粒子線治療装置
【課題】加速された荷電粒子ビームを照射対象に照射する前に荷電粒子ビームのエネルギーを確認できる粒子線治療装置を提供することにある。
【解決手段】ビーム位置モニタ２０がシンクロトロン３に設けられ、空胴電圧モニタ１８が加速空胴１０に設けられる。シンクロトロン３内を周回するイオンビームは、加速空胴１０への高周波電圧の印加によって加速され、高周波印加装置６への高周波電圧の印加により出射される。周波数計測装置１９は空胴電圧モニタ１８が検出した空胴電圧信号を用いて加速空胴１０に印加される高周波電圧の周波数を計測する。ビーム軌道信号処理装置２１はビーム位置モニタ２０で検出した電圧を用いてビーム軌道の位置を計測する。エネルギー判定処理装置２６は高周波電圧の周波数及びビーム軌道の位置に基づいて加速終了後のイオンビームのエネルギーが正常であるか異常であるかを判定する。
【解決手段】ビーム位置モニタ２０がシンクロトロン３に設けられ、空胴電圧モニタ１８が加速空胴１０に設けられる。シンクロトロン３内を周回するイオンビームは、加速空胴１０への高周波電圧の印加によって加速され、高周波印加装置６への高周波電圧の印加により出射される。周波数計測装置１９は空胴電圧モニタ１８が検出した空胴電圧信号を用いて加速空胴１０に印加される高周波電圧の周波数を計測する。ビーム軌道信号処理装置２１はビーム位置モニタ２０で検出した電圧を用いてビーム軌道の位置を計測する。エネルギー判定処理装置２６は高周波電圧の周波数及びビーム軌道の位置に基づいて加速終了後のイオンビームのエネルギーが正常であるか異常であるかを判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子線治療装置に係り、特に陽子及び重イオンなどのイオンビームを加速器で加速して治療に用いるのに好適な粒子線治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
陽子及び重イオンなどのイオンビーム（以下、ビーム）を癌の治療に用いる粒子線治療装置は、患者の患部形状に合わせたビームを照射することで、患部にビームを集中させて照射できる。特に、患者の体表面からの深さ方向におけるビームの飛程の調節は、ビームのエネルギーを調整することで実現できる。
【０００３】
粒子線治療装置に用いられる加速器の代表例としてシンクロトロンが挙げられる。シンクロトロンは、周回するビームに高周波電圧を印加し所望のエネルギーまでビームを加速する高周波加速空胴（以下、加速空胴）を備える。所望のエネルギーまで加速されたビームは、シンクロトロンから出射されてビーム輸送系を経て照射装置に導かれ、治療用ベッド上の患者の患部（癌の患部）に照射される。
【０００４】
照射装置は、患部の体表からの深さと大きさに合わせたビームを生成してこのビームを出射する。一般に、照射装置は、二重散乱体法（非特許文献１の２０８１頁，図３５），ウォブラ法（非特許文献１の２０８４頁，図４１）及びイオンビームスキャニング法（特許文献１，非特許文献１の２０９２頁及び２０９３頁）のいずれかのビーム照射法が適用できる構成を有する。
【０００５】
粒子線治療装置の加速器であるシンクロトロンテムに対して、これらのいずれの照射法においても、出射するビームエネルギーを設定エネルギーに調節する高精度の制御が要求されている。このためにも、ビームエネルギーを精度翼測定することが必要である。ビームエネルギーの測定は、従来、特許文献２に記載された水ファントム、及び非特許文献２に記載されたマルチリーフ・ファラデーカップを用いて行うことが知られている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１１８２０４号公報
【特許文献２】特開平１１−６４５３０号公報
【非特許文献１】レビュー オブ サイエンティフィック インスツルメンツ６４巻８号（１９９３年８月）の第２０７９〜２０９３頁（REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS VOLUME 64 NUMBER 8(AUGUST 1993)P2079-2093）
【非特許文献２】“ビーム コミッショニング オブ ザ ニュー プロトン セラピィ システム フォー ユニバーシティ オブ ツクバ”エム．ウメザワ，エットオール.，プロシーディングズ オブ ２００１ パーティクル アクセルレータ コンファレンス， シカゴ，ユーエスエ（２００１）（“BEAM COMMISSIONING OF THE NEW PROTON THERAPY SYSTEM FOR UNIVERSITY OF TSUKUBA”M.Umezawa, et al., Proceedings of 2001 Particle Accelerator Conference, Chicago, USA (2001))
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
水ファントム及びマルチリーフ・ファラデーカップを用いたビームエネルギーの測定は、患者に照射するビームを遮って行うため、患者にビームを照射しながらビームエネルギーを逐次計測することはできない。特に、ビームスキャニング法を適用する場合には、特許文献１に記載されたように、体表面からの深さ方向において患部を複数の層に分割して層ごとビームをスキャニングすることが考えられている。ある層にビームを照射するためには、その層にビームが到達するようにビームエネルギーが調節される。もし、照射するビームエネルギーが所定のビームエネルギーと異なると、所定の層と異なる層にビームを照射することになる。このような事態を避けるために、イオンビームの加速が終了してイオンビームを患者に照射する前にビームエネルギーを測定することが望まれる。
【０００８】
本発明の目的は、加速された荷電粒子ビームを照射対象に照射する前に荷電粒子ビームのエネルギーを確認できる粒子線治療装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、円形加速器による荷電粒子ビームの加速終了後において円形加速器内を周回する荷電粒子ビームのエネルギーを判定するエネルギー判定装置を備えたことにある。エネルギー判定装置は、加速終了後において円形加速器内を周回する荷電粒子ビームのエネルギーを判定するので、荷電粒子ビームを照射対象に照射する前に荷電粒子ビームのエネルギーを確認することができる。
【００１０】
好ましくは、更に、円形加速器による荷電粒子ビームの加速終了後において円形加速器内を周回する荷電粒子ビームのビーム強度を判定するビーム強度判定装置を設けると良い。これにより、荷電粒子ビームを照射対象に照射する前に荷電粒子ビームの強度を確認することができる。
【００１１】
好ましくは、エネルギー判定装置は、加速終了後における、加速空胴に印加する高周波（例えば、高周波電圧）の周波数が第１許容範囲内に存在し、かつ加速終了後における、周回する荷電粒子ビームの軌道位置が第２許容範囲内に存在するとき、加速終了後に周回する荷電粒子ビームのエネルギーが正常であると判定する。
【００１２】
円形加速器内を周回する荷電粒子ビームは、偏向磁場強度と荷電粒子ビームの関係が一致したものだけが加速される。このため、偏向磁場強度と荷電粒子ビームの周回周波数が分かれば、加速終了後における周回荷電粒子ビームのエネルギーを確定できる。また、偏向磁場強度が周回する荷電粒子ビームのビーム軌道位置に影響し、荷電粒子ビームの加速のために荷電粒子ビームに印加する高周波の周波数が荷電粒子ビームの周回周波数と関係する。このため、加速のために印加する高周波の周波数、及び荷電粒子ビーム軌道位置により加速終了後に周回する荷電粒子ビームのエネルギーを判定できる。
【００１３】
好ましくは、エネルギー判定装置は、加速終了後における高周波の周波数が第１許容範囲外に存在し、または、加速終了後における、周回する荷電粒子ビームの軌道位置が第２許容範囲外に存在するとき、加速終了後に周回する荷電粒子ビームのエネルギーが異常である（所定のエネルギーと異なる）と判定する。
【００１４】
好ましくは、エネルギー判定装置は、偏向電磁石の偏向磁場強度が第１許容範囲内に存在し、かつ周回する前記荷電粒子ビームの軌道位置が第２許容範囲内に存在するとき、加速終了後に周回する前記荷電粒子ビームのエネルギーが正常であると判定する。前述したように、偏向磁場強度と荷電粒子ビームの周回周波数が分かれば、加速終了後における周回荷電粒子ビームのエネルギーを確定できるため、偏向磁場強度、及び加速のために印加する高周波の周波数により加速終了後に周回する荷電粒子ビームのエネルギーを判定できる。
【００１５】
好ましくは、エネルギー判定装置が周回する荷電粒子ビームのエネルギーが正常であると判定したとき円形加速器からの荷電粒子ビームの出射を許可し、そのエネルギーが異常であると判定したとき円形加速器からの荷電粒子ビームの出射を阻止する第１安全装置を設けるとよい。これによれば、エネルギーが異常な荷電粒子ビームの照射対象への照射を阻止できるため、照射対象の深さ方向において、意図しない（治療計画にない）位置への荷電粒子ビームの照射を避けることができる。
【００１６】
好ましくは、ビーム強度判定装置が周回する荷電粒子ビームのビーム強度が正常であると判定したとき円形加速器からの荷電粒子ビームの出射を許可し、そのビーム強度が異常であると判定したとき円形加速器からの荷電粒子ビームの出射を阻止する第２安全装置を設けると良い。これによれば、イオンビームスキャニング法による照射において、局所的に高線量の領域が発生することが抑えられ、治療計画に基づいた患部へ照射する線量を均一にすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、加速された荷電粒子ビームを照射対象に照射する前に荷電粒子ビームのエネルギーを確認できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１９】
本発明の実施例１の粒子線治療装置を、図１を用いて説明する。本実施例の粒子線治療装置１は、円形加速器であるシンクロトロン３，ビーム輸送装置１５及び照射野形成装置（荷電粒子ビーム照射装置）１６を備える。照射野形成装置は、以下、単に照射装置という。シンクロトロン３は、周回軌道に入射装置４，複数の偏向電磁石５，高周波印加装置６，加速空胴１０，出射用偏向器１３を設置している。図示されていないが、複数の四極電磁石もシンクロトロン３に設置される。電磁石電源２３が偏向電磁石５に接続される。高周波印加装置６は、出射用スイッチ（第１開閉装置）８及び第１安全装置であるゲートスイッチ（第２開閉装置）９を介して高周波発振器（高周波電源）７に接続される。高周波発振器７は出射用の高周波発振器である。高周波制御装置２４の制御により高周波発振器（高周波電源）１１は、電力増幅器１２を介して加速空胴１０に所定の高周波電圧を与える。高周波発振器１１は加速用の高周波発振器である。加速空胴１０に設置される空胴電圧モニタ１８は周波数計測装置１９に接続される。シンクロトロン３に設けられるビーム位置モニタ２０はビーム軌道信号処理装置（ビーム軌道位置計測装置）２１に接続される。ビーム位置モニタ２０は、図２に示すように、三角形をした二組の平板状の電極を有する。一組は周回軌道を挟んで対向して配置された電極５５Ａ，５５Ｂであり、他の一組は周回軌道を挟んで対向して配置された電極５６Ａ，５６Ｂである。これらの電極はビーム軌道信号処理装置２１に接続されている。周波数計測装置１９及びビーム軌道信号処理装置２１は、エネルギー判定処理装置２６に接続される。エネルギー判定処理装置２６は加速器制御装置２２及びゲートスイッチ９に接続される。加速器制御装置２２はタイミング制御装置２５，エネルギー判定装置２６，電磁石電源２３及び高周波制御装置２４に接続される。タイミング制御装置２５は、エネルギー判定処理装置２６及び出射用スイッチ８に接続される。
【００２０】
シンクロトロン３を構成する機器の統括制御装置として、加速器制御装置２２及びタイミング制御装置２５が設けられている。加速器制御装置２２は各機器の制御設定値を管理し、タイミング制御装置２５は各機器の動作タイミングを管理する。
【００２１】
粒子線治療装置１を用いた癌治療の概略を説明する。シンクロトロン３の運転は、図４（Ａ）に示すように、荷電粒子ビームであるイオンビーム（陽子線、または炭素イオンビーム等の重粒子線）の入射・捕獲，イオンビームを設定されたエネルギーまで高める加速，設定のエネルギーになったイオンビームの出射、及び減速が繰返される。これら入射・捕獲，加速，出射，減速といった制御は、加速するエネルギーに合わせて動作タイミングが規定される。入射・捕獲時間は、ビームの加速エネルギーに依らず常に一定である。また、エネルギーに依らず一定の勾配でイオンビームを加速・減速する場合、エネルギーが高くなれば加速・減速時間も長くなり、入射から減速までの繰り返し制御時間が規定されていれば、出射時間は、入射・捕獲時間と加速・減速時間から一意に決定する。更に、エネルギー確認信号７５の出力時間は、加速制御が終了後、出射制御を開始する前に設定することで、イオンビームを照射装置に供給する前にエネルギー確認が可能となる。
