組的線圈都不是超導的。
[0146] -般來說，磁場的量值可隨電流的量值而改變。在預定范圍內調節線圈的總電流 能夠生成對應預定范圍內變化的磁場。在一些示例中，電流的連續調節能夠導致磁場的連 續變化和輸出波束能量的連續變化。可替代地，當施加至線圈的電流W非連續、步進方式調 節時，磁場和輸出的波束能量也因此W非連續（步進）方式變化。磁場與電流的標度能夠 使得波束能量的變化相當精確地發生，盡管有時要執行除了輸入電流W外的小的調整。
[0147] 在一些實施方式中，為了輸出具有可變能量的粒子束，加速器912配置W施加RF 電壓，其在不同范圍的頻率上掃頻，其中每個范圍對應不同的輸出波束能量。例如，如果加 速器912配置為輸出S種不同的輸出波束能量，RF電壓能夠在S個不同范圍的頻率上掃 頻。在另一示例中，對應連續的波束能量變化，RF電壓在連續變化的頻率范圍上掃頻。不 同的頻率范圍可具有不同的低頻界限和/或高頻界限。
[014引引出通道能夠配置為適應由可變能量粒子加速器生成的不同范圍的能量。例如引 出通道可W足夠的大W支撐由粒子加速器生成的最高和最低能量。也就是說，引出通道可 W尺寸大小設定為或配置為接收并傳輸該能量范圍內的粒子。具有不同能量的粒子束能夠 從加速器912引出而不會改變用于提取具有單能量粒子束的再生器的特征。在其他實施方 式中，為了適應可變的粒子能量，再生器能夠移動W上述方式干擾（例如，改變）不同的粒 子軌道和/或能夠添加或移除鐵棒（磁性墊片）W改變由再生器提供的磁場不均勻性。更 加具體而言，不同的粒子能量通常處于空腔內的不同粒子軌道。通過移動再生器，能夠攔截 特定能量處的粒子軌道并進而提供對該軌道的準確微擾，從而使處于特定能量的粒子到達 引出通道。在一些實施方式中，實時地執行再生器的移動（和/或磁性墊片的添加/移除） W匹配由加速器輸出的粒子束能量的實時變化。在其他實施方式中，在每次治療基礎上調 節粒子能量，并且在治療前執行再生器的移動（和/或磁性墊片的添加/移除）。在任一情 形中，再生器的運動（和/或磁性墊片的添加/移除）可W是計算機控制的。例如，計算機 可W控制實現再生器和/或磁性墊片運動的一個或多個馬達。
[0149] 在一些實施方式中，使用可控制W移動至合適位置的一個或多個磁性墊片來應用 再生器。
[0150] 作為示例，表1示出了示例的加速器912能夠輸出粒子束的=個示例能量級。還 列出了用于生成=個能量級的對應參數。在運點上，磁體電流指代施加至加速器912中一 個或多個線圈組的總電流；最大和最小頻率限定了RF電壓掃頻的范圍；W及"r"是某位置 距其中加速粒子的空腔的中屯、的徑向距離。
[0151]
[0152] 表I:波束能量及各自參數的示例
[0153] 下面將描述包括在示例粒子加速器中的細節，所述粒子加速器生成具有可變能量 的帶電粒子。加速器能夠是同步回旋加速器并且粒子可W是質子。粒子可W輸出為脈沖波 束。在患者的一個祀標體積的治療期間，或者在相同患者或不同患者的不同祀標體積治療 之間，能夠改變從粒子加速器輸出的波束能量。在一些實施方式中，當沒有波束（或粒子） 從加速器輸出時，能夠改變加速器的設定W改變波束能量。在期望范圍內，能量變化能夠是 連續的或不連續的。
[0154] 參照圖1中所示的示例，粒子加速器，其可W是類似上述加速器912的可變能量 粒子加速器，可W配置為輸出具有可變能量的輸出粒子束。可變能量的范圍可具有一個 上邊界，即約200MeV到約300MeV或更高，例如，200MeV、約205MeV、約210MeV、約215MeV、 約 220MeV、約 225MeV、約 230MeV、約 235MeV、約 240MeV、約 245MeV、約 250MeV、約 255MeV、 約 260MeV、約 265MeV、約 270MeV、約 275MeV、約 280MeV、約 285MeV、約 290MeV、約 295MeV、 或約300MeV或更高。