WO2019097721A1 - 粒子線治療システムおよび加速器、ならびに加速器の運転方法 - Google Patents

粒子線治療システムおよび加速器、ならびに加速器の運転方法 Download PDF

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WO2019097721A1
WO2019097721A1 PCT/JP2017/041648 JP2017041648W WO2019097721A1 WO 2019097721 A1 WO2019097721 A1 WO 2019097721A1 JP 2017041648 W JP2017041648 W JP 2017041648W WO 2019097721 A1 WO2019097721 A1 WO 2019097721A1
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WO
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electric field
ions
accelerator
disturbance
high frequency
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Application number
PCT/JP2017/041648
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English (en)
French (fr)
Inventor
孝道 青木
隆光 羽江
Original Assignee
株式会社日立製作所
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H13/00—Magnetic resonance accelerators; Cyclotrons

Definitions

  • the present invention relates to an accelerator for accelerating heavy ions such as protons or carbon ions, a particle beam therapy system, and a method of operating the accelerator.
  • Patent Document 1 has a ferromagnetic structure having a substantially circular cross-section of radius R and disposed on both sides of a median plane and having a pair of poles centered on a central axis, these poles being in the median plane Separated by a gap forming a cavity having a substantially symmetrical profile with respect to the height of the gap changing in the radial direction, the profile of the gap being centered on the central axis, in order from the central axis
  • a first portion of a circular cross-section of radius R2 the height of the gap at its center being equal to Hcenter, the height of the gap gradually increasing towards a maximum value Hmax at radius R2, and
  • a second portion of an annular cross section surrounding the first portion the height of the gap of which gradually decreases towards the height Hedge at the edge of the pole. Rotoron have been described.
  • Patent Document 2 has a return yoke and a vacuum vessel as an accelerator capable of efficiently emitting ion beams different in energy, and the incidence electrode is a beam emission path in the return yoke rather than the central axis of the vacuum vessel.
  • the magnetic pole is disposed radially from the incident electrode around the incident electrode in the return yoke, and the recess is alternately disposed with the magnetic pole in the circumferential direction of the return yoke in the vacuum vessel,
  • An orbital eccentric area is formed in which a plurality of beam orbits centered on the incident electrode exist, and an orbit eccentric area in which a plurality of beam orbits eccentric from the incident electrode exist around this area.
  • the beam orbit becomes dense between the entrance electrode and the entrance of the beam exit path, and the entrance electrode of the entrance path is 180 ° opposite to the entrance of the exit path. Accelerator spacing between the beam orbit each other becomes wider on the side is described.
  • High-energy ion beams used in particle beam therapy and physical experiments are generated using an accelerator.
  • accelerators that obtain a beam with a kinetic energy of around 200 MeV per nucleon.
  • a cyclotron or synchrotron, a synchro cyclotron as described in the above-mentioned Patent Document 1 a variable energy accelerator as described in the above-mentioned Patent Document 2 can be mentioned.
  • a feature of the cyclotron and synchrocyclotron is that they accelerate a beam traveling in a static magnetic field with a high frequency electric field, and as it is accelerated, the beam increases its radius of curvature, moves to an outer trajectory, and reaches its maximum energy It will be taken out later. Therefore, the energy of the beam to be extracted is basically fixed.
  • a synchrotron orbits a beam by changing temporally the frequency of an accelerating magnetic field and an electromagnetic field of an electromagnet that deflects the beam. Therefore, it is possible to extract the beam before reaching the design maximum energy, and the extraction energy can be controlled.
  • variable energy accelerator is characterized in that the beam trajectory is decentered in one direction while accelerating the beam circulating in the magnetic field with a high frequency electric field.
  • the synchrocyclotron described in Patent Document 1 is a type of accelerator that accelerates a beam circulating in a main magnetic field by a high frequency electric field.
  • a synchrocyclotron there is a characteristic that the loop frequency of the beam decreases as the energy of the beam increases, and it is necessary to modulate the frequency of the high frequency electric field by tuning to the loop frequency of the beam. Therefore, a low energy beam is accelerated and taken out after being incident, and there is one operation cycle until it is incident again.
  • the operation period of the synchrocyclotron is determined by the sweep speed of the resonance frequency of the cavity exciting the high frequency electric field, and is generally about several milliseconds.
  • the entire amount of the orbiting beam is taken out at a rate of once per operation cycle of several milliseconds.
  • particle beam therapy it is required to irradiate a beam to a tumor to be irradiated without exceeding the allowable range of irradiation dose predetermined in a treatment plan or the like. Then, in a particle beam therapy system using a synchrocyclotron, it is necessary to make the amount of beam which can be accelerated and extracted within one operation cycle of the synchrocyclotron sufficiently smaller than the allowable range of irradiation dose. Therefore, the amount of charge to be accelerated in one operation cycle has to be smaller than the upper limit determined by the performance of the accelerator, and there is a problem that the irradiation completion takes time.
  • the present invention provides a compact accelerator and particle beam treatment system, as well as a method of operating the accelerator, wherein the energy of the extraction beam can be varied.
  • the present invention includes a plurality of means for solving the above problems, and an example thereof is an accelerator that accelerates ions, an irradiation device that irradiates ions accelerated by the accelerator to a target, the accelerator and And a controller for controlling the irradiation device, wherein the accelerator accelerates the ions by a pair of magnets having magnetic poles for forming a magnetic field therebetween, an ion source for injecting ions between the magnets, and An accelerating electrode for forming an accelerating electric field, a modulator for modulating the frequency of the accelerating electric field, and the magnetic pole, which are disposed between stable regions with respect to the ions circulated by the magnetic field formed between the magnetic poles A kick portion for giving a kicking action, a disturbance portion for generating a disturbance electric field for taking out ions to which the kicking action is given by the kicking portion from the accelerator, and the acceleration electric field A circulation orbit of a plurality of annular ions formed by the pair of magnets and including a high frequency electric field
  • an accelerator, a particle beam treatment system, and a method of operating the accelerator are provided, which are compact in size and capable of reducing the irradiation time in which the energy of the extraction beam can be changed.
  • FIG. 1 shows the general outline form of the accelerator of 1st Example of this invention. It is an internal-equipment arrangement
  • the accelerator of this embodiment is a frequency modulation type variable energy accelerator.
  • This accelerator is a circular accelerator which has a temporally constant magnetic field as a main magnetic field and accelerates protons circulating in the main magnetic field by a high frequency electric field. The appearance is shown in FIG.
  • the accelerator 1 excites the main magnetic field in an area through which the accelerating and circulating beams pass (hereinafter referred to as a beam passing area 20 (see FIG. 2)) by the electromagnet 11 which can be divided up and down. Do.
  • the inside of the electromagnet 11 is evacuated by a vacuum pump (not shown).
  • the electromagnet 11 is provided with a plurality of through holes connecting the outside and the beam passage area 20.
  • various types of penetrations such as an extraction beam through-hole 111 for extracting an accelerated beam, extraction through-holes 112 and 113 for extracting the coil conductor disposed in the electromagnet 11 to the outside, and a high-frequency power input through-hole 114 A mouth is provided on the upper and lower divided connection surfaces.
  • a high frequency acceleration cavity (acceleration electrode) 21 for accelerating an ion to form an acceleration electric field to form an ion beam through the high frequency power input through hole 114 is provided.
  • the high frequency accelerating cavity 21 is provided with a dee electrode 221 for acceleration (see FIG. 2) and a rotary variable capacitance capacitor (modulator) 212 for modulating the frequency of the acceleration electric field. .
  • An ion source 12 for supplying hydrogen ions is installed at a position offset from the center of the upper portion of the electromagnet 11, and ions are contained in the accelerator 1 through the beam incident through hole 115 and the incident portion 130 (see FIG. 2). It is incident between the electromagnets 11. Electric power necessary for the ions to be incident on the beam passage region 20 from the outside is supplied to the incident portion 130 through the through hole 115.
  • FIG. 2 is a view showing a top view of a surface obtained by dividing the electromagnet 11 into upper and lower parts.
  • each of the upper and lower portions of the electromagnet 11 has a cylindrical return yoke 121 and a top plate 122, and on the inner side thereof, as shown in FIG. Have.
  • the above-mentioned beam passage area 20 is located in a cylindrical space sandwiched by the magnetic poles 123 facing each other.
  • a surface where the upper and lower magnetic poles 123 face each other is defined as a magnetic pole surface.
  • a surface parallel to the magnetic pole surface sandwiched by the magnetic pole surfaces and equidistant from the upper and lower magnetic pole surfaces is called a track surface.
  • an annular coil 13 is installed along the outer peripheral wall of the magnetic pole 123. By flowing a current through the coil 13, the magnetic poles 123 facing each other are magnetized, and a magnetic field is excited in the beam passage area 20 with a predetermined distribution described later.
  • the high frequency acceleration cavity 21 excites a high frequency electric field for acceleration to accelerate ions in the acceleration gap 223 by a ⁇ / 4 resonance mode.
  • the high frequency accelerating cavity 21 forms a dee electrode 221 surrounding a part of the beam passage area 20 through the through hole 114.
  • the ions are accelerated by a high frequency electric field excited in an acceleration gap 223 which is a region sandwiched by the dee electrode 221 and the ground electrode 222 disposed to face the dee electrode 221.
  • the frequency of the high frequency electric field In order for the high frequency electric field to be synchronized with the above-mentioned beam circulation frequency, the frequency of the high frequency electric field needs to be an integral multiple of the beam circulation frequency.
  • the frequency of the high frequency electric field is one time of the circulating frequency of the beam.
