TWI565498B - 中隔電磁石之控制方法 - Google Patents

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Description

中隔電磁石之控制方法
本發明係關於一種設置於如圓形粒子加速器或儲存環(storage ring)裝置之放射線源(radiation source)且被用在粒子束之供給或取出的中隔電磁石(septum magnet)。
中隔電磁石係使磁場在以與粒子束之環繞軌道共有接線的方式所設之導管(duct)內產生，藉此使導管內之粒子束移動至環繞軌道上、或是將環繞軌道上之粒子束取入於導管內的裝置。而且，基本的中隔電磁石，係配置在剖面為C型且將開放部形成於外周側並延伸成弧狀的軛鐵(yoke)之空隙內，且以延伸成弧狀的導管被夾在外周側的中隔線圈(septum coil)與內周側的返回線圈(return coil)之間的方式配置在空隙部內。而且，中隔線圈和返回線圈係以可供在圓周方向呈逆向且大小相同之電流流動的方式串聯連接。藉此，可在導管內產生與作為粒子束之行進方向的圓周方向及徑向呈垂直的磁場，且可使粒子束偏向於徑向。
另一方面，中隔線圈及返回線圈，雖稱為線圈但由於冷卻之必要性而將銅管連接在一起形成線圈狀者，其與一 般的繞線線圈(winding coil)不同且剛性較高。而且，中隔電磁石，由於在動作中會對線圈施加較強之力，所以在考量保養(maintenance)方面，係構成為：可將軛鐵分割成位在軸向、換句話說設置狀態下之鉛垂方向的上部和下部。此時，剛性高的中隔線圈和返回線圈，亦有必要可與軛鐵一起各別分割成上部和下部。在此情況下，有必要以上部中隔線圈和上部返回線圈對上部軛鐵進行固定、下部中隔線圈和下部返回線圈對下部軛鐵進行固定的方式，上下個別地進行線圈之定位。因此，當徑向之位置在上部線圈與下部線圈之間偏移時，就會產生不要的徑向之磁場(歪斜磁場：skew magnetic field)。
因此，可考慮應用例如在欲改善磁場之分佈的區域近旁設置輔助線圈的技術(例如，參照專利文獻1至4)，以抑制歪斜磁場。
(專利文獻1)日本特開昭63-224230號公報(第3頁、第1圖至第3圖)
(專利文獻2)日本特開平1-209700號公報(第2頁、第1圖、第2圖)
(專利文獻3)日本特開平6-151096號公報(段落0011至0021、第1圖至第6圖)
(專利文獻4)日本特開2001-43998號公報(段落0010至0021、第1圖至第3圖)
然而，已揭示之技術，係為了改善與粒子束之行進方向呈垂直的剖面之中預定之射線上的磁場分佈，而控制輔助線圈之配置與電流之大小者，其很難改善剖面內之磁場分佈。因此，即便應用在剖面內廣泛分佈粒子束的中隔電磁石，亦會產生不要磁場不受抑制的區域，且無法正確地控制行進於該區域的粒子束之軌道。因而，要使用例如粒子束治療裝置般可容易對被要求進行正確的粒子束之控制的裝置進行保養，且可正確地控制粒子束之軌道的中隔電磁石是很困難的。
本發明係為了解決如上述之課題而開發完成者，其目的在於獲得一種可容易進行保養並且可正確地控制粒子束之軌道的中隔電磁石及粒子束治療裝置。
本發明之中隔電磁石，其特徵為具備：軛鐵，形成弧狀，且具有開口於外周側並延伸於圓周方向的空隙部，並且以能夠在軸向之大致中央部進行分割的方式所構成；中隔線圈，設置於前述空隙部內之徑向的外側，並供電流朝向圓周方向之一方向流動；返回線圈，以與前述中隔線圈隔出預定之間隔而對向的方式設置在前述空隙部內之前述徑向的內側，並供與前述中隔線圈的電流呈逆向之電流流動；以及真空導管，設置在前述中隔線圈與前述返回線圈之間，前述中隔線圈係形成為：對應前述軛鐵之分割而能夠分離為第1部分和第2部分，並且在前述中隔線圈與前述真空導管之間設置有輔助線圈，該輔助線圈係在對應於 前述中隔線圈之第1部分和第2部分的部分流動在前述圓周方向中彼此逆向之電流。
依據本發明之中隔電磁石，由於在中隔線圈與真空導管之間，設置對應於與軛鐵一起分割的中隔線圈而供彼此逆向之電流流動的輔助線圈，所以可獲得一種藉由有效率地抑制伴隨中隔線圈內之偏移而來的歪斜磁場，而可容易進行保養，並且可正確地控制粒子束之軌道的中隔電磁石及粒子束治療裝置。
1‧‧‧軛鐵
1d‧‧‧下軛鐵
1s‧‧‧空隙部
1u‧‧‧上軛鐵
2‧‧‧真空導管
3‧‧‧中隔線圈
3d‧‧‧下中隔線圈(第2部分)
3u‧‧‧上中隔線圈(第1部分)
4‧‧‧返回線圈
4d‧‧‧下返回線圈
4u‧‧‧上返回線圈
5‧‧‧輔助線圈
5d‧‧‧下輔助線圈(對應第1部分之部分)
5u‧‧‧上輔助線圈(對應第1部分之部分)
6‧‧‧磁性屏蔽
9‧‧‧驅動電源
9M‧‧‧主線圈用之驅動電源
9S‧‧‧輔助線圈用之驅動電源
10‧‧‧中隔電磁石
