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(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】
(24)【登録日】2022-10-26
(45)【発行日】2022-11-04
(54)【発明の名称】荷電粒子線治療装置
(51)【国際特許分類】
A61N 5/10 20060101AFI20221027BHJP
【ＦＩ】
A61N5/10 H
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2018008828
(22)【出願日】2018-01-23
(65)【公開番号】P2019126462
(43)【公開日】2019-08-01
【審査請求日】2020-12-16
(73)【特許権者】
【識別番号】000002107
【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100162640
【弁理士】
【氏名又は名称】柳 康樹
(72)【発明者】
【氏名】上口 長昭
【審査官】菊地 康彦
(56)【参考文献】
【文献】特開平１１－２８１７９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－２７７１９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０００７８４８（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｎ ５／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器と、前記加速器から出射された前記荷電粒子線を入射させることで、当該荷電粒子線のエネルギーを低下させる減衰部と、
前記減衰部の上流側の一端部から前記減衰部の下流側の他端部までの領域において、前記荷電粒子線の出射方向と同方向の成分を持つ磁場を発生させる磁場発生部と、
前記磁場発生部を通過した前記荷電粒子線を被照射体に照射する照射部と、
を備え、
前記磁場発生部は、前記減衰部の上流側に配置された第１発生部、及び前記減衰部の下流側に配置された第２発生部の少なくとも一方を有し、
前記第１発生部は、当該第１発生部の中心軸が前記荷電粒子線の軸と一致するように配置され、前記第２発生部は、当該第２発生部の中心軸が前記荷電粒子線の軸と一致するように配置される、荷電粒子線治療装置。
【請求項2】
前記磁場発生部は、超伝導電磁石により前記磁場を発生させる、請求項１に記載の荷電粒子線治療装置。
【請求項3】
前記磁場発生部は、前記減衰部の上流側に配置された第１発生部と、前記減衰部の下流側に配置された第２発生部とを有する、請求項１又は２に記載の荷電粒子線治療装置。
【請求項4】
荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器と、
前記加速器から出射された前記荷電粒子線を入射させることで、当該荷電粒子線のエネルギーを低下させる減衰部と、
前記減衰部の上流側の一端部から前記減衰部の下流側の他端部までの領域において、前記荷電粒子線の出射方向と同方向の成分を持つ磁場を発生させる磁場発生部と、
前記磁場発生部を通過した前記荷電粒子線を被照射体に照射する照射部と、
を備え、
前記磁場発生部は、前記減衰部の上流側に配置された第１発生部と、前記減衰部の下流側に配置された第２発生部とを有し、
