粒子線照射装置及び粒子線治療装置
【課題】スキャニング照射方式におけるビーム遮断の際の過渡線量を抑制し、照射線量精度を向上させることを目的とする。
【解決手段】荷電粒子ビーム１の進行方向を電場により変更し、照射対象１６へのビーム１の出射及び遮断を行うビーム偏向器２と、電圧パルス３１をビーム偏向器２に出力するビーム偏向器制御装置７を備え、ビーム偏向器２は、ビーム１の進行方向に短手方向を並べた複数の導体板２７ａ〜２７ｈが配置されたライン電極板２４と、ライン電極板２４に平行に配置された電極板２６を有し、導体板２７ａ〜２７ｈは、長手方向に直列に接続され、インピーダンス整合がされており、ビーム偏向器制御装置７は、ビーム１が導体板２７ａ〜２７ｈの短手方向を通過する粒子移動基本時間ＴＰ０に、導体板２７ａ〜２７ｈの長手方向を伝送する伝送基本時間ＴＶ０を同期させた電圧パルス３１を出力する。
【解決手段】荷電粒子ビーム１の進行方向を電場により変更し、照射対象１６へのビーム１の出射及び遮断を行うビーム偏向器２と、電圧パルス３１をビーム偏向器２に出力するビーム偏向器制御装置７を備え、ビーム偏向器２は、ビーム１の進行方向に短手方向を並べた複数の導体板２７ａ〜２７ｈが配置されたライン電極板２４と、ライン電極板２４に平行に配置された電極板２６を有し、導体板２７ａ〜２７ｈは、長手方向に直列に接続され、インピーダンス整合がされており、ビーム偏向器制御装置７は、ビーム１が導体板２７ａ〜２７ｈの短手方向を通過する粒子移動基本時間ＴＰ０に、導体板２７ａ〜２７ｈの長手方向を伝送する伝送基本時間ＴＶ０を同期させた電圧パルス３１を出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用や研究用に用いられる粒子線治療装置に関し、特にスポットスキャニングやラスタースキャニングといった走査型の粒子線治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に粒子線治療装置は、荷電粒子ビームを発生するビーム発生装置と、ビーム発生装置につながれ、発生した荷電粒子ビームを加速する加速器と、加速器で設定されたエネルギーまで加速された後に出射される荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、ビーム輸送系の下流に設置され、荷電粒子ビームを照射対象に照射するための粒子線照射装置とを備える。粒子線照射装置には大きく、荷電粒子ビームを散乱体で散乱拡大し、拡大した荷電粒子ビームを照射対象の形状にあわせて照射野を形成するブロード照射方式と、照射対象の形状に合わせるように、細いペンシル状のビームを走査して照射野形成するスキャニング照射方式（スポットスキャニング、ラスタースキャニング等）とがある。
【０００３】
ブロード照射方式は、コリメータやボーラスを用いて患部形状に合う照射野を形成する。患部形状に合う照射野を形成し、正常組織への不要な照射を防いでおり、最も汎用的に用いられている、優れた照射方式である。しかし、患者ごとにボーラスを製作したり、患部に合わせてコリメータを変形させたりする必要がある。
【０００４】
一方、スキャニング照射方式は、コリメータやボーラスが不要といった自由度の高い照射方式である。しかし、患部以外の正常組織への照射を防ぐこれら部品を用いないため、ブロード照射方式以上に高いビーム照射位置精度が要求され、かつ、荷電粒子ビームによる照射線量を高い精度で制御することが要求される。また、一般的に患部形状は３次元形状となっているので、スキャニング照射方式では、照射対象を複数層（スライス）に分割して、１つの層（スライス）毎に荷電粒子ビームのエネルギーを変更したうえで、照射対象に照射を行うことになり、荷電粒子ビームの出射と遮断を行う必要がある。
【０００５】
特許文献１には、荷電粒子ビームの出射と遮断を行うビーム遮断用電磁石をビーム輸送系に配置し、荷電粒子ビームの出射と遮断を行う際に、このビーム遮断用電磁石により発生させる磁場をステップ的に立ち上がり／立ち下がりさせない、すなわち高速にＯＮ／ＯＦＦさせない場合は、出射ビームが遮断されるまでに時間がかかり、遮断遅延による漏れビーム（ビーム出力波形の立ち上がり、立ち下がり部分に緩い傾斜）が生じることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−４５１７０号公報（００３６段から００４０段）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ラスタースキャニング照射方式においては、照射対象の複数層の１つの層（スライス）に荷電粒子ビームを２次元的に走査し照射野を形成した後に荷電粒子ビームを停止して、次の層（スライス）に移動してから荷電粒子ビームを走査して３次元的に照射野を形成する。また、スポットスキャニング照射方式においては、各層内を複数に分割した照射スポット毎に所定の線量に到達したら、荷電粒子ビームを遮断（ＯＦＦ）してから次の照射スポットに移動して荷電粒子ビームを与える。したがって、ラスタースキャニング照射方式やスポットスキャニング照射方式では、漏れビームが存在する場合は、漏れビームにより漏れ照射が行われ、これによる過渡線量が存在すると照射線量精度が低下してしまう問題があった。特にスポットスキャニング照射方式においては、スポット毎に荷電粒子ビームの出射及び停止を行うため、ビーム漏れによる過渡線量の影響はラスタースキャニング照射方式に比べて非常に大きい。
【０００８】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、スキャニング照射方式におけるビーム遮断の際の過渡線量を抑制し、照射線量精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
走査電磁石の上流側に配置され、荷電粒子ビームの進行方向を電場により変更し、照射対象への荷電粒子ビームの出射及び遮断を行うビーム偏向器と、荷電粒子ビームの進行方向を制御する電圧パルスをビーム偏向器に出力するビーム偏向器制御装置を備える。ビーム偏向器は、荷電粒子ビームの進行方向に短手方向を並べた複数の導体板が配置されたライン電極板と、ライン電極板に平行に配置された電極板と、ライン電極板と電極板との間に荷電粒子ビームが通過する通過領域を有し、複数の導体板は、長手方向に直列に接続され、インピーダンス整合がされている。ビーム偏向器制御装置は、荷電粒子ビームが複数の導体板の短手方向を通過する通過周期である粒子移動基本時間に、複数の導体板の長手方向を伝送する伝送周期である伝送基本時間を同期させた電圧パルスを出力する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る粒子線照射装置は、従来の偏向キッカー電磁石に印加する電圧よりも低電圧の電圧パルスをライン電極板に供給し、電圧パルスの立下り時間を短くしたので、スキャニング照射方式におけるビーム遮断の際の過渡線量を抑制し、照射線量精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の粒子線治療装置の概略構成図である。
【図２】図１の粒子線照射装置を示す構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１によるビーム偏向器を示す図である。
【図４】図４のビーム偏向器を上から見た上面図である。
【図５】図４のビーム偏向器のマイクロストリップラインを説明する図である。
【図６】図３のビーム偏向器に印加する電界Ｅの計算条件を説明する図である。
【図７】図２のビーム偏向器のビーム出力波形を説明する図である。
【図８】図１の粒子線照射装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図９】図２のビーム偏向器のビーム制御を説明する図である。
【図１０】本発明の実施の形態２による粒子線照射装置を示す構成図である。
【図１１】本発明の実施の形態２によるビーム偏向器を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３による粒子線照射装置を示す構成図である。
【図１３】本発明の実施の形態３によるビーム偏向器を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態４による粒子線照射装置を示す構成図である。
【図１５】本発明の実施の形態４によるビーム偏向器を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は本発明の粒子線治療装置の概略構成図である。粒子線治療装置５１は、ビーム発生装置５２と、ビーム輸送系５９と、粒子線照射装置５８ａ、５８ｂ（又は６０ａ、６０ｂ）とを備える。ビーム発生装置５２は、イオン源（図示せず）と、前段加速器５３と、シンクロトロン５４とを有する。粒子線照射装置５８ｂ（６０ｂ）は回転ガントリ（図示せず）に設置される。粒子線照射装置５８ａ（６０ａ）は回転ガントリを有しない治療室
に設置される。ビーム輸送系５９の役割はシンクロトロン５４と粒子線照射装置５８ａ、５８ｂの連絡にある。ビーム輸送系５９の一部は回転ガントリ（図示せず）に設置され、その部分には複数の偏向電磁石５５ａ、５５ｂ、５５ｃを有する。
【００１３】
イオン源で発生した陽子線等の粒子線である荷電粒子ビーム１は、前段加速器５３で加速され、シンクロトロン５４に入射される。荷電粒子ビーム１は、所定のエネルギーまで加速される。シンクロトロン５４から出射された荷電粒子ビーム１は、ビーム輸送系５９を経て粒子線照射装置５８ａ（６０ａ）、５８ｂ（６０ｂ）に輸送される。粒子線照射装置５８ａ（６０ａ）、５８ｂ（６０ｂ）は荷電粒子ビームを治療台８に固定された患者１０の照射対象１６（図２参照）に照射する。
【００１４】
図２は本発明の実施の形態１による粒子線照射装置を示す構成図である。ビーム発生装置５２で発生され、所定のエネルギーまで加速された荷電粒子ビーム１は、ビーム輸送系５９を経由し、粒子線照射装置５８へと導かれる。粒子線照射装置５８は、荷電粒子ビーム１に垂直な方向であるＸ方向及びＹ方向に荷電粒子ビーム１を走査するＸ方向走査電磁石３ａ及びＹ方向走査電磁石３ｂと、位置モニタ１４と、線量モニタ１５と、Ｘ方向走査電磁石電源４ａと、Ｙ方向走査電磁石電源４ｂと、ビーム偏向器２と、ビーム偏向器制御装置７と、粒子線照射装置５８の照射系５及びビーム偏向器制御装置７を制御する照射制御装置６とを備える。Ｘ方向走査電磁石３ａ、Ｙ方向走査電磁石３ｂ、位置モニタ１４、線量モニタ１５は照射系５を構成する。照射系５は筐体１７に配置され、照射系５の上側である筐体１７の上側にビームダンプ９が配置される。ビームダンプ９は鉛等の重金属材料を用いて形成される。ビーム偏向器制御装置７は、パルス制御器１１と、高速スイッチ（スイッチ）１２と、偏向器電源１３を有する。なお、高速スイッチの例として、例えばＢＥＨＬＫＥ社製の高電圧・高速半導体スイッチ等を用いることができる。また、荷電粒子ビーム１の進行方向はＺ方向である。また、図２において筐体１７及びビームダンプ９は断面を示している。
【００１５】
ビーム偏向器２は、ビーム偏向器制御装置７により制御される。ビーム偏向器２は、粒子線照射装置５８に入射される粒子線ビーム１の進行方向を電場により変更し、粒子線ビーム１を所定の照射期間に照射系５へ導き、所定の照射期間以外には粒子線ビーム１をビームダンプ９の側に導き、照射系５への粒子線ビーム１を遮断する。実施の形態１では粒子線ビーム１を偏向し、偏向された偏向ビーム１９をビームダンプ９に導き、照射系５への粒子線ビーム１を遮断する。Ｘ方向走査電磁石３ａは荷電粒子ビーム１をＸ方向に走査する走査電磁石であり、Ｙ方向走査電磁石３ｂは荷電粒子ビーム１をＹ方向に走査する走査電磁石である。Ｘ方向走査電磁石３ａ及びＹ方向走査電磁石３ｂは、荷電粒子ビーム１を走査する。Ｘ方向走査電磁石電源４ａは、Ｘ方向走査電磁石３ａへ荷電粒子ビーム１を走査するための励磁電流を供給する。Ｙ方向走査電磁石電源４ｂは、Ｙ方向走査電磁石３ｂへ荷電粒子ビーム１を走査するための励磁電流を供給する。
