JPH09265000A - 荷電粒子ビーム輸送系 - Google Patents
荷電粒子ビーム輸送系Info
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- JPH09265000A JPH09265000A JP7632496A JP7632496A JPH09265000A JP H09265000 A JPH09265000 A JP H09265000A JP 7632496 A JP7632496 A JP 7632496A JP 7632496 A JP7632496 A JP 7632496A JP H09265000 A JPH09265000 A JP H09265000A
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- Japan
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- electromagnet
- transport system
- charged particle
- particle beam
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 荷電粒子ビームの加速器からの取出しが安定
しない場合、ビーム形状が変動する。またエミッタンス
が安定していても、Ｘ方向およびＹ方向で異なると、ビ
ームの回転輸送系通過により、その回転角につれて形状
が変化し、照射点で所望の形状が得られない。 【解決手段】 輸送系中にＸ方向およびＹ方向のエミッ
タンスを調整する手段を設け、回転対称なエミッタンス
を有するビームに調整しあるいは制御して、ビームの絶
対量の減少をなくし、かつ回転輸送系の回転角に依存し
ない形状で物体を照射する。
しない場合、ビーム形状が変動する。またエミッタンス
が安定していても、Ｘ方向およびＹ方向で異なると、ビ
ームの回転輸送系通過により、その回転角につれて形状
が変化し、照射点で所望の形状が得られない。 【解決手段】 輸送系中にＸ方向およびＹ方向のエミッ
タンスを調整する手段を設け、回転対称なエミッタンス
を有するビームに調整しあるいは制御して、ビームの絶
対量の減少をなくし、かつ回転輸送系の回転角に依存し
ない形状で物体を照射する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、放射線治療等の
分野で用いる荷電粒子ビームの輸送系に関するものであ
る。
分野で用いる荷電粒子ビームの輸送系に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】図３は、Proceedings of NIRS Internat
ional Seminar on the Application of Heavy Ion Acce
lerator to Radiation Therapy of Cancer in connecti
on with XXI PTCOG Meeting に記載されている従来の荷
電粒子ビーム輸送系をこの発明の内容に則して書改めた
機器配置図である。図において、１は電子、陽子、重イ
オン等の荷電粒子ビーム（以下、単にビームと呼ぶ）を
生成する加速器、２はビームを照射点３に置いた物体
（例えば、人体である）まで輸送する荷電粒子ビーム輸
送系（以下、単に輸送系と呼ぶ）である。輸送系２は、
偏向電磁石４、４’、４”、４極電磁石５、コリメータ
６、プロファイルモニター７など多数の構成要素からな
り、加速器１で生成したビームを所望の空間内強度分布
で照射点３に設置した物体に照射する。なお、物体内部
の任意の部位をビームで集中的に照射するため、照射点
３に置いた物体に対して任意の角度からの照射あるいは
角度を変えながらの照射ができるよう、輸送系２中の取
合い点８から偏向電磁石４”までの間が取合い点８の近
傍におけるビームの軌道を回転軸として回動する。以
下、取合い点８から照射点３までの間を単に回転輸送系
と呼ぶ。図示を省略したが、輸送系はビームの空気によ
る散乱を防ぐための真空ダクトや真空排気系などを備え
ている。また、回転輸送系の支持装置や駆動装置なども
同様に省略している。
ional Seminar on the Application of Heavy Ion Acce
lerator to Radiation Therapy of Cancer in connecti
on with XXI PTCOG Meeting に記載されている従来の荷
電粒子ビーム輸送系をこの発明の内容に則して書改めた
機器配置図である。図において、１は電子、陽子、重イ
オン等の荷電粒子ビーム（以下、単にビームと呼ぶ）を
生成する加速器、２はビームを照射点３に置いた物体
（例えば、人体である）まで輸送する荷電粒子ビーム輸
送系（以下、単に輸送系と呼ぶ）である。輸送系２は、
偏向電磁石４、４’、４”、４極電磁石５、コリメータ
６、プロファイルモニター７など多数の構成要素からな
