DE10109193A1 - Beschleuniger, medizinisches System und Verfahren zum Betreiben desselben - Google Patents

Beschleuniger, medizinisches System und Verfahren zum Betreiben desselben

Info

Publication number
DE10109193A1
DE10109193A1 DE10109193A DE10109193A DE10109193A1 DE 10109193 A1 DE10109193 A1 DE 10109193A1 DE 10109193 A DE10109193 A DE 10109193A DE 10109193 A DE10109193 A DE 10109193A DE 10109193 A1 DE10109193 A1 DE 10109193A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
frequency
charged particle
resonance
accelerator
stability limit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE10109193A
Other languages
English (en)
Other versions
DE10109193B4 (de
DE10109193C5 (de
Inventor
Kazuo Hiramoto
Hideaki Nishiuchi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=18724240&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=DE10109193(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Publication of DE10109193A1 publication Critical patent/DE10109193A1/de
Publication of DE10109193B4 publication Critical patent/DE10109193B4/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10109193C5 publication Critical patent/DE10109193C5/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K5/00—Irradiation devices
    • G21K5/04—Irradiation devices with beam-forming means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

Der Beschleuniger ist ein zyklischer Beschleuniger mit Ablenkungselektromagneten und vierpoligen Elektromagneten zum Herbeiführen einer Zirkulation eines geladenen Partikelstrahls, einem mehrpoligen Elektromagneten zur Erzeugung einer Stabilitätsgrenze einer Resonanz einer Betatronschwingung zur Erzeugung des geladenen Partikelstrahls und einer Hochfequenzquelle zum Anlegen eines hochfrequenten elektromagnetischen Felds an den Strahl zum Bewegen des Strahls auf die Außenseite der Stabilitätsgrenze und damit zur Anregung einer Resonanz in der Betatronschwingung. Die Hochfrequenzquelle erzeugt ein Summensignal aus mehreren Wechselstromsignalen, deren momentane Frequenzen sich zeitbezogen verändern und bei denen die Durchschnittswerte der momentanen Frequenzen in bezug auf die Zeit unterschiedlich sind, und legt das Summensignal über Elektroden an den Strahl an.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Beschleuniger zum Beschleunigen eines geladenen Partikelstrahls und zur Erzeugung des zu verwendenden Strahls, ein Verfahren zur Erzeugung des Strahls und ein den Strahl verwendendes medizinisches System.
Ein herkömmliches Beschleunigersystem und ein herkömmli­ ches Verfahren zur Erzeugung des geladenen Partikelstrahls durch das Beschleunigersystem sind in der JP Nr. 2,596,292 beschrieben.
Wie gemäß der Druckschrift Nr. 2,596,292 wird veranlaßt, daß der geladene Partikelstrahl von einem Vorbeschleuniger auf den Be­ schleuniger in der nachfolgenden Stufe auftrifft. Der Beschleuniger in der nachfolgenden Stufe beschleunigt den geladenen Partikel­ strahl auf die für eine Behandlung erforderliche Energie und erzeugt den Strahl. Die geladenen Partikel zirkulieren, wobei sie nach links und rechts oder nach oben und unten schwingen. Dies wird als Betatronschwingungen bezeichnet. Die Anzahl der Schwingungen der Betatronschwingung pro Umlauf wird als Harmonie bezeichnet. Für die Divergenz und die Konvergenz werden zwei vierpolige Elektromagneten verwendet, die die Harmonie nahe einer ganzen Zahl +1/3, einer ganzen Zahl +2/3 oder einer ganzen Zahl +1/2 einstellen. Gleichzeitig wird ein auf der kreisförmigen Umlaufbahn vorgesehe­ ner mehrpoliger Elektromagnet zur Erzeugung einer Resonanz ange­ regt, wodurch die Amplitude der Betatronschwingungen der gelade­ nen Partikel mit mehr als einer bestimmten Betatronschwin­ gungsamplitude unter einer hohen Anzahl an umlaufenden gelade­ nen Partikeln plötzlich erhöht wird. Das Phänomen dieser plötzli­ chen Amplitudensteigerung wird als Resonanz der Betatronschwin­ gung bezeichnet. Der Schwellenwert der Amplitude der Betatron­ schwingungen, bei denen die Resonanz auftritt, wird als Stabilitäts­ grenze bezeichnet, wobei der Wert dieser Veränderungen von der Beziehung zwischen den Intensitäten des die Resonanz erzeugenden mehrpoligen Magnetfelds und des vierpoligen Magnetfelds abhängt. Die Resonanz, die erzeugt wird, wenn die Harmonie nahe einer gan­ zen Zahl +1/2 eingestellt ist, wird als Resonanz zweiter Ordnung bezeichnet, und die Resonanz, die erzeugt wird, wenn die Harmonie nahe einer natürlichen Zahl +1/3 oder +2/3 eingestellt ist, wird als Resonanz dritter Ordnung bezeichnet. Nachstehend erfolgt die Be­ schreibung eines Falls, in dem die Harmonie nahe einer ganzen Zahl +1/3, also auf eine Resonanz dritter Ordnung eingestellt ist. Der Wert der Stabilitätsgrenze der Resonanz nimmt ab, wenn sich die Abweichung von der Harmonie von einer ganzen Zahl +1/3 verrin­ gert. Daher wird die Harmonie beim Stand der Technik zunächst an eine ganze Zahl +1/3 angenähert und konstant eingestellt, während die Intensität des die Resonanz erzeugenden mehrpoligen Elektro­ magneten konstant gehalten wird, d. h. die Feldintensität des vierpo­ ligen Magneten sowie die Intensitäten des Ablenkungselektromagne­ ten und des die Resonanz erzeugenden mehrpoligen Elektromagne­ ten werden konstant gehalten. Dann wird ein hochfrequentes elek­ tromagnetisches Feld mit mehreren verschiedenen Frequenzkompo­ nenten oder einem Frequenzband an den Strahl angelegt, das die Betatronschwingungsamplitude zur Erzeugung einer Resonanz stei­ gert. Der Strahl wird von dem Extraktionsdeflektor unter Verwen­ dung der Steigerung der Betatronschwingung aufgrund der Reso­ nanz erzeugt. Der extrahierte Ionenstrahl wird unter Verwendung eines Elektromagneten eines Ionenstrahltransportsystems zu einem Behandlungsraum transportiert.
In der JP-A-7-14,699 ist eine bei einem herkömmlichen Be­ schleuniger verwendete Hochfrequenzextraktionsquelle beschrieben. Die Harmonie des geladenen Partikelstrahls wird durch die Wirkung des die Resonanz erzeugenden mehrpoligen Elektromagneten ab­ hängig von der Betatronschwingungsamplitude verändert. Daher muß die Hochfrequenz zur Strahlenextraktion ein Frequenzband oder mehrere verschiedene Frequenzkomponenten aufweisen. Beim Stand der Technik werden hohe Frequenzen an den geladenen Par­ tikelstrahl angelegt, die ein Frequenzband mit zweistelligen kHz-Werten einschließlich des Produkts des dezimalen Bruchs der Har­ monie und der Umlauffrequenz des aus dem zyklischen Beschleuni­ ger extrahierten geladenen Partikelstrahls aufweisen.
Der von dem Beschleuniger emittierte geladene Partikelstrahl wird, wie in der JP-A-10-118,204 beschrieben, zu einem Behand­ lungsraum transportiert, in dem eine Bestrahlungsvorrichtung für die Behandlung vorgesehen ist. Die Bestrahlungsvorrichtung weist einen Streuer zur Steigerung des Strahlendurchmessers und einen Strahlenabtastmagneten zum Veranlassen einer kreisförmigen Ab­ tastung durch den Strahl mit gesteigertem Durchmesser auf. Die kreisförmige Abtastung durch den Strahl mit durch den Streuer ver­ größertem Durchmesser dient der Abflachung der integrierten Strahlenintensität innerhalb der Position der Mitte des Abtast­ strahls. Der Strahl mit abgeflachter Intensitätsverteilung wird durch einen Patientenkollimator so eingestellt, daß seine Form mit dem erkrankten Körperteil übereinstimmt, bevor er auf den Patienten ab­ gestrahlt wird.
Zudem kann, obwohl dies von Vorstehendem abweicht, ein Strahl mit kleinem Durchmesser verwendet werden und unter Ver­ wendung des Strahlenabtastelektromagneten so abtasten, daß seine Form mit dem erkrankten Teil übereinstimmt. Bei diesem Abtastver­ fahren mit einem Strahl mit kleinem Durchmesser wird der an den Strahlenabtastelektromagneten angelegte Strom so gesteuert, daß der Strahl auf eine vorgegebene Position gestrahlt wird. Das Anlegen der hohen Frequenzen an den Strahl wird nach der Bestätigung des Aufbringens einer bestimmten Strahlungsmenge durch einen Strahlenintensitätsmonitor eingestellt, wodurch die Emission des Strahls beendet wird. Nach der Beendigung der Bestrahlung wird der an den Strahlenabtastelektromagneten angelegte Strom verän­ dert, um die Bestrahlungsposition zu verändern, und der Strahl wird wiederholt erneut abgestrahlt.
So wird bei einem herkömmlichen medizinischen Beschleuni­ gersystem der Durchmesser des Strahls vor dessen Abstrahlung durch den Streuer gesteigert und kreisförmig abgelenkt, so daß die Abtastung dergestalt erfolgt, daß die integrierte Intensitätsverteilung im Bereich innerhalb des Abtastkreises abgeflacht werden kann. Bei dieser Bestrahlung durch Abtastung mit einem Strahl ist es zur Ab­ flachung der Intensitätsverteilung wünschenswert, die Veränderung der Strahlenintensität und insbesondere die Frequenzkomponenten im Bereich von etwa zweistelligen Hz-Werten bis zu zweistelligen kHz-Werten zu verringern. Da bei dem herkömmlichen medizini­ schen Beschleunigersystem die für die Emission an den geladenen Partikelstrahl anzulegenden hohen Frequenzen jedoch ein Fre­ quenzband oder mehrere verschiedene Frequenzen aufweisen, weist der von dem Beschleuniger emittierte Strahl Frequenzkomponenten im Bereich von zweistelligen Hz-Werten bis zu zweistelligen kHz-Werten auf, und seine Intensität verändert sich mit der Zeit. Daher ist zum Erhalt einer gleichmäßigen Intensitätsverteilung der Be­ strahlung eine geeignete Auswahl der Geschwindigkeit der kreis­ förmigen Abtastung entsprechend der zeitbedingten Veränderung der Strahlenintensität oder eine Abflachung der Intensitätsverteilung der Bestrahlung durch die Auswahl einer von der Frequenz der Ver­ änderung der Strahlenintensität abweichenden Abtastfrequenz er­ forderlich. Das Problem der Veränderung der Strahlenintensität kann durch eine starke Steigerung der Frequenz der kreisförmigen Abtastung gelöst werden, doch die Kosten der Abtastelektromagneten und der Energieversorgung werden erheblich gesteigert. Über­ dies sind bei einer großen zeitbedingten Veränderung der Strah­ lenintensität die Bedingungen, wie die Reproduzierbarkeit und die Stabilität des an den Abtastelektromagneten angelegten Stroms, die zur Unterdrückung der Veränderung der Intensitätsverteilung des Strahlungsfelds auf einen zulässigen Bereich erforderlich sind, schwerwiegender als wenn die zeitbedingte Veränderung der Strah­ lenintensität klein ist.
Obwohl beim Stand der Technik der Durchmesser des Abtast­ strahls groß oder klein ist, macht die zeitbedingte Veränderung der Strahlenintensität überdies eine Steigerung der Zeitauflösung des Strahlenintensitätsmonitors zur Bestätigung einer vorgegebenen Bestrahlungsintensitätsverteilung erforderlich.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen zur Unterdrückung der Veränderung des emittierten Strahlenstroms von insbesondere Frequenzen von etwa zweistelligen Hz-Werten bis zu zweistelligen kHz-Werten geeigneten Beschleuniger, ein diesen Be­ schleuniger verwendendes medizinisches Beschleunigersystem und ein Verfahren zum Betreiben des Systems zu schaffen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird zur Lösung der vor­ stehend genannten Aufgabe ein Zirkularbeschleuniger mit Ablen­ kungselektromagneten und vierpoligen Elektromagneten zum Her­ beiführen einer Zirkulation eines geladenen Partikelstrahls, einem mehrpoligen Elektromagneten zur Erzeugung einer Stabilitätsgrenze der Resonanz einer Betatronschwingung zur Erzeugung des gelade­ nen Partikelstrahls, einer Hochfrequenzquelle zum Anlegen eines hochfrequenten elektromagnetischen Felds an den geladenen Parti­ kelstrahl zum Bewegen des geladenen Partikelstrahls auf die Au­ ßenseite der Stabilitätsgrenze und dadurch zur Anregung der Reso­ nanz der Betatronschwingung geschaffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzquelle ein Wechselstromsignal erzeugt, das mehrere verschiedene Frequenzkomponenten enthält, deren Min­ destfrequenzdifferenz im Bereich von 500 Hz bis 10 kHz liegt und deren Phasen die Phasendifferenz zwischen diesen Frequenzkompo­ nenten und andere Werte als ein ganzzahliges Vielfaches von π ent­ halten.
Zur Steigerung der Betatronschwingungsamplitude des gela­ denen Partikelstrahls durch hohe Frequenzen zu seiner Verschie­ bung auf die Außenseite der Stabilitätsgrenze ist es wünschenswert, daß die hohen Frequenzen nahe am Produkt des Dezimalbruchs der Harmonie (der Anzahl der Betatronschwingungen in der Zeitspanne, in der der geladene Partikelstrahl einmal in dem zyklischen Be­ schleuniger umläuft) des geladenen Partikelstrahls und der Umlauf­ frequenz oder am Produkt des Dezimalbruchs der Harmonie und ei­ nem integralen Vielfachen der Umlauffrequenz liegen. Die Harmonie wird abhängig von der Amplitude der Betatronschwingung verän­ dert. Daher ist zum Überschreiten der Stabilitätsgrenze für die Be­ strahlung und damit zur Steigerung der Amplitude der Betatron­ schwingung die Verwendung von hohen Frequenzen mit mehreren verschiedenen Frequenzkomponenten erforderlich.
Da gemäß dem vorstehend genannten Aspekt der Erfindung von der Hochfrequenzquelle ein Wechselstromsignal an den gelade­ nen Partikelstrahl angelegt wird, das mehrere verschiedene Fre­ quenzkomponenten enthält, deren Mindestfrequenzdifferenz im Be­ reich von 500 Hz bis 10 kHz liegt, liegt die niedrigste Frequenzkom­ ponente der Veränderung der Betatronschwingungsamplitude des geladenen Partikelstrahls im Bereich von 500 Hz bis 10 kHz, und daher ist es möglich, eine Veränderung des Bestrahlungsstroms unter einige hundert Hz auszuschließen, die insbesondere bei einem Bestrahlungsverfahren unterdrückt werden muß, bei dem ein Strahl mit kleinem Durchmesser zur Abtastung abgelenkt wird. Wenn die Phasendifferenz zwischen den Frequenzkomponenten ein ganzzahli­ ges Vielfaches von π ist, wird die Signalintensität zudem aufgrund der Überlagerung dieser unterschiedlichen Frequenzkomponenten erheblich gesteigert oder verringert. Durch eine derartige Auswahl der Phasendifferenz zwischen diesen Frequenzkomponenten, daß sie einen anderen Wert als ein ganzzahliges Vielfaches von π aufweist, ist es jedoch möglich, eine Veränderung der Intensität des emittier­ ten Strahls zu unterdrücken.
Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe wird gemäß ei­ nem weiteren Aspekt der Erfindung ein zyklischer Beschleuniger mit Ablenkungselektromagneten und vierpoligen Elektromagneten zur Veranlassung einer Zirkulation eines geladenen Partikelstrahls, ei­ nem mehrpoligen Elektromagneten zur Erzeugung einer Stabilitäts­ grenze der Betatronschwingungsresonanz zur Erzeugung des gela­ denen Partikelstrahls und einer Hochfrequenzquelle zum Anlegen eines hochfrequenten elektromagnetischen Felds an den geladenen Partikelstrahl zu dessen Verschiebung auf die Außenseite der Sta­ bilitätsgrenze und zum Anregen einer Resonanz in der Betatron­ schwingung geschaffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfre­ quenzquelle die Summe mehrerer Wechselstromsignale erzeugt, de­ ren momentane Frequenzen sich mit der Zeit verändern und bei de­ nen die Durchschnittswerte der momentanen Frequenzen zeitbezo­ gen unterschiedlich sind, und das Summensignal an den geladenen Partikelstrahl anlegt.
