(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子を加速する加速電極と、前記加速電極に電力を供給し、高周波電場を発生させる加速空洞と、順方向及び逆方向の双方に回転する回転電極、前記回転電極に対向して配置された固定電極を有し、前記順方向の回転により前記荷電粒子の第１の出射エネルギーに応じた前記高周波電場の周波数変調を行い、前記逆方向の回転により前記荷電粒子の第２の出射エネルギーに応じた前記高周波電場の周波数変調を行う回転コンデンサーとを備えることを特徴とする加速器。
【請求項２】
前記回転コンデンサーの前記回転電極は、少なくとも１枚の羽根を有し、回転中心から前記回転電極の前記羽根の先端部の中心位置を通る中心軸に対して非対称に形成されることを特徴とする請求項１に記載の加速器。
【請求項３】
前記回転コンデンサーの前記固定電極は、少なくとも１枚の羽根を有し、前記回転中心から前記固定電極の前記羽根の先端部の中心位置を通る中心軸に対して非対称に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の加速器。
【請求項４】
前記回転コンデンサーの静電容量、回転角、前記加速空洞の静電容量、共振周波数の少なくともいずれかを検知し、前記荷電粒子の入射のタイミングを制御する入射制御装置を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の加速器。
【請求項５】
前記順方向及び前記逆方向の回転方向ごとに出射エネルギーに応じて周波数変調を行う前記回転コンデンサーを有する請求項１から４のいずれか一項に記載の加速器と、前記加速器で出射された粒子線を輸送するビーム輸送部と、前記ビーム輸送部から供給された前記粒子線を照射野に成形して被照射体に照射する照射部とを備えることを特徴とする粒子線治療装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、回転コンデンサーを備えた加速器及び粒子線治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、陽子線や炭素線等の粒子線を腫瘍に照射して治療する粒子線治療が注目されている。粒子線治療では、粒子線を発生させるために、荷電粒子を高エネルギーまで加速する加速器が用いられる。加速器は、荷電粒子の周回周波数に同期した高周波電場を形成し、荷電粒子を所定のエネルギーまで加速させる。荷電粒子を所定のエネルギーまで加速させるには、高周波電場の周波数変調を行い、荷電粒子の周回周波数に一致させることが必要である。そこで、高周波電場の周波数変調を行う回転コンデンサーを備えた加速器が開発されている。特許文献１には、渦電流を抑制して発熱を低減することが可能な回転コンデンサーを備えた加速器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１５７５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  しかしながら、荷電粒子を所定のエネルギーまで加速させるには、エネルギーの大きさに応じて適した周波数変調を行う必要があり、従来の回転コンデンサーでは異なるエネルギーに対応させて高周波電場の周波数変調を行うことが困難であるという課題があった。【０００５】  本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、荷電粒子の異なるエネルギーに対応させて高周波電場の周波数変調を行うことが可能な回転コンデンサー備えた加速器を提供することを目的とする。また、加速器を備えた粒子線治療装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  本発明に係る加速器は、荷電粒子を加速する加速電極と、加速電極に電力を供給し、高周波電場を発生させる加速空洞と、順方向及び逆方向の双方に回転する回転電極、回転電極に対向して配置された固定電極を有し、順方向の回転により荷電粒子の第１の出射エネルギーに応じた高周波電場の周波数変調を行い、逆方向の回転により荷電粒子の第２の出射エネルギーに応じた高周波電場の周波数変調を行う回転コンデンサーとを備える。【０００７】  また、本発明に係る粒子線治療装置は、順方向及び逆方向の回転方向ごとに出射エネルギーに応じて周波数変調を行う回転コンデンサーを有する加速器と、加速器で出射された粒子線を輸送するビーム輸送部と、ビーム輸送部から供給された粒子線を照射野に成形して被照射体に照射する照射部とを備える。
