JPS622499A - 線形粒子加速器 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は例えば医用の放射線治療８置として用いられる
線形粒子加速器にかかわり、特にその放射線出力の安定
化を図った線形粒子加速器に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 放射線治療装置として用いられている線形粒子加速器は
、加速管にマイクロ波管から島電力のマイクロ波を供給
し、電子銃から加速管に入射された電子ビームをこのマ
イクロ波により加速して放出するものである。しかるに
加速管の出力、すなわち、放射線の上記マイクロ波周波
数依存度は極めて＾く１、例えば、加速中心周波数２８
５６ＭＨｚの加速管の出力安定度を３％以内とするため
には、マイクロａｍの周波数変動を３０Ｋｌｈ以内に保
つ必要がある。従って、線形粒子加速器にはマイクロ波
の周波数が所定範囲内に納まるように自動補正する自動
周波数補正機能が設けてあり、この機能は線形粒子加速
器にとって非常に重要である。

すなわら、マイクロ波管、特にマグネトロンは自励発擾
管であるので、周波数変動が大きく、又、加速管自体も
温度によって加速中心周波数の変動が生じ安い。そして
、このような変動が生じると出力放射線の線量率が変化
して計画どおりの治療ができなくなる。こうした点を考
慮してマイクロ波管の出力周波数を絶えず最適中心周波
数に合致させる役割を担うのが自動周波数補正機能であ
り、このような自動周波数制御機能を付加した線形粒子
加速器の従来例を第３図に示す。

第３図において１は所定レートのトリガパルスを発生す
るトリガパルス発生器、２はこのトリガパルスを高圧パ
ルスに変調して出力する高圧パルス変調器、３はこの高
圧パルスを受けて動作し、高圧パルスのエネルギ対応の
電子ビームを出力する電子銃、４はこの電子ビームを加
速して出力する加速管、５は加速管４の印加電界を発生
するマグネトロン、６は加速管４の入出力側間の位相差
を検出する位相検波器、７は加速管４の出力電子ビーム
を検出してその出力（線層率）をモニタする放射線出力
モニタ、８はビームしゃ断コイルよりなる′Ｒ電磁石あ
る。この電磁石８は電子銃３より加速管４に向けて放出
された電子ビームの進路を偏向して加速管４への電子ビ
ーム入射量を１１御し、加速管４の出力線量率を調整す
るためのものである。９は自動線量率補正回路である。

この自動線量率補正回路９は放射線出力モニタ７の検出
値に応じ、トリガパルス発生毎に所定の線量率となるよ
うなパルス・レートのパルス状偏向電流を電磁石８に与
え、加速ｉ！４に対する電子ビームの入射量を調整する
。また、マグネトロン５は位相検波器６の出力に応じて
周波数補正されるようにしである。

このような構成において、トリガパルス発生器１はマグ
ネトロン５の動作安定のために一定の繰り返し周波数で
トリガパルスＴＰを出力し、パルス変調器２をトリガす
る。電子銃３．マグネトロン５はこのパルス変調器２の
出力高圧パルスによって駆動される。そして、これによ
り電子銃３からは電子ビーム１０が発射され、マグネト
ロン５はマイクロ波１１を発生して加速器４に印加する
。

位相検波器６は、加速ｔ！！４の入力側及び出力側のマ
イクロ波Ｅ１．Ｅ２の位相検波を行い、このマイクロ波
Ｅ１．Ｅ２の位相差が予め設定された最適値になるよう
にマグネトロン５を制御する。これにより、マグネトロ
ン５は中心周波数が所定値になるように周波数補正制御
が成される。

一方、放射線出力モニタ７は加速管４の放射線出力１２
の変動をモニタし、かつその信号を自動線量率補正回路
９に送る。自動線量率補正回路９はトリガパルスＴＰと
同期して、電磁石８をオン。

オフさせるパルス信号ＤＰを発生する。Ｎｒｉｔ１石８
は電流が流れているときは電子ビーム１０を図示１０ａ
のように偏向させて加速管４への入射を妨げ、しゃ断さ
せる。

他方、電磁石８に電流が流れていない時は電子ビーム１
０は図示１０ｂのように直進して、加速管４で加速され
放射線出力１２が得られる。このように電子ビーム１０
ａ、１０ｂの比率を自動線量率補正回路９で放射線出力
１２に応じて変えることによって放射線出力１２が制御
されている。

