JP6121546B2

JP6121546B2 - 粒子加速器用の制御システム

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Publication number: JP6121546B2
Application number: JP2015534728A
Authority: JP
Inventors: ケネス・ピー・ガル; スタンレー・ローゼンタール; トーマス・シー・ソブジンスキー; アダム・シー・モルツァン
Original assignee: メビオン・メディカル・システムズ・インコーポレーテッド
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2033-09-27
Also published as: TW201422278A; US20140091734A1; CN104822417A; WO2014052721A1; US9681531B2; JP2015535713A; CN104822417B; EP2900324A1

Description

関連出願の相互参照
本明細書では、２０１２年９月２８日に出願した米国仮出願第６１／７０７，６４５号明細書の優先権が主張される。米国仮出願第６１／７０７，６４５号明細書の内容は、参照により本開示に組み込まれる。

本開示は、一般的に、粒子加速器のための制御システムに関する。

粒子治療システムは、粒子加速器を使用して、腫瘍などの苦痛を治療するための粒子ビームを発生する。制御システムは、粒子加速器の挙動を、望まれている通りに確実に動作するように管理する。

米国特許出願第１１／９４８，６６２号明細書米国特許出願第１１／９４８，３５９号、名称「ＭａｔｃｈｉｎｇＡＲｅｓｏｎａｎｔＦｒｅｑｕｅｎｃｙＯｆＡＲｅｓｏｎａｎｔＣａｖｉｔｙＴｏＡＦｒｅｑｕｅｎｃｙＯｆＡｎＩｎｐｕｔＶｏｌｔａｇｅ」米国特許出願第１３／９０７，６０１号米国特許第７，７２８，３１１号明細書米国特許出願第１２／２７５，１０３号明細書米国特許出願第１３／９１６，４０１号明細書米国仮出願第６０／７６０，７８８号、名称「Ｈｉｇｈ−ＦｉｅｌｄＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇＳｙｎｃｈｒｏｃｙｃｌｏｔｒｏｎ」米国特許出願第１１／４６３，４０２号、名称「ＭａｇｎｅｔＳｔｒｕｃｔｕｒｅＦｏｒＰａｒｔｉｃｌｅＡｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ」米国仮出願第６０／８５０，５６５号、名称「ＣｒｙｏｇｅｎｉｃＶａｃｕｕｍＢｒｅａｋＰｎｅｕｍａｔｉｃＴｈｅｒｍａｌＣｏｕｐｌｅｒ」米国仮出願第６１／７０７，４６６号明細書、名称「ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧＩＮＴＥＮＳＩＴＹＯＦＡＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭ」米国仮出願第６１／７０７，５１５号明細書、名称「ＡＤＪＵＳＴＩＮＧＥＮＥＲＧＹＯＦＡＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭ」米国仮出願第６１／７０７，５４８号明細書、名称「ＡＤＪＵＳＴＩＮＧＣＯＩＬＰＯＳＩＴＩＯＮ」米国仮出願第６１／７０７，５７２号明細書、名称「ＦＯＣＵＳＩＮＧＡＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＵＳＩＮＧＭＡＧＮＥＴＩＣＦＩＥＬＤＦＬＵＴＴＥＲ」米国仮出願第６１／７０７，５９０号明細書、名称「ＭＡＧＮＥＴＩＣＦＩＥＬＤＲＥＧＥＮＥＲＡＴＯＲ」米国仮出願第６１／７０７，７０４号明細書、名称「ＦＯＣＵＳＩＮＧＡＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭ」米国仮出願第６１／７０７，６２４号明細書、名称「ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧＰＡＲＴＩＣＬＥＴＨＥＲＡＰＹ」米国仮出願第６０／９９１，４５４号明細書米国特許第８，００３，９６４号明細書米国特許第７，２０８，７４８号明細書米国特許第７，４０２，９６３号明細書米国特許出願第１１／９３７，５７３号明細書米国特許出願第１１／１８７，６３３号明細書、名称「ＡＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＷａｖｅｆｏｒｍＧｅｎｅｒａｔｏｒｆｏｒａＳｙｎｃｈｒｏｃｙｃｌｏｔｒｏｎ」米国仮出願第６０／５９０，０８９号明細書米国特許出願第１０／９４９，７３４号明細書、名称「ＡＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＰａｒｔｉｃｌｅＳｃａｔｔｅｒｅｒｆｏｒＲａｄｉａｔｉｏｎＴｈｅｒａｐｙＢｅａｍＦｏｒｍａｔｉｏｎ」米国仮出願第６０／５９０，０８８号明細書米国特許出願第１３／１４８，０００号明細書

例示的な粒子治療システムは、粒子ビームを出力する粒子加速器を備えるものとしてよく、この粒子加速器は、電離プラズマのパルスを空洞に送り込むための粒子源であって、粒子源のそれぞれのパルスは、対応するパルスを発生させるための粒子源の動作の持続時間に対応するパルス幅を有し、粒子ビームは、電離プラズマのパルスに基づく、粒子源と、異なる厚さを有する変調ホイールであって、それぞれの厚さは変調ホイールの異なる外周長に渡って延在し、粒子ビームの前駆体を受けるように配置され、また粒子ビームに対する拡大ブラッグピークを生成するように構成された、変調ホイールとを備える。例示的な粒子治療システムは、第１の速度で動作可能な１つ又は複数の入出力（Ｉ／Ｏ）モジュールであって、１つ又は複数の第１のＩ／Ｏモジュールは、機械命令を１つ又は複数のモータ制御装置に送信するように構成され、そのうちの少なくとも１つは変調ホイールを制御するためのものである、１つ又は複数の入出力（Ｉ／Ｏ）モジュールと、第１の速度より速い第２の速度で動作可能な１つ又は複数の第２のＩ／Ｏモジュールであって、そのうちの少なくとも１つは、粒子源のパルス幅が変調ホイールの回転位置と共に変化するように機械命令を粒子源に送信するように構成されている、１つ又は複数の第２のＩ／Ｏモジュールとをさらに備える。例示的な粒子治療システムは、以下の特徴のうちの１つ又は複数も含み得る。

例示的な粒子治療システムは、処方箋情報を病院から受信し、処方箋情報を機械情報に翻訳し、治療記録を病院に送信するようにプログラムされた治療制御コンピュータと、リアルタイムオペレーティングシステムを有する主制御コンピュータであって、機械情報を治療制御コンピュータから受信し、機械情報を機械命令に翻訳し、機械命令を第１のＩ／Ｏモジュール及び第２のＩ／Ｏモジュールの１つ又は複数に送信するようにプログラムされた、主制御コンピュータとを備えることができる。

例示的な粒子治療システムは、変調ホイールの回転速度及び位置の監視に使用される光ファイバーを含み得る。第１のＩ／Ｏモジュールの速度は、数ミリ秒のオーダーであり、第２のＩ／Ｏモジュールの速度は、１００又は数１００ナノ秒のオーダーであるものとしてよい。

第１のＩ／Ｏモジュールは、プログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）であるものとしてよい。ＰＬＣの少なくとも１つは、出力する前に粒子ビームを成形する磁場成形ホイールシステムを制御するための機械命令をモータ制御装置に送信するようにプログラムされ得る。ＰＬＣの少なくとも１つは、出力する前に粒子ビームをコリメートする散乱システムを制御するための機械命令をモータ制御装置に送信するようにプログラムされ得る。

例示的な粒子治療システムは、空洞を通じてＲＦ周波数を掃引し、粒子源によって形成されるプラズマ柱から粒子を引き出すための、回転コンデンサを備える高周波（ＲＦ）システムを含み得る。ＰＬＣの少なくとも１つは、回転コンデンサを制御するモータ制御装置に機械命令を送信するようにプログラムされ得る。ＰＬＣの２つ又はそれ以上は、互いに通信するように構成され得る。

例示的な粒子治療システムは、粒子加速器が取り付けられる回転可能ガントリーを備えるものとしてよい。ＰＬＣの少なくとも１つは、回転可能ガントリーを制御するモータ制御装置に機械命令を送信するようにプログラムされ得る。

第２のＩ／Ｏモジュールは、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）であるものとしてよい。例示的な粒子治療システムは、マクロプロセッサを備える回路基板を具備することができる。ＦＰＧＡの少なくとも１つは、回路基板上にあり、マイクロプロセッサと通信するものとしてよい。マイクロプロセッサは、制御コンピュータと通信するようにプログラムされ得る。

例示的な粒子治療システムは、空洞を通じてＲＦ周波数を掃引し、粒子源によって形成されるプラズマ柱から粒子を引き出すための高周波（ＲＦ）システムを含み得る。ＦＰＧＡの少なくとも１つは、ＲＦ制御モジュールであってよい。ＲＦ制御モジュールは、変調ホイールの回転に関する情報を受信し、その情報に基づき、粒子源及びＲＦシステムの動作状況を調整するように構成され得る。粒子源及びＲＦシステムの動作状況を調整するステップは、変調ホイールの回転位置に基づき粒子源をオン又はオフにするステップと、変調ホイールの回転位置に基づきＲＦシステムをオン又はオフにするステップとを含み得る。ＲＦ制御モジュールは、ＲＦ電圧が特定の周波数の電圧であるときにオンにし、ＲＦ電圧が特定の周波数の電圧であるときにオフにする機械命令を粒子源に送信するように構成され得る。粒子源の動作状況を調整するステップは、粒子源のターンオン時間におけるパルス幅を指定するステップを含み得る。

例示的な粒子治療システムは、パルスの含まれる粒子ビームを出力するための粒子加速器と、粒子ビームの経路内にある深さ変調とを備えることができる。深さ変調は可変の厚さを有し、粒子ビームが異なる時間に深さ変調の異なる厚さ部分に衝突するように移動可能である。粒子治療システムは、深さ変調の異なる厚さ部分に衝突するパルスの数を制御するように構成される。例示的な粒子治療システムは、以下の特徴のうちの１つ又は複数を、単独で、又は組み合わせて含み得る。

深さ変調の移動は、異なる数のパルスが深さ変調の少なくとも２つの異なる厚さ部分に衝突するように制御可能であるものとしてよい。粒子治療システムは、制御信号を送る制御システムと、それらの制御信号に応答して深さ変調の移動を制御するモータとを備えることができ、この移動は、制御信号によって制御可能である回転である。

加速器からのパルスの出力は、異なる数のパルスが深さ変調の少なくとも２つの異なる厚さ部分に衝突するように制御され得る。粒子加速器は、パルスの引き出し元であるプラズマ流を発生させるように構成された粒子源を備えることができ、プラズマ流は、電離ガスに印加された電圧に応答して生成され、電圧は、粒子源をオン、オフするように制御可能であり、これにより、少なくとも２つの異なる厚さ部分に衝突するパルスの数を制御する。粒子加速器は、パルスの引き出し元であるプラズマ流を発生させるように構成された粒子源と、周波数を掃引し、それによってそれぞれの周波数掃引においてプラズマ流から１つ又は複数のパルスを引き出すための高周波（ＲＦ）源とを備えることができる。ＲＦ源は、深さ変調の異なる厚さ部分に衝突するパルスの数を制御するように制御可能であるものとしてよい。ＲＦ源は、１つ又は複数の周波数掃引をスキップするように制御可能であるものとしてよい。粒子治療システムは、パルスを偏向させて深さ変調の異なる厚さ部分に衝突するパルスの数を制御する１つ又は複数の構造体を備えることによって構成され得る。

例示的な粒子治療システムは、粒子ビームを出力する粒子加速器を備えるものとしてよく、この粒子加速器は、電離プラズマのパルスを空洞に送り込むための粒子源であって、粒子源のそれぞれのパルスは、対応するパルスを発生させるための粒子源の動作の持続時間に対応するパルス幅を有し、粒子ビームは、電離プラズマのパルスに基づく、粒子源と、異なる厚さを有する変調ホイールであって、それぞれの厚さは変調ホイールの異なる外周長に渡って延在し、粒子ビームの前駆体を受けるように配置され、また粒子ビームに対する拡大ブラッグピークを生成するように構成された、変調ホイールとを備える。粒子治療システムは、粒子源のパルス幅が、変調ホイールの回転位置と共に変化するように構成され得る。

発明の概要の節で説明されているものを含む、本開示で説明されている特徴のうちの２つ又はそれ以上を組み合わせることで、本明細書では具体的に説明されていない実施例を形成することができる。

