CN113440736A - 带电粒子束照射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供带电粒子束照射装置。在以往的带电粒子束照射装置中，存在因用于对照射口供电的电缆引起的问题。带电粒子束照射装置具备：聚束电磁铁，通过使带电粒子束偏转，连续改变带电粒子束向等角点的照射角；照射口，沿着聚束电磁铁的有效磁场区域的射出侧的形状连续移动，从聚束电磁铁射出的带电粒子束经过照射口向等角点照射；供电导轨，以沿着有效磁场区域的射出侧的形状的方式设置；集电靴，经由支撑部件固定于照射口，沿着供电导轨滑动，将来自供电导轨的电力供给到照射口，所述集电靴的与供电导轨接触的面具有与供电导轨相同的弯曲半径或供电导轨的平均弯曲半径且/或所述集电靴与供电导轨的平坦的侧面接触并且沿着供电导轨滑动。

Description

带电粒子束照射装置
技术领域
本发明涉及带电粒子束照射装置。
背景技术
以往，对癌等恶性肿瘤照射被加速成高能量的带电粒子束，并治疗恶性肿瘤的粒子线治疗正不断进行。
在粒子线治疗中，进行如下的扫描照射法，即利用扫描电磁铁在侧方方向上扫描从加速器取出的细的带电粒子束，进而将病灶划分为粒子束行进方向的各层，能够进行三维照射。为了将从带电粒子的加速器取出的带电粒子束输送到治疗室内的照射标靶，使用包含偏转电磁铁或聚束电磁铁等的波束输送系统，波束输送系统在照射标靶侧的末端具备具有扫描电磁铁或能量调制单元的照射口(nozzle)。
在专利文献1记载的粒子线照射装置中，能够对照射标靶连续地选择照射角度，另一方面，需要用于使巨大的照射装置旋转的旋转台架(专利文献1)。在此，用于粒子线治疗的电磁铁或照射装置等设备需要供给大电流，使用允许电流大的CV电缆(交联聚乙烯绝缘乙烯护套电缆)等电力电缆。这样的电缆制作得比较粗，粗的电缆的弯曲半径(曲率)变大。在将数十～数百根这些粗电缆捆扎使用的情况下，存在必须扩大电缆的收纳空间的问题。另外，旋转台架向顺时针方向及逆时针方向最大旋转180度左右，但需要相配合地使电缆类也旋转，存在因旋转引起的电缆彼此的缠绕或磨损等损伤的问题。
在专利文献2中，公开了不使用旋转台架，从任意的角度对标靶照射带电粒子束的带电粒子束照射装置。
在现有的带电粒子束照射装置中，在被供给大电流的照射口等发生移动的情况下，如图10所示，一般使用能够在保持通电的状态下移动的软管电缆(Cabtyre cable)等。但是，由于软管电缆等电缆的包覆部分非常厚，因此弯曲半径变大，存在装置整体庞大的问题。另外，在这样的大而粗的电缆类处于进入患者的视野的位置，且治疗中的患者会看到该电缆类活动的情况下，有时会使患者产生心理上的压迫或不安。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本特表2013-505757号公报
专利文献2：日本专利第6387476号
发明内容
发明要解决的课题
鉴于上述，本发明的目的在于提供一种带电粒子束照射装置，其被构成为不使用用于使照射口动作的比较粗的电力供给电缆，而从供电导轨向照射口供给电力。
用于解决课题的手段
本发明包括以下方式〔1〕～〔8〕。
〔1〕
一种带电粒子束照射装置，具备：
聚束电磁铁，通过使带电粒子束偏转，连续地改变带电粒子束向等角点的照射角；
照射口，是沿着所述聚束电磁铁的有效磁场区域的射出侧的形状连续地移动的照射口，从所述聚束电磁铁射出的带电粒子束经过所述照射口向所述等角点照射；
供电导轨，以沿着所述有效磁场区域的射出侧的形状的方式被设置；以及
集电靴，是经由支撑部件固定在所述照射口上的集电靴，沿着所述供电导轨滑动，将来自所述供电导轨的电力供给到所述照射口，
所述集电靴的与所述供电导轨接触的面具有与所述供电导轨相同的弯曲半径或所述供电导轨的平均弯曲半径，且/或
所述集电靴与所述供电导轨的平坦的侧面接触并且沿着所述供电导轨滑动。
〔2〕
〔1〕中所述的带电粒子束照射装置，其中，
所述聚束电磁铁、所述供电导轨以及所述集电靴内置于端口罩，所述照射口的全部或一部分位于所述端口罩外。
〔3〕
一种带电粒子束照射装置，具备：
聚束电磁铁，通过使带电粒子束偏转，连续地改变带电粒子束向等角点的照射角；
