JP3833390B2 - Particle accelerator timing controller - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばイオン等の荷電粒子を加速する粒子加速器の高速、高精度、高再現性で動作する必要のある制御対象機器の動作タイミングを制御するタイミング制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図18は、この種の粒子加速器の構成例を概略的に示すものである。この図において、荷電粒子例えばイオンは、入射器1から一定のエネルギーで出力され、低エネルギー粒子輸送系3を通して加速リング5に導かれる。加速リング5に導かれたイオンは加速空洞7により加速される。イオンは加速されている間、複数対の対向配置される偏向電磁石9によって作り出された磁場により加速リング5の中心方向に引っ張られて、加速リング5の中を周回し続ける。加速された結果、あるエネルギーレベルにイオンが到達すると、出射器11により加速リング5から高エネルギー粒子輸送系13にイオンが移動させられ、出射系マグネット15を介して利用系17へと導かれる。利用系17では、加速された荷電粒子(イオン)がガンの治療等に用いられる。
【0003】
タイミング制御装置は、入射器1、出射器11、加速空洞7の加速パターン制御部に対して所定のタイミングで動作トリガーを出力し、イオンが効率よく低エネルギー粒子輸送系3、加速リング5、および高エネルギー粒子輸送系13を通って利用系17に導かれることを目的としている。もし、タイミング制御装置が合理的に動作しなければ、イオンが利用系17に導かれる前に加速リング5の内壁に衝突する等して、消滅してしまう等の不具合が発生する。
【0004】
従来の粒子加速器のタイミング制御装置は、入射器1、出射器11、加速空洞7の加速パターン制御のタイミング制御と同期して偏向電磁石9の磁場強度のタイミング制御も行っていた。
【0005】
図19に従来の粒子加速器のタイミング制御装置のタイミング制御のタイムチャートを示す。図19において、入射器1から加速リング5にイオンを入射させた後、加速空洞7による加速を開始させ、その加速と同期して偏向電磁石9の強度を強め始める。その後、ある所定のエネルギーレベルにイオンが到達したら、出射器11をトリガーし、加速空洞7の加速レベルをもとの入射するときのレベルまでにリセットさせ、それに同期して偏向電磁石9の強度ももとのレベルにもどし、次の入射−加速−出射のタイミング制御に備えることとしていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、偏向電磁石9の電源として、共振電源が使用される場合がある。共振電源は、従来の電磁石用の電源と比較して、小型で安価という利点を有している。共振電源の電流値は約20Hz程度の正弦波状に変化し、これに伴って偏向電磁石9が作り出す磁場も約20Hz程度の正弦波状に変化する。このとき、タイミング制御装置により、偏向電磁石の動作タイミングを制御することは不可能であり、合理的なタイミング制御を実施するためにはむしろ偏向電磁石の動作に追従する必要性がある。
【0007】
したがって、偏向電磁石9の電源として共振電源を用いた場合には、従来のタイミング制御方式では、共振電源が作り出す磁場とは非同期に入射−加速−出射のタイミング制御を行うので、粒子が加速リング5の内壁に衝突して消滅する等して非常に効率が悪くなるという問題が発生する。
【0008】
本発明は、かかる点に対処してなされたもので、共振電源を用いた粒子加速器の制御対象機器に対して、合理的なタイミング制御を実施することができるタイミング制御装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項1の発明は、荷電粒子を加速リング内に入射する入射器と、入射された荷電粒子を所定のエネルギーへ加速する加速手段と、前記荷電粒子を前記加速リング内を周回するように偏向させる偏向電磁石と、加速された前記荷電粒子を前記加速リングから利用系へ出射させる出射器とを備えた粒子加速器の入射、加速および出射にかかる各機器の動作タイミングを制御する粒子加速器のタイミング制御装置において、前記偏向電磁石が、電磁石電源から正弦波状に変化する電流が供給され、この電流の変化に応じて磁束密度が正弦波状に変化する磁場を形成するものであって、前記偏向電磁石の磁場の変化に対応する正弦波状信号を検出する正弦波信号検出手段と、前記正弦波状信号を入力し、前記正弦波状信号の最低値付近でパルス状のサイクル信号を出力するサイクル信号出力手段と、前記磁束密度がある一定量増加したときに1パルスの割合でパルスが現われる基準クロックを入力し、前記サイクル信号との同期をとって同期クロックを出力する同期手段と、前記同期クロックに基づいて、あらかじめ設定されたカウント値に応じて前記入射、加速および出射にかかる各機器のトリガー信号を出力するトリガー信号出力手段と、前記利用系の用途に応じて、前記トリガー信号出力手段に設定される出射用カウント値を変更する設定カウント値変更手段とを具備することを特徴とする。この発明においては、偏向電磁石の磁場の変化に合わせて同期して入射−加速−出射のタイミング制御を行うことができる。また、出射する荷電粒子のエネルギーを利用系の用途に応じて変更することができる。
【0014】
請求項2の発明は、請求項1のタイミング制御装置において、前記利用系の用途に応じて、前記サイクル信号出力手段から出力されるサイクル信号の数を所定サイクル数に抑制するサイクル抑制手段を具備することを特徴とする。
【0015】
請求項2の発明においては、出射する荷電粒子の量を利用系の用途に応じて変更することができる。
【0016】
請求項3の発明は、請求項1または2のタイミング制御装置において、前記サイクル信号出力手段から出力するサイクル信号の数と前記トリガー信号出力手段に設定される出射用カウント値の組み合わせをパターン化してあらかじめ記憶するビーム量設定値ファイルと、前記ビーム量設定値ファイルに基づいて、前記利用系の用途に応じて前記組み合わせのパターンを選択し、前記利用系に出射される荷電粒子の量およびエネルギーを制御するビーム量制御手段とを具備することを特徴とする。
【0017】
請求項3の発明においては、利用系の用途に応じてサイクル信号の数と出射用カウント値の組み合わせのパターンをあらかじめ用意しておくことにより、用途に応じて出射する荷電粒子の量とエネルギーを容易に制御することができる。
【0018】
請求項4の発明は、請求項3のタイミング制御装置において、前記利用系の出射対象ごとに、前記組み合わせのパターンを指定する運転計画情報が登録された出射対象ファイルと、前記出射対象ファイル内の指定された出射対象の運転計画情報に従って、前記ビーム量制御手段に前記組み合わせのパターンを選択するための情報を提供する運転計画制御手段とを具備することを特徴とする。
【0019】
請求項4の発明においては、出射対象ごとに、出射する荷電粒子の量およびネルギーを規定するパターンを運転計画情報としてあらかじめ登録しておくことにより、この運転計画情報に従って、1つの出射対象に対して順次パターンを変えて出射するようなことも容易にできる。
【0020】
請求項5の発明は、請求項1ないし4のいずれか1項のタイミング制御装置において、前記サイクル信号出力手段が、前記正弦波状信号を入力し、前記正弦波状信号がしきい値以下となったときパルス状のサイクル信号を出力するサイクル信号発生手段と、前記サイクル信号発生手段からのサイクル信号を遅延して前記正弦波状信号の最低値付近の最適値で出力するサイクル信号遅延手段とを有することを特徴とする。
