ビーム制御装置、粒子線照射装置、およびこれらの制御方法
【課題】低コストで、線量の揺らぎが防止され設定量の線量が得られるビーム制御装置、粒子線照射装置、およびこれらの制御方法を提供する。
【解決手段】本発明のビーム制御装置は、シンクロトロン２を備え、シンクロトロン２からのベータトロン振動の共鳴を用いた粒子線ビームの取り出しを行うためのビーム制御装置１であって、シンクロトロン２内の粒子線ビームのセパラトリクス生成のための共鳴の次数に対応した多極電磁石６と、多極電磁石６の磁場強度を、生成したセパラトリクス面積を所望の大きさに保ちながら、高く制御することによって、前記粒子線ビームのビームスピルリップルを所定量以下に低減するビーム制御手段とを備えている。
【解決手段】本発明のビーム制御装置は、シンクロトロン２を備え、シンクロトロン２からのベータトロン振動の共鳴を用いた粒子線ビームの取り出しを行うためのビーム制御装置１であって、シンクロトロン２内の粒子線ビームのセパラトリクス生成のための共鳴の次数に対応した多極電磁石６と、多極電磁石６の磁場強度を、生成したセパラトリクス面積を所望の大きさに保ちながら、高く制御することによって、前記粒子線ビームのビームスピルリップルを所定量以下に低減するビーム制御手段とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速器科学に係り、より詳細には所望量の線量が得られるビーム制御装置、粒子線照射装置、およびこれらの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、粒子線がん治療においては、シンクロトロン内に設置されているＲＦ−ＫＯ電極に印加するＲＦ−ＫＯ電圧を、調整することにより、シンクロトロンから取り出される出射ビーム強度を制御している(特許文献１)。
シンクロトロンにおける電磁石には、商用周波数に起因した周波数がその整流等の過程により電源リップルとして現れる。例えば、シンクロトロンから何周かする間に分けて取り出すビームの遅い取り出し(非特許文献１)によるビームスピルには、商用周波数と等しい５０Ｈｚまたは６０Ｈｚとその倍数の周波数リップルが現れる。
【０００３】
シンクロトロンのリング内の電磁石の電源リップルによる磁場の揺れが、ベータトロン振動の共鳴の次数に対応した多極磁場の摂動により生成されるセパラトリクス面積の変化を引き起こす。そのため、セパラトリクス近傍に存在する粒子は、そのセパラトリクス面積の縮小によって共鳴領域に取り出される。
【０００４】
図９は、従来の電源リップルによって位相空間上のセパラトリクス面積Ｓが大きく変動している様子を表す図である。ここで、Ｘ´とは、ビームの進行方向をＹとしたときのｄＸ／ｄＹであり、ビーム進行方向に対する粒子の角度である。
図９に示すように、セパラトリクス面積Ｓの変化である面積増加ΔＳ１や、面積減少ΔＳ２が電源リップル周波数に応じて起こるため、結果として、シンクロトロンからの出射ビームにも電源リップル周波数成分が現れるのである。セパラトリクスｓの近傍の斜線部に存在する粒子は、セパラトリクス面積Ｓの変化(面積増加ΔＳ１、面積減少ΔＳ２)によって共鳴領域に取り出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１９８３９７号公報
【特許文献２】特開平８−２０３７００号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】E. Wilson, “Non-Linearities and Resonances”, CERN 94-01 v 1 (1994) pp. 239.
【非特許文献２】Takuji Furukawa, et al., “Design study of a raster scanning system for movingtarget irradiation in heavy-ion radiotherapy”, Medical Physics 34 (2007) pp.1085-1097.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、粒子線治療のスキャニング照射(非特許文献２)などでは、一定の出射ビーム強度（照射線量率）が求められる。
そのため、大きなビームスピルリップルは線量制御外のスポット移動中での治療計画外超過線量付与を生むため可能な限り避けられるべきである。
そこで、特許文献２には、シンクロトロン内電磁石の電源リップルが原因であるビームスピルリップルを抑えるために、四極電磁石の電流パターンに電源リップルの影響を打ち消す効果がある高周波成分を、取り出し区間のみ重畳して摂動する方法が記載されている。
【０００８】
具体的には、特許文献２は、シンクロトロンのリング内電磁石の電源リップルの影響を打ち消すように四極電磁石電源に摂動を加える。
しかし、この方法ではシステムとして複雑であり、また、僅かなリップルの周波数、位相のずれにも弱いという欠点がある。また、実用化するためには日々毎に、それら電流パターンの洞察が必要であるという問題もある。
本発明は上記実状に鑑み、低コストで、線量の揺らぎが防止され設定量の線量が得られるビーム制御装置、粒子線照射装置、およびこれらの制御方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく、第１の本発明に関わるビーム制御装置は、シンクロトロンを備え、前記シンクロトロンからのベータトロン振動の共鳴を用いた粒子線ビームの取り出しを行うためのビーム制御装置であって、前記シンクロトロン内の粒子線ビームのセパラトリクス生成のための共鳴の次数に対応した多極電磁石と、前記多極電磁石の磁場強度を、前記生成したセパラトリクス面積を所望の大きさに保ちながら、高く制御することによって、前記粒子線ビームのビームスピルリップルを所定量以下に低減するビーム制御手段とを備えている。
【００１０】
第２の本発明に関わる粒子線照射装置は、第１の本発明のビーム制御装置を備えている。
【００１１】
第３の本発明に関わるビーム制御装置の制御方法は、シンクロトロンと該シンクロトロン内の粒子線ビームを制御する機器の制御を担うビーム制御手段とを備え、前記シンクロトロンからのベータトロン振動の共鳴を用いた粒子線ビームの取り出しを行うためのビーム制御装置の制御方法であって、前記ビーム制御手段は、前記シンクロトロン内の粒子線ビームのセパラトリクス生成のための共鳴の次数に対応した多極電磁石の磁場強度を、セパラトリクス面積を所望の大きさに保ちながら、高く制御することによって、前記粒子線ビームのビームスピルリップルを所定量以下に低減している。
