CN116236705A - 圆形加速器以及粒子射线治疗系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够照射大电流且高品质的射束、而且成本低的圆形加速器及粒子射线治疗系统。该圆形加速器将在磁场中环绕的带电粒子的射束以使射束的每个能量的闭环轨道偏心的方式加速，且具备：射束射出口，其从闭环轨道射出不同能量的射束；第一偏转电磁铁(21)及第二偏转电磁铁(22)，其使从射束射出口射出的射束偏转；以及控制部(40a)，其根据射出的射束的能量，控制第一偏转电磁铁及第二偏转电磁铁的励磁量，控制部(40a)在射出的射束的能量为圆形加速器(1)的设计上的最大能量的情况下，使第一偏转电磁铁(21)及第二偏转电磁铁(22)均励磁，使射束偏转。

Description

圆形加速器以及粒子射线治疗系统

技术领域

本发明涉及一种对粒子射线进行加速的圆形加速器以及粒子射线治疗系统。

背景技术

在通过在主磁场中施加高频，一边使轨道半径增加一边加速带电粒子射束的圆形加速器中，作为高精度地控制带电粒子射束的从圆形加速器的射出的技术的一例，在专利文献1中记载了如下技术：在通过在主磁场中施加高频，一边使轨道半径增加一边加速带电粒子射束的圆形加速器中，通过对带电粒子射束施加频率与用于加速的高频不同的高频，射出带电粒子射束。

作为粒子加速器的调整时间的缩短和运转参数文件的种类少，且能够大幅降低射程移位器的移动音及能量变更时间，并且粒子加速器的设备变动引起的系统停止的频度低、且带电粒子射束的能量、强度的变动小的粒子射线治疗装置的一例，在专利文献2中记载了如下技术，即，具备能量变更装置，该能量变更装置具备：射程移位器，其带电粒子射束透过的方向的厚度在与射束透过方向正交的一方向上不同，且将透过的带电粒子射束的能量降低与厚度成比例的量；上游侧偏转电磁铁对，其为了使带电粒子射束透过射程移位器的厚度不同的部分而在射程移位器的上游侧使带电粒子射束的轨道在厚度变化的方向上平行移动；下游侧偏转电磁铁对，其使透过了射程移位器的带电粒子射束的轨道平行移动到射入到上游侧偏转电磁铁对时的轨道的延长线上；以及变更控制装置，其对上游侧偏转电磁铁对和下游侧偏转电磁铁对进行控制，以使带电粒子射束在通过透过射程移位器而使带电粒子射束的能量降低到期望的值的轨道行进。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2019-133745号公报

专利文献2：日本专利第4115468号

发明内容

发明所要解决的课题

通过同步加速器、回旋加速器等加速器加速带电粒子射束(以下，简称为射束)，向癌等病变照射该进行了加速的射束，由此进行粒子射线治疗。

作为用于粒子射线治疗的加速器的一种，例如有专利文献1所记载的加速器。在专利文献1所记载的圆形加速器中，将在静磁场中动能(以下，简称为能量)不同的射束粒子所形成的圆状的闭环轨道(以下，称为中心轨道)以朝向射束从加速器的射出口偏心的方式配置，从同一射束射出口向加速器的外部射出不同能量的射束。

在专利文献1所记载的圆形加速器中，在将在加速器中环绕的射束(以下，称为环绕射束)加速至所希望的能量之后，对环绕射束施加与射束行进方向及磁极间隙方向(以下，称为铅垂方向)垂直的方向(以下，称为水平方向)的高频电压。被施加了高频电压的射束粒子的以中心轨道为中心的振动(以下，称为电子感应加速岂荡)的水平方向的振幅逐渐增大，且与形成于中心轨道的周围的被称为剥离磁场及再生磁场的用于产生电子感应加速岂荡的共振的磁场分布接触。接触了剥离磁场和再生磁场的射束粒子的水平方向的电子感应加速岂荡的振幅急剧增大，射入射出用的隔膜线圈。隔膜线圈使射束向圆形加速器的外周方向偏转。偏转后的射束射出至作为圆形加速器的外部的高能量射束输送系统。

因此，专利文献1所记载的圆形加速器是在静磁场中加速射束的圆形加速器，并且能够将从圆形加速器射出的射束的能量在预定的范围(例如70MeV～230MeV的范围)切换。

另一方面，在专利文献1所记载的圆形加速器中，由于隔膜线圈设置于圆形加速器的磁极内的有限的空间，因此隔膜线圈所产生的磁场(隔膜磁场)的强度受到限制。隔膜线圈具有使能量不同的射束的轨道在圆形加速器的射出口一致的功能，因此在专利文献1所记载的圆形加速器中，由于隔膜磁场的不足，有可能从圆形加速器射出的射束的轨道随着能量的变化而变化。

在此，构成高能量射束输送系统的偏转电磁铁、四极电磁铁这样的设备需要以内置通过高能量射束输送系统的全部能量的射束轨道的方式制作。

因此，在专利文献1所记载的圆形加速器中，为了应对射出射束轨道的变化，恐怕高能量射束输送系统的构成设备会大型化，由高能量射束输送系统及圆形加速器和射束输送系统构成的加速器系统的设置面积、成本会增大，因此存在改善的余地。