本明細書で説明されている様々なシステム、又はその一部の制御は、１つ又は複数の非一時的機械可読記憶媒体に格納され、１つ又は複数の処理デバイス上で実行可能である命令を含むコンピュータプログラム製品を介して実装され得る。本明細書で説明されているシステム、又はその一部は、１つ又は複数の処理デバイス及び述べられている機能の制御を実装する実行可能命令を格納するためのメモリを含み得る装置、方法、又は電子システムとして実装され得る。

１つ又は複数の実施形態の詳細は、添付した図面及び以下の説明で記述される。他の特徴、目的、及び利点は、説明と図面、さらには特許請求の範囲から明らかになるであろう。

例示的な粒子治療システムの斜視図である。例示的なシンクロサイクロトロンの構成要素の分解斜視図である。例示的なシンクロサイクロトロンの断面図である。例示的なシンクロサイクロトロンの断面図である。例示的なシンクロサイクロトロンの断面図である。例示的なシンクロサイクロトロンの斜視図である。例示的なリバースボビン及び巻線の一部の断面図である。例示的なケーブルインチャネル複合導体の断面図である。例示的な粒子源の断面図である。例示的なディープレート及び例示的なダミーディーの斜視図である。例示的なボールトの斜視図である。ボールトを備える例示的な治療室の斜視図である。例示的な粒子加速器の隣りの患者を示す図である。治療室内の例示的な内部ガントリーの中に位置決めされた患者を示す図である。粒子加速器用の制御システムの一例を示すブロック図である。例示的な磁場成形ホイールシステムを示す図である。例示的な変調ホイール及び例示的な散乱体を含むビーム経路を示す側面図である。様々なブラッグピーク及び拡大ブラッグピークを形成する累積効果を示すグラフである。異なる深さ及び強度レベルでブラッグピークを形成するための例示的な変調ホイールの側面図である。図１９の変調ホイールの上面図である。周波数掃引及び周波数掃引の期間において出力される粒子源のパルス幅を示すグラフである。患者体内の異なる深さにおける拡大ブラッグピークを示すグラフである。図２２の拡大ブラッグピークに対するモジュレーションホイールの角度に関する粒子源のパルス幅を示すグラフである。

様々な図面内の類似の参照符号は、類似の要素を示す。

［発明の概要］
本明細書では、例えば陽子治療システムやイオン治療システムのようなシステムにおいて利用するための例示的な粒子加速器のための制御システムの一の実施例について説明する。例示的な粒子治療システムは、ガントリーに取り付けられている粒子加速器−当該実施例では、シンクロサイクロトロン−を含んでいる。以下に詳述するように、ガントリーによって、粒子加速器は患者の位置の周りに回転可能とされる。幾つかの実施例では、ガントリーは鋼鉄製であり、患者の両側に配設された２つの軸受それぞれに回転可能に取り付けられた２つの脚部を有している。粒子加速器は、患者が横たわる治療領域を跨設するに十分に長い鉄骨トラスによって支持されており、鉄骨トラスは、その両端においてガントリーの回転式脚部に安定して取り付けられている。ガントリーが患者の周りを回転する結果として、粒子加速器も回転する。

例示的な一実施例において、粒子加速器（例えば、シンクロサイクロトロン）は、磁場（Ｂ）を発生する電流を伝導するための超電導コイルを保持する低温保持装置を含む。この例では、低温保持装置は、コイルを超電導温度、例えば４ケルビン（Ｋ）に維持するために液体ヘリウム（Ｈｅ）を使用する。磁気ヨークは、低温保持装置に隣接し（例えば、その周囲にあり）、粒子が加速される空洞を画成する。低温保持装置は、ストラップなどを通じて磁気ヨークに取り付けられる。

この例示的な実施例では、粒子加速器は、プラズマ柱を空洞に供給するために粒子源（例えば、ペニングイオンゲージ−−ＰＩＧ源）を含む。水素ガスは電離されてプラズマ柱を生成する。電圧源は、高周波（ＲＦ）電圧を空洞に印加して粒子をプラズマ柱から加速する。指摘されているように、この例では、粒子加速器はシンクロサイクロトロンである。したがって、プラズマ柱から粒子を引き出すときに、粒子に対する相対論的効果（例えば、粒子質量が増加する）を考慮してＲＦ電圧が一定範囲の周波数にわたって掃引される。コイルによって発生した磁場により、プラズマ柱から加速された粒子は空洞内の軌道上で加速する。強磁性装置（例えば、磁場再生器）は、空洞の内側の既存の磁場を調整するように空洞内に位置決めされ、これにより、プラズマ柱から加速された粒子の連続的な軌道の位置を変更し、最終的に粒子がヨークを通る引き出しチャネルに出力される。引き出しチャネルは、プラズマ柱から加速された粒子を受け、受けた粒子を空洞から出力する。引き出しチャネルの内側と外側の両方の要素は粒子ビームを成形し、集束して照射する。

制御システムは、粒子加速器の挙動を制御することができる。動作時に、粒子加速器からの粒子ビームは、特定の治療計画に従って患者に照射される。処方箋により、治療計画を実施するために使用される粒子治療システムの動作特性が定められる。処方箋では特定の粒子治療システムに適している任意の数の動作特性を指定することができるが、一実施例において、この処方箋では、粒子の線量、粒子の線量率、患者の位置（患者が横たわっている「カウチ」によって画定される）、患者のカウチの回転角、ガントリーの回転角、ビームの照射領域の大きさ、ビーム深さ、ビーム深さの程度、粒子ビームの面積を制限するために使用される開口の構成、及び粒子ビームの貫入深さをカスタマイズするために使用される飛程補償ボーラス（又は、単に、「ボーラス」）の構成のうちの１つ又は複数を指定する。

制御システムは、ユーザーインターフェースを備える治療制御コンピュータ（ＴＣＣ）を具備することができる。一例において、ＴＣＣは、病院から処方箋を受信し、治療記録を病院に送信するようにプログラムされる。ＴＣＣは、この処方箋を、限定はしないが、コマンド、パラメータ、及び／又は他の機械使用可能情報を含む、機械命令に翻訳することもできる。

ＴＣＣは、翻訳された機械命令を主制御コンピュータ（ＭＣＣ）に送信することができる。ＭＣＣは、コマンドを正確な時間、正確な順序で実行するためのリアルタイムオペレーティングシステムを備えることができる。一例において、ＭＣＣは、機械命令を低速及び高速な入出力モジュールに送信するようにプログラムされる。

例示的な一実施例において、低速なＩ／Ｏモジュールは、命令をモータ制御装置に送信するために使用される。モータ制御装置は、粒子加速器の移動可能な構成要素（例えば、磁場成形ホイール、散乱箔、回転コンデンサ、深さ変調ホイール、ガントリーなど）を制御することができる。

例示的な一実施例において、高速なＩ／Ｏモジュールは、時間に依存する度合いの高い制御に使用される。例えば、高速なＩ／Ｏモジュールを使用してＲＦ電圧源及び／又は粒子源を制御するに適切である可能性がある（他方に対して正確な時間で回転させることが重要な場合があるので）。高速なＩ／Ｏモジュールは、変調ホイールの位置のサンプリングであるデータを受信するためにも使用され得る（非常に高いサンプリングレートが適切な場合があるので）。

低速及び高速なＩ／Ｏモジュールは、これらの機械命令を使用して、粒子治療システムを、治療計画に適した動作特性を有するように構成する。粒子治療システムは、ケースバイケースで構成可能である。

粒子治療システムを制御するための本明細書で説明されている技術は、特定の粒子治療システムとの併用に限定されず、むしろ、任意の適切な粒子治療システムにおいて使用されるものとしてよい。前述の技術は、他の適切な医学的処置又は診断システムでも使用され得る。

前述の技術が使用され得る粒子治療システムの一例を以下に提示する。

例示的な粒子治療システム
図１に表すように、荷電粒子線治療システム５００は、ビーム発生粒子加速器５０２を備えており、ビーム発生粒子加速器５０２の重量及び大きさは、ビーム発生粒子加速器５０２の出力が加速器ハウジングから患者５０に向かう直線方向に（すなわち、実質的に直接）方向づけられている状態において、向けられた出力を有する回転式ガントリー５０４に取り付け可能とされる大きさである。

幾つかの実施例では、鋼製ガントリー５０４は、２つの脚部５０８、５１０を有しており、２つの脚部５０８、５１０は、患者の両側に配設された２つの軸受５１２、５１４それぞれに回転するように取り付けられている。ビーム発生粒子加速器５０２は、患者が横たわる治療領域５１８を跨設するに十分に長い（患者の所望のターゲット領域をビームライン上に維持した状態で空間内において背の高いヒトを完全に回転させることができるように、例えば当該背の高いヒトの身長の２倍の長さとされる）鉄骨トラス５１６によって支持されており、その両端においてガントリーの回転式脚部に安定に取り付けられている。

幾つかの実施例では、ガントリー５０４の回転が３６０°未満の範囲５２０、例えば、約１８０°に制限され、これにより、治療システムを収納するボールト５２４の壁から患者治療領域内部に至るまで床５２２を延在させることができる。また、ガントリー５０４の回転範囲５２０が制限されることによって、患者治療領域の外側に居る人々を放射線から遮蔽するための壁のうち幾つかの壁の必要な厚さを薄くすることができる。ガントリー５０４の回転範囲５２０を１８０°とすれば、すべての治療アプローチ角に対応するのに十分であるが、移動範囲を拡大することは優位である。例えば、回転範囲５２０は、１８０°〜３３０°としても、依然として治療のための床面積に対するクリアランスを確保することができる。

ガントリー５０４の水平回転軸線５３２は、患者と療法士とが治療システムをインタラクティブに操作する場所の床より公称１メートル上方に配置されている。この床は、荷電粒子線治療システム５００を遮蔽しているボールト５２４の最下床より約３メートル上方に位置決めされている。ビーム発生粒子加速器５０２は、治療ビームを回転軸線の下方から照射するために高床の下方において旋回可能とされる。患者用カウチは、ガントリー５０４の回転軸線５３２に対して略平行とされる水平面内において移動及び回転する。カウチは、このような構成によって水平面内において約２７０°の範囲５３４にわたって回転可能とされる。ガントリー５０４及び患者の回転範囲５２０、５３４と自由度との組み合わせによって、療法士は、ビームについての任意のアプローチ角を実質的に選択することができる。必要に応じて、患者を反対の向きでカウチに載置することによって、想定し得るすべての角度が利用可能となる。

幾つかの実施例では、ビーム発生粒子加速器５０２は、超高磁界超電導電磁構造体を有しているシンクロサイクロトロンを利用する。所定の運動エネルギーを具備する荷電粒子の曲率半径は、当該荷電粒子に印加される磁場の増大に正比例して小さくなるので、超高磁界磁場超電導磁気構造体を利用することによって、加速器を小型かつ軽量にすることができる。シンクロサイクロトロンは、回転角度が一様とされる磁場であって、半径が大きくなるに従って強度が低下する磁場を利用する。このような磁場形状は、磁場の規模に関係なく実現されるので、シンクロサイクロトロン内で利用可能とされる磁場の強度（ひいては、固定された半径において結果として得られる粒子エネルギー）についての上限は理論上存在しない。

非常に高い磁場の存在下において、超電導体はその超電導特性を失う。非常に高い磁場を実現するために、高性能な超電導線からなる巻線が利用される。超電導体は、一般に、その超電導特性が得られる低温状態に至るまで冷却される必要がある。本明細書で説明されている幾つかの実施例では、超電導コイル巻線を絶対零度近傍の温度に冷却するために、冷凍機が利用される。冷凍機を利用することによって、複雑性及びコストが低減される。

シンクロサイクロトロンは、ビームが患者に対して直接生成されるようにガントリーに支持されている。ガントリーは、患者の体内の点又は患者の近傍の点（アイソセンター５４０）を含む水平回転軸線を中心としてサイクロトロンを回転させることができる。水平回転軸線に対して平行とされる分割式トラスが、サイクロトロンをその両側で支持している。

ガントリーの回転範囲は、制限されているので、アイソセンターを中心とする広い領域内に患者支持領域を収容することができる。アイソセンターを中心として広範囲にわたって床を延在させることができるので、患者支持台は、アイソセンターを通過する垂直軸線５４２に対して相対的に移動するように、かつ垂直軸線５４２を中心として回転するように位置決めされ、ガントリーの回転と患者支持台の移動及び回転との組み合わせによって、患者の任意の部位に向けて任意の角度でビームを方向づけることができる。２つのガントリーアームは、背の高い患者の身長の２倍を超える長さで離隔されているので、高床の上方に位置する水平面内において、患者を乗せたカウチを回転及び並進運動させることができる。