【００１６】
線量モニタ１５は荷電粒子ビーム１の照射線量を検出する。照射制御装置６は、図示しない治療計画装置で作成された治療計画データに基づいて、照射対象１６における荷電粒子ビーム１の照射位置を制御し、線量モニタ１５で測定され、図示しない線量データ変換器でデジタルデータに変換された線量が目標線量に達するとビーム偏向器制御装置７に指令（ビーム遮断指令）を出し、ビーム偏向器２が荷電粒子ビーム１を遮断する。Ｘ方向走査電磁石電源４ａ及びＹ方向走査電磁石電源４ｂは、照射制御装置６から出力されたＸ方向走査電磁石３ａ及びＹ方向走査電磁石３ｂへの制御入力（指令）に基づいてＸ方向走査電磁石３ａ及びＹ方向走査電磁石３ｂの励磁電流を変化させる。
【００１７】
ビーム偏向器制御装置７は、偏向器電源１３が供給する電圧を高速スイッチ１２によってパルス状にスイッチングを行い、すなわち、パルス状に形成する。偏向器電源１３が供
給する電圧は形成したパルスのハイレベルの電圧になる。この際、ビーム偏向器制御装置７のパルス制御器１１は、高速スイッチ１２がスイッチする間隔及び周期を制御する。粒子線照射装置５８に入射する荷電粒子ビーム１は、ビーム偏向器２、照射系５を経て、筐体１７の下側に配置される照射窓１８から出射され、治療台８に固定された患者１０の照射対象１６に照射される。
【００１８】
ビーム偏向器２を詳しく説明する。図３は本発明の実施の形態１によるビーム偏向器を示す図であり、図４はビーム偏向器を上から見た上面図であり、図５はビーム偏向器のマイクロストリップラインを説明する図である。なお、図３では導体板２７を６つ配置した例であり、図４及び５は、導体板２７を８つ配置した例を示している。ビーム偏向器２は、マイクロストリップライン式静電電極板２４（以降、単にライン電極板と称する）とライン電極板２４に対向する電極板２６を有する。ライン電極板２４は、ＧＦＲＰ（ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃｓ）板等の基板２８の表面に複数の銅板等の導体板２７を並行に配置し、基板２８の裏面に銅板等の裏面導体２５を配置したものである。裏面導体２５は接地レベルにされ（ＧＮＤに接続され）、電極板２６はＤＣ電源（直流電源）２９に接続され、ライン電極板２４の各導体板２７には電圧パルス３１が伝送される。電極板２６とライン電極板２４は、荷電粒子ビーム１の入射ビーム軸に対し平行に設置される。ビーム偏向器２は、ライン電極板と電極板との間に荷電粒子ビームが通過する通過領域を有する。ライン電極板２４にパルス電圧３１が入力されない場合に、すなわち接地レベルの電圧が印加された場合に、電極板２６とライン電極板２４との間に作られる各電場Ｅ１〜Ｅ６（方向は電極板２６からライン電極板２４）により荷電粒子ビーム１は偏向される。ライン電極板２４にパルス電圧３１が入力された場合は、電極板２６とライン電極板２４との間に作られる各電場Ｅ１〜Ｅ６が相殺するように動作させることで、荷電粒子ビーム１は直進する。電場Ｅ１は導体板２７ａと電極板２６間の電場である。同様に電場Ｅ２〜Ｅ６は、それぞれ導体板２７ｂ〜２７ｆと電極板２６間の電場である。なお、図３において、ライン電極板２４及び電極板２６は断面を示している。
【００１９】
ライン電極板２４にパルス電圧３１が入力されない場合、すなわち接地レベルの電圧が印加された場合は、荷電粒子ビーム１は偏向され、荷電粒子ビーム１は偏向ビーム１９となって入射ビーム軸からそれてビーム偏向器２を通過する。ライン電極板２４にパルス電圧３１が入力された場合は、荷電粒子ビーム１は偏向されず、荷電粒子ビーム１は直進ビーム２０となって入射ビーム軸に沿ってビーム偏向器２を通過する。これによりライン電極板２４にスイッチングされた電圧パルス３１が伝送されている場合のみ、荷電粒子ビーム１を直進させ、それ以外は偏向させる機能を、一つのライン電極板２４により行うことができる。
【００２０】
ライン電極板２４は、図５に示すように、幅Ｗ、長さＬ１（図４参照）、厚さｔ１の導体板２７ａ〜２７ｈが、厚さｔ２の基板２８に露出して配置される。ライン電極板２４はマイクロストリップラインの構造を備えるので、マイクロストリップラインのインピーダンスマッチング（インピーダンス整合）の原理により、導体板２７ａ〜２７ｈのそれぞれは、所定のインピーダンス（例えば５０Ω）を有する。また、図４に示すように導体板２７ａ〜２７ｈはそれぞれ間隔Ｓだけ間隔を空けて配置される。ここでマイクロストリップラインの特性インピーダンスＺ０は、基板２８の比誘電率をεｒとすると数式（１）のように表わせる。
Ｚ０＝８７／√（εｒ＋１．４１）×ｌｎ（Ａ／Ｂ） ・・・（１）
なお、Ａ及びＢは、それぞれ数式（２）及び数式（３）のように表わせる。
Ａ＝５．９８×（ｔ２−ｔ１） ・・・（２）
Ｂ＝０．８×Ｗ×ｔ１ ・・・（３）
比誘電率をεｒ、幅Ｗ、厚さｔ１、厚さｔ２を選択することで、所定のインピーダンス
（例えば５０Ω）を得ることができる。
【００２１】
図４に示すように、ライン電極板２４の８つの導体板２７ａ〜２７ｈは、それぞれ遅延配線３２（３２ａ〜３２ｇ）で接続され、１本の伝送路を構成するように直列接続される。導体板２７ａには電圧パルス３１を導入する入力配線３７が接続され、導体板２７ｈの終端には一端が接地された終端抵抗３３が接続される。ライン電極板２４の各導体板２７ａ〜２７ｈは所定のインピーダンス（例えば５０Ω）を有し、終端でインピーダンスマッチング用の終端抵抗３３を介して接地されるので、ライン電極板２４に入力されるスイッチングされた電圧パルス３１は反射することなく、ライン電極板２４内を伝送することができる。なお、遅延配線３２（３２ａ〜３２ｇ）と終端抵抗３３のインピーダンスは導体板２７ａ〜２７ｈのインピーダンスと等しくする。
【００２２】
また、遅延配線３２ａ〜３２ｇは、基板２８にプリント配線のようにリソグラフィ技術や多層配線技術を用いて形成してもよい。遅延配線３２ａ〜３２ｇを基板２８に形成することで、遅延配線３２ａ〜３２ｇの半田接続作業等が不要となり、ライン電極板２４でのインピーダンス調整を容易に行うことができる。
【００２３】
ビーム偏向器２により荷電粒子ビーム１の進行を制御する方法を詳しく説明する。荷電粒子ビーム１は複数の荷電粒子３０（適宜、粒子３０と称する）の束なので、１つの粒子３０が導体板２７の短手方向（短辺）を通過する時間と電圧パルス３１が導体板２７の長手方向（長辺）を通過する時間とが後述する所定の同期関係になるようにライン電極板２４を構成することで、初めの導体板２７ａで電圧パルス３１の影響を受けた粒子群のみが、次の導体板２７ｂ〜２７ｈでも電圧パルス３１の影響を受けるようにする。これにより、ライン電極板２４に入射された時点で、スイッチングされた電圧パルス幅（時間幅）分の粒子群は電場Ｅの影響を受けなくなり、ビームを直進させることができる。
【００２４】
粒子３０はライン電極板２４の中央を通過する場合を考える。ビームの中心成分に注目し、ビームの中心成分がライン電極板２４を通るように位置調整し、使用するからである。粒子３０の速度をｖ１とすると、粒子３０が導体板２７を通過する時間はＷ／ｖ１である。粒子３０が導体板２７の短手方向（短辺）を通過し、次の導体板２７に到達する時間（粒子移動基本時間）ＴＰ０は、（Ｗ＋Ｓ）／ｖ１となる。所定の伝送特性を有する導体板２７を伝送する電圧パルス３１の速度をｖ２とすると、電圧パルス３１が導体板２７の長手方向（長辺）を通過する時間は、Ｌ１／ｖ２である。また、遅延配線３２の伝搬遅延時間ＴＤから、導体板２７の長手方向の長さに相当する実効長Ｌ２を導入する。実効長Ｌ２はｖ２×ＴＤで計算できる。初めの導体板２７を通過して遅延配線３２を通過した時間、すなわち初めの導体板２７を通過して次の導体板２７に到達する時間（伝送基本時間）ＴＶ０は、（Ｌ１＋Ｌ２）／ｖ２となる。粒子移動基本時間ＴＰ０と伝送基本時間ＴＶ０とが一致するようにライン電極板２４を構成する。このようにすることで、上述の所定の同期関係を実現でき、上述したように、ライン電極板２４に入射された時点で、スイッチングされた電圧パルス幅（時間幅）分の粒子群は電場Ｅの影響を受けなくなり、ビームを直進させることができる。なお、粒子移動基本時間ＴＰ０は荷電粒子ビーム１が複数の導体板２７ａ〜２７ｈの短手方向を通過する通過周期であり、伝送基本時間ＴＶ０は複数の導体板２７ａ〜２７ｈの長手方向を伝送する伝送周期である。
【００２５】
上述の粒子移動基本時間ＴＰ０と伝送基本時間ＴＶ０とが一致する所定の同期関係を実現する上で、必要となる粒子３０の速度ｖ１と電圧パルス３１の伝送速度ｖ２について説明する。粒子３０の速度ｖ１と電圧パルス３１の伝送速度ｖ２は、それぞれ数式（４）及び数式（５）のように表わせる。
ｖ１＝ｃ×√（１−（Ｔ／（Ｔ＋Ｋ））２） ・・・（４）
ｖ２＝１／√（Ｌ×Ｃ） ・・・（５）
ここで、Ｋは粒子３０のエネルギー（ＭｅＶ）、ｃは光速、Ｔは陽子の静止エネルギー、Ｌは導体板２７のインダクタンス、Ｃは導体板２７の電気容量である。
【００２６】
ビーム偏向器２で荷電粒子ビーム１に印加する電界Ｅについて説明する。図６は電界Ｅを計算するための条件を説明する図である。２１は荷電粒子ビーム１がビーム偏向器２を通過する直進ビーム２０に平行な直進ビーム平行軸である。点Ｐは荷電粒子ビーム１の偏向距離ｄを評価するための評価点であり、例えばビームダンプ９の内部点である。ライン電極板２４の長さをＬ４とし、ライン電極板２４の前端から評価点Ｐまでの直進ビーム平行軸上での距離をＬ３とする。ライン電極板２４の終端において、荷電粒子３０は直進ビーム平行軸方向の速度成分はｖ１であるが、荷電粒子３０は電界Ｅの影響を受けて、ライン電極板２４の垂直方向成分を得る。この荷電粒子３０の速度における垂直方向成分（垂直方向速度成分）をｖｂとする。また、偏向ビーム軌道２２と直進ビーム平行軸２１の角度をθとする。荷電粒子３０の垂直方向速度成分ｖｂは、ｖ１×ｔａｎθなので、数式（６）のように表わされる。
ｖｂ＝ｖ１×ｄ／（Ｌ３−Ｌ４） ・・・（６）
【００２７】
荷電粒子３０がライン電極板２４の終端において、垂直方向速度成分ｖｂの速度を持つために必要な電位差Ｖを考える。陽子の質量をｍ１、電荷をｑとすると、ライン電極板２４の終端において、運動エネルギーは１／２×ｍ１×ｖｂ２であり、電位差Ｖによって荷電粒子３０が得るエネルギーはｑ×Ｖなので、電位差Ｖは数式（７）のように表わされる。
Ｖ＝（１／２×ｍ１×ｖｂ２）／ｑ ・・・（７）
ライン電極板２４の終端において必要な電位差Ｖは、ライン電極板２４のｎ１本の導体板２７のそれぞれで分担することになる。すなわち、荷電粒子３０が導体板２７の１本当たりＶ／ｎ１の電位差を受けるように、ライン電極板２４のｎ１本の導体板２７と電極板２６間に電界Ｅを発生させればよい。導体板２７の幅Ｗを通過する場合に、その幅Ｗを通過する時間はｖ１／Ｗなので、ライン電極板２４の垂直方向の移動距離ｄａは、数式（８）のように表わされる。
ｄａ＝（ｖｂ／ｎ１）×（Ｗ／ｖ１） ・・・（８）
したがって、ビーム偏向器２で荷電粒子ビーム１に印加すべき電界Ｅは（Ｖ／ｎ１）／ｄａなので、数式（７）、（８）を代入し整理すると、数式（９）のように表わされる。
Ｅ＝（１／２×ｍ１×ｖｂ×ｖ１）／（ｑ×Ｗ） ・・・（９）
数式（９）に数式（６）を代入して整理すると、電界Ｅは数式（１０）のように表わされる。
Ｅ＝ｍ１×ｄ×ｖ１２／（２×ｑ×Ｗ×（Ｌ３−Ｌ４）） ・・・（１０）
【００２８】