Wenn ein hochfrequentes Signal mit mehreren Frequenzen an den geladenen Partikelstrahl angelegt wird, unterliegt der geladene Partikelstrahl einer Betatronschwingung mit einer von den Intensitä­ ten der Elektromagneten des Beschleunigers und den für die Emis­ sion angelegten Hochfrequenzkomponenten abhängigen Betatron­ schwingungsfrequenz (dem Produkt der Umlauffrequenz und der Harmonie des geladenen Partikelstrahls), und die Amplitude der Betatronschwingung wird mit der Summe und den Differenzen zwi­ schen der Betatronschwingungsfrequenz und den für die Emission angelegten Hochfrequenzkomponenten und mit den Summen und Differenzen dieser Hochfrequenzkomponenten selbst verändert. Da­ durch wird auch die Anzahl der Partikel des geladenen Partikel­ strahls oder die Intensität des emittierten geladenen Partikelstrahls, der die Stabilitätsgrenze übersteigt, bei den gleichen Frequenzen wie vorstehend beschrieben verändert. Die Frequenzkomponenten mit zweistelligen kHz-Werten oder darunter, die bei der Anwendung des geladenen Partikelstrahls für eine medizinische Behandlung wesent­ lich sind, werden aufgrund der Differenzen zwischen der Betatron­ schwingungsfrequenz und den für die Emission angelegten Hochfre­ quenzkomponenten und den Differenzen zwischen diesen Hochfre­ quenzkomponenten für die Emission erzeugt. Die Veränderung des emittierten Strahls mit der Zeit im zweistelligen kHz-Bereich oder darunter kann wie nachstehend beschrieben aufgrund des Prinzip gemäß den vorstehend beschriebenen Merkmalen der Erfindung verringert werden.
Das Wechselstromsignal wird durch Ai sin(2πfit+θi) ausge­ drückt, wobei t die Zeit, Ai die Amplitude und θi die Phase repräsen­ tieren, und die momentane Frequenz wird durch fi+(dθi/dt)/(2π) ausgedrückt. Wenn sich die momentane Frequenz mit der Zeit ver­ ändert, gilt dθi/dt ≠ 0. Wenn vorab festgelegt wird, daß der Durch­ schnittswert dθi/dt Null ist, ist der Durchschnittswert der momen­ tanen Frequenz in bezug auf die Zeit fi. Die Betatronschwin­ gungsamplitude des geladenen Partikelstrahls wird mit der Fre­ quenzdifferenz zwischen der Betatronschwingungsfrequenz und der angelegten Hochfrequenz verändert. Gemäß dem vorstehend ge­ nannten Merkmal wird das Summensignal ΣAi sin(2πfit+θi(t)) der Wechselstromsignale mit unterschiedlichen Frequenzen fi (i = 1, 2, . . ., n, wobei n 2 oder mehr beträgt) und Phasen θi, die sich mit der Zeit verändern, erzeugt und an den geladenen Partikelstrahl ange­ legt.
Die Betatronschwingungsamplitude des geladenen Partikel­ strahls wird mit der Differenzfrequenz zwischen der Betatron­ schwingungsfrequenz und der angelegten Hochfrequenz verändert. Die Betatronschwingungsamplitude verändert sich aufgrund der an­ gelegten Hochfrequenz fi mit einer Frequenz von fi-fβ. Da sich die Phase θi des Wechselstromsignals mit der Frequenz fi mit der Zeit verändert, hängt die Phase der Amplitudenveränderung der Beta­ tronschwingung bei der Frequenz fi-fβ auch von der Umlaufposition des in dem Beschleuniger umlaufenden geladenen Partikelstrahls, d. h. von den Auf- und Ab-Positionen des Strahls ab. Dadurch hängt es von der Umlaufposition des in dem Beschleuniger zirkulierenden Strahls oder von den Auf- und Ab-Positionen ab, ob der Strahl abge­ strahlt wird oder nicht. Die Richtung und Position, von der aus der in dem Beschleuniger umlaufende Strahl abgestrahlt wird, verän­ dern sich bei jedem Umlauf. Anders ausgedrückt wird zu einem bestimmten Zeitpunkt das vordere Ende des geladenen Partikel­ strahls in der Drehrichtung abgestrahlt, doch die zweite Hälfte des Strahls von dessen Mitte in der Drehrichtung an wird nicht abge­ strahlt. Im Laufe der Zeit wird jedoch der mittlere Abschnitt des Strahls in der Umlaufrichtung emittiert, aber die erste und zweite Hälfte des Strahls in der Drehrichtung werden nicht abgestrahlt. Daher nimmt die Betatronschwingungsamplitude abhängig von der Umlaufposition mit einer anderen Phase zu, und der Strahl wird an einer Kreisposition abgestrahlt, die sich mit der Zeit verändert. Beim Stand der Technik wird der Strahl an sämtlichen Umlaufpositionen abgestrahlt und ähnlich an sämtlichen Umlaufpositionen weniger abgestrahlt. Daher ist erfindungsgemäß die Veränderung sämtlicher geladener Partikel des Strahls in bezug auf die Zeit extrem klein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein zykli­ scher Beschleuniger mit Ablenkungselektromagneten und vierpoli­ gen Elektromagneten zum Ablenken des zu drehenden geladenen Partikelstrahls, einem mehrpoligen Elektromagneten zur Erzeugung einer Stabilitätsgrenze der Resonanz der Betatronschwingung für die Emission des Strahls und einer Hochfrequenzquelle zum Anlegen eines hochfrequenten elektromagnetischen Felds an den Strahl zu seiner Verschiebung auf die Außenseite der Stabilitätsgrenze und damit zum Anregen einer Resonanz in der Betatronschwingung ge­ schaffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzquelle ein Summensignal aus mehreren verschiedenen Signalen erzeugt, deren momentane Frequenzen sich zeitbezogen verändern und die zeitbe­ zogene Durchschnittswerte der momentanen Frequenzen und zeit­ bezogene Differenzen zwischen den momentanen Frequenzen und den Durchschnittswerten der momentanen Frequenzen aufweisen, und daß sie das Summensignal an den Strahl anlegt.
Das Wechselstromsignal wird durch Ai sin(2πfit+θi) ausge­ drückt, wobei t die Zeit, Ai die Amplitude und θi die Phase repräsen­ tieren, und die gegenwärtige Frequenz wird durch fi+(dθi/dt)/(2π) ausgedrückt. Wenn sich die momentane Frequenz mit der Zeit ver­ ändert, gilt dθi/dt ≠ 0. Wenn vorab festgelegt wird, daß der Durch­ schnittswert dθi/dt 0 ist, ist der Durchschnittswert der momenta­ nen Frequenz in bezug auf die Zeit fi. Gemäß dem vorstehend ge­ nannten Merkmal wird das Summensignal ΣAi sin(2πfit+θi(t)) der Wechselstromsignale, deren (dθi/dt), (dθj/dt) (i ≠ j) unterschiedlich sind oder bei denen die Veränderungsraten der Phasen θi und θj bei fi (i = 1, 2, . . ., n, wobei n 2 oder mehr ist) unterschiedlich sind, er­ zeugt und an den geladenen Partikelstrahl angelegt.
Die Betatronschwingungsamplitude des geladenen Partikel­ strahls wird bei einer Frequenzdifferenz zwischen den angelegten hohen Frequenzen verändert. Anders ausgedrückt wird die Beta­ tronschwingungsamplitude mit der Differenz fi-fj verändert, wenn die angelegten Frequenzen durch fi und fj repräsentiert werden. Ebenso werden die Phasen θi und θj der Wechselstromsignale der Frequenzen fi und fj in bezug auf die Zeit mit verschiedenen Raten verändert, und daher hängt die Veränderung der Betatronschwin­ gungsamplitude bei einer Frequenz fi-fj von der Umlaufposition oder der Phase des in dem Beschleuniger umlaufenden Strahls oder von der Auf- und Ab-Position des Strahls ab. Da die Phase der Stei­ gerung der Betatronschwingungsamplitude von der Umlaufposition des Strahls abhängt und da sich die Phasen verändern, wird daher die Anzahl sämtlicher geladenen Partikel des erzeugten Strahls zeit­ bezogen sehr viel weniger als gemäß Anspruch 1 der Erfindung ver­ ändert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein zykli­ scher Beschleuniger mit Ablenkungselektromagneten und vierpoli­ gen Elektromagneten zum Herbeiführen einer Zirkulation eines ge­ ladenen Partikelstrahls, einem mehrpoligen Elektromagneten zur Erzeugung einer Stabilitätsgrenze einer Resonanz einer Betatron­ schwingung zur Abstrahlung des Strahls und einer Hochfrequen­ zquelle zum Anlegen eines hochfrequenten elektromagnetischen Felds an den Strahl zum Bewegen des Strahls auf die Außenseite der Stabilitätsgrenze und damit zum Anregen einer Resonanz der Betatronschwingung geschaffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzquelle ein Summensignal ΣAi sin(2πfit+θi) aus mehre­ ren Wechselstromsignalen mit verschiedenen Frequenzen fi und Phasen θi und einer den Frequenzen fi zugeordneten Amplitude Ai erzeugt, wobei t die Zeit repräsentiert und die Phasen θi mit einer vorgegebenen Periode verändert werden.
Die Wechselstromsignale werden durch Ai sin(2πfit+θi) reprä­ sentiert, wobei t die Zeit und Ai die Amplitude ist. Die momentane Frequenz wird durch 2πfi+dθi/dt ausgedrückt. Wenn die jeder fi zugeordnete θi in einer vorgegebenen Periode verändert wird, wie in dem mit "dadurch gekennzeichnet, daß" beginnenden Abschnitt des vorstehend ausgeführten Aspekts der Erfindung, wird auch die Phase der Steigerung der Betatronschwingung für die Bestrahlung jede Sekunde verändert, wie bei dem Beschleuniger gemäß Anspruch 1. Daher wird die Intensität des erzeugten Strahls gemittelt, wodurch der Strahl zeitbezogen weniger verändert wird.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein zyklischer Beschleuniger mit Ablenkungselektromagneten und vier­ poligen Elektromagneten zum Herbeiführen einer Zirkulation eines geladenen Partikelstrahls, einem mehrpoligen Elektromagneten zur Erzeugung einer Stabilitätsgrenze einer Resonanz einer Betatron­ schwingung zur Abstrahlung des Strahls und einer Hochfrequenzquelle zum Anlegen eines hochfrequenten elektromagnetischen Felds an den Strahl zum Bewegen des Strahls auf die Außenseite der Stabilitätsgrenze und damit zum Anregen einer Resonanz in der Betatronschwingung geschaffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzquelle mehrere thermische Rauschgeneratoren und eine an der Stufe neben den thermischen Rauschgeneratoren vorge­ sehene Schalteinrichtung zum Auswählen eines der Ausgänge dieser Generatoren in vorgegebenen Zeitintervallen aufweist und basierend auf dem Ausgang des ausgewählten thermischen Rauschgenerator eine Hochfrequenz an den Strahl anlegt.
Damit wird die Phasendifferenz zwischen verschiedenen, an den Strahl anzulegenden Hochfrequenzen mit einer vorgegebenen Periode verändert. Dadurch wird die Phase der Veränderung der Betatronschwingungsamplitude jede Sekunde verändert, und damit wird ein Mittelwert der erzeugten Strahlenintensität erzeugt, so daß die Strahlenintensität weniger verändert wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein medizi­ nisches Beschleunigersystem mit einem zyklischen Beschleuniger, einem Transportsystem zum Transportieren eines von dem zykli­ schen Beschleuniger erzeugten geladenen Partikelstrahls und einer Bestrahlungsvorrichtung zum Abstrahlen des Strahls auf einen Pati­ enten geschaffen, gekennzeichnet durch die Verwendung des in An­ spruch 1 beanspruchten zyklischen Beschleunigers als Beschleuni­ ger.
Damit werden die niedrigen Frequenzkomponenten der Amplitudenänderung der Betatronschwingung innerhalb des zykli­ schen Beschleunigers reduziert, wodurch der erzeugte Strahl zeitbe­ zogen weniger verändert wird. Daher kann von der Bestrahlungs­ vorrichtung zur Behandlung ein Strahl mit einer weniger veränder­ ten Amplitude abgestrahlt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein medizi­ nisches Beschleunigersystem mit einem zyklischen Beschleuniger, einem Transportsystem zum Transportieren eines von dem Be­ schleuniger erzeugten, geladenen Partikelstrahls und einer Bestrah­ lungsvorrichtung zum Abstrahlen des Strahls auf einen Patienten geschaffen, gekennzeichnet durch die Verwendung des in Anspruch 2 beanspruchten zyklischen Beschleunigers als Beschleuniger.
Damit wird auch die Phase der Amplitudenveränderung der Betatronschwingung innerhalb des zyklischen Beschleunigers jede Sekunde verändert, und ein Mittelwert der erzeugten Strahlenin­ tensität wird erzeugt, wodurch der erzeugte Strahl zeitbezogen weni­ ger verändert wird. Daher kann von der Bestrahlungsvorrichtung zur Behandlung ein Strahl mit weniger veränderter Amplitude ab­ gestrahlt werden.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein medizinisches Beschleunigersystem mit einem zyklischen Be­ schleuniger, einem Transportsystem zum Transportieren eines von dem Beschleuniger erzeugten geladenen Partikelstrahls und einer Bestrahlungsvorrichtung zum Abstrahlen des transportierten Strahls auf einen Patienten geschaffen, gekennzeichnet durch die Verwendung des in Anspruch 4 beanspruchten zyklischen Be­ schleunigers als Beschleuniger.
Damit wird die Phase der Hochfrequenz, die an den Strahl an­ gelegt wird, damit der Strahl von dem Beschleuniger erzeugt werden kann, zeitbezogen verändert. Dementsprechend wird auch die Phase der Amplitudenveränderung der Betatronschwingung jede Sekunde verändert, und ein Mittelwert der erzeugten Strahlenintensität wird erzeugt, wodurch die erzeugte Strahlenintensität zeitbezogen weni­ ger verändert wird. Daher kann von der Bestrahlungsvorrichtung zur Behandlung ein Strahl mit weniger veränderter Intensität abge­ strahlt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfah­ ren zum Betreiben eines medizinischen Beschleunigersystems ge­ schaffen, das einen zyklischen Beschleuniger mit Ablenkungselek­ tromagneten und vierpoligen Elektromagneten zur Veranlassung einer Zirkulation eines geladenen Partikelstrahls, einem mehrpoligen Elektromagneten zur Erzeugung einer Stabilitätsgrenze einer Resonanz einer Betatronschwingung zur Abstrahlung des geladenen Partikelstrahls und eine Hochfrequenzquelle zum Anlegen eines hoch­ frequenten elektromagnetischen Felds an den Strahl zum Bewegen des Strahls auf die Außenseite der Stabilitätsgrenze und damit zum Anregen einer Resonanz in der Betatronschwingung; ein Transport­ system zum Transportieren des von dem zyklischen Beschleuniger erzeugten Strahls und eine Bestrahlungsvorrichtung zum Abstrah­ len des transportieren Strahls auf einen Patienten aufweist, wobei das Verfahren die Schritte der Erzeugung eines mehrere Frequenz­ komponenten, deren Mindestfrequenzdifferenz im Bereich von 500 Hz bis einschließlich 10 kHz liegt und deren Phasen Phasendifferen­ zen zwischen den Frequenzkomponenten und andere Werte als ein ganzzahliges Vielfaches von π enthalten, enthaltenden Wechsel­ stromsignals zum Bewegen des Strahls auf die Außenseite der Sta­ bilitätsgrenze durch die Hochfrequenzquelle, des Anlegens des Wechselstromsignals an den Strahl, damit der Strahl durch den zyklischen Beschleuniger erzeugt werden kann, und des Abstrahlens des Strahls durch die Bestrahlungseinrichtung zur Behandlung umfaßt.
Damit werden die niederfrequenten Komponenten der Ampli­ tudenveränderung der Betatronschwingung in dem zyklischen Be­ schleuniger verringert, und die erzeugte Strahlenintensität wird zeitbezogen weniger verändert, wodurch von dem Beschleuniger ein Strahl mit einer zeitbezogen weniger veränderten Intensität erzeugt werden kann. Daher kann von der Bestrahlungsvorrichtung für die Behandlung ein Strahl mit einer weniger veränderten Amplitude ab­ gestrahlt werden. Insbesondere ist es möglich, die Veränderung des Bestrahlungsstrom unter einige hundert Hz zu verringern, die bei einem Verfahren zur Bestrahlung durch Abtasten mit einem Strahl mit kleinem Durchmesser unterdrückt werden muß.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines medizinischen Beschleunigersystems geschaffen, das einen zyklischen Beschleuniger mit Ablenkungselek­ tromagneten und vierpoligen Elektromagneten zum Veranlassen ei­ ner Zirkulation eines geladenen Partikelstrahls, einem mehrpoligen Elektromagneten zur Erzeugung einer Stabilitätsgrenze einer Reso­ nanz einer Betatronschwingung zum Abstrahlen des geladenen Par­ tikelstrahls und eine Hochfrequenzquelle zum Anlegen eines hoch­ frequenten elektromagnetischen Felds an den Strahl zum Bewegen des Strahls auf die Außenseite der Stabilitätsgrenze und damit zum Anregen einer Resonanz in der Betatronschwingung, ein Transport­ system zum Transportieren des von dem zyklischen Beschleuniger erzeugten Strahls und eine Bestrahlungsvorrichtung zum Abstrah­ len des transportierten Strahls auf einen Patienten aufweist, wobei das Verfahren die Schritte der Erzeugung eines Summensignals aus Signalen durch die Hochfrequenzquelle, deren momentane Frequen­ zen sich zeitbezogen verändern und bei denen die Durchschnittswer­ te der momentanen Frequenzen zeitbezogen unterschiedlich sind, des Anlegens des Summensignals an den Strahl, so daß der Strahl durch den zyklischen Beschleuniger erzeugt werden kann, und des Abstrahlens des Strahls für eine Behandlung durch die Bestrah­ lungsvorrichtung umfaßt.
