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JP7612345B2 - Particle Therapy Equipment - Google Patents
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Description

本発明は、電磁石装置に関し、特に、高速に磁場掃引を行う電磁石装置に関する。 The present invention relates to an electromagnetic device, and in particular to an electromagnetic device that performs high-speed magnetic field sweeping.

陽子や炭素等の重粒子を加速器で加速して粒子ビームを形成し、患者の腫瘍等に照射する粒子線治療装置が知られている。粒子線治療装置は、ビームを加速器によって加速し、加速器から出射された粒子ビームを、輸送系によって必要個所において偏向させながら照射ノズルまで輸送し、照射ノズルよりビームを患者に向かって照射する。このとき、粒子線治療装置では、患部の深さ方向の照射位置を制御するため、ビームのエネルギー強度を変化させる等の制御が行われる。具体的には例えば、ビームをいったん最高エネルギーまで加速したあと、患部に打ち込む深さに応じてエネルギーを段々に減らしながらビームを患部まで輸送して打ち込む多段照射が行われている。 Particle beam therapy devices are known that accelerate heavy particles such as protons and carbon in an accelerator to form a particle beam, which is then irradiated onto a patient's tumor or the like. In particle beam therapy devices, the beam is accelerated by an accelerator, and the particle beam emitted from the accelerator is transported to an irradiation nozzle while being deflected at required locations by a transport system, and the beam is irradiated towards the patient from the irradiation nozzle. In this case, the particle beam therapy device performs controls such as changing the energy intensity of the beam in order to control the irradiation position in the depth direction of the affected area. Specifically, for example, a multi-stage irradiation is performed in which the beam is accelerated to the maximum energy, and then the beam is transported to the affected area and injected while gradually reducing the energy according to the depth to which the beam is injected into the affected area.

加速器や輸送系には、多数の電磁石装置が用いられ、ビームに高精度の磁場を印加する。これらの電磁石装置の一部は、磁場の空間分布の精度を保ったまま、磁場強度を変化させる必要がある。例えば、輸送系の一部の電磁石装置は、ビームのエネルギー強度が変更された場合には、それに応じて磁場の強度を変化させ、ビームの偏向方向を所望の向きに維持する。 The accelerator and transport system use a large number of electromagnet devices to apply a highly precise magnetic field to the beam. Some of these electromagnet devices need to change the magnetic field strength while maintaining the precision of the spatial distribution of the magnetic field. For example, some of the electromagnet devices in the transport system change the magnetic field strength accordingly when the energy intensity of the beam is changed, thereby maintaining the beam deflection direction in the desired direction.

近年、重い炭素イオン等の重粒子ビームを患者に対して360度任意の角度から照射する回転ガントリを備えた粒子線治療装置が実用化されつつある。重粒子ビームを小さな半径で曲げるためには、陽子よりも強い磁場を必要とするため、超電導偏向磁石が用いられる。超電導偏向磁石には、その運転のため、常伝導磁石よりも大型の電源が必要である。 In recent years, particle beam therapy equipment equipped with a rotating gantry that irradiates a patient with a heavy particle beam, such as heavy carbon ions, from any angle of 360 degrees is becoming practical. In order to bend a heavy particle beam in a small radius, a magnetic field stronger than that of a proton is required, so a superconducting bending magnet is used. To operate a superconducting bending magnet, a larger power supply is required than for a normal conducting magnet.

また、粒子線治療装置では、細く絞ったビームを腫瘍の形状に合わせてなぞるように走査する照射方法(スキャニング照射法)が普及しており、ビームを走査するために、高速で磁場を変更可能な走査電磁石が用いられる。 In addition, a method of irradiation (scanning irradiation) in which a finely focused beam is scanned to trace the shape of the tumor is widely used in particle beam therapy devices, and a scanning electromagnet capable of changing the magnetic field at high speed is used to scan the beam.

また、電磁石装置は、粒子線治療装置のみならず、MRI(磁気共鳴イメージング)装置の静磁場発生装置や傾斜磁場発生装置等の種々の用途がある。 Electromagnet devices are also used in a variety of applications, including as static magnetic field generators and gradient magnetic field generators in MRI (magnetic resonance imaging) devices, as well as in particle beam therapy devices.

超電導磁石装置の一例としては、例えば特許文献1に記載のものが知られている。この装置は、超電導コイルおよび直流電源の耐電圧および定格電圧を低く抑えつつ、クエンチ発生時の超電導コイルの焼損を抑制するため、超電導コイルを複数のコイル群に分けて、それぞれに直流電源を接続した構成としている。 One example of a superconducting magnet device is described in Patent Document 1. In this device, the superconducting coils are divided into multiple coil groups, each of which is connected to a DC power supply, in order to suppress burnout of the superconducting coils when a quench occurs while keeping the withstand voltage and rated voltage of the superconducting coils and DC power supply low.

特開2010-016287号公報JP 2010-016287 A

粒子線治療装置においては、治療のスループットを上げるために、治療のための患部の位置決めなどのセッティングに伴う時間を短縮することや、多段出射のためビームエネルギーの変更を高速に行うことが求められている。後者のためには、ビーム輸送系における電磁石装置が、高速に磁場を変化させることが必要である。 In particle beam therapy equipment, in order to increase the throughput of treatment, it is necessary to shorten the time required for setting up the position of the affected area for treatment, and to quickly change the beam energy for multi-stage extraction. For the latter, the electromagnet device in the beam transport system needs to be able to change the magnetic field quickly.

また、粒子線治療装置では小型化や広いビーム照射野も求められている。この場合、走査電磁石等の電磁石装置が発生する(積分)磁場強度を上げることが必要となる。 In addition, particle beam therapy devices are also required to be compact and have a wide beam irradiation field. In this case, it is necessary to increase the (integrated) magnetic field strength generated by electromagnetic devices such as scanning magnets.

電磁石装置の磁場を変化させるために、電源から供給する電流を変化させると、コイルのインダクタンスにより誘導電圧が発生する。電源は、誘導電圧よりも大きな電圧を印加しなければ電流を変化させることができない。そのため、磁場の変化速度は、コイルに接続された電源の出力可能な電圧の大きさによって制限される。 When the current supplied from the power supply is changed to change the magnetic field of an electromagnetic device, an induced voltage is generated due to the inductance of the coil. The power supply cannot change the current unless it applies a voltage greater than the induced voltage. Therefore, the speed at which the magnetic field can change is limited by the amount of voltage that the power supply connected to the coil can output.

電磁石装置が常伝導電磁石の場合には、コイルのインダクタンスによる誘導電圧に加え、コイルの電気抵抗による抵抗性電圧を生じる。このため、常伝導電磁石の磁場の変化速度は、超電導磁石よりも、コイルに接続された電源の出力可能な最大電圧によっていっそう制限される。 When the electromagnetic device is a normal conducting electromagnet, in addition to the induced voltage due to the coil's inductance, a resistive voltage is generated due to the coil's electrical resistance. For this reason, the rate of change of the magnetic field of a normal conducting electromagnet is more limited by the maximum voltage that can be output by the power supply connected to the coil than is the case with a superconducting magnet.

このため、電磁石装置の磁場の変化速度を大きくするためには、コイルに電力を供給する電源の出力可能な電圧を大きくする必要があるが、電源装置が大型化するという問題がある。また、電源は、その出力電流をトランジスタ、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolor Transistor)等の半導体素子によって制御するのが一般的な構造であるため、半導体素子の耐電圧以上の電圧を出力することは困難である。 For this reason, in order to increase the rate of change of the magnetic field of the electromagnet device, it is necessary to increase the output voltage of the power supply that supplies power to the coil, but this creates the problem of increasing the size of the power supply device. In addition, because power supplies are generally structured to control their output current using semiconductor elements such as transistors, MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors), and IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), it is difficult to output a voltage higher than the withstand voltage of the semiconductor elements.

そこで、限られた出力電圧の電源を用いて、コイルを磁場の変化速度を大きくするため、コイルを複数に分割することにより一つのコイルのインダクタンスを小さくし、それぞれを別々の電源に接続して駆動することが考えられる。しかしながら、コイルを複数に分割して別々の電源から電力を供給した場合、各コイルに供給される電流のバランスをとる制御は容易ではない。そのため、粒子線治療装置やMRI装置のように、求められる磁場の空間分布の精度が高い場合、高精度な磁場の空間分布を維持しながら、その磁場の強度を高速で変化させるためには、複数の電源の出力をバランスをとりながら高精度に制御する回路が別途必要になる。 In order to increase the rate of change of the magnetic field of a coil using a power supply with a limited output voltage, it is conceivable to reduce the inductance of each coil by dividing the coil into multiple coils, and connect each coil to a separate power supply for operation. However, when a coil is divided into multiple coils and power is supplied from separate power supplies, it is not easy to control and balance the current supplied to each coil. Therefore, when the required spatial distribution of the magnetic field is highly accurate, such as in particle beam therapy devices and MRI devices, a separate circuit is required to precisely control the output of multiple power supplies while balancing them in order to change the strength of the magnetic field at high speed while maintaining a highly accurate spatial distribution of the magnetic field.

本発明の目的は、高精度な磁場の空間分布を維持しながら、磁場の強度を高速に変更することが可能な、簡素な構成の電磁石装置を提供することにある。 The object of the present invention is to provide an electromagnet device with a simple configuration that can rapidly change the strength of a magnetic field while maintaining a highly accurate spatial distribution of the magnetic field.