【００１２】
第４の本発明に関わる粒子線照射装置の制御方法は、第３の本発明のビーム制御装置の制御方法を行う粒子線照射装置の制御方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低コストで、線量の揺らぎが防止され設定量の線量が得られるビーム制御装置、粒子線照射装置、およびこれらの制御方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に関わる実施形態の粒子線照射装置におけるビーム制御装置のシンクロトロンと出射輸送ラインを示す図である。
【図２】本実施形態を実施する場合のブロック図である。
【図３】セパラトリクス面積がＳ１からＳ２に縮小することを示す図である。
【図４】線形ベータトロン振動数と共鳴条件ｎ／３（ｎは３の倍数を除く自然数）との差の絶対値を一定にした場合のセパラトリクス生成用六極電磁石の六極磁場強度とセパラトリクス面積の変化の関係を示す図である。
【図５】セパラトリクス面積がＳ２からＳ３に拡大することを示す図である。
【図６】線形ベータトロン振動数と共鳴条件ｎ／３（ｎは３の倍数を除く自然数）との差の絶対値を上昇させた場合のセパラトリクス生成用六極電磁石の六極磁場強度とセパラトリクス面積の変化の関係を示す図である。
【図７】べータトロン振動の三次共鳴による遅い取り出しの手順を示すフロー図である。
【図８】べータトロン振動の三次共鳴による遅い取り出しを実施したことによる効果を示す図である。
【図９】従来の電源リップルによって位相空間上のセパラトリクス面積が大きく変動している様子を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１に、実施形態の粒子線照射装置Ｒにおけるビーム制御装置１のシンクロトロン２と出射輸送ライン１９を示す。実際の粒子線照射装置Ｒには、図１に示す機器に加え、シンクロトロン２への入射ラインやＲＦ(Radio Frequancy)加速空洞などがあるが、図１では割愛している。
【００１６】
＜粒子線照射装置Ｒ＞
粒子線照射装置Ｒは、炭素イオン等の粒子線をスキャニング照射等で対象の患部に所定線量照射する装置である。
粒子線照射装置Ｒは、シンクロトロン２内の粒子線のビームを制御するビーム制御装置１を備えている。
【００１７】
＜粒子線照射装置Ｒにおけるビーム制御装置１のシンクロトロン２＞
ビーム制御装置１のシンクロトロン２は、加速高周波の周期を粒子回転周期に同期させることにより、炭素の原子核等の荷電粒子を高エネルギまで加速する環状の装置である。シンクロトロン２は「加速器」に相当する。
【００１８】
シンクロトロン２は、主要構成機器として、シンクロトロン２内を進む粒子線のビームを周回軌道に保つための偏向電磁石３と、周回軌道上における粒子線のビームの広がりを収束させる収束用四極電磁石４と、当該ビームの広がりを発散させる発散用四極電磁石５と、ベータトロン振動の三次共鳴を励起し、位相空間上で安定周回領域と共鳴領域を分割・形成するセパラトリクス生成用六極電磁石６と、照射量をモニタするシンクロトロン２のリング内のビームプロファイルモニタ７および出射輸送ライン１９のビームプロファイルモニタ８と、粒子線のビームを出射輸送ライン１９に向けて出射するためのデフレクタ電極９を備えている。なお、セパラトリクスとは、安定周回領域と共鳴領域の間のことである。
【００１９】
粒子線照射装置Ｒの制御は、図示しない制御手段によって行われる。粒子線照射装置Ｒの制御手段は、ビーム制御装置１の粒子線のビームを制御する機器の制御を担うビーム制御手段を有している。
制御手段、ビーム制御手段は、コンピュータ、回路等で構成される。
【００２０】
＜シンクロトロン２からの粒子線の取り出し＞
図１に示すシンクロトロン２内の周回軌道を周回している多数の粒子は、水平方向(図１の紙面に平行方向：Ｘ軸方向)又は鉛直方向(図１の紙面に垂直方向：Ｚ軸方向)に振動しながら周回している。この振動をベータトロン振動といい、ベータトロン振動は、収束用四極電磁石４、発散用四極電磁石５などにより制御することができる。なお、Ｙ軸方向とは、シンクロトロン２内を粒子線のビームが進行する方向(シンクロトロン２内の周回の接線方向)とし、Ｘ軸方向は水平面におけるＹ軸方向に垂直な方向とする。
【００２１】
これら粒子がＲＦ加速空洞(図示せず)によって加速され最大エネルギに達した後、シンクロトロン２内で周回している多数の粒子の一部を、粒子線のビームにＲＦ−ＫＯ電極(図示せず)でＲＦ−ＫＯ電圧による電場を印加することにより、デフレクタ電極９を用いて、治療室(照射室)において照射対象に取り出した粒子線を照射する照射装置(図示せず)に続く出射輸送ライン１９へ向けて出射する。
具体的には、シンクロトロン２内の粒子線のビームをシンクロトロン２外の照射装置に続く出射輸送ライン１９に向けて取り出すため、シンクロトロン２内の中心付近に分布する粒子線のビームに、周回軌道に対し垂直かつ水平方向にＲＦ−ＫＯ電極で挟んでＲＦ−ＫＯ電圧による電場を印加し、粒子線のビームサイズを水平方向に広げる。この粒子の出射は、シンクロトロン２内の周回軌道を進む粒子のベータトロン振動の共鳴を利用して行われる。
【００２２】
詳細には、ＲＦ−ＫＯ電極は、出射輸送ライン１９への取り出し前のシンクロトロン２の周回軌道を加速されて進むビームに対して、周回軌道に垂直かつ水平方向(図１の紙面に平行方向)に、ベータトロン振動に共鳴する周波数変調および振幅変調されたＲＦ−ＫＯ電圧による電場を印加し、周回軌道を進む粒子線のビームの幅を広げることにより、粒子線のビームの一部をデフレクタ電極９の２枚の電極の中に入れる。デフレクタ電極９の２枚の電極の中にビームが入ると、デフレクタ電極９内の電場によって、粒子線のビームは外側に蹴りだされ、出射輸送ライン１９に向けて取り出されていく。
なお、ＲＦ−ＫＯ電圧がオフのときには、この粒子のビームサイズの増加が止まるために、粒子線のビームがデフレクタ電極９から取り出されなくなるので、照射を止めることが可能となる。
【００２３】
ここで、図９に示すセパラトリクスｓの面積であるセパラトリクス面積Ｓの変化を抑制する。そのため、セパラトリクス面積Ｓを保ちながら、シンクロトロン２を周回する振動であるベータトロン振動の三次共鳴による粒子線の遅い取り出しにおいてセパラトリクス生成に用いられる共鳴の次数に対応した多極電磁石のセパラトリクス生成用六極電磁石６の磁場強度を高くなるようにビーム制御手段で制御する。
【００２４】