【００２２】
粒子線治療装置１を用いた癌治療の概略を説明する。シンクロトロン３の運転は、図４（Ａ）に示すように、荷電粒子ビームであるイオンビーム（陽子線、または炭素イオンビーム等の重粒子線）の入射・捕獲，イオンビームを設定されたエネルギーまで高める加速，設定のエネルギーになったイオンビームの出射、及び減速が繰返される。
【００２３】
治療用ベッド１７上の患者の患部に照射されるイオンビームのエネルギーは、患者の体表面からその患部の深さによって定まる。このエネルギーは、シンクロトロン３による加速終了後におけるイオンビームのエネルギー（設定エネルギーという）であり、治療前の治療計画で決定される。加速器制御装置２２は治療計画情報記憶装置（図示せず）から該当する患者に対する設定エネルギー情報を取り込む。加速器制御装置２２は、その設定エネルギー情報に基づいて定まる図４（Ａ）に示すシンクロトロン３の運転パターンに沿って、シンクロトロンを構成する機器の動作タイミング情報をタイミング制御装置２５に、偏向電磁石５の磁場強度（偏向磁場強度）及び加速空胴１０に印加する高周波電圧の周波数を制御するために、電磁石電源２３の運転パターンを設定する制御指令７１を電磁石電源２３に、また、高周波発振器１１の運転パターンを設定する制御指令７２を高周波制御装置２４に出力する。加速器制御装置２２は加速終了後におけるイオンビームの設定エネルギーに合わせた制御タイミング情報７８をタイミング制御装置７１に設定する。更に、加速器制御装置２２は、設定エネルギーに合わせて、周回ビーム軌道の基準値、その軌道のずれの許容範囲，高周波電圧の周波数の基準値及びその周波数の許容範囲等の設定情報７８をエネルギー判定処理装置７２に設定する。なお、エネルギー判定処理装置７２の機能は、粒子線治療装置１の安全装置であるインターロック制御装置（図示せず）内に取り込んでもよい。
【００２４】
まず、イオンビームが前段加速器２からシンクロトロン３に入射される。本実施例ではイオンビームとして粒子線を用いる。イオンビームが入射される際、制御指令７１で設定された運転パターンにより該当する電磁石電源２３が制御されるため、シンクロトロン３の各四極電磁石及び偏向電磁石５は所定の電流で励磁されている。シンクロトロン３内でイオンビーム１４は、加速空胴１０で印加された高周波電圧により集群化する。加速空胴１０から高周波電圧の印加は、設定された運転パターンに基づいて高周波制御装置２４が高周波発振器１１を制御することにより行われる。高周波発振器１１からの高周波電圧は、電力増幅器１２で増幅され、加速空胴１０に導かれる。イオンビーム１４の集群化は、加速空胴１０に印加した高周波電圧により、イオンビーム１４を安定に加速可能な領域
（以下、高周波バケット）を形成することで実現される。この高周波電圧でビームを集群化する制御を高周波捕獲と言い、集群化したビームをバンチビームと言う。
【００２５】
集群化したイオンビーム１４を加速する際には、周回するイオンビームのエネルギーが設定エネルギーになるまで、設定された運転パターンに基づいた電磁石電源２３の制御により各四極電磁石及び偏向電磁石５の励磁電流、すなわち磁場強度が増大される。また、運転パターンに基づいた高周波制御装置２４による高周波発振器１１の制御により、加速空胴１０に印加する高周波電圧の周波数を増加させる。すなわち、設定偏向電磁石５の磁場強度の増大に伴って、その高周波電圧の周波数が増大する。この際、偏向磁場強度と高周波電圧の周波数との間に所定の関係（後述の（数５）に示す関係）が成立するように、加速器制御装置２２からの各制御指令に基づいて加速器電源２３及び高周波発振器１１を制御することによって、集群化したイオンビーム（バンチビーム）１４を、シンクロトロン３内の周回軌道に沿って周回させながら設定されたエネルギーまで加速することが可能となる。
【００２６】
周回するイオンビームのエネルギーが設定エネルギーに達した後、タイミング制御装置２５から出射許可信号７５が出力されると、出射用スイッチ８が閉じて、高周波発振器７から出力された高周波信号が、高周波印加装置６に導かれる。このとき、ゲートスイッチ９はエネルギー判定処理装置２６からのエネルギー正常信号（後述）により閉じられている。高周波信号が高周波印加装置６によって周回するイオンビームに印加される。このイオンビームは、ベータトロン振動振幅を増大させて安定限界の外に移動して出射用偏向器１３より出射される（特許第２５９６２９２号公報参照）。出射されたイオンビームは、ビーム輸送装置１５を介して照射装置１６に輸送され、照射装置１６より治療ベッド１７上の患者の患部に照射される。
【００２７】
本実施例の特徴である周回するイオンビーム１４のエネルギー測定について説明する前に、イオンビーム１４のエネルギーと偏向磁場強度，周波数，ビーム軌道の関係を簡単に説明する。周回ビームのエネルギーＥと運動量ｐは、近似的に（数１）に示す関係が成立する。ただし、ｃは光速である。
【００２８】
【数１】
【００２９】
また、運動量の変化による計測位置でのビーム重心の軌道変位Δｘは、（数２）のよう
に示される。ただし、Δｘはシンクロトロン３での測定位置（ビーム位置モニタ２０の設置位置）でのイオンビーム軌道位置の変位、及びηは測定位置での分散関数である。
【００３０】
【数２】
【００３１】
運動量ｐと偏向磁場強度Ｂは、ｐ＝ｅＢρの関係により、（数３）のように表される。
ただし、ｅは電荷量であり、ρは偏向磁場によるイオンビーム１４の偏向半径である。
【００３２】
【数３】
【００３３】
一方、運動量ｐと偏向磁場強度Ｂとの関係より、（数２）は、（数３）に示したように
、偏向磁場強度の変化が運動量に変化を生じさせることが得られ、しいては（数４）に示したように、ビーム重心の軌道位置の変位Δｘも生じることが示される。
【００３４】
【数４】
【００３５】
また、周回するイオンビーム１４の周回周波数Ｆは、（数５）に示すように、偏向磁場
強度Ｂの関数として表すことができる。ただし、ｈはバンチ数、Ｒはシンクロトロン３の平均半径、ｍ0 は周回する荷電粒子の静止質量である。
【００３６】
【数５】
【００３７】
シンクロトロン３におけるイオンビーム加速制御は、制御応答性の低い偏向磁場強度Ｂを基準にイオンビーム１４の周回周波数を制御することによって行われる。高周波加速制御装置３１は、偏向磁場強度の変化を検出し（図示せず）、加速用高周波発振器３２に設定する周波数を制御する。そのため、偏向磁場強度及び高周波電圧の周波数が（数５）の関係を有していれば、イオンビーム１４はシンクロトロン３内で所定の軌道を周回するので、加速終了時におけるイオンビーム１４のエネルギーに対する偏向磁場強度と、イオンビーム１４に印加する高周波電圧の周波数も（数５）の関係を有していれば、シンクロトロン３内のイオンビーム軌道は一定となる。偏向磁場強度もしくは高周波電圧の周波数がずれて（数５）の関係が保たれない状態でイオンビーム１４が加速された場合には、加速終了時におけるイオンビーム軌道の位置が変化するため、加速終了後のイオンビームのエネルギーが設定エネルギーでない恐れがある。
【００３８】
イオンビーム１４のエネルギーが設定エネルギーになるまでイオンビーム１４を加速した際のイオンビーム軌道の位置と高周波電圧の周波数は、それぞれビーム位置モニタ２０及び空胴電圧モニタ１８で測定される。ビーム位置モニタ２０は、イオンビーム１４の通過により、一対の電極５５Ａと電極５５Ｂの間に電圧ＶＬ を、他の一対の電極５６Ａと電極５６Ｂの間に電圧ＶＲ を発生させる。これらの電圧を用いて（数６）に示される簡便な信号処理を行うことにより、ビーム位置モニタ２０の設置位置でのイオンビーム軌道位置ｘを検出することが可能である。ただし、Ｗはビーム位置モニタ２０における電極幅である。
【００３９】
【数６】
【００４０】
本実施例におけるイオンビーム１４のエネルギー測定について説明する。上記の(数６)に基づいた信号処理は、電圧ＶＬ，ＶＲを入力するビーム軌道信号処理装置２１で行われる。また、高周波電圧の周波数は、周波数計測装置１９において、空胴電圧モニタ１８で検出された空胴電圧信号を用いて測定される。周波数計測装置１９としては周波数カウンタ、スペクトラムアナライザまたは周波数−電圧変換器が用いられる。
【００４１】
ビーム軌道信号処理装置２１で得られたイオンビーム軌道位置ｘの測定値Ｒmes 、及び周波数計測装置１９で得られた高周波電圧の周波数（以下、加速周波数という）の測定値Ｆmes はエネルギー判定処理装置２６に入力される。エネルギー判定装置２６におけるエネルギー判定の処理を、図３を用いて詳細に説明する。
【００４２】
加速器制御装置２２から、設定エネルギーに対応した設定情報７８を入力する（ステップ３０）。設定情報７８は、加速終了時のイオンビーム軌道位置ｘの基準値Ｒdes 及びこの基準値に対する許容範囲Ｒerr 、及び高周波電圧の周波数（加速周波数という）の基準値Ｆdes及びこの基準値に対する許容範囲Ｆerrである。加速終了後のエネルギー確認時
（図４（Ａ）参照）にタイミング制御装置２５から出力されたエネルギー確認信号７５を入力する（ステップ３１）。エネルギー確認信号７５の入力後に、ビーム軌道信号処理装置２１からイオンビーム軌道位置ｘの測定値Ｒmes を、周波数計測装置１９から加速周波数の測定値Ｆmesをそれぞれ入力する（ステップ３２，３３）。測定値Ｒmes及びＦmes は、それぞれ、エネルギー確認信号７５の出力後に測定された値である。エネルギー確認信号７５の入力後に測定値Ｒmes及びＦmesを入力することは、エネルギー確認信号７５の出力後にイオンビーム軌道位置ｘ及び加速周波数が測定されることになる。ステップ３４において、測定値Ｒmesと基準値ＲdesとのずれＲdevの絶対値を算出する。すなわち、Ｒdev＝｜Ｒmes−Ｒdes｜を計算する。ステップ３５において、測定値Ｆmesと基準値ＦdesとのずれＦdevの絶対値を算出する。すなわち、Ｆdev＝｜Ｆmes−Ｆdes｜を計算する。更に、Ｒdev＞Ｒerrを満足するかが判定される(ステップ３６)。ステップ３６の判定が「ＮＯ」であれば、Ｆdev＞Ｆerrを満足するかが判定される（ステップ３７）。ステップ３７の判定が「ＮＯ」であれば、イオンビーム１４のエネルギーは、設定エネルギーになっており、正常なエネルギーであると判定する（ステップ３８）。このため、エネルギー判定信号７７としてエネルギー正常信号を、加速器制御装置２２及びゲートスイッチ９に出力する（ステップ３９）。このエネルギー正常信号によりゲートスイッチ９は閉じられる。エネルギー正常信号の出力は、加速終了後のイオンビーム１４のエネルギーが設定エネルギーであることを意味する。ステップ３６またはステップ３７の判定が「Ｙｅｓ」である場合には、イオンビーム１４のエネルギーが設定エネルギーからずれており、異常なエネルギーであると判定する（ステップ４０）。そして、エネルギー判定信号７７としてエネルギー異常信号を、加速器制御装置２２及びゲートスイッチ９に出力する（ステップ４１）。エネルギー異常信号の出力は、加速終了後のイオンビーム１４のエネルギーが設定エネルギーからずれていることを意味する。ゲートスイッチ９は、エネルギー正常信号が出力された場合には閉じられており、エネルギー異常信号が出力された場合には開く。エネルギー異常信号の出力は、高周波印加装置６からの高周波信号の印加を阻止し、シンクロトロン３からのイオンビームの出射を停止させる。エネルギー判定処理装置２６は、ステップ３８または３９が終了した後、次の加速終了まで待機する（ステップ４２）。図４（Ｂ）は以上に述べたエネルギー判定処理を時系列的にまとめて表示している。
【００４３】
エネルギー判定信号７７を入力した加速器制御装置２２は、エネルギー正常信号またはエネルギー異常信号に対応して、照射装置１６へのイオンビーム１４の供給状態を監視する。
【００４４】
エネルギー判定処理装置２６からエネルギー正常信号が出力されてゲートスイッチ９が閉じられており、前述の出射許可信号７５の出力により出射用スイッチ８が閉じられたときに、イオンビーム１４が、前述したようにシンクロトロン３からイオンビーム１４が出射されて患者の患部に照射される。エネルギー判定処理装置２６からエネルギー異常信号が出力されてゲートスイッチ９が開いているときには、出射許可信号７５の出力により出射用スイッチ８が閉じられても、高周波印加装置６に高周波信号が印加されないため、シンクロトロン３からイオンビームが出射されない。
