the beam size at the end point T is not deviated from the planned value.
  • FIG. 9 the spot arrangement for scanning irradiation and the dose distribution for uniform irradiation will be described.
  • a dashed grid is added to FIGS. Dashed grid corners are planned spot positions.
  • the center of gravity of the broadened beam (the center of each circle in FIGS. 9 and 10) is shifted at the position in the x direction.
  • the center of gravity of the broadened beam coincides with the corner of the dashed grid, and the position in the x direction is as planned.
  • the chromatic aberration can be substantially zero (substantially zero) at the end point T, and the spot position of the scanning irradiation can be made as planned.
  • the chromatic aberration of the charged particle beam 31 can be made zero at the irradiation position (end point T) where the particle beam irradiation apparatus 58 is not operated, that is, the isocenter, and the spot position of the scanning irradiation is as planned. can do.
  • the charged particle beam 31 is scanned by the particle beam irradiation device 58 so as to form a wide irradiation field. Even if the chromatic aberration of the beam is not zero at the scanned irradiation position, the irradiation position of the beam is within an allowable range.
  • the beam transport system 4 of the first embodiment designed as described above can substantially reduce the chromatic aberration of the beam at the irradiation position of the charged particle beam 31 (substantially zero), and increase the spot position of the scanning irradiation.
  • the accuracy can be as planned.
  • the beam transport system 4 of the first embodiment is a downsized synchrotron, a high-performance deflection electromagnet, quadrupole electromagnet, or hexapole electromagnet is used to start the optical parameter design of the beam transport system 4 S. Even if the chromatic aberration is not reduced to zero, the chromatic aberration of the beam can be substantially zero (substantially zero) at the irradiation position of the charged particle beam 31. Therefore, even if the beam transport system 4 of the first embodiment is a downsized synchrotron, the accelerator and the beam transport system are remarkably expensive without increasing the size and complexity of the accelerator and the beam transport system. This can be suppressed.
  • a beam time variation-related amount that is a time variation amount of the beam position in the beam profile monitor 11, thereby x-direction momentum dispersion function ⁇ x, which is a part of the initial condition at the beam engagement point (start point S), ⁇ x ′ and y-direction momentum dispersion function ⁇ y, ⁇ y ′ are calculated as the starting point momentum dispersion function, and the condition 1 as the initial condition at the irradiation position (end point T) when the profile data is detected and the starting point momentum dispersion function are A new optical parameter of the beam transport system 4 is set as an initial condition.
  • deflection electromagnets 7 and quadrupole electromagnets 8 in the beam transport system 4 will be described.
  • one or more deflection electromagnets 7 that deflect in the x direction are arranged, and the convergence divergence in the x direction is upstream of the deflection electromagnet 7.
  • Two or more quadrupole electromagnets 8 are controlled. 3 and 4, the deflection electromagnet 7b and the quadrupole electromagnets 8a and 8b are the minimum necessary deflection electromagnet 7 and quadrupole electromagnet 8.
  • one or more deflection electromagnets 7 that deflect in the y direction are arranged, and the y direction is upstream of the deflection electromagnet 7.
  • Two or more quadrupole electromagnets 8 for controlling convergence and divergence are arranged.
  • the deflection electromagnet 7 that deflects in the y direction is not illustrated, but for example, the deflection electromagnet that is disposed downstream of the deflection electromagnet 7 b and deflects in the y direction.
  • Two of the four quadrupole electromagnets 8 upstream of the four may be used as quadrupole electromagnets that control convergence and divergence in the y direction.
  • the chromatic aberration in the y direction at the starting point S is caused by the deflection electromagnet 5 and the quadrupole electromagnet 6 disposed in the accelerator 3. It can be made sufficiently small.
  • the y-direction deflecting electromagnet 7 and the quadrupole electromagnet 8 that prevent the charged particle beam 31 from moving in the y direction at the irradiation position (end point T) may be disposed.
  • At least one deflection electromagnet 7 that deflects the charged particle beam 31 and at least two quadrupole electromagnets 8 that converge or diverge the charged particle beam 31.
  • at least one beam profile monitor 11 for detecting the profile data of the charged particle beam 31, and a beam time variation related amount that is a time variation amount or a beam diameter of the beam position in the beam profile monitor 11 based on the profile data.
  • the optical parameter calculator 17 Based on the optical parameters calculated by the optical parameter calculator 17, the optical parameter calculator 17 for calculating the optical parameters of the beam transport system 4, and the excitation of the deflection electromagnet 7 and the quadrupole electromagnet 8.
  • An electromagnet power source 15 for setting a current.
  • the optical parameter calculation device 17 of the beam transport system 4 uses the charged particles at the design start point (start point S) of the beam transport system 4 set on the beam trajectory of the accelerator 3 based on the amount related to the beam time variation.
  • the accelerator 3 that accelerates the charged particle beam 31, and the beam transport system 4 that transports the charged particle beam 31 emitted from the accelerator 3 to the irradiation position (end point T);
  • a particle beam irradiation device 58 that is disposed downstream of the beam transport system 4 and that irradiates the irradiation target 45 with the charged particle beam 31 so as to form a desired irradiation field.
  • the beam transport system 4 includes at least one deflection electromagnet 7 that deflects the charged particle beam 31 and at least two quadrupoles that converge or diverge the charged particle beam 31.
  • Electromagnet 8 at least one beam profile monitor 11 that detects profile data of charged particle beam 31, and a beam time variation that is a time variation amount or a beam diameter of the beam position in beam profile monitor 11 based on the profile data.
  • the optical parameter calculation device 17 Based on the optical parameters calculated by the beam analysis device 14 that calculates the relevant quantity, the optical parameter calculation device 17 that calculates the optical parameters of the beam transport system 4, and the optical parameter calculation device 17, the deflection electromagnet 7 and the quadrupole electromagnet 8.
  • the optical parameter calculation unit 17 determines the design start point (start point S) of the beam transport system 4 set on the beam trajectory of the accelerator 3 based on the beam time variation related quantity.
  • the starting point momentum dispersion function which is the momentum dispersion function ⁇ , ⁇ ′ of the charged particle beam 31, and the initial condition at the irradiation position (end point T) when the profile data is detected is the initial condition. Therefore, even for a beam emitted from a miniaturized synchrotron, the chromatic aberration of the beam can be made almost zero at the beam irradiation position (end point T), and the beam irradiation The position (end point T) can be controlled with high accuracy.
  • Embodiment 2 the beam transport system 4 when the charged particle beam 31 is emitted from the accelerator 3 by the RF sweep method has been described.
  • the beam transport system 4 in the case where the charged particle beam 31 is emitted from the accelerator 3 by the RF knockout method will be described.
  • the RF knockout method is an emission method in which particles of various energies are mixed at a certain time at the synchrotron emission point.
  • the RF knockout method uses the momentum dispersion functions ( ⁇ x, ⁇ x ′) and ( ⁇ y, ⁇ y ′) at the starting point S for designing the optical system of the beam transport system 4 and the twist parameters ( ⁇ x, ⁇ x), (
  • the beam is transported. Accordingly, as shown in FIG. 11, a large beam diameter is observed due to chromatic aberration at the irradiation position (end point T).
  • a beam with a small diameter can be obtained at the irradiation position (end point T) as shown in FIG.
  • FIG. 11 shows the beam trajectory and beam diameter before correction in the beam transport system according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 12 shows the beam trajectory and beam after correction in the beam transport system according to the second embodiment of the present invention. It is a figure which shows a beam diameter.
  • the start point S to the end point (irradiation position) T for designing the optical system of the beam transport system 4 are displayed in a straight line.
  • the beam diameter with respect to the position on the s-axis indicated by the broken line drawn from the upper side is schematically shown as a circle.
  • a beam trajectory 46a in FIG. 11 is a beam trajectory in the case of ⁇ p / p> 0 in the equations (1) and (2).
  • the beam diameter at the start point S is the diameter of the circle indicated by reference numeral 47a
  • the beam diameter at the end point T is the diameter of the circle indicated by reference numeral 47g.
  • the five beam diameters are indicated by the diameters of circles 47b, 47c, 47d, 47e, and 47f.
  • the beam trajectory 48a in FIG. 12 is a beam trajectory in the case of ⁇ p / p> 0 in the equations (1) and (2).
  • This is the beam trajectory when / p ⁇ 0.
  • the beam diameter at the start point S is the diameter of the circle indicated by reference numeral 49a
  • the beam diameter at the end point T is the diameter of the circle indicated by reference numeral 49g. Between the start point S and the end point T, five beam diameters are indicated by the diameters of circles 49b, 49c, 49d, 49e, and 49f.
  • the optical parameter calculation device 17 calculates optical parameters when the synchrotron (accelerator 3) is in an ideal state.
  • the optical parameter is output to the device control device 16, and the device control device 16 calculates the current value of each electromagnet based on the optical parameter and sends the current value to the electromagnet power supply 15.
  • the electromagnet power supply 15 sets the current of the electromagnets (the deflection electromagnet 7 and the quadrupole electromagnet 8) of the beam transport system 4.
  • the electromagnet power supply 15 also sets the currents of the electromagnets (the deflection electromagnet 5 and the quadrupole electromagnet 6) of the incident system 1 and the accelerator 3.
  • step S12 the device control device 16 sends command values corresponding to the optical parameters of the accelerator 3 to the RF acceleration power source 12 and the electromagnet power source 15, and in accordance with those command values, each device (the deflection electromagnet 5, the quadrupole electromagnet 6, The acceleration cavity 9 and the x-direction kick electrode 10) are driven to accelerate and emit the charged particle beam 31. Since the RF knockout method is used here, the charged particle beam 31 is generated by driving the RF kick power source 13 and increasing the emittance in the lateral direction (x direction) without changing the RF frequency of the RF acceleration power source 12 at the time of emission. Is emitted. The emittance corresponds to the area of the beam in the phase space.
  • step S13 profile data at each time of the charged particle beam 31 emitted from the accelerator 3 is acquired by the beam profile monitors 11a and 11b, and the beam diameter is analyzed by the beam analyzer 14.
  • the time for acquiring the profile data is the time from the start of emission to the end of emission, and is the time from time t1 to time t3 in FIG.
  • a charged particle beam 31 having a certain momentum width is simultaneously emitted from the accelerator 3. Therefore, the beam diameter is calculated using Equation (11), Equation (12), and Equation (13).
  • the twist parameters ⁇ , ⁇ , and ⁇ of the beam are transported as in Equation (12). Further, the beam diameter r of the transported portion can be expressed by the equation (13).
  • the twist parameters ⁇ , ⁇ , and ⁇ on the right side of Equation (12) are those before transport in the transport matrix M, and the twist parameters ⁇ , ⁇ , and ⁇ on the left side of Equation (12) are those after transport in the transport matrix M. Is.
  • twist parameter transport matrix M t in equation (12) is described using elements m 11 , m 12 , m 13 , m 21 , m 22 , m 23 in the transport matrix M in equation (11). Yes.
  • r x is the beam diameter in the x direction
  • ⁇ x is the emittance in the x direction
  • ⁇ x is the twist parameter ⁇ in the x direction
  • ⁇ x is the momentum dispersion function in the x direction.
  • step S14 the optical system of the charged particles in the beam profile monitors 11a and 11b is obtained.
  • the optical equation of the charged particle in the beam profile monitor 11a is expressed by the equations (14), (17), and (20).
