JPH01320073A - 荷電粒子ビームの照射装置 - Google Patents
荷電粒子ビームの照射装置Info
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- JPH01320073A JPH01320073A JP63154108A JP15410888A JPH01320073A JP H01320073 A JPH01320073 A JP H01320073A JP 63154108 A JP63154108 A JP 63154108A JP 15410888 A JP15410888 A JP 15410888A JP H01320073 A JPH01320073 A JP H01320073A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、例えば重粒子がん治療などに用いられる荷
電粒子ビームの照射装置に関する。
電粒子ビームの照射装置に関する。
従来における荷電粒子ビームの照射装置としては、[I
EEE Transactiovs Nuclear
5ience Vol −Ns−32、N11L50c
tober 1985 Jから引用した第12図に示す
構成のものがあった。
EEE Transactiovs Nuclear
5ience Vol −Ns−32、N11L50c
tober 1985 Jから引用した第12図に示す
構成のものがあった。
第丘図は、従来の荷電粒子ビームの照射装置の概略構成
図であり、(1)は従来よりワブラー磁石として用いら
れて来たX軸偏向磁石で、荷電ビーム(5)をX軸方向
に偏向させるものであり、(2)はY軸偏向磁石で、X
軸偏向磁石(1)を荷電ビーム(5)に対して90’回
転した状態で配置し、荷電ビーム(5)をY軸方向に偏
向させるものである。なお、Z軸は荷電ビーム(5)の
進行方向を示す。(3)はY軸偏向磁石(2)の後方に
配置したりツジフィルタで、荷電ビーム(5)の進行方
向にビーム照射を均一にする吸収体としての機能を有す
る。(4)は照射面を示す。
図であり、(1)は従来よりワブラー磁石として用いら
れて来たX軸偏向磁石で、荷電ビーム(5)をX軸方向
に偏向させるものであり、(2)はY軸偏向磁石で、X
軸偏向磁石(1)を荷電ビーム(5)に対して90’回
転した状態で配置し、荷電ビーム(5)をY軸方向に偏
向させるものである。なお、Z軸は荷電ビーム(5)の
進行方向を示す。(3)はY軸偏向磁石(2)の後方に
配置したりツジフィルタで、荷電ビーム(5)の進行方
向にビーム照射を均一にする吸収体としての機能を有す
る。(4)は照射面を示す。
このような構成において、第B図(a) (b)に示す
ように互いに90°の位相差をもつ正弦波形の電流をX
軸偏向磁石(1)及びY軸偏向磁石(2)にそれぞれ供
給して励磁する。このとき、X軸偏向磁石(1)及びY
軸偏向磁石(2)に生ずる磁場も交互に90’の位相差
をもつ正弦波形の磁場になっており、これらの磁場の中
に入射して来た荷電ビーム(5)は円形状に走査され、
円形照射野を構成する。
ように互いに90°の位相差をもつ正弦波形の電流をX
軸偏向磁石(1)及びY軸偏向磁石(2)にそれぞれ供
給して励磁する。このとき、X軸偏向磁石(1)及びY
軸偏向磁石(2)に生ずる磁場も交互に90’の位相差
をもつ正弦波形の磁場になっており、これらの磁場の中
に入射して来た荷電ビーム(5)は円形状に走査され、
円形照射野を構成する。
ソL、テ、Fx4図に示すように2つの荷電ビームを合
成すると、点線で示すような照射野となるので、第巧図
に示すようにこの円形照射野を同心円状に3つのビーム
、即ち安定ビーム(6)、ワブルビーム(7)及び(8
)を重ねて均一な照射野が得られるようになしていた。