【発明の効果】
【０００８】  本発明に係る加速器によれば、回転方向ごとに異なる出射エネルギーに対応させて高周波電場の周波数変調を行う回転コンデンサーを備えることで、異なるエネルギーの粒子線を効率的に出射することが可能となる。また、本発明に係る粒子線治療装置によれば、異なるエネルギーの粒子線を出射できる加速器を備えることで、腫瘍の種類や位置ごとに適したエネルギーの粒子線を照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る加速器の概略平面断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る加速器の概略側断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る回転コンデンサーの概略構成図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る回転電極の概略構成図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る固定電極の概略構成図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る回転コンデンサーの回転角に対する静電容量の変化を示す関係図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る回転コンデンサーの静電容量の時間変化を示す関係図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る回転コンデンサーの形状を決定する工程の一例を示す工程図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る軌道半径と磁場強度の関係を示す関係図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る加速時間と周回周波数の関係を示す関係図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る加速時間と静電容量の関係を示す関係図である。
【図１２】本発明の実施の形態１に係る回転コンデンサーを説明するための説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態１に係る加速時間と対向面積の時間変化率の関係を示す関係図である。
【図１４】本発明の実施の形態１に係る固定電極を示す概略構成図である。
【図１５】本発明の実施の形態１に係る回転電極を示す概略構成図である。
【図１６】本発明の実施の形態１に係る固定電極を示す概略構成図である。
【図１７】本発明の実施の形態２に係る加速器の概略構成図である。
【図１８】本発明の実施の形態２に係る回転コンデンサーの静電容量の時間変化を示す概略構成図である。
【図１９】本発明の実施の形態３に係る粒子線治療装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】  本発明に係る実施の形態を、図面を参照して説明する。以下では、加速器としてシンクロサイクロトロン（以下、単に加速器と記す）を例に説明する。
【００１１】実施の形態１．  図１は、本発明を実施するための実施の形態１に係る加速器の概略平面断面図である。図２は、本発明を実施するための実施の形態１に係る加速器の概略側断面図である。図１、図２に示すように、加速器１は、一対のコイル２ａ、２ｂと、一対の磁極３ａ、３ｂと、加速電極４と、加速空洞５と、出射ダクト６と、回転コンデンサー１０とを備える。
【００１２】  加速器１は、コイル２ａ、２ｂに電流が印加されることにより、互いに離間して配置された磁極３ａ、３ｂの間に磁場を発生させる。また、加速空洞５を介して加速電極４に高周波電力が供給されることにより、高周波電場を発生させる。発生した磁場により、イオン源７（図示せず）から入射された荷電粒子は、磁極３ａ、３ｂの間をらせん状の周回軌道８で周回運動する。荷電粒子は、加速電極４のギャップ４１を通過するたびに、荷電粒子の周回周波数に同期した高周波電場により加速され、エネルギーを増大させる。荷電粒子はエネルギーの増大に伴い、周回軌道８の半径が徐々に大きくなり、所定のエネルギーに到達すると、粒子線として出射ダクト６から出射される。
