CN111194578B - 加速器以及粒子束治疗系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供加速器以及粒子束治疗系统。加速器具备：产生不同的多种离子的多个离子源(221、222、223)、产生磁场的电磁铁(11)以及产生高频电场的高频腔体(21)。离子的轨道的中心伴随着加速而偏心，电磁铁(11)产生的磁场是向轨道的动径方向外侧降低的磁场分布。高频腔体(21)通过与对应于入射的离子的核种的旋转频率相符的高频电场将离子加速至预定能量。高频电场的频率追随离子的能量而变化。由此，提供小型且能够缩短照射时间的加速器以及粒子束治疗系统。

Description

加速器以及粒子束治疗系统

技术领域

本发明涉及对质子、碳离子等重粒子进行加速的加速器以及将被加速的粒子向肿瘤进行照射，由此治疗的粒子束治疗系统。

背景技术

在为了治疗而向人体照射带电粒子束的带电粒子束系统中，作为使系统小型化，并且实现向目标的较高的照射集中性、照射剂量分布控制性的带电粒子束系统的一个例子，在专利文献1中，记载了使用产生重量不同的多种离子束，将多种离子加速至各自的水中最长射程不同的最高能量并射出的加速器，在射束输送系统中，从设置于旋转机架的照射装置向人体进行照射。在照射中，将照射目标的深度与各离子种类的水中最大射程进行比较，选择照射目标的深度成为水中最长射程以下的离子种类，并向照射目标进行照射。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-84886号公报

发明内容

发明要解决的课题

在粒子束治疗中使用的高能核束通过使用加速器而生成。例如，在将碳核用作治疗用的射束的情况下，每个核子的动能最大需要430MeV左右。在将质子用作治疗用的射束的情况下，最大需要230MeV左右的动能。

在专利文献1中，提出了能够利用一台加速器生成多个核种的射束，并照射多个种类的射束的系统。

在专利文献1所记载的粒子束治疗系统中，作为加速器，使用同步加速器。同步加速器使构成加速器的电磁铁的励磁量随时间而变化，同时使在内部旋转的粒子的动能增大。

但是，同步加速器除了使射束偏转的偏转电磁铁以外，还需要四极发散电磁铁(quadrupole diverging magnet)、共振激发用多极电磁铁、用于增加电子回旋加速振动(betatron oscillation)而超过共振的稳定极限的射束的射出用的高频施加装置、射出用的静电偏转器以及射出用偏转电磁铁等各种设备，从而小型化存在极限。另外，由于需要各种设备，因此低成本化也存在极限。

作为同步加速器以外的加速器，还存在回旋加速器。但是，回旋加速器是利用高频电场对在主磁场中旋转的射束进行加速的类型的加速器。使轨道上的平均磁场与射束的相对论中的γ因子成比例，由此不管能量如何，而使旋转的时间为恒定。将具有该性质的主磁场分布称为等时性磁场。

这里，在等时性磁场下沿着轨道调制磁场，由此确保轨道面内和与轨道面垂直的方向的射束稳定性。为了兼顾上述的等时性与射束的稳定性，主磁场分布需要极大部与极小部。具有该分布的非均匀的磁场能够通过使主电磁铁的对置的磁极之间的距离在极大部变得狭窄，在极小部变得宽阔而形成。然而，极大部的磁场与极小部的磁场的差在作为强磁性体的磁极材料的饱和磁通密度程度内在实用方面存在极限。即，极大部的磁场与极小部的磁场的差被限制为2T左右。

另一方面，在使加速器小型化的情况下，需要提高主磁场，减小射束轨道的偏转半径，但主磁场和上述的极大部的磁场与极小部的磁场的差存在比例关系，上述的极限成为决定加速器的现实中的大小的重要因素。因此，回旋加速器难以小型化。

另外，在回旋加速器中，不使用降能器而难以变更取出射束的能量。另外，在使用降能器的情况下，导致射束电流减少，因此照射时间的短时间化变得困难。

用于解决课题的手段

本发明提供一种小型且能够缩短照射时间的加速器以及粒子束治疗系统。

本发明包含多个用于解决上述课题的手段，但若列举其一个例子，则提供一种加速器，其特征在于，具备：多个离子源，其产生不同的多种离子；主磁铁，其产生磁场；以及高频腔体，其产生高频电场，上述离子的轨道的中心伴随着加速而偏心，上述主磁铁产生的磁场是向上述轨道的动径方向外侧降低的磁场分布，上述高频腔体通过与对应于入射的离子的核种的旋转频率相符的高频电场将上述离子加速至预定能量，上述高频电场的频率追随离子的能量而变化。

