圓形加速器以及粒子線治療裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圓形加速器(circular accelerator)以及使用其的粒子線治療裝置(1n therapy system)。
【背景技術(shù)】
[0002]通常,在照射將帶電粒子加速而得到的高能(high energy)的線束(beam)來(lái)進(jìn)行治療的粒子線治療裝置中，需要根據(jù)照射部位和深度來(lái)調(diào)整照射線束的體內(nèi)射程。
[0003]在這樣的粒子線治療裝置中，主要使用圓形加速器。該圓形加速器中，可以考慮通過(guò)改變出射的線束能量(beam energy)而對(duì)照射線束(irradiat1n beam)的體內(nèi)射程進(jìn)行調(diào)整的可變能量(variable energy)照射方法。
[0004]例如，在用出射用設(shè)備實(shí)現(xiàn)與回旋線束(circulating beam)的分離(separat1n)后,用偏轉(zhuǎn)角更大的例如切割電磁鐵(septum magnet)那樣的其他出射用設(shè)備使得向反方向偏轉(zhuǎn)。
[0005]此外，可以考慮通過(guò)控制向圓形加速器的高頻加速空洞施加的高頻電壓的參數(shù)(parameter),使從回旋軌道取出的帶電粒子的出射電流變更,生成照射線束的方法。作為粒子線治療裝置的現(xiàn)有技術(shù)，有JP2012 - 22776A。此外，作為圓形加速器的現(xiàn)有技術(shù)，有JP2011 — 198748A。
[0006]然而，在上述圓形加速器和粒子線治療裝置中，根據(jù)線束的能量，回旋的線束的尺寸(縱橫寬度)變化。特別是，在想要以線束的尺寸大的低能量出射線束的情況下，無(wú)法充分確保圓形加速器內(nèi)的構(gòu)成設(shè)備與線束之間的空間上的寬綽(以下稱作余隙(clearance))，無(wú)法將線束穩(wěn)定出射。因此，為了減少由于構(gòu)成設(shè)備而消失的線束(即，為了穩(wěn)定出射)，可以考慮增大余隙，但會(huì)新產(chǎn)生圓形加速器自身變大的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，本發(fā)明的實(shí)施方式是為了解決上述課題而做出的，目的在于提供能夠在維持圓形加速器自身的緊湊性的同時(shí)，以范圍廣的能量將線束穩(wěn)定出射的圓形加速器以及粒子線治療裝置。
[0008]為了達(dá)成上述目的，本實(shí)施方式的圓形加速器的特征在于，具備:使線束入射的入射用偏轉(zhuǎn)器；使從上述入射用偏轉(zhuǎn)器入射的上述線束回旋而形成回旋軌道的偏轉(zhuǎn)電磁鐵；每當(dāng)上述線束入射就改變上述線束相對(duì)于上述回旋軌道中心的位置的入射軌道調(diào)整用電磁鐵；當(dāng)線束出射時(shí)調(diào)整勵(lì)磁量并將從上述線束的穩(wěn)定區(qū)域偏離的共振區(qū)域的上述線束取出的取出用電磁鐵；以及將從上述共振區(qū)域取出的上述線束取出到外部的出射用偏轉(zhuǎn)器；使上述線束從上述回旋軌道的內(nèi)側(cè)入射，并且使上述線束向上述回旋軌道的外側(cè)出射。
[0009]此外，本實(shí)施方式的圓形加速器的特征在于，具備:使線束入射的入射用偏轉(zhuǎn)器；使從上述入射用偏轉(zhuǎn)器入射的上述線束回旋而形成回旋軌道的偏轉(zhuǎn)電磁鐵；每當(dāng)上述線束入射則改變上述線束相對(duì)于上述回旋軌道中心的位置的入射軌道調(diào)整用電磁鐵；當(dāng)線束出射時(shí)調(diào)整勵(lì)磁量并將從上述線束的穩(wěn)定區(qū)域偏離的共振區(qū)域的上述線束取出的取出用電磁鐵；以及將從上述共振區(qū)域取出的上述線束取出到外部的出射用偏轉(zhuǎn)器；使上述線束從上述回旋軌道的外側(cè)入射，并且使上述線束向上述回旋軌道的內(nèi)側(cè)出射。
[0010]本實(shí)施方式的粒子線治療裝置的特征在于，具備圓形加速器、前級(jí)加速器以及照射裝置，該圓形加速器具有:使線束入射的入射用偏轉(zhuǎn)器；使從上述入射用偏轉(zhuǎn)器入射的上述線束回旋而形成回旋軌道的偏轉(zhuǎn)電磁鐵；每當(dāng)上述線束入射則改變上述線束相對(duì)于上述回旋軌道中心的位置的入射軌道調(diào)整用電磁鐵；當(dāng)線束出射時(shí)調(diào)整勵(lì)磁量并將從上述線束的穩(wěn)定區(qū)域偏離的共振區(qū)域的上述線束取出的取出用電磁鐵；以及將從上述共振區(qū)域取出的上述線束取出到外部的出射用偏轉(zhuǎn)器；該前級(jí)加速器配置在上述圓形加速器的內(nèi)側(cè)，對(duì)上述入射用偏轉(zhuǎn)器入射加速了的上述線束；該照射裝置配置在上述圓形加速器的外側(cè)，將由上述出射用偏轉(zhuǎn)器取出的上述線束向照射對(duì)象照射。
