JP6017486B2 - 荷電粒子線治療装置、及び荷電粒子線の飛程調整方法 - Google Patents

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本発明は、荷電粒子線治療装置、及び荷電粒子線の飛程調整方法に関する。
従来、被照射体に荷電粒子線を照射することによって治療を行う荷電粒子線治療装置として、例えば、特許文献１に記載されたスキャニング式の荷電粒子線治療装置が知られている。特許文献１には、被照射体に対して設定された一の層に所定のスキャニングパターンに従って荷電粒子線を照射し、一の層に対する荷電粒子線の照射が完了すると、荷電粒子線のエネルギーを変更し、次の層に対して荷電粒子線の照射を行う荷電粒子線治療装置が記載されている。
特開２０１１−１９１１８４号公報
ところで、荷電粒子線治療装置においては、治療時の患者負担を軽減するために照射時間を短縮することが求められている。しかしながら、前述した従来の荷電粒子線治療装置では、照射する層を切り替える際における電磁石に対する励磁量の切り替えに要する時間について改善の余地があった。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、荷電粒子線を照射する層を切り替えるときの切り替え時間を短縮し、荷電粒子線治療の時間を短縮することを目的とする。
本発明に係る荷電粒子線治療装置は、荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器と、スキャニング法によって荷電粒子線を被照射体へ照射する照射部と、加速器から出射された荷電粒子線を照射部へ輸送する輸送ラインと、荷電粒子線のエネルギーを調整するエネルギー調整部と、照射部又は輸送ラインに設けられた電磁石と、電磁石に接続された電磁石電源と、制御部と、を備え、電磁石電源と電磁石との間には半導体が直列に接続され、制御部は、荷電粒子線を照射する被照射体の層を切り替えるときに、エネルギー調整部を制御することによって荷電粒子線のエネルギーを低下させると共に、半導体の抵抗を上げる。
本発明に係る荷電粒子線治療装置では、荷電粒子線を照射する被照射体の層を切り替えるときに、制御部は、エネルギー調整部を制御することによって荷電粒子線のエネルギーを低下させて、荷電粒子線の飛程を短くする。このとき、荷電粒子線のエネルギーが低下するため、それに伴って電磁石電源が電磁石へ流す電流も低下させる必要がある。本発明では、制御部は、荷電粒子線を照射する被照射体の層を切り替えるときに、エネルギー調整部を制御することによって荷電粒子線のエネルギーを低下させると共に、電磁石電源と電磁石との間に直列に接続された半導体の抵抗を上げる。半導体は、電磁石への電流を減少させるときに必要なタイミングで抵抗を高くして負荷時定数を大きくできるため、電流の低下に要する時間を短縮することができる。すなわち、荷電粒子線を照射する層を切り替えるときの切り替え時間を短縮し、荷電粒子線治療の時間を短縮することができる。
本発明に係る荷電粒子線治療装置において、エネルギー調整部は、加速器と照射部との間に設けられ、電磁石には、少なくとも輸送ラインに配置される収束電磁石又は偏向電磁石が含まれてよい。これによって、層を切り替えるときに収束電磁石又は偏向電磁石に対する電流の低下に要する時間を短縮できる。
本発明に係る荷電粒子線治療装置において、加速器はシンクロトロンであり、エネルギー調整部は、加速器内に設けられ、電磁石には、少なくとも輸送ラインに配置される収束電磁石又は偏向電磁石が含まれてよい。これによって、層を切り替えるときに収束電磁石又は偏向電磁石に対する電流の低下に要する時間を短縮できる。
本発明に係る荷電粒子線の飛程調整方法は、荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器と、スキャニング法を用いて荷電粒子線を被照射体へ照射する照射部と、加速器から出射された荷電粒子線を照射部へ輸送する輸送ラインと、荷電粒子線のエネルギーを調整するエネルギー調整部と、照射部又は輸送ラインに設けられた電磁石と、電磁石に接続された電磁石電源と、を備える荷電粒子線治療装置を用いて、照射部が照射する荷電粒子線の飛程を調整する荷電粒子線の飛程調整方法であって、荷電粒子線を照射する被照射体の層を切り替えるときに、エネルギー調整部を制御することによって荷電粒子線のエネルギーを低下させると共に、電磁石電源と電磁石との間に直列に接続された半導体の抵抗を上げる。