上記目的を達成するために、本発明に係る粒子線治療装置は、粒子線を輸送し、一部が湾曲しているダクトと、前記ダクトの湾曲している部分を輸送される前記粒子線に対して、所定の強度分布の磁場を、前記所定の強度分布を維持しつつ、前記粒子線のエネルギーの変化に応じて磁場の強度を変化させながら印加することにより、前記粒子線を偏向させる複数の超電導コイルと、複数の前記超電導コイルを励磁する2つの励磁電源とを有し、前記複数の超電導コイルは、4つであり、4つの前記超電導コイルは、発生する磁場の少なくとも一部が重なりあうように配置され、前記少なくとも一部が重なり合った磁場により前記所定の強度分布の磁場を形成し、4つの前記超電導コイルは、前記ダクトの湾曲している前記部分の周囲の4方向に配置され、4つの前記超電導コイルのうち2つの超電導コイルは、前記ダクトを挟んで配置され、かつ、直列に接続されて第1の超電導コイルを構成し、残りの2つの超電導コイルは前記ダクトを挟んで配置され、かつ、直列に接続されて第2の超電導コイルを構成し、前記第1の超電導コイルと、前記第2の超電導コイルと、2つの前記励磁電源は、前記第1の超電導コイル、前記励磁電源、前記第2の超電導コイル、前記励磁電源の順に直列に接続され、同じ大きさの電流が順番に通過していくことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a particle beam therapy device according to the present invention includes a duct that transports a particle beam and is partially curved, a plurality of superconducting coils that deflect the particle beam by applying a magnetic field with a predetermined intensity distribution to the particle beam transported through the curved portion of the duct while maintaining the predetermined intensity distribution and changing the intensity of the magnetic field in response to a change in the energy of the particle beam, and two excitation power sources that excite the plurality of superconducting coils, the number of the plurality of superconducting coils being four, the four superconducting coils being disposed such that at least a portion of the magnetic fields they generate overlap, and the predetermined magnetic field is generated by the at least a portion of the overlapping magnetic fields. a magnetic field having a constant intensity distribution, the four superconducting coils are arranged in four directions around the curved portion of the duct, two of the four superconducting coils are arranged on either side of the duct and connected in series to form a first superconducting coil, and the remaining two superconducting coils are arranged on either side of the duct and connected in series to form a second superconducting coil, the first superconducting coil, the second superconducting coil, and the two excitation power sources are connected in series in the order of the first superconducting coil, the excitation power source, the second superconducting coil, and the excitation power source, and currents of the same magnitude pass through them in sequence.

本発明の電磁石装置によれば、複数のコイルに流れる電流値が同じになるため、高精度な磁場の空間分布を維持しながら、磁場の強度を高速に変更することができ、しかも、簡素な構成となる。 The electromagnetic device of the present invention has a simple configuration because the current values flowing through multiple coils are the same, making it possible to change the strength of the magnetic field quickly while maintaining a highly accurate spatial distribution of the magnetic field.

本発明の実施形態1の電磁石装置の構成を示す回路図。1 is a circuit diagram showing a configuration of an electromagnetic device according to a first embodiment of the present invention. 図1の電磁石装置の等価回路図。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the electromagnetic device of FIG. 1 . 実施形態1の粒子線治療装置の全体構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing the overall configuration of a particle beam therapy system according to a first embodiment. 実施形態1の電磁石装置を適用した重粒子線治療装置用の偏向磁石203の側面図。FIG. 2 is a side view of a bending magnet 203 for a heavy particle beam therapy apparatus to which the electromagnetic device of the first embodiment is applied. 図4のA-A’断面図。A-A' cross-sectional view of Figure 4. 図4の偏向磁石203内の超電導コイル20,21の配置を示す斜視図。5 is a perspective view showing the arrangement of superconducting coils 20 and 21 in the bending magnet 203 of FIG. 4. (a)および(b)比較例の電磁石装置の回路図。6A and 6B are circuit diagrams of an electromagnetic device according to a comparative example. 実施形態2の電磁石装置の回路図。FIG. 6 is a circuit diagram of an electromagnetic device according to a second embodiment. (a)は実施形態3の電磁石装置の回路図、(b)は図(a)の回路における電流の流れを示す図。10A is a circuit diagram of an electromagnetic device according to a third embodiment, and FIG. 10B is a diagram showing a current flow in the circuit of FIG. 比較例3の電磁石装置の回路図。FIG. 11 is a circuit diagram of an electromagnetic device according to Comparative Example 3. (a)は実施形態4の電磁石装置の回路図、(b)は図(a)の回路における電流の流れを示す図。10A is a circuit diagram of an electromagnetic device according to a fourth embodiment, and FIG. 10B is a diagram showing a current flow in the circuit of FIG. (a)実施形態5の電磁石装置の回路図、(b)は、図(a)の回路の電源の電流値とコイル電流値の時間変化を示すグラフ。13A is a circuit diagram of an electromagnetic device according to a fifth embodiment, and FIG. 13B is a graph showing the change over time in the power supply current value and the coil current value of the circuit shown in FIG.

本発明の一実施形態について説明する。ただし、本発明はここで取り上げた実施形態に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で適宜組み合わせや改良が可能である。 One embodiment of the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to the embodiment described here, and appropriate combinations and improvements are possible without departing from the gist of the invention.

<<実施形態1>>
本実施形態の電磁石装置は、図1に示すように、発生する磁場20m、21mの少なくとも一部が重なり合うように配置された複数のコイル20,21と、複数の電源(励磁電源)8a,8bとを備えて構成される。複数のコイル20,21と複数の電源8a,8bは、コイルと電源とが交互に並ぶように直列に接続されている。例えば、図1の電磁石装置の例では、その等価回路を図2に示したように、コイル20、電源8a、コイル21、電源8bの順に直列に接続された閉回路である。
<<Embodiment 1>>
As shown in Fig. 1, the electromagnet device of this embodiment is configured with a plurality of coils 20, 21 arranged so that at least a portion of the magnetic fields 20m, 21m generated overlap each other, and a plurality of power sources (excitation power sources) 8a, 8b. The plurality of coils 20, 21 and the plurality of power sources 8a, 8b are connected in series so that the coils and the power sources are arranged alternately. For example, in the example of the electromagnet device of Fig. 1, its equivalent circuit is a closed circuit in which the coil 20, the power source 8a, the coil 21, and the power source 8b are connected in series in this order, as shown in Fig. 2.

このような回路構成の電磁石装置では、直列接続の複数のコイル20,21には、同じ大きさの電流が順番に通過していく。言い換えるならば、それぞれのコイル20,21は、一続きの電流で運転される。 In an electromagnetic device with such a circuit configuration, currents of the same magnitude pass through the multiple coils 20, 21 connected in series in sequence. In other words, each coil 20, 21 is operated with a continuous current.

よって、所望の磁場分布を形成するコイルを複数のコイル20,21に分割することにより、一つのコイルのインダクタンスを小さくすることができるため、限られた出力電圧の電源8a,8bを用いながら、コイル20,21に供給する電流の大きさを、コイルを分割していない場合よりも高速に変化させることが可能になる。 Therefore, by dividing the coil that forms the desired magnetic field distribution into multiple coils 20 and 21, the inductance of each coil can be reduced, and it becomes possible to change the magnitude of the current supplied to coils 20 and 21 more quickly than if the coils were not divided, while using power supplies 8a and 8b with a limited output voltage.

しかも、分割されたコイル20,21には同じ値の電流が流れるため、コイル20が発生する磁場20mとコイル21が発生する磁場21mの強度バランスを、電流値を変化させた場合であっても維持することができる。したがって、磁場20mと磁場21mの重なり合いによって形成される高精度の磁場空間分布を維持しながら、磁場強度を高速に変化させることができる。 In addition, because the same value of current flows through the divided coils 20 and 21, the strength balance between the magnetic field 20m generated by coil 20 and the magnetic field 21m generated by coil 21 can be maintained even when the current value is changed. Therefore, the magnetic field strength can be changed quickly while maintaining a highly accurate magnetic field spatial distribution formed by the overlap of the magnetic fields 20m and 21m.

さらに、本実施形態の電磁石装置は、複数のコイル20,21と、複数の電源(励磁電源)8a,8bと交互に直列に接続するという簡素な回路構成であり、電流を変化させる際には、回路を流れる電流値を変化させるように電源8aおよび/または電源8bを調整すれば足り、これにより磁場分布も維持することができる。よって、本実施形態の電磁石装置は、磁場分布を維持するために、電源8aと電源8bの出力をバランスをとりながら高精度に制御する回路等は不要であり、簡素な回路構成の小型な装置にすることができる。 Furthermore, the electromagnet device of this embodiment has a simple circuit configuration in which multiple coils 20, 21 and multiple power sources (excitation power sources) 8a, 8b are alternately connected in series, and when changing the current, it is sufficient to adjust power source 8a and/or power source 8b so as to change the value of the current flowing through the circuit, thereby maintaining the magnetic field distribution. Therefore, the electromagnet device of this embodiment does not require a circuit that precisely controls the output of power sources 8a and 8b while balancing them in order to maintain the magnetic field distribution, and can be made into a small device with a simple circuit configuration.

電磁石装置を構成するコイル(電磁石)は、常伝導コイルであってもよいし、超電導コイルであってもよい。電磁石装置の高性能化、小型化の観点からは超電導磁石であることが望ましい。 The coils (electromagnets) that make up the electromagnetic device may be normal conducting coils or superconducting coils. From the standpoint of improving the performance and miniaturization of the electromagnetic device, it is preferable to use superconducting magnets.

