本発明は概して、固形癌の治療に関する。より具体的には、本発明は、陰イオンビーム生成、イオンビーム集束、荷電粒子加速、患者の回転、及び／又は患者の呼吸に連動した多方向荷電粒子線癌治療方法及び装置に関する。好ましくは、荷電粒子線療法は、部分的に固定化され再位置調整された位置での患者において行われる。陽子配送は好ましくは、荷電粒子ビーム注入、加速、並びに／又はターゲティング方法及び装置の制御により患者の呼吸のタイミングに合わせられる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、固形癌の治療に関する。より具体的には、本発明はビーム注入、加速、抽出、呼吸を組み合わせて任意に用いられた多方向荷電粒子線癌治療システム、並びに／又はターゲティング方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
（癌）
腫瘍は、組織の異常な集団である。腫瘍は、良性か悪性かどちらか一方である。良性腫瘍は、局所で成長するが、身体の他の部位には広がらない。良性腫瘍は、正常組織を圧迫し及び移動させるため、良性腫瘍が広がることによる問題を生じさせる。良性腫瘍は、頭蓋骨といった閉鎖された空間内において危険なものである。悪性腫瘍は、身体の他の領域を侵すことができる。転移癌は、正常組織を侵し遠位の組織に広がることにより拡散する癌である。
【０００３】
（癌治療）
いくつかの形態の放射線治療が、癌治療のために存在する。それには、小線源治療、伝統的な電磁Ｘ線治療、及び陽子線治療が含まれる。各々については、以下にさらに記載する。
【０００４】
小線源治療は、体内に埋め込まれた放射線源を用いた放射線治療である。この治療法において、癌専門医は、腫瘍に、又は腫瘍のごく近傍に、直接放射線マテリアルを埋め込む。放射線源はまた、子宮頸部といった体腔内に置かれる。
【０００５】
第二の形態である、電磁放射線を用いる伝統的癌治療法は、Ｘ線及びガンマ線を用いる治療法を含む。Ｘ線は高エネルギー、電離、電磁波放射線であり、疾患の診断には低線量で、癌治療には高線量で用いられる。Ｘ線又はレントゲン線は、１０−０．０１ナノメートル（ｎｍ）の範囲の波長を持つ電磁放射線の形態であり、これは３０ＰＨｚ−３０ＥＨｚの範囲の周波数に相当する。Ｘ線は、ガンマ線より長く、紫外線より短い。Ｘ線は主にＸ線診断に用いられる。Ｘ線は、電離放射線の形態であり、危険を伴うものでもあり得る。ガンマ線もまた、電磁放射線の形態であり、電子陽電子消滅又は放射線崩壊といった素粒子の相互作用により作られる周波数にある。電磁スペクトラムにおいて、ガンマ線は概して、高周波数を有し、高エネルギーを有し、約１０ピコメートル以下といった短波長を有する電磁放射線として特徴づけられる。ガンマ線は、約１００ｋｅＶ以上のエネルギーを有する高エネルギー光子からなる。Ｘ線は通常、癌性腫瘍の治療のために用いられる。しかしながら、Ｘ線は、癌性腫瘍の治療に最適ではない。Ｘ線は、ターゲットとされた組織の表面近傍に最高線量の放射線を与え、組織に浸透するにつれて運ばれる放射線が指数関数的に減少するからである。これは、腫瘍の外側に運ばれる多量の放射線をもたらす。ガンマ線は、同様の制限を有する。
【０００６】
癌治療の第三の形態は、陽子を用いる。陽子線治療システムは典型的には、ビーム発生器、加速置、及び陽子が患者の身体の腫瘍に配送される複数の治療室に発生した加速された陽子を運ぶためのビーム輸送システムを含む。
【０００７】
陽子線治療は、粒子加速器により加速された陽子といったエネルギー電離粒子をターゲットの腫瘍に向かわせることによりなされる。これらの粒子は、細胞のＤＮＡにダメージを与え、最終的にはそれらの死を起こさせる。癌性腫瘍は、分裂速度が速くダメージを受けたＤＮＡの修復能力が低減されているため、それらのＤＮＡに対するアタックに特に脆弱である。
【０００８】
陽子のサイズは比較的大きいため、陽子の組織における散乱はＸ線又はガンマ線よりも容易ではなく、横方向分散はほとんどみられない。したがって、陽子ビームは、周囲の組織の横方向のダメージを多く与えること無しに腫瘍の形に集束してとどまる。所定のエネルギーのすべての陽子は、ブラッグピークにより規定される一定の範囲を有し、組織への線量配送の比率は、粒子の範囲の最後の数ミリメータにわたって最大となる。浸透深度は粒子のエネルギーに依存し、それは陽子加速器により加速された粒子のスピードに直接関連する。陽子のスピードは、加速器の最大定格に適応可能である。したがって、腫瘍が存在する組織における非常に深いところで陽子ビームによって細胞ダメージを集中させることができる。ブラッグピーク前に存在する組織はいくらか低減された線量を受け、ピーク後の組織は何も受けない。
【０００９】
（シンクロトロン）
ここで本発明に関連する特許を要約する。
【００１０】
（陽子ビーム療法システム）
ローマ・リンダ・ユニバーシティ・メディカルセンターのＦ．Ｃｏｌｅらの“Ｍｕｌｔｉ−Ｓｔａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｎ Ｂｅａｍ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献１）（１９８９年９月２６日）は、陽子ビームを選択的に発生させ、単一の陽子源及び加速器から複数の患者治療室の選択された治療室に陽子ビームを移送するための陽子ビーム療法システムを説明する。
【００１１】
（ビーム形成）
Ｃ．Ｊｏｈｎｓｔｏｎｅの“Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｌａｓｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｐｒｏｔｏｎ Ｂｅａｍ Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ”（特許文献２）（１９９８年６月２日）は、Ｈ⁻ビーム及びレーザーを作り出す加速器を有する陽子ビーム放射線システムを説明する。中性粒子ビームを形成するように、レーザー及びＨ⁻ビームが組み合わされる。光脱離モジュールはさらに、ストリッピングフォイルを用いており、それは中性粒子ビームから陽子ビームを形成する。
【００１２】
Ｔ．Ｉｋｅｇｕｃｈｉらの“Ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｓｏｕｒｃｅ Ｗｉｔｈ Ｂｅａｍ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒｓ”（特許文献３）（１９９３年１月５日）は、シンクロトロン放射線源を説明し、それは、荷電粒子ビームのライフタイムを長くする目的で、低い光脱離収率を有するマテリアルから作られたビーム吸収装置（ベンディングセクション／真空チャンバー内部に配置される）を有する。
【００１３】
（注入）
Ｋ．Ｈｉｒａｍｏｔｏらの“Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献４）（１９８９年９月２６日）は、前加速器により加速されたイオンビームをラジオアイソトープ生成ユニット又はシンクロトロンのどちらか一方に導入するための選択電磁石を有する加速器システムを説明する。
【００１４】
Ｋ．Ｈｉｒａｍｏｔｏらの“Ｃｉｒｃｕｌａｒ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ，Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｔｈｅｒｅｏｆ，ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｔｈｅｒｅｏｆ”（特許文献５）（１９９８年８月４日）及びＫ．Ｈｉｒａｍｏｔｏｒらの“Ｃｉｒｃｕｌａｒ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ，Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｔｈｅｒｅｏｆ，ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｔｈｅｒｅｏｆ”（特許文献６）（１９９７年２月４日）の両方は、多くの荷電粒子を、注入のビームがダクトの幾何学的中心に対して高さ及び幅を有する真空ダクトに注入するための方法及び装置を説明する。
【００１５】
（加速器／シンクロトロン）
Ｈ．Ｔａｎａｋａらの“Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ”（特許文献７）（２００７年８月２１日）は、固定磁場による２つの期間の加速プロセスを有する荷電粒子加速器を説明する。それは、第一時期及びタイミングが計られた第二加速時期で適用され、コンパクトかつ高性能な荷電粒子の加速をもたらす。
【００１６】
Ｔ．Ｈａｂｅｒｅｒらの“Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ａ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献８）（２００４年１月２７日）は、イオンビーム療法システム及び該システムを操作する方法を説明する。イオンビームシステムは、垂直偏向システム及び水平偏向システムを有するガントリを用いており、それらはエッジ集束効果に起因する並列走査モードをもたらす最後の偏向磁石の前方に配置される。
【００１７】
Ｖ．Ｋｕｌｉｓｈらの“Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎａｌ Ｕｎｄｕｌａｔｉｖｅ ＥＨ−Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ”（特許文献９）（２００２年８月１３日）は、荷電粒子のビームの加速のための誘導型波動ＥＨ−加速器を説明する。装置は電磁波動システムからなっており、その電磁石の駆動装置は、約１００ＫＨｚから１０ＧＨｚの周波数の範囲において作動するラジオ周波数（ＲＦ）発振器の形態において作られる。
【００１８】
Ｋ．Ｓａｉｔｏらの“Ｒａｄｉｏ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｒｉｎｇ Ｔｙｐｅ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ Ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｓａｍｅ”（特許文献１０）（１９９９年６月２９日）は、磁気コアグループに連結しているループアンテナを有するラジオ周波数加速システム及びループアンテナに接続されているインピーダンス調整手段を説明する。比較的低い電圧が、調整手段の小さい構成を許容するインピーダンス調整手段に加えられる。
【００１９】
Ｊ．Ｈｉｒｏｔａらの“Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ Ｈａｖｉｎｇ Ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ Ｅｘｃｉｔｅｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｒｅｓ”（特許文献１１）（１９９７年８月２６日）は、ユニット及び磁気コアを誘導する複数の高周波磁場を有するイオンビーム加速装置を説明する。
【００２０】
Ｊ．Ｈｉｒｏｔａらの“Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ”（特許文献１２）（１９９２年１２月１日）は、制御のもとで作動する高周波数の電源及びループコンダクターを有する加速空洞を説明する。それらは、組み合わされて、電力のより効果的な粒子への伝送を許容する結合定数（ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃｏｎｓｔａｎｔ）及び／又は離調（ｄｅ−ｔｕｎｉｎｇ）を制御する。
【００２１】
（真空チャンバー）
Ｔ．Ｋｏｂａｒｉらの“Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｆｏｒ Ｔｒｅａｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｉｎｎｅｒ Ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ Ｃｈａｍｂｅｒ”（特許文献１３）（１９９８年１０月１３日）及びＴ．Ｋｏｂａｒｉらの“Ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｔｒｅａｔｉｎｇ Ｉｎｎｅｒ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈａｍｂｅｒ ａｎｄ Ｖａｃｕｕｍ Ｃｈａｍｂｅｒ”（特許文献１４）（１９９７年５月６日）の両方は、真空チャンバーの内面を処理する装置を説明し、それは、ブローチにより真空チャンバーの表面に不活性ガス又は窒素を供給する手段を含む。もう一つとして、ブローチは、真空チャンバーの表面において混入物質を溶解させるための真空チャンバーに低級アルコールを供給するために用いられる。
【００２２】
（磁石形状）
Ｍ．Ｔａｄｏｋｏｒｏらの“Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ａｎｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”（特許文献１５）（２００２年４月２日）及びＭ．Ｔａｄｏｋｏｒｏらの“Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ａｎｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”（特許文献１６）（２００１年５月２２日）は各々、一組の磁極、リターンヨーク、及び励磁コイルを説明する。磁極の内部は各々、磁場の強度を上げるために複数のエアギャップスペーサーを有する。
【００２３】
（抽出）
Ｔ．Ｎａｋａｎｉｓｈｉらの“Ｃｈａｒｇｅｄ−Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ，Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｃｈａｒｇｅｄ−Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ，ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献１７）（２００６年１０月１７日）は、共鳴の安定領域内の荷電粒子ビームのベータトロン振動の振幅を増加させるためのＲＦ−ＫＯユニット及び共鳴の安定領域を変化させるための抽出四極電磁ユニットを有する荷電粒子ビーム加速器を説明する。ＲＦ−ＫＯユニットは、循環ビームが共鳴の安定領域の境界を越えない周波数の範囲内で作動され、抽出四極電磁石は、ビーム抽出に要求されるタイミングで作動される。
【００２４】
Ｔ．Ｈａｂｅｒｅｒらの“Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ａ Ｂｅａｍ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｒａｓｔｅｒ Ｓｃａｎ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｈｅａｖｙ Ｉｏｎｓ ｏｒ Ｐｒｏｔｏｎｓ”（特許文献１８）（２００６年８月１５日）は、加速器サイクルごとのビームエネルギー、ビーム集束、及びビーム強度の条件においてビーム抽出照射を制御する方法を説明する。
【００２５】
Ｋ．Ｈｉｒａｍｏｔｏらの“Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ Ｓａｍｅ”（特許文献１９）（２００２年１０月２９日）は、荷電粒子ビームを循環させるための偏向電磁石及び四極電磁石を有する循環型加速器、ベータトロン振動の共鳴の安定限界を作り出すための多極電磁石、並びにビームを安定限界の外側に移動させるように高周波数電磁場をビームに与えるための高周波源を説明する。高周波源は、複数の交流電流（ＡＣ）シグナルの合計シグナルを作り出し、瞬時周波数は時間に関連して変化し、時間に関連する瞬時周波数の平均値は異なる。該システムは電極による合計シグナルをビームに与える。
【００２６】
Ｋ．Ｈｉｒａｍｏｔｏらの“Ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ Ｔｙｐｅ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ”（特許文献２０）（２０００年７月１１日）及びＫ．Ｈｉｒａｍｏｔｏらの“Ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ Ｔｙｐｅ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ”（特許文献２１）（１９９９年１２月２８日）は、高周波電磁場を荷電粒子ビーム循環に適用するための、及び粒子ビームのベータトロン振動の振幅を共鳴の安定限界より上のレベルまで増加させるための循環軌道上に配置された高周波適用ユニットを有するシンクロトロン加速器を説明する。さらに、ビーム放出のために、四極発散電磁石は、（１）第一偏向器に対して下流に、（２）偏向電磁石に対して上流に、（３）偏向電磁石に対して下流に、及び（４）第二偏向器に対して上流に配置される。
【００２７】
Ｋ．Ｈｉｒａｍｏｔｏらの“Ｃｉｒｃｕｌａｒ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ Ｃｈａｒｇｅｄ−Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ ｉｎ Ｃｉｒｃｕｌａｒ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ”（特許文献２２）（１９９４年１１月８日）は、荷電粒子ビームの抽出のための循環加速器を説明する。それは、（１）ベータトロン振動の共鳴の効果によりビームの変位を向上させるように、（２）粒子のベータトロン振動の振幅を向上させるように（共鳴に対する安定限界内に初期のベータトロン振動を有する）、（３）共鳴の安定限界を超える粒子を結果として抽出する共鳴安定限界を超えるように配置される。
【００２８】
Ｋ．Ｈｉｒａｍｏｔｏらの“Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｆｒｏｍ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ，ａｎｄ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ Ｃａｐａｂｌｅ Ｃａｒｒｙｉｎｇ Ｏｕｔ ｔｈｅ Ｍｅｔｈｏｄ，ｂｙ Ｓｈｉｆｔｉｎｇ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｏｒｂｉｔ”（特許文献２３）（１９９４年２月８日）は、荷電粒子ビームを抽出する方法を説明する。偏向磁石及び６要素よりも多い多極要素を有する磁石により維持された荷電粒子の平衡軌道は、荷電粒子の整調（ｔｕｎｅ）を変えるように、これらの磁石以外の加速器の構成要素によりシフトされる。
【００２９】
（輸送／スキャニングコントロール）
Ｋ．Ｍａｔｓｕｄａらの“Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ，Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｐｌａｎｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ，ａｎｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ”（特許文献２４）（２００７年６月５日）；Ｋ．Ｍａｔｓｕｄａらの“Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｐｌａｎｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ，ａｎｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ”（特許文献２５）（２００６年１０月１７日）；及びＫ．Ｍａｔｓｕｄａらの“Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ，Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｐｌａｎｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ，ａｎｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ”（２００６年９月５日）は各々、イオンビームの出力を停止させ、スキャニング電磁石の制御により照射位置を変え、及び治療計画情報に基づき治療を再開させるスキャニングコントローラーを有する粒子ビーム照射装置を説明する。
【００３０】
Ｔ．Ｎｏｒｉｍｉｎｅらの“Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”（特許文献２６）（２００６年６月１３日）；Ｔ．Ｎｏｒｉｍｉｎｅらの“Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”（特許文献２７）（２００５年８月３０日）；及びＴ．Ｎｏｒｉｍｉｎｅらの“Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”（特許文献２８）（２００４年８月１０日）は各々、第一ビーム位置モニター及び第二ビーム位置モニターにより制御されるシンクトロンの後の荷電粒子ビーム経路に配置される第一ステアリング電磁石及び第二ステアリング電磁石を有する粒子療法システムを説明する。
【００３１】
Ｋ．Ｍｏｒｉｙａｍａらの“Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献２９）（２００６年３月１４日）は、準備がイオンビームの患者への輸送に対して完了したことを示す準備シグナルへの手動入力を説明する。
【００３２】
Ｈ．Ｈａｒａｄａらの“Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ”（特許文献３０）（２００６年１月１０日）は、線量分布を均一にすることができる大照射場を有する照射方法を説明する。それは、照射場装置の強化パフォーマンス無しであり、多葉コリメータの使用を介した複数の照射により形成された多重領域を有する位置コントローラーを用いる。該システムは、ターゲットの全表面にわたる平坦かつ均一な線量分布を提供する。
【００３３】
Ｈ．Ａｋｉｙａｍａらの“Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｈａｖｉｎｇ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｉｅｓ”（特許文献３１）（２００５年６月７日）；Ｈ．Ａｋｉｙａｍａらの“Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｈａｖｉｎｇ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｉｅｓ”（特許文献３２）（２００５年５月３１日）；及びＨ．Ａｋｉｙａｍａらの“Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｈａｖｉｎｇ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｉｅｓ”（特許文献３３）（２００５年４月１９日）はすべて、電圧を荷電粒子ビームを偏向させるスキャニング電磁石に与えるための電力供給装置、及びパルセーション要素無しの第二電力供給装置を説明する。それによってより正確にスキャニング電磁石を制御することでき、照射対象の均一な照射が可能となる。
【００３４】
Ｋ．Ａｍｅｍｉｙａらの“Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ Ｆａｃｉｌｉｔｙ”（特許文献３４）（２００４年１０月５日）は、低い電力消費で作動可能な広域イオンビーム制御電流範囲を有する、及び長いメンテナンス間隔を有する加速器システムを説明する。
【００３５】
Ａ．Ｄｏｌｉｎｓｋｉｉらの“Ｇａｎｔｒｙ ｗｉｔｈ ａｎ Ｉｏｎ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献３５）（２００２年１１月５日）は、イオン源及び回転軸の周りでイオンビームを偏向させる３つの偏向磁石を備えるイオン光学システムのためのガントリを説明する。複数の四重極はまた、水平面及び垂直面における異なるエミッタンスにより完全なアクロマチックビーム移送並びにイオンビームを作り出すために、ビーム経路に沿って提供される。さらに、２つのスキャニング磁石は、ビームを管理するように、第二偏向磁石と第三偏向磁石との間に提供される。
【００３６】
Ｈ．Ａｋｉｙａｍａらの“Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”（特許文献３６）（２００１年４月１７日）は、ターゲットに荷電粒子ビームを照射するための荷電粒子ビーム照射装置を説明する。それは、複数のスキャニング電磁石、及び複数のスキャニング電磁石のうちの２つの間にある四極電磁石を含む。
【００３７】
Ｋ．Ｍａｔｓｕｄａらの“Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ Ｔｈｅｒｅｏｆ”（特許文献３７）（２０００年７月１１日）は、ターゲットの細い領域に対応する領域における荷電粒子ビームの一部を遮蔽するように遮蔽要素を伴うリッジフィルタを有する荷電粒子ビーム照射システムを説明する。
【００３８】
Ｐ．Ｙｏｕｎｇらの“Ｒａｓｔｅｒ Ｓｃａｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ａ Ｃｈａｒｇｅｄ−Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ”（特許文献３８）（１９９１年５月２１日）は、荷電粒子ビーム配送システムでの使用のためのラスタースキャン制御システムを説明する。それは、荷電粒子ビームが通過するノズルを含む。該ノズルは、プログラマブルラスター発生器並びに高速及び低速スイープスキャン電磁石を含み、協同してターゲットでの所望のラスタースキャンパターンに従ったビームをもたらすスイーピング磁場を作り出す。
【００３９】
（ビーム形状制御）
Ｍ．Ｙａｎａｇｉｓａｗａらの“Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ａｄｊｕｓｔｉｎｇ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”（特許文献３９）（２００６年１２月２６日）及びＭ．Ｙａｎａｇｉｓａｗａらの“Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ａｄｊｕｓｔｉｎｇ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”（特許文献４０）（２００６年５月２３日）は各々、散乱補正器及びレンジ変調ホイールを有する粒子療法システムを説明する。散乱補正器及びレンジ変調ホイールの動きは、イオンビーム及び散乱強度に適応し、ペナンブラ制御及び身体の病変部へのより均一な線量分布をもたらす。
【００４０】
Ｔ．Ｈａｂｅｒｅｒらの“Ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ａｄａｐｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｓｉｚｅ ｏｆ ａｎ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｐｏｔ ｉｎ ｔｈｅ Ｄｏｍａｉｎ ｏｆ Ｔｕｍｏｒ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ”（特許文献４１）（２００５年２月２２日）は、腫瘍照射におけるイオンビームのサイズを適合させる方法及び装置を説明する。イオンビームスポットのサイズを決定する４つの磁石は、イオンビームスポットのサイズを決定するラスタースキャニング磁石のすぐ前に配置される。装置は、さらにイオンビームスポットのサイズを制御するように電流補正値を得るための制御ループを含む。
【００４１】
Ｋ．Ｍａｔｓｕｄａらの“Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ ａｎ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ Ｔｈｅｒｅｏｆ”（特許文献４２）（１９９９年１１月１６日）は、荷電粒子ビームの照射場の境界での横方向線量減衰を低減させることができる荷電粒子照射装置を説明する。それは、四極電磁石及び偏向電磁石の磁場の制御を用いており、スキャニング電磁石により作られた磁場の方向及び強度にかかわらず散乱体の中心を通過する荷電粒子ビームの中心を制御する。
【００４２】
Ｋ．Ｈｉｒａｍｏｔｏらの“Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ”（特許文献４３）（１９９９年１０月１９日）は、荷電粒子ビームが散乱体により拡大される荷電粒子ビーム装置を説明する。それは、変化するスポットポジションに適用される照射線量のオーバーラッピングを許容するガウス分布をもたらす。
【００４３】
Ｍ．Ｍｏｙｅｒｓらの“Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献４４）（１９９５年８月８日）は、粒子ビーム及び荷電粒子ビームの直径を変化させるための散乱箔を作る放射治療装置を説明する。
【００４４】
Ｃ．Ｎｕｎａｎの“Ｍｕｌｔｉｌｅａｆ Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ ｆｏｒ Ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ Ｍａｃｈｉｎｅｓ”（特許文献４５）（１９８９年９月１９日）は、矩形照射野を形成するように可動である複数の重金属箔棒の形状をしている多葉コリメータを有する放射治療装置を説明する。
【００４５】
Ｒ．Ｍａｕｇｈａｎらの“Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ”（特許文献４６）（１９８８年６月２８日）は、ロッドに依存する放射ビームの横断面を形成するための可変コリメータを説明する。それはビーム軸の周りに配置される。ロッドは、照射される患者の領域の形に切り出された成形部材により形成される。
【００４６】
（治療室選択）
Ｊ．Ｎａｕｍａｎｎらの“Ｂｅａｍ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｂｅａｍ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒｓ”（特許文献４７）（２００８年４月１日）は、アービトレーションユニット、スウィッチング論理、モニタリングユニット、及び流出中断安全システムを伴うシーケンス制御を有する医療用粒子加速器のためのビーム割り当て装置を説明する。
【００４７】
Ｋ．Ｍｏｒｉｙａｍａらの“Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献４８）（２００８年１月１５日）は、治療ビームの先着順の制御を許容する照射準備シグナルを伴う複数の治療室へのビーム供給器システムを説明する。
【００４８】
Ｋ．Ｍｏｒｉｙａｍａらの“Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献４９）（２００７年８月２８日）は、イオンビームの配送を制御する治療室から複数の治療室のうちのひとつへの情報を用いる粒子ビーム療法システムを説明する。
【００４９】
Ｉ．Ｍｏｒｇａｎらの“Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｔａｒｇｅｔ，Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒａｄｉｏｉｓｏｔｏｐｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ”（特許文献５０）（２００２年９月３日）は、入口経路及び多キッカー磁石を有する粒子ビーム輸送経路を説明する。所定のキッカー磁石をオンにすることで、粒子ビームが対応する部屋に向かう。
【００５０】
Ｍ．Ｔａｋａｎａｋａらの“Ｂｅａｍ Ｓｕｐｐｌｙ Ｄｅｖｉｃｅ”（特許文献５１）（１９９４年９月２０日）は、粒子又は放射ビームを治療室に供給するビーム供給装置を説明する。システムは回転可能なビーム輸送装置及び回転可能な偏向電磁石の回転軸の周りに配置された複数のビーム利用室を含む。
【００５１】
（ビームエネルギー／強度）
Ｍ．Ｙａｎａｇｉｓａｗａらの“Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ，Ｒａｎｇｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｗｈｅｅｌ Ｄｅｖｉｃｅ，ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｉｎｓｔａｌｌｉｎｇ Ｒａｎｇｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｗｈｅｅｌ Ｄｅｖｉｃｅ”（特許文献５２）（２００８年４月８日）及びＹａｎａｇｉｓａｗａらの“Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ，Ｒａｎｇｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｗｈｅｅｌ Ｄｅｖｉｃｅ，ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｉｎｓｔａｌｌｉｎｇ Ｒａｎｇｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｗｈｅｅｌ Ｄｅｖｉｃｅ”（特許文献５３）（２００８年５月３０日）は両方、レンジ変調ホイールを有する粒子療法システムを説明する。イオンビームはレンジ変調ホイールを通過し、レンジ変調ホイールの複数の段階的な厚さに対応した複数のエネルギーレベルをもたらす。
【００５２】
Ｍ．Ｙａｎａｇｉｓａｗａらの“Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ａｄｊｕｓｔｉｎｇ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”（特許文献５４）（２００７年１１月２０日）；Ｍ．Ｙａｎａｇｉｓａｗａらの“Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ａｄｊｕｓｔｉｎｇ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”（特許文献５５）（２００６年７月４日）；Ｍ．Ｙａｎａｇｉｓａｗａらの“Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ａｄｊｕｓｔｉｎｇ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”（特許文献５６）（２００６年４月１１日）；及びＭ．Ｙａｎａｇｉｓａｗａらの“Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ａｄｊｕｓｔｉｎｇ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”（特許文献５７）（２００４年８月１７日）はすべて、散乱装置、範囲調節装置、及びピーク発散装置を説明する。散乱装置及び範囲調節装置はともに組み合わされてビーム軸に沿って動かされる。ピーク発散装置はイオンビーム散乱の度合いを調節するように軸に沿って独立して動かされる。組み合わされると、装置は病変組織への放射線量分配の均一性の程度を向上させる。
【００５３】
Ａ．Ｓｌｉｓｋｉらの“Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｃａｔｔｅｒｅｒ ｆｏｒ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ”（特許文献５８）（２００７年４月２４日）は、既定の方法において散乱角及びビーム範囲を変調させるように粒子ビームの中に置かれた液体のプログラム可能な経路長を説明する。荷電粒子ビーム散乱／範囲変調器は、粒子ビーム経路において対抗する壁を有する液体容器、及びプログラム可能なコントローラの制御のもと液体容器の壁の間の距離を調節する駆動部を備え、組織の既定深度で既定の拡大ブラッグピークを作り出す。ビーム散乱及び変調は腫瘍の治療の間、継続的かつ動的に調節され、ターゲットとされた既定の三次元ボリュームでの線量をもたらす。
【００５４】
Ｍ．Ｔａｄｏｋｏｒｏらの“Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献５９）（２００７年７月２４日）及び（特許文献６０）（２００６年１２月２６日）は各々、腫瘍組織の照射の間荷電粒子ビームのエネルギーを測定することのできる粒子療法システムを説明する。該システムは、一組のコリメータ、エネルギー検出器、及びシグナルプロセッシングユニットの間のビーム移動を含む。
【００５５】
Ｇ．Ｋｒａｆｔらの“Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｃａｎｎｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ”（特許文献６１）（２００５年５月１０日）は、スキャンされるターゲットボリュームに対する機械的アラインメントシステムを有するイオンビームスキャニングシステムを説明する。それは、リニアモータ及びエネルギー吸収手段の横方向移動によりイオンビームの深度変調を可能とし、ターゲットボリュームのボリューム要素の深度調整スキャニングをもたらす。
【００５６】
Ｇ．Ｈａｒｔｍａｎｎらの“Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ａｎ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ ｂｙ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｈｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｄｏｓｅ”（特許文献６２）（２００４年５月１８日）は、アイソセンタの周囲の領域を照射及びスキャンするグリッドスキャナーを有するイオンビーム療法システムの操作方法を説明する。アイソセンタの領域における種々の位置でのグリッドスキャナー装置の深さ方向の線量分布及び横方向の線量分布が測定され評価される。
【００５７】
Ｙ．Ｊｏｎｇｅｎの“Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｔｒｅａｔｉｎｇ ａ Ｔａｒｇｅｔ Ｖｏｌｕｍｅ ｗｉｔｈ ａ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇ Ｓａｍｅ”（特許文献６３）（２００４年４月６日）は、粒子ビームからターゲットボリュームの方向に向かう狭いスポットを作る方法を説明する。それは、スポット掃引速度及び粒子ビーム強度が同時に変化するという特徴を有する。
【００５８】
Ｇ．Ｋｒａｆｔらの“Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｎｇ ａ Ｔｕｍｏｒ Ｔｉｓｓｕｅ”（特許文献６４）（２００４年３月２３日）は、腫瘍組織を照射する方法及び装置を説明する。該装置は、イオンビーム方向及びイオンビーム範囲を調節する、陽子ビームの深さ方向の調節のための陽子ビーム経路における電磁的に駆動されるイオンブレーキング装置を有する。
【００５９】
Ｋ．Ｍａｔｓｕｄａらの“Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”（特許文献６５）（２００３年９月９日）は、フィルター要素の各々の通過された位置の違いにより作られた異なるエネルギーを有する３つのイオンビーム要素を備える拡大装置を介してブラッグピークを通過することによりブラッグピークの深さ方向における幅を増加させる荷電粒子ビーム照射装置を説明する。
【００６０】
Ｈ．Ｓｔｅｌｚｅｒらの“Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｃｈａｍｂｅｒ ｆｏｒ Ｉｏｎ Ｂｅａｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ａｎ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ”（特許文献６６）（２００２年８月２０日）は、イオンビームのためのイオン化チャンバー及びイオン療法ビームの強度をモニターする方法を説明する。イオン化チャンバーは、チャンバーハウジング、ビーム入口窓、ビーム出口窓、及び計数気体で満たされたチャンバーボリュームを含む。
【００６１】
Ｈ．Ａｋｉｙａｍａらの“Ｃｈａｒｇｅｄ−Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献６７）（２００２年８月１３日）及びＨ．Ａｋｉｙａｍａらの“Ｃｈａｒｇｅｄ−Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献６８）（２００１年７月２４日）の両方は、粒子の変化するエネルギーに対するチャンバー及び荷電粒子ビームの強度を制御する強度コントローラを含む荷電粒子ビーム照射システムを説明する。