ここで、ビーム偏向器２が従来の偏向キッカー電磁石に比べてパルスの立ち上がり、立ち下りが早くなることを説明する。図７はビーム偏向器のビーム出力波形を説明する図である。図７（ａ）は偏向機器に入射する荷電粒子ビーム１のビームパルス３８を示す図であり、図７（ｂ）は偏向キッカー電磁石に供給される偏向キッカー電源出力波形３９を示す図であり、図７（ｃ）は低電圧の偏向キッカー電源出力波形４０を示す図であり、図７（ｄ）はビーム偏向器２に入力される電圧パルス３１の波形を示す図である。図７（ａ）の縦軸はエネルギーであり、図７（ｂ）、図７（ｃ）、図７（ｄ）の縦軸は電圧であり、横軸はいずれも時間である。偏向キッカー電磁石は、シンクロトロン等の円形加速器における周回粒子や直進する走行粒子に磁場で力を与え、偏向させる機能を持つ。一回の励磁で軌道を変えるためには数十ｋＶという高電圧を、偏向キッカー電源は整形されたパルスとしてでは無く、放電という形で偏向キッカー電磁石へ印加する。このため、図７（ｂ）に示すように出力波形の立ち上がり、立ち下り部分は大きな傾斜を持ち、偏向キッカー電源出力波形３９の立ち上がり時間Ｔｒ１、立ち下り時間Ｔｆ１はかなり長いものとなっている。
【００２９】
したがって、偏向機器として従来の偏向キッカー電磁石を使う場合は、偏向キッカー電源出力波形３９の平らになった部分であるフラットトップの中心が周回粒子中心成分と一致するように（同期するように）調整して利用する。しかしながら、フラットトップ幅が周回粒子や走行粒子の時間幅に対し十分広くない場合、偏向キッカー電磁石の立ち下り部分の影響を受ける粒子が存在するので、荷電粒子ビーム１のビームの切れ（遮断特性）が悪い、すなわち漏れビームが発生する原因となる。
【００３０】
また、ライン電極板２４と異なり、分割しない一枚の電極板で構成される対向した１組の静電電極板の場合も上記と同様に、一回の印加で周回粒子や走行粒子を偏向させなければならず、印加電圧も大きくなるので出力波形の立ち上がり、立ち下り部分の影響を受ける可能性がある。
【００３１】
実施の形態１のビーム偏向器２の場合、複数の導体板２７毎に荷電粒子ビーム１を偏向するので、１回の偏向角は小さくて良く、印加電圧も小さくできるので、立ち上りや立ち下り部分の影響を上記２ケースと比較して受けにくくすることができる。ここで、図７（ｃ）に示すように、低電圧の偏向キッカー電源出力波形４０を考える。低電圧の偏向キッカー電源出力波形４０における立ち上がり時間Ｔｒ２、立ち下り時間Ｔｆ２は、偏向キッカー電源出力波形３９の立ち上がり時間Ｔｒ１、立ち下り時間Ｔｆ１よりも短くなる。さらに、ビーム偏向器２に入力される電圧パルス３１は、図７（ｄ）に示すように、ビーム偏向器制御装置７の高速スイッチ１２により整形された電圧パルスを使用するので、電圧パルス３１の立ち上がり時間Ｔｒ３、立ち下り時間Ｔｆ３は、立ち上がり時間Ｔｒ２、立ち下り時間Ｔｆ２より短くできる。したがって、実施の形態１のビーム偏向器２は荷電粒子ビーム１のビームの切れを良くすることができる。
【００３２】
次に粒子線照射装置５８の動作を説明する。図８は粒子線照射装置の制御方法を示すフローチャートであり、図９はビーム偏向器のビーム制御を説明する図である。スポットスキャニングでは治療する部位におけるあるスポットに対し、治療計画で定められた線量を照射対象１６に荷電粒子ビーム１により照射するので、まず、あるスポットに対する指令電流により走査電磁石３ａ、３ｂを励磁する（ステップＳＴ１）。具体的には、照射制御装置６は、あるスポットの位置に対応する指令電流をＸ方向走査電磁石電源４ａ及びＹ方向走査電磁石電源４ｂに送り、Ｘ方向走査電磁石電源４ａ及びＹ方向走査電磁石電源４ｂは、Ｘ方向走査電磁石３ａ及びＹ方向走査電磁石３ｂを指令電流にしたがって、指令電流で指定された励磁電流により走査電磁石を励磁する。
【００３３】
走査電磁石３ａ、３ｂの設定が完了したら、例えばＸ方向走査電磁石３ａ及びＹ方向走査電磁石３ｂから設定完了の信号を受けて、荷電粒子ビーム１を粒子線照射装置５８に入射し、ビーム偏向器２を直進ビームとして通過させ、当該スポットに対して照射を開始する（ステップＳＴ２）。ビーム偏向器２を直進ビームとして通過させるために、照射制御装置６は、ビーム偏向器制御装置７にビーム遮断解除指令を出す。ビーム偏向器制御装置７は、ビーム遮断解除指令を受けてビーム偏向器２に電圧パルスを出力し、荷電粒子ビーム１を照射系５に導く。
【００３４】
照射制御装置６は、当該スポットに治療計画通りの照射が行われたことを、線量モニタ１５で検出した照射線量が満了したか（照射線量が計画線量に達したか）を判定する（ステップＳＴ３）。満了した場合はビーム偏向器２により荷電粒子ビーム１を遮断する（ステップＳＴ４）。具体的には、照射線量が満了した場合に、照射制御装置６は、ビーム偏向器制御装置７にビーム遮断指令を出し、ビーム偏向器制御装置７は、ビーム偏向器２に電圧パルスの出力を停止し（接地レベルの電圧を出力し）、荷電粒子ビーム１を遮断する。
【００３５】
照射制御装置６は、次のスポットがあるかを判定し、次のスポットがある場合は、ステップＳＴ６に移り、次のスポットがない場合は照射を終了する（ステップＳＴ５）。ステップＳＴ６にて、次のスポットに対する指令電流により走査電磁石３ａ、３ｂを励磁する。ステップＳＴ１と同様に動作する。
【００３６】
走査電磁石３ａ、３ｂの設定が完了したら、ビーム偏向器２により荷電粒子ビーム１の遮断を解除し、当該スポットに対して照射を開始する（ステップＳＴ７）。具体的には、照射制御装置６は、走査電磁石３ａ、３ｂの設定が完了したら、例えばＸ方向走査電磁石３ａ及びＹ方向走査電磁石３ｂから設定完了の信号を受けて、ビーム偏向器制御装置７にビーム遮断解除指令を出す。ビーム偏向器制御装置７は、ビーム遮断解除指令を受けてビーム偏向器２に電圧パルスを出力し、荷電粒子ビーム１を照射系５に導き、当該スポットに対して照射を開始する。ステップＳＴ７の動作を行った後にステップＳＴ３に戻る。以上のように照射対象１６における複数層の１つの層（スライス）におけるスポットが終了するまで繰り返す。１つのスライスに対する照射が終了したら、荷電粒子ビーム１のエネルギーを変更し、ステップＳＴ１〜ステップＳＴ７を実行し、他のスライスに対する照射を行う。
【００３７】
ここで、ビーム偏向器２の電圧パルス３１と照射対象１６に照射する荷電粒子ビーム１の照射時間の関係を説明する。図９は、ビーム偏向器２のビーム制御を説明する図である。図９（ａ）は粒子線照射装置５８に入射される荷電粒子ビーム１の入射ビームパルス３４を示す図であり、図９（ｂ）はビーム偏向器２に入力される電圧パルス３１を示す図であり、図９（ｃ）は照射対象１６に照射する出射ビームパルス３５を示す図である。図９（ａ）、図９（ｃ）の縦軸はエネルギーであり、図９（ｂ）の縦軸は電圧であり、横軸はいずれも時間である。
【００３８】
ビーム偏向器２は、初めに入射ビームパルス３４の荷電粒子ビーム１を偏向し、スイッチングされた電圧パルス３１が入力されると、荷電粒子ビーム１を直進させる。そして電圧パルス３１の出力を停止（接地レベルの電圧を出力）することで、荷電粒子ビーム１を偏向し、遮断する。すなわち、ビーム偏向器２は、電圧パルス３１により入射ビームパルス３４から出射ビームパルス３５を取り出す。この電圧パルス３１が入力された時間は、ビーム照射時間Ｔａ（１）、Ｔａ（２）、Ｔａ（Ｎ）となる。電圧パルス３１が入力されない時間は、ビーム遮断時間Ｔｂとなる。なお、ビーム照射時間の整数１、２、Ｎはスポットの番号を示している。このように実施の形態１の粒子線照射装置５８は、ビーム偏向器２を制御することにより、取り出された出射ビームパルス３５のパルス幅（Ｈパルス幅）をスポットへの照射時間に同期させ、出射ビームパルス３５の停止時間（Ｌレベル幅）を次スポットへの移動時間（準備時間）に同期させることができる。
【００３９】
一般的に、粒子線治療装置のサイクロトロン内を周回して加速され、サイクロトロンから出射される荷電粒子ビーム１は、長くても１ｍｓ以下のビーム長である。スポットスキャンニング照射方式では、ビーム長が１ｍｓ以下の荷電粒子ビーム１をスポット毎に対応する時間のビーム長に切り出して照射する。実施の形態１のビーム偏向器２は、電圧が低電圧化され、高速スイッチ１２で高速スイッチングされた電圧パルスが供給される。すなわち、高速スイッチ１２により、数ｎｓオーダーの立ち上がり時間Ｔｒ３、立ち下り時間Ｔｆ３の電圧パルスが供給されるので、１００ｎｓオーダーのビーム長で荷電粒子ビーム１を切り出すことができる。実施の形態１の粒子線照射装置５８は、スポット毎に、短いビーム長の荷電粒子ビーム１を照射することができる。また、電圧パルス３１の立ち上がり時間Ｔｒ３、立ち下り時間Ｔｆ３を短くできるので、次のスポットに対する照射準備は特に不要であり、次のスポットの位置に荷電粒子ビーム１が照射されるようにＸ方向走査電磁石３ａ及びＹ方向走査電磁石３ｂの設定が完了したら、即座にビーム遮断を解除して、当該スポットに照射できる。したがって、照射対象１６に対する全体の照射が完了するまでの時間（治療時間）を短くすることができる。
【００４０】
実施の形態１の粒子線照射装置５８は、従来の偏向キッカー電磁石に入力される電圧パルスよりも低電圧で、かつ、立ち上がり時間及び立ち下り時間が短い電圧パルス３１をビーム偏向器２に入力するので、従来とは異なりビーム遮断の際の過渡線量を抑制し、照射線量精度を向上させることができる。また、ビーム偏向器２に入力する電圧パルス３１の電圧をさらに低電圧にする場合は、ビーム偏向器２の導体板２７の数を増やすことで、導体板２７毎の偏向角度は小さくても、ビーム偏向器２全体の偏向角度を大きく（調整）することができる。ビーム偏向器２に入力する電圧パルス３１の電圧をさらに低電圧にすれば、さらに立ち上がり時間及び立ち下り時間を短くできる。したがって、さらにビーム遮断の際の過渡線量を抑制し、照射線量精度を向上させることができる。なお、従来の偏向キッカー電磁石に入力される電圧パルスよりも低電圧にすることだけでも、過渡線量を抑制し、照射線量精度を向上させることができる。
【００４１】
以上のように実施の形態１の粒子線照射装置５８によれば、走査電磁石３ａ、３ｂの上流側に配置され、荷電粒子ビーム１の進行方向を電場により変更し、照射対象１６への荷電粒子ビーム１の出射及び遮断を行うビーム偏向器２と、荷電粒子ビーム１の進行方向を制御する電圧パルス３１をビーム偏向器２に出力するビーム偏向器制御装置７を備え、ビーム偏向器２は、荷電粒子ビーム１の進行方向に短手方向を並べた複数の導体板２７ａ〜２７ｈが配置されたライン電極板２４と、ライン電極板２４に平行に配置された電極板２６と、ライン電極板２４と電極板２６との間に荷電粒子ビーム１が通過する通過領域を有し、複数の導体板２７ａ〜２７ｈは、長手方向に直列に接続され、インピーダンス整合がされており、ビーム偏向器制御装置７は、荷電粒子ビーム１が複数の導体板２７ａ〜２７ｈの短手方向を通過する通過周期である粒子移動基本時間ＴＰ０に、複数の導体板２７ａ〜２７ｈの長手方向を伝送する伝送周期である伝送基本時間ＴＶ０を同期させた電圧パルス３１を出力するので、従来の偏向キッカー電磁石に印加する電圧よりも低電圧の電圧パルスをライン電極板に供給し、電圧パルスの立下り時間を短くでき、スキャニング照射方式におけるビーム遮断の際の過渡線量を抑制し、照射線量精度を向上させることができる。
【００４２】