【0021】
請求項5の発明においては、偏向電磁石の磁場の強度が最低値付近となる最適なタイミングで荷電粒子を入射させることができる。
【0022】
請求項6の発明は、請求項1ないし5のいずれか1項のタイミング制御装置において、ほぼ一定のリズムで変動する照射対象部位の位置を監視し、前記照射対象部位が所定の照射位置にあるとき許可信号を発生する許可信号発生手段と、前記許可信号の発生している間だけ、前記サイクル信号出力手段からのサイクル信号の出力を許可するサイクル許可手段とを具備することを特徴とする。
【0023】
請求項6の発明においては、照射対象部位が心臓や肺およびその周辺等の心拍や呼吸によって変動するものであっても、心拍や呼吸に同期して的確に照射対象部位に必要な荷電粒子ビームを照射させることができる。
【0024】
請求項7の発明は、請求項6のタイミング制御装置において、前記許可信号の発生している間だけ、前記トリガー信号出力手段からの出射のトリガー信号を前記出射器に伝達する出射器同期手段を具備することを特徴とする。
【0025】
請求項7の発明においては、出射時点で照射対象部位が照射位置からずれた場合でも、荷電粒子の出射を止めて、他の部位に照射するのを有効に防止することができる。
【0026】
請求項8の発明は、請求項1ないし7のいずれか1項のタイミング制御装置において、前記トリガー信号出力手段に設定される出射用カウント値に応じて、前記出射器からの荷電粒子を前記利用系に導くための出射系マグネットの磁場の強度を算出し、前記出射系マグネットの電源を制御する出射マグネット制御手段を具備することを特徴とする。
【0027】
請求項8の発明においては、荷電粒子の出射エネルギーに応じて出射マグネットの磁場を最適に調整することができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【0029】
図18において、偏向電磁石9の電源として共振電源を用いている粒子加速器の運転は、共振電源が作り出す磁束密度を基準とする必要がある。つまり、磁束密度は約20Hzの正弦波状に変化するが、その磁束密度が最低値付近のタイミングで低エネルギー粒子輸送系3から加速リング5にイオンが入射され、最高値に達する前までイオンを加速し、加速リング5から高エネルギー粒子輸送系13へ出射させるようなタイミング制御が必要である。そして20Hzの正弦波の次の最低値付近のタイミングで次の周期の入射を開始する。したがって、約20Hzの周期で、入射−加速−出射のサイクルを繰り返すことになる。
【0030】
本発明による粒子加速器のタイミング制御装置は、上記のタイミング制御を合理的に実施するためのものである。
【0031】
図1は、本発明の粒子加速器のタイミング制御装置の第1の実施の形態を示すものである。この図において、符号19は粒子加速器であり、制御対象機器として、出射器11と、出射系マグネット15と、その他入射器1等の制御対象機器21が示されている。そして、本実施の形態の主要部は、サイクル信号発生手段23と、サイクル信号遅延手段25と、同期手段27と、遅延カウンタ29とで構成され、それぞれ図2に示すタイミングチャートに従ってパルスを出力する。
【0032】
図2(a)に示すように、サイクル信号発生手段23は、偏向電磁石9が作り出す約20Hzの正弦波状の磁束密度にほぼ比例した信号を入力し、図2(b)に示すように、その信号の最低値付近でサイクル信号としてパルスを出力する。
【0033】
サイクル信号遅延手段25は、図2(c)に示すように、サイクル信号発生手段23からのサイクル信号を正弦波状信号の最低値付近の最適値に対応する位置まで所定時間t1 遅延する。
【0034】
同期手段27は、図2(d)に示すような偏向電磁石9の磁場の変化に基づいた基準クロックのパルスを入力し、サイクル信号遅延手段25からの出力信号と同期をとった同期クロックパルスを図2(e)に示すように出力する。
【0035】
遅延カウンタ29は、図2(f)に示すように、同期手段27からの同期クロックパルスを設定回数分カウントし、制御対象機器の動作タイミングのトリガー信号を出力する。例えば、入射用遅延カウンタ29は、同期クロックの初回パルスを入射器1のトリガー信号として出力し、出射用遅延カウンタ29は、設定された出射カウントに対応するパルスを出射器11のトリガー信号として出力する。
【0036】
本実施の形態は、上記主要部に加えて、サイクル信号発生手段23の入力信号を生成する手段として、電流検出手段31および磁束密度検出手段33をいずれか選択可能に備え、電流検出手段31と磁束密度検出手段33のいずれを選択したかによってサイクル信号遅延手段25の遅延設定時間t1 を調整するサイクル信号遅延調整手段35を備える。
【0037】
さらに本実施の形態は、イオンビームの量とエネルギーを利用用途に応じて容易に変更したいという利用系17の要求を満たすために、設定カウント値変更手段37、サイクル抑制手段39、ビーム量制御手段41、ビーム量設定値ファイル43、運転計画制御手段45、出射対象ファイル47、運転実績記録ファイル49を備える。
【0038】
設定カウント値変更手段37は、ビーム量制御手段41からの出射カウントに基づいて遅延カウンタ29の設定カウント値を変更する。サイクル抑制手段39は、ビーム量制御手段41からのサイクル数に基づいてサイクル信号発生手段23の出力サイクル数を抑制する。
【0039】
ビーム量制御手段41は、利用系17で要求するビームの量とエネルギーレベルに合致するパターン番号を運転計画制御手段45から得てビーム量設定値ファイル43を参照して出射カウントおよびサイクル数を決定する。ビーム量設定値ファイル43は、あらかじめパターン番号ごとにサイクル数と出射カウントを記憶したものである。
【0040】
運転計画制御手段45は、出射対象ファイル47に基づいて、用途ごとに、ビーム量とエネルギーレベルに対応したパターン番号をビーム量制御手段41に与え、運転実績記録ファイル49に運転実績として記録する。出射対象ファイル47は、あらかじめ用途ごとにパターン番号を記憶したものである。
【0041】
高エネルギー粒子輸送系13には様々なエネルギーレベルのビームが通過するが、これらのビームがスムーズに通過するためには出射系マグネット15の磁場強度をビームのエネルギーレベルに応じて調整する必要がある。本実施の形態は、この課題を解決するため、出射マグネット制御手段51と出射マグネット設定値ファイル53を備える。
【0042】
出射系マグネット制御手段51は、設定カウント値変更手段37からの出射カウントに基づいて、出射系マグネット15の磁場強度を算出し、出射系マグネット15の電源に設定することにより、出射系マグネット15の磁場強度を調整する。ここで、あらかじめ出射カウントごとに出射系マグネット15の磁場強度を記憶した出射マグネット設定ファイル53を利用するよう構成することにより、出射系マグネット15の磁場強度を容易に求めることができる。
【0043】
利用系17において、ビームをガン患者の患部に照射し、ガン細胞を破壊させるという医療用途にビームを用いる場合がある。このときガン細胞だけにビームを照射しなければならない。肺や心臓のように常に動いている臓器上にガン細胞があった場合、照射対象のガン細胞が照射ターゲット上に動いてきたときのみビームを照射する必要がある。
【0044】
これを解決するために、本実施の形態はサイクル許可手段55と出射器同期手段57を備える。また、サイクル許可手段55と出射器同期手段57の入力信号を生成するものとして、心拍信号発生手段59と呼吸信号発生手段61が切替可能に設置される。
