(57)【要約】【課題】電力系統に対する負荷を小さくする。【解決手段】イオンビームを設定されたエネルギーとなるまで加速する加速器１と、加速器１から出射されたイオンビームを輸送するビーム輸送系２と、加速器１及びビーム輸送系２に備えられる電磁石の励磁を行う電磁石電源３，４と、初期化運転において、ビーム輸送系２に属する電磁石の初期化を行った後に加速器１に属する電磁石の初期化を行うように、電磁石電源３，４を制御する制御装置５とを備える。【選択図】  図１
2006228579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを設定されたエネルギーとなるまで加速する加速器と、
前記加速器から出射された前記荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、
前記加速器及び前記ビーム輸送系に備えられる電磁石の励磁を行う電磁石電源と、
初期化運転において、前記ビーム輸送系に属する電磁石の初期化を行った後に前記加速器に属する電磁石の初期化を行うように、前記電磁石電源を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする加速器システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記ビーム輸送系に属する電磁石の初期化が完了して略一定の励磁電流による運転とした後に前記加速器に属する電磁石の初期化を行うように、前記電磁石電源を制御することを特徴とする請求項１記載の加速器システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記加速器及び前記ビーム輸送系に係わる前記電磁石電源に出力する初期化電流指令情報をそれぞれ記憶する記憶装置と、前記記憶装置に記憶される初期化電流指令情報を対応する前記電磁石電源に出力する出力装置と、前記出力装置による前記加速器に係わる電磁石電源への初期化電流指令情報の出力を前記ビーム輸送系に係わる電磁石電源への初期化電流指令情報の出力後に行うように遅延させる遅延装置とを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の加速器システム。
【請求項４】
荷電粒子ビームを設定されたエネルギーとなるまで加速する加速器と、
前記加速器から出射された前記荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、
前記加速器及び前記ビーム輸送系に備えられる電磁石の励磁を行う電磁石電源と、
前記ビーム輸送系に属する電磁石を複数のグループに分け、初期化運転において、前記ビーム輸送系に属する電磁石に対する励磁態様を前記各グループごとに変更することにより前記ビーム輸送系に属する電磁石の励磁電流の総和の変化が略一定となるように、前記電磁石電源を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする加速器システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記ビーム輸送系に係わる電磁石電源に出力する初期化電流指令情報を前記各グループごとに位相をずらして記憶する記憶装置と、前記記憶装置に記憶された位相の異なる初期化電流指令情報を対応する前記グループに係わる電磁石電源にそれぞれ出力する出力装置とを有することを特徴とする請求項４記載の加速器システム。
【請求項６】
前記制御装置は、前記ビーム輸送系に係わる電磁石電源に出力する初期化電流指令情報を記憶する記憶装置と、前記記憶装置に記憶された初期化電流指令情報を前記各グループごとに出力する出力装置と、前記出力装置による前記初期化電流指令情報の出力タイミングを各グループごとに遅延させる遅延装置とを有することを特徴とする請求項４記載の加速器システム。
【請求項７】
荷電粒子ビームを設定されたエネルギーとなるまで加速する加速器と、
前記加速器から出射された前記荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、
前記加速器及び前記ビーム輸送系に備えられる電磁石の励磁を行う電磁石電源と、
初期化運転において、前記ビーム輸送系に属する電磁石の初期化を各電磁石ごとに時間をずらして行うように前記電磁石電源を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする加速器システム。
【請求項８】
前記制御装置は、前記ビーム輸送系に係わる電磁石電源に出力する初期化電流指令情報を記憶する記憶装置と、前記記憶装置に記憶された初期化電流指令情報を前記ビーム輸送系に係わる前記電磁石電源ごとに出力する出力装置と、前記出力装置による前記初期化電流指令情報の出力タイミングを各電磁石電源ごとに遅延させる遅延装置とを有することを特徴とする請求項７に記載の加速器システム。
【請求項９】
荷電粒子ビームを設定されたエネルギーとなるまで加速する加速器と、
前記加速器から出射された前記荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、
前記加速器及び前記ビーム輸送系に備えられる電磁石の励磁を行う電磁石電源と、
前記加速器に属する電磁石を複数のグループに分け、初期化運転において、前記加速器に属する電磁石の初期化を前記各グループごとに時間をずらして行うように、前記電磁石電源を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする加速器システム。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記加速器に係わる電磁石電源に出力する初期化電流指令情報を記憶する記憶装置と、前記記憶装置に記憶された初期化電流指令情報を前記各グループごとに出力する出力装置と、前記出力装置による前記初期化電流指令情報の出力タイミングを前記各グループごとに遅延させる遅延装置とを有することを特徴とする請求項９に記載の加速器システム。
【請求項１１】
