调整主线圈位置的磁垫片.pdf

一种示例性粒子加速器，包括：线圈，以向腔提供磁场；低温恒温器，其包括用于保持所述线圈的室，其中，所述线圈布置在该室中以限定线圈的内部区域和线圈的外部区域；磁结构，其相邻于所述低温恒温器，其中，所述磁结构具有至少部分单向穿过其中的一个或多个狭槽；以及一个或多个磁垫片，其在一个或多个相应的狭槽中。所述一个或多个磁垫片是可移动的，以通过改变由所述磁结构产生的磁场来调整所述线圈的位置。

1.  一种粒子加速器，包括：
线圈，以向腔提供磁场；
低温恒温器，其包括用于保持所述线圈的室，所述线圈布置在该室中以限定线圈的内部区域和线圈的外部区域；
磁结构，其相邻于所述低温恒温器，所述磁结构具有至少部分单向穿过其中的一个或多个狭槽；以及
一个或多个磁垫片，其在一个或多个相应的狭槽中，所述一个或多个磁垫片是可移动的，以通过改变由所述磁结构产生的磁场来调整所述线圈的位置。

2.  根据权利要求l所述的粒子加速器，其中，所述一个或多个磁垫片是可控制的，以移入或移出相应的狭槽。

3.  根据权利要求2所述的粒子加速器，其中，所述一个或多个磁垫片是计算机控制的。

4.  根据权利要求2所述的粒子加速器，其中，所述一个或多个磁垫片可响应于所述粒子加速器的旋转而控制。

5.  根据权利要求4所述的粒子加速器，其中，所述一个或多个磁垫片是可控制的，以调整所述线圈的位置来补偿由所述粒子加速器的旋转所造成的线圈运动。

6.  根据权利要求l所述的粒子加速器，其中，至少一个所述磁垫片在所述内部区域内。

7.  根据权利要求6所述的粒子加速器，其中，所有的磁垫片都在所述内部区域内。

8.  根据权利要求l所述的粒子加速器，其中，所述一个或多个磁垫片包括铁磁材料。

9.  一种质子治疗系统，包括：
根据权利要求1所述的粒子加速器；以及
台架，其上安装有所述粒子加速器，所述台架可相对于患者位置旋转；
其中，质子从所述粒子加速器被大致直接输出至患者位置。

10.  根据权利要求9所述的质子治疗系统，其中，所述粒子加速器可相对于固定位置旋转；并且
其中，所述质子治疗系统还包括控制系统，以基于所述台架的旋转位置来控制所述一个或多个磁垫片的移动。

11.  一种电磁体，包括：
超导线圈，其布置成大致圆形配置来产生磁场；
磁结构，其相邻于所述超导线圈，所述磁结构具有至少部分单向穿过其中的一个或多个狭槽；以及
一个或多个磁垫片，其在一个或多个相应的狭槽中，所述一个或多个磁垫片是可移动的，以通过改变由所述磁结构产生的磁场来调整所述线圈的位置。

12.  根据权利要求11所述的电磁体，其中，所述超导线圈配置成产生的磁场在所述圆形配置的内部中比在所述圆形配置的外部中更强；并且
其中，相比于所述圆形配置的外部，所述一个或多个磁垫片更靠近所述圆形配置的内部。

13.  根据权利要求12所述的电磁体，其中，所述一个或多个磁垫片中的至少一部分在所述圆形配置的内部内。

14.  根据权利要求11所述的电磁体，其中，所述一个或多个磁垫片中的全部都在所述圆形配置的内部内。

15.  根据权利要求11所述的电磁体，其中，所述一个或多个磁垫片是可控制的，以移入或移出相应的狭槽。

16.  根据权利要求15所述的电磁体，其中，所述一个或多个磁垫片是计算机控制的。

17.  根据权利要求15所述的电磁体，其中，所述一个或多个磁垫片可响应于所述电磁体的旋转而控制。

18.  根据权利要求17所述的电磁体，其中，所述一个或多个磁垫片是可控制的，以调整所述线圈的位置来补偿由所述电磁体的旋转所造成的线圈运动。

19.  根据权利要求11所述的电磁体，其中，所述一个或多个磁垫片包括由铁磁材料构成的一个或多个磁垫片。

20.  一种质子治疗系统，包括：
粒子加速器，其包括根据权利要求11所述的电磁体，用于输出包括质子的粒子；以及
台架，其上安装有所述粒子加速器，所述台架可相对于患者位置旋转；
其中，质子从所述粒子加速器被大致直接输出至患者位置。

21.  根据权利要求20所述的质子治疗系统，其中，所述粒子加速器可相对于固定位置旋转；并且
其中，所述质子治疗系统还包括控制系统，以基于所述台架的旋转位置来控制所述一个或多个磁垫片的移动。

22.  一种调整电磁体中的超导线圈的位置的方法，所述方法包括：
确定与所述电磁体相关联的旋转位置；以及
基于所述旋转位置，控制接近于所述超导线圈的磁结构中的一个或多个磁垫片的位置。

23.  根据权利要求22所述的方法，其中，所述电磁体是安装在可旋转的台架上的粒子加速器的一部分；并且
其中，所述旋转位置是所述台架的位置。

24.  根据权利要求22所述的方法，其中，所述超导线圈布置成大致圆形配置来产生磁场；
其中，所述磁场在所述圆形配置的内部中比在所述圆形配置的外部中更强；并且
其中，相比于所述圆形配置的外部，所述一个或多个磁垫片更靠近所述圆形配置的内部。

25.  根据权利要求24所述的方法，其中，所述一个或多个磁垫片中的至少一部分在所述圆形配置的内部内。

26.  根据权利要求24所述的方法，其中，所述一个或多个磁垫片中的全部都在所述圆形配置的内部内。

27.  根据权利要求22所述的方法，其中，所述一个或多个磁垫片是可控制的，以移入或移出所述磁结构中的相应狭槽。

28.  根据权利要求22所述的方法，其中，所述一个或多个磁垫片的位置是利用计算机而得到控制的。

29.  根据权利要求22所述的方法，其中，所述一个或多个磁垫片是可 控制的，以调整所述线圈的位置来补偿由所述电磁体的旋转所造成的线圈运动。

30.  根据权利要求22所述的方法，其中，所述一个或多个磁垫片包括由铁磁材料构成的一个或多个磁垫片。

31.  一种粒子加速器，包括：
线圈，以向粒子在其中被加速的腔提供磁场；
低温恒温器，其包括用于保持所述线圈的室；
磁结构，其相邻于所述低温恒温器，所述磁结构具有至少部分单向穿过其中的一个或多个狭槽；以及
一个或多个磁垫片，其在一个或多个相应的狭槽中，所述一个或多个磁垫片是可移动的，以调整所述腔中的磁场，从而影响所述腔内的粒子轨道。

32.  根据权利要求31所述的粒子加速器，还包括：
提取通道，粒子穿过其用于从所述粒子加速器输出，所述提取通道具有在所述腔处的入口；
其中，所述一个或多个磁垫片被控制在所述一个或多个相应的狭槽中，使得从所述腔进入提取通道的粒子的能量匹配于粒子横过提取通道所需的能量。

33.  根据权利要求32所述的粒子加速器，其中，所述提取通道的入口不包括粒子束在进入所述提取通道之前所穿过的能量吸收结构。

34.  根据权利要求31所述的粒子加速器，其中，所述磁结构包括磁极片，并且其中，所述线圈是第一线圈；以及
其中，所述粒子加速器还包括第二线圈，该第二线圈作为用于产生自通过第一线圈的电流的磁场的主动回路而工作。