【００４５】
次に、エネルギー判定処理装置２６でのエネルギー判定処理に用いる設定情報７８の作成を、図５を用いて説明する。まず、エネルギー変動の許容範囲を設定する（ステップ
４５）。この許容範囲は、例えば、イオンビームスキャニング法によるイオンビームの照射では、設定エネルギー±０.１％ 以下とされている。エネルギー変動の許容範囲は、設定エネルギーにより異なるため、予め粒子線治療装置１として決定しておく。そして、シンクロトロン３でイオンビーム調整運転を実施する（ステップ４６）。この調整運転では、設定エネルギーまでイオンビーム１４が加速できるように偏向磁場強度に対する加速周波数を調整し、所定の電荷量のイオンビームがシンクロトロン３から出射可能なように、シンクロトロン３に設けられた各電磁石の励磁量及び加速周波数などを調整する。
【００４６】
上記の調整終了後、所定電荷のイオンビームの出射が可能かを判定する(ステップ４７)。「ＮＯ」であれば、再度、ステップ４６の調整運転を行い、各電磁石の励磁量及び加速周波数などを調整する。ステップ４７の判定が「ＹＥＳ」の場合には、照射装置１６へイオンビームを輸送し、照射装置１６の下流に設置した水ファントムなどの線量計で照射装置を通過したイオンビームの飛程を計測する（ステップ４８）。この飛程の計測結果に基づいて、シンクロトロン３で加速されて出射されたイオンビームのエネルギーが確定される（ステップ４９）。
【００４７】
イオンビームの加速終了時点における、加速空胴１０に印加した高周波電圧の周波数、及びイオンビーム軌道位置のそれぞれを計測する（ステップ５０）。加速周波数及びイオンビーム重心の軌道位置の基準値は、上記のそれぞれの計測で得たそれぞれの計測値とする。また、加速周波数及びイオンビーム軌道位置のそれぞれの基準値に対する許容範囲を算出する（ステップ５１）。これらの許容範囲は、それぞれの基準値、及びステップ４５で確定された、出射されたイオンビームのエネルギー，ステップ５０で特定された加速周波数及びイオンビーム軌道位置のそれぞれの基準値、及びステップ５１で算出されたそれぞれの許容範囲を用いて、一つのエネルギーに対するテーブルデータを作成する（ステップ５３）。最後に、シンクロトロン３の一連の運転制御値とイオンビームエネルギーの測定結果および、テーブルデータを関連付けて、シンクロトロン３の加速制御パターンデータを作成する（ステップ５２）。シンクロトロン３から出射されるエネルギーを種々変えて上記した処理をそれぞれ実行し、異なるエネルギーに対する加速周波数及びイオンビーム軌道位置の基準値及び許容範囲を求める。図５に示す処理で得られた加速周波数及びイオンビーム軌道位置の基準値及び許容範囲は、設定情報７８としてイオンビームのエネルギー判定処理に用いられる。
【００４８】
本実施例によれば、加速周波数及びイオンビーム軌道位置を用いて、シンクロトロン３内を周回しているイオンビーム１４のエネルギーが設定エネルギーであるかを患者にイオンビーム１４を照射する前で加速器からイオンビームの出射が可能な状態（イオンビームの加速が終了した状態）で確認することができる。このため、患者に設定エネルギーのイオンビーム１４を照射でき、患者の体内においてイオンビーム１４の到達する位置（ブラッグピークが形成される位置）が治療計画で設定したイオンビームの到達位置（設定到達位置）からずれることを防止できる。特に、上記したイオンビーム１４のエネルギーは、イオンビーム１４の加速終了後でシンクロトロン３から出射する前に確認できる。また、加速終了後におけるイオンビーム１４のエネルギーが設定エネルギーと異なっているときに、ゲートスイッチ９が開くので、設定エネルギーと異なる値のエネルギーを有するイオンビーム１４を、シンクロトロン３から出射すること、すなわち患者に照射することを防止できる。このため、粒子線治療装置１の安全性が著しく向上する。設定エネルギーと異なる値のエネルギーを有するイオンビーム１４を患者に照射した場合には、患部以外の正常な細胞の位置でブラッグピークが形成され、正常な細胞に著しいダメージを与えてしまう。本実施例では、イオンビーム１４の到達位置が異なることによる正常細胞のダメージを避けることができる。
【実施例２】
【００４９】
本発明の他の実施例である粒子線治療装置１Ａを、図６を用いて説明する。粒子線治療装置１Ａは、前述の粒子線治療装置１と、空胴電圧モニタ１８，周波数計測装置１９及びエネルギー判定処理装置２６の替りに磁場検出素子６０，偏向磁場強度計測装置６２及びエネルギー判定処理装置２６Ａを用いている点が異なっている。粒子線治療装置１Ａの他の構成は粒子線治療装置１の構成と同じである。磁場検出素子６０は偏向電磁石５に設置される。磁場検出素子６０に接続される偏向磁場強度計測装置６２はエネルギー判定処理装置６２に接続される。磁場検出素子６０としては、ホール素子のような絶対磁場を検出する素子、またはサーチコイル（特許第３２６９４３７号参照）のような相対磁場を検出する素子を用いる。
【００５０】
本実施例では、磁場検出素子６０として絶対磁場を検出するホール素子を用いる。磁場検出素子６０の検出信号が偏向磁場強度計測装置６２に入力される。偏向磁場強度計測装置６２は、その検出信号を基に偏向磁場強度を計測し、偏向磁場強度の測定値をエネルギー判定処理装置２６Ａに出力する。エネルギー判定装置２６Ａは、偏向磁場強度の測定値Ｂmes及びイオンビーム軌道位置ｘの測定値Ｒmesを用いて、図３に示すエネルギー判定処理を訂正した訂正エネルギー判定処理を実行し、加速終了時においてシンクロトロン３内を周回するイオンビーム１４のエネルギーが設定エネルギーであるかを判定する。上記した訂正エネルギー判定処理は、図３に示すエネルギー判定処理において、基準値Ｆdes を偏向磁場強度の基準値Ｂdesに、許容範囲Ｆerrを基準値Ｂdesに対する許容範囲Ｂerrに、及び測定値Ｆmesを測定値Ｂmesにそれぞれ変更したものである。加速器制御装置２２からエネルギー判定処理装置２６Ａに伝えられる設定情報７９は基準値Ｒdes及び許容範囲
Ｒerr、及び加速終了時における偏向磁場強度の基準値Ｂdes及び基準値Ｂdes に対する許容範囲Ｂerrである。
【００５１】
本実施例によれば、偏向磁場強度及びイオンビーム軌道位置を用いて、シンクロトロン３内を周回しているイオンビーム１４のエネルギーが設定エネルギーであるかを患者にイオンビーム１４を照射する前でイオンビームの出射が可能になった状態で確認することができる。このような本実施例は、実施例１で生じる効果を得ることができる。
【００５２】
ホール素子の代わりにサーチコイルの出力信号を用いて偏向磁場強度を計測する場合には、サーチコイルからの出力電圧は偏向磁場強度の時間変化率であるため、この出力電圧を積分する回路を偏向磁場強度計測装置６２に設置することで加速制御区間での偏向磁場強度の変化を計測することが可能である。
【実施例３】
【００５３】
本発明の他の実施例である粒子線治療装置１Ｂを、図７を用いて説明する。本実施例の粒子線治療装置１Ｂは、実施例１における粒子線治療装置１と、空胴電圧モニタ１８及び周波数計測装置１９を設置していなく、エネルギー判定処理装置２６をビーム軌道判定装置６３，周波数判定装置６４及び判定情報出力装置６５に替えた点で異なっている。粒子線治療装置１Ｂの他の構成は粒子線治療装置１の構成と同じである。ビーム軌道判定装置６３，周波数判定装置６４及び判定情報出力装置６５は、実質的にエネルギー判定処理装置２６を構成する。
【００５４】
高周波制御装置及びビーム軌道信号処理装置は、昨今のディジタル技術の進歩により、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等を用いたディジタル信号処理回路で構成されていることが多い。本実施例は、実施例１の高周波制御装置２４の替りにＤＳＰを用いたディジタル信号処理回路を含む高周波制御装置２４Ａを備え、更にビーム軌道信号処理装置
２１の替りにＤＳＰを用いたディジタル信号処理回路を含むビーム軌道信号処理装置（ビーム軌道位置計測装置）２１Ａを備える。周波数判定装置６４は高周波制御装置２４Ａに接続される。ビーム軌道判定装置６３はビーム軌道信号処理装置２１Ａに接続される。高周波制御装置２４Ａを採用しているため、加速空胴に印加する高周波電圧の発振器もディジタル発振器１１Ａを採用し、高純度で再現性の高い高周波信号を得ている。また、ディジタル発振器１１Ａから出力する高周波信号の周波数は、周波数高周波制御装置２４Ａからディジタル値で設定され、発振器から忠実に出力される。そのため、加速空胴に用意した空胴電圧モニタからの出力信号をスペクトラムアナライザなどの周波数計測装置を利用しなくても、ディジタル発振器１１Ａに設定した高周波電圧の周波数を確認することで、周波数を外部で計測した場合と同様の結果を得ることが可能である。
【００５５】
周波数判定装置６４は図３に示すエネルギー判定処理のうちステップ３０，３１，３３，３５，３７の処理を実行する。周波数判定装置６４は、ステップ３０で、加速器制御装置２２から、設定エネルギーに対応した設定情報７８Ａである基準値Ｆdes 及び許容範囲Ｆerr を入力する。その後、ステップ３１，３３，３５，３７の処理を行う。ただし、ステップ３３では、高周波制御装置２４Ａから、ディジタル発振器１１Ａに設定した周波数を測定値Ｆmes として入力する。ビーム軌道判定装置６３は図３に示すエネルギー判定処理のうちステップ３０〜３２，３４，３６の処理を実行する。ビーム軌道判定装置６３は、ステップ３０で、加速器制御装置２２から、設定エネルギーに対応した設定情報７８Ｂである基準値Ｒdes及び許容範囲Ｒerrを入力する。その後、ステップ３１，３２，３４，３６の処理を行う。
【００５６】
判定情報出力装置６５は、ビーム軌道判定装置６３からステップ３６の判定情報８５を、周波数判定装置６４からステップ３７の判定情報８４を入力する。判定情報出力装置
６５は、判定情報８４，８５が共に「ＮＯ」の場合には図３に示すステップ３８，３９の処理を実行し、エネルギー判定信号７７であるエネルギー正常信号を加速器制御装置２２及びゲートスイッチ９に出力する。判定情報出力装置６５は、判定情報８４または判定情報８５が「ＹＥＳ」の場合には図３に示すステップ４０，４１の処理を実行し、エネルギー判定信号７７であるエネルギー異常信号を加速器制御装置２２及びゲートスイッチ９に出力する。
【００５７】
実施例３も実施例１で生じる効果を得ることができる。
【実施例４】
【００５８】
本発明の他の実施例である粒子線治療装置１Ｃを、図８を用いて説明する。本実施例の粒子線治療装置１Ｃは、実施例２における粒子線治療装置１Ａと、エネルギー判定処理装置２６Ａをビーム軌道判定装置６３，偏向磁場強度判定装置６６及び判定情報出力装置
６５に替えた点で異なっている。粒子線治療装置１Ｃの他の構成は粒子線治療装置１Ａの構成と同じである。ビーム軌道判定装置６３，偏向磁場強度判定装置６６及び判定情報出力装置６５は、実質的にエネルギー判定処理装置２６Ａを構成する。偏向磁場強度判定装置６６は偏向磁場強度計測装置６２に接続される。
【００５９】
偏向磁場強度判定装置６６は実施例２で述べた訂正エネルギー判定処理のうちステップ３０，３１，３３，３５，３７の処理を実行する。偏向磁場強度判定装置６６は、ステップ３０で、加速器制御装置２２から、設定エネルギーに対応した設定情報７９Ａである基準値Ｂdes及び許容範囲Ｂerrを入力する。その後、ステップ３１，３３，３５，３７の処理を行う。ビーム軌道判定装置６３は実施例２で述べた訂正エネルギー判定処理のうちステップ３０〜３２，３４，３６の処理を実行する。ビーム軌道判定装置６３は、ステップ３０で、加速器制御装置２２から、設定情報７８Ｂである基準値Ｒdes及び許容範囲Ｒerrを入力する。その後、ステップ３１，３２，３４，３６の処理を行う。
【００６０】
判定情報出力装置６５は、ビーム軌道判定装置６３からステップ３６の判定情報８５を、偏向磁場強度判定装置６６からステップ３７の判定情報８６を入力する。判定情報出力装置６５は、判定情報８５，８６が共に「ＮＯ」の場合にはステップ３８，３９の処理を実行し、エネルギー判定信号７７であるエネルギー正常信号を加速器制御装置２２及びゲートスイッチ９に出力する。判定情報出力装置６５は、判定情報８５または判定情報８６が「ＹＥＳ」の場合にはステップ４０，４１の処理を実行し、エネルギー判定信号７７であるエネルギー異常信号を加速器制御装置２２及びゲートスイッチ９に出力する。
【００６１】
実施例４も実施例２で生じる効果を得ることができる。
【実施例５】
【００６２】