  • the optical equation of the charged particle in the beam profile monitor 11b is expressed by Equation (23), Equation (26), and Equation (29).
  • the optical system of charged particles in the beam profile monitor 11a will be described. Note that the subscript i in the following expression indicates an input, that is, the starting point S.
  • the subscript “a” in the following expression indicates a numerical value in the beam profile monitor 11a, and the subscript “b” indicates a numerical value in the beam profile monitor 11b.
  • the subscript x indicates that the corresponding variable is a value in the x direction.
  • Equation (14) indicates that the twist parameters ⁇ x , ⁇ x , and ⁇ x in the x direction at the start point S are transported as ⁇ xa , ⁇ xa , and ⁇ xa by the transport matrix M ta of the twist parameters, respectively.
  • the transport matrix M ta of the twist parameter is a matrix to which the subscript a in Expression (14) is added. With transport matrix was varied excitation of quadrupole electromagnets 6 and quadrupole electromagnet 8 M a1, M a2, i.e.
  • transport matrix M ta1, M ta2 of twisted parameter, twisted parameters x direction of the beam alpha x, beta x and ⁇ x are transported as shown in equations (15) and (16).
  • Transport matrix M ta1, M ta2 will manner similar transport matrix M ta.
  • the subscript a1 indicates a numerical value in the beam profile monitor 11a when transported by the transport matrix M a1 or the transport matrix M ta1
  • the subscript a2 indicates the transport matrix M a2 or the transport matrix M ta2. It shows that the numerical value is in the beam profile monitor 11a when transported by.
  • the twist parameters ⁇ , ⁇ , and ⁇ of the beam are transported as in equation (14).
  • the beam diameter r xa in the x direction in the beam profile monitor 11a can be expressed as in Expression (17).
  • ⁇ xa is a twist parameter ⁇ in the x direction in the beam profile monitor 11a
  • ⁇ xa is a momentum dispersion function in the x direction in the beam profile monitor 11a.
  • the momentum dispersion function ⁇ xa in the x direction is obtained by transporting the momentum dispersion function ⁇ x in the x direction at the starting point S to ⁇ xa by the transport matrix M a as shown in the equation (20).
  • the beam diameter r xa1 in the x direction in the beam profile monitor 11a is expressed by the following equation (18) as in the equation (17). I can express.
  • the beam diameter r xa2 in the x direction in the beam profile monitor 11a is expressed by the equation (19) as in the equation (17). It can be expressed as follows.
  • ⁇ xa1 is a twist parameter ⁇ in the x direction in the beam profile monitor 11a transported by the transport matrix M ta1
  • ⁇ xa1 is a momentum dispersion function in the x direction in the beam profile monitor 11a transported by the transport matrix M a1.
  • beta xa2 is x direction twisted parameter beta in the beam profile monitor 11a, which have been transported by the transport matrix M ta2
  • eta xa2 is the momentum dispersion function of x-direction in the beam profile monitor 11a, which have been transported by the transport matrix M a2 is there.
  • Equation (20) shows that the momentum dispersion function ⁇ x in the x direction at the start point S and the slope ⁇ x ′ with respect to the s direction are transported to ⁇ xa and ⁇ xa ′ by the transport matrix M a , respectively. ing.
  • the transport matrices M a1 and M a2 in which the excitation of the quadrupole electromagnet 6 or the quadrupole electromagnet 8 is changed are used, the momentum dispersion function ⁇ x in the x direction and ⁇ x ′ which is the inclination with respect to the s direction are expressed by the equations (21) and Transported as in (22).
  • the charged particle optical system in the beam profile monitor 11b is the same as the charged particle optical system in the beam profile monitor 11a.
  • Expression (23) indicates that the twist parameters ⁇ x , ⁇ x , and ⁇ x in the x direction at the start point S are transported by the transport matrix M tb as ⁇ xb , ⁇ xb , and ⁇ xb , respectively.
  • the transport matrices M a1 and M a2 in which the excitation of the quadrupole electromagnet 6 or the quadrupole electromagnet 8 is changed that is, when the transport matrices M tb1 and M tb2 of twist parameters are used
  • the twist parameters ⁇ x , ⁇ x , ⁇ x is transported as shown in equations (24) and (25).
  • transport matrix M tb is a matrix to which the subscript b of Expression (23) is added.
  • Subscript b1 shows that the transport matrix M b1 and transport matrix M tb1 is a numerical value in the beam profile monitor 11b when it is transported, subscript b2 is transported by transport matrix M b2 and transport matrix M tb2 This is a numerical value in the beam profile monitor 11b in the case of being performed.
  • the beam twist parameters ⁇ , ⁇ , and ⁇ are transported as in the equation (23).
  • the beam diameter r xb in the x direction in the beam profile monitor 11b can be expressed as in Expression (26).
  • ⁇ xb is a twist parameter ⁇ in the x direction in the beam profile monitor 11b
  • ⁇ xb is a momentum dispersion function in the x direction in the beam profile monitor 11b.
  • the momentum dispersion function ⁇ xb in the x direction is obtained by transporting the momentum dispersion function ⁇ x in the x direction at the start point S to ⁇ xb by the transport matrix M b as shown in the equation (29).
  • the beam diameter r xb1 in the x direction in the beam profile monitor 11b is expressed by the equation (27) as in the equation (26). I can express. Further, when the transport matrix M b2 in which the excitation of the quadrupole electromagnet 6 or the quadrupole electromagnet 8 is changed is used, the beam diameter r xb2 in the x direction in the beam profile monitor 11b is expressed by the equation (28) as in the equation (26). It can be expressed as follows.
  • ⁇ xb1 is a twist parameter ⁇ in the x direction in the beam profile monitor 11b transported by the transport matrix M tb1
  • ⁇ xb1 is a momentum dispersion function in the x direction in the beam profile monitor 11b transported by the transport matrix M b1.
  • ⁇ xb2 is a twist parameter ⁇ in the x direction in the beam profile monitor 11b transported by the transport matrix M tb2
  • ⁇ xb2 is a momentum dispersion function in the x direction in the beam profile monitor 11b transported by the transport matrix M b2. is there.
  • Equation (29) shows that the momentum dispersion function ⁇ x in the x direction at the start point S and the slope ⁇ x ′ with respect to the s direction are transported to ⁇ xb and ⁇ xb ′ by the transport matrix M b , respectively. ing.
  • the momentum dispersion function ⁇ x in the x direction and ⁇ x ′ which is the inclination with respect to the s direction are expressed by the equations (30) and (30). It is transported as in (31).
  • step S14 the optical equations of the charged particles in the beam profile monitors 11a and 11b described above and the twist parameters ( ⁇ xi , ⁇ xi , ⁇ xi ) momentum dispersion function ( ⁇ xi ) of the starting point S from the equation (32). , ⁇ xi ′).
  • the beam diameter at the end point T does not increase, that is, the optical condition (condition 2) is the same as the beam diameter at the irradiation position (end point T) when the profile data is detected by the beam profile monitor 11.
  • the parameter is calculated by the optical parameter calculation device 17.
  • Optical parameters satisfying this condition 2 are output to the optical parameter calculation device 17.
  • step S15 the device control device 16 again transfers the current value based on the optical parameter that is condition 2 to the electromagnet power source 15, and sets a predetermined current in each electromagnet.
  • the beam diameter becomes smaller at the irradiation position (end point T) as shown in FIGS.
  • the beam diameter is larger than the beam diameter at the start point S (circle 47a) as in the circles 47d, 47f, and 47g on the downstream side of the beam profile monitor 11b.
  • the beam diameter is substantially the same as the beam diameter (the circle 49a) at the start point S, such as circles 49d to 49g, downstream of the beam profile monitor 11b.
  • the beam diameter at the irradiation position (end point T) is smaller than that before correction.
  • the beam transport system 4 can substantially reduce the chromatic aberration of the beam at the irradiation position (end point T) of the beam.
  • the chromatic aberration is caused. An increase in the beam diameter can be suppressed, and a beam with a small diameter can be obtained at the irradiation position (end point T).
  • the beam transport system 4 of the second embodiment is a downsized synchrotron, a high-performance deflection electromagnet, quadrupole electromagnet, or hexapole electromagnet is used to start the optical parameter design of the beam transport system 4 S. Even if the chromatic aberration is not reduced to zero, the chromatic aberration of the beam can be substantially zero (substantially zero) at the irradiation position of the charged particle beam 31. Therefore, even if the beam transport system 4 of the second embodiment is a downsized synchrotron, the accelerator and the beam transport system are remarkably expensive without causing an increase in size and complexity of the accelerator and the beam transport system. This can be suppressed.
  • the beam profile monitor 11 uses a beam transport system set under ideal magnetic field conditions when an electron beam is emitted from the accelerator 3 by the RF knockout method.
  • the size (beam diameter) of the beam in the middle of the beam transport system 4 is obtained.
  • ⁇ x ′ and y-direction momentum dispersion function ⁇ y, ⁇ y ′ are calculated as the starting point momentum dispersion function, and the condition 2 as the initial condition at the irradiation position (end point T) when the profile data is detected, the starting point momentum dispersion function, are set as initial conditions, and new optical parameters of the beam transport system 4 are set.
  • one or more deflection electromagnets 7 that deflect in the x direction are arranged.
  • Two or more quadrupole electromagnets 8 for controlling the convergence and divergence in the x direction are arranged upstream of. 11 and 12, the deflection electromagnet 7b and the quadrupole electromagnets 8a and 8b are the minimum necessary deflection electromagnet 7 and quadrupole electromagnet 8.
  • one or more deflection electromagnets 7 that deflect in the y direction are arranged and the deflection is performed.
  • Two or more quadrupole electromagnets 8 that control convergence and divergence in the y direction are arranged upstream of the electromagnet 7.
  • the deflection electromagnet 7 that deflects in the y direction is not shown in the beam transport system 4. However, for example, the deflection electromagnet that is disposed downstream of the deflection electromagnet 7 b and deflects in the y direction. Two of the four quadrupole electromagnets 8 upstream of the four may be used as quadrupole electromagnets that control convergence and divergence in the y direction.
  • the chromatic aberration in the y direction at the starting point S is caused by the deflection electromagnet 5 and the quadrupole electromagnet 6 disposed in the accelerator 3. It can be made sufficiently small.
  • a quadrupole electromagnet 8 may be disposed.
  • Embodiment 3 In the first embodiment and the second embodiment, the chromatic aberration in the x direction of the charged particle beam 31 at the irradiation position (end point T) is substantially zero.
  • the transport system 4 will be described.
  • FIG. 13 is a diagram showing a beam trajectory before correction in the beam transport system according to the third embodiment of the present invention
  • FIG. 14 is a diagram showing a beam trajectory after correction in the beam transport system according to the third embodiment of the present invention. is there.
  • the deflecting electromagnets 5g and 7a of FIG. 4 are arranged so as to be inclined like the deflecting electromagnets 5n and 7c, and the steering electromagnets 18a and 18b are added.
  • the deflecting electromagnets 5g and 7a of FIG. 5 are arranged so as to be inclined like the deflecting electromagnets 5n and 7c, and the steering electromagnets 18a and 18b are added.
  • the deflection electromagnets 5g and 7a are indicated by broken lines.
  • the deflection electromagnets 5n and 7c arranged obliquely in FIGS. 13 and 14 indicate that an electromagnet arrangement error deviating from the design arrangement is generated.
