(57)【要約】  本システムは、線形加速器、イオンポンプ、及び補償磁石を有する。イオンポンプは、所定のイオンポンプ磁石位置、所定のイオンポンプ磁石形状、所定のイオンポンプ磁石向き、及び所定のイオンポンプ磁石磁界プロファイルを含む。補償磁石は、所定の位置、所定の形状、所定の向き、及び所定の磁界プロファイルを有する。補償磁石の位置、形状、向き、及び磁界プロファイルのうちの少なくとも１つは、イオンポンプ磁石によって生じる線形加速器における磁界の少なくとも１つの成分を低減させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
線形加速器と、
所定のイオンポンプ磁石位置、所定のイオンポンプ磁石形状、所定のイオンポンプ磁石向き、及び所定のイオンポンプ磁石磁界プロファイルを有するイオンポンプ磁石を含むイオンポンプと、
所定の位置、所定の形状、所定の向き、及び所定の磁界プロファイルを有する補償磁石とを備え、
上記位置、形状、向き、及び磁界プロファイルのうちの少なくとも１つは、上記イオンポンプ磁石によって生じる上記線形加速器における磁界の少なくとも１つの成分を低減させる、
システム。
【請求項２】
上記補償磁石の位置、形状、向き、及び磁界プロファイルのうちの少なくとも１つは、上記イオンポンプのイオンポンプ磁石位置、イオンポンプ磁石形状、イオンポンプ磁石向き、及びイオンポンプ磁石磁界プロファイルのうちの少なくとも１つに実質的に類似している、
請求項１記載のシステム。
【請求項３】
上記イオンポンプ磁石及び上記補償磁石は、開口を有するＣ字形状をそれぞれ有し、
上記各Ｃ字形状の開口は互いに対向する、
請求項１又は２記載のシステム。
【請求項４】
上記線形加速器は電子ビーム経路を有し、上記線形加速器における磁界の少なくとも１つの成分の低減は、上記電子ビーム経路に沿って磁界を低減させる、
請求項１〜３のうちの１つに記載のシステム。
【請求項５】
上記補償磁石の位置、形状、向き、及び磁界プロファイルのうちの少なくとも１つは、上記線形加速器における磁界の勾配を低減させるように構成される、
請求項１〜４のうちの１つに記載のシステム。
【請求項６】
上記補償磁石は電流が流れるコイルである、
請求項１〜５のうちの１つに記載のシステム。
【請求項７】
上記補償磁石は、上記線形加速器の少なくとも１つの場所において上記イオンポンプ磁石に起因した磁界が実質的に相殺されるような向きを有する、
請求項１〜６のうちの１つに記載のシステム。
【請求項８】
上記線形加速器は電子ビーム経路を有し、上記補償磁石は、上記電子ビーム経路に沿って上記イオンポンプ磁石に起因した磁界が実質的に相殺されるような向きを有する、
請求項１〜７のうちの１つに記載のシステム。
【請求項９】
上記補償磁石の位置、形状、向き、及び磁界プロファイルのうちの少なくとも１つと、上記イオンポンプのイオンポンプ磁石位置、イオンポンプ磁石形状、イオンポンプ磁石向き、及びイオンポンプ磁石磁界プロファイルのうちの少なくとも１つとは、上記線形加速器のビーム品質の低減を最小化するように選択される、
請求項１〜８のうちの１つに記載のシステム。
【請求項１０】
上記イオンポンプ磁石及び上記補償磁石の少なくとも一方は、上記線形加速器における荷電粒子の源に対するよりも、線形加速器の標的に対して近接して配置される、
請求項１〜９のうちの１つに記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここで説明した要旨は、線形加速器の内部の磁界を低減させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願への相互参照
本願は、２０１６年３月９日に出願され、「MAGNETIC FIELD COMPENSATION IN A LINEAR ACCELERATOR」の名称を有する米国仮特許出願第６２／３０５９７０号への優先権を主張し、その内容の全体は参照によってここに組み込まれる。
【０００３】