□ このような線形粒子加速器において、加速管４の入出力
側それぞれのマイクロ波検波波形Ｅｌ。

Ｅ２を示すと第４図のようになる。Ｅｌは入力側のマイ
クロ波であり、通常は変動しない。

一方、出力側の波形Ｅ２は電子ビーム１０がしヤ断され
るとき、すなわち、１０ａの軌道に偏向されるときは電
子ビーム加速のためのエネルギの　　　　　３授受がな
いため、マイクロ波は加速管４で殆んど減衰せず、その
出力側での波形は入力側での波形となる。しかし、Ｅｌ
とほぼ同一電力１の波形が得られる。電子ビーム１０が
１０ｂの軌道を通って加速管４に入射するときは加速の
ためのエネルギ授受があるため、出力側の波形Ｅ２は減
資して２の波形になる。さらに線量率は同一とし、加速
を弱めて放射線出力１２のエネルギを下げるために電子
ビーム１０の量を増やす場合には電子ビーム置が多いた
めにエネルギ授受が大きく、従って出力側でのマイクロ
波Ｅ２はさらに減衰して３のように殆んど零になってし
まう。このようにして、自動線量率補正回路９の影響に
よって１．２あるいは３の状態がランダムに繰り返され
ることになる。このとき、位相検波器６は理想的なもの
であればマイクロ波Ｅ１．Ｅ２の振幅には影響されない
ものであるが、実際には、こうした大きな振幅変動に対
しては影響を受け、マイクロ波の周波数が約１００ＫＨ
１位変動して放射線出力１２が大きく低下してしまうと
いう欠点があった。

［発明の目的］ 本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、安定した放射線出力を発生するこ
とのできる線形粒子加速器を提供することにある。

［発明の概要］ すなわら、上記目的を達成するため本発明は、制御信号
により発振周波数が制御されるマイクロ波発生手段によ
りマイクロ波を発生させて加速管に与え、また、電子銃
よりトリガパルスに同期させて電子ビームを発生させこ
れを前記加速管に入射させて加速管内の前記マイクロ波
にて加速させた後、出力させるようにした線形粒子加速
器において、前記加速管に入射される前記電子ビームを
偏向信号を受けることにより偏向させて調整する偏向手
段と、前記加速管における入出力側間のマイクロ波位相
差を検出し、その位相差に対応した制御信号を発生して
前記マイクロ波発生手段に与える位相検波手段と、前記
加速管の出力を検出する検出手段と、この検出手段の検
出出力に応じて前記加速管出力が一定になるよう前記偏
向手段に与える偏向信号の発生間隔を制御する線量率補
正手段と、電子ビーム発生毎に前記偏向信号の発生間隔
を計数するとともにその計数値を前回と比較し、大小判
断してその判断結果に対応した所定の制御信号を出力す
るサンプリング手段と、前記検出手段の検出出力が所定
レベル以下の時は前記位相検波手段の出力を選択し、検
出手段の検出出力が所定レベルを超える時は前記サンプ
リング手段の出力信号を選択して前記マイクロ波発生手
段に発生マイクロ波周波数の制御信号として与える切換
手段とを用いて構成し、初期時においては切換手段によ
り位相検波手段の出力を選択し、この位相検波手段の出
力する前記加速管における入出力側間のマイクロ波位相
差対応の制御信号により前記マイクロ波発生手段の発生
マイクロ波周波数を制御し、加速管の出力線陽率を大き
くするべく制御し、また、前記加速管の出力を検出する
検出手段の検出出力に応じて前記加速管出力が一定にな
るよう前記偏向手段に与える偏向信号の発生間隔を制御
する線量率補正手段により偏向信号、の発生間隔を制御
して加速管出力が一定になるよう制御し、これにより、
線量率を一定化する。そして、前記検出手段の検出出力
が所定レベルを超えると切換手段により前記位相検波手
段の出力に変えて前記サンプリング手段の出力信号を選
択し、前記マイクロ波発生手段に発生マイクロ波周波数
の制御信号として与える。そして、電子ビーム発生毎に
サンプリング手段には前記偏向信号の発生間隔を計数さ
せるとともにその計数値を前回と比較させ、大小判断し
てその判断結果に対応した所定の制御信号を出力させて
マイクロ波発生手段に□与え、前記線量率補正手段の出
力する偏向信号の発生間隔が常に農大になるように比較
結果に応じた方向にマイクロ波発生手段の発振周波数を
所定量、調整するようにする。これにより、前記加速管
出力を位相検波手段の入出力振幅特性に影響されること
無く安定させることが出来るようにする。