10A‧‧‧入射裝置
10B‧‧‧射出裝置
11‧‧‧導管(環繞軌道路徑)
13、13a、13b、13c、13d‧‧‧偏向用電磁石
14、14a、14b、14c、14d‧‧‧收斂用電磁石
15‧‧‧高頻加速空洞
17‧‧‧六極電磁石
20‧‧‧前級加速器
30‧‧‧輸送系統
30A‧‧‧治療室50A用輸送路徑
30B‧‧‧治療室50B用輸送路徑
31‧‧‧真空導管
32‧‧‧切換用電磁石
33‧‧‧偏向用電磁石
40‧‧‧照射裝置
50、50A、50B‧‧‧治療室
60‧‧‧控制部
100‧‧‧加速器
B‧‧‧主磁場
Bm‧‧‧磁場(不要磁場)
c‧‧‧圓周方向
h‧‧‧軸向
K‧‧‧患者
Pm‧‧‧中平面
r‧‧‧徑向
第1圖(a)至(c)係顯示用以說明本發明實施形態1的中隔電磁石之構成的俯視圖和剖視圖以及保養時可分離的零件之剖視圖。
第2圖係顯示用以說明本發明實施形態1的中隔電磁石之構成的各線圈和驅動電源之配線圖。
第3圖(a)及(b)係顯示用以說明本發明實施形態1的中隔電磁石之動作的與真空導管內之粒子束之軌道呈垂直的面內之磁場成分的剖面示意圖。
第4圖(a)及(b)係顯示用以說明本發明實施形態1的中隔電磁石之動作的與真空導管內之粒子束之軌道呈垂直的面內之磁場分佈的剖面示意圖。
第5圖係顯示用以說明本發明實施形態1的中隔電磁石之動作的真空導管內之粒子束之軌道的圓周方向之剖面示意圖。
第6圖係顯示使用本發明實施形態1的中隔電磁石之粒子束治療裝置的構成圖。
第7圖係用以說明本發明實施形態1的中隔電磁石之第1控制方法的流程圖。
第8圖係用以說明本發明實施形態1的中隔電磁石之第2控制方法的流程圖。
第9圖係用以說明本發明實施形態1的中隔電磁石之第3控制方法的流程圖。
實施形態1
以下，就本發明實施形態1之中隔電磁石、以及使用該中隔電磁石的粒子束治療裝置之構成及動作加以說明。第1圖至第9圖係就本發明實施形態1的中隔電磁石之構成和動作、以及使用中隔電磁石的粒子束治療裝置之構成加以說明之圖，其中第1圖(a)至(c)係顯示中隔電磁石之構成的側視圖(a)、側視圖中的A-A線之切斷面之中省略縱深方向之記載後的剖視圖(b)、以及用以顯示中隔電磁石之主要部分之中保養時所分離的線圈之關係之對應(b)的部分之剖視圖。第2圖係顯示構成中隔電磁石的線圈和其驅動電源之配線圖；第3圖係顯示垂直於真空導管內之直徑及高度方向、換句話說垂於粒子束之軌道的面內之磁場成分的剖面示意圖；第4圖(a)及(b)係顯示上下的中隔電磁石有偏移時的真空導管內之與粒子束之軌道呈垂直的面內之磁場分佈，其中(a)係顯示未使輔助線圈動作時，(b)係顯示使 輔助線圈動作時。而且第5圖係顯示真空導管內之粒子束之軌道的圓周方向之剖面示意圖。另外，在第1圖(b)、(c)、第3圖、第4圖中，係以由徑向位置、軸向高度、圓周方向位置所構成的圓柱座標系(r,h,c(對應於使正交座標系朝向圓周方向移動的移動座標系))來記載，而在第5圖中，係以正交座標系(X,Y,Z(靜止座標系))來記載。
又，第6圖係顯示使用本發明實施形態1的中隔電磁石之粒子束治療裝置的構成圖。又，第7圖至第9圖係用以分別說明調整輔助線圈之電流值用的第1控制方法至第3控制方法，作為本發明實施形態1的中隔電磁石之控制方法的流程圖(flowchart)。
首先，根據第1圖和第2圖，就本實施形態1的中隔電磁石之構成加以說明。
中隔電磁石10呈弧狀，且配置成相對於構成後述的圓形加速器100或儲存環之環繞軌道路徑之一部分的導管11共有接線，該中隔電磁石10係具備：軛鐵1，係藉由設置剖面為大致矩形且開口於外周側並延伸於圓周方向(c)之空隙部1s，而如第1圖(b)所示，與延伸方向呈垂直的剖面(r、h面)成為C型；磁性屏蔽6，緊靠在軛鐵1之外周側；中隔線圈3，於空隙部1s內設置在徑向(r)的外側供電流朝向圓周方向流動；返回線圈4，以與中隔線圈3對向的方式設置在徑向的內側，並供與中隔線圈3的電流呈逆向之電流流動；以及真空導管2，包夾於中隔線圈3與返回線圈4之間，且延伸於圓周方向，並且作為本發明之特徵的 構成，係在中隔線圈3與真空導管2之間，具備有用以抑制真空導管2內之不要磁場(歪斜磁場)的輔助線圈5。
中隔線圈3及返回線圈4，係在軸向(h：與徑向r和圓周方向c呈垂直)、換句話說於設置狀態下的鉛垂方向，設定有高度以便收羅軛鐵1之矩形的開口。並且，輔助線圈5，雖然使以成為與中隔線圈3相同的高度之方式設定尺寸，但是上側半體和下側半體構成為在圓周方向(c)供彼此逆向之電流流動。