ガントリーの回転角度を制限することによって、治療室を囲む壁のうちの少なくとも１つの壁の厚さを低減することができる。一般にコンクリートから構成された厚肉の壁によって、治療室の外に居るヒトは放射線から防護される。陽子ビームを阻止するための下流側の壁は、同等のレベルの防護を実現するために、治療室の反対側の壁の約２倍の厚さとされる場合がある。ガントリーの回転を制限することによって、治療室を３つの側面においてアースグレード（ｅａｒｔｈｇｒａｄｅ）より低く設定することができる一方、占有領域を最も薄肉の壁に隣接させることができるので、治療室を建築するコストを低減することができる。

図１に示されている例示的な実施例において、超電導シンクロサイクロトロン５０２は、シンクロサイクロトロンの磁極間隙において８．８テスラのピーク磁場で動作する。シンクロサイクロトロンは、２５０ＭｅＶのエネルギーを有する陽子ビームを発生する。他の実施例では、場の強度は、６から２０テスラ又は４から２０テスラの範囲内とすることが可能であり、陽子エネルギーは、１５０から３００ＭｅＶの範囲内とすることが可能である。

この例で説明されている放射線治療システムは陽子放射線治療に使用されるが、同じ原理及び詳細は、重イオン（イオン）治療システムで使用するための類似のシステムにおいて適用され得る。

図２、図３、図４、図５、及び図６に示されているように、例示的なシンクロサイクロトロン１０（例えば、図１の５０２）は、粒子源９０を収容する磁石システム１２、高周波駆動システム９１、及びビーム引き出しシステム３８を含む。磁石システムによって確立される磁場は、環状超電導コイル４０、４２の分割されたペアと成形された強磁性（例えば、低炭素鋼）磁極面４４、４６のペアとの組み合わせを使用して、内部に存在する陽子ビームの集束を維持するのに適切な形状を有する。

２つの超電導磁気コイルは、共通軸４７を中心とし、この軸に沿って相隔てて並ぶ。図７及び図８に示されているように、コイルは、撚り合わせたケーブルインチャネル導体形態で配設される直径０．８ｍｍのＮｂ_３Ｓｎ系超電導線４８（最初に、銅シースによって囲まれているニオブスズコアを備える）から形成される。７本の個別の線がまとめられてケーブルにされた後、これらは加熱され、ワイヤ状の最終（脆い）超電導体を形成する反応を引き起こす。材料が反応した後、ワイヤは銅チャネル（外径３．１８×２．５４ｍｍ及び内径２．０８×２．０８ｍｍ）内にハンダ付けされ及び、絶縁体５２（この例では、ガラス繊維織布）で覆われる。次いで、ワイヤ５３を収容する銅チャネルコイル状に巻き取られ、これは８．５５ｃｍ×１９．０２ｃｍの矩形の断面を有し、２６の層を有し、層毎に４９回の巻き数を有する。次いで、この巻きコイルは、エポキシ化合物で真空含浸される。完成したコイルは、環状ステンレスリバースボビン５６上に取り付けられる。ヒーターブランケット５５は間隔をあけて巻線の層内に入れられ、磁石クエンチが生じた場合にアセンブリを保護する。

次いで、コイル全体を銅板で覆って熱伝導性及び機械的安定性を付与し、次いで、追加エポキシ層内に収容する。コイルの事前圧縮は、ステンレス製リバースボビンを加熱し、コイルをリバースボビン内に嵌め込むことによって行われ得る。リバースボビンの内径は、質量全体が４Ｋまで冷却されたときに、リバースボビンがコイルと接触したままになり、ある程度の圧縮をもたらすように選択される。ステンレス製のリバースボビンを約５０℃に加熱し、コイルを１００度のケルビン温度でコイルを嵌合すると、これが達成され得る。

コイルの幾何学的形状は、コイルを矩形リバースボビン５６内に取り付けて、コイルが通電されたときに発生する歪みを起こす力に抗して作用する復元力６０を与えることによって維持される。図５に示されているように、コイル位置は、一組の高温−低温支持ストラップ４０２、４０４、４０６を使用して磁石ヨーク及び低温保持装置に対して維持される。低温質量を細いストラップで支持することにより、剛体支持システムによって低温質量に与えられる熱漏洩が低減される。ストラップは、磁石が搭載された状態でガントリーを回転するときにコイルにかかる変化する重力に耐えるように構成される。これらは、重力と、磁気ヨークに対して完全対称位置から摂動したときにコイルによって生じる大きな偏心力との複合効果に耐える。それに加えて、リンクは、位置が変わった場合にガントリーが加減速する際にコイルに与えられる動的な力を低減する働きをする。それぞれの高温−低温支持体は、１つのＳ２ガラス繊維リンクと１つの炭素繊維リンクとを含む。炭素繊維リンクは、高温のヨークと中間温度（５０〜７０Ｋ）との間のピン上で支持され、Ｓ２ガラス繊維リンク４０８は、中間温度ピン及び低温質量に取り付けられたピン上で支持される。それぞれのリンクは長さ５ｃｍ（ピン中心からピン中心までの間）、幅１７ｍｍである。リンクの厚さは、９ｍｍである。それぞれのピンは、高張力ステンレス鋼から作られ、直径は４０ｍｍである。

図３を参照すると、半径の関数としての場の強度プロファイルは、大部分がコイルの幾何学的形状及び磁極面の形状の選択によって決定され、透磁性ヨーク材料の磁極面４４、４６は、磁場の形状を微調整して加速時に粒子ビームの収束を確実に保つように、起伏が付けられ得る。

超電導コイルは、限定された一組の支持点７１、７３を除き、コイル構造体の周りに自由空間を設ける真空にされた環状アルミニウム又はステンレス製低温保持槽７０の内側にコイルアセンブリ（コイル及びボビン）を封じ込めることによって絶対零度近くの温度（例えば、約４ケルビン）に維持される。代替的バージョン（図４）において、低温保持装置の外壁は、低炭素鋼で作られ、磁場に対する追加の帰還磁路をもたらすことができる。

幾つかの実施例では、絶対零度近くの温度は、１つの単段ギフォードマクマホン冷凍機と３つの２段ギフォードマクマホン冷凍機とを使用して達成され、維持される。それぞれの２段冷凍機は、ヘリウム蒸気を液体ヘリウムに再凝縮する凝縮器に取り付けられた第２段低温端部を有する。冷凍機のヘッドには、圧縮機から圧縮ヘリウムが供給される。単段ギフォードマクマホン冷凍機は、電流を超電導巻線に供給する高温（例えば、５０〜７０ケルビン）のリード線を冷却するように構成される。

幾つかの実施例では、絶対零度近くの温度は、コイルアセンブリ上の異なる位置に配置された２つのギフォードマクマホン冷凍機７２、７４を使用して達成され、維持される。それぞれの冷凍機は、コイルアセンブリと接触する低温端部７６を有する。冷凍機のヘッド７８には、圧縮機８０から圧縮ヘリウムが供給される。他の２つのギフォードマクマホン冷凍機７７、７９は、電流を超電導巻線に供給する高温（例えば、６０〜８０ケルビン）のリード線を冷却するように構成される。

コイルアセンブリ及び低温保持槽は、ピルボックス形状の磁石ヨーク８２の２つの半分８１、８３内に取り付けられ、完全に封じ込められる。この例では、コイルアセンブリの内径は、約７４．６ｃｍである。鉄ヨーク８２は、帰還磁束８４に対する経路となり、磁極面４４、４６の間の容積部８６を磁気遮蔽して外部からの磁気的影響がその容積部内の磁場の形状を摂動するのを防ぐ。ヨークは、加速器の付近の漂遊磁場を減少させる働きもする。

図３及び図９に示されているように、シンクロサイクロトロンは、磁気構造体８２の幾何学的中心９２の近くに配置されているペニングイオンゲージ形態の粒子源９０を含む。粒子源は、以下に説明されている通りであるか、又は粒子源は、参照により本明細書に組み込まれている米国特許出願第１１／９４８，６６２号で説明されている種類のものであってよい。

粒子源９０は、水素の供給部９９からガス管路１０１及び気体水素を送達する管１９４を通して供給される。電気ケーブル９４は電流源９５から電流を運び、磁場２００の方向に揃えられた陰極１９２、１９０からの電子の放出を刺激する。

幾つかの実施例では、ガス管１０１内のガスは、水素と１つ又は複数の種類の他のガスとの混合物を含み得る。例えば、混合物は、水素と希ガス、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、及び／又はラドンのうちの１つまたは複数を含み得る（混合物は希ガスとの使用に制限されない）。幾つかの実施例では、混合物は、水素とヘリウムとの混合物であってもよい。例えば、混合物は、水素を約７５％以上、ヘリウムを約２５％以下（残留ガスが含まれ得る）含有することができる。別の例では、混合物は、水素を約９０％以上、ヘリウムを約１０％以下（残留ガスが含まれ得る）含有することができる。例えば、水素／ヘリウム混合物は、＞９５％／＜５％、＞９０％／＜１０％、＞８５％／＜１５％、＞８０％／＜２０％、＞７５％／＜２０％などのうちのどれかであってよい。

粒子源中で希ガス（又は他のガス）を水素と組み合わせて使用する利点として考えられるのは、ビーム強度の増大、陰極の寿命の増加、及びビーム出力の定常性の増大である。

この例では、放出される電子は、管１９４から小さな穴を通して出て来るガスを電離し、磁石構造体と１つのダミーディープレート１０２とによって囲まれた空間の半分にかかる１つの半円形（ディー形状）高周波プレート１００によって加速する陽イオン（陽子）の供給部を形成する。遮断された粒子源の場合（その一例は、米国特許出願第１１／９４８，６６２号で説明されている）、プラズマを収容する管の全部（又は実質的な部分）が加速領域で取り除かれ、これにより、比較的高い磁場内でイオンをより高速に加速することができる。

図１０に示されているように、ディープレート１００は、磁石構造体によって囲まれた空間の周りの回転の半分において陽子が加速される空間１０７を囲む２つの半円形表面１０３、１０５を有する中空金属構造体である。空間１０７内に開いているダクト１０９は、ヨークを通り、真空ポンプ１１１が取り付けられ得る外部の場所に延在し、これにより、空間１０７及び、加速が行われる真空槽１１９内の空間の残り部分を真空にする。ダミーディー１０２は、ディープレートの露出されている縁の近くに間隔をあけて並ぶ矩形の金属リングを備える。ダミーディーは、真空槽及び磁気ヨークに接地される。ディープレート１００は、高周波伝送路の終端部に印加される高周波信号によって駆動され、電場を空間１０７内に発生させる。高周波電場は、加速された粒子ビームが幾何学的中心からの距離を増やすにつれ時間に関して変化させられる。高周波電場は、その内容が参照により本明細書に組み込まれている米国特許出願第１１／９４８，３５９号、名称「ＭａｔｃｈｉｎｇＡＲｅｓｏｎａｎｔＦｒｅｑｕｅｎｃｙＯｆＡＲｅｓｏｎａｎｔＣａｖｉｔｙＴｏＡＦｒｅｑｕｅｎｃｙＯｆＡｎＩｎｐｕｔＶｏｌｔａｇｅ」で説明されているように制御され得る。

ビームが中央に配置された粒子源から現れて粒子源構造体をクリアし、外向きに螺旋を描き始めると、高い電圧差が高周波プレート上に必要になる。高周波プレートに２０，０００Ｖが印加される。幾つかのバージョンでは、８，０００から２０，０００ボルトが高周波プレートに印加され得る。この高い電圧を駆動するために必要な電力を低減するために、磁石構造体は、高周波プレートと接地との間の静電容量を減らすように構成される。これは、高周波構造から外側ヨーク及び低温保持装置ハウジングまで十分な間隔をあけて穴を形成し、磁極面の間に十分な空間を確保することによって行われる。