り、加速器１で生成したビームを所望の空間内強度分布
で照射点３に設置した物体に照射する。なお、物体内部
の任意の部位をビームで集中的に照射するため、照射点
３に置いた物体に対して任意の角度からの照射あるいは
角度を変えながらの照射ができるよう、輸送系２中の取
合い点８から偏向電磁石４”までの間が取合い点８の近
傍におけるビームの軌道を回転軸として回動する。以
下、取合い点８から照射点３までの間を単に回転輸送系
と呼ぶ。図示を省略したが、輸送系はビームの空気によ
る散乱を防ぐための真空ダクトや真空排気系などを備え
ている。また、回転輸送系の支持装置や駆動装置なども
同様に省略している。
【０００３】次に動作について説明する。偏向電磁石
４、４’、４”の生成する２極磁場によってビームの中
心軌道を、４極電磁石５の生成する４極磁場によってビ
ーム形状をそれぞれ所望の形に整形する。プロファイル
モニター７はビームの中心軌道および形状を検出し、偏
向電磁石４や４極電磁石５等によりビームの中心軌道や
形状を調整する。コリメータ６は拡散したビームの周辺
部分を吸収し、ビーム強度が所定の範囲以外では無視で
きる程度になるよう制限する。ビームのエミッタンス
は、加速器１によって決定される。そして、Ｘ方向のエ
ミッタンスとＹ方向のエミッタンスは偏向電磁石４と４
極電磁石５からなるビーム光学系ではそれぞれ独立に保
存される。
４、４’、４”の生成する２極磁場によってビームの中
心軌道を、４極電磁石５の生成する４極磁場によってビ
ーム形状をそれぞれ所望の形に整形する。プロファイル
モニター７はビームの中心軌道および形状を検出し、偏
向電磁石４や４極電磁石５等によりビームの中心軌道や
形状を調整する。コリメータ６は拡散したビームの周辺
部分を吸収し、ビーム強度が所定の範囲以外では無視で
きる程度になるよう制限する。ビームのエミッタンス
は、加速器１によって決定される。そして、Ｘ方向のエ
ミッタンスとＹ方向のエミッタンスは偏向電磁石４と４
極電磁石５からなるビーム光学系ではそれぞれ独立に保
存される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の輸送系は以上の
ように構成しているので、ビームの加速器からの取出し
が安定しない場合は、Ｘ方向のエミッタンスとＹ方向の
エミッタンスが変化し、ビーム形状が変動する。またエ
ミッタンスが安定していても、Ｘ方向およびＹ方向で異
なると、ビームの回転輸送系通過により、その回転角に
つれて形状が変化し、照射点で所望の形状が得られな
い。このため、輸送系中にコリメータを設けたり、回転
輸送系内の４極電磁石の励磁電流を回転角に応じて調整
する必要がある。輸送系中にコリメータを設けると、ビ
ームの絶対量が減少するうえ、コリメータへのビームの
衝突によって放射線が発生し、その遮蔽のための設備を
要するという問題がある。また、４極電磁石の励磁電流
を回転角に応じて調整するには、煩雑なパラメータ設定
を要するという問題がある。さらに、回転輸送系の回転
によりビームの広がりが変化するため、真空ダクトや各
電磁石のギャップを大きめにする必要がある。
ように構成しているので、ビームの加速器からの取出し
が安定しない場合は、Ｘ方向のエミッタンスとＹ方向の
エミッタンスが変化し、ビーム形状が変動する。またエ
ミッタンスが安定していても、Ｘ方向およびＹ方向で異
なると、ビームの回転輸送系通過により、その回転角に
つれて形状が変化し、照射点で所望の形状が得られな
い。このため、輸送系中にコリメータを設けたり、回転
輸送系内の４極電磁石の励磁電流を回転角に応じて調整
する必要がある。輸送系中にコリメータを設けると、ビ
ームの絶対量が減少するうえ、コリメータへのビームの
衝突によって放射線が発生し、その遮蔽のための設備を
要するという問題がある。また、４極電磁石の励磁電流
を回転角に応じて調整するには、煩雑なパラメータ設定
を要するという問題がある。さらに、回転輸送系の回転
によりビームの広がりが変化するため、真空ダクトや各
電磁石のギャップを大きめにする必要がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は上記のような
課題の解決を目的としたもので、輸送系中にＸ方向およ
びＹ方向のエミッタンスを調整する手段を設け、回転対
称なエミッタンスを有するビームに調整しあるいは制御
して、ビームの絶対量の減少をなくし、かつ回転輸送系
の回転角に依存しない形状で物体を照射する。
課題の解決を目的としたもので、輸送系中にＸ方向およ
びＹ方向のエミッタンスを調整する手段を設け、回転対
称なエミッタンスを有するビームに調整しあるいは制御
して、ビームの絶対量の減少をなくし、かつ回転輸送系
の回転角に依存しない形状で物体を照射する。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、図を用いてこの発明による
輸送系の実施形態を説明する。各図に用いる符号は、図
３で説明した従来の輸送系と同一もしくは相当する部分
