粒子線治療装置
【課題】所望の粒子線の照射の軌跡を少ない回数重ね合わせることにより線量分布の一様性が確保できる粒子線治療装置を提供する。
【解決手段】粒子線治療装置は、患部に照射するために輸送されてきた粒子線を上記粒子線の進行方向に対して垂直な直交する２方向に上記粒子線の流れを偏向して、周期毎に該周期の始まりに位置する照射位置に戻るように上記粒子線の照射位置を走査し、１つの上記周期の間に画かれる軌跡を複数重ね合わせて所望の計画線量を上記患部に照射する粒子線治療装置において、上記周期の終了の時だけ上記粒子線を遮断することが可能である。
【解決手段】粒子線治療装置は、患部に照射するために輸送されてきた粒子線を上記粒子線の進行方向に対して垂直な直交する２方向に上記粒子線の流れを偏向して、周期毎に該周期の始まりに位置する照射位置に戻るように上記粒子線の照射位置を走査し、１つの上記周期の間に画かれる軌跡を複数重ね合わせて所望の計画線量を上記患部に照射する粒子線治療装置において、上記周期の終了の時だけ上記粒子線を遮断することが可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、粒子線を患部に上塗りするように繰り返し照射して計画線量を照射する粒子線治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の粒子線治療装置における粒子線の照射野の形成方法として、所望の位置に対して所望の計画線量になる度に粒子線の照射位置を移動して患部全体に亘る照射を行うシングルペインティング法（例えば、特許文献１参照）と、ターゲット領域に対して所定の軌跡をなぞるように所望の計画線量の数分の１の線量の粒子線の照射位置を走査して、軌跡が幾重にも重なることにより所望の計画線量が照射されるリペインティング法とがある（例えば、非特許文献１参照）。
そして、リペインティング法において採用される軌跡として、ワブラ法におけるように大きさが一定の回転ベクトルの先端が描く円の軌跡と、螺旋ワブラ法におけるように大きさが時間の平方根の関数に従って変調される回転ベクトルの先端が描く螺旋状の軌跡とがある。
この螺旋ワブラ法では、ワブラ法に比べて線量分布の一様性を高めるために、螺旋状の軌跡を描くようにしている。この場合、粒子線の進行方向に対して垂直な直交する２軸方向（以下の説明においてはＸ軸方向とＹ軸方向と称す。）に粒子線に磁場を加えて粒子線の照射位置を走査するために、式（１）〜式（４）から求められる励磁電流ＩＸ、ＩＹを直交方向に励磁される２つの電磁石に流している。Ｘ軸励磁電流ＩＸの大きさは、螺旋周期ＴＳで０から最大値を経由して０に戻る値とワブラ角速度ωの正弦関数で変化する値との積に従って変化する。また、Ｙ軸励磁電流ＩＹの大きさは、螺旋周期ＴＳで０から最大値を経由して０に戻る値とワブラ角速度ωの余弦関数で変化する値との積に従って変化する。
【０００３】
【数１】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１９１７０９号公報
【非特許文献１】Ｍａｓａｔａｋａ Ｋｏｍｏｒｉ， ｅｔ ａｌ， ”Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｐｉｒａｌ−Ｗｏｂｂｌｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｈｅａｖｙ−Ｉｏｎ Ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ”，”Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ”，２００４，Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．９Ａ，ｐｐ．６４６３−６４６７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、螺旋ワブラ法では、１つの螺旋周期ＴＳの間で描かれる螺旋軌跡を螺旋周期回数だけ重ね合わせて計画線量を照射しているが、重ね合わされる螺旋軌跡の位置はその螺旋周期開始時点の位相により決められる。そこで、線量分布の一様性を確保するためには、重ね合わされる螺旋軌跡の螺旋周期開始時点の位相が、均等にばらつくようにしなければならない。しかし、この螺旋周期開始時点の位相（以下、螺旋位相と称す。）Φは、式（５）から求められるので、螺旋周期ＴＳ、ワブラ角速度ω、初期位相φ０および螺旋周期回数ｎにより一義的に決まっている。
【０００６】
【数２】
【０００７】