【0045】
サイクル許可手段55は、照射対象のガン細胞が照射ターゲット上にあるときのみONになる許可信号を心拍信号発生手段59または呼吸信号発生手段61から入力し、この信号がON状態のときのみサイクル信号発生手段23がサイクル信号を出力するのを許可する。
【0046】
出射器同期手段57も同様に許可信号を入力し、その許可信号がON状態のときのみ出射器用の遅延カウンタ29のトリガー信号を通過させる。
【0047】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
サイクル信号発生手段23は、電流検出手段31または磁束密度検出手段33から、偏向電磁石9が作り出す約20Hzの正弦波状の磁束密度にほぼ比例した図2(a)に示すような信号を入力し、サイクル信号として図2(b)に示すようなパルスを出力する。このサイクル信号は、約20Hzの周期で繰り返される入射−加速−出射の周期を示す。
【0048】
図3は電流検出手段31の回路構成例を示すもので、図4は図3に示す回路の各信号IA 、V1B、V1Cの波形を示す。電流検出手段31は、図3に示すように、コイル71を使い、偏向電磁石9に対して偏向電磁石用電源9aが供給する電流ΙA の微分値に比例した信号V1Bを検出し、ボルテージフォロワー31aを介して積分器31bに入力する。積分器31bの出力はK1 *IA となり、最終的に電流検出手段31から出力される信号V1Cは、
V1C=K1 *IA +K2 *V1b
となる。ここで、K1 、K2 は定数、V1bは可変のバイアス電圧を示し、サイクル信号発生手段23で適切に処理できるよう、積分器31bの出力にバイアス電圧V1bが加えられる。
【0049】
偏向電磁石9に対して偏向電磁石用電源9aが供給する電流値に雑音が混入している場合には、図1に示す電流値フィルタ73として、図5に示すようなローパスフィルタが電流値検出用のコイル71と電流値検出手段31との間に挿入する構成も可能である。
【0050】
図6は磁束密度検出手段33の回路構成例を示すもので、図7は図6に示す回路の各信号BA 、V2B、V2Cの波形を示す。磁束密度検出手段33は、図6に示すように、コイル75を使い、偏向電磁石9によって生じる磁場の磁束密度BA の微分値に比例した信号V2Bを検出し、ボルテージフォロワー33aを介して積分器33bに入力する。積分器33bの出力はK3 *BA となり、最終出力V2Cは、
V2C=K3 *BA +K4 *Vb
となる。ここで、K3 、K4 は定数、Vb は可変のバイアス電圧を示し、サイクル信号発生手段23で適切に処理できるよう、積分器33bの出力にバイアス電圧が加えられる。
【0051】
偏向電磁石9によって生じる磁場の磁束密度検出値に雑音が混入している場合には、図5に示すようなローパスフィルタを磁束密度値フィルタ77として、磁束密度値検出用のコイル75と磁束密度検出手段33との間に挿入する構成も可能である。
【0052】
図8はサイクル信号発生手段23の構成例を示すもので、図9はサイクル信号発生手段23における信号処理プロセスを示す。図8において、サイクル信号発生手段23は、コンパレータ23aとモノマルチ23bとから構成される。
【0053】
コンパレータ23aは、基準電圧Vref と電流値検出手段31または磁束密度検出手段33からの出力、すなわちほぼ20Hz正弦波状の信号Vc を入力し、図9(a)、(b)に示すように、20Hz正弦波信号Vc が基準電圧Vref より低いときのみON状態となるパルス信号を出力する。
【0054】
モノマルチ23bは、図9(c)に示すように、このパルス信号のパルス幅を一定の幅に揃えてサイクル信号として出力する。なお、モノマルチ23bの出力段にはゲートが挿入され、その開閉はサイクル抑制手段39によって制御される。これにより、サイクル抑制手段39は遅延カウンタ29がトリガー信号を出力するのを抑制することができる。
【0055】
ところで、図9(c)に示すように、サイクル信号は20Hz正弦波が最低値となるt2 秒前に出力される。また、サイクル信号は磁束密度の検出値から生成された場合と偏向電磁石9の電源電流の検出値から生成された場合とは若干のタイミングの違いが発生する。サイクル信号と20Hz正弦波が最低値となるタイミングのずれおよびサイクル信号の生成元が変った場合のタイミングのずれを補正するために、サイクル信号遅延手段25とサイクル信号遅延調整手段35が設けられている。
【0056】
すなわち、サイクル信号遅延手段25は、図2(c)に示すように、サイクル信号を入力してからサイクル信号遅延調整手段35によって設定された時間t1 秒後にパルスを出力する。
【0057】
サイクル信号遅延調整手段35は、予めサイクル信号が磁束密度の検出値から生成される場合の設定時間と偏向電磁石電源の電流検出値から生成される場合の設定時間とを記憶し、サイクル信号が何から作られるのかに応じて設定時間t1 を決定してサイクル信号遅延手段25に設定する。
【0058】
同期手段27は、基準クロック(図2(d))を入力し、サイクル信号遅延手段25からのサイクル信号と同期をとった同期クロックを図2(e)に示すように出力する。
【0059】
なお、基準クロックは、通常磁束密度がある一定量増加したときに1パルスの割合で出力されるもので、減少した場合にはパルスは出力されない。この基準クロックをカウントすることにより磁場の強度の変化分を検出することができる。磁場の強度の変化分は、粒子に与えられたエネルギーの増分を示すので、つまりこの基準クロックをカウントすることにより粒子に与えられたエネルギーの増分を知ることができる。
【0060】
遅延カウンタ29は、同期手段27でサイクル信号と同期をとられた同期クロックを入力し、設定カウント値と同数C1 (図2(e))の同期クロックを入力したら、トリガー信号を出力し、その後自分自身と同期手段27をリセットし次のサイクルのトリガー信号出力に備える。
【0061】
このため、遅延カウンタ29の設定カウント値を適当に設定することにより、希望するエネルギーレべルでのイオンの入出射が可能となる。通常はイオンの入射タイミングは偏向電磁石の磁場強度が最低のときが好ましいので、同期クロックの初回パルスを入力したとき入射用トリガー信号を出力する。
【0062】
遅延カウンタ29に設定されるカウント値は設定カウント値変更手段37によって設定変更される。
【0063】
また、トリガ−信号の個数、すなわちサイクル信号のサイクル数はサイクル抑制手段39によって制御される。すなわち、サイクル抑制手段39によってサイクル数を適当な数に抑制することにより、利用系17で要求している量のビームを入射−加速−出射のプロセスを経て、利用系17に導くことができる。
【0064】
設定カウント値変更手段37およびサイクル抑制手段39は、ビーム量制御手段41から利用系17の用途に応じた出射カウントおよびサイクル数の情報を受け取る。
【0065】
ビーム量制御手段41は、利用用途に応じてビーム量設定値ファイル43を参照して、サイクル数および出射カウントを決定し、サイクル抑制手段39および設定カウント値変更手段37にそれぞれ出力して、サイクル抑制手段39および設定カウント値変更手段37を介してビームの量とエネルギーを制御する。
【0066】
図10はビーム量設定値ファイル43のデータ構成例を示すもので、ビーム量設定値ファイル43は、パターン番号ごとにサイクル数と出射カウントを記憶している。サイクル数は入射−加速−出射のサイクルの回数を示し、これにより利用系17に導かれるビームの量を規定することができる。出射カウントは、出射器用の遅延カウンタ29の設定カウント値を示し、これによりビームを加速するエネルギーレベルを規定することができる。したがって、ビーム量設定値ファイル43は、様々なビーム量とビームエネルギーの組み合わせにパターン番号を付けて記憶しているのと等価である。
