WO2016067820A1 - 荷電粒子ビーム照射装置 - Google Patents

荷電粒子ビーム照射装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2016067820A1
WO2016067820A1 PCT/JP2015/077711 JP2015077711W WO2016067820A1 WO 2016067820 A1 WO2016067820 A1 WO 2016067820A1 JP 2015077711 W JP2015077711 W JP 2015077711W WO 2016067820 A1 WO2016067820 A1 WO 2016067820A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coil
charged particle
particle beam
scanning electromagnet
scanning
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/077711
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
卓司 古川
茂貴 高山
矢澤　孝
芳治 金井
耕輔 佐藤
朝文 折笠
圭 小柳
Original Assignee
国立研究開発法人 放射線医学総合研究所
株式会社 東芝
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2015117703A external-priority patent/JP6613466B2/ja
Application filed by 国立研究開発法人 放射線医学総合研究所, 株式会社 東芝 filed Critical 国立研究開発法人 放射線医学総合研究所
Priority to KR1020177011529A priority Critical patent/KR101985252B1/ko
Priority to CN201580058909.5A priority patent/CN106999729B/zh
Priority to DE112015004883.9T priority patent/DE112015004883B4/de
Publication of WO2016067820A1 publication Critical patent/WO2016067820A1/ja
Priority to US15/497,831 priority patent/US10090132B2/en

