荷電粒子線照射装置
【課題】 水平（Ｘ）方向と垂直（Ｙ）方向の荷電粒子の分布がガウス分布となるビームを照射部に向けて輸送できる荷電粒子線照射装置を提供する。
【解決手段】 加速器で加速された荷電粒子ビームの輸送系４と、輸送系４の末端に設けられる照射部５とを備えた荷電粒子線照射装置１において、輸送系４に荷電粒子ビームの散乱体１１と、散乱体１１の下流に設けられて荷電粒子ビームの水平（Ｘ）方向および垂直（Ｙ）方向のエミッタンス楕円の形状を調整可能な下流側電磁石１２とを備えることを特徴とする。
【解決手段】 加速器で加速された荷電粒子ビームの輸送系４と、輸送系４の末端に設けられる照射部５とを備えた荷電粒子線照射装置１において、輸送系４に荷電粒子ビームの散乱体１１と、散乱体１１の下流に設けられて荷電粒子ビームの水平（Ｘ）方向および垂直（Ｙ）方向のエミッタンス楕円の形状を調整可能な下流側電磁石１２とを備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線照射装置に関し、特に癌治療に用いられる荷電粒子線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、癌治療に荷電粒子線照射装置が用いられている。図１に示すように、従来の荷電粒子線照射装置１０１は、イオン発生源(図示せず)で発生させたＣ6+等の荷電粒子をシンクロトロン等の加速器１０２で光速の８０％程度まで加速して、出射デフレクタ１０３から輸送系１０４を経由して照射部１０５から癌等の患部に、荷電粒子ビーム(以下、ビームと記す)を照射する構成になっている。輸送系１０４には複数の偏向電磁石１０６、四極電磁石１０７が備えられ、ビームの進行方向等を制御できるようになっている。
【０００３】
一般に、荷電粒子線照射装置１０１におけるビーム中の荷電粒子の運動は、ビームの進行方向をｓ、ビームの進行方向に対して水平方向をＸ方向（図１では紙面と同一平面）、垂直方向をＹ方向（紙面に垂直な方向）として記述される。本発明でＸ方向、Ｙ方向というときも、この意味で用いている。
【０００４】
ここで、輸送系１０４におけるビーム中の荷電粒子の分布は均一ではなく、一般にＹ方向にはガウス分布を示すが、Ｘ方向については非ガウス分布となっている。
また、個々の荷電粒子の運動に注目すると、その進行方向は個々に異なり、かつ、経時的に変化しており、ビーム全体ではベータトロン振動と呼ばれる一定周期の振動をしている。
【０００５】
このような荷電粒子の運動は、位相空間上で、図２に示すようなエミッタンス楕円として表すことができる。図２のｘ、ｙ軸はそれぞれ、ビームの中心を基準線として、任意の荷電粒子のＸ方向、Ｙ方向における位置成分を示し、ｘ'，ｙ'軸は任意の荷電粒子の移動方向の基準線に対する角度成分を示す。そして、エミッタンス楕円によるｘ、ｙ軸の切片の長さｍ、ｎは、実空間におけるビームのＸ方向、Ｙ方向の径に相当する。
【０００６】
この位相空間上の楕円で囲まれる面積は、エミッタンスと呼ばれている。このエミッタンス楕円の角度や幅は四極電磁石等によって変えることはできるが、この場合でもエミッタンス(楕円の面積)は一定に保たれる。
一般に、輸送系１０４においては、図２に示すようにＸ方向とＹ方向ではエミッタンスが非対称になっており、四極電磁石等によってもこの差を打ち消すことはできない。
【０００７】
以上の要因により、放射線治療の治療計画を立案するとき、患部に照射される線量の均一性を確保することが困難になる。
すなわち、患部でＸ方向の荷電粒子が非ガウス分布であることは治療計画立案を複雑にし、また許容範囲内ではあるが、実際に照射される線量の不均一を生じる原因になる。
一方、患部に集中的に放射線を照射しつつ、正常組織の被爆量を最小限にするには、患部の周囲に照射部１０５を旋回させる回転ガントリを用いることが好ましい。しかし、エミッタンスの非対称性があると、回転ガントリの回転角度によりビームの患部におけるスポット形状が変化することになり、これも治療計画の立案を困難にする原因となる。
【０００８】
特許文献１には、輸送系中にＸ方向およびＹ方向のエミッタンスを調整するスキュー四極電磁石、またはソレノイド電磁石を設け、回転対称なエミッタンスを有するビームに調整して回転輸送系の回転角に依存しない形状で物体を照射する荷電粒子ビームの輸送系が開示されている。
【０００９】
特許文献１の荷電粒子ビームの輸送系は、シンクロトロンから出射されたビーム形状に基づいてスキュー四極電磁石の生成するスキュー磁場を制御することで、ビームのＸ方向エミッタンスとＹ方向エミッタンスの混合を生じさせてその位置と角度成分の分布が回転対称となるようにビームを調整するものである。すなわち、ソレノイド磁場中、またはスキュー四極磁場中では、粒子のＸ方向とＹ方向の運動が混ざり合うことで、Ｘ方向およびＹ方向のエミッタンスを調整することが可能なことを利用するものである。
【特許文献１】特開平９−２６５０００号公報（段落０００７〜０００８、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１では、Ｘ方向とＹ方向のエミッタンスの和を一定に保ちながらその非対称性を縮小することが可能であるものの、荷電粒子の非ガウス分布性を解消することはできない。
そこで、本発明では、Ｘ方向とＹ方向の荷電粒子の分布がガウス分布となるビームを、照射部に向けて輸送できる荷電粒子線照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項1に記載の荷電粒子線照射装置は、加速器で加速された荷電粒子ビームの輸送系と、前記輸送系の末端に設けられる照射部とを備えた荷電粒子線照射装置において、輸送系の荷電粒子ビームの通路に、荷電粒子ビームの散乱体と、この散乱体の下流に設けられて前記荷電粒子ビームの水平（Ｘ）方向および垂直（Ｙ）方向のエミッタンス楕円の形状を調整可能な下流側電磁石とを備えることを特徴とする構成とした。
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、輸送系に散乱体が備えられているので、散乱体を通過したビームが統計的に散乱した後、下流側電磁石でベータトロン振動の位相を進めることによりビームの非ガウス分布性を解消することができる。