本発明に係る荷電粒子線の飛程調整方法によれば、上述の荷電粒子線治療装置と同様の作用・効果を得ることができる。
本発明によれば、荷電粒子線を照射する層を切り替えるときの切り替え時間を短縮し、荷電粒子線治療の時間を短縮することができる。
図１は、本発明に係る荷電粒子線照射装置の一実施形態を示す概略図である。 図２は、制御部及び電磁石周辺の構成を示すブロック構成図である。 図３は、荷電粒子線の照射イメージを示す図である。 図４は、電磁石電源及び半導体周辺の回路構成を示す構成図である。 図５は、電磁石へ流す電流と半導体の抵抗の関係を示す概念図である。 図６は、荷電粒子線治療装置の制御部で実行される処理な内容を示すフローチャートである。 図７は、電磁石へ流す電流と半導体の抵抗の関係を示す概念図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、「上流」「下流」の語は、出射する荷電粒子線の上流（加速器側）、下流（患者側）をそれぞれ意味している。
図１に示すように、荷電粒子線治療装置１００は、放射線療法によるがん治療等に利用される装置であり、荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器１１と、荷電粒子線を被照射体へ照射する照射ノズル１２（照射部）と、加速器１１から出射された荷電粒子線を照射ノズル１２へ輸送するビーム輸送ライン１３（輸送ライン）と、ビーム輸送ライン１３に設けられ、荷電粒子線のエネルギーを低下させて荷電粒子線の飛程を調整するデグレーダ（エネルギー調整部）１８と、照射ノズル１２及びビーム輸送ライン１３に設けられた複数の電磁石２５と、複数の電磁石２５のそれぞれに対応して設けられた電磁石電源２７と、荷電粒子線治療装置１００全体を制御する制御部１３０と、を備えている。本実施形態では、加速器１１としてサイクロトロンを採用するが、これに限定されず、荷電粒子線を発生させるその他の発生源、例えば、シンクロトン、シンクロサイクロトン、ライナック等であってもよい。
荷電粒子線治療装置１００では、治療台２２上の患者Ｐの腫瘍（被照射体）に対して加速器１１から出射された荷電粒子線の照射が行われる。荷電粒子線は電荷をもった粒子を高速に加速したものであり、例えば陽子線、重粒子（重イオン）線等がある。本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１００は、いわゆるスキャニング法により荷電粒子線の照射を行うものであり、被照射体を深さ方向に仮想的に分割（スライス）し、スライス平面（層）毎に、層上の照射範囲に対して、荷電粒子線の照射を行う（例えば図３参照）。
なお、スキャニング法による照射方式として、例えばスポット式スキャニング照射、及び、ラスター式スキャニング照射がある。スポット式スキャニング照射は、照射範囲である、一のスポットへの照射が完了すると、一度ビーム（荷電粒子線）照射を止め、次のスポットへの照射準備が整った後に次のスポットへの照射を行う方式である。これに対し、ラスター式スキャニング照射は、同一層の照射範囲については、照射を途中で止めることなく、連続的にビーム照射を行う方式である。このように、ラスター式スキャニング照射は、同一層の照射範囲については連続的にビーム照射が行われるものであるため、スポット式スキャニング照射と異なり、照射範囲は複数のスポットから構成されるものではない。
照射ノズル１２は、治療台２２の周りを３６０度回転可能な回転ガントリ２３の内側に取り付けられており、回転ガントリ２３によって任意の回転位置に移動可能とされている。照射ノズル１２には、収束電磁石１９（詳細は後述）、スキャニング電磁石２１、真空ダクト２８が含まれている。スキャニング電磁石２１は、照射ノズル１２の中に設けられている。スキャニング電磁石２１は、荷電粒子線の照射方向と交差する面においてＸ方向へ荷電粒子線を走査するＸ方向走査電磁石と、荷電粒子線の照射方向と交差する面においてＸ方向と交差するＹ方向へ荷電粒子線を走査するＹ方向走査電磁石と、を有している。また、スキャニング電磁石２１により走査された荷電粒子線はＸ方向及び／又はＹ方向へ偏向されるため、スキャニング電磁石よりも下流側の真空ダクト２８は、その径が下流側ほど拡大されている。