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a charged particle beam irradiation apparatus.
  • a charged particle beam irradiation apparatus that irradiates a charged particle beam such as a heavy particle beam to an affected part of a patient such as cancer is known.
  • This charged particle beam irradiation apparatus is an apparatus that accelerates a charged particle beam generated by a beam generation apparatus using a beam accelerator, and irradiates an affected area with a beam irradiation apparatus in a treatment room via a beam transport apparatus.
  • This beam irradiation apparatus is an apparatus which irradiates according to the three-dimensional shape of the affected part which is an irradiation target.
  • two sets of scanning magnets for example, a set of horizontal scanning magnets and a set of vertical scanning magnets are arranged in series to scan a charged particle beam in two orthogonal directions.
  • irradiation field it is desirable to ensure a wide irradiation area (irradiation field) in order to irradiate various parts and cancer parts of different sizes.
  • a method of extending the axial length is a method of greatly separating the position of two sets of scanning electromagnets arranged in series from the position of a patient irradiated with a charged particle beam.
  • This embodiment provides a charged particle beam irradiation apparatus capable of suppressing an increase in size and ensuring a sufficient irradiation field.
  • the charged particle beam irradiation apparatus includes a first scanning electromagnet unit that deflects the charged particle beam in a second direction substantially orthogonal to the first direction in which the charged particle beam is incident, the first direction, and the first direction
  • a second scanning electromagnet unit that deflects the charged particle beam in a third direction substantially orthogonal to the second direction, wherein the first and second scanning electromagnet units are parallel to the first direction. Be placed.
  • FIGS. 3A to 3C are diagrams illustrating the vertical scanning electromagnet of the first embodiment.
  • FIGS. 4A to 4C are diagrams illustrating the horizontal scanning electromagnet of the first embodiment.
  • FIGS. 5A to 5C are diagrams illustrating a scanning electromagnet according to a modification of the first embodiment.
  • the figure explaining the vertical scanning electromagnet of 3rd Embodiment The figure which shows the scanning electromagnet used for the charged particle beam irradiation apparatus of 4th Embodiment.
  • the figure explaining the vertical scanning electromagnet of 4th Embodiment The figure explaining the horizontal scanning electromagnet of 4th Embodiment.
  • the figure explaining the vertical scanning electromagnet of 5th Embodiment The figure explaining the horizontal scanning electromagnet of 5th Embodiment.
  • the figure explaining the vertical scanning electromagnet of 6th Embodiment The figure explaining the horizontal scanning electromagnet of 6th Embodiment.
  • the figure explaining the vertical scanning electromagnet of 7th Embodiment The figure explaining the horizontal scanning electromagnet of 7th Embodiment.
  • FIG. 1 shows a charged particle beam irradiation apparatus according to the first embodiment.
  • the charged particle beam irradiation apparatus 1 of this embodiment is an irradiation apparatus that uses charged particles, for example, negative pions, protons, helium ions, carbon ions, neon ions, silicon ions, or argon ions as a particle beam source for therapeutic irradiation. 1.
  • the charged particle beam irradiation apparatus 1 includes a beam generation apparatus 10, a beam acceleration apparatus 20, a beam transport apparatus 30, a beam irradiation apparatus 40, and an irradiation control apparatus 60. Irradiate the particle beam 104.
  • the beam generator 10 generates a charged particle beam.
  • the beam accelerator 20 is a device that accelerates the charged particle beam 104 to a predetermined energy.
  • a front-stage accelerator and a rear-stage accelerator there is a case where it is configured by a front-stage accelerator and a rear-stage accelerator.
  • a linear accelerator is used as the front stage accelerator and a synchroton is used as the rear stage accelerator.
  • Components include vacuum vessel (pipe), high-frequency acceleration cavity, beam deflection device (dipolar electromagnet), beam focusing / divergence device (quadrupole electromagnet), beam trajectory correction device (steering electromagnet), incidence device, emission device, and There are control devices. Since the configuration of the beam accelerator 20 can be arbitrary, it will not be described in detail here. A cyclotron or the like may be selected as the accelerator.
  • the beam transport device 30 is a device for transporting the accelerated charged particle beam 104 to the irradiation object, that is, to the affected part 90 of the patient in the irradiation treatment room.
  • the components include a vacuum vessel (pipe), a beam deflecting device (dipole electromagnet), a beam focusing / diverging device (quadrupole electromagnet), a beam trajectory correcting device (steering electromagnet), and a control device.
  • the beam irradiation device 40 is provided on the charged particle beam exit side of the beam transport device 30, and the charged particle beam 104 c having a specific energy that has passed through the beam transport device 30 correctly enters the set irradiation point 902 of the affected area 90 of the patient. Thus, the trajectory of the charged particle beam 104c is adjusted. Moreover, the irradiation position and irradiation dose of the charged particle beam 104c in the affected part 90 are monitored.
  • the beam irradiation apparatus 40 includes a scanning electromagnet 401, a scanning electromagnet power supply 402, a position monitor 403, a dosimeter 404, and a dosimeter circuit 405.
  • the scanning electromagnet 401 is controlled by an excitation current, and a pair of vertical scanning electromagnets 401a that adjust the vertical trajectory of the charged particle beam 104c and a pair of horizontal scanning electromagnets 401b that adjust the horizontal trajectory of the charged particle beam 104c. And having.
  • the scanning electromagnet power source 402 includes electromagnet power sources 402a and 402b.
  • the electromagnet power source 402a supplies an excitation current necessary for scanning the charged particle beam 104c to the scanning electromagnet 401a.
  • the electromagnet power source 402b supplies an excitation current necessary for scanning the charged particle beam 104c to the scanning electromagnet 401b.
  • the pair of vertical scanning electromagnets 401a and the pair of horizontal scanning electromagnets 401b will be described in detail later.
  • the position monitor 403 outputs a signal serving as an index of the position of the charged particle beam 104c that has passed through the position monitor 403, that is, the incident position of the charged particle beam in the affected area 90 of the patient, and transmits the signal to the irradiation control device 60.
  • a signal serving as an index of the position of the charged particle beam 104c that has passed through the position monitor 403, that is, the incident position of the charged particle beam in the affected area 90 of the patient, and transmits the signal to the irradiation control device 60.
  • an ionization chamber type or the like can be used as the position monitor 403, an ionization chamber type or the like can be used.
  • the dosimeter 404 outputs an electrical signal corresponding to the intensity or dose of the charged particle beam 104c that has passed through the dosimeter, that is, the intensity or dose of the charged particle beam irradiated to the affected area 90 of the patient.
  • an ionization chamber type or the like can be used as the dosimeter 404.
  • the dosimeter circuit 405 receives the electrical signal output from the dosimeter 404, and when the received electrical signal reaches a preset integrated output value, the dose at the irradiation point 902 set in the affected area 90 of the patient has expired. Is transmitted to the irradiation control device 60.
  • the irradiation control device 60 is configured to be able to record irradiation pattern data indicating how to perform treatment irradiation of the patient, and performs overall control of the charged particle beam irradiation device 1 with reference to the irradiation pattern data.
  • the irradiation pattern data is created based on the optimum irradiation information created in the treatment plan performed prior to the treatment irradiation.
  • the irradiation pattern data includes a horizontal relative position and a vertical relative position as viewed from a reference position serving as a position index of the irradiation point 902 set for each irradiation slice 901 virtually divided from the affected area 90 of the patient, and irradiation.
  • a position index of the slice 901 that is, an in-vivo range that is an index of the depth of the body, a beam stop width that is an index of the beam stop width in the body, a beam intensity to be irradiated to each irradiation point 902, and a set dose
  • Information necessary for controlling the operation of the generator 10, the beam accelerator 20, the beam transport device 30, and the beam irradiation device 40 is stored.
  • the beam stop width is caused by a difference in the range of the body based on the energy width of the charged particle beam.
  • the content of irradiation pattern data can be changed suitably.
  • the irradiation control device 60 includes a beam focusing control unit 601, an energy selection control unit 602, and a scanning control unit 603.
  • the scanning control unit 603 controls the output of the scanning electromagnet power source 402 and adjusts the excitation current applied to the scanning electromagnet 401 so that the charged particle beam 104c is incident on the predetermined irradiation point 902.
  • the pair of vertical scanning electromagnets 401a and the pair of horizontal scanning electromagnets 401b are arranged in parallel with the traveling of the charged particle beam 104c. That is, the pair of vertical scanning electromagnets 401a are arranged in the vertical direction, and the pair of horizontal scanning electromagnets 401b are arranged at the same position as the position where the pair of vertical scanning electromagnets 401a are arranged and in the horizontal direction.
  • the pair of vertical scanning electromagnets 401a and the pair of horizontal scanning electromagnets 401b are arranged so as to simultaneously perform scanning in two orthogonal directions, that is, the vertical direction and the horizontal direction.
  • FIGS. 3 (a) to 3 (c) Details of the pair of vertical scanning electromagnets 401a will be described with reference to FIGS. 3 (a) to 3 (c).
  • 3A shows a top view of the pair of vertical scanning electromagnets 401a
  • FIG. 3B shows a side view of the pair of vertical scanning electromagnets 401a
  • FIG. 3C shows FIG. 3B.
  • a cross-sectional view taken along a cutting plane AA is shown.
  • the pair of vertical scanning electromagnets 401a includes a hollow structure 401a3, a coil part 401a1 provided on the upper surface of the structure 401a3, a coil part 401a2 provided on the lower surface of the structure 401a3, It has.
  • a material that does not generate eddy current for example, a nonmagnetic metal, FRP (Fiber-Reinforced Plastic), or the like is used.
  • Coil unit 401a1 includes a saddle coil 401a1 1 shape provided above the surface of the structure 401A3, a coil 401a1 2 disposed outside of the coil 401a1 1, a coil disposed outside of the coil 401a1 2 401a1 In addition, each coil 401a1 1 , 401a1 2 , 401a1 3 is covered with an insulating material.
  • Coil coil portion 401A2 is that the coil 401A2 1 saddle shape provided below the surface of the structure 401A3, a coil 401A2 2 disposed outside of the coil 402A1 1, provided on the outside of the coil 401A2 2 and 401A2 3, and a, each coil 401a2 1, 401a2 2, 401a2 3 is covered with an insulating material.
  • a magnetic field is generated in the vertical direction by passing an exciting current through each of the coils 401a1 1 to 401a1 3 and 401a2 1 to 401a2 3 .
  • FIGS. 3A to 3C three coils are provided on the upper side and the lower side, respectively, but one, two, or four or more coils may be provided.
  • reference numeral 104c denotes a charged particle beam.
  • FIGS. 4 (a) to 4 (c) Details of the pair of horizontal scanning electromagnets 401b will be described with reference to FIGS. 4 (a) to 4 (c).
  • 4A shows a top view of the pair of horizontal scanning electromagnets 401b
  • FIG. 4B shows a side view of the pair of horizontal scanning electromagnets 401b
  • FIG. 4C shows FIG. 4B.
  • a cross-sectional view taken along a cutting plane AA is shown.
  • the pair of horizontal scanning electromagnets 401b includes a hollow structure 401b3 provided outside the pair of vertical scanning electromagnets 401a, and a coil part 401b1 provided on one side surface of the pair of side surfaces of the structure 401b3. And a coil portion 401b2 provided on the other side surface of the structure 401b3. Similar to the structure 401a3, the structure 401b3 is made of a material that does not generate eddy current, such as a non-magnetic metal, FRP (Fiber-Reinforced Plastic), or the like. At this time, the horizontal scanning electromagnet 401b may be provided inside the vertical scanning electromagnet 401a.
  • Coil unit 40 IbI includes a one saddle coil shape 40 IbI 1 provided on the side surface of the structure 401A3, a coil 40 IbI 2 disposed outside of the coil 40 IbI 1, a coil disposed outside of the coil 40 IbI 2 40 IbI
  • the coils 401b1 1 , 401b1 2 , and 401b1 3 are covered with an insulating material.
  • Coil unit 401B2 is the other coil provided saddle shape on the side surface 401B2 1 of the structure 401A3, a coil 401B2 2 disposed outside of the coil 401B2 1, a coil disposed outside of the coil 401B2 2 401B2
  • the coils 401b2 1 , 401b2 2 , and 401b2 3 are covered with an insulating material.
  • a magnetic field is generated in the horizontal direction by applying an exciting current to each of the coils 401b1 1 to 401b1 3 and 401b2 1 to 401b2 3 .
  • FIGS. 4A to 4C three coils are provided on each of the pair of side surfaces, but one, two, or four or more coils may be provided.
  • reference numeral 104c denotes a charged particle beam.
  • FIGS. 5A to 5C it is preferable to provide a yoke 401c outside the horizontal scanning electromagnet 401b.
  • 5A shows a top view of the scanning electromagnet 401 with the yoke 401c removed
  • FIG. 5B shows a side view of the scanning electromagnet 401 with the yoke 401c removed
  • FIG. 5C shows FIG. A cross-sectional view cut along a cutting plane AA shown in b) is shown.
  • reference numeral 104c denotes a charged particle beam.
  • the following description for operation is based on an example in which treatment irradiation is performed using a so-called spot scanning irradiation method.
  • the spot scanning irradiation method is an irradiation method that has already been established in the accelerator-driven particle beam irradiation technique and has been confirmed to have a high therapeutic effect.
  • the affected part of the patient is virtually divided into three-dimensional lattice points, that is, the irradiation slice and the irradiation point set in the irradiation slice, and the depth direction of the affected part (the direction of the charged particle beam axis),
  • the charged particle beam is scanned in each direction of the cross-section direction of the affected part (direction intersecting with the charged particle beam axis).
  • the irradiation of the charged particle beam is temporarily stopped at the timing when the dose expiration signal indicating that the dose irradiated to one irradiation point has reached the set dose for the irradiation point is generated. Thereafter, the charged particle beam is scanned to the next irradiation point or irradiation slice to resume irradiation. By repeating this operation, irradiation of the entire affected area is performed.
  • each device is adjusted according to the set irradiation spot.
  • the slice plane is changed by changing the energy of the beam. As the energy increases, the beam reaches the deeper side (in the case of FIG. 1, the slice plane 901a), and as the energy decreases, the beam moves to the shallower side (in the case of FIG. 1, the slice plane 901c).
  • the beam energy is changed by reducing the energy of the beam accelerated by the beam accelerator 20, or the beam accelerated by the beam accelerator 20 is subjected to an appropriate filter by the beam transport device 30 or the beam irradiation device 40. You may go on.
  • the excitation amount of the electromagnet constituting the beam transport device 30 is also adjusted. Thereby, the required intensity
  • the exciting current of the scanning electromagnet 401 in the beam irradiation apparatus 40 is adjusted, and the charged particle beam having a predetermined energy is set to be correctly incident on the irradiation point (for example, the irradiation point 902a).
  • the charged particle beam 104 is emitted from the beam generation device 10 under the control of the irradiation control device 60.
  • the charged particle beam 104 emitted from the beam generator 10 is guided by the beam transport device 30 after being accelerated by the beam accelerator 20.
  • the charged particle beam 104 is stably guided to the beam irradiation device 40 by, for example, entering a magnetic field formed by a beam deflection device (not shown) and deflecting the trajectory according to the momentum.
  • the charged particle beam 104c is incident on the magnetic field formed by the scanning electromagnet 401 and the trajectories in the horizontal direction and the vertical direction are adjusted, and the irradiation point on each slice plane (in the example of the irradiation slice 901a, set) Proceeding toward the irradiated point 902a), treatment irradiation of the irradiated point 902a is performed.
  • the irradiation controller 60 monitors whether or not the charged particle beam 104c whose trajectory is adjusted based on the output signal of the position monitor 403 is correctly incident on the irradiation point 902a.
  • the irradiation of the charged particle beam to the irradiation point 902a is continuously performed until a dose expiration signal is output from the dosimeter circuit 405.
  • a dose expiration signal is output and input to the irradiation control device 60
  • the process proceeds to irradiation of the next irradiation point (for example, the irradiation point 902b). That is, the irradiation pattern data is referred to by the irradiation control device 60, the excitation current of the scanning electromagnet 401 is adjusted so that the charged particle beam is incident on the next irradiation point 902b, and the dose expiration signal is input to the irradiation control device 60 again. Until the irradiation point 902b is irradiated with the charged particle beam. By sequentially repeating such operations, irradiation is performed on all irradiation points 902 set in the irradiation slice 901a.
  • the process proceeds to irradiation of the next irradiation slice 901b. That is, the irradiation pattern data is referred to by the irradiation controller 60, and the beam accelerator 20 is adjusted so that the charged particle beam stops at the position of the irradiation slice 901b, and each irradiation point (not shown) of this irradiation slice 901b.
  • the beam irradiation device 40 is adjusted so that the charged particle beam is incident on the beam. Such an operation is sequentially repeated to shift to irradiation of the shallowest irradiation slice 901c.
  • the present inventor uses a pair of vertical scanning electromagnets 401a and a pair of horizontal scanning electromagnets 401b arranged in parallel as the beam irradiation device 40, so that the charged particle beam irradiation device becomes longer in the traveling direction of the charged particle beam. This can be suppressed and an increase in aperture can be minimized. As a result, it is possible to provide a charged particle beam irradiation apparatus capable of suppressing an increase in size and ensuring a sufficient irradiation field.
  • FIG. 6 is a view showing a scanning electromagnet 401A used in the charged particle beam irradiation apparatus of the second embodiment.
  • the charged particle beam irradiation apparatus of the second embodiment has a configuration in which the scanning electromagnet 401 is replaced with a scanning electromagnet 401A shown in FIG. 6 in the charged particle beam irradiation apparatus 1 of the first embodiment shown in FIG. .
  • This scanning electromagnet 401A has a configuration in which the scanning electromagnet 401 shown in FIG. 2 is arranged in three stages in series with respect to the progress of the charged particle beam 104c. That is, the scanning electromagnet 401A includes a pair of vertical scanning electromagnets 401a 1 and a pair of horizontal scanning electromagnets 401b 1 arranged in parallel with the traveling of the charged particle beam 104c, and downstream of these scanning electromagnets 401a 1 and 401b 1 .
  • the aperture of the subsequent scanning electromagnet is larger than the aperture of the upstream scanning electromagnet. That is, the apertures of the pair of vertical scanning electromagnets 401a 2 and the pair of horizontal scanning electromagnets 401b 2 are larger than the apertures of the pair of vertical scanning electromagnets 401a 1 and the pair of horizontal scanning electromagnets 401b 1 , and the pair of vertical scanning electromagnets 401a 3 and diameter of the pair of horizontal scanning electromagnet 401b 3 is greater than the diameter of the pair of vertical scanning magnet 401a 2 and a pair of horizontal scanning magnet 401b 2.
  • the scanning electromagnet shown in FIG. 2 is arranged in a plurality of stages in series, and the aperture of the subsequent scanning electromagnet is configured to be larger than the aperture of the preceding scanning electromagnet, so that the charged particle beam irradiation is performed as in the first embodiment. It is possible to suppress the apparatus from becoming longer in the traveling direction of the charged particle beam, and to suppress an increase in the aperture to the minimum necessary. As a result, it is possible to provide a charged particle beam irradiation apparatus capable of suppressing an increase in size and ensuring a sufficient irradiation field.
  • FIG. 7 is a view showing a scanning electromagnet 401B used in the charged particle beam irradiation apparatus of the third embodiment.
  • the charged particle beam irradiation apparatus of the third embodiment has a configuration in which the scanning electromagnet 401 is replaced with the scanning electromagnet 401B shown in FIG. 7 in the charged particle beam irradiation apparatus 1 of the first embodiment shown in FIG. .
  • the scanning electromagnet 401B includes a pair of vertical scanning electromagnets 401a and a pair of horizontal scanning electromagnets 401b arranged in parallel.
  • the pair of vertical scanning electromagnets 401a and the pair of horizontal scanning electromagnets 401b have a shape in which the diameter increases from the incident side to the emission side of the charged particle beam 104c.
  • the shape in which the aperture is widened corresponds to the deflection of the beam and is the same as that of the musical instrument wrapper, but the aperture is linear as it goes from the incident side to the exit side of the charged particle beam 104c.
  • the shape which increases continuously may be sufficient.
  • FIG. 8 shows the upper coil portion 401a1 of the vertical scanning electromagnet 401a in the third embodiment.
  • the vertical scanning electromagnet 401a includes a structure 401a3 having a hollow shape whose diameter increases from the incident side to the emission side of the charged particle beam 104c.
  • the upper coil portion 401a1 is provided on the upper surface of the structure 403a3.
  • Upper coil portion 401a1 includes a coil 401a1 1 provided on the upper side of the surface of the structure 403A3, a coil 401a1 2 disposed outside of the coil 401a1 1, a coil disposed outside of the coil 401a1 2 401a1 3 is provided.
  • the vertical scanning electromagnet 401a has a lower coil portion (not shown) provided on the lower surface of the structure 401a3. Prepared. Similarly to the upper coil portion 401a1, the lower coil portion also has a plurality of coils, and these coils are provided on the lower surface of the structure. In FIG. 8, three coils are provided on each of the pair of side surfaces, but one, two, or four or more coils may be provided.
  • the coil portion of the horizontal scanning electromagnet is provided outside or inside the vertical scanning electromagnet 401a.
  • the third embodiment configured as described above can prevent the charged particle beam irradiation apparatus from becoming longer in the traveling direction of the charged particle beam, and the increase in the aperture is minimized. Can be suppressed. As a result, it is possible to provide a charged particle beam irradiation apparatus capable of suppressing an increase in size and ensuring a sufficient irradiation field.
  • FIG. 9 is a view showing a scanning electromagnet 401C used in the charged particle beam irradiation apparatus of the fourth embodiment.
