专利名称：粒子射线照射系统及粒子射线照射方法利用粒子射线进行治疗的方法中，使用加速至光速的大约70%的质子、碳射线等高能粒子射线。在将这些高能粒子射线照射到体内时，具有以下特征。第一，所照射的粒子射线大部分都停止在深度为与粒子射线能量的大约I. 7次方成正比的位置。第二，对于提供给所照射的粒子射线在患者体内停止之前所通过的路径的能量密度(称为剂量)，在粒子射线的停止位置具有最大值。将沿着经过的路径而形成的特有的深部剂量分布曲线称为布拉格曲线。将剂量值最大的位置称为布拉格峰。在三维的粒子射线照射系统中，设法使该布拉格峰的位置对应于肿瘤的三维形状来进行扫描，一边调整各扫描位置的峰值剂量，一边在由预先图像诊断所决定的目标即肿瘤区域中形成规定的三维剂量分布。对粒子射线的停止位置进行的扫描包括以下两个方向上的扫描即，大致与粒子射线的照射方向垂直的横向(Χ、γ方向)；以及粒子射线的照射方向即深度方向(Ζ方向)。横向上的扫描包括使患者相对于粒子射线移动的方法、以及使用电磁铁等来使粒子射线的位置移动的方法，一般使用利用电磁铁的方法。对于深度方向上的扫描，唯有改变粒子射线能量这一方法。改变能量的方法中包括利用加速器来改变粒子射线能量的方法；以及在粒子射线所通过的路径中插入能量衰减器，并改变衰减器的衰减量的方法。例如专利文献I中记载有使用电磁铁来使射束位置移动(也称为扫描)的方法。如专利文献I的图2所示，在现有的粒子射线治疗装置的粒子射线照射系统中，作为进行束点的位置移动的单元，使用使粒子射线向着与射束前进方向(Ζ轴方向)相垂直的方向即X — Y方向偏转的扫描磁体(也称为扫描电磁铁、偏转电磁铁)。现有技术文献专利文献专利文献I :日本专利特开2008 — 154627号公报(0024段，图2)
在专利文献I的图2所记载的粒子射线照射系统中，在将粒子射线的扫描速度设为高速的情况下，需要与扫描电磁铁X的电感、扫描电磁铁Y的电感、及扫描速度成正比的、 大容量的扫描电源。因此，粒子射线照射系统的电源容量会与所要求的照射野尺寸(与照射目标尺寸成正比)、及所要求的扫描速度一起增大。本发明的目的在于，提供一种即使在所需要的照射野尺寸较大的情况下、也能不使用大容量的扫描电源就高速地扫描粒子射线、且整体的照射时间较短的粒子射线照射系统。本发明所涉及的粒子射线照射系统使入射的粒子射线在一个方向上反复移动和停留来进行扫描，以将上述粒子射线照射到目标，其特征在于，包括第一偏转装置，该第一偏转装置具有能使粒子射线在一个方向上移动到目标的最大宽度的最大偏转量；第二偏转装置，该第二偏转装置使粒子射线向上述一个方向进行偏转时的最大偏转量比第一偏转装置的最大偏转量要小；以及扫描控制装置，该扫描控制装置控制第一偏转装置和第二偏转装置，该扫描控制装置进行使第二偏转装置的偏转量增加来使粒子射线移动的控制，在粒子射线停留时，该扫描控制装置进行以下偏转置换控制即，使第二偏转装置的偏转量减少并使第一偏转装置的偏转量变化，以将第二偏转装置的偏转置换为第一偏转装置的偏转， 使得目标处的粒子射线的位置停留。对于本发明的粒子射线照射系统，即使在所需要的照射野尺寸较大的情况下，也能不使用大容量的扫描电源就高速地扫描粒子射线，且能缩短整体的照射时间。图I是表示本发明的实施方式I的粒子射线照射系统的结构的框图。图2是表示应用本发明的粒子射线照射系统的整个粒子射线照射装置的概要的框图。图3是表示本发明的实施方式I的X方向第一偏转装置及X方向第二偏转装置的动作序列、与相对应的粒子射线的位置的时间变化的关系的简要图。图4是表示本发明的点扫描照射的点位置的一个例子的配置图。图5是表示本发明的实施方式2的粒子射线照射系统的结构的框图。图6是表示本发明的实施方式3的粒子射线照射系统的结构的框图。图7是表示本发明的实施方式4的粒子射线照射系统的结构的框图。图8是表示本发明的实施方式5的粒子射线照射系统的结构的框图。图9是表示本发明的实施方式6的粒子射线照射系统的结构的框图。图10是表示本发明的实施方式7的粒子射线照射系统的结构的框图。电磁铁26的电流，X(t)表示目标5中的粒子射线的X方向位置。图3中的xl、x2、......、
