【 特 許 請 求 の 範 囲 】 【 請 求 項 １ 】

( 5 7 ) 【 特 許 請 求 の 範 囲 】

【 請 求 項 １ 】

加 速 器 か ら 取 り 出 し た 荷 電 粒 子 ビ ー ム を ビ ー ム 輸 送 ラ イ ン で 輸 送 し 照 射 野 形 成 用 電 磁 石 を 用 い て ス キ ャ ニ ン グ 方 式 に よ り 照 射 す る 粒 子 線 治 療 装 置 で あ っ て 、

前 記 ビ ー ム 輸 送 ラ イ ン の 任 意 の 位 置 に 設 け ら れ て 荷 電 粒 子 ビ ー ム の 角 度 を 変 動 さ せ る 電 磁 場 を 発 生 す る 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 と 、

前 記 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 に 対 し て 高 周 波 を 印 加 す る 高 周 波 印 加 部 と を 備 え 、

前 記 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 は 、 前 記 高 周 波 の 波 形 に 沿 っ て 前 記 荷 電 粒 子 ビ ー ム を 偏 向 さ せ て 前 記 荷 電 粒 子 ビ ー ム の エ ミ ッ タ ン ス を 連 続 的 若 し く は 断 続 的 に 変 化 さ せ 、 位 相 空 間 上 に お け る 荷 電 粒 子 ビ ー ム の 重 心 を 振 動 さ せ る 構 成 で あ る

粒 子 線 治 療 装 置 。

【 請 求 項 ２ 】

前 記 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 は 、 前 記 荷 電 粒 子 ビ ー ム の 重 心 を 振 動 さ せ る こ と に よ り 、 通 過 後 の 前 記 荷 電 粒 子 ビ ー ム の 位 相 空 間 上 で の 角 度 重 心 が 見 る タ イ ミ ン グ に よ っ て 変 動 し 、 か つ 、 前 記 荷 電 粒 子 ビ ー ム の 粒 子 を 時 間 幅 で 重 畳 し て 見 る と エ ミ ッ タ ン ス が 広 が っ て い る よ う に 観 測 さ れ る よ う に 、 前 記 荷 電 粒 子 ビ ー ム の エ ミ ッ タ ン ス を 変 化 さ せ る 構 成 で あ る 請 求 項 １ 記 載 の 粒 子 線 治 療 装 置 。

【 請 求 項 ３ 】

前 記 高 周 波 印 加 部 に よ っ て 前 記 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 に 印 加 す る 高 周 波 は 、 前 記 照 射 野 形 成 用 電 磁 石 に よ る ス ポ ッ ト 走 査 周 期 よ り も 短 い 周 期 で あ る

10

20

請 求 項 １ 記 載 の 粒 子 線 治 療 装 置 。

【 請 求 項 ４ 】

前 記 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 は 、

前 記 荷 電 粒 子 ビ ー ム に 対 し て 位 相 空 間 に お け る 角 度 を 変 動 さ せ る 電 磁 場 を 前 記 高 周 波 に 応 じ て 発 生 さ せ る 構 成 で あ る

請 求 項 １ 、 ２ ま た は ３ 記 載 の 粒 子 線 治 療 装 置 。

【 請 求 項 ５ 】

前 記 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 は 、

位 相 空 間 上 で の 荷 電 粒 子 ビ ー ム の 重 心 を 変 動 の 中 心 と し て 荷 電 粒 子 ビ ー ム の 角 度 を 変 動 さ せ て 実 効 的 な エ ミ ッ タ ン ス を 広 げ る 構 成 で あ る

請 求 項 １ か ら ４ の 何 れ か に 記 載 の 粒 子 線 治 療 装 置 。

【 請 求 項 ６ 】

加 速 器 か ら 取 り 出 し た 荷 電 粒 子 ビ ー ム を ビ ー ム 輸 送 ラ イ ン で 輸 送 し 照 射 野 形 成 用 電 磁 石 を 用 い て ス キ ャ ニ ン グ 方 式 に よ り 照 射 す る 粒 子 線 治 療 装 置 に 用 い る 粒 子 線 調 整 方 法 で あ っ て 、

前 記 ビ ー ム 輸 送 ラ イ ン の 任 意 の 位 置 に 設 け ら れ て 荷 電 粒 子 ビ ー ム の 角 度 を 変 動 さ せ る 電 磁 場 を 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 に 発 生 さ せ る べ く 、

前 記 高 周 波 印 加 部 が 、 前 記 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 に 対 し て 高 周 波 を 印 加 し 、

前 記 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 が 、 前 記 高 周 波 の 波 形 に 沿 っ て 前 記 荷 電 粒 子 ビ ー ム を 偏 向 さ せ て 前 記 荷 電 粒 子 ビ ー ム の エ ミ ッ タ ン ス を 連 続 的 若 し く は 断 続 的 に 変 化 さ せ 、 位 相 空 間 上 に お け る 荷 電 粒 子 ビ ー ム の 重 心 を 振 動 さ せ る

粒 子 線 調 整 方 法 。

【 発 明 の 詳 細 な 説 明 】

【 技 術 分 野 】

【 ０ ０ ０ １ 】

こ の 発 明 は 、 陽 子 線 や 重 イ オ ン 線 を 照 射 し て が ん 等 の 治 療 を 行 う 粒 子 線 治 療 装 置 お よ び こ れ に 用 い る 粒 子 線 調 整 方 法 に 関 す る 。