  • the charged particle beam irradiation apparatus of the fourth embodiment has a configuration in which the scanning electromagnet 401 is replaced with a scanning electromagnet 401C shown in FIG. 9 in the charged particle beam irradiation apparatus 1 of the first embodiment shown in FIG. .
  • the scanning electromagnet 401C includes a first scanning magnet unit 401C 1, and a second scanning magnet unit 401C 2 disposed downstream of the first scanning magnet unit 401C 1, a.
  • the first scanning magnet unit 401C 1 includes the disposed in parallel with the first charged particle beam 104c incident on the scanning electromagnet unit 401C 1, a pair of vertical scanning magnet 410a 1 and a pair of horizontal scanning magnet 410b 1
  • the aperture is substantially constant from the entrance side to the exit side or increases linearly. That is, in the first scanning magnet unit 401C 1, has a structure in which diameter changes as the rate of change toward the exit side from the entrance side is a constant value of substantially zero as or positive.
  • the change rate of the aperture means the ratio ⁇ D / ⁇ z when the aperture increases by ⁇ D when the distance ⁇ z moves from the entrance side to the exit side.
  • Second scanning electromagnet portion 401C 2 is arranged in parallel, a pair of with a vertical scanning magnet 410a 2 and a pair of horizontal scanning magnets 410b 2, first scanning magnet unit as bore diameter toward the exit side from the entrance side 401C 1 It is configured to increase linearly at a different rate of change.
  • the diameter of the entrance side of the aperture of the first output side of the scanning electromagnet portion 401C 1 and the second scanning electromagnet portion 401C2 is substantially equal.
  • Structure 410A3 includes a first portion 410A3 1, a second portion 410A3 2 to connect to this first part 410A3 1.
  • the first coil portion 410a1 has a construction formed integrally coil vertical scanning magnet 410a 1 and a vertical scanning magnet 410a 2.
  • the first coil unit 410A1 the coil where the coil 410A1 1 provided on the upper side of the surface of the structure 410A3, a coil 410A1 2 disposed outside of the coil 410A1 1, provided on the outside of the coil 410A1 2 and 410a1 3, is equipped with a.
  • the coils 410a1 1 , 410a1 2 , and 410a1 3 are each covered with an insulating material.
  • a magnetic field is generated in the vertical direction by applying an exciting current to each of the coils 410a1 1 , 410a1 2 , 410a1 3 using the electromagnet power source 402a shown in FIG.
  • three coils are provided on the upper surface of the structure, but one, two, or four or more coils may be provided.
  • the first portion 410A3 as shown in FIG. 3 (a), 3 (b ), similarly to the structure 401a3 of the first embodiment shown in 3 (c), has a hollow shape.
  • the second portion 410a3 are caliber has a tube shape increases linearly brought toward its exit side from the incident side. Diameter of the first portion 410A3 1 of the exit-side substantially equal to the diameter of the second portion 410A3 2 on the incident side.
  • the coils 410a1 1 , 410a1 2 , 410a1 3 are formed across the first part 410a3 1 and the second part 410a3 2 .
  • the second coil portion which is a respective pair of vertical scanning magnet 410a 1 and a vertical scanning magnet 410a 2 (not shown), FIG. 3 (a), 3 (b ), the first embodiment shown in 3 (c) Like the embodiment is provided on the first portion 410A3 1 and a second portion 410A3 2 of the lower surface. Similarly to the first coil portion 410a1 shown in FIG. 10, this second coil portion is also composed of three coils. Similar to the first embodiment shown in FIGS. 3A, 3B, and 3C, the coils of the second coil portion are the coils 410a1 1 , 410a1 2 , and 410a1 3 of the first coil portion 410a1.
  • the horizontal scanning magnet 410b 1 and the horizontal scanning magnet 410b 2 in the fourth embodiment as shown in FIG. 11, the structure 410B3, the first coil portion 410b1 provided on one side of the structure 410B3 And a second coil portion (not shown) provided on the other side surface.
  • Structure 410b3 is provided on the outside of the vertical scanning magnet 410a 1 and a vertical scanning magnet 410a 2, it includes a first portion 410B1 1, a second portion 410B1 2 to connect to this first part 410B1 1.
  • the first portion 410A3 1 as shown in FIG. 3 (a), 3 (b ), similarly to the structure 401a3 of the first embodiment shown in 3 (c), has a hollow shape.
  • the second portion 410a3 are caliber has a tube shape increases linearly brought toward its exit side from the incident side. Diameter of the first portion 410A3 1 of the exit-side substantially equal to the diameter of the second portion 410A3 2 on the incident side.
  • the horizontal scanning electromagnets 410b 1 and 410b 2 may be provided inside the vertical scanning electromagnets 410a 1 and 410a 2 .
  • the first coil unit 410B1 includes a coil 410B1 1 provided on one side of the structure 410B3, a coil 410B1 2 disposed outside of the coil 410B1 1, a coil disposed outside of the coil 410B1 2 410B1 3 is provided.
  • the coils 410b1 1 , 410b1 2 , 410b1 3 are formed across the first part 410b3 1 and the second part 410b3 2 .
  • the coils 410b1 1 , 410b1 2 , and 410b1 3 are each covered with an insulating material.
  • a magnetic field is generated in the horizontal direction by applying an exciting current to each of the coils 410b1 1 , 410b1 2 , 410b1 3 using the electromagnet power source 402b shown in FIG.
  • three coils are provided on each side surface of the structure, but one, two, or four or more coils may be provided.
  • the second coil portion (not shown) that forms a pair of the horizontal scanning electromagnet 410b 1 and the horizontal scanning electromagnet 410b 2 is the same as in the first embodiment shown in FIGS. 4 (a), 4 (b), and 4 (c). is provided on the first part 410B3 1 and the second part 410B3 2 on the other side.
  • This second coil portion is also composed of three coils, like the first coil portion 410b1 shown in FIG. As in the first embodiment shown in FIGS. 4A, 4B, and 4C, the coils of the second coil portion are the coils 410b1 1 , 410b1 2 , and 410b1 3 of the first coil portion 410b1.
  • the scanning electromagnet 401C includes a pair of vertical scanning electromagnets 410a 1 and a pair of horizontal scanning electromagnets 410b 1 arranged in parallel to the charged particle beam 104c, and these scanning electromagnets.
  • the charged particle beam irradiation device can be prevented from becoming longer in the traveling direction of the charged particle beam, and The increase in aperture can be minimized. As a result, it is possible to provide a charged particle beam irradiation apparatus capable of suppressing an increase in size and ensuring a sufficient irradiation field.
  • the scanning electromagnet 401C includes a first scanning magnet unit 401C 1, and a second scanning magnet unit 401C 2 disposed downstream of the first scanning magnet unit 401C 1, 2-stage structure composed of However, it may have a structure of three or more stages.
  • the third scanning electromagnet has a structure in which the diameter increases linearly at a different rate of change from the preceding scanning electromagnet as it goes from the incident side to the exit side. Further, such a three-stage structure can be applied to fifth to eighth embodiments described later.
  • a charged particle beam irradiation apparatus will be described with reference to FIGS.
  • the charged particle beam irradiation apparatus according to the fifth embodiment is similar to the charged particle beam irradiation apparatus 1 according to the fifth embodiment in that the coils of the vertical scanning electromagnets 410a 1 and 410a 2 shown in FIG. 9 correspond to the respective vertical scanning electromagnets.
  • the horizontal scanning electromagnets 410b 1 and 410b 2 are provided in correspondence with the horizontal scanning electromagnets.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the first coil portions 411a1 1 and 411a1 2 provided on the upper surface of the structure 410a3 of the vertical scanning electromagnets 410a 1 and 410a 2 of the fifth embodiment.
  • the first coil portion 411A1 1 is provided on the first portion 410A3 1 of the upper surface, the coil 411A1 11, a coil 411A1 12 disposed outside of the coil 411A1 11, provided on the outside of the coil 411A1 12 includes a coil 411A1 13, was.
  • the first coil portion 411A1 2 is provided on the second portion 410A3 2 of the upper surface, the coil 411A1 21, a coil 411A1 22 provided outside of the coil 411A1 21, provided on the outside of the coil 411A1 22 Coil 411a1 23 . That is, the first coil portions 411a1 1 and 411a1 2 of the fifth embodiment have a configuration in which the first coil portion 410a1 shown in FIG. 10 is divided into two. In FIG. 12, three coils are provided on the upper surface of the structure, but one, two, or four or more coils may be provided.
  • a second coil portion (not shown) paired with each of the first coil portions 411a1 1 and 411a1 2 is a first coil shown in FIGS. 3 (a), 3 (b), and 3 (c), respectively. Similar to the embodiment is provided on the first portion 410A3 1 and a second portion 410A3 2 of the lower surface. Similarly to the first coil portions 411a1 1 and 411a1 2 shown in FIG. 12, each of the second coil portions includes three coils.
  • each coil of the second coil portion formed on the second portion 410A3 2 of the lower surface, and a second portion of the same size as the first coil portion 411A1 each coil 411A1 21 of 2, 411A1 22, 411A1 23 410a3 to two of the central axis, is formed at a position of each coil 411a1 21, 411a1 22, 411a1 23 symmetrical of the first coil portion 411a 2.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating first coil portions 411b1 1 and 411b1 2 provided on one side surface of the structure 410b3 of each of the horizontal scanning electromagnets 410b 1 and 410b 2 of the fifth embodiment.
  • the first coil portion 411b1 1 is provided on one side surface of the first portion 410B3 1, a coil 411b1 11, a coil 411b1 12 disposed outside of the coil 411b1 11, provided on the outside of the coil 411b1 12 Coil 411b1 13 .
  • the first coil portion 411b1 2 is provided on one side surface of the second portion 410b 2, a coil 411b1 21, a coil 411b1 22 provided outside of the coil 411b1 21, provided on the outside of the coil 411b1 22 Coil 411b1 23 . That is, the first coil portions 411b1 1 and 411b1 2 of the fifth embodiment have a configuration in which the first coil portion 410b1 shown in FIG. 11 is divided into two. In FIG. 13, three coils are provided on each side of the structure, but one, two, or four or more coils may be provided.
  • each of the second coil portions is composed of three coils.
  • the intensity of the excitation current of the pair of vertical scanning electromagnets 410a 1 and 410a 2 and also the pair of horizontal scanning electromagnets 410b. 1 and the intensity of the excitation current of the pair of horizontal scanning electromagnets 410b 2 can be changed.
  • the strength of the magnetic field formed by the pair of vertical scanning electromagnets 410a 2 and the pair of horizontal scanning electromagnets 410b 2 whose diameters increase linearly from the incident side toward the emission side is adjusted as compared with the fourth embodiment. be able to.
  • a first electromagnet power source that supplies an excitation current to the pair of vertical scanning electromagnets 410a 1 and a second electromagnet power source that supplies an excitation current to the pair of vertical scanning electromagnets 410a 2 . It is preferable to prepare a third electromagnet power source for supplying an exciting current to the horizontal scanning electromagnet 410b 1 and a fourth electromagnet power source for supplying an exciting current to the pair of horizontal scanning electromagnets 410b 2 .
  • the fifth embodiment can suppress the charged particle beam irradiation apparatus from becoming longer in the traveling direction of the charged particle beam, and can suppress an increase in aperture to the minimum necessary. .
  • a charged particle beam irradiation apparatus capable of suppressing an increase in size and ensuring a sufficient irradiation field.
  • a charged particle beam irradiation apparatus according to a sixth embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the charged particle beam irradiation apparatus according to the sixth embodiment is the same as the charged particle beam irradiation apparatus 1 according to the fifth embodiment except that the number of windings of the coils constituting the pair of vertical scanning electromagnets 410a 2 and the pair of horizontal scanning electromagnets 410b 2 is set.
  • the number of windings of the coil constituting the pair of vertical scanning electromagnets 410a 1 and the pair of horizontal scanning electromagnets 410b 1 is larger.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating the first coil portions 411a1 1 and 411a1 2 provided on the upper surface of the structure 410a3 of the vertical scanning electromagnets 410a 1 and 410a 2 of the sixth embodiment.
  • the first coil portion 411A1 1 is provided on the first portion 410A3 1 of the upper surface, the coil 411A1 11, a coil 411A1 12 disposed outside of the coil 411A1 11, provided on the outside of the coil 411A1 12 includes a coil 411A1 13, was.
  • the first coil portion 411A1 2 is provided on the second portion 410A3 2 of the upper surface, the coil 411A1 21, a coil 411A1 22 provided outside of the coil 411A1 21, provided on the outside of the coil 411A1 22 A coil 411a1 23 , a coil 411a1 24 provided outside the coil 411a1 23 , and a coil 411a1 25 provided outside the coil 411a1 24 .
  • the first coil portion 411A1 1 is the three coils in the first portion 410A3 1 of the upper surface was provided, one may be provided two, or four or more. Further, the first coil portion 411A1 2 Although 5 of the coil to the second portion 410A3 2 of the upper surface was provided number, may be provided a number of coils than the first coil portion 411A1 1.
  • a second coil portion (not shown) paired with each of the first coil portions 411a1 1 and 411a1 2 is a first embodiment shown in FIGS. 3 (a), 3 (b) and 3 (c), respectively. Similarly, it provided on the first portion 410A3 1 and a second portion 410A3 2 of the lower surface and the. Similarly to the first coil portion 411a1 1 and the first coil portion 411a1 2 shown in FIG. 14, the second coil portion is also composed of three and five coils, respectively.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating first coil portions 411b1 1 and 411b1 2 provided on one side surface of the structure 410b3 of each of the horizontal scanning electromagnets 410b 1 and 410b 2 of the sixth embodiment.
  • the first coil portion 411b1 1 is provided on one side surface of the first portion 410B3 1, a coil 411b1 11, a coil 411b1 12 disposed outside of the coil 411b1 11, provided on the outside of the coil 411b1 12 Coil 411b1 13 .
  • the first coil portion 411b1 2 is provided on one side surface of the second part 410B3 2, a coil 411b1 21, a coil 411b1 22 provided outside of the coil 411b1 21, provided on the outside of the coil 411b1 22
  • the first coil portion 411b1 1 has been provided three on one side of the first part 410B3 1, 1 piece may be provided two, or four or more. Further, the first coil portion 411b1 2 but five coils was provided on one side surface of the second part 410B3 2, it may be provided a number of coils than the first coil portion 411b1 1.
  • the second coil portions (not shown) that are paired with the first coil portions 411b1 1 and 411b1 2 are respectively shown in FIGS. 4 (a), 4 (b), and 4 (c). Similar to the embodiment is provided on the first part 410B3 1 and the second part 410B3 2 on the other side. Each also the second coil portion, respectively in the same manner as the first coil portion 411b1 1 and the first coil portion 411b1 2 shown in FIG. 15, composed of three and five coils.
  • each coil of the second coil portion formed on the second part 410B3 2 of the other side, the first coil portion 411b1 2 each coil of 411b1 21, 411b1 22, 411b1 23 , 411b1 24, 411b1 25 the same size relative in and second portions 410B3 2 of the central axis, are formed in the first coil portion each coil 411b1 21 of 411b 2, 411b1 22, 411b1 23 , 411b1 24, 411b1 of 25 and symmetrical position.
  • the sixth embodiment can suppress the charged particle beam irradiation apparatus from becoming longer in the traveling direction of the charged particle beam, and can suppress an increase in aperture to the minimum necessary. .
  • a charged particle beam irradiation apparatus capable of suppressing an increase in size and ensuring a sufficient irradiation field.
  • a charged particle beam irradiation apparatus according to a seventh embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the charged particle beam irradiation apparatus according to the seventh embodiment is the same as the charged particle beam irradiation apparatus 1 according to the fourth embodiment except that the number of windings of the coils constituting the pair of vertical scanning electromagnets 410a 2 and the pair of horizontal scanning electromagnets 410b 2 is reduced.
  • the number of windings of the coil constituting the pair of vertical scanning electromagnets 410a 1 and the pair of horizontal scanning electromagnets 410b 1 is larger.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating first coil portions 411a1 1 and 411a1 2 provided on the upper surface of the structure 410a3 of the vertical scanning electromagnets 410a 1 and 410a 2 of the seventh embodiment.
  • the first coil portion 411A1 2 is provided on the second portion 410A3 2 of the upper surface, the coil 411A1 1, a coil 411A1 2 disposed outside of the coil 411A1 1, provided on the outside of the coil 411A1 2 a coil 411A1 3 was provided with a coil 411A1 4 disposed outside of the coil 411A1 3, a coil 411A1 5 disposed outside of the coil 411A1 4, a.
  • the coil 411A1 3, coil 411A1 4, and the coil 411A1 5 extends into the first portion 410A3 1 of the upper surface, constituting a first coil portion 411A1 1.
  • the first coil portion 411A1 1 is the three coils were provided, one may be provided two, or four or more.
  • the first coil portion 411A1 2 is five coils was provided, may be provided a number of coils than the first coil portion 411A1 1.
  • a second coil portion (not shown) paired with each of the first coil portions 411a1 1 and 411a1 2 is a first embodiment shown in FIGS. 3 (a), 3 (b) and 3 (c), respectively. Similarly, it provided on the first portion 410A3 1 and a second portion 410A3 2 of the lower surface and the. Similarly to the first coil portion 411a1 1 and the first coil portion 411a1 2 shown in FIG. 16, the second coil portion is also composed of three and five coils, respectively.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating first coil portions 411b1 1 and 411b1 2 provided on one side surface of the structure 410b3 of the horizontal scanning electromagnets 410b 1 and 410b 2 of the sixth embodiment.
  • the first coil portion 411b1 2 is provided on the second portion 410b3 on one side of the 2, the coil 411b1 11, a coil 411b1 12 disposed outside of the coil 411b1 11, provided on the outside of the coil 411b1 12 and a coil 411b1 13, includes a coil 411b1 14 disposed outside of the coil 411b1 13, a coil 411b1 15 disposed outside of the coil 411b1 14, a.
  • the coil 411b1 13, coil 411b1 14, and the coil 411A1 15 extends into the first part 410B3 1 of the upper surface, constituting a first coil portion 411b1 1.
  • the first coil portion 411b1 1 is the three coils were provided, one may be provided two, or four or more.
  • the first coil portion 411b1 2 is five coils was provided, may be provided a number of coils than the first coil portion 411b1 1.
  • a second coil portion (not shown) that is paired with each of the first coil portions 411b1 1 and 411b1 2 is respectively shown in FIGS. 4 (a), 4 (b), and 4 (c). Similarly, it provided on the first part 410B3 1 and the second part 410B3 2 of the other side with. Each also the second coil portion, respectively in the same manner as the first coil portion 411b1 1 and the first coil portion 411b1 2 shown in FIG. 16, composed of three and five coils.
  • each coil of the second coil portion formed on the second part 410B3 2 of the lower surface a first coils 411b1 1 of the coil portion 411b1 2, 411b1 2, 411b1 3 , 411b1 4, 411b1 5, for the same size a and the second portion 410A3 2 of the central axis, it is formed on each coil 411b1 1 of the first coil portion 411b1 2, 411b1 2, 411b1 3 , 411b1 4, 411b1 of 5 and symmetrical position.
  • the pair of vertical scanning electromagnets 410 a 1 and the pair of vertical scanning electromagnets 410 a 1 are changed.
  • the pair of vertical scanning electromagnets 410 a 1 and the pair of vertical scanning electromagnets 410 a 1 are changed.
  • the pair of vertical scanning electromagnets 410 a 1 and the pair of vertical scanning electromagnets 410 a 1 are changed.
  • it is possible to stronger than the magnetic field is a magnetic field formed by the pair of vertical scanning magnet 410a 2 by a pair of vertical scanning magnet 410a 1. That is, it is possible to supply the exciting current using the same magnet power supply to the pair of vertical scanning magnet 410a 1 and a pair of vertical scanning magnet 410a 2.
  • the seventh embodiment can suppress the charged particle beam irradiation apparatus from becoming longer in the traveling direction of the charged particle beam, and can suppress an increase in aperture to the minimum necessary. .
  • a charged particle beam irradiation apparatus capable of suppressing an increase in size and ensuring a sufficient irradiation field.
  • FIG. 18 is a view showing a scanning electromagnet 401D used in the charged particle beam irradiation apparatus of the eighth embodiment.
  • the charged particle beam irradiation apparatus of the eighth embodiment has a configuration in which the scanning electromagnet 401 is replaced with a scanning electromagnet 401D shown in FIG. 9 in the charged particle beam irradiation apparatus 1 of the first embodiment shown in FIG. .
  • the scanning electromagnet 401D of the eighth embodiment has a configuration in which the yoke 401c is provided outside the horizontal scanning electromagnets 410b 1 and 410b 2 in the scanning electromagnet of any of the fourth to seventh embodiments.
  • the yoke 401c is provided outside the vertical scanning electromagnet.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view when the yoke 420 is provided outside the horizontal scanning electromagnets 410b 1 and 410b 2 of the fourth embodiment.
  • the yoke 420 has a shape in which the inner diameter is in line with the outer shapes of the horizontal scanning electromagnets 410b 1 and 410b 2 . That is, the diameter of the portion corresponding to the horizontal scanning magnet 410b 1 is a structure that increases or linear substantially constant rate of change caliber of the portion corresponding to the horizontal scanning magnets 410b2 differ from the horizontal scanning magnet 410b 1 Increases linearly. Further, the outer diameter of the yoke 420 is substantially constant. For this reason, the thickness of the yoke 420 is thinner on the emission side from which the charged particles 104c are emitted compared to the incident side.
  • FIG. 19 and 20 show a top view and a cross-sectional view of the scanning electromagnet 401D of the present embodiment.
  • FIG. 19 is a top view in which a part of the yoke 420 is cut.
  • the yoke 420 has substantially the same length in the longitudinal direction as the coil portion 410a1 of the vertical scanning electromagnet.
  • reference numeral 104c denotes a charged particle beam.
  • the yoke 420 is divided into at least two. Generally, it is divided into two in the Y direction or the X direction. In FIG. 20, it is divided into two in the Y direction as indicated by arrows.
  • the inner peripheral surface of the yoke 420 and the coil assembly are made easy.
  • the inner peripheral surface of the yoke 420 is in contact with or close to the outer peripheral surface of the coil portion 410a1, and is composed of a magnetic material such as iron, thereby increasing the strength of the magnetic field and reducing the leakage magnetic field. .
  • the yoke 420 Since the scanning electromagnet 401D of this embodiment is driven by alternating current, the yoke 420 has a structure in which a plurality of thin iron plates such as electromagnetic steel plates are laminated in the longitudinal direction and bonded with resin. Thereby, the error magnetic field due to the heat generation and eddy current of the yoke 420 can be reduced.
  • the inner peripheral surface of the yoke 420 is in contact with or close to the outer peripheral surface of the coil portion 410a1 as described above.
  • the outer peripheral surface of the yoke 420 has a constant outer diameter.
  • the eighth embodiment can suppress the charged particle beam irradiation apparatus from becoming longer in the traveling direction of the charged particle beam, and can suppress an increase in aperture to the minimum necessary. As a result, it is possible to provide a charged particle beam irradiation apparatus capable of suppressing an increase in size and ensuring a sufficient irradiation field. Furthermore, by providing the yoke 420, it is possible to suppress leakage of the magnetic field to the outside.

