JP6457251B2 - Method for operating charged particle beam generator and charged particle beam generator - Google Patents
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Description
本発明は、荷電粒子線治療装置に用いられる荷電粒子ビーム発生装置の運転方法および荷電粒子ビーム発生装置に関する。 The present invention relates to a method for operating a charged particle beam generator used in a charged particle beam therapy system and a charged particle beam generator.
粒子線治療装置に用いられる荷電粒子ビーム発生装置には、直線加速器が用いられる。この直線加速器は、直線加速器内部のイオン源で生成したイオンビームを所定のエネルギーまで加速し、後続の円形加速器に入射する装置である。 A linear accelerator is used for a charged particle beam generator used in a particle beam therapy system. This linear accelerator is an apparatus that accelerates an ion beam generated by an ion source inside the linear accelerator to a predetermined energy and makes it incident on a subsequent circular accelerator.
ここで、直線加速器内部のイオン源から生成するイオンビームは、イオン源下流の装置に熱負荷を与え、放射化させる可能性がある。 Here, the ion beam generated from the ion source inside the linear accelerator may give a thermal load to the device downstream of the ion source and may be activated.
そこで、特許文献1には、荷電粒子線治療装置の運転時のみビームを発生させ、待機状態では、ビームは発生しないように制御する技術が開示されている。
Therefore,
ところで、直線加速器において生成されるイオンビームを安定させるために、円形加速器を運転していないときであっても、イオン源内部では、プラズマを一定周期で生成している。 By the way, in order to stabilize the ion beam generated in the linear accelerator, the plasma is generated at a constant period inside the ion source even when the circular accelerator is not operated.
円形加速器を運転していないときには、イオン源内部でプラズマが生成され、イオン源と引出電極間の引出電圧によりイオン源下流にイオンビームが出射されるが、チョッパーによりイオンビームを遮断し、円形加速器には入射させない構成となっている。 When the circular accelerator is not operating, plasma is generated inside the ion source, and the ion beam is emitted downstream by the extraction voltage between the ion source and the extraction electrode. It is the structure which does not inject into.
このため、円形加速器を運転していないときであっても、イオンビームが発生し、このイオンビームによりイオン源、イオン源下流の引出電極や静電レンズ、チョッパーを汚損させている。 For this reason, even when the circular accelerator is not operated, an ion beam is generated, and the ion source, the extraction electrode downstream of the ion source, the electrostatic lens, and the chopper are soiled by the ion beam.
このため、イオン源、およびイオン源下流の静電レンズ、チョッパー等には定期点検が実施されるが、この定期点検は、直線加速器を真空状態から大気開放して実施しなければならず、非常に煩雑である。 For this reason, periodic inspections are performed on the ion source and the electrostatic lens, chopper, etc. downstream of the ion source. This periodic inspection must be performed with the linear accelerator released from the vacuum to the atmosphere. It is complicated.
前記課題解決案として、イオンビーム出射時以外の時間はプラズマを生成しない、という運転方法が考えられるが、前記で述べたように安定したイオンビームをシンクロトロンへ供給するためには、イオン源内部でプラズマを一定周期で生成しなければならない。 As a solution to the above problem, an operation method in which plasma is not generated at times other than the time of ion beam emission is considered. However, as described above, in order to supply a stable ion beam to the synchrotron, The plasma must be generated at a constant period.
このため、イオンビームを安定に供給でき、イオンビームによる直線加速器内部の汚損を低減し、定期点検時の作業の煩雑さを低減できる技術が望まれている。 For this reason, there is a demand for a technique that can stably supply an ion beam, reduce contamination inside the linear accelerator due to the ion beam, and reduce the complexity of work during periodic inspection.
上述した特許文献1に記載の技術は、荷電粒子線治療装置の運転時のみビームを発生させるものであるが、イオンビームによる直線加速器内部の汚損については記載がなく、汚損を低減する技術についての提案はなされていない。
The technique described in
本発明の目的は、イオンビームを安定に供給でき、イオンビームによる直線加速器内部の汚損を低減し、煩雑な定期点検項目も低減可能な荷電粒子ビーム発生装置の運転方法および荷電粒子ビーム発生装置を実現することである。 An object of the present invention is to provide a charged particle beam generator operating method and a charged particle beam generator capable of stably supplying an ion beam, reducing contamination inside the linear accelerator caused by the ion beam, and reducing complicated periodic inspection items. Is to realize.
