JPH11142600A - 荷電粒子線照射装置及び照射方法 - Google Patents
荷電粒子線照射装置及び照射方法Info
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- JPH11142600A JPH11142600A JP9310433A JP31043397A JPH11142600A JP H11142600 A JPH11142600 A JP H11142600A JP 9310433 A JP9310433 A JP 9310433A JP 31043397 A JP31043397 A JP 31043397A JP H11142600 A JPH11142600 A JP H11142600A
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- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 荷電粒子線照射装置において、被照射体を静
止させたままで任意の３次元照射領域を照射する。ま
た、荷電粒子線照射装置を小型軽量化する。 【解決手段】 荷電粒子線の入射軸方向に沿って直列に
配置され、荷電粒子線を互いに逆の方向にそれぞれ所定
角度だけ偏向する２組の電磁石からなるスキャニング磁
場発生手段と、前記スキャニング磁場発生手段の下流に
おいて、前記偏向された荷電粒子線が回転対称軸を通過
するように設置した、円周方向に対して所定の壁厚分布
を有する所定長さの円筒と前記円筒を回転対称軸の回り
で回転する手段と前記円筒の回転角を検出する手段を有
するエネルギー変調手段と、荷電粒子線の最大エネルギ
ーを制限するエネルギー減衰手段と、前記スキャニング
磁場発生手段と前記エネルギー変調手段とを前記荷電粒
子線の入射軸の回りで一緒に回転する手段とを備えた構
成にした。
止させたままで任意の３次元照射領域を照射する。ま
た、荷電粒子線照射装置を小型軽量化する。 【解決手段】 荷電粒子線の入射軸方向に沿って直列に
配置され、荷電粒子線を互いに逆の方向にそれぞれ所定
角度だけ偏向する２組の電磁石からなるスキャニング磁
場発生手段と、前記スキャニング磁場発生手段の下流に
おいて、前記偏向された荷電粒子線が回転対称軸を通過
するように設置した、円周方向に対して所定の壁厚分布
を有する所定長さの円筒と前記円筒を回転対称軸の回り
で回転する手段と前記円筒の回転角を検出する手段を有
するエネルギー変調手段と、荷電粒子線の最大エネルギ
ーを制限するエネルギー減衰手段と、前記スキャニング
磁場発生手段と前記エネルギー変調手段とを前記荷電粒
子線の入射軸の回りで一緒に回転する手段とを備えた構
成にした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、荷電粒子線照射
装置及び照射方法に関するものである。更に、荷電粒子
線治療装置にも関わるものである。
装置及び照射方法に関するものである。更に、荷電粒子
線治療装置にも関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】図１０はＰｅｄｒｏｎｉら．「メディカ
ルフィジックス」１９９５、ｖｏｌ．２２，ｐ３７に掲
載された従来の荷電粒子線治療装置の一例を示すブロッ
ク図である。加速器１から出た陽子線ビームが輸送系磁
石３によって運ばれ、初段のエネルギー減衰手段として
のエネルギーディグレーダ５を通過して所定のエネルギ
ーを有する陽子線ビームとして、最初の偏向電磁石１１
で水平の方向から上方に曲げられた後、再び偏向電磁石
１３で水平に戻される。更に陽子線ビームが収束用の電
磁石１５によって集束された後、スキャニング電磁石１
７で上下方向に掃引させられる。掃引された陽子線ビー
ムが最後の偏向電磁石１９により、真下方向に向くよう
に曲げられ、微調用のエネルギーディグレーダ２１と線
量・位置モニター２３を経て患者２５に照射される仕組
みになっている。電磁石１１、１３、１５、１７、１９
及び前記エネルギーディグレーダ２１とモノター２３は
一体化され、照射ガントリーを構成する。照射ガントリ
ーは回転軸２９を中心に回転できるようになっており、
回転ガントリーと呼ばれる。
ルフィジックス」１９９５、ｖｏｌ．２２，ｐ３７に掲
載された従来の荷電粒子線治療装置の一例を示すブロッ
ク図である。加速器１から出た陽子線ビームが輸送系磁
石３によって運ばれ、初段のエネルギー減衰手段として
のエネルギーディグレーダ５を通過して所定のエネルギ
ーを有する陽子線ビームとして、最初の偏向電磁石１１
で水平の方向から上方に曲げられた後、再び偏向電磁石
１３で水平に戻される。更に陽子線ビームが収束用の電
磁石１５によって集束された後、スキャニング電磁石１
７で上下方向に掃引させられる。掃引された陽子線ビー
ムが最後の偏向電磁石１９により、真下方向に向くよう
に曲げられ、微調用のエネルギーディグレーダ２１と線
量・位置モニター２３を経て患者２５に照射される仕組
みになっている。電磁石１１、１３、１５、１７、１９
及び前記エネルギーディグレーダ２１とモノター２３は
一体化され、照射ガントリーを構成する。照射ガントリ
ーは回転軸２９を中心に回転できるようになっており、
回転ガントリーと呼ばれる。
【０００３】前記患者２５に照射される陽子線ビームが
スキャニング電磁石１７と偏向電磁石１９によって図１
０に示されるＸ方向のみにおいて平行にスキャニングさ
せられる。治療に必要なＹ軸方向のスキャニングについ
ては、照射ベッド２７の移動が受け持ち、患者の深さ方
向（Ｚ方向）のスキャニングはエネルギーグレーダ２１
による陽子線ビームエネルギーの調整で行う。
スキャニング電磁石１７と偏向電磁石１９によって図１
０に示されるＸ方向のみにおいて平行にスキャニングさ
せられる。治療に必要なＹ軸方向のスキャニングについ
ては、照射ベッド２７の移動が受け持ち、患者の深さ方
向（Ｚ方向）のスキャニングはエネルギーグレーダ２１
による陽子線ビームエネルギーの調整で行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の荷
電粒子線照射装置では、１軸方向（上記例ではＸ方向）
の平行ビームスキャニングしか実現できず、治療中にベ
ッド２７により患者２５をＹ軸方向に移動する必要があ
った。このような移動は、患者に不快感を与える恐れが
あると同時に照射領域の位置ズレを生じさせることが問
題になっていた。また、上記のような従来例では、平行
にビームをスキャニングさせるために、スキャニング電
磁石１７を偏向電磁石１９の上流に設置する必要があ
り、前記スキャニング電磁石１７によって上下にスキャ
ニングされた荷電粒子ビームを偏向する偏向電磁石１９
が大型のものになっていた。その結果、上記で述べた治
療用の回転ガントリーの総重量が１００トン以上にもな
っていた。更に、エネルギーディグレーダ２１による深
さ方向のスキャニングに関して、従来の例では、非連続
的に、深さごとにエネルギーディグレーダ２１の厚さを
設定して、腫瘍に均一な吸収線量を照射するように一定
の照射粒子数深度分布に従って行なう為、患者の呼吸に
よる照射領域の位置変動などの影響を受けるという問題
があった。
電粒子線照射装置では、１軸方向（上記例ではＸ方向）
の平行ビームスキャニングしか実現できず、治療中にベ
ッド２７により患者２５をＹ軸方向に移動する必要があ
った。このような移動は、患者に不快感を与える恐れが
あると同時に照射領域の位置ズレを生じさせることが問
題になっていた。また、上記のような従来例では、平行