Damit werden die Phasen mehrerer Hochfrequenzkomponen­ ten, die an den Strahl anzulegen sind, damit der Strahl von dem Be­ schleuniger erzeugt werden kann, zeitbezogen verändert. Dement­ sprechend wird auch die Phase der Amplitudenveränderung der Betatronschwingung jede Sekunde verändert, und ein Mittelwert der erzeugten Strahlenintensität wird erzeugt, so daß ein Strahl mit ei­ ner weniger veränderten Intensität erzeugt werden kann. Daher kann von der Bestrahlungsvorrichtung zur Behandlung ein Strahl mit einer weniger veränderten Intensität abgestrahlt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfah­ ren zum Betreiben eines medizinischen Beschleunigersystems ge­ schaffen, das einen zyklischen Beschleuniger mit Ablenkungselek­ tromagneten und vierpoligen Elektromagneten zum Veranlassen ei­ ner Zirkulation eines geladenen Partikelstrahls, einem mehrpoligen Elektromagneten zur Erzeugung einer Stabilitätsgrenze einer Reso­ nanz einer Betatronschwingung zum Abstrahlen des geladenen Par­ tikelstrahls und einer Hochfrequenzquelle zum Anlegen eines hoch­ frequenten elektromagnetischen Felds an den Strahl zum Bewegen des Strahls auf die Außenseite der Stabilitätsgrenze und damit zum Anregen einer Resonanz der Betatronschwingung, ein Transportsy­ stem zum Transportieren des von dem zyklischen Beschleuniger er­ zeugten Strahls und eine Bestrahlungsvorrichtung zum Abstrahlen des transportierten Strahls auf einen Patienten aufweist, wobei das Verfahren die Schritte des Anlegens eines Summensignals ΣAi sin(2πfit+θi), wobei t die Zeit repräsentiert, aus mehreren Wechsel­ stromsignalen mit verschiedenen Hochfrequenzen fi (i = 1, 2, . . ., n), Phasen θi und zu den Frequenzen fi gehörigen Amplituden Ai an den Strahl, wobei sich die Phasen θi in zeitbezogen mit einer vorgegebe­ nen Periode verändern, des Transports des von dem Beschleuniger erzeugten Strahls durch Anlegen des Hochfrequenzsignals an den Strahl und des Abstrahlens des Strahls durch die Bestrahlungsvor­ richtung umfaßt.
Damit werden die Phasen mehrerer Hochfrequenzen, die an den Strahl angelegt werden, damit der Strahl durch den Beschleuni­ ger erzeugt werden kann, in vorgegebenen Zeitintervallen verändert. Dementsprechend wird die Phase der Amplitudenveränderung der Betatronschwingung jede Sekunde verändert, und der Mittelwert der erzeugten Strahlenintensität wird erzeugt, wodurch die erzeugte Strahlenintensität zeitbezogen weniger verändert wird. Daher kann für eine Behandlung von der Bestrahlungsvorrichtung ein Strahl mit einer weniger veränderten Intensität abgestrahlt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1 ist ein Diagramm eines medizinischen Beschleunigersystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 ist ein Diagramm einer Bestrahlungsdüse 200 gemäß Fig. 1;
Fig. 3 ist ein Diagramm einer Hochfrequenzquelle 24 gemäß Fig. 1;
Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Veränderung der Phase und der Signalintensität eines an die Elektroden 25 angelegten Hochfre­ quenzsignals zeigt;
Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Veränderung der Phase eines an die Elektrode angelegten Hochfrequenzsignals zeigt;
die Fig. 6A und 6B sind Diagramme, die ein Bestrahlungs­ verfahren, bei dem ein Streuer verwendet wird, und die Intensitäts­ verteilung der Strahlung zeigen;
Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Veränderung der Phase eines Hochfrequenzsignals bei einem medizinischen Beschleunigersystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 8 ist ein Diagramm, das die Veränderung der Signalin­ tensität eines Hochfrequenzsignals bei einem medizinischen Be­ schleunigersystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der Er­ findung zeigt;
Fig. 9 ist ein Diagramm, das das Ergebnis einer numerischen Simulation der Intensitätsveränderung des geladenen Partikelstrahls bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 7 und 8 zeigt;
Fig. 10 ist ein Diagramm, das das Ergebnis einer numerischen Simulation der Intensitätsveränderung eines geladenen Partikel­ strahls gemäß dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 11 ist ein Blockdiagramm einer Hochfrequenzquelle 24 ei­ nes medizinischen Beschleunigersystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 12 ist ein Blockdiagramm einer Hochfrequenzquelle 24 ei­ nes medizinischen Beschleunigersystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN Ausführungsform 1
Ein medizinisches Beschleunigersystem gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben.
Fig. 1 zeigt die erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen medizinischen Beschleunigersystems. Bei diesem System wer­ den Protonen injiziert und extrahiert, und der von dem Beschleuni­ ger 111 erzeugte Strahl wird zu einem Behandlungsraum 98 trans­ portiert, um jemandem gegen Krebs zu behandeln. Zur Behandlung wird eine Behandlungsplanvorrichtung 131 verwendet, um auf der Grundlage von Patientendaten eine Strahlenenergie, eine Bestrah­ lungsdosis und eine Bestrahlungsdauer zu bestimmen und sie an eine Steuereinheit 132 zu übertragen. Die Steuereinheit steuert ent­ sprechend diesen Informationen eine Energiezufuhr 113 sowohl für den Beschleuniger 111 als auch für eine Energieversorgung 112 für Vorrichtungen eines Systems zum Transportieren eines emittierten Strahls und eine Energieversorgung 201 für eine Bestrahlungsvor­ richtung 200 eines Bestrahlungssystems für die Behandlung.
Der erfindungsgemäße Beschleuniger 111 umfaßt einen Vor­ beschleuniger 16, ein System 17 zum Transportieren eines einfal­ lenden Strahls zum Transportieren des Strahls zu dem Beschleuni­ ger 111, eine Eingangsvorrichtung 15, einen Hochfrequenzbe­ schleunigungshohlraum 8 zur Versorgung des einfallenden Strahls mit Energie, einen Ablenkungselektromagneten 2 zur Biegung der Umlaufbahn des Strahls, vierpolige Elektromagneten 5, 6 zur Steue­ rung der Betatronschwingung des Strahls, einen sechspoligen Elek­ tromagneten 9 zum Anregen der Resonanz zum Zeitpunkt der Ab­ strahlung, Elektroden 25 zum Anlegen eines sich mit der Zeit verän­ dernden hochfrequenten elektromagnetischen Felds an den Strahl zur Steigerung der Betatronschwingungsamplitude der Partikel in­ nerhalb einer Stabilitätsgrenze der Resonanz und eine Vorrichtung 4 zum Abstrahlen des Strahls zur Zufuhr der Partikel mit gesteigerter Amplitude zu einem Strahlentransportsystem 102. Das Strahlen­ transportsystem 102 ist aus Ablenkungselektromagneten 105 und vierpoligen Elektromagneten 104 ausgebildet. Unter diesen Vorrich­ tungen werden der sechspolige Elektromagnet 9 zur Resonanzerzeu­ gung, die Elektroden 25 zum Anlegen eines hochfrequenten elek­ tromagnetischen Felds an den Strahl, die Strahlenausgabevorrichtung 4 und die vierpoligen Elektromagneten 104 und die Ablen­ kungselektromagneten 105 des Strahlentransportsystems aus­ schließlich für den Prozeß der Abstrahlung des beschleunigten Strahls verwendet.
Die Umlaufbahn des über die Einlaßvorrichtung 15 auf den Beschleuniger auftreffenden Strahls wird während des Umlaufs durch die Ablenkungselektromagneten 2 gebogen. Zudem wird der Strahl durch die Einwirkung des vierpoligen Elektromagneten längs der vorgegebenen Umlaufbahn gedreht. Die Frequenz der Betatron­ schwingung kann durch Verändern der Größe der Anregung der vierpoligen Elektromagneten 5 für die Konvergenz und der vierpoligen Elektromagneten 6 für die Divergenz gesteuert werden. Um eine stabile Zirkulation des einfallenden Strahls in dem Beschleuniger 111 zu veranlassen, ist es erforderlich, daß die Anzahl der Betatron­ schwingungen pro Vollkreis des Beschleunigers bzw. die Betatron­ frequenz (Harmonie) keine Resonanz verursacht. Bei dieser Ausfüh­ rungsform werden die vierpoligen Elektromagneten 5, 6 so einge­ stellt, daß die horizontale Harmonie νx und die vertikale Harmonie νy an einen Wert von einer ganzen Zahl +0,25 oder einer ganzen Zahl +0,75 angenähert werden können. Unter diesen Umständen kann der Strahl zum stabilen Zirkulieren in dem Beschleuniger ge­ bracht werden, und bei der Zirkulation kann Energie von dem Hochfrequenzbeschleunigungshohlraum an ihn abgegeben werden. Der Strahl wird durch Steigern der Magnetfeldintensitäten des Ab­ lenkungselektromagneten 2 und der vierpoligen Elektromagneten 5, 6 weiter beschleunigt, wobei das Feldintensitätenverhältnis der Magneten konstant gehalten wird. Da das Verhältnis der Feldintensitä­ ten konstant ist, kann die Anzahl der Betatronschwingungen pro Vollkreis des Beschleunigers bzw. die Harmonie konstant gehalten werden.
Beim Extraktionsprozeß werden die Stromquelle der vierpoli­ gen Elektromagneten 5 für die Konvergenz und die Stromquelle der vierpoligen Elektromagneten 6 für die Divergenz so eingestellt, daß die horizontale Harmonie νx einen Wert von einer ganzen Zahl +1/3+Δ oder einer ganzen Zahl +2/3+Δ haben kann (wobei Δ ein klei­ ner Wert von ca. 0,01 ist). In der folgenden Beschreibung ist die ho­ rizontale Harmonie νx so ausgewählt, daß sie eine ganze Zahl +1/3+Δ ist. Dann wird veranlaßt, daß Strom zur Resonanzanregung in den sechspoligen Elektromagneten 9 fließt. Die Intensität des in den sechspoligen Elektromagneten fließenden Stroms wird so bestimmt, daß die Partikel des zirkulierenden Strahls mit großen Betatron­ schwingungsamplituden in eine Stabilitätsgrenze fallen können. Der Wert der Stromintensität wird vorab durch Berechnungen oder über wiederholte Bestrahlungsvorgänge geschätzt.
Dann wird das von der Hochfrequenzquelle 24 erzeugte Hoch­ frequenzsignal über die Elektroden 25 an den Strahl angelegt. Fig. 3 ist ein Blockdiagramm der Hochfrequenzquelle 24. Wie in Fig. 3 dar­ gestellt, sind die Elektroden 25 plattenförmige Elektroden, die ein­ ander horizontal gegenüberliegen, so daß ein zeitbezogen verän­ derndes Signal an den Strahl angelegt werden kann. Ströme mit entgegengesetzten Vorzeichen werden von der Hochfrequenzquelle 24 an die Elektroden 25 angelegt, wodurch elektrische Felder in den in Fig. 3 gezeigten Richtungen erzeugt werden, durch die der gela­ dene Partikelstrahl beeinflußt wird.
Die in Fig. 3 gezeigte Hochfrequenzquelle 24 empfängt Signale mit der Strahlenenergie E, der zyklischen Frequenz fr, der Heraus­ nahmezeit tex und der Sollbestrahlungsdosis, die die Steuereinheit 132 entsprechend den Informationen von der Behandlungsplanvor­ richtung 131 zugeführt hat, und legt das folgende, sich zeitbezogen verändernde Signal an die Elektroden 25 an. Dies bedeutet, daß die Hochfrequenzquelle 24 auf der Grundlage der Signale von der Steu­ ereinheit 132 ein Summensignal ΣAi sin(2πfit+θi), wobei t die Zeit bezeichnet, aus Wechselstromsignalen mit unterschiedlichen Fre­ quenzen f1, f2, . . ., fn (f1 < f2 < . . . < fn) und Phasen θi (i = 1, 2, . . ., n) und zu den Frequenzen fi (i = 1, 2, . . ., n) gehörigen Amplituden Ai (i = 1, 2, . . ., n) erzeugt, deren gegenwärtige Frequenzen sich mit der Zeit verändern. Anders ausgedrückt werden die Phasen θi der Wech­ selstromsignale in vorgegebenen Zeitintervallen wiederholt verän­ dert, und das Summensignal wird an die Elektroden 25 angelegt. Die Veränderung der Phase θi in bezug auf die Zeit wird so ausge­ wählt, daß die Phasen θi, θj, θi-θj von θi, θj (i ≠ j, i, j = 1, 2, . . ., n) mit einer bestimmten Periode verändert werden können. Mehrere Fre­ quenzen fi, f2, . . ., fn umfassen auf der Grundlage der zyklischen Fre­ quenz fr Werte von fr/3 bis (1/3+δ)fr zwischen den Mindest- und Höchstwerten. Die Frequenzen f1, f2, . . ., fn werden so ausgewählt, daß die Differenz zwischen der Frequenz fi+1 und der daneben lie­ genden Frequenz fi im Bereich von 1 kHz bis 10 kHz liegt. Der Grund für die Auswahl dieser Frequenzkomponenten basiert auf den folgenden Überlegungen.
  • a) Die Harmonie des Strahls mit extrem kleiner Betatronschwin­ gungsamplitude ist eine ganze Zahl +1/3+δ, wie durch die vierpoligen Elektromagneten bestimmt. Die Harmonie der Par­ tikel, deren Betatronschwingungsamplitude so groß ist, daß sie nahe an der Stabilitätsgrenze liegt, wird um δ von diesem Wert abgelenkt, so daß sie nahe an einem Wert von einer ganzen Zahl +1/3 liegt. Dadurch sind die Harmonien der Strahlen­ partikel, deren Schwingungsamplituden zwischen diesen Wer­ ten liegen, gleichmäßig zwischen den Werten einer natürlichen Zahl +1/3+δ und einer natürlichen Zahl +1/3 verteilt.
  • b) Zur effektiven Steigerung der Betatronschwingungsamplitude des geladenen Partikelstrahls ist es erforderlich, eine Hochfrequenz nahe der Betatronschwingungsfrequenz an den geladenen Partikelstrahl anzulegen.
  • c) Die Betatronschwingungsamplitude des geladenen Partikel­ strahls wird bei den Frequenzdifferenzen fi-fj (i, j = 1, 2, . . ., n) zwischen den hohen Frequenzen f1, f2, . . ., fn verändert, und daher wird der Strahlenstrom mit den gleichen Frequenzen verändert. Daher wird die Frequenz fi (i = 1, 2, . . ., n) so be­ stimmt, daß die Frequenzdifferenz fi+1-fi 500 Hz beträgt oder höher ist, was bei einer Abtastung mit einem Strahl mit klei­ nem Durchmesser wünschenswert ist. Wenn die Frequenzdif­ ferenz fi+1-fi so gewählt wird, daß sie 10 kHz oder mehr be­ trägt, ist es schwierig, die Betatronschwingungsamplitude durch Hochfrequenzen mit einer praktischen Energie effektiv zu steigern.
Wenn eine sekundäre Resonanz als Betatronschwingungsresonanz verwendet wird, wird die Harmonie so ausgewählt, daß sie nahe bei einer ganzen Zahl +1/2 liegt. Die Frequenzbandbreite ist die gleiche wie vorstehend beschrieben.
Die Phase θi (i = 1, 2, . . ., n) des Signals Ai sin(2πfit+θi) bei der Frequenz fi wird in Zeitintervallen Δt m Mal (m: eine natürliche Zahl) auf θ1, θ2, . . ., θm verändert. Nach einer m-maligen Veränderung wird die gleiche Phasenänderung mit einer Periode Texrf = mΔt wiederholt.