［発明の実施例］ 以下、本発明の一実施例について第１図、第２図を参照
して説明する。

第１図は本装置の構成を示すブロック図であり、基本的
な構成は第３図で説明した従来のものと同じである。

本装置はこのような線形粒子加速器において、位相検波
器の入力振幅特性の影響を除去するために、従来の制御
系の他に、放射線の出力が発生した後、切換えて、周波
数制卸する断回路を追加したものである。すなわち、加
速管の出力線ｍ率を大きくするようにマイクロ波発生手
段の出力周波数を制御すれば、出力線量率一定制御は自
動線量率補正手段がそのしゃ断パルスのパルスレー１・
を制御することで行うことになり、しかも、このパルス
レートが大きいと云うことは出力線量が大きい、すなわ
ら、加速中心周波数が最適に調整されていると云うこと
を意味するので、これを利用し、一定時間間隔毎にしゃ
断コイル（電磁石）用しゃ断パルス数をカウントし前回
のパルス数と比較し、その増減によりマグネトロンのチ
ューナを制御する回路を追加する事によって、常に放射
線の出力を最大に制御する事を可能として出力の安定化
を図ることが出来るようにしたものである。

第１図は本発明の一実施例を示すものであり、第１図に
おいて第３図と同一部分には同一符号を付しその説明は
省略する。第１図において、１３は本発明により追加さ
れた電磁石８に与えるし、や断コイルパルスＯＰをサン
プリングするサンプリング回路で、詳細は第２図に示し
である。１４はトリガパルスＴＰを分周する分周回路で
あり、サンプリングパルス発生回路として用いられる。

ＳＰは分周回路１４から出力されるサンプリングパルス
であり、また、１５は放射線出力モニタ７からの信号に
より、ある規定値以上の信号が入力されると位相検波器
６の出力またはサンプリング回路１３の出力のいずれか
一方を選択するための切換回路１６に信号を出力し切換
回路１６の出力を切換える切換信号発生回路である。こ
こでは上記規定値以下の放射線出力時には位相検波器６
の出力が選択される。これにより、思切は従来と同様の
制御系でマグネトロン５の発振周波数を制御するが、放
射線出力１２がある規定値以上出力されると切換回路１
６により本発明にて追加さたサンプリング回路１３出力
が選択され、この規定値以上の放射線出力があるｍ間で
はサンプリング回路１３の出力により発振周波数が制御
されることになる。

次にサンプリング回路１３について説明する。

第４図において、１７はカウンタ回路でしゃ断コイルパ
ルスＤＰのパルス数をカウントする。その出力は１Ｂの
ラッチ回路に入力されカウント数はラッチされる。１９
は比較回路でラッチ回路１Ｂの出力信号を読み込み、前
回読み込んだカウント数を基準に大小比較してその比較
結果をその結果に応じた極性で出力する。又、サンプリ
ングパルスＳＰはカウンタ回路１７．ラッチ回路１８．
比較回路１９に入力されておりこのサンプリングパルス
ＳＰを受けるとカウンタ回路１７ではカウント数をクリ
アし、また、ラッチ回路１８では、入力データをラッチ
し、又、比較回路１９では、ラッチ回路１８のデータを
読み込み前回のデータと比較してその結果を出力するタ
イミングパルスとして使用される。

上記構成の本装置の具体的動作を説明する。電源投入時
は放射線出力モニタ７の出力が零であるため、切換信号
発生回路１５の出力は切換回路１６に対し、図示状態の
如く選択接続する。即ち、初期時では従来と全く同じ制
御系にてマグネトロン５は制御される。そして、この制
御系によりマグネトロンのチューナは制御されてその発
振周波数はこの制御系により加速中心周波数付近に制御
され、放射線出力１２が出力される。

ところで、このままでは前述したように位相検波器６の
検出特性により、最適な周波数に制御されない。

そこで本装置では出力が規定値以上になると切換信号発
生回路１５は、切換回路１６の出力をサンプリング回路
１３ｇ４に切換える信号を出力し、制御をサンプリング
回路１３側による制御に切換える。従って、これよりサ
ンプリング回路１３の出力によりマグネトロン５の周波
数は制御される。

この制御１Ｊｉ％は次のような原理によるものである。

すなわち、マグネトロン５の発振周波数が最適な周波数
に制御されると云うことは放射線出力１２が最大になる
事であり、１パルス当りの線―率が最大になる事でもあ
る。１パルス当りの線層が増加すれば自動線−率補正回
路９は、同じ線量率となるよう電磁石（しゃ断コイル）
８に印加するしゃ断パルスＤＰの数を増加させ調整制御
することになる。従ってこの場合、マグネトロン５の発
振周波数を最適に制御すると云うことは、Ｎ１１石８に
印加するしゃ断パルスＤＰを増加させると云うことであ
り、本発明で追加した制御系はこの原理を用いたもので
ある。

すなわち、ある一定周期毎のサンプリングパルスＳＰの
パルス間隔でしゃ断パルスＤＰを力・ウンタ回路１７に
よりカウントし、そのカウント値をラッチ回路１８でラ
ッチしてこのカウン］〜値を比較回路１９に与え、ここ
で、前回のデータを基準に対象比較する。そしてその比
較結果を出力する。

比較回路１９の出力はマグネトロン５のチューナを正負
方向に微小な所定ｉｔ調整するだけのレベルのパルスで
あり、前記比較結果に応じた極性のパルスとして出力さ
れる。尚、差のないときは出力は零となる。

比較回路１９の出力を受けるとその極性により、マグネ
トロン５のチューナは正または負方向に所定ＩＩ整され
、マグネトロン５の周波数は菖い方（又は低い方）に所
定農機調整制御される。このような制御はサンプリング
パルスＳＰのパルス間隔で逐次行われ、マグネトロン５
より出力されるマイクロ波を受けた加速管４は通大線ｌ
となるような出力を発生することになる。そして、この
加速管４の出力をモニタする放射線出力モニタ７の出力
に応じ線量率一定となるようなパルスレートのしゃ断パ
ルスＤＰを出力する自動線量率補正回路９により電磁石
８が制御され、加速管４の入射電子ビームが制御される
。これにより、加速管４の出力は線量率が一定となる。

温度変化等により加速管４の加速中心周波数がずれて出
力が下がる。

するとこれはしゃ断パルスＤＰのパルスレートに反映さ
れ変化するので、比較回路１９はその変化に対応した大
小比較の結果に応じた出力を発生する。そして、これに
五りマグネトロン５は周波数が制御される。このように
、しゃ断パルスＤＰのパルス数の増減を比較して増減の
方向に応じマグネトロン５のチューナを制御して周波数
を制御すると云った方法で常にしゃ断パルスＯＰの数が
最大になる様に制御させる。

このように、本発明による線形粒子加速器は初期時は制
御の方向を定めるべ〈従来のと同様の制御系で制御して
放射線出力が一定レベル以上となった後に、この制御系
を切り離し、その後、電子ビームの入射を調整するＭ磁
石（しゃ断コイル）のしゃ断パルス数をカウントし、常
にしゃ断パルス数が最大になる様にすなわち、加速管の
１パルス当りの出力線量率の最大となるようにマグネト
ロンの周波数を制御するようにした本発明の制御系で制
御し、線量率はしゃ断パルスを出力する自動線量率補正
回路にて制御するようにしたので、位相検波器の入力畳
幅特性に影響されることなく、加速管から安定した放射
線出力が得られるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
同突１ｉ！Ａ＠のサンプリング回路のブロック図、第３
図は従来の線形粒子加速器を示すブロック図、第４図は
同線形粒子加速器における加速管の入出力マイクロ波の
検波波形を示す波形図である。 １・・・トリガパルス発生器、２・・・轟圧パルス変調
器、３・・・電子銃、４・・・加速管、５・・・マグネ
１〜ロン、６・・・位相検波器、７・・・放射線出力モ
ニタ、８・・・電磁石、９・・・自動線ｌ率補正回路、
１３・・・サンプリング回路、１４・・・分周回路、１
７・・・カウンタ、１８・・・ラッチ回路、１９・・・
比較回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 制御信号により発振周波数を制御されるマイクロ波発生
   手段によりマイクロ波を発生させて加速管に与え、また
   、電子銃よりトリガパルスに同期させて電子ビームを発
   生させこれを前記加速管に入射させて加速管内の前記マ
   イクロ波にて加速させた後、出力させるようにした線形
   粒子加速器において、前記加速管に入射される前記電子
   ビームを偏向信号を受けることにより偏向させて調整す
   る偏向手段と、前記加速管における入出力側間のマイク
   ロ波位相差を検出し、その位相差に対応した制御信号を
   発生して前記マイクロ波発生手段に与える位相検波手段
   と、前記加速管の出力を検出する検出手段と、この検出
   手段の検出出力に応じて前記加速管出力が一定になるよ
   う前記偏向手段に与える偏向信号の発生間隔を制御する
   線量率補正手段と、電子ビーム発生毎に前記偏向信号の
   発生間隔を計数するとともにその計数値を前回と比較し
   、大小判断してその判断結果に対応した所定の制御信号
   を出力するサンプリング手段と、前記検出手段の検出出
   力が所定レベル以下の時は前記位相検波手段の出力を選
   択し、検出手段の検出出力が所定レベルを超える時は前
   記サンプリング手段の出力信号を選択して前記マイクロ
   波発生手段に発生マイクロ波周波数の制御信号として与
   える切換手段とを具備したことを特徴とする線形粒子加
   速器。