実施の形態１の粒子線治療装置は、荷電粒子ビーム１を発生させ、この荷電粒子ビーム１を加速器５４で加速させるビーム発生装置５２と、加速器５４により加速された荷電粒子ビーム１を輸送するビーム輸送系５９と、ビーム輸送系５９で輸送された荷電粒子ビーム１を照射対象９に照射する粒子線照射装置５８とを備え、粒子線照射装置５８は、走査電磁石３ａ、３ｂの上流側に配置され、荷電粒子ビーム１の進行方向を電場により変更し、照射対象１６への荷電粒子ビーム１の出射及び遮断を行うビーム偏向器２と、荷電粒子ビーム１の進行方向を制御する電圧パルス３１をビーム偏向器２に出力するビーム偏向器制御装置７を備え、ビーム偏向器２は、荷電粒子ビーム１の進行方向に短手方向を並べた複数の導体板２７ａ〜２７ｈが配置されたライン電極板２４と、ライン電極板２４に平行に配置された電極板２６と、ライン電極板２４と電極板２６との間に荷電粒子ビーム１が通過する通過領域を有し、複数の導体板２７ａ〜２７ｈは、長手方向に直列に接続され、インピーダンス整合がされており、ビーム偏向器制御装置７は、荷電粒子ビーム１が複数の導体板２７ａ〜２７ｈの短手方向を通過する通過周期である粒子移動基本時間に、複数の導体板２７ａ〜２７ｈの長手方向を伝送する伝送周期である伝送基本時間を同期させた電圧パルス３１を出力するので、照射線量精度の高い粒子線治療を行うことができる。
【００４３】
実施の形態２．
図１０は本発明の実施の形態２による粒子線照射装置を示す構成図であり、図１１は本発明の実施の形態２によるビーム偏向器を示す図である。実施の形態２の粒子線照射装置
６０は、実施の形態１の粒子線照射装置５８とは、電圧パルス３１が入力された場合に荷電粒子ビーム１を偏向するビーム偏向器２（２ｂ）を有する点で異なる。なお、図１０において筐体１７及びビームダンプ９は断面を示しており、図１１において、ライン電極板２４及び電極板２６は断面を示している。
【００４４】
実施の形態２のビーム偏向器２（２ｂ）は、実施の形態１のビーム偏向器２（２ａ）とは、電極板２６が接地レベルにされ（ＧＮＤに接続され）点で異なる。ライン電極板２４の各導体板２７には電圧パルス３１が伝送される。電極板２６とライン電極板２４は、荷電粒子ビーム１の入射ビーム軸に対し平行に設置される。電極板２６とライン電極板２４との間に作られる各電場Ｅ１〜Ｅ６により荷電粒子ビーム１は偏向される。電場Ｅ１は導体板２７ａと電極板２６間の電場である。同様に電場Ｅ２〜Ｅ６は、それぞれ導体板２７ｂ〜２７ｆと電極板２６間の電場である。
【００４５】
電極板２６とライン電極板２４間に電場Ｅ１〜Ｅ６がない場合は、荷電粒子ビーム１は偏向されず、荷電粒子ビーム１は直進ビーム２０となって入射ビーム軸に沿ってビーム偏向器２を通過する。電極板２６とライン電極板２４間に電場Ｅ１〜Ｅ６がある場合は、荷電粒子ビーム１は偏向され、荷電粒子ビーム１は偏向ビーム１９となって入射ビーム軸からそれてビーム偏向器２を通過する。これによりライン電極板２４にスイッチングされた電圧パルス３１が伝送されている（Ｈレベルの電圧が印加されている）場合のみ、荷電粒子ビーム１を偏向させ、それ以外は直進させる機能を、一つのライン電極板２４により行うことができる。
【００４６】
図４で示したビーム偏向器を上から見た上面図を用いて、ビーム偏向器２ｂにより荷電粒子ビーム１の進行を制御する方法を詳しく説明する。実施の形態１と同様に荷電粒子ビーム１は複数の荷電粒子３０の束なので、粒子３０が導体板２７を通過する時間と電圧パルス３１が導体板２７の長手方向を通過する時間とを同期させることで、初めの導体板２７ａで電圧パルス３１の影響を受けた粒子群のみが、次の導体板２７ｂ〜２７ｈでも電圧パルス３１の影響を受けるようにする。これにより、ライン電極板２４に入射された時点で、スイッチングされた電圧パルス幅（時間幅）分の粒子群に多段のキック（電極板２６からライン電極板２４方向の力）を与えたことになり、ビームを偏向することができる。
【００４７】
実施の形態２の粒子線照射装置６０の動作は、実施の形態１の粒子線照射装置５８と同様である。なお、遮断の際には直線ビーム２０となり、照射対象１６への照射の際、すなわち遮断解除の際には偏向ビーム１９となり、実施の形態１の粒子線照射装置５８とは逆になっている。
【００４８】
実施の形態２の粒子線照射装置６０は、ビーム偏向器２ｂにより荷電粒子ビーム１を遮断する際に、電極板２６とライン電極板２４との間に電場が形成されないので、照射中に粒子線照射装置６０、特にビーム偏向器制御装置７に電源ダウンの異常が発生した場合に、速やかに荷電粒子ビーム１を遮断するようにできるので、粒子線照射装置６０の安全装置を複雑にせず、また安全停止制御を複雑にしないようにすることができる。
【００４９】
また、実施の形態２の粒子線照射装置６０は、荷電粒子ビーム１を照射対象１６に照射する照射軸（出射軸）から傾いた入射軸に沿って入射できるので、粒子線照射装置６０の照射軸（出射軸）方向の高さを小さくすることができる。
【００５０】
実施の形態３．
図１２は本発明の実施の形態３による粒子線照射装置を示す構成図であり、図１３は本発明の実施の形態３によるビーム偏向器を示す図である。実施の形態３の粒子線照射装置５８は、実施の形態１の粒子線照射装置５８とは、ビーム偏向器２（２ｃ）の配置向きを
変更し、荷電粒子ビーム１がビーム偏向器２（２ｃ）に入射する方向がビーム偏向器２（２ｃ）に対して斜めになっている点で異なる。図１２において筐体１７及びビームダンプ９は断面を示しており、図１３において、ライン電極板２４及び電極板２６は断面を示している。
【００５１】
実施の形態３の粒子線照射装置５８は、実施の形態１と同様の効果を奏する。さらに、実施の形態３の粒子線照射装置５８は、ビーム偏向器２（２ｃ）を荷電粒子ビーム１に対して斜めに配置できるので、導体板２７の数が増え、ライン電極板２４の長さが長くなった場合に、ビーム偏向器２（２ｃ）の荷電粒子ビーム１の入射軸方向の長さを小さくすることができる。したがって、粒子線照射装置５８の高さ（荷電粒子ビーム１の入射方向の長さ）を実施の形態１に比べて低くすることができる。
【００５２】
実施の形態４．
図１４は本発明の実施の形態４による粒子線照射装置を示す構成図であり、図１５は本発明の実施の形態４によるビーム偏向器を示す図である。実施の形態４の粒子線照射装置６０は、実施の形態２の粒子線照射装置６０８とは、ビーム偏向器２（２ｄ）の配置向きを変更し、荷電粒子ビーム１がビーム偏向器２（２ｄ）に入射する方向がビーム偏向器２（２ｄ）に対して斜めになっている点で異なる。図１４において筐体１７及びビームダンプ９は断面を示しており、図１５において、ライン電極板２４及び電極板２６は断面を示している。
【００５３】
実施の形態４の粒子線照射装置６０は、実施の形態２と同様に、ビーム偏向器２ｄにより荷電粒子ビーム１を遮断する際に、電極板２６とライン電極板２４との間に電場が形成されないので、照射中に粒子線照射装置６０、特にビーム偏向器制御装置７に電源ダウンの異常が発生した場合に、速やかに荷電粒子ビーム１を遮断するようにできるので、粒子線照射装置６０の安全装置を複雑にせず、また安全停止制御を複雑にしないようにすることができる。
【００５４】
なお、実施の形態１乃至４では、スポットスキャニング照射方式の例で説明したが、ラスタースキャニング照射方式にも適用できる。また、スポットスキャニング照射方式とラスタースキャニング照射方式の両方のメリットを取り入れようとした中間の照射方式（ビームを停止させずにスポット毎に移動させる方式、ハイブリッドスキャニング照射方式と呼ぶことにする）にも適用できる。また、ビームの出射の際に電圧パルスをハイレベルにする例で説明したが、ビームの出射の際に電圧パルスをローレベル（接地レベル）にし、ビーム偏向器２、ビーム偏向器制御装置７を電圧パルスの極性を反転させた構成にしても構わない。
【符号の説明】
【００５５】
１…荷電粒子ビーム、２…ビーム偏向器、３ａ…Ｘ方向走査電磁石、３ｂ…Ｙ方向走査電磁石、７…ビーム偏向器制御装置、１２…高速スイッチ、１３…偏向器電源、１５…線量モニタ、１６…照射対象、２４…ライン電極板、２５…裏面導体、２６…電極板、２７、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ、２７ｅ、２７ｆ、２７ｇ、２７ｈ…導体板、２８…基板、２９…ＤＣ電源、３１…電圧パルス、５１…粒子線治療装置、５２…ビーム発生装置、５４…シンクロトロン、５８、５８ａ、５８ｂ…粒子線照射装置、５９…ビーム輸送系、６０、６０ａ、６０ｂ…粒子線照射装置、ＴＶ０…伝送基本時間、ＴＰ０…粒子移動基本時間。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用や研究用に用いられる粒子線治療装置に関し、特にスポットスキャニングやラスタースキャニングといった走査型の粒子線治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に粒子線治療装置は、荷電粒子ビームを発生するビーム発生装置と、ビーム発生装置につながれ、発生した荷電粒子ビームを加速する加速器と、加速器で設定されたエネルギーまで加速された後に出射される荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、ビーム輸送系の下流に設置され、荷電粒子ビームを照射対象に照射するための粒子線照射装置とを備える。粒子線照射装置には大きく、荷電粒子ビームを散乱体で散乱拡大し、拡大した荷電粒子ビームを照射対象の形状にあわせて照射野を形成するブロード照射方式と、照射対象の形状に合わせるように、細いペンシル状のビームを走査して照射野形成するスキャニング照射方式（スポットスキャニング、ラスタースキャニング等）とがある。
【０００３】
ブロード照射方式は、コリメータやボーラスを用いて患部形状に合う照射野を形成する。患部形状に合う照射野を形成し、正常組織への不要な照射を防いでおり、最も汎用的に用いられている、優れた照射方式である。しかし、患者ごとにボーラスを製作したり、患部に合わせてコリメータを変形させたりする必要がある。
【０００４】
一方、スキャニング照射方式は、コリメータやボーラスが不要といった自由度の高い照射方式である。しかし、患部以外の正常組織への照射を防ぐこれら部品を用いないため、ブロード照射方式以上に高いビーム照射位置精度が要求され、かつ、荷電粒子ビームによる照射線量を高い精度で制御することが要求される。また、一般的に患部形状は３次元形状となっているので、スキャニング照射方式では、照射対象を複数層（スライス）に分割して、１つの層（スライス）毎に荷電粒子ビームのエネルギーを変更したうえで、照射対象に照射を行うことになり、荷電粒子ビームの出射と遮断を行う必要がある。
【０００５】
特許文献１には、荷電粒子ビームの出射と遮断を行うビーム遮断用電磁石をビーム輸送系に配置し、荷電粒子ビームの出射と遮断を行う際に、このビーム遮断用電磁石により発生させる磁場をステップ的に立ち上がり／立ち下がりさせない、すなわち高速にＯＮ／ＯＦＦさせない場合は、出射ビームが遮断されるまでに時間がかかり、遮断遅延による漏れビーム（ビーム出力波形の立ち上がり、立ち下がり部分に緩い傾斜）が生じることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−４５１７０号公報（００３６段から００４０段）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ラスタースキャニング照射方式においては、照射対象の複数層の１つの層（スライス）に荷電粒子ビームを２次元的に走査し照射野を形成した後に荷電粒子ビームを停止して、次の層（スライス）に移動してから荷電粒子ビームを走査して３次元的に照射野を形成する。また、スポットスキャニング照射方式においては、各層内を複数に分割した照射スポット毎に所定の線量に到達したら、荷電粒子ビームを遮断（ＯＦＦ）してから次の照射スポットに移動して荷電粒子ビームを与える。したがって、ラスタースキャニング照射方式やスポットスキャニング照射方式では、漏れビームが存在する場合は、漏れビームにより漏れ照射が行われ、これによる過渡線量が存在すると照射線量精度が低下してしまう問題があった。特にスポットスキャニング照射方式においては、スポット毎に荷電粒子ビームの出射及び停止を行うため、ビーム漏れによる過渡線量の影響はラスタースキャニング照射方式に比べて非常に大きい。
【０００８】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、スキャニング照射方式におけるビーム遮断の際の過渡線量を抑制し、照射線量精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
走査電磁石の上流側に配置され、荷電粒子ビームの進行方向を電場により変更し、照射対象への荷電粒子ビームの出射及び遮断を行うビーム偏向器と、荷電粒子ビームの進行方向を制御する電圧パルスをビーム偏向器に出力するビーム偏向器制御装置を備える。ビーム偏向器は、荷電粒子ビームの進行方向に短手方向を並べた複数の導体板が配置されたライン電極板と、ライン電極板に平行に配置された電極板と、ライン電極板と電極板との間に荷電粒子ビームが通過する通過領域を有し、複数の導体板は、長手方向に直列に接続され、インピーダンス整合がされている。ビーム偏向器制御装置は、荷電粒子ビームが複数の導体板の短手方向を通過する通過周期である粒子移動基本時間に、複数の導体板の長手方向を伝送する伝送周期である伝送基本時間を同期させた電圧パルスを出力する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る粒子線照射装置は、従来の偏向キッカー電磁石に印加する電圧よりも低電圧の電圧パルスをライン電極板に供給し、電圧パルスの立下り時間を短くしたので、スキャニング照射方式におけるビーム遮断の際の過渡線量を抑制し、照射線量精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の粒子線治療装置の概略構成図である。
【図２】図１の粒子線照射装置を示す構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１によるビーム偏向器を示す図である。
【図４】図４のビーム偏向器を上から見た上面図である。
【図５】図４のビーム偏向器のマイクロストリップラインを説明する図である。
【図６】図３のビーム偏向器に印加する電界Ｅの計算条件を説明する図である。
【図７】図２のビーム偏向器のビーム出力波形を説明する図である。
【図８】図１の粒子線照射装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図９】図２のビーム偏向器のビーム制御を説明する図である。
【図１０】本発明の実施の形態２による粒子線照射装置を示す構成図である。
【図１１】本発明の実施の形態２によるビーム偏向器を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３による粒子線照射装置を示す構成図である。
【図１３】本発明の実施の形態３によるビーム偏向器を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態４による粒子線照射装置を示す構成図である。
【図１５】本発明の実施の形態４によるビーム偏向器を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は本発明の粒子線治療装置の概略構成図である。粒子線治療装置５１は、ビーム発生装置５２と、ビーム輸送系５９と、粒子線照射装置５８ａ、５８ｂ（又は６０ａ、６０ｂ）とを備える。ビーム発生装置５２は、イオン源（図示せず）と、前段加速器５３と、シンクロトロン５４とを有する。粒子線照射装置５８ｂ（６０ｂ）は回転ガントリ（図示せず）に設置される。粒子線照射装置５８ａ（６０ａ）は回転ガントリを有しない治療室
に設置される。ビーム輸送系５９の役割はシンクロトロン５４と粒子線照射装置５８ａ、５８ｂの連絡にある。ビーム輸送系５９の一部は回転ガントリ（図示せず）に設置され、その部分には複数の偏向電磁石５５ａ、５５ｂ、５５ｃを有する。
【００１３】
イオン源で発生した陽子線等の粒子線である荷電粒子ビーム１は、前段加速器５３で加速され、シンクロトロン５４に入射される。荷電粒子ビーム１は、所定のエネルギーまで加速される。シンクロトロン５４から出射された荷電粒子ビーム１は、ビーム輸送系５９を経て粒子線照射装置５８ａ（６０ａ）、５８ｂ（６０ｂ）に輸送される。粒子線照射装置５８ａ（６０ａ）、５８ｂ（６０ｂ）は荷電粒子ビームを治療台８に固定された患者１０の照射対象１６（図２参照）に照射する。
【００１４】
図２は本発明の実施の形態１による粒子線照射装置を示す構成図である。ビーム発生装置５２で発生され、所定のエネルギーまで加速された荷電粒子ビーム１は、ビーム輸送系５９を経由し、粒子線照射装置５８へと導かれる。粒子線照射装置５８は、荷電粒子ビーム１に垂直な方向であるＸ方向及びＹ方向に荷電粒子ビーム１を走査するＸ方向走査電磁石３ａ及びＹ方向走査電磁石３ｂと、位置モニタ１４と、線量モニタ１５と、Ｘ方向走査電磁石電源４ａと、Ｙ方向走査電磁石電源４ｂと、ビーム偏向器２と、ビーム偏向器制御装置７と、粒子線照射装置５８の照射系５及びビーム偏向器制御装置７を制御する照射制御装置６とを備える。Ｘ方向走査電磁石３ａ、Ｙ方向走査電磁石３ｂ、位置モニタ１４、線量モニタ１５は照射系５を構成する。照射系５は筐体１７に配置され、照射系５の上側である筐体１７の上側にビームダンプ９が配置される。ビームダンプ９は鉛等の重金属材料を用いて形成される。ビーム偏向器制御装置７は、パルス制御器１１と、高速スイッチ（スイッチ）１２と、偏向器電源１３を有する。なお、高速スイッチの例として、例えばＢＥＨＬＫＥ社製の高電圧・高速半導体スイッチ等を用いることができる。また、荷電粒子ビーム１の進行方向はＺ方向である。また、図２において筐体１７及びビームダンプ９は断面を示している。
【００１５】
ビーム偏向器２は、ビーム偏向器制御装置７により制御される。ビーム偏向器２は、粒子線照射装置５８に入射される粒子線ビーム１の進行方向を電場により変更し、粒子線ビーム１を所定の照射期間に照射系５へ導き、所定の照射期間以外には粒子線ビーム１をビームダンプ９の側に導き、照射系５への粒子線ビーム１を遮断する。実施の形態１では粒子線ビーム１を偏向し、偏向された偏向ビーム１９をビームダンプ９に導き、照射系５への粒子線ビーム１を遮断する。Ｘ方向走査電磁石３ａは荷電粒子ビーム１をＸ方向に走査する走査電磁石であり、Ｙ方向走査電磁石３ｂは荷電粒子ビーム１をＹ方向に走査する走査電磁石である。Ｘ方向走査電磁石３ａ及びＹ方向走査電磁石３ｂは、荷電粒子ビーム１を走査する。Ｘ方向走査電磁石電源４ａは、Ｘ方向走査電磁石３ａへ荷電粒子ビーム１を走査するための励磁電流を供給する。Ｙ方向走査電磁石電源４ｂは、Ｙ方向走査電磁石３ｂへ荷電粒子ビーム１を走査するための励磁電流を供給する。
【００１６】
線量モニタ１５は荷電粒子ビーム１の照射線量を検出する。照射制御装置６は、図示しない治療計画装置で作成された治療計画データに基づいて、照射対象１６における荷電粒子ビーム１の照射位置を制御し、線量モニタ１５で測定され、図示しない線量データ変換器でデジタルデータに変換された線量が目標線量に達するとビーム偏向器制御装置７に指令（ビーム遮断指令）を出し、ビーム偏向器２が荷電粒子ビーム１を遮断する。Ｘ方向走査電磁石電源４ａ及びＹ方向走査電磁石電源４ｂは、照射制御装置６から出力されたＸ方向走査電磁石３ａ及びＹ方向走査電磁石３ｂへの制御入力（指令）に基づいてＸ方向走査電磁石３ａ及びＹ方向走査電磁石３ｂの励磁電流を変化させる。
【００１７】
ビーム偏向器制御装置７は、偏向器電源１３が供給する電圧を高速スイッチ１２によってパルス状にスイッチングを行い、すなわち、パルス状に形成する。偏向器電源１３が供
給する電圧は形成したパルスのハイレベルの電圧になる。この際、ビーム偏向器制御装置７のパルス制御器１１は、高速スイッチ１２がスイッチする間隔及び周期を制御する。粒子線照射装置５８に入射する荷電粒子ビーム１は、ビーム偏向器２、照射系５を経て、筐体１７の下側に配置される照射窓１８から出射され、治療台８に固定された患者１０の照射対象１６に照射される。
【００１８】
ビーム偏向器２を詳しく説明する。図３は本発明の実施の形態１によるビーム偏向器を示す図であり、図４はビーム偏向器を上から見た上面図であり、図５はビーム偏向器のマイクロストリップラインを説明する図である。なお、図３では導体板２７を６つ配置した例であり、図４及び５は、導体板２７を８つ配置した例を示している。ビーム偏向器２は、マイクロストリップライン式静電電極板２４（以降、単にライン電極板と称する）とライン電極板２４に対向する電極板２６を有する。ライン電極板２４は、ＧＦＲＰ（ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃｓ）板等の基板２８の表面に複数の銅板等の導体板２７を並行に配置し、基板２８の裏面に銅板等の裏面導体２５を配置したものである。裏面導体２５は接地レベルにされ（ＧＮＤに接続され）、電極板２６はＤＣ電源（直流電源）２９に接続され、ライン電極板２４の各導体板２７には電圧パルス３１が伝送される。電極板２６とライン電極板２４は、荷電粒子ビーム１の入射ビーム軸に対し平行に設置される。ビーム偏向器２は、ライン電極板と電極板との間に荷電粒子ビームが通過する通過領域を有する。ライン電極板２４にパルス電圧３１が入力されない場合に、すなわち接地レベルの電圧が印加された場合に、電極板２６とライン電極板２４との間に作られる各電場Ｅ１〜Ｅ６（方向は電極板２６からライン電極板２４）により荷電粒子ビーム１は偏向される。ライン電極板２４にパルス電圧３１が入力された場合は、電極板２６とライン電極板２４との間に作られる各電場Ｅ１〜Ｅ６が相殺するように動作させることで、荷電粒子ビーム１は直進する。電場Ｅ１は導体板２７ａと電極板２６間の電場である。同様に電場Ｅ２〜Ｅ６は、それぞれ導体板２７ｂ〜２７ｆと電極板２６間の電場である。なお、図３において、ライン電極板２４及び電極板２６は断面を示している。
【００１９】
ライン電極板２４にパルス電圧３１が入力されない場合、すなわち接地レベルの電圧が印加された場合は、荷電粒子ビーム１は偏向され、荷電粒子ビーム１は偏向ビーム１９となって入射ビーム軸からそれてビーム偏向器２を通過する。ライン電極板２４にパルス電圧３１が入力された場合は、荷電粒子ビーム１は偏向されず、荷電粒子ビーム１は直進ビーム２０となって入射ビーム軸に沿ってビーム偏向器２を通過する。これによりライン電極板２４にスイッチングされた電圧パルス３１が伝送されている場合のみ、荷電粒子ビーム１を直進させ、それ以外は偏向させる機能を、一つのライン電極板２４により行うことができる。
【００２０】
ライン電極板２４は、図５に示すように、幅Ｗ、長さＬ１（図４参照）、厚さｔ１の導体板２７ａ〜２７ｈが、厚さｔ２の基板２８に露出して配置される。ライン電極板２４はマイクロストリップラインの構造を備えるので、マイクロストリップラインのインピーダンスマッチング（インピーダンス整合）の原理により、導体板２７ａ〜２７ｈのそれぞれは、所定のインピーダンス（例えば５０Ω）を有する。また、図４に示すように導体板２７ａ〜２７ｈはそれぞれ間隔Ｓだけ間隔を空けて配置される。ここでマイクロストリップラインの特性インピーダンスＺ０は、基板２８の比誘電率をεｒとすると数式（１）のように表わせる。
Ｚ０＝８７／√（εｒ＋１．４１）×ｌｎ（Ａ／Ｂ） ・・・（１）
なお、Ａ及びＢは、それぞれ数式（２）及び数式（３）のように表わせる。
Ａ＝５．９８×（ｔ２−ｔ１） ・・・（２）
Ｂ＝０．８×Ｗ×ｔ１ ・・・（３）
