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放射線計測装置
説明

放射線計測装置

【課題】本発明によれば非破壊モニタの小型化により放射線照射装置の低コスト化を可能とする。
【解決手段】高電圧印加電極402、404に電圧を印加する高電圧電源305と、高電圧印加電極402と電荷収集電極401との間に第一の電離層を形成する電離箱301と、高電圧印加電極404と電荷収集電極403との間に第二の電離層を形成する電離箱302と、電荷収集電極401、403に到達した電離電子の電荷を積算する信号処理装置304と、を備える放射線計測装置101において、前記第一の電離層と前記第二の電離層とは少なくとも一部の領域で重なり、信号処理装置304の接続先を前記電荷収集電極401と403との間で切り替えるスイッチ701と、高電圧電源305の接続先を高電圧印加電極402と404との間で切り替えるスイッチ702と、を有することを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は放射線計測装置に関する。
【背景技術】
【0002】
加速器やビーム輸送装置には、非特許文献1に記載されているように、ビーム調整のため非破壊型のビーム位置モニタ(以下、非破壊モニタ)が設置されることがある。この文献では非破壊モニタは平行平板型の電離箱であり、X軸と垂直に電荷収集電極と高電圧印加電極が配置されている。電極面はYZ平面と平行である。若しくは、Y軸と垂直に上記2つの電極が配置されている。電極面はXZ平面と平行である。電極にビームを衝突させないため、電極間隔は20mm〜50mm程度に広げられている。電荷収集電極はZ軸方向に沿ってストリップ状に分割されており、X軸方向に電極を配置した場合、Y軸方向のビーム位置を計測できる。Y軸方向に電極を配置した場合はX軸方向のビーム位置を計測できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【非特許文献1】W.H.DeLuca, “BEAM DETECTION USING RESIDUAL GAS IONIZATION”, IEEE Trans. Nucl. Sci. 16 (1969) 813
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
非特許文献1に記載の非破壊モニタは、ビームの進行方向(以下Z軸)に沿って、有感領域における一様電場を確保するためのスペースを必要とする。したがって非破壊モニタを利用して2軸方向のビーム位置を計測しようとすると、1軸方向のものに比べて放射線照射装置に備えられた照射野形成装置内に二倍以上のスペースが必要となってしまい、照射野形成装置が大型化すれば、結果として放射線照射装置のコストが増大してしまう。
【0005】
そこで本発明の目的は、非破壊モニタの小型化により放射線照射装置を低コスト化することにある。例えば、2軸方向のビーム位置を計測する場合に非破壊モニタのZ軸方向の大きさを従来の1/2にでき、照射野形成装置を大型化せずにビーム位置モニタとして使用できる放射線計測装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
第一の高電圧印加電極及び第二の高電圧印加電極に電圧を印加する高電圧電源と、前記第一の高電圧印加電極と第一の電荷収集電極との間に第一の電離層を形成する第一の電離箱と、前記第二の高電圧印加電極と第二の電荷収集電極との間に第二の電離層を形成する第二の電離箱と、前記第一の電荷収集電極及び前記第二の電荷収集電極に到達した電離電子の電荷を積算する信号処理装置と、を備える放射線計測装置において、前記第一の電離層と前記第二の電離層とは少なくとも一部の領域で重なり、前記信号処理装置の接続先を前記第一の電荷収集電極と前記第二の電荷収集電極との間で切り替える第一のスイッチと、前記高電圧電源の接続先を前記第一の高電圧印加電極と前記第二の高電圧印加電極との間で切り替える第二のスイッチと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば非破壊モニタの小型化により放射線照射装置を低コスト化できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の好適な一実施例である放射線計測装置の陽子線照射装置への適用例を示す図である。
【図2】図1に示す照射野形成装置を用いたスキャニング照射法を説明する図である。
【図3】図1、図2に示す放射線計測装置の構成図である。
【図4】図3に示すモニタA及びモニタBの構成図である。
【図5】図3に示すモニタAの電極形状の構成図である。
【図6】図3に示すモニタBの電極形状の構成図である。
【図7】図3に示すスイッチ回路の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