  • the beam transport system 4 to which the design method of the beam transport system 4 according to the first embodiment and the design method of the beam transport system 4 according to the second embodiment are applied are also shown in FIG.
  • the charged particle beam 31 comes to a position shifted at the irradiation position (end point T).
  • the steering electromagnets 18a and 18b it is possible to correct the placement error of the deflecting electromagnets of the beam transport system 4, so that the beam trajectory 29b of FIG. ) At the irradiation position (isocenter) where the particle beam irradiation apparatus 58 is not operated.
  • the beam trajectory 29c is a beam trajectory before correction in the case of the deflecting electromagnets 5g and 7a indicated by broken lines.
  • the beam trajectory 29d is a corrected beam trajectory in the case of the deflecting electromagnets 5g and 7a indicated by broken lines.
  • the beam trajectory 29b in FIG. 14 shows that the charged particle beam 31 can be prevented from moving in the x direction at the irradiation position (end point T) even if the chromatic aberration in the x direction of the charged particle beam 31 is somewhat large.
  • the beam transport system 4 allows the charged particle beam 31 to move in the x direction at the irradiation position (end point T) even if the chromatic aberration in the x direction of the charged particle beam 31 is not substantially zero at the irradiation position (end point T). This is effective when it is difficult to adjust the chromatic aberration in the x direction of the charged particle beam 31 at the irradiation position (end point T).
  • the steering electromagnets 18a and 18b in FIG. 1 are added at the positions shown in FIGS.

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Abstract

　小型化のシンクロトロンから出射されるビームであっても、ビームの照射位置においてビームの色収差をほぼゼロにできるビーム輸送系を得ることを目的にする。　本発明のビーム輸送系（４）によれば、光学パラメータ計算装置（１７）が、ビーム解析装置（１４）により計算された、ビームプロファイルモニタ（１１）における、ビーム位置の時間変動量またはビーム径であるビーム時間変動関連量に基づいて、加速器（３）のビーム軌道上に設定されたビーム輸送系（４）の設計始点（Ｓ）における荷電粒子ビーム（３１）の運動量分散関数（η、η'）である始点運動量分散関数を計算し、始点運動量分散関数と、プロファイルデータを検出した際の照射位置（Ｔ）における当初条件とを初期条件とした光学パラメータを計算することを特徴とする。

Description

ビーム輸送系及び粒子線治療装置
　本発明は、陽子や重粒子などの荷電粒子からなる荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系及び、輸送された荷電粒子ビームを物体、人体等の被照射体に照射する粒子線治療装置に関するものである。
　一般に、粒子線治療装置は、荷電粒子ビームを発生するビーム発生装置と、ビーム発生装置につながれ、発生した荷電粒子ビームを加速する加速器と、加速器で設定されたエネルギーまで加速された後に出射される荷電粒子ビームを輸送する荷電粒子ビーム輸送系と、ビーム輸送系の下流側に設置され、荷電粒子ビームを照射対象に照射するための粒子線照射装置とを備える。
　一般に、ビーム輸送系は、加速器のビーム軌道上の１点と、ビーム照射位置（アイソセンタ）とに２つの基準点を設定して、光学パラメータを設計している。加速器のビーム軌道上の１点は、光学パラメータ設計の始点となり、ビーム照射位置、特にその中心であるアイソセンタは光学パラメータ設計の終点となる。具体的には、ビーム輸送系は、加速器と当該ビーム輸送系（高エネルギービーム輸送装系（ＨＥＢＴ系））との取り合い点（始点）でのビーム初期条件を設計値として、当該ビーム輸送系の電磁石の強度を計算し、電磁石にその強度（励磁電流）を設定し、照射位置にビームが到達するように、ビームを運んでいた。
　加速器が小型医療用のシクロトロンである場合、シンクロトロンの初期値が理想値（設計値）であっても、シンクロトロンの電磁石類の想定していない磁場（工作誤差などで発生する磁場）のため、六極電磁石を適切に配置してもＨａｒｄｔの条件を満たさず、セパラトリクスの出射枝がエネルギーにより異なることがあった。このため、エネルギー値により前記取り合い点でのビームの角度（傾き）や位置が異なる現象（色収差）があり、加速器のビーム出射法によっては、照射位置でのビームの位置が動いたり、ビーム径が大きくなったりする現象が発生していた。
　ビームの角度（傾き）や位置が異なる現象である色収差が発生する理由を説明する。図１５は位相空間における始点でのビームの動きを説明する図であり、図１６はビーム軌道を説明する図である。図１５の横軸はビーム軌道中心軸に垂直なｘ方向の距離ΔＸであり、縦軸はΔＸのビーム軌道中心軸に対する傾きΔＸ’である。図１６の横軸はビームの進行方向に延伸するｓ軸であり、縦軸はｘ方向の距離ΔＸである。図１６に、ビーム軌道変更に関わる偏向電磁石６３と四極電磁石６４の位置、始点Ｓ、終点Ｔを示した。図１６の上側にはビーム出射が理想的な場合を示し、図１６の下側にはビーム出射が理想からずれた場合を示した。
　従来、始点Ｓでのビームは動きが無いとして、図１６の楕円６２で示した想定位相空間分布を有するビームと仮定して、ビーム輸送系のビーム光学系を設計していた。しかし、実際のビームは、時間によって位相空間分布が６１ａ、６１ｂ、６１ｃのように変化している位相空間分布６０を有している。実際のビームは、図５に示すように断続的に電流値がゼロとゼロ以外の値とを繰り返しており、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３でビームの位相空間分布が異なっている。例えば、ビームの位相空間分布は、時刻ｔ１（スピル始め）の場合は位相空間分布６１ａであり、時刻ｔ２（スピル中央）の場合は位相空間分布６１ｂであり、時刻ｔ３（スピル終わり）の場合は位相空間分布６１ｃである。
　ビーム出射が理想的な場合は、図１６の上側に示すように、始点Ｓでの位相空間におけるビームは動きが無くても、上流側ではビーム軌道６５ａ、６５ｂ、６５ｃのように変動するが、下流側では偏向電磁石６３と四極電磁石６４の励磁電流の調整により、ビーム軌道がビーム軸（ｓ軸）に一致し、終点Ｔにおいて色収差が発生しないように調整可能である。しかしながら、ビーム出射が理想的な状態からずれた場合、すなわち位相空間分布が時間的に変動する場合は、図１６の下側に示すように、下流側においてもビーム軌道６６ａ、６６ｂ、６６ｃのように変動し、照射位置である終点Ｔにおいて色収差が発生する。例えば、ビーム軌道６６ａは位相空間分布６１ａに対応する軌道であり、ビーム軌道６６ｂは位相空間分布６１ｂに対応する軌道であり、ビーム軌道６６ｃは位相空間分布６１ｃに対応する軌道である。ビーム出射が理想的な状態からずれた場合は、終点Ｔにおいて色収差が発生するので、ビーム径が広がり、ビーム位置（重心位置）がビーム軸（ｓ軸）から離れた位置になる。
　実際のビーム輸送系では、始点Ｓでのビームの位相空間分布の時間変動があり、このビームの位相空間分布の時間変動を考慮しない場合は、上述したように終点Ｔにおいて色収差が発生してしまうので、終点Ｔにおいて色収差をゼロにするためには始点Ｓでのビームの位相空間分布の時間変動を考慮する必要がある。
　特許文献１には、ビームサイズの調整を容易にするために、ビームサイズ調整の自動化を実現する手法が記載されている。特許文献１の荷電粒子ビーム輸送装置は、加速器の出口から照射装置の入口までの間に設置された複数のプロファイルモニタで測定されたビームサイズとビームプロファイルに基づいて、四極電磁石等のビーム収束装置の収束力に対するビームサイズの関係を示す感度行列を算出する感度計算装置と、設定されたビームサイズの調整目標値から感度行列を用いてビームの収束力を算出する励磁電流補正量計算装置を備えており、励磁電流補正量計算装置で計算した励磁電流によりビーム収束装置を制御している。特許文献１のビームサイズの調整方法は、ビーム輸送の荒調整後にプロファイルモニタにより測定したビームサイズとビームプロファイルから感度行列を求め、感度行列を用いて各ビーム収束装置の励磁電流を算出し、この励磁電流で各ビーム収束装置を励磁する調整を行い、ビームサイズが所望値に十分に近づくまで、繰り返していた。
特開２０１１－２０６２３７号公報（００３７段～００４９段、００５７段～００６１段、図１、図３）
　特許文献１の荷電粒子ビーム輸送装置（ビーム輸送系に相当）は、ビームサイズが所望値に十分に近づくように、プロファイルモニタで測定したビームサイズの感度行列を用いて、各ビーム収束装置の励磁電流を算出し、この励磁電流で各ビーム収束装置を励磁する調整を繰り返すことで、ビームサイズの調整を行っていた。しかしながら、特許文献１の荷電粒子ビーム輸送装置は、光学パラメータ設計の始点及び終点において色収差を考慮していないので、ビーム輸送経路上のプロファイルモニタで測定したビームサイズが所望値にできたとしても、照射位置でのビームの色収差をほぼゼロにすることはできない。また、小型化されたシンクロトロンの場合は、上述したようにビーム輸送系の光学パラメータ設計の始点において色収差をゼロにすることは困難なので、特許文献１のビームサイズの調整方法を小型化されたシンクロトロンに適用すると、ビーム調整の繰り返し回数が増加する。特許文献１のビームサイズの調整方法では、ビーム調整はできたとしても、やはり照射位置でのビームの色収差をほぼゼロにすることはできない問題があった。