【0067】
したがって、ビーム量制御手段41は、利用用途に応じてパターン番号が与えられることにより、ビーム量設定値ファイル43に基づいてサイクル抑制手段39および設定カウント値変更手段37に指示するサイクル数および出射カウントを決定することができる。
【0068】
利用系17においては、用途に応じてビームの量とエネルギーレベルを変更していく必要があり、また一つの用途においてもビームの量とエネルギーをシーケンシャルに変更する場合もある。これを容易に実施するために、用途ごとに、ビーム量とエネルギーレベルに対応したパターン番号を順次ビーム量制御手段41に与える運転計画制御手段45が設けられる。
【0069】
ビーム量制御手段41は、前述したように与えられたパターン番号に対応したエネルギーレベルに係る設定カウント値を設定カウント値変更手段37に、パターン番号に対応したビーム量に係るサイクル数をサイクル抑制手段39にローディングする。ビーム量制御手段41はこの動作を、運転計画制御手段45からパターン番号を与えられる度に繰り返す。
【0070】
なお、運転計画制御手段45は、数多くの用途に対して素早くパターン番号をビーム量制御手段41に与えていく必要がある。この時、予め用途ごとにパターン番号の組み合わせを出射対象ファイル47に記憶しておき、出射対象ファイル47から順次必要なパターン番号を引き出せると便利である。
【0071】
図11は、出射対象ファイル47のデータ構成例を示すもので、出射対象ファイル47が、用途としてビームを照射する患者とその患者に対していくつのパターン数で照射し、それらがどのようなパターン番号であるかという情報から構成されていることを示している。例えば、患者Aに対してはパターン番号の種類は3個で、パターン番号2、5、4の順で患者Aに照射するということを示している。
【0072】
また、運転計画を立案するうえで、利用系17でどのようなビームが使用されたかという実績を記録しておくと便利である。そこで、運転計画制御手段45は、図12に示すように、運転実績を運転実績記録ファイル49に記録する。図12において、運転実績記録ファイル49のデータ構成は出射対象ファイル47の構成に照射した日付を付加したものと同等である。
【0073】
上記構成において、運転計画制御手段45は、出射対象ファイル47に基づいてパターン番号をビーム量制御手段41に送信し、ビーム量制御手段41は受け取ったパターン番号とビーム量設定値ファイル43に基づいて、利用系17が要求するビーム量とビームエネルギーに対応するサイクル数および出射カウントを決定し、それぞれサイクル抑制手段39と設定カウント値変更手段37に通知する。
【0074】
設定カウント値変更手段37は、ビーム量制御手段41から指示された出射カウントを遅延カウンタ29にローディングし、設定カウント値を変更する。つまり、利用系17で要求しているエネルギーレベルまで加速することになる。
【0075】
サイクル抑制手段39は、ビーム量制御手段41から指示されたサイクル数に基づいてサイクル信号発生手段23のサイクル信号の出力状況を監視し、指示されたサイクル数だけサイクル信号が発生されたなら、図8に示すサイクル信号発生手段23内のゲートを開にしてサイクル信号の出力を抑制する。つまり、利用系17で要求している量のビームを入射−加速−出射のプロセスを経て、利用系17に導くことになる。
【0076】
また、ビーム照射対象者が、肺や心臓のように常に動いている臓器上にガン細胞がある患者の場合には、照射対象のガン細胞が照射ターゲット上に動いてきたときのみビームを照射する必要がある。この場合には、サイクル信号発生手段23は、サイクル許可手段55によって許可されている間だけ、サイクル信号を発生する。
【0077】
サイクル許可手段55は、照射対象が心臓の場合には心拍信号発生手段59から、照射対象が肺の場合には呼吸信号発生手段61から、照射対象のガン細胞が照射ターゲット上にあるときのみONになる許可信号を入力し、その許可信号がON状態のときのみサイクル信号発生手段23がサイクル信号を出力するのを許可する。
【0078】
また、出射器同期手段57も同様に心拍信号発生手段59または呼吸信号発生手段61から照射対象のガン細胞が照射ターゲット上にあるときのみONになる許可信号を入力し、その許可信号がON状態のときのみ出射器用の遅延カウンタ29からのトリガー信号を出射器11へ伝達する。なお、入射−加速−出射のプロセスで入射のタイミングのとき許可信号がONで出射のタイミングのときOFFとなった場合には、入射し加速されたイオンは、図18において出射器11にて高エネルギー粒子輸送系13に出射される代わりに、図示されない排出手段により加速リング5から外部に排出される。
【0079】
図13は、患部が心臓の場合の許可信号のタイミングチャートを示すもので、心臓あるいはその周囲の様に心拍によって変動する部分の場合、許可信号は心拍に同期したものとする。図13(a)に示すように、心拍信号は電気信号として体表面から検出することができる。心拍信号発生手段59は体表面から検出された心拍信号を入力し、所定のしきい値以上の時に図13(b)に示すような許可信号を出力する。
【0080】
心拍信号発生手段59は、例えば図14に示すような回路で構成することができる。図14において、心拍信号発生手段59は、コンパレータ59aにより心拍信号をパルス信号に変換し、患部が照射ターゲット上に存在すると考えられる時間t3 (図13(b)参照)だけモノマルチ59bによりパルス幅を延ばす。なお、図13(c)は、サイクル信号発生手段23が入力する約20Hz正弦波信号を示すもので、許可信号がONの時間t3 に対応するサイクル信号のみ入出射可能となることを示す。
【0081】
図15は、患部が肺の場合の許可信号のタイミングチャートを示すもので、肺あるいはその周辺の呼吸によって変動する部分の場合、肺が呼吸のため収縮するが、それを検出するため、胸の回りにひずみゲージを取り付ける。肺が膨らむとひずみゲージは延ばされ抵抗値が大きくなり、肺が縮んだ場合には逆に抵抗値は小さくなる。したがって、抵抗値の変化で肺の収縮を検出することができる。
【0082】
呼吸信号発生手段61は、例えば図16に示すようなコンパレータで構成され、図15(a)に示すように、ひずみゲージに一定電流を流して得られる抵抗線での電圧値を入力し、その電圧値が所定のしきい値以上の時に図15(b)に示すような許可信号を出力する。なお、図15(c)は、サイクル信号発生手段23が入力する約20Hz正弦波信号を示す
また、出射マグネット制御手段51は、設定カウント値変更手段37から出射器用遅延カウンタ29にローディングされたのと同じ出射カウントを入力し、この値から、出射器11から出射されたビームが高エネルギー粒子輸送系13をスムーズに通過するような出射系マグネット15の磁場強度を算出し、出射系マグネット15の電源に設定する。これにより、出射ビームのエネルギーレベルに応じて出射系マグネット15の磁場強度を調整することができる。
【0083】
その際、出射マグネット制御手段51は、図17に示すような出射マグネット設定値ファイル53に問い合わせ、そこに保存されている磁場強度を取り込むことにより、ビームのエネルギーレベルに応じた磁場強度を短時間で求めることができる。
【0084】