放射線計測が必要となる技術分野の一つに、粒子線治療が挙げられる。この分野では、高い線量集中性が得られるスキャニング照射法が普及しつつある。スキャニング照射法は標的を微少領域(以下、スポット)に分割して考え、スポット毎に細く絞ったビームを照射する。このとき、一般的なスキャニング照射法におけるビーム粒子は進行方向(Z軸方向)と垂直な平面(XY平面)内においてσ=3mm〜20mmの2次元ガウス分布状に広がっている。スポットに既定線量が付与されると、照射を停止して次のスポットに向けてビームを走査する。XY平面内でスポットを変更する場合は、走査電磁石を利用してビームの照射位置を変更する。あるXY平面について全スポットに既定線量が付与されると、照射スポットをZ軸方向に変更する。照射スポットをZ軸方向に変更する場合は、加速器もしくはエネルギー吸収体で被照射体へのビームの入射エネルギーを変更する。このようにして標的の全てのスポットに対して一様な線量が付与されるように照射を行う。以下、XY平面内でのビーム粒子の広がりをガウス分布で近似した場合に得られる標準偏差σをビームサイズと定義する。また、走査電磁石を励磁しない条件でビームが通過する直線をZ軸と定義する。
【0010】
各スポットに対して正確にビームを照射できていることを監視するため、照射野形成装置にはビーム位置モニタが備わる。ビーム位置モニタにはMWPC(Multi Wire Proportional Chamber)やMWIC(Multi Wire Ionization Chamber)といったワイヤーチェンバーを用いることが一般的である。ワイヤーチェンバーは電荷収集電極として電離層中にZ軸と垂直でX軸と平行な複数の導線を等間隔に備える。若しくは、Z軸と垂直でY軸と平行な複数の導線を等間隔に備える。X軸と平行に導線を配置した場合、モニタはY軸方向のビーム位置を計測できる。一方、Y軸と平行に導線を配置した場合、モニタはX軸方向のビーム位置を計測できる。なお、X軸とY軸はXY平面内の直線軸であり、互いに直交し、X軸、Y軸はZ軸ともそれぞれ直交する。
【0011】
ワイヤーチェンバーの利点はモニタをZ軸方向に薄く作れる点である。例えば、Z軸方向に50mm〜100mm程度のスペースがあれば、X軸方向とY軸方向の2軸分のビーム位置モニタを構成できる。しかし、ワイヤーチェンバーはビームとの衝突によってビームサイズを増大させてしまい、ビームサイズが小さいほど高い線量集中性が得られるスキャニング照射法において、その線量集中性をより向上させることは困難である。
【0012】
一方、スキャニング照射法の線量集中性向上の観点から、照射野形成装置のビーム位置モニタとしてワイヤーチェンバーの替わりに非破壊モニタを用いることは有効である。非破壊モニタは、ビームとの衝突を起こさないためビームサイズの増加を抑制できるという利点をもつためである。
【0013】
ところが、照射野形成装置の小型化及び放射線照射装置の低コスト化の観点では、上記手段は必ずしも有効ではない。ワイヤーチェンバーと比較して非破壊モニタはZ軸方向に大きなスペースを必要とするためである。例えば、電離層の有感領域を20mm、電荷収集電極と高電圧印加電極の距離を50mmとすると、有感領域での一様電場の確保のためZ軸方向に厚み120mm以上の電離層を必要とする。従って、X軸方向及びY軸方向2軸分のビーム位置計測のためには、照射野形成装置内に240mm以上のスペースが必要となる。照射野形成装置が大型化すれば、放射線照射装置のコストは増大する。
【0014】
このように、スキャニング照射法の線量集中性向上と放射線照射装置の小型化及び低コスト化を両立することは困難であった。
【0015】
以下、非破壊モニタの小型化により放射線照射装置の低コスト化を可能とする本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
【0016】
本発明の好適な一実施例である放射線計測装置について、図1を用いて説明する。
【0017】
陽子線照射装置102から発生したビームの位置及びサイズを計測するため、放射線計測装置101は照射野形成装置110内に設置される。実施例では放射線照射装置として陽子線照射装置102を例に説明するが、陽子より質量の重い粒子(例えば、炭素線)を用いた重粒子線照射装置にも適用できる。また、光子線、電子線、ミュオン線、パイ中間子線、中性子線を用いた放射線照射装置にも適用できる。
【0018】
図1に示すように、陽子線照射装置102は陽子線発生装置103、陽子線輸送装置104及び回転式照射装置105を有する。本実施例では回転ガントリー(図示せず)を備える回転式照射装置105を例に説明するが、照射装置は固定式であってもよい。陽子線発生装置103は、イオン源106、前段加速器107(例えば、直線加速器)及びシンクロトロン108を有する。イオン源106から発生した陽子イオンは前段加速器107で加速される。前段加速器107から出射した陽子線(以下、ビーム)はシンクロトロン108で所定のエネルギーまで加速された後、出射デフレクタ109から陽子線輸送装置104に出射される。最終的に、ビームは陽子線輸送装置104、回転式照射装置105を経て被照射体111に照射される。回転式照射装置105は回転ガントリー及び照射野形成装置110を有する。回転ガントリー上に設置された照射野形成装置110は回転ガントリーと共に回転する。また、陽子線輸送装置104の一部も回転ガントリーに取り付けられている。本実施例では陽子線の加速装置としてシンクロトロン108を採用したが、サイクロトロンや直線加速器にも適応できる。
