特開 2024-136517 偏向電磁石装置及び荷電粒子ビーム照射装置

(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】P2024136517

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】偏向電磁石装置及び荷電粒子ビーム照射装置

(51)【国際特許分類】

   G21K 1/093 20060101AFI20240927BHJP

   G21K 5/04 20060101ALI20240927BHJP

   A61N 5/10 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

G21K1/093 D

G21K5/04 A

A61N5/10 H

A61N5/10 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023047655

(22)【出願日】2023-03-24

(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】100141025

【弁理士】

【氏名又は名称】阿久津 勝久

(74)【代理人】

【識別番号】100221327

【弁理士】

【氏名又は名称】大川 亮

(72)【発明者】

【氏名】石澤 峻路

【テーマコード（参考）】

4C082

【Ｆターム（参考）】

4C082AA01

4C082AC05

4C082AG11

4C082AG13

(57)【要約】

【課題】荷電粒子ビーム照射装置において、従来よりも組み立て性を向上する技術を提供すること
【解決手段】偏向電磁石装置は、第１の方向に沿って進む荷電粒子ビームを偏向させる偏向電磁石と、荷電粒子ビームの通過領域を真空状態に維持する真空ダクトと、を備える。偏向電磁石は磁極を含む。磁極は、第１の方向において荷電粒子ビームの進行方向の下流側に向かうに従って、荷電粒子ビームの偏向角が拡がる第２の方向に拡がる部分を含むように形成される。真空ダクトは、第１の方向及び第２の方向に交差する第３の方向から見て、磁極と重複する部分を含み、真空ダクトは、第１の方向の上流側において偏向電磁石に固定される第１の固定部と、第１の方向の下流側において偏向電磁石に固定される第２の固定部と、を含む。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

偏向電磁石装置であって、
第１の方向に沿って進む荷電粒子ビームを偏向させる偏向電磁石と、
荷電粒子ビームの通過領域を真空状態に維持する真空ダクトと、
を備え、
前記偏向電磁石は磁極を含み、
前記真空ダクトは、前記第１の方向及び荷電粒子ビームの偏向角が拡がる第２の方向に交差する第３の方向から見て、前記磁極と重複する部分を含み、
前記真空ダクトは、
前記第１の方向の上流側において前記偏向電磁石に固定される第１の固定部と、
前記第１の方向の下流側において前記偏向電磁石に固定される第２の固定部と、
を含む、
偏向電磁石装置。

【請求項2】

請求項１に記載の偏向電磁石装置であって、
前記真空ダクトは、前記偏向電磁石によって偏向された荷電粒子ビームが前記真空ダクト内を通過できるように、前記下流側に進むに従って拡大する拡大部を含む、
偏向電磁石装置。

【請求項3】

請求項１に記載の偏向電磁石装置であって、
前記偏向電磁石は、
前記第１の固定部が固定される第１のダクト固定部と、
前記第２の固定部が固定される第２のダクト固定部とを含み、
前記第１のダクト固定部は、前記偏向電磁石の、前記第１の方向の上流側を向く第１の面に設けられ、
前記第２のダクト固定部は、前記偏向電磁石の、前記第１の方向の下流側を向く第２の面に設けられる、
偏向電磁石装置。

【請求項4】

請求項３に記載の偏向電磁石であって、
前記真空ダクトは、荷電粒子ビームが入射される入口と、荷電粒子ビームが出射される出口とを含み、
前記入口は、前記第１の面よりも前記上流側に配置され、
前記出口は、前記第２の面よりも前記下流側に配置される、
偏向電磁石装置。

【請求項5】

請求項１に記載の偏向電磁石装置であって、
前記偏向電磁石は、
線材が前記磁極に巻かれて構成されるコイルと、
前記線材の、前記磁極へと引き入れられる部分及び前記磁極から引き出される部分で構成される配線部と、
を含み、
前記配線部は、前記第１の方向において前記磁極よりも荷電粒子ビームの進行方向の上流側を通過する、
偏向電磁石装置。

【請求項6】

請求項５に記載の偏向電磁石装置であって、
前記配線部は、前記磁極の前記下流側から下方に延び、前記磁極の下方を通過して前記磁極よりも前記上流側へと延びる、
偏向電磁石装置。

【請求項7】

請求項１に記載の偏向電磁石装置であって、
前記偏向電磁石を、前記第３の方向に延びる仮想軸線周りに回動可能に支持する架台をさらに備える、
偏向電磁石装置。

【請求項8】

請求項７に記載の偏向電磁石装置であって、
前記架台は、
前記偏向電磁石を、前記第３の方向に延びる第１の仮想軸線周りに回動可能に支持する第１の回動支持部と、
前記偏向電磁石を、前記第３の方向に延びる第２の仮想軸線周りに回動可能に支持する第２の回動支持部と、
を含む、
偏向電磁石装置。

