JP2020170688A - Particle Beam Accelerator and Particle Beam Therapy System - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、粒子線加速器および粒子線治療システムに関する。 The present invention relates to a particle beam accelerator and a particle beam therapy system.
可変エネルギーかつ小型な加速器を提供することを目的として、特許文献1には、間に磁場を形成する一対の磁石と、イオンを磁石間に入射するイオン源と、イオンを加速する加速電極と、イオンを外部に取り出すビーム出射経路とを有し、一対の磁石によって形成される、異なるエネルギーのイオンがそれぞれ周回する環状の複数のビーム周回軌道が一方で集約し、加速電極がイオンに印加する高周波電場の周波数をビーム周回軌道により変調すること、が記載されている。
For the purpose of providing a variable energy and compact accelerator,
近年、粒子線治療に用いられる粒子線治療システムの小型化が進んでいる。 In recent years, the particle beam therapy system used for particle beam therapy has been miniaturized.
一般に、シンクロサイクロトロンと呼ばれる粒子線加速器は、イオン源を含む入射装置、ビームを安定に周回させるための主磁場を生成する主磁場磁石、高周波電場を印加してビームを周方向に加速する加速空洞、意図的にビームを平衡軌道から変位させる磁場をビームに作用させる勾配磁石、ならびに平衡軌道から変位させられたビームを加速器外に取り出し下流のビーム輸送系へと誘導する出射チャネルを備えている。 Generally, a particle beam accelerator called a synchrocyclotron is an incident device containing an ion source, a main magnetic field magnet that generates a main magnetic field to stably orbit the beam, and an acceleration cavity that accelerates the beam in the circumferential direction by applying a high-frequency electric field. It is equipped with a gradient magnet that acts on the beam with a magnetic field that intentionally displaces the beam from the equilibrium orbit, and an exit channel that takes the beam displaced from the equilibrium orbit out of the accelerator and guides it to the downstream beam transport system.
シンクロサイクロトロンでビームが加速される機序は以下のようになる。 The mechanism by which the beam is accelerated by the synchrocyclotron is as follows.
まず、イオン源から入射されたビームが主磁場により周回運動する。周回運動するビームが加速空洞のギャップを通過するタイミングに合うように加速用高周波電場の位相を調整することで、ビームは所定のエネルギーまで加速されていく。ビームの周回周波数がエネルギーにより異なるので、加速用高周波電場の周波数もそれに合わせて変調する。 First, the beam incident from the ion source orbits due to the main magnetic field. The beam is accelerated to a predetermined energy by adjusting the phase of the high-frequency electric field for acceleration so that the orbiting beam passes through the gap of the acceleration cavity. Since the orbital frequency of the beam differs depending on the energy, the frequency of the high-frequency electric field for acceleration is also modulated accordingly.
ここで、特許文献1に記載されたような、ビームの周回軌道のうち高エネルギー側の軌道が加速器外への取り出し領域側で密に集まる集約領域と、取り出し口とは反対側に形成されるビーム軌道が疎となる拡大領域とを有するタイプの加速器において、円形のコイルとリターンヨークとが生成する磁場について考える。
Here, as described in
円形のコイルとリターンヨークは、磁場が円の中心から徐々に弱くなる同心円状の等高線を描く。一方、特許文献1に記載のビームの周回軌道は、入射点が中心よりも取出し口側にあり、ビーム軌道が偏心しているため、このビーム軌道と磁場の等高線は交差する。すなわち、ビーム軌道に沿った磁場は一定値となっていない。
The circular coil and return yoke draw concentric contour lines where the magnetic field gradually weakens from the center of the circle. On the other hand, in the orbit of the beam described in
本発明の目的は、より安定してビームを加速することが可能な粒子線加速器およびその粒子線加速器を備えた粒子線治療システムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a particle beam accelerator capable of accelerating a beam more stably and a particle beam therapy system including the particle beam accelerator.
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、粒子線加速器であって、ビームを加速する高周波電場の周波数を変調可能な加速空洞と、主磁場を生成する磁石装置と、を備え、前記磁石装置は、上下一対の主コイル、リターンヨーク、上下一対の磁極、加速された前記ビームを前記粒子線加速器の外に取り出す出射チャネルを有し、前記磁極は、加速するビームの周回軌道が前記出射チャネル側で密となるよう磁場分布を形成し、前記主コイルは、前記出射チャネル側の上下の間隔が、前記粒子線加速器のビーム周回領域の中心に対して対称な位置における上下の間隔より狭いことを特徴とする。 The present invention includes a plurality of means for solving the above problems. For example, a particle beam accelerator, an accelerating cavity capable of modulating the frequency of a high-frequency electric field for accelerating a beam, and a main magnetic field. The magnet device includes a magnet device for generating, and the magnet device has a pair of upper and lower main coils, a return yoke, a pair of upper and lower magnetic poles, and an emission channel for taking the accelerated beam out of the particle beam accelerator. Form a magnetic field distribution so that the orbital orbit of the accelerating beam is dense on the exit channel side, and the main coil has a vertical distance on the exit channel side at the center of the beam orbit region of the particle beam accelerator. On the other hand, it is characterized in that it is narrower than the vertical distance at a symmetrical position.
本発明によれば、より安定してビームを加速することが可能となる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。 According to the present invention, it is possible to accelerate the beam more stably. Issues, configurations and effects other than those mentioned above will be clarified by the description of the following examples.
以下に本発明のエネルギー可変の小型の粒子線加速器、およびそれを備えた粒子線治療システムの実施例について図面を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment of a small particle beam accelerator with variable energy of the present invention and a particle beam therapy system including the same will be described with reference to the drawings.
図1に、ビームの周回軌道が加速器の一方側に偏心している加速器での理想的なビーム軌道とコイルとリターンヨークとが形成する磁場の等高線とを模式的に示す。図1中実線で示される理想的な偏心軌道A,B,Cに対し、コイルとリターンヨークとが生成する磁場の等高線は図1中点線で示されるように同心円状である。 FIG. 1 schematically shows an ideal beam trajectory in an accelerator in which the orbit of the beam is eccentric to one side of the accelerator and contour lines of the magnetic field formed by the coil and the return yoke. With respect to the ideal eccentric orbitals A, B, and C shown by the solid line in FIG. 1, the contour lines of the magnetic fields generated by the coil and the return yoke are concentric as shown by the dotted line in FIG.
このため、加速中のビームが周回軌道を集約領域から拡大領域へ進行する際、あるいは拡大領域から集約領域へ進行する際に、磁場強度がほとんど変化しない領域を進行するだけではなく、磁場の等高線を横切りながら進行することになる。このように磁場の等高線を横切る付近では、図2に示したように磁場強度が大きく変化する。 Therefore, when the accelerating beam travels in the orbit from the aggregation region to the expansion region, or from the expansion region to the aggregation region, it not only travels in a region where the magnetic field strength hardly changes, but also contour lines of the magnetic field. Will proceed while crossing. In the vicinity of crossing the contour lines of the magnetic field in this way, the magnetic field strength changes significantly as shown in FIG.
ここで、このような磁場強度が大きく変化する領域を極力減らすように主磁極の形状を調整することができればよいが、主磁極を構成する鉄の磁化には限界があり、調整しきれない可能性が生じかねない。 Here, it would be good if the shape of the main magnetic pole could be adjusted so as to reduce the region where the magnetic field strength changes significantly, but the magnetization of the iron constituting the main magnetic pole is limited and cannot be adjusted. Sex can occur.