　小型化のシンクロトロンの場合に、ビーム輸送系の光学パラメータ設計の始点において色収差をゼロにしようとすると、高性能な偏向電磁石や四極電磁石や六極電磁石を用いることが必要になり、加速器やビーム輸送系の大型や複雑化を招き、加速器やビーム輸送系が高額になってしまう問題あった。
　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、小型化のシンクロトロンから出射されるビームであっても、ビームの照射位置においてビームの色収差をほぼゼロにできるビーム輸送系を得ることを目的にする。
　本発明に係るビーム輸送系は、荷電粒子ビームを偏向する、少なくとも１つの偏向電磁石と、荷電粒子ビームを収束または発散させる、少なくとも２つの四極電磁石と、荷電粒子ビームのプロファイルデータを検出する、少なくとも１つのビームプロファイルモニタと、プロファイルデータに基づいて、ビームプロファイルモニタにおける、ビーム位置の時間変動量またはビーム径であるビーム時間変動関連量を計算するビーム解析装置と、ビーム輸送系の光学パラメータを計算する光学パラメータ計算装置と、光学パラメータ計算装置により計算された光学パラメータに基づいて、偏向電磁石及び四極電磁石の励磁電流を設定する電磁石電源と、を備える。本発明に係るビーム輸送系の光学パラメータ計算装置は、ビーム時間変動関連量に基づいて、加速器のビーム軌道上に設定されたビーム輸送系の設計始点における荷電粒子ビームの運動量分散関数である始点運動量分散関数を計算し、始点運動量分散関数と、プロファイルデータを検出した際の照射位置における当初条件とを初期条件とした光学パラメータを計算することを特徴とする。
　本発明に係るビーム輸送系によれば、ビーム時間変動関連量に基づいた設計始点における荷電粒子ビームの始点運動量分散関数と、プロファイルデータを検出した際の照射位置における当初条件とを初期条件として計算された光学パラメータに基づいて、偏向電磁石及び四極電磁石の励磁電流を設定するので、小型化のシンクロトロンから出射されるビームであっても、ビームの照射位置においてビームの色収差をほぼゼロにできる。
本発明による粒子線治療装置の概略構成図である。 図１の粒子線照射装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１によるビーム輸送系における補正前のビーム軌道を示す図である。 本発明の実施の形態１によるビーム輸送系における補正後のビーム軌道を示す図である。 本発明の実施の形態１によるビーム輸送系に出射されるビーム電流を説明する図である。 本発明の実施の形態１によるビーム輸送系の始点における位相空間分布を示す図である。 本発明の実施の形態１によるビーム輸送系の終点における補正前の位相空間分布を示す図である。 本発明の実施の形態１によるビーム輸送系の終点における補正後の位相空間分布を示す図である。 本発明の実施の形態１によるビーム輸送系の終点における補正前のビームスポット配置を示す図である。 本発明の実施の形態１によるビーム輸送系の終点における補正後のビームスポット配置を示す図である。 本発明の実施の形態２によるビーム輸送系における補正前のビーム軌道及びビーム径を示す図である。 本発明の実施の形態２によるビーム輸送系における補正後のビーム軌道及びビーム径を示す図である。 本発明の実施の形態３によるビーム輸送系における補正前のビーム軌道を示す図である。 本発明の実施の形態３によるビーム輸送系における補正後のビーム軌道を示す図である。 位相空間における始点でのビームの動きを説明する図である。 ビーム輸送系におけるビーム軌道を説明する図である。
実施の形態１．
　図１は本発明による粒子線治療装置の概略構成図であり、図２は本発明による粒子線照射装置の構成を示す図である。粒子線治療装置２０は、入射系１と、加速器３と、ビーム輸送系４と、粒子線照射装置５８を備える。入射系１は、入射器２と、四極電磁石６ａ、６ｂを有する。加速器３は、複数の偏向電磁石５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ、５ｉ、５ｊ、５ｋ、５ｌ、５ｍと、複数の四極電磁石６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｇ、６ｈ、６ｉ、６ｊ、６ｋ、６ｌ、６ｍ、６ｎと、加速空洞９と、ｘ方向キック電極１０と、ＲＦ加速電源１２と、ＲＦキック電源１３と、機器制御装置１６とを備える。ビーム輸送系４は、複数の偏向電磁石７ａ、７ｂと、複数の四極電磁石８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、８ｇ、８ｈと、ビームプロファイルモニタ１１ａ、１１ｂと、ビーム解析装置１４と、電磁石電源１５と、光学パラメータ計算装置１７とを有する。入射系１及び加速器３の四極電磁石の符号は、総括的に６を用い、区別して説明する場合に６ａ乃至６ｎを用いる。加速器３の偏向電磁石の符号は、総括的に５を用い、区別して説明する場合に５ａ乃至５ｍを用いる。ビーム輸送系４の偏向電磁石の符号は、総括的に７を用い、区別して説明する場合に７ａ、７ｂを用いる。ビーム輸送系４の四極電磁石の符号は、総括的に８を用い、区別して説明する場合に８ａ乃至８ｈを用いる。ビームプロファイルモニタの偏向電磁石の符号は、総括的に１１を用い、区別して説明する場合に１１ａ、１１ｂを用いる。
　偏向電磁石５、７は荷電粒子ビームを偏向し、四極電磁石６、８は、荷電粒子ビームを収束または発散させる。荷電粒子ビームのビーム座標系は、荷電粒子ビームの進行方向（ｓ方向）の軸をｓ軸、ｓ軸に垂直で、加速器３の周回軌道面の外に広がる方向であるｘ方向の軸をｘ軸、ｓ軸及びｙ軸に垂直なｙ方向の軸をｙ軸と呼ぶことにする。加速空洞９は加速器３内を周回する荷電粒子ビームを加速する。ｘ方向キック電極１０は、ビーム輸送系４に荷電粒子ビームを出射するために、周回方向から外周側（ｘ方向）へ電場で押す電極である。ビームプロファイルモニタ１１は荷電粒子ビームのビーム位置やビームの大きさ等を計算するためのビームプロファイルデータを検出する。ビーム輸送系４は、荷電粒子ビームを、粒子線照射装置５８を経由して照射位置Ｔまで輸送する。
　入射器２のイオン源で発生した陽子線等の粒子線である荷電粒子ビームは、入射器２の前段加速器で加速され、四極電磁石６ａ、６ｂにより荷電粒子ビームを収束または発散させて加速器３に入射される。ここでは、加速器３は、シンクロトロンを例に説明する。荷電粒子ビームは、所定のエネルギーまで加速される。荷電粒子ビームは、加速器３に設置された偏向電磁石７ａからビーム輸送系４に入り、粒子線照射装置５８を経由して照射位置Ｔまで輸送され、患者の照射対象４５（図２参照）である患部に照射される。粒子線照射装置５８は荷電粒子ビームを所望の照射野を形成するように、ビームを拡大したり、ビームを走査したりして照射対象４５（図２参照）に照射する。
　図２において、粒子線照射装置５８は、荷電粒子ビーム３１に垂直な方向であるＸ方向及びＹ方向に荷電粒子ビーム３１を走査するＸ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３と、位置モニタ３４と、線量モニタ３５と、線量データ変換器３６と、ビームデータ処理装置４１と、走査電磁石電源３７と、粒子線照射装置５８を制御する照射管理装置３８とを備える。照射管理装置３８は、照射制御計算機３９と照射制御装置４０とを備える。線量データ変換器３６は、トリガ生成部４２と、スポットカウンタ４３と、スポット間カウンタ４４とを備える。なお、図２において荷電粒子ビーム３１の進行方向は－Ｚ方向である。なお、－Ｚ方向は、ビーム座標系のｓ方向であるが、図２におけるＸ方向、Ｙ方向は、ビーム座標系のｘ方向、ｙ方向とは必ずしも一致しない。
　Ｘ方向走査電磁石３２は荷電粒子ビーム３１をＸ方向に走査する走査電磁石であり、Ｙ方向走査電磁石３３は荷電粒子ビーム３１をＹ方向に走査する走査電磁石である。位置モニタ３４は、Ｘ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３で走査された荷電粒子ビーム３１が通過するビームにおける通過位置（重心位置）やサイズを演算するためのビーム情報を検出する。ビームデータ処理装置４１は、位置モニタ３４が検出した複数のアナログ信号（ビーム情報）からなるビーム情報に基づいて荷電粒子ビーム３１の通過位置（重心位置）やサイズを演算する。また、ビームデータ処理装置４１は、荷電粒子ビーム３１の位置異常やサイズ異常を示す異常検出信号を生成し、この異常検出信号を照射管理装置３８に出力する。
　線量モニタ３５は、荷電粒子ビーム３１の線量を検出する。照射管理装置３８は、図示しない治療計画装置で作成された治療計画データに基づいて、照射対象４５における荷電粒子ビーム３１の照射位置を制御し、線量モニタ３５で測定され、線量データ変換器３６でデジタルデータに変換された線量が目標線量に達すると荷電粒子ビーム３１を次の照射位置へ移動する。走査電磁石電源３７は、照射管理装置３８から出力されたＸ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３への制御入力（指令）に基づいてＸ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３の設定電流を変化させる。
　ここでは、粒子線照射装置５８のスキャニング照射方式を、ハイブリッドスキャニング照射方式（ビーム照射位置（スポット）を変更する場合にビームを停止しない方式）、具体的には、荷電粒子ビーム３１の照射位置を変えるときに荷電粒子ビーム３１を停止させないラスタースキャニング照射方式のように行い、スポットスキャニング照射方式のようにビーム照射位置がスポット位置間を次々と移動していく方式として説明する。スポットカウンタ４３は、荷電粒子ビーム３１のビーム照射位置が停留している間の照射線量を計測するものである。スポット間カウンタ４４は、荷電粒子ビーム３１のビーム照射位置が移動している間の照射線量を計測するものである。トリガ生成部４２は、ビーム照射位置における荷電粒子ビーム３１の線量が目標照射線量に達した場合に、線量満了信号を生成するものである。
　荷電粒子ビーム３１をＲＦスイープ法にて加速器３からビーム出射させる場合のビーム輸送系４を示す。図１の粒子線治療装置２０の入射系１、加速器（シンクロトロン）３、ビーム輸送系４において、後述する手順で、照射位置Ｔにおいてほぼ色収差がない（ビームが動かない）光学系を得る。図３は本発明の実施の形態１によるビーム輸送系における補正前のビーム軌道を示す図である。図３では、ビーム輸送系４の光学系を設計する始点Ｓから終点（照射位置）Ｔまでを、直線状にして表示してある。図３の横軸は荷電粒子ビーム３１の進行方向の軸であるｓ軸であり、縦軸はｘ方向の距離ΔＸである。図５は、本発明の実施の形態１によるビーム輸送系に出射されるビーム電流を説明する図である。図６は、本発明の実施の形態１によるビーム輸送系の始点における位相空間分布を示す図である。図６の横軸はビーム軌道中心軸に垂直なｘ方向の距離ΔＸであり、縦軸はΔＸのビーム軌道中心軸に対する傾きΔＸ’である。
　前述したように、実際の荷電粒子ビーム３１は、断続的に電流値がゼロとゼロ以外の値とを繰り返しており、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３で荷電粒子ビーム３１の位相空間分布が異なっている。例えば、荷電粒子ビーム３１の位相空間分布２３は、時刻ｔ１（スピル始め）の場合は位相空間分布２４ａであり、時刻ｔ２（スピル中央）の場合は位相空間分布２４ｂであり、時刻ｔ３（スピル終わり）の場合は位相空間分布２４ｃである。図３のビーム軌道２１ａは、時刻ｔ１（スピル始め）の場合のビーム軌道であり、位相空間分布２４ａに対応したビーム軌道である。ビーム軌道２１ｂは、時刻ｔ２（スピル中央）の場合のビーム軌道であり、位相空間分布２４ｂに対応したビーム軌道である。ビーム軌道２１ｃは、時刻ｔ３（スピル終わり）の場合のビーム軌道であり、位相空間分布２４ｃに対応したビーム軌道である。
