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JP2017038773A - Irradiation particle beam control apparatus, charged particle beam irradiation system, and irradiation particle beam control method - Google Patents

Irradiation particle beam control apparatus, charged particle beam irradiation system, and irradiation particle beam control method Download PDF

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JP2017038773A
JP2017038773A JP2015162052A JP2015162052A JP2017038773A JP 2017038773 A JP2017038773 A JP 2017038773A JP 2015162052 A JP2015162052 A JP 2015162052A JP 2015162052 A JP2015162052 A JP 2015162052A JP 2017038773 A JP2017038773 A JP 2017038773A
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irradiation
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礼 木村
Rei Kimura
礼 木村
通隆 小野
Michitaka Ono
通隆 小野
義史 長本
Yoshifumi Nagamoto
義史 長本
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Abstract

【課題】粒子線がん治療において、照射の目的部分である腫瘍以外の健全組織・重要臓器への照射を抑制しながら目的部分への照射を可能とする。【解決手段】本実施形態の照射粒子線制御装置100は、照射粒子線の通路を挟んで互いに対向し、照射粒子線を軌道軸Aから拡散する方向に曲げる磁場を発生させる2つの第1平面内拡散用電磁石111a、111bと、照射粒子線の移動方向について2つの第1平面内拡散用電磁石111a、111bの下流に配され照射粒子線の通路を挟んで互いに対向して、第1平面内拡散用電磁石111a、111bにより曲げられた照射粒子線を軌道軸A方向に向かって収束させる方向に曲げる磁場を発生させる2つの第1平面内収束用電磁石112a、112bと、2つの第1平面内拡散用電磁石111a、111bと2つの第1平面内収束用電磁石112a、112bを支持する支持部を有する。【選択図】図2In particle beam cancer treatment, it is possible to irradiate a target portion while suppressing irradiation to a healthy tissue / important organ other than a tumor which is a target portion of irradiation. An irradiation particle beam control apparatus according to an embodiment of the present invention includes two first planes that generate a magnetic field that is opposed to each other with a path of the irradiation particle beam interposed therebetween and bends the irradiation particle beam in a direction in which the irradiation particle beam is diffused from an orbital axis. The inner diffusion electromagnets 111a and 111b and the two first in-plane diffusion electromagnets 111a and 111b in the moving direction of the irradiation particle beam are opposed to each other across the irradiation particle beam passage in the first plane. Two first in-plane converging electromagnets 112a and 112b that generate a magnetic field that bends the irradiation particle beam bent by the diffusion electromagnets 111a and 111b toward the orbital axis A direction, and two in the first plane The diffusion electromagnets 111a and 111b and the two first in-plane converging electromagnets 112a and 112b are supported. [Selection] Figure 2

Description

本発明の実施形態は、照射対象に照射するために照射粒子線を制御する照射粒子線制御装置、これを有する荷電粒子線照射システム、および照射粒子線制御方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to an irradiation particle beam control apparatus that controls an irradiation particle beam to irradiate an irradiation object, a charged particle beam irradiation system including the irradiation particle beam control apparatus, and an irradiation particle beam control method.

荷電粒子線を用いたがん治療装置(粒子線がん治療装置)では、一般に、加速器によって加速された荷電粒子線が腫瘍部へある線量を付与する際に、腫瘍部のみにダメージを与える必要がある。このためには、粒子線が腫瘍部に到達するまでおよび粒子線が腫瘍部を透過後の、粒子線の経路およびその経路の周辺における粒子線および二次粒子による健全な組織および重要な臓器(健全組織・重要臓器)への線量付与量を低減する事が重要である。   In cancer treatment devices using charged particle beams (particle beam cancer treatment devices), it is generally necessary to damage only the tumor part when the charged particle beam accelerated by the accelerator gives a certain dose to the tumor part. There is. For this purpose, healthy tissue and important organs by the particle beam and secondary particles in and around the path of the particle beam until the particle beam reaches the tumor site and after the particle beam penetrates the tumor site ( It is important to reduce the dose given to healthy tissues and important organs.

腫瘍部以外の健全組織・重要臓器への線量付与量が一定量に達すると、その部位にそれ以上の線量を加えられないため、粒子線の照射ができなくなる。特に、一方向のみからの照射を行う際にこの効果が顕著となるが、これを低減するために多門照射や回転ガントリーを用いる方法がある(特許文献1〜3)。   When the dose given to healthy tissues / important organs other than the tumor reaches a certain level, no further dose can be applied to the site, and particle beam irradiation cannot be performed. In particular, this effect becomes remarkable when irradiation is performed from only one direction. To reduce this effect, there are methods using multi-gate irradiation and a rotating gantry (Patent Documents 1 to 3).

図14は、従来の照射粒子線制御装置の構成および作用を示す斜視図である。荷電粒子線を用いたがん治療装置で用いられる荷電粒子は、拡散用電磁石7により、加速器の荷電粒子線出口の一点から腫瘍部へ広がるように、若しくは腫瘍部を走査するように照射対象1に照射される。この際、一方向からの照射(一門照射)の場合は、1cm当りを通過する荷電粒子線数が腫瘍部に比べて多くなる。このため、荷電粒子線の入射する体表面付近の健全組織・重要臓器に付与される線量付与量が高くなりやすく、これが腫瘍部への照射量制限となる場合がある。 FIG. 14 is a perspective view showing the configuration and operation of a conventional irradiation particle beam control apparatus. Charged particles used in a cancer treatment apparatus using a charged particle beam are irradiated with a diffusion electromagnet 7 so as to spread from one point of the charged particle beam exit of the accelerator to the tumor part or to scan the tumor part. Is irradiated. In this case, in the case of irradiation from one direction (single gate irradiation), the number of charged particle beams passing per 1 cm 2 is larger than that in the tumor part. For this reason, the dose imparted to the healthy tissue / important organ near the body surface where the charged particle beam is incident tends to increase, and this may limit the dose to the tumor site.

一方、複数方向からの入射を行う強度変調放射線治療(IMRT:Intensity Modulated Radiation Therapy)は、体表面付近の健全組織・重要臓器に与える放射線の影響を低く抑えられることから、腫瘍部に対してより安全に高い線量を与えることができる。   On the other hand, intensity-modulated radiation therapy (IMRT) that performs incidence from multiple directions can reduce the effect of radiation on healthy tissues and vital organs near the body surface, and thus more effectively against the tumor part. High dose can be given safely.

特開2013−215442号公報JP 2013-215442 A 特開2013−106981号公報JP 2013-106981 A 特許第4936924号公報Japanese Patent No. 4936924

上述した、複数方向からの入射を行う強度変調放射線治療を実施できる粒子線がん治療装置においては、多門照射や回転ガントリーによる照射を行うための照射ポートの準備、機器の大型化、動的な機器の必要性などの点が課題であった。   In the above-mentioned particle beam cancer treatment apparatus capable of performing intensity-modulated radiation therapy that performs incidence from multiple directions, preparation of an irradiation port for performing multi-port irradiation or irradiation with a rotating gantry, enlargement of equipment, dynamic Necessity of equipment was an issue.

多門照射では、水平及び垂直照射ポートを用意する場合、それぞれの照射ポートまで荷電粒子を輸送する必要がある。荷電粒子を輸送するためには、輸送用の空洞と電磁石およびこれらを設置するための空間が必要であり、建設コストが高くなる。   In multi-gate irradiation, when preparing horizontal and vertical irradiation ports, it is necessary to transport charged particles to the respective irradiation ports. In order to transport the charged particles, a transport cavity, an electromagnet, and a space for installing these are required, which increases the construction cost.