電磁石装置のコイル20,21は、電源8a、8bにより高電圧でドライブされることが望ましいが、電磁石装置の絶縁構造を簡素化する観点からは、電源8a,8bは、内部で接地(中点接地)されており、+と-の両極性の交流電圧(すなわち、極大値が正の電位、極小値は負の電位の交流電圧)が出力できる電源であることの望ましい。これにより、例えば、対地電圧に対して電圧値Vを絶縁できる絶縁構造を備えた電磁石装置は、コイル20,21に対して+Vから-Vまでに電圧を印加できるため、+Vの電圧もしくは-Vの電圧を印加した場合と比較して、2倍の大きさの電圧(-V~+V)を印加できる。よって、コイルの電流を2倍の速度で変化させることができるため、コイルの発生する磁場を2倍の速度で変化させることが可能になる。 The coils 20, 21 of the electromagnet device are preferably driven at high voltage by the power sources 8a, 8b, but from the viewpoint of simplifying the insulation structure of the electromagnet device, it is preferable that the power sources 8a, 8b are internally grounded (midpoint grounded) and are capable of outputting AC voltages of both positive and negative polarities (i.e., AC voltages with a positive potential at the maximum value and a negative potential at the minimum value). As a result, for example, an electromagnet device equipped with an insulation structure capable of insulating a voltage value V against a ground voltage can apply a voltage from +V to -V to the coils 20, 21, so that a voltage twice as large (-V to +V) can be applied compared to the case where a voltage of +V or -V is applied. Therefore, the current in the coil can be changed twice as fast, and the magnetic field generated by the coil can be changed twice as fast.

電源8a,8bが両極性である場合、電源8a,8bは、例えば出力段にフルブリッジ回路を備えた構成にする。この場合、複数の電源の出力段のIGBT素子などのゲートドライブは、すべての電源8a,8bにおいて同一タイミングで行うことが望ましい。これにより最も簡便な電源構成とすることができる。 When the power supplies 8a and 8b are bipolar, the power supplies 8a and 8b are configured with, for example, a full bridge circuit in the output stage. In this case, it is desirable to drive the gates of the IGBT elements and the like in the output stages of the multiple power supplies at the same timing in all of the power supplies 8a and 8b. This allows for the simplest power supply configuration.

<粒子線治療装置>
つぎに、本実施形態の電磁石装置を用いた粒子線治療装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
<Particle beam therapy equipment>
Next, a particle beam therapy system using the electromagnetic device of this embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

粒子線治療装置の全体構成を図3示す。図3のように、粒子線治療装置は、粒子線を形成する加速器500と、粒子線を輸送するビーム輸送系200と、患者301に粒子線を照射する照射装置300と、患者301を搭載するベッド302とを備えて構成される。 The overall configuration of a particle beam therapy device is shown in Figure 3. As shown in Figure 3, the particle beam therapy device is configured with an accelerator 500 that forms a particle beam, a beam transport system 200 that transports the particle beam, an irradiation device 300 that irradiates a patient 301 with the particle beam, and a bed 302 on which the patient 301 is placed.

加速器500は、図3の例では、前段加速器であるライナック501と、ライナック501が形成した粒子線をさらに加速するシンクロトロン502とを備えた構成であるが、この構成に限らず、サイクロトロン等を用いることももちろん可能である。 In the example shown in FIG. 3, the accelerator 500 is configured to include a linac 501, which is a pre-stage accelerator, and a synchrotron 502, which further accelerates the particle beam formed by the linac 501, but it is not limited to this configuration and it is of course possible to use a cyclotron or the like.

ビーム輸送系200は、加速器500で形成された粒子線を輸送するダクト204と、ダクト204内の粒子線に偏向磁場を印加する偏向磁石201,202,203と、粒子線を収束させる磁場を印加する四極磁石211と、軌道補正磁石212とを備えている。 The beam transport system 200 includes a duct 204 that transports the particle beam formed by the accelerator 500, deflection magnets 201, 202, and 203 that apply a deflection magnetic field to the particle beam in the duct 204, a quadrupole magnet 211 that applies a magnetic field to focus the particle beam, and an orbit correction magnet 212.

ダクト204には、回転連結部214が設けられ、回転連結部214よりも加速器500寄りの固定部に対して、回転連結部214よりも先端側は、回転連結部214の機構によって回転可能である。 The duct 204 is provided with a rotary coupling 214, and the tip side of the rotary coupling 214 can rotate by the mechanism of the rotary coupling 214 with respect to a fixed part closer to the accelerator 500 than the rotary coupling 214.

回転連結部214よりも先端側のビーム輸送系200は、不図示の回転リングに搭載され、駆動部によって回転リングが回転するのに伴って、回転軸1213を中心に回動する。 The beam transport system 200, which is located further distal than the rotary connection 214, is mounted on a rotating ring (not shown) and rotates about the rotation axis 1213 as the rotating ring is rotated by the drive unit.

これにより、ビーム輸送系200は、回転リングおよび駆動部とともに、回転ガントリ400を構成している。 As a result, the beam transport system 200, together with the rotating ring and drive unit, constitutes the rotating gantry 400.

照査装置300には患部の形に合わせてビーム照射位置を移動するための走査用電磁石303が搭載されている。 The scanning device 300 is equipped with a scanning electromagnet 303 for moving the beam irradiation position according to the shape of the affected area.

加速器500から出射されたビームはビーム輸送系200を通過する間に、偏向磁石201,202,203によってビーム輸送経路に沿って曲げられて移送され、4極磁石211や軌道補正磁石212によってビームの形状や位置が調整される。また、ビームは、照射装置300に設置された走査電磁石303によって、ビーム軸に対して垂直な方向に振られ、これにより患部をなぞるように照射される。 As the beam emitted from the accelerator 500 passes through the beam transport system 200, it is bent and transported along the beam transport path by the deflection magnets 201, 202, and 203, and the shape and position of the beam are adjusted by the quadrupole magnet 211 and the trajectory correction magnet 212. In addition, the beam is deflected in a direction perpendicular to the beam axis by the scanning electromagnet 303 installed in the irradiation device 300, so that the affected area is irradiated in a tracing manner.

これらの磁石201~203、211、212および213は、ビームのエネルギーに合わせて発生磁場強度が変更される。なお、ビームのエネルギー変更は、加速器500において行ってもよいし、輸送系200の途中にディグレーダを配置して所望量減衰させることによりエネルギーを変更してもよい。 The strength of the magnetic field generated by these magnets 201-203, 211, 212, and 213 is changed according to the energy of the beam. The energy of the beam may be changed in the accelerator 500, or a degrader may be placed midway along the transport system 200 to attenuate the energy by the desired amount.

<偏向電磁石203の構成例>
以下、図4、図5および図6を用いて、本実施形態の電磁石装置を重粒子線治療装置用の偏向磁石203として用いた例について説明する。偏向磁石203は、粒子線を30度偏向させる電磁石を、ダクト204に沿って3つ並べ、90度偏向させる構成である。なお、偏向磁石201,202も、構成する超電導コイルの個数が偏向磁石203とは異なるが、基本的な構成は同様である。
<Configuration example of bending electromagnet 203>
An example in which the electromagnet device of this embodiment is used as a bending magnet 203 for a heavy particle beam therapy device will be described below with reference to Figures 4, 5 and 6. The bending magnet 203 is configured such that three electromagnets that bend a particle beam by 30 degrees are arranged along a duct 204, and bend the particle beam by 90 degrees. Note that the bending magnets 201 and 202 also differ from the bending magnet 203 in the number of superconducting coils that constitute them, but have the same basic configuration.

図4は、偏向磁石203の側面図、図5は図4のA-A'断面図である。図6は、偏向磁石203内の超電導コイル20,21の配置を示す斜視図である。偏向磁石203は、複数の超電導コイル20,21(101~104)と、電源8a、8bと、断熱容器110と、冷凍機120と、複数対のリード30a,30b,31a、31bと、を備えている。 Figure 4 is a side view of the deflection magnet 203, and Figure 5 is a cross-sectional view taken along line A-A' in Figure 4. Figure 6 is a perspective view showing the arrangement of superconducting coils 20, 21 within the deflection magnet 203. The deflection magnet 203 comprises multiple superconducting coils 20, 21 (101-104), power sources 8a, 8b, a thermal insulation container 110, a refrigerator 120, and multiple pairs of leads 30a, 30b, 31a, 31b.

超電導コイル101と102は、図5のように直列に接続され、超電導コイル20を構成している。超電導コイル103と104は、直列に接続され超電導コイル21を構成している。超電導コイル20、21は、図5のように電源8a、8bと交互に直列に接続され、図1および図2に示した本実施形態の電磁石装置を構成している。超電導コイル101~104は、それぞれが形成する磁場を重ね合わせて、ダクト204内を輸送される粒子線に対して所定の強度分布の磁場213を形成して印加する。具体的には、粒子線の進行方向214に対して直交する磁場213を印加する。これにより、磁場方向213および粒子線の進行方向214に対して直交する方向215へ粒子線を偏向させる。 The superconducting coils 101 and 102 are connected in series as shown in FIG. 5 to form the superconducting coil 20. The superconducting coils 103 and 104 are connected in series to form the superconducting coil 21. The superconducting coils 20 and 21 are alternately connected in series to the power sources 8a and 8b as shown in FIG. 5 to form the electromagnet device of this embodiment shown in FIG. 1 and FIG. 2. The superconducting coils 101 to 104 superimpose the magnetic fields they respectively form to form and apply a magnetic field 213 with a predetermined intensity distribution to the particle beam transported within the duct 204. Specifically, the magnetic field 213 perpendicular to the traveling direction 214 of the particle beam is applied. This deflects the particle beam in a direction 215 perpendicular to the magnetic field direction 213 and the traveling direction 214 of the particle beam.

