機(jī)控制器1530。在示例中，電機(jī)控制器1530可以控制電機(jī)，其是場(chǎng)成形輪系統(tǒng)1512、散射體系統(tǒng)1514、旋轉(zhuǎn)電容器系統(tǒng)1516、調(diào)制器輪控制系統(tǒng)1518或臺(tái)架控制系統(tǒng)1520的一部分，盡管該電機(jī)控制器可以是使用電機(jī)的任何系統(tǒng)的一部分。
[0108]參照?qǐng)D16，示例性場(chǎng)成形輪系統(tǒng)1512可以用來使粒子束成形為所期望的形狀。場(chǎng)成形輪系統(tǒng)1512可以包括輪架1608、輪室1612、輪1610、以及輪電機(jī)1606a_c。每個(gè)輪1610以不同的方式更改磁場(chǎng)的形狀。示例性慢速I/O模塊1510a可以將機(jī)器指令發(fā)送至電機(jī)控制器1530a-c，這取決于哪個(gè)輪1610是適當(dāng)?shù)?例如，基于所翻譯的處方)。每個(gè)電機(jī)控制器1530a-c可以控制一個(gè)輪電機(jī)1606a-c。輪電機(jī)1606a可以使輪架1608邊對(duì)邊地移動(dòng)，直到所選擇的輪1610位于輪室1612下方。一旦水平地對(duì)準(zhǔn)所選擇的輪1610，則輪電機(jī)1606b就可以使輪向上移動(dòng)到輪室1612中。一旦所選擇的輪1610位于輪室1612中，則輪電機(jī)1606c就可以使其旋轉(zhuǎn)。不同的旋轉(zhuǎn)位置可能對(duì)粒子束經(jīng)歷的磁場(chǎng)的形狀具有不同的影響。
[0109]如上文所解釋，束形成系統(tǒng)(圖5中的125)可以創(chuàng)建粒子束的散射角度與范圍調(diào)制的所期望的組合。參照?qǐng)D17，輸出粒子束1704可以在其穿過提取通道(以及下文所述的調(diào)制器輪)之后具有高斯分布(其中在束的中心具有大部分粒子)。散射體1702a可以重新成形粒子束，使得粒子束具有大致恒定的寬度(W)。例如，粒子束可以具有圓形剖面。在此實(shí)施方式中，散射體1702a是散射箔片，其中的全部或部分可以由金屬比如鉛制成。如圖所示，散射體1702a具有形狀凸起的側(cè)面，在其邊緣比在其中心包括更多的鉛。為了實(shí)現(xiàn)較大的場(chǎng)束大小，可以使用較厚的鉛，反之亦然。在這方面，粒子治療系統(tǒng)可以包括多個(gè)散射體1702a_e，它們可以切入或切出粒子束的路徑以便實(shí)現(xiàn)粒子束場(chǎng)大小(剖面區(qū)域)。
[0110]不同的治療需要不同的散射角度和范圍調(diào)制。散射體系統(tǒng)1514可以用來將適當(dāng)?shù)纳⑸潴w1702a-e置于粒子束路徑中。在示例中，散射體系統(tǒng)1514可以包括一個(gè)或多個(gè)電機(jī)1706，它們配置成以類似于場(chǎng)成形輪系統(tǒng)1512的方式將不同的散射體1702a-e置于粒子束路徑中。示例性慢速I/O模塊1510b可以將機(jī)器指令發(fā)送到電機(jī)控制器1530b，這取決于哪個(gè)散射體1702a-e是適當(dāng)?shù)?例如，基于所翻譯的處方)。電機(jī)控制器1530d可以控制電機(jī)1706，使得電機(jī)1706將適當(dāng)?shù)纳⑸潴w1702a-e置于束形成系統(tǒng)125中。
[0111]如上文所解釋，旋轉(zhuǎn)電容器可用于在頻率掃掠期間調(diào)諧RF結(jié)構(gòu)。在示例中，旋轉(zhuǎn)電容器系統(tǒng)1516可以配置成使旋轉(zhuǎn)電容器的某些葉片旋轉(zhuǎn)至適當(dāng)位置。旋轉(zhuǎn)電容器系統(tǒng)1516可以包括一個(gè)或多個(gè)電機(jī)，它們可以以類似于場(chǎng)成形輪系統(tǒng)1512的方式控制旋轉(zhuǎn)電容器。示例性慢速I/O模塊1510可以將機(jī)器指令發(fā)送至電機(jī)控制器來使電容器以固定速度旋轉(zhuǎn)。相關(guān)的快速I/O系統(tǒng)可以將調(diào)制器輪的旋轉(zhuǎn)速度與電容器的旋轉(zhuǎn)速度協(xié)調(diào)，以確保來自同步回旋加速器的束脈沖在方位角上均勻地分布在調(diào)制器輪上。