また、回転ガントリーは患者の周囲を回転可能な回転機構を備えた照射ポートであることから、機器が大型化する。加えて、動的な機器であることから静的な機構に比べて照射位置の精度が低下する。   In addition, since the rotating gantry is an irradiation port provided with a rotating mechanism that can rotate around the patient, the size of the device increases. In addition, since it is a dynamic device, the accuracy of the irradiation position is lower than that of a static mechanism.

本発明の実施形態は、上述した課題を解決するためになされたものであり、粒子線がん治療において、照射の目的部分である腫瘍以外の健全組織・重要臓器への照射を抑制しながら、目的部分への照射を可能とすることを目的とする。   Embodiments of the present invention have been made to solve the above-described problems, and in particle beam cancer treatment, while suppressing irradiation to healthy tissues and important organs other than tumors that are the target part of irradiation, The purpose is to enable irradiation of the target part.

上述の目的を達成するため、本実施形態は、照射対象に照射するために一つの軌道軸に沿って取り出された電荷を有する照射粒子線を制御する照射粒子線制御装置であって、前記照射粒子線の通路を挟んで互いに対向し、前記照射粒子線を前記軌道軸から拡散する方向に曲げる磁場を発生させる2つの第1平面内拡散用電磁石と、前記照射粒子線の移動方向について前記2つの第1平面内拡散用電磁石の下流に配され前記照射粒子線の通路を挟んで互いに対向して、前記第1平面内拡散用電磁石により曲げられた前記照射粒子線を前記軌道軸方向に向かって収束させる方向に曲げる磁場を発生させる2つの第1平面内収束用電磁石と、前記2つの第1平面内拡散用電磁石と前記2つの第1平面内収束用電磁石を支持する支持部と、を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present embodiment is an irradiation particle beam control apparatus for controlling an irradiation particle beam having a charge taken out along one orbital axis for irradiating an irradiation object, Two first in-plane diffusion electromagnets that generate a magnetic field that is opposed to each other across a particle beam path and bends the irradiation particle beam in a direction in which the irradiation particle beam diffuses from the orbital axis, and the movement direction of the irradiation particle beam. Two irradiation electromagnets arranged downstream of the first in-plane diffusion electromagnet, facing each other across the irradiation particle beam passage, and the irradiation particle beams bent by the first in-plane diffusion electromagnet are directed in the orbital axis direction. Two first in-plane converging electromagnets that generate a magnetic field that bends in a converging direction; a support unit that supports the two first in-plane diffusion electromagnets and the two first in-plane converging electromagnets; Prepare The features.

また、本実施形態は、荷電粒子の周回通路に偏向のための磁場を形成する偏向電磁石および前記荷電粒子にエネルギーを付与する高周波加速空洞部と、前記荷電粒子を照射粒子線として一つの軌道軸に沿って取り出すビーム出射部を有する加速器と、前記照射粒子線を照射対象に照射するために制御する照射粒子線制御装置と、を備える荷電粒子線照射システムであって、前記照射粒子線制御装置は、前記照射粒子線の通路を挟んで互いに対向し、前記照射粒子線を前記軌道軸から拡散する方向に曲げる磁場を発生させる2つの第1平面内拡散用電磁石と、前記照射粒子線の移動方向について前記2つの第1平面内拡散用電磁石の下流に配され前記照射粒子線の通路を挟んで互いに対向して、前記第1平面内拡散用電磁石により曲げられた前記照射粒子線を前記軌道軸方向に収束させる方向に曲げる磁場を発生させる2つの第1平面内収束用電磁石と、前記2つの第1平面内拡散用電磁石と前記2つの第1平面内収束用電磁石を支持する支持部と、を備えることを特徴とする。   Further, the present embodiment includes a deflecting electromagnet that forms a magnetic field for deflection in a circulating path of charged particles, a high-frequency acceleration cavity that imparts energy to the charged particles, and one orbital axis with the charged particles as an irradiation particle beam A charged particle beam irradiation system comprising: an accelerator having a beam emitting section that is taken out along an irradiation particle; and an irradiation particle beam control device that controls the irradiation particle beam to irradiate the irradiation target. Includes two first in-plane diffusion electromagnets that generate a magnetic field that is opposed to each other across the path of the irradiation particle beam and that bends the irradiation particle beam in a direction of diffusing from the orbital axis, and movement of the irradiation particle beam Before being bent by the first in-plane diffusing electromagnet, arranged downstream of the two first in-plane diffusing electromagnets and facing each other across the irradiation particle beam passage. Two first in-plane converging electromagnets for generating a magnetic field that bends the irradiated particle beam in a direction to converge in the orbital axis direction, the two first in-plane converging electromagnets, and the two first in-plane converging electromagnets And a support part for supporting

また、本実施形態は、照射対象に照射するために加速された荷電粒子が一つの軌道軸に沿って取り出された照射粒子線を制御する照射粒子線制御方法であって、2つの第1平面内拡散用電磁石が、前記照射粒子線を前記軌道軸から拡散させる第1平面拡散ステップと、前記第1平面拡散ステップの後に、2つの第1平面内収束用電磁石が、前記第1平面拡散ステップで拡散された前記照射粒子線を、前記軌道軸方向に収束させる第1平面収束ステップと、を有することを特徴とする。   Further, the present embodiment is an irradiation particle beam control method for controlling an irradiation particle beam in which charged particles accelerated for irradiating an irradiation object are taken out along one orbital axis, and two first planes An inner diffusion electromagnet diffuses the irradiated particle beam from the orbital axis, and after the first plane diffusion step, two first in-plane converging electromagnets move to the first plane diffusion step. A first plane converging step for converging the irradiated particle beam diffused in step 1 in the orbital axis direction.

本発明の実施形態によれば、粒子線がん治療において、照射の目的部分である腫瘍以外の健全組織・重要臓器への照射を抑制しながら、目的部分への照射が可能となる。   According to the embodiment of the present invention, in particle beam cancer treatment, it is possible to irradiate a target portion while suppressing irradiation to a healthy tissue / an important organ other than a tumor that is a target portion of irradiation.

第1の実施形態に係る荷電粒子線照射システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the charged particle beam irradiation system which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る照射粒子線制御装置の構成および作用を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure and effect | action of an irradiation particle beam control apparatus which concern on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る照射粒子線制御装置の作用を説明する示す斜視図であり、(a)は一方の極性、(b)は他方の極性の場合である。It is a perspective view which shows the effect | action of the irradiation particle beam control apparatus which concerns on 1st Embodiment, (a) is one polarity, (b) is the case of the other polarity. 第1の実施形態に係る荷電粒子線照射方法の手順を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the procedure of the charged particle beam irradiation method which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る照射粒子線制御装置の効果を説明するための概念的グラフである。It is a conceptual graph for demonstrating the effect of the irradiation particle beam control apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る照射粒子線制御装置の構成および作用を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure and effect | action of an irradiation particle beam control apparatus which concern on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る照射粒子線制御装置の作用及び効果を示す概念図であり、(a)は第1の実施形態の場合、(b)は第2の実施形態の場合である。It is a conceptual diagram which shows the effect | action and effect of the irradiation particle beam control apparatus which concern on 2nd Embodiment, (a) is the case of 1st Embodiment, (b) is the case of 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る照射粒子線制御装置の構成および作用を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure and effect | action of an irradiation particle beam control apparatus which concern on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る荷電粒子線照射方法の手順を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the procedure of the charged particle beam irradiation method which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る荷電粒子線照射方法の効果を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the effect of the charged particle beam irradiation method which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る荷電粒子線照射方法の効果の別の例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows another example of the effect of the charged particle beam irradiation method which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る荷電粒子線照射システムの構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the charged particle beam irradiation system which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係る荷電粒子線照射システムの変形例の構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the modification of the charged particle beam irradiation system which concerns on 4th Embodiment. 従来の照射粒子線制御装置の構成および作用を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure and effect | action of the conventional irradiation particle beam control apparatus.