  • a plurality of trim coils 33 for fine adjustment of the magnetic field are provided in the magnetic pole 123.
  • the trim coil 33 is connected to an external power supply through the through holes 112 and 113.
  • the trim coil current is adjusted before operation so as to approximate a main magnetic field distribution described later and realize stable betatron oscillation.
  • the ions generated by the ion source 12 are extracted to the beam passage region 20 in the state of low energy ions by the voltage applied to the extraction electrode of the incident part 130.
  • the incident ions are accelerated each time they pass through the acceleration gap 223 by the high frequency electric field excited by the high frequency acceleration cavity 21 and become an ion beam.
  • the electrode (disturbing portion) 313 is installed in a state of being electrically insulated from a part of the magnetic pole surface.
  • the kicker magnetic field generating coil 311 is a coil for giving a kicking action from the stable area to the ion beam circulating in the beam passing area 20.
  • the disturbance electrode 313 is an electrode for generating a disturbance electric field for taking out from the accelerator 1 the beam to which the kick action is given by the kicker magnetic field generation coil 311. The details of the kicker magnetic field generating coil 311 and the disturbance electrode 313 will be described later.
  • the accelerator 1 of the present embodiment when a current is supplied to the kicker magnetic field generating coil 311, a magnetic field described later is superimposed and excited on the main magnetic field formed by the magnetic pole 123. Furthermore, by applying a high frequency voltage of an appropriate frequency to the disturbance electrode 313, the beam is disturbed, and on / off control of the beam is performed according to the principle described later.
  • the entrance portion of the take-off septum electromagnet 312 is installed at one place of the end of the pole face.
  • the position of the circulating beam is shifted from the design trajectory, and the beam moves to the entrance of the extraction septum electromagnet 312 due to the presence of the disturbance electric field by the disturbance electrode 313
  • the beam is taken out of the accelerator 1 along the takeout trajectory 322 formed by the magnetic field of the takeoff septum electromagnet 312.
  • the upper and lower magnetic poles 123, the coil 13, the trim coil 33, the kicker magnetic field generating coil 311, the take-out septum electromagnet 312, and the disturbance electrode 313 so that the main magnetic field in the orbital plane becomes almost zero.
  • the shape and arrangement of the are designed to be plane-symmetrical with respect to the orbital plane.
  • the shapes of the magnetic pole 123, the dee electrode 221, the coil 13, the trim coil 33, the kicker magnetic field generating coil 311, and the disturbance electrode 313 are, as shown in FIG.
  • the shape is symmetrical with respect to a line segment connecting the center of the mouth 114 and the center of the through hole 112.
  • the beam is accelerated as it travels through the beam passage area 20.
  • the kinetic energy of the removable beam in the accelerator 1 of the present embodiment is a minimum of 70 MeV and a maximum of 235 MeV.
  • the greater the kinetic energy, the smaller the beam's orbital frequency, and the kinetic energy beam immediately after incidence 76 MHz and the beam reaching 235 MeV circulates in the beam passage area 20 at 59 MHz.
  • the relationship between these energies and the circulation frequency is as shown in FIG.
  • the generated magnetic field has a distribution which is uniform along the beam trajectory and decreases as the energy increases. That is, a magnetic field is formed such that the magnetic field on the radially outer side is reduced. Under such a magnetic field, betatron oscillation is stably performed in radial directions in the orbital plane of the beam and in directions perpendicular to the orbital plane.
  • each energy is shown in FIG.
  • FIG. 4 there is a circular orbit with a radius of 0.497 m corresponding to the orbit with the maximum energy of 252 MeV on the outermost side, and the 51 circular orbits divided into 51 with magnetic rigidity from 0 MeV are shown ing.
  • the dotted line is a line connecting the same circulation phase of each orbit, and is called an equal circulation phase line.
  • the center of the beam trajectory moves in one direction in the trajectory plane as the beam accelerates.
  • the equi-rotational phase lines shown in FIG. 4 are plotted every circulation phase ⁇ / 20 from the aggregation region.
  • the acceleration gap 223 formed between the dee electrode 221 and the ground electrode 222 opposed to the dee electrode 221 is installed along an equi-rotation phase line which is rotated by ⁇ 90 degrees as viewed from the aggregation point.
  • the main magnetic field distribution is such that the value of the magnetic field decreases as going outward in the deflection radial direction of the designed orbit.
  • the magnetic field is constant along the design trajectory.
  • the design trajectory is circular, and as the beam energy increases, the trajectory radius and orbiting time increase.
  • particles slightly deviated from the design trajectory in the radial direction receive a restoring force that returns them to the design trajectory, and at the same time, particles shifted in the direction perpendicular to the track surface also return in the direction toward the track surface. It receives a restoring force from the magnetic field. That is, if the magnetic field is appropriately reduced with respect to the energy of the beam, particles which are always deviated from the design trajectory will exert a restoring force in the direction to return to the design trajectory and vibrate near the design trajectory. . This makes it possible to stably orbit and accelerate the beam. Vibration centered on this design trajectory is called betatron vibration.
  • the value of the magnetic field in each energy beam is shown in FIG. The magnetic field reaches a maximum of 5 T at the incident part 130 and decreases to 4.91 T at the outermost periphery.
  • the above-described main magnetic field distribution is excited by flowing the predetermined excitation current through the coil 13 and the trim coil 33 assisting it, whereby the magnetic pole 123 is magnetized.
  • the distance (gap) at which the magnetic pole 123 faces is the smallest at the incident portion 130 and the shape increases toward the outer periphery It becomes.
  • the shape of the magnetic pole 123 is a plane symmetry with respect to a plane (orbital plane) passing through the gap center, and on the orbital plane, it has only a magnetic field component in a direction perpendicular to the orbital plane.
  • fine adjustment of the magnetic field distribution is performed by adjusting the current applied to the trim coil 33 installed on the pole face, and a predetermined magnetic field distribution is excited.
  • the high frequency acceleration cavity 21 excites an electric field in the acceleration gap 223 by the ⁇ / 4 resonance mode. Therefore, high frequency power is introduced from the external high frequency power supply (FIG. 6, low level high frequency generator 42 and amplifier 43) through input coupler 211, and high frequency electric field is excited in acceleration gap 223 between dee electrode 221 and ground electrode 222. Ru.
  • the frequency of the electric field is modulated correspondingly to the energy of the circulating beam in order to excite the high frequency electric field in synchronization with the circulation of the beam.
  • the control is performed by changing the capacitance of the rotary variable capacitance capacitor 212 installed at the end of the high frequency acceleration cavity 21.
  • the rotary variable capacitor 212 controls the electrostatic capacitance generated between the conductor plate directly connected to the rotating shaft 213 and the outer conductor by the rotation angle of the rotating shaft 213. That is, the rotation angle of the rotating shaft 213 is changed as the beam accelerates.
  • low energy ions are extracted from the ion source 12, and a beam is guided to the beam passage region 20 through the beam incident through hole 115 and the incident portion 130.
  • the beam incident on the beam passage area 20 is accelerated by the high frequency electric field, and its energy is increased, and the turning radius of the orbit is increased. After that, the beam is accelerated while securing the traveling direction stability by the high frequency electric field.
  • the acceleration gap 223 is allowed to pass when the high frequency electric field decreases temporally. Then, since the frequency of the high frequency electric field and the circulating frequency of the beam are synchronized at an integral multiple ratio, the particles accelerated in the phase of the predetermined acceleration electric field are accelerated in the same phase in the next turn. On the other hand, since particles accelerated in a phase earlier than the acceleration phase have a larger amount of acceleration than particles accelerated in the acceleration phase, they are accelerated in a delayed phase in the next turn.
  • particles that are accelerated at a phase later than the acceleration phase at that time are accelerated at the advanced phase in the next turn because the amount of acceleration is smaller than particles accelerated at the acceleration phase.
  • the particles having a timing shifted from the predetermined acceleration phase move in the direction returning to the acceleration phase, and by this action, they can be stably oscillated also in the phase plane (traveling direction) consisting of momentum and phase.
  • This vibration is called synchrotron vibration. That is, the particles being accelerated are gradually accelerated while reaching synchrotron oscillation and reach a predetermined energy to be taken out.
  • a predetermined excitation current selected based on the target energy is supplied to the kicker magnetic field generating coil 311.
  • the beam of the target energy orbits along the design trajectory.
  • the kicker magnetic field generating coil 311 when a current is supplied to the kicker magnetic field generating coil 311, the position and inclination of the beam in the horizontal direction due to the quadrupole magnetic field derived from the kicker magnetic field generating coil 311 and the multipolar magnetic field having six or more poles. It circulates in a state divided into a region where stable orbiting can be stably made on the phase space to be determined and a region where orbit deviation continues to increase in an unstable manner.
  • the boundary between the stable region and the unstable region is called separatrix.
  • the size of the area inside the separatrix is determined by the energy of the beam and the size of the magnetic field generated by the coil 311 for generating a kicker magnetic field, in particular, the hexapole magnetic field.
  • the tracker coil 311 for generating the kicker magnetic field has a wider orbit length to which the magnetic field is applied in the orbit outside the ion incident part 130, that is, the orbit on the high energy side, and high energy is more stable at the same excitation amount
  • the area area is narrow, and in order to realize the same stable area area, the excitation amount of the kicker magnetic field generating coil 311 becomes large.
  • the disturbance electrode 313 gives a further kick to the beam and excites the beam on the phase space by exciting a high frequency electric field adjusted to the horizontal tune between the electrodes to excite the electric field in the horizontal direction.
  • the beam subjected to the additional kick increases in betatron oscillation amplitude as it travels, and is eventually taken out of the stable region.