Obwohl die Periode Texrf später beschrieben wird, wird bei die­ ser Ausführungsform die Periode Texrf, mit der die Phase verändert wird, als zyklische Periode T (= 1/fr) des Strahlenbeschleunigers verwendet, und die ausgewählte Anzahl an Unterteilungen m ist m = 4. Fig. 4 zeigt die Veränderungen der Phase θi der Signalfrequenz fi und die Signalintensität der Frequenz fi (i = 1, 2, . . ., n). Die Periode T gemäß Fig. 4 entspricht Texrf. Die Phase jeder Frequenz fi zum Zeit­ punkt t0+kTexrf (k: eine ganze Zahl) beträgt θi1, und nach dem Ver­ streichen der Zeitspanne Δt bzw. zum Zeitpunkt t = t0+Δt+kTexrf wird die Phase auf θi2 geändert. Diese Phasenänderung erfolgt für jede Frequenz fi. Ähnlich wird die Phase zum Zeitpunkt t = t0+2Δt+kTexrf auf die ursprüngliche Phase θi3 und zum Zeitpunkt t = t0+3Δt+kTexrf auf θi4 geändert. Wenn m < 4 gilt, wird die Phase in Interval­ len Δt, . . . und bei t = t0+Δt(m-1)+kTexrf = t0+T-Δt+kTexrf auf θim geändert. Nach dem Verstreichen der Periode Texrf, mit der die Phase verändert wird, wird die Phase θi jeder Frequenz fi erneut auf θi1 zu­ rückgesetzt, und die vorstehend beschriebene Phasenveränderung wird wiederholt. Ähnlich wird die Phase θj jeder Frequenz fi verän­ dert, wie in Fig. 5 gezeigt. Die zu verändernde Phase θj wird so ge­ wählt, daß die Phasendifferenz θik-θjk (wobei i ≠ j gilt) zwischen den unterschiedlichen Frequenzen fi und fj jede Δt verändert wird. Dann wird die Summe ΣAi sin(2πfit+θi) der verschiedenen Frequenzsignale geschätzt und an die Elektroden 25 angelegt.
Wenn das Hochfrequenzsignal an die Elektroden 25 angelegt wird, wird der Orbitalgradiant des Stahls durch die Wirkung der elektrischen und magnetischen Felder verändert und beginnt, die Betatronschwingungsamplitude des Strahls zu steigern. Die Beta­ tronschwingungsamplitude der Partikel, die die Stabilitätsgrenze übersteigen, wird durch die Resonanz rasch gesteigert. Die Partikel, die eine Resonanz der Betatronschwingung verursacht haben, wer­ den nach der Intensivierung der Schwingung von der Strahlenaus­ gabevorrichtung 4 abgestrahlt. Wenn die Betatronschwin­ gungsamplitude auf diese Weise verändert wird, werden Differenz­ frequenzkomponenten zwischen der Betatronschwingungsfrequenz fβ und den extern angelegten Hochfrequenzen und zwischen diesen extern angelegten Hochfrequenzen verursacht. Anders ausgedrückt betragen, wenn die an den geladenen Partikelstrahl angelegten Hochfrequenzen durch f1, f2, . . ., fn (f1 < f2 . . . < fn) ausgedrückt wer­ den, die Frequenzdifferenzen zwischen der Betatronschwingungsfre­ quenz fβ und den extern angelegten Hochfrequenzen f1-fβ, f2-fβ, . . ., fn-fβ. Zudem beträgt die maximale Frequenzdifferenz zwischen den angelegten Hochfrequenzen fn-fi, und die minimale ist die niedrigste Frequenz der Frequenzdifferenzen fi-fj (i, j: 1, 2, . . ., n und i ≠ j) zwischen den Frequenzen f1, f2, . . ., fn. Diese Frequenzkom­ ponenten treten als die Betatronschwingungsamplitude verändernde Komponenten auf. Bei medizinischen Beschleunigersystemen hat die maximale Frequenzdifferenz fn-fi in etwa zweistellige kHz-Werte.
Bei dieser Ausführungsform werden auch die Phasen der Fre­ quenzkomponenten fi-fβ, fi-fj (i, j = 1, 2, . . ., n, i ≠ j) der Betatron­ schwingungsamplitude durch Verändern der Hochfrequenzen f1, f2, . . ., fn alle Δt in Intervallen Δt verändert. Daher unterscheiden sich beispielsweise die Phasen der Frequenzkomponenten fi-fβ, fi-fj (i, j = 1, 2, . . ., n, i ≠ j) der Betatronschwingungsamplitudenveränderung des geladenen Partikelstrahls, an den zum Zeitpunkt t0+kTexrf (k: 0, 1, 2, . . ., m) die Hochfrequenz mit der Phase θi1 angelegt wurde, von denen des geladenen Partikelstrahls, an den zum Zeitpunkt t = t0+ Δt+kTexrf (k: 0, 2, 2, . . ., m) die Hochfrequenz mit der Phase θi2 ange­ legt wurde. Wenn der geladene Partikelstrahl, dessen Betatron­ schwingungsamplitude geringfügig kleiner als die Stabilitätsgrenze ist, zum Zeitpunkt t = t0+kTexrf, to = t0+Δt+kTexrf, t = t0+2Δt+kTexrf, . . . t = t0+(k-1) Δt+kTexrf (k: 0, 1, 2, . . ., m) die Hochfrequenze­ lektroden passiert, enthält er durch die Wiederholung dieser Pha­ senveränderungen aufgrund der Phasendifferenz zwischen den Hochfrequenzen einen Strahl, der die Stabilitätsgrenze übersteigt, und einen Strahl, der die Stabilitätsgrenze nicht übersteigt. Der Strahl, der die Hochfrequenzelektroden bei t = t0+Δt+kTexrf pas­ siert hat, ist beispielsweise in der Phase, in der die Betatronschwin­ gungsamplitude zunimmt, und wird daher abgestrahlt, doch der Strahl, der die Elektroden bei t = t0+(k-1)Δt+kTexrf passiert hat, ist in der Phase, in der die Amplitude abnimmt, und wird daher nicht abgestrahlt. Anders ausgedrückt wird der Strahl definitiv abge­ strahlt oder nicht, wenn er die Hochfrequenzelektroden in bezug auf Δt früh oder spät durch passiert. Wenn die Zeit weiter vergeht, tritt das umgekehrte Phänomen auf. Obwohl der Strahl nur Δt vor­ her abgestrahlt wird, wird er Δt danach nicht abgestrahlt. Daher wird die Intensitätsveränderung des abzustrahlenden Strahls inner­ halb jedes der Zeitintervalle von t = t0+kTexrf bis t = t0+(k+1)Texrf, von t = t0+(k+1)Texrf bis t = t0+(k+2)Texrf und von t = t0+(n+2)Texrf bis t = t0+(n+3)Texrf verringert. Da die zeitbezogene Verände­ rung der momentanen Frequenz bzw. die Veränderung der Phase für jede Frequenz fi (i = 1, 2, . . ., n) ausgeführt wird, ist die Veränderung der Frequenzkomponenten fi-fβ, fi-fj (i, j = 1, 2, . . ., n, i ≠ j) von zweistelligen kHz-Werten oder darunter des Strahlenstroms sehr klein.
In Fig. 3 ist ein Computer 133 der Hochfrequenzquelle 24 ge­ zeigt. Dieser Computer 133 berechnet auf der Grundlage der die Strahlenenergie E betreffenden Informationen und der von der Steu­ ereinheit 132 des in Fig. 1 gezeigten Beschleunigers 111 zugeführten zyklischen Frequenz fr die für eine Abstrahlung anzulegende Hoch­ frequenz fi (i-1, 2, . . ., n). Gleichzeitig empfängt der Computer 133 von der Steuereinheit 132 die Anzahl m der Unterteilungen, in die die für einen Umlauf des geladenen Partikelstrahls in dem zykli­ schen Beschleuniger erforderliche Zeitspanne T unterteilt ist. Daher kann die Phasenänderungszeit Δt anhand des Ausdrucks Δt = Texrf(=T)/m berechnet werden. Der Computer 133 erzeugt auf der Grundlage der Anzahl n der Frequenzkomponenten und der Anzahl m der Unterteilungen Daten der Phase θik (i = 1, 2, . . ., n; k = 1, 2, . . ., m) für die Frequenz fi (i = 1, 2, . . ., n). Bei dieser Ausführungsform wird die Phase θik (i = 1, 2, . . ., n; k = 1, 2, . . ., m) anhand von Zufalls­ zahlen erzeugt, die π werden, wenn von 0 bis 2π ein Mittelwert er­ zeugt wird. Zudem wird das Summensignal ΣAi sin(2πfit+θi1) der Wechselstromsignale der verschiedenen Frequenzen über das Inter­ vall von t = 0 bis Δt berechnet, wobei Ai die Amplitude bei der Fre­ quenz fi (i = 1, 2, . . ., n) ist, und dann wird ΣAi sin(2πfit+θi2) über das Intervall von t = Δt bis 2Δt berechnet. Diese Operationen werden wiederholt, um ΣAi sin(2πfit+θim) über das Intervall von t = (m-1) Δt bis mΔt zu erzeugen. Überdies werden ΣAi sin(2πfit+θi1) über das Intervall von t = Texrf bis Δt+Texrf, ΣAi sin(2πfit+θi2) über das Inter­ vall von t = Texrf+Δt bis Texrf+2Δt, etc. berechnet. Die Ergebnisse der Berechnung werden in einem Speicher 30 für Schwingungs­ formdaten gespeichert. Der Ausgang des Speichers 30 wird durch einen D/A-Wandler 27 in ein analoges Signal umgewandelt, von ei­ nem Verstärker 28 verstärkt und über Elektroden 25 an den gela­ denen Partikelstrahl angelegt. Je kürzer die Phasenveränderungszeit Δt ist, desto mehr kann die zeitbezogene Veränderung des Bestrah­ lungsstroms verringert werden. Es wird jedoch nötig, die Größe des Speichers 30 für die Schwingungsformdaten zu erhöhen, die Ab­ tastzeit des D/A-Wandlers zu verkürzen und ein breites Frequenz­ band für den Verstärker 28 und die Elektroden 25 vorzusehen. Da­ her sollte die Phasenänderungszeit Δt unter Berücksichtigung dieser Merkmale bestimmt werden.
Die im Speicher 30 für die Schwingungsformdaten zu spei­ chernden Daten werden für jede abzustrahlende Strahlenenergie er­ zeugt. Die für die Emission anzulegenden Hochfrequenzen fi (i = 1, 2, . . ., n) im Bereich von der Frequenz f1 bis fn sind basierend auf der Umkehrung der Periode T oder der zyklischen Frequenz fr auf den Bereich von ca. fr/3 bis (1/3+δ)fr begrenzt. Der Wert δ wird unter Berücksichtigung des Umstands, daß die Harmonie aufgrund der Momentdifferenz des Strahls verändert wird, so ausgewählt, daß er groß genug ist. Wenn der geladene Partikelstrahl von dem Be­ schleuniger beschleunigt und erzeugt wird, werden entsprechend den Strahlenenergieinformationen von der Steuereinheit 132 Schwingungsformdaten aus dem Speicher 30 gelesen und an den D/A-Wandler 27 übertragen.
Das analoge Hochfrequenzsignal von dem D/A-Wandler 27 wird von dem Verstärker 28 verstärkt und über die Elektroden 25 an den geladenen Partikelstrahl angelegt, wie in Fig. 3 gezeigt. Wenn der Strahl aus dem Beschleuniger entfernt wird, wird der Verstär­ kungsgrad des Verstärkers 28 durch den Ausgang eines durch das Signal von einer Steuereinheit 134 gesteuerten Speichers 31 verän­ dert. Die Muster dieser Veränderung in bezug auf die Zeit sind ebenfalls für jede Strahlenenergie E und für jede Abstrahlzeit Tex im Speicher 31 gespeichert. Daher erfolgt die zeitbezogene Veränderung der an den Strahl anzulegenden Hochfrequenzen, um die Anzahl der pro Zeiteinheit abgestrahlten Partikel konstant zu halten. Unmittel­ bar nach dem Beginn der Emission befinden sich viele Partikel in­ nerhalb der Stabilitätsgrenze, und wenn die Emission fortschreitet, nimmt die Anzahl der Partikel innerhalb der Stabilitätsgrenze ab. Da die Anzahl der pro Zeiteinheit abgestrahlten Partikel proportional zum Produkt der Partikel innerhalb der Stabilitätsgrenze und der Geschwindigkeit ist, mit der Betatronschwingung die Stabilitäts­ grenze übersteigt, wird die an den Strahl anzulegende Hochfre­ quenzspannung mit dem Fortschreiten der Eimission gesteigert, wo­ durch es möglich wird, die Anzahl der pro Zeiteinheit abgestrahlten Partikel konstant zu halten. Da die Strahlenenergie, die Bestrah­ lungsdosis und die Bestrahlungszeit durch den Patienten und das erkrankte Teil betreffende Informationen bestimmt wird, wird das diesen Informationen entsprechende Signal von der Steuereinheit 132 an die Steuereinheit 134 gesendet, und ein geeignetes Muster wird aus dem Speicher 31, in dem vorab Verstärkungsmuster betref­ fende Daten gespeichert werden, gelesen und dem Verstärker 28 zu­ geführt, so daß der Strahl abgestrahlt werden kann.
Bei dieser Ausführungsform ist die Periode Texrf, mit der die Phase verändert wird, die zyklische Periode T des geladenen Parti­ kelstrahls, und Δt ist T geteilt durch eine positive ganze Zahl. Daher enthält das von der Hochfrequenzquelle 24 an den geladenen Parti­ kelstrahl anzulegende Wechselstromsignal nicht nur einen Fre­ quenzbereich von f1 bis fn, sondern auch die Frequenzbereiche mit gleicher Bandbreite von fr+f1 bis fr+fn, von 2fr+f1 bis 2fr+fn, von 3fr+f1 bis 3fr+fn, . . ., von Band zu Band um fr verschoben. Diese Frequenzkomponenten erstrecken sich bis maximal ca. 1/(2Δt). Da­ her entspricht der Bereich der an den geladenen Partikelstrahl anzu­ legenden Frequenzkomponenten im wesentlichen einem ganzzahli­ gen Vielfachen der zyklischen Frequenz + der Betatronschwingungs­ frequenz, so daß die Betatronschwingungsamplitude effektiv gestei­ gert werden kann. Dementsprechend müssen die Verstärker 28 der Hochfrequenzquelle 24 und die Elektroden 25 solche Breitbandfre­ quenzcharakteristika aufweisen, daß diese Hochfrequenzen alle oh­ ne Dämpfung an den geladenen Partikelstrahl angelegt werden kön­ nen. Wenn die Anzahl m der Unterteilungen und Δt jeweils groß und klein eingestellt werden, werden höhere Frequenzkomponenten ver­ ursacht, und daher ist es erforderlich, die Merkmale des Verstärkers 28 und der Elektroden 25 entsprechend den höheren Frequenzkom­ ponenten zu verbessern.
Die Periode Texrf, mit der die Phase verändert wird, sollte so ausgewählt werden, daß sie in etwa der zyklischen Periode T (= 1/fr) des geladenen Partikelstrahls oder einer den bei der zeitbezogenen Veränderung des Strahlenemissionsstroms wesentlichen Frequenz­ komponenten entsprechenden Periode oder einem zweistelligen kHz-Wert, nämlich etwa einigen Duzend µs, entsprechen. Der Grund dafür ist, daß die an den geladenen Partikelstrahl anzulegenden Hochfrequenzkomponenten Komponenten enthalten, die die Beta­ tronschwingungsamplitude nicht effektiv steigern können, wenn die Phase in den anderen Perioden verändert wird, wodurch eine effektive Verwendung der Leistung der Hochfrequenzquelle verhindert wird. Wenn Texrf = T (die zyklische Periode des geladenen Partikel­ strahls) gilt, erstreckt sich das von der Hochfrequenzquelle 24 er­ zeugte Hochfrequenzspektrum aufgrund der zeitbezogenen Verän­ derung der gegenwärtigen Frequenz nicht nur über einen Bereich von f1 bis fn, sondern auch auf die Bereiche in etwa von fr+f1 bis fr+fn, 2fr+f1 bis 2fr+fn, . . ., von 6fr+f1 bis 6fr+fn. Hier ist fr die zykli­ sche Frequenz des geladenen Partikelstrahls und die Umkehrung der Periode T, mit der die momentane Frequenz verändert wird. Der Verstärker 28 der Hochfrequenzquelle 24 und der Elektroden 25 müssen Frequenzcharakteristika aufweisen, die breit genug sind, um ein Anlegen dieser Hochfrequenzen an den geladenen Partikel­ strahl ohne eine Dämpfung zu ermöglichen. Wenn die Anzahl m der Unterteilungen und Δt jeweils groß und klein sind, werden höhere Frequenzkomponenten verursacht, und daher ist die Verwendung eines Verstärkers 28 und von Elektroden 25 erforderlich, die zur Handhabung derartiger höherer Frequenzkomponenten geeignet sind.
Wenn die Periode Texrf, mit der die Phase verändert wird, zur Unterdrückung einer zeitbezogenen Veränderung des abgestrahlten Strahlenstroms so gewählt wird, daß sie entsprechend der Frequenz (zwölffachen kHz-Werten) ca. 50 µs beträgt, wird die niedrigste Fre­ quenz des von der Hochfrequenzquelle 24 erzeugten Hochfrequenz­ spektrums in bezug auf die Frequenz f1 um etwa einige Duzend kHz verringert, wogegen seine höchste Frequenz ähnlich in bezug auf die Frequenz fn um einige Duzend kHz erhöht wird. Daher wird die Effi­ zienz der Hochfrequenzenergie zur Veränderung der Betatron­ schwingungsamplitude leicht verringert. Derartige höhere Frequenz­ komponenten wie die Bereiche von fr+f1 bis fr+fn und von 2fr+f1 bis 2fr+fn, die verursacht werden, wenn Texrf = T gilt, werden jedoch nicht erzeugt. Daher benötigen der Verstärker 28 der Hochfrequenzquelle 24 und die Elektroden 25 kein breites Frequenzband, wie es erforderlich ist, wenn die Phasenveränderungsperiode Texrf so aus­ gewählt wird, daß sie die zyklische Periode T des geladenen Parti­ kelstrahls ist.
Der von dem Beschleuniger 111 erzeugte und über das Trans­ portsystem 102 zum Behandlungsraum 98 transportierte Strahl wird durch eine Rotationsbestrahlungsvorrichtung auf einen Patien­ ten abgestrahlt. Das Transportsystem 102 weist einen zum Messen des Strahlenstroms oder der im wesentlichen zum Strahlenstrom proportionalen Strahlungsmenge vorgesehenen Monitor 32 auf. Eine in Fig. 3 gezeigte Vergleichseinrichtung 34 vergleicht den Ausgang dieses Monitors 32 mit einem Sollwert 33 des von der Steuereinheit 132 über den Computer 133 übertragenen Strahlenstroms. Der Verstärker 28 der Hochfrequenzquelle 24 wird auf der Grundlage der Differenz von der Vergleichseinrichtung gesteuert, wodurch die an den geladenen Partikelstrahl angelegte Hochfrequenzenergie so gesteuert wird, daß ein Sollstrahlenstrom erzeugt werden kann. Das von der Vergleichseinrichtung 34 erzeugte Signal zur Steuerung des Verstärkers 28 dient der Steigerung oder Verringerung des Verstär­ kungsgrads des Verstärkers 28 entsprechend der Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem Sollwert des Bestrahlungsstroms.