【請求項9】

請求項１に記載の偏向電磁石装置であって、
前記磁極は、前記第１の方向において荷電粒子ビームの進行方向の下流側に向かうに従って、前記第２の方向に拡がる部分を含むように形成される、
偏向電磁石装置。

【請求項10】

荷電粒子ビーム照射装置であって、
請求項１から９までのいずれか一項に記載の偏向電磁石装置を含む荷電粒子ビーム輸送系と、
前記偏向電磁石装置の前記偏向電磁石によって偏向された荷電粒子ビームをさらに偏向させる第２の偏向電磁石と、
前記第２の偏向電磁石により偏向された荷電粒子ビームをアイソセンターに照射する照射ノズルと、
を備える、
荷電粒子ビーム照射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、偏向電磁石装置及び荷電粒子ビーム照射装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、高エネルギーに加速された荷電粒子ビーム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】

粒子線治療の分野において、正常な組織の被ばくを抑えつつ、体内の標的に多くの線量を付与するために、複数の方向から荷電粒子ビームを照射する方法が一般的である。特許文献１には、このような照射装置の一例として、振分電磁石（偏向電磁石）及び偏向電磁石により荷電粒子ビームの照射方向を制御するものが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－７７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上記従来技術の照射装置においては、荷電粒子ビームの移動経路が例えば真空ダクトにより形成されている。当該照射装置やその構成要素である偏向電磁石においては、荷電粒子ビームの移動経路を構成する部材も含めた組み立て性の向上が望まれる。

【0006】

本発明は、荷電粒子ビーム照射装置において、従来よりも組み立て性を向上する技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明には以下の態様が含まれる。
［態様１］
偏向電磁石装置であって、
第１の方向に沿って進む荷電粒子ビームを偏向させる偏向電磁石と、
荷電粒子ビームの通過領域を真空状態に維持する真空ダクトと、
を備え、
前記偏向電磁石は磁極を含み、
前記真空ダクトは、前記第１の方向及び荷電粒子ビームの偏向角が拡がる第２の方向に交差する第３の方向から見て、前記磁極と重複する部分を含み、
前記真空ダクトは、
前記第１の方向の上流側において前記偏向電磁石に固定される第１の固定部と、
前記第１の方向の下流側において前記偏向電磁石に固定される第２の固定部と、
を含む、
偏向電磁石装置。
［態様２］
態様１に記載の偏向電磁石装置であって、
前記真空ダクトは、前記偏向電磁石によって偏向された荷電粒子ビームが前記真空ダクト内を通過できるように、前記下流側に進むに従って拡大する拡大部を含む、
偏向電磁石装置。
［態様３］
態様１に記載の偏向電磁石装置であって、
前記偏向電磁石は、
前記第１の固定部が固定される第１のダクト固定部と、
前記第２の固定部が固定される第２のダクト固定部とを含み、
前記第１のダクト固定部は、前記偏向電磁石の、前記第１の方向の上流側を向く第１の面に設けられ、
前記第２のダクト固定部は、前記偏向電磁石の、前記第１の方向の下流側を向く第２の面に設けられる、
偏向電磁石装置。
［態様４］
態様３に記載の偏向電磁石であって、
前記真空ダクトは、荷電粒子ビームが入射される入口と、荷電粒子ビームが出射される出口とを含み、
前記入口は、前記第１の面よりも前記上流側に配置され、
前記出口は、前記第２の面よりも前記下流側に配置される、
偏向電磁石装置。
［態様５］
態様１に記載の偏向電磁石装置であって、
前記偏向電磁石は、
線材が前記磁極に巻かれて構成されるコイルと、
前記線材の、前記磁極へと引き入れられる部分及び前記磁極から引き出される部分で構成される配線部と、
を含み、
前記配線部は、前記第１の方向において前記磁極よりも荷電粒子ビームの進行方向の上流側を通過する、
偏向電磁石装置。
［態様６］
態様５に記載の偏向電磁石装置であって、
前記配線部は、前記磁極の前記下流側から下方に延び、前記磁極の下方を通過して前記磁極よりも前記上流側へと延びる、
偏向電磁石装置。
［態様７］
態様１に記載の偏向電磁石装置であって、
前記偏向電磁石を、前記第３の方向に延びる仮想軸線周りに回動可能に支持する架台をさらに備える、
偏向電磁石装置。
［態様８］
態様７に記載の偏向電磁石装置であって、
前記架台は、
前記偏向電磁石を、前記第３の方向に延びる第１の仮想軸線周りに回動可能に支持する第１の回動支持部と、
前記偏向電磁石を、前記第３の方向に延びる第２の仮想軸線周りに回動可能に支持する第２の回動支持部と、
を含む、
偏向電磁石装置。
［態様９］
態様１に記載の偏向電磁石装置であって、
前記磁極は、前記第１の方向において荷電粒子ビームの進行方向の下流側に向かうに従って、前記第２の方向に拡がる部分を含むように形成される、
偏向電磁石装置。
［態様１０］
荷電粒子ビーム照射装置であって、
態様１から９までのいずれか一項に記載の偏向電磁石装置を含む荷電粒子ビーム輸送系と、
前記偏向電磁石装置の前記偏向電磁石によって偏向された荷電粒子ビームをさらに偏向させる第２の偏向電磁石と、
前記第２の偏向電磁石により偏向された荷電粒子ビームをアイソセンターに照射する照射ノズルと、
を備える、
荷電粒子ビーム照射装置。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、荷電粒子ビーム照射装置において、従来よりも組み立て性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態に係る荷電粒子ビーム照射装置の概略構成図