　ステップＳ１にて、シンクロトロン（加速器３）が理想状態である場合の光学パラメータを、光学パラメータ計算装置１７で算出する。その光学パラメータは、機器制御装置１６に出力され、機器制御装置１６は、光学パラメータに基づいて、各電磁石の電流値を計算し、電磁石電源１５に電流値を送付する。電磁石電源１５が、ビーム輸送系４の電磁石（偏向電磁石７、四極電磁石８）の電流を設定する。なお、電磁石電源１５は、入射系１と加速器３の電磁石（偏向電磁石５、四極電磁石６）の電流も設定する。
　ステップＳ２にて、機器制御装置１６により、加速器３の光学パラメータに対応した指令値をＲＦ加速電源１２、電磁石電源１５に送り、それらの指令値に従い、各装置（偏向電磁石５、四極電磁石６、加速空洞９）を駆動し、荷電粒子ビーム３１を加速、出射させる。なお、ここではＲＦスイープ法なので、出射時には、ＲＦ加速電源１２のＲＦ周波数を適切に挿引するが、ＲＦキック電源１３は駆動させない。図１ではｘ方向キック電極１０、ＲＦキック電源１３を記載しているが、ＲＦスイープ法ではこれらは使用しないので、加速器３から削除しても構わない。
　ステップＳ３にて、ビームプロファイルモニタ１１ａ、１１ｂで、加速器３から出射された荷電粒子ビーム３１の各時間でのプロファイルデータを取得し、ビーム解析装置１４で、ビーム位置を解析する。プロファイルデータを取得する時間は、出射始めから出射終わりまでの時間であり、図５の時刻ｔ１からｔ３までの時間である。
　ステップＳ４にて、プロファイルデータの位置変動情報から、式（１）、式（２）で表せる運動量分散関数ηａ、ηｂを算出する。ｐは運動量であり、Δｐは基準となる時刻ｔ０における運動量との運動量差分であり、Δｘは基準となる時刻ｔ０におけるｘ方向の位置との位置差分である。なお、添え字ａは、ビームプロファイルモニタ１１ａにおける数値であることを示しており、添え字ｂは、ビームプロファイルモニタ１１ｂにおける数値であることを示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ステップＳ５にて、始点Ｓにおける運動量分散関数（ηｘ，ηｘ’）、（ηｙ，ηｙ’）及び光学パラメータを算出し、機器制御装置１６に出力する。ビームプロファイルモニタ１１ａ、１１ｂでの運動量分散関数は、それぞれ式（３）、式（４）で表せる。なお、右辺の添え字ｉは入力を示しており、すなわち始点Ｓを示している。式（３）、式（４）における、Ｍａ、Ｍｂは始点Ｓからビームプロファイルモニタ１１ａ、１１ｂまでのビーム輸送行列であり、式（５）、式（６）で表せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　光学パラメータ計算装置１７にて、式（３）、式（４）より始点Ｓの運動量分散化関数（ηｘ，ηｘ’）、（ηｙ，ηｙ’）を算出する。例えば、図６の位相空間分布２３となるような運動量分散化関数（ηｘ，ηｘ’）、（ηｙ，ηｙ’）を算出する。終点Ｔである照射位置での運動量分散関数が（０，０）となる（条件１）光学パラメータを、式（７）から算出し、光学パラメータ計算装置１７に出力する。この条件１は、ビームプロファイルモニタ１１によるプロファイルデータを検出した際の照射位置（終点Ｔ）における当初条件である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　ステップＳ６にて、再度、機器制御装置１６が、電磁石電源１５に条件１となる光学パラメータに基づいた電流値を転送し、各電磁石に所定の電流を設定する。
　各電磁石がステップＳ６の電流値に設定された場合は、図４、図９、図１０に示すように照射位置（終点Ｔ）でビームが動かなくなり、図７、図８に示すように色収差がほぼゼロ（実質的にゼロ）になる。図４は、本発明の実施の形態１によるビーム輸送系における補正後のビーム軌道を示す図である。図７は本発明の実施の形態１によるビーム輸送系の終点における補正前の位相空間分布を示す図であり、図８は本発明の実施の形態１によるビーム輸送系の終点における補正後の位相空間分布を示す図である。図９は本発明の実施の形態１によるビーム輸送系の終点における補正前のビームスポット配置を示す図であり、図１０は本発明の実施の形態１によるビーム輸送系の終点における補正後のビームスポット配置を示す図である。
　図４のビーム軌道２２ａは、時刻ｔ１（スピル始め）の場合の補正後のビーム軌道であり、図３のビーム軌道２１ａが補正されたビーム軌道である。ビーム軌道２２ｂは、時刻ｔ２（スピル中央）の場合の補正後のビーム軌道であり、図３のビーム軌道２１ｂが補正されたビーム軌道である。ビーム軌道２２ｃは、時刻ｔ３（スピル終わり）の場合の補正後のビーム軌道であり、図３のビーム軌道２１ｃが補正されたビーム軌道である。なお、図４のビーム軌道２２ｂは、補正後でも図３のビーム軌道２１ｂと同じく、ｓ軸上に載っている。
　図７、図８の横軸はビーム軌道中心軸に垂直なｘ方向の距離ΔＸであり、縦軸はΔＸのビーム軌道中心軸に対する傾きΔＸ’である。図９、図１０の横軸は前述したビーム座標系のｘ軸であり、縦軸はビーム座標系のｙ軸である。図７に示すように、ビーム輸送系４の終点Ｔにおける補正前の位相空間分布は、位相空間分布２５であり、時刻ｔ１（スピル始め）の場合は位相空間分布２６ａであり、時刻ｔ２（スピル中央）の場合は位相空間分布２６ｂであり、時刻ｔ３（スピル終わり）の場合は位相空間分布２６ｃである。図８に示すように、ビーム輸送系４の終点Ｔにおける補正後の位相空間分布は、位相空間分布２７であり、時刻ｔ１（スピル始め）の場合は位相空間分布２８ａであり、時刻ｔ２（スピル中央）の場合は位相空間分布２８ｂであり、時刻ｔ３（スピル終わり）の場合は位相空間分布２８ｃである。図８では、分かり易くするために、位相空間分布２８ａ、２８ｂ、２８ｃが多少ずれているように記載しているが、色収差がほぼゼロ（実質的にゼロ）になっている。色収差がほぼゼロ（実質的にゼロ）の場合は、位相空間上のビーム位置は時間によらず一定である。このように、実施の形態１のビーム輸送系４の終点Ｔにおける補正前の位相空間分布２５は色収差が大きいが、補正後の位相空間分布２７は色収差がほぼゼロ（実質的にゼロ）になっている。
　補正前の位相空間分布２５は、ΔＸが－４．２ｍｍから４．１ｍｍであり、補正後の位相空間分布２７は、ΔＸが－２．０ｍｍから２．０ｍｍである。図３に示したように、補正前では終点Ｔにおいてビーム軌道の変動があり、ビームサイズは計画値からずれて広くなっている。なお、ビームサイズは位相分布におけるΔＸの下限から上限までの幅値とは異なるが、ΔＸの幅値が大きいほどビームサイズは大きくなる。図４に示したように、補正後のビーム軌道は、ビームプロファイルモニタ１１ｂの設置位置以降では、ビーム軌道２２ａ、２２ｂ、２２ｃのいずれもｓ軸上に載っている。終点Ｔにおける補正後のビーム軌道は変動がないので、終点Ｔにおけるビームサイズは計画通りのビームサイズになっており、すなわち終点Ｔにおけるビームサイズが計画値からずれて大きくなってはいない。
　図９、図１０を用いて、スキャニング照射のスポット配置と均一照射の線量分布について説明する。荷電粒子ビーム３１のスポット配置のずれが見易くなるように、図９、図１０に破線の格子を追加した。破線の格子の角が計画されたスポット位置である。図９に示すように、ｘ方向の色収差がある補正前の場合は、広がりのあるビームの重心（図９、図１０の各円の中心）が、ｘ方向の位置においてずれている。これに対して、図１０に示すように、ｘ方向の色収差がない補正後の場合は、広がりのあるビームの重心が、破線の格子の角に一致しており、ｘ方向の位置が計画通りになっている。スポット位置が計画からずれている場合は、均一照射に照射しようとしても、計画した照射スポットに対する照射線量が異なるので、実際の線量分布に凹凸が生じてしまう。実施の形態１のビーム輸送系４は、終点Ｔにおいて色収差がほぼゼロ（実質的にゼロ）にでき、スャニング照射のスポット位置を計画通りにすることができる。
　実施の形態１のビーム輸送系４は、粒子線照射装置５８を動作させない照射位置（終点Ｔ）、すなわちアイソセンタにおいて、荷電粒子ビーム３１の色収差をゼロにでき、スャニング照射のスポット位置を計画通りにすることができる。荷電粒子ビーム３１は、粒子線照射装置５８で広い照射野を形成するように走査されるが、走査された照射位置ではビームの色収差がゼロでなくても、ビームの照射位置が許容範囲となっていれば高精度な粒子線治療はできるので、照射位置の許容範囲となるようなゼロではない色収差であってもよい。したがって、上記のように設計された実施の形態１のビーム輸送系４は、荷電粒子ビーム３１の照射位置においてビームの色収差をほぼゼロ（実質的にゼロ）にでき、スャニング照射のスポット位置を高精度に計画通りにすることができる。
　実施の形態１のビーム輸送系４は、小型化のシンクロトロンの場合であっても、高性能な偏向電磁石や四極電磁石や六極電磁石を用いて、ビーム輸送系４の光学パラメータ設計の始点Ｓにおいて色収差をゼロにしなくても、荷電粒子ビーム３１の照射位置においてビームの色収差をほぼゼロ（実質的にゼロ）にできる。したがって、実施の形態１のビーム輸送系４は、小型化のシンクロトロンの場合であっても、加速器やビーム輸送系の大型や複雑化を招くことなく、加速器やビーム輸送系を著しく高額になることを抑制することができる。
　実施の形態１で示したビーム輸送系４の設計方法は、理想的磁場条件で設定したビーム輸送系において、ビームプロファイルモニタ１１で検出されたプロファイルデータを用いてビーム輸送系４の途中のビーム位置を測定し、ビームプロファイルモニタ１１におけるビーム位置の時間変動量であるビーム時間変動関連量を計算することにより、ビーム取り合い点（始点Ｓ）における初期条件の一部であるｘ方向運動量分散関数ηｘ、ηｘ’及びｙ方向運動量分散関数ηｙ、ηｙ’を始点運動量分散関数として算出し、プロファイルデータを検出した際の照射位置（終点Ｔ）における当初条件である前記条件１と、始点運動量分散関数とを初期条件にして、ビーム輸送系４の新たな光学パラメータを設定するものである。この設計方法を適用することで、設置現場でも調整が容易になり、従来のように何度も調整しなければならないものとは異なり、ビーム輸送系の調整時間を従来に比べて短縮することができる。
　ビーム輸送系４における偏向電磁石７及び四極電磁石８の台数について説明する。照射位置（終点Ｔ）で荷電粒子ビーム３１がｘ方向に動かないようにする場合は、ｘ方向に偏向する偏向電磁石７を１台以上配置し、当該偏向電磁石７の上流にｘ方向の収束発散を制御する四極電磁石８を２台以上配置する。図３、図４では、偏向電磁石７ｂと四極電磁石８ａ、８ｂが必要最小限の偏向電磁石７及び四極電磁石８である。また、照射位置（終点Ｔ）で荷電粒子ビーム３１がｙ方向に動かないようにする場合は、ｙ方向に偏向する偏向電磁石７を１台以上配置し、当該偏向電磁石７の上流にｙ方向の収束発散を制御する四極電磁石８を２台以上配置する。
　図１、図３、図４では、ビーム輸送系４において、ｙ方向に偏向する偏向電磁石７は記載していないが、例えば偏向電磁石７ｂより下流側に配置し、このｙ方向に偏向する偏向電磁石７の上流の四極電磁石８の２台をｙ方向の収束発散を制御する四極電磁石とすればよい。図１の例では、周回中の荷電粒子ビーム３１をｘ方向に動かしてビーム輸送系４に導入するので、始点Ｓにおけるｙ方向の色収差は加速器３に配置された偏向電磁石５及び四極電磁石６により十分小さくすることができる。したがって、始点Ｓにおけるｙ方向の色収差が大きい場合に、照射位置（終点Ｔ）で荷電粒子ビーム３１がｙ方向に動かないようにするｙ方向用の偏向電磁石７及び四極電磁石８を配置すればよい。
