JP2005063894A - Radiological linac and electron beam generator - Google Patents
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Abstract
【課題】 電子線のエネルギーを連続的に変えることのできる放射線治療用の小形のリニアックならびにこれを用いた放射線治療装置を提供する。
【解決手段】 電子線を加速する直列に接続された2つの加速管6,7を設け、これらの加速管6,7に入力される高周波の相対的な位相を調整することにより電子線のエネルギーを調整するフェーズシフタ11を設けてリニアック4を構成した。このとき、加速管6,7をXバンド帯域の周波数の高周波で動作するように構成するとともに、これらの加速管6,7の間で電子線の軌道を180°偏向するための永久磁石からなる電子線偏向部8を設けて小形化を図った。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small linac for radiotherapy capable of continuously changing the energy of an electron beam and a radiotherapy apparatus using the same.
SOLUTION: Two acceleration tubes 6 and 7 connected in series for accelerating an electron beam are provided, and energy of the electron beam is adjusted by adjusting a relative phase of a high frequency input to the acceleration tubes 6 and 7. A linac 4 is configured by providing a phase shifter 11 for adjusting the angle. At this time, the accelerating tubes 6 and 7 are configured to operate at a high frequency in the frequency of the X band, and are composed of permanent magnets for deflecting the electron beam trajectory 180 degrees between the accelerating tubes 6 and 7. The electron beam deflection unit 8 is provided to reduce the size.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、電子線を生成する電子線生成装置、ならびに斯かる電子線生成装置を備えて、該電子線生成装置で生成された電子線をX線ターゲットに照射してX線を発生させる放射線治療に用いられて好適な小形の放射線治療用リニアックに関する。 The present invention relates to an electron beam generating device that generates an electron beam, and radiation that includes the electron beam generating device and generates an X-ray by irradiating an X-ray target with the electron beam generated by the electron beam generating device. The present invention relates to a small radiotherapy linac suitable for use in therapy.
従来より、放射線治療においては、電子線加速器を用いて加速された電子をX線ターゲットに照射することによって生成されるX線を患部に照射したり、電子線加速器を用いて加速された電子を直接患部に照射したりして治療が行なわれている。このような放射線治療用の加速器として、リニアック(線形加速器)がよく用いられている。
放射線治療用のリニアックには、加速管に入力する高周波の周波数が約3GHzのSバンド帯域に含まれるのものが多く用いられてきたが、近年、非特許文献1ならびに非特許文献2に開示されているように、Cバンド帯域ないしXバンド帯域のより高い周波数を用いることによって、リニアックの小形化が試みられるようになってきている。周波数がSバンド帯域にある従来の放射線治療用リニアックは、例えばリニアック本体が回転軸線と平行に置かれ、回転軸線と平行を保ちながら回転軸線周りに回転し、回転中心付近に敷設されたベッドに横たわる患者の患部に向けて全方向から電子線ないしX線を照射するように構成されている。ただし、このとき回転軸線が固定されているため、放射線照射は、回転軸線に垂直な面内に限られている。このような構成の放射線治療装置は、回転ガントリーとも呼ばれている。これに対して、例えば、非特許文献2に開示された放射線治療用のリニアックは、周波数がXバンド帯域にある高周波によって小形化が図られており、産業用ロボットのアームの先端にリニアックが取り付けられ、従来のように一平面に限られることなく、様々な方向からX線を照射することができるように構成されている。
Many radiotherapy linacs have been used in which the high frequency input to the accelerating tube is included in the S-band of about 3 GHz. However, these linacs have been disclosed in Non-Patent Document 1 and Non-Patent
ところが、従来の放射線治療用のリニアックは、エネルギーを段階的にしか調整できないという問題があった。つまり、これらのリニアックでは、加速管の加速セルの共鳴状態を制御して、複数個ある加速セルのうちどの加速セルを使用するかによって加速される電子のエネルギーを設定するようにしているだけであるから、例えば患部の深さに合わせたX線を得るため、加速される電子のエネルギーを変えようとしても、加速セルのオン/オフとともに加速セル1個分に相当するエネルギーの単位でしかエネルギーを増減することができない。 However, the conventional linac for radiotherapy has a problem that the energy can be adjusted only in stages. In other words, in these linacs, the resonance state of the accelerating cell of the accelerating tube is controlled, and the energy of the electrons accelerated depending on which accelerating cell is used among a plurality of accelerating cells is set. Therefore, for example, in order to obtain X-rays that match the depth of the affected area, even if the energy of the accelerated electrons is changed, the energy is only in the unit of energy corresponding to one acceleration cell when the acceleration cell is turned on / off. Cannot be increased or decreased.
本発明は、上記の事情に鑑み、電子線のエネルギーを連続的に変えることのできる電子線生成装置ならびにこの電子線生成装置を用いたX線生成装置、特に放射線治療用のリニアックを提供することにある。また、このとき、放射線治療用リニアックは、患部の周囲での小回りのきく使用を可能にするために小形とされていなければならない。 In view of the above circumstances, the present invention provides an electron beam generator capable of continuously changing the energy of an electron beam and an X-ray generator using the electron beam generator, particularly a linac for radiotherapy. It is in. At this time, the linac for radiotherapy must be small in size so that it can be used around the affected area.