【図2】（ａ）は一実施形態に係る偏向電磁石の概略構成図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ線断面図

【図3】偏向電磁石装置の概要を示す斜視図

【図4】図３の偏向電磁石装置の側面図

【図5】図４のＢ－Ｂ線断面図

【図6】架台の概要を示す斜視図

【図7】偏向電磁石装置の概要を示す斜視図

【図8】（ａ）及び（ｂ）は回動支持部による偏向電磁石の位置調整の説明図

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜荷電粒子ビーム照射装置１０＞
図１は、本実施形態に係る荷電粒子ビーム照射装置１０の概略構成図である。荷電粒子ビーム照射装置１０は、加速器２０と、荷電粒子ビーム輸送系３０と、偏向電磁石４０と、照射ノズル５１とを備える。照射ノズル５１は、患者を載せる治療台が備わった治療室５０内に配置されている。

【0011】

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、荷電粒子ビーム輸送系３０を通じて偏向電磁石４０に導かれる。

【0012】

荷電粒子ビーム輸送系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、偏向電磁石装置１００などが含まれる。偏向電磁石装置１００については詳しくは後述する。加速器２０、荷電粒子ビーム調整手段３１、及び偏向電磁石装置１００の偏向電磁石１１０は、真空ダクト３２で接続されている。偏向電磁石装置１００及び偏向電磁石４０は、偏向電磁石１１０の真空ダクト１２０（図３等参照）を介して接続されている。

【0013】

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、１２０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下流側の偏向電磁石１１０に導かれる。

【0014】

荷電粒子ビーム調整手段３１としては、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。

【0015】

荷電粒子ビームの偏向電磁石１１０から患部（アイソセンターＯ）までの経路は、後述する照射角θに応じて異なる。このことから、荷電粒子ビームが受ける光学的要素も照射角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照射角θに応じて変わることがある。これに対しては、例えば、偏向電磁石１１０及び偏向電磁石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を照射角θごとに制御し、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。

【0016】

偏向電磁石１１０は、荷電粒子ビームの偏向角φ（図２（ａ）等参照）を連続的に偏向し、偏向電磁石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、偏向電磁石４０は、患部（アイソセンターＯ）へ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。すなわち、荷電粒子ビーム照射装置１０には２つの偏向電磁石が設けられている。そして、偏向電磁石１１０が入射してきた荷電粒子ビームを偏向してその進行方向を振り分け、偏向電磁石４０が偏向電磁石１１０によって振り分けられた荷電粒子ビームをアイソセンターＯへと収束させる。このため、偏向電磁石１１０は振分電磁石とも呼ばれることがあり、偏向電磁石４０は収束電磁石とも呼ばれることがある。ここで、本願と同じ出願人による先行特許出願（特願２０１８－０７３３０３号）の全ての内容は、参照により本明細書に組み込まれるものとするが、偏向電磁石１１０及び偏向電磁石４０の例について以下に簡単に説明する。

【0017】

図２（ａ）は、偏向電磁石４０の概略構成図である。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ－Ａ線断面図である。以降の図において、荷電粒子ビームの偏向される前の進行方向をＸ軸方向（第１の方向の一例）、偏向電磁石４０が生成する磁場の方向をＺ軸方向（第３の方向の一例）、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に直交する方向をＹ軸方向（第２の方向の一例）とする。偏向電磁石１１０は、ＸＹ面において、Ｘ軸方向に沿って偏向電磁石１１０へと入射した荷電粒子ビームを、Ｘ軸方向に対する偏向角が偏向角φとなるように偏向して偏向電磁石４０に入射させる。偏向電磁石４０は、ＸＹ面において、Ｘ軸方向に対する偏向角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２（ａ）においては、偏向電磁石１１０及び照射ノズル５１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（偏向電磁石１１０側）をＸ軸方向の正の方向（Ｘ軸方向＋側）としている。

【0018】

偏向電磁石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（図中Ｘ軸方向－側）と荷電粒子ビームの偏向角φの広がり方向（図中Ｙ軸方向）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。偏向電磁石４０の１組のコイル対が生成する有効磁場領域は、図２（ａ）に示すようにＸＹ平面において三日月様の形状を有する。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。

