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JP7612495B2 - Magnetic pole forming method, magnetic field adjusting device, accelerator and particle beam therapy system - Google Patents
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Magnetic pole forming method, magnetic field adjusting device, accelerator and particle beam therapy system Download PDF

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Description

本発明は、磁極造形方法、磁場調整装置、加速器および粒子線治療システムに関し、特に、電磁石装置における磁極に関する。 The present invention relates to a magnetic pole forming method, a magnetic field adjustment device, an accelerator, and a particle beam therapy system, and in particular to a magnetic pole in an electromagnetic device.

粒子線を患部に照射する粒子線治療が広く行われている。一般に、粒子線治療では加速器を備える粒子線治療システムが用いられる。加速器には、炭素イオンやヘリウムイオン、陽子等のイオンが注入され、治療に必要なエネルギーを有するようになるまでイオンが加速される。加速器によって加速されたイオンによるビームは、患部に向けて照射される。 Particle beam therapy, in which a particle beam is irradiated onto an affected area, is widely used. Generally, particle beam therapy uses a particle beam therapy system equipped with an accelerator. Ions such as carbon ions, helium ions, and protons are injected into the accelerator, and the ions are accelerated until they have the energy required for treatment. The beam of ions accelerated by the accelerator is directed towards the affected area.

加速器には、磁場を発生させる電磁石が用いられる。電場によって加速されたイオンが、電磁石から発生した磁場によって加速器内を周回運動する。一般に、医療施設等に加速器が設置される際には、電磁石から発生する磁場の調整が行われる。電磁石の磁場調整(シミング)手法として、補正鉄を電磁石周囲に配置するパッシブシミングがある。補正鉄は、シート状の鉄等からなる磁場分布調整用の磁性材料である。電磁石周辺領域に補正鉄を適宜配置することにより、関心領域の磁場分布が調整される。 Accelerators use electromagnets that generate a magnetic field. Ions accelerated by an electric field move around the accelerator due to the magnetic field generated by the electromagnet. Generally, when an accelerator is installed in a medical facility or the like, the magnetic field generated by the electromagnet is adjusted. One method of adjusting the magnetic field of an electromagnet (shimming) is passive shimming, in which correction iron is placed around the electromagnet. Correction iron is a magnetic material made of sheet-like iron or the like that is used to adjust the magnetic field distribution. By appropriately placing the correction iron in the area around the electromagnet, the magnetic field distribution in the area of interest can be adjusted.

特許文献1には、磁気共鳴イメージング(MRI)装置に搭載される磁場発生装置の関心領域における磁場分布の調整手法が記載されている。この文献には、「磁場発生装置により発生された撮像空間における静磁場に対して、複数の磁性体片の前記撮像空間から離れた位置をシミング計算により計算して、該シミング計算により得られた位置に前記複数の磁性体片を配置して、前記撮像空間における静磁場均一度を調整する方法」が記載されている。具体的には、磁気共鳴イメージング装置における電磁石周辺に設けられたシムポケットに磁性体を挿入することにより、磁場を調整する手法が記載されている。 Patent Document 1 describes a method for adjusting the magnetic field distribution in a region of interest of a magnetic field generating device mounted on a magnetic resonance imaging (MRI) device. This document describes "a method for adjusting the homogeneity of the static magnetic field in the imaging space by calculating, by shimming calculation, the positions of multiple magnetic pieces away from the imaging space generated by a magnetic field generating device, and arranging the multiple magnetic pieces at the positions obtained by the shimming calculation." Specifically, the document describes a method for adjusting the magnetic field by inserting magnetic materials into shim pockets provided around the electromagnets in the magnetic resonance imaging device.

特許第6617135号Patent No. 6617135

特許文献1に記載された調整手法では、電磁石の磁場分布を調整する際、調整する磁場の強度が微小となるにつれて取り扱う補正鉄のサイズが小さくなる。そのため、補正鉄の製作や取り扱いが難しくなることがある。これにより、取り扱える補正鉄サイズによって調整精度に限界が生じることがある。 In the adjustment method described in Patent Document 1, when adjusting the magnetic field distribution of an electromagnet, the size of the correction iron that needs to be handled becomes smaller as the strength of the magnetic field to be adjusted becomes smaller. This can make it difficult to manufacture and handle the correction iron. This can result in limitations on the adjustment precision depending on the size of the correction iron that can be handled.

本発明の目的は、電磁石装置における磁場の調整を簡単にすること、あるいは、電磁石装置における磁場分布を細かく調整することである。 The object of the present invention is to simplify the adjustment of the magnetic field in an electromagnetic device, or to finely adjust the magnetic field distribution in an electromagnetic device.

本発明は、電磁石装置内に磁場測定素子を配置し、前記電磁石装置内の磁場分布を測定することと、前記磁場分布に基づいて、前記電磁石装置における磁極に対して造形される磁性体の分布を表す補正磁性体分布を求めることと、前記補正磁性体分布に基づいて、前記磁極に対して磁性体を造形することと、を含み、前記磁極に対して磁性体を造形することは、前記電磁石装置から造形基板を取り外すことと、搬送器が、前記電磁石装置内で前記磁場測定素子と共に3次元造形ヘッドを搬送すること、制御器が、前記補正磁性体分布に基づいて前記3次元造形ヘッドを制御し、前記3次元造形ヘッドに、前記磁極に対して磁性体を造形することと、磁性体が造形された前記造形基板を前記電磁石装置に取り付けることと、を含むことを特徴とする。
The present invention includes the steps of: placing a magnetic field measuring element in an electromagnet device and measuring the magnetic field distribution in the electromagnet device; determining a corrected magnetic material distribution representing the distribution of magnetic material to be modeled relative to a magnetic pole in the electromagnet device based on the magnetic field distribution; and modeling a magnetic material relative to the magnetic pole based on the corrected magnetic material distribution , wherein modeling the magnetic material relative to the magnetic pole includes the steps of removing a modeling substrate from the electromagnet device; a transport device transporting a three-dimensional modeling head together with the magnetic field measuring element within the electromagnet device; a controller controlling the three-dimensional modeling head based on the corrected magnetic material distribution and causing the three-dimensional modeling head to model a magnetic material relative to the magnetic pole; and attaching the modeling substrate on which the magnetic material is modeled to the electromagnet device .

また、本発明は、磁場測定素子と、電磁石装置内で前記磁場測定素子を搬送する搬送器と、前記磁場測定素子によって前記電磁石装置内の磁場分布を測定し、前記磁場分布に基づいて、補正磁性体分布であって、前記電磁石装置における磁極に対して追加される磁性体の分布を表す補正磁性体分布を求める制御器と、3次元造形ヘッドを備え、前記搬送器は、前記電磁石装置内で前記磁場測定素子と共に前記3次元造形ヘッドを搬送し、前記制御器は、前記補正磁性体分布に基づいて前記3次元造形ヘッドを制御し、前記3次元造形ヘッドに、前記磁極に対して磁性体を造形させることを特徴とする。 The present invention also provides a three-dimensional modeling head comprising a magnetic field measuring element, a transport device for transporting the magnetic field measuring element within an electromagnet device, a controller for measuring the magnetic field distribution within the electromagnet device using the magnetic field measuring element and calculating a correction magnetic material distribution based on the magnetic field distribution, the correction magnetic material distribution representing the distribution of magnetic material to be added to a magnetic pole in the electromagnet device, and a three-dimensional modeling head, wherein the transport device transports the three-dimensional modeling head together with the magnetic field measuring element within the electromagnet device, and the controller controls the three-dimensional modeling head based on the correction magnetic material distribution and causes the three-dimensional modeling head to model a magnetic material for the magnetic pole .

また、本発明は、イオンを加速する加速器において、コイルと、前記コイルと共に前記加速器内に磁場を発生する磁極と、前記磁極に対し着脱自在とされ、磁性体が造形される造形基板と、を備えることを特徴とする。 The present invention is also characterized in that the accelerator for accelerating ions comprises a coil, a magnetic pole that generates a magnetic field within the accelerator together with the coil, and a modeling substrate that is detachable from the magnetic pole and on which a magnetic body is modeled.

本発明によれば、電磁石装置における磁場の調整が簡単になる。また、電磁石装置における磁場分布の細かい調整が可能となる。 The present invention simplifies the adjustment of the magnetic field in an electromagnet device. It also enables fine adjustment of the magnetic field distribution in the electromagnet device.

電磁石装置を示す図である。FIG. 電磁石装置と造形基板の破断側面図である。FIG. 2 is a cutaway side view of an electromagnetic device and a build substrate. 磁場測定機構を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a magnetic field measurement setup. 磁場調整方法のフローチャートである。13 is a flowchart of a magnetic field adjustment method. 補正磁性体分布の算出のためのフローチャートである。13 is a flowchart for calculating a corrected magnetic material distribution. 粒子線治療用加速器向け電磁石装置の側面図である。FIG. 2 is a side view of an electromagnetic device for a particle beam therapy accelerator. 磁場調整装置の側面図である。FIG. 2 is a side view of the magnetic field adjusting device. 磁場調整装置コントローラが実行する制御のフローチャートである。4 is a flowchart of control executed by a magnetic field adjusting device controller. 磁場調整装置を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a magnetic field adjusting device. シムトレイの概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a shim tray. 粒子線治療システムの一例を示す図である。FIG. 1 illustrates an example of a particle beam therapy system.

本発明の各実施形態が図面を参照して説明される。複数の図面に示された同一の事項については同一の符号を付してその説明が省略される。 Each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Identical items shown in multiple drawings will be given the same reference numerals and their description will be omitted.

<第1実施形態>
本発明の第1実施形態に係る電磁石装置が説明される。電磁石装置の一例として、H型の電磁石装置M100の構成が図1に示されている。電磁石装置M100は、イオンを加速する加速器の一部をなし、加速器の内部に磁場を発生する。電磁石装置M100は、所定の間隔をもって上下に配置される一対のコイルM103と、コイルM103を収納するコイルケースM102と、コイルケースM102を取り囲むように配置される継鉄M104とを備えている。コイルM103が超伝導コイルである場合、M102はクライオスタットとして機能する。
First Embodiment
An electromagnet device according to a first embodiment of the present invention will be described. As an example of the electromagnet device, the configuration of an H-shaped electromagnet device M100 is shown in FIG. 1. The electromagnet device M100 forms a part of an accelerator that accelerates ions, and generates a magnetic field inside the accelerator. The electromagnet device M100 includes a pair of coils M103 arranged vertically at a predetermined interval, a coil case M102 that houses the coils M103, and a yoke M104 arranged to surround the coil case M102. When the coil M103 is a superconducting coil, the coil M102 functions as a cryostat.

電磁石磁極M101(以下、電磁石磁極M101は単に磁極M101と称される)は、上下のコイルM103の内周側の領域にあり、継鉄M104に固定されている。上下の磁極M101に挟まれた空間は、以下、磁極間ギャップM115と称される。電磁石装置M100を構成する磁極M101と継鉄M104の材料には、一定体積当たりの磁化強度が高く、均質な磁化が得られる純鉄やSS400等の強磁性材料が用いられてよい。 The electromagnet pole M101 (hereinafter, the electromagnet pole M101 will be simply referred to as the pole M101) is located in the inner peripheral region of the upper and lower coils M103 and is fixed to the yoke M104. The space between the upper and lower poles M101 will be referred to as the inter-pole gap M115 below. The pole M101 and yoke M104 that constitute the electromagnet device M100 may be made of a ferromagnetic material such as pure iron or SS400 that has a high magnetization strength per unit volume and can provide uniform magnetization.

この構成において、コイルM103には電磁石装置M100の中心軸M110周りの電流が流れ、それによって磁極M101の上下間に電磁石中心軸M110方向の磁場が誘導される。誘導される磁場の分布は、コイルM103に流れる電流、磁極M101の形状、継鉄M104の形状等によって定まる。磁極間ギャップM115の磁場分布は種々の用途で利用される。 In this configuration, a current flows through the coil M103 around the central axis M110 of the electromagnet device M100, which induces a magnetic field in the direction of the electromagnet central axis M110 between the top and bottom of the magnetic pole M101. The distribution of the induced magnetic field is determined by the current flowing through the coil M103, the shape of the magnetic pole M101, the shape of the yoke M104, etc. The magnetic field distribution in the gap M115 between the magnetic poles can be used for various purposes.

本実施形態では、磁極間ギャップM115に関心領域M109が定義される。以下では、必要とする磁場分布が関心領域M109に生成されるように周辺の補正磁性体分布を調整し、磁場を調整する手法が例として示される。補正磁性体分布は、補正鉄等の補正磁性体の空間分布である。 In this embodiment, a region of interest M109 is defined in the gap M115 between the magnetic poles. In the following, an example is shown of a method for adjusting the surrounding correction magnetic material distribution and adjusting the magnetic field so that the required magnetic field distribution is generated in the region of interest M109. The correction magnetic material distribution is the spatial distribution of correction magnetic materials such as correction iron.

本実施形態に係る電磁石装置M100では、関心領域M109に所望の磁場分布を発生させるため、図1に示されているように、電磁石装置M100の上下の磁極M101の間の磁極間ギャップM115には、補正磁性体を配置するための造形基板M105が設けられている。図2には、電磁石装置M100と造形基板M105の破断側面図が示されている。 In the electromagnet device M100 according to this embodiment, in order to generate a desired magnetic field distribution in the region of interest M109, as shown in FIG. 1, a shaping substrate M105 for arranging a correction magnetic body is provided in the interpole gap M115 between the upper and lower magnetic poles M101 of the electromagnet device M100. FIG. 2 shows a cutaway side view of the electromagnet device M100 and the shaping substrate M105.

造形基板M105は、中心軸M110方向に垂直な面である中央平面M111に関して、面対称となるように上下一対で配置されている。造形基板M105は、基板支持機構M106によって、磁極M101または継鉄M104に対して着脱自在な構成となっている。造形基板M105は、磁極M101または継鉄M104に対してボルトおよびナットを用いて固定されてよい。 The shaping substrates M105 are arranged in a pair, one above the other, so as to be symmetrical with respect to a central plane M111, which is a plane perpendicular to the central axis M110. The shaping substrates M105 are configured so as to be freely attached to and detached from the magnetic pole M101 or the yoke M104 by the substrate support mechanism M106. The shaping substrates M105 may be fixed to the magnetic pole M101 or the yoke M104 using bolts and nuts.

造形基板M105は、図2に示されているように中央平面M111に対して、平行な上下面を持つようにしてもよいし、磁極間ギャップM115に他機器を配置する空間を確保するために磁極面に合わせて湾曲させてもよい。造形基板M105の上下面の位置座標は予め測定しておくものとする。以後、実際に電磁石装置M100を運用する際、造形基板M105を装着した状態で磁場が励磁される。 The shaping substrate M105 may have upper and lower surfaces parallel to the central plane M111 as shown in FIG. 2, or may be curved to match the magnetic pole surface in order to secure space for placing other equipment in the magnetic pole gap M115. The position coordinates of the upper and lower surfaces of the shaping substrate M105 are measured in advance. Thereafter, when the electromagnet device M100 is actually operated, a magnetic field is excited with the shaping substrate M105 attached.

電磁石装置M100の磁場分布は、前記した造形基板M105に対して、3次元造形を用いて補正磁性体を付加することによって調整される。電磁石装置M100の関心領域M109に励磁された磁場分布と、実現すべき所望の磁場分布である目標磁場分布との差分が取得され、数値計算によって磁場調整に必要な補正磁性体分布が得られる。 The magnetic field distribution of the electromagnet device M100 is adjusted by adding a correction magnetic material to the above-mentioned modeling substrate M105 using three-dimensional modeling. The difference between the magnetic field distribution excited in the region of interest M109 of the electromagnet device M100 and the target magnetic field distribution, which is the desired magnetic field distribution to be realized, is obtained, and the correction magnetic material distribution required for magnetic field adjustment is obtained by numerical calculation.