专利文献2所记载的能量变更装置由根据与射束轨道垂直的平面内的场所而厚度不同的能量吸收体(射程移位器)、设置于比射程移位器靠上游侧的两个偏转电磁铁、以及设置于比射程移位器靠下游侧的两个偏转电磁铁构成。

在专利文献2所记载的能量变更装置中，通过利用上游侧的偏转电磁铁使从加速器射出的射束偏转，从而控制射束向射程移位器射入的位置、即射程移位器的厚度，将通过射程移位器之后的射束的能量变更为所希望的值。通过了射程移位器的射束通过下游侧的偏转电磁铁而偏转，在射入能量变更装置前的射束轨道的延长线上对齐。由此，专利文献2所记载的能量变更装置能够不使射束的轨道变化而将射束的能量调整为所希望的值，因此能够调整从回旋加速器等静磁场型的加速器射出的射束的能量，供于粒子射线治疗等用途。

另一方面，专利文献2所记载的能量变更装置由于在能量的变更中使用射程移位器，因此有可能因射束与射程移位器的散射而使能量变更后的射束的空间上的扩展(射束尺寸)扩大。

近年来，在粒子射线治疗中，利用细径的射束对患部三维地进行扫描的扫描照射法正在普及，在通过扫描照射法形成高精度的辐射剂量分布的方面，希望极力抑制射束尺寸的扩大。

因此，在使用专利文献2所记载的能量变更装置的情况下，恐怕在射束通过射程移位器时，射束粒子的能量的扩散(以下，动量分散)扩大，高能量射束输送系统的通过效率降低，有效的射束电流减少，因此难以直接应用该技术，要求改善。

本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种圆形加速器及粒子射线治疗系统，能够照射大电流且高品质的射束，而且成本低。

用于解决课题的方案

本发明包含多个解决上述课题的方案，若列举其一例，则为一种圆形加速器，其将在磁场中环绕的带电粒子的射束以使上述射束的每个能量的闭环轨道偏心的方式加速，该圆形加速器的特征在于，具备：射束射出口，其从上述闭环轨道射出不同能量的射束；第一偏转电磁铁及第二偏转电磁铁，其使从上述射束射出口射出的上述射束偏转；以及控制部，其根据上述射出的射束的能量，控制上述第一偏转电磁铁及上述第二偏转电磁铁的励磁量，就上述控制部而言，在上述射出的射束的能量为上述圆形加速器的设计上的最大能量的情况下，使上述第一偏转电磁铁及上述第二偏转电磁铁均励磁，使上述射束偏转。

发明效果

根据本发明，能够提供一种圆形加速器及粒子射线治疗系统，能够照射大电流且高品质的射束，而且成本低。上述以外的课题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明而变得明确。

附图说明

图1是表示使用了本发明的实施方式1的圆形加速器的粒子射线治疗系统的结构的示意图。

图2是表示实施方式1的圆形加速器的结构的示意图。

图3是表示本发明的实施方式2的圆形加速器的结构的示意图。

图4是表示本发明的实施方式3的圆形加速器的结构的示意图。

图中：

1、1A、1B—圆形加速器，10—主体，11—磁极，12—线圈，13—射出磁场产生装置，14—磁轭，15—射出口，16—环绕射束轨道，17—轨道汇集区域，18、18A、18B—轨道控制装置，21、61—第一偏转电磁铁，22、62、22B—第二偏转电磁铁，23、24、63、64—电源，25、65—设计轨道，26、66、67—射束轨道，30—高能量射束输送系统，31、32—轮廓监视器，40、40A、40B—控制装置，40a、40a1、40a2—控制部，50—旋转机架，50a、50b、50c—偏转电磁铁，51—患者，52—患部，53—照射喷嘴，71—四极电磁铁，72—电源，100—粒子射线治疗系统。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的圆形加速器及粒子射线治疗系统的实施方式进行说明。另外，在本说明书中所使用的附图中，有时对相同或对应的构成要素标注相同或类似的符号，对于这些构成要素，省略重复的说明。

＜实施方式1＞

使用图1及图2对本发明的圆形加速器及粒子射线治疗系统的实施方式1进行说明。

首先，使用图1对包含圆形加速器的粒子射线治疗系统的整体结构进行说明。图1是表示使用了本实施方式1的圆形加速器的粒子射线治疗系统的结构的示意图。

图1所示的本实施方式的粒子射线治疗系统100具备：圆形加速器1，其将在磁场中环绕的带电粒子的射束加速并射出；高能量射束输送系统30，其输送通过圆形加速器1进行了加速的带电粒子射束；照射喷嘴53，其照射由高能量射束输送系统30输送来的带电粒子射束；以及控制装置40等。