前記第１発生部と前記第２発生部とは、前記減衰部に隣接して設けられる、荷電粒子線治療装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、荷電粒子線治療装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、患者の患部に荷電粒子線を照射することによって治療を行う荷電粒子線治療装置として、例えば、特許文献１に記載された装置が知られている。特許文献１に記載の荷電粒子線治療装置では、加速器で加速された荷電粒子線を、減衰部（ディグレーダ）に入射させてエネルギーを減衰させてから、被照射体に照射している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１５－１８１６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１に記載のような荷電粒子線治療装置においては、荷電粒子線が減衰部を通過すると、減衰部によって荷電粒子が散乱され、荷電粒子線のビームサイズが大きくなる。このため、高精度な照射を行うことが求められる場合には、コリメータ等を用いて荷電粒子線の一部をカットすることにより、荷電粒子線のビームサイズを調整する必要がある。しかしながら、このように荷電粒子線の一部をカットすると粒子利用効率が低下するので、荷電粒子線のビーム電流が低下するという問題が生じる。したがって、荷電粒子線のビームサイズの拡大を抑制することが要請されている。
【0005】
本発明、上記の課題を解決するためになされたものであり、荷電粒子線のビーム電流の低下を抑制しつつ、ビームサイズの拡大を抑制することが可能な荷電粒子線治療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】
【0006】
本発明の一形態に係る荷電粒子線治療装置は、荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器と、加速器から出射された荷電粒子線を入射させることで、当該荷電粒子線のエネルギーを低下させる減衰部と、減衰部において、荷電粒子線の出射方向と同方向の成分を持つ磁場を発生させる磁場発生部と、磁場発生部を通過した荷電粒子線を被照射体に照射する照射部と、を備える。
【0007】
この荷電粒子線治療装置は、減衰部において、荷電粒子線の出射方向と同方向の成分を持つ磁場を発生させる磁場発生部を備えている。このように荷電粒子線の出射方向と同方向の磁場を減衰部に発生させることにより、減衰部で散乱された荷電粒子には、荷電粒子線の出射方向を軸とした回転方向に力が作用する。この結果、散乱された荷電粒子は、荷電粒子線の軸に巻き付くような軌道で出射方向に移動する。したがって、散乱された荷電粒子が荷電粒子線の軸から離間する方向に発散することが抑制され、ビームサイズの拡大が抑制される。よって、荷電粒子線のビーム電流の低下を抑制しつつ、ビームサイズの拡大を抑制することが可能である。
【0008】
一形態において、磁場発生部は、超伝導電磁石により磁場を発生させてもよい。この構成によれば、例えば１０Ｔ程度の強力な磁場を発生させることができるので、荷電粒子線のビームサイズの拡大を効果的に抑制することができる。
【0009】
一形態において、磁場発生部は、減衰部の上流側に配置された第１発生部と、減衰部の下流側に配置された第２発生部とを有してもよい。この構成によれば、減衰部において、出射方向に均一な磁場を発生させやすくなる。したがって、荷電粒子線のビームサイズの拡大を効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、荷電粒子線のビーム電流の低下を抑制しつつ、ビームサイズの拡大を抑制することが可能な荷電粒子線治療装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】一形態に係る荷電粒子線治療装置の概略構成図である。
【図3】腫瘍に対して設定された操を示す図である。