以下、図面を参照して、照射粒子線制御装置、荷電粒子線照射システム、および照射粒子線制御方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。   Hereinafter, an irradiation particle beam control apparatus, a charged particle beam irradiation system, and an irradiation particle beam control method will be described with reference to the drawings. Here, the same or similar parts are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.

[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る荷電粒子線照射システムの構成を示すブロック図である。荷電粒子線照射システム200は、加速器10および照射粒子線制御装置100を有する。加速器10は、シンクロトロンである。加速器10は、加速の対象とする加速粒子が周回する周回ビーム用真空容器11、偏向電磁石12、加速粒子とする荷電粒子の供給源からの荷電粒子の導入を行う入射用電磁石13、高周波加速空洞部14、加速粒子の取り出しを行う出射用電磁石15、周回ビーム収束用四極電磁石16、四極電磁石電源16aを有する。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a charged particle beam irradiation system according to the first embodiment. The charged particle beam irradiation system 200 includes an accelerator 10 and an irradiation particle beam control device 100. The accelerator 10 is a synchrotron. The accelerator 10 includes an orbiting beam vacuum vessel 11 around which accelerated particles to be accelerated, a deflecting electromagnet 12, an incident electromagnet 13 for introducing charged particles from a source of charged particles to be accelerated particles, and a high-frequency acceleration cavity. Part 14, an extraction electromagnet 15 for taking out accelerated particles, a circular beam converging quadrupole electromagnet 16 and a quadrupole electromagnet power supply 16a.

偏向電磁石12は、周回ビーム用真空容器11内の加速粒子の進行平面に垂直な方向に磁場を形成する。偏向電磁石12に囲まれた部分の周回ビーム用真空容器11は曲率を有しており、この部分で加速粒子の方向が変更される。加速粒子の進行方向が常にこの曲率に沿うように、加速粒子のエネルギー上昇に応じて磁場の強さを増加させる。具体的には、偏向電磁石12の図示しないコイルの電流の電源である偏向電磁石電源12aから供給する電流を増加させる。   The deflecting electromagnet 12 forms a magnetic field in a direction perpendicular to the traveling plane of the accelerating particles in the circular beam vacuum vessel 11. The circular beam vacuum vessel 11 surrounded by the deflecting electromagnet 12 has a curvature, and the direction of the acceleration particles is changed in this portion. The strength of the magnetic field is increased according to the energy increase of the accelerated particles so that the traveling direction of the accelerated particles always follows this curvature. Specifically, the current supplied from the deflection electromagnet power source 12a, which is the power source of the current of a coil (not shown) of the deflection electromagnet 12, is increased.

高周波加速空洞部14は、いわゆる高周波加速空洞と呼ばれる加速粒子にエネルギーを供給する部分であり、空洞部を形成する真空ダクトおよびその外側の筐体等の部材を有する。エネルギーの供給は、高周波発生装置14aにより高周波の周波数を上昇させることにより行う。   The high-frequency accelerating cavity 14 is a part that supplies energy to so-called high-frequency accelerating cavities, and has members such as a vacuum duct that forms the cavity and a housing outside the vacuum duct. The energy is supplied by increasing the frequency of the high frequency by the high frequency generator 14a.

また、周回ビーム用真空容器11へ加速対象の荷電粒子を供給する装置として、加速器10は、イオン源17a、イオン源17aからの荷電粒子を加速する入射用加速器17b、および荷電粒子の通路となる入射用真空容器17を有する。   As an apparatus for supplying charged particles to be accelerated to the orbiting beam vacuum vessel 11, the accelerator 10 serves as an ion source 17a, an incident accelerator 17b for accelerating charged particles from the ion source 17a, and a path for charged particles. An incident vacuum container 17 is provided.

また、加速器10は、周回ビーム用真空容器11から加速された粒子を照射粒子線として取り出す装置として、ビーム出射部18を有する。照射対象1に照射するために、ビーム出射部18によって周回ビーム用真空容器11から取り出された荷電粒子を、以下、照射粒子線と呼ぶ。ビーム出射部18の出口には、照射粒子線の軌道を制御する照射粒子線制御装置100が設けられている。   Further, the accelerator 10 has a beam emitting unit 18 as a device for extracting particles accelerated from the circular beam vacuum vessel 11 as an irradiation particle beam. The charged particles taken out from the circular beam vacuum vessel 11 by the beam emitting unit 18 in order to irradiate the irradiation object 1 are hereinafter referred to as irradiation particle beams. An irradiation particle beam control device 100 that controls the trajectory of the irradiation particle beam is provided at the exit of the beam emitting unit 18.

図2は、第1の実施形態に係る照射粒子線制御装置の構成および作用を示す斜視図である。照射粒子線制御装置100は、第1平面内拡散用電磁石111および第1平面内収束用電磁石112、および第1平面内拡散用電磁石111および第1平面内収束用電磁石112を静止支持する図示しない支持部を有する。   FIG. 2 is a perspective view showing the configuration and operation of the irradiation particle beam control apparatus according to the first embodiment. The irradiation particle beam control apparatus 100 supports the first in-plane diffusion electromagnet 111 and the first in-plane convergence electromagnet 112, and the first in-plane diffusion electromagnet 111 and the first in-plane convergence electromagnet 112 in a stationary manner (not shown). It has a support part.

第1平面内拡散用電磁石111は、第1平面内拡散用電磁石111aおよび第1平面内拡散用電磁石111bを含む。第1平面内拡散用電磁石111aと第1平面内拡散用電磁石111bとは、照射粒子線の軌道軸Aを挟んで互いに平行に間隔をおいて対向して配されている。ここで、軌道軸とは、ビーム出射部18から出射されてほぼ同一方向に向かいほぼ同一直線上にある照射粒子線の軌道を、このように呼ぶこととする。   The first in-plane diffusion electromagnet 111 includes a first in-plane diffusion electromagnet 111a and a first in-plane diffusion electromagnet 111b. The first in-plane diffusing electromagnet 111a and the first in-plane diffusing electromagnet 111b are arranged to face each other with an interval in parallel with the orbital axis A of the irradiation particle beam interposed therebetween. Here, the trajectory axis refers to the trajectory of the irradiated particle beam that is emitted from the beam emitting unit 18 and that is substantially in the same direction and is substantially on the same straight line.

第1平面内拡散用電磁石111aと第1平面内拡散用電磁石111bは、互いに相俟って第1平面内拡散用電磁石111aと第1平面内拡散用電磁石111bとの間を結ぶ磁束を形成する。第1平面内拡散用電磁石111aと第1平面内拡散用電磁石111bは、この磁束の大きさ及び極性を変化可能に構成されている。第1平面内拡散用電磁石111aのコイルと第1平面内拡散用電磁石111bのコイルとは、互いに独立であってもよいし、互いに直列に接続されていてもよい。また、電磁石は超電導電磁石であってもよい。   The first in-plane diffusion electromagnet 111a and the first in-plane diffusion electromagnet 111b together form a magnetic flux that connects the first in-plane diffusion electromagnet 111a and the first in-plane diffusion electromagnet 111b. . The first in-plane diffusion electromagnet 111a and the first in-plane diffusion electromagnet 111b are configured to be able to change the magnitude and polarity of the magnetic flux. The coil of the first in-plane diffusion electromagnet 111a and the coil of the first in-plane diffusion electromagnet 111b may be independent from each other or may be connected in series with each other. The electromagnet may be a superconducting electromagnet.