然後，本實施形態1之中隔電磁石10，為了容易保養起見，如第1圖(c)所示，軛鐵1以軸向(h)之中心為境界而可分離成上軛鐵1u和下軛鐵1d。然後，中隔線圈3，係可分離成可對上軛鐵1u定位固定的上中隔線圈3u和可對下軛鐵1d定位固定的下中隔線圈3d。同樣地，返回線圈4亦可分離成可對上軛鐵1u定位固定的上返回線圈4u和可對下軛鐵1d定位固定的下返回線圈4d。另一方面，輔助線圈5雖然亦是由設置於上側且朝向一方向流動的上輔助線圈5u、和設置於下側且可供與上輔助線圈5u呈逆向之電流流動的下輔助線圈5d所構成，但是上輔助線圈5u和下輔助線圈5d，均可對真空導管2定位固定。
然後，如第2圖所示，中隔線圈3和返回線圈4係串聯連接於主線圈用之驅動電源9M，輔助線圈5係連接於輔助線圈用之驅動電源9S，驅動電源9M和驅動電源9S係分別連接於輸出用以控制驅動的控制信號之控制部60。藉此，可在中隔線圈3和返回線圈4流動經調整過之相同電 流值的電流，且也可在輔助線圈5流動經另外調整過之電流值的電流。
其次，使用第3圖至第5圖就動作加以說明。
當對驅動電源9M進行驅動時，在圓周方向呈逆向之電流就會流動至作為中隔電磁石10之主線圈的中隔線圈3和返回線圈4。此時，例如，當圓周方向(c)之負方向(紙面前方方向)的電流流動至中隔線圈3，圓周方向(c)之正方向(紙面深度方向)的電流流動至返回線圈4時，就會在相對於真空導管2之圓周方向呈垂直的剖面(r、h面)，如第3圖(a)所示，在位於成為射束通過區域之被稱為中平面(midplane)Pm的上下方向之中間的面上，產生鉛垂方向向下之主磁場B。藉此，沿著圓周方向(c)朝向c方向之正方向移動至真空導管2內的粒子束，係藉由朝向中隔線圈3側(r方向之正方向)偏向，而從真空導管2側移動至導管11側(例如，加速器之環繞軌道)。或是，朝向c方向之負方向移動至導管11內的粒子束，係藉由朝向返回線圈4側(r方向之負方向)偏向，而從導管11(例如，加速器之環繞軌道)側移動至真空導管2。
此時，如上所述，當軛鐵1能夠分離成上軛鐵1u和下軛鐵1d時，並不僅限於初始設置時，而是在每次進行保養而開閉時，亦會在上中隔線圈3u和下中隔線圈3d間產生水平方向(r、c方向)之設置誤差(miss alignment)。在此情況下，如第3圖(b)所示，會在中平面Pm上，產生具有屬於主磁場B(h方向)以外之不要磁場成分(r方向)的歪斜磁場 之磁場Bw。此時，如第4圖(a)所示，由於磁通密度越接近線圈就變得越高，所以如第3圖(b)所示，增加歪斜磁場成分之絕對值的磁場Bw有隨著靠近線圈就變多的傾向。
然而，在本實施形態1之中隔電磁石10中，係可藉由調整流動至輔助線圈5的電流，來抑制不要的磁場成分。製作主磁場B的中隔線圈3和返回線圈4，係如上所述地以固定間隔且相對向的方式設置高度相同的線圈，且流動於中隔線圈3的電流係經由返回線圈4而回到電源。另一方面，輔助線圈5，雖然是於上下朝反向流動相同的電流，但是為了可定位固定於真空導管2而以上輔助線圈5u和下輔助線圈5d間不具位置偏移、而且上下合在一起成為與中隔線圈3相同之高度的方式所形成。因此，藉由輔助線圈5而產生的磁場之方向係成為與主磁場B呈正交的方向。而且，如上所述，由於是構成為在上下線圈5u-5d間不具偏移，且上下合在一起成為與中隔線圈3相同之高度，所以可使輔助線圈5所製作出的磁場之空間依存性，近似於由於中隔線圈3的上下線圈3u-3d間之偏移而產生的不要磁場之空間依存性。因此，不受中平面Pm上之座標影響，而可如第4圖(b)所示地將磁場分佈形成上下均等，且消去不要磁場。
在此，就中隔電磁石10之真空導管2內的束射軌道加以說明。
第5圖係顯示與真空導管2之Z軸(相當於圓柱座標中的h)呈垂直的剖面(XZ面：對應於該rc面)之中對應於圓 周方向(c)中的4分之1的Z方向300mm處的粒子束之軌道。圖中，橫軸為正交座標系(X,Y,Z)中的Z方向長度，且對應於在第1圖、第3圖、第4圖中所用之圓柱座標系中的圓周方向長度(c)，而縱軸為X方向長度且對應於徑向長度(r)。如圖所示，粒子束係通過真空導管2之內側(返回線圈4側)的導管口(duct aperture)DPi與外側(中隔線圈3側)的導管口DPx間。該通過區域係成為：從導管口之大致中間部分的內側軌道Oi至外側導管口DPx附近的外側軌道Ox之偏於中隔線圈3側的預定寬度之區域。
換句話說，比起真空導管2內之區域之中接近返回線圈4的區域，係以接近中隔線圈3之一方受到不要磁場Bw的影響較大。另一方面，在中隔電磁石10之性質方面，中隔線圈3側的尺寸限制係比返回線圈4側還大。因此，將輔助線圈5設置在厚度限制較小的返回線圈4側，係比設置在有必要加工較薄的中隔線圈3側還容易。或是，亦可考慮在真空導管2之上下面側設置輔助線圈。但是，如第4圖所示，不要磁場的狀態，由於會因區域而變化，所以具有寬度而通過的粒子束會承受因區域而不同的不要磁場。因而，即便是單純地對中平面Pm之某一狹窄區域抑制不要磁場，其抑制不要磁場之影響的效果亦為低，且有必要在粒子束之全體通過區域抑制不要磁場。
