WO2018123063A1 - 粒子線治療装置 - Google Patents

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WO2018123063A1
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field strength
energy
particle beam
deflection electromagnet
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Inventor
周平 小田原
雅 片寄
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • 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

  • the present invention relates to a particle beam treatment apparatus for performing cancer treatment or the like by irradiating a particle beam.
  • Patent Document 1 discloses a medical electronic accelerator that is not affected by fluctuations in magnetic flux density due to hysteresis, because the magnetic flux density of an electromagnet is always saturated at every set-up time and then fixed to a desired value.
  • JP-A-3-236862 page 2, lower right column, line 18 to page 3, upper left column, first line, FIG. 3
  • the method of initialization as in Patent Document 1 has a problem that initialization takes time.
  • the relationship between the magnetic field strength and the excitation current is not uniquely determined, and it is difficult to ensure the accuracy of the magnetic field strength.
  • the deviation from the target magnetic field strength differs depending on the starting point, magnitude, and increase / decrease direction of the magnetic field strength change, it is necessary to create and accumulate a huge amount of setting data for each magnetic field strength change pattern. There was a problem that this led to a large cost increase.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a particle beam therapy system capable of shortening the setting time and realizing high-precision beam irradiation.
  • the ion beam is deflected, and the target magnetic field strength is lower than the first magnetic field strength from the first magnetic field strength higher than the target magnetic field strength by the main coil.
  • a deflection electromagnet for supplying an irradiation system with an ion beam corrected to the target magnetic field intensity by a correction coil sharing the iron core with the main coil after adjusting to a second magnetic field intensity higher by a predetermined amount than It is a feature.
  • the present invention by limiting the excitation of the correction coil sharing the iron core to the direction to cancel the excitation of the main coil, the same beam state can be maintained even after the energy change, and the setting time can be shortened, High-precision beam irradiation can be realized.
  • FIG. 1 is a diagram of a deflecting electromagnet which is a main configuration of a particle beam therapy system 100 according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 1 (a) shows a side view
  • FIG. 1 (b) shows FIG.
  • the arrow sectional view in the AA line of a) is shown.
  • FIG. 2 is a bird's-eye view of a schematic configuration of the entire particle beam therapy system.
  • the particle beam therapy apparatus 100 includes a particle beam generator 52, a particle beam irradiation apparatus 41, and a plurality of deflecting electromagnets 55, which are connected via a beam transport system 59.
  • the particle beam generator 52 includes a pre-stage accelerator 53 including an ion source and a synchrotron 54, and charged particles (for example, proton ions or carbon ions) generated in the ion source are accelerated by the pre-stage accelerator 53.
  • the emitted particle beam is incident on the synchrotron 54.
  • the particle beam is accelerated by the synchrotron 54, is increased to a set energy, and is then emitted from the emission device.
  • the particle beam emitted from the synchrotron 54 reaches the particle beam irradiation device 41 through a beam transport system 59 including a plurality of deflection electromagnets 55 and a vacuum duct, and is placed on a treatment table from a particle beam irradiation nozzle (not shown).
  • the affected area of the patient is irradiated.
  • the deflection electromagnet 55 deflects the ion beam.
  • the magnetic field strength required for deflection varies depending on the beam energy.
  • the deflection electromagnet 55 includes a pair of main coils 2a and 2b having an annular shape, a pair of correction coils 3a and 3b having an annular shape disposed on the outer peripheral side of the main coils 2a and 2b, and a main coil.
  • the deflection electromagnet 55 is provided between the pair of magnetic pole cores 1a and 1b, the pair of magnetic pole cores 1a and 1b, and the pair of magnetic pole cores 1a and 1b, which are disposed on the inner peripheral side of 2a and 2b.
  • the deflection electromagnet 55 is provided.
  • the pair of magnetic cores 1a and 1b are made of a ferromagnetic material and are formed integrally with a yoke 1 formed so as to surround the main coils 2a and 2b and the correction coils 3a and
  • the distance s from the patient to the deflection electromagnet 55 closest to the patient is generally about 1 to 5 m from the irradiation site.
  • the accuracy required for the beam position at the irradiation site is about ⁇ 0.5 mm.