ディープレートを駆動するこの高電圧の交流電位は加速サイクルにおいて、陽子の増大する相対論的質量と減少する磁場とを考慮して、周波数が低くなるように掃引される。ダミーディーは、真空槽壁と共に接地電位にあるので中空半円筒形構造体を必要としない。基本周波数の異なる位相又は倍数の周波数で駆動される加速電極の複数のペアなどの、他のプレート構成も使用することが可能である。ＲＦ構造は、例えば、互いにかみ合う回転及び静止ブレードを有する回転コンデンサを使用することによって、必要な周波数掃引においてＱを高く保つように調整することができる。ブレードのかみ合い毎に、静電容量が増加し、したがって、ＲＦ構造の共振周波数が下がる。ブレードは、必要な正確な周波数掃引がもたらされる形状に成形され得る。回転コンデンサ用の駆動モータは、正確な制御を行うためにＲＦ発生器に位相固定され得る。一群の粒子が、回転コンデンサのブレードのかみ合い毎に加速される。

加速が行われる真空槽１１９は、中央が薄く、縁が厚い、一般的に円筒形の容器である。真空槽は、ＲＦプレート及び粒子源を封じ込め、真空ポンプ１１１によって真空にされる。高真空を維持することで、加速するイオンが気体分子との衝突で失われないことが保証され、アーク地絡を生じることなくＲＦ電圧をより高いレベルに保つことが可能になる。

陽子は、粒子源から始まる一般的に螺旋状の軌道経路を横断する。螺旋経路のそれぞれのループの半分において、陽子は、空間１０７内のＲＦ電場を通過するときにエネルギーを獲得する。イオンがエネルギーを獲得すると、螺旋経路のそれぞれの連続するループの中心軌道の半径は、ループ半径が磁極面の最大半径に達するまで前のループより大きくなる。その位置で、磁場及び電場摂動はイオンを磁場が急速に減少する領域内に導き、イオンは高い磁場の領域から出て、本明細書では引き出しチャネルと称される真空管３８に通され、サイクロトロンのヨークから出る。磁場摂動を変えてイオンの向きを決めるために磁気再生器が使用され得る。サイクロトロンから出たイオンは、サイクロトロンの周りの部屋内に存在する著しく減少する磁場の領域に入ると分散する傾向を有する。引き出しチャネル３８内のビーム成形要素１０７、１０９は、イオンが空間的広がりを制限された真っ直ぐなビーム状態を保つようにイオンの向きを変える。

磁極間隙内の磁場は、加速するときに真空槽内にビームを維持する幾つかの特性を有している必要がある。磁場指数ｎは、式
ｎ＝ −（ｒ／Ｂ）ｄＢ／ｄｒ
で表され、この「弱い」集束を維持するように正に保たれなければならない。ここで、ｒはビームの半径であり、Ｂは磁場である。それに加えて、幾つかの実施例では、磁場指数は、０．２未満に維持される必要があるが、それは、この値では、ビームの径方向振動及び鉛直方向振動の周期がｖｒ＝２ｖ_ｚの共振で一致するからである。ベータトロン周波数は、ｖ_ｒ＝（１−ｎ）^１／２及びｖ_ｚ＝ｎ^１／２によって定義される。強磁性磁極面は、磁場指数ｎが所定の磁場内で２５０ＭｅＶのビームと一致する最小の直径において正に維持され、０．２未満となるようにコイルによって生成される磁場を成形するように設計される。

ビームが引き出しチャネルから出るときに、ビームはビームに対する散乱角度及び飛程変調の所望の組み合わせを形成するようにプログラム可能に制御され得るビーム形成システム１２５（図５）に通される。ビーム形成システム１２５は、ビームを患者に導くために内側ガントリー６０１（図１４）と共に使用され得る。

動作時に、プレートは、プレートの表面に沿った導通抵抗の結果として、印加される高周波場からエネルギーを吸収する。このエネルギーは、熱として現れ、熱交換器１１３（図３）内に熱を放出する水冷管路１０８を使用してプレートから取り出される。

サイクロトロンから出る漂遊磁場は、ピルボックス磁石ヨーク（シールドとしても働く）と別の磁気シールド１１４の両方によって制限される。別の磁気シールドは、空間１１６によって隔てられる、ピルボックスヨークを囲む強磁性体（例えば、鋼又は鉄）の層１１７を含む。ヨーク、空間、及びシールドのサンドイッチを含むこの構成は、より低い重量で所定の漏れ磁場に対する適切な遮蔽を形成する。幾つかの実施例では、シンクロサイクロトロンは、漂遊磁場を低減する能動的帰還システムを有するものとしてよい。能動的帰還システムの一例は、その内容が参照により本明細書に組み込まれている、２０１３年５月３１日に出願した米国特許出願第１３／９０７，６０１号で説明されている。

上述のように、ガントリー５０４は、シンクロサイクロトロンを水平回転軸線５３２を中心として回転させる。トラス構造体５１６は、２つの略平行なスパン５８０、５８２を有する。シンクロサイクロトロンは、脚部５０８、５１０同士の間における略中央にかつスパン５８０、５８２同士の間に配設されている。ガントリーは、トラスの反対側に位置する脚部５０８、５１０の端部に取り付けられた釣合いおもり１２２、１２４を利用することによって軸受５１２、５１４を中心として回転するようにバランスされている。

ガントリー５０４は電気モータによって回転駆動され、電気モータはガントリー５０４の少なくとも１つの脚部に取り付けられており、駆動歯車を介して軸受ハウジングに接続されている。ガントリー５０４の回転位置は、ガントリー５０４の駆動モータ及び駆動歯車に組み込まれた軸角エンコーダによって付与される信号から導き出される。

イオンビームがサイクロトロンから出る位置において、ビーム形成システム１２５は、患者の治療に適した特性をイオンビームに付与するようにイオンビームに作用する。例えば、ビームを拡散させ、当該ビームの貫入深さを変化させることによって、所定の目標体積に対して均一に放射することができる。ビーム形成システムは、能動的走査要素に加えて、受動的散乱要素を備えている場合がある。

シンクロサイクロトロンの能動的システムのすべて（例えば、電流駆動式超電導コイル、ＲＦ駆動式プレート、真空加速室のための真空ポンプ、超電導コイル冷却室のための真空ポンプ、電流駆動式粒子源、水素ガス源、及びＲＦプレート冷却装置）が、例えば制御を効果的に実施するために適切なプログラムでプログラムされた１つ以上のコンピュータを含む、適切なシンクロサイクロトロンを制御するための電子機器（図示しない）によって制御される。

ガントリー、患者支持体、能動的ビーム成形要素、及びシンクロサイクロトロンは、適切な治療を制御するための電子機器（図示しない）によって、治療セッションを実施するために制御される。

図１、図１１、及び図１２に表すように、ガントリー５０４の軸受５１２、５１４は、サイクロトロンのボールト５２４の壁によって支持されている。ガントリー５０４は、患者の上方位置、側方位置、及び下方位置を含む１８０°（又は１８０°以上）の回転範囲５２０にわたって、サイクロトロンを旋回させることができる。ボールト５２４は、ガントリー５０４の運動の上端及び下端点においてガントリー５０４が通過可能とされるのに十分な高さを有している。壁１４８、１５０を側面とする迷路１４６は、療法士及び患者のための出入り口経路とされる。少なくとも１つの壁１５２は、サイクロトロンからの直接的な陽子ビームの照射範囲に存在しないので、当該壁は、比較的薄くすることができ、依然として遮蔽機能を発揮させることができる。治療室の他の３つの側壁１５４、１５６、１５０／１４８は、遮蔽を比較的厳重にする必要があり、盛り土（図示しない）に埋設されている。土自体が必要な遮蔽の一部分を果たすことができるので、側壁１５４、１５６、１５８の必要な厚さは低減される。

図１２及び図１３に表すように、安全上及び美観上の理由から、治療室１６０は、ボールト５２４の内部に構成されている。治療室１６０は、旋回するガントリーが通過可能とされるように、かつ、治療室の床面積１６４の範囲を最大限に拡張するように、壁１５４、１５６、１５０及び収容室の基部１６２からガントリー５０４の脚部５０８、５１０同士の間に形成された空間の内部に向かって片持ち梁として形成されている。ビーム発生粒子加速器５０２の定期的整備は、高床の下方の空間内で実施可能とされる。ビーム発生粒子加速器５０２がガントリー５０４の下方位置に至るまで回転された場合、治療領域から離隔された空間内において、加速器全体に対してアクセス可能とされる。電源、冷却機器、真空ポンプ、及び他の支援機器は、当該離隔された空間内において高床の下方に配置されている。患者支持体１７０は、支持体を上下動させると共に患者を様々な位置及び向きに回転及び移動させることができる様々な態様で、治療室１６０の内部に取り付け可能とされる。

図１４に表すシステム６０２では、本明細書で説明されているタイプのビーム発生粒子加速器が、当該実施例ではシンクロサイクロトロン６０４が回転式ガントリー６０５に取り付けられている。回転式ガントリー６０５は、本明細書で説明されているタイプのものであり、患者支持体６０６の周りで角度的に回転することができる。この特徴によって、シンクロサイクロトロン６０４は、様々な角度から粒子ビームを患者に直接照射することができる。例えば、図１４に表すように、シンクロサイクロトロン６０４が患者支持体６０６の上方に位置している場合には、粒子ビームは患者に向かって下方に方向づけられている。代替的には、シンクロサイクロトロン６０４が患者支持体６０６の下方に位置している場合には、粒子ビームは患者に向かって上方に方向づけられている。中間ビーム経路指定機構が必要ないという意味では、粒子ビームは患者に直接印加される。本発明では、成形又はサイズ決定機構がビームの経路変更をするのではなく、同一かつ一般的なビーム軌道を維持しつつビームのサイズ及び／又は形状を決定するという点において、中間ビーム経路指定機構は成形又はサイズ決定機構と相違する。

上述のシステムの例示的な実施例に関するさらなる詳細は、米国特許第７，７２８，３１１号明細書及び米国特許出願第１２／２７５，１０３号に開示されている。これら特許文献の内容は、参照により本明細書に組み込まれている。幾つかの実施例では、シンクロサイクロトロンは、米国特許出願第１３／９１６，４０１号明細書で説明されている可変エネルギーデバイスとされる場合がある。当該特許文献の内容は、参照により本明細書に組み込まれている。

例示的な実施例
図１５に表すように、例示的な制御システム１５００は、例えば、図１〜図１４に関して、上で説明されている例示的な粒子治療システムを制御するために使用され得る。制御システム１５５は、ユーザーインターフェース、リアルタイムで機械命令を処理する主制御コンピュータ（ＭＣＣ）１５０８、及び機械命令を粒子加速器の構成要素に送信することができるＩ／Ｏモジュール１５１０、１５２２を備え得る治療制御システム（ＴＣＣ）１５０２を含むものとしてよい。

幾つかの例では、ＴＣＣ１５０２は、ＴＣＣ１５０２が、治療前に病院から患者の処方箋１５０４を受信し、治療後に治療記録１５０６を病院に送信することができるように病院とネットワークで接続されている。ＴＣＣ１５０２は、受信された患者の処方箋１５０４を、主制御コンピュータ（ＭＣＣ）１５０８によって認識され得る機械パラメータに翻訳することもできる。

ＭＣＣ１５０８は、リアルタイムオペレーティングシステム１５０８ａを備えることができる。リアルタイムオペレーティングシステム１５０８ａは、リアルタイム要求を処理するオペレーティングシステムである。例えば、非リアルタイムオペレーティングシステムでは、何か他のことをしていてビジー状態にある場合に要求の処理を遅延させ得る。

ＭＣＣ１５０８は、機械パラメータをＴＣＣ１５０２から受信するように構成され得る。ＭＣＣ１５０８は、それらの機械パラメータを、１つ又は複数の低速な入出力モジュール１５１０及び１つ又は複数の高速な入出力モジュール１５２２に認識され得る特定の機械命令に翻訳することができるが、これについては以下に詳述する。ＭＣＣ１５０８は、リアルタイムオペレーティングシステム１５０８ａの助けを借りて、機械命令を低速なＩ／Ｏモジュール１５１０及び高速なＩ／Ｏモジュール１５２２に指定された時間に指定された順序で送信することができる。

低速なＩ／Ｏモジュール１５１０は、比較的高速な伝送を必要としない粒子加速器の幾つかの態様に機械命令を送信するために使用され得る。本文脈では、「低速な」は、「高速な」動作速度よりも低い動作速度を指し、「高速な」は、「低速な」動作速度よりも高い動作速度を指す。「低速な」及び「高速な」という言い回しは、特定の動作速度を指す、又は暗示することを意図せず、相対語であり、絶対値ではない。

