2016/8/10

岩田佳之放射線医学総合研究所

HIMAC

NIRS

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Outline

2

イントロダクション 開発について 製作について ビーム試験 まとめ

HIMAC

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炭素線がん治療• Heavy Ion Medical Accelerator in Chiba (HIMAC)

– イオン種: p~Xe– E/A=800 MeV @A/Z=2

• 10000名以上の患者を治療• 新治療研究棟

– 治療室E、治療室F水平・垂直固定ポート（治療運⽤中）

– 治療室G回転ガントリーポート

3

HIMAC

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治療フロア(B2F)

HIMAC accelerators

CTシミュレーション室

治療室E（及びF）

治療室G

HIMAC

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回転ガントリーについて

5

【回転ガントリーの利点】1. 患者を傾ける必要がない2. 精密な線量分布形成が可能

3. Intensity Modulated Ion Therapy (IMIT)

固定照射ポートでの治療例（肺がん4門照射）

0-360度の如何なる⽅向からもビーム照射が可能

HIMAC

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粒⼦線治療⽤回転ガントリー

6

• 陽⼦線⽤回転ガントリー– 近年では一般的に採用– 商用ベースで製作可能

• 炭素線⽤回転ガントリー– 所要Bρが陽子線用に比べ約３倍必要•電磁石及び、構造体が非常に大型•製作が困難

PSI: Gantry 2

Mitsubishi Hitachi

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HITの回転ガントリー 世界初の炭素線⽤ガントリー

– Heidelberg Ion Beam Therapy Center (HIT)

– 2012年11⽉より治療運用開始– 総重量：650トン（回転部重量：600トン）

7http://idw-online.de/pages/de/news504069

HIMAC

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超伝導回転ガントリーの開発

8

総重量: 約300トン

イオン種 ： 12C照射方法 ：3D高速スキャニングエネルギー ：430 MeV/n最大水中レンジ ：30 cm in waterビーム軌道半径 ： 5.45 m全⻑（リング間）： 14 m

サイズ及び総重量の大幅な低減を実現

機能結合型超伝導電磁石の採⽤

HIMAC

NIRS

BM01BM02

BM03

BM04

BM10

BM09

BM08BM07

BM06BM05

ISO-CENTER

13m

PRN02

ST02

ビームラインレイアウト

9

機能結合型超伝導電磁石の採⽤(BM01-BM06)→独⽴した四極電磁石が不要

頂上部にスキャニング電磁石→大きな照射野サイズ

機能結合型超伝導電磁石の採⽤（BM09-BM10）

→平⾏ビーム、正⽅形の照射野

HIMAC

NIRS

超伝導電磁石の開発

10

断面図超伝導電磁石(BM02-05)

ヘリウムフリー！ 二極及び四極コイルは独⽴励磁可能

4K GM冷凍機(SHI RDK-415D)

HIMAC

NIRS

超伝導コイルの設計

11

-9.0E-06

-8.0E-06

-7.0E-06

-6.0E-06

-5.0E-06

-4.0E-06

-3.0E-06

-2.0E-06

-1.0E-06

0.0E+00

-0.04 -0.02 0 0.02 0.04

ΔBz

/Bz

X (m)

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10Z (c

m)

X (cm)

２D磁場計算(BM02-BM05)

二極コイル

-1.8E-03

-1.6E-03

-1.4E-03

-1.2E-03

-1.0E-03

-8.0E-04

-6.0E-04

-4.0E-04

-2.0E-04

0.0E+00

-0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04

ΔG

/G

X (m)

四極コイル

|ΔB/B|<6×10-6

|ΔG/G|<2×10-4

HIMAC

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Opera-3dによる3D磁場計算

12コイルモデル

-4.0E-04

-2.0E-04

0.0E+00

2.0E-04

4.0E-04

6.0E-04

8.0E-04

1.0E-03

-0.04 -0.02 0 0.02 0.04

ΔBz

L/Bz

L

ΔX (m)

50 70

90 100

110 120

130 136

コイルを精密にモデル化

|ΔBL/BL|<4×10-4

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磁場均⼀度補正

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補正後のBL積均一度

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10

Z (c

m)

X (cm) |ΔBL/BL|<1×10-4!

BL積の均⼀度を改善するため、最外層のコンダクタ位置を最適化

-4.0E-04

-3.0E-04

-2.0E-04

-1.0E-04

0.0E+00

1.0E-04

2.0E-04

3.0E-04

4.0E-04

-0.04 -0.02 0 0.02 0.04

ΔBz

L/Bz

L

ΔX (m)

50 70

90 100

110 120

130 136

HIMAC

NIRS

超伝導電磁石の設計

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全超伝導電磁石はOpera-3dにより設計

HIMAC

NIRS

超伝導電磁石の製造

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BM10 (22.5deg)BM04 (26deg)

HIMAC

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回転構造体の製造（東芝京浜事業所）

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HIMAC

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組⽴・試験

17

HIMAC

NIRS

工場における回転試験

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HIMAC

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放医研への輸送

19

HIMAC

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放医研にて組⽴

20平成27年9月完成

HIMAC

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G治療室の整備状況

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治療室治療室G

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超伝導回転ガントリー

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HIMAC

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ビーム試験

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ビームサイズ・形状の調整

• ビームサイズ・形状の角度依存性• ビームエネルギー：E=430 MeV/u

g180 deg g135 deg g90 deg g67.5 deg g45 deg

g22.5 deg g0 deg g-45deg g-90deg g-135deg

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

0.85

0.9

0.95

-180-135 -90 -45 0 45 90 135 180

1σ

beam

siz

e [

mm

]

Gantry angle [deg]

σx

σy

HIMAC

NIRS

0.6

0.62

0.64

0.66

0.68

0.7

0.72

0.74

0.76

0.78

0.8

-180 -135 -90 -45 0 45 90 135 180

1σbe

am

size

(mm

)

Gantry angle (deg)

σx σy

g180 deg g135 deg g90 deg g67.5 deg g45 deg

g22.5 deg g0 deg g-45deg g-90deg g-135deg

ビーム形状の調整• 超伝導四極の微調整（BM04, BM05）• 所期のスポット形状・サイズを得た

BM01BM02

BM03

BM04

BM10

BM09

BM08BM07

BM06BM05

ISO-CENTER

PRN02

ST02

-2.0%

-1.0%

0.0%

1.0%

2.0%

-180 -135 -90 -45 0 45 90 135 180

ΔI/I Q

M(%

)

Gantry angle (deg)

QM4

QM5

HIMAC

NIRS

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

1σ b

eam

size

at I

so [m

m]

E [MeV/u]

σx

σy

様々なエネルギーに対する調整

• 26種のエネルギーに対して、ビームスポット調整実施（E=430~55.6 MeV/u）

/430 MeV/u /387 MeV/u /292 MeV/u

/238 MeV/u /174 MeV/u /55.6 MeV/u

MOP126 松葉俊哉「炭素線治療⽤超電導回転ガントリーのビームコミッショニング」

MOP101 藤本哲也「散乱体を利⽤した遅い取り出しビームのエミッタンス整合」

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まとめ 重粒⼦線がん治療 良好な治療実績（≧10,000名）

超伝導回転ガントリーの開発 機能結合型超伝導電磁石の開発 超伝導電磁石採⽤により大幅な小型化 ビーム調整試験を継続中 今秋からの治療利⽤を開始予定

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共同研究者 野田耕司, 白井敏之, 藤田敬, 松葉俊哉, 佐藤眞二,古川卓司, 原洋介,水島康太, 皿谷有一, 丹正亮平,早⼄⼥直也

藤本哲也, 荒井弘樹 (AEC) 折笠朝⽂, 高山茂貴, ⻑本義史, 松田晋也 [他多数]

(東芝) 荻津透 (高エネ研) 雨宮尚之 (京大工) 尾花哲浩(核融合研)

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