因此，如本實施形態，藉由將輔助線圈5設置在中隔線圈3與真空導管2之間，則至少可在影響軌道的區域使輔助線圈5所製作出的磁場之空間依存性接近不要磁場之 空間依存性，藉此能夠有效率地抑制影響軌道控制的不要磁場Bw。另外，為了將輔助線圈5加工得較薄，很難如中隔線圈3般地形成管狀(中空導體：hollow conductor)，並讓水流動至內部以進行冷卻。在該情況下，例如亦可在與真空導管2取得電性絕緣之狀態下使之密接並形成熱傳導路徑，且使之冷卻。
上述不要磁場，係上下線圈之偏移越大則變得越強。例如，在上下的中隔線圈3u、3d(雖然返回線圈4也同樣偏移，但是如上所述由於中隔線圈3之偏移是個問題，所以就中隔線圈3加以記載)之徑向(r)的偏移量為0.5mm時，如第4圖所示，不要磁場成分係從中隔線圈3側分佈至中平面Pm之中央部分。但是，藉由將主要的線圈電流、換句話說將流動至中隔線圈3的電流之1/20左右的電流，流動至上述的構成之輔助線圈5，就會產生與不要磁場之空間依存性接近的空間依存性之磁場，而可抑制不要磁場。同樣地，若偏移量為0.3mm的話，則藉由將流動至中隔線圈3的電流之1/65左右的電流，流動至輔助線圈5，就會產生與不要磁場之空間依存性接近的空間依存性之磁場，而可抑制不要磁場。
另外，若將輔助線圈5之定位對象，與中隔線圈3或返回線圈4同樣，設為上下之軛鐵1u、1d的話，則不論設置狀況皆可將中隔線圈3與輔助線圈5之間隔在上下保持均等。但是，為了使在輔助線圈5製作的磁場之空間依存性接近不要磁場之空間依存性，重要的是減低上下的輔助 線圈5u、5d間之設置誤差，且如本實施形態所示，較佳是以不會將輔助線圈5分離成上下的真空導管2設為定位對象。
其次，使用第6圖就具備有本發明實施形態1之中隔電磁石10的粒子束治療裝置之構成加以說明。
圖中，粒子束治療裝置，係具有：屬於同步加速器(synchrotron)的圓形加速器100(以下簡稱為加速器)，作為粒子束之供給源；輸送系統30，輸送從加速器100供給來的粒子束；照射裝置40，將藉由輸送系統30運送來的粒子束對患者K進行照射；以及治療室50，具備照射裝置40。然後，中隔電磁石10，係形成作為：用以將從前級加速器20射出來的粒子束取入於加速器100內的入射裝置10A、及用以將在加速器100內加速後的粒子束射出至輸送系統30的射出裝置10B並設置在加速器100內。
<加速器>
加速器100，係具備：真空導管11，成為粒子束所環繞的軌道路徑；入射裝置10A，用以將從前級加速器20供給來的粒子束入射於環繞軌道內；偏向用電磁石13a、13b、13c、13d(統稱為13)，用以使粒子束之軌道偏向以便粒子束沿著真空導管11內之環繞軌道而環繞；收斂用電磁石14a、14b、14c、14d(統稱為14)，為了不使形成於環繞軌道上的粒子束發散而使之收斂；高頻加速空洞15，對環繞的粒子束提供同步的高頻電壓並予以加速；射出裝置10B，用以將在加速器100內使之加速的粒子束取出至加速 器100外，且射出至輸送系統30；以及六極電磁石17，為了使粒子束從射出裝置10B射出而在粒子束之環繞軌道激發共鳴。
另外，有關中隔電磁石10之驅動與在第2圖中說明者同樣，具備有用以控制各部之未圖示的裝置，如在偏向用電磁石13，係具備有控制偏向用電磁石13之激磁電流的偏向用電磁石控制裝置，或在高頻加速空洞15，係具備用以對高頻加速空洞15供給高頻電壓的高頻源、用以控制高頻源的高頻控制裝置，而控制偏向用電磁石控制裝置、高頻控制裝置或收斂用電磁石14等和其他的組件(component)以控制加速器100全體的加速器控制裝置等亦備具於控制部60內。
又，前級加速器20在圖中雖然為了簡化而以一個機器的方式來記載，但是實際上，係具備：使產生質子、碳(重粒子)等帶電粒子(離子)的離子源(離子束產生裝置)；以及將所產生的帶電粒子進行初始加速的線性加速器系。而且，從前級加速器20入射於加速器100的帶電粒子，係由高頻電場所加速，且一邊由磁石所折曲，一邊加速至光速之約70%至80%。
<輸送系統>
藉由加速器100而加速後的粒子束，係射出至被稱為HEBT(高能量射束輸送：High Energy Beam Transport)系的輸送系統30。輸送系統30，係具備：成為粒子束之輸送路徑的真空導管31；切換粒子束之射束軌道之作為切換裝置 的切換用電磁石32；以及將粒子束偏向於預定角度的偏向用電磁石33。然後，藉由加速器100充分地提供能量，將從射出裝置10B射出並進入真空導管31內的粒子束，利用切換用電磁石32按照需要來改變輸送路徑(治療室50A用輸送路徑30A、治療室50B用輸送路徑30B、…治療室50N用輸送路徑30N)，且導引至被指定之每一治療室50所設置的照射裝置40。
<照射裝置>
