[发明专利]带电粒子束装置及其操作方法

说明书

本发明涉及使用带电粒子束治疗癌症和诊断受损部位的带电粒子束装置。

JP-A-198397公开了一种基于散射共振引出方法将绕带电粒子加速器运动的带电粒子束引出，以将由带电粒子加速器引出的带电粒子束用于疾病治疗的技术。

一种传统的带电粒子束装置见于1993年8月出版的Rev.Sci.Instrum。第64卷第8期第2088页的图45。下面结合图9说明该现有技术。

图9中，带电粒子束沿Z方向运动。当瞬变电流流经X方向扫描电磁铁101和Y方向扫描电磁铁102时，这些电磁铁产生瞬变磁场，使带电粒子束在X方向(水平方面)和Y方向(竖直方向)扫描。在图9中，X方向单位时间内扫描(往复运动操作的次数比Y方向单位时间内扫描操作的次数多，从而可构成辐照区99。辐照区99的宽度a和b分别由X方向扫描电磁铁101和Y方向扫描电磁铁102的最大电流确定。

但当辐照靶是复杂形状时，在带电粒子束辐照时必须改变X和Y方向的扫描宽度和扫描速度，使得带电粒子束可以高精度和均匀束流密度辐照在辐照靶上，因此，对提供给方向扫描电磁铁101和Y方向扫描电磁铁102的电流的控制是非常复杂的。

本发明的一个目的是提供一种带电粒子束装置及其操作方法，通过简单的控制，即使辐照靶形状复杂，该装置也能以高精度和均匀束流密度向辐照靶辐照带电粒子束。

为实现上述目的，按照本发明，带电粒子加速器有一用于打开和关闭带电粒子束的引出的开关装置，辐照单元有用于设置辐照到辐照靶上的带电粒子束的辐照点的电磁铁，而控制单元控制开关装置，使其打开和关闭带电粒子束的引出，并控制电磁铁，使其改变辐照点。

本发明中，当开关装置打开时，绕带电粒子加速器运动的带电粒子束被引出，并进入辐照单元，带电粒子束在辐照单元辐照到辐照靶上。当开关装置关闭由带电粒子束加速器到辐照单元的引出时，带电粒子束在辐射靶上的辐射也被停止。同样，当控制单元控制这个开关装置使其打开和关闭束流引出时，到辐照靶上的辐照也可被打开和关闭。由于在辐照单元中电磁铁设置带电粒子束的辐照点，从带电粒子加速器引出到辐照单元的带电粒子束可辐照到辐照靶上。由于控制单元控制电磁铁使其改变辐照点，带电粒子束可被辐照到辐照靶的另一辐照点。

而且，在本发明中，辐射剂量目标设置单元将辐照靶分成多个辐照区，并确定各辐照区辐照剂量的目标，辐照剂量测量单元测量各辐照区带电粒子束的辐照剂量，而控制单元则根据辐照剂量的目标和由辐照剂量测量单元测得的辐照剂量控制开关装置。由于控制单元控制电磁铁使带电粒子束在辐照区改变的时候辐照在各辐照区域，即使辐照靶形状复杂带电粒子束也能以高精度和均匀的束流密度辐照。此外，由于控制单元使辐照一直持续到辐照区的辐照剂量达到辐射剂量目标，即使带电粒子束的强度是瞬变的，辐照靶也能以均匀的束流密度被辐照。

当开关装置是一射频功率供给单元，向带电粒子束施加包含带电粒子束绕带电粒子加速器运动的自由振动(betatron oscillation)频率的射频电磁场时，绕带电粒子加速器运动的带电粒子束的自由振动由于施加的射频电磁场而进入共振状态，从而使带电粒子束的自由振动的幅度加大而超过共振的稳定极限，使带电粒子束从带电粒子加速器中引出。这种引出方法称为散射共振引出方法，使用该方法，可保证对带电粒子束的持续引出，从而使带电粒子束可以均匀束流密度辐照。

另外，在基于带电粒子束的癌症治疗中，辐照的带电粒子束的能量必须根据辐照靶深度加以改变。为满足这一要求，在引出的带电粒子束被辐照时，可通过在加速阶段改变绕带电粒子加速器运动的带电粒子的能量或在辐照单元放置使带电粒子束通过的诸如石墨的板状材料的方法改变带电粒子束的能量。

图1是表示本发明的带电粒子束装置的第一实施例的示意图。

图2是表示受损部位深度和粒子束剂量间的关系的一个例子的图形。

图3是表示层和辐照区的第一实施例的透视图。

图4是操作单元的框图。

图5是操作带电粒子束装置的方法的第一实施例的流程图。

图6是表示射程转换器的示意图。

图7是表示辐照区的第二实施例的透视图。

图8是表示操作带电粒子束装置的方法的第二实施例的流程图。

图9是表示一种传统的带电粒子束装置的示意透视图。

(实施例1)

下面参考图1说明本发明的带电粒子束装置的第一实施例。