照射口，是沿着所述聚束电磁铁的有效磁场区域的射出侧的形状连续地移动的照射口，从所述聚束电磁铁射出的带电粒子束经过所述照射口向所述等角点照射；
供电导轨，以沿着所述有效磁场区域的射出侧的形状的方式被设置；以及
集电靴，是经由支撑部件而固定在所述照射口上的集电靴，沿着所述供电导轨滑动，将来自所述供电导轨的电力供给到所述照射口，
所述集电靴由多个集电部构成，
所述集电部各自的与所述供电导轨接触的面具有与所述供电导轨相同的弯曲半径或所述供电导轨的平均弯曲半径。
〔4〕
〔1〕～〔3〕中所述的带电粒子束照射装置，其中，
被构成为在所述支撑部件和所述集电靴之间设有施力单元，通过所述施力单元对所述集电靴施加一定的载荷。
〔5〕
〔1〕～〔4〕中任一项所述的带电粒子束照射装置，其中，还具备：
驱动导轨，以沿所述有效磁场区域的射出侧的形状的方式被设置；以及
驱动部，经由所述支撑部件而固定在所述照射口上，所述照射口能够被所述驱动导轨支撑并且沿着所述驱动导轨连续地移动，
从所述供电导轨经由所述集电靴向所述驱动部供给电力。
〔6〕
〔1〕～〔5〕中任一项所述的带电粒子束照射装置，其中，
所述聚束电磁铁具有以夹着带电粒子束的路径的方式被配置的线圈对，
所述线圈对被构成为，当输入电流时，生成磁场朝向与带电粒子束的行进方向即X轴正交的方向即Z轴的有效磁场区域，在此，将与X轴和Z轴双方正交的轴设为Y轴，
在XY面上，
在偏转起点Q以相对于X轴的偏转角φ偏转并入射到所述有效磁场区域的带电粒子束通过所述有效磁场区域被偏转，以相对于X轴的照射角θ经过所述照射口向所述等角点照射，
所述有效磁场区域的带电粒子束的射出侧的边界上的任意的点P2位于距所述等角点等距离r1的位置，
所述有效磁场区域的带电粒子束的入射侧的边界上的点P1和所述点P2位于半径r2以及中心角(θ+φ)的圆弧上，
若将所述偏转起点Q与所述等角点之间的距离设为L，则所述偏转起点Q与所述点P1之间的距离R满足关系式(4)：
【数学式1】
Figure BDA0002990132690000041
〔7〕
〔6〕中所述的带电粒子束照射装置，其中，
所述聚束电磁铁具备第1线圈对以及第2线圈对，
所述第1线圈对以及第2线圈对以夹着带电粒子束的路径且在Y轴方向上排列的方式被配置，
所述第1线圈对以及所述第2线圈对被构成为，生成的有效磁场区域的磁场的朝向彼此相反。
〔8〕
〔6〕或〔7〕中所述的带电粒子束照射装置，其中，还具备：
偏转电磁铁，该偏转电磁铁使来自生成带电粒子束的加速器的带电粒子束在所述偏转起点Q以10度以上的偏转角φ偏转。
发明效果
在本发明的一实施方式的带电粒子束照射装置中，由于是不使用用于使照射口动作的比较粗的电力供给电缆，而从供电导轨向照射口供给电力的结构，所以能够消除或降低弯曲半径大而粗的电缆的收纳空间的问题、或由电缆的操作引起的电缆的损伤的问题等。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的带电粒子束照射装置的概略结构图。
图2是聚束电磁铁的概略结构图。
图3是用于说明有效磁场区域的形成的图。
图4是带电粒子束照射装置的概略结构图。
图5是带电粒子束照射装置的照射口侧的主视图及侧视图。
图6是照射口和供电系统的概略构成剖面图。
图7是用于说明集电靴(集電靴)的接触面的形状的图。
图8是用于说明集电靴的多个集电部的形状的图。
图9是带电粒子束照射装置的控制系统的框图。
图10是用于说明现有技术的带电粒子束照射装置的图。
标号说明
10 带电粒子束照射装置
20 加速器
30 带电粒子束输送系统
31 带电粒子束调整单元
32 真空管道
33 偏转电磁铁
34 扇形真空管道
40 聚束电磁铁
41 (41a、41b)有效磁场区域
42 入射侧
43 射出侧
44 (44a、44b)线圈
45 磁极
46 磁轭
48 端口罩
100 照射口
101 扫描电磁铁
102 波束监视器
103 能量调制单元
120 供电系统
121 支撑部件
122 驱动部
123 集电靴
124 驱动导轨
125 供电导轨
126 绝缘部件
140 控制系统
141 照射控制部