[0112]如上文所解釋，臺(tái)架使得粒子加速器能夠圍繞患者位置旋轉(zhuǎn)。臺(tái)架控制系統(tǒng)1520可用于使臺(tái)架旋轉(zhuǎn)至適當(dāng)?shù)奈恢弥?例如，以所期望的角度施加治療)。在示例中，臺(tái)架控制系統(tǒng)1520可以包括一個(gè)或多個(gè)電機(jī)，它們配置成以類似于系統(tǒng)1512、1514以及1516的方式使臺(tái)架旋轉(zhuǎn)至適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｊ纠月買/O模塊1510可以將機(jī)器指令發(fā)送到電機(jī)控制器1530，這取決于什么臺(tái)架位置是適當(dāng)?shù)?例如，基于所翻譯的處方)。電機(jī)控制器1530可以控制電機(jī)，使得電機(jī)將臺(tái)架旋轉(zhuǎn)到正確的位置中。
[0113]在提取通道的下游(例如在其之后)，使用各種裝置來影響粒子束輸出。一個(gè)這種裝置配置成延展粒子束的布拉格峰，以在患者內(nèi)的深度范圍處實(shí)現(xiàn)基本均勻的粒子束劑量。如在維基百科全書中所述當(dāng)快速帶電粒子移動(dòng)穿過物質(zhì)時(shí)，其電離材料的原子并且沿其路徑沉積劑量。因?yàn)橄嗷プ饔闷拭骐S著帶電粒子的能量減少而增加，所以出現(xiàn)峰值”。“布拉格峰是繪制在其行進(jìn)穿過物質(zhì)期間電離輻射的能量損耗的布拉格曲線上的顯著峰。對(duì)于質(zhì)子…峰緊接在粒子停下來之前出現(xiàn)”。圖18是對(duì)于特定劑量的質(zhì)子治療及深度而示出布拉格峰900的示例性布拉格曲線。
[0114]為了在深度范圍實(shí)現(xiàn)相對(duì)均勻劑量的粒子治療，調(diào)制器裝置配置成沿著圖18的圖表移動(dòng)粒子束的布拉格峰，并且在所移動(dòng)的位置改變布拉格峰的強(qiáng)度。因?yàn)榱Ｗ又委熓抢鄯e的，所以所得的劑量可以相加以獲取大致均勻的劑量。例如，參照?qǐng)D18，在點(diǎn)901處的劑量是布拉格曲線903上的點(diǎn)902處的劑量、布拉格曲線905上的點(diǎn)904處的劑量以及布拉格曲線907上的點(diǎn)906處的劑量的總和。理想地，結(jié)果是從深度908a至深度908b的大致均勻的劑量。這被稱為“延展的布拉格峰”，其沿深度延伸到患者中。
[0115]在某些實(shí)施方式中，用來延展布拉格峰的調(diào)制器裝置是沿著其圓周在不同位置具有不同厚度的結(jié)構(gòu)，比如調(diào)制器輪。因此，調(diào)制器輪可在粒子束的路徑中并且相對(duì)于其旋轉(zhuǎn)，以便向特定的深度和區(qū)域提供適量的粒子治療。
[0116]圖19示出了示例性調(diào)制器輪910的透視圖，圖20示出了調(diào)制器輪910的俯視圖。如在這些圖中所示，調(diào)制器輪910具有許多臺(tái)階911，每個(gè)臺(tái)階具有不同的厚度(例如，從零或大致為零厚度變化至厘米數(shù)量級(jí)或以上的厚度)。這些厚度用來改變相應(yīng)布拉格峰的深度。例如，最小量的厚度產(chǎn)生具有最大深度的布拉格峰，最大量的厚度產(chǎn)生具有最小深度的布拉格峰等等。如圖20所示，各個(gè)臺(tái)階的角度(例如，912、913等)也變化，導(dǎo)致這些臺(tái)階中的至少一些(在某些情況下是所有臺(tái)階)的圓周長(zhǎng)度不同。每個(gè)臺(tái)階的角度調(diào)整相應(yīng)的布拉格峰在患者內(nèi)對(duì)向(subtend)的程度。例如，具有最大強(qiáng)度的布拉格峰(例如，圖18的布拉格峰900)是對(duì)向最多的那個(gè)布拉格峰。因此，其相應(yīng)的臺(tái)階914具有最大的角度范圍。具有其次最大強(qiáng)度的布拉格峰(例如，圖18的布拉格峰904)是對(duì)向其次最多的布拉格峰。因此，其相應(yīng)的臺(tái)階915具有其次最大的角度范圍；等等。
