JPH08138900A

JPH08138900A - マイクロトロン

Info

Publication number: JPH08138900A
Application number: JP29808694A
Authority: JP
Inventors: Iwao Miyano; 巌宮野
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1994-11-08
Filing date: 1994-11-08
Publication date: 1996-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】電子加速器部分を小型化し、安価で設置床面積
が小さく、電子線搬送手段の少ない治療用マイクロトロ
ンを提供する。【構成】内接円を描く電子軌道に対し、長さ一定の磁気
シールドパイプを一様磁場外の定点（電子線取り出し
点）に対して円弧運動させることで、各軌道の電子を該
定点に集束させる。集束させた電子線を磁場可変の偏向
電磁石によって、任意の一方向に曲げて搬送する。ま
た、磁気シールドパイプを固定し、電子軌道を相対的に
円弧運動させる構造とする。さらに１ガントリーシステ
ムにおいて加速器と治療用ガントリーを一体化し、照射
ヘッドとの間に電子線搬送経路を設けた構成とする。【効果】加速器の磁極を最大加速軌道の円形状に合わせ
て小さくできる。また１ガントリーシステムで、加速器
と治療用ガントリーを一体化することで、設置床面積が
小さく、電子線搬送手段の少なくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一様磁場中で単一の加
速空胴によって電子を加速するマイクロトロンにおい
て、構造の簡略化，小型化するのに好適な治療用マイク
ロトロンの構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の治療用マイクロトロンの構成を図
９により説明する。マイクロトロンはマイクロ波電場を
形成する加速空胴６内に、一様磁場中で円運動させた電
子３を繰り返し入射させて加速する電子加速器である。
加速された電子３の軌道は加速空胴６内の１点を内接点
とする内接円となり、電子３のエネルギーが高くなる
程、電子軌道の半径は大きくなる。加速された電子３を
一様磁場の外に取り出す方法の一例として、磁気シール
ドパイプと呼ばれる鉄製の中空パイプ９を円軌道の接線
方向に位置させ、磁気シールドパイプ９で磁気を遮蔽す
ることで、磁気シールドパイプ９の長さだけ本来の軌道
を変形させて電子を取り出す方法がある。この方法によ
れば、磁気シールドパイプ９を平行移動させることによ
り、任意軌道の電子を一定方向に取り出すことができ
る。こうして取り出された電子ビームは、真空パイプ１
３の内部を電子ビームを偏向する偏向電磁石１２と、電
子ビームを集束する四重極電磁石１１によって、治療用
ガントリー５の照射ヘッド２まで損失なく搬送され、治
療台４上の患者に照射される。

【０００３】また加速器１台に対して治療用ガントリー
１台が設置される１ガントリーシステム以外に、加速器
１台に対して複数の治療用ガントリーを設置する複数ガ
ントリーシステムを構成することも可能である。この場
合は加速器の電子ビーム射出部に、電子ビームの方向を
それぞれの治療ガントリーの設置方向に切り替える偏向
電磁石を設置し、使用する治療ガントリーの方向へ電子
ビーム搬送経路を切り替える。このように複数の治療用
ガントリーを配置することにより、１台の治療用ガント
リーで照射中に、他の治療用ガントリーで患者の位置を
設置することができるため、装置の利用効率が高まる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術におい
て、磁気シールドパイプ９を平行移動する機構は任意の
軌道の電子３を一定方向に取り出すことができるが、磁
気シールドパイプ９により軌道形状を変形させるため、
偏向された軌道の部分だけ一様磁場を形成する磁極は、
本来の円軌道部分よりも拡大される。また磁気シールド
パイプ９は、軌道からそれた電子３の衝突によって加熱
されるため、これを冷却する水冷管を具備しているが、
磁気シールドパイプ９の平行移動に伴って冷却管も屈曲
しながら移動するため、磁気シールドパイプ９の移動機
構は複雑になる。以上のことから磁気シールドパイプ９
を平行移動させる方式のものでは装置全体が大型化して
まう。

【０００５】一方複数ガントリーシステム構成において
は、ガントリーの設置台数に応じて、電子ビームの搬送
経路を切り替える偏向電磁石を設置し、加速器から取り
出された電子ビームを所定の方向に偏向する必要があ
る。複数ガントリーシステムは、実用上２ガントリーま
たは３ガントリーとなる場合が多い。特に２ガントリー
の場合、２台の治療用ガントリーの代表的な配置例は、
加速器を中心として２台の治療用ガントリーを対称に配
置するもの、あるいは２台の治療用ガントリーが互いに
直交する方向に配置するものとがある。いずれの場合も
加速器の電子ビーム取り出し方向に対して一方あるいは
双方の治療用ガントリーは直交する方向に位置し、加速
器を設置する位置によって治療用ガントリーの設置場所
が制限される。また偏向電磁石を設置するスペースを新
たに確保する必要があるため、必然的に加速器を収納す
る部屋の面積が大きくなってしまう。