線形粒子加速器（線形加速器）は、帯電した原子よりも小さい粒子又はイオンを加速チャンバにおいて一連の発振電位にさらすことで、そのような粒子又はイオンを加速するために使用可能である。例示的な線形加速器の用途では、加速された粒子が標的へ向けられてもよく、標的に粒子が衝突したとき、医療用放射線治療で使用可能な光子ビームの生成が可能になる。
【０００４】
典型的な線形加速器は、粒子源と、真空下で維持される加速チャンバとを含む。
多くの線形加速器では、加速チャンバにおける真空の保守は、真空ポンプ、例えばイオンポンプによって容易になる。多くのイオンポンプは、その中心に電子を閉じ込めるペニング（Penning）トラップを含む。閉じ込められた電子は、次いで、ガス粒子をイオン化し、また、それはペニングトラップに入る。いったんイオン化されると、電界は、イオンを、それらを取り込むゲッターへ向けて、それにより、線形加速器におけるガス密度を低減させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで説明した要旨は、線形加速器の内部の磁界を低減させることに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの態様において、システムは、線形加速器、イオンポンプ、及び補償磁石を含んでもよい。イオンポンプは、所定のイオンポンプ磁石位置、所定のイオンポンプ磁石形状、所定のイオンポンプ磁石向き、及び所定のイオンポンプ磁石磁界プロファイルを有してもよい。補償磁石は、所定の位置、所定の形状、所定の向き、及び所定の磁界プロファイルを有してもよい。また、補償磁石の位置、形状、向き、及び磁界プロファイルのうちの少なくとも１つは、イオンポンプ磁石によって生じる線形加速器における磁界の少なくとも１つの成分を低減させる。
【０００７】
いくつかの変形例では、補償磁石は、線形加速器の少なくとも１つの場所においてイオンポンプ磁石に起因した磁界が実質的に相殺されるような向きを有してもよい。また、線形加速器は電子ビーム経路を有してもよく、電子ビーム経路に沿って磁界が低減又は相殺されてもよい。
【０００８】
他の変形例では、位置、形状、向き、及び磁界プロファイルのうちの少なくとも１つは、イオンポンプ磁石位置、イオンポンプ磁石形状、イオンポンプ磁石向き、及びイオンポンプ磁石磁界プロファイルのうちの少なくとも１つに実質的に類似していてもよい。また、補償磁石は電流が流れるコイルであってもよい。
【０００９】
他の変形例では、イオンポンプ磁石及び補償磁石は、開口を有するＣ字形状をそれぞれ有してもよい。イオンポンプ磁石及び補償磁石の開口は互いに対向してもよい。
【００１０】
他の変形例では、補償磁石の位置、形状、向き、及び磁界プロファイルのうちの少なくとも１つは、線形加速器における磁界の勾配を低減させるように構成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】例示的な線形加速器及びイオンポンプ磁石の横正面図である。
【図２】イオンポンプ磁石及び実施形態に係る補償磁石を示す、例示的な線形加速器の後方正面図である。
【図３】イオンポンプ磁石及び実施形態に係る補償磁石を対向構成で示す斜視図である。
【図４】イオンポンプ磁石及び実施形態に係る補償磁石を４５度構成で示す斜視図である。
【図５】ヨークによって接続された２つの永久磁石によって形成された磁石の横正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
添付の図面は、ここに組み込まれ、本明細書の一部を構成する。添付の図面は、本明細書に開示した対象の所定の態様を示し、発明の詳細な説明とともに、開示した実施例に関連付けられた原理のうちの一部についての説明を支援する。
【００１３】
実際には、同様の参照番号は同様の構造、特徴、又は構成要素を示す。
【００１４】
本願の要旨は、線形加速器における磁界補償のための方法及びシステムを説明する。本明細書において「実施形態」、「一実施形態」などと言及することは、説明した特定の特徴、構造、又は特性が本願の要旨の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書におけるそのような言い回しは、必然的に、すべて同じ実施形態を参照する。