[0117]調(diào)制器輪可以具有恒定、基本恒定或可變的旋轉(zhuǎn)，以便為處方提供適當(dāng)?shù)牟祭穹逖诱?。在某些?shí)施方式中，粒子治療系統(tǒng)可以包括圖27和28所示類型的一個(gè)以上的調(diào)制器輪。這些調(diào)制器輪可以由調(diào)制器輪控制系統(tǒng)(圖15中的1518)切入或切出束路徑，以便在特定患者深度處實(shí)現(xiàn)所期望的粒子束劑量。例如，第一調(diào)制器輪可用于第一深度或深度范圍(例如，I Ocm至15cm);第二調(diào)制器輪可用于第二深度或深度范圍(例如，15cm至20cm);第三調(diào)制器輪可用于第三深度或深度范圍(例如，20cm至25cm);等等。在某些實(shí)施方式中，可能有十二個(gè)調(diào)制器輪，其中的每個(gè)可被校準(zhǔn)用于不同的深度范圍；然而，在其它實(shí)施方式中，可以使用多于或少于十二個(gè)調(diào)制器輪。治療深度還取決于粒子束強(qiáng)度，其是離子(或粒子)源脈沖寬度的函數(shù)，如下文所述。
[0118]調(diào)制器輪可被設(shè)計(jì)成從最大深度至患者的表面(例如，至患者皮膚的外層)提供均勻延展的布拉格峰。為了定制劑量深度，可以“關(guān)斷”不期望位置中(例如，圖18中的區(qū)域917中)的布拉格峰。這可以通過在調(diào)制器輪的每個(gè)旋轉(zhuǎn)期間的適當(dāng)時(shí)間關(guān)斷RF源、關(guān)斷粒子源或關(guān)斷這兩者而完成。
[0119]粒子源脈沖寬度還對(duì)延展的布拉格峰均勻性具有影響。作為背景，粒子源被間歇地(例如周期性地)激活的時(shí)間的量是變化的，從而為不同的時(shí)間周期提供等離子體柱，并且使得能夠提取不同數(shù)量的粒子。例如，如果脈沖寬度增加，則所提取的粒子的數(shù)量增加，如果脈沖寬度減小，則所提取的粒子的數(shù)量減小。在某些實(shí)施方式中，在粒子源接通的時(shí)間與粒子束的強(qiáng)度之間存在線性關(guān)系。例如，該關(guān)系可以是一對(duì)一加偏移。在示例性實(shí)施方式中，粒子源可以在約135MHz的最大頻率與約95MHz或90MHz的最小頻率之間的頻率掃掠期間發(fā)生的頻率窗內(nèi)加脈沖。例如，粒子源可以在132MHz與131MHz之間加脈沖達(dá)一時(shí)間周期。在實(shí)施方式中，該時(shí)間周期是約40ys;然而，這些值在其它實(shí)施方式中可以變化或者是不同的。沒有在頻率窗外對(duì)粒子源加脈沖可能抑制從等離子體柱提取粒子。
[0120]圖21是表示從最大頻率(例如，135MHz)至最小頻率(例如，90MHz或95MHz)隨時(shí)間變化的諧振腔中的電壓掃掠的圖表。在該示例中，提取窗920出現(xiàn)在132MHz與131MHz之間?？梢愿淖?例如，通過控制粒子源的“開通”時(shí)間)脈沖921的寬度(粒子源脈沖寬度)來控制由粒子加速器輸出的粒子束的強(qiáng)度。