そこで、できればコイルとリターンヨークとで形成される磁場についても、できるだけ理想的な偏心軌道に近づけ、これによりビームの加速をより安定させる余地があることが本発明者の検討によって明らかとなった。 Therefore, it has been clarified by the present inventor's study that if possible, the magnetic field formed by the coil and the return yoke should be as close to the ideal eccentric orbit as possible, thereby making the beam acceleration more stable.
<実施例1>
本発明の粒子線加速器、およびそれを備えた粒子線治療システムの実施例1について図3乃至図9を用いて説明する。
<Example 1>
The particle beam accelerator of the present invention and the first embodiment of the particle beam therapy system including the particle beam accelerator will be described with reference to FIGS. 3 to 9.
図3は本実施例1における粒子線治療システムの構成図である。図4は加速器内に配置された主磁場磁石の斜視図である。図5は主磁場磁石の垂直平面3による断面図である。図6は、垂直平面3Aによる断面図である。図7は、コイルの側面を模式的に表した図である。図8は、本実施例における加速器において周回軌道を進行するビームが受ける磁場の強度と、従来の加速器において周回軌道を進行するビームが受ける磁場の強度とを比較して示した図である。図9は主磁場磁石を中間平面から見た平面図である。
FIG. 3 is a block diagram of the particle beam therapy system according to the first embodiment. FIG. 4 is a perspective view of a main magnetic field magnet arranged in the accelerator. FIG. 5 is a cross-sectional view of the main magnetic field magnet in the vertical plane 3. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the
まず、図3を用いて粒子線治療システムの全体構成を説明する。図3において、粒子線治療システム1001は、建屋(図示省略)の床面に設置される。この粒子線治療システム1001は、イオンビーム発生装置1002、ビーム輸送系1013、回転ガントリー1006、照射装置1007および制御システム1065を備えている。
First, the overall configuration of the particle beam therapy system will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the particle
イオンビーム発生装置1002は、イオンを生成するイオン源1003、このイオン源1003が接続され、イオン源1003から入射されるイオンを加速する加速器1004を有している。加速器1004の詳細は後述する。イオン源1003は、加速器1004の中心より出射チャネル1019寄りに配置されている。
The
加速器1004から出射されたイオンビームは、ビーム輸送系1013により、照射装置1007まで輸送される。ビーム輸送系1013はビーム経路1048を有しており、ビーム経路1048は、加速器1004に設けられた出射チャネル1019に接続されている。このビーム経路1048は、加速器1004から照射装置1007に向かって、四極電磁石1046、偏向電磁石1041、複数の四極電磁石1047、偏向電磁石1042、複数の四極電磁石1049,1050、および偏向電磁石1043,1044がこの順に配置されることで構成されている。
The ion beam emitted from the
ビーム輸送系1013のビーム経路1048の一部は、回転ガントリー1006に設置されており、偏向電磁石1042、四極電磁石1049,1050および偏向電磁石1043,1044も回転ガントリー1006に設置されている。
A part of the
回転ガントリー1006は、回転軸1045を中心に回転可能に構成されており、照射装置1007を回転軸1045の周りで旋回させる回転装置である。
The
照射装置1007は、2台の走査電磁石1051,1052、ビーム位置モニタ1053および線量モニタ1054を備えている。これら走査電磁石1051,1052、ビーム位置モニタ1053および線量モニタ1054は、照射装置1007の中心軸に沿って配置されている。走査電磁石1051,1052、ビーム位置モニタ1053および線量モニタ1054は照射装置1007のケーシング(図示省略)内に配置されている。
The
ビーム位置モニタ1053および線量モニタ1054は、走査電磁石1051,1052の下流に配置される。走査電磁石1051および走査電磁石1052は、それぞれイオンビームを偏向し、イオンビームを照射装置1007の中心軸に垂直な平面内において互いに直交する方向に走査する。ビーム位置モニタ1053は照射されるビームの通過位置を計測する。線量モニタ1054は照射されるビームの線量を計測する。
The
照射装置1007は、回転ガントリー1006に取り付けられており、偏向電磁石1044の下流に配置される。
The
照射装置1007の下流側には、患者1056が横たわる治療台1055が、照射装置1007に対向するように配置される。
On the downstream side of the
制御システム1065は、中央制御装置1066、加速器・輸送系制御装置1069、走査制御装置1070、回転制御装置1088およびデータベース1072を有する。
The
中央制御装置1066は、CPU(中央演算装置)1067およびCPU1067に接続されたメモリ1068を有する。加速器・輸送系制御装置1069、走査制御装置1070、回転制御装置1088およびデータベース1072は、中央制御装置1066内のCPU1067に接続されている。
The
粒子線治療システム1001は更に治療計画装置1073を有しており、治療計画装置1073はデータベース1072に接続されている。粒子線治療システム1001では、粒子線の照射エネルギーや照射角度などが粒子線の照射に先立って治療計画装置1073で治療計画として作成されており、この治療計画に基づいて照射が実行される。
The particle
中央制御装置1066のCPU1067は、データベース1072に保存されている治療計画から粒子線治療システム1001を構成する各機器の照射に関係する各種の動作制御プログラムを読み込み、読み込んだプログラムを実行して、加速器・輸送系制御装置1069、走査制御装置1070、回転制御装置1088を介して指令を出力することで、粒子線治療システム1001内の各機器の動作を制御する。
The
なお、実行される動作の制御処理は、1つのプログラムにまとめられていても、それぞれが複数のプログラムに分かれていても良く、更にはそれらの組み合わせでも良い。 The operation control process to be executed may be integrated into one program, may be divided into a plurality of programs, or may be a combination thereof.
また、プログラムの一部またはすべては専用ハードウェアで実現しても良く、モジュール化されていても良い。更には、各種プログラムは、プログラム配布サーバや外部記憶メディアによって各装置にインストールされていても良い。 Further, a part or all of the program may be realized by dedicated hardware or may be modularized. Further, various programs may be installed in each device by a program distribution server or an external storage medium.
また、各制御装置は、各々が独立した装置で有線あるいは無線のネットワークで接続されたものであっても、2つ以上が一体化していてもよい。 Further, each control device may be an independent device connected by a wired or wireless network, or two or more may be integrated.