【０００６】さらに加速器と治療用ガントリーとが別々
に設置されていることから、設置床面積が大きいという
問題があった。また電子ビーム搬送系が長いため、四重
極電磁石や偏向電磁石等の電子ビーム搬送手段が数多く
必要になるという問題もあった。本発明の目的は、従来
技術での上記問題を解決し、小型で安価、しかも設置床
面積が小さく、電子ビーム搬送手段の少ない治療用マイ
クロトロンを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明では、マイクロトロンの加速器内で磁気シールド
パイプを次のような構成にて配置する。図１に示すよう
に電子軌道の内接点０（加速空胴内）を通る接線上の任
意の１点Ａ（加速空胴に電子が入射する側とする。以
下、「電子線取り出し点」という。）を中心とし、半径
０Ａなる円と各電子軌道との交点をＢｎ（ｎ＝１，２，
３，…）とする。線分ＡＢｎ上に、点Ｂｎを電子入射端
とする長さｌなる磁気シールドパイプを、その中心軸が
線分ＡＢｎ方向と一致するように配置する。磁気シール
ドパイプの長さｌは、電子出射端が一様磁場の外になる
のに十分な長さ（一様磁場を作る磁極より外側）とす
る。この磁気シールドパイプを点Ａを中心とする円弧軌
道に沿って回転移動させて電子入射端を各電子軌道との
接点Ｂｎに一致させれば、どの電子軌道の電子も電子線
取り出し点Ａに集束する（請求項１）。

【０００８】次に、本発明では、磁気シールドパイプを
固定し、これに対し相対的に電子軌道自体が電子線取り
出し点Ａを中心とする円弧運動をするように、加速器自
体を円弧運動させる構成とする（請求項２）。

【０００９】更に、本発明では、請求項１または２の構
成において、電子線取り出し点Ａの位置に、磁場強度が
電子のエネルギーに合わせて変えられる偏向電磁石を設
置する。電子のエネルギーに合わせて偏向電磁石の磁場
強度を変えることにより、任意の一方向に電子を導くこ
とができる（請求項３，４）。

【００１０】更に、本発明では、請求項３または４に対
応する構成において、電子線取り出し点Ａの位置に設置
された偏向電磁石に複数の電子線射出口を設け、偏向電
磁石の磁場の設定値を電子線のエネルギーごと、および
射出方向に応じて切り替え、それぞれの射出口に治療用
ガントリーへ電子線を搬送する経路を設ける構成とする
（請求項５）。

【００１１】更に、本発明では、請求項３の構成におい
て、加速器と治療用ガントリーとを直結し、被検体の周
囲を一体で回転できる構成とする。加速器と照射ヘッド
との間には電子線搬送手段を設けて、加速器から取り出
された電子線を照射ヘッドまで搬送できる構成とする
（請求項６）。

【００１２】

【作用】上記の構成において、磁気シールドパイプの一
端を電子ビームの入射端Ｂｎに一致させると、電子ビー
ムは電子線取り出し点Ａに集束する。これは線分ＡＢｎ
（ｎ＝１，２，３，…）が各電子軌道に対する接線とな
るためで、以下のように証明される。図２において、点
Ｃを中心とする円上の１点Ｏを通る接線（ｘ軸）上に任
意の点Ａをとる。点Ａを中心とする半径ＯＡなる円と、
点Ｃを中心とする半径ＯＣなる円との交点をＢとする。
まずΔＡＯＣとΔＡＢＣについて、ＡＣが共通、ＡＯ＝
ＡＢ，ＯＣ＝ＢＣよりΔＡＯＣとΔＡＢＣは三辺が等し
いことから合同となる。従って∠ＡＯＣ＝∠ＡＢＣとな
る。一方前提条件により線分ＡＯは線分ＯＣに直交す
る。従って、∠ＡＯＣ＝∠ＡＢＣより線分ＡＢは線分Ｂ
Ｃと直交するので線分ＡＢは点Ｃを中心とする円の接線
である。各電子軌道は点Ｏにおいて内接しているから、
上記の関係はどの電子軌道に関しても成立する。従って
線分ＡＢｎ（ｎ＝１，２，３，…）は必ず各電子軌道に
対する接線となる。点Ｂｎで磁気シールドパイプに入射
した電子は、磁気シールドパイプによって磁場が遮蔽さ
れるため、磁気シールドパイプ内を直進する。磁気シー
ルドパイプを出ても既に一様磁場から外に出ているた
め、電子は直進し、電子線取り出し点Ａに集束する（請
求項１，２）。

