JPH1064700A - ビーム軸に沿って荷電粒子を加速させる臨床用装置 - Google Patents
ビーム軸に沿って荷電粒子を加速させる臨床用装置Info
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- JPH1064700A JPH1064700A JP9160855A JP16085597A JPH1064700A JP H1064700 A JPH1064700 A JP H1064700A JP 9160855 A JP9160855 A JP 9160855A JP 16085597 A JP16085597 A JP 16085597A JP H1064700 A JPH1064700 A JP H1064700A
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- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
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- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
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- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
- Radiation-Therapy Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 医療目的に適用される従来の加速器に比べて
改良された熱調整を有する臨床用線形加速器を提供し、
しかもこの臨床用装置において、漏れに関する問題が発
生しやすくなる可能性を増大させないことである。 【解決手段】 上記課題は、ビーム軸に沿って荷電粒子
を加速させる臨床用装置の構成体は、複数のモノリシッ
ク空洞形成部材を有し、この複数のモノリシック空洞形
成部材は接続されて前記ビーム軸に沿って整列された一
連の加速空洞を形成し、空洞形成部材は冷却剤通路を有
し、この冷却剤通路は相互に接続されて複数の空洞形成
部材を貫通する少なくとも１つの連続的な冷却剤流路を
形成することによって解決される。
改良された熱調整を有する臨床用線形加速器を提供し、
しかもこの臨床用装置において、漏れに関する問題が発
生しやすくなる可能性を増大させないことである。 【解決手段】 上記課題は、ビーム軸に沿って荷電粒子
を加速させる臨床用装置の構成体は、複数のモノリシッ
ク空洞形成部材を有し、この複数のモノリシック空洞形
成部材は接続されて前記ビーム軸に沿って整列された一
連の加速空洞を形成し、空洞形成部材は冷却剤通路を有
し、この冷却剤通路は相互に接続されて複数の空洞形成
部材を貫通する少なくとも１つの連続的な冷却剤流路を
形成することによって解決される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、放射線治療用の臨
床用装置、とりわけ医療目的に利用される線形加速器の
温度調整に関する。
床用装置、とりわけ医療目的に利用される線形加速器の
温度調整に関する。
【０００２】
【従来の技術】線形加速器は医療分野では多様な応用に
使用されている。線形加速器から発射される荷電粒子、
例えば電子のビームを、大きい原子番号を有する材料か
ら成るターゲットに向けると、放射線治療のためのＸ線
ビームが発生される。代わりに、荷電粒子のビームは、
放射線外科治療の間に直接患者に適用される。このよう
な放射線外科学は、脳腫瘍の治療では十分確立された治
療となっている。高エネルギービームを局限された領域
に向けて、癌細胞の内部のＤＮＡ分子の１つ又は２つの
鎖を破壊する。これは、これ以上の増殖成長を少なくと
も遅延させ、有利には治癒効果の高い癌治療を提供する
ことを目的に行われる。
使用されている。線形加速器から発射される荷電粒子、
例えば電子のビームを、大きい原子番号を有する材料か
ら成るターゲットに向けると、放射線治療のためのＸ線
ビームが発生される。代わりに、荷電粒子のビームは、
放射線外科治療の間に直接患者に適用される。このよう
な放射線外科学は、脳腫瘍の治療では十分確立された治
療となっている。高エネルギービームを局限された領域
に向けて、癌細胞の内部のＤＮＡ分子の１つ又は２つの
鎖を破壊する。これは、これ以上の増殖成長を少なくと
も遅延させ、有利には治癒効果の高い癌治療を提供する
ことを目的に行われる。
【０００３】Symmonsの米国特許第４３２４９８０号明
細書は、医療用放射線治療で使用するための従来の線形
加速器（Linac, リニアック、ライナック）を記述して
いる。このリニアックは、一連の加速空洞（accelerati
ng cavities）を含んでおり、この一連の加速空洞はビ
ーム軸に沿って整列されている。粒子源、典型的には電
子銃は、荷電粒子を第１の加速空洞に向ける。荷電粒子
が連続する加速空洞を通過すると、この粒子は電磁界に
よって焦点に合わされ加速される。例えば、高周波（Ｒ
Ｆ）源が加速器に結合されており、リニアックを作動す
るために必要な電磁界を発生する。臨床用リニアックか
ら発射される加速された粒子は、例えば４ＭｅＶの高エ
ネルギーを有する。しばしば、出力ビームは、エネルギ
ーフィルタとして機能する磁気的屈曲装置（magnetic b
ending system）に向けられる。このビームはほぼ２７
０°曲げられる。その後で、高エネルギー粒子の出力ビ
ームか又はこの出力ビームがターゲットに衝突すること
によって発生されるＸ線ビームが患者の放射線治療のた
めに使用される。
細書は、医療用放射線治療で使用するための従来の線形