ビーム輸送ライン１３は、荷電粒子線が通る真空ダクト１４を有している。真空ダクト１４の内部は真空状態に維持されており、輸送中の荷電粒子線を構成する荷電粒子が空気等により散乱することを抑制している。
また、ビーム輸送ライン１３は、加速器１１から出射された所定のエネルギー幅を有する荷電粒子線から所定のエネルギー幅よりも狭いエネルギー幅の荷電粒子線を選択的に取り出すＥＳＳ（Energy Selection System）１５と、ＥＳＳ１５によって選択されたエネルギー幅を有する荷電粒子線を、エネルギーが維持された状態で輸送するＢＴＳ（Beam Transport System）１６と、ＢＴＳ１６から回転ガントリ２３に向けて荷電粒子線を輸送するＧＴＳ（Gantry Transport System）１７と、を有している。
デグレーダ１８は、通過する荷電粒子線のエネルギーを低下させて当該荷電粒子線の飛程を調整する。患者の体表から被照射体である腫瘍までの深さは患者ごとに異なるため、荷電粒子線を患者に照射する際には、荷電粒子線の到達深さである飛程を調整する必要がある。デグレーダ１８は、加速器１１から一定のエネルギーで出射された荷電粒子線のエネルギーを調整することにより、患者体内の所定の深さにある被照射体に荷電粒子線が適切に到達するように調整する。このようなデグレーダ１８による荷電粒子線のエネルギー調整は、被照射体をスライスした層毎に行われる。
電磁石２５は、ビーム輸送ライン１３に複数設けられるものであり、磁場によってビーム輸送ライン１３で荷電粒子線を輸送することができるように、当該荷電粒子線の調整を行うものである。電磁石２５として、輸送中の荷電粒子線のビーム径を収束させる収束電磁石１９、及び荷電粒子線を偏向させる偏向電磁石２０が採用される。なお、以下では収束電磁石１９及び偏向電磁石２０を区別せずに電磁石２５と記載する場合がある。また、電磁石２５は、少なくともビーム輸送ライン１３のうちデグレーダ１８よりも下流側に複数設けられる。ただし、本実施形態では、電磁石２５は、デグレーダ１８よりも上流側にも設けられる。ここでは、電磁石２５として収束電磁石１９が、デグレーダ１８によるエネルギー調整前の荷電粒子線のビーム径を収束させるために、デグレーダ１８の上流側にも設けられている。電磁石２５の総数は、ビーム輸送ライン１３の長さ等により柔軟に変更が可能であり、例えば、１０〜４０程度の数とされる。なお、図１中には電磁石電源２７が一部のみ記載されているが、実際には、電磁石２５の数と同数、設けられている。
デグレーダ１８及び電磁石２５のビーム輸送ライン１３中における位置は特に限定されないが、本実施形態では、ＥＳＳ１５には、デグレーダ１８、収束電磁石１９、及び偏向電磁石２０が設けられている。また、ＢＴＳ１６には収束電磁石１９が設けられており、ＧＴＳ１７には収束電磁石１９及び偏向電磁石２０が設けられている。なお、デグレーダ１８は、上述したように加速器１１と回転ガントリ２３との間であるＥＳＳ１５に設けられており、より詳細には、ＥＳＳ１５のうち回転ガントリ２３よりも加速器１１側（上流側）に設けられている。
電磁石電源２７は、対応する電磁石２５に電流を供給することによって電磁石２５の磁界を生じさせる。電磁石電源２７は、対応する電磁石２５に供給する電流を調整することにより、対応する電磁石２５の磁場の強さを設定可能である。電磁石電源２７は、制御部１３０からの信号に応じて電磁石２５に供給する電流を調整している（詳細は後述）。電磁石電源２７は、各電磁石２５それぞれに一対一で対応するように設けられている。すなわち、電磁石電源２７は、電磁石２５の数と同数、設けられている。
被照射体の各層の深さと電磁石２５に供給される電流との関係は以下のとおりである。すなわち、各層の深さから、各層に荷電粒子線を照射するために必要な荷電粒子線のエネルギーが決まり、デグレーダ１８によるエネルギー調整量が決まる。ここで、荷電粒子線のエネルギーが変わると、当該荷電粒子線を偏向・収束するために必要な磁場の強さも変わることとなる。従って、電磁石２５の磁場の強さがデグレーダ１８によるエネルギー調整量に応じた強さとなるように、電磁石２５に供給される電流が決まる。