なお、ここでは一例として、図6に示すように、超電導コイル20,21(101~104)は、主平面内に長径と短径を有する扁平な形状に巻回され、長径がダクト204の軸方向に沿うように配置されている。長径方向は、ダクト204の湾曲に沿うように湾曲している。超電導コイル20,21(101~104)は、主平面が、粒子線を偏向させる面内に平行になるように、ダクト204の周囲の4方向に配置されている。超電導コイル101と102、超電導コイル103と104は、それぞれ粒子線が輸送されるダクト204を挟んで対向している。 As an example, as shown in FIG. 6, the superconducting coils 20, 21 (101-104) are wound in a flat shape having a major axis and a minor axis in the main plane, and are arranged so that the major axis is along the axial direction of the duct 204. The major axis direction is curved so as to follow the curvature of the duct 204. The superconducting coils 20, 21 (101-104) are arranged in four directions around the duct 204 so that the main plane is parallel to the plane in which the particle beam is deflected. The superconducting coils 101 and 102, and the superconducting coils 103 and 104 face each other across the duct 204 through which the particle beam is transported.

断熱容器110は、複数の超電導コイル20,21(101~104)を内部空間に収容している。図5の例では、断熱容器110は、真空容器111とその内側に配置された輻射シールド112とを備えている。 The thermal insulation container 110 houses multiple superconducting coils 20, 21 (101 to 104) in its internal space. In the example of FIG. 5, the thermal insulation container 110 includes a vacuum container 111 and a radiation shield 112 arranged inside the vacuum container 111.

冷凍機120は、断熱容器110に搭載されている。例えば、冷凍機120は、1段目(例えば40k)が輻射シールドに熱的に接続されており、輻射シールド112を1段目の温度まで冷却する。2段目(例えば4k)は、銅のメッシュ等(不図示)により超電導コイル101~104に熱的に接続されており、伝導冷却により超電導コイル101~104を冷却する。 The refrigerator 120 is mounted in the insulated container 110. For example, the first stage (e.g., 40k) of the refrigerator 120 is thermally connected to the radiation shield and cools the radiation shield 112 to the temperature of the first stage. The second stage (e.g., 4k) is thermally connected to the superconducting coils 101-104 by a copper mesh or the like (not shown) and cools the superconducting coils 101-104 by conduction cooling.

複数対(ここでは2対)のリード(以下、パワーリードとも呼ぶ)30a、30b、31a、31bは、一端が超電導コイル20,21(101~104)の端部にそれぞれ接続され、他端が断熱容器110の内部から外部に引き出されている。 Multiple pairs (two pairs in this case) of leads (hereafter also referred to as power leads) 30a, 30b, 31a, 31b have one end connected to the end of each of the superconducting coils 20, 21 (101-104) and the other end extended from the inside of the insulating container 110 to the outside.

また、図示していないが、超電導コイル20,21(101~104)のクエンチ時に、超電導コイルを流れる電流を、リード30a、30b、31a、31bを介して受け取って消費する保護要素が、断熱容器110の外に配置されている。 In addition, although not shown, a protective element that receives and consumes the current flowing through the superconducting coils 20, 21 (101-104) via leads 30a, 30b, 31a, and 31b when the superconducting coils 20, 21 (101-104) are quenched is disposed outside the insulating container 110.

このように、本実施形態の偏向磁石203では、粒子線の偏向に必要な磁場213を発生するコイルを超電導コイル20、21に分割し、電源8a,8bと構造に直列接続している。このように、所望の磁場213を形成するコイルを複数のコイル20,21に分割することにより、一つのコイルのインダクタンスを小さくすることができるため、限られた出力電圧の電源8a,8bを用いながら、コイル20,21に供給する電流の大きさを、コイルを分割していない場合よりも高速に変化させることが可能になる。 In this way, in the deflection magnet 203 of this embodiment, the coil that generates the magnetic field 213 required for deflecting the particle beam is divided into superconducting coils 20 and 21, which are connected in series to the power sources 8a and 8b in the structure. In this way, by dividing the coil that forms the desired magnetic field 213 into multiple coils 20 and 21, the inductance of each coil can be reduced, so that while using power sources 8a and 8b with a limited output voltage, it is possible to change the magnitude of the current supplied to the coils 20 and 21 more quickly than if the coils were not divided.

しかも、分割されたコイル20,21には同じ値の電流が流れるため、電流値を変化させた場合であっても、コイル20が発生する磁場とコイル21が発生する磁場213の強度バランスを維持することができる。したがって、磁場213の空間分布を維持しながら、磁場213の強度を高速に変化させることができる。 In addition, because the same current flows through the divided coils 20 and 21, the strength balance between the magnetic field generated by coil 20 and the magnetic field 213 generated by coil 21 can be maintained even when the current value is changed. Therefore, the strength of the magnetic field 213 can be changed at high speed while maintaining the spatial distribution of the magnetic field 213.

さらに、本実施形態の偏向磁石203は、簡素な回路構成であり、電流を変化させる際には、回路を流れる電流値を変化させるように電源8aおよび/または電源8bを調整すれば足りる。よって、小型な偏向磁石203を提供できる。 Furthermore, the deflection magnet 203 of this embodiment has a simple circuit configuration, and when changing the current, it is sufficient to adjust the power supply 8a and/or the power supply 8b so as to change the value of the current flowing through the circuit. Therefore, a small deflection magnet 203 can be provided.

具体例としては、図4の偏向磁石203は、430MeV/uの炭素イオンを等価半径2.4mで90度偏向させるものであり、粒子線を30度偏向させる磁石(超電導コイル20,21)がダクト204に沿って3つ並べてクライオスタット(断熱容器110)に納められている。複数のGM冷凍機120で冷却されて超電導状態となって運転される。 As a specific example, the deflection magnet 203 in FIG. 4 deflects 430 MeV/u carbon ions by 90 degrees with an equivalent radius of 2.4 m, and three magnets (superconducting coils 20, 21) that deflect the particle beam by 30 degrees are arranged along the duct 204 and housed in a cryostat (insulated container 110). They are cooled by multiple GM refrigerators 120 and operated in a superconducting state.

30度偏向させる磁石(超電導コイル20,21)の発生する磁場213は、磁石の中心で約3.7Tであり、定格運転状態における30度磁石の蓄積エネルギーは約430kJである。 The magnetic field 213 generated by the magnet (superconducting coils 20, 21) that deflects by 30 degrees is approximately 3.7 T at the center of the magnet, and the stored energy of the 30-degree magnet in rated operating conditions is approximately 430 kJ.

超電導コイル20,21を分割せずに、600Vの電源の1台で運転する場合には、磁場変更速度は0.43T/secであったが、本実施形態の偏向磁石203では、超電導コイル20,21と電源8a,8bとを交互に直列に接続したことにより、それぞれ600Vの電源8aおよび電源8bにより約2倍の0.80T/secとすることができる。また、1レイヤーあたりのエネルギー変更に伴う磁場変更時間を30msec未満とすることができる。 When the superconducting coils 20, 21 are not divided and are operated with a single 600V power supply, the magnetic field change speed is 0.43 T/sec. However, in the deflection magnet 203 of this embodiment, the superconducting coils 20, 21 and the power supplies 8a, 8b are alternately connected in series, and the speed can be increased to approximately double that, 0.80 T/sec, with the power supplies 8a and 8b each being 600V. In addition, the magnetic field change time associated with the energy change per layer can be reduced to less than 30 msec.

<走査用電磁石303の構成例>
また、本実施形態の電磁石装置を、粒子線治療装置の照射装置300に搭載した走査用電磁石(常伝導)303に適用することも可能である。
<Configuration Example of Scanning Electromagnet 303>
The electromagnet device of this embodiment can also be applied to the scanning electromagnet (normally conductive) 303 mounted on the irradiation device 300 of a particle beam therapy device.

これにより、走査用電磁石303は、従来の2.0倍の積分磁場強度の磁場を発生することができるため、従来の照射野の大きさを維持したまま出射部のノズル長を例えば1.2m低減することができる。この場合、照射装置300を搭載する回転ガントリの直径を2.4m低減でき、回転ガントリの重量を20トン低減することができる。 As a result, the scanning electromagnet 303 can generate a magnetic field with an integrated magnetic field strength 2.0 times that of the conventional one, so the nozzle length of the emission section can be reduced by, for example, 1.2 m while maintaining the size of the conventional irradiation field. In this case, the diameter of the rotating gantry on which the irradiation device 300 is mounted can be reduced by 2.4 m, and the weight of the rotating gantry can be reduced by 20 tons.

<本実施形態の概念の詳細説明>
以下、本実施形態の電磁石装置について、さらに詳しく説明する。
<Detailed explanation of the concept of this embodiment>
The electromagnetic device of this embodiment will be described in further detail below.