これにより、従来と同量の電源リップルと比較して、セパラトリクス面積Ｓの変化(図９の面積増加ΔＳ１、面積減少ΔＳ２)を小さくする。しかし、セパラトリクス生成用六極電磁石６の磁場強度を高くした場合、セパラトリクス面積Ｓが小さくなる。
そこで、セパラトリクス面積Ｓを所定の大きさに保つため、セパラトリクス生成用六極電磁石６の磁場強度の増加に合わせて、ビーム制御手段により、収束用四極電磁石４と発散用四極電磁石５とのうちの少なくとも何れかの励磁量を変更して線形成分でのベータトロン振動数をｍ次(ｍはセパラトリクスｓ(図３参照)が何角形かに相当)の共鳴条件ｎ／ｍ（ｎはｍの倍数を除く自然数）から離し、安定領域のセパラトリクス面積Ｓが大きくなるようにしている。
【００２５】
例えば、ビーム制御手段により、収束用四極電磁石４の励磁量を上げて線形成分でのベータトロン振動数をｍ次の共鳴条件ｎ／ｍから離し、安定領域のセパラトリクス面積Ｓを大きくする。
このように、粒子線のビームのセパラトリクス面積Ｓの変化(図９の面積増加ΔＳ１、面積減少ΔＳ２)を抑えることにより、それまでセパラトリクス面積Ｓの縮小により共鳴領域に取り出されていた粒子数(図９の面積増加ΔＳ１、面積減少ΔＳ２における粒子数)を減らすことができ、結果として、電源リップルによるビームスピルリップルを低減することができる。
【００２６】
＜ビーム制御装置１のシンクロトロン２からの粒子線の遅い取り出しの作用(現象)＞
図２では、べータトロン振動の三次共鳴による粒子線の遅い取り出しを例にとり、本実施形態を実施する場合のブロック図を示す。
図３は、セパラトリクスｓのセパラトリクス面積ＳがＳ１からＳ２に縮小することを示す図である。ここで、Ｘ´とは、ビームの進行方向をＹとしたときのｄＸ／ｄＹであり、ビーム進行方向に対する粒子の角度である。なお、後記の図５、図８も同様である。
図２の(１)で、シンクロトロン２内のセパラトリクス生成用六極電磁石６(図１参照)の磁場強度のみをビーム制御手段で上げると、図３に示すように、セパラトリクスｓのセパラトリクス面積ＳがＳ１(図３の破線で示す)からＳ２(図３の実線で示す)に縮小してしまう。
【００２７】
図４は、線形ベータトロン振動数を一定にした場合のセパラトリクス生成用六極電磁石６の六極磁場強度とセパラトリクス面積Ｓの変化の関係を示す図である。図４は、横軸にセパラトリクス生成用六極電磁石６の六極磁場強度をとり、縦軸にセパラトリクス面積Ｓ、線形ベータトロン振動数と共鳴条件ｎ／３（ｎは３の倍数を除く自然数）との差の絶対値をとっている。
図４に示すように、線形ベータトロン振動数を一定にし、セパラトリクス生成用六極電磁石６の六極磁場強度をビーム制御手段により上げた場合、セパラトリクス面積Ｓが減少することが分る。
【００２８】
そのため、図２の(２)で、シンクロトロン２のリング内にあるビームプロファイルモニタ７、または、出射輸送ライン１９にあるビームプロファイルモニタ８のどちらかないしは両方を用いて線量を測定する。
そして、図２の(３)で、測定する線量が所定量となるセパラトリクス面積Ｓを保つように、収束用四極電磁石４と発散用四極電磁石５とのうちの少なくとも何れかの励磁量をビーム制御手段で変更して、線形ベータトロン振動数を共鳴条件ｎ／３（ｎは３の倍数を除く自然数）から離すことにより、図５に示すように、セパラトリクス面積Ｓ２をセパラトリクス面積Ｓ３に拡大する。図５は、セパラトリクスｓのセパラトリクス面積ＳがＳ２からＳ３に拡大することを示す図である。
【００２９】
その後、図２の(４)で、線量の揺らぎを測定し、線量の揺らぎが所定量を超える場合、図２の(１)に移行する。
ビーム制御手段により、シンクロトロン２内の粒子線のビームの線量の揺らぎが所定量以内、かつ、セパラトリクス面積Ｓが所望の大きさになるまで、図２に示す制御が行われる。
図６は、線形ベータトロン振動数と共鳴条件ｎ／３（ｎは３の倍数を除く自然数）との差の絶対値を上昇させた場合のセパラトリクス生成用六極電磁石６の六極磁場強度とセパラトリクス面積Ｓの変化の関係を示す図である。図６は、横軸にセパラトリクス生成用六極電磁石６の六極磁場強度をとり、縦軸にセパラトリクス面積Ｓ、は線形ベータトロン振動数と共鳴条件ｎ／３（ｎは３の倍数を除く自然数）との差の絶対値をとっている。
【００３０】
図６に示すように、線形ベータトロン振動数と共鳴条件ｎ／３（ｎは３の倍数を除く自然数）との差の絶対値を上昇させた場合、セパラトリクス生成用六極電磁石６の六極磁場強度をビーム制御手段で上げても、セパラトリクス面積Ｓの大きさが維持されることが分かる。
上述の現象を定性的に説明する。
粒子線のビームのセパラトリクスｓは、粒子線のビームがシンクロトロン２を周回する際の線形ベータトロン振動数と共鳴条件ｎ／ｍとの差の絶対値が大きいほど、セパラトリクス面積Ｓ(図８参照)が大きくなる。また、摂動として用いられるセパラトリクス生成用六極電磁石６の多極磁場強度が大きいほど、セパラトリクス面積Ｓ(図８参照)が小さくなる。商用周波数(５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ)の電源リップルは、線形ベータトロン振動数とセパラトリクス生成用六極電磁石６の多極磁場強度を変化させてしまうので、セパラトリクス面積Ｓも変化してしまう。
【００３１】
そこで、セパラトリクス面積Ｓを保ったまま、線形ベータトロン振動数と共鳴条件ｎ／ｍとの差の絶対値（Ａ）とセパラトリクス生成用六極電磁石６の多極磁場強度（Ｂ）とのどちらも大きくしている状態の方が、同じ量だけ電源リップルにより線形ベータトロン振動数と共鳴条件ｎ／ｍとの差の絶対値（Ａ）とセパラトリクス生成用六極電磁石６の多極磁場強度（Ｂ）が変化（変化分ΔＡ、ΔＢ）しても、ΔＡ／Ａ、ΔＢ／Ｂ がそれぞれ小さくなるので電源リップルの影響を小さくできる。
【００３２】
＜べータトロン振動の三次共鳴による遅い取り出しの手順＞
次に、べータトロン振動の三次共鳴による遅い取り出しの手順について、図７に従って説明する。図７は、べータトロン振動の三次共鳴による遅い取り出しの手順を示すフロー図である。
なお、以下のビーム制御装置１の制御は、前記したビーム制御手段によって行われる。また、以下のフローでは、粒子線のビームの揺らぎを所定量内にし、かつ、粒子線のビームのセパラトリクス面積Ｓを所定の大きさにする制御を説明する。
【００３３】
まず、図７のＳ１０１で、所望の線量になるようにセパラトリクス生成用六極電磁石６の磁場強度を設定する。続いて、図１に示すシンクロトロン２のリング内にあるビームプロファイルモニタ７、または、出射輸送ライン１９にあるビームプロファイルモニタ８のどちらかないしは両方を用いて線量を測定する(Ｓ１０２)。そして、測定した線量を基に、セパラトリクス面積Ｓを演算する(Ｓ１０３)。