にビームをスキャニングさせるために、スキャニング電
磁石１７を偏向電磁石１９の上流に設置する必要があ
り、前記スキャニング電磁石１７によって上下にスキャ
ニングされた荷電粒子ビームを偏向する偏向電磁石１９
が大型のものになっていた。その結果、上記で述べた治
療用の回転ガントリーの総重量が１００トン以上にもな
っていた。更に、エネルギーディグレーダ２１による深
さ方向のスキャニングに関して、従来の例では、非連続
的に、深さごとにエネルギーディグレーダ２１の厚さを
設定して、腫瘍に均一な吸収線量を照射するように一定
の照射粒子数深度分布に従って行なう為、患者の呼吸に
よる照射領域の位置変動などの影響を受けるという問題
があった。
【０００５】この発明は、上記のような問題を解決する
ためになされたもので、ベッドを移動せずに照射野にお
いて、２軸方向の平行ビームスキャニングを実現させる
と共に、上記回転ガントリーの小型軽量化を図る荷電粒
子線照射装置及び照射方法を提供することを目的とす
る。更に、深さ方向のスキャニングを連続的且つ重複し
て自動的に行うことにより、照射の効率化を図ると共
に、患者の呼吸による照射領域の位置変動による誤差を
小さくすることを目的とする。
ためになされたもので、ベッドを移動せずに照射野にお
いて、２軸方向の平行ビームスキャニングを実現させる
と共に、上記回転ガントリーの小型軽量化を図る荷電粒
子線照射装置及び照射方法を提供することを目的とす
る。更に、深さ方向のスキャニングを連続的且つ重複し
て自動的に行うことにより、照射の効率化を図ると共
に、患者の呼吸による照射領域の位置変動による誤差を
小さくすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明の第１の構成に
よる荷電粒子線照射装置は、荷電粒子線の入射軸方向に
沿って直列に配置され、荷電粒子線を互いに逆の方向に
それぞれ所定角度だけ偏向する２組の電磁石からなるス
キャニング磁場発生手段と、前記スキャニング磁場発生
手段の下流において、前記偏向された荷電粒子線が回転
対称軸を通過するように設置した、円周方向に対して所
定の壁厚分布を有する所定長さの円筒と前記円筒を回転
対称軸の回りで回転する手段と前記円筒の回転角を検出
する手段を有するエネルギー変調手段と、荷電粒子線の
最大エネルギーを制限するエネルギー減衰手段と、前記
スキャニング磁場発生手段と前記エネルギー変調手段と
を前記荷電粒子線の入射軸の回りで一緒に回転する手段
とを備えたものである。
よる荷電粒子線照射装置は、荷電粒子線の入射軸方向に
沿って直列に配置され、荷電粒子線を互いに逆の方向に
それぞれ所定角度だけ偏向する２組の電磁石からなるス
キャニング磁場発生手段と、前記スキャニング磁場発生
手段の下流において、前記偏向された荷電粒子線が回転
対称軸を通過するように設置した、円周方向に対して所
定の壁厚分布を有する所定長さの円筒と前記円筒を回転
対称軸の回りで回転する手段と前記円筒の回転角を検出
する手段を有するエネルギー変調手段と、荷電粒子線の
最大エネルギーを制限するエネルギー減衰手段と、前記
スキャニング磁場発生手段と前記エネルギー変調手段と
を前記荷電粒子線の入射軸の回りで一緒に回転する手段
とを備えたものである。
【０００７】また、この発明の第２の構成による荷電粒
子線照射装置は、前記所定角度が、前記直列に配置され
た上流側電磁石と下流側電磁石について同じものであ
る。
子線照射装置は、前記所定角度が、前記直列に配置され
た上流側電磁石と下流側電磁石について同じものであ
る。
【０００８】また、この発明の第３の構成による荷電粒
子線照射装置は、前記所定角度が、前記直列に配置され
た上流側電磁石よりも、下流側電磁石において大きいも
のである。
子線照射装置は、前記所定角度が、前記直列に配置され
た上流側電磁石よりも、下流側電磁石において大きいも
のである。
【０００９】また、この発明の第４の構成による荷電粒
子線照射方法は、請求項１〜３に記載の荷電粒子線照射
装置のいずれかを使用し、３次元照射領域を、荷電粒子
線入射方向ｚと平行であって、所定の間隔で配置された
円柱体群で近似して、各円柱体のＸＹ方向中心位置座標
Ｐｉをビームの照射位置とし、各円柱の長さΔｚｉを前
記照射位置Ｐｉにおけるビーム進行方向（深さ方向）の
スキャニング範囲とし、また最大照射深さ座標をｚｉと
する第１ステップと、予め作成して置いた照射領域のパ
ラメータ群［（Ｐｉ，Δｚｉ，ｚｉ），ｉ＝１，２，…
Ｎ］を設定テーブルからロードする第２のステップと、
前記各Ｐｉに合わせてスキャニング磁場発生手段及びエ
ネルギー変調手段の回転角度と磁場強度を設定する第３
のステップと、前記照射深さ座標ｚｉに合わせて前記荷
電粒子線の最大エネルギーをエネルギー減衰手段で設定
する第４のステップと、前記深さスキャニング範囲Δｚ
ｉ（初期値としてｉ＝１）に合わせて、前記エネルギー
変調手段から読み取った回転角の有効範囲を決め、その
範囲内において荷電粒子線を照射する第５のステップと
を備え、所定の３次元照射領域を照射するものである。
子線照射方法は、請求項１〜３に記載の荷電粒子線照射
装置のいずれかを使用し、３次元照射領域を、荷電粒子
線入射方向ｚと平行であって、所定の間隔で配置された
円柱体群で近似して、各円柱体のＸＹ方向中心位置座標
Ｐｉをビームの照射位置とし、各円柱の長さΔｚｉを前
記照射位置Ｐｉにおけるビーム進行方向（深さ方向）の
スキャニング範囲とし、また最大照射深さ座標をｚｉと
する第１ステップと、予め作成して置いた照射領域のパ
ラメータ群［（Ｐｉ，Δｚｉ，ｚｉ），ｉ＝１，２，…
Ｎ］を設定テーブルからロードする第２のステップと、
前記各Ｐｉに合わせてスキャニング磁場発生手段及びエ
ネルギー変調手段の回転角度と磁場強度を設定する第３
のステップと、前記照射深さ座標ｚｉに合わせて前記荷
電粒子線の最大エネルギーをエネルギー減衰手段で設定
する第４のステップと、前記深さスキャニング範囲Δｚ
ｉ（初期値としてｉ＝１）に合わせて、前記エネルギー
変調手段から読み取った回転角の有効範囲を決め、その
範囲内において荷電粒子線を照射する第５のステップと
を備え、所定の３次元照射領域を照射するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１による荷電粒子線照射装置を示すブロック
図、図２はこの発明の実施の形態１による荷電粒子線照
射装置の電磁石の側面を示すブロック図、図３はこの発
明の実施の形態１による荷電粒子線照射装置の電磁石を
もう一つの角度から示す図である。また、図７はこの発
明に係る荷電粒子線治療装置の原理を示すブロック図、
図９はこの発明の実施の形態１〜４による荷電粒子線ビ
ームをエネルギー変調器４０の角度でＯＮ／ＯＦＦ制御
を行う原理を示す図である。図において、３０はビーム
の入射軸、３１は荷電粒子線ビーム（例えば、陽子線ビ
ーム、炭素線ビームなど）、３３，３５は方向が互いに
逆で強度と有効磁界の長さ（入射軸３０に沿って）が同
じである均一な磁場を発生し、前記ビームの入射軸３０
に沿って、一定の距離を離れて設置された２台のスキャ
ニング電磁石である。３７は上記２台のスキャニング電
磁石３３，３５の回転軸を示している。また、図１の５
５は掃引された荷電粒子線の軌跡の一例を示したもので
ある。図３の３４は上記電磁石の発生する磁場方向を示
している。また、図１において、４１は上記スキャニン
グ電磁石の磁極幅、４３は磁極ギャップ、５３は回転駆
動用の歯車である。更に、４０はＹ．Ｊｏｎｇｅｎらが
“Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＮＩＲＳ
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ
Ｈｅａｖｙ Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｔ
ｈｅｒａｐｙ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｓｕｂｊｅｃ
ｔｓ，Ｊｕｌｙ １９９１，Ｃｈｉｂａ，Ｊａｐａｎ，
ｅｄ．Ａ．Ｉｔａｎｏ ａｎｄ Ｔ．Ｋａｎａｉ（１９
９１），ｐｐ．１８９〜２００”で提案した、前記スキ
ャニング電磁石３３，３５によってスキャンさせられた
荷電粒子線のエネルギーを所定分布に従って、深さ方向
のスキャニング範囲Δｚｉである図７の７５に対応した
変化範囲内で、周期的に変化させる為のエネルギー変調
器である。この発明では、下記で述べるように、この円
筒形エネルギー変調器４０を、この発明のスキャニング
電磁石３３，３５と、一体化することで、スキャニング
電磁石３３，３５によるスキャニング位置に依らず、た
だ一つの固定位置にあるエネルギー変調器４０で、深さ
方向のスキャニングを行える。図１の４０はモータ５０
に駆動され、回転軸３８の回りで回転する。また、３６
はエネルギー変調器に支持棒であり、モーター５０とエ
ネルギー変調器４０を前記スキャニング電磁石３３、３
５などに一体化して、連結させる。前記スキャニング電
磁石３３、３５の回転角、及び磁場強度に依らずに、ス
キャニングされた荷電粒子線は常にエネルギー変調器４
０の回転軸３８を含む平面を通過するようになってい
る。更に、７１はエネルギー変調器４０の回転角度検出
手段であり、エネルギー変調器４０の回転角度を、光学
Ｅｎｃｏｄｅｒなどで読み取ることができるようになっ
ている。その結果、任意の角度範囲（エネルギー変調範
囲に対応する）内のみにおいて、荷電粒子線を周期的に
照射できる。また、図７の６５は前記スキャニング電磁
石３３，３５にスキャニングされた荷電粒子線のエネル
ギーで、６１と６３はそれぞれ前記エネルギー変調器４
０に付けられたマークの内、ビーム照射開始と照射停止
に対応する位置である。照射開始位置６３は常に同じ所
に設定され、ビーム照射停止位置６１は必要な深さ方向
スキャニング幅Δｚｉ７５に応じて前後する。ビームの
最大到達深度ｚｉ７９はビームエネルギーディグレーダ
（エネルギー減衰手段）２１で、エネルギーの減少量Δ
Ｅｉを調節して合わせる。エネルギーディグレーダ２１
は単一または積層したエネルギー吸収板からなる。ま
た、対向する２つのくさび状エネルギー吸収板を相対移
動させて、合計の厚さを短時間で変更できるようにした
ものでもよい。なお、図７のθ６７はエネルギー変調器
４０の回転角を示す。θ＝０と１８０はビーム照射開始
位置６３に対応している。
実施の形態１による荷電粒子線照射装置を示すブロック
図、図２はこの発明の実施の形態１による荷電粒子線照
射装置の電磁石の側面を示すブロック図、図３はこの発
明の実施の形態１による荷電粒子線照射装置の電磁石を
もう一つの角度から示す図である。また、図７はこの発
明に係る荷電粒子線治療装置の原理を示すブロック図、
図９はこの発明の実施の形態１〜４による荷電粒子線ビ
ームをエネルギー変調器４０の角度でＯＮ／ＯＦＦ制御
を行う原理を示す図である。図において、３０はビーム
の入射軸、３１は荷電粒子線ビーム（例えば、陽子線ビ
ーム、炭素線ビームなど）、３３，３５は方向が互いに
逆で強度と有効磁界の長さ（入射軸３０に沿って）が同
じである均一な磁場を発生し、前記ビームの入射軸３０
に沿って、一定の距離を離れて設置された２台のスキャ
ニング電磁石である。３７は上記２台のスキャニング電
磁石３３，３５の回転軸を示している。また、図１の５
５は掃引された荷電粒子線の軌跡の一例を示したもので
ある。図３の３４は上記電磁石の発生する磁場方向を示
している。また、図１において、４１は上記スキャニン
グ電磁石の磁極幅、４３は磁極ギャップ、５３は回転駆
動用の歯車である。更に、４０はＹ．Ｊｏｎｇｅｎらが
“Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＮＩＲＳ
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ
Ｈｅａｖｙ Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｔ
ｈｅｒａｐｙ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｓｕｂｊｅｃ
ｔｓ，Ｊｕｌｙ １９９１，Ｃｈｉｂａ，Ｊａｐａｎ，
ｅｄ．Ａ．Ｉｔａｎｏ ａｎｄ Ｔ．Ｋａｎａｉ（１９
９１），ｐｐ．１８９〜２００”で提案した、前記スキ
ャニング電磁石３３，３５によってスキャンさせられた
荷電粒子線のエネルギーを所定分布に従って、深さ方向
のスキャニング範囲Δｚｉである図７の７５に対応した
変化範囲内で、周期的に変化させる為のエネルギー変調
器である。この発明では、下記で述べるように、この円
筒形エネルギー変調器４０を、この発明のスキャニング
電磁石３３，３５と、一体化することで、スキャニング
電磁石３３，３５によるスキャニング位置に依らず、た
だ一つの固定位置にあるエネルギー変調器４０で、深さ
方向のスキャニングを行える。図１の４０はモータ５０
に駆動され、回転軸３８の回りで回転する。また、３６
はエネルギー変調器に支持棒であり、モーター５０とエ
ネルギー変調器４０を前記スキャニング電磁石３３、３
５などに一体化して、連結させる。前記スキャニング電
磁石３３、３５の回転角、及び磁場強度に依らずに、ス
キャニングされた荷電粒子線は常にエネルギー変調器４
０の回転軸３８を含む平面を通過するようになってい
る。更に、７１はエネルギー変調器４０の回転角度検出
手段であり、エネルギー変調器４０の回転角度を、光学
Ｅｎｃｏｄｅｒなどで読み取ることができるようになっ
ている。その結果、任意の角度範囲（エネルギー変調範
囲に対応する）内のみにおいて、荷電粒子線を周期的に
照射できる。また、図７の６５は前記スキャニング電磁
石３３，３５にスキャニングされた荷電粒子線のエネル
ギーで、６１と６３はそれぞれ前記エネルギー変調器４
０に付けられたマークの内、ビーム照射開始と照射停止
に対応する位置である。照射開始位置６３は常に同じ所
に設定され、ビーム照射停止位置６１は必要な深さ方向
スキャニング幅Δｚｉ７５に応じて前後する。ビームの
最大到達深度ｚｉ７９はビームエネルギーディグレーダ
（エネルギー減衰手段）２１で、エネルギーの減少量Δ
Ｅｉを調節して合わせる。エネルギーディグレーダ２１
は単一または積層したエネルギー吸収板からなる。ま
た、対向する２つのくさび状エネルギー吸収板を相対移
動させて、合計の厚さを短時間で変更できるようにした
ものでもよい。なお、図７のθ６７はエネルギー変調器
４０の回転角を示す。θ＝０と１８０はビーム照射開始
位置６３に対応している。
【００１１】図１、図２、図３、及び図７と図９を用い
て、この発明の実施の形態１の荷電粒子線照射装置の動
作について説明する。図７に示したように、一定のビー
ムエネルギーＥ0 ；６５で入射された荷電粒子線ビーム
３１がまずスキャニング電磁石３３によって、一定角度
だけ曲げられた後、再び磁場方向が逆で、強度と有効磁
界の長さが同じであるスキャニング電磁石３５によって
同じ角度だけ反対方向に曲げられた後、エネルギー変調
器４０とエネルギーディグレーダ２１を通過して、元の
荷電粒子線ビーム３１と平行なビームとして被照射体５