加速器1004は、高周波加速空洞1037を有する。高周波電源1036は、加速器1004内の貫通孔17(図5等参照)の部分に設置された高周波加速空洞1037に導波管1010を通じて電力を入力し、高周波加速空洞1037に接続された電極と接地電極との間にビームを加速する高周波電場を励起する。
The
本実施例の加速器1004では、高周波加速空洞1037の共振周波数をビームのエネルギーに対応して変調させる必要がある。周波数を変調させるためには、インダクタンスか静電容量を調整すればよい。
In the
インダクタンスや静電容量の調整方法は公知の方法を用いることができる。例えば、静電容量を調整する場合であれば、高周波加速空洞1037に可変容量キャパシタを接続して制御する。
A known method can be used as a method for adjusting the inductance and the capacitance. For example, when adjusting the capacitance, a variable capacitance capacitor is connected to the high
次いで、加速器1004を構成する磁石装置1の詳細について図4以降を用いて説明する。
Next, the details of the
磁石装置1は、静磁場を生成する磁石であり、主な構成として、図4に示したように鉛直方向から見て略円柱状の形状をなす上リターンヨーク4と下リターンヨーク5とを有している。
The
更には、磁石装置1は、図4、図5、図6、および図9に示すように、上リターンヨーク4、下リターンヨーク5に加えて、上リターンヨーク4に固定された上部磁極8や下リターンヨーク5に固定された下部磁極9、主コイルを構成する上下一対のコイル6A,6B、所定エネルギーに加速されたビームを加速器1004の外に取り出すための高周波キッカ40を有している。
Further, as shown in FIGS. 4, 5, 6, and 9, the
上リターンヨーク4と下リターンヨーク5とは、中間平面2に対してほぼ上下対称な形状を有している。この中間平面2は、おおむね磁石装置1の鉛直方向中心を通り、加速中のビームが描く軌道面にほぼ一致する。また上リターンヨーク4と下リターンヨーク5は、中間平面2に垂直かつおおむね磁石装置1の中間平面2に対する中心を通過する平面である垂直平面3に対して面対称な形状をしている。
The upper return yoke 4 and the
なお、図4では、中間平面2の磁石装置1に対する交差部分を一点鎖線、垂直平面3の磁石装置1に対する交差部分を破線で示している。
In FIG. 4, the intersecting portion of the
上リターンヨーク4にはイオン源1003が配置されている。
An
図5および図6に示したように、上リターンヨーク4と下リターンヨーク5に囲まれた空間内には上リターンヨーク4側にコイル6A,下リターンヨーク5側にコイル6Bが中間平面2に対して面対称に配置されている。
As shown in FIGS. 5 and 6, in the space surrounded by the upper return yoke 4 and the
ここで、本実施例におけるコイル6A,6Bの側面を模式的に表した図を図7に示す。
Here, FIG. 7 shows a diagram schematically showing the side surfaces of the
図7に示すように、コイル6A,6Bは、コイルの中心軸60A,60Bと直交する垂直面に沿って巻線を積み重ねるように巻線61A,61Bが巻かれる。そして、中間平面2に垂直な対称軸20、すなわち加速器1004及びリターンヨーク4,5の中心軸、に対してコイルの中心軸60A,60Bを傾けるようにコイル6A,6Bは配置される。このため、出射チャネル1019側のコイル6Aとコイル6Bの間隔D1は、対称軸20を挟んで反対側(高周波電源1036側)のコイル6Aとコイル6Bとの間隔D2よりも狭くなっている。すなわち、D1<D2となる。
As shown in FIG. 7, in the
このようなコイル配置の効果について図8を用いて説明する。図8の横軸はビームが周回軌道を半周分周回する回数を示しており、縦軸がそのビーム軌道における磁場強度を示している。図8では、上下一対のコイルを水平方向からそれぞれ3度傾けた場合の条件としている。 The effect of such coil arrangement will be described with reference to FIG. The horizontal axis of FIG. 8 shows the number of times the beam makes a half-circle orbit, and the vertical axis shows the magnetic field strength in the beam orbit. In FIG. 8, it is a condition when the pair of upper and lower coils are tilted 3 degrees from the horizontal direction.
ここで、周回領域とは、ビームが入射してから最大エネルギーに加速かれるまでの間にビームが周回しながら通過する領域である。すなわち、周回領域は、最大エネルギーのビームが描く周回軌道の内側の領域である。周回領域の中心O4は、加速器1004の中心、リターンヨークの4,5の中心、及び、磁極8,9の中心とも略一致する。そのため、以後、周回領域の中心O4を、加速器1004の中心、リターンヨークの4,5の中心、及び、磁極8,9の中心、と読み替えることもできる。
Here, the orbital region is a region through which the beam orbits and passes between the time when the beam is incident and the time when the beam is accelerated to the maximum energy. That is, the orbital region is the region inside the orbital orbit drawn by the beam of maximum energy. The center O4 of the orbiting region substantially coincides with the center of the
ビームの周回軌道が加速器の一方側に偏心している加速器では、上述のように磁場の等高線を横切るあたりで磁場強度が大きく変化するが、従来のように上下一対のコイルを傾けずに平行に配置する場合は、図8に示したように、周回するごとに磁場強度の変動量の絶対値が大きくなることが分かる。 In an accelerator in which the orbit of the beam is eccentric to one side of the accelerator, the magnetic field strength changes greatly around crossing the contour line of the magnetic field as described above, but the pair of upper and lower coils are arranged in parallel without tilting as in the past. In this case, as shown in FIG. 8, it can be seen that the absolute value of the fluctuation amount of the magnetic field strength increases with each orbit.
これに対し、図8に示したように、本発明のように上下一対のコイル6A,6Bを平行に配置せずに取り出し口側が狭まるように傾けて配置することで、磁場の等高線を横切るあたりでの磁場強度の変化量の絶対値を従来のような水平方向配置に比べて小さくできることが分かる。
On the other hand, as shown in FIG. 8, by arranging the pair of upper and
なお、コイルの傾斜角度は0より大きい値であればよく、上限については特に限定はないが、水平方向からの傾斜角度は3度以下とすることが望ましい。 The tilt angle of the coil may be a value larger than 0, and the upper limit is not particularly limited, but it is desirable that the tilt angle from the horizontal direction is 3 degrees or less.
上述したコイル6Aは、図5、図6および図9に示したように、保持具45Aを介して120度間隔で配置されたタイロッド42A1,42A2,42A3により保持されており、水平方向の高さが維持されている。
As shown in FIGS. 5, 6 and 9, the
また、コイル6Bは、図5、図6および図9に示したように、保持具45Bを介して120度間隔で配置されたタイロッド42B1,42B2,42B3により保持されており、水平方向の高さが維持されている。
Further, as shown in FIGS. 5, 6 and 9, the
更に、本実施例では、コイル6Aを保持するタイロッド42A1,42A2,42A3の水平方向高さの位置は、タイロッド42A1,42A2,42A3とで、それぞれ異なる高さとなっている。本実施例では、水平方向の床面からの高さは、高いほうから順番にタイロッド42A2,42A3,42A1となっている。これはコイル6Aが水平方向に対して傾斜して配置されているためである。
Further, in this embodiment, the horizontal height positions of the tie rods 42A1, 42A2, 42A3 holding the
同様に、コイル6Bを保持するタイロッド42B1,42B2,42B3の水平方向高さの位置が、タイロッド42B1,42B2,42B3とで、それぞれ異なる高さとなっている。本実施例では、水平方向の床面からの高さは、高いほうから順番にタイロッド42B1,42B3,42B2となっている。
Similarly, the horizontal height positions of the tie rods 42B1, 42B2, 42B3 holding the
なお、タイロッド42A1,42A2,42A3,42B1,42B2,42B3が保持具45A,45Bを介してコイル6A,6Bを保持する場合について説明したが、コイル6A,6Bのコイルフレームを直接傾けて保持するように構成してもよい。
Although the case where the tie rods 42A1, 42A2, 42A3, 42B1, 42B2, 42B3 hold the
また、上下のコイル6A,6Bそれぞれを、120度間隔の3本ずつのタイロッドで保持することを例に説明したが、120度間隔の3本に限定されることはなく、180度間隔の2本ずつ、90度間隔の4本ずつであってもよい。
Further, although the description has been given in which the upper and
また、タイロッド42A1,42A2,42A3の水平方向高さ位置が、それぞれ異なることを例に説明したが、タイロッド42A1とタイロッド42A3とが同じ高さで、タイロッド42A2の高さがタイロッド42A1,42A3と異なる構成としてもよい。 Further, although the horizontal height positions of the tie rods 42A1, 42A2, and 42A3 are different from each other as an example, the tie rods 42A1 and the tie rods 42A3 have the same height, and the tie rods 42A2 have different heights from the tie rods 42A1, 42A3. It may be configured.