  • the deflection angle error of the deflection electromagnet 55 needs to be within ⁇ 0.5 mmrad.
  • the deflection electromagnet 55 is generally provided with correction coils 3a and 3b that share the main coils 2a and 2b and the magnetic cores 1a and 1b, respectively, because it is difficult to ensure accuracy only with the main coils 2a and 2b.
  • the deflection electromagnet 55 adjusts the excitation current of the correction coils 3a and 3b using the beam trajectory measurement result when only the main coils 2a and 2b are used, thereby reducing the trajectory error and ensuring accuracy. Adjustment is performed for each energy while the same energy is repeatedly transported.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a beam monitor before and after correction using the correction coils 3a and 3b for the main coils 2a and 2b in the deflection electromagnet 55.
  • the cross lines 10x and 10y in FIG. 3 are vertical and horizontal center lines centered on the designed beam position.
  • the deflecting electromagnet 55 generally has a design error in the beam trajectory due to equipment installation error, manufacturing error, magnetic field setting error, etc., and deviated from the designed beam position. Beam position 11 is obtained.
  • the deflecting electromagnet 55 can adjust the beam passing position on the monitor according to the design from the measurement result of the beam monitor arranged in the transport system and the irradiation system.
  • the beam trajectory error of the entire irradiation system can be reduced, and the beam position can be set to the designed beam position 12.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an adjustment method when the magnetic field intensity in the deflection electromagnet 55 is changed in the particle beam therapy system 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4A shows the change in the excitation current
  • FIG. 4B shows the relationship between the hysteresis loop and the excitation current.
  • FIG. 5 is a diagram showing an adjustment method in the case of the conventional bending electromagnet corresponding to FIG. 4B and 5B show the case where the iron core is excited from the demagnetized state, and the broken line shows a general hysteresis curve.
  • a deflection electromagnet generally behaves like a solid line because of a monopolar power supply.
  • the deflecting electromagnet 55 deflects the ion beam
  • the main coils 2a and 2b cause the first magnetic field strength higher than the target magnetic field strength to After the adjustment to the second magnetic field strength that is lower than the first magnetic field strength and higher than the target magnetic field strength by a predetermined amount, the correction coils 3a and 3b that share the main coils 2a and 2b and the magnetic pole cores 1a and 1b, respectively, An ion beam corrected to a target magnetic field strength is supplied to the irradiation system.
  • the deflection electromagnet 55 When the magnetic field strength is changed, the deflection electromagnet 55, as shown in FIG. 4A, after exciting to the maximum magnetic field strength to be saturated (I 1 ), the excitation current of the main coils 2a and 2b is changed to the target value of the magnetic field strength.
  • the target value B ob of the magnetic field strength is set on the hysteresis curve between I 1 and I 0 .
  • the predetermined amount is a value corresponding to a range within 1% of the maximum output of the deflection electromagnet 55.
  • the excitation of the correction coils 3a and 3b sharing the main coils 2a and 2b and the magnetic cores 1a and 1b is limited to the direction in which the excitation of the main coils 2a and 2b is canceled, so that the energy is switched during irradiation.
  • the magnetic field can be changed on the same hysteresis curve, so the difference between the energy change and the adjustment can be reduced, and the same beam state is maintained even after the energy change. be able to.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining an adjustment method when the magnetic field strength in the deflecting electromagnet 55 is continuously changed a plurality of times in the particle beam therapy system 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6A shows the change in the excitation current
  • FIG. 6B shows the relationship between the hysteresis loop and the excitation current.
  • FIG. 7 is a diagram showing an adjustment method in the case of the conventional bending electromagnet corresponding to FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of an irradiation field irradiated with energy adjusted by the deflection electromagnet 55 in the particle beam therapy system 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the irradiation field is sliced in the depth direction D by slices S1, S2,.
  • slices S1, S2 In the case of irradiation by dividing as in (), it is necessary to change the energy of the beam irradiated to the patient.
  • the beam energy is changed by the particle beam generator 52 or the beam transport system 59, it is necessary to change the magnetic field intensity of the deflection electromagnet 55 in accordance with the beam energy.