在粒子射线治疗系统100中，通过高能量射束输送系统30输送从圆形加速器1射出的射束，照射至患者51的患部52，从而进行癌症等病变的治疗。

高能量射束输送系统30的后段为旋转机架50，旋转机架50在患者51的周围旋转，从而能够从多个不同的方向进行射束照射。

在旋转机架50的最下游的直线部设置有照射喷嘴53，照射喷嘴53将来自圆形加速器1的射束根据患部52的形状成型。

构成高能量射束输送系统30及旋转机架50的电磁铁等设备与圆形加速器1同样地连接于控制装置40。

在粒子射线治疗中，通过向患者51照射的射束的能量来控制射束在患者51的体内行进的距离(以下称为射程)。

控制装置40基于针对每个患者51预先制作的射束的照射位置和照射量的信息(以下，称为治疗计划)控制圆形加速器1，将从圆形加速器1射出的射束的能量调节为与患部52的深度相应的值。控制装置40基于治疗计划控制第一偏转电磁铁21、第二偏转电磁铁22、高能量射束输送系统30、旋转机架50，向患部52照射从圆形加速器1射出的射束。

接着，使用图2对圆形加速器的结构进行说明。图2表示本实施例的圆形加速器1的概要，特别是圆形加速器1的配备于主体10的外部的射束轨道调整装置的示意图。

如图2所示，圆形加速器1具备磁极11、线圈12、射出磁场产生装置13、磁轭14，在磁轭14形成有射束的射出口15。当在线圈12流通预定的电流时，在磁极11间产生用于使射束在圆形加速器1内环绕的磁场(以下称为主磁场)，在轨道平面上形成有圆状的环绕射束轨道16。射束粒子的动能(以下，简称为能量)越高，环绕射束轨道16的半径越大。

在本实施例的圆形加速器1中，射束的每个能量的闭环轨道偏心。更具体而言，能量越高，环绕射束轨道16的中心就越远离射出磁场产生装置13，在射出磁场产生装置13的附近形成有能量不同的环绕射束轨道16汇集于窄的区域的轨道汇集区域17。圆形加速器1通过形成轨道汇集区域17，能够不变更主磁场的强度而将能量不同的射束从共用的射出口15射出。

射出磁场产生装置13使射入到射出磁场产生装置13的射束偏转，将射束引导至射出口15。射出磁场产生装置13由例如沿着射束轨道形成的隔膜线圈构成。隔膜线圈构成为，通过变更流通于线圈的电流，能够根据能量调节使射束偏转的朝向、量。另外，在本实施方式中说明了由隔膜线圈构成射出磁场产生装置13的例子，但也可以代替隔膜线圈而采用沿着射束轨道配置由铁等磁性体构成的磁场修正构造部件(以下，称为磁通道)的结构。磁通道不需要励磁用的电源，但另一方面，产生的磁场不依赖于射束的能量，而是恒定的。另外，也可以配置隔膜线圈和磁通道这两者而构成射出磁场产生装置13。

在圆形加速器1的射出口15的下游侧设置有第一偏转电磁铁21及第二偏转电磁铁22。本实施例的轨道控制装置18具备第一偏转电磁铁21、第二偏转电磁铁22、电源23、24以及控制部40a(优选为控制装置40的一部分)。第一偏转电磁铁21与电源23连接，第二偏转电磁铁22与电源24连接。控制部40a通过控制电源23来控制对第一偏转电磁铁21进行励磁的励磁电流。另外，控制部40a通过控制电源24来控制对第二偏转电磁铁22励磁的励磁电流。

第一偏转电磁铁21使射束向远离磁极11的中心的方向、即圆形加速器1的外周方向偏转，第二偏转电磁铁22使射束向接近磁极11的中心的方向、即圆形加速器1的内周方向偏转。

在本实施方式中，如图1所示，第一偏转电磁铁21的直径比第二偏转电磁铁22的直径、构成高能量射束输送系统30的偏转电磁铁50a、50b、50c的直径大。

另外，如图1所示，第二偏转电磁铁22虽然比第一偏转电磁铁21的直径小，但比构成高能量射束输送系统30的偏转电磁铁50a、50b、50c的直径大。另外，第二偏转电磁铁22的直径不需要比第一偏转电磁铁21的直径小，另外不需要比偏转电磁铁50a、50b、50c的直径大，也可以与第一偏转电磁铁21的直径相同，或者与偏转电磁铁50a、50b、50c的直径相同。在第二偏转电磁铁22的直径与第一偏转电磁铁21或偏转电磁铁50a、50b、50c的直径相同的情况下，由于与它们规格通用化，因此不需要将第二偏转电磁铁作为专用的规格的偏转电磁铁来制造，能够实现低成本化。

另外，配置于偏转电磁铁的内侧的真空管道(为了图示方便而省略)的直径倾向于与偏转电磁铁的直径相同。例如，设置有第一偏转电磁铁21的部分的真空管道的直径比设置有第二偏转电磁铁22的部分的真空管道的直径、设置有偏转电磁铁50a、50b、50c的部分的真空管道的直径大。

在第二偏转电磁铁22的下游侧形成有将射束输送至照射对象的高能量射束输送系统30，在高能量射束输送系统30中的仅接在第二偏转电磁铁22之后的直线部设置有测定与射束行进方向垂直的平面内的射束的位置和形状的轮廓监视器31、32。另外，测定该射束的位置及倾斜度的轮廓监视器的设置场所并不限定于高能量射束输送系统30内，也可以设置于其它部位，例如轨道控制装置18内。