【００３４】
続いて、測定した粒子線のビームの線量の電源リップル周波数成分等による揺らぎが所定量内、かつ、セパラトリクス面積Ｓが所定の大きさか否か判定する(Ｓ１０４)。
測定した粒子線のビームの線量の揺らぎが所定量内、かつ、セパラトリクス面積Ｓが所定の大きさの場合(Ｓ１０４でＹes)、終了する。
測定した粒子線のビームの線量の揺らぎが所定量内、かつ、セパラトリクス面積Ｓが所定の大きさでない場合(Ｓ１０４でＮo)、Ｓ１０５で、測定した粒子線のビームの線量の揺らぎ(図９のセパラトリクスｓの面積増加ΔＳ１、面積減少ΔＳ２)が所定量内であるか否か判定する(Ｓ１０５)。
【００３５】
測定した粒子線のビームの線量の揺らぎが所定量内でない場合(Ｓ１０５でＮo)、セパラトリクス生成用六極電磁石６の磁場強度を増加させる。これにより、図３に示すように、セパラトリクスｓのセパラトリクス面積ＳがＳ１からＳ２に縮小する(Ｓ１０６)。その後、Ｓ１０２に移行する。
【００３６】
一方、Ｓ１０５で、測定した粒子線のビームの線量の揺らぎが所定量内であると判定された場合(Ｓ１０５でＹes)、セパラトリクス面積Ｓが所定の大きさでないので、収束用四極電磁石４または発散用四極電磁石５のうちの少なくとも何れかの励磁量を変更してセパラトリクス面積Ｓが所定の大きさになるように調整する。例えば、セパラトリクス面積Ｓが所望の大きさより小さい場合、線形ベータトロン振動数を共鳴条件ｎ／３（ｎは３の倍数を除く自然数）から離すことにより、図５に示すように、セパラトリクス面積Ｓ２をセパラトリクス面積Ｓ３に拡大する。その後、Ｓ１０２に移行する。
以上が、図７に示すべータトロン振動の三次共鳴による遅い取り出しの手順である。
【００３７】
図８に、上述のべータトロン振動の三次共鳴による遅い取り出しを実施したことによる効果を示す。
図８に示すように、従来の図９に示す同量の電源リップル(図９のセパラトリクス面積Ｓの面積増加ΔＳ１、面積減少ΔＳ２に相当)に対して、セパラトリクス面積Ｓの変動量が小さくなる。そのため、セパラトリクス面積Ｓの変化によって共鳴領域に取り出される粒子が存在する領域(図９の破線で囲まれた領域ΔＳ１、ΔＳ２)を小さくできる。その結果、出射されるビームスピルリップルに現れる電源リップル周波数成分を抑えることができる。
【００３８】
上記構成によれば、リング内電磁石の電源リップルによるビームヘの影響自体を、電源に摂動等を加えること無しに抑えられ、コストが低い。
また、粒子線治療のスキャニング照射などで求められるような、低リップルで一定の出射ビーム強度（照射線量率）が供給可能となる。さらに、日々の電流パターンの調整も不要であり、再現性が高く、実用的に非常に優れている。
【００３９】
なお、前記実施形態では、ベータトロン振動の三次共鳴と六極電磁石を用いた粒子線の遅い取り出しを例示したが、ベータトロン振動の二次共鳴と八極電磁石、または、四次共鳴と八極電磁石など、共鳴の次数に対応していれば、別の多極電磁石との組み合わせでもよい。
【００４０】
また、本発明は、ＲＦ−ＫＯ電極を用いた遅い取り出しに限るものでない。例えば、四重極電磁石励磁電流変更によるベータトロン振動数制御を用いたビーム強度制御装置(ビーム制御装置)、及びビームエネルギ変更によるベータトロン振動数制御手法を用いたビーム強度制御装置(ビーム制御装置)であってもよい。または、ビームエネルギを変化させることができる誘導加速装置または高周波加速装置などのビーム加速装置(ビーム制御装置)であってもよい。
【００４１】
また、四重極電磁石励磁電流変更によるベータトロン振動数制御手法を用いたビーム強度制御装置(ビーム制御装置)において、四重極電磁石の電源を制御することで、励磁電流を変化させてもよい。四重極電磁石は、一般にシンクロトロン中に複数設けられているが、少なくともその一つを制御することでも効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１ ビーム制御装置
２ シンクロトロン
４ 収束用四極電磁石(収束用電磁石、機器)
５ 発散用四極電磁石(発散用電磁石、機器)
６ セパラトリクス生成用六極電磁石(多極電磁石、機器)
Ｒ 粒子線照射装置
ｓ セパラトリクス
Ｓ セパラトリクス面積
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速器科学に係り、より詳細には所望量の線量が得られるビーム制御装置、粒子線照射装置、およびこれらの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、粒子線がん治療においては、シンクロトロン内に設置されているＲＦ−ＫＯ電極に印加するＲＦ−ＫＯ電圧を、調整することにより、シンクロトロンから取り出される出射ビーム強度を制御している(特許文献１)。
シンクロトロンにおける電磁石には、商用周波数に起因した周波数がその整流等の過程により電源リップルとして現れる。例えば、シンクロトロンから何周かする間に分けて取り出すビームの遅い取り出し(非特許文献１)によるビームスピルには、商用周波数と等しい５０Ｈｚまたは６０Ｈｚとその倍数の周波数リップルが現れる。
【０００３】
シンクロトロンのリング内の電磁石の電源リップルによる磁場の揺れが、ベータトロン振動の共鳴の次数に対応した多極磁場の摂動により生成されるセパラトリクス面積の変化を引き起こす。そのため、セパラトリクス近傍に存在する粒子は、そのセパラトリクス面積の縮小によって共鳴領域に取り出される。
【０００４】
図９は、従来の電源リップルによって位相空間上のセパラトリクス面積Ｓが大きく変動している様子を表す図である。ここで、Ｘ´とは、ビームの進行方向をＹとしたときのｄＸ／ｄＹであり、ビーム進行方向に対する粒子の角度である。
図９に示すように、セパラトリクス面積Ｓの変化である面積増加ΔＳ１や、面積減少ΔＳ２が電源リップル周波数に応じて起こるため、結果として、シンクロトロンからの出射ビームにも電源リップル周波数成分が現れるのである。セパラトリクスｓの近傍の斜線部に存在する粒子は、セパラトリクス面積Ｓの変化(面積増加ΔＳ１、面積減少ΔＳ２)によって共鳴領域に取り出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１９８３９７号公報
【特許文献２】特開平８−２０３７００号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】E. Wilson, “Non-Linearities and Resonances”, CERN 94-01 v 1 (1994) pp. 239.