前記制御装置は、前記加速器に属する電磁石として、偏向電磁石、又は前記偏向電磁石及び４極電磁石を制御対象に含むことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の加速器システム。
【請求項１２】
前記制御装置は、前記電磁石の初期化の際、前記電磁石の励磁電流を少なくとも１回最大にするように前記電磁石電源を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の加速器システム。
【請求項１３】
荷電粒子ビームを設定されたエネルギーとなるまで加速する加速器、前記加速器から出射された前記荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系、及び前記加速器及び前記ビーム輸送系に備えられる電磁石の励磁を行う電磁石電源を備えた加速器システムの運転方法において、
前記ビーム輸送系に属する電磁石の初期化を行った後に前記加速器に属する電磁石の初期化を行うことにより初期化運転を行うことを特徴とする加速器システムの運転方法。
【請求項１４】
前記ビーム輸送系に属する電磁石の初期化が完了して略一定の励磁電流による定常運転とした後に前記加速器に属する電磁石の初期化を行うことを特徴とする請求項１３記載の加速器システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加速器とビーム輸送系とを備えた加速器システムに係わり、特にビームエネルギーの変更が行われる加速器システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、粒子加速器システムは、これまでの高エネルギー物理学の研究用はもとより、放射線同位元素の生成や癌の粒子線治療等の医療用、材料照射等の工業用、種子照射などの農業利用等、様々な用途に用いられており、また一台の加速器が多目的に使用されることもある。
【０００３】
一般に、加速器システムは、荷電粒子源で発生され入射された荷電粒子ビームを所定のエネルギーとなるまで加速する例えばシンクロトロン等の加速器と、この加速器から出射された荷電粒子ビームを照射装置へ輸送するビーム輸送系とを備えている。これら加速器及びビーム輸送系は、偏向電磁石、四極電磁石、及びステアリング電磁石等の電磁石を多数備えている。
【０００４】
このような加速器システムの運転においては、通常、加速器側では例えば「入射→加速→出射→減磁」を１運転サイクルとする設定された電磁石の励磁パターンにより電磁石を励磁するパターン運転が行われ、またビーム輸送系では設定された励磁電流により電磁石を励磁する設定値運転が行われる。したがって、例えば一定のビームエネルギーで出射を行う場合には、加速器では出射時の励磁電流が一定であるパターン運転が行われ、ビーム輸送系ではそのエネルギーに対応した一定の設定励磁電流による設定値運転が行われる。
【０００５】
このような加速器システムのうち、例えば粒子線治療に用いられる加速器システムにおいては、ビームエネルギーにより荷電粒子の体内における深さ方向の飛距離（飛程）が定まるため、治療計画時に患者の患部の深さに対応したビームエネルギーが設定され、そのエネルギーで治療照射が行われる。したがって、治療対象である患者（患部）が変わる場合、ビームエネルギーを各患者（患部）ごとに設定された適切な値に変更して出射する必要がある。特に、細いビームを患部領域内に走査させるスキャニングと呼ばれる照射方式においては、患部を深さ方向に複数層に分割し各層ごとにビームを走査して患部領域を照射することから、層変更ごとにビームエネルギーを変更する必要があり、同一患者（患部）においても頻繁なビームエネルギーの変更が必要となる。
【０００６】
加速器システムの運転においてこのようにビームエネルギーを変更する場合、加速器では出射時の励磁電流が異なるパターン運転に、またビーム輸送系では設定励磁電流が異なる設定値運転に変更する必要がある。このように電磁石の励磁電流を変化させる場合、電磁石の運転履歴、即ち電磁石のヒステリシス（磁気履歴）を消すために、初期化運転が必要となる。従来、この加速器システムの初期化運転の運転方法として、加速器及びビーム輸送系の電磁石群を同時に最大電流で励磁するものがある（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特許第２８５７５９８号公報（第７図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来技術においては、加速器及びビーム輸送系の全ての電磁石について同時に最大電流で励磁することにより、加速器システムの初期化運転を行う。したがって、初期化運転時には多数の電磁石に対し各電磁石の励磁電流値を同時に最大とする必要があるため、電力系統に対する負荷が非常に大きくなっていた。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電力系統に対する負荷を小さくすることができる加速器システム及びその運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、荷電粒子ビームを設定されたエネルギーとなるまで加速する加速器と、前記加速器から出射された前記荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、前記加速器及び前記ビーム輸送系に備えられる電磁石の励磁を行う電磁石電源と、初期化運転において、前記ビーム輸送系に属する電磁石の初期化を行った後に前記加速器に属する電磁石の初期化を行うように、前記電磁石電源を制御する制御装置とを備えたことにある。これにより、加速器に属する電磁石の初期化とビーム輸送系に属する電磁石の初期化とのタイミングをずらして加速器システムの初期化運転を行うことができるので、初期化運転に必要な電力を低減することができ、電力系統に対する負荷を小さくできる。さらに、このようにタイミングをずらすことにより、ビーム輸送系に属する電磁石の初期化を完了させて略一定の励磁電流による運転（通常運転）とした後に、加速器に属する電磁石の初期化を行うことが可能となる。このように、ビーム輸送系側の電力が平準化された後に加速器側の初期化を行うことができるので、電力系統に与える擾乱を低減することができ、これによっても電力系統に対する負荷を小さくできる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電力系統に対する負荷を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。以下の実施形態は、本発明を癌等の治療を行う粒子線治療システムに適用した例である。