第一偏转电磁铁21与电源23连接，第二偏转电磁铁22与电源24连接。电源23、电源24、圆形加速器1、轮廓监视器31与控制装置40连接。

对用于通过本实施方式的圆形加速器1提供能够照射大电流且高品质的射束而且成本低的加速器系统的方法进行说明。

本实施方式的圆形加速器1能够不变更主磁场的强度而从共通的射出口15射出能量不同的射束。然而，射出口15处的射束的轨道可能在能够通过射出口15的范围内根据能量而不同。

该射出口15处的射束轨道偏离的原因在于，例如构成射出磁场产生装置13的隔膜线圈无法产生充分的强度的磁场、磁通道产生的磁场不依赖于能量而是恒定的。隔膜线圈的磁场强度怎样程度的不足，这取决于圆形加速器1的设计，但在以圆形加速器1的小型化为目的，产生高强度的主磁场(例如2.5T左右)的情况下，隔膜线圈的磁场强度的不足成为课题。

另外，在利用磁通道构成射出磁场产生装置13的情况下，不论圆形加速器1的设计如何，射出口15处的射束轨道根据能量而变化。

在紧接在射出口15之后连接高能量射束输送系统的情况下，高能量射束输送系统30的构成设备、例如偏转电磁铁50a、50b、50c、四极电磁铁等电磁铁、轮廓监视器31、32这样的测定设备需要为能够使全部能量的射束通过内部的大型的设计。由此，在使用了现有的圆形加速器的加速器系统中，高能量射束输送系统的设置面积、制作成本有可能增大。

因此，在本实施方式的圆形加速器1中，在射出口15的下游侧设置第一偏转电磁铁21及第二偏转电磁铁22，并控制第一偏转电磁铁21及第二偏转电磁铁22的励磁量，以使能量不同的射束的轨道在比第二偏转电磁铁22靠下游侧一致。由此，在本实施方式的圆形加速器1中，能够防止高能量射束输送系统30中的射束通过区域的扩大，实现抑制构成高能量射束输送系统30的设备的尺寸的目的。

另外，电磁铁的励磁量表示电磁铁产生的磁场的强度，一般与流通于构成电磁铁的线圈的电流成比例。流通于第一偏转电磁铁21的线圈的电流由电源23控制，流通于第二偏转电磁铁22的线圈的电流由电源24控制。

接着，对使用第一偏转电磁铁21及第二偏转电磁铁22在高能量射束输送系统30中使能量不同的射束的轨道一致的方法进行说明。

在圆形加速器1的内部产生使射束向圆形加速器1的内周侧偏转的磁场，因此在射出口15，越是能量高的射束的轨道，就越位于外周侧，轨道按照能量而不同。

在图2中，轨道25表示从圆形加速器1射出的最大能量(以下，称为最高能量)的设计上的射束轨道(以下，称为设计轨道)，轨道26表示比最高能量低的能量的射束轨道的例子。这样，从圆形加速器1射出的射束的轨道按照能量而不同，因此由第一偏转电磁铁21及第二偏转电磁铁22产生的偏转磁场的强度需要根据从圆形加速器1射出的射束的能量来控制，需要使第一偏转电磁铁21及第二偏转电磁铁22使射束偏转的量按照射束的能量而不同。

在此基础上，在控制装置40的控制部40a中，在射出的射束的能量为圆形加速器1的设计上的最大能量的情况下，第一偏转电磁铁21及第二偏转电磁铁22均励磁，使射束偏转。此时，优选的是，在射出的射束的能量为圆形加速器1的设计上的最小能量的情况下，第一偏转电磁铁21及第二偏转电磁铁22均励磁，使射束偏转。

在此，第一偏转电磁铁21使射束向外周方向偏转，第二偏转电磁铁22使射束向内周方向偏转，控制第一偏转电磁铁21及第二偏转电磁铁22产生的磁场的强度，以使第二偏转电磁铁22的出口处的各能量的射束轨道26与射束的能量为设计上的最大值的情况下的设计轨道25一致。

最高能量下的第一偏转电磁铁21的励磁量的设计值和第二偏转电磁铁22的励磁量的设计值均不是0，最高能量的设计轨道25通过第一偏转电磁铁21及第二偏转电磁铁22而弯曲。在本实施方式的圆形加速器1中，通过将比最高能量低的能量的射束的轨道26弯曲得比最高能量的设计轨道25大，使高能量射束输送系统30内的这些射束轨道与最高能量的设计轨道25一致。

第一偏转电磁铁21的励磁量和第二偏转电磁铁22的励磁量在调整运转(以下，称为射束调整)中决定，该调整运转在将圆形加速器1供于粒子射线治疗等射束照射之前进行。

在调整比最高能量低的能量的射束轨道26的情况下，控制装置40控制圆形加速器1，以使从圆形加速器1射出的射束的能量成为目标值。

另外，控制装置40控制电源23、24，将第一偏转电磁铁21、第二偏转电磁铁22的励磁量设定成要调整的能量下的设计值。第一偏转电磁铁21、第二偏转电磁铁22的励磁量的设计值通过使用了计算机的射束轨道的解析等而预先导出。