x7对应于图I中的xl、x2、……、x7，表示粒子射线在X方向上的点位置。在粒子射线4停留在各点位置上的期间中，照射所计划的粒子数。利用能够对所照射的粒子射线的剂量进行监控的剂量监控器(未图示)来对粒子数进行管理。另外，tl、t2、……、tl7表示X方向第一偏转电磁铁21和X方向第二偏转电磁铁22的偏转量(例如电磁铁的励磁电流)、及粒子射线的X方向位置的变化定时。接下来，说明本发明实施方式I的粒子射线照射系统的动作。首先，利用治疗计划装置9来制定针对目标5的照射计划。具体而言，为了使粒子射线4所形成的布拉格峰的位置与目标5的三维形状相对应地对目标5的三维体积区域进行扫描，以形成与目标形状相对应的剂量区域，对目标5中的点位置(Xi，Yi，Zi)及各点位置(Xi，Yi，Zi)上的照射剂量(与照射粒子数成正比)ni进行决定。同时，在上述点位置组中，将对应于相同粒子射线能量的点位置的集合设为一层或一个切片内的切片内点位置。图4表示一个切片内点位置(以“〇”记号所表示的位置)的配置情况。通过对每一个切片决定上述点的配置，决定各切片中各点位置上的照射剂量ni，从而对全部Kslice 个的层进行照射，对所有点位置照射所计划的剂量。在实际照射中，在一个切片中，以相同粒子射线能量进行照射，对其他切片，利用粒子射线加速器6等改变粒子射线能量来进行照射。即，对每一层即每个切片进行点扫描照射。能利用粒子射线加速器来进行粒子射线能量变更，另外，也能利用射程移位器、 ESS (Energy Selection System :能量选择系统)等其他射束能量变更单元来进行粒子射线
能量变更。接下来说明本发明的粒子射线照射系统的照射动作的一个例子。首先，将包含由治疗计划装置9生成的第j个切片的第i个点位置的照射数据信息(Xi，Yi, ni, jslice, Ebj)等的数据发送至扫描控制装置8。此处，Ebj是与第j个切片相对应的粒子射线能量。 然后，在扫描控制装置8中，将其换算为与照射位置信息(Xi，Yi)相对应的X方向扫描装置 2及Y方向扫描装置3的设定参数(Ixl_i，Iyl_i)。此处，1x1」表示从图I所示的X方向扫描装置2的X方向第一偏转电磁铁24的驱动电源即X方向第一电源23提供给X方向第一偏转电磁铁24的励磁电流。在图I中，仅示出了 X方向扫描装置2的结构，但是Y方向扫描装置3也与X方向扫描装置2相同，包括Y方向第一偏转装置和Y方向第二偏转装置， Iyl_i对应于Y方向扫描装置3的Y方向第一偏转装置的相应参数。接着，在将点位置从第 i个点变化到第i + I个点时，X方向的移动量为AXi = (Xi + I — Xi)，X方向第一偏转装置21的设定参数的变化量为AIxl_i = (Ixl_i + I - Ixl_i)。此处，为了使用X方向第二偏转装置22来代替X方向第一偏转装置21而实现相同移动量AXi，先利用扫描控制运算部81等预先计算X方向第二电源25所需要的电流变化量Λ Ix2_i，再将其与照射设定参数(Ixl_i) —起存储到扫描控制运算部81。同样的，对于Y方向，也同样地存储AIy2_io同时，基于反映剂量校正结果的参数，将上述数据换算成与照射到各点位置的剂量ni相对应的剂量监控器(未图示，通常包含于粒子射线照射系统)的计数值即监控器的单位MUi。由此，在扫描控制运算部81中，准备实施照射所必须的数据。该数据内容中包括所照射的切片的每一个切片的对应于切片内点位置的励磁电流参数(Ixl_i，AIx2_i， Iyl_i, Λ Iy2_i)、照射量MUi、切片内的照射顺序、对应于切片的粒子射线能量Ebj，j = 1，
2,3......Kslice 等。在以下说明中，如图I所示，在X方向上扫描粒子射线。至于Y方向上的扫描、及同时扫描X方向和Y方向这两个方向的位置的情况，也与X方向扫描相同。参照图I 图3，说明对第j个切片所进行的照射。首先，从扫描控制装置8将切片编号j发送到粒子射线加速器6、粒子射线传送装置7等关联设备，设定各关联设备，使得粒子射线能量成为与切片编号j相对应的能量。接着，扫描控制运算部81将与切片内最初的点位置Xl相对应的励磁电流参数(1x1」，Δ Ix2_i) ,i = l传输到射束位置移动控制运算部82和射束位置停留控制运算部83，X方向第一偏转装置控制部84对X方向第一电源 23发送指令，来设定励磁电流Ixl_l。然后，将设定结束信号发送回扫描控制运算部81。接收到设定结束信号的扫描控制运算部81会发出粒子射线照射开始指令。接收到粒子射线照射开始指令时，粒子射线加速器6等发射出粒子射线，使其经由粒子射线传送装置7 (粒子射线传送装置7不是必要的)，而使粒子射线I入射到粒子射线照射系统100的X方向扫描装置2。粒子射线I通过X方向第二偏转装置22和X方向第一偏转装置21，通过对粒子射线照射量进行测量的剂量监控器等(未图示)，作为粒子射线4而照射到照射位置XI。 随着时间的经过，剂量监控器对Xl位置的照射量MU_i，i = I进行计入，若点剂量到达计划值、即点剂量已满，则将剂量已满的信息和射束移动指令输出到扫描控制装置8(时刻tl)。 同时，剂量监控器进行计数器复位。