幾つかの例では、低速なＩ／Ｏモジュール１５１０は、ミリ秒のオーダーの速度を有するプログラマブル論理制御装置である。例えば、機械命令は、特定の構成要素に到達するのに１ｍｓよりもかかることがある。低速なＩ／Ｏモジュール１５１０は、機械命令を１つ又は複数の制御装置１５３０に送信するように構成され得る。

幾つかの例では、低速なＩ／Ｏモジュール１５１０は、機械命令を１つ又は複数のモータ制御装置１５３０に送信する。一例において、モータ制御装置１５３０は、磁場成形ホイールシステム１５１２、散乱体システム１５１４、回転コンデンサシステム１５１６、モジュラーホイール制御システム１５１８、又はガントリー制御システム１５２０の一部であるモータを制御することができるが、モータ制御装置は、モータを使用するシステムの一部であり得る。

図１６に表すように、例示的な磁場成形ホイールシステム１５１２は、粒子ビームを所望の形状に成形するために使用され得る。磁場成形ホイールシステム１５１２は、ホイールラック１６０８、ホイールチャンバー１６１２、ホイール１６１０、及びホイールモータ１６０６ａ〜ｃを備えることができる。それぞれのホイール１６１０は、異なる仕方で磁場の形状を変える。例示的な低速なＩ／Ｏモジュール１５１０ａは、どのホイール１６１０が適切であるかに応じて（例えば、翻訳された処方箋に基づき）機械命令をモータ制御装置１５３０ａ〜ｃに送信することができる。それぞれのモータ制御装置１５３０ａ〜ｃは、１つのホイールモータ１６０６ａ〜ｃを制御することができる。ホイールモータ１６０６ａは、選択されたホイール１６１０がホイールチャンバー１６１２の下に配設されるまでホイールラック１６０８を並べて移動することができる。選択されたホイール１６１０が、水平方向に整列された後、ホイールモータ１６０６ｂは、ホイールを上方に移動してホイールチャンバー１６１２内に入れることができる。選択されたホイール１６１０がホイールチャンバー１６１２内に配設された後、ホイールモータ１６０６ｃは、それを回転させることができる。異なる回転位置は、粒子ビームが受ける磁場の形状に異なる効果をもたらし得る。

上で説明されているように、ビーム形成システム（図５の１２５）は、粒子ビームに対する散乱角及び範囲変調の所望の組み合わせを生成することができる。図１７に表すように、出力される粒子ビーム１７０４は、引き出しチャネル（及び以下で説明されている変調ホイール）を通過した後に、ガウス分布に従うものとしてよい（粒子の大半がビームの中心にある）。散乱体１７０２ａは、粒子ビームが実質的に一定の幅（ｗ）を有するように粒子ビームを再成形し得る。例えば、粒子ビームは、円形の断面を有していてもよい。この実施例において、散乱体１７０２ａは、全部又は一部が鉛などの金属で作られ得る散乱箔である。図示されているように、散乱体１７０２ａは、凸形状の側部を有し、その中心よりも縁のところで鉛が多くなっている。より大きな磁場ビームサイズを実現するためにはより厚い鉛が使用され、またその逆も言える。この点で、粒子治療システムは、複数の散乱体１７０２ａ〜ｅを備えるものとしてよく、これは、粒子ビームの照射領域の大きさ（断面積）を得るために粒子ビームの経路内に、又は経路から外に切り替えられ得る。

異なる治療は、異なる散乱角及び範囲変調を必要とする。散乱体システム１５１４は、適切な散乱体１７０２ａ〜ｅを粒子ビーム経路内に配設するために使用され得る。一例において、散乱体システム１５１４は、磁場成形ホイールシステム１５１２と同様に異なる散乱体１７０２ａ〜ｅを粒子ビーム経路内に配設するように構成された１つ又は複数のモータ１７０６を備えることができる。例示的な低速なＩ／Ｏモジュール１５１０ｂは、どの散乱体１７０２ａ〜ｅが適切であるかに応じて（例えば、翻訳された処方箋に基づき）機械命令をモータ制御装置１５３０ｄに送信することができる。モータ制御装置１５３０ｄは、モータ１７０６が適切な散乱体１７０２ａ〜ｅをビーム形成システム１２５内に配設するようにモータ１７０６を制御することができる。

上で説明されているように、周波数掃引時にＲＦ構造体を調節するために回転コンデンサが使用され得る。一例において、回転コンデンサシステム１５１６は、回転コンデンサのブレードのうちの幾つかを適切な位置まで回転させるように構成され得る。回転コンデンサシステム１５１６は、磁場成形ホイールシステム１５１２と同様に回転コンデンサを制御することができる１つ又は複数のモータを備えることができる。例示的な低速なＩ／Ｏモジュール１５１０は、コンデンサを固定速度で回転させるための機械命令をモータ制御装置に送信することができる。付随する高速なＩ／Ｏシステムは、変調ホイールの回転速度をコンデンサの回転速度と合わせて、シンクロサイクロトロンからのビームパルスが方位角に関して変調ホイール上に均一に分散されることを確実にすることができる。

上で説明されているように、ガントリーは、粒子加速器を患者の位置の周りに回転させることを可能にする。ガントリー制御システム１５２０は、ガントリーを適切な位置に回転させるために使用することができる（例えば、所望の角度で治療を施すために）。一例において、ガントリー制御システム１５２０は、システム１５１２、１５１４、及び１５１６と同様にガントリーを適切な位置まで回転させるように構成された１つ又は複数のモータを備えることができる。例示的な低速なＩ／Ｏモジュール１５１０は、ガントリーのどのような位置が適切であるかに応じて（例えば、翻訳された処方箋に基づき）機械命令をモータ制御装置１５３０に送信することができる。モータ制御装置１５３０は、モータがガントリーを正しい位置に回転させるようにモータを制御することができる。

引き出しチャネルの下流（例えば、引き出しチャネルの後）で、様々なデバイスが、粒子ビームの出力に影響を及ぼすために使用される。このようなデバイスの１つは、粒子ビームのブラッグピークを拡大して患者体内の深さの範囲において実質的に均一な粒子ビーム線量を実現するように構成される。ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇには、以下のように説明されている。「高速荷電粒子は、物体を通って移動するときに、その物質の原子を電離し、その経路に沿って線量を付与する。荷電粒子のエネルギーが減少するにつれ相互作用断面積が増大するのでピークが生じる。」「ブラッグピークは、物体中を進行するときの電離性放射線のエネルギー損失をプロットするブラッグ曲線上の顕著なピークである。陽子について．．．ピークは、粒子が停止する直前に出現する。」図１８は、陽子治療の特定の線量及び深さに対するブラッグピーク９００を示す例示的なブラッグ曲線である。

深さの範囲において粒子治療の比較的均一な線量を実現するために、変調デバイスは、図１８のグラフに沿って粒子ビームのブラッグピークを移動し、移動された位置でブラッグピークの強度を変えるように構成される。粒子治療は累積的であるため、その結果生じる線量が加算されて、実質的に均一な線量が得られる。例えば、図１８に表すように、点９０１における線量は、ブラッグ曲線９０３上の点９０２、ブラッグ曲線９０５上の点９０４、及びブラッグ曲線９０７上の点９０６における線量の総和である。理想的には、結果は、深さ９０８ａから９０８ｂへの実質的に均一な線量である。これは、患者体内に深さ方向で延在する、「拡大ブラッグピーク」と称される。

幾つかの実施例では、ブラッグピークを拡大するために使用される変調デバイスは、外周に沿って異なる配置において異なる厚さを有する、変調ホイールなどの構造体である。したがって、変調ホイールは、特定の深さ及び面積に対する適切な規模の粒子治療を行うために粒子ビームの経路内で、及び粒子ビームに対して回転可能である。

図１９は、例示的な変調ホイール９１０の斜視図を示し、図２０は、変調ホイール９１０の上面図を示している。図示されているように、変調ホイール９１０は、多数のステップ９１１を有し、それぞれのステップは異なる厚さを有する（例えば、ゼロ又は実質的にゼロの厚さから数センチメートル以上のオーダーの厚さまで変化する）。これらの厚さは、対応するブラッグピークの深さを変化させるために使用される。例えば、最小量の厚さでは最大の深さを有するブラッグピークを発生し、最大量の厚さでは最小の深さを有するブラッグピークを発生し、などとなる。図２０に示されているように、様々なステップの角度（例えば、９１２、９１３など）も変化し、その結果、これらのステップの少なくとも幾つか、及び場合によっては、すべてに対して異なる外周長が得られる。それぞれのステップの角度は、対応するブラッグピークが患者体内をどの程度包含するかを調整する。例えば、最大強度を有するブラッグピーク（例えば、図１８のブラッグピーク９００）は、最大の範囲を定めるピークである。したがって、対応するステップ９１４は、最大角度を有する。次に大きい強度を有するブラッグピーク（例えば、図１８のブラッグピーク９０４）は、次に大きな範囲を定めるピークである。したがって、対応するステップ９１５は、次に大きな角度を有する、というように続く。

変調ホイールは、処方箋に対する適切なブラッグピークをもたらすために一定の、実質的に一定の、又は可変の回転を有することができる。幾つかの実施例では、粒子治療システムは、図２７及び図２８に示されている種類の複数の変調ホイールを含むことができる。変調ホイールは、特定の患者の深さにおける所望の粒子ビーム線量を実現するために変調ホイール制御システム（図１５の１５１８）によってビーム経路内に、またビーム経路から外へ切り替え可能であるものとしてよい。例えば、第１の変調ホイールは第１の深さ又は深さの範囲（例えば、１０ｃｍから１５ｃｍ）に対して使用され、第２の変調ホイールは第２の深さ又は深さの範囲（例えば、１５ｃｍから２０ｃｍ）に対して使用され、第３の変調ホイールは第３の深さ又は深さの範囲（例えば、２０ｃｍから２５ｃｍ）に対して使用され、というように続き得る。幾つかの実施例では、１２個の変調ホイールがあり、それぞれ異なる深さ範囲について較正されるものとしてよいが、他の実施例では、１２個のより多い、又は少ない変調ホイールが使用され得る。治療深さは、粒子ビーム強度にも依存し、これは以下で説明されているようにイオン（又は粒子）源のパルス幅の関数になっている。

変調ホイールは、最大の深さから患者の体表面まで（例えば、患者の皮膚の外層まで）均一な拡大ブラッグピークをもたらすように設計され得る。線量の深さをカスタマイズするために、望ましくない配置にある（例えば、図１８の領域９１７内にある）ブラッグピークは「オフにされ」得る。これは、変調ホイールのそれぞれの回転において適切な時間にＲＦ源をオフにするか、粒子源をオフにするか、又はその両方をオフにすることによって実行され得る。

粒子源のパルス幅も、拡大ブラッグピークの均一さに影響を及ぼす。背景として、粒子源が間欠的に（例えば、周期的に）作動される時間の長さが変えられ、それによって、異なる期間に対するプラズマ柱をもたらし、異なる数の粒子の引き出しを可能にする。例えば、パルス幅を増やした場合、引き出される粒子の数は増加し、パルス幅を減らした場合、引き出される粒子の数は減少する。幾つかの実施例では、粒子源がオンになっている時間と粒子ビームの強度との間に線形的な関係がある。例えば、この関係は、１対１の関係にオフセットを追加したものとしてよい。例示的な一実施例において、粒子源は、約１３５Ｍｚの最高周波数から約９５ＭＨｚ又は９０ＭＨｚの最低周波数までの間の周波数掃引において出現する周波数窓内でパルス動作し得る。例えば、粒子源は、一定期間、１３２ＭＨｚから１３１ＭＨｚまでの間でパルス動作し得る。一実施例において、この期間は約４０μｓであるが、これらの値は、他の実施例では変化するか、又は異なることがある。この周波数窓を外れて粒子源をパルス動作することはできないので、プラズマ柱から粒子を引き出すことは抑制され得る。

図２１は、最高周波数（例えば、１３５ＭＨｚ）から最低周波数（例えば、９０ＭＨｚ又は９５ＭＨｚ）までの時間の経過に関する共振空洞内の電圧掃引を示すグラフである。引き出し窓９２０は、この例では、１３２ＭＨｚから１３１ＭＨｚの間で出現する。パルス９２１の幅（粒子源のパルス幅）を変化させて（例えば、粒子源の「オン」時間を制御することによって）、粒子加速器によって出力される粒子ビームの強度を制御することができる。

