碳纤维连杆跨过温辄和中间温度(50-70K)之间的销针支撑，而S2玻璃纤维连杆408跨过 中间温度销针和连接至冷物质的销针支撑。每个销针可由高强度不锈钢制成。
[0103] 参照图8,根据半径的场强剖面很大程度上由线圈几何形状和极面形状的选择来 确定。可穿透辄材料的极面144、146能够是波状以精细地调整磁场的形状，从而确保粒子束 在加速期间保持聚焦。
[0104] 除了在限定组的支撑点171、173之外，超导线圈通过将线圈组件（线圈和绕线筒） 封装在提供环绕线圈结构的自由空间的真空环形铝或不锈钢制低温恒温腔170内部而维持 在接近绝对零度(例如，约4开氏度）的温度。在可替代版本中（例如，图9)，低温恒温器的外 壁可由低碳钢制成以提供对磁场的额外返回磁通量通路。
[0105] 在一些实施方式中，接近绝对零度的温度通过使用一个单级Gifford-McMahon制 冷机和三个两级Gifford-McMahon制冷机来实现并维持。每个两级制冷机具有连接至冷凝 器的第二级冷却端，冷凝器将氦蒸气再浓缩为液氦。在一些实施方式中，接近绝对零度的温 度通过使用包含液氦的冷却通道(未示出）来实现并维持，所述冷却通道形成在超导线圈支 撑结构（例如，反向绕线筒）的内部，并且包含通道中的液氦和对应的超导线圈之间的热连 接。
[0106]在一些实施方式中，线圈组件和低温恒温腔安装在由药盒形磁辄100的两个半体 181、183内并完全由其封装。辄100提供返回磁场磁通量184的路径并磁性地屏蔽极面144、 146之间的容积186以阻止外部磁场影响微扰该容积内磁场的形状。该辄还用于减少加速器 附近的杂散磁场。在其他实施方式中，线圈组件和低温恒温腔安装在非磁性外壳内并完全 由其封装，并且使用有源返回系统实现返回磁场磁通量的路径，其示例在上文中描述。 [0107] 如图9、14和15所示，同步回旋加速器包括潘宁(Penning)离子计几何形状的粒子 源190,其定位在磁体结构的几何中心192附近。粒子源可如下文所述。
[0108] 粒子源190通过气体路线393和传送气态氢气的管道394而由氢气供给399供给。电 缆294携带来自电源的电流以刺激电子从与磁场对齐的阴极392、390放电。
[0109] 在该示例中，放电的电子电离通过小孔从管394离开的气体，以产生正离子(质子） 的供给，用于被跨过被磁体结构封闭的空间的一半的一个半圆形(D形)射频板和一个虚拟D 形板加速。一些实施方式可以利用中断的粒子源。在中断的粒子源的情形中，包含等离子的 管道的全部(或大部分，例如大多数)在加速区域处被移除(不存在）。
[0110] 如图16所示，D形板500是具有封闭空间507的两个半圆形表面503、505的中空金属 结构，在空间507中质子在其环绕被磁体结构封闭的空间旋转的一半过程中被加速。开口进 入空间507的管509通过外壳(例如，辄或磁极件)延伸至外部位置，从该外部位置，真空栗可 被附接以将空间507和在加速发生的真空腔室中的空间的剩余部分抽成真空。虚拟D形502 包括被隔开接近D形板的暴露边缘的矩形金属环。虚拟D形地接到真空腔室和磁辄。D形板 500由施加到射频传输路线的端部处的射频信号驱动，以在空间507中赋予电场。随着被加 速的粒子束距几何中心的距离增加，因此射频电场是随时间变化的
[0111] 为了从中心定位的粒子源产生的波束随着其开始螺旋向外时净空粒子源结构，大 的压差穿过射频板施加。20000伏特可跨过射频板施加。在一些版本中，8000到20000伏特可 跨过射频板施加。为了减少驱动这个大的电压所需的功率，可布置磁体结构以减少射频板 和地面之间的电容。这可通过从射频结构穿过外部磁辄和低温恒温器壳体形成具有足够余 隙的孔和在磁极面之间具有足够的空间来完成。
[0112] 改变驱动D形板的电势的高电压具有在加速循环期间向下扫描的频率以考虑质子 的递增的相对论质量和递减的磁场。由于该虚拟D形连同真空腔室壁处于接地电势，因此其 不需要中空的半柱形结构。可使用其他的板布置，比如由不同电相位或多个基础频率驱动 的一对以上的加速电极。RF结构可被调谐以通过使用例如具有相互啮合的旋转和固定叶片 的旋转电容器在所必需的射频扫描期间保持其Q(电量)为高水平。在叶片的每次啮合期间， 电容上升，从而降低了 RF结构的共振频率。叶片可被成形以产生所需的精确的频率扫描。用 于旋转冷凝器的驱动电机可与RF发生器锁定相位以用于精确控制。粒子的一束在旋转冷凝 器的叶片的每次啮合期间被加速。