　以上のように、実施の形態１のビーム輸送系４によれば、荷電粒子ビーム３１を偏向する、少なくとも１つの偏向電磁石７と、荷電粒子ビーム３１を収束または発散させる、少なくとも２つの四極電磁石８と、荷電粒子ビーム３１のプロファイルデータを検出する、少なくとも１つのビームプロファイルモニタ１１と、プロファイルデータに基づいて、ビームプロファイルモニタ１１における、ビーム位置の時間変動量またはビーム径であるビーム時間変動関連量を計算するビーム解析装置１４と、ビーム輸送系４の光学パラメータを計算する光学パラメータ計算装置１７と、光学パラメータ計算装置１７により計算された光学パラメータに基づいて、偏向電磁石７及び四極電磁石８の励磁電流を設定する電磁石電源１５と、を備える。実施の形態１のビーム輸送系４の光学パラメータ計算装置１７は、ビーム時間変動関連量に基づいて、加速器３のビーム軌道上に設定されたビーム輸送系４の設計始点（始点Ｓ）における荷電粒子ビーム３１の運動量分散関数η、η’である始点運動量分散関数を計算し、始点運動量分散関数と、プロファイルデータを検出した際の照射位置（終点Ｔ）における当初条件とを初期条件とした光学パラメータを計算することを特徴とするので、小型化のシンクロトロンから出射されるビームであっても、ビームの照射位置（終点Ｔ）においてビームの色収差をほぼゼロにできる。
　実施の形態１の粒子線治療装置２０によれば、荷電粒子ビーム３１を加速する加速器３と、加速器３から出射された荷電粒子ビーム３１を照射位置（終点Ｔ）へ輸送するビーム輸送系４と、ビーム輸送系４の下流側に配置され、荷電粒子ビーム３１を所望の照射野を形成するように、照射対象４５に照射する粒子線照射装置５８と、を備える。実施の形態１の粒子線治療装置２０によれば、ビーム輸送系４が、荷電粒子ビーム３１を偏向する、少なくとも１つの偏向電磁石７と、荷電粒子ビーム３１を収束または発散させる、少なくとも２つの四極電磁石８と、荷電粒子ビーム３１のプロファイルデータを検出する、少なくとも１つのビームプロファイルモニタ１１と、プロファイルデータに基づいて、ビームプロファイルモニタ１１における、ビーム位置の時間変動量またはビーム径であるビーム時間変動関連量を計算するビーム解析装置１４と、ビーム輸送系４の光学パラメータを計算する光学パラメータ計算装置１７と、光学パラメータ計算装置１７により計算された光学パラメータに基づいて、偏向電磁石７及び四極電磁石８の励磁電流を設定する電磁石電源１５と、を備える。実施の形態１の粒子線治療装置２０によれば、光学パラメータ計算装置１７は、ビーム時間変動関連量に基づいて、加速器３のビーム軌道上に設定されたビーム輸送系４の設計始点（始点Ｓ）における荷電粒子ビーム３１の運動量分散関数η、η’である始点運動量分散関数を計算し、始点運動量分散関数と、プロファイルデータを検出した際の照射位置（終点Ｔ）における当初条件とを初期条件とした光学パラメータを計算することを特徴とするので、小型化のシンクロトロンから出射されるビームであっても、ビームの照射位置（終点Ｔ）においてビームの色収差をほぼゼロにでき、ビームの照射位置（終点Ｔ）を高精度に制御することができる。
実施の形態２．
　実施の形態１では、荷電粒子ビーム３１をＲＦスイープ法にて加速器３からビーム出射させる場合のビーム輸送系４を説明した。実施の形態２では、荷電粒子ビーム３１をＲＦノックアウト法にて加速器３からビーム出射させる場合のビーム輸送系４を説明する。図１の粒子線治療装置２０の入射系１、加速器（シンクロトロン）３、ビーム輸送系４において、後述する手順で、照射位置Ｔにおいてほぼ色収差がなく（ビームを動かなく）、さらにビーム径が大きくならない光学系を得る。ＲＦノックアウト法は、シンクロトロン出射点で、ある時刻に様々なエネルギーの粒子を混在させた出射方法である。このためＲＦノックアウト法は、ビーム輸送系４の光学系を設計する始点Ｓにおける運動量分散関数（ηｘ，ηｘ’）、（ηｙ，ηｙ’）や、ツイス（ｔｗｉｓｓ）パラメータ（αｘ、βｘ）、（αｙ、βｙ）が不明な状況で、ビームを輸送させることになる。したがって、図１１のように、照射位置（終点Ｔ）において色収差のためビーム径が大きく観測される。これを実施の形態２の設計方法で修正することにより、図１２のように、照射位置（終点Ｔ）において小さな径のビームを得ることができる。
　図１１は本発明の実施の形態２によるビーム輸送系における補正前のビーム軌道及びビーム径を示す図であり、図１２は本発明の実施の形態２によるビーム輸送系における補正後のビーム軌道及びビーム径を示す図である。図１１、図１２の上側では、ビーム輸送系４の光学系を設計する始点Ｓから終点（照射位置）Ｔまでを、直線状にして表示してある。図１１、図１２の下側では、上側から引いた破線で示したｓ軸上の位置に対するビーム径を模式的に円で示した。図１１のビーム軌道４６ａは、式（１）、式（２）のΔｐ／ｐ＞０の場合のビーム軌道である。図１１のビーム軌道４６ｂは、式（１）、式（２）のΔｐ／ｐ＝０の場合のビーム軌道であり、図１１のビーム軌道４６ｃは、式（１）、式（２）のΔｐ／ｐ＜０の場合のビーム軌道である。始点Ｓにおけるビーム径は符号４７ａで示した円の直径であり、終点Ｔにおけるビーム径は符号４７ｇで示した円の直径である。始点Ｓから終点Ｔの間に、５つのビーム径を符号４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ、４７ｆの円の直径で示した。
　図１１と同様に、図１２のビーム軌道４８ａは、式（１）、式（２）のΔｐ／ｐ＞０の場合のビーム軌道である。図１２のビーム軌道４８ｂは、式（１）、式（２）のΔｐ／ｐ＝０の場合のビーム軌道であり、図１２のビーム軌道４８ｃは、式（１）、式（２）のΔｐ／ｐ＜０の場合のビーム軌道である。始点Ｓにおけるビーム径は符号４９ａで示した円の直径であり、終点Ｔにおけるビーム径は符号４９ｇで示した円の直径である。始点Ｓから終点Ｔの間に、５つのビーム径を符号４９ｂ、４９ｃ、４９ｄ、４９ｅ、４９ｆの円の直径で示した。
　ステップＳ１１にて、シンクロトロン（加速器３）が理想状態である場合の光学パラメータを、光学パラメータ計算装置１７で算出する。その光学パラメータは、機器制御装置１６に出力され、機器制御装置１６は、光学パラメータに基づいて、各電磁石の電流値を計算し、電磁石電源１５に電流値を送付する。電磁石電源１５が、ビーム輸送系４の電磁石（偏向電磁石７、四極電磁石８）の電流を設定する。なお、電磁石電源１５は、入射系１と加速器３の電磁石（偏向電磁石５、四極電磁石６）の電流も設定する。
　ステップＳ１２にて、機器制御装置１６により、加速器３の光学パラメータに対応した指令値をＲＦ加速電源１２、電磁石電源１５に送り、それらの指令値に従い、各装置（偏向電磁石５、四極電磁石６、加速空洞９、ｘ方向キック電極１０）を駆動し、荷電粒子ビーム３１を加速、出射させる。なお、ここではＲＦノックアウト法なので、出射時には、ＲＦ加速電源１２のＲＦ周波数を変化させず、ＲＦキック電源１３を駆動させ、横方向（ｘ方向）のエミッタンスを増加させることで、荷電粒子ビーム３１を出射させる。なお、エミッタンスは、ビームの位相空間上の面積に相当するものである。
　ステップＳ１３にて、ビームプロファイルモニタ１１ａ、１１ｂで、加速器３から出射された荷電粒子ビーム３１の各時間でのプロファイルデータを取得し、ビーム解析装置１４で、ビーム径を解析する。プロファイルデータを取得する時間は、出射始めから出射終わりまでの時間であり、図５の時刻ｔ１からｔ３までの時間である。ＲＦノックアウト法では、ある運動量幅をもった荷電粒子ビーム３１が同時に加速器３から出射される。そこで、ビーム径は、式（１１）、式（１２）、式（１３）を用いて計算する。
　一般に、式（１１）の行列で表せる輸送行列Ｍで、ビームを輸送する場合、ビームのツイスパラメータα、β、γは式（１２）のように輸送される。また、輸送されたところのビーム径ｒは、式（１３）で表せる。式（１２）の右辺におけるツイスパラメータα、β、γは、輸送行列Ｍで輸送前のものであり、式（１２）の左辺におけるツイスパラメータα、β、γは、輸送行列Ｍで輸送後のものである。式（１２）のツイスパラメータの輸送行列Ｍｔの各要素は、式（１１）の輸送行列Ｍにおける要素ｍ１１、ｍ１２、ｍ１３、ｍ２１、ｍ２２、ｍ２３を用いて記載されている。式（１３）において、ｒｘはｘ方向のビーム径であり、εｘはｘ方向のエミッタンスであり、βｘはｘ方向のツイスパラメータβであり、ηｘはｘ方向の運動量分散関数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　ステップＳ１４にて、ビームプロファイルモニタ１１ａ、１１ｂでの荷電粒子の光学式を求める。ビームプロファイルモニタ１１ａでの荷電粒子の光学式は、式（１４）、式（１７）、式（２０）で表される。ビームプロファイルモニタ１１ｂでの荷電粒子の光学式は、式（２３）、式（２６）、式（２９）で表される。まず、ビームプロファイルモニタ１１ａでの荷電粒子の光学式について説明する。なお、以下に示す式における添え字ｉは入力を示しており、すなわち始点Ｓを示している。以下に示す式における添え字ａは、ビームプロファイルモニタ１１ａにおける数値であることを示しており、添え字ｂは、ビームプロファイルモニタ１１ｂにおける数値であることを示している。添え字ｘは、該当する変数がｘ方向の値であることを示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　式（１４）は、始点Ｓにおけるｘ方向のツイスパラメータαｘ、βｘ、γｘが、それぞれツイスパラメータの輸送行列Ｍｔａによってαｘａ、βｘａ、γｘａのように輸送されることを示している。ツイスパラメータの輸送行列Ｍｔａは、式（１４）の添え字ａが付された行列である。四極電磁石６や四極電磁石８の励磁を変化させた輸送行列Ｍａ１、Ｍａ２を用いると、すなわちツイスパラメータの輸送行列Ｍｔａ１、Ｍｔａ２を用いると、ｘ方向のビームのツイスパラメータαｘ、βｘ、γｘは、式（１５）、式（１６）のように輸送される。輸送行列Ｍｔａ１、Ｍｔａ２は、輸送行列Ｍｔａと同様の形になる。なお、添え字ａ１は、輸送行列Ｍａ１や輸送行列Ｍｔａ１によって輸送された場合のビームプロファイルモニタ１１ａにおける数値であることを示しており、添え字ａ２は、輸送行列Ｍａ２や輸送行列Ｍｔａ２によって輸送された場合のビームプロファイルモニタ１１ａにおける数値であることを示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　ビームプロファイルモニタ１１ａにおける輸送行列が、式（１１）と同様の各要素を有している場合に、ビームのツイスパラメータα、β、γは式（１４）のように輸送される。ビームプロファイルモニタ１１ａにおけるｘ方向のビーム径ｒｘａは、式（１７）のように表せる。βｘａはビームプロファイルモニタ１１ａにおけるｘ方向のツイスパラメータβであり、ηｘａはビームプロファイルモニタ１１ａにおけるｘ方向の運動量分散関数である。ｘ方向の運動量分散関数ηｘａは、式（２０）に示すように、始点Ｓにおけるｘ方向の運動量分散関数ηｘが、輸送行列Ｍａによってηｘａに輸送されたものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　四極電磁石６や四極電磁石８の励磁を変化させた輸送行列Ｍａ１を用いると、式（１７）と同様に、ビームプロファイルモニタ１１ａにおけるｘ方向のビーム径ｒｘａ１は、式（１８）のように表せる。また、四極電磁石６や四極電磁石８の励磁を変化させた輸送行列Ｍａ２を用いると、式（１７）と同様に、ビームプロファイルモニタ１１ａにおけるｘ方向のビーム径ｒｘａ２は、式（１９）のように表せる。βｘａ１は、輸送行列Ｍｔａ１で輸送されたビームプロファイルモニタ１１ａにおけるｘ方向のツイスパラメータβであり、ηｘａ１は、輸送行列Ｍａ１で輸送されたビームプロファイルモニタ１１ａにおけるｘ方向の運動量分散関数である。βｘａ２は、輸送行列Ｍｔａ２で輸送されたビームプロファイルモニタ１１ａにおけるｘ方向のツイスパラメータβであり、ηｘａ２は、輸送行列Ｍａ２で輸送されたビームプロファイルモニタ１１ａにおけるｘ方向の運動量分散関数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