【００１２】
（実施形態１）
図１は本発明の好適な一実施形態である粒子線治療システムの全体構成図である。
【００１３】
この図１において、本実施形態の粒子線治療システムは、イオンビーム（荷電粒子ビーム）を所定のエネルギーとなるまで加速する加速器１と、この加速器１で加速され出射されたイオンビームを図示しない回転ガントリーの照射装置に輸送するビーム輸送系２と、上記加速器１に多数備えられる電磁石群をそれぞれ励磁する加速器電磁石電源（電磁石電源）３及び上記ビーム輸送系２に多数備えられる電磁石群をそれぞれ励磁する輸送系電磁石電源（電磁石電源）４の制御を行う制御装置５とを有している。
【００１４】
加速器１は、入射装置６と主加速器７とからなる。本実施形態では、主加速器７として例えばシンクロトロンを用いている（以下、シンクロトロン７と呼称する）。入射装置６はイオン源８、入射セプタム電磁石SM1を含む入射輸送系９等からなる。この入射装置６は常に略一定のエネルギーのイオンビームをシンクロトロン７に入射するため、入射輸送系９に備えられる電磁石電源はほぼ一定の励磁電流によって通電されている。
【００１５】
シンクロトロン７に備えられる電磁石群は、複数（本実施形態では６つ）の偏向電磁石Ｂ、複数（本実施形態では１２個）の４極電磁石Ｑ、複数（本実施形態では３つ）の６極電磁石SX1〜SX3、及び複数（本実施形態では７つ）のステアリング電磁石St1〜st7等から構成される。なお、これら以外に８極電磁石が設けられる場合もある。また、上記各電磁石の数は設計により変わる場合があり、これに限定するものではない。さらに、実際には入出射のための特殊な電磁石等があるが、本発明とは直接の関係がないため図示及び説明を省略する。
【００１６】
上記６つの偏向電磁石Ｂは１台の電磁石電源B-psにより直列励磁され、複数の収束４極及び発散４極を含む上記１２個の４極電磁石Ｑは１台の電磁石電源Q-psにより直列励磁される。また、３つの６極電磁石SX1〜SX3は電磁石電源SX1-ps〜SX3-psによりそれぞれ個別に励磁され、７つのステアリング電磁石St1〜st7は電磁石電源St1-ps〜St7-psによりそれぞれ個別に励磁される。これらの電磁石電源B-ps，Q-ps，SX1-ps〜SX3-ps，St1-ps〜St7-psは、上記加速器電磁石電源３に備えられている。
【００１７】
ビーム輸送系４に備えられる電磁石群は、複数の偏向電磁石HB1〜HBn、複数の４極電磁石HQ1〜HQn、複数のステアリング電磁石HSt1〜HStn等から構成され、その数は合わせて１００台前後である（なお、この台数に限定するものではない）。これらビーム輸送系２の各電磁石はそれぞれ個別に１台の電磁石電源によって励磁される。すなわち、偏向電磁石HB1〜HBnは電磁石電源HB1-ps〜HBn-psによりそれぞれ励磁され、４極電磁石HQ1〜HQnは電磁石電源HQ1-ps〜HQn-psによりそれぞれ励磁され、ステアリング電磁石HSt1〜HStnは電磁石電源HSt1-ps〜HStn-psによりそれぞれ励磁される。これらの電磁石電源HB1-ps〜HBn-ps，HQ1-ps〜HQn-ps，HSt1-ps〜HStn-psは、上記輸送系電磁石電源４に備えられている。
【００１８】
図２は制御装置５の内部構成を模式的に示す図である。なお、この図２においては、シンクロトロン７の偏向電磁石Ｂ、４極電磁石Ｑ、６極電磁石SX1〜SX3、ステアリング電磁石St1〜St7、及び出射セプタムSM2を加速器側の電磁石とする。なお、入射装置６に備えられる電磁石については、シンクロトロン７側と比べて要求電力が小さく無視できることから、ここでは加速器側の電磁石に含めていない。これら加速器側の電磁石は略台形形状となる電流パターンで励磁されるパターン電磁石であり、前述したように制御装置５の制御に基づき加速器電磁石電源３により励磁され、パターン運転を行う。一方、ビーム輸送系２の電磁石である変更電磁石HB1〜HBn、４極電磁石HQ1〜HQn及びステアリング電磁石HSt1〜HStnを輸送系側の電磁石とする。これら輸送系側の電磁石は、前述したように制御装置５の制御に基づき輸送系電磁石電源４によって輸送するビームエネルギーに対応した電流設定値で励磁され、設定値運転を行う。
【００１９】
図２に示すように、制御装置５は、記憶装置１５と、この記憶装置１５に記憶された電流指令値を加速器電磁石電源３に出力する出力装置１６、及び上記記憶装置１５に記憶された電流指令値を輸送系電磁石電源４に出力する出力装置１７を内蔵している。
【００２０】
記憶装置１５には、各電磁石の運転に必要な電流指令値があらかじめ記憶（又は適宜入力してもよい）されている。図３はこの記憶装置１５の記憶内容を模式的に説明する図である。
【００２１】
この図３に示すように、記憶装置１５には、電磁石電源３，４に出力するための電流指令値が、加速器系の加速器系指令値１８と輸送系の輸送系指令値１９とに分けられて記憶されている。加速器系指令値１８は、初期化運転に必要な初期化パターン（INIT(B),INIT(Q),…）、通常の運転に必要な運転パターン（P1(B),P1(Q),…）等により構成されており、輸送系指令値１９は、同様に初期化運転用の電流指令値（INIT(HB1),INIT(HQ1),…）、通常運転用の電流指令値（C1(HB1),C1(HQ1),…）等により構成されている。さらに、これらの電流指令値１８，１９は、電磁石電源に出力する際の繰り返し回数を各指令値毎にそれぞれ有する。出力装置１６、出力装置１７は、指定されたパターンをこの繰り返し回数分出力するようになっている。
【００２２】
