[發明專利]加速器以及粒子束治療系統

有效

• 申請號: 201880065145.6
• 申請日: 2018-10-09
• 公開（公告）號: CN111194578B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 青木孝道;中島裕人
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 主分類號: H05H13/02
• 分類號: H05H13/02;A61N5/10
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 曾賢偉;范勝杰

本發明提供加速器以及粒子束治療系統。加速器具備：產生不同的多種離子的多個離子源(221、222、223)、產生磁場的電磁鐵(11)以及產生高頻電場的高頻腔體(21)。離子的軌道的中心伴隨著加速而偏心，電磁鐵(11)產生的磁場是向軌道的動徑方向外側降低的磁場分布。高頻腔體(21)通過與對應于入射的離子的核種的旋轉頻率相符的高頻電場將離子加速至預定能量。高頻電場的頻率追隨離子的能量而變化。由此，提供小型且能夠縮短照射時間的加速器以及粒子束治療系統。

技術領域

本發明涉及對質子、碳離子等重粒子進行加速的加速器以及將被加速的粒子向腫瘤進行照射，由此治療的粒子束治療系統。

背景技術

在為了治療而向人體照射帶電粒子束的帶電粒子束系統中，作為使系統小型化，并且實現向目標的較高的照射集中性、照射劑量分布控制性的帶電粒子束系統的一個例子，在專利文獻1中，記載了使用產生重量不同的多種離子束，將多種離子加速至各自的水中最長射程不同的最高能量并射出的加速器，在射束輸送系統中，從設置于旋轉機架的照射裝置向人體進行照射。在照射中，將照射目標的深度與各離子種類的水中最大射程進行比較，選擇照射目標的深度成為水中最長射程以下的離子種類，并向照射目標進行照射。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2015-84886號公報

發明內容

發明要解決的課題

在粒子束治療中使用的高能核束通過使用加速器而生成。例如，在將碳核用作治療用的射束的情況下，每個核子的動能最大需要430MeV左右。在將質子用作治療用的射束的情況下，最大需要230MeV左右的動能。

在專利文獻1中，提出了能夠利用一臺加速器生成多個核種的射束，并照射多個種類的射束的系統。

在專利文獻1所記載的粒子束治療系統中，作為加速器，使用同步加速器。同步加速器使構成加速器的電磁鐵的勵磁量隨時間而變化，同時使在內部旋轉的粒子的動能增大。

但是，同步加速器除了使射束偏轉的偏轉電磁鐵以外，還需要四極發散電磁鐵(quadrupole diverging magnet)、共振激發用多極電磁鐵、用于增加電子回旋加速振動(betatron oscillation)而超過共振的穩定極限的射束的射出用的高頻施加裝置、射出用的靜電偏轉器以及射出用偏轉電磁鐵等各種設備，從而小型化存在極限。另外，由于需要各種設備，因此低成本化也存在極限。

作為同步加速器以外的加速器，還存在回旋加速器。但是，回旋加速器是利用高頻電場對在主磁場中旋轉的射束進行加速的類型的加速器。使軌道上的平均磁場與射束的相對論中的γ因子成比例，由此不管能量如何，而使旋轉的時間為恒定。將具有該性質的主磁場分布稱為等時性磁場。

這里，在等時性磁場下沿著軌道調制磁場，由此確保軌道面內和與軌道面垂直的方向的射束穩定性。為了兼顧上述的等時性與射束的穩定性，主磁場分布需要極大部與極小部。具有該分布的非均勻的磁場能夠通過使主電磁鐵的對置的磁極之間的距離在極大部變得狹窄，在極小部變得寬闊而形成。然而，極大部的磁場與極小部的磁場的差在作為強磁性體的磁極材料的飽和磁通密度程度內在實用方面存在極限。即，極大部的磁場與極小部的磁場的差被限制為2T左右。

另一方面，在使加速器小型化的情況下，需要提高主磁場，減小射束軌道的偏轉半徑，但主磁場和上述的極大部的磁場與極小部的磁場的差存在比例關系，上述的極限成為決定加速器的現實中的大小的重要因素。因此，回旋加速器難以小型化。

另外，在回旋加速器中，不使用降能器而難以變更取出射束的能量。另外，在使用降能器的情況下，導致射束電流減少，因此照射時間的短時間化變得困難。

用于解決課題的手段