前記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
プラズマを生成するイオン源、前記イオン源からイオンビームを出射させる引出電極、及び引出電源を有する直線加速器と、前記直線加速器から出射されたイオンビームを加速する円形加速器と、前記円形加速器から出射されたイオンビームを対象物に照射するビーム利用機器とを有する荷電粒子ビーム発生装置の運転方法において、前記引出電源を、前記円形加速器の運転開始から初期化完了までの間にオンし、前記円形加速器の運転状態に応じて、前記引出電源をオフすることを特徴とする。
また、プラズマを生成するイオン源、前記イオン源からイオンビームを出射させる引出電極、及び引出電源を有する直線加速器と、前記直線加速器から出射されたイオンビームを加速する円形加速器と、前記円形加速器から出射されたイオンビームを対象物に照射するビーム利用機器とを有する荷電粒子ビーム発生装置の運転方法において、前記円形加速器の運転状態に応じて、前記引出電源をオンし、前記引出電源を、前記円形加速器の運転終了時にオフとすることを特徴とする。
また、プラズマを生成するイオン源と、前記イオン源からイオンビームを出射させる引出電極及び引出電源とを有する直線加速器と、前記直線加速器から出射されたイオンビームを加速する円形加速器と、前記円形加速器から出射されたイオンビームを対象物に照射するビーム利用機器とを有する荷電粒子ビーム発生装置の運転方法において、前記円形加速器の運転状態に応じて、前記引出電源をオンし、前記円形加速器の加速工程開始以降のタイミングで、前記引出電源をオフとすることを特徴とする。
また、プラズマを生成するイオン源と、前記イオン源からイオンビームを出射させる引出電極及び引出電源とを有する直線加速器と、前記直線加速器から出射されたイオンビームを加速する円形加速器と、前記円形加速器から出射されたイオンビームを対象物に照射するビーム利用機器とを有する荷電粒子ビーム発生装置の運転方法において、前記直線加速器は、前記イオン源から出射されたイオンビームが通過する静電レンズと、静電レンズ電源とを有し、前記引出電源のオンオフ動作と同期させて、前記静電レンズの電源をオンオフさせることを特徴とする。
An ion source for generating plasma, an extraction electrode for emitting an ion beam from the ion source, and a linear accelerator having an extraction power source, a circular accelerator for accelerating the ion beam emitted from the linear accelerator, and an electron beam emitted from the circular accelerator In a method of operating a charged particle beam generator having a beam utilization device for irradiating a target with an ion beam, the extraction power source is turned on between the start of operation of the circular accelerator and the completion of initialization, and the circular accelerator The extraction power supply is turned off according to the operation state.
An ion source for generating plasma, an extraction electrode for emitting an ion beam from the ion source, and a linear accelerator having an extraction power source, a circular accelerator for accelerating the ion beam emitted from the linear accelerator, and the circular accelerator In an operation method of a charged particle beam generator having a beam utilization device that irradiates a target with an emitted ion beam, the extraction power source is turned on according to the operation state of the circular accelerator, and the extraction power source is It is turned off at the end of the operation of the circular accelerator.
Further, an ion source for generating plasma, a linear accelerator having an extraction electrode and an extraction power source for emitting an ion beam from the ion source, a circular accelerator for accelerating the ion beam emitted from the linear accelerator, and the circular accelerator In an operation method of a charged particle beam generator having a beam utilization device for irradiating an object with an ion beam emitted from the object, the extraction power source is turned on in accordance with the operation state of the circular accelerator, and the circular accelerator is accelerated. The extraction power supply is turned off at a timing after the start of the process .
Further, an ion source for generating plasma, a linear accelerator having an extraction electrode and an extraction power source for emitting an ion beam from the ion source, a circular accelerator for accelerating the ion beam emitted from the linear accelerator, and the circular accelerator In the operation method of the charged particle beam generator having a beam utilization device for irradiating the target with the ion beam emitted from the object, the linear accelerator includes an electrostatic lens through which the ion beam emitted from the ion source passes, An electrostatic lens power supply, and the power supply of the electrostatic lens is turned on / off in synchronization with the on / off operation of the extraction power supply.
荷電粒子ビーム発生装置において、プラズマを生成するイオン源、前記イオン源からイオンビームを出射させる引出電極、及び引出電源を有する直線加速器と、前記直線加速器から出射されたイオンビームを加速する円形加速器と、前記円形加速器から出射されたイオンビームを対象物に照射するビーム利用機器と、前記ビーム利用機器の動作を制御するビーム利用系制御装置と、前記ビーム利用系制御装置からの指令信号に基づいて、前記円形加速器及び前記直線加速器の動作を制御する加速器機器制御部と、前記加速器機器制御部からの指令信号に基づいて、前記円形加速器の運転開始から初期化完了までの間の前記引出電源のオンと、前記円形加速器の運転状況に応じて前記引出電源のオフとを制御する入射器制御装置を備える。
また、プラズマを生成するイオン源、前記イオン源からイオンビームを出射させる引出電極、及び引出電源を有する直線加速器と、前記直線加速器から出射されたイオンビームを加速する円形加速器と、前記円形加速器から出射されたイオンビームを対象物に照射するビーム利用機器と、前記ビーム利用機器の動作を制御するビーム利用系制御装置と、前記ビーム利用系制御装置からの指令信号に基づいて、前記円形加速器及び前記直線加速器の動作を制御する加速器機器制御部と、前記加速器機器制御部からの指令信号に基づいて、前記円形加速器の運転状況に応じて前記引出電源のオンオフを制御する入射器制御装置を備える荷電粒子ビーム発生装置において、前記入射器制御装置は、前記直線加速器の引出電源を、前記円形加速器の運転終了時にオフとする。
また、プラズマを生成するイオン源、前記イオン源からイオンビームを出射させる引出電極、及び引出電源を有する直線加速器と、前記直線加速器から出射されたイオンビームを加速する円形加速器と、前記円形加速器から出射されたイオンビームを対象物に照射するビーム利用機器と、前記ビーム利用機器の動作を制御するビーム利用系制御装置と、前記ビーム利用系制御装置からの指令信号に基づいて、前記円形加速器及び前記直線加速器の動作を制御する加速器機器制御部と、前記加速器機器制御部からの指令信号に基づいて、前記円形加速器の運転状況に応じて前記引出電源のオンオフを制御する入射器制御装置を備える荷電粒子ビーム発生装置において、前記入射器制御装置は、前記円形加速器の加速工程開始以降のタイミングで、前記直線加速器の引出電源をオフとする。
In a charged particle beam generator, a linear accelerator having an ion source for generating plasma, an extraction electrode for emitting an ion beam from the ion source, and an extraction power source, and a circular accelerator for accelerating the ion beam emitted from the linear accelerator, Based on a beam utilization device that irradiates an object with an ion beam emitted from the circular accelerator, a beam utilization system control device that controls the operation of the beam utilization device, and a command signal from the beam utilization system control device , An accelerator device control unit that controls the operation of the circular accelerator and the linear accelerator, and the extraction power source between the start of operation of the circular accelerator and the completion of initialization based on a command signal from the accelerator device control unit. An injector control device that controls on and off of the extraction power source according to the operation state of the circular accelerator is provided.