また、散乱体において荷電粒子は多重散乱するため、ビームが拡径する方向に拡散して、エミッタンスが増加する。一般には、荷電粒子が輸送系の管壁に衝突して消滅することを防ぐために、輸送系においてエミッタンスを増加させる操作は避けられている。
【００１３】
しかし、本発明では散乱体に加えて、下流側電磁石が水平（Ｘ）方向および垂直（Ｙ）方向のエミッタンス楕円の形状を調整可能に構成されて設けられているので、Ｘ方向とＹ方向のベータトロン振動の位相の進みを独立に制御することができる。これにより、ビーム径を所望のサイズに調整することが可能となり、輸送管壁に荷電粒子が衝突して消滅することを防止できる。このような構成により、Ｘ、Ｙ両方向について荷電粒子の分布がガウス分布に調整され、所望のビーム径のビームを照射部に向けて輸送することができる。
【００１４】
請求項２に記載の荷電粒子線照射装置は、さらに、散乱体の上流側に、散乱体における前記荷電粒子ビームの水平（Ｘ）方向および垂直（Ｙ）方向のエミッタンス楕円の位置成分方向の幅を、同一に調整することが可能な上流側電磁石を備えることを特徴とする構成とした。
【００１５】
上流側電磁石で、ビームのエミッタンス楕円の位相空間における位置成分方向の幅、すなわちエミッタンス楕円によるｘ、ｙ軸の切片の長さをほぼ同一にして散乱体に入射させると、荷電粒子が多重散乱することによりエミッタンス楕円の角度成分ｘ'、ｙ'が増大する結果、Ｘ、Ｙ両方向のエミッタンスは各々増加してほぼ同じ値となる。これにより、Ｘ、Ｙ両方向のエミッタンスの差異を打ち消すことができる。
【００１６】
請求項３に記載の荷電粒子線照射装置は、さらに、輸送系の末端に設けられる照射部が、回転ガントリで構成されていることを特徴とする構成とした。
【００１７】
請求項３に記載の荷電粒子線照射装置によれば、水平（Ｘ）方向と垂直（Ｙ）方向について荷電粒子の分布がガウス分布であり、さらにエミッタンスの差異が打ち消されているので、回転角度に依存せず一定品質のビームを照射部に向けて輸送可能な回転ガントリを備えた荷電粒子線照射装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１８】
このような荷電粒子線照射装置によれば、水平（Ｘ）方向と垂直（Ｙ）方向の荷電粒子の分布がガウス分布であるビームを照射部に向けて輸送できる荷電粒子線照射装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図３に、本実施形態に係る荷電粒子線照射装置１を模式的に示す。
荷電粒子線照射装置１は、図示しないイオン発生源から入射されてくる荷電粒子を加速器２で加速し、出射デフレクタ３により加速器２から輸送系４へ出射し、回転ガントリ８を含む輸送系４により末端の照射部５まで輸送し、患部に向けて照射する。なお、加速器２には、サイクロトロン等の公知の装置を用いることができる。また、荷電粒子線照射装置１は、図示しない制御装置を含んで構成されている。
【００２０】
加速器２から照射部５に至る輸送系４には、上流側電磁石１０と、その下流に荷電ビームの通路に挿入されて設けられている散乱体１１と、その下流の下流側電磁石１２が備えられ、更にビームの進路を変更するための偏向電磁石６が備えられている。なお、回転ガントリ８は輸送系４の下流部にあり、継手９を介して回転自在に取り付けられ、モータ等の動力源により駆動される。
照射部５には、ワブラ電磁石、リッジフィルタ、レンジシフタ、コリメータ、ボーラスを備えた、ワブラ法あるいは拡大照射法と呼ばれる構成のもの、あるいはリッジフィルタ、レンジシフタを備えたスポットスキャニング法と呼ばれる構成のものなど、公知の構成を用いることができる。
【００２１】
本実施形態では、上流側電磁石１０、および下流側電磁石１２は、それぞれ４基の四極電磁石７、７、・・で構成されている。四極電磁石７は図４に示すように磁石が配置され、ビームはその中央を図面に垂直方向に通過する。このとき、水平方向に軌道を少し外れた荷電粒子３０には、中央に近づけるようなローレンツ力が作用し、垂直方向は逆に荷電粒子３０を中央から遠ざけるローレンツ力が作用する。例えばビームを四極電磁石７でＸ方向に収束させるときは、Ｙ方向には拡散することになる。
【００２２】
これは、別の見方をすれば、四極電磁石７により、エミッタンス楕円の形状を変えられることになる。前記したように、エミッタンス楕円によるｘ、ｙ軸の切片の長さは実空間におけるＸ，Ｙ方向四極電磁石７の径に相当するので、四極電磁石７でエミッタンス楕円の形状を変えることによりビーム径を変えることができることになる。
また、四極電磁石７によりＸ、Ｙ方向のベータトロン振動の位相の進みを、各々独立に制御することができることを意味する。すなわち、四極電磁石７は、エミッタンスを維持したままでエミッタンス楕円の形状を変えることで、位相空間におけるＸ，Ｙ方向の角度成分ｘ'、ｙ'や、位置成分ｘ、ｙを制御することができる。
【００２３】
本実施形態では、ビームをＸ方向に収束させる四極電磁石７と、Ｙ方向に収束させる四極電磁石７とを交互に配置して、合計４基の四極電磁石７でビームを収束させる構成を想定して説明する。なお、四極電磁石７に印加する直流電流は、荷電粒子線照射装置１全体の制御装置（図示せず）によって制御されている。このように構成した４基の四極電磁石７のそれぞれに印加する直流電流を制御して、Ｘ方向とＹ方向への収束と発散のバランスを順次調整することで、ビーム径を所望の値に調整することができる。
【００２４】
上流側電磁石１０と下流側電磁石１２の間に設けられ、荷電ビームの通路に挿入される散乱体１１は、荷電粒子を多重散乱させられるものであればよく、例えばアルミニウムの薄板等、公知の物を用いることができる。
以下、散乱体１1と下流側電磁石１２による荷電粒子の非ガウス分布からガウス分布への変換について説明する。
【００２５】
荷電粒子が加速器２で所定の速度まで加速された後、加速器２内を一定速度で周回する定常状態にあるとき、荷電粒子の分布は、Ｘ、Ｙ両方向についてガウス分布になっている。しかし、出射デフレクタ３から荷電粒子を輸送系４に出射させるときは、水平に置かれている加速器２の外側方向にビームの振幅を一時的に増大させる必要がある。別言すれば、荷電粒子の周回軌道のＸ方向に一時的外乱を与えて、非定常状態を作る必要がある。
【００２６】