使用轮廓监视器31、32测定高能量射束输送系统30中的射束的位置和倾斜度。圆形加速器1所产生的磁场因磁极11的制作误差等而具有与设计值的偏差，因此有时高能量射束输送系统30中的射束的位置和倾斜度在初始状态下与设计值完全不一致。

因此，在本实施方式的圆形加速器1中，通过轮廓监视器31、32测定射束位置及射束的倾斜度，计测与设计值的偏差，并调节第一偏转电磁铁21及

第二偏转电磁铁22的励磁量，以使射束位置和倾斜度与设计值一致。

另外，能够通过该高能量射束输送系统30中的轮廓监视器31、32的测定求出射出口15处的射束轨道向内周侧或外周侧偏离。具体而言，通过求出高能量射束输送系统30中的射束的位置及倾斜度，能够判断射出口15处的射束轨道是否比设计轨道25向内周侧或外周侧偏离。

第一偏转电磁铁21及第二偏转电磁铁22的励磁量的变更量和高能量射束输送系统30中的射束的位置、倾斜度的变化量处于线性关系，因此第一偏转电磁铁21及第二偏转电磁铁22的励磁量的调整量根据射束位置、倾斜度的测定结果能够容易地求出。第一偏转电磁铁21和第二偏转电磁铁22的励磁量的变更量可以基于射束位置、倾斜度的测定结果由控制装置40导出，也可以由圆形加速器1的调整人根据射束的位置、倾斜度的测定结果另行计算并输入至控制装置40。

在调整第一偏转电磁铁21及第二偏转电磁铁22的励磁量后，再次测定高能量射束输送系统30中的射束的位置和倾斜度，确认射束轨道与最高能量的设计轨道25一致。在此阶段，在射束轨道与最高能量的设计轨道25之间存在无法容许的偏离的情况下，以同样的顺序再次调整第一偏转电磁铁21及第二偏转电磁铁22的励磁量。励磁量的调整结果保管于控制装置40，在实际进行圆形加速器1的射束照射时，基于该调整结果将第一偏转电磁铁21及第二偏转电磁铁22励磁。

接着，对在本实施方式的圆形加速器1中调整最高能量的射束轨道的方法进行说明。

在本实施方式中，进行调节，以使高能量射束输送系统30内的各能量的射束轨道26与最高能量的设计轨道25一致，但对于最高能量的射束轨道自身，也预测因磁场误差等的影响而产生从设计轨道25的偏离，因此与其它能量同样地，对于最高能量也需要进行射束轨道的调整。

在射出口15处的最高能量的射束轨道位于比设计轨道25靠内周侧的情况下，通过将第一偏转电磁铁21及第二偏转电磁铁22的励磁量设定为比设计值高的值，能够使射束轨道向外周侧偏转，使最高能量的射束轨道与设计轨道25一致。

相反，在射出口15处的最高能量的射束轨道位于比设计轨道25靠外周侧的情况下，通过将第一偏转电磁铁21及第二偏转电磁铁22的励磁量设定为比设计值低的值，能够使最高能量的射束轨道与设计轨道25一致。

接着，对本实施方式的效果进行说明。

上述的本发明的实施方式1的粒子射线治疗系统100中的圆形加速器1是将在磁场中环绕的带电粒子的射束以使射束的每个能量的闭环轨道偏心的方式加速的圆形加速器，其具备：射束射出口，其从闭环轨道射出不同的能量的射束；第一偏转电磁铁21及第二偏转电磁铁22，其使从射束射出口射出的射束偏转；以及控制部40a，其根据射出的射束的能量，控制第一偏转电磁铁及第二偏转电磁铁的励磁量，控制部40a在射出的射束的能量为圆形加速器1的设计上的最大能量的情况下，使第一偏转电磁铁21及第二偏转电磁铁22均励磁而使射束偏转。另外，也可以构成为，第一偏转电磁铁21的直径比构成高能量射束输送系统30的偏转电磁铁50a、50b、50c的直径大。

这样，在本实施方式的圆形加速器1中，相对于最高能量的设计轨道25，第一偏转电磁铁21和第二偏转电磁铁22的励磁量的设计值被设定为不是0的值，因此即使在射出口15处的最高能量的射束轨道位于比设计值靠外周侧的情况下，也能够使最高能量的射束轨道与设计值一致。由此，在本实施方式的圆形加速器1中，能够有效地修正高能量射束输送系统30中的射束轨道，防止构成高能量射束输送系统30的设备的扩大，抑制加速器系统的制作成本。

另外，本实施方式的圆形加速器1由于能量不同的射束的闭环轨道偏心配置，因此能够从共通的射出口15射出能量不同的射束。由此，圆形加速器1在变更照射射束的能量时无需在高能量射束输送系统中设置能量吸收体，因此能够防止因与能量吸收体的散射而导致的照射射束尺寸的增大，照射品质高的射束。而且，在圆形加速器1中，不需要为了变更要射出的射束的能量而变更圆形加速器1的主磁场的强度，因此能够从圆形加速器1连续地射出射束，能够得到较高的射束电流。特别是，能够抑制向患者51照射的射束的尺寸的扩大，在利用射束三维地扫描患部52的扫描照射法中进行高精度的照射。而且，本实施方式的圆形加速器1能够不依赖于射束的能量而照射大电流的射束，因此在粒子射线治疗中能够比以往短时间结束治疗，能够进一步减轻患者的负担。