142 电磁铁控制部
143 扫描控制部
144 照射口驱动控制部
145 供电控制部。
具体实施方式
本发明的一实施方式涉及一种带电粒子束照射装置10，该带电粒子束照射装置10具备照射口和供电系统，该照射口沿着聚束电磁铁的有效磁场区域的射出侧的形状连续地移动，向等角点(iso center)照射带电粒子束(也称为粒子线)，该供电系统向所述照射口供给电力。
<带电粒子束照射装置10>
图1是本发明的一实施方式的带电粒子束照射装置10的概略结构图。带电粒子束照射装置10具备聚束电磁铁40及照射口100。带电粒子束照射装置10还可以具备加速器20以及带电粒子束输送系统30。照射口100配置在具备载置患者的治疗台的治疗室内。
聚束电磁铁40被内置于真空容器中，带电粒子束所经过的聚束电磁铁40的有效磁场区域被保持真空。聚束电磁铁40的真空容器(以及后述的驱动导轨和供电导轨)被内置于端口罩(port cover)48，在使用带电粒子束照射装置10时，不能从患者或医疗人员看到聚束电磁铁40或后述的供电系统120。由此，降低粒子线治疗中的患者的心理上的压迫和负担，并且防止后述的与供电导轨接触触电的事故等，从而确保安全性。另外，后述的照射口100的全部或一部分位于端口罩48外，位于从粒子线治疗中的患者能看到的位置。
加速器20是生成带电粒子束的装置，例如是同步加速器、回旋加速器、或线性加速器。由加速器20生成的带电粒子束经过带电粒子束输送系统30被导入至聚束电磁铁40。
带电粒子束输送系统30中包括一个或多个带电粒子束调整单元31、真空管道32、偏转电磁铁33以及扇形真空管道34等。加速器20、带电粒子束调整单元31以及偏转电磁铁33由真空管道32连接，偏转电磁铁33以及聚束电磁铁40由扇形真空管道34连接。通过使XY面(参照图2)的扇形真空管道34的形状为扇形状，即使是以10度以上的偏转角φ偏转的带电粒子束也能够在所述真空管道内经过，与矩形的真空管道相比能够小型化，能够降低设置空间。
带电粒子束由上游侧的加速器20生成，为了避免或降低衰减而在真空管道32、34内前进，并受到带电粒子束调整单元31的调整，并且被导入至下游侧的聚束电磁铁40。
在带电粒子束调整单元31中，根据规范而适当含有：用于调整带电粒子束的波束形状和/或剂量的波束狭缝(Beam slit)；用于调整带电粒子束的行进方向的电磁铁；用于调整带电粒子束的波束形状的四极电磁铁；以及用于微调带电粒子束的波束位置的转向电磁铁等。
从带电粒子束的偏转电磁铁33到等角点O(患者的患处)为止的路径根据后述的照射角θ而不同。因此，带电粒子束受到的光学因素也根据照射角θ而变化，在等角点O的带电粒子束的波束形状有时根据照射角θ而变化。对此，例如，也可以按照每个照射角θ控制比聚束电磁铁40更靠上游侧地设置的带电粒子束调整单元31，调整为在等角点O的带电粒子束的波束形状变得合适。
偏转电磁铁33被构成为，以后述的偏转角φ连续地将带电粒子束偏转，向聚束电磁铁40射出带电粒子束。聚束电磁铁40被构成为连续地改变朝向等角点O的带电粒子束的照射角θ。在此，与本申请相同的申请人的在先专利(日本专利6364141号、日本专利6387476号)的内容通过参照并入本申请说明书中，以下简单说明偏转电磁铁33以及聚束电磁铁40的例子。
图2中的(a)是聚束电磁铁40的概略结构图。在图2中，将带电粒子束的行进方向设为X轴，将聚束电磁铁40所生成的磁场的方向设为Z轴，将与X轴及Z轴正交的方向设为Y轴。聚束电磁铁40被构成为，在XY面上，使从相对于X轴的偏转角φ大的范围入射的带电粒子束聚束在等角点O。另外，在图2～3中，省略照射口100，为了简化说明，将等角点O作为XYZ空间的原点，将上游侧(加速器侧)作为X轴的正方向。
偏转角φ的范围在大于－90度～小于+90度的范围，正(+Y轴方向)的偏转角范围和负(－Y轴方向)的偏转角范围也可以不同(非对称)。例如，也可以将正侧的最大偏转角(φ＝φmax)设为10度、15度、20度、25度、30度、35度、40度、45度、50度、60度、70度、80度以及85度中的任一个，将负侧的最大偏转角(φ＝－φmax)设为－10度、－15度、－20度、－25度、－30度、－35度、－40度、－45度、－50度、－60度、－70度、－80度以及－85度中的任一个。