【００１３】  加速空洞５は、内導体５ａと、同軸上に配置された円筒状の外導体５ｂとを有する。内導体５ａは、加速電極４に電気的に接続され、高周波電源９（図示せず）からの高周波電力を加速電極４に供給する。加速空洞５は、固有の共振周波数を有し、加速電極４に高周波電力を供給することにより、共振周波数に応じた高周波電場を内部に発生させる。加速空洞５の共振周波数ｆｒは、加速空洞５のインダクタンスＬと静電容量Ｃにて式（１）より定まる。
【００１４】
【数１】
0006385625.tif 000002
・・・式（１）
【００１５】  荷電粒子は、加速されるにしたがって、相対論効果により質量が増加し、周回周波数が低下する。加速空洞５は、周回周波数の低下に合わせて、回転コンデンサー１０により静電容量を増加させることで、共振周波数を低下させる。
【００１６】  回転コンデンサー１０は、回転電極１１と、固定電極１２と、回転軸１３とを備える。回転電極１１は加速空洞５の内導体５ａに、固定電極１２は外導体５ｂに、それぞれ電気的に接続される。回転コンデンサー１０は、回転電極１１及び固定電極１２を少なくとも１組有し、回転軸１３の軸方向に交互に積層して配置される。回転コンデンサー１０は、回転電極１１が連続的に高速回転することにより、荷電粒子の周回周波数に同期した加速空洞５の共振周波数を得るように静電容量を周期的に変化させる。
【００１７】  図３は、本発明を実施するための実施の形態１に係る回転コンデンサーの概略構成図である。図３は、図１、２のＡＡ’面からみた回転コンデンサーである。図３に示すように、回転電極１１及び固定電極１２は、それぞれ少なくとも１枚の羽根を有し、互いに対向して配置される。回転電極１１は、モーター１４によって駆動され、回転軸１３を介して、順方向１５及び逆方向１６の双方にそれぞれ連続的に高速回転する。モーター１４は、制御部（図示せず）からの信号によって、回転方向及び回転速度が制御される。
【００１８】  図４は、本発明を実施するための実施の形態１に係る回転コンデンサーの回転電極の概略構成図である。図４に示すように、回転電極１１は、回転軸１３から径方向外側に放射状に伸びるように設けられる。回転電極１１の羽根は、回転中心１１１から径方向外側の先端部１１２の中心位置を通る中心軸１１３（以下、単に中心軸と記す）に対して非対称となるように形成される。例えば、羽根の先端部１１２の一端から径方向内側に向かって伸びる側辺１１ａが、向かい合う他方の側辺１１ｂに向かって湾曲するように形成される。
【００１９】  図５は、本発明を実施するための実施の形態１に係る回転コンデンサーの固定電極の概略構成図である。図５に示すように、固定電極１２は、例えば回転中心１１１と同心の円形状の外周を有し、外周から径方向内側に伸びるように設けられる。固定電極１２の羽根は、外周の一部をなす先端部１２１と、先端部１２１の両端から径方向内側に向かって伸びる側辺１２ａ、１２ｂとを有する。
【００２０】  ここで図３、図４、図５では、回転電極１１及び固定電極１２の羽根を４枚である例を示したが、羽根の枚数は適宜変更してもよい。
【００２１】  図６は、本発明を実施するための実施の形態１に係る回転コンデンサーの回転角と静電容量の関係を示す関係図である。ここで回転電極１１及び固定電極１２は、それぞれ１枚の羽根で構成されているとする。また順方向１５に回転するとし、回転角は、回転電極１１の羽根の向かい合う側辺１１ａ、１１ｂのうち、回転方向正側の側辺１１ａと、固定電極１２の向かいあう側辺１２ａ、１２ｂのうち、回転方向負側の側辺１２ｂとが重なり始める位置を基準の０度とする。
【００２２】  図６に示すように、回転コンデンサー１０は、回転角が増加するにしたがって、回転電極１１の羽根と固定電極１２の羽根との対向面積が増加し、それに伴い静電容量が増加する。回転コンデンサー１０の静電容量は、例えば、回転角θ１で最大となり、対向面積が減少するにしたがって減少する。回転電極１１の羽根の向かい合う側辺１１ａ、１１ｂのうち、回転方向負側の側辺１１ｂと、固定電極１２の羽根の向かい合う側辺１２ａ、１２ｂ、回転方向正側の側辺１２ａとが外れる回転角θ２で静電容量は最小となる。