【００１３】電子線取り出し点Ａに向かって集束する電
子は偏向電磁石によって任意の方向へ偏向される（請求
項３，４）。

【００１４】

【実施例】以下図面により本発明の実施例を説明する。
図３は本発明の第１の実施例を示すマイクロトロンの構
成図である。（ａ）は、電子軌道を示す断面図、（ｂ）
はそのＩ−Ｉ′断面図である。マイクロ波源１４にて発
生したマイクロ波は、導波管１５の内部を伝わって加速
空胴６内部で電子を加速するためのマイクロトロン波電
場を形成する。電子銃８から射出された電子３は加速空
胴６内のマイクロ波電場で加速され、磁極７１，ヨーク
７２，励磁コイル７３から構成される電磁石によって形
成される一様磁場中で円運動する。電子軌道は加速空胴
６内の１点Ｏを内接点とする内接円となる。内接点Ｏを
通る電子軌道の接線上で、一様磁場外の１点（電子線取
り出し点）をＡとし、Ａ点を中心とする半径ＯＡなる円
弧を設け、各電子軌道との交点Ｂｎを入射端とし、その
方向が半径ＡＢｎと一致するように磁気シールドパイプ
９を配置し、磁気シールドパイプ９は点Ａを中心とした
円弧軌道に沿って移動させる。磁気シールドパイプ９の
長さは、その電子射出端が磁極７１の一様磁場による影
響が十分消失した位置になる長さとする。磁気シールド
パイプ９の入射端Ｂｎは前述の「作用」で証明したよう
に、各電子軌道との接点となるので、各電子軌道の電子
は磁気シールドパイプ９内を直進し、さらに磁気シール
ドパイプ９を出た後も一様磁場が消失しているため直進
し、電子線取り出し点Ａに集束する。

【００１５】次に、磁気シールドパイプ９を円弧軌道に
沿って移動させる手段の一実施例を図４により説明す
る。図４（ａ）は磁気シールドパイプ移動手段の要部を
示す図で、図４（ｂ）はII−II′断面拡大図である。磁
気シールドパイプ９は支持台８１に結合され、支持台３
１はガイドローラ３２を介してガイドレール３３に支持
される。支持台３１の一端は回転ナット３４に結合さ
れ、回転ナット３４は送りねじ３５に締結されている。
送りねじ３５の端部には自在継手３６を介し回転駆動軸
３７が接続されている。この回転駆動軸３７には回転駆
動源（図示せず）から回転駆動力が与えられる。ガイド
レール３３は電子線取り出し点Ａを中心とする円弧上に
配設されており、その幅方向の両側面の溝レールにガイ
ドローラ３２が結合されている。このような構成におい
て、回転駆動軸３７を所定の回転角度だけ回転させるこ
とにより、支持台３１に支持された磁気シールドパイプ
を所定角度だけガイドレール３３の円弧軌道に沿って移
動することができる。

【００１６】次に本発明の第２の実施例を図５により説
明する。図５の構成においては、加速器１の真空容器１
０は電子線取り出し点Ａの近傍が蛇腹１６で接続され、
加速器１が電子線取り出し点Ａを中心にして円弧軌道に
沿って移動可能な構造になっている。本実施例では電子
線取り出し点Ａに対して磁気シールドパイプ９の位置は
固定され、加速器１全体が電子線取り出し点Ａを中心と
する円弧軌道上を移動することになる。加速器１の移動
は電子線の各円軌道の接点（電子線取り出し点Ａから引
いたもの）が、磁気シールドパイプ９の一端（電子線入
射点）と一致するように行われる。

【００１７】次に加速器１を円弧軌道に沿って移動させ
る手段の一実施例を図６により説明する。図６（ａ）は
加速器移動手段の要部を示す図で、図６（ｂ）はIII−I
II′断面図である。磁気シールドパイプ９は電子線取り
出し点Ａを通る直線と平行に配列され、支持台４１に支
持されている。加速器１の部分はガイドローラ４２を介
してガイドレール４３に結合されている。ガイドレール
４３は電子線取り出し点Ａを中心とする円弧上に配設さ
れており、その幅方向の両側面の溝レールにガイドロー
ラ４２が結合されている。また、歯車４４がガイドレー
ル４３と平行して配設されており、この歯車４４と加速
器１に取付けられた回転駆動モータ４５の軸に結合され
た駆動歯車４６とがかみ合わされている。このような構
成において、回転駆動モータ４５を駆動して駆動歯車４
６を所定の回転角度だけ回転させることにより、歯車４
４に沿って加速器１が所定角度だけ円弧移動をする。こ
の円弧移動はガイドレール４３をガイドにして行われる
ことになる。