本発明の他の実施例である粒子線治療装置１Ｄを、図９を用いて説明する。本実施例の粒子線治療装置１Ｄは、実施例１における粒子線治療装置１に、ビーム強度判定装置６７及び第２安全装置であるゲートスイッチ（第３開閉装置）６８を付加した構成を有する。更に、粒子線治療装置１Ｄはビーム信号処理装置５４を備える。粒子線治療装置１Ｄの他の構成は粒子線治療装置１の構成と同じである。ゲートスイッチ６８は、高周波印加装置６とゲートスイッチ９との間に配置され、それらに接続されている。ビーム信号処理装置５４はビーム位置モニタ２０の二組の電極(電極６８Ａ,６８Ｂ、及び電極６９Ａ,６９Ｂ)に接続される。ビーム強度判定装置６７は、ビーム信号処理装置５４の包絡線検波装置
５５（後述），加速器制御装置２２，タイミング制御装置２５及びゲートスイッチ６８に接続される。ビーム強度判定装置６７はエネルギー判定装置２６とは別に設けられている。
【００６３】
シンクロトロン３内を周回するイオンビームの強度は、ビーム位置モニタ２０の二組の電極（電極６８Ａ，６８Ｂ、及び電極６９Ａ，６９Ｂ）のそれぞれから出力される信号を包絡線検波することにより、平均電荷量として計測することが可能である。ビーム信号処理装置５４は、実施例１に用いられるビーム軌道信号処理装置２１（図９には図示せず）、及び上記包絡線検波を行う包絡線検波装置５５（図１０参照）を有する。ビーム軌道信号処理装置２１及び包絡線検波装置５５は、ビーム位置モニタ２０の上記した二組の電極に接続される。図１１に示す電圧波形がビーム位置モニタ２０から出力される。この電圧波形は上記の二組の電極の出力和から得られ、ビーム軌道信号処理装置２１及び包絡線検波装置５５の両方に入力される。その電圧波形はシンクロトロン３内を周回するイオンビーム１４のバンチ形状を示している。上記した平均電荷量、すなわちイオンビーム強度は、バンチ波形の負側に直流成分として検出されるため、ビーム位置モニタ２０の両電極から出力される信号（ＶＲ，ＶＬ）を加算し、かつ加算結果の負側を包絡線検波する包絡線検波装置５５によって得られる。包絡線検波装置５５によって計測されたイオンビーム強度の測定値Ｉmesはビーム強度判定装置６７に入力される。
【００６４】
エネルギー判定装置２６は、実施例１と同様に、ビーム軌道信号処理装置２１から測定値Ｒmesを、周波数計測装置１９から測定値Ｆmesをそれぞれ入力し、図３に示す処理を事項してエネルギー正常信号またはエネルギー異常信号を、加速器制御装置２２及びゲートスイッチ９に出力する。
【００６５】
ビーム強度判定装置６７で実行されるイオンビーム強度の判定処理を以下に説明する。まず、設定情報８０である治療計画で決定された設定イオンビーム強度に対応したイオン強度の基準値Ｖdes及びこの基準値に対する許容範囲Ｖerrを加速器制御装置２２から入力する。エネルギー確認信号７５の入力後に、エネルギー確認信号の出力後に測定された測定値Ｉmesを入力する。測定値Ｉmesと基準値ＩdesとのずれＩdevの絶対値を算出する。すなわち、Ｉdev＝｜Ｉmes−Ｉdes｜を計算する。更に、Ｉdev＞Ｉerr を満足するかが判定される。この判定が「ＮＯ」であれば、イオンビーム１４の強度が、設定イオンビーム強度になっており、正常であると判定する。このため、イオンビーム強度判定信号８９として強度正常信号を、加速器制御装置２２及びゲートスイッチ６８に出力する。強度正常信号によりゲートスイッチ６８は閉じられる。強度正常信号の出力は、加速終了後のイオンビーム１４の強度が設定イオンビーム強度に一致していることを意味する。上記の判定が「Ｙｅｓ」である場合には、イオンビーム１４の強度が設定イオンビーム強度からずれた異常状態であり、強度判定信号８９として強度異常信号を、加速器制御装置２２及びゲートスイッチ６８に出力する。ゲートスイッチ６８は、強度正常信号が出力された場合には閉じられており、強度異常信号が出力された場合には開く。強度異常信号の出力は、高周波印加装置６からの高周波信号の印加を阻止し、シンクロトロン３からのイオンビームの出射を停止させる。
【００６６】
本実施例は、実施例１で生じる効果を得ることができる。更に、以下の効果を得ることができる。すなわち、シンクロトロン３に設けたビーム位置モニタ２０の出力に基づいて、加速終了後においてシンクロトロン３内を周回するイオンビーム１４の強度を出射前に計測することができるため、患者に照射されるイオンビーム１４の強度を事前に確認することができる。このため、患者の患部（目標領域）に設定イオンビーム強度を有するイオンビーム１４を照射できる。特に、目標領域が深さ方向に複数の層に分割され層毎にイオンビーム１４を照射する場合には、深い位置に位置するある層にイオンビーム１４を照射する際に、それよりも浅い位置に位置する他の層にもイオンビームが照射されるため、浅い位置にある他の層において深い位置の層と重なる領域に照射するイオンビームの強度は低くする必要がある。このような場合でも、本実施例は、他の層に照射するイオンビームの強度がその層に対する設定イオンビーム強度を、患者にイオンビームを照射する前でイオンビームの出射が可能になった状態で確認することができるので、その領域に設定イオンビーム強度のイオンビームを照射することができる。もし、イオンビーム強度が設定イオンビーム強度からずれている場合には、加速器からのイオンビームの出射を阻止することができ、患者へのそのイオンビームの照射を防止することができる。
【００６７】
本実施例は、イオンビームのエネルギー及び強度が設定エネルギー及び設定イオンビーム強度になっているかを、イオンビームの加速終了後で患者に照射する前に確認できる。イオンビームのエネルギー及び強度の少なくとも一方が異常状態にあるときには、そのイオンビームの患者への照射を避けることができる。
【００６８】
本実施例に用いられたビーム強度判定装置６７、ゲートスイッチ６８及びビーム信号処理装置５４は、前述の実施例２〜４に適用することができる。ただし、実施例３においては、ビーム信号処理装置５４はビーム軌道信号処理装置２１ではなくビーム軌道信号処理装置２１Ａを含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の粒子線治療装置の構成図である。
【図２】図１のビーム位置モニタの構成図である。
【図３】図２のエネルギー判定処理装置で実行される処理フローを示す説明図である。
【図４】シンクロトロンの運転を示し、（Ａ）はその運転の内容を示す説明図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるエネルギー確認時における詳細内容を示す説明図である。
【図５】設定情報の作成フローを示す説明図である。
【図６】本発明の他の実施例である実施例２の粒子線治療装置の構成図である。
【図７】本発明の他の実施例である実施例３の粒子線治療装置の構成図である。
【図８】本発明の他の実施例である実施例４の粒子線治療装置の構成図である。
【図９】本発明の他の実施例である実施例５の粒子線治療装置の構成図である。
【図１０】図９におけるビーム位置モニタから出力される信号の波形を示す説明図である。
【図１１】図９のビーム軌道信号処理装置に備えられた包絡線検波回路の構成図である。
【符号の説明】
【００７０】
１，１Ａ，１Ｂ…粒子線治療装置、３…シンクロトロン、５…偏向電磁石、６…高周波印加装置、７，１１，１１Ａ…高周波発振器、８…出射用スイッチ、９，６８…ゲートスイッチ、１０…加速空胴、１５…ビーム輸送装置、１６…照射野形成装置、１８…空胴電圧モニタ、１９…周波数計測装置、２０…ビーム位置モニタ、２１，２１Ａ…ビーム軌道信号処理装置（ビーム軌道位置計測装置）、２２…加速器制御装置、２４，２４Ａ…高周
波制御装置、２５…タイミング制御装置、２６，２６Ａ…エネルギー判定装置、５４…ビーム信号処理装置、５５…包絡線検波装置、６０…磁場検出素子、６２…偏向磁場強度計測装置、６３…ビーム軌道判定装置、６４…周波数判定装置、６５…判定情報出力装置、６６…偏向磁場強度判定装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子線治療装置に係り、特に陽子及び重イオンなどのイオンビームを加速器で加速して治療に用いるのに好適な粒子線治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
陽子及び重イオンなどのイオンビーム（以下、ビーム）を癌の治療に用いる粒子線治療装置は、患者の患部形状に合わせたビームを照射することで、患部にビームを集中させて照射できる。特に、患者の体表面からの深さ方向におけるビームの飛程の調節は、ビームのエネルギーを調整することで実現できる。
【０００３】
粒子線治療装置に用いられる加速器の代表例としてシンクロトロンが挙げられる。シンクロトロンは、周回するビームに高周波電圧を印加し所望のエネルギーまでビームを加速する高周波加速空胴（以下、加速空胴）を備える。所望のエネルギーまで加速されたビームは、シンクロトロンから出射されてビーム輸送系を経て照射装置に導かれ、治療用ベッド上の患者の患部（癌の患部）に照射される。
【０００４】
照射装置は、患部の体表からの深さと大きさに合わせたビームを生成してこのビームを出射する。一般に、照射装置は、二重散乱体法（非特許文献１の２０８１頁，図３５），ウォブラ法（非特許文献１の２０８４頁，図４１）及びイオンビームスキャニング法（特許文献１，非特許文献１の２０９２頁及び２０９３頁）のいずれかのビーム照射法が適用できる構成を有する。
【０００５】
粒子線治療装置の加速器であるシンクロトロンテムに対して、これらのいずれの照射法においても、出射するビームエネルギーを設定エネルギーに調節する高精度の制御が要求されている。このためにも、ビームエネルギーを精度翼測定することが必要である。ビームエネルギーの測定は、従来、特許文献２に記載された水ファントム、及び非特許文献２に記載されたマルチリーフ・ファラデーカップを用いて行うことが知られている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１１８２０４号公報
【特許文献２】特開平１１−６４５３０号公報
【非特許文献１】レビュー オブ サイエンティフィック インスツルメンツ６４巻８号（１９９３年８月）の第２０７９〜２０９３頁（REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS VOLUME 64 NUMBER 8(AUGUST 1993)P2079-2093）
【非特許文献２】“ビーム コミッショニング オブ ザ ニュー プロトン セラピィ システム フォー ユニバーシティ オブ ツクバ”エム．ウメザワ，エットオール.，プロシーディングズ オブ ２００１ パーティクル アクセルレータ コンファレンス， シカゴ，ユーエスエ（２００１）（“BEAM COMMISSIONING OF THE NEW PROTON THERAPY SYSTEM FOR UNIVERSITY OF TSUKUBA”M.Umezawa, et al., Proceedings of 2001 Particle Accelerator Conference, Chicago, USA (2001))
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
水ファントム及びマルチリーフ・ファラデーカップを用いたビームエネルギーの測定は、患者に照射するビームを遮って行うため、患者にビームを照射しながらビームエネルギーを逐次計測することはできない。特に、ビームスキャニング法を適用する場合には、特許文献１に記載されたように、体表面からの深さ方向において患部を複数の層に分割して層ごとビームをスキャニングすることが考えられている。ある層にビームを照射するためには、その層にビームが到達するようにビームエネルギーが調節される。もし、照射するビームエネルギーが所定のビームエネルギーと異なると、所定の層と異なる層にビームを照射することになる。このような事態を避けるために、イオンビームの加速が終了してイオンビームを患者に照射する前にビームエネルギーを測定することが望まれる。
【０００８】
本発明の目的は、加速された荷電粒子ビームを照射対象に照射する前に荷電粒子ビームのエネルギーを確認できる粒子線治療装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、円形加速器による荷電粒子ビームの加速終了後において円形加速器内を周回する荷電粒子ビームのエネルギーを判定するエネルギー判定装置を備えたことにある。エネルギー判定装置は、加速終了後において円形加速器内を周回する荷電粒子ビームのエネルギーを判定するので、荷電粒子ビームを照射対象に照射する前に荷電粒子ビームのエネルギーを確認することができる。