この課題を解決するために、放射線治療用の電子線を生成するための本発明の第一の観点による放射線治療用リニアックは、電子線を加速する直列に接続された複数の加速管を有し、これらの複数の加速管の少なくとも2つの加速管に入力される高周波の相対的な位相を調整することにより電子線のエネルギーを調整する電子線エネルギー調整手段を有していることを特徴としている。 In order to solve this problem, a radiotherapy linac according to a first aspect of the present invention for generating an electron beam for radiotherapy has a plurality of accelerating tubes connected in series for accelerating the electron beam. The electron beam energy adjusting means adjusts the energy of the electron beam by adjusting the relative phase of the high frequency input to at least two of the plurality of accelerator tubes. .
このような構成としたことにより、電子線エネルギー調整手段を用いて、少なくとも2つの加速管に入力される高周波の相対的な位相を連続的に調整することによって、電子線のエネルギーを連続的に調整することができる。つまり、加速管内における電子線のバンチと電場との位相角が異なるように、少なくとも2つの加速管に入力される高周波の位相が相対的に調整され、これにより、電子線のバンチが上記2つの加速管のうち一方の加速管を通過する際に加速空洞内で受ける電界に対して、この電子線のバンチがもう一方の加速管を通過する際に受ける電界を連続的に設定することができ、これらの電界で加速される電子線のエネルギーも連続的に設定することが可能になる。 With this configuration, the energy of the electron beam is continuously adjusted by continuously adjusting the relative phase of the high frequency input to the at least two accelerator tubes using the electron beam energy adjusting means. Can be adjusted. That is, the phase of the high frequency input to the at least two accelerator tubes is relatively adjusted so that the phase angle between the electron beam bunch and the electric field in the accelerator tube is different. The electric field received when this electron beam bunch passes through the other acceleration tube can be set continuously against the electric field received in the acceleration cavity when passing through one of the acceleration tubes. The energy of the electron beam accelerated by these electric fields can be set continuously.
一例として、複数の加速管のうち例えば2つの加速管に入力される高周波の相対的な位相を調整する場合を考える。2つの加速管のうち一方の加速管において電子線と電場の位相角がθ1であるときに、この電子線がこの加速管(加速管の長さL1で最大電界強さE1とする)を通過する際に得るエネルギー利得V1は概ね: As an example, consider a case where the relative phase of a high frequency input to, for example, two accelerator tubes among a plurality of accelerator tubes is adjusted. When the phase angle between the electron beam and the electric field is θ 1 in one of the two accelerating tubes, the electron beam has this accelerating tube (the length L 1 of the accelerating tube and the maximum electric field strength E 1 . The energy gain V 1 obtained when passing through
また、もう一方の加速管において電子線と電場の位相角がθ2であるときに、この電子線がこの加速管(加速管の長さL2と最大電界強さE2とする)を通過する際に得るエネルギー利得V2は概ね: When the phase angle between the electron beam and the electric field is θ 2 in the other accelerator tube, this electron beam passes through this accelerator tube (the length L 2 of the accelerator tube and the maximum electric field strength E 2 ). energy gain V 2 obtained when the generally:
と表されるから、2つの加速管を通過した際に電子線が得るエネルギー利得V1+V2は、上記の式から分かるように、位相角θ1,θ2の値を連続的に変更することによって連続的な値を取るように調整することができる。単なる一例として述べるならば、エネルギー利得V1+V2を変更する際には、θ1もしくはθ2のいずれか一方の位相を例えばcosθ1=1(あるいはcosθ2=1)となるように固定して、他方の位相を変更調整すればよい。特に、上記2つの加速管に対して同じ高周波電源を用いる場合には、高周波を分岐して、2つの加速管にそれぞれ高周波を導入し、このとき位相を変更する方の加速管に入力する導波管に、連続的に位相を調整するための移相器(本明細書中、フェーズシフタと称する場合もある)を挿入して、相対的な位相ないし位相角の差(θ1−θ2)を連続的に調整すればよい。この場合、当該移相器が実質的に電子線エネルギー調整手段となる。なお、電子線エネルギー調整手段は、斯かる移相器に限らず、2つの加速管における電子線と電場の位相角を調整するような、当業者であれば容易に実施可能なあらゆる手段を含んでいることは言うまでもない。 Therefore, the energy gain V 1 + V 2 that the electron beam obtains when passing through the two accelerator tubes continuously changes the values of the phase angles θ 1 and θ 2 as can be seen from the above formula. Can be adjusted to take a continuous value. As an example only, when changing the energy gain V 1 + V 2 , the phase of either θ 1 or θ 2 is fixed to be, for example, cos θ 1 = 1 (or cos θ 2 = 1). Thus, the other phase may be changed and adjusted. In particular, when the same high frequency power supply is used for the two accelerator tubes, the high frequency is branched and the high frequency is introduced into each of the two accelerator tubes. At this time, the lead is input to the accelerator tube whose phase is to be changed. A phase shifter (also referred to as a phase shifter in the present specification) for continuously adjusting the phase is inserted into the wave tube, and a relative phase or phase angle difference (θ 1 −θ 2 ) is inserted. ) May be adjusted continuously. In this case, the phase shifter substantially serves as an electron beam energy adjusting means. The electron beam energy adjusting means is not limited to such a phase shifter, and includes any means that can be easily implemented by those skilled in the art, such as adjusting the phase angle between the electron beam and the electric field in the two accelerator tubes. Needless to say,
このように、ここでは2つの加速管に入力される高周波の相対的な位相を調整する場合を述べたが、2つの加速管に限らず、複数の加速管のうち、任意の個数の加速管に入力される高周波の位相を相対的に調整して、これらの加速管内での電子線のバンチと電場との位相角が異なるように調整し、電子線のエネルギーを連続的に変更することも同じような理由で可能となる。 As described above, the case where the relative phase of the high frequency input to the two accelerator tubes is adjusted has been described here. However, the present invention is not limited to the two accelerator tubes, and an arbitrary number of accelerator tubes among the plurality of accelerator tubes. It is also possible to adjust the phase of the electron beam bunch and the electric field in these accelerating tubes to be different by relatively adjusting the phase of the high frequency input to It is possible for the same reason.