このため、Ｙ方向の荷電粒子の分布はガウス分布が維持されるが、Ｘ方向については非ガウス分布になる。この状態で、荷電粒子が輸送されて照射部５から患部に照射されると、患部での照射線量は、Ｘ方向については不均一になる。しかし、本実施形態では、以下に説明するようにして、この不均一性を散乱体１１を用いることにより解消する。
【００２７】
ビームが散乱体１１を通過する前後の、エミッタンス楕円の変化を図５（ａ）、図５（ｂ）に示す。図５（ａ）、図５（ｂ）において、中央付近のＥＸ１、ＥＹ１(白抜きのドットが集合した部分)は散乱体１１通過前のＸ方向とＹ方向のエミッタンス楕円を表し、ＥＸ２、ＥＹ２は散乱体１１通過後のＸ方向とＹ方向のエミッタンス楕円を表す。なお、図５（ａ）、図５（ｂ）では、散乱体１１通過前のＸ方向とＹ方向のエミッタンスが等しく、かつ、Ｘ方向のエミッタンス楕円の位置成分ｘの方が大きい場合、すなわち実空間におけるビーム径はＸ方向の方が大きい場合を想定している。
【００２８】
ビームが散乱体１１を通過するとき、荷電粒子の多重散乱が生じ、荷電粒子はエミッタンス楕円の角度成分ｘ'、ｙ'方向に統計的に散乱してガウス分布となる。このとき、荷電粒子は進行方向ｓに沿って極めて高速度で運動しているため、エミッタンス楕円の位置成分ｘ、ｙ方向についての散乱は極めて小さい。
【００２９】
この結果、散乱体１１通過後のエミッタンス楕円は、図５（ａ）、図５（ｂ）のＥＸ２、ＥＹ２（点線で示した楕円）のように、Ｘ、Ｙ両方向とも角度成分ｘ'、ｙ'が増大する一方、位置成分ｘ、ｙ方向についての変化は無い。なお、この例では散乱体１１通過前には等しかったＸ方向とＹ方向のエミッタンスは、散乱体１１通過後はＸ方向のエミッタンスの方が大きくなっている。
【００３０】
その後、散乱体１１で多重散乱したビームは４基の四極電磁石７で構成された下流側電磁石１２に到達する。このとき、Ｘ方向のエミッタンス楕円の角度成分ｘ'は多重散乱によりガウス分布となっている。このエミッタンス楕円のベータトロン振動の位相を下流側電磁石１２で進めることにより、散乱体１１通過前には非ガウス分布であったＸ方向の荷電粒子の分布を、ガウス分布にすることができる。
【００３１】
すなわち、前記したように下流側電磁石１２を構成する四極電磁石７は、エミッタンス楕円の形状を変えることによりＸ、Ｙ方向のベータトロン振動の位相の進みを各々独立に制御することができる。これを利用して、Ｘ方向のベータトロン振動の位相を進めることによりエミッタンス楕円を回転させて、Ｘ方向の荷電粒子の分布をガウス分布にすることができる。ここで、Ｙ方向のガウス分布は散乱体１１、下流側電磁石１２を通過した後も維持されているので、Ｘ、Ｙ両方向ともガウス分布となったビームを照射部５まで輸送することができる。
【００３２】
また、４基の四極電磁石７で構成された下流側電磁石１２により、散乱体１１通過後のＸ方向とＹ方向のエミッタンス楕円の形状を変え、エミッタンス楕円によるｘ、ｙ軸の切片の長さ（実空間におけるビーム径）を所定の値、すなわち輸送系４の輸送管の径より小さい値に調整することにより、荷電粒子が輸送管の管壁との衝突による失われることなく、照射部５まで輸送することができる。
【００３３】
以上のようにして、Ｘ方向とＹ方向の荷電粒子の分布がガウス分布となるビームを、照射部５に向けて輸送することができる。なお、下流側電磁石１２でベータトロン振動の位相の調整と、ビーム径の調整の両方を行なう必要がある。これは、４基の四極電磁石７に印加すべき直流電流値を予めシミュレーションで求めておくことにより行うことができる。この直流電流値は、加速器２から出射されるビームのエミッタンス、使用する散乱体１１の材質、厚み、使用する四極電磁石７の仕様等に依存するため、荷電粒子線照射装置１ごとに決める必要がある。
【００３４】
次に、本実施形態に係る上流側電磁石１０によるＸ方向とＹ方向のエミッタンスの非対称性の緩和について、図６（ａ）、図６（ｂ）を参照して説明する。図６（ａ）、図６（ｂ）のＥＸ１、ＥＹ１(白抜きのドットが集合した部分)は、それぞれビームが散乱体１１を通過する前のＸ方向のエミッタンス、Ｙ方向のエミッタンスを表し、ＥＸ２、ＥＹ２は散乱体１１を通過した後のＸ方向のエミッタンス、Ｙ方向のエミッタンスを表している。
【００３５】
ここでは、ビームが散乱体１１を通過する前のＸ方向のエミッタンス（図６（ａ））の方が、Ｙ方向のエミッタンス（図６（ｂ））よりも小さく、かつ、Ｘ方向とＹ方向のエミッタンス楕円の位置成分ｘ、ｙの幅は等しい場合を想定して説明する。なお、エミッタンス楕円の位置成分ｘ、ｙの幅は、上流側電磁石１０により調整されている。
【００３６】
前述のように、ビームが散乱体１１を通過すると、荷電粒子はエミッタンス楕円の角度成分ｘ'、ｙ'方向に散乱し、一方、位置成分ｘ、ｙ方向への拡散は無視できる。すなわち、エミッタンス楕円の位置成分ｘ、ｙの幅は維持されたままで、角度成分ｘ'、ｙ'が拡大することになる。この結果、図６（ａ）、図６（ｂ）のＥＸ２、ＥＹ２（点線で示した楕円）に示すように散乱体１１通過後のＸ方向とＹ方向のエミッタンス、すなわち楕円の面積は同一となり、エミッタンスの差異が解消される結果、非対称性が緩和される。
【００３７】
ところで、前記の図５では、ビームが散乱体１１を通過する前にはＸ方向とＹ方向のエミッタンスは同一で、散乱体１１通過後のエミッタンスは異なっていた。これに対し、図６では、ビームが散乱体１１を通過する前のエミッタンスが異なっているにもかかわらず、散乱体１１通過後のエミッタンスは同一になっている。これは散乱体１１通過前のエミッタンス楕円の位置成分ｘ、ｙ方向の幅が同一に調整されていたことに起因する。
【００３８】
すなわち、ビームが散乱体１１で多重散乱した場合、エミッタンス楕円の位置成分ｘ、ｙ方向は変らず、一方、角度成分ｘ'、ｙ'方向には確率的に拡大するため、略同一のエミッタンスになる。本実施形態では、散乱体１１の上流にＸ方向およびＹ方向のエミッタンス楕円の位置成分ｘ、ｙ方向の幅を、同一に調整可能な上流側電磁石１０を備えているので、以上説明した作用に基づき、エミッタンスの非対称性を緩和することができる。
【００３９】
これはまた、Ｘ方向とＹ方向のエミッタンスを任意に制御できることを意味する。すなわち、多重散乱によるエミッタンス楕円の角度成分ｘ'、ｙ'方向の変化は散乱体１１によって一義的に決まるので、散乱体１１の材質、厚みを適宜選択し、さらに上流側電磁石１０によって散乱体１１を通過させる前のエミッタンス楕円の位置成分ｘ、ｙ方向の幅を制御することにより、Ｘ方向とＹ方向のエミッタンスを任意に制御できる。