粒子源のパルス幅は、拡大ブラッグピークにおける実質的な均一さを実現するために調整可能であるものとしてよい。この点で、粒子ビーム強度などの様々な要因が、ブラッグピークが患者に貫入する深さに寄与し得る。選択された変調ホイールは、異なる深さに対して異なるブラッグ曲線を生成することができる。例えば、図２２は、３つの異なる深さに対するブラッグ曲線を示している。ブラッグ曲線９５０は、変調ホイールに対する公称（又はあらかじめ定義された）深さについてのものであり、ブラッグ曲線９５１は、変調ホイールに対する最大深さについてのものであり、ブラッグ曲線９５２は、変調ホイールに対する最小深さについてのものである。理想的には、拡大ブラッグピークは、深さに関係なくほぼ公称レベルにあるべきである。

図２２に示されているように、ブラッグ曲線９５１及び９５２は、傾いた拡大ブラッグピークを有する。ブラッグ曲線９５２については、傾きは正であり、ブラッグ曲線９５１については、傾きは負である。点ｂにおいて公称ブラッグピークレベルをより精密に近似するために、粒子ビームの強度は、点ａにおいて高められ（点ａにおけるブラッグピークを点ｂにおけるレベルに上げる）、粒子ビームの強度は、点ｃにおいて低くされる（点ｃにおけるブラッグピークを点ｂのレベルに下げる）。粒子ビームの強度は、ａ及びｃより前の点でも調整され、少なくともある程度は、公称ブラッグピークの対応するレベルと一致するようにそれらの点におけるブラッグピークを上げるか、又は下げる。粒子ビームの強度は、粒子源のパルス幅を変えることによって変更され得る。しかし、ブラッグ曲線９５１及び９５２に沿った異なる点は、曲線９５０の公称拡大ブラッグピークを近似するために異なる調整量を必要とする。したがって、それぞれの場合において、パルス幅は、変調ホイールの回転に基づき変えられる。例えば、点ａにおいて、変調ホイールが粒子ビームに衝突する場合、パルス幅は、ブラッグ曲線９５１に沿ったａの前の点よりも増大され得る。同様に、点ｃにおいて、変調ホイールが粒子ビームに衝突する場合、パルス幅は、ブラッグ曲線９５２に沿ったｃの前の点よりも減少され得る。例えば、図２３は、ブラッグ曲線９５０、９５１、及び９５２に対する変調ホイールのパルス幅と回転角との間の関係を示すプロットである。値は、それぞれの場合に特有なので、省略している。

パルス幅の変化は、ブラッグピークの始まりと終わりにおける適切なパルス幅を取得し、これら２つを線形補間して間の変化を取得することによって決定され得る。他のプロセスも、以下で説明されているように、使用することができる。総線量を増減するために、すべてのパルス幅が、指定された倍率で増減され得る。

変調ホイールは、上で指摘されているように、ビーム経路内に、又はビーム経路から外に切り替え可能であるものとしてよい。一例において、変調ホイール制御システム（図１５の１５１８）は、１つ又は複数のモータ及び変調ホイールラックを含むものとしてよい。例示的な低速なＩ／Ｏモジュール１５１０は、どの変調ホイールが適切であるかに応じて（例えば、翻訳された処方箋に基づき）機械命令をモータ制御装置１５３０に送信することができる。それぞれのモータ制御装置１５３０がモータを制御し得る。例えば、一方のモータが、変調ホイールラックを、選択された変調ホイールが適所に配設されるまで横に移動することができ、別のモータが、変調ホイールをビーム経路内に、又はビーム経路外に移動することができる。他の実施例では、変調ホイールラックは、ビーム経路の下にあるものとしてよく、適切な変調ホイールがビーム経路の近くに位置決めされ、この後、別のモータによってビーム経路内に移動され得る。

ここでまた図１５に表すように、高速なＩ／Ｏモジュール１５２２は、比較的高速な伝送を必要とする粒子加速器の構成要素（例えば、粒子源１５２４及びＲＦ電圧源）を制御するために使用され得る。高速なＩ／Ｏモジュールは、ＭＣＣ１５０８のリアルタイムオペレーティングシステム１５０８ａと通信するためのマイクロプロセッサ１５２２ａと、情報を粒子加速器の構成要素に送信し／粒子加速器の構成要素から受信するためのフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）１５２２ｂとを含むことができる。変調ホイールの通信線は、変調ホイールに関する情報をＦＰＧＡ（１５２２ｂ）に送信することもできる。一例において、変調ホイールの通信線１５２８は、変調ホイールを監視するように構成されているセンサーを含む光ファイバー１５２８である。

上で説明されているように、変調ホイールは、最大の深さから患者の体表面まで（例えば、患者の皮膚の外層まで）均一な拡大ブラッグピークをもたらすように構成され得る。線量に影響を及ぼすために、粒子源が、変調ホイールのそれぞれの回転中の適切な時間にオン、オフされ得る。このプロセスは、「パルスブランキング」として既知である。

幾つかの実施例では、粒子源は、パルス毎に約１０ナノアンペア（ｎＡ）の電流が流れる、毎秒パルス数約５００のパルス周波数を有する。他の実施例では、毎秒パルス数及び毎パルス電流量は、これらの数と異なることがある。幾つかの実施例では、変調ホイールは、回転中に変調ホイールのそれぞれのステップ（複数の異なる厚さのうちの対応する１つ）で、それぞれのステップにおいて複数のパルスを受けるように回転する。それぞれのステップに対する線量は、そのステップで受けるパルスの数に対応する。

ターゲットに照射されるパルスの数はターゲットにおける放射線量に対応し、拡大ブラッグピークの均一性に影響を及ぼし得る。より具体的には、変調ホイールは、特定の組織深さのところに線量を送り込むように較正され得る。例えば、ホイールのステップの厚さは、ある範囲の深さにわたって拡大ブラッグピークを形成するように予想される線量に基づき較正されるものとしてよく、理想的には、結果として、図１８に示されているものに似たように近似する均一な線量が得られる。しかし、実際には、組織及び材料（例えば）には変動があり、その結果、ブラッグ曲線（すなわち、深さ線量分布）は不均一になるか、又は傾きを有し得る。上で説明されている図２２は、場合によってはそのような変調ホイールから結果として生じる可能性のある、傾きを有するブラッグ曲線の例を示している。

より具体的には、上で説明されているように、選択された変調ホイールは、異なる組織深さに対して異なるブラッグ曲線を生成することができる。例えば、図２２は、３つの異なる深さに対するブラッグ曲線を示している。ブラッグ曲線９５０は、変調ホイールに対する公称（又はあらかじめ定義された）深さについてのものであり、ブラッグ曲線９５１は、変調ホイールに対する最大深さについてのものであり、ブラッグ曲線９５２は、変調ホイールに対する最小深さについてのものである。理想的には、拡大ブラッグピークは、深さに関係なくほぼ公称レベルにあるべきである。

図２２に示されているように、ブラッグ曲線９５１及び９５２は、傾いた拡大ブラッグピークを有する。ブラッグ曲線９５２については、傾きは正であり、ブラッグ曲線９５１については、傾きは負である。点ｂにおいて公称ブラッグピークレベルをより精密に近似するために、粒子ビームの相対線量（例えば、パルスの数）は、点ａにおいて高められ（点ａにおけるブラッグピークを点ｂにおけるレベルに上げる）、粒子ビームの相対線量（例えば、パルスの数）は、点ｃにおいて低くされる（点ｃにおけるブラッグピークを点ｂのレベルに下げる）。粒子ビームの相対線量は、ａ及びｃより前の点でも調整されるものとしてよく、少なくともある程度は、公称ブラッグピークの対応するレベルと一致するようにそれらの点におけるブラッグピークを上げるか、又は下げる。この点で、ブラッグ曲線９５１及び９５２に沿った異なる点は、曲線９５０の公称拡大ブラッグピークを近似するために異なる調整量を必要とする。したがって、それぞれの場合において、相対線量（例えば、パルスの数）は、変調ホイールの回転に基づき、及び変調ホイールの回転に対応して変えられ得る。例えば、点ａにおいて、変調ホイールが粒子ビームに衝突する場合、相対線量（例えば、パルスの数）は、ブラッグ曲線９５１に沿ったａの前の点よりも増大され得る。同様に、点ｃにおいて、変調ホイールが粒子ビームに衝突する場合、相対線量（例えば、パルスの数）は、ブラッグ曲線９５２に沿ったｃの前の点よりも減少され得る。線量照射は、パルス幅の変化について上で説明されている図２３に類似している。

均一なブラッグ曲線を得るための線量の変化は、ブラッグピークの始まりと終わりにおける線量を取得し、これら２つを線形補間して間の変化を取得することによって決定され得る。この情報は、較正プロセスの一部として取得され得る。他のプロセスも、以下で説明されているように、使用することができる。

総線量を増減するために、粒子治療システムの粒子源及び／又は他の特徴を使用して、出力パルスの数を制御することができる。例えば、粒子源をオフにし、変調ホイールへの出力パルスの数を減らすことができ、粒子源をオンにし、変調ホイールへの粒子ビームの出力パルスの数を増やすことができる。この制御は、変調ホイールの特定のステップ又は幾つかのステップ（例えば、セクター）で実行され、これにより、所望の結果が得られる、例えば、線量が増減され、したがって、対応するブラッグ曲線の傾きの増減が得られる。線量は、また、ブラッグ曲線中の穴又はスパイクを補正するように照射されるか、又は抑制され得る。システムの様々な態様に対する制御は、上で説明されている低速なＩ／Ｏモジュール及び高速なＩ／Ｏモジュールによって実行され得る。他の実施例では、異なる制御システムが使用され得る。

指摘されているように、幾つかの実施例では、パルスの数は、変調ホイールの回転中の適切な時点において粒子源をオンにするか、又はオフにするかによって変化させることができる。幾つかの実施例では、変調ホイールの特定のセクターに照射されるパルスの数を制御するために他の特徴が使用される。例えば、ＲＦ電圧掃引は間欠的に中断され、これにより、パルスの数を減らすことができる（パルスは典型的には掃引毎に出力されるため）。パルスの数を増やすために、掃引速度が高められ得る。他の例では、追加のハードウェアを使用することで、パルスの数を制御することができる。例えば、変調ホイールの特定の回転に対してパルスの出力を下げるために、キッカーマグネットなどの操縦機構が使用され得る。幾つかの実施例では、キッカーマグネット（又は他の構造体）が、一組の（例えば、１つおきの、３つごとに１つの割合の、などの）パルスを吸収体に導き、それにより、照射ターゲットへの出力を妨げることができる。

平坦な、又は実質的に平坦なブラッグ曲線を得るために、本明細書で説明されているように、変調ホイールの特定のセクターに照射されるパルスの相対的な数を増減する必要があり得る。この増減は、変調ホイールの他のセクターに照射されるパルスの量に関するものであってよい。例えば、変調ホイールの１つのセクターを除くすべてのセクターに照射されるパルスの数の減少は、変調ホイールのその１つのセクターに照射されるパルスの数の増加と類似の効果を有する。パルスの照射される数へのそのような相対的変化を使用して、ブラッグ曲線を変化させるのに適切な増減を得ることができる。１つのセクターにおける相対的な増加を得るためにパルスの数が減らされた場合、照射される総線量が低減され得る。それらの状況では、粒子治療システムは、特定のターゲットに対する要求された総線量を得るためにより長い照射時間を必要とする可能性がある。

幾つかの実施例では、粒子治療システムは、照射ターゲットの断面に渡って粒子ビームを走査するための走査システムを含むことができる。これは、照射ターゲット全体を治療するために異なる深さで実行される。走査を伴う実施例では、本明細書で説明されている種類のパルスブランキングがスポット毎に使用され得る。すなわち、走査時に、粒子ビームが１つのスポットに照射され、次いで、粒子ビームが（典型的には磁石によって）照射ターゲット上の次のスポットに移動される。それぞれのスポットに照射されるパルスの数を制御するためにパルスブランキングが使用され得る。一般的に、スポット走査は、照射ターゲット上の不連続なスポットに照射を行うことを伴い、ラスター走査は、照射ターゲットに渡って照射スポットを移動することを伴う。したがって、スポットサイズのコンセプトは、ラスター走査とスポット走査の両方に適用される。