同様に、タイロッド42B1,42B2,42B3の水平方向高さ位置が、それぞれ異なることを例に説明したが、タイロッド42B1とタイロッド42B3とが同じ高さで、タイロッド42B2の高さがタイロッド42B1,42B3と異なる構成としてもよい。 Similarly, the horizontal height positions of the tie rods 42B1, 42B2, and 42B3 are different from each other as an example. However, the tie rods 42B1 and the tie rods 42B3 have the same height, and the tie rods 42B2 have the same heights as the tie rods 42B1, 42B3. It may have a different configuration.
なお、本実施例では、外部イオン源を想定して磁石装置1の外側にイオン源1003を設置し、これに対応して貫通孔24を設けているが、イオン源1003は磁石装置1の内部に設置してもよい。この場合、貫通孔24は、イオン源1003に電力やイオン生成用のガスなどを供給するために用いられる。
In this embodiment, the
コイル6A,6Bは超電導コイルであり、クライオスタット(図示省略)の内部に設置されており、液体ヘリウムなどの冷媒、または冷凍機(図示省略)からの伝熱によって冷却される。このコイル6A,6Bは、図3に示したコイル引出配線1022によってコイル励磁用電源1057に接続されている。
The
上リターンヨーク4および下リターンヨーク5に囲まれた空間内のコイル6A,6Bの内側には真空容器7が設けられている。
A
真空容器7の内部には、上リターンヨーク4の下リターンヨーク5に対向する面には上部磁極8が配置されている。また、下リターンヨーク5の上リターンヨーク4に対向する面には下部磁極9が配置されている。これら上部磁極8と下部磁極9とは上下一対に固定されており、中間平面2に対して面対称に配置されている。
Inside the
これら上リターンヨーク4や下リターンヨーク5、上部磁極8、下部磁極9は、例えば、不純物濃度を低減させた純鉄や、低炭素鋼等によって構成する。真空容器7は、ステンレスなどによって構成する。コイル6A,6Bの巻線は、ニオブチタン等の超電導体を用いた超電導線材で構成する。
The upper return yoke 4, the
イオンビームを周回させ加速させる空間は、これら上部磁極8と下部磁極9の間に形成される。
A space for orbiting and accelerating the ion beam is formed between the upper
出射チャネル1019はセプタムと呼ばれる電磁石を備えており、貫通孔16から図3に示した出射チャネル用電源1082に接続されている。出射チャネル用電源1082から出射チャネル1019に備えられた電磁石に電流を通電することで、出射チャネル1019に到達したイオンビームが整えられ、ビーム輸送系1013へと送られる。
The
以下、図5および図9を用いて、磁石装置1の磁極形状の詳細について説明する。なお、磁石装置1は中間平面2に対して面対称な構造であるため、図5および図9では下リターンヨーク5側のみ説明する。
Hereinafter, the details of the magnetic pole shape of the
上部磁極8および下部磁極9の中間平面2に対向する対向面10には、ぞれぞれ、凹部21a,21b,21c,21d、凸部22a,22b,22c,22dが形成されており、図9に示したように、これら凹部21a,21b,21c,21dと凸部22a,22b,22c,22dはビーム軌道26の周回方向に沿って交互に配置されている。
Recessed
これら凹部21a,21b,21c,21dおよび凸部22a,22b,22c,22dとは、上部磁極8や下部磁極9と一体で形成されたものとしてもよいし、別部材として製作した後で上部磁極8や下部磁極9の表面に組立の際に溶接やボルト締めなどの公知の方法で係合してもよい。材料については上部磁極8や下部磁極9と同じとすることが望ましい。
The
加速器1004の周回領域の中心よりも出射チャネル1019側にイオン源1003が配置され、上述のような磁極8,9の構造をとることにより、周回領域中の周回軌道が偏心しながら、ビームが加速される。言い換えると、出射チャネル1019側でビームの周回軌道間の間隔が密となり、出射チャネル1019と周回領域の中心O4を挟んで反対側の高周波電源1036側でビームの周回軌道間の間隔が疎となるよう、ビームが加速される。
The
また、図9に示したように、出射チャネル1019が近傍に配置されている凹部21aには、勾配磁場磁石31(ピーラー)、勾配磁場磁石32(リジェネレータ)、および高周波キッカ40が設置されている。
Further, as shown in FIG. 9, a gradient magnetic field magnet 31 (peeler), a gradient magnetic field magnet 32 (regenerator), and a high-
勾配磁場磁石31,32はビームの軌道を変位させるための勾配磁場を生成するコイルである。このうち、勾配磁場磁石31は、発生させる勾配磁場の磁場分布が、加速器1004の径方向外側に向かって磁場強度が減少する勾配磁場を生成するコイルであることが望ましい。また、勾配磁場磁石32は、発生させる勾配磁場の磁場分布が径方向外側に向かって磁場強度が増大する勾配磁場を生成するコイルであることが望ましい。
The gradient
なお、勾配磁場磁石31,32は、コイルの替わりに、凹部21aと一体で形成された構造物で代用することができる。このような構造物としては、例えば、別部材として製作した後で凹部21aに溶接やボルト止めなどの公知の方法で係合したものが挙げられる。より具体的には、凹部21aの表面に磁性体をさらに付加する、あるいは凹部21aの表面形状を加工することができる。
The gradient
また、本実施例では、勾配磁場磁石31は凹部21aのうち凸部22dの近くに、勾配磁場磁石32は凹部21aのうち凸部22aの近くに配置されている場合について記載しているが、この位置は逆の場合もありえる。
Further, in this embodiment, the case where the gradient
また、磁極外周面より外側でヨーク内周面にいたるまでの領域における磁場は、径方向外側に向かって減少しているため、径方向外側に向かって磁場強度が減少する勾配磁場を生成する勾配磁場磁石31は省略できることもある。
Further, since the magnetic field in the region from the outer peripheral surface of the magnetic pole to the inner peripheral surface of the yoke decreases toward the outer side in the radial direction, a gradient that generates a magnetic field in which the magnetic field strength decreases toward the outer side in the radial direction The
また、これらの勾配磁場磁石31,32が生成する勾配磁場は、少なくとも4極磁場成分が含まれ、4極以上の多極磁場、あるいは2極磁場が含まれていることが望ましい。
Further, it is desirable that the gradient magnetic fields generated by these gradient
貫通孔18は、ビーム輸送系1013を設置するための貫通孔である。貫通孔19は、主磁場磁石の対称性を高めて主磁場磁石が生成する磁場を高精度化するために垂直平面3に対して貫通孔18と面対称になるように設けられている。
The through
高周波キッカ40は、高周波加速空洞1037とは異なる周波数の高周波電場を印加する装置であり、図9に示したように勾配磁場磁石31や勾配磁場磁石32と同様に凹部21aに挟まれた空間に配置されている。
The high-
これら勾配磁場磁石31や勾配磁場磁石32、高周波キッカ40が備えられた凹部21aの磁極外周領域に、所定エネルギーに加速されたビームを加速器1004の外に取り出すための出射チャネル1019が設けられている。
An
高周波キッカ40の構成については特に限定されないためここでは詳細は省略する。
Since the configuration of the high-
これら勾配磁場磁石31や勾配磁場磁石32は、貫通孔19から図1に示した取り出し用電磁石引出配線1023Aによって取り出し用電磁石電源1040に接続されており、高周波キッカ40は、貫通孔16から図1に示した取り出し用電磁石引出配線1023Bによって取り出し用電磁石電源1040に接続されている。この取り出し用電磁石電源1040からの指令により、適切なタイミングで勾配磁場磁石31や勾配磁場磁石32が励磁され、高周波キッカ40の高周波印加が始まり、所定エネルギーまで加速されたビームが取り出される。
The gradient
次に、高周波キッカ40、勾配磁場磁石31、勾配磁場磁石32の効果を説明する。
Next, the effects of the high-
通常と同じ構造のシンクロサイクロトロンでは、最大エネルギーまで加速されたビームが勾配磁場磁石31と勾配磁場磁石32が生成する勾配磁場の作用を受けることで、ビームの水平方向運動に共鳴現象が生じて平衡軌道からの変位が増大し、出射チャネル1019に到達したビームが加速器外に取り出される。
In a synchrocyclotron having the same structure as usual, the beam accelerated to the maximum energy is affected by the gradient magnetic field generated by the gradient
このとき、最大エネルギーよりも低いエネルギーのビームが勾配磁場磁石31や勾配磁場磁石32が形成する勾配磁場により周回運動が不安定化することは避けなければならない。
At this time, it is necessary to avoid destabilizing the orbital motion of the beam having an energy lower than the maximum energy due to the gradient magnetic field formed by the gradient
そのため、勾配磁場磁石31と勾配磁場磁石32が生成する勾配磁場の影響が最大エネルギーのビーム軌道の内側では十分小さくなるように、勾配磁場磁石31と勾配磁場磁石32よりも径方向内側に補正用の磁性体やコイルを設置することが望ましい(図示省略)。
Therefore, for correction in the radial direction inside the gradient
更に、低エネルギービームを取り出すためには、取り出しエネルギーに近づいた低エネルギービームについては水平方向に不安定化させること、より加速が必要な低エネルギービームについては安定周回させながら所定の取り出し高エネルギーまで加速すること、との2つを両立させる必要がある。 Furthermore, in order to extract the low-energy beam, the low-energy beam that approaches the extraction energy should be destabilized in the horizontal direction, and the low-energy beam that requires more acceleration should be stably orbited to the specified extraction high energy. It is necessary to balance the two of accelerating.