７に照射される。同時に、エネルギー変調器４０の連続
回転に伴って、照射領域に照射された荷電粒子線のエネ
ルギーはエネルギー変調器４０の壁厚周方向分布で決ま
っている範囲及び分布関数で、周期的に変化する為に、
深さ方向において図１または図７の掃引軌跡５８で示し
たように、繰り返して所定の深さΔｚｉ；７５を自動的
にスキャニングできる。更に、図１において、上記電磁
石３３，３５及び上記エネルギー変調器４０が、連続フ
レーム４５と４７及び３６によって一体化されている
為、モータ４９ａ，４９ｂなどの回転手段によって、回
転軸３７の回りを回転することによって、被照射体５７
において５６で示されるような３次元照射パターンが実
現される。このようにして、エネルギー変調器４０によ
る深さ方向（ｚ方向）のスキャニングは一番速く、前記
スキャニング電磁石３３，３５の回転と磁場強度変化に
よるＸＹ方向のスキャニングは最後に離散的に行われ
る。但し、この順序は逆にしてもよい。また、図７の照
射開始位置６３及び照射停止位置６１をエネルギー変調
器４０の回転角検出器７１で検出して、図９で示したよ
うに、荷電粒子線３１のＯＮ／ＯＦＦ制御を行い、繰り
返して、照射を行う。また、全ての照射位置Ｐｉ７３に
おいて、エネルギーディグレーダ２１を用いて、最大照
射深度ｚｉ７９をセットし、深さ方向のスキャニング幅
Δｚｉ；７５を、照射停止位置６１で調節できる為に、
Δｚｉ；７５とｚｉ；７９の大きさに関係なく、深さ方
向におけるスキャニングパターンまたは粒子数分布は、
前記エネルギー変調器４０の壁厚周方向分布によって決
まる。対応する分布範囲は図７で示されるΔθｉ７７で
決まる。荷電粒子線治療装置の場合には、複雑な形をし
た腫瘍に均一な線量を与えることに対応する。
て、この発明の実施の形態１の荷電粒子線照射装置の動
作について説明する。図７に示したように、一定のビー
ムエネルギーＥ0 ；６５で入射された荷電粒子線ビーム
３１がまずスキャニング電磁石３３によって、一定角度
だけ曲げられた後、再び磁場方向が逆で、強度と有効磁
界の長さが同じであるスキャニング電磁石３５によって
同じ角度だけ反対方向に曲げられた後、エネルギー変調
器４０とエネルギーディグレーダ２１を通過して、元の
荷電粒子線ビーム３１と平行なビームとして被照射体５
７に照射される。同時に、エネルギー変調器４０の連続
回転に伴って、照射領域に照射された荷電粒子線のエネ
ルギーはエネルギー変調器４０の壁厚周方向分布で決ま
っている範囲及び分布関数で、周期的に変化する為に、
深さ方向において図１または図７の掃引軌跡５８で示し
たように、繰り返して所定の深さΔｚｉ；７５を自動的
にスキャニングできる。更に、図１において、上記電磁
石３３，３５及び上記エネルギー変調器４０が、連続フ
レーム４５と４７及び３６によって一体化されている
為、モータ４９ａ，４９ｂなどの回転手段によって、回
転軸３７の回りを回転することによって、被照射体５７
において５６で示されるような３次元照射パターンが実
現される。このようにして、エネルギー変調器４０によ
る深さ方向（ｚ方向）のスキャニングは一番速く、前記
スキャニング電磁石３３，３５の回転と磁場強度変化に
よるＸＹ方向のスキャニングは最後に離散的に行われ
る。但し、この順序は逆にしてもよい。また、図７の照
射開始位置６３及び照射停止位置６１をエネルギー変調
器４０の回転角検出器７１で検出して、図９で示したよ
うに、荷電粒子線３１のＯＮ／ＯＦＦ制御を行い、繰り
返して、照射を行う。また、全ての照射位置Ｐｉ７３に
おいて、エネルギーディグレーダ２１を用いて、最大照
射深度ｚｉ７９をセットし、深さ方向のスキャニング幅
Δｚｉ；７５を、照射停止位置６１で調節できる為に、
Δｚｉ；７５とｚｉ；７９の大きさに関係なく、深さ方
向におけるスキャニングパターンまたは粒子数分布は、
前記エネルギー変調器４０の壁厚周方向分布によって決
まる。対応する分布範囲は図７で示されるΔθｉ７７で
決まる。荷電粒子線治療装置の場合には、複雑な形をし
た腫瘍に均一な線量を与えることに対応する。
【００１２】なお、上記実施の形態では、スキャニング
電磁石３３，３５に磁場強度と有効磁界の長さは同一と
したが、荷電粒子線ビーム３１を互いに逆の方向に同じ
角度だけ曲げれば、前記磁場強度と有効磁界の長さは同
一でなくてもよい。また、上記実施の形態では、前記荷
電粒子線ビーム３１を入射角３０に対して、平行にスキ
ャニングさせる為に、２台のスキャニング電磁石３３，
３５を用いたが、前記荷電粒子線ビーム３１を常に互い
に逆の方向に同じ角度だけ曲げられる２組または２つの
スキャニング磁場を発生できれば、単数または複数の電
磁石またはスキャニング磁場を発生できるように工夫さ
れた（例えば、永久磁石の空間配置を機械的に変動させ
るなどして）永久磁石などから構成されたスキャニング
磁場発生装置でもよい。
電磁石３３，３５に磁場強度と有効磁界の長さは同一と
したが、荷電粒子線ビーム３１を互いに逆の方向に同じ
角度だけ曲げれば、前記磁場強度と有効磁界の長さは同
一でなくてもよい。また、上記実施の形態では、前記荷
電粒子線ビーム３１を入射角３０に対して、平行にスキ
ャニングさせる為に、２台のスキャニング電磁石３３，
３５を用いたが、前記荷電粒子線ビーム３１を常に互い
に逆の方向に同じ角度だけ曲げられる２組または２つの
スキャニング磁場を発生できれば、単数または複数の電
磁石またはスキャニング磁場を発生できるように工夫さ
れた（例えば、永久磁石の空間配置を機械的に変動させ
るなどして）永久磁石などから構成されたスキャニング
磁場発生装置でもよい。
【００１３】この発明は２軸方向平行ビームスキャニン
グをコンパクトに実現できると同時に、スキャニング電
磁石３３，３５の磁極ギャップ４３を入射荷電粒子線ビ
ーム３１の断面サイズ程度まで小さくすることができる
為に、上記照射装置を大幅に小型軽量化する効果があ
る。
グをコンパクトに実現できると同時に、スキャニング電
磁石３３，３５の磁極ギャップ４３を入射荷電粒子線ビ
ーム３１の断面サイズ程度まで小さくすることができる
為に、上記照射装置を大幅に小型軽量化する効果があ
る。
【００１４】更に、この発明は荷電粒子線治療装置にお
いて、深さ方向のビームスキャンニングを効率良く実現
する手段を提供できると同時に、同じ領域を自動的に重
複してスキャニングを行うので、患者の臓器が深さ
（ｚ）方向に対する位置変動による照射誤差を小さくす
る効果が有る。また、前記円筒形のエネルギー変調器４
０を、前記コンパクトな荷電粒子線スキャナと組合わせ
た為に、効率よく、且つ簡単な装置で上記のような効果
を有する荷電粒子線治療装置を実現できる。
いて、深さ方向のビームスキャンニングを効率良く実現
する手段を提供できると同時に、同じ領域を自動的に重
複してスキャニングを行うので、患者の臓器が深さ
（ｚ）方向に対する位置変動による照射誤差を小さくす
る効果が有る。また、前記円筒形のエネルギー変調器４
０を、前記コンパクトな荷電粒子線スキャナと組合わせ
た為に、効率よく、且つ簡単な装置で上記のような効果
を有する荷電粒子線治療装置を実現できる。
【００１５】実施の形態２．図４はこの発明の実施の形
態２による荷電粒子線照射装置のスキャニング電磁石を
示す図である。図において、３１は荷電粒子線ビーム、
３３，３５は前記実施の形態１で述べたスキャニング電
磁石である。３７はスキャニング電磁石の回転軸であ
る。４０は実施の形態１で述べたエネルギー変調器であ
る。前記実施の形態１と違うところは、スキャニング電
磁石３３，３５は荷電粒子線３１を図４で示しているよ
うに、スキャニング電磁石３３，３５による偏向角を異