本発明の第一の観点による放射線医療用リニアックの好ましい実施形態によれば、複数の加速管を有する該放射線治療用リニアックを小形にするために、複数の加速管の少なくとも2つの加速管の間の電子線の軌道上に、磁場によって電子線の軌道を偏向する電子線偏向部が設けられている。加速管内の電子の軌道は略直線であるから、複数の加速管を直列に接続すると、複数の加速管が直線的に並ぶ構造になってしまい、全長が長くなるという大型化が避けられない。そこで、本願発明によれば、少なくとも2つの加速管の間に、磁場によって電子線の軌道を偏向する電子線偏向部を設けて、全長を少しでも短くすることができる。このとき、加速管間に配置される電子線偏向部は、電子線の軌道を1回で所定角度偏向するように構成されていてもよいし、複数回にわたって所定角度偏向するように構成されていてもよい。 According to a preferred embodiment of the radiological linac according to the first aspect of the present invention, between the at least two accelerating tubes of the plurality of accelerating tubes in order to reduce the size of the radiotherapy linac having a plurality of accelerating tubes. On the orbit of the electron beam, an electron beam deflecting unit that deflects the orbit of the electron beam by a magnetic field is provided. Since the electron trajectory in the accelerating tube is substantially straight, connecting a plurality of accelerating tubes in series results in a structure in which the accelerating tubes are arranged in a straight line, and an increase in length is unavoidable. Therefore, according to the present invention, an electron beam deflecting unit that deflects the orbit of the electron beam by a magnetic field is provided between at least two accelerator tubes, so that the overall length can be shortened as much as possible. At this time, the electron beam deflection unit disposed between the accelerating tubes may be configured to deflect the electron beam trajectory at a predetermined angle once, or may be configured to deflect a predetermined angle a plurality of times. May be.
また、本発明の第一の観点による放射線医療用リニアックにおいて、上記電子線偏向部は、電子線の軌道を180°偏向するように設けられていることが好ましい。このように構成すれば、電子線がUターンするような軌道を描いて長尺な加速管を少なくとも2つ平行に配置することができ、効果的に放射線治療用リニアックを小形化することができる。 In the radiological linac according to the first aspect of the present invention, the electron beam deflection section is preferably provided so as to deflect the trajectory of the electron beam by 180 °. With this configuration, at least two long accelerating tubes can be arranged in parallel so as to draw a trajectory in which the electron beam makes a U-turn, and the radiotherapy linac can be effectively downsized. .
特に好ましい本発明の第一の観点による放射線医療用リニアックの実施形態によれば、上記電子線偏向部は、保磁力の大きい強磁性体の残留磁化を利用した永久磁石を用いて構成されている。そのため、間隙のある磁路にコイルを巻き、コイルに流す電流によって磁路を磁化して間隙に磁場を作る電磁石を電子線偏向部に用いる場合と異なり、コイルに電流を流すための電源やコイルの発熱を抑えるコイル冷却用の水冷設備等が不要となる。これにより、放射線治療用リニアックの小形化を図ることができる。 According to a particularly preferred embodiment of the radiological linac according to the first aspect of the present invention, the electron beam deflecting unit is configured using a permanent magnet utilizing the remanent magnetization of a ferromagnetic material having a large coercive force. . Therefore, unlike a case where an electromagnet that winds a coil around a magnetic path with a gap and magnetizes the magnetic path by a current flowing through the coil to create a magnetic field in the gap is used for the electron beam deflection unit, a power source and a coil for flowing a current through the coil This eliminates the need for water cooling equipment for coil cooling that suppresses heat generation. Thereby, size reduction of the linac for radiotherapy can be achieved.