所述范圍還可具有一個下邊界，即約IOOMeV或更低到約200MeV、例 女日，約IOOMeV或更低，約 105MeV、約llOMeV、約 115MeV、約 120MeV、約 1255MeV、約 130MeV、 約 135MeV、約 140MeV、約 145MeV、約 150MeV、約 155MeV、約 160MeV、約 165MeV、約 170MeV、約 175MeV、約ISOMeV、約 185MeV、約 190MeV、約 195MeV、約 200MeV。
[0155] 在一些示例中，變化是不連續的，且變化步長大小可為約IOMeV或更低，約15MeV、 約 20MeV、約 25MeV、約 30MeV、約 35MeV、約 40MeV、約 45MeV、約 50MeV、約 55MeV、約 60MeV、約 65MeV、約70MeV、約75MeV、或約SOMeV或更高。改變一個步長的能量可W不超過30分鐘， 例如，約25分鐘或更少、約20分鐘或更少、約15分鐘或更少、約10分鐘或更少、約5分鐘 或更少、約1分鐘或更少、或者約30秒或更少。在其它示例中，變化是連續的，且加速器能 W相對較高的速率調整粒子束的能量，例如，高達約SOMeV每秒、高達約45MeV每秒、高達約 40MeV每秒、高達35MeV每秒、高達約30MeV每秒、高達約25MeV每秒、高達約20MeV每秒、高 達約15MeV每秒、或高達約IOMeV每秒。加速器能夠配置為連續和非連續地調整粒子的能 量。例如，連續和非連續變化的組合可W用于同一個目標體積的治療或不同目標體積的治 療中。靈活的治療計劃和靈活的治療就能夠實現。
[0156] 粒子加速器輸出具有可變能量的粒子束，它能夠在福射治療中提供精度，并減少 用于治療的附加設備（除了加速器W外）的數量。例如，對于整個或部分治療，用于改變輸 出粒子束的能量的降能器的使用可被減少或消除。粒子束的屬性，如強度、聚焦等，可W在 粒子加速器中得到控制，且粒子束能到達祀標體積而不受另外設備的實質性干擾。相對高 的波束能量變化率可W減少治療時間，并使得能有效地利用治療系統。
[0157] 在一些實施方式中，加速器，諸如圖1所示的同步回旋加速器，通過改變加速器中 的磁場來加速粒子或粒子束至可變能量級，其可W通過改變施加至線圈的用于產生磁場的 電流來實現。如上所述，示例的同步回旋加速器（例如，圖1中的同步回旋加速器）包括含 有粒子源的磁體系統、射頻驅動系統、W及波束引出系統。圖19示出了用于可變能量加速 器中的磁體系統的示例。在該示例的實施方式中，由磁體系統1012建立的磁場可W是兩組 線圈40a和40b、及42a和4化能夠生成的磁場的最大值的約5 %變化到約35%。由磁體系 統建立的磁場具有的形狀適合于使用兩組線圈和一對成形的鐵磁（例如低碳鋼）結構的組 合來維持包含質子的束的焦點，其示例如上所述。
[015引每組線圈都是用于接收電流的分離的一對環形線圈。在一些情況下，兩組線圈都 是超導的。在其它情況下，只有一組線圈是超導的，而另一組是非超導的或常規傳導的（下 面也將進一步討論）。還可能運兩組線圈都是非超導的。在線圈中使用的合適的超導材料 包括妮-3錫（Nb3Sn)和/或妮-鐵。其它常規傳導材料可包括銅。下面進一步描述線圈 組結構的示例。
[0159] 兩組線圈可串聯或并聯地電連接。在一些實施方式中，由兩組線圈接收到的總電 流可包括約200萬安培應數至約1000萬安培應數，例如，約250萬至約750萬安培應數、或 約375萬安培應數至約500萬安培應數。在一些示例中，一組線圈被配置為接收總可變電 流的固定（或恒定）部分，而另一組線圈被配置為接收總電流的可變部分。兩個線圈組的 總電流隨一組線圈中的電流變化而變化。在其它情況下，施加到兩組線圈的電流都可W變 化。兩組線圈中的可變總電流能產生具有可變大小的磁場，運反過來又改變所述粒子的加 速途徑，并產生具有可變能量的粒子。