上記初期化運転に必要な電流指令値は、この図３に示すように加速器側は略台形形状のパターン、輸送系側は略矩形波状のパターンで与えられ、電流指令値の大きさの範囲は最小値０％から最大値１００％の間である。本実施形態では加速器側及び輸送系側の双方について繰り返し回数を３とするので、初期化運転時においては、加速器１では初期化パターンを３回（３周期）繰り返し、ビーム輸送系２でも初期化パターン（矩形波）を３回（３周期）繰り返す。なお、ここでは初期化運転のパターン繰り返し回数を３回としているが、これに限らず、１回若しくは２回、又は４回以上としてもよい。
【００２３】
図２に戻り、制御装置５はさらにシーケンサ（遅延装置）２０を内蔵している。シーケンサ２０の機能を以下に説明する。
【００２４】
初期化運転が開始されると、まずシーケンサ２０から出力装置１７に対し初期化開始指令２１が出力される。出力装置１７は、初期化開始指令２１を受け、輸送系電磁石電源４に対し輸送系指令値１９の初期化運転用の電流指令値（INIT(HB1),INIT(HQ1),…）を繰り返し回数分（本実施形態では３回分）出力した後、通常運転用の電流指令値（C1(HB1),C1(HQ1),…）を出力する。ビーム輸送系２の各電磁石の初期化運転が全て終了すると、輸送系電磁石電源４の各電磁石電源の初期化完了信号２２がシーケンサ２０に出力される。輸送系電磁石電源４の全ての初期化完了信号２２がシーケンサ２０に入力されると、シーケンサ２０のロジックAND1からロジックAND2を経由して出力装置１６に対し、加速器系初期化開始指令２３が出力される。出力装置１６は、初期化開始指令２３を受け、加速器電磁石電源３に対し加速器側指令値１８の初期化パターン（INIT(B),INIT(Q,…)を繰り返し回数分出力し、通常の運転パターン（P1(B),P1(Q),…）を出力する。加速器１の各電磁石の初期化運転が全て終了すると、加速器電磁石電源３の各電磁石電源の初期化完了信号２４がシーケンサ２０に出力される。加速器電磁石電源３の全ての初期化完了信号２４がシーケンサ２０に入力されると、ロジックAND3から加速器システム全体初期化完了信号２５が発せられ、治療開始に移行する。
【００２５】
以上のようなシーケンサ２０の機能により、制御装置５から輸送系電磁石電源４及び加速器電磁石電源３に出力される電流指令値の時間変化を図４に示す。なお、煩雑防止のため、この図４では輸送系電磁石電源４及び加速器電磁石電源３についてそれぞれ２つの電磁石分の電流指令値のみ示している。
【００２６】
この図４に示すように、初期化運転を開始すると、まず輸送系電磁石電源４に対して３回分の初期化運転用の電流指令値（INIT(HB1),INIT(HQ1),…）を出力し、ビーム輸送系２の全電磁石の初期化が完了したら、輸送系電磁石電源４に対して通常運転用の電流指令値（C1(HB1),C1(HQ1),…）を出力すると共に、加速器電磁石電源３に対して３回分の初期化パターン（INIT(B),INIT(Q,…)を出力し、加速器１の全電磁石の初期化が完了したら、加速器電磁石電源３に対して通常の運転パターン（P1(B),P1(Q),…）を出力する。
【００２７】
以上のような構成である本実施形態の粒子線治療システムの動作を説明する。
まず、イオンビームの加速を行う前に、加速器システムの初期化運転、すなわち電磁石のヒステリシス（磁気履歴）を消すことを目的に加速器１及びビーム輸送系２に備えられる電磁石の初期化を行う。すなわち、前述したようにシーケンサ２０から出力装置１７に初期化開始指令２１が出力され、輸送系指令値１９の初期化運転用の電流指令値（INIT(HB1),INIT(HQ1),…）が輸送系電磁石電源４に対して３回出力され、まずビーム輸送系２の電磁石の初期化が行われる。初期化が完了すると、出力装置１７から続けて通常運転用の電流指令値（C1(HB1),C1(HQ1),…）が輸送系電磁石電源４に対して出力され、ビーム輸送系２のビームエネルギーに応じた略一定の設定励磁電流による設定値運転が行われる。また、シーケンサ２０から出力装置１６に加速器系初期化開始指令２３が出力され、加速器系指令値１８の初期化パターン（INIT(B),INIT(Q),…)が加速器電磁石電源３に対して３回出力され、加速器１の電磁石の初期化が行われる。加速器１の電磁石の初期化が完了すると、続けて通常の運転パターン（P1(B),P1(Q),…）が加速器電磁石電源３に出力され、加速器１の「入射→加速→出射→減磁」を１運転サイクルとするパターン運転が行われる。
【００２８】
以上のようにして初期化運転が完了すると、加速器システムの通常運転が行われる。この通常運転においては、イオン源８で発生したイオン（例えば、陽イオン（または炭素イオン））が入射輸送系９を通ってシンクロトロン７に入射される。このとき、シンクロトロン７の偏向電磁石Ｂや４極電磁石Ｑ等の各種電磁石に導かれる励磁電流は、前述した制御装置５の制御に基づき加速器電磁石電源３により入射用の電流設定値に略一定に保持されている。このシンクロトロン７において、イオンビームは、図示しない加速用高周波電源からの高周波電力の印加によってエネルギーを与えられて加速される。このとき、シンクロトロン７の各種電磁石の電流値は、制御装置５の制御に基づき加速器電磁石電源３によってビームエネルギーの増加に合わせて増加するように制御される。そして、シンクロトロン７内を周回するイオンビームは、設定されたエネルギー（例えば１００〜２００ＭｅＶ）まで加速された後、シンクロトロン７から出射される。すなわち、図示しない出射用高周波電源からの高周波が周回しているイオンビームに印加され、安定限界内で周回しているイオンビームが安定限界外に移行し、出射用デフレクタ（図示せず）を通って出射される。なお、このイオンビームの出射の際には、シンクロトロン７の各種電磁石に導かれる電流が出射用の電流設定値に略一定に保持され、安定限界もほぼ一定に保持されている。
【００２９】