[0121]可以調(diào)整粒子源脈沖寬度，以便實(shí)現(xiàn)延展的布拉格峰的大致均勻性。在這方面，各種因素(比如粒子束強(qiáng)度)可能有助于布拉格峰穿透患者的深度。所選擇的調(diào)制器輪可以對(duì)于不同深度產(chǎn)生不同的布拉格曲線。例如，圖22示出了對(duì)于三個(gè)不同深度的布拉格曲線。布拉格曲線950是用于調(diào)制器輪的標(biāo)稱(或預(yù)定義)深度；布拉格曲線951是用于調(diào)制器輪的最大深度；布拉格曲線952是用于調(diào)制器輪的最小深度。理想地，不管深度如何，延展的布拉格峰都應(yīng)大約處于標(biāo)稱水平。
[0122]如圖22所示，布拉格曲線951和952具有傾斜的延展的布拉格峰。對(duì)于布拉格曲線952來說，斜率為正；對(duì)于布拉格曲線951來說，斜率為負(fù)。為了更緊密地接近在點(diǎn)b的標(biāo)稱布拉格峰水平，在點(diǎn)a增加粒子束的強(qiáng)度(以將點(diǎn)a的布拉格峰抬高至點(diǎn)b的水平)，并且在點(diǎn)c減小粒子束的強(qiáng)度(以將點(diǎn)c的布拉格峰降低至點(diǎn)b的水平)。還在a和c之前的點(diǎn)調(diào)整粒子束的強(qiáng)度，以或抬高或降低在這些點(diǎn)的布拉格峰，使得它們至少在某種程度上與標(biāo)稱布拉格峰的相應(yīng)水平一致?？梢酝ㄟ^改變粒子源脈沖寬度來改變粒子束的強(qiáng)度。然而，沿著布拉格曲線951、952的不同點(diǎn)需要不同的調(diào)整量，以便接近曲線950的標(biāo)稱延展的布拉格曲線。因此，在每個(gè)例子中，脈沖寬度可以基于調(diào)制器輪的旋轉(zhuǎn)而變化。例如，在點(diǎn)a處，當(dāng)調(diào)制器輪撞擊粒子束時(shí)，脈沖寬度可能增加得比沿著布拉格曲線951在a之前的點(diǎn)處更多。類似地，在點(diǎn)c處，當(dāng)調(diào)制器輪撞擊粒子束時(shí)，脈沖寬度可能減小得比沿著布拉格曲線952在c之前的點(diǎn)處更多。例如，圖23是針對(duì)布拉格曲線950、951以及952示出調(diào)制器輪的脈沖寬度與旋轉(zhuǎn)角度之間的關(guān)系的曲線圖。各個(gè)值已被省略，因?yàn)樗鼈兪乔闆r特定的。
[0123]可以通過在布拉格峰的開始及結(jié)束獲得適當(dāng)?shù)拿}沖寬度并且線性插入它們兩個(gè)之間以獲得其間的變化來確定脈沖寬度的變化。還可以使用其它方法，如下文所述。為了增加或減少總體劑量，可以通過特定因子來增加或減少所有的脈沖寬度。
[0124]如上文所述，調(diào)制器輪可以切入或切出束路徑。在示例中，調(diào)制器輪控制系統(tǒng)(圖15中的1518)可以包括一個(gè)或多個(gè)電機(jī)以及調(diào)制器輪架。示例性慢速I/O模塊1510可以將機(jī)器指令發(fā)送到電機(jī)控制器1530，這取決于哪個(gè)調(diào)制器輪是適當(dāng)?shù)?例如，基于所翻譯的處方)。每個(gè)電機(jī)控制器1530可以控制電機(jī)。例如，一電機(jī)可以使調(diào)制器輪架邊對(duì)邊地移動(dòng)直至所選擇的調(diào)制器輪處于適當(dāng)位置，且另一電機(jī)可使調(diào)制器輪移入或移出束路徑。在其它實(shí)施方式中，調(diào)制器輪架可以在束路徑下方，適當(dāng)?shù)恼{(diào)制器輪可以定位成接近束路徑，并且此后由另一電機(jī)移動(dòng)到束路徑中。
[0125]返回參照?qǐng)D15，快速I/O模塊1522可以用來控制粒子加速器的需要相對(duì)快速傳輸?shù)牟考?例如，粒子源1524和RF電壓源)?？焖買/O模塊可以包括用于與MCC 1508的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)1508a通信的微處理器1522a和用于將信息發(fā)送至/接收自粒子加速器部件的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA) 1522b。調(diào)制器輪通