【0019】

図２（ｂ）に示すように、偏向電磁石４０は、例えば少なくとも二組のコイル対４４ａ、４４ｂを備える。コイル対４４ａ、４４ｂの内部にはそれぞれ磁極対４５ａ、４５ｂが組み込まれ、磁極対４５ａ、４５ｂにはヨーク４６が接続されている。偏向電磁石４０には不図示の電源装置が接続されており、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、偏向電磁石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。

【0020】

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（非対称でもよい）。例えば、プラス（Ｙ軸方向＋側）の偏向角φの範囲とマイナス（Ｙ軸方向－側）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。

【0021】

偏向電磁石１１０により偏向され、偏向電磁石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）の範囲である。プラスの最大偏向角φmaxは、例えば１０度以上９０度未満の角度である。マイナスの最大偏向角－φmaxは、例えば－９０度超－１０度以下の角度である。偏向角φ及び照射角θは、ＸＹ面における、Ｘ軸方向に対する荷電粒子ビームの経路の角度である。

【0022】

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５１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５１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、偏向電磁石１１０から偏向角φ＝０で偏向電磁石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５１を通じてアイソセンターＯに収束する。

【0023】

＜偏向電磁石装置１００＞
図３は、偏向電磁石装置１００の概要を示す斜視図であって、偏向電磁石１１０及び真空ダクト１２０を示す図である。また、図４は図３の偏向電磁石装置１００の側面図、図５は図４のＢ－Ｂ線断面図である。

【0024】

偏向電磁石装置１００は、入射してきた荷電粒子ビームを偏向してビームの進行方向を振り分けるための装置である。偏向電磁石装置１００は、偏向電磁石１１０と、真空ダクト１２０とを含む。

【0025】

＜＜偏向電磁石１１０＞＞
偏向電磁石１１０は、Ｘ軸方向に沿って進む荷電粒子ビームを偏向させる。さらにいえば、偏向電磁石１１０は、Ｘ軸方向－側に沿って進む荷電粒子ビームを、所定の偏向角φで振り分ける。偏向電磁石１１０は、一対の磁極１１１と、一対のヨーク１１２と、一対のコイル１１３ａと、配線部１１３ｂと、引出部１１３ｃと、線材支持部１１４と、側板１１５ａ～１１５ｈと、吊り下げ部１１６と、装着部１１７ａ、１１７ｂと、ダクト固定部１１９ａ、１１９ｂと、を含む。

【0026】

一対の磁極１１１は、Ｚ軸方向に離間して対向して設けられている。一対の磁極１１１の間には、真空ダクト１２０が配置されている。すなわち、一対の偏向電磁石１１０の間に荷電粒子ビームの移動経路が設けられる。一対の磁極１１１には、一対のヨーク１１２がそれぞれ接続されている。一対のヨーク１１２は、一対の磁極１１１を囲むように設けられ、互いに接合することで磁束が通過する経路を定める。磁極１１１にはコイル１１３ａが巻かれている。不図示の電源装置からコイル１１３ａに電流（励磁電流）が供給されることで、偏向電磁石１１０が励磁する。これにより、一対の磁極１１１の間の空間に有効磁場領域が形成される。

【0027】

本実施形態では、磁極１１１は、荷電粒子ビームの進行方向（Ｘ軸方向－側）に向かうに従って、偏向角φが拡がる方向（Ｙ軸方向）に拡がる部分を含む。このような形状により、荷電粒子ビームに対して偏向させるための力を付与しつつ、磁極１１１を小型化・軽量化することができる。また、荷電粒子ビームの進行方向（Ｘ軸方向－側）の下流側に行くほど有効磁場領域がＹ軸方向に拡がるので、荷電粒子ビームが通過しない有効磁場領域を削減することができる。

【0028】

また、本実施形態では、磁極１１１の形状に対応して、偏向電磁石１１０自体の形状も、Ｘ軸方向－側に向かうに従ってＹ軸方向に拡がるように構成されている。これにより、偏向電磁石１１０のさらなる小型化・軽量化を図ることができる。偏向電磁石装置１００やこれを含む荷電粒子ビーム照射装置１０は、医療施設等、設置スペースに制約のある場所に配置されることがある。本実施形態によれば、より小さい設置スペースに対しても、装置を設置することが可能となる。

【0029】

また例えば、磁極１１１は、Ｚ軸方向に見た場合（偏向電磁石１１０を側面視で見た場合）に、荷電粒子ビームのプラス側の最大偏向角（φ＝φmax）における軌跡及びマイナス側の最大偏向角（φ＝－φmax）における軌跡と重複するように設けられてもよい。また例えば、Ｘ軸方向において荷電粒子ビームが磁極１１１と重なっている区間において、偏向された荷電粒子ビームが磁極１１１による有効磁場領域を通過し続けられるように、磁極１１１の形状が設定されてもよい。