次に、図２も参照しながら制御部１３０及び電磁石電源２７の詳細について説明する。なお、図２中では電磁石電源２７は一部のみ記載されているが、実際には荷電粒子線治療装置１００に設けられた電磁石２５の数だけ、対応する電磁石電源２７が設けられている。
制御部１３０は、加速器１１から出射された荷電粒子線の被照射体への照射を制御する。制御部１３０は、スキャニング電磁石２１を制御することによって被照射体に設定された層に対して所定のスキャニングパターンに従って荷電粒子線を照射する。また、制御部１３０は、デグレーダ１８を制御することによって荷電粒子線のエネルギーを調整し、荷電粒子線の飛程を調整する。これによって、制御部１３０は、荷電粒子線を照射する層を切り替えることができる。ここで、制御部１３０の制御に応じた荷電粒子線照射イメージについて、図３（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。図３（ａ）は、深さ方向において複数の層に仮想的にスライスされた被照射体を、図３（ｂ）は、荷電粒子線の照射方向から見た一の層における荷電粒子線の走査イメージを、それぞれ示している。
図３（ａ）に示すように、被照射体は深さ方向において複数の層に仮想的にスライスされており、本例では、深い（荷電粒子線Ｂの飛程が長い）層から順に、層Ｌ１、層Ｌ２、…層Ｌｎ−１、層Ｌｎ、層Ｌｎ＋１、…層ＬＮ−１、層ＬＮとＮ層に仮想的にスライスされている。また、図３（ｂ）に示すように、照射ビームＢは、ビーム軌道ＴＬを描きながら層Ｌｎの複数の照射スポットに対して照射される。すなわち、制御部１３０に制御された照射ノズル１２から照射された荷電粒子線は、ビーム軌道ＴＬ上を移動する。また、一の層Ｌｎに対する照射が終了すると、制御部１３０はデグレーダ１８を制御することによって荷電粒子線のエネルギーを低下させ、荷電粒子線Ｂの飛程を短くする。これによって、荷電粒子線Ｂは、一段上の層である層Ｌｎ＋１に照射される。
電磁石電源２７と電磁石２５との間には半導体（トランジスタ）５０が直列に接続されている。制御部１３０は、半導体５０に入力される電流を制御することによって、半導体５０での抵抗を制御することができる。ここで、荷電粒子線を照射する層を切り替えるとき、制御部１３０は、デグレーダ１８を制御して、飛程を短くするために荷電粒子線のエネルギーを低下させる。このとき、荷電粒子線のエネルギーの低下に対応させて電磁石２５への励磁量も低下させるために、制御部１３０は、電磁石電源２７から電磁石２５へ入力する電流を低下させる。このとき、電磁石２５に残ったエネルギーを吸収するために、制御部１３０は、半導体５０の抵抗を上げる。
次に、図４を参照して電磁石電源２７及び半導体５０周辺の回路構成について詳細に説明する。図４に示すように、電磁石電源２７では、電流設定値Ｉ．ｓｅｔに設定された電流がラインＬ１を通過し、電流フィードバック部５１、ラインＬ２及び半導体５２を介してラインＬ４を流れる。ラインＬ４には抵抗としての半導体５０が設けられており、電流は半導体５０を介して電磁石２５へ流れる。ラインＬ４には電流モニタ５３が設けられており、電流モニタ５３は、電流を検出してラインＬ３を介して電流フィードバック部５１に信号を送信することで電流フィードバックを行う。一方、ラインＬ１からはラインＬ５が分岐しており、ラインＬ５には信号生成回路５４及びゲート回路５５が設けられている。ラインＬ５は、半導体５０に接続されている。このような回路構成においては、電流設定値Ｉ．ｓｅｔに設定された電流がラインＬ１を流れると、信号生成回路５４は、当該電流設定値Ｉ．ｓｅｔに対応した抵抗設定値Ｔｒ．ｓｅｔを設定し信号を生成する。また、ゲート回路５５は、抵抗設定値Ｔｒ．ｓｅｔに対応した電流を半導体５０に入力する。