同様に、第1平面内収束用電磁石112aと第1平面内収束用電磁石112bは、互いに相俟って第1平面内収束用電磁石112aと第1平面内収束用電磁石112bとの間を結ぶ磁束を形成する。第1平面内収束用電磁石112aと第1平面内収束用電磁石112bは、この磁束の大きさ及び極性を変化可能に構成されている。   Similarly, the first in-plane converging electromagnet 112a and the first in-plane converging electromagnet 112b are coupled to each other to form a magnetic flux connecting the first in-plane converging electromagnet 112a and the first in-plane converging electromagnet 112b. Form. The first in-plane converging electromagnet 112a and the first in-plane converging electromagnet 112b are configured to be able to change the magnitude and polarity of the magnetic flux.

第1平面内拡散用電磁石111aおよび第1平面内拡散用電磁石111bのセットの電流の向きと、第1平面内収束用電磁石112aおよび第1平面内収束用電磁石112bのセットの電流の向きとは、互いに反対方向となるように同期している。   The current direction of the set of first in-plane diffusion electromagnet 111a and first in-plane diffusion electromagnet 111b and the direction of current in the set of first in-plane converging electromagnet 112a and first in-plane convergence electromagnet 112b , They are synchronized so that they are in opposite directions.

図3は、照射粒子線制御装置の作用を説明する示す斜視図であり、(a)は一方の極性、(b)は他方の極性の場合である。すなわち、(a)は、磁束ベクトルB1が、第1平面内拡散用電磁石111aから第1平面内拡散用電磁石111bの方向にあるように、第1平面内拡散用電磁石111aおよび第1平面内拡散用電磁石111bに電流が流れる場合である。また、(b)は、磁束ベクトルB2が、第1平面内収束用電磁石111bから第1平面内拡散用電磁石111aの方向にあるように、第1平面内拡散用電磁石111aおよび第1平面内拡散用電磁石111bに電流が流れる場合である。   FIG. 3 is a perspective view illustrating the operation of the irradiation particle beam control apparatus, where (a) shows one polarity and (b) shows the other polarity. That is, (a) shows the first in-plane diffusion electromagnet 111a and the first in-plane diffusion so that the magnetic flux vector B1 is in the direction from the first in-plane diffusion electromagnet 111a to the first in-plane diffusion electromagnet 111b. This is a case where a current flows through the electromagnet 111b. (B) shows the first in-plane diffusion electromagnet 111a and the first in-plane diffusion so that the magnetic flux vector B2 is in the direction from the first in-plane converging electromagnet 111b to the first in-plane diffusion electromagnet 111a. This is a case where a current flows through the electromagnet 111b.

磁束ベクトルB中を速度ベクトルvで移動するNeの荷電粒子に働く力ベクトルFは、次の式(1)で与えられる。
F=Ne・v×B …(1)
ただし、×は、ベクトル同士の外積である。
A force vector F acting on a Ne + charged particle moving in the magnetic flux vector B at a velocity vector v is given by the following equation (1).
F = Ne · v × B (1)
Here, x is an outer product of vectors.

したがって、(a)に示すように、−y方向の磁束ベクトルB1の磁界内で、z方向にvで進む正の荷電粒子には、x方向の力ベクトルFが働く。このため、荷電粒子は、入射してきた軌跡軸である直線L0を直進した点P0には行かず、直線L0から外れて、点P0を通り鉛直上方に延びる直線L1上の点P1の方向にそれる。すなわち、荷電粒子は、直線L0と直線L1を含む平面(第1平面)内を曲がりながら移動する。磁束ベクトルB1の密度が一定であれば軌跡は円弧上となる。   Therefore, as shown in (a), the force vector F in the x direction acts on the positive charged particles that advance by v in the z direction within the magnetic field of the magnetic flux vector B1 in the -y direction. For this reason, the charged particle does not go to the point P0 that has traveled straight on the straight line L0 that is the incident locus axis, but deviates from the straight line L0 and moves in the direction of the point P1 on the straight line L1 that extends vertically upward through the point P0. The That is, the charged particles move while bending in a plane (first plane) including the straight lines L0 and L1. If the density of the magnetic flux vector B1 is constant, the locus is on an arc.

一方、(b)に示すように、y方向の磁束ベクトルB2の磁界内で、z方向にvで進む荷電粒子には、−x方向に力ベクトルFが働く。このため、荷電粒子は、入射してきた軌跡軸である直線L0を直進した点P0には行かず、直線L0から外れて、点P0を通り鉛直下方に延びる直線L1上の点P2の方向にそれる。すなわち、第1平面内を(a)の場合と逆方向に、入射してきた軌跡軸である直線L0から外れて曲がりながら移動する。   On the other hand, as shown in (b), a force vector F acts in the −x direction on the charged particles traveling at v in the z direction within the magnetic field of the magnetic flux vector B2 in the y direction. For this reason, the charged particle does not go to the point P0 that has traveled straight on the straight line L0 that is the incident locus axis, but deviates from the straight line L0 and moves in the direction of the point P2 on the straight line L1 that extends vertically downward through the point P0. The That is, it moves in a direction opposite to the case of (a) in the first plane while turning off the straight line L0 that is the locus axis.

以上、陽子線や重粒子線などの正の電荷を有する場合について、説明したが、電子線などのマイナスの電荷を有する場合は、逆の方向となるが、効果は同様である。   As described above, the case of having a positive charge such as a proton beam or a heavy particle beam has been described. However, the case of having a negative charge such as an electron beam is reversed, but the effect is the same.

図2に示す第1平面内拡散用電磁石111aと第1平面内拡散用電磁石111b間の磁束は、図3で示した磁束ベクトルB1の方向と磁束ベクトルB2の方向への変更を周期的に繰り返す。周期的な繰り返しは、ある方向に固定されない方が良く、たとえば、正弦波のような変化が望ましい。   The magnetic flux between the first in-plane diffusion electromagnet 111a and the first in-plane diffusion electromagnet 111b shown in FIG. 2 periodically repeats the change in the direction of the magnetic flux vector B1 and the direction of the magnetic flux vector B2 shown in FIG. . It is better that the periodic repetition is not fixed in a certain direction, for example, a change like a sine wave is desirable.

一方、図2に示す第1平面内収束用電磁石112aと第1平面内収束用電磁石112bには、第1平面内収束用電磁石112aと第1平面内収束用電磁石112b間の磁束が、第1平面内拡散用電磁石111aと第1平面内拡散用電磁石111b間の磁束と逆方向の磁束を生ずるような電流が流される。   On the other hand, in the first in-plane converging electromagnet 112a and the first in-plane converging electromagnet 112b shown in FIG. 2, the magnetic flux between the first in-plane converging electromagnet 112a and the first in-plane converging electromagnet 112b is the first. A current is generated so as to generate a magnetic flux in a direction opposite to the magnetic flux between the in-plane diffusion electromagnet 111a and the first in-plane diffusion electromagnet 111b.

すなわち、たとえば、第1平面内拡散用電磁石111が図3(a)の状態にある時は、第1平面内収束用電磁石112は(b)の状態にある。同様に、第1平面内拡散用電磁石111が図3(b)の状態にある時は、第1平面内収束用電磁石112は(a)の状態にある。   That is, for example, when the first in-plane diffusion electromagnet 111 is in the state of FIG. 3A, the first in-plane converging electromagnet 112 is in the state of (b). Similarly, when the first in-plane diffusion electromagnet 111 is in the state of FIG. 3B, the first in-plane converging electromagnet 112 is in the state of (a).