成すると、点線で示すような照射野となるので、第巧図
に示すようにこの円形照射野を同心円状に3つのビーム
、即ち安定ビーム(6)、ワブルビーム(7)及び(8
)を重ねて均一な照射野が得られるようになしていた。
なお、第14図において横軸に半径、縦軸はドーズを示
す。このような荷電粒子ビームの照射装置は、難治性が
んの治療などに用いられるが、がん患部の形状が円形で
あるケースは極く稀であり、普通第16図(a) +こ
示すような複雑ながん患部(7)の形状をしている。こ
れに合せて照射部位を限定するには第16図(a)に示
すようなコリメータ(6)を用いていた。患部の治療に
は太き目の円形の照射野から、第16図(b)に示すよ
うに必要な照射野(8)を切り出すので、貴重なビーム
のかなりの部分を捨てることになり、又患者1こ対して
は必要以上の照射時間を要求することになっていた。
す。このような荷電粒子ビームの照射装置は、難治性が
んの治療などに用いられるが、がん患部の形状が円形で
あるケースは極く稀であり、普通第16図(a) +こ
示すような複雑ながん患部(7)の形状をしている。こ
れに合せて照射部位を限定するには第16図(a)に示
すようなコリメータ(6)を用いていた。患部の治療に
は太き目の円形の照射野から、第16図(b)に示すよ
うに必要な照射野(8)を切り出すので、貴重なビーム
のかなりの部分を捨てることになり、又患者1こ対して
は必要以上の照射時間を要求することになっていた。
以上のように、従来の荷電粒子ビームの照射装置では、
X軸及びY軸偏向磁石(1) (2)を用い、照射面(
4)に円形の照射野を形成するようにし、がん患部の形
状に合わせたコリメータ(6)を用いて、がん患部の形
状に合わせた荷電ビームを取り出していたので、照射ビ
ームのかなりの部分が損失となっていた。
X軸及びY軸偏向磁石(1) (2)を用い、照射面(
4)に円形の照射野を形成するようにし、がん患部の形
状に合わせたコリメータ(6)を用いて、がん患部の形
状に合わせた荷電ビームを取り出していたので、照射ビ
ームのかなりの部分が損失となっていた。
この発明はかかる不都合を解消するためになされたもの
で、従来の円形の照射野から患部相当の荷電ビームを除
(といった照射ビームの損失を軽減してビームの利用効
率の向上を図った新規な荷電粒子ビームの照射装置を提
供するものである。
で、従来の円形の照射野から患部相当の荷電ビームを除
(といった照射ビームの損失を軽減してビームの利用効
率の向上を図った新規な荷電粒子ビームの照射装置を提
供するものである。
この発明に係る荷電粒子ビームの照射装置は・励磁電源
より所望の電流が供給され、通過する荷電粒子ビームを
X軸方向に偏向させるX軸偏向磁石と、励磁電源より上
記所望の電流と位相差を有する電流が供給され、上記荷
電粒子ビームをY軸方向に偏向させるY軸偏向磁石とを
具備し、荷電粒子ビームをX軸偏向磁石及びY軸偏向磁
石の少なくとも一方に供給する電流にバイアス電流を重
畳するようにしたものである。
より所望の電流が供給され、通過する荷電粒子ビームを
X軸方向に偏向させるX軸偏向磁石と、励磁電源より上
記所望の電流と位相差を有する電流が供給され、上記荷
電粒子ビームをY軸方向に偏向させるY軸偏向磁石とを
具備し、荷電粒子ビームをX軸偏向磁石及びY軸偏向磁
石の少なくとも一方に供給する電流にバイアス電流を重
畳するようにしたものである。
この発明に係る荷電粒子ビームの照射装置では、X軸及
びY軸偏向磁石にそれぞれ供給する電流の少なくとも一
方の電流にバイアス電流を供給するので、荷電粒子によ
る照射野を任意の形状に選定することができる。
びY軸偏向磁石にそれぞれ供給する電流の少なくとも一
方の電流にバイアス電流を供給するので、荷電粒子によ
る照射野を任意の形状に選定することができる。
以下、この発明の一実施例を図を用いて詳細に説明する