【 背 景 技 術 】

【 ０ ０ ０ ２ 】

従 来 、 高 エ ネ ル ギ ー の 荷 電 粒 子 ビ ー ム を 生 成 す る 粒 子 加 速 器 は 、 科 学 、 産 業 、 及 び 医 療 等 の 様 々 な 分 野 で 利 用 さ れ て い る 。 粒 子 線 治 療 を 行 う 粒 子 線 治 療 装 置 に お い て 、 加 速 器 か ら 取 り 出 さ れ た 荷 電 粒 子 ビ ー ム は 、 真 空 ダ ク ト 、 偏 向 電 磁 石 、 及 び 四 極 電 磁 石 等 で 構 成 さ れ た ビ ー ム 輸 送 ラ イ ン を 通 り 、 標 的 に 照 射 さ れ る 。

【 ０ ０ ０ ３ 】

粒 子 線 治 療 に お い て は 、 ペ ン シ ル ビ ー ム と 呼 ば れ る 細 い 荷 電 粒 子 ビ ー ム を 用 い る ス キ ャ ニ ン グ 方 式 と 、 ビ ー ム を 拡 大 し コ リ メ ー タ で 整 形 し て 照 射 す る ブ ロ ー ド ビ ー ム 方 式 が 存 在 し て い る 。

【 ０ ０ ０ ４ 】

こ こ で 、 ス キ ャ ニ ン グ 方 式 に よ る 粒 子 線 治 療 装 置 は 、 照 射 す る ビ ー ム の エ ネ ル ギ ー や 位 置 、 サ イ ズ （ ビ ー ム 径 ） を 制 御 す る こ と で 、 体 表 面 付 近 の 正 常 組 織 へ の 線 量 を 極 力 抑 え な が ら 、 体 内 深 く に あ る 腫 瘍 に 大 き な 線 量 を 与 え る こ と が 可 能 で あ る （ 特 許 文 献 １ 参 照 ） 。

【 ０ ０ ０ ５ 】

ま た 、 ス キ ャ ニ ン グ 方 式 に よ る 粒 子 線 治 療 装 置 は 、 通 常 、 ビ ー ム 輸 送 ラ イ ン に あ る 四 極 電 磁 石 の 励 磁 電 流 量 を 変 更 す る こ と で 、 照 射 ビ ー ム の サ イ ズ を 調 整 す る （ 特 許 文 献 ２ 、 ３ 参 照 ） 。 他 に も 、 ス キ ャ ニ ン グ 方 式 に よ る 粒 子 線 治 療 装 置 は 、 ビ ー ム 輸 送 ラ イ ン の 途 中 に 散 乱 体 を 入 れ て ビ ー ム サ イ ズ を 広 げ る こ と も 可 能 で あ る （ 特 許 文 献 １ ） 。

【 ０ ０ ０ ６ 】

回 転 照 射 装 置 （ 回 転 ガ ン ト リ ） を 使 用 す る 場 合 、 ガ ン ト リ 回 転 角 度 に 依 存 し て ビ ー ム サ イ ズ が 変 わ ら な い よ う に す る こ と が 必 要 と な る 。 こ の た め 、 ス キ ャ ニ ン グ 方 式 に よ る 粒 子 線 治 療 装 置 は 、 回 転 角 度 ご と に 四 極 電 磁 石 の 励 磁 電 流 量 を 調 整 す る 必 要 が あ る 。

10

20

30

40

50

【 ０ ０ ０ ７ 】

ガ ン ト リ 回 転 角 度 依 存 性 を な く す 他 の 方 法 と し て 、 ビ ー ム 輸 送 ラ イ ン の 回 転 部 入 口 で 、 ビ ー ム の エ ミ ッ タ ン ス 等 の パ ラ メ ー タ を 水 平 方 向 及 び 垂 直 方 向 で 揃 え 、 ビ ー ム を 回 転 対 称 に す る 手 段 も 考 え ら れ る 。 こ の 場 合 、 エ ミ ッ タ ン ス は 水 平 、 垂 直 方 向 に 独 立 な 保 存 量 で あ る た め 、 ス キ ャ ニ ン グ 方 式 に よ る 粒 子 線 治 療 装 置 は 、 コ リ メ ー タ や 散 乱 体 （ 特 許 文 献 ４ 参 照 ） 、 ス キ ュ ー 四 極 電 磁 石 ま た は ソ レ ノ イ ド 電 磁 石 （ 特 許 文 献 ５ 参 照 ） な ど を 使 用 す る 。

【 ０ ０ ０ ８ 】

こ こ で 、 四 極 電 磁 石 は 通 過 す る ビ ー ム に 対 し て 水 平 、 垂 直 方 向 の 各 方 向 に 収 束 と 発 散 、 な い し は 、 発 散 と 収 束 の 効 果 を 与 え る た め 、 励 磁 電 流 量 を 変 更 す る と 、 水 平 方 向 及 び 垂 直 方 向 の 両 方 向 の ビ ー ム サ イ ズ に 影 響 が 出 る 。 こ の た め 、 水 平 方 向 と 垂 直 方 向 の ビ ー ム サ イ ズ を 独 立 に 調 整 す る こ と が で き な い 。 従 っ て 、 ビ ー ム サ イ ズ の 調 整 は 、 複 雑 で あ り 、 複 数 台 の 四 極 電 磁 石 が 必 要 と な る 。 ま た 、 ビ ー ム が 四 極 電 磁 石 の 中 心 を 通 っ て い な か っ た 場 合

