JP5511567B2 - 粒子線照射装置及び粒子線治療装置 - Google Patents
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Description
図1は本発明の粒子線治療装置の概略構成図である。粒子線治療装置51は、ビーム発生装置52と、ビーム輸送系59と、粒子線照射装置58a、58b(又は60a、60b)とを備える。ビーム発生装置52は、イオン源(図示せず)と、前段加速器53と、シンクロトロン54とを有する。粒子線照射装置58b(60b)は回転ガントリ(図示せず)に設置される。粒子線照射装置58a(60a)は回転ガントリを有しない治療室
に設置される。ビーム輸送系59の役割はシンクロトロン54と粒子線照射装置58a、58bの連絡にある。ビーム輸送系59の一部は回転ガントリ(図示せず)に設置され、その部分には複数の偏向電磁石55a、55b、55cを有する。
給する電圧は形成したパルスのハイレベルの電圧になる。この際、ビーム偏向器制御装置7のパルス制御器11は、高速スイッチ12がスイッチする間隔及び周期を制御する。粒子線照射装置58に入射する荷電粒子ビーム1は、ビーム偏向器2、照射系5を経て、筐体17の下側に配置される照射窓18から出射され、治療台8に固定された患者10の照射対象16に照射される。
Z0=87/√(εr+1.41)×ln(A/B) ・・・(1)
なお、A及びBは、それぞれ数式(2)及び数式(3)のように表わせる。
A=5.98×(t2−t1) ・・・(2)
B=0.8×W×t1 ・・・(3)
比誘電率をεr、幅W、厚さt1、厚さt2を選択することで、所定のインピーダンス
(例えば50Ω)を得ることができる。
v1=c×√(1−(T/(T+K))2) ・・・(4)
v2=1/√(L×C) ・・・(5)
ここで、Kは粒子30のエネルギー(MeV)、cは光速、Tは陽子の静止エネルギー、Lは導体板27のインダクタンス、Cは導体板27の電気容量である。
vb=v1×d/(L3−L4) ・・・(6)
V=(1/2×m1×vb2)/q ・・・(7)
ライン電極板24の終端において必要な電位差Vは、ライン電極板24のn1本の導体板27のそれぞれで分担することになる。すなわち、荷電粒子30が導体板27の1本当たりV/n1の電位差を受けるように、ライン電極板24のn1本の導体板27と電極板26間に電界Eを発生させればよい。導体板27の幅Wを通過する場合に、その幅Wを通過する時間はv1/Wなので、ライン電極板24の垂直方向の移動距離daは、数式(8)のように表わされる。
da=(vb/n1)×(W/v1) ・・・(8)
したがって、ビーム偏向器2で荷電粒子ビーム1に印加すべき電界Eは(V/n1)/daなので、数式(7)、(8)を代入し整理すると、数式(9)のように表わされる。
E=(1/2×m1×vb×v1)/(q×W) ・・・(9)
数式(9)に数式(6)を代入して整理すると、電界Eは数式(10)のように表わされる。
E=m1×d×v12/(2×q×W×(L3−L4)) ・・・(10)
図10は本発明の実施の形態2による粒子線照射装置を示す構成図であり、図11は本発明の実施の形態2によるビーム偏向器を示す図である。実施の形態2の粒子線照射装置
60は、実施の形態1の粒子線照射装置58とは、電圧パルス31が入力された場合に荷電粒子ビーム1を偏向するビーム偏向器2(2b)を有する点で異なる。なお、図10において筐体17及びビームダンプ9は断面を示しており、図11において、ライン電極板24及び電極板26は断面を示している。
図12は本発明の実施の形態3による粒子線照射装置を示す構成図であり、図13は本発明の実施の形態3によるビーム偏向器を示す図である。実施の形態3の粒子線照射装置58は、実施の形態1の粒子線照射装置58とは、ビーム偏向器2(2c)の配置向きを
変更し、荷電粒子ビーム1がビーム偏向器2(2c)に入射する方向がビーム偏向器2(2c)に対して斜めになっている点で異なる。図12において筐体17及びビームダンプ9は断面を示しており、図13において、ライン電極板24及び電極板26は断面を示している。