【００１０】
好ましくは、更に、円形加速器による荷電粒子ビームの加速終了後において円形加速器内を周回する荷電粒子ビームのビーム強度を判定するビーム強度判定装置を設けると良い。これにより、荷電粒子ビームを照射対象に照射する前に荷電粒子ビームの強度を確認することができる。
【００１１】
好ましくは、エネルギー判定装置は、加速終了後における、加速空胴に印加する高周波（例えば、高周波電圧）の周波数が第１許容範囲内に存在し、かつ加速終了後における、周回する荷電粒子ビームの軌道位置が第２許容範囲内に存在するとき、加速終了後に周回する荷電粒子ビームのエネルギーが正常であると判定する。
【００１２】
円形加速器内を周回する荷電粒子ビームは、偏向磁場強度と荷電粒子ビームの関係が一致したものだけが加速される。このため、偏向磁場強度と荷電粒子ビームの周回周波数が分かれば、加速終了後における周回荷電粒子ビームのエネルギーを確定できる。また、偏向磁場強度が周回する荷電粒子ビームのビーム軌道位置に影響し、荷電粒子ビームの加速のために荷電粒子ビームに印加する高周波の周波数が荷電粒子ビームの周回周波数と関係する。このため、加速のために印加する高周波の周波数、及び荷電粒子ビーム軌道位置により加速終了後に周回する荷電粒子ビームのエネルギーを判定できる。
【００１３】
好ましくは、エネルギー判定装置は、加速終了後における高周波の周波数が第１許容範囲外に存在し、または、加速終了後における、周回する荷電粒子ビームの軌道位置が第２許容範囲外に存在するとき、加速終了後に周回する荷電粒子ビームのエネルギーが異常である（所定のエネルギーと異なる）と判定する。
【００１４】
好ましくは、エネルギー判定装置は、偏向電磁石の偏向磁場強度が第１許容範囲内に存在し、かつ周回する前記荷電粒子ビームの軌道位置が第２許容範囲内に存在するとき、加速終了後に周回する前記荷電粒子ビームのエネルギーが正常であると判定する。前述したように、偏向磁場強度と荷電粒子ビームの周回周波数が分かれば、加速終了後における周回荷電粒子ビームのエネルギーを確定できるため、偏向磁場強度、及び加速のために印加する高周波の周波数により加速終了後に周回する荷電粒子ビームのエネルギーを判定できる。
【００１５】
好ましくは、エネルギー判定装置が周回する荷電粒子ビームのエネルギーが正常であると判定したとき円形加速器からの荷電粒子ビームの出射を許可し、そのエネルギーが異常であると判定したとき円形加速器からの荷電粒子ビームの出射を阻止する第１安全装置を設けるとよい。これによれば、エネルギーが異常な荷電粒子ビームの照射対象への照射を阻止できるため、照射対象の深さ方向において、意図しない（治療計画にない）位置への荷電粒子ビームの照射を避けることができる。
【００１６】
好ましくは、ビーム強度判定装置が周回する荷電粒子ビームのビーム強度が正常であると判定したとき円形加速器からの荷電粒子ビームの出射を許可し、そのビーム強度が異常であると判定したとき円形加速器からの荷電粒子ビームの出射を阻止する第２安全装置を設けると良い。これによれば、イオンビームスキャニング法による照射において、局所的に高線量の領域が発生することが抑えられ、治療計画に基づいた患部へ照射する線量を均一にすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、加速された荷電粒子ビームを照射対象に照射する前に荷電粒子ビームのエネルギーを確認できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１９】
本発明の実施例１の粒子線治療装置を、図１を用いて説明する。本実施例の粒子線治療装置１は、円形加速器であるシンクロトロン３，ビーム輸送装置１５及び照射野形成装置（荷電粒子ビーム照射装置）１６を備える。照射野形成装置は、以下、単に照射装置という。シンクロトロン３は、周回軌道に入射装置４，複数の偏向電磁石５，高周波印加装置６，加速空胴１０，出射用偏向器１３を設置している。図示されていないが、複数の四極電磁石もシンクロトロン３に設置される。電磁石電源２３が偏向電磁石５に接続される。高周波印加装置６は、出射用スイッチ（第１開閉装置）８及び第１安全装置であるゲートスイッチ（第２開閉装置）９を介して高周波発振器（高周波電源）７に接続される。高周波発振器７は出射用の高周波発振器である。高周波制御装置２４の制御により高周波発振器（高周波電源）１１は、電力増幅器１２を介して加速空胴１０に所定の高周波電圧を与える。高周波発振器１１は加速用の高周波発振器である。加速空胴１０に設置される空胴電圧モニタ１８は周波数計測装置１９に接続される。シンクロトロン３に設けられるビーム位置モニタ２０はビーム軌道信号処理装置（ビーム軌道位置計測装置）２１に接続される。ビーム位置モニタ２０は、図２に示すように、三角形をした二組の平板状の電極を有する。一組は周回軌道を挟んで対向して配置された電極５５Ａ，５５Ｂであり、他の一組は周回軌道を挟んで対向して配置された電極５６Ａ，５６Ｂである。これらの電極はビーム軌道信号処理装置２１に接続されている。周波数計測装置１９及びビーム軌道信号処理装置２１は、エネルギー判定処理装置２６に接続される。エネルギー判定処理装置２６は加速器制御装置２２及びゲートスイッチ９に接続される。加速器制御装置２２はタイミング制御装置２５，エネルギー判定装置２６，電磁石電源２３及び高周波制御装置２４に接続される。タイミング制御装置２５は、エネルギー判定処理装置２６及び出射用スイッチ８に接続される。
【００２０】
シンクロトロン３を構成する機器の統括制御装置として、加速器制御装置２２及びタイミング制御装置２５が設けられている。加速器制御装置２２は各機器の制御設定値を管理し、タイミング制御装置２５は各機器の動作タイミングを管理する。
【００２１】
粒子線治療装置１を用いた癌治療の概略を説明する。シンクロトロン３の運転は、図４（Ａ）に示すように、荷電粒子ビームであるイオンビーム（陽子線、または炭素イオンビーム等の重粒子線）の入射・捕獲，イオンビームを設定されたエネルギーまで高める加速，設定のエネルギーになったイオンビームの出射、及び減速が繰返される。これら入射・捕獲，加速，出射，減速といった制御は、加速するエネルギーに合わせて動作タイミングが規定される。入射・捕獲時間は、ビームの加速エネルギーに依らず常に一定である。また、エネルギーに依らず一定の勾配でイオンビームを加速・減速する場合、エネルギーが高くなれば加速・減速時間も長くなり、入射から減速までの繰り返し制御時間が規定されていれば、出射時間は、入射・捕獲時間と加速・減速時間から一意に決定する。更に、エネルギー確認信号７５の出力時間は、加速制御が終了後、出射制御を開始する前に設定することで、イオンビームを照射装置に供給する前にエネルギー確認が可能となる。
【００２２】
粒子線治療装置１を用いた癌治療の概略を説明する。シンクロトロン３の運転は、図４（Ａ）に示すように、荷電粒子ビームであるイオンビーム（陽子線、または炭素イオンビーム等の重粒子線）の入射・捕獲，イオンビームを設定されたエネルギーまで高める加速，設定のエネルギーになったイオンビームの出射、及び減速が繰返される。
【００２３】
治療用ベッド１７上の患者の患部に照射されるイオンビームのエネルギーは、患者の体表面からその患部の深さによって定まる。このエネルギーは、シンクロトロン３による加速終了後におけるイオンビームのエネルギー（設定エネルギーという）であり、治療前の治療計画で決定される。加速器制御装置２２は治療計画情報記憶装置（図示せず）から該当する患者に対する設定エネルギー情報を取り込む。加速器制御装置２２は、その設定エネルギー情報に基づいて定まる図４（Ａ）に示すシンクロトロン３の運転パターンに沿って、シンクロトロンを構成する機器の動作タイミング情報をタイミング制御装置２５に、偏向電磁石５の磁場強度（偏向磁場強度）及び加速空胴１０に印加する高周波電圧の周波数を制御するために、電磁石電源２３の運転パターンを設定する制御指令７１を電磁石電源２３に、また、高周波発振器１１の運転パターンを設定する制御指令７２を高周波制御装置２４に出力する。加速器制御装置２２は加速終了後におけるイオンビームの設定エネルギーに合わせた制御タイミング情報７８をタイミング制御装置７１に設定する。更に、加速器制御装置２２は、設定エネルギーに合わせて、周回ビーム軌道の基準値、その軌道のずれの許容範囲，高周波電圧の周波数の基準値及びその周波数の許容範囲等の設定情報７８をエネルギー判定処理装置７２に設定する。なお、エネルギー判定処理装置７２の機能は、粒子線治療装置１の安全装置であるインターロック制御装置（図示せず）内に取り込んでもよい。
【００２４】
まず、イオンビームが前段加速器２からシンクロトロン３に入射される。本実施例ではイオンビームとして粒子線を用いる。イオンビームが入射される際、制御指令７１で設定された運転パターンにより該当する電磁石電源２３が制御されるため、シンクロトロン３の各四極電磁石及び偏向電磁石５は所定の電流で励磁されている。シンクロトロン３内でイオンビーム１４は、加速空胴１０で印加された高周波電圧により集群化する。加速空胴１０から高周波電圧の印加は、設定された運転パターンに基づいて高周波制御装置２４が高周波発振器１１を制御することにより行われる。高周波発振器１１からの高周波電圧は、電力増幅器１２で増幅され、加速空胴１０に導かれる。イオンビーム１４の集群化は、加速空胴１０に印加した高周波電圧により、イオンビーム１４を安定に加速可能な領域
（以下、高周波バケット）を形成することで実現される。この高周波電圧でビームを集群化する制御を高周波捕獲と言い、集群化したビームをバンチビームと言う。
【００２５】
集群化したイオンビーム１４を加速する際には、周回するイオンビームのエネルギーが設定エネルギーになるまで、設定された運転パターンに基づいた電磁石電源２３の制御により各四極電磁石及び偏向電磁石５の励磁電流、すなわち磁場強度が増大される。また、運転パターンに基づいた高周波制御装置２４による高周波発振器１１の制御により、加速空胴１０に印加する高周波電圧の周波数を増加させる。すなわち、設定偏向電磁石５の磁場強度の増大に伴って、その高周波電圧の周波数が増大する。この際、偏向磁場強度と高周波電圧の周波数との間に所定の関係（後述の（数５）に示す関係）が成立するように、加速器制御装置２２からの各制御指令に基づいて加速器電源２３及び高周波発振器１１を制御することによって、集群化したイオンビーム（バンチビーム）１４を、シンクロトロン３内の周回軌道に沿って周回させながら設定されたエネルギーまで加速することが可能となる。
【００２６】
周回するイオンビームのエネルギーが設定エネルギーに達した後、タイミング制御装置２５から出射許可信号７５が出力されると、出射用スイッチ８が閉じて、高周波発振器７から出力された高周波信号が、高周波印加装置６に導かれる。このとき、ゲートスイッチ９はエネルギー判定処理装置２６からのエネルギー正常信号（後述）により閉じられている。高周波信号が高周波印加装置６によって周回するイオンビームに印加される。このイオンビームは、ベータトロン振動振幅を増大させて安定限界の外に移動して出射用偏向器１３より出射される（特許第２５９６２９２号公報参照）。出射されたイオンビームは、ビーム輸送装置１５を介して照射装置１６に輸送され、照射装置１６より治療ベッド１７上の患者の患部に照射される。
【００２７】
本実施例の特徴である周回するイオンビーム１４のエネルギー測定について説明する前に、イオンビーム１４のエネルギーと偏向磁場強度，周波数，ビーム軌道の関係を簡単に説明する。周回ビームのエネルギーＥと運動量ｐは、近似的に（数１）に示す関係が成立する。ただし、ｃは光速である。
【００２８】
【数１】
【００２９】
また、運動量の変化による計測位置でのビーム重心の軌道変位Δｘは、（数２）のよう
に示される。ただし、Δｘはシンクロトロン３での測定位置（ビーム位置モニタ２０の設置位置）でのイオンビーム軌道位置の変位、及びηは測定位置での分散関数である。
【００３０】
【数２】
【００３１】
運動量ｐと偏向磁場強度Ｂは、ｐ＝ｅＢρの関係により、（数３）のように表される。
ただし、ｅは電荷量であり、ρは偏向磁場によるイオンビーム１４の偏向半径である。
【００３２】
【数３】
【００３３】
一方、運動量ｐと偏向磁場強度Ｂとの関係より、（数２）は、（数３）に示したように
、偏向磁場強度の変化が運動量に変化を生じさせることが得られ、しいては（数４）に示したように、ビーム重心の軌道位置の変位Δｘも生じることが示される。
【００３４】
【数４】
【００３５】