【００６２】
Ｙ．Ｐｕの“Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ”（特許文献６９）（２０００年３月７日）は、（１）長さを有するシリンダー状部材、及び（２）回転軸の周りの周方向の壁厚の分布を含む、エネルギー減衰器を有する荷電粒子ビーム照射装置を説明する。壁厚は、照射ビームのエネルギー減衰を決定する。
【００６３】
（線量）
Ｋ．Ｍａｔｓｕｄａらの“Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献７０）（２００７年１１月２７日）は、ストップシグナルの使用を介した照射対象へのより均一な線量分布を保証する粒子ビーム照射システムを説明する。それは、照射装置からのイオンビームの出力を停止させる。
【００６４】
Ｈ．Ｓａｋａｍｏｔｏらの“Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｐｌａｎ Ｍａｋｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ”（特許文献７１）（２００６年５月３０日）は、照射領域を複数の照射領域に入れ、所望の領域で均一な放射線照射を得るように放射線治療コンディションを計画する放射線シミュレーションを用いる放射線照射システムを説明する。
【００６５】
Ｇ．Ｈａｒｔｍａｎｎらの“Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ｖｅｒｉｆｙｉｎｇ ｔｈｅ Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｄｏｓｅ ｏｆ ａｎ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献７２）（２００４年９月２８日）は、ファントム及び計算された放射線量とファントムとの間の相違を含む、イオンビーム療法システムの計算された線量の検査のための方法を説明する。
【００６６】
Ｈ．Ｂｒａｎｄらの“Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｈｅ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ａｎ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献７３）（２００３年９月２日）は、イオンビーム療法システムの計算された照射制御ユニットをチェックする方法を説明する。スキャンデータセット、コントロールコンピューターパラメータ、計測センサーパラメータ、及びスキャナー磁石の所望の現在値が恒久的に保存される。
【００６７】
Ｔ．Ｋａｎらの“Ｗａｔｅｒ Ｐｈａｎｔｏｍ Ｔｙｐｅ Ｄｏｓｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”（特許文献７４）（２００１年３月２７日）は、閉鎖された水タンクを含む水ファントム型線量分配装置を説明する。それは、水がなみなみと満たされており、放射線療法の前に放射線の現実の線量分配を決定するために用いられる内蔵センサーを有する。
【００６８】
（安全性）
Ｋ．Ｍｏｒｉｙａｍａらの“Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献７５）（２００８年３月１８日）は、加速器におけるイオンビームの発生のための調整が完了し、ビーム輸送システムにおけるイオンビームの輸送のための調整が完了することを確認する安全装置を説明する。準備情報を表示する準備状態のディスプレーユニットがさらに提供される。
【００６９】
Ｃ．Ｃｈｅｎｇらの“Ｐａｔｈ Ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ Ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ｉｎ ａ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ”（特許文献７６）（２００７年１０月９日）は、外部測定装置を含む患者位置調整システムを説明する。それは、対象の位置及び方向を測定し、放射線療法システムの要素を含むものである。位置調整システムはまた、職員又は部外者の対象による治療システムのアクティブエリアへの侵入を監視し、放射線療法システムの操作上の安全性を向上させる。
【００７０】
Ｋ．Ｍｏｒｉｙａｍａらの“Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献７７）（２００７年２月６日）は、選ばれていない治療室の誤った下流の照射を防ぐように一群のシャッターを有する粒子ビーム療法システムを説明する。
【００７１】
Ｅ．Ｂａｄｕｒａらの“Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｃｈｅｃｋｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｂｅａｍ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ Ｍｅａｎｓ ｏｆ ａｎ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献７８）（２００４年６月１日）は、イオンビーム療法システムのビーム発生手段及びビーム加速手段をチェックする方法を説明する。イオンのタイプ、イオンビームエネルギー、イオンビーム強度、加速器のブロッキング、及び抽出を終了させる手段がチェックされる。
【００７２】
Ｅ．Ｂａｄｕｒａらの“Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｃｈｅｃｋｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｉｎ ａｎ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献７９）（２００３年１０月２８日）は、イオンビーム療法システムのビームガイダンスをチェックする方法を説明する。冗長手段は、（１）抽出の終了、（２）終了の確認のために用いられる。
【００７３】
Ｅ．Ｂａｄｕｒａらの“Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ａｎ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ Ｂｅａｍ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ”（特許文献８０）（２００３年７月２９日）は、ビームをアイソセンタに向かわせるビームスキャナ装置を含むイオンビーム療法システムの操作のための方法を説明する。アイソセンタの領域は、ビームプロファイルの半値幅に基づく許容値から離れる際に実行された介入によりモニターされ評価される。
【００７４】
Ｅ．Ｂａｄｕｒａらの“Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎ Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ Ｓｗｉｔｃｈ−Ｏｆｆ ｏｆ ａｎ Ｉｏｎ−Ｂｅａｍ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献８１）（２００３年７月２２日）は、イオンビーム療法システムの緊急シャットダウンをチェックする方法を説明する。
【００７５】
Ｂ．Ｂｒｉｔｔｏｎらの“Ｂｅａｍｌｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ａ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｆａｃｉｌｉｔｙ”（特許文献８２）（１９９９年４月２０日）は、放射線ビーム治療施設におけるビームラインの安全性のための方法及び装置を説明する。エラーが検出されると、ビームラインの電力供給が停止される。
【００７６】
Ｔ．Ｎａｋａｎｉｓｈｉらの“Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”（特許文献８３）（１９９８年１０月６日）は、放射軸に対して対称に配置された、放射線遮蔽のためのシールドを有する粒子ビーム照射場を説明する。
【００７７】
Ｂ．Ｂｒｉｔｔｏｎらの“Ｂｅａｍｌｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ａ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｆａｃｉｌｉｔｙ”（特許文献８４）（１９９６年１２月１７日）は、放射線ビーム治療設備におけるビームラインの安全性のための方法及び装置を説明する。それは、優遇還元論理通信経路を用いる要求されたビーム構成に対応してビーム経路構成シグナルを比較する。エラーが検出されると、ビームラインの電力供給が停止される。
【００７８】
Ｄ．Ｌｅｓｙｎａらの“Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｒｏｏｍ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ａ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献８５）（１９９３年１１月９日）は、放射線ビーム療法システムにおける治療室選択確認の方法を説明する。それは、治療室での要求シグナルを、加速器から治療室へのビーム移動の経路を制御する操作室からの経路構成シグナルと比較する。
【００７９】
（測定）
Ｖ．Ｂａｓｈｋｉｒｏｖらの“Ｎａｎｏｄｏｓｉｍｅｔｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ”（特許文献８６）（２００６年７月２５日）及びＶ．Ｂａｓｈｋｉｒｏｖらの“Ｎａｎｏｄｏｓｉｍｅｔｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ”（特許文献８７）（２００４年９月７日）は両方、開口部を通過し、高感度気体ボリュームを通過し、検出器に到達する陽イオンを検出するナノドシメータ装置を説明する。該発明は、サンプル内の核酸にダメージを与える放射線照射を測定するためのナノドシメータの使用を含む。
【００８０】
Ｇ．Ｈａｒｔｍａｎｎらの“Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｃｈｅｃｋｉｎｇ ａｎ Ｉｓｏｃｅｎｔｒｅ ａｎｄ ａ Ｐａｔｉｅｎｔ−Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ ａｎ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献８８）（２００３年１２月３０日）は、グリッドスキャナー装置及び球状ファントムを用いるイオンビームのアイソセンタをチェックする方法を説明する。空間の中心のポイントが既定の閾値から逸脱すると、イオンビームシステムはメンテナンスを受ける。
【００８１】
Ｍ．Ｗｏｆｆｏｒｄらの“Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｍｕｌｔｉｌｅａｆ Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ”（特許文献８９）（２００１年１１月２７日）は、コリメータのリーフを動かすことにより放射線療法装置を調整し、リーフとラインとの間の距離が既定の測定結果とおよそ等しいかどうかを調べ、既定の測定結果をコリメータ特異的なカウントに関連づけるためのシステム及び方法を説明する。
【００８２】
Ｄ．Ｌｅｇｇらの“Ｎｏｒｍａｌｉｚｉｎｇ ａｎｄ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｎｇ Ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ”（特許文献９０）（１９９６年４月３０日）は、放射線療法配送システムの正常化及び線量測定のための方法を説明する。複数の配送システムを有する陽子療法設備に特に有利である。該方法により、所定の治療は、初期治療計画に関連するステーションばかりでなく利用可能な配送ステーションにおいても正確に実施され得る。
【００８３】
（照射の開始／停止）
Ｋ．Ｈｉｒａｍｏｔｏらの“Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ”（特許文献９１）（２００１年１１月１３日）は、荷電粒子ビームが位置調整され、開始され、停止され、及び繰り返し再位置調整される、荷電粒子ビーム装置を説明する。残留粒子は、十分な荷電が可能であれば、新しい粒子の供給無しで加速器において利用される。
【００８４】
Ｋ．Ｍａｔｓｕｄａらの“Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ｃｉｒｃｕｌａｒ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ”（特許文献９２）（２００２年１０月８日）は、放出荷電粒子のタイミングを調節するための循環加速器に対する制御方法及び装置を説明する。クロックパルスは、荷電粒子の流れの配送後に停止され、照射される対象の状態に基づき再開される。
【００８５】
（ガントリ）
Ｔ．Ｙａｍａｓｈｉｔａらの“Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”（特許文献９３）（２００８年６月３日）は、前方リング及び後方リングを有する回転ガントリを説明する。各々のリングは放射状の支持装置を有し、放射状の支持装置は後方ガイドを有する。該システムは、回転可能な身体の回転軸の方向において回転可能な身体の動きを制限する推力支持装置を有する。
【００８６】
Ｔ．Ｙａｍａｓｈｉｔａらの“Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｇａｎｔｒｙ ｏｆ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献９４）（２００８年５月１３日）は、放射線治療の間のガントリの迅速な動作、制動、及び停止を可能にする空気制動システムにより支持された回転ガントリを説明する。
【００８７】
Ｍ．Ｙａｎａｇｉｓａｗａらの“Ｍｅｄｉｃａｌ Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”（特許文献９５）（２００６年１月３１日）；Ｍ．Ｙａｎａｇｉｓａｗａらの“Ｍｅｄｉｃａｌ Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”（特許文献９６）（２００５年１２月２７日）；及びＭ．Ｙａｎａｇｉｓａｗａらの“Ｍｅｄｉｃａｌ Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”（特許文献９７）（２００５年１０月１１日）はすべて、上方向及び水平方向からの照射が可能な装置を説明する。ガントリは、照射軸が回転軸とは異なる位置を通過するというように、デバイスを形成する照射場が偏心して配置された回転軸の周囲を回転可能である。
【００８８】
Ｈ．Ｋａｅｒｃｈｅｒらの“Ｉｓｏｋｉｎｅｔｉｃ Ｇａｎｔｒｙ Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｉｓｏｃｅｎｔｒｉｃ Ｇｕｉｄａｎｃｅ ｏｆ ａ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ａｎｄ ａ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ Ｓａｍｅ”（特許文献９８）（２００５年５月２４日）は、水平縦軸の周囲を回転することのできる粒子ビームのアイソセンタガイダンスに対する等運動性ガントリ配置を説明する。
【００８９】
Ｇ．Ｋｒａｆｔらの“Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｎｇ Ｔｕｍｏｒ Ｔｉｓｓｕｅｓ”（特許文献９９）（２００４年５月４日）は、水平に配置された患者椅子に関連する種々の照射角で腫瘍組織を照射するイオンビームシステムを説明する。患者椅子は中心軸の周囲を回転可能であり、リフティング機構を有する。該システムは、水平方向に対して±１５度までの中心イオンビーム偏向を有する。
【００９０】
Ｍ．Ｐａｖｌｏｖｉｃらの“Ｇａｎｔｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓａｍｅ”（特許文献１００）（２００３年１０月２１日）は、自由に規定可能な有効治療角度からターゲットにイオンビームを調節し配列するためのガントリシステムを説明する。イオンビームは、ガントリ回転軸の周囲の０度から３６０度の調節可能な角度で、及びガントリ回転軸の周囲の全回転で回転された場合の照射の円錐を作るガントリ回転軸の４５度から９０度引いた角度で、ターゲットにおいて配列される。
【００９１】
（検出器）
Ｅ．Ｂｅｒｄｅｒｍａｎｎらの“Ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｔｈｅｒｅｏｆ”（特許文献１０１）（２００７年９月２５日）は、検出器及び検出器の製造方法を説明する。検出器は、結晶性の半導体ダイアモンドプレート及びセラミックプレート基板に配置されたアルミニウム金属コーティングからなる。
【００９２】
（移動可能である患者）
Ｎ．Ｒｉｇｎｅｙらの“Ｐａｔｉｅｎｔ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｏｂｊｅｃｔ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献１０２）（２００７年４月３日）は、放射線療法システムの可動要素の位置測定結果を得る多数の外部測定装置を含む放射線療法システムのための患者配列システムを説明する。配列システムは、放射線ビームに患者をより正確に記録するように修正位置調整フィードバックを提供する外部の測定結果を用いる。
【００９３】
Ｙ．Ｍｕｒａｍａｔｓｕらの“Ｍｅｄｉｃａｌ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”（特許文献１０３）（２００６年４月１８日）；Ｙ．Ｍｕｒａｍａｔｓｕらの“Ｍｅｄｉｃａｌ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”（特許文献１０４）（２００５年６月７日）；及びＹ．Ｍｕｒａｍａｔｓｕらの“Ｍｅｄｉｃａｌ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”（特許文献１０５）（２００４年１０月１２日）はすべて、回転ガントリ、回転ガントリに関連して回転し得るようなガントリ内に配置された環状フレーム、フレームがガントリとともに回転しないようにする反相関機構、及びガントリが回転している間実質的に最低レベルで自由に動くような手段でフレームに連動された柔軟に動くフロアを有する医療用粒子照射装置を説明する。
【００９４】
Ｈ．Ｎｏｎａｋａらの“Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｃｈａｍｂｅｒ ｆｏｒ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｔｈｅｒａｐｙ”（特許文献１０６）（１９９９年１１月３０日）は、自由かつ柔軟な手段で接続された一連の多数のプレートからなる水平可動フロアを説明する。可動フロアは、放射線ビーム照射セクションの回転に同調して動かされる。
【００９５】
（呼吸）
Ｋ．Ｍａｔｓｕｄａの“Ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅ Ｂｅａｍ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｔａｋｉｎｇ Ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ａｒｅａ Ｉｎｔｏ Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ”（特許文献１０７）（１９９６年７月２３日）は、呼吸及び心拍動といった身体的なアクティビティに起因して位置が変化する疾患部位の場合でも照射を可能にする方法及び装置を説明する。最初に、罹患している身体の部位の位置変化及び患者の身体的なアクティビティが同時に測定され、それらの間の関係性が関数として規定される。放射線療法は該関数に従って実行される。
【００９６】
（患者位置調整）
Ｙ．Ｎａｇａｍｉｎｅらの“Ｐａｔｉｅｎｔ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ Ｐａｔｉｅｎｔ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ”（特許文献１０８）（２００７年５月１日）及びＹ．Ｎａｇａｍｉｎｅらの“Ｐａｔｉｅｎｔ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ Ｐａｔｉｅｎｔ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ”（特許文献１０９）（２００７年５月１日）は、パターンマッチングを用いて参照Ｘ線像の対照領域と現在の患者位置の現在のＸ線像とを比較する患者位置調整システムを説明する。
【００９７】
Ｄ．Ｍｉｌｌｅｒらの“Ｍｏｄｕｌａｒ Ｐａｔｉｅｎｔ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献１１０）（２００７年２月６日）は、モジュール拡張可能な患者ポッド及び成形可能な形態のクレードルといった少なくともひとつの固定装置を含む患者支持システムを有する放射線治療システムを説明する。
【００９８】
Ｋ．Ｋａｔｏらの“Ｍｕｌｔｉ−Ｌｅａｆ Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ”（特許文献１１１）（２００５年８月１６日）；Ｋ．Ｋａｔｏらの“Ｍｕｌｔｉ−Ｌｅａｆ Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ”（特許文献１１２）（２００４年１１月２３日）；Ｋ．Ｋａｔｏらの“Ｍｕｌｔｉ−Ｌｅａｆ Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ”（特許文献１１３）（２００４年１１月１６日）；及びＫ．Ｋａｔｏらの“Ｍｕｌｔｉ−Ｌｅａｆ Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ”（特許文献１１４）（２００４年９月１４日）はすべて、照射療法のための患者の位置調整時間を短縮するように用いられるリーフプレートのシステムを説明する。モーター駆動力は、ピニオンギアを介して同時に複数のリーフプレートに伝達される。該システムはまた、患者を位置調整するために上下空気シリンダー及び上下ガイドを用いる。
【００９９】
（コンピュータ制御）
Ａ．Ｂｅｌｏｕｓｓｏｖらの“Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｒｅｔｒｉｅｖａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｐｒｏｔｏｎ Ｂｅａｍ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献１１５）（２００８年５月６日）；Ａ．Ｂｅｌｏｕｓｓｏｖらの“Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｒｅｔｒｉｅｖａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｐｒｏｔｏｎ Ｂｅａｍ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献１１６）（２００６年８月１日）；及びＡ．Ｂｅｌｏｕｓｓｏｖらの“Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｒｅｔｒｉｅｖａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｐｒｏｔｏｎ Ｂｅａｍ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献１１７）（２００４年１１月２３日）はすべて、治療の設定可能なパラメータを有するマルチプロセッサソフトウェア制御陽子ビームシステムを説明する。該パラメータは、種々の作動モードに対するソフトウェア制御システムを作成するために認定ユーザーにより容易に修正される。それは、シグナルポイントの不具合がデータベースにおいて発生しても、データ及び設定パラメータは利用可能であることを保証する。
【０１００】
Ｊ．Ｈｉｒｏｔａらの“Ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ Ｏｐｅｒａｔｅｄ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ Ｕｓｉｎｇ Ｏｂｔａｉｎｅｄ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｐａｔｔｅｒｎｓ”（特許文献１１８）（１９９７年１２月１６日）は、作動パターンに由来する制御により、制御の量及び加速器機構の各要素の制御タイミングを決定するためのメインコントローラを説明する。
【０１０１】
（イメージング）
Ｐ．Ａｄａｍｅｅらの“Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ”（特許文献１１９）（２００７年９月２５日）及びＰ．Ａｄａｍｅｅらの“Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ”（特許文献１２０）（２００６年５月１６日）は、対象の一連の及び／又はパラレルなイメージングのために構成された荷電粒子ビーム装置を説明する。
【０１０２】
Ｋ．Ｈｉｒａｍｏｔｏらの“Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｉｔｓ Ｃｏｕｃｈ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献１２１）（２００７年３月２０日）は、回転ガントリと連動して動くＸ線イメージングシステムを有するイオンビーム療法システムを説明する。
【０１０３】
Ｃ．Ｍａｕｒｅｒらの“Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｍａｇｅｓ ｔｏ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｓｐａｃｅ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｗｅｉｇｈｔｅｄ Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｉｎｔｓ ａｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅｓ”（特許文献１２２）（２００３年５月６日）は、患者の身体で測定された身体的測定値に記録されたＸ線コンピュータ断層撮影のプロセスを説明する。それにおいては、異なる身体部位が異なるウェイトで与えられる。ウェイトは、剛体トランスフォーメーションプロセスを決定する反復記録プロセスにおいて用いられる。それにおいては、トランスフォーメーション機能は、外科的手順又は定位固定手順を支援するために用いられる。
【０１０４】
Ｍ．Ｂｌａｉｒらの“Ｐｒｏｔｏｎ Ｂｅａｍ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ”（特許文献１２３）（１９９８年１０月２０日）は、身体の領域を介してＸ線ビームを作り出すことのできる治療ビームラインに可動である、Ｘ線源を有する陽子ビームデジタルイメージングシステムを説明する。患者の方向イメージにおけるビームの中心の相対位置と、選択されたモニュメントに対する最上規定イメージにおけるアイソセンタと、の比較により、ベストのビーム中心をターゲットアイソセンタに対応させるように患者の動きの程度及び方向が決定される。
【０１０５】
Ｓ．Ｎｉｓｈｉｈａｒａらの“Ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”（特許文献１２４）（１９９１年８月１３日）は、治療ビームを位置調整するための方法及び装置を説明する。それにおいては、第一距離は第一イメージに基づき決定され、第二距離は第二イメージに基づき決定され、及び患者は第一及び第二距離に基づき治療ビーム照射位置に動かされる。
【０１０６】
（陽子及び中性子治療／粒子選択）
Ｌ．Ｄａｈｌらの“Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ａｎｄ Ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ Ｉｏｎｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ａ Ｈｅａｖｙ Ｉｏｎ Ｃａｎｃｅｒ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｆａｃｉｌｉｔｙ”（特許文献１２５）（２００４年１０月２６日）は、重イオン癌治療施設において用いられるイオンの発生、抽出、及び選択のための装置（重イオン及び軽イオンを発生させるためのサイクロトロン共鳴イオン源を含む）及び各イオン源のひとつの同位体の形態の下流の重イオン種を選択するための選択手段を説明する。
【０１０７】
Ｊ．Ｓｌａｔｅｒらの“Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｔｈｅｒａｐｙ”（特許文献１２６）（１９９９年２月２日）は、陽子ビーム療法システムを説明する。それにおいては、陽子は、陽子及び中性子源を発生させるベリリウムの中性子源を通過する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０８】
【特許文献１】米国特許第４，８７０，２８７号明細書
【特許文献２】米国特許第５，７６０，３９５号明細書
【特許文献３】米国特許第５，１７７，４４８号明細書
【特許文献４】米国特許第４，８７０，２８７号明細書
【特許文献５】米国特許第５，７８９，８７５号明細書
【特許文献６】米国特許第５，６００，２１３号明細書
【特許文献７】米国特許第７，２５９，５２９号明細書
【特許文献８】米国特許第６，６８３，３１８号明細書
【特許文献９】米国特許第６，４３３，４９４号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，９１７，２９３号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，６６１，３６６号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，１６８，２４１号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，８２０，３２０号明細書
【特許文献１４】米国特許第５，６２６，６８２号明細書
【特許文献１５】米国特許第６，３６５，８９４号明細書
【特許文献１６】米国特許第６，２３６，０４３号明細書
【特許文献１７】米国特許第７，１２２，９７８号明細書
【特許文献１８】米国特許第７，０９１，４７８号明細書
【特許文献１９】米国特許第６，４７２，８３４号明細書
【特許文献２０】米国特許第６，０８７，６７０号明細書
【特許文献２１】米国特許第６，００８，４９９号明細書
【特許文献２２】米国特許第５，３６３，００８号明細書
【特許文献２３】米国特許第５，２８５，１６６号明細書
【特許文献２４】米国特許第７，２２７，１６１号明細書
【特許文献２５】米国特許第７，１２２，８１１号明細書
【特許文献２６】米国特許第７，０６０，９９７号明細書
【特許文献２７】米国特許第６，９３６，８３２号明細書
【特許文献２８】米国特許第６，７７４，３８３号明細書
【特許文献２９】米国特許第７，０１２，２６７号明細書
【特許文献３０】米国特許第６，９８４，８３５号明細書
【特許文献３１】米国特許第６，９０３，３５１号明細書
【特許文献３２】米国特許第６，９００，４３６号明細書
【特許文献３３】米国特許第６，８８１，９７０号明細書
【特許文献３４】米国特許第６，８００，８６６号明細書
【特許文献３５】米国特許第６，４７６，４０３号明細書
【特許文献３６】米国特許第６，２１８，６７５号明細書
【特許文献３７】米国特許第６，０８７，６７２号明細書
【特許文献３８】米国特許第５，０１７，７８９号明細書
【特許文献３９】米国特許第７，１５４，１０７号明細書
【特許文献４０】米国特許第７，０４９，６１３号明細書
【特許文献４１】米国特許第６，８５９，７４１号明細書
【特許文献４２】米国特許第５，９８６，２７４号明細書
【特許文献４３】米国特許第５，９６９，３６７号明細書
【特許文献４４】米国特許第５，４４０，１３３号明細書
【特許文献４５】米国特許第４，８６８，８４４号明細書
【特許文献４６】米国特許第４，７５４，１４７号明細書
【特許文献４７】米国特許第７，３５１，９８８号明細書
【特許文献４８】米国特許第７，３１９，２３１号明細書
【特許文献４９】米国特許第７，２６２，４２４号明細書
【特許文献５０】米国特許第６，４４４，９９０号明細書
【特許文献５１】米国特許第５，３４９，１９８号明細書
【特許文献５２】米国特許第７，３５５，１８９号明細書
【特許文献５３】米国特許第７，０５３，３８９号明細書
【特許文献５４】米国特許第７，２９７，９６７号明細書
【特許文献５５】米国特許第７，０７１，４７９号明細書
【特許文献５６】米国特許第７，０２６，６３６号明細書
【特許文献５７】米国特許第６，７７７，７００号明細書
【特許文献５８】米国特許第７，２０８，７４８号明細書
【特許文献５９】米国特許第７，２４７，８６９号明細書
【特許文献６０】米国特許第７，１５４，１０８号明細書
【特許文献６１】米国特許第６，８９１，１７７号明細書
【特許文献６２】米国特許第６，７３６，８３１号明細書
【特許文献６３】米国特許第６，７１７，１６２号明細書
【特許文献６４】米国特許第６，７１０，３６２号明細書
【特許文献６５】米国特許第６，６１７，５９８号明細書
【特許文献６６】米国特許第６，４３７，５１３号明細書
【特許文献６７】米国特許第６，４３３，３４９号明細書
【特許文献６８】米国特許第６，２６５，８３７号明細書
【特許文献６９】米国特許第６，０３４，３７７号明細書
【特許文献７０】米国特許第７，３７２，０５３号明細書
【特許文献７１】米国特許第７，０５４，８０１号明細書
【特許文献７２】米国特許第６，７９９，０６８号明細書
【特許文献７３】米国特許第６，６１４，０３８号明細書
【特許文献７４】米国特許第６，２０７，９５２号明細書
【特許文献７５】米国特許第７，３４５，２９２号明細書
【特許文献７６】米国特許第７，２８０，６３３号明細書
【特許文献７７】米国特許第７，１７３，２６４号明細書
【特許文献７８】米国特許第６，７４５，０７２号明細書
【特許文献７９】米国特許第６，６３９，２３４号明細書
【特許文献８０】米国特許第６，６００，１６４号明細書
【特許文献８１】米国特許第６，５９７，００５号明細書
【特許文献８２】米国特許第５，８９５，９２６号明細書
【特許文献８３】米国特許第５，８１８，０５８号明細書
【特許文献８４】米国特許第５，５８５，６４２号明細書
【特許文献８５】米国特許第５，２６０，５８１号明細書
【特許文献８６】米国特許第７，０８１，６１９号明細書
【特許文献８７】米国特許第６，７８７，７７１号明細書
【特許文献８８】米国特許第６，６７０，６１８号明細書
【特許文献８９】米国特許第６，３２２，２４９号明細書
【特許文献９０】米国特許第５，５１１，５４９号明細書
【特許文献９１】米国特許第６，３１６，７７６号明細書
【特許文献９２】米国特許第６，４６２，４９０号明細書
【特許文献９３】米国特許第７，３８１，９７９号明細書
【特許文献９４】米国特許第７，３７２，０５３号明細書
【特許文献９５】米国特許第６，９９２，３１２号明細書
【特許文献９６】米国特許第６，９７９，８３２号明細書
【特許文献９７】米国特許第６，９５３，９４３号明細書
【特許文献９８】米国特許第６，８９７，４５１号明細書
【特許文献９９】米国特許第６，７３０，９２１号明細書
【特許文献１００】米国特許第６，６３５，８８２号明細書
【特許文献１０１】米国特許第７，２７４，０２５号明細書
【特許文献１０２】米国特許第７，１９９，３８２号明細書
【特許文献１０３】米国特許第７，０３０，３９６号明細書
【特許文献１０４】米国特許第６，９０３，３５６号明細書
【特許文献１０５】米国特許第６，８０３，５９１号明細書
【特許文献１０６】米国特許第５，９９３，３７３号明細書
【特許文献１０７】米国特許第５，５３８，４９４号明細書
【特許文献１０８】米国特許第７，２１２，６０９号明細書
【特許文献１０９】米国特許第７，２１２，６０８号明細書
【特許文献１１０】米国特許第７，１７３，２６５号明細書
【特許文献１１１】米国特許第６，９３１，１００号明細書
【特許文献１１２】米国特許第６，８２３，０４５号明細書
【特許文献１１３】米国特許第６，８１９，７４３号明細書
【特許文献１１４】米国特許第６，７９２，０７８号明細書
【特許文献１１５】米国特許第７，３６８，７４０号明細書
【特許文献１１６】米国特許第７，０８４，４１０号明細書
【特許文献１１７】米国特許第６，８２２，２４４号明細書
【特許文献１１８】米国特許第５，６９８，９５４号明細書
【特許文献１１９】米国特許第７，２７４，０１８号明細書
【特許文献１２０】米国特許第７，０４５，７８１号明細書
【特許文献１２１】米国特許第７，１９３，２２７号明細書
【特許文献１２２】米国特許第６，５６０，３５４号明細書
【特許文献１２３】米国特許第５，８２５，８４５号明細書
【特許文献１２４】米国特許第５，０３９，８６７号明細書
【特許文献１２５】米国特許第６，８０９，３２５号明細書
【特許文献１２６】米国特許第５，８６６，９１２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０１０９】
本技術分野において、腫瘍への照射エネルギーの正確かつ精密な配送の必要性が存在する。より具体的には、効果的に陰イオンビームを発生させ、イオンビームを集束させ、イオンビームを荷電粒子ビームに変換させ、荷電粒子ビームを加速させ、粒子療法ビームに対してヒトを固定し及び／若しくは再現可能な方法で位置調整し、並びに／又は荷電粒子ビームを腫瘍にターゲットさせる必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０１１０】
本発明は、固形癌の治療のための方法及び装置を含む。一実施態様において、本発明は、陰イオンビーム発生、イオンビーム集束、荷電粒子加速、患者回転、及び／又は患者の呼吸と連動した多方向荷電粒子線癌治療方法及び装置に関する。好ましくは、該荷電粒子線療法は、部分的に固定され及び再配置調整可能な位置での患者において実行される。陽子配送は好ましくは、荷電粒子ビーム注入、加速、並びに／又はターゲティング方法及び装置の制御によって患者の呼吸のタイミングに合わせられる。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】荷電粒子ビーム療法システムの構成要素の接続を説明した図である。
【図２】荷電粒子線療法システムを説明した図である。
【図３】イオンビーム発生システムを説明した図である。
【図４】陰イオンビーム源を説明した図である。
【図５】イオンビーム集束システムを説明した図である。
【図６Ａ】陰イオンビーム経路に関する電極に焦点を合わせて説明した図である。
【図６Ｂ】陰イオンビーム経路に関する電極に焦点を合わせて説明した図である。
【図６Ｃ】陰イオンビーム経路に関する電極に焦点を合わせて説明した図である。
【図６Ｄ】陰イオンビーム経路に関する電極に焦点を合わせて説明した図である。
【図７Ａ】陰イオンビーム経路真空システムを説明した図である。
【図７Ｂ】支持構造を説明した図である。
【図７Ｃ】フォイルを説明した図である。
【図８】粒子ビーム療法制御のフローチャート図である。
【図９】シンクロトロンの直線部及び方向転換部を説明した図である。
【図１０】シンクロトロンの偏向磁石を説明した図である。
【図１１】偏向磁石の透視図を提供した図である。
【図１２】偏向磁石の断面図を説明した図である。
【図１３】偏向磁石の断面図を説明した図である。
【図１４Ａ】ＲＦ加速器を説明した図である。
【図１４Ｂ】ＲＦ加速器のサブシステムを説明した図である。
【図１５】磁場制御システムを説明した図である。
【図１６Ａ】患者位置調整システムを説明した正面図である。
【図１６Ｂ】患者位置調整システムを説明した上面図である。
【図１７】Ｘ線及び陽子ビーム線量分布を提供した図である。
【図１８Ａ】制御されたスキャニング及び集束照射の深さを説明した図である。
【図１８Ｂ】制御されたスキャニング及び集束照射の深さを説明した図である。
【図１８Ｃ】制御されたスキャニング及び集束照射の深さを説明した図である。
【図１８Ｄ】制御されたスキャニング及び集束照射の深さを説明した図である。
【図１８Ｅ】制御されたスキャニング及び集束照射の深さを説明した図である。
【図１９Ａ】多方向照射を説明した図である。
【図１９Ｂ】多方向照射を説明した図である。
【図１９Ｃ】多方向照射を説明した図である。
【図１９Ｄ】多方向照射を説明した図である。
【図１９Ｅ】多方向照射を説明した図である。
【図２０】多方向照射の使用による線量効率の増大を説明した図である。
【図２１】多方向照射実施の２つの方法を提供した図である。
【図２２】半垂直患者位置調整システムを説明した図である。
【図２３】座位患者位置調整システムの例を説明した図である。