そのために、低エネルギービームを取り出す場合には、そのタイミングのみ勾配磁場磁石31,32が生成する勾配磁場を作用させるといった、勾配磁場を選択的に作用させる機構が必要となる。そのための機構が高周波キッカ40である。この高周波キッカ40の役割は、この取り出し対象のビームに選択的に勾配磁場磁石31,32の磁場を作用させることである。
Therefore, when a low-energy beam is taken out, a mechanism for selectively acting a gradient magnetic field, such as applying a gradient magnetic field generated by the gradient
すなわち、イオン源1003から入射されて加速されるビームは、徐々にその平均軌道半径を拡大していき、ついには高周波キッカ40の内部を通過するようになる。
That is, the beam incident from the
所望の取り出し対象のエネルギーにビームが到達した段階で、高周波電源1036をオフにして高周波加速空洞1037に接続された電極と接地電極との間に励起させていた高周波電場を遮断し、高周波キッカ40をオンにする。
When the beam reaches the desired energy to be extracted, the high-
高周波キッカ40に到達したビームが加速器を周回する周波数をfrev、同ビームの水平方向ベータトロン振動数の小数部をδνとするとき、高周波キッカ40の周波数をfrev×δνと略同一に設定して高周波キッカ40の高周波電場を印加する。
When the beam reaches the high-
これにより、ビーム軌道は高周波キッカ40の内部を通過するたびに径方向外側向きの力を受け、徐々にビーム軌道は径方向外側にずらされていき、ついには勾配磁場磁石31,32が生成する勾配磁場が作用する領域に到達する。
As a result, the beam orbit receives a radial outward force each time it passes through the inside of the high-
勾配磁場磁石31,32の勾配磁場の作用を受けたビームは、水平方向ベータトロン運動の振幅が発散し始め、ついには出射チャネル1019に到達し、加速器外に取り出されることになる。
The beam affected by the gradient magnetic field of the gradient
また、最高エネルギーの軌道中心O4と入射点O2が一致せず、入射点O2が出射チャネル1019のビーム入口方向へとずれている。このようにビーム軌道の中心をずらすと、凹部21a側では低エネルギーのビーム軌道を出射チャネル1019の入り口に近づくため、出射チャネル1019側にビーム周回軌道が密になる領域が形成される。
Further, the center of the orbit O4 having the highest energy and the incident point O2 do not coincide with each other, and the incident point O2 is shifted toward the beam inlet of the
そのため、高周波キッカ40を通過するビーム軌道のエネルギー帯が増加することになる。すなわち、より低エネルギーのビーム軌道まで高周波キッカ40を通過することになる。従って、より低エネルギーのビーム軌道に対して高周波キッカ40による高周波電場を印加することができるので、より低エネルギーのビーム軌道を、勾配磁場磁石31,32の生成する勾配磁場の近くを通過させることができる。
Therefore, the energy band of the beam orbit passing through the high-
このとき、低エネルギービームは高エネルギービームよりも曲率半径が小さいため、勾配磁場磁石31と勾配磁場磁石32が生成する勾配磁場を低エネルギービームに作用させるためには、勾配磁場磁石31と勾配磁場磁石32は、高周波キッカ40によってビーム軌道がずらされる方向に配置され、かつ、垂直平面3に近い方が好ましい。
At this time, since the low-energy beam has a smaller radius of curvature than the high-energy beam, the gradient
すなわち、上述のように、勾配磁場磁石31と勾配磁場磁石32は、高周波キッカ40と同様に、複数の凹部21a,21b,21c,21dに挟まれた空間の中で、体積が最も小さい凹部21aに挟まれた空間に配置することが好適である。
That is, as described above, the gradient
このように勾配磁場磁石31と勾配磁場磁石32を配置することで、高周波キッカ40で変位させられた低エネルギービームについても確実に勾配磁場を作用させることになり、水平方向のベータトロン振動振幅が拡大して出射チャネル1019に到達し、加速器外に取り出すことが可能となる。
By arranging the gradient
次に、本実施例の効果について説明する。 Next, the effect of this embodiment will be described.
上述した本発明の実施例1の粒子線治療システム1001における加速器1004は、ビームを加速する高周波電場の周波数を変調可能な加速空洞1037と、主磁場を生成する磁石装置1と、を備え、磁石装置1は、上下一対のコイル6A,6B、上リターンヨーク4、下リターンヨーク5、一対の上部磁極8、下部磁極9、加速されたビームを加速器1004の外に取り出す出射チャネル1019を有し、上部磁極8、下部磁極9は、加速するビームの周回軌道が出射チャネル1019側で密となるよう磁場分布を形成し、コイル6A,6Bは、出射チャネル1019側の上下の間隔が、加速器1004のビーム周回領域の中心に対して対称な位置における上下の間隔より狭くなっている。
The
特に、本実施例では、コイル6A,6Bは、2つのコイル6A,6Bを出射チャネル1019側の上下の間隔が狭くなるように、コイル6A,6Bの中心軸60A,60Bを上リターンヨーク4、下リターンヨーク5の中心軸に対して傾けて配置されている。
In particular, in this embodiment, the
このような構成により、加速するビームの入射点O2が加速器1004の中心O1より出射側にずれるような磁場分布を形成するように構成されている場合に、加速中のビームが磁場の等高線を横切る方向に進行する際に受ける磁場強度の変化の絶対量を従来技術のような主コイルを水平配置する場合に比べて小さくすることができる。従ってより安定してビームを加速することが可能となる。
With such a configuration, when the incident point O2 of the accelerating beam is configured to form a magnetic field distribution so as to shift from the center O1 of the
また、コイル6A,6Bを水平方向から保持するタイロッド42A1,42B1やタイロッド42A2,42B2、タイロッド42A3,42B3を備え、タイロッド42A1,42A2,42A3,42B1,42B2,42B3の水平方向の高さが異なることにより、高周波キッカ40側の上下の間隔が、加速器1004のビーム周回領域の中心O4に対して対称な位置における上下の間隔より狭くなるように傾斜させて配置したコイル6A,6Bの位置調整が容易である、との効果が得られる。
Further, the tie rods 42A1, 42B1, the tie rods 42A2, 42B2, and the tie rods 42A3, 42B3 for holding the
<実施例2>
本発明の実施例2の粒子線加速器、およびそれを備えた粒子線治療システムについて図10乃至図12を用いて説明する。
<Example 2>
The particle beam accelerator of Example 2 of the present invention and the particle beam therapy system including the particle beam accelerator will be described with reference to FIGS. 10 to 12.