なるように設定し、被照射体に所定角度で収束するよう
にスキャニングすることである。更に、前記実施の形態
１と同じように、前記スキャニング電磁石３３，３５な
どを一体にして回転軸３７の回りを回転することによっ
て、２次元方向の収束荷電粒子線スキャニングをコンパ
クトに実現できる。
態２による荷電粒子線照射装置のスキャニング電磁石を
示す図である。図において、３１は荷電粒子線ビーム、
３３，３５は前記実施の形態１で述べたスキャニング電
磁石である。３７はスキャニング電磁石の回転軸であ
る。４０は実施の形態１で述べたエネルギー変調器であ
る。前記実施の形態１と違うところは、スキャニング電
磁石３３，３５は荷電粒子線３１を図４で示しているよ
うに、スキャニング電磁石３３，３５による偏向角を異
なるように設定し、被照射体に所定角度で収束するよう
にスキャニングすることである。更に、前記実施の形態
１と同じように、前記スキャニング電磁石３３，３５な
どを一体にして回転軸３７の回りを回転することによっ
て、２次元方向の収束荷電粒子線スキャニングをコンパ
クトに実現できる。
【００１６】この発明は、荷電粒子線治療装置におい
て、深部腫瘍治療に当たって、患者の皮膚または体表面
の正常組織への照射線量を低減する効果がある。また、
コンパクトな２次元収束荷電粒子線スキャニング装置を
提供できる。また、この実施の形態では、エネルギー変
調器４０を用いたが、実際、エネルギー変調器４０を使
わなくても、単なるエネルギー変化手段である図７のエ
ネルギーディグレーダ２１と組合わせることで、前記の
３次元荷電粒子ビーム収束スキャニングを実現できる。
て、深部腫瘍治療に当たって、患者の皮膚または体表面
の正常組織への照射線量を低減する効果がある。また、
コンパクトな２次元収束荷電粒子線スキャニング装置を
提供できる。また、この実施の形態では、エネルギー変
調器４０を用いたが、実際、エネルギー変調器４０を使
わなくても、単なるエネルギー変化手段である図７のエ
ネルギーディグレーダ２１と組合わせることで、前記の
３次元荷電粒子ビーム収束スキャニングを実現できる。
【００１７】実施の形態３．図５はこの発明の実施の形
態３による荷電粒子線治療装置を示すブロック図であ
る。図において、３１は荷電粒子線ビーム、３３，３５
は前記実施の形態１で述べたスキャニング電磁石であ
る。４０は前記実施の形態１で述べたエネルギー変調器
であり、３７は一体化されているスキャニング電磁石３
３，３５及びエネルギー変調器４０の回転軸であり、５
５は掃引された荷電粒子線の軌跡である。他は前記従来
例の図１０または実施の形態１の図１、図２、図３及び
図７と同じである。
態３による荷電粒子線治療装置を示すブロック図であ
る。図において、３１は荷電粒子線ビーム、３３，３５
は前記実施の形態１で述べたスキャニング電磁石であ
る。４０は前記実施の形態１で述べたエネルギー変調器
であり、３７は一体化されているスキャニング電磁石３
３，３５及びエネルギー変調器４０の回転軸であり、５
５は掃引された荷電粒子線の軌跡である。他は前記従来
例の図１０または実施の形態１の図１、図２、図３及び
図７と同じである。
【００１８】ここで、図５、図６、図７と図９を用い
て、この発明の実施の形態３を説明する。上記のように
構成された荷電粒子線治療装置において、加速器１から
出た高エネルギーの荷電粒子線ビームが輸送系電磁石３
によって運ばれ、初段のエネルギーディグレーダ５を通
過して所定のエネルギーを有する荷電粒子線ビーム３１
として、最初の偏向電磁石１１で水平から上方に曲げら
れた後、再び偏向電磁石１３で水平方向に戻される。ビ
ームストッパー９は荷電粒子線ビーム３１の照射をＯＮ
−ＯＦＦして照射時間を制限し、ビームスキャンと同期
してビーム照射領域を制限する働きをする。更に荷電粒
子線ビームが収束用の電磁石１５によって集束された
後、偏向電磁石１９に入射される。本実施の形態は前記
従来例と違って、偏向電磁石１９の前ではビームをスキ
ャニングせず、細いペンシルビームのまま上記偏向電磁
石１９によって真下に向くように曲げられる。従って、
図６に示されている上記偏向電磁石１９の磁極幅２０及
び磁極ギャップ１８の両方を小さくすることができ、回
転ガントリーの総重量を小さくすることに貢献できる。
一方、図１０の従来例では、偏向電磁石１９の磁極幅２
０は図１０で示されているスキャニング電磁石１７によ
ってスキャニングされた荷電粒子線ビームををカバーす
る必要があり、数十センチになっていた。
て、この発明の実施の形態３を説明する。上記のように
構成された荷電粒子線治療装置において、加速器１から
出た高エネルギーの荷電粒子線ビームが輸送系電磁石３
によって運ばれ、初段のエネルギーディグレーダ５を通
過して所定のエネルギーを有する荷電粒子線ビーム３１
として、最初の偏向電磁石１１で水平から上方に曲げら
れた後、再び偏向電磁石１３で水平方向に戻される。ビ
ームストッパー９は荷電粒子線ビーム３１の照射をＯＮ
−ＯＦＦして照射時間を制限し、ビームスキャンと同期
してビーム照射領域を制限する働きをする。更に荷電粒
子線ビームが収束用の電磁石１５によって集束された
後、偏向電磁石１９に入射される。本実施の形態は前記
従来例と違って、偏向電磁石１９の前ではビームをスキ
ャニングせず、細いペンシルビームのまま上記偏向電磁
石１９によって真下に向くように曲げられる。従って、
図６に示されている上記偏向電磁石１９の磁極幅２０及
び磁極ギャップ１８の両方を小さくすることができ、回
転ガントリーの総重量を小さくすることに貢献できる。
一方、図１０の従来例では、偏向電磁石１９の磁極幅２
０は図１０で示されているスキャニング電磁石１７によ
ってスキャニングされた荷電粒子線ビームををカバーす
る必要があり、数十センチになっていた。
【００１９】また、偏向電磁石１９から出た荷電粒子線
ビームがスキャニング電磁石３３，３５、エネルギー変
調器４０、及びエネルギーディグレータ２１によって前
記実施の形態１で説明したように、被照射体５７を３次
元的にスキャニングする。深さ方向のスキャニングの
際、まず最大深さに合わせて、前記エネルギーディグレ
ーダ２１の厚さをセットしてから、図７で示しているよ
うに荷電粒子線の出射に対応する角度をエネルギー変調
器４０の照射開始位置６３に固定し、必要なスキャニン
グ深度幅Δｚｉ；７５に合わせて、荷電粒子線の停止に
対応する角度６１をセットするようにエネルギー変調器
４０の角度範囲を決め、その範囲内で、図９で示したよ
うに荷電粒子線を照射するようにする。こうした時、前
記スキャニング電磁石３３，３５の回転角及び磁場強度
によって設定される全ての照射点Ｐｉ；７３において、
必要なスキャニング深度幅Δｚｉ；７５が異なっていて
も、深さ方向に対して、前記エネルギー変調器４０の壁
厚分布に依って決まる粒子数分布または吸収線量分布を
与えることができる。具体的には、荷電粒子線治療装置
において、前記エネルギー変調器４０の壁厚周方向分布
を、前記Ｙ．Ｊｏｎｇｅｎらによる参考文献に述べられ
ているように、腫瘍体積内に均一な吸収線量分布を与え
るように決めれば良いのである。荷電粒子線治療装置の
ように、全ての照射入射点において、同じ粒子数深度分
布、あるいは均一な吸収線量分布が必要とされる場合に
は、従来例で述べたエネルギーディグレーダ２１のみに
よる深さ方向スキャニングに比べ、この発明はスキャニ
ングの効率を上げる効果があると同時に、入射方向の被
照射体を静止状態で照射できるため、その位置変動によ
る誤差を抑える効果も大きい。
ビームがスキャニング電磁石３３，３５、エネルギー変