　式（２０）は、始点Ｓにおけるｘ方向の運動量分散関数ηｘと、そのｓ方向に対する傾きであるηｘ’が、それぞれ輸送行列Ｍａによってηｘａとηｘａ’に輸送されることを示している。四極電磁石６や四極電磁石８の励磁を変化させた輸送行列Ｍａ１、Ｍａ２を用いると、ｘ方向の運動量分散関数ηｘとｓ方向に対する傾きであるηｘ’は、式（２１）、式（２２）のように輸送される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
　次に、ビームプロファイルモニタ１１ｂでの荷電粒子の光学式について説明する。ビームプロファイルモニタ１１ｂでの荷電粒子の光学式も、ビームプロファイルモニタ１１ａでの荷電粒子の光学式と同様である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
　式（２３）は、始点Ｓにおけるｘ方向のツイスパラメータαｘ、βｘ、γｘが、それぞれ輸送行列Ｍｔｂによってαｘｂ、βｘｂ、γｘｂのように輸送されることを示している。四極電磁石６や四極電磁石８の励磁を変化させた輸送行列Ｍａ１、Ｍａ２を用いると、すなわちツイスパラメータの輸送行列Ｍｔｂ１、Ｍｔｂ２を用いると、ｘ方向のツイスパラメータαｘ、βｘ、γｘは、式（２４）、式（２５）のように輸送される。なお、輸送行列Ｍｔｂは、式（２３）の添え字ｂが付された行列である。添え字ｂ１は、輸送行列Ｍｂ１や輸送行列Ｍｔｂ１によって輸送された場合のビームプロファイルモニタ１１ｂにおける数値であることを示しており、添え字ｂ２は、輸送行列Ｍｂ２や輸送行列Ｍｔｂ２によって輸送された場合のビームプロファイルモニタ１１ｂにおける数値であることを示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
　ビームプロファイルモニタ１１ｂにおける輸送行列Ｍｂが、式（１１）と同様の各要素を有している場合に、ビームのツイスパラメータα、β、γは式（２３）のように輸送される。ビームプロファイルモニタ１１ｂにおけるｘ方向のビーム径ｒｘｂは、式（２６）のように表せる。βｘｂはビームプロファイルモニタ１１ｂにおけるｘ方向のツイスパラメータβであり、ηｘｂはビームプロファイルモニタ１１ｂにおけるｘ方向の運動量分散関数である。ｘ方向の運動量分散関数ηｘｂは、式（２９）に示すように、始点Ｓにおけるｘ方向の運動量分散関数ηｘが、輸送行列Ｍｂによってηｘｂに輸送されたものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
　四極電磁石６や四極電磁石８の励磁を変化させた輸送行列Ｍｂ１を用いると、式（２６）と同様に、ビームプロファイルモニタ１１ｂにおけるｘ方向のビーム径ｒｘｂ１は、式（２７）のように表せる。また、四極電磁石６や四極電磁石８の励磁を変化させた輸送行列Ｍｂ２を用いると、式（２６）と同様に、ビームプロファイルモニタ１１ｂにおけるｘ方向のビーム径ｒｘｂ２は、式（２８）のように表せる。βｘｂ１は、輸送行列Ｍｔｂ１で輸送されたビームプロファイルモニタ１１ｂにおけるｘ方向のツイスパラメータβであり、ηｘｂ１は、輸送行列Ｍｂ１で輸送されたビームプロファイルモニタ１１ｂにおけるｘ方向の運動量分散関数である。βｘｂ２は、輸送行列Ｍｔｂ２で輸送されたビームプロファイルモニタ１１ｂにおけるｘ方向のツイスパラメータβであり、ηｘｂ２は、輸送行列Ｍｂ２で輸送されたビームプロファイルモニタ１１ｂにおけるｘ方向の運動量分散関数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000025
　式（２９）は、始点Ｓにおけるｘ方向の運動量分散関数ηｘと、そのｓ方向に対する傾きであるηｘ’が、それぞれ輸送行列Ｍｂによってηｘｂとηｘｂ’に輸送されることを示している。四極電磁石６や四極電磁石８の励磁を変化させた輸送行列Ｍｂ１、Ｍｂ２を用いると、ｘ方向の運動量分散関数ηｘとｓ方向に対する傾きであるηｘ’は、式（３０）、式（３１）のように輸送される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000026
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000027
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000028
　ステップＳ１４にて、上記に示したビームプロファイルモニタ１１ａ、１１ｂでの荷電粒子の光学式と、式（３２）から始点Ｓのツイスパラメータ（αｘｉ，βｘｉ，γｘｉ）運動量分散関数（ηｘｉ，ηｘｉ’）を算出する。これらの初期条件より、終点Ｔにおけるビーム径が大きくならない、すなわち、ビームプロファイルモニタ１１によるプロファイルデータを検出した際の照射位置（終点Ｔ）におけるビーム径と同一となる光学条件（条件２）の光学パラメータを、光学パラメータ計算装置１７で算出する。この条件２を満たす光学パラメータを、光学パラメータ計算装置１７に出力する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000029
　ステップＳ１５にて、再度、機器制御装置１６が、電磁石電源１５に条件２となる光学パラメータに基づいた電流値を転送し、各電磁石に所定の電流を設定する。
　各電磁石がステップＳ１５の電流値に設定された場合は、図１１、図１２に示すように照射位置（終点Ｔ）でビーム径が小さくなる。終点Ｔにおける色収差をほぼゼロにする補正をしない状態では、ビームプロファイルモニタ１１ｂより下流側でもビーム径は円４７ｄ、４７ｆ、４７ｇのように始点Ｓのビーム径（円４７ａ）よりも大きなっている。しかし、終点Ｔにおける色収差をほぼゼロにする補正をした後には、ビームプロファイルモニタ１１ｂより下流側で、ビーム径は円４９ｄから４９ｇのように始点Ｓのビーム径（円４９ａ）とほぼ同じであり、照射位置（終点Ｔ）でビーム径が補正前よりも小さくなっている。
　実施の形態２のビーム輸送系４は、ビームの照射位置（終点Ｔ）においてビームの色収差をほぼゼロにでき、荷電粒子ビームをＲＦノックアウト法にて加速器３からビーム出射させる場合に、色収差のためビーム径が大きくなることを抑制でき、照射位置（終点Ｔ）において小さな径のビームを得ることができる。
　実施の形態２のビーム輸送系４は、小型化のシンクロトロンの場合であっても、高性能な偏向電磁石や四極電磁石や六極電磁石を用いて、ビーム輸送系４の光学パラメータ設計の始点Ｓにおいて色収差をゼロにしなくても、荷電粒子ビーム３１の照射位置においてビームの色収差をほぼゼロ（実質的にゼロ）にできる。したがって、実施の形態２のビーム輸送系４は、小型化のシンクロトロンの場合であっても、加速器やビーム輸送系の大型や複雑化を招くことなく、加速器やビーム輸送系を著しく高額になることを抑制することができる。
　実施の形態２で示したビーム輸送系４の設計方法は、電粒子ビームをＲＦノックアウト法にて加速器３からビーム出射させる場合の理想的磁場条件で設定したビーム輸送系において、ビームプロファイルモニタ１１で検出されたプロファイルデータを用いてビーム輸送系４の途中のビームの大きさ（ビーム径）を測定することにより、ビーム取り合い点（始点Ｓ）における初期条件の一部であるｘ方向運動量分散関数ηｘ、ηｘ’及びｙ方向運動量分散関数ηｙ、ηｙ’を始点運動量分散関数として算出し、プロファイルデータを検出した際の照射位置（終点Ｔ）における当初条件である前記条件２と、始点運動量分散関数とを初期条件にして、ビーム輸送系４の新たな光学パラメータを設定するものである。この設計方法を適用することで、設置現場でも調整が容易になり、従来のように何度も調整しなければならないものとは異なり、ビーム輸送系の調整時間を従来に比べて短縮することができる。
　照射位置（終点Ｔ）で荷電粒子ビーム３１におけるｘ方向の色収差をほぼゼロにし、ビームサイズの増大を抑制する場合は、ｘ方向に偏向する偏向電磁石７を１台以上配置し、当該偏向電磁石７の上流にｘ方向の収束発散を制御する四極電磁石８を２台以上配置する。図１１、図１２では、偏向電磁石７ｂと四極電磁石８ａ、８ｂが必要最小限の偏向電磁石７及び四極電磁石８である。また、照射位置（終点Ｔ）で荷電粒子ビーム３１におけるｙ方向の色収差をほぼゼロにし、ビームサイズの増大を抑制する場合は、ｙ方向に偏向する偏向電磁石７を１台以上配置し、当該偏向電磁石７の上流にｙ方向の収束発散を制御する四極電磁石８を２台以上配置する。
　図１、図１１、図１２では、ビーム輸送系４において、ｙ方向に偏向する偏向電磁石７は記載していないが、例えば偏向電磁石７ｂより下流側に配置し、このｙ方向に偏向する偏向電磁石７の上流の四極電磁石８の２台をｙ方向の収束発散を制御する四極電磁石とすればよい。図１の例では、周回中の荷電粒子ビーム３１をｘ方向に動かしてビーム輸送系４に導入するので、始点Ｓにおけるｙ方向の色収差は加速器３に配置された偏向電磁石５及び四極電磁石６により十分小さくすることができる。したがって、始点Ｓにおけるｙ方向の色収差が大きい場合に、照射位置（終点Ｔ）で荷電粒子ビーム３１におけるｙ方向の色収差をほぼゼロにし、ビームサイズの増大を抑制するｙ方向用の偏向電磁石７及び四極電磁石８を配置すればよい。
実施の形態３．
　実施の形態１及び実施の形態２では、照射位置（終点Ｔ）で荷電粒子ビーム３１におけるｘ方向の色収差をほぼゼロにしていた。実施の形態３では、照射位置（終点Ｔ）で荷電粒子ビーム３１におけるｘ方向の色収差をほぼゼロにしなくても照射位置（終点Ｔ）で荷電粒子ビーム３１がｘ方向に動かないようにするビーム輸送系４を説明する。図１３は本発明の実施の形態３によるビーム輸送系における補正前のビーム軌道を示す図であり、図１４は本発明の実施の形態３によるビーム輸送系における補正後のビーム軌道を示す図である。図１３は、図４の偏向電磁石５ｇ、７ａを偏向電磁石５ｎ、７ｃのように傾けて配置し、ステアリング電磁石１８ａ、１８ｂを追加したものである。図１４は、図５の偏向電磁石５ｇ、７ａを偏向電磁石５ｎ、７ｃのように傾けて配置し、ステアリング電磁石１８ａ、１８ｂを追加したものである。なお、図１３、１４において、偏向電磁石５ｇ、７ａは破線で示した。図１３、図１４で斜めに配置された偏向電磁石５ｎ、７ｃは、設計時の配置からずれた電磁石配置誤差が生じていることを示している。
　偏向電磁石５ｎ、７ｃにおいて配置誤差があると、実施の形態１のビーム輸送系４の設計方法や実施の形態２のビーム輸送系４の設計方法を適用したビーム輸送系４でも、図１１のビーム軌道２９ａのようになり、照射位置（終点Ｔ）で荷電粒子ビーム３１がずれた位置にきてしまう。実施の形態３では、ステアリング電磁石１８ａ、１８ｂを追加することで、ビーム輸送系４の偏向電磁石の配置誤差を補正でき、図１４のビーム軌道２９ｂのようにすることができ、照射位置（終点Ｔ）でのビーム位置を、粒子線照射装置５８を動作させない照射位置（アイソセンタ）に正確に合わすことができる。この場合は、照射位置（終点Ｔ）で荷電粒子ビーム３１におけるｘ方向の色収差をほぼゼロにできる。なお、ビーム軌道２９ｃは、破線で示した偏向電磁石５ｇ、７ａの場合における、補正前のビーム軌道である。ビーム軌道２９ｄは、破線で示した偏向電磁石５ｇ、７ａの場合における、補正後のビーム軌道である。