、 励 磁 電 流 量 を 変 更 す る と ビ ー ム の 軌 道 も 変 化 す る 。 こ の た め 、 ビ ー ム サ イ ズ の 調 整 と 共 に ビ ー ム 軌 道 も 補 正 す る 必 要 が 生 じ る 。

【 ０ ０ ０ ９ 】

一 方 、 散 乱 体 を 使 用 し て ビ ー ム の エ ミ ッ タ ン ス を 調 整 す る 方 法 で は 、 水 平 方 向 お よ び 垂 直 方 向 の ど ち ら に も エ ミ ッ タ ン ス を 広 げ る こ と に な る 。 こ の た め 、 独 立 に 調 整 す る こ と が で き ず 、 ま た 、 水 平 方 向 及 び 垂 直 方 向 の ど ち ら か の エ ミ ッ タ ン ス だ け を 変 更 す る こ と は 原 理 的 に 不 可 能 で あ る 。 そ の た め 、 本 来 は 広 げ る 必 要 の な い 方 向 の エ ミ ッ タ ン ス ま で 広 が り

、 ビ ー ム サ イ ズ が 増 大 す る な ど の ビ ー ム の 質 の 必 要 以 上 の 低 下 を 招 く 。 こ の よ う な 質 の 低 下 は 、 腫 瘍 付 近 の 正 常 細 胞 に 与 え る 損 傷 を 大 き く し て し ま う こ と に つ な が る 。

【 ０ ０ １ ０ 】

同 様 に 、 回 転 ガ ン ト リ を 使 用 す る た め に ビ ー ム の エ ミ ッ タ ン ス な ど の パ ラ メ ー タ を 水 平 方 向 及 び 垂 直 方 向 で 揃 え る 場 合 も 、 複 数 の 機 器 の 設 定 電 流 値 な ど を 調 整 す る 必 要 が あ り 、 非 常 に 複 雑 で あ る 。 加 え て 、 そ れ ら 設 定 電 流 値 な ど の 調 整 を 行 う た め に は 、 ビ ー ム の パ ラ メ ー タ を 精 度 よ く 測 定 す る 、 ま た は 計 算 か ら 予 測 す る こ と が 求 め ら れ 、 測 定 お よ び 解 析 に 伴 う 作 業 時 間 が か か る 上 に 、 計 算 技 術 も 必 要 と な る 。 結 果 と し て 、 施 設 建 設 か ら 治 療 開 始 ま で の ビ ー ム コ ミ ッ シ ョ ニ ン グ 期 間 の 長 期 化 や 、 日 々 な い し 月 毎 な ど の ル ー チ ン で 行 わ れ る ビ ー ム 調 整 時 間 の 延 長 に よ っ て 、 コ ス ト の 増 加 が 生 じ る 。

【 先 行 技 術 文 献 】

【 特 許 文 献 】

【 ０ ０ １ １ 】

【 特 許 文 献 １ 】 特 開 ２ ０ ０ １ − ２ １ ２ ２ ５ ３ 号 公 報

【 特 許 文 献 ２ 】 特 開 ２ ０ １ １ − ２ ０ ６ ２ ３ ７ 号 公 報

【 特 許 文 献 ３ 】 特 開 ２ ０ １ ３ − ８ ８ １ ２ ６ 号 公 報

【 特 許 文 献 ４ 】 特 許 第 ４ ６ ３ ９ ４ ０ １ 号 公 報

【 特 許 文 献 ５ 】 特 開 平 ９ − ２ ６ ５ ０ ０ ０ 号 公 報

【 発 明 の 概 要 】

【 発 明 が 解 決 し よ う と す る 課 題 】

【 ０ ０ １ ２ 】

こ の 発 明 は 、 上 述 し た 問 題 に 鑑 み 、 照 射 す る 荷 電 粒 子 ビ ー ム の サ イ ズ を 簡 易 に 調 整 で き る 粒 子 線 治 療 装 置 お よ び 粒 子 線 調 整 方 法 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 】

【 ０ ０ １ ３ 】

こ の 発 明 は 、 加 速 器 か ら 取 り 出 し た 荷 電 粒 子 ビ ー ム を ビ ー ム 輸 送 ラ イ ン で 輸 送 し 照 射 野 形 成 用 電 磁 石 を 用 い て ス キ ャ ニ ン グ 方 式 に よ り 照 射 す る 粒 子 線 治 療 装 置 で あ っ て 、 前 記 ビ ー ム 輸 送 ラ イ ン の 任 意 の 位 置 に 設 け ら れ て 荷 電 粒 子 ビ ー ム の 角 度 を 変 動 さ せ る 電 磁 場 を 発 生 す る 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 と 、 前 記 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 に 対 し て 高 周 波 を 印 加 す る 高 周 波 印 加 部 と を 備 え 、 前 記 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 は 、 前 記 高 周 波 の 波 形 に 沿 っ て 前 記 荷 電 粒 子 ビ ー ム を 偏 向 さ せ て 前 記 荷 電 粒 子 ビ ー ム の エ ミ ッ タ ン ス を 連 続 的 若 し く は 断 続 的 に 変