加速器（Linac, リニアック、ライナック）を記述して
いる。このリニアックは、一連の加速空洞（accelerati
ng cavities）を含んでおり、この一連の加速空洞はビ
ーム軸に沿って整列されている。粒子源、典型的には電
子銃は、荷電粒子を第１の加速空洞に向ける。荷電粒子
が連続する加速空洞を通過すると、この粒子は電磁界に
よって焦点に合わされ加速される。例えば、高周波（Ｒ
Ｆ）源が加速器に結合されており、リニアックを作動す
るために必要な電磁界を発生する。臨床用リニアックか
ら発射される加速された粒子は、例えば４ＭｅＶの高エ
ネルギーを有する。しばしば、出力ビームは、エネルギ
ーフィルタとして機能する磁気的屈曲装置（magnetic b
ending system）に向けられる。このビームはほぼ２７
０°曲げられる。その後で、高エネルギー粒子の出力ビ
ームか又はこの出力ビームがターゲットに衝突すること
によって発生されるＸ線ビームが患者の放射線治療のた
めに使用される。
【０００４】駆動信号源の周波数及び加速空洞及び隣接
する加速空洞間のビーム通路の設計仕様が、臨床用加速
器の作動周波数を決定する。加速器の最適動作には、空
洞構造の共振周波数と駆動信号の周波数との間の整合が
必要である。
する加速空洞間のビーム通路の設計仕様が、臨床用加速
器の作動周波数を決定する。加速器の最適動作には、空
洞構造の共振周波数と駆動信号の周波数との間の整合が
必要である。
【０００５】臨床用加速器の出力側のビーム特性は個々
の治療の間は一定のままであることが重要である。さら
に、このビーム特性は、連続治療の間は一定不変である
べきである。この一定不変性（コンシステンシー）を維
持する上での１つの難しさは、加速動作が結果的に熱エ
ネルギーを発生させることである。臨床用加速器の空洞
構造は、通常はろうで結合された多数のセル又はハーフ
セル部材である。このセル部材は銅から形成されてお
り、銅は比較的高い熱膨張率を有する材料である。熱膨
張によって、結果的に空洞構造の熱的離調（thermal de
tuning）が起こる。駆動信号を調整しいくらかの熱的離
調を補償することができるが、動作性能は影響を受け
る。
の治療の間は一定のままであることが重要である。さら
に、このビーム特性は、連続治療の間は一定不変である
べきである。この一定不変性（コンシステンシー）を維
持する上での１つの難しさは、加速動作が結果的に熱エ
ネルギーを発生させることである。臨床用加速器の空洞
構造は、通常はろうで結合された多数のセル又はハーフ
セル部材である。このセル部材は銅から形成されてお
り、銅は比較的高い熱膨張率を有する材料である。熱膨
張によって、結果的に空洞構造の熱的離調（thermal de
tuning）が起こる。駆動信号を調整しいくらかの熱的離
調を補償することができるが、動作性能は影響を受け
る。
【０００６】前述のSymmonsの特許は、セル部材の熱膨
張を制御する従来の方法を説明している。セル部材はろ
うで結合され、その後で導管に接続される。脱イオン水
のような冷却剤がこの導管の中に流される。熱エネルギ
ーはセル部材から冷却剤に伝導し、これによりある程度
の熱調整が行われる。この外部冷却に加えて、電子射出
窓は、基板にＣ字状の溝を刻むことによって内部から冷
却される。この基板はカバープレートによって覆われて
いる。冷却剤がこの溝に流されると、熱がターゲットか
らこの冷却剤に伝導し除去される。
張を制御する従来の方法を説明している。セル部材はろ
うで結合され、その後で導管に接続される。脱イオン水
のような冷却剤がこの導管の中に流される。熱エネルギ
ーはセル部材から冷却剤に伝導し、これによりある程度
の熱調整が行われる。この外部冷却に加えて、電子射出
窓は、基板にＣ字状の溝を刻むことによって内部から冷
却される。この基板はカバープレートによって覆われて
いる。冷却剤がこの溝に流されると、熱がターゲットか
らこの冷却剤に伝導し除去される。
【０００７】Symmonsは臨床用加速器の電子射出窓構成
体での内部冷却を教示する一方で、前述のこの特許は、
臨床用リニアックの加速空洞を形成するセル部材の構成
体に対して外部冷却を利用する従来の方法に追従してい
る。医療分野以外の応用のために製造される線形加速器
は、より広範な内部冷却を利用している。R.G.Schoenbe
rgその他著の“Portable,Xband,Linear Accelerator Sy
stems”と題された白書は、原子力発電所の配管溶接の
Ｘ線検査のような応用に使用される電子加速器を記述し
ている。Ｘ線ヘッドは内部冷却水通路を有すると記述さ
れている。自給式冷却水供給が、Ｘ線ヘッド内の加速器
セクション及びマグネトロン、ＲＦサーキュレータ及び
ＲＦヘッド内の高出力ＲＦ負荷に対して、温度制御され
た水を供給する。
体での内部冷却を教示する一方で、前述のこの特許は、
臨床用リニアックの加速空洞を形成するセル部材の構成
体に対して外部冷却を利用する従来の方法に追従してい
る。医療分野以外の応用のために製造される線形加速器
は、より広範な内部冷却を利用している。R.G.Schoenbe
rgその他著の“Portable,Xband,Linear Accelerator Sy
stems”と題された白書は、原子力発電所の配管溶接の
Ｘ線検査のような応用に使用される電子加速器を記述し
ている。Ｘ線ヘッドは内部冷却水通路を有すると記述さ
れている。自給式冷却水供給が、Ｘ線ヘッド内の加速器
セクション及びマグネトロン、ＲＦサーキュレータ及び
ＲＦヘッド内の高出力ＲＦ負荷に対して、温度制御され
た水を供給する。
【０００８】医療分野以外の応用のための線形加速器用
内部冷却の別の形態は、Kornely,Jrその他の米国特許第
５０２１７４１号明細書に記述されている。一連のドリ
フトチューブの各ドリフトチューブが個別に冷却され
る。各ドリフトチューブに対し、冷却剤循環溝が、反対