若接收上述指令，则扫描控制运算部81向射束位置移动控制运算部82发出使粒子射线4移动到第2个点位置X2的指令。若接收到该指令，则X方向第二偏转装置控制部 85向X方向第二电源25发出将X方向第二偏转电磁铁26的励磁电流从当前值改变△ Ix2_ i，i = I的指令。在图3的情况下，由于当前值为0，因此，使X方向第二偏转电磁铁26的励磁电流从O变化为Ix2_l。然后，对于粒子射线1，不仅会受到已被励磁为Ixl_l的X方向第一偏转电磁铁24的偏转，还会受到X方向第二偏转电磁铁26的偏转，点位置在时间 Ata2中从Xl高速移动到X2。然后，射束位置移动控制运算部82从X方向第二电源25接收电流变化结束指令(时刻t2)。若接收到该指令，则将粒子射线4照射到位置X2，剂量监控器再次开始计数。到剂量监控器达到与X2位置相对应的计划剂量MUi，i = 2为止需要 Atbi, i = 2的时间。在到该时间Atb2为止的期间中，进行以下控制S卩，使X方向第一偏转电磁铁24的励磁电流以规定速度发生变化,并使X方向第二偏转电磁铁26的励磁电流以规定速度减少，以使粒子射线的X位置不发生变化。由射束位置停留控制运算部83进行上述控制所需的运算，X方向第一偏转装置控制部84及X方向第二偏转装置控制部85分别向各自的电源发出指令。由此，能进行偏转置换控制来使粒子射线停留，上述偏转置换控制是将利用X方向第二偏转电磁铁26进行偏转的偏转量缓缓置换成X方向第一偏转电磁铁24的偏转的控制。在X方向第一偏转电磁铁24的励磁电流由Ixl_l变为Ixl_2之前，都持续进行该偏转置换控制。另外，在偏转置换控制动作中，射束位置停留控制运算部83进行运算，使得控制由X方向第二电源25提供的励磁电流和由X方向第一电源23提供的励磁电流，从而使粒子射线4的照射位置相对于X2的偏移不会超过预先设定的误差值。此外，在偏转置换控制中，X方向第一偏转电磁铁24的偏转量(励磁电流的绝对值)可以是如图3的t7 t8、t9 tlO那样增加的偏转量，也可以是如t2 t3、t5 t6、 tl5 tl6那样减少的偏转量。简而言之，在偏转置换控制中，使X方向第一偏转电磁铁24 的偏转量增加或减少、即发生变化。另一方面，对于X方向第二偏转电磁铁26，在偏转置换控制中，如图3的t2 t3、t5 t6、t7 t8、t9 tlO、或tl5 tl6那样，始终使偏转量 (励磁电流的绝对值)减少。例如，为了在每一 X方向位置具有相同位置变化，而预先计算或测定X方向第一偏转电磁铁24和X方向第二偏转电磁铁26所需要的励磁电流变化量，且能将其用作射束位置停留控制运算部83的参数。然后，若经过时间Atc2(时刻t3)，则X方向第一偏转电磁铁24的励磁电流成为对应于当前的照射位置X2的值Ixl_2。此处，Δ tc2< Δ tb2。然后，剂量监控器计入对应于照射位置X2的照射量MUi，i = 2，向扫描控制运算部81输出剂量已满的信息和点位置移动指令(时刻t4)。在粒子射线照射系统中，为了缩短误差剂量和照射时间，需要尽可能使点位置高速移动，因此，将X方向的有效扫描速度设为例如lOcm/msec等这样的高速。虽然取决于照射到目标的剂量，但作为上述所述的各种时间的基准，例如照射时间Atb可为Imsec至20ms,在移动量为5mm时,移动时间Ata可为40 μ S。S卩，一个点位置的照射时间Atb是移动时间Ata的大约25倍以上。因此，X方向第一电源23的电流变化可能比扫描速度慢很多。
对第j个切片内的所有扫描位置点重复上述步骤。然后，若对切片内的所有点位置所进行的照射结束，则扫描控制装置8命令粒子射线加速器6等停止粒子射线I。然后， 扫描控制装置8利用与第j个切片的照射方法相同的方法，对第j + I个切片进行照射。由此，重复上述动作，直至结束照射全部Kslice。由此，能将粒子射线照射到预先由治疗计划装置9决定的目标5的规定照射位置， 能够形成对应于肿瘤等的三维目标形状的剂量分布。此外，以上对X方向扫描装置2及Y方向扫描装置3都由两个偏转装置构成的情况进行了说明，但是，也能采用Y方向扫描装置3仅包括一个偏转装置、在Y方向上进行不进行置换控制的扫描的结构。此处，比较以下两种情况的必要电源容量即，仅利用X方向第一偏转装置来实现高速偏转的情况；以及利用X方向第二偏转装置进行高速偏转、以进行偏转置换的本发明的情况。现在，若将X方向第一偏转电磁铁与X方向第二偏转电磁铁的Bi数比N1/N2设为
