通道。图22示出了对照相对于粒子源700的半径(r)所绘制的磁场⑶。如图22所示，在此示例中，B从约9特斯拉⑴变化至约-2Τ。9Τ大约出现在腔800的中心。磁场的极性在磁场跨越超导线圈之后改变，致使在线圈的外部上为约-2Τ，最终减弱至约为零。磁场突起805出现在再生器的点处。图22还示出了相对于在两个超导线圈809、810之间具有提取通道803的线圈架806的剖面的磁场曲线图。
[0139]参照图23，再生器802促使轨道810的角度及间距发生改变，使得它们朝向提取通道803移动。在提取通道的点，磁场强度充分低，以使得粒子束能够进入提取通道并且穿过其行进。返回参照图21，提取通道803包含各种磁结构811，用于添加和/或减去偶极场来引导进入的粒子束穿过提取通道803至束成形元件。
[0140]为了到达退出点，粒子束应该具有适当量的能量。到达该点所需的能量的量可以例如基于加速器的大小及提取通道的长度(在此示例中，提取通道的长度为约1.7或2米)而变化。在这方面，提取通道803的至少部分在超导线圈上方。因此，提取通道中的磁场响应于加速器旋转而改变很小。因此，粒子束穿过提取通道所需的能量的量响应于粒子加速器的旋转而不会明显地改变。
[0141]超导线圈在台架的旋转期间移动。由再生器802影响的轨道因线圈的重力移动而改变。此移动可以小至数十个毫米。然而，其结果是，进入提取通道的粒子束的能量可能不同于横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这种改变，可以将结构815置于提取通道803内或其进入点。该结构可以用来吸收粒子束中的多余能量。在此示例中，结构815是可以具有车轮状形状的可旋转的、厚度可变的楔形。图24和25示出了结构815的示例。如在这些图中所示，结构815可以具有连续变化的厚度。可替代地，所述厚度可以逐步地变化。
[0142]该结构可以移动(例如旋转)，以从在提取通道中/进入提取通道的粒子束吸收适当量的能量。在该实施方式中，结构的较厚部分815a比较薄部分815b吸收更多的能量。因此，该结构可以移动(例如旋转)以吸收粒子束中的不同量的能量。在某些实施方式中，该结构可以具有不含有任何材料(例如，“零”厚度)的部分，这允许粒子束未被更改地通过。可替代地，在这种情况下，该结构可以完全地或部分地移出束路径。在某些实施方式中，最大厚度可以是厘米数量级的；然而，最大厚度将例如基于能量吸收需要因系统不同而变化。图25还示出了电机816，其控制轴来使结构815旋转，例如响应于所检测的台架位置。
[0143]该结构可以由能够吸收粒子束中的能量的任何适当材料制成。如上文所述，理想地，该结构尽量减小提取通道中粒子束的散射；然而，实际上，可能有存在并可容忍的散射量。如下文更详细地说明，在某些实施方式中，可对考虑到该散射的粒子治疗系统的元件做出调整。可用于该结构的材料的示例包含但不限于铍、含有氢的塑料、以及碳。可单独地、组合地或与其它材料组合地使用这些材料。
[0144]可以通过使用作为更广义的粒子治疗系统的一部分的控制系统对该结构的移动(例如旋转)进行计算机控制。计算机控制可以包括产生一个或多个控制信号来控制机械设备这种比如产生运动的致动器及电机的移动。可以基于如由其上安装有粒子加速器的台架的旋转位置(例如参见示出台架旋转的图1、11和12)所测量的粒子加速器的旋转位置来控制结构815的旋转。用来设定结构的旋转位置关于台架的位置的各种参数可根据经验进行测量，并且可被编程到控制系统计算机中。