  • the magnetic field strength changes a plurality of times, for each irradiation in each slice, after excitation up to the maximum magnetic field strength, the minimum magnetic field strength is set, and the operation of excitation up to the maximum magnetic field strength is repeated again, so-called initial stage After the process called crystallization, a method is adopted in which the magnetic field is set to a predetermined magnetic field strength from the maximum magnetic field strength, and after irradiation, the operation of excitation is repeated up to the maximum magnetic field strength again.
  • the initialization time usually takes about 1 minute, and there is a problem in improving the efficiency of the set time.
  • excitation is performed once to the maximum magnetic field strength (I 1 ), lowered to a predetermined magnetic field strength (I 2 ), and corrected (I 2 ⁇ I 3 ) in a direction to increase the magnetic field strength.
  • the deflection electromagnet 55 is first excited to the maximum magnetic field strength that is saturated (I 1 ), and then the main coil 2a.
  • the excitation current of 2b is set to be a predetermined amount higher than the target value B ob1 of the magnetic field intensity (I 2 ), and the excitation current of the correction coils 3a and 3b is corrected so that the magnetic field intensity by the main coils 2a and 2b becomes low. (I 2 ⁇ I 3 ).
  • the target value B ob1 of the magnetic field intensity is set on the hysteresis curve between I 1 and I 0 .
  • the beam supplied to the particle beam irradiation apparatus 41 by the beam irradiation system 59 including the deflection electromagnet 55 is irradiated to the slice S1 shown in FIG.
  • the deflection electromagnet 55 increases the excitation current of the main coils 2a and 2b by a predetermined amount from the target value Bob2 of the magnetic field intensity from the state of irradiating the slice S1 (I 3 ). (I 4 ), and the excitation currents of the correction coils 3a and 3b are corrected so that the magnetic field strength by the main coils 2a and 2b is reduced (I 4 ⁇ I 5 ).
  • the target value B ob2 of the magnetic field strength is set on the hysteresis curve between I 1 and I 0 . In this state, the beam supplied to the particle beam irradiation apparatus 41 by the beam irradiation system 59 including the deflection electromagnet 55 is irradiated to the slice S2 shown in FIG.
  • the deflection electromagnet 55 changes the excitation current of the main coils 2a and 2b from the target value B ob3 of the magnetic field intensity from the state where the slice S2 is irradiated (I 5 ).
  • the fixed amount is set to be high (I 6 ), and the excitation currents of the correction coils 3a and 3b are corrected so that the magnetic field strength by the main coils 2a and 2b is low (I 6 ⁇ I 7 ).
  • the target value B ob3 of the magnetic field strength is set on the hysteresis curve between I 1 and I 0 .
  • the beam supplied to the particle beam irradiation apparatus 41 by the beam irradiation system 59 including the deflection electromagnet 55 is irradiated to the slice S3 shown in FIG.
  • the predetermined amount is a value corresponding to a range within 1% of the maximum output of the deflection electromagnet 55.
  • the excitation of the correction coils 3a and 3b sharing the main coils 2a and 2b and the magnetic pole cores 1a and 1b is limited to the direction in which the excitation of the main coils 2a and 2b is canceled, so that the energy is continuously emitted.
  • the magnetic field can be changed on the same hysteresis curve as when repeatedly transporting the same energy, reducing the difference between energy change and adjustment without initialization each time the energy changes It is possible to maintain the same beam state as at the time of adjustment even after energy change.
  • the deflecting electromagnet 55 deflects the ion beam, and the main coils 2a and 2b allow the first higher magnetic field strength than the target.
  • the correction coils that share the main coils 2a and 2b and the magnetic pole cores 1a and 1b, respectively.
  • the energy is irradiated by limiting the excitation of the correction coil sharing the iron core to the direction to cancel the excitation of the main coil. Even when switching in, the magnetic field can be changed on the same hysteresis curve as when repeatedly transporting the same energy, so the energy It is possible to reduce the difference during adjustment and Saraji, after energy changes also can maintain the same beam conditions.
  • the magnetic field can be changed on the same hysteresis curve as when repeatedly transporting the same energy, so the energy can be changed without initialization each time the energy is changed.
  • the difference between time and adjustment can be reduced, and the same beam state can be maintained even after energy change.