一般に、電磁石装置の発生する磁場強度を高速変更するためには、運転電流の時間変化分と磁石のインダクタンスの積で決まる誘導電圧に打ち勝つように、励磁電源から電圧を印加して磁石に流し込む必要があることが知られている。 It is generally known that in order to rapidly change the magnetic field strength generated by an electromagnetic device, it is necessary to apply a voltage from an excitation power supply to the magnet so that it overcomes the induced voltage, which is determined by the product of the time change in operating current and the inductance of the magnet.

粒子線治療装置用途の電磁石装置(偏向磁石203等)は、ビームエネルギーに対して定められた磁場強度を正確に発生する必要があり、したがって超電導コイル(以下、電磁石装置の超電導コイルを電磁石と呼ぶ)は、定められた電流値で正確に運転される必要がある。そのため、これらの電磁石を運転するためには、電源として制御電源が利用される。制御電源における回路の出力段には、トランジスタ、MOSFET、IGBTなどの半導体素子が配置され、これらの素子によって出力電流(電圧)を制御することによって、電磁石には所定の電流が通電される。半導体素子の配置例については、後で説明する。 Electromagnet devices (such as bending magnet 203) used in particle beam therapy devices must accurately generate a magnetic field strength that is set relative to the beam energy, and therefore the superconducting coils (hereinafter, the superconducting coils of an electromagnet device will be referred to as electromagnets) must be operated accurately at a set current value. For this reason, a controlled power supply is used as the power source to operate these electromagnets. Semiconductor elements such as transistors, MOSFETs, and IGBTs are arranged in the output stage of the circuit in the controlled power supply, and a specified current is passed through the electromagnets by controlling the output current (voltage) using these elements. An example of the arrangement of the semiconductor elements will be explained later.

励磁電源において出力可能な最大電圧は、出力段の半導体素子の耐電圧によって制約を受けることから、電磁石の磁場の掃引速度はこの電圧で制限される。例えば耐電圧が600Vの半導体素子を用いて±600Vと両極の電圧を出力する場合、電磁石は1200Vでドライブされることになる。電磁石で発生する誘導性電圧と抵抗性電圧の和は、この1200Vを越えない範囲で運転できる。 The maximum voltage that can be output from an excitation power supply is restricted by the withstand voltage of the semiconductor elements in the output stage, so the sweep speed of the electromagnet's magnetic field is limited by this voltage. For example, if a semiconductor element with a withstand voltage of 600V is used to output voltages of ±600V with both polarities, the electromagnet will be driven at 1200V. The sum of the inductive and resistive voltages generated by the electromagnet can be operated within a range that does not exceed 1200V.

<比較例1>
そこで、比較例として図7(a)に示すように電磁石(コイル)と励磁電源とが直列に接続された電磁石装置の回路を考える。この電磁石装置の電磁石のインダクタンスは2Lであり、電磁石に印加される電圧は2Voであるから、抵抗成分による電圧発生を無視すると、電磁石に通電されている電流の変化率はVo/L (A/sec)となる。磁場変化速度は、電流の変化率に比例するから、図7(a)のインダクタンスが大きな磁石ほど磁場変化率は小さくなる。
<Comparative Example 1>
As a comparative example, consider the circuit of an electromagnet device in which an electromagnet (coil) and an excitation power supply are connected in series as shown in Fig. 7(a). The inductance of the electromagnet in this electromagnet device is 2L, and the voltage applied to the electromagnet is 2Vo, so if we ignore the voltage generated by the resistance component, the rate of change of the current passing through the electromagnet is Vo/L (A/sec). Since the rate of change of the magnetic field is proportional to the rate of change of the current, the rate of change of the magnetic field becomes smaller for magnets with larger inductance in Fig. 7(a).

<比較例2>
上述のように、電磁石の運転速度は、電源電圧で制限を受けるため、インダクタンスが大きな電磁石は、誘導性電圧のために運転速度が上げることができなくなる。これを回避する方法の一つは、図7(b)に示したように、電磁石を分割し、分割されたそれぞれの電磁石を電源でドライブする方法である。この場合、電磁石は分割されて電源から見たインダクタンスは小さくなるため磁場の変化速度を大きくできる。
<Comparative Example 2>
As mentioned above, the operating speed of an electromagnet is limited by the power supply voltage, so an electromagnet with a large inductance cannot increase its operating speed due to inductive voltage. One way to avoid this is to divide the electromagnet and drive each of the divided electromagnets with a power supply, as shown in Figure 7(b). In this case, the electromagnet is divided and its inductance as seen from the power supply becomes smaller, so the rate of change of the magnetic field can be increased.

図7(b)のような分割された回路は、インダクタンスLの2つの電磁石がそれぞれ電圧2Voでドライブされることになるので、抵抗成分による電圧発生を無視すると、電磁石に通電されている電流の変化率は、2Vo/L (A/sec)となる。図7(b)の回路を、図7(a)のように磁石が分割されていない回路と比べると、電流の変化率が2倍になっているので、磁場変化率を2倍にできることがわかる。 In a divided circuit such as that shown in Figure 7(b), two electromagnets with inductance L are each driven by a voltage of 2Vo, so if we ignore the voltage generated by the resistance component, the rate of change of the current passing through the electromagnets is 2Vo/L (A/sec). When comparing the circuit in Figure 7(b) with a circuit in which the magnets are not divided, such as that shown in Figure 7(a), we can see that the rate of change of the current is twice as high, and therefore the rate of change of the magnetic field can be doubled.

図7(b)のの回路は、電磁石が分割され、それぞれを別々の電源で運転されるため、独立した電磁石が複数あることになる。よって、それぞれの磁石には任意の大きさの電流を流すことができる。 In the circuit in Figure 7(b), the electromagnet is divided and each part is operated by a separate power source, so there are multiple independent electromagnets. Therefore, any amount of current can be passed through each magnet.

しかしながら、粒子線治療装置においてビームに対して磁場を印加する磁石のように、精密に磁場の強度分布の制御が必要とされる磁石装置もある。図7(b)のように、本来ひとつの電磁石であったものを2つに分割して別々の電源で駆動すると、2つの電磁石に流れている電流値を厳密に一致させることは困難である。したがって、図7(b)の電磁石装置では、2つの電磁石の電流が一致させるために、別途、制御装置が必要となる。また、図7(a)のように1つの電源で、分割されていない磁石を駆動することに比べると、磁場精度、磁場安定性の面で不利となる。 However, there are magnet devices that require precise control of the magnetic field strength distribution, such as magnets that apply a magnetic field to beams in particle beam therapy devices. As shown in Figure 7(b), if what was originally a single electromagnet is split into two and driven by separate power supplies, it is difficult to precisely match the current values flowing through the two electromagnets. Therefore, the electromagnet device of Figure 7(b) requires a separate control device to match the currents in the two electromagnets. Also, compared to driving an unsplit magnet with a single power supply as in Figure 7(a), this is disadvantageous in terms of magnetic field precision and magnetic field stability.

<本実施形態の電磁石装置>
そこで、本実施形態の電磁石装置では、図2に示すように、分割された電磁石(超電導コイル)20,21と励磁電源8a,8bが交互に並ぶように直列接続された回路構成としている。図2のような回路構成にすることにより、電流は1本の閉回路を流れることになるので2つの磁石20,21に流れる電流を一致させることができる。
<Electromagnet device of this embodiment>
Therefore, in the electromagnet device of this embodiment, the divided electromagnets (superconducting coils) 20, 21 and the excitation power supplies 8a, 8b are connected in series so as to be arranged alternately as shown in Fig. 2. By configuring the circuit as shown in Fig. 2, the current flows through one closed circuit, so that the currents flowing through the two magnets 20, 21 can be made to match each other.

図2のような回路では、インダクタンスLの2つの電磁石20,21が、電圧2Voの2台の励磁電源8a,8bの電圧でドライブされることになるので、抵抗成分による電圧発生を無視すると磁石に通電されている電流の変化率は(2Vo+2Vo)/(L+L)=2Vo/L (A/sec)となる。 In a circuit like that shown in Figure 2, two electromagnets 20, 21 with inductance L are driven by the voltage of two excitation power supplies 8a, 8b with a voltage of 2Vo. If we ignore the voltage generated by the resistance component, the rate of change of the current passing through the magnets is (2Vo+2Vo)/(L+L)=2Vo/L (A/sec).

図2の回路を、図7(a)のように磁石が分割されていない回路と比べると、電流の変化率が2倍になっているので、磁場変化率を2倍にすることができる。 Comparing the circuit in Figure 2 with a circuit in which the magnet is not divided, as in Figure 7(a), the rate of change of the current is doubled, and therefore the rate of change of the magnetic field can be doubled.

また、図2の回路図では、接地(グランド)の位置を図示していないが、例えばそれぞれの電源の内部の中間点が接地されている場合、それぞれのコイル(インダクタンスL)の両端の電位は+Voと-Voとなり2Voの電圧で運転される。回路を電源8aを起点に右回りに眺めると、電源8aの出口側の電位がVo、コイル20の入り口で+Vo、出口で-Voとなって電源8bにつながり、電源8bで2Vo電圧を持ち上げてコイル21の入り口で+Vo、出口で-Voとなって電源8aに戻り、電源8a,8bと電磁石20,21の両端における電位関係が破たんしていないことが分かる。この場合、磁石全体としては4|Vo|の電圧で運転されているが、回路の最大対地電圧は|Vo|である。 In addition, the circuit diagram in Figure 2 does not show the location of the ground, but for example, if the internal midpoint of each power supply is grounded, the potentials at both ends of each coil (inductance L) will be +Vo and -Vo, and they will be operated at a voltage of 2Vo. Looking at the circuit clockwise from power supply 8a as the starting point, we can see that the potential at the outlet side of power supply 8a is Vo, +Vo at the inlet of coil 20 and -Vo at the outlet, which connects to power supply 8b, and power supply 8b raises the voltage by 2Vo, becoming +Vo at the inlet of coil 21 and -Vo at the outlet, which returns to power supply 8a, and the potential relationship between power supplies 8a, 8b, and both ends of electromagnets 20, 21 is not broken. In this case, the magnet as a whole is operated at a voltage of 4|Vo|, but the maximum voltage to ground of the circuit is |Vo|.