An ion source for generating plasma, an extraction electrode for emitting an ion beam from the ion source, and a linear accelerator having an extraction power source, a circular accelerator for accelerating the ion beam emitted from the linear accelerator, and the circular accelerator A beam utilization device that irradiates an object with an emitted ion beam; a beam utilization system control device that controls the operation of the beam utilization device; and the circular accelerator based on a command signal from the beam utilization system control device; An accelerator device control unit that controls the operation of the linear accelerator, and an injector control device that controls on / off of the extraction power source according to the operation status of the circular accelerator based on a command signal from the accelerator device control unit In the charged particle beam generator, the injector controller controls the extraction power source of the linear accelerator to operate the circular accelerator. And off at the end.
An ion source for generating plasma, an extraction electrode for emitting an ion beam from the ion source, and a linear accelerator having an extraction power source, a circular accelerator for accelerating the ion beam emitted from the linear accelerator, and the circular accelerator A beam utilization device that irradiates an object with an emitted ion beam; a beam utilization system control device that controls the operation of the beam utilization device; and the circular accelerator based on a command signal from the beam utilization system control device; An accelerator device control unit that controls the operation of the linear accelerator, and an injector control device that controls on / off of the extraction power source according to the operation status of the circular accelerator based on a command signal from the accelerator device control unit In the charged particle beam generator, the injector control device may be configured at a timing after the start of the acceleration process of the circular accelerator. To turn off the extraction power supply of the linear accelerator.
プラズマを生成するイオン源、前記イオン源からイオンビームを出射させる引出電極、及び引出電源を有する直線加速器と、前記直線加速器から出射されたイオンビームを加速する円形加速器と、前記円形加速器から出射されたイオンビームを対象物に照射するビーム利用機器と、前記ビーム利用機器の動作を制御するビーム利用系制御装置と、前記ビーム利用系制御装置からの指令信号に基づいて、前記円形加速器及び前記直線加速器の動作を制御する加速器機器制御部と、前記加速器機器制御部からの指令信号に基づいて、前記円形加速器の運転状況に応じて前記引出電源のオンオフを制御する入射器制御装置を備える荷電粒子ビーム発生装置において、前記直線加速器は、前記イオン源から出射されたイオンビームが通過する静電レンズと、レンズ電源とを有し、前記入射器制御装置は、前記引出電源のオンオフ動作と同期させて、前記レンズ電源をオンオフさせる。 An ion source for generating plasma, an extraction electrode for emitting an ion beam from the ion source, and a linear accelerator having an extraction power source, a circular accelerator for accelerating the ion beam emitted from the linear accelerator, and an electron beam emitted from the circular accelerator A beam utilization device that irradiates a target with an ion beam, a beam utilization system control device that controls the operation of the beam utilization device, and a command signal from the beam utilization system control device; Charged particles comprising an accelerator device control unit that controls the operation of the accelerator, and an injector control device that controls on / off of the extraction power source according to the operation status of the circular accelerator based on a command signal from the accelerator device control unit In the beam generator, the linear accelerator includes an electrostatic lens through which an ion beam emitted from the ion source passes. When, and a lenses power, said injector control device, wherein in synchronization with off operation of the extraction power supply, turning on and off the lens power.
本発明によれば、イオンビームを安定に供給でき、イオンビームによる直線加速器内部の汚損を低減し、煩雑な定期点検項目も低減可能な荷電粒子ビーム発生装置の運転方法および荷電粒子ビーム発生装置を実現することができる。 According to the present invention, there is provided a charged particle beam generator operating method and a charged particle beam generator capable of stably supplying an ion beam, reducing contamination inside the linear accelerator due to the ion beam, and reducing complicated periodic inspection items. Can be realized.
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(実施例1)
図1は、本発明の実施例が適用される荷電粒子線治療装置における直線加速器の概略構成図である。
Example 1
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a linear accelerator in a charged particle beam therapy system to which an embodiment of the present invention is applied.