この結果、第1平面内拡散用電磁石111内を移動する荷電粒子が、入射してきた軌跡軸である直線L0から外れて+x方向に曲がった後に、第1平面内収束用電磁石112内を移動するときは、逆方向に曲がる、すなわち、入射してきた軌跡軸である直線L0に近づく方向に曲がることになる。この収束位置を、照射対象1の目的部分5となるように、磁束を生ずる電流を制御することができる。以下、荷電粒子が軌道軸L0からそれることを、拡散するということとする。また、軌道軸L0の方向に戻ることを、収束するということとする。   As a result, the charged particles moving in the first in-plane diffusion electromagnet 111 move in the first in-plane converging electromagnet 112 after bending from the straight line L0 which is the locus axis of incidence and bending in the + x direction. When it turns, it turns in the opposite direction, that is, it turns in the direction approaching the straight line L0 which is the locus axis which has entered. The current that generates the magnetic flux can be controlled so that the convergence position becomes the target portion 5 of the irradiation target 1. Hereinafter, the fact that the charged particle deviates from the orbital axis L0 is referred to as diffusion. Further, returning to the direction of the orbital axis L0 means convergence.

なお、たとえば、図3(b)に示す方向に、健全な状態の重要な臓器あるいはその部分(健全・重要臓器)が存在している場合には、スイープ範囲からこの方向を除外することにより、健全・重要臓器への照射を防止することができる。スイープ領域からの除外は、スイープの幅を狭めることによっても可能である。あるいは、途中の方向から別の方向にジャンプすることにより中央の範囲でも除外することが可能である。このように、中央の前方に目的部分5が存在しながらも、中央部以外のルートから目的部分5に到達するということも可能である。   For example, when an important organ in a healthy state or a portion thereof (healthy / important organ) exists in the direction shown in FIG. 3B, by excluding this direction from the sweep range, It can prevent irradiation of healthy and important organs. The exclusion from the sweep area can also be made by narrowing the width of the sweep. Alternatively, it is possible to exclude even the middle range by jumping from the middle direction to another direction. In this way, it is possible to reach the target portion 5 from a route other than the central portion while the target portion 5 exists in front of the center.

図4は、第1の実施形態に係る荷電粒子線照射方法の手順を示すフロー図である。まず、荷電粒子は、加速器10で加速される(ステップS01)。詳細には、イオン源17aから供給された荷電粒子は、入射用加速器17bを経由して、入射用電磁石13を経由して周回ビーム用真空容器11に流入する。周回ビーム用真空容器11では、高周波加速空洞部14でエネルギーを付与されながら、それぞれの偏向電磁石12で周回ビーム用真空容器11に沿って曲がりながら、また、周回ビーム収束用四極電磁石16により周回軸中心に収束されながら加速される。次に、出射用電磁石15により、荷電粒子を照射粒子線として取り出す(ステップS02)。   FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the charged particle beam irradiation method according to the first embodiment. First, charged particles are accelerated by the accelerator 10 (step S01). Specifically, the charged particles supplied from the ion source 17a flow into the circulating beam vacuum vessel 11 via the incident electromagnet 13 via the incident accelerator 17b. In the circular beam vacuum vessel 11, while being energized by the high-frequency acceleration cavity 14, the deflection electromagnet 12 bends along the circular beam vacuum vessel 11, and the circular beam converging quadrupole electromagnet 16 turns the circular axis. It is accelerated while converging at the center. Next, the emitted electromagnet 15 takes out charged particles as an irradiation particle beam (step S02).

照射粒子線が取り出された後、第1平面内拡散用電磁石111が照射粒子線を拡散させる(ステップS03)。第1平面内収束用電磁石112は、第1平面内拡散用電磁石111に同期しながら拡散した照射粒子線を収束させる(ステップS04)。   After the irradiation particle beam is taken out, the first in-plane diffusion electromagnet 111 diffuses the irradiation particle beam (step S03). The first in-plane converging electromagnet 112 converges the diffused irradiation particle beam in synchronization with the first in-plane diffusion electromagnet 111 (step S04).

図5は、第1の実施形態に係る照射粒子線制御装置の効果を説明するための概念的グラフである。横軸は、皮膚表面からの位置である。縦軸は、それぞれの位置における照射粒子線の照射線量である。   FIG. 5 is a conceptual graph for explaining the effect of the irradiation particle beam control apparatus according to the first embodiment. The horizontal axis is the position from the skin surface. The vertical axis represents the irradiation dose of the irradiation particle beam at each position.

破線で示す曲線Bは、従来の方式による場合の照射線量の分布である。また、実線で示す曲線Aは、本実施形態に係る照射粒子線制御方法による場合の照射線量の分布である。図5で示すように、従来の方式の場合は、皮膚表面から目的部分5に至る経路においても、目的部分5のさらに奥の範囲についても照射線量のレベルが緩やかに分布している。   A curve B indicated by a broken line is an irradiation dose distribution in the case of the conventional method. A curved line A indicated by a solid line is an irradiation dose distribution in the case of the irradiation particle beam control method according to the present embodiment. As shown in FIG. 5, in the case of the conventional method, the irradiation dose level is gently distributed in the path from the surface of the skin to the target portion 5 and also in the range far behind the target portion 5.

一方、本実施形態においては、最終的に目的部分5には照射レベルが確保されるが、目的部分5に至る経路では、照射レベルが低く抑えられる。また、本実施形態における照射粒子線制御装置100は、静的な要素のみから構成され、動的な装置を用いないことから、精度よく照射することができる。   On the other hand, in the present embodiment, the irradiation level is finally secured in the target portion 5, but the irradiation level is kept low in the route to the target portion 5. Moreover, since the irradiation particle beam control apparatus 100 in this embodiment is comprised only from a static element and does not use a dynamic apparatus, it can irradiate with sufficient precision.

以上のように、本実施形態により、粒子線がん治療において、大掛かりな装置を必要とせずに、照射の目的部分である腫瘍以外の健全組織・重要臓器への照射を抑制しながら、目的部分への照射が可能となる。   As described above, according to the present embodiment, in the particle beam cancer treatment, the target portion is suppressed while suppressing irradiation to a healthy tissue / important organ other than the tumor that is the target portion of irradiation without requiring a large-scale apparatus. Irradiation is possible.

[第2の実施形態]
図6は、第2の実施形態に係る照射粒子線制御装置の構成および作用を示す斜視図である。第1平面内拡散用電磁石111と第1平面内収束用電磁石112は、支持部130に支持されている。支持部130は、電磁石取り付けバー131および支持板132を有する。
[Second Embodiment]
FIG. 6 is a perspective view showing the configuration and operation of the irradiation particle beam control apparatus according to the second embodiment. The first in-plane diffusion electromagnet 111 and the first in-plane converging electromagnet 112 are supported by the support portion 130. The support unit 130 includes an electromagnet mounting bar 131 and a support plate 132.

第1平面内拡散用電磁石111と第1平面内収束用電磁石112のそれぞれの上部および下部には、軌道軸に垂直な方向に延びた電磁石取り付けバー131が2本ずつ取り付けられている。電磁石取り付けバー131の両端は、それぞれ支持板132に接続している。   Two electromagnet mounting bars 131 extending in a direction perpendicular to the track axis are attached to the upper and lower portions of the first in-plane diffusion electromagnet 111 and the first in-plane converging electromagnet 112, respectively. Both ends of the electromagnet mounting bar 131 are connected to the support plate 132, respectively.

支持部130は、軌跡軸である直線L0を中心に回転可能に構成されている。なお、電磁石取り付けバー131と支持板132の構成は、第1平面内拡散用電磁石111と第1平面内収束用電磁石112の第1平面内拡散用電磁石111と第1平面内収束用電磁石112自重による荷重が確実に伝達し、回転可能に構成されていれば、他の構成でもよい。   The support portion 130 is configured to be rotatable about a straight line L0 that is a locus axis. The configuration of the electromagnet mounting bar 131 and the support plate 132 is such that the first in-plane diffusion electromagnet 111 and the first in-plane convergence electromagnet 112 and the first in-plane convergence electromagnet 112 are self-weighted. Other configurations may be used as long as the load is reliably transmitted and can be rotated.