調器４０、及びエネルギーディグレータ２１によって前
記実施の形態１で説明したように、被照射体５７を３次
元的にスキャニングする。深さ方向のスキャニングの
際、まず最大深さに合わせて、前記エネルギーディグレ
ーダ２１の厚さをセットしてから、図７で示しているよ
うに荷電粒子線の出射に対応する角度をエネルギー変調
器４０の照射開始位置６３に固定し、必要なスキャニン
グ深度幅Δｚｉ；７５に合わせて、荷電粒子線の停止に
対応する角度６１をセットするようにエネルギー変調器
４０の角度範囲を決め、その範囲内で、図９で示したよ
うに荷電粒子線を照射するようにする。こうした時、前
記スキャニング電磁石３３，３５の回転角及び磁場強度
によって設定される全ての照射点Ｐｉ；７３において、
必要なスキャニング深度幅Δｚｉ；７５が異なっていて
も、深さ方向に対して、前記エネルギー変調器４０の壁
厚分布に依って決まる粒子数分布または吸収線量分布を
与えることができる。具体的には、荷電粒子線治療装置
において、前記エネルギー変調器４０の壁厚周方向分布
を、前記Ｙ．Ｊｏｎｇｅｎらによる参考文献に述べられ
ているように、腫瘍体積内に均一な吸収線量分布を与え
るように決めれば良いのである。荷電粒子線治療装置の
ように、全ての照射入射点において、同じ粒子数深度分
布、あるいは均一な吸収線量分布が必要とされる場合に
は、従来例で述べたエネルギーディグレーダ２１のみに
よる深さ方向スキャニングに比べ、この発明はスキャニ
ングの効率を上げる効果があると同時に、入射方向の被
照射体を静止状態で照射できるため、その位置変動によ
る誤差を抑える効果も大きい。
【００２０】本実施の形態では、図５で示しているよう
に、２軸方向において平行にビームスキャニングが実現
できるため、患者２５を載せた照射ベッド２７の移動は
不必要となり、上記治療装置において照射位置精度の向
上が図られる効果がある。また、荷電粒子線が深部腫瘍
治療に必要なエネルギー２５０ＭｅＶ位の陽子線ビーム
（リジディティ（ビームを１ラジアン曲げるのに必要な
磁場の作用量。１テスラの磁場中での回転半径に等し
い。）は２．４３テスラ・メートル）で、直径２０ｃｍ
の照射領域をスキャニングする場合は、上記偏向電磁石
１９を超電導化すると、そのサイズを４０ｃｍ程度にす
ることができる。また、上記スキャニング電磁石３３，
３５の端から端までの長さを１２０ｃｍ位にすることが
できるため、回転ガントリーの回転半径を２ｍ位に抑え
ることができる。その結果、図１０の従来例と違って、
この発明は２次元平行ビームスキャニングを実現しなが
ら、患者２５を前記照射回転ガントリーの回転中心軸上
に置くことができ、前記ガントリーの構造を大幅に簡素
化できる効果がある。また、本構成による前記２５０Ｍ
ｅＶの陽子線回転ガントリー治療装置の重量を図１０の
従来例の半分以下にすることが可能である。更に、本実
施の形態では、荷電粒子線治療において、前記実施の形
態１で述べたような効果もある。
に、２軸方向において平行にビームスキャニングが実現
できるため、患者２５を載せた照射ベッド２７の移動は
不必要となり、上記治療装置において照射位置精度の向
上が図られる効果がある。また、荷電粒子線が深部腫瘍
治療に必要なエネルギー２５０ＭｅＶ位の陽子線ビーム
（リジディティ（ビームを１ラジアン曲げるのに必要な
磁場の作用量。１テスラの磁場中での回転半径に等し
い。）は２．４３テスラ・メートル）で、直径２０ｃｍ
の照射領域をスキャニングする場合は、上記偏向電磁石
１９を超電導化すると、そのサイズを４０ｃｍ程度にす
ることができる。また、上記スキャニング電磁石３３，
３５の端から端までの長さを１２０ｃｍ位にすることが
できるため、回転ガントリーの回転半径を２ｍ位に抑え
ることができる。その結果、図１０の従来例と違って、
この発明は２次元平行ビームスキャニングを実現しなが
ら、患者２５を前記照射回転ガントリーの回転中心軸上
に置くことができ、前記ガントリーの構造を大幅に簡素
化できる効果がある。また、本構成による前記２５０Ｍ
ｅＶの陽子線回転ガントリー治療装置の重量を図１０の
従来例の半分以下にすることが可能である。更に、本実
施の形態では、荷電粒子線治療において、前記実施の形
態１で述べたような効果もある。
【００２１】実施の形態４．図８はこの発明の実施の形
態４による荷電粒子線照射方法を示す流れ図である。こ
こで、図８と実施の形態３の図５と実施の形態１の図７
と図９を用いて方法に関する実施の形態４を説明する。
態４による荷電粒子線照射方法を示す流れ図である。こ
こで、図８と実施の形態３の図５と実施の形態１の図７
と図９を用いて方法に関する実施の形態４を説明する。
【００２２】ステップ１：図７において、３次元照射領
域を、荷電粒子線入射軸３０と平行な所定の間隔で配置
された円柱体で近似して、各円柱体のＸＹ平面（照射方
向と垂直な平面）内の位置座標Ｐｉ；７３をビームの照
射位置とし、各円柱体の長さΔｚｉ；７５を前記照射位
置Ｐｉ；７３におけるビーム進行方向（深さ方向）のス
キャニング範囲とし、また最大照射深さ座標をｚｉ；７
９とする。但し、ｉは１からＮまでの整数である。Ｎは
前記３次元照射領域を記述するために、必要な円柱体の
数である。 ステップ２：予め作成しておいた３次元照射領域のパラ
メータ群［（Ｐｉ，Δｚｉ，ｚｉ），ｉ＝１，２，…
Ｎ］を設定テーブルから照射装置を制御している計算機
などの制御手段にロードする。 ステップ３：ＸＹ平面位置座標Ｐｉ（初期値としてｉ＝
１）に合わせて、スキャニング電磁石３３，３５、及び
エネルギー変調器４０の回転角度と、スキャニング磁場
強度を設定する。 ステップ４：深さ座標ｚｉ（初期値としてｉ＝１）に合
わせて荷電粒子線３１の最大エネルギーをエネルギーデ
ィグレーダ２１で設定する。 ステップ５：深さスキャニング範囲Δｚｉ（初期値とし
てｉ＝１）に合わせて、エネルギー変調器４０から読み
取った回転角の有効範囲を決め、その範囲内のみにおい
て、荷電粒子線をビームストッパー９などの停止手段の
制御で照射する。 ステップ６：荷電粒子線の入射粒子数及び位置を位置・
線量モニタ２３で測定する。 ステップ７：ステップ６で測定した位置座標とステップ
３で測定した位置座標を比較する。一致しない場合は、
後記ステップ９に移る。 ステップ８：ステップ７の比較結果は測定と設定の位置
座標が一致した場合、ステップ６で測定した粒子数の積
算値が照射を開始する前に決めておいた位置座標Ｐｉで
の設定粒子数を越えているかを判定する。越えていない
場合はステップ６に戻る。 ステップ９：ステップ８の比較結果はＹＥＳの場合は、
荷電粒子線ビーム３１をビームストッパ９を用いて停止
する。 ステップ１０：照射を終了するかどうかを判断する。続
ける場合はｉを１つ増加させて、ステップ３に戻る。 ステップ１１：照射を終了させる。上記の方法で、ｉ＝
１からｉ＝Ｎまでステップ３からステップ１１まで実行
し、位置座標群［（Ｐｉ，Δｚｉ，ｚｉ），ｉ＝１，
２，…Ｎ］で記述される３次元照射領域のすべての円柱
体領域に所定粒子数［Ｎｉ，ｉ＝１，２，…Ｎ］を照射
する。
域を、荷電粒子線入射軸３０と平行な所定の間隔で配置
された円柱体で近似して、各円柱体のＸＹ平面（照射方
向と垂直な平面）内の位置座標Ｐｉ；７３をビームの照
射位置とし、各円柱体の長さΔｚｉ；７５を前記照射位
置Ｐｉ；７３におけるビーム進行方向（深さ方向）のス
キャニング範囲とし、また最大照射深さ座標をｚｉ；７
９とする。但し、ｉは１からＮまでの整数である。Ｎは
前記３次元照射領域を記述するために、必要な円柱体の
数である。 ステップ２：予め作成しておいた３次元照射領域のパラ