【００４０】
なお、図６（ａ）、図６（ｂ）では、位相空間上で、エミッタンス楕円の長軸が位置成分ｘ軸、ｙ軸と一致している場合を例示した。この状態は、実空間でのビーム径が相対的に大きい事を意味する。
一般に、荷電粒子線照射装置１において許容されるビーム径は、装置の設計前提によって制限されている。大きなビーム径が許容されない装置の場合は、位相空間上のエミッタンス楕円の長軸を傾斜させるか、もしくはエミッタンス楕円の短軸を位置成分ｘ軸、ｙ軸と同一にすることにより、実空間でのビーム径を小さくすることができる。
【００４１】
さらに、散乱体１１通過後のビームのＸ方向とＹ方向のエミッタンス楕円の位置成分ｘ、ｙを、下流側電磁石１２によって、輸送系４の輸送管の径より小さい値に調整することにより、荷電粒子が輸送管の管壁との衝突による失われることなく、照射部５まで輸送することができる。
【００４２】
次に、本実施形態に係る荷電粒子線照射装置１による荷電粒子のガウス分布化と、エミッタンスの非対称性の緩和について、図７を参照して説明する。図７はビームが上流側電磁石１０から散乱体１１を経て下流側電磁石１２を通過する間に、Ｘ方向およびＹ方向のエミッタンス楕円、および荷電粒子の分布が変化する様子を模式的に表した図である。
【００４３】
図７（ａ）はビームが上流側電磁石１０に入る前、図７（ｂ）はビームが上流側電磁石１０を通過した後で散乱体１１に入る前、図７（ｃ）はビームが散乱体１１を通過した直後、図７（ｄ）は下流側電磁石１２を通過した後の様子を表している。また、図７（ａ）〜図７（ｄ）の各図において、上からＸ方向のエミッタンス楕円、Ｘ方向の荷電粒子の分布、Ｙ方向のエミッタンス楕円、Ｙ方向の荷電粒子の分布を表している。
【００４４】
ビームが上流側電磁石１０に入る前（図７（ａ））は、Ｘ、Ｙ方向のエミッタンス楕円は非対称であり、荷電粒子の分布については、Ｙ方向はガウス分布であるが、Ｘ方向は非ガウス分布である。ビームが上流側電磁石１０を通過した後（図７（ｂ））は、上流側電磁石１０によって、Ｘ方向とＹ方向のエミッタンス楕円の位置成分ｘ、ｙの幅が同一とされる。一方、Ｘ方向の荷電粒子の分布は非ガウス分布のままである。
【００４５】
ビームが散乱体１１を通過した後（図７（ｃ））は、図６で説明したとおり、多重散乱によりＸ方向とＹ方向のエミッタンスは同一になる。しかし、Ｘ方向の荷電粒子の分布は、ベータトロン振動の位相が未だ進んでいないため、非ガウス分布のままである。その後、ビームが下流側電磁石１２を通過した後（図７（ｄ））は、下流側電磁石１２によりＸ方向とＹ方向のエミッタンスは所望の形状(所望のビーム径)に調整され、また、Ｘ方向の荷電粒子の分布は、ベータトロン振動の位相を進めることによりガウス分布となる。そして、エミッタンスの非対称性が緩和され、Ｘ、Ｙ両方向にガウス分布とされたビームが照射部５まで輸送される。
【００４６】
このようなビームを回転ガントリで患部に向けて照射すると、エミッタンスの非対称性が緩和されているので回転ガントリの回転角度によらずスポット形状が一定となり、また、Ｘ、Ｙ両方向にガウス分布となっているので、患部に照射される線量の均一性を確保することができる。これにより、放射線治療の効果を高めることができる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、本実施形態では、回転ガントリを用いる場合を例に説明したが、回転ガントリを用いない荷電粒子線照射装置にも適用することができる。この場合、エミッタンスの非対称性は治療計画の立案において大きな問題にはならないので、上流側電磁石を設けず、散乱体と下流側電磁石のみを設ける構成とすることもできる。また、本発明は、ワブラ法でビームを照射する場合と、スポットスキャニング法で照射する場合のいずれにも適用することができる。
【００４８】
また、本実施形態ではＸ方向の荷電粒子の分布が非ガウス分布である場合を例に説明したが、Ｙ方向が非ガウス分布の場合、あるいはＸ、Ｙ両方向が非ガウス分布となっている場合でも適用できる。あるいは、上流電磁石と下流電磁石に四極電磁石を用いる場合を例に説明したが、例えば二極電磁石を複数組合わせる等、適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】従来の荷電粒子線照射装置の概略構成図である。
【図２】エミッタンス楕円の説明図である。
【図３】本実施形態に係る荷電粒子線照射装置の概略構成図である。
【図４】四極電磁石の作用を説明する図である。
【図５】ビームが散乱体を通過する前後のエミッタンスを表す図であり、（ａ）はＸ方向のエミッタンス、（ｂ）はＹ方向のエミッタンスを表す。
【図６】ビームが散乱体を通過する前後のエミッタンスを表す図であり、（ａ）はＸ方向のエミッタンス、（ｂ）はＹ方向のエミッタンスを表す。
【図７】荷電粒子のガウス分布化と、エミッタンスの非対称性の緩和を模式的に表す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ 荷電粒子線照射装置
２ 加速器
４ 輸送系
５ 照射部
６ 偏向電磁石
８ 回転ガントリ
１０ 上流側電磁石
１１ 散乱体
１２ 下流側電磁石
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線照射装置に関し、特に癌治療に用いられる荷電粒子線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、癌治療に荷電粒子線照射装置が用いられている。図１に示すように、従来の荷電粒子線照射装置１０１は、イオン発生源(図示せず)で発生させたＣ6+等の荷電粒子をシンクロトロン等の加速器１０２で光速の８０％程度まで加速して、出射デフレクタ１０３から輸送系１０４を経由して照射部１０５から癌等の患部に、荷電粒子ビーム(以下、ビームと記す)を照射する構成になっている。輸送系１０４には複数の偏向電磁石１０６、四極電磁石１０７が備えられ、ビームの進行方向等を制御できるようになっている。
【０００３】
一般に、荷電粒子線照射装置１０１におけるビーム中の荷電粒子の運動は、ビームの進行方向をｓ、ビームの進行方向に対して水平方向をＸ方向（図１では紙面と同一平面）、垂直方向をＹ方向（紙面に垂直な方向）として記述される。本発明でＸ方向、Ｙ方向というときも、この意味で用いている。