Abstract

　大型化を抑制することができるとともに、十分な照射野を確保することのできる荷電粒子ビーム照射装置を提供する。本実施形態による荷電粒子ビーム照射装置は、荷電粒子ビームが入射する第１方向に実質的に直交する第２方向に前記前記荷電粒子ビームを偏向する第１走査電磁石部と、前記第１方向および前記第２方向に実質的に直交する第３方向に前記荷電粒子ビームを偏向する第２走査電磁石部と、を備え、前記第１および第２走査電磁石部は、前記第１方向に対して並列に配置される。

Description

荷電粒子ビーム照射装置
　本発明の実施形態は、荷電粒子ビーム照射装置に関する。
　癌などの患者の患部に重粒子線等の荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム照射装置が知られている。この荷電粒子ビーム照射装置は、ビーム発生装置で生成された荷電粒子ビームをビーム加速装置で加速し、ビーム輸送装置を経て治療室内のビーム照射装置によって患部に照射する装置である。このビーム照射装置は照射目標である患部の立体形状に合わせて照射する装置である。このビーム照射装置においては、２組の走査電磁石、例えば一組みの水平方向走査電磁石および一組の垂直方向走査電磁石を直列に配置することにより、荷電粒子ビームを直交する２方向に走査する。
　様々な部位および大きさの異なる癌部に照射するため、照射可能な領域(照射野)は広く確保することが望ましい。照射野を広くする方式は大きく分けて二通りある。１つは、直列配置された２組の走査電磁石の位置と、荷電粒子ビームが照射される患者の位置とを大きく離す方式、もう１つは２組の走査電磁石の出力する磁場強度を上げるか、または軸長を延長する方式である。
　広い照射野を確保するために、直列に配置された２組の走査電磁石と患者の位置とを大きく離した場合、荷電粒子ビーム照射装置の設置に必要な空間が大きくなってしまい、これらの装置を収納する建屋等が大きくなる。
　一方、走査電磁石が出力する磁場強度を上げるか軸長を延長した場合、ビーム進行方向下流の走査電磁石による磁場発生効率が低下し、十分な照射野を確保することができなくなってしまう。
特開２０１０－１２５０１２号公報
　本実施形態は、大型化を抑制することができるとともに、十分な照射野を確保することのできる荷電粒子ビーム照射装置を提供する。
　本実施形態による荷電粒子ビーム照射装置は、荷電粒子ビームが入射する第１方向に実質的に直交する第２方向に前記荷電粒子ビームを偏向する第１走査電磁石部と、前記第１方向および前記第２方向に実質的に直交する第３方向に前記荷電粒子ビームを偏向する第２走査電磁石部と、を備え、前記第１および第２走査電磁石部は、前記第１方向に対して並列に配置される。
第１実施形態による荷電粒子ビーム照射装置を示す図。 第１実施形態に用いられる走査電磁石を説明する図。 図３（ａ）乃至３（ｃ）は、第１実施形態の垂直走査電磁石を説明する図。 図４（ａ）乃至４（ｃ）は、第１実施形態の水平走査電磁石を説明する図。 図５（ａ）乃至５（ｃ）は、第１実施形態の変形例による走査電磁石を説明する図。 第２実施形態の荷電粒子ビーム照射装置に用いられる走査電磁石を示す図。 第３実施形態の荷電粒子ビーム照射装置に用いられる走査電磁石を示す図。 第３実施形態の垂直走査電磁石を説明する図。 第４実施形態の荷電粒子ビーム照射装置に用いられる走査電磁石を示す図。 第４実施形態の垂直走査電磁石を説明する図。 第４実施形態の水平走査電磁石を説明する図。 第５実施形態の垂直走査電磁石を説明する図。 第５実施形態の水平走査電磁石を説明する図。 第６実施形態の垂直走査電磁石を説明する図。 第６実施形態の水平走査電磁石を説明する図。 第７実施形態の垂直走査電磁石を説明する図。 第７実施形態の水平走査電磁石を説明する図。 第８実施形態の荷電粒子ビーム照射装置に用いられる走査電磁石を示す図。 第８実施形態の荷電粒子ビーム照射装置に用いられる走査電磁石の上面図。 第８実施形態の荷電粒子ビーム照射装置に用いられる走査電磁石の断面図。
　実施形態による荷電粒子ビーム照射装置について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
　第１実施形態による荷電粒子ビーム照射装置を図１に示す。本実施形態の荷電粒子ビーム照射装置１は、荷電粒子、例えば、負パイ中間子、陽子、ヘリウムイオン、炭素イオン、ネオンイオン、シリコンイオン、またはアルゴンイオンを治療照射用の粒子ビーム源とする照射装置１である。
　荷電粒子ビーム照射装置１は、図１に示すように、ビーム発生装置１０、ビーム加速装置２０、ビーム輸送装置３０、ビーム照射装置４０、および照射制御装置６０を備え、例えば患者の患部９０に荷電粒子ビーム１０４を照射する。
　ビーム発生装置１０は、荷電粒子ビームを発生する。
　ビーム加速装置２０は、荷電粒子ビーム１０４を所定のエネルギーに加速する装置である。この構成の一例として、前段加速装置と後段加速装置とで構成されることがある。例えば、前段加速装置として直線加速器、後段加速装置としてシンクロトンで構成される例がある。構成要素としては、真空容器（配管）、高周波加速空洞、ビーム偏向装置（二極電磁石）、ビーム集束・発散装置（四極電磁石）、ビーム軌道補正装置（ステアリング電磁石）、入射装置、出射装置、および制御装置などがある。ビーム加速装置２０の構成は任意とすることができるので、ここでは、詳述しない。加速器としてサイクロトロン等を選択しても構わない。
　ビーム輸送装置３０は、加速された荷電粒子ビーム１０４を被照射物へと、すなわち照射治療室内の患者の患部９０へ輸送する装置である。その構成要素としては、真空容器（配管）、ビーム偏向装置（二極電磁石）、ビーム集束・発散装置（四極電磁石）、ビーム軌道補正装置（ステアリング電磁石）、および制御装置などである。
　ビーム照射装置４０は、ビーム輸送装置３０の荷電粒子ビーム出口側に設けられ、ビーム輸送装置３０を通過した特定エネルギーの荷電粒子ビーム１０４ｃが患者の患部９０の設定された照射点９０２に正しく入射するように、荷電粒子ビーム１０４ｃの軌道を調節する。また、患部９０における荷電粒子ビーム１０４ｃの照射位置および照射線量を監視する。このビーム照射装置４０は、走査電磁石４０１、走査電磁石電源４０２、位置モニタ４０３、線量計４０４および線量計回路４０５を有する。
　走査電磁石４０１は、励磁電流の制御を受け、荷電粒子ビーム１０４ｃの垂直方向の軌道調節を行う一対の垂直走査電磁石４０１ａと、荷電粒子ビーム１０４ｃの水平方向の軌道調節を行う一対の水平走査電磁石４０１ｂと、を有する。走査電磁石電源４０２は電磁石電源４０２ａ、４０２ｂを有している。電磁石電源４０２ａは、走査電磁石４０１ａに対して荷電粒子ビーム１０４ｃの走査に必要な励磁電流を供給する。電磁石電源４０２ｂは、走査電磁石４０１ｂに対して荷電粒子ビーム１０４ｃの走査に必要な励磁電流を供給する。一対の垂直走査電磁石４０１ａおよび一対の水平走査電磁石４０１ｂについては、後で詳細に説明する。
　位置モニタ４０３は、これを通過した荷電粒子ビーム１０４ｃの位置すなわち患者の患部９０における荷電粒子ビームの入射位置の指標となる信号を出力し、照射制御装置６０に送信する。なお、位置モニタ４０３としては、電離箱式などを用いることができる。
　線量計４０４は、これを通過した荷電粒子ビーム１０４ｃの強度或いは線量すなわち患者の患部９０に照射された荷電粒子ビームの強度ないし線量に応じた電気信号を出力する。なお、線量計４０４としては、電離箱式などを用いることができる。
　線量計回路４０５は、線量計４０４から出力される電気信号を受信し、受け取った電気信号が予め設定された積算出力値に到達したとき、患者の患部９０に設定された照射点９０２の線量満了を示す線量満了信号を照射制御装置６０に送信する。
　照射制御装置６０は、患者の治療照射をどのように行うかを示す照射パターンデータを記録可能に構成され、この照射パターンデータを参照して荷電粒子ビーム照射装置１の全体制御を行う。なお、照射パターンデータは、治療照射の事前に行われる治療計画にて作成される最適照射情報を元にして作成される。
　この照射パターンデータには、患者の患部９０を仮想的に切り分けた照射スライス９０１ごとに設定された照射点９０２の位置指標となる基準位置からみた水平方向の相対位置および垂直方向の相対位置、照射スライス９０１の位置指標すなわち体内深度の指標となる体内飛程、体内におけるビーム停止幅の指標となるビーム停止幅、各照射点９０２に照射すべきビーム強度および設定線量から構成されるもので、ビーム発生装置１０、ビーム加速装置２０、ビーム輸送装置３０、およびビーム照射装置４０の一部あるいはすべての動作制御に必要な情報が収められる。なお、ビーム停止幅は、荷電粒子ビームのエネルギー幅に基づく体内飛程の差により生ずるものである。また、照射パターンデータの内容は適宜変更できる。
　照射制御装置６０は、ビーム集束制御部６０１、エネルギー選択制御部６０２および走査制御部６０３を有する。
　走査制御部６０３は、所定の照射点９０２に対し荷電粒子ビーム１０４ｃが入射するよう、走査電磁石電源４０２の出力を制御し、走査電磁石４０１に印加する励磁電流を調節する。
　（垂直走査電磁石および水平走査電磁石）
　次に、垂直走査電磁石および水平走査電磁石について詳細に説明する。一対の垂直走査電磁石４０１ａおよび一対の水平走査電磁石４０１ｂは、図２に示すように、荷電粒子ビーム１０４ｃの進行に対して並列に配置されている。すなわち一対の垂直走査電磁石４０１ａは垂直方向に配置され、一対の水平走査電磁石４０１ｂは、一対の垂直走査電磁石４０１ａが配置された位置と同じ位置でかつ水平方向に配置される。そして、一対の垂直走査電磁石４０１ａおよび一対の水平走査電磁石４０１ｂは、直交する２方向、すなわち垂直方向および水平方向の走査を同時に行うように配置されている。
　一対の垂直走査電磁石４０１ａの詳細について図３（ａ）乃至３（ｃ）を参照して説明する。図３（ａ）は一対の垂直走査電磁石４０１ａの上面図を示し、図３（ｂ）は一対の垂直走査電磁石４０１ａの側面図を示し、図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示す切断面Ａ－Ａで切断した断面図を示す。
　一対の垂直走査電磁石４０１ａは、中空形状の構造体４０１ａ３と、この構造体４０１ａ３の上側の表面に設けられたコイル部４０１ａ１と、構造体４０１ａ３の下側の表面に設けられたコイル部４０１ａ２と、を備えている。構造体４０１ａ３は、渦電流が生じない材料、例えば、非磁性金属、ＦＲＰ（Fiber-Reinforced Plastic)等が用いられる。
　コイル部４０１ａ１は、構造体４０１ａ３の上側の表面に設けられサドル形状のコイル４０１ａ１１と、このコイル４０１ａ１１の外側に設けられたコイル４０１ａ１２と、このコイル４０１ａ１２の外側に設けられたコイル４０１ａ１３と、を備えている、なお、各コイル４０１ａ１１、４０１ａ１２、４０１ａ１３は絶縁材で被覆されている。
　コイル部４０１ａ２は、構造体４０１ａ３の下側の表面に設けられサドル形状のコイル４０１ａ２１と、このコイル４０２ａ１１の外側に設けられたコイル４０１ａ２２と、このコイル４０１ａ２２の外側に設けられたコイル４０１ａ２３と、を備えている、なお、各コイル４０１ａ２１、４０１ａ２２、４０１ａ２３は絶縁材で被覆されている。各コイル４０１ａ１１～４０１ａ１３、４０１ａ２１～４０１ａ２３に励磁電流を流すことにより、垂直方向に磁場を発生する。なお、図３（ａ）乃至３（ｃ）では、コイルは上側および下側にそれぞれ３個設けられていたが、それぞれ１個、２個、または４個以上設けてもよい。なお、図３（ｃ）において、符号１０４ｃは荷電粒子ビームを示す。
　一対の水平走査電磁石４０１ｂの詳細について図４（ａ）乃至４（ｃ）を参照して説明する。図４（ａ）は一対の水平走査電磁石４０１ｂの上面図を示し、図４（ｂ）は一対の水平走査電磁石４０１ｂの側面図を示し、図４（ｃ）は、図４（ｂ）に示す切断面Ａ－Ａで切断した断面図を示す。
　一対の水平走査電磁石４０１ｂは、一対の垂直走査電磁石４０１ａの外側に設けられた中空形状の構造体４０１ｂ３と、この構造体４０１ｂ３の一対の側面のうちの一方の側面に設けられたコイル部４０１ｂ１と、構造体４０１ｂ３の他方の側面に設けられたコイル部４０１ｂ２と、を備えている。構造体４０１ｂ３は、構造体４０１ａ３と同様に渦電流が生じない材料、例えば、非磁性金属、ＦＲＰ（Fiber-Reinforced Plastic)等が用いられる。また、この時水平走査電磁石４０１ｂは垂直走査電磁石４０１ａの内側に設けても良い。
　コイル部４０１ｂ１は、構造体４０１ａ３の一方の側面に設けられサドル形状のコイル４０１ｂ１１と、このコイル４０１ｂ１１の外側に設けられたコイル４０１ｂ１２と、このコイル４０１ｂ１２の外側に設けられたコイル４０１ｂ１３と、を備えている、なお、各コイル４０１ｂ１１、４０１ｂ１２、４０１ｂ１３は絶縁材で被覆されている。
　コイル部４０１ｂ２は、構造体４０１ａ３の他方の側面に設けられサドル形状のコイル４０１ｂ２１と、このコイル４０１ｂ２１の外側に設けられたコイル４０１ｂ２２と、このコイル４０１ｂ２２の外側に設けられたコイル４０１ｂ２３と、を備えている、なお、各コイル４０１ｂ２１、４０１ｂ２２、４０１ｂ２３は絶縁材で被覆されている。各コイル４０１ｂ１１～４０１ｂ１３、４０１ｂ２１～４０１ｂ２３に励磁電流を流すことにより、水平方向に磁場を発生する。なお、図４（ａ）乃至４（ｃ）では、コイルは一対の側面にそれぞれ３個設けられていたが、１個、２個、または４個以上設けてもよい。なお、図４（ｃ）において、符号１０４ｃは荷電粒子ビームを示す。
　なお、本実施形態においては、図５（ａ）乃至５（ｃ）に示すように、水平走査電磁石４０１ｂの外側にヨーク４０１ｃを設けることが好ましい。図５（ａ）は走査電磁石４０１からヨーク４０１ｃを除いた上面図を示し、図５（ｂ）は走査電磁石４０１からヨーク４０１ｃを除いた側面図を示し、図５（ｃ）は、図５（ｂ）に示す切断面Ａ－Ａで切断した断面図を示す。このように、ヨーク４０１ｃを設けることにより、外部に磁場が漏れるのを抑制することができる。なお、図５（ｃ）において、符号１０４ｃは荷電粒子ビームを示す。
　（荷電粒子ビーム照射装置１の動作）
　次に、荷電粒子ビーム照射装置１の動作を説明する。