发明效果

根据本发明，能够使加速器小型化，并且能够兼得照射时间的缩短。

附图说明

图1是本发明的实施例1的加速器的整体大致形状。

图2是表示实施例1的加速器的构造的图。

图3是表示实施例1的加速器中的射束的动能与旋转频率的关系的图。

图4是表示实施例1的加速器中的射束的动能与磁刚度的关系的图。

图5是表示实施例1的加速器中的设计轨道的形状的图。

图6是表示实施例1的加速器中的射束的磁刚度与设计轨道上的磁场的关系的图。

图7是表示实施例1的加速器中的控制图的图。

图8是表示实施例1的加速器中的运转时的时间图的一个例子的图。

图9是表示实施例1的加速器中的运转时的时间图的一个例子的图。

图10是表示实施例2的粒子束治疗装置的整体大致形状的图。

具体实施方式

以下，使用附图，对本发明的加速器以及粒子束治疗系统的实施例进行说明。

＜实施例1＞

以下，使用图1至图9，对作为本发明的优选的一个实施例的实施例1的加速器进行说明。

本实施例的加速器1是调制频率型的可变能量以及可变核种的加速器。该加速器1是作为主磁场具有随时间恒定的磁场，通过高频电场对在主磁场中旋转的质子、氦、碳等不同的多种离子进行加速的类型的加速器。其外观示于图1。

如图1所示，加速器1通过能够上下分割的电磁铁11，在正在加速/旋转的射束通过的区域(以下，称为射束通过区域20，参照图2)内激发主磁场。在电磁铁11贯穿有多个将外部与射束通过区域20连接的贯通口。

作为贯通口，在上下磁极的连接面上设置有取出被加速的射束的取出射束用贯通口111、用于将线圈导体向外部引出的贯通口112、113、高频电力输入用贯通口114。在本实施例的加速器1中，通过高频电力输入用贯通口114设置高频腔体21。

如后述，在高频腔体21设置有加速用的D形电极211(参照图2)与旋转式可变容量电容器212。

在电磁铁11的上部且在偏离中心的位置设置有产生不同的多种离子的多个离子源221、222、223，预定的核种的离子束通过射束入射用贯通口115入射至加速器1内部。

离子源221、222、223是配置于电磁铁11的外部的外部离子源，分别是生成质子/氦离子/碳离子的离子源。

在成为从离子源221、222、223至加速器1的入射区域130(参照图2)的射束输送路径上的射束入射用贯通口115设置有用于切换离子核种的分配电磁铁224。在本实施例的加速器1中，调整分配电磁铁224的励磁量使在射束输送路径上输送预定的核种。即，能够通过分配电磁铁224的励磁量决定能够向加速器1入射的离子种类。

射束通过区域20被抽真空。

接下来，使用图2，对加速器的内部构造进行说明。图2是将电磁铁11上下分割，并从上方对其进行观察的图。

如图2所示，电磁铁11的上下部分别具有回轭(return yoke)121、顶板122、圆柱状的磁极123，在被上下对置的磁极123夹持的圆筒状的空间内存在射束通过区域20。将该上下的磁极123相互对置的面定义为磁极面。另外，将被磁极面夹持的与磁极面平行且距上下的磁极面相等距离的面称为轨道面。

在形成于磁极123与回轭121之间的凹部沿着磁极123的壁设置有圆环状的主线圈13。在主线圈13流经电流，由此磁极123磁化，从而在射束通过区域20激发后述的预定的分布的磁场。

在磁极123中设置有用于微调磁场的修整线圈30的多个系统，它们通过贯通口113与外部的电源连接。在各系统中单独地调整励磁电流，由此以接近后述的主磁场分布，并实现稳定的电子回旋加速振动的方式在运转前调整修整线圈电流。

高频腔体21通过λ/4型的共振模式在加速间隙213激发高频电场。在高频腔体21内，特别是相对于加速器固定设置的部分被定义为D形电极211。

射束被在加速间隙213激发的高频电场加速，其中，该加速间隙213形成于被D形电极211和设置为与该D形电极211对置的接地电极214夹持的区域。为了使高频电场的相位与上述的射束的旋转同步，需要高频电场的频率为射束的旋转频率(周回周波数)的整数倍。在该加速器1中，高频电场的频率为射束的旋转频率的1倍。

