СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УСКОРИТЕЛЕМ, УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ УСКОРИТЕЛЕМ И СИСТЕМА ОБЛУЧЕНИЯ ПУЧКОМ ЧАСТИЦ
ACCELERATOR CONTROL METHOD, ACCELERATOR CONTROL DEVICE AND PARTICLE BEAM IRRADIATION SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Вариант осуществления настоящего изобретения относится к способу управления ускорителем, устройству управления ускорителем и к системе облучения пучком частиц.
Уровень техники
В целом, ускоритель, используемый в системе облучения пучком частиц, инжектирует заряженные частицы, ускоренные после источника ионов с помощью инжектора, в основной ускоритель с энергией инжекции и ускоряет частицы основным ускорителем до целевого значения энергии. Магнитное поле, формируемое отклоняющим электромагнитом, заставляет заряженные частицы вращаться по заданной орбите в основном ускорителе. Заряженные частицы ускоряются вдоль заданной орбиты путем увеличения тока, подаваемого для увеличения напряженности магнитного поля от источника электропитания отклоняющего электромагнита, и одновременной подачи высокочастотной мощности с частотой, соответствующей напряженности магнитного поля, в высокочастотный ускоряющий резонатор.
Когда заряженные частицы экстрагируются из основного ускорителя, ускорение доводится до заданной энергии и затем выполняется замедление до постоянной энергии, после чего заряженные частицы экстрагируются из основного ускорителя, в то же время сохраняя энергию заряженных частиц постоянной. Заряженные частицы, экстрагированные таким образом, вводятся в лечебный кабинет системой транспортировки пучка. Кроме того, при этом способе после завершения облучения с заданной энергией выполняется замедление до следующей другой энергии и заряженные частицы экстрагируются снова, в то время как энергия заряженных частиц сохраняется постоянной.
Для поддержания заряженных частиц постоянно в состоянии с заданной энергии во время замедления необходимо изменять значение тока отклоняющего электромагнита и частоту высокочастотной мощности, соответствующей ему, с момента уменьшения до постоянных значений. Однако, когда ток отклоняющего электромагнита резко изменяется до постоянного значения во время уменьшения, реакция тока вовремя не происходит и, таким образом, отклонение тока становится большим и возникает скачок в положении заряженных частиц или потеря заряженных частиц. Поэтому перед и после того, как значение отклоняющего электромагнита изменится до постоянного значения, обеспечивается область сглаживания для достижения плавного перехода тока до постоянного значения.
При традиционном управлении ускорителем управление током отклоняющего электромагнита, которое позволяет осуществить вышеупомянутый способ действия, использует способ, в котором командный сигнал, определяющий токовое значение (токовый сигнал) относительно времени, вычисленный заранее, хранится в памяти и далее подается на источник электропитания отклоняющего электромагнита. В этом случае на участке, соответствующем заданной энергии извлечения, обеспечивается короткая и плоская область, в которой значение тока постоянно. Как описано выше, короткая и плоская область и области сглаживания перед и после короткой и плоской области содержатся в структуре команд сигнала, определяющего командный сигнал значения тока. Энергия поддерживается постоянной посредством остановки обновления вывода значения тока в момент времени, в который значение тока отклоняющего электромагнита входит в эту короткую и плоскую область, и посредством сохранения текущего значения.
Литература
Патентная литература
[Патентная литература 1] Публикация японского патента № 4873563
[Патентная литература 2] Публикация японского патента № 2017-112021
Сущность изобретения
Техническая проблема
Количество типов энергии для извлечения заряженных частиц, производимой в традиционном ускорителе, составляет приблизительно десять, и дополнительные подразделы типов энергии формируются, используя аппаратное устройство, такое как переключатель диапазона. При этом переключение переключателя диапазона и т.п. требует времени, а также требуется обслуживание аппаратных средств и т.п. Поэтому делается запрос формирования подразделов типов энергии для извлечения заряженных частиц только ускорителем. С другой стороны, подается запрос на сокращение цикла ускорения для уменьшения времени лечения.
Решение проблемы
Способ управления ускорителем, соответствующий настоящему изобретению, является способом управления ускорителем, содержащим несколько отклоняющих электромагнитов, выполненных с возможностью формирования магнитного поля, заставляющего заряженные частицы вращаться в основном ускорителе в соответствии с энергией ускорения заряженных частиц, и источник электропитания, выполненный с возможностью подачи тока, который формирует магнитное поле отклоняющих электромагнитов на основе сигнала команды о значении тока, причем способ содержит этапы, на которых: обеспечивают плоский участок, который делает значение тока отклоняющего электромагнита постоянным для соответствия заданной энергии извлечения заряженных частиц в сигнале команды, определяющем значение тока, в случае цикла ускорения, содержащего эмиссию заряженных частиц в систему транспортировки пучка; не обеспечивают плоскую область в сигнале команды, определяющей значение тока в случае цикла ускорения, не содержащего эмиссию заряженных частиц в систему транспортировки пучка; сглаживают изменение во времени значения тока отклоняющего электромагнита при переходе значения тока к плоской области или при переходе от плоской области; и определяют время, требуемое для сглаживания, основываясь на заданной энергии извлечения заряженных частиц или на разнице энергий перед и после изменения заданной энергии извлечения.
Способ управления ускорителем, соответствующий настоящему варианту осуществления изобретения, является способом управления ускорителем, содержащим инжектор, выполненный с возможностью ускорения заряженных частиц до энергии инжекции и инжектирования заряженных частиц в основной ускоритель, высокочастотный ускоряющий резонатор, выполненный с возможностью передачи ускоряющей энергии заряженным частицам, инжектированным в основной ускоритель, несколько отклоняющих электромагнитов, выполненных с возможностью формирования магнитного поля, заставляющего заряженные частицы вращаться в основном ускорителе в соответствии с ускоряющей энергией заряженных частиц, источник электропитания, выполненный с возможностью подачи тока, который формирует магнитное поле в отклоняющих электромагнитах, основываясь на сигнале команды, определяющем значение тока, и устройство эмиссии, выполненное с возможностью выводить заряженные частицы из основного ускорителя в систему транспортировки пучка, причем упомянутый способ содержит этапы, на которых: формируют плоский нижний участок, соответствующий наименьшей энергии заряженных частиц, верхнюю точку или верхний плоский участок, соответствующий наивысшей энергии, участок ускорения для ускорения от плоского нижнего участка и участок замедления для замедления от верхней точки или верхнего плоского участка до плоского нижнего участка при изменении во времени значения тока отклоняющего электромагнита в ускоряющем цикле, не содержащем эмиссию заряженных частиц в систему транспортировки пучка, и без формирования плоской области, которая делает значение тока отклоняющего электромагнита постоянным, чтобы соответствовать заданной энергии извлечения; формируют при изменении во времени значения тока отклоняющего электромагнита в ускоряющем цикле, содержащем эмиссию заряженных частиц в систему транспортировки пучка, плоский участок, на котором значение тока является постоянным для соответствия заданной энергии извлечения в середине участка, соответствующего, по меньшей мере, либо участку замедления, либо участку ускорения; и сглаживание изменения во времени значения тока при переходе от соответствующего участка к плоскому участку или при переходе от плоского участка к соответствующему участку, и определение время, требующегося для сглаживания, основываясь на заданной энергии для извлечения заряженных частиц или на разнице между энергиями перед и после изменения заданной энергии извлечения.
Устройство управления ускорителем, соответствующее настоящему изобретению, является устройством управления ускорителем, содержащим несколько отклоняющих электромагнитов, выполненных с возможностью формирования магнитного поля, заставляющего заряженные частицы вращаться в основном ускорителе в соответствии с энергией ускорения заряженных частиц, и источник электропитания, выполненный с возможностью подачи тока, формирующего магнитное поле, к отклоняющим электромагнитам, основываясь на сигнале команды, определяющей значение тока, причем устройство содержит генератор токового сигнала, выполненный с возможностью формирования сигнала команды, определяющего значение тока, имеющего плоский участок, который делает значение тока отклоняющего электромагнита постоянным, чтобы соответствовать заданной энергии извлечения заряженных частиц в случае ускоряющего цикла, содержащего эмиссию заряженных частиц в систему транспортировки пучка, и формирования сигнала команды, определяющего значение тока, не имеющего плоского участка в случае ускоряющего цикла, не содержащего эмиссию заряженных частиц в систему транспортировки пучка, в котором командный сигнал, определяющий значение тока, содержит участок сглаживания, на котором ток становится плавным при переходе значения тока отклоняющего электромагнита к плоскому участку или при переходе от плоского участка, и продолжительность времени участка сглаживания определяется на основе заданной энергии извлечения заряженных частиц или разницы между энергией перед и после изменения заданной энергии извлечения.