次に、荷電粒子線の飛程調整方法について、図５及び図６を参照して説明する。図５は、電磁石２５へ流す電流と半導体５０の抵抗の関係を示す概念図である。図６は、荷電粒子線治療装置１００の制御部１３０で実行される処理内容を示すフローチャートである。図６に示すように、制御部１３０は、照射ノズル１２を制御して、層Ｌｎに対して荷電粒子線をスキャニングパターンに従って照射する（ステップＳ１０）。このとき、制御部１３０は、電磁石電源２７を制御して電磁石２５に一定の電流（すなわち、電流設定値Ｉ．ｓｅｔが一定）を流すと共に、半導体５０が低い抵抗となるように抵抗設定値Ｔｒ．ｓｅｔをＯＮに設定する（図５参照）。次に、制御部１３０は、全ての層Ｌ１〜ＬＮに対する照射が完了していないかどうかの判定を行う（ステップＳ２０）。完了していないと判定された場合、制御部１３０は、照射を行う層の切り替え処理を行う。
具体的には、制御部１３０は、デグレーダ１８を制御することによって荷電粒子線のエネルギーを低下させる（ステップＳ３０）。また、制御部１３０は、電磁石電源２７を制御することによって、電流設定値Ｉ．ｓｅｔを下げて電磁石２５へ流す電流を低下させる（ステップＳ４０）。このとき、制御部１３０は、抵抗設定値Ｔｒ．ｓｅｔをＯＦＦに設定して、半導体５０の抵抗を上げる（ステップＳ５０）。これによって、半導体５０が、電磁石２５に残ったエネルギーを吸収する。このように、照射する層の切り替えを繰り返すことで、電流設定値Ｉ．ｓｅｔは、階段状に低下するような波形を描く。また、抵抗設定値Ｔｒ．ｓｅｔは、電流設定値Ｉ．ｓｅｔが一定の値に設定されているときはＯＮに設定され、電流設定値Ｉ．ｓｅｔが低下するときにのみ、局所的にＯＦＦに設定される。全ての層Ｌ１〜ＬＮに対する荷電粒子線の照射が完了したら、Ｓ２０においてＮＯと判定され、図６に示す処理が終了する。
次に、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１００の作用効果について説明する。
荷電粒子線治療装置１００では、荷電粒子線を照射する被照射体の層を切り替えるときに、制御部１３０は、デグレーダ１８を制御することによって荷電粒子線のエネルギーを低下させて、荷電粒子線の飛程を短くする。このとき、荷電粒子線のエネルギーが低下するため、それに伴って電磁石電源２７が電磁石２５へ流す電流も低下させる必要がある。電磁石２５の電流減少の速度を速くするためには負荷時定数を大きくする必要がある。ここで、電磁石電源２７と電磁石２５との間に直列に抵抗器を設け、当該抵抗器で負荷（電磁石２５）のエネルギーを消費させる構成が考えられる。しかしながら、このような構成では、抵抗器の抵抗が極めて大きくなり、必要のない時（荷電粒子線の照射時）にも大きな抵抗が作用するため、大きな電力が必要になるという問題がある。また、電磁石電源２７と電磁石２５との間にコンデンサを並列に設けることで電磁石２５のエネルギーを回生する場合、電磁石２５のインダクタンスが大きいため、非常に大きなコンデンサを設ける必要があるという問題がある。
一方、本実施形態では、制御部１３０は、荷電粒子線を照射する被照射体の層を切り替えるときに、デグレーダ１８を制御することによって荷電粒子線のエネルギーを低下させると共に、電磁石電源２７と電磁石２５との間に直列に接続された半導体５０の抵抗を上げる。半導体５０は、電磁石２５への電流を減少させるときに必要なタイミングで抵抗を高くして負荷時定数を大きくできるため、電流の低下に要する時間を短縮することができる。すなわち、荷電粒子線を照射する層を切り替えるときの切り替え時間を短縮し、荷電粒子線治療の時間を短縮することができる。例えば、従来の荷電粒子線治療装置では層の切り替えに２秒程度要していたのに対し、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１００では、１００ミリ秒程度で層を切り替えることができる。通常、層は数十層設定されるため、層の切り替え時間の合計時間を大幅に短縮することできる。その結果、荷電粒子線治療の時間を大幅に短縮することができる。また、制御部１３０は、抵抗を大きくする必要のないタイミングでは、半導体５０の抵抗を小さくしておくことができるので、抵抗器やコンデンサを配置する際の問題が生じない。
本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１００において、デグレーダ１８は、加速器１１と照射ノズル１２との間に設けられ、電磁石２５には、少なくともビーム輸送ライン１３に配置される収束電磁石１９又は偏向電磁石２０が含まれている。これによって、層を切り替えるときに収束電磁石１９又は偏向電磁石２０に対する電流の低下に要する時間を短縮できる。