シンクロトロン７から出射されたイオンビームは、ビーム輸送系２により、３つの治療室のうち選択された治療室の図示しない回転ガントリーに設けられた照射装置に輸送される。このとき、ビーム輸送系２の各種電磁石のうち上記選択された治療室（コース）に対応する電磁石に導かれる電流は、前述した制御装置５の制御に基づき輸送系電磁石電源４によって、シンクロトロン７から出射されたイオンビームのエネルギーに応じた電流設定値に保持されている。そして、照射装置に輸送されたイオンビームは、照射装置から治療台１０上の患者１１の患部に対して照射される。
【００３０】
以上のようにして治療照射が行われ、照射が終了して患者１１（又は治療対象の患部）が変わる場合には、ビームエネルギーを変更するため、再度上述した手順と同様の手順により加速器システムの初期化運転が行われる。このとき、記憶装置１５に記憶された輸送系側の通常運転用の電流指令値（C1(HB1),C1(HQ1),…）及び加速器側の通常の運転パターン（P1(B),P1(Q),…）は、新しい患者１１（又は患部）に対応した電流指令値（C1(HB1),C1(HQ1),…）及び運転パターン（P1(B),P1(Q),…）に書き換えられており、初期化運転完了後には、その新しい電流指令値及び運転パターンに基づき、上述した加速器システムの通常運転が行われる。
【００３１】
以上説明した実施形態１によれば、図４に示したようにビーム輸送系２の電磁石の初期化と加速器１の電磁石の初期化とのタイミングをずらして加速器システムの初期化運転を行うことができるので、初期化運転に必要な電力を低減することができ、電力系統に対する負荷を小さくできる。さらに、このようにタイミングをずらすことにより、ビーム輸送系２の電磁石の初期化を完了させて略一定の設定励磁電流による通常運転とした後に、シンクロトロン７の電磁石の初期化を行うことができる。このようにして、輸送系側の電力が平準化された後に加速器側の初期化を行うことができるので、電力系統に与える擾乱を低減することができ、これによっても電力系統に対する負荷を小さくすることができる。
【００３２】
（実施形態２）
図５は本実施形態の制御装置５Ａの内部構成を模式的に示す図であり、上記実施形態１の図２に対応する図である。図２と同様の部分には同符号を付し、説明を省略する。
【００３３】
本実施形態では、ビーム輸送系２の電磁石群を複数のグループに分ける。本例ではグループの数は２とする。このとき、各グループに属する電磁石の初期化電流の最大値の総和が、それぞれのグループで等しくなるようにグループ分けがされている。この図５に示すように、第１の輸送系電磁石電源（電磁石電源）４Ａにより第１のグループの電磁石の励磁を行い、第２の輸送系電磁石電源（電磁石電源）４Ｂにより第２のグループの電磁石の励磁が行われる。
【００３４】
図６は本実施形態における記憶装置１５の記憶内容を模式的に説明する図であり、上記実施形態１の図３に対応する図である。図３と同様の部分には同符号を付し、説明を省略する。
【００３５】
この図６に示すように、第１の輸送系電磁石電源４Ａに出力する輸送系指令値１９Ａと第２の輸送系電磁石電源４Ｂに出力する輸送系指令値１９Ｂとは、通常運転用の電流指令値については同等であるが、矩形波状の初期化運転用の電流指令値については、位相を１８０°ずらした形状としている。すなわち、第１のグループに係わる指令値（輸送系指令値１９Ａ）側は最小電流から開始する波形とし、第２のグループに係わる指令値（輸送系指令値１９Ｂ）側は逆に最大電流から開始する波形となっている。このとき、これら輸送系指令値１９Ａと輸送系指令値１９Ｂとは、矩形波の最大値と最小値の時間幅は等しくなっている。このことは電流整定時間が電流指令最大値の場合と最小値の場合が等しいことから、合理的といえる。また、矩形波の最大値の時間幅（＝最小値の時間）は、全電磁石に対して等しくなっている。なお、加速器側指令値１８については前述の実施形態１と同様である。
【００３６】
図５に戻り、制御装置５Ａが内蔵するシーケンサ２０Ａの機能を説明する。
初期化運転が開始されると、シーケンサ２０Ａから出力装置１６，１７Ａ，１７Ｂにそれぞれ初期化開始指令２１が出力される（後述の遅延回路２７にも出力される）。これにより、出力装置１６は加速器電磁石電源３に対し加速器側指令値１８の初期化パターン（INIT(B),INIT(Q),…)を３回分出力した後、通常の運転パターン（P1(B),P1(Q),…）を出力する。また、出力装置１７Ａは第１の輸送系電磁石電源４Ａに対し輸送系指令値１９Ａの初期化運転用の電流指令値（INIT(HB1),INIT(HQ1),…）を３回分出力した後、通常運転用の電流指令値（C1(HB1),C1(HQ1),…）を出力する。さらに、出力装置１７Ｂは第２の輸送系電磁石電源４Ｂに対し輸送系指令値１９Ｂの初期化運転用の電流指令値（INIT(HB2),INIT(HQ2),…）を３回分出力した後、通常運転用の電流指令値（C1(HB2),C1(HQ2),…）を出力する。
【００３７】
以上により加速器１及びビーム輸送系２の各電磁石の初期化が全て終了すると、遅延回路２７から加速器システム全体初期化完了信号２５が発せられ、治療開始に移行する。この遅延回路２７による遅延時間は、加速器１及びビーム輸送系２の各電磁石の初期化に必要な時間に予め設定されている。なお、本実施形態では治療開始のタイミングを上記遅延回路２７により設定するようにしたが、前述の実施形態１と同様に各電磁石電源３，４Ａ，４Ｂからの初期化運転完了信号を用いて治療開始に移行するようにしてもよい。
【００３８】
以上のようなシーケンサ２０Ａの機能により、制御装置５Ａから加速器電磁石電源３及び輸送系電磁石電源４Ａ，４Ｂに出力される電流指令値の時間変化を図７に示す。
【００３９】
以上説明した実施形態２によれば、ビーム輸送系２の２グループに分けた電磁石の初期化運転を位相が１８０°ずれた電流指令値波形によってそれぞれ行うことにより、輸送系側の初期化運転に必要な電流が相殺され、輸送系全体をまとめて同じ電流指令値で初期化運転する場合に比較して１／２の電流値ですむことになる。したがって、電力系統に対する負荷を小さくできる。また、輸送系側の電流の上昇と下降が相殺されるため、電力系統に与える擾乱を低減することができ、これによっても電力系統に対する負荷を小さくすることができる。さらに、本実施形態では輸送系側の初期化運転に必要な電力を平準化できることから、輸送系側と加速器側の初期化運転を同時に並行して行う。これにより、輸送系側と加速器側の初期化運転をずらして行う前述の第１実施形態に比べ、初期化運転に必要な時間を短縮することができる。