メータ群［（Ｐｉ，Δｚｉ，ｚｉ），ｉ＝１，２，…
Ｎ］を設定テーブルから照射装置を制御している計算機
などの制御手段にロードする。 ステップ３：ＸＹ平面位置座標Ｐｉ（初期値としてｉ＝
１）に合わせて、スキャニング電磁石３３，３５、及び
エネルギー変調器４０の回転角度と、スキャニング磁場
強度を設定する。 ステップ４：深さ座標ｚｉ（初期値としてｉ＝１）に合
わせて荷電粒子線３１の最大エネルギーをエネルギーデ
ィグレーダ２１で設定する。 ステップ５：深さスキャニング範囲Δｚｉ（初期値とし
てｉ＝１）に合わせて、エネルギー変調器４０から読み
取った回転角の有効範囲を決め、その範囲内のみにおい
て、荷電粒子線をビームストッパー９などの停止手段の
制御で照射する。 ステップ６：荷電粒子線の入射粒子数及び位置を位置・
線量モニタ２３で測定する。 ステップ７：ステップ６で測定した位置座標とステップ
３で測定した位置座標を比較する。一致しない場合は、
後記ステップ９に移る。 ステップ８：ステップ７の比較結果は測定と設定の位置
座標が一致した場合、ステップ６で測定した粒子数の積
算値が照射を開始する前に決めておいた位置座標Ｐｉで
の設定粒子数を越えているかを判定する。越えていない
場合はステップ６に戻る。 ステップ９：ステップ８の比較結果はＹＥＳの場合は、
荷電粒子線ビーム３１をビームストッパ９を用いて停止
する。 ステップ１０：照射を終了するかどうかを判断する。続
ける場合はｉを１つ増加させて、ステップ３に戻る。 ステップ１１：照射を終了させる。上記の方法で、ｉ＝
１からｉ＝Ｎまでステップ３からステップ１１まで実行
し、位置座標群［（Ｐｉ，Δｚｉ，ｚｉ），ｉ＝１，
２，…Ｎ］で記述される３次元照射領域のすべての円柱
体領域に所定粒子数［Ｎｉ，ｉ＝１，２，…Ｎ］を照射
する。
【００２３】図９はエネルギー変調器４０の回転とビー
ムストッパー９のＯＮ−ＯＦＦ制御の時間的関係を示す
図である。このような制御方法によれば、エネルギー変
調器４０は一定速度で連続回転させるだけでよい。な
お、スキャニング幅Δｚｉの下端と最大深さｚｉと一致
させる設定によれば、図中の「θ開始」の角度は０でよ
い。
ムストッパー９のＯＮ−ＯＦＦ制御の時間的関係を示す
図である。このような制御方法によれば、エネルギー変
調器４０は一定速度で連続回転させるだけでよい。な
お、スキャニング幅Δｚｉの下端と最大深さｚｉと一致
させる設定によれば、図中の「θ開始」の角度は０でよ
い。
【００２４】ここで、上記第３のステップと第４のステ
ップの順番を入れ替えたとしても、効果は同じである。
ップの順番を入れ替えたとしても、効果は同じである。
【００２５】また、上記の方法において、スキャニング
電磁石３３，３５の回転速度が磁場強度によるスキャニ
ング速度よりも遅いので、回転角度を一定に保って、ス
キャニング磁場によるスキャニングを先に行った方が照
射時間を短縮できる。
電磁石３３，３５の回転速度が磁場強度によるスキャニ
ング速度よりも遅いので、回転角度を一定に保って、ス
キャニング磁場によるスキャニングを先に行った方が照
射時間を短縮できる。
【００２６】この発明で述べた装置及び方法は荷電粒子
治療に限るものではなく、半導体分野と材料分野など荷
電粒子線照射または注入を必要とする分野にも応用でき
る。
治療に限るものではなく、半導体分野と材料分野など荷
電粒子線照射または注入を必要とする分野にも応用でき
る。
【００２７】
【発明の効果】この発明の第１の構成である荷電粒子線
照射装置によれば、荷電粒子線の入射軸方向に沿って直
列に配置され、荷電粒子線を互いに逆の方向にそれぞれ
所定角度だけ偏向する２組の電磁石からなるスキャニン
グ磁場発生手段と、前記スキャニング磁場発生手段の下
流において、前記偏向された荷電粒子線が回転対称軸を
通過するように設置した、円周方向に対して所定の壁厚
分布を有する所定長さの円筒と前記円筒を回転対称軸の
回りで回転する手段と前記円筒の回転角を検出する手段
を有するエネルギー変調手段と、荷電粒子線の最大エネ
ルギーを制限するエネルギー減衰手段と、前記スキャニ
ング磁場発生手段と前記エネルギー変調手段とを前記荷
電粒子線の入射軸の回りで一緒に回転する手段とを備え
たので、被照射体を静止させたままで、任意の３次元照
射領域に荷電粒子線を照射できる。また、粒子線照射装
置を小型軽量化できる。
照射装置によれば、荷電粒子線の入射軸方向に沿って直
列に配置され、荷電粒子線を互いに逆の方向にそれぞれ
所定角度だけ偏向する２組の電磁石からなるスキャニン
グ磁場発生手段と、前記スキャニング磁場発生手段の下
流において、前記偏向された荷電粒子線が回転対称軸を
通過するように設置した、円周方向に対して所定の壁厚
分布を有する所定長さの円筒と前記円筒を回転対称軸の
回りで回転する手段と前記円筒の回転角を検出する手段
を有するエネルギー変調手段と、荷電粒子線の最大エネ
ルギーを制限するエネルギー減衰手段と、前記スキャニ
ング磁場発生手段と前記エネルギー変調手段とを前記荷
電粒子線の入射軸の回りで一緒に回転する手段とを備え
たので、被照射体を静止させたままで、任意の３次元照
射領域に荷電粒子線を照射できる。また、粒子線照射装
置を小型軽量化できる。
【００２８】この発明の第２の構成である荷電粒子線照
射装置によれば、前記所定角度が、前記直列に配置され
た上流側電磁石と下流側電磁石について同じであるの
で、被照射体を静止させたままで、任意の３次元照射領
域に荷電粒子線を平行に照射できる。
射装置によれば、前記所定角度が、前記直列に配置され
た上流側電磁石と下流側電磁石について同じであるの
で、被照射体を静止させたままで、任意の３次元照射領
域に荷電粒子線を平行に照射できる。
【００２９】この発明の第３の構成である荷電粒子線照
射装置によれば、前記所定角度が、前記直列に配置され
た上流側電磁石よりも、下流側電磁石において大きいの
で、被照射体を静止させたままで、任意の３次元照射領
域に荷電粒子線を収束させて照射でき、医療用に用いた
場合は照射領域以外の正常組織に対する照射線量を低減
できる。
射装置によれば、前記所定角度が、前記直列に配置され
た上流側電磁石よりも、下流側電磁石において大きいの
で、被照射体を静止させたままで、任意の３次元照射領
域に荷電粒子線を収束させて照射でき、医療用に用いた
場合は照射領域以外の正常組織に対する照射線量を低減
できる。
【００３０】この発明の第４の構成である荷電粒子線照
射方法によれば、請求項１〜３に記載の荷電粒子線照射
装置のいずれかを使用し、３次元照射領域を、荷電粒子
線入射方向ｚと平行であって、所定の間隔で配置された
円柱体群で近似して、各円柱体のＸＹ方向中心位置座標
Ｐｉをビームの照射位置とし、各円柱の長さΔｚｉを前
記照射位置Ｐｉにおけるビーム進行方向（深さ方向）の
スキャニング範囲とし、また最大照射深さ座標をｚｉと
する第１ステップと、予め作成して置いた照射領域のパ
ラメータ群［（Ｐｉ，Δｚｉ，ｚｉ），ｉ＝１，２，…
Ｎ］を設定テーブルからロードする第２のステップと、
前記各Ｐｉに合わせてスキャニング磁場発生手段及びエ
ネルギー変調手段の回転角度と磁場強度を設定する第３
のステップと、前記照射深さ座標ｚｉに合わせて前記荷
電粒子線の最大エネルギーをエネルギー減衰手段で設定
する第４のステップと、前記深さスキャニング範囲Δｚ
ｉ（初期値としてｉ＝１）に合わせて、前記エネルギー
変調手段から読み取った回転角の有効範囲を決め、その
範囲内において荷電粒子線を照射する第５のステップと
を備え、所定の３次元照射領域を照射するので、被照射
体を静止させたままで、任意の３次元照射領域に荷電粒
子線を正確かつ効率的に照射できる。