照射裝置40，係將從輸送系統30供給來的粒子束成形於與作為照射對象之患者K的患部之大小或深度相應的照射場並照射至患部的裝置。成形照射場的方法雖然有複數種，但是例如在使粒子束掃描而形成照射場的掃描照射法中，特別入射時之軌道精度將會大大地影響到所形成的照射場之精度。因而，由於藉由使用本實施形態1之中隔電磁石10，可抑制不要磁場之影響並以如所設定的軌道供給粒子束，所以可如所設定地形成照射場，且可將對周邊組織之影響設定在最低限而進行有效的治療。
<治療室>
治療室50，係用以對患者K實際照射粒子束並進行治療的房間，基本上在每一房間具備上述的照射裝置。另外，在圖中，治療室50A係顯示從偏向用電磁石33部分使照射裝置40A全體以患者K(治療台)為中心而旋轉，且可自由地設定粒子束對患者K之照射角度的旋轉照射室(亦稱為旋轉支架(gantry))之例。通常，對一個加速器100，例如 具備複數個水平照射室或其他不同型的治療室，該水平照射室係從照射裝置朝向水平方向對被固定在能夠自如地設定角度或位置的治療台之患者照射粒子束。
<控制系>
作為如上述之具備有複數個子系統(subsystem)(加速器100、輸送系統30、每一治療室50之照射裝置40等)的系統之控制系，多為使用由專門控制各子系統的子控制器和指揮且控制全體的主控制器所構成之階層型的控制系統。即便是在本發明實施形態1之粒子束治療裝置的控制部60中，亦採用該主控制器和子控制器的構成。然後，以可在子系統內進行控制的動作由子控制器所控制、而連繫控制複數個系統的動作由主控制器所控制的方式，來分擔控制系統內的功能。
另一方面，在粒子束治療裝置中，控制部60，一般是使用工作站(work station)或電腦(computer)。因此，所謂控制部60之主控制器或子控制器的功能，係可藉由軟體等來呈現，並不一定要收容在特定的硬體中。因此，圖中雖然將此等歸納而記載為控制部60，但是此並非意味著控制部60在實體上是以一個集中起來的硬體而存在。
在如此之粒子束治療裝置中，有關如何地控制流動至上述之輔助線圈5的電流值，係使用第7圖至第9圖所示之流程圖來說明。
首先，中隔線圈3之偏移，係在第1圖(a)所示之A剖面、B剖面、C剖面中並非一樣。但是，在中隔電磁石10 下游的射束輪廓(beam profile)之畸變係由在圓周方向積分各剖面之不要磁場成分(歪斜磁場)後的積分量所決定。因此，可算出流動至輔助線圈5的電流作為如以下與偏移量之積分值對應的值。另外，此等的控制，係可透過上述之控制部60來執行。
第1控制例
在第1控制例中，藉由監視下游的射束輪廓(射束寬度、位置變動)，來決定輔助線圈5之電流值(與流動至中隔線圈3之電流值相應的電流值。以下同樣)。使用第7圖，就第1控制例加以說明。
首先，作為下游射束狀態，係計測位在中隔電磁石10之下游的射束寬度或位置變動(步驟S10)，且藉由射束計算，從所計測到的下游射束狀態，計算取決於歪斜磁場的偏轉角(kick angle)、或歪斜磁場強度(步驟S20)。
然後，以電磁場解析結果、或在輔助線圈5實際上流動電流時的磁場測定結果為基礎，算出用以抵銷所計算出之偏轉角或歪斜磁場的流動至輔助線圈5之電流值(暫定值)(步驟S30)。將輔助線圈5之電流值調整至所算出的暫定值(步驟S40)。
在輔助線圈5流動調整至暫定值後之電流的狀態下，計測下游射束狀態(步驟S50)。藉此，若相對於下游射束狀態之設定值的變動量為基準值以下的話(步驟S60中的「是」)，則將暫定值當作設定值並結束。另一方面，若相對於下游射束狀態之設定值的變動量超過了基準值的話 (步驟S60中的「否」)，則移行至步驟S20，並進行再調整。
第2控制例
在第2控制例中，係使用磁場感測器來計測歪斜磁場成分，且根據圓周方向之積分值來決定輔助線圈5之電流值。使用第8圖，就第2控制例加以說明。
首先，使用霍爾(Hall)元件等的磁場感測器，並以圓周方向之數點計測真空導管2內之歪斜磁場(步驟S12)，且根據所計測到的歪斜磁場並藉由計算或長拾波線圈(long pickup coil)等來計算積分值(步驟S22)。
然後，以電磁場解析結果、或在輔助線圈5實際上流動電流時的磁場測定結果為基礎，算出用以抵銷所計算出之歪斜磁場的流動至輔助線圈5之電流值(暫定值)(步驟S30)。將輔助線圈5之電流值調整至所算出的暫定值(步驟S40)。
在輔助線圈5流動調整至暫定值後之電流的狀態下，計測歪斜磁場(步驟S52)。藉此，若歪斜磁場之強度為基準值以下的話(步驟S62中的「是」)，則將暫定值當作設定值並結束。另一方面，若歪斜磁場之強度超過了基準值的話(步驟S62中的「否」)，則移行至步驟S22，並進行再調整。
第3控制例
在第3控制例中，係計測上下的線圈之偏移，且根據偏移量來計測歪斜磁場並根據圓周方向之積分值來決定輔助線圈5之電流值。使用第9圖，就第3控制力加以說明。