に同一の符号を用い、重複する機能や作用の説明を省略
する。
輸送系の実施形態を説明する。各図に用いる符号は、図
３で説明した従来の輸送系と同一もしくは相当する部分
に同一の符号を用い、重複する機能や作用の説明を省略
する。
【０００７】実施形態１．図１はこの発明による輸送系
の第１の実施形態を示す機器配置図であり、９は輸送系
中に設けたスキュー４極電磁石である。スキュー４極電
磁石９の上流側に設置する複数の４極電磁石５は取合い
点８でのビームをＸ方向、Ｙ方向に絞っている。ビーム
形状に基づいてスキュー４極電磁石９の生成するスキュ
ー磁場を調整あるいは制御してビームのＸ方向エミッタ
ンスとＹ方向エミッタンスの混合を生じさせ、取合い点
の断面においてその位置と速度成分の分布が回転対称と
なるようなビームに調整する。このように構成したの
で、コリメータを設置する必要はなく、コリメータによ
るビームの絶対量の減少や放射線の発生はない。また、
４極電磁石の励磁電流を回転輸送系の回転角に応じて調
整する必要がないため、輸送系の構成が簡単になり、さ
らに真空ダクトや各電磁石のギャップを小さくできる。
の第１の実施形態を示す機器配置図であり、９は輸送系
中に設けたスキュー４極電磁石である。スキュー４極電
磁石９の上流側に設置する複数の４極電磁石５は取合い
点８でのビームをＸ方向、Ｙ方向に絞っている。ビーム
形状に基づいてスキュー４極電磁石９の生成するスキュ
ー磁場を調整あるいは制御してビームのＸ方向エミッタ
ンスとＹ方向エミッタンスの混合を生じさせ、取合い点
の断面においてその位置と速度成分の分布が回転対称と
なるようなビームに調整する。このように構成したの
で、コリメータを設置する必要はなく、コリメータによ
るビームの絶対量の減少や放射線の発生はない。また、
４極電磁石の励磁電流を回転輸送系の回転角に応じて調
整する必要がないため、輸送系の構成が簡単になり、さ
らに真空ダクトや各電磁石のギャップを小さくできる。
【０００８】以上の説明では、スキュー４極電磁石を用
いるものとしたが、かわりにソレノイド電磁石を用いて
構成してもよく、同等の効果が得られる。なお、スキュ
ー４極電磁石はビームの位置によって、ソレノイド電磁
石の場合はビーム軸に垂直な断面内での速度成分によっ
て、それぞれ偏向されてエミッタンスの混合を起す。そ
の度合いは磁場の大きさ、ビームの位置あるいは速度成
分に依存し、磁場の大きさを変えることでも、上流側の
磁石等でビームサイズを変えることによっても、変化さ
せることができる。
いるものとしたが、かわりにソレノイド電磁石を用いて
構成してもよく、同等の効果が得られる。なお、スキュ
ー４極電磁石はビームの位置によって、ソレノイド電磁
石の場合はビーム軸に垂直な断面内での速度成分によっ
て、それぞれ偏向されてエミッタンスの混合を起す。そ
の度合いは磁場の大きさ、ビームの位置あるいは速度成
分に依存し、磁場の大きさを変えることでも、上流側の
磁石等でビームサイズを変えることによっても、変化さ
せることができる。
【０００９】実施形態２．図１を用いて説明した輸送系
は、回転輸送系を有するものであるが、取合い点８の近
傍あるいはビーム軌道の延長線上に照射点３を設定した
構成を図２に示す。照射点３の近傍に設置したプロファ
イルモニター７によって検出するビーム形状に基づいて
スキュー４極電磁石９の励磁電流を調整あるいは制御し
て、照射点３におけるビーム形状を所望のパターンに設
定する。なお、複数のプロファイルモニター７をビーム
中心軸上に所定の間隔をもって設置し、その検出結果に
基づいてスキュー４極電磁石９の励磁電流を調整あるい
は制御することにより、照射点３におけるビーム形状を
より精度高くできる。もちろん、図１に示した輸送系と
同様、スキュー４極電磁石９のかわりにソレノイド電磁
石を用いてもよい。
は、回転輸送系を有するものであるが、取合い点８の近
傍あるいはビーム軌道の延長線上に照射点３を設定した
構成を図２に示す。照射点３の近傍に設置したプロファ
イルモニター７によって検出するビーム形状に基づいて
スキュー４極電磁石９の励磁電流を調整あるいは制御し
て、照射点３におけるビーム形状を所望のパターンに設
定する。なお、複数のプロファイルモニター７をビーム
中心軸上に所定の間隔をもって設置し、その検出結果に
基づいてスキュー４極電磁石９の励磁電流を調整あるい
は制御することにより、照射点３におけるビーム形状を
より精度高くできる。もちろん、図１に示した輸送系と
同様、スキュー４極電磁石９のかわりにソレノイド電磁
石を用いてもよい。
【００１０】さらに、スキュー４極電磁石あるいはソレ
ノイド電磁石を、直流電流にピーク値およびデューティ
ー比をプロファイルモニター７によって検出する形状に
基づいて調整あるいは制御したパルス電流を重畳して励
磁し、ビームのＸ方向エミッタンスとＹ方向エミッタン
スの混合の程度をパルス的に変動させることにより、照
射点３におけるビームの広がりを大きくし、時間平均で
みた形状を所望のパターンになるよう設定できる。従来