射束从入射区域130以低能的离子的状态入射至加速器1。在离子源221、222、223生成的离子通过施加于引出电极(省略图示)的电压而被引出至入射路径，从而通过贯通口115入射至入射区域130。

在入射区域130设置有静电偏转器(省略图示)，从电磁铁11的外部被供给离子的偏转所需的电力。入射的射束每通过加速间隙213便被由高频腔体21激发的高频电场加速。

作为为了将预定能量的离子束向加速器1外取出而励磁的冲击磁场产生线圈(kicker magnetic field generating coil)，在与磁极面的一部分电绝缘的状态下在离子的轨道上设置有第2线圈311以及第1线圈312。在本实施例中，在第2线圈311以及第1线圈312流经电流，由此相对于主磁场重叠励磁有后述的磁场。后述第2线圈311以及第1线圈312的细节。

另外，在磁极面的端部的一处设置有取出用切割磁铁(セプタム電磁石)32的入射部。在冲击磁场的存在下，旋转中的射束使其位置偏离设计轨道，射束移动至取出用切割磁铁32的入射部，之后，射束沿着由取出用切割磁铁32的磁场形成的取出轨道322被取出至加速器1外。

在本实施例的加速器1中，以主磁场在轨道面中面内分量几乎成为0的方式，使磁极123、主线圈13、修整线圈30、冲击磁场产生线圈、取出用切割磁铁32的形状与配置相对于轨道面形成面对称。另外，磁极123、D形电极211、主线圈13、修整线圈30、冲击磁场产生线圈的形状如图2所示，在从上部侧观察加速器1时成为左右对称的形状。

接下来，叙述在本实施例的加速器1中旋转的射束的轨道。通过本实施例的加速器1能够加速的粒子是质子、氦核以及碳核。

各离子束在分别单独地设置的离子源221、222、223中生成，通过作为共通的入射路径的射束入射用贯通口115，被输送至入射区域130。

入射至入射区域130的射束被静电偏转器向与轨道面平行的方向偏转，通过从主磁场接受的洛伦兹力开始旋转运动。射束沿着后述的设计轨道进行旋转运动。

射束每在加速器1内旋转1次便2次通过加速间隙213，射束每次通过均被来自高频电场的力加速。射束的旋转频率随着动能增大而变小。主磁场制作沿着射束的轨道均匀且磁场随着能量增高而降低的分布。换句话说，形成径向外侧的磁场降低的磁场。

在这样的磁场下，相对于射束的轨道面内的动径方向和与轨道面垂直的方向分别稳定地进行电子回旋加速振动。通过该原理，射束在射束通过区域20中旋转，同时被加速。

入射区域内的主磁场的大小为5T，在离子种类为质子的情况下，在刚刚入射之后的动能的离子中，旋转频率为76.23MHz，到达最大能量235MeV的射束以60.67MHz进行旋转。在氦的情况下，在刚刚入射之后为38.38MHz，在最大能量235MeV/u下为30.44MHz。在碳的情况下，在刚刚入射之后为38.40MHz，在最大能量430MeV/u下为26.10MHz。

这些能量与旋转频率的关系成为图3那样。在图3中，由粗线表示质子的频率依存性，由细线表示氦的频率依存性，由虚线表示碳的频率依存性。氦与碳的质量电荷比大致相等，因此在图3中，两者的图表实质上看起来基本重叠。另外，在实用方面也能够视为相同。

在离子种类为质子的情况下，能够取出的射束的动能为最小70MeV～最大235MeV。在为氦的情况下，为最小70MeV/u～最大235MeV/u。在为碳的情况下，为最小140MeV/u～最大430MeV/u。

这些不同的离子种类的射束的轨道与电子回旋加速振动的特性能够根据磁刚度统一地决定。图4表示磁刚度(Bρ值)与每个离子的动能的关系。

根据图4，质子的最大磁刚度为2.35Tm，在氦中为4.67Tm，在碳中为6.64Tm。即，相对于直至与碳的最大磁刚度对应的6.64Tm的磁刚度的射束，定义轨道，从而需要电子回旋加速振动稳定。