【００１５】
図１は、線形加速器１００及びイオンポンプ磁石１１０の横正面図である。線形加速器１００は、粒子源、制御システム、データ収集システム、診断法などの構成要素を含んでもよい。線形加速器１００は、線形加速器の内部において電子ビームを加速する定在波場を含んでもよい。本明細書では電子を加速する線形加速器として図示示及び説明しているが、本明細書で説明した概念は、方向付けられた荷電粒子、電子ビーム源、陽子ビーム源などの任意の源に適用されてもよい。
【００１６】
真空ポンプ１２０は、真空を提供するために線形加速器１００に接続されてもよい。次いで、電子ビームは、線形加速器１００の内側において、中心軸１３０に沿って、妨げられることなく伝搬することができる。１つの実施例では、真空ポンプ１２０はイオンポンプであってもよい。イオンポンプは、電界及び磁界を利用することで、当該イオンポンプの内部のガスをイオン化し、イオン化されたガスを収集プレート又はゲッターへ向ける。１つの実施例では、イオンポンプ１２０（破線で示す）は、イオンポンプ磁石１１０を含んでもよい。本明細書において「イオンポンプ磁石」に言及するとき、それは、図１〜図４におけるような単一磁石の設計を示してもよく、又は、この用語は、図５におけるような複数の別個の磁石を備えるイオンポンプ磁石、又は他の設計を示してもよい。イオンポンプ磁石１１０は、所定のイオンポンプ磁石位置、所定のイオンポンプ磁石形状、所定のイオンポンプ磁石向き、及び所定のイオンポンプ磁石磁界プロファイルを有してもよい。
【００１７】
イオンポンプ磁石位置は、例えば、線形加速器１００の中心軸１３０に関するイオンポンプ磁石１１０の場所、又は、線形加速器１００に関する任意の固定点に関するイオンポンプ磁石１１０の場所であってもよい。
【００１８】
イオンポンプ磁石形状は、イオンポンプ磁石１１０の全体的な形状又は構成を記述してもよい。
【００１９】
イオンポンプ磁石向きは、特定の対象物、場所、ベクトルなどに関するイオンポンプ磁石１１０の特定の配置を示してもよい。例えば、イオンポンプ磁石向きは、角度移動、鏡面反転、回転移動、シフト移動などされたイオンポンプ磁石１１０を記述してもよい。イオンポンプ磁石向きはまた、イオンポンプ磁石極性を定義してもよい。イオンポンプ磁石極性の一例は、図１〜図２では、イオンポンプ磁石１１０の極にラベル付けして示される。
【００２０】
イオンポンプ磁界プロファイルは、イオンポンプ磁石１１０によって生じる磁界の強度及び形状を記述してもよい。イオンポンプ磁界プロファイルは、イオンポンプ１２０の他の部分、線形加速器１００、及び任意の周囲の空間又は他の構成要素に透過する磁界を含んでもよい。図２に、イオンポンプ磁界プロファイル２２０の一部分を示す。
【００２１】
イオンポンプ１２０の磁界プロファイルと、他の源からの磁界とは、電子ビームの合焦及び／又は軌道に影響する可能性がある。このことは、次いで、ビームの品質と、例えば、放射線治療中に患者に照射される照射量とに影響する可能性がある。磁界によって逸らされた又は焦点がずらされた電子ビームによって、患者の治療場所における電子ビームの均質性が低減される可能性がある。
【００２２】
図２は、イオンポンプ磁石１１０及び補償磁石２１０を示す、線形加速器１００の後方正面図である。補償磁石２１０は、いくつかの場所において、イオンポンプ磁石１１０によって生じる磁界を低減させて、電子ビームの合焦又は整列を改善するように作用する可能性がある。イオンポンプ磁石１１０と同様に、補償磁石２１０もまた、位置、形状、向き、及び磁界プロファイルを有する。１つの実施例では、補償磁石２１０の位置、形状、向き、及び／又は磁界プロファイルの適正な選択及び構成は、イオンポンプ磁石１１０によって生じる線形加速器１００における磁界の１つ以上の成分を低減させる可能性がある。磁界の成分は、例えば、直線のベクトル成分
【数１】
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で表されてもよい。線形加速器１００における磁界は、ここで使用されるように、与えられた任意の点におけるすべての磁界源、例えばイオンポンプ磁石１１０及び補償磁石２１０のベクトル和である。
