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)來進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，可以考慮通過改變出射的線束能量(beam energy)而對照射線束(irradiat1n beam)的體內(nèi)射程進行調(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，但會新產(chǎn)生圓形加速器自身變大的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，本發(fā)明的實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，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]為了達成上述目的，本實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；每當上述線束入射就改變上述線束相對于上述回旋軌道中心的位置的入射軌道調(diào)整用電磁鐵；當線束出射時調(diào)整勵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；每當上述線束入射則改變上述線束相對于上述回旋軌道中心的位置的入射軌道調(diào)整用電磁鐵；當線束出射時調(diào)整勵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；每當上述線束入射則改變上述線束相對于上述回旋軌道中心的位置的入射軌道調(diào)整用電磁鐵；當線束出射時調(diào)整勵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；該前級加速器配置在上述圓形加速器的內(nèi)側(cè)，對上述入射用偏轉(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象照射。
[0011]此外，本實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；每當上述線束入射則改變上述線束相對于上述回旋軌道中心的位置的入射軌道調(diào)整用電磁鐵；當線束出射時調(diào)整勵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；該前級加速器配置在上述圓形加速器的外側(cè)，對上述入射用偏轉(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象照射。
[0012]根據(jù)本實施方式，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，將范圍廣的能量下的線束穩(wěn)定出射。
【附圖說明】
[0013]圖1是表示第I實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)入射帶來的多旋轉(zhuǎn)入射的說明圖。
[0015]圖3是對于圖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實施方式的概略平面圖。
【具體實施方式】
[0020]以下，參照附圖對圓形加速器以及粒子線治療裝置的實施方式進行說明。
[0021](第I實施方式)
[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實施方式的概略平面圖。
[0023]如圖1所示，本實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個偏轉(zhuǎn)電磁鐵2、6個四極電磁鐵3、2個六極電磁鐵4、作為入射軌道調(diào)整用電磁鐵的2個調(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，激勵帶電粒子束的電子回旋加速振動(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調(diào)整它們的勵磁量、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，按入射的每個定時使帶電粒子束向相對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個調(diào)整用電磁鐵5之間，使由后述的前級加速器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的裝置。
[0027]控制裝置14由未圖示的計算機、存儲裝置、各種電源電路等電路構(gòu)成?？刂蒲b置14對全部的四極電磁鐵3以及全部的六極電磁鐵4的勵磁量進行控制，在帶電粒子束出射時調(diào)整勵磁量。
[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，省略其他的線。