【非特許文献２】Takuji Furukawa, et al., “Design study of a raster scanning system for movingtarget irradiation in heavy-ion radiotherapy”, Medical Physics 34 (2007) pp.1085-1097.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、粒子線治療のスキャニング照射(非特許文献２)などでは、一定の出射ビーム強度（照射線量率）が求められる。
そのため、大きなビームスピルリップルは線量制御外のスポット移動中での治療計画外超過線量付与を生むため可能な限り避けられるべきである。
そこで、特許文献２には、シンクロトロン内電磁石の電源リップルが原因であるビームスピルリップルを抑えるために、四極電磁石の電流パターンに電源リップルの影響を打ち消す効果がある高周波成分を、取り出し区間のみ重畳して摂動する方法が記載されている。
【０００８】
具体的には、特許文献２は、シンクロトロンのリング内電磁石の電源リップルの影響を打ち消すように四極電磁石電源に摂動を加える。
しかし、この方法ではシステムとして複雑であり、また、僅かなリップルの周波数、位相のずれにも弱いという欠点がある。また、実用化するためには日々毎に、それら電流パターンの洞察が必要であるという問題もある。
本発明は上記実状に鑑み、低コストで、線量の揺らぎが防止され設定量の線量が得られるビーム制御装置、粒子線照射装置、およびこれらの制御方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく、第１の本発明に関わるビーム制御装置は、シンクロトロンを備え、前記シンクロトロンからのベータトロン振動の共鳴を用いた粒子線ビームの取り出しを行うためのビーム制御装置であって、前記シンクロトロン内の粒子線ビームのセパラトリクス生成のための共鳴の次数に対応した多極電磁石と、前記多極電磁石の磁場強度を、前記生成したセパラトリクス面積を所望の大きさに保ちながら、高く制御することによって、前記粒子線ビームのビームスピルリップルを所定量以下に低減するビーム制御手段とを備えている。
【００１０】
第２の本発明に関わる粒子線照射装置は、第１の本発明のビーム制御装置を備えている。
【００１１】
第３の本発明に関わるビーム制御装置の制御方法は、シンクロトロンと該シンクロトロン内の粒子線ビームを制御する機器の制御を担うビーム制御手段とを備え、前記シンクロトロンからのベータトロン振動の共鳴を用いた粒子線ビームの取り出しを行うためのビーム制御装置の制御方法であって、前記ビーム制御手段は、前記シンクロトロン内の粒子線ビームのセパラトリクス生成のための共鳴の次数に対応した多極電磁石の磁場強度を、セパラトリクス面積を所望の大きさに保ちながら、高く制御することによって、前記粒子線ビームのビームスピルリップルを所定量以下に低減している。
【００１２】
第４の本発明に関わる粒子線照射装置の制御方法は、第３の本発明のビーム制御装置の制御方法を行う粒子線照射装置の制御方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低コストで、線量の揺らぎが防止され設定量の線量が得られるビーム制御装置、粒子線照射装置、およびこれらの制御方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に関わる実施形態の粒子線照射装置におけるビーム制御装置のシンクロトロンと出射輸送ラインを示す図である。
【図２】本実施形態を実施する場合のブロック図である。
【図３】セパラトリクス面積がＳ１からＳ２に縮小することを示す図である。
【図４】線形ベータトロン振動数と共鳴条件ｎ／３（ｎは３の倍数を除く自然数）との差の絶対値を一定にした場合のセパラトリクス生成用六極電磁石の六極磁場強度とセパラトリクス面積の変化の関係を示す図である。
【図５】セパラトリクス面積がＳ２からＳ３に拡大することを示す図である。
【図６】線形ベータトロン振動数と共鳴条件ｎ／３（ｎは３の倍数を除く自然数）との差の絶対値を上昇させた場合のセパラトリクス生成用六極電磁石の六極磁場強度とセパラトリクス面積の変化の関係を示す図である。
【図７】べータトロン振動の三次共鳴による遅い取り出しの手順を示すフロー図である。
【図８】べータトロン振動の三次共鳴による遅い取り出しを実施したことによる効果を示す図である。
【図９】従来の電源リップルによって位相空間上のセパラトリクス面積が大きく変動している様子を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１に、実施形態の粒子線照射装置Ｒにおけるビーム制御装置１のシンクロトロン２と出射輸送ライン１９を示す。実際の粒子線照射装置Ｒには、図１に示す機器に加え、シンクロトロン２への入射ラインやＲＦ(Radio Frequancy)加速空洞などがあるが、図１では割愛している。
【００１６】
＜粒子線照射装置Ｒ＞
粒子線照射装置Ｒは、炭素イオン等の粒子線をスキャニング照射等で対象の患部に所定線量照射する装置である。
粒子線照射装置Ｒは、シンクロトロン２内の粒子線のビームを制御するビーム制御装置１を備えている。
【００１７】
＜粒子線照射装置Ｒにおけるビーム制御装置１のシンクロトロン２＞
ビーム制御装置１のシンクロトロン２は、加速高周波の周期を粒子回転周期に同期させることにより、炭素の原子核等の荷電粒子を高エネルギまで加速する環状の装置である。シンクロトロン２は「加速器」に相当する。
【００１８】
シンクロトロン２は、主要構成機器として、シンクロトロン２内を進む粒子線のビームを周回軌道に保つための偏向電磁石３と、周回軌道上における粒子線のビームの広がりを収束させる収束用四極電磁石４と、当該ビームの広がりを発散させる発散用四極電磁石５と、ベータトロン振動の三次共鳴を励起し、位相空間上で安定周回領域と共鳴領域を分割・形成するセパラトリクス生成用六極電磁石６と、照射量をモニタするシンクロトロン２のリング内のビームプロファイルモニタ７および出射輸送ライン１９のビームプロファイルモニタ８と、粒子線のビームを出射輸送ライン１９に向けて出射するためのデフレクタ電極９を備えている。なお、セパラトリクスとは、安定周回領域と共鳴領域の間のことである。
【００１９】
粒子線照射装置Ｒの制御は、図示しない制御手段によって行われる。粒子線照射装置Ｒの制御手段は、ビーム制御装置１の粒子線のビームを制御する機器の制御を担うビーム制御手段を有している。