図1において、直線加速器100から出射されたイオンビームは、シンクロトロン(円形加速器)10に入射され、加速された後、ビーム輸送系30を経由してビーム利用機器20により患者(対象物)に照射される。ビーム利用機器20が複数ある場合は、複数の照射室に向けてビーム輸送系30が分岐して各治療室にビームが輸送される。 In FIG. 1, an ion beam emitted from a linear accelerator 100 is incident on a synchrotron (circular accelerator) 10, accelerated, and then transmitted to a patient (object) by a beam utilization device 20 via a beam transport system 30. Irradiated. When there are a plurality of beam utilization devices 20, the beam transport system 30 is branched toward a plurality of irradiation chambers, and the beam is transported to each treatment room.
直線加速器100は、イオン源1と、引出電源2と、引出電極3と、静電レンズ4と、レンズ電源5と、チョッパー6と、チョッパー電源7と、高周波加速器8と、高周波電源9を備える。
The linear accelerator 100 includes an
イオン源1に引出電源2から引出電圧が印加されると、イオン源1からプラズマが引き出される。引き出されたプラズマは、引出電極3、静電レンズ4を介してチョッパー6に入射される。
When an extraction voltage is applied from the
チョッパー6は、チョッパー電源7に対するオフ信号がオンとなっている場合は、チョッパー6に入射されたイオンビームを通過させ、チョッパー電源7に対するオフ信号がオフとなっている場合は、チョッパー6が動作し、チョッパー6に入射されたイオンビームは遮断される。遮断の方法については例えば、チョッパー6が動作すると、プラズマの通過経路に電場が形成され、イオンビームが高周波加速器8に到達することを防ぐ。 The chopper 6 allows the ion beam incident on the chopper 6 to pass when the off signal to the chopper power supply 7 is on, and operates the chopper 6 when the off signal to the chopper power supply 7 is off. Then, the ion beam incident on the chopper 6 is blocked. As for the blocking method, for example, when the chopper 6 operates, an electric field is formed in the plasma passage path, and the ion beam is prevented from reaching the high-frequency accelerator 8.
チョッパー電源7に対するオフ信号がオンとなっている場合は、チョッパー6に入射されたイオンビームは、高周波加速器8に入射され、円形加速器10に入射される。
When the off signal for the chopper power supply 7 is on, the ion beam incident on the chopper 6 enters the high-frequency accelerator 8 and enters the
図2は本発明の実施例1における荷電粒子線治療装置の動作タイミングチャートであり、図3は本発明の実施例が適用される荷電粒子線治療装置における制御ブロック図である。 FIG. 2 is an operation timing chart of the charged particle beam therapy system according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a control block diagram of the charged particle beam therapy system to which the embodiment of the present invention is applied.
まず、図3を参照して制御ブロックについて説明する。 First, the control block will be described with reference to FIG.
図3において、ビーム利用系制御装置21は、ビーム利用機器20の動作を制御する装置であり、加速器機器制御部22にビーム出射要求信号、シンクロトロン(円形加速器)10の運転パターンの移行を要求する次パターン切り替え要求信号、シンクロトロン10から出射されるエネルギーを変更させるエネルギー切り替え要求信号等が供給される。
In FIG. 3, the beam utilization
加速器機器制御部22は、ビーム利用系制御装置21からの信号に従って、シンクロトロン10の動作を制御すると共に、入射器制御装置23に制御指令信号を供給する。入射器制御装置23は、高周波電源制御部23aと、引出電源制御部23bと、レンズ電源制御部23cと、チョッパー電源制御部23dを備える。
The accelerator
高周波電源制御部23aは、加速器機器制御部22からの指令信号に従って高周波電源9の動作を制御する。引出電源制御部23bは、加速器機器制御部22からの指令信号に従って引出電源2の動作を制御する。レンズ電源制御部23cは、加速器機器制御部22からの指令信号に従ってレンズ電源5の動作を制御する。チョッパー電源制御部23dは、加速器機器制御部22からの指令信号に従ってチョッパー電源7の動作を制御する。
The high frequency power
次に、図2を参照して直線加速器100の動作を説明する。 Next, the operation of the linear accelerator 100 will be described with reference to FIG.