【0019】
図2に示す照射野形成装置110によって実現されるスキャニング照射法の概略を説明する。スキャニング照射法では標的201を微少領域(以下、スポット202)に分割して考え、スポット202毎に細く絞ったビームを照射する。このとき、ビーム粒子は進行方向(Z軸方向)と垂直な平面(XY平面)内においてσ=3mm〜20mmの2次元ガウス分布状に広がっている。照射中のスポット202に既定線量が付与されると、照射を停止して次のスポット202に向けてビームを走査する。XY平面内でスポット202を変更する場合は、走査電磁石203でビームの照射位置を変更する。あるXY平面について全スポット202に既定線量が付与されると、照射スポット202をZ軸方向に変更する。照射スポットをZ軸方向に変更する場合は、シンクロトロン108もしくは照射野形成装置110内に備わるエネルギー吸収体(図示せず)で被照射体111へのビームの入射エネルギーを変更する。このようにして標的の全てのスポット202に対して一様な線量が付与されるように照射を行う。
【0020】
以下、XY平面内でのビーム粒子の広がりをガウス分布で近似した場合に得られる標準偏差σをビームサイズと定義する。また、走査電磁石203を励磁しない条件でビームが通過する直線をZ軸と定義する。
【0021】
走査電磁石203への入射ビーム位置を監視するため、走査電磁石203の上流には本実施例の放射線計測装置101が備わる。各スポット202に対して正確にビーム照射するためには、走査電磁石203に対してXY平面上の所定の位置にビームを入射させなくてはならない。
【0022】
図3に放射線計測装置101の構成を示す。放射線計測装置101は、非破壊型のビーム位置モニタA301(以下、モニタA)、非破壊型のビーム位置モニタB302(以下、モニタB)、スイッチ回路303、信号処理装置304、高電圧電源305及び制御装置306で構成される。図3に示すX′軸、Y′軸は図2のX軸、Y軸と平行で且つZ軸と直交する。なお、信号処理装置304、高電圧電源305及び制御装置306は放射線計測装置の外部に設置されていてもよい。
【0023】
図4を用いてモニタA301とモニタB302の構造を説明する。第一の電離箱であるモニタA301は、本実施例においては平行平板型の電離箱である。モニタAは、X軸方向へX軸と垂直に第一の電荷収集電極401と第一の高電圧印加電極402を配置し、電極間に第一の電離層を形成する。このように電荷収集電極と高電圧印加電極の間に形成される領域を電離層とする。なおモニタA301の電極面はYZ平面と平行である。本実施例では、電荷収集電極401と高電圧印加電極402の電極間隔を50mmとする。任意の放射線照射装置に応じて、モニタA301の電極間隔は電荷収集電極401及び高電圧印加電極402とビームを衝突させない程度に広げられる。
【0024】
同様に第二の電離箱であるモニタBも本実施例においては平行平板型の電離箱である。モニタBは、Y軸方向へY軸と垂直に第二の電荷収集電極403と第二の高電圧印加電極404を配置し、電極間に第二の電離層を形成する。モニタBの電極面はXZ平面と平行である。本実施例では、電荷収集電極403と高電圧印加電極404の電極間隔をモニタA301と同じ50mmとする。任意の放射線照射装置に応じて、モニタB302の電極間隔は電荷収集電極403及び高電圧印加電極404とビームを衝突させない程度に広げられる。
【0025】
本実施例において、モニタA301とモニタB302は互いの電離層を共有する、即ちモニタAの電離層とモニタBの電離層とは重なっている。このようにモニタAとモニタBとの電離層が重なるため、モニタ一つ分の大きさで2軸方向のビーム位置を計測することができ、照射野形成装置の大型化を避けることができる。また、本実施例ではX軸方向についてモニタA301の中心軸が通過する点405と、Y軸方向についてモニタB302の中心軸が通過する点406は同一XY平面上に存在し、モニタA301の中心軸とモニタB302の中心軸は直交する。なお本実施例における前記中心軸とは、モニタAの場合、電荷収集電極401の中心と高電圧印加電極402の中心を結ぶ直線であり、モニタBの場合も同様に電荷収集電極403の中心と高電圧印加電極404の中心を結ぶ直線である。
【0026】
図5に示すようにモニタA301の電荷収集電極401及び高電圧印加電極402はZ軸方向に沿った複数のストリップ状電極から構成され、各ストリップ電極501はそれぞれ独立にスイッチ回路303と接続する。具体的には、電荷収集電極401側のストリップ電極501はスイッチ回路303を介して信号処理装置304と接続し、高電圧印加電極402側のストリップ電極502はスイッチ回路303を介して高電圧電源305と接続する。図5のZ′軸は図2に示すZ軸と平行である。図5に示すように、本実施例ではストリップ電極501及びストリップ電極502の本数を5本ずつとしたが、要求されるビーム位置及びサイズの計測精度に応じてストリップ電極の本数及び幅は任意である。