Wenn Fälle auftreten, in denen sich die Strahlenenergie E selbst bei der gleichen Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem Sollwert unterscheidet, wird die Größe der Steigerung oder Verringe­ rung des Verstärkungsgrads entsprechend der vom Computer 133 zugeführten Strahlenenergie E verändert. Daher wird erfindungsge­ mäß durch Verändern der Phasen der Hochfrequenzen oder der momentanen Frequenz mit der Zeit die zeitbezogene Veränderung des durch die Hochfrequenzen erzeugten Strahlenstroms für die Emission verringert, und die Veränderung des Stroms aufgrund der anderen Ursachen wird durch die vorstehend erwähnte Steuerung gelöst, wodurch veranlaßt wird, daß der Strom konstant gehalten wird.
Nachstehend wird die im Behandlungsraum 98 vorgesehene Rotationsbestrahlungsvorrichtung 110 beschrieben. Die Rotations­ bestrahlungsvorrichtung 110 kann durch die in Fig. 1 gezeigte Drehachse den Strahl aus jedem Winkel auf den Patienten abstrah­ len. Die Rotationsbestrahlungsvorrichtung weist die vierpoligen Elektromagneten 104 und Ablenkungselektromagneten 105 zum Transportieren des von dem Beschleuniger 111 erzeugten Strahls zu dem zu bestrahlenden Objekt und die Stromzufuhr 112 zur Zufuhr von Strom zu den vierpoligen Elektromagneten 104 und den Ablen­ kungselektromagneten 105 auf.
Die Rotationsbestrahlungsvorrichtung 110 weist auch die Be­ strahlungsdüse 200 auf. Die Düse 200 weist Elektromagneten 220, 221 zum Bewegen der Bestrahlungsdüse in der x-Richtung und der y-Richtung auf. Hier ist die x-Richtung die zur Ablenkungsebene des Ablenkungselektromagneten 105 parallele Richtung und die y-Richtung die zur Ablenkungsebene des Ablenkungselektromagneten 105 senkrechte Richtung. Die Stromzufuhr 201 zur Zufuhr von Strom ist mit den Elektromagneten 220, 221 verbunden. Fig. 2 zeigt die Bestrahlungsdüse 200. Ein Streuer 300 zur Steigerung des Strahlendurchmessers ist unter den Elektromagneten 220, 221 vor­ gesehen. Ein Bestrahlungsmengenmonitor 301 zum Messen der Bestrahlungsmengenverteilung des Strahls ist ebenfalls unter dem Streuer 300 vorgesehen. Überdies ist ein Kollimator 226 unmittelbar vor dem Patienten als zu bestrahlendes Objekt vorgesehen, um eine Beschädigung der gesunden Zellen um das betroffene Teil zu ver­ hindern.
Die Fig. 6A und 6B zeigen den durch den Streuer 300 ver­ größerten Strahl und seine Intensitätsverteilung. Der durch den Streuer erweiterte Strahl nimmt eine im wesentlichen Gauss'sche Verteilung an und wird von den Elektromagneten 220, 221 so abge­ lenkt, daß eine kreisförmige Abtastung erfolgt. Der Radius r des Abtastkreises wird so ausgewählt, daß er in etwa 1,1 bis 1,2 Mal so groß wie der Durchmesser des von dem Streuer erweiterten gelade­ nen Partikelstrahls ist. Das Ergebnis ist, daß der innerhalb der kreisförmigen Spur des Abtastzentrums abgestrahlte geladene Parti­ kelstrahlabschnitt eine flache Integrationsintensitätsverteilung an­ nimmt. Daher wird die Behandlungsplanvorrichtung 131 zum vor­ herigen Festlegen der Bestrahlungsposition (Xi, Yi) (i = 1, 2, . . ., n) des Strahls und einer erforderlichen Bestrahlungsdosis verwendet, und nach der Bestrahlung wird die Tatsache, daß ein Strahl mit der er­ forderlichen Dosis abgestrahlt wurde, von dem Bestrahlungsmen­ genmonitor 301 bestätigt. Dann wird die Bestrahlungsposition ver­ ändert, und die Bestrahlungsprozedur wird wiederholt, wodurch eine gleichmäßige Abstrahlung des Strahls auf das erkrankte Teil er­ möglicht wird.
Wenn sich der Körper eines Patienten aufgrund seiner Atmung oder anderer Faktoren bewegt, wird ein die Bewegung des Körpers des Patienten angebendes Signal an die Steuerung gesendet, damit die Abstrahlung des geladenen Partikelstrahls dringlich eingestellt wird. In diesem Fall wird von dem Bestrahlungssystem ein Signal für einen dringlichen Abbruch gesendet, und ferner wird ein Dosisbe­ endigungssignal gesendet, wenn der Dosimeter des Bestrahlungs­ systems erfaßt, daß ein Strahl mit der Solldosis abgestrahlt wurde. Auf der Grundlage dieser Signale sendet ein in der Hochfrequenzquelle 24 vorgesehener Unterbrechungsgenerator 35 ein Steuersignal zum Stoppen der Hochfrequenzen an die Steuereinheit 134, und ein in der Hochfrequenzquelle 24 vorgesehener Hochfrequenz­ schalter 36 beendet das Anlegen der Hochfrequenzen an die Elek­ troden 25. Daher wird durch Unterbrechen der Hochfrequenzen von der Hochfrequenzquelle 24 eine Unterbrechung der Abstrahlung des geladenen Partikelstrahls in kurzer Zeit ermöglicht. Zudem können mehrere Hochfrequenzunterbrechungseinrichtungen in der Hochfre­ quenzquelle 24 vorgesehen sein, wodurch eine noch sicherere Be­ endigung der Abstrahlung des Strahls ermöglicht wird.
Ausführungsform 2
Die zweite Ausführungsform der Erfindung wird beschrieben.
Das System gemäß der zweiten Ausführungsform hat den glei­ chen Aufbau wie das gemäß der ersten Ausführungsform. In der in Fig. 3 gezeigten Hochfrequenzquelle erzeugt der Computer 33 das durch das durch das Summensignal ΣAi sin(2πfit+Bi sin(2πt/Texrf+ϕi)) ausgedrückte Hochfrequenzsignal aus verschiedenen Frequenzen fi, wobei t die Zeit, fr die zyklische Frequenz des Strahls, fi die Fre­ quenzen der Signale (i = 1, 2, . . ., n), ϕi die Phase jeder Frequenz fi , Ai die Amplitude und Bi eine Konstante repräsentieren. Die Daten dieses Hochfrequenzsignals sind in dem Speicher 30 gespeichert. Bei diesem Hochfrequenzsignal wird die Phase mit der Periode Texrf ver­ ändert, wodurch die momentane Frequenz des Signals wie bei der ersten Ausführungsform verändert wird. Wenn der Strahl abge­ strahlt wird, werden die Daten aus dem Speicher 30 gelesen und an den D/A-Wandler 27 gesendet, wo sie in ein analoges Signal umge­ wandelt werden. Das analoge Signal wird von dem Verstärker 28 verstärkt und über die Elektroden 25 an den Strahl angelegt. Die Methode, nach der mehrere Frequenzen fi (i = 1, 2, . . ., n) ausgewählt werden, ist genau die gleiche wie bei der Ausführungsform 1. Die n Phasen ϕi (i = 1, 2, . . ., n) werden aus Zufallszahlen mit dem Mittel­ wert π im Bereich von 0 bis 2π ausgewählt. Die Konstante Bi sollte bei dieser Ausführungsform so ausgewählt werden, daß sie groß ist oder 2π beträgt.
Wenn Texrf so gewählt wird, daß es die Periode T ist, mit der der Strahl umläuft, hat das Signal Ai sin(2πfit+2π sin(2πt/Texrf+ϕi)) das Frequenzspektrum L/Texrf±fi = L.fr±fi (L = 1, 2, . . ., eine ganze Zahl nahe Bi). Anders ausgedrückt ist das Frequenzspektrum durch ein ganzzahliges Vielfaches der zyklischen Frequenz fr von der ur­ sprünglichen fi getrennt. Obwohl die Geschwindigkeit, mit der die Betatronschwingungsamplitude des Strahls gesteigert wird, nicht verringert wird, ist es erforderlich, daß der Verstärker 28 und die Elektroden 25 derartige Frequenzcharakteristika aufweisen, daß sie diese Frequenzkomponenten, wie gemäß der Ausführungsform 1, nicht dämpfen.
Wenn Texrf so gewählt wird, daß sie ca. 50 µs beträgt oder daß 1/Texrf ca. 20 kHz beträgt, hat das Signal Ai sin(2πfit+2π sin(2πt/Texrf+ϕi)) das Frequenzspektrum L/Texrf±fi = L.fr±fi (L = 1, 2, . . ., eine ganze Zahl nahe Bi). Anders ausgedrückt wird das Frequenz­ spektrum gegenüber der ursprünglichen fi um ein ganzzahliges Vielfaches von 20 kHz erweitert, und die Geschwindigkeit der Steige­ rung der Betatronschwingungsamplitude des Strahls wird verrin­ gert. Die Phasen 2π sin(2πfrt+ϕ1) und 2π sin(2πfrt+ϕ2), die die mo­ mentane Frequenz des Signals sin(2πfit+2π sin(2πfrt+ϕi)) (i = 1, 2, . . ., n) verändern, wobei Texrf = T gilt, sind in Fig. 7 als Phase 1 und Phase 2 gezeigt. Zudem zeigt Fig. 8 die Intensitätsveränderungen eines zur Phase 1 gehörigen Signals 1 = sin(2πf1t+2π sin(2πfrt+ϕ1) und eines zur Phase 2 gehörigen Signals 2 = sin(2πf2t+2π sin(2πfrt+ϕ2). Die Abszissen in den Fig. 7 und 8 basieren auf der zykli­ schen Periode T des Strahls. Aus diesen Figuren ist ersichtlich, daß sich die Phasen der an den Strahl anzulegenden Hochfrequenzsignale bei einer Veränderung der Umlaufposition des Strahls verändern und daß sich daher die Phase der Veränderung der Betatronschwin­ gungsamplitude mit der Veränderung der Umlaufposition verändert.
Fig. 9 zeigt die Ergebnisse einer numerischen Simulation der Intensitätsveränderung des beim Anlegen der Hochfrequenzen ge­ mäß dieser Ausführungsform an den Strahl abgestrahlten geladenen Partikelstrahls. Überdies zeigt Fig. 10 die Ergebnisse einer numeri­ schen Simulation der Intensitätsveränderung des Strahls beim Stand der Technik, bei dem die Phasen der Hochfrequenzen für die Emission konstant gehalten werden. Die Abszissen in den Fig. 9 und 10 repräsentieren die Anzahl der Umläufe bzw. die Zeit, und die Ordinaten sind die relativen Werte der abgestrahlten Partikelzahlen. Aus den Figuren ist ersichtlich, daß die Anzahl der abgestrahlten Partikel bei der Erfindung effektiver konstant gehalten werden kann. Dies bedeutet, daß beim Stand der Technik die Phase der Steigerung der Betatronschwingungsamplitude nicht von der Umlaufposition abhängt, da die momentane Frequenz des Wechselstromsignals mit der Frequenz fi ohne Phasenänderung konstant ist. Wenn der Strahl abgestrahlt wird, wird daher der Strahl in der Umlaufrichtung von der Spitze bis zur hinteren Hälfte abgestrahlt. Wenn dagegen kein Strahl abgestrahlt wird, wird der Strahl von der Spitze bis zur hinte­ ren Hälfte in der Umlaufrichtung nicht abgestrahlt. Daher traten die Frequenzkomponenten fi-fβ, fi-fj bei der Intensitätsveränderung des abgestrahlten Strahls in bezug auf die Zeit klar auf.
Ausführungsform 3
Die dritte Ausführungsform der Erfindung wird beschrieben.
Der Aufbau dieser Ausführungsform stimmt mit Ausnahme des Aufbaus der Hochfrequenzquelle mit dem der ersten und der zweiten Ausführungsform überein. Fig. 11 zeigt die Hochfrequenzquelle 24 gemäß dieser Ausführungsform. Die Hochfrequenzquelle 24 gemäß dieser Ausführungsform verwendet n Oszillatoren 400 mit Frequenzen fi/k (i = 1, 2, . . ., n), wobei k eine hinreichend große ganze Zahl ist. Die Signale von den Oszillatoren 400 mit den Frequenzen fi/k werden durch Phasenverschiebungseinrichtungen 401 um 90 Grad phasenverschoben. Wenn das Signal von dem Oszillator 400 mit der Frequenz fi/k durch sin(2π(fi/k)t) repräsentiert wird, kann das um 90 Grad verschobene Signal durch cos(2π(fi/k)t) repräsen­ tiert werden. Ein Oszillator 402 wird zur Erzeugung eines Signals 2π sin(2πt/Texrf+ϕi)/k zur Erzeugung eines Produktsignals verwendet, wobei Texrf der gleiche Wert wie gemäß den Ausführungsformen 1, 2 bzw. die Periode ist, mit der die Phase verändert wird, und ϕi die Phase ist. Das Signal cos(2π(fi/k)t) wird mit dem Signal 2π sin(2πt/Texrf+ϕi)/k multipliziert, um das Produktsignal 2π sin(2πt/Texrf+ϕi).cos(2π(fi/k)t)/k zu erzeugen. Wenn das Produktsignal zu sin(2π(fi/k)t) addiert wird, wird das Signal sin(2π(fi/k)t+2π sin(2πt/Texrf+ϕi).cos(2π(fi/k)t)/k erzeugt. Dieses addierte Produkt­ signal kann durch sin(2π(fi/k)t+2π sin(2πt/Texrf+ϕi)/k) ausgedrückt werden, wenn berücksichtigt wird, daß 2π/k klein genug ist. Wenn dieses Signal einer Multiplikationseinrichtung 403 zum Multiplizie­ ren der Frequenz mit k zugeführt wird, kann von der Multiplikati­ onseinrichtung der Ausgang sin(2πfit+2π sin(2πt/Texrf+ϕi)) erzeugt werden. Die Ausgänge der Oszillatoren 400 mit den Frequenzen fi/k (k = 1, 2, . . ., n) werden auf genau die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben verarbeitet, und die Ausgänge der Multiplikationsein­ richtungen 403 werden schließlich durch eine Addiereinrichtung 404 addiert, um das Signal ΣAi sin(2πfit+2π sin(2πt/Texrf+ϕi)) zu er­ zeugt, wobei Texrf als zyklische Periode T des geladenen Partikel­ strahls bezeichnet wird oder so ausgewählt werden kann, daß sie, wie bei den Ausführungsformen 1, 2, ca. 50 µm beträgt. Der Aus­ gang der Addiereinrichtung 404 wird von dem Verstärker 28 ver­ stärkt und dann an die Elektroden 25 angelegt, wodurch die gleiche Wirkung wie bei den Ausführungsformen 1, 2 erzielt wird. Diese Ausführungsform kann aus analogen Schaltungselementen aufge­ baut sein und hat daher den Vorteil, daß sie nicht die Bedingungen für die Speichergröße und die Abtastzeit des D/A-Wandlers erfüllen muß, die bei den Ausführungen 1, 2 aus digitalen Schaltungen be­ nötigt werden. Die Frequenzcharakteristika des Verstärkers 28 und der Elektroden 25 müssen die gleichen wie bei den Ausführungs­ formen 1, 2 sein.
Ausführungsform 4
Die vierte Ausführungsform der Erfindung wird beschrieben.
Der Aufbau dieser Ausführungsform stimmt mit Ausnahme des Aufbaus der Hochfrequenzquelle mit dem der Ausführungsfor­ men 1, 2 überein. Fig. 12 zeigt die Hochfrequenzquelle 24 gemäß dieser Ausführungsform. Die Hochfrequenzquelle 24 gemäß dieser Ausführungsform verwendet m verschiedene weiße Rauschquellen 40. Der Ausgang jeder der weißen Rauschquellen 40 wird einem Bandpaßfilter 41 zugeführt, und dieses Bandpaßfilter erzeugt ein kontinuierliches Hochfrequenzspektrum im Bereich von der nied­ rigsten Frequenz f1 zur höchsten Frequenz fn. Die Ausgänge der m verschiedenen weißen Rauschquellen 40 weisen das gleiche Fre­ quenzspektrum, jedoch unterschiedliche Phasen in ihren Frequenz­ bändern auf. Bei dieser Ausführungsform werden die Ausgänge der m verschiedenen weißen Rauschquellen 40 als Reaktion auf das Signal von der Steuereinheit 134 zu jeder Zeitspanne Δt (= T/m) von einem Schalter 42 umgeschaltet, und der ausgewählte Ausgang wird von dem Verstärker 28 auf eine erforderliche Spannung verstärkt und über die Elektroden 25 an den geladenen Partikelstrahl ange­ legt. Da die gleichen Frequenzen wie bei der Ausführungsform 1 an den Strahl angelegt werden müssen, weist das Bandpaßfilter 41 Paßbänder von f1 bis fn, von fr+f1 bis fr+fn, von 2fr+f1 bis 2fr+fn, . . ., 6fr+f1 bis 6fr+fn auf, die entsprechend der Energie und der Harmonie des von der Steuereinheit 134 gesendeten, geladenen Partikelstrahls verändert werden.
Bei der Hochfrequenzquelle 24 gemäß dieser Ausführungsform wird die Phase jeder an den Strahl anzulegenden Hochfrequenz durch abwechselndes Auswählen einer der verschiedenen weißen Rauschquellen 40 zeitbezogen verändert. Anders ausgedrückt kann die gleiche Wirkung wie bei der Ausführungsform auf den Strahl ausgeübt werden. Bei dieser Ausführungsform kann ohne Verwen­ dung eines Speichers und eines D/A-Wandlers eine Hochfrequenzquelle mit der gleichen Wirkung wie bei der Ausführungsform 1 er­ zeugt werden.
Daher ist es möglich, einen Beschleuniger zu schaffen, der ei­ nen geladenen Partikelstrahl mit zeitbezogen weniger veränderter Intensität abstrahlen kann. Darüber hinaus kann bei einem medi­ zinische Beschleunigersystem, bei dem der von einem Beschleuniger erzeugte geladene Partikelstrahl zu einer Bestrahlungsvorrichtung transportiert und von dort zur Behandlung abgestrahlt wird, das er­ krankte Teil gleichmäßig bestrahlt werden. Zudem kann dagegen die Strahlungsmenge leicht gesteuert werden, um sie relativ zur Position zu verändern. Überdies kann die Zeitauflösung verringert werden, die der Monitor zur Steuerung der Strahlungsmenge benötigt, wo­ durch es möglich wird, den Strahlenmonitor und sein Steuersystem zu vereinfachen.