比誘電率をεｒ、幅Ｗ、厚さｔ１、厚さｔ２を選択することで、所定のインピーダンス
（例えば５０Ω）を得ることができる。
【００２１】
図４に示すように、ライン電極板２４の８つの導体板２７ａ〜２７ｈは、それぞれ遅延配線３２（３２ａ〜３２ｇ）で接続され、１本の伝送路を構成するように直列接続される。導体板２７ａには電圧パルス３１を導入する入力配線３７が接続され、導体板２７ｈの終端には一端が接地された終端抵抗３３が接続される。ライン電極板２４の各導体板２７ａ〜２７ｈは所定のインピーダンス（例えば５０Ω）を有し、終端でインピーダンスマッチング用の終端抵抗３３を介して接地されるので、ライン電極板２４に入力されるスイッチングされた電圧パルス３１は反射することなく、ライン電極板２４内を伝送することができる。なお、遅延配線３２（３２ａ〜３２ｇ）と終端抵抗３３のインピーダンスは導体板２７ａ〜２７ｈのインピーダンスと等しくする。
【００２２】
また、遅延配線３２ａ〜３２ｇは、基板２８にプリント配線のようにリソグラフィ技術や多層配線技術を用いて形成してもよい。遅延配線３２ａ〜３２ｇを基板２８に形成することで、遅延配線３２ａ〜３２ｇの半田接続作業等が不要となり、ライン電極板２４でのインピーダンス調整を容易に行うことができる。
【００２３】
ビーム偏向器２により荷電粒子ビーム１の進行を制御する方法を詳しく説明する。荷電粒子ビーム１は複数の荷電粒子３０（適宜、粒子３０と称する）の束なので、１つの粒子３０が導体板２７の短手方向（短辺）を通過する時間と電圧パルス３１が導体板２７の長手方向（長辺）を通過する時間とが後述する所定の同期関係になるようにライン電極板２４を構成することで、初めの導体板２７ａで電圧パルス３１の影響を受けた粒子群のみが、次の導体板２７ｂ〜２７ｈでも電圧パルス３１の影響を受けるようにする。これにより、ライン電極板２４に入射された時点で、スイッチングされた電圧パルス幅（時間幅）分の粒子群は電場Ｅの影響を受けなくなり、ビームを直進させることができる。
【００２４】
粒子３０はライン電極板２４の中央を通過する場合を考える。ビームの中心成分に注目し、ビームの中心成分がライン電極板２４を通るように位置調整し、使用するからである。粒子３０の速度をｖ１とすると、粒子３０が導体板２７を通過する時間はＷ／ｖ１である。粒子３０が導体板２７の短手方向（短辺）を通過し、次の導体板２７に到達する時間（粒子移動基本時間）ＴＰ０は、（Ｗ＋Ｓ）／ｖ１となる。所定の伝送特性を有する導体板２７を伝送する電圧パルス３１の速度をｖ２とすると、電圧パルス３１が導体板２７の長手方向（長辺）を通過する時間は、Ｌ１／ｖ２である。また、遅延配線３２の伝搬遅延時間ＴＤから、導体板２７の長手方向の長さに相当する実効長Ｌ２を導入する。実効長Ｌ２はｖ２×ＴＤで計算できる。初めの導体板２７を通過して遅延配線３２を通過した時間、すなわち初めの導体板２７を通過して次の導体板２７に到達する時間（伝送基本時間）ＴＶ０は、（Ｌ１＋Ｌ２）／ｖ２となる。粒子移動基本時間ＴＰ０と伝送基本時間ＴＶ０とが一致するようにライン電極板２４を構成する。このようにすることで、上述の所定の同期関係を実現でき、上述したように、ライン電極板２４に入射された時点で、スイッチングされた電圧パルス幅（時間幅）分の粒子群は電場Ｅの影響を受けなくなり、ビームを直進させることができる。なお、粒子移動基本時間ＴＰ０は荷電粒子ビーム１が複数の導体板２７ａ〜２７ｈの短手方向を通過する通過周期であり、伝送基本時間ＴＶ０は複数の導体板２７ａ〜２７ｈの長手方向を伝送する伝送周期である。
【００２５】
上述の粒子移動基本時間ＴＰ０と伝送基本時間ＴＶ０とが一致する所定の同期関係を実現する上で、必要となる粒子３０の速度ｖ１と電圧パルス３１の伝送速度ｖ２について説明する。粒子３０の速度ｖ１と電圧パルス３１の伝送速度ｖ２は、それぞれ数式（４）及び数式（５）のように表わせる。
ｖ１＝ｃ×√（１−（Ｔ／（Ｔ＋Ｋ））２） ・・・（４）
ｖ２＝１／√（Ｌ×Ｃ） ・・・（５）
ここで、Ｋは粒子３０のエネルギー（ＭｅＶ）、ｃは光速、Ｔは陽子の静止エネルギー、Ｌは導体板２７のインダクタンス、Ｃは導体板２７の電気容量である。
【００２６】
ビーム偏向器２で荷電粒子ビーム１に印加する電界Ｅについて説明する。図６は電界Ｅを計算するための条件を説明する図である。２１は荷電粒子ビーム１がビーム偏向器２を通過する直進ビーム２０に平行な直進ビーム平行軸である。点Ｐは荷電粒子ビーム１の偏向距離ｄを評価するための評価点であり、例えばビームダンプ９の内部点である。ライン電極板２４の長さをＬ４とし、ライン電極板２４の前端から評価点Ｐまでの直進ビーム平行軸上での距離をＬ３とする。ライン電極板２４の終端において、荷電粒子３０は直進ビーム平行軸方向の速度成分はｖ１であるが、荷電粒子３０は電界Ｅの影響を受けて、ライン電極板２４の垂直方向成分を得る。この荷電粒子３０の速度における垂直方向成分（垂直方向速度成分）をｖｂとする。また、偏向ビーム軌道２２と直進ビーム平行軸２１の角度をθとする。荷電粒子３０の垂直方向速度成分ｖｂは、ｖ１×ｔａｎθなので、数式（６）のように表わされる。
ｖｂ＝ｖ１×ｄ／（Ｌ３−Ｌ４） ・・・（６）
【００２７】
荷電粒子３０がライン電極板２４の終端において、垂直方向速度成分ｖｂの速度を持つために必要な電位差Ｖを考える。陽子の質量をｍ１、電荷をｑとすると、ライン電極板２４の終端において、運動エネルギーは１／２×ｍ１×ｖｂ２であり、電位差Ｖによって荷電粒子３０が得るエネルギーはｑ×Ｖなので、電位差Ｖは数式（７）のように表わされる。
Ｖ＝（１／２×ｍ１×ｖｂ２）／ｑ ・・・（７）
ライン電極板２４の終端において必要な電位差Ｖは、ライン電極板２４のｎ１本の導体板２７のそれぞれで分担することになる。すなわち、荷電粒子３０が導体板２７の１本当たりＶ／ｎ１の電位差を受けるように、ライン電極板２４のｎ１本の導体板２７と電極板２６間に電界Ｅを発生させればよい。導体板２７の幅Ｗを通過する場合に、その幅Ｗを通過する時間はｖ１／Ｗなので、ライン電極板２４の垂直方向の移動距離ｄａは、数式（８）のように表わされる。
ｄａ＝（ｖｂ／ｎ１）×（Ｗ／ｖ１） ・・・（８）
したがって、ビーム偏向器２で荷電粒子ビーム１に印加すべき電界Ｅは（Ｖ／ｎ１）／ｄａなので、数式（７）、（８）を代入し整理すると、数式（９）のように表わされる。
Ｅ＝（１／２×ｍ１×ｖｂ×ｖ１）／（ｑ×Ｗ） ・・・（９）
数式（９）に数式（６）を代入して整理すると、電界Ｅは数式（１０）のように表わされる。
Ｅ＝ｍ１×ｄ×ｖ１２／（２×ｑ×Ｗ×（Ｌ３−Ｌ４）） ・・・（１０）
【００２８】
ここで、ビーム偏向器２が従来の偏向キッカー電磁石に比べてパルスの立ち上がり、立ち下りが早くなることを説明する。図７はビーム偏向器のビーム出力波形を説明する図である。図７（ａ）は偏向機器に入射する荷電粒子ビーム１のビームパルス３８を示す図であり、図７（ｂ）は偏向キッカー電磁石に供給される偏向キッカー電源出力波形３９を示す図であり、図７（ｃ）は低電圧の偏向キッカー電源出力波形４０を示す図であり、図７（ｄ）はビーム偏向器２に入力される電圧パルス３１の波形を示す図である。図７（ａ）の縦軸はエネルギーであり、図７（ｂ）、図７（ｃ）、図７（ｄ）の縦軸は電圧であり、横軸はいずれも時間である。偏向キッカー電磁石は、シンクロトロン等の円形加速器における周回粒子や直進する走行粒子に磁場で力を与え、偏向させる機能を持つ。一回の励磁で軌道を変えるためには数十ｋＶという高電圧を、偏向キッカー電源は整形されたパルスとしてでは無く、放電という形で偏向キッカー電磁石へ印加する。このため、図７（ｂ）に示すように出力波形の立ち上がり、立ち下り部分は大きな傾斜を持ち、偏向キッカー電源出力波形３９の立ち上がり時間Ｔｒ１、立ち下り時間Ｔｆ１はかなり長いものとなっている。
【００２９】
したがって、偏向機器として従来の偏向キッカー電磁石を使う場合は、偏向キッカー電源出力波形３９の平らになった部分であるフラットトップの中心が周回粒子中心成分と一致するように（同期するように）調整して利用する。しかしながら、フラットトップ幅が周回粒子や走行粒子の時間幅に対し十分広くない場合、偏向キッカー電磁石の立ち下り部分の影響を受ける粒子が存在するので、荷電粒子ビーム１のビームの切れ（遮断特性）が悪い、すなわち漏れビームが発生する原因となる。
【００３０】
また、ライン電極板２４と異なり、分割しない一枚の電極板で構成される対向した１組の静電電極板の場合も上記と同様に、一回の印加で周回粒子や走行粒子を偏向させなければならず、印加電圧も大きくなるので出力波形の立ち上がり、立ち下り部分の影響を受ける可能性がある。
【００３１】
実施の形態１のビーム偏向器２の場合、複数の導体板２７毎に荷電粒子ビーム１を偏向するので、１回の偏向角は小さくて良く、印加電圧も小さくできるので、立ち上りや立ち下り部分の影響を上記２ケースと比較して受けにくくすることができる。ここで、図７（ｃ）に示すように、低電圧の偏向キッカー電源出力波形４０を考える。低電圧の偏向キッカー電源出力波形４０における立ち上がり時間Ｔｒ２、立ち下り時間Ｔｆ２は、偏向キッカー電源出力波形３９の立ち上がり時間Ｔｒ１、立ち下り時間Ｔｆ１よりも短くなる。さらに、ビーム偏向器２に入力される電圧パルス３１は、図７（ｄ）に示すように、ビーム偏向器制御装置７の高速スイッチ１２により整形された電圧パルスを使用するので、電圧パルス３１の立ち上がり時間Ｔｒ３、立ち下り時間Ｔｆ３は、立ち上がり時間Ｔｒ２、立ち下り時間Ｔｆ２より短くできる。したがって、実施の形態１のビーム偏向器２は荷電粒子ビーム１のビームの切れを良くすることができる。
【００３２】
次に粒子線照射装置５８の動作を説明する。図８は粒子線照射装置の制御方法を示すフローチャートであり、図９はビーム偏向器のビーム制御を説明する図である。スポットスキャニングでは治療する部位におけるあるスポットに対し、治療計画で定められた線量を照射対象１６に荷電粒子ビーム１により照射するので、まず、あるスポットに対する指令電流により走査電磁石３ａ、３ｂを励磁する（ステップＳＴ１）。具体的には、照射制御装置６は、あるスポットの位置に対応する指令電流をＸ方向走査電磁石電源４ａ及びＹ方向走査電磁石電源４ｂに送り、Ｘ方向走査電磁石電源４ａ及びＹ方向走査電磁石電源４ｂは、Ｘ方向走査電磁石３ａ及びＹ方向走査電磁石３ｂを指令電流にしたがって、指令電流で指定された励磁電流により走査電磁石を励磁する。
【００３３】
走査電磁石３ａ、３ｂの設定が完了したら、例えばＸ方向走査電磁石３ａ及びＹ方向走査電磁石３ｂから設定完了の信号を受けて、荷電粒子ビーム１を粒子線照射装置５８に入射し、ビーム偏向器２を直進ビームとして通過させ、当該スポットに対して照射を開始する（ステップＳＴ２）。ビーム偏向器２を直進ビームとして通過させるために、照射制御装置６は、ビーム偏向器制御装置７にビーム遮断解除指令を出す。ビーム偏向器制御装置７は、ビーム遮断解除指令を受けてビーム偏向器２に電圧パルスを出力し、荷電粒子ビーム１を照射系５に導く。
【００３４】
照射制御装置６は、当該スポットに治療計画通りの照射が行われたことを、線量モニタ１５で検出した照射線量が満了したか（照射線量が計画線量に達したか）を判定する（ステップＳＴ３）。満了した場合はビーム偏向器２により荷電粒子ビーム１を遮断する（ステップＳＴ４）。具体的には、照射線量が満了した場合に、照射制御装置６は、ビーム偏向器制御装置７にビーム遮断指令を出し、ビーム偏向器制御装置７は、ビーム偏向器２に電圧パルスの出力を停止し（接地レベルの電圧を出力し）、荷電粒子ビーム１を遮断する。
【００３５】
照射制御装置６は、次のスポットがあるかを判定し、次のスポットがある場合は、ステップＳＴ６に移り、次のスポットがない場合は照射を終了する（ステップＳＴ５）。ステップＳＴ６にて、次のスポットに対する指令電流により走査電磁石３ａ、３ｂを励磁する。ステップＳＴ１と同様に動作する。