。第1図は、この発明の一実施例を示す基本構成図であ
り、第1図において、(1)はX軸偏向磁石、(2)は
Y軸偏向磁石、(3)はビーム(5)の進行方向にビー
ム照射を均一にする吸収体として機能するりツジフィル
タである。(4)は照射面を示す。
。第1図は、この発明の一実施例を示す基本構成図であ
り、第1図において、(1)はX軸偏向磁石、(2)は
Y軸偏向磁石、(3)はビーム(5)の進行方向にビー
ム照射を均一にする吸収体として機能するりツジフィル
タである。(4)は照射面を示す。
また、QlはX軸偏向磁石(1)を励磁する励磁電源、
αυはY軸偏向磁石(2)を励磁する励磁電源である。
αυはY軸偏向磁石(2)を励磁する励磁電源である。
第2図は、この励磁電源(10又はαηのブロック回路
図を示したもので、多相のインバータ方式の電源を採用
する。
図を示したもので、多相のインバータ方式の電源を採用
する。
第2図において、@は直流!源、(131)〜(13n
)はインバータ、(141)〜(14n)はそれぞれイ
ンバータ(131)〜(13n)に接続された結合トラ
ンスで、これらの結合トランス(141)〜(14n)
は直列的に接続してX軸偏向磁石(1)及びY軸偏向磁
石(2)にそれぞれ供給される。
)はインバータ、(141)〜(14n)はそれぞれイ
ンバータ(131)〜(13n)に接続された結合トラ
ンスで、これらの結合トランス(141)〜(14n)
は直列的に接続してX軸偏向磁石(1)及びY軸偏向磁
石(2)にそれぞれ供給される。
インバータ(131)〜(i3n)は第2図1こ示すよ
うに4個のトランジスタα均aQα7)(ト)で構成さ
れ、これらのトランジスタes ct*α力(ト)のう
ち、トランジスタθ均と(至)は同時にスイッチング動
作をし、またトランジスタα*o7)は同時にスイッチ
ング動作をする。
うに4個のトランジスタα均aQα7)(ト)で構成さ
れ、これらのトランジスタes ct*α力(ト)のう
ち、トランジスタθ均と(至)は同時にスイッチング動
作をし、またトランジスタα*o7)は同時にスイッチ
ング動作をする。
従って、トランジスタQ5(至)がONの時・結合トラ
ンス(141)のA側が正、B側が負となり、トランジ
スタMa力がONの時、結合トランス(141)のA側
が負、B側が正となる。
ンス(141)のA側が正、B側が負となり、トランジ
スタMa力がONの時、結合トランス(141)のA側
が負、B側が正となる。
従って、インバータ(131)の結合トランス(141
)にはパルス状の正及び負の電圧波形出力が得られる。
)にはパルス状の正及び負の電圧波形出力が得られる。
ところで、第2図に示すようにインバータ回路はn個用
いているので、各インバータに接続される結合トランス
(141)・・・(14n)には所定時間ごとに正負の
交互の電圧パルス波形が発生するが、各インバータ回路
からの出力電圧パルスの発生時点を少しずつずらせ、そ
の電圧パルスの大きさを少しずつ大きくすると、例えば
インバータ回路の個数をU個とし、第2図に示すインバ
ータ1,2.・・・。
いているので、各インバータに接続される結合トランス
(141)・・・(14n)には所定時間ごとに正負の
交互の電圧パルス波形が発生するが、各インバータ回路
からの出力電圧パルスの発生時点を少しずつずらせ、そ
の電圧パルスの大きさを少しずつ大きくすると、例えば
インバータ回路の個数をU個とし、第2図に示すインバ
ータ1,2.・・・。
11から順次第3図に示すような出力電圧波形を発生さ
せる。
せる。
このようにインバータ1.2.・・・、11から発生す
る出力電圧波形を合成すると第4□図に示すように近似
的な正弦電圧波形が得られる。これは第2図に示すよう
に結合トランス(141)〜(14n)の2次側コイル
を直列に接続する構成によってなしうる。