電源は、交流電圧を発生し、前記交流電圧の極大値は、正の電位であり、極小値は負の電位である。
もし仮に、図2の回路の電源8a,8bと電磁石20,21を交互に並べずに、電源8a,8bを1か所にまとめて直列接続した場合、短絡電流が流れるためにそれぞれの電源8a、8bの内部の中点で接地を取ることはできない。また、電源内部を含む回路のどこか適切な1か所で接地を取った場合としても、この回路における最大対地電圧は2|Vo|になるため、電源を構成する半導体素子の耐圧|Vo|を越えてしまう。また、電磁石20,21自体の絶縁についても2|Vo|に対して持つようにしなければならないため、絶縁構造が大掛かりになる。
The power source generates an AC voltage, the maximum value of which is a positive potential and the minimum value of which is a negative potential.
If the power supplies 8a, 8b and the electromagnets 20, 21 in the circuit of Fig. 2 were not alternately arranged, but the power supplies 8a, 8b were connected together in one place in series, short-circuit current would flow, making it impossible to ground the midpoint inside each of the power supplies 8a, 8b. Even if the power supplies were grounded at one suitable point inside the circuit, including the power supplies, the maximum voltage to ground in this circuit would be 2|Vo|, which would exceed the withstand voltage |Vo| of the semiconductor elements that make up the power supplies. In addition, the electromagnets 20, 21 themselves would need to be insulated against 2|Vo|, which would require a complex insulation structure.

ここまでは、電源としては±Vo出力可能なバイポーラ―電源(両極電源)での構成について説明した。対地電圧をVoのままコイルの運転電圧を最大化するためには両極電源が望ましい。しかし、安価な電源で構成したい場合や、高速減磁せず大きな負電圧が不要の場合には、発生電圧が0-Voの単極電源で同様に構成することも可能である。この場合、0Vとなる点を接地すればよい。 So far, we have explained the configuration of a bipolar power supply (bipolar power supply) capable of outputting ±Vo as the power supply. A bipolar power supply is desirable in order to maximize the operating voltage of the coil while keeping the voltage to ground at Vo. However, if you want to configure it using an inexpensive power supply, or if you do not need high-speed demagnetization and do not require a large negative voltage, it is also possible to configure it in the same way using a unipolar power supply that generates a voltage of 0-Vo. In this case, you can simply ground the point where the voltage becomes 0V.

<<実施形態2>>
つぎに、実施形態2の電磁石装置について説明する。実施形態2の電磁石装置は、図8のように、複数のコイル20、21との電源8a,8bが交互に並ぶように直列に接続されているという点では実施形態1と同様であるが、2つのコイル120,121のインダクタンスの大きさがそれぞれL1、L2と異なり、電源18aの電圧2|Vo1|と電源18bの電圧2|Vo2|も異なっている点が実施形態1とは相違している。
<<Embodiment 2>>
Next, an electromagnet device of embodiment 2 will be described. The electromagnet device of embodiment 2 is similar to embodiment 1 in that a plurality of coils 20, 21 and power sources 8a, 8b are connected in series so as to be arranged alternately as shown in Fig. 8, but differs from embodiment 1 in that the magnitudes of inductance of two coils 120, 121 are different, L1 and L2, respectively, and the voltage 2|Vo1| of the power source 18a and the voltage 2|Vo2| of the power source 18b are also different.

図8の電磁石装置では、インダクタンスL1、L2のコイル120,120を±Vo1、±Vo2の電源8a,8bが直列に接続されているため、2(Vo1+Vo2)の電圧でインダクタンス(L1+L2)をドライブしており、回路全体としての電流変化率は 2(Vo1+Vo2)/(L1+L2)となる。また、インダクタンスL1、L2のそれぞれのコイル20,21にかかる電圧は、自動的に分圧され、それぞれ2(Vo1+Vo2)L1/(L1+L2)と2(Vo1+Vo2)L2/(L1+L2)となる。 In the electromagnet device of FIG. 8, the coils 120, 120 of the inductances L1, L2 are connected in series to the power supplies 8a, 8b of ±Vo1, ±Vo2, so the inductance (L1+L2) is driven by a voltage of 2(Vo1+Vo2), and the current change rate of the entire circuit is 2(Vo1+Vo2)/(L1+L2). In addition, the voltages applied to the coils 20, 21 of the inductances L1, L2 are automatically divided and become 2(Vo1+Vo2)L1/(L1+L2) and 2(Vo1+Vo2)L2/(L1+L2), respectively.

よって、本実施形態の電磁石装置は、コイル120,121のインダクタンスが異なっていても、電源8a、8bの電圧が異なっていても、何ら問題なく分圧され、実施形態1と同様の効果を達成することができる。すなわち、電圧値の異なる電源8a、8bを特別に制御するための回路等は、必要としない。 Therefore, in the electromagnet device of this embodiment, even if the inductances of the coils 120 and 121 are different, or even if the voltages of the power sources 8a and 8b are different, the voltages are divided without any problems, and the same effect as in embodiment 1 can be achieved. In other words, there is no need for a circuit or the like for specially controlling the power sources 8a and 8b, which have different voltage values.

<<実施形態3>>
実施形態3として、実施形態1の図1の電磁石装置であって、励磁電源8a,8bの出力段がそれぞれIGBT80を用いたフルブリッジ回路である具体例について図9(a)を用いて説明する。
<<Embodiment 3>>
As a third embodiment, a specific example of the electromagnetic device of the first embodiment shown in FIG. 1 in which the output stages of the excitation power supplies 8a and 8b are full-bridge circuits using IGBTs 80 will be described with reference to FIG. 9(a).

図9(a)に示すように励磁電源8aは、それぞれダイオード83が逆並列に接続された2つのIGBT80を直列に接続した構成のアーム82a-1、82a-2を並列に接続したフルブリッジ回路である。励磁電源8bも同様のアーム82b-1、82b-2を並列に接続したフルブリッジ回路である。コイル20は、アーム82a-1の中点とアーム82b-1の中点に両端が接続されている。コイル21は、アーム82a-2の中点とアーム82b-2の中点に両端が接続されている。すなわち、二つの電源8a,8bにまたがってコイル20,21が配置されているのが特徴である。 As shown in FIG. 9(a), the excitation power supply 8a is a full bridge circuit in which arms 82a-1 and 82a-2 are connected in parallel, and each arm is configured with two IGBTs 80 connected in series, with a diode 83 connected in anti-parallel. The excitation power supply 8b is also a full bridge circuit in which arms 82b-1 and 82b-2 are connected in parallel. Both ends of the coil 20 are connected to the midpoint of the arm 82a-1 and the midpoint of the arm 82b-1. Both ends of the coil 21 are connected to the midpoint of the arm 82a-2 and the midpoint of the arm 82b-2. In other words, the coils 20 and 21 are arranged across the two power supplies 8a and 8b.

それぞれの電源8a,8bのアームよりも上流の整流回路部は互いに絶縁されている必要がある。 The rectifier circuit sections upstream of the arms of each power supply 8a, 8b must be insulated from each other.

なお、ここには負荷のインダクタンスと電源内部に流れる電流を説明するための簡略化した回路であり、定電流制御をするための制御回路などについては図示していないが、フルブリッジ回路のIGBT80には、ゲートをスイッチングするゲート信号を出力する制御回路が接続されている。 Note that this is a simplified circuit to explain the load inductance and the current flowing inside the power supply, and does not show a control circuit for constant current control, but a control circuit that outputs a gate signal to switch the gate is connected to the IGBT 80 in the full bridge circuit.

図9(b)に、コイル20、21に電流が投入される瞬間の電流の流れを示す。図9(b)から明らかなように、コイル20,21に流れる電流は一続きとなっており、電源8a,8bから供給される電圧とコイル20,21のインダクタンスが交互に並ぶように構成されている。このように、実施形態3の電磁石装置は、電流パスが1つの閉回路となっているため、2つのコイル20,21に流れる電流は自動的に同じ値となる。 Figure 9(b) shows the current flow at the moment when current is applied to coils 20, 21. As is clear from Figure 9(b), the current flowing through coils 20, 21 is continuous, and is configured so that the voltage supplied from power sources 8a, 8b and the inductance of coils 20, 21 are arranged alternately. In this way, in the electromagnet device of embodiment 3, the current path is one closed circuit, so the current flowing through the two coils 20, 21 automatically becomes the same value.

また、図9(a)の電磁石装置は、励磁する電源8a,8bの電圧やコイル20,21のインダクタンスに差があっても、コイル20,21に流れる電流は一致する。 In addition, in the electromagnet device of FIG. 9(a), even if there is a difference in the voltage of the exciting power sources 8a and 8b or the inductance of the coils 20 and 21, the currents flowing through the coils 20 and 21 are the same.