本実施形態における補正磁性体調整では、まずコイルM103に流れている電流を立ち下げることで電磁石装置M100が消磁される。次に、電磁石装置M100から造形基板M105が取り外され、造形基板M105に対して補正磁性体が付加される。造形基板M105に対する補正磁性体の付加は、3次元金属プリンタ等の3次元造形装置を用いて行われてよい。補正磁性体の付加は、造形基板M105のうち、中央平面M111に対して平行な上下面のうちいずれか一方、または両方に対してなされる。 In the present embodiment, the correction magnetic material adjustment is performed by first demagnetizing the electromagnet device M100 by turning off the current flowing through the coil M103. Next, the printing substrate M105 is removed from the electromagnet device M100, and the correction magnetic material is added to the printing substrate M105. The addition of the correction magnetic material to the printing substrate M105 may be performed using a three-dimensional printing device such as a three-dimensional metal printer. The correction magnetic material is added to either or both of the upper and lower surfaces of the printing substrate M105 that are parallel to the central plane M111.

予め算出された所望の補正磁性体分布が3次元造形を用いて実現された後、造形基板M105は、電磁石装置M100に再度固定される。コイルM103の電流の立ち上げにより、電磁石装置M100に磁場が励磁され、関心領域M109における磁場分布が測定される。上記工程が反復され、電磁石装置M100で測定される磁場分布が、目標磁場分布と十分近い分布となるまで磁場が調整される。 After the desired corrected magnetic distribution calculated in advance is realized using 3D modeling, the modeling substrate M105 is fixed again to the electromagnet device M100. A magnetic field is excited in the electromagnet device M100 by starting up the current in the coil M103, and the magnetic field distribution in the region of interest M109 is measured. The above process is repeated, and the magnetic field is adjusted until the magnetic field distribution measured by the electromagnet device M100 is sufficiently close to the target magnetic field distribution.

図3には磁場測定機構M150が示されている。電磁石装置M100では、電磁石装置M100の幾何中心となる中央平面M111における磁場2次元分布が関心領域M109として選ばれる。磁場測定機構M150は、電磁石装置M100における関心領域M109としての磁極間ギャップM115において2次元的な磁場分布を測定する。磁場測定機構M150は、磁場測定素子M151と、それを支持する磁場測定素子支持棒M153と、磁場測定素子支持棒M153を直線状に移動させる直線移動用モータM161および直線移動用駆動系M162とを備えている。 Figure 3 shows the magnetic field measurement mechanism M150. In the electromagnet device M100, the two-dimensional distribution of the magnetic field in the central plane M111, which is the geometric center of the electromagnet device M100, is selected as the region of interest M109. The magnetic field measurement mechanism M150 measures the two-dimensional magnetic field distribution in the inter-pole gap M115, which is the region of interest M109 in the electromagnet device M100. The magnetic field measurement mechanism M150 includes a magnetic field measurement element M151, a magnetic field measurement element support rod M153 that supports it, and a linear movement motor M161 and linear movement drive system M162 that move the magnetic field measurement element support rod M153 linearly.

磁場測定機構M150は、さらに、測定素子回転用モータM155および測定素子回転用駆動系M157を備えている。測定素子回転用モータM155および測定素子回転用駆動系M157は、磁場測定素子支持棒M153、直線移動用モータM161および直線移動用駆動系M162を搭載した磁場測定直線移動格納ステージM159を円弧状に回転させる。磁場測定機構M150は、さらに、制御器M171を備えている。 The magnetic field measurement mechanism M150 further includes a measuring element rotation motor M155 and a measuring element rotation drive system M157. The measuring element rotation motor M155 and the measuring element rotation drive system M157 rotate the magnetic field measurement linear movement storage stage M159, which is equipped with the magnetic field measurement element support rod M153, the linear movement motor M161, and the linear movement drive system M162, in an arc. The magnetic field measurement mechanism M150 further includes a controller M171.

磁場測定素子M151としては、静磁場を測定するために、例えば、対象となる強磁場領域まで線形応答性を有するホール磁場センサが用いられる。測定時間を短縮するために、1つの磁場測定素子支持棒M153に対して、複数の磁場測定素子M151が備えられてもよい。この際、複数の磁場測定素子M151間の個体差を抑制するために、既知のNMRセンサ等を用いて、各磁場測定素子M151の出力信号が予め校正されてもよい。 For example, a Hall magnetic field sensor having linear response up to the target strong magnetic field region is used as the magnetic field measuring element M151 in order to measure the static magnetic field. In order to shorten the measurement time, multiple magnetic field measuring elements M151 may be provided for one magnetic field measuring element support rod M153. In this case, in order to suppress individual differences between the multiple magnetic field measuring elements M151, the output signal of each magnetic field measuring element M151 may be calibrated in advance using a known NMR sensor or the like.

磁場測定素子支持棒M153は、関心領域M109における磁場が測定可能となるような長さを持ち、測定素子のたわみが生じないような剛性を持つ材料で構成されてよい。 The magnetic field measuring element support rod M153 may be made of a material that has a length sufficient to enable measurement of the magnetic field in the region of interest M109 and is rigid enough to prevent bending of the measuring element.

磁場測定素子支持棒M153の長さ方向の移動は、直線移動用モータM161および直線移動用駆動系M162によってなされる。直線移動用モータM161には、例えば、磁場環境下でも動作が可能な非磁性材料から構成された超音波モータが用いられてよい。直線移動用モータM161のトルクは、ベルトM165およびプーリーM163によって直線送り出し機構M166に伝達される。あるいは、超音波モータを用いる代わりに、例えば、電磁石装置M100による電磁力の影響を受けない十分離れた箇所でモータにより生成したトルクが、シャフト、またはベルト等によって伝達されてもよい。 The magnetic field measuring element support rod M153 is moved in the longitudinal direction by a linear movement motor M161 and a linear movement drive system M162. The linear movement motor M161 may be, for example, an ultrasonic motor made of a non-magnetic material that can operate even in a magnetic field environment. The torque of the linear movement motor M161 is transmitted to the linear feed mechanism M166 by a belt M165 and a pulley M163. Alternatively, instead of using an ultrasonic motor, the torque generated by the motor at a location sufficiently distant that it is not affected by the electromagnetic force of the electromagnet device M100 may be transmitted by a shaft, belt, or the like.

直線送り出し機構M166と磁場測定素子支持棒M153は、ゴムを介在させることによる摩擦力によって接触してよい。また、直線送り出し機構M166と磁場測定素子支持棒M153は、ラックアンドピニオン機構を構成してよい。直線送り出し機構M166と磁場測定素子支持棒M153は、直線移動用モータM161による回転力を直線運動へと変換し、磁場測定素子M151を前後方向に移動させる。上記の磁場測定および直線移動機構は、磁場測定直線移動格納ステージM159上に構成される。 The linear feed mechanism M166 and the magnetic field measuring element support rod M153 may come into contact with each other through frictional force caused by the interposition of rubber. The linear feed mechanism M166 and the magnetic field measuring element support rod M153 may form a rack-and-pinion mechanism. The linear feed mechanism M166 and the magnetic field measuring element support rod M153 convert the rotational force of the linear movement motor M161 into linear motion, and move the magnetic field measuring element M151 in the forward and backward directions. The magnetic field measurement and linear movement mechanism is configured on the magnetic field measurement linear movement storage stage M159.

測定素子回転用モータM155は、電磁石装置M100に固定される磁場測定機構メインステージM167に対して、磁場測定直線移動格納ステージM159を中心軸M110まわりに周方向に回転させる。測定素子回転用モータM155には、磁場環境下での使用を考慮して、例えば、非磁性超音波モータが用いられてよい。 The measuring element rotation motor M155 rotates the magnetic field measurement linear movement storage stage M159 in the circumferential direction around the central axis M110 relative to the magnetic field measurement mechanism main stage M167 fixed to the electromagnet device M100. Taking into consideration use in a magnetic field environment, the measuring element rotation motor M155 may be, for example, a non-magnetic ultrasonic motor.

磁場測定素子M151から取得された電気信号は、制御器M171でA/D変換され、磁場値へ変換され、記憶される。磁場測定素子M151の位置情報は、非磁性超音波モータに備え付けたロータリーエンコーダで測定した回転量を基にして算出される。磁場測定素子M151の測定毎の移動量は制御器M171で管理され、毎回の移動時の各超音波モータの回転量が制御される。これらの測定データおよび制御信号、モータ駆動用の電力は信号・電力バスM173を介して送受信される。 The electrical signal obtained from the magnetic field measuring element M151 is A/D converted by the controller M171, converted to a magnetic field value, and stored. The position information of the magnetic field measuring element M151 is calculated based on the amount of rotation measured by a rotary encoder attached to the non-magnetic ultrasonic motor. The amount of movement of the magnetic field measuring element M151 for each measurement is managed by the controller M171, which controls the amount of rotation of each ultrasonic motor during each movement. This measurement data, control signals, and power for driving the motors are sent and received via the signal/power bus M173.

第1実施形態に係る磁場調整方法のフローチャートが図4に示されている。このフローチャートに示されたステップのうち、ステップS201、S203およびS221は、ユーザによって行われてよい。その他のステップは、ユーザの操作等に応じて制御器M171が実行してよい。 A flowchart of the magnetic field adjustment method according to the first embodiment is shown in FIG. 4. Of the steps shown in this flowchart, steps S201, S203, and S221 may be performed by a user. The other steps may be executed by the controller M171 in response to user operations, etc.

制御器M171はプロセッサを備えてよい。プロセッサは、プログラムの実行によって各ステップを実行する。このプログラムは、制御器M171が備えるメモリに記憶されてよい。また、メモリには、例えば、ハードディスク、USBメモリ、SDカード等の記憶装置が用いられてもよい。メモリは、インターネット等の通信回線上にあるストレージであってもよい。制御器M171が実行する1つの処理は、分散処理を実行する複数のプロセッサによって構成されてもよい。 The controller M171 may include a processor. The processor executes each step by executing a program. This program may be stored in a memory included in the controller M171. The memory may be a storage device such as a hard disk, a USB memory, or an SD card. The memory may be storage on a communication line such as the Internet. One process executed by the controller M171 may be composed of multiple processors that execute distributed processing.

また、制御器M171が実行する処理の一部または全部は、外部のコンピュータが実行してもよい。外部のコンピュータは、磁場測定機構M150に直接接続されたものでもよいし、インターネット等の通信回線に接続されたものでもよい。制御器M171が実行する1つの処理は、分散処理を実行する外部の複数のコンピュータによって実行されてもよい。 In addition, some or all of the processes executed by the controller M171 may be executed by an external computer. The external computer may be one directly connected to the magnetic field measurement mechanism M150, or one connected to a communication line such as the Internet. One process executed by the controller M171 may be executed by multiple external computers that execute distributed processing.

本実施形態では、関心領域M109は中央平面M111と同一平面の2次元面内にあり、調整対象となる電磁石装置M100に対して、前記の磁場測定機構M150が装着される(S201)。調整に用いる造形基板M105が電磁石装置M100に装着される(S203)。磁場測定機構M150および造形基板M105の装着後、コイルM103が通電され、磁場が励磁される(S205)。 In this embodiment, the region of interest M109 is in a two-dimensional plane that is the same plane as the central plane M111, and the magnetic field measurement mechanism M150 is attached to the electromagnet device M100 to be adjusted (S201). The shaping substrate M105 to be used for adjustment is attached to the electromagnet device M100 (S203). After the magnetic field measurement mechanism M150 and the shaping substrate M105 are attached, the coil M103 is energized to excite the magnetic field (S205).

予め設定したNb個の磁場測定点総てに対して、以下の磁場測定シーケンスが繰り返される(S207~S213)。まず、磁場センサを測定開始位置へ移動させる操作が行われる(S207)。移動後、磁場センサを用いて1秒~2秒程度磁場測定が行われる(S209)。測定によって得られた磁場データは信号・電力バスM173を介して、制御器M171に送信される。この際、雑音除去、増幅、A/D変換、データ蓄積等も併せて行われる(S211)。総ての測定点に上記操作が行われたかどうかが判定され(S213)、未実施の測定点がある場合には(S213:いいえ)、当該測定点に対してステップS207から処理が再度実施される。総ての測定点において測定が終了した場合(S213:はい)、磁場測定シーケンスが終了する(S207~S213)。 The following magnetic field measurement sequence is repeated for all of the preset Nb magnetic field measurement points (S207 to S213). First, the magnetic field sensor is moved to the measurement start position (S207). After the movement, the magnetic field sensor is used to perform magnetic field measurement for about 1 to 2 seconds (S209). The magnetic field data obtained by the measurement is sent to the controller M171 via the signal/power bus M173. At this time, noise elimination, amplification, A/D conversion, data storage, etc. are also performed (S211). It is determined whether the above operations have been performed for all measurement points (S213), and if there are any measurement points that have not been performed (S213: No), the process is performed again from step S207 for those measurement points. If measurements have been completed for all measurement points (S213: Yes), the magnetic field measurement sequence ends (S207 to S213).

測定が行われた測定点に対して、誤差二乗値(RMSE)等の統計量が計算され、統計量が許容誤差として設定した基準値未満であるかが確認される(S215)。もし、統計量が基準値未満であるならば(S215:はい)、目標とした磁場分布と電磁石装置M100の生成する磁場分布が十分近いと判断され、磁場調整が終了する(S217)。統計量が基準値以上であるならば(S215:いいえ)、造形基板M105に補正磁性体を付加することによる補正磁性体調整シーケンスへと処理が移行する(S219-S225)。 Statistics such as the root mean square error (RMSE) are calculated for the measurement points where measurements were performed, and it is confirmed whether the statistics are below a reference value set as the allowable error (S215). If the statistics are below the reference value (S215: Yes), it is determined that the target magnetic field distribution and the magnetic field distribution generated by the electromagnet device M100 are sufficiently close, and the magnetic field adjustment ends (S217). If the statistics are equal to or greater than the reference value (S215: No), processing proceeds to the correction magnetic material adjustment sequence by adding a correction magnetic material to the printing substrate M105 (S219-S225).

補正磁性体調整シーケンスでは、電磁石装置M100が消磁され(S219)、造形基板M105が取外される(S221)。この際、電磁石装置M100と造形基板M105との間に働く電磁力が十分弱い場合、コイルM103を通電したまま消磁すること無しに、造形基板M105が取外されてもよい。 In the correction magnetic body adjustment sequence, the electromagnet device M100 is demagnetized (S219), and the printing substrate M105 is removed (S221). At this time, if the electromagnetic force acting between the electromagnet device M100 and the printing substrate M105 is sufficiently weak, the printing substrate M105 may be removed without demagnetizing while the coil M103 is still energized.

電磁力が大きい場合、コイルM103の電流がゼロとされ、磁極M101および継鉄M104の磁化が取り除かれ、電磁石装置M100が消磁される。消磁後、造形基板M105が磁極M101または継鉄M104から取外される(S221)。磁場測定シーケンスで測定された磁場分布を用いて、磁場調整に必要な補正磁性体分布が計算される(S223)。ここで得られた補正磁性体分布に基づいて、造形基板M105上に補正磁性体が3次元造形を用いて形成される(S225)。ステップS219~S225により、補正磁性体分布が調整された造形基板M105が電磁石装置M100に装着され(S203)、再度、磁場測定シーケンス(S205-S213)が実行される。上記を反復することにより、統計量が基準値未満となるまで、磁場が調整される。 If the electromagnetic force is large, the current in the coil M103 is set to zero, the magnetization of the magnetic pole M101 and the yoke M104 is removed, and the electromagnet device M100 is demagnetized. After demagnetization, the printing substrate M105 is removed from the magnetic pole M101 or the yoke M104 (S221). Using the magnetic field distribution measured in the magnetic field measurement sequence, the correction magnetic material distribution required for magnetic field adjustment is calculated (S223). Based on the correction magnetic material distribution obtained here, a correction magnetic material is formed on the printing substrate M105 using 3D printing (S225). In steps S219 to S225, the printing substrate M105 with the correction magnetic material distribution adjusted is attached to the electromagnet device M100 (S203), and the magnetic field measurement sequence (S205-S213) is executed again. By repeating the above, the magnetic field is adjusted until the statistics are less than the reference value.