【0027】
図6へ示すようにモニタB302の電荷収集電極403及び高電圧印加電極404もZ軸方向に沿った複数のストリップ状電極から構成され、この複数のストリップ状電極、即ち各ストリップ電極601はそれぞれ独立にスイッチ回路303と接続する。具体的には、電荷収集電極403側のストリップ電極601はスイッチ回路303を介して信号処理装置304と接続し、高電圧印加電極404側のストリップ電極602はスイッチ回路303を介して高電圧電源305と接続する。図6のZ′軸は図2に示すZ軸と平行である。図6に示すように、本実施例ではストリップ電極601及びストリップ電極602の本数を5本ずつとしたが、要求されるビーム位置及びサイズの計測精度に応じてストリップ電極の本数及び幅は任意である。
【0028】
スイッチ回路303はモニタA301及びモニタB302のどちらか一方を高電圧電源305及び信号処理装置304と接続させる。図7を用いてスイッチ回路303の機能を説明する。スイッチ回路303が制御装置306からのトリガー信号を受信すると、第一のスイッチであるスイッチ701を切り替え、電荷収集電極401のストリップ電極501から電荷収集電極403のストリップ電極601に信号処理装置304と接続する電極を変更する。若しくは、電荷収集電極403のストリップ電極601から電荷収集電極401のストリップ電極501に信号処理装置304と接続する電極を変更する。同様に、スイッチ回路303が制御装置306からのトリガー信号を受信すると、第二のスイッチであるスイッチ702を切り替え、高電圧印加電極402のストリップ電極502から高電圧印加電極404のストリップ電極602に高電圧電源305と接続する電極を変更する。若しくは、高電圧印加電極404のストリップ電極602から高電圧印加電極402のストリップ電極502に高電圧電源305と接続する電極を変更する。
【0029】
図7では1枚の電荷収集電極401、403、若しくは高電圧印加電極402、404につきストリップ電極1本分の経路のみ示したが、実際にはストリップ電極の数だけスイッチ701、702が存在する。例えば、本実施例ではスイッチ701、702は共に5個ずつ存在する。また、信号処理装置304はストリップ電極の数だけ入力チャンネルを有する。例えば、本実施例では信号処理装置304は5つの入力チャンネルを有する。信号処理装置304はチャンネル毎に入力した電荷を積算し、積算結果をデジタル信号化して制御装置306に記録する。
【0030】
信号収集電極としてはたらく電荷収集電極401、403でドリフト速度の速い電離電子を捕獲するため、高電圧電源305は負の電圧を出力する。モニタA301がスイッチ回路303を介して信号処理回路304及び高電圧電源305と接続したとき、電荷収集電極401の電圧はほぼ0V、高電圧印加電極402は電圧が印加され、その電圧は−数kVとなる。同様に、モニタB302がスイッチ回路303を介して信号処理回路304及び高電圧電源305と接続したとき、電荷収集電極403の電圧はほぼ0V、高電圧印加電極404の電圧は−数kVとなる。
【0031】
本実施例ではモニタA301、モニタB302ともに電離層を大気開放し、空気を電離ガスとして用いるが、電離層が準真空である場合や、希ガスで満たされている場合にも本実施例の効果は得られる。電離強度が弱い場合、MCP(Micro Channel Plate)を信号収集電極としてはたらく電荷収集電極401の表面に設置すれば電荷収集電極401からの信号出力を増幅できる。同様に、電荷収集電極403の表面にMCPを設置すれば、電荷収集電極403からの信号出力を増幅できる。
【0032】
被照射体111へのビーム照射中に、本実施例の放射線計測装置101を用いてビームの位置及びサイズを計測する手順を説明する。
【0033】
本実施例における放射線計測方法は、高電圧印加電極と電荷収集電極との間に電離層を形成し、前記電離層が形成された領域に前記高電圧印加電極と前記電荷収集電極により電場を形成し、放射線が前記電離層を通過したときに発生した電離電子が前記電場により前記電荷収集電極に到達したときの電荷を検出し積算する計測方法である。
【0034】
本実施例の放射線計測装置101は、照射前の状態では、モニタA301がスイッチ回路303を介して信号処理装置304及び高電圧電源305に接続している。即ち、電荷収集電極401のストリップ電極501が信号処理装置304と接続し、高電圧印加電極402のストリップ電極502が高電圧電源305と接続しており、放射線計測装置101の電離層に第一の方向に向かう第一の電場、本実施例においてはX軸方向の電場が形成されている。
【0035】