Система облучения пучком частиц, соответствующая настоящему изобретению, является системой облучения пучком частиц, содержащей: инжектор, выполненный с возможностью ускорения заряженных частиц до энергии инжекции и инжектирования заряженных частиц в основной ускоритель; высокочастотный ускоряющий резонатор, выполненный с возможностью передачи ускоряющей энергии заряженным частицам, инжектированным в основной ускоритель; несколько отклоняющих электромагнитов, выполненных с возможностью формирования магнитного поля, заставляющего заряженные частицы вращаться в основном ускорителе в соответствии с энергией ускорения заряженных частиц; источник электропитания, выполненный с возможностью подачи тока, формирующего магнитное поле, к отклоняющим электромагнитам, основываясь на сигнале команды значения тока; устройство эмиссии, вызывающее выход заряженных частиц из основного ускорителя в систему транспортировки пучка; и устройство управления, выполненное с возможностью управления, по меньшей мере, подачей электропитания для инжектора, высокочастотного ускоряющего резонатора, источника электропитания и устройства эмиссии, в котором устройство управления содержит генератор токового сигнала, выполненный с возможностью формирования сигнала команды, определяющего значение тока, имеющее плоский участок, который делает значение тока отклоняющего электромагнита постоянным для соответствия заданной энергии извлечения заряженных частиц в случае ускоряющего цикла, содержащего эмиссию заряженных частиц в систему транспортировки пучка, формирования сигнала команды, определяющего значение тока, не имеющего плоского участка в случае ускоряющего цикла, не содержащего эмиссию заряженных частиц в систему транспортировки пучка, формирования участка сглаживания, который сглаживает изменение тока при переходе к плоскому участку или при переходе от плоского участка, и определения продолжительности времени участка сглаживания на основе заданной энергии извлечения заряженных частиц или разницы между энергией перед и после изменения заданной энергии извлечения.
Результат изобретения
В соответствии с настоящим изобретением можно дополнительно сократить ускоряющий цикл и дополнительно сократить время лечения.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - общая схема системы 1 облучения пучком частиц, соответствующей первому варианту осуществления изобретения.
Фиг. 2 - опорный токовый сигнал в периоде времени ускоряющего цикла.
Фиг. 3 - связь между токовым сигналом, сформированным, основываясь на опорном токовом сигнале, показанным на фиг. 2, и тактовым сигналом.
Фиг. 4 - токовый сигнал, формируемый при остановке тактового сигнала.
Фиг. 5 - увеличенное изображение опорного сигнала.
Фиг. 6 - вывод токового сигнала, основываясь на опорном сигнале.
Фиг. 7 - временная диаграмма тактового сигнала и токового сигнала.
Фиг. 8 - пример формирования участка сглаживания из опорного сигнала во временном периоде, в котором заряженные частицы замедляются.
Фиг. 9 - связь между стационарным состоянием энергии и количеством тактовых сигналов.
Фиг. 10 - связь между количеством тактовых сигналов с момента начала сглаживания и тактовым интервалом.
Фиг. 11 - пример, в котором участок сглаживания формируется в соответствии с переменным периодом тактового сигнала.
Фиг. 12 - связь между количеством тактовых сигналов тактовых сигналов с момента начала сглаживания и проходящим временем.
Фиг. 13 - пример, в котором участок сглаживания формируется в соответствии с периодом с момента начала сглаживания.
Фиг. 14 - блок-схема последовательности выполнения операций формирования токового сигнала, используя переменный тактовый сигнал.
Фиг. 15 - общая схема системы облучения пучком частиц, соответствующая второму варианту осуществления изобретения.
Фиг. 16 - связь между токовым сигналом перед коррекцией, сформированной на основе опорного сигнала, и сигналом коррекции.
Фиг. 17 - блок-схема последовательности выполнения операций формирования токового сигнала, используя сигнал коррекции.
Описание вариантов осуществления изобретения
Система облучения пучком частиц, соответствующая вариантам осуществления настоящего изобретения, будет теперь объяснена подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи. Варианты, описанные ниже, являются только примерами вариантов осуществления настоящего изобретения и не следует понимать, что настоящее изобретение ограничивается этими вариантами. На чертежах, упомянутых в вариантах осуществления изобретения, одни и те же части или части, имеющие идентичные функции, обозначаются подобными или схожими ссылочными позициями и существует случай, когда их избыточные объяснения пропускаются. Дополнительно, для удобства объяснения, существуют случаи, в которых размерные соотношения частей на чертежах отличаются от размерных соотношений фактических изделий и некоторая часть конфигураций на чертежах не показывается.
Первый вариант осуществления изобретения
Сначала со ссылкой на фиг. 1 описывается общая конфигурация системы 1 облучения пучком частиц. На фиг. 1 схематично показана общая конфигурация системы 1 облучения пучком частиц, соответствующая первому варианту. Как показано на фиг. 1, система 1 облучения пучком частиц является системой, которая облучает заряженными частицами, такими как ионы углерода, зону облучения пациента для осуществления лечения. Более конкретно, эта система 1 облучения пучком частиц выполнена с возможностью присутствия в ней системы 10 ускорителя, системы 20 транспортировки пучка, устройства 30 облучения, устройства 42 управления облучением, устройства 40 управления эмиссией и компьютерной системы 50.
Компьютерная система 50 образуется персональным компьютером (PC)и сервером и формирует для различных устройств управления параметры из данных, например, из плана лечения, хранящегося в ней, и устанавливает параметры. Каждое устройство управления конфигурируется высокоэффективным центральным процессором (CPU) или FPGA и выполняет управление таким образом, что различные устройства действуют в соответствии с установленными параметрами.
Система 10 ускорителя ускоряет заряженные частицы. Система 10 ускорителя содержит ускоритель 100 и устройство 200 управления. Ускоритель 100 содержит инжектор 102, основной ускоритель 104, высокочастотный ускоряющий резонатор 106, несколько отклоняющих электромагнитов 108, несколько квадрупольных электромагнитов 110 и устройство 112 эмиссии.
Инжектор 102 соединяется с основным ускорителем 104. Инжектор 102 является, например, линейным ускорителем, и ускоряет заряженные частицы сформированных протонов, гелия, углерода, азота, кислорода, неона, кремния, аргона и т.п. до энергии инжекции и подает заряженные частицы в основной ускоритель 104.
Инжектор 102 соединяется с основным ускорителем 104 и заряженные частицы инжектируются инжектором 102. Основной ускоритель 104 является, например, синхротроном и имеет кольцевой вакуумный канал. Соответственно, заряженные частицы, инжектированные инжектором 102, вращаются по заданной орбите в канале основного ускорителя 104. То есть, высокочастотный ускоряющий резонатор 106, отклоняющие электромагниты 108 и квадрупольные электромагниты 110 располагаются в основном ускорителе 104 вдоль кольцевого вакуумного канала.
На высокочастотный ускоряющий резонатор 106 подается высокочастотное напряжение для ускорения заряженных частиц, вращающихся в канале основного ускорителя 104. Высокочастотный ускоряющий резонатор 106 ускоряет заряженные частицы, вращающиеся на орбите, электрическим полем, формируемым находящимися в нем электродами. Таким образом высокочастотный ускоряющий резонатор 106 ускоряет или замедляет заряженные частицы, вращающиеся в основном ускорителе 104, придавая им множество стационарных энергий, которые соответствуют энергиям заряженных частиц, которыми будет облучаться пациент.
Отклоняющий электромагнит 108 формирует магнитное поле, которое соответствует энергии ускорения заряженных частиц, вращающихся в основном ускорителе 104. Магнитное поле, сформированное отклоняющим электромагнитом 108, воздействует на заряженные частицы, чтобы заставить заряженные частицы вращаться вдоль заданной орбиты в основном ускорителе 104. Дополнительно, магнитное поле, сформированное квадрупольным электромагнитом 110, воздействует на заряженные частицы, вращающиеся в основном ускорителе 104, чтобы сводить в одну точку или рассеивать заряженные частицы. То есть, отклоняющие электромагниты 108 и квадрупольные электромагниты 110 синхронизируют с ускорением или замедлением заряженных частиц в высокочастотном ускоряющем резонаторе 106 и управляются, чтобы формировать магнитные поля с напряженностью, соответствующей энергии заряженных частиц, которые были ускорены или замедлены.
Устройство 112 эмиссии прикладывает высокочастотное электрическое поле в направлении, перпендикулярном направлению перемещения заряженных частиц, чтобы расширить ширину пучка заряженных частиц, вращающихся в ускорителе 100. Соответственно, частицы пучка заряженных частиц, которые были помещены в резонансную область из стабильной области, направляются на орбиту эмиссии и эмитируются в систему 20 транспортировки пучка. Устройство 112 эмиссии управляет эмиссией и остановкой эмиссии заряженных частиц в систему 20 транспортировки пучка, изменяя напряженность электрического поля.
Источник 114 электропитания подает электропитание, получаемое от энергосистемы, на отклоняющие электромагниты 108 и квадрупольные электромагниты 110. Более подробно, источник 114 электропитания подает, основываясь на временной последовательности токового сигнала, формируемой устройством 200 управления, токи для формирования отклоняющими электромагнитами 108 и квадрупольными электромагнитами 110 магнитных полей, соответствующих энергии заряженных частиц.
Устройство 200 управления управляет всей системой 1 облучения пучком частиц. Подробные конфигурации устройства 200 управления будут описаны позже.
Устройство 30 облучения крепится на конструкции, такой как стена процедурного кабинета, или, например, вращающаяся рама, и облучает пациента заряженными частицами, транспортируемыми системой 20 транспортировки пучка. При прохождении через тело пациента заряженные частицы теряют кинетическую энергию, останавливаются и отдают высокую энергию, называемую брэгговским максимумом, вблизи положения остановки. Поэтому, выравнивая положение остановки заряженных частиц с зоной облучения пациента заряженными частицами, можно разрушать клетки в зоне облучения, например, раковые клетки, в то же время сокращая время воздействия на здоровую ткань.
Устройство 40 управления эмиссией управляет устройством 112 эмиссии для выполнения эмиссии и остановки эмиссии заряженных частиц в систему 20 транспортировки пучка, основываясь на сигнале запроса пучка заряженных частиц от устройства 42 управления облучением.
Далее описываются подробные конфигурации устройства 200 управления. Как показано на фиг. 1, устройство 200 управления содержит контроллер 210 синхронизации, контроллер 240 высокочастотного ускоряющего резонатора и контроллер 250 источника электропитания.
Контроллер 210 синхронизации выполняет управление синхронизацией контроллера 240 высокочастотного ускоряющего резонатора и контроллера 250 источника электропитания. Более конкретно, контроллер 210 синхронизации конфигурируется таким образом, чтобы содержать первую память 212, первый тактовый генератор 214 и второй тактовый генератор 216. В первой памяти 212 хранится условие остановки тактового сигнала и условие запуска тактового сигнала, определяемые, например, на основе энергии заряженных частиц, которыми должен облучаться пациент 400. Энергия заряженных частиц, которыми должен облучаться пациент 400, формируется на выходе устройства 42 управления облучения. Второй тактовый генератор 216, соответствующий настоящему варианту, соответствует генератору тактового сигнала.
Первый тактовый генератор 214 формирует опорный тактовый сигнал, который является внутренним тактовым сигналом для измерения времени и имеет частоту, например, 10 МГц (период 100 нс). Этот первый тактовый генератор 214 имеет, например, схему формирования тактового сигнала.
Второй тактовый генератор 216 формирует тактовый сигнал для управления, которое синхронизируется с опорным тактовым сигналом, формируемым первым тактовым генератором 214. Период тактового сигнала составляет, например, 10 мкс (100 кГц). Второй тактовый генератор 216 имеет, например, схему формирования тактовых сигналов.
Второй тактовый генератор 216 формирует на выходе сигнал сброса для контроллера 240 высокочастотного ускоряющего резонатора и для контроллера 250 источника электропитания. Соответственно, контроллер 240 высокочастотного ускоряющего резонатора и контроллер источника 250 электропитания запускают управление, синхронизированное с тактовым сигналом, сформированным вторым тактовым генератором 216.
Устройство 42 управления облучением формирует на выходе сигнал запроса облучения для устройства 40 управления эмиссией, чтобы запросить эмиссию пучка заряженных частиц. Конкретно, устройство 42 управления облучением формирует на выходе сигнал энергии заряженных частиц, которыми должен облучаться пациент 400, и сигнал запроса, который запрашивает эмиссию пучка заряженных частиц от ускорителя 100 для реального облучения пациента 400 пучком заряженных частиц. Устройство 42 управления облучением также управляет сканированием пучка заряженных частиц, которыми будет облучаться пациент.
Контроллер 240 высокочастотного ускоряющего резонатора 240 управляет частотой и амплитудой высокочастотного электрического поля, которое должно прикладываться к электродам высокочастотного ускоряющего резонатора 106. Более подробно, контроллер 240 высокочастотного ускоряющего резонатора содержит вторую память 242, генератор 244 высокочастотного сигнала, первое устройство 246 вывода и высокочастотный усилитель 247. Во второй памяти 242 хранится сигнал опорной частоты и амплитудный опорный сигнал, которые ассоциированы с временной последовательностью номеров.
Генератор 244 высокочастотного сигнала формирует высокочастотный сигнал, используя сигнал опорной частоты и амплитудный опорный сигнал, хранящиеся во второй памяти 242, в ответ на прием тактового сигнала, формируемого вторым тактовым генератором 216, и далее формирует на выходе высокочастотный сигнал для первого устройства 246 вывода. Дополнительно, когда тактовый сигнал второго тактового генератора, 216 останавливается, генератор 224 высокочастотного сигнала продолжает формировать на выходе высокочастотный сигнал, который является выходным.
Первое устройство 246 вывода формирует командный сигнал волнового сигнала, снабженного знаком, основываясь на высокочастотном сигнале, сформированном генератором 244 высокочастотного сигнала 244, и командный сигнал волнового сигнала, снабженного знаком, в высокочастотный ускоряющий резонатор 106 через высокочастотный усилитель 247, который усиливает командный сигнал волнового сигнала, снабженного знаком. Соответственно, высокочастотный ускоряющий резонатор 106 формирует высокочастотное электрическое поле, которое должно прикладываться к ее электродам на основе этих высокочастотных сигналов.
Контроллер 250 источника электропитания управляет током, который источник 114 электропитания подает к отклоняющему электромагниту 108. Более конкретно, контроллер 250 источника электропитания конфигурируется, чтобы содержать третью память 252, генератор 254 токового сигнала и второе устройство 256 вывода.
Третья память 252 является памятью шаблонов, в которой хранится токовый опорный сигнал, связанный, например, с последовательными номерами. Значения команды опорного сигнала соответствуют значениям тока, который источник 114 электропитания подает к отклоняющему электромагниту 108. Дополнительно токовый опорный сигнал и опорный сигнал, используемый для управления высокочастотным ускоряющим резонатором 106, связаны друг с другом таким образом, чтобы заряженные частицы, которые должны ускоряться, вращались по заданной орбите. Соответственно, заряженные частицы вращаются по заданной орбите.
В случае ускоряющего цикла, содержащего эмиссию заряженных частиц в систему 20 транспортировки пучка, генератор 254 токового сигнала формирует токовый сигнал, имеющий плоский участок, который делает значение тока отклоняющего электромагнита 108 постоянным для соответствия заданной извлечения заряженных частиц. В случае ускоряющего цикла, не содержащего эмиссию заряженных частиц в систему 20 транспортировки пучка, генератор 254 токового сигнала формирует токовый сигнал, не имеющий плоской области. Генератор 254 токового сигнала далее формирует на выходе опорный токовый сигнал, хранящийся в третьей памяти 252, в качестве токового сигнала, который поступает на второе устройство 256 вывода в ответ на прием тактового сигнала, формируемого вторым тактовым генератором 216. Дополнительно, когда тактовый сигнал второго тактового генератора 216 останавливается, генератор 254 токового сигнала продолжает вырабатывать токовый сигнал, который подается на выход. Более подробные конфигурации генератора 254 токового сигнала будут описаны позже.
Второе устройство 256 вывода формирует на выходе токовый сигнал, сформированный генератором 254 токового сигнала, для источника 114 электропитания. Соответственно, источник 114 электропитания вырабатывает ток, который должен протекать в отклоняющем электромагните 108, основываясь на этом токовом сигнале. Первая память 212, вторая память 242 и третья память 252, согласно настоящему варианту, соответствуют памяти и второе устройство 256 вывода, соответствующее настоящему варианту, соответствует устройству вывода.
Далее пример формирования токового сигнала в генераторе 254 токового сигнала описывается подробно со ссылкой на фиг. 2-7. Сначала со ссылкой на фиг. 5 описывается сглаживание сигнала токовой команды. Перед и после плоского участка, описанного выше, участок сглаживания (область сглаживания) формируется таким образом, что ток в отклоняющем электромагните 108 становится плавным внутри диапазона, в котором может реагировать ток. В случае, когда реакция тока в отклоняющем электромагните 108 относительно значения команды токового сигнала происходит не вовремя, могут происходить резкое изменение положения или теряет заряженные частицы. Однако, путем сглаживания можно избежать возникновения резкого изменения положения и потери.
Далее пример опорного токового сигнала в периоде времени ускоряющего цикла описывается со ссылкой на фиг. 2. На фиг. 2 горизонтальная ось представляет время и вертикальная ось представляет опорный сигнал. Ускоряющий цикл означает период времени от инжекции заряженных частиц инжектором 102 до следующей инжекции заряженных частиц инжектором 102. В ускоряющем цикле заряженные частицы ускоряются от энергии плоского нижнего участка до верхнего значения энергии и замедляются до исходной энергии плоского нижнего участка.
На фиг. 2 множество точек 500 остановки обозначают точки, в которых может быть остановлен тактовый сигнал, формируемый вторым тактовым генератором 216. Каждая точка 500 остановки соответствует стационарной энергии заряженных частиц, вращающихся в основном ускорителе 104. Дополнительно, участки сглаживания формируются перед и после каждой точки 500 остановки, соответственно.
На фиг. 3 показан токовый сигнал, формируемый на основе опорного сигнала, показанного на фиг. 2, то есть, связь между токовым сигналом и тактовым сигналом. Горизонтальная ось представляет время, а вертикальная ось представляет значение команды токового сигнала, то есть, токовое значение (1), сигнал сброса (2) и тактовый сигнал (3). В качестве токового сигнала, показанного на фиг. 3, на выходе формируется сигнал, эквивалентный опорному токовому сигналу, поскольку тактовый сигнал, формируемый вторым тактовым генератором 216, никогда не останавливался. Токовый сигнал, соответствующий настоящему варианту, соответствует сигналу команды значения тока.
На фиг. 4 показана связь между токовым сигналом, сформированным на основе опорного сигнала, когда тактовый сигнал останавливается, и тактовым сигналом. Горизонтальная ось представляет время, а вертикальная ось представляет значение команды токового сигнала, то есть, значение тока (1), сигнал сброса (2), тактовый сигнал (3) и сигнал облучения (4). Сигнал облучения формируется на выходе устройства 42 управления облучением для облучения пациента пучком заряженных частиц. В соответствии с этим сигналом облучения, заряженные частицы излучаются ускорителем 100 в систему 20 транспортировки пучка.
Как показано на фиг. 4, второй тактовый генератор 216 останавливает вывод тактового сигнала, когда количество тактов достигает количества, соответствующего заданной точке остановки, основываясь на условии остановки, хранящемся в первой памяти. Генератор 254 токового сигнала непрерывно формирует на выходе опорный сигнал, соответствующий времени, в которое останавливается тактовый сигнал, в качестве токового сигнала. Хотя в примере на фиг. 3 точка остановки установлена в процессе замедления заряженных частиц, точка остановки может быть установлена в процессе ускорения заряженных частиц. Условие остановки является энергией заряженных частиц, которые должны облучать пациента 400, и хранится, основываясь на сигнале, формируемом на выходе устройства 42 управления облучением, или на установках, сделанных компьютерной системой 50.
В случае опорного сигнала таким способом для соответствующих энергий и извлечения заряженных частиц обеспечиваются точки 500 остановки и участки сглаживания, ускоряющий цикл удлиняется пропорционально количеству энергий извлечения пучка, приводя в результате к увеличению времени обработки.
Здесь опорный сигнал, не имеющий участка, соответствующего области сглаживания, описан со ссылкой на фиг. 6. На фиг. 6 приведена примерная диаграмма формирования на выходе токового сигнала на основе опорного сигнала, соответствующая настоящему варианту в ускоряющем цикле. Горизонтальная ось представляет время, а вертикальная ось представляет значение команды токового сигнала, то есть, токовое значение (1), сигнал сброса (2) и тактовый сигнал (3).
Значение команды токового сигнала (1) на фиг. 6 указывает значение, эквивалентное значению команды опорного сигнала, поскольку тактовый сигнал не останавливается. Эта временная последовательность опорного сигнала запоминается заранее в третьей памяти 252 (фиг. 1).
Как показано на фиг. 6, этот опорный сигнал не имеет участка сглаживания и, таким образом, период времени ускоряющего цикла короче, чем в случае, в котором участок сглаживания имеется. Изменение токового значения во времени в ускоряющем цикле содержит плоский нижний участок, соответствующий самой низкой энергии, верхнюю точку или верхний плоский участок, соответствующий наибольшей энергии, участок ускорения для ускорения от нижнего плоского участка и участок замедления для замедления от верхней точки или верхнего плоского участка до нижнего плоского участка.
Далее, тактовый сигнал, формируемый на выходе второго тактового генератора 216 (фиг. 1), и токовый сигнал, формируемый генератором 254 токового сигнала (фиг. 1), соответствующие настоящему варианту, описаны со ссылкой на фиг. 7.
На фиг. 7 показана временная диаграмма тактового сигнала на выходе второго тактового генератора 216 (фиг. 1) и токового сигнала, формируемого генератором 254 токового сигнала (фиг. 1), соответствующие настоящему варианту. Горизонтальная ось представляет время, а вертикальная ось представляет значение команды токового сигнала, то есть, токовое значение (1), сигнал сброса (2), тактовый сигнал (3) и сигнал облучения (4).
Как показано на фиг. 7, второй тактовый генератор 216 (фиг. 1), соответствующий настоящему варианту, непрерывно изменяет период тактового сигнала перед и после того, как энергия заряженных частиц входит в стационарное состояние. То есть, второй тактовый генератор 216 непрерывно изменяет период тактового сигнала, соответствующий участку сглаживания. Период тактового сигнала, соответствующий участку сглаживания, вычисляется заранее на основе переходных характеристик тока в отклоняющем электромагните 108. То есть, второй тактовый генератор 216 создает изменение тока, протекающего в отклоняющем электромагните 108, относительно времени, меньшее, чем заданное значение, обеспечивая участок сглаживания во временной последовательности, на котором период тактового сигнала непрерывно увеличивается или уменьшается. Здесь, сглаживание тока означает создание изменение тока, проходящего в отклоняющем электромагните 108, относительно времени, меньшего заданного значения.
Генератор 254 токового сигнала (фиг. 1), соответствующий настоящему варианту, последовательно формирует на выходе опорный сигнал (например, фиг. 6), хранящийся в третьей памяти 252, в ответ на тактовый сигнал с выхода второго тактового генератора 216. Соответственно, в токовом сигнале формируются участки сглаживания 510-516 и т.п.
Как описано выше, при изменении во времени значения тока отклоняющего электромагнита 108 в цикле ускорения заряженных частиц, обеспечиваются плоский нижний участок, соответствующий самой низкой энергии, верхняя точка или плоский верхний участок, соответствующий самой высокой энергии, участок ускорения для ускорения от плоского нижнего участка и участок замедления для замедления от верхнего плоского участка до плоского нижнего участка.
При этом, при изменении во времени тока отклоняющего электромагнита 108 в ускоряющем цикле, включающем эмиссию заряженных частиц в систему 20 транспортировки пучка, обеспечивается плоский участок, предназначенный для того, чтобы сделать значение тока соответствующим заданной энергии извлечения, постоянным в середине, по меньшей мере, участка замедления или участка ускорения. Дополнительно, изменение значения тока становится плавным при переходе, по меньшей мере, от участка замедления или от участка ускорения к плоскому участку или при переходе от плоского участка, по меньшей мере, к участку замедления или к участку ускорения. Соответственно, изменение значения тока отклоняющего электромагнита 108 относительно времени уменьшается до диапазона, в котором возможна реакция тока отклоняющего электромагнита 108. Поэтому можно предотвратить возникновение резкого изменения положения и потери заряженных частиц.
Кроме того, в опорном сигнале, соответствующем настоящему варианту, никакой участок сглаживания не обеспечивается и, таким образом, в токовом сигнале, соответствующем участку ускорения заряженных частиц и участку замедления заряженных частиц, никакой участок сглаживания не обеспечивается. Соответственно, ускоряющий цикл в токовом сигнале может быть сделан короче, чем в случае, когда участок сглаживания обеспечивается в опорном сигнале заранее. Как описано выше, генератор 254 токового сигнала не обеспечивает плоский участок, на котором заряженные частицы находятся в стационарном состоянии с заданной энергией в случае, когда облучение пациента заряженными частицами не выполняется, и обеспечивает плоский участок, на котором заряженные частицы находятся в стационарном состоянии с заданной энергией в случае, когда облучение пациента заряженными частицами выполняется. Соответственно, можно повысить эффективность обработки всей системы 1 облучения пучком частиц, так чтобы время обработки могло дополнительно быть сделано короче.
Далее, со ссылкой на фиг. 8, будет более подробно описан пример формирования участка сглаживания токового сигнала из опорного сигнала в периоде времени, в котором заряженные частицы замедляются. На фиг. 8 приведен пример формирования участка сглаживания токового сигнала из опорного сигнала в периоде времени, в котором заряженные частицы замедляются. Вертикальная ось представляет токовый сигнал, а горизонтальная ось представляет время. (1) показывает токовый сигнал в случае, когда период вывода тактового сигнала является фиксированным (то есть, опорный сигнал используется таким, какой он есть), и (2) показывает токовый сигнал в случае, когда период вывода тактового сигнала непрерывно расширяется.
Как показано на фиг. 8, когда период тактового сигнала с выхода второго тактового генераторам 216 (фиг. 1) непрерывно увеличивается, изменение во времени значения команды сигнала команды с выхода генератора токового сигнала 254 (фиг. 1) становится пологим и формируется участок сглаживания. Наоборот, когда период тактового сигнала с выхода второго тактового генератором 216 непрерывно уменьшается, изменение во времени значения команды токового сигнала с выхода генератора токового сигнала 254 (фиг. 1) становится пологим и формируется участок сглаживания, который делает плавный переход от плоского участка к участку линейного замедления.
Желательно установить время, используемое для формирования этого участка сглаживания (время сглаживания), основываясь на энергии извлечения заряженных частиц. Дополнительно, в случае изменения энергии, то есть, внося изменение в энергию, при которой эмиссия заряженных частиц выполняется в следующий раз, желательно установить такое время сглаживания, чтобы оно было более длинным, поскольку разница токов между значениями команды сигнала команды, соответствующего разнице между энергиями перед и после изменения, увеличивается. Здесь, энергия перед изменением энергии означает плоский верхний участок в случае первой эмиссии заряженных частиц в этом ускоряющем цикле. В случае второй эмиссии или позже энергия перед изменением энергии означает энергию предыдущей эмиссии заряженных частиц. Когда диапазон изменения энергии увеличивается, для энергии заряженных частиц трудно следовать за изменением сигнала команды. Поэтому, делая участок сглаживания более пологим, можно более уверенно предотвращать возникновение резкого изменения положения и потери заряженных частиц.
Далее, информация, связанная с тактовым сигналом, используемым для управления контроллером 210 синхронизации в соответствии с настоящим вариантом, описывается со ссылкой на фиг. 9, 10 и 12. На фиг. 9 представлена связь между стационарным состоянием энергии заряженных частиц, количеством тактовых сигналов, когда тактовый сигнал останавливается, и количеством тактовых сигналов при сглаживании, которое требуется для формирования участка сглаживания. Левый столбец представляет количество стационарных состояний энергии заряженных частиц, средний столбец представляет количество тактовых сигналов, когда тактовый сигнал останавливается, и правый столбец представляет количество тактовых сигналов для сглаживания. Связь между стационарными состояниями энергии заряженных частиц, количеством тактовых сигналов, когда тактовый сигнал останавливается, и количеством тактовых сигналов при сглаживании, которое требуется для формирования участка сглаживания, показанного на фиг. 9, хранится в первой памяти 212 (фиг. 1) контроллера 210 синхронизации в форме таблицы.
Как показано на фиг. 9, в настоящем варианте обеспечиваются 1000 стационарных состояний энергии заряженных частиц. Количество тактовых сигналов, когда тактовый сигнал останавливается, и количество тактовых сигналов для сглаживания связаны с каждым из этих 1000 типов стационарных состояний энергии заряженных частиц, соответственно. Например, для стационарного состояния энергии с номером 4, второй тактовый генератор 216 останавливает тактовый сигнал, когда количество тактовых сигналов достигает 1550 с момента вывода сигнала сброса, основываясь на таблице, хранящейся в первой памяти 212. Дополнительно, когда количество тактовых сигналов достигает 60 тактовых сигналов перед остановкой тактового сигнала, то есть, достигает 1550-60=1490, второй тактовый генератор 216 изменяет режим вывода тактового сигнала с режима вывода с фиксированным периодом на режим вывода с переменным периодом.
На фиг. 10 показана связь между количеством тактовых сигналов с момента запуска сглаживания и периодом тактового сигнала. Левый столбец представляет количество тактовых сигналов с момента запуска процесса сглаживания, то есть, с момента запуска изменения периода тактового сигнала при переходе к режиму вывода с переменным периодом, и средний столбец представляет интервал тактовых сигналов в случае энергии с номером 4. Хотя на фиг. 9 количество тактовых сигналов для сглаживания тактовых сигналов равно 60, фиг. 10 приводит количество тактовых сигналов до 100, что является максимальным. Правый столбец представляет пример других номеров энергии в виде N номеров энергии. Связь между количеством тактовых сигналов с момента запуска сглаживания и интервалом тактовых сигналов, показанная на фиг. 10, хранится в первой памяти 212 (фиг. 1) контроллера 210 синхронизации в форме таблицы.
На фиг. 11 показан пример, в котором участок сглаживания формируется в соответствии с интервалом тактовых сигналов для энергии с номер 4 на фиг. 10, то есть, с переменным периодом тактового сигнала. Горизонтальная ось представляет время, а вертикальная ось представляет токовый сигнал.
Как показано на фиг. 11, на основе таблицы, хранящейся в первой памяти 212 (фиг. 1), второй тактовый генератор 216 формирует на выходе первый тактовый сигнал спустя 12 микросекунд после запуска сглаживания, второй тактовый сигнал - спустя 16 микросекунд после вывода первого тактового сигнала и третий тактовый сигнал - спустя 22 микросекунды после вывода второго тактового сигнала. Генератор 254 токового сигнала (фиг. 1) далее в ответ на эти тактовые сигналы формирует на выходе опорный сигнал (фиг. 7), хранящийся в третьей памяти 252, в качестве токового сигнала. Изменяя период тактового сигнала с момента запуска сглаживания таким способом, в токовом сигнале формируется участок сглаживания.
На фиг. 12 представлена связь между количеством тактовых сигналов с момента запуска сглаживания и прошедшим временем. Левый столбец представляет количество тактовых сигналов с момента запуска сглаживания, то есть, с момента запуска изменения тактового сигнала, а средний столбец представляет время, прошедшее с момента запуска сглаживания в случае, когда энергия имеет номер 4. Хотя на фиг. 9 количество тактовых сигналов для сглаживания равно 60, фиг. 12 показывает количество тактовых сигналов до 100, что является максимумом. Правый столбец представляет пример других номеров N энергий. На фиг. 12 представлено эквивалентное содержание того, что приведено на фиг. 10, как связь между количеством тактовых сигналов с момента запуска сглаживания и прошедшим временем. Связь между количеством тактовых сигналов с момента запуска сглаживания и прошедшим временем, представленная на фиг. 12, хранится в первой памяти 212 (фиг. 1) контроллера 210 синхронизации в форме таблицы.
На фиг. 13 представлен пример, в котором участок сглаживания формируется в соответствии с временем вывода тактовых сигналов с момента запуска сглаживания, то есть, в соответствии с периодом тактового сигнала, для энергии с номером 4 на фиг. 12. Горизонтальная ось представляет время, а вертикальная ось представляет токовый сигнал.
Как показано на фиг. 13, второй тактовый генератор 216 формирует на выходе первый тактовый сигнал, например, спустя 12 микросекунд после запуска сглаживания, второй тактовый сигнал - спустя 28 микросекунд после запуска сглаживания и третий тактовый сигнал - спустя 50 микросекунд после запуска сглаживания, основываясь на таблице, хранящейся в первой памяти 212 (фиг. 1). Генератор 254 токового сигнала (фиг. 1) в ответ на эти тактовые сигналы далее формирует на выходе опорный сигнал (фиг. 7), хранящийся в третьей памяти 252, в качестве токового сигнала. Изменяя таким способом период тактового сигнал с момента запуска сглаживания, в токовом сигнале может быть сформирован участок сглаживания.
Как описано выше, в первой памяти 212 контроллера 210 синхронизации хранится информация, связанная с тактовыми сигналами, примеры которых приведены на фиг. 9, 10 и 12, например, в форме таблицы. Второй тактовый генератор 216 формирует на выходе тактовый сигнал для контроллера 252 источника электропитания, основываясь на номере стационарной энергии, для которого запрошена эмиссия.
В приведенном выше примере формируется таблица определения количества тактовых сигналов и тактового интервала для каждой стационарной энергии. В другом примере, вместо определения количества тактовых сигналов и тактового интервала для каждой установленной стационарной энергии также может быть установлена таблица для определения количества тактовых сигналов и тактового интервала в соответствии с разницей значений команды сигнала команды, соответствующего разнице между стационарными энергиями, на которую должны изменяться заряженные частицы. Таким образом, в случае, когда заряженные частицы излучаются, например, с энергией номер 100, таблица определяется таким образом, что количество тактовых сигналов для сглаживания и тактовый интервал при переходе к плоскому участку для энергии с номером 100, различается в зависимости от номера энергии, для которого выполнена предыдущая эмиссия заряженных частиц.
Конфигурация таблицы, которая соответствует такому определению, не ограничивается. В случае, когда, например, разница энергий между энергиями с различными номерами является постоянной, например, достаточно, чтобы количество тактовых сигналов для сглаживания и тактовый интервал определялись для каждой разнице между номерами энергий. Например, в случае, когда номер энергии изменяется с 1 на 101, количество тактовых сигналов и тактовый интервал, которые связаны с разницей энергий, равной 100, приводится в таблице. Устанавливая количество тактовых сигналов и тактовый интервал по отношению к разнице между номерами энергий, можно получить таблицу меньшего размера, чем в случае, когда количество тактовых сигналов и тактовый интервал определяются для всех комбинаций номера энергии перед изменением и номером энергии после изменения. Здесь, энергия, соответствующая верхнему плоскому участку, может быть зарегистрирована в таблице как энергия с номером 0, потому что энергия перед изменением может быть энергией, соответствующей верхнему плоскому участку.
Когда количество тактовых сигналов для сглаживания и тактовый интервал определены, время сглаживания также определяется. Поэтому таблица данных является также таблицей, в которой стационарная энергия или разница токов, соответствующая разнице между стационарными энергиями, и время сглаживания оказываются связанными друг с другом.
Контроллер 210 синхронизации может вычислять период тактового сигнала в соответствии с нижеследующим выражением. Как показано на фиг. 7, необходимо увеличивать количество тактовых сигналов для сглаживания с увеличением разницы токов, которая является разницей между значениями команды сигнала команды, соответствующего разницы между энергиями, на которую должна быть изменена энергия заряженных частиц.
Поэтому предполагая, что количество тактовых сигналов для сглаживания равно Nmax, K1 является заданной константой и разница токов, которая является разницей между значениями команды сигнала команды, соответствующего разнице между стационарными энергиями, равна Dif, может быть установлено выражение 1, имеющее, например, следующий вид.
Nmax=K1×Dif … (Выражение 1)
Полагая, что n-ый тактовый интервал от момента запуска сглаживания равен Tn, C1, C2 и C3 являются заданными константами и разница токов, которая является разницей между значениями команды сигнала команды, соответствующего разнице между стационарными энергиями, равняется Dif, может быть установлено выражение 2, имеющее следующий вид.
Tn=C1×n×Dif×Dif+C2×n×Dif+C3×n … (Выражение 2)
Здесь, n - целое число от 0 до Nmax.
Дополнительно, количество тактовых сигналов Nmax для сглаживания может быть представлено в форме общей функции как Nmax=f(Dif). f () является заданной линейной функцией. Кроме того, тактовый интервал при n-ом сглаживании с момента запуска сглаживания может также быть представлен посредством функции общего вида как T(n, Dif). T() является заданной квадратичной функцией. Эти функции могут быть определены в соответствии с токовыми характеристиками отклоняющего электромагнита 108 (фиг. 1) и контроллер 210 синхронизации можно заставить вычислять количество тактовых сигналов для сглаживания и время сглаживания в реальном времени.
Вышеупомянутые выражения для получения количества тактовых сигналов и тактовый интервал, используемые для установки участка сглаживания, являются просто примером и не предназначены для ограничений. Например, время сглаживания, используемое для установки участка сглаживания, может быть вычислено, основываясь на разнице токов между значениями команды сигнала команды, соответствующего разнице между стационарными энергиями, на которую должна изменяться энергия заряженных частиц, и затем количество тактовых сигналов и тактовый интервал, используемые для установки сглаживания, могут быть вычислены на основе этого времени сглаживания. То есть, хотя в примере вышеупомянутых выражений время сглаживания определяется путем получения количества тактовых сигналов и тактового интервала, время сглаживания может быть вычислено на основе разницы токов, и затем количество тактовых сигналов и тактовый интервал могут быть вычислены на основе полученного времени сглаживания. Использоваться может любое вычисление, пока время сглаживания больше чем разница токов.
Дополнительно описывается разница между стационарными энергиями, на которую изменяется энергия заряженных частиц. Однако, в случае первой эмиссии заряженных частиц в ускоряющем цикле, разница токов Dif определяется как разница между значениями команды сигнала команды, соответствующего разнице между энергией на верхнем плоском участке и стационарной энергией, при которой выполняется эмиссия заряженных частиц. То есть, время сглаживания определяется, основываясь на разнице токов между энергиями заряженных частиц перед и после изменения энергии.
Как описано выше, путем получения количества тактовых сигналов и тактового интервала, используемых для установки участка сглаживания посредством вычисления в соответствии с разницей между стационарными энергиями, на которую изменяется энергия заряженных частиц, можно сделать время сглаживания более длительным по мере того, как увеличивается разница между энергиями заряженных частиц перед и после изменения энергии.
На фиг. 14 представлена блок-схема последовательности выполнения операций формирования токового сигнала при помощи переменного тактового сигнала. Здесь описывается пример формирования токового сигнала, используя опорный сигнал, показанный в качестве примера на фиг. 6.
Компьютерная система 50 устанавливает сигнал опорной частоты и амплитудный опорный сигнал, которые были вычислены и отрегулированы заранее, во вторую память 242 контроллера высокочастотного ускоряющего резонатора, а также устанавливают токовый опорный сигнал в третью память 252 контроллера 250 источника электропитания (этап S100).
Второй тактовый генератор 216 начинает вывод тактового сигнала и сигнала сброса после приема от компьютерной системы 50 сигнала разрешения вывода. Альтернативно, второй тактовый генератор 216 заранее формирует на выходе тактовый сигнал и сигнал сброса после приема сигнала запуска операции для компьютерной системы 50 (этап S102).
Затем, инжектор 102 инжектирует заряженные частицы в основной ускоритель 104 синхронно с сигналом сброса в определенный момент после сигнала сброса (этап S103). Далее, контроллер 240 высокочастотного ускоряющего резонатора формирует на выходе сигнал опорной частоты и амплитудный опорный сигнал, установленные во второй памяти 242, и далее подает их в высокочастотный ускоряющий резонатор 106 как сигнал частоты и сигнал амплитуды в ответ на тактовый сигнал. Точно также, контроллер 250 источника электропитания формирует на выходе токовый опорный сигнал, установленный в третьей памяти 252, и далее подает его на источник 114 электропитания в качестве токового сигнала в ответ на тактовые сигналы. Соответственно, заряженные частицы ускоряются с вращением по заданной орбите в основном ускорителе 104.
Контроллер 210 синхронизации обращается к условию остановки и к таблице, которые установлены в первой памяти 212, и определяет, изменять ли период тактового сигнала (этап S200). Контроллер 210 синхронизации обращается к условию остановки и таблице, связанным с тактовыми сигналами (например, к информации, связанной с тактовыми сигналами, показанными на фиг. 9, 10 или 12), которые установлены в первой памяти 212, и начинает изменять период тактового сигнала (этап S202), когда количество тактовых сигналов становится равным количеству тактовых сигналов для запуска сглаживания, связанного с номером энергии (Да на этапе S200). Генератор 254 токового сигнала контроллера 250 источника электропитания формирует на выходе опорный сигнал, хранящийся в третьей памяти 252, в качестве токового сигнала, далее в ответ на тактовый сигнал. Соответственно, формируется участок 510 сглаживания, как показано, например, на фиг. 7.
Затем контроллер 210 синхронизации обращается к условию остановки и к таблице, связанным с тактовыми сигналами, которые установлены в первой памяти 212, и определяет, останавливать ли тактовый сигнал (этап S204). В случае, когда количество тактовых сигналов не равно количеству тактовых сигналов, которое удовлетворяет условию остановки (Нет на этапе S206), контроллер 210 синхронизации повторяет процессы, начиная с этапа S202.
При этом, в случае, когда количество тактовых сигналов равно количеству тактовых сигналов, которое удовлетворяет условию остановки (Да на этапе S206), контроллер 210 синхронизации останавливает вывод тактового сигнала (этап S208). Генератор 254 токового сигнала во время остановки тактового сигнала продолжает формировать на выходе токовый сигнал для контроллера источника 250 электропитания. Соответственно, формируется плоский участок, соответствующий стационарному состоянию при первой энергии, как показано, например, на фиг. 7.
Далее, контроллер 210 синхронизации определяет, возобновлять ли вывод тактового сигнала (этап S212). Контроллер 210 синхронизации принимает решение, что остановка тактового сигнала продолжается (Нет на этапе S212), когда он не принимает сигнал окончания облучения или сигнал запроса облучения с другой энергией от устройства 42 управления облучением, и повторяет процессы, начиная с этапа S208.
При этом, контроллер 210 синхронизации принимает решение, что вывод тактового сигнала должен быть возобновлен, когда он принимает сигнал окончания облучения или сигнал запроса облучения с другой энергией от устройства 42 управления облучением (Да на этапе S212). Далее контроллер 210 синхронизации начинает изменение периода тактового сигнала (этап S214).
Затем контроллер 210 синхронизации обращается к условию остановки и к таблице, которые установлены в первой памяти 212, и определяет, прекратить ли изменение периода тактового сигнала (этап S218). В случае, когда количество тактовых сигналов не равно количеству тактовых сигналов, которое соответствует остановке изменения (Да на этапе S218), повторяются процессы, начиная с этапа S214. Генератор 254 токового сигнала далее в ответ на тактовый сигнал формирует на выходе опорный сигнал, хранящийся в третьей памяти, в качестве токового сигнала. Соответственно, формируется участок 512 сглаживания, как показано, например, на фиг. 7.
Между тем, в случае, когда количество тактовых сигналов равно количеству тактовых сигналов, которое соответствует остановке изменения (Нет на этапе S218), контроллер 210 синхронизации определяет, закончить ли весь процесс (этап S220). Когда определено, что весь процесс не должен быть закончен (Нет на этапе S220), процессы, начиная с этапа S200, повторяются.
В случае, когда количество тактовых сигналов не равно количеству тактовых сигналов для запуска сглаживания, связанного с номером энергии (Нет на этапе S200), контроллер 210 синхронизации формирует на выходе тактовый сигнал, имеющий фиксированный период, для подачи на контроллер 250 источника электропитания. Генератор 254 токового сигнала контроллера 250 источника электропитания далее формирует на выходе сигнал опорного тока, установленный в третьей памяти 252, для подачи на источник 114 электропитания в качестве токового сигнала в ответ на тактовый сигнал (этап S222). При этом, когда весь процесс должен быть закончен (Да на этапе S220), весь процесс управления заканчивается. Контроллер 210 синхронизации непрерывно изменяет период тактового сигнала для участка сглаживания таким способом.
Как описано выше, в соответствии с настоящим вариантом, генератор 254 токового сигнала конфигурируется для непрерывного изменения периода тактового сигнала перед остановкой тактового сигнала в случае, когда генератор 254 токового сигнала 254 в ответ на прием тактового сигнала формирует на выходе опорный сигнал в виде временной последовательности токового сигнала. Соответственно, изменение значения команды временной последовательности сигнала команды относительно времени делается плавно и, таким образом, генератор 254 токового сигнала может формировать на выходе токовый сигнал, в котором участок сглаживания формируется из опорного сигнала, в котором никакой участок сглаживания не обеспечивается.
Дополнительно, при реальной обработке нет необходимости обеспечивать плоский участок, который делает значение тока отклоняющего электромагнита 108 постоянным для энергии пучка, при которой экстракция заряженных частиц не выполняется, и возможно обеспечивать плоский участок для энергии пучка, при которой экстракция заряженных частиц реально выполняется. Соответственно, цикл ускорения заряженных частиц может быть дополнительно сокращен, что способствует сокращению времени лечения пациента. В частности, в случае, когда типы энергий для извлечения заряженных частиц, достигаемых ускорителем, увеличиваются (например, до 600 типов) по сравнению обычно имеющимися типами, ускоряющий цикл не может становиться более длительным из-за увеличения количества типов. Поэтому можно использовать типы энергий облучения, которые имеют примерно те же номера или больше, чем количество обычно используемых типов без использования аппаратных средств, таких как переключатель диапазона, способствуя, таким образом, сокращению времени лечения.
Дополнительно, возможно делать время сглаживания более длительным по мере того, как увеличивается разница между энергиями заряженных частиц перед и после изменения энергии.
Второй вариант осуществления изобретения
Система 1 облучения пучком частиц по второму варианту осуществления изобретения, отличается от системы 1 по первому варианту формированием участка сглаживания в токовом сигнале, используя сигнала коррекции тока вместо формирования участка сглаживания в токовом сигнале путем изменения частоты тактового сигнала второго тактового генератора 216. В последующих описаниях приводятся различия между вторым вариантом и первым вариантом.
На фиг. 15 схематично показана полная конфигурация системы 1 облучения пучком частиц по второму варианту. Как показано на фиг. 15, эта конфигурация отличается от конфигурации по первому варианту тем, что участок 242а памяти шаблона высокочастотной коррекции обеспечивается во второй памяти 242, а участок 252а памяти шаблона коррекции тока обеспечивается в третьей памяти 252. Сигнал частотной коррекции и сигнал амплитудной коррекции, которые корректируют сигнал опорной частоты и амплитудный опорный сигнал, соответственно, хранятся на участке 242а памяти шаблона высокочастотной коррекции. Дополнительно, сигнал коррекции, который корректирует токовый опорный сигнал, хранится на участке 252а памяти шаблона коррекции тока.
На фиг. 16 представлена связь между токовым сигналом перед коррекцией, сформированным на основе опорного сигнала, и сигналом коррекции. Горизонтальная ось представляет время, а вертикальная ось представляет токовый сигнал перед коррекцией (1), тактовый сигнал (2), сигнал коррекции (3), сигнал запуска коррекции (4) и откорректированный токовый сигнал (5). Пример обработки контроллером 210 синхронизации и обработки контроллером 250 источника электропитания 250 в соответствии с настоящим вариантом в случае, когда выполняется процесс сглаживания, описан со ссылкой на фиг. 16.
Сначала описывается токовый сигнал перед коррекцией с выхода генератора 254 токового сигнала. Как показано на фиг. 16, по мере уменьшения участка 1 и уменьшения участка 2, например, генератор 254 токового сигнала далее формирует на выходе токовый опорный сигнал, хранящийся в третьей памяти 252, в качестве токового сигнала перед коррекцией в ответ на прием тактового сигнала. Дополнительно, когда тактовый сигнал останавливается, как показано, например, для плоского участка, генератор 254 токового сигнала 254 во время остановки тактового сигнала продолжает формировать на выходе опорный сигнал в качестве токового сигнала.
Далее описывается сигнал коррекции, используемый для коррекции токового сигнала генератором 254 токового сигнала. Значение команды сигнала коррекции (например, шаблон 1 или 2 сглаживания) вычисляется заранее таким способом, чтобы ток плавно изменялся во времени, когда значение команды токового сигнала перед коррекцией и значение команды сигнала коррекции складываются друг с другом. Поэтому, когда значение команды сигнала команды перед коррекцией и значение команды сигнала коррекции складываются друг с другом, получается значение команды сигнала команды, который производит плавное изменение. То есть, значение команды скорректированного токового сигнала становится плавным и производная по времени непрерывно изменяется.
Генератор 254 токового сигнала формирует, основываясь на сигнале запуска коррекции, скорректированный токовый сигнал, который имеет значение команды, полученное путем сложения значения команды сигнала команды перед коррекцией и значения команды сигнала коррекции друг с другом. Более конкретно, на переходе от участка 1 уменьшения к плоскому участку, соответствующему стационарному состоянию энергии заряженных частиц, например, генератор 254 токового сигнала формирует скорректированный токовый сигнал, который имеет значение команды, полученное путем сложения значения команды сигнала команды перед коррекцией и значения команды сигнала коррекции (шаблон 1 сглаживания) друг с другом, основываясь на основе обнаружении возрастающего сигнала для сигнала запуска коррекции. Дополнительно, на переходе от плоского участка, соответствующего стационарному состоянию энергии заряженных частиц, к участку 2 уменьшения, например, генератор 254 токового сигнала формирует скорректированный токовый сигнал, который имеет значение команды, полученное путем сложения значения команды токового сигнала перед коррекцией и значения сигнала команды коррекции (шаблон 2 сглаживания 2) друг с другом, основываясь на обнаружения нисходящего сигнала для сигнала запуска коррекции.
На участках 1 и 2 уменьшения, например, степень изменения значения команды сигнала команды перед коррекцией относительно времени поддерживается на заданном значении. Поэтому, как показано на фиг. 16, шаблон 1 сглаживания, который указывает далее во времени значение сигнала коррекции, добавленное при повышении сигнала запуска коррекции, и шаблон 2 сглаживания, который указывает далее во времени значение сигнала коррекции, добавленного при снижении сигнала запуска коррекции, имеют связь, при которой положительное и отрицательное значения инвертируются. Соответственно, процесс сглаживания с помощью сигнала запуска коррекции может быть выполнен как на переходе от участка 1 уменьшения к плоскому участку, так и на переходе от плоского участка к участку 2 уменьшения.
Дополнительно, генератор 254 токового сигнала может формировать токовый сигнал путем сложения значения, полученного умножением значения команды сигнала коррекции (например, шаблона 1 или 2 сглаживания) на коэффициент, соответствующий разнице между токовыми значениями, соответственно соответствующими стационарным энергиям, и значения команды опорного сигнала. Соответственно, можно регулировать величину сглаживания относительно величины разности между стационарными энергиями. В частности, как описано в первом варианте, можно получить сигнал коррекции, который обеспечивает более длительное время сглаживания по мере того, как увеличивается разница между энергиями заряженных частиц перед и после изменения энергии.
Далее описывается сигнал запуска коррекции с выхода контроллера 210 синхронизации. Контроллер 210 синхронизации формирует на выходе сигнал запуска коррекции для контроллера 250 источника электропитания перед остановкой тактового сигнала, основываясь на условии остановки тактового сигнала, принятом от компьютерной системы 50. Дополнительно, после приема сигнала остановки облучения или запроса сигнала облучения с другой энергией от устройства 42 управления облучением, контроллер 210 синхронизации заставляет сигнал запуска коррекции резко падать. Контроллер 210 синхронизации затем возобновляет тактовый сигнал после того, как пройдет заданное количество тактовых сигналов. Контроллер 210 синхронизации останавливает тактовый сигнал после того, как прошло заданное количество тактовых сигналов после вывода сигнала запуска коррекции этим способом. Далее контроллер 210 синхронизации возобновляет вывод тактового сигнала после того, как после остановки вывода сигнала запуска коррекции пройдет заданное количество тактовых сигналов.
Как должно быть понятно из приведенных выше описаний, когда значение команды сигнала команды перед коррекцией и значение команды сигнала коррекции складываются друг с другом, получается токовый сигнал, который плавно изменяется во времени, то есть, токовый сигнал, для которого степень изменения во времени меньше заданного значения.
На фиг. 17 показана блок-схема последовательности выполнения операций формирования токового сигнала, используя сигнал коррекции. Процессы, эквивалентные процессам в первом варианте, обозначаются схожими позициями и их описания пропускаются. Здесь описывается пример формирования токового сигнала.
Сначала контроллер 210 синхронизации после инжекции заряженных частиц в основной ускоритель 104 также продолжает формировать на выходе тактовый сигнал с фиксированным периодом для подачи на генератор 254 токового сигнала. Генератор 254 токового сигнала далее в ответ на прием тактового сигнала формирует на выходе опорный сигнал в качестве токового сигнала перед коррекцией.
Затем контроллер 210 синхронизации обращается к условию остановки, установленному в первой памяти 212, и определяет, начинать ли сглаживание, используя сигнал коррекции (этап S300). При принятии решения, что сглаживание должно быть запущено (Да на этапе S300), контроллер 210 синхронизации формирует на выходе сигнал запуска коррекции для контроллера 250 источника электропитания. Генератор 254 токового сигнала контроллера 250 источника электропитания формирует на выходе токовый сигнал, к которому прибавляется значение команды, являющееся суммой значения команды опорного сигнала и значения команды сигнала коррекции (например, шаблон 1 сглаживания), основываясь на обнаружении нарастающего сигнала для сигнала запуска коррекции (этап S304). Дополнительно, когда со времени запуска вывода сигнала запуска коррекции прошло заданное количество тактовых сигналов, контроллер 210 синхронизации останавливает тактовый сигнал. Затем генератор 254 токового сигнала формирует на выходе токовый сигнал, полученный сложением друг с другом опорного сигнала во время остановки тактовых сигналов и сигнала коррекции. Дополнительно, когда прошло заданное количество тактовых сигналов, генератор 254 токового сигнала во время остановки тактовых сигналов формирует на выходе опорный сигнал в качестве токового сигнала.
Затем контроллер 210 синхронизации определяет, возобновлять ли вывод тактового сигнала (этап S306). Контроллер 210 синхронизации принимает решение, что остановка тактового сигнала должна быть продолжена (Нет на этапе S306), когда он не принял от устройства 42 управления облучением сигнал окончания облучения или сигнал запроса облучения с другой энергией, и повторяет процессы, начиная с этапа S302.
При этом, когда контроллер 210 синхронизации принял от устройства 42 управления облучением сигнал окончания облучения или сигнал запроса облучения с другой энергией, он принимает решение, что вывод тактового сигнала должен быть возобновлен (Да на этапе S306), прекращает вывод сигнала запуска коррекции и возобновляет вывод тактового сигнала после того, как проходит заданное количество тактовых сигналов. После обнаружения нисходящего сигнала для сигнала запуска коррекции, генератор 254 токового сигнала контроллера 250 источника электропитания формирует на выходе токовый сигнал, к которому прибавляется значение команды, полученное путем сложения друг с другом значения команды опорного сигнала и значения команды сигнала коррекции (например, шаблон 2 сглаживания). Дополнительно, когда прошло заданное количество тактовых сигналов, генератор 254 токового сигнала далее формирует на выходе опорный сигнал в качестве токового сигнала.
Затем контроллер 210 синхронизации определяет, заканчивать ли весь процесс (этап S308). Когда определено, что весь процесс не должен быть закончен (Нет на этапе S308), процессы, начиная с этапа S300, повторяются.
При этом, когда принимается решение, что сглаживание не должно быть запущено (Нет на этапе S300), контроллер 210 синхронизации продолжает формировать на выходе тактовый сигнал, имеющий фиксированный период, который подается на контроллер 250 источника электропитания. Контроллер 250 источника электропитания далее в ответ на тактовый сигнал формирует на выходе токовый опорный сигнал, установленный в третьей памяти 252, в качестве токового сигнала (этап S310). При этом, когда весь процесс управления должен быть завершен (Да на этапе S308), весь процесс завершается. Контроллер 210 синхронизации формирует участок сглаживания, складывая друг с другом значение команды сигнала команды и значение команды сигнала коррекции, который уменьшает изменение значения команды сигнала команды таким способом.
Как описано выше, в соответствии с настоящим вариантом, генератор 254 токового сигнала выполнен с возможностью добавления к значению команды сигнала временной последовательности значения команды сигнала коррекции для значения команды сигнала коррекции, которое уменьшает изменение во времени значения команды перед и после остановки тактового сигнала. Соответственно, изменение значения команды во времени становится плавным и, таким образом, избегают резкого изменения положения и потери заряженных частиц.
Дополнительно, в случае ускоряющего цикла, не содержащего в себе эмиссию заряженных частиц в систему 20 транспортировки пучка, плоский участок, который делает значение тока отклоняющего электромагнита 108 постоянным для соответствия заданной энергии извлечения заряженных частиц, не обеспечивается. В случае ускоряющего цикла, содержащего эмиссию заряженных частиц в систему 20 транспортировки, плоский участок обеспечивается. Соответственно, цикл ускорения заряженных частиц может быть дополнительно сокращен и время лечения пациента может быть дополнительно уменьшено.
По меньшей мере, часть устройства 200 управления, описанного выше в вариантах осуществления изобретения, может быть образована аппаратными средствами или программным обеспечением. Когда устройство образуется программным обеспечением, возможно конфигурировать его таким образом, что программа для реализации, по меньшей мере, части функций устройства 600 управления сохраняется на носителе записи, таком как гибкий диск или CD-ROM, и компьютер заставляют считывать и исполнять программу. Носитель записи не ограничивается тем, чтобы быть съемным, таким как магнитный диск или оптический диск, и также может быть применим стационарный носитель записи, такой как устройство жесткого диска или память.
Дополнительно, программа реализации, по меньшей мере, части функций устройства 200 управления может распространяться через линию связи, такую как Интернет (в том числе, через беспроводную связь). Дополнительно, программа в кодированном, модулированном или сжатом состоянии может распространяться по проводной линии или по беспроводной линии, такой как Интернет, или сохраняться на носителе записи и распространяться.
Хотя были описаны только некоторые варианты осуществления изобретения, эти варианты были представлены только как пример и не предназначены ограничивать объем изобретений. На деле, новые варианты, описанные здесь, могут быть воплощены во множестве других форм и различные пропуски, замены и изменения могут вноситься в них, не отступая от сущности изобретений. Варианты осуществления изобретения и их модификации подразумеваются содержащимися в объеме и сущности изобретения, а также в объеме изобретения и его эквивалентов, описанных в формуле изобретения.