よって、本質的にはそれぞれの電源8a,8bのフルブリッジ回路は、回路に流れる電流をモニターし、所望の電流値になるように同じタイミングでIGBTのゲートをオンオフすればよい。モニターする電流は1箇所でよいため、ゲートのオンオフする制御信号を出力する制御回路(図示せず)も1つでよい。2つの電源8a,8bのIGBTに対して、この制御回路から制御信号を送り、プラス(+)側に電流を供給する(コイルに電流を継ぎ足す)ときにはアーム82a-1の上側IGBT、82b-1の下側IGBT、およびアーム82a-2の下側IGBT、アーム82b-2の上側IGBTを同一タイミングでスイッチング(オン)して、図9(b)のように電流を流し、マイナス(-)側に電流を供給する(コイルから電流を引き抜く)ときには、残りのIGBTを同一タイミングでオンにすればよい。
このように、電源8a,8bのフルブリッジ回路の切換タイミングを変更してコイル20,21に流れる電流を変化させることにより、コイル20,21の磁場が重なり合って形成される磁場分布を保ったまま、磁場強度を変化させることができる。
Therefore, essentially, the full bridge circuits of the power supplies 8a and 8b monitor the current flowing through the circuit and turn on and off the gates of the IGBTs at the same timing to achieve the desired current value. Since the current to be monitored needs to be monitored at one location, only one control circuit (not shown) is required to output a control signal for turning on and off the gates. A control signal is sent from this control circuit to the IGBTs of the two power supplies 8a and 8b, and when a current is supplied to the plus (+) side (current is added to the coil), the upper IGBT of the arm 82a-1, the lower IGBT of 82b-1, the lower IGBT of the arm 82a-2, and the upper IGBT of the arm 82b-2 are switched (turned on) at the same timing to flow current as shown in FIG. 9B, and when a current is supplied to the minus (-) side (current is drawn from the coil), the remaining IGBTs are turned on at the same timing.
In this way, by changing the switching timing of the full bridge circuit of the power supplies 8a and 8b to change the current flowing through the coils 20 and 21, it is possible to change the magnetic field strength while maintaining the magnetic field distribution formed by the overlapping magnetic fields of the coils 20 and 21.

<比較例3>
実施形態3の比較例の電磁石装置を図10に示す。
<Comparative Example 3>
An electromagnetic device as a comparative example of the third embodiment is shown in FIG.

図10のように、出力段がIGBTのフルブリッジである電源をつかって、2つのコイルを並列に励磁する回路構成である。並列に2つのコイルをドライブするため、2つのコイルの励磁動作は、それぞれ独立した電源により別々のコイルを励磁するのと同等であり、図7(b)の回路と等価である。 As shown in Figure 10, this circuit configuration uses a power supply whose output stage is a full-bridge IGBT to excite two coils in parallel. Because two coils are driven in parallel, the excitation operation of the two coils is equivalent to exciting separate coils with independent power supplies, and is equivalent to the circuit in Figure 7(b).

<<実施形態4>>
実施形態4として、実施形態1の図1の電磁石装置であって、励磁電源8a,8bとしてトランジスタ81を用いたシリーズドロッパを用いた場合の回路構成を図11(a)に示す。実施形態3と同様に、2つの電源8a,8bにまたがってコイル20,21が配置される。
<<Embodiment 4>>
11A shows a circuit configuration of the electromagnet device of the first embodiment shown in FIG. 1, in which a series dropper using a transistor 81 is used as the excitation power supplies 8a and 8b. As in the third embodiment, the coils 20 and 21 are arranged across the two power supplies 8a and 8b.

図11(b)に示すように、コイル20、21に電流が投入される瞬間の電流の流れを示す。図11(b)に示されるようにコイル20,21に流れる電流は一続きとなっており、電圧を印加する電源8a,8bとインダクタンスを持つコイル20,21が交互に並ぶように構成されている。電流パスが1つの閉回路となっていることから、自動的に2つの電磁石に流れる電流は同じものとなる。シリーズドロッパの場合にはカレントミラー回路を構成するなどトランジスタを協調させて動作させて同一の電流が流れるように構成し、電流を制御する制御部を一つとすることが望ましい。 Figure 11(b) shows the current flow at the moment when current is applied to coils 20, 21. As shown in Figure 11(b), the current flowing through coils 20, 21 is continuous, and the power sources 8a, 8b that apply voltage and the coils 20, 21 with inductance are arranged alternately. Since the current path is one closed circuit, the current flowing through the two electromagnets is automatically the same. In the case of a series dropper, it is desirable to configure the transistors to operate in cooperation, such as by forming a current mirror circuit, so that the same current flows, and to have a single control unit that controls the current.

本実施形態4の電磁石装置の効果は、実施形態1と同様であるので説明を省略する。 The effects of the electromagnet device of this embodiment 4 are similar to those of embodiment 1, so a detailed explanation will be omitted.

<<実施形態5>>
実施形態5として、電源性能の異なる2電源で構成された、MRI装置用の超電導磁石装置について図12(a),(b)を用いて説明する。
<<Embodiment 5>>
As a fifth embodiment, a superconducting magnet device for an MRI apparatus, which is composed of two power sources with different power source performance, will be described with reference to Figs.

図12(a)は、MRI用超電導磁石装置を模式的に表現したものである。MRI用超電導磁石装置は、コイル20,21として、高温超電導材料であるMgBを巻きまわしたものを用いる。このMRI用超電導磁石装置は、従来のNbTiのコイルを用いるMRI用超電導磁石装置のような永久電流モード磁石ではなく、電源18a,18bから電流を常に供給して磁場を発生させるドライブモード磁石である。 Fig. 12(a) is a schematic representation of a superconducting magnet device for MRI. The superconducting magnet device for MRI uses coils 20 and 21 wound with MgB2 , which is a high-temperature superconducting material. This superconducting magnet device for MRI is not a persistent current mode magnet like the conventional superconducting magnet device for MRI that uses NbTi coils, but a drive mode magnet that generates a magnetic field by constantly supplying current from power sources 18a and 18b.

電源18a,18bは、実施形態1とは異なり、直流電流源である。図12(b)に示すように、電源18aは、出力電流および出力電圧がともに小さく、電流リップル(電流ノイズ)も小さい電源であり、もうひとつの電源18bは、出力電流および出力電圧がともに大きく電流リップル(電流ノイズ)が比較的大きな電源である。前者の電源はシリーズドロッパ方式でノイズが小さい、いわゆる高性能な電源であり、後者は安価で汎用的なスイッチング電源である。 Unlike the first embodiment, the power supplies 18a and 18b are DC current sources. As shown in FIG. 12(b), the power supply 18a is a power supply with both a small output current and output voltage and a small current ripple (current noise), while the other power supply 18b is a power supply with both a large output current and output voltage and a relatively large current ripple (current noise). The former power supply is a so-called high-performance power supply that uses a series dropper method and has low noise, while the latter is an inexpensive, general-purpose switching power supply.

また、超電導磁石装置には、超電導コイル20、21に流れる電流をそれぞれ環流させるためのダイオード22,23が、磁石運転の際にコイル電流が回るように設置されている。このダイオード22、23を設置することにより電源18aと電源18b間の干渉を回避でき、それぞれの電源18a,18bから供給される電流が重ねあわされた電流が超電導磁石20,21に供給される。 The superconducting magnet device also has diodes 22 and 23 for circulating the current flowing through the superconducting coils 20 and 21, respectively, so that the coil current circulates when the magnet is in operation. By installing these diodes 22 and 23, interference between power sources 18a and 18b can be avoided, and the currents supplied from the respective power sources 18a and 18b are superimposed and supplied to the superconducting magnets 20 and 21.

図12(b)に、2つの電源18a,18bの出力電流と、コイル20,21を流れる電流の時間変化を示す。電源18bの電流性ノイズはおよそ70mArmsである。コイル20,21に流れる電流は、適当な計測(コイル20,21に発生する誘導性電圧計測やSQUIDやNMRプローブによる磁場計測)によって推測される。電源18bの電流性ノイズに起因するコイル20、21の電流変動(ノイズ)を打ち消すようにフィードバックがかけるように、電源18aから電流が供給される。したがって、電源18a電源18bから供給された電流の重ね合わせとなるコイル20,21の電流は、ノイズ(電流変動)が除去されたものとなり、超電導磁石装置は、安定した(ノイズのない)磁場を発生することができる。 Figure 12(b) shows the time change of the output current of the two power supplies 18a and 18b and the current flowing through the coils 20 and 21. The current noise of the power supply 18b is approximately 70 mArms. The current flowing through the coils 20 and 21 is estimated by appropriate measurements (measurement of the inductive voltage generated in the coils 20 and 21 or measurement of the magnetic field using a SQUID or NMR probe). A current is supplied from the power supply 18a so that feedback is applied to cancel the current fluctuations (noise) in the coils 20 and 21 caused by the current noise of the power supply 18b. Therefore, the current in the coils 20 and 21, which is the superposition of the currents supplied from the power supplies 18a and 18b, has noise (current fluctuations) removed, and the superconducting magnet device can generate a stable (noise-free) magnetic field.