また、上記永久磁石は、ネオジウム(Nd)、鉄(Fe)、ホウ素(B)を主成分とする希土類永久磁石とされていることが好ましい。これにより、磁場強度が大きくなり、電子線を偏向する際の電子線の軌道の曲率半径を小さくすることができるため、放射線治療用リニアック小形化することができる。特に、ネオジウム、鉄、ホウ素を主成分にした異方性の焼結磁石として住友特殊金属のNEOMAX(商標)を用いると、4.4Tの磁場強度を得ることができる。 The permanent magnet is preferably a rare earth permanent magnet mainly composed of neodymium (Nd), iron (Fe), and boron (B). As a result, the magnetic field strength is increased, and the radius of curvature of the orbit of the electron beam when deflecting the electron beam can be reduced, so that the linac for radiotherapy can be miniaturized. In particular, when NEOMAX (trademark) of Sumitomo Special Metals is used as an anisotropic sintered magnet mainly composed of neodymium, iron and boron, a magnetic field strength of 4.4 T can be obtained.
最も簡易な構成の放射線治療用リニアックは、本発明により、2つの加速管のみ有している。この構成により、電子線のエネルギーを連続的に変えることを可能にしながら、最も小形のリニアックを得ることができる。 According to the present invention, the linac for radiation therapy having the simplest configuration has only two acceleration tubes. With this configuration, the smallest linac can be obtained while the energy of the electron beam can be continuously changed.
とりわけ、本発明により、加速管に入力される高周波の周波数がCバンド又はXバンド帯域の周波数とされている場合には、高周波の周波数がSバンドの従来の加速管に比べて、リニアックを小形にすることが可能である。特に、Xバンド帯域の周波数の高周波を用いると、Sバンド帯域の周波数の高周波を用いる場合に比べて、加速管の大きさを半分程度にすることができるため、高周波電源と加速管とを一体で組み立てることが可能になる。従来のSバンド加速管の場合には、高周波電源が加速管と別体で設置されていたため、固定された高周波電源と可動の加速管との間の導波路の構造が複雑となり、加速管の可動範囲が限られていたが、本発明により、加速管と高周波電源とを一体に組み立てることができ、加速管の可動範囲を広げることができる。 In particular, according to the present invention, when the high-frequency frequency input to the accelerator tube is a C-band or X-band frequency, the linac is smaller than the conventional accelerator tube having the S-band high-frequency frequency. It is possible to In particular, when the high frequency of the frequency in the X band is used, the size of the acceleration tube can be reduced to about half compared to the case of using the high frequency of the frequency in the S band, so that the high frequency power source and the acceleration tube are integrated. It becomes possible to assemble with. In the case of the conventional S-band accelerator tube, since the high-frequency power source is installed separately from the accelerator tube, the structure of the waveguide between the fixed high-frequency power source and the movable accelerator tube becomes complicated. Although the movable range was limited, according to the present invention, the acceleration tube and the high-frequency power source can be assembled together, and the movable range of the acceleration tube can be expanded.
なお、本明細書において、放射線治療用の電子線は、金属薄膜といったX線ターゲットに照射して得られるX線を患部に照射する場合に限られず、患部に電子線を直接照射するような場合も含まれる。 In this specification, the electron beam for radiation therapy is not limited to the case where the affected part is irradiated with an X-ray obtained by irradiating the X-ray target such as a metal thin film, but the case where the affected part is directly irradiated with the electron beam. Is also included.
放射線治療用リニアックを、X線生成用のターゲットに照射するための電子線を生成する電子線生成装置として考えれば、本発明は、放射線治療用に限られない。したがって、第二の観点による本発明は、X線生成用のターゲットに照射するための電子線を生成する電子線生成装置において、前記電子線を加速するための直列に接続された複数の加速管を有し、前記複数の加速管の少なくとも2つの加速管に入力される高周波の相対的な位相を調整することにより前記電子線のエネルギーを調整する電子線エネルギー調整手段を有していることを特徴とする電子線生成装置をも含むものである。このような構成にしたことにより、X線生成用のターゲットに照射するための電子線のエネルギーを連続的に変えることができる。 If the linac for radiotherapy is considered as an electron beam generator for generating an electron beam for irradiating a target for X-ray generation, the present invention is not limited to radiotherapy. Accordingly, the present invention according to the second aspect provides an electron beam generator for generating an electron beam for irradiating a target for X-ray generation, and a plurality of accelerator tubes connected in series for accelerating the electron beam. And an electron beam energy adjusting means for adjusting the energy of the electron beam by adjusting a relative phase of a high frequency input to at least two of the plurality of accelerator tubes. A characteristic electron beam generation apparatus is also included. With this configuration, the energy of the electron beam for irradiating the target for X-ray generation can be continuously changed.