  • particles in the stable region reach out of the stable region, and several thousand turns to several million turns are required to be taken out of the accelerator 1. During this time, it is necessary to cause the beam to travel at a constant energy, which is realized by cutting the accelerating voltage of the high frequency accelerating cavity 21.
  • the high frequency power input to the high frequency accelerating cavity 21 is turned off before reaching the energy extracted by the circulating beam.
  • the electric field excited in the acceleration gap 223 is attenuated in accordance with the resonance strength Q value of the high frequency acceleration cavity 21.
  • the Q value is about 1000.
  • the time for which the electric field in the acceleration gap 223 is attenuated after the high frequency power is turned off is about 50 microseconds.
  • the beam reaching the extraction energy continues to circulate at that energy by the magnetic field formed by the magnetic pole 123.
  • the beam is taken out by applying an electric field from the disturbance electrode 313 to the beam circulating at a constant energy.
  • the increase of the betatron oscillation amplitude of the beam is stopped, and the beam is circulated within the stable region, so that the beam extraction can be stopped.
  • FIG. 6 shows a control diagram of the accelerator 1 of this embodiment.
  • the configuration for accelerating the beam and its control system are connected to the rotary variable capacitance capacitor 212 attached to the high frequency acceleration cavity 21 and the rotary shaft 213 of the rotary variable capacitance capacitor 212 as shown in FIG. And a motor controller 41 for controlling the servomotor 214. Further, there are an input coupler 211 for inputting high frequency power into the high frequency accelerating cavity 21 and a low level high frequency generator 42 and an amplifier 43 for generating the supplied high frequency power.
  • the rotary variable capacitance capacitor 212 is determined by the treatment plan database 60 and controlled by the motor control device 41 instructed by the general control device 40, whereby the servomotor 214 rotates at a predetermined rotational speed.
  • the rotation shaft 213 rotates, and the rotation angle of the rotation shaft 213 temporally changes, thereby temporally modulating the capacity.
  • the high frequency signal generated by the low level high frequency generator 42 is amplified by the amplifier 43 to generate high frequency power to be input to the high frequency accelerating cavity 21.
  • the frequency and amplitude of the high frequency signal generated by the low level high frequency generator 42 are determined by the treatment plan database 60 and instructed by the general control unit 40.
  • a kicker magnetic field generating coil power supply 44 for supplying current to the kicker magnetic field generating coil 311, and this kicker magnetic field generating coil
  • a coil power supply control device 45 for kicker magnetic field generation that controls the power supply 44.
  • a high frequency power supply 46 for applying a high frequency voltage to the disturbance electrode 313 and a disturbance high frequency control device 47 for controlling the high frequency power supply 46.
  • the current value output from the kicker magnetic field generation coil power supply 44 to the kicker magnetic field generation coil 311 is controlled by the kicker magnetic field generation coil power supply controller 45, and the designated value is a value uniquely determined from the extracted beam energy. It is determined by the plan database 60 and instructed by the general control device 40.
  • FIG. 7 is a timing chart of the operation of each device.
  • the vertical axis represents, in order from the top, the rotation angle of the rotary shaft 213 of the rotary variable capacitance capacitor 212, the resonance frequency of the high frequency acceleration cavity 21, the frequency of high frequency input to the high frequency acceleration cavity 21, acceleration Amplitude of high frequency for acceleration in gap 223, beam current waveform output from ion source 12, time chart of current flowing to kicker magnetic field generating coil 311, disturbance high frequency input to disturbance electrode 313 and output from accelerator 1
  • the beam current waveform is shown.
  • the horizontal axes in FIG. 7 are all time.
  • the resonant frequency of the high-frequency acceleration cavity 21 periodically changes according to the rotation angle of the rotation shaft 213 of the rotary variable capacitance capacitor 212.
  • the frequency of the high frequency signal output from the low level high frequency generator 42 and input to the high frequency accelerating cavity 21 also changes synchronously.
  • a period from the time when the resonance frequency is maximum to the time when the resonance frequency is next maximum is defined as an operation cycle.
  • the beam output from the ion source 12 starts immediately after the start of the operation cycle. Meanwhile, the beam is accelerated while the beam incident to a range where stable synchrotron oscillation is possible is accelerated. On the other hand, particles whose synchrotron oscillation is not stable can not be accelerated and collide with structures inside the accelerator 1 and are lost. As the resonant frequency decreases, the beam accelerates and accelerates to near the predetermined extraction energy.
  • the start timing of this decrease is set to start from a predetermined timing before the ion beam reaches the target energy. For example, it is desirable to start the decrease from the timing when the energy expected to reach the target energy is reached before the acceleration electric field generated in the acceleration gap 223 becomes zero after the high frequency power is turned off.
  • the beam reaches a predetermined extraction energy.
  • the beam of energy is circulated to fill the separatrix defined by the kicker magnetic field generating coil 311.
  • a disturbance high frequency is applied by the disturbance electrode 313.
  • the time for taking out the beam is predetermined, and the disturbance radio frequency is applied until the whole charge in the circulation is taken out or a predetermined radiation dose is irradiated, and the beam is kept taking out.
  • the servomotor 214 attached to the high frequency accelerating cavity 21 continues to rotate and the resonance frequency continues to fluctuate, but since the high frequency accelerating cavity 21 does not receive the high frequency for acceleration, the beam hardly affects the beam. . Therefore, the beam is sequentially extracted by the applied disturbance high frequency while being circulated at a constant energy.
  • the current value of the kicker magnetic field generating coil 311 is changed to a value corresponding to the energy of the ion beam to be extracted in the next operation cycle until the next operation cycle is reached.
  • the beam output from the ion source 12 starts from the operation cycle immediately after the current value change of the kicker magnetic field generating coil 311 is completed, and the next operation cycle is started.
  • a pair of electromagnets 11 having magnetic poles 123 for forming a magnetic field between them, an ion source 12 for injecting ions between the electromagnets 11;
  • a high frequency accelerating cavity 21 for forming an accelerating electric field for accelerating ions, a rotary variable capacitance capacitor 212 for modulating the frequency of the accelerating electric field, and a magnetic pole 123
  • the kicker magnetic field generating coil 311 which gives a kick action from the stable region to the circulating ions and the disturbance which generates a disturbance electric field for taking out the ion to which the kick action is given by the kicker magnetic field generating coil 311 from the accelerator 1
  • Electrode 313, a low level high frequency generator 42 for controlling the accelerating electric field, and a disturbance high frequency controller 47 for controlling the disturbance electric field;
  • a region formed by the pair of electromagnets 11 has regions in which circular orbits of a plurality of annular ions in which ions of different energies circulate and
  • the beam of arbitrary energy is reduced by a predetermined amount by the presence of the disturbance electric field after lowering the kick action and the acceleration electric field. It can be taken out of the accelerator 1 freely. Therefore, it is difficult to realize with the conventional cyclotron type accelerator or synchro cyclotron type accelerator, the amount of incident beam can be increased up to the limit determined by the performance of the accelerator 1 and the ion source 12, and the beam can be accelerated.
  • the beam of desired energy can be irradiated to the irradiation object by a desired amount. Therefore, irradiation can be performed in a short time as compared with conventional accelerators. In addition, miniaturization is possible, which was difficult with conventional synchrotron-type accelerators.
  • the low-level high-frequency generator 42 is controlled to start lowering of the acceleration electric field from a predetermined timing before the ions reach the target energy, it is possible to suppress acceleration of the beam more than necessary. Since the beam can be accelerated to a predetermined energy, the irradiation time can be further shortened. In addition, reduction of high frequency power to be applied can be achieved.
  • the beam reaches a predetermined extraction energy Since the extraction can be started at a stable beam extraction can be performed.
  • the kicker magnetic field generating coil 311 can flow a predetermined excitation current selected based on the target energy by changing the setting each time the target energy of ions is changed, and the predetermined extraction can be performed more accurately.
  • the beam can be extracted with the target energy.
  • the kick portion is a kicker magnetic field generating coil 311 which applies a magnetic field giving a kick action in a superimposed manner, so that the on / off of the kick action and the change of its strength can be achieved It can be performed at high speed and contributes to further shortening of the irradiation time.
  • the kicker magnetic field generating coil 311 has been described as a quadrupole and hexapolar or higher multipolar magnetic field, the magnetic field for giving the kick action can be a multipolar magnetic field having two or more poles.
  • the kicker magnetic field generating coil 311 which applies a magnetic field for giving a kick action to the magnetic field formed by the magnetic pole 123
  • the kick part is not limited thereto. It is possible to use an electrode for generating an electric field to be applied, and an emission device for applying a high frequency electromagnetic field (high frequency magnetic field and electric field) for giving a kicking action. For example, by using an electrode, it is possible to perform on / off of the kick action and change of the strength at high speed by changing on / off of the electric field or changing the strength.
  • Second Embodiment An accelerator according to a second embodiment, which is a preferred embodiment of the present invention, and a method of operating the accelerator will be described.
  • the accelerating nuclide is hydrogen ion, but in the second embodiment, the accelerating nuclide is carbon ion.
  • the accelerator of this embodiment is a frequency modulation type variable energy accelerator capable of taking out carbon ions at a kinetic energy of 140 MeV to 430 MeV per nucleon.
  • the relationship between the size of the orbit radius and the relationship between the magnetic field and the energy, and the relationship between the circulation frequency and the energy can be determined from the accelerator 1 shown in the first embodiment by making the product of the orbit radius and the magnetic field proportional to the ratio of the magnetic rigidity of the beam.