35.  一种质子治疗系统，包括：
根据权利要求31所述的粒子加速器；以及
台架，其上安装有所述粒子加速器，所述台架可相对于患者位置旋转；
其中，质子从所述粒子加速器被大致直接输出至患者位置。

调整主线圈位置的磁垫片
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年9月28日提交的美国临时申请第61/707548号的优先权。美国临时申请第61/707548号的内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及在粒子治疗系统的超导磁体中使用磁垫片。
背景技术
粒子治疗系统使用加速器来产生粒子束用于治疗病痛，比如肿瘤。加速器通常包括具有超导线圈的电磁体。超导线圈保持在定位于称作轭的两个磁结构之间的低温恒温器上。线圈的精确定位可能非常重要。如果线圈被不恰当地定位，则由轭产生的磁力实际上可能会损坏线圈和/或阻止粒子束的提取。然而，粒子加速器的实际移动可能会影响线圈的位置。
发明内容
一种示例性粒子加速器，包括：线圈，以向腔提供磁场；低温恒温器，其包括用于保持所述线圈的室，其中，所述线圈布置在该室中以限定线圈的内部区域和线圈的外部区域；磁结构，其相邻于所述低温恒温器，其中，所述磁结构具有至少部分单向(part-way)穿过其中的一个或多个狭槽；以及一个或多个磁垫片，其在一个或多个相应的狭槽中。所述一个或多个磁垫片是可移动的，以通过改变由所述磁结构产生的磁场来调整所述线圈的位置。该示例性粒子加速器可以单独地或组合地包括一个或多个以下特征。
所述一个或多个磁垫片是可控制的，以移入或移出相应的狭槽。所述一个或多个磁垫片可以是计算机控制的。所述一个或多个磁垫片可响应于所述粒子加速器的旋转而控制。所述一个或多个磁垫片是可控制的，以调整所述线圈的位置来补偿由所述粒子加速器的旋转所造成的线圈运动。所 述一个或多个磁垫片可以包括铁磁材料。
至少一个所述磁垫片可以在内部区域内。所有的磁垫片可以在内部区域内，在这种情况下没有任何磁垫片在外部区域中。
一种示例性质子治疗系统包括：前述的粒子加速器；以及台架，其上安装有所述粒子加速器。所述台架可相对于患者位置旋转。质子从所述粒子加速器被大致直接输出至患者位置。在该示例性质子治疗系统中，所述粒子加速器可相对于固定位置旋转，并且所述质子治疗系统可以包括控制系统，以基于所述台架的旋转位置来控制所述一个或多个磁垫片的移动。
一种示例性电磁体包括：超导线圈，其布置成大致圆形配置来产生磁场；磁结构，其相邻于所述超导线圈，其中，所述磁结构具有至少部分单向穿过其中的一个或多个狭槽；以及一个或多个磁垫片，其在一个或多个相应的狭槽中，其中，所述一个或多个磁垫片是可移动的，以通过改变由所述磁结构产生的磁场来调整所述线圈的位置。该示例性电磁体可以单独地或组合地包括一个或多个以下特征。
所述超导线圈可以配置成产生的磁场在所述圆形配置的内部中比在所述圆形配置的外部中更强。相比于所述圆形配置的外部，所述一个或多个磁垫片更靠近所述圆形配置的内部。所述一个或多个磁垫片中的至少一部分可以在所述圆形配置的内部内。所有的磁垫片都可以在所述圆形配置的内部内(且没有任何在其中的外部上)。
所述一个或多个磁垫片是可控制的，以移入或移出相应的狭槽。所述一个或多个磁垫片可以是计算机控制的。所述一个或多个磁垫片可响应于所述电磁体的旋转而控制。所述一个或多个磁垫片是可控制的，以调整所述线圈的位置来补偿由所述电磁体的旋转所造成的线圈运动。所述一个或多个磁垫片可以包括由铁磁材料构成的一个或多个磁垫片。
一种示例性质子治疗系统可以包括：粒子加速器，其包括前述的电磁体，用于输出包括质子的粒子；以及台架，其上安装有所述粒子加速器。所述台架可相对于患者位置旋转。质子可以从所述粒子加速器被大致直接输出至患者位置。所述粒子加速器可相对于固定位置旋转。所述质子治疗系统可以包括控制系统，以基于所述台架的旋转位置来控制所述一个或多个磁垫片的移动。
一种调整电磁体中的超导线圈的位置的示例性方法可以包括以下：确 定与所述电磁体相关联的旋转位置；以及基于所述旋转位置，控制接近于所述超导线圈的磁结构中的一个或多个磁垫片的位置。该示例性方法可以单独地或组合地包括一个或多个以下特征。
所述电磁体可以是安装在可旋转的台架上的粒子加速器的一部分。所述旋转位置可以是所述台架的位置。所述超导线圈可以布置成大致圆形配置来产生磁场。所述磁场可以在所述圆形配置的内部中比在所述圆形配置的外部中更强。相比于所述圆形配置的外部，所述一个或多个磁垫片可以更靠近所述圆形配置的内部。所述一个或多个磁垫片中的至少一部分可以在所述圆形配置的内部内。所述一个或多个磁垫片中的全部都可以在所述圆形配置的内部内，并且没有任何在其外部上。
所述一个或多个磁垫片是可控制的，以移入或移出所述磁结构中的相应狭槽。所述一个或多个磁垫片的位置可以通过使用计算机而得到控制。所述一个或多个磁垫片是可控制的，以调整所述线圈的位置来补偿由所述电磁体的旋转所造成的线圈运动。所述一个或多个磁垫片可以包括由铁磁材料构成的一个或多个磁垫片。
一种示例性粒子加速器包括：线圈，以向粒子在其中被加速的腔提供磁场；低温恒温器，其包括用于保持所述线圈的室；磁结构，其相邻于所述低温恒温器，其中，所述磁结构具有至少部分单向穿过其中的一个或多个狭槽；以及一个或多个磁垫片，其在一个或多个相应的狭槽中，其中，所述一个或多个磁垫片是可移动的，以调整所述腔中的磁场，从而影响所述腔内的粒子轨道。该示例性粒子加速器可以单独地或组合地包括一个或多个以下特征。
所述粒子加速器可以包括提取通道，粒子穿过其用于从所述粒子加速器输出，其中，所述提取通道具有在所述腔处的入口。所述一个或多个磁垫片被控制在所述一个或多个相应的狭槽中，使得从所述腔进入提取通道的粒子的能量匹配于粒子横过提取通道所需的能量。所述提取通道的入口可以不包括粒子束在进入所述提取通道之前所穿过的能量吸收结构。所述磁结构可以包括磁极片，所述线圈是第一线圈。所述粒子加速器可以包括第二线圈，该第二线圈作为用于产生自通过第一线圈的电流的磁场的主动回路而工作。
一种质子治疗系统可以包括前述的粒子加速器。该系统还可以包括台 架，其上安装有所述粒子加速器，其中，所述台架可相对于患者位置旋转。质子可以从所述粒子加速器被大致直接输出至患者位置。
在本发明中所阐述的两个或更多个特征(包括在此发明内容中所阐述的那些特征)可以组合来形成未在本文中具体阐述的实施方式。
可以通过计算机程序产品来实施本文中所述的各种系统或其部分的控制，所述计算机程序产品包括储存在一个或多个非暂时性机器可读存储介质上并且可以在一个或多个处理器件上执行的指令。本文中所述的系统或其部分可以实施为可包括一个或多个处理器件及用于储存可执行指令的存储器以实施对所述功能的控制的装置、方法或电子系统。
下面参照附图以及说明书，对一个或多个实施方式的细节进行阐述。根据说明书、附图以及根据权利要求书，本发明的其它特征、目标及优点将是显而易见的。