また、放射線治療用リニアックを小形にするための上述した第一の観点による本発明の構成は、X線生成用のターゲットに照射するための電子線を生成する第二の観点による本発明の電子線生成装置を小形にするためにも用いることができる。 Further, the configuration of the present invention according to the first aspect described above for reducing the size of the radiotherapy linac is the electron of the present invention according to the second aspect of generating an electron beam for irradiating a target for X-ray generation. It can also be used to reduce the size of the line generator.
本発明は、第三の観点としてさらに、電子線を生成する電子線生成装置と、前記電子線の照射によりX線を発生するX線ターゲットとを備えているX線生成装置において、前記電子線生成装置が、上記本発明の第二の観点による電子線生成装置とされていることを特徴とするX線生成装置をも提供する。斯かるX線生成装置によれば、X線生成用の電子線のエネルギーを連続的に変更でき、および/または該装置の寸法を小形化することができる。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an X-ray generation apparatus further comprising: an electron beam generation apparatus that generates an electron beam; and an X-ray target that generates X-rays by irradiation of the electron beam. There is also provided an X-ray generation apparatus characterized in that the generation apparatus is an electron beam generation apparatus according to the second aspect of the present invention. According to such an X-ray generation apparatus, the energy of the electron beam for X-ray generation can be continuously changed and / or the size of the apparatus can be reduced.
本発明の第三の観点によるX線生成装置は、生成するX線の波長領域を放射線治療に用いられるX線の波長領域にすれば放射線治療に用いることができる。 The X-ray generation apparatus according to the third aspect of the present invention can be used for radiotherapy if the wavelength range of X-rays to be generated is set to the X-ray wavelength range used for radiotherapy.
本発明は、第四の観点としてさらに、電子線を直接的ないし間接的に用いる放射線治療のための放射線治療装置において、前記電子線を生成する電子線生成装置を有し、該電子線生成装置が本発明の第一の観点による放射線治療用リニアックとされている放射線治療装置を提供する。斯かる放射線治療装置によれば、電子線のエネルギーを連続的に変更でき、および/または該装置の寸法を小形化することができる。 The present invention further includes, as a fourth aspect, a radiotherapy apparatus for radiotherapy using an electron beam directly or indirectly, including the electron beam generator that generates the electron beam, and the electron beam generator Provides a radiotherapy apparatus which is a radiotherapy linac according to the first aspect of the present invention. According to such a radiotherapy device, the energy of the electron beam can be continuously changed and / or the size of the device can be reduced.
以上述べてきたように、本発明の放射線治療用のリニアックによれば、電子線のエネルギーを連続的に変えることができ、および/または該装置の寸法を小さくすることができる。
また、X線生成用ターゲットに照射するための電子線を生成する本発明の電子線生成装置によれば、電子線のエネルギーを連続的に変えることができ、および/または該装置の寸法を小さくすることができる。
また、本発明のX線生成装置によれば、X線生成用ターゲットに照射するための電子線のエネルギーを連続的に変えることができ、および/または該装置の寸法を小さくすることができる。
また、本発明の放射線治療装置によれば、電子線のエネルギーを連続的に変えることができ、および/または該装置の寸法を小さくすることができる。
As described above, according to the linac for radiotherapy of the present invention, the energy of the electron beam can be continuously changed and / or the size of the apparatus can be reduced.
Moreover, according to the electron beam generating apparatus of the present invention that generates an electron beam for irradiating the target for X-ray generation, the energy of the electron beam can be continuously changed and / or the size of the apparatus can be reduced. can do.
Further, according to the X-ray generation apparatus of the present invention, the energy of the electron beam for irradiating the X-ray generation target can be continuously changed and / or the size of the apparatus can be reduced.
Further, according to the radiotherapy apparatus of the present invention, the energy of the electron beam can be continuously changed and / or the size of the apparatus can be reduced.