図1の右側に、所望の補正磁性体分布を形成するための3次元造形の概略機構が示されている。3次元造形機構は、中央平面M111に対して水平な面内方向に2次元的に移動できるヘッドステージP305と、材料供給用シリンダP304とを備えている。前記の移動可能なステージに接続された3次元造形ヘッドP303は、ヘッド先端部の3次元造形ノズルP301から磁性体または磁性体を含んだ混合物からなる補正磁性体を射出する。射出された補正磁性体は造形基板M105上に付着する。補正磁性体は、熱、光等の外的刺激が与えられるか、あるいは、時間的変化により乾燥、固化等させることで、造形基板M105上に固着する。 The right side of Figure 1 shows a schematic mechanism for 3D modeling to form the desired distribution of correction magnetic material. The 3D modeling mechanism is equipped with a head stage P305 that can move two-dimensionally in a horizontal in-plane direction relative to the central plane M111, and a material supply cylinder P304. The 3D modeling head P303 connected to the movable stage ejects correction magnetic material consisting of a magnetic material or a mixture containing magnetic material from the 3D modeling nozzle P301 at the tip of the head. The ejected correction magnetic material adheres to the modeling substrate M105. The correction magnetic material is fixed to the modeling substrate M105 when it is given external stimuli such as heat or light, or when it is dried or solidified over time.

一例として、補正磁性体および造形基板M105を鉄とする場合、指向性エネルギー堆積法を用いた3次元金属プリンタを構成することが考えられる。この場合、3次元造形ノズルP301にはレーザが備え付けられる。レーザを照射することで造形基板M105を溶融させて形成した溶融領域に、3次元造形ノズルP301から射出した磁性材料が供給され、これによって補正磁性体が造形基板M105上に固着する。上記作業を繰り返すことにより、造形基板M105上に所望の補正磁性体分布が実現される。 As an example, if the correction magnetic material and the printing substrate M105 are made of iron, it is possible to create a 3D metal printer using directed energy deposition. In this case, a laser is attached to the 3D printing nozzle P301. The laser is irradiated to melt the printing substrate M105 to form a molten area, and magnetic material is ejected from the 3D printing nozzle P301 and supplied to the molten area, thereby adhering the correction magnetic material to the printing substrate M105. By repeating the above process, the desired correction magnetic material distribution is achieved on the printing substrate M105.

前記の造形基板M105には、鉄等の磁性材料、または、ステンレス、アルミ、CFRP等の非磁性材料が用いられてよい。造形基板M105に磁性材料を用いた場合、造形基板M105自身が磁化され、関心領域M109に対して磁場が生成される。関心領域M109の近傍に磁性材料を配置するため、電磁石装置M100の全体で使用する磁性体の量が少なくなり、磁極間ギャップM115が有効に活用される。 The shaping substrate M105 may be made of a magnetic material such as iron, or a non-magnetic material such as stainless steel, aluminum, or CFRP. When a magnetic material is used for the shaping substrate M105, the shaping substrate M105 itself is magnetized, and a magnetic field is generated for the region of interest M109. By arranging the magnetic material near the region of interest M109, the amount of magnetic material used in the entire electromagnet device M100 is reduced, and the magnetic pole gap M115 is effectively utilized.

一方、ステンレス、アルミ、CFRPといった非磁性材料を用いた場合、造形基板M105の本体部分は磁化されない。図4のステップS219においては、電磁石装置M100によって、造形基板M105上に発生させる電磁力が十分弱い場合、消磁を省略して造形基板M105が電磁石装置M100から取り外されてよい。 On the other hand, when a non-magnetic material such as stainless steel, aluminum, or CFRP is used, the main body of the printing substrate M105 is not magnetized. In step S219 of FIG. 4, if the electromagnetic force generated on the printing substrate M105 by the electromagnet device M100 is sufficiently weak, the printing substrate M105 may be removed from the electromagnet device M100 without demagnetization.

上記では、補正磁性体として鉄を用いた例が示されたが、本発明は、単一の材料で補正磁性体を構成する手法に限られない。一例として、造形基板M105としてCFRP、補正磁性体として鉄とCFRPの混合物を使用することが考えられる。CFRPフィラメントをヒータで溶融させ、溶融CFRPに対して粉末状にした鉄を混合したものが補正磁性体とされてもよい。混合物を3次元造形ノズルP301の先端部から押し出し、造形基板M105に対して塗布することにより、所望の補正磁性体分布が実現される。 Although the above shows an example in which iron is used as the correction magnetic material, the present invention is not limited to a method of constructing the correction magnetic material from a single material. As an example, it is possible to use CFRP as the printing substrate M105 and a mixture of iron and CFRP as the correction magnetic material. The correction magnetic material may be made by melting CFRP filament with a heater and mixing powdered iron with the molten CFRP. The mixture is extruded from the tip of the three-dimensional printing nozzle P301 and applied to the printing substrate M105, thereby achieving the desired distribution of the correction magnetic material.

別の例として、光硬化性樹脂と鉄の混合物が補正磁性体として用いられてもよい。本例ではマテリアルジェット方式による3次元プリンティングと同様の手段を用いて、造形基板M105に対して、3次元造形ノズルP301から光硬化性樹脂と鉄の混合物が噴射させられる。本例では、3次元造形ノズルP301が紫外線照射装置を備え、造形基板M105に付着させた混合物を紫外線が硬化させてよい。前記手段により、造形基板M105に対して所望の補正磁性体分布が実現される。 As another example, a mixture of photocurable resin and iron may be used as the correction magnetic material. In this example, a means similar to 3D printing using the material jet method is used to spray the mixture of photocurable resin and iron from the 3D printing nozzle P301 onto the printing substrate M105. In this example, the 3D printing nozzle P301 may be equipped with an ultraviolet irradiation device, and the mixture applied to the printing substrate M105 may be cured by ultraviolet light. The above means realizes the desired distribution of correction magnetic material on the printing substrate M105.

前記した磁性材料と非磁性材料の混合物を補正磁性体として用いる場合、磁性材料と非磁性材料の比率が任意に設定されてよい。設定に応じて単位体積当たりの磁化強度が変化するため、付加する補正磁性体の位置または量を逆算する際に考慮する必要がある。例えば、鉄と非磁性材料の比率が1:9であった場合、逆算時の磁性材料の単位体積当たりの磁化強度は1/10の仮想的な材料としてB-H曲線が設定される。変更したB-H曲線を用いた逆解析により、目的とする補正磁性体分布が得られる。 When a mixture of the above-mentioned magnetic and non-magnetic materials is used as the correction magnetic body, the ratio of magnetic material to non-magnetic material may be set arbitrarily. Since the magnetization strength per unit volume changes depending on the setting, it must be taken into consideration when back-calculating the position or amount of correction magnetic body to be added. For example, if the ratio of iron to non-magnetic material is 1:9, the B-H curve is set as a virtual material with a magnetization strength per unit volume of 1/10 of the magnetic material at the time of back-calculation. The desired correction magnetic body distribution can be obtained by back-analysis using the modified B-H curve.

磁性材料と非磁性材料の混合物が用いられることで、磁場調整時の精度向上が図られる。3次元造形を用いる場合の調整精度の限界は、3次元造形の分解能によって決定される。例えば0.1mm厚の造形が限界である3次元造形技術を用いた場合、鉄のみを補正磁性体として用いた場合、0.1mm厚の鉄が造形基板M105から関心領域M109に対して寄与する磁場強度が磁場調整限界となる。 The use of a mixture of magnetic and non-magnetic materials improves the accuracy of magnetic field adjustment. The limit of adjustment accuracy when using 3D modeling is determined by the resolution of the 3D modeling. For example, when using 3D modeling technology with a limit of 0.1 mm thickness, if only iron is used as the correction magnetic material, the magnetic field strength that 0.1 mm thick iron contributes from the modeling substrate M105 to the region of interest M109 becomes the limit of magnetic field adjustment.

補正磁性体として、前記した鉄とCFRPの比率が1:9の混合物を用いる場合、3次元造形の限界である0.1mm厚の1/10、すなわち0.01mm相当の鉄材料が付加されたことになる。そのため、磁場調整の分解能が10倍となる。上記理由により、混合物を補正磁性体として用いた場合、単一の補正磁性体を用いる際の3次元造形による磁場調整精度の限界を超えた精度で磁場分布が調整され得る。 When the above-mentioned mixture of iron and CFRP with a ratio of 1:9 is used as the correction magnetic material, 1/10 of the 0.1 mm thickness limit of 3D modeling, i.e., 0.01 mm of iron material is added. This results in a tenfold increase in the resolution of magnetic field adjustment. For the above reasons, when a mixture is used as the correction magnetic material, the magnetic field distribution can be adjusted with a precision that exceeds the limit of magnetic field adjustment precision by 3D modeling when a single correction magnetic material is used.

次に、図4におけるステップS223における補正磁性体分布の算出アルゴリズムが説明される。補正磁性体分布の算出のためのフローチャートが図5に示されている。このフローチャートの各ステップは、制御器M171によって実行される。本実施形態では、粒子線治療システムへの適用を踏まえた一例として、関心領域M109が中央平面M111と同一平面内に存在し、上下対称な系が構成されている。 Next, the calculation algorithm for the corrected magnetic material distribution in step S223 in FIG. 4 will be described. A flowchart for calculating the corrected magnetic material distribution is shown in FIG. 5. Each step of this flowchart is executed by the controller M171. In this embodiment, as an example considering application to a particle beam therapy system, the region of interest M109 exists in the same plane as the central plane M111, and a vertically symmetrical system is configured.

補正磁性体が電磁石装置M100の生成する磁場によって磁化飽和しており、磁化方向は電磁石装置M100が磁極ギャップ間に発生する磁場の方向(中心軸M110方向)であることを仮定し、補正磁性体分布が算出される。飽和磁化による磁場の計算式として、磁気モーメントによる磁場の式が用いられる。一般の場合、磁化の方向および磁石の対称性について制約はなく、任意の方向をとって同様の計算がされる。 The correction magnetic material distribution is calculated assuming that the correction magnetic material is magnetized and saturated by the magnetic field generated by the electromagnet device M100, and that the magnetization direction is in the direction of the magnetic field generated between the pole gaps by the electromagnet device M100 (the direction of the central axis M110). The formula for the magnetic field due to magnetic moment is used as the formula for calculating the magnetic field due to saturation magnetization. In general, there are no restrictions on the direction of magnetization or the symmetry of the magnet, and similar calculations can be performed for any direction.

関心領域M109に生成したい磁場分布を目標磁場分布、測定によって得られた磁場分布を測定磁場分布とし、計算および測定によってそれぞれの分布が取得され、両者の差分が計算される。具体的には、両分布の差分から、差分の最小値、最大値、差分の平均値、および差分の誤差二乗平均値(RMSE)が評価値として計算される(S233)。これら4つの評価値が、収束条件として予め設定した基準値と比較される(S235)。4つの評価値が基準値未満である場合、測定磁場分布と目標磁場分布は十分に一致した分布であると判断され、追加する補正磁性体量はゼロであるとして、算出が終了する(S245)。 The magnetic field distribution to be generated in the region of interest M109 is called the target magnetic field distribution, and the magnetic field distribution obtained by measurement is called the measured magnetic field distribution. Each distribution is obtained by calculation and measurement, and the difference between the two is calculated. Specifically, from the difference between the two distributions, the minimum and maximum difference values, the average difference value, and the root mean square error (RMSE) of the difference are calculated as evaluation values (S233). These four evaluation values are compared with reference values set in advance as convergence conditions (S235). If the four evaluation values are less than the reference values, it is determined that the measured magnetic field distribution and the target magnetic field distribution are sufficiently consistent, the amount of correction magnetic material to be added is zero, and the calculation ends (S245).

4つの評価値のうちいずれかが基準値以上であった場合、補正磁性体量の計算が実行される。位置r’に存在する飽和磁化の磁気モーメントが位置rに発生する磁場Bは(数1)で表される。 If any of the four evaluation values is equal to or greater than the reference value, a calculation of the corrected magnetic mass is performed. The magnetic field B generated at position r by the magnetic moment of saturation magnetization present at position r' is expressed by (Equation 1).

Figure 0007612495000001
Figure 0007612495000001

(数1)において、μは透磁率、Mは飽和磁化の磁気モーメント、r’は補正磁性体が存在する位置を表し、dr’はその微小量である。計算では、図2に示された中央平面M111と平行に高さ±z0の位置に配置された造形基板M105を、微小面積ΔSi(i=1,2,3,…,Np)(Npは分割数)毎の要素へと分割し、各要素上に付加した補正磁性体が生成する磁場が求められる。微小面積ΔSiの要素iについて、造形基板M105上に形成した補正磁性体の補正高さがhiとされる。要素iについて補正磁性体を高さ増分Δhiだけ追加することにより、関心領域M109上の点rj(j=1,2,3,…,Nb)(Nbは磁場測定点の総数)に生成される磁場増分Δbi,jが求められる。すなわち、補正高さhiの要素iが関心領域M109の点rjにつくる磁場分布をbi,j(hi)と表すと、磁場増分Δbi,jは以下の(数2)で求められる。 In (Equation 1), μ is the magnetic permeability, M is the magnetic moment of saturation magnetization, r' represents the position where the correction magnetic body is present, and dr' is its minute amount. In the calculation, the printing substrate M105, which is placed at a height of ±z0 parallel to the central plane M111 shown in FIG. 2, is divided into elements of minute area ΔSi (i=1, 2, 3, ..., Np) (Np is the number of divisions), and the magnetic field generated by the correction magnetic body added to each element is calculated. For element i of minute area ΔSi, the correction height of the correction magnetic body formed on the printing substrate M105 is set to hi. By adding the correction magnetic body to element i by the height increment Δhi, the magnetic field increment Δbi,j generated at point rj (j=1, 2, 3, ..., Nb) (Nb is the total number of magnetic field measurement points) on the region of interest M109 is calculated. In other words, if the magnetic field distribution that element i of the correction height hi creates at point rj of the region of interest M109 is expressed as bi,j(hi), the magnetic field increment Δbi,j can be calculated by the following (Equation 2).

[数2]
Δbi,j=bi,j(hi+Δhi)-bi,j(hi)
[Equation 2]
Δbi,j=bi,j(hi+Δhi)−bi,j(hi)

(数2)は、造形基板M105に補正磁性体を加えた場合の磁場強度の増大に関する応答感度を示すものである。(数2)によれば、要素iと測定点jの各組み合わせについて、磁場増分Δbi,jが求められる(S237)。各磁場増分Δbi,jは、iおよびjについての応答行列Aとして表され、記憶される(S239)。Δbi,jはhiおよびΔhiの関数であり、磁化飽和しているため、十分小さいΔhiについては線形近似が妥当である。 (Equation 2) shows the response sensitivity with respect to the increase in magnetic field strength when a correction magnetic material is added to the printing substrate M105. According to (Equation 2), the magnetic field increment Δbi,j is found for each combination of element i and measurement point j (S237). Each magnetic field increment Δbi,j is represented as a response matrix A for i and j and stored (S239). Δbi,j is a function of hi and Δhi, and because magnetization is saturated, linear approximation is appropriate for sufficiently small Δhi.

測定点jにおける磁場増分の総量Δbjは、総ての要素iが生成する磁場の重ね合わせであるので、(数3)のように表せる。 The total magnetic field increment Δbj at measurement point j is the superposition of the magnetic fields generated by all elements i, and can be expressed as (Equation 3).