【図２４】臥位患者位置調整システムを説明した図である。
【図２５】頭部拘束システムを説明した図である。
【図２６】手部及び頭部サポートを説明した図である。
【発明を実施するための形態】
【０１１２】
本発明は概して、固形癌の治療に関する。
【０１１３】
一実施態様において、荷電粒子ビーム癌治療システムが、患者の固形癌を治療するために用いられる。
【０１１４】
他の実施態様において、本発明は、多方向荷電粒子線癌治療方法及び装置に関する。
【０１１５】
さらに他の実施態様において、患者位置調整方法及び装置が、癌治療多軸荷電粒子ビーム又は陽子ビーム照射治療方法及び装置と連動して用いられる。該患者位置調整システムは、陽子ビームがターゲティングシステムを用いて腫瘍をスキャンすることのできるゾーンに、患者を移動させ、及び／又は患者を回転させるために用いられる。該患者位置調整システムは、半垂直、座位、又は臥位での位置調整システムといった、患者の動きを拘束するために用いられるシステムと連動して任意に用いられる。
【０１１６】
さらなる他の実施態様において、荷電粒子ビーム加速及び抽出方法及び装置が、癌性腫瘍の荷電粒子ビーム照射に連動して用いられる。具体的には、新しいシンクロトロンの方向転換磁石が、シンクロトロンの全体のサイズを最小化するために、厳重に制御された陽子ビームを提供するために、所要の磁場のサイズを直接的に低減するために、所要の稼働電力を直接的に低減するために、及びシンクロトロンからの陽子の抽出のプロセスの間でさえもシンクロトロンにおける陽子の継続的な加速を許容するために用いられる。
【０１１７】
他の実施態様において、荷電粒子線癌治療システムは、結合された回転／ラスター方法及び装置を有するよう説明され、多方向荷電粒子線癌治療といわれる。該システムは、多方向からの腫瘍照射をもたらすように、回転する患者に対して固定された方向の陽子源を用いる。該システムは、選択された腫瘍ボリューム又は照射されたスライス内のピーク陽子ビームエネルギーを配送するために、多方向からの層方向の腫瘍照射を、制御されたエネルギー陽子照射と組み合わせる。任意に、所定の角度からの照射に対する選択された腫瘍ボリュームは、腫瘍の末端部である。この方法において、入射のブラッグピークのエネルギーは、腫瘍の周辺に広げられ、健常組織へのダメージが最小化され、及びピーク陽子エネルギーは効果的に、正確かつ精密に腫瘍に配送される。
【０１１８】
さらなる他の実施態様において、荷電粒子線癌治療システムを用いて、腫瘍への効果的な放射線量配送のための方法及び装置が説明される。放射線は腫瘍へのエントリーポイントを通って運ばれ、ブラッグピークエネルギーは入射ポイントから腫瘍の末端側又は遠位側にターゲットされる。入射ポイントから腫瘍の末端側へのブラッグピークエネルギーの配送は、多数の回転方向から繰り返される。各々の照射方向からの腫瘍の遠位側をターゲットとするエネルギーレベルによる多方向照射プロセスは、腫瘍への均一かつ効果的な荷電粒子放射線量配送を提供する。好ましくは、荷電粒子線療法は、荷電粒子ビーム注入、加速、抽出、並びに／又はターゲティング方法及び装置の制御によって患者の呼吸のタイミングに合わせられる。
【０１１９】
さらなる他の実施態様において、半垂直患者位置調整、位置合わせ、並びに／又は制御方法及び装置が、癌性腫瘍の荷電粒子、陽子ビーム照射療法に連動して用いられる。患者位置調整拘束具は、治療位置に患者を維持するために用いられ、それはシートサポート、背部サポート、頭部サポート、腕部サポート、膝部サポート、及び足部サポートのうちの１又は２以上を含む。位置調整拘束具の１又は２以上は、可動であり、並びに／又は患者の迅速な位置調整及び／若しくは固定のためにコンピュータ制御下にある。該システムは任意に、粒子ビーム癌治療システムの陽子ビーム経路と実質的に同じ経路に存在するＸ線ビームを用いる。作られたイメージは、陽子ビーム経路に対する良好な方向転換した身体の位置合わせに（正確かつ精密に腫瘍をターゲットするように陽子ビーム経路を制御する）、並びに／又はシステムの検証及びバリデーションにおいて利用可能である。
【０１２０】
さらなる実施態様において、半垂直又は座位患者位置調整、位置合わせ、並びに／又は制御方法及び装置が、多軸荷電粒子、若しくは癌性腫瘍の陽子ビーム、放射線療法と連動して用いられる。患者位置調整拘束具は、治療位置に患者を維持するために用いられる。患者位置調整拘束具は、シートサポート、背部サポート、頭部サポート、腕部サポート、膝部サポート、及び足部サポートのうちの１又は２以上を含む。位置調整拘束具の１又は２以上は、可動であり、並びに／又は患者の迅速な位置調整及び／若しくは固定のためにコンピュータ制御下にある。
【０１２１】
他の実施態様において、患者の呼吸若しくは呼吸モニタリング並びに／又は制御方法及び装置が、多軸荷電粒子、若しくは癌性腫瘍の陽子ビーム、放射線療法と連動して用いられる。呼吸モニタリングシステムは、呼吸制御を必要とする場合に患者に知らせるために患者に送られるフィードバックシグナル制御と組み合わせて、患者が呼吸周期のどこにいるのかを決定する温度センサー及び／又は力センサーを用いる。もたらされる呼吸制御は、腫瘍治療の正確さ、精密さ、及び／又は効果を向上させるように荷電粒子の腫瘍への配送のタイミングに合わせられる。
【０１２２】
さらなる他の実施態様において、本発明は概して、固形癌の治療に関する。より具体的には、コンピュータ制御された患者位置調整、固定、及び再位置調整方法及び装置は、患者の呼吸パターンと連動された多方向荷電粒子線治療とあわせて用いられ、それはさらには荷電粒子ビーム注入、加速、抽出、並びに／又はターゲティング方法及び装置と組み合わされる。
【０１２３】
さらなる他の実施態様において、陰イオン源の方法及び装置が、イオンビーム注入システムの一部として用いられる。それは、癌性腫瘍の多軸荷電粒子線又は陽子ビーム照射療法と連動して用いられる。陰イオン源は好ましくは、高温プラズマチャンバーへの水素ガスの注入のための入口ポートを含む。ひとつの場合において、プラズマチャンバーは磁性マテリアルを含み、それは高温プラズマチャンバーと磁場バリアの反対側の低温プラズマ領域との間の磁場バリアを提供する。抽出パルスは、陰イオンビームを陰イオンビーム経路に引き入れるように陰イオン抽出電極に適用される。それは、第一の部分的な真空システムを通り、イオンビーム集束システムを通り、直列加速器に入り、シンクロトロンに入っていく。
【０１２４】
さらなる他の実施態様において、陰イオンビーム源の真空方法及び装置が、イオンビーム注入システムの一部として用いられる。それは、癌性腫瘍の多軸荷電粒子線又は陽子ビーム照射療法と連動して用いられる。陰イオンビーム源は、シンクロトロンの真空チューブからの真空バリアにより分離された真空チャンバーを含む。陰イオンビーム源真空システムは好ましくは、第一ポンプターボ分子ポンプ、大型ホールディングボリューム、及び半継続的な作動ポンプを含む。イオンビーム源真空チャンバーを膨張させることのみにより、及び大型ホールディングボリュームにおける又はその周囲におけるセンサー表示に基づきイオンビーム源真空を半継続的に作動させることにのみにより、半継続的に作動するポンプの寿命が延ばされる。
【０１２５】
さらなる他の実施態様において、イオンビーム集束方法及び装置が、イオンビーム注入システムの一部として用いられる。それは、癌性腫瘍の多軸荷電粒子線又は陽子ビーム照射療法と連動して用いられる。イオンビーム集束システムは、２又は３以上の電極を含み、それにおいては、各々の電極対のひとつの電極は、導電性メッシュといった導電性の経路でイオンビーム経路を部分的に妨害する。所定の電極対において、電場ライン（第一電極の導電性メッシュと第二電極との間を走行する）は、陰イオンビームを集束させる内向きの力を提供する。多数のこのような電極対は、領域を集束させる多数の陰イオンビームを提供する。
【０１２６】
他の実施態様において、直列加速器方法及び装置（イオンビーム注入システムの一部である）が、癌性腫瘍の多軸荷電粒子線照射療法と連動して用いられる。陰イオンビーム源は好ましくは、注入システム真空システム及びフォイルにより分離されたシンクロトロン真空システムを含み、それにおいては、陰イオンが陽イオンに変換される。フォイルは好ましくは、注入システム真空チャンバーにおける高い分圧及びシンクロトロン真空システムにおける低圧をもたらす真空チューブの端に直接に又は非直接にシールされる。
【０１２７】
真空チャンバーを２つの圧力領域に物理的に分けてフォイルを有することは、シンクロトロンにおいて低圧システムを維持するためのより少なく及び／又はより小さいポンプを可能にする。入口水素ガスが注入部分的真空システムにより分かれて収容され及び分離されたスペースに抽出されるためである。
【０１２８】
さらなる他の実施態様において、ラジオ周波数（ＲＦ）加速器方法及び装置が、癌性腫瘍の多軸荷電粒子線照射療法と連動して用いられる。ＲＦ合成器は、一連の統合超小型回路、ループ、及びコイルに、低電圧のＲＦシグナル（陽子ビーム経路における陽子の循環の時期に同期される）を提供する。それにおいて、コイルはシンクロトロンの陽子ビーム経路の周囲を取り囲む。統合要素は組み合わされて、圧縮されたサイズ及び低減された価格のフォーマットにおいて陽子ビーム経路のプロトンに加速している電圧をもたらす。統合ＲＦ増幅超小型回路／加速コイルシステムは、約１ＭＨｚ（低エネルギー陽子ビーム用）から約１５ＭＨｚ（高エネルギー陽子ビーム用）まで作動可能である。
【０１２９】
さらなる他の実施態様において、多方向イメージング及び多方向荷電粒子線癌治療方法及び装置は、患者の呼吸をモニターし及び／又は制御するために用いられるフィードバックセンサーの使用によって患者の呼吸に連動される。
【０１３０】
本発明の実施態様と組み合わせて用いられると、荷電粒子ビーム癌治療システムの１又は２以上の新しいデザインの特徴が説明される。具体的には、陰イオン源、イオン源真空システム、イオンビーム集束レンズ、及び直列加速器における新しい特徴を有する陰イオンビーム源が説明される。さらに、シンクロトロンは、方向転換磁石及びエッジ集束磁石を含み、それはシンクロトロンの全体のサイズを最小化し、厳重に制御された陽子ビームを提供し、所要の磁場のサイズを直接に低減し、所要の稼働電力を直接に低減する。イオンビーム源システム及びシンクロトロンは好ましくは、患者イメージングシステム並びに呼吸モニタリングセンサー及び患者位置調整要素を含む患者インターフェースと統合されたコンピュータである。さらに、該システムは、加速及び／又はターゲティング方法及び装置と統合される。より具体的には、エネルギー及びシンクロトロンの荷電粒子ストリームのタイミング制御は、患者位置調整及び癌治療と連動される。シンクロトロン制御要素は、荷電粒子ビームの厳重な制御を許容し、それは健常組織の周囲への低減された組織ダメージを伴う固形癌の効果的な治療をもたらすように患者位置調整の厳重な制御を実行する。加えて、該システムは、シンクロトロンの全体のサイズを低減し、厳重に制御された陽子ビームを提供し、所要の磁場のサイズを直接に低減し、所要の稼働電力を直接に低減し、及びシンクロトロンからの陽子の抽出のプロセスの間でさえもシンクロトロンにおける陽子の継続的な加速を可能にする。組み合わせることで、該システムは、健常組織の周囲へのダメージを最小限にしつつ効果的で、正確かつ精密な、非侵襲的な癌治療をもたらす。
【０１３１】
種々の実施態様において、荷電粒子線癌治療システムは、以下のいずれをも包含する。
・中央磁性部材、並びに高温及び低温プラズマ領域を分離する磁場を有する注入システム；
・直列加速器におけるフォイルのプラズマ発生システム側の第一分圧領域、及びフォイルのシンクロトロン側の第二低分圧領域を作り出す２つの真空システム；
・陰イオンビームを軸方向に横断する導電性メッシュを有する陰イオンビーム集束システム；
・４つの直線部及び４つの方向転換部を有するシンクロトロン；
・六極磁石を有しないシンクロトロン；
・シンクロトロンの各方向転換部における４つの偏向磁石；
・多数の偏向磁石を包む巻線コイル；
・斜角である複数の偏向磁石、及び各方向転換部において集束する荷電粒子；
・加速コイルの周りでループを介した電流を提供する統合されたＲＦ−増幅器超小型回路；
・多方向イメージング及び／又は多方向陽子療法を許容する、対象を方向転換させるための回転可能なプラットフォーム；
・腫瘍の周囲３６０度で入射のブラッグピークエネルギーを分散させる放射計画；
・位置調整、固定、及び再位置調整システム；
・呼吸センサー；
・以下の同時かつ独立した制御：
・陽子ビームエネルギー；
・ｘ−軸陽子ビーム制御；
・ｙ−軸陽子ビーム制御；
・患者移動；及び
・患者回転；並びに
・荷電粒子線療法を以下の１又は２以上のタイミングに合わせるシステム：
・患者移動；
・患者回転；及び
・患者の呼吸
【０１３２】
（陽子療法）
プロトンは、その比較的巨大なサイズに起因して、組織においてＸ線又はガンマ線よりも容易には散乱せず、ほとんど横分散しない。したがって、陽子ビームは、組織周囲への横方向へのダメージをそれほど与えることなく、腫瘍の形状に集中して留まる。すべての陽子の所定のエネルギーは、一定の範囲を有し（ブラッグピークにより規定される）、組織に対する線量配送の比率は、粒子の範囲の最後の数ミリメーターにわたって最大となる。浸透深度は粒子のエネルギーに依存し、それは粒子が陽子加速器により加速されたスピードに直接に関係している。陽子のスピードは、加速器の最大比率に調節可能である。そのために、腫瘍が存在している組織の非常に深いところにおいて陽子ビームによる細胞ダメージを集中させることができる。ブラッグピーク前に存在する組織はいくらか低減された線量を受け、ブラッグピーク後に存在する組織は何も受けない。
【０１３３】
（サイクロトロン／シンクロトロン）
サイクロトロンは持続する磁場及び一定周波数の印加電場を用いる。２つの場のうちのひとつは、シンクロトロンにおいて変えられる。これらの場の両方は、シンクロトロンにおいて変えられる。したがって、シンクロトロンは、磁場が粒子を方向転換させるために用いられる、特定のタイプの循環粒子加速器である。粒子は循環し、電場は粒子を加速するために用いられる。シンクロトロンは注意深く、印加電場を、移動している粒子ビームに同期させる。
【０１３４】
粒子がエネルギーを得るときに適切に印加磁場を増大させることにより、荷電粒子が加速されるときに電荷粒子経路は一定に保たれる。それにより、粒子のための真空容器は大型の細い円環面となる。実際には、偏向磁石と、円環面に円い角の多角形の形状を与えるいくつかの方向転換部と、の間にいくつかの直線部を用いることはより簡単である。このようにして、大型の有効半径の経路は、簡素な直線及び曲線状のパイプ部分を用いて構成され、サイクロトロン型の装置の円盤状のチャンバーとは異なる。該形状はまた、粒子ビームを偏向させるための多数の磁石の使用を許容し及び必要とする。
【０１３５】
循環加速器がもたらすことのできる最大エネルギーは典型的には、磁場の強さ及び粒子経路の最小半径／最大曲率により制限される。サイクロトロンにおいて、粒子が中心及びらせんの外で開始すると、最大半径はかなり限られる。したがって、この全体の経路は自立した円盤状の真空チャンバーでなければならない。半径は制限されているため、機器の電力は、磁場の強さにより制限されるようになる。通常の電磁石の場合において、磁場の強さはコアの飽和により制限される。すべての磁区が配列されるとき、磁場は実用的な程度までさらに増強され得ないからである。単一のペアの磁石のアレンジメントはまた、装置の経済的なサイズを制限する。
【０１３６】
シンクロトロンは、より小さくより厳密な集束磁石に取り囲まれた狭いビームパイプを用いて、これらの制限を克服する。シンクロトロンの粒子を加速する能力は、粒子がとにかく加速されるために荷電されなければならないが加速下の荷電粒子は光子を放射しその結果エネルギーを失うという事実により制限されている。ビームエネルギーの限界は、循環におけるビーム経路を維持するのに要する横方向の加速に失われたエネルギーが各サイクルに加えられたエネルギーと同等となるときに到達する。より強力な加速器は、コーナー間の粒子ビームを加速するために、大きな半径の経路を用いることで、並びにより大きく及びより強力なマイクロ波空洞を用いることで作られる。電子といったより軽い粒子は、方向転換の際にそのエネルギーの大部分を失う。事実上、電子／陽電子加速器のエネルギーは、この放射ロスにより制限されるが、陽子又はイオン加速器の力学においてはたいして重要な役割を果たさない。これらのエネルギーは、磁石の強さにより及びコストにより厳しく制限される。
【０１３７】
（荷電粒子ビーム療法）
本明細書においては、陽子ビーム、水素イオンビーム、又は炭素イオンビームといった荷電粒子ビーム療法システムが説明される。本明細書において、荷電粒子ビーム療法システムは、陽子ビームを用いて説明される。しかしながら、陽子ビームの表現で教示され説明された態様は、陽子ビームのそれに制限することを目的とせず、及び荷電粒子ビームシステムを説明している。いかなる荷電粒子ビームシステムも等しく本明細書に記載された技術に適用可能である。
【０１３８】
図１を参照すると、荷電粒子ビームシステム１００が図示されている。荷電粒子ビームシステムは好ましくは、メインコントローラ１１０；注入システム１２０；典型的には（１）加速器システム１３２及び（２）抽出システム１３４を含むシンクロトロン１３０；スキャニング／ターゲティング／配送システム１４０；患者インターフェースモジュール１５０；ディスプレイシステム１６０；並びに／又はイメージングシステム１７０のいずれかを含むいくつかのサブシステムを備える。
【０１３９】
荷電粒子ビームシステム１００の使用の典型的な方法が提供される。メインコントローラ１１０は、正確かつ精密に陽子を患者の腫瘍に配送するために１又は２以上のサブシステムを制御する。例えば、メインコントローラ１１０は、イメージングシステム１７０から、身体及び／又は腫瘍の一部といったイメージを取得する。メインコントローラ１１０はまた、患者インターフェースモジュール１５０から位置及び／又はタイミングの情報を取得する。メインコントローラ１１０はその後任意に、陽子をシンクロトロン１３０に注入するために注入システム１２０を制御する。シンクロトロンは典型的には、少なくとも加速器システム１３２及び抽出システム１３４を収容する。メインコントローラは好ましくは、陽子ビームのスピード、軌道、及びタイミングを制御するといったことにより、加速器システム内の陽子ビームを制御する。メインコントローラはその後、抽出システム１３４を経由して加速器からの陽子ビームの抽出を制御する。例えば、コントローラは、抽出されたビームのタイミング及び／又はエネルギーを制御する。コントローラ１１０はまた好ましくは、スキャニング／ターゲティング／配送システム１４０を経由した陽子ビームの患者インターフェースモジュール１５０へのターゲティングを制御する。患者の移動位置及び回転位置といった患者インターフェースモジュール１５０の１又は２以上の要素は好ましくは、メインコントローラ１１０により制御される。さらに、ディスプレイシステム１６０のディスプレイ要素は好ましくは、メインコントローラ１１０により制御される。ディスプレイスクリーンといったディスプレイは典型的には、１若しくは２以上のオペレーター及び／又は１若しくは２以上の患者に提供される。一実施態様において、メインコントローラ１１０はすべてのシステムからの陽子ビームの配送の時間を調節し、陽子が患者の腫瘍に最適な治療様式で配送されるようにする。
【０１４０】
本明細書において、メインコントローラ１１０は、荷電粒子ビームシステム１００を制御する単一システムを、荷電粒子ビームシステム１００を制御する複数のサブシステムを制御する単一コントローラを、又は荷電粒子ビームシステム１００の１又は２以上のサブシステムを制御する複数の個々のコントローラをいう。
【０１４１】
次に図２を参照すると、荷電粒子ビームシステム１００のひとつのバージョンの実例となる典型態様が提供される。数字、位置、及び要素の記載されたタイプが図示され、事実上制限はない。図示された態様において、注入システム１２０又はイオン源若しくは荷電粒子ビーム源は陽子を発生させる。陽子は、シンクロトロンに入り、シンクロトロンを経由し、及びシンクロトロンから走行する真空チューブに配送される。発生した陽子は、初期経路２６２に沿って配送される。四極磁石又は注入四極磁石といった集束磁石２３０は、陽子ビーム経路を集束させるために用いられる。四極磁石は、集束磁石である。注入器偏向磁石２３２は、シンクロトロン１３０の平面の方向に陽子ビームを偏向させる。初期エネルギーを有する集束された陽子は、注入器磁石２４０に導入され、それは好ましくは注入Ｌａｍｂｅｒｓｏｎ磁石である。典型的には、初期ビーム経路２６２は、シンクロトロン１３０の循環平面の軸外（例えば、上方）に沿う。注入器偏向磁石２３２及び注入器磁石２４０は組み合わされて陽子をシンクロトロン１３０に移動させる。メイン偏向磁石、双極磁石、又は循環磁石２５０は、循環しているビーム経路２６４に沿って陽子を方向転換させるために用いられる。双極磁石は、偏向磁石である。メイン偏向磁石２５０は、循環しているビーム経路２６４に初期ビーム経路２６２を偏向させる。この例において、メイン偏向磁石２５０又は循環磁石は、安定して循環しているビーム経路に循環ビーム経路２６４を維持するために４つの磁石の４セットとして示される。しかしながら、磁石又は一連の磁石のいずれも任意に、循環プロセスにおける単一の軌道の周囲の陽子を動かすために用いられる。陽子は加速器２７０を通過する。加速器は、循環ビーム経路２６４において陽子を加速する。陽子が加速されるにつれて、磁石により印加された電場が増大する。具体的には、加速器２７０により達成された陽子のスピードは、メイン偏向磁石２５０又は循環磁石の磁場に同期され、シンクロトロンの中心点又は領域２８０の周りの陽子の安定した循環を維持する。時間において分離したポイントにおいて、加速器２７０／メイン偏向磁石２５０の組み合わせは、循環経路又は軌道において陽子を維持している間、循環している陽子を加速及び／又は減速させるために用いられる。インフレクター／デフレクターシステム２９０の抽出要素は、シンクロトロン１３０内の循環ビーム経路２６４からの陽子を除くために、Ｌａｍｂｅｒｓｏｎ抽出磁石２９２と組み合わせて用いられる。デフレクター要素の一例は、Ｌａｍｂｅｒｓｏｎ磁石である。典型的には、デフレクターは、陽子を、循環平面から、循環平面の上方といった循環平面の軸外へと移動させる。抽出された陽子は好ましくは、抽出偏向磁石２３７及び抽出集束磁石２３５を用いて動かされ及び／又は集束される。それは例えば、スキャニング／ターゲティング／配送システム１４０への移送経路２６８に沿った四極磁石である。スキャニングシステム１４０又はターゲティングシステムの２要素は典型的には、垂直コントロールといった第一軸コントロール１４２、及び水平コントロールといった第二軸コントロール１４４を含む。一実施態様において、第一軸コントロール１４２は陽子ビーム２６８の約１００ｍｍの垂直又はｙ−軸スキャニングを可能とし、第二軸コントロール１４４は陽子ビーム２６８の約７００ｍｍの水平又はｘ−軸スキャニングを可能とする。
【０１４２】
陽子は制御されて患者インターフェースモジュール１５０及び患者の腫瘍に配送される。上述にリストされた要素のすべては任意であり、種々の置換及び組み合わせにおいて用いられ得る。上述にリストされた要素の各々はさらに以下に説明される。
【０１４３】
（イオンビーム発生システム）
イオンビーム発生システムは、水素アニオン又はＨ⁻ビームといった陰イオンビームを発生させ；好ましくは陰イオンビームを集束させ；陰イオンビームを陽子又はＨ^＋ビームといった陽イオンビームに変換し；及びシンクロトロン１３０に陽イオンビーム２６２を注入する。イオンビーム経路の部分は好ましくは、部分的に真空下にある。これらのシステムの各々はさらに以下に説明される。
【０１４４】
図３を参照すると、典型的なイオンビーム発生システム３００が図示されている。図示されている通り、イオンビーム発生システム３００は、陰イオン源３１０、第一部分真空システム３３０、選択イオンビーム集束システム３５０、及び直列加速器３９０の４つの主要なサブセクションを有する。
【０１４５】
さらに図３を参照すると、陰イオン源３１０は好ましくは、水素ガスを高温プラズマチャンバー３１４に注入するための注入ポート３１２を含む。一実施態様において、プラズマチャンバーは磁性マテリアル３１６を含み、それは高温プラズマチャンバー３１４と磁場バリアの反対側の低温プラズマ領域との間の磁場３１７を提供する。抽出パルスは、陰イオンビームを陰イオンビーム経路３１９に引き入れるために陰イオン抽出電極３１８に与えられる。それは、第一部分的真空システム３３０を経由して、選択イオンビーム集束システム３５０を経由して、直列加速器３９０に進む。
【０１４６】
さらに図３を参照すると、第一部分真空システム３３０は、水素ガス入口ポート３１２から直列加速器３９０におけるフォイル３９５に走行する閉鎖システムである。フォイル３９５は好ましくは、約１０^−５トールといったより高い圧力（フォイル３９５の第一部分的真空システム３３０側において維持される）及び約１０^−７トールといったより低い圧力（フォイル３９０のシンクロトロン側において維持される）を提供する真空チューブ３２０の端に直接に又は非直接にシールされている。第一部分的真空システム３３０を膨張させることのみにより、及びセンサー表示に基づきイオンビーム源真空システムを半連続的に作動させることのみにより、半継続的に作動するポンプの寿命は引き延ばされる。センサー表示はさらに以下に説明される。
【０１４７】
さらに図３を参照すると、第一部分的真空システム３３０は好ましくは、連続的に作動するポンプ及び／又はターボ分子ポンプといった第一ポンプ３３２；大型ホールディングボリューム３３４；及び半連続的作動ポンプ３３６を含む。好ましくは、ポンプコントローラー３４０は、大型ホールディングボリューム３３４の圧力をモニターする圧力センサー３４２からのシグナルを受ける。大型ホールディングボリューム３３４における十分な圧力を表すシグナルにおいて、ポンプコントローラー３４０は、アクチュエーター３４５に大型ホールディングボリュームと半連続的作動ポンプ３３６との間のバルブ３４６を開けるように指示し、及び半連続的作動ポンプ３３６に起動し荷電粒子ストリームの周りの真空ライン３２０から空気残留ガスに汲み上げるように指示する。この態様において、半連続的作動ポンプ３３６の寿命は、反連続的かつ必要に応じて作動することのみにより引き延ばされる。一例において、半連続的作動ポンプ３３６は、４時間ごとに５分間というように数時間ごとに数分間作動し、約２，０００時間から約９６，０００時間のポンプの寿命を引き延ばす。
【０１４８】
さらに、入口ガスをシンクロトロン真空システムから分離することにより、シンクロトロン真空ポンプが取り扱うより少ないガス分子を有する場合、ターボ分子ポンプといったシンクロトロン真空ポンプは、より長い寿命で作動し得る。例えば、入口ガスは主として水素ガスであるが、窒素及び二酸化炭素といった不純物を含むかもしれない。陰イオン源システム３１０、第一部分真空システム３３０、イオンビーム集束システム３５０、及び直列加速器３９０の陰イオンビーム側において入口ガスを分離することにより、シンクロトロン真空ポンプはより長い寿命で低圧で作動し得る。それはシンクロトロン１３０の作動効率を向上させる。
【０１４９】
さらに図３を参照すると、最適なイオンビーム集束システム３５０は好ましくは、各電極対のひとつの電極が導電性メッシュといった導電性経路３７２でイオンビーム経路を部分的に妨害する、２又は３以上の電極を含む。図示された例において、二電極イオンビーム集束セクション３６０、第一の三電極イオンビーム集束セクション３７０、及び第二の三電極イオンビーム集束セクション３８０の３つのイオンビーム集束システムセクションが図示されている。所定の電極対に対して、電場ライン（第一電極と第二電極との導電性メッシュの間を走行する）は、陰イオンビームを集束させる内部の力を提供する。多数のこのような電極対は、領域を集束させる多数の陰イオンビームを提供する。好ましくは、二電極イオンビーム集束セクション３６０、第一の三電極イオンビーム集束セクション３７０、及び第二の三電極イオンビーム集束セクション３８０は、陰イオン源の後に及び直列加速器の前に配置され、並びに／又はイオンビーム経路に沿って約０．５，１，又は２メートルのスペースを覆う。イオンビーム集束システムはさらに以下に説明される。
【０１５０】
さらに図３を参照すると、直列加速器３９０は好ましくは、炭素フォイルといったフォイル３９５を含む。陰イオンビーム経路３１９における陰イオンは、陽子といった陽イオンに変換され、初期イオンビーム経路２６２が生じる。フォイル３９５は好ましくは、約１０^−５トールといったより高い圧力（陰イオンビーム経路３１９を有するフォイル３９５の側において維持される）及び約１０^−７トールといったより低い圧力（陽子イオンビーム経路２６２を有するフォイル３９０の側において維持される）を提供する真空チューブ３２０の端に直接に又は非直接にシールされている。真空チャンバーを２つの圧力領域に物理的に分離するフォイル３９５を有することは、シンクロトロン１３０における低圧システムを維持するためのより少なく及び／又はより小さいポンプを有するシステムを可能にする。入口水素及び残留物が第一部分的真空システム３３０により独立して収容され及び分離されたスペースにおいて抽出されるからである。
【０１５１】
（陰イオン源）
本明細書において陰イオン源３１０の例がさらに説明される。図４を参照すると、典型的な陰イオン源システム４００の横断図が提供される。陰イオンビーム３１９は、多数のステージにおいて作られる。第一ステージの間、水素ガスはチャンバーに注入される。第二ステージの間、陰イオンが第一高圧パルスの付加により作られ、それは陰イオンを作り出すために水素ガスの周りにプラズマを作り出す。第三ステージの間、磁場フィルターはプラズマの要素に付与される。第四ステージの間、陰イオンが低温プラズマ領域から抽出され、それは磁場バリアの反対側において、第二高電圧パルスの付与によるものである。４つのステージの各々はさらに以下に説明される。チャンバーがシリンダーの横断図として図示されている一方で、シリンダーは例示にすぎず、いかなる形状も磁気ループ格納壁に適応する（以下に説明される）。
【０１５２】
第一ステージにおいて、水素ガス４４０が入口ポート３１２を経由して高温プラズマ領域４９０に注入される。注入ポート３１２は、真空チャンバー３２０の条件を維持するための真空ポンプの条件を最小限にするために、１，５，又は１０マイクロ秒未満といった短い期間、開いている。高温プラズマ領域は、部分的真空システム３３０により低減された圧力に維持される。水素ガスの注入は、メインコントローラ１１０により任意に制御され、それはイメージングシステム１７０の情報及び患者位置調整及び呼吸サイクルの期間といった患者インターフェースモジュール１５０の情報に応答する。
【０１５３】
第二ステージにおいて、高温プラズマ領域４９０は、第一電極４２２及び第二電極４２４における第一高電圧パルスを付与することにより作られる。例えば、５ｋＶのパルスが第二電極４２４において５ｋＶで約２０マイクロ秒付与され、及び約０ｋＶが第一電極４２２において付与される。チャンバー内の水素は、高温プラズマ領域４９０において、水素原子、Ｈ^０、陽子、Ｈ^＋、電子、ｅ⁻、及び水素アニオン、Ｈ⁻のいずれかといった構成部分に分解される。高電圧パルスの例は、少なくとも１５マイクロ秒の時間で少なくとも４キロボルトのパルスである。
【０１５４】
第三ステージにおいて、高温プラズマ領域４９０は、磁場３１７又はこの具体例においては磁場バリア４３０によって低温プラズマ領域４９２から少なくとも部分的に分離している。高エネルギー電極は、磁場バリア４３０を通過することを禁止されている。この方法において、磁場バリア４３０は、陰イオン源において、ゾーンＡ及びゾーンＢの間のフィルターとして機能する。好ましくは、中心磁性マテリアル４１０は（磁性マテリアル３１６の例である）、高温プラズマ領域４９０の中心軸に沿うというように、高温プラズマ領域４９０内に配置される。好ましくは、第一電極４２２及び第二電極４２４は、鉄といった磁性マテリアルからなる。好ましくは、シリンダー壁といった高温プラズマ領域の外壁４５０は、永久磁石といった磁性マテリアル、鉄（ｆｅｒｒｉｃ）若しくは鉄（ｉｒｏｎ）をベースにしたマテリアル、又は鉄誘電体リング磁石からなる。この態様において、磁場ループは、中心磁性マテリアル４１０、第一電極４２２、外壁４５０、第二電極４２４、及び磁場バリア４３０により作られる。再度、磁場バリア４３０は、高エネルギー電極が磁場バリア４３０を通過することを禁止する。低エネルギー電子は、低温プラズマ領域４９２において、水素原子、Ｈ^０（水素アニオン、Ｈ⁻を作り出す）と相互作用する。
【０１５５】
第四ステージにおいて、第二高電圧パルス又は抽出パルスは、第三電極４２６に付与される。第二高電圧パルスは、第一高電圧パルスの付与の後半の間、優先的に付与される。例えば、約２５ｋＶの抽出パルスは、約２０マイクロ秒の第一発生パルスの最後約５マイクロ秒付与される。第二の例において、抽出パルスのタイミングは、第一高電圧パルスの期間、例えば約１，３，５，又は１０マイクロ秒間重なる。第三電極４２６と第二電極４２４との間の約２０ｋＶの電位差は、低温プラズマ領域４９２から陰イオン、Ｈ⁻を抽出し、ゾーンＢからゾーンＣへ陰イオンビーム３１９を誘導する。
【０１５６】
磁場バリア４３０は任意に、いくつかの方法で作られる。コイルを用いた磁場バリア４３０の生成の例が提供される。この例において、図４に関連して上記で説明された構成要素がいくつかの違いを伴い維持される。第一に、磁場はコイルを用いて作られる。絶縁マテリアルが好ましくは、第二電極４２４とシリンダー壁４５０との間と同様に、第一電極４２２とシリンダー壁４５０との間に提供される。中心マテリアル４１０及び／又はシリンダー壁４５０は任意に、金属製である。この方法において、コイルは、第一電極４２２、絶縁マテリアル、外壁４５０、第二電極４２４、磁場バリア４３０、及び中心マテリアル４２０を経由して磁場ループを作り出す。基本的に、コイルは、磁性マテリアル４１０による磁場発生の場所において磁場を発生させる。磁場バリア４３０は上記で説明されたように機能する。概して、高温プラズマ領域４９０と低温プラズマ領域４９２との間に磁場バリア４３０を作り出すいかなる態様も、本明細書で説明されたイオンビーム抽出システム４００に機能的に適用可能である。
【０１５７】
（イオンビーム集束システム）
図５を参照すると、イオンビーム集束システム３５０がさらに説明される。この例において、３つの電極が用いられる。この例において、第一電極５１０及び第三電極５３０は両方とも陰性荷電されており、各々は陰イオンビーム経路３１９を周囲に取り囲む又は少なくとも部分的に取り囲むリング電極である。第二電極５２０は陽性荷電されており、また陰イオンビーム経路を少なくとも部分的に及び好ましくは実質的に周囲に取り囲むリング電極である。加えて、第二電極は陰イオンビーム経路３１９を走行する１又は２以上の導電経路３７２を含む。例えば、導電経路は、ワイヤーメッシュ、導電グリッド、又は第二電極を通過する一連の実質的に並列な導電ラインである。使用において、電場ラインは、陽性荷電された電極の導電経路から陰性荷電された電極に走行する。例えば、使用において、電場ライン５４０は、陰イオンビーム経路３１９における導電経路３７２から陰性荷電された電極５１０，５３０に走行する。陰イオンビーム経路の２本の光線追跡ライン５５０，５６０は、集束する力を図示するために用いられる。第一光線追跡ライン５５０において、陰イオンビームは、ポイントＭで第一電場ラインと遭遇する。陰イオンビーム５５０における陰性荷電されたイオンは、電場ライン５７２を上げる力と遭遇し、ｘ−軸要素ベクトル５７１で図示される。ｘ−軸要素力ベクトル５７１は、第一光線追跡ラインの軌道を内向き力ベクトル５５２に変える。それはポイントＮで第二電場ラインに遭遇する。再度、陰イオンビーム５５２は、電場ライン５７４を上げる力に遭遇し、それはｘ−軸要素５７３を伴う内向き力ベクトル５５２を有するように図示される。それは、内向き力ベクトル５５２をさらなる内向き力ベクトル５５４に変える。同様に、第二光線追跡ライン５６０において、陰イオンビームは、ポイントＯで第一電場ラインに遭遇する。陰イオンビームにおける陰性荷電されたイオンは、電場ライン５７６を上げる力に遭遇し、それはｘ−軸力５７５を伴う力ベクトルを有するように図示される。内向き力ベクトル５７５は、第二光線追跡ライン５６０の軌道を内向き力ベクトル５６２に変える。それはポイントＰで第二電場ラインに遭遇する。再度、陰イオンビームは、電場ライン５７８を上げる力に遭遇し、それはｘ−軸要素５７７を伴う力ベクトルを有するように図示される。それは内向き力ベクトル５６２をさらなる内向き力ベクトル５６４に変える。最終結果は、陰イオンビームへの集束効果である。力ベクトル５７２，５７４，５７６，５７８は任意に、陰イオンビーム経路の三次元集束をもたらすｘ及び／又はｙ力ベクトル要素を有する。当然ながら、力ベクトルが事実上実例となり、多くの電場ラインが遭遇され、集束効果が全体の集束をもたらす各々の遭遇で観察される。例は、集束効果を図示するために用いられる。
【０１５８】
さらに図５を参照すると、２，３，４，５，６，７，８，又は９電極といった任意にいずれかの数字の電極が用いられ、所定の集束セクションにおいて他のすべての電極が陽性荷電又は陰性荷電されている陰イオンビーム経路を集束する。例えば、３つの集束セクションが任意に用いられる。第一イオン集束セクション３６０において、電極対は、陰イオンビーム経路に沿って遭遇された第一電極が陰性荷電され、第二電極が陽性荷電されているところで用いられる。それにより陰イオンビーム経路の集束がもたらされる。第二イオン集束セクション３７０において、２つの電極対が用いられ、そこでは陰イオンビーム経路３１９を走行する導電メッシュで陽性荷電された通常の電極が用いられる。したがって、第二イオン集束セクション３７０において、陰イオンビーム経路に沿って遭遇された第一電極は陰性荷電され、第二電極は陽性荷電され、陰イオンビーム経路の集束がもたらされる。さらに、第二イオン集束セクションにおいて、陰イオンビーム経路に沿って移動し、第二集束効果が第二陽性荷電電極と第三陰性荷電電極との間で観察される。この例において、第三イオン集束セクション３８０は再度３つの電極を有するところで用いられ、上記で説明されたように、第二イオン集束セクションの態様で機能する。
【０１５９】
図６を参照すると、イオンビーム集束システム３５０における電極の中心領域がさらに説明される。図６Ａを参照すると、陰性荷電リング電極５１０の中心領域は好ましくは、導電性マテリアルの空間である。図６Ｂ−Ｄを参照すると、陽性荷電電極リング５２０の中心領域は好ましくは、導電性経路３７２を含む。好ましくは、陽性荷電電極リング５２０内の導電性経路３７２又は導電性マテリアルは領域の約１，２，５，又は１０パーセントをブロックし、より好ましくは、陰イオンビーム経路３１９の断面積の約５パーセントをブロックする。図６Ｂを参照すると、ひとつのオプションは、導電性メッシュ６１０である。図６Ｃを参照すると、２つめのオプションは、陰イオンビーム経路３１９の一部を囲む陽性荷電電極リング５２０を実質的に並列に走行する一連の導電性ライン６２０である。図６Ｄを参照すると、３つめのオプションは、フォイル６３０又は金属層がマテリアルを通して開けられた孔を伴う陰イオンビーム経路の断面領域のすべてを覆うようにすることである。そこにおいては、孔がフォイルの領域の約９０−９９パーセント及びより好ましくは約９５パーセントを占める。より一般的に、電極対５１０，５２０は、上記で説明されるように、陰イオンビーム３１９におけるイオンが電場ラインを介して変換するとき、陰イオンビーム３１９に集束力ベクトルを提供する電場ラインを提供するように構成される。
【０１６０】
第一断面直径ｄ_１を有する２つの電極陰性ビームイオン集束システムの例において、陰イオンは第二断面直径ｄ_２に集束される。ここで、ｄ_１＞ｄ_２である。同様に、第一イオンビーム断面直径ｄ_１を有する３つの電極陰性ビームイオン集束システムの例において、陰イオンは３つの電極システムを用いて第三陰イオンビーム断面直径ｄ_３に集束される。ここで、ｄ_１＞ｄ_３である。電極におけるポテンシャルに対して、３つの電極システムは、２つの電極システム（ｄ_３＜ｄ_２）に比してよりタイトかつ強力な集束を提供する。
【０１６１】
多電極イオンビーム集束システムの例（上記で提供された）において、電極はリングである。より一般的に、電極は、上記で説明されたように、陰イオンビーム３１９におけるイオンが電場ラインを介して変換するときに、陰イオンビームに集束力ベクトルを提供する電場ラインを提供するのに十分な形状からなる。例えば、ひとつの陰性リング電極は任意に、陰イオンビームプローブの横断面領域の外側領域の周りに配置された約２，３，４，６，８，１０，又はそれ以上の電極といった、多数の陰性荷電電極により置換される。概して、より多くの電極がより早く又は高いエネルギービームを集中させ又は発散させるために必要とされる。
【０１６２】
他の実施態様において、上述の例における電極の極性を反対にさせることにより、陰イオンビームが作られて分散する。したがって、陰イオンビーム経路３１９は任意に、電極対の組み合わせを用いて集束され及び／又は拡大される。例えば、陰イオンビーム経路におけるメッシュを有する電極が陰性に作られると、陰イオンビーム経路が作られて非集束する。ゆえに、電極対の組み合わせは陰イオンビーム経路を集束し及び非集束するために用いられる。例えば、第一の対は集束に対する陽性荷電メッシュを含み、第二の対は非集束に対する陰性荷電メッシュを含む。
【０１６３】
（直列加速器）
図７Ａを参照すると、直列加速器３９０がさらに説明される。直列加速器は、一連の電極７１０，７１１，７１２，７１３，７１４，７１５を用いてイオンを加速する。例えば、陰イオンビーム経路における陰イオン（例えばＨ⁻）は、陰イオンビーム源３１０の抽出電極４２６又は第三電極４２６の電圧に比して漸次的に高い電圧を有する一連の電極を用いて加速される。例えば、直列加速器３９０は任意に、抽出電極４２６の２５ｋＶから直列加速器３９０のフォイル３９５近傍の約５２５ｋＶまでの範囲の電極を有する。
【０１６４】
フォイル３９５を通過する際、陰イオンＨ⁻は２つの電子を失い、式１に従い陽子Ｈ^＋を発生させる。
【０１６５】
【数１】