以下、本発明を図面に基づき説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明による放射線治療装置を示す図である。この放射線治療装置1は、放射線としてX線Xを放射する照射ヘッド部2と、この照射ヘッド部2が取り付けられるロボット部3とを有している。そして、放射線治療装置1は、治療対象の患者Pが横たわる診療台Bの側方にロボット部3が配置され、ロボット部3によって照射ヘッド部2が動かされ、自由な方向から患者Pに向けてX線Xが照射されるように構成されている。
FIG. 1 is a view showing a radiotherapy apparatus according to the present invention. The radiotherapy apparatus 1 includes an
ここで、ロボット部3は、照射ヘッド部2を支持するアーム部3aと、アーム部3aを操作して照射ヘッド部2の位置を自在に設定するようにアーム部3aを駆動制御するロボット部本体3bとを有して構成されている。このロボット部3は、産業用ロボットと同様の構成とされており、当業者であれば、ロボット部3を用いて患者Pの患部に様々な角度からX線Xを照射するよう照射ヘッド部2を操作することは自明であるから、本明細書ではこのロボット部3についてこれ以上詳しく述べることはしない。しかしながら、本発明に係る放射線治療装置には、当業者であれば容易に想到し得る程度でこのロボット部3に変更が加えられた構成も含まれることは言うまでもない。
Here, the
上記照射ヘッド部2は、本発明によるリニアック4(電子線生成装置としての放射線治療用リニアック)と、このリニアック4を格納して患部に照射される以外の放射線を遮断するハウジング2aを有している。このリニアック4は、電子を放出する電子銃5と、電子銃5から放出された電子を6MeV程度の所定のエネルギーになるまで加速する第1の加速管6と、この第1の加速管6によって加速された電子をさらに加速する第2の加速管7と、第1の加速管6と第2の加速管7との間に設けられた電子線偏向部8と、第1の加速管6と第2の加速管7とに高周波を供給する高周波電源9と、高周波電源9から第1の加速管6と第2の加速管7へ高周波を導くための導波管10と、高周波電源9から第2の加速管7へ至る導波管内に挿入されて、高周波の位相をシフトさせるフェーズシフタ11(電子線エネルギー調整手段)とを有して概略構成されている。
The
電子銃5は、ここでは、詳しく図示しないが、熱陰極型カソードないしフォトカソードを用いた電子銃、プリバンチャー、及びバンチャー等を有した構成か、熱陰極型カソードないしフォトカソードから高周波を用いて電子を引き出す高周波電子銃といった構成とされている。 Although not shown in detail here, the electron gun 5 has a configuration including an electron gun using a hot cathode type cathode or photocathode, a prebuncher, a buncher, or the like, or uses a high frequency from the hot cathode type cathode or photocathode. It is configured as a high-frequency electron gun that extracts electrons.
電子銃5から供給される電子を加速する第1の加速管6は、Xバンド帯域に周波数を持つ高周波が入力される加速空洞を有し、電子を約6MeV程度の所定のエネルギーになるまで加速するように構成されている。第1の加速管6には、高周波電源9から導波管10aを介して高周波が送られ、図示せぬ結合部から第1の加速管6内に高周波が入力されるようになっている。
The first acceleration tube 6 for accelerating electrons supplied from the electron gun 5 has an acceleration cavity to which a high frequency having a frequency in the X band is input, and accelerates the electrons to a predetermined energy of about 6 MeV. Is configured to do. A high frequency is sent from the high
第1の加速管6の電子線の進行方向下流側に設けられた電子線偏向部8は、ネオジウム(Nd)、鉄(Fe)、ホウ素(B)を主成分とする希土類永久磁石のS極とN極が、互いに離間されて間に電子線が通る間隙ができるように対向配置されて構成されている。この電子線偏向部8は、第1の加速管6からの電子線の軌道を1回で180°偏向する大きさに設けられている。すなわち、電子線偏向部8は、使用する希土類永久磁石の磁場強度と第1の加速管を出た電子線のエネルギーとで決まる電子線の軌道の曲率半径をrとしたときに、第1の加速管6からの電子線が入射する入射位置を通る半径rの半円が全て電子線偏向部8の内部に入っているように設けられている。なお、図示しないものの、電子線偏向部8の中央付近には、電子線の理想的な軌道上にスリットが設けられていて、所定のエネルギー以外の電子線が通過できないようになっている。また、電子線偏向部8の電子線の進行方向上流側および下流側には、例えば、同じく永久磁石を用いた四重極マグネット、偏向電磁石等の電子線移送用のビーム集束磁石8a,8bやビームモニタ等が設けられている。
The electron
第2の加速管7は、第1の加速管6と平行、かつ自身の中心線が上記電子線偏向部8の電子線の出射位置を通るように設置されている。第2の加速管7は、第1の加速管6と略同様の構成とされ、Xバンド帯域に周波数を持つ高周波が入力される加速空洞を有し、電子のエネルギーを最大でさらに6MeV程度増加させるように構成されている。第2の加速管7には、高周波電源9から導波管10bを介して高周波が送られ、図示せぬ結合部から第2の加速管7内に高周波が入力されるようになっている。
The second accelerating
上記導波管10bの途中には、フェーズシフタ11が挿入され、導波管10aと導波管10bの長さの違いも考慮しながら第1および第2の加速管6,7内における電子線のバンチと電場との位相角が調整されるように、第1および第2の加速管6,7に入力される高周波の相対的な位相が調整されるようになっている。すなわち、第1の加速管6内での電子線と電場との位相角がθに設定されているとき、フェーズシフタ11が第2の加速管7に入力される高周波の位相を第1の加速管6に入力される高周波の位相に対してシフトさせ、第2の加速管7内での電子線と電場との位相角が、連続的な任意の値Δθによってθ+Δθに設定されるようになっている。
A