10

20

30

40

50

化 さ せ 、 位 相 空 間 上 に お け る 荷 電 粒 子 ビ ー ム の 重 心 を 振 動 さ せ る 構 成 で あ る 粒 子 線 治 療 装 置 、 お よ び こ れ に 用 い る 粒 子 線 調 整 方 法 で あ る こ と を 特 徴 と す る 。

【 発 明 の 効 果 】

【 ０ ０ １ ４ 】

こ の 発 明 に よ り 、 照 射 す る 荷 電 粒 子 ビ ー ム の サ イ ズ を 簡 易 に 調 整 で き る 粒 子 線 治 療 装 置 お よ び 粒 子 線 調 整 方 法 を 提 供 で き る 。

【 図 面 の 簡 単 な 説 明 】

【 ０ ０ １ ５ 】

【 図 １ 】 固 定 照 射 ポ ー ト の 粒 子 線 治 療 装 置 の 構 成 図 。

【 図 ２ 】 粒 子 線 治 療 装 置 の 制 御 系 の 概 略 構 成 を 示 す ブ ロ ッ ク 図 。

【 図 ３ 】 荷 電 粒 子 ビ ー ム の 位 相 空 間 上 分 布 を 示 す 説 明 図 。

【 図 ４ 】 荷 電 粒 子 ビ ー ム の 位 相 空 間 上 分 布 を 示 す 説 明 図 。

【 図 ５ 】 回 転 ガ ン ト リ を 有 す る 粒 子 線 治 療 装 置 の 構 成 図 。

【 発 明 を 実 施 す る た め の 形 態 】

【 ０ ０ １ ６ 】

以 下 、 本 発 明 の 一 実 施 形 態 を 図 面 と 共 に 説 明 す る 。

【 実 施 例 １ 】

【 ０ ０ １ ７ 】

図 １ は 、 固 定 照 射 ポ ー ト の 粒 子 線 治 療 装 置 １ ０ の 概 略 構 成 を 示 す 構 成 図 で あ る 。

粒 子 線 治 療 装 置 １ ０ は 、 加 速 器 １ （ 粒 子 加 速 器 ） と 、 ビ ー ム 輸 送 ラ イ ン ２ に よ り 主 に 構 成 さ れ て い る 。

【 ０ ０ １ ８ 】

加 速 器 １ は 、 イ オ ン 源 か ら 取 り 出 さ れ た 荷 電 粒 子 ビ ー ム を 各 種 の 電 磁 石 、 高 周 波 加 速 装 置 な ど に よ っ て 加 速 す る 。

ビ ー ム 輸 送 ラ イ ン ２ は 、 真 空 ダ ク ト 、 四 極 電 磁 石 ３ 、 及 び 偏 向 電 磁 石 ４ な ど で 構 成 さ れ

、 加 速 器 １ か ら 取 り 出 さ れ た 荷 電 粒 子 ビ ー ム を 輸 送 す る 。

【 ０ ０ １ ９ 】

ビ ー ム 輸 送 ラ イ ン ２ の 末 端 付 近 に は 、 照 射 野 形 成 用 電 磁 石 ６ が 設 け ら れ て い る 。 こ の 照 射 野 形 成 用 電 磁 石 ６ は 、 ペ ン シ ル ビ ー ム を ビ ー ム 軸 に 対 し て 垂 直 な Ｘ Ｙ 方 向 に 走 査 す る 。 な お 、 ビ ー ム 軸 方 向 で あ る Ｚ 方 向 、 つ ま り 、 深 さ 方 向 と な る ビ ー ム 飛 程 の 制 御 は 、 加 速 器 １ の 出 射 ビ ー ム エ ネ ル ギ ー を 変 え る こ と に よ り 実 行 す る 、 あ る い は ビ ー ム を 通 過 さ せ る レ ン ジ シ フ タ の 変 更 に よ り 実 行 す る 等 、 適 宜 の 方 法 に よ り 実 行 す る 。 こ れ に よ り 、 照 射 野 形 成 用 電 磁 石 ６ は 、 標 的 の 形 状 に 合 わ せ て 照 射 ビ ー ム の 位 置 を 制 御 で き 、 患 部 形 状 に 合 わ せ た 照 射 野 を 形 成 で き る 。

【 ０ ０ ２ ０ 】

ま た 、 ビ ー ム 輸 送 ラ イ ン ２ に は 、 照 射 ビ ー ム の 分 布 を 調 整 す る 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 ５ が 設 け ら れ て い る 。 こ の 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 ５ の 設 置 場 所 は 、 自 由 に 選 択 で き る 。

【 ０ ０ ２ １ 】

こ の 粒 子 線 治 療 装 置 １ ０ は 、 上 記 構 成 に よ っ て ス キ ャ ニ ン グ 方 式 に よ る 荷 電 粒 子 ビ ー ム の 照 射 を 実 行 す る 。 す な わ ち 、 照 射 対 象 と な る 腫 瘍 の 形 状 に 合 わ せ て 三 次 元 的 に 配 置 し た 各 ス ポ ッ ト に 荷 電 粒 子 ビ ー ム を 次 々 に 照 射 し て い く こ と で 、 全 腫 瘍 領 域 に 対 す る 荷 電 粒 子 ビ ー ム の ス キ ャ ニ ン グ 照 射 を 実 行 す る 。