図7は、第2の実施形態に係る照射粒子線制御装置の作用及び効果を示す概念図であり、(a)は第1の実施形態の場合、(b)は第2の実施形態の場合である。それぞれ、照射対象1の表面、すなわち患者の場合は皮膚の表面を通過する照射粒子線の軌跡を示している。   FIG. 7 is a conceptual diagram showing the operation and effect of the irradiation particle beam control apparatus according to the second embodiment. (A) is the case of the first embodiment, and (b) is the case of the second embodiment. It is. Each shows the trajectory of the irradiation particle beam passing through the surface of the irradiation target 1, that is, the surface of the skin in the case of a patient.

第1の実施形態の場合は、図7(a)に示すように、第1平面と照射対象1が交差する曲線上で、x1とx2の間をスイープする。本第2の実施形態においては、図17(b)に示すように、x1とx2との間をスイープしながら、点Pを中心にスイープする軌跡が回転するような全体の軌跡となる。ここで、点Pは、軌跡軸である直線L0と照射対象1の表面との交点である。   In the case of the first embodiment, as shown in FIG. 7A, a sweep is performed between x1 and x2 on a curve where the first plane and the irradiation target 1 intersect. In the second embodiment, as shown in FIG. 17B, the entire trajectory is such that the trajectory that sweeps around the point P rotates while sweeping between x1 and x2. Here, the point P is an intersection of the straight line L0 that is the trajectory axis and the surface of the irradiation target 1.

以上のように、照射粒子線の照射対象1の表面の通過点は、点x1、x2の軌跡である円C内の範囲に分散する。この結果、大掛かりな装置を必要とせずに、照射の目的部分5である腫瘍以外の健全組織・重要臓器への照射を抑制しながら、目的部分5への照射が可能となる。   As described above, the passing points on the surface of the irradiation target 1 of the irradiation particle beam are dispersed in a range within the circle C which is the locus of the points x1 and x2. As a result, it is possible to irradiate the target portion 5 while suppressing irradiation to a healthy tissue / important organ other than the tumor, which is the target portion 5 of irradiation, without requiring a large-scale device.

[第3の実施形態]
図8は、第3の実施形態に係る照射粒子線制御装置の構成および作用を示す斜視図である。本実施形態は、第1の実施形態の変形である。本第3の実施形態における照射粒子線制御装置100は、第1平面内収束用電磁石112の下流に設けられた第2平面内拡散用電磁石121と第2平面内収束用電磁石122をさらに有する。
[Third Embodiment]
FIG. 8 is a perspective view showing the configuration and operation of the irradiation particle beam control apparatus according to the third embodiment. This embodiment is a modification of the first embodiment. The irradiation particle beam control apparatus 100 according to the third embodiment further includes a second in-plane diffusion electromagnet 121 and a second in-plane convergence electromagnet 122 provided downstream of the first in-plane convergence electromagnet 112.

第2平面内拡散用電磁石121は、第2平面内拡散用電磁石121aと第2平面内拡散用電磁石121bを有する。第2平面内拡散用電磁石121aと第2平面内拡散用電磁石121bは、第1平面内収束用電磁石112aおよび第1平面内収束用電磁石112bに対して、軌跡軸である直線L0を中心に90度回転した方向に固定されている。   The second in-plane diffusion electromagnet 121 includes a second in-plane diffusion electromagnet 121a and a second in-plane diffusion electromagnet 121b. The second in-plane diffusion electromagnet 121a and the second in-plane diffusion electromagnet 121b are 90 around the straight line L0 that is the locus axis with respect to the first in-plane convergence electromagnet 112a and the first in-plane convergence electromagnet 112b. It is fixed in the rotated direction.

第2平面内収束用電磁石122は、第2平面内拡散用電磁石121の下流に設けられている。第2平面内収束用電磁石122は、第2平面内収束用電磁石122aおよび第2平面内収束用電磁石122bを含む。第2平面内収束用電磁石122aおよび第2平面内収束用電磁石122bは、第2平面内拡散用電磁石121aと第2平面内拡散用電磁石121bと同じ方向に固定されている。   The second in-plane converging electromagnet 122 is provided downstream of the second in-plane diffusion electromagnet 121. The second in-plane convergence electromagnet 122 includes a second in-plane convergence electromagnet 122a and a second in-plane convergence electromagnet 122b. The second in-plane converging electromagnet 122a and the second in-plane converging electromagnet 122b are fixed in the same direction as the second in-plane diffusion electromagnet 121a and the second in-plane diffusion electromagnet 121b.

従って、第2平面内拡散用電磁石121aと第2平面内拡散用電磁石121bとの間の磁束は、第1平面内収束用電磁石112aと第1平面内収束用電磁石112bとの間の磁束と、軌跡軸である直線L0を中心に互いに直交する方向となる。したがって、仮に軌跡軸である直線L0の方向に照射粒子線が流入する場合、第1平面と軌跡軸である直線L0を中心に互いに直交する第2平面内で、方向が曲げられる。また、第2平面内で第2平面内収束用電磁石122aおよび第2平面内収束用電磁石122bが形成する磁束は、第2平面内拡散用電磁石121aおよび第2平面内拡散用電磁石121bが形成する磁束とは、第1平面と軌跡軸である直線L0について逆方向に形成されるように、それぞれの電磁石のコイルに流れる電流の大きさと方向が調整される。   Therefore, the magnetic flux between the second in-plane diffusion electromagnet 121a and the second in-plane diffusion electromagnet 121b is the same as the magnetic flux between the first in-plane convergence electromagnet 112a and the first in-plane convergence electromagnet 112b. The directions are orthogonal to each other about the straight line L0 as the locus axis. Therefore, if the irradiation particle beam flows in the direction of the straight line L0 that is the locus axis, the direction is bent in the second plane that is orthogonal to the first plane and the straight line L0 that is the locus axis. The magnetic flux formed by the second in-plane converging electromagnet 122a and the second in-plane converging electromagnet 122b in the second plane is formed by the second in-plane diffusion electromagnet 121a and the second in-plane diffusion electromagnet 121b. The magnitude and direction of the current flowing through the coils of the respective electromagnets are adjusted so that the magnetic flux is formed in the opposite direction with respect to the first plane and the straight line L0 that is the locus axis.

図9は、第3の実施形態に係る荷電粒子線照射方法の手順を示すフロー図である。ステップS01ないしステップS14は、第1の実施形態と同様である。ステップS03、
ステップS14に並行して、第2平面内拡散用電磁石121が照射粒子線を拡散させる(ステップS15)。ステップS15に続いて、第2平面内収束用電磁石122が第2平面内拡散用電磁石121に同期しながら照射粒子線を収束させる(ステップS16)。
FIG. 9 is a flowchart showing the procedure of the charged particle beam irradiation method according to the third embodiment. Steps S01 to S14 are the same as those in the first embodiment. Step S03,
In parallel with step S14, the second in-plane diffusion electromagnet 121 diffuses the irradiated particle beam (step S15). Subsequent to step S15, the second in-plane converging electromagnet 122 converges the irradiation particle beam in synchronization with the second in-plane diffusion electromagnet 121 (step S16).

第2平面内拡散用電磁石121および第2平面内収束用電磁石122による磁束変化、それによる第2平面にほぼ平行なスイープの周期は、第1平面内拡散用電磁石111および第1平面内収束用電磁石112による第1平面内におけるスイープの周期に比べて十分長い。   The change in magnetic flux by the second in-plane diffusion electromagnet 121 and the second in-plane converging electromagnet 122, and the resulting sweep period substantially parallel to the second plane is determined by the first in-plane diffusion electromagnet 111 and the first in-plane convergence. It is sufficiently longer than the sweep cycle in the first plane by the electromagnet 112.