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、電磁石電源周辺の回路構成は図４に示すものに限定されない。また、回転ガントリ２３を用いず照射ノズルを固定して固定照射するものであってもよい。また、デグレーダ１８に替えて、別のデグレーダを、サイクロトンよりも回転ガントリに近い位置に設けてもよい。また、加速器１１がシンクロトロンであり、デグレーダ１８が、加速器１１内に設けられてもよい。
また、半導体５０の抵抗のパターンは図５に示すものに限定されない。例えば、図７に示すような抵抗のパターンを採用してもよい。図７に示すように、電磁石２５に流す電流が高い状態では、半導体５０の抵抗を低くしておき、数段階電流が下がったときのタイミングで半導体５０の抵抗を中間の値に設定しておき、更に数段階電流が下がったときのタイミングで半導体５０の抵抗を高く設定してよい。
１１…加速器、１２…照射ノズル（照射部）、１３…ビーム輸送ライン（輸送ライン）、１８…デグレーダ（エネルギー調整部）、１９…収束電磁石（電磁石）、２０…偏向電磁石（電磁石）、２５…電磁石、２７…電磁石電源、５０…半導体、１００…荷電粒子線治療装置、１３０…制御部。

Claims (4)

  1. 荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器と、
    スキャニング法によって前記荷電粒子線を被照射体へ照射する照射部と、
    前記加速器から出射された前記荷電粒子線を前記照射部へ輸送する輸送ラインと、
    前記荷電粒子線のエネルギーを調整するエネルギー調整部と、
    前記照射部又は前記輸送ラインに設けられた電磁石と、
    前記電磁石に接続された電磁石電源と、
    制御部と、を備え、
    前記電磁石電源と前記電磁石との間には半導体が直列に接続され、
    前記制御部は、前記荷電粒子線を前記被照射体へ照射する際に前記荷電粒子線が到達する深さである飛程を調整するときに、前記エネルギー調整部を制御することによって前記荷電粒子線のエネルギーを低下させると共に、前記半導体の抵抗を上げる、荷電粒子線治療装置。
  2. 前記エネルギー調整部は、前記加速器と前記照射部との間に設けられ、
    前記電磁石には、少なくとも前記輸送ラインに配置される収束電磁石又は偏向電磁石が含まれる、請求項１に記載の荷電粒子線治療装置。
  3. 前記加速器はシンクロトロンであり、
    前記エネルギー調整部は、前記加速器内に設けられ、
    前記電磁石には、少なくとも前記輸送ラインに配置される収束電磁石又は偏向電磁石が含まれる、請求項１に記載の荷電粒子線治療装置。
  4. 荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器と、
    スキャニング法を用いて前記荷電粒子線を被照射体へ照射する照射部と、
    前記加速器から出射された前記荷電粒子線を前記照射部へ輸送する輸送ラインと、
    前記荷電粒子線のエネルギーを調整するエネルギー調整部と、
    前記照射部又は前記輸送ラインに設けられた電磁石と、
    前記電磁石に接続された電磁石電源と、を備える荷電粒子線治療装置を用いて、前記照射部が照射する前記荷電粒子線の飛程を調整する荷電粒子線の飛程調整方法であって、
    前記荷電粒子線を前記被照射体へ照射する際に前記荷電粒子線が到達する深さである前記飛程を調整するときに、
    前記エネルギー調整部を制御することによって前記荷電粒子線のエネルギーを低下させると共に、前記電磁石電源と前記電磁石との間に直列に接続された半導体に抵抗を上げる、荷電粒子線の飛程調整方法。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014038738A (ja) * 2012-08-13 2014-02-27 Sumitomo Heavy Ind Ltd サイクロトロン
CN110237447B (zh) 2013-09-27 2021-11-02 梅维昂医疗系统股份有限公司 粒子治疗系统