[数3]
Δbj = Σ Δbi,j ・Δhi
[Equation 3]
Δbj = Σ Δbi,j ・Δhi

Σはi=1からi=Npまでの加算合計を意味する。応答行列Aを用いて、高さ増分Δhiをまとめた高さ増分ベクトルΔhと、各測定点の磁場増分Δbjをまとめた磁場増分ベクトルΔbとの関係は、(数4)のように表される。 Σ means the sum of i=1 to i=Np. Using the response matrix A, the relationship between the height increment vector Δh, which combines the height increments Δhi, and the magnetic field increment vector Δb, which combines the magnetic field increments Δbj at each measurement point, is expressed as in (Equation 4).

[数4]
Δb=A・Δh
[Equation 4]
Δb=A・Δh

上式は、造形基板M105上の各点に高さ増分ベクトルΔhの補正磁性体を付加した際の磁場増分ベクトルΔbを応答行列Aから算出する連立方程式である。 The above equation is a simultaneous equation that calculates the magnetic field increment vector Δb from the response matrix A when a correction magnetic material with a height increment vector Δh is added to each point on the printing substrate M105.

(数4)を解くことで、各測定点での磁場増分をΔbとしたい場合に、各要素に付加すべき補正磁性体の高さ増分ベクトルΔhが求められる(S241)。簡単な例として、磁場測定点の総数Nbと要素分割数Npが等しい場合(Np=Nb)で、かつ、応答行列Aが正則な場合、応答行列Aの逆行列が存在し、上式で表される連立方程式を満足する高さ増分ベクトルΔhが求められる。 By solving (Equation 4), if the magnetic field increment at each measurement point is desired to be Δb, the height increment vector Δh of the correction magnetic body to be added to each element can be obtained (S241). As a simple example, when the total number of magnetic field measurement points Nb is equal to the number of element divisions Np (Np=Nb) and the response matrix A is regular, an inverse matrix of the response matrix A exists, and the height increment vector Δh that satisfies the simultaneous equations expressed above can be obtained.

[数5]
Δh=A-1・Δb
[Equation 5]
Δh=A −1・Δb

磁場測定点の総数Nbと要素分割数Npが等しくない場合(Np≠Nb)、一般に、解は1つに定まらない。この場合、最小二乗解が求められる。行列AのMoore-Penroseの一般化逆行列Aを用いた以下の(数6)で求められる値が、最小二乗解となる高さ増分ベクトルΔhである。 If the total number of magnetic field measurement points Nb is not equal to the number of element divisions Np (Np ≠ Nb), generally, there is no single solution. In this case, a least-squares solution is obtained. The value obtained by the following (Equation 6) using the Moore-Penrose generalized inverse matrix A + of matrix A is the height increment vector Δh that is the least-squares solution.

[数6]
Δh=A・Δb
[Equation 6]
Δh=A ・Δb

また、Nb×Np行列の逆問題の解析手法として打切り特異値分解法が用られてもよい。特異値分解法は、応答行列Aを特異値分解し、基準値よりも絶対値が大きい特異値のみを用いて、逆行列を求め、逆問題を解く手法である。その場合は、応答行列Aの特異値分解を用いて一般化逆行列Aが得られる。 In addition, a truncated singular value decomposition method may be used as an analysis method for the inverse problem of the Nb × Np matrix. The singular value decomposition method is a method of performing singular value decomposition on the response matrix A, and obtaining an inverse matrix using only singular values whose absolute values are greater than a reference value, thereby solving the inverse problem. In this case, the generalized inverse matrix A + is obtained using the singular value decomposition of the response matrix A.

[数7]
A=U・Σ ・VT
[Equation 7]
A = U Σ VT

(数7)中、UはNb行Nb列のユニタリ行列を示し、V はNp行Np列のユニタリ行列Vの転置行列を表す。また、Σは対角行列を示す。 In (Equation 7), U denotes a unitary matrix with Nb rows and Nb columns, V T denotes a transpose of a unitary matrix V with Np rows and Np columns, and Σ denotes a diagonal matrix.

[数8]
A+ = V・Σ+ ・UT
[Equation 8]
A + = V Σ + UT

(数8)中、Σ+は対角行列Σの各対角成分に対して、逆数をとったものである。打ち切り特異値分解では、Σの各対角成分のうち、絶対値がある閾値以上の値のみを用いることで、逆数計算の際に左辺Δbの変化に対して安定して解が求められる。これにより、各補正磁性体の付加量が算出される(S241)。 In (Equation 8), Σ + is the reciprocal of each diagonal element of the diagonal matrix Σ. In the truncated singular value decomposition, by using only the diagonal elements of Σ whose absolute values are equal to or greater than a certain threshold, a stable solution can be obtained for the change in the left-hand side Δb when calculating the reciprocal. In this way, the additional amount of each corrective magnetic material is calculated (S241).

付加量の算出後、補正磁性体を付加した後の磁場分布が評価される(S243)。要素iにおける補正磁性体が測定点jに生成する磁場が上記磁気モーメントの式を用いて計算され、総ての要素iについて足し合わされる。式A・Δh=Δbとして算出された高さ増分ベクトルΔhを用いて、各点の磁場増分ベクトルΔbが計算されてもよい。前記計算により、算出した補正磁性体付加後の評価磁場が計算され、更新した評価磁場を用いて、再度、目標磁場と評価磁場の比較がされ(S233)、基準値を満たしていなければ再度付加量が計算される(S237~S243)。これらステップS237~S243が反復されることで、各評価値が基準値未満となる補正磁性体付加量が算出される。 After the amount of addition is calculated, the magnetic field distribution after the correction magnetic material is added is evaluated (S243). The magnetic field generated at measurement point j by the correction magnetic material in element i is calculated using the above magnetic moment formula, and added up for all elements i. The magnetic field increment vector Δb at each point may be calculated using the height increment vector Δh calculated as A·Δh=Δb. The above calculation calculates the evaluated magnetic field after the addition of the calculated correction magnetic material, and the target magnetic field and the evaluated magnetic field are compared again using the updated evaluated magnetic field (S233). If the reference value is not met, the amount of addition is calculated again (S237 to S243). These steps S237 to S243 are repeated to calculate the amount of correction magnetic material addition that makes each evaluation value less than the reference value.

これら反復の際には、解の振動を抑制し収束性を改善するため、また、仮定した磁場増分と高さ増分ベクトルΔhの線形性の妥当性を向上させるため、算出した付加量に0.1~0.5程度の緩和係数を乗じた値が補正磁性体付加量として用いられてもよい。緩和係数は、反復毎に変化させてもよい。例えば、収束を速くするために反復初期には0.5~1.0程度の大きな緩和係数が用いられ、その後、解の振動を抑制し最終解を得るために0.1~0.2程度の小さい緩和係数が用いられてもよい。 During these iterations, in order to suppress oscillations in the solution and improve convergence, and to improve the validity of the linearity of the assumed magnetic field increment and height increment vector Δh, a value obtained by multiplying the calculated addition amount by a relaxation coefficient of about 0.1 to 0.5 may be used as the correction magnetic material addition amount. The relaxation coefficient may be changed for each iteration. For example, a large relaxation coefficient of about 0.5 to 1.0 may be used at the beginning of the iterations to speed up convergence, and then a small relaxation coefficient of about 0.1 to 0.2 may be used to suppress oscillations in the solution and obtain the final solution.

本実施形態において、磁場分布に対応して、磁性材料を付加していくことは容易であるが、磁性材料を取り除くことは機械加工の工程を新たに必要とするため、人的または時間的コストが増大する場合がある。そのため、所望の磁場分布より磁場強度が弱くなるように、計算により得た磁極M101の最適形状に対して高さ増分が小さくなるように、造形基板M105に対する補正磁性体の付加が行われてもよい。 In this embodiment, it is easy to add magnetic material in accordance with the magnetic field distribution, but removing the magnetic material requires a new machining process, which may increase personnel or time costs. Therefore, correction magnetic material may be added to the substrate M105 so that the magnetic field strength is weaker than the desired magnetic field distribution, and the height increment is smaller than the optimal shape of the magnetic pole M101 obtained by calculation.

これにより、補正磁性体の増加のみによって磁場が調整され、磁場調整の工程数が減らされる。なお、磁場分布が所望の磁場分布を越えて、強い磁場強度となった場合には、コイルM103の電流を減少させ、磁極M101に誘起する起磁力を減らすことで磁場強度を調整し、総ての補正磁性体増分が正となるようにしてもよい。 As a result, the magnetic field is adjusted only by increasing the correction magnetic material, and the number of steps in adjusting the magnetic field is reduced. Note that if the magnetic field distribution exceeds the desired magnetic field distribution and becomes strong, the magnetic field strength can be adjusted by decreasing the current in coil M103 and reducing the magnetomotive force induced in magnetic pole M101, so that all correction magnetic material increments become positive.

このように本実施形態では、次の(i)~(iii)の過程を含む磁極造形方法が実行される。
(i)電磁石装置M100内に磁場測定素子M151を配置し、電磁石装置M100内の磁場分布を測定すること。
(ii)測定された磁場分布に基づいて、電磁石装置M100における磁極M101に対して造形される磁性体の分布を表す補正磁性体分布を求めること。この補正磁性体分布は、例えば、各要素iにおける高さ増分ベクトルΔhとして求められてよい。
(iii)補正磁性体分布に基づいて、磁極M101に対して磁性体を造形すること。
In this manner, in this embodiment, a magnetic pole manufacturing method including the following steps (i) to (iii) is carried out.
(i) Placing a magnetic field measuring element M151 in the electromagnetic device M100 and measuring the magnetic field distribution in the electromagnetic device M100.
(ii) calculating a corrected magnetic material distribution representing a distribution of magnetic material to be formed with respect to the magnetic pole M101 in the electromagnet device M100 based on the measured magnetic field distribution. This corrected magnetic material distribution may be calculated, for example, as a height increment vector Δh in each element i.
(iii) shaping magnetic material for magnetic pole M101 based on the corrective magnetic material distribution;

上記(iii)において磁極M101に磁性体を造形することは、電磁石装置M100から造形基板M105を取り外すことと、造形基板M105に磁性体を造形することと、磁性体が造形された造形基板M105を電磁石装置M100に取り付けることとを含んでよい。 In the above (iii), forming a magnetic body on the magnetic pole M101 may include removing the printing substrate M105 from the electromagnet device M100, printing a magnetic body on the printing substrate M105, and attaching the printing substrate M105 on which the magnetic body has been printed to the electromagnet device M100.

以下に説明する各実施形態においても、上記(i)~(iii)の過程を含む磁極造形方法が実行されてよい。 In each of the embodiments described below, a magnetic pole forming method including the above steps (i) to (iii) may be performed.

<第2実施形態>
本発明の第2実施形態が図6~図8を参照して説明される。図6には、第2実施形態に係る粒子線治療用加速器向け電磁石装置M100の側面図が示されている。図6に示された電磁石装置M100は、磁極M101と継鉄M104とコイルM103を備えている。磁極M101は、電磁石装置M100の上下中心位置に一定の間隔を空けた磁極間ギャップM115を挟んで対向しており、磁極M101の上端、または下端が継鉄M104に接続されている。
Second Embodiment
A second embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 6 to Fig. 8. Fig. 6 shows a side view of an electromagnet device M100 for a particle beam therapy accelerator according to the second embodiment. The electromagnet device M100 shown in Fig. 6 includes a magnetic pole M101, a yoke M104, and a coil M103. The magnetic poles M101 face each other across a magnetic pole gap M115 at a fixed interval at the vertical center of the electromagnet device M100, and the upper end or lower end of the magnetic pole M101 is connected to the yoke M104.

継鉄M104は磁極M101の周囲を取り囲み、上下の磁極M101の間を接続する。これによって、磁極M101、継鉄M104および磁極間ギャップM115で閉じる磁気回路が構成される。継鉄M104の一部分には、磁極間ギャップM115の高さの位置に、信号線、電源線等を外部から挿入するための穴として導入用ポートM108が設けられている。導入用ポートM108の外側は接続用フランジM112によって塞がれている。 The yoke M104 surrounds the magnetic pole M101 and connects the upper and lower magnetic poles M101. This forms a magnetic circuit closed by the magnetic pole M101, the yoke M104, and the inter-pole gap M115. An introduction port M108 is provided in a part of the yoke M104 at the same height as the inter-pole gap M115 as a hole for inserting signal lines, power lines, etc. from the outside. The outside of the introduction port M108 is blocked by a connection flange M112.

磁極M101と継鉄M104との間には、コイルスロット領域M121が存在し、コイルスロット領域M121にコイルM103が設置されている。上下のコイルM103に同方向の電流を流すことで、磁極間ギャップM115に磁場が誘起され、各コイルM103および各磁極M101が電磁石として動作する。 A coil slot region M121 exists between the magnetic pole M101 and the yoke M104, and the coil M103 is installed in the coil slot region M121. By passing currents in the same direction through the upper and lower coils M103, a magnetic field is induced in the gap M115 between the magnetic poles, and each coil M103 and each magnetic pole M101 operates as an electromagnet.

以下に説明される磁場調整装置による磁場調整の対象は粒子線治療用の加速器に限定されるものではない。磁場調整装置は、例えば、MRI(Magnetic Resonace Imaging)や研究用の加速器等の電磁石装置に対する磁場調整に用いられてもよい。 The subject of magnetic field adjustment by the magnetic field adjustment device described below is not limited to accelerators for particle beam therapy. The magnetic field adjustment device may be used, for example, to adjust the magnetic field of electromagnet devices such as MRI (Magnetic Resonance Imaging) and research accelerators.

図7は、本実施形態に係る磁場調整装置P300の側面図である。磁場調整装置P300は磁場測定機構を備えた補正磁性体調整ヘッドP313と、ヘッドを所望の位置へ動かすためのモータ群および支持レール群を備えている。以下では、磁場調整装置P300の構造が説明される。 Figure 7 is a side view of the magnetic field adjustment device P300 according to this embodiment. The magnetic field adjustment device P300 is equipped with a correction magnetic material adjustment head P313 equipped with a magnetic field measurement mechanism, and a group of motors and a group of support rails for moving the head to a desired position. The structure of the magnetic field adjustment device P300 is described below.

補正磁性体調整ヘッドP313は、3次元造形ヘッドP303とヘッド位置センサP307と磁場センサP309とを備えている。これら3次元造形ヘッドP303、ヘッド位置センサP307および磁場センサP309は、ヘッドステージP305上に設置されている。ヘッド位置センサP307の測定値を用いて求められる3次元造形ヘッドP303とヘッド位置センサP307との相対位置関係から、3次元造形ヘッドP303の位置が決定される。また、ヘッド位置センサP307の測定値と、磁場センサP309とヘッド位置センサP307との相対位置とから磁場センサP309が存在する空間座標が決定される。 The correction magnetic material adjustment head P313 is equipped with a three-dimensional modeling head P303, a head position sensor P307, and a magnetic field sensor P309. The three-dimensional modeling head P303, the head position sensor P307, and the magnetic field sensor P309 are installed on the head stage P305. The position of the three-dimensional modeling head P303 is determined from the relative positional relationship between the three-dimensional modeling head P303 and the head position sensor P307, which is obtained using the measurement value of the head position sensor P307. In addition, the spatial coordinates in which the magnetic field sensor P309 exists are determined from the measurement value of the head position sensor P307 and the relative position of the magnetic field sensor P309 and the head position sensor P307.