図10は、第3の実施形態に係る荷電粒子線照射方法の効果を示す概念図である。照射対象1の表面を照射粒子線が通過する場所の軌跡を示している。第1平面内拡散用電磁石111および第1平面内収束用電磁石112により第1平面内でx1とx2の間でスイープされながら、これより長い周期で、第2平面内拡散用電磁石121および第2平面内収束用電磁石122によって第2平面にほぼ平行な平面内でy1とy2の間でスイープされる。   FIG. 10 is a conceptual diagram showing the effect of the charged particle beam irradiation method according to the third embodiment. The locus | trajectory of the place where an irradiation particle beam passes the surface of the irradiation object 1 is shown. While being swept between x1 and x2 in the first plane by the first in-plane diffusion electromagnet 111 and the first in-plane converging electromagnet 112, the second in-plane diffusion electromagnet 121 and the second in a longer cycle. The in-plane converging electromagnet 122 sweeps between y1 and y2 in a plane substantially parallel to the second plane.

以上のように、第1平面内拡散用電磁石111および第1平面内収束用電磁石112による磁束の時間的変化の周期と第2平面内拡散用電磁石121および第2平面内収束用電磁石122による磁束の時間的変化の周期が離れていれば、照射対象1の表面において、(x1−x2)×(y1−y2)平面にほぼ満遍なく拡げることができる。   As described above, the temporal change period of the magnetic flux by the first in-plane diffusion electromagnet 111 and the first in-plane convergence electromagnet 112 and the magnetic flux by the second in-plane diffusion electromagnet 121 and the second in-plane convergence electromagnet 122. If the period of time change of is distant, the surface of the irradiation target 1 can be spread almost uniformly in the (x1-x2) × (y1-y2) plane.

図11は、第3の実施形態に係る荷電粒子線照射方法の効果の別の例を示す概念図である。ここで、破線で囲まれた領域Rは、照射粒子線が通過するスイープ範囲から除外された領域である。例えば、荷電粒子の加速器10による加速エネルギーの最大値と、目的部分5の照射対象1における位置とから、必要とされる照射方向が存在する。しかしながら、そのままの照射では、目的部分5に至る経路に、健全・重要臓器が存在する場合がある。このような場合でも、図11のように、健全・重要臓器を通過する領域Rを、スイープ領域から除外することにより、健全・重要臓器への照射を防止することができる。   FIG. 11 is a conceptual diagram showing another example of the effect of the charged particle beam irradiation method according to the third embodiment. Here, a region R surrounded by a broken line is a region excluded from the sweep range through which the irradiation particle beam passes. For example, the required irradiation direction exists from the maximum value of the acceleration energy of the charged particle accelerator 10 and the position of the target portion 5 in the irradiation target 1. However, when the irradiation is performed as it is, there are cases where healthy and important organs exist in the path to the target portion 5. Even in such a case, as shown in FIG. 11, by irradiating the region R passing through the healthy / important organ from the sweep region, irradiation to the healthy / important organ can be prevented.

[第4の実施形態]
図12は、第4の実施形態に係る荷電粒子線照射システムの構成を示す概念図である。また、図13は、第4の実施形態に係る荷電粒子線照射システムの変形例の構成を示す概念図である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 12 is a conceptual diagram showing a configuration of a charged particle beam irradiation system according to the fourth embodiment. FIG. 13 is a conceptual diagram showing a configuration of a modified example of the charged particle beam irradiation system according to the fourth embodiment.

本実施形態は、第1の実施形態または第3の実施形態の変形である。本第4の実施形態における荷電粒子線照射システムは、複数の照射粒子線制御装置100を有する。それぞれの照射粒子線制御装置100は、最終的に照射対象1の目的部分5に照射粒子線を収束させている。また、それぞれの照射粒子線制御装置100は、異なった方向から照射粒子線を照射している。   This embodiment is a modification of the first embodiment or the third embodiment. The charged particle beam irradiation system in the fourth embodiment includes a plurality of irradiation particle beam control devices 100. Each irradiation particle beam control device 100 finally converges the irradiation particle beam to the target portion 5 of the irradiation object 1. Moreover, each irradiation particle beam control apparatus 100 is irradiating the irradiation particle beam from a different direction.

図12は、互いに直交する方向から照射している場合を示す。また、図13は、互いに反対方向から照射している場合を示す。それぞれの照射粒子線制御装置100に供給される照射粒子線は、同じ加速器10から供給されるが、それぞれ異なる出射用電磁石15から供給されることでもよい。あるいは、同一の出射用電磁石15から供給されて、途中で分岐してそれぞれ供給されることでもよい。   FIG. 12 shows a case where irradiation is performed from directions orthogonal to each other. FIG. 13 shows a case where irradiation is performed from opposite directions. Irradiation particle beams supplied to the respective irradiation particle beam control devices 100 are supplied from the same accelerator 10, but may be supplied from different extraction electromagnets 15. Alternatively, they may be supplied from the same extraction electromagnet 15 and branched and supplied respectively.

このように、複数経路から照射粒子線を供給することにより、さらに、目的部分5以外の部分への照射を低減することができる。   In this way, by supplying irradiation particle beams from a plurality of paths, irradiation to portions other than the target portion 5 can be further reduced.

[その他の実施形態]
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
[Other Embodiments]
As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention.

また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。たとえば、第2の実施形態における支持部130を回転可能に構成する特徴と、第3の実施形態における2つの方向での制御という特徴を組み合わせてもよい。また、ガントリーを用いた方式に、各実施形態あるいはその組み合わせを適用してもよい。   Moreover, you may combine the characteristic of each embodiment. For example, you may combine the characteristic of comprising the support part 130 in 2nd Embodiment so that rotation is possible, and the characteristic of the control in two directions in 3rd Embodiment. Further, each embodiment or a combination thereof may be applied to a system using a gantry.

さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   Furthermore, these embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1…照射対象、5…目的部分、7…拡散用電磁石、10…加速器、11…周回ビーム用真空容器、12…偏向電磁石、12a…偏向電磁石電源、13…入射用電磁石、14…高周波加速空洞部、14a…高周波発生装置、15…出射用電磁石、16…周回ビーム収束用四極電磁石、16a…四極電磁石電源、17…入射用真空容器、17a…イオン源、17b…入射用加速器、18…ビーム出射部、100…照射粒子線制御装置、111、111a、111b…第1平面内拡散用電磁石、112、112a、112b…第1平面内収束用電磁石、121、121a、121b…第2平面内拡散用電磁石、122、122a、122b…第2平面内収束用電磁石、130…支持部、131…電磁石取り付けバー、132…支持板、200…荷電粒子線照射システム   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Irradiation object, 5 ... Target part, 7 ... Electromagnet for diffusion, 10 ... Accelerator, 11 ... Vacuum container for circular beam, 12 ... Deflection electromagnet, 12a ... Deflection electromagnet power supply, 13 ... Incident electromagnet, 14 ... High frequency acceleration cavity 14a ... high frequency generator, 15 ... extraction electromagnet, 16 ... circular beam converging quadrupole electromagnet, 16a ... quadrupole electromagnet power source, 17 ... incident vacuum vessel, 17a ... ion source, 17b ... incident accelerator, 18 ... beam Emitting unit, 100 ... Irradiation particle beam control device, 111, 111a, 111b ... First in-plane diffusion electromagnet, 112, 112a, 112b ... First in-plane converging electromagnet, 121, 121a, 121b ... Second in-plane diffusion Electromagnets 122, 122a, 122b ... electromagnet for converging in the second plane, 130 ... support part, 131 ... electromagnet mounting bar, 132 ... support plate, 200 ... charging Child-ray irradiation system

Claims (6)