在本实施方式的圆形加速器1中，最高能量的设计轨道25通过第一偏转电磁铁21、第二偏转电磁铁22被弯曲，即，与最高能量对应的这些偏转电磁铁的励磁量的设计值为不是0的值。根据该特征，圆形加速器1即使在最高能量的射束调整前的射束轨道位于比设计轨道25靠外周侧的情况下，也能够修正最高能量的射束轨道，抑制高能量射束输送系统30中的射束通过区域的扩大。

根据本实施方式的粒子射线治疗系统100，能够提供可以照射大电流且高品质的射束而且成本低的加速器系统。

另外，由于第二偏转电磁铁22的直径比第一偏转电磁铁21的直径小，因此能够实现其制造成本的降低。

而且，通过第一偏转电磁铁21及第二偏转电磁铁22所产生的磁场的强度被控制成使第二偏转电磁铁22的出口处的各能量的射束轨道26与射束的能量为设计上的最大值的情况下的设计轨道25一致，能够减小高能量射束输送系统中的射束的通过区域，降低加速器系统的成本。

本实施方式的圆形加速器1使在磁场中环绕的带电粒子射束以射束的每个能量的闭环轨道偏心的方式加速，将加速后的射束从闭环轨道射出并引导至射出口15。从射出口15射出后的射束轨道根据该射束的能量而成为不同的轨道，但如本实施方式地，在圆形加速器1的射出口15的下游侧且高能量射束输送系统30的上游侧的位置设置多个偏转电磁铁，根据射束的能量控制这些偏转电磁铁的励磁量，从而能够使射束轨道在高能量射束输送系统30内大致一致。因此，能够将粒子射线治疗系统小型化。特别是，在由磁通道构成射出磁场产生装置13的情况下，在磁通道生成的磁场恒定，因此从射出口15射出后的射束轨道根据该射束的能量而成为大幅不同的轨道，能够得到使粒子射线治疗系统进一步小型化的效果。

另外，在本实施方式1、后述的实施方式2、3中，对构成轨道控制装置18、18A、18B的偏转电磁铁为两个(第一偏转电磁铁以及第二偏转电磁铁)的情况进行了说明，但在设于圆形加速器的主体的出口侧与高能量射束输送系统之间的轨道控制装置所设置的偏转电磁铁的个数也可以为两个以上，没有特别限定。

＜实施方式2＞

使用图3对本发明的实施方式2的圆形加速器及粒子射线治疗系统进行说明。图3表示本实施方式的圆形加速器1A的示意图。

图3所示的本实施方式的圆形加速器1A基本上具有与实施方式1所记载的圆形加速器1相同的结构，与实施方式1不同点在于，实施例的轨道控制装置18A具备第一偏转电磁铁61、第二偏转电磁铁62、电源63、64以及控制部40a1(优选为控制装置40A的一部分)，第一偏转电磁铁61以及第二偏转电磁铁62使射束向圆形加速器1A的外周方向和内周方向这两方偏转。

对第一偏转电磁铁61进行励磁的电源63以及对第二偏转电磁铁62是能够为了使射束向两个方向偏转而切换流通于构成第一偏转电磁铁61或第二偏转电磁铁62的线圈的电流的朝向的双极性的电源。

接着，说明使用第一偏转电磁铁61及第二偏转电磁铁62使能量不同的射束的轨道在高能量射束输送系统30中一致的方法。

在本实施方式中，控制第一偏转电磁铁61及第二偏转电磁铁62产生的磁场的强度，以使第二偏转电磁铁62的出口处的各能量的射束轨道与射束的能量比设计上的最小值大且比设计上的最大值小的情况下的设计轨道65一致。

例如，在从圆形加速器1射出的最小能量(以下，称为最低能量)与最高能量之间确定成为基准的能量(基准能量)，控制第一偏转电磁铁61及第二偏转电磁铁62的励磁量，以使高能量射束输送系统30中的各能量的射束轨道与基准能量的设计轨道65一致。

此时，第一偏转电磁铁61使最低能量的射束(轨道66)向外周方向偏转，使最高能量的射束(轨道67)向内周方向偏转。第二偏转电磁铁62使最低能量的射束向内周方向偏转，使最高能量的射束向外周方向偏转。

在射束调整中，使用高能量射束输送系统30中的轮廓监视器31、32调节第一偏转电磁铁61及第二偏转电磁铁62的励磁量的步骤与实施方式1相同。

其它结构、动作是与上述的实施方式1的圆形加速器1及粒子射线治疗系统大致相同的结构、动作，省略详细说明。

在本发明的实施方式2的圆形加速器1A以及粒子射线治疗系统中，第一偏转电磁铁61以及第二偏转电磁铁62使射束偏转的方向在最低能量和最高能量不同，因此能够与实施方式1同样地有效地修正高能量射束输送系统30中的射束轨道。例如，在最高能量的调整前的射束轨道67位于比最高能量的设计轨道65靠外周侧的情况下，使第一偏转电磁铁61及第二偏转电磁铁62的励磁量比设计值减弱，从而能够使射束轨道67与设计轨道65一致。