側の面板と同様に、ドリフトチューブの中心体に統合的
に形成されている。この面板は、ハンダ/電鋳技術（sol
der/electroform technique）によって個々のドリフト
チューブの中心体に取り付けられる。冷却剤は同心通路
を有するステムを通ってドリフトチューブを出入りす
る。この特許は、鋳造ドリフトチューブを設けることに
よって、冷却剤の漏れの見込みは、多数の構成要素を製
造し機械加工してその後でろうで結合するドリフトチュ
ーブに比べて低減されると断言する。このKornely,Jrそ
の他のドリフトチューブでは接続部の数が低減されるこ
とによって、結果的に冷却剤の漏れる可能性のある領域
の数が低減される。異なるドリフトチューブによって冷
却剤のフローを分離することは、従来技術と合致するよ
うに記述されており、しかも異なるドリフトチューブに
よって冷却剤のフローを分離することは、接続部（この
接続部の中を冷却剤は流れなければならない）の数を最
小限にすることと矛盾しない。
内部冷却の別の形態は、Kornely,Jrその他の米国特許第
５０２１７４１号明細書に記述されている。一連のドリ
フトチューブの各ドリフトチューブが個別に冷却され
る。各ドリフトチューブに対し、冷却剤循環溝が、反対
側の面板と同様に、ドリフトチューブの中心体に統合的
に形成されている。この面板は、ハンダ/電鋳技術（sol
der/electroform technique）によって個々のドリフト
チューブの中心体に取り付けられる。冷却剤は同心通路
を有するステムを通ってドリフトチューブを出入りす
る。この特許は、鋳造ドリフトチューブを設けることに
よって、冷却剤の漏れの見込みは、多数の構成要素を製
造し機械加工してその後でろうで結合するドリフトチュ
ーブに比べて低減されると断言する。このKornely,Jrそ
の他のドリフトチューブでは接続部の数が低減されるこ
とによって、結果的に冷却剤の漏れる可能性のある領域
の数が低減される。異なるドリフトチューブによって冷
却剤のフローを分離することは、従来技術と合致するよ
うに記述されており、しかも異なるドリフトチューブに
よって冷却剤のフローを分離することは、接続部（この
接続部の中を冷却剤は流れなければならない）の数を最
小限にすることと矛盾しない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、医療
目的に適用される従来の加速器に比べて改良された熱調
整を有する臨床用線形加速器を提供し、しかもこの臨床
用装置において、漏れに関する問題が発生しやすくなる
可能性を増大させないことである。
目的に適用される従来の加速器に比べて改良された熱調
整を有する臨床用線形加速器を提供し、しかもこの臨床
用装置において、漏れに関する問題が発生しやすくなる
可能性を増大させないことである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題は、ビーム軸に
沿って荷電粒子を加速させる臨床用装置の構成体は、複
数のモノリシック空洞形成部材を有し、該複数のモノリ
シック空洞形成部材は接続されて前記ビーム軸に沿って
整列された一連の加速空洞を形成し、前記空洞形成部材
は冷却剤通路を有し、該冷却剤通路は相互に接続されて
前記複数の空洞形成部材を貫通する少なくとも１つの連
続的な冷却剤流路を形成することによって解決される。
沿って荷電粒子を加速させる臨床用装置の構成体は、複
数のモノリシック空洞形成部材を有し、該複数のモノリ
シック空洞形成部材は接続されて前記ビーム軸に沿って
整列された一連の加速空洞を形成し、前記空洞形成部材
は冷却剤通路を有し、該冷却剤通路は相互に接続されて
前記複数の空洞形成部材を貫通する少なくとも１つの連
続的な冷却剤流路を形成することによって解決される。
【００１１】
【発明の実施の形態】医療目的のためにビーム軸に沿っ
て荷電粒子を加速させる臨床用装置の構成体は、一連の
相互接続されたモノリシック空洞形成部材を有し、この
一連のモノリシック空洞形成部材は、ビーム軸に沿って
整列された連続する加速空洞を形成する。内部冷却は、
冷却剤通路を相互接続してモノリシック空洞形成部材を
貫通する少なくとも１つの連続的な冷却剤流路を形成す
ることによって行われる。１つの実施形態では、接合モ
ノリシック部材の間の接続部において、漏れ放出路が冷
却剤通路の周囲に形成される。このためどんな漏れも内
部に侵入しない。
て荷電粒子を加速させる臨床用装置の構成体は、一連の
相互接続されたモノリシック空洞形成部材を有し、この
一連のモノリシック空洞形成部材は、ビーム軸に沿って
整列された連続する加速空洞を形成する。内部冷却は、
冷却剤通路を相互接続してモノリシック空洞形成部材を
貫通する少なくとも１つの連続的な冷却剤流路を形成す
ることによって行われる。１つの実施形態では、接合モ
ノリシック部材の間の接続部において、漏れ放出路が冷
却剤通路の周囲に形成される。このためどんな漏れも内
部に侵入しない。
【００１２】
【実施例】図１では、医学治療のための臨床用線形加速
器装置１０は荷電粒子を加速器デバイス１４に向けるた
めの粒子源１２を有している。加速器デバイス１４は、
導波管とも呼ばれる。有利な実施形態では、粒子源は電
子銃であり、この電子銃は電子を加速器デバイスの入力
側端部に入射する。この電子銃は、臨床用線形加速器
（リニアック）の通常の構成要素である。
器装置１０は荷電粒子を加速器デバイス１４に向けるた
めの粒子源１２を有している。加速器デバイス１４は、
導波管とも呼ばれる。有利な実施形態では、粒子源は電
子銃であり、この電子銃は電子を加速器デバイスの入力
側端部に入射する。この電子銃は、臨床用線形加速器
（リニアック）の通常の構成要素である。
【００１３】駆動信号は信号源１６によって加速器デバ