補正磁性体調整ヘッドP313は、磁極間ギャップM115の空間を自在に移動する。補正磁性体調整ヘッドP313の移動には、軸方向移動用モータP315、径方向位置調整用モータP317、 周方向位置調整用モータP323および中心位置調整用モータP325と、支持レールP311、支持回転軸P319、支持レールP320およびP321が用いられる。 The correction magnetic material adjustment head P313 moves freely in the space of the magnetic pole gap M115. The correction magnetic material adjustment head P313 is moved using an axial movement motor P315, a radial position adjustment motor P317, a circumferential position adjustment motor P323, and a central position adjustment motor P325, as well as a support rail P311, a support rotation shaft P319, and support rails P320 and P321.

支持レールP311は磁極M101の中心軸M110の方向に平行となるように設置されている。これによって、補正磁性体調整ヘッドP313は、中心軸M110方向に移動できるようになっている。補正磁性体調整ヘッドP313が中心軸M110方向に移動することで、補正磁性体付加の対象である磁極M101と、補正磁性体調整ヘッドP313とが近接した状態で補正磁性体が付加され、補正磁性体のスポット径が一定となり得る。 The support rail P311 is installed so as to be parallel to the direction of the central axis M110 of the magnetic pole M101. This allows the correction magnetic material adjustment head P313 to move in the direction of the central axis M110. By moving the correction magnetic material adjustment head P313 in the direction of the central axis M110, the correction magnetic material is added in a state where the magnetic pole M101, which is the target of the correction magnetic material addition, and the correction magnetic material adjustment head P313 are in close proximity, and the spot diameter of the correction magnetic material can be constant.

また、補正磁性体調整ヘッドP313が中心軸M110方向に移動することで、磁場測定時の軸方向位置が調整され得る。補正磁性体調整ヘッドP313と支持レールP311の交差部分には、軸方向移動用モータP315が取り付けられており、支持レールP311に沿った補正磁性体調整ヘッドP313の移動に必要な駆動力が供給される。軸方向移動用モータP315の回転トルクはボールねじ機構を用いて直線運動に変換される。 In addition, the axial position during magnetic field measurement can be adjusted by moving the correction magnetic material adjustment head P313 in the direction of the central axis M110. An axial movement motor P315 is attached to the intersection of the correction magnetic material adjustment head P313 and the support rail P311, and supplies the driving force required to move the correction magnetic material adjustment head P313 along the support rail P311. The rotational torque of the axial movement motor P315 is converted into linear motion using a ball screw mechanism.

支持レールP320は中心軸M110に対して垂直な面内にあり、磁極M101の半径方向に平行となるように設置されている。補正磁性体調整ヘッドP313は、磁極M101の中心から磁極M101の最大径方向位置まで移動できるようになっている。支持レールP311と支持レールP320との交差部分には、径方向位置調整用モータP317が取り付けられ、径方向位置調整用モータP317は、支持レールP320に沿う方向の駆動力を供給する。支持レールP320は、例えば、ラックアンドピニオン機構を用いた動力伝達機構を備え、回転トルクを直線運動に変換し、補正磁性体調整ヘッドP313が支持レールP320に沿って移動するように構成されている。 The support rail P320 is located in a plane perpendicular to the central axis M110 and is installed so as to be parallel to the radial direction of the magnetic pole M101. The correction magnetic material adjustment head P313 is capable of moving from the center of the magnetic pole M101 to the maximum radial position of the magnetic pole M101. A radial position adjustment motor P317 is attached to the intersection of the support rail P311 and the support rail P320, and the radial position adjustment motor P317 supplies a driving force along the support rail P320. The support rail P320 is equipped with a power transmission mechanism using, for example, a rack and pinion mechanism, and is configured to convert rotational torque into linear motion so that the correction magnetic material adjustment head P313 moves along the support rail P320.

支持回転軸P319は、支持レールP320から補正磁性体調整ヘッドP313までを一体として、磁極M101の中心軸M110周りを周方向に360°剛体回転が可能であるように接続した一軸の支持構造とされている。支持回転軸P319は、磁極M101の中心軸M110と同軸となるように位置調整される。支持回転軸P319に軸周りの回転トルクを供給するため、周方向位置調整用モータP323が取り付けられている。 The support rotation shaft P319 is a single-axis support structure that is connected so that the support rail P320 to the correction magnetic material adjustment head P313 can rotate rigidly 360° in the circumferential direction around the central axis M110 of the magnetic pole M101 as a single unit. The support rotation shaft P319 is positioned so that it is coaxial with the central axis M110 of the magnetic pole M101. A circumferential position adjustment motor P323 is attached to supply axial rotation torque to the support rotation shaft P319.

継鉄M104に設けられた導入用ポートM108と、導入用ポートM108の外側に取り付けられた接続用フランジM112は、磁場調整装置P300が固定される固定構造をなす。支持レールP321は、導入用ポートM108の外側に取り付けられた接続用フランジM112と支持回転軸P319とを接続する。支持レールP321には、中心位置調整用モータP325が搭載されている。中心位置調整用モータP325および支持レールP321によって、支持回転軸P319の位置が調整され、支持回転軸P319と磁極M101が中心軸を共有するように位置調整される。これは、例えばボールねじ機構によって達成される。 The introduction port M108 provided in the yoke M104 and the connection flange M112 attached to the outside of the introduction port M108 form a fixed structure to which the magnetic field adjustment device P300 is fixed. The support rail P321 connects the connection flange M112 attached to the outside of the introduction port M108 to the support rotation shaft P319. A center position adjustment motor P325 is mounted on the support rail P321. The center position adjustment motor P325 and the support rail P321 adjust the position of the support rotation shaft P319, and the position is adjusted so that the support rotation shaft P319 and the magnetic pole M101 share a central axis. This is achieved by, for example, a ball screw mechanism.

ヘッド位置センサP307と磁場センサP309からの信号は、磁場調整装置コントローラP333に送信される。送信には信号・電力バスP331が介される。磁場調整装置コントローラP333は、収集された磁場分布情報を基に、目標とする磁場分布を実現するために付加すべき補正磁性体の高さ増分を計算する。計算は図5に示されたアルゴリズムに則って行われる。補正磁性体の付加時に必要となる付加磁性体量、位置情報およびモータ駆動用の電力は、信号・電力バスP331を介して、位置調整用の各モータP315,P317,P323およびP325と、3次元造形ヘッドP303へ送信される。 Signals from the head position sensor P307 and the magnetic field sensor P309 are sent to the magnetic field adjustment device controller P333. The signals are sent via the signal/power bus P331. Based on the collected magnetic field distribution information, the magnetic field adjustment device controller P333 calculates the height increment of the correction magnetic material to be added to achieve the target magnetic field distribution. The calculation is performed according to the algorithm shown in Figure 5. The amount of added magnetic material, position information, and motor drive power required when adding the correction magnetic material are sent via the signal/power bus P331 to each of the position adjustment motors P315, P317, P323, and P325 and the 3D modeling head P303.

以下、本実施形態で使用される補正磁性体調整ヘッドP313の詳細が説明される。補正磁性体調整ヘッドP313は、3次元造形ヘッドP303とヘッド位置センサP307と磁場センサP309、およびこれらを固定するヘッドステージP305を備える。3次元造形ヘッドP303は、鉄等の磁極体材料を所望の形状に立体加工できる3次元造形機として動作する。3次元造形機として、例えば、磁性体を粉体として吹き付け、レーザ照射により磁性体を焼結、磁極面に固着させる指向性エネルギー堆積法を用いた3次元金属プリンタが使用される。 The correction magnetic material adjustment head P313 used in this embodiment will be described in detail below. The correction magnetic material adjustment head P313 is equipped with a three-dimensional modeling head P303, a head position sensor P307, a magnetic field sensor P309, and a head stage P305 to which these are fixed. The three-dimensional modeling head P303 operates as a three-dimensional modeling machine that can three-dimensionally process magnetic pole material such as iron into a desired shape. As a three-dimensional modeling machine, for example, a three-dimensional metal printer using a directed energy deposition method is used, in which a magnetic material is sprayed as a powder, sintered by laser irradiation, and fixed to the magnetic pole surface.

指向性エネルギー堆積法による3次元金属プリンタは、磁性体の粉体を焼結するための高強度レーザと、磁性体噴出用のノズルと、磁性体の粉体を供給するための輸送チューブを備えている。また、指向性エネルギー堆積法では、磁性体の粉体を一様に敷き詰めてから、レーザ照射により焼結する粉末床溶融結合法を用いた3次元プリンタが用いられてもよい。指向性エネルギー堆積法には、粉末床溶融結合法に比較し、鉄粉の使用量が削減され、装置内の残留鉄粉による真空環境の汚染、および誤差磁場の誘起が抑えられるという利点がある。 A 3D metal printer using the directed energy deposition method is equipped with a high-intensity laser for sintering magnetic powder, a nozzle for ejecting the magnetic material, and a transport tube for supplying the magnetic powder. Directed energy deposition may also use a 3D printer that uses powder bed fusion, in which magnetic powder is spread evenly and then sintered by laser irradiation. Compared to powder bed fusion, the directed energy deposition method has the advantage of reducing the amount of iron powder used, suppressing contamination of the vacuum environment due to residual iron powder in the device, and suppressing the induction of error magnetic fields.

また、3次元金属プリンタに代えて樹脂用3次元プリンタを用いて、溶融させた樹脂と鉄紛を混合し、マテリアルジェット方式で材料が付加されてもよい。また、3次元造形ノズルP301が補正磁性体付加対象である磁極M101に接触した状態で、鉄を含有させたシリコンパテが3次元造形ヘッドP303先端の3次元造形ノズルP301先端から押し出されてもよい。これによって、鉄を含有させたシリコンパテが付加され、磁極M101においてシリコンパテが乾燥する。また、鉄を含有させた半田を用いて、同様に、磁極M101に半田を接触させることで半田が塗布され、磁極M101において半田が固化してもよい。 In addition, instead of a 3D metal printer, a 3D printer for resin may be used to mix molten resin with iron powder and add the material using a material jet method. Furthermore, while the 3D printing nozzle P301 is in contact with the magnetic pole M101 to which the correction magnetic material is to be added, silicon putty containing iron may be extruded from the tip of the 3D printing nozzle P301 at the tip of the 3D printing head P303. In this way, silicon putty containing iron is added and dries at the magnetic pole M101. Similarly, solder containing iron may be used and applied by contacting the magnetic pole M101 with the solder, and the solder may solidify at the magnetic pole M101.

ヘッド位置センサP307には、例えば、3軸の光学式変位センサが使用される。電磁石の寸法を予め測定しておき、光学式変位センサによって得られる継鉄M104までの距離情報から、電磁石中心を原点とする位置情報が取得される。さらに、ヘッドステージP305上の相対位置関係を予め測定しておき、3次元造形ヘッドP303のノズル位置、磁場センサP309のセンサ位置の正確な位置情報に、元の位置情報が変換される。 For example, a three-axis optical displacement sensor is used for the head position sensor P307. The dimensions of the electromagnet are measured in advance, and position information with the center of the electromagnet as the origin is obtained from the distance information to the yoke M104 obtained by the optical displacement sensor. Furthermore, the relative positional relationship on the head stage P305 is measured in advance, and the original position information is converted into accurate position information for the nozzle position of the 3D modeling head P303 and the sensor position of the magnetic field sensor P309.

3次元造形ヘッドP303による磁性体付加、および磁場センサP309による磁場分布測定では、ヘッド位置センサP307によって得られる空間座標情報を参照することで上記の操作が実施される。また、ヘッド位置センサP307として、3軸の光学式変位センサに代えて、位置調整用の各モータP315,P317, P323およびP325それぞれに備え付けたロータリーエンコーダが用いられてもよい。ロータリーエンコーダにより、モータの回転数を取得し、回転数を積分することで各モータによる変位量が算出され、3次元造形ヘッドP303および磁場センサP309の位置が制御される。ヘッド位置センサP307とロータリーエンコーダの両方を備え、相互に校正がされてもよい。 When the 3D modeling head P303 adds magnetic material and the magnetic field distribution is measured by the magnetic field sensor P309, the above operations are performed by referencing spatial coordinate information obtained by the head position sensor P307. Furthermore, instead of a three-axis optical displacement sensor, a rotary encoder attached to each of the position adjustment motors P315, P317, P323, and P325 may be used as the head position sensor P307. The rotary encoder acquires the number of rotations of the motor, and the amount of displacement caused by each motor is calculated by integrating the number of rotations, thereby controlling the positions of the 3D modeling head P303 and the magnetic field sensor P309. Both the head position sensor P307 and a rotary encoder may be provided and calibrated to each other.

磁場センサP309には、例えば、3軸のホールセンサが使用される。粒子線治療用加速器で必要となる磁場は静磁場であるので、磁場直流成分を計測可能なホールセンサにより、3方向の磁場成分が測定される。3軸ホールセンサは校正標準として、校正済みのホールセンサ、またはNMR磁場センサと、ヘルムホルツコイル等の磁場発生装置を用いて、予め校正される。測定点にホールセンサが到着後、1測定点につき1秒~2秒間磁場データが取得され、統計誤差を取り除いたものがその測定点における磁場データとして取得されてよい。 For example, a three-axis Hall sensor is used for the magnetic field sensor P309. Since the magnetic field required for particle beam therapy accelerators is a static magnetic field, the magnetic field components in three directions are measured using a Hall sensor capable of measuring the DC component of the magnetic field. The three-axis Hall sensor is calibrated in advance using a calibrated Hall sensor or an NMR magnetic field sensor and a magnetic field generator such as a Helmholtz coil as a calibration standard. After the Hall sensor arrives at the measurement point, magnetic field data is acquired for one to two seconds per measurement point, and the data with statistical errors removed may be acquired as the magnetic field data at that measurement point.

ホールセンサから出力されるホール電圧は、磁場データ信号として信号・電力バスP331を介して磁場調整装置コントローラP333へ送信される。磁場調整装置コントローラP333は、時定数0.1秒~1秒程度のRCフィルタ、およびプリアンプによって、磁場データ信号に対して雑音除去、信号増幅を行い、A/D変換器によって磁場データ信号をディジタル信号へと変換し、データを蓄積する。1つの測定点での信号を取得終了次第、次の測定点での信号が取得される。 The Hall voltage output from the Hall sensor is sent as a magnetic field data signal to the magnetic field adjustment device controller P333 via the signal/power bus P331. The magnetic field adjustment device controller P333 uses an RC filter with a time constant of about 0.1 to 1 second and a preamplifier to remove noise from the magnetic field data signal and amplify the signal, converts the magnetic field data signal to a digital signal using an A/D converter, and stores the data. As soon as the signal at one measurement point has been acquired, the signal at the next measurement point is acquired.

全測定点に対して計測が終了するまで、本操作が繰り返される。また、磁場センサP309として、3軸のホールセンサに代えて、NMR磁場センサが用いられてもよい。または、静磁場中をピックアップコイルを移動させた際に誘起される電圧を積分する、またはモータによりピックアップコイルを回転させ、磁場により誘導されるコイル両端の電圧を測定するサーチコイル計測が用いられてもよい。 This operation is repeated until measurements are completed for all measurement points. Also, instead of a three-axis Hall sensor, an NMR magnetic field sensor may be used as the magnetic field sensor P309. Alternatively, a search coil measurement may be used in which the voltage induced when a pickup coil is moved in a static magnetic field is integrated, or the pickup coil is rotated by a motor and the voltage induced by the magnetic field across the coil is measured.

以下で、補正磁性体調整ヘッドP313の位置制御が説明される。補正磁性体調整ヘッドP313は、支持回転軸P319、支持レールP320およびP321を含む支持構造によって、電磁石装置M100の継鉄M104に備え付けられた接続用フランジM112に接続されている。支持回転軸P319、支持レールP320およびP321は、各モータP315、P317、P323およびP325による駆動力によって、伸縮または回転し、補正磁性体調整ヘッドP313を所望の位置へと移動させる。位置制御では、接続用フランジM112に近いモータから順に動作する。 The position control of the correction magnetic material adjustment head P313 is explained below. The correction magnetic material adjustment head P313 is connected to a connection flange M112 attached to the yoke M104 of the electromagnet device M100 by a support structure including a support rotation shaft P319, support rails P320 and P321. The support rotation shaft P319 and support rails P320 and P321 expand and contract or rotate by the driving forces of the respective motors P315, P317, P323 and P325, and move the correction magnetic material adjustment head P313 to the desired position. In position control, the motors closest to the connection flange M112 operate in order.