ここでまた図１９に表すように、例示的な変調ホイール９１０は、その縁の周りに複数のマーキング９１６を有するものとしてよい。マーキング９１６は、任意の形状であってよく、また任意の構成をとり得る。特定のマーキング９１６で、特定の変調ホイール９１０の位置を指示することができる。一例において、変調ホイール９１０の正確な位置は、マーキング９１６を識別することによって決定され得る。別の例では、マーキング９１６は、変調ホイール９１０の回転速度がマーキング９１６のみを見て決定されるように構成される。

光ファイバー１５２８の第１の端部（例えば、センサーを含む端部）は、変調ホイール９１０上のマーキング９１６を検出することができる位置に配設され得る。光ファイバー１５２８の第２の端部は、ＦＰＧＡ１５２２ｂに接続され、変調ホイール９１０に関係する情報（例えば、その位置及び回転速度）を伝達するように構成され得る。

ＦＰＧＡ１５２２ｂは、粒子源１５２４及びＲＦ電圧源１５２６に情報を送信し、そこから情報を受信するようにも構成され得る。上で説明されているように、線量の深さ（例えば、翻訳された処方箋に基づく）は、望ましくない配置（例えば、図１８の領域９１７）にあるブラッグピークを「オフにする」ことによってカスタマイズされ得る。これは、変調ホイール９１０のそれぞれの回転において適切な時間にＲＦ源をオフにするか、粒子源をオフにするか、又はその両方をオフにすることによって実行され得る。ＦＰＧＡ１５２２ｂは、ＦＰＧＡ１５２２ｂが光ファイバー１５２８から受信した情報をマイクロプロセッサ１５２２ａに伝達し（その後、ＭＣＣ１５０８のリアルタイムオペレーティングシステム１５０８ａと通信する）、粒子源１５２４及びＲＦ電圧源１５２６の制御部に関してマイクロプロセッサ１５２２ａから命令を受信することができる。例えば、ＦＰＧＡ１５２２ｂは、粒子源１５２４及び／又はＲＦ電圧源１５２６に、変調ホイール９１０が特定の１つの位置又は複数の位置にあるときにオン／オフするように指示することができる。ＦＰＧＡ１５２２ｂは、変調ホイールの回転位置に基づき粒子源のパルス幅をどれだけ長くするかを粒子源１５２４に指示することもできる。

上で述べているように、高速なＩ／Ｏモジュール１５２２は、粒子源１５２４及びＲＦ電圧源１５２６から情報を受信することもできる。高速なＩ／Ｏモジュール１５２２は、その動作が時間に依存するので、これらの構成要素を制御するのに望ましい。ここでまた図２１に表すように、引き出し窓９２０は、特定の周波数範囲にわたって粒子源をパルス動作させることによって形成される。幾つかの例では、この周波数範囲は、非常に小さい（例えば、１ＭＨｚ未満の窓）。高速なＩ／Ｏモジュール１５２２は、変調ホイール９１０に関して受信する情報に加えて、ＲＦ電圧源１５２６及び粒子源１５２４から情報を受信することもできる。ＲＦ電圧源１５２６は、その周波数を高速なＩ／Ｏモジュール１５２２に連続的に伝達することができる。次いで、高速なＩ／Ｏモジュールは、ＲＦ電圧源が特定の周波数にあるか、又は変調ホイールが特定の配置にあることを認識したときにオンに、ＲＦ電圧源が特定の周波数にあるか、又は変調ホイールが特定の配置にあることを認識したときにオフにすることを粒子源１５２４に指示することができる。高速なＩ／Ｏモジュール１５２２は、受信された情報（例えば、変調ホイールの回転位置）を使用して粒子源のパルス幅をどれだけ長くするかを粒子源１５２４に指示することもできる。

制御システムの幾つかの態様は、システム特有であり、治療の種類（例えば、処方箋）に応じて異なり得る。

本明細書で説明されている異なる実施例の要素は、特に上で述べていない他の実施例を形成するように組み合わせることもできる。要素は、その動作に悪影響を及ぼすことなく本明細書で説明されているプロセス、システム、装置などから外してもよい。本明細書で説明されている機能を実行するために、様々な別々の要素を１つ又は複数の個別の要素に組み合わせることができる。

本明細書で説明されている例示的な実施例は、粒子治療システムと共に使用すること、又は本明細書で説明されている例示的な粒子治療システムと共に使用することに限定されない。むしろ、例示的な実施例は、加速された粒子を出力に導く適切なシステム内で使用され得る。

本明細書で説明されているようなシステム内で使用され得る粒子加速器の例示的な実施例の設計に関する追加の情報は、参照により本明細書に組み込まれている２００６年１月２０日に出願した米国仮出願第６０／７６０，７８８号、名称「Ｈｉｇｈ−ＦｉｅｌｄＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇＳｙｎｃｈｒｏｃｙｃｌｏｔｒｏｎ」、２００６年８月９日に出願した米国特許出願第１１／４６３，４０２号、名称「ＭａｇｎｅｔＳｔｒｕｃｔｕｒｅＦｏｒＰａｒｔｉｃｌｅＡｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ」、及び２００６年１０月１０日に出願した米国仮出願第６０／８５０，５６５号、名称「ＣｒｙｏｇｅｎｉｃＶａｃｕｕｍＢｒｅａｋＰｎｅｕｍａｔｉｃＴｈｅｒｍａｌＣｏｕｐｌｅｒ」に記載されている。

以下の出願はすべて本出願（名称「ＣＯＮＴＲＯＬＳＹＳＴＥＭＦＯＲＡＰＡＲＴＩＣＬＥＡＣＣＥＬＥＲＡＴＯＲ」（出願第６１／７０７，６４５号））と同じ日付で出願されており、参照により本出願に組み込まれている。米国仮出願、名称「ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧＩＮＴＥＮＳＩＴＹＯＦＡＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭ」（２０１２年９月２９日に出願した出願第６１／７０７，４６６号）、米国仮出願、名称「ＡＤＪＵＳＴＩＮＧＥＮＥＲＧＹＯＦＡＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭ」（２０１２年９月２８日に出願した出願第６１／７０７，５１５号）、米国仮出願、名称「ＡＤＪＵＳＴＩＮＧＣＯＩＬＰＯＳＩＴＩＯＮ」（２０１２年９月２８日に出願した出願第６１／７０７，５４８号）、米国仮出願、名称「ＦＯＣＵＳＩＮＧＡＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＵＳＩＮＧＭＡＧＮＥＴＩＣＦＩＥＬＤＦＬＵＴＴＥＲ」（２０１２年９月２８日に出願した出願第６１／７０７，５７２号）、米国仮出願、名称「ＭＡＧＮＥＴＩＣＦＩＥＬＤＲＥＧＥＮＥＲＡＴＯＲ」（２０１２年９月２８日に出願した出願第６１／７０７，５９０号）、米国仮出願、名称「ＦＯＣＵＳＩＮＧＡＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭ」（２０１２年９月２８日に出願した出願第６１／７０７，７０４号）、及び米国仮出願、名称「ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧＰＡＲＴＩＣＬＥＴＨＥＲＡＰＹ」（２０１２年９月２８日に出願した出願第６１／７０７，６２４号）。

以下の参考文献も、参照により本出願に組み込まれている。２０１０年６月１日に発行された米国特許第７，７２８，３１１号、２００７年１１月３０日に出願した米国特許出願第１１／９４８，３５９号、２００８年１１月２０日に出願した米国特許出願第１２／２７５，１０３号、２００７年１１月３０日に出願した米国特許出願第１１／９４８，６６２号、２００７年１１月３０日に出願した米国仮出願第６０／９９１，４５４号、２０１１年８月２３日に発行された米国特許第８，００３，９６４号、２００７年４月２４日に発行された米国特許第７，２０８，７４８号、２００８年７月２２日に発行された米国特許第７，４０２，９６３号、２０１０年２月９日に出願した米国特許出願第１３／１４８，０００号、２００７年１１月９日に出願した米国特許出願第１１／９３７，５７３号、２００５年７月２１日に出願した米国特許出願第１１／１８７，６３３号、名称「ＡＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＷａｖｅｆｏｒｍＧｅｎｅｒａｔｏｒｆｏｒａＳｙｎｃｈｒｏｃｙｃｌｏｔｒｏｎ」２００４年７月２１日に出願した米国仮出願第６０／５９０，０８９号、２００４年９月２４日に出願した米国特許出願第１０／９４９，７３４号、名称「ＡＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＰａｒｔｉｃｌｅＳｃａｔｔｅｒｅｒｆｏｒＲａｄｉａｔｉｏｎＴｈｅｒａｐｙＢｅａｍＦｏｒｍａｔｉｏｎ」、及び２００５年７月２１日に出願した米国仮出願第６０／５９０，０８８号。

本出願の任意の特徴は、以下の１つ又は複数の適切な特徴と組み合わせることができる。米国仮出願、名称「ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧＩＮＴＥＮＳＩＴＹＯＦＡＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭ」（２０１２年９月２９日に出願した出願第６１／７０７，４６６号）、米国仮出願、名称「ＡＤＪＵＳＴＩＮＧＥＮＥＲＧＹＯＦＡＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭ」（２０１２年９月２８日に出願した出願第６１／７０７，５１５号）、米国仮出願、名称「ＡＤＪＵＳＴＩＮＧＣＯＩＬＰＯＳＩＴＩＯＮ」（２０１２年９月２８日に出願した出願第６１／７０７，５４８号）、米国仮出願、名称「ＦＯＣＵＳＩＮＧＡＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＵＳＩＮＧＭＡＧＮＥＴＩＣＦＩＥＬＤＦＬＵＴＴＥＲ」（２０１２年９月２８日に出願した出願第６１／７０７，５７２号）、米国仮出願、名称「ＭＡＧＮＥＴＩＣＦＩＥＬＤＲＥＧＥＮＥＲＡＴＯＲ」（２０１２年９月２８日に出願した出願第６１／７０７，５９０号）、米国仮出願、名称「ＦＯＣＵＳＩＮＧＡＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭ」（２０１２年９月２８日に出願した出願第６１／７０７，７０４号）、米国仮出願、名称「ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧＰＡＲＴＩＣＬＥＴＨＥＲＡＰＹ」（２０１２年９月２８日に出願した出願第６１／７０７，６２４号）、２０１０年６月１日に発行された米国特許第７，７２８，３１１号、２００７年１１月３０日に出願した米国特許出願第１１／９４８，３５９号、２００８年１１月２０日に出願した米国特許出願第１２／２７５，１０３号、２００７年１１月３０日に出願した米国特許出願第１１／９４８，６６２号、２００７年１１月３０日に出願した米国仮出願第６０／９９１，４５４号、２０１３年５月３１日に出願した米国特許出願第１３／９０７，６０１号、２０１３年６月１２日に出願した米国特許出願第１３／９１６，４０１号、２０１１年８月２３日に発行した米国特許第８，００３，９６４号、２００７年４月２４日に発行した米国特許第７，２０８，７４８号、２００８年７月２２日に発行した米国特許第７，４０２，９６３号、２０１０年２月９日に出願した米国特許出願第１３／１４８，０００号、２００７年１１月９日に出願した米国特許出願第１１／９３７，５７３号、２００５年７月２１日に出願した米国特許出願第１１／１８７，６３３号、名称「ＡＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＷａｖｅｆｏｒｍＧｅｎｅｒａｔｏｒｆｏｒａＳｙｎｃｈｒｏｃｙｃｌｏｔｒｏｎ」、２００４年７月２１日に出願した米国仮出願第６０／５９０，０８９号、２００４年９月２４日に出願した米国特許出願第１０／９４９，７３４号、名称「ＡＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＰａｒｔｉｃｌｅＳｃａｔｔｅｒｅｒｆｏｒＲａｄｉａｔｉｏｎＴｈｅｒａｐｙＢｅａｍＦｏｒｍａｔｉｏｎ」、及び２００５年７月２１日に出願した米国仮出願第６０／５９０，０８８号。