10,则为了用相同变化时间Atl变化相同的偏转量,X方向第一电源所需电压Vl与X方向第二电源所需电压V2的关系如上述那样，为Vl = N1/N2*V2 = 10*V2。对于X方向第一偏转电磁铁和X方向第二偏转电磁铁,为了获得相同偏转变化量，只要磁通变化量、即匝数乘上电流变化量而获得的值相同即可，因此，Δ 1X2 = 10* Δ IXl。若Λ IXl 为 10Α，Vl 为 100V，则 V2 为 10V，Δ 1X2 为 100Α。对于 X 方向第一偏转装置，需要使其从已流过电流的状态起增大电流。例如，若上述XF为ΛΧ1的10倍左右， 则在偏转至最大位置附近，例如X方向第一偏转电磁铁的励磁电流已流过大约100Α左右。 因此，为了在偏转至最大位置附近使电流增大10Α，需要例如使电流从90Α增加到100Α。另一方面，对于X方向第二偏转电磁铁的励磁电流，在变化初期没有电流流过，即，只要从OA 增加到IOA即可。在用时间Atl使偏转量发生变化的情况下，为了仅利用X方向第一偏转装置来改变偏转量，X方向第一电源需要100V*100A = 10KVA的电源。另一方面，在使用X 方向第二偏转装置的情况下，X方向第二电源可为10V*100A = IKVA的电源。即使在使用X 方向第二偏转装置的情况下，也仍需要X方向第一偏转装置，但是，最多只要用时间Λ tl的例如10倍左右的时间来改变偏转量即可，因此，X方向第一电源所需要的电压为上述的十分之一、即IOV即可，作为X方向第一电源，可以是10V*100A= IKVA的电源。因此，在使用 X方向第二偏转装置来实现高速偏转的情况下，可以将X方向第一电源设为IKVAJf X方向第二电源设为1KVA，总计为2KVA的电源容量。由此，若仅利用X方向第一偏转装置来实现高速的偏转量变化，则需要同时使用X方向第二偏转装置时的5倍容量的电源。如以上所说明的那样，即使在照射野较大(X、Y方向上的最大扫描宽度较大)的情况下，通过设置尽管偏转量较小、但可进行高速动作的第二偏转装置、以及尽管扫描速度较慢、但可进行较大偏转的第一偏转装置这两个偏转装置，从而即使偏转电磁铁的电源的电压较低，也能对点位置进行高速移动，具有能够以较小容量的扫描电源来缩短整个照射时间的效果。在以较大的肿瘤为对象的大照射所对应的粒子射线治疗装置中，能够以小容量的电源来进行高速扫描并对较大的照射野进行照射，这样的效果尤其明显。此外，至于能够减慢第一偏转装置的扫描速度，则还具有能够减小由交流电磁铁所产生的涡流所引起的发热及磁场延迟的效果。其结果是，能够提高粒子射线照射系统的可靠性，能够使其小型化并提闻照射精度。图3中，示出了从点位置Xl到X7的X方向第一偏转电磁铁24的励磁电流IXl⑴、 X方向第二偏转电磁铁26的励磁电流1X2⑴、及相对应的点位置X(t)的时间变化的状态。 示出了在点位置X2、X3上，在偏转置换控制中，使X方向第二偏转电磁铁26的励磁电流1X2 返回O的情况。在X4上，由于在1x2返回O之前接收到点位置移动指令，因此，1x2从不为 O的状态起再次增加至规定值Ix2_4，在接下来的X5的照射期间中，1x2返回O。由此，可以不利用一次偏转置换控制来使1x2返回0，而可以在2次、3次等多次偏转置换控制之后使 1x2返回O。但是，需要设定1X2，使其不会超过X方向第二电源25的额定电流值。另外，由于射束位置从点位置X5移动到X6也可以耗费一定时间，因此，不进行偏转置换控制，而仅利用X方向第一偏转装置21来对射束位置进行移动。由此，在实际的扫描照射中，在开始照射之前，考虑加速器的射束电流的平均值和时间变动，以计算对各点位置进行照射所需要的最大时间，其结果是，在照射时间短于规定值的情况下，能够跳过该点上的偏转置换控制。即，若X方向第一电源23所要求的电流变化速度为规定值以下，则也存在能仅利用X方向第一偏转电磁铁24的偏转量的变化来使粒子射线移动到下一点位置的情况。在这种情况下，能够不实施偏转置换控制，而仅利用X方向第一偏转装置21来进行射束位置移动。在这种情况下，尽管高速偏转装置即X方向第二偏转电磁铁26的励磁电流有可能没有返回0，但只要X方向第二偏转电磁铁26的最大励磁可能值与当前所剩余的励磁电流量之差大于用于移动至下一照射位置所需的ΛΙχ2」即可。即，只要将X方向第二电源25的最大励磁电流额定值设计成能够足以确保多个点的移动的值即可。在构成上述粒子射线照射系统的情况下，即使在同一切片内的各照射位置相对应的计划照射剂量在较大范围内都具有偏差的情况下，也能够可靠地在照射中实施偏转置换控制，具有能够提供可靠性高的粒子射线照射系统的效果。此外，在时刻tl到t2、t3到t4等期间中，在图3中，使X方向第一偏转电磁铁的励磁电流IXl不发生变化，但是也可以在该期间中使IXl发生变化。在这种情况下，X方向第二偏转电磁铁的励磁电流1X2的变化量比图3所说明的要少。或者，若使X方向第二偏转电磁铁的励磁电流1X2的变化量与图3所说明的相同，则能更高速地对射束位置进行移动。