まず、ヘッド位置センサP307によって得られる情報を基にして、磁極M101の中心軸M110と支持回転軸P319とが一致させられる。回転軸の一致後、中心位置調整用モータP325は操作されず、支持レールP320が固定され、支持回転軸P319,支持レールP320およびP321の調整によって、補正磁性体調整ヘッドP313の位置調整が行われる。 First, based on information obtained by the head position sensor P307, the center axis M110 of the magnetic pole M101 and the support rotation axis P319 are aligned. After the rotation axes are aligned, the center position adjustment motor P325 is not operated, the support rail P320 is fixed, and the position of the correction magnetic material adjustment head P313 is adjusted by adjusting the support rotation axis P319, the support rails P320 and P321.

磁極M101の中心軸M110方向にz軸をとり、電磁石装置M100の幾何中心を原点とするデカルト座標系(x,y,z)が設定される。現在の磁場調整ヘッド位置(x0,y0,z0)が信号・電力バスP331を介して磁場調整装置コントローラP333へと送信される。現在の位置座標(x0,y0,z0)、および移動先位置情報(x,y,z)が対応する円筒座標(r0,θ0,z0) ,(r, θ,z)に変換され、移動量(Δr, Δθ, Δz) = (r-r0,θ-θ0,z-z0)が算出される。周方向移動量Δθに相当する量が周方向位置調整用モータP323へ送信され、モータ出力が制御されることにより補正磁性体調整ヘッドP313が移動する。 A Cartesian coordinate system (x, y, z) is set with the z-axis in the direction of the central axis M110 of the magnetic pole M101 and the geometric center of the electromagnet device M100 as the origin. The current magnetic field adjustment head position (x0, y0, z0) is sent to the magnetic field adjustment device controller P333 via the signal/power bus P331. The current position coordinates (x0, y0, z0) and destination position information (x, y, z) are converted to the corresponding cylindrical coordinates (r0, θ0, z0) and (r, θ, z), and the movement amount (Δr, Δθ, Δz) = (r-r0, θ-θ0, z-z0) is calculated. An amount equivalent to the circumferential movement amount Δθ is sent to the circumferential position adjustment motor P323, and the motor output is controlled to move the correction magnetic material adjustment head P313.

移動中にロータリーエンコーダを用いて変位量が測定され、変位量が制御に用いられてもよい。回転終了後、再度ヘッド位置センサP307を用いて位置情報が取得され、回転位置の補正が行われる。所定の角度θへの回転終了後、径方向位置調整用モータP317によって所定の径方向位置へと補正磁性体調整ヘッドP313が移動する。この際も同様に、ロータリーエンコーダを用いて移動量Δrを制御し、移動終了後にヘッド位置センサP307を用いて再度補正が行われてもよい。径方向位置補正終了後、最後に軸方向移動用モータP315によって所定のz方向位置へと補正磁性体調整ヘッドP313が移動する。同様にロータリーエンコーダを用いて、移動量Δzが制御され、移動終了後にヘッド位置センサP307を用いて補正がされる。 During the movement, the amount of displacement may be measured using a rotary encoder, and the amount of displacement may be used for control. After the rotation is completed, position information is acquired again using the head position sensor P307, and the rotational position is corrected. After the rotation to the specified angle θ is completed, the correction magnetic material adjustment head P313 is moved to a specified radial position by the radial position adjustment motor P317. In this case, the amount of movement Δr may be controlled using a rotary encoder, and correction may be performed again using the head position sensor P307 after the movement is completed. After the radial position correction is completed, finally, the correction magnetic material adjustment head P313 is moved to a specified z-direction position by the axial movement motor P315. Similarly, the amount of movement Δz is controlled using a rotary encoder, and correction is performed using the head position sensor P307 after the movement is completed.

以下で、図7中の磁場調整装置コントローラP333における制御が説明される。図8には、磁場調整装置コントローラP333が実行する制御のフローチャートが示されている。各ステップは、ユーザの操作に応じて、制御器としての磁場調整装置コントローラP333が実行してよい。 The control in the magnetic field adjustment device controller P333 in FIG. 7 is described below. FIG. 8 shows a flowchart of the control executed by the magnetic field adjustment device controller P333. Each step may be executed by the magnetic field adjustment device controller P333 as a controller in response to a user operation.

磁場調整装置コントローラP333はプロセッサを備えてよい。プロセッサは、プログラムの実行によって各ステップを実行する。このプログラムは、磁場調整装置コントローラP333が備えるメモリに記憶されてよい。また、メモリには、例えば、ハードディスク、USBメモリ、SDカード等の記憶装置が用いられてもよい。メモリは、インターネット等の通信回線上にあるストレージであってもよい。磁場調整装置コントローラP333が実行する1つの処理は、分散処理を実行する複数のプロセッサが実行してもよい。 The magnetic field adjustment device controller P333 may include a processor. The processor executes each step by executing a program. This program may be stored in a memory provided in the magnetic field adjustment device controller P333. The memory may be a storage device such as a hard disk, USB memory, or SD card. The memory may be storage on a communication line such as the Internet. One process executed by the magnetic field adjustment device controller P333 may be executed by multiple processors that execute distributed processing.

また、磁場調整装置コントローラP333が実行する処理の一部または全部は、外部のコンピュータが実行してもよい。外部のコンピュータは、磁場調整装置P300に直接接続されたものでもよいし、インターネット等の通信回線に接続されたものでもよい。磁場調整装置コントローラP333が実行する1つの処理は、分散処理を実行する外部の複数のコンピュータによって実行されてもよい。 In addition, some or all of the processing performed by the magnetic field adjustment device controller P333 may be executed by an external computer. The external computer may be one directly connected to the magnetic field adjustment device P300, or one connected to a communication line such as the Internet. One processing performed by the magnetic field adjustment device controller P333 may be executed by multiple external computers that execute distributed processing.

本実施形態に係る磁場調整装置P300は、まず予め定義した全磁場測定点における磁場3成分(Bx,By,Bz)を測定する。磁場調整装置P300は、測定のために、前期の要領で磁場センサP309を磁場測定点へ移動させる(S261)。移動後、磁場調整装置コントローラP333は、ヘッド位置センサP307を用いて、磁場センサP309の位置を確認し、微調整する(S263)。位置調整完了後に磁場センサP309によって磁場データが1秒~2秒間取得される(S265)。 The magnetic field adjustment device P300 according to this embodiment first measures the three magnetic field components (Bx, By, Bz) at all predefined magnetic field measurement points. For measurement, the magnetic field adjustment device P300 moves the magnetic field sensor P309 to the magnetic field measurement point in the same manner as described above (S261). After the movement, the magnetic field adjustment device controller P333 uses the head position sensor P307 to confirm and fine-tune the position of the magnetic field sensor P309 (S263). After the position adjustment is complete, the magnetic field sensor P309 acquires magnetic field data for 1 to 2 seconds (S265).

取得した磁場データは、信号・電力バスP331を介して、磁場調整装置コントローラP333へ送信され蓄積される(S267)。磁場調整装置コントローラP333は、蓄積前または蓄積後のフィルタリングや時間平均等のディジタル信号処理によって、磁場データを示す信号に含まれる雑音を抑制し、または磁場データを示す信号から雑音を除去してもよい。データ取得完了後、磁場センサP309は次の磁場測定点へ移動し、磁場を測定する。総ての磁場測定点で測定がされたかが判定され(S269)、総ての磁場測定点で測定がされていないときはステップS261の処理が実行され、総ての磁場測定点で測定がされたときはステップS271の処理が実行される。 The acquired magnetic field data is transmitted to the magnetic field adjustment device controller P333 via the signal/power bus P331 and stored (S267). The magnetic field adjustment device controller P333 may suppress noise contained in the signal indicating the magnetic field data or remove noise from the signal indicating the magnetic field data by digital signal processing such as filtering or time averaging before or after storage. After data acquisition is completed, the magnetic field sensor P309 moves to the next magnetic field measurement point and measures the magnetic field. It is determined whether measurements have been made at all magnetic field measurement points (S269), and if measurements have not been made at all magnetic field measurement points, the processing of step S261 is executed, and if measurements have been made at all magnetic field measurement points, the processing of step S271 is executed.

全磁場測定点において磁場が測定された後(S269:はい)、目標となる磁場分布との差分を磁場調整装置コントローラP333が計算し、総ての点で許容誤差以内に収まっているかを磁場調整装置コントローラP333が判断する(S271)。 After the magnetic field is measured at all magnetic field measurement points (S269: Yes), the magnetic field adjustment device controller P333 calculates the difference from the target magnetic field distribution and determines whether the difference is within the allowable error at all points (S271).

もし、総ての磁場測定点で、測定された磁場分布の目標磁場分布に対する誤差が許容値以内であれば(S271:はい)、磁場調整装置コントローラP333は、これ以上の校正が不要であると判断し、校正作業を終了する(S273)。もし、1か所でも誤差が許容値以上であれば(S271:いいえ)、磁場調整装置コントローラP333は磁極M101へ磁性体を付加することによって補正磁性体分布を調整する。 If the error between the measured magnetic field distribution and the target magnetic field distribution at all magnetic field measurement points is within the tolerance (S271: Yes), the magnetic field adjustment device controller P333 determines that no further calibration is necessary and ends the calibration process (S273). If the error at even one point is greater than the tolerance (S271: No), the magnetic field adjustment device controller P333 adjusts the correction magnetic material distribution by adding magnetic material to the magnetic pole M101.

磁場調整装置コントローラP333は、目標磁場分布と測定磁場分布の差分から、付加すべき補正磁性体の量を算出する(S275)。付加すべき補正磁性体の分布の逆算は、図8のアルゴリズムに則って実施される。磁極M101の補正位置および付加すべき補正磁性体の量の算出後、補正磁性体の付加が開始される。3次元造形ヘッドP303が所定の位置へ移動され(S277)、ヘッド位置センサP307の情報を基に、3次元造形ヘッドP303の位置が微調整される(S279)。 The magnetic field adjustment device controller P333 calculates the amount of correction magnetic material to be added from the difference between the target magnetic field distribution and the measured magnetic field distribution (S275). The distribution of the correction magnetic material to be added is back-calculated according to the algorithm in FIG. 8. After calculating the correction position of the magnetic pole M101 and the amount of correction magnetic material to be added, the addition of the correction magnetic material begins. The 3D modeling head P303 is moved to a specified position (S277), and the position of the 3D modeling head P303 is fine-tuned based on information from the head position sensor P307 (S279).

位置調整後、3次元造形ヘッドP303により磁極面に対して補正磁性体が付加され(S281)、総ての磁極調整位置で補正磁性体が付加されたかが判定される(S283)。総ての磁極調整位置で補正磁性体が付加されていないときはステップS277の処理が実行され、総ての磁極調整位置で補正磁性体が付加されたときはステップS261の処理が実行される。すなわち、ステップS277、S279およびS281が磁極調整位置全点に対して実行される(S283)。磁性体を付加する操作(S277-S283)の終了後、再度、磁場測定(S261-S269)が実施される。上記、磁場測定、磁性体付加量計算および磁極調整が反復され、目標磁場分布と測定磁場分布との差異が許容値以内となるまで、上記の処理が続けられる。 After the position adjustment, the 3D modeling head P303 adds a correction magnetic material to the magnetic pole surface (S281), and it is determined whether the correction magnetic material has been added to all magnetic pole adjustment positions (S283). If the correction magnetic material has not been added to all magnetic pole adjustment positions, the process of step S277 is executed, and if the correction magnetic material has been added to all magnetic pole adjustment positions, the process of step S261 is executed. That is, steps S277, S279, and S281 are executed for all magnetic pole adjustment positions (S283). After the operation of adding the magnetic material (S277-S283) is completed, the magnetic field measurement (S261-S269) is performed again. The above magnetic field measurement, calculation of the amount of magnetic material added, and magnetic pole adjustment are repeated, and the above process is continued until the difference between the target magnetic field distribution and the measured magnetic field distribution is within the allowable value.

本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果が得られる。さらに、磁極M101に直接補正磁性体が付加されるため、造形基板M105やシムトレイが不要となる。ここで、シムトレイは、補正磁性体が配置される位置毎に区切られた補正磁性体固定用基板である。補正磁性体が配置される位置毎に区切られた領域はシムポケットと称される。シムトレイは、磁極M101に着脱自在であってよい。第2実施形態は、粒子線治療システム等の磁極間ギャップM115が狭小であることや、RFキッカや加速用のディー電極といった他要素機器との共存等の理由から、造形基板M105やシムトレイの配置に関する空間的制約が大きいシステムに対して用いられてよい。 According to this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained. Furthermore, since the correction magnetic body is directly added to the magnetic pole M101, the modeling substrate M105 and the shim tray are not required. Here, the shim tray is a substrate for fixing the correction magnetic body, which is divided into areas for each position where the correction magnetic body is placed. The area divided into areas for each position where the correction magnetic body is placed is called a shim pocket. The shim tray may be detachable from the magnetic pole M101. The second embodiment may be used for a system with large spatial constraints regarding the placement of the modeling substrate M105 and the shim tray due to the narrow magnetic pole gap M115 of a particle beam therapy system or the like, coexistence with other elemental equipment such as an RF kicker or an accelerating dee electrode, etc.

また、本実施形態によれば、導入用ポートM108から磁場調整装置P300を挿入することで、電磁石装置M100を分解することなく、電磁石装置M100の磁場調整がされる。一般に、サイクロトロンのような粒子線治療システム向けの加速器は、磁極間ギャップM115の空間が密閉される構造を有する。 In addition, according to this embodiment, the magnetic field of the electromagnet device M100 can be adjusted by inserting the magnetic field adjustment device P300 through the introduction port M108 without disassembling the electromagnet device M100. Generally, accelerators for particle beam therapy systems such as cyclotrons have a structure in which the space of the magnetic pole gap M115 is sealed.

そのため、造形基板やシムトレイの着脱には、電磁石の分解が必要となることがある。粒子線治療システム向けの加速器は数10トンから数100トンの重量があり、再組立てによって生じる構造上の誤差は、磁場の誤差の原因となることがある。そのため、分解および再組立てには細心の注意が必要となり、人的コストが要される。本実施形態によれば、人的コストを要する分解および組立て工程が省略され、磁場調整の自動化が容易となり、コストが削減される。 Therefore, disassembly of the electromagnet may be required to attach or detach the printing substrate or shim tray. Accelerators for particle beam therapy systems weigh from several tens to several hundreds of tons, and structural errors caused by reassembly may cause errors in the magnetic field. Therefore, disassembly and reassembly require careful attention and involve personnel costs. According to this embodiment, the disassembly and assembly processes that require personnel costs are omitted, automating magnetic field adjustment becomes easier, and costs are reduced.