図17において、出射系マグネット設定値ファイル53は、出射カウント、すなわち遅延カウンタ29の設定値カウント値の50カウントごとに、複数存在する出射系マグネット15の電源に対する設定電圧値を記憶してしている。この場合、設定カウント値変更手段37からの出射カウントが、出射系マグネット設定値ファイル53に規定されていない場合には、その前後に規定されているデータを出射系マグネット設定値ファイル53から取り出し、補間計算により設定電圧値を得る方法を取ることができる。
【0085】
以上の説明からも明らかなように、本実施の形態によれば、偏向電磁石の電源に共振電源を用いた場合でも、偏向電磁石の磁場の変化サイクルに同期して最適なタイミングで粒子加速器の入射、加速および出射の動作を制御することができる。
【0086】
また、利用用途に応じて出射する荷電粒子の量とエネルギーを容易に変更することができる。
【0087】
さらに、照射対象が心拍や呼吸によって変動する部位のような場合でも、照射対象部位のみに的確に荷電粒子ビームを出射することができる。
【0088】
【発明の効果】
上記したように、本発明によれば、偏向電磁石の電源として共振電源のように供給する電流値が変化する電源を用いた場合でも、偏向電磁石の磁場の変化サイクルに同期させて粒子加速器の入射、加速および出射の動作タイミングを制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の粒子加速器のタイミング制御装置の第1の実施の形態を示すブロック図である。
【図2】図1に示すタイミング制御装置の基本的な動作を説明するタイミングチャートである。
【図3】図1に示す電流検出手段31の構成例を示す回路図である。
【図4】図3に示す回路の各信号IA 、V1B、V1Cの波形を示す図である。
【図5】図1に示す電流値フィルタまたは磁束密度値フィルタとして使用されるローパスフィルタを示す図である。
【図6】図1に示す磁束密度検出手段33のの構成例を示す回路図である。
【図7】図6に示す回路の各信号BA 、V2B、V2Cの波形を示す図である。
【図8】図1に示すサイクル信号発生手段の構成例を示す回路図である。
【図9】図8に示す回路における信号処理プロセスを示す図である。
【図10】図1に示すビーム量設定値ファイルのデータ構成例を示す図である。
【図11】図1に示す出射対象ファイルのデータ構成例を示す図である。
【図12】図1に示す運転実績記録ファイルのデータ構成例を示す図である。
【図13】患部が心臓の場合の許可信号の発生を説明するタイミングチャートである。
【図14】図1に示す心拍信号発生手段の構成例を示す回路図である。
【図15】患部が肺の場合の許可信号の発生を示すタイミングチャートである。
【図16】図1に示す呼吸信号発生手段の構成例を示す回路図である。
【図17】図1に示す出射マグネット設定値ファイルのデータ構成例を示す図である。
【図18】粒子加速器の構成を概略的に示す図である。
【図19】従来の粒子加速器のタイミング制御を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
11………出射器
15………出射系マグネット
19………粒子加速器
23………サイクル信号発生手段
25………サイクル信号遅延手段
27………同期手段
29………遅延カウンタ
31………電流検出手段
33………磁束密度検出手段
35………サイクル信号遅延調整手段
37………設定カウント値変更手段
39………サイクル抑制手段
41………ビーム量制御手段
43………ビーム量設定値ファイル
45………運転計画制御手段
47………出射対象ファイル
49………運転実績記録ファイル
51………出射系マグネット制御手段
53………出射マグネット設定ファイル
55………サイクル許可手段
57………出射器同期手段
59………心拍信号発生手段
61………呼吸信号発生手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a timing control device that controls the operation timing of a control target device that needs to operate with high speed, high accuracy, and high reproducibility of a particle accelerator that accelerates charged particles such as ions.
[0002]
[Prior art]
FIG. 18 schematically shows a configuration example of this type of particle accelerator. In this figure, charged particles such as ions are output from the
[0003]
The timing controller outputs an operation trigger at a predetermined timing to the
[0004]
The conventional particle accelerator timing control apparatus also performs timing control of the magnetic field strength of the deflecting electromagnet 9 in synchronization with the timing control of the acceleration pattern control of the
[0005]
FIG. 19 shows a timing chart of timing control of a conventional particle accelerator timing control device. In FIG. 19, after ions are incident on the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, a resonance power supply may be used as a power supply for the deflection electromagnet 9. Resonance power supplies have the advantage of being small and inexpensive compared to conventional electromagnet power supplies. The current value of the resonant power supply changes in a sine wave shape of about 20 Hz, and accordingly, the magnetic field generated by the deflection electromagnet 9 also changes in a sine wave shape of about 20 Hz. At this time, it is impossible to control the operation timing of the deflection electromagnet by the timing control device, and it is rather necessary to follow the operation of the deflection electromagnet in order to perform rational timing control.