[0145]在提取通道的下游(例如在其之后)，使用各种装置来影响粒子束输出。一个这种装置配置成延展粒子束的布拉格峰，以在患者内的深度范围处实现基本均匀的粒子束剂量。如在维基百科全书中所述当快速带电粒子移动穿过物质时，其电离材料的原子并且沿其路径沉积剂量。因为相互作用剖面随着带电粒子的能量减少而增加，所以出现峰值。”，“布拉格峰是绘制在其行进穿过物质期间电离辐射的能量损耗的布拉格曲线上的显著峰。对于质子…峰紧接在粒子停下来之前出现”。图26是对于特定剂量的质子治疗及深度而示出布拉格峰900的示例性布拉格曲线。
[0146]为了在深度范围实现相对均匀剂量的粒子治疗，调制器装置配置成沿着图26的图表移动粒子束的布拉格峰，并且在所移动的位置改变布拉格峰的强度。因为粒子治疗是累积的，所以所得的剂量可以相加以获取大致均匀的剂量。例如，参照图26，在点901处的剂量是布拉格曲线903上的点902处的剂量、布拉格曲线905上的点904处的剂量以及布拉格曲线907上的点906处的剂量的总和。理想地，结果是从深度908a至深度908b的大致均匀的剂量。这被称为“延展的布拉格峰”，其沿深度延伸到患者中。
[0147]在某些实施方式中，用来延展布拉格峰的调制器装置是沿着其圆周在不同位置具有不同厚度的结构，比如调制器轮。因此，调制器轮可相对于粒子束旋转，以便向特定的深度和区域提供适当的粒子强度。
[0148]图27示出了示例性调制器轮910的透视图，图28示出了调制器轮910的俯视图。如在这些图中所示，调制器轮具有许多台阶911，每个台阶具有不同的厚度(例如，从零或大致为零厚度变化至厘米数量级或以上的厚度)。所用的这些厚度改变相应布拉格峰的深度。例如，最小量的厚度产生具有最大深度的布拉格峰，最大量的厚度产生具有最小深度的布拉格峰等等。如图28所示，各个台阶的角度(例如，912、913等)也变化，导致这些台阶中的至少一些(在某些情况下是所有台阶)的圆周长度不同。每个台阶的角度调整相应的布拉格峰在患者内对向(subtend)的程度。例如，具有最大强度的布拉格峰(例如，图26的布拉格峰900)是对向最多的那个布拉格峰。因此，其相应的台阶914具有最大的角度范围。具有其次最大强度的布拉格峰(例如，图26的布拉格峰904)是对向其次最多的布拉格峰。因此，其相应的台阶915具有其次最大的角度范围；等等。
[0149]调制器轮可以具有恒定、基本恒定或可变的旋转，以便为处方提供适当的布拉格峰延展。在某些实施方式中，粒子治疗系统可以包括图27和28所示类型的一个以上的调制器轮。这些调制器轮可切入或切出束路径，以便在特定患者深度处实现所期望的粒子束剂量。例如，第一调制器轮可用于第一深度或深度范围(例如，1cm至15cm);第二调制器轮可用于第二深度或深度范围(例如，15cm至20cm);第三调制器轮可用于第三深度或深度范围(例如，20cm至25cm);等等。在某些实施方式中，可能有十二个调制器轮；然而，在其它实施方式中，可以使用多于或少于十二个调制器轮。治疗深度还取决于粒子束强度，其是离子(或粒子)源脉冲宽度的函数，如下文所述。
[0150]调制器轮可以切入或切出束路径，如上文所述。例如，调制器轮可沿着导轨移动并且是电机控制的，使得它们可以移入或移出束路径。在其它实施方式中，导轨可以在束路径下方，可以将适当的调制器轮定位成接近束路径，且此后通过另一电机或其它控制系统移动到束路径中。
[0151]调制器轮可被设计成从最大深度至患者的表面(例如，至患者皮肤的外层)提供均匀延展的布拉格峰。为了定制剂量深度，可以“关断”不期望位置中(例如，图26中的区域917中)的布拉格峰。这可以通过在调制器轮的每个旋转期间的适当时间关断RF源、关断离子源或关断这两者而完成。