【００２３】  図７（ａ）は、本発明を実施するための実施の形態１に係る回転コンデンサーを所定の回転速度で順方向に１回転させた場合の静電容量の時間変化である。また、図７（ｂ）は、本発明を実施するための実施の形態１に係る回転コンデンサーを図７（ａ）と同じ回転速度で逆方向に１回転させた場合の静電容量の時間変化である。図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、回転電極１１の羽根が中心軸１１３に対して非対称に形成されることにより、回転コンデンサー１０は、順方向１５と逆方向１６とで異なる静電容量の時間変化をとることができる。これにより、順方向１５と逆方向１６とで異なる静電容量の時間変化を、それぞれ異なる出射エネルギーに対応させて周波数変調を行うことができる。
【００２４】  荷電粒子を出射エネルギーＥ１で出射させる場合、加速器１は回転コンデンサー１０を順方向１５に回転させ、荷電粒子の入射時ｔ１から出射時ｔ２にかけて静電容量を増加させて高周波電場の周波数変調を行う。また、荷電粒子を出射エネルギーＥ２で出射させる場合、加速器１は回転コンデンサー１０を逆方向１６に回転させ、荷電粒子の入射時ｔ'１から出射時ｔ'２にかけて、静電容量を増加させて高周波電場の周波数変調を行う。
【００２５】  このように、回転コンデンサー１０が、順方向１５及び逆方向１６に回転し、回転方向ごとに異なる出射エネルギーに応じた静電容量の時間変化をとることで、加速器１は異なる出射エネルギーの粒子線を効率的に出射することが可能となる。
【００２６】  次に、回転方向ごとに異なる出射エネルギーに適した静電容量の時間変化をとるように、回転コンデンサー１０の形状を決定する方法の一例について説明する。図８は、本発明を実施するための実施の形態１に係る回転コンデンサーの形状を決定する工程の一例を示す工程図である。回転コンデンサー１０は、例えば、順方向１５の回転が出射エネルギー２１５ＭｅＶに、逆方向１６の回転が出射エネルギー１６０ＭｅＶに、それぞれ適した静電容量の時間変化をとるとする（ステップＳ１）。
【００２７】  加速器１の最大磁場強度が６Ｔであると仮定し、出射エネルギーごとに軌道半径に対する磁場分布を定める（ステップＳ２）。加速器１の磁場強度は、荷電粒子を安定的に加速させるために、弱収束の原理に基づき、軌道半径が増加するにしたがって減少するように分布させる。図９は、本発明を実施するための実施の形態１に係る軌道半径に対する磁場強度である。図９に示すように、軌道半径に対する磁場強度は、出射エネルギー２１５ＭｅＶより、出射エネルギー１６０ＭｅＶの方が小さく設定される。磁場強度は、例えば、コイル２ａ、２ｂに印加される電流によって調整される。
【００２８】  設定した磁場分布より、加速時間に対する周回周波数を算出する（ステップＳ３）。ここで加速時間とは、加速器１に荷電粒子が入射されてから出射されるまでにかかる時間である。荷電粒子を陽子、加速初期の軌道半径をｒとすると、加速時間Ｔにおける荷電粒子の周回周波数は、式（２）−式（６）より定まる。
【００２９】
【数２】
0006385625.tif 000003
・・・式（２）
【数３】
0006385625.tif 000004
・・・式（３）
【数４】
0006385625.tif 000005
・・・式（４）
【数５】
0006385625.tif 000006
・・・式（５）
【数６】
0006385625.tif 000007
・・・式（６）
【００３０】  ただし、Ｅは荷電粒子のエネルギー、ｄＥは１周する毎に増加するエネルギー、Ｍ０は加速初期の荷電粒子の質量、Ｂ（ｒ）は加速初期における磁場強度、Ｂ（ｒ'）は軌道半径ｒ'における磁場強度、Ｅ（ｒ'）は軌道半径ｒ'における荷電粒子のエネルギー、ｆ（ｒ'）は軌道半径ｒ’での周回周波数、ｔ(ｒ’)は軌道半径ｒ’における周回周期、Ｔ(ｒ’)は軌道半径ｒ’における加速時間である。
【００３１】  加速初期の軌道半径をｒに基づいて、式（２）より荷電粒子のエネルギーＥを算出する。式（３）より増大する荷電粒子のエネルギーＥに基づいて、軌道半径ｒ’を算出する。式（４）より軌道半径ｒ’での周回周波数ｆ（ｒ’）を求める。式（５）より１周にかかる時間を算出する。加速初期から軌道半径ｒ’に対する時間Ｔ(ｒ’)を式（４）と式（６）から算出する。このようにして、加速時間Ｔにおける周回周波数を求めることができる。