【図4】エネルギー調整部の構成を概略的に示す斜視断面図である。
【図5】エネルギー調整部の構成を示す概略構成図である。
【図7】（ａ）は磁場発生部を用いない場合の荷電粒子線の散乱を示すシミュレーション結果であり、（ｂ）は磁場発生部を用いた場合の荷電粒子線の散乱を示すシミュレーション結果である。
【図8】（ａ）は、磁場発生部を用いない場合の荷電粒子の分布を示す図であり、（ｂ）は、磁場発生部を用いた場合の荷電粒子の分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る荷電粒子線治療装置について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【0013】
図１に示されるように、本発明の一実施形態に係る荷電粒子線治療装置１は、放射線療法によるがん治療などに利用される装置であり、イオン源（不図示）で生成した荷電粒子を加速して荷電粒子線として出射する加速器３と、荷電粒子線を被照射体へ照射する照射部２と、加速器３から出射された荷電粒子線を照射部２へ輸送するビーム輸送ライン４１と、ビーム輸送ライン４１上において加速器３と照射部２との間に設けられたエネルギー調整部２０と、を備えている。照射部２は、治療台４を取り囲むように設けられた回転ガントリ５に取り付けられている。照射部２は、回転ガントリ５によって治療台４の周りを回転可能に構成されている。
【0014】
図２は、図１の荷電粒子線治療装置の照射部付近の概略構成図である。なお、以下の説明においては、「Ｘ方向」、「Ｙ方向」、「Ｚ方向」という語を用いて説明する。「Ｚ方向」とは、荷電粒子線Ｂの基軸ＡＸが延びる方向であり、荷電粒子線Ｂの照射の深さ方向である。なお、「基軸ＡＸ」とは、後述の走査電磁石６で偏向しなかった場合の荷電粒子線Ｂの照射軸とする。図２では、基軸ＡＸに沿って荷電粒子線Ｂが照射されている様子を示している。「Ｘ方向」とは、Ｚ方向と直交する平面内における一の方向である。「Ｙ方向」とは、Ｚ方向と直交する平面内においてＸ方向と直交する方向である。
【0015】
まず、図２を参照して、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１の概略構成について説明する。なお、以降の説明においては、荷電粒子線治療装置１がスキャニング法に係る照射装置である場合について説明する。なお、スキャニング方式は特に限定されず、ラインスキャニング、ラスタースキャニング、スポットスキャニング等を採用してよい。更に、荷電粒子線治療装置１の照射方法はスキャニング法に限定されず、ワブラー法、ブロードビーム法、原体照射法等、あらゆる照射方法を採用してよい。図２に示されるように、荷電粒子線治療装置１は、加速器３と、照射部２と、ビーム輸送ライン４１と、制御部７と、を備えている。
【0016】
加速器３は、荷電粒子を加速して予め設定されたエネルギーの荷電粒子線Ｂを出射する装置である。加速器３として、例えば、サイクロトロン、シンクロトロン、シンクロサイクロトロン、ライナック等が挙げられる。この加速器３は、制御部７に接続されており、供給される電流が制御される。加速器３で発生した荷電粒子線Ｂは、ビーム輸送ライン４１によって照射ノズル９へ輸送される。ビーム輸送ライン４１は、加速器３と、エネルギー調整部２０と、照射部２と、を接続し、加速器３から出射されてエネルギー調整部２０にてエネルギー調整された荷電粒子線を照射部２へ輸送する。
【0017】