　ビーム輸送系４の偏向電磁石５ｎ、７ｃに配置誤差があっても、図１４のビーム軌道２９ｂのようにすることがでるということは、偏向電磁石５ｎ、７ｃにおいて配置誤差がなく、照射位置（終点Ｔ）で荷電粒子ビーム３１におけるｘ方向の色収差が多少大きくても、照射位置（終点Ｔ）で荷電粒子ビーム３１がｘ方向に動かないようにできることを示している。したがって、実施の形態３のビーム輸送系４は、照射位置（終点Ｔ）で荷電粒子ビーム３１におけるｘ方向の色収差をほぼゼロにしなくても照射位置（終点Ｔ）で荷電粒子ビーム３１がｘ方向に動かないようにできるので、照射位置（終点Ｔ）で荷電粒子ビーム３１におけるｘ方向の色収差の調整が困難な場合に有効である。
　なお、実施の形態３のビーム輸送系４を適用した粒子線治療装置２０は、図１においてステアリング電磁石１８ａ、１８ｂを図１１、図１２に示した位置に追加される。
　なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
３…加速器、４…ビーム輸送系、７、７ａ、７ｂ…偏向電磁石、
８、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、８ｇ、８ｈ…四極電磁石、
９…加速空洞、１０…ｘ方向キック電極、
１１、１１ａ、１１ｂ…ビームプロファイルモニタ、
１４…ビーム解析装置、１５…電磁石電源、
１７…光学パラメータ計算装置、
１８ａ、１８ｂ…ステアリング電磁石、２０…粒子線治療装置、
３１…荷電粒子ビーム、４５…照射対象、５８…粒子線照射装置、
Ｓ…始点（設計始点）、Ｔ…終点（照射位置）、
η、η’、ηｘ、ηｘ’、ηｙ、ηｙ’…運動量分散関数。

Claims (7)

  1. 　加速器から出射された荷電粒子ビームを照射位置へ輸送するビーム輸送系であって、
    前記荷電粒子ビームを偏向する、少なくとも１つの偏向電磁石と、
    前記荷電粒子ビームを収束または発散させる、少なくとも２つの四極電磁石と、
    前記荷電粒子ビームのプロファイルデータを検出する、少なくとも１つのビームプロファイルモニタと、
    前記プロファイルデータに基づいて、前記ビームプロファイルモニタにおける、ビーム位置の時間変動量またはビーム径であるビーム時間変動関連量を計算するビーム解析装置と、
    前記ビーム輸送系の光学パラメータを計算する光学パラメータ計算装置と、
    前記光学パラメータ計算装置により計算された前記光学パラメータに基づいて、前記偏向電磁石及び前記四極電磁石の励磁電流を設定する電磁石電源と、を備え、
    前記光学パラメータ計算装置は、
    前記ビーム時間変動関連量に基づいて、前記加速器のビーム軌道上に設定された前記ビーム輸送系の設計始点における前記荷電粒子ビームの運動量分散関数である始点運動量分散関数を計算し、
    前記始点運動量分散関数と、前記プロファイルデータを検出した際の前記照射位置における当初条件とを初期条件とした前記光学パラメータを計算することを特徴とするビーム輸送系。
  2. 　前記加速器はシンクロトロンであり、
    前記加速器に設置された加速空洞に供給する高周波電力がスイープされることにより、前記荷電粒子ビームが前記加速器から出射される場合に、
    前記ビーム解析装置は、前記ビーム時間変動関連量として、前記ビームプロファイルモニタにおける前記ビーム位置の時間変動量を計算することを特徴とする請求項１記載のビーム輸送系。
  3. 　前記当初条件は、前記照射位置における前記荷電粒子ビームの運動量分散関数である終点運動量分散関数がゼロであるとの条件を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のビーム輸送系。
  4. 　前記加速器はシンクロトロンであり、
    前記加速器に設置されたキック電極に高周波電力を供給し、前記荷電粒子ビームの周回面上であって、前記荷電粒子ビームの進行方向に垂直な方向のエミッタンスが大きくされることにより、前記荷電粒子ビームが前記加速器から出射される場合に、
    前記ビーム解析装置は、前記ビーム時間変動関連量として、前記ビームプロファイルモニタにおける前記ビーム径を計算することを特徴とする請求項１記載のビーム輸送系。
  5. 　前記当初条件は、前記照射位置における前記荷電粒子ビームの前記ビーム径の設定条件を含むことを特徴とする請求項１または４に記載のビーム輸送系。
  6. 　前記偏向電磁石の配置誤差を修正するステアリング電磁石を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のビーム輸送系。
  7. 　荷電粒子ビームを加速する加速器と、
    前記加速器から出射された前記荷電粒子ビームを照射位置へ輸送するビーム輸送系と、
    前記ビーム輸送系の下流側に配置され、前記荷電粒子ビームを所望の照射野を形成するように、照射対象に照射する粒子線照射装置と、を備え、
    前記ビーム輸送系は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のビーム輸送系であることを特徴とする粒子線治療装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018073639A (ja) * 2016-10-31 2018-05-10 株式会社東芝 線形加速装置、中性子ビーム生成装置及び粒子線治療装置
US12029929B2 (en) 2011-05-27 2024-07-09 Victaulic Company Flexible dry sprinkler

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101993050B1 (ko) * 2017-09-28 2019-06-25 고려대학교 세종산학협력단 빔 위치 모니터 신호처리 시스템
US10864384B2 (en) * 2019-03-29 2020-12-15 Varian Medical Systems Particle Therapy Gmbh Non-achromatic compact gantry

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54152386A (en) * 1978-03-29 1979-11-30 Varian Associates Magnetic beam deflection device that have no secondary chromatic aberration and geometric aberration
US4795912A (en) * 1987-02-17 1989-01-03 Trw Inc. Method and apparatus for correcting chromatic aberration in charged particle beams
JPH07275381A (ja) * 1994-04-07 1995-10-24 Toshiba Corp ビーム治療装置
JPH11176596A (ja) * 1997-12-08 1999-07-02 Mitsubishi Electric Corp 荷電粒子ビーム装置
WO2011053960A1 (en) * 2009-11-02 2011-05-05 Procure Treatment Centers, Inc. Compact isocentric gantry
JP2011206237A (ja) 2010-03-30 2011-10-20 Hitachi Ltd 荷電粒子ビーム輸送装置及び粒子線治療システム

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6774378B1 (en) * 2003-10-08 2004-08-10 Axcelis Technologies, Inc. Method of tuning electrostatic quadrupole electrodes of an ion beam implanter
CN100420353C (zh) * 2004-04-19 2008-09-17 三菱电机株式会社 带电粒子束加速器、粒子束照射医疗系统及其运行方法
JP4299269B2 (ja) * 2005-06-06 2009-07-22 株式会社日立製作所 粒子線治療システム
US7550752B2 (en) * 2006-03-28 2009-06-23 Hampton University Hadron treatment planning with adequate biological weighting
WO2011048088A1 (en) * 2009-10-23 2011-04-28 Ion Beam Applications Gantry comprising beam analyser for use in particle therapy
JP5409521B2 (ja) * 2010-06-01 2014-02-05 株式会社日立製作所 粒子線治療装置
WO2012008025A1 (ja) * 2010-07-14 2012-01-19 三菱電機株式会社 粒子線照射装置および粒子線治療装置
WO2013069090A1 (ja) * 2011-11-08 2013-05-16 三菱電機株式会社 粒子線治療システムおよびそのビーム位置補正方法
JP5907862B2 (ja) * 2012-04-27 2016-04-26 三菱電機株式会社 粒子線回転照射装置
JP6292813B2 (ja) * 2013-10-04 2018-03-14 株式会社日立製作所 放射線計測装置とそれを備えた粒子線治療装置ならびに粒子線の線量分布演算方法
JP6109702B2 (ja) * 2013-10-15 2017-04-05 住友重機械工業株式会社 荷電粒子線照射装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54152386A (en) * 1978-03-29 1979-11-30 Varian Associates Magnetic beam deflection device that have no secondary chromatic aberration and geometric aberration
US4795912A (en) * 1987-02-17 1989-01-03 Trw Inc. Method and apparatus for correcting chromatic aberration in charged particle beams
JPH07275381A (ja) * 1994-04-07 1995-10-24 Toshiba Corp ビーム治療装置
JPH11176596A (ja) * 1997-12-08 1999-07-02 Mitsubishi Electric Corp 荷電粒子ビーム装置
WO2011053960A1 (en) * 2009-11-02 2011-05-05 Procure Treatment Centers, Inc. Compact isocentric gantry
JP2011206237A (ja) 2010-03-30 2011-10-20 Hitachi Ltd 荷電粒子ビーム輸送装置及び粒子線治療システム

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12029929B2 (en) 2011-05-27 2024-07-09 Victaulic Company Flexible dry sprinkler
JP2018073639A (ja) * 2016-10-31 2018-05-10 株式会社東芝 線形加速装置、中性子ビーム生成装置及び粒子線治療装置

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