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
US10786689B2 (en) 2015-11-10 2020-09-29 Mevion Medical Systems, Inc. Adaptive aperture
JP7059245B2 (ja) 2016-07-08 2022-04-25 メビオン・メディカル・システムズ・インコーポレーテッド 治療計画の決定
JP7041158B2 (ja) * 2017-01-05 2022-03-23 メビオン・メディカル・システムズ・インコーポレーテッド 高速エネルギースイッチング
US11103730B2 (en) 2017-02-23 2021-08-31 Mevion Medical Systems, Inc. Automated treatment in particle therapy
WO2019006253A1 (en) 2017-06-30 2019-01-03 Mevion Medical Systems, Inc. CONFIGURABLE COLLIMATOR CONTROLLED BY LINEAR MOTORS
EP3934752A1 (en) 2019-03-08 2022-01-12 Mevion Medical Systems, Inc. Delivery of radiation by column and generating a treatment plan therefor
CN112587813B (zh) * 2021-01-09 2023-04-11 孙玲西 一种用于治疗肺部肿瘤的多射线治疗机

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5542665A (en) * 1978-09-22 1980-03-26 Mitsubishi Electric Corp Accelerator
JP2833602B2 (ja) * 1995-12-11 1998-12-09 株式会社日立製作所 荷電粒子出射方法および荷電粒子出射装置
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
JP2003033049A (ja) 2001-07-18 2003-01-31 National Institute Of Advanced Industrial & Technology パルス電源
US8373145B2 (en) * 2008-05-22 2013-02-12 Vladimir Balakin Charged particle cancer therapy system magnet control method and apparatus
JP5450602B2 (ja) * 2008-05-22 2014-03-26 エゴロヴィチ バラキン、ウラジミール シンクロトロンによって加速された荷電粒子を用いて腫瘍を治療する腫瘍治療装置
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
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
CN101441956B (zh) * 2008-10-31 2011-03-23 上海电科电器科技有限公司 一种低压开关电器电磁铁控制电路
WO2011048088A1 (en) * 2009-10-23 2011-04-28 Ion Beam Applications Gantry comprising beam analyser for use in particle therapy
JP5583436B2 (ja) 2010-03-15 2014-09-03 住友重機械工業株式会社 ラインスキャニング装置
EP2679277A1 (en) * 2012-06-28 2014-01-01 Ion Beam Applications Apparatus and method for conformal particle radiation therapy of a moving target

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