【0030】

また、本実施形態では、磁極１１１のＹ軸方向に拡がる部分はＺ軸方向から見て直線状に形成されているが、当該部分の形状は限定されず、例えば曲線状、Ｚ軸方向から見て段差状であってもよい。また、磁極１１１の形状及び／又は偏向電磁石１１０全体の形状は、Ｚ軸方向から見て扇型、台形又は等脚台形の形状を有していてもよい。

【0031】

コイル１１３ａは、コイル線材１１３が磁極１１１に巻かれることによって形成される。コイル線材１１３は例えばホローコンダクタであってもよい。配線部１１３ｂは、コイル線材１１３のうちコイル１１３ａを形成しない部分である。また、引出部１１３ｃはコイル１１３ａから配線部１１３ｂが引き出されている部分である。

【0032】

本実施形態では、コイル線材１１３の配線部１１３ｂは、荷電粒子ビーム進行方向の上流側から磁極１１１へと引き入れられ、磁極１１１から同上流側へと引き出される。詳細には、引出部１１３ｃは磁極１１１の下流側（Ｘ軸方向－側）に設けられているが、配線部１１３ｂは引出部１１３ｃから下方（Ｙ軸方向－側）に延び、磁極１１１の下方（－Ｙ側）を通って上流側（Ｘ軸方向＋側）へと引き出されている。本実施形態では、磁極１１１の下流側に向かうほどＹ軸方向に拡がる形状により磁極１１１の上流側にスペースが生じているため、配線部１１３ｂを上流側に引き出すことにより、この上流側のスペースを有効に活用することができる。例えば、この上流側のスペースに、コイル１１３ａに電流を供給する電源装置等の構成部品を配置することができる。このように、装置全体としての小型化を図ることができる。

【0033】

線材支持部１１４は、コイル線材１１３の配線部１１３ｂを支持する。本実施形態では、線材支持部１１４は、コイル線材１１３の配線部１１３ｂが上流側へと引き出されるように、配線部１１３ｂを支持する。

【0034】

側板１１５ａ～１１５ｈは、磁極１１１の少なくとも一部を覆う部材である。側板１１５～１１５ｈの形状については特に限定されない。本実施形態では、一対のヨーク１１２の各面に側板１１５ａ～１１５ｈが適宜設けられている。しかしながら、ヨーク１１２には側板が設けられない面があってもよい。また、本実施形態では、側板１１５ｃに吊り下げ部１１６が設けられ、側板１１５ｅに装着部１１７ａ、１１７ｂが設けられ、側板１１５ｆに装着部１１７ａ、１１７ｂが設けられ、側板１１５ａにダクト固定部１１９ａが設けられ、側板１１５ｂにダクト固定部１１９ｂが設けられている。ここで、ダクト固定部１１９ａが設けられる側板１１５ａは、偏向電磁石１１０の、荷電粒子ビームの進行方向上流側（－Ｘ側）を向く面（第１の面の一例）を構成する。また、ダクト固定部１１９ｂが設けられる側板１１５ｂは、偏向電磁石１１０の電粒子ビームの進行方向下流側（＋Ｘ側）を向く面（第２の面の一例）を構成する。

【0035】

吊り下げ部１１６は、偏向電磁石１１０を搬送する際に磁極１１１を吊り下げるために設けられる。吊り下げ部１１６としては公知のものを適宜用いることができるが、例えばアイボルトを取付可能なボルト穴であってもよいし、フックやロープ等を引っ掛けることのできる形状を有していてもよい。

【0036】

本実施形態では、吊り下げ部１１６は、偏向電磁石１１０の上面に設けられている。さらにいえば、吊り下げ部１１６が設けられる上面が、平面（ＺＸ平面）、より詳細には水平面に形成されている。これにより、吊り下げ部１１６による偏向電磁石１１０の移動や設置を容易に行うことができる。

【0037】

装着部１１７ａ、１１７ｂは、架台１３０に対して偏向電磁石１１０を装着するために設けられる。ダクト固定部１１９ａ、１１９ｂは真空ダクト１２０を偏向電磁石１１０に対して固定するために設けられる。

【0038】

＜＜真空ダクト１２０＞＞
真空ダクト１２０は、荷電粒子ビームの通過領域を真空状態に維持するためのダクトである。なお、本明細書において「真空」とは、大気圧より低い圧力の気体で満たされた状態、換言すれば減圧状態をいう。真空ダクト１２０は、入口１２１と、出口１２２と、拡大部１２３と、入口側固定部１２４と、出口側固定部１２５と、を含む。真空ダクト１２０は、上流側の入口１２１において荷電粒子ビーム輸送系３０の真空ダクト３２と接続する。また、真空ダクト１２０は、下流側の出口１２２において、例えば偏向電磁石４０を収容するクライオスタット（不図示）に接続する。真空ダクト１２０は、偏向電磁石４０が荷電粒子ビームを偏向できるように、荷電粒子ビームを偏向電磁石４０へと導ければよい。すなわち、真空ダクト１２０の具体的な接続構造は適宜設定可能である。