イス１４に供給される。この信号源は適切な周波数を有
する電磁波を供給する。ＲＦ波源又は高周波源が通常は
使用されるが、駆動信号の周波数の選択は本発明にとっ
ては重大ではない。任意に、この周波数は動的に制御回
路１８によって制御される。この制御回路１８は、ここ
には図示されていない閉ループ装置内に接続されてい
る。
イス１４に供給される。この信号源は適切な周波数を有
する電磁波を供給する。ＲＦ波源又は高周波源が通常は
使用されるが、駆動信号の周波数の選択は本発明にとっ
ては重大ではない。任意に、この周波数は動的に制御回
路１８によって制御される。この制御回路１８は、ここ
には図示されていない閉ループ装置内に接続されてい
る。
【００１４】電子銃１２によって加速器デバイス１４に
入射された電子は、このデバイスののビーム軸２０に沿
って加速される。電子は、信号源１６とのつながりによ
って確立される電磁波とのエネルギー伝達関係によって
高エネルギーを得る。電子のパルス出力ビーム又は定常
出力ビーム２２は射出窓２４から放射される。この射出
窓２４は、デバイス１４の放出端部に位置している。本
発明には重大ではないが、この射出窓は、通常は薄い金
属フォイルを有している。
入射された電子は、このデバイスののビーム軸２０に沿
って加速される。電子は、信号源１６とのつながりによ
って確立される電磁波とのエネルギー伝達関係によって
高エネルギーを得る。電子のパルス出力ビーム又は定常
出力ビーム２２は射出窓２４から放射される。この射出
窓２４は、デバイス１４の放出端部に位置している。本
発明には重大ではないが、この射出窓は、通常は薄い金
属フォイルを有している。
【００１５】荷電粒子の出力ビーム２２は、磁気屈曲装
置２６に向けられる。この磁気屈曲装置２６はエネルギ
ーフィルタとして作用する。出力ビームはほぼ２７０°
曲げられ、そして金又はタングステンターゲットのよう
なターゲット２８に向けられる。出力ビーム２２のター
ゲットへの衝突は、Ｘ線ビーム３０を発生させ、このＸ
線ビーム３０が患者の放射線治療に使用される。代わり
に、この出力ビーム２２を、脳腫瘍を治療する放射線外
科学的処置の場合のように患者に直接適用することもで
きる。磁気屈曲装置２６及びターゲット２８の操作はこ
の技術に精通した者には十分公知である。
置２６に向けられる。この磁気屈曲装置２６はエネルギ
ーフィルタとして作用する。出力ビームはほぼ２７０°
曲げられ、そして金又はタングステンターゲットのよう
なターゲット２８に向けられる。出力ビーム２２のター
ゲットへの衝突は、Ｘ線ビーム３０を発生させ、このＸ
線ビーム３０が患者の放射線治療に使用される。代わり
に、この出力ビーム２２を、脳腫瘍を治療する放射線外
科学的処置の場合のように患者に直接適用することもで
きる。磁気屈曲装置２６及びターゲット２８の操作はこ
の技術に精通した者には十分公知である。
【００１６】通常は、加速器デバイスの熱調整はこのデ
バイスの外側表面に沿って外部導管を設置することによ
って達成される。例えば、銅製パイプをこのデバイスの
外側表面に接触させて設置し、脱イオン水のような冷却
剤がこのパイプの中を流れ、このデバイスから熱エネル
ギーを除去することができる。
バイスの外側表面に沿って外部導管を設置することによ
って達成される。例えば、銅製パイプをこのデバイスの
外側表面に接触させて設置し、脱イオン水のような冷却
剤がこのパイプの中を流れ、このデバイスから熱エネル
ギーを除去することができる。
【００１７】この従来の方法に対して、図１のリニアッ
ク装置１０は、内部冷却を利用する。つまり、加速器デ
バイス１４の中を通る内部冷却剤流路３２がある。後で
詳しく記述されるこの内部冷却剤流路を利用することに
よって、熱的に調整された、液体冷却剤と構造との間の
著しく改良された熱結合が達成される。液体フローのた
めの内部通路を設ける際の１つの懸念は、臨床用リニア
ックの加速器デバイスが典型的には一連のセル部材又は
ハーフセル部材をろう付けすることによって形成されて
いることである。このため、液体が流路の入力端部から
出力端部まで流れる際に遭遇する部材間接続部が多く存
在する。各接続部は冷却剤漏れの可能性のある領域であ
り、この冷却剤漏れはこのデバイスの加速空洞に侵入す
るかもしれない。しかし、後述する隣接モノリシックハ
ーフセル部材の接続部は、冷却剤漏れの有害な効果を防
御するための漏れ放出路（leakage-release path）を有
している。
ク装置１０は、内部冷却を利用する。つまり、加速器デ
バイス１４の中を通る内部冷却剤流路３２がある。後で
詳しく記述されるこの内部冷却剤流路を利用することに
よって、熱的に調整された、液体冷却剤と構造との間の
著しく改良された熱結合が達成される。液体フローのた
めの内部通路を設ける際の１つの懸念は、臨床用リニア
ックの加速器デバイスが典型的には一連のセル部材又は
ハーフセル部材をろう付けすることによって形成されて
いることである。このため、液体が流路の入力端部から
出力端部まで流れる際に遭遇する部材間接続部が多く存
在する。各接続部は冷却剤漏れの可能性のある領域であ
り、この冷却剤漏れはこのデバイスの加速空洞に侵入す
るかもしれない。しかし、後述する隣接モノリシックハ
ーフセル部材の接続部は、冷却剤漏れの有害な効果を防
御するための漏れ放出路（leakage-release path）を有
している。
【００１８】冷却装置はデバイス入力側導管３６への冷
却剤源３４を有し、デバイス出力側導管３８からの帰還
フローを受ける。
却剤源３４を有し、デバイス出力側導管３８からの帰還
フローを受ける。
【００１９】加速器デバイス１４は１つの内部冷却剤流
路３２を有しているように図示されているが、有利には
多数の流路がある。入出力側導管３６及び３８は各流路
に接続してもよいし、又は各流路ごとに個別の導管があ
ってもよい。有利な実施形態では、４つの平行冷却剤流