操作者は制御装置306に備わるユーザーインターフェース(図示せず。以下、UI)から陽子線照射装置102に照射条件(ビームエネルギー、スポット位置、スポット線量満了値、ガントリー回転角度等)を設定し、ビーム照射開始を指示する。ビーム照射開始を指示すると、制御装置306は信号処理装置304に積算開始信号を送信する。積算開始信号を受信すると、信号処理装置304はストリップ電極501に生じた電荷の積算を開始する。
【0036】
直後、シンクロトロン108で加速したビームが陽子線輸送装置104、回転式照射装置105を経て操作者の指定した第1のスポットに照射される。回転式照射装置105中で、ビームは放射線計測装置101の電離層を通過する。
【0037】
ビームが放射線計測装置101の電離層を通過すると電離層中にエネルギー損失量に比例した数のイオン対(正イオンと電離電子)が生成する。電離電子は電場の向き、即ちX軸と平行にドリフトし、生成位置から最も近い位置の電荷収集電極401のストリップ電極501に到達する。電離電子がストリップ電極501に到達すると、電離電子の持つ電荷が信号処理装置304に検出される。信号処理装置304はストリップ電極501毎に電荷の積算を続け、第一の積算結果を取得する。なおこのときスイッチ回路303によって、電荷収集電極403と信号処理装置304は接続していないため、信号処理装置304に電荷収集電極403からの電荷が積算されることはない。
【0038】
第1のスポットへの照射時間をT1秒とすると、制御装置306はビーム照射開始からT1/2秒後に信号処理装置304に計測完了信号を送信する。計測完了信号を受信すると、信号処理装置304は電荷の積算を停止し、ストリップ電極501毎に制御装置306に第一の積算結果を記録する。記録後、信号処理装置304は自身の第一の電荷の積算結果をリセットする。次に、制御装置306は高電圧電源305の出力を停止させる。
【0039】
制御装置306に記録された電荷の積算値をストリップ電極501毎にCy1(Y1)、Cy1(Y2)、Cy1(Y3)、Cy1(Y4)、Cy1(Y5)とする。YiはY軸方向のストリップ電極501の位置である。ビーム粒子はガウス分布状に広がっているため、位置Yiがビーム中心から近いほどストリップ電極501からは大きな電荷が得られる。逆に、位置Yiがビーム中心から遠いほどストリップ電極501からは小さな電荷が得られる。
【0040】
制御装置306はYiとCy1(Yi)の相関関係をガウス分布で近似し、ビーム位置及びサイズを算出する。本実施例ではガウス分布の中心をビーム位置、標準偏差σをビームサイズと定める。若しくは、電荷収集電極401に到達した電離電子の重心をビーム位置と定める。電離電子の重心Ygは以下の式(1)から算出できる。
【0041】
Yg=ΣCy1(Yi)*Yi/ΣCy1(Yi) …(1)
続けて、制御装置306は算出したビーム位置及びサイズを目標値と比較する。算出値が目標値から大きく外れた、即ち誤差の許容範囲を超えたような場合、例えば、ビーム位置及びサイズのどちらか一方が目標値から1mm以上外れた場合、照射を停止する。ビーム位置及びサイズの目標値及び誤差の許容範囲は操作者によって事前に制御装置306に設定される。
【0042】
ビーム位置及びサイズの算出値が目標値と一致したとして説明を続ける。次に、制御装置306はスイッチ回路303にトリガー信号を送信する。トリガー信号を受信すると、スイッチ回路303はスイッチ701を切り替えて電荷収集電極403のストリップ電極601と信号処理装置304を接続する。同様に、スイッチ702を切り替えて高電圧印加電極404のストリップ電極602と高電圧電源305を接続する。従って、前記電離層の領域に形成される電場は、第一の方向と交差する第二の方向に向かう第二の電場に切り替えられる、即ち本実施例においてはY軸方向の電場が形成される。
【0043】
スイッチ701とスイッチ702の切り替えを完了すると、スイッチ回路303は切り替え完了信号を制御装置306に送信する。切り替え完了信号を受信すると制御装置306は高電圧電源305から電圧を出力させ、次に信号処理装置304へ積算開始信号を送信する。積算開始信号を受信すると、信号処理装置304は電荷収集電極403のストリップ電極601に生じた電荷の積算を開始する。
【0044】
ビームによって生じた電離電子は電場の向き、即ちY軸と平行にドリフトし、生成位置から最も近い位置の電荷収集電極403のストリップ電極601に到達する。電離電子がストリップ電極601に到達すると、電離電子の持つ電荷が信号処理装置304に検出される。信号処理装置304はストリップ電極601毎に電荷の積算を続け、第二の積算結果を取得する。また、このように電荷収集電極401、403がストリップ電極501、601により構成されることによって、ストリップ電極毎に異なる領域の電離電子の電荷を検出し、ビームの分布を計測することができる。
【0045】
第1のスポットへのビーム照射が完了すると、制御装置306は信号処理装置304に計測完了信号を送信する。計測完了信号を受信すると、信号処理装置304は電荷の積算を停止し、ストリップ電極601毎に制御装置306に第二の積算結果を記録する。記録後、信号処理装置304は自身の第二の電荷の積算結果をリセットする。次に、制御装置306は高電圧電源305の出力を停止させる。