Claims (11)

1. Zyklischer Beschleuniger mit
Ablenkungselektromagneten (2) und vierpoligen Elektromagne­ ten (5, 6) zum Herbeiführen einer Zirkulation eines geladenen Partikelstrahls,
einem mehrpoligen Elektromagneten (9) zur Erzeugung einer Stabilitätsgrenze einer Resonanz einer Betatronschwingung zur Emission des geladenen Partikelstrahls und
einer Hochfrequenzquelle (24) zum Anlegen eines hochfrequen­ ten elektromagnetischen Felds an den Strahl zum Bewegen des Strahls auf die Außenseite der Stabilitätsgrenze und damit zum Anregen einer Resonanz in der Betatronschwingung,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzquelle zum Anlegen eines hochfrequenten elektromagnetischen Felds an den Strahl zum Bewegen des Strahls auf die Außenseite der Stabilitätsgrenze ein Wechselstromsignal mit mehreren Fre­ quenzkomponenten erzeugt, deren Mindestfrequenzdifferenz im Bereich von 500 Hz bis einschließlich 10 kHz liegt, wobei die Phase der mehreren Frequenzkomponenten so eingestellt ist, daß die Phasendifferenz zwischen sämtlichen Frequenz­ komponenten Werte annimmt, die kein ganzzahliges Vielfaches von π sind.
2. Zyklischer Beschleuniger mit
Ablenkungselektromagneten (2) und vierpoligen Elektromagne­ ten (5, 6) zum Herbeiführen einer Zirkulation eines geladenen Partikelstrahls,
einem mehrpoligen Elektromagneten (9) zur Erzeugung einer Stabilitätsgrenze einer Resonanz einer Betatronschwingung zur Emission des geladenen Partikelstrahls und
einer Hochfrequenzquelle (24) zum Anlegen eines hochfrequen­ ten elektromagnetischen Felds an den Strahl zum Bewegen des Strahls auf die Außenseite der Stabilitätsgrenze und damit zum Anregen einer Resonanz in der Betatronschwingung,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzquelle ein Summensignal aus mehreren Signalen erzeugt, deren momen­ tane Frequenzen sich zeitbezogen ändern und bei denen die Durchschnittswerte der momentanen Frequenzen zeitbezogen unterschiedlich sind, und das Summensignal an den Strahl anlegt.
3. Zyklischer Beschleuniger mit
Ablenkungselektromagneten (2) und vierpoligen Elektromagne­ ten (5, 6) zum Herbeiführen einer Zirkulation eines geladenen Partikelstrahls,
einem mehrpoligen Elektromagneten (9) zur Erzeugung einer Stabilitätsgrenze einer Resonanz einer Betatronschwingung zur Emission des geladenen Partikelstrahls und
einer Hochfrequenzquelle (24) zum Anlegen eines hochfrequenten elektromagnetischen Felds an den Strahl zum Bewegen des Strahls auf die Außenseite der Stabilitätsgrenze und damit zum Anregen einer Resonanz in der Betatron­ schwingung,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzquelle ein Summensignal aus mehreren Signalen erzeugt, deren momen­ tane Frequenzen sich im Laufe der Zeit verändern und bei de­ nen die Durchschnittswerte der momentanen Frequenzen in bezug auf die Zeit und die sich im Laufe der Zeit ändernden Werte unterschiedlich sind, und das Summensignal an den Strahl anlegt.
4. Zyklischer Beschleuniger mit
Ablenkungselektromagneten (2) und vierpoligen Elektromagne­ ten (5, 6) zum Herbeiführen einer Zirkulation eines geladenen Partikelstrahls,
einem mehrpoligen Elektromagneten (9) zur Erzeugung einer Stabilitätsgrenze einer Resonanz einer Betatronschwingung zur Emission des geladenen Partikelstrahls und
einer Hochfrequenzquelle (24) zum Anlegen eines hochfrequenten elektromagnetischen Felds an den Strahl zum Bewegen des Strahls auf die Außenseite der Stabilitätsgrenze und damit zum Anregen einer Resonanz in der Betatron­ schwingung,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzquelle ein Summensignal ΣAi sin(2πfit+θi(t)) aus mehreren Wechsel­ stromsignalen Ai sin(2πfit+θi(t)) mit unterschiedlichen Fre­ quenzen fi (i = 1, 2, . . ., n), den Frequenzen fi zugeordneten und sich zeitbezogen mit einer vorgegebenen Periode ändernden Signalen θi(t) und den Frequenzen fi zugeordneten Amplituden Ai erzeugt, wobei t die Zeit ist.
5. Zyklischer Beschleuniger mit
Ablenkungselektromagneten (2) und vierpoligen Elektromagne­ ten (5, 6) zum Herbeiführen einer Zirkulation eines geladenen Partikelstrahls,
einem mehrpoligen Elektromagneten (9) zur Erzeugung einer Stabilitätsgrenze einer Resonanz einer Betatronschwingung zur Emission des geladenen Partikelstrahls und
einer Hochfrequenzquelle (24) zum Anlegen eines hochfrequenten elektromagnetischen Felds an den Strahl zum Bewegen des Strahls auf die Außenseite der Stabilitätsgrenze und damit zum Anregen einer Resonanz in der Betatronschwingung,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzquelle mehrere thermische Rauschgeneratoren (40), eine Schalteinrichtung (42) zur derartigen Auswahl eines der mehreren Rauschgene­ ratoren, daß der Ausgang des ausgewählten thermischen Rauschgenerators an den Strahl angelegt werden kann, und eine Steuereinrichtung (134) zur Steuerung der Schalteinrich­ tung zum Schalten der thermischen Rauschgeneratoren und dadurch zur Auswahl eines geeigneten solchen im Verlauf der Strahlenemission aufweist.
6. Medizinisches Beschleunigersystem mit
einem zyklischen Beschleuniger mit Ablenkungselektromagne­ ten (2) und vierpoligen Elektromagneten (5, 6) zum Herbeifüh­ ren einer Zirkulation eines geladenen Partikelstrahls, einem mehrpoligen Elektromagneten (9) zur Erzeugung einer Stabili­ tätsgrenze einer Resonanz einer Betatronschwingung zur Emission des geladenen Partikelstrahls und einer Hochfre­ quenzquelle (24) zum Anlegen eines hochfrequenten elektro­ magnetischen Felds an den Strahl zum Bewegen des Strahls auf die Außenseite der Stabilitätsgrenze und damit zum Anre­ gen einer Resonanz in der Betatronschwingung,
einem Transportsystem (102) zum Transportieren des von dem zyklischen Beschleuniger erzeugten Strahls und
einer Bestrahlungsvorrichtung (200) zum Abstrahlen des transportierten Strahls auf einen Patienten,
dadurch gekennzeichnet, daß zum Anlegen eines hochfrequen­ ten elektromagnetischen Felds an den Strahl zum Bewegen des Strahls auf die Außenseite der Stabilitätsgrenze die Hochfre­ quenzquelle ein Wechselstromsignal mit mehreren Frequenz komponenten erzeugt, deren Mindestfrequenzdifferenz im Be­ reich von 500 Hz bis einschließlich 10 kHz liegt, und die Phase der mehreren Frequenzkomponenten so eingestellt wird, daß die Phasendifferenz zwischen den Frequenzkomponenten Werte annimmt, die kein ganzzahliges Vielfaches von π sind.
7. Medizinisches Beschleunigersystem mit
einem zyklischen Beschleuniger mit Ablenkungselektromagne­ ten (2) und vierpoligen Elektromagneten (5, 6) zum Herbeifüh­ ren einer Zirkulation eines geladenen Partikelstrahls, einem mehrpoligen Elektromagneten (9) zur Erzeugung einer Stabili­ tätsgrenze einer Resonanz einer Betatronschwingung zur Emission des geladenen Partikelstrahls und einer Hochfre­ quenzquelle (24) zum Anlegen eines hochfrequenten elektro­ magnetischen Felds an den Strahl zum Bewegen des Strahls auf die Außenseite der Stabilitätsgrenze und damit zum Anre­ gen einer Resonanz in der Betatronschwingung,
einem Transportsystem (102) zum Transportieren des von dem zyklischen Beschleuniger erzeugten Strahls und
einer Bestrahlungsvorrichtung (200) zum Abstrahlen des transportierten Strahls auf einen Patienten,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzquelle ein Summensignal aus mehreren Signalen erzeugt, deren momen­ tane Frequenzen sich im Laufe der Zeit verändern und bei de­ nen die Durchschnittswerte der momentanen Frequenzen zeit­ bezogen unterschiedlich sind, und das Summensignal an den Strahl anlegt.
8. Medizinisches Beschleunigersystem mit
einem zyklischen Beschleuniger mit Ablenkungselektromagne­ ten (2) und vierpoligen Elektromagneten (5, 6) zum Herbeifüh­ ren einer Zirkulation eines geladenen Partikelstrahls, einem mehrpoligen Elektromagneten (9) zur Erzeugung einer Stabili­ tätsgrenze einer Resonanz einer Betatronschwingung zur Emission des geladenen Partikelstrahls und einer Hochfre­ quenzquelle (24) zum Anlegen eines hochfrequenten elektro­ magnetischen Felds an den Strahl zum Bewegen des Strahls auf die Außenseite der Stabilitätsgrenze und damit zum Anre­ gen einer Resonanz in der Betatronschwingung,
einem Transportsystem (102) zum Transportieren des von dem zyklischen Beschleuniger erzeugten Strahls und
einer Bestrahlungsvorrichtung (200) zum Abstrahlen des transportierten Strahls auf einen Patienten,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzquelle ein Summensignal ΣAi sin(2πfit+θi) aus mehreren Wechselstrom­ signalen mit unterschiedlichen Frequenzen fi (i = 1, 2, . . ., n) und den Frequenzen fi zugeordneten Phasen θi und Amplitu­ den Ai erzeugt, wobei t die Zeit ist und die Phasen θi sich zeit­ bezogen mit einer vorgegebenen Periode verändern.
9. Verfahren zum Betreiben eines medizinischen Beschleuniger­ systems mit einem zyklischen Beschleuniger mit Ablenkungse­ lektromagneten (2) und vierpoligen Elektromagneten (5, 6) zum Herbeiführen einer Zirkulation eines geladenen Partikelstrahls, einem mehrpoligen Elektromagneten (9) zur Erzeugung einer Stabilitätsgrenze einer Resonanz einer Betatronschwingung zur Emission des geladenen Partikelstrahls und einer Hochfre­ quenzquelle (24) zum Anlegen eines hochfrequenten elektro­ magnetischen Felds an den Strahl zum Bewegen des Strahls auf die Außenseite der Stabilitätsgrenze und damit zum Anre­ gen einer Resonanz in der Betatronschwingung, einem Trans­ portsystem (102) zum Transportieren des von dem zyklischen Beschleuniger erzeugten Strahls und einer Bestrahlungsvor­ richtung (200) zum Abstrahlen des transportierten Strahls auf einen Patienten, wobei das Verfahren die Schritte
der Erzeugung eines Wechselstromsignals mit mehreren Fre­ quenzkomponenten, deren Mindestfrequenzdifferenz im Be­ reich von 500 Hz bis einschließlich 10 kHz liegt, durch die Hochfrequenzquelle, wobei die Phase der mehreren Frequenz komponenten so eingestellt wird, daß die Phasendifferenz zwi­ schen jeder der Frequenzkomponenten Werte annimmt, die kein ganzzahliges Vielfaches von π sind,
des Anlegens eines auf dem Wechselstromsignal basierenden hochfrequenten elektromagnetischen Felds an den Strahl, so daß der Strahl auf die Außenseite der Stabilitätsgrenze bewegt und von dem zyklischen Beschleuniger erzeugt werden kann,
des Transports des erzeugten Strahls durch das Transportsystem und
des Abstrahlens des Strahls durch die Bestrahlungsvorrich­ tung umfaßt.
10. Verfahren zum Betreiben eines medizinischen Beschleuniger­ systems mit einem zyklischen Beschleuniger mit Ablenkungse­ lektromagneten (2) und vierpoligen Elektromagneten (5, 6) zum Herbeiführen einer Zirkulation eines geladenen Partikelstrahls, einem mehrpoligen Elektromagneten (9) zur Erzeugung einer Stabilitätsgrenze einer Resonanz einer Betatronschwingung zur Emission des geladenen Partikelstrahls und einer Hochfre­ quenzquelle (24) zum Anlegen eines hochfrequenten elektro­ magnetischen Felds an den Strahl zum Bewegen des Strahls auf die Außenseite der Stabilitätsgrenze und damit zum Anre­ gen einer Resonanz in der Betatronschwingung, einem Trans­ portsystem (102) zum Transportieren des von dem zyklischen Beschleuniger erzeugten Strahls und einer Bestrahlungsvor­ richtung (200) zum Abstrahlen des transportierten Strahls auf einen Patienten, wobei das Verfahren die Schritte
der Erzeugung eines Summensignals aus mehreren Signalen, deren momentane Frequenzen sich im Laufe der Zeit verän­ dern und bei denen die Durchschnittswerte der momentanen Frequenzen zeitbezogen unterschiedlich sind, durch die Hoch­ frequenzquelle,
des Anlegens des Summensignals an den Strahl, so daß der Strahl von dem zyklischen Beschleuniger erzeugt werden kann,
des Transports des erzeugten Strahls durch das Transportsy­ stem und
des Abstrahlens des Strahls durch die Bestrahlungsvorrich­ tung umfaßt.
11. Verfahren zum Betreiben eines medizinischen Beschleuniger­ systems mit einem zyklischen Beschleuniger mit Ablenkungse­ lektromagneten (2) und vierpoligen Elektromagneten (5, 6) zum Herbeiführen einer Zirkulation eines geladenen Partikelstrahls, einem mehrpoligen Elektromagneten (9) zur Erzeugung einer Stabilitätsgrenze einer Resonanz einer Betatronschwingung zur Emission des geladenen Partikelstrahls und einer Hochfre­ quenzquelle (24) zum Anlegen eines hochfrequenten elektro­ magnetischen Felds an den Strahl zum Bewegen des Strahls auf die Außenseite der Stabilitätsgrenze und damit zum Anre­ gen einer Resonanz in der Betatronschwingung, einem Trans­ portsystem (102) zum Transportieren des von dem zyklischen Beschleuniger erzeugten Strahls und einer Bestrahlungsvor­ richtung (200) zum Abstrahlen des transportierten Strahls auf einen Patienten, wobei das Verfahren die Schritte
des Anlegens eines Summensignals ΣAi sin(2πfit+θi) aus meh­ reren Wechselstromsignalen mit verschiedenen Hochfrequen­ zen fi (i = 1, 2, . . ., n) sowie den Frequenzen fi zugeordneten Phasen θi und Amplituden Ai, wobei t die Zeit ist und die Pha­ sen θi sich zeitbezogen mit einer vorgegebenen Periode verän­ dern,
des Transports des von dem Beschleuniger erzeugten Strahls durch Anlegen des Hochfrequenzsignals an den Strahl und
des Abstrahlens des Strahls durch die Bestrahlungsvorrich­ tung umfaßt.
DE10109193A 2000-07-27 2001-02-26 Beschleuniger, medizinisches System und Verfahren zum Betreiben desselben Expired - Fee Related DE10109193C5 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000-231396 2000-07-27
JP2000231396A JP3705091B2 (ja) 2000-07-27 2000-07-27 医療用加速器システム及びその運転方法