ビーム利用系制御装置21から、シンクロトロン10の運転開始が指令されると、運転開始から時刻t1までシンクロトロンが初期化される。そして、1人分の照射が終了すると、シンクロトロンの運転が終了する。
When the operation start of the
引出電源制御部23bは、シンクロトロン10の運転開始が指令されると、引出電源2をオンとし、引出電圧がオンとなって一定レベルとなり、シンクロトロン運転終了が指令されると、引出電源2をオフとして、引出電圧がオフとなって0レベルとなる。
When the start of operation of the
引出電源2がオンとなっている期間は、イオン源1からイオンビームが出射される。
During the period when the
ビーム利用系制御装置21からビーム出射要求信号が、時刻t1、t2、t3、t4、t5に出され、これに応答してチョッパー電源制御部23dは、時刻t1、t2、t3、t4、t5にチョッパーオフ信号をオンとする。
A beam extraction request signal is output from the beam
これにより、イオンビームが、チョッパー6を通過し、高周波加速器8を介してシンクロトロン10に供給される。
As a result, the ion beam passes through the chopper 6 and is supplied to the
プラズマは、シンクロトロン10の運転状態、待機状態に関係なく、一定周期で生成されている。
The plasma is generated at a constant cycle regardless of the operation state or standby state of the
なお、静電レンズ4に対しても、レンズ電源5により高電圧が印加されていることにより、イオン源1からプラズマが引き出される可能性がある。
Note that plasma may also be extracted from the
このため、レンズ電源制御部23cのレンズ電源5の制御は、引出電源制御部23bの引出電源2の制御と同期させて行う。つまり、シンクロトロン10の運転開始から終了期間のみ、レンズ電源5をオンとし、他の期間はレンズ電源5をオフとして、イオン源1からイオンビームが引き出されないように制御する。
Therefore, the control of the
ここで、荷電粒子線治療装置による治療時間は、一人約15分であるが、シンクロトロン10の利用時間は約3分である。このため、シンクロトロン10の待機期間の12分間においても、イオン源1からイオンビームを出射させるとすると、シンクロトロン10で利用されないイオンビームにより、直線加速器100の内部が汚損されることとなる。
Here, the treatment time by the charged particle beam treatment apparatus is about 15 minutes per person, but the use time of the
このため、本願の実施例1においては、シンクロトロン10の運転開始に同期し引出電源2をオンとし、シンクロトロン10の非稼動時は引出電源2をオフとして、シンクロトロン非稼動時にイオン源1からイオンビームが引き出されないように制御している。本実施例の荷電粒子ビーム発生装置により、イオンビームによる直線加速器内部の汚損は抑制できる。また、引出電源のオン時間の低減により、消費電力も低減できる。
For this reason, in Example 1 of the present application, the
一方で引出電圧をオフにした状態から暫くすると、イオン源1や引出電極3、静電レンズ4、チョッパー6等の表面に不純物が付着することが考えられる。この不純物があると、ビーム引き出し時に各電極に電圧(これらをビーム光学系という)を印加する際、電圧が設定値とずれてしまい、結果直線加速器100の内部のビーム光学系が乱れることが考えられる。
On the other hand, it is considered that impurities adhere to the surfaces of the
そこで、好ましくは、引出電圧をオンするタイミングは、直線加速器100の内部に付着した不純物を除去するため、またその際にイオン源内部で放電すること、ビーム光学系の各電極が所定の電圧に到達するまでの時間を考慮して、ビーム出射前に引出電圧をオンし、プラズマを敢えて数発引き出すように制御してもよい。これによりビーム出射時には直線加速器100の内部のビーム光学系が改善され、直線加速器100の内部の放電も低減しているため、安定したビームを供給でき、且つイオン源1、イオン源1下流の引出電極3や静電レンズ4、及びチョッパー6の汚損を低減することができる。
Therefore, it is preferable that the extraction voltage is turned on in order to remove impurities adhering to the inside of the linear accelerator 100 and to discharge inside the ion source at that time, and to set each electrode of the beam optical system to a predetermined voltage. In consideration of the time to reach, it may be controlled so that the extraction voltage is turned on before the beam is emitted and the plasma is extracted several times. As a result, the beam optical system inside the linear accelerator 100 is improved at the time of beam extraction, and the discharge inside the linear accelerator 100 is also reduced, so that a stable beam can be supplied and the
実施例1では、シンクロトロン起動のタイミングで引出電圧をオンしているため、イオン源1、引出電極3、静電レンズ4、チョッパー6等の表面に付着した不純物を除去する時間と、直線加速器100の内部の放電が減少するまでの時間を十分に確保することができるため、不純物をより確実に除去することができる。これによって、より安定したイオンビームを供給することができる。
In the first embodiment, since the extraction voltage is turned on at the timing of synchrotron activation, the time required to remove impurities attached to the surfaces of the
さらに、ビーム利用系が癌腫瘍等の粒子線治療ノズルである場合、安定したイオンビームを得ることは特に重要である。一方、常にイオン源の状態を最適に保つために引出電極を常にONにし、静電レンズ4やチョッパー6等の下流の機器が汚損されやすくなり、機器の交換が必要な周期が早まると、メンテナンスにより粒子線治療施設の稼働率が低下するおそれがある。本実施例の制御を用いることにより、安定したイオンビームの供給と、粒子線治療施設の稼働率維持の両立した最適な荷電粒子ビーム発生装置を実現することができる。 Further, when the beam utilization system is a particle beam treatment nozzle for cancer tumors or the like, it is particularly important to obtain a stable ion beam. On the other hand, if the extraction electrode is always turned on in order to keep the ion source in an optimum state, the downstream devices such as the electrostatic lens 4 and the chopper 6 are easily damaged, and maintenance is performed when the period in which the device needs to be replaced is accelerated. As a result, the availability of the particle beam therapy facility may be reduced. By using the control of the present embodiment, it is possible to realize an optimum charged particle beam generator that can supply both stable ion beams and maintain the operation rate of the particle beam therapy facility.
以上により、イオンビームによる直線加速器100の内部の汚損を低減し、煩雑な定期点検項目も低減可能な荷電粒子ビーム発生装置の運転方法および荷電粒子ビーム発生装置を実現することができる。 As described above, it is possible to realize a charged particle beam generating apparatus operating method and a charged particle beam generating apparatus capable of reducing internal contamination of the linear accelerator 100 by an ion beam and reducing complicated periodic inspection items.