【００４０】
（実施形態３）
図８は本実施形態の制御装置５Ｂの内部構成を模式的に示す図であり、上記実施形態２の図５に対応する図である。図５と同様の部分には同符号を付し、説明を省略する。
【００４１】
本実施形態においても、前述の実施形態２と同様にビーム輸送系２の電磁石群を２グループに分ける。分け方については実施形態２と同様である。実施形態２と異なる点は、各グループに対応する第１及び第２の電磁石電源４Ａ，４Ｂに対し同様の電流指令値をタイミングをずらして出力する点である。すなわち、本実施形態の記憶装置１５には加速器系指令値１８と輸送系指令値１９とが記憶されており、その構成は前述の実施形態１と同様である。そして、輸送系指令値１９をシーケンサ２０Ｂにより各グループに対応する電磁石電源４Ａ，４Ｂに対しタイミングをずらして出力する。以下、シーケンサ２０Ｂの機能を説明する。
【００４２】
初期化運転が開始されると、シーケンサ２０Ｂから出力装置１６，１７Ａにそれぞれ初期化開始指令２１が出力される（後述の遅延回路２８及び遅延回路２９にも出力される）。これにより、出力装置１６は加速器電磁石電源３に対し加速器側指令値１８の初期化パターン（INIT(B),INIT(Q),…)を３回分出力した後、通常の運転パターン（P1(B),P1(Q),…）を出力する。また、出力装置１７Ａは第１の電磁石電源４Ａに対し輸送系指令値１９の初期化運転用の電流指令値（INIT(HB1),INIT(HQ1),…）を３回分出力した後、通常運転用の電流指令値（C1(HB1),C1(HQ1),…）を出力する。
【００４３】
次に、所定の時間遅れて遅延回路（遅延装置）２８から初期化開始指令２１が出力装置１７Ｂに対して出力される。なお、この遅延回路２８による遅延時間は、輸送系指令値１９の矩形波の最大値（最小値）の時間幅に設定されている。これにより、出力装置１７Ｂは第２の輸送系電磁石電源４Ｂに対し輸送系指令値１９の初期化運転用の電流指令値（INIT(HB1),INIT(HQ1),…）を３回分出力した後、
通常運転用の電流指令値（C1(HB1),C1(HQ1),…）を出力する。
【００４４】
以上により加速器１及びビーム輸送系２の各電磁石の初期化運転が全て終了すると、遅延回路２９から加速器システム全体初期化完了信号２５が発せられ、治療開始に移行する。この遅延回路２９の遅延時間は、加速器１及びビーム輸送系２の各電磁石の初期化に必要な時間に予め設定されている。なお、本実施形態では治療開始のタイミングを上記遅延回路２９により設定するようにしたが、前述の実施形態１と同様に各電磁石電源３，４Ａ，４Ｂからの初期化運転完了信号を用いて治療開始に移行するようにしてもよい。
【００４５】
以上のようなシーケンサ２０Ｂの機能により、制御装置５Ｂから加速器電磁石電源３及び輸送系電磁石電源４Ａ，４Ｂに出力される電流指令値の時間変化を図９に示す。
【００４６】
以上説明した本実施形態によれば、上記実施形態２と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
なお、以上の実施形態２及び実施形態３においては、ビーム輸送系２の電磁石群を２グループに分けるようにしたが、グループ数はこれに限らず、さらに多くてもよい。例えば３グループに分類するのであれば、第１のグループと第２及び第３のグループに属する電磁石の初期化電流の最大値の総和がそれぞれ等しくなるようにグループ分けすればよいし、例えば４グループであれば第１及び第２グループと第３及び第４グループに属する電磁石の初期化電流の最大値の総和がそれぞれ等しくなるようにすれば足りる。
【００４８】
（実施形態４）
図１０は本実施形態の制御装置５Ｃの内部構成を模式的に示す図であり、前述の実施形態１の図２等に対応する図である。図２等と同様の部分には同符号を付し、説明を省略する。
【００４９】
本実施形態の記憶装置１５に記憶される初期化電流指令値１８，１９の構成及び出力装置１６，１７の構成は前述の実施形態１と同様であるので説明を省略する。
【００５０】
本実施形態では、輸送系電磁石電源４に対する電流指令値を各電磁石に対応する各電磁石電源ごとに個別に与える。すなわち、シーケンサ２０Ｃにより出力装置１７に対し初期化開始指令２１を電磁石電源ごとに個別に出力する。具体的には、図１０に示すように、シーケンサ２０Ｃにおいて初期化開始指令２１は遅延回路（遅延装置）３０に入力され、同回路内の各電磁石電源に対応した遅延回路30-b2〜30-st2〜・・・により順次遅延される。これにより、初期化開始指令２１は出力装置１７に対して順次出力され、それらを受けた出力装置１７は輸送系指令値１９をまず輸送系電磁石電源HB1-psに出力し、順次、HB2-ps〜Hst2-ps〜・・・に出力する。その結果、輸送系電磁石電源４の各電磁石電源により対応するビーム輸送系２の各電磁石の初期化運転が順次行われる。
【００５１】
上記遅延回路３０による各遅延幅Δｔ（秒）は個別に設定可能であるが、本例では一律な値とする。このΔｔの大きさは、例えば１回の電磁石初期化時間(０%-１００%)の時間を１０秒、輸送系電磁石電源４の員数を１００台とした場合、１回の初期化時間の間にすべての輸送系電磁石電源４の初期化電流を平準化するという観点から、１０(秒)／１００(台)＝０．１秒のように設定するのが好適である（後述の図１１参照）。
【００５２】
なお、加速器１及びビーム輸送系２の各電磁石の初期化運転が全て終了すると、遅延回路３１から加速器システム全体初期化完了信号２５が発せられ、治療開始に移行する点については前述の実施形態２，３と同様である。ただし、前述の実施形態１と同様に各電磁石電源３，４からの初期化運転完了信号を用いて治療開始に移行するようにしてもよい。
【００５３】
以上のようなシーケンサ２０Ｃの機能により、制御装置５Ｃから加速器電磁石電源３及び輸送系電磁石電源４に出力される電流指令値の時間変化を図１１に示す。
【００５４】