【0046】
制御装置306に記録された電荷の積算値をストリップ電極601毎にCx1(X1)、Cx1(X2)、Cx1(X3)、Cx1(X4)、Cx1(X5)とする。XiはX軸方向のストリップ電極601の位置である。制御装置306はXiとCx1(Xi)の相関関係をガウス分布で近似し、ビーム位置及びサイズを算出する。若しくは、電荷収集電極403に到達した電離電子の重心Xgをビーム位置とし、以下の式から算出する。
【0047】
Xg=ΣCx1(Xi)*Xi/ΣCx1(Xi) …(2)
続けて、制御装置306は算出したビーム位置及びサイズを目標値と比較する。算出値が目標値から大きく外れた場合、例えば、ビーム位置及びサイズのどちらか一方が目標値から1mm以上外れた場合、照射を停止する。目標値は操作者によって事前に制御装置306に設定される。
【0048】
ビーム位置及びサイズの算出値が目標値と一致したとして説明を続ける。次に、制御装置306はスイッチ回路303にトリガー信号を送信する。トリガー信号を受信すると、スイッチ回路303はスイッチ701を切り替えて電荷収集電極401のストリップ電極501と信号処理装置304を接続する。同様に、スイッチ702を切り替えて高電圧印加電極402のストリップ電極502と高電圧電源305を接続する。従って、電離層にはX軸方向の電場が形成される。
【0049】
スイッチ701とスイッチ702の切り替えを完了すると、スイッチ回路303は切り替え完了信号を制御装置306に送信する。切り替え完了信号を受信すると制御装置306は高電圧電源305から電圧を出力させ、次に信号処理装置304へ積算開始信号を送信する。積算開始信号を受信すると、信号処理装置304は電荷収集電極401のストリップ電極501に生じた電荷の積算を開始する。
【0050】
直後、シンクロトロン108で加速したビームが陽子線輸送装置104、回転式照射装置105を経て操作者の指定した第2のスポットに照射される。回転式照射装置105中では、ビームは放射線計測装置101の電離層を通過する。
【0051】
以上の手順を第2、第3、第4、第5・・・のスポットに対して繰り返すことで全スポットにビームが照射され、標的全体に一様な線量分布が形成される。本実施例の放射線計測装置は全スポットについてX軸方向とY軸方向のビーム位置及びサイズを算出できる。従って、ビームが走査電磁石203に対して目標通りの位置に入射していることをスポット毎に監視できる。
【0052】
モニタA301とモニタB302の切り替えは任意のタイミングに変更できる。例として、スポット202毎に切り替える方法を説明する。
【0053】
照射前の状態では、モニタA301がスイッチ回路303を介して信号処理装置304及び高電圧電源305に接続している。即ち、電荷収集電極401のストリップ電極501が信号処理装置304と接続し、高電圧印加電極402のストリップ電極502が高電圧電源305と接続しており、放射線計測装置101の電離層にはX軸方向の電場が形成される。
【0054】
操作者は制御装置306に備わるUIを用いて陽子線照射装置102に照射条件を設定し、ビーム照射開始を指示する。ビーム照射開始を指示すると、制御装置306は信号処理装置304に積算開始信号を送信する。積算開始信号を受信すると、信号処理装置304はストリップ電極501に生じた電荷の積算を開始する。
【0055】
直後、シンクロトロン108で加速したビームが陽子線輸送装置104、回転式照射装置105を経て操作者の指定した第1のスポットに照射される。回転式照射装置105中では、ビームは放射線計測装置101の電離層を通過する。
【0056】
ビームが放射線計測装置101の電離層を通過すると電離層中にエネルギー損失量に比例した数のイオン対(正イオンと電離電子)が生成する。電離電子は電場の向き、即ちX軸と平行にドリフトし、生成位置から最も近い位置のストリップ電極501に到達する。電離電子がストリップ電極501に到達すると、電離電子の持つ電荷が信号処理装置304に検出される。信号処理装置304はストリップ電極501毎に電荷の積算を続ける。
【0057】
第1のスポットへのビーム照射が完了すると、制御装置306は信号処理装置304に計測完了信号を送信する。計測完了信号を受信すると、信号処理装置304は電荷の積算を停止し、ストリップ電極501毎に制御装置306に積算結果を記録する。記録後、信号処理装置304は自身の電荷の積算結果をリセットする。次に、制御装置306は高電圧電源305の出力を停止させる。
【0058】
制御装置306に記録された電荷の積算値をストリップ電極501毎にC1(Y1)、C1(Y2)、C1(Y3)、C1(Y4)、C1(Y5)とする。YiはY軸方向のストリップ電極501の位置である。制御装置306はYiとC1(Yi)の相関関係をガウス分布で近似し、ビーム位置及びサイズを算出する。若しくは、電荷収集電極401に到達した電離電子の重心Ygをビーム位置とし、以下の式から算出する。