[0113] 其中加速过程发生的真空室是在中心处较细且边缘处较厚的大体柱形容器。真空 腔室封闭RF板和粒子源，并且由真空栗抽成真空。维持高真空减少了加速离子未离开以与 气体分子发生碰撞的机会，并且使得RF电压能够保持在较高水平而不会电弧接地。
[0114] 质子(或其他离子)从粒子源处开始经过大体上螺旋的轨道路径。在螺旋路径的每 个循环的一半中，质子在随着它们穿过RF电场而获得能量。随着质子获得能量，其螺旋路径 的每个连续循环的中心轨道的半径大于前一循环，直到循环半径到达磁极面的最大半径。 在那个位置，磁场和电场的微扰引导质子进入磁场快速降低的区域，并且质子离开高磁场 区域并且被引导穿过这里称为引出通道的真空管，以离开同步回旋加速器。磁场再生器可 用于改变磁场微扰以引导质子。离开的质子当其进入存在于环绕同步回旋加速器的空间中 的显著降低的磁场区域时将趋于分散。在引出通道138(图14)中的束成形元件507、509重新 引导质子使得它们留在受限的空间范围的直线束中。
[0115] 随着束离开引出通道，其可穿过束形成系统525(图14)，所述束形成系统可包括这 里所述类型的扫描系统。束形成系统525可与控制束施加的内部台架协同使用。
[0116] 从同步回旋加速器出来的杂散磁场可由磁辄(其还用作屏蔽)和分离的磁场屏蔽 件514(例如，图8)来限定。分离的磁场屏蔽件包括铁磁材料(例如，钢或铁)层517,其封装由 空间516隔开的药盒形辄。包括辄、空间、以及屏蔽件的夹置结构的配置实现了以较低重量 对给定泄露磁场的足够屏蔽。如上所述，在一些实施方式中，有源返回系统可用于替代或增 加磁辄和屏蔽件的操作。
[0117] 参照图12,台架允许同步回旋加速器绕水平旋转轴432旋转。桁架结构416具有两 个大体平行的跨480、482。同步回旋加速器支在跨之间，大约在各腿之间约中间处。使用安 装在与桁架相对的腿的末端上的配重622、624来平衡台架绕轴承旋转。
[0118] 通过安装在一个或两个台架腿上并通过驱动齿轮连接至轴承外壳的电动马达驱 动台架旋转。从轴杆角度编码器提供的信号推导出台架的旋转位置，轴杆角度编码器结合 在台架驱动马达和驱动齿轮中。
[0119] 在离子束离开同步回旋加速器的位置处，束形成系统525作用在离子束上以使其 属性适于患者治疗。例如，该波束可以展开并且其穿透深度可变以提供越过给定靶标体积 的均匀辐射。束形成系统可包括如本文所述的有源扫描元件。
[0120] 同步回旋加速器的所有有源系统(例如电流驱动的超导线圈、RF驱动板、用于真空 加速腔以及用于超导线圈冷却腔的真空栗、电流驱动的粒子源、氢气源、以及RF板冷却器） 可由合适的同步回旋加速器控制电子元件(未示出）控制，其例如可包括执行来自非暂态存 储器的指令以实现控制的一个或多个处理设备。
[0121] 如上所述，参照图17的系统602,波束生成粒子加速器，在该情形中同步回旋加速 器604(其可包括这里描述的任意和所有特征)可安装在旋转台架605上。旋转台架605是这 里所述的类型，并能够绕患者支架606成角度地旋转。该特征使得同步回旋加速器604能够 提供从各个角度基本直接至患者的粒子束。例如，如图17中所示，在同步回旋加速器604高 于患者支架606时，粒子束可以向下朝向患者。可替代地，在同步回旋加速器低于患者支架 606时，粒子束可以向上朝向患者。在不需要中间波束路由机构的意义上，粒子束基本直接 应用至患者。路由机构在本文中不同于成形或定型机构，其中成形或定型机构不会重新路 由波束，而是在维持波束相同的一般轨迹时对波束定型和/或成形。
[0122] 可变能量粒子加速器
[0123] 用于这里描述的示例粒子治疗系统和示例扫描系统的粒子加速器可以是可变能 量粒子加速器，其示例在下文描述。
[0124] 所引出的粒子束(从加速器输出的粒子束）的能量能够在治疗期间影响粒子束的 使用。在一些机器中，粒子束的能量(或粒子束中的粒子)不会在引出后增加。然而，在引出 后和治疗前可基于治疗需求减少能量。参照图18,示例的治疗系统910包括加速器912,例如 同步回旋加速器，从其引出具有可变能量的粒子(例如质子)束914以辐射身体922的靶标体 积924。可任选地，一个或多个其他设备，诸如扫描单元916或散射单元916、一个或多个监测 单元918、以及能量降能器920,沿辐射方向928放置。这些设备拦截所引出的束914的截面并 改变所引出束的一个或多个属性用于治疗。