図14は本発明の実施の形態4による粒子線照射装置を示す構成図であり、図15は本発明の実施の形態4によるビーム偏向器を示す図である。実施の形態4の粒子線照射装置60は、実施の形態2の粒子線照射装置608とは、ビーム偏向器2(2d)の配置向きを変更し、荷電粒子ビーム1がビーム偏向器2(2d)に入射する方向がビーム偏向器2(2d)に対して斜めになっている点で異なる。図14において筐体17及びビームダンプ9は断面を示しており、図15において、ライン電極板24及び電極板26は断面を示している。
Claims (7)
- 加速器により加速された荷電粒子ビームを走査電磁石により走査して照射対象に照射する粒子線照射装置であって、
前記走査電磁石の上流側に配置され、前記荷電粒子ビームの進行方向を電場により変更し、前記照射対象への前記荷電粒子ビームの出射及び遮断を行うビーム偏向器と、
前記荷電粒子ビームの進行方向を制御する電圧パルスを前記ビーム偏向器に出力するビーム偏向器制御装置を備え、
前記ビーム偏向器は、前記荷電粒子ビームの進行方向に短手方向を並べた複数の導体板が配置されたライン電極板と、前記ライン電極板に平行に配置された電極板と、前記ライン電極板と前記電極板との間に前記荷電粒子ビームが通過する通過領域を有し、
前記複数の導体板は、長手方向に直列に接続され、インピーダンス整合がされており、
前記ビーム偏向器制御装置は、前記荷電粒子ビームが前記複数の導体板の短手方向を通過する通過周期である粒子移動基本時間に、前記複数の導体板の長手方向を伝送する伝送周期である伝送基本時間を同期させた前記電圧パルスを出力することを特徴とする粒子線照射装置。 - 前記ビーム偏向器制御装置は、前記電圧パルスにおけるハイレベルの電圧を供給する偏向器電源と、前記偏向器電源が供給する前記ハイレベルの電圧をパルス状に形成するスイッチを有することを特徴とする請求項1記載の粒子線照射装置。
- 前記荷電粒子ビームの線量を測定する線量モニタを備え、
前記ビーム偏向器制御装置は、前記線量モニタで測定された照射線量が計画線量に達した場合に、前記ビーム偏向器に前記荷電粒子ビームの遮断を行うように前記電圧パルスを出力することを特徴とする請求項1または2に記載の粒子線照射装置。 - 前記電極板は直流電源に接続され、
前記ビーム偏向器制御装置は、前記荷電粒子ビームの遮断を行う場合に接地レベルの電圧を前記ビーム偏向器に出力し、前記荷電粒子ビームの出射を行う場合に前記電圧パルスをハイレベルにして出力し、
前記ビーム偏向器は、前記荷電粒子ビームの遮断を行う場合に前記荷電粒子ビームを偏向し、前記荷電粒子ビームの出射を行う場合に前記荷電粒子ビームを直進させることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の粒子線照射装置。 - 前記電極板は接地レベルに接続され、
前記ビーム偏向器制御装置は、前記荷電粒子ビームの遮断を行う場合に接地レベルの電圧を前記ビーム偏向器に出力し、前記荷電粒子ビームの出射を行う場合に前記電圧パルスをハイレベルにして出力し、
前記ビーム偏向器は、前記荷電粒子ビームの遮断を行う場合に前記荷電粒子ビームを直進させ、前記荷電粒子ビームの出射を行う場合に前記荷電粒子ビームを偏向することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の粒子線照射装置。 - 前記ライン電極板は、基板と、前記基板の表面側に配置された前記複数の導体板と、前記基板の裏面側に接地レベルに接続された裏面導体を有し、前記基板と前記複数の導体板と前記裏面導体の構造は、マイクロストリップライン構造であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の粒子線照射装置。
- 荷電粒子ビームを発生させ、この荷電粒子ビームを加速器で加速させるビーム発生装置と、前記加速器により加速された荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、前記ビーム輸送系で輸送された荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線照射装置とを備え、
前記粒子線照射装置は、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の粒子線照射装置であることを特徴とする粒子線治療装置。
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