　以下の動作用説明は、いわゆるスポットスキャニング照射法を用いて治療照射を行う例に基づくものである。スポットスキャニング照射法は、すでに加速器駆動型の粒子線照射技術にあっては確立されており、治療効果が高いことが確認されている照射方法である。
　このスポットスキャニング照射法は、患者の患部を仮想的に３次元格子点、すなわち、照射スライスおよびその照射スライスに設定される照射点に切り分け、患部の深さ方向（荷電粒子ビーム軸の方向）、患部の断面方向（荷電粒子ビーム軸と交わる方向）の各方向に荷電粒子ビームを走査する方法である。
　１つの照射点に照射された線量がその照射点に対する設定線量に到達したことを示す線量満了信号が生成されたタイミングで荷電粒子ビームの照射を一旦停止させる。その後、荷電粒子ビームを次の照射点ないし照射スライスへと走査して照射を再開する。この操作を繰り返すことにより患部全域の照射が行われる。
　例えば、ターゲットとしてスライス面９０１ａ～９０１ｃのそれぞれに照射スポット（図ではスライス面９０１ａ上の照射点９０２）があるとする。まず始めに設定照射スポットに応じて各機器の調整が行われる。スライス面の変更は、ビームのエネルギーを変えることでなされる。エネルギーが高いほど深い側（図１の場合は、スライス面９０１ａ）にビームが届き、エネルギーが低いほど浅い側（図１の場合は、スライス面９０１ｃ）に移動する。ビームのエネルギー変更はビーム加速装置２０で加速するビームのエネルギーを低減させることで行う方法や、ビーム加速装置２０で加速したビームに対しビーム輸送装置３０またはビーム照射装置４０で適当なフィルターを掛けることで行ってもよい。
　荷電粒子ビームのエネルギー選択に応じて、ビーム輸送装置３０を構成する電磁石の励磁量も調節される。これにより、患者の患部９０に到達する荷電粒子ビームの必要な強度が確保される。
　そして、ビーム照射装置４０における走査電磁石４０１の励磁電流が調節され、所定のエネルギーの荷電粒子ビームが照射点（たとえば照射点９０２ａ）に正しく入射するよう設定される。
　以上のようにして、各構成装置が調節された後、照射制御装置６０の制御を受けて、ビーム発生装置１０から荷電粒子ビーム１０４が射出される。
　ビーム発生装置１０から射出された荷電粒子ビーム１０４は、ビーム加速装置２０による加速を受けた後、ビーム輸送装置３０に案内される。このビーム輸送装置３０では、荷電粒子ビーム１０４は例えばビーム偏向装置（図示せず）により形成される磁場に入射して運動量に応じて軌道を偏向することによって安定的にビーム照射装置４０に案内される。ビーム照射装置４０では、荷電粒子ビーム１０４ｃが走査電磁石４０１により形成される磁場に入射して水平方向および垂直方向の軌道が調節され、各スライス面上の照射点(照射スライス９０１ａの例では、設定された照射点９０２ａ)に向かって進み、照射点９０２ａの治療照射が行われる。
　このとき、照射制御装置６０により、位置モニタ４０３の出力信号に基づいて軌道調節された荷電粒子ビーム１０４ｃが照射点９０２ａに正しく入射しているか否かが監視される。
　この照射点９０２ａに対する荷電粒子ビームの照射は、線量計回路４０５から線量満了信号が出力されるまで継続して行われる。線量満了信号が出力され照射制御装置６０に入力されたときは、次の照射点（例えば照射点９０２ｂ）の照射に移行する。すなわち、照射制御装置６０により照射パターンデータが参照され、次の照射点９０２ｂに荷電粒子ビームが入射するように走査電磁石４０１の励磁電流が調節され、再び照射制御装置６０に線量満了信号が入力されるまで、照射点９０２ｂに対し荷電粒子ビームの照射が継続して行われる。このような操作が順次繰り返されることで、照射スライス９０１ａに設定された全ての照射点９０２に対する照射が行われる。
　照射スライス９０１ａの照射が完了したときは、次の照射スライス９０１ｂの照射に移行する。すなわち、照射制御装置６０により照射パターンデータが参照され、照射スライス９０１ｂの位置で荷電粒子ビームが停止するようにビーム加速装置２０の調節が行われ、この照射スライス９０１ｂの各照射点（図示省略）に荷電粒子ビームが入射するようにビーム照射装置４０の調節が行われる。このような操作が順次繰り返されていき、最浅の照射スライス９０１ｃの照射へと移行する。
　次に、本実施形態の荷電粒子ビーム照射装置１の作用を説明する。
　様々な部位および大きさの異なる癌部に照射するため、照射野は広く確保することが望ましい。照射野を大きくする方式は大きく分けて二通りある。１つは、直列配置された２組の走査電磁石の位置と、荷電粒子ビームが照射される患者の位置とを大きく離す方式、もう１つは２組の走査電磁石の出力する磁場強度を上げるか、または軸長を延長する方式である。
　広い照射野を確保するために、直列に配置された２組の走査電磁石と患者の位置とを大きく離した場合、荷電粒子ビーム照射装置の設置に必要な空間が大きくなってしまい、これらの装置を収納する建屋等が大きくなる。一方、走査電磁石が出力する磁場強度を上げるか軸長を延長した場合、ビーム進行方向下流の走査電磁石による磁場発生効率が低下し、十分な照射野を確保することができなくなってしまう。
　そこで本発明者は、ビーム照射装置４０として、並列に配置された一対の垂直走査電磁石４０１ａおよび一対の水平走査電磁石４０１ｂを用いることにより、荷電粒子ビーム照射装置が荷電粒子ビームの進行方向に長くなることを抑制することができるとともに、口径の増加を必要最小限に抑えることができる。これにより、大型化を抑制することが可能になるとともに、十分な照射野を確保することのできる荷電粒子ビーム照射装置を提供することができる。
（第２実施形態）
　第２実施形態による荷電粒子ビーム照射装置について図６を参照して説明する。図６は第２実施形態の荷電粒子ビーム照射装置に用いられる走査電磁石４０１Ａを示す図である。この第２実施形態の荷電粒子ビーム照射装置は、図１に示す第１実施形態の荷電粒子ビーム照射装置１において、走査電磁石４０１を図６に示す走査電磁石４０１Ａに置き換えた構成を有している。
　この走査電磁石４０１Ａは、図２に示す走査電磁石４０１を３段、荷電粒子ビーム１０４ｃの進行に対して直列に配置した構成を有している。すなわち、走査電磁石４０１Ａは、荷電粒子ビーム１０４ｃの進行に対して並列に配置された一対の垂直走査電磁石４０１ａ１および一対の水平走査電磁石４０１ｂ１と、これらの走査電磁石４０１ａ１および４０１ｂ１の後段に設けられかつ並列に配置された一対の垂直走査電磁石４０１ａ２および一対の水平走査電磁石４０１ｂ２と、これらの走査電磁石４０１ａ２および４０１ｂ２の後段に設けられかつ並列に配置された一対の垂直走査電磁石４０１ａ３および一対の水平走査電磁石４０１ｂ３と、を備えている。
　そして、後段の走査電磁石の口径は前段の走査電磁石の口径よりも大きい。すなわち、　一対の垂直走査電磁石４０１ａ２および一対の水平走査電磁石４０１ｂ２の口径は、一対の垂直走査電磁石４０１ａ１および一対の水平走査電磁石４０１ｂ１の口径よりも大きく、一対の垂直走査電磁石４０１ａ３および一対の水平走査電磁石４０１ｂ３の口径は、一対の垂直走査電磁石４０１ａ２および一対の水平走査電磁石４０１ｂ２の口径よりも大きい。
　図２に示す走査電磁石を複数段直列に配置し、かつ後段の走査電磁石の口径は前段の走査電磁石の口径よりも大きいように構成することにより、第１実施形態と同様に、荷電粒子ビーム照射装置が荷電粒子ビームの進行方向に長くなることを抑制することができるとともに、口径の増加を必要最小限に抑えることができる。これにより、大型化を抑制することが可能になるとともに、十分な照射野を確保することのできる荷電粒子ビーム照射装置を提供することができる。
（第３実施形態）
　第３実施形態による荷電粒子ビーム照射装置について図７を参照して説明する。図７は第３実施形態の荷電粒子ビーム照射装置に用いられる走査電磁石４０１Ｂを示す図である。この第３実施形態の荷電粒子ビーム照射装置は、図１に示す第１実施形態の荷電粒子ビーム照射装置１において、走査電磁石４０１を図７に示す走査電磁石４０１Ｂに置き換えた構成を有している。
　この走査電磁石４０１Ｂは、並列に配置された一対の垂直走査電磁石４０１ａおよび一対の水平走査電磁石４０１ｂを備えている。一対の垂直走査電磁石４０１ａおよび一対の水平走査電磁石４０１ｂは、荷電粒子ビーム１０４ｃの入射側から出射側に向かうにつれて口径が広がる形状を有している。なお、図７では、口径の広がる形状はビームの偏向に応じた形状であって楽器のラッパのそれと同じとなっているが、口径は、荷電粒子ビーム１０４ｃの入射側から出射側に向かうにつれて線形的に増加する形状であってもよい。
　この第３実施形態における垂直走査電磁石４０１ａの上側のコイル部４０１ａ１を図８に示す。この垂直走査電磁石４０１ａは、荷電粒子ビーム１０４ｃの入射側から出射側に向かうにつれて口径が増加する中空形状を有する構造体４０１ａ３を備えている。上側のコイル部４０１ａ１は、構造体４０３ａ３の上側の表面に設けられている。
　上側のコイル部４０１ａ１は、構造体４０３ａ３の上側の表面に設けられたコイル４０１ａ１１と、このコイル４０１ａ１１の外側に設けられたコイル４０１ａ１２と、このコイル４０１ａ１２の外側に設けられたコイル４０１ａ１３とを備えている。
　なお、図３（ａ）乃至図３（ｃ）に示した場合と同様に、垂直走査電磁石４０１ａは、構造体４０１ａ３の下側の表面に設けられた下側のコイル部（図示せず）を備えており。この下側のコイル部も上側のコイル部４０１ａ１と同様に、複数のコイルを有し、これらのコイルは構造体の下側の表面に設けられる。なお、図８では、コイルは一対の側面にそれぞれ３個設けられていたが、１個、２個、または４個以上設けてもよい。
　そして、図４（ａ）乃至４（ｃ）に示した場合と同様に、垂直走査電磁石４０１ａの外側または内側に、水平走査電磁石のコイル部が設けられる。
　このように構成された第３実施形態も第１実施形態と同様に、荷電粒子ビーム照射装置が荷電粒子ビームの進行方向に長くなることを抑制することができるとともに、口径の増加を必要最小限に抑えることができる。これにより、大型化を抑制することが可能になるとともに、十分な照射野を確保することのできる荷電粒子ビーム照射装置を提供することができる。
（第４実施形態）
　第４実施形態による荷電粒子ビーム照射装置について図９を参照して説明する。図９は第４実施形態の荷電粒子ビーム照射装置に用いられる走査電磁石４０１Ｃを示す図である。この第４実施形態の荷電粒子ビーム照射装置は、図１に示す第１実施形態の荷電粒子ビーム照射装置１において、走査電磁石４０１を図９に示す走査電磁石４０１Ｃに置き換えた構成を有している。
　この走査電磁石４０１Ｃは、第１走査電磁石部４０１Ｃ１と、この第１走査電磁石部４０１Ｃ１の後段に設けられた第２走査電磁石部４０１Ｃ２と、を備えている。第１走査電磁石部４０１Ｃ１は、この第１走査電磁石部４０１Ｃ１に入射する荷電粒子ビーム１０４ｃに対して並列に配置された、一対の垂直走査電磁石４１０ａ１および一対の水平走査電磁石４１０ｂ１を備え、口径が入射側から出射側まで実質的に一定であるかまたは線形に増大する構造である。すなわち、第１走査電磁石部４０１Ｃ１においては、口径が入射側から出射側に向かうにつれて変化率が実質的に０であるかまたは正の一定値であるように変化する構造を有している。ここで、口径の変化率とは、入射側から出射側に向かって距離Δｚ移動したときに口径がΔＤ増大する場合に、比ΔＤ／Δｚを意味する。
　第２走査電磁石部４０１Ｃ２は、並列に配置された、一対の垂直走査電磁石４１０ａ２および一対の水平走査電磁石４１０ｂ２を備え、口径が入射側から出射側に向かうにつれて第１走査電磁石部４０１Ｃ１と異なる変化率で線形に増大するように構成されている。なお、第１走査電磁石部４０１Ｃ１の出射側の口径と第２走査電磁石部４０１Ｃ２の入射側の口径は実質的に等しい。
　この第４実施形態における垂直走査電磁石４１０ａ１および垂直走査電磁石４１０ａ２に関する構造体４１０ａ３およびこの構造体４１０ａ３の上側の表面に設けられた第１コイル部４１０ａ１の一具体例を図１０に示す。構造体４１０ａ３は、第１部分４１０ａ３１と、この第１部分４１０ａ３１に接続する第２部分４１０ａ３２とを備えている。第１コイル部４１０ａ１は、垂直走査電磁石４１０ａ１および垂直走査電磁石４１０ａ２を一体のコイルで形成した構成を有している。
　この第１コイル部４１０ａ１は、構造体４１０ａ３の上側の表面に設けられたコイル４１０ａ１１と、このコイル４１０ａ１１の外側に設けられたコイル４１０ａ１２と、このコイル４１０ａ１２の外側に設けられたコイル４１０ａ１３と、を備えている。なお、第１実施形態と同様に、各コイル４１０ａ１１、４１０ａ１２、４１０ａ１３は、それぞれ絶縁材で被覆されている。各コイル４１０ａ１１、４１０ａ１２、４１０ａ１３に、図１に示す電磁石電源４０２ａを用いて励磁電流を流すことにより、垂直方向に磁場を発生する。なお、図１０では、コイルは構造体の上側の表面に３個設けられていたが、１個、２個、または４個以上設けてもよい。
　第１部分４１０ａ３１は、図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）に示す第１実施形態における構造体４０１ａ３と同様に、中空形状を有している。第２部分４１０ａ３２は、口径が入射側から出射側に向かうに連れて線形に増加するチューブ形状を有している。第１部分４１０ａ３１の出射側の口径は第２部分４１０ａ３２の入射側の口径と実質的に等しい。コイル４１０ａ１１、４１０ａ１２、４１０ａ１３は、第１部分４１０ａ３１および第２部分４１０ａ３２に渡って形成される。
　なお、垂直走査電磁石４１０ａ１および垂直走査電磁石４１０ａ２のそれぞれの対となる第２コイル部（図示せず）は、図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ａ３１および第２部分４１０ａ３２の下側の表面に設けられる。この第２コイル部も、図１０に示す第１コイル部４１０ａ１と同様に、３つのコイルから構成される。図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１０ａ１の各コイル４１０ａ１１、４１０ａ１２、４１０ａ１３と同じサイズでかつ第１部分４１０ａ３１および第２部分４１０ａ３２の中心軸に対して、第１コイル部４１０ａ１の各コイル４１０ａ１１、４１０ａ１２、４１０ａ１３と対称の位置に形成される。