图5表示各磁刚度射束的轨道的形状。如图5所示，图示了在最外侧存在与最大磁刚度6.9Tm的轨道对应的半径1.39m的圆轨道，从此处至0Tm按照磁刚度分割成53个的52条圆轨道。虚线(点線)或者断续线(破線)是连结各轨道的相同的旋转相位的线，称为等旋转相位线。等旋转相位线从汇集区域每隔旋转相位π/20进行标示。等旋转相位线中的由断续线表示的是加速间隙的中心位置。

在该加速器1中，射束的轨道中心随着射束的加速而在轨道面内向一个方向移动。轨道中心移动的结果，存在不同的动能的轨道相互接近的位置与相互远离的区域。即，射束的旋转轨道偏心。

若将轨道彼此最接近的轨道的各点连结，则成为与轨道正交的线段，另外，若将轨道彼此最远离的轨道的各点连结，则成为与轨道正交的线段。该两个线段存在于同一直线上。若将该直线定义为对称轴，则轨道的形状与主磁场的分布通过对称轴，相对于与轨道面垂直的面成为面对称。

在上述的接近的轨道的各点，以偏转角θ＝0度的方式导入坐标θ。θ是从接近点观察的偏转角。即使在任意的轨道中，从汇集点观察，形成于D形电极211与对置的接地电极214之间的加速间隙213也沿着旋转±90度的等旋转相位线进行设置。

为了产生上述的轨道结构与轨道周边处的稳定的振动，在本实施例的加速器1中，设计轨道形成磁场的值随着朝向偏转径向外侧而变小的主磁场分布。另外，磁场沿着设计轨道为恒定。因此，设计轨道成为圆形，其轨道半径/旋转时间随着射束能量增高而增大。

在这样的体系中，从设计轨道向径向微小地偏离的粒子接受返回设计轨道的恢复力。同时，相对于轨道面向铅垂的方向偏离的粒子也从主磁场接受返回轨道面的方向的恢复力。即，若相对于射束的能量适当地减小磁场，则始终从设计轨道偏离的粒子向欲返回设计轨道的朝向施加恢复力，从而在设计轨道的附近振动。由此，能够稳定地使射束旋转/加速。将以该设计轨道为中心的振动称为电子回旋加速振动。

图6表示各磁刚度的射束的磁场的值。如图6所示，磁场在入射点成为最大的5T，在最外周降低至4.966T。

上述的主磁场分布通过在主线圈13与修整线圈30流经预定的励磁电流，将磁极123磁化而被激发。为了形成在离子的入射点增大磁场并朝向外周减小磁场的分布，而成为磁极123对置的距离(间隙)在入射点最小并朝向外周增大的形状。

并且，磁极形状呈相对于通过间隙中心的平面(轨道面)为面对称的形状，在轨道面上仅具有与轨道面垂直的方向的磁场分量。并且，通过调整对设置于磁极面的修整线圈30施加的电流，而进行磁场分布的微调，从而激发预定的磁场分布。

高频腔体21通过λ/4型的共振模式在加速间隙213激发高频电场。在本实施例的加速器1中，为了与射束的旋转同步地激发高频电场，高频电场的频率追随旋转中的射束的能量而调制。

在本实施例中使用的使用了共振模式的高频腔体21中，需要在比共振的宽度宽的范围内扫描高频的频率。为此，也需要变更高频腔体21的共振频率。

该控制通过使设置于高频腔体21的端部的旋转式可变容量电容器212的电容变化而进行。旋转式可变容量电容器212通过旋转轴215的旋转角控制在与旋转轴215直接连接的导体板和外部导体之间产生的静电电容。即，伴随着射束的加速而使旋转轴215的旋转角变化。

以下，对本实施例的加速器1中的从射束入射至取出的射束的行为进行说明。

首先，由操纵员将所希望的离子核种与动能输入整体控制装置40。从被指定的核种的离子源输出离子束，以向射束通过区域20引导射束的方式，通过整体控制装置40使离子源221、222、223动作，并且设定分配电磁铁224的励磁量。

如上所述，入射时的旋转频率因核种而不同，因此适于入射的旋转轴215的角度不同。因此，基于来自旋转角传感器216(参照图7)的信号，在高频腔体21的共振频率与入射时的旋转频率一致的时刻，从离子源221、222、223输出离子。