【０００４】
ここで、輸送系１０４におけるビーム中の荷電粒子の分布は均一ではなく、一般にＹ方向にはガウス分布を示すが、Ｘ方向については非ガウス分布となっている。
また、個々の荷電粒子の運動に注目すると、その進行方向は個々に異なり、かつ、経時的に変化しており、ビーム全体ではベータトロン振動と呼ばれる一定周期の振動をしている。
【０００５】
このような荷電粒子の運動は、位相空間上で、図２に示すようなエミッタンス楕円として表すことができる。図２のｘ、ｙ軸はそれぞれ、ビームの中心を基準線として、任意の荷電粒子のＸ方向、Ｙ方向における位置成分を示し、ｘ'，ｙ'軸は任意の荷電粒子の移動方向の基準線に対する角度成分を示す。そして、エミッタンス楕円によるｘ、ｙ軸の切片の長さｍ、ｎは、実空間におけるビームのＸ方向、Ｙ方向の径に相当する。
【０００６】
この位相空間上の楕円で囲まれる面積は、エミッタンスと呼ばれている。このエミッタンス楕円の角度や幅は四極電磁石等によって変えることはできるが、この場合でもエミッタンス(楕円の面積)は一定に保たれる。
一般に、輸送系１０４においては、図２に示すようにＸ方向とＹ方向ではエミッタンスが非対称になっており、四極電磁石等によってもこの差を打ち消すことはできない。
【０００７】
以上の要因により、放射線治療の治療計画を立案するとき、患部に照射される線量の均一性を確保することが困難になる。
すなわち、患部でＸ方向の荷電粒子が非ガウス分布であることは治療計画立案を複雑にし、また許容範囲内ではあるが、実際に照射される線量の不均一を生じる原因になる。
一方、患部に集中的に放射線を照射しつつ、正常組織の被爆量を最小限にするには、患部の周囲に照射部１０５を旋回させる回転ガントリを用いることが好ましい。しかし、エミッタンスの非対称性があると、回転ガントリの回転角度によりビームの患部におけるスポット形状が変化することになり、これも治療計画の立案を困難にする原因となる。
【０００８】
特許文献１には、輸送系中にＸ方向およびＹ方向のエミッタンスを調整するスキュー四極電磁石、またはソレノイド電磁石を設け、回転対称なエミッタンスを有するビームに調整して回転輸送系の回転角に依存しない形状で物体を照射する荷電粒子ビームの輸送系が開示されている。
【０００９】
特許文献１の荷電粒子ビームの輸送系は、シンクロトロンから出射されたビーム形状に基づいてスキュー四極電磁石の生成するスキュー磁場を制御することで、ビームのＸ方向エミッタンスとＹ方向エミッタンスの混合を生じさせてその位置と角度成分の分布が回転対称となるようにビームを調整するものである。すなわち、ソレノイド磁場中、またはスキュー四極磁場中では、粒子のＸ方向とＹ方向の運動が混ざり合うことで、Ｘ方向およびＹ方向のエミッタンスを調整することが可能なことを利用するものである。
【特許文献１】特開平９−２６５０００号公報（段落０００７〜０００８、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１では、Ｘ方向とＹ方向のエミッタンスの和を一定に保ちながらその非対称性を縮小することが可能であるものの、荷電粒子の非ガウス分布性を解消することはできない。
そこで、本発明では、Ｘ方向とＹ方向の荷電粒子の分布がガウス分布となるビームを、照射部に向けて輸送できる荷電粒子線照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項1に記載の荷電粒子線照射装置は、加速器で加速された荷電粒子ビームの輸送系と、前記輸送系の末端に設けられる照射部とを備えた荷電粒子線照射装置において、輸送系の荷電粒子ビームの通路に、荷電粒子ビームの散乱体と、この散乱体の下流に設けられて前記荷電粒子ビームの水平（Ｘ）方向および垂直（Ｙ）方向のエミッタンス楕円の形状を調整可能な下流側電磁石とを備えることを特徴とする構成とした。
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、輸送系に散乱体が備えられているので、散乱体を通過したビームが統計的に散乱した後、下流側電磁石でベータトロン振動の位相を進めることによりビームの非ガウス分布性を解消することができる。
また、散乱体において荷電粒子は多重散乱するため、ビームが拡径する方向に拡散して、エミッタンスが増加する。一般には、荷電粒子が輸送系の管壁に衝突して消滅することを防ぐために、輸送系においてエミッタンスを増加させる操作は避けられている。
【００１３】
しかし、本発明では散乱体に加えて、下流側電磁石が水平（Ｘ）方向および垂直（Ｙ）方向のエミッタンス楕円の形状を調整可能に構成されて設けられているので、Ｘ方向とＹ方向のベータトロン振動の位相の進みを独立に制御することができる。これにより、ビーム径を所望のサイズに調整することが可能となり、輸送管壁に荷電粒子が衝突して消滅することを防止できる。このような構成により、Ｘ、Ｙ両方向について荷電粒子の分布がガウス分布に調整され、所望のビーム径のビームを照射部に向けて輸送することができる。
【００１４】
請求項２に記載の荷電粒子線照射装置は、さらに、散乱体の上流側に、散乱体における前記荷電粒子ビームの水平（Ｘ）方向および垂直（Ｙ）方向のエミッタンス楕円の位置成分方向の幅を、同一に調整することが可能な上流側電磁石を備えることを特徴とする構成とした。
【００１５】
上流側電磁石で、ビームのエミッタンス楕円の位相空間における位置成分方向の幅、すなわちエミッタンス楕円によるｘ、ｙ軸の切片の長さをほぼ同一にして散乱体に入射させると、荷電粒子が多重散乱することによりエミッタンス楕円の角度成分ｘ'、ｙ'が増大する結果、Ｘ、Ｙ両方向のエミッタンスは各々増加してほぼ同じ値となる。これにより、Ｘ、Ｙ両方向のエミッタンスの差異を打ち消すことができる。
【００１６】
請求項３に記載の荷電粒子線照射装置は、さらに、輸送系の末端に設けられる照射部が、回転ガントリで構成されていることを特徴とする構成とした。
【００１７】
請求項３に記載の荷電粒子線照射装置によれば、水平（Ｘ）方向と垂直（Ｙ）方向について荷電粒子の分布がガウス分布であり、さらにエミッタンスの差異が打ち消されているので、回転角度に依存せず一定品質のビームを照射部に向けて輸送可能な回転ガントリを備えた荷電粒子線照射装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１８】