通常、一台の電源で磁石を運転する場合には、定格磁場を発生させるための定格電流値は200から500Aである。電源として、高精度電源を用いたとしても、リップルは10~100ppmである。10ppmの電流ノイズ(磁場変化)はNMRやMRI装置では許容できないため、ドライブモード運転を実現するためにはさらにノイズの小さな超高精度電源を用いる必要があるが、このような電源は非常に高価で大型となる。電源から供給される電流リップル、電圧リップルは、一般にはフルスケール出力の大きさに比例するような傾向にあり、フルスケール値が小さいほどリップルの絶対値は小さくなる。 Normally, when a magnet is operated with a single power supply, the rated current value for generating the rated magnetic field is 200 to 500 A. Even if a high-precision power supply is used as the power supply, the ripple is 10 to 100 ppm. Since 10 ppm of current noise (magnetic field change) is unacceptable for NMR and MRI equipment, an ultra-high-precision power supply with even lower noise must be used to achieve drive mode operation, but such power supplies are very expensive and large. The current ripple and voltage ripple supplied from the power supply generally tend to be proportional to the magnitude of the full-scale output, and the smaller the full-scale value, the smaller the absolute value of the ripple.

本実施形態4では、小電流・小電圧の高精度電源18aと大電流・大電圧の汎用のスイッチング電源18bとを組み合わせることによって、超高精度電源に相当する磁場を安価にコンパクトに実現することが可能となる。 In this embodiment 4, by combining a small current/small voltage high precision power supply 18a with a large current/large voltage general purpose switching power supply 18b, it is possible to realize a magnetic field equivalent to an ultra-high precision power supply inexpensively and compactly.

よって、実施形態4の超電導磁石装置を静磁場発生磁石として用いるMRI装置は、磁場の精度が高いため、ノイズの少ないMRI画像を生成することができる。また、実施形態4の超電導磁石装置は、安価でコンパクトであるため、MRI装置を小型化し、安価に提供することができる。 Therefore, an MRI apparatus that uses the superconducting magnet device of embodiment 4 as a static magnetic field generating magnet can generate MRI images with less noise because of the high accuracy of the magnetic field. In addition, the superconducting magnet device of embodiment 4 is inexpensive and compact, so the MRI apparatus can be made smaller and provided at a low cost.

また、MRI装置の傾斜磁場発生磁石として、実施形態1、2等に記載の電磁石を用いることも可能である。 The electromagnets described in embodiments 1 and 2 can also be used as gradient magnetic field generating magnets for an MRI device.

上述してきた本発明の電磁石装置では、励磁電源の最大電圧の制約に関わらず、また、磁石のインダクタンスの大きさに関わらず励磁速度を上げることが可能である。 The electromagnet device of the present invention described above makes it possible to increase the excitation speed regardless of the maximum voltage constraints of the excitation power supply and regardless of the magnitude of the magnet inductance.

高速な磁場変更を必要とする電磁石装置において、電源電圧制約をなくすことができることからさらなる高速化を可能とし、起磁力の増加にも対応できることから磁石装置の小型化にも貢献できる。 In electromagnet devices that require rapid magnetic field changes, the ability to eliminate power supply voltage constraints allows for even faster operation, and the ability to accommodate increased magnetomotive force also contributes to the miniaturization of magnet devices.

本発明の電磁石装置は、種々の装置に適用することができ、特に、高精度な磁場分布を維持しながら、高速で磁場強度を変化させる電磁石装置に好適である。例えば、粒子線治療装置の電磁石として有用であり、粒子線治療装置を高性能化および小型化できる。 The electromagnet device of the present invention can be applied to various devices, and is particularly suitable for electromagnet devices that change the magnetic field strength at high speed while maintaining a highly accurate magnetic field distribution. For example, it is useful as an electromagnet for a particle beam therapy device, and can improve the performance and reduce the size of the particle beam therapy device.

また、MRI装置の静磁場や傾斜磁場を発生する電磁石としても有用であり、高精度な磁場分布を低コストな電磁石装置で実現可能である。 It is also useful as an electromagnet that generates static magnetic fields and gradient magnetic fields in MRI devices, making it possible to achieve highly accurate magnetic field distributions using a low-cost electromagnet device.

8a、8b…電源(励磁電源)、20,21…コイル、20m、21m…磁場、30a,30b,31a、31b…リード、101~104…コイル、110…断熱容器、120…冷凍機、200…ビーム輸送系、201,202,203…偏向磁石、204…ダクト、211…四極磁石、212…軌道補正磁石、214…回転連結部、301…患者、300…照査装置、302…ベッド、303…走査用電磁石、400…回転ガントリ、500…加速器、501…ライナック、502…シンクロトロン、1213…回転軸 8a, 8b...power supply (excitation power supply), 20, 21...coil, 20m, 21m...magnetic field, 30a, 30b, 31a, 31b...leads, 101-104...coil, 110...thermal insulation container, 120...refrigerator, 200...beam transport system, 201, 202, 203...deflection magnet, 204...duct, 211...quadrupole magnet, 212...orbit correction magnet, 214...rotation connection, 301...patient, 300...examination device, 302...bed, 303...scanning electromagnet, 400...rotating gantry, 500...accelerator, 501...linac, 502...synchrotron, 1213...rotation axis

Claims (5)

粒子線を輸送し、一部が湾曲しているダクトと、
前記ダクトの湾曲している部分を輸送される前記粒子線に対して、所定の強度分布の磁場を、前記所定の強度分布を維持しつつ、前記粒子線のエネルギーの変化に応じて磁場の強度を変化させながら印加することにより、前記粒子線を偏向させる複数の超電導コイルと、
複数の前記超電導コイルを励磁する2つの励磁電源とを有し、
前記複数の超電導コイルは、4つであり、4つの前記超電導コイルは、発生する磁場の少なくとも一部が重なりあうように配置され、前記少なくとも一部が重なり合った磁場により前記所定の強度分布の磁場を形成し、4つの前記超電導コイルは、前記ダクトの湾曲している前記部分の周囲の4方向に配置され、4つの前記超電導コイルのうち2つの超電導コイルは、前記ダクトを挟んで配置され、かつ、直列に接続されて第1の超電導コイルを構成し、残りの2つの超電導コイルは前記ダクトを挟んで配置され、かつ、直列に接続されて第2の超電導コイルを構成し、
前記第1の超電導コイルと、前記第2の超電導コイルと、2つの前記励磁電源は、前記第1の超電導コイル、前記励磁電源、前記第2の超電導コイル、前記励磁電源の順に直列に接続され、同じ大きさの電流が順番に通過していくことを特徴とする粒子線治療装置。
A duct for transporting a particle beam and having a curved portion;
a plurality of superconducting coils for applying a magnetic field having a predetermined intensity distribution to the particle beam transported through the curved portion of the duct while changing the intensity of the magnetic field in response to a change in the energy of the particle beam while maintaining the predetermined intensity distribution, thereby deflecting the particle beam;
two excitation power sources for exciting the plurality of superconducting coils;
the number of the plurality of superconducting coils is four , the four superconducting coils are arranged so that at least a portion of the magnetic fields they generate overlap, and the magnetic field having the predetermined intensity distribution is formed by the at least a portion of the overlapping magnetic fields, the four superconducting coils are arranged in four directions around the curved portion of the duct, two of the four superconducting coils are arranged on either side of the duct and are connected in series to form a first superconducting coil, and the remaining two superconducting coils are arranged on either side of the duct and are connected in series to form a second superconducting coil,
The first superconducting coil, the second superconducting coil, and the two excitation power sources are connected in series in the order of the first superconducting coil, the excitation power source, the second superconducting coil, and the excitation power source, and currents of the same magnitude pass through them in sequence.
請求項1に記載の粒子線治療装置であって、前記2つの励磁電源は、交流電圧を発生し、前記交流電圧の極大値は、正の電位であり、極小値は負の電位であることを特徴とする粒子線治療装置。 The particle beam therapy device according to claim 1, characterized in that the two excitation power sources generate an AC voltage, the maximum value of the AC voltage being a positive potential, and the minimum value being a negative potential. 請求項1に記載の粒子線治療装置であって、前記2つの励磁電源は、複数の半導体素子を含んで構成されたフルブリッジ回路を有し、前記第1の超電導コイルおよび第2の超電導コイルの両端は、それぞれ異なる前記励磁電源のフルブリッジ回路に接続されていることを特徴とする粒子線治療装置。 2. The particle beam therapy device according to claim 1, wherein the two excitation power sources have full bridge circuits including a plurality of semiconductor elements, and both ends of the first superconducting coil and the second superconducting coil are each connected to a full bridge circuit of a different excitation power source. 請求項3に記載の粒子線治療装置であって、前記2つの励磁電源は、前記フルブリッジ回路の前記複数の半導体素子をスイッチングするゲート信号を出力する制御回路を備え、前記制御回路は、前記2つの励磁電源に対して、同一タイミングでゲート信号を出力することを特徴とする粒子線治療装置。 4. The particle beam therapy device according to claim 3, wherein the two excitation power supplies include a control circuit that outputs a gate signal for switching the plurality of semiconductor elements of the full bridge circuit, and the control circuit outputs the gate signal to the two excitation power supplies at the same timing. 請求項1に記載の粒子線治療装置であって、前記2つの励磁電源は、直流電流を発生し、一方の前記励磁電源は、出力電流、出力電圧および電流ノイズが他方の前記励磁電源よりも小さく、前記他方の前記励磁電源の電流を前記一方の励磁電源の電流と重ね合わせることにより、前記他方の励磁電源の電流ノイズを低減することを特徴とする粒子線治療装置。 2. A particle beam therapy device according to claim 1, wherein the two excitation power supplies generate DC current , and one of the excitation power supplies has an output current, an output voltage and a current noise smaller than those of the other excitation power supply, and the current noise of the other excitation power supply is reduced by superimposing the current of the other excitation power supply on the current of the one excitation power supply.
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