附图说明
图1是示例性治疗系统的透视图。
图2是示例性同步回旋加速器的组件的分解透视图。
图3、4和5是示例性同步回旋加速器的剖视图。
图6是示例性同步回旋加速器的透视图。
图7是示例性反向线圈架及绕组的一部分的剖视图。
图8是示例性通道中电缆复合导体的剖视图。
图9是示例性离子源的剖视图。
图10是示例性D形板和示例性虚拟D形件的透视图。
图11是示例性穴室的透视图。
图12是带有穴室的示例性治疗室的透视图。
图13示出了患者定位成紧挨着示例性粒子加速器。
图14示出了患者定位在治疗室中的示例性内台架内。
图15是示例性冷物块的部分的透视剖视图。
图16是冷物块的透视图。
图17是示例性轭和加速腔的剖视图。
图18是示例性超导磁体的一部分的分解透视图。
图19和20是不同类型磁垫片的示例的透视图。
图21是并入超导磁体的轭中的磁垫片的透视图。
各图中的相同附图标记表示相同的元件。
具体实施方式
概述
本文所述的是一种用于示例性系统比如质子或离子治疗系统的粒子加速器的示例。该系统包括安装在台架上的粒子加速器——在该示例中是同步回旋加速器。台架使得加速器能够围绕患者位置旋转，如下文更详细地说明。在某些实施方式中，台架是钢制的，并且具有安装成用于在位于患者相对侧上的两个相应轴承上旋转的两个支腿。粒子加速器由钢桁架支撑，钢桁架足够长以跨越患者躺于其中的治疗区域并且在两端处稳定地连接至台架的旋转支腿。由于台架围绕患者旋转，所以粒子加速器也旋转。
超导磁体是粒子加速器的一部分。例如，粒子加速器(例如同步回旋加速器)可以包括低温恒温器，该低温恒温器保持用于传导产生磁场(B)的电流的超导线圈。在此示例中，低温恒温器使用液态氦(He)来将线圈维持在超导温度，例如4°开尔文(K)。超导线圈保持在低温恒温器中的线圈室中。线圈室大致为圆形，因此超导线圈保持成大致圆形配置。由于此几何形状，由超导线圈所产生的磁场在由超导线圈围绕的内部区域中比在该区域的外部中更大。
磁轭相邻(例如，围绕)低温恒温器，并且限定粒子在其中得以加速的腔。低温恒温器连接至磁轭。虽然采用此连接并且超导线圈连接在低温恒温器中限制超导线圈的移动，但是仍不能完全防止线圈移动。例如，在某些实施方案中，由于旋转期间的重力牵引，超导线圈可移动小量(例如，在某些情况下为数十毫米)。这种移动可能会影响在提取通道所接收的粒子束中的能量的量，从而影响粒子加速器的输出。如果移动足够得大，则可能会对线圈支撑造成实际损坏，例如线圈支撑可能会断裂。
在示例中，粒子加速器还包括粒子源(例如，潘宁离子真空计—PIG源)，以向腔提供等离子体柱。氢气被电离以产生等离子体柱。电压源向腔提供射频(RF)电压以加速来自等离子体柱的粒子。在该示例中，粒子加速器是同步回旋加速器。因此，RF电压跨越频率范围扫掠，以考虑对粒子的相对论效应(例如，增加的粒子质量)。由线圈产生的磁场促使从等离子体柱 加速的粒子在腔内沿轨道加速。磁场再生器定位在腔中，以调整在腔内的现有磁场，从而改变从等离子体柱加速的粒子的连续轨道的位置，最终使得粒子输出至包含在轭中的提取通道。再生器可以增加在腔的区域的磁场，从而促使在该区域的每个连续的粒子轨道朝向提取通道的进入点向外旋进，最终到达提取通道。提取通道接收从等离子体柱加速的粒子，并且输出来自该腔的所接收的粒子。
超导线圈的移动可以影响腔内轨道的位置，从而防止粒子束退出加速器。例如，在一个方向上的移动可能促使较低能量的轨道撞击再生器，而在另一方向上的移动可能促使较高能量的轨道撞击再生器(粒子轨道能量与距初始等离子体柱的径向距离成比例)。因此，在过度低能量的轨道撞击再生器的情况下，粒子束可能与提取通道的内边缘碰撞，如上文所述。在过度高能量的轨道撞击再生器的情况下，粒子束可能与提取通道的外边缘碰撞，如上文所述。在某些实施方式中，超导线圈的数十(例如2/l0^th)毫米数量级的移动可能会以这种方式实现粒子加速器的操作。
如上文所述，如果存在足够的移动，则线圈可能在操作期间遭受实际损坏。例如，在某些实施方式中，如果超导线圈偏离中心小达两毫米，则在电磁体的操作期间发生的力可能会损坏线圈支撑。
本文所述的示例性系统使用各种技术来调整超导线圈在低温恒温器室内的位置，以校正超导线圈因其旋转(例如，由于重力效应)所致的运动。下面提供了这些技术的总结，之后是其中可实施这些技术的示例性粒子治疗系统的说明以及对这些各种技术的更加详细的说明。
在这方面，轭由铁磁材料比如钢制成。因此，可以通过使用一个或多个磁垫片来调整轭的有效磁心。可以使用由线圈与铁磁轭(或取代轭的其它铁磁结构)的相互作用所产生的力来使超导线圈相对于轭从一个位置移动到另一个位置。例如，可以增加线圈磁场的一个区域中的磁材料，从而导致力使超导线圈在一个方向上移动，或者可以减小该区域中的磁材料，从而导致力使超导线圈在另一不同方向上移动。
在示例性实施方式中，通过使磁垫片在超导线圈附近的磁轭中的孔(或狭槽)内移动来调整轭的有效磁心。可以使用任何适当类型的磁垫片来实施本文所述的各项技术；然而，本文所述的实施方式使用可移入或移出轭中狭槽的多个铁磁棒状的磁垫片。例如，可以使用螺钉来控制磁垫片关于狭 槽/孔的运动。
在示例性实施方式中，每个磁垫片由铁磁材料制成。每个磁垫片接近相应的超导线圈影响由所得的磁场施加至超导线圈的力的量。移动磁垫片更靠近超导线圈(例如，进一步在轭中的狭槽内)增加在线圈上的磁场力。相反，移动磁垫片远离超导线圈(例如，在狭槽中或外向上)减小在线圈上的磁场力。在其它实施方式中，可能存在对移入和移出轭中狭槽的磁垫片的反作用力。
可以在相对于超导线圈的变化位置使用多个磁垫片，以便正确地定位超导线圈。例如，在某些实施方式中，该定位可以是数十毫米的数量级。在其它实施方式中，该定位可以多于或少于数十毫米范围。所述磁垫片可以是计算机控制的，以例如基于粒子加速器的旋转位置来改变其位置。
用于调整超导线圈的位置的前述示例性技术并不限于与粒子加速器一起使用或者与粒子治疗系统一起使用。相反，这样的技术或其变体可以与在任何类型的医疗或非医疗应用中包括超导线圈的任何适当电磁体一起使用。下文提供了其中可以使用前述技术的粒子治疗系统的示例。
示例性粒子治疗系统
参照图1，带电粒子辐射治疗系统500包括产生束的粒子加速器502，其具有的重量及尺寸足够得小，以允许其安装在旋转台架504上，它的输出从加速器壳体被径直地(也就是说基本上直接地)引向患者506。
在某些实施方式中，钢台架具有两个支腿508、510，它们安装成用于在位于患者相对侧上的两个相应轴承512、5l4上旋转。加速器由钢桁架516支撑，该钢桁架足够长以跨越患者躺于其中的治疗区域518(例如，长达高个子人的两倍，以允许此人在空间内完全旋转，患者的任何所期望的目标区域保持在束的线路中)，并且在两个端部稳定地连接至台架的旋转支腿。