このような荷電粒子線照射装置によれば、水平（Ｘ）方向と垂直（Ｙ）方向の荷電粒子の分布がガウス分布であるビームを照射部に向けて輸送できる荷電粒子線照射装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図３に、本実施形態に係る荷電粒子線照射装置１を模式的に示す。
荷電粒子線照射装置１は、図示しないイオン発生源から入射されてくる荷電粒子を加速器２で加速し、出射デフレクタ３により加速器２から輸送系４へ出射し、回転ガントリ８を含む輸送系４により末端の照射部５まで輸送し、患部に向けて照射する。なお、加速器２には、サイクロトロン等の公知の装置を用いることができる。また、荷電粒子線照射装置１は、図示しない制御装置を含んで構成されている。
【００２０】
加速器２から照射部５に至る輸送系４には、上流側電磁石１０と、その下流に荷電ビームの通路に挿入されて設けられている散乱体１１と、その下流の下流側電磁石１２が備えられ、更にビームの進路を変更するための偏向電磁石６が備えられている。なお、回転ガントリ８は輸送系４の下流部にあり、継手９を介して回転自在に取り付けられ、モータ等の動力源により駆動される。
照射部５には、ワブラ電磁石、リッジフィルタ、レンジシフタ、コリメータ、ボーラスを備えた、ワブラ法あるいは拡大照射法と呼ばれる構成のもの、あるいはリッジフィルタ、レンジシフタを備えたスポットスキャニング法と呼ばれる構成のものなど、公知の構成を用いることができる。
【００２１】
本実施形態では、上流側電磁石１０、および下流側電磁石１２は、それぞれ４基の四極電磁石７、７、・・で構成されている。四極電磁石７は図４に示すように磁石が配置され、ビームはその中央を図面に垂直方向に通過する。このとき、水平方向に軌道を少し外れた荷電粒子３０には、中央に近づけるようなローレンツ力が作用し、垂直方向は逆に荷電粒子３０を中央から遠ざけるローレンツ力が作用する。例えばビームを四極電磁石７でＸ方向に収束させるときは、Ｙ方向には拡散することになる。
【００２２】
これは、別の見方をすれば、四極電磁石７により、エミッタンス楕円の形状を変えられることになる。前記したように、エミッタンス楕円によるｘ、ｙ軸の切片の長さは実空間におけるＸ，Ｙ方向四極電磁石７の径に相当するので、四極電磁石７でエミッタンス楕円の形状を変えることによりビーム径を変えることができることになる。
また、四極電磁石７によりＸ、Ｙ方向のベータトロン振動の位相の進みを、各々独立に制御することができることを意味する。すなわち、四極電磁石７は、エミッタンスを維持したままでエミッタンス楕円の形状を変えることで、位相空間におけるＸ，Ｙ方向の角度成分ｘ'、ｙ'や、位置成分ｘ、ｙを制御することができる。
【００２３】
本実施形態では、ビームをＸ方向に収束させる四極電磁石７と、Ｙ方向に収束させる四極電磁石７とを交互に配置して、合計４基の四極電磁石７でビームを収束させる構成を想定して説明する。なお、四極電磁石７に印加する直流電流は、荷電粒子線照射装置１全体の制御装置（図示せず）によって制御されている。このように構成した４基の四極電磁石７のそれぞれに印加する直流電流を制御して、Ｘ方向とＹ方向への収束と発散のバランスを順次調整することで、ビーム径を所望の値に調整することができる。
【００２４】
上流側電磁石１０と下流側電磁石１２の間に設けられ、荷電ビームの通路に挿入される散乱体１１は、荷電粒子を多重散乱させられるものであればよく、例えばアルミニウムの薄板等、公知の物を用いることができる。
以下、散乱体１1と下流側電磁石１２による荷電粒子の非ガウス分布からガウス分布への変換について説明する。
【００２５】
荷電粒子が加速器２で所定の速度まで加速された後、加速器２内を一定速度で周回する定常状態にあるとき、荷電粒子の分布は、Ｘ、Ｙ両方向についてガウス分布になっている。しかし、出射デフレクタ３から荷電粒子を輸送系４に出射させるときは、水平に置かれている加速器２の外側方向にビームの振幅を一時的に増大させる必要がある。別言すれば、荷電粒子の周回軌道のＸ方向に一時的外乱を与えて、非定常状態を作る必要がある。
【００２６】
このため、Ｙ方向の荷電粒子の分布はガウス分布が維持されるが、Ｘ方向については非ガウス分布になる。この状態で、荷電粒子が輸送されて照射部５から患部に照射されると、患部での照射線量は、Ｘ方向については不均一になる。しかし、本実施形態では、以下に説明するようにして、この不均一性を散乱体１１を用いることにより解消する。
【００２７】
ビームが散乱体１１を通過する前後の、エミッタンス楕円の変化を図５（ａ）、図５（ｂ）に示す。図５（ａ）、図５（ｂ）において、中央付近のＥＸ１、ＥＹ１(白抜きのドットが集合した部分)は散乱体１１通過前のＸ方向とＹ方向のエミッタンス楕円を表し、ＥＸ２、ＥＹ２は散乱体１１通過後のＸ方向とＹ方向のエミッタンス楕円を表す。なお、図５（ａ）、図５（ｂ）では、散乱体１１通過前のＸ方向とＹ方向のエミッタンスが等しく、かつ、Ｘ方向のエミッタンス楕円の位置成分ｘの方が大きい場合、すなわち実空間におけるビーム径はＸ方向の方が大きい場合を想定している。
【００２８】
ビームが散乱体１１を通過するとき、荷電粒子の多重散乱が生じ、荷電粒子はエミッタンス楕円の角度成分ｘ'、ｙ'方向に統計的に散乱してガウス分布となる。このとき、荷電粒子は進行方向ｓに沿って極めて高速度で運動しているため、エミッタンス楕円の位置成分ｘ、ｙ方向についての散乱は極めて小さい。
【００２９】
この結果、散乱体１１通過後のエミッタンス楕円は、図５（ａ）、図５（ｂ）のＥＸ２、ＥＹ２（点線で示した楕円）のように、Ｘ、Ｙ両方向とも角度成分ｘ'、ｙ'が増大する一方、位置成分ｘ、ｙ方向についての変化は無い。なお、この例では散乱体１１通過前には等しかったＸ方向とＹ方向のエミッタンスは、散乱体１１通過後はＸ方向のエミッタンスの方が大きくなっている。
【００３０】
その後、散乱体１１で多重散乱したビームは４基の四極電磁石７で構成された下流側電磁石１２に到達する。このとき、Ｘ方向のエミッタンス楕円の角度成分ｘ'は多重散乱によりガウス分布となっている。このエミッタンス楕円のベータトロン振動の位相を下流側電磁石１２で進めることにより、散乱体１１通過前には非ガウス分布であったＸ方向の荷電粒子の分布を、ガウス分布にすることができる。
