的波束能量开始。针对不同患者的波束能量调节也能够相当有 效地完成。在一些示例中，所有调节，包含增加/减少波束能量和/或移动台架在约30分钟的 时间内完成，例如在约25分钟内、约20分钟内、约15分钟内、约10分钟内、或约5分钟内。
[0134] 在靶标体积的相同层中，辐射剂量可以通过使用扫描单元916移动波束越过层的 二维表面(其有时称作扫描束)来施加。可替代地，该层能够通过将引出的波束穿过散射单 元16的一个或多个散射器(其有时称作散射束)来辐射。
[0135] 波束属性，诸如能量和强度，能够通过控制加速器912和/或其他设备在治疗前选 定或在治疗期间调节，诸如扫描单元/散射器916、降能器920、以及图中未示出的其他设备。 在示例的实施方式中，系统910包括与系统中一个或多个设备通信的控制器932,诸如计算 机。控制能够基于由一个或多个监测器918执行监测的结果，例如监测靶标体积中的波束强 度、剂量、波束位置等。尽管监测器918示出为位于设备916和降能器920之间，能够将一个或 多个监测器置于沿波束辐射路径的其他合适位置。控制器932还能够存储针对一个或多个 革巴标体积(针对同一患者和/或不同患者）的治疗方案。治疗方案能够在治疗开始前确定并 能够包含如下参数，诸如靶标体积的形状、辐射层的数量、针对每层的辐射剂量、每层被辐 射的次数等。系统910内波束属性的调节能够基于治疗方案进行。在治疗期间，例如在探测 到与治疗方案的偏差时，能够做出另外调节。
[0136] 在一些实施方式中，加速器912配置为通过改变加速粒子束的磁场来改变输出粒 子束的能量。在示例实施方式中，一组或多组线圈接收可变电流来产生空腔内的可变磁场。 在一些示例中，一组线圈接收固定电流，而其他一组或多组磁场接收可变电流，从而线圈组 接收到的总电流可变。在一些实施方式中，所有组的线圈是超导的。在其他实施方式中，一 些组的线圈，诸如用于固定电流的线圈，是超导的，而其他组的线圈，诸如用于可变电流的 一组或多组线圈，不是超导的。在一些示例中，所有组的线圈都不是超导的。
[0137] -般来说，磁场的量值可随电流的量值改变。在预定范围内调节线圈的总电流能 够生成对应预定范围内变化的磁场。在一些示例中，电流的连续调节能够导致磁场的连续 变化和输出波束能量的连续变化。可替代地，在施加至线圈的电流以非连续、步进方式调节 时，磁场和输出的波束能量也因此以非连续(步进)方式变化。磁场与电流的比例能够使得 波束能量的变化相对精确地执行，尽管有时要执行相比输入电流来说较小的调节。
[0138] 在一些实施方式中，为了输出具有可变能量的粒子束，加速器912配置以施加RF电 压，其在不同范围的频率上扫频，其中每个范围对应不同的输出能量波束。例如，在加速器 912配置为输出三种不同的输出波束能量时，RF电压能够在三个不同范围的频率上扫频。在 另一示例中，对应连续的波束能量变化，RF电压在连续变化的频率范围上扫频。不同的频率 范围可具有不同的低频界限和/或高频界限。
[0139] 引出通道能够配置为适应由可变能量粒子加速器生成的不同范围的能量。例如引 出通道可以足够的大以支撑由粒子加速器生成的最高和最低能量。也就是说，引出通道可 以改变尺寸大小设定为或采用其他方式配置为接收并传输该能量范围内的粒子。具有不同 能量的粒子束能够从加速器912引出而不会改变用于提取具有单种能量的粒子束的再生器 的特征。在其他实施方式中，为了适应可变的粒子能量，再生器能够移动以上文所述方式干 扰(例如，改变)不同的粒子轨道和/或能够添加或移除离子杆(磁性垫片）以改变由再生器 提供的磁场不均匀性。更加具体而言，不同的粒子能量将通常处于空腔内的不同粒子轨道。 通过移动再生器，能够拦截特定能量处的粒子轨道并进而提供对该轨道的准确微扰，从而 处于特定能量的粒子到达引出通道。在一些实施方式中，实时地执行再生器的移动(和/或 磁场垫片的添加/移除）以匹配由加速器输出的粒子束能量的实时变化。在其他实施方式 中，以每次治疗为基础调节粒子能量，并且在治疗前预先执行再生器的移动(和/或磁场垫 片的添加/移除）。在任一情形中，再生器的运动（和/或磁场垫片的添加/移除）可以是计算 机控制的。例如，计算机可以控制影响再生器和/或磁场垫片运动的一个或多个马达。
[0140] 在一些实施方式中，使用可控制以移动至合适位置的一个或多个磁场垫片实现再 生器。
[0141] 作为示例，表1示出了示例的加速器912能够输出粒子束的三个示例能量级。还列 出了用于生成三个能量级的对应参数。在这点上，磁体电流指代施加至加速器912中一个或 多个线圈组的总电流;最大和最小频率限定了RF电压扫频的范围；以及"r"是某位置距其中 加速粒子的空腔中心的径向距离。