荷電粒子線治療装置１は、加速器３内に配置され、イオン源から出た荷電粒子を遮断するビームチョッパ１６を更に備えている。ビームチョッパ１６の作動状態（ＯＮ）において、イオン源からでた荷電粒子は遮断され、荷電粒子線Ｂが加速器３から出射されない状態となる。ビームチョッパ１６の停止状態（ＯＦＦ）においては、イオン源から出た荷電粒子は遮断されることなく、荷電粒子線Ｂが加速器３から出射される状態となる。ビームチョッパ１６の作動状態及び停止状態は、ビームチョッパスイッチ（不図示）により切り替えられる。なお、荷電粒子線の照射、非照射を切り替える手段としてビームチョッパ以外が用いられてもよい。例えば、ビーム輸送ライン４１中にシャッターを設けてシャッターで荷電粒子線Ｂを遮断してもよい。あるいは、加速器３内に設けられたデフレクタ（電磁石）を用いて、照射するときのみ加速器３から荷電粒子線Ｂを出射させてもよい。
【0018】
照射部２は、患者１５の体内の腫瘍（被照射体）１４に対し、荷電粒子線Ｂを照射するものである。荷電粒子線Ｂとは、電荷を持った粒子を高速に加速したものであり、例えば陽子線、重粒子（重イオン）線、電子線等が挙げられる。具体的に、照射部２は、イオン源（不図示）で生成した荷電粒子を加速する加速器３から出射されてビーム輸送ライン４１で輸送された荷電粒子線Ｂを腫瘍１４へ照射する装置である。照射部２は、走査電磁石（走査部）６、四極電磁石８，プロファイルモニタ１１、ドーズモニタ１２、フラットネスモニタ１３ａ,１３ｂ、及びディグレーダ３０を備えている。走査電磁石６、各モニタ１１，１２，１３ａ，１３ｂ、四極電磁石８、及びディグレーダ３０は、照射ノズル９内に収容されている。
【0019】
走査電磁石６は、Ｘ方向走査電磁石６ａ及びＹ方向走査電磁石６ｂを含む。Ｘ方向走査電磁石６ａ及びＹ方向走査電磁石６ｂは、それぞれ一対の電磁石から構成され、制御部７から供給される電流に応じて一対の電磁石間の磁場を変化させ、当該電磁石間を通過する荷電粒子線Ｂを走査する。Ｘ方向走査電磁石６ａは、Ｘ方向に荷電粒子線Ｂを走査し、Ｙ方向走査電磁石６ｂは、Ｙ方向に荷電粒子線Ｂを走査する。これらの走査電磁石６は、基軸ＡＸ上であって、加速器３よりも荷電粒子線Ｂの出射方向の下流側にこの順で配置されている。
【0020】
四極電磁石８は、Ｘ方向四極電磁石８ａ及びＹ方向四極電磁石８ｂを含む。Ｘ方向四極電磁石８ａ及びＹ方向四極電磁石８ｂは、制御部７から供給される電流に応じて荷電粒子線Ｂを絞って収束させる。Ｘ方向四極電磁石８ａは、Ｘ方向において荷電粒子線Ｂを収束させ、Ｙ方向四極電磁石８ｂは、Ｙ方向において荷電粒子線Ｂを収束させる。四極電磁石８に供給する電流を変化させて絞り量（収束量）を変化させることにより、荷電粒子線Ｂのビームサイズを変化させることができる。四極電磁石８は、基軸ＡＸ上であって加速器３と走査電磁石６との間にこの順で配置されている。なお、ビームサイズとは、ＸＹ平面における荷電粒子線Ｂの大きさである。また、ビーム形状とは、ＸＹ平面における荷電粒子線Ｂの形状である。
【0021】
プロファイルモニタ１１は、初期設定の際の位置合わせのために、荷電粒子線Ｂのビーム形状及び位置を検出する。プロファイルモニタ１１は、基軸ＡＸ上であって四極電磁石８と走査電磁石６との間に配置されている。ドーズモニタ１２は、荷電粒子線Ｂの強度を検出する。ドーズモニタ１２は、基軸ＡＸ上であって走査電磁石６に対して下流側に配置されている。フラットネスモニタ１３ａ，１３ｂは、荷電粒子線Ｂのビーム形状及び位置を検出監視する。フラットネスモニタ１３ａ，１３ｂは、基軸ＡＸ上であって、ドーズモニタ１２よりも荷電粒子線Ｂの下流側に配置されている。各モニタ１１，１２，１３ａ，１３ｂは、検出した検出結果を制御部７に出力する。
【0022】
ディグレーダ３０は、通過する荷電粒子線Ｂのエネルギーを低下させて当該荷電粒子線Ｂのエネルギーの微調整を行う。本実施形態では、ディグレーダ３０は、照射ノズル９の先端部９ａに設けられている。なお、照射ノズル９の先端部９ａとは、荷電粒子線Ｂの下流側の端部である。照射ノズル９内のディグレーダ３０は、省略することも可能である。