【００１８】次に本発明の第３の実施例を図７により説
明する。図３に示した構成において、電子線取り出し点
Ａに偏向電磁石１２を設置し、３方向に電子線の搬送用
接続部を設ける。接続部の位置，数量は任意である。電
子線取り出し点Ａに集束する電子線は電子のエネルギー
ごとに偏向電磁石１２の磁場強度を変えることにより、
電子軌道と平行な面内で、任意の一方向に曲げることが
できる。

【００１９】図８は第４の実施例を示すものである。こ
の実施例は第３の実施例の変形例である。（ａ）は電子
軌道を示す断面図、（ｂ）はIV−IV′断面図である。図
８の構成においては、電子線取り出し点Ａの周囲に、電
子軌道面と垂直な方向に電子線を偏向させるように偏向
電磁石１２を設置する。ただし偏向電磁石１２は電子線
取り出し点Ａを中心にして回転可能とし、磁気シールド
パイプ９に連動して磁気シールドパイプ９と補向電磁石
１２の磁極面が平行になるように設定されるものとす
る。電子のエネルギーに応じて偏向電磁石１２の磁場強
度と回転角度を変更することにより、電子線取り出し点
Ａを通り、電子軌道面に垂直な方向（２方向）に電子線
を曲げることができる。

【００２０】図９は本発明の第５の実施例を示すもの
で、複数ガントリーシステムへの応用例である。図３に
示した構成のマイクロトロン１台に対して３台のガント
リーを設置したもので、偏向電磁石１２の３方向の接続
部に対して、真空パイプ１３を延長し、適度な間隔をお
いて四重極電磁石１１を設置して、電子をそれぞれのガ
ントリー５まで搬送することができる。図９では３台の
ガントリーを設置しているが、これら３台のうちの任意
の２台を組み合わせた２ガントリーシステム（３通り）
を構成することもできる。いずれの場合も全く同じ偏向
電磁石１個で対応である。

【００２１】図１０に本発明の第６の実施例を示す。従
来例では加速器１と治療用ガントリー５が分離されてい
るため、電子線を搬送するために、多数の偏向電磁石１
２や四重極電磁石１１を用いているが、本発明では、加
速器１と治療用ガントリー５を一体化することで各種の
電磁石の数を削減し、マイクロトロン装置全体を小型化
したものである。その結果装置の設置スペースは大幅に
縮小できる。

【００２２】本実施例では加速器１は回転円板１７と軸
受１９とで回転可能に支持され、回転円板１７は支持ロ
ーラ１８に支持されている。また治療用ガントリー５が
回転円板１７に直結されているので、回転円板１７に支
持された加速器１と一体となって回転する。照射ヘッド
２と加速器１の間は真空ヘッド１３，四重極電磁石１
１，偏向電磁石１２で連結されている。加速器１の部分
には第１の実施例で示した磁気シールドパイプ移動手段
が適用され、その電子線取り出し点Ａには第３の実施例
に示した電子線偏向手段（偏向電磁石１２を設置した部
分）が適用されている。

【００２３】この構成を採用することにより、従来例と
比べ四重極電磁石１１を３個、偏向電磁石１２を１個、
およびこれらの電源を削減できるので、小型化されると
同時に装置全体の重量も軽減することができる。本実施
例は１ガントリーシステムの場合特に効果が大きい。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、加速器の磁極を最大加
速軌道の円形状に合わせて小さくでき、磁気シールドパ
イプおよびその冷却管の移動空間を小さくすることで加
速器の構造・機構を簡略化できる（請求項１）。また、
磁気シールドパイプを固定し、相対的に加速器を円弧運
動させることにより、一方向に電子線を取り出すことが
できる。これは小型のものほど効果的で、高いエネルギ
ーの電子に対して電磁石を小さくできない場合に有効で
ある（請求項２）。また、電子線の加速軌道外の電子線
取り出し点に偏向電磁石を設置することで電子線の搬送
経路方向を自在に設定することができる（請求項３，
４）。さらに、搬送経路を選択するための偏向電磁石を
複数ガントリーシステム用切り替え偏向電磁石と兼用化
できるため、搬送用偏向電磁石とその電源を削減でき、
加速器の設置床面積を縮小できる（請求項５）。また、
１ガントリーシステム構成において加速器と治療用ガン
トリーを一体化して加速器自体が治療用ガントリーを兼
ねた構成にすることにより、設置床面積が小さくかつ電
子線搬送手段を削減した治療用マイクロトロンを提供で
きる（請求項６）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明での電子線の円軌道と磁気シールドパイ
プの位置との関係を示す図。