[0152]离子源脉冲宽度还对延展的布拉格峰均匀性具有影响。作为背景，粒子源被间歇地(例如周期性地)激活的时间的量是变化的，从而为不同的时间周期提供等离子体柱，并且使得能够提取不同数量的粒子。例如，如果脉冲宽度增加，则所提取的粒子的数量增加，如果脉冲宽度减小，则所提取的粒子的数量减小。在某些实施方式中，在粒子源接通的时间与粒子束的强度之间存在线性关系。例如，该关系可以是一对一加偏移。在示例性实施方式中，粒子源可以在约135MHz的最大频率与约95MHz或90MHz的最小频率之间的频率扫掠期间发生的频率窗内加脉冲。例如，粒子源可以在132MHz与131MHz之间加脉冲达一时间周期。在实施方式中，该时间周期是约40ys;然而，这些值在其它实施方式中可以变化或者是不同的。没有在频率窗外对粒子源加脉冲可能抑制从等离子体柱提取粒子。
[0153]图29是表示从最大频率(例如，135MHz)至最小频率(例如，90MHz或95MHz)随时间变化的谐振腔中的电压扫掠的图表。在该示例中，提取窗920出现在132MHz与131MHz之间。可以改变脉冲921的宽度(离子源脉冲宽度)来控制由粒子加速器输出的粒子束的强度。
[0154]可以调整离子源脉冲宽度，以便实现延展的布拉格峰的大致均匀性。在这方面，各种因素(比如粒子束强度)可能有助于布拉格峰穿透患者的深度。所选择的调制器轮可以对于不同深度产生不同的布拉格曲线。例如，图30示出了对于三个不同深度的布拉格曲线。布拉格曲线950是用于调制器轮的标称(或预定义)深度；布拉格曲线951是用于调制器轮的最大深度；布拉格曲线952是用于调制器轮的最小深度。理想地，不管深度如何，延展的布拉格峰都应大约处于标称水平。
[0155]如图30所示，布拉格曲线951和952具有倾斜的延展的布拉格峰。对于布拉格曲线952来说，斜率为正；对于布拉格曲线951来说，斜率为负。为了更紧密地接近在点b的标称布拉格峰水平，在点a增加粒子束的强度(以将点a的布拉格峰抬高至点b的水平)，并且在点c减小粒子束的强度(以将点c的布拉格峰降低至点b的水平)。还在a和c之前的点调整粒子束的强度，以或抬高或降低在这些点的布拉格峰，使得它们至少在某种程度上与标称布拉格峰的相应水平一致。可以通过改变离子源脉冲宽度来改变粒子束的强度。然而，沿着布拉格曲线951、952的不同点需要不同的调整量，以便近似曲线950的标称延展的布拉格曲线。因此，在每个例子中，脉冲宽度可以基于调制器轮的旋转而变化。例如，在点a处，当调制器轮撞击粒子束时，脉冲宽度可能增加得比沿着布拉格曲线951在a之前的点处更多。类似地，在点c处，当调制器轮撞击粒子束时，脉冲宽度可能减小得比沿着布拉格曲线952在c之前的点处更多。例如，图31是针对布拉格曲线950、951以及952示出调制器轮的脉冲宽度与旋转角度之间的关系的曲线图。各个值已被省略，因为它们是情况特定的。
[0156]可以通过在布拉格峰的开始及结束获得适当的脉冲宽度并且线性插入它们两个之间以获得其间的变化来确定脉冲宽度的变化。还可以使用其它方法，如下文所述。为了增加或减少总体剂量，可以通过特定因子来增加或减少所有的脉冲宽度。
[0157]参照图32，调制器轮910的输出955是具有高斯分布的散射粒子束(在束的中心具有大部分粒子)。散射体956在调制器轮的下游(例如，在调制器轮910与患者位置之间)。散射体956重新成形粒子束，使得粒子束具有大致恒定的宽度(W)。例如，粒子束可以具有圆形剖面。在此实施方式中，散射体956是散射箔片，其中的全部或部分可以由金属比如铅制成。如图所示，散射体956具有形状凸起的侧面，在其边缘比在其中心包括更多的铅。为了实现较大的场束大小，可以使用较厚的铅，反之亦然。在这方面，粒子治疗系统可以包括多个散射体，它们可以切入或切出粒子束的路径以便实现粒子束场大小(剖面区域)。可以通过使用比如上文所述的用于使调制器轮切入或切出粒子束路径的机构来使散射体切入或切出粒子束的路径。