路がが存在する。図１の実施形態の代わりの別の実施形
態では、加速器デバイス１４の冷却剤流路は直線状でな
い。非直線状流路はこのデバイスからの熱エネルギー除
去に関していくつかの利点を提供する。それでもやは
り、図１の直線状流路は有利である。というのもこの直
線状流路は製造の容易さに関して利点を提供するからで
ある。
路３２を有しているように図示されているが、有利には
多数の流路がある。入出力側導管３６及び３８は各流路
に接続してもよいし、又は各流路ごとに個別の導管があ
ってもよい。有利な実施形態では、４つの平行冷却剤流
路がが存在する。図１の実施形態の代わりの別の実施形
態では、加速器デバイス１４の冷却剤流路は直線状でな
い。非直線状流路はこのデバイスからの熱エネルギー除
去に関していくつかの利点を提供する。それでもやは
り、図１の直線状流路は有利である。というのもこの直
線状流路は製造の容易さに関して利点を提供するからで
ある。
【００２０】図２及び３には、モノリシックハーフセル
部材４０が４つの内部冷却剤通路４２、４４、４６及び
４８を有している様子が図示されている。この４つの内
部冷却剤通路の各々は、図１に図示されている異なる冷
却剤流路３２の一部である。この４つの内部冷却剤通路
は、ビーム軸開口部５０のまわりに対称的に配置されて
いる。この開口部５０は、このモノリシック部材の第１
の面５２からこのモノリシック部材の内側まで延びてい
る。第２の面は、接合領域５４及び空洞形成領域５６を
提供するために輪郭を削られている。図２できわめては
っきり見えるように、この空洞形成領域５６は円形の断
面を有している。この空洞形成領域の見本の最大直径
は、７.６４ｃｍである。この最大値は接合領域５４の
内側エッジに到達している。
部材４０が４つの内部冷却剤通路４２、４４、４６及び
４８を有している様子が図示されている。この４つの内
部冷却剤通路の各々は、図１に図示されている異なる冷
却剤流路３２の一部である。この４つの内部冷却剤通路
は、ビーム軸開口部５０のまわりに対称的に配置されて
いる。この開口部５０は、このモノリシック部材の第１
の面５２からこのモノリシック部材の内側まで延びてい
る。第２の面は、接合領域５４及び空洞形成領域５６を
提供するために輪郭を削られている。図２できわめては
っきり見えるように、この空洞形成領域５６は円形の断
面を有している。この空洞形成領域の見本の最大直径
は、７.６４ｃｍである。この最大値は接合領域５４の
内側エッジに到達している。
【００２１】ハーフセル部材４０は、モノリシック側面
結合構造である。この側面結合は、このモノリシック部
材の上部部分５８を用いて達成される。この上部部分は
機械加工されて、結合空洞６０が設けられている。この
結合空洞は電子ビーム軸から外れており、さらにモノリ
シック部材の加速空洞に開口部６２によってつながって
いる。図４では、５つのモノリシックハーフセル部材４
０、６４、６６、６８及び７０が結合されて加速器デバ
イスの一部を形成している。ハーフセル部材６４の上部
部分はハーフセル部材４０の第１の面にろう付けされ、
結合空洞６０を形成している。この結合空洞６０は、２
つの加速空洞７２及び７４の各々につながっている。第
２の結合空洞７６は、加速空洞７４及び第３の加速空洞
７８に通じている。この結果、適切な周波数を有する駆
動信号が結合空洞に供給される場合、この電磁波は、加
速空洞を通過するように方向づけられた電子ビームとエ
ネルギー伝達関係を持つ。図４の加速器デバイスは、ハ
ーフパイモード（half-pimode）とも呼ばれる定在波モ
ードで作動される。公知の定在波加速器結合空洞は軸上
結合空洞、同軸結合空洞又は環状リング結合空洞の形式
をとることもできる。結合空洞のタイプの選択は、後述
する熱冷却方法にとって重大ではない。事実上、作動の
定在波モードは重大ではない。
結合構造である。この側面結合は、このモノリシック部
材の上部部分５８を用いて達成される。この上部部分は
機械加工されて、結合空洞６０が設けられている。この
結合空洞は電子ビーム軸から外れており、さらにモノリ
シック部材の加速空洞に開口部６２によってつながって
いる。図４では、５つのモノリシックハーフセル部材４
０、６４、６６、６８及び７０が結合されて加速器デバ
イスの一部を形成している。ハーフセル部材６４の上部
部分はハーフセル部材４０の第１の面にろう付けされ、
結合空洞６０を形成している。この結合空洞６０は、２
つの加速空洞７２及び７４の各々につながっている。第
２の結合空洞７６は、加速空洞７４及び第３の加速空洞
７８に通じている。この結果、適切な周波数を有する駆
動信号が結合空洞に供給される場合、この電磁波は、加
速空洞を通過するように方向づけられた電子ビームとエ
ネルギー伝達関係を持つ。図４の加速器デバイスは、ハ
ーフパイモード（half-pimode）とも呼ばれる定在波モ
ードで作動される。公知の定在波加速器結合空洞は軸上
結合空洞、同軸結合空洞又は環状リング結合空洞の形式
をとることもできる。結合空洞のタイプの選択は、後述
する熱冷却方法にとって重大ではない。事実上、作動の
定在波モードは重大ではない。
【００２２】図２、３及び４を見ると、ハーフセル部材
４０の接合表面５４は、入射プレート８０にろう付けさ
れている。この入射プレート８０は、荷電粒子を第１の
加速空洞７２にガイドするための電子ビーム開口部８２
を有する。荷電粒子ビームは加速空洞７２、７４及び７
８の各々を通過し、焦点に集められ加速される。出力ビ
ームの射出速度はこの加速器デバイスの加速空洞の数を
含む多数の要素によって決定される。
４０の接合表面５４は、入射プレート８０にろう付けさ
れている。この入射プレート８０は、荷電粒子を第１の
加速空洞７２にガイドするための電子ビーム開口部８２
を有する。荷電粒子ビームは加速空洞７２、７４及び７