【0039】

また、本実施形態では、真空ダクト１２０は、Ｚ軸方向から見て（図４を正面から見て）磁極１１１と重複する部分を含んでいる。これにより、偏向電磁石１１０及び真空ダクト１２０を特に荷電粒子ビームの進行方向（Ｘ軸方向）にコンパクトに配置することができ、装置の小型軽量化を図ることができる。

【0040】

さらにいえば、本実施形態では、荷電粒子ビームの進行方向において、 入口１２１が偏向電磁石１１０のＸ軸方向＋側の端部よりもＸ軸方向＋側に配置され、出口１２２が同－Ｘ側の端部よりも－Ｘ側に配置される。すなわち、Ｘ軸方向において、偏向電磁石１１０の全体が真空ダクト１２０の幅内に収まっている。これにより、偏向電磁石１１０及び真空ダクト１２０を荷電粒子ビームの進行方向（Ｘ軸方向）によりコンパクトに配置することができ、装置の小型軽量化を図ることができる。

【0041】

また、本実施形態では、出口１２２は、偏向電磁石１１０のＸ軸方向－Ｘ側の端部、具体的にはコイル１１３ａのＸ軸方向－Ｘ側の端部、よりも－Ｘ側に配置される。これにより、出口１２２が偏向電磁石１１０のＸ軸方向－Ｘ側の端部よりも－Ｘ側に配置されない場合と比べて、出口側固定部１２５の形状を制限なく設定することができる。一例として、本実施形態のように出口１２２の縁部分から単にＺ軸方向に沿って延びるように出口側固定部１２５を形成することができる。このため、出口側固定部１２５の形状を複雑化させることなく、出口１２２側において真空ダクト１２０を偏向電磁石１１０に固定することができる。同様に、本実施形態では、入口１２１が偏向電磁石１１０のＸ軸方向＋側の端部、具体的にはコイル１１３ａのＸ軸方向＋側の端部よりもＸ軸方向＋側に配置される。これにより、入口１２１が偏向電磁石１１０のＸ軸方向＋Ｘ側の端部よりも＋Ｘ側に配置されない場合と比べて、入口側固定部１２４の形状、構造を制限なく設定することができる。

【0042】

入口側固定部１２４は、入口１２１側において、偏向電磁石１１０のダクト固定部１１９ａに固定される。また、出口側固定部１２５は、出口１２２側において、偏向電磁石１１０のダクト固定部１１９ｂに固定される。なお、これらの固定構造については、ボルト締結等の公知の技術を適宜用いることができる。

【0043】

すなわち、本実施形態では、真空ダクト１２０は、荷電粒子ビームの進行方向の上流側及び下流側において偏向電磁石１１０に固定される。これにより、偏向電磁石１１０に真空ダクト１２０を組み付けた状態でこれらの輸送等が容易になる。すなわち、偏向電磁石１１０及び真空ダクト１２０を一つのコンポーネントとして取り扱うことが容易になる。また、偏向電磁石１１０及び真空ダクト１２０を予め組み立てた状態で、これらを荷電粒子ビーム輸送系３０の真空ダクト３２及び偏向電磁石４０に対して接続することができるので、荷電粒子ビーム照射装置１０全体としての組み立て性の向上も図ることができる。

【0044】

とりわけ、治療施設等に荷電粒子ビーム照射装置１０を導入する場合、装置の設置作業をより短期間で行うことが望まれる。荷電粒子ビーム照射装置１０は大型の装置であるため、荷電粒子ビーム照射装置１０を稼働できる状態とするためには、治療施設内での組み立て、設置作業等が必要となる。しかし、治療施設では、作業スペースや作業設備の不足により、工場等の生産拠点と比較して組み立て、設置作業の効率が相対的に低いことが考えられる。本実施形態では、入口側固定部１２４、出口側固定部１２５により偏向電磁石１１０に対して真空ダクト１２０を固定可能である。このため、工場等の生産拠点で偏向電磁石１１０及び真空ダクト１２０を組み立てた上で、これらを一体的に治療施設等へと輸送することができる。これにより、作業効率が相対的に低い治療施設での作業工数を減らすことができるので、全体としての組み立て作業の効率を向上することができる。また、偏向電磁石１１０及び真空ダクト１２０を一つのコンポーネントとして輸送できるので、荷電粒子ビーム照射装置１０の導入時に輸送する物の数を減らすことができ、輸送効率の向上や輸送コストの削減を図ることができる。

【0045】

拡大部１２３は、荷電粒子ビームの進行方向に向かうに従って、振り分け方向に拡がる部分である。拡大部１２３は、偏向電磁石１１０によって偏向された荷電粒子ビームが真空ダクト１２０を通過できるように形成される。拡大部１２３が、荷電粒子ビームの通過範囲に対応して形成されることにより、真空ダクト１２０の小型軽量化を図ることができる。また、本実施形態では、拡大部１２３の形状は、磁極１１１の形状に対応するように設定されている。