另外，对第一偏转电磁铁61进行励磁的电源63以及对第二偏转电磁铁62进行励磁的电源64由能够切换流通于构成第一偏转电磁铁61或第二偏转电磁铁62的线圈中的电流的朝向的双极性的电源构成，由此能够进一步降低偏转电磁铁的磁场强度。

而且，第一偏转电磁铁61及第二偏转电磁铁62产生的磁场的强度被控制成使第二偏转电磁铁62的出口处的各能量的射束轨道与射束的能量比设计上的最小值大且比设计上的最大值小的情况下的设计轨道65一致，从而在本实施方式的圆形加速器1A中，仅将最低能量的射束轨道66偏转至基准能量的设计轨道65的位置即可，与需要将射束偏转至最高能量的设计轨道65的位置的实施方式1相比，能够降低第一偏转电磁铁61及第二偏转电磁铁62的励磁量的最大值。相反，即使在这些偏转电磁铁的励磁量的最大值为与实施方式1相等的值的情况下，在本实施方式中，也能够缩短第一偏转电磁铁61以及第二偏转电磁铁62的行进方向的长度(以下，称为磁极长度)，将加速器系统小型化。

＜实施方式3＞

使用图4对本发明的实施方式3的圆形加速器及粒子射线治疗系统进行说明。图4是本实施方式的圆形加速器1B的示意图。

图4所示的本实施方式的圆形加速器1B基本上具有与实施方式1所记载的圆形加速器1相同的结构，与实施方式1的不同点在于，实施例的轨道控制装置18B具备第一偏转电磁铁21、第二偏转电磁铁22、四极电磁铁71、电源23、24、72以及控制部40a2(优选为控制装置40B的一部分)，在第一偏转电磁铁21的下游侧且第二偏转电磁铁22的上游侧设置有四极电磁铁71。

四极电磁铁71与电源72连接，电源72与控制装置40连接。与第一偏转电磁铁21、第二偏转电磁铁22B同样地，四极电磁铁71的励磁量经由电源72由控制装置40控制。

在本实施方式的圆形加速器1B中，构成为，轨道控制装置18B具备四极电磁铁71，将通过的射束在水平方向及垂直方向上汇聚。从圆形加速器1射出的射束在水平方向及垂直方向逐渐扩大，但通过如本实施方式地设置四极电磁铁71，能够抑制比四极电磁铁71靠下游侧的射束尺寸的扩大。由此，能够防止由于射束与第二偏转电磁铁22、真空管道等结构物碰撞而导致的射束损失。另外，本实施方式的圆形加速器1B是在第一偏转电磁铁21的下游侧且第二偏转电磁铁22的上游侧具备四极电磁铁71的结构，因此能够使用四极电磁铁71使通过第一偏转电磁铁21后的射束在水平方向或垂直方向上汇聚，第二偏转电磁铁22B处的射束尺寸的扩大被抑制，能够使第二偏转电磁铁22B进一步小型化，能够降低第二偏转电磁铁22B的制作成本。

另外，在本实施方式的圆形加速器1B中，根据射束的能量来调节四极电磁铁71的励磁量、即产生的磁场的强度。

其它结构、动作是与上述的实施方式1的圆形加速器1及粒子射线治疗系统大致相同的结构、动作，省略详细说明。

在本发明的实施方式3的圆形加速器1B以及粒子射线治疗系统中，也能够得到与上述的实施方式1的圆形加速器1以及粒子射线治疗系统大致相同的效果。

在本实施方式的圆形加速器1B中，在第二偏转电磁铁22B的上游侧具备四极电磁铁71，由此能够降低高能量射束输送系统30中的射束尺寸的能量依赖性，能够简化高能量射束输送系统30以后的射束调整。

在本实施方式的圆形加速器1B中，构成为在第一偏转电磁铁21的下游侧设置四极电磁铁71，因此能够确保利用第一偏转电磁铁21迅速地对从圆形加速器1的主体10出来的射束进行反冲，使射束轨道偏转，并且能够抑制第二偏转电磁铁22的直径变大。

本实施方式的圆形加速器1B将四极电磁铁71产生的磁场的强度按照射束的能量设定为不同的值，由此能够更可靠地得到抑制射束尺寸的扩大的效果。

在本实施方式的圆形加速器1B中，以在第一偏转电磁铁21与第二偏转电磁铁22B之间设置一个四极电磁铁的结构为例进行了说明，但设置于该区域的四极电磁铁也可以是两个以上。在第一偏转电磁铁21与第二偏转电磁铁22B之间设置多个四极电磁铁的情况下，与仅设置一个四极电磁铁的情况相比，能够将第二偏转电磁铁22B的出口处的射束尺寸抑制得更小。