制御手段、ビーム制御手段は、コンピュータ、回路等で構成される。
【００２０】
＜シンクロトロン２からの粒子線の取り出し＞
図１に示すシンクロトロン２内の周回軌道を周回している多数の粒子は、水平方向(図１の紙面に平行方向：Ｘ軸方向)又は鉛直方向(図１の紙面に垂直方向：Ｚ軸方向)に振動しながら周回している。この振動をベータトロン振動といい、ベータトロン振動は、収束用四極電磁石４、発散用四極電磁石５などにより制御することができる。なお、Ｙ軸方向とは、シンクロトロン２内を粒子線のビームが進行する方向(シンクロトロン２内の周回の接線方向)とし、Ｘ軸方向は水平面におけるＹ軸方向に垂直な方向とする。
【００２１】
これら粒子がＲＦ加速空洞(図示せず)によって加速され最大エネルギに達した後、シンクロトロン２内で周回している多数の粒子の一部を、粒子線のビームにＲＦ−ＫＯ電極(図示せず)でＲＦ−ＫＯ電圧による電場を印加することにより、デフレクタ電極９を用いて、治療室(照射室)において照射対象に取り出した粒子線を照射する照射装置(図示せず)に続く出射輸送ライン１９へ向けて出射する。
具体的には、シンクロトロン２内の粒子線のビームをシンクロトロン２外の照射装置に続く出射輸送ライン１９に向けて取り出すため、シンクロトロン２内の中心付近に分布する粒子線のビームに、周回軌道に対し垂直かつ水平方向にＲＦ−ＫＯ電極で挟んでＲＦ−ＫＯ電圧による電場を印加し、粒子線のビームサイズを水平方向に広げる。この粒子の出射は、シンクロトロン２内の周回軌道を進む粒子のベータトロン振動の共鳴を利用して行われる。
【００２２】
詳細には、ＲＦ−ＫＯ電極は、出射輸送ライン１９への取り出し前のシンクロトロン２の周回軌道を加速されて進むビームに対して、周回軌道に垂直かつ水平方向(図１の紙面に平行方向)に、ベータトロン振動に共鳴する周波数変調および振幅変調されたＲＦ−ＫＯ電圧による電場を印加し、周回軌道を進む粒子線のビームの幅を広げることにより、粒子線のビームの一部をデフレクタ電極９の２枚の電極の中に入れる。デフレクタ電極９の２枚の電極の中にビームが入ると、デフレクタ電極９内の電場によって、粒子線のビームは外側に蹴りだされ、出射輸送ライン１９に向けて取り出されていく。
なお、ＲＦ−ＫＯ電圧がオフのときには、この粒子のビームサイズの増加が止まるために、粒子線のビームがデフレクタ電極９から取り出されなくなるので、照射を止めることが可能となる。
【００２３】
ここで、図９に示すセパラトリクスｓの面積であるセパラトリクス面積Ｓの変化を抑制する。そのため、セパラトリクス面積Ｓを保ちながら、シンクロトロン２を周回する振動であるベータトロン振動の三次共鳴による粒子線の遅い取り出しにおいてセパラトリクス生成に用いられる共鳴の次数に対応した多極電磁石のセパラトリクス生成用六極電磁石６の磁場強度を高くなるようにビーム制御手段で制御する。
【００２４】
これにより、従来と同量の電源リップルと比較して、セパラトリクス面積Ｓの変化(図９の面積増加ΔＳ１、面積減少ΔＳ２)を小さくする。しかし、セパラトリクス生成用六極電磁石６の磁場強度を高くした場合、セパラトリクス面積Ｓが小さくなる。
そこで、セパラトリクス面積Ｓを所定の大きさに保つため、セパラトリクス生成用六極電磁石６の磁場強度の増加に合わせて、ビーム制御手段により、収束用四極電磁石４と発散用四極電磁石５とのうちの少なくとも何れかの励磁量を変更して線形成分でのベータトロン振動数をｍ次(ｍはセパラトリクスｓ(図３参照)が何角形かに相当)の共鳴条件ｎ／ｍ（ｎはｍの倍数を除く自然数）から離し、安定領域のセパラトリクス面積Ｓが大きくなるようにしている。
【００２５】
例えば、ビーム制御手段により、収束用四極電磁石４の励磁量を上げて線形成分でのベータトロン振動数をｍ次の共鳴条件ｎ／ｍから離し、安定領域のセパラトリクス面積Ｓを大きくする。
このように、粒子線のビームのセパラトリクス面積Ｓの変化(図９の面積増加ΔＳ１、面積減少ΔＳ２)を抑えることにより、それまでセパラトリクス面積Ｓの縮小により共鳴領域に取り出されていた粒子数(図９の面積増加ΔＳ１、面積減少ΔＳ２における粒子数)を減らすことができ、結果として、電源リップルによるビームスピルリップルを低減することができる。
【００２６】
＜ビーム制御装置１のシンクロトロン２からの粒子線の遅い取り出しの作用(現象)＞
図２では、べータトロン振動の三次共鳴による粒子線の遅い取り出しを例にとり、本実施形態を実施する場合のブロック図を示す。
図３は、セパラトリクスｓのセパラトリクス面積ＳがＳ１からＳ２に縮小することを示す図である。ここで、Ｘ´とは、ビームの進行方向をＹとしたときのｄＸ／ｄＹであり、ビーム進行方向に対する粒子の角度である。なお、後記の図５、図８も同様である。
図２の(１)で、シンクロトロン２内のセパラトリクス生成用六極電磁石６(図１参照)の磁場強度のみをビーム制御手段で上げると、図３に示すように、セパラトリクスｓのセパラトリクス面積ＳがＳ１(図３の破線で示す)からＳ２(図３の実線で示す)に縮小してしまう。
【００２７】
図４は、線形ベータトロン振動数を一定にした場合のセパラトリクス生成用六極電磁石６の六極磁場強度とセパラトリクス面積Ｓの変化の関係を示す図である。図４は、横軸にセパラトリクス生成用六極電磁石６の六極磁場強度をとり、縦軸にセパラトリクス面積Ｓ、線形ベータトロン振動数と共鳴条件ｎ／３（ｎは３の倍数を除く自然数）との差の絶対値をとっている。
図４に示すように、線形ベータトロン振動数を一定にし、セパラトリクス生成用六極電磁石６の六極磁場強度をビーム制御手段により上げた場合、セパラトリクス面積Ｓが減少することが分る。
【００２８】
そのため、図２の(２)で、シンクロトロン２のリング内にあるビームプロファイルモニタ７、または、出射輸送ライン１９にあるビームプロファイルモニタ８のどちらかないしは両方を用いて線量を測定する。
そして、図２の(３)で、測定する線量が所定量となるセパラトリクス面積Ｓを保つように、収束用四極電磁石４と発散用四極電磁石５とのうちの少なくとも何れかの励磁量をビーム制御手段で変更して、線形ベータトロン振動数を共鳴条件ｎ／３（ｎは３の倍数を除く自然数）から離すことにより、図５に示すように、セパラトリクス面積Ｓ２をセパラトリクス面積Ｓ３に拡大する。図５は、セパラトリクスｓのセパラトリクス面積ＳがＳ２からＳ３に拡大することを示す図である。
【００２９】
その後、図２の(４)で、線量の揺らぎを測定し、線量の揺らぎが所定量を超える場合、図２の(１)に移行する。