另外，如图3的时刻t8的动作那样，在偏转置换控制中，在剂量监控器测出剂量已满，从射束位置移动控制运算部82发出照射位置移动指令的情况下，射束位置停留控制运算部83立刻中断偏转置换控制指令，可利用射束位置移动控制运算部82开始对照射位置的移动进行控制。在这种情况下，尽管高速偏转装置即X方向第二偏转装置22的励磁电流可能没有返回0，但只要X方向第二电源25的最大励磁可能值与当前剩余的励磁电流量之差大于用于移动至下一照射位置所需的ΛΙχ2」即可。即，只要将X方向第二电源25的最大励磁电流额定值设计成能够足以确保多个点的移动的值即可。在如上所述那样构成粒子射线照射系统的情况下，即使在粒子射线I的射束电流的时间变动较大的情况下，也能高精度地将粒子射线照射到目标，具有能够提供可靠性高的粒子射线照射系统的效果。在图I中,将X方向第二偏转电磁铁26和X方向第一偏转电磁铁24沿着粒子射线I的前进方向依次配置，但是即使使该配置顺序反向，也具有与本发明的效果相同的效果。另外，充分分开X方向第一偏转电磁铁24与X方向第二偏转电磁铁26进行配置，以使得其磁场之间不会相互影响，从而不仅具有能够减小从X方向第二电源25来看时的电感的效果，还具有能够减小X方向第二偏转电磁铁26的高速变化磁场在X方向第一偏转装置21 的导电性构成物中所引起的涡流的效果。此外，X方向第二偏转电磁铁26可由带铁心(铁氧体磁芯、层叠钢板等)的电磁铁构成，而在由不具有铁心的空芯线圈构成的情况下，也能获得本发明的效果。另外，X方向第二偏转装置也能采用以下结构即，不利用由使用电磁铁的磁场所引起的偏转，而是利用使用产生电场的偏转电极的、由电场所引起的偏转。实施方式2图5是表示本发明的实施方式2的粒子射线照射系统的结构的框图。在图5中， 标号12表不射束位置监控器。本实施方式2的结构和动作与上述实施方式I的不同点在于，将射束位置监控器12的位置信息反馈到扫描控制装置8，使粒子射线4的照射位置不会偏移。在图5中，射束位置停留控制运算部83在进行偏转置换控制时，同时或交替控制 X方向第二电源25所提供的励磁电流和X方向第一电源23所提供的励磁电流，以置换偏转，但此时，向射束位置停留控制运算部83输入来自射束位置监控器12的位置信息，射束位置停留控制运算部83在偏转置换控制中发出指令，以根据来自射束位置监控器12的位置信息来对X方向第二偏转装置22及X方向第一偏转装置21这两者或其中之一进行反馈控制，使得粒子射线4的照射位置不会偏离计划值，所述射束位置监控器12对受到X方向第二偏转电磁铁26及X方向第一偏转电磁铁24这两者的偏转的粒子射线4的位置进行监控。特别是若使用来自射束位置监控器12的位置信息来对可进行高速动作的X方向第二偏转装置22进行反馈控制，则能将照射中的粒子射线高精度地维持在照射位置，能更高精度地照射粒子射线。由此，若不对第一偏转装置，而对可更高速地进行动作的第二偏转装置进行使用来自射束位置监控器12的位置信息的反馈控制，则对时间变动较快的位置误差，也能进行高精度的反馈控制。因此，能在目标区域以更高的精度形成所计划的剂量分布。实施方式3图6是表示本发明的实施方式3的粒子射线照射系统的结构的框图。使用图6来说明本发明的实施方式3的粒子射线照射系统的结构和动作。在图6中，与图I相同的标号表示相同或相当的部分、部件。标号24是用于使粒子射线前进的主方向发生偏转而将其引导至目标的偏转电磁铁(例如，将粒子射线引导至多个治疗室的各治疗室的偏转电磁铁，或将粒子射线引向患者的偏转磁铁(Bending — Magnet)等)，同时,标号24也是X方向第一偏转电磁铁。标号26是X方向第二偏转电磁铁。标号34是Y方向第一偏转电磁铁, 标号36是Y方向第二偏转电磁铁。此外，在图6中，尽管未示出扫描控制装置，但是在本实施方式3中，也包括实施方式I、实施方式2所说明的扫描控制装置。对于本实施方式3的结构和动作，除了以下说明，基本都与上述的实施方式I相同。图6中，偏转电磁铁24兼作为X方向第一偏转电磁铁。与实施方式I相比，X方向第一偏转电磁铁24是能使粒子射线以较大的偏转角度进行偏转的较大的电磁铁。因此，仅使用X方向第一偏转电磁铁24，难以高速改变粒子射线4的X方向位置。因此，使用X方向第二偏转电磁铁26和X方向第一偏转电磁铁24这两者来进行偏转置换控制，使得如实施方式I所说明的那样使用X方向第二偏转电磁铁26来进行射束位置的高速移动，在粒子射线 4的位置位于规定位置来照射粒子射线的期间，缓缓减少X方向第二偏转电磁铁26的偏转量，并使X方向第一偏转电磁铁24的偏转量缓缓变化，以使得照射中的粒子射线4的照射位置几乎不发生变化。对于Y方向，与X方向相同地进行偏转置换控制，使得Y方向第二偏转电磁铁36负责使粒子射线4的Y方向上的点位置高速移动，在规定的Y位置照射粒子射线时，缓缓减少Y方向第二偏转电磁铁36的偏转量，并使Y方向第一偏转电磁铁34的偏转量缓缓变化，使得照射中的粒子射线4的Y位置几乎不发生变化。由此，能对目标5高速地扫描粒子射线来进行照射。在本实施方式3中，由于使用将粒子射线运送到各治疗室的偏转电磁铁来作为X 方向第一偏转电磁铁24，因此，不大量增加粒子射线照射系统所需要的电磁铁数量就能够实现本发明。此外，在兼作为X方向第一偏转电磁铁24的偏转电磁铁与目标5之间无需设置X方向扫描装置，能够使照射喷嘴小型化(减小长度)。因此，具有能力图减小粒子射线照射系统的效果。此外，在本实施方式3中，在以交替改变图4所示的X方向和Y方向而获得的扫描顺序来进行照射的情况下，平均而言，粒子射线4的位置在X方向上保持一定的时间变长，因此，能有更长时间来完成X方向的偏转置换控制。因此，即使在X方向第一偏转电磁铁24是较大的电磁铁(一般而言，电感也较大)的情况下，由于X方向第一偏转电磁铁24的电源的必要最大电压较小，因此，能以较小的电源容量的电源来实现本发明。此外,在X方向第一偏转电磁铁24为偏转电磁铁的情况下,若米用磁极端部形状具有规定角度的结构，贝1J能够始终使由X方向第二偏转电磁铁26和X方向第一偏转电磁铁 24进行扫描的粒子射线4相对于被照射体即目标5垂直地照射到所述被照射体即目标5。实施方式4图7是表示本发明的实施方式4的粒子射线照射系统的结构的框图。在图7中，与图I及图6相同的标号表不相同或相当的部分、部件。本实施方式4的结构与实施方式3、 即图6的结构的不同之处在于，Y方向第二偏转电磁铁36设置于兼作为X方向第一偏转电磁铁的、用于使粒子射线前进的主方向发生偏转而将其引导至目标的偏转磁铁24的上游。 此外，在图7中，尽管未示出扫描控制装置，但是在本实施方式4中，也包括实施方式I、实施方式2所说明的扫描控制装置。如图7所不，由于将Y方向第二偏转电磁铁36设置于X方向第一偏转电磁铁24的上游，因此，无需增加X方向第一偏转电磁铁24与目标5之间的距离。因此，能使照射喷嘴的长度比实施方式3即图6的结构要短。其结果是，具有能力图减小粒子射线照射系统的效果。另外，能够使Y方向第二偏转电磁铁36的设置位置远离目标5。由于位置变化量正比于偏转角、以及偏转磁铁与照射位置之间的距离，因此，根据本实施方式4，用于获得规定 Y方向位置变化AYi的Y方向第二偏转电磁铁36的电源所需的电流变化量较小。因此，具有能力图减小Y方向第二偏转电磁铁36的电源的效果。实施方式5图8是表示本发明的实施方式5的粒子射线照射系统的结构的框图。在图8中， 与图I及图7相同的标号表示相同或相当的部分、部件。本实施方式5的粒子射线照射系统的结构与实施方式4即图7的结构的不同之处在于，粒子射线照射系统构成为旋转机架。 标号42表示第二旋转机架偏转电磁铁，使粒子射线I在规定的偏转平面上从入射的粒子射线的前进方向上暂时发生弯曲，使其入射到第一旋转机架偏转电磁铁43，第一旋转机架偏转电磁铁43使粒子射线弯曲到平行于在同一偏转平面内入射到第二旋转机架偏转电磁铁 42的粒子射线的前进方向的方向。之后，将粒子射线入射到Y方向第二偏转电磁铁36和X 方向第二偏转电磁铁26，利用旋转机架的最后的偏转电磁铁24将粒子射线4照射向患者。 此外，偏转电磁铁24兼作为X方向第一偏转电磁铁。标号34表不Y方向第一偏转电磁铁。 而且，图8所示的所有构成要素都安装于能在机架转轴41 (几乎为水平方向)的周围旋转的同一结构体。将该结构体与包括图8所示的结构要素的粒子射线照射系统称为旋转机架。在实施方式5中，将用于向着目标来扫描粒子射线I以进行三维照射的Y方向和X 方向的偏转电磁铁收纳于该旋转机架中。在本实施方式5中，旋转机架的最后一个的偏转电磁铁24兼作为X方向的粒子射线的扫描装置的构成要素即X方向第一偏转电磁铁。另外，旋转机架的最后一个偏转电磁铁24的下游侧设置有Y方向第一偏转装置的电磁铁34。 将进行高速扫描所需的X方向第二偏转电磁铁26和Y方向第二偏转电磁铁36设置在旋转机架的最后一个偏转电磁铁24的上流侧、即粒子射线的入射侧。使用本实施方式5的粒子射线照射系统，在向着目标5照射粒子射线I来进行点扫描照射时，首先，对应于根据治疗计划来决定的照射角度，来设定旋转机架的旋转角度， 并设定旋转机架角度和治疗台(未图示)的位置和角度。然后，如实施方式I所述那样，对目标5按照切片来进行照射。在该过程中，X方向的第一、第二偏转装置、Y方向的第一、第二偏转装置、及扫描控制装置的动作等都基本与实施方式I相同。