入射至射束通过区域20的射束接受高频电场进行的加速，同时使其能量增大，并且使轨道的旋转半径增加。

之后，射束边确保高频电场产生的行进方向稳定性边被加速。即，在高频电场随时间减少时，通过加速间隙213。于是，高频电场的频率与射束的旋转频率正好以整数倍(在本实施例中为1倍)的比同步，因此以预定的加速电场的相位加速的粒子在下一圈(nextturn)也以相同的相位接受加速。另一方面，以比加速相位早的相位加速的粒子的加速量比以加速相位加速的粒子大，因此在下一圈以延迟的相位接受加速。另外，相反，有时以比加速相位慢的相位加速的粒子的加速量比以加速相位加速的粒子小，因此在下一圈以提前的相位接受加速。

这样，从预定的加速相位偏离的时刻的粒子向返回加速相位的方向动作，通过该作用，即使在由运动量与相位构成的相位平面(行进方向)内也能够稳定地振动。将该振动称为同步加速振动。即，加速中的粒子边进行同步加速振动，边被逐渐加速，而到达被取出的预定的能量。

为了以预定的能量取出，使基于目标能量而决定的预定的励磁电流在冲击磁场产生线圈中流动。被加速至目标能量的射束当不在冲击磁场产生线圈流经电流的情况下沿着其设计轨道旋转，但当在冲击磁场产生线圈流经电流的情况下通过来自冲击磁场产生线圈的磁场，射束受到冲击(kick)而从设计轨道移位。

冲击磁场产生线圈在从轨道面向垂直的方向偏离的位置相对于轨道面对称设置。另外，相对于连结射束轨道的最密集地汇集的点与稀疏地离散的点的直线(对称轴)呈左右对称的形状。

构成冲击磁场产生线圈的第1线圈312与第2线圈311分别与个别的冲击磁场产生用线圈电源44A、44B(参照图7)连接，以产生相互反向的磁场的方式控制电流的朝向。

在第1线圈312以相对于主磁场产生相同的朝向的磁场的方式流经电流，在第2线圈311以相对于主磁场产生反向的磁场的方式流经电流。通常，将第1线圈312称为再生器(regenerator)，通常，将第2线圈311也称为剥离器(peeler)。

这样，若再生器在旋转中的某位置施加射束动径方向内侧的冲击，并且，剥离器在下游施加动径方向外侧的冲击，则在调节(tune)接近1的本实施例的加速器1中，剥离器与再生器的中间的动径方向位移增加。

射束在多圈(複数ターン)受到来自剥离器与再生器的冲击，因此射束的汇集点的位置处的动径方向侧继续增大。在一定程度内，若动径方向位移增大，则射束入射至在汇集点的外侧设置的取出用切割磁铁32，被取出至加速器1外。

以下，参照图7、图8、图9，对通过上述的原理使射束加速，并取出至加速器1外时的各设备的控制图与运转流程进行说明。图7表示本实施例的加速器1的控制图。

作为用于使射束加速的结构及其控制系统，存在图7所示的、高频腔体21所附带的旋转式可变容量电容器212、与旋转式可变容量电容器212的旋转轴215连接的马达217、控制马达217的马达控制装置41。另外，存在用于向高频腔体21输入高频电力的输入耦合器218、生成供给的高频电力的低等级高频产生装置42以及放大器43。

在旋转式可变容量电容器212中，马达217以由治疗计划数据库60决定，从整体控制装置40指示的、被马达控制装置41控制而预先决定的旋转速度旋转，由此旋转轴215旋转，从而旋转轴215的旋转角随时间进行变化，由此随时间调制容量。

通过放大器43放大由低等级高频产生装置42产生的高频信号，由此制作输入高频腔体21的高频电力。在低等级高频产生装置42中制作的高频信号的频率与振幅由治疗计划数据库60决定，由整体控制装置40指示。

作为用于将射束取出至加速器1外的结构及其控制系统，存在图7所示的、向第1线圈312供给电流的冲击磁场产生用线圈电源44A以及向第2线圈311供给电流的冲击磁场产生用线圈电源44B、控制该冲击磁场产生用线圈电源44A、44B的冲击磁场产生用线圈电源控制装置45。

从冲击磁场产生用线圈电源44A、44B向第1线圈312以及第2线圈311输出的电流值被冲击磁场产生用线圈电源控制装置45控制，其指定值作为由取出射束的磁刚度唯一决定的值，而由治疗计划数据库60决定，由整体控制装置40指示。