【0059】
Yg=ΣC1(Yi)*Yi/ΣC1(Yi) …(3)
続けて、制御装置306は算出したビーム位置及びサイズを目標値と比較する。算出値が目標値から大きく外れた場合、例えば、ビーム位置及びサイズのどちらか一方が目標値から1mm以上外れた場合、照射を停止する。目標値は操作者によって事前に制御装置306に設定される。
【0060】
ビーム位置及びサイズの算出値が目標値と一致したとして説明を続ける。次に、制御装置306はスイッチ回路303にトリガー信号を送信する。トリガー信号を受信すると、スイッチ回路303はスイッチ701を切り替えて電荷収集電極403のストリップ電極601と信号処理装置304を接続する。同様に、スイッチ702を切り替えて高電圧印加電極404のストリップ電極602と高電圧電源305を接続する。従って、電離層にはY軸方向の電場が形成される。
【0061】
スイッチ701とスイッチ702の切り替えを完了すると、スイッチ回路303は切り替え完了信号を制御装置306に送信する。切り替え完了信号を受信すると制御装置306は高電圧電源305から電圧を出力させ、次に信号処理装置304へ積算開始信号を送信する。積算開始信号を受信すると、信号処理装置304は電荷収集電極403のストリップ電極601に生じた電荷の積算を開始する。
【0062】
直後、シンクロトロン108で加速したビームが陽子線輸送装置104、回転式照射装置105を経て操作者の指定した第2のスポットに照射される。回転式照射装置105中では、ビームは放射線計測装置101の電離層を通過する。
【0063】
ビームによって生じた電離電子は電場の向き、即ちY軸と平行にドリフトし、生成位置から最も近い位置のストリップ電極601に到達する。電離電子がストリップ電極601に到達すると、電離電子の持つ電荷が信号処理装置304に検出される。信号処理装置304はストリップ電極601毎に電荷の積算を続ける。
【0064】
第2のスポットへのビーム照射が完了すると、制御装置306は信号処理装置304に計測完了信号を送信する。計測完了信号を受信すると、信号処理装置304は電荷の積算を停止し、ストリップ電極601毎に制御装置306に積算結果を記録する。記録後、信号処理装置304は自身の電荷の積算結果をリセットする。次に、制御装置306は高電圧電源305の出力を停止させる。
【0065】
制御装置306に記録された電荷の積算値をストリップ電極601毎にC2(X1)、C2(X2)、C2(X3)、C2(X4)、C2(X5)とする。制御装置306はXiとC2(Xi)の相関関係をガウス分布で近似し、ビーム位置及びサイズを算出する。若しくは、電荷収集電極403に到達した電離電子の重心Xgをビーム位置とし、以下の式から算出する。
【0066】
Xg=ΣC2(Xi)*Xi/ΣC2(Xi) …(4)
続けて、制御装置306は算出したビーム位置及びサイズを目標値と比較する。算出値が目標値から大きく外れた場合、例えば、ビーム位置及びサイズのどちらか一方が目標値から1mm以上外れた場合、照射を停止する。目標値は操作者によって事前に制御装置306に設定される。
【0067】
ビーム位置及びサイズの算出値が目標値と一致したとして説明を続ける。次に、制御装置306はスイッチ回路303にトリガー信号を送信する。トリガー信号を受信すると、スイッチ回路303はスイッチ701を切り替えて電荷収集電極401のストリップ電極501と信号処理装置304を接続する。同様に、スイッチ702を切り替えて高電圧印加電極402のストリップ電極502と高電圧電源305を接続する。従って、電離層にはX軸方向の電場が形成される。
【0068】
スイッチ701とスイッチ702の切り替えを完了すると、スイッチ回路303は切り替え完了信号を制御装置306に送信する。切り替え完了信号を受信すると制御装置306は高電圧電源305から電圧を出力させ、次に信号処理装置304へ積算開始信号を送信する。積算開始信号を受信すると、信号処理装置304は電荷収集電極401のストリップ電極501に生じた電荷の積算を開始する。
【0069】
直後、シンクロトロン108で加速したビームが陽子線輸送装置104、回転式照射装置105を経て操作者の指定した第3のスポットに照射される。回転式照射装置105中では、ビームは放射線計測装置101の電離層を通過する。
【0070】
以上の手順を第3、第4、第5・・・のスポットに対して繰り返すことで全スポットにビームが照射され、標的全体に一様な線量分布が形成される。本実施例の放射線計測装置は、奇数順目のスポットについてはX軸方向、偶数順目のスポットについてはY軸方向のビーム位置及びサイズを算出できる。従って、ビームが走査電磁石203に対して目標通りの位置に入射していることを2スポット毎に監視できる。
【0071】