図10に示したように、本実施例の磁石装置では、上部磁極8や下部磁極9の詳細な構造は実施例1で説明したものと同じである。
As shown in FIG. 10, in the magnet device of this embodiment, the detailed structure of the upper
相違点としては、本実施例における主コイルを形成する上下一対のコイル6C,6Dは、中間平面2に垂直な対称軸20とコイルの中心軸60C,60Dが一致するようにコイル6A,6Bは配置される。
The difference is that the pair of upper and
ここで、本実施例におけるコイル6C,6Dの側面を模式的に表した図を図11に示す。コイル6C,6Dの巻線61C,61Dは、コイル6C,6Dの間隔が高周波キッカ側で狭くなるように、コイルの中心軸60C,60Dに対して斜めに巻かれる。このため、出射チャネル1019側のコイル6Cとコイル6Dの間隔D1Aは、対称軸20を挟んで反対側(高周波電源1036側)のコイル6Cとコイル6Dとの間隔D2Aよりも狭くなっている。すなわち、D1A<D2Aとなる。
Here, FIG. 11 shows a diagram schematically showing the side surfaces of the
上述したコイル6Cは、図12に示したように、保持具45Cを介して120度間隔で配置されたタイロッド42C1,42C2,42C3により保持されており、水平方向の高さが維持されている。
As shown in FIG. 12, the
その上で、図10、図12に示すように、コイル6Cを保持するタイロッド42C1,42C2,42C3の水平方向高さの位置は、タイロッド42C1,42C2,42C3とで、それぞれ異なる高さとなっている。本実施例では、水平方向の床面からの高さは、高いほうから順番にタイロッド42C2,42C3,42C1となっている。
On top of that, as shown in FIGS. 10 and 12, the positions of the horizontal heights of the tie rods 42C1, 42C2, 42C3 holding the
同様に、コイル6Dは、図12に示したように、保持具45Dを介して120度間隔で配置されたタイロッド42D1,42D2,42D3により保持されており、水平方向の高さが維持されている。
Similarly, as shown in FIG. 12, the
また、コイル6Dを保持するタイロッド42D1,42D2,42D3の水平方向高さの位置が、タイロッド42D1,42D2,42D3とで、それぞれ異なる高さとなっている。本実施例では、水平方向の床面からの高さは、高いほうから順番にタイロッド42D1,42D3,42D2となっている。
Further, the horizontal height positions of the tie rods 42D1, 42D2, 42D3 holding the
また、上下のコイル6C,6Dそれぞれを、120度間隔の3本ずつのタイロッドで保持することを例に説明したが、120度間隔3本に限定されることはなく、180度間隔の2本ずつ、90度間隔の4本ずつであってもよい。
Further, although the description has been given in which the upper and
また、タイロッド42C1,42C2,42C3の水平方向高さ位置が、それぞれ異なることを例に説明したが、タイロッド42C1とタイロッド42C3とが同じ高さで、タイロッド42C2の高さがタイロッド42C1,42C3と異なる構成としてもよい。 Further, although the horizontal height positions of the tie rods 42C1, 42C2, and 42C3 are different from each other as an example, the tie rods 42C1 and the tie rods 42C3 have the same height, and the tie rods 42C2 have different heights from the tie rods 42C1, 42C3. It may be configured.
同様に、タイロッド42D1,42D2,42D3の水平方向高さ位置が、それぞれ異なることを例に説明したが、タイロッド42D1とタイロッド42D3とが同じ高さで、タイロッド42D2の高さがタイロッド42D1,42D3と異なる構成としてもよい。 Similarly, the horizontal height positions of the tie rods 42D1, 42D2, and 42D3 are different from each other as an example. However, the tie rods 42D1 and the tie rods 42D3 have the same height, and the tie rods 42D2 have the same heights as the tie rods 42D1, 42D3. It may have a different configuration.
その他の構成・動作は前述した実施例1の粒子線加速器、およびそれを備えた粒子線治療システムと略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。 Other configurations and operations are substantially the same as those of the particle beam accelerator of Example 1 described above and the particle beam therapy system provided with the accelerator, and details thereof will be omitted.
本発明の実施例2のように、コイル6C,6Dは、コイル6C,6Dの中心軸60C,60Dと上リターンヨーク4、下リターンヨーク5の中心軸とが一致し、コイル6C,6Dの中心軸60C,60Dに対して巻線61C,61Dが斜めに巻かれているように形成されていても、前述した実施例1とほぼ同様な効果が得られる。
As in the second embodiment of the present invention, in the
また、巻線61C,61Dを斜めに巻くことにより、実施例1のようにコイル6A,6Bを傾けて配置するときと比較して、コイル6C,6Dを設置するための空間を小さくすることができる。よって、加速器1004をより小型にできる。なお、実施例2のように斜めに巻くことは、実施例1のような通常の巻き方よりも必要となるスペーサ等が増える。従って、実施例1は実施例2に比較するとコイル製作が容易であるという利点がある。
Further, by winding the
<実施例3>
本発明の実施例3の粒子線加速器、およびそれを備えた粒子線治療システムについて図13乃至図16を用いて説明する。
<Example 3>
The particle beam accelerator of Example 3 of the present invention and the particle beam therapy system including the particle beam accelerator will be described with reference to FIGS. 13 to 16.
図13に示したように、本実施例の磁石装置では、上部磁極8や下部磁極9の詳細な構造は実施例1で説明したものと同じである。
As shown in FIG. 13, in the magnet device of this embodiment, the detailed structure of the upper
相違点としては、図13および図14に示すように、上リターンヨーク側に2つの分割コイル6E1,6E2が、下リターンヨーク側に2つの分割コイル6F1,6F2が配置されている。本実施例では、この2つの分割コイル6E1,6E2の組と、2つの分割コイル6F1,6F2の組と、で上下一対の主コイルを構成する。 As a difference, as shown in FIGS. 13 and 14, two split coils 6E1 and 6E2 are arranged on the upper return yoke side, and two split coils 6F1 and 6F2 are arranged on the lower return yoke side. In this embodiment, the pair of the two split coils 6E1 and 6E2 and the set of the two split coils 6F1 and 6F2 form a pair of upper and lower main coils.
出射チャネル1019側の分割コイル6E2と分割コイル6F1との間隔は、周回領域の中心を挟んで反対側(高周波電源1036側)の分割コイル6E2と分割コイル6F1との間隔よりも狭くなっている。
The distance between the split coil 6E2 and the split coil 6F1 on the
なお、分割コイル6E1,6E2及び分割コイル6F1,6F2は、実施例1のようにコイルの中心軸を傾けて配置してもよいし、実施例2のようにコイルの中心軸を垂直にし、巻線を斜めに巻いてもよい。 The split coils 6E1, 6E2 and the split coils 6F1, 6F2 may be arranged so that the central axis of the coil is tilted as in the first embodiment, or the central axis of the coil is made vertical as in the second embodiment and wound. The wire may be wound diagonally.