なお、本願に記載する荷電粒子ビーム発生装置とは、粒子線治療装置に使用するイオンビームを生成する直線加速器(LINAC)、および直線加速器にて生成したイオンビームを所定のエネルギーまで加速する円形加速器を含む。 The charged particle beam generator described in the present application includes a linear accelerator (LINAC) that generates an ion beam used in the particle beam therapy system, and a circular accelerator that accelerates the ion beam generated by the linear accelerator to a predetermined energy. including.
(実施例2)
図4は本発明の実施例2における荷電粒子線治療装置の動作タイミングチャートある。荷電粒子線治療装置における直線加速器100の概略構成、および制御ブロックは、実施例1と同様であるので、図示及び詳細な説明は省略する。
(Example 2)
FIG. 4 is an operation timing chart of the charged particle beam therapy system according to
本発明の実施例2においては、引出電源2をオンとするタイミングは、シンクロトロン10の運転開始と同時ではなく、シンクロトロン10の初期化開始後であって、初期化終了前の時間に引出電源2をオンとする。シンクロトロン10の初期化に要する時間は、予め定まっているため、シンクロトロン10の運転が開始されてから、時間を計測し、初期化終了前の予め定めた時間に引出電源2をオンとすることができる。引出電源2をオンとするタイミングは、その機器の状態等により設定可能である。
In the second embodiment of the present invention, the timing of turning on the
他の制御動作は、実施例1と同様である。 Other control operations are the same as those in the first embodiment.
本発明の実施例2によれば、イオン源1からイオンビームが出射される期間をさらに短縮することができるので、イオンビームによる直線加速器100の内部の汚損を実施例1よりさらに低減し、煩雑な定期点検も実施例1よりさらに低減可能な荷電粒子ビーム発生装置の運転方法および荷電粒子ビーム発生装置を実現することができる。
According to the second embodiment of the present invention, the period during which the ion beam is emitted from the
更に実施例2でも、イオン源1、静電レンズ4、チョッパー6等の表面に付着した不純物を除去する時間と、直線加速器100の内部の放電が減少するまでの時間が十分にあるシンクロトロン10の初期化中のタイミングで引出電圧をオンしているため、安定したイオンビームを供給することができる。
Further, in the second embodiment, the
なお、上述した例においては、引出電源2をオンとして、イオン源1からイオンビームを出射させるタイミングを、シンクロトロン10の運転開始と同期とするか、シンクロトロン10の運転開始後であって、初期化期間の終了前としたが、初期化終了と同期して引出電源2をオンとしてもよい。
In the above-described example, the
また、上述した例においては、レンズ電源5の制御は、引出電源制御部23bの引出電源2の制御と同様に行うように構成したが、レンズ電源5は、引出電源2の制御とは関係なく、治療動作中は常にオンとなるように制御しても、本発明は成立する。
In the above-described example, the
(実施例3)
図5は本発明の実施例3における荷電粒子線治療装置の動作タイミングチャートある。荷電粒子線治療装置における直線加速器100の概略構成、および制御ブロックは、実施例1、及び実施例2と同様であるので、重複する箇所については詳細な説明は省略する。
(Example 3)
FIG. 5 is an operation timing chart of the charged particle beam therapy system according to the third embodiment of the present invention. Since the schematic configuration and control block of the linear accelerator 100 in the charged particle beam therapy system are the same as those in the first embodiment and the second embodiment, detailed description of overlapping portions will be omitted.
図5(a)はシンクロトロン4の運転パターンである電磁石励磁パターンの代表として偏向電磁石の励磁パターンを示す。図5(b)はビーム利用系20から生じるビーム出射要求の信号を示す。図5(c)はイオン源1の運転を示し、プラズマは一定周期で生成される。図5(d)は高周波加速器8の動作をRFの信号で示す。図5(e)は静電レンズ4と高周波加速器8の間に位置するチョッパーの電源がOFFになるタイミングを示し、図5(f)は引出電源2がONになるタイミングを示している。
FIG. 5A shows an excitation pattern of a deflecting electromagnet as a representative electromagnet excitation pattern which is an operation pattern of the synchrotron 4. FIG. 5B shows a beam extraction request signal generated from the beam utilization system 20. FIG. 5C shows the operation of the
本発明の実施例3においては、治療中のビーム出射要求時以外の時間から引き出されるイオンビームによる直線加速器100の内部の汚損を極力低減するため、ビーム出射要求時のタイミングに引出電源2をオンとし、直線加速器100からイオンビーム出射後に引出電源2をオフとする運転方法となる。
In the third embodiment of the present invention, the
ここで、図6を参照して、実施例3においての制御方法について説明する。 Here, with reference to FIG. 6, the control method in Example 3 is demonstrated.