  • the amount of incident beams is increased up to the limit determined by the performance of the accelerator and the ion source by the same configuration and method as the accelerator 1 of the first embodiment described above. Also, even if the beam is accelerated, the irradiation object can be irradiated with an arbitrary current, and irradiation can be performed in a shorter time than conventional accelerators, and a compact accelerator can be obtained.
  • the third embodiment is a particle beam therapy system in which the accelerator 1 mentioned in the first embodiment or the accelerator mentioned in the second embodiment is used.
  • the overall configuration of the system is shown in FIG.
  • the particle beam therapy system 1000 irradiates the patient with the energy of proton beam or carbon beam (hereinafter collectively referred to as beam) to be irradiated depending on the depth from the body surface of the affected area.
  • the particle beam therapy system 1000 includes an accelerator 1 for accelerating ions, a beam transport system 2 for transporting the beam accelerated by the accelerator 1 to an irradiation apparatus described later, and a treatment table for the beam transported by the beam transport system 2
  • the irradiation apparatus 3 for irradiating the target in the patient 5 fixed to 4, the general control apparatus 40 and the irradiation control apparatus 50 for controlling the accelerator 1, the beam transport system 2 and the irradiation apparatus 3, and the irradiation plan of the beam for the target
  • the energy and dose of the particle beam to be irradiated are created by the treatment planning device 70 and determined by the treatment plan stored in the treatment plan database 60.
  • the energy and dose of the particle beam defined by the treatment plan are sequentially input from the general control device 40 to the irradiation control device 50, and when the appropriate dose is radiated, the energy is transferred to the next energy and the particle beam is radiated again.
  • the procedure implements a particle therapy system.
  • the point that irradiation can be completed in a short time which is the characteristic of the accelerator 1 of the first embodiment described above or the accelerator of the second embodiment, is used.
  • the beam transport system 2 of the particle beam therapy system 1000 is not limited to a fixed one as shown in FIG. 8, but may be a transport system capable of rotating around the patient 5 with the irradiation device 3 called a rotating gantry. Can. Further, the number of irradiation devices 3 is not limited to one, and a plurality of irradiation devices can be provided. Further, the beam can be transported from the accelerator 1 directly to the irradiation device 3 without providing the beam transport system 2.
  • the present invention is not limited to the above embodiments, and includes various modifications.
  • the above embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.

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Abstract

イオンを加速する加速用電場を形成する高周波加速空胴２１と、加速用電場の周波数を変調するための回転式可変容量キャパシタ２１２と、磁極１２３が形成する磁場により周回するイオンに対して安定領域からのキック作用を与えるキッカ磁場発生用コイル３１１と、キッカ磁場発生用コイル３１１によってキック作用が与えられたイオンを加速器１から取り出すための擾乱用電場を発生させる擾乱用電極３１３と、加速用電場を制御する低レベル高周波発生装置４２と、擾乱用電場を制御する擾乱高周波制御装置４７と、を備え、異なるエネルギーのイオンがそれぞれ周回する環状の複数のイオンの周回軌道が集約する領域と離散する領域を有しており、加速用電場を低下させた後に擾乱用電場をイオンに対して与えるよう低レベル高周波発生装置４２および擾乱高周波制御装置４７を制御する。

Description

粒子線治療システムおよび加速器、ならびに加速器の運転方法
　本発明は、陽子または炭素イオン等の重イオンを加速する加速器と粒子線治療システム、ならびに加速器の運転方法に関する。
　特許文献１には、半径Ｒの略円形の断面を有し、正中面の両側に配置され、中心軸上に中心のある一対のポールを有する強磁性構造体を備え、これらポールは、正中面に対して実質的に対称なプロファイルを有するキャビティを形成するギャップによって離隔され、このギャップの高さは半径方向において変化して、ギャップのプロファイルは、中心軸から順に、中心軸上に中心のある半径Ｒ２の円形断面の第一の部分であって、その中心におけるギャップの高さがＨｃｅｎｔｅｒに等しく、ギャップの高さが半径Ｒ２における最大値Ｈｍａｘに向けて徐々に増大する、第一の部分と、第一の部分を取り囲み、そのギャップの高さがポールの縁における高さＨｅｄｇｅに向けて徐々に減少する環状断面の第二の部分とを備えるシンクロサイクロトロンが記載されている。
　また、特許文献２には、エネルギーが異なるイオンビームを効率良く出射できる加速器として、リターンヨークと真空容器を有し、入射用電極が、真空容器の中心軸よりも、リターンヨーク内のビーム出射経路の入口側に配置され、磁極が、リターンヨーク内で入射用電極の周囲において入射用電極から放射状に配置され、凹部が、リターンヨークの周方向で磁極と交互に配置され、真空容器内において、入射用電極を中心とする複数のビーム周回軌道が存在する軌道同心領域、及びこの領域の周囲に、入射用電極から偏心した複数のビーム周回軌道が存在する軌道偏心領域が形成され、軌道偏心領域では、入射用電極とビーム出射経路の入口の間でビーム周回軌道が密になり、入射用電極を基点にしてビーム出射経路の入口の１８０°反対側でビーム周回軌道相互間の間隔が広くなる加速器が記載されている。
特表２０１３－５４１１７０号公報 国際公開第２０１６／０９２６２１号
　粒子線治療や物理実験などで使用する高エネルギーのイオンビームは加速器を用いて生成される。
　核子当たりの運動エネルギーが２００ＭｅＶ前後のビームを得る加速器には種類がいくつかある。例えば、サイクロトロンやシンクロトロン、上述の特許文献１に記載されたようなシンクロサイクロトロン、上述の特許文献２に記載されたような可変エネルギー加速器が挙げられる。
　サイクロトロンおよびシンクロサイクロトロンの特徴は静磁場中を周回するビームを高周波電場で加速する点であり、加速されるにつれてビームはその軌道の曲率半径を増し、外側の軌道に移動し、最高エネルギーまで到達した後に取り出される。そのため取り出すビームのエネルギーは基本的には固定である。
　シンクロトロンはビームを偏向する電磁石の磁場と加速する高周波電場の周波数を時間的に変化させることでビームは一定の軌道を周回する。そのため、設計上の最大エネルギーに到達する前にビームを取り出すことが可能であり、取り出しエネルギーが制御可能である。