また、それら分割コイル6E1,6E2,6F1,6F2は共通のコイルフレームを有しており、保持具45E,45Fを介してタイロッド42E1,42E2,42E3あるいはタイロッド42F1,42F2,42F3により保持されている。
Further, the divided coils 6E1, 6E2, 6F1, 6F2 have a common coil frame, and are held by tie rods 42E1, 42E2, 42E3 or tie rods 42F1, 42F2, 42F3 via
その他の構成・動作は前述した実施例1の粒子線加速器、およびそれを備えた粒子線治療システムと略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。 Other configurations and operations are substantially the same as those of the particle beam accelerator of Example 1 described above and the particle beam therapy system provided with the accelerator, and details thereof will be omitted.
本発明の実施例3のように、粒子線加速器、およびそれを備えた粒子線治療システムにおいても、前述した実施例1とほぼ同様な効果が得られる。 A particle beam accelerator and a particle beam therapy system provided with the particle beam accelerator as in Example 3 of the present invention can also obtain substantially the same effects as in Example 1 described above.
なお、分割コイルが2つ以上とする場合は、共通のコイルフレームに保持される場合に限られず、主コイルが、図15および図16に示すように、各々が2つの分割コイル6G1,6G2や、分割コイル6H1,6H2から形成されているものとすることができる。この場合、2つの分割コイル6G1,6G2,6H1,6H2は別体のコイルフレームを有しており、それぞれが保持具45G1,45G2、あるいは保持具45H1,45H2を介してタイロッド42G11,42G12,42G13やタイロッド42G21,42G22,42G23、あるいは42H11,42H12,42H13やタイロッド42H21,42H22,42H23により保持されているものとすることができる。 When the number of divided coils is two or more, the case is not limited to the case where the divided coils are held in a common coil frame, and the main coil is divided into two divided coils 6G1, 6G2, respectively, as shown in FIGS. 15 and 16. , It can be assumed that it is formed from the split coils 6H1 and 6H2. In this case, the two split coils 6G1, 6G2, 6H1, 6H2 have separate coil frames, and the tie rods 42G11, 42G12, 42G13 and the like via the holders 45G1, 45G2 or the holders 45H1, 45H2, respectively. It can be assumed that it is held by the tie rods 42G21, 42G22, 42G23, or 42H11, 42H12, 42H13 or the tie rods 42H21, 42H22, 42H23.
このような構成により、設計の自由度を実施例3や他の実施例に比べて高めることができる、との利点が得られる。すなわち、このようにコイルを分割することにより、コイル中心軸を傾けて配置する場合には、コイル設置に必要となる空間が小さくなり、加速器を小さくすることができる。また、コイル中心軸を傾けて設置する場合でも、コイル巻線を斜めに巻く場合でも、コイルを分割することにより、タイロッドによるコイルの位置調整をより細かく行うことができるようになるので、磁場調整の自由度が増える利点がある。 With such a configuration, it is possible to obtain an advantage that the degree of freedom in design can be increased as compared with the third embodiment and other embodiments. That is, by dividing the coil in this way, when the coil central axis is tilted and arranged, the space required for coil installation is reduced, and the accelerator can be reduced. In addition, even when the coil center axis is tilted or the coil winding is wound diagonally, by dividing the coil, the position of the coil can be finely adjusted by the tie rod, so that the magnetic field can be adjusted. There is an advantage that the degree of freedom of is increased.
また、主コイルを構成する上側、あるいは下側のコイルの数は2つに限定されず、3つ以上とすることが可能であるし、上側と下側とでコイルの数が異なってもよい。また、主コイルを構成する上側または下側のコイルの一方を1つとし、他方を複数とすることもできる。 Further, the number of upper or lower coils constituting the main coil is not limited to two, and may be three or more, and the number of coils may be different between the upper side and the lower side. .. Further, one of the upper or lower coils constituting the main coil may be one, and the other may be plural.
<実施例4>
本発明の実施例4の粒子線加速器、およびそれを備えた粒子線治療システムについて図17を用いて説明する。
<Example 4>
The particle beam accelerator of Example 4 of the present invention and the particle beam therapy system including the particle beam accelerator will be described with reference to FIG.
図17に示したように、上部磁極8や下部磁極9の詳細な構造は実施例1で説明したものと同じである。
As shown in FIG. 17, the detailed structure of the upper
相違点としては、上下一対のコイル6I,6Jは共通のコイルフレーム6Kを有している点、コイルフレーム6Kを水平方向から保持するタイロッド42I1,42I2,42I3を備えるとともに、それらタイロッド42I1,42I2,42I3の水平方向高さの位置が全てのタイロッドで同じである点、更にはコイルフレーム6Kを垂直方向から保持するタイロッド42Jを3本備えている点、である。
The difference is that the pair of upper and
なお、図17ではタイロッド42I1,42I2は図示されていないが、タイロッド42I1,42I2は、水平方向高さの位置がタイロッド42I3と同じ位置で、平面位置がそれぞれタイロッド42A1等あるいはタイロッド42A2等と同じ位置に配置されているが、図示の都合上省略されている。 Although the tie rods 42I1 and 42I2 are not shown in FIG. 17, the tie rods 42I1 and 42I2 have the same horizontal height position as the tie rod 42I3 and the same plane position as the tie rod 42A1 or the like or the tie rod 42A2 or the like, respectively. However, it is omitted for convenience of illustration.
その他の構成・動作は前述した実施例1の粒子線加速器、およびそれを備えた粒子線治療システムと略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。 Other configurations and operations are substantially the same as those of the particle beam accelerator of Example 1 described above and the particle beam therapy system provided with the accelerator, and details thereof will be omitted.
本発明の実施例4のように、上下一対のコイル6I,6Jは共通のコイルフレーム6Kを有しており、コイルフレーム6Kを水平方向から保持するタイロッド42I1,42I2,42I3を少なくとも2本以上備え、少なくとも2本以上のタイロッド42I1,42I2,42I3の水平方向高さの位置が全てのタイロッド42I1,42I2,42I3で同じである粒子線加速器を備える場合においても、前述した実施例1とほぼ同様な効果が得られる。
As in the fourth embodiment of the present invention, the pair of upper and
なお、本実施例では、上下一対のコイル6I,6Jは実施例2に示した主コイルと同じ形状の場合について説明したが、上下一対の主コイルの形状は特に限定されず、実施例1や実施例3、それらの変形例のいずれかの主コイルと同じ形状とすることができる。
In this embodiment, the case where the pair of upper and
<その他>
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
<Others>
The present invention is not limited to the above examples, and includes various modifications. The above-mentioned examples have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations.
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。 It is also possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. It is also possible to add / delete / replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.