[0011]此外，本實(shí)施方式的粒子線治療裝置的特征在于，具備:圓形加速器、前級(jí)加速器以及照射裝置，該圓形加速器具有:使線束入射的入射用偏轉(zhuǎn)器；使從上述入射用偏轉(zhuǎn)器入射的上述線束回旋而形成回旋軌道的偏轉(zhuǎn)電磁鐵；每當(dāng)上述線束入射則改變上述線束相對(duì)于上述回旋軌道中心的位置的入射軌道調(diào)整用電磁鐵；當(dāng)線束出射時(shí)調(diào)整勵(lì)磁量并將從上述線束的穩(wěn)定區(qū)域偏離的共振區(qū)域的上述線束取出的取出用電磁鐵；以及將從上述共振區(qū)域取出的上述線束取出到外部的出射用偏轉(zhuǎn)器；該前級(jí)加速器配置在上述圓形加速器的外側(cè)，對(duì)上述入射用偏轉(zhuǎn)器入射加速了的上述線束；該照射裝置配置在上述圓形加速器的內(nèi)側(cè)，將由上述出射用偏轉(zhuǎn)器取出的上述線束向照射對(duì)象照射。
[0012]根據(jù)本實(shí)施方式，能夠在不損害圓形加速器自身的線束的穩(wěn)定性且維持緊湊性的同時(shí)，將范圍廣的能量下的線束穩(wěn)定出射。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是表示第I實(shí)施方式的重粒子線治療裝置的概略平面圖。
[0014]圖2是表示圖1的圓形加速器中從內(nèi)周側(cè)入射帶來(lái)的多旋轉(zhuǎn)入射的說(shuō)明圖。
[0015]圖3是對(duì)于圖1的圓形加速器中線束發(fā)射度(beam emittance)為250 π mm *mrad和370.mrad,分別表示各線束能量的各線束尺寸的說(shuō)明圖。
[0016]圖4是表示圖1的圓形加速器中利用三次共振的線束振幅的增大的說(shuō)明圖。
[0017]圖5是表示圖1的圓形加速器中能量為400MeV/u和140MeV/u的內(nèi)側(cè)入射的出射軌道的圖。
[0018]圖6是表示第I實(shí)施方式的比較例中能量為400MeV/u和140MeV/u的外側(cè)入射的出射軌道的圖。
[0019]圖7是表示粒子線治療裝置的第2實(shí)施方式的概略平面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下，參照附圖對(duì)圓形加速器以及粒子線治療裝置的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
[0021](第I實(shí)施方式)
[0022]圖1是表示重粒子、質(zhì)子等的粒子線治療裝置中的一例即重粒子治療裝置(heavy1n therapy system)的第I實(shí)施方式的概略平面圖。
[0023]如圖1所示，本實(shí)施方式的重粒子線治療裝置大致具有圓形加速器1、線束入射系統(tǒng)20和線束輸送系統(tǒng)30。本實(shí)施方式的圓形加速器I設(shè)置在水平面內(nèi)。
[0024]圓形加速器I具備6個(gè)偏轉(zhuǎn)電磁鐵2、6個(gè)四極電磁鐵3、2個(gè)六極電磁鐵4、作為入射軌道調(diào)整用電磁鐵的2個(gè)調(diào)整用電磁鐵5、入射用偏轉(zhuǎn)器7、出射用偏轉(zhuǎn)器8、高頻加速裝置9和控制裝置14。
[0025]6個(gè)偏轉(zhuǎn)電磁鐵2將入射的帶電粒子束偏轉(zhuǎn)，形成帶電粒子束的回旋軌道。6個(gè)四極電磁鐵3配置在各偏轉(zhuǎn)電磁鐵2之間，使帶電粒子束收斂或發(fā)散以使帶電粒子束穩(wěn)定回旋。2個(gè)六極電磁鐵4分別配置在入射用偏轉(zhuǎn)器7與出射用偏轉(zhuǎn)器8的中間位置，激勵(lì)帶電粒子束的電子回旋加速振動(dòng)(betatron vibrat1n)的三次共振,在相位空間(以帶電粒子束的軌道的位置和角度為坐標(biāo)的空間)上分割形成穩(wěn)定區(qū)域和共振區(qū)域。此外，各四極電磁鐵3以及各六極電磁鐵4由用于在帶電粒子束出射時(shí)調(diào)整它們的勵(lì)磁量、將從帶電粒子束的穩(wěn)定區(qū)域偏離的共振區(qū)域的帶電粒子束緩慢取出的取出用電磁鐵構(gòu)成。
[0026]2個(gè)調(diào)整用電磁鐵5在帶電粒子束的入射期間，按入射的每個(gè)定時(shí)使帶電粒子束向相對(duì)于回旋軌道的中心不同的位置入射。入射用偏轉(zhuǎn)器7配置在2個(gè)調(diào)整用電磁鐵5之間，使由后述的前級(jí)加速器21加速了的帶電粒子束入射。出射用偏轉(zhuǎn)器8使帶電粒子束偏轉(zhuǎn)以用于出射。高頻加速裝置9是產(chǎn)生用于將帶電粒子束加速或減速的高頻電場(chǎng)的裝置。
[0027]控制裝置14由未圖示的計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)裝置、各種電源電路等電路構(gòu)成?？刂蒲b置14對(duì)全部的四極電磁鐵3以及全部的六極電磁鐵4的勵(lì)磁量進(jìn)行控制，在帶電粒子束出射時(shí)調(diào)整勵(lì)磁量。
[0028]另外，圖1中，從控制裝置14向全部的四極電磁鐵3和六極電磁鐵4表示箭頭是繁瑣的，因此為了避免該情況，將從控制裝置14向四極電磁鐵3和六極電磁鐵4的箭頭各表示I個(gè)，省略其他的線。