超軽量２軸回転ガントリー

【課題】いままで高価で大きく重量の重い重粒子線治療加速器のコストと重量の大幅な低減。
【解決手段】特殊な電子ビーム冷却装置により強い強度の“冷たいイオンビーム”をもつ低ビームエミッタンスを用いることで回転ガントリーの磁石類を大幅に軽量化することで、機械的曲率可変の電磁石と長さの大幅に変わる真空槽との組み合わせで、直交する２軸回転が可能な重粒子線用の回転ガントリーを可能とした。小型で短い電磁石をストリング状に連結し重イオンのエネルギーに相応して、機械的曲率を可変にし、さらに、真空槽はバネ状構造で伸縮自在とし、この組み合わせで、患者に対して等価的に２軸の回転を可能とさせた。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は荷電粒子の電離作用による物理的・生物学的特性を利用して主に人体のがん細胞の増加を抑制することで、がんの治療の治療法での荷電粒子（イオン）ビームの照射法に関する分野である。そのなかでも特に治療効果をより効果的にするためにイオンビームを患者の周囲に回転して立体角で全方位の方向から照射する技術に関する分野である。
【背景技術】
【０００２】
陽子や炭素イオンなどの荷電粒子線（以下イオンビームと呼ぶ）には一定以上のビーム断面積をもつ場合ブラッグピークと呼ばれる物理現象がある。これは水や人体などの物質にイオンビームを照射するとそのエネルギーに応じた深さで強いイオン化を起こす現象である。加速器物理学者のＲｏｂｅｒｔＷｉｌｓｏｎがこのブラッグピークを利用してイオンビームを深部がんに照射すれば外科手術の痛みや抗がん剤の副作用などのない理想的ながんの治療に使えると考えてこれを提案した。これをうけカリフォルニア大学付属研究所のＬａｕｒｅｎｃｅＢｅｒｋｌｅｙ研究所の重イオンのシンクロトロン加速器で物理の研究のかたわら治療試験が行われたが、当初期待したほどの成果をだすまえにこの物理の実験装置はシャットダウンされてしまった。このあと日本の高エネルギー物理学研究所（現在の高エネルギー加速器研究機構）の陽子加速器の一部を物理実験のかたわら筑波大学が陽子線治療を行ってその効果が実証した。この陽子線治療とは独立に放射線医学総合研究所はがん治療専用の重粒子線治療装置（ＨＩＭＡＣと呼ばれる）を建設し２００５年はじめには２２００人をこえるがん患者を治療した。その効果は目覚ましいもので他の治療法では困難ながんが炭素イオンでは完治する多数の事例をうることができた。この成果を受けて兵庫県でもＨＩＭＡＣの縮小版を建設して治療が開始された。その後重粒子線はたんにブラッグピークの物理的特性のほかに生物細胞への効果も大きいことがはっきりと認識されてきて、ヨーロッパでもその導入をしようとする国が現れてきた。なかでもドイツがもっとも炭素イオンの効果を明確に理解し、ハイデルブルグ大学でその建設がスタートした。重粒子線の治療効果が優れていることは理論的にもあきらかで臨床においても実証されてきた。これをうけて普及させようという動きが強くなってきたが、装置の巨大さとその価格の高さが大きな障害となっている。このコストとサイズの問題を技術的にどう解決するかが、重粒子線治療の普及への大きな課題であるがこの問題を解決する技術案はだれも提案がなかった。我々は“低温ビーム粒子線治療加速器”（ＣＢＳすなわちＣｏｌｄＢｅａｍＳｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ／ＣａｒｂｏｎＢｅａｍＳｏｕｒｃｅ）（特許出願中）という発明によりこの問題を解決した。この発明はさらにビーム照射方式についても大きな革命をもたらすことができる。すなわち、従来、過大で６００トンにも及ぶ炭素線回転ガントリーの重量を何十分の一にも軽量化することが可能となる。
【文献１】
Ｍ．ＫｕｍａｄａａｎｄＶ．Ｖ．Ｐａｒｋｈｏｍｃｈｕｋ，２００５年米国Ｋｎｏｘｖｉｌｌｅでの加速器国際会議で発表予定。２００５年東京での粒子線ワークショプＰＴＣＯＧ４２で発表予定。本発明の科学的論理付けの国外および国内での最初の学術論文と発表。
【文献２】