ビーム制御手段により、シンクロトロン２内の粒子線のビームの線量の揺らぎが所定量以内、かつ、セパラトリクス面積Ｓが所望の大きさになるまで、図２に示す制御が行われる。
図６は、線形ベータトロン振動数と共鳴条件ｎ／３（ｎは３の倍数を除く自然数）との差の絶対値を上昇させた場合のセパラトリクス生成用六極電磁石６の六極磁場強度とセパラトリクス面積Ｓの変化の関係を示す図である。図６は、横軸にセパラトリクス生成用六極電磁石６の六極磁場強度をとり、縦軸にセパラトリクス面積Ｓ、は線形ベータトロン振動数と共鳴条件ｎ／３（ｎは３の倍数を除く自然数）との差の絶対値をとっている。
【００３０】
図６に示すように、線形ベータトロン振動数と共鳴条件ｎ／３（ｎは３の倍数を除く自然数）との差の絶対値を上昇させた場合、セパラトリクス生成用六極電磁石６の六極磁場強度をビーム制御手段で上げても、セパラトリクス面積Ｓの大きさが維持されることが分かる。
上述の現象を定性的に説明する。
粒子線のビームのセパラトリクスｓは、粒子線のビームがシンクロトロン２を周回する際の線形ベータトロン振動数と共鳴条件ｎ／ｍとの差の絶対値が大きいほど、セパラトリクス面積Ｓ(図８参照)が大きくなる。また、摂動として用いられるセパラトリクス生成用六極電磁石６の多極磁場強度が大きいほど、セパラトリクス面積Ｓ(図８参照)が小さくなる。商用周波数(５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ)の電源リップルは、線形ベータトロン振動数とセパラトリクス生成用六極電磁石６の多極磁場強度を変化させてしまうので、セパラトリクス面積Ｓも変化してしまう。
【００３１】
そこで、セパラトリクス面積Ｓを保ったまま、線形ベータトロン振動数と共鳴条件ｎ／ｍとの差の絶対値（Ａ）とセパラトリクス生成用六極電磁石６の多極磁場強度（Ｂ）とのどちらも大きくしている状態の方が、同じ量だけ電源リップルにより線形ベータトロン振動数と共鳴条件ｎ／ｍとの差の絶対値（Ａ）とセパラトリクス生成用六極電磁石６の多極磁場強度（Ｂ）が変化（変化分ΔＡ、ΔＢ）しても、ΔＡ／Ａ、ΔＢ／Ｂ がそれぞれ小さくなるので電源リップルの影響を小さくできる。
【００３２】
＜べータトロン振動の三次共鳴による遅い取り出しの手順＞
次に、べータトロン振動の三次共鳴による遅い取り出しの手順について、図７に従って説明する。図７は、べータトロン振動の三次共鳴による遅い取り出しの手順を示すフロー図である。
なお、以下のビーム制御装置１の制御は、前記したビーム制御手段によって行われる。また、以下のフローでは、粒子線のビームの揺らぎを所定量内にし、かつ、粒子線のビームのセパラトリクス面積Ｓを所定の大きさにする制御を説明する。
【００３３】
まず、図７のＳ１０１で、所望の線量になるようにセパラトリクス生成用六極電磁石６の磁場強度を設定する。続いて、図１に示すシンクロトロン２のリング内にあるビームプロファイルモニタ７、または、出射輸送ライン１９にあるビームプロファイルモニタ８のどちらかないしは両方を用いて線量を測定する(Ｓ１０２)。そして、測定した線量を基に、セパラトリクス面積Ｓを演算する(Ｓ１０３)。
【００３４】
続いて、測定した粒子線のビームの線量の電源リップル周波数成分等による揺らぎが所定量内、かつ、セパラトリクス面積Ｓが所定の大きさか否か判定する(Ｓ１０４)。
測定した粒子線のビームの線量の揺らぎが所定量内、かつ、セパラトリクス面積Ｓが所定の大きさの場合(Ｓ１０４でＹes)、終了する。
測定した粒子線のビームの線量の揺らぎが所定量内、かつ、セパラトリクス面積Ｓが所定の大きさでない場合(Ｓ１０４でＮo)、Ｓ１０５で、測定した粒子線のビームの線量の揺らぎ(図９のセパラトリクスｓの面積増加ΔＳ１、面積減少ΔＳ２)が所定量内であるか否か判定する(Ｓ１０５)。
【００３５】
測定した粒子線のビームの線量の揺らぎが所定量内でない場合(Ｓ１０５でＮo)、セパラトリクス生成用六極電磁石６の磁場強度を増加させる。これにより、図３に示すように、セパラトリクスｓのセパラトリクス面積ＳがＳ１からＳ２に縮小する(Ｓ１０６)。その後、Ｓ１０２に移行する。
【００３６】
一方、Ｓ１０５で、測定した粒子線のビームの線量の揺らぎが所定量内であると判定された場合(Ｓ１０５でＹes)、セパラトリクス面積Ｓが所定の大きさでないので、収束用四極電磁石４または発散用四極電磁石５のうちの少なくとも何れかの励磁量を変更してセパラトリクス面積Ｓが所定の大きさになるように調整する。例えば、セパラトリクス面積Ｓが所望の大きさより小さい場合、線形ベータトロン振動数を共鳴条件ｎ／３（ｎは３の倍数を除く自然数）から離すことにより、図５に示すように、セパラトリクス面積Ｓ２をセパラトリクス面積Ｓ３に拡大する。その後、Ｓ１０２に移行する。
以上が、図７に示すべータトロン振動の三次共鳴による遅い取り出しの手順である。
【００３７】
図８に、上述のべータトロン振動の三次共鳴による遅い取り出しを実施したことによる効果を示す。
図８に示すように、従来の図９に示す同量の電源リップル(図９のセパラトリクス面積Ｓの面積増加ΔＳ１、面積減少ΔＳ２に相当)に対して、セパラトリクス面積Ｓの変動量が小さくなる。そのため、セパラトリクス面積Ｓの変化によって共鳴領域に取り出される粒子が存在する領域(図９の破線で囲まれた領域ΔＳ１、ΔＳ２)を小さくできる。その結果、出射されるビームスピルリップルに現れる電源リップル周波数成分を抑えることができる。
【００３８】
上記構成によれば、リング内電磁石の電源リップルによるビームヘの影響自体を、電源に摂動等を加えること無しに抑えられ、コストが低い。
また、粒子線治療のスキャニング照射などで求められるような、低リップルで一定の出射ビーム強度（照射線量率）が供給可能となる。さらに、日々の電流パターンの調整も不要であり、再現性が高く、実用的に非常に優れている。
【００３９】
なお、前記実施形態では、ベータトロン振動の三次共鳴と六極電磁石を用いた粒子線の遅い取り出しを例示したが、ベータトロン振動の二次共鳴と八極電磁石、または、四次共鳴と八極電磁石など、共鳴の次数に対応していれば、別の多極電磁石との組み合わせでもよい。
【００４０】
また、本発明は、ＲＦ−ＫＯ電極を用いた遅い取り出しに限るものでない。例えば、四重極電磁石励磁電流変更によるベータトロン振動数制御を用いたビーム強度制御装置(ビーム制御装置)、及びビームエネルギ変更によるベータトロン振動数制御手法を用いたビーム強度制御装置(ビーム制御装置)であってもよい。または、ビームエネルギを変化させることができる誘導加速装置または高周波加速装置などのビーム加速装置(ビーム制御装置)であってもよい。