例えば、上記の実施例1等の説明では、上部磁極8や下部磁極9に設ける凹部と凸部の数をそれぞれ4つとしたが、凹部や凸部の数は4つに限るものではなく、3以上の整数であれば、ビームが安定周回するような磁場を生成することが可能である。
For example, in the above description of the first embodiment and the like, the number of concave portions and convex portions provided on the upper
更に、上記の実施例1乃至実施例4の説明では、加速する粒子を特に指定していない。すなわち、陽子をイオン源1003から供給しても、炭素イオンをイオン源1003から供給しても、高周波加速空洞1037の周波数を加速する粒子それぞれにあわせて調整することによって、安定にビームを加速周回させることができる。また、加速する粒子は、上述した陽子や炭素イオンに限られず、ヘリウムイオン等の炭素イオン以外の重粒子イオンとすることができる。
Furthermore, in the above description of Examples 1 to 4, the particles to be accelerated are not particularly specified. That is, regardless of whether protons are supplied from the
また、粒子線治療システム1001がビーム輸送系1013を備えている場合について説明したが、粒子線治療システムはビーム輸送系を設けずにイオンビーム発生装置と回転ガントリーや照射装置とを直接接続することができる。
Further, although the case where the particle
また、治療に用いる粒子線を照射する装置として回転ガントリー1006を用いる場合について説明したが、固定された照射装置を用いることができる。また、照射装置は一つに限られず、複数設けることができる。
Further, although the case where the
また、照射方法として走査電磁石1051,1052を用いるスキャニング方式の場合について説明したが、ワブラー法や二重散乱体法など粒子線の分布を広げた後、コリメータやボーラスを用いて標的の形状に合わせた線量分布を形成する照射法にも本発明を適用することができる。
Further, the case of the scanning method using
また、加速器が粒子線治療に用いられる場合について説明したが、加速器の用途は粒子線治療に限られず、高エネルギー実験やPET(Positron Emission Tomography)薬剤生成等に用いるものとすることができる。 Further, although the case where the accelerator is used for particle beam therapy has been described, the use of the accelerator is not limited to particle beam therapy, and it can be used for high energy experiments, PET (Positron Emission Tomography) drug production, and the like.
1…磁石装置
2…中間平面
3,3A…垂直平面
4…上リターンヨーク
5…下リターンヨーク
6A,6B,6C,6D,6I,6J…コイル
6E1,6E2,6F1,6F2,6G1,6G2,6H1,6H2…分割コイル
6K…コイルフレーム
7…真空容器
8…上部磁極
9…下部磁極
10…対向面
16,17,18,19,24…貫通孔
20…対称軸
21a,21b,21c,21d…凹部
22a,22b,22c,22d…凸部
26…ビーム軌道
31,32…勾配磁場磁石
40…高周波キッカ
42A1,42A2,42A3,42B1,42B2,42B3,42C1,42C2,42C3,42D1,42D2,42D3,42E1,42E2,42E3,42F1,42F2,42F3,42G11,42G12,42G13,42G21,42G22,42G23,42H11,42H12,42H13,42H21,42H22,42H23,42I1,42I2,42I3,42J…タイロッド
45A,45B,45C,45D,45E,45F,45G1,45G2,45H1,45H2…保持具
60A,60B,60C,60D…中心軸
61A,61B,61C,61D…巻線
1001…粒子線治療システム
1004…加速器(粒子線加速器)
1019…出射チャネル
1036…高周波電源
1037…高周波加速空洞
1 ...
1019 ...
Claims (7)
ビームを加速する高周波電場の周波数を変調可能な加速空洞と、
主磁場を生成する磁石装置と、を備え、
前記磁石装置は、上下一対の主コイル、リターンヨーク、上下一対の磁極、加速された前記ビームを前記粒子線加速器の外に取り出す出射チャネルを有し、
前記磁極は、加速するビームの周回軌道が前記出射チャネル側で密となるよう磁場分布を形成し、
前記主コイルは、前記出射チャネル側の上下の間隔が、前記粒子線加速器のビーム周回領域の中心に対して対称な位置における上下の間隔より狭い
ことを特徴とする粒子線加速器。 It ’s a particle beam accelerator,
Acceleration cavities that can modulate the frequency of high-frequency electric fields that accelerate the beam,
Equipped with a magnet device that generates a main magnetic field,
The magnet device has a pair of upper and lower main coils, a return yoke, a pair of upper and lower magnetic poles, and an exit channel for taking the accelerated beam out of the particle beam accelerator.
The magnetic poles form a magnetic field distribution so that the orbit of the accelerating beam becomes dense on the exit channel side.
The main coil is a particle beam accelerator characterized in that the vertical distance on the emission channel side is narrower than the vertical distance at a position symmetrical with respect to the center of the beam orbiting region of the particle beam accelerator.
前記主コイルは、2つのコイルを前記出射チャネル側の上下の間隔が狭くなるように、前記主コイルの中心軸を前記リターンヨークの中心軸に対して傾けて配置されている
ことを特徴とする粒子線加速器。 In the particle beam accelerator according to claim 1,
The main coil is characterized in that the central axis of the main coil is tilted with respect to the central axis of the return yoke so that the vertical distance between the two coils on the exit channel side is narrowed. Particle beam accelerator.
前記主コイルは、前記主コイルを構成する2つのコイルの中心軸と前記リターンヨークの中心軸とが一致し、前記主コイルの中心軸に対して巻線が斜めに巻かれている
ことを特徴とする粒子線加速器。 In the particle beam accelerator according to claim 1,
The main coil is characterized in that the central axes of the two coils constituting the main coil coincide with the central axis of the return yoke, and the winding is wound obliquely with respect to the central axis of the main coil. Particle beam accelerator.
前記主コイルを水平方向から保持する第1タイロッドと前記主コイルを水平方向から保持する第2タイロッドとを備え、
前記第1タイロッドの水平方向高さと前記第2タイロッドの水平方向の高さとが異なる
ことを特徴とする粒子線加速器。 In the particle beam accelerator according to claim 1,
A first tie rod that holds the main coil from the horizontal direction and a second tie rod that holds the main coil from the horizontal direction are provided.
A particle beam accelerator characterized in that the horizontal height of the first tie rod and the horizontal height of the second tie rod are different.
前記上下一対の前記主コイルは共通のコイルフレームを有しており、
前記コイルフレームを水平方向および垂直方向から保持する第3タイロッドと、前記コイルフレームを水平方向および垂直方向から保持する第4タイロッドと、を備え、
前記第3タイロッドの水平方向高さと前記第4タイロッドの水平方向高さとが同じである
ことを特徴とする粒子線加速器。 In the particle beam accelerator according to claim 1,
The pair of upper and lower main coils have a common coil frame.
A third tie rod that holds the coil frame from the horizontal and vertical directions and a fourth tie rod that holds the coil frame from the horizontal and vertical directions are provided.
A particle beam accelerator characterized in that the horizontal height of the third tie rod and the horizontal height of the fourth tie rod are the same.
前記上下一対の主コイルは、上側コイルと下側コイルとの対であり、
前記上側コイルと前記下側コイルのうち少なくとも一方は、2つ以上の分割コイルから形成されており、
前記少なくとも2つ以上のコイルはそれぞれ異なるコイルフレームを有している
ことを特徴とする粒子線加速器。 In the particle beam accelerator according to claim 1,
The pair of upper and lower main coils is a pair of an upper coil and a lower coil.
At least one of the upper coil and the lower coil is formed of two or more split coils.
A particle beam accelerator, characterized in that at least two or more coils each have a different coil frame.
ことを特徴とする粒子線治療システム。 A particle beam therapy system comprising the particle beam accelerator according to any one of claims 1 to 6.
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JP2019073037A JP2020170688A (en) | 2019-04-05 | 2019-04-05 | Particle Beam Accelerator and Particle Beam Therapy System |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022085273A1 (en) * | 2020-10-21 | 2022-04-28 | 株式会社日立製作所 | Accelerator and particle beam therapy system |
CN116017836A (en) * | 2022-12-20 | 2023-04-25 | 北京核力同创科技有限公司 | Vacuum chamber structure of medical small cyclotron |
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