【0023】
制御部７は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等により構成されている。この制御部７は、各モニタ１１，１２，１３ａ，１３ｂから出力された検出結果に基づいて、加速器３、走査電磁石６及び四極電磁石８を制御する。また、本実施形態においては、制御部７は、各モニタ１１，１２，１３ａ，１３ｂの検出結果をフィードバックして、荷電粒子線Ｂのビームサイズが一定となるように、四極電磁石８を制御する。
【0024】
また、荷電粒子線治療装置１の制御部７は、荷電粒子線治療の治療計画を行う治療計画装置１００と接続されている。治療計画装置１００は、治療前に患者１５の腫瘍１４をＣＴ等で測定し、腫瘍１４の各位置における線量分布（照射すべき荷電粒子線の線量分布）を計画する。具体的には、治療計画装置１００は、腫瘍１４に対して治療計画マップを作成する。治療計画装置１００は、作成した治療計画マップを制御部７へ送信する。
【0025】
スキャニング法による荷電粒子線の照射を行う場合、腫瘍１４をＺ方向に複数の層に仮想的に分割し、一の層において荷電粒子線を走査して照射する。そして、当該一の層における荷電粒子線の照射が完了した後に、隣接する次の層における荷電粒子線の照射を行う。
【0026】
図２に示す荷電粒子線治療装置１により、スキャニング法によって荷電粒子線Ｂの照射を行う場合、通過する荷電粒子線Ｂが収束するように四極電磁石８を作動状態（ＯＮ）とする。
【0027】
続いて、加速器３から荷電粒子線Ｂを出射する。また、加速器３から出射された荷電粒子線Ｂをエネルギー調整部２０で調整することで、当該荷電粒子線Ｂの飛程を調整する。出射された荷電粒子線Ｂは、走査電磁石６の制御によって走査される。これにより、荷電粒子線Ｂは、腫瘍１４に対してＺ方向に設定された一の層における照射範囲内を走査されつつ照射されることとなる。一の層に対する照射が完了したら、次の層へ荷電粒子線Ｂを照射する。
【0028】
制御部７の制御に応じた走査電磁石６の荷電粒子線照射イメージについて、図３（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。図３（ａ）は、深さ方向において複数の層に仮想的にスライスされた被照射体を、図３（ｂ）は、深さ方向から見た一の層における荷電粒子線の走査イメージを、それぞれ示している。
【0029】
図３（ａ）に示すように、被照射体は照射の深さ方向において複数の層に仮想的にスライスされており、本例では、深い（荷電粒子線Ｂの飛程が長い）層から順に、層Ｌ１、層Ｌ２、…層Ｌｎ－１、層Ｌｎ、層Ｌｎ＋１、…層ＬＮ－１、層ＬＮとＮ層に仮想的にスライスされている。また、図３（ｂ）に示すように、荷電粒子線Ｂは、ビーム軌道ＴＬを描きながら層Ｌｎの複数の照射スポットに対して照射される。すなわち、制御部７に制御された照射ノズル９は、ビーム軌道ＴＬ上を移動する。
【0030】
次に、図４及び図５を参照して、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１が備えるエネルギー調整部２０の構成について説明する。エネルギー調整部２０は、荷電粒子線Ｂのエネルギーを低下させる減衰部２１と、減衰部２１において磁場を発生させる磁場発生部２２とを有している。
【0031】