在某些示例中，台架的旋转被限制到小于360度例如约180度的范围520，以允许地板522从容纳治疗系统的穴室524的壁延伸到患者治疗区域中。台架的有限旋转范围还减小了一些壁的所需厚度，这些壁为治疗区域外的人提供辐射屏蔽。台架旋转的180度的范围足以涵盖所有的治疗接近角度，但提供更大范围的行程可能是有用的。例如，旋转范围可以在180度与330度之间，并且仍为治疗地板空间提供间隙。
台架的水平旋转轴线532位于其中患者和治疗师与治疗系统交互作用的地板之上标称一米处。该地板定位在治疗系统所屏蔽的穴室的底部地板之上约3米处。加速器可以在被抬高的地板下方摆动，用于从旋转轴线下方传送治疗束。患者床在平行于台架旋转轴线的大致水平平面中移动并旋转。该床可以在具有此配置的水平平面中旋转约270度的范围534。台架及患者旋转范围的此组合和自由度允许治疗师实际选择用于束的任何接近角度。如果需要的话，可以在相反的方向上将患者放置在床上，然后可以使用所有可能的角度。
在某些实施方式中，加速器使用具有非常高的磁场超导电磁结构的同步回旋加速器配置。由于给定动能的带电粒子的弯曲半径与施加至其的磁场的增加成正比地减少，所以非常高的磁场超导磁结构允许将加速器制作得更小更轻。同步回旋加速器使用旋转角度均匀且强度随半径增加而下降的磁场。可以实现这种场形状，而无须考虑磁场的量值，因此理论上不存在可用于同步回旋加速器中的磁场强度(且因此在固定半径下的所得的粒子能量)的上限。
超导材料在存在非常高的磁场的情况下失去其超导性能。高性能的超导导线绕组用来实现非常高的磁场。
超导材料通常需要冷却至低温以实现其超导性能。在本文所述的某些示例中，低温冷却器用来使超导线圈绕组达到接近绝对零度的温度。使用低温冷却器可以降低复杂性和成本。
同步回旋加速器支撑在台架上，使得束与患者并排地直接产生。台架允许回旋加速器围绕含有在患者内或在患者附近的点(等角点540)的水平旋转轴线旋转。平行于旋转轴线的分裂桁架在两侧上支撑回旋加速器。
由于台架的旋转范围是有限的，所以患者支撑区域可以容纳在围绕等角点的宽广区域中。由于地板可以大致围绕等角点延伸，所以患者支撑台可以定位成相对于穿过等角点的垂直轴线542移动并绕其旋转，使得通过台架旋转与台运动及旋转的组合，可以实现到患者的任何部分中的束引导的任何角度。两个台架臂隔开了高个子患者身高的两倍以上，从而允许带有患者的床在被抬高的地板上方的水平平面中旋转及平移。
限制台架旋转角度允许减小环绕治疗室的至少一个壁的厚度。通常由混凝土构成的厚壁向治疗室外的个人提供辐射保护。停止质子束的下游的 壁可以是在该室的相对端部的壁的约两倍厚，以提供等同水平的保护。限制台架旋转的范围使得治疗室能够在三侧上位于地平面之下，同时允许所占用的区域相邻于最薄壁，从而降低构造治疗室的成本。
在图l所示的示例性实施方式中，超导同步回旋加速器502在8.8特斯拉的同步回旋加速器的极隙中以峰值磁场操作。同步回旋加速器产生具有250MeV的能量的质子束。在其它实施方式中，场强度可以在6至20特斯拉或4至20特斯拉的范围内，且质子能量可以在l50至300MeV的范围内。
在此示例中所述的辐射治疗系统用于质子辐射治疗，但相同的原理和细节可应用于在重离子(离子)治疗系统中使用的类似系统中。
如图2、3、4、5和6所示，示例性同步回旋加速器10(例如图1中的502)包括磁体系统12，该磁体系统包含粒子源90、射频驱动系统91、以及束提取系统38。由磁体系统建立的磁场具有的形状适于通过使用一对分裂环形超导线圈40、42与一对成形的铁磁(例如，低碳钢)极面44、46的组合来维持所含的质子束的聚焦。
两个超导磁体线圈定心于共同轴线47上，并且沿着该轴线间隔开。如图7和8所示，线圈由以绞合的通道中电缆的导体几何形状布置的基于Nb₃Sn的超导0.8mm直径股线48(其最初包括由铜包皮围绕的铌锡芯)形成。在七个单独股线在一起拧成电缆之后，它们被加热以促使发生形成导线的最终(脆性)超导材料的反应。在材料已经发生反应之后，将导线焊接到铜通道(外尺寸3.18×2.54mm，内尺寸2.08×2.08mm)中并且覆盖有绝缘物52(在该示例中是编织的玻璃纤维材料)。然后，将包括导线53的铜通道卷绕在线圈中，该线圈具有8.55cm×19.02cm的矩形横截面，具有26层以及每层49转。然后，卷绕的线圈采用环氧化合物真空浸渍。将成品线圈安装在环形不锈钢反向线圈架56上。将加热器毯55间隔地放置在绕组层中，以在磁体淬火的情况下保护组件。
然后，可用铜片覆盖整个线圈，以提供热导率及机械稳定性，且然后包含在额外的环氧层中。可以通过加热不锈钢反向线圈架并且将线圈装配在该反向线圈架内来提供线圈的预压缩。反向线圈架内径被选择成使得当整个物块冷却到4K时，反向线圈架保持与线圈接触并且提供一些压缩。将不锈钢反向线圈架加热至约50摄氏度并且在100开氏度的温度下装配线圈 可实现此。
通过将线圈安装在反向矩形线圈架56中以施加对抗在线圈通电时所产生的扭曲力的恢复力60来维持线圈的几何形状。如图5所示，通过使用一组暖至冷的支撑条带402、404、406来相对于磁轭及低温恒温器维持线圈位置。采用薄条带支撑冷物块减少由刚性支撑系统传递至冷物块的热泄漏。所述条带布置成随着磁体在台架上旋转而承受线圈上变化的重力。它们承受重力与在线圈相对于磁轭从完全对称的位置被扰动时由该线圈所实现的大的离心力的联合作用。另外，链路用于减小随着台架在其位置改变时加速和减速而赋予在线圈上的动态力。每个暖至冷的支撑件包括一个S2玻璃纤维链路和一个碳纤维链路。碳纤维链路支撑跨越在暖轭与中间温度(50至70K)之间的销，并且S2玻璃纤维链路408支撑跨越中间温度销以及连接至冷物块的销。每个链路是5cm长(销中心至销中心)、17mm宽。链路厚度是9mm。每个销由高强度不锈钢制成，直径是40mm。
参照图3，作为半径函数的场强度曲线很大程度上是通过选择线圈几何形状和极面形状来确定的；可渗透轭材料的极面44、46可以被成形为微调磁场的形状，以确保粒子束在加速期间保持聚焦。
通过将线圈组件(线圈和线圈架)包围在抽空的环形铝或不锈钢低温恒温室70内来将超导线圈维持在接近绝对零度(例如约4开氏度)的温度，该低温恒温室提供围绕线圈结构的自由空间，除了在一组有限支撑点71、73之外。在替代版本(图4)中，低温恒温器的外壁可以由低碳钢制成，以向磁场提供额外的返回磁通路径。
在某些实施方式中，通过使用一个单级Gifford-McMahon低温冷却器和三个双级Gifford-McMahon低温冷却器来实现并维持接近绝对零度的温度。每个双级低温冷却器具有连接至将氦蒸汽再冷凝成液态氦的冷凝器的第二级冷端。采用来自压缩器的经压缩的氦供给低温冷却器头部。单级Gifford-McMahon低温冷却器布置成冷却将电流供给至超导绕组的高温(例如50-70开氏度)引线。
在某些实施方式中，通过使用布置在线圈组件上不同位置的两个Gifford-McMahon低温冷却器72、74来实现并维持接近绝对零度的温度。每个低温冷却器具有与线圈组件接触的冷端76。采用来自压缩器80的经压缩的氦供给低温冷却器头部78。两个其它Gifford-McMahon低温冷却器 77、79布置成冷却将电流供给至超导绕组的高温(例如60-80开氏度)引线。