【 ０ ０ ２ ２ 】

図 ２ は 、 粒 子 線 治 療 装 置 １ ０ の 制 御 系 の 概 略 構 成 を 示 す ブ ロ ッ ク 図 で あ る 。

粒 子 線 治 療 装 置 １ ０ は 、 制 御 系 と し て 、 加 速 器 制 御 装 置 １ １ 、 照 射 制 御 装 置 １ ２ 、 高 周 波 信 号 発 生 器 １ ３ 、 お よ び 高 周 波 信 号 増 幅 器 １ ４ を 有 し て お り 、 高 周 波 信 号 増 幅 器 １ ４ の 後 段 に 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 ５ が 設 け ら れ て い る 。

【 ０ ０ ２ ３ 】

加 速 器 制 御 装 置 １ １ は 、 加 速 器 １ を 制 御 し 、 荷 電 粒 子 ビ ー ム の 入 射 と 加 速 、 出 射 な ど を 制 御 す る 。

10

20

30

40

50

【 ０ ０ ２ ４ 】

照 射 制 御 装 置 １ ２ は 、 ビ ー ム 輸 送 ラ イ ン ２ の 制 御 を 実 行 し 、 照 射 野 形 成 用 電 磁 石 ６ か ら 照 射 す る 荷 電 粒 子 ビ ー ム を 制 御 す る 。

【 ０ ０ ２ ５ 】

こ の 加 速 器 制 御 装 置 １ １ 、 照 射 制 御 装 置 １ ２ 、 ま た は こ の 両 方 か ら 、 生 成 す る 高 周 波 信 号 の 振 幅 や 周 期 、 位 相 、 波 形 な ど の パ ラ メ ー タ が 高 周 波 信 号 発 生 器 １ ３ に 入 力 さ れ る 。 こ こ で 、 ビ ー ム エ ミ ッ タ ン ス の 目 標 値 は 、 ビ ー ム エ ネ ル ギ ー や 目 標 ビ ー ム 径 な ど の 照 射 条 件 に よ っ て 変 化 し 、 印 加 す る べ き 高 周 波 電 磁 場 の 振 幅 な ど も 異 な る 。 従 っ て 、 上 記 パ ラ メ ー タ を 加 速 器 制 御 装 置 １ １ 又 は ／ 及 び 照 射 制 御 装 置 １ ２ か ら 入 力 す る こ と で 、 ビ ー ム エ ミ ッ タ ン ス の 変 化 量 を 適 切 に 制 御 で き る よ う に し て い る 。

【 ０ ０ ２ ６ 】

な お 、 パ ラ メ ー タ を 加 速 器 制 御 装 置 １ １ 又 は ／ 及 び 照 射 制 御 装 置 １ ２ 等 の 外 部 装 置 か ら 直 接 入 力 す る の で は な く 、 ビ ー ム エ ネ ル ギ ー な ど の 情 報 か ら 高 周 波 信 号 発 生 器 １ ３ の 内 部 で 演 算 す る 、 も し く は あ ら か じ め 記 録 さ れ た パ ラ メ ー タ テ ー ブ ル を 使 っ て 切 り 替 え る 方 法 と し て も よ い 。

【 ０ ０ ２ ７ 】

高 周 波 信 号 発 生 器 １ ３ は 、 上 記 パ ラ メ ー タ に 従 っ て 、 ビ ー ム エ ミ ッ タ ン ス を 広 げ る た め に 使 用 す る 高 周 波 を 発 生 さ せ 、 後 段 の 高 周 波 信 号 増 幅 器 １ ４ へ 送 る 。

高 周 波 信 号 増 幅 器 １ ４ は 、 受 け 取 っ た 高 周 波 信 号 を 増 幅 し 、 後 段 の 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 ５ へ 印 加 す る 。 こ の 高 周 波 信 号 発 生 器 １ ３ と 高 周 波 信 号 増 幅 器 １ ４ は 、 高 周 波 印 加 部 １ ５ と し て 機 能 す る 。

【 ０ ０ ２ ８ 】

高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 ５ は 、 増 幅 さ れ た 高 周 波 信 号 に 従 っ て 高 周 波 電 磁 場 を 発 生 さ せ 、 内 部 を 通 過 す る 荷 電 粒 子 ビ ー ム を 当 該 高 周 波 の 波 形 に 沿 っ て 偏 向 し 、 ビ ー ム の エ ミ ッ タ ン ス を 連 続 的 若 し く は 断 続 的 に 変 化 さ せ る 。 従 っ て 、 こ の 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 ５ を 通 過 し た 後 の ビ ー ム は 、 あ る 瞬 間 で 見 る と 、 見 る タ イ ミ ン グ に よ っ て 位 相 空 間 上 で の 角 度 重 心 が 変 動 し て い る 。 そ し て 、 あ る 程 度 の 時 間 幅 で ビ ー ム 粒 子 を 重 畳 し て 見 る と 、 エ ミ ッ タ ン ス が 広 が っ て い る よ う に 観 測 さ れ る 。

【 ０ ０ ２ ９ 】

図 ３ 及 び 図 ４ は 、 位 相 空 間 上 に お け る 荷 電 粒 子 ビ ー ム の 粒 子 分 布 を 示 す 説 明 図 で あ る 。 図 ３ （ Ａ ２ ） の 説 明 図 に 示 す よ う に 、 加 速 器 １ か ら 取 り 出 さ れ て ビ ー ム 輸 送 ラ イ ン ２ を 輸 送 さ れ る 荷 電 粒 子 ビ ー ム ２ １ の 位 置 と 角 度 の 広 が り の 面 積 で あ る エ ミ ッ タ ン ス は 、 位 相 空 間 上 で 楕 円 形 等 の 変 形 形 状 と な っ て い る 。 な お 、 図 ３ （ Ａ ２ ） は 、 横 軸 を ビ ー ム 粒 子 の 水 平 方 向 位 置 （ Ｘ ） 、 縦 軸 を 水 平 方 向 角 度 （ ｄ ｘ ／ ｄ ｓ ） と し て い る 。