本実施例によると、スキャニング照射法の線集中性向上と放射線照射装置の小型化及び低コスト化を両立できる。具体的には、2軸方向のビーム位置を計測する場合に非破壊モニタのZ軸方向の大きさを従来の1/2にでき、照射野形成装置を大型化せずにビーム位置モニタとして使用できる。また、ワイヤーチェンバーを用いた場合と比較してビームサイズの増加を抑制でき、線量集中性の高いスキャニング照射を実現できる。
【符号の説明】
【0072】
101 放射線計測装置
102 陽子線照射装置
103 陽子線発生装置
104 陽子線輸送装置
105 回転式照射装置
106 イオン源
107 前段加速器
108 シンクロトロン
109 出射デフレクタ
110 照射野形成装置
111 被照射体
201 標的
202 スポット
203 走査電磁石
301 モニタA
302 モニタB
303 スイッチ回路
304 信号処理装置
305 高電圧電源
306 制御装置
401、403 電荷収集電極
402、404 高電圧印加電極
405 X軸方向についてモニタAの中心軸が通過する点
406 Y軸方向についてモニタBの中心軸が通過する点
501 モニタAにおける電荷収集電極のストリップ電極
502 モニタAにおける高電圧印加電極のストリップ電極
601 モニタBにおける電荷収集電極のストリップ電極
602 モニタBにおける高電圧印加電極のストリップ電極
701、702 スイッチ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
第一の高電圧印加電極及び第二の高電圧印加電極に電圧を印加する高電圧電源と、
前記第一の高電圧印加電極と第一の電荷収集電極との間に第一の電離層を形成する第一の電離箱と、
前記第二の高電圧印加電極と第二の電荷収集電極との間に第二の電離層を形成する第二の電離箱と、
前記第一の電荷収集電極及び前記第二の電荷収集電極に到達した電離電子の電荷を積算する信号処理装置と、
を備える放射線計測装置において、
前記第一の電離層と前記第二の電離層とは少なくとも一部の領域で重なり、
前記信号処理装置の接続先を前記第一の電荷収集電極と前記第二の電荷収集電極との間で切り替える第一のスイッチと、
前記高電圧電源の接続先を前記第一の高電圧印加電極と前記第二の高電圧印加電極との間で切り替える第二のスイッチと、
を有することを特徴とする放射線計測装置。
【請求項2】
請求項1に記載の放射線計測装置において、
前記第一の電荷収集電極と前記第二の電荷収集電極とが複数のストリップ状電極から構成され、
前記第一の電荷収集電極の前記ストリップ状電極毎に電荷が前記信号処理装置に積算され、前記第二の電荷収集電極の前記ストリップ状電極毎に電荷が前記信号処理装置に積算される放射線計測装置。
【請求項3】
放射線の照射位置を変更する走査電磁石と、
請求項2に記載の放射線計測装置を前記走査電磁石の上流に有する放射線照射装置において、
前記第一の電荷収集電極の前記ストリップ状電極と、
前記第二の電荷収集電極の前記ストリップ状電極とが、
前記走査電磁石を励磁しない条件下で放射線が通過する直線に沿ってストリップ状になっていることを特徴とする放射線照射装置。
【請求項4】
請求項3に記載の放射線照射装置において、
前記信号処理装置による電荷の積算結果より放射線の位置及びサイズを算出し、算出値が予め設定された放射線の位置又はサイズの誤差許容範囲を超えた場合に照射を停止する制御装置を有することを特徴とする放射線照射装置。
【請求項5】
請求項1又は2に記載の放射線計測装置において、
前記第一の電離箱と前記第二の電離箱とが平行平板型の電離箱であり、
前記第一の高電圧印加電極の中心と前記第一の電荷収集電極の中心とを通る直線と、
前記第二の高電圧印加電極の中心と前記第二の電荷収集電極の中心とを通る直線とが直交することを特徴とする放射線計測装置。
【請求項6】
高電圧印加電極と電荷収集電極との間に電離層を形成し、
前記電離層が形成された領域に前記高電圧印加電極と前記電荷収集電極により電場を形成し、
放射線が前記電離層を通過したときに発生した電離電子が前記電場により前記電荷収集電極に到達したときの電荷を検出し積算する放射線計測方法において、
前記電離層が形成された領域に第一の方向に向かう第一の電場を形成することで、
電離電子の電荷を検出し、検出した電離電子の電荷を積算して第一の積算結果を取得し、
前記電離層が形成された領域に形成する電場を、前記第一の方向と交差する第二の方向に向かう第二の電場に切り替え、
電離電子の電荷を検出し、検出した電離電子の電荷を積算して第二の積算結果を取得し、第一の積算結果又は第二の積算結果の少なくとも一方より放射線の位置及びサイズを算出することを特徴とする放射線計測方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2013−44531(P2013−44531A)
【公開日】平成25年3月4日(2013.3.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−180102(P2011−180102)
【出願日】平成23年8月22日(2011.8.22)
【出願人】(000005108)株式会社日立製作所 (27,607)
【Fターム(参考)】