【００２３】
図２において磁界の線２２０によって示すように、イオンポンプ磁石１１０によって生じる磁界の少なくとも１つの成分が低減させられたことがわかる。特に、補償磁石２１０は、線形加速器１００の少なくとも１つの場所においてイオンポンプ磁石１１０によって生じる磁界が実質的に相殺されるような向きを有してもよい。実質的に相殺される磁界は、空間中の少なくとも１つの場所において、ゼロの大きさ又はヌルを有してもよい。ヌルの場所に近い場所は、補償磁石がない場合の磁界に比較して小さい正味磁界を有してもよい。
【００２４】
少なくとも部分的に対称に配置されたイオンポンプ磁石１１０及び補償磁石２１０によって、磁界は、線形加速器１００の中心軸１３０に沿って低減される、又は実質的に相殺されることが可能である。補償磁石２１０による線形加速器１００の中心軸１３０に沿った磁界の低減に起因して、磁界の少なくとも１つの成分における低減が、中心軸１３０に近接した電子ビーム経路に沿って生じてもよい。
【００２５】
１つの実施例では、補償磁石２１０の位置、形状、向き、及び／又は磁界プロファイルは、イオンポンプ磁石位置、イオンポンプ磁石形状、イオンポンプ磁石向き、及びイオンポンプ磁石磁界プロファイルのうちの少なくとも１つに実質的に類似していてもよい。補償磁石２１０は、本質的には、材料、モデル、構成などに関してイオンポンプ磁石１１０のコピーであってもよい。図２にこの実施例が示され、ここでは、補償磁石２１０は、イオンポンプ磁石１１０に実質的に類似したものであり、イオンポンプ磁石１１０の反対側に位置する。この実施例では、補償磁石２１０の向きは、線形加速器１００の周りにおいてイオンポンプ磁石１１０の仮想回転を実行することで記述可能である。このように、補償磁石２１０の向きは磁界プロファイルをもたらしてもよく、これは、イオンポンプ磁石１１０の磁界に幾何学的に類似しているが、実質的に逆の極性を有する。
【００２６】
他の実施例において、補償磁石２１０は、第２のイオンポンプ（図示せず）内において対向する磁石であってもよい。第２のイオンポンプは、本明細書で説明するように線形加速器１００における磁界の低減を達成するような方法で設けられてもよい。
【００２７】
さらに他の実施例では、補償磁石２１０は、磁界を生成する電流が流れる１つ又は複数のコイルであってもよい。このように、対向する電流が流れる１つ又は複数のコイルは、対向するイオンポンプ磁石と同様に磁界を相殺するように動作可能である。
【００２８】
図３は、イオンポンプ磁石１１０及び補償磁石２１０を対向構成で示す斜視図である。１つの実施例では、図２に示すように、また、図３のシミュレーションの可視化に示すように、イオンポンプ磁石１１０及び／又は補償磁石２１０はそれぞれ、概して、開口を有するＣ字形状に形成されてもよい。この実施例では、各Ｃ字形状の開口は互いに直接に対向する。また図３に示すように、Ｃ字形状への開口は、線形加速器１００の中心軸１３０に対して９０度の角度３１０にある。いくつかの実施例では、そのような構成は、磁界の最適化された低減をもたらすことができる。
【００２９】
図４は、イオンポンプ磁石１１０及び補償磁石２１０を４５度構成で示す実施例の斜視図である。図４では、磁界の勾配を低減させることができる１つの実施例を示す。磁界の勾配は、磁界の強度の変化率が最大になる方向及び大きさを表すベクトル量である。線形加速器１００における磁界の勾配の決定は、数学モデルによってシミュレーションされてもよく、磁気診断法によって測定されてもよく、又は、シミュレーション及び測定の他の組み合わせによって推論されてもよい。
【００３０】
補償磁石２１０の位置、形状、向き、及び磁界プロファイルは、線形加速器１００の１つ以上の場所における磁界の勾配を低減させるように構成されてもよい。ここで、イオンポンプ磁石１１０及び補償磁石２１０は、磁界の勾配を低減させるために、線形加速器１００の中心軸１３０に対して４５度の角度３１０に向けられる。図３及び４がイオンポンプ磁石１１０及び補償磁石２１０の２つの実施例を示すが、それらが図示したものとは異なる他の角度に向けられた他の実施例があってもよい。