こ の ビ ー ム 粒 子 分 布 を 角 度 （ ｄ ｘ ／ ｄ ｓ ） 方 向 の 軸 に 対 し て 射 影 す る と 、 多 く の 場 合 、 粒 子 密 度 分 布 ２ ７ は 、 図 ３ （ Ａ １ ） の よ う な 正 規 分 布 、 ま た は そ れ に 近 い 分 布 と な っ て い る 。

【 ０ ０ ３ ０ 】

図 ３ （ Ｂ ２ ） 、 図 ４ （ Ａ ２ ） 、 及 び 図 ４ （ Ｂ ２ ） は 、 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 ５ に よ っ て 角 度 を 変 化 さ せ た 場 合 に お け る 高 周 波 電 磁 場 の 各 位 相 （ − ９ ０ ° 、 ０ ° 、 ＋ ９ ０ ° ） で の 荷 電 粒 子 ビ ー ム ２ １ ａ ， ２ １ ｂ ， ２ １ ｃ の 粒 子 分 布 を 示 す 説 明 図 で あ る 。 図 ３ （ Ｂ ２ ） 、 図 ４ （ Ａ ２ ） 、 及 び 図 ４ （ Ｂ ２ ） も 、 横 軸 を ビ ー ム 粒 子 の 水 平 方 向 位 置 （ Ｘ ） 、 縦 軸 を 水 平 方 向 角 度 （ ｄ ｘ ／ ｄ ｓ ） と し て い る 。

【 ０ ０ ３ １ 】

図 示 す る よ う に 、 角 度 を 変 動 さ せ る こ と で 、 位 相 空 間 上 に お け る 荷 電 粒 子 ビ ー ム ２ １ ａ

， ２ １ ｂ ， ２ １ ｃ の 重 心 が 矢 印 ２ ３ に 示 す 方 向 （ 角 度 変 動 す る 方 向 ） へ 振 動 す る 。 荷 電 粒 子 ビ ー ム ２ １ ａ ， ２ １ ｂ ， ２ １ ｃ を 重 畳 す る と 、 重 畳 ビ ー ム ２ ２ は 、 角 度 を 変 動 さ せ る 以 前 の 荷 電 粒 子 ビ ー ム ２ １ の エ ミ ッ タ ン ス に 比 べ て 広 が っ て い る 。 す な わ ち 、 照 射 野 形 成 用 電 磁 石 ６ の ス ポ ッ ト 走 査 周 期 （ ス ポ ッ ト あ た り の 滞 在 時 間 ） よ り も 十 分 に 短 い 周 期 の 高 周 波 電 磁 場 を 高 周 波 信 号 発 生 器 １ ３ で 発 生 さ せ 、 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 ５ に よ り 荷 電 粒 子 ビ

10

20

30

40

50

ー ム の 角 度 を 時 間 的 に 変 動 さ せ る こ と で 、 実 効 的 な ビ ー ム の エ ミ ッ タ ン ス を 所 望 の 方 向 へ 広 げ て い る 。

【 ０ ０ ３ ２ 】

こ こ で 、 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 ５ は 、 高 周 波 電 磁 場 を 印 加 す る 前 の 荷 電 粒 子 ビ ー ム ２ １ の 重 心 を 位 相 空 間 上 で の 振 動 の 中 心 と し て 角 度 の 変 動 を 実 行 す る 。 こ の た め 、 所 定 時 間 の 荷 電 粒 子 ビ ー ム ２ １ ａ ， ２ １ ｂ ， ２ １ ｃ を 重 ね 合 わ せ て 見 た と き の 広 が っ た 重 畳 ビ ー ム ２ ２ の 重 心 は 、 調 整 前 の 荷 電 粒 子 ビ ー ム ２ １ の 重 心 と 一 致 し て い る 。

【 ０ ０ ３ ３ 】

高 周 波 印 加 部 １ ５ （ １ ３ ， １ ４ ） お よ び 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 ５ に よ り 発 生 さ せ る 電 磁 場 は 、 求 め ら れ る 位 相 空 間 上 で の 粒 子 分 布 に あ わ せ て 、 高 周 波 の 振 幅 や 周 期 、 位 相 、 波 形

（ 正 弦 波 や 三 角 波 、 鋸 波 、 方 形 波 な ど ） を 制 御 し 、 電 磁 場 を 発 生 さ せ る 。 例 え ば 、 図 ３ （ Ｂ ３ ） に 示 す よ う に 正 弦 波 ２ ９ ａ で の 振 動 を 与 え た 場 合 、 図 ３ （ Ｂ １ ） に 示 す よ う に 、 粒 子 密 度 分 布 ２ ７ ａ は 中 心 の く ぼ ん だ 分 布 と な る 。 ま た 、 図 ４ （ Ａ ３ ） に 示 す よ う に 鋸 波 ２ ９ ｂ ま た は 三 角 波 ２ ９ ｃ で の 振 動 を 与 え た 場 合 、 図 ４ （ Ａ １ ） に 示 す よ う に 、 粒 子 密 度 分 布 ２ ７ ｂ は な だ ら か な 山 形 の 分 布 と な る 。 ま た 、 図 ４ （ Ｂ ３ ） に 示 す よ う な 正 規 分 布 用 波 形 ２ ９ ｂ ま た は 正 規 分 布 用 波 形 ２ ９ ｃ で の 振 動 を 与 え た 場 合 、 図 ４ （ Ｂ １ ） に 示 す よ う に