【0046】

また、拡大部１２３により、真空ダクト１２０は全体として扇型の形状を有している。ＸＹ面における真空ダクト１２０を扇型状とすることで、所定の偏向角φで偏向された荷電粒子ビームであっても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。

【0047】

＜＜架台１３０＞＞
図６は、架台１３０の概要を示す斜視図である。図７は、偏向電磁石装置１００の概要を示す斜視図であって、偏向電磁石１１０が架台１３０に支持された状態を示す図である。

【0048】

架台１３０は、偏向電磁石１１０のＺ軸方向を向く側面を挟んで回動可能に支持する。これにより、偏向電磁石１１０のピッチ方向の位置調整を容易に行うことができる。特に、荷電粒子ビーム照射装置１０に用いられる偏向電磁石装置１００は比較的大型で重量が大きく、位置の微調整に手間がかかる場合がある。本実施形態では、位置の微調整の容易に行えることで、装置の組み立て性をより向上することができる。本実施形態では、架台１３０は、ベース部１３１と、回動支持部１３２ａ、１３２ｂと、を含む。なお、回動支持部の数は適宜変更可能であり、１つ又は３つ以上でもよい。

【0049】

ベース部１３１は、一対の支柱１３１ａ及び一対の支柱１３１ｂを含む。一対の支柱１３１ａの上部には回動支持部１３２ａが設けられ一対の支柱１３１ｂの上部には、回動支持部１３２ｂが設けられる。

【0050】

回動支持部１３２ａは、偏向電磁石１１０の装着部１１７ａを回動可能に支持する。また、回動支持部１３２ｂは、偏向電磁石１１０の装着部１１７ｂを回動可能に支持する。回動支持部１３２ａ及び回動支持部１３２ｂはそれぞれ、偏向電磁石１１０の両側面（ＸＹ面）を挟持して偏向電磁石１１０を回動可能に支持する。回動支持部１３２ａによって、第１の仮想軸線ＶＬ１周りに偏向電磁石１１０を回動可能に支持することができる。また、回動支持部１３２ｂによって、第２の仮想軸線ＶＬ２周りに偏向電磁石１１０を回動可能に支持することができる。すなわち、本実施形態では、偏向電磁石１１０を２つの仮想軸周りに回動可能に支持することができる。

【0051】

図４を併せて参照する。本実施形態では、装着部１１７ｂが偏向電磁石装置１００の重心Ｇよりも上方（Ｙ軸方向＋側）に設けられている。このため、偏向電磁石１１０が回動支持部１３２ｂによって第２の仮想軸線ＶＬ２周りに回動可能に支持された場合に、偏向電磁石装置１００が吊り下げられる状態になるため、偏向電磁石装置１００の安定性が増す。また、装着部１１７ｂは、荷電粒子ビームの進行方向（Ｘ軸方向）において下流側（－側）に偏って配置されている。本実施形態では、偏向電磁石装置１００は下流側（－側）に向かうに従ってＹ軸方向の幅が拡がるように形成されているので、重心Ｇが下流側（－側）に寄って位置することになる。よって、装着部１１７ｂを下流側（－側）に偏って配置することで、第２の仮想軸線ＶＬ２が重心Ｇに近づきやすくなり、第２の仮想軸線ＶＬ２周りに回動可能に偏向電磁石装置１００を支持した場合の安定性が増すことになる。例えば、装着部１１７ｂは、偏向電磁石装置１００の、Ｘ軸方向－側の２分の１の領域、或いは３分の１の領域に設けられてもよい。

【0052】

また、本実施形態では、装着部１１７ａが重心ＧよりもＸ軸方向＋側に設けられ、装着部１１７ｂが重心ＧよりもＸ軸方向－側に設けられる。すなわち、Ｘ軸方向において装着部１１７ａ、１１７ｂが重心Ｇを挟むように設けられる。このため、装着部１１７ａ、１１７ｂがそれぞれ回動支持部１３２ａ、１３２ｂに支持された際の安定性の向上を図ることができる。さらに、本実施形態では、装着部１１７ａが重心ＧよりもＹ軸方向－側に設けられ、装着部１１７ｂが重心ＧよりもＹ軸方向＋側に設けられる。これにより、第１の仮想軸線ＶＬ１及び第２の仮想軸線ＶＬ２間の距離が拡がるので、装着部１１７ａ、１１７ｂがそれぞれ回動支持部１３２ａ、１３２ｂに指示された際の安定性の向上を図ることができる。

【0053】

また、本実施形態では、回動支持部１３２ａ及び回動支持部１３２ｂは、偏向電磁石１１０の支持構造としてトラニオン構造を採用している。しかしながら、支持構造については公知の技術を適宜採用可能である。また、本実施形態では、回動支持部１３２ａ、１３２ｂに設けられた凸状の部分と装着部１１７ａ、１１７ｂに設けられた凹状の部分とが回動可能に設けられているが、これらの凹凸の関係は逆でもよい。