[0143] 表1:波束能量及各个参数的示例
[0144] 下面将描述包括在示例粒子加速器中的细节，所述粒子加速器生成具有可变能量 的带电粒子。加速器能够是同步回旋加速器，而粒子可以是质子。粒子可以输出为脉冲波 束。在一个患者的一个靶标体积的治疗期间，或者在相同患者或不同患者的不同靶标体积 的各次治疗之间，能够改变从粒子加速器输出的波束能量。在一些实施方式中，在没有波束 (或粒子)从加速器输出时，能够改变加速器的设定以改变波束能量。在期望范围内，能量变 化能够是连续的或不连续的。
[0145] 参照在图8中（以及在图12中）所示的示例，粒子加速器，其可以是类似上述加速器 912的可变能量粒子加速器，可以配置为输出具有可变能量的输出粒子束。可变能量的范围 可具有一个上边界，即约200MeV到约300MeV或更高，例如，200MeV、约205MeV、约210MeV、约 215MeV、约220MeV、约225MeV、约230MeV、约235MeV、约240MeV、约245MeV、约250MeV、约 255MeV、约260MeV、约265MeV、约270MeV、约275MeV、约280MeV、约285MeV、约290MeV、约 295MeV、或约300MeV或更高。所述范围还可具有一个下边界，即约lOOMeV或更低到约 200MeV、例如，约 1 OOMeV 或更低，约 105MeV、约 1 lOMeV、约 115MeV、约 120MeV、约 125MeV、约 130MeV、约135MeV、约140MeV、约145MeV、约150MeV、约155MeV、约160MeV、约165MeV、约 170MeV、约175MeV、约180MeV、约185MeV、约190MeV、约195MeV、约 200MeV。
[0146] 在一些示例中，变化是不连续的，且变化步长的大小可为约lOMeV或更低，约 15MeV、约20MeV、约25MeV、约30MeV、约35MeV、约40MeV、约45MeV、约50MeV、约55MeV、约 60MeV、约65MeV、约70MeV、约75MeV、或约80MeV或更高。改变一个步长大小的能量需要不超 过30分钟，例如，约25分钟或更少、约20分钟或更少、约15分钟或更少、约10分钟或更少、约5 分钟或更少、约1分钟或更少、或约30秒或更少。在其它示例中，变化为连续的，且加速器能 以相对较高的速率调整粒子束的能量，例如，高达约50MeV每秒、高达约45MeV每秒、高达约 40MeV每秒、尚达35MeV每秒、尚达约30MeV每秒、尚达约25MeV每秒、尚达约20MeV每秒、尚达 约15MeV每秒、或高达约lOMeV每秒。加速器可以被配置为连续和非连续地调整粒子的能量。 例如，连续和非连续变化的组合可以用在一个目标体积的治疗或不同目标体积的治疗。灵 活的治疗计划和灵活的治疗就能够实现。
[0147] 粒子加速器输出具有可变能量的粒子束，其可以为照射治疗提供精度，并减少用 于治疗的附加设备(除了加速器以外）的数量。例如，对于整个或部分治疗，用于改变输出粒 子束的能量的降能器的使用可被减少或消除。粒子束的属性，如强度、聚焦等，可以在粒子 加速器中得到控制，且粒子束能到达靶标体积而不受另外设备的实质性干扰。相对高的波 束能量变化率可以减少治疗时间，并使得能有效地利用治疗系统。
[0148] 在一些实施方式中，加速器，诸如图8所示的同步回旋加速器，通过改变加速器中 的磁场来加速粒子或粒子束至可变能量级，其可以通过改变施加至线圈的用于产生磁场的 电流来实现。如上所述，示例的同步回旋加速器(例如，图8中的同步回旋加速器)包括含有 粒子源的磁系统、射频驱动系统、以及波束引出系统。图19示出了用于可变能量加速器中的 磁体系统的示例。在该示例实施方式中，由磁系统1 〇 12建立的磁场可以从两组线圈40a和 40b、及42a和42b能够生成的磁场最大值的约5%变化到约35%。由磁体系统建立的磁场具 有的形状适合于使用两组线圈和一对成形的铁磁(例如低碳钢)结构的组合来维持包含质 子的束的焦点，其示例如上提供。
[0149] 每组线圈都是用于接收电流的分离的一对环形线圈。在一些情况下，两组线圈都 是超导的。在其它情况下，只有一组线圈是超导的，而另一组是非超导的或常规传导（下面 也将进一步讨论）。还可能这两组线圈都是非超导的。在线圈中使用的合适的超导材料，包 括铌-3锡(Nb3Sn)和/或铌-钛。其它常规传导材料可包括铜。下面进一步描述线圈组结构的 示例。