首先，使用測定雷射位移系等之位置或尺寸的裝置來計測上下的線圈位置之偏移量(步驟S13)，且根據所計測到的偏移量並藉由電磁場解析來計算歪斜磁場強度(步驟S23)。
然後，以電磁場解析結果、或在輔助線圈5實際上流動電流時的磁場測定結果為基礎，算出用以抵銷所計算出之歪斜磁場的流動至輔助線圈5之電流值(暫定值)(步驟S33)。將輔助線圈5之電流值調整至所算出的暫定值(步驟S40)。
在輔助線圈5流動調整至暫定值後之電流的狀態下，計測歪斜磁場(步驟S53)。藉此，若歪斜磁場之強度為基準值以下的話(步驟S63中的「是」)，則將暫定值當作設定值並結束。另一方面，若歪斜磁場之強度超過了基準值的話(步驟S63中的「否」)，則移行至步驟S33，並進行再調整。此時，在步驟S33中，係以調整後的歪斜磁場之強度為基礎而再計算電流值之修正量。
另外，在第3之本調整例中，雖然是在步驟S53中，已就計測到歪斜磁場之例加以說明，但是例如亦可如第1調整例之步驟S50、S60，藉由計測下游射束狀態來判斷暫定值是否已適合。
在每次進行保養時實施如此的調整，並針對將流動至輔助線圈5的電流值流動至中隔線圈3的每一電流值，例如予以表格化並使之事先儲存在控制部60，藉此就可抑制不要磁場之影響並以正確的軌道取出射束。
如以上般，依據本實施形態1之中隔電磁石10，則由於具備：軛鐵1，形成弧狀，且具有開口於外周側並延伸於圓周方向(c)的空隙部1s，並且以能夠在軸向(h)之大致中央部進行分割的方式所構成；中隔線圈3，設置於空隙部1s內之徑向(r)的外側，並供電流朝向圓周方向之一方向流動；返回線圈4，以與中隔線圈3隔出預定之間隔而對向的方式設置在空隙部1s內之徑向的內側，並供與中隔線圈3的電流呈逆向之電流流動；以及真空導管2，設置在中隔線圈3與返回線圈4之間，中隔線圈3係形成為：對應軛鐵1之分割而能夠分離為作為第1部分的上部分3u和作為第2部分的下部分3d，並且在中隔線圈3與真空導管2之間設置有輔助線圈5，該輔助線圈5係在對應於中隔線圈3之上部分3u和下部分3d的部分(5u、5d)流動供在圓周方向中彼此逆向之電流，所以即便是在設置或保養時在上下的中隔線圈3u、3d發生位置偏移，也可藉由在輔助線圈5產生與伴隨位置偏移而產生的歪斜磁場之分佈同樣的分佈之磁場，而有效率地抑制歪斜磁場。因此，可獲得一種可容易進行保養並且可正確地控制粒子束之軌道的中隔電磁石及粒子束治療裝置。
尤其是，由於輔助線圈5係以軸向(h)之尺寸成為與中隔線圈3相同的方式所形成，所以可使所產生的磁場更接近歪斜磁場之分佈，且可更進一步效率佳地抑制歪斜磁場。
更且，由於輔助線圈5係與真空導管2一體化，並對真空導管2進行定位，所以上輔助線圈5u和下輔助線圈 5d沒有位置偏移，而可使所產生的磁場更進一步接近歪斜磁場之分佈，且更進一步效率佳地抑制歪斜磁場。
又，本實施形態1之粒子束治療裝置，由於具備：將本實施形態1之中隔電磁石10至少使用於粒子束之射出裝置10B的加速器100；輸送從射出裝置10B射出之粒子束的輸送系統30；以及將經由輸送系統30供給來之粒子束形成並照射於預定之照射場的照射裝置40，所以可將射出位置及軌道正確的粒子束供給至照射裝置40，故可在正確的照射場進行照射。

Claims (1)

  1. 一種中隔電磁石之控制方法，該中隔電磁石之中隔線圈及返回線圈係配置成使呈弧狀延伸之真空導管設於兩者之間，前述中隔線圈及前述返回線圈係在軸方向之中央部分可與軛鐵一併分離成第1部分及第2部分，並且在前述中隔線圈與前述真空導管之間設置有輔助線圈，該輔助線圈係在對應於前述中隔線圈之第1部分和第2部分的部分流動有在圓周方向中彼此逆向之電流，該中隔電磁石之控制方法包括：計測射束狀態之步驟，該射束狀態係包含通過前述真空導管之下游的粒子線的射束寬度及位置變動之至少任一者；依據前述射束狀態，計算在前述真空導管內發生之不要磁場的偏轉角或磁場強度之步驟；依據在前述輔助線圈流動電流時的磁場測定結果或電磁場解析結果，算出用以抵銷前述計算出之偏轉角或磁場強度的於前述輔助線圈流動之電流值之步驟。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6012848B2 (ja) * 2013-03-14 2016-10-25 三菱電機株式会社 電磁石支持台
CN106961780B (zh) * 2017-04-27 2019-04-05 中国科学技术大学 一种粒子注入系统及环形粒子加速器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5483129A (en) * 1992-07-28 1996-01-09 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Synchrotron radiation light-source apparatus and method of manufacturing same