  • setting data for each energy combination starting point, amount of change, and energy to be changed is not necessary, and setting data adjusted without changing beam energy can be applied. This shortens the setting time and minimizes the setting data of the deflection electromagnet by setting the deflection electromagnet with an arbitrary combination of excitation currents adjusted for each energy, and makes the deflection electromagnet the same state as at the time of adjustment. Therefore, the beam state can be made the same as that at the time of adjustment, and high-precision beam irradiation can be realized.
  • the present invention can be applied to at least one deflection electromagnet in a particle beam therapy system.
  • the embodiments can be appropriately modified and omitted within the scope of the invention.

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Abstract

粒子線治療装置１００は、偏向電磁石５５が、イオンビームを偏向させるとともに、主コイル２ａ、２ｂにより、目標とする磁場強度よりも高い第一の磁場強度から、前記第一の磁場強度よりも低く前記目標とする磁場強度よりも所定量高い第二の磁場強度に調整後、主コイル２ａ、２ｂと磁極鉄心１ａ、１ｂをそれぞれ共有する補正コイル３ａ、３ｂにより目標とする磁場強度に補正することで、ビームエネルギーを照射中に切り替える場合も、同じエネルギーを繰り返し輸送する場合と同じヒステリシス曲線上で偏向電磁石５５の磁場を変化させ、ビームエネルギー変更後も調整時と同じビーム状態を実現する。

Description

粒子線治療装置
　この発明は、粒子線を照射してがん治療等を行う粒子線治療装置に関するものである。
　従来の粒子線治療装置では、照射系に供給するビームのエネルギーを切り替える場合、最大磁場強度まで励磁後、最低磁場強度に設定し、再び最大磁場強度まで励磁という操作を繰り返す、いわゆる初期化と呼ばれるプロセスの後、最大磁場強度から磁場を下げて設定することが必要であった。この方法を用いない場合、磁気ヒステリシス現象のため、同じ電流を流しても目標とは異なる磁場が生じる。
　例えば、特許文献１には、電磁石の磁束密度をセットアップ時毎に必ず飽和させてから所望の値に固定させ、ヒステリシスによる磁束密度の変動の影響を受けない医用電子加速装置が開示されている。
特開平３－２３６８６２号公報（第２頁右下欄第１８行目～第３頁左上欄第１行目、第３図）
　しかしながら、特許文献１のように初期化する方法では、初期化に時間が掛かるという問題があった。また、最大磁場強度から磁場を下げた後、磁場強度を高くして補正する場合、磁場強度と励磁電流の関係が一意に定まらなくなり、磁場強度の精度の確保が困難になるという問題があった。さらに、目標とする磁場強度からのずれ幅は磁場強度の変化の始点、大きさ、増減方向毎に異なるため、磁場強度の変化パターン毎に膨大な量の設定データの作成および蓄積が必要となってしまい大きなコスト増大につながるという問題があった。