８の各々を通過し、焦点に集められ加速される。出力ビ
ームの射出速度はこの加速器デバイスの加速空洞の数を
含む多数の要素によって決定される。
【００２３】入射プレート８０とハーフセル部材４０、
６４、６６、６８、７０とはろう付けプロセスによって
相互に結合される。ろう付け材料のワイヤは溝の中へガ
イドされ、従来の技術によって活性化される。許容可能
なろう付け材料は、Ａｇ，Ｐｄ，Ｇａから成る合金であ
る。例えば、含有量は、８２％のＡｇ、９％のＰｄ及び
９％のＧａでもよい。図２及び３には、円形の溝８４及
び８６がビーム軸開口部５０のまわりに同心状に形成さ
れている。これらの溝にはモノリシックハーフセル部材
の相互結合の間にろう材料が充填される。ろう材料のた
めの円形の溝８８もある。この溝８８はモノリシック部
材の上部部分５８を貫く開口部９０と同心である。この
開口部９０はここには図示されていない留め具の差し込
みに使用される。
６４、６６、６８、７０とはろう付けプロセスによって
相互に結合される。ろう付け材料のワイヤは溝の中へガ
イドされ、従来の技術によって活性化される。許容可能
なろう付け材料は、Ａｇ，Ｐｄ，Ｇａから成る合金であ
る。例えば、含有量は、８２％のＡｇ、９％のＰｄ及び
９％のＧａでもよい。図２及び３には、円形の溝８４及
び８６がビーム軸開口部５０のまわりに同心状に形成さ
れている。これらの溝にはモノリシックハーフセル部材
の相互結合の間にろう材料が充填される。ろう材料のた
めの円形の溝８８もある。この溝８８はモノリシック部
材の上部部分５８を貫く開口部９０と同心である。この
開口部９０はここには図示されていない留め具の差し込
みに使用される。
【００２４】図１、２、５及び６を見ると、内部冷却剤
流路３２は、冷却剤通路４２〜４８の内の少なくとも１
つを含む各モノリシックハーフセル部材４０を結合する
ことによって形成されている。冷却剤通路４８は、加速
器デバイス１４を形成する各モノリシックハーフセル部
材を貫く冷却剤通路と同軸的に位置合わせされている。
従って、デバイス入力側及びデバイス出力側導管３６及
び３８がモノリシック部材の冷却剤通路４８に接続され
ると、液体冷却剤のフローを加速器デバイスから熱エネ
ルギーを除去するのに使用できる。
流路３２は、冷却剤通路４２〜４８の内の少なくとも１
つを含む各モノリシックハーフセル部材４０を結合する
ことによって形成されている。冷却剤通路４８は、加速
器デバイス１４を形成する各モノリシックハーフセル部
材を貫く冷却剤通路と同軸的に位置合わせされている。
従って、デバイス入力側及びデバイス出力側導管３６及
び３８がモノリシック部材の冷却剤通路４８に接続され
ると、液体冷却剤のフローを加速器デバイスから熱エネ
ルギーを除去するのに使用できる。
【００２５】先に述べたように、臨床用リニアックの内
部冷却を設ける際の懸念は、冷却剤が通過しなければな
らない部材間接続部の数に関連する。この懸念は、図示
された実施例では、各冷却剤通路４２〜４８のまわりの
ろうのダム（braze dam）を設けることによって、さら
に各冷却剤通路に対して漏れ放出路を設け、漏出するど
んな漏れも安全にガイドすることによって処理されてい
る。
部冷却を設ける際の懸念は、冷却剤が通過しなければな
らない部材間接続部の数に関連する。この懸念は、図示
された実施例では、各冷却剤通路４２〜４８のまわりの
ろうのダム（braze dam）を設けることによって、さら
に各冷却剤通路に対して漏れ放出路を設け、漏出するど
んな漏れも安全にガイドすることによって処理されてい
る。
【００２６】図５及び６では、このろうのダムは、ろう
付け材料のリングを内側の溝９２に挿入することによっ
て形成される。有利には、第１の面５２が接合される表
面は相応するろう付け材料のリングを有している。２つ
のリングがろう付け結合されると、冷却剤通路４８は密
閉される。従って、もし液体冷却剤が２つの表面の接続
部で漏出しても、溝９２に形成されたろうのダムがこの
液体をガイドすることにより、この液体が不利な影響を
及ぼす領域に到達することを妨げる。それにもかかわら
ず、第１の面５２はアーチ形の溝９４も有しており、こ
のアーチ形の溝９４は、万一このろうのダムが意図した
ように機能しない場合に、漏れ放出路を提供する。この
漏れ放出路は、ハーフセル部材４０の縁によって一部切
りとられた円の大きなセクタの構造を有している。この
漏れ放出路に達した冷却剤は、溝９４の中にとどまる
か、この放出路からハーフセル部材の縁まで放出されて
しまうかのどちらかである。任意に、吸収性部材をこの
モノリシック部材の縁に配置し、漏れ放出路９４から放
出される液体を吸収させることもできる。
付け材料のリングを内側の溝９２に挿入することによっ
て形成される。有利には、第１の面５２が接合される表
面は相応するろう付け材料のリングを有している。２つ
のリングがろう付け結合されると、冷却剤通路４８は密
閉される。従って、もし液体冷却剤が２つの表面の接続
部で漏出しても、溝９２に形成されたろうのダムがこの
液体をガイドすることにより、この液体が不利な影響を
及ぼす領域に到達することを妨げる。それにもかかわら
ず、第１の面５２はアーチ形の溝９４も有しており、こ
のアーチ形の溝９４は、万一このろうのダムが意図した
ように機能しない場合に、漏れ放出路を提供する。この
漏れ放出路は、ハーフセル部材４０の縁によって一部切
りとられた円の大きなセクタの構造を有している。この
漏れ放出路に達した冷却剤は、溝９４の中にとどまる
か、この放出路からハーフセル部材の縁まで放出されて
しまうかのどちらかである。任意に、吸収性部材をこの
モノリシック部材の縁に配置し、漏れ放出路９４から放
出される液体を吸収させることもできる。
【００２７】図２に図示したように、４つの冷却剤通路
４２〜４８の各々は、ろうのダムの中に密閉されてい
る。このろうのダムは溝９２のろうリングによって形成