は、照射点３におけるビームの広がりを大きくするた
め、輸送系中にスキャン用電磁石あるいはビーム散乱体
を設置する必要があったが、これらの要素が不要にな
り、小型かつ低コストの輸送系を実現できる。
ノイド電磁石を、直流電流にピーク値およびデューティ
ー比をプロファイルモニター７によって検出する形状に
基づいて調整あるいは制御したパルス電流を重畳して励
磁し、ビームのＸ方向エミッタンスとＹ方向エミッタン
スの混合の程度をパルス的に変動させることにより、照
射点３におけるビームの広がりを大きくし、時間平均で
みた形状を所望のパターンになるよう設定できる。従来
は、照射点３におけるビームの広がりを大きくするた
め、輸送系中にスキャン用電磁石あるいはビーム散乱体
を設置する必要があったが、これらの要素が不要にな
り、小型かつ低コストの輸送系を実現できる。
【００１１】実施形態３．図２を用いて説明した輸送系
は、スキュー４極電磁石あるいはソレノイド電磁石をプ
ロファイルモニター７によって検出する形状に基づいて
制御した電流、あるいは直流電流にピーク値およびデュ
ーティー比をプロファイルモニター７によって検出する
形状に基づいて制御したパルス電流を重畳して励磁する
ものであったが、このような電流でスキュー４極電磁石
あるいはソレノイド電磁石のビーム上流側に設置した複
数の４極電磁石を励磁することにより、スキュー４極電
磁石あるいはソレノイド電磁石の位置でのビームの断面
形状すなわち発散角の分布を変化させることにより、同
様の機能を実現できる。このような構成では、スキュー
４極電磁石あるいはソレノイド電磁石に超電導コイルを
用いることができ、輸送系のランニングコストを低減で
きる。
は、スキュー４極電磁石あるいはソレノイド電磁石をプ
ロファイルモニター７によって検出する形状に基づいて
制御した電流、あるいは直流電流にピーク値およびデュ
ーティー比をプロファイルモニター７によって検出する
形状に基づいて制御したパルス電流を重畳して励磁する
ものであったが、このような電流でスキュー４極電磁石
あるいはソレノイド電磁石のビーム上流側に設置した複
数の４極電磁石を励磁することにより、スキュー４極電
磁石あるいはソレノイド電磁石の位置でのビームの断面
形状すなわち発散角の分布を変化させることにより、同
様の機能を実現できる。このような構成では、スキュー
４極電磁石あるいはソレノイド電磁石に超電導コイルを
用いることができ、輸送系のランニングコストを低減で
きる。
【００１２】
【発明の効果】この発明によれば、荷電粒子ビーム輸送
系中にコリメータを設置する必要がなく、荷電粒子ビー
ムの絶対量の減少や放射線の発生はない。また、回転輸
送系を用いる場合、その回転角に応じて調整する必要が
なく、荷電粒子ビーム輸送系の構成が簡単になり、さら
に真空ダクトや各電磁石のギャップを小さくできるとい
う効果がある。
系中にコリメータを設置する必要がなく、荷電粒子ビー
ムの絶対量の減少や放射線の発生はない。また、回転輸
送系を用いる場合、その回転角に応じて調整する必要が
なく、荷電粒子ビーム輸送系の構成が簡単になり、さら
に真空ダクトや各電磁石のギャップを小さくできるとい
う効果がある。
【図１】 この発明による荷電粒子ビーム輸送系の実施
形態を示す機器配置図である。
形態を示す機器配置図である。
【図２】 この発明による荷電粒子ビーム輸送系の他の
実施形態を示す機器配置図である。
実施形態を示す機器配置図である。
【図３】 従来の荷電粒子ビーム輸送系における機器配
置図である。
置図である。
１ 加速器 ２ 荷電粒子ビーム輸送系 ３
照射点 ４、４’、４” 偏向電磁石 ５
４極電磁石 ６ コリメータ ７ プロファイルモニター ８
取合い点
照射点 ４、４’、４” 偏向電磁石 ５
４極電磁石 ６ コリメータ ７ プロファイルモニター ８
取合い点
Claims (2)
- 【請求項１】 加速器によって加速した荷電粒子ビーム
を照射点まで輸送する荷電粒子ビーム輸送系において、 前記ビーム輸送系中にＸ方向およびＹ方向のエミッタン
スを調整する変更手段を設け、前記荷電粒子ビームに回
転対称なエミッタンスを与えるようにしたことを特徴と
する荷電粒子ビーム輸送系。 - 【請求項２】 前記変更手段がスキュー４極電磁石また
はソレノイド電磁石であることを特徴とする請求項１に
記載の荷電粒子ビーム輸送系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7632496A JPH09265000A (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 荷電粒子ビーム輸送系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7632496A JPH09265000A (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 荷電粒子ビーム輸送系 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09265000A true JPH09265000A (ja) | 1997-10-07 |