以上説明した本実施形態によれば、ビーム輸送系２の電磁石の初期化に必要な電力としては前述の実施形態２，３と比較して大きくなるが、ビーム輸送系２の各電磁石の電流変化タイミングを積極的にずらして平準化することができるため、電力系統に対する擾乱を抑制でき、これによって電力系統に対する負荷を小さくすることができる。特に初期化開始指令のような指令値をシリアル伝送で代表される通信によって実現する場合、原理的に伝送による指令の遅れが不可避であるが、この遅れを本実施形態の遅延回路３０による遅延に含めて考慮すれば、合理的な制御系を構築することができる。
【００５５】
（実施形態５）
図１２は本実施形態の制御装置５Ｄの内部構成を模式的に示す図であり、上記実施形態１の図２等に対応する図である。図２等と同様の部分には同符号を付し、説明を省略する。
【００５６】
本実施形態では、加速器１の電磁石群を複数のグループに分ける。本例では、偏向電磁石Ｂとそれ以外の電磁石群との２つのグループに分ける。これは、シンクロトロン７においては偏向電磁石Ｂの励磁電流が支配的であり、偏向電磁石Ｂの初期化電流の最大値と、それ以外の電磁石の初期化電流の最大値の総和がほぼ等しいためである。なお、これ以外の組合せで分けてもよい。この図１２に示すように、第１の加速器電磁石電源（電磁石電源）３Ａにより第１のグループの電磁石（すなわち偏向電磁石Ｂ）の励磁を行い、第２の加速器電磁石電源（電磁石電源）３Ｂにより第２のグループの電磁石（すなわち偏向電磁石Ｂ以外の電磁石）の励磁が行われる。
【００５７】
本実施形態の記憶装置１５には加速器系指令値１８と輸送系指令値１９とが記憶されており、その構成は前述の実施形態１と同様である。そして、加速器系指令値１８をシーケンサ２０Ｄにより上記各グループに対応する電磁石電源３Ａ，３Ｂに対しタイミングをずらして出力する。このシーケンサ２０Ｄの機能を説明する。
【００５８】
初期化運転が開始されると、シーケンサ２０Ｄからまず出力装置１６Ａに初期化開始指令２１が出力される（後述の遅延回路３２及び遅延回路３４にも出力される）。これにより、出力装置１６Ａは加速器電磁石電源３Ａに対し加速器側指令値１８の初期化パターン（INIT(B),INIT(Q),…)を３回分出力した後、通常の運転パターン（P1(B),P1(Q),…）を出力する。次に、所定の時間遅れて遅延回路（遅延装置）３２から初期化開始指令２１が出力装置１６Ｂに対して出力される。この遅延回路３２の遅延時間は、任意に設定可能であり、例えば第１のグループに係わる加速器電磁石電源３Ａの略台形形状の初期化電流指令値(初期化パターン)のフラット部分（フラットトップ又はフラットベース）の間に第２のグループに係わる加速器電磁石電源３Ｂの略台形形状の初期化電流指令値の電流変動（立上がり及び立下り部分）が行われるように設定されている（後述の図１３参照）。これにより、出力装置１６Ｂは加速器電磁石電源３Ｂに対し加速器側指令値１８の初期化パターン（INIT(B),INIT(Q),…)を３回分出力した後、通常の運転パターン（P1(B),P1(Q),…）を出力する。さらに、所定の時間遅れて遅延回路３３から初期化開始指令２１が出力装置１７に対して出力される。この遅延回路３３の遅延時間も任意に設定可能であり、本実施形態では加速器１の全電磁石の初期化が終了した時点でビーム輸送系２の電磁石の初期化が開始されるように適宜の値に予め設定されている。これにより、出力装置１７は輸送系電磁石電源４に対し輸送系指令値１９の初期化運転用の電流指令値（INIT(HB1),INIT(HQ1),…）を３回分出力した後、通常運転用の電流指令値（C1(HB1),C1(HQ1),…）を出力する。
【００５９】
なお、加速器１及びビーム輸送系２の各電磁石の初期化運転が全て終了すると、遅延回路３４から加速器システム全体初期化完了信号２５が発せられ、治療開始に移行する点については前述の実施形態２，３，４と同様である。ただし、前述の実施形態１と同様に各電磁石電源３Ａ，３Ｂ，４からの初期化運転完了信号を用いて治療開始に移行するようにしてもよい。
【００６０】
以上のようなシーケンサ２０Ｄの機能により、制御装置５Ｄから加速器電磁石電源３Ａ，３Ｂ及び輸送系電磁石電源４に出力される電流指令値の時間変化を図１３に示す。
【００６１】
以上説明した本実施形態によれば、遅延回路３２を用いて初期化運転時における加速器系電磁石グループ１（すなわち偏向電磁石Ｂ）と加速器系電源石グループ２（すなわち偏向電磁石Ｂ以外の電磁石）の初期化開始タイミングをずらすことにより、加速器１の各電磁石の電流変化タイミングを積極的にずらして平準化することができるため、電力系統に対する擾乱を抑制でき、これによって電力系統に対する負荷を小さくすることができる。
【００６２】
なお、以上説明した実施形態５においては、加速器側の電磁石の初期化を終了した後に輸送系側の電磁石の初期化を行うようにしたが、これに限らず、反対に輸送系側の電磁石の初期化終了後に加速器側の電磁石の初期化を行うようにしてもよい。この場合、ビーム輸送系２が各電磁石が略一定電流による通常運転となった後に加速器側の初期化を行うことができるので、電力系統に与える擾乱をさらに低減することができる。
【００６３】
（実施形態６）
図１４は本実施形態の制御装置５Ｅの内部構成を模式的に示す図であり、前述の実施形態１の図２等に対応する図である。図２等と同様の部分には同符号を付し、説明を省略する。
【００６４】
本実施形態の記憶装置１５に記憶される電流指令値１８，１９の構成及び出力装置１６，１７の構成は前述の実施形態１と同様であるので説明を省略する。
【００６５】
本実施形態は、加速器１の電磁石とビーム輸送系２の電磁石の初期化開始タイミングをその電流変化が一部分に集中しないようにずらすものである。具体的には、図１４に示すように、シーケンサ２０Ｅの遅延回路３５により、出力装置１６への初期化開始指令２１の入力と出力装置１７への初期化開始指令２１の入力タイミングをずらす。本実施形態では、遅延回路３５による遅延時間は、輸送系電磁石電源４への初期化電流指令値の増減（すなわち矩形波の立上がり、立下り部分）が加速器電磁石電源３の略台形形状の初期化電流指令値(初期化パターン)のフラット部分（フラットトップ又はフラットベース）の間に行われるように設定されている（後述の図１５参照）。