在本实施方式5中，将旋转机架的最后一个偏转电磁铁24用作X方向第一偏转电磁铁，并将X方向及Y方向的第二偏转电磁铁设置于旋转机架的最后一个偏转电磁铁24 的上游侧，从而无需增加旋转机架的照射喷嘴的长度。因而，除了上述的实施方式的效果之外，还如图8所示那样，无需增加旋转机架的旋转半径(高度)就能实现本发明，因此，具有能够抑制粒子射线照射系统变得大型化的效果。其结果是，具有有助于普及安装有粒子射线照射系统的粒子射线治疗装置的效果。此外,在本实施方式5中，对将X方向第二偏转电磁铁26和Y方向第二偏转电磁铁36设置于旋转机架的最后一个偏转电磁铁24的上游侧的情况进行了说明，但是不言而喻，即使将X方向第二偏转电磁铁26和Y方向第二偏转电磁铁36中的一个或将两者都配置于旋转机架的最后一个偏转电磁铁24的下游侧，也能获得本发明的能高速扫描的效果。实施方式6图9是表示本发明的实施方式6的粒子射线照射系统的结构的框图。在图9中，与图I相同的标号表不相同或相当的部分或部件。在本实施方式6中,对于使粒子射线I向 X方向偏转的偏转电磁铁，仅设置X方向偏转电磁铁240这一个。X方向偏转电磁铁240的励磁线圈也仅有一个，但是，这一个励磁线圈由X方向第一电源230和X方向第二电源250 这两个电源所驱动。另外，X方向偏转电磁铁240与实施方式1、2中的X方向第一偏转电磁铁24相同，具有能使粒子射线I偏转到目标的最大宽度的能力。X方向第一电源230虽然能够输出大电流，但是低电压，且由于X方向偏转电磁铁240的励磁线圈的电感值较大，因
1此，X方向第一电源230是不能使电流高速变化的电源、即低电压大电流电源。另外，X方向第二电源250所能输出的电流值较小，但是能够输出高电压，是即使X方向偏转电磁铁240 的励磁线圈的电感值较大、也能使电流高速变化的高电压小电流电源。采用以下结构即， 来自X方向第一电源230及X方向第二电源250这两个电源的电流重叠并流过X方向偏转电磁铁240的励磁线圈。本实施方式6的粒子射线照射装置中，利用X方向第一电源230及X方向偏转电磁铁240来进行相当于实施方式1、2所说明的X方向第一偏转装置21的动作，利用X方向第二电源250及X方向偏转电磁铁240来进行相当于实施方式I、2所说明的X方向第二偏转装置22的动作。S卩，如图9所示那样，利用X方向第一电源230和X方向偏转电磁铁240 来构成X方向第一偏转装置210，利用X方向第二电源250和X方向偏转电磁铁240来构成X方向第二偏转装置220。X方向偏转电磁铁240兼作为X方向第一偏转装置210的偏转电磁铁和X方向第二偏转装置220的偏转电磁铁。在使粒子射线I在点扫描照射中的相邻的点位置间移动时，利用X方向第二电源250来使X方向偏转电磁铁240的励磁线圈的励磁电流高速变化，来使粒子射线I的偏转发生变化。之后，将取决于X方向第二电源250 的X方向偏转电磁铁240的励磁电流缓缓置换为取决于X方向第一电源230的励磁电流， 进行使得利用X方向第一电源230和X方向第二电源250进行重叠的励磁电流为定值的控制，并使粒子射线停留，以将粒子射线照射到目标。由此，在实施方式6中，也与实施方式
1、2说明的相同，采用以下结构即，在粒子射线移动时，增加X方向第二偏转装置220的偏转量来使粒子射线移动，在粒子射线停留时，进行置换控制，以将利用X方向第二偏转装置 220进行偏转而获得的偏转量置换为利用X方向第一偏转装置210而获得的偏转。此外，以上仅对X方向扫描装置2进行了说明，但是不言而喻，Y方向扫描装置3也与图9的X方向扫描装置2相同，能够用一个偏转电磁铁和两个电源来构成。只是，Y方向扫描装置3也能采用以下结构即，仅包括一个偏转装置，进行在Y方向不进行置换控制的扫描。如上所述，在本实施方式6中，仅设置一个使粒子射线进行偏转的偏转电磁铁，利用两个电源来驱动该偏转电磁铁的励磁线圈，在点扫描照射中进行实施方式1、2所说明的置换控制。因此，在进行大照射野(X、Y方向的扫描最大宽度较大)的情况下，利用可进行高速动作的电源、以及尽管励磁电流的变化速度较慢但能进行大电流驱动的电源这两个电源，来驱动一个偏转电磁铁，从而能使点位置进行高速移动，具有能利用作为整体的小容量的电源来实现缩短全照射时间的效果。实施方式7图10是表示本发明的实施方式7的粒子射线照射系统的结构的框图。在图10中， 与图I相同的标号表示相同或相当的部分、部件。在本实施方式7中，在X方向扫描装置2 中，使粒子射线I向X方向偏转的电磁铁仅设置X方向偏转电磁铁241这一个。但是,X方向偏转电磁铁241在同一铁心上卷绕有第一励磁线圈242及第二励磁线圈243这两个励磁线圈。