US5587632A (en) * 1994-09-05 1996-12-24 National Laboratory For High Energy Physics Injection apparatus both for positive and negative ions
US20100207552A1 (en) * 2008-05-22 2010-08-19 Vladimir Balakin Charged particle cancer therapy system magnet control method and apparatus

Family Cites Families (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3263136A (en) * 1964-01-20 1966-07-26 Hayden S Gordon High energy accelerator magnet structure
JPS61159714A (ja) * 1985-01-07 1986-07-19 Mitsubishi Electric Corp 超電導マグネツト
JPS62143400A (ja) * 1985-12-17 1987-06-26 三菱電機株式会社 Ｓｏｒ装置
DE3704442A1 (de) * 1986-02-12 1987-08-13 Mitsubishi Electric Corp Ladungstraegerstrahlvorrichtung
US4783634A (en) * 1986-02-27 1988-11-08 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Superconducting synchrotron orbital radiation apparatus
JPS63158800A (ja) * 1986-12-23 1988-07-01 石川島播磨重工業株式会社 シンクロトロン放射光発生装置
JPS63224230A (ja) 1987-03-12 1988-09-19 Fujitsu Ltd Ｘ線露光装置
JP2511990B2 (ja) * 1987-07-22 1996-07-03 株式会社日立製作所 偏向マグネット、及びその励磁装置
JPS6467900A (en) * 1987-09-08 1989-03-14 Toshiba Corp Synchrotron device
JPH0712000B2 (ja) * 1987-11-02 1995-02-08 株式会社日立製作所 シンクロトロン放射光発生装置、及びその製作方法
JPH01209700A (ja) 1988-02-15 1989-08-23 Mitsubishi Electric Corp 荷電粒子蓄積リング用偏向電磁石
JPH01282500A (ja) * 1988-05-07 1989-11-14 Mitsubishi Electric Corp 荷電粒子装置用偏向電磁石
JPH01307198A (ja) * 1988-06-03 1989-12-12 Hitachi Ltd セプタムマグネツト
GB2223350B (en) 1988-08-26 1992-12-23 Mitsubishi Electric Corp Device for accelerating and storing charged particles
JPH02174099A (ja) * 1988-12-27 1990-07-05 Mitsubishi Electric Corp 超電導偏向電磁石
JPH0294400A (ja) * 1988-09-30 1990-04-05 Hitachi Ltd セプタムマグネット及び荷電粒子の蓄積装置
JPH03122999A (ja) * 1989-10-06 1991-05-24 Hitachi Ltd 偏向電磁石およびそれを用いた円形加速器の荷電粒子加速方法
JP2529492B2 (ja) * 1990-08-31 1996-08-28 三菱電機株式会社 荷電粒子偏向電磁石用コイルおよびその製造方法
JPH0466100U (zh) * 1990-10-17 1992-06-10
JPH05196799A (ja) * 1992-01-14 1993-08-06 Mitsubishi Electric Corp 偏向電磁石装置