线圈组件和低温恒温室安装在药盒形状的磁轭82的两个半体81、83内并且由它们完全包围。在该示例中，线圈组件的内径是约74.6cm。铁轭为返回磁场通量84提供路径，并且磁屏蔽极面44、46之间的体积86，以防止外部磁影响扰动该体积内的磁场的形状。轭还用于减小加速器附近的杂散磁场。在一些实施方式中，同步回旋加速器可以具有主动返回系统来减少杂散磁场。主动返回系统的示例描述在2013年5月31日提交的美国专利申请序列号13/907601中，其内容在此通过引用并入本文。在该主动返回系统中，本文中所描述的比较大的磁轭由更小的磁结构(称为磁极片)代替。超导线圈运行与本文所述的主线圈相反的电流，以提供磁返回且从而减小杂散磁场。
如图3和9所示，同步回旋加速器包括位于磁体结构82的几何中心92附近的潘宁离子真空计几何形状的粒子源90。粒子源可以如下文所述，或者粒子源可以是在通过引用并入本文的美国专利申请序列号11/948662中所述的类型。
粒子源90透过传送气态氢的气体管路l0l和管194从氢供给99被提供。电缆94携载来自电流源95的电流，以刺激从与磁场200对准的阴极192、190电子放电。
在一些实施方式中，气体管101中的气体可以包括氢和一种或多种其它气体的混合物。例如，该混合物可以包含氢和一种或多种惰性气体，例如氦、氖、氩、氪、氙和/或氡(虽然混合物并不限于与惰性气体一起使用)。在一些实施方式中，混合物可以是氢和氦的混合物。例如，混合物可以包含约75％或更多的氢和约25％或更少的氦(包括可能的微量气体)。在另一示例中，混合物可以包含约90％或更多的氢和约10％或更少的氦(包括可能的微量气体)。在示例中，氢/氦混合物可以是以下任何一种：>95％/<5％、>90％/<10％、>85％/<15％、>80％/<20％、>75％/<20％等。
在粒子源中使用惰性(或其他)气体与氢的组合的可能的优点可以包括：增加的束强度、增加的阴极寿命、以及增加的束输出的一致性。
在该示例中，放电电子电离通过小孔从管194排出的气体，以创建正离子(质子)的供给，用于由跨越由磁体结构所包围的空间的一半的一个半圆形(D形状的)射频板100和一个虚拟D形板102加速。在中断粒子源(该示 例描述在美国专利申请序列号11/948662中)的情况下，含有等离子体的管的全部(或大致一部分)在加速区域移除，从而允许离子在相对高的磁场中得到更迅速地加速。
如图10所示，D形板100是具有包围空间l07的两个半圆形表面103、105的空心金属结构，其中质子在围绕由磁体结构所包围的空间的旋转的一半过程中得到加速。打开到空间107中的导管109延伸穿过轭至外部位置，真空泵11l可从该外部位置连接来抽空空间107以及其中发生加速的真空室119内的其余空间。虚拟D形件102包括在D形板的曝露边附近间隔开的矩形金属环。将虚拟D形件接地至真空室和磁轭。通过在射频传输线的端部施加的射频信号驱动D形板l00，以在空间107中赋予电场。随着加速的粒子束距几何中心的距离增加，射频电场适时地变化。可以以在标题为“Matching A Resonant Frequency Of A Resonant Cavity To A Frequency Of An Input Voltage”的美国专利申请序列号11/948359号中所述的方式控制射频电场，其内容通过引用并入本文。
对于产生自位于中央的粒子源以在其开始向外螺旋形上升时清除粒子源结构的束来说，在整个射频板上需要大的电压差。在整个射频板上施加20000伏特。在某些版本中，可以在整个射频板上施加从8000至20000伏特。为了减少驱动该大电压所需的电力，磁体结构布置成减少射频板与接地之间的电容。这是通过穿过外轭和低温恒温器壳体形成具有与射频结构存在足够间隙的孔以及在磁体极面之间产生足够空间来完成的。
驱动D形板的高压交流电位具有在加速循环期间向下扫掠来考虑质子的增加的相对质量以及减小的磁场的频率。虚拟D形件不需要空心半圆柱形结构，因为其连同真空室壁一起处于接地电位。还可以使用其它板布置，比如以不同电相位或多倍基频驱动的一对以上的加速电极。可以调谐RF结构，以在所需频率扫掠期间例如通过使用具有互相啮合的旋转及固定叶片的旋转电容器来保持Q很高。在叶片的每个啮合期间，电容增加，因此降低了RF结构的谐振频率。叶片可以成形为创建所需的精确频率扫掠。用于旋转冷凝器的驱动电机可以被相位锁定到RF发生器，用于进行精确控制。一个粒子集束在旋转冷凝器的叶片的每个啮合期间得以加速。
其中发生加速的真空室119是中心较薄、边沿较厚的大体圆柱形容器。真空室包围RF板和粒子源，并且由真空泵111抽空。维持高真空确保 加速离子不丧失与气体分子的碰撞，并且使得RF电压能够保持在较高的水平，而不产生电弧接地。
质子穿越在粒子源处开始的大体螺旋形轨道路径。在螺旋形路径的每个回路的一半中，质子随着它们穿过空间107中的RF电场而获得能量。随着离子获得能量，其螺旋形路径的每个连续回路的中心轨道的半径大于先前回路，直至回路半径达到极面的最大半径。在该位置，磁场及电场扰动将离子引导到其中磁场快速减小的区域中，且离子离开高磁场的区域并被引导穿过抽空的管38(在本文中称为提取通道)，以退出回旋加速器的轭。可以使用磁再生器来改变磁场扰动以引导离子。退出回旋加速器的离子将会随着它们进入存在于围绕回旋加速器的室中的显著减小的磁场的区域而趋于分散。提取通道38中的束成形元件107、109重新引导离子，使得它们停留在有限空间范围的直束中。
极隙内的磁场需要具有特定性能来将束随着加速而维持在抽空的室内。下面所示的磁场指数n，
n＝-(r/B)dB/dr，
应保持为正，以维持此“弱”聚焦。这里的r是束的半径，B是磁场。另外，在某些实施方式中，场指数需要维持在0.2以下，因为在该值，束的径向振荡和垂直振荡的周期性以νr＝2ν_z谐振。电子感应加速器频率由νr＝(1-n)^1/2和ν_z＝n^1/2限定。铁磁极面设计成将由线圈产生的磁场成形为使得场指数n维持为正，并且在与给定磁场中的250MeV束一致的最小直径中小于0.2。
随着束退出提取通道，其穿过束形成系统125(图5)，该系统可被编程地控制以创建用于束的散射角度和范围调制的所期望的组合。可以将束形成系统125与内台架601(图14)相结合，以将束引导至患者。
在操作期间，由于沿着板的表面的导电电阻，板从所施加的射频场吸收能量。该能量表现为热量，并且通过使用将热量释放在热交换器113(图3)中的水冷却管路108而从板移除。
从回旋加速器退出的杂散磁场受到药盒磁轭(其还用作屏蔽)和单独磁屏蔽114限制。单独磁屏蔽包括包围药盒轭的一层117铁磁材料(例如，钢或铁)，由空间116分离。包括轭、空间以及屏蔽的夹层结构的这种配置以较低重量为给定的泄漏磁场实现足够的屏蔽。
如所提及，台架允许同步回旋加速器围绕水平旋转轴线532旋转。桁架结构516具有两个大体平行的跨件580、582。同步回旋加速器架在跨件之间约支腿之间的中途。通过使用安装在与桁架相对的支腿的端部上的配重122、124来平衡台架，用于绕轴承旋转。
通过安装至台架支腿中的一个或二者并且由驱动齿轮而连接至轴承壳体的电动机来驱动台架旋转。台架的旋转位置源自于由并入到台架驱动电机及驱动齿轮中的轴角编码器提供的信号。
在离子束退出回旋加速器的位置，束形成系统125作用于离子束上，以给予其适于患者治疗的性能。例如，束可以得到扩散，其穿透深度可以变化，以在给定的目标体积上提供均匀的辐射。束形成系统可以包括被动散射元件以及主动扫描元件。
可以通过适当的末示出的同步回旋加速器控制电子器件(例如其可包括采用适当程序来进行编程以实现控制的一个或多个计算机)来控制同步回旋加速器的所有主动系统(例如，电流驱动的超导线圈、RF驱动的板、用于真空加速室及用于超导线圈冷却室的真空泵、电流驱动的粒子源、氢气源以及RF板冷却器)。
通过适当的治疗控制电子器件(未示出)来实现控制台架、患者支撑、主动束成形元件以及同步回旋加速器以执行疗程。
如图1、11和12所示，台架轴承由回旋加速器穴室524的壁支撑。台架使得回旋加速器能够摆动通过包括在患者上方、侧面以及下方的位置的180度(或更多)的范围520。穴室足够高以在台架运动的顶部及底部极限处给台架空隙。由壁l48、l50作为侧面的曲径l46为治疗师和患者提供进入及退出路线。因为至少一个壁152不直接从回旋加速器与质子束并排，所以其可制得相对薄，并且仍执行其屏蔽功能。可能需更注重屏蔽的该室的其它三个侧壁l54、156、150/l48可能掩埋在土山(未示出)内。壁154、l56以及l58的所需厚度可能得到减小，因为陆地本身可以提供某些所需的屏蔽。
参照图12和13，出于安全和美学的原因，治疗室l60可构造于穴室内。以给摇摆的台架空隙并且还尽量增大治疗室的地板空间164的范围的方式，将治疗室从容纳室的壁154、l56、150以及底座162悬伸到台架支腿之间的空间中。可以在抬高的地板下方的空间中完成加速器的定期检修。 当加速器旋转到台架上的向下位置时，可以在与治疗区域分离的空间中完全接近加速器。电源、冷却设备、真空泵及其它支撑设备可以在此分离的空间中位于抬高的地板之下。在治疗室内，可以以允许支撑被抬高和降低并且允许患者旋转和移动至各个位置及定向的各种方式来安装患者支撑170。
在图14的系统602中，本文所述类型的产生束的粒子加速器(在此情况下为同步回旋加速器604)安装在旋转台架605上。旋转台架605是本文所述的类型，并且可围绕患者支撑606成角度地旋转。该特征使得同步回旋加速器604能够从各个角度将粒子束直接提供给患者。例如，如在图14中，如果同步回旋加速器604在患者支撑606上方，则可以向下引导粒子束朝向患者。可替代地，如果同步回旋加速器604在患者支撑606下方，则可以向上引导粒子束朝向患者。在不需要中间束定路线机构的意义上将粒子束直接施加至患者。在此上下文中，定路线机构与成形或定大小机构的不同之处在于成形或定大小机构不会重新确定束路线，而是定大小和/或成形束，同时维持束的相同大体轨迹。
关于前述系统的示例性实施方式的其它细节可参见2006年11月16日提交的标题为“Charged Particle Radiation Therapy”的美国专利第7728311号以及2008年11月20日提交的标题为“Inner Gantry”的美国专利申请序列号12/275103。美国专利第7728311号和美国专利申请序列号12/275103的内容在此通过引用并入本文。在一些实施方式中，同步回旋加速器可以是可变能量的装置，比如在2013年6月12日提交的美国专利申请序列号13/916401中所述，其内容通过引用并入本文。
示例性实施方式
如上文所解释，超导磁体的超导线圈通常冷却至低温来实现其超导性能。在某些实施方式中，通过将线圈组件(超导线圈和保持线圈的结构)包围在抽空的环形铝或不锈钢低温恒温室内来将超导线圈维持在接近绝对零度(例如约4°开尔文(K))的温度，该低温恒温室提供围绕线圈结构的自由空间，除了在一组有限支撑点之外。
图15示出了可用于粒子加速器700的超导磁体700的一部分的剖面图。图16示出了同一超导磁体的透视图。超导磁体700包括结构化半体70l、702(称为“线圈架”)，所述半体包括将预卷绕的超导线圈放置到其中的 线圈室704、705。
包括线圈架和超导线圈的组件是称为“冷物块”的结构的一部分，因为该组件的至少一部分在操作期间维持在例如低超导温度。在示例性实施方式中，冷物块是支撑在结构性不锈钢线圈架中的分裂超导螺线管线圈对。冷却转塔用来将超导线圈维持在适当温度。在某些实施方式中，冷却转塔包括低温冷却器冷凝器组件(如上文所述)、电流引线以及二极管组组件。冷物块是低温恒温器的一部分，所述转塔被组装至其上来形成超导磁体。可以通过支撑条带将冷物块悬于轭内。
在图15和16的示例性实施方式中，冷却室707、708沿着每个相应线圈架701、702的外部圆周。可以将冷却室707、708机械加工到相应线圈架的结构中，并且经由不锈钢板710、711(仅在图15中示出用于线圈架702)被包围(例如，制成为液体密封的)。通常，不锈钢是不良热导体，尽管其可以传导某些热。液态氦在某些实施方式中可被用作冷却剂。因此，每个冷却室可以填充有液态氦。然而，还可以使用其它液体和/或气态冷却剂，即使本文所述的实施方式使用的是液态氦。
在每个线圈架中，线圈室704、705维持预卷绕的超导线圈。在某些实施方式中，超导线圈并非卷绕着线圈架，而是仅放置在相应的线圈室中。可以通过支撑结构将线圈保持在适当位置。液态氦和每个相应的超导线圈在不同的室中(例如，分别在冷却室707、708和线圈室704、705中)保持分离。因此，在超导线圈与冷却剂例如液态氦之间不存在直接实际接触。此外，由于线圈架的主体是不锈钢，所以经由每个线圈架的主体(例如，7l4、715)在超导线圈与冷却剂之间存在很少(如果存在的话)热接触。因此，引入导热结构，其接触超导线圈和液态氦，并且用于在这二者之间传递热，从而冷却超导线圈。
如图所示，每个线圈室704、705的结构大致为圆形。因此，当放置在线圈室中时，超导线圈采取此大致圆形的配置。如果超导线圈偏离此圆形配置，则磁力可能会影响粒子加速器的操作或者对线圈造成损坏。例如，在超导磁体的操作期间，紧箍力可能会促使超导线圈向外扩展，从而迫使超导线圈抵靠着线圈室的外内侧壁。如果超导线圈足够偏离圆形配置，则该紧箍力可能会导致线圈撕裂。
每个超导线圈产生的磁场在圆形配置的内部区域中比在圆形配置的外 部区域中更强。例如，由超导线圈包围的区域750内的磁场比在由超导线圈包围的区域外侧的区域752中的磁场更强。在某些实施方式中，内部区域中的磁场可能强达外部区域中的磁场的十倍；然而，这并非是所有实施方式中的情况。磁场在距超导线圈的内部区域及外部区域的距离处减弱。