【００３６】
走査電磁石３ａ、３ｂの設定が完了したら、ビーム偏向器２により荷電粒子ビーム１の遮断を解除し、当該スポットに対して照射を開始する（ステップＳＴ７）。具体的には、照射制御装置６は、走査電磁石３ａ、３ｂの設定が完了したら、例えばＸ方向走査電磁石３ａ及びＹ方向走査電磁石３ｂから設定完了の信号を受けて、ビーム偏向器制御装置７にビーム遮断解除指令を出す。ビーム偏向器制御装置７は、ビーム遮断解除指令を受けてビーム偏向器２に電圧パルスを出力し、荷電粒子ビーム１を照射系５に導き、当該スポットに対して照射を開始する。ステップＳＴ７の動作を行った後にステップＳＴ３に戻る。以上のように照射対象１６における複数層の１つの層（スライス）におけるスポットが終了するまで繰り返す。１つのスライスに対する照射が終了したら、荷電粒子ビーム１のエネルギーを変更し、ステップＳＴ１〜ステップＳＴ７を実行し、他のスライスに対する照射を行う。
【００３７】
ここで、ビーム偏向器２の電圧パルス３１と照射対象１６に照射する荷電粒子ビーム１の照射時間の関係を説明する。図９は、ビーム偏向器２のビーム制御を説明する図である。図９（ａ）は粒子線照射装置５８に入射される荷電粒子ビーム１の入射ビームパルス３４を示す図であり、図９（ｂ）はビーム偏向器２に入力される電圧パルス３１を示す図であり、図９（ｃ）は照射対象１６に照射する出射ビームパルス３５を示す図である。図９（ａ）、図９（ｃ）の縦軸はエネルギーであり、図９（ｂ）の縦軸は電圧であり、横軸はいずれも時間である。
【００３８】
ビーム偏向器２は、初めに入射ビームパルス３４の荷電粒子ビーム１を偏向し、スイッチングされた電圧パルス３１が入力されると、荷電粒子ビーム１を直進させる。そして電圧パルス３１の出力を停止（接地レベルの電圧を出力）することで、荷電粒子ビーム１を偏向し、遮断する。すなわち、ビーム偏向器２は、電圧パルス３１により入射ビームパルス３４から出射ビームパルス３５を取り出す。この電圧パルス３１が入力された時間は、ビーム照射時間Ｔａ（１）、Ｔａ（２）、Ｔａ（Ｎ）となる。電圧パルス３１が入力されない時間は、ビーム遮断時間Ｔｂとなる。なお、ビーム照射時間の整数１、２、Ｎはスポットの番号を示している。このように実施の形態１の粒子線照射装置５８は、ビーム偏向器２を制御することにより、取り出された出射ビームパルス３５のパルス幅（Ｈパルス幅）をスポットへの照射時間に同期させ、出射ビームパルス３５の停止時間（Ｌレベル幅）を次スポットへの移動時間（準備時間）に同期させることができる。
【００３９】
一般的に、粒子線治療装置のサイクロトロン内を周回して加速され、サイクロトロンから出射される荷電粒子ビーム１は、長くても１ｍｓ以下のビーム長である。スポットスキャンニング照射方式では、ビーム長が１ｍｓ以下の荷電粒子ビーム１をスポット毎に対応する時間のビーム長に切り出して照射する。実施の形態１のビーム偏向器２は、電圧が低電圧化され、高速スイッチ１２で高速スイッチングされた電圧パルスが供給される。すなわち、高速スイッチ１２により、数ｎｓオーダーの立ち上がり時間Ｔｒ３、立ち下り時間Ｔｆ３の電圧パルスが供給されるので、１００ｎｓオーダーのビーム長で荷電粒子ビーム１を切り出すことができる。実施の形態１の粒子線照射装置５８は、スポット毎に、短いビーム長の荷電粒子ビーム１を照射することができる。また、電圧パルス３１の立ち上がり時間Ｔｒ３、立ち下り時間Ｔｆ３を短くできるので、次のスポットに対する照射準備は特に不要であり、次のスポットの位置に荷電粒子ビーム１が照射されるようにＸ方向走査電磁石３ａ及びＹ方向走査電磁石３ｂの設定が完了したら、即座にビーム遮断を解除して、当該スポットに照射できる。したがって、照射対象１６に対する全体の照射が完了するまでの時間（治療時間）を短くすることができる。
【００４０】
実施の形態１の粒子線照射装置５８は、従来の偏向キッカー電磁石に入力される電圧パルスよりも低電圧で、かつ、立ち上がり時間及び立ち下り時間が短い電圧パルス３１をビーム偏向器２に入力するので、従来とは異なりビーム遮断の際の過渡線量を抑制し、照射線量精度を向上させることができる。また、ビーム偏向器２に入力する電圧パルス３１の電圧をさらに低電圧にする場合は、ビーム偏向器２の導体板２７の数を増やすことで、導体板２７毎の偏向角度は小さくても、ビーム偏向器２全体の偏向角度を大きく（調整）することができる。ビーム偏向器２に入力する電圧パルス３１の電圧をさらに低電圧にすれば、さらに立ち上がり時間及び立ち下り時間を短くできる。したがって、さらにビーム遮断の際の過渡線量を抑制し、照射線量精度を向上させることができる。なお、従来の偏向キッカー電磁石に入力される電圧パルスよりも低電圧にすることだけでも、過渡線量を抑制し、照射線量精度を向上させることができる。
【００４１】
以上のように実施の形態１の粒子線照射装置５８によれば、走査電磁石３ａ、３ｂの上流側に配置され、荷電粒子ビーム１の進行方向を電場により変更し、照射対象１６への荷電粒子ビーム１の出射及び遮断を行うビーム偏向器２と、荷電粒子ビーム１の進行方向を制御する電圧パルス３１をビーム偏向器２に出力するビーム偏向器制御装置７を備え、ビーム偏向器２は、荷電粒子ビーム１の進行方向に短手方向を並べた複数の導体板２７ａ〜２７ｈが配置されたライン電極板２４と、ライン電極板２４に平行に配置された電極板２６と、ライン電極板２４と電極板２６との間に荷電粒子ビーム１が通過する通過領域を有し、複数の導体板２７ａ〜２７ｈは、長手方向に直列に接続され、インピーダンス整合がされており、ビーム偏向器制御装置７は、荷電粒子ビーム１が複数の導体板２７ａ〜２７ｈの短手方向を通過する通過周期である粒子移動基本時間ＴＰ０に、複数の導体板２７ａ〜２７ｈの長手方向を伝送する伝送周期である伝送基本時間ＴＶ０を同期させた電圧パルス３１を出力するので、従来の偏向キッカー電磁石に印加する電圧よりも低電圧の電圧パルスをライン電極板に供給し、電圧パルスの立下り時間を短くでき、スキャニング照射方式におけるビーム遮断の際の過渡線量を抑制し、照射線量精度を向上させることができる。
【００４２】
実施の形態１の粒子線治療装置は、荷電粒子ビーム１を発生させ、この荷電粒子ビーム１を加速器５４で加速させるビーム発生装置５２と、加速器５４により加速された荷電粒子ビーム１を輸送するビーム輸送系５９と、ビーム輸送系５９で輸送された荷電粒子ビーム１を照射対象９に照射する粒子線照射装置５８とを備え、粒子線照射装置５８は、走査電磁石３ａ、３ｂの上流側に配置され、荷電粒子ビーム１の進行方向を電場により変更し、照射対象１６への荷電粒子ビーム１の出射及び遮断を行うビーム偏向器２と、荷電粒子ビーム１の進行方向を制御する電圧パルス３１をビーム偏向器２に出力するビーム偏向器制御装置７を備え、ビーム偏向器２は、荷電粒子ビーム１の進行方向に短手方向を並べた複数の導体板２７ａ〜２７ｈが配置されたライン電極板２４と、ライン電極板２４に平行に配置された電極板２６と、ライン電極板２４と電極板２６との間に荷電粒子ビーム１が通過する通過領域を有し、複数の導体板２７ａ〜２７ｈは、長手方向に直列に接続され、インピーダンス整合がされており、ビーム偏向器制御装置７は、荷電粒子ビーム１が複数の導体板２７ａ〜２７ｈの短手方向を通過する通過周期である粒子移動基本時間に、複数の導体板２７ａ〜２７ｈの長手方向を伝送する伝送周期である伝送基本時間を同期させた電圧パルス３１を出力するので、照射線量精度の高い粒子線治療を行うことができる。
【００４３】
実施の形態２．
図１０は本発明の実施の形態２による粒子線照射装置を示す構成図であり、図１１は本発明の実施の形態２によるビーム偏向器を示す図である。実施の形態２の粒子線照射装置
６０は、実施の形態１の粒子線照射装置５８とは、電圧パルス３１が入力された場合に荷電粒子ビーム１を偏向するビーム偏向器２（２ｂ）を有する点で異なる。なお、図１０において筐体１７及びビームダンプ９は断面を示しており、図１１において、ライン電極板２４及び電極板２６は断面を示している。
【００４４】
実施の形態２のビーム偏向器２（２ｂ）は、実施の形態１のビーム偏向器２（２ａ）とは、電極板２６が接地レベルにされ（ＧＮＤに接続され）点で異なる。ライン電極板２４の各導体板２７には電圧パルス３１が伝送される。電極板２６とライン電極板２４は、荷電粒子ビーム１の入射ビーム軸に対し平行に設置される。電極板２６とライン電極板２４との間に作られる各電場Ｅ１〜Ｅ６により荷電粒子ビーム１は偏向される。電場Ｅ１は導体板２７ａと電極板２６間の電場である。同様に電場Ｅ２〜Ｅ６は、それぞれ導体板２７ｂ〜２７ｆと電極板２６間の電場である。
【００４５】
電極板２６とライン電極板２４間に電場Ｅ１〜Ｅ６がない場合は、荷電粒子ビーム１は偏向されず、荷電粒子ビーム１は直進ビーム２０となって入射ビーム軸に沿ってビーム偏向器２を通過する。電極板２６とライン電極板２４間に電場Ｅ１〜Ｅ６がある場合は、荷電粒子ビーム１は偏向され、荷電粒子ビーム１は偏向ビーム１９となって入射ビーム軸からそれてビーム偏向器２を通過する。これによりライン電極板２４にスイッチングされた電圧パルス３１が伝送されている（Ｈレベルの電圧が印加されている）場合のみ、荷電粒子ビーム１を偏向させ、それ以外は直進させる機能を、一つのライン電極板２４により行うことができる。
【００４６】
図４で示したビーム偏向器を上から見た上面図を用いて、ビーム偏向器２ｂにより荷電粒子ビーム１の進行を制御する方法を詳しく説明する。実施の形態１と同様に荷電粒子ビーム１は複数の荷電粒子３０の束なので、粒子３０が導体板２７を通過する時間と電圧パルス３１が導体板２７の長手方向を通過する時間とを同期させることで、初めの導体板２７ａで電圧パルス３１の影響を受けた粒子群のみが、次の導体板２７ｂ〜２７ｈでも電圧パルス３１の影響を受けるようにする。これにより、ライン電極板２４に入射された時点で、スイッチングされた電圧パルス幅（時間幅）分の粒子群に多段のキック（電極板２６からライン電極板２４方向の力）を与えたことになり、ビームを偏向することができる。
【００４７】
実施の形態２の粒子線照射装置６０の動作は、実施の形態１の粒子線照射装置５８と同様である。なお、遮断の際には直線ビーム２０となり、照射対象１６への照射の際、すなわち遮断解除の際には偏向ビーム１９となり、実施の形態１の粒子線照射装置５８とは逆になっている。
【００４８】
実施の形態２の粒子線照射装置６０は、ビーム偏向器２ｂにより荷電粒子ビーム１を遮断する際に、電極板２６とライン電極板２４との間に電場が形成されないので、照射中に粒子線照射装置６０、特にビーム偏向器制御装置７に電源ダウンの異常が発生した場合に、速やかに荷電粒子ビーム１を遮断するようにできるので、粒子線照射装置６０の安全装置を複雑にせず、また安全停止制御を複雑にしないようにすることができる。
【００４９】
また、実施の形態２の粒子線照射装置６０は、荷電粒子ビーム１を照射対象１６に照射する照射軸（出射軸）から傾いた入射軸に沿って入射できるので、粒子線照射装置６０の照射軸（出射軸）方向の高さを小さくすることができる。
【００５０】
実施の形態３．
図１２は本発明の実施の形態３による粒子線照射装置を示す構成図であり、図１３は本発明の実施の形態３によるビーム偏向器を示す図である。実施の形態３の粒子線照射装置５８は、実施の形態１の粒子線照射装置５８とは、ビーム偏向器２（２ｃ）の配置向きを
変更し、荷電粒子ビーム１がビーム偏向器２（２ｃ）に入射する方向がビーム偏向器２（２ｃ）に対して斜めになっている点で異なる。図１２において筐体１７及びビームダンプ９は断面を示しており、図１３において、ライン電極板２４及び電極板２６は断面を示している。
【００５１】