Family
ID=13602193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7632496A Pending JPH09265000A (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 荷電粒子ビーム輸送系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09265000A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002541464A (ja) * | 1999-04-01 | 2002-12-03 | ジー エス アイ ゲゼルシャフト フュア シュベールイオーネンフォルシュンク エム ベー ハー | イオン光学システムを有するガントリ |
| WO2011011049A3 (en) * | 2009-07-20 | 2011-04-21 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Method and apparatus for inductive amplification of ion beam energy |
| WO2013175600A1 (ja) | 2012-05-24 | 2013-11-28 | 三菱電機株式会社 | 荷電粒子ビーム輸送系及び粒子線治療装置 |
| WO2015015579A1 (ja) * | 2013-07-31 | 2015-02-05 | 株式会社日立製作所 | 荷電粒子ビーム照射装置 |
| JP2016154800A (ja) * | 2015-02-26 | 2016-09-01 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 | 粒子線治療装置および粒子線調整方法 |
| WO2017056087A1 (en) * | 2015-09-30 | 2017-04-06 | HIL Applied Medical Ltd. | Beam delivery system for proton therapy for laser-accelerated protons |
| US10300302B2 (en) | 2015-07-29 | 2019-05-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Particle beam transport system, and segment thereof |
-
1996
- 1996-03-29 JP JP7632496A patent/JPH09265000A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002541464A (ja) * | 1999-04-01 | 2002-12-03 | ジー エス アイ ゲゼルシャフト フュア シュベールイオーネンフォルシュンク エム ベー ハー | イオン光学システムを有するガントリ |
| WO2011011049A3 (en) * | 2009-07-20 | 2011-04-21 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Method and apparatus for inductive amplification of ion beam energy |
| WO2013175600A1 (ja) | 2012-05-24 | 2013-11-28 | 三菱電機株式会社 | 荷電粒子ビーム輸送系及び粒子線治療装置 |
| US9078335B2 (en) | 2012-05-24 | 2015-07-07 | Mitsubishi Electric Corporation | Charged particle beam transport system and particle beam therapy system |
| WO2015015579A1 (ja) * | 2013-07-31 | 2015-02-05 | 株式会社日立製作所 | 荷電粒子ビーム照射装置 |
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| WO2017056087A1 (en) * | 2015-09-30 | 2017-04-06 | HIL Applied Medical Ltd. | Beam delivery system for proton therapy for laser-accelerated protons |
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