本特許出願が優先権を主張する仮出願及び上で参照により組み込まれている文献を除き、他のいかなる文献も参照により本特許出願に組み込まれない。

本明細書で特に説明されていない他の実施例も、以下の請求項の範囲内に収まる。

１０シンクロサイクロトロン
１２磁石システム
３８ビーム引き出しシステム
４０環状超電導コイル
４２環状超電導コイル
４４磁極面
４６磁極面
４７共通軸
４８Ｎｂ_３Ｓｎ系超電導線
５２絶縁体
５３ワイヤ
５５ヒーターブランケット
５６環状ステンレスリバースボビン、矩形リバースボビン
６０復元力
７０低温保持槽
７１支持点
７２ギフォードマクマホン冷凍機
７３支持点
７４ギフォードマクマホン冷凍機
７６低温端部
７７ギフォードマクマホン冷凍機
７８ヘッド
７９ギフォードマクマホン冷凍機
８０圧縮機
８１半分
８２磁石ヨーク、鉄ヨーク、磁気構造体
８３半分
８４帰還磁束
８６容積部
９０粒子源
９１高周波駆動システム
９２幾何学的中心
９４電気ケーブル
９５電流源
９９水素の供給部
１００ディープレート
１０１ガス管路、ガス管
１０２ダミーディープレート
１０３、１０５半円形表面
１０７空間
１０８水冷管路
１０９ダクト
１１１真空ポンプ
１１３熱交換器
１１４磁気シールド
１１６空間
１１７強磁性体（例えば、鋼又は鉄）の層
１１９真空槽
１２２釣合いおもり
１２４釣合いおもり
１２５ビーム形成システム
１４６迷路
１４８壁、側壁
１５０壁、側壁
１５２壁
１５４壁、側壁
１５５制御システム
１５６壁、側壁
１６０治療室
１６２基部
１６４床面積
１７０患者支持体
１９０陰極
１９２陰極
１９４管
２００磁場
４０２高温−低温支持ストラップ
４０４高温−低温支持ストラップ
４０６高温−低温支持ストラップ
４０８Ｓ２ガラス繊維リンク
５００荷電粒子線治療システム
５０２ビーム発生粒子加速器
５０４回転式ガントリー
５０８脚部
５１０脚部
５１２軸受
５１４軸受
５１６鉄骨トラス、トラス構造体
５１８治療領域
５２０範囲
５２２床
５２４ボールト
５３２水平回転軸線
５３４範囲
５４０アイソセンター
５８０スパン
５８２スパン
６０１内側ガントリー
６０２システム
６０４シンクロサイクロトロン
６０５回転式ガントリー
６０６患者支持体
９０１点
９０２点
９０３ブラッグ曲線
９０４点
９０４ブラッグピーク
９０５ブラッグ曲線
９０６点
９０７ブラッグ曲線
９０８ａから９０８ｂ深さ
９１０変調ホイール
９１１ステップ
９１４ステップ
９１５ステップ
９１６マーキング
９１７領域
９２０引き出し窓
９２１パルス
９５０ブラッグ曲線
９５１ブラッグ曲線
９５２ブラッグ曲線
１５００システム
１５０２治療制御システム（ＴＣＣ）
１５０４患者処方箋
１５０８主制御コンピュータ（ＭＣＣ）
１５０８ａリアルタイムオペレーティングシステム
１５１０、１５２２Ｉ／Ｏモジュール
１５１０ａ低速なＩ／Ｏモジュール
１５１２磁場成形ホイールシステム
１５１４散乱体システム
１５１６回転コンデンサシステム
１５１８モジュラーホイール制御システム
１５２０ガントリー制御システム
１５２２高速なＩ／Ｏモジュール
１５２２ａマイクロプロセッサ
１５２２ｂフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）
１５２４粒子源
１５２６ＲＦ電圧源
１５２８通信線
１５２８光ファイバー
１５３０制御装置
１５３０ａ〜ｃモータ制御装置
１５３０ｄモータ制御装置
１６０６ａ〜ｃホイールモータ
１６０８ホイールラック
１６１０ホイール
１６１２、ホイールチャンバー
１７０２ａ散乱体
１７０２ａ〜ｅ散乱体
１７０４出力される粒子ビーム
１７０６モータ

Claims

電離プラズマのパルスを空洞に送り込むための粒子源であって、前記粒子源のそれぞれのパルスは対応するパルスを発生させるための前記粒子源の動作の持続時間に対応するパルス幅を有し、粒子ビームは電離プラズマの前記パルスに基づく、粒子源、及び
異なる厚さを有する変調ホイールであって、それぞれの厚さは前記変調ホイールの異なる外周長に渡って延在し、前記粒子ビームの前駆体を受けるように配置され、また前記粒子ビームに対する拡大ブラッグピークを生成するように構成された変調ホイールを備える、粒子ビームを出力するための粒子加速器と、
第１の速度で動作可能な１つ又は複数の第１の入出力（Ｉ／Ｏ）モジュールであって、機械命令を１つ又は複数の制御装置に送信するように構成され、少なくとも１つのモータ制御装置は前記変調ホイールを制御するためのものである、１つ又は複数の第１の入出力（Ｉ／Ｏ）モジュールと、
前記第１の速度より速い第２の速度で動作可能な１つ又は複数の第２のＩ／Ｏモジュールであって、前記第２のＩ／Ｏモジュールの少なくとも１つは前記粒子源のパルス幅が前記変調ホイールの回転位置と共に変化するように機械命令を前記粒子源に送信するように構成されている、１つ又は複数の第２のＩ／Ｏモジュールとを備える、粒子治療システム。
処方箋情報を病院から受信し、前記処方箋情報を機械情報に翻訳し、治療記録を前記病院に送信するようにプログラムされた治療制御コンピュータと、
リアルタイムオペレーティングシステムを有する主制御コンピュータであって、機械情報を前記治療制御コンピュータから受信し、前記機械情報を機械命令に翻訳し、前記機械命令を前記第１のＩ／Ｏモジュール及び前記第２のＩ／Ｏモジュールの１つ又は複数に送信するようにプログラムされた主制御コンピュータとをさらに備える、請求項１に記載の粒子治療システム。
前記変調ホイールの回転速度及び位置の監視に使用される光ファイバーをさらに備える、請求項２に記載の粒子治療システム。
前記第１のＩ／Ｏモジュールは、プログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）を備える、請求項１に記載の粒子治療システム。
前記ＰＬＣの少なくとも１つは、出力する前に前記粒子ビームを成形する磁場成形ホイールシステムを制御するための機械命令をモータ制御装置に送信するようにプログラムされる、請求項４に記載の粒子治療システム。
前記ＰＬＣの少なくとも１つは、出力する前に前記粒子ビームをコリメートする散乱システムを制御するための機械命令をモータ制御装置に送信するようにプログラムされる、請求項４に記載の粒子治療システム。
前記空洞を通じてＲＦ周波数を掃引し、前記粒子源によって形成されるプラズマ柱から粒子を引き出すための、回転コンデンサを備える高周波（ＲＦ）システムをさらに備え、
前記ＰＬＣの少なくとも１つは、前記回転コンデンサを制御するモータ制御装置に機械命令を送信するようにプログラムされる、請求項４に記載の粒子治療システム。
前記第１のＩ／Ｏモジュールの速度は、数ミリ秒のオーダーであり、前記第２のＩ／Ｏモジュールの速度は、１００又は数１００ナノ秒のオーダーである、請求項１に記載の粒子治療システム。
前記粒子加速器が取り付けられる回転可能なガントリーをさらに備え、
前記ＰＬＣの少なくとも１つは、前記回転可能なガントリーを制御するモータ制御装置に機械命令を送信するようにプログラムされる、請求項４に記載の粒子治療システム。
前記ＰＬＣの２つ又はそれ以上は、互いに通信するように構成される、請求項４に記載の粒子治療システム。
前記第２のＩ／Ｏモジュールは、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を備える、請求項１に記載の粒子治療システム。
マイクロプロセッサを備える回路基板と、
前記回路基板上にあり、前記マイクロプロセッサと通信する前記ＦＰＧＡの少なくとも１つとをさらに備え、
前記マイクロプロセッサは、制御コンピュータと通信するようにプログラムされる、請求項１１に記載の粒子治療システム。
前記空洞を通じてＲＦ周波数を掃引し、前記粒子源によって形成されるプラズマ柱から粒子を引き出すための高周波（ＲＦ）システムをさらに備え、
前記ＦＰＧＡの少なくとも１つは、ＲＦ制御モジュールを含み、前記ＲＦ制御モジュールは前記変調ホイールの回転に関する情報を受信し、前記情報に基づき、前記粒子源及び前記ＲＦシステムの動作状況を調整するように構成される、請求項１１に記載の粒子治療システム。
前記粒子源及び前記ＲＦシステムの動作状況を調整するステップは、前記変調ホイールの回転位置に基づき前記粒子源をオン又はオフにするステップと、前記変調ホイールの回転位置に基づき前記ＲＦシステムをオン又はオフにするステップとを含む、請求項１３に記載の粒子治療システム。
前記ＲＦ制御モジュールは、ＲＦ電圧が特定の周波数の電圧であるときにオンにし、前記ＲＦ電圧が特定の周波数の電圧であるときにオフにする機械命令を前記粒子源に送信するようにさらに構成される、請求項１４に記載の粒子治療システム。
前記粒子源の動作状況を調整するステップは、前記粒子源のターンオン時間におけるパルス幅を指定するステップを含む、請求項１４に記載の粒子治療システム。
パルスからなる粒子ビームを出力するための粒子加速器と、
前記粒子ビームの経路内にある深さ変調であって、可変の厚さを有し、前記粒子ビームが異なる時間に前記深さ変調の異なる厚さ部分に衝突するように移動可能である、深さ変調とを備え、
前記深さ変調を用いて生成される患者内のブラッグピークの傾きを修正するために、前記深さ変調の異なる厚さ部分に衝突するパルスの数を制御するように構成される、粒子治療システム。
前記深さ変調の移動は、異なる数のパルスが前記深さ変調の少なくとも２つの異なる厚さ部分に衝突するように制御可能である、請求項１７に記載の粒子治療システム。
制御信号を供給するための制御システムと、
前記制御信号に応答して前記深さ変調の移動を制御するモータであって、前記移動は前記制御信号によって制御可能な回転である、モータとをさらに備える、請求項１８に記載の粒子治療システム。
前記加速器からのパルスの出力は、異なる数のパルスが前記深さ変調の少なくとも２つの異なる厚さ部分に衝突するように制御される、請求項１７に記載の粒子治療システム。
前記粒子加速器は、
前記パルスの引き出し元であるプラズマ流を発生させるように構成された粒子源であって、前記プラズマ流は電離ガスに印加された電圧に応答して生成され、前記電圧は前記粒子源をオン、オフするように制御可能であり、これにより、前記少なくとも２つの異なる厚さ部分に衝突するパルスの数を制御する、粒子源を備える、請求項１７に記載の粒子治療システム。
前記粒子加速器は、
前記パルスの引き出し元であるプラズマ流を発生させるように構成された粒子源と、
周波数を掃引し、それによってそれぞれの周波数掃引において前記プラズマ流から１つ又は複数のパルスを引き出すための高周波（ＲＦ）源とを備え、
前記ＲＦ源は、前記深さ変調の異なる厚さ部分に衝突するパルスの数を制御するように制御可能である、請求項１７に記載の粒子治療システム。
前記ＲＦ源は、１つ又は複数の周波数掃引をスキップするように制御可能である、請求項２２に記載の粒子治療システム。
パルスを偏向させて前記深さ変調の異なる厚さ部分に衝突するパルスの数を制御する１つ又は複数の構造体を備えることによって構成される、請求項１７に記載の粒子治療システム。
電離プラズマのパルスを空洞に送り込むための粒子源であって、前記粒子源のそれぞれのパルスは対応するパルスを発生させるための前記粒子源の動作の持続時間に対応するパルス幅を有し、粒子ビームは電離プラズマの前記パルスに基づく、粒子源と、
異なる厚さを有する変調ホイールであって、それぞれの厚さは前記変調ホイールの異なる外周長に渡って延在し、前記粒子ビームの前駆体を受けるように配置され、また前記粒子ビームに対する拡大ブラッグピークを生成するように構成された変調ホイールとを備える、粒子ビームを出力するための粒子加速器を具備し、
前記変調ホイールは、患者内の異なる深さで異なる拡大ブラッグピークを生成し、これは変調ホイールに対してあらかじめ定義された拡大ブラッグピークではなく、
前記患者内の所定の深さに対して、あらかじめ定義された拡大ブラッグピークを近似する拡大ブラッグピークを生成するために、前記粒子源のパルス幅が、前記変調ホイールの回転位置と共に変化するように構成される、粒子治療システム。