[0160] 一般地，由一個或多個線圈產生的磁場大小與施加到一個或多個線圈的總電流大 小成比例。基于所述的比例，在一些實施方式中，磁場強度的線性變化可W通過線圈組總電 流的線性變化來實現。總電流能W相對較高速率調整，運導致磁場和波束能量W相對高的 速率調整。
[0161] 在上述表1中所反映的示例中，在線圈環幾何中屯、的電流值和磁場之間的比率 是：1990 : 8. 7(約 228. 7 : 1) ;1920 : 8. 4(約 228. 6 : 1) ;1760 : 7. 9(約 222. 8 : 1)。 因此，調節施加到一個或多個超導線圈的總電流大小可W按比例地（基于所述比率）調整 磁場大小。
[0162] 在表1示例中的磁場和總電流的比例也在圖20的曲線圖中示出，其中化為沿Z 方向的磁場；而R是沿垂直于Z方向的方向從線圈環的幾何中屯、測得的徑向距離。該磁場 在幾何中屯、具有最高值，并且隨距離R的增加而減小。曲線1035、1037表示相同線圈組接 收不同的總電流：分別為1760安培和1990安培，所產生的磁場。引出粒子的對應能量分別 是211MeV和250MeV。兩條曲線1035U037具有大致相同的形狀，并且曲線1035U037的不 同部分基本上是平行的。因此，無論是曲線1035還是曲線1037都可W被線性地移位，W基 本匹配另一條曲線，運表明磁場可與施加到線圈組的總電流成比例。
[0163] 在一些實施方式中，該磁場和總電流的比例性也許是不完美的。例如，基于表1中 所示示例計算的磁場和電流之間的比率不是恒定的。另外，如圖21所示，一條曲線的線性 移位可能不能很好地匹配另一曲線。在一些實施方式中，總電流在完美比例的設想下被施 加到線圈組。可通過另外改變特征，例如線圈的幾何形狀，W抵消不完美的比例性，來產生 目標磁場（在完美比例的設想下）。作為一個示例，鐵磁性的（例如，鐵）棒（磁性墊片） 可被插入一個或兩個磁性結構（例如，輛、極片、等）或從中取出。相比于比例是完美的并 且只有電流需要調整的情況，線圈的特征能夠W相對高的速率被改變，從而使得磁場的調 整速度基本上不受影響。在鐵棒的示例中，棒可W在秒鐘或分鐘的時間量程內被添加或刪 除，例如在5分鐘內、1分鐘內、少于30秒、或小于1秒。
[0164] 在一些實施方式中，所述加速器的設定，諸如施加到線圈組的電流，可W基于線圈 組中的磁場和總電流的實際比例性進行選擇。
[0165] 通常，為產生在期望范圍內變化的總電流，施加到兩個線圈組的電流的任何合適 組合都可W使用。在一個示例中，線圈組42a、4化可W配置為接收對應于該磁場的期望范 圍下邊界的固定電流。在表1所示的示例中，固定電流是1760安培。另外，線圈組40a、40b 可W被配置為接收可變電流，該可變電流具有的上邊界對應于期望范圍的磁場的上邊界和 下邊界之間的差值。在表1所示的示例中，線圈組40a、4化被配置為接收0安培和230安 培之間變化的電流。
[0166] 在另一示例中，線圈組42a、4化可W配置為接收對應于該磁場的期望范圍的上邊 界的固定電流。在表1所示的示例中，固定電流是1990安培。另外，線圈組40a、40b可W 被配置成為接收可變電流，該可變電流具有的上邊界對應于期望范圍的磁場的上邊界和下 邊界之間的差值。在表1所示的示例中，線圈組40a、4化被配置成接收-230安培和0安培 之間變化的電流。
[0167] 由可變總電流產生的用于加速粒子的總可變磁場可W具有大于4特斯拉的最大 值，例如大于5特斯拉、大于6特斯拉、大于7特斯拉、大于8特斯拉、大于9特斯拉、或大于 10特斯拉、W及高達約20特斯拉或更高，例如，高達約18特斯拉、高達約15特斯拉、或高 達約12特斯拉。在一些實施方式中，線圈組總電流的變化可W改變磁場約0. 2特斯拉至約 4. 2特斯拉或更大，例如約0. 2特斯拉至約1. 4特斯拉或約0. 6特斯拉至約4. 2特斯拉。在 某些情況下，磁場的變化量可W與所述最大值成比例。