される。さらに、各冷却剤通路は、円形の溝９４によっ
て形成された個別の液体放出路を有する。この円形の溝
９４はハーフセル部材４０の縁によって一部切り取られ
ている。
４２〜４８の各々は、ろうのダムの中に密閉されてい
る。このろうのダムは溝９２のろうリングによって形成
される。さらに、各冷却剤通路は、円形の溝９４によっ
て形成された個別の液体放出路を有する。この円形の溝
９４はハーフセル部材４０の縁によって一部切り取られ
ている。
【００２８】円形の溝９２及び外側の一部切り取られた
溝９４と同じ溝が、ハーフセル部材の第２の面の接合領
域５４にも設けられている。これは図６に図示されてい
る。内側の溝９６はリング状のろう材料で充填されるた
めに形成されており、冷却剤通路４８を隔離する。外側
の溝９８は漏れ放出路として機能する。この外側の溝は
モノリシック部材の第１の面５２の漏れ放出路９４と同
じアーチ形の形状を有する。漏れ放出路９８は、漏出し
た冷却剤をガイドし、モノリシック部材によって形成さ
れた加速空洞の中にこの漏出した冷却剤が侵入しないよ
うに除去する。
溝９４と同じ溝が、ハーフセル部材の第２の面の接合領
域５４にも設けられている。これは図６に図示されてい
る。内側の溝９６はリング状のろう材料で充填されるた
めに形成されており、冷却剤通路４８を隔離する。外側
の溝９８は漏れ放出路として機能する。この外側の溝は
モノリシック部材の第１の面５２の漏れ放出路９４と同
じアーチ形の形状を有する。漏れ放出路９８は、漏出し
た冷却剤をガイドし、モノリシック部材によって形成さ
れた加速空洞の中にこの漏出した冷却剤が侵入しないよ
うに除去する。
【００２９】任意には、この漏れ放出路は他の形式をと
ってもよい。つまり、この放出路は図２及び５に図示さ
れたアーチ形の構造を持つ必要はない。しかし、ここに
図示された実施例は、製造の容易さの点で利点を提供す
る。
ってもよい。つまり、この放出路は図２及び５に図示さ
れたアーチ形の構造を持つ必要はない。しかし、ここに
図示された実施例は、製造の容易さの点で利点を提供す
る。
【００３０】図２〜６の内部多重通路冷却方法は、外部
から加速器デバイスを冷却する従来の方法に比べて、よ
り効果的に臨床用リニアックの温度を調整する。さら
に、冷却剤通路は直接空洞形成部材の中に形成されるの
で、加速器デバイスの組立は別個の冷却剤導管の設置を
必要としない。
から加速器デバイスを冷却する従来の方法に比べて、よ
り効果的に臨床用リニアックの温度を調整する。さら
に、冷却剤通路は直接空洞形成部材の中に形成されるの
で、加速器デバイスの組立は別個の冷却剤導管の設置を
必要としない。
【図１】本発明による内部冷却を有する臨床用線形加速
器の概略図である。
器の概略図である。
【図２】図１の臨床用線形加速器の内部冷却能力を提供
するための冷却剤通路を有するモノリシック空洞形成部
材の正面図である。
するための冷却剤通路を有するモノリシック空洞形成部
材の正面図である。
【図３】図２のモノリシック部材を線３―３に沿って切
断した場合の側面図である。
断した場合の側面図である。
【図４】加速器デバイスを形成するために結合された一
連のモノリシック部材の側面図である。
連のモノリシック部材の側面図である。
【図５】図２の冷却剤通路の１つの拡大図である。
【図６】図２の冷却剤通路を線６―６に沿って切り取っ
た場合の側面部分図である。
た場合の側面部分図である。
１０ 臨床用線形加速器装置 １２ 粒子源 １４ 加速器デバイス １６ 信号源 １８ 制御回路 ２０ ビーム軸 ２２ 電子のパルス出力ビーム又は定常出力ビーム ２４ 射出窓 ２６ 磁気屈曲装置 ２８ ターゲット ３０ Ｘ線ビーム ３２ 内部冷却剤流路 ３４ 冷却剤源 ３６ デバイス入力側導管 ３８ デバイス出力側導管 ４０ モノリシックハーフセル部材 ４２ 内部冷却剤通路 ４４ 内部冷却剤通路 ４６ 内部冷却剤通路 ４８ 内部冷却剤通路 ５０ ビーム軸開口部 ５２ 第１の面 ５４ 接合領域 ５６ 空洞形成領域 ５８ 上部部分 ６０ 結合空洞 ６２ 開口部 ６４ モノリシックハーフセル部材 ６６ モノリシックハーフセル部材 ６８ モノリシックハーフセル部材 ７０ モノリシックハーフセル部材 ７２ 加速空洞 ７４ 加速空洞 ７６ 結合空洞 ７８ 加速空洞 ８０ 入射プレート ８２ 電子ビーム開口部 ８４ 溝 ８６ 溝 ８８ 溝 ９０ 開口部 ９２ 溝 ９４ 溝 ９６ 溝 ９８ 溝
Claims (19)
- 【請求項１】 医療目的のためにビーム軸に沿って荷電
粒子を加速させる臨床用装置の構成体は、複数のモノリ
シック空洞形成部材を有し、該複数のモノリシック空洞
形成部材は接続されて前記ビーム軸に沿って整列された
一連の加速空洞を形成し、前記空洞形成部材は冷却剤通
路を有し、該冷却剤通路は相互に接続されて前記複数の
空洞形成部材を貫通する少なくとも１つの連続的な冷却
剤流路を形成する、医療目的のためにビーム軸に沿って
荷電粒子を加速させる臨床用装置。 - 【請求項２】 隣接する空洞形成部材は互いに接合する
関係にあり、 前記隣接する空洞形成部材の前記冷却剤通路は、液体冷
却剤の部材間伝達のために前記冷却剤流路に沿って整列
されている、請求項１記載の臨床用装置。 - 【請求項３】 漏れ放出路を前記隣接する空洞形成部材
の接合表面に有し、 前記漏れ放出路は前記接合表面のうちの少なくとも１つ
にあるチャネルであり、該チャネルは前記冷却剤通路の
すぐ近くの表面領域を前記ビーム軸のすぐ近くの表面領
域から分離し、これによって前記液体冷却剤が前記加速
空洞のうちの１つの中に漏れ入ることの可能性を低減す
る、請求項２記載の臨床用装置。 - 【請求項４】 ろう材料を有し、該ろう材料は、前記冷
却剤流路を、前記漏れ放出路から、前記隣接する空洞形
成部材の前記接合表面に沿って分離する、請求項３記載