、 正 規 分 布 と な る 粒 子 密 度 分 布 ２ ７ ｄ を 得 る こ と が で き る 。

【 ０ ０ ３ ４ 】

こ こ で 、 高 周 波 信 号 発 生 器 １ ３ で 発 生 さ せ る 高 周 波 信 号 の 周 期 は 、 少 な く と も 照 射 野 形 成 用 電 磁 石 ６ の ス ポ ッ ト 走 査 周 期 （ ス ポ ッ ト あ た り の 滞 在 時 間 ） 以 下 で あ る こ と が 必 要 で あ り 、 １ ／ ５ 以 下 で あ る こ と が 好 ま し く 、 １ ／ １ ０ 以 下 で あ る こ と が よ り 好 適 で あ る 。 こ の よ う に 周 期 比 を 増 や し 、 ス キ ャ ニ ン グ 照 射 を お こ な う た め の 照 射 野 形 成 用 電 磁 石 の ス ポ ッ ト 走 査 周 期 （ ス ポ ッ ト あ た り の 滞 在 時 間 ） よ り も 十 分 に 短 い 周 期 の 電 磁 場 を 発 生 さ せ る こ と で 、 目 標 の エ ミ ッ タ ン ス と の 誤 差 が 小 さ く な る 。

【 ０ ０ ３ ５ 】

ま た 、 高 周 波 信 号 発 生 器 １ ３ で 発 生 さ せ る 高 周 波 の 波 形 は 、 正 弦 波 、 三 角 波 、 鋸 波 、 ま た は 方 形 波 等 の 適 宜 の 波 形 と す る こ と が で き 、 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 ５ に よ る 荷 電 粒 子 ビ ー ム の 角 度 変 動 が 所 定 の 時 間 内 に 略 均 等 に 実 行 さ れ る 波 形 で あ る こ と が 好 ま し い 。 こ こ で

、 振 幅 が 同 じ で も 、 元 の ビ ー ム 粒 子 分 布 や 高 周 波 信 号 の 波 形 に よ っ て 、 重 畳 さ れ て で き る ビ ー ム の エ ミ ッ タ ン ス は 異 な る た め 、 高 周 波 信 号 発 生 器 １ ３ で 発 生 さ せ る 高 周 波 信 号 は 、 元 の ビ ー ム 粒 子 分 布 と 最 終 的 に 作 り た い ビ ー ム 分 布 （ エ ミ ッ タ ン ス ） 、 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 の 性 能 、 技 術 的 難 度 （ 例 え ば 、 広 帯 域 の 周 波 数 応 答 性 等 ） な ど を 総 合 的 に 考 慮 し て 決 め る と 良 い 。 こ の と き 、 高 周 波 信 号 の 振 幅 が 大 き い ほ ど 重 畳 さ れ て で き る ビ ー ム の エ ミ ッ タ ン ス は 大 き く な る 。

【 ０ ０ ３ ６ 】

な お 、 図 示 す る 例 で は 水 平 方 向 に 曲 げ る 高 周 波 電 磁 場 を 例 に と っ て い る が こ れ に 限 ら ず

、 様 々 な 方 向 で 実 施 で き る 。 例 え ば 、 電 磁 場 の 向 き を 変 え て 、 垂 直 方 向 に ビ ー ム の 角 度 を 振 動 さ せ て 垂 直 方 向 の エ ミ ッ タ ン ス を 広 げ る こ と も 可 能 で あ る 。

【 ０ ０ ３ ７ 】

以 上 の 構 成 及 び 動 作 に よ り 、 粒 子 線 治 療 装 置 １ ０ は 、 照 射 す る 荷 電 粒 子 ビ ー ム の サ イ ズ を 簡 易 に 制 御 お よ び 調 整 す る こ と が で き る 。

高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 ５ に よ り 荷 電 粒 子 ビ ー ム ２ １ の 角 度 変 動 す る 周 期 が ス ポ ッ ト 走 査 周 期 よ り も 十 分 に 早 い た め 、 ペ ン シ ル ビ ー ム で あ る 荷 電 粒 子 ビ ー ム の サ イ ズ を 安 定 し て 広 げ る こ と が で き る 。

【 ０ ０ ３ ８ 】

ま た 、 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 ５ に よ る 高 周 波 電 磁 場 を 通 過 さ せ て も ビ ー ム の 重 心 は 変 わ ら な い た め 、 四 極 電 磁 石 で の ビ ー ム サ イ ズ 調 整 の よ う な ビ ー ム 軌 道 の 変 化 は 生 じ ず 、 ビ ー ム 軌 道 を 改 め て 補 正 す る 必 要 を 無 く せ る 。 そ の た め 、 施 設 建 設 か ら 治 療 開 始 ま で の ビ ー ム コ ミ ッ シ ョ ニ ン グ 期 間 や 、 日 々 な い し 月 毎 な ど の ル ー チ ン で 行 わ れ る ビ ー ム 調 整 時 間 の 短 縮 か ら 、 コ ス ト の 低 減 に つ な が る 。