このように本実施形態に係る磁場調整装置P300は、磁場測定素子としての磁場センサP309と、搬送器と、制御器としての磁場調整装置コントローラP333とを備えている。搬送器は、軸方向移動用モータP315、径方向位置調整用モータP317、周方向位置調整用モータP323および中心位置調整用モータP325と、支持レールP311、支持回転軸P319、支持レールP320およびP321とを備えている。搬送器は、加速器の筐体としての継鉄M104に設けられた穴である導入用ポートM108に固定され、加速器内で磁場センサP309を搬送する。磁場調整装置コントローラP333は、磁場センサP309によって加速器内の磁場分布を測定し、磁場分布に基づいて、第1実施形態と同様の補正磁性体分布を求める。 Thus, the magnetic field adjustment device P300 according to this embodiment includes a magnetic field sensor P309 as a magnetic field measuring element, a conveyor, and a magnetic field adjustment device controller P333 as a controller. The conveyor includes an axial movement motor P315, a radial position adjustment motor P317, a circumferential position adjustment motor P323, and a central position adjustment motor P325, as well as a support rail P311, a support rotation shaft P319, and support rails P320 and P321. The conveyor is fixed to an introduction port M108, which is a hole provided in a yoke M104 as the housing of the accelerator, and conveys the magnetic field sensor P309 within the accelerator. The magnetic field adjustment device controller P333 measures the magnetic field distribution within the accelerator using the magnetic field sensor P309, and obtains a corrected magnetic material distribution similar to that of the first embodiment based on the magnetic field distribution.

また、本実施形態に係る磁場調整装置P300は、3次元造形ヘッドP303を備えている。搬送器は、加速器内で磁場センサP309と共に3次元造形ヘッドP303を搬送する。搬送器は磁場センサP309および3次元造形ヘッドP303を、特定の平面内、すなわち中心軸M110に垂直な平面内で搬送すると共に、その平面に垂直な方向に磁場センサP309および3次元造形ヘッドP303を搬送し得る。磁場調整装置コントローラP333は、補正磁性体分布に基づいて3次元造形ヘッドP303を制御し、3次元造形ヘッドP303に対し、磁極M101に磁性体を造形させる。 The magnetic field adjustment device P300 according to this embodiment also includes a three-dimensional modeling head P303. The transporter transports the three-dimensional modeling head P303 together with the magnetic field sensor P309 within the accelerator. The transporter transports the magnetic field sensor P309 and the three-dimensional modeling head P303 within a specific plane, i.e., within a plane perpendicular to the central axis M110, and can transport the magnetic field sensor P309 and the three-dimensional modeling head P303 in a direction perpendicular to that plane. The magnetic field adjustment device controller P333 controls the three-dimensional modeling head P303 based on the corrected magnetic material distribution, and causes the three-dimensional modeling head P303 to model a magnetic material at the magnetic pole M101.

<第3実施形態>
第3実施形態に係る磁場調整装置P370が図9を参照して説明される。磁場調整装置P370では、多関節ロボットアームが搬送器として用いられる。補正磁性体調整ヘッドP313は第1実施形態と同様、3次元造形ヘッドP303と、ヘッド位置センサP307と、磁場センサP309をヘッドステージP305上に有する。制御フローは第2実施形態と同様である。補正磁性体調整ヘッドP313の支持構造および位置制御手法が、第2実施形態と異なる。
Third Embodiment
A magnetic field adjustment device P370 according to the third embodiment will be described with reference to FIG. 9. In the magnetic field adjustment device P370, an articulated robot arm is used as a carrier. The correction magnetic material adjustment head P313 has a three-dimensional modeling head P303, a head position sensor P307, and a magnetic field sensor P309 on a head stage P305, similar to the first embodiment. The control flow is similar to the second embodiment. The support structure and position control method of the correction magnetic material adjustment head P313 are different from those of the second embodiment.

磁場調整装置P370は、電磁石装置M100の継鉄M104に設けられた導入用ポートM108を介して外部から挿入され、接続用フランジM112により電磁石装置M100に固定される。補正磁性体調整ヘッドP313と接続用フランジM112との間は、支持アームP345,P349,P359およびP365によって支持される。ヘッドステージP305と支持アームP345との間は、ステージ角度調節用関節P343によって接続される。ステージ角度調節用モータP341によって、磁極面に対向するステージ角度が調節される。 The magnetic field adjustment device P370 is inserted from the outside through an introduction port M108 provided on the yoke M104 of the electromagnet device M100, and is fixed to the electromagnet device M100 by a connection flange M112. The correction magnetic material adjustment head P313 and the connection flange M112 are supported by support arms P345, P349, P359, and P365. The head stage P305 and the support arm P345 are connected by a stage angle adjustment joint P343. The stage angle facing the pole face is adjusted by a stage angle adjustment motor P341.

支持アームP345と支持アームP349との間は関節P347によって接続される。支持アームP345と支持アームP349とがなす角は伸縮機構P351とアーム長調整用モータP353によって制御される。支持アームP349と支持アームP359は関節P355によって接続される。関節P355がなす角度は、角度調節モータP357によって制御される。支持アームP359と支持アームP365は関節P361によって接続される。関節P361には角度調節モータP363が取り付けられており、角度調節モータP363によって多関節ロボットアーム全体の紙面垂直の角度が調節される。 The support arm P345 and the support arm P349 are connected by a joint P347. The angle between the support arm P345 and the support arm P349 is controlled by an extension mechanism P351 and an arm length adjustment motor P353. The support arm P349 and the support arm P359 are connected by a joint P355. The angle of the joint P355 is controlled by an angle adjustment motor P357. The support arm P359 and the support arm P365 are connected by a joint P361. An angle adjustment motor P363 is attached to the joint P361, and the angle of the entire articulated robot arm perpendicular to the page surface is adjusted by the angle adjustment motor P363.

本実施形態によれば、第2実施形態と同様の効果が得られる。また、第2実施形態においては、磁極M101の中心軸M110に対して、ヘッドステージP305が垂直な方向となっており、中心軸M110方向に補正磁性体が順次付加されていく。本実施形態では、中心軸M110に対してヘッドステージP305が垂直でない姿勢をも取り得る。そのため、磁極M101の各付加箇所に対して法線方向から補正磁性体が付加されてもよい。これにより、磁極M101が中心軸方向に延びた側面を持つような場合でも加工がされ得る。 According to this embodiment, the same effect as the second embodiment can be obtained. Also, in the second embodiment, the head stage P305 is perpendicular to the central axis M110 of the magnetic pole M101, and the correction magnetic material is added sequentially in the direction of the central axis M110. In this embodiment, the head stage P305 may also be in a position that is not perpendicular to the central axis M110. Therefore, the correction magnetic material may be added from the normal direction to each addition location of the magnetic pole M101. This allows processing to be performed even in cases where the magnetic pole M101 has a side that extends in the central axis direction.

また、例えばNC加工機と同様な工具取り換えの機能を多関節ロボットアームに持たせることで、混合材料用ノズル、掘削工具等が別箇所に退避させておいたものと交換され得る。これにより、例えば、粗調整用と微調整用の補正磁性体を分ける等、複数種類の補正磁性体材料の使い分けや補正磁性体材料の掘削除去等が可能となり、より複雑な磁場調整が行われる。 Furthermore, by equipping an articulated robot arm with a tool replacement function similar to that of an NC processing machine, nozzles for mixed materials, excavation tools, etc. can be replaced with those stored in a separate location. This makes it possible to use multiple types of correction magnetic material, such as separate correction magnetic materials for coarse adjustment and fine adjustment, or to excavate and remove correction magnetic materials, allowing for more complex magnetic field adjustments.

なお、第2実施形態および第3実施形態では、磁極M101に対する補正磁性体の造形は、加速器の据え付け時に実行されてもよい。例えば、継鉄M104の側壁に空洞共振器が設けられる穴が設けられている場合には、この穴を磁場調整装置(P300,P370)に対する固定構造とし、次のような工程で補正磁性体の造形が行われてよい。 In the second and third embodiments, the formation of the correction magnetic body for the magnetic pole M101 may be performed when the accelerator is installed. For example, if a hole in which a cavity resonator is provided is provided in the side wall of the yoke M104, this hole may be used as a fixed structure for the magnetic field adjustment device (P300, P370), and the correction magnetic body may be formed in the following process.

初めに、空洞共振器が取り付けられていない状態で、上側の継鉄M104と下側の継鉄M104とが接合される。この際、継鉄M104に形成された空洞共振器用の穴を固定構造として、磁場調整装置(P300,P370)が加速器に取り付けられる。このように、空洞共振器が設けられていない状態で、磁極M101に対する補正磁性体の造形が行われる。 First, without the cavity resonator attached, the upper yoke M104 and the lower yoke M104 are joined. At this time, the magnetic field adjustment device (P300, P370) is attached to the accelerator, using the hole for the cavity resonator formed in the yoke M104 as a fixing structure. In this way, without the cavity resonator installed, the correction magnetic body for the magnetic pole M101 is shaped.

補正磁性体の造形が行われた後に、上側の継鉄M104と下側の継鉄M104とが分離され、加速器から磁場調整装置(P300,P370)が取り外される。空洞共振器およびその他の部材が加速器に取り付けられた後、再び上側の継鉄M104と下側の継鉄M104とが接合されて据え付けが終了する。 After the correction magnetic body is shaped, the upper yoke M104 and the lower yoke M104 are separated, and the magnetic field adjustment device (P300, P370) is removed from the accelerator. After the cavity resonator and other components are attached to the accelerator, the upper yoke M104 and the lower yoke M104 are joined again to complete the installation.

なお、上記のように、加速器から磁場調整装置(P300,P370)を取り外して、空洞共振器およびその他の部材(以下、空洞共振器等と称される。)と磁場調整装置(P300,P370)との干渉が避けられた状態とする工程の他、次のような工程が採用されてもよい。すなわち、磁場調整装置(P300,P370)の位置をずらして、空洞共振器等を加速器に取り付けることで、空洞共振器等と磁場調整装置(P300,P370)との干渉が避けられた状態が実現されてもよい。この場合、加速器に磁場調整装置(P300,P370)が取り付けられた状態で、加速器に空洞共振器等が取り付けられる。 In addition to the above-mentioned process of removing the magnetic field adjustment device (P300, P370) from the accelerator to avoid interference between the cavity resonator and other components (hereinafter referred to as the cavity resonator, etc.) and the magnetic field adjustment device (P300, P370), the following process may be adopted. That is, by shifting the position of the magnetic field adjustment device (P300, P370) and attaching the cavity resonator, etc. to the accelerator, a state in which interference between the cavity resonator, etc. and the magnetic field adjustment device (P300, P370) is avoided may be realized. In this case, the cavity resonator, etc. is attached to the accelerator with the magnetic field adjustment device (P300, P370) attached to the accelerator.

本発明の上記各実施形態によれば、取り扱われる補正磁性体のサイズが微小化され、連続的な分布をもたせて補正磁性体が配置され得る。これによって、磁場調整精度が向上する。また、補正磁性体の量を数値的に管理することで、調整時のヒューマンエラーが低減され、人的コストが削減される。シムトレイ等が用いられた従来の手法では、余剰分を含めて種々のサイズの補正磁性体を準備しておく必要があり、作製または管理にコストが要されることがあった。本発明の各実施形態により、事前の補正磁性体準備に対する労力が軽減される。 According to the above-mentioned embodiments of the present invention, the size of the correction magnetic material to be handled can be made small, and the correction magnetic material can be arranged with a continuous distribution. This improves the accuracy of magnetic field adjustment. Furthermore, by numerically managing the amount of correction magnetic material, human error during adjustment is reduced, and personnel costs are reduced. In conventional methods using shim trays, etc., it was necessary to prepare correction magnetic materials of various sizes, including surplus materials, which sometimes required costs for production or management. Each embodiment of the present invention reduces the effort required for advance preparation of correction magnetic materials.

<第4実施形態>
第4実施形態として、3次元造形とシムトレイを組み合わせた磁場調整手法が説明される。本実施形態では、シムトレイを用いる従来手法と同様に、磁性材料を所定の位置に配置することで磁場が調整される。この場合、種々のサイズ毎に複数の補正磁性体を予め準備しておく必要がある。本実施形態では、磁場測定結果に基づいて逆算した補正磁性体分布を実現する補正磁性体を、例えば、3次元金属プリンタを用いて調整現場で製作することで、補正磁性体の準備が不要となる。
Fourth Embodiment
As a fourth embodiment, a magnetic field adjustment method that combines three-dimensional modeling and a shim tray will be described. In this embodiment, the magnetic field is adjusted by placing a magnetic material at a predetermined position, as in the conventional method using a shim tray. In this case, it is necessary to prepare a plurality of correction magnetic bodies for each of various sizes in advance. In this embodiment, the correction magnetic body that realizes the correction magnetic body distribution calculated backward based on the magnetic field measurement results is produced at the adjustment site using, for example, a three-dimensional metal printer, thereby eliminating the need to prepare the correction magnetic body.

図10には、本実施形態で用いられるシムトレイM181の概略図が示されている。シムトレイM181は関心領域M109に合わせた任意の形状を有し、本実施形態では図2の電磁石装置M100に合わせて円板状に形成されている。シムトレイM181の各位置には補正磁性体配置用のシムポケットM183が形成されている。3次元造形機を用いてシムポケットM183に補正磁性体を造形することで補正磁性体分布の調整が行われる。補正磁性体の造形は、シムポケットM183に補正磁性体シートM185が配置されることで行われてもよい。本実施形態では、補正磁性体シートM185として、例えば、シート状の磁性体片が用いられ、シムポケットM183として矩形状の溝が用いられている。これらは、シムトレイM181および関心領域M109の形状に合わせて、例えば、円形でも、球状でもよい。 Figure 10 shows a schematic diagram of the shim tray M181 used in this embodiment. The shim tray M181 has an arbitrary shape that matches the region of interest M109, and in this embodiment, it is formed in a disk shape to match the electromagnet device M100 in Figure 2. Shim pockets M183 for arranging correction magnetic material are formed at each position of the shim tray M181. The correction magnetic material distribution is adjusted by forming the correction magnetic material in the shim pocket M183 using a three-dimensional modeling machine. The correction magnetic material may be formed by placing a correction magnetic material sheet M185 in the shim pocket M183. In this embodiment, for example, a sheet-shaped magnetic material piece is used as the correction magnetic material sheet M185, and a rectangular groove is used as the shim pocket M183. These may be, for example, circular or spherical, depending on the shape of the shim tray M181 and the region of interest M109.

本実施形態によれば、種々のサイズの補正磁性体を予め準備しておく必要がなく、補正磁性体の製作または管理のコストが低減される。微調整に用いる補正磁性体量についても、必要となる補正磁性体量(例えば0.08cc)より小さな単位の補正磁性体(例えば0.02cc)を複数(例えば4個)用いて、必要量を代替させる必要がなく、扱う補正磁性体の個数が減る。そのため、従来手法と比較し、調整時のヒューマンエラーの発生が抑制される。また、本実施形態によれば、補正磁性体の付加の他、補正磁性体の除去も容易になる。 According to this embodiment, there is no need to prepare correction magnetic bodies of various sizes in advance, and the cost of manufacturing or managing the correction magnetic bodies is reduced. Regarding the amount of correction magnetic body used for fine adjustment, there is no need to substitute the required amount by using multiple correction magnetic bodies (e.g., four pieces) of correction magnetic bodies in units smaller than the required amount of correction magnetic body (e.g., 0.02 cc) than the amount of correction magnetic body (e.g., 0.08 cc), and the number of correction magnetic bodies handled is reduced. Therefore, compared to conventional methods, the occurrence of human error during adjustment is suppressed. Furthermore, according to this embodiment, in addition to adding correction magnetic bodies, it is also easy to remove correction magnetic bodies.

<応用実施形態>
図11には、応用実施形態に係る粒子線治療システムの一例が示されている。この粒子線治療システムA500は、イオン源A503が発生するイオンを加速する加速器A501と、加速器A501で加速されたイオンビームを取り出す出射チャネルM107と、加速器A501で加速したイオンビームを照射する照射装置A531とを備えている。
<Application embodiment>
An example of a particle beam therapy system according to an application embodiment is shown in Fig. 11. This particle beam therapy system A500 includes an accelerator A501 for accelerating ions generated by an ion source A503, an extraction channel M107 for extracting the ion beam accelerated by the accelerator A501, and an irradiation device A531 for irradiating the ion beam accelerated by the accelerator A501.