此处，第一励磁线圈242的匝数比第二励磁线圈243的匝数要多，具有较大的电感， 第二励磁线圈243的电感较小。第一励磁线圈242由X方向第一电源231驱动,第二励磁线圈243由X方向第二电源251驱动。第一励磁线圈242由X方向第一电源231驱动,对X方向偏转电磁铁241进行励磁，使粒子射线I偏转来进行扫描，所能进行扫描的范围与实施方式1、2中利用X方向第一偏转电磁铁所能偏转的范围相同。另外，第二励磁线圈243由X方向第二电源251驱动,对 X方向偏转电磁铁241进行励磁，使粒子射线I偏转来进行扫描，所能进行扫描的范围与实施方式1、2中利用X方向第二偏转电磁铁所能偏转的范围相同。即，利用由X方向第一电源231进行驱动的第一励磁线圈242能使粒子射线I进行较大的偏转，但是不能进行高速扫描。利用由X方向第二电源251进行驱动的第二励磁线圈243能对粒子射线I进行高速扫描，但是不能获得较大的偏转。在本实施方式7的粒子射线照射装置中，利用第一励磁线圈242及X方向第一电源231来进行相当于实施方式1、2所说明的X方向第一偏转装置21的动作，利用第二励磁线圈243和X方向第二电源251来进行相当于实施方式1、2所说明的X方向第二偏转装置 22的动作。[!卩，如图10所不,利用第一励磁线圈242和X方向第一电源231来构成X方向第一偏转装置211，利用第二励磁线圈243和X方向第二电源251来构成X方向第二偏转装置221。在使粒子射线I在进行点扫描照射的相邻点位置间移动时，利用X方向第二电源 251来驱动第二励磁线圈243，以使粒子射线I偏转。之后，进行控制，使得将利用由第二励磁线圈243所进行的励磁来进行偏转的偏转量慢慢地置换成利用第一励磁线圈242的励磁而获得的偏转，即，进行偏转置换控制来使粒子射线停留，以将粒子射线照射到目标。此外，以上仅对X方向扫描装置2进行了说明，但是对于Y方向扫描装置3也与图 10的X方向扫描装置2相同，能够用两个励磁线圈的偏转电磁铁和两个电源来构成。只是， Y方向扫描装置3也能采用以下结构即，仅包括一个偏转装置，进行在Y方向不进行置换控制的扫描。如上所述，在本实施方式7中，在使粒子射线进行偏转的偏转电磁铁的铁心上设置匝数不同的两个励磁线圈，以不同的电源分别驱动各励磁线圈，以在点扫描照射中进行实施方式1、2所说明的置换控制。因此，在进行大照射野(X、Y方向的扫描最大宽度较大) 的情况下，通过在一个偏转电磁铁中设置第二励磁线圈和第一励磁线圈，从而也能使点位置进行高速移动，具有能利用作为整体的小容量的电源来实现缩短全照射时间的效果，所述第二励磁线圈的偏转量较小，但由能进行高速动作的驱动电源所驱动，且电感较小，所述第一励磁线圈的扫描速度较慢，但能进行较大的偏转。附图标记
I:粒子射线
2:Χ方向扫描装置
3:Υ方向扫描装置
4:进行扫描的粒子射线
5:目标
6:加速器
7:粒子射线输送装置
8:扫描控制装置
9:治疗计划装置
12::射束位置监控器
21、210、211 :Χ 方向第一0104]22,220,221 :X方向第二偏转装置0105]23,230,231 :X方向第一电源0106]24χ方向第一偏转电磁铁0107]240、241 :X方向偏转电磁铁0108]242 :第一励磁线圈0109]243 :第二励磁线圈0110]25,250,251 :X方向第二电源0111]26χ方向第二偏转电磁铁0112]31=Y方向第二偏转装置0113]32:Y方向第一偏转装置0114]41:旋转机架转轴0115]42:第二旋转机架偏转电磁铁0116]43:第一旋转机架偏转电磁铁20117]81:扫描控制运算部0118]82:射束位置移动控制运算部0119]83:射束位置停留控制运算部0120]84=X方向第一偏转装置控制部0121]85=X方向第二偏转装置控制部0122]100 :粒子射线照射系统


本发明的目的在于提供一种在粒子射线治疗装置中、即使在照射野尺寸较大的情况下也能对粒子射线进行高速扫描的粒子射线照射系统。包括第一偏转装置(21)，该第一偏转装置(21)具有能使粒子射线在一个方向上移动到目标的最大宽度的最大偏转量；以及第二偏转装置(22)，该第二偏转装置(22)使粒子射线(1)向所述一个方向进行偏转时的最大偏转量比第一偏转装置(21)的最大偏转量要小，在粒子射线移动时，进行增加第二偏转装置(22)的偏转量增加来使粒子射线移动的控制，在粒子射线停留时，进行以下偏转置换控制即，使第二偏转装置(22)的偏转量减少并使第一偏转装置(21)的偏转量变化，以将第二偏转装置(22)的偏转置换为第一偏转装置(21)的偏转，使得目标处的粒子射线的位置停留。