図6は円形加速器10の運転パターンを示している。円形加速器10の運転パターンは、入射工程、加速工程、出射工程、減速工程からなる。入射工程とは直線加速器100からのイオンビームをシンクロトロン10に入射するための期間を指す。入射工程でシンクロトロン10に入射されたイオンビームは、加速工程にて治療に使用する所定のエネルギーまで加速したのち、出射工程にて患者に出射される。照射が完了すると、シンクロトロン10は減速工程を経て、次のビーム出射要求信号を受け取るまで待機状態となる。
FIG. 6 shows an operation pattern of the
本発明の実施例3においては、ビーム出射要求時以外にイオン源1から引き出されるイオンビームにより直線加速器100の内部が汚損することを極力低減するため、実施例1、及び実施例2よりも引出電圧がイオン源1に印加される時間を更に限定する運転方法となる。
In the third embodiment of the present invention, in order to reduce the contamination of the inside of the linear accelerator 100 by the ion beam extracted from the
そのため実施例3においては、ビーム出射要求信号を加速器機器制御部22が受け取ったタイミングで引出電圧をイオン源1に印加し、シンクロトロン10の加速工程の開始以降のタイミングで引出電圧をオフするものとする。
Therefore, in the third embodiment, the extraction voltage is applied to the
本発明の実施例3によれば、治療中のビーム出射要求時以外の時間から引き出されるイオンビームは実施例1、実施例2の中で最も低減でき、そのため、直線加速器100の内部の汚損も最も低減できる。 According to the third embodiment of the present invention, the ion beam extracted from a time other than the time when the beam extraction is requested during the treatment can be reduced most in the first and second embodiments. Therefore, the contamination inside the linear accelerator 100 is also reduced. It can be reduced most.
更に実施例3でも、イオン源1、静電レンズ4、チョッパー6等の表面に付着した不純物を除去する時間と、直線加速器100の内部の放電が減少するまでの時間を十分確保した上で引出電圧をオンすることもできる。例えば、そのための時間は、ビーム出射要求信号から入射工程終了時までの期間とする。これにより、安定したイオンビームをビーム利用機器に供給することができる。
Further, also in Example 3, the time required for removing impurities adhering to the surfaces of the
実施例1乃至3においては、イオン源1、静電レンズ4、チョッパー6に電圧を印加するための機構として、電源としてミリ秒オーダー程度で電圧制御が可能な通常の引出電源を採用した場合とは異なるパルス電源の使用、あるいは前記イオン源1、静電レンズ4、チョッパー6と各電源間に高速スイッチングが可能な回路を使用して実現しても良い。
In the first to third embodiments, as a mechanism for applying a voltage to the
1・・・イオン源、2・・・引出電源、3・・・引出電極、4・・・静電レンズ、5・・・レンズ電源、6・・・チョッパー、7・・・チョッパー電源、8・・・高周波加速器、9・・・高周波電源、10・・・シンクロトロン(円形加速器)、20・・・ビーム利用機器、21・・・ビーム利用系制御装置、22・・・加速器機器制御部、23・・・入射器制御装置、23a・・・高周波電源制御部、23b・・引出電源制御部、23c・・・レンズ電源制御部、23d・・・チョッパー電源制御部、30・・・ビーム輸送系、100・・・直線加速器
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記直線加速器から出射されたイオンビームを加速する円形加速器と、
前記円形加速器から出射されたイオンビームを対象物に照射するビーム利用機器とを有する荷電粒子ビーム発生装置の運転方法において、
前記引出電源を、前記円形加速器の運転開始から初期化完了までの間にオンし、
前記円形加速器の運転状態に応じて、前記引出電源をオフすることを特徴とする荷電粒子ビーム発生装置の運転方法。 A linear accelerator having an ion source for generating plasma, an extraction electrode for emitting an ion beam from the ion source, and an extraction power source;
A circular accelerator for accelerating the ion beam emitted from the linear accelerator;
In a method of operating a charged particle beam generator having a beam utilization device for irradiating an object with an ion beam emitted from the circular accelerator,
The extraction power source is turned on between the start of operation of the circular accelerator and the completion of initialization,
A method for operating a charged particle beam generator, wherein the extraction power source is turned off according to an operating state of the circular accelerator.
前記直線加速器から出射されたイオンビームを加速する円形加速器と、
前記円形加速器から出射されたイオンビームを対象物に照射するビーム利用機器とを有する荷電粒子ビーム発生装置の運転方法において、
前記円形加速器の運転状態に応じて、前記引出電源をオンし、
前記引出電源を、前記円形加速器の運転終了時にオフとすることを特徴とする荷電粒子ビーム発生装置の運転方法。 A linear accelerator having an ion source for generating plasma, an extraction electrode for emitting an ion beam from the ion source, and an extraction power source;
A circular accelerator for accelerating the ion beam emitted from the linear accelerator;
In a method of operating a charged particle beam generator having a beam utilization device for irradiating an object with an ion beam emitted from the circular accelerator,
Depending on the operating state of the circular accelerator, turn on the extraction power supply,
A method for operating a charged particle beam generator, wherein the extraction power source is turned off at the end of the operation of the circular accelerator.