照射対象に照射するために一つの軌道軸に沿って取り出された電荷を有する照射粒子線を制御する照射粒子線制御装置であって、
前記照射粒子線の通路を挟んで互いに対向し、前記照射粒子線を前記軌道軸から拡散する方向に曲げる磁場を発生させる2つの第1平面内拡散用電磁石と、
前記照射粒子線の移動方向について前記2つの第1平面内拡散用電磁石の下流に配され前記照射粒子線の通路を挟んで互いに対向して、前記第1平面内拡散用電磁石により曲げられた前記照射粒子線を前記軌道軸方向に向かって収束させる方向に曲げる磁場を発生させる2つの第1平面内収束用電磁石と、
前記2つの第1平面内拡散用電磁石と前記2つの第1平面内収束用電磁石を支持する支持部と、
を備えることを特徴とする照射粒子線制御装置。
An irradiation particle beam control apparatus for controlling an irradiation particle beam having a charge taken out along one orbital axis to irradiate an irradiation object,
Two first in-plane diffusion electromagnets that generate a magnetic field that faces each other across the path of the irradiation particle beam and bends the irradiation particle beam in a direction in which the irradiation particle beam is diffused from the orbital axis;
The movement direction of the irradiation particle beam is arranged downstream of the two first in-plane diffusion electromagnets, facing each other across the irradiation particle beam passage, and bent by the first in-plane diffusion electromagnet. Two first in-plane converging electromagnets that generate a magnetic field that bends the irradiated particle beam in a direction to converge toward the orbital axis direction;
A support part for supporting the two first in-plane diffusion electromagnets and the two first in-plane converging electromagnets;
An irradiation particle beam control device comprising:
前記第1平面内拡散用電磁石は、前記照射粒子線を前記起動軸に沿う第1平面内で前記軌道軸から拡散させるように構成され、
前記照射粒子線の移動方向について前記2つの第1平面内収束用電磁石の下流に配され前記照射粒子線の通路を挟んで互いに対向して、前記照射粒子線を、前記軌道軸に沿い前記第1平面と直交する第2平面内で前記軌道軸から拡散する方向に曲げる磁場を発生させる2つの第2平面内拡散用電磁石と、
前記照射粒子線の移動方向について前記2つの第2平面内拡散用電磁石の下流に配され前記照射粒子線の通路を挟んで互いに対向して、前記第2平面内拡散用電磁石により曲げられた前記照射粒子線を前記軌道軸方向に収束させる方向に曲げる磁場を発生させる2つの第2平面内収束用電磁石と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の照射粒子線制御装置。
The first in-plane diffusion electromagnet is configured to diffuse the irradiated particle beam from the orbital axis in a first plane along the activation axis,
The irradiation particle beam is arranged downstream of the two first in-plane converging electromagnets in the moving direction of the irradiation particle beam so as to be opposed to each other across the passage of the irradiation particle beam. Two second in-plane diffusion electromagnets for generating a magnetic field that bends in a direction diffusing from the orbital axis in a second plane orthogonal to the one plane;
The movement direction of the irradiation particle beam is arranged downstream of the two second in-plane diffusion electromagnets, is opposed to each other across the passage of the irradiation particle beam, and is bent by the second in-plane diffusion electromagnet. Two second in-plane converging electromagnets for generating a magnetic field that bends the irradiated particle beam in a direction to converge in the orbital axis direction;
The irradiation particle beam control device according to claim 1, further comprising:
前記支持部は、前記軌道軸を中心に回転可能に構成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の照射粒子線制御装置。   The irradiation particle beam control apparatus according to claim 1, wherein the support portion is configured to be rotatable around the orbital axis. 荷電粒子の周回通路に偏向のための磁場を形成する偏向電磁石および前記荷電粒子にエネルギーを付与する高周波加速空洞部と、前記荷電粒子を照射粒子線として一つの軌道軸に沿って取り出すビーム出射部を有する加速器と、
前記照射粒子線を照射対象に照射するために制御する照射粒子線制御装置と、
を備える荷電粒子線照射システムであって、
前記照射粒子線制御装置は、
前記照射粒子線の通路を挟んで互いに対向し、前記照射粒子線を前記軌道軸から拡散する方向に曲げる磁場を発生させる2つの第1平面内拡散用電磁石と、
前記照射粒子線の移動方向について前記2つの第1平面内拡散用電磁石の下流に配され前記照射粒子線の通路を挟んで互いに対向して、前記第1平面内拡散用電磁石により曲げられた前記照射粒子線を前記軌道軸方向に収束させる方向に曲げる磁場を発生させる2つの第1平面内収束用電磁石と、
前記2つの第1平面内拡散用電磁石と前記2つの第1平面内収束用電磁石を支持する支持部と、
を備えることを特徴とする荷電粒子線照射システム。
A deflecting electromagnet that forms a magnetic field for deflection in a circumferential path of charged particles, a high-frequency acceleration cavity that imparts energy to the charged particles, and a beam emitting unit that takes out the charged particles as an irradiation particle beam along one orbital axis An accelerator having
An irradiation particle beam control device for controlling the irradiation particle beam to irradiate the irradiation object;
A charged particle beam irradiation system comprising:
The irradiation particle beam control device comprises:
Two first in-plane diffusion electromagnets that generate a magnetic field that faces each other across the path of the irradiation particle beam and bends the irradiation particle beam in a direction in which the irradiation particle beam is diffused from the orbital axis;
The movement direction of the irradiation particle beam is arranged downstream of the two first in-plane diffusion electromagnets, facing each other across the irradiation particle beam passage, and bent by the first in-plane diffusion electromagnet. Two first in-plane converging electromagnets for generating a magnetic field that bends the irradiated particle beam in a direction for converging in the orbital axis direction;
A support part for supporting the two first in-plane diffusion electromagnets and the two first in-plane converging electromagnets;
A charged particle beam irradiation system comprising:
照射対象に照射するために加速された荷電粒子が一つの軌道軸に沿って取り出された照射粒子線を制御する照射粒子線制御方法であって、
2つの第1平面内拡散用電磁石が、前記照射粒子線を前記軌道軸から拡散させる第1平面拡散ステップと、
前記第1平面拡散ステップの後に、2つの第1平面内収束用電磁石が、前記第1平面拡散ステップで拡散された前記照射粒子線を、前記軌道軸方向に収束させる第1平面収束ステップと、
を有することを特徴とする照射粒子線制御方法。
An irradiation particle beam control method for controlling an irradiation particle beam in which charged particles accelerated to irradiate an irradiation object are extracted along one orbital axis,
Two first in-plane diffusion electromagnets for diffusing the irradiated particle beam from the orbital axis;
After the first plane diffusion step, two first in-plane focusing electromagnets converge the irradiated particle beam diffused in the first plane diffusion step in the orbital axis direction,
The irradiation particle beam control method characterized by having.
前記第1平面拡散ステップで前記照射粒子線は前記軌道軸に沿う第1平面内で拡散され、
さらに、2つの第2平面内拡散用電磁石が、前記照射粒子線を前記軌道軸に沿い前記第1平面と直交する第2平面内で前記軌道軸から拡散させる第2平面拡散ステップと、
前記第2平面拡散ステップの後に、2つの第2平面内収束用電磁石が、前記第2平面拡散ステップで拡散された前記照射粒子線を前記軌道軸方向に収束させる第2平面収束ステップと、
をさらに有することを特徴とする請求項5に記載の照射粒子線制御方法。
In the first plane diffusion step, the irradiation particle beam is diffused in a first plane along the orbital axis,
A second plane diffusion step in which two second in-plane diffusion electromagnets diffuse the irradiated particle beam from the orbital axis in a second plane perpendicular to the first plane along the orbital axis;
After the second plane diffusion step, two second in-plane focusing electromagnets converge the irradiated particle beam diffused in the second plane diffusion step in the orbital axis direction,
The irradiation particle beam control method according to claim 5, further comprising:
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WO2025158754A1 (en) * 2024-01-23 2025-07-31 株式会社 東芝 Heavy particle beam irradiation device and treatment system

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