[0158]吸收器957可以布置成接近散射体，并且可以用来吸收束能量，例如以便减小其穿透深度。该吸收器可以由塑料或其它材料制成。例如，如果束将穿透1cm不到，则可以使用1cm的塑料。吸收器可以是具有不同厚度的轮。可以基于处方中指定的深度来将适当的厚度调拨到粒子束路径中。电机或其它机构可以控制该轮。在其它实施方式中，粒子治疗系统可以包括多个吸收器，它们可被切入或切出粒子束的路径。可以通过使用比如上文所述的用于使调制器轮切入或切出粒子束路径的机构来使吸收器切入或切出粒子束的路径。
[0159]吸收器957的下游是电离室958，其用于确定在治疗期间所提供的粒子总剂量。在某些实施方式中，电离室包括导电材料(例如，沉积在Kapton膜上的金蒸汽)的平行平面。在操作中，将电压施加至这些平行平面。质子电离平行板之间的空气，因此电荷累积在平行板上。电荷量与质子量成比例。当电荷量超过一定水平时，输出触发计数器的电流。电离室和计数器被校准，使得计数器的滴答声对应于指定剂量(以戈瑞(gray)为单位)的粒子束。控制机构(例如，电路、计算器件等)基于来自计数器的滴答声来记录剂量。当该剂量超过规定量时，关断粒子束(例如，通过关断RF源、关断离子源或关断这两者)。
[0160]电离室958的下游是孔960，比如上文所述的孔635。如图33所示，孔960通过阻挡在所期望区域之外的粒子束的部分来限制施加至患者的粒子束961的剖面区域的范围。该区域可以是规则的(例如圆形的)或不规则的。将团块962安装成接近孔，如图33所示。团块962具有的三维3D表面形状964对应于被治疗的肿瘤的远端表面965的3D表面形状。该团块由吸收束能量的材料比如塑料制成，并且理想的是将粒子束在患者内的最大穿透限制至肿瘤的远端表面。通常，基于根据处方关于肿瘤所提供的信息来确定团块的形状。控制系统将识别团块形状的文件输出到产生团块的铣床。
[0161]在本文所述的示例性实施方式中，处方指定以下各项:粒子剂量、粒子剂量率、患者位置、患者床旋转角度、台架旋转角度、束场大小、束深度、束深度的范围、用来限制粒子束区域的孔的配置、以及团块的配置。在其它实施方式中，处方不必包括所有这些特性，并且可以包括治疗或诊断系统的其它或不同操作特性。
[0162]处方可以以DICOM RT 1N格式传输。可以作为本文所述的粒子治疗系统的一部分的控制系统接收含有处方的文件，解释文件的内容，并且根据该处方配置粒子治疗系统。该控制系统可以包括一个或多个处理器件和/或其它电子器件、配置成提供输入/输出(I/O)至粒子治疗系统的各个子系统以执行配置过程的可编程逻辑等。下文解释用于在前述示例性处方中指定的各种操作特性的示例性配置过程。
[0163]处方可以指定要被提供给患者的粒子剂量。可以通过使用上文所述的电离室958来控制剂量。也就是说，粒子束最初被接通。控制机构(例如，电路或计算器件)基于来自由从电离室输出所触发的计数器的滴答声记录剂量。当剂量超过规定量时，关断粒子束(例如，通过关断RF源、关断离子源或关断这两者)。可以接通或关断粒子束来分别增加或减少剂量。
[0164]在某些情况下，剂量可能取决于束场大小(剖面区域)。在一实施方式中，可能有三个不同的散射体来产生三个