　また、第４実施形態における水平走査電磁石４１０ｂ１および水平走査電磁石４１０ｂ２は、図１１に示すように、構造体４１０ｂ３と、この構造体４１０ｂ３の一方の側面に設けられた第１コイル部４１０ｂ１と、他方の側面に設けられた第２コイル部（図示せず）と、を有している。
　構造体４１０ｂ３は、垂直走査電磁石４１０ａ１および垂直走査電磁石４１０ａ２の外側に設けられ、第１部分４１０ｂ１１と、この第１部分４１０ｂ１１に接続する第２部分４１０ｂ１２とを備えている。第１部分４１０ａ３１は、図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）に示す第１実施形態における構造体４０１ａ３と同様に、中空形状を有している。第２部分４１０ａ３２は、口径が入射側から出射側に向かうに連れて線形に増加するチューブ形状を有している。第１部分４１０ａ３１の出射側の口径は第２部分４１０ａ３２の入射側の口径と実質的に等しい。なお、水平走査電磁石４１０ｂ１、４１０ｂ２は、垂直走査電磁石４１０ａ１、４１０ａ２の内側に設けてもよい。
　第１コイル部４１０ｂ１は、構造体４１０ｂ３の一方の側面に設けられたコイル４１０ｂ１１と、このコイル４１０ｂ１１の外側に設けられたコイル４１０ｂ１２と、このコイル４１０ｂ１２の外側に設けられたコイル４１０ｂ１３と、を備えている。コイル４１０ｂ１１、４１０ｂ１２、４１０ｂ１３は、第１部分４１０ｂ３１および第２部分４１０ｂ３２に渡って形成される。なお、第１実施形態と同様に、各コイル４１０ｂ１１、４１０ｂ１２、４１０ｂ１３は、それぞれ絶縁材で被覆されている。各コイル４１０ｂ１１、４１０ｂ１２、４１０ｂ１３に、図１に示す電磁石電源４０２ｂを用いて励磁電流を流すことにより、水平方向に磁場を発生する。なお、図１１では、コイルは構造体の一方の側面にそれぞれ３個設けられていたが、１個、２個、または４個以上設けてもよい。
　水平走査電磁石４１０ｂ１および水平走査電磁石４１０ｂ２の対となる第２コイル部（図示せず）は、図４（ａ）、４（ｂ）、４（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ｂ３１および第２部分４１０ｂ３２の他方の側面に設けられる。この第２コイル部も、図１１に示す第１コイル部４１０ｂ１と同様に、３つのコイルから構成される。図４（ａ）、４（ｂ）、４（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１０ｂ１の各コイル４１０ｂ１１、４１０ｂ１２、４１０ｂ１３と実質的に同じサイズでかつ第１部分４１０ｂ３１および第２部分４１０ｂ３２の中心軸に対して、第１コイル部４１０ｂ１の各コイル４１０ｂ１１、４１０ｂ１２、４１０ｂ１３と対称の位置に形成される。
　図９に示す第４実施形態のように、走査電磁石４０１Ｃは、荷電粒子ビーム１０４ｃに対して並列に配置された一対の垂直走査電磁石４１０ａ１および一対の水平走査電磁石４１０ｂ１と、これらの走査電磁石４１０ａ１および４１０ｂ１の後段に設けられかつ並列に配置された一対の垂直走査電磁石４１０ａ２および一対の水平走査電磁石４１０ｂ２と、を備え、これらの走査電磁石４１０ａ２および４１０ｂ２は口径が入射側から出射側に向かうにつれて線形に増大するように構成されているので、第１実施形態と同様に、荷電粒子ビーム照射装置が荷電粒子ビームの進行方向に長くなることを抑制することができるとともに、口径の増加を必要最小限に抑えることができる。これにより、大型化を抑制することが可能になるとともに、十分な照射野を確保することのできる荷電粒子ビーム照射装置を提供することができる。
　なお、第４実施形態では、走査電磁石４０１Ｃは、第１走査電磁石部４０１Ｃ１と、この第１走査電磁石部４０１Ｃ１の後段に設けられた第２走査電磁石部４０１Ｃ２と、からなる２段構造を有していたが、３段以上の構造を有していてもよい。例えば、第１走査電磁石部４０１Ｃ１と、この第１走査電磁石部４０１Ｃ１の後段に設けられた第２走査電磁石部４０１Ｃ２と、この第２走査電磁石部４０１Ｃ２の後段に設けられた第３走査電磁石と、からなる３段構造を有し、第３走査電磁石においては、入射側から出射側に向かうにつれて口径が前段の走査電磁石と異なる変化率で線形に増大する構造を有している。また、このような３段以上の構造は、後述する第５乃至第８実施形態においても適用することができる。
（第５実施形態）
　第５実施形態による荷電粒子ビーム照射装置について図１２および図１３を参照して説明する。この第５実施形態の荷電粒子ビーム照射装置は、第５実施形態の荷電粒子ビーム照射装置１において、図９に示す垂直走査電磁石４１０ａ１、４１０ａ２のコイルをそれぞれの垂直走査電磁石に対応して設け、水平走査電磁石４１０ｂ１、４１０ｂ２のコイルをそれぞれの水平走査電磁石に対応して設けた構成を有している。
　図１２は、第５実施形態の垂直走査電磁石４１０ａ１、４１０ａ２それぞれの、構造体４１０ａ３の上側の表面に設けられた第１コイル部４１１ａ１１、４１１ａ１２を示す図である。第１コイル部４１１ａ１１は、第１部分４１０ａ３１の上側の表面に設けられ、コイル４１１ａ１１１と、このコイル４１１ａ１１１の外側に設けられたコイル４１１ａ１１２と、このコイル４１１ａ１１２の外側に設けられたコイル４１１ａ１１３と、を備えている。第１コイル部４１１ａ１２は、第２部分４１０ａ３２の上側の表面に設けられ、コイル４１１ａ１２１と、このコイル４１１ａ１２１の外側に設けられたコイル４１１ａ１２２と、このコイル４１１ａ１２２の外側に設けられたコイル４１１ａ１２３と、を備えている。すなわち、第５実施形態の第１コイル部４１１ａ１１、４１１ａ１２は、図１０に示す第１コイル部４１０ａ１を２つに分割した構成を有している。図１２では、コイルは構造体の上側の表面にそれぞれ３個設けられていたが、１個、２個、または４個以上設けてもよい。
　なお、これらの第１コイル部４１１ａ１１、４１１ａ１２のそれぞれと対になる第２コイル部（図示せず）はそれぞれ、図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ａ３１および第２部分４１０ａ３２の下側の表面に設けられる。この第２コイル部もそれぞれ、図１２に示す第１コイル部４１１ａ１１、４１１ａ１２と同様に、３つのコイルから構成される。図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ａ３１の下側の表面に形成された第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１１ａ１１の各コイル４１１ａ１１１、４１１ａ１１２、４１１ａ１１３と同じサイズでかつ第１部分４１０ａ３１の中心軸に対して、第１コイル部４１１ａ１１の各コイル４１１ａ１１１、４１１ａ１１２、４１１ａ１１３と対称の位置に形成される。また、第２部分４１０ａ３２の下側の表面に形成された第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１１ａ１２の各コイル４１１ａ１２１、４１１ａ１２２、４１１ａ１２３と同じサイズでかつ第２部分４１０ａ３２の中心軸に対して、第１コイル部４１１ａ２の各コイル４１１ａ１２１、４１１ａ１２２、４１１ａ１２３と対称の位置に形成される。
　図１３は、第５実施形態の水平走査電磁石４１０ｂ１、４１０ｂ２それぞれの、構造体４１０ｂ３の一方の側面に設けられた第１コイル部４１１ｂ１１、４１１ｂ１２を示す図である。第１コイル部４１１ｂ１１は、第１部分４１０ｂ３１の一方の側面に設けられ、コイル４１１ｂ１１１と、このコイル４１１ｂ１１１の外側に設けられたコイル４１１ｂ１１２と、このコイル４１１ｂ１１２の外側に設けられたコイル４１１ｂ１１３と、を備えている。第１コイル部４１１ｂ１２は、第２部分４１０ｂ２の一方の側面に設けられ、コイル４１１ｂ１２１と、このコイル４１１ｂ１２１の外側に設けられたコイル４１１ｂ１２２と、このコイル４１１ｂ１２２の外側に設けられたコイル４１１ｂ１２３と、を備えている。すなわち、第５実施形態の第１コイル部４１１ｂ１１、４１１ｂ１２は、図１１に示す第１コイル部４１０ｂ１を２つに分割した構成を有している。図１３では、コイルは構造体の一方の側面にそれぞれ３個設けられていたが、１個、２個、または４個以上設けてもよい。
　なお、これらの第１コイル部４１１ｂ１１、４１１ｂ１２のそれぞれと対になる第２コイル部（図示せず）はそれぞれ、図４（ａ）、４（ｂ）、４（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ｂ３１および第２部分４１０ｂ３２の他方の側面に設けられる。この第２コイル部もそれぞれ、図１３に示す第１コイル部４１１ｂ１１、４１１ｂ１２と同様に、３つのコイルから構成される。図４（ａ）、４（ｂ）、４（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ｂ３１の他方の側面に形成された第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１１ｂ１１の各コイル４１１ｂ１１１、４１１ｂ１１２、４１１ｂ１１３と同じサイズでかつ第１部分４１０ｂ３１の中心軸に対して、第１コイル部４１１ｂ１１の各コイル４１１ｂ１１１、４１１ｂ１１２、４１１ｂ１１３と対称の位置に形成される。また、第２部分４１０ｂ３２の他方の側面に形成された第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１１ｂ１２の各コイル４１１ｂ１２１、４１１ｂ１２２、４１１ｂ１２３と同じサイズでかつ第２部分４１０ｂ３２の中心軸に対して、第１コイル部４１１ｂ２の各コイル４１１ｂ１２１、４１１ｂ１２２、４１１ｂ１２３と対称の位置に形成される。
　このように構成された第５実施形態においては、一対の垂直走査電磁石４１０ａ１と、一対の垂直走査電磁石４１０ａ２の励磁電流の強さを変えることが可能となるとともに、一対の水平走査電磁石４１０ｂ１と、一対の水平走査電磁石４１０ｂ２の励磁電流の強さを変えることが可能となる。これにより、口径が入射側から出射側に向かって線形に増大する一対の垂直走査電磁石４１０ａ２および一対の水平走査電磁石４１０ｂ２によって形成される磁場の強さを第４実施形態に比べて調整することができる。なお、この場合、一対の垂直走査電磁石４１０ａ１に励磁電流を供給する第１電磁石電源と、一対の垂直走査電磁石４１０ａ２に励磁電流を供給する第２電磁石電源を用意することが好ましく、一対の水平走査電磁石４１０ｂ１に励磁電流を供給する第３電磁石電源と、一対の水平走査電磁石４１０ｂ２に励磁電流を供給する第４電磁石電源を用意することが好ましい。
　この第５実施形態も第４実施形態と同様に、荷電粒子ビーム照射装置が荷電粒子ビームの進行方向に長くなることを抑制することができるとともに、口径の増加を必要最小限に抑えることができる。これにより、大型化を抑制することが可能になるとともに、十分な照射野を確保することのできる荷電粒子ビーム照射装置を提供することができる。
（第６実施形態）
　第６実施形態による荷電粒子ビーム照射装置について図１４および図１５を参照して説明する。この第６実施形態の荷電粒子ビーム照射装置は、第５実施形態の荷電粒子ビーム照射装置１において、一対の垂直走査電磁石４１０ａ２および一対の水平走査電磁石４１０ｂ２の構成するコイルの巻き線数を、一対の垂直走査電磁石４１０ａ１および一対の水平走査電磁石４１０ｂ１の構成するコイルの巻き線数よりも多くした構造を有している。
　図１４は、第６実施形態の垂直走査電磁石４１０ａ１、４１０ａ２それぞれの、構造体４１０ａ３の上側の表面に設けられた第１コイル部４１１ａ１１、４１１ａ１２を示す図である。第１コイル部４１１ａ１１は、第１部分４１０ａ３１の上側の表面に設けられ、コイル４１１ａ１１１と、このコイル４１１ａ１１１の外側に設けられたコイル４１１ａ１１２と、このコイル４１１ａ１１２の外側に設けられたコイル４１１ａ１１３と、を備えている。第１コイル部４１１ａ１２は、第２部分４１０ａ３２の上側の表面に設けられ、コイル４１１ａ１２１と、このコイル４１１ａ１２１の外側に設けられたコイル４１１ａ１２２と、このコイル４１１ａ１２２の外側に設けられたコイル４１１ａ１２３と、このコイル４１１ａ１２３の外側に設けられたコイル４１１ａ１２４と、このコイル４１１ａ１２４の外側に設けられたコイル４１１ａ１２５と、を備えている。図１４では、第１コイル部４１１ａ１１は第１部分４１０ａ３１の上側の表面に３個のコイルが設けられていたが、１個、２個、または４個以上設けてもよい。また、第１コイル部４１１ａ１２は第２部分４１０ａ３２の上側の表面に５のコイルが個設けられていたが、第１コイル部４１１ａ１１よりも多くのコイルを設ければよい。
　これらの第１コイル部４１１ａ１１、４１１ａ１２のそれぞれと対になる第２コイル部（図示せず）はそれぞれ、図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ａ３１および第２部分４１０ａ３２の下側の表面に設けられる。この第２コイル部もそれぞれ、図１４に示す第１コイル部４１１ａ１１および第１コイル部４１１ａ１２と同様にそれぞれ、３つおよび５つのコイルから構成される。図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ａ３１の下側の表面に形成された第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１１ａ１１の各コイル４１１ａ１１１、４１１ａ１１２、４１１ａ１１３と同じサイズでかつ第１部分４１０ａ３１の中心軸に対して、第１コイル部４１１ａ１１の各コイル４１１ａ１１１、４１１ａ１１２、４１１ａ１１３と対称の位置に形成される。また、第２部分４１０ａ３２の下側の表面に形成された第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１１ａ１２の各コイル４１１ａ１２１、４１１ａ１２２、４１１ａ１２３、４１１ａ１２４、４１１ａ１２５と、同じサイズでかつ第２部分４１０ａ３２の中心軸に対して、第１コイル部４１１ａ２の各コイル４１１ａ１２１、４１１ａ１２２、４１１ａ１２３、４１１ａ１２４、４１１ａ１２５と対称の位置に形成される。
　図１５は、第６実施形態の水平走査電磁石４１０ｂ１、４１０ｂ２それぞれの、構造体４１０ｂ３の一方の側面に設けられた第１コイル部４１１ｂ１１、４１１ｂ１２を示す図である。第１コイル部４１１ｂ１１は、第１部分４１０ｂ３１の一方の側面に設けられ、コイル４１１ｂ１１１と、このコイル４１１ｂ１１１の外側に設けられたコイル４１１ｂ１１２と、このコイル４１１ｂ１１２の外側に設けられたコイル４１１ｂ１１３と、を備えている。第１コイル部４１１ｂ１２は、第２部分４１０ｂ３２の一方の側面に設けられ、コイル４１１ｂ１２１と、このコイル４１１ｂ１２１の外側に設けられたコイル４１１ｂ１２２と、このコイル４１１ｂ１２２の外側に設けられたコイル４１１ｂ１２３と、このコイル４１１ｂ１２３の外側に設けられたコイル４１１ｂ１２４と、このコイル４１１ｂ１２４の外側に設けられたコイル４１１ｂ１２４と、を備えている。図１５では、第１コイル部４１１ｂ１１は第１部分４１０ｂ３１の一方の側面に３個設けられていたが、１個、２個、または４個以上設けてもよい。また、第１コイル部４１１ｂ１２は第２部分４１０ｂ３２の一方の側面に５個のコイルが設けられていたが、第１コイル部４１１ｂ１１よりも多くのコイルを設ければよい。
　なお、これらの第１コイル部４１１ｂ１１、４１１ｂ１２のそれぞれと対になる第２コイル部（図示せず）はそれぞれ、図４（ａ）、４（ｂ）、４（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ｂ３１および第２部分４１０ｂ３２の他方の側面に設けられる。この第２コイル部もそれぞれ、図１５に示す第１コイル部４１１ｂ１１および第１コイル部４１１ｂ１２と同様にそれぞれ、３つおよび５つのコイルから構成される。図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ａ３１の他方の側面に形成された第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１１ｂ１１の各コイル４１１ｂ１１１、４１１ｂ１１２、４１１ｂ１１３と同じサイズでかつ第１部分４１０ｂ３１の中心軸に対して、第１コイル部４１１ｂ１１の各コイル４１１ｂ１１１、４１１ｂ１１２、４１１ｂ１１３と対称の位置に形成される。また、第２部分４１０ｂ３２の他方の側面に形成された第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１１ｂ１２の各コイル４１１ｂ１２１、４１１ｂ１２２、４１１ｂ１２３、４１１ｂ１２４、４１１ｂ１２５と同じサイズでかつ第２部分４１０ｂ３２の中心軸に対して、第１コイル部４１１ｂ２の各コイル４１１ｂ１２１、４１１ｂ１２２、４１１ｂ１２３、４１１ｂ１２４、４１１ｂ１２５と対称の位置に形成される。
　このように構成された第６実施形態においては、一対の垂直走査電磁石４１０ａ１と、一対の垂直走査電磁石４１０ａ２では、コイルの巻き線数を変えたので、一対の垂直走査電磁石４１０ａ１と一対の垂直走査電磁石４１０ａ２に同じ励磁電流を流しても、一対の垂直走査電磁石４１０ａ２によって形成される磁場を一対の垂直走査電磁石４１０ａ１によって形成される磁場よりも強くすることができる。すなわち、一対の垂直走査電磁石４１０ａ１と一対の垂直走査電磁石４１０ａ２に対して同じ電磁石電源を用いて励磁電流を供給することができる。
　また、一対の水平走査電磁石４１０ｂ１と、一対の水平走査電磁石４１０ｂ２では、コイルの巻き線数を変えたので、一対の水平走査電磁石４１０ｂ１と一対の水平走査電磁石４１０ｂ２に同じ励磁電流を流しても、一対の水平走査電磁石４１０ｂ２によって形成される磁場を一対の水平走査電磁石４１０ｂ１によって形成される磁場よりも強くすることができる。すなわち、一対の水平走査電磁石４１０ｂ１と一対の水平走査電磁石４１０ｂ２に対して同じ電磁石電源を用いて励磁電流を供給することができる。
　この第６実施形態も第５実施形態と同様に、荷電粒子ビーム照射装置が荷電粒子ビームの進行方向に長くなることを抑制することができるとともに、口径の増加を必要最小限に抑えることができる。これにより、大型化を抑制することが可能になるとともに、十分な照射野を確保することのできる荷電粒子ビーム照射装置を提供することができる。
（第７実施形態）
　第７実施形態による荷電粒子ビーム照射装置について図１６および図１７を参照して説明する。この第７実施形態の荷電粒子ビーム照射装置は、第４実施形態の荷電粒子ビーム照射装置１において、一対の垂直走査電磁石４１０ａ２および一対の水平走査電磁石４１０ｂ２の構成するコイルの巻き線数を、一対の垂直走査電磁石４１０ａ１および一対の水平走査電磁石４１０ｂ１の構成するコイルの巻き線数よりも多くした構造を有している。
　図１６は、第７実施形態の垂直走査電磁石４１０ａ１、４１０ａ２それぞれの、構造体４１０ａ３の上側の表面に設けられた第１コイル部４１１ａ１１、４１１ａ１２を示す図である。第１コイル部４１１ａ１２は、第２部分４１０ａ３２の上側の表面に設けられ、コイル４１１ａ１１と、このコイル４１１ａ１１の外側に設けられたコイル４１１ａ１２と、このコイル４１１ａ１２の外側に設けられたコイル４１１ａ１３と、このコイル４１１ａ１３の外側に設けられたコイル４１１ａ１４と、このコイル４１１ａ１４の外側に設けられたコイル４１１ａ１５と、を備えている。なお、コイル４１１ａ１３、コイル４１１ａ１４、およびコイル４１１ａ１５は、第１部分４１０ａ３１の上側の表面に延在し、第１コイル部４１１ａ１１を構成する。図１６では、第１コイル部４１１ａ１１は３個のコイルが設けられていたが、１個、２個、または４個以上設けてもよい。また、第１コイル部４１１ａ１２は５個のコイルが設けられていたが、第１コイル部４１１ａ１１よりも多くのコイルを設ければよい。
　これらの第１コイル部４１１ａ１１、４１１ａ１２のそれぞれと対になる第２コイル部（図示せず）はそれぞれ、図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ａ３１および第２部分４１０ａ３２の下側の表面に設けられる。この第２コイル部もそれぞれ、図１６に示す第１コイル部４１１ａ１１および第１コイル部４１１ａ１２と同様にそれぞれ、３つおよび５つのコイルから構成される。図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ａ３１の下側の表面に形成された第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１１ａ１１の各コイル４１１ａ１３、４１１ａ１４、４１１ａ１５と同じサイズでかつ第１部分４１０ａ３１の中心軸に対して、第１コイル部４１１ａ１１の各コイル４１１ａ１３、４１１ａ１４、４１１ａ１５と対称の位置に形成される。また、第２部分４１０ａ３２の下側の表面に形成された第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１１ａ１２の各コイル４１１ａ１１、４１１ａ１２、４１１ａ１３、４１１ａ１４、４１１ａ１５と、同じサイズでかつ第２部分４１０ａ３２の中心軸に対して、第１コイル部４１１ａ１２の各コイル４１１ａ１１、４１１ａ１２、４１１ａ１３、４１１ａ１４、４１１ａ１５と対称の位置に形成される。
　図１７は、第６実施形態の水平走査電磁石４１０ｂ１、４１０ｂ２それぞれの、構造体４１０ｂ３の一方の側面に設けられた第１コイル部４１１ｂ１１、４１１ｂ１２を示す図である。第１コイル部４１１ｂ１２は、第２部分４１０ｂ３２の一方の側面に設けられ、コイル４１１ｂ１１１と、このコイル４１１ｂ１１１の外側に設けられたコイル４１１ｂ１１２と、このコイル４１１ｂ１１２の外側に設けられたコイル４１１ｂ１１３と、このコイル４１１ｂ１１３の外側に設けられたコイル４１１ｂ１１４と、このコイル４１１ｂ１１４の外側に設けられたコイル４１１ｂ１１５と、を備えている。なお、コイル４１１ｂ１１３、コイル４１１ｂ１１４、およびコイル４１１ａ１１５は、第１部分４１０ｂ３１の上側の表面に延在し、第１コイル部４１１ｂ１１を構成する。図１７では、第１コイル部４１１ｂ１１は３個のコイルが設けられていたが、１個、２個、または４個以上設けてもよい。また、第１コイル部４１１ｂ１２は５個のコイルが設けられていたが、第１コイル部４１１ｂ１１よりも多くのコイルを設ければよい。
　これらの第１コイル部４１１ｂ１１、４１１ｂ１２のそれぞれと対になる第２コイル部（図示せず）はそれぞれ、図４（ａ）、４（ｂ）、４（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ｂ３１および第２部分４１０ｂ３２の他方の側面に設けられる。この第２コイル部もそれぞれ、図１６に示す第１コイル部４１１ｂ１１および第１コイル部４１１ｂ１２と同様にそれぞれ、３つおよび５つのコイルから構成される。図４（ａ）、４（ｂ）、４（ｃ）に示す第１実施形態と同様に、第１部分４１０ｂ３１の他方の側面に形成された第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１１ｂ１１の各コイル４１１ｂ１３、４１１ｂ１４、４１１ｂ１５と同じサイズでかつ第１部分４１０ｂ３１の中心軸に対して、第１コイル部４１１ｂ１１の各コイル４１１ｂ１３、４１１ｂ１４、４１１ｂ１５と対称の位置に形成される。また、第２部分４１０ｂ３２の下側の表面に形成された第２コイル部の各コイルは、第１コイル部４１１ｂ１２の各コイル４１１ｂ１１、４１１ｂ１２、４１１ｂ１３、４１１ｂ１４、４１１ｂ１５と、同じサイズでかつ第２部分４１０ａ３２の中心軸に対して、第１コイル部４１１ｂ１２の各コイル４１１ｂ１１、４１１ｂ１２、４１１ｂ１３、４１１ｂ１４、４１１ｂ１５と対称の位置に形成される。
　このように構成された第７実施形態においては、一対の垂直走査電磁石４１０ａ１と、一対の垂直走査電磁石４１０ａ２では、コイルの巻き線数を変えたので、一対の垂直走査電磁石４１０ａ１と一対の垂直走査電磁石４１０ａ２に同じ励磁電流を流しても、一対の垂直走査電磁石４１０ａ２によって形成される磁場を一対の垂直走査電磁石４１０ａ１によって形成される磁場よりも強くすることができる。すなわち、一対の垂直走査電磁石４１０ａ１と一対の垂直走査電磁石４１０ａ２に対して同じ電磁石電源を用いて励磁電流を供給することができる。
　また、一対の水平走査電磁石４１０ｂ１と、一対の水平走査電磁石４１０ｂ２では、コイルの巻き線数を変えたので、一対の水平走査電磁石４１０ｂ１と一対の水平走査電磁石４１０ｂ２に同じ励磁電流を流しても、一対の水平走査電磁石４１０ｂ２によって形成される磁場を一対の水平走査電磁石４１０ｂ１によって形成される磁場よりも強くすることができる。すなわち、一対の水平走査電磁石４１０ｂ１と一対の水平走査電磁石４１０ｂ２に対して同じ電磁石電源を用いて励磁電流を供給することができる。
　この第７実施形態も第４実施形態と同様に、荷電粒子ビーム照射装置が荷電粒子ビームの進行方向に長くなることを抑制することができるとともに、口径の増加を必要最小限に抑えることができる。これにより、大型化を抑制することが可能になるとともに、十分な照射野を確保することのできる荷電粒子ビーム照射装置を提供することができる。
（第８実施形態）
　第８実施形態による荷電粒子ビーム照射装置について図１８を参照して説明する。図１８は第８実施形態の荷電粒子ビーム照射装置に用いられる走査電磁石４０１Ｄを示す図である。この第８実施形態の荷電粒子ビーム照射装置は、図１に示す第１実施形態の荷電粒子ビーム照射装置１において、走査電磁石４０１を図９に示す走査電磁石４０１Ｄに置き換えた構成を有している。
　この第８実施形態の走査電磁石４０１Ｄは、第４乃至第７実施形態のいずれかの走査電磁石において、水平走査電磁石４１０ｂ１、４１０ｂ２の外側にヨーク４０１ｃを設けた構成を有している。なお、水平走査電磁石の口径が垂直走査電磁石の口径よりも小さい場合は、ヨーク４０１ｃは垂直走査電磁石の外側に設けられる。図１８は、第４実施形態の水平走査電磁石４１０ｂ１、４１０ｂ２の外側にヨーク４２０を設けた場合の断面図である。
　本実施形態においては、ヨーク４２０は、内部の口径が、水平走査電磁石４１０ｂ１、４１０ｂ２の外形に沿った形状を有している。すなわち、水平走査電磁石４１０ｂ１に対応する部分の口径は実質的に一定であるかまたは線形に増大する構造であり、水平走査電磁石４１０ｂ２に対応する部分の口径は水平走査電磁石４１０ｂ１と異なる変化率で線形に増加する。また、ヨーク４２０の外径は実質的に一定である。このため、荷電粒子１０４ｃが出射される出射側では、入射側に比べてヨーク４２０の肉厚は薄くなっている。
　本実施形態の走査電磁石４０１Ｄの上面図および断面図を図１９および図２０に示す。この図１９は、ヨーク４２０の一部分を切断した上面図である。ヨーク４２０は、垂直走査電磁石のコイル部４１０ａ１と長手方向の長さはほぼ同じ長さを有している。なお、図２０において、符号１０４ｃは荷電粒子ビームを示す。
　ヨーク４２０は少なくとも２つ以上に分割される。一般的にはＹ方向またはＸ方向に２分割される。図２０では、矢印で示すようにＹ方向に２分割される。ヨーク４２０の内周面の加工およびコイル組立が容易となる構造をしている。ヨーク４２０の内周面はコイル部４１０ａ１の外周面と接触するか近接する大きさであり、鉄などの磁性体で構成されることで磁場の強度を増大すると共に、漏れ磁場を低減している。
　本実施形態の走査電磁石４０１Ｄは交流で駆動するため、ヨーク４２０は、電磁鋼板などの薄い鉄板を長手方向に複数枚積層し樹脂で接着した構成を有している。これによりヨーク４２０の発熱や渦電流による誤差磁場を低減することができる。
　また、ヨーク４２０においては、上記の通りヨーク４２０の内周面はコイル部４１０ａ１の外周面と接触するか近接する大きさである。しかし、ヨーク４２０の外周面は外径一定としている。このような形状をヨーク４２０が有することで、口径が小さく磁場強度が強い位置ではヨーク４２０は肉厚に、口径が大きく磁場強度が弱い位置ではヨーク４２０は肉薄になり、ヨーク４２０の磁場強度を高める効果を効率的に得ると共に製作性の良いヨークを得ることができる。
　第８実施形態も第４実施形態と同様に、荷電粒子ビーム照射装置が荷電粒子ビームの進行方向に長くなることを抑制することができるとともに、口径の増加を必要最小限に抑えることができる。これにより、大型化を抑制することが可能になるとともに、十分な照射野を確保することのできる荷電粒子ビーム照射装置を提供することができる。更に、ヨーク４２０を設けたことにより、外部に磁場が漏れるのを抑制することができる。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