減衰部２１は、加速器３から出射された荷電粒子線Ｂを入射させることで、当該荷電粒子線Ｂのエネルギーを低下させる部材である。減衰部２１は、第１減衰材２１Ａ及び第２減衰材２１Ｂを有している。第１減衰材２１Ａ及び第２減衰材２１Ｂのぞれぞれは、直角三角柱状の突出部２３を複数有している。それぞれの突出部２３は、荷電粒子線Ｂに対して垂直な第１面２３ａと、荷電粒子線Ｂに対して傾斜した第２面２３ｂとを有している。第１減衰材２１Ａと第２減衰材２１Ｂとは互いに略同一の形状を呈しており、第１減衰材２１Ａの突出部２３と第２減衰材２１Ｂの突出部２３が向かい合うように配置されている。第１減衰材２１Ａの突出部２３の第２面２３ｂと第２減衰材２１Ｂの突出部２３の第２面２３ｂとは互いに平行であり、離間している。荷電粒子線Ｂは、第１減衰材２１Ａの突出部２３の第１面２３ａから減衰部２１内に入射し、第２減衰材２１Ｂの突出部２３の第１面２３ａから減衰部２１の外部へ出射する。
【0032】
第１減衰材２１Ａ及び第２減衰材２１Ｂは、それぞれ不図示の駆動源に連結されており、荷電粒子線Ｂと直交する方向に変位可能に構成されている。これにより、荷電粒子線Ｂが通過する部分の厚さ（荷電粒子線Ｂの照射軸上の第１減衰材２１Ａの厚さ及び第２減衰材２１Ｂの厚さの合計）を調節し、減衰部２１による荷電粒子線Ｂのエネルギーの減衰量を調整可能にしている。
【0033】
減衰部２１（第１減衰材２１Ａ及び第２減衰材２１Ｂ）を構成する材料としては、例えばベリリウム（Ｂｅ）又は炭素（Ｃ）等、原子番号が小さい物質が挙げられる。本実施形態では、減衰部２１による荷電粒子線Ｂの散乱を抑制する観点から、ベリリウム（Ｂｅ）が好適に用いられる。なお、第１減衰材２１Ａ及び第２減衰材２１Ｂを構成する材料は互いに同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、第１減衰材２１Ａ及び第２減衰材２１Ｂの形状と特に限定されず、適宜変更可能である。
【0034】
磁場発生部２２は、減衰部２１に磁場を発生させる部分であり、第１発生部２２Ａと第２発生部２２Ｂとを有している。第１発生部２２Ａは減衰部２１の上流側（加速器３側）に配置され、第２発生部２２Ｂは減衰部２１の下流側（照射部２側）に配置されている。第１発生部２２Ａ及び第２発生部２２Ｂのそれぞれは、超伝導電磁石２４と、超伝導電磁石２４を収容するクライオスタット２５とを有している。本実施形態では、第１発生部２２Ａ及び第２発生部２２Ｂは減衰部２１に隣接して設けられており、減衰部２１と第１発生部２２Ａとの間、及び減衰部２１と第２発生部２２Ｂとの間には、他の部品が配置されていない。
【0035】
超伝導電磁石２４は、超伝導線材を円環状に巻回した電磁石であり、超伝導状態まで冷却した状態で超伝導線材に電流を流すことにより磁場を発生させるものである。第１発生部２２Ａの超伝導電磁石２４及び第２発生部２２Ｂの超伝導電磁石２４には、同一方向の電流が流される。これにより、第１発生部２２Ａと第２発生部２２Ｂとの間に位置する減衰部２１には磁場Ｈが形成される。より具体的には、超伝導電磁石２４は、その中心軸が荷電粒子線Ｂの軸と略一致するように配置されている。このように超伝導電磁石２４を配置することにより、減衰部２１において荷電粒子線Ｂが通過する部分には、荷電粒子線Ｂの出射方向と同方向の成分を持つ磁場Ｈが形成される。また、荷電粒子線Ｂの軸に沿った方向において、出射方向と同方向の磁場Ｈを発生させる範囲は、減衰部２１の上流側の一端部から減衰部２１の下流側の他端部までの領域を含んでいることが好ましい。なお、荷電粒子線Ｂの軸に沿った方向における磁場Ｈを発生させる範囲は、減衰部２１の一部のみを含んでいてもよい。また、磁場Ｈを発生させる範囲は減衰部２１の幅より広く設定してもよい。磁場Ｈの強度は、例えば０．５Ｔ～１０Ｔ程度とすることができる。
【0036】
また、磁場Ｈのうち、出射方向と同方向の磁場Ｈが形成される範囲の、荷電粒子線Ｂの出射方向に直交する方向における幅は、荷電粒子線Ｂの軸を中心として、少なくとも減衰部２１に入射する前の荷電粒子線Ｂのビームサイズｄより大きくすることができる。なお、出射方向と同方向の磁場Ｈが形成される範囲の、出射方向に直交する方向における幅は、減衰部２１から出射する際の荷電粒子線Ｂのビームサイズｄ（すなわち、荷電粒子が発散しうる範囲）よりも大きいことがより好ましく、減衰部２１全体を含んでいてもよい。