[0125] 由用于治疗的粒子束辐射的靶标体积(辐射靶标)通常具有三维配置。在一些示例 中，为了执行治疗，靶标体积沿粒子束的辐射方向分割为多层，从而辐射能够以分层基础进 行。对于某些类型的粒子，诸如质子，靶标体积内的穿透深度(或波束到达的层)很大程度上 由粒子束的能量确定。给定能量的粒子束基本不会到达超过该能量对应穿透深度的地方。 为了将波束辐射从靶标体积的一层至另一层移动，可改变粒子束的能量。
[0126] 在图18所示的示例中，靶标体积924沿辐射方向928分割为九层926a-926i。在示例 过程中，辐射从最深层926i开始，一次一层，逐渐至较浅的层并终止于最浅的层926a。在施 加至身体922之前，粒子束914的能量控制于允许粒子束停止于期望层的水平，例如，层 926d，而基本不会更深地穿透进入身体或靶标体积，例如层926e-926i或更深地进入身体。 在一些示例中，随着治疗层相对于粒子加速变得更浅，粒子束914的期望能量减少。在一些 示例中，用于治疗靶标体积924的相邻层的波束能量差是约3MeV至约lOOMeV、例如约lOMeV 至约80MeV、然而基于例如各层的厚度和波束的属性，其他差值也是可能的。
[0127] 用于治疗靶标体积924的不同层的能量变化能够在加速器912(例如，加速器能够 改变能量)处进行，从而在一些实施方式中，在从加速器912引出粒子束后，无需额外的能量 变化。因此，治疗系统10中的可任选能量降能器920可从系统中省略。在一些实施方式中，加 速器912能够输出具有在约lOOMeV至约300MeV之间、例如在约115MeV至约250MeV之间变化 的能量的粒子束。该变化能够是连续的或不连续的，例如一次一步。在一些实施方式中，连 续的或不连续的变化能够以相对高的频率发生，例如高达约50MeV每秒或高达约200MeV每 秒。不连续的变化能够一次一步的发生，其中步长为约lOMeV至约90MeV。
[0128] 当在一层中完成辐射时，加速器912能够改变粒子束的能量用于辐射下一层，例 如，在数秒内或在小于一秒内。在一些实施方式中，靶标体积924的治疗能够是连续的而基 本没有中断或甚至没有任何中断。在一些情形中，非连续能量变化的步长选定为对应辐射 靶标体积924的两个相邻层所需的能量差。例如，该步长能够与能量差相同或是一部分。
[0129] 在一些实施方式中，加速器912和降能器920共同改变波束914的能量。例如，加速 器912提供粗调，而降能器920提供微调或反之亦然。在该示例中，加速器912能够输出以约 10-80MeV的可变步长改变能量的粒子束，而降能器920以约2-lOMeV的变化步长调节(例如， 减少)该波束的能量。
[0130] 能量降能器、诸如范围调节器的减少使用(或缺失)可帮助维持来自加速器的输出 波束的属性和质量，例如波束强度。粒子束的控制能够在加速器处执行。能够减少或消除来 自例如在粒子束通过降能器920时生成的中子的副作用。
[0131] 粒子束914的能量可以调节以在完成靶标体积924的治疗后治疗另一身体或身体 部位922 '中的另一靶标体积930。靶标体积924、930可以处于相同的身体(或患者）中、或处 于不同的患者中。靶标体积930距身体922'表面的深度D能够不同于靶标体积924的深度。尽 管通过降能器920能够执行一定的能量调节，降能器912仅可以减少波束能量而不能增加波 束能量。
[0132] 关于这点，在一些情形中，治疗靶标体积930所需的波束能量大于治疗靶标体积 924所需的波束能量。在该情形中，在治疗靶标体积924后和治疗靶标体积930前，加速器912 可增加输出波束能量。在其他情形中，用于治疗靶标体积930所需的波束能量小于治疗靶标 体积924所需的波束能量。尽管降能器920能够减少能量，加速器912能够调节以输出较低的 波束能量，从而减少或消除降能器920的使用。靶标体积924、930分割为各层能够是不同的 或相同的。靶标体积930能够类似于靶标体积924治疗以分层基础进行治疗。
[0133] 相同患者上不同靶标体积924、930的治疗可以是基本连续的，例如其中两个体积 之间的停止时间不会长于约30分钟或更少，例如25分钟或更少、20分钟或更少、15分钟或更 少、10分钟或更少、5分钟或更少、或1分钟或更少。如这里所说明的，加速器912能够安装在 可动台架上并且台架的运动能够移动加速器以瞄准不同的靶标体积。在一些情形中，在完 成靶标体积924治疗后及开始治疗靶标体积930前，治疗系统做出调节(诸如移动台架）的时 间期间，加速器912能够完成输出波束914的能量调节。在加速器和靶标体积930对准后，该 治疗能够以已调节的、期望