【0054】

また、架台１３０は、回動支持部１３２ａ、１３２ｂの位置を調整するための調整部１３３を含む。調整部１３３は、各支柱１３１ａ、１３１ｂのそれぞれに設けられるＹ軸方向調整機構１３３ａ及びＸＺ方向調整機構１３３ｂを含む。Ｙ軸方向調整機構１３３ａは、回動支持部１３２ａ、１３２ｂのＹ軸方向（鉛直方向）の位置を調整可能である。ＸＺ方向調整機構１３３ｂは、回動支持部１３２ａ、１３２ｂＸＺ方向（水平方向）。Ｙ軸方向調整機構１３３ａ及びＸＺ方向調整機構１３３ｂの構造についてはボールねじ機構等の公知のものを適宜用いることができる。また、ここではＹ軸方向調整機構１３３ａ及びＸＺ方向調整機構１３３ｂが別々に設けられているが、これらが一体的に設けられてもよいし、Ｘ軸方向の調整機構とＺ軸方向の調整機構とが別々に設けられてもよい。

【0055】

回動支持部１３２ａ、１３２ｂは、調整部１３３によって各支柱１３１ａ、１３１ｂに対して所定の範囲でＸＹＺ方向に変位可能であるとともに、変位可能な範囲内の任意の位置で位置決め可能（固定可能）に設けられている。偏向電磁石１１０の位置調整を行う場合には、回動支持部１３２ａ、１３２ｂの一方の位置を固定し、固定した回動支持部の回動軸周りに偏向電磁石１１０を移動させて微調整を行う。そして、偏向電磁石１１０の位置が決まったら、その位置で他方の回動支持部を装着部と係合する位置で固定する。また、本実施形態では、Ｙ軸方向調整機構１３３ａによって回動支持部１３２ａ、１３２ｂの高さを微調整できることにより、偏向電磁石１１０のロール方向の調整が容易になる。

【0056】

図８（ａ）、８（ｂ）は、回動支持部１３２ａ、１３２ｂによる偏向電磁石１１０の位置調整の説明図である。

【0057】

図８（ａ）は、偏向電磁石１１０を第１の仮想軸線ＶＬ１周りに回動させて位置調整をする例を示している。調整中は、回動支持部１３２ａにより装着部１１７ａが回動可能に支持されている一方で、装着部１１７ｂは回動支持部１３２ｂにより支持されていない。すなわち、装着部１１７ｂと回動支持部１３２ｂとは相対移動可能な状態となっている。例えば、作業者は、出口１２２がＸ軸方向よりも下方を向く偏向電磁石１１０（破線参照）を、出口１２２がＸ軸方向を向くように第１の仮想軸線ＶＬ１周りに回転させる（実線参照）。そして、位置調整後に回動支持部１３２ｂにより装着部１１７ｂを支持することによって、偏向電磁石１１０の位置を確定することができる。

【0058】

一方、図８（ｂ）は、偏向電磁石１１０を第２の仮想軸線ＶＬ２周りに回動させて位置調整をする例を示している。調整中は、回動支持部１３２ｂにより装着部１１７ｂが回動可能に支持されている一方で、装着部１１７ａは回動支持部１３２ａにより支持されていない。すなわち、装着部１１７ａと回動支持部１３２ａとは相対移動可能な状態となっている。例えば、作業者は、出口１２２がＸ軸方向よりも下方を向く偏向電磁石１１０（破線参照）を、出口１２２がＸ軸方向を向くように第２の仮想軸線ＶＬ２周りに回転させる（実線参照）。そして、位置調整後に回動支持部１３２ａにより装着部１１７ａを支持することによって、偏向電磁石１１０の位置を確定することができる。

【0059】

ここで、図８（ａ）に示す位置調整後の偏向電磁石１１０の位置と図８（ｂ）に示す位置調整後の偏向電磁石１１０の位置とを比較すると、位置調整前（破線参照）の偏向電磁石１１０の位置に対する相対位置が異なっていることが分かる。よって、例えば、偏向電磁石１１０を架台１３０に対して仮組みした後に、仮組み時点での偏向電磁石１１０の位置と所望の位置との位置関係に応じて第１の仮想軸線ＶＬ１と第２の仮想軸線ＶＬ２のどちらの軸線周りに位置調整を行うかを選択することで、調整後の位置を所望の位置により近づけることができる。これにより、特に偏向電磁石１１０のピッチ方向の微調整を容易に行うことができ。なお、位置調整時に、第１の仮想軸線ＶＬ１周りの調整と、第２の仮想軸線ＶＬ２周りの調整の両方を行うことも可能である。

【0060】

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、他の形態とともに用いることも可能である。

【符号の説明】

【0061】

１０：荷電粒子ビーム照射装置
１００：偏向電磁石装置
１１０：偏向電磁石
１１１：磁極
１２０：真空ダクト
１２４：入口側固定部
１２５：出口側固定部
１３０：架台

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】