聚束电磁铁40具备1组以上的线圈对，该线圈对生成朝向与带电粒子束的行进方向和带电粒子束的偏转角φ的扩展方向正交的方向(图中Z轴方向)的均匀的磁场(有效磁场区域41a、41b)，隔着带电粒子束的路径而配置。聚束电磁铁40的1组线圈对所生成的有效磁场区域如图2中的(a)所示，在XY平面中具有新月形状，对其在后面详述。另外，带电粒子束所通过的、对置的线圈对之间的间隙(Z轴方向的距离)，与XY面处的带电粒子束扩展的范围相比足够小，因此，在此不考虑带电粒子束的Z轴方向的扩展。
图2中的(b)是聚束电磁铁40的A－A线剖视图。聚束电磁铁40优选具有至少两组线圈对44a、44b。在线圈44a、44b的内部分别组装磁极(极)45a、45b，在磁极45a、45b上连接有磁轭46。在聚束电磁铁40上连接有电源装置(后述的电磁铁控制部142)，并从电源装置向线圈对44a、44b供给电流(励磁电流)，由此，聚束电磁铁40被励磁，形成有效磁场区域41a、41b(也总称为有效磁场区域41)。)。
另外，有效磁场区域41a的范围和有效磁场区域41b的范围也可以不同(非对称)。例如，如果正(+Y轴方向)的偏转角φ的范围和负(－Y轴方向)的偏转角φ的范围是非对称的，则相应地有效磁场区域41a、41b也非对称地形成，由此，能够削减未被使用的有效磁场区域，能够降低制造成本和功耗。
通过偏转电磁铁33而被偏转、并入射到聚束电磁铁40的带电粒子束的偏转角φ的范围是从正的最大偏转角(φ＝φmax)到负的最大偏转角(φ＝－φmax)的范围内，正的最大偏转角φmax为10度以上且小于90度的角度，负的最大偏转角－φmax为大于－90度且－10度以下的角度。偏转角φ和后述的照射角θ是在XY面中带电粒子束的路径相对于X轴的角度。
以正的偏转角范围(φ＝大于0～φmax)入射的带电粒子束被第1线圈对44a的有效磁场区域41a而偏转，经过照射口100而照射至等角点O。以负的偏转角范围(φ＝小于0～－φmax)入射的带电粒子束被第2线圈对44b的有效磁场区域41b而偏转，经过照射口100而照射至等角点O。有效磁场区域41a和有效磁场区域41b的磁场的朝向是相互相反的方向。另外，从偏转电磁铁33以偏转角φ＝0入射到聚束电磁铁40的带电粒子束经过有效磁场区域41a、41b中的任一个或两个区域41a、41b之间，经过照射口100聚束在等角点O。
入射到聚束电磁铁40的带电粒子束的偏转角φ由偏转电磁铁33控制。偏转电磁铁33生成朝向与从加速器(未图示)供给的带电粒子束的行进方向(图中X轴)正交的方向(图中Z轴)的磁场，并具备使所经过的带电粒子束偏转的电磁铁、和控制该磁场的强度及朝向的控制部(未图示)。偏转电磁铁33通过由后述的电磁铁控制部142控制偏转电磁铁33的磁场强度和朝向(Z轴方向)，在XY面上使带电粒子束偏转，使得在偏转起点Q以偏转角φ偏转了的带电粒子束向会聚电磁铁40射出。这里，偏转起点Q和等角点O位于X轴上。
参照图3，对用于形成聚束电磁铁40的有效磁场区域41a的计算式进行说明。另外，在本实施方式中，由于不考虑带电粒子束向Z轴方向的偏转，所以对XY面的有效磁场区域的形成进行说明。对聚束电磁铁40的有效磁场区域41a进行说明，但对于有效磁场区域41b也是同样的，说明省略。
首先，将聚束电磁铁40的带电粒子束的射出侧43的有效磁场区域41a的边界确定为是位于距等角点O而等距离r1的位置的范围。接着，聚束电磁铁40的带电粒子束的入射侧42的有效磁场区域41a的边界，以如下方式被确定：基于后述的关系式(1)～(5)，在位于距等角点O而规定距离L的位置的虚拟的偏转起点Q以偏转角φ偏转、并入射的带电粒子束被聚束于等角点O。在此，虚拟的偏转起点Q为：假定在偏转电磁铁33的中心，带电粒子束在极短距离间受到偏转角φ的突跳(kick)的点。
以偏转角φ而输送来的带电粒子束从入射侧42的有效磁场区域41a的边界上的任意的(任一个的)点P1进入，在有效磁场区域41a内进行曲率半径r2的圆运动(此时的中心角为(φ+θ))。)，从射出侧43的有效磁场区域41a的边界上的点P2出去，向等角点O照射。即，点P1和点P2位于半径r2及中心角(φ+θ)的圆弧上。