る出力電圧波形を合成すると第4□図に示すように近似
的な正弦電圧波形が得られる。これは第2図に示すよう
に結合トランス(141)〜(14n)の2次側コイル
を直列に接続する構成によってなしうる。
このようにして得られる近似的な正弦波形電圧をX軸偏
向磁石(1)及びY軸偏向磁石(2)に供給する。
向磁石(1)及びY軸偏向磁石(2)に供給する。
このとき、X軸偏向磁石(1)及びY軸偏向磁石(2)
に供給する正弦波電流の大きさ及び位相を第5図(a)
の)に示すように互いにずらせる。
に供給する正弦波電流の大きさ及び位相を第5図(a)
の)に示すように互いにずらせる。
第5図(a) (b)に示すような正弦波電流をそれぞ
れX軸偏向磁石(1)及びY軸偏向磁石(2)に供給し
て第1図に示すように荷電ビーム(5)をX軸及びY軸
偏向磁石(1) (2)に入射する。
れX軸偏向磁石(1)及びY軸偏向磁石(2)に供給し
て第1図に示すように荷電ビーム(5)をX軸及びY軸
偏向磁石(1) (2)に入射する。
荷電ビーム(5)はX軸偏向磁石(1)により発生する
磁場に対して垂直方向に偏位され、更にX軸偏向磁石(
1)に対して90°傾いて配置されたY軸偏向磁石(2
)によってもその磁場に対して垂直方向に偏位される。
磁場に対して垂直方向に偏位され、更にX軸偏向磁石(
1)に対して90°傾いて配置されたY軸偏向磁石(2
)によってもその磁場に対して垂直方向に偏位される。
従って、荷電ビーム(5)はX軸及びY軸偏向磁石(1
) (2)を通過すると、各々の偏位の合成された偏位
を受けることになり、これは照射面でみると一般に橢円
運動となり、X軸及びY軸偏向磁石(1) (2)に供
給する電流の大きさが等しく、かつ位相差を90゜ずら
せると、第6図(a)に示すように円形照射野となる。
) (2)を通過すると、各々の偏位の合成された偏位
を受けることになり、これは照射面でみると一般に橢円
運動となり、X軸及びY軸偏向磁石(1) (2)に供
給する電流の大きさが等しく、かつ位相差を90゜ずら
せると、第6図(a)に示すように円形照射野となる。
ところが、第7図(a) (b)に示すようにX軸偏向
磁石(1)及びY軸偏向磁石(2)にそれぞれ直流的に
バイアス電流を流せば、これらの偏向磁石(1) (2
)を通過した荷電ビーム(5)は、照射面でみた場合第
6図に)に示すようになり、荷電ビーム(5)の照射野
をビーム中心Oからずれた位置に移動させることができ
る。
磁石(1)及びY軸偏向磁石(2)にそれぞれ直流的に
バイアス電流を流せば、これらの偏向磁石(1) (2
)を通過した荷電ビーム(5)は、照射面でみた場合第
6図に)に示すようになり、荷電ビーム(5)の照射野
をビーム中心Oからずれた位置に移動させることができ
る。
次に、第8図(a)に示すような矩形波電圧をワブラー
磁石に供給すると、電流は第8図@1こ示すような充放
電波形となる。もつとも、第8図(b)において時間j
l、j!においては近似的(こ直線的電流波形となる。
磁石に供給すると、電流は第8図@1こ示すような充放
電波形となる。もつとも、第8図(b)において時間j
l、j!においては近似的(こ直線的電流波形となる。
そこで、複数のインバータを使用するなどして第8図(
C)のように電圧を変化すれば、電流波形として第8図
(d)のような三角波形が得られる0さらに、X軸及び
Y軸偏向磁石(1) (2)にバイアス電流を供給する
と、第8図(d)に示すような三角波形は第8図(e)
に示すような波形になる。
C)のように電圧を変化すれば、電流波形として第8図
(d)のような三角波形が得られる0さらに、X軸及び
Y軸偏向磁石(1) (2)にバイアス電流を供給する
と、第8図(d)に示すような三角波形は第8図(e)
に示すような波形になる。
そこで、第9図(a) (b) tこ示すような電流波