このように、各螺旋位相Φは、治療開始時点の位相φ０、螺旋周期ＴＳ、ワブラ角速度ωにより予め決まってしまっているので、所望の一様性を確保するために、重ね合わせる螺旋軌跡を非常に多くして、螺旋位相が統計的にはランダムに見なせるようにしている。例えば、非特許文献１では、線量分布の一様性を確保するために１秒以上かけている。このように、従来の螺旋ワブラ法では、螺旋軌跡を数多く重なるように照射を行わなければならないという問題がある。
【０００８】
また、各螺旋位相Φが、一義的に螺旋周期ＴＳとワブラ角速度ωとにより決められてしまうので、螺旋周期ＴＳを変えたときに線量分布の一様性を確保できるワブラ角速度ωは限られており、螺旋周期ＴＳとワブラ角速度ωの選定に制約が生じるという問題がある。
【０００９】
また、１回の連続照射を１秒以上持続しなければならないので、粒子線は一般的にシンクロトロン方式の加速器から発生されており、加速器は加速、減速を周期的に繰り返えして、例えば２秒周期で周期運転されており、加速と減速との間で粒子線が粒子線照射部に供給される。そして、照射全体の時間を短くするために、なるべく粒子線を供給する時間を短くして、加速器を効率的に運転する。しかし、粒子線を供給する時間が数百ミリ秒のとき、１つの螺旋周期の途中で粒子線の供給が中断されることが起こるので、加速器の運転周期毎の線量分布の一様性が確保される保証がないという問題がある。
そのため、粒子線を供給する時間を長くすることにより螺旋周期の途中での粒子線の供給の中断を防ごうとしようとすると、粒子線の供給時間を短くすることができないなど加速器の運転周期に制約が生じるという問題がある。
【００１０】
また、患者の呼吸に伴って移動する臓器や変形する臓器を照射するときの呼吸に合わせて粒子線の照射を入切する呼吸同期運転では、螺旋周期ＴＳの途中で粒子線の供給が中断されるので、線量分布の一様性が確保される保証がないという問題がある。
【００１１】
また、照射領域を深さ方向に分割して照射する積層原体照射法に螺旋ワブラ法を適用したとき、分割された各層の計画線量は少ないために螺旋周期回数が少なくなり、線量分布の一様性を確保するために必要な螺旋回数に達しないという問題がある。
【００１２】
また、螺旋周期回数を所定回数以上必要とするので、線量率を上げると螺旋周期回数が所定の回数を下回ってしまって線量分布の一様性が確保できずに照射時間を長くしなければならないという問題がある。
【００１３】
この発明の目的は、所望の粒子線の照射の軌跡を少ない回数重ね合わせることにより線量分布の一様性が確保できる粒子線治療装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明に係わる粒子線治療装置は、患部に照射するために輸送されてきた粒子線を上記粒子線の進行方向に対して垂直な直交する２方向に上記粒子線の流れを偏向して、周期毎に該周期の始まりに位置する照射位置に戻るように上記粒子線の照射位置を走査し、１つの上記周期の間に画かれる軌跡を複数重ね合わせて所望の計画線量を上記患部に照射する粒子線治療装置において、上記周期の終了の時だけ上記粒子線を遮断することが可能である。
【発明の効果】
【００１５】
この発明に係わる粒子線治療装置の効果は、螺旋周期単位で照射が繰り返されるので、照射が螺旋周期の途中で中断されることがなくなり、線量率を上げても、線量分布の一様性の確保が確実に行われるし、照射時間の短縮もできる。
また、加速器の運転周期に対する制約を緩和することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わる粒子線治療装置のブロック図である。図２は、実施の形態１に係わるデータ記憶部のデータテーブルのデータ構造を示す図である。図３は、実施の形態１に係わるビーム検出装置のブロック図である。
この発明の実施の形態１に係わる粒子線治療装置１は、図１に示すように、粒子線を発生する粒子線発生部２、粒子線発生部２で発生された粒子線を粒子線照射部３に輸送する粒子線輸送部４、患者のターゲット領域（患部）５に粒子線を照射する粒子線照射部３を具備している。
粒子線発生部２は、シンクロトロン方式の加速器からなる粒子線発生装置６、発生した粒子線の粒子線輸送部４への入切を制御するビーム入切装置７が備えられている。
また、粒子線輸送部４は、粒子線の粒子線照射部３への入切を制御するビーム入切装置８が備えられている。
このビーム入切装置７、８は、粒子線照射部３から送られてくるビーム入切信号のレベルが「ＨＩＧＨ」のとき粒子線を流し、レベルが「ＬＯＷ」のとき粒子線を遮断する。
【００１７】