　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、設定時間を短縮化できるとともに、高精度なビーム照射を実現できる粒子線治療装置を提供することを目的としている。
　この発明の粒子線治療装置は、イオンビームを偏向させるとともに、主コイルにより、目標とする磁場強度よりも高い第一の磁場強度から、前記第一の磁場強度よりも低く前記目標とする磁場強度よりも所定量高い第二の磁場強度に調整後、前記主コイルと鉄心を共有する補正コイルにより、前記目標とする磁場強度に補正したイオンビームを照射系に供給する偏向電磁石を備えたことを特徴とするものである。
　この発明によれば、鉄心を共有する補正コイルの励磁を主コイルの励磁を打ち消す方向に限定することにより、エネルギー変更後も同じビーム状態を維持することができ、設定時間を短縮化できるとともに、高精度なビーム照射を実現できる。
この発明の実施の形態１における粒子線治療装置の偏向電磁石の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１における粒子線治療装置の全体の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１における粒子線治療装置での偏向電磁石の動作の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１における粒子線治療装置での偏向電磁石の調整方法を説明するための図である。 従来の粒子線治療装置での偏向電磁石の調整方法を説明するための図である。 この発明の実施の形態１における粒子線治療装置での偏向電磁石の動作を説明するための図である。 従来の粒子線治療装置での偏向電磁石の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態１における粒子線治療装置の偏向電磁石により調整されたエネルギーで照射される照射野の一例を示す図である。
実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１による粒子線治療装置１００の主要な構成である偏向電磁石の図であり、図１（ａ）は側面図を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡＡ線での矢視断面図を示す。図２は粒子線治療装置全体の概略構成の鳥瞰図である。
　実施の形態１による粒子線治療装置１００は、図２に示すように、粒子線発生装置５２、粒子線照射装置４１、および複数の偏向電磁石５５を備え、ビーム輸送系５９を介して接続されている。粒子線発生装置５２は、イオン源を含む前段加速器５３及びシンクロトロン５４を有し、イオン源で発生した荷電粒子（例えば、陽子イオンまたは炭素イオン）は前段加速器５３で加速され、前段加速器５３から出射された粒子線はシンクロトロン５４に入射される。この粒子線は、シンクロトロン５４で加速され、設定されたエネルギーまでに高められた後、出射機器から出射される。シンクロトロン５４から出射された粒子線は、複数の偏向電磁石５５、および真空ダクトから構成されるビーム輸送系５９を経て粒子線照射装置４１に達し、図示しない粒子線照射ノズルから治療台に載っている患者の患部に照射される。
　偏向電磁石５５は、イオンビームを偏向させる。偏向に必要な磁場強度はビームエネルギーにより異なる。図１に示すように、偏向電磁石５５は、環状をなす一対の主コイル２ａ、２ｂと、主コイル２ａ、２ｂの外周側に配置される環状をなす一対の補正コイル３ａ、３ｂと、主コイル２ａ、２ｂの内周側に配置される一対の磁極鉄心１ａ、１ｂと、一対の磁極鉄心１ａ、１ｂと、一対の磁極鉄心１ａ、１ｂの間に、偏向電磁石５５を通過するように設けられるビームダクト４と、を備えている。一対の磁極鉄心１ａ、１ｂは強磁性体からなり、主コイル２ａ、２ｂと補正コイル３ａ、３ｂを囲うように形成されたヨーク１と一体に形成されている。
　患者から患者にもっとも近い偏向電磁石５５までの距離ｓは一般的に照射部位から１～５ｍ程度である。照射部位でのビーム位置に求められる精度は±０．５ｍｍ程度であり、ｓ＝１ｍとした場合、偏向電磁石５５の偏向角の誤差を±０．５ｍｍｒａｄ以内に収める必要がある。偏向電磁石５５は、一般に数度以上の単位でビームの軌道を偏向する。例えば、４５ｄｅｇ（＝・／４ｒａｄ）偏向するとすれば、偏向電磁石５５の磁場強度を精度±０．５ｍｍｒａｄ／（・／４ｒａｄ）＊１００＝±０．０６％で制御する必要が生じる。
　偏向電磁石５５には、一般に、主コイル２ａ、２ｂのみでの精度の確保が困難なため、主コイル２ａ、２ｂと磁極鉄心１ａ、１ｂをそれぞれ共有する補正コイル３ａ、３ｂが備えられている。偏向電磁石５５は、主コイル２ａ、２ｂのみを用いた場合のビーム軌道測定結果を用いて補正コイル３ａ、３ｂの励磁電流を調整し、軌道誤差を小さくして精度を確保する。調整は、同じエネルギーを繰り返し輸送する状態でエネルギーごとに行う。
　図３は、偏向電磁石５５での主コイル２ａ、２ｂに補正コイル３ａ、３ｂを用いた補正前後のビームモニターの一例を示す図である。図３の十字線１０ｘ、１０ｙは、設計上のビーム位置を中心とする縦、横の中心線である。補正コイル３ａ、３ｂを用いない場合、偏向電磁石５５は、一般に、機器の設置誤差、製作誤差、磁場設定誤差等によりビームの軌道には設計からの誤差が生じ、設計上のビーム位置からずれたビーム位置１１となる。
　これに対し、補正コイル３ａ、３ｂを用いることで、偏向電磁石５５は、輸送系および照射系に配置したビームモニターの測定結果から、モニター上のビームの通過位置を設計に合わせることで輸送系、照射系全体のビーム軌道誤差を小さくでき、ビーム位置を設計上のビーム位置１２とすることができる。
　同一の磁場強度での運用のみを行う場合は、主コイル２ａ、２ｂと補正コイル３ａ、３ｂによる調整方法に制限はないが、磁場強度を変更し、かつ偏向電磁石５５が磁極鉄心１ａ、１ｂを有する場合は磁気ヒステリシスを考慮する必要がある。
　図４は、この発明の実施の形態１による粒子線治療装置１００での偏向電磁石５５における磁場強度が変化した場合の調整方法を説明するための図である。図４（ａ）は、励磁電流の変化を示し、図４（ｂ）は、ヒステリシスループと励磁電流との関係を示す。図５は、図４に対応する従来の偏向電磁石の場合の調整方法を示す図である。図４（ｂ）および図５（ｂ）の鎖線は鉄心が消磁された状態から励磁する場合を示し、破線は一般的なヒステリシス曲線を示す。偏向電磁石は、一般的に単極電源のため実線のような挙動をする。
　従来の粒子線治療装置では、ヒステリシスの影響を避け磁場の精度を確保するために最大磁場強度まで励磁後、最低磁場強度に設定し、再び最大磁場強度まで励磁という操作を繰り返す、いわゆる初期化と呼ばれるプロセスの後、最大磁場強度から磁場を所定の磁場強度まで下げる方法がとられる。初期化と呼ばれるプロセスは、１～数十回実施される。ビームエネルギーの変更は高エネルギーから低エネルギーへと行われるため、偏向電磁石の主コイルに関しては問題がないが、主コイルの調整後に補正コイルを励磁し、図５（ａ）に示すように、磁場強度を高くする方向に補正を行う場合には（Ｉ２Ｕ→Ｉ３Ｕ）、図５（ｂ）に示すように、磁気ヒステリシスにより励磁電流に対する磁場強度の変化がＩ１～Ｉ０間のヒステリシス曲線から外れ、磁場強度の目標値Ｂｏｂに対応する励起電流にずれが生じる。このため、初期化をせずビームエネルギーを変更する場合、同じエネルギーを繰り返し輸送する状態で調整した励磁電流を設定しても、磁場が調整時の状態にならず、エネルギー変更後のビーム状態が意図したものにならない場合があった。
　この発明の実施の形態１による粒子線治療装置１００では、偏向電磁石５５は、イオンビームを偏向させるとともに、主コイル２ａ、２ｂにより、目標とする磁場強度よりも高い第一の磁場強度から、前記第一の磁場強度よりも低く前記目標とする磁場強度よりも所定量高い第二の磁場強度に調整後、主コイル２ａ、２ｂと磁極鉄心１ａ、１ｂをそれぞれ共有する補正コイル３ａ、３ｂにより、目標とする磁場強度に補正したイオンビームを照射系に供給することを特徴とする。
　偏向電磁石５５は、磁場強度を変更する場合に、図４（ａ）に示すように、飽和する最大磁場強度まで励磁後（Ｉ１）、主コイル２ａ、２ｂの励磁電流を磁場強度の目標値Ｂｏｂより所定量高くなるようにしておき（Ｉ２）、補正コイル３ａ、３ｂの励磁電流を主コイル２ａ、２ｂによる磁場強度が低くなるように補正することで（Ｉ２→Ｉ３）、図４（ｂ）に示すように、磁場強度の目標値ＢｏｂがＩ１～Ｉ０間のヒステリシス曲線上に設定される。ここで、所定量は、偏向電磁石５５の最大出力の１％以内の範囲に対応する値である。
　このように、主コイル２ａ、２ｂと磁極鉄心１ａ、１ｂをそれぞれ共有する補正コイル３ａ、３ｂの励磁を、主コイル２ａ、２ｂの励磁を打ち消す方向に限定することにより、エネルギーを照射中に切り替える場合も、同じエネルギーを繰り返し輸送する場合と同じヒステリシス曲線上で磁場を変化させることができるため、エネルギー変更時と調整時の差異を軽減することができ、エネルギー変更後も同じビーム状態を維持することができる。
　次に、この発明の実施の形態１による粒子線治療装置１００での偏向電磁石５５の動作について説明する。図６は、この発明の実施の形態１による粒子線治療装置１００での偏向電磁石５５における磁場強度が複数回連続して変化した場合の調整方法を説明するための図である。図６（ａ）は、励磁電流の変化を示し、図６（ｂ）は、ヒステリシスループと励磁電流との関係を示す。図７は、図６に対応する従来の偏向電磁石の場合の調整方法を示す図である。図８は、この発明の実施の形態１による粒子線治療装置１００での偏向電磁石５５により調整されたエネルギーで照射される照射野の一例を示す図である。
　積層原体照射法やスキャニング照射法等を用いる従来の粒子線治療装置では、図８に示すように、照射野を深さ方向Ｄに対してスライスＳ１、Ｓ２、・・、ＳＮ（Ｎは整数）のように分割して照射する場合には、患者に照射するビームのエネルギーを変更する必要が生じる。粒子線発生装置５２またはビーム輸送系５９でビームのエネルギーを変更する場合、偏向電磁石５５の磁場強度もビームのエネルギーに対応して変更する必要がある。このように、磁場強度が複数回変化する場合には、各スライスでの照射毎に、最大磁場強度まで励磁後、最低磁場強度に設定し、再び最大磁場強度まで励磁という操作を繰り返す、いわゆる初期化と呼ばれるプロセスの後、最大磁場強度から磁場を所定の磁場強度に設定し、照射後、再び最大磁場強度まで励磁という操作を繰り返す方法がとられる。初期化の時間は通常１分ほど掛かり、設定時間の効率化に問題があった。
　また、図７に示すように、最大磁場強度まで一度励磁し（Ｉ１）、所定の磁場強度まで下げて（Ｉ２）磁場強度を高くする方向に補正（Ｉ２→Ｉ３）して照射した後、初期化をせずにエネルギーを変える場合には、その後の励磁電流の設定の仕方によらず、励磁電流と磁場強度の関係がＩ１～Ｉ０間のヒステリシス曲線から外れてしまい（Ｉ３→Ｉ４→Ｉ５→Ｉ６→Ｉ７）、同じエネルギーを繰り返し輸送する状態で調整した励磁電流に設定しても調整時の磁場強度にならない。
　この発明の実施の形態１による粒子線治療装置１００では、偏向電磁石５５は、まず最初に、図６（ａ）に示すように、飽和する最大磁場強度まで励磁後（Ｉ１）、主コイル２ａ、２ｂの励磁電流を磁場強度の目標値Ｂｏｂ１より所定量高くなるように設定し（Ｉ２）、補正コイル３ａ、３ｂの励磁電流を主コイル２ａ、２ｂによる磁場強度が低くなるように補正する（Ｉ２→Ｉ３）。このとき、図６（ｂ）に示すように、磁場強度の目標値Ｂｏｂ１がＩ１～Ｉ０間のヒステリシス曲線上に設定される。この状態で、偏向電磁石５５を含むビーム照射系５９により粒子線照射装置４１に供給されたビームが、図８に示すスライスＳ１に照射される。
　続いて、偏向電磁石５５は、図６（ａ）に示すように、スライスＳ１に照射した状態から（Ｉ３）、主コイル２ａ、２ｂの励磁電流を磁場強度の目標値Ｂｏｂ２より所定量高くなるように設定し（Ｉ４）、補正コイル３ａ、３ｂの励磁電流を主コイル２ａ、２ｂによる磁場強度が低くなるように補正する（Ｉ４→Ｉ５）。このとき、図６（ｂ）に示すように、磁場強度の目標値Ｂｏｂ２がＩ１～Ｉ０間のヒステリシス曲線上に設定される。この状態で、偏向電磁石５５を含むビーム照射系５９により粒子線照射装置４１に供給されたビームが、図８に示すスライスＳ２に照射される。
　次いで、偏向電磁石５５は、同様に、図６（ａ）に示すように、スライスＳ２に照射した状態から（Ｉ５）、主コイル２ａ、２ｂの励磁電流を磁場強度の目標値Ｂｏｂ３より所定量高くなるように設定し（Ｉ６）、補正コイル３ａ、３ｂの励磁電流を主コイル２ａ、２ｂによる磁場強度が低くなるように補正する（Ｉ６→Ｉ７）。このとき、図６（ｂ）に示すように、磁場強度の目標値Ｂｏｂ３がＩ１～Ｉ０間のヒステリシス曲線上に設定される。この状態で、偏向電磁石５５を含むビーム照射系５９により粒子線照射装置４１に供給されたビームが、図８に示すスライスＳ３に照射される。なお、上記所定量はいずれも、偏向電磁石５５の最大出力の１％以内の範囲に対応する値である。
　このように、主コイル２ａ、２ｂと磁極鉄心１ａ、１ｂをそれぞれ共有する補正コイル３ａ、３ｂの励磁を、主コイル２ａ、２ｂの励磁を打ち消す方向に限定することにより、エネルギーを照射中に連続して切り替える場合も、同じエネルギーを繰り返し輸送する場合と同じヒステリシス曲線上で磁場を変化させることができるため、エネルギーの変更毎に初期化を行うことなく、エネルギー変更時と調整時の差異を軽減することができ、エネルギー変更後も調整時と同じビーム状態を維持することができる。
　以上のように、この発明の実施の形態１による粒子線治療装置１００は、偏向電磁石５５が、イオンビームを偏向させるとともに、主コイル２ａ、２ｂにより、目標とする磁場強度よりも高い第一の磁場強度から、前記第一の磁場強度よりも低く前記目標とする磁場強度よりも所定量高い第二の磁場強度に調整後、主コイル２ａ、２ｂと磁極鉄心１ａ、１ｂをそれぞれ共有する補正コイル３ａ、３ｂにより目標とする磁場強度に補正したイオンビームを照射系に供給するようにしたので、鉄心を共有する補正コイルの励磁を主コイルの励磁を打ち消す方向に限定することにより、エネルギーを照射中に切り替える場合も、同じエネルギーを繰り返し輸送する場合と同じヒステリシス曲線上で磁場を変化させることができるため、エネルギー変更時と調整時の差異を軽減することができ、エネルギー変更後も同じビーム状態を維持することができる。
　また、エネルギーを照射中に連続して切り替える場合も、同じエネルギーを繰り返し輸送する場合と同じヒステリシス曲線上で磁場を変化させることができるため、エネルギーの変更毎に初期化を行うことなく、エネルギー変更時と調整時の差異を軽減することができ、エネルギー変更後も同じビーム状態を維持することができる。さらに、エネルギーの変更の始点、変更量および変更するエネルギーの組合せ毎の設定データは必要なくなり、ビームエネルギー変更を行わない状態で調整した設定データを適用できる。これにより、設定時間の短縮化、および偏向電磁石をエネルギーごとに調整した励磁電流の任意の組合せで設定することによる偏向電磁石の設定データの極小化ができるとともに、偏向電磁石を調整時と同じ状態にできるため、ビーム状態を調整時と同じにすることが可能となり、高精度なビーム照射を実現できる。
　なお、本発明は、粒子線治療装置において、少なくとも一の偏向電磁石に適用できる。また、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
　１ａ、１ｂ　磁極鉄心、２ａ、２ｂ　主コイル、３ａ、３ｂ　補正コイル、５５　偏向電磁石、１００　粒子線治療装置。

Claims (3)

  1. 　イオンビームを偏向させるとともに、主コイルにより、目標とする磁場強度よりも高い第一の磁場強度から、前記第一の磁場強度よりも低く前記目標とする磁場強度よりも所定量高い第二の磁場強度に調整後、前記主コイルと鉄心を共有する補正コイルにより、前記目標とする磁場強度に補正したイオンビームを照射系に供給する偏向電磁石を備えたことを特徴とする粒子線治療装置。
  2. 　前記所定量は、前記偏向電磁石の最大出力の１％以内の範囲に対応する値であることを特徴とする請求項１に記載の粒子線治療装置。
  3. 　前記偏向電磁石の磁場強度を前記目標とする磁場強度に変更する毎に、前記調整と前記補正を繰り返すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の粒子線治療装置。
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