[0007]
Therefore, when a resonant power source is used as the power source for the deflection electromagnet 9, the conventional timing control method uses a resonant power source.SourceSince the incident-acceleration-exit timing control is performed asynchronously with the magnetic field to be generated, there arises a problem that the efficiency becomes very low due to particles colliding with the inner wall of the
[0008]
The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a timing control device capable of performing rational timing control on a control target device of a particle accelerator using a resonance power source. And
[0011]
[Means for Solving the Problems]
That is, according to the first aspect of the present invention, an injector for entering charged particles into the acceleration ring, acceleration means for accelerating the incident charged particles to a predetermined energy, and circulating the charged particles in the acceleration ring. Of a particle accelerator for controlling the operation timing of each device related to the incidence, acceleration, and emission of a particle accelerator comprising a deflection electromagnet that deflects the particle and an ejector that ejects the accelerated charged particles from the acceleration ring to the utilization system In the timing control device, the deflection electromagnet is supplied with a current that changes sinusoidally from an electromagnet power source, and forms a magnetic field in which the magnetic flux density changes sinusoidally in response to the change in the current. A sine wave signal detecting means for detecting a sine wave signal corresponding to a change in the magnetic field of the sine wave signal; A cycle signal output means for outputting a pulse signal in the form of a pulse and a reference clock in which a pulse appears at a rate of one pulse when the magnetic flux density is increased by a certain amount are input to synchronize with the cycle signal. , A trigger signal output means for outputting a trigger signal of each device relating to the incidence, acceleration and emission in accordance with a preset count value based on the synchronization clock, and use of the utilization system And setting count value changing means for changing the emission count value set in the trigger signal output means. ThisIn this invention, the incident-acceleration-exit timing control can be performed in synchronization with the change of the magnetic field of the deflection electromagnet.Further, the energy of the emitted charged particles can be changed according to the application of the utilization system.
[0014]
Claim2The invention of claim1The timing control apparatus according to
[0015]
Claim2In this invention, the quantity of the charged particles to be emitted can be changed according to the usage of the utilization system.
[0016]
Claim3The invention of claim1 or 2In the timing control device, a beam amount setting value file for storing in advance a pattern of a combination of the number of cycle signals output from the cycle signal output means and the emission count value set in the trigger signal output means, and the beam amount A beam amount control unit that selects a pattern of the combination according to a use of the utilization system based on a setting value file and controls the amount and energy of charged particles emitted to the utilization system. And
[0017]
Claim3In this invention, by preparing in advance a pattern of the combination of the number of cycle signals and the count value for emission according to the application of the utilization system, the amount and energy of charged particles emitted can be easily controlled according to the application. can do.
[0018]
Claim4The invention of claim3In the timing control device, for each emission target of the utilization system, according to the emission target file in which the operation plan information designating the combination pattern is registered, and the operation plan information of the emission target specified in the emission target file And an operation plan control means for providing the beam amount control means with information for selecting the combination pattern.
[0019]
Claim4In this invention, for each emission target, a pattern that defines the amount and energy of the charged particles to be emitted is registered in advance as operation plan information. It is also possible to easily emit light by changing the angle.
[0020]
Claim5The invention of claim1 to 46. The timing control device according to
[0021]
Claim5In this invention, charged particles can be incident at an optimum timing when the intensity of the magnetic field of the deflection electromagnet is near the minimum value.
[0022]
Claim6The invention of claim1 to 5In the timing control device according to any one of the above, permission signal generating means for monitoring the position of the irradiation target portion that fluctuates at a substantially constant rhythm, and generating a permission signal when the irradiation target portion is at a predetermined irradiation position; Cycle permission means for permitting the output of the cycle signal from the cycle signal output means only while the permission signal is generated.
[0023]
Claim6In this invention, even if the irradiation target site fluctuates due to heartbeat or respiration of the heart, lungs, and the vicinity thereof, the necessary charged particle beam is irradiated to the irradiation target site accurately in synchronization with the heartbeat or respiration. be able to.
[0024]
Claim7The invention of claim6The timing control device according to
[0025]
Claim7In this invention, even when the irradiation target site is deviated from the irradiation position at the time of emission, it is possible to effectively prevent emission of charged particles and irradiation to other sites.
[0026]
Claim8The invention of claim1 to 7In the timing control device according to any one of the above, the intensity of the magnetic field of the output system magnet for guiding charged particles from the output device to the utilization system according to the output count value set in the trigger signal output means And an output magnet control means for controlling the power supply of the output system magnet.
[0027]
Claim8In this invention, the magnetic field of the outgoing magnet can be optimally adjusted according to the outgoing energy of the charged particles.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0029]
In FIG. 18, the operation of the particle accelerator using the resonance power source as the power source of the deflection electromagnet 9 needs to be based on the magnetic flux density generated by the resonance power source. In other words, the magnetic flux density changes to a sinusoidal wave of about 20 Hz, but the ions are incident on the
[0030]
The particle accelerator timing control apparatus according to the present invention is for rationally carrying out the above timing control.
[0031]
FIG. 1 shows a first embodiment of a timing controller for a particle accelerator according to the present invention. In this figure, the code |
[0032]
As shown in FIG. 2A, the cycle signal generating means 23 inputs a signal substantially proportional to the sinusoidal magnetic flux density of about 20 Hz created by the deflection electromagnet 9, and as shown in FIG. A pulse is output as a cycle signal near the lowest value of the signal.
[0033]
As shown in FIG. 2C, the cycle signal delay means 25 delays the cycle signal from the cycle signal generation means 23 by a predetermined time t1 to a position corresponding to the optimum value near the lowest value of the sine wave signal.
[0034]
The synchronizing means 27 inputs a reference clock pulse based on the change in the magnetic field of the deflecting electromagnet 9 as shown in FIG. 2D, and outputs a synchronized clock pulse synchronized with the output signal from the cycle signal delay means 25. Output as shown in FIG.
[0035]
As shown in FIG. 2 (f), the delay counter 29 counts the synchronization clock pulse from the synchronization means 27 for a set number of times, and outputs a trigger signal for the operation timing of the control target device. For example, the
[0036]
In the present embodiment, in addition to the main part, as a means for generating an input signal of the cycle signal generating means 23, either a current detecting means 31 or a magnetic flux density detecting means 33 can be selected, and the current detecting
[0037]
Furthermore, in this embodiment, in order to satisfy the requirement of the
[0038]
The set count value changing unit 37 changes the set count value of the
[0039]
The beam quantity control unit 41 obtains a pattern number that matches the beam quantity and energy level required by the
[0040]
The operation plan control unit 45 gives a pattern number corresponding to the beam amount and the energy level to the beam amount control unit 41 for each application based on the
[0041]
Although beams of various energy levels pass through the high-energy
[0042]
The emission system magnet control means 51 calculates the magnetic field strength of the
[0043]
In the
[0044]
In order to solve this, the present embodiment includes a cycle permission means 55 and an emitter synchronization means 57. In addition, the heartbeat signal generating means 59 and the respiration signal generating means 61 are installed so as to be switchable as generating the input signals of the cycle permission means 55 and the emitter synchronizing means 57.
[0045]
The cycle permission means 55 receives from the heartbeat signal generation means 59 or the respiration signal generation means 61 a permission signal that is turned on only when the cancer cell to be irradiated is on the irradiation target, and the cycle signal only when this signal is in the ON state. The generating means 23 is allowed to output a cycle signal.
[0046]
Similarly, the emitter synchronizing means 57 receives a permission signal and passes the trigger signal of the
[0047]
Next, the operation of the present embodiment will be described.