参照图17，可以将一个或多个磁垫片引入到轭753、754的狭槽755a、755b、755c、755d中，以便影响磁场以及因此由轭施加在超导线圈上的磁力。在某些实施方式中，将磁垫片引入到超导线圈的内部区域750中的狭槽中，尽管这不是必需的。因为磁力在内部区域中比在外部区域中更大，所以可以在内部区域中使用更小和/或更少的磁垫片来产生将会由位于外部区域中的更大和/或更多数量的磁垫片所产生的相同的力。在其它实施方式中，磁垫片中的一个或多个可以在内部区域中并且/或者磁垫片中的一个或多个可以在外部区域中。在某些实施方式中，相比于外部区域，磁垫片可能仅更靠近内部区域，反之亦然。
在该实施方式中，每个轭包含接近于相应超导线圈的一个或多个狭槽。例如，狭槽755a在线圈756附近；狭槽755c在线圈757附近等等。狭槽及磁垫片的数量和大小因系统不同而变化，这取决于各种因素，比如由超导磁体所产生的磁场。
图18示出了超导磁体的一部分的分解透视图，其包括轭753和冷物块760。狭槽761a、76lb、76lc和761d示出的是，可以将上文所述类型的四个磁垫片引入到顶部轭753(图中的轭)中。对于底部轭(未示出)来说可以存在相应的配置。
在某些实施方式中，通过使用铁或钢磁垫片(比如图19中所示的磁垫片762)来实施磁垫片。磁垫片762可以是棒(或柱塞)的形状，或者可以具有其它适当的形状。可以将磁垫片放置在相应超导线圈附近的轭的狭槽中。使磁垫片向下移动(进一步在轭内)增加超导线圈附近的铁磁材料的量，从而增加施加在相应超导线圈上的磁力的量。相反，使磁垫片向上移动且移出轭减少超导线圈附近的铁磁材料的量，从而减少施加在相应超导线圈上的磁力的量。
在图19的示例中，磁垫片762包括外壳763内的棒状部分。可以通过使用螺钉764将该部分移入或移出轭。帽765可以将磁垫片762连接至轭。图20示出了磁垫片770，其可以永久地固定在狭槽中并且经由帽771 而保持在适当位置。例如，可以将磁垫片770机械加工成特定的大小，将其引入到狭槽中且将其固定，而不可能进一步调整。
图20示出了引入到轭的帽777中的磁垫片。垫片772是图19所示的类型，垫片774是图20所示的类型。垫片773被部分地安装，但尚未包括帽，也尚未被固定至轭。狭槽775尚未包括垫片。要指出的是，轭可以包含所有相同类型的磁垫片，或者可以在同一轭(如图21所示)中使用不同的类型。此外，并非所有的狭槽都需要垫片。
可以通过作为粒子治疗系统的一部分的控制系统来对磁垫片的移动进行计算机控制。例如，可以基于如由其上安装有粒子加速器的台架的旋转位置所测量的粒子加速器的旋转位置(且因此加速器内的电磁体的旋转位置)来控制磁垫片773的移动。用来设定磁垫片位置关于加速器旋转位置的各种参数可以凭经验测量，并且可以被编程到控制系统计算机中。可以使用一个或多个计算机控制的致动器来实施磁垫片的实际移动。
在某些实施方式中，可以实时地控制磁垫片的移动。在其它实施方式中，可以通过测试来确定磁垫片的最佳位置，并且可以在适当深度将磁垫片永久地插入到轭中的狭槽中。在某些实施方式中，可能存在八个狭槽/磁垫片(每个轭半体为四个)。在其它实施方式中，可以使用不同数量的狭槽/磁垫片。在图21示出的示例中，可以将四个磁垫片引入到相应的轭中。在此示例中，对于另一轭(未示出)提供类似的磁垫片配置。
在某些实施方式中，磁垫片(例如，上文所述的磁垫片)可以替代地是或包括一个或多个微型电磁体，控制穿过其的电流从而以上文所述的方式影响由再生器产生的磁场。可以通过作为粒子治疗系统的一部分的控制系统来对穿过所述一个或多个电磁体的电流进行计算机控制。例如，可以基于如由其上安装有粒子加速器的台架的旋转位置所测量的粒子加速器的旋转位置来对该电流进行控制。用于设定电流关于加速器的旋转位置的各种参数可以根据经验测量，并且可以被编程到控制系统计算机中。
返回参照图17，如上文所解释，在一些实施方式中，为了调整超导线圈的位置的目的，磁性可被引入到超导线圈的内部区域750中的狭槽中。在一些实施方式中，本文所述类型的磁垫片(尽管磁垫片可能具有较小的尺寸)可被引入到内部区域750中，以便影响区域750内粒子轨道的能量。更具体地，如上文所解释，磁场再生器定位在腔(区域750)中，以调整腔内的 现有磁场，从而改变从等离子体柱加速的粒子的连续轨道的位置，最终使得粒子输出到包含在轭中的提取通道。再生器可以增加在腔的区域处的磁场，从而促使在该区域的每个连续的粒子轨道朝向提取通道的进入点向外旋进，最终到达提取通道。提取通道接收从等离子体柱加速的粒子，并且输出来自该腔的所接收的粒子。
在某些情况下，随着超导线圈在旋转过程中移动，由再生器702所影响的轨道因线圈的重力运动发生改变。该运动可以少至数十毫米。然而，其结果是，进入提取通道的粒子束的能量可以不同于穿过整个通道所需的能量。为了调整进入提取通道的粒子的能量的此变化，在某些情况下，结构被放置在提取通道内或者在其进入点处。该结构可以用来吸收粒子束中的多余能量。然而，该结构可以改变所得到的束的斑点大小。在采用扫描来扫描整个照射目标上粒子束的粒子治疗系统的实施方式中，改变粒子束斑点大小可能并非是所希望的。
因此，磁垫片(本文描述了其示例)可以用来消除使用提取通道内或在进入点处的结构来吸收粒子束的多余能量。例如，可以将磁垫片引入到区域750中来改变区域750内的磁场，从而改变区域750中粒子的轨道，使得到达提取通道入口(其连接到区域750)的粒子的能量密切匹配于横过提取通道所需的能量。由于磁垫片的适当定位，在提取通道处不需要能量吸收器来从粒子束吸收能量，从而影响粒子束斑点的大小。
更具体地，由于不使用磁垫片或吸收结构，进入提取通道的一些粒子可以具有超过横过提取通道所需的能量。其结果是，这样的粒子可以在穿过期间撞击提取通道的壁或其他结构，从而防止它们输出。在其他情况下，一些粒子可能不具有足够的能量来到达提取通道，从而也防止它们输出。本文所述的磁垫片可以用来在区域750内的一个或多个位置使磁场成形，以便在特定能级扰动粒子轨道，使得到达提取通道的在该能级的粒子具有足够的能量来进入提取通道并横过提取通道用于输出。
在一些实施方式中，磁垫片可以用来使腔中的磁场成形，而不使用再生器。例如，上面描述的情况是，一个或多个磁垫片用于与再生器相合作来使腔中的磁场成形。在一些实施方式中，再生器本身可以被替换为本文所述类型的一个或多个磁垫片。因此，可以通过使用磁垫片来使腔中的整个磁场成形，使系统成为可定制的。
区域750中的磁垫片可以是计算机控制的。可以预先设定一个或多个磁垫片位置，使得它们在同步回旋加速器的操作过程中无变化地被定位。可替代地，可以在同步回旋加速器的操作期间交互地控制一个或多个磁垫片，以便实时地使区域750内的磁场成形。可以在区域750中使用一个或多个磁垫片。
在采用主动返回系统(比如在美国专利申请序列号13/907601中所述)的实施方式中，各个磁垫片的大小和位置将不同于本文中所呈现的这些。磁垫片可以通过合适磁极片中的孔以与它们是如何被引入磁轭中类似的方式而被引入。如果必要的话，在采用主动返回系统的实施方式中，还可以使用额外的铁磁结构来控制线圈位置。