【００３１】
すなわち、前記したように下流側電磁石１２を構成する四極電磁石７は、エミッタンス楕円の形状を変えることによりＸ、Ｙ方向のベータトロン振動の位相の進みを各々独立に制御することができる。これを利用して、Ｘ方向のベータトロン振動の位相を進めることによりエミッタンス楕円を回転させて、Ｘ方向の荷電粒子の分布をガウス分布にすることができる。ここで、Ｙ方向のガウス分布は散乱体１１、下流側電磁石１２を通過した後も維持されているので、Ｘ、Ｙ両方向ともガウス分布となったビームを照射部５まで輸送することができる。
【００３２】
また、４基の四極電磁石７で構成された下流側電磁石１２により、散乱体１１通過後のＸ方向とＹ方向のエミッタンス楕円の形状を変え、エミッタンス楕円によるｘ、ｙ軸の切片の長さ（実空間におけるビーム径）を所定の値、すなわち輸送系４の輸送管の径より小さい値に調整することにより、荷電粒子が輸送管の管壁との衝突による失われることなく、照射部５まで輸送することができる。
【００３３】
以上のようにして、Ｘ方向とＹ方向の荷電粒子の分布がガウス分布となるビームを、照射部５に向けて輸送することができる。なお、下流側電磁石１２でベータトロン振動の位相の調整と、ビーム径の調整の両方を行なう必要がある。これは、４基の四極電磁石７に印加すべき直流電流値を予めシミュレーションで求めておくことにより行うことができる。この直流電流値は、加速器２から出射されるビームのエミッタンス、使用する散乱体１１の材質、厚み、使用する四極電磁石７の仕様等に依存するため、荷電粒子線照射装置１ごとに決める必要がある。
【００３４】
次に、本実施形態に係る上流側電磁石１０によるＸ方向とＹ方向のエミッタンスの非対称性の緩和について、図６（ａ）、図６（ｂ）を参照して説明する。図６（ａ）、図６（ｂ）のＥＸ１、ＥＹ１(白抜きのドットが集合した部分)は、それぞれビームが散乱体１１を通過する前のＸ方向のエミッタンス、Ｙ方向のエミッタンスを表し、ＥＸ２、ＥＹ２は散乱体１１を通過した後のＸ方向のエミッタンス、Ｙ方向のエミッタンスを表している。
【００３５】
ここでは、ビームが散乱体１１を通過する前のＸ方向のエミッタンス（図６（ａ））の方が、Ｙ方向のエミッタンス（図６（ｂ））よりも小さく、かつ、Ｘ方向とＹ方向のエミッタンス楕円の位置成分ｘ、ｙの幅は等しい場合を想定して説明する。なお、エミッタンス楕円の位置成分ｘ、ｙの幅は、上流側電磁石１０により調整されている。
【００３６】
前述のように、ビームが散乱体１１を通過すると、荷電粒子はエミッタンス楕円の角度成分ｘ'、ｙ'方向に散乱し、一方、位置成分ｘ、ｙ方向への拡散は無視できる。すなわち、エミッタンス楕円の位置成分ｘ、ｙの幅は維持されたままで、角度成分ｘ'、ｙ'が拡大することになる。この結果、図６（ａ）、図６（ｂ）のＥＸ２、ＥＹ２（点線で示した楕円）に示すように散乱体１１通過後のＸ方向とＹ方向のエミッタンス、すなわち楕円の面積は同一となり、エミッタンスの差異が解消される結果、非対称性が緩和される。
【００３７】
ところで、前記の図５では、ビームが散乱体１１を通過する前にはＸ方向とＹ方向のエミッタンスは同一で、散乱体１１通過後のエミッタンスは異なっていた。これに対し、図６では、ビームが散乱体１１を通過する前のエミッタンスが異なっているにもかかわらず、散乱体１１通過後のエミッタンスは同一になっている。これは散乱体１１通過前のエミッタンス楕円の位置成分ｘ、ｙ方向の幅が同一に調整されていたことに起因する。
【００３８】
すなわち、ビームが散乱体１１で多重散乱した場合、エミッタンス楕円の位置成分ｘ、ｙ方向は変らず、一方、角度成分ｘ'、ｙ'方向には確率的に拡大するため、略同一のエミッタンスになる。本実施形態では、散乱体１１の上流にＸ方向およびＹ方向のエミッタンス楕円の位置成分ｘ、ｙ方向の幅を、同一に調整可能な上流側電磁石１０を備えているので、以上説明した作用に基づき、エミッタンスの非対称性を緩和することができる。
【００３９】
これはまた、Ｘ方向とＹ方向のエミッタンスを任意に制御できることを意味する。すなわち、多重散乱によるエミッタンス楕円の角度成分ｘ'、ｙ'方向の変化は散乱体１１によって一義的に決まるので、散乱体１１の材質、厚みを適宜選択し、さらに上流側電磁石１０によって散乱体１１を通過させる前のエミッタンス楕円の位置成分ｘ、ｙ方向の幅を制御することにより、Ｘ方向とＹ方向のエミッタンスを任意に制御できる。
【００４０】
なお、図６（ａ）、図６（ｂ）では、位相空間上で、エミッタンス楕円の長軸が位置成分ｘ軸、ｙ軸と一致している場合を例示した。この状態は、実空間でのビーム径が相対的に大きい事を意味する。
一般に、荷電粒子線照射装置１において許容されるビーム径は、装置の設計前提によって制限されている。大きなビーム径が許容されない装置の場合は、位相空間上のエミッタンス楕円の長軸を傾斜させるか、もしくはエミッタンス楕円の短軸を位置成分ｘ軸、ｙ軸と同一にすることにより、実空間でのビーム径を小さくすることができる。
【００４１】
さらに、散乱体１１通過後のビームのＸ方向とＹ方向のエミッタンス楕円の位置成分ｘ、ｙを、下流側電磁石１２によって、輸送系４の輸送管の径より小さい値に調整することにより、荷電粒子が輸送管の管壁との衝突による失われることなく、照射部５まで輸送することができる。
【００４２】
次に、本実施形態に係る荷電粒子線照射装置１による荷電粒子のガウス分布化と、エミッタンスの非対称性の緩和について、図７を参照して説明する。図７はビームが上流側電磁石１０から散乱体１１を経て下流側電磁石１２を通過する間に、Ｘ方向およびＹ方向のエミッタンス楕円、および荷電粒子の分布が変化する様子を模式的に表した図である。
【００４３】
図７（ａ）はビームが上流側電磁石１０に入る前、図７（ｂ）はビームが上流側電磁石１０を通過した後で散乱体１１に入る前、図７（ｃ）はビームが散乱体１１を通過した直後、図７（ｄ）は下流側電磁石１２を通過した後の様子を表している。また、図７（ａ）〜図７（ｄ）の各図において、上からＸ方向のエミッタンス楕円、Ｘ方向の荷電粒子の分布、Ｙ方向のエミッタンス楕円、Ｙ方向の荷電粒子の分布を表している。
【００４４】