The cycle signal generating means 23 inputs a signal as shown in FIG. 2 (a), which is substantially proportional to the sinusoidal magnetic flux density of about 20 Hz produced by the deflection electromagnet 9 from the current detecting means 31 or the magnetic flux density detecting means 33, A pulse as shown in FIG. 2B is output as a cycle signal. This cycle signal indicates a period of incidence-acceleration-exit repeated at a period of about 20 Hz.
[0048]
FIG. 3 shows an example of the circuit configuration of the current detection means 31, and FIG. 4 shows the waveforms of the signals IA, V1B and V1C of the circuit shown in FIG. As shown in FIG. 3, the current detecting means 31 uses a coil 71 to detect a signal V1B proportional to the differential value of the current ΙA supplied from the deflecting electromagnet power supply 9a to the deflecting electromagnet 9, and sets the voltage follower 31a. To the integrator 31b. The output of the integrator 31b is K1 * IA, and the signal V1C finally output from the current detection means 31 is
V1C = K1 * IA + K2 * V1b
It becomes. Here, K1 and K2 are constants, V1b is a variable bias voltage, and the bias voltage V1b is added to the output of the integrator 31b so that the
[0049]
When noise is mixed in the current value supplied from the deflecting electromagnet power supply 9a to the deflecting electromagnet 9, a low-pass filter as shown in FIG. 5 is used for current value detection as the
[0050]
FIG. 6 shows an example of the circuit configuration of the magnetic flux density detecting means 33, and FIG. 7 shows the waveforms of the respective signals BA, V2B and V2C of the circuit shown in FIG. As shown in FIG. 6, the magnetic flux density detecting means 33 uses a
V2C = K3 * BA + K4 * Vb
It becomes. Here, K3 and K4 are constants, Vb is a variable bias voltage, and a bias voltage is applied to the output of the integrator 33b so that the cycle signal generating means 23 can appropriately process it.
[0051]
When noise is mixed in the magnetic flux density detection value of the magnetic field generated by the deflection electromagnet 9, a low-pass filter as shown in FIG. 5 is used as the magnetic flux density value filter 77, and the magnetic flux density
[0052]
FIG. 8 shows a configuration example of the cycle signal generating means 23, and FIG. 9 shows a signal processing process in the cycle signal generating means 23. In FIG. 8, the cycle signal generating means 23 includes a comparator 23a and a mono multi 23b.
[0053]
The comparator 23a receives the reference voltage Vref and the output from the current value detecting means 31 or the magnetic flux density detecting means 33, that is, a signal Vc having a sine wave shape of approximately 20 Hz, and as shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b), 20Hz. A pulse signal that is turned on only when the sine wave signal Vc is lower than the reference voltage Vref is output.
[0054]
As shown in FIG. 9C, the mono multi 23b aligns the pulse width of this pulse signal to a constant width and outputs it as a cycle signal. Note that a gate is inserted in the output stage of the mono-multi 23 b, and its opening / closing is controlled by the
[0055]
By the way, as shown in FIG. 9C, the cycle signal is output t2 seconds before the 20 Hz sine wave reaches its lowest value. In addition, there is a slight timing difference between the case where the cycle signal is generated from the detected value of the magnetic flux density and the case where the cycle signal is generated from the detected value of the power supply current of the deflection electromagnet 9. Cycle signal delay means 25 and cycle signal delay adjustment means 35 are provided in order to correct the timing deviation when the cycle signal and the 20 Hz sine wave become the minimum value and the timing deviation when the generation source of the cycle signal changes. Yes.
[0056]
That is, as shown in FIG. 2C, the cycle signal delay means 25 outputs a pulse after the time t1 seconds set by the cycle signal delay adjustment means 35 after inputting the cycle signal.
[0057]
The cycle signal delay adjusting means 35 stores in advance the set time when the cycle signal is generated from the detected value of the magnetic flux density and the set time when it is generated from the detected current value of the deflection magnet power supply. The set time t1 is determined in accordance with whether or not the signal is generated from the signal, and set in the cycle signal delay means 25.
[0058]
The synchronization means 27 receives the reference clock (FIG. 2 (d)) and outputs a synchronization clock synchronized with the cycle signal from the cycle signal delay means 25 as shown in FIG. 2 (e).
[0059]
The reference clock is normally output at a rate of one pulse when the magnetic flux density increases by a certain amount, and no pulse is output when it decreases. By counting this reference clock, it is possible to detect a change in the strength of the magnetic field. The change in the strength of the magnetic field indicates the increment of energy given to the particle, that is, the increment of energy given to the particle can be known by counting this reference clock.
[0060]
The
[0061]
Therefore, by appropriately setting the set count value of the
[0062]
The count value set in the
[0063]
The number of trigger signals, that is, the number of cycles of the cycle signal is controlled by the cycle suppression means 39. That is, by suppressing the number of cycles to an appropriate number by the
[0064]
The set count value changing unit 37 and the
[0065]
The beam amount control means 41 refers to the beam amount set
[0066]
FIG. 10 shows a data configuration example of the beam amount setting
[0067]
Therefore, the beam amount control unit 41 is given a pattern number according to the usage, and the cycle number and the emission count instructed to the
[0068]
In the
[0069]
The beam amount control means 41 sets the set count value related to the energy level corresponding to the given pattern number to the set count value changing means 37 as described above, and sets the cycle number related to the beam amount corresponding to the pattern number to the cycle suppression means. 39 is loaded. The beam amount control means 41 repeats this operation every time a pattern number is given from the operation plan control means 45.
[0070]
The operation plan control means 45 needs to quickly give the pattern number to the beam amount control means 41 for many applications. At this time, it is convenient if a combination of pattern numbers for each application is stored in advance in the
[0071]
FIG. 11 shows an example of the data structure of the
[0072]
Further, when making an operation plan, it is convenient to record a record of what beam is used in the
[0073]
In the above configuration, the operation plan control unit 45 transmits the pattern number to the beam amount control unit 41 based on the
[0074]
The set count value changing unit 37 loads the emission count instructed from the beam amount control unit 41 onto the
[0075]
The
[0076]
In addition, in the case where the patient is irradiated with a cancer cell on an organ that is constantly moving, such as the lung or heart, the beam is irradiated only when the target cancer cell moves on the irradiation target. There is a need. In this case, the cycle signal generation means 23 generates a cycle signal only while it is permitted by the cycle permission means 55.
[0077]
The cycle permission unit 55 is turned on only when the irradiation target cancer cell is on the irradiation target from the heartbeat
[0078]
Similarly, the
[0079]
FIG. 13 shows a timing chart of the permission signal when the affected part is the heart. In the case where the heart changes such as the heart or its surroundings, the permission signal is assumed to be synchronized with the heartbeat. As shown in FIG. 13A, the heartbeat signal can be detected from the body surface as an electrical signal. The heartbeat signal generating means 59 inputs the heartbeat signal detected from the body surface, and outputs a permission signal as shown in FIG.
