特許 6491867 粒子線照射装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6491867

(24)【登録日】2019年3月8日

(45)【発行日】2019年3月27日

(54)【発明の名称】粒子線照射装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 13/04 20060101AFI20190318BHJP

   A61N 5/10 20060101ALI20190318BHJP

   H05H 7/08 20060101ALI20190318BHJP

   H05H 13/00 20060101ALI20190318BHJP

   G21K 5/04 20060101ALI20190318BHJP

【ＦＩ】

   H05H13/04 S

   A61N5/10 H

   H05H13/04 N

   H05H7/08

   H05H13/00

   G21K5/04 A

【請求項の数】7

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2014-252168(P2014-252168)

(22)【出願日】2014年12月12日

(65)【公開番号】特開2016-115477(P2016-115477A)

(43)【公開日】2016年6月23日

【審査請求日】2017年9月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】301032942

【氏名又は名称】国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】古川 卓司

【審査官】 岡▲崎▼ 輝雄

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−１８８２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１９２２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３２６６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１４８２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１８７２６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３４６８９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０３２１６６５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｈ １３／０４

Ａ６１Ｎ ５／１０

Ｇ２１Ｋ ５／０４

Ｈ０５Ｈ ７／０８

Ｈ０５Ｈ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

イオン源で発生させる荷電粒子を加速する入射用加速器と、
前記入射用加速器から送られる荷電粒子ビームを所定のエネルギーに加速する環状の環状加速器と、
前記環状加速器から出射した荷電粒子ビームを、照射部により照射対象に照射する照射野を形成する照射野形成部とを備え、
前記環状加速器と前記入射用加速器と前記照射野形成部と照射部とは、同じ回転軸周りに一体に回転し、
前記環状加速器のビーム周回軌道は、前記回転軸に略垂直であり、
前記入射用加速器と、前記環状加速器と、前記照射野形成部と、前記照射部とは、前記回転軸周りに回転する回転構造に一体に固定され、
前記入射用加速器が回転する面と、前記環状加速器が回転する面とが異なる
ことを特徴とする粒子線照射装置。

【請求項2】

請求項１に記載の粒子線照射装置において、
前記回転軸は、照射対象の頭尾を結ぶ軸である
ことを特徴とする粒子線照射装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の粒子線照射装置において、
前記回転軸は、前記環状加速器内の粒子線ビームの軌道内を貫く位置に配置される
ことを特徴とする粒子線照射装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のうちの何れか一項に記載の粒子線照射装置において、
前記回転軸は、鉛直方向より水平方向に近い方向である
ことを特徴とする粒子線照射装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４のうちの何れか一項に記載の粒子線照射装置において、
前記回転軸は、略水平方向である
ことを特徴とする粒子線照射装置。

【請求項6】

請求項１から請求項５のうちの何れか一項に記載の粒子線照射装置において、
前記回転軸は、前記環状加速器を成す中心軸である
ことを特徴とする粒子線照射装置。

【請求項7】

請求項１から請求項６のうちの何れか一項に記載の粒子線照射装置において、
前記照射野形成部と前記照射部とは、前記環状加速器の内方に配置されている
ことを特徴とする粒子線照射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、医用工学、加速器科学、粒子線照射に用いられる粒子線照射装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、がん対策として、照射（治療）効果の高さや副作用の少なさなどの優れた特徴を有する炭素ビームや陽子ビームを用いる粒子線照射（治療）法が注目されている。
この方法は、加速器から出射された粒子線ビームをがん細胞に照射することでがん細胞のＤＮＡ（deoxyribonucleic acid：デオキシリボ核酸）に損傷を与え、正常細胞に与える影響を抑えつつ、がん細胞を死滅させることができる。

【0003】

図１２は、従来の粒子線照射の設備を示す斜視図である。
特許文献１の粒子線照射の設備（粒子線照射システムＳ１００）は、荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器１０１、加速器１０１から出射される荷電粒子線を照射部１０９まで輸送するビーム輸送系１０２を備えている。

【0004】

従来の粒子線照射システムＳ１００は、加速器１０１が水平面に配置されている。そして、荷電粒子線はビーム輸送系１０２によって水平方向または垂直方向からの照射が可能になっている。
粒子線照射システムＳ１００では、照射の方向が水平または垂直のみに限られているため、腫瘍に照射する際に患者の体を斜めにするなど患者Ｊ１の負担が大きい体位に固定する必要がある場合も多い。

【0005】

このため、特許文献２には、患者Ｊ１に対し任意の方向から粒子線ビームを照射するには回転ガントリー（特許文献２の図１Ａ参照）が提案されている。
回転ガントリーは、ビーム輸送手段の先端部を回転することで照射方向を任意に選択できるようになっている。最終的に、回転ガントリーの先端部に設置される照射野形成装置により必要な粒子線ビームが照射可能になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平１１−１７６５９９号公報

【特許文献2】特表２０１３−５０５７５７号公報

【特許文献3】特開平９−２６５０００号公報

【特許文献4】特許第４６３９４０１号公報

【特許文献5】特許第５３６８１０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、上述の特許文献１、２のように、加速器１０１を水平面に配置し、また回転ガントリーにより任意方向からの照射を可能にするというように機能分離している。そのため、照射システム全体の大型化をもたらしている。これは、高コスト化の原因となっている。また、回転ガントリーを支持する回転支持構造において、従来は重量バランスが悪くなることを防ぐためにカウンターウェイトを用いており、重量増、コスト増に繋がるという問題がある。

【0008】

更に、加速器と回転ガントリーが異なる平面上に配置されることによりエミッタンスが非対称になり照射量が把握し難くなるため、特許文献３、４のようなビームの調整手段が必要となっている。そのため、高コスト化の一因となっている。

【0009】

加えて、図１２に示すように、従来の粒子線照射システムＳ１００は設置スペースが大きくなっており、粒子線照射システムＳ１００を展開する上で、大きな障害となっている。
特に、炭素を用いる粒子線照射システムＳ１００は、陽子線に比較し、２倍の大きさが必要で、小型化のニーズが高い。

【0010】

本発明は上記実状に鑑み創案されたものであり、小型で重量バランスに優れ、またエミッタンス非対称性を調整する必要がない高精度かつ低コストの粒子線照射装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

前記課題を解決するため、第１の本発明の粒子線照射装置は、イオン源で発生させる荷電粒子を加速する入射用加速器と、前記入射用加速器から送られる荷電粒子ビームを所定のエネルギーに加速する環状の環状加速器と、前記環状加速器から出射した荷電粒子ビームを、照射部により照射対象に照射する照射野を形成する照射野形成部とを備え、前記環状加速器と前記入射用加速器と前記照射野形成部と照射部とは、同じ回転軸周りに回転し、前記環状加速器のビーム周回軌道は、前記回転軸に略垂直であり、前記入射用加速器と、前記環状加速器と、前記照射野形成部と、前記照射部とは、前記回転軸周りに回転する回転構造に一体に固定され、前記入射用加速器が回転する面と、前記環状加速器が回転する面とが異なっている。

【0012】

第１の本発明の粒子線照射装置によれば、環状加速器と前記入射用加速器と前記照射野形成部と照射部とは、同じ回転軸周りに一体に回転するので小型化できる。そのため、設置スペースの狭小化を図れる。
また、粒子線ビームの搬送路が短く、低コスト化が可能である。さらに、粒子線ビームの位置出し、精度出しが容易になる。また、エミッタンスの調整が不要になる。
また、環状加速器のビーム周回軌道は、前記回転軸に略垂直であるので、環状加速器を回転軸に対して小型にして照射を行える。
また、回転構造に入射用加速器と前記環状加速器と前記照射野形成部と前記照射部とを一体に固定することで、回転軸周りに一体に回転できる。

【0013】

第２の本発明の粒子線照射装置は、第１の本発明の粒子線照射装置において、前記回転軸は、照射対象の頭尾を結ぶ軸である。
第２の本発明の粒子線照射装置によれば、回転軸は照射対象の頭尾を結ぶ軸であるので、照射対象に荷電粒子ビームを回転させて均等な照射が行える。

【0014】

第３の本発明の粒子線照射装置は、第１または第２の本発明の粒子線照射装置において、前記回転軸は、前記環状加速器内の粒子線ビームの軌道内を貫く位置に配置されている。
第３の本発明の粒子線照射装置によれば、前記回転軸は、前記環状加速器内の粒子線ビームの軌道内を貫く位置に配置されるので、粒子線照射装置が大きくなるのを抑えられる。

【0015】

第４の本発明の粒子線照射装置は、第１から第３の何れかの本発明の粒子線照射装置において、前記回転軸は、鉛直方向より水平方向に近い方向である。
第４の本発明の粒子線照射装置によれば、環状加速器を縦置きにでき、粒子線照射装置の設置スペースが縦長の場合に環状加速器を円滑に収容できる。

【0016】

第５の本発明の粒子線照射装置は、第１から第４の何れかの本発明の粒子線照射装置において、前記回転軸は、略水平方向である。
第５の本発明の粒子線照射装置によれば、回転軸が略水平方向であるので、照射対象が横たわったまま照射を受けることができる。

【0018】

第６の本発明の粒子線照射装置は、第１から第５の何れかの本発明の粒子線照射装置において、回転軸は、前記環状加速器を成す中心軸である。
第６の本発明の粒子線照射装置によれば、重量物である環状加速器を回転軸に対称に配置するため、重量バランスがよい。そのため、重量バランスをとるためのカウンターウェイトを削減できる。

【0019】

第７の本発明の粒子線照射装置は、第１から第６の何れかの本発明の粒子線照射装置において、照射野形成部と前記照射部とは、前記環状加速器の内方に配置されている。
第７の本発明の粒子線照射装置によれば、照射野形成部と前記照射部とは、前記環状加速器の内方に配置されるので、装置の小型化を図れる。また、偏向電磁石を削減でき、コスト削減を図れる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、小型で重量バランスに優れ、またエミッタンス非対称性を調整する必要がない高精度かつ低コストの粒子線照射装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の粒子線照射装置の一形態を示す正面図。

【図2】（ａ）は本発明の実施形態１に係る粒子線照射装置を患者の足もと側から見た斜視図、（ｂ）は、実施形態１に係る粒子線照射装置を患者の頭部側から見た斜視図。

【図3】（ａ）は図２（ａ）のＡ方向矢視図、（ｂ）は、（ａ）の左側面図、（ｃ）は（ａ）の右側面図。

【図4】（ａ）は図３（ａ）の上面図のＢ方向矢視図、（ｂ）は、図３（ａ）の下面図のＤ方向矢視図、（ｃ）は、図３（ｃ）のＥ方向矢視図。

【図5】粒子線照射装置が回転機構にセットされた状態を示す一方向から見た斜視図。

【図6】粒子線照射装置が回転機構にセットされた状態を示す図５の逆方向から見た斜視図。

【図7】本発明の実施形態２に係る粒子線照射装置を照射対象の患者の足もと側から見た斜視図。

【図8】（ａ）は本発明の実施形態３に係る粒子線照射装置を照射対象の患者の足もと側から見た斜視図、（ｂ）は実施形態３に係る粒子線照射装置を照射対象の患者の頭部側から見た斜視図。

【図9】本発明の変形例の粒子線照射装置を模式的に示す斜視図。

【図10】環状加速器やサイクロトロンが回動する回転軸の位置を模式的に示す正面図。

【図11】環状加速器の回転軸を傾けた場合の斜視図。

【図12】従来の粒子線照射の設備を示す斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の粒子線照射装置の一形態を示す正面図である。図１では、照射対象の患者を頭部側から水平方向に見たものである。
本発明の粒子線照射装置Ｓは、略鉛直方向に沿って設置する環状加速器１、ビーム輸送手段３、および照射野形成装置４を、回転機構ｋを用いて同一の回転軸Ｃの周りに回転させる。

【0025】

換言すれば、粒子線照射装置Ｓは、環状加速器１、入射用加速器２（図２（ａ）、（ｂ）参照）、ビーム輸送手段３、および照射野形成装置４が同一の回転軸Ｃ周りに回転可能なように配置される。
粒子線照射装置Ｓでは、図１に示すように、環状加速器１内での最重量物である偏向電磁石６が回転軸Ｃに対して対称的に配置されており、重量バランスに優れている。

【0026】

これにより、粒子線照射装置Ｓでは、照射対象の患者Ｊに対して任意の方向からの照射を可能にしつつ、装置の小型化、高精度化を実現している。粒子線照射装置Ｓの小型化・低コスト化により、粒子線照射装置Ｓが普及する可能性が広がる。

【0027】

＜＜実施形態１＞＞
図２（ａ）は、本発明の実施形態１に係る粒子線照射装置を患者の足もと側から見た斜視図であり、図２（ｂ）は、実施形態１に係る粒子線照射装置を患者の頭部側から見た斜視図である。
実施形態１の粒子線照射装置Ｓは、入射用加速器２（２Ａ、２Ｂ）と環状加速器１とビーム輸送手段３と照射野形成装置４を備えている。

【0028】

そして、照射野形成装置４の先端のビーム照射ポート４ｐから、照射対象の患者Ｊに所定の線量の荷電粒子ビームが照射される。
粒子線照射装置Ｓは、図示しないコントローラにより制御される。

【0029】

＜入射用加速器２＞
入射用加速器２は、荷電粒子を生成して所定のエネルギーに加速した荷電粒子を環状加速器１に供給する役割をもつ。
入射用加速器２は、イオン源２Ａと線形加速器２Ｂとを備えている。イオン源２Ａと線形加速器２Ｂと環状加速器１とは、高真空に保たれる入射ビーム路２ｍで連結されている。

【0030】

イオン源２Ａは、中性ガスに高速の電子を衝突させるなどしてイオンを生成し、線形加速器２Ｂにて環状加速器１で加速可能な状態に加速する。イオン化される原子、粒子としては、例えば、水素、ヘリウム、炭素、窒素、酸素、ネオン、シリコン、アルゴンなどがある。

【0031】

線形加速器２Ｂは、イオン源２Ａから供給される荷電粒子を所定のエネルギーまで加速して、環状加速器１に供給する。線形加速器２Ｂとしては、例えば、高周波の４極電場によって荷電粒子の加速と集束を行うＲＦＱライナックやドリフトチューブライナックが用いられる。線形加速器２Ｂによって、荷電粒子は、例えば、核子あたり数ＭｅＶ程度のエネルギーに加速される。

【0032】

＜環状加速器１＞
環状加速器（シンンクロトロン）１は、入射用加速器２の線形加速器２Ｂから供給される荷電粒子を、環状加速器１から出射される出射ビームのエネルギーまで加速する。
線形加速器２Ｂから供給される荷電粒子は、入射インフレクタ２Ｃによって、入射用加速器２からの軌道が偏向され、周回軌道をもつ環状加速器１に入射される。
環状加速器１は、荷電粒子を出射ビームのエネルギーまで加速するための構成要素として、発散四極電磁石５と偏向電磁石６と収束電磁石７と不図示の高周波加速空胴とを備えている。

【0033】

環状加速器１は、出射ビームを取り出すための構成要素として、出射用静電デフレクタ８ａと出射用偏向電磁石８ｂとを備えている。なお、出射ビームとは、照射対象に照射するために、環状加速器１から取り出される荷電粒子ビームをいう。

【0034】

出射用静電デフレクタ８ａは、取り出される荷電粒子ビームを環状加速器１内を周回する荷電粒子ビームの外側方向にけり出すため、周回する荷電粒子ビームに電場を印加して取り出される荷電粒子ビームを分離するデフレクタ電極を有している。
環状加速器１は、発散電磁石５と偏向電磁石６と収束電磁石７が周回状に構成されている。

【0035】

環状加速器１に入射した荷電粒子ビームは、発散電磁石５と収束電磁石７とによって発散と収束とを繰り返しつつ偏向電磁石６によって偏向されることで、環状加速器１内の周回軌道上を周回する。

【0036】

高周波加速空胴は、内部に設けられる加速ギャップ（図示せず）の間に発生する電界によって、環状加速器１の周回軌道を周回する荷電粒子を加速するものである。高周波加速空胴において、加速ギャップの間を通る荷電粒子は、正のエネルギーゲインを得られる位相で高周波電界が印加されて加速され、周回毎にエネルギーが増加していく。また、出射ビームの出射終了後、加速ギャップの間で発生する電界の位相を逆にすることによって、荷電粒子を減速し放射線の発生を抑制する。

【0037】

環状加速器１において、荷電粒子は、所定のエネルギー、例えば核子あたり数百ＭｅＶのエネルギーまで加速される。
この際、偏向電磁石６、発散電磁石５および収束電磁石７は、高周波加速空胴における加速または減速に同期して、加速または減速された荷電粒子のエネルギーに応じて、荷電粒子が環状加速器１の周回軌道に沿った軌道を描くように、磁場強度がコントローラにより制御される。

【0038】

周回軌道上で所定のエネルギーに加速された荷電粒子ビームは、出射用静電デフレクタ８ａと出射用偏向電磁石８ｂとによって、その軌道を変更されて、環状加速器１から出射され、出射ビームとしてビーム輸送手段３に取り出される。
ビーム輸送手段３は、照射野形成装置４に出射ビームである荷電粒子ビームを導く。照射野形成装置４において、取り出された出射ビームの荷電粒子ビームは、照射深度を調整しつつ一定なビーム径で照射野が形成される。そして、照射野形成装置４の先端のビーム照射ポート４ｐから、形成された照射野をもつ荷電粒子ビームが、照射対象の患者Ｊに照射される。
なお、環状加速器１は環状であれば、ひし形、６角形、円形など形状は特に限定されない。

【0039】

＜環状加速器１の制御＞
コントローラは、入射用加速器２（イオン源２Ａ、線形加速器２Ｂ）、入射インフレクタ２Ｃと、環状加速器１を構成する発散電磁石５、偏向電磁石６、収束電磁石７、高周波加速空胴、出射用静電デフレクタ８ａ、出射用偏向電磁石８ｂなどを制御する。

【0040】

これにより、イオン源２Ａでの荷電粒子の生成、線形加速器２Ｂによる前段加速、環状加速器１への入射、加速および荷電粒子ビームの環状加速器１からの出射、さらに、ビーム輸送手段３、照射野形成装置４を通過しての取り出した荷電粒子ビーム(出射ビーム)の照射対象への照射の制御が遂行される。

【0041】

入射用加速器２、環状加速器１、ビーム輸送手段３などの随所には荷電粒子のモニタ(図示せず)が配置され、荷電粒子の軌道、電流量およびエネルギーが測定され、コントローラにその測定信号がフィードバックされることによって、制御が行われる。

【0042】

＜粒子線照射装置Ｓの機器レイアウト＞
図３（ａ）は、図２（ａ）のＡ方向矢視図、図３（ｂ）は、図３（ａ）の左側面図、図３（ｃ）は、図３（ａ）の右側面図である。図４（ａ）は、図３（ａ）の上面図のＢ方向矢視図、図４（ｂ）は、図３（ａ）の下面図のＤ方向矢視図、図４（ｃ）は、図３（ａ）のＥ方向矢視図である。

【0043】

粒子線照射装置Ｓでは、機器レイアウト上、水平面（地表面）に対して垂直な鉛直面として、以下の第１の鉛直面と、第２の鉛直面と、第３の鉛直面の３つがある。
そして、それぞれ第１、第２、第３の垂直面（鉛直面）に、環状の環状加速器１、入射用加速器２（イオン源２Ａ、線形加速器２Ｂ）、照射野形成装置４がそれぞれ配置されている。粒子線照射装置Ｓは、これらの機器（１、２、４）が一体化されて、共通する同一の軸Ｃの周りに回転する。

【0044】

（ｉ―１）第１の垂直面（鉛直面）ｐ１
第１の垂直面（鉛直面）ｐ１は、環状の環状加速器１のビーム周回軌道面となる面である。かつ、第１の垂直面（鉛直面）ｐ１は、環状加速器１の周回軌道の中心（環状の中心）を通る軸、つまり水平面（地表面）と平行な方向の軸を回転軸Ｃとして、この第１の垂直面（鉛直面）ｐ１内で、その環状の環状加速器１が回転するように、環状加速器１を縦置き（鉛直方向）に配置する。すなわち、環状加速器１の荷電粒子ビームの周回軌道は、回転軸Ｃに垂直な平面（第１の垂直面（鉛直面））ｐ１内にある。

【0045】

（ｉ―２）第２の垂直面（鉛直面）ｐ２
第２の垂直面（鉛直面ｐ２）は、回転軸Ｃに垂直な鉛直方向に、第１の垂直面（鉛直面）ｐ１と間隔をおいて位置する面である。第２の垂直面（鉛直面）ｐ２は、照射野形成装置４とその照射野形成装置４の先端のビーム照射ポート４ｐとを、回転軸Ｃに向けて垂直に設置する面であり、回転軸Ｃを回転中心として、第２の垂直面（鉛直面）ｐ２内で、照射野形成装置４およびビーム照射ポート４ｐが回転するように、照射野形成装置４およびビーム照射ポート４ｐが配置される。

【0046】

（ｉ―３）第３の垂直面（鉛直面）ｐ３
第３の垂直面（鉛直面）ｐ３は、回転軸Ｃに垂直な鉛直方向に、第１の垂直面（鉛直面）ｐ１と間隔をおいて、第２の垂直面（鉛直面）ｐ２とは反対側に位置する面である。
第３の垂直面（鉛直面）ｐ３内には、入射用加速器２（イオン源２Ａ、線形加速器２Ｂ等）が配置される。この構成により、上述の回転軸Ｃを回転中心として、第３の垂直面（鉛直面）内で、入射用加速器２（イオン源２Ａ、線形加速器２Ｂ等）が回転する。

【0047】

そして、粒子線照射装置Ｓのそれぞれ機器は、３つの各垂直面（鉛直面）ｐ１、ｐ２、ｐ３に以下のように設置される。
第１に、第１の垂直面（鉛直面）ｐ１における環状加速器１と、第２の垂直面（鉛直面）ｐ２における照射野形成装置４とは、ビーム輸送手段３の偏向電磁石３ａ、３ｂによって、第１の垂直面（鉛直面）ｐ１内の環状加速器１のビーム周回軌道から荷電粒子ビームを取り出される。取り出された荷電粒子ビームは、第２の垂直面（鉛直面）ｐ２に配置された照射野形成装置４に導くように、一体的な構造とされている。

【0048】

また、第２に、第１の垂直面（鉛直面）ｐ１における環状加速器１と、第３の垂直面（鉛直面）ｐ３における入射用加速器２（イオン源２Ａ、線形加速器２Ｂ）とは、入射インフレクタ２Ｃ（偏向電磁石）（図２参照）によって、第３の垂直面（鉛直面）ｐ３の入射用加速器２（イオン源２Ａ、線形加速器２Ｂ等）から得られる荷電粒子ビームを、第１の垂直面（鉛直面）ｐ１の環状加速器１に入射させるように、一体的な構造とされている。
以上説明したように、粒子線照射装置Ｓの機器全体を、同一の回転軸Ｃ周りに回転可能なように配置する機器レイアウトとしている。

【0049】

＜環状加速器１の回転機構＞
次に、粒子線照射装置Ｓの機器を回転軸Ｃ周りに回転させる機構について説明する。
図５は、粒子線照射装置Ｓが回転機構にセットされた状態を示す一方向から見た斜視図であり、図６は、粒子線照射装置Ｓが回転機構にセットされた状態を示す図５の逆方向から見た斜視図である。
粒子線照射装置Ｓの機器が回転軸Ｃ周りに回転するように、粒子線照射装置Ｓの機器を設置する円筒状の回転架台Ｔを、回転軸Ｃが中心軸となるようにセットする。

【0050】

具体的には、台座ｄ１、ｄ２の上に、ターニングローラーおよびこれを駆動するモータを有する回転手段ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４が設置される。
回転架台Ｔは、回転手段ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４に支持されるとともに回転駆動される。
回転架台Ｔの周囲には、粒子線照射装置Ｓの環状加速器１が固定されるとともに、環状加速器１に連結される入射用加速器２、出射系のビーム輸送手段３、照射野形成装置４等が共に、固定される。

【0051】

上記構成により、回転手段ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４により回転架台Ｔを回転駆動することにより、粒子線照射装置Ｓを回転軸Ｃ周りに回転させる。そして、粒子線照射装置Ｓの照射野形成装置４の先端のビーム照射ポート４ｐから、照射対象の患者Ｊの患部に出射ビームの荷電粒子ビームが回転軸Ｃ周りに回転しつつ照射される。

【0052】

なお、回転架台Ｔとして、円筒状の場合を例に挙げて説明したが、回転架台Ｔはトラス構造でもよく、環状加速器１に連結される入射用加速器２、出射系のビーム輸送手段３、照射野形成装置４等が共に一体となって回転できれば、その構造は任意に選択できる。

【0053】

上記構成によれば、下記の効果を奏する。
１．粒子線照射装置Ｓの環状加速器１、ビーム輸送手段３、並びに照射野形成装置４を同一の軸周りに配置することにより、従来の粒子線照射装置に比べて、小型で重量バランスに優れる。粒子線照射装置Ｓでは、回転軸Ｃに対称に重量物があり（図１参照）、粒子線照射装置Ｓを回転させる際に重量バランスが極めてよい。

【0054】

そのため、従来必要であった重量バランスを取るためのカウンターウェイトを削減できる。例えば、従来、カウンターウェイトを６０トン設置する必要があったものが、４０トンにでき、１／３程度削減できる。そのため、軽量化が図れる。

【0055】

２．また、環状加速器１、ビーム輸送手段３、並びに照射野形成装置４を、照射対象の患者Ｊの頭尾を結ぶを回転軸Ｃとして、回転軸Ｃを中心に回転させる構成とすることで、照射対象の患者Ｊの体位を変えることなく、照射対象の患者Ｊの任意の部位への照射が容易にかつ円滑に行える。

【0056】

３．粒子線照射装置Ｓを回転軸Ｃ周りに回転させることで、従来の加速器から照射装置までのビーム輸送経路を短縮化することができるため、コスト低減に繋がる。従来のガントリーや１０〜２０ｍのビーム輸送系１０２（図１２参照）がいらなくなり、従来と比較して大幅な小型化が可能である。そのため、粒子線照射装置Ｓの占有スペースが小さくなり、設置スペースの狭小化が図れる。従って、敷地が少なく済む。

【0057】

４．上述したように、粒子線照射装置Ｓを回転軸Ｃ周りに回転させることで、従来の加速器から照射装置までの１０〜２０ｍのビーム輸送系１０２を短縮化することができる。また、従来の回転ガントリーでは重量バランスを取るために必須であったカウンターウェイトが削減できることから、コスト低減に資することができる。

【0058】

５．粒子線照射装置Ｓの環状加速器１が回転軸Ｃを中心に対称に配置されるため、回転軸Ｃに対称に重量物（偏向電磁石６、発散・収束電磁石５、７）があり重量バランスが極めてよい。重量バランスが極めて良いため、回転支持構造を簡素化することができる。

【0059】

６．環状加速器１、ビーム輸送手段３、並びに照射野形成装置４を同一の回転軸Ｃ周りに配置することにより、エミッタンス非対称性を調整する必要がない粒子線照射システム（装置）が実現できる。

【0060】

従来、図１２に示すように、加速器１０１が水平面に配置され、加速器１０１からビーム輸送系１０２に出射ビームが出射され、回転ガントリー（特許文献２の図１Ａ参照）で回転させて照射対象の患者Ｊに荷電粒子ビームを照射していた。そのため、加速器１０１に連結されるビーム輸送系１０２の出射ビームの座標と、回転する回転ガントリーから照射される出射ビームの座標とが異なっている。そこで、回転ガントリーからの出射ビームの照射量を精確に取得するため、エミッタンス非対称性を調整してエミッタンスを対称性をもたせるエミッタンス調整装置を１つないし２つ設置する必要があった。加えて、エミッタンスを調整する人の工数が多く、人件費が高くなっている。

【0061】

本粒子線照射装置Ｓでは、環状加速器１、ビーム輸送手段３、並びに照射野形成装置４を同一の軸周りに配置することで回転ガントリーを必要としないため、回転継ぎ手がない。従って、出射ビームの座標が環状加速器１に静的に固定されるビーム輸送手段３の座標で出射でき、エミッタンスの非対称性を調整する必要がない。そのため、エミッタンス調整装置が必要ない。加えて、エミッタンス調整装置のコスト、エミッタンス調整装置による精度出しメンテナンスのコスト、ランニングコストが解消する。このように、エミッタンスのメンテナンスプログラムがいらなくなる。
従って、大きなコスト削減効果が見込める。

【0062】

７．照射ビームの精度は１ｍｍ程度まで出す必要があるが、本粒子線照射装置Ｓにおける荷電粒子ビームの経路は短い。また、環状加速器１、ビーム輸送手段３、並びに照射野形成装置４を回転軸Ｃを中心に回動するので、重量バランスがよく、カウンターウェイトが少なく済む。加えて、従来、照射ビームの精度の精度出しのためにビーム輸送路は重くなっていたが、本粒子線照射装置Ｓでは、ビーム輸送路が短いので、軽量でありながら照射ビームの所望の精度出しが可能である。

【0063】

８．また、環状加速器１から出射ポートのビーム照射ポート４ｐまでの長さが従来（図１２参照）に比べて短いので（図２（ａ）、（ｂ）参照）、出射ビームの精度が出し易い。

【0064】

９．回転軸Ｃを環状加速器１の中心軸とすれば、粒子線照射装置Ｓの設計、製作が容易である。

【0065】

１０．従って、従来の水平面に加速器を設置する粒子線照射システム（図１２参照）に比べて、小型かつ高精度の粒子線照射装置Ｓを提供できる。また、照射対象の患者Ｊへの任意方向からの照射も可能である。

【0066】

１１．以上より、小型で重量バランスに優れ任意方向からの照射が可能であり、またエミッタンス非対称性を調整する必要がない高精度かつ低コストの粒子線照射装置Ｓを実現できる。

【0067】

１２．本発明により粒子線照射装置Ｓの小型化・低コスト化が可能となるので、例えば、陽子線の約２倍の大きさの炭素線の粒子線照射装置Ｓが広く普及する可能性が大となる。

【0068】

なお、実施形態１では、第１の垂直面（鉛直面）ｐ１、第２の垂直面（鉛直面ｐ２）、第３の垂直面（鉛直面）ｐ３を定義する場合を説明したが、環状加速器１、ビーム輸送手段３、並びに照射野形成装置４を同一の回転軸Ｃ周りに回転すれば、第１の垂直面（鉛直面）ｐ１、第２の垂直面（鉛直面ｐ２）、第３の垂直面（鉛直面）ｐ３は特に用いなくともよい。

【0069】

＜＜実施形態２＞＞
図７は、本発明の実施形態２に係る粒子線照射装置を照射対象の患者の足もと側から見た斜視図である。
実施形態２に係る粒子線照射装置２Ｓは、実施形態１の環状加速器１、ビーム輸送手段３、および照射野形成装４等を回転軸Ｃに対して一体的に回転させる構成を、サイクロトロン２１に適用したものである。
これ以外の構成は、実施形態１と同様であるから、同様な構成には同一の符号を付して示し、詳細な説明を省略する。

【0070】

サイクロトロン２１は、荷電粒子ビームがらせん状に加速される装置である。
粒子線照射装置２Ｓは、サイクロトロン２１、ビーム輸送手段３、および照射野形成装置４などが一体に構成され、回転軸Ｃ周りに一体となって回転する。

【0071】

（ｉ―１）第１の垂直面（鉛直面）ｐ２１
第１の垂直面（鉛直面）ｐ２１は、円筒状のサイクロトロン２１の荷電粒子ビームがらせん状に加速される中心線に対して垂直な面である。かつ、第１の垂直面（鉛直面）ｐ２１は、円筒状のサイクロトロン２１のらせん状の周回軌道の中心を通る軸、つまり水平面（地表面）と平行な方向の軸を回転軸２Ｃとして、第１の垂直面（鉛直面）ｐ２１に沿って、サイクロトロン２１が回転するように、サイクロトロン２１を縦置き（に鉛直方向に沿って）配置する。

【0072】

すなわち、サイクロトロン２１の荷電粒子ビームのらせん状の周回軌道は、回転軸２Ｃに垂直な平面（第１の垂直面（鉛直面））ｐ２１に、垂直な水平方向にらせんを描いて移動する軌跡をもつ。

【0073】

（ｉ―２）第２の垂直面（鉛直面）ｐ２２
第２の垂直面（鉛直面ｐ２２）は、回転軸２Ｃに、第１の垂直面（鉛直面）ｐ２１と間隔をおいて位置する垂直な鉛直方向の面である。 第２の垂直面（鉛直面）ｐ２２は、照射野形成装置４とその先端のビーム照射ポート４ｐとを、回転軸２Ｃに垂直に向けて設置する面であり、回転軸２Ｃを回転中心として、第２の垂直面（鉛直面）ｐ２２内で、その照射野形成装置４およびその先端のビーム照射ポート４ｐが回転するように、照射野形成装置４を配置する。

【0074】

そして、粒子線照射装置２Ｓのそれぞれ機器は、２つの各垂直面（鉛直面）ｐ２１、ｐ２２に以下のように設置される。
第１の垂直面（鉛直面）ｐ２１に沿って配置されるサイクロトロン２１と、第２の垂直面（鉛直面）ｐ２２における照射野形成装置４とは、ビーム輸送手段３の偏向電磁石３ａ、３ｂによって、サイクロトロン２１のらせん状のビーム周回軌道から荷電粒子ビームが取り出される。取り出された荷電粒子ビームは、第２の垂直面（鉛直面）ｐ２２に配置された照射野形成装置４およびその先端のビーム照射ポート４ｐに導くように、一体的な構造とされている。

【0075】

上記構成によれば、実施形態１の粒子線照射装置Ｓを、サイクロトロン２１に適用した粒子線照射装置２Ｓの場合にも、照射野形成装置４およびその先端のビーム照射ポート４ｐがサイクロトロン２１と一体に、回転軸２Ｃ周りに回転するので、実施形態１と同様な作用効果を奏する。
ここで、回転軸２Ｃを照射対象の患者Ｊの頭尾を結ぶ軸とすれば、照射対象の患者Ｊに何れの方向からの照射も対称に行えるので、調整することなく簡易かつ容易に照射が行える。

【0076】

なお、実施形態２では、第１の垂直面（鉛直面）ｐ２１、第２の垂直面（鉛直面）ｐ２２を定義する場合を例に挙げて説明したが、照射野形成装置４およびその先端のビーム照射ポート４ｐがサイクロトロン２１と一体に、回転軸２Ｃ周りに回転すれば、第１の垂直面（鉛直面）ｐ２１、第２の垂直面（鉛直面）ｐ２２は特に定義しなくてもよい。

【0077】

＜＜実施形態３＞＞
図８（ａ）は、本発明の実施形態３に係る粒子線照射装置を照射対象の患者の足もと側から見た斜視図であり、図８（ｂ）は、実施形態３に係る粒子線照射装置を照射対象の患者の頭部側から見た斜視図である。
実施形態３に係る粒子線照射装置３Ｓは、照射野形成装置３４およびその先端のビーム照射ポート３４ｐを環状加速器３１の周回軌道が成す面内に配置したものである。
これ以外の構成は、実施形態１と同様であるから、同様な構成には同一の符号を付して示し、詳細な説明を省略する。

【0078】

粒子線照射装置３Ｓは、実施形態１における環状加速器３１の荷電粒子ビームが周回する軌道が配置される第１の垂直面（鉛直面）ｐ１と、照射野形成装置３４およびその先端のビーム照射ポート３４ｐが配置される第２の垂直面（鉛直面）ｐ２とを、同一の共通した垂直面（鉛直面）ｐ３１とする構成である。

【0079】

したがって、ビーム輸送手段３３の偏向電磁石３３ａによって、同じ垂直面（鉛直面）ｐ３１内のビーム周回軌道から、内側（内方側）に荷電粒子ビームを取り出す。そして、取り出した荷電粒子ビームを、同じ垂直面（鉛直面）ｐ３１に配置される照射野形成装置３４に導くように、一体的な構造として一体化設計する機器レイアウトとしている。

【0080】

この点で、シンクロトロンである環状加速器３１のビーム周回軌道の内側（内方）に荷電粒子ビームを出射して同じ垂直面（鉛直面）ｐ３１に設置した照射野形成装置３４に導くように構成を工夫した実施形態１の変形形態といえる。

【0081】

上記構成によれば、照射野形成装置３４を環状加速器３１の内側に配置したので粒子線照射装置３Ｓを小型化できる。そのため、粒子線照射装置３Ｓの設置スペースや床面積が少なくて済む。
また、ビーム輸送手段３３の偏向電磁石が、実施形態１、２に比べて一つ減って、偏向電磁石３３ａ一つで済むので、コスト低減を図れる。
実施形態１の作用効果は同様に奏する。

【0082】

＜＜変形例＞＞
図９は、本発明の変形例の粒子線照射装置を模式的に示す斜視図である。
図５、図６に示す実施形態１の粒子線照射装置Ｓでは、回転架台Ｔの周りに環状加速器１を、回転軸Ｃがその中心軸であって回転軸Ｃに垂直な面に配置する例を説明した。
変形例の粒子線照射装置４Ｓは、回転架台Ｔの周りに環状加速器４１を、回転軸Ｃに対して傾斜する姿勢で設置したものである。
これ以外の構成は、実施形態１と同様であるから、同様な構成には同一の符号を付して示し、詳細な説明を省略する。

【0083】

変形例では、実施形態１と同様、台座ｄ１、ｄ２の上に、ターニングローラーおよびこれを駆動するモータを有する回転手段ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４が設置され、円筒状の回転架台Ｔが回転手段ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４に支持されて回動される。
粒子線照射装置４Ｓの環状加速器４１は、円筒状の回転架台Ｔの回転軸Ｃに対して傾斜して固定される。また、実施形態と同様な図示しない入射用加速器２（イオン源２Ａ、線形加速器２Ｂ）、ビーム輸送手段３、照射野形成装置４などは環状加速器４１に一体に、回転架台Ｔに固定される。

【0084】

照射対象の患者Ｊは、その頭尾を結ぶ軸が回転軸Ｃとなるように横たえられる。
そして、回転架台Ｔが回転手段ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４により回動されることで、照射対象の患者Ｊに任意の方向から粒子線ビームが照射される。
なお、環状加速器４１は、回転軸Ｃに対して任意の角度傾斜して取り付けることが可能である。

【0085】

変形例の粒子線照射装置４Ｓにおいても、回転軸Ｃ周りに、環状加速器４１に入射用加速器２（イオン源２Ａ、線形加速器２Ｂ）、ビーム輸送手段３、照射野形成装置４などが一体となって回動して、照射対象の患者Ｊに粒子線ビームが照射されるので、実施形態１と同様な作用効果を奏する。
また、変形例では、環状加速器４１を回転軸Ｃに対して傾斜して設置するので、粒子線照射装置４Ｓを設置するスペースが既存の建物で、設置空間に制約がある場合、環状加速器４１を任意の角度傾斜して設置できるので、環状加速器４１を設置し易い。そのため、粒子線照射装置４Ｓを設置するための自由度が高い。

【0086】

なお、照射対象の患者Ｊに粒子線ビームを運ぶビームラインｂｉ１（図９に実線で示す）を環状加速器４１の外側に導く場合には、回転手段ｒ１、ｒ２と、回転手段ｒ３、ｒ４との間に粒子線照射装置４Ｓの全ての機器を配置する必要性がある。しかしながら、照射対象の患者Ｊに粒子線ビームを運ぶビームラインｂｉ２（図９に破線で示す）を環状加速器４１の内方に導けば、粒子線照射装置４Ｓの全ての機器を必ずしも、回転手段ｒ１、ｒ２と、回転手段ｒ３、ｒ４との間に配置しなくともよい。

【0087】

＜＜その他の実施形態＞＞
１．粒子線照射装置Ｓ（２１Ｓ、３１Ｓ、４１Ｓ）の環状加速器１、３１、４１やサイクロトロン２１が回動する回転軸Ｃ、２Ｃは、図１０に示すように、環状加速器１、３１、４１やサイクロトロン２１の粒子線ビームが周回する軌道Ｔ内（図１０中、ハッチングで示す）ならば、何れの位置に配置してもよい。なお、図１０は、環状加速器やサイクロトロンが回動する回転軸の位置を模式的に示す正面図である。

【0088】

２．環状加速器１、３１、４１やサイクロトロン２１が回動する回転軸Ｃ、２Ｃは、図１１の回転軸４Ｃに示すように、何れの角度を有していて何れの方向に向いていてもよい（図１１参照）。図１１は、環状加速器の回転軸を傾けた場合の斜視図である。
例えば、回転軸Ｃを鉛直方向より水平方向に近い方向にすることで、環状加速器１、３１、４１やサイクロトロン２１の荷電粒子ビームの周回軌道を回転軸Ｃに垂直な面内にすることで、縦長のスペースに、環状加速器１、３１、４１やサイクロトロン２１を縦置きして配置できる（図２、図５、図７、図８参照）。

【0089】

また、例えば、回転軸Ｃを水平方向に対して４５度の角度傾斜させて（図１１の角度θ＝４５度）、環状加速器１、３１、４１やサイクロトロン２１を水平方向に対して１３５度の角度傾斜させることで、粒子線照射装置Ｓ（２１Ｓ、３１Ｓ、４１Ｓ）の設置空間の対角線方向のスペースを有効に活用して、環状加速器１、３１、４１やサイクロトロン２１を配置できる。

【0090】

３．環状加速器１、３１、４１やサイクロトロン２１の回転軸Ｃ、２Ｃ、４Ｃと、照射対象の患者Ｊの頭尾を結ぶ軸は必ずしも一致させなくともよいが、照射の容易性、簡易性の点から回転軸Ｃ、２Ｃ、４Ｃと照射対象の患者Ｊの頭尾を結ぶ軸とを一致させることが最も望ましい。

【0091】

４．回転軸Ｃを略水平方向に配置するとともに、環状加速器１、３１、４１やサイクロトロン２１のビーム周回軌道は、前記回転軸Ｃ、２Ｃに略垂直とすれば、粒子線照射装置の設計、製作が容易である。

【0092】

５．前記実施形態１〜３、変形例では、様々な構成を説明したが、各構成を適宜選択して組み合わせて構成してもよい。

【0093】

６．前記実施形態１〜３、変形例は、本発明の構成の一例を挙げて説明したものであり、特許請求の範囲の記載の構成内で様々な具体的形態を採用することができる。

【符号の説明】

【0094】

１、３１、４１ 環状加速器（シンクロトロン）
２ 入射用加速器
２Ａ イオン源
４、２４、３４、４４ 照射野形成部
４ｐ、２４ｐ、３４ｐ、４４ｐ 照射部
２１ サイクロトロン
Ｃ、２Ｃ 回転軸
Ｊ 患者（照射対象）
ｋ 粒子線ビームの軌道
Ｓ、２Ｓ、３Ｓ、４Ｓ 粒子線照射装置
Ｔ 回転架台（回転構造）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】