[0150] 两组线圈可串联或并联地电连接。在一些实施方式中，由两组线圈接收到的总电 流可包括约200万安培匝数至约1000万安培匝数，例如，约250万至约750安培匝数、或约375 万安培匝数至约500万安培匝数。在一些示例中，一组线圈被配置为接收总可变电流的固定 (或恒定)部分，而另一组线圈被配置为接收总电流的可变部分。两个线圈组的总电流随一 组线圈中的电流变化而变化。在其它情况下，施加到两组线圈的电流都可以变化。两组线圈 中的可变总电流能产生具有可变大小的磁场，这反过来又改变所述粒子的加速途径，并产 生具有可变能量的粒子。
[0151] -般地，由一个或多个线圈产生的磁场大小与施加到一个或多个线圈的总电流大 小成比例。基于所述的比例，在一些实施方式中，磁场强度的线性变化可以通过线性地改变 线圈组的总电流来实现。总电流能以相对较高速率调整，这导致磁场和束能量能以相对高 的速率调整。
[0152] 在上述表1中所反映的示例中，在线圈环几何中心的电流和磁场之间的比率是： 1990:8? 7(约228 ? 7:1); 1920:8? 4(约228? 6:1); 1760:7? 9(约222 ? 8:1)。因此，调节施加到一 个或多个超导线圈的总电流大小可以按比例地(基于所述比率)调整磁场大小。
[0153] 在表1示例中的磁场和总电流的比例也在图20的曲线图中示出，其中Bz为沿Z方向 的磁场；以及R是沿垂直于Z方向的方向从线圈环的几何中心测得的径向距离。该磁场在几 何中心具有最高值，并且随距离R的增加而减小。曲线1〇35、1037表示通过相同线圈组接收 不同的总电流:分别为1760安培和1990安培，所产生的磁场。引出粒子的对应能量分别是 211MeV和250MeV。两条曲线1035、1037具有大致相同的形状，且曲线1035、1037的不同部分 基本上是平行的。因此，无论是曲线1035还是曲线1037都可以被线性地移位，以基本匹配另 一条曲线，这表明磁场与施加到线圈组的总电流成比例。
[0154] 在一些实施方式中，该磁场和总电流的比例性也许是不完美的。例如，基于表1中 所示示例计算的磁场和电流之间的比率不是恒定的。另外，如图20所示，一条曲线的线性移 位可能不能很好地匹配另一曲线。在一些实施方式中，总电流在完美比例的设想下被施加 到线圈组。可通过另外改变特征，例如线圈的几何形状，以抵消不完美的比例性，来产生目 标磁场(在完美比例的设想下）。作为一个示例，铁磁性的(例如，铁)棒(磁性垫片)可被插入 一个或两个磁性结构（例如，辄、极片、等)或从中取出。相比于比例是完美的并且只有电流 需要调整的情况，线圈的特征能够以相对高的速率被改变，使得磁场的调整速度基本上不 受影响。在铁棒的示例中，棒可以在秒钟或分钟的时间量程内被添加或移除，例如5分钟内、 1分钟内、小于30秒、或小于1秒。
[0155] 在一些实施方式中，所述加速器的设定，诸如施加到线圈组的电流，可以基于线圈 组中的磁场与总电流的实际比例性进行选择。
[0156] 通常，为产生在期望范围内变化的总电流，施加到两个线圈组的电流的任何组合 都可以使用。在一个示例中，线圈组42a、42b可以配置为接收对应于该磁场的期望范围的下 边界的固定电流。在表1所示的示例中，固定电流是1760安培。另外，线圈组40a、40b可以被 配置为接收可变电流，该可变电流具有的上边界对应于期望范围的磁场的上边界和下边界 之间的差值。在表1所示的示例中，线圈组40a、40b被配置为接收0安培和230安培之间变化 的电流。
[0157] 在另一示例中，线圈组42a、42b可以配置为接收对应于该磁场的期望范围的上边 界的固定电流。在表1所示的示例中，固定电流是1990安培。另外，线圈组40a、40b可以被配 置为接收可变电流，该可变电流具有的上边界对应于期望范围的磁场的下边界和上边界之 间的差值。在表1所示的示例中，线圈组40a、40b被配置成接收-230安培和0安培之间变化的 电流。
[0158] 由可变总电流产生的用于加速粒子的总可变磁场可以具有大于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、以及高达约20特斯拉或更高，例如，高达约18特斯拉、高达约15特斯拉、或高达约12特 斯拉。在一些实施方式中，线圈组总电流的变化可以改变磁场约0.2特斯拉至约4.2特斯拉 或更高，例如约〇. 2特斯拉至约1.4特斯拉或约0.6特斯拉至约4.2特斯拉