【０１６６】
陽子はさらに、多数のさらなる電極７１３，７１４，７１５の適切な電圧を用いて直列加速器において加速される。陽子はその後、上記に記載されたように、シンクロトロン１３０に注入される。
【０１６７】
さらに図７を参照すると、直列加速器３９０におけるフォイル３９５がさらに説明される。フォイル３９５は好ましくは、厚さ約３０−２００オングストロームの非常に薄いカーボンフィルムである。フォイルの厚さは、（１）イオンビームをブロックせず、（２）陽子を発生させる電子の移動により陽子ビーム経路２６２を形成するようにデザインされる。フォイル３９５は好ましくは、支持グリッドといった支持層７２０と実質的に接触している。支持層７２０は、フォイルに機械的強度を与え、組み合わされて真空ブロッキング要素を形成する。フォイル３９５は、窒素、二酸化炭素、水素、及び他のガスが通過できないようにし、真空バリアとして機能する。一実施態様において、フォイル３９５は好ましくは、約１０^−５トールといったより高い圧力（陰イオンビーム経路３１９を有するフォイル３９５の側において維持される）及び約１０^−７トールといったより低い圧力（陽子イオンビーム経路２６２を有するフォイル３９５の側において維持される）を提供する真空チューブ３２０の端に直接に又は非直接にシールされている。真空チャンバー３２０を２つの圧力領域に物理的に分離するフォイル３９５を有することは、シンクロトロン１３０における低圧システムを維持するためにより少なく及び／又はより小さいポンプを有する真空システムを可能にする。入口水素及び残留物が、第一部分的真空システム３３０により独立して収容され及び分離されたスペースにおいて抽出されるからである。フォイル３９５及び支持層７２０は好ましくは、直列加速器３９０又は真空チューブ３２０の構造体７５０に取り付けられ、アタッチメントスクリュー７４０により壁に押しつけられた金属製、プラスチック製、又はセラミック製リング７３０といった機械的手段を用いて圧力バリアを形成する。フォイル３９５により２つの真空チャンバー側を分離し及びシールするいかなる機械的手段もこのシステムに等しく適用可能である。図７Ｂ及び７Ｃを参照すると、支持構造７２０及びフォイル３９５は、ｘ−平面、ｙ−平面において個別に示される。
【０１６８】
図８を参照すると、荷電粒子ビームシステム１００の他の典型的な使用方法が提供される。メインコントローラ１１０又は１若しくは２以上のサブコントローラは、患者の腫瘍に陽子を正確かつ精密に配送するようにサブシステムの１又は２以上を制御する。例えば、メインコントローラは、患者にいつ又はどのように呼吸するかを示すメッセージを送る。メインコントローラ１１０は、温度呼吸センサーといった患者インターフェースモジュールからのセンサー読み取り値、又は呼吸サイクルにおいて対象がどこにいるのかを示す力読み取り値を取得する。呼吸サイクルにおける特異的かつ再現可能なポイントで連動され、メインコントローラは、イメージングシステム１７０から、身体及び／又は腫瘍の部分といったイメージを収集する。メインコントローラ１１０はまた、患者インターフェースモジュール１５０から位置及び／又はタイミングの情報を取得する。メインコントローラ１１０はその後任意に、水素ガスを陰イオンビーム源３１０に注入する注入システム１２０を制御し、及び陰イオンビーム源３１０から陰イオンを抽出するタイミングを制御する。任意に、メインコントローラは、イオンビーム集束レンズシステム３５０を用いるイオンビーム集束；直列加速器３９０による陽子ビームの加速；及び／又は陽子のシンクロトロン１３０への注入を制御する。シンクロトロンは典型的には、少なくとも加速器システム１３２及び抽出システム１３４を収容する。シンクロトロンは好ましくは、方向転換磁石及びエッジ集束磁石のうちの１又は２以上を収容し、それは任意にメインコントローラ１１０による制御下にある。メインコントローラは好ましくは、加速器システム内の陽子ビームを制御する（例えば、陽子ビームのスピード、軌道、及び／又はタイミングを制御することによる）。メインコントローラはその後、抽出システム１３４経由で加速器からの陽子ビームの抽出を制御する。例えば、コントローラは、抽出されたビームのタイミング、エネルギー、及び／又は強度を制御する。メインコントローラ１１０はまた好ましくは、ターゲティング／配送システム１４０を経由した陽子ビームの患者インターフェースモジュール１５０へのターゲティングを制御する。患者インターフェースモジュール１５０の１又は２以上の要素は好ましくは、メインコントローラ１１０により制御され、それは例えば患者の垂直位置、患者の回転位置、及び患者椅子の位置調整／安定化／固定／制御要素である。さらに、ディスプレイシステム１６０のディスプレイ要素が好ましくは、メインコントローラ１１０により制御される。ディスプレイスクリーンといったディスプレイは典型的には、１若しくは２以上のオペレーター及び／又は１若しくは２以上の患者に提供される。一実施態様において、メインコントローラ１１０は、陽子が患者の腫瘍に最適な治療態様で配送されるというように、すべてのシステムからの陽子ビームの配送の時間を調節する。
【０１６９】
（シンクロトロン）
本明細書において、シンクロトロンという用語は、循環経路における荷電粒子ビームを維持するシステムに言及するために用いられる。しかし、シンクロトロンは、そのエネルギー、強度、及び抽出制御の固有の限界を伴うにもかかわらず、選択的に用いられる。さらに、荷電粒子ビームは本明細書において、シンクロトロンの中心ポイントの周りの循環経路に沿って循環するとされる。循環経路は選択的に、軌道経路とされる。しかし、軌道経路は完全な円又は楕円とされるのではなく、むしろ中心ポイント又は領域２８０の周りの陽子の循環とされる。
【０１７０】
（循環システム）
図９を参照すると、シンクロトロン１３０は好ましくは、直線部９１０及びイオンビーム方向転換部９２０の組み合わせを含む。それゆえ、陽子の循環経路はシンクロトロンにおいて円ではないが、むしろ丸みを帯びた角を伴う多角形である。
【０１７１】
ひとつの図示可能な実施態様において、シンクロトロン１３０（また加速器システムとされる）は、４つの直線部及び４つの方向転換部を有する。直線部９１０の例は、インフレクター２４０，加速器２７０，抽出システム２９０，及びデフレクター２９２を含む。４つの直線部と並んで、４つのイオンビーム方向転換部があり、それはまた磁石部又は方向転換部とされる。方向転換部はさらに下記に説明される。
【０１７２】
さらに図９を参照すると、典型的なシンクロトロンが図示されている。この例において、初期陽子ビーム経路２６２に沿って運ばれた陽子は、インフレクター２４０により循環ビーム経路に屈曲され、加速後にデフレクター２９２によってビーム移送経路２６８に抽出される。この例において、シンクロトロン１３０は４つの直線部９１０及び４つの偏向又は方向転換部９２０を含む。そこでは、４つの方向転換部の各々が１又は２以上の磁石を用いて約９０度陽子ビームを方向転換させる。以下にさらに説明されるように、方向転換部を狭い間隔で置き及び効率的に陽子ビームを方向転換させる能力は、より短い直線部をもたらす。より短い直線部は、シンクロトロンの循環ビーム経路における集束四極の使用無しでのシンクロトロンのデザインを可能にする。集束陽子ビーム経路からの集束四極の除去は、よりコンパクトなデザインをもたらす。この例において、図示されたシンクロトロンは、循環陽子ビーム経路における四極集束磁石を使用するシステムに対する８メートル及びより大きい断面直径に対して約５メートルの直径を有する。
【０１７３】
図１０を参照すると、第一偏向又は方向転換部９２０の付加的な記載が提供される。方向転換部の各々は好ましくは、約２，４，６，８，１０，又は１２磁石といった多数の磁石を備える。この例において、第一方向転換部９２０における４つの方向転換磁石１０１０，１０２０，１０３０，１０４０が、基本原理を図示するために用いられる。それらは方向転換部９２０における磁石の数字にかかわらず同じである。方向転換磁石１０１０，１０２０，１０３０，１０４０は、特定のタイプのメイン偏向又は循環磁石２５０である。
【０１７４】
物理学において、ローレンツ力は電磁場に起因する点電荷における力である。ローレンツ力は、電場の項は含まない、磁場の項における式２により与えられる。
【０１７５】
【数２】