可以以适当的组合使用前述特征中的任何两个以上来调整电磁体中的超导线圈的定位。
可以组合本文所述的不同实施方式的元件来形成上文并未具体阐述的其它实施方式。各元件可能会从本文所述的程序、系统、设备等中遗漏，而并不会不利地影响其操作。各个单独的元件可以组合成一个或多个单个元件来执行本文所述的功能。
本文所述的示例性实施方式并不限于与粒子治疗系统一起使用或者与本文所述的示例性粒子治疗系统一起使用。相反，示例性实施方式可用于包括超导线圈的任何适当的系统中。
关于可以用于如在本文所述的系统中的粒子加速器的示例性实施方式的设计的额外信息可参见以下各项：2006年1月20日提交的标题为“High-Field Superconducting Synchrocyclotron”的美国临时申请第60/760788号；2006年8月9日提交的标题为“Magnet Structure For Particle Acceleration”的美国专利申请序列号11/463402；以及2006年10月10日提交的标题为“Cryogenic Vacuum Break Pneumatic Thermal Coupler”的美国临时申请第60/850565号，所有这些申请通过引用并入本文。
以下申请通过引用并入本申请：标题为“CONTROLLING INTENSITY OF A PARTICLE BEAM”(申请号61/707466)的美国临时申请；标题为“ADJUSTING ENERGY OF A PARTICLE BEAM”(申请号61/707515)的美国临时申请；标题为“ADJUSTING COIL POSITION”(申请号61/707548)的美国临时申请；标题为“FOCUSING A PARTICLE BEAM USING MAGNETIC  FIELD FLUTTER”(申请号61/707572)的美国临时申请；标题为“MAGNETIC FIELD REGENERATOR”(申请号61/707590)的美国临时申请；标题为“FOCUSING A PARTICLE BEAM”(申请号61/707704)的美国临时申请；标题为“CONTROLLING PARTICLE THERAPY”(申请号61/707624)的美国临时申请；以及标题为“CONTROL SYSTEM FOR A PARTICLE ACCELERATOR”(申请号61/707645)的美国临时申请。
以下各项同样通过引用并入到本申请中：2010年6月1日颁布的美国专利第7728311号；2007年11月30日提交的美国专利申请序列号11/948359；2008年11月20日提交的美国专利申请序列号12/275103；2007年11月30日提交的美国专利申请序列号11/948662；2007年11月30日提交的美国临时申请第60/991454号；2011年8月23日颁布的美国专利第8003964号；2007年4月24日颁布的美国专利第7208748号；2008年7月22日颁布的美国专利第7402963号；2010年2月9日提交的美国专利申请序列号13/148000；2007年11月9日提交的美国专利申请序列号11/937573；2005年7月21日提交的标题为“A Programmable Radio Frequency Waveform Generator for a Synchrocyclotron”的美国专利申请序列号11/187633；2004年7月21日提交的美国临时申请第60/590089号；2004年9月24日提交的标题为“A Programmable Particle Scatterer for Radiation Therapy Beam Formation”的美国专利申请序列号10/949734；以及2005年7月21日提交的美国临时申请第60/590088号。
本申请的任何特征可以与下面各项中的一个或多个适当的特征组合：标题为“CONTROLLING INTENSITY OF A PARTICLE BEAM”(申请号61/707466)的美国临时申请；标题为“ADJUSTING ENERGY OF A PARTICLE BEAM”(申请号61/707515)的美国临时申请；标题为“ADJUSTING COIL POSITION”(申请号61/707548)的美国临时申请；标题为“FOCUSING A PARTICLE BEAM USING MAGNETIC FIELD FLUTTER”(申请号61/707572)的美国临时申请；标题为“MAGNETIC FIELD REGENERATOR”(申请号61/707590)的美国临时申请；标题为“FOCUSING A PARTICLE BEAM”(申请号61/707704)的美国临时申请；标题为“CONTROLLING PARTICLE THERAPY”(申请号61/707624)的美国临时申请；以及标题为“CONTROL SYSTEM FOR A PARTICLE  ACCELERATOR”(申请号61/707645)的美国临时申请；2010年6月1日颁布的美国专利第7728311号；2007年11月30日提交的美国专利申请序列号11/948359；2008年11月20日提交的美国专利申请序列号12/275103；2007年11月30日提交的美国专利申请序列号11/948662；2007年11月30日提交的美国临时申请第60/991454号；2013年5月31日提交的美国专利申请序列号13/907601；2013年6月12日提交的美国专利申请序列号13/916401；2011年8月23日颁布的美国专利第8003964号；2007年4月24日颁布的美国专利第7208748号；2008年7月22日颁布的美国专利第7402963号；2010年2月9日提交的美国专利申请序列号13/148000；2007年11月9日提交的美国专利申请序列号11/937573；2005年7月21日提交的标题为“A Programmable Radio Frequency Waveform Generator for a Synchrocyclotron”的美国专利申请序列号11/187633；2004年7月21日提交的美国临时申请第60/590089号；2004年9月24日提交的标题为“A Programmable Particle Scatterer for Radiation Therapy Beam Formation”的美国专利申请序列号10/949734；以及2005年7月21日提交的美国临时申请第60/590088号。
除了本专利申请要求优先权的临时申请和上文通过引用所并入的文献之外，没有其他文献通过引用结合到本专利申请中。
本文中未具体描述的其它实施方式也在以下权利要求的范围之内。