在XY面上，设想以等角点O为原点的XY坐标系。如果将连接射出侧43的点P2与等角点O的直线、与X轴所成的角度设为照射角θ，则入射侧42的点P1的坐标(x，y)、偏转角φ、以及点Q和点P1之间的距离R由以下的关系式(1)～(4)求出。
【数学式2】
x＝r1cosθ+r2(sinθ+sinΦ) (1)
y＝r1sinθ-r2(cosθ-cosΦ) (2)
Figure BDA0002990132690000101
Figure BDA0002990132690000102
这里，在有效磁场区域41a中产生均匀的磁通量密度B的磁场，若将带电粒子束的运动量设为p(大体上取决于加速器)，将电荷设为q时，则在磁场中被偏转的带电粒子束的曲率半径r2由式(5)表示。
【数学式3】
Figure BDA0002990132690000103
根据上述关系式(1)～(5)，调整聚束电磁铁40的线圈对44a及磁极45a的形状及配置，并调整流过线圈对44a的电流，由此能够调整有效磁场区域41a的边界的形状。即，确定边界，使得射出侧43的有效磁场区域41a的边界上的任意的点P2与等角点O之间的距离成为等距离r1，调整有效磁场区域41a的磁通量密度B，根据式(5)来确定r2，并以入射侧42的有效磁场区域41a的边界上的点P1和偏转起点Q之间的距离R具有式(4)的关系的方式来确定入射侧42的有效磁场区域41a的边界。式(3)的φ的极大值成为最大偏转角φmax。此外，作为不具有限定意图的优选方式，以在偏转起点Q经过的带电粒子束即使不受到聚束电磁铁40的偏转也聚束在等角点O的方式，来调整偏转起点Q、聚束电磁铁40、及等角点O的配置，则能够使得装置结构更加简单。
以上述方式求出的聚束电磁铁40的有效磁场区域41a、41b的边界是用于使带电粒子束聚束在等角点O的理想形状。实际上，即使存在从该理想形状的偏离、或磁场分布的不均匀性，通过按每个偏转角φ事先微调聚束电磁铁40的励磁量(磁通量密度B)，并将该信息存储于电源装置(例如照射控制部121)，以偏转角φ与聚束电磁铁40的电流量联动的方式控制它们，由此能够使带电粒子束符合于等角点O地发生偏转。另外，在能够事先预测出磁场分布的不均匀性的情况下，通过修正聚束电磁铁40的线圈对44a、44b及磁极45a、45b的形状及配置，也能够微调带电粒子束的轨道。
<照射口100>
对带电粒子束照射装置10的照射口100进行说明。
图4是放大了带电粒子束照射装置10的下游侧、即偏转电磁铁33、扇形真空管道34、聚束电磁铁40的有效磁场区域41(41a、41b)、以及照射口100而得的示意图。
照射口100位于进行使用带电粒子束的治疗等的治疗室内，在XY面上以沿着有效磁场区域41的射出侧43的形状(边界形状)的方式连续地移动。从有效磁场区域41的射出侧43朝向等角点O的带电粒子束在照射口100内经过，并通过照射口100来微调带电粒子束的行进方向等。
照射口100具备扫描电磁铁101、波束监视器102以及能量调制单元103。扫描电磁铁101通过调整流动的电流量和电流的朝向，来微调从照射口100射出的带电粒子束的行进方向，能够在比较窄的范围内扫描(scan)带电粒子束。波束监视器102监视带电粒子束，测量剂量监视器或波束的位置以及平坦度。能量调制单元103调整带电粒子束的能量，来调整带电粒子束在患者内所到达的深度。能量调制单元103例如是范围调整器、散射体、脊形滤波器、患者准直器、患者推注器(bolus)、涂药器或它们的组合等。
<供电系统120>
使用图5～图9对向照射口100的供电系统120进行说明。
图5中的(a)是从患者侧观察的带电粒子束照射装置10的主视图，图5中的(b)是其侧视图。图6是从上方观察供电系统120、照射口100以及端口罩48的剖面的概要图。
供电系统120包括：在固定于照射口100的支撑部件121上设置的驱动部122及集电靴123；用于使照射口100沿着聚束电磁铁40的有效磁场区域41的射出侧43的形状而移动的驱动导轨124；以及经由集电靴123向照射口100及驱动部122供给电力的供电导轨125。