【0037】
クライオスタット２５は、円環状の容器である。超伝導電磁石２４は、クライオスタット２５内で冷却される。クライオスタット２５は、その中央部に開口２５ａが設けられている。開口２５ａの中心は荷電粒子線Ｂの軸と略一致しており、荷電粒子線Ｂはクライオスタット２５の開口２５ａを通過して減衰部２１に入射（又は出射）する。なお、クライオスタット２５の形状は特に限定されず、適宜変更可能である。
【0038】
次に図６を参照して、磁場発生部２２の効果について説明する。図６は、磁場発生部２２の効果を説明するための図である。図６に示されるように、荷電粒子線Ｂの出射方向と同方向の磁場Ｈを発生させることにより、減衰部２１（図４及び図５参照）で散乱された荷電粒子Ｐには、荷電粒子線Ｂの出射方向を軸とした回転方向Ｒに力が作用する。この結果、荷電粒子Ｐは、荷電粒子線Ｂの軸の周りを回転しながら、出射方向に移動する。すなわち、磁場Ｈの影響により、荷電粒子Ｐは荷電粒子線Ｂの軸に巻き付くような螺旋状の軌道を描きながら移動する。これにより、散乱された荷電粒子Ｐが荷電粒子線Ｂの軸から離間する方向に発散することが抑制されるので、荷電粒子線Ｂのビームサイズの拡大を抑制することができる。
【0039】
次に図７及び図８を参照して、荷電粒子線Ｂの散乱に関するシミュレーション結果について説明する。図７（ａ）は、磁場発生部２２を用いない場合の荷電粒子線Ｂの散乱を示すシミュレーション結果であり、図７（ｂ）は磁場発生部２２を用いた場合の荷電粒子線Ｂの散乱を示すシミュレーション結果である。図８（ａ）は、磁場発生部２２を用いない場合の荷電粒子の分布を示す図であり、図８（ｂ）は、磁場発生部２２を用いた場合の荷電粒子の分布を示す図である。
【0040】
荷電粒子線Ｂの散乱に関するシミュレーションでは、荷電粒子線Ｂの電流値、減衰部の材料、及び荷電粒子線Ｂのビームサイズｄの測定位置等のパラメータを一定の条件に設定し、磁場Ｈを用いた場合のビームサイズｄと磁場Ｈを用いない場合のビームサイズｄとを比較した。
【0041】
図７（ａ）に示されるように、磁場発生部２２を用いない場合、減衰部２１内から荷電粒子線Ｂのビームサイズｄが徐々に拡大している。これに対し、図７（ｂ）に示されるように、磁場発生部２２を用いた場合、減衰部２１、及び磁場Ｈが形成されている範囲内においてはビームサイズｄの拡大が抑制されている。荷電粒子線Ｂのビームサイズｄは、磁場Ｈの範囲を通過した後に徐々に拡大している。測定位置における荷電粒子線Ｂのビームサイズｄは、磁場発生部２２を用いない場合のビームサイズｄに比べて小さくなっている。この結果から、磁場発生部２２が発生させる磁場Ｈによって減衰部２１における荷電粒子の発散が抑制され、荷電粒子線Ｂのビームサイズｄの拡大が抑制されていることが確認できる。
【0042】
また、図８は、図７に示されるシミュレーション結果に基づいて、荷電粒子線Ｂのビームサイズｄの測定位置における荷電粒子の分布を位相空間で示したものである。図８（ａ）及び図８（ｂ）において、Ｘ軸は荷電粒子線Ｂの軸に垂直な平面内のある方向の空間座標を示し、Ｘ’軸は、荷電粒子線Ｂの出射方向に対するＸ座標の変化（すなわち粒子角度）を示している。図８（ａ）及び図８（ｂ）においては、Ｘ軸方向の幅が荷電粒子線Ｂのビームサイズｄに相当する。図８（ａ）と図８（ｂ）とを比較すると、図８（ｂ）（磁場発生部２２を用いた場合）におけるＸ軸方向の幅は、図８（ａ）（磁場発生部２２を用いない場合）におけるＸ軸方向の幅よりも小さくなっている。したがって、図８（ａ）及び図８（ｂ）からも、磁場発生部２２が発生させる磁場Ｈによって減衰部２１における荷電粒子の発散が抑制され、荷電粒子線Ｂのビームサイズｄの拡大が抑制されていることが確認できる。なお、図８（ａ）におけるＸ’軸方向の幅と、図８（ｂ）におけるＸ’軸方向の幅はとは略同一になっている。このことから、減衰部２１による荷電粒子の散乱は同程度発生している（すなわち、減衰部２１の形状や減衰部２１を構成する材料は同じである）が、磁場Ｈによって荷電粒子線Ｂの軸から離間する方向への発散が磁場Ｈによって抑制されていることが確認できる。