另外，在本实施方式中，对于在第一偏转电磁铁21的下游侧设置四极电磁铁71的例子进行了说明，但设置四极电磁铁71的场所不限于此，也可以构成为在第一偏转电磁铁21的上游侧设置一个以上。

而且，本实施方式的四极电磁铁71也能够应用于实施方式2。即，也可以构成为，实施方式2的轨道控制装置在第二偏转电磁铁62的上游侧具备一个以上的四极电磁铁。而且，优选的是，在实施方式2的第一偏转电磁铁61的下游侧也设置一个以上的四极电磁铁。

＜其它＞

此外，本发明并不限定于上述的实施方式，包括各种变形例。上述的实施方式是为了容易理解地说明本发明而详细地说明的实施方式，并不限定于必须具备所说明的全部结构。

另外，也能够将某实施方式的结构的一部分置换为其它实施方式的结构，另外，也能够在某实施方式的结构中添加其它实施方式的结构。另外，对于各实施方式的结构的一部分，也能够进行其它结构的追加、删除、置换。

Claims (12)

1.一种圆形加速器，其将在磁场中环绕的带电粒子的射束以使所述射束的每个能量的闭环轨道偏心的方式加速，该圆形加速器的特征在于，具备：

射束射出口，其从所述闭环轨道射出不同能量的射束；

第一偏转电磁铁及第二偏转电磁铁，其使从所述射束射出口射出的所述射束偏转；以及

控制部，其根据所述射出的射束的能量，控制所述第一偏转电磁铁及所述第二偏转电磁铁的励磁量，

就所述控制部而言，

在所述射出的射束的能量为所述圆形加速器的设计上的最大能量的情况下，使所述第一偏转电磁铁及所述第二偏转电磁铁均励磁，使所述射束偏转。

2.根据权利要求1所述的圆形加速器，其特征在于，

就所述控制部而言，

在所述射出的射束的能量为所述圆形加速器的设计上的最小能量的情况下，使所述第一偏转电磁铁及所述第二偏转电磁铁均励磁，使所述射束偏转。

3.根据权利要求1所述的圆形加速器，其特征在于，

所述第一偏转电磁铁及所述第二偏转电磁铁所产生的磁场的强度被控制成，使所述第二偏转电磁铁的出口处的各能量的射束轨道与所述射束的能量为设计上的最大值的情况下的设计轨道一致。

4.根据权利要求1所述的圆形加速器，其特征在于，

对所述第一偏转电磁铁进行励磁的第一电源以及对所述第二偏转电磁铁进行励磁的第二电源由双极性的电源构成，

该双极性的电源能够切换流通于构成所述第一偏转电磁铁或者所述第二偏转电磁铁的线圈的电流的朝向。

5.根据权利要求4所述的圆形加速器，其特征在于，

所述第一偏转电磁铁和所述第二偏转电磁铁产生的磁场的强度被控制成，使所述第二偏转电磁铁的出口处的各能量的射束轨道与所述射束的能量比设计上的最小值大且比设计上的最大值小的情况下的设计轨道一致。

6.根据权利要求1所述的圆形加速器，其特征在于，

还具备：设置于所述第二偏转电磁铁的上游侧且一个以上的四极电磁铁。

7.根据权利要求6所述的圆形加速器，其特征在于，

所述四极电磁铁设置于所述第一偏转电磁铁的下游侧。

8.根据权利要求6所述的圆形加速器，其特征在于，

所述四极电磁铁产生的磁场的强度按照所述射束的能量被设定为不同的值。

9.一种粒子射线治疗系统，其特征在于，具备：

权利要求1至8中任一项所述的圆形加速器。

10.一种粒子射线治疗系统，其特征在于，具备：

权利要求1至8中任一项所述的圆形加速器；

射束输送系统，其输送从所述圆形加速器射出的所述射束；以及

照射装置，其照射由所述射束输送系统输送来的所述射束，

所述射束输送系统具备射束检测器，该射束检测器计测通过的所述射束的位置及倾斜度，

所述控制部控制所述第一偏转电磁铁及所述第二偏转电磁铁的励磁量，以使根据所述射束的位置及倾斜度求出的射束轨道成为设计上的射束轨道。

11.一种粒子射线治疗系统，其特征在于，具备：

圆形加速器，其将在磁场中环绕的带电粒子的射束以使所述射束的每个能量的闭环轨道偏心的方式加速；

射束输送系统，其输送通过所述圆形加速器进行了加速的带电粒子射束；以及

照射装置，其照射所述射束输送系统输送来的带电粒子射束，

所述圆形加速器具有轨道控制装置，

该轨道控制装置具有：

第一偏转电磁铁及第二偏转电磁铁，其在从所述圆形加速器的所述闭环轨道射出不同能量的所述能量的射束射出口的下游侧使从所述射束射出口射出的所述射束偏转；以及

控制部，其根据所述射出的射束的能量，控制所述第一偏转电磁铁及所述

第二偏转电磁铁的励磁量，

所述第一偏转电磁铁的直径比构成所述射束输送系统的偏转电磁铁的直径大。

12.根据权利要求11所述的粒子射线治疗系统，其特征在于，

所述第二偏转电磁铁的直径比所述第一偏转电磁铁的直径小。

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