[0080]
The heartbeat signal generating means 59 can be configured by a circuit as shown in FIG. 14, for example. In FIG. 14, the heartbeat signal generating means 59 converts the heartbeat signal into a pulse signal by the comparator 59a, and the pulse width is obtained by the
[0081]
FIG. 15 shows a timing chart of the permission signal in the case where the affected part is the lung. In the case of a part that fluctuates due to breathing in or around the lung, the lung contracts due to breathing. Install a strain gauge around. When the lung expands, the strain gauge is extended and the resistance value increases, and when the lung contracts, the resistance value decreases. Therefore, the contraction of the lung can be detected by the change in the resistance value.
[0082]
The respiratory signal generating means 61 is constituted by a comparator as shown in FIG. 16, for example. As shown in FIG. 15 (a), the voltage value at the resistance wire obtained by passing a constant current through the strain gauge is input. When the voltage value is equal to or higher than a predetermined threshold value, a permission signal as shown in FIG. FIG. 15C shows an approximately 20 Hz sine wave signal input by the cycle signal generating means 23.
Further, the exit magnet control means 51 inputs the same exit count loaded in the emitter delay counter 29 from the set count value changing means 37, and from this value, the beam emitted from the emitter 11 becomes a high-energy particle. The magnetic field strength of the
[0083]
At that time, the outgoing magnet control means 51 makes an inquiry to the outgoing magnet setting value file 53 as shown in FIG. 17 and takes in the magnetic field strength stored therein, so that the magnetic field strength corresponding to the energy level of the beam is reduced for a short time. Can be obtained.
[0084]
In FIG. 17, the output system magnet setting value file 53 stores a set voltage value for the power supply of the plurality of
[0085]
As is clear from the above description, according to the present embodiment, even when a resonant power source is used as the power source for the deflecting electromagnet, the particle accelerator is incident at an optimum timing in synchronization with the magnetic field change cycle of the deflecting electromagnet. , Acceleration and extraction operations can be controlled.
[0086]
In addition, the amount and energy of the charged particles emitted can be easily changed according to the usage application.
[0087]
Furthermore, even when the irradiation target is a part that varies due to heartbeat or respiration, the charged particle beam can be accurately emitted only to the irradiation target part.
[0088]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even when a power source that changes the current value supplied like a resonant power source is used as a power source for the deflection electromagnet, the particle accelerator is incident in synchronization with the magnetic field change cycle of the deflection electromagnet. The operation timing of acceleration and extraction can be controlled.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a timing control apparatus for a particle accelerator according to the present invention.
FIG. 2 is a timing chart for explaining basic operations of the timing control device shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of a
4 is a diagram showing waveforms of signals IA, V1B, and V1C of the circuit shown in FIG.
5 is a diagram showing a low-pass filter used as the current value filter or the magnetic flux density value filter shown in FIG. 1. FIG.
6 is a circuit diagram showing a configuration example of the magnetic flux density detection means 33 shown in FIG. 1. FIG.
7 is a diagram showing waveforms of signals BA, V2B, and V2C of the circuit shown in FIG.
8 is a circuit diagram showing a configuration example of cycle signal generating means shown in FIG. 1. FIG.
9 is a diagram showing a signal processing process in the circuit shown in FIG. 8;
10 is a diagram showing a data configuration example of a beam amount setting value file shown in FIG. 1. FIG.
11 is a diagram showing a data configuration example of an extraction target file shown in FIG. 1. FIG.
12 is a diagram showing a data configuration example of an operation record recording file shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 13 is a timing chart for explaining generation of a permission signal when an affected part is a heart.
14 is a circuit diagram showing a configuration example of a heartbeat signal generating means shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 15 is a timing chart showing generation of a permission signal when an affected part is a lung.
16 is a circuit diagram showing a configuration example of a respiratory signal generation unit shown in FIG. 1. FIG.
17 is a diagram showing a data configuration example of an output magnet setting value file shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 18 is a diagram schematically showing a configuration of a particle accelerator.
FIG. 19 is a time chart illustrating timing control of a conventional particle accelerator.
[Explanation of symbols]
11 ……… Ejector
15 ... Extraction magnet
19 ......... Particle accelerator
23... Cycle signal generating means
25... Cycle signal delay means
27 ....... Synchronization means
29 ……… Delay counter
31... Current detection means
33 ... Magnetic flux density detection means
35... Cycle signal delay adjusting means
37... Setting count value changing means
39 .... Cycle suppression means
41... Beam amount control means
43 ......... Beam amount setting value file
45 .... Operation plan control means
47 ……… Target file
49 ……… Operation record file
51... Output system magnet control means
53 .... Extraction magnet setting file
55 .... Cycle permission means
57... Emitter synchronization means
59 ......... Heart rate signal generating means
61 .... breathing signal generation means
Claims (8)
前記偏向電磁石が、電磁石電源から正弦波状に変化する電流が供給され、この電流の変化に応じて磁束密度が正弦波状に変化する磁場を形成するものであって、
前記偏向電磁石の磁場の変化に対応する正弦波状信号を検出する正弦波信号検出手段と、
前記正弦波状信号を入力し、前記正弦波状信号の最低値付近でパルス状のサイクル信号を出力するサイクル信号出力手段と、
前記磁束密度がある一定量増加したときに1パルスの割合でパルスが現われる基準クロックを入力し、前記サイクル信号との同期をとって同期クロックを出力する同期手段と、
前記同期クロックに基づいて、あらかじめ設定されたカウント値に応じて前記入射、加速および出射にかかる各機器のトリガー信号を出力するトリガー信号出力手段と、
前記利用系の用途に応じて、前記トリガー信号出力手段に設定される出射用カウント値を変更する設定カウント値変更手段と
を具備することを特徴とする粒子加速器のタイミング制御装置。 An injector for injecting charged particles into the acceleration ring; acceleration means for accelerating the incident charged particles to a predetermined energy; and a deflecting electromagnet for deflecting the charged particles to circulate in the acceleration ring; In addition, in the particle accelerator timing control device for controlling the operation timing of each device related to the incidence, acceleration and emission of the particle accelerator including the emitter for emitting the charged particles from the acceleration ring to the utilization system,
The deflection electromagnet is supplied with a current that changes in a sinusoidal form from an electromagnet power source, and forms a magnetic field in which the magnetic flux density changes in a sinusoidal form in accordance with the change in the current,
Sine wave signal detection means for detecting a sine wave signal corresponding to a change in the magnetic field of the deflection electromagnet;
A cycle signal output means for inputting the sine wave signal and outputting a pulsed cycle signal near the lowest value of the sine wave signal;
A synchronization means for inputting a reference clock in which a pulse appears at a rate of one pulse when the magnetic flux density is increased by a certain amount, and outputting a synchronization clock in synchronization with the cycle signal;
Trigger signal output means for outputting a trigger signal of each device related to the incidence, acceleration and emission according to a preset count value based on the synchronous clock;
In response to said utilization system applications, timing control system for particle accelerator, characterized by comprising a set count value changing means for changing an emission count value set in the trigger signal output means.
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