为了防止短路或漏电，供电导轨125经由绝缘部件126被固定在端口罩48内。另外，驱动导轨124及供电导轨125的条数并不限定于图示的条数，只要分别设置1条以上即可。
在供电系统120中，驱动导轨124及供电导轨125在内置了内置有聚束电磁铁40的真空容器的端口罩48内，以在XY面上沿着聚束电磁铁40的有效磁场区域41的射出侧43的形状的方式而被设置。在此，所谓“以沿着有效磁场区域41的射出侧43的形状的方式”，可以是指被构成为，在带电粒子束照射装置10中使用的任意的照射角θ中，都是从有效磁场区域41的射出侧43朝向等角点O的带电粒子束能够在照射口100内经过，但优选在XY面上，驱动导轨124及供电导轨125被形成为与有效磁场区域41的射出侧43的形状相同或相似。通过在XY面上以与有效磁场区域41的射出侧43的形状相同或相似的方式形成供电导轨125，无论照射口100位于驱动范围内的哪个位置，都能够抑制集电靴123与供电导轨125之间的接触电阻的变化，能够得到稳定的电力供给，在此方面优选。
图6中的(a)表示供电导轨125位于驱动导轨124的内侧的方式，图6中的(b)表示驱动导轨124位于供电导轨125的内侧的方式。在本发明中可以是任意的方式，但在图6中的(b)所示的方式中，由于比较重的照射口100位于驱动部122的附近，因此能够降低伴随照射口100的移动而施加在支撑部件121上的力矩的影响。
另外，在图6中，在XZ面上供电导轨125的截面为平坦状，但为了提高与集电靴123的接触性，也可以向集电靴123侧弯曲。另外，如图6中的(c)所示，也可以被构成为集电靴123夹着供电导轨125的平坦的侧面。根据该结构，能够将平坦的集电靴123的面与平坦的供电导轨125的侧面的接触维持得较高，并且集电靴123能够沿着供电导轨125滑动(摺動)。
驱动部122具备驱动马达及驱动机构，该驱动马达及驱动机构被构成为，经由支撑部件121而被固定于照射口100，照射口100能够被驱动导轨124支撑并且沿着驱动导轨124连续地移动(一边被支撑一边移动)。
从聚束电磁铁40的有效磁场区域41的射出侧43射出的带电粒子束以直线行进。因此，可以以如下方式构成照射口100，即通过从有效磁场区域41出来的带电粒子束入射到照射口100的入射端(中心位置)，带电粒子束的衰减被最大抑制，照射口100内的带电粒子束的调整变得容易。而且，通过在XY面上使照射口100沿着有效磁场区域41的射出侧43的形状移动，从有效磁场区域41出来的带电粒子束容易入射到照射口100的入射端，能够避免或降低带电粒子束的衰减。
集电靴123经由支撑部件121而被固定在照射口100上，并且沿着供电导轨125滑动(能够一边与供电导轨125接触一边移动)，将来自供电导轨125的电力供给到照射口100或驱动部122。无论是照射口100在移动中还是停止中的哪种情况，集电靴123都能够稳定地从供电导轨125接受电力的供给。从供电导轨125向集电靴123供给的电力用于照射口100的扫描电磁铁101、波束监视器102及能量调制单元103的动作、驱动部122的动作。
在此，如图7所示，与供电导轨125相接的集电靴123的接触面123a也可以构成为，与XY面(和/或XZ面和/或YZ面)上的供电导轨125的弯曲半径相同(在本发明中，“相同”也包含差异在±10％内的情况。)或具有供电导轨125的平均弯曲半径。例如，在XY面中在供电导轨125在照射口100的驱动范围内的任何部分都具有相同的弯曲半径的情况下，可以将集电靴123的接触面123a构成为具有与供电导轨125的弯曲半径相同的弯曲半径。在集电靴123与供电导轨125的接触面积小的地方(例如接点等)，接触电阻比较大，也容易产生与之伴随的热。但是，通过将集电靴123的接触面123a构成为具有与供电导轨125的弯曲半径相同的弯曲半径，能够消除或降低由接触电阻引起的热产生的影响。