【００３２】  図１０は、本発明を実施するための実施の形態１に係る加速時間に対する周回周波数である。図１０に示すように、荷電粒子の出射エネルギーを２１５ＭｅＶとする場合、周回周波数は、加速初期に８９ＭＨｚ、出射時に６７ＭＨｚとなり、必要な周波数変調幅は２２Ｈｚである。また、出射エネルギーを１６０ＭｅＶとする場合、周回周波数は加速初期に７８ＭＨｚ、出射時に６２ＭＨｚとなり、必要な周波数変調幅は１６ＭＨｚである。
【００３３】  算出した加速時間に対する周回周波数及び式（１）より、加速時間に対する静電容量を算出する（ステップＳ４）。図１１は、本発明を実施するための実施の形態１に係る加速時間に対する静電容量である。図１１に示すように、回転コンデンサー１０は、順方向１５に回転した場合、２２Ｈｚの周波数変調を行い、逆方向１６に回転した場合、１６ＭＨｚの周波数変調を行うように、静電容量を加速時間に対して増加させる。
【００３４】  算出した加速時間に対する静電容量から、加速時間に対する回転コンデンサー１０の回転電極１１及び固定電極１２の対向面積の時間変化率を算出する（ステップＳ５）。ここで、図１２に示すように、回転コンデンサー１０の回転速度７５００ｒｐｍ、回転電極１１及び固定電極１２の回転軸方向の積層数を５組、羽根の枚数をそれぞれ４枚、回転電極１１と固定電極１２の電極間隔を２ｍｍとする。回転コンデンサー１０の静電容量Ｃは、回転電極１１及び固定電極１２の対向面積Ｓ、電極間距離ｄ、真空の誘電率ε０にて式（７）より定まる。
【００３５】
【数７】
0006385625.tif 000008
・・・式（７）
【００３６】  式（７）より、図１１で示した加速時間に対する静電容量を、加速時間に対する対向面積の時間変化率で表すことができる。図１３は、本発明を実施するための実施の形態１に係る回転コンデンサーの加速時間に対する対向面積の時間変化率である。
【００３７】  図１３に示した加速時間に対する対向面積の時間変化率に基づいて、回転電極１１及び固定電極１２の形状を決定する（ステップＳ６）。
【００３８】  一例として、図１４に示すように、固定電極１２の羽根が、回転電極１１の回転中心１１１から固定電極１２の羽根の先端部１２１の中心位置を通る中心軸１２３に対して対称である場合の回転電極１１の形状を決定する。固定電極１２が中心軸１２３に対して対称である場合、対向面積Ｓの時間変化率ｄＳ/ｄｔは、回転電極１１の回転中心１１１から回転電極１１の羽根の先端部１１２までの長さｌ、回転速度ωにて式（８）より定まる。
【００３９】
【数８】
0006385625.tif 000009
・・・式（８）
【００４０】  式（８）より、対向面積の時間変化率から、回転電極１１の回転中心１１１から先端部１１２までの長さを決定することができる。図１５（ａ）は、本発明を実施するための実施の形態１に係る回転電極の一例を示す概略構成図である。図１５（ｂ）は、本発明を実施するための実施の形態１に係る回転電極の１枚の羽根の形状の一例を示す概略構成図である。図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、回転電極１１は、回転中心１１１から先端部１１２までの長さが、加速時間に対する対向面積の時間変化率を満たすように、回転方向に対して変化する形状となる。
【００４１】  回転電極１１の羽根の先端部１１２は、中心軸１１３に対して、非対称となるように径方向内側に向かって湾曲される。回転電極１１は、例えば、中心軸１１３に対して一方の側の先端部１１２ａが、出射エネルギー２１５ＭｅＶの対向面積の時間変化率を満たすように湾曲される。また、中心軸１１３に対して他方の側の先端部１１２ｂが出射エネルギー１６０ＭｅＶの対向面積の時間変化率を満たすように湾曲される。
【００４２】  このように回転電極１１が形成されることで、加速器１は、２１５ＭｅＶの粒子線を出射する場合、回転電極１１を順方向１５に回転させ、回転電極１１の中心軸１１３に対して一方の側の先端部１１２ａを利用して周波数変調を行い、１６０ＭｅＶの粒子線を出射する場合、回転電極１１を逆方向１６に回転させ、中心軸１１３に対して他方の側の先端部１１２ｂを利用して周波数変調を行うことが可能となる。
【００４３】  ここで、固定電極１２を中心軸１２３に対して対称、回転電極１１を中心軸１１３に対して非対称としたが、回転電極１１の羽根の形状を対称、固定電極１２の羽根の形状を非対称としてもよい。図１６（ａ）は、本発明を実施するための実施の形態１に係る固定電極の一例を示す概略構成図である。図１６（ｂ）は、本発明を実施するための実施の形態１に係る固定電極の１枚の羽根の形状の一例を示す概略構成図である。図１６（ａ）、図１６（ｂ）に示すように、固定電極１２は、回転電極１１の回転中心１１１から固定電極１２の内周部１２２までの長さが、加速時間に対する対向面積の時間変化率を満たすように、回転方向に対して変化する形状となる。
【００４４】  例えば、固定電極１２の羽根の内周部１２２は、中心軸１２３に対して、非対称となるように径方向外側に向かって湾曲される。固定電極１２は、例えば、中心軸１２３に対して一方の側の内周部１２２ａが、出射エネルギー２１５ＭｅＶの対向面積の時間変化率を満たすように湾曲される。また、中心軸１２３に対して他方の側の内周部１２２ｂが出射エネルギー１６０ＭｅＶを満たすように湾曲される。
【００４５】  このように固定電極１２が形成されることで、加速器１は、２１５ＭｅＶの粒子線を出射する場合、回転電極１１を順方向１５に回転させ、固定電極１２の中心軸１２３に対して一方の側の内周部１２２ａを利用して周波数変調を行い、１６０ＭｅＶの粒子線を出射する場合、回転電極１１を逆方向１６に回転させ、中心軸１２３に対して他方の側の内周部１２２ｂを利用して周波数変調を行うことが可能となる。
【００４６】  ここで、回転電極１１又は固定電極１２が中心軸１１３、１２３に対して対称となる例を示したが、回転コンデンサー１０は、回転方向ごとに異なる出射エネルギーに対応した静電容量の時間変化を満たすように形成されればよく、回転電極１１及び固定電極１２が、中心軸１１３、１２３に対してそれぞれ非対称としてもよい。
【００４７】  上述のように、本実施の形態に係る加速器１は、順方向１５及び逆方向１６に回転し、回転方向ごとに荷電粒子の異なる出射エネルギーに対応して静電容量が時間的に変化する回転コンデンサー１０を備える構成とした。この構成により、加速器１は、異なるエネルギーの粒子線を効率的に発生させることが可能となる。
【００４８】  なお、回転コンデンサー１０の回転電極１１の形状は、高速回転に対する機械的な安定性が考慮されるように形成されるとより好ましい。例えば、図６に示した静電容量が最大となるまでの回転角θ１と、静電容量が最大となる回転角θ１及び静電容量が最小となる回転角θ２がなす角度θ２−θ１との差が、０＜｜θ２−１｜／θ１｜≦１０％となるように形成される。これにより、加速空洞５の共振周波数を変調させるために、回転電極１１が例えば、１０００ｒｐｍ以上で高速回転される場合でも、安定性を保ちながら回転を行うことが可能となる。
【００４９】実施の形態２．  本発明を実施するための実施の形態２に係る加速器１について説明する。ここで、実施の形態１に係る加速器１と重複する説明は、適宜簡略化又は省略している。本実施の形態では、実施の形態１の構成に、入射制御装置１７をさらに備えた構成とした。
【００５０】  図１７は、本発明を実施するための実施の形態２に係る加速器の概略構成図である。入射制御装置１７は、イオン源７から荷電粒子を加速器１に入射するタイミングを制御する。入射制御装置１７は、例えば、回転コンデンサー１０の静電容量を検知することにより、荷電粒子の入射から出射にかけて静電容量が増加するように、荷電粒子を入射する信号をイオン源７に出力する。
【００５１】  図１８（ａ）、図１８（ｂ）は、本発明を実施するための実施の形態２に係る回転コンデンサーをそれぞれ順方向、逆方向に回転させた場合の静電容量の時間変化を示す関係図である。図１８（ａ）に示すように、回転コンデンサー１０が出射エネルギーＥ１に応じて順方向１５に連続的に回転する場合、回転コンデンサー１０の静電容量が、加速初期の周回周波数に対応する静電容量Ｃ１となるたびに、荷電粒子を入射する信号Ａを出力する。また、図１８（ｂ）に示すように、回転コンデンサー１０が出射エネルギーＥ２に応じて逆方向１６に連続的に回転する場合、回転コンデンサー１０の静電容量が、加速初期の周回周波数に対応する静電容量Ｃ２となるたびに、荷電粒子を入射する信号Ａを出力する。このように、入射制御装置１７は、回転方向ごとに出射エネルギーに応じて、加速に適したタイミングで周期的に荷電粒子を加速器１に入射させる。
【００５２】  ここで、入射タイミングを設定する方法として、回転コンデンサー１０の静電容量を検知する例を示したが、その他、回転コンデンサー１０の回転角、加速空洞５の静電容量、加速空洞５の共振周波数等を検知してもよい。
【００５３】  このような構成においても、実施の形態１と同様に、加速器１は、回転方向ごとに荷電粒子の出射エネルギーに応じた周波数変調を行う回転コンデンサー１０を備えることで、異なるエネルギーの粒子線を出射させることができる。さらに本実施の形態では、入射制御装置１７を備える構成とすることで、出射エネルギーの大きさに応じて加速に適したタイミングで荷電粒子を周期的に入射させることができ、異なるエネルギーの粒子線をより効率的に出射させることが可能となる。また、パルス状の荷電粒子を連続的に加速に適したタイミングで入射させることができ、十分な線量の粒子線を発生させることができる。
【００５４】実施の形態３．  本発明を実施するための実施の形態３に係る粒子線治療装置１００について説明する。本実施の形態では、実施の形態１又は２に係る加速器１を、粒子線治療装置１００に適用する構成とした。実施の形態１及び２に係る加速器１と重複する説明は、適宜簡略化又は省略している。
【００５５】  図１９は、本発明を実施するための実施の形態３に係る粒子線治療装置の概略構成図である。図１９に示すように、粒子線治療装置１００は、加速器１と、加速器１で出射された粒子線を輸送するビーム輸送部２０と、ビーム輸送部２０から供給された粒子線を照射野に成形して被照射体に照射する照射部３０とを備える。
【００５６】  加速器１は、高周波電源９より高周波電力が供給され、内部に高周波電場を形成する。加速器１は、所定の出射エネルギーに応じて回転コンデンサー１０の回転方向を決定し、高周波電場の周波数を変調させる。イオン源７から入射された荷電粒子は、回転コンデンサー１０によって周波数変調された高周波電場により所定のエネルギーまで加速され、粒子線として出射される。
【００５７】  加速器１により出射された粒子線は、ビーム輸送部２０へと出射される。ビーム輸送部２０は、粒子線の輸送経路となる真空ダクトと、粒子線のビーム軌道を所定角度に偏向する偏向電磁石とを有する。照射部３０は、ビーム輸送部２０から供給された粒子線を治療する腫瘍の大きさや深さに応じた照射野に成形して被照射体に照射する。
【００５８】  本実施の形態に係る粒子線治療装置１００によれば、順方向１５及び逆方向１６の回転方向ごとに出射エネルギーに応じた周波数変調を行う回転コンデンサー１０を有する加速器１を備えることで、治療する腫瘍の大きさや深さに応じて、適したエネルギーの粒子線を効率的に照射することができる。加速器１で異なるエネルギーの粒子線を出射できる構成としたことで、一度発生させた高エネルギーの粒子線を加速器１外で強制的に低下させる場合に比べ、エネルギーの無駄を省き、効率的に粒子線を照射することができる。さらに、患者への放射線の被爆量を低減でき、患者の負担を軽減することが可能となる。
【００５９】  なお、実施の形態１から３では、加速器１としてシンクロサイクロトロンを例に説明したが、その他の円形加速器であってもよい。
【符号の説明】
【００６０】  １  加速器、２ａ，２ｂ  コイル、３ａ，３ｂ  磁極、４  加速電極、５  加速空洞、６  出射ダクト、７  イオン源、８  周回軌道、９  高周波電源、１０  回転コンデンサー、１１  回転電極、１２  固定電極、１３  回転軸、１４  モーター、１５  順方向、１６  逆方向、１１１  回転中心、１１２  先端部、１１３  中心軸、１２１  先端部、１２２  内周部、１２３  中心軸、１７  入射制御装置、１００  粒子線治療装置、２０  ビーム輸送部、３０、照射部。
【要約】  回転方向ごとに異なる出射エネルギーに対応させて高周波電場の周波数変調を行うことが可能な回転コンデンサー備えた加速器を提供する。加速器は、荷電粒子を加速させる加速電極（４）と、加速電極（４）に電力を供給し、高周波電場を発生させる加速空洞（５）と、加速空洞（５）の共振周波数を変調させる回転コンデンサー（１０）とを備える。回転コンデンサー（１０）は、順方向及び逆方向の双方に回転し、回転方向ごとに異なる静電容量の時間変化をとる。回転方向ごとに異なる静電容量の時間変化をそれぞれ異なる出射エネルギーに対応させて周波数変調を行う。【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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