　可変エネルギー加速器は、サイクロトロンと同様に、磁場中を周回するビームを高周波電場で加速しながらも、ビーム軌道が一方向に偏心していることが特徴である。
　特許文献１に記載のシンクロサイクロトロンは、主磁場中を周回するビームを高周波電場で加速する類型の加速器である。このようなシンクロサイクロトロンでは、ビームのエネルギー増加に伴いビームの周回周波数が低下していく特性があり、ビームの周回周波数に同調して高周波電場の周波数を変調する必要がある。そのため、低エネルギーのビームを入射してから加速して取り出し、さらに再度入射するまでが一つの運転周期となる。
　シンクロサイクロトロンの運転周期は高周波電場を励起する空胴の共鳴周波数の掃引速度で決められ、一般に数ミリ秒程度となる。この数ミリ秒の運転周期に１回の割合で周回しているビームの全量が取り出される。
　ここで、粒子線治療では、治療計画などで予め定められた照射線量の許容範囲を超過することなく照射対象の腫瘍にビームを照射することが求められる。すると、シンクロサイクロトロンを用いる粒子線治療装置では、シンクロサイクロトロンの一運転周期内で加速・取り出しの可能なビーム量を照射線量の許容範囲に対して十分小さくする必要が有る。よって、一運転周期に加速する電荷量が加速器の性能で決まる上限より小さくせざるを得ず、照射完了に時間がかかる、との課題が有る。
　また、従来のサイクロトロンでは取り出しビームのエネルギー変更は不可能であり、シンクロトロンでは現状のサイズからの小型化が困難である、との課題がある。
　本発明は、取り出しビームのエネルギーが変更可能であり、かつ小型な加速器と粒子線治療システム、ならびに加速器の運転方法を提供する。
　本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、イオンを加速する加速器と、前記加速器で加速されたイオンを標的に照射する照射装置と、前記加速器および前記照射装置を制御する制御装置と、を備え、前記加速器は、間に磁場を形成するための磁極を有する一対の磁石と、イオンを前記磁石間に入射するイオン源と、前記イオンを加速する加速用電場を形成する加速電極と、前記加速用電場の周波数を変調するための変調部と、前記磁極間に配置され、前記磁極が形成する磁場により周回する前記イオンに対して安定領域からのキック作用を与えるキック部と、前記キック部によってキック作用が与えられたイオンを前記加速器から取り出すための擾乱用電場を発生させる擾乱部と、前記加速用電場を制御する高周波電場制御部と、前記擾乱用電場を制御する擾乱強度制御部と、を備え、前記一対の磁石によって形成される、異なるエネルギーのイオンがそれぞれ周回する環状の複数のイオンの周回軌道が集約する領域と離散する領域を有しており、前記加速用電場を低下させた後に前記擾乱用電場を前記イオンに対して与えるよう前記高周波電場制御部および前記擾乱強度制御部を制御することを特徴とする。
　本発明によれば、取り出しビームのエネルギーが変更可能であり、小型かつ照射時間の短縮が可能な加速器と粒子線治療システム、ならびに加速器の運転方法が提供される。
本発明の第１の実施例の加速器の全体概形を示す図である。 第１の実施例の加速器の内部機器配置図である。 第１の実施例の加速器の周回周波数のエネルギー依存性を示すグラフである。 第１の実施例の加速器の設計軌道形状である。 第１の実施例の加速器の主磁場のエネルギー依存性を示すグラフである。 第１の実施例の加速器の制御ブロック図である。 第１の実施例の加速器の運転時のタイミングチャートである。 本発明の第３の実施例の粒子線治療システムの構成を示す図である。
　以下に本発明の粒子線治療システムおよび加速器、ならびに加速器の運転方法の実施例を、図面を用いて説明する。
　＜第１の実施例＞　
　本発明の好適な一実施例である第１の実施例の加速器、および加速器の運転方法を図１乃至図７を用いて以下に説明する。
　本実施例の加速器は周波数変調型の可変エネルギー加速器である。この加速器は時間的に一定な磁場を主磁場として持ち、主磁場中を周回する陽子を高周波電場によって加速する円形加速器である。その外観を図１に示す。
　図１に示すように、加速器１は上下に分割可能な電磁石１１によって、加速・周回中のビームが通過する領域（以下、ビーム通過領域２０（図２参照）と呼ぶ）内に主磁場を励起する。電磁石１１の内側は、図示を省略した真空ポンプによって真空引きされている。
　電磁石１１には外部とビーム通過領域２０とを接続する貫通口が複数設けられている。例えば、加速されたビームを取り出す取り出しビーム用貫通口１１１、電磁石１１内に配置されたコイル導体を外部に引き出すための引き出し用の貫通口１１２，１１３、高周波電力入力用貫通口１１４等の各種貫通口が上下の分割接続面の面上に設けられている。
　高周波電力入力用貫通口１１４を通じて、イオンを加速してイオンビームとするための加速用電場を形成する高周波加速空胴（加速電極）２１が設置されている。高周波加速空胴２１には後述するように、加速用のディー電極２２１（図２参照）と加速用電場の周波数を変調するための回転式可変容量キャパシタ（変調部）２１２とが設置されている。
　電磁石１１の上部の中心からずれた位置に、水素イオンを供給するためのイオン源１２が設置されており、ビーム入射用貫通口１１５および入射部１３０（図２参照）を通してイオンが加速器１内部の電磁石１１間に入射される。入射部１３０には貫通口１１５を通じて外部からイオンのビーム通過領域２０への入射に必要な電力が供給されている。
　次に、加速器１の内部構造について図１および図２を用いて説明する。図２は電磁石１１を上下に分割した面を上から見たときの様子を示す図である。
　図１に示すように、電磁石１１の上下部それぞれは、円筒状のリターンヨーク１２１、天板１２２を有しており、その内部側には、図２に示すように、円柱状の磁極１２３を有している。上下対向した磁極１２３によって挟まれる円筒状の空間内に、上述のビーム通過領域２０がある。この上下の磁極１２３が互いに対向している面を磁極面と定義する。また磁極面に挟まれた磁極面に平行かつ上下の磁極面から互いに等距離にある面を軌道面と呼ぶ。
　磁極１２３とリターンヨーク１２１の間に形成される凹部には、円環状のコイル１３が磁極１２３の外周側の壁に沿って設置されている。コイル１３に電流を流すことによって上下対向する磁極１２３が磁化し、ビーム通過領域２０に後述する所定の分布で磁場が励起される。
　高周波加速空胴２１はλ／４型の共振モードによって加速ギャップ２２３にイオンを加速するための加速用高周波電場を励起させる。高周波加速空胴２１のうち、特に加速器に対して固定的に設置された部分をディー電極２２１と定義する。高周波加速空胴２１は貫通口１１４を通じてビーム通過領域２０の一部領域を囲むディー電極２２１を形成する。イオンはディー電極２２１とこのディー電極２２１に対向するように配置される接地電極２２２とによって挟まれる領域である加速ギャップ２２３に励起される高周波電場によって加速される。高周波電場は前述のビームの周回周波数に同期するために、高周波電場の周波数はビームの周回周波数の整数倍であることが必要である。この加速器１では高周波電場の周波数はビームの周回周波数の１倍としている。
　磁極１２３には磁場の微調整用のトリムコイル３３が複数系統設けられている。トリムコイル３３は貫通口１１２，１１３を通じて外部の電源に接続されている。各系統個別に励磁電流を調整することで、後述の主磁場分布に近づけ、安定なベータトロン振動を実現するように運転前にトリムコイル電流が調整される。
　このような加速器１では、イオン源１２で生成されたイオンは入射部１３０の引き出し電極に印加された電圧によって低エネルギーのイオンの状態でビーム通過領域２０に引き出される。入射されたイオンは高周波加速空胴２１によって励起される高周波電場によって加速ギャップ２２３を通過する毎に加速され、イオンビームとなる。
　また、図２に示すように、ビームを加速器１外に取り出すために、四極磁場や六極以上の多極磁場を励磁するキッカ磁場発生用コイル（キック部）３１１、および高周波電場を印加する擾乱用電極（擾乱部）３１３が磁極面の一部に電気的に絶縁された状態で設置されている。キッカ磁場発生用コイル３１１は、ビーム通過領域２０中を周回するイオンビームに対して安定領域からのキック作用を与えるためのコイルである。擾乱用電極３１３は、キッカ磁場発生用コイル３１１によってキック作用が与えられたビームを加速器１から取り出すための擾乱用電場を発生させる電極である。これらキッカ磁場発生用コイル３１１および擾乱用電極３１３の詳細は後述する。
　本実施例の加速器１では、キッカ磁場発生用コイル３１１に電流を流すことにより、磁極１２３が形成する主磁場に対して後述する磁場が重畳励磁される。さらに、擾乱用電極３１３に適当な周波数の高周波電圧を印加することでビームに擾乱を与え、後に述べる原理によりビームのオン／オフの制御を行う。
　また、磁極面の端部の一か所に取り出し用セプタム電磁石３１２の入射部が設置されている。キッカ磁場発生用コイル３１１によるキッカ磁場存在下では、周回中のビームはその位置が設計軌道からずらされ、擾乱用電極３１３による擾乱用電場の存在により取り出し用セプタム電磁石３１２の入射部までビームが移動し、その後、取り出し用セプタム電磁石３１２の磁場によって形成される取り出し軌道３２２に沿ってビームは加速器１の外に取り出される。
　加速器１では、軌道面において主磁場は面内成分がほぼ０となるように、上下の磁極１２３、コイル１３、トリムコイル３３、キッカ磁場発生用コイル３１１、取り出し用セプタム電磁石３１２、擾乱用電極３１３の形状と配置が設計されており、軌道面に対して面対称となっている。また、磁極１２３、ディー電極２２１、コイル１３、トリムコイル３３、キッカ磁場発生用コイル３１１、擾乱用電極３１３の形状は、図２に示すように、加速器１を上面側から見たときに、貫通口１１４の中心部と貫通口１１２の中心部を結ぶ線分に対して左右対称の形状となっている。
　次に、本加速器１中を周回するビームの軌道について述べる。
　ビームはビーム通過領域２０中を周回しながら加速される。本実施例の加速器１における取り出し可能なビームの運動エネルギーは最小７０ＭｅＶ、最大２３５ＭｅＶである。運動エネルギーが大きいほどビームの周回周波数は小さくなり、入射直後の運動エネルギービームでは７６ＭＨｚ、２３５ＭｅＶに達したビームは５９ＭＨｚでビーム通過領域２０中を周回する。これらのエネルギーと周回周波数の関係は図３のようになる。