の臨床用装置。 - 【請求項５】 前記漏れ放出路は、前記隣接する空洞形
成部材の前記接合表面の縁まで延びている、請求項３記
載の臨床用装置。 - 【請求項６】 前記漏れ放出路は、アーチ形構造を有し
ており、該アーチ形構造は、前記隣接する空洞形成部材
の縁で一部切り取られている円の大きなセクタである、
請求項３記載の臨床用装置。 - 【請求項７】 前記空洞形成部材の前記冷却剤通路は、
前記空洞形成部材を貫通して延在する穴であり、該穴
は、前記ビーム軸に対して平行である、請求項１記載の
臨床用装置。 - 【請求項８】 前記空洞形成部材は前記ビーム軸のまわ
りに対称的に配置された少なくとも４つの連続的な流路
である、請求項７記載の臨床用装置。 - 【請求項９】 医療に適用するための、荷電粒子を与え
る臨床用装置であって、該荷電粒子を与える臨床用装置
は、以下のものを有する、すなわち、 荷電粒子源を有し、 粒子加速器を有し、該粒子加速器は、前記荷電粒子源に
接続された入力側を有し荷電粒子を受け取り、前記粒子
加速器は、複数の粒子加速セルを有し、前記粒子加速器
は、射出窓まで前記セルの各々を貫通して延びているビ
ーム路を有し、さらに前記セルを貫通する液体冷却剤の
フローのための内部流路を有し、前記粒子加速器は、第
１の端部に液体入口及び第２の端部に液体出口を有し、
前記液体入口は前記液体出口に前記内部流路によって接
続されており、 前記液体入口に接続された冷却剤源を有し、 前記粒子加速器内で荷電粒子とエネルギー伝達関係にあ
る信号源を有し、 前記射出窓から出てくる加速された荷電粒子の射出ビー
ムに応じて患者に放射線を供給するための手段を有す
る、荷電粒子を与える臨床用装置。 - 【請求項１０】 前記粒子加速器は、前記セルを形成す
る複数の接合空洞形成部材を含み、各空洞形成部材は冷
却剤通路を有し、前記粒子加速器を貫通する前記内部流
路は、前記空洞形成部材を貫通する位置合わせされ整列
された冷却剤通路から形成される、請求項９記載の装
置。 - 【請求項１１】 漏れ放出路を接合空洞形成部材の各接
続部に有し、 各漏れ放出路は、前記接合空洞形成部材の前記冷却剤通
路を貫通する軸に対して垂直な平面に平行である、請求
項１０記載の装置。 - 【請求項１２】 前記漏れ放出路は、接合空洞形成部材
の前記接続部において前記内部流路を前記ビーム路から
分離する、請求項１１記載の装置。 - 【請求項１３】 前記漏れ放出路は前記空洞形成部材の
表面の表面チャネルである、請求項１１記載の装置。 - 【請求項１４】 ろう付けされた領域を有し、該ろう付
けされた領域は、接合空洞形成部材の前記接続部におい
て前記内部流路を前記漏れ放出路から分離する、請求項
１２記載の装置。 - 【請求項１５】 他のモノリシック部材と組み合わせて
線形加速器を形成するためのモノリシック部材であっ
て、該モノリシック部材は以下のものを有する、すなわ
ち、 第１の面及び第２の面を有するモノリシック構造を有
し、前記第２の面は加速空洞の少なくとも一部分を形成
する輪郭を有し、前記モノリシック構造は、荷電粒子ビ
ームの通過のために前記第１の面から前記加速空洞まで
延びるビーム通路を有し、さらに液体冷却剤のフローの
ために第１の穴に実質的に平行な冷却剤通路を有し、前
記第１の面は漏れ放出チャネルを有し、該漏れ放出チャ
ネルは前記冷却剤通路のすぐ近くの第１の一般的に平ら
な領域を前記ビーム通路のすぐ近くの第２の一般的に平
らな領域から分離する、モノリシック部材。 - 【請求項１６】 前記モノリシック構造はハーフセル部
材であり、該ハーフセル部材は、少なくとも１つの第２
のハーフセル部材に取り付けるためのろうの領域を有し
ている、請求項１５記載の部材。 - 【請求項１７】 前記ろうの領域は前記漏れ放出チャネ
ルの内側の前記冷却剤通路を取り囲む溝を含む、請求項
１６記載の部材。 - 【請求項１８】 前記モノリシック構造は、前記加速空
洞のまわりに配置された複数の冷却剤通路を含み、前記
加速空洞は、少なくとも部分的に前記第２の面の前記輪
郭によって形成される、請求項１５記載の部材。 - 【請求項１９】 前記モノリシック部材は前記冷却剤通
路の各々に対して個別の漏れ放出チャネルを含んでい
る、請求項１８記載の部材。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/668583 | 1996-06-20 | ||
| US08/668,583 US5734168A (en) | 1996-06-20 | 1996-06-20 | Monolithic structure with internal cooling for medical linac |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1064700A true JPH1064700A (ja) | 1998-03-06 |
Family
ID=24682929
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9160855A Withdrawn JPH1064700A (ja) | 1996-06-20 | 1997-06-18 | ビーム軸に沿って荷電粒子を加速させる臨床用装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5734168A (ja) |
| EP (1) | EP0813893B1 (ja) |
| JP (1) | JPH1064700A (ja) |
| CN (1) | CN1170615A (ja) |
| CA (1) | CA2208112A1 (ja) |
| DE (1) | DE69719606T2 (ja) |
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