以上述べてきたような構成とされた本発明の放射線治療装置1は、X線Xが患者Pの患部に適切に照射されるように、ロボット部3によって所定の位置に配置される。電子銃5から生成された電子線は、第1の加速管6内で所定のエネルギーにまで加速され、ビーム集束磁石8aによって電子線偏向部8の入射位置まで移送され、電子線偏向部8内で180°偏向される。このとき、所定のエネルギー以外の電子線は、スリットSによって取り除かれる。初期調整段階では、このスリットSは、第1の加速管6からの電子線のエネルギーが所定のエネルギーになるように調整されるのにも用いられる。電子線偏向部8を出射した電子線は、次にビーム集束磁石8bによって第2の加速管7まで移送され、第2の加速管に入射される。第2の加速管に入力される高周波の位相は、フェーズシフタ11によって、第1の加速管に入力される高周波の位相に対して相対的にずらされ、これにより、第2の加速管内での電子線と電場の位相角が第1の加速管内での電子線と電場の位相角と異なるように調整される。例えば、第1の加速管6内での電子線と電場との位相角がθであるとき、第2の加速管7内での電子線と電場との位相角がθ+Δθ(Δθ連続的な任意の値をとり得る)に調整される。第1の加速管6で加速される電子線のエネルギーはcosθに、また第2の加速管7でさらに加速される分の電子線のエネルギーはcos(θ+Δθ)に依存するので、フェーズシフタ11によってΔθの値を変えることで、第1および第2の加速管6,7で加速される電子線のエネルギーを自在に調整することができる。例えば、Δθ=0にすれば、第2の加速管7でも第1の加速管6と同じだけ電子線を加速することができて、第1の加速管6により電子線が6MeVまで加速される本実施形態の場合、最終的な電子線のエネルギーは約12MeVとなる。また、θ+Δθ=π/2に調整すれば、第2の加速管7内で加速は行なわれず、最終的な電子線のエネルギーは約6MeVとなる。
The radiotherapy apparatus 1 of the present invention configured as described above is arranged at a predetermined position by the
以上述べてきたように、リニアック4によって電子線Rが生成され、この電子線Rが薄膜金属からなるX線生成用ターゲット12に照射され、放射線治療に用いられるX線Xが生成される。なお、このX線Xは、ここでは図示されぬコリメータ等によって、適宜患部の大きさに合わせたビーム形状に成形される。
As described above, the electron beam R is generated by the linac 4, and the electron beam R is irradiated onto the
以上述べてきたように、本実施形態によれば、放射線治療に用いるX線を生成するための電子線のエネルギーを自由に調整することができる。そして、第1および第2の加速管6,7に用いられる高周波がXバンド帯域の周波数とされているため、第1および第2の加速管6,7を小形化することができる。そのため、これら第1および第2の加速管6,7と高周波電源9とを照射ヘッド部2内に一体に組み込むことができて、高周波電源が別体に設けられる従来の構成に比べて照射ヘッド部2の可動範囲を広げることができる。また、電子線偏向部8によって電子線の軌道を180°偏向するように構成したので、第1および第2の加速管6,7を平行に配置することができ、リニアック4を小形にすることができる。このとき、電子線偏向部8は、ネオジウム(Nd)、鉄(Fe)、ホウ素(B)を主成分とする希土類永久磁石から構成されていて磁場強度が大きく、電子線偏向部8を小形に作製することが可能であるとともに、従来の電磁石に必要な電源、冷却系等が不要となり、リニアックを小形化するのに有効である。
As described above, according to the present embodiment, the energy of an electron beam for generating X-rays used for radiation therapy can be freely adjusted. And since the high frequency used for the 1st and
なお、図1に示した本発明による放射線治療装置1においては、放射線としてX線Xを用いる構成としたが、補助的に電子線を治療に用いるように構成することもできる。 In addition, in the radiotherapy apparatus 1 by this invention shown in FIG. 1, although it was set as the structure which uses the X-ray X as a radiation, it can also be comprised so that an electron beam may be used for treatment auxiliary.
また、加速管を本実施形態のように2つに限らず3つ以上複数個有する構成にしたり、電子線のビーム光学を考慮して電子線偏向部を複数の偏向磁石からなる構成にしたりする等、当業者であれば容易に想到し得る範囲で、上記の放射線治療装置、とりわけリニアックに変更を加えることもできる。 In addition, the number of acceleration tubes is not limited to two as in the present embodiment, and a plurality of three or more acceleration tubes are used, or the electron beam deflection unit is configured of a plurality of deflection magnets in consideration of electron beam optics. The above-described radiation therapy apparatus, in particular, the linac can be modified within a range that can be easily conceived by those skilled in the art.
また、本実施形態では、X線Xを患者Pに照射する放射線治療装置の構成とされたが、当業者であれば容易に想到し得る範囲で、電子線ないしX線を患者以外のものに照射するように装置を変更してもよい。従って、本発明は治療に用いられることが最も好適ではあるが、治療だけに用いられることに限定する必要のないことは言うまでもないことである。 In the present embodiment, the radiotherapy apparatus is configured to irradiate the patient P with the X-ray X. However, an electron beam or an X-ray other than the patient can be easily conceived by those skilled in the art. You may change an apparatus so that it may irradiate. Thus, although the present invention is most preferably used for therapy, it should be understood that the present invention need not be limited to use only for therapy.