【０１７６】
式２において、Ｆはニュートンの力であり；ｑはクーロンにおける電荷であり；Ｂはテスラにおける磁場であり；及びｖはメートル毎秒における粒子の瞬間速度である。
【０１７７】
図１１を参照すると、単一の磁石偏向又は方向転換部１０１０の例が拡張される。方向転換部は、陽子が循環するギャップ１１１０を含む。ギャップ１１１０は好ましくは、フラットギャップであり、より均一、均等かつ強力なギャップ１１１０における磁場を可能にする。磁場は、磁場入射表面を介してギャップ１１１０に入り、磁場出射表面を介してギャップ１１１０から出る。ギャップ１１１０は、２つの磁石の半分の間の真空チューブにおいて走行する。ギャップ１１１０は、（１）ギャップ１１１０が陽子の喪失を最小限にするようにできるだけ大きく保たれ、（２）ギャップ１１１０が磁石サイズ及び関連サイズ並びに磁石電力供給の必要電力を最小限にするようにできるだけ小さく保たれるという少なくとも２つのパラメータにより制御される。ギャップ１１１０の平坦な特性は、ギャップ１１１０における圧縮されより均一な磁場を可能にする。ギャップ寸法の一例は、約５−６ｃｍの水平ビームサイズで、約２ｃｍの垂直陽子ビームサイズを提供することである。
【０１７８】
上記で説明されたように、より大きなギャップサイズは、より大きな電力供給を必要とする。例えば、ギャップ１１１０のサイズが垂直方向のサイズで２倍になれば、必要な電力供給は約４倍に増加する。ギャップ１１１０が平坦であることはまた重要である。例えば、ギャップ１１１０の平坦な特性は、約２５０ＭｅＶから約３３０ＭｅＶの抽出された陽子のエネルギー増加を可能にする。より具体的には、ギャップ１１１０が極めて平坦な表面を有していれば、鉄磁石の磁場の限界は到達可能である。ギャップ１１１０の平坦な表面の典型的な精密さは、約５ミクロン未満に研磨することであり、好ましくは約１−３ミクロンに研磨することである。表面にむらがあると、印加された磁場に不都合が生じる。研磨された平坦な表面は、印加された磁場のむらを広げる。
【０１７９】
さらに図１１を参照すると、荷電粒子ビームは、瞬間速度ｖでギャップ１１１０を経由して移動する。第一磁性コイル１１２０及び第二磁性コイル１１３０は、各々ギャップの前方及び後方を走行する。コイル１１２０，１１３０を通過する電流は、単一の磁石方向転換部１０１０を走行する磁場Ｂをもたらす。この例において、磁場Ｂは上方へ走行して力Ｆをもたらし、内部の荷電粒子ビームをシンクロトロンの中心ポイントに押し出し、それはアークにおける荷電粒子ビームを方向転換させる。
【０１８０】
さらに図１１を参照すると、任意の第二磁石偏向又は方向転換部１０２０の一部が図示されている。コイル１１２０，１１３０は典型的には、リターン要素１１４０，１１５０又は磁石の端でのターン（例えば、第一磁石方向転換部１０１０の端）を有する。ターン１１４０，１１５０は、スペースをとる。スペースは、方向転換磁石により被覆されたシンクロトロンのひとつの軌道の周りの経路のパーセンテージを低減する。これは、陽子が方向転換されない及び／又は集束されない循環経路の部分をもたらし、及び陽子経路が非集束する循環経路の部分を可能にする。したがって、スペースはより大きなシンクロトロンをもたらす。その結果、磁石方向転換部１１６０の間のスペースは、好ましく最小化される。第二偏向磁石は、コイル１１２０，１１３０が任意に２，３，４，５，６，又はそれ以上の磁石といった複数の磁石に沿って走行することを図示するために用いられる。複数の方向転換部磁石を走行するコイル１１２０，１１３０は、ターンの立体的な制限の除去に起因して相互に空間的により近くに配置される２つの方向転換部磁石を可能にする。それは、２つの方向転換部磁石の間のスペース１１６０を低減し及び／又は最小化する。
【０１８１】
図１２及び図１３を参照すると、単一の磁石偏向又は方向転換部１０１０の２つの実例となる９０度回転された横断面が示されている。磁石アセンブリは、第一磁石１２１０及び第二磁石１２２０を有する。コイルにより誘導される磁場（以下に説明される）は、第一磁石１２１０から第二磁石１２２０へギャップ１１１０を超えて走行する。リターン磁場は、第一ヨーク１２１２及び第二ヨーク１２２２を走行する。リターンヨークの組み合わされた断面積は、第一磁石１２１０又は第二磁石１２２０の断面積におよそ近似する。荷電粒子は、ギャップ１１１０において真空チューブを経由して走行する。図示されたように、陽子はギャップ１１１０を経由して図１２に入り、磁場（ベクトルＢとして図示される）は力Ｆを陽子に適用し、陽子をシンクロトロンの中心に押し出す（図１２の右側）。磁場は巻線を用いて作られる。第一コイルは第一巻線コイル１２５０を作り出し、個々の巻線に対するワイヤの横断面を典型的に提示する図１２における黒領域として図示され、及び図１３において巻線コイルとして図示される。第二巻線コイル１２６０を作り出すワイヤの第二コイルが同様に、図示されて示される。ギャップ１２３０，１２４０（例えば空気ギャップ）を分離し及び集中させることは、ギャップ１１１０から鉄ベースのヨークを分離する。ギャップ１１１０は、上記に説明されるように、ギャップ１１１０における均一な磁場を発生させるようにおよそフラットである。
【０１８２】
図１３をさらに参照すると、単一の偏向又は方向転換磁石の端は好ましくは斜角である。方向転換磁石１０１０の垂線又は垂直の端は、破線１３７４，１３８４で示される。破線１３７４，１３８４は、シンクロトロン２８０の中心を超えてポイント１３９０で交差する。好ましくは、方向転換磁石の端は角度アルファ、α、及びベータ、βで斜角であり、それは、方向転換磁石１０１０の端及び中心２８０から向かう第一ライン１３７２，１３８２、並びに方向転換磁石の同様の端及び交差ポイント１３９０から向かう第二ライン１３７４，１３８４により形成される角度である。角度アルファは効果を説明するために用いられ、角度アルファの記載は角度ベータに適用されるが、角度アルファは任意に角度ベータとは異なる。角度アルファは、効果を集中させる端を提供する。角度アルファで方向転換磁石１０１０の端を斜角にすることは、陽子ビームを集中させる。
【０１８３】
多数の方向転換磁石は、シンクロトロン１３０におけるエッジ集束効果を各々有する多数の磁石エッジを提供する。ひとつの方向転換磁石のみが用いられれば、ビームは、角度アルファに対して一回、又は角度アルファ及び角度ベータに対して二回集束される。しかしながら、より小さい方向転換磁石を用いることにより、より多くの方向転換磁石は、シンクロトロン１３０の方向転換部９２０にフィットする。例えば、４つの磁石がシンクロトロンの方向転換部９２０において用いられれば、単一の方向転換部に対して８つの可能なエッジ集束効果表面（マグネット当たり２つのエッジ）が存在する。８つの集束表面は、より小さい横断面ビームのサイズを生み出し、それはより小さいギャップの使用を可能にする。
【０１８４】
方向転換磁石における多数のエッジ集束効果の使用は、より小さいギャップ１１１０のみならず、より小さい磁石及びより小さい電力供給の使用をもたらす。各々の方向転換部が４つの方向転換磁石を有し各々の方向転換磁石が２つの集束エッジを有する４つの方向転換部を有するシンクロトロン１３０に対して、合計３２の集束エッジがシンクロトロン１３０の循環経路における陽子の各軌道のために存在する。同様に、２，６，又は８の磁石が所定の方向転換部に用いられれば、又は２，３，５，又は６の方向転換部用いられれば、エッジ集束表面の数は、式３に従って拡張し又は縮小する。
【０１８５】
【数３】