JPH05258897A (ja) * 1992-03-16 1993-10-08 Hitachi Ltd セプタム電磁石
JPH06151096A (ja) 1992-11-06 1994-05-31 Hitachi Ltd 加速器用ビームダクト
US5576602A (en) * 1993-08-18 1996-11-19 Hitachi, Ltd. Method for extracting charged particle beam and small-sized accelerator for charged particle beam
JP3090654B2 (ja) * 1997-05-09 2000-09-25 株式会社日立製作所 電磁石及び加速器、並びに加速器システム
US5913872A (en) * 1997-10-10 1999-06-22 Newcore, Usa Magnetic nose clip
JPH11345700A (ja) * 1998-06-02 1999-12-14 Hitachi Ltd 電磁石及びそれを用いたシンクロトロン
JP2000043998A (ja) * 1998-07-31 2000-02-15 Tokico Ltd 給油装置
JP2000082599A (ja) * 1998-09-02 2000-03-21 Mitsubishi Electric Corp 円形加速器用電磁石
JP3513417B2 (ja) * 1999-03-15 2004-03-31 三菱電機株式会社 セプタム電磁石
JP2001023798A (ja) 1999-07-06 2001-01-26 Toshiba Corp 偏向磁石及びこの磁石を用いた装置
JP2001043998A (ja) 1999-07-30 2001-02-16 Hitachi Ltd 電磁石、及びそれを用いた円形加速器と円形加速器システム
JP2002008899A (ja) * 2000-06-19 2002-01-11 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 真空チェンバの渦電流補正装置
JP3761836B2 (ja) * 2002-05-07 2006-03-29 三菱電機株式会社 加速器用入出射装置
CN100420353C (zh) * 2004-04-19 2008-09-17 三菱电机株式会社 带电粒子束加速器、粒子束照射医疗系统及其运行方法
DE202004009421U1 (de) * 2004-06-16 2005-11-03 Gesellschaft für Schwerionenforschung mbH Teilchenbeschleuniger für die Strahlentherapie mit Ionenstrahlen
CN201229822Y (zh) * 2008-04-17 2009-04-29 中国科学院近代物理研究所 C型冲片二极弯曲电磁铁
CN101631420B (zh) * 2009-01-12 2010-10-13 中国科学院近代物理研究所 用于质子-重离子束治癌的加速器
JP2012022776A (ja) * 2010-07-12 2012-02-02 Hitachi Ltd シンクロトロンおよびそれを用いた粒子線治療装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5483129A (en) * 1992-07-28 1996-01-09 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Synchrotron radiation light-source apparatus and method of manufacturing same
US5587632A (en) * 1994-09-05 1996-12-24 National Laboratory For High Energy Physics Injection apparatus both for positive and negative ions
US20100207552A1 (en) * 2008-05-22 2010-08-19 Vladimir Balakin Charged particle cancer therapy system magnet control method and apparatus

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