ビームが上流側電磁石１０に入る前（図７（ａ））は、Ｘ、Ｙ方向のエミッタンス楕円は非対称であり、荷電粒子の分布については、Ｙ方向はガウス分布であるが、Ｘ方向は非ガウス分布である。ビームが上流側電磁石１０を通過した後（図７（ｂ））は、上流側電磁石１０によって、Ｘ方向とＹ方向のエミッタンス楕円の位置成分ｘ、ｙの幅が同一とされる。一方、Ｘ方向の荷電粒子の分布は非ガウス分布のままである。
【００４５】
ビームが散乱体１１を通過した後（図７（ｃ））は、図６で説明したとおり、多重散乱によりＸ方向とＹ方向のエミッタンスは同一になる。しかし、Ｘ方向の荷電粒子の分布は、ベータトロン振動の位相が未だ進んでいないため、非ガウス分布のままである。その後、ビームが下流側電磁石１２を通過した後（図７（ｄ））は、下流側電磁石１２によりＸ方向とＹ方向のエミッタンスは所望の形状(所望のビーム径)に調整され、また、Ｘ方向の荷電粒子の分布は、ベータトロン振動の位相を進めることによりガウス分布となる。そして、エミッタンスの非対称性が緩和され、Ｘ、Ｙ両方向にガウス分布とされたビームが照射部５まで輸送される。
【００４６】
このようなビームを回転ガントリで患部に向けて照射すると、エミッタンスの非対称性が緩和されているので回転ガントリの回転角度によらずスポット形状が一定となり、また、Ｘ、Ｙ両方向にガウス分布となっているので、患部に照射される線量の均一性を確保することができる。これにより、放射線治療の効果を高めることができる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、本実施形態では、回転ガントリを用いる場合を例に説明したが、回転ガントリを用いない荷電粒子線照射装置にも適用することができる。この場合、エミッタンスの非対称性は治療計画の立案において大きな問題にはならないので、上流側電磁石を設けず、散乱体と下流側電磁石のみを設ける構成とすることもできる。また、本発明は、ワブラ法でビームを照射する場合と、スポットスキャニング法で照射する場合のいずれにも適用することができる。
【００４８】
また、本実施形態ではＸ方向の荷電粒子の分布が非ガウス分布である場合を例に説明したが、Ｙ方向が非ガウス分布の場合、あるいはＸ、Ｙ両方向が非ガウス分布となっている場合でも適用できる。あるいは、上流電磁石と下流電磁石に四極電磁石を用いる場合を例に説明したが、例えば二極電磁石を複数組合わせる等、適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】従来の荷電粒子線照射装置の概略構成図である。
【図２】エミッタンス楕円の説明図である。
【図３】本実施形態に係る荷電粒子線照射装置の概略構成図である。
【図４】四極電磁石の作用を説明する図である。
【図５】ビームが散乱体を通過する前後のエミッタンスを表す図であり、（ａ）はＸ方向のエミッタンス、（ｂ）はＹ方向のエミッタンスを表す。
【図６】ビームが散乱体を通過する前後のエミッタンスを表す図であり、（ａ）はＸ方向のエミッタンス、（ｂ）はＹ方向のエミッタンスを表す。
【図７】荷電粒子のガウス分布化と、エミッタンスの非対称性の緩和を模式的に表す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ 荷電粒子線照射装置
２ 加速器
４ 輸送系
５ 照射部
６ 偏向電磁石
８ 回転ガントリ
１０ 上流側電磁石
１１ 散乱体
１２ 下流側電磁石
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速器で加速された荷電粒子ビームの輸送系と、前記輸送系の末端に設けられる照射部とを備えた荷電粒子線照射装置において、
前記輸送系の前記荷電粒子ビームの通路に、
前記荷電粒子ビームの散乱体と、
前記散乱体の下流に設けられて前記荷電粒子ビームの水平（Ｘ）方向および垂直（Ｙ）方向のエミッタンス楕円の形状を調整可能な下流側電磁石と
を備えることを特徴とする荷電粒子線照射装置。
【請求項２】
前記散乱体の上流側に、
前記散乱体における前記荷電粒子ビームの水平（Ｘ）方向および垂直（Ｙ）方向のエミッタンス楕円の位置成分方向の幅を、同一に調整可能な上流側電磁石を備えることを特徴とする、請求項１に記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項３】
前記照射部が、回転ガントリで構成されていることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項１】
加速器で加速された荷電粒子ビームの輸送系と、前記輸送系の末端に設けられる照射部とを備えた荷電粒子線照射装置において、
前記輸送系の前記荷電粒子ビームの通路に、
前記荷電粒子ビームの散乱体と、
前記散乱体の下流に設けられて前記荷電粒子ビームの水平（Ｘ）方向および垂直（Ｙ）方向のエミッタンス楕円の形状を調整可能な下流側電磁石と
を備えることを特徴とする荷電粒子線照射装置。
【請求項２】
前記散乱体の上流側に、
前記散乱体における前記荷電粒子ビームの水平（Ｘ）方向および垂直（Ｙ）方向のエミッタンス楕円の位置成分方向の幅を、同一に調整可能な上流側電磁石を備えることを特徴とする、請求項１に記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項３】
前記照射部が、回転ガントリで構成されていることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線照射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−３５１３３９（Ｐ２００６−３５１３３９Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１７５６０６（Ｐ２００５−１７５６０６）
【出願日】平成１７年６月１５日（２００５．６．１５）
【出願人】（３０１０３２９４２）独立行政法人放射線医学総合研究所 (149)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月１５日（２００５．６．１５）
【出願人】（３０１０３２９４２）独立行政法人放射線医学総合研究所 (149)
【Ｆターム（参考）】
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