【図２】図１の幾何学的関係を示す説明図。

【図３】本発明の第１の実施例を示すマイクロトロンの
要部構成図。

【図４】磁気シールドパイプ移動手段の一実施例を示す
図。

【図５】本発明の第２の実施例を示すマイクロトロンの
要部構成図。

【図６】加速器移動手段の一実施例を示す図。

【図７】本発明の第３の実施例を示すマイクロトロンの
要部構成図。

【図８】本発明の第４の実施例を示すマイクロトロンの
要部構成図。

【図９】本発明の第５の実施例を示す３ガントリーシス
テムの構成図。

【図１０】本発明の第６の実施例を示す治療用マイクロ
トロンの構成図。

【図１１】従来の治療用マイクロトロンの構成図。

【符号の説明】

１マイクロトロン電子加速器２照射ヘッド３電子線４治療台５治療用ガントリー６加速空胴７電磁石７１磁極７２ヨーク７３励磁コイル７３励磁コイル８電子銃９磁気シールドパイプ１０真空容器１１四重極電磁石１２偏向電磁石１３真空パイプ１４マイクロ波電源１５マイクロ波導波管１６蛇腹１７回転円板１８支持ローラ１９軸受３１支持台３２ガイドローラ３３ガイドレール３４回転ナット３５送りねじ３６自在継手３７回転駆動軸４１支持台４２ガイドローラ４３ガイドレール４４歯車４５回転駆動モータ４６駆動歯車

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子銃で発生した電子を加速するマイクロ
波電場を形成する加速空胴と、加速空胴で加速された電
子がそのエネルギーに応じた円軌道運動を行う一様磁場
と、加速された電子線を一様磁場外に取り出す磁気シー
ルドパイプとを具備する加速器と、加速された電子線を
治療に適用する治療用ガントリーとからなるマイクロト
ロンにおいて、電子線の各円軌道上の加速空胴内の１点
を接点とする第１の接線上で、かつ一様磁場外の点に電
子線取り出し点を設け、磁気シールドパイプを電子線取
り出し点を中心とする円弧軌道に沿って移動する磁気シ
ールドパイプ移動手段を具備することにより、電子線取
り出し点から電子線のエネルギーに応じた円軌道に引い
た第２の接線の位置に、磁気シールドパイプ全体をその
一端が第２の接点（以下、「電子入射点」という）に一
致するようにして、各円軌道の電子線を電子線取り出し
点に取り出すことを可能にしたことを特徴とするマイク
ロトロン。
【請求項２】電子銃で発生した電子を加速するマイクロ
波電場を形成する加速空胴と、加速空胴で加速された電
子がそのエネルギーに応じた円軌道運動を行う一様磁場
と、加速された電子線を一様磁場外に取り出す磁気シー
ルドパイプとを具備する加速器と、加速された電子線を
治療に適用する治療用ガントリーとからなるマイクロト
ロンにおいて、電子線の各円軌道上の加速空胴内の１点
を接点とする第１の接線上で、かつ一様磁場外の点に電
子線取り出し点を設け、加速器部分を電子線取り出し点
を中心とする円弧軌道に沿って移動する加速器部移動手
段を具備することにより、電子線取り出し点から電子線
のエネルギーに応じた円軌道に引いた第２の接線と磁気
シールドパイプの位置が一致し、かつ電子入射点が磁気
シールドパイプの一端に一致するように加速器を移動さ
せて、各円軌道の電子線を電子線取り出し点に取り出す
ことを可能にしたことを特徴とするマイクロトロン。
【請求項３】請求項１のマイクロトロンにおいて、前記
電子線取り出し点に磁場可変の偏向電磁石を設置し、任
意の方向に電子線を偏向できるようにしたことを特徴と
するマイクロトロン。
【請求項４】請求項３のマイクロトロンにおいて、前記
電子線取り出し点に磁場可変の偏向電磁石を設置し、任
意の方向に電子線を偏向できるようにしたことを特徴と
するマイクロトロン。
【請求項５】請求項３または４のマイクロトロンにおい
て、前記電子線取り出し点の先に複数の治療用ガントリ
ーを接続したことを特徴とするマイクロトロン。
【請求項６】請求項３のマイクロトロンにおいて、前記
加速器と前記治療用ガントリーとを直結し、被検体の周
囲を一体で回転可能にしたことを特徴とするマイクロト
ロン。