射方法によれば、請求項１〜３に記載の荷電粒子線照射
装置のいずれかを使用し、３次元照射領域を、荷電粒子
線入射方向ｚと平行であって、所定の間隔で配置された
円柱体群で近似して、各円柱体のＸＹ方向中心位置座標
Ｐｉをビームの照射位置とし、各円柱の長さΔｚｉを前
記照射位置Ｐｉにおけるビーム進行方向（深さ方向）の
スキャニング範囲とし、また最大照射深さ座標をｚｉと
する第１ステップと、予め作成して置いた照射領域のパ
ラメータ群［（Ｐｉ，Δｚｉ，ｚｉ），ｉ＝１，２，…
Ｎ］を設定テーブルからロードする第２のステップと、
前記各Ｐｉに合わせてスキャニング磁場発生手段及びエ
ネルギー変調手段の回転角度と磁場強度を設定する第３
のステップと、前記照射深さ座標ｚｉに合わせて前記荷
電粒子線の最大エネルギーをエネルギー減衰手段で設定
する第４のステップと、前記深さスキャニング範囲Δｚ
ｉ（初期値としてｉ＝１）に合わせて、前記エネルギー
変調手段から読み取った回転角の有効範囲を決め、その
範囲内において荷電粒子線を照射する第５のステップと
を備え、所定の３次元照射領域を照射するので、被照射
体を静止させたままで、任意の３次元照射領域に荷電粒
子線を正確かつ効率的に照射できる。
【図１】 この発明の実施の形態１による荷電粒子線照
射装置を示すブロック図である。
射装置を示すブロック図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による荷電粒子線照
射装置の電磁石の側面を示すブロック図である。
射装置の電磁石の側面を示すブロック図である。
【図３】 この発明の実施の形態１による荷電粒子線照
射装置の電磁石をもう一つの角度から示す図である。
射装置の電磁石をもう一つの角度から示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態２による荷電粒子線照
射装置のスキャニング電磁石を示す図である。
射装置のスキャニング電磁石を示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態３による荷電粒子線治
療装置を示すブロック図である。
療装置を示すブロック図である。
【図６】 この発明の実施の形態３による荷電粒子線治
療装置の偏向電磁石を示すブロック図である。
療装置の偏向電磁石を示すブロック図である。
【図７】 この発明に係る荷電粒子線治療装置の原理を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図８】 この発明の実施の形態４による荷電粒子線照
射方法を示す流れ図である。
射方法を示す流れ図である。
【図９】 この発明の実施の形態１〜４による荷電粒子
線ビームをエネルギー変調器４０の角度でＯＮ／ＯＦＦ
制御を行う原理を示す図である。
線ビームをエネルギー変調器４０の角度でＯＮ／ＯＦＦ
制御を行う原理を示す図である。
【図１０】 従来の荷電粒子線治療装置の一例を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
１５収束用の電磁石、１９ 偏向電磁石、３１ 荷電粒
子線ビーム、３４ 磁場方向、３３，３５ スキャニン
グ電磁石、３７ 回転軸、４０ エネルギー変調器、４
１ 磁極幅、４３ 磁極ギャップ、５３ 歯車。
子線ビーム、３４ 磁場方向、３３，３５ スキャニン
グ電磁石、３７ 回転軸、４０ エネルギー変調器、４
１ 磁極幅、４３ 磁極ギャップ、５３ 歯車。
Claims (4)
- 【請求項１】 荷電粒子線の入射軸方向に沿って直列に
配置され、荷電粒子線を互いに逆の方向にそれぞれ所定
角度だけ偏向する２組の電磁石からなるスキャニング磁
場発生手段と、前記スキャニング磁場発生手段の下流に
おいて、前記偏向された荷電粒子線が回転対称軸を通過
するように設置した、円周方向に対して所定の壁厚分布
を有する所定長さの円筒と前記円筒を回転対称軸の回り
で回転する手段と前記円筒の回転角を検出する手段を有
するエネルギー変調手段と、荷電粒子線の最大エネルギ
ーを制限するエネルギー減衰手段と、前記スキャニング
磁場発生手段と前記エネルギー変調手段とを前記荷電粒
子線の入射軸の回りで一緒に回転する手段とを備えたこ
とを特徴とする荷電粒子線照射装置。 - 【請求項２】 前記所定角度が、前記直列に配置された
上流側電磁石と下流側電磁石について同じであることを
特徴とする請求項１記載の荷電粒子線照射装置。 - 【請求項３】 前記所定角度が、前記直列に配置された
上流側電磁石よりも、下流側電磁石において大きいこと
を特徴とする請求項１記載の荷電粒子線照射装置。 - 【請求項４】 請求項１〜３に記載の荷電粒子線照射装
置のいずれかを使用し、３次元照射領域を、荷電粒子線
入射方向ｚと平行であって、所定の間隔で配置された円
柱体群で近似して、各円柱体のＸＹ方向中心位置座標Ｐ
ｉをビームの照射位置とし、各円柱の長さΔｚｉを前記
照射位置Ｐｉにおけるビーム進行方向（深さ方向）のス
キャニング範囲とし、また最大照射深さ座標をｚｉとす
る第１ステップと、予め作成して置いた照射領域のパラ
メータ群［（Ｐｉ，Δｚｉ，ｚｉ），ｉ＝１，２，…
Ｎ］を設定テーブルからロードする第２のステップと、
前記各Ｐｉに合わせてスキャニング磁場発生手段及びエ
ネルギー変調手段の回転角度と磁場強度を設定する第３
のステップと、前記照射深さ座標ｚｉに合わせて前記荷
電粒子線の最大エネルギーをエネルギー減衰手段で設定
する第４のステップと、前記深さスキャニング範囲Δｚ
ｉ（初期値としてｉ＝１）に合わせて、前記エネルギー
変調手段から読み取った回転角の有効範囲を決め、その
範囲内において荷電粒子線を照射する第５のステップと
を備え、所定の３次元照射領域を照射することを特徴と
する荷電粒子線照射方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9310433A JPH11142600A (ja) | 1997-11-12 | 1997-11-12 | 荷電粒子線照射装置及び照射方法 |
| US09/069,944 US6034377A (en) | 1997-11-12 | 1998-04-30 | Charged particle beam irradiation apparatus and method of irradiation with charged particle beam |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9310433A JPH11142600A (ja) | 1997-11-12 | 1997-11-12 | 荷電粒子線照射装置及び照射方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11142600A true JPH11142600A (ja) | 1999-05-28 |
Family
ID=18005196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9310433A Pending JPH11142600A (ja) | 1997-11-12 | 1997-11-12 | 荷電粒子線照射装置及び照射方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6034377A (ja) |
| JP (1) | JPH11142600A (ja) |
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