Claims (17)

  1. 　荷電粒子ビームが入射する第１方向に実質的に直交する第２方向に前記荷電粒子ビームを偏向する第１走査電磁石部と、
    　前記第１方向および前記第２方向に実質的に直交する第３方向に前記荷電粒子ビームを偏向する第２走査電磁石部と、
    　を備え、前記第１および第２走査電磁石部は、前記第１方向に対して並列に配置される荷電粒子ビーム照射装置。
  2. 　前記第１走査電磁石部は、中空形状の第１構造体と、前記第１構造体の前記第２方向において対向する第１および第２面にそれぞれ設けられた第１および第２コイルと、を備え、
    　前記第２走査電磁石部は、前記第１構造体および前記第１コイルならびに前記第２コイルを覆う中空形状の第２構造体と、前記第２構造体の前記第３方向において対向する第３および第４面にそれぞれ設けられた第３および第４コイルと、を備えている請求項１記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  3. 　前記第１走査電磁石部は、前記第１方向に沿って配列された複数段の第１走査電磁石を有し、
    　前記第２走査電磁石部は、前記第１方向に沿って配列され、前記複数段の第１走査電磁石に対応して設けられた複数段の第２走査電磁石を有し、
    　各第１走査電磁石は対応する第２走査電磁石と共に前記第１方向に並列に配置され、
    　前記第１走査電磁石および前記第２走査電磁石は、前段よりも後段の口径が大きい、請求項１記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  4. 　各第１走査電磁石は、中空形状の第１構造体と、前記第１構造体の前記第２方向において対向する第１および第２面にそれぞれ設けられた第１および第２コイルと、を備え、
    　各第２走査電磁石は、前記第１構造体および前記第１コイルならびに前記第２コイルを覆う中空形状の第２構造体と、前記第２構造体の前記第３方向において対向する第３および第４面にそれぞれ設けられた第３および第４コイルと、を備えている請求項３記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  5. 　前記第１および第２走査電磁石部は、前記第１方向に沿って前記荷電粒子ビームの入射側から口径が連続的に大きくなるように構成されている請求項１記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  6. 　前記第１走査電磁石部は、前記第１方向に沿って前記荷電粒子ビームの入射側から口径が連続的に大きくなる中空形状の第１構造体と、前記第１構造体の前記第２方向において対向する第１および第２面にそれぞれ設けられた第１および第２コイルと、を備え、
    　前記第２走査電磁石部は、前記第１構造体および前記第１コイルならびに前記第２コイルを覆い、前記第１方向に沿って前記荷電粒子ビームの入射側から口径が連続的に大きくなる中空形状の第２構造体と、前記第２構造体の前記第３方向において対向する第３および第４面にそれぞれ設けられた第３および第４コイルと、を備えている請求項５記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  7. 　前記第１走査電磁石部および前記第２走査電磁石部の外側に設けられた中空形状のヨークを更に備えた請求項１記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  8. 　前記第１走査電磁石部は、前記荷電粒子ビームの入射側から出射側まで実質的に一定であるかまたは線形に増大する口径を有する第１走査電磁石と、前記第１走査電磁石の後段に配置され前記荷電粒子ビームの入射側から出射側まで線形に増大する口径を有する第２走査電磁石と、を備え前記第１走査電磁石の出射側の口径と前記第２走査電磁石の入射側の口径が実質的に同じであり、
    　前記第２走査電磁石部は、前記荷電粒子ビームの入射側から出射側まで実質的に一定であるかまたは線形に増大する口径を有する第３走査電磁石と、前記第３走査電磁石の後段に配置され前記荷電粒子ビームの入射側から出射側まで線形に増大する口径を有する第４走査電磁石と、を備え前記第３走査電磁石の出射側の口径と前記第４走査電磁石の入射側の口径が実質的に同じである請求項１記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  9. 　前記第１および第２走査電磁石は、中空形状の第１構造体と、前記第１構造体の前記第２方向において対向する第１および第２面のうちの前記第１面に設けられた第１コイル部と、前記第２面に設けられたおよび第２コイル部と、備え、
    　前記第３および第４走査電磁石は、前記第１構造体および前記第１コイル部および第２コイル部を覆う中空形状の第２構造体と、前記第２構造体の前記第３方向において対向する第３および第４面のうちの前記第３面に設けられた第３コイル部と、前記第４面に設けられた第４コイル部と、を備え、
    　前記第１構造体は、入射側の口径が出射側の口径と実質的に同一であるかまたは線形に増大する第１部分と、前記第１部分に接続しかつ口径が出射側に向かって線形に増大する第２部分と、を有し、
    　前記第２構造体は、入射側の口径が出射側の口径と実質的に同一であるかまたは線形に増大する第３部分と、前記第３部分に接続しかつ口径が出射側に向かって線形に増大する第４部分と、を有している請求項８記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  10. 　前記第１コイル部は前記第１構造体の前記第１部分および第２部分に渡って設けられた第１コイルを有し、
    　前記第２コイル部は前記第１構造体の前記第１部分および第２部分に渡って設けられた第２コイルを有し、
    　前記第３コイル部は前記第２構造体の前記第３部分および第４部分に渡って設けられた第３コイルを有し、
    　前記第４コイル部は前記第２構造体の前記第３部分および第４部分に渡って設けられた第４コイルを有する請求項９記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  11. 　前記第１コイルは、前記第２部分に設けられた部分の巻き線数が前記第１部分に設けられた部分の巻き線数よりも多く、
    　前記第２コイルは、前記第２部分に設けられた部分の巻き線数が前記第１部分に設けられた部分の巻き線数よりも多く、
    　前記第３コイルは、前記第４部分に設けられた部分の巻き線数が前記第３部分に設けられた部分の巻き線数よりも多く、
    　前記第４コイルは、前記第４部分に設けられた部分の巻き線数が前記第３部分に設けられた部分の巻き線数よりも多い請求項９記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  12. 　前記第１コイル部は、前記第１構造体の前記第１部分に設けられた第１コイルと、前記第２部分に設けられた第２コイルと、を有し、
    　前記第２コイル部は、前記第１構造体の前記第１部分に設けられた第３コイルと、前記第２部分に設けられた第４コイルと、を有し、
    　前記第３コイル部は、前記第２構造体の前記第３部分に設けられた第５コイルと、前記第４部分に設けられた第６コイルと、を有し、
    　前記第４コイル部は、前記第２構造体の前記第３部分に設けられた第７コイルと、前記第４部分に設けられた第８コイルと、を有する請求項９記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  13. 　前記第２コイルは前記第１コイルよりも巻き線数が多く、前記第４コイルは前記第３コイルよりも巻き線数が多く、前記第６コイルは前記第５コイルよりも巻き線数が多く、前記第８コイルは前記第７コイルよりも巻き線数が多い請求項１２記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  14. 　前記第１走査電磁石部および前記第２走査電磁石部の外側に設けられた中空形状のヨークを更に備えた請求項８記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  15. 　前記ヨークは、前記第１走査電磁石部および前記第２走査電磁石部のうちの口径大きな方の電磁石部の外形に沿って形状の口径を有する請求項１４記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  16. 　前記ヨークは、前記荷電粒子ビームの出射側における厚さが、前記荷電粒子ビームの入射側における厚さよりも薄い請求項１４記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  17. 　前記ヨークは、前記第１方向に沿って鉄板が積層された構造を有している請求項１４記載の荷電粒子ビーム照射装置。
PCT/JP2015/077711 2014-10-28 2015-09-30 荷電粒子ビーム照射装置 WO2016067820A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020177011529A KR101985252B1 (ko) 2014-10-28 2015-09-30 하전입자 빔 조사장치
CN201580058909.5A CN106999729B (zh) 2014-10-28 2015-09-30 带电粒子束照射装置
DE112015004883.9T DE112015004883B4 (de) 2014-10-28 2015-09-30 Bestrahlungsvorrichtung mit geladenem Teilchenstrahl
US15/497,831 US10090132B2 (en) 2014-10-28 2017-04-26 Charged particle beam irradiation apparatus

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014-219305 2014-10-28
JP2014219305 2014-10-28
JP2015117703A JP6613466B2 (ja) 2014-10-28 2015-06-10 荷電粒子ビーム照射装置
JP2015-117703 2015-06-10

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US15/497,831 Continuation US10090132B2 (en) 2014-10-28 2017-04-26 Charged particle beam irradiation apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016067820A1 true WO2016067820A1 (ja) 2016-05-06

Family

ID=55857166

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/077711 WO2016067820A1 (ja) 2014-10-28 2015-09-30 荷電粒子ビーム照射装置

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2016067820A1 (ja)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05264797A (ja) * 1992-03-17 1993-10-12 Hitachi Ltd ビーム照射方法及びその装置
JP2007260222A (ja) * 2006-03-29 2007-10-11 Osaka Univ 荷電粒子線偏向装置および荷電粒子線照射装置
US20090101832A1 (en) * 2007-10-17 2009-04-23 Dirk Diehl Deflecting a beam of electrically charged particles onto a curved particle path
JP2011072717A (ja) * 2009-10-01 2011-04-14 High Energy Accelerator Research Organization 荷電粒子線ビームの制御用電磁石及びこれを備えた照射治療装置
US20130043403A1 (en) * 2011-08-19 2013-02-21 Pyramid Technical Consultants, Inc. System, apparatus and method for deflecting a particle beam
JP2013096949A (ja) * 2011-11-04 2013-05-20 Hitachi Ltd 走査電磁石および荷電粒子ビーム照射装置
WO2015045017A1 (ja) * 2013-09-25 2015-04-02 株式会社日立製作所 超伝導電磁石および粒子線治療システムならびに超伝導電磁石の運転方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05264797A (ja) * 1992-03-17 1993-10-12 Hitachi Ltd ビーム照射方法及びその装置
JP2007260222A (ja) * 2006-03-29 2007-10-11 Osaka Univ 荷電粒子線偏向装置および荷電粒子線照射装置
US20090101832A1 (en) * 2007-10-17 2009-04-23 Dirk Diehl Deflecting a beam of electrically charged particles onto a curved particle path
JP2011072717A (ja) * 2009-10-01 2011-04-14 High Energy Accelerator Research Organization 荷電粒子線ビームの制御用電磁石及びこれを備えた照射治療装置
US20130043403A1 (en) * 2011-08-19 2013-02-21 Pyramid Technical Consultants, Inc. System, apparatus and method for deflecting a particle beam
JP2013096949A (ja) * 2011-11-04 2013-05-20 Hitachi Ltd 走査電磁石および荷電粒子ビーム照射装置
WO2015045017A1 (ja) * 2013-09-25 2015-04-02 株式会社日立製作所 超伝導電磁石および粒子線治療システムならびに超伝導電磁石の運転方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6613466B2 (ja) 荷電粒子ビーム照射装置
US8153990B2 (en) Particle beam therapy system
US10256004B2 (en) Particle-beam control electromagnet and irradiation treatment apparatus equipped therewith
US10300302B2 (en) Particle beam transport system, and segment thereof
JP2005332794A (ja) 荷電粒子ビーム加速器、荷電粒子ビーム加速器を用いた粒子線照射医療システムおよび、粒子線照射医療システムの運転方法
CN105079983A (zh) 超导磁铁及带电粒子束治疗装置
WO2004039133A1 (ja) 電子加速器及びそれを用いた放射線治療装置
WO2015045017A1 (ja) 超伝導電磁石および粒子線治療システムならびに超伝導電磁石の運転方法
JP2015225871A (ja) 超伝導電磁石装置及び荷電粒子線治療装置
JP6341655B2 (ja) 円形加速器及び重粒子線治療装置
JP7293042B2 (ja) 荷電粒子ビーム照射装置および荷電粒子ビーム照射方法
WO2016067820A1 (ja) 荷電粒子ビーム照射装置
JP6736452B2 (ja) 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
JP2012142139A (ja) イオンビーム生成方法及びイオンビーム生成装置
US10850132B2 (en) Particle therapy system
WO2018092483A1 (ja) 加速器および粒子線照射装置、ならびにビームの取出し方法
WO2024079992A1 (ja) 加速器及び粒子線治療装置
TWI565498B (zh) 中隔電磁石之控制方法
JP5565798B2 (ja) 加速機能付き偏向電磁石システム
WO2015015579A1 (ja) 荷電粒子ビーム照射装置
KR20150045103A (ko) 비대칭 돌출부를 갖는 공진기를 적용한 선형 가속기
JP2024057808A (ja) 加速器及び粒子線治療装置
JP5993643B2 (ja) 偏向電磁石、それを用いた粒子線治療装置、シンクロトロン及びビーム輸送装置
WO2023013458A1 (ja) 円形加速器および粒子線治療システム
Stancari et al. Electron lenses for experiments on nonlinear dynamics with wide stable tune spreads in the Fermilab Integrable Optics Test Accelerator

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15855352

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20177011529

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112015004883

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15855352

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1