另外，也可以在集电靴123和支撑部件121之间设置对集电靴123施加一定载荷的施力单元(未图示)。该施力单元例如可以是将板簧和螺旋弹簧做成双重结构而得的部件，随着照射口100的移动，对在供电导轨125上滑动的集电靴123施加一定的载荷即可。另外，降低供电导轨125和集电靴123之间的干扰的施力单元也可以不设置在集电靴123上，而设置在供电导轨125侧(例如绝缘部件126与端口罩48的固定件之间)，将供电导轨125以一定的载荷向集电靴123侧施力，对在供电导轨125上滑动的集电靴123施加一定的载荷。在此，所谓一定的载荷，并不限定于始终施加相同的载荷的情况，意指以稳定地进行从供电导轨125向集电靴123的电力供给的程度施加载荷。
另外，如图8所示，集电靴123也可以由多个集电部123b构成。此时，也可以在各集电部123b与支撑部件121之间设置施力单元123c。由此，即使在供电导轨125的弯曲半径在照射口100的驱动范围内不完全均匀的情况下，也能够使集电靴123以沿着供电导轨125的形状的方式灵活地与供电导轨125稳定地接触。进而，进一步优选构成为，与供电导轨125接触的各集电部123b的接触面具有与供电导轨125相同的弯曲半径(或者供电导轨125的平均弯曲半径)。
图9是关于照射口100、偏转电磁铁33、聚束电磁铁40以及供电系统120的控制系统140的框图。
控制系统140包括照射控制部141、电磁铁控制部142、扫描控制部143、照射口驱动控制部144以及供电控制部145。
照射控制部141是对被照射带电粒子束的每个标靶监视预定的处方剂量，并控制电磁铁控制部142、扫描控制部143以及照射口驱动控制部144的上位控制部。电磁铁控制单元142控制偏转电磁铁33和聚束电磁铁40，调整带电粒子束的偏转角φ(和照射角θ)。扫描控制部143向供电控制部145发送控制照射口100的扫描电磁铁101的指令。照射口驱动控制部144控制驱动部122，向供电控制部145发送控制照射口100的移动的指令。供电控制部145根据来自上位的扫描控制部143和照射口驱动控制部144的指令，控制对扫描电磁铁101和驱动部122的供电，使扫描电磁铁101和驱动部122动作。
照射控制部141根据预先设定的、应当照射至等角点O(患部)的带电粒子束的方向(照射角θ)，向电磁铁控制部142及照射口驱动控制部144发送指令。接受到指令的电磁铁控制部142调整流过偏转电磁铁33(和/或聚束电磁铁40)的电流，并进行调整使得从聚束电磁铁40射出的带电粒子束的照射角θ成为预先设定的照射角。另外，接收到该指令的照射口驱动控制部144在带电粒子束的照射开始前，驱动驱动部122，并使照射口100移动，以使从聚束电磁铁40射出的带电粒子束经过照射口100的入射端(中心)。
在对患部照射带电粒子束的期间，照射控制部141也可以接受来自照射口100的波束监视器102的信息(带电粒子束的位置、宽度、剂量等信息)，判断带电粒子束向患部的照射是否合适，并进行反馈控制。例如，在基于来自波束监视器102的信息，带电粒子束的方向(照射角θ)与对患部预先设定的方向相比不合适的情况下，控制电磁铁控制部142(和/或扫描控制部143)，微调照射角θ(和/或通过在规定范围内的带电粒子束的扫描电磁铁101的扫描而进行微调)。另外，在带电粒子束的照射量相对于对患部预先设定的值不合适的情况下，也可以通过照射口100的能量调制单元103和/或带电粒子束调整单元31等，调整碰到患部的带电粒子束的照射量。
如上所述，在本实施方式的带电粒子束照射装置10中，不使用用于照射口100的比较粗的电力供给电缆，而是从供电导轨125向照射口100供给电力。因此，不会产生弯曲半径大且粗的电缆的收纳空间、或因操作而导致的电缆的损伤的问题。另外，由于供电导轨125设置在端口罩48内，因此无法从接受粒子线治疗的患者进行视觉辨认，因此能够消除或降低患者的心理上的压迫或不安等问题。另外，通过构成为使集电靴123的接触面123a的形状具有与供电导轨125的弯曲半径相同(在本发明中“相同”也包含差异在±10％内的情况。)的弯曲半径，能够降低接触电阻，并消除或降低热的产生的问题，并能够进行稳定的电力供给。另外，通过将集电靴123构成为由多个集电部123b构成，即使在照射口100移动的情况下，也能够进一步追随于供电导轨125的形状而继续接触，能够进行稳定的电力供给。此时，也可以在集电靴123(或集电部123b)与支撑部件121之间设置施力单元123c。