　図３に示すように、形成される磁場はビームの軌道に沿って一様、かつエネルギーが高くなるにつれ磁場が低下していくような分布を作る。つまり、径方向外側の磁場が低下するような磁場を形成する。このような磁場下においては、ビームの軌道面内の動径方向と軌道面に対して垂直な方向のそれぞれに対して安定にベータトロン振動する。
　各エネルギーの軌道を図４に示す。図４中、周回軌道は最も外側に最大エネルギー２５２ＭｅＶの軌道に対応した半径０．４９７ｍの円軌道が存在し、そこから、０ＭｅＶまで磁気剛性率で５１分割した都合５１本の円軌道を図示している。点線は各軌道の同一の周回位相を結んだ線であり、等周回位相線と呼ぶ。
　図４に示すように、本実施例の加速器１では、ビームの加速に従ってビームの軌道中心が軌道面内で一方向に移動する。軌道中心が移動する結果、異なる運動エネルギーの軌道が互いに近接している箇所（周回軌道が集約する領域）と互いに遠隔している領域（周回軌道が離散する領域）が存在する。すなわち、ビームの周回軌道が偏心している。
　最も軌道同士が近接している軌道の各点を結ぶと軌道に直交する線分となる。また、最も軌道同士が遠隔している軌道の各点を結ぶと軌道に直交する線分となり、これら二つの線分は同一直線上に存在する。この直線を対称軸と定義すると、軌道の形状と主磁場の分布は対称軸を通り、軌道面に垂直な面に対して面対称となる。
　図４に示す等周回位相線は集約領域から周回位相π／２０ごとにプロットしている。ディー電極２２１とディー電極２２１に対向する接地電極２２２との間に形成される加速ギャップ２２３は集約点から見て±９０度周回した等周回位相線に沿って設置される。
　上記のような軌道構成と軌道周辺での安定な振動を生じさせるために、本実施例の加速器１においては、設計軌道の偏向半径方向外側に行くにつれ磁場の値が小さくなる主磁場分布としている。また、設計軌道に沿って磁場は一定とする。よって、設計軌道は円形となり、ビームエネルギーが高まるにつれてその軌道半径・周回時間は増大する。
　このような体系では、設計軌道から半径方向に微小にずれた粒子は設計軌道に戻すような復元力を受けると同時に軌道面に対して鉛直な方向にずれた粒子も軌道面に戻す方向に主磁場から復元力を受ける。すなわち、ビームのエネルギーに対して適切に磁場を小さくしていけば、常に設計軌道からずれた粒子は設計軌道に戻そうとする向きに復元力が働き、設計軌道の近傍を振動することになる。これにより、安定にビームを周回・加速させることが可能である。この設計軌道を中心とする振動をベータトロン振動と呼ぶ。各エネルギーのビームにおける磁場の値を図５に示した。磁場は入射部１３０で最大の５Ｔとなり、最外周では４．９１Ｔまで低下する。
　上述の主磁場分布はコイル１３とそれを補助するトリムコイル３３に所定の励磁電流を流すことにより、磁極１２３が磁化されることで、励起される。イオンの入射部１３０で磁場を大きくし、外周に向かって磁場を小さくする分布を形成するために、磁極１２３が対向する距離（ギャップ）は入射部１３０において最も小さく、外周に向かって大きくなる形状となる。さらに、磁極１２３の形状はギャップ中心を通る平面（軌道面）に対して面対称の形状であり、軌道面上においては軌道面に垂直な方向の磁場成分のみを持つ。さらに、磁場分布の微調整を磁極面に設置されたトリムコイル３３に印加する電流を調整することで行い、所定の磁場分布を励起している。
　上述のように、高周波加速空胴２１はλ／４型の共振モードによって加速ギャップ２２３に電場を励起させる。そのために、外部高周波電源（図６、低レベル高周波発生装置４２およびアンプ４３）から入力カプラ２１１を通じて高周波電力が導入され、ディー電極２２１と接地電極２２２の間の加速ギャップ２２３に高周波電場が励起される。
　本発明の加速器１においては、ビームの周回に同期して高周波電場を励起するために、電場の周波数を周回中のビームのエネルギーに対応して変調させる。本発明に用いられるような共振モードを用いた高周波加速空胴２１では、共振の幅よりも広い範囲で高周波の周波数を掃引する必要がある。そのために高周波加速空胴２１の共振周波数も変更する必要が有る。その制御は高周波加速空胴２１の端部に設置された回転式可変容量キャパシタ２１２の静電容量を変化せることで行う。回転式可変容量キャパシタ２１２は回転軸２１３に直接接続された導体板と外部導体との間に生じる静電容量を回転軸２１３の回転角によって制御する。すなわち、ビームの加速に伴い回転軸２１３の回転角を変化させる。
　次いで、本実施例の加速器１のビーム入射から取り出しまでのビームの挙動を述べる。
　まずイオン源１２から低エネルギーのイオンが取り出され、ビーム入射用貫通口１１５および入射部１３０を介してビーム通過領域２０にビームが導かれる。
　ビーム通過領域２０に入射されたビームは高周波電場による加速を受けながら、そのエネルギーが増大するとともに、軌道の回転半径を増加させていく。その後ビームは高周波電場による進行方向安定性を確保しながら加速される。
　すなわち、高周波電場が最大となる時刻に加速ギャップ２２３を通過するのではなく、時間的に高周波電場が減少している時に加速ギャップ２２３を通過させる。すると、高周波電場の周波数とビームの周回周波数はちょうど整数倍の比で同期させているため、所定の加速電場の位相で加速された粒子は次のターンも同じ位相で加速を受ける。一方、加速位相より早い位相で加速された粒子は加速位相で加速された粒子よりもその加速量が大きいため、次のターンでは遅れた位相で加速を受ける。また逆に有る時に加速位相より遅い位相で加速された粒子は加速位相で加速された粒子よりもその加速量が小さいため、次のターンでは進んだ位相で加速を受ける。このように、所定の加速位相からずれたタイミングの粒子は加速位相に戻る方向に動き、この作用によって、運動量と位相からなる位相平面（進行方向）内においても安定に振動することができる。この振動をシンクロトロン振動と呼ぶ。すなわち、加速中の粒子はシンクロトロン振動をしながら、徐々に加速され、取り出しされる所定のエネルギーまで達する。
　所定の取り出しビームを目標のエネルギーで取り出すために、キッカ磁場発生用コイル３１１に対し、目標エネルギーを元に選択された所定の励磁電流が流される。
　キッカ磁場発生用コイル３１１に電流が流されていない場合は、目標エネルギーのビームはその設計軌道に沿って周回する。
　これに対し、キッカ磁場発生用コイル３１１に電流が流されている場合は、キッカ磁場発生用コイル３１１由来の四極磁場および六極以上の多極磁場によって、ビームの水平方向高の位置と傾きで定まる位相空間上において安定に周回できる領域と不安定に軌道ずれが増大し続ける領域とに分けられた状態で周回する。この安定領域と不安定領域の境界をセパラトリクスと称する。
　加速器１では、セパラトリクスの内側に存在する粒子は安定にベータトロン振動を続けるが、外にいる粒子はキッカ磁場発生用コイル３１１によるキック作用が周回ごとに蓄積し、設計軌道に対して水平方向に大きな変位を生じることになる。水平方向に大きな変位を生じた粒子は、後述する擾乱用電極３１３による擾乱用電場と、あらかじめ設置された取り出し軌道３２２上の取り出し用セプタム電磁石３１２によって形成される磁場とによって取り出し軌道３２２上を通り、加速器外に取り出される。
　セパラトリクス内側（安定領域）の面積の大きさはビームのエネルギーと、キッカ磁場発生用コイル３１１が作る磁場、特に六極磁場の大きさによって決定する。キッカ磁場発生用コイル３１１はイオンの入射部１３０からみて外側、すなわち高エネルギー側の軌道においてより磁場が印加される軌道長が広くなっており、同一の励磁量においては高エネルギーの方がより安定領域面積が狭く、また、同じ安定領域面積を実現するにはキッカ磁場発生用コイル３１１の励磁量は大きくなる。
　擾乱用電極３１３は、水平方向に電場を励起するために水平チューンに合わせた高周波電場を電極間に励磁することで、ビームに更なるキックを与え、位相空間上でビームをずらす。更なるキックを受けたビームは周回するにつれてベータトロン振動振幅が増大し、いずれ安定領域外に取り出される。
　ここで、安定領域にいる粒子が安定領域外に到達し、加速器１外に取り出されるには数千ターンから数百万ターンが必要である。この間、ビームを一定のエネルギーで周回させる必要があるが、それは高周波加速空胴２１の加速電圧を切ることで実現する。
　具体的には、周回中のビームが取り出すエネルギーに到達する前に、高周波加速空胴２１への高周波電力の入力を切る。その結果、加速ギャップ２２３に励起される電場が高周波加速空胴２１の共振の強さＱ値に従って減衰する。本実施例で適用される周波数変調型の共振空胴ではＱ値は１０００程度になる。すると、高周波電力の入力を切ってから加速ギャップ２２３における電場が減衰する時間は５０マイクロ秒程度である。そして、加速ギャップ２２３における電場が減衰した時点で取り出しエネルギーに達したビームは磁極１２３によって形成される磁場によってそのエネルギーで周回を継続する。そして、一定エネルギーで周回しているビームに擾乱用電極３１３からの電場を印加することでビームが取り出される。
　また、擾乱用電極３１３に印加される電場が切られるとビームのベータトロン振動振幅の増大が停止し、安定領域内でビームが周回するため、ビームの取り出しを停止することができる。
　上述のような原理によってビームを加速し、加速器１外に取り出すときの各機器の制御ダイアグラムと運転フローについて以下図６および図７を参照して説明する。図６に本実施例の加速器１の制御ダイアグラムを示す。
　ビームを加速するための構成とその制御系としては、図６に示すような、高周波加速空胴２１に付随する回転式可変容量キャパシタ２１２と、回転式可変容量キャパシタ２１２の回転軸２１３に接続されるサーボモータ２１４、サーボモータ２１４を制御するモーター制御装置４１がある。また、高周波加速空胴２１に高周波電力を入力するための入力カプラ２１１と、供給する高周波電力を生成する低レベル高周波発生装置４２およびアンプ４３がある。
　回転式可変容量キャパシタ２１２では、治療計画データベース６０によって定められ、全体制御装置４０より指示されたモーター制御装置４１に制御されることよって、予め定められた回転速度でサーボモータ２１４が回転することで回転軸２１３が回転し、回転軸２１３の回転角が時間的に変化することで容量を時間的に変調させる。
　低レベル高周波発生装置４２によって発生させた高周波信号をアンプ４３によって増幅することで高周波加速空胴２１に入力される高周波電力を作る。低レベル高周波発生装置４２において作る高周波信号の周波数と振幅は、治療計画データベース６０によって定められており、全体制御装置４０より指示される。