【０１８６】
ここで、ＴＦＥは合計の集束エッジの数であり、ＮＴＳは方向転換部の数であり、Ｍは磁石の数であり、及びＦＥは集束エッジの数である。当然ながら、全ての磁石が必ずしも斜角にされているわけではなく、いくつかの磁石は任意にひとつのエッジのみにおいて斜角にされている。
【０１８７】
発明者は、多数のより小さい磁石が、より少ない大きな磁石における利益を有することを見出した。例えば、４つのより大きな磁石の使用が８つのみの集束エッジを発生させる一方で、１６個の小さな磁石の使用は３２個の集束エッジを発生させる。より多くの集束エッジを有するシンクロトロンの使用は、集束四極磁石の使用無しで作られるシンクロトロンの循環経路をもたらす。すべての従来技術のシンクロトロンは、シンクロトロンの循環経路において四極を使用する。さらに、循環経路における四極の使用は、シンクロトロンの循環経路における付加的な直線部を必要とする。したがって、シンクロトロンの循環経路における四極の使用は、より大きな直径、より大きな循環ビーム経路長、及び／又はより大きい外周を有するシンクロトロンをもたらす。
【０１８８】
本明細書で説明されるシステムの種々の実施態様において、シンクロトロンは、
・４つの方向転換部を有するシンクロトロンにおける荷電粒子ビームの９０度の方向転換ごとにエッジを集束させる、少なくとも４及び好ましくは６，８，１０，又はそれ以上のエッジ、
・シンクロトロンにおける荷電粒子ビームの軌道ごとにエッジを集束させる、少なくとも約１６及び好ましくは２４，３２，又はそれ以上のエッジ、
・方向転換部の各々がエッジを集束させる少なくとも４及び好ましくは８のエッジを含む、４つのみの方向転換部、
・直線部と方向転換部の数が等しいこと、
・正確に４つの方向転換部、
・方向転換部ごとの少なくとも４つの集束エッジ、
・シンクロトロンの循環経路における四極が無いこと、
・円い角の長方形の多角形構造、
・６０メートル未満の外周、
・６０メートル未満の外周及び３２のエッジ集束表面、及び／又は
・シンクロトロンの循環経路ごとの約８，１６，２４，又は３２の非四極磁石のいずれか（非四極磁石がエッジを集束させるエッジを含む）、
のいずれかの組み合わせを有する。
【０１８９】
（平坦なギャップの表面）
ギャップ表面は第一方向転換磁石１０１０に関して説明される一方で、ディスカッションはシンクロトロンにおける方向転換磁石の各々に適用される。同様に、ギャップ１１１０の表面が磁場入射表面６７０に関して説明される一方で、ディスカッションは付加的に任意に表面６８０を出る磁場に適用される。
【０１９０】
図１２を再度参照すると、第一磁石１２１０の入射磁場表面１２７０がさらに説明される。図１２は正確な縮尺ではなく、事実上図示される。入射表面１２７０の終わりの質におけるローカルの不完全性又は不均一性は、ギャップ１１１０に付与された磁場における不完全性又は不均等性をもたらす。磁場入射表面１２７０及び／又は第一磁石１２１０の出射表面１２８０は好ましくはおよそ平坦であり、例えば、約０ミクロンから３ミクロンまでの研磨仕上げ、又は好ましくは約１０ミクロン未満までの研磨仕上げである。非常に平坦にすることによって、研磨された表面は、ギャップ１１１０において印加磁場の不均一性を広げる。非常に平坦な表面（約０，１，２，４，６，８，１０，１５，又は２０ミクロンの仕上げ）は、より小さいギャップのサイズ、より小さい印加磁場、より小さい電力供給、及び陽子ビーム断面積のより厳密な制御を可能とする。
【０１９１】
図１４Ａ及び図１４Ｂを参照すると、ラジオ周波数（ＲＦ）加速器システムといった加速器システム２７０がさらに説明される。加速器は、鉄又はフェライトコイルといった、一連のコイル１４１０−１４１９を含み、陽子ビーム２６４がシンクロトロン１３０において通過する真空システム３２０を各々周囲に取り囲む。図１４Ｂを参照すると、第一コイル１４１０がさらに説明される。スタンダードワイヤ１４３０のループは、第一コイル１４１０の周りで少なくとも１ターンで完結する。ループは、超小型回路１４２０に付着する。図１４Ａを再度参照すると、ＲＦ合成器１４４０は（好ましくはメインコントローラ１１０に接続されている）、陽子ビーム経路２６４において陽子の循環の時期に同調された低電圧のＲＦシグナルを提供する。ＲＦ合成器１４４０、超小型回路１４２０、ループ１４３０、及びコイル１４１０は組み合わされて、陽子ビーム経路２６４において陽子に加速電圧を提供する。例えば、ＲＦ合成器１４４０は超小型回路１４２０にシグナルを送り、それは低電圧のＲＦシグナルを増幅し、及び約１０ボルトといった加速電圧を発生させる。単一の超小型回路／ループ／コイルの組み合わせに対する現実の加速電圧は、約５，１０，１５，又は２０ボルトであるが、好ましくは約１０ボルトである。好ましくは、ＲＦ−増幅器超小型回路及び加速コイルは、一体化されている。
【０１９２】
さらに図１４Ａを参照すると、図１４Ｂに示された、一体化されたＲＦ−増幅器超小型回路及び加速コイルが示されており、真空チューブ３２０の周りの一連のコイル１４１１−１４１９として図示されている。例えば、ＲＦ合成器１４４０（メインコントローラ１３０の指示下にある）は、ＲＦ−シグナルを各々コイル１４１０−１４１９に接続されている超小型回路１４２０−１４２９に送る。超小型回路／ループ／コイルの組み合わせの各々は、各々約１０ボルトといった陽子加速電圧を発生させる。ゆえに、一連の５つのコイルの組み合わせは、陽子加速に対して約５０ボルトを発生させる。加速器システム２７０において、好ましくは、約５から２０の超小型回路／ループ／コイルの組み合わせが用いられ、より好ましくは、約９から１０の超小型回路／ループ／コイルの組み合わせが用いられる。
【０１９３】
さらに明白な例として、ＲＦ合成器１４４０は、ＲＦ−シグナルを、シンクロトロン１３０の周りの陽子の循環の時期に等しい時期で、一連の１０の超小型回路／ループ／コイルの組み合わせに送り、それは陽子ビーム経路２６４において陽子の加速に対して約１００ボルトをもたらす。１００ボルトは、低エネルギー陽子ビームに対する約１ＭＨｚから高エネルギー陽子ビームに対する約１５ＭＨｚといった範囲の周波数で発生する。ＲＦ−シグナルは任意に、シンクロトロン循環経路の周りの陽子の循環の期間の整数の倍数でセットされる。超小型回路／ループ／コイルの組み合わせの各々は任意に独立して、加速電圧及び周波数に関連して制御される。
【０１９４】
各々の超小型回路／ループ／コイルの組み合わせにおけるＲＦ−増幅器超小型回路及び加速コイルの統合は、３つの重要な利点をもたらす。第一に、シンクロトロンに対して、先行技術は、加速コイルと統合された超小型回路を用いることなく、むしろ電力を周囲の一連のコイルに提供する一連の長いケーブルを用いる。長いケーブルは、インピーダンス／抵抗を有し、高い周波数のＲＦ制御には問題がある。結果として、先行技術のシステムは、約１０ＭＨｚ以上といった高い周波数で作動可能ではない。統合されたＲＦ−増幅器超小型回路／加速コイルシステムは、約１０ＭＨｚ及びさらには１５ＭＨｚ以上で作動可能であり、そこでは、先行技術のシステムにおける長いケーブルのインピーダンス及び／又は抵抗は、不十分な制御又は陽子加速における障害をもたらす。第二に、長いケーブルのシステム（より低い周波数で作動する）は約５０，０００ドルのコストがかかり、統合された超小型回路システムは約１０００ドルのコストがかかる（５０倍安価である）。第三に、ＲＦ−増幅器システムと連動した超小型回路／ループ／コイルの組み合わせは、コンパクトな低消費デザインをもたらし、小さなスペース（上記に説明された通り）及びコスト効率的な態様での陽子癌治療システムの作成及び使用を許容する。
【０１９５】
図１５を参照すると、例は、配送時間及び／又は陽子パルス配送の時期を変えるようにフィードバックループ１５００を用いる磁場制御を明確にするために用いられる。ひとつのケースにおいて、呼吸センサー１５１０は、対象の呼吸サイクルを感知する。呼吸センサーは情報を磁場コントローラ１５２０のアルゴリズムに送り、それは典型的には患者インターフェースモジュール１５０を経由し、及び／又はメインコントローラ１１０若しくはそのサブコンポーネントを経由する。アルゴリズムは、対象がいつ呼吸の底といった呼吸サイクルの特定のポイントにあるかを予測し及び／又は測定する。磁場センサー１５３０は、磁場コントローラへの入力として用いられ、それは、シンクロトロン１３０の第一方向転換磁石１０１０内といった所定の磁場１５５０に対する磁石電力供給１５４０を制御する。制御フィードバックループはこのように、シンクロトロンを選択されたエネルギーレベルに戻すために、及び呼吸の底といった選択された時間ポイントで所望のエネルギーにより陽子を運ぶために用いられる。より具体的には、メインコントローラは、陽子をシンクロトロンに注入し、抽出と組み合わされて陽子を呼吸サイクルの選択されたポイントで腫瘍に運ぶ方法で陽子を加速する。陽子ビームの強度はまた、このステージでメインコントローラにより選択可能であり及び制御可能である。補正コイルへのフィードバック制御は、患者の呼吸サイクルに関係しているシンクロトロンのエネルギーレベルの早急な選択を可能にする。このシステムは、電流が安定化され、シンクロトロンが固定された時期で毎秒１０又は２０サイクルといった時期でパルスを配送するシステムとは全く対照的である。任意に、フィードバック又は磁場デザインは、患者の変化する呼吸速度にマッチする抽出サイクルを可能にする。
【０１９６】
伝統的な抽出システムは、磁石が正弦波の大きさ及び振幅の両方に関連した記憶を有するとき、この制御を許容しない。したがって、伝統的なシステムにおいて、周波数を変えるために、電流の遅い変化が用いられなければならない。しかしながら、磁場センサーを用いるフィードバックループの使用を伴い、シンクロトロンの周波数及びエネルギーレベルは、迅速に調節可能である。さらにこのプロセスを支援することは、抽出プロセスの間陽子の加速を可能とする新しい抽出システムの使用である。
【０１９７】
（患者位置調整）
図１６を参照すると、患者は好ましくは、患者インターフェースモジュール１５０の患者移動及び回転位置調整システム１６１０において又はその中に置かれる。患者移動及び回転位置調整システム１６１０は、陽子ビームがスキャニングシステム１４０又は陽子ターゲティングシステム（以下に説明される）を用いて腫瘍をスキャンすることのできるゾーン内に患者を移動させ及び／又は患者を回転させるために用いられる。本質的に、患者位置調整システム１６１０は、腫瘍を陽子ビーム経路２６８の中心近傍に置くように患者の大きな動きを実行し、及び陽子スキャニング又はターゲティングシステム１４０は、腫瘍１６２０のターゲティングにおいて瞬間的ビーム位置２６９の良好な動きを実行する。図示するために、図１６Ａは、陽子スキャニング又はターゲティングシステム１４０を用いて瞬間的陽子ビーム位置２６９及びスキャン可能な位置１６４０の範囲を示す。そこでは、スキャン可能な位置１６４０は患者１６３０の腫瘍１６２０の周りである。この例において、スキャン可能な位置はｘ−軸及びｙ−軸に沿ってスキャンされるが、しかしながら、スキャニングは任意に同時に、以下に説明されるように、ｚ−軸に沿って実行される。これは図解的に、陽子ビーム２６８のスキャン可能な領域が約１，２，４，６，８，１０，又は１２インチの領域といった身体の一部をカバーする一方で、患者のｙ−軸の動きは約１，２，３，又は４フィートの調節といった身体のスケールで起こることを示す。患者位置調整システム並びに患者のその回転及び／又は移動は、陽子ターゲティングシステムと組み合わされて、腫瘍への陽子の正確及び／又は精密な配送をもたらす。
【０１９８】
図１６をさらに参照すると、患者位置調整システム１６１０は任意に、ディスク又はプラットフォームといった、ボトムユニット１６１２及びトップユニット１６１４を含む。図１６Ａを参照すると、患者位置調整ユニット１６１０は好ましくは、陽子療法ビーム２６８に対して患者の垂直シフトを許容するためにｙ−軸に調節可能１６１６である。好ましくは、患者位置調整ユニット１６１０の垂直動作は、毎分約１０，２０，３０，又は５０センチメートルである。図１６Ｂを参照すると、患者位置調整ユニット１６１０はまた好ましくは、回転軸の周りを回転可能１６１７（例えば、ボトムユニット１６１２の中心を走行するｙ−軸の周り、又は腫瘍１６２０を走行するｙ−軸の周り）であり、陽子ビーム経路２６８に対する患者の回転制御及び位置調整を許容する。好ましくは、患者位置調整ユニット１６１０の回転動作は、毎分約３６０度である。任意に、患者位置調整ユニットは、約４５，９０，又は１８０度回転する。任意に、患者位置調整ユニット１６１０は、毎分約４５，９０，１８０，３６０，７２０，又は１０８０度のレートで回転する。位置調整ユニット１６１７の回転は、２つの異なる時間ｔ_１及びｔ_２で回転軸の周りで図示される。陽子は任意にｎ回腫瘍に配送され、ｎ回の各々は回転軸の周りの患者１６１７の回転によって患者１６３０にヒットする入射陽子ビーム２６９の異なる相対的な方向を表す。
【０１９９】
以下に説明された、半垂直、座位、又は臥位患者位置調整態様のいずれも、任意に垂直上に、ｙ−軸に沿って移動可能であり、又は回転軸若しくはｙ−軸の周りを回転可能である。
【０２００】
好ましくは、トップ及びボトムユニット１６１２，１６１４は、それらが同じ速度で回転し及び同じ速度で位置移動するといったように、ともに動く。任意に、トップ及びボトムユニット１６１２，１６１４は独立して、ｙ−軸に沿って調節可能であり、トップユニット１６１４とボトムユニット１６１２との間の距離に差異をもたらす。トップ及びボトムユニット１６１２，１６１４を動かすためのモーター、電力供給、及び機械的アセンブリは好ましくは、ボトムユニット１６１２の下方及び／又はトップユニット１６１４の上方といった、陽子ビーム経路２６９から外れて置かれる。これは、患者位置調整ユニット１６１０が好ましくは約３６０度回転可能であり、並びにモーター、電力供給、及び機械的アセンブリが陽子ビーム経路２６９に置かれた場合に陽子を邪魔する場合に、好ましい。
【０２０１】
（陽子配送効率）
図１７を参照すると、Ｘ線及び陽子照射に対する相対的線量の通常の分布が示されている。示されるように、Ｘ線はターゲットされた組織の表面近傍でもっとも高い線量で蓄積し、及び蓄積された線量は指数関数的に組織深度の関数として減少する。表面近傍のＸ線蓄積は、身体内の深部に存在する腫瘍にとって理想的ではなく、それはよくあるケースであり過度のダメージが腫瘍１６２０周辺の軟組織層に与えられる。陽子の利点は、粒子速度を減少させることともに陽子を増加させることにより横断された吸収体の単位経路毎のエネルギー損失として飛行軌道の終末近傍でエネルギーの大部分を蓄積することである。それは、その範囲の終末近傍でイオン化におけるピークの最大値をもたらし、本明細書においてブラッグピークとされる。さらに、陽子の飛行軌道は陽子の初期動力学的エネルギー又は初期速度を増加させ又は減少させることにより可変であるため、最大エネルギーに対応するピークは、組織内で移動可能である。したがって、陽子の浸透深度のｚ−軸制御は、加速プロセスにより許容される。陽子線量分布特性の結果として、放射線腫瘍医は、正常組織周辺への線量を最小化する一方で、腫瘍１６２０への線量を最適化することができる。
【０２０２】
ブラッグピークのエネルギープロファイルは、陽子が、最大の浸透深度まで陽子により浸透された身体の全長にわたってそのエネルギーを配送する、ということを示す。結果として、エネルギーは（ブラッグピークのエネルギープロファイルの抹消部位において）、陽子ビームが腫瘍をヒットする前に、健常組織、骨、及び他の身体構成部分に配送される。腫瘍の前の身体における経路長が短ければ短いほど、陽子配送効率が高くなる、ということが生じる。そこでは、陽子配送効率は、どれくらい多くのエネルギーが患者の健常部位に比して腫瘍に運ばれたかの値となる。陽子配送効率の例は、（１）非腫瘍組織に配送された陽子エネルギーに対する腫瘍に配送された陽子エネルギーの比率、（２）非腫瘍組織での経路長に対する腫瘍での陽子の経路長；及び／又は（３）健常身体部分へのダメージと比較した腫瘍へのダメージ、を含む。これらの値のいずれも任意に、神経系要素、脊柱、脳、目、心臓、又は他の臓器といった影響を受けやすい組織へのダメージにより重み付けられる。示すように、患者が治療の間ｙ−軸の周りを回転する臥位姿勢における患者に対して、心臓近傍の腫瘍はしばしば、頭部−心臓経路、足部−心臓経路、又は臀部−心臓経路を通過する陽子により治療されるであろう。それらはすべて、陽子がすべてより短い胸部−心臓；身体の側面−心臓、又は腰部−心臓経路を経由して配送される座位又は半垂直姿勢における患者に比して非効率である。具体的には、臥位姿勢に比して、患者の座位又は半垂直姿勢を用いて、身体を経由した腫瘍へのより短い経路長が、胴部又は頭部に存在する腫瘍に提供される。それにより、より高く又はより良好な陽子配送効率がもたらされる。
【０２０３】
本明細書において、陽子配送効率は、時間効率又はシンクロトロン使用効率から独立して説明される。それは、荷電粒子ビーム装置が癌治療作動モードにあるほんのわずかな時間である。
【０２０４】
（深度ターゲティング）
図１８Ａ−Ｅを参照すると、陽子ビームのｚ−軸エネルギーが腫瘍のスライスの照射を許容するように制御された変化１８００を経験する間の、陽子ビームのｘ−軸スキャニングが図示される。表示を明確にするために、実行される同時のｙ−軸スキャニングは図示されない。図１８Ａにおいて、照射は、第一のスライスのスタートにおいて瞬間陽子ビーム位置２６９で始められている。図１８Ｂを参照すると、瞬間陽子ビーム位置は第一のスライスの終わりにある。重要なことは、照射の所定のスライスの間、陽子ビームエネルギーは好ましくは、組織質量及び腫瘍１６２０の前の密度に従って継続的に制御され及び変えられる。
【０２０５】
したがって、組織の密度による陽子ビームエネルギーの変化は、ビーム停止ポイント又はブラッグピークを組織スライス内部に留まらせる。スキャニングの間又はｘ−，ｙ−軸のスキャニングの間の陽子ビームエネルギーを変化させることが可能である。図１８Ｃ，１８Ｄ，及び１８Ｅは各々、第二のスライスの中間における、第三のスライスを経由した経路の３分の２の、及び所定の方向からの照射を終了させた後の瞬間陽子ビーム位置を示す。このアプローチを用いて、腫瘍１６２０への、指定された腫瘍サブセクションへの、又は腫瘍層への制御された、正確かつ精密な陽子照射エネルギーの配送が実現される。腫瘍への陽子エネルギーの蓄積効率は（健常組織に配送された陽子照射エネルギーに対する腫瘍に配送された陽子照射エネルギーの比率として定義される）、さらに以下に説明される。
【０２０６】
（多方向照射）
腫瘍１６２０への陽子の蓄積効率を最大化することが理想的である（健常組織に配送された陽子照射エネルギーに対する、腫瘍１６２０に配送された陽子照射エネルギーの比率を最大化することにより規定される）。一，二，又は三方向からの身体内への照射（例えば、照射サブセッション間で約９０度身体を回転させることによる）は、各々、１，２，又は３の健常組織ボリュームへのブラッグピーク濃縮の末梢部からの陽子照射をもたらす。腫瘍１６２０の周囲の健常ボリューム組織を均一に経てブラッグピークエネルギーの末梢部をさらに分配することは望ましい。
【０２０７】
多方向照射は、複数のエントリーポイントからの身体内への陽子ビーム照射である。例えば、患者１６３０は回転され、放射線源ポイントは一定に保たれる。例えば、患者１６３０は３６０度回転され、陽子療法は、多数の角度から適用される。それにより、腫瘍の周りに拡散された末梢放射がもたらされ、陽子照射効率が向上する。ひとつのケースにおいて、身体は３，５，１０，１５，２０，２５，３０，又は３５の位置より多く回転され、陽子照射は各回転位置で行われる。患者の回転は好ましくは、患者位置調整システム１６１０及び／又はボトムユニット１６１２若しくはディスク（上記に説明された）を用いて実行される。比較的固定された方向で陽子ビーム２６８の配送を維持している間、患者１６３０の回転は、各方向で新しいコリメータの使用をすることなく、多方面からの腫瘍１６２０の照射が可能となる。さらに、新しいセットアップが患者１６３０の各回転位置で必要とされないため、システムは腫瘍１６２０が患者を再着席又は位置調整することなく多方向から治療されることを許容する。その結果、腫瘍１６２０の再生時間を最小化させ、シンクロトロンの効率を向上させ、患者治療能力を向上させることができる。
【０２０８】
患者は任意に、ボトムユニット１６１２の中心に置かれ、又は腫瘍１６２０は任意に、ボトムユニット１６１２の中心に置かれる。患者がボトムユニット１６１２の中心に置かれると、第一軸制御要素１４２及び第二軸制御要素１４４は、腫瘍１６２０が回転位置変化の中心軸からはずれるのを補うようにプログラムされる。
【０２０９】
図１９Ａ−Ｅを参照すると、多方向照射１９００の例が示される。この例において、５つの患者回転位置が図示される。しかしながら、５つの回転位置は約３６０度の回転位置の別々の回転位置である。身体は各位置で約１０度回転される。図１９Ａを参照すると、照射ビーム位置２６９の範囲は、第一身体回転位置から図示される。それは陽子照射ビームを受けている患者１６３０として図示され、第一健常ボリューム１９１１はブラッグピーク照射プロファイルの入射又は末梢部により照射される。図１９Ｂを参照すると、患者１６３０は約４０度回転され、照射は繰り返される。第二位置において、腫瘍１６２０は再度照射エネルギーの大半を受け、第二健常組織ボリューム１９１２はブラッグピークエネルギーのより小さい入射又は末梢部を受ける。図１９Ｃ−Ｅを参照すると、患者１６３０は各々、トータルで約９０，１３０，及び１８０度回転される。第三、第四、及び第五回転位置の各々に対して、腫瘍１６２０は照射エネルギーの大半を受け、第三、第四、及び第五健常組織ボリューム１９１３，１９１４，１９１５は各々、ブラッグピークエネルギーのより小さい入射又は末梢部を受ける。したがって、所定の軸に沿ってエネルギーの少なくとも約７５，８０，８５，９０，又は９５パーセントが腫瘍１６２０に配送される一方で、陽子療法の間の患者の回転は、腫瘍１６２０の周り（例えば、１から５の１９１１−１９１５の領域）に分配される予定であった配送された陽子エネルギーの抹消エネルギーの分布をもたらす。
【０２１０】
所定の回転位置に対して、腫瘍のすべて又は一部が照射される。例えば、一実施態様において、腫瘍１６２０の末梢部又は末梢スライスのみが各回転位置で照射され、末梢部は患者１６３０への陽子ビームのエントリーポイントから最も遠いセクションである。例えば、患者１６３０が陽子ビームを受けているとき、末梢部は腫瘍の背面であり、患者１６３０が陽子ビームを受けていないとき、末梢部は腫瘍の前面である。
【０２１１】
図２０を参照すると、多方向照射２０００の第二例が示される。それにおいては、陽子源は固定され、患者１６３０は回転される。説明しやすいようにするために、固定されるがスキャンしている陽子ビーム経路２６９は、患者が回転すると、時間ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，・・・ｔ_ｎ，ｔ_ｎ＋１で変化している側から患者１６３０に侵入するように図示される。第一の時間ｔ_１において、ブラッグピークプロファイルの末梢端は、第一の健常組織領域２０１０をヒットする。患者は回転され、陽子ビーム経路は第二の時間ｔ_２において図示され、ブラッグピークの末梢端は、第一の健常組織領域２０２０をヒットする。第三の時間において、ブラッグピークプロファイルの末梢端は、第三の健常組織領域２０３０をヒットする。この回転及び照射プロセスはｎ回繰り返され、ここでｎは４より大きい正の数字であり、好ましくは約１０，２０，３０，１００，又は３００より大きい。図示されるように、第ｎ健常組織領域２０４０が照射されるｎ回目において、患者１６３０がさらに回転されると、スキャニング陽子ビーム２６９は、脊髄又は目といった影響を受けやすい身体要素１６５０をヒットするであろう。照射は好ましくは、影響を受けやすい身体要素がスキャニング陽子ビーム２６９経路から外れて回転されるまで、停止される。照射は、影響を受けやすい身体要素１６５０が陽子ビーム経路から外れて回転された後、時間ｔ_ｎ＋１で再開され、第ｎ＋１健常組織領域２０５０が照射される。この態様において、ブラッグピークエネルギーは常に腫瘍内にあり、ブラッグピークプロファイルの末梢領域は腫瘍１６２０の周りの健常組織で分配され、影響を受けやすい身体要素１６５０は最小限の陽子ビーム照射を受けるか又は陽子ビーム照射を受けない。
【０２１２】
ひとつの多方向照射の例において、６メートル未満のシンクロトロンのリング直径を有する粒子療法システムは、
・約３６０度患者を回転する；
・約０．１−１０秒で放射線を抽出する；
・約１００ミリメートルで垂直スキャンする；
・約７００ミリメートルで水平スキャンする；
・照射の間約３０−３００ＭｅＶ／秒からビームエネルギーを変化させる；
・陽子ビームエネルギーを変化させることとは独立して陽子ビーム強度を変化させる；
・腫瘍において約２−２０ミリメートル陽子ビームを集束させる；及び／又は
・患者１６３０への陽子配送を開始する時間から測定されるように約１，２，４，又は６分未満で腫瘍に多方向照射を完了する；能力を含む。
【０２１３】
図２１を参照すると、２つの多方向照射方法２１００が説明される。第一の方法において、メインコントローラ１１０は回転して患者１６３０を位置調整し（２１１０）、その後腫瘍１６２０を照射する（２１２０）。プロセスは、多方向照射プランが終了するまで繰り返される。第二の方法において、メインコントローラ１１０は、多方向照射プランが終了するまで、患者１６３０内の腫瘍１６２０を同時に回転させ照射する（２１３０）。より具体的には、陽子ビーム照射は、患者１６３０が回転されている間に生じる。
【０２１４】
陽子スポット焦点の三次元スキャニングシステム（本明細書において説明される）は好ましくは、回転／ラスター方法と組み合わされる。該方法は、多方向からの層方向の腫瘍照射を含む。所定の照射スライスの間、陽子ビームエネルギーは継続的に腫瘍の前の組織の密度に従って変えられ、ビーム停止ポイントをもたらす。ブラッグピークにより規定され、常に、腫瘍内部及び照射されたスライスの内部に存在する。新しい方法は、同時に既存の方法に比べて健常組織の周りへの可能性のある副作用を著しく低減させる一方で、腫瘍レベルで最大限の有効線量を成し遂げるように、多方面からの照射（本明細書において多方向照射として言及される）を可能にする。本質的に、多方向照射システムは腫瘍に到達していない組織深度で線量を分布する。
【０２１５】
（陽子ビーム位置制御）
現在、世界的な放射線治療コミュニティは、ペンシルビームスキャニングシステムを用いた線量場形成の方法を用いる。著しく対照的に、任意のスポットスキャニングシステム又は組織ボリュームスキャニングシステムが用いられる。組織ボリュームスキャニングシステムにおいて、陽子ビームは（輸送及び分布に関して）、安価かつ精密なスキャニングシステムを用いて制御される。スキャニングシステムはアクティブシステムであり、ビームは直径１，２，又は３ミリメートルの約２分の１のスポット焦点に集束される。焦点は、同時に陽子ビームの付与されるエネルギーを変える間、２軸に沿って移動される。それは、焦点の第三次元を効果的に変化させる。
【０２１６】
システムは上述で説明された身体の回転との組み合わせで適用可能であり、それは好ましくは、腫瘍への陽子配送の個々の瞬間又はサイクルの間に発生する。任意に、上述で説明されたシステムによる身体の回転は、腫瘍への陽子配送とともに継続的にかつ同時に生じる。
【０２１７】
例えば、スポットは水平に移動され、垂直ｙ−軸の下方向に動かされ、及び水平軸に沿って戻される。この例において、電流は少なくとも１つの磁石を有する垂直スキャニングシステムを制御するために用いられる。付与される電流は、陽子ビームの垂直偏向を制御するように垂直スキャニングシステムの磁場を変える。同様に、水平スキャニング磁石システムは、陽子ビームの水平偏向を制御する。各軸に沿った移動の程度は、所定深度で腫瘍横断面を一致させるように制御される。深度は、陽子ビームのエネルギーを変化させることにより制御される。例えば、陽子ビームエネルギーは低減され（新しい浸透深度を規定する）、スキャニングプロセスは腫瘍の新しい断面積をカバーする水平及び垂直軸に沿って繰り返される。組み合わされて、制御の３軸は、スキャニング又は癌性腫瘍の全ボリュームにわたる陽子ビーム焦点の移動を可能とする。各スポットでの時間及び各スポットに対する身体への方向は制御され、腫瘍の外側をヒットするエネルギーを分配する間、癌性ボリュームの各サブボリュームでの所望の放射線量を生み出す。
【０２１８】
集束されたビームスポットボリュームの範囲は好ましくは、約０．５，１，又は２ミリメーターの直径に厳密に制御されるが、又は数センチメートルの直径である。好ましいデザイン制御は、（１）約１００ｍｍ振幅の垂直振幅及び約２００Ｈｚまでの周波数、（２）約７００ｍｍ振幅の水平振幅及び約１Ｈｚまでの周波数の２つの方向におけるスキャニングを許容する。
【０２１９】
この例において、陽子がｚ−軸に沿って組織に移動する距離は、陽子の動的エネルギーにより制御される。このコーディネートシステムは、任意かつ典型的である。陽子ビームの現実の制御は、２つのスキャニング磁石システムを用いて、及び陽子ビームの動的エネルギーを制御することにより三次元的空間において制御される。具体的に、システムは、固形癌の照射におけるｘ−，ｙ−，及びｚ−軸の同時調節を許容する。再度説明すると、ｘ−，ｙ−平面に沿ってスキャニングし及び陽子のエネルギーを調節する（例えば、レンジモジュレーションホイールで）代わりに、システムは、同時にｘ−，及びｙ−軸を調節する一方でｚ−軸に沿って動くことを可能にする。したがって、腫瘍のスライスを照射するというよりもむしろ、腫瘍は任意に、三次元において同時に照射される。例えば、腫瘍は、三次元において腫瘍の外縁の周囲で照射される。その後、腫瘍は、腫瘍の内部の外縁の周囲で照射される。このプロセスは、全体の腫瘍が照射されるまで繰り返される。外縁照射は好ましくは、垂直ｙ−軸の周りといった、対象の同時の回転と組み合わされる。このシステムは、腫瘍への陽子の蓄積の最大効率を可能とし、それは健常組織に配送された陽子照射エネルギーに対する腫瘍に配送された陽子照射エネルギーの比率として規定される。
【０２２０】
組み合わされて、システムは、低い電力供給で小さなスペースにおける荷電粒子ビームシステムの多軸制御を可能にする。例えば、システムは、各磁石がシンクロトロンの各方向転換部における少なくともひとつのエッジ集束効果を有する、多数の磁石を用いる。シンクロトロンの循環ビーム経路における多数のエッジ集束効果は、
・約５０メートル未満といった小さな外周のシステム；
・約２ｃｍの垂直陽子ビームサイズギャップ；
・低減されたギャップサイズに関連した、対応する低減された電力供給要件；及び
・ｚ−軸の制御；
を有するシンクロトロンを可能にする。
【０２２１】
結果物は、三次元スキャニングシステムであり、それはｘ−，ｙ−，及びｚ−軸制御である。ｚ−軸制御はシンクロトロンに属し、ｚ−軸のエネルギーはシンクロトロン内の抽出プロセスの間可変的に制御される。
【０２２２】
三次元スキャンニング制御により腫瘍に陽子を向かわせるために用いられる陽子スキャニング又はターゲティングシステム１４０の例が提供され、上記で説明されるように、三次元スキャニング制御はｘ−，ｙ−，及びｚ−軸に沿う。第四の制御可能な軸は、時間である。第五の制御可能な軸は、患者の回転である。垂直軸の周りの対象の回転と組み合わされて、多方向照射プロセスは、腫瘍のまだ照射されていない部分が好ましくは陽子入射ポイントから身体への腫瘍のさらに遠い距離で照射されるところで用いられる。これは、腫瘍への陽子配送の最大パーセンテージ（ブラッグピークにより規定される）をもたらし、周辺の健常組織へのダメージを最小化する。
【０２２３】
（イメージング／Ｘ線システム）
本明細書において、Ｘ線システムは、イメージングシステムを図示するために用いられる。
【０２２４】
（タイミング）
Ｘ線は好ましくは、２〜３の理由のために、陽子療法で（１）対象を治療する前に、又は（２）対象を治療すると同時に、のいずれかに集められる。第一に、上記で説明した身体の動きは、他の身体構成要素に関連して身体における腫瘍の局所位置を変化させる。患者又は対象１６３０がＸ線を受けその後身体が陽子治療室に移動したら、腫瘍への陽子ビームの精密な位置合わせが問題となる。１又は２以上のＸ線を用いる腫瘍１６２０への陽子ビームの位置合わせは、陽子配送のときに、又は陽子配送の数秒若しくは数分直前に、及び患者が治療の身体位置に置かれた後に最適に行われる。それは典型的には、固定された位置又は部分的に固定された位置である。第二に、患者の位置調整の後に撮られるＸ線写真は、腫瘍及び／又は内臓の位置といったターゲットされた位置への陽子ビーム位置合わせの確認のために用いられる。
【０２２５】
（患者固定）
患者の腫瘍への正確かつ精密な陽子ビームの配送は、（１）陽子ビームの位置調整制御、及び（２）患者の位置調整制御を要する。上記に記載されるように、陽子ビームは、アルゴリズム及び磁場を用いて約０．５，１，又は２ミリメーターの直径に制御される。このセクションは、厳密に制御された陽子ビームが効果的にターゲットの腫瘍をヒットし、患者の動きによる周囲の健常組織へのヒットをしないことを保証するために、患者の部分的な固定、拘束、及び／又は位置合わせに取り組む。
【０２２６】
本明細書において、ｘ−，ｙ−，及びｚ−軸はシステムを調整し、回転軸は陽子ビームに対する患者の方向を記述するために用いられる。ｚ−軸は、患者への陽子ビームの深度といった、陽子ビームの移動を表す。陽子ビームの移動のｚ−軸下方向での患者で観察する場合、ｘ−軸は患者の左右を横断して移動するとされ、ｙ−軸は患者の上下方向にを移動するとされる。第一の回転軸はｙ−軸の周りの患者の回転であり、本明細書において回転軸、ボトムユニット１６１２回転軸、又は回転のｙ−軸１６１７とされる。加えて、チルトはｘ−軸の周りの回転であり、ヨーはｙ−軸の周りの回転であり、ロールはｚ−軸の周りの回転である。このコーディネートシステムにおいて、陽子ビーム経路２６９は任意に、いかなる方向にも走行する。図示するための便宜上、治療室を走行する陽子ビーム経路は、治療室を水平に走行するように記載される。
【０２２７】
このセクションにおいて、位置調整システムの３つの例が提供される：（１）半垂直部分的固定システム２２２０；（２）座位部分的固定システム２３００；及び（３）臥位姿勢２４００である。ひとつの固定システムに対して記載される要素は、小さい変化を伴って他の固定システムに適用される。例えば、ヘッドレスト、頭部サポート、又は頭部拘束具は、リクライニング姿勢に対する第一の軸に沿って、座位姿勢に対する第二の軸に沿って、又は臥位姿勢に対する第三の軸に沿って適応する。しかしながら、ヘッドレストそれ自体は各々の固定位置に対して同様である。
【０２２８】
（垂直患者位置調整／固定）
図２２を参照すると、半垂直患者位置調整システム２２００は好ましくは、胴部の腫瘍の陽子療法に連動して用いられる。患者位置調整及び／又は固定システムは、陽子ビーム療法の間、患者の動きを制御及び／又は制限する。第一の部分的固定の態様において、患者は、陽子ビーム療法システムにおいて半垂直姿勢に置かれる。図示されるように、患者は、患者の頭部から足部まで走行する軸により規定されるようにｙ−軸より約４５度傾いた角度アルファ（α）でリクライニングしている。より一般的に、患者は任意に、ｙ−軸に対して０度の垂直位置において完全に起立している、又はｙ−軸に対してｚ−軸の方向に約５，１０，１５，２０，２５，３０，３５，４０，４５，５０，５５，６０，若しくは６５度リクライニングされた半垂直位置アルファにいる。
【０２２９】
治療位置に患者を維持するために用いられる患者位置調整拘束具２２１５は、シートサポート２２２０、腰部サポート２２３０、頭部サポート２２４０、腕部サポート２２５０、膝部サポート２２６０、及び足部サポート２２７０のうちの１又は２以上を含む。拘束具は任意に及び独立して、剛体又は半剛体である。半剛体マテリアルの例は、高密度又は低密度の形態、又は粘弾性の形態を含む。例えば、足部サポートは好ましくは剛体であり、腰部サポートは好ましくは半剛体である（例えば、高密度の形態のマテリアル）。１又は２以上の位置調整拘束具２２１５は、患者の迅速な位置調整及び／又は固定のために、可動であり及び／又はコンピュータ制御下にある。例えば、シートサポート２２２０はシート調節軸２２２２に沿って調節可能であり（それは好ましくはｙ−軸である）；腰部サポート２２３０は腰部サポート軸２２３２に沿って調節可能であり（それは好ましくはｙ−軸要素に伴うｚ−軸の動きにより支配される）；頭部サポート２２４０は頭部サポート軸２２４２に沿って調節可能であり（それは好ましくはｙ−軸要素に伴うｚ−軸の動きにより支配される）；腕部サポート２２５０は腕部サポート軸２２５２に沿って調節可能であり（それは好ましくはｙ−軸要素に伴うｚ−軸の動きにより支配される）；膝部サポート２２６０は膝部サポート軸２２６２に沿って調節可能であり（それは好ましくはｙ−軸要素に伴うｚ−軸の動きにより支配される）；及び足部サポート２２７０は足部サポート軸２２７２に沿って調節可能である（それは好ましくはｚ−軸要素に伴うｙ−軸の動きにより支配される）。
【０２３０】
患者が、侵入する陽子ビームに直面していなかったら、軸に沿ったサポート要素の動きの記述は変わるが、固定要素は同様である。
【０２３１】
任意のカメラ２２８０は、患者固定システムとともに用いられる。カメラは、患者／対象１６３０を観察してビデオイメージを作る。イメージは、荷電粒子ビームシステムの１又は２以上のオペレーターに提供され、対象が動いたか又は陽子ビーム療法治療行為を終わらせたいかどうかを確認するための安全なメカニズムをオペレーターに提供する。ビデオイメージに基づき、オペレーターは陽子療法治療を中断又は終了させ得る。例えば、オペレーターがビデオイメージを介して対象が動いているのを観察したら、オペレーターは陽子療法治療を終了又は中断させる選択肢を有する。
【０２３２】
任意のビデオディスプレイ又はディスプレイモニター２２９０が、患者に提供される。ビデオディスプレイは任意に、オペレーター指示、システム指示、治療の状態、又はエンターテイメントのいずれをも患者に表示する。
【０２３３】
患者位置調整拘束具２２１５の位置調整のためのモーター、カメラ２２８０、及び／又はビデオディスプレイ２２９０が好ましくは、陽子輸送経路２６８又は瞬間陽子スキャニング経路２６９の上部又は下部に備え付けられる。
【０２３４】
呼吸制御は任意に、ビデオディスプレイを用いることにより行われる。患者が呼吸すると、身体の内部及び外部の構造体は、絶対的な条件及び相対的な条件の両方において動く。例えば、胸腔の外側及び内臓の両方は、呼吸に伴い絶対的に動く。加えて、身体の外面領域、骨、支持組織、又は他の臓器といった他の身体構成要素に対する内臓の相対的な位置は、各呼吸に伴い動く。したがって、より正確かつ精密な腫瘍ターゲティングのために、陽子ビームは好ましくは、内部構造体又は腫瘍の位置が良好に決められるポイント（例えば、各呼吸のボトム又はトップ）にタイミングを合わせて配送される。ビデオディスプレイは、陽子ビーム配送を患者の呼吸サイクルに連動させる一助とするために用いられる。例えば、ビデオディスプレイは任意に、患者に指示を表示し、それは例えば、息止めの状態、呼吸の状態、次の息止めが必要なときを示すカウントダウン、又は呼吸を再開し得るまでのカウントダウンである。
【０２３５】
（座位患者位置調整／固定）
第二の部分的固定の態様において、患者は部分的に、座位姿勢２３００で拘束される。座位拘束システムは、上記で記載された、半垂直位置調整システムにおけるサポート構造体と同様のサポート構造体を用いるが、それには、シートサポートが椅子により置換され、膝部サポートが必要とされないという例外を伴う。座位拘束システムは概して、上記の半垂直の態様において記載された調節可能なサポート、ｙ−軸の周りの回転、カメラ、ビデオ、及び呼吸制御パラメータを保持する。
【０２３６】
図２３を参照すると、座位患者半固定システム２３００の特定例が提供される。座位システムは好ましくは、頭部及び／又は頚部の腫瘍の治療のために用いられる。図示されるように、患者は粒子療法のための椅子２３１０における座位姿勢に置かれる。患者は、頭部サポート２２４０、腰部サポート２２３０、手部サポート２２５０、膝部サポート２２６０及び足部サポート２２７０のうちのいずれをも用いてさらに固定される。サポート２２２０，２２３０，２２４０，２２５０，２２６０，２２７０は好ましくは、図示されるように各々の調節軸２２２２，２２３２，２２４２，２２５２，２２６２，２２７２を有する。椅子２３１０は、異なる患者拘束システムの使用を可能とするように容易に取り外されるか、コンピュータ制御のもと半垂直システムといった、新しい患者姿勢に適応する。
【０２３７】
（臥位患者位置調整／固定）
第三の部分的固定の態様において、患者は部分的に、臥位姿勢で拘束される。臥位拘束システム２４００は、上記の座位位置調整システム２３００及び半垂直位置調整システム２２００において用いられるサポート構造体と同様のサポート構造体を有する。臥位姿勢において、任意の拘束具、サポート、又は部分的固定要素は、頭部サポート２２４０及び腰部サポート、臀部及び肩部２２３０サポートのうちの１又は２以上を含む。サポートは好ましくは、患者の臥位姿勢に対して適切に回転される各々の調節軸を有する。臥位姿勢拘束システムは概して、上記の半垂直の態様において記載された調節可能なサポート、ｙ−軸の周りの回転、カメラ、ビデオ、及び呼吸制御パラメータを保持する。
【０２３８】
図２４を参照すると、患者が治療に必要とされる約１〜３分間の時間立つのが困難であるというように、患者が重病である場合、部分的にサポートされたシステムは、筋肉の緊張に起因する患者のいくらかの動きをもたらし得る。この状態及び同様の状態において、サポートテーブル２４２０での臥位姿勢における患者の治療が、優先的に用いられる。サポートテーブルは、患者の体重の大部分を支える水平のプラットフォームを有する。好ましくは、水平プラットフォームは、治療プラットフォームから取り外し可能である。臥位位置調整システム２４００において、患者はプラットフォーム２４１０上に置かれ、それは水平の姿勢での体重を支えるための実質的な水平部分を有する。以下に記載の任意のハンドグリップが用いられる。一実施態様において、プラットフォーム２４１０は、機械的ストップ若しくはロック要素２４３０及びマッチングキー要素２４３５を用いてテーブル２４２０に対して取り付けられ、並びに／又は患者１６３０は、配置要素２４６０に対して位置合わせされ若しくは位置調整される。
【０２３９】
加えて、上部足部サポート２４４４、下部足部サポート２４４０、及び／又は腕部サポート２４５０の要素が任意に加えられ、それにより、胴部における腫瘍の治療のための陽子ビーム経路２６９の外に腕若しくは足を各々上げることができ、又は腕若しくは足の腫瘍の治療のための陽子ビーム経路２６９に腕若しくは足を動かすことができる。これは、上記のように、陽子配送効果を向上させる。足部サポート２４４０，２４４４及び腕部サポート２４５０は各々任意に、サポート軸又はアーク２４４２，２４４６，２４５２に沿って調節可能である。１又は２以上の足部サポート要素は任意に、アークに沿って調節可能であり、それにより、以下に記載されるように、陽子ビーム経路２６９の中に足を位置調整し、又は陽子ビーム経路２６９から足を除くことができる。腕部サポート要素は好ましくは、少なくとも１つの調節軸に沿って又はアークに沿って調節可能であり、それにより、以下に記載されるように、陽子ビーム経路２６９の中に腕を置き、又は陽子ビーム経路２６９から腕を除くことができる。
【０２４０】
好ましくは、患者は陽子ビーム経路２６８の外の領域又は部屋におけるプラットフォーム２４１０に置かれ、治療室又は陽子ビーム経路領域に動かされ又はスライドされる。例えば、患者は、ガーニー（ガーニーのトップ（プラットフォームである）が分離する）の治療室に動かされ、テーブルの上に置かれる。ガーニー又はベッドがテーブルの上に持ち上げられないようにするために、プラットフォームは好ましくはテーブルの上でスライドされる。
【０２４１】
半垂直患者位置調整システム２２００及び座位患者位置調整システム２３００は優先的に、効率性に起因して頭部又は胴部の腫瘍の治療に用いられる。半垂直患者位置調整システム２２００、座位患者位置調整システム２３００、及び臥位患者位置調整システム２４００はすべて、患者の四肢の腫瘍の治療に有用である。
【０２４２】
（サポートシステム要素）
位置調整拘束具２２１５は、半垂直位置調整システム２２００、座位位置調整システム２３００、及び臥位位置調整システム２４００において記載されるように、患者を位置調整するために用いられるすべての要素を含む。好ましくは、位置調整拘束具又はサポートシステム要素は、陽子ビーム経路２６９を妨害せず又は覆うことのない位置に位置合わせされる。しかしながら、いくつかの場合において、位置調整拘束具は、患者の治療の時間の少なくとも一部の間、陽子ビーム経路２６９にある。例えば、位置調整拘束具要素は、患者が治療の間ｙ−軸の周りを回転される期間の一部の間、陽子ビーム経路２６９に存在し得る。位置調整拘束具又はサポートシステム要素が陽子ビーム経路にある場合又は時間において、陽子ビームエネルギーの上方調節が好ましくは適用されて陽子ビームエネルギーを増加させ、陽子ビームの位置調整拘束具要素による障害が弱められる。ひとつの場合において、陽子ビームエネルギーは、ｙ−軸の周りの回転の関数として、位置調整拘束システム要素の参照スキャン又は位置調整拘束要素の一連の参照スキャンの間測定された位置調整拘束要素の障害の独立した測定値により増強される。
【０２４３】
明確にするために、本明細書において、位置調整拘束具２２１５又はサポートシステム要素が、半垂直位置調整システム２２００に対して記載される；しかしながら、位置調整要素及び記述的なｘ−，ｙ−，及びｚ−軸は、いかなるコーディネートシステム、座位位置調整システム２３００、又は臥位位置調整システム２４００にも適合可能である。
【０２４４】
頭部サポートシステムの例は、ヒトの頭部の動きを支持し、位置合わせし、及び／又は制限するために記載される。頭部サポートシステムは好ましくは、後頭部のサポート、右頭部の位置合わせ要素、及び左頭部の位置合わせ要素のいずれをも含むいくつかの頭部サポート要素を有する。後頭部のサポート要素は好ましくは、カーブして頭部にフィットし、ｚ−軸に沿うというように、任意に頭部サポート軸に沿って調節可能である。さらに、他の患者位置調整拘束具と同様に、頭部サポートは好ましくは、低密度又は高密度の形態といった、半剛体マテリアルからなっており、プラスチック又は革といった任意のカバーリングを有する。右頭部位置合わせ要素及び左頭部位置合わせ要素又は頭部位置合わせ要素は主に、頭部の動きを半拘束するために、又は頭部を完全に固定するために用いられる。頭部位置合わせ要素は好ましくは、パッド入り及び平坦であるが、任意に頭部の側面にフィットするように曲率半径を有する。右及び左頭部位置合わせ要素は好ましくは各々、頭部の側面との接触を作り出すように移動軸に沿って可動である。陽子療法の間制限された頭部の動きは、頭部又は頚部の腫瘍をターゲティング及び治療している時に重要である。頭部位置合わせ要素及び後頭部サポート要素は組み合わされて、ｘ−，ｙ−，ｚ−軸コーディネートシステムにおける頭部のチルト、回転若しくはヨー、ロール及び／又は位置を制限する。
【０２４５】
図２５を参照すると、頭部サポートシステム２５００の他の例が、頭部又は頚部における固形癌の陽子療法の間、ヒトの頭部１６０２の動きを位置調整及び／又は制限するために記載される。このシステムにおいて、頭部は１，２，３，４，又はそれ以上のストラップ又はベルトを用いて拘束される。それは好ましくは、頭部サポート要素２５１０の背面に接続され又は取り外しができるように接続されている。図示された例において、第一のストラップ２５２０は、額を頭部サポート要素２５１０に引き寄せ又は位置調整する（例えば、主にｚ−軸に沿って走行することによる）。好ましくは、第二のストラップ２５３０は、頭部がチルト、ヨー、ロールを経験しないように又は頭部がｘ−、ｙ−、及びｚ−軸コーディネートシステムにおける並進運動に関連して動かないように、第一のストラップ２５２０に連動して機能する。第二のストラップ２５３０は好ましくは、（１）額２５３２において若しくはその周りで；（２）頭部２５３４の片方の側又は両側において；及び／又は（３）サポート要素２５１０において若しくはその周りで、第一のストラップ２５２０に取り付けられ、又は取り外し可能に取り付けられる。第三のストラップ２５４０は好ましくは、主にｚ−軸に沿って走行することにより、サポート要素２５１０に対して対象の顎を置く。第四のストラップ２５５０は好ましくは、頭部サポート要素２５１０及び／又は陽子ビーム経路に対して顎を支えるように、主にｙ−軸及びｚ−軸に沿って走行する。第三のストラップ２５４０は好ましくは、患者の顎２５４２における又はその周りでの使用の間、第四のストラップ２５５０に取り付けられ、又は取り外し可能に取り付けられる。第二のストラップ２５３０は任意に、サポート要素２５１０において又はその周りで２５３６を第四のストラップ２５５０に接続する。４つのストラップ２５２０，２５３０，２５４０，２５５０は、経路及び相互接続において図示される。ストラップのいずれも任意に、頭部の周囲で異なる経路に沿って頭部を支え、又は独立した態様で互いに接続する。当然ながら、所定のストラップは好ましくは、頭部の周りを走行し、頭部の片側のみを走行しない。ストラップ２５２０，２５３０，２５４０，及び２５５０のいずれも任意に、独立して又は他のストラップとの組み合わせ及び置換により用いられる。ストラップは任意に、頭部サポート要素２５１０といったサポート要素を介して互いに間接的に接続されている。ストラップは任意に、フック及びループ技術、バックル、又は留め具を用いて頭部サポート要素２５１０に取り付けられている。概して、ストラップは組み合わされて、位置、頭部の前後の動き、頭部の左右の動き、チルト、ヨー、ロール、及び／又は頭部の並進位置を制御する。
【０２４６】
ストラップは好ましくは、ｚ−軸に沿ったピークエネルギー放出の計算がされることを許容する陽子移送に対する既知のインピーダンスである。例えば、ブラッグピークエネルギーへの調節は、陽子移送へのストラップの減速傾向に基づき作られる。
【０２４７】
図２６を参照すると、頭部サポートシステム２２４０のさらなる他の例が記載される。頭部サポート２２４０は好ましくは、標準的又は子供のサイズの頭にフィットするよう、カーブを描く。頭部サポート２２４０は任意に、頭部サポート軸２２４２に沿って調節可能である。さらに、頭部サポートは好ましくは、他の患者位置調整拘束具と同様に、低密度又は高密度の形態といった半剛体マテリアルからなり、プラスチック又は皮革といった任意のカバーリングを有する。
【０２４８】
上記で記載された頭部サポート、頭部位置調整及び頭部固定システムの要素は任意に、独立して又は組み合わせて用いられる。
【０２４９】
さらに図２６を参照すると、腕部サポート２２５０の例がさらに記載される。腕部サポートは好ましくは、患者の手１６３４で左手及び右手グリップ２６１０，２６２０を握る患者１６３０の動作のために、患者１６３０の上半身を位置合わせするために用いられる左手グリップ２６１０及び右手グリップ２６２０を有する。左手グリップ２６１０及び右手グリップ２６２０は好ましくは、患者の腕の大部分を支える腕部サポート２２５０に接続される。左手グリップ２６１０及び右手グリップ２６２０は好ましくは、半剛体マテリアルを用いて構成される。左手グリップ２６１０及び右手グリップ２６２０は任意に、位置合わせの一助となるように患者の手に合わせられている。左手グリップ及び右手グリップは任意に、上記に記載されるように、電極を有する。
【０２５０】
腰部サポートの例がさらに記載される。腰部サポートは好ましくは、患者の腰部を支えるように、及び患者の胴部の側面を包むように曲線を描く。腰部サポートは好ましくは、２つの半剛体の部分、左側面、及び右側面を有する。さらに、腰部サポートは、トップエンド及びボトムエンドを有する。左側面のトップエンドと右側面のトップエンドとの間の第一の距離は好ましくは、患者の腰部の上部分にフィットするように調節可能である。左側面のボトムエンドと右側面のボトムエンドとの間の第二の距離は好ましくは、患者の腰部の下部分にフィットするように独立して調節可能である。
【０２５１】
膝部サポートの例がさらに記載される。膝部サポートは好ましくは、任意に接続され又は個別に可動である左膝部サポート及び右膝部サポートを有する。左膝部サポート及び右膝部サポートの両方は好ましくは、標準的なサイズの膝部にフィットするように曲線を描いている。左膝部サポートは任意に左膝部サポート軸に沿って調節可能であり、右膝部サポートは任意に右膝部サポート軸に沿って調節可能である。あるいは、左膝部サポート及び右膝部サポートは接続され、膝部サポート軸に沿って可動である。左膝部サポート及び右膝部サポートの両方は好ましくは、他の患者位置調整拘束具と同様に、低密度又は高密度の形態といった、半剛体マテリアルからなり、プラスチック又は皮革といった任意のカバーリングを有する。
【０２５２】
（患者呼吸モニタリング）
好ましくは、患者の呼吸のパターンがモニターされる。対象又は患者１６３０が呼吸すると、身体の多くの部分が呼吸ごとに動く。例えば、対象が呼吸すると、肺は、胃、腎臓、肝臓、胸筋、皮膚、心臓、及び肺といった身体内の臓器の相対的な位置の動きと同調して動く。概して、胴部のほとんどの部分又はすべての部分は、呼吸ごとに動く。たしかに、発明者らは、呼吸ごとの胴部の動きに加えて、種々の動きもまた呼吸ごとに頭部及び四肢に存在することを認識していた。陽子が優先的に腫瘍に配送され組織の周囲には配送されないように、動きは身体への陽子線量の配送において考慮されるべきである。したがって動きは、腫瘍がビーム経路に対して存在するところの曖昧さをもたらす。部分的にこの問題を克服するために、陽子は優先的に、一連の呼吸サイクルの各々における同じポイントに配送される。
【０２５３】
はじめに、対象の呼吸のリズムパターンが決定される。サイクルが観察され又は測定される。例えば、Ｘ線ビームオペレーター又は陽子ビームオペレーターは、いつ対象が呼吸するか、いつ呼吸の間にいるか観察することができ、呼吸ごとの所定の時期への陽子の配送の時期を調節することができる。代わりに、あるいは、対象は、息を吸い込み、息を吐き出し、及び／又は呼吸を止めるように言われ、陽子は指示された時期の間運ばれる。
【０２５４】
好ましくは、１又は２以上のセンサーが、個人の呼吸サイクルを決定するために用いられる。呼吸モニタリングシステムの２つの例が提供される：（１）熱モニタリングシステム、及び（２）力モニタリングシステムである。
【０２５５】
図２５を参照すると、熱呼吸モニタリングシステムの第一の例が提供される。該熱呼吸モニタリングシステムにおいて、センサーは患者の鼻及び／又は口の近くに置かれる。上述のように患者の顎が任意に拘束されると、熱呼吸モニタリングシステムは好ましくは、患者の鼻の呼吸経路の近くに置かれる。熱センサーシステムの構成要素の陽子療法への立体的干渉を回避するために、熱呼吸モニタリングシステムは好ましくは、胴部又は四肢における腫瘍を治療するときというように、頭部又は頚部に存在しない腫瘍を治療するときに用いられる。熱モニタリングシステムにおいて、第一の熱レジスタ２５７０は、患者の呼吸サイクル及び／又は患者の呼吸サイクルにおける位置をモニターするために用いられる。好ましくは、第一の熱レジスタ２５７０における鼻を経由した患者の呼気が呼気を示す第一の熱レジスタ２５７０を温めるというように、第一の熱レジスタ２５７０は患者の鼻の近くに置かれる。好ましくは、第二の熱レジスタ２５６０は、周囲の温度センサーとして機能する。第二の熱レジスタ２５６０は好ましくは、患者の呼気経路の外に置かれるが、第一の熱レジスタ２５７０と同様の局所環境に置かれる。熱レジスタ２５７０，２５６０からの電流といった発生されたシグナルは好ましくは、電圧に変換され、メインコントローラ１１０又はメインコントローラのサブ−コントローラに連通される。好ましくは、第二の熱レジスタ２５６０は、第一の熱レジスタ２５７０のシグナルの一部である周囲の温度の変動を調節するために用いられ（例えば、熱レジスタ２５７０，２５６０の値の間の差異を計算することによる）、患者の呼吸サイクルのより正確な読み出しを行う。
【０２５６】
図２３を再度参照すると、モニタリングシステムの第二の例が提供される。力呼吸モニタリングシステムの例において、センサーは胴部の近くに置かれる。例えば、力測定器は、患者の胸に取り外しできるように取り付けられる。力センサーシステムの構成要素の陽子療法への立体的干渉を回避するために、力呼吸モニタリングシステムは好ましくは、頭部、頚部又は四肢に存在する腫瘍を治療するときに用いられる。力モニタリングシステムにおいて、ベルト又はストラップ２３５０が、患者の呼吸サイクルごとに拡張及び膨張する患者の胴部の領域周囲に置かれる。ベルト２３５０は好ましくは、患者の胸をしっかしと締め、かつ柔軟性がある。力測定器２３５２は、ベルトに取り付けられ、患者の呼吸パターンを感知する。力測定器２３５２に付与された力は、呼吸サイクルの期間に相関する。力測定器２３５２からのシグナルは好ましくは、メインコントローラ１１０又はメインコントローラのサブ−コントローラに連通される。
【０２５７】
（呼吸制御）
一実施態様において、患者が位置調整され、ひとたび対象の呼吸（ｂｒｅａｔｈｉｎｇ）又は呼吸（ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ）サイクルのリズムパターンが決定されると、シグナルは任意に、より正確に呼吸頻度を制御するために、例えばディスプレイモニター２２９０を経由して、患者に運ばれる。例えば、ディスプレイスクリーン２２９０は患者の前に置かれ、メッセージ又はシグナルは、いつ呼吸を止めるか又はいつ呼吸するかを対象に指示するディスプレイスクリーン２２９０に伝送される。典型的には、呼吸制御モジュールは、呼吸センサーの１又は２以上からの入力を用いる。例えば、入力は、いつ次の呼気が終了すべきかを決定するために用いられる。呼吸のボトムにおいて、制御モジュールは、例えばモニターにおいて、対象に息止めシグナルを表示する。それは、口頭のシグナル、デジタル化され自動的に作られた音声命令によるか、又は視覚制御シグナルによる。好ましくは、ディスプレイモニター２２９０は対象の前に置かれ、ディスプレイモニターは対象への呼吸命令を表示する。典型的には、対象は、約１／２，１，２，３，５，又は１０秒間といった短い時間、息止めするように命令される。息止めの時間は好ましくは、腫瘍への陽子ビームの配送時間に同期され、それは約１／２，１，２，又は３秒間である。呼吸のボトムでの陽子の配送が好適である一方で、陽子は任意に吸気の頂点といった呼吸サイクルのあるポイントで配送される。呼吸のトップでの、又は患者が呼吸制御モジュールにより深く息を吸い息止めするように指示されるときの配送は、任意に行われる。呼吸のトップで胸腔が最大となり、いくつかの腫瘍では腫瘍と周囲組織との間の距離が最大となり、又は周囲組織が増加したボリュームに起因して薄くなるためである。したがって、周囲の組織をヒットする陽子が最小化される。任意に、ディスプレイスクリーンは、対象がまさに息止めをするように求められている任務に気づくように、例えば３，２，１秒のカウントダウンを伴って、いつまさに息止めをするように求められるかを対象に知らせる。
【０２５８】
（陽子ビーム療法の呼吸との同期）
一実施態様において、荷電粒子線療法及び好ましくは多方向陽子療法は、患者の呼吸をモニターし及び／又は制御するために用いられる、上述の呼吸フィードバックセンサーの使用により患者の呼吸に連動され及び同期される。好ましくは、荷電粒子線療法は、部分的に固定され再位置調整可能な姿勢で患者に行われ、腫瘍１６２０への陽子配送は、荷電粒子ビーム注入、加速、抽出、並びに／又はターゲティング方法及び装置の制御により患者の呼吸のタイミングに合わせられる。同期は、患者の呼吸サイクルの間、身体の構成要素の相対的な動きに起因する位置の曖昧さを取り除くことにより陽子配送の正確さを向上させる。
【０２５９】
第二の実施態様において、Ｘ線システムは陽子療法ビームにより見ると、同じ姿勢における患者のＸ線イメージを提供するために用いられ、Ｘ線システム及び陽子療法ビームの両方は患者の呼吸に同期される。好ましくは、同期されたシステムは、患者の呼吸のタイミングに合わせたＸ線を提供するために、陰イオンビーム源、シンクロトロン、並びに／又はターゲティング方法及び装置と連動して用いられる。それにおいては、Ｘ線は、患者の位置に対してターゲットされ制御されたエネルギーの配送を保証するために、粒子ビーム療法照射の直前に及び／又はそれと同時に集められる。それにより、陽子ビーム位置検証システムを用いる、患者における周囲の健常組織へのダメージを最小化させた、固形癌性腫瘍の十分な、正確及び／又は精密な治療がもたらされる。
【０２６０】
陽子配送制御アルゴリズムは、呼吸ごとの所定の時間内（例えば、呼吸のトップ、呼吸のボトム、及び／又は対象が息止めしているとき）に腫瘍への陽子の配送に同期するために用いられる。陽子配送制御アルゴリズムは好ましくは、呼吸制御モジュールと一体化している。このようにして、陽子配送制御アルゴリズムは、対象がいつ呼吸するのか、呼吸サイクルにおいて対象がどこにいるのか、及び／又は対象がいつ息止めするのかを知る。陽子配送制御アルゴリズムは、陽子がいつシンクロトロンに注入され及び／又は屈曲されるのか、ＲＦシグナルがいつ上述のように振動を誘導するように付与されるのか、並びにＤＣ電圧がいつ上述のようにシンクロトロンから陽子を抽出するように付与されるのかを制御する。典型的には、陽子配送制御アルゴリムは、対象が息止めをするように指示される前に、又は陽子配送時間に対して選択された呼吸サイクルの特定の時間の前に、陽子屈曲及び次のＲＦ誘起振動を開始させる。この態様において、陽子配送制御アルゴリズムは、呼吸サイクルの選択された時間で陽子を配送する。陽子配送制御アルゴリズムは任意に、呼吸サイクル又は対象の指示された呼吸サイクルにマッチするＡＣ ＲＦシグナルにセットされる。
【０２６１】
上述の荷電粒子線療法要素は、以下に記載される、腫瘍治療計画を進め及び実行することでの組み合わせ及び／又は置換において組み合わされる。
【０２６２】
（コンピュータ制御された患者再位置調整）
患者位置調整ユニット構成要素の１若しくは２以上及び／又は患者位置調整拘束具の１若しくは２以上は好ましくは、コンピュータ制御下にある。例えば、コンピュータは、例えば患者位置調整要素２２１５を動かすドライブに接続された一連のモーター位置を記録することにより、患者位置調整要素２２１５の位置を記録又は制御する。例えば、患者は最初に、患者位置調整拘束具２２１５により位置調整及び拘束される。患者位置調整拘束具の各々のポジションは、メインコントローラ１１０により、メインコントローラ１１０のサブコントローラにより、又は独立したコンピュータコントローラにより記録され及び保存される。その後、イメージングシステムは、患者が最終治療の制御された位置にいる間、患者１６３０において腫瘍１６２０の場所を決めるために用いられる。好ましくは、患者が制御された位置にいるとき、多方向イメージングが本明細書で記載されるように行われる。イメージングシステム１７０は、ＭＲＩ、Ｘ線、ＣＴ、陽子ビームトモグラフィー、及び同様物のうちの１又は２以上を含む。時間は任意に、イメージングシステム１７０からのイメージが分析され陽子療法治療計画が考案されている間、このポイントで経過する。患者は任意に、この期間の間拘束具システムを出て、それは分、時間、又は日単位であり得る。患者が戻ってきて患者位置調整ユニットに最初に患者を配置するとき、及び好ましくはその後、コンピュータは、患者位置調整拘束具を記録されたポジションに戻す。このシステムは、イメージング及び多方向荷電粒子線照射治療計画の展開の間用いられる位置に患者を早期に再位置調整することを可能とし、それは患者位置調整のセットアップ時間を最小化し、荷電粒子ビームシステム１００が癌治療に用いられる時間を最小化する。
【０２６３】
（患者位置調整及び固定化の再現）
一実施態様において、患者位置調整及び固定化システムを用いて、腫瘍１６２０の周りの患者１６３０の領域は、再生可能な方法で位置調整及び固定化される。それは例えば、電動の患者移動及び回転位置調整システム１６１０及び／又は患者位置調整拘束具２２１５により行われる。例えば、（１）半垂直部分的固定化システム２２００；（２）座位部分的固定化システム２３００；又は（３）臥位位置調整システム２４００といった、上述の位置調整システムのひとつは、陽子ビーム経路２６８に対して患者１６３０の腫瘍１６２０を位置調整するように、患者移動及び回転システム１６１０と組み合わせて用いられる。好ましくは、位置調整及び固定化システムは、陽子ビーム経路２６８に対して腫瘍１６２０の位置を制御し、腫瘍１６２０の位置を固定し、及び陽子ビーム経路２６８に対して腫瘍１６２０の再配置を促進する。それは、照射治療計画の展開の間というように、患者１６３０が陽子ビーム経路２６８から離れた後である。
【０２６４】
好ましくは、患者１６３０の腫瘍１６２０は、三次元位置に関連して、及び姿勢に関連して、位置調整される。本明細書において、三次元位置はｘ−，ｙ−，及びｚ−軸に関連して規定され、姿勢はピッチ、ヨー、及びロールの状態である。ロールはｚ−軸周囲の面の回転であり、ピッチはｘ−軸周囲の面の回転であり、及びヨーはｙ−軸周囲の面の回転である。チルトは、ロール及びピッチの両方を記述するために用いられる。好ましくは、位置調整及び固定化システムは、ピッチ、ヨー、ロール、ｘ−軸位置、ｙ−軸位置、及びｚ−軸位置のうち、少なくとも３つに関連して、好ましくは４，５，又は６つに関連して、陽子ビーム経路２６８に対して腫瘍１６２０の位置を制御する。
【０２６５】
（椅子）
患者位置調整及び固定化システムはさらに、椅子位置調整の例を用いて記述される。明確にするために、肩の腫瘍を位置調整及び固定化するケースが、椅子位置調整を用いて記述される。半垂直固定化システム２２００を用いて、患者は概して、シートサポート２２２０、膝部サポート２２６０、及び／又は足部サポート２２７０を用いて位置調整される。さらに肩を位置調整するために、腰部サポート２２３０におけるモーターは、患者の胴部を再度押す。付加的な腕部サポート２２５０モーターは、例えば患者の肘に対して一方向での第一の力で押すことにより、腕部を位置合わせし、患者の手首は反対の方向での第二の力を用いて位置調整される。これは腕の動きを制限し、肩を位置調整する一助となる。任意に、頭部サポートが、首に張力を付与することにより肩の動きをさらに制限するように位置調整される。組み合わされて、患者位置調整拘束具２２１５は、少なくとも三次元において患者１６３０の腫瘍１６２０の位置を制御し、好ましくはｘ−，ｙ−，及びｚ−軸位置に関連するのと同様にヨー、ロール、及びピッチの動きのすべてに関連して腫瘍１６２０の位置を制御する。例えば、患者位置調整拘束具は、腫瘍１６２０を位置調整し、例えば患者が倒れ込むのを防ぐことにより、腫瘍の動きを制限する。任意に、患者位置調整拘束具２２１５の１又は２以上におけるセンサーは、付与された力を記録する。ひとつのケースにおいて、シートサポートは体重を感知し、患者の体重の一部（例えば患者の体重の約５０，６０，７０，又は８０パーセント）を支えるように力を付与する。第二のケースにおいて、首、腕、及び／又は足に付与された力が記録される。
【０２６６】
概して、患者位置調整及び固定化システムは、Ｘ線ビーム経路、陽子ビーム経路２６８、及び／又はイメージングビーム経路に対して腫瘍１６２０の位置を正確かつ精密に位置調整及び制御するように、患者１６３０から動きの自由の程度を奪う。さらに、ひとたび自由の程度が奪われると、患者位置調整拘束具の各々に対するモーター位置は、記録され、及びメインコントローラ１１０にデジタル化されて伝達される。ひとたび患者が例えば照射治療計画が作り出されたときに固定化システムから動くと、患者１６３０は照射計画が実行される前に正確に再位置調整されなければならない。これを実行するために、患者１６３０は椅子といった位置調整装置に概して座り、メインコントローラはモーター位置シグナル及び任意に付与された力を患者位置調整拘束具２２１５の各々を制御するモーターに送り返し、患者位置調整拘束具２２１５の各々は自動的に個別の記録された位置に戻される。したがって、患者１６３０を再位置調整及び再固定化することは、約１０，３０，６０，又は１２０秒間未満において、座ってから完全に位置が制御されるまでに行われる。
【０２６７】
コンピュータ制御され及び自動化された患者位置調整システムを用いて、患者は、呼び戻された患者位置調整拘束具２２１５モーター位置を用いる位置調整及び固定化システムにおいて再位置調整される；患者１６３０は、陽子ビーム２６８に対する患者移動及び回転システム１６２０を用いて移動及び回転される；及び陽子ビーム２６８は、メインコントローラ１１０によりその瞬間ビーム位置２６９にスキャンされる。それは作り出された照射治療計画に続く。
【０２６８】
本発明はある好ましい実施態様に関連して本明細書において記載されるが、本技術分野における当業者は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、他の適用が本明細書の記載に置き換えられ得ることを容易に理解するであろう。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを加速するシンクロトロンと、
患者の呼吸サイクルをモニターする呼吸シグナルを作る呼吸センサーと、
患者を保持する回転可能なプラットフォームと、
を備える、患者の腫瘍の荷電粒子線癌療法のための粒子ビーム照射装置であって、
前記回転可能なプラットフォームは、患者の照射期間の間約３６０度回転し、
前記シンクロトロンは、前記呼吸サイクルのセットポイントにおいて腫瘍に前記荷電粒子ビームを配送するように前記呼吸シグナルを用い、
前記呼吸サイクルの前記セットポイントでの前記荷電粒子ビームの前記配送は、前記回転可能なプラットフォームの５つよりも多い回転位置で起こる、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記呼吸センサーは、患者の胸部に取り外しできるように取り付けられた力測定器を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記呼吸センサーは、
患者の鼻に隣接して配置された第一の熱レジスタと、
患者の呼吸経路の外、かつ、前記回転可能なプラットフォームと同様の局所部屋の環境で配置された第二の熱レジスタと、
を備え、
前記呼吸シグナルは、前記第一の熱レジスタからの読み取り値と前記第二の熱レジスタからの読み取り値との間の差を利用して発生される、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記回転可能なプラットフォームの上部に接続された、患者への呼吸制御命令を表示するディスプレイスクリーンをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記呼吸シグナルは、前記呼吸制御命令を発生させることにおいて用いられ、
前記呼吸制御命令は、患者が息止めするべきときまでの前記ディスプレイスクリーンにおける視覚的なカウントダウンを含む、
ことを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記呼吸サイクルの前記セットポイントでの前記荷電粒子ビームの前記配送は、前記回転可能なプラットフォームの２０個よりも多い回転位置で起こり、
前記荷電粒子ビームの入射エネルギーは、腫瘍の周囲に分配される、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記荷電粒子ビームの前記配送は、患者の脊髄又は目に前記入射エネルギーを配送しない、
ことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記シンクロトロンに陽子を注入する注入システムをさらに備え、
前記注入システムは、
陰イオンを発生させる陰イオン源、
真空チューブの中で陰イオンビーム経路に沿って前記陰イオンを集束させる陰イオンビーム集束システム、
直列加速器、及び
部分的真空システム、
のいずれかを備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記陰イオン源は、
高温プラズマチャンバーと、
前記高温プラズマチャンバー内の磁性マテリアルと、
を備え、
前記磁性マテリアルは、前記高温プラズマチャンバーと低温プラズマ領域との間に磁場バリアを提供する、
ことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記陰イオンビーム集束システムは、
前記陰イオンビーム経路の周囲を取り囲む第一の電極と、
導電性メッシュにより前記陰イオンビーム経路を部分的に妨害する第二の電極と、
を備え、
電場ラインは、前記導電性メッシュと前記第一の電極との間を走行し、
前記電場ラインは、前記陰イオンビーム経路に沿って前記陰イオンを集束させる、
ことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記直列加速器は、前記陰イオンビーム経路において炭素フォイルを備え、
前記炭素フォイルを経由して伝送する前記陰イオンは、陽子ビーム経路に沿って陽子に変換し、
前記炭素フォイルは、前記炭素フォイルの陰イオンビーム側と前記炭素フォイルの陽子ビーム側との間に真空バリアを生成するように前記陰イオンビームの周囲を取り囲む壁に機械的に連結する、
ことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記部分的真空システムは、
前記真空チューブから保有ボリュームに空気を送り込むターボ分子ポンプと、
前記保有ボリュームにおいて圧力を感知する圧力センサーと、
前記圧力センサーから前記圧力を受けるコントローラと、
保有ボリュームから圧力を除く半継続的に作動するポンプと、
を備え、
前記コントローラは、前記圧力が閾値を超えるときに、バルブを開けるようにアクチュエーターに指示し、
前記半継続的に作動するポンプは、前記バルブを開閉させる前記アクチュエーターと連動して作動する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記シンクロトロンは、４つの方向転換部を備え、
前記方向転換部の各々は、約９０度前記荷電粒子ビームを方向転換させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
４つの前記方向転換部の各々は、４つのメイン偏向磁石を備える、
ことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記メイン偏向磁石の各々は、２つの斜角エッジを備え、
２つの前記斜角エッジの各々は、前記荷電粒子ビームを集束させる、
ことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記シンクロトロンは、前記シンクロトロンにおいて前記荷電粒子ビームの循環経路の周りの四極磁石を備えない、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記シンクロトロンは、６０メートル未満の外周及び表面を集束させる少なくとも３０個のエッジを備え、
表面を集束させるエッジは、メイン偏向磁石の斜角エッジを備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記シンクロトロンは、４つのみの方向転換部を備え、
各々の方向転換部は、少なくとも４つの偏向磁石を備え、
各々の偏向磁石は、少なくとも１つの集束エッジを備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記シンクロトロンは、
正確に４つの方向転換部を備え、
前記シンクロトロンにおいて前記荷電粒子ビームの循環経路の周りの四極磁石を備えない、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
シンクロトロンにより荷電粒子ビームを加速する工程と、
患者の呼吸サイクルに対応して呼吸シグナルを発生させる呼吸センサーにより、呼吸サイクルをモニターする工程と、
患者を保持するプラットフォームを回転させる工程と、を含む患者の腫瘍の荷電粒子ビーム照射のための方法であって、
前記プラットフォームは、呼吸シグナルを用い、呼吸サイクルにおけるセットポイントで腫瘍に前記荷電粒子ビームを配送する患者の照射期間の間約３６０度回転し、
前記呼吸サイクルの前記セットポイントで前記荷電粒子ビームを配送する前記工程は、前記回転可能なプラットフォームの４つのよりも多い回転位置で起こる、
ことを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記モニターする工程は、前記呼吸シグナルを発生させるように患者の胸部に固定された力測定器の使用を含む、
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記モニターする工程は、
患者の鼻に隣接して配置された第一の熱レジスタにより患者の呼吸を感知する工程と、
患者の呼吸経路の外、かつ、前記プラットフォームと同様の局所部屋の環境に配置された第二の熱レジスタを用いて部屋の温度を感知する工程と、を含み、
前記呼吸シグナルは、前記第一の熱レジスタからの読み取り値と前記第二の熱レジスタからの読み取り値との間の差を用いて発生される、
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記プラットフォームの上部要素に取り付けられたディスプレイスクリーンにおいて呼吸制御命令を表示する工程をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記回転可能なプラットフォームの２０個よりも多い回転位置において前記呼吸サイクルの前記セットポイントで前記荷電粒子ビームを配送する工程をさらに含み、
前記荷電粒子ビームの入射エネルギーは、腫瘍の周囲に分配される、
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記荷電粒子ビームを配送する前記工程は、患者の脊髄又は目に前記入射エネルギーを配送しない、
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
陰イオン源と、イオンビーム集束システムと、直立加速器と、部分的真空システムと、を備える注入システムにより前記シンクロトロンに陽子を注入する工程と、
陰イオン源により陰イオンを発生させる工程と、
前記イオンビーム集束システムを用いて、真空チューブの中で陰イオンビーム経路に沿って前記陰イオンを集束させる工程と、
前記直列加速器の中で前記陰イオンを陽子に変換させる工程と、
をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記陰イオン源において、高温プラズマチャンバーの中に存在する磁性マテリアルを用いて、前記高温プラズマチャンバーと低温プラズマ領域との間に磁場バリアを提供する工程をさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記イオンビーム集束システム内の電場ラインを用いて前記陰イオンビーム経路に沿って前記陰イオンを集束させる工程、をさらに含み、
第一の電極は、前記陰イオンビーム経路の周囲を取り囲み、
第二の電極は、導電性メッシュにより前記陰イオンビーム経路を部分的に妨害し、
前記電場ラインは、前記導電性メッシュと前記第一の電極との間を走行する、
ことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
磁性マテリアルと、前記磁性マテリアルを実質的に覆う高温プラズマチャンバーと、を備える陰イオン源、を備える、荷電粒子線照射療法による使用に対して陰イオンビームを発生させるための装置であって、
前記高温プラズマチャンバーは、前記高温プラズマチャンバーの第一の端での第一のイオン発生電極と、前記高温プラズマチャンバーの第二の端での第二のイオン発生電極と、外壁を支える磁場と、を備え、
前記第一のイオン発生電極及び前記第二のイオン発生電極における第一の高電圧パルスの付与は、前記高温プラズマチャンバーにおいて水素を構成部分に分解させ、
前記磁性マテリアルは、前記第一のイオン発生電極を経由して、外壁を支える前記磁場を経由して、ギャップにおいて前記第二のイオン発生電極を経由して、及び前記磁性マテリアルを経由して走行する磁場ループを生成し、
前記磁場ループは、前記高温プラズマチャンバーと低温プラズマ領域との間の前記ギャップにおける、前記構成部分の一部を通過する磁性バリアを生成し、
低エネルギー電子は、前記低温プラズマ領域において水素アニオンを作り出すように水素原子と接触し、
前記第二のイオン発生電極及び第三のイオン発生電極における第二の高電圧パルスの付与は、前記陰イオン源から陰イオンビームへ陰イオンを抽出する、
ことを特徴とする装置。
【請求項３０】
前記第一の高電圧パルスは、少なくとも１５マイクロ秒の間、少なくとも４キロボルトのパルスを含む、
ことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記第二の高電圧パルスは、前記第一の高電圧パルスの最後５マイクロ秒重なる期間の間、少なくとも２０キロボルトのパルスを含む、
ことを特徴とする請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記第二の高電圧パルスは、前記第一の高電圧パルスの少なくとも３マイクロ秒重なる期間の間、少なくとも２０キロボルトのパルスを含む、
ことを特徴とする請求項３０に記載の装置。
【請求項３３】
陰イオンビームの周囲を取り囲む第一の集束電極と、陰イオンビームを少なくとも部分的にブロックする導電性経路を備える第二の集束電極と、を備える陰イオンビーム集束システム、をさらに備え、
電場ラインは、前記第一の集束電極と前記第二の集束電極との間を走行し、
陰イオンビームにおける陰イオンは、前記陰イオンビームを集束させる第一の電場ラインを走行する力ベクトルに遭遇する、
ことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３４】
前記第一の集束電極は、負電荷を含み、
前記第二の集束電極は、正電荷を含む、
ことを特徴とする請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記導電性経路は、
前記陰イオンビームに実質的に平行に走行する一連の導電性ライン、
前記陰イオンビームを横断する導電性グリッド、及び
前記陰イオンビームを横断する、前記陰イオンビームの断面積の少なくとも９０パーセントの領域に結合した孔を有するフォイル、
のいずれかを備える、
ことを特徴とする請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記導電性経路は、前記陰イオンビームの断面積の１０パーセント未満をブロックする、
ことを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
４つの方向転換部を備えるシンクロトロン、をさらに備え、
前記方向転換部の各々は、約９０度前記荷電粒子ビームを方向転換させ、
前記陰イオンビームは、陽子ビームに変換され、
前記陽子ビームは、前記シンクロトロンに注入され、
前記シンクロトロンは、前記シンクロトロンにおいて前記荷電粒子ビームの循環経路の周りに四極磁石を備えない、
ことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３８】
磁性マテリアルを提供する工程と、
前記磁性マテリアルを実質的に覆う高温プラズマチャンバーであって、前記高温プラズマチャンバーの第一の端での第一のイオン発生電極と、前記高温プラズマチャンバーの第二の端での第二のイオン発生電極と、前記高温プラズマチャンバーの周囲を取り囲む外壁を支える磁場と、を備える高温プラズマチャンバーを提供する工程と、
前記高温プラズマチャンバーにおいて水素を構成部分に分解させる前記第一のイオン発生電極及び前記第二のイオン発生電極において第一の高電圧パルスを付与する工程と、
前記第二のイオン発生電極及び第三のイオン発生電極において、第二の高電圧パルスを付与する工程と、
を含む、荷電粒子照射療法による使用に対して陰イオンビームを発生させるための方法であって、
前記磁性マテリアルは、前記第一のイオン発生電極を経由して、外壁を支える前記磁場を経由して、ギャップにおいて前記第二のイオン発生電極を経由して、及び前記磁性マテリアルを経由して走行する磁場ループを生成し、
前記磁場ループは、前記高温プラズマチャンバーと低温プラズマ領域との間の前記ギャップにおける、前記構成部分の一部を通過する磁性バリアを生成し、
低エネルギー電子は、前記低温プラズマ領域において水素アニオンを作り出すように水素原子と接触し、
前記第二の高電圧パルスは、前記陰イオン源から陰イオンビームへ陰イオンを抽出する、
ことを特徴とする方法。
【請求項３９】
前記第一の高電圧パルスは、少なくとも１５マイクロ秒の期間、少なくとも４キロボルトのパルスを含む、
ことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記第二の高電圧パルスは、前記第一の高電圧パルスの最後５マイクロ秒重なる期間の間、少なくとも２０キロボルトのパルスを含む、
ことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記第二の高電圧パルスは、前記第一の高電圧パルスの少なくとも３マイクロ秒重なる期間の間、少なくとも２０キロボルトのパルスを含む、
ことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
陰イオンビームの周囲を取り囲む第一の集束電極を提供する工程と、
陰イオンビームを少なくとも部分的にブロックする導電性経路を備える第二の集束電極を提供する工程と、
前記第一の集束電極及び前記第二の集束電極において電場を付与する工程と、をさらに備え、
電場ラインは、前記第一の集束電極と前記第二の集束電極との間を走行し、
陰イオンビームは、陰イオンビームを集束させる電場ラインを走行する力ベクトルに遭遇する、
ことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
前記第一の集束電極は、負電荷を含み、
前記第二の集束電極は、正電荷を含む、
ことを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記導電性経路は、
陰イオンビームに実質的に平行に走行する一連の導電性ライン、
陰イオンビームを横断する導電性グリッド、及び
陰イオンビームを横断する、陰イオンビームの断面積の少なくとも９０パーセント結合した領域を伴う孔を有するフォイル、
のうちいずれかを備える、
ことを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記導電性経路は、陰イオンビームの断面積の１０パーセント未満をブロックする、
ことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
シンクロトロンを提供する工程と、
フォイルにおいて陰イオンビームを陽子ビームに変換する工程と、
陽子ビームを前記シンクロトロンに注入する工程と、をさらに含み、
前記シンクロトロンは、４つの方向転換部を備え、
前記方向転換部の各々は、約９０度前記荷電粒子ビームを方向転換させ、
前記シンクロトロンは、前記シンクロトロンにおいて前記荷電粒子ビームの循環経路の周りに四極磁石を備えない、
ことを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
陰イオンビームの周囲を取り囲む第一の集束電極と、
陰イオンビームを少なくとも部分的にブロックする導電性経路を備える第二の集束電極と、を備える、荷電粒子線照射装置の一部として断面積を有する陰イオンビームにおいて陰イオンを集束させるための装置であって、
第一電場ラインは、前記第一の集束電極と前記第二の集束電極との間を走行し、
陰イオンは、陰イオンビームを集束させる前記第一の電場ラインを走行する力ベクトルに遭遇する、
ことを特徴とする装置。
【請求項４８】
前記第一の集束電極は、負電荷を含み、
前記第二の集束電極は、正電荷を含む、
ことを特徴とする、請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】
前記導電性経路は、
陰イオンビームに実質的に平行に走行する一連の導電性ライン、
陰イオンビームを横断する導電性グリッド、及び
陰イオンビームを横断する、陰イオンビームの断面積の少なくとも９０パーセント結合した領域を伴う孔を有するフォイル、
のうちいずれかを備える、
ことを特徴とする請求項４８に記載の装置。
【請求項５０】
前記導電性経路は、陰イオンビームの断面積の１０パーセント未満をブロックする、
ことを特徴とする請求項４９に記載の装置。
【請求項５１】
陰イオンビームの周囲を取り囲む第三の集束電極をさらに備え、
前記第二の集束電極は、前記第一の集束電極と前記第三の集束電極との間の位置を備え、
前記第三の集束電極は、負電荷を含み、
第二の電場ラインは、前記第三の集束電極と前記第二の集束電極との間を走行し、
陰イオンは、陰イオンビームを集束させる前記第二の電場ラインを走行する力ベクトルに遭遇する、
ことを特徴とする請求項５０に記載の装置。
【請求項５２】
磁性マテリアルと、
前記磁性マテリアルを実質的に取り囲む高温プラズマチャンバーと、
を備える陰イオン源、をさらに備え、
前記高温プラズマチャンバーは、前記高温プラズマチャンバーの第一の端で第一のイオン発生電極と、前記高温プラズマチャンバーの第二の端での第二のイオン発生電極と、外壁を支える磁場と、を備え、
前記第一のイオン発生電極及び前記第二のイオン発生電極における第一の高電圧パルスの付与は、前記高温プラズマチャンバーにおいて水素を構成部分に分解し、
前記磁性マテリアルは、前記第一のイオン発生電極を経由して、外壁を支える前記磁場を経由して、ギャップにおける前記第二のイオン発生電極を経由して、及び前記磁性マテリアルを経由して走行する磁場ループを生成し、
前記磁場ループは、前記高温プラズマチャンバーと低温プラズマ領域との間の前記ギャップにおける磁性バリアを生成し、前記磁性バリアは前記構成部分の一部を通過し、
低エネルギー電子は、前記低温プラズマ領域において水素アニオンを作り出すように水素原子を接触し、
前記第二のイオン発生電極及び第三のイオン発生電極における第二の高電圧パルスの付与は、前記陰イオン源から陰イオンビームへ陰イオンを抽出する、
ことを特徴とする請求項４７に記載の装置。
【請求項５３】
シンクロトロンをさらに備え、
陰イオンビームは、ベリリウム炭素フィルムを用いて陽子ビームに変換され、
前記炭素フィルムの厚さは、約３０−２００ミクロンの厚さであり、
陽子ビームは、前記シンクロトロンに注入され、
前記シンクロトロンは、４つの方向転換部を備え、
前記方向転換部のいずれかは、約９０度陽子ビームを方向転換させ、
前記シンクロトロンは、前記シンクロトロンにおける陽子ビームの循環経路の周りに四極磁石を備えない、
ことを特徴とする請求項５２に記載の装置。
【請求項５４】
正確に４つの方向転換部を備えるシンクロトロン、を備える、荷電粒子を加速させるための装置であって、
前記方向転換部の各々は、約９０度荷電粒子ビームを方向転換させ、
前記シンクロトロンは、前記シンクロトロンにおける荷電粒子ビームの循環経路の周りに四極磁石を備えない、
ことを特徴とする装置。
【請求項５５】
４つの前記方向転換部の各々は、４つのメイン偏向磁石を備える、
ことを特徴とする請求項５４に記載の装置。
【請求項５６】
前記メイン偏向磁石の各々は、２つの斜角エッジを備え、
２つの前記斜角エッジの各々は、荷電粒子ビームを集束させる、
ことを特徴とする請求項５５に記載の装置。
【請求項５７】
前記シンクロトロンは、
６０メートル未満の外周と、
少なくとも３０個のエッジ集束表面と、
を備え、
前記エッジ集束表面は、メイン偏向磁石の斜角エッジを備える、
ことを特徴とする請求項５４に記載の装置。
【請求項５８】
前記シンクロトロンは、正確に４つの方向転換部を備え、
各々の方向転換部は、少なくとも４つの偏向磁石を備え、
各々の偏向磁石は、少なくとも１つの集束エッジを備える、
ことを特徴とする請求項５４に記載の装置。
【請求項５９】
磁性マテリアルと、
実質的に前記磁性マテリアルを取り囲む高温プラズマチャンバーと、
を備える陰イオン源、をさらに備え、
前記高温プラズマチャンバーは、前記高温プラズマチャンバーの第一の端での第一のイオン発生電極と、前記高温プラズマチャンバーの第二の端での第二のイオン発生電極と、外壁を支える磁場と、を備え、
前記第一のイオン発生電極及び前記第二のイオン発生電極における第一の高電圧パルスの付与は、前記高温プラズマチャンバーにおいて水素を構成部分に分解し、
前記磁性マテリアルは、前記第一のイオン発生電極を経由して、外壁を支える前記磁場を経由して、ギャップにおける前記第二のイオン発生電極を経由して、及び前記磁性マテリアルを経由して走行する磁場ループを生成し、
前記磁場ループは、前記高温プラズマチャンバーと低温プラズマ領域との間の前記ギャップにおける、前記構成部分の一部を通過する磁性バリアを生成し、
低エネルギー電子は、前記低温プラズマ領域において水素アニオンを作り出すように水素原子と接触し、
前記第二のイオン発生電極と第三のイオン発生電極における第二の高電圧パルスの付与は、前記陰イオン源から陰イオンビームへ陰イオンを抽出し、
前記陰イオンビームは、荷電粒子ビームに変換され、前記シンクロトロンに注入される、
ことを特徴とする請求項５４に記載の装置。
【請求項６０】
陰イオンビームの周囲を取り囲む第一の集束電極と、
陰イオンビームを少なくとも部分的にブロックする導電性経路を備える第二の集束電極と、
を備える陰イオンビーム、に対する集束システムをさらに備え、
電場ラインは、前記第一の集束電極と前記第二の集束電極との間を走行し、
陰イオンは、陰イオンビームを集束させる前記電場ラインを走行する力ベクトルに遭遇する、
ことを特徴とする請求項５９に記載の装置。
【請求項６１】
陰イオンビームの周囲を取り囲む第一の集束電極と、
陰イオンビームを少なくとも部分的にブロックする導電性経路を備える第二の集束電極と、
を備える陰イオンビーム集束システム、をさらに備え、
第一電場ラインは、前記第一の集束電極と前記第二の集束電極との間を走行し、
陰イオンは、陰イオンビームを集束させる電場ラインを走行する力ベクトルに遭遇し、
陰イオンビームは、ベリリウム炭素フィルムを用いて陽子ビームに変換され、
前記炭素フィルムの厚さは、約３０−２００ミクロンの厚さであり、
前記荷電粒子ビームは、陽子ビームを含み、
陽子ビームは、前記シンクロトロンに注入される、
ことを特徴とする請求項５４に記載の装置。
【請求項６２】
前記第一の集束電極は、負電荷を含み、
前記第二の集束電極は、正電荷を含む、
ことを特徴とする請求項６１に記載の装置。
【請求項６３】
前記導電性経路は、
陰イオンビームに実質的に平行に走行する一連の導電性ライン、
陰イオンビームを横断する導電性グリッド、及び
陰イオンビームを横断する、陰イオンビームの断面積の少なくとも９０パーセント結合した領域を伴う孔を有するフォイル、
のうちいずれかを備える、
ことを特徴とする請求項６２に記載の装置。
【請求項６４】
前記導電性経路は、陰イオンビームの断面積の１０パーセント未満をブロックする、
ことを特徴とする請求項６３に記載の装置。
【請求項６５】
シンクロトロンと、
照射期間の間回転する第一の回転可能なプラットフォームと、
前記第一の回転可能なプラットフォームに取り付けられた固定化システムと、を備える、荷電粒子ビームによる患者の腫瘍の癌治療のための装置であって、
前記固定化システムは、荷電粒子ビームの配送の間腫瘍の動きを制限し、
前記第一の回転可能なプラットフォームは、前記シンクロトロンによる腫瘍への荷電粒子ビームの配送の間少なくとも１０個の照射位置に回転する、
を特徴とする装置。
【請求項６６】
垂直軸位置調整システムをさらに備え、
前記垂直軸位置調整システムは、重力で位置合わせされた軸に沿って前記第一の回転可能なプラットフォームを機械的に調節する、
ことを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項６７】
前記固定化システムは、垂直からはずれて約３０−６０度の角度で患者の胴部を維持する半垂直患者固定化システムを備え、
前記半垂直患者固定化システムは、
モーター調節可能シートサポートと、
モーター調節可能腰部サポートと、
モーター調節可能頭部サポートと、
モーター調節可能腕部サポートと、
をさらに備える、
ことを特徴とする請求項６６に記載の装置。
【請求項６８】
前記シートサポート、前記腰部サポート、前記頭部サポート、及び前記腕部サポートの各々のポジションを記録するモーター位置調整システムをさらに備える、請求項６７に記載の装置。
【請求項６９】
呼吸センサーをさらに備え、
前記呼吸センサーは、
患者の鼻に隣接して配置された第一の熱レジスタと、
患者の呼吸経路の外、かつ、前記第一の回転可能なプラットフォームと同様の局所部屋の環境に配置された第二の熱レジスタと、
を備え、
前記呼吸シグナルは、前記第一の熱レジスタからの読み取り値と前記第二の熱レジスタからの読み取り値との間の差を用いて発生され、
前記シンクロトロンは、少なくとも１０個の前記照射位置の各々において前記呼吸シグナルのセット時間間隔の間荷電粒子ビームを配送する、
ことを特徴とする請求項６６に記載の装置。
【請求項７０】
モーター調節可能腰部サポートと、
モーター調節可能頭部サポートと、
モーター調節可能腕部サポートと、
を備える座位患者固定化システム、
をさらに備える、請求項６５に記載の装置。
【請求項７１】
前記腰部サポート、前記頭部サポート、及び前記腕部サポートの各々の位置を記録するモーター位置調整システム、
をさらに備える、請求項７０に記載の装置。
【請求項７２】
呼吸センサーをさらに備え、
前記呼吸センサーは、患者の胸部に取り外しできるように取り付けられた力測定器を備える、
ことを特徴とする、請求項７０に記載の装置。
【請求項７３】
前記固定化システムは、臥位患者固定化システムを備え、
前記臥位患者固定化システムは、
前記第一の回転可能なプラットフォームに取り付けられたテーブルと、
臥位プラットフォームと、
を備え、
患者を保持する前記臥位プラットフォームは、前記テーブルの上にスライドする、
ことを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項７４】
前記第一の回転可能なプラットフォームの上方に存在する第二の回転可能なプラットフォームと、
前記第二の回転可能なプラットフォームに取り付けられたディスプレイスクリーンと、をさらに備え、
前記第二の回転可能なプラットフォームは、前記第一の回転可能なプラットフォームとともに回転し、
前記ディスプレイスクリーンは、呼吸制御命令を表示する、
ことを特徴とする請求項７３に記載の装置。

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６Ａ】

【図６Ｂ】

【図６Ｃ】

【図６Ｄ】

【図７Ａ】

【図７Ｂ】

【図７Ｃ】

【図８】

【図９】

【図１０】

【図１１】

【図１２】

【図１３】

【図１４Ａ】

【図１４Ｂ】

【図１５】

【図１６Ａ】

【図１６Ｂ】

【図１７】

【図１８Ａ】

【図１８Ｂ】

【図１８Ｃ】

【図１８Ｄ】

【図１８Ｅ】

【図１９Ａ】

【図１９Ｂ】

【図１９Ｃ】

【図１９Ｄ】

【図１９Ｅ】

【図２０】

【図２１】

【図２２】

【図２３】

【図２４】

【図２５】

【図２６】

【公表番号】特表２０１２−５１９５３２（Ｐ２０１２−５１９５３２Ａ）
【公表日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５５２９０３（Ｐ２０１１−５５２９０３）
【出願日】平成２１年３月４日（２００９．３．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＲＵ２００９／０００１０５
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１０１４８９
【国際公開日】平成２２年９月１０日（２０１０．９．１０）
【出願人】（５１１２１５０３４）
【Ｆターム（参考）】