前記直線加速器から出射されたイオンビームを加速する円形加速器と、
前記円形加速器から出射されたイオンビームを対象物に照射するビーム利用機器とを有する荷電粒子ビーム発生装置の運転方法において、
前記円形加速器の運転状態に応じて、前記引出電源をオンし、
前記円形加速器の加速工程開始以降のタイミングで、前記引出電源をオフとすることを特徴とする荷電粒子ビーム発生装置の運転方法。 A linear accelerator having an ion source for generating plasma, an extraction electrode for extracting an ion beam from the ion source, and an extraction power source;
A circular accelerator for accelerating the ion beam emitted from the linear accelerator;
In a method of operating a charged particle beam generator having a beam utilization device for irradiating an object with an ion beam emitted from the circular accelerator,
Depending on the operating state of the circular accelerator, turn on the extraction power supply,
The operation method of the charged particle beam generator characterized by turning off the said extraction power supply at the timing after the acceleration process start of the said circular accelerator.
前記直線加速器は、静電レンズとチョッパーとを備え、
前記イオン源、前記引出電極、前記静電レンズ及び前記チョッパーに付着した不純物を除去するために前記イオン源からプラズマを引き出し、
前記直線加速器から前記イオンビームを出射するまでに前記引出電極、前記静電レンズ、前記チョッパーに印加される電圧が所定の電圧となるように制御することを特徴とする荷電粒子ビーム発生装置の運転方法。 In the operation method of the charged particle beam generator according to claim 1,
The linear accelerator includes an electrostatic lens and a chopper,
Plasma is extracted from the ion source to remove impurities attached to the ion source, the extraction electrode, the electrostatic lens, and the chopper,
Operation of a charged particle beam generator, wherein a voltage applied to the extraction electrode, the electrostatic lens, and the chopper is controlled to be a predetermined voltage before the ion beam is emitted from the linear accelerator. Method.
前記直線加速器から出射されたイオンビームを加速する円形加速器と、
前記円形加速器から出射されたイオンビームを対象物に照射するビーム利用機器とを有する荷電粒子ビーム発生装置の運転方法において、前記直線加速器は、前記イオン源から出射されたイオンビームが通過する静電レンズと、静電レンズ電源とを有し、前記引出電源のオンオフ動作と同期させて、前記静電レンズの電源をオンオフさせることを特徴とする荷電粒子ビーム発生装置の運転方法。 A linear accelerator having an ion source for generating plasma, an extraction electrode for extracting an ion beam from the ion source, and an extraction power source;
A circular accelerator for accelerating the ion beam emitted from the linear accelerator;
In a method of operating a charged particle beam generator having a beam utilization device for irradiating an object with an ion beam emitted from the circular accelerator, the linear accelerator is an electrostatic device through which the ion beam emitted from the ion source passes. A charged particle beam generator operating method comprising: a lens; and an electrostatic lens power source, wherein the electrostatic lens power source is turned on / off in synchronization with an on / off operation of the extraction power source.
前記入射器制御装置は、前記直線加速器の引出電源を、前記円形加速器の運転終了時にオフとすることを特徴とする荷電粒子ビーム発生装置。 An ion source for generating plasma, an extraction electrode for emitting an ion beam from the ion source, and a linear accelerator having an extraction power source, a circular accelerator for accelerating the ion beam emitted from the linear accelerator, and an electron beam emitted from the circular accelerator A beam utilization device that irradiates a target with an ion beam, a beam utilization system control device that controls the operation of the beam utilization device, and a command signal from the beam utilization system control device; Charged particles comprising an accelerator device control unit that controls the operation of the accelerator, and an injector control device that controls on / off of the extraction power source according to the operation status of the circular accelerator based on a command signal from the accelerator device control unit In the beam generator,
The charged particle beam generator according to claim 1, wherein the injector control device turns off the extraction power source of the linear accelerator at the end of the operation of the circular accelerator.
前記入射器制御装置は、前記円形加速器の加速工程開始以降のタイミングで、前記直線加速器の引出電源をオフとすることを特徴とする荷電粒子ビーム発生装置。 An ion source for generating plasma, an extraction electrode for emitting an ion beam from the ion source, and a linear accelerator having an extraction power source, a circular accelerator for accelerating the ion beam emitted from the linear accelerator, and an electron beam emitted from the circular accelerator A beam utilization device that irradiates a target with an ion beam, a beam utilization system control device that controls the operation of the beam utilization device, and a command signal from the beam utilization system control device; Charged particles comprising an accelerator device control unit that controls the operation of the accelerator, and an injector control device that controls on / off of the extraction power source according to the operation status of the circular accelerator based on a command signal from the accelerator device control unit In the beam generator,
The charged particle beam generator according to claim 1, wherein the injector control device turns off the extraction power source of the linear accelerator at a timing after the start of the acceleration process of the circular accelerator.
前記直線加速器は、静電レンズとチョッパーとを備え、
前記引出電極、前記静電レンズ及び前記チョッパーに付着した不純物を除去するために前記イオン源からプラズマを引き出し、前記直線加速器から前記イオンビームを出射するまでに前記引出電極、前記静電レンズ及び前記チョッパーに印加される電圧が所定の電圧となるように制御することを特徴とする荷電粒子ビーム発生装置。 The charged particle beam generator according to any one of claims 8 to 10,
The linear accelerator includes an electrostatic lens and a chopper,
Plasma is extracted from the ion source to remove impurities attached to the extraction electrode, the electrostatic lens, and the chopper, and the extraction electrode, the electrostatic lens, and the A charged particle beam generator which controls so that a voltage applied to a chopper becomes a predetermined voltage.
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