Design of the submillimeter-pencil beam transport system for carbon ion microsurgery therapy

炭素イオンマイクロサージャリーのためのサブミリペンシルビーム輸送系の設計

柏木 啓次; 及川 将一*; 島田 博文*; 百合 庸介; 上松 敬; 石井 保行; 齋藤 勇一; 酒井 卓郎; 奥村 進; 倉島 俊; 佐藤 隆博; 横田 渉; 神谷 富裕; 遊佐 顕*; 福田 光宏; 中野 隆*; 荒川 和夫

Kashiwagi, Hirotsugu; Oikawa, Masakazu*; Shimada, Hirofumi*; Yuri, Yosuke; Agematsu, Takashi; Ishii, Yasuyuki; Saito, Yuichi; Sakai, Takuro; Okumura, Susumu; Kurashima, Satoshi; Sato, Takahiro; Yokota, Wataru; Kamiya, Tomihiro; Yusa, Ken*; Fukuda, Mitsuhiro; Nakano, Takashi*; Arakawa, Kazuo

加齢黄班変性症,脳下垂体腫瘍,動脈瘤の治療部位の大きさはそれぞれ11mm, 3030mm, 3mm3mmである。これらを手術することなく切らずに重粒子線によって治療するためには、ビームスポット径が100マイクロメートルでビーム径が深度にほとんど依存しないペンシルビームの形成が必要である。本研究では、21世紀COEプログラムの一環として、このペンシルビームを患部に3次元的にスポットスキャニングするための最適なビーム輸送システムについてビーム光学的検討に基づく設計を行った。なお、この設計においては、群馬大学に建設予定の粒子線治療施設のビーム輸送ラインをモデルとした。ビーム光学計算コードにより偏向電磁石及び四重極電磁石等で構成される光学系に関して、目的のビームを得るためにそれらのパラメータの最適化を行った。次に、拡大ブラッグピークを得るためのレンジシフターの挿入によるビームの散乱効果(エミッタンスの増大)を評価した。本報告では、システムの全体構成とビーム光学計算について、ポスターにして詳細に解説する。

The areas of age-related macular degeneration, tumor in brain pituitary and vascular lesions such as AVM (Arterio Venous Malformation) to be treated are 11 mm, 3030 mm and 33 mm respectively. To treat these by heavy ion beam instead of surgical operation, not only the spatial resolution of the beam should be 100 micrometer to 1 mm, but also the formation of it be pencil-shaped, so that the diameter of beam hardly depends on the depth of it in the target. The pencil beam transport system was studied and designed for carbon microsurgery therapy, as a part of the 21st century COE program. In this study, one of the vertical beam lines of a heavy ion therapy facility to be constructed in Gunma University was a model for beam optics calculations. The parameters of the magnetic components such as bending magnets and quadrupole ones, were optimized to obtain a sub-millimeter beam on the target. The range shifter is inserted in the beam line to form spread out bragg peak. Effect of inserting range shifters were also estimated, especially for growth of beam emittance by scattering in the further calculation. The total layout of this system and the beam optics simulations are explained in detail in the poster session.