電子線エネルギー調整手段によって電子線のエネルギーを自由に調整でき、とりわけ放射線治療に有効に利用することができる。また、小形に構成することができ、小回りがきいて取り扱いが簡便となる。 The energy of the electron beam can be freely adjusted by the electron beam energy adjusting means, and can be effectively used particularly for radiation therapy. Moreover, it can be configured in a small size, and the handling is simple due to the small turning.
1・・・放射線治療装置
2・・・照射ヘッド部
2a・・・ハウジング
3・・・ロボット部
3a・・・アーム部
3b・・・ロボット部本体
4・・・リニアック(電子線生成装置)
5・・・電子銃
6・・・第1の加速管(電子銃を含む)
7・・・第2の加速管
8・・・電子線偏向部
8a,8b・・・ビーム収束磁石
9・・・高周波電源
10・・・導波管
10a・・・第1の加速管に接続される導波管
10b・・・第2の加速管に接続される導波管
11・・・フェーズシフタ
12・・・ターゲット
B・・・診療台
P・・・患者
R・・・電子線
X・・・X線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
5 ... Electron gun 6 ... First accelerator tube (including electron gun)
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記複数の加速管の少なくとも2つの加速管の間には、磁場によって前記電子線の軌道を偏向する電子線偏向部が設けられていることを特徴とする放射線治療用リニアック。 The radiotherapy linac according to claim 1,
An radiac for radiotherapy, wherein an electron beam deflecting section for deflecting the trajectory of the electron beam by a magnetic field is provided between at least two of the plurality of accelerator tubes.
前記電子線偏向部は、永久磁石を用いて構成されていることを特徴とする放射線治療用リニアック。 In the linac for radiotherapy according to claim 2 or 3,
The electron beam deflecting unit is configured by using a permanent magnet.
前記電子線偏向部の永久磁石は、ネオジウム、鉄、ホウ素を主成分とする希土類永久磁石とされていることを特徴とする放射線治療用リニアック。 The linac for radiotherapy according to claim 4,
A linac for radiotherapy characterized in that the permanent magnet of the electron beam deflection section is a rare earth permanent magnet mainly composed of neodymium, iron, and boron.
前記加速管に入力される高周波の周波数は、Cバンド又はXバンド帯域の周波数とされていることを特徴とする放射線治療用リニアック。 The linac for radiation therapy according to any one of claims 1 to 6,
A radiotherapy linac characterized in that the frequency of the high frequency input to the accelerating tube is a C-band or X-band frequency.
前記電子線を加速するための直列に接続された複数の加速管を有し、前記複数の加速管の少なくとも2つの加速管に入力される高周波の相対的な位相を調整することにより前記電子線のエネルギーを調整する電子線エネルギー調整手段を有していることを特徴とする電子線生成装置。 In an electron beam generator for generating an electron beam for irradiating a target for X-ray generation,
A plurality of accelerating tubes connected in series for accelerating the electron beam, and adjusting the relative phase of a high frequency input to at least two of the accelerating tubes; And an electron beam energy adjusting means for adjusting the energy of the electron beam.
前記複数の加速管の少なくとも2つの加速管の間には、磁場によって前記電子線の軌道を偏向する電子線偏向部が設けられていることを特徴とする電子線生成装置。 In the electron beam generating apparatus according to claim 8,
An electron beam generating apparatus characterized in that an electron beam deflecting unit that deflects the orbit of the electron beam by a magnetic field is provided between at least two of the plurality of accelerator tubes.
前記電子線偏向部は、前記電子線の軌道を180°偏向するように設けられていることを特徴とする電子線生成装置。 In the electron beam generating apparatus according to claim 9,
The electron beam generating apparatus according to claim 1, wherein the electron beam deflecting unit is provided to deflect a trajectory of the electron beam by 180 °.
前記電子線偏向部は、永久磁石を用いて構成されていることを特徴とする電子線生成装置。 In the electron beam generating apparatus according to claim 9 or 10,
The electron beam generator is configured by using a permanent magnet.
前記電子線偏向部の永久磁石は、ネオジウム、鉄、ホウ素を主成分とする希土類永久磁石とされていることを特徴とする電子線生成装置。 The electron beam generating apparatus according to claim 11,
The electron beam generator according to claim 1, wherein the permanent magnet of the electron beam deflection unit is a rare earth permanent magnet mainly composed of neodymium, iron, and boron.
前記加速管を2つ有していることを特徴とする電子線生成装置。 In the electron beam generating device according to any one of claims 8 to 12,
An electron beam generator having two acceleration tubes.
前記高周波の周波数は、Cバンド又はXバンド帯域の周波数とされていることを特徴とする電子線生成装置。
The electron beam generating apparatus according to any one of claims 8 to 13,
2. The electron beam generating apparatus according to claim 1, wherein the high frequency is a frequency in a C band or an X band.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003295345A JP2005063894A (en) | 2003-08-19 | 2003-08-19 | Radiological linac and electron beam generator |
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JP2025010037A (en) * | 2023-06-30 | 2025-01-20 | ラデクセル インコーポレイテッド | Medical electron beam output device |
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-
2003
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