10

20

30

40

50

【 ０ ０ ３ ９ 】

ま た 、 従 来 技 術 で は 不 可 能 だ っ た が 、 水 平 な い し は 垂 直 の 各 方 向 の ビ ー ム エ ミ ッ タ ン ス を 独 立 に 変 更 、 調 整 す る こ と が 可 能 と な る 。 そ の た め 、 余 計 な ビ ー ム の 質 の 低 下 （ ビ ー ム サ イ ズ の 増 大 な ど ） を 防 ぎ 、 正 常 細 胞 へ の 損 傷 が よ り 少 な い 照 射 を 実 現 で き る 。

【 実 施 例 ２ 】

【 ０ ０ ４ ０ 】

図 ５ は 、 回 転 ガ ン ト リ ７ を 備 え た 加 速 器 １ ０ Ａ の 構 成 を 説 明 す る 構 成 図 で あ る 。 回 転 ガ ン ト リ ７ は 、 照 射 ポ ー ト を 含 め た ビ ー ム 輸 送 ラ イ ン ２ Ａ の 一 部 で 構 成 さ れ 、 標 的 （ 患 者 ） を 動 か す こ と な く 任 意 の 角 度 か ら ビ ー ム を 照 射 で き る よ う に 回 転 駆 動 す る 。

【 ０ ０ ４ １ 】

高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 ５ の 設 置 位 置 は 、 ビ ー ム 輸 送 ラ イ ン ２ の ど こ で も 可 能 で あ る が 、 回 転 ガ ン ト リ ７ の 入 口 よ り も 上 流 に 配 置 し て い る 。 こ の よ う に 配 置 す る こ と で 、 回 転 ガ ン ト リ ７ の 入 口 で ビ ー ム を 回 転 対 称 に で き る た め 、 回 転 ガ ン ト リ ７ の 角 度 に 依 存 せ ず に 実 効 的 な エ ミ ッ タ ン ス が 広 が っ て 安 定 し た 荷 電 粒 子 ビ ー ム を 照 射 す る こ と が で き る 。

【 ０ ０ ４ ２ 】

そ の 他 の 構 成 お よ び 動 作 は 、 上 述 し た 実 施 例 １ と 同 一 で あ る た め 、 同 一 要 素 に 同 一 符 号 を 付 し て そ の 詳 細 な 説 明 を 省 略 す る 。

【 ０ ０ ４ ３ 】

以 上 の 構 成 お よ び 動 作 に よ り 、 回 転 ガ ン ト リ ７ を 備 え た 加 速 器 １ ０ Ａ は 、 実 施 例 １ と 同 一 の 効 果 を 奏 す る こ と が で き る 。

さ ら に 、 回 転 ガ ン ト リ ７ を 備 え た 加 速 器 １ ０ Ａ は 、 回 転 ガ ン ト リ ７ を 回 転 さ せ て 様 々 な 角 度 か ら 荷 電 粒 子 ビ ー ム を 照 射 す る こ と が で き る 。 こ の と き 、 回 転 ガ ン ト リ ７ で 輸 送 さ れ る ビ ー ム は 、 回 転 ガ ン ト リ ７ の 前 段 に 設 け ら れ た 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 ５ に よ っ て 実 効 的 な ビ ー ム の エ ミ ッ タ ン ス が 広 げ ら れ て い る 。 こ の た め 、 回 転 ガ ン ト リ ７ の 回 転 角 度 に 依 存 し な い 安 定 し た ビ ー ム を 照 射 す る こ と が で き る 。

【 産 業 上 の 利 用 可 能 性 】

【 ０ ０ ４ ４ 】

こ の 発 明 は 、 既 存 の 設 備 か 新 設 の 設 備 か を 問 わ ず 、 様 々 な 粒 子 線 治 療 施 設 の ビ ー ム 輸 送 ラ イ ン に 利 用 す る こ と が で き る 。

【 符 号 の 説 明 】

【 ０ ０ ４ ５ 】 １ … 加 速 器

２ … ビ ー ム 輸 送 ラ イ ン ５ … 高 周 波 電 磁 場 発 生 装 置 ６ … 照 射 野 形 成 用 電 磁 石

１ ０ ， １ ０ Ａ … 粒 子 線 治 療 装 置

２ １ ， ２ １ ａ ， ２ １ ｂ ， ２ １ ｃ … 荷 電 粒 子 ビ ー ム ２ ２ … 重 畳 ビ ー ム

10

20

30

【 図 １ 】

【 図 ２ 】

【 図 ３ 】

【 図 ４ 】 【 図 ５ 】

————————————————————————————————————————————————————

フロントページの続き

(56)参考文献 特開平０９−２６５０００（ＪＰ，Ａ）

特開平１０−１７２７９５（ＪＰ，Ａ）

特許第４６３９４０１（ＪＰ，Ｂ２）

米国特許第０５１３８２７１（ＵＳ，Ａ）

特開２０１０−２７９７０２（ＪＰ，Ａ）

特開２００９−１１２４８３（ＪＰ，Ａ）

特開２００３−０８６３９９（ＪＰ，Ａ）

(58)調査した分野(Int.Cl.，ＤＢ名) Ａ６１Ｎ ５／１０

Ｇ２１Ｋ １／００− １／０９３