使用图8以及图9，对以上的加速器1的控制系统中的、取出某磁刚度的射束时的各设备的动作(运转方法)进行说明。图7是各设备的动作的时间图。

图8表示取出某磁刚度的质子射束时的各设备的动作的时间图，图9表示取出碳射束时的各设备的动作的时间图。

在图8以及图9中，与可变容量电容器212的旋转轴的旋转角、高频腔体21的共振频率、离子源221、222、223输出的射束电流波形、在冲击磁场产生线圈流经的电流的时间图一起，示出了从加速器1输出的射束电流波形。图8、图9的横轴全部是时间。

首先，如上所述，通过可变容量电容器212的旋转轴的旋转角，使高频腔体21的共振频率周期性地变化。据此，使从低等级高频产生装置42输出的高频信号的频率同步地变化。将从共振频率成为最大的时刻至接下来成为最大的时刻的期间定义为运转周期。

在核种为质子的情况下，如图8所示，从运转周期的开始之后，立即开始从离子源输出射束。

另一方面，如图9所示，在碳的情况下，在共振频率降低至38.38MHz的时刻，开始从离子源输出射束。

在接受加速时，入射至能够进行稳定的同步加速振动的范围的射束继续接受加速，但同步加速振动不稳定的射束不被加速而与加速器1内部的构造物碰撞而消失。

射束伴随着共振频率降低而被加速，被加速至预定的取出能量附近。被加速至预定的能量附近的射束受到来自第1线圈312以及第2线圈311的磁场的冲击，从而汇集点处的位移向动径方向外侧开始偏离。并且，若接受加速而到达至预定的能量，则射束进入取出用切割磁铁32，之后被取出。

接下来，对本实施例的效果进行说明。

上述的本发明的实施例1的加速器1具备：产生不同的多种离子的多个离子源221、222、223、产生磁场的电磁铁11以及产生高频电场的高频腔体21，离子的轨道的中心伴随着加速而偏心，电磁铁11产生的磁场是向轨道的动径方向外侧降低的磁场分布，高频腔体21通过与对应于入射的离子的核种的旋转频率相符的高频电场将离子加速至预定能量，高频电场的频率追随离子的能量而变化。

该原理的加速器1与以往的同步加速器进行比较，能够将主磁场设为静磁场，由于容易高磁场化，所以成为小型的加速器。

另外，在专利文献1所记载的以往的同步加速器中，作为入射器而使用线性加速器，利用从线性加速器通过低能射束输送系统入射至同步加速器的计划使射束加速。因此，在核种改变时，需要变更离子源的种类与线性加速器的加速电场、射束输送系统的电磁铁励磁量、同步加速器的磁场、频率及其关系等，从而认为核种的切换花费数秒。

另一方面，根据本实施例的加速器1，在核种的切换中，例如，仅变更必然变更上述的离子入射路径的电磁铁与被取出的射束的磁刚度而引起的冲击磁场产生线圈的励磁量以及离子的入射时刻。即，能够仅通过电磁铁励磁量与动作的时刻的变更而变更核种，因此也能够在能量变更所需的数百ms左右的时间内进行核种的变更。

根据以上的特性，通过高磁场的应用实现的小型化、静磁场的应用实现的运转周期缩短、核种变更时间的缩短，能够提供小型且平均射束量较大的加速器1。

另外，离子源221、222、223配置于电磁铁11的外部，因此无需在射束通过区域20配置多个离子源，能够使电磁铁11以及加速器1更加可靠地小型化。

另外，在离子的轨道上进一步具备产生用于取出预定能量的离子的磁场的第1线圈312、第2线圈311，由此能够相对于成为欲取出的特定能量的射束使旋转轨道面内的电子回旋加速振动不稳定化，因此能够取出任意能量的射束。因此，不使用散射体而取出能量可变射束，因此能够将在取出时消失的射束电流值限制为最小限度，从而能够实现较高的照射剂量率。另外，能够电气地变更射束的取出能量，因此与机械式地移动散射体的方式相比，也具有能量切换所需的时间较短的优点。