上述说明的尺寸、材料、形状、构成要素的相对位置等根据应用本发明的装置的构造或各种条件而变更。不意图限定于说明中使用的特定的术语及实施方式，只要是本领域技术人员，就可以使用其他同等的构成要素，上述实施方式只要不脱离本发明的宗旨或范围，也可以进行其他的变形及变更。另外，即使没有明确提及，与本发明的一个实施方式关联说明特征也可与其它的实施方式一起使用。

Claims (8)

1.一种带电粒子束照射装置，具备：
聚束电磁铁，通过使带电粒子束偏转，连续地改变带电粒子束向等角点的照射角；
照射口，是沿着所述聚束电磁铁的有效磁场区域的射出侧的形状连续地移动的照射口，从所述聚束电磁铁射出的带电粒子束经过所述照射口向所述等角点照射；
供电导轨，以沿着所述有效磁场区域的射出侧的形状的方式被设置；以及
集电靴，是经由支撑部件而固定于所述照射口的集电靴，沿着所述供电导轨滑动，将来自所述供电导轨的电力供给到所述照射口，
所述集电靴的与所述供电导轨接触的面具有与所述供电导轨相同的弯曲半径或所述供电导轨的平均弯曲半径，并且/或者
所述集电靴与所述供电导轨的平坦的侧面接触并且沿着所述供电导轨滑动。
2.如权利要求1所述的带电粒子束照射装置，其中，
所述聚束电磁铁、所述供电导轨以及所述集电靴被内置于端口罩，所述照射口的全部或一部分位于所述端口罩外。
3.一种带电粒子束照射装置，具备：
聚束电磁铁，通过使带电粒子束偏转，连续地改变带电粒子束向等角点的照射角；
照射口，是沿着所述聚束电磁铁的有效磁场区域的射出侧的形状连续地移动的照射口，从所述聚束电磁铁射出的带电粒子束经过所述照射口向所述等角点照射；
供电导轨，以沿着所述有效磁场区域的射出侧的形状的方式被设置；以及
集电靴，是经由支撑部件而固定于所述照射口的集电靴，沿着所述供电导轨滑动，将来自所述供电导轨的电力供给到所述照射口，
所述集电靴由多个集电部构成，
所述集电部各自的与所述供电导轨接触的面具有与所述供电导轨相同的弯曲半径或所述供电导轨的平均弯曲半径。
4.如权利要求1～3中任一项所述的带电粒子束照射装置，其中，
被构成为在所述支撑部件和所述集电靴之间设有施力单元，通过所述施力单元对所述集电靴施加一定的载荷。
5.如权利要求1～4中任一项所述的带电粒子束照射装置，其中，还具备：
驱动导轨，以沿所述有效磁场区域的射出侧的形状的方式被设置；以及
驱动部，经由所述支撑部件而固定于所述照射口，并构成为以使所述照射口能够被所述驱动导轨支撑并且沿着所述驱动导轨连续地移动，
从所述供电导轨经由所述集电靴向所述驱动部供给电力。
6.如权利要求1～5中任一项所述的带电粒子束照射装置，其中，
所述聚束电磁铁具有以夹着带电粒子束的路径的方式被配置的线圈对，
所述线圈对被构成为，当输入电流时，生成磁场朝向与带电粒子束的行进方向即X轴正交的方向即Z轴的有效磁场区域，在此，将与X轴和Z轴双方正交的轴设为Y轴，
在XY面上，
在偏转起点Q以相对于X轴的偏转角φ偏转并入射到所述有效磁场区域的带电粒子束通过所述有效磁场区域而被偏转，以相对于X轴的照射角θ经过所述照射口向所述等角点照射，
所述有效磁场区域的带电粒子束的射出侧的边界上的任意的点P2位于距所述等角点而等距离r1的位置，
所述有效磁场区域的带电粒子束的入射侧的边界上的点P1和所述点P2位于半径r2以及中心角(θ+φ)的圆弧上，
若将所述偏转起点Q与所述等角点之间的距离设为L，则所述偏转起点Q与所述点P1之间的距离R满足关系式(4)：
【数学式1】
Figure FDA0002990132680000021
7.如权利要求6所述的带电粒子束照射装置，其中，
所述聚束电磁铁具备第1线圈对以及第2线圈对，
所述第1线圈对以及第2线圈对以夹着带电粒子束的路径且在Y轴方向上排列的方式被配置，
所述第1线圈对以及所述第2线圈对被构成为，生成的有效磁场区域的磁场的朝向彼此相反。
8.如权利要求6或7所述的带电粒子束照射装置，其中，还具备：
偏转电磁铁，该偏转电磁铁使来自生成带电粒子束的加速器的带电粒子束在所述偏转起点Q以10度以上的偏转角φ偏转。
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