【００３１】
図５は、イオンポンプ及び／又は補償磁石として使用可能である設計の横正面図である。この例では、ヨーク５３０によって接続された２つの永久磁石５２０を有する。ヨーク５３０は、永久磁石５２０の磁界の制約として作用する強磁性体であってもよい。そのような構成は、漏れ磁界を低減させることができるので、有利になりうる。ヨーク５３０なしでは、永久磁石５２０の磁界プロファイルは、ダイポール磁界のものに類似する。ヨーク５３０によって、永久磁石５２０の間に適度に一様な磁界がなお生じうるが、永久磁石５２０の最も遠くの対向した面から生じる磁界ラインは、ヨーク５３０に優先的に閉じ込められ続ける。図５に示す磁界ライン５４０によって、ヨーク５３０による磁界ラインのそのような閉じ込めを示す。
【００３２】
本開示は、補償磁石の位置、形状、向き、及び磁界プロファイルのうちの少なくとも１つと、イオンポンプのイオンポンプ磁石位置、イオンポンプ磁石形状、イオンポンプ磁石向き、及びイオンポンプ磁石磁界プロファイルのうちの少なくとも１つとが、線形加速器のビーム品質の低減を最小化するように選択されることを企図する。例えば、イオンポンプの特性は、生成される真空の品質をことによると犠牲にするかもしれないが、ビーム品質全体の低減を最小化させるような方法で、線形加速器のビームに対するイオンポンプ磁石の影響を最小化するように選択されてもよい。さらに、イオンポンプ磁石及び／又は補償磁石は、好ましくは、その電子ビーム源に対するよりも、線形加速器の標的に対して近接して配置されてもよい。
【００３３】
上述の発明の詳細な説明及び請求項において、「少なくとも１つの」又は「１つ又は複数の」のような語句が、構成要素又は特徴の接続詞によるリストの後に現れることがある。用語「及び／又は」が、２つ以上の構成要素又は特徴のリストに現れることがある。これらの語句は、それを使用した文脈で暗黙的に又は明示的に否定されていない限り、列挙された構成要素又は特徴のうちの任意のものを個別に意味すること、又は、記載した構成要素又は特徴のうちの任意のものを他の記載した構成要素又は特徴のうちの任意のものと組み合わせたものを意味することを意図している。例えば、語句「Ａ及びＢの少なくとも１つ」、「Ａ及びＢの１つ又は複数」、及び「Ａ及び／又はＢ」は、「Ａのみ、Ｂのみ、又はＡ及びＢの両方」をそれぞれ意味する。３つ以上の物を含むリストについて同様の解釈が意図される。例えば、語句「Ａ、Ｂ、及びＣの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、及びＣの１つ又は複数」、及び「Ａ、Ｂ、及び／又はＣ」は、「Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、Ａ及びＢの両方、Ａ及びＣの両方、Ｂ及びＣの両方、又はＡ及びＢ及びＣのすべて」をそれぞれ意味することを意図する。上記及び請求項における用語「基づいて」の使用は、記載していない特徴又は構成要素があってもよいように、「少なくとも部分的に基づいて」を意味することを意図する。
【００３４】
ここで説明した内容は、所望の構成に依存して、システム、装置、方法、及び／又は物として具体化されてもよい。以上の説明で示した実施例は、本明細書で説明した要旨に該当するすべての実施例を表すわけではない。代わりに、それらは、説明した要旨に関連する態様に該当するいくつかの例示にすぎない。少数の変形例について詳細に上述したが、他の変更又は追加も可能である。特に、ここに説明されたものに加えて、別の特徴及び／又は変形例も提供することができる。例えば、上述した実施例は、開示された特徴の様々な組み合わせ及び部分的な組み合わせに関してもよく、上に開示されたいくつかの別の特徴の組み合わせ及び部分的な組み合わせに関してもよい。
【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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【国際調査報告】
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