粒子線照射部３は、粒子線を走査することにより照射野を形成する照射野形成装置１０、照射する線量を検出するビーム検出装置１１、患者が横たわる患者治療台１２および患者の患者治療台１２における患者の位置を確認する患者位置確認装置１３が備えられている。
【００１８】
照射野形成装置１０は、粒子線を粒子線の進行方向に対して垂直な直交する２方向のうちの１方向（以下、Ｘ軸方向と称す。）に偏向するＸ軸電磁石２１、粒子線の進行方向に対して垂直なＸ軸方向に直交する方向（以下、Ｙ軸方向と称す。）に偏向するＹ軸電磁石２２、Ｘ軸電磁石２１にＸ軸励磁電流を流して励磁するＸ軸電磁石電源２３、Ｙ軸電磁石２２にＹ軸励磁電流を流して励磁するＹ軸電磁石電源２４、Ｘ軸励磁電流指令値とＹ軸励磁電流指令値とをそれぞれＸ軸電磁石電源２３とＹ軸電磁石電源２４とに送る指令値送信部２５、連続しているアドレス毎に１対のＸ軸励磁電流指定値およびＹ軸励磁電流指定値や螺旋周期の終了を示すデータが記憶されているデータ記憶部２６、データ記憶部２６からＸ軸励磁電流指令値とＹ軸励磁電流指令値とを読み出すタイミングを発生するタイミング制御装置２７、照射線量を監視し、ビームの要求を判定し、ビーム入切装置７、８を制御する入切制御部２８および細い径のビームを所定の径に散乱する散乱体３０が備えられている。
【００１９】
Ｘ軸電磁石２１では、図示しない励磁コイルにＸ軸励磁電流を大きさと向きとを変化しながら流すことにより、粒子線の流れをＸ軸方向に偏向する。同様に、Ｙ軸電磁石２２では、図示しない励磁コイルにＹ軸励磁電流を大きさと向きとを変化しながら流すことにより、粒子線の流れをＹ軸方向に偏向する。
Ｘ軸電磁石電源２３は、入力されるＸ軸励磁電流指令値に基づいてＸ軸電磁石２１にＸ軸励磁電流を流す。また、Ｙ軸電磁石電源２４は、入力されるＹ軸励磁電流指令値に基づいてＹ軸電磁石２２にＹ軸励磁電流を流す。
【００２０】
データ記憶部２６には、図２に示すようなデータ構造を有するデータテーブルが設けられている。そして、データテーブルには、連番のアドレスに対してそれぞれ３つのデータ領域と１つのポインタ領域が設定されており、２つのデータ領域には、Ｘ軸励磁電流指定値とＹ軸励磁電流指定値とが格納されている。また、残りの１つのデータ領域は、螺旋周期終了ビットと称し、そこには螺旋周期の終了を表すデータが格納されており、螺旋周期の終了のアドレスのとき「１」が格納されていて、それ以外は「０」が格納されている。
また、クロック信号に基づいてインクリメントされたアドレスに対応するポインタ領域に「１」が格納され、それ以外のアドレスに対応するポインタ領域に「０」が格納されている。ポインタ領域に「１」が格納されたアドレスのデータ領域のデータが指令値送信部２５に送られる。
【００２１】
Ｘ軸励磁電流指定値とＹ軸励磁電流指定値は、螺旋周期ＴＳをｍ等分する所定のクロック周期Ｗ毎に式（６）〜（９）に基づいて求められ、データ記憶部２６に格納される。例えば、螺旋周期ＴＳが４０ミリ秒で２００等分すると、クロック周期Ｗが０．２ミリ秒でなり、１つの螺旋周期ＴＳで２００個のアドレスが占有され、そのアドレスが０番から１９９番までとすると、１９９番のアドレスの螺旋周期終了ビットに「１」が格納されている。そして、所定の螺旋周期回数２００回分のデータがデータ記憶部２６に格納されている。
【００２２】
【数３】
【００２３】
データ記憶部２６では、クロック信号が入力される度に、アドレスがインクリメントされて、そのアドレスに格納されているＸ軸励磁電流指定値、Ｙ軸励磁電流指定値および螺旋周期終了ビットのデータが読み出されて、指令値送信部２５に送られる。
【００２４】
指令値送信部２５は、データ記憶部２６から送られてきたＸ軸励磁電流指定値とＹ軸励磁電流指定値に基づいてＸ軸励磁電流指令値をＸ軸電磁石電源２３に、Ｙ軸励磁電流指令値をＹ軸電磁石電源２４に送信する。さらに、指令値送信部２５は、データ記憶部２６から送られてきた螺旋周期終了ビットのデータに基づき、螺旋周期終了ビットのデータが「１」のとき螺旋周期終了信号として、「ＬＯＷ」、「ＨＩＧＨ」、「ＬＯＷ」レベルに変化するパルスを入切制御部２８に送信する。
【００２５】
タイミング制御装置２７は、螺旋周期ＴＳとその等分数ｍとから求められるクロック周期Ｗのクロック信号と、データ記憶部２６のアドレスを最初のアドレスに戻すリセット信号と、をデータ記憶部２６に入力する。
【００２６】
入切制御部２８は、粒子線照射による治療に先立って設定された計画線量が記憶されている判定用記憶装置３１、ビーム検出装置１１からの照射線量と計画線量とを比較してビーム要求の有無を判定し、ビーム要求信号のレベルを変化する判定装置３２およびビーム要求信号のレベルを螺旋周期の区切りごとにビーム入切信号としてビーム入切装置７、８に送信するレジスタ３３が備えