特開 2023-70784 荷電粒子ビーム照射装置及び荷電粒子ビーム治療システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023070784

(43)【公開日】2023-05-22

(54)【発明の名称】荷電粒子ビーム照射装置及び荷電粒子ビーム治療システム

(51)【国際特許分類】

   A61N 5/10 20060101AFI20230515BHJP

【ＦＩ】

A61N5/10 H

A61N5/10 S

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021183092

(22)【出願日】2021-11-10

(71)【出願人】

【識別番号】518119249

【氏名又は名称】株式会社ビードットメディカル

(74)【代理人】

【識別番号】100092783

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100187964

【弁理士】

【氏名又は名称】新井 剛

(72)【発明者】

【氏名】金井 芳治

(72)【発明者】

【氏名】原 洋介

(72)【発明者】

【氏名】松崎 有華

【テーマコード（参考）】

4C082

【Ｆターム（参考）】

4C082AA01

4C082AC05

4C082AE01

4C082AG12

4C082AG41

4C082AG42

4C082AR02

4C082AR05

(57)【要約】      （修正有）

【課題】荷電粒子ビーム照射装置を提供する。
【解決手段】荷電粒子ビーム照射装置１０は、加速器２０からの荷電粒子ビームを１つのアイソセンターＯに輸送する複数のビーム経路を有するビーム輸送系３０と、複数のビーム経路のうちの第１ビーム経路上に配置され、通過する荷電粒子ビームの進行をブロックする遮蔽体１１０とを備え、ビーム輸送系は、荷電粒子ビームを偏向させる振分電磁石３３と、複数のビーム経路を通る又は複数のビーム経路のうちの１つのビーム経路を通る荷電粒子ビームをアイソセンターに収束させる収束電磁石４０とを備え、第１ビーム経路は、振分電磁石が励磁されていないときに、荷電粒子ビームが振分電磁石を通過し、アイソセンターに照射されるビーム経路であり、第１ビーム経路上を荷電粒子ビームが通過するときに、遮蔽体は、荷電粒子ビームが通過できるように第１ビーム経路から退避する、荷電粒子ビーム照射装置を提供する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷電粒子ビーム照射装置であって、
加速器（２０）から射出された荷電粒子ビームを１つのアイソセンター（Ｏ）に輸送する複数のビーム経路を有するビーム輸送系（３０）と、
前記複数のビーム経路のうちの第１ビーム経路上に配置され、前記第１ビーム経路を通過する荷電粒子ビームの進行をブロックする遮蔽体（１１０）と
を備え、
前記ビーム輸送系（３０）は、
荷電粒子ビームを偏向させる振分電磁石（３３）と、
前記振分電磁石よりも下流側に設置され、前記複数のビーム経路を通る又は前記複数のビーム経路のうちの１つのビーム経路を通る荷電粒子ビームを前記アイソセンターに収束させる収束電磁石（４０）と
を備え、
前記第１ビーム経路は、前記振分電磁石が励磁されていないときに、荷電粒子ビームが前記振分電磁石を通過し、前記アイソセンターに照射されるビーム経路であり、
前記第１ビーム経路に荷電粒子ビームを通過させるときには、前記遮蔽体（１１０）は、当該荷電粒子ビームが通過できるように前記第１ビーム経路から退避する、前記荷電粒子ビーム照射装置。

【請求項2】

前記遮蔽体は、前記振分電磁石よりも下流側であり、且つ前記収束電磁石の上流側に配置され、
前記第１ビーム経路は、前記振分電磁石の偏向起点Ｑと前記アイソセンターとを通る線上にある、請求項１に記載の荷電粒子ビーム照射装置。

【請求項3】

荷電粒子ビーム照射装置であって、
加速器（２０）から射出された荷電粒子ビームを１つのアイソセンター（Ｏ）に向けて輸送する複数のビーム経路を有するビーム輸送系（３０）と、
照射ノズル（５０）が移動するガイドレール（５５）に沿って移動し、前記ガイドレールに沿った方向において前記照射ノズル（５０）を挟むように配置された第１及び第２の遮蔽体（１１０ａ、１１０ｂ）と
を備え、
前記ビーム輸送系は、
荷電粒子ビームを偏向させる振分電磁石（３３）と、
前記振分電磁石よりも下流側に設置され、前記複数のビーム経路を通る荷電粒子ビームを前記アイソセンターに収束させる収束電磁石（４０）と
を備え、
前記第１及び第２の遮蔽体は、前記照射ノズルに着脱自在に付着し、前記照射ノズルの移動に従い移動するが、前記ガイドレールの第１ビーム経路上の位置に来ると固定されるように構成されており、
前記第１ビーム経路は、前記振分電磁石が励磁されていないときに、荷電粒子ビームが前記振分電磁石及び前記収束電磁石を通過し、前記アイソセンターに照射されるビーム経路である、前記荷電粒子ビーム照射装置。

【請求項4】

前記振分電磁石は、偏向起点Ｑにて１度以上の偏向角φで荷電粒子ビームを偏向させ、
前記収束電磁石は、荷電粒子ビームの経路を挟むように配置されたコイル対を備え、
前記コイル対は、電流を入力すると、荷電粒子ビームの進行方向（Ｘ軸）に直交する方向（Ｚ軸）に磁場が向いた有効磁場領域を生成するよう構成されており、ここで、Ｘ軸及びＺ軸に直交する軸をＹ軸とし、
ＸＹ面において、
前記偏向起点ＱにてＸ軸に対する偏向角φで偏向し、前記有効磁場領域に入射した荷電粒子ビームは、前記有効磁場領域により偏向され、Ｘ軸に対する照射角θで前記アイソセンターに照射され、
前記有効磁場領域の荷電粒子ビームの出射側の境界上の任意の点Ｐ２は、前記アイソセンターから等距離ｒ_１の位置にあり、
前記有効磁場領域の荷電粒子ビームの入射側の境界上の点Ｐ１と前記点Ｐ２は、半径ｒ_２及び中心角(θ＋φ)の円弧上にあり、
前記偏向起点Ｑと前記点Ｐ１との間の距離Ｒは、前記偏向起点Ｑと前記アイソセンターとの間の距離をＬとすると、関係式（４）：

【数1】

を満たす、請求項１～３のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム照射装置。

【請求項5】

荷電粒子ビームを生成する加速器と、
前記加速器で生成された荷電粒子ビームを前記アイソセンターに照射する、請求項１～４のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム照射装置と
を含む荷電粒子ビーム治療システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷電粒子ビーム照射装置及び荷電粒子ビーム治療システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、高エネルギーに加速された荷電粒子ビーム（「粒子線」ともいう。）を癌などの悪性腫瘍に照射し、悪性腫瘍を治療する粒子線治療が行われている。荷電粒子ビームを物体に照射すると、物体内の荷電粒子ビームの経路に沿って物体にエネルギー（線量）が付与される。物体内部の限られた領域（標的）に集中して線量を付与する場合、荷電粒子ビームが標的に重なるように、荷電粒子ビームを様々な方向から照射することで線量の集中性を高めることが行われる。

【0003】

特許文献１は、広い角度範囲から入射する荷電粒子ビームを偏向し、アイソセンターに収束させる収束電磁石を備えた荷電粒子ビーム照射装置を開示する。
特許文献２は、治療室内のビーム経路で、独立した複数のビーム経路を選択することを開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許６３６４１４１号

【特許文献2】特開２００２－１１３１１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

同一の治療室（特許文献１であれば、偏向起点Ｑ以降の下流でビームが進行するエリア）内に、荷電粒子ビームを照射する複数のビーム経路が存在する荷電粒子ビーム照射装置においては、所定のビーム経路を通じて荷電粒子ビームの照射を行っているときに、万が一、意図しないビーム経路を通り荷電粒子ビームが進行し、患者に意図せず照射されてしまうおそれがある。

【0006】

このような事情に鑑み、本発明は、そのような意図しない照射を防止する荷電粒子ビーム照射装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明には以下の態様〔１〕～〔５〕が含まれる。
〔１〕
荷電粒子ビーム照射装置であって、
加速器（２０）から射出された荷電粒子ビームを１つのアイソセンター（Ｏ）に輸送する複数のビーム経路を有するビーム輸送系（３０）と、
前記複数のビーム経路のうちの第１ビーム経路上に配置され、前記第１ビーム経路を通過する荷電粒子ビームの進行をブロックする遮蔽体（１１０）と
を備え、
前記ビーム輸送系（３０）は、
荷電粒子ビームを偏向させる振分電磁石（３３）と、
前記振分電磁石よりも下流側に設置され、前記複数のビーム経路を通る又は前記複数のビーム経路のうちの１つのビーム経路を通る荷電粒子ビームを前記アイソセンターに収束させる収束電磁石（４０）と
を備え、
前記第１ビーム経路は、前記振分電磁石が励磁されていないときに、荷電粒子ビームが前記振分電磁石を通過し、前記アイソセンターに照射されるビーム経路であり、
前記第１ビーム経路に荷電粒子ビームを通過させるときには、前記遮蔽体（１１０）は、当該荷電粒子ビームが通過できるように前記第１ビーム経路から退避する、前記荷電粒子ビーム照射装置。
〔２〕
前記遮蔽体は、前記振分電磁石よりも下流側であり、且つ前記収束電磁石の上流側に配置され、
前記第１ビーム経路は、前記振分電磁石の偏向起点Ｑと前記アイソセンターとを通る線上にある、〔１〕に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
〔３〕
荷電粒子ビーム照射装置であって、
加速器（２０）から射出された荷電粒子ビームを１つのアイソセンター（Ｏ）に向けて輸送する複数のビーム経路を有するビーム輸送系（３０）と、
照射ノズル（５０）が移動するガイドレール（５５）に沿って移動し、前記ガイドレールに沿った方向において前記照射ノズル（５０）を挟むように配置された第１及び第２の遮蔽体（１１０ａ、１１０ｂ）と
を備え、
前記ビーム輸送系は、
荷電粒子ビームを偏向させる振分電磁石（３３）と、
前記振分電磁石よりも下流側に設置され、前記複数のビーム経路を通る荷電粒子ビームを前記アイソセンターに収束させる収束電磁石（４０）と
を備え、
前記第１及び第２の遮蔽体は、前記照射ノズルに着脱自在に付着し、前記照射ノズルの移動に従い移動するが、前記ガイドレールの第１ビーム経路上の位置に来ると固定されるように構成されており、
前記第１ビーム経路は、前記振分電磁石が励磁されていないときに、荷電粒子ビームが前記振分電磁石及び前記収束電磁石を通過し、前記アイソセンターに照射されるビーム経路である、前記荷電粒子ビーム照射装置。
〔４〕
前記振分電磁石は、偏向起点Ｑにて１度以上の偏向角φで荷電粒子ビームを偏向させ、
前記収束電磁石は、荷電粒子ビームの経路を挟むように配置されたコイル対を備え、
前記コイル対は、電流を入力すると、荷電粒子ビームの進行方向（Ｘ軸）に直交する方向（Ｚ軸）に磁場が向いた有効磁場領域を生成するよう構成されており、ここで、Ｘ軸及びＺ軸に直交する軸をＹ軸とし、
ＸＹ面において、
前記偏向起点ＱにてＸ軸に対する偏向角φで偏向し、前記有効磁場領域に入射した荷電粒子ビームは、前記有効磁場領域により偏向され、Ｘ軸に対する照射角θで前記アイソセンターに照射され、
前記有効磁場領域の荷電粒子ビームの出射側の境界上の任意の点Ｐ２は、前記アイソセンターから等距離ｒ_１の位置にあり、
前記有効磁場領域の荷電粒子ビームの入射側の境界上の点Ｐ１と前記点Ｐ２は、半径ｒ_２及び中心角(θ＋φ)の円弧上にあり、
前記偏向起点Ｑと前記点Ｐ１との間の距離Ｒは、前記偏向起点Ｑと前記アイソセンターとの間の距離をＬとすると、関係式（４）：

【数1】

を満たす、〔１〕～〔３〕のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
〔５〕
荷電粒子ビームを生成する加速器と、
前記加速器で生成された荷電粒子ビームを前記アイソセンターに照射する、〔１〕～〔４〕のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム照射装置と
を含む荷電粒子ビーム治療システム。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第１及び第２実施形態に係る荷電粒子ビーム照射装置の概略構成図である。

【図2A】第１実施形態に係る荷電粒子ビーム照射装置の概略構成図である。

【図2B】従来技術に関する説明図である。

【図2C】第１実施形態に係る荷電粒子ビーム照射装置の概略構成図である。

【図2D】第１実施形態に係る荷電粒子ビーム照射装置の概略構成図である。

【図3】第２実施形態に係る収束電磁石の概略構成図である。

【図4】第２実施形態に係る有効磁場領域の形成を説明するための図である。

【図5】第２実施形態に係る遮蔽機構の概略構成図である。

【図6】第２実施形態に係る遮蔽体の動きを説明するための図である。

【図7】第２実施形態に係る荷電粒子ビーム照射装置の照射制御のフローチャートである。

【図8】第３実施形態に係る荷電粒子ビーム照射装置の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１は、本発明に係る荷電粒子ビーム照射装置１０の概略構成図である。図１の（ａ）は本発明の第１実施形態に係る図であり、偏向起点Ｑ以降の下流でビームが進行するエリア内に、一つのアイソセンターＯへ荷電粒子ビームを照射する独立した複数のビーム経路が存在する荷電粒子ビーム照射装置である。また、図１の（ｂ）は本発明の第２実施形態に係る図であり、偏向起点Ｑ以降の下流でビームが進行するエリア内に、一つのアイソセンターＯへ荷電粒子ビームを照射する連続的な複数のビーム経路が存在する荷電粒子ビーム照射装置である。

【0010】

本発明の一実施形態に係る荷電粒子ビーム照射装置１０は、加速器２０から射出された荷電粒子ビームをアイソセンターＯに向けて輸送する複数のビーム経路を有するビーム輸送系３０と、ビーム輸送系３０の複数のビーム経路のうちの第１ビーム経路上に配置され、第１ビーム経路を通過する荷電粒子ビームの進行をブロックする（遮蔽する）遮蔽機構１００の遮蔽体１１０とを備える。第１ビーム経路上に荷電粒子ビームを通過させたいときには、遮蔽体１１０は、荷電粒子ビームが通過できるように第１ビーム経路上から移動（退避）する。第１ビーム経路は、振分電磁石３３が励磁されていないときに、荷電粒子ビームが振分電磁石３３（又は振分電磁石３３及び収束電磁石４０）を通過し、アイソセンターＯに照射されるビーム経路である。すなわち、第１ビーム経路は、振分電磁石３３の偏向起点ＱとアイソセンターＯとを通る線上にある。

【0011】

荷電粒子ビーム照射装置１０は、収束電磁石４０、照射ノズル５０、及び制御装置６０をさらに備える。また、本発明の一実施形態に係る荷電粒子ビーム治療システムは、加速器２０及び荷電粒子ビーム照射装置１０を含む。

【0012】

加速器２０は、荷電粒子ビームを生成する装置であり、例えばシンクロトロン、サイクロトロン、又は線形加速器である。加速器２０で生成された荷電粒子ビームは、ビーム輸送系３０を通じてアイソセンターＯに収束される。

【0013】

ビーム輸送系３０には、荷電粒子ビームを偏向させる振分電磁石３３と、振分電磁石３３よりも下流側に設置され、複数のビーム経路のいずれかを通じて荷電粒子ビームをアイソセンターＯに収束させる収束電磁石４０とが含まれる。また、ビーム輸送系３０には、１つ又は複数の荷電粒子ビーム調整手段３１、真空ダクト３２、扇型真空ダクト３４、及び照射ノズル５０がさらに含まれていてもよい。ビーム経路はすべて、真空ダクト３２内、振分電磁石３３内、及び収束電磁石４０内の真空域を通り治療室大気中にあるアイソセンターＯに至るものである。

【0014】

制御装置６０は、照射制御部６２、遮蔽体駆動制御部６４、及び遮蔽体位置検出部６６などから構成される。制御装置６０は、照射コンピューター（不図示）の送信する照射情報に従い、照射に関わる装置の制御を行う。遮蔽体駆動制御部６４及び遮蔽体位置検出部６６は、遮蔽体１１０を所定の配置位置に移動させ、制御装置６０は、遮蔽体１１０の配置位置を監視し、荷電粒子ビームの出射をコントロールする。

【0015】

本発明に関する第１実施形態について説明する。図２Ａは治療室を２室持つ粒子線治療施設の概略図である。それぞれの治療室は、振分電磁石３３（図中３３Ａ、３３Ｂ）を起点とし、治療室内の１つのアイソセンターＯ（図中Ｏ－Ａ、Ｏ－Ｂ）に収束する複数の独立したビーム経路を有している。なお、図１及び図２Ａ～Ｃにおいて、符号の後ろの括弧内数字について、（０Ａ）はゼロアンペアを意味し、（０）は０度方向からの荷電粒子ビームの照射の際に利用される電磁石等の要素に付され、（９０）は９０度方向からの荷電粒子ビームの照射の際に利用される電磁石等の要素に付され、（４５）は４５度方向からの荷電粒子ビームの照射の際に利用される電磁石等の要素に付されたものである。

【0016】

加速器２０から出射し、輸送されてきた荷電粒子ビームは、偏向起点Ｑ（図中Ｑ－Ａ、Ｑ－Ｂ）で振分電磁石３３（図中３３Ａ、３３Ｂ）により２つの経路に振り分けられ、収束電磁石４０により意図した照射角度から照射される。すなわち、偏向起点Ｑ（図中Ｑ－Ａ、Ｑ－Ｂ）でのビーム進行軸に対して０度、４５度、及び９０度方向からの照射経路に振り分けられる。例えば、治療室Ｂで照射角度が４５度に選択された場合、振分電磁石３３Ｂ及び収束電磁石４０Ｂ(４５)をはじめとした電磁石に、予め励磁電流値等の設定変更を行う。全ての設定が切り替わったところで荷電粒子ビームの照射が開始される。このとき、図２Ａ中に示すビーム輸送系３０の太矢印線のビーム経路が、設定経路２２０（意図した照射経路）である。なお、この場合、治療室Ａは選択されていないため、照射経路には含まれない。

【0017】

図２Ｂを用いて、遮蔽体１１０を用いない場合に、振分電磁石３３が意図せず機能しないときに生じる問題について説明する。例えば、４５度あるいは９０度からの照射角度が選択されたにも関わらず、すなわち振分電磁石３３Ｂに励磁電流を０Ａ（ゼロアンペア）以外の値で指示したにも関わらず、意図せずに振分電磁石３３Ｂの励磁電流が０Ａとなってしまった場合、振分電磁石３３Ｂに入射する荷電粒子ビームは、振分電磁石３３Ｂで偏向されず０度方向の照射経路を進行することになる。このとき、図２Ｂ中に示すビーム輸送系３０の太矢印線で示す第１ビーム経路２１０を荷電粒子ビームが進行し、アイソセンターＯ－Ｂへの意図しない照射がなされてしまう。

【0018】

設定経路２２０が第１ビーム経路２１０と異なる場合に、荷電粒子ビームがアイソセンターＯへ向けて射出される条件は、第１ビーム経路２１０に遮蔽体１１０が配置されていることである。一方、設定経路２２０が第１ビーム経路２１０と同じ経路となる場合にはビーム経路を開放すること、すなわち遮蔽体１１０が第１ビーム経路２１０から退避することが条件となる。遮蔽体１１０の位置は制御装置６０が監視する。例えば、図２Ｃに示す例では、治療室Ｂにおいて４５度からの照射角度が選択されたにもかかわらず振分電磁石３３Ｂの励磁電流が０Ａ（ゼロアンペア）と意図せずになってしまった場合であっても、第１ビーム経路２１０を進行する荷電粒子ビームを遮蔽体１１０Ｂが遮断して、アイソセンターＯ－Ｂに到達することを防止する。なお、治療室Ａは選択されていないため、遮蔽体１１０Ａの位置は治療室Ｂの照射条件に含まれても、含まれなくてもよい。

【0019】

なお、照射角度が０度に選択された場合、設定経路２２０（意図した照射経路）は第１ビーム経路２１０と同じ経路となる。この場合、図２Ｄに示すように、遮蔽体１１０Ｂは
設定経路２２０（第１ビーム経路２１０）から退避することで、アイソセンターＯ－Ｂへの照射が可能となる。

【0020】

本発明に関する第２実施形態について説明する。荷電粒子ビーム照射装置１０のビーム輸送系３０は、振分電磁石３３を起点とし、治療室内の１つのアイソセンターOに収束する複数の連続的なビーム経路を有している。振分電磁石３３と収束電磁石４０の少なくとも２つの偏向電磁石電源の励磁電流値を様々に組み合わせることによって所望の照射角度を選択できる。図３は、第２実施形態における振分電磁石３３と収束電磁石４０の概要図である。

【0021】

ビーム輸送系３０は、振分電磁石３３及び収束電磁石４０により生じる複数のビーム経路を含む。複数のビーム経路は、後述するように、振分電磁石３３による荷電粒子ビームの偏向角φ及び収束電磁石４０による荷電粒子ビームの照射角θに応じて異なる。

【0022】

複数のビーム経路のうちの第１ビーム経路２１０は、振分電磁石３３が意図せず励磁しない場合に、荷電粒子ビームがアイソセンターＯに向けて自然に進行することとなるビーム経路である。より具体的には、第１ビーム経路２１０は、振分電磁石３３が励磁されていない（機能していない）ときに、荷電粒子ビームが振分電磁石３３及び収束電磁石４０を通過し、アイソセンターＯに照射されるビーム経路である。図４において、第１ビーム経路２１０とは、φ≠０度かつθ≠０度と設定されたにも関わらず、振分電磁石３３が励磁されず、φ＝０度かつθ＝０度で荷電粒子ビームが進行した場合のビーム経路である。また、φ＝０度かつθ＝０度の設定経路２２０は、φ≠０度かつθ≠０度の場合の第１経路２１０と同じビーム経路となる。

【0023】

加速器２０から荷電粒子ビームが、設定経路２２０を通りアイソセンターＯへ向けて射出される条件は、第１ビーム経路２１０に遮蔽体が配置されることである。φ≠０度かつθ≠０度の照射が選択される場合では、常に第１ビーム経路２１０に遮蔽体１１０がビームを遮るように配置されている。一方、φ＝０度かつθ＝０度の照射が選択される場合では、設定経路２２０は第１ビーム経路２１０と同じ経路となるため、荷電粒子ビームが進行できるよう、設定経路２２０（第１ビーム経路２１０）から遮蔽体１１０が退避する。このとき、遮蔽体１１０の位置は、制御装置６０により監視される。なお、遮蔽体１１０が所定の位置から外れると遮蔽体１１０のステータスは不定状態となり、即座にビームは遮断される。

【0024】

加速器２０、荷電粒子ビーム調整手段３１、及び振分電磁石３３は、真空ダクト３２で接続され、振分電磁石３３及び収束電磁石４０は図１に示される扇型真空ダクト３４で接続されている。ＸＹ面における扇型真空ダクト３４の形状を扇型状とすることで、１度以上、５度以上、又は１０度以上の偏向角φで偏向された荷電粒子ビームであっても前記真空ダクト内を通過でき、矩形状のものと比べて小型化でき、設置スペースを低減できる。

【0025】

荷電粒子ビームは、上流側の加速器２０で生成され、減衰を避ける（又は低減する）ために真空ダクト３２、３４内を進み、荷電粒子ビーム調整手段３１による調整を受けながら、振分電磁石３３及び収束電磁石４０に導かれる。

【0026】

荷電粒子ビーム調整手段３１は、荷電粒子ビームのビーム形状及び／又は線量を調整するためのビームスリット、荷電粒子ビームの進行方向を調整するための電磁石、荷電粒子ビームのビーム形状を調整するための四極電磁石、並びに、荷電粒子ビームのビーム位置を微調整するためのステアリング電磁石などを、仕様に応じて適宜用いる。

【0027】

ビーム輸送系３０の複数のビーム経路は、振分電磁石３３による偏向角φ及び収束電磁石４０による照射角θに応じて異なる。荷電粒子ビームが受ける光学的要素も偏向角φ及び照射角θに応じて変わり、アイソセンターＯでの荷電粒子ビームのビーム形状が偏向角φ及び照射角θに応じて変動することがある。この変動に対して、例えば、収束電磁石４０よりも上流側に設けられた荷電粒子ビーム調整手段３１を偏向角φ及び照射角θごとに調整し、アイソセンターＯにおける荷電粒子ビームのビーム形状が適切になるように調整するようにしてもよい。

【0028】

振分電磁石３３は、荷電粒子ビームを偏向角φで連続的に偏向し、収束電磁石４０へ荷電粒子ビームを出射するよう構成されている。また、収束電磁石４０は、アイソセンターＯに向かう荷電粒子ビームの照射角θを連続的に変えるよう構成されている。ここで、本出願人による先行特許（特許６３６４１４１号、特許６３８７４７６号、及び特許６７３４６１０号）の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。振分電磁石３３及び収束電磁石４０の一例について以下に説明する。

【0029】

照射ノズル５０は、荷電粒子ビームを用いた治療が行われる治療室内に位置し、ＸＹ面において収束電磁石４０が生成する有効磁場領域の出射側の形状（境界形状）に沿ったガイドレール５５（図８）に沿って、連続的に移動する。該有効磁場領域の出射側からアイソセンターＯに向かう荷電粒子ビームは照射ノズル５０内を通過し、照射ノズル５０により荷電粒子ビームの進行方向、形状、及びエネルギーなどが微調整される。

【0030】

照射ノズル５０は、走査電磁石（不図示）、ビームモニタ５１、及びエネルギー変調手段（不図示）を備える。走査電磁石は、流れる電流量や電流の向きを調整することで、照射ノズル５０から出射する荷電粒子ビームの進行方向を微調整し、比較的狭い範囲内で荷電粒子ビームをスキャン（走査）可能にする。ビームモニタ５１は、荷電粒子ビームを監視し、線量モニタやビームの位置及び平坦度を計測する。エネルギー変調手段は、荷電粒子ビームのエネルギーを調整して荷電粒子ビームの患者内に到達する深さを調整する。エネルギー変調手段は、例えば、レンジモジュレータ、散乱体、リッジフィルタ、患者コリメータ、患者ボーラス、アプリケータ、又はこれらの組み合わせである。

【0031】

図３（ａ）は、収束電磁石４０の概略構成図である。偏向角φ及び収束角θごとに異なる複数のビーム経路も描かれている。ここで、荷電粒子ビームの進行方向をＸ軸、収束電磁石４０が生成する磁場の方向をＺ軸、Ｘ軸及びＺ軸に直交する方向をＹ軸とする。収束電磁石４０は、ＸＹ面において、Ｘ軸に対する偏向角φの広い範囲から入射する荷電粒子ビームを、アイソセンターＯに収束させるよう構成されている。なお、図４においては、照射ノズル５０は省略し、説明を簡単にするために、アイソセンターＯをＸＹＺ空間の原点とし、上流側（加速器側）をＸ軸の正の方向としている。

【0032】

偏向角φの範囲は、－９０度超～＋９０度未満の範囲にあり、プラス（＋Ｙ軸方向）の偏向角範囲とマイナス（－Ｙ軸方向）の偏向角範囲は異なっていてもよい（非対称）。例えば、プラス側の最大偏向角（φ＝φＭＡＸ）を１０度、１５度、２０度、２５度、３０度、３５度、４０度、４５度、５０度、６０度、７０度、８０度、及び８５度のうちのいずれかとし、マイナス側の最大偏向角（φ＝－φＭＡＸ）を－１０度、－１５度、－２０度、－２５度、－３０度、－３５度、－４０度、－４５度、－５０度、－６０度、－７０度、－８０度、及び－８５度のうちのいずれかとしてもよい。

【0033】

収束電磁石４０は、１組以上のコイル対を備え、該コイル対は、荷電粒子ビームの進行方向と荷電粒子ビームの偏向角φの広がり方向に直交する方向（図中Ｚ軸方向）を向いた一様な磁場を生成し（有効磁場領域４１ａ、４１ｂ）、荷電粒子ビームの経路を挟むように配置されている。収束電磁石４０の１組のコイル対が生成する有効磁場領域は、図３（ａ）に示すようにＸＹ平面において三日月様の形状を有し、その詳細については後述する。なお、荷電粒子ビームが通過する、対向するコイル対間の隙間は（Ｚ軸方向の距離）、ＸＹ面における荷電粒子ビームが広がる範囲に比べて十分に小さいため、ここでは荷電粒子ビームのＺ軸方向の広がりについては考慮しない。

【0034】

図３（ｂ）は、収束電磁石４０のＡ－Ａ線断面図である。収束電磁石４０は、好ましくは少なくとも二組のコイル対４４ａ、４４ｂを備える。コイル４４ａ、４４ｂの内部にはそれぞれ磁極４５ａ、４５ｂが組み込まれ、磁極４５ａ、４５ｂにはヨーク４６が接続されている。収束電磁石４０には電源装置（後述する電磁石制御部１２２）が接続されており、電源装置からコイル対４４ａ、４４ｂに電流（励磁電流）が供給されることで、収束電磁石４０が励磁し、有効磁場領域４１ａ、４１ｂ（総称して有効磁場領域４１ともいう。）が形成される。

【0035】

なお、有効磁場領域４１ａの範囲と有効磁場領域４１ｂの範囲は、異なっていてもよい（非対称）。例えば、プラス（＋Ｙ軸方向）の偏向角φの範囲とマイナス（－Ｙ軸方向）の偏向角φの範囲が非対称であれば、それに応じて有効磁場領域４１ａ、４１ｂも非対称に形成することで、使用されない有効磁場領域を削減できる。

【0036】

振分電磁石３３により偏向され、収束電磁石４０に入射する荷電粒子ビームの偏向角φの範囲は、プラスの最大偏向角（φ＝φmax）からマイナスの最大偏向角（φ＝－φmax）の範囲であり、プラスの最大偏向角φmaxは、１０度以上９０度未満の角度であり、マイナスの最大偏向角－φmaxは、－９０度超－１０度以下の角度である。偏向角φ及び後述する照射角θは、ＸＹ面において、Ｘ軸に対する荷電粒子ビームの経路の角度である。

【0037】

プラスの偏向角範囲（φ＝０超～φmax）で入射した荷電粒子ビームは、第１のコイル対４４ａの有効磁場領域４１ａにより偏向され、照射ノズル５０を通りアイソセンターＯに照射される。マイナスの偏向角範囲（φ＝０未満～－φmax）で入射した荷電粒子ビームは、第２のコイル対４４ｂの有効磁場領域４１ｂにより偏向され、照射ノズル５０を通りアイソセンターＯに照射される。有効磁場領域４１ａと有効磁場領域４１ｂの磁場の向きは互いに反対の方向である。なお、振分電磁石３３から偏向角φ＝０で収束電磁石４０に入射する荷電粒子ビームは、有効磁場領域４１ａ、４１ｂのいずれか又は両領域４１ａ、４１ｂの間を通過し、照射ノズル５０を通じてアイソセンターＯに収束する。

【0038】

収束電磁石４０に入射する荷電粒子ビームの偏向角φは、振分電磁石３３により制御される。振分電磁石３３は、加速器（不図示）から供給される荷電粒子ビームの進行方向（図中Ｘ軸）に直交する方向（図中Ｚ軸）を向いた磁場を生成し、通過する荷電粒子ビームを偏向する電磁石と、該磁場の強度及び向きを制御する制御部とを備える（いずれも不図示）。振分電磁石３３は、磁場の強度及び向き（Ｚ軸方向）を制御することで、ＸＹ面において荷電粒子ビームを偏向し、偏向起点Ｑにて偏向角φで偏向した荷電粒子ビームを収束電磁石４０に出射する。ここで、偏向起点ＱとアイソセンターＯはＸ軸上にある。

【0039】

図４を参照して、収束電磁石４０の有効磁場領域４１ａを形成するための計算式について説明する。なお、本実施形態では、Ｚ軸方向への荷電粒子ビームの偏向は考慮しないので、ＸＹ面における有効磁場領域の形成について説明する。収束電磁石４０の有効磁場領域４１ａについて説明するが、有効磁場領域４１ｂについても同じであるため、説明は省略する。

【0040】

まず、収束電磁石４０の荷電粒子ビームの出射側４３の有効磁場領域４１ａの境界は、アイソセンターＯから等距離ｒ_１の位置にある範囲となるように決める。次に、収束電磁石４０の荷電粒子ビームの入射側４２の有効磁場領域４１ａの境界は、後述する関係式（１）～（５）に基づき、アイソセンターＯから所定の距離Ｌの位置にある仮想上の偏向起点Ｑにて偏向角φで偏向し、入射する荷電粒子ビームが、アイソセンターＯに収束するように決められる。ここで、仮想上の偏向起点Ｑは、振分電磁石３３の中心で荷電粒子ビームが偏向角φのキックを極短距離の間に受けると仮定した点である。

【0041】

偏向角φで輸送されてきた荷電粒子ビームは、入射側４２の有効磁場領域４１ａの境界上の任意の点Ｐ１から入り、有効磁場領域４１ａ内で曲率半径ｒ_２の円運動を行い（このときの中心角は（φ＋θ）となる。）、出射側４３の有効磁場領域４１ａの境界上の点Ｐ２から出て、アイソセンターＯに向けて照射される。つまり、点Ｐ１と点Ｐ２とは半径ｒ_２及び中心角（φ＋θ）の円弧上にある。

【0042】

ＸＹ面においてアイソセンターＯを原点とするＸＹ座標系を想定する。出射側４３の点Ｐ２とアイソセンターＯとを結ぶ直線とＸ軸とがなす角度を照射角θとすると、入射側４２の点Ｐ１の座標（ｘ，ｙ）、偏向角φ、及び点Ｑと点Ｐ１との間の距離Ｒは、以下の関係式（１）～（４）から求まる。

【数2】

【0043】

ここで、有効磁場領域４１ａには一様な磁束密度Ｂの磁場が生じており、荷電粒子ビームの運動量をｐ（およそ加速器に依存する）、電荷をｑとすると、磁場中で偏向される荷電粒子ビームの曲率半径ｒ_２は、式（５）で表される。

【数3】

【0044】

上記関係式（１）～（５）に基づき、収束電磁石４０のコイル対４４ａ及び磁極４５ａの形状及び配置を調整し、コイル対４４ａに流す電流を調整することで、有効磁場領域４１ａの境界の形状を調整できる。すなわち、出射側４３の有効磁場領域４１ａの境界上の任意の点Ｐ２とアイソセンターＯとの間の距離が等距離ｒ_１となるように境界を定め、有効磁場領域４１ａの磁束密度Ｂを調整して式（５）からｒ_２を決め、入射側４２の有効磁場領域４１ａの境界上の点Ｐ１と偏向起点Ｑとの間の距離Ｒが式（４）の関係を有するように、入射側４２の有効磁場領域４１ａの境界を定める。式（３）のφの極大値が、最大偏向角φmaxとなる。なお、限定されるものではないが、偏向起点Ｑを通過する荷電粒子ビームが収束電磁石４０による偏向を受けなくともアイソセンターＯに収束するように、偏向起点Ｑ、収束電磁石４０、及びアイソセンターＯの配置を調整しておくと、装置構成をよりシンプルにできるため好ましい。

【0045】

上記のようにして求まる収束電磁石４０の有効磁場領域４１ａ、４１ｂの境界は、荷電粒子ビームをアイソセンターＯに収束させるための理想的な形状である。なお実際には、この理想的な形状からのずれや磁場分布の不均一性があったとしても、収束電磁石４０の励磁量（磁束密度Ｂ）を偏向角φごとに予め微調整し、その情報を電源装置（例えば照射制御部１２１）に記憶させておき、偏向角φと収束電磁石４０の電流量とが連動するようにそれらを制御することで、荷電粒子ビームをアイソセンターＯに合わせて偏向させることができる。また、事前に磁場分布の不均一性を予測できる場合には、収束電磁石４０のコイル対４４ａ、４４ｂ及び磁極４５ａ、４５ｂの形状及び配置を補正することで、荷電粒子ビームの軌道を微調整することも可能である。

【0046】

制御装置６０は、演算処理部や記憶部を備えたコンピュータであり、ハードウェアとソフトウェアとの協働により実現される機能部として、照射制御部６２、遮蔽体駆動制御部６４、及び遮蔽体位置検出部６６を備える。照射制御部６２は、加速器２０、ビーム輸送系３０の各要素（荷電粒子ビーム調整手段３１、振分電磁石３３、収束電磁石４０、及び照射ノズル５０）を制御する。遮蔽体駆動制御部６４は、遮蔽機構１００の遮蔽体１１０の移動を制御し、遮蔽体位置検出部６６は、遮蔽体１１０の位置を判定する。照射制御部６２、遮蔽体駆動制御部６４、及び遮蔽体位置検出部６６は、同じコンピュータとして構成されていてもよいし、それぞれ別のコンピュータとして構成されていてもよい。

【0047】

図５は、遮蔽機構１００の概略構成図である。遮蔽機構１００は、荷電粒子ビームの進行をブロックする遮蔽体１１０と、遮蔽体１１０に接続されたシャフト１１２と、シャフト１１２が通る開口が設けられた固定端１１３と、一方が固定部材１１３に接続され他方が可動端１１５に接続された付勢部材１１４と、可動端１１５に接続されたシャフト１１６を駆動する駆動機構１１７とを備える。

【0048】

遮蔽機構１００の遮蔽体１１０はビーム輸送系３０の真空域内に配置される。例えば、遮蔽体１１０は扇型真空ダクト３４内に配置される。

【0049】

遮蔽体１１０は、治療するために必要な最大エネルギーをもつ荷電粒子ビームをブロックできる材質で構成され、ＹＺ面に対する荷電粒子ビームの広がりを十分に遮ることができる形状である。例えば、荷電粒子ビームのエネルギーは、患者の体深く（約３０ｃｍの水等価厚に相当する。）にある腫瘍まで侵入できる十分なエネルギーを有する。陽子線ならば２３０ＭｅＶ、炭素線なら４３０ＭｅＶ／ｕ程度である。

【0050】

遮蔽体１１０の材質は、荷電粒子ビームが照射されても、遮蔽体１１０が配置されている真空域（例えば扇型真空ダクト３４）内の真空度を悪化させることを低減でき、かつ荷電粒子ビームと遮蔽体１１０の核反応により生じる中性子線、γ線、及び二次荷電粒子などによって患者の被ばく影響を低減できる材質が望ましい。収束電磁石４０を超伝導電磁石にする場合は、収束電磁石４０の真空容器は数Ｋ（ケルビン）程度の極低温に保たれることから、遮蔽体１１０の材質表面からのガス放出速度が極めて低く、輻射率が低い材質（例えば材質中に酸素を含まない材質）が望ましい。遮蔽体１１０の材質の例は、電子密度の高い（水等価厚の大きい）無酸素銅やＳＵＳなどである。

【0051】

遮蔽体１１０の形状は、荷電粒子ビームのビームサイズ、ビーム経路上の軌道誤差、及びビームエネルギーなどを考慮し、ビームサイズより大きくすることが望ましい。一方で、第１ビーム経路で荷電粒子ビームを照射する場合を除き、遮蔽体１１０は、第１ビーム経路に常時配置されることになるから、別のビーム経路を通る荷電粒子ビームの妨げるにならない程度の大きさにする。

【0052】

付勢部材１１４は、遮蔽体１１０に外力を加えていない状態では遮蔽体１１０が第１ビーム経路２１０上に配置されるようにシャフト１１２を付勢するものであり、例えばベローズや磁気シールである（図６（ａ））。駆動機構１１７は、例えばエアコンプレッサ及び圧縮シリンダなどを備える。駆動機構１１７は、遮蔽体駆動制御部６４の制御信号を受けて、シャフト１１６を駆動し（引っ張り）、可動端１１５を動かして付勢部材１１４を引き伸ばし、シャフト１１２を移動させることで、遮蔽体１１０を移動させる。遮蔽体駆動制御部６４は、駆動機構１１７による印加応力を除くことで、遮蔽体１１０は付勢部材１１４により動かされ、第１ビーム経路２１０上の挿入位置に戻る。

【0053】

遮蔽体位置検出部６６は、遮蔽体駆動制御部６４の駆動信号を受けて、且つ／又は、遮蔽体１１０に取り付けられたセンサからの信号を受けて、遮蔽体１１０が第１ビーム経路２１０上に位置するか否かを判定する。センサは接触・非接触式いずれでもよい。挿入退避位置の監視機構の一例として、遮蔽体１１０の挿入退避位置はリミットスイッチ（不図示）などで検知する。前記スイッチは、付勢部材１１４の伸縮をガイドするレール（不図示）上などに備えられており、可動端１１５が停止する位置（第１ビーム経路２１０上の挿入位置（IN）、第１ビーム経路２１０からの退避位置（OUT））に配置される。可動端１１５には位置検出バー（不図示）を備え、位置検出バーがINスイッチ、或いはOUTスイッチと接触することにより、遮蔽体１１０の位置を検出する。どちらのスイッチとも接触していない場合は、不定状態となる。

【0054】

図６を用いて、遮蔽体１１０の動きを説明する。図６（ａ）は、ビーム輸送系３０の複数のビーム経路のうち、φ≠０度かつθ≠０度の設定経路２２０を通りアイソセンターＯに照射される荷電粒子ビームを描く。このとき振分電磁石３３及び収束電磁石４０（有効磁場領域４１ａ）は励磁されており、遮蔽体１１０は、駆動機構１１７による応力印加を受けず、第１ビーム経路２１０上に挿入される。

【0055】

図６（ｃ）は、ビーム輸送系３０の複数のビーム経路のうち、φ＝０度かつθ＝０度の設定経路２２０を通りアイソセンターＯに照射される荷電粒子ビームを描く。このとき振分電磁石３３及び収束電磁石４０（有効磁場領域４１ａ）は０Ａであり、設定経路２２０は、振分電磁石３３（より詳細には偏向起点Ｑ）及び収束電磁石４０を通り、アイソセンターＯに照射されるビーム経路である。この場合、荷電粒子ビームが設定経路２２０（第１ビーム経路２１０）を通過できるように、遮蔽体１１０は、駆動機構１１７による応力印加を受け、設定経路２２０（第１ビーム経路２１０）上から退避する。

【0056】

第１ビーム経路２１０以外のビーム経路を通じて荷電粒子ビームをアイソセンターＯに照射する場合、すなわち、φ≠０度かつθ≠０の設定経路２２０を通り荷電粒子ビームが照射される場合、遮蔽体１１０が第１ビーム経路２１０上に挿入されていることを遮蔽体位置検出部６６により判定し、照射制御部６２は、遮蔽体位置検出部６６による判定結果を受けて、第１ビーム経路２１０以外のビーム経路を通じた荷電粒子ビームの照射を行う。他方、第１ビーム経路２１０を通じて荷電粒子ビームをアイソセンターＯに照射する場合、すなわち、φ＝０度かつθ＝０の設定経路２２０を通り荷電粒子ビームが照射される場合、遮蔽体１１０が設定経路２２０（第１ビーム経路）から退避した位置に移動したことを遮蔽体位置検出部６６により判定し、照射制御部６２は、遮蔽体位置検出部６６による判定結果を受けて、設定経路２２０（第１ビーム経路）を通じた荷電粒子ビームの照射を行う。

【0057】

このように、制御装置６０の誤動作、制御不安定状態の発生などにより振分電磁石３３が励磁されず、偏向起点Ｑにて荷電粒子ビームが意図した方向に偏向されない場合（偏向角φ＝０度）であっても、遮蔽体１１０により荷電粒子ビームが第１ビーム経路２１０を通じてアイソセンターＯに照射されることが防止される（図６（ｂ））。

【0058】

なお、振分電磁石３３が意図せず励磁しない場合（偏向角φ＝０度）に限らず、振分電磁石３３による偏向が意図した角度（照射角度）に届かない場合（偏向角φ＜照射角度）に、そのビーム経路を通る荷電粒子ビームをブロックするように遮蔽体１１０の挿入位置を調整するようにしてもよい。また、遮蔽機構１００が複数の遮蔽体１１０を備えるようにし、振分電磁石３３及び収束電磁石４０の一方又は両方が意図しない動作を行う確率が経験的に高いビーム経路を調べ、これらのビーム経路それぞれに遮蔽体１１０を配置する構成であってもよい。

【0059】

図７は、荷電粒子ビームの照射制御のフローチャートである。照射制御部６２は、荷電粒子ビームのエネルギー、荷電粒子ビームの設定経路２２０を指定する電磁石電源の励磁電流値、照射パターン、偏向角φ及び照射角度θなどの照射情報を別のコンピュータ（不図示）から受信する（ステップＳ１）。

【0060】

照射制御部６２は、荷電粒子ビームが指定された設定経路２２０を通りアイソセンターＯに照射されるように、振分電磁石３３及び収束電磁石４０を含む電磁石群のそれぞれの電源（不図示）に励磁電流の設定値を送信する（ステップＳ２）。照射制御部６２は、荷電粒子ビームが照射ノズル５０を通りアイソセンターＯに照射されるように、照射ノズル５０を移動させる（ステップＳ３）。

【0061】

照射制御部６２は、指定された設定経路２２０がφ＝０度かつθ＝０度で進行するビーム経路、すなわち、第１ビーム経路２１０であるか判定する（ステップＳ４）。

【0062】

指定された設定経路２２０が第１ビーム経路２１０である場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、すなわち振分電磁石３３の励磁電流を０Ａと設定した場合、照射制御部６２は、遮蔽体駆動制御部６４に、遮蔽体１１０が設定経路２２０（第１ビーム経路２１０）から退避させる指令を送り、これを受けて遮蔽体駆動制御部６４は、遮蔽体１１０を設定経路２２０（第１ビーム経路２１０）から退避させる（ステップＳ５）。なお、遮蔽体１１０がすでに設定経路２２０（第１ビーム経路２１０）から退避した位置にある場合は、遮蔽体１１０の移動はない。遮蔽体位置検出部６６は遮蔽体１１０が退避した位置にあることを検出し、その情報を照射制御部６２に送る。

【0063】

指定された設定経路２２０が第１ビーム経路２１０ではない場合（ステップＳ４でＮｏ）、照射制御部６２は、遮蔽体駆動制御部６４に、遮蔽体１１０が第１ビーム経路２１０上に挿入する指令を送り、これを受けて遮蔽体駆動制御部６４は、遮蔽体１１０を第１ビーム経路２１０上に挿入する（ステップＳ６）。なお、遮蔽体１１０がすでに第１ビーム経路２１０上に挿入されている場合は、遮蔽体１１０の移動はない。遮蔽体位置検出部６６は遮蔽体１１０が第１ビーム経路２１０上に位置することを検出し、その情報を照射制御部６２に送る。

【0064】

照射制御部６２は、遮蔽体位置検出部６６からの情報に基づき、遮蔽体１１０が指定した位置にあると判定し、同様に、照射に関わる全ての装置が設定完了と判定すると、照射制御部６２は加速器制御部６３に荷電粒子ビーム出射要求を送信し、前記信号がトリガーとなり加速器制御部６３の荷電粒子ビーム出射許可信号が立ち、荷電粒子ビームが出射され、アイソセンターＯに荷電粒子ビームの照射が行われる（ステップＳ７）。