另外，进一步具备配置于离子源221、222、223与电磁铁11之间的射束入射用贯通口115上的分配电磁铁224，由此能够以简易的结构高精度地切换离子。

此外，在本实施例中，对通过分配电磁铁224进行多种核种的离子种类的切换的情况进行了说明，但切换不局限于使用电磁铁的磁场，通过使用电极的电场，也能够进行切换。

＜实施例2＞

使用图10，对作为本发明的优选的一个实施例的实施例2的粒子束治疗系统进行说明。对与实施例1相同的结构标注相同的附图标记，省略说明。

实施例2是使用实施例1中列举的加速器1的粒子束治疗系统。系统的整体构成图示于图10。

如图10所示，粒子束治疗系统1000是根据患部距体表的深度，将照射的质子线、氦线或者碳线(以下，统称为射束)的能量形成适当的值并照射至患者的装置。

粒子束治疗系统1000具备：对离子进行加速的加速器1；将被加速器1加速的射束对后述的照射装置输送的射束输送系统2、将被射束输送系统2输送的射束向固定于治疗台4的患者5内的目标照射的照射装置3、控制加速器1、射束输送系统2以及照射装置3的整体控制装置40以及照射控制装置50、制作针对目标的射束的照射计划的治疗计划装置70、存储由该治疗计划装置70制作的治疗计划的治疗计划数据库60。

在粒子束治疗系统1000中，照射的粒子束的能量与照射剂量根据由治疗计划装置70制作，并存储于治疗计划数据库60的治疗计划而决定。将治疗计划决定的、粒子束的能量与照射量从整体控制装置40依次输入照射控制装置50，通过在照射适当的照射量的时间点移至接下来的能量或者接下来的核种并再次照射粒子束的顺序而被实现。

根据本发明的实施例2的粒子束治疗系统，活用作为上述的实施例1的加速器1的特性的小型性与平均射束量的大小，能够实现小型且高通量(high throughput)的系统。

此外，粒子束治疗系统1000的射束输送系统2不限定于图10所示的被固定的形式，能够形成可使被称为旋转机架的每个照射装置3绕患者5旋转的输送系统。另外，照射装置3不限定于一个，能够设置多个。另外，能够形成不设置射束输送系统2，而从加速器1对照射装置3直接输送射束的方式。

＜其他＞

此外，本发明不限定于上述的实施例，包含各种变形例。上述的实施例是为了使本发明易懂而进行的详细说明，不必限定于具备说明的全部的结构。

例如，作为通过加速器1进行加速的多种离子，对质子、氦、碳这3种的情况进行了说明，但被加速的离子不限定于该3个种类，能够对各种种类的离子进行加速。另外，也无需为3个种类，能够形成2个以上。

附图标记说明

1-加速器，

11-电磁铁，

111-取出射束用贯通口，

112、113-线圈连接用贯通口，

114-高频电力输入用贯通口，

115-射束入射用贯通口，

13-主线圈，

121-回轭，

122-顶板，

123-磁极，

130-入射区域，

20-射束通过区域，

21-高频腔体，

211-D形电极，

212-旋转式可变容量电容器，

213-加速间隙，

214-接地电极，

215-旋转轴，

216-旋转角传感器，

217-马达，

218-输入耦合器，

221、222、223-离子源，

224-分配电磁铁，

30-修整线圈，

311-第2线圈(冲击磁场产生线圈)，

312-第1线圈(冲击磁场产生线圈)，

32-取出用切割磁铁，

321-取出轨道，

40-整体控制装置，

41-马达控制装置，

42-低等级高频产生装置，

43-放大器，

44A、44B-冲击磁场产生用线圈电源，

45-冲击磁场产生用线圈电源控制装置，

50-照射控制装置，

60-治疗计划数据库，

70-治疗计划装置，

1000-粒子束治疗系统。

Claims (5)

1.一种加速器，其特征在于，具备：

多个离子源，其产生不同的多种离子；

主磁铁，其产生磁场；以及

高频腔体，其产生高频电场，

所述离子的轨道的中心伴随着加速而偏心，

所述主磁铁产生的磁场是向所述轨道的动径方向外侧降低的磁场分布，

所述高频腔体通过与对应于入射的离子的核种的旋转频率相符的高频电场将所述离子加速至预定能量，所述高频电场的频率追随离子的能量而变化。

2.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于，

所述离子源配置于所述主磁铁的外部。

3.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于，

在所述离子的轨道上进一步具备产生用于取出预定能量的离子的磁场的线圈。

4.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于，

该加速器进一步具备配置于所述离子源与所述主磁铁之间的射束输送路径的分配电磁铁。

5.一种粒子束治疗系统，其将加速器作为射束源，

所述粒子束治疗系统的特征在于，

将权利要求1所述的加速器用作所述射束源。

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