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE10109193A1 true DE10109193A1 (de) 2002-02-14
DE10109193B4 DE10109193B4 (de) 2006-03-23
DE10109193C5 DE10109193C5 (de) 2012-11-08

Family

ID=18724240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10109193A Expired - Fee Related DE10109193C5 (de) 2000-07-27 2001-02-26 Beschleuniger, medizinisches System und Verfahren zum Betreiben desselben

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6472834B2 (de)
JP (1) JP3705091B2 (de)
AU (1) AU766111B2 (de)
DE (1) DE10109193C5 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7378672B2 (en) 2005-04-13 2008-05-27 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Particle beam therapeutic apparatus

Families Citing this family (148)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6903351B1 (en) * 1999-09-27 2005-06-07 Hitachi, Ltd. Charged particle beam irradiation equipment having scanning electromagnet power supplies
JP4257741B2 (ja) * 2004-04-19 2009-04-22 三菱電機株式会社 荷電粒子ビーム加速器、荷電粒子ビーム加速器を用いた粒子線照射医療システムおよび、粒子線照射医療システムの運転方法
DE202004009421U1 (de) * 2004-06-16 2005-11-03 Gesellschaft für Schwerionenforschung mbH Teilchenbeschleuniger für die Strahlentherapie mit Ionenstrahlen
JP4230968B2 (ja) * 2004-07-20 2009-02-25 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線装置
JP5046928B2 (ja) 2004-07-21 2012-10-10 メヴィオン・メディカル・システムズ・インコーポレーテッド シンクロサイクロトロン及び粒子ビームを生成する方法
JP3894215B2 (ja) * 2005-01-25 2007-03-14 株式会社日立製作所 荷電粒子ビームの出射方法及び粒子線照射システム
US7957507B2 (en) 2005-02-28 2011-06-07 Cadman Patrick F Method and apparatus for modulating a radiation beam
JP3896420B2 (ja) * 2005-04-27 2007-03-22 大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 全種イオン加速器及びその制御方法
US8232535B2 (en) 2005-05-10 2012-07-31 Tomotherapy Incorporated System and method of treating a patient with radiation therapy
DE102005023166B4 (de) * 2005-05-19 2007-09-27 Siemens Ag Verfahren zur Funktionsüberwachung bei medizinischen Beschleunigereinrichtungen sowie medizinische Beschleunigungseinrichtung
US8183800B2 (en) * 2005-07-05 2012-05-22 Inter-University Research Institute Corporation High Energy Accelerator Research Organization Induced voltage control device, its control method, charged particle beam orbit control device, and its control method
US8442287B2 (en) 2005-07-22 2013-05-14 Tomotherapy Incorporated Method and system for evaluating quality assurance criteria in delivery of a treatment plan
CN101268467B (zh) 2005-07-22 2012-07-18 断层放疗公司 用于评估治疗计划的实施中的质量保证标准的方法和系统
KR20080039920A (ko) 2005-07-22 2008-05-07 토모테라피 인코포레이티드 방사선 치료 시스템에 의해 부여되는 선량을 평가하는시스템 및 방법
CN101267857A (zh) 2005-07-22 2008-09-17 断层放疗公司 对移动的关注区实施放射疗法的系统和方法
KR20080039919A (ko) 2005-07-22 2008-05-07 토모테라피 인코포레이티드 방사선 치료를 받는 환자의 호흡 상태를 검출하는 시스템및 방법
KR20080044250A (ko) 2005-07-23 2008-05-20 토모테라피 인코포레이티드 갠트리 및 진료대의 조합된 움직임을 이용하는 방사선치료의 영상화 및 시행
ES2730108T3 (es) 2005-11-18 2019-11-08 Mevion Medical Systems Inc Radioterapia de partículas cargadas
US20080043910A1 (en) * 2006-08-15 2008-02-21 Tomotherapy Incorporated Method and apparatus for stabilizing an energy source in a radiation delivery device
DE102007033895A1 (de) * 2007-07-20 2009-01-29 Siemens Ag Partikelstrahlapplikationsvorrichtung, Bestrahlungsvorrichtung sowie Verfahren zur Führung eines Partikelstrahls
US8581523B2 (en) 2007-11-30 2013-11-12 Mevion Medical Systems, Inc. Interrupted particle source
US8933650B2 (en) 2007-11-30 2015-01-13 Mevion Medical Systems, Inc. Matching a resonant frequency of a resonant cavity to a frequency of an input voltage
CA2725498C (en) 2008-05-22 2015-06-30 Vladimir Yegorovich Balakin Multi-field charged particle cancer therapy method and apparatus
US9910166B2 (en) 2008-05-22 2018-03-06 Stephen L. Spotts Redundant charged particle state determination apparatus and method of use thereof
US9095040B2 (en) 2008-05-22 2015-07-28 Vladimir Balakin Charged particle beam acceleration and extraction method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system
US9974978B2 (en) 2008-05-22 2018-05-22 W. Davis Lee Scintillation array apparatus and method of use thereof
US8710462B2 (en) * 2008-05-22 2014-04-29 Vladimir Balakin Charged particle cancer therapy beam path control method and apparatus
US8089054B2 (en) * 2008-05-22 2012-01-03 Vladimir Balakin Charged particle beam acceleration and extraction method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system
US8373145B2 (en) 2008-05-22 2013-02-12 Vladimir Balakin Charged particle cancer therapy system magnet control method and apparatus
US8198607B2 (en) 2008-05-22 2012-06-12 Vladimir Balakin Tandem accelerator method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system
US8378311B2 (en) * 2008-05-22 2013-02-19 Vladimir Balakin Synchrotron power cycling apparatus and method of use thereof
US9056199B2 (en) * 2008-05-22 2015-06-16 Vladimir Balakin Charged particle treatment, rapid patient positioning apparatus and method of use thereof
US9579525B2 (en) 2008-05-22 2017-02-28 Vladimir Balakin Multi-axis charged particle cancer therapy method and apparatus
US8288742B2 (en) 2008-05-22 2012-10-16 Vladimir Balakin Charged particle cancer therapy patient positioning method and apparatus
US8093564B2 (en) 2008-05-22 2012-01-10 Vladimir Balakin Ion beam focusing lens method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system
US8569717B2 (en) 2008-05-22 2013-10-29 Vladimir Balakin Intensity modulated three-dimensional radiation scanning method and apparatus
US7940894B2 (en) 2008-05-22 2011-05-10 Vladimir Balakin Elongated lifetime X-ray method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system
US8144832B2 (en) 2008-05-22 2012-03-27 Vladimir Balakin X-ray tomography method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system
US8374314B2 (en) 2008-05-22 2013-02-12 Vladimir Balakin Synchronized X-ray / breathing method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system
US8896239B2 (en) 2008-05-22 2014-11-25 Vladimir Yegorovich Balakin Charged particle beam injection method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system
US7943913B2 (en) * 2008-05-22 2011-05-17 Vladimir Balakin Negative ion source method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system
US8718231B2 (en) 2008-05-22 2014-05-06 Vladimir Balakin X-ray tomography method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system
US9937362B2 (en) 2008-05-22 2018-04-10 W. Davis Lee Dynamic energy control of a charged particle imaging/treatment apparatus and method of use thereof
US7953205B2 (en) 2008-05-22 2011-05-31 Vladimir Balakin Synchronized X-ray / breathing method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system
US8487278B2 (en) 2008-05-22 2013-07-16 Vladimir Yegorovich Balakin X-ray method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system
US10092776B2 (en) 2008-05-22 2018-10-09 Susan L. Michaud Integrated translation/rotation charged particle imaging/treatment apparatus and method of use thereof
US9616252B2 (en) 2008-05-22 2017-04-11 Vladimir Balakin Multi-field cancer therapy apparatus and method of use thereof
US8309941B2 (en) 2008-05-22 2012-11-13 Vladimir Balakin Charged particle cancer therapy and patient breath monitoring method and apparatus
MX2010012714A (es) 2008-05-22 2011-06-01 Vladimir Yegorovich Balakin Metodo y aparato de control de la trayectoria de haces para la terapia contra el cancer mediante particulas cargadas.
US9177751B2 (en) 2008-05-22 2015-11-03 Vladimir Balakin Carbon ion beam injector apparatus and method of use thereof
US8637833B2 (en) * 2008-05-22 2014-01-28 Vladimir Balakin Synchrotron power supply apparatus and method of use thereof
US8129694B2 (en) 2008-05-22 2012-03-06 Vladimir Balakin Negative ion beam source vacuum method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system
US9737272B2 (en) 2008-05-22 2017-08-22 W. Davis Lee Charged particle cancer therapy beam state determination apparatus and method of use thereof
US9782140B2 (en) 2008-05-22 2017-10-10 Susan L. Michaud Hybrid charged particle / X-ray-imaging / treatment apparatus and method of use thereof
US8975600B2 (en) * 2008-05-22 2015-03-10 Vladimir Balakin Treatment delivery control system and method of operation thereof
US8378321B2 (en) 2008-05-22 2013-02-19 Vladimir Balakin Charged particle cancer therapy and patient positioning method and apparatus
US9155911B1 (en) 2008-05-22 2015-10-13 Vladimir Balakin Ion source method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system
US9981147B2 (en) * 2008-05-22 2018-05-29 W. Davis Lee Ion beam extraction apparatus and method of use thereof
WO2009142545A2 (en) * 2008-05-22 2009-11-26 Vladimir Yegorovich Balakin Charged particle cancer therapy patient positioning method and apparatus
US8373143B2 (en) 2008-05-22 2013-02-12 Vladimir Balakin Patient immobilization and repositioning method and apparatus used in conjunction with charged particle cancer therapy
US8969834B2 (en) 2008-05-22 2015-03-03 Vladimir Balakin Charged particle therapy patient constraint apparatus and method of use thereof
US8598543B2 (en) 2008-05-22 2013-12-03 Vladimir Balakin Multi-axis/multi-field charged particle cancer therapy method and apparatus
US8399866B2 (en) 2008-05-22 2013-03-19 Vladimir Balakin Charged particle extraction apparatus and method of use thereof
EP2283705B1 (de) 2008-05-22 2017-12-13 Vladimir Yegorovich Balakin Vorrichtung zur extraktion eines strahls geladener teilchen zur verwendung in verbindung mit einem krebstherapiesystem mit geladenen teilchen
US8129699B2 (en) * 2008-05-22 2012-03-06 Vladimir Balakin Multi-field charged particle cancer therapy method and apparatus coordinated with patient respiration
US9744380B2 (en) 2008-05-22 2017-08-29 Susan L. Michaud Patient specific beam control assembly of a cancer therapy apparatus and method of use thereof
EP2283713B1 (de) 2008-05-22 2018-03-28 Vladimir Yegorovich Balakin Vorrichtung zur krebstherapie mit geladenen teilchen mit mehreren achsen
US9737734B2 (en) 2008-05-22 2017-08-22 Susan L. Michaud Charged particle translation slide control apparatus and method of use thereof
US7939809B2 (en) * 2008-05-22 2011-05-10 Vladimir Balakin Charged particle beam extraction method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system
US9737733B2 (en) 2008-05-22 2017-08-22 W. Davis Lee Charged particle state determination apparatus and method of use thereof
US10143854B2 (en) 2008-05-22 2018-12-04 Susan L. Michaud Dual rotation charged particle imaging / treatment apparatus and method of use thereof
US9498649B2 (en) 2008-05-22 2016-11-22 Vladimir Balakin Charged particle cancer therapy patient constraint apparatus and method of use thereof
US8045679B2 (en) 2008-05-22 2011-10-25 Vladimir Balakin Charged particle cancer therapy X-ray method and apparatus
US9168392B1 (en) 2008-05-22 2015-10-27 Vladimir Balakin Charged particle cancer therapy system X-ray apparatus and method of use thereof
US9682254B2 (en) 2008-05-22 2017-06-20 Vladimir Balakin Cancer surface searing apparatus and method of use thereof
US8373146B2 (en) 2008-05-22 2013-02-12 Vladimir Balakin RF accelerator method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system
US10029122B2 (en) 2008-05-22 2018-07-24 Susan L. Michaud Charged particle—patient motion control system apparatus and method of use thereof
US9044600B2 (en) * 2008-05-22 2015-06-02 Vladimir Balakin Proton tomography apparatus and method of operation therefor
US8436327B2 (en) * 2008-05-22 2013-05-07 Vladimir Balakin Multi-field charged particle cancer therapy method and apparatus
US10070831B2 (en) 2008-05-22 2018-09-11 James P. Bennett Integrated cancer therapy—imaging apparatus and method of use thereof
EP2283711B1 (de) 2008-05-22 2018-07-11 Vladimir Yegorovich Balakin Beschleunigungsvorrichtung für strahlen geladener teilchen als teil eines krebstherapiesystems mit geladenen teilchen
US8368038B2 (en) 2008-05-22 2013-02-05 Vladimir Balakin Method and apparatus for intensity control of a charged particle beam extracted from a synchrotron
US9855444B2 (en) 2008-05-22 2018-01-02 Scott Penfold X-ray detector for proton transit detection apparatus and method of use thereof
US10684380B2 (en) 2008-05-22 2020-06-16 W. Davis Lee Multiple scintillation detector array imaging apparatus and method of use thereof
