荷電粒子（電気を帯びた粒子）に電圧を加え、方向と速さのそろった高いエネルギーの粒子（ビーム）を作り出す装置です。重粒子線治療のためには、荷電粒子を腫瘍に届くエネルギーまで加速させる必要があります。本施設の加速器システムの主加速器には、シンクロトロン（直径約17ｍ、周長約57m）を採用しています。

シンクロトロンは重粒子線を円形軌道上で数百万回/秒、周回させて治療に必要なエネルギーまで高周波で加速する装置です。加速された重粒子は最大で光速の約70%に到達します。

■入射器の原理と構成

入射器は、重粒子線をシンクロトロンへ入射するために必要なエネルギーまで加速する装置で、イオン源と線型加速器で構成されます。

イオン源はメタンガスから炭素イオンを作り出します。線型加速器はRFQライナックとAPF IH-DTLから構成され、高周波電圧により炭素イオンをメタンガスから光の速度の約9％まで加速します。

入射器の構成

■ECR^※イオン源

方式	永久磁石ECRイオン源
イオン源	C４+
導入ガス	CH4
エネルギー	10keV/u

※Electron Cyclotron Resonance

■RFQ^※ライナック

加速イオン	C４+
エネルギー	600keV/u
周波数	200MHz

※Radio Frequency Quadrupole

■APF IH-DTL^※

加速イオン	C４+
エネルギー	4.0MeV/u
周波数	200MHz

※Alternating-Phase-Focused Interdigital H-mode Drift-Tube-Linac

■電磁石電源とは

治療においては、サブミリオーダの高いビーム位置精度が要求されます。シンクロトロンでは、ビームを軌道に沿うように曲げる偏向電磁石、ビームを収束するレンズの役割を持つ四極電磁石、軌道補正を行うステアリング電磁石によって制御します。これらの電磁石を励磁するのが電磁石電源であり、ビーム位置精度の制御に重要な役割を果たしています。

■システムの特長と偏向電磁石電源

本施設では、シンクロトロンの小型化とスキャニング照射が重要な特長であり、それを実現するため、ノイズを極力低減した安定な電源が必要でした。

大阪大学核物理研究センター名誉教授の土岐博先生にご指導頂き、ノイズ抑制の決定版として発案された佐藤・土岐の対称3線方式を採用した偏向電磁石電源を開発しました。“ゆらぎ”を表す電流リプルは世界最高の低い値を示しており、高いビーム位置精度を実現しています。

■偏向電磁石電源仕様

治療室は3室あり、毎回X線あるいはCTで位置照合の後、照射を行います。治療室１は水平/45度方向、治療室2・３は水平/垂直方向で、治療室1・２では動体追跡照射が可能です。

■X線撮像システム

X線管・FPD^※で構成され、照射部位を決定するためのX線画像を撮像します。使用しない時は退避します。

※Flat Panel Detector

■治療計画システムの機能

治療計画システムは、患部に重粒子線を照射する前に、照射する重粒子線の線量や照射範囲、方向をシミュレーションし評価するためのものです。計画立案支援ソフトウェアと計画立案ソフトウェアで構成されています。

■計画立案支援ソフトウェア（RayStation Doctor）

計画立案支援ソフトウェアとして採用しているRayStation Doctorは輪郭作成・治療計画評価を行うソフトウェアで、事前に撮影したCTイメージに対し、腫瘍等の輪郭形状を設定します。

■計画立案ソフトウェア（VQA Plan）

計画立案ソフトウェアとして採用しているVQA Planは照射計画と線量計算を行うソフトウェアで、体内での重粒子線の線量分布をシミュレーションし、治療計画データを作成します。線量計算アルゴリズムには粒子線で広く用いられているペンシルビーム法を採用しています。

また、治療期間中は、患者様の体型や治療経過に伴い腫瘍の形状の変化がみられます。VQAは実際の治療における患者様のセットアップ誤差や臓器の動きを考慮した補正機能を多数そろえているため、CTをデフォーメーション（変形）することで初回治療計画時に立てた情報と日々の形状変化に伴った線量分布の計算や線量積算結果の比較評価が行え、患者様の治療経過に伴うミリ単位のアダプテーション（適応）も迅速に行えます。