実施の形態３の粒子線照射装置５８は、実施の形態１と同様の効果を奏する。さらに、実施の形態３の粒子線照射装置５８は、ビーム偏向器２（２ｃ）を荷電粒子ビーム１に対して斜めに配置できるので、導体板２７の数が増え、ライン電極板２４の長さが長くなった場合に、ビーム偏向器２（２ｃ）の荷電粒子ビーム１の入射軸方向の長さを小さくすることができる。したがって、粒子線照射装置５８の高さ（荷電粒子ビーム１の入射方向の長さ）を実施の形態１に比べて低くすることができる。
【００５２】
実施の形態４．
図１４は本発明の実施の形態４による粒子線照射装置を示す構成図であり、図１５は本発明の実施の形態４によるビーム偏向器を示す図である。実施の形態４の粒子線照射装置６０は、実施の形態２の粒子線照射装置６０８とは、ビーム偏向器２（２ｄ）の配置向きを変更し、荷電粒子ビーム１がビーム偏向器２（２ｄ）に入射する方向がビーム偏向器２（２ｄ）に対して斜めになっている点で異なる。図１４において筐体１７及びビームダンプ９は断面を示しており、図１５において、ライン電極板２４及び電極板２６は断面を示している。
【００５３】
実施の形態４の粒子線照射装置６０は、実施の形態２と同様に、ビーム偏向器２ｄにより荷電粒子ビーム１を遮断する際に、電極板２６とライン電極板２４との間に電場が形成されないので、照射中に粒子線照射装置６０、特にビーム偏向器制御装置７に電源ダウンの異常が発生した場合に、速やかに荷電粒子ビーム１を遮断するようにできるので、粒子線照射装置６０の安全装置を複雑にせず、また安全停止制御を複雑にしないようにすることができる。
【００５４】
なお、実施の形態１乃至４では、スポットスキャニング照射方式の例で説明したが、ラスタースキャニング照射方式にも適用できる。また、スポットスキャニング照射方式とラスタースキャニング照射方式の両方のメリットを取り入れようとした中間の照射方式（ビームを停止させずにスポット毎に移動させる方式、ハイブリッドスキャニング照射方式と呼ぶことにする）にも適用できる。また、ビームの出射の際に電圧パルスをハイレベルにする例で説明したが、ビームの出射の際に電圧パルスをローレベル（接地レベル）にし、ビーム偏向器２、ビーム偏向器制御装置７を電圧パルスの極性を反転させた構成にしても構わない。
【符号の説明】
【００５５】
１…荷電粒子ビーム、２…ビーム偏向器、３ａ…Ｘ方向走査電磁石、３ｂ…Ｙ方向走査電磁石、７…ビーム偏向器制御装置、１２…高速スイッチ、１３…偏向器電源、１５…線量モニタ、１６…照射対象、２４…ライン電極板、２５…裏面導体、２６…電極板、２７、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ、２７ｅ、２７ｆ、２７ｇ、２７ｈ…導体板、２８…基板、２９…ＤＣ電源、３１…電圧パルス、５１…粒子線治療装置、５２…ビーム発生装置、５４…シンクロトロン、５８、５８ａ、５８ｂ…粒子線照射装置、５９…ビーム輸送系、６０、６０ａ、６０ｂ…粒子線照射装置、ＴＶ０…伝送基本時間、ＴＰ０…粒子移動基本時間。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速器により加速された荷電粒子ビームを走査電磁石により走査して照射対象に照射する粒子線照射装置であって、
前記走査電磁石の上流側に配置され、前記荷電粒子ビームの進行方向を電場により変更し、前記照射対象への前記荷電粒子ビームの出射及び遮断を行うビーム偏向器と、
前記荷電粒子ビームの進行方向を制御する電圧パルスを前記ビーム偏向器に出力するビーム偏向器制御装置を備え、
前記ビーム偏向器は、前記荷電粒子ビームの進行方向に短手方向を並べた複数の導体板が配置されたライン電極板と、前記ライン電極板に平行に配置された電極板と、前記ライン電極板と前記電極板との間に前記荷電粒子ビームが通過する通過領域を有し、
前記複数の導体板は、長手方向に直列に接続され、インピーダンス整合がされており、
前記ビーム偏向器制御装置は、前記荷電粒子ビームが前記複数の導体板の短手方向を通過する通過周期である粒子移動基本時間に、前記複数の導体板の長手方向を伝送する伝送周期である伝送基本時間を同期させた前記電圧パルスを出力することを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項２】
前記ビーム偏向器制御装置は、前記電圧パルスにおけるハイレベルの電圧を供給する偏向器電源と、前記偏向器電源が供給する前記ハイレベルの電圧をパルス状に形成するスイッチを有することを特徴とする請求項１記載の粒子線照射装置。
【請求項３】
前記荷電粒子ビームの線量を測定する線量モニタを備え、
前記ビーム偏向器制御装置は、前記線量モニタで測定された照射線量が計画線量に達した場合に、前記ビーム偏向器に前記荷電粒子ビームの遮断を行うように前記電圧パルスを出力することを特徴とする請求項１または２に記載の粒子線照射装置。
【請求項４】
前記電極板は直流電源に接続され、
前記ビーム偏向器制御装置は、前記荷電粒子ビームの遮断を行う場合に接地レベルの電圧を前記ビーム偏向器に出力し、前記荷電粒子ビームの出射を行う場合に前記電圧パルスをハイレベルにして出力し、
前記ビーム偏向器は、前記荷電粒子ビームの遮断を行う場合に前記荷電粒子ビームを偏向し、前記荷電粒子ビームの出射を行う場合に前記荷電粒子ビームを直進させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の粒子線照射装置。
【請求項５】
前記電極板は接地レベルに接続され、
前記ビーム偏向器制御装置は、前記荷電粒子ビームの遮断を行う場合に接地レベルの電圧を前記ビーム偏向器に出力し、前記荷電粒子ビームの出射を行う場合に前記電圧パルスをハイレベルにして出力し、
前記ビーム偏向器は、前記荷電粒子ビームの遮断を行う場合に前記荷電粒子ビームを直進させ、前記荷電粒子ビームの出射を行う場合に前記荷電粒子ビームを偏向することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の粒子線照射装置。
【請求項６】
前記ライン電極板は、基板と、前記基板の表面側に配置された前記複数の導体板と、前記基板の裏面側に接地レベルに接続された裏面導体を有し、前記基板と前記複数の導体板と前記裏面導体の構造は、マイクロストリップライン構造であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の粒子線照射装置。
【請求項７】
荷電粒子ビームを発生させ、この荷電粒子ビームを加速器で加速させるビーム発生装置と、前記加速器により加速された荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、前記ビーム輸送系で輸送された荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線照射装置とを備え、
前記粒子線照射装置は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の粒子線照射装置であることを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項１】
加速器により加速された荷電粒子ビームを走査電磁石により走査して照射対象に照射する粒子線照射装置であって、
前記走査電磁石の上流側に配置され、前記荷電粒子ビームの進行方向を電場により変更し、前記照射対象への前記荷電粒子ビームの出射及び遮断を行うビーム偏向器と、
前記荷電粒子ビームの進行方向を制御する電圧パルスを前記ビーム偏向器に出力するビーム偏向器制御装置を備え、
前記ビーム偏向器は、前記荷電粒子ビームの進行方向に短手方向を並べた複数の導体板が配置されたライン電極板と、前記ライン電極板に平行に配置された電極板と、前記ライン電極板と前記電極板との間に前記荷電粒子ビームが通過する通過領域を有し、
前記複数の導体板は、長手方向に直列に接続され、インピーダンス整合がされており、
前記ビーム偏向器制御装置は、前記荷電粒子ビームが前記複数の導体板の短手方向を通過する通過周期である粒子移動基本時間に、前記複数の導体板の長手方向を伝送する伝送周期である伝送基本時間を同期させた前記電圧パルスを出力することを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項２】
前記ビーム偏向器制御装置は、前記電圧パルスにおけるハイレベルの電圧を供給する偏向器電源と、前記偏向器電源が供給する前記ハイレベルの電圧をパルス状に形成するスイッチを有することを特徴とする請求項１記載の粒子線照射装置。
【請求項３】
前記荷電粒子ビームの線量を測定する線量モニタを備え、
前記ビーム偏向器制御装置は、前記線量モニタで測定された照射線量が計画線量に達した場合に、前記ビーム偏向器に前記荷電粒子ビームの遮断を行うように前記電圧パルスを出力することを特徴とする請求項１または２に記載の粒子線照射装置。
【請求項４】
前記電極板は直流電源に接続され、
前記ビーム偏向器制御装置は、前記荷電粒子ビームの遮断を行う場合に接地レベルの電圧を前記ビーム偏向器に出力し、前記荷電粒子ビームの出射を行う場合に前記電圧パルスをハイレベルにして出力し、
前記ビーム偏向器は、前記荷電粒子ビームの遮断を行う場合に前記荷電粒子ビームを偏向し、前記荷電粒子ビームの出射を行う場合に前記荷電粒子ビームを直進させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の粒子線照射装置。
【請求項５】
前記電極板は接地レベルに接続され、
前記ビーム偏向器制御装置は、前記荷電粒子ビームの遮断を行う場合に接地レベルの電圧を前記ビーム偏向器に出力し、前記荷電粒子ビームの出射を行う場合に前記電圧パルスをハイレベルにして出力し、
前記ビーム偏向器は、前記荷電粒子ビームの遮断を行う場合に前記荷電粒子ビームを直進させ、前記荷電粒子ビームの出射を行う場合に前記荷電粒子ビームを偏向することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の粒子線照射装置。
【請求項６】
前記ライン電極板は、基板と、前記基板の表面側に配置された前記複数の導体板と、前記基板の裏面側に接地レベルに接続された裏面導体を有し、前記基板と前記複数の導体板と前記裏面導体の構造は、マイクロストリップライン構造であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の粒子線照射装置。
【請求項７】
荷電粒子ビームを発生させ、この荷電粒子ビームを加速器で加速させるビーム発生装置と、前記加速器により加速された荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、前記ビーム輸送系で輸送された荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線照射装置とを備え、
前記粒子線照射装置は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の粒子線照射装置であることを特徴とする粒子線治療装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−２４２５４（Ｐ２０１２−２４２５４Ａ）
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６４８７３（Ｐ２０１０−１６４８７３）
【出願日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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