　ビームを加速器１外に取り出すための構成とその制御系としては、図６に示すような、キッカ磁場発生用コイル３１１に電流を供給するキッカ磁場発生用コイル電源４４と、このキッカ磁場発生用コイル電源４４を制御するキッカ磁場発生用コイル電源制御装置４５がある。また、擾乱用電極３１３に高周波電圧を印加するための高周波電源４６と、この高周波電源４６を制御する擾乱高周波制御装置４７がある。
　キッカ磁場発生用コイル電源４４からキッカ磁場発生用コイル３１１に出力される電流値はキッカ磁場発生用コイル電源制御装置４５によって制御されており、その指定値は取り出しビームエネルギーから一意に定まる値として治療計画データベース６０によって定められ、全体制御装置４０より指示される。
　以上のような加速器１の制御系における、あるひとつのエネルギーのビームを取り出す際の各機器の動作（運転方法）について図７を用いて説明する。図７は各機器の動作のタイミングチャートである。
　図７は、縦軸側は、上から順に、回転式可変容量キャパシタ２１２の回転軸２１３の回転角、高周波加速空胴２１の共振周波数、高周波加速空胴２１に入力される高周波の周波数、加速ギャップ２２３における加速用高周波の振幅、イオン源１２が出力するビーム電流波形、キッカ磁場発生用コイル３１１に流れる電流のタイムチャートとともに、擾乱用電極３１３に入力される擾乱高周波と加速器１から出力されるビーム電流波形を示している。図７の横軸はすべて時間である。
　図７に示すように、回転式可変容量キャパシタ２１２の回転軸２１３の回転角によって高周波加速空胴２１の共振周波数が周期的に変化する。それに合わせて低レベル高周波発生装置４２から出力され、高周波加速空胴２１に入力される高周波信号の周波数も同期して変化する。ここで、共振周波数が最大となる時刻から次に最大となる時刻までの期間を運転周期と定義する。
　図７に示すように、運転周期の開始直後からイオン源１２からのビーム出力が始まる。その間、ビームは加速を受けつつ安定なシンクロトロン振動が可能な範囲に入射されたビームは加速を受ける。これに対し、シンクロトロン振動が安定しない粒子は加速できずに加速器１内部の構造物に衝突し、失われる。共振周波数が低下するにつれてビームは加速されていき、所定の取り出しエネルギー近くまで加速される。
　その後、高周波加速空胴２１に入力される高周波の振幅を低下させ始める。この低下の開始タイミングは、イオンビームが目標エネルギーになる前の所定のタイミングから開始するようにする。例えば、高周波電力の入力を切ってから加速ギャップ２２３に生じていた加速用電場が０になるまでに目標エネルギーに到達すると見込まれるエネルギーに達するタイミングから低下を開始させることが望ましい。
　すると、加速電場振幅が十分小さくなった時点でビームは所定の取り出しエネルギーに達している。そのエネルギーのビームは、キッカ磁場発生用コイル３１１によって定められたセパラトリクス内を満たすように周回している。
　次いで、加速用電場が充分に低下してオフになった後に、擾乱用電極３１３による擾乱高周波を印加する。ビームを取り出す時間はあらかじめ定められており、周回中の全電荷がすべて取り出されるか、所定の照射線量が照射されるまで擾乱高周波を印加し、ビームを取り出し続ける。
　この間、高周波加速空胴２１に付随のサーボモータ２１４は回転を続け、共振周波数は変動を続けるが、高周波加速空胴２１には加速用高周波が入力されていないため、ビームに対する影響はほとんど生じない。よってビームは一定のエネルギーで周回しながら、印加されている擾乱高周波によって順次取り出されていく。
　擾乱高周波の強度によってではあるが、図７に示すように、運転周期よりも長い期間ビームを取り出すことも可能であり、ビームのオン／オフの制御が可能である。
　照射が終了すると、次の運転周期に到達するまでの間に、次の運転周期で取り出すべきイオンビームのエネルギーに対応した値にキッカ磁場発生用コイル３１１の電流値を変更する。
　そして、キッカ磁場発生用コイル３１１の電流値変更が完了した直後の運転周期からイオン源１２におけるビーム出力が始まり、次の運転周期が開始される。
　上記のようなプロセスを繰り返すことで任意のエネルギーを任意の線量で照射可能な加速器が実現する。
　次に、本実施例の効果について説明する。
　上述した本発明の第１の実施例の加速器１とその運転方法では、間に磁場を形成するための磁極１２３を有する一対の電磁石１１と、イオンを電磁石１１間に入射するイオン源１２と、イオンを加速する加速用電場を形成する高周波加速空胴２１と、加速用電場の周波数を変調するための回転式可変容量キャパシタ２１２と、磁極１２３の間に配置され、磁極１２３が形成する磁場により周回するイオンに対して安定領域からのキック作用を与えるキッカ磁場発生用コイル３１１と、キッカ磁場発生用コイル３１１によってキック作用が与えられたイオンを加速器１から取り出すための擾乱用電場を発生させる擾乱用電極３１３と、加速用電場を制御する低レベル高周波発生装置４２と、擾乱用電場を制御する擾乱高周波制御装置４７と、を備え、一対の電磁石１１によって形成される、異なるエネルギーのイオンがそれぞれ周回する環状の複数のイオンの周回軌道が集約する領域と離散する領域を有しており、加速用電場を低下させた後に擾乱用電場をイオンに対して与えるよう低レベル高周波発生装置４２および擾乱高周波制御装置４７を制御する。
　これによって、ビーム軌道が一方向に偏心している可変エネルギー型の加速器１において、キック作用および加速用電場を低下させた後に印加する擾乱用電場の存在により、任意のエネルギーのビームを所定の量だけ加速器１から自由に取り出すことができる。このため、従来のサイクロトロン型加速器やシンクロサイクロトロン型加速器では実現が困難であった、加速器１やイオン源１２の性能で定まる限界まで入射するビーム量を増やせ、またビームを加速することができ、かつ所望のエネルギーのビームを所望の量だけ照射対象に照射することができる。従って、従来の加速器に比べて、短時間での照射が可能となる。また、従来のシンクロトロン型加速器では困難であった小型化も可能である。
　また、加速用電場の低下を、イオンが目標エネルギーになる前の所定のタイミングから開始するよう低レベル高周波発生装置４２を制御するため、必要以上にビームを加速することを抑制でき、より短時間でビームを所定のエネルギーまで加速することができることから、照射時間をより短くすることができる。また、印加する高周波電力の低減も図ることができる。
　更に、加速用電場がオフになった後に擾乱用電場をイオンに対して与えるよう低レベル高周波発生装置４２および擾乱高周波制御装置４７を制御することで、ビームが所定の取り出しエネルギーに達している段階で取り出しを開始できることから、安定したビームの取り出しを実施することができる。
　また、キッカ磁場発生用コイル３１１は、イオンの目標エネルギーを変更するごとに設定を変更することにより、目標エネルギーを元に選択された所定の励磁電流を流すことができ、より正確に所定の取り出しビームを目標のエネルギーで取り出すことができる。
　更に、キック部は、キック作用を与える磁場を重畳的に印加するキッカ磁場発生用コイル３１１とすることで、磁場のオン／オフや強度の変更によりキック作用のオン／オフやその強度の変更を高速に行うことができ、照射時間の更なる短縮化に寄与する。
　なお、キッカ磁場発生用コイル３１１が四極および六極以上の多極磁場の場合について説明したが、キック作用を与えるための磁場は二極以上の多極磁場とすることができる。
　また、キック部として、磁極１２３によって形成される磁場にキック作用を与える磁場を重畳的に印加するキッカ磁場発生用コイル３１１を例にして説明したが、キック部はこれに限られず、キック作用を与える電場を発生させる電極や、キック作用を与える高周波電磁場（高周波の磁場及び電場）を印加する出射装置とすることができる。例えば電極とすることにより、電場のオン／オフや強度の変更によりキック作用のオン／オフやその強度の変更を高速で行うことができる。
　＜第２の実施例＞　
　本発明の好適な一実施例である第２の実施例の加速器、および加速器の運転方法を説明する。
　第１の実施例の加速器１では加速核種を水素イオンとしたが、第２の実施例の加速器は、加速核種を炭素イオンとしたものである。本実施例の加速器は、炭素イオンを核子当り運動エネルギー１４０ＭｅＶ～４３０ＭｅＶの範囲での取り出しが可能な周波数変調型の可変エネルギー加速器である。
　動作原理・機器構成・操作手順は第１の実施例の加速器１と同一であるので詳細な説明は省略する。
　第１の実施例の加速器１と異なるのは、軌道半径の大きさと磁場とエネルギーの関係、周回周波数とエネルギーの関係である。それらは、第１の実施例に示した加速器１から、ビームの磁気剛性率の比に軌道半径と磁場の積を比例させることで決定することができる。
　よって、本発明の第２の実施例の加速器においても、前述した第１の実施例の加速器１と同様の構成・手法によって、加速器やイオン源の性能で定まる限界まで入射するビーム量を増やすことができ、またビームを加速しても任意の電流で照射対象に照射することができ、従来の加速器よりも短時間での照射が可能であるとともに、小型の加速器が得られる。
　＜第３の実施例＞　
　本発明の好適な一実施例である第３の実施例の粒子線治療システムについて図８を用いて説明する。第１の実施例と同じ構成には同一の符号を示し、説明は省略する。
　第３の実施例は、第１実施例に挙げた加速器１、あるいは第２の実施例に挙げた加速器が用いられた粒子線治療システムである。システムの全体構成図を図８に示す。
　図８に示すように、粒子線治療システム１０００は、患部の体表からの深さによって照射する陽子線あるいは炭素線（以下ではまとめてビームと呼ぶ）のエネルギーを適切な値にして患者に照射する装置である。粒子線治療システム１０００は、イオンを加速する加速器１と、加速器１で加速されたビームを後述する照射装置に対して輸送するビーム輸送系２と、ビーム輸送系２によって輸送されたビームを治療台４に固定された患者５内の標的に照射する照射装置３と、加速器１、ビーム輸送系２および照射装置３を制御する全体制御装置４０および照射制御装置５０と、標的に対するビームの照射計画を作成する治療計画装置７０と、この治療計画装置７０によって作成された治療計画が記憶された治療計画データベース６０と、を備えている。
　粒子線治療システム１０００では、照射する粒子線のエネルギーと線量が治療計画装置７０によって作成され、治療計画データベース６０に記憶された治療計画によって定められる。治療計画が定めた、粒子線のエネルギーと照射量を全体制御装置４０から照射制御装置５０に順次入力し、適切な照射量を照射した時点で次のエネルギーに移行して再度粒子線を照射する手順によって粒子線治療システムが実現される。
　本発明の第３の実施例の粒子線治療システムによれば、前述した第１の実施例の加速器１や第２の実施例の加速器の特性である、短時間で照射完了できる点を利用して、照射時間の短いシステムを提供できる。
　なお、粒子線治療システム１０００のビーム輸送系２は、図８に示すような固定されたものに限られず、回転ガントリと呼ばれる照射装置３ごと患者５の周りを回転可能とした輸送系とすることができる。また、照射装置３は一つに限られず、複数設けることができる。更には、ビーム輸送系２を設けずに、加速器１から直接照射装置３に対してビームを輸送する形態とすることができる。
　＜その他＞　
　なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
１…加速器
２…ビーム輸送系
３…照射装置
１１…電磁石
１２…イオン源
１３…コイル
２０…ビーム通過領域
２１…高周波加速空胴
３３…トリムコイル
４０…全体制御装置
４１…モーター制御装置
４２…低レベル高周波発生装置
４３…アンプ
４４…キッカ磁場発生用コイル電源
４５…キッカ磁場発生用コイル電源制御装置
４６…高周波電源
４７…擾乱高周波制御装置
５０…照射制御装置
６０…治療計画データベース
１１１…取り出しビーム用貫通口
１１２，１１３…コイル接続用貫通口
１１４…高周波電力入力用貫通口
１１５…ビーム入射用貫通口
１２１…リターンヨーク
１２２…天板
１２３…磁極
１３０…入射部
２１１…入力カプラ
２１２…回転式可変容量キャパシタ
２１３…回転軸
２１４…サーボモータ
２２１…ディー電極
２２２…接地電極
２２３…加速ギャップ
３１１…キッカ磁場発生用コイル
３１２…取り出し用セプタム電磁石
３１３…擾乱用電極
３２２…取り出し軌道
１０００…粒子線治療システム

Claims (11)

  1. 　イオンを加速する加速器と、
    　前記加速器で加速されたイオンを標的に照射する照射装置と、
    　前記加速器および前記照射装置を制御する制御装置と、を備え、
    　前記加速器は、
    　　間に磁場を形成するための磁極を有する一対の磁石と、
    　　イオンを前記磁石間に入射するイオン源と、
    　　前記イオンを加速する加速用電場を形成する加速電極と、
    　　前記加速用電場の周波数を変調するための変調部と、
    　　前記磁極間に配置され、前記磁極が形成する磁場により周回する前記イオンに対して安定領域からのキック作用を与えるキック部と、
    　　前記キック部によってキック作用が与えられたイオンを前記加速器から取り出すための擾乱用電場を発生させる擾乱部と、
    　　前記加速用電場を制御する高周波電場制御部と、
    　　前記擾乱用電場を制御する擾乱強度制御部と、を備え、
    　　前記一対の磁石によって形成される、異なるエネルギーのイオンがそれぞれ周回する環状の複数のイオンの周回軌道が集約する領域と離散する領域を有しており、
    　　前記加速用電場を低下させた後に前記擾乱用電場を前記イオンに対して与えるよう前記高周波電場制御部および前記擾乱強度制御部を制御する
    　ことを特徴とする粒子線治療システム。
  2. 　請求項１に記載の粒子線治療システムにおいて、
    　前記加速用電場の低下を、前記イオンが目標エネルギーになる前の所定のタイミングから開始するよう前記高周波電場制御部を制御する
    　ことを特徴とする粒子線治療システム。
  3. 　請求項２に記載の粒子線治療システムにおいて、
    　前記加速用電場がオフになった後に前記擾乱用電場を前記イオンに対して与えるよう前記高周波電場制御部および前記擾乱強度制御部を制御する
    　ことを特徴とする粒子線治療システム。
  4. 　請求項１に記載の粒子線治療システムにおいて、
    　前記キック部は、前記イオンの目標エネルギーを変更するごとに設定を変更する
    　ことを特徴とする粒子線治療システム。
  5. 　請求項１に記載の粒子線治療システムにおいて、
    　前記キック部は、前記キック作用を与える磁場を重畳的に印加するコイル、前記キック作用を与える電場を発生させる電極、前記キック作用を与える電磁場を発生させる出射装置、の何れかである
    　ことを特徴とする粒子線治療システム。
  6. 　請求項５に記載の粒子線治療システムにおいて、
    　前記キック部は、前記キック作用を与えるための二極以上の多極磁場を前記磁場に対して重畳的に印加するコイルである
    　ことを特徴とする粒子線治療システム。
  7. 　イオンを加速する加速器であって、
    　間に磁場を形成するための磁極を有する一対の磁石と、
    　イオンを前記磁石間に入射するイオン源と、
    　前記イオンを加速する加速用電場を形成する加速電極と、
    　前記加速用電場の周波数を変調するための変調部と、
    　前記磁極間に配置され、前記磁極が形成する磁場により周回する前記イオンに対して安定領域からのキック作用を与えるキック部と、
    　前記キック部によってキック作用が与えられたイオンを前記加速器から取り出すための擾乱用電場を発生させる擾乱部と、
    　前記加速用電場を制御する高周波電場制御部と、
    　前記擾乱用電場を制御する擾乱強度制御部と、を備え、
    　前記一対の磁石によって形成される、異なるエネルギーのイオンがそれぞれ周回する環状の複数のイオンの周回軌道が集約する領域と離散する領域を有しており、
    　前記加速用電場を低下させた後に前記擾乱用電場を前記イオンに対して与えるよう前記高周波電場制御部および前記擾乱強度制御部を制御する
    　ことを特徴とする加速器。
  8. 　間に磁場を形成するための磁極を有する一対の磁石と、イオンを前記磁石間に入射するイオン源と、前記イオンを加速する加速用電場を形成する加速電極と、前記加速用電場の周波数を変調するための変調部と、前記磁極間に配置され、前記磁極が形成する磁場により周回する前記イオンに対して安定領域からのキック作用を与えるキック部と、前記キック部によってキック作用が与えられたイオンを外部に取り出すための擾乱用電場を発生させる擾乱部と、を備え、前記一対の磁石によって形成される、異なるエネルギーのイオンがそれぞれ周回する環状の複数のイオンの周回軌道が集約する領域と離散する領域を有する加速器の運転方法であって、
    　前記加速用電場を低下させた後に前記擾乱用電場を前記イオンに対して与える
    　ことを特徴とする加速器の運転方法。
  9. 　請求項８に記載の加速器の運転方法において、
    　前記加速用電場の低下を、前記イオンが目標エネルギーになる前の所定のタイミングから開始する
    　ことを特徴とする加速器の運転方法。
  10. 　請求項９に記載の加速器の運転方法において、
    　前記加速用電場がオフになった後に前記擾乱用電場を前記イオンに対して与える
    　ことを特徴とする加速器の運転方法。
  11. 　請求項８に記載の加速器の運転方法において、
    　前記キック部の設定を、前記イオンの目標エネルギーを変更するごとに行う
    　ことを特徴とする加速器の運転方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020202015A (ja) * 2019-06-06 2020-12-17 株式会社日立製作所 加速器、粒子線治療システムおよびイオン取り出し方法
WO2021002043A1 (ja) * 2019-07-01 2021-01-07 株式会社日立製作所 粒子線治療システム
JP2021108759A (ja) * 2020-01-07 2021-08-02 株式会社日立製作所 粒子線治療システム、イオンビームの生成方法、および、制御プログラム
WO2024098689A1 (zh) * 2022-11-08 2024-05-16 合肥中科离子医学技术装备有限公司 回旋加速器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05198397A (ja) * 1991-10-08 1993-08-06 Hitachi Ltd 円形加速器並びにビーム出射方法及び出射装置
JP2015002176A (ja) * 2013-06-12 2015-01-05 メビオン・メディカル・システムズ・インコーポレーテッド 可変エネルギーを有する荷電粒子を生成する粒子加速器
WO2016092621A1 (ja) * 2014-12-08 2016-06-16 株式会社日立製作所 加速器及び粒子線照射装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05198397A (ja) * 1991-10-08 1993-08-06 Hitachi Ltd 円形加速器並びにビーム出射方法及び出射装置
JP2015002176A (ja) * 2013-06-12 2015-01-05 メビオン・メディカル・システムズ・インコーポレーテッド 可変エネルギーを有する荷電粒子を生成する粒子加速器
WO2016092621A1 (ja) * 2014-12-08 2016-06-16 株式会社日立製作所 加速器及び粒子線照射装置

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020202015A (ja) * 2019-06-06 2020-12-17 株式会社日立製作所 加速器、粒子線治療システムおよびイオン取り出し方法
JP7240262B2 (ja) 2019-06-06 2023-03-15 株式会社日立製作所 加速器、粒子線治療システムおよびイオン取り出し方法
WO2021002043A1 (ja) * 2019-07-01 2021-01-07 株式会社日立製作所 粒子線治療システム
JP2021007645A (ja) * 2019-07-01 2021-01-28 株式会社日立製作所 粒子線治療システム
JP7319846B2 (ja) 2019-07-01 2023-08-02 株式会社日立製作所 粒子線治療システム
JP2021108759A (ja) * 2020-01-07 2021-08-02 株式会社日立製作所 粒子線治療システム、イオンビームの生成方法、および、制御プログラム
JP7359702B2 (ja) 2020-01-07 2023-10-11 株式会社日立製作所 粒子線治療システム、イオンビームの生成方法、および、制御プログラム
WO2024098689A1 (zh) * 2022-11-08 2024-05-16 合肥中科离子医学技术装备有限公司 回旋加速器

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