US8188688B2 (en) 2008-05-22 2012-05-29 Vladimir Balakin Magnetic field control method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system
US8624528B2 (en) 2008-05-22 2014-01-07 Vladimir Balakin Method and apparatus coordinating synchrotron acceleration periods with patient respiration periods
US8642978B2 (en) 2008-05-22 2014-02-04 Vladimir Balakin Charged particle cancer therapy dose distribution method and apparatus
US10548551B2 (en) 2008-05-22 2020-02-04 W. Davis Lee Depth resolved scintillation detector array imaging apparatus and method of use thereof
US8519365B2 (en) 2008-05-22 2013-08-27 Vladimir Balakin Charged particle cancer therapy imaging method and apparatus
US8178859B2 (en) 2008-05-22 2012-05-15 Vladimir Balakin Proton beam positioning verification method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system
US8907309B2 (en) 2009-04-17 2014-12-09 Stephen L. Spotts Treatment delivery control system and method of operation thereof
US8229072B2 (en) 2008-07-14 2012-07-24 Vladimir Balakin Elongated lifetime X-ray method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system
US8627822B2 (en) 2008-07-14 2014-01-14 Vladimir Balakin Semi-vertical positioning method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system
US8625739B2 (en) 2008-07-14 2014-01-07 Vladimir Balakin Charged particle cancer therapy x-ray method and apparatus
KR100946270B1 (ko) * 2008-08-12 2010-03-09 주식회사 메가젠임플란트 연조직 절단 치과용 공구
DE102008047197B4 (de) * 2008-09-15 2013-01-17 Bernhard Franczak Verfahren zur Strahlentherapie mit Ionenstrahlen und Teilchenbeschleuniger zur Durchführung des Verfahrens
AU2009341615B2 (en) 2009-03-04 2013-03-28 Zakrytoe Aktsionernoe Obshchestvo Protom Multi-field charged particle cancer therapy method and apparatus
JP5311564B2 (ja) * 2009-03-27 2013-10-09 独立行政法人放射線医学総合研究所 粒子線照射装置および粒子線制御方法
JP5159688B2 (ja) * 2009-04-15 2013-03-06 株式会社日立製作所 粒子線治療システム
JP5614679B2 (ja) * 2010-03-01 2014-10-29 独立行政法人放射線医学総合研究所 イオンビーム照射装置におけるフィードバックシステム
US10349906B2 (en) 2010-04-16 2019-07-16 James P. Bennett Multiplexed proton tomography imaging apparatus and method of use thereof
US10555710B2 (en) 2010-04-16 2020-02-11 James P. Bennett Simultaneous multi-axes imaging apparatus and method of use thereof
US11648420B2 (en) 2010-04-16 2023-05-16 Vladimir Balakin Imaging assisted integrated tomography—cancer treatment apparatus and method of use thereof
US10556126B2 (en) 2010-04-16 2020-02-11 Mark R. Amato Automated radiation treatment plan development apparatus and method of use thereof
US10518109B2 (en) 2010-04-16 2019-12-31 Jillian Reno Transformable charged particle beam path cancer therapy apparatus and method of use thereof
US10086214B2 (en) 2010-04-16 2018-10-02 Vladimir Balakin Integrated tomography—cancer treatment apparatus and method of use thereof
US9737731B2 (en) 2010-04-16 2017-08-22 Vladimir Balakin Synchrotron energy control apparatus and method of use thereof
US10625097B2 (en) 2010-04-16 2020-04-21 Jillian Reno Semi-automated cancer therapy treatment apparatus and method of use thereof
US10589128B2 (en) 2010-04-16 2020-03-17 Susan L. Michaud Treatment beam path verification in a cancer therapy apparatus and method of use thereof
US10638988B2 (en) 2010-04-16 2020-05-05 Scott Penfold Simultaneous/single patient position X-ray and proton imaging apparatus and method of use thereof
US10751551B2 (en) 2010-04-16 2020-08-25 James P. Bennett Integrated imaging-cancer treatment apparatus and method of use thereof
US10179250B2 (en) 2010-04-16 2019-01-15 Nick Ruebel Auto-updated and implemented radiation treatment plan apparatus and method of use thereof
US10188877B2 (en) 2010-04-16 2019-01-29 W. Davis Lee Fiducial marker/cancer imaging and treatment apparatus and method of use thereof
US10376717B2 (en) 2010-04-16 2019-08-13 James P. Bennett Intervening object compensating automated radiation treatment plan development apparatus and method of use thereof
US8232536B2 (en) * 2010-05-27 2012-07-31 Mitsubishi Electric Corporation Particle beam irradiation system and method for controlling the particle beam irradiation system
DE102010061178A1 (de) * 2010-12-13 2012-06-14 Gsi Helmholtzzentrum Für Schwerionenforschung Gmbh Chromatischer Energiefilter
JP5597162B2 (ja) * 2011-04-28 2014-10-01 三菱電機株式会社 円形加速器、および円形加速器の運転方法
US8963112B1 (en) 2011-05-25 2015-02-24 Vladimir Balakin Charged particle cancer therapy patient positioning method and apparatus
DE102011083195B4 (de) * 2011-09-22 2013-05-16 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Optimierung eines Partikelbeschleunigers
EP2901820B1 (de) 2012-09-28 2021-02-17 Mevion Medical Systems, Inc. Fokussierung eines partikelstrahls unter verwendung eines magnetfeldflimmerns
WO2014052734A1 (en) 2012-09-28 2014-04-03 Mevion Medical Systems, Inc. Controlling particle therapy
US9622335B2 (en) 2012-09-28 2017-04-11 Mevion Medical Systems, Inc. Magnetic field regenerator
US9723705B2 (en) 2012-09-28 2017-08-01 Mevion Medical Systems, Inc. Controlling intensity of a particle beam
JP6121546B2 (ja) 2012-09-28 2017-04-26 メビオン・メディカル・システムズ・インコーポレーテッド 粒子加速器用の制御システム
EP3342462B1 (de) 2012-09-28 2019-05-01 Mevion Medical Systems, Inc. Einstellung der energie eines partikelstrahls
EP2901822B1 (de) 2012-09-28 2020-04-08 Mevion Medical Systems, Inc. Fokussierung eines partikelstrahls
US10254739B2 (en) 2012-09-28 2019-04-09 Mevion Medical Systems, Inc. Coil positioning system
TW201433331A (zh) 2012-09-28 2014-09-01 Mevion Medical Systems Inc 線圈位置調整
US8933651B2 (en) 2012-11-16 2015-01-13 Vladimir Balakin Charged particle accelerator magnet apparatus and method of use thereof
EP2962309B1 (de) 2013-02-26 2022-02-16 Accuray, Inc. Elektromagnetisch betätigter mehrblatt-kollimator
US8791656B1 (en) 2013-05-31 2014-07-29 Mevion Medical Systems, Inc. Active return system
US9730308B2 (en) 2013-06-12 2017-08-08 Mevion Medical Systems, Inc. Particle accelerator that produces charged particles having variable energies
US10258810B2 (en) 2013-09-27 2019-04-16 Mevion Medical Systems, Inc. Particle beam scanning
US10675487B2 (en) 2013-12-20 2020-06-09 Mevion Medical Systems, Inc. Energy degrader enabling high-speed energy switching
US9962560B2 (en) 2013-12-20 2018-05-08 Mevion Medical Systems, Inc. Collimator and energy degrader
US9661736B2 (en) 2014-02-20 2017-05-23 Mevion Medical Systems, Inc. Scanning system for a particle therapy system
US9950194B2 (en) 2014-09-09 2018-04-24 Mevion Medical Systems, Inc. Patient positioning system
US9711252B1 (en) * 2014-10-28 2017-07-18 Michelle Corning High energy beam diffraction material treatment system
US10786689B2 (en) 2015-11-10 2020-09-29 Mevion Medical Systems, Inc. Adaptive aperture
US9847210B2 (en) * 2015-11-11 2017-12-19 Mitsubishi Electric Corporation Particle beam irradiation apparatus for irradiating a subject with an arbitrary number of particles
US9907981B2 (en) 2016-03-07 2018-03-06 Susan L. Michaud Charged particle translation slide control apparatus and method of use thereof
US10037863B2 (en) 2016-05-27 2018-07-31 Mark R. Amato Continuous ion beam kinetic energy dissipater apparatus and method of use thereof
US10925147B2 (en) 2016-07-08 2021-02-16 Mevion Medical Systems, Inc. Treatment planning
US11103730B2 (en) 2017-02-23 2021-08-31 Mevion Medical Systems, Inc. Automated treatment in particle therapy
EP3645111A1 (de) 2017-06-30 2020-05-06 Mevion Medical Systems, Inc. Unter verwendung von linearmotoren gesteuerter, konfigurierbarer kollimator
JP2019092985A (ja) * 2017-11-27 2019-06-20 三菱電機株式会社 ビーム輸送系の電磁石調整方法
US11291861B2 (en) 2019-03-08 2022-04-05 Mevion Medical Systems, Inc. Delivery of radiation by column and generating a treatment plan therefor
CN113727650A (zh) * 2019-04-26 2021-11-30 医科达有限公司 利用周期性运动提供质子放射治疗的方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0732079B2 (ja) * 1986-02-26 1995-04-10 株式会社日立製作所 電子ビ−ム安定化法
JP2555112B2 (ja) * 1987-12-07 1996-11-20 株式会社日立製作所 荷電粒子ビーム冷却法
JPH05198398A (ja) * 1991-03-19 1993-08-06 Hitachi Ltd 円形加速器及び円形加速器のビーム入射方法
JP2596292B2 (ja) * 1991-10-08 1997-04-02 株式会社日立製作所 円形加速器及びその運転方法並びに医療システム
US5363008A (en) * 1991-10-08 1994-11-08 Hitachi, Ltd. Circular accelerator and method and apparatus for extracting charged-particle beam in circular accelerator
JP2856029B2 (ja) * 1993-06-25 1999-02-10 株式会社日立製作所 荷電粒子ビーム出射方法及びその出射装置
US5576602A (en) * 1993-08-18 1996-11-19 Hitachi, Ltd. Method for extracting charged particle beam and small-sized accelerator for charged particle beam
JP3307059B2 (ja) * 1994-03-17 2002-07-24 株式会社日立製作所 加速器及び医療用装置並びに出射方法
JPH08316000A (ja) * 1995-05-12 1996-11-29 Toshiba Corp 高周波加速システム
JP3518270B2 (ja) * 1996-08-30 2004-04-12 株式会社日立製作所 荷電粒子ビーム装置
EP0826394B1 (de) 1996-08-30 2004-05-19 Hitachi, Ltd. Vorrichtung zum Bestrahlen mit geladenen Teilchen
JPH10118240A (ja) 1996-10-21 1998-05-12 Hamada Golf Kiki Kk ゴルフ場におけるブラインドゾーンの状況把握装置
JP3246364B2 (ja) * 1996-12-03 2002-01-15 株式会社日立製作所 シンクロトロン型加速器及びそれを用いた医療用装置
JP3178381B2 (ja) * 1997-02-07 2001-06-18 株式会社日立製作所 荷電粒子照射装置
JP2000133500A (ja) * 1998-10-26 2000-05-12 Toshiba Corp 高周波加速装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7378672B2 (en) 2005-04-13 2008-05-27 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Particle beam therapeutic apparatus
DE102005058207B4 (de) * 2005-04-13 2009-11-19 Mitsubishi Denki K.K. Therapeutische Teilchenstrahl-Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung einer spiralförmigen Strahltrajektorie

Also Published As

Publication number Publication date
AU766111B2 (en) 2003-10-09
DE10109193B4 (de) 2006-03-23
AU2323501A (en) 2002-01-31
JP3705091B2 (ja) 2005-10-12
DE10109193C5 (de) 2012-11-08
US20020014588A1 (en) 2002-02-07
US6472834B2 (en) 2002-10-29
JP2002043099A (ja) 2002-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10109193C5 (de) Beschleuniger, medizinisches System und Verfahren zum Betreiben desselben
DE69504386T2 (de) Teilchenstrahlbeschleuniger und sein Betriebsverfahren
DE102005015601B4 (de) Verfahren zum Betreiben des Teilchenbeschleunigers
DE69729151T2 (de) Vorrichtung für einen geladenen Teilchenstrahl
DE60219283T2 (de) Vorrichtung zum Erzeugen und zum Auswählen von Ionen, die in einer Schwerionen-Krebstherapie-Anlage verwendet werden
DE602004010949T2 (de) Einrichtung zur Bestrahlung mit Teilchenstrahlen und Bestrahlungsplanungseinheit
DE102008010958B4 (de) Konformales Mehrschicht-Strahlentherapiesystem und dieses verwendende Teilchenstrahl-Therapievorrichtung
DE69607831T2 (de) Normalisierung und eichung von zufuhrsystemen für die strahlentherapie
DE3616569C2 (de) Ionenimplantationsvorrichtung
US6265837B1 (en) Charged-particle beam irradiation method and system
DE3805123A1 (de) Verfahren zur bestrahlung eines grossflaechigen feldes mit einem strahl aus geladenen teilchen und vorrichtung zur durchfuehrung eines solchen verfahrens
DE2753397A1 (de) Neutronen-bestrahlungs-therapiemaschine
DE102009032275A1 (de) Beschleunigeranlage und Verfahren zur Einstellung einer Partikelenergie
DE102005058207A1 (de) Therapeutische Teilchenstrahl-Vorrichtung
CH659150A5 (de) Verfahren und anlage zum gleichmaessigen akkumulierten bestrahlen einer ebenen oberflaeche mit einem strahl geladener teilchen.
WO2005125289A1 (de) Teilchenbeschleuniger für die strahlentherapie mit ionenstrahlen
DE112005002171T5 (de) Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahren und dafür verwendete Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung
DE3810197A1 (de) Plasma-bearbeitungseinrichtung
DE10122903A1 (de) Bestrahlungstherapieplanung
DE4027341A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum erzeugen eines plasmas
DE4405561A1 (de) Vierpoliger linearer Radiofrequenz-Beschleuniger variabler Energie
EP2247339A1 (de) Teilchenstrahl-therapiesystem
JP5542703B2 (ja) 荷電粒子ビーム照射システムおよび円形加速器の運転方法
EP2618640A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Plasmapulsen
JPH11329800A (ja) 荷電粒子ビ―ム出射方法及び加速器

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8363 Opposition against the patent
R034 Decision of examining division/federal patent court maintaining patent in limited form now final

Effective date: 20120608

R206 Amended patent specification

Effective date: 20121108

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee