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公開番号2025151046
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-09
出願番号2024052269
出願日2024-03-27
発明の名称加速器システム、粒子線治療システム、加速器システムの制御方法及び粒子線治療システムの制御方法
出願人株式会社日立ハイテク,三菱電機ディフェンス&スペーステクノロジーズ株式会社
代理人弁理士法人ウィルフォート国際特許事務所
主分類H05H 13/04 20060101AFI20251002BHJP(他に分類されない電気技術)
要約【課題】荷電粒子ビームの加速(出射)粒子数の低下を容易に抑制することが可能な加速器システムを提供する。
【解決手段】加速器1は、入力された高周波電圧を用いて共振周波数に応じた加速用高周波電圧を励起する加速空胴11を備え、入射された荷電粒子ビームを加速用高周波電圧によって加速して出射する。高周波制御装置3は、所定のロック周波数を有する制御用高周波電圧を加速空胴11に入力し、共振判定値が閾値に到達すると、制御用高周波電圧の周波数を共振周波数の変化に追従されるように変調するフィードバック制御を開始する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
入力された制御用高周波電圧を用いて共振周波数に応じた加速用高周波電圧を励起する加速空胴を備え、入射された荷電粒子ビームを前記加速用高周波電圧によって加速して出射する加速器と、
前記加速空胴の高周波モニタの応答信号を検出する応答信号検出部と、
所定のロック周波数を有する前記制御用高周波電圧を前記加速空胴に入力し、検出された前記応答信号に基づく共振判定値が閾値に到達すると、時間的に変化する前記共振周波数に追従するように前記制御用高周波電圧の周波数を変調するフィードバック制御を開始する高周波制御装置と、を有する加速器システム。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記応答信号検出部は、前記応答信号として前記加速用高周波電圧を検出する電圧検出部であり、
前記共振判定値は、前記電圧検出部にて検出された加速用高周波電圧の振幅である、請求項１に記載の加速器システム。
【請求項３】
前記応答信号検出部は、前記応答信号として前記制御用高周波電圧の前記加速空胴に向かう進行波成分を検出するともに、前記加速空胴にて反射された反射波成分を検出する成分検出部であり、
前記共振判定値は、前記進行波成分と前記反射波成分との比である電圧定在波比である、請求項１に記載の加速器システム。
【請求項４】
前記高周波制御装置は、前記フィードバック制御の開始時に、前記制御用高周波電圧と前記応答信号との位相差をゼロとして格納する初期位相格納部をさらに有する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の加速器システム。
【請求項５】
前記初期位相格納部は、デジタル回路で構成され、前記フィードバック制御の開始時に、直交変換によるデジタル処理により前記位相差をゼロとして格納する、請求項４に記載の加速器システム。
【請求項６】
前記ロック周波数は、一定である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の加速器システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の加速器システムと、
前記加速器システムから出射された荷電粒子ビームを患者に照射する照射装置と、を備えた粒子線治療システム。
【請求項８】
前記荷電粒子ビームの照射線量を計測する線量モニタと、
前記患者内の複数の照射位置に対して順番に前記荷電粒子ビームを照射するように制御する上位制御装置と、をさらに備え、
前記上位制御装置は、前記照射位置のいずれかに照射した照射量が目標値に到達すると、前記荷電粒子ビームを照射する前記照射位置を変更する、請求項７に記載の粒子線治療システム。
【請求項９】
前記高周波制御装置は、エネルギー変更指令が入力されると、前記加速器から出射する荷電粒子ビームのエネルギーを変更し、
前記上位制御装置は、所定のエネルギーを有する前記荷電粒子ビームの照射が完了すると前記エネルギー変更指令を前記高周波制御装置に出力する、請求項８に記載の粒子線治療システム。
【請求項１０】
入力された制御用高周波電圧を用いて共振周波数に応じた加速用高周波電圧を励起する加速空胴を備え、入射された荷電粒子ビームを前記加速用高周波電圧によって加速して出射する加速器の制御方法であって、
前記加速空胴の高周波モニタの応答信号を検出し、
所定のロック周波数を有する前記制御用高周波電圧を前記加速空胴に入力し、
検出された前記応答信号に基づく共振判定値が閾値に到達すると、時間的に変化する前記共振周波数に追従するように前記制御用高周波電圧の周波数を変調するフィードバック制御を開始する、制御方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、加速器システム、粒子線治療システム、加速器システムの制御方法及び粒子線治療システムの制御方法に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
荷電粒子ビームを加速して出射する加速器として、強度が時間的に一定の主磁場の中で、周波数を時間的に変調させた加速用高周波電圧を荷電粒子ビームに印加することで、その荷電粒子ビームを加速する円形加速器が注目されている。この種の円形加速器は、超電導コイルを用いて主磁場を生成することができるため、小型化及び低コスト化に有利であり、特に粒子線治療システムなどに適用されている。
【０００３】
加速用高周波電圧は、加速用高周波電圧を励起する加速空胴と接続された変調器を用いて加速空胴の共振周波数を変調する。変調器は、加速空胴のキャパシタンス又はインダクタンスを時間的に変えることで、加速空胴の共振周波数を時間的に変調する。このとき、加速用高周波電圧を励起するために加速空胴に入力される高周波電力は、加速空胴の共振周波数と略同一の周波数に合わせる必要がある。
【０００４】
特許文献１には、変調器として、互いに対向する電極対の一方を回転させることで、電極対が重なる面積を時間的に変化させることでのキャパシタンスを変化させる回転コンデンサを用いる技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、加速空胴に入力される制御用高周波電力の周波数を加速空胴の共振周波数に合わせる技術が開示されている。この技術では、加速用高周波電圧の位相が検出され、その加速用高周波電圧の位相と制御用高周波電力の位相との位相差が閾値未満になると、制御用高周波電力の周波数のフィードバック制御が開始される。これは、加速空胴のような共振器が共振状態の場合に、共振器に入力される高周波電圧の位相と共振器で励起される高周波電圧との位相差がゼロになる原理を応用したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
米国特許出願公開第２０１０／００４５２１３号明細書
特開２０２３－８７５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に記載の技術では、加速用高周波電圧を検出する必要があるため、加速空胴内に電圧を検出するための検出手段を設け、その検出手段と同軸ケーブルなどのケーブルを介して接続された加速器外部の計測機器にて加速用高周波電圧を検出する必要がある。そのため、検出された加速用高周波電圧には、ケーブルの長さであるケーブル長に応じた位相の遅れが生じる。また、同様に、制御用高周波電圧を検出する際にも位相の遅れが生じる。このため、加速用高周波電圧の位相と制御用高周波電力の位相との位相差は共振点で必ずしもゼロとならないという問題がある。したがって、特許文献２に記載の技術では、フィードバック制御の開始タイミングが理想的なタイミングからずれてしまい、荷電粒子ビームの加速（出射）粒子数の低下を招く恐れがある。
【０００８】
なお、上記の問題を解決するために、加速用高周波電圧及び制御用高周波電力のそれぞれを計測するためのケーブルのケーブル長を同じ長さにし、位相の遅れを予め計算しておき、その位相の遅れに応じたオフセットを検出結果にかける方法が考えられる。しかしながら、この方法では、複雑なハードウェア的な調整及び複雑な制御が必要になる。また、共振周波数が時間的に変化する加速空胴において、入力される制御用高周波電力のインピーダンスマッチング（整合）点はある変調幅の一点であり、すべての変調幅に対して、完全に整合が取れず、調整を難しくする要因となる。
【０００９】
したがって、特許文献２の技術では、荷電粒子ビームの加速（出射）粒子数の低下を容易に抑制することができない。
【００１０】
本開示の目的は、荷電粒子ビームの加速（出射）粒子数の低下を容易に抑制することが可能な加速器システム、粒子線治療システム、加速器システムの制御方法及び粒子線治療システムの制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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