【0065】

照射中は、遮蔽体位置検出部６６が照射体１１０の配置位置を一定の時間間隔で照射制御部６２に送信し、照射制御部６２が前記位置を監視している（ステップＳ８）。遮蔽体１１０の配置位置に変化がなければ、そのまま照射は続行される（ステップＳ８でＹｅｓ）。照射情報に基づき照射される線量が満了すれば（ステップ９）、照射完了となる。例えば、設定経路２２０が第１ビーム経路２１０のとき（φ＝０度かつθ＝０度）は、退避位置から動いた場合や、或いは、設定経路２２０が第１ビーム経路２１０でないとき（φ≠０度かつθ≠０度）は挿入位置から動いた場合、遮蔽体１１０は不定状態となる（ステップＳ８でＮｏ）。不定状態が検出されるとインターロック制御（不図示）に通知され、加速器制御部６３により直ちに荷電粒子ビームが遮断される（ステップＳ１０）。

【0066】

本実施形態の荷電粒子ビーム照射装置１０は、荷電粒子ビームが第１ビーム経路２１０を通る場合以外は、遮蔽体１１０が第１ビーム経路上に常時位置しているため、第１ビーム経路を通じたアイソセンターＯへの意図しない荷電粒子ビームの照射を防ぐことができる。ここで、第１ビーム経路２１０は、振分電磁石３３が励磁しないときに、荷電粒子ビームが振分電磁石３３及び／又は収束電磁石４０を通過し、アイソセンターＯに照射されるビーム経路である。好ましくは、第１ビーム経路２１０は、振分電磁石３３が励磁しないときに、荷電粒子ビームが振分電磁石３３及び／又は収束電磁石４０を通過し、アイソセンターＯに照射されるビーム経路である。また、遮蔽体１１０はビーム輸送系３０の真空域内に設置でき、装置の大型化を低減できる。遮蔽体１１０が材質中に酸素を含まない材質（例えば無酸素銅）でできている場合は、遮蔽体１１０と荷電粒子ビームとの核反応により生じる二次粒子（二次荷電粒子、中性子、γ線、及び／又は光子）の生成による患者への被曝の影響や、遮蔽体１１０からのガスの発生による真空度の悪化を低減できる。

【0067】

本発明の別の実施形態に係る荷電粒子ビーム照射装置１０では、複数の遮蔽体１１０（第１の遮蔽体１１０ａ、第２の遮蔽体１１０ｂ）を備え、それらがビーム輸送系３０の真空域中にあるのではなく、照射ノズル５０が移動するガイドレール５５に沿って移動可能に備え付けられたものである。ガイドレール５５は、参照により組み込む特許６３８７４７６号に記載のように収束電磁石４０の有効磁場領域４１ａ、４１ｂの出射側の形状に沿って設けられている。

【0068】

図８は、本実施形態に係る荷電粒子ビーム照射装置１０の第３実施例の概要図である。照射ノズル５０が移動するガイドレール５５に２つの遮蔽体１１０ａ、１１０ｂが備え付けられ、ガイドレール５５に沿った方向において照射ノズル５０を挟むように配置される。紙面に向かって上側を遮蔽体１１０ａとし、下側を遮蔽体１１０ｂとする。

【0069】

遮蔽体１１０ａ、１１０ｂはガイドレール５５に沿って移動可能である。本実施形態では、遮蔽体１１０ａ、１１０ｂは、照射ノズル５０に着脱自在に付着する手段（例えば磁石、電磁石、又は着脱自在な係合手段など）を備え、照射ノズル５０の移動に従い遮蔽体１１０ａ、１１０ｂも移動する。しかし、遮蔽体１１０ａ又は遮蔽体１１０ｂがガイドレール５５の第１ビーム経路２１０上の位置にくると、その位置においてラッチ固定され、その位置に留まるよう構成されている。なお、遮蔽体１１０ａ、１１０ｂがモーター等の駆動装置を備え、遮蔽体駆動制御部６４の制御により、ガイドレール５５に沿って自走するように構成してもよい。

【0070】

荷電粒子ビームがφ＝０度かつθ＝０度の設定経路２２０（第１ビーム経路２１０）を通ってアイソセンターＯに照射される場合（図８（ａ））、遮蔽体１１０ａ、１１０ｂは照射ノズル５０の近傍に配置される。

【0071】

荷電粒子ビームが有効磁場領域４１ａを通る設定経路２２０を通ってアイソセンターＯに照射される場合（図８（ｂ））、遮蔽体１１０ｂは第１ビーム経路２１０上に配置されラッチ固定され、遮蔽体１１０ａは照射ノズル５０とともに移動する。有効磁場領域４１ａを通るビーム経路で荷電粒子ビームを照射する場合は、遮蔽体１１０ｂは第１ビーム経路２１０上に固定されたままである。

【0072】

他方、荷電粒子ビームが有効磁場領域４１ｂを通る設定経路２２０を通ってアイソセンターＯに照射される場合（図８（ｃ））、遮蔽体１１０ａは第１ビーム経路２１０上に配置されラッチ固定され、遮蔽体１１０ｂは照射ノズル５０とともに移動する。有効磁場領域４１ｂを通るビーム経路で荷電粒子ビームを照射する場合は、遮蔽体１１０ａが第１ビーム経路２１０上に固定されたままである。

【0073】

このように、上記実施形態と同様に、本実施形態においても、φ＝０度かつθ＝０度以外の設定経路２２０（第１ビーム経路２１０以外のビーム経路）で荷電粒子ビームをアイソセンターＯに照射するときに、振分電磁石３３が意図せず励磁しないことがあっても、第１ビーム経路２１０上に遮蔽体１１０ａ又は遮蔽体１１０ｂが常に配置されているので、意図しない荷電粒子ビームの照射が防止される。

【0074】

上記で説明される寸法、材料、形状、構成要素の相対的な位置等は、本発明が適用される装置の構造又は様々な条件に応じて変更される。説明に用いた特定の用語及び実施形態に限定されることは意図しておらず、当業者であれば、他の同等の構成要素を使用することができ、上記実施形態は、本発明の趣旨又は範囲から逸脱しない限り、他の変形及び変更も可能である。また、本発明の一つの実施形態に関連して説明した特徴を、たとえ明確に前述していなくても、他の実施形態と組み合わせて用いることも可能である。

【符号の説明】

【0075】

１０ 荷電粒子ビーム照射装置
２０ 加速器
３０ ビーム輸送系
３１ 荷電粒子ビーム調整手段
３２ 真空ダクト
３３ 振分電磁石
３４ 扇型真空ダクト
４０ 収束電磁石
５０ 照射ノズル
５５ ガイドレール
１００ 遮蔽機構
１１０（１１０Ａ、１１０Ｂ） 遮蔽体
１１０ａ、１１０ｂ 第１及び第２の遮蔽体

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】