【００４１】
また、四重極電磁石励磁電流変更によるベータトロン振動数制御手法を用いたビーム強度制御装置(ビーム制御装置)において、四重極電磁石の電源を制御することで、励磁電流を変化させてもよい。四重極電磁石は、一般にシンクロトロン中に複数設けられているが、少なくともその一つを制御することでも効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１ ビーム制御装置
２ シンクロトロン
４ 収束用四極電磁石(収束用電磁石、機器)
５ 発散用四極電磁石(発散用電磁石、機器)
６ セパラトリクス生成用六極電磁石(多極電磁石、機器)
Ｒ 粒子線照射装置
ｓ セパラトリクス
Ｓ セパラトリクス面積
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シンクロトロンを備え、前記シンクロトロンからのベータトロン振動の共鳴を用いた粒子線ビームの取り出しを行うためのビーム制御装置であって、
前記シンクロトロン内の粒子線ビームのセパラトリクス生成のための共鳴の次数に対応した多極電磁石と、
前記多極電磁石の磁場強度を、前記生成したセパラトリクス面積を所望の大きさに保ちながら、高く制御することによって、前記粒子線ビームのビームスピルリップルを所定量以下に低減するビーム制御手段とを
備えること特徴とするビーム制御装置。
【請求項２】
前記シンクロトロンは、前記粒子線ビームを収束させる収束用四極電磁石と前記粒子線ビームを発散させる発散用四極電磁石とを備え、
前記ビーム制御手段は、前記セパラトリクス面積を、前記収束用四極電磁石と前記発散用四極電磁石とのうちの少なくとも何れかの励磁量を変更して線形ベータトロン振動数を共鳴条件から離すことにより、前記所望の大きさに保つ
こと特徴とする請求項１記載のビーム制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のビーム制御装置を備える粒子線照射装置。
【請求項４】
シンクロトロンと該シンクロトロン内の粒子線ビームを制御する機器の制御を担うビーム制御手段とを備え、前記シンクロトロンからのベータトロン振動の共鳴を用いた粒子線ビームの取り出しを行うためのビーム制御装置の制御方法であって、
前記ビーム制御手段は、前記シンクロトロン内の粒子線ビームのセパラトリクス生成のための共鳴の次数に対応した多極電磁石の磁場強度を、セパラトリクス面積を所望の大きさに保ちながら、高く制御することによって、前記粒子線ビームのビームスピルリップルを所定量以下に低減する
こと特徴とするビーム制御装置の制御方法。
【請求項５】
前記シンクロトロンは、前記粒子線ビームを収束させる収束用四極電磁石と前記粒子線ビームを発散させる発散用四極電磁石とを備え、
前記ビーム制御手段は、前記セパラトリクス面積を、前記収束用四極電磁石と前記発散用四極電磁石とのうちの少なくとも何れかの励磁量を変更して線形ベータトロン振動数を共鳴条件から離すことにより、前記所望の大きさに保つ
こと特徴とする請求項４記載のビーム制御装置の制御方法。
【請求項６】
請求項４または請求項５記載のビーム制御装置の制御方法を行う粒子線照射装置の制御方法。
【請求項１】
シンクロトロンを備え、前記シンクロトロンからのベータトロン振動の共鳴を用いた粒子線ビームの取り出しを行うためのビーム制御装置であって、
前記シンクロトロン内の粒子線ビームのセパラトリクス生成のための共鳴の次数に対応した多極電磁石と、
前記多極電磁石の磁場強度を、前記生成したセパラトリクス面積を所望の大きさに保ちながら、高く制御することによって、前記粒子線ビームのビームスピルリップルを所定量以下に低減するビーム制御手段とを
備えること特徴とするビーム制御装置。
【請求項２】
前記シンクロトロンは、前記粒子線ビームを収束させる収束用四極電磁石と前記粒子線ビームを発散させる発散用四極電磁石とを備え、
前記ビーム制御手段は、前記セパラトリクス面積を、前記収束用四極電磁石と前記発散用四極電磁石とのうちの少なくとも何れかの励磁量を変更して線形ベータトロン振動数を共鳴条件から離すことにより、前記所望の大きさに保つ
こと特徴とする請求項１記載のビーム制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のビーム制御装置を備える粒子線照射装置。
【請求項４】
シンクロトロンと該シンクロトロン内の粒子線ビームを制御する機器の制御を担うビーム制御手段とを備え、前記シンクロトロンからのベータトロン振動の共鳴を用いた粒子線ビームの取り出しを行うためのビーム制御装置の制御方法であって、
前記ビーム制御手段は、前記シンクロトロン内の粒子線ビームのセパラトリクス生成のための共鳴の次数に対応した多極電磁石の磁場強度を、セパラトリクス面積を所望の大きさに保ちながら、高く制御することによって、前記粒子線ビームのビームスピルリップルを所定量以下に低減する
こと特徴とするビーム制御装置の制御方法。
【請求項５】
前記シンクロトロンは、前記粒子線ビームを収束させる収束用四極電磁石と前記粒子線ビームを発散させる発散用四極電磁石とを備え、
前記ビーム制御手段は、前記セパラトリクス面積を、前記収束用四極電磁石と前記発散用四極電磁石とのうちの少なくとも何れかの励磁量を変更して線形ベータトロン振動数を共鳴条件から離すことにより、前記所望の大きさに保つ
こと特徴とする請求項４記載のビーム制御装置の制御方法。
【請求項６】
請求項４または請求項５記載のビーム制御装置の制御方法を行う粒子線照射装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２３３４７５（Ｐ２０１１−２３３４７５Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０５３８６（Ｐ２０１０−１０５３８６）
【出願日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【出願人】（３０１０３２９４２）独立行政法人放射線医学総合研究所 (149)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【出願人】（３０１０３２９４２）独立行政法人放射線医学総合研究所 (149)
【Ｆターム（参考）】
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