また、周回するイオンビーム１４の周回周波数Ｆは、（数５）に示すように、偏向磁場
強度Ｂの関数として表すことができる。ただし、ｈはバンチ数、Ｒはシンクロトロン３の平均半径、ｍ0 は周回する荷電粒子の静止質量である。
【００３６】
【数５】
【００３７】
シンクロトロン３におけるイオンビーム加速制御は、制御応答性の低い偏向磁場強度Ｂを基準にイオンビーム１４の周回周波数を制御することによって行われる。高周波加速制御装置３１は、偏向磁場強度の変化を検出し（図示せず）、加速用高周波発振器３２に設定する周波数を制御する。そのため、偏向磁場強度及び高周波電圧の周波数が（数５）の関係を有していれば、イオンビーム１４はシンクロトロン３内で所定の軌道を周回するので、加速終了時におけるイオンビーム１４のエネルギーに対する偏向磁場強度と、イオンビーム１４に印加する高周波電圧の周波数も（数５）の関係を有していれば、シンクロトロン３内のイオンビーム軌道は一定となる。偏向磁場強度もしくは高周波電圧の周波数がずれて（数５）の関係が保たれない状態でイオンビーム１４が加速された場合には、加速終了時におけるイオンビーム軌道の位置が変化するため、加速終了後のイオンビームのエネルギーが設定エネルギーでない恐れがある。
【００３８】
イオンビーム１４のエネルギーが設定エネルギーになるまでイオンビーム１４を加速した際のイオンビーム軌道の位置と高周波電圧の周波数は、それぞれビーム位置モニタ２０及び空胴電圧モニタ１８で測定される。ビーム位置モニタ２０は、イオンビーム１４の通過により、一対の電極５５Ａと電極５５Ｂの間に電圧ＶＬ を、他の一対の電極５６Ａと電極５６Ｂの間に電圧ＶＲ を発生させる。これらの電圧を用いて（数６）に示される簡便な信号処理を行うことにより、ビーム位置モニタ２０の設置位置でのイオンビーム軌道位置ｘを検出することが可能である。ただし、Ｗはビーム位置モニタ２０における電極幅である。
【００３９】
【数６】
【００４０】
本実施例におけるイオンビーム１４のエネルギー測定について説明する。上記の(数６)に基づいた信号処理は、電圧ＶＬ，ＶＲを入力するビーム軌道信号処理装置２１で行われる。また、高周波電圧の周波数は、周波数計測装置１９において、空胴電圧モニタ１８で検出された空胴電圧信号を用いて測定される。周波数計測装置１９としては周波数カウンタ、スペクトラムアナライザまたは周波数−電圧変換器が用いられる。
【００４１】
ビーム軌道信号処理装置２１で得られたイオンビーム軌道位置ｘの測定値Ｒmes 、及び周波数計測装置１９で得られた高周波電圧の周波数（以下、加速周波数という）の測定値Ｆmes はエネルギー判定処理装置２６に入力される。エネルギー判定装置２６におけるエネルギー判定の処理を、図３を用いて詳細に説明する。
【００４２】
加速器制御装置２２から、設定エネルギーに対応した設定情報７８を入力する（ステップ３０）。設定情報７８は、加速終了時のイオンビーム軌道位置ｘの基準値Ｒdes 及びこの基準値に対する許容範囲Ｒerr 、及び高周波電圧の周波数（加速周波数という）の基準値Ｆdes及びこの基準値に対する許容範囲Ｆerrである。加速終了後のエネルギー確認時
（図４（Ａ）参照）にタイミング制御装置２５から出力されたエネルギー確認信号７５を入力する（ステップ３１）。エネルギー確認信号７５の入力後に、ビーム軌道信号処理装置２１からイオンビーム軌道位置ｘの測定値Ｒmes を、周波数計測装置１９から加速周波数の測定値Ｆmesをそれぞれ入力する（ステップ３２，３３）。測定値Ｒmes及びＦmes は、それぞれ、エネルギー確認信号７５の出力後に測定された値である。エネルギー確認信号７５の入力後に測定値Ｒmes及びＦmesを入力することは、エネルギー確認信号７５の出力後にイオンビーム軌道位置ｘ及び加速周波数が測定されることになる。ステップ３４において、測定値Ｒmesと基準値ＲdesとのずれＲdevの絶対値を算出する。すなわち、Ｒdev＝｜Ｒmes−Ｒdes｜を計算する。ステップ３５において、測定値Ｆmesと基準値ＦdesとのずれＦdevの絶対値を算出する。すなわち、Ｆdev＝｜Ｆmes−Ｆdes｜を計算する。更に、Ｒdev＞Ｒerrを満足するかが判定される(ステップ３６)。ステップ３６の判定が「ＮＯ」であれば、Ｆdev＞Ｆerrを満足するかが判定される（ステップ３７）。ステップ３７の判定が「ＮＯ」であれば、イオンビーム１４のエネルギーは、設定エネルギーになっており、正常なエネルギーであると判定する（ステップ３８）。このため、エネルギー判定信号７７としてエネルギー正常信号を、加速器制御装置２２及びゲートスイッチ９に出力する（ステップ３９）。このエネルギー正常信号によりゲートスイッチ９は閉じられる。エネルギー正常信号の出力は、加速終了後のイオンビーム１４のエネルギーが設定エネルギーであることを意味する。ステップ３６またはステップ３７の判定が「Ｙｅｓ」である場合には、イオンビーム１４のエネルギーが設定エネルギーからずれており、異常なエネルギーであると判定する（ステップ４０）。そして、エネルギー判定信号７７としてエネルギー異常信号を、加速器制御装置２２及びゲートスイッチ９に出力する（ステップ４１）。エネルギー異常信号の出力は、加速終了後のイオンビーム１４のエネルギーが設定エネルギーからずれていることを意味する。ゲートスイッチ９は、エネルギー正常信号が出力された場合には閉じられており、エネルギー異常信号が出力された場合には開く。エネルギー異常信号の出力は、高周波印加装置６からの高周波信号の印加を阻止し、シンクロトロン３からのイオンビームの出射を停止させる。エネルギー判定処理装置２６は、ステップ３８または３９が終了した後、次の加速終了まで待機する（ステップ４２）。図４（Ｂ）は以上に述べたエネルギー判定処理を時系列的にまとめて表示している。
【００４３】
エネルギー判定信号７７を入力した加速器制御装置２２は、エネルギー正常信号またはエネルギー異常信号に対応して、照射装置１６へのイオンビーム１４の供給状態を監視する。
【００４４】
エネルギー判定処理装置２６からエネルギー正常信号が出力されてゲートスイッチ９が閉じられており、前述の出射許可信号７５の出力により出射用スイッチ８が閉じられたときに、イオンビーム１４が、前述したようにシンクロトロン３からイオンビーム１４が出射されて患者の患部に照射される。エネルギー判定処理装置２６からエネルギー異常信号が出力されてゲートスイッチ９が開いているときには、出射許可信号７５の出力により出射用スイッチ８が閉じられても、高周波印加装置６に高周波信号が印加されないため、シンクロトロン３からイオンビームが出射されない。
【００４５】
次に、エネルギー判定処理装置２６でのエネルギー判定処理に用いる設定情報７８の作成を、図５を用いて説明する。まず、エネルギー変動の許容範囲を設定する（ステップ
４５）。この許容範囲は、例えば、イオンビームスキャニング法によるイオンビームの照射では、設定エネルギー±０.１％ 以下とされている。エネルギー変動の許容範囲は、設定エネルギーにより異なるため、予め粒子線治療装置１として決定しておく。そして、シンクロトロン３でイオンビーム調整運転を実施する（ステップ４６）。この調整運転では、設定エネルギーまでイオンビーム１４が加速できるように偏向磁場強度に対する加速周波数を調整し、所定の電荷量のイオンビームがシンクロトロン３から出射可能なように、シンクロトロン３に設けられた各電磁石の励磁量及び加速周波数などを調整する。
【００４６】
上記の調整終了後、所定電荷のイオンビームの出射が可能かを判定する(ステップ４７)。「ＮＯ」であれば、再度、ステップ４６の調整運転を行い、各電磁石の励磁量及び加速周波数などを調整する。ステップ４７の判定が「ＹＥＳ」の場合には、照射装置１６へイオンビームを輸送し、照射装置１６の下流に設置した水ファントムなどの線量計で照射装置を通過したイオンビームの飛程を計測する（ステップ４８）。この飛程の計測結果に基づいて、シンクロトロン３で加速されて出射されたイオンビームのエネルギーが確定される（ステップ４９）。
【００４７】
イオンビームの加速終了時点における、加速空胴１０に印加した高周波電圧の周波数、及びイオンビーム軌道位置のそれぞれを計測する（ステップ５０）。加速周波数及びイオンビーム重心の軌道位置の基準値は、上記のそれぞれの計測で得たそれぞれの計測値とする。また、加速周波数及びイオンビーム軌道位置のそれぞれの基準値に対する許容範囲を算出する（ステップ５１）。これらの許容範囲は、それぞれの基準値、及びステップ４５で確定された、出射されたイオンビームのエネルギー，ステップ５０で特定された加速周波数及びイオンビーム軌道位置のそれぞれの基準値、及びステップ５１で算出されたそれぞれの許容範囲を用いて、一つのエネルギーに対するテーブルデータを作成する（ステップ５３）。最後に、シンクロトロン３の一連の運転制御値とイオンビームエネルギーの測定結果および、テーブルデータを関連付けて、シンクロトロン３の加速制御パターンデータを作成する（ステップ５２）。シンクロトロン３から出射されるエネルギーを種々変えて上記した処理をそれぞれ実行し、異なるエネルギーに対する加速周波数及びイオンビーム軌道位置の基準値及び許容範囲を求める。図５に示す処理で得られた加速周波数及びイオンビーム軌道位置の基準値及び許容範囲は、設定情報７８としてイオンビームのエネルギー判定処理に用いられる。
【００４８】
本実施例によれば、加速周波数及びイオンビーム軌道位置を用いて、シンクロトロン３内を周回しているイオンビーム１４のエネルギーが設定エネルギーであるかを患者にイオンビーム１４を照射する前で加速器からイオンビームの出射が可能な状態（イオンビームの加速が終了した状態）で確認することができる。このため、患者に設定エネルギーのイオンビーム１４を照射でき、患者の体内においてイオンビーム１４の到達する位置（ブラッグピークが形成される位置）が治療計画で設定したイオンビームの到達位置（設定到達位置）からずれることを防止できる。特に、上記したイオンビーム１４のエネルギーは、イオンビーム１４の加速終了後でシンクロトロン３から出射する前に確認できる。また、加速終了後におけるイオンビーム１４のエネルギーが設定エネルギーと異なっているときに、ゲートスイッチ９が開くので、設定エネルギーと異なる値のエネルギーを有するイオンビーム１４を、シンクロトロン３から出射すること、すなわち患者に照射することを防止できる。このため、粒子線治療装置１の安全性が著しく向上する。設定エネルギーと異なる値のエネルギーを有するイオンビーム１４を患者に照射した場合には、患部以外の正常な細胞の位置でブラッグピークが形成され、正常な細胞に著しいダメージを与えてしまう。本実施例では、イオンビーム１４の到達位置が異なることによる正常細胞のダメージを避けることができる。
【実施例２】
【００４９】
本発明の他の実施例である粒子線治療装置１Ａを、図６を用いて説明する。粒子線治療装置１Ａは、前述の粒子線治療装置１と、空胴電圧モニタ１８，周波数計測装置１９及びエネルギー判定処理装置２６の替りに磁場検出素子６０，偏向磁場強度計測装置６２及びエネルギー判定処理装置２６Ａを用いている点が異なっている。粒子線治療装置１Ａの他の構成は粒子線治療装置１の構成と同じである。磁場検出素子６０は偏向電磁石５に設置される。磁場検出素子６０に接続される偏向磁場強度計測装置６２はエネルギー判定処理装置６２に接続される。磁場検出素子６０としては、ホール素子のような絶対磁場を検出する素子、またはサーチコイル（特許第３２６９４３７号参照）のような相対磁場を検出する素子を用いる。
【００５０】
本実施例では、磁場検出素子６０として絶対磁場を検出するホール素子を用いる。磁場検出素子６０の検出信号が偏向磁場強度計測装置６２に入力される。偏向磁場強度計測装置６２は、その検出信号を基に偏向磁場強度を計測し、偏向磁場強度の測定値をエネルギー判定処理装置２６Ａに出力する。エネルギー判定装置２６Ａは、偏向磁場強度の測定値Ｂmes及びイオンビーム軌道位置ｘの測定値Ｒmesを用いて、図３に示すエネルギー判定処理を訂正した訂正エネルギー判定処理を実行し、加速終了時においてシンクロトロン３内を周回するイオンビーム１４のエネルギーが設定エネルギーであるかを判定する。上記した訂正エネルギー判定処理は、図３に示すエネルギー判定処理において、基準値Ｆdes を偏向磁場強度の基準値Ｂdesに、許容範囲Ｆerrを基準値Ｂdesに対する許容範囲Ｂerrに、及び測定値Ｆmesを測定値Ｂmesにそれぞれ変更したものである。加速器制御装置２２からエネルギー判定処理装置２６Ａに伝えられる設定情報７９は基準値Ｒdes及び許容範囲
Ｒerr、及び加速終了時における偏向磁場強度の基準値Ｂdes及び基準値Ｂdes に対する許容範囲Ｂerrである。
【００５１】