【００６６】
なお、加速器１及びビーム輸送系２の各電磁石の初期化運転が全て終了すると、遅延回路３６から加速器システム全体初期化完了信号２５が発せられ、治療開始に移行する点については前述の実施形態２，３，４，５と同様である。ただし、前述の実施形態１と同様に各電磁石電源３，４からの初期化運転完了信号を用いて治療開始に移行するようにしてもよい。
【００６７】
以上のようなシーケンサ２０Ｅの機能により、制御装置５Ｅから加速器電磁石電源３及び輸送系電磁石電源４に出力される電流指令値の時間変化を図１５に示す。
【００６８】
以上説明した本実施形態によれば、加速器電磁石電源３と輸送系電磁石電源４の初期化運転における１周期あたり合計４回の電流変化時期をずらして平準化することができるので、電力系統への擾乱が波形周期の一部に集中することを防止できる。その結果、電力系統に対する負荷を小さくすることができる。
【００６９】
なお、一々例示はしないが、既に述べた以外にも、以上説明した各実施形態を適宜組み合わせて利用してもよい。例えば、上記実施形態２乃至４では、輸送系側の初期化に要する電力が平準化されているために系統への擾乱の心配が少ないことから加速器側と輸送系側の電磁石の初期化を同時に行うようにしたが、これに限らず、さらなる電力系統に対する負荷低減効果を得るために、実施形態１と実施形態２乃至４のいずれかを組み合わせ、輸送系側の初期化運転に必要な電力を平準化した上で輸送系側の初期化が終了した後に加速器側の初期化を行うようにしてもよい。また例えば、実施形態５と実施形態２乃至４のいずれかを組み合わせ、加速器側及び輸送系側の双方について初期化運転に必要な電力を平準化した上で初期化運転を行うといったことも可能である。
【００７０】
また、以上説明した実施形態においては、加速器側の電磁石としてシンクロトロン７の偏向電磁石Ｂ、４極電磁石Ｑ、６極電磁石SX1〜SX3、ステアリング電磁石St1〜St7、及び出射セプタムSM2を含めるようにしたが、これに限らず、例えば偏向電磁石Ｂのみ、または偏向電磁石Ｂ及び４極電磁石Ｑのみとしてもよい。これは、６極電磁石SX1〜SX3、８極電磁石、ステアリング電磁石St1〜St7、又は入出射等の各電磁石が要求する電力は、偏向電磁石Ｂと４極電磁石Ｑに比較して無視できる程度に小さいからである。
【００７１】
さらに、以上説明した実施形態においては、本発明を癌等の治療を行う粒子線治療システムに適用した例を示したが、これに限らず、放射線同位元素の生成、材料照射等の工業用、種子照射などの農業利用等、様々な用途に用いられる加速器システムに適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の加速器システムの好適な一実施形態である粒子線治療システムの全体構成図である。
【図２】図１に示す制御装置の内部構成を模式的に示す図である。
【図３】図２に示す記憶装置の記憶内容を模式的に説明する図である。
【図４】制御装置から輸送系電磁石電源及び加速器電磁石電源に出力される電流指令値の時間変化を表す図である。
【図５】本発明の第２実施形態における制御装置の内部構成を模式的に示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態における記憶装置の記憶内容を模式的に説明する図である。
【図７】本発明の第２実施形態における制御装置から輸送系電磁石電源及び加速器電磁石電源に出力される電流指令値の時間変化を表す図である。
【図８】本発明の第３実施形態における制御装置の内部構成を模式的に示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態における制御装置から輸送系電磁石電源及び加速器電磁石電源に出力される電流指令値の時間変化を表す図である。
【図１０】本発明の第４実施形態における制御装置の内部構成を模式的に示す図である。
【図１１】本発明の第４実施形態における制御装置から輸送系電磁石電源及び加速器電磁石電源に出力される電流指令値の時間変化を表す図である。
【図１２】本発明の第５実施形態における制御装置の内部構成を模式的に示す図である。
【図１３】本発明の第５実施形態における制御装置から輸送系電磁石電源及び加速器電磁石電源に出力される電流指令値の時間変化を表す図である。
【図１４】本発明の第６実施形態における制御装置の内部構成を模式的に示す図である。
【図１５】本発明の第６実施形態における制御装置から輸送系電磁石電源及び加速器電磁石電源に出力される電流指令値の時間変化を表す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１          加速器
２          ビーム輸送系
３          加速器電磁石電源（電磁石電源）
３Ａ        第１の加速器電磁石電源（電磁石電源）
３Ｂ        第２の加速器電磁石電源（電磁石電源）
４          輸送系電磁石電源（電磁石電源）
４Ａ        第１の輸送系電磁石電源（電磁石電源）
４Ｂ        第２の輸送系電磁石電源（電磁石電源）
５          制御装置
５Ａ〜５Ｅ  制御装置
１５        記憶装置
１６        出力装置
１６Ａ〜Ｂ  出力装置
１７        出力装置
１７Ａ〜Ｂ  出力装置
２０        シーケンサ（遅延装置）
２８        遅延回路（遅延装置）
３０        遅延回路（遅延装置）
３２        遅延回路（遅延装置）
Ｂ          偏向電磁石（電磁石）
Ｑ          ４極電磁石（電磁石）
SX1〜SX3    ６極電磁石（電磁石）
St1〜st7    ステアリング電磁石（電磁石）
HB1〜HBn    偏向電磁石（電磁石）
HQ1〜HQn    ４極電磁石（電磁石）
HSt1〜HStn  ステアリング電磁石（電磁石）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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