ＧａｎｔｒｙＳｔｕｄｉｅｓｆｏｒｔｈｅＰｒｏｐｏｓｅｄＨｅａｖｙＩｏｎＣａｎｃｅｒＴｈｅｒａｐｙＦａｃｉｌｉｔｙｉｎＨｅｉｄｅｌｂｅｒｇＰ．Ｓｐｉｌｌｅｒ，Ｄ．Ｂｏｅｈｎｅ，Ａ．Ｄｏｌｉｎｓｋｉｉ，Ｈ．Ｅｉｃｋｈｏｆｆ，Ｂ．Ｆｒａｎｃｚａｋ，Ｂ．Ｌａｎｇｅｎｂｅｃｋ，Ｔ．Ｈａｂｅｒｅｒ，Ｅ．Ｍａｌｗｉｔｚ，Ｍ．ＰａｖｌｏｖｉｃＧｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔｆ ¨ｕｒＳｃｈｗｅｒｉｏｎｅｎｆｏｒｓｃｈｕｎｇ（ＧＳＩ）Ｐｌａｎｃｋｓｔｒ．１，６４２９１Ｄａｒｍｓｔａｄｔ，Ｇｅｒｍａｎｙ
これは炭素イオンの世界最初のガントリーシステムである。その重量は６００トンにも及ぶ。
【発明の開示】
【０００３】
回転ガントリーはベッドに横たわる患者に様々な角度で粒子線を照射することで、がんの臓器のターゲットに集中しようとするものである。我々の発明の低温荷電粒子線治療加速器（ＣＢＳ）からの”冷たい”低エミッタンスのイオンビームにより回転ガントリーの磁石類の重量を大幅に減らすことができる。電磁石が軽くなると回転ガントリーの設計の自由度が大幅に増える。これにより機械的な曲率が可変である電磁石を実現することが可能となる。さらにビームラインの真空槽を蛇腹構造にして長さの変化率が２００％にも及ぶものを実現することが可能である。
【発明が解決しようとした問題】
【０００４】
重粒子の回転ガントリーを軽量化しさらに、回転軸を２軸にすることができれば、照射方向を立体角で全方位から照射することが可能になり、治療効果が著しく向上する。これが本発明の問題提起であり、解決すべき問題である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明により、炭素イオン回転ガントリーシステムを世界唯一のハイデルベルグの回転ガントリーの重量の１／１０程度まで軽量化が可能となる。その結果、大幅な低コスト化を実現しながら精密回転機能の性能を保持することが可能となる。ただし、本回転ガントリーはＣＢＳ加速器からの“冷たい”ビームを必要とする。既存のシンクロトロンで本システムを利用するためには、そこに電子冷却などのイオンビーム冷却装置を導入することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】重粒子線治療システム俯瞰図
【図２】超軽量２軸回転ガントリー図１に重粒子線治療システム俯瞰図を示す。ここにはＣＢＳと本発明の重量４０トン強の“超軽量２軸回転ガントリー“を示す。また図２には超軽量２軸回転ガントリーの拡大図を示す。全体のスケールはシンクロトロンの長手の部分が４０ｍ以下にとってありリニアーなスケーリングの図となっている。主な構成要素である１．治療室２．フレキシブル曲率電磁石３．リブ４．フレキシブル可変長真空槽を符号（番号）付きで示す。ここでフレキシブル電磁石は小磁石を連結しており曲率をガーダーの上で自在に変化できるように作られる。また特定の曲率を面上に含むビームラインはこれに直交する軸の周囲を回転することで２軸の回転を可能にする。磁石の重量が大幅に軽いために回転籠の機械的剛性を保つのに必要なリブ（ＲＩＢ）も図の程度でよい。磁石の曲率を可変にするためには、真空槽をステンレス等の蛇腹状の構造物で構成する。
【符号の説明】
【０００７】
１，治療室
２．フレキシブル曲率電磁石
３．リブ
４．フレキシブル可変長真空槽

【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子の電離作用により物理的・生物学的特性を利用して主に人体のがん細胞の増加を抑制することで、がんの治療法での荷電粒子（イオン）ビームの照射法に関する分野で治療効果をより効果的にするためにイオンビームを２軸で患者の周囲に回転して立体角で全方位の方向から照射する方法。
【請求項２】
請求項１において電磁石を小分割して機械的および磁気的に曲率を可変にすることで２軸の回転を可能にする方法。
【請求項３】
請求項１において真空槽の長さを蛇腹機構にて大幅に可変にすることで、請求項２の機能と組あわせることで、２軸の回転を可能にする方法。

【図１】