【0043】
以上説明したように、荷電粒子線治療装置１は、減衰部２１において、荷電粒子線Ｂの出射方向と同方向の磁場Ｈを発生させる磁場発生部２２を備えている。このように荷電粒子線Ｂの出射方向と同方向の磁場Ｈを減衰部２１に発生させることにより、減衰部２１で散乱された荷電粒子Ｐには、荷電粒子線Ｂの出射方向を軸とした回転方向Ｒに力が作用する（図６参照）。この結果、散乱された荷電粒子Ｐは、荷電粒子線Ｂの軸に巻き付くような軌道で出射方向に移動する。したがって、散乱された荷電粒子Ｐが荷電粒子線Ｂの軸から離間する方向に発散することが抑制され、ビームサイズｄの拡大が抑制される。よって、コリメータ等によってカットされる部分を低減できる（すなわち、粒子利用率の向上を図ることができる）ので、荷電粒子線Ｂのビーム電流の低下を抑制しつつ、ビームサイズの拡大を抑制することが可能である。
【0044】
また、磁場発生部２２は、超伝導電磁石２４により磁場Ｈを発生させている。これにより、例えば１０Ｔ程度の強力な磁場Ｈを発生させることができるので、荷電粒子線Ｂのビームサイズｄの拡大を効果的に抑制することができる。
【0045】
また、磁場発生部２２は、減衰部２１の上流側に配置された第１発生部２２Ａと、減衰部２１の下流側に配置された第２発生部２２Ｂとを有している。これにより、減衰部２１において、出射方向に均一な磁場Ｈを発生させやすくなる。したがって、荷電粒子線Ｂのビームサイズｄの拡大を効果的に抑制することができる。
【0046】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されることなく種々の変形態様を採用可能である。例えば、上記の実施形態では、磁場発生部２２が超伝導電磁石２４によって磁場を発生させる例について説明が、磁場発生部２２は超伝導電磁石２４以外の手段によって磁場Ｈを発生させてもよい。例えば、超伝導電磁石２４に替えて永久磁石及び／又は常伝導電磁石が用いられてもよい。
【0047】
また、照射部２の構成は図２に示すものに限定されず、適宜変更可能である。
【0048】
また、上記の実施形態では、エネルギー調整部２０が加速器３の直下（荷電粒子線Ｂの出射方向に対してすぐ下流側）に配置されている例について説明したが、エネルギー調整部２０が配置される位置は特に限定されない。なお、粒子利用効率の向上を図る観点から、加速器３の直下にエネルギー調整部２０を配置し、磁場発生部２２によってビームサイズｄの拡大を抑制することが好ましい。
【0049】
また、上記の実施形態では、磁場発生部２２が第１発生部２２Ａ及び第２発生部２２Ｂの２つの発生部を備える例について説明したが、磁場発生部２２は１つの発生部のみを備えていてもよい。この場合、発生部は減衰部２１の上流側に配置されていてもよいし、下流側に配置されていてもよい。更に、磁場発生部２２は３つ以上の発生部を備えていてもよい。
【符号の説明】
【0050】
１…荷電粒子線治療装置、２…照射部、３…加速器、１４…腫瘍（被照射体）、２０…エネルギー調整部、２１…減衰部、２２…磁場発生部、２２Ａ…第１発生部、２２Ｂ…第２発生部、２４…超伝導電磁石、Ｂ…荷電粒子線、Ｈ…磁場。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】