本実施例によれば、偏向磁場強度及びイオンビーム軌道位置を用いて、シンクロトロン３内を周回しているイオンビーム１４のエネルギーが設定エネルギーであるかを患者にイオンビーム１４を照射する前でイオンビームの出射が可能になった状態で確認することができる。このような本実施例は、実施例１で生じる効果を得ることができる。
【００５２】
ホール素子の代わりにサーチコイルの出力信号を用いて偏向磁場強度を計測する場合には、サーチコイルからの出力電圧は偏向磁場強度の時間変化率であるため、この出力電圧を積分する回路を偏向磁場強度計測装置６２に設置することで加速制御区間での偏向磁場強度の変化を計測することが可能である。
【実施例３】
【００５３】
本発明の他の実施例である粒子線治療装置１Ｂを、図７を用いて説明する。本実施例の粒子線治療装置１Ｂは、実施例１における粒子線治療装置１と、空胴電圧モニタ１８及び周波数計測装置１９を設置していなく、エネルギー判定処理装置２６をビーム軌道判定装置６３，周波数判定装置６４及び判定情報出力装置６５に替えた点で異なっている。粒子線治療装置１Ｂの他の構成は粒子線治療装置１の構成と同じである。ビーム軌道判定装置６３，周波数判定装置６４及び判定情報出力装置６５は、実質的にエネルギー判定処理装置２６を構成する。
【００５４】
高周波制御装置及びビーム軌道信号処理装置は、昨今のディジタル技術の進歩により、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等を用いたディジタル信号処理回路で構成されていることが多い。本実施例は、実施例１の高周波制御装置２４の替りにＤＳＰを用いたディジタル信号処理回路を含む高周波制御装置２４Ａを備え、更にビーム軌道信号処理装置
２１の替りにＤＳＰを用いたディジタル信号処理回路を含むビーム軌道信号処理装置（ビーム軌道位置計測装置）２１Ａを備える。周波数判定装置６４は高周波制御装置２４Ａに接続される。ビーム軌道判定装置６３はビーム軌道信号処理装置２１Ａに接続される。高周波制御装置２４Ａを採用しているため、加速空胴に印加する高周波電圧の発振器もディジタル発振器１１Ａを採用し、高純度で再現性の高い高周波信号を得ている。また、ディジタル発振器１１Ａから出力する高周波信号の周波数は、周波数高周波制御装置２４Ａからディジタル値で設定され、発振器から忠実に出力される。そのため、加速空胴に用意した空胴電圧モニタからの出力信号をスペクトラムアナライザなどの周波数計測装置を利用しなくても、ディジタル発振器１１Ａに設定した高周波電圧の周波数を確認することで、周波数を外部で計測した場合と同様の結果を得ることが可能である。
【００５５】
周波数判定装置６４は図３に示すエネルギー判定処理のうちステップ３０，３１，３３，３５，３７の処理を実行する。周波数判定装置６４は、ステップ３０で、加速器制御装置２２から、設定エネルギーに対応した設定情報７８Ａである基準値Ｆdes 及び許容範囲Ｆerr を入力する。その後、ステップ３１，３３，３５，３７の処理を行う。ただし、ステップ３３では、高周波制御装置２４Ａから、ディジタル発振器１１Ａに設定した周波数を測定値Ｆmes として入力する。ビーム軌道判定装置６３は図３に示すエネルギー判定処理のうちステップ３０〜３２，３４，３６の処理を実行する。ビーム軌道判定装置６３は、ステップ３０で、加速器制御装置２２から、設定エネルギーに対応した設定情報７８Ｂである基準値Ｒdes及び許容範囲Ｒerrを入力する。その後、ステップ３１，３２，３４，３６の処理を行う。
【００５６】
判定情報出力装置６５は、ビーム軌道判定装置６３からステップ３６の判定情報８５を、周波数判定装置６４からステップ３７の判定情報８４を入力する。判定情報出力装置
６５は、判定情報８４，８５が共に「ＮＯ」の場合には図３に示すステップ３８，３９の処理を実行し、エネルギー判定信号７７であるエネルギー正常信号を加速器制御装置２２及びゲートスイッチ９に出力する。判定情報出力装置６５は、判定情報８４または判定情報８５が「ＹＥＳ」の場合には図３に示すステップ４０，４１の処理を実行し、エネルギー判定信号７７であるエネルギー異常信号を加速器制御装置２２及びゲートスイッチ９に出力する。
【００５７】
実施例３も実施例１で生じる効果を得ることができる。
【実施例４】
【００５８】
本発明の他の実施例である粒子線治療装置１Ｃを、図８を用いて説明する。本実施例の粒子線治療装置１Ｃは、実施例２における粒子線治療装置１Ａと、エネルギー判定処理装置２６Ａをビーム軌道判定装置６３，偏向磁場強度判定装置６６及び判定情報出力装置
６５に替えた点で異なっている。粒子線治療装置１Ｃの他の構成は粒子線治療装置１Ａの構成と同じである。ビーム軌道判定装置６３，偏向磁場強度判定装置６６及び判定情報出力装置６５は、実質的にエネルギー判定処理装置２６Ａを構成する。偏向磁場強度判定装置６６は偏向磁場強度計測装置６２に接続される。
【００５９】
偏向磁場強度判定装置６６は実施例２で述べた訂正エネルギー判定処理のうちステップ３０，３１，３３，３５，３７の処理を実行する。偏向磁場強度判定装置６６は、ステップ３０で、加速器制御装置２２から、設定エネルギーに対応した設定情報７９Ａである基準値Ｂdes及び許容範囲Ｂerrを入力する。その後、ステップ３１，３３，３５，３７の処理を行う。ビーム軌道判定装置６３は実施例２で述べた訂正エネルギー判定処理のうちステップ３０〜３２，３４，３６の処理を実行する。ビーム軌道判定装置６３は、ステップ３０で、加速器制御装置２２から、設定情報７８Ｂである基準値Ｒdes及び許容範囲Ｒerrを入力する。その後、ステップ３１，３２，３４，３６の処理を行う。
【００６０】
判定情報出力装置６５は、ビーム軌道判定装置６３からステップ３６の判定情報８５を、偏向磁場強度判定装置６６からステップ３７の判定情報８６を入力する。判定情報出力装置６５は、判定情報８５，８６が共に「ＮＯ」の場合にはステップ３８，３９の処理を実行し、エネルギー判定信号７７であるエネルギー正常信号を加速器制御装置２２及びゲートスイッチ９に出力する。判定情報出力装置６５は、判定情報８５または判定情報８６が「ＹＥＳ」の場合にはステップ４０，４１の処理を実行し、エネルギー判定信号７７であるエネルギー異常信号を加速器制御装置２２及びゲートスイッチ９に出力する。
【００６１】
実施例４も実施例２で生じる効果を得ることができる。
【実施例５】
【００６２】
本発明の他の実施例である粒子線治療装置１Ｄを、図９を用いて説明する。本実施例の粒子線治療装置１Ｄは、実施例１における粒子線治療装置１に、ビーム強度判定装置６７及び第２安全装置であるゲートスイッチ（第３開閉装置）６８を付加した構成を有する。更に、粒子線治療装置１Ｄはビーム信号処理装置５４を備える。粒子線治療装置１Ｄの他の構成は粒子線治療装置１の構成と同じである。ゲートスイッチ６８は、高周波印加装置６とゲートスイッチ９との間に配置され、それらに接続されている。ビーム信号処理装置５４はビーム位置モニタ２０の二組の電極(電極６８Ａ,６８Ｂ、及び電極６９Ａ,６９Ｂ)に接続される。ビーム強度判定装置６７は、ビーム信号処理装置５４の包絡線検波装置
５５（後述），加速器制御装置２２，タイミング制御装置２５及びゲートスイッチ６８に接続される。ビーム強度判定装置６７はエネルギー判定装置２６とは別に設けられている。
【００６３】
シンクロトロン３内を周回するイオンビームの強度は、ビーム位置モニタ２０の二組の電極（電極６８Ａ，６８Ｂ、及び電極６９Ａ，６９Ｂ）のそれぞれから出力される信号を包絡線検波することにより、平均電荷量として計測することが可能である。ビーム信号処理装置５４は、実施例１に用いられるビーム軌道信号処理装置２１（図９には図示せず）、及び上記包絡線検波を行う包絡線検波装置５５（図１０参照）を有する。ビーム軌道信号処理装置２１及び包絡線検波装置５５は、ビーム位置モニタ２０の上記した二組の電極に接続される。図１１に示す電圧波形がビーム位置モニタ２０から出力される。この電圧波形は上記の二組の電極の出力和から得られ、ビーム軌道信号処理装置２１及び包絡線検波装置５５の両方に入力される。その電圧波形はシンクロトロン３内を周回するイオンビーム１４のバンチ形状を示している。上記した平均電荷量、すなわちイオンビーム強度は、バンチ波形の負側に直流成分として検出されるため、ビーム位置モニタ２０の両電極から出力される信号（ＶＲ，ＶＬ）を加算し、かつ加算結果の負側を包絡線検波する包絡線検波装置５５によって得られる。包絡線検波装置５５によって計測されたイオンビーム強度の測定値Ｉmesはビーム強度判定装置６７に入力される。
【００６４】
エネルギー判定装置２６は、実施例１と同様に、ビーム軌道信号処理装置２１から測定値Ｒmesを、周波数計測装置１９から測定値Ｆmesをそれぞれ入力し、図３に示す処理を事項してエネルギー正常信号またはエネルギー異常信号を、加速器制御装置２２及びゲートスイッチ９に出力する。
【００６５】
ビーム強度判定装置６７で実行されるイオンビーム強度の判定処理を以下に説明する。まず、設定情報８０である治療計画で決定された設定イオンビーム強度に対応したイオン強度の基準値Ｖdes及びこの基準値に対する許容範囲Ｖerrを加速器制御装置２２から入力する。エネルギー確認信号７５の入力後に、エネルギー確認信号の出力後に測定された測定値Ｉmesを入力する。測定値Ｉmesと基準値ＩdesとのずれＩdevの絶対値を算出する。すなわち、Ｉdev＝｜Ｉmes−Ｉdes｜を計算する。更に、Ｉdev＞Ｉerr を満足するかが判定される。この判定が「ＮＯ」であれば、イオンビーム１４の強度が、設定イオンビーム強度になっており、正常であると判定する。このため、イオンビーム強度判定信号８９として強度正常信号を、加速器制御装置２２及びゲートスイッチ６８に出力する。強度正常信号によりゲートスイッチ６８は閉じられる。強度正常信号の出力は、加速終了後のイオンビーム１４の強度が設定イオンビーム強度に一致していることを意味する。上記の判定が「Ｙｅｓ」である場合には、イオンビーム１４の強度が設定イオンビーム強度からずれた異常状態であり、強度判定信号８９として強度異常信号を、加速器制御装置２２及びゲートスイッチ６８に出力する。ゲートスイッチ６８は、強度正常信号が出力された場合には閉じられており、強度異常信号が出力された場合には開く。強度異常信号の出力は、高周波印加装置６からの高周波信号の印加を阻止し、シンクロトロン３からのイオンビームの出射を停止させる。
【００６６】
本実施例は、実施例１で生じる効果を得ることができる。更に、以下の効果を得ることができる。すなわち、シンクロトロン３に設けたビーム位置モニタ２０の出力に基づいて、加速終了後においてシンクロトロン３内を周回するイオンビーム１４の強度を出射前に計測することができるため、患者に照射されるイオンビーム１４の強度を事前に確認することができる。このため、患者の患部（目標領域）に設定イオンビーム強度を有するイオンビーム１４を照射できる。特に、目標領域が深さ方向に複数の層に分割され層毎にイオンビーム１４を照射する場合には、深い位置に位置するある層にイオンビーム１４を照射する際に、それよりも浅い位置に位置する他の層にもイオンビームが照射されるため、浅い位置にある他の層において深い位置の層と重なる領域に照射するイオンビームの強度は低くする必要がある。このような場合でも、本実施例は、他の層に照射するイオンビームの強度がその層に対する設定イオンビーム強度を、患者にイオンビームを照射する前でイオンビームの出射が可能になった状態で確認することができるので、その領域に設定イオンビーム強度のイオンビームを照射することができる。もし、イオンビーム強度が設定イオンビーム強度からずれている場合には、加速器からのイオンビームの出射を阻止することができ、患者へのそのイオンビームの照射を防止することができる。
【００６７】
本実施例は、イオンビームのエネルギー及び強度が設定エネルギー及び設定イオンビーム強度になっているかを、イオンビームの加速終了後で患者に照射する前に確認できる。イオンビームのエネルギー及び強度の少なくとも一方が異常状態にあるときには、そのイオンビームの患者への照射を避けることができる。
【００６８】
本実施例に用いられたビーム強度判定装置６７、ゲートスイッチ６８及びビーム信号処理装置５４は、前述の実施例２〜４に適用することができる。ただし、実施例３においては、ビーム信号処理装置５４はビーム軌道信号処理装置２１ではなくビーム軌道信号処理装置２１Ａを含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の粒子線治療装置の構成図である。
【図２】図１のビーム位置モニタの構成図である。
【図３】図２のエネルギー判定処理装置で実行される処理フローを示す説明図である。
【図４】シンクロトロンの運転を示し、（Ａ）はその運転の内容を示す説明図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるエネルギー確認時における詳細内容を示す説明図である。
【図５】設定情報の作成フローを示す説明図である。
【図６】本発明の他の実施例である実施例２の粒子線治療装置の構成図である。
【図７】本発明の他の実施例である実施例３の粒子線治療装置の構成図である。
【図８】本発明の他の実施例である実施例４の粒子線治療装置の構成図である。
【図９】本発明の他の実施例である実施例５の粒子線治療装置の構成図である。
【図１０】図９におけるビーム位置モニタから出力される信号の波形を示す説明図である。
【図１１】図９のビーム軌道信号処理装置に備えられた包絡線検波回路の構成図である。
【符号の説明】
【００７０】
１，１Ａ，１Ｂ…粒子線治療装置、３…シンクロトロン、５…偏向電磁石、６…高周波印加装置、７，１１，１１Ａ…高周波発振器、８…出射用スイッチ、９，６８…ゲートスイッチ、１０…加速空胴、１５…ビーム輸送装置、１６…照射野形成装置、１８…空胴電圧モニタ、１９…周波数計測装置、２０…ビーム位置モニタ、２１，２１Ａ…ビーム軌道信号処理装置（ビーム軌道位置計測装置）、２２…加速器制御装置、２４，２４Ａ…高周
波制御装置、２５…タイミング制御装置、２６，２６Ａ…エネルギー判定装置、５４…ビーム信号処理装置、５５…包絡線検波装置、６０…磁場検出素子、６２…偏向磁場強度計測装置、６３…ビーム軌道判定装置、６４…周波数判定装置、６５…判定情報出力装置、６６…偏向磁場強度判定装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを加速する円形加速器と、前記円形加速器から出射された前記荷電粒子ビームを照射対象に照射する荷電粒子ビーム照射装置と、前記円形加速器による前記荷電粒子ビームの加速終了後において前記円形加速器内を周回する前記荷電粒子ビームのエネルギーを判定するエネルギー判定装置とを備えたことを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項２】
前記円形加速器は前記荷電粒子ビームを加速するために高周波を印加する加速空胴を備え、
前記エネルギー判定装置は、前記加速終了後における前記高周波の周波数が第１許容範囲内に存在し、かつ前記加速終了後における、周回する前記荷電粒子ビームの軌道位置が第２許容範囲内に存在するとき、前記加速終了後に周回する前記荷電粒子ビームのエネルギーが正常であると判定する請求項１記載の粒子線治療装置。
【請求項３】
前記円形加速器は前記荷電粒子ビームを加速するために高周波を印加する加速空胴を備え、
前記エネルギー判定装置は、前記加速終了後における前記高周波の周波数が第１許容範囲外に存在し、または、前記加速終了後における、周回する前記荷電粒子ビームの軌道位置が第２許容範囲外に存在するとき、前記加速終了後に周回する前記荷電粒子ビームのエネルギーが異常であると判定する請求項１記載の粒子線治療装置。
【請求項４】
前記高周波の周波数を計測する周波数計測装置、及び前記荷電粒子ビームの軌道位置を計測するビーム軌道位置計測装置を有する請求項２または請求項３記載の粒子線治療装置。
【請求項５】
前記円形加速器は偏向電磁石を備え、
前記エネルギー判定装置は、前記偏向電磁石の偏向磁場強度が第１許容範囲内に存在し、かつ周回する前記荷電粒子ビームの軌道位置が第２許容範囲内に存在するとき、前記加速終了後に周回する前記荷電粒子ビームのエネルギーが正常であると判定する請求項１記載の粒子線治療装置。
【請求項６】
前記円形加速器は偏向電磁石を備え、
前記エネルギー判定装置は、前記偏向電磁石の偏向磁場強度が第１許容範囲外に存在し、または、周回する前記荷電粒子ビームの軌道位置が第２許容範囲外に存在するとき、前記加速終了後に周回する前記荷電粒子ビームのエネルギーが異常であると判定する請求項１記載の粒子線治療装置。
【請求項７】
前記偏向磁場強度を計測する偏向磁場強度計測装置、及び前記荷電粒子ビームの軌道位置を計測するビーム軌道位置計測装置を有する請求項５または請求項６記載の粒子線治療装置。
【請求項８】
前記円形加速器による前記荷電粒子ビームの加速終了後において前記円形加速器内を周回する前記荷電粒子ビームのビーム強度を判定するビーム強度判定装置を更に備えた請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。
【請求項９】
前記ビーム強度判定装置は前記ビーム強度が第３許容範囲内に存在するとき、前記加速終了後に周回する前記荷電粒子ビームのビーム強度が正常であると判定する請求項８記載の粒子線治療装置。
【請求項１０】
前記ビーム強度判定装置は前記ビーム強度が第３許容範囲内に存在するとき、前記加速終了後に周回する前記荷電粒子ビームのビーム強度が異常であると判定する請求項８記載の粒子線治療装置。
【請求項１１】
前記エネルギー判定装置が前記周回する荷電粒子ビームのエネルギーが正常であると判定したとき前記円形加速器からの前記荷電粒子ビームの出射を許可し、そのエネルギーが異常であると判定したとき前記円形加速器からの前記荷電粒子ビームの出射を阻止する第１安全装置を設けた請求項１記載の粒子線治療装置。
【請求項１２】
前記ビーム強度判定装置が前記周回する荷電粒子ビームのビーム強度が正常であると判定したとき前記円形加速器からの前記荷電粒子ビームの出射を許可し、そのビーム強度が異常であると判定したとき前記円形加速器からの前記荷電粒子ビームの出射を阻止する第２安全装置を設けた請求項８記載の粒子線治療装置。
【請求項１３】
前記エネルギー判定装置が前記周回する荷電粒子ビームのエネルギーが正常であると判定したとき前記円形加速器からの前記荷電粒子ビームの出射を許可する第１安全装置を設けた請求項２または請求項５記載の粒子線治療装置。
【請求項１４】
前記エネルギー判定装置が前記周回する荷電粒子ビームのエネルギーが異常であると判定したとき前記円形加速器からの前記荷電粒子ビームの出射を阻止する第１安全装置を設けた請求項３または請求項６記載の粒子線治療装置。
【請求項１５】
前記エネルギー判定装置が前記周回する荷電粒子ビームのビーム強度が正常であると判定したとき前記円形加速器からの前記荷電粒子ビームの出射を許可する第２安全装置を設けた請求項９記載の粒子線治療装置。
【請求項１６】
前記エネルギー判定装置が前記周回する荷電粒子ビームのビーム強度が正常であると判定したとき前記円形加速器からの前記荷電粒子ビームの出射を阻止する第２安全装置を設けた請求項１０記載の粒子線治療装置。
【請求項１】
荷電粒子ビームを加速する円形加速器と、前記円形加速器から出射された前記荷電粒子ビームを照射対象に照射する荷電粒子ビーム照射装置と、前記円形加速器による前記荷電粒子ビームの加速終了後において前記円形加速器内を周回する前記荷電粒子ビームのエネルギーを判定するエネルギー判定装置とを備えたことを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項２】
前記円形加速器は前記荷電粒子ビームを加速するために高周波を印加する加速空胴を備え、
前記エネルギー判定装置は、前記加速終了後における前記高周波の周波数が第１許容範囲内に存在し、かつ前記加速終了後における、周回する前記荷電粒子ビームの軌道位置が第２許容範囲内に存在するとき、前記加速終了後に周回する前記荷電粒子ビームのエネルギーが正常であると判定する請求項１記載の粒子線治療装置。
【請求項３】
前記円形加速器は前記荷電粒子ビームを加速するために高周波を印加する加速空胴を備え、
前記エネルギー判定装置は、前記加速終了後における前記高周波の周波数が第１許容範囲外に存在し、または、前記加速終了後における、周回する前記荷電粒子ビームの軌道位置が第２許容範囲外に存在するとき、前記加速終了後に周回する前記荷電粒子ビームのエネルギーが異常であると判定する請求項１記載の粒子線治療装置。
【請求項４】
前記高周波の周波数を計測する周波数計測装置、及び前記荷電粒子ビームの軌道位置を計測するビーム軌道位置計測装置を有する請求項２または請求項３記載の粒子線治療装置。
【請求項５】
前記円形加速器は偏向電磁石を備え、
前記エネルギー判定装置は、前記偏向電磁石の偏向磁場強度が第１許容範囲内に存在し、かつ周回する前記荷電粒子ビームの軌道位置が第２許容範囲内に存在するとき、前記加速終了後に周回する前記荷電粒子ビームのエネルギーが正常であると判定する請求項１記載の粒子線治療装置。
【請求項６】
前記円形加速器は偏向電磁石を備え、
前記エネルギー判定装置は、前記偏向電磁石の偏向磁場強度が第１許容範囲外に存在し、または、周回する前記荷電粒子ビームの軌道位置が第２許容範囲外に存在するとき、前記加速終了後に周回する前記荷電粒子ビームのエネルギーが異常であると判定する請求項１記載の粒子線治療装置。
【請求項７】
前記偏向磁場強度を計測する偏向磁場強度計測装置、及び前記荷電粒子ビームの軌道位置を計測するビーム軌道位置計測装置を有する請求項５または請求項６記載の粒子線治療装置。
【請求項８】
前記円形加速器による前記荷電粒子ビームの加速終了後において前記円形加速器内を周回する前記荷電粒子ビームのビーム強度を判定するビーム強度判定装置を更に備えた請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。
【請求項９】
前記ビーム強度判定装置は前記ビーム強度が第３許容範囲内に存在するとき、前記加速終了後に周回する前記荷電粒子ビームのビーム強度が正常であると判定する請求項８記載の粒子線治療装置。
【請求項１０】
前記ビーム強度判定装置は前記ビーム強度が第３許容範囲内に存在するとき、前記加速終了後に周回する前記荷電粒子ビームのビーム強度が異常であると判定する請求項８記載の粒子線治療装置。
【請求項１１】
前記エネルギー判定装置が前記周回する荷電粒子ビームのエネルギーが正常であると判定したとき前記円形加速器からの前記荷電粒子ビームの出射を許可し、そのエネルギーが異常であると判定したとき前記円形加速器からの前記荷電粒子ビームの出射を阻止する第１安全装置を設けた請求項１記載の粒子線治療装置。
【請求項１２】
前記ビーム強度判定装置が前記周回する荷電粒子ビームのビーム強度が正常であると判定したとき前記円形加速器からの前記荷電粒子ビームの出射を許可し、そのビーム強度が異常であると判定したとき前記円形加速器からの前記荷電粒子ビームの出射を阻止する第２安全装置を設けた請求項８記載の粒子線治療装置。
【請求項１３】
前記エネルギー判定装置が前記周回する荷電粒子ビームのエネルギーが正常であると判定したとき前記円形加速器からの前記荷電粒子ビームの出射を許可する第１安全装置を設けた請求項２または請求項５記載の粒子線治療装置。
【請求項１４】
前記エネルギー判定装置が前記周回する荷電粒子ビームのエネルギーが異常であると判定したとき前記円形加速器からの前記荷電粒子ビームの出射を阻止する第１安全装置を設けた請求項３または請求項６記載の粒子線治療装置。
【請求項１５】
前記エネルギー判定装置が前記周回する荷電粒子ビームのビーム強度が正常であると判定したとき前記円形加速器からの前記荷電粒子ビームの出射を許可する第２安全装置を設けた請求項９記載の粒子線治療装置。
【請求項１６】
前記エネルギー判定装置が前記周回する荷電粒子ビームのビーム強度が正常であると判定したとき前記円形加速器からの前記荷電粒子ビームの出射を阻止する第２安全装置を設けた請求項１０記載の粒子線治療装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−２１０３５４（Ｐ２００６−２１０３５４Ａ）
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５９６５３（Ｐ２００６−５９６５３）
【出願日】平成１８年３月６日（２００６．３．６）
【分割の表示】特願２００３−３７７６７２（Ｐ２００３−３７７６７２）の分割
【原出願日】平成１５年１１月７日（２００３．１１．７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月６日（２００６．３．６）
【分割の表示】特願２００３−３７７６７２（Ｐ２００３−３７７６７２）の分割
【原出願日】平成１５年１１月７日（２００３．１１．７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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