形をX軸及びY軸偏向磁石(1) (2)にそれぞれ供
給するが、第8図(d)に示すような電流波形の電流を
X軸及びY軸偏向磁石(1) (2)に供給する場合に
は、X軸及びY軸偏向磁石(1) (2)を通過する荷
電ビーム(5)の照射面での軌跡は直線上だけを動くが
、第9図(a) (b)に示すようにバイアス電流を加
えた電流波形の電流を印加すると、荷電ビーム(5)の
照射面での軌跡は第10図に示すようになる。第9図(
a) (b)におけるAa 、 Al1 、 Bα、B
β及びAα′、Aβ′、Bα′、Bβ′はそれぞれ第1
0図の各々に対応させている。第10図において、P
−+ Q 、 R−) Sは一時的若しくは変わり易い
領域であり、波形が丸味をもつと共に、天印方向に動く
。
形をX軸及びY軸偏向磁石(1) (2)にそれぞれ供
給するが、第8図(d)に示すような電流波形の電流を
X軸及びY軸偏向磁石(1) (2)に供給する場合に
は、X軸及びY軸偏向磁石(1) (2)を通過する荷
電ビーム(5)の照射面での軌跡は直線上だけを動くが
、第9図(a) (b)に示すようにバイアス電流を加
えた電流波形の電流を印加すると、荷電ビーム(5)の
照射面での軌跡は第10図に示すようになる。第9図(
a) (b)におけるAa 、 Al1 、 Bα、B
β及びAα′、Aβ′、Bα′、Bβ′はそれぞれ第1
0図の各々に対応させている。第10図において、P
−+ Q 、 R−) Sは一時的若しくは変わり易い
領域であり、波形が丸味をもつと共に、天印方向に動く
。
従って、この場合第11図(a)に示すようなレースト
ラック形の照射野が得られる。
ラック形の照射野が得られる。
また、X軸及びY軸偏向磁石(1) (2)の励磁電流
の位相を互いにずらすと、第11図(b)に示すような
レーストラック状の照射野はビーム軸から移動する。
の位相を互いにずらすと、第11図(b)に示すような
レーストラック状の照射野はビーム軸から移動する。
以上のように、この発明によればX軸偏向磁石及びY軸
偏向磁石に互いに位相の異なる電流で、所定のバイアス
電流を供給することにより、上記X軸及びY軸偏向磁石
を通過した荷電粒子ビームの照射野を所定の形状になす
ようにしたので、従来のように患部の治療に際してビー
ムの不要部分を切り捨てるというようなことがなくなり
、ビームの有効利用が図れる。
偏向磁石に互いに位相の異なる電流で、所定のバイアス
電流を供給することにより、上記X軸及びY軸偏向磁石
を通過した荷電粒子ビームの照射野を所定の形状になす
ようにしたので、従来のように患部の治療に際してビー
ムの不要部分を切り捨てるというようなことがなくなり
、ビームの有効利用が図れる。
第1図はこの発明の一実施例を示す基本構成図、第2図
は第1図に示すX軸偏向磁石及びY軸偏向磁石を励磁す
る励磁電源のブロック回路図、第3図(a) (b)
(c) (d) (e) (f) (g) (h) (
i) (j) (k)は第2図の励磁電源によって発生
する出力電圧波形図、第4図は第3図の電圧波形を合成
して得られた近似的な正弦波形図、第5図(a) (b
)はそれぞれ第1図に示すX軸偏向磁石及びY軸偏向磁
石に印加する電流波形図、第6図(a) (b)はそれ
ぞれ第1図に示すX軸及びY軸偏向磁石に印加する電流
の大きさが等しく、かつ位相差が90°のときの照射面
でみた照射野図及びさらに直流的なバイアス電流を重ね
たときの照射野図、第7図(a) (b)は第5図(a
) (b)の電流にバイアス電流を加、t タ、!:
> ノミ流波形図、第8図(a) (b) (C) (
d) (e)はそれぞれX軸及びY軸偏向磁石に供給す
る矩形波電圧波形図、そのときの充放電波形図、各偏向
磁石に供給する電圧波形図、そのときの三角波電流波形
図及びバイアス電流を加えたときの変形波形図、第9図
(a) (b)は第1図に示すX軸及びY軸偏向磁石に
それぞれ印加すべき電流波形図、第10図は第9図(a
) (b)に示す電流波形をX軸及びY軸偏向磁石)こ
印加したときの照射面でみたレーストラック状の照射野
図、第11図(a) (b)はそれぞれ第10図の実際
上のレーストラック形照射野図及び第9図(a) (b
)に示す電流波形の位相をずらしたときのレーストラッ
ク状の照射野図、第臣図は従来における荷電粒子ビーム
の照射装置を示す構成図、第13図(a) (b)は第
り図に示すX軸及びY軸偏向磁石に供給する電流波形図
、第14図は従来における2つの荷電ビームを合成した
ときのドーズ量を説明するための説明図、第15図は従
来における3つのビームを重ねたときのドーズ量を説明
するための説明図、第16図(a) (b)はそれぞれ
がん患部の形状の一例を示すと共1こコリメータを構成
を説明する説明図及び必要な照射野の切り出しを説明す
る説明図である。 図中、(1)はX軸偏向磁石、(2)はY軸偏向磁石、
(3)は散乱体、(4)は照射面、(5)は荷電粒子、
α0aυは励磁電源である。
は第1図に示すX軸偏向磁石及びY軸偏向磁石を励磁す
る励磁電源のブロック回路図、第3図(a) (b)
(c) (d) (e) (f) (g) (h) (
i) (j) (k)は第2図の励磁電源によって発生
する出力電圧波形図、第4図は第3図の電圧波形を合成
して得られた近似的な正弦波形図、第5図(a) (b
)はそれぞれ第1図に示すX軸偏向磁石及びY軸偏向磁
石に印加する電流波形図、第6図(a) (b)はそれ
ぞれ第1図に示すX軸及びY軸偏向磁石に印加する電流
の大きさが等しく、かつ位相差が90°のときの照射面
でみた照射野図及びさらに直流的なバイアス電流を重ね
たときの照射野図、第7図(a) (b)は第5図(a
) (b)の電流にバイアス電流を加、t タ、!:
> ノミ流波形図、第8図(a) (b) (C) (
d) (e)はそれぞれX軸及びY軸偏向磁石に供給す
る矩形波電圧波形図、そのときの充放電波形図、各偏向
磁石に供給する電圧波形図、そのときの三角波電流波形
図及びバイアス電流を加えたときの変形波形図、第9図
(a) (b)は第1図に示すX軸及びY軸偏向磁石に
それぞれ印加すべき電流波形図、第10図は第9図(a
) (b)に示す電流波形をX軸及びY軸偏向磁石)こ
印加したときの照射面でみたレーストラック状の照射野
図、第11図(a) (b)はそれぞれ第10図の実際
上のレーストラック形照射野図及び第9図(a) (b
)に示す電流波形の位相をずらしたときのレーストラッ
ク状の照射野図、第臣図は従来における荷電粒子ビーム
の照射装置を示す構成図、第13図(a) (b)は第
り図に示すX軸及びY軸偏向磁石に供給する電流波形図
、第14図は従来における2つの荷電ビームを合成した
ときのドーズ量を説明するための説明図、第15図は従
来における3つのビームを重ねたときのドーズ量を説明
するための説明図、第16図(a) (b)はそれぞれ
がん患部の形状の一例を示すと共1こコリメータを構成
を説明する説明図及び必要な照射野の切り出しを説明す
る説明図である。 図中、(1)はX軸偏向磁石、(2)はY軸偏向磁石、
(3)は散乱体、(4)は照射面、(5)は荷電粒子、
α0aυは励磁電源である。
Claims (1)
- 励磁電源より所望の電流が供給され、通過する荷電粒
子ビームをX軸方向に偏向させるX軸偏向磁石と、励磁
電源より上記所望の電流と位相差を有する電流が供給さ
れ、上記荷電粒子ビームをY軸方向に偏向させるY軸偏
向磁石とを備え、上記X軸偏向磁石及び上記Y軸偏向磁
石の少なくとも一方に供給する電流にバイアス電流を重
畳するようにしたことを特徴とする荷電粒子ビームの照
射装置。
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