粒子線治療システムA500は、さらに、加速器A501から出射したイオンビームを照射装置A531に輸送する輸送装置A533と、治療対象A523を支持する支持台A521と、加速器A501や輸送装置A533に備えられた電磁石や高周波電源等を制御する制御系A535とを備えている。加速器A501は、内部に真空の空間が形成された電磁石装置M100を含み、電磁石装置M100に設けられた貫通孔にイオン源A503が接続され、その内部空間にイオンが送り込まれる。 The particle beam therapy system A500 further includes a transport device A533 that transports the ion beam emitted from the accelerator A501 to the irradiation device A531, a support table A521 that supports the treatment subject A523, and a control system A535 that controls the electromagnets and high-frequency power supplies provided in the accelerator A501 and the transport device A533. The accelerator A501 includes an electromagnet device M100 in which a vacuum space is formed, an ion source A503 is connected to a through hole provided in the electromagnet device M100, and ions are sent into the internal space.

電磁石装置M100は、内部空間に静磁場を発生させるための一対のコイルを継鉄で連結した構造を有し、イオンビームが加速される軌道面において、粒子加速に必要な所望の分布に磁場分布が調整されている。電磁石装置M100の内部には、イオンビームを加速するための高周波電源と接続されたディー電極や、イオンビームを内部空間から取り出すためのキッカ磁場発生用コイル等が配置される。 The electromagnet device M100 has a structure in which a pair of coils for generating a static magnetic field in the internal space are connected by a yoke, and the magnetic field distribution is adjusted to the desired distribution required for particle acceleration in the orbital plane along which the ion beam is accelerated. Inside the electromagnet device M100, a dee electrode connected to a high-frequency power source for accelerating the ion beam, a kicker magnetic field generating coil for extracting the ion beam from the internal space, and other components are arranged.

輸送装置A533は、ビームパイプA506と、その周囲に配置された複数の偏向電磁石A509、A513およびA515と、収束用電磁石A505,A507およびA511を含む。ビームパイプA506の内部を進むイオンビームは、偏向電磁石A509,A513およびA515の機能によって所望の方向へ偏向され、偏向電磁石が複数台設けられることで任意の位置まで導かれる。また、収束用電磁石の収束または発散作用によってイオンビームの状態が調整される。偏向電磁石や四極電磁石は、通過するイオンビームのエネルギーによって、偏向電磁石や四極電磁石の出力が調整されるように構成されており、その調整は制御系A535によって行われる。 The transport device A533 includes a beam pipe A506, several bending electromagnets A509, A513, and A515 arranged around it, and focusing electromagnets A505, A507, and A511. The ion beam traveling inside the beam pipe A506 is deflected in the desired direction by the functions of the bending electromagnets A509, A513, and A515, and can be guided to any desired position by providing several bending electromagnets. In addition, the state of the ion beam is adjusted by the converging or diverging action of the focusing electromagnets. The bending electromagnets and quadrupole electromagnets are configured so that the output of the bending electromagnets and quadrupole electromagnets is adjusted depending on the energy of the ion beam passing through, and this adjustment is performed by the control system A535.

このような輸送装置A533を介して治療エリア近傍まで運ばれたイオンビームは照射装置A531を通り、支持台A521に配置された治療対象の患部に対して照射される。イオンビームを所望の位置に照射させるための機構は種々存在する。例えば、照射装置A531および輸送装置A533の一部を回転するガントリーに搭載し、治療対象に対し任意の角度からイオンビームを照射可能にしたものや、照射装置A531にイオンビームを偏向する走査電磁石を設けたもの等がある。本実施形態では公知の機構が採用されてよい。さらに照射位置や線量をモニタする装置等が、粒子線治療システムA500に設置されてもよく、これらモニタする装置からの情報が、制御系A535に入力され、制御系A535はその情報をもとに照射のための機構を制御してよい。 The ion beam transported to the vicinity of the treatment area via the transport device A533 passes through the irradiation device A531 and is irradiated to the affected area of the treatment target placed on the support table A521. There are various mechanisms for irradiating the ion beam to a desired position. For example, the irradiation device A531 and part of the transport device A533 are mounted on a rotating gantry, making it possible to irradiate the ion beam to the treatment target from any angle, and the irradiation device A531 is provided with a scanning magnet that deflects the ion beam. In this embodiment, a known mechanism may be adopted. Furthermore, devices for monitoring the irradiation position and dose may be installed in the particle beam therapy system A500, and information from these monitoring devices may be input to the control system A535, which may control the mechanism for irradiation based on the information.

本実施形態に係る粒子線治療システムA500は、加速器A501の電磁石装置として、上記各実施形態に係る電磁石装置M100を採用したものである。加速器A501は、複数の磁性材料片(補正磁性体)を配置するための造形基板M105、または、補正磁性体分布が調整された磁極M101を内部に備えている。 The particle beam therapy system A500 according to this embodiment employs the electromagnetic device M100 according to each of the above embodiments as the electromagnetic device of the accelerator A501. The accelerator A501 includes a shaping substrate M105 for arranging multiple magnetic material pieces (corrective magnetic bodies) or a magnetic pole M101 with an adjusted distribution of corrective magnetic bodies.

本実施形態に係る粒子線治療システムA500によれば、イオンビームを加速する軌道面において、それと直交する方向の静磁場として所望の磁場分布が達成される。これによって、目標とする加速軌道と実際の加速軌道との間の相違が抑制される。 According to the particle beam therapy system A500 of this embodiment, a desired magnetic field distribution is achieved as a static magnetic field in a direction perpendicular to the orbital plane in which the ion beam is accelerated. This reduces the difference between the target acceleration orbit and the actual acceleration orbit.

M100 電磁石装置、M101 磁極、M102 コイルケースまたはクライオスタット、M103 コイル、M104 継鉄(筐体)、M105 造形基板、M106 基板支持機構、M107 出射チャネル、M108 導入用ポート、M109 関心領域、M110 中心軸、M111 中央平面、M112 接続用フランジ、M115 磁極間ギャップ、M121 コイルスロット領域、M151 磁場測定素子、M153 磁場測定素子支持棒、M155 測定素子回転用モータ、M157 測定素子回転用駆動系、M159 磁場測定直線移動格納ステージ、M161 直線移動用モータ、M162 直線移動用駆動系、M163 プーリー、M165 ベルト、M166 直線送り出し機構、M167 磁場測定機構メインステージ、M171 制御器、M173,P331 信号・電力バス、M181 シムトレイ、M183 シムポケット、M185 補正磁性体シート、P300,P370 磁場調整装置、P301 3次元造形ノズル、P303 3次元造形ヘッド、P304 材料供給用シリンダ、P305 ヘッドステージ、P307 ヘッド位置センサ、P309 磁場センサ、P313 補正磁性体調整ヘッド、P311, P320,P321 支持レール、P319 支持回転軸、P315 軸方向移動用モータ、P317 径方向位置調整用モータ、P323 周方向位置調整用モータ、P325 中心位置調整用モータ、P333 磁場調整装置コントローラ、P345,P349,P359,P365 支持アーム、P341 ステージ角度調節用モータ、P353 アーム長調整用モータ、P357,P363 角度調節モータ、P343 ステージ角度調整用関節、P347,P355,P361 関節、P351 伸縮機構、A500 粒子線治療システム、A501 加速器、A503 イオン源、A504 加速器支持リフト、A506 ビームパイプ、A505, A507, A511 収束用電磁石、A509, A513, A515 偏向電磁石、A521 支持台、A523 治療対象、A531 照射装置、A533 輸送装置、A535 制御系。
M100 electromagnet device, M101 magnetic pole, M102 coil case or cryostat, M103 coil, M104 yoke (housing), M105 build substrate, M106 substrate support mechanism, M107 exit channel, M108 inlet port, M109 region of interest, M110 central axis, M111 central plane, M112 connection flange, M115 gap between magnetic poles, M121 coil slot area, M151 magnetic field measuring element, M153 magnetic field measuring element support rod, M155 measuring element rotation motor, M157 measuring element rotation drive system, M159 magnetic field measuring linear movement storage stage, M161 linear movement motor, M162 linear movement drive system, M163 pulley, M165 belt, M166 linear feed mechanism, M167 Magnetic field measurement mechanism main stage, M171 controller, M173, P331 signal/power bus, M181 shim tray, M183 shim pocket, M185 correction magnetic sheet, P300, P370 magnetic field adjustment device, P301 3D modeling nozzle, P303 3D modeling head, P304 material supply cylinder, P305 head stage, P307 head position sensor, P309 magnetic field sensor, P313 correction magnetic adjustment head, P311, P320, P321 support rail, P319 support rotation shaft, P315 axial movement motor, P317 radial position adjustment motor, P323 circumferential position adjustment motor, P325 central position adjustment motor, P333 magnetic field adjustment device controller, P345, P349, P359, P365 Support arm, P341 stage angle adjustment motor, P353 arm length adjustment motor, P357, P363 angle adjustment motor, P343 stage angle adjustment joint, P347, P355, P361 joint, P351 extension mechanism, A500 particle beam therapy system, A501 accelerator, A503 ion source, A504 accelerator support lift, A506 beam pipe, A505, A507, A511 focusing magnet, A509, A513, A515 bending magnet, A521 support table, A523 treatment target, A531 irradiation device, A533 transport device, A535 control system.

Claims (10)

電磁石装置内に磁場測定素子を配置し、前記電磁石装置内の磁場分布を測定することと、
前記磁場分布に基づいて、前記電磁石装置における磁極に対して造形される磁性体の分布を表す補正磁性体分布を求めることと、
前記補正磁性体分布に基づいて、前記磁極に対して磁性体を造形することと、
を含み、
前記磁極に対して磁性体を造形することは、
前記電磁石装置から造形基板を取り外すことと、
搬送器が、前記電磁石装置内で前記磁場測定素子と共に3次元造形ヘッドを搬送すること、
制御器が、前記補正磁性体分布に基づいて前記3次元造形ヘッドを制御し、前記3次元造形ヘッドに、前記磁極に対して磁性体を造形することと、
磁性体が造形された前記造形基板を前記電磁石装置に取り付けることと、を含むことを特徴とする磁極造形方法。
disposing a magnetic field measuring element in an electromagnetic device and measuring a magnetic field distribution in the electromagnetic device;
determining a corrected magnetic material distribution representing a distribution of magnetic materials to be shaped with respect to a magnetic pole in the electromagnet device based on the magnetic field distribution;
forming a magnetic body for the magnetic pole based on the corrective magnetic body distribution;
Including,
Shaping a magnetic body with respect to the magnetic pole includes:
removing the build substrate from the electromagnet device;
a carrier transporting the three-dimensional modeling head together with the magnetic field measuring element within the electromagnetic device;
a controller controls the three-dimensional modeling head based on the corrected magnetic material distribution, and causes the three-dimensional modeling head to model a magnetic material with respect to the magnetic pole;
and attaching the substrate on which the magnetic body is formed to the electromagnet device .
磁場測定素子と、
電磁石装置内で前記磁場測定素子を搬送する搬送器と、
前記磁場測定素子によって前記電磁石装置内の磁場分布を測定し、前記磁場分布に基づいて、補正磁性体分布であって、前記電磁石装置における磁極に対して追加される磁性体の分布を表す補正磁性体分布を求める制御器と、
3次元造形ヘッドを備え、
前記搬送器は、
前記電磁石装置内で前記磁場測定素子と共に前記3次元造形ヘッドを搬送し、
前記制御器は、
前記補正磁性体分布に基づいて前記3次元造形ヘッドを制御し、前記3次元造形ヘッドに、前記磁極に対して磁性体を造形させることを特徴とする磁場調整装置
A magnetic field measuring element;
A carrier for carrying the magnetic field measuring element within an electromagnetic device;
a controller that measures a magnetic field distribution in the electromagnet device by the magnetic field measuring element, and calculates a correction magnetic material distribution based on the magnetic field distribution, the correction magnetic material distribution representing a distribution of magnetic materials to be added to a magnetic pole in the electromagnet device;
Equipped with a three-dimensional modeling head,
The conveyor includes:
Transporting the three-dimensional modeling head together with the magnetic field measuring element within the electromagnet device;
The controller includes:
A magnetic field adjusting device, comprising : a control unit for controlling the three-dimensional modeling head based on the corrected magnetic material distribution; and causing the three-dimensional modeling head to model a magnetic material with respect to the magnetic pole .
請求項2に記載の磁場調整装置において、
前記3次元造形ヘッドは、3次元プリンタを構成することを特徴とする磁場調整装置
The magnetic field adjusting device according to claim 2 ,
The magnetic field adjusting device , wherein the three-dimensional modeling head constitutes a three-dimensional printer .
請求項2に記載の磁場調整装置において、
前記3次元造形ヘッドは、
磁性材料と非磁性材料の混合物によって、前記磁極に対して磁性体を造形することを特徴とする磁場調整装置。
The magnetic field adjusting device according to claim 2,
The three-dimensional modeling head includes:
A magnetic field adjusting device, characterized in that a magnetic body is formed for said magnetic poles by using a mixture of a magnetic material and a non-magnetic material .
請求項に記載の磁場調整装置において、
前記電磁石装置は、
前記磁極に対して配置された補正磁性体固定用基板であって、補正磁性体が配置される位置毎に区切られた補正磁性体固定用基板を備え、
前記3次元造形ヘッドは、前記補正磁性体固定用基板に磁性体を造形することを特徴とする磁場調整装置。
The magnetic field adjusting device according to claim 2 ,
The electromagnet device includes:
a correction magnetic body fixing substrate disposed relative to the magnetic pole, the correction magnetic body fixing substrate being partitioned for each position at which the correction magnetic body is disposed;
The magnetic field adjusting device , wherein the three-dimensional modeling head models a magnetic body on the substrate for fixing the correction magnetic body .
請求項に記載の磁場調整装置において、
前記搬送器は、
前記磁場測定素子および前記3次元造形ヘッドを特定の平面内で搬送し、当該平面に垂直な方向に搬送することを特徴とする磁場調整装置。
The magnetic field adjusting device according to claim 2 ,
The conveyor includes:
A magnetic field adjustment device, characterized in that the magnetic field measuring element and the three-dimensional modeling head are transported within a specific plane and in a direction perpendicular to the plane .
請求項に記載の磁場調整装置において、
前記搬送器は、
多関節ロボットアームを含むことを特徴とする磁場調整装置。
The magnetic field adjusting device according to claim 2 ,
The conveyor includes:
A magnetic field adjustment device comprising an articulated robot arm .
前記電磁石装置を備え、イオンを加速する加速器において、
前記加速器は、
請求項2から請求項7のいずれか1項に記載の磁場調整装置が固定される固定構造を備えることを特徴とする加速器
In an accelerator for accelerating ions, the accelerator comprises the electromagnet device,
The accelerator comprises:
An accelerator comprising a fixing structure to which the magnetic field adjustment device according to any one of claims 2 to 7 is fixed .
請求項に記載の加速器において、
前記固定構造は、
前記加速器の筐体に開けられた穴を有し、
前記穴には、前記磁場調整装置との干渉が避けられた状態で、空洞共振器が配置されることを特徴とする加速器。
9. The accelerator of claim 8 ,
The fixing structure includes:
a hole formed in the housing of the accelerator;
An accelerator, wherein a cavity resonator is disposed in the hole while avoiding interference with the magnetic field adjustment device .
請求項8または請求項9に記載の加速器と
前記加速器によって加速されたイオンを輸送する輸送装置と、
前記輸送装置によって輸送されたイオンを患者に照射する照射装置と、
を備えることを特徴とする粒子線治療システム
An accelerator according to claim 8 or claim 9 ;
a transport device for transporting the ions accelerated by the accelerator;
an irradiation device that irradiates a patient with the ions transported by the transport device;
A particle beam therapy system comprising :
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