[0168] 圖21示出了用于在針對粒子束的每個能量級的RF頻率范圍上掃頻D形板500上 電壓的、W及在粒子束能量變化時用于改變頻率范圍的示例RF結構。D形板500的半圓形 表面503、505連接至內導體1300并封裝在外導體1302中。從電源（未示出，例如振蕩電 壓輸入）通過電源禪接裝置1304施加高電壓至D形板500,所述電源禪合裝置1304將電源 禪接至內導體。在一些實施方式中，禪接裝置1304定位在內導體1300上W從電源提供能 量輸送至D形板500。另外，D形板500禪接至可變電抗元件1306、1308W進行針對每個粒 子能量級的RF頻率掃頻，并且針對不同粒子能量級改變RF頻率范圍。
[0169]可變電抗元件1306能夠是旋轉電容器，其具有可由馬達（未示出）旋轉的多個葉 片1310。通過每個RF掃頻周期期間葉片1310的曬合或非曬合，RF結構的電容變化，其轉 而改變RF結構的共振頻率。在一些實施方式中，在馬達的每個四分之一周期，葉片1310彼 此曬合。RF結構的電容增加而共振頻率減小。該過程隨著葉片1310非曬合而反轉。因此， 生成施加至D形板103的高電壓所需W及加速波束所必需的能量能夠W較大因子縮減。在 一些實施方式中，加工葉片1310的形狀W形成共振頻率對時間的所需依賴性。
[0170] 通過感測共振器中RF電壓的相位，保持D形板上交流電壓接近RF腔的共振頻率， RF頻率生成與葉片旋轉是同步的。（虛擬D形板接地且未在圖21中示出。）
[0171] 可變電抗元件1308能夠是電容器，其由板1312和內導體1300的表面1316形成。 板1312可沿方向1314朝向或遠離表面1316移動。電容器的電容隨著板1312和表面1316 之間的距離D改變而改變。對于一個粒子能量進行掃頻的每個頻率范圍，距離D處于設定 值，并且為了改變該頻率范圍，板1312響應輸出波束的能量變化而移動。
[0172] 在一些實施方式中，內和外導體1300U302由金屬材料形成，諸如銅、侶、或銀。葉 片1310和板1312也能由與導體1300、1302相同的或不同的金屬材料制成。禪接裝置1304 能夠是電導體。可變電抗元件1306、1308能夠具有其他形式并能夠W其他方式禪接至D形 板100,從而執行RF掃頻和頻率范圍改變。在一些實施方式中，單個可變電抗元件能夠配置 為執行兩個可變電抗元件1306U308的功能。在其他實施方式中，能夠使用多于兩個可變 電抗元件。
[0173] 執行治療期間的臺架、病人支架、有源束成形單元、W及同步回旋加速器的控制通 過合適的治療控制電子元件（未示出）來實現。
[0174] 本文所述的粒子治療系統的控制及其各種特征可使用硬件或硬件與軟件的組合 來實施。例如，類似本文所述系統的一個系統可包括位于各個點的各種控制器和/或處理 設備。中央計算機可在各個控制器或處理設備之間協調操作。中央計算機、控制器、和處理 設備可執行各種軟件程序W實現測試與校準的控制和協調。
[01巧]能夠使用一個或多個計算機程序產品，例如有形地嵌入一個或多個非暫態機器可 讀介質中的一個或多個計算機程序，由一個或多個數據處理設備執行或控制其操作，從而 至少部分地控制系統操作，所述數據處理設備例如可編程處理器、計算機、多個計算機、和/ 或可編程邏輯組件。
[0176] 計算機程序能夠W任何程序語言形式寫成，包括匯編或解釋語言，并且它能夠W 任何形式展開，包括作為獨立程序或作為適于用于計算環境的模塊、組件、子程序、或其他 單元。計算機程序能夠在一臺計算機上或者在一個位置或分布在多個位置并通過網絡互連 的多臺計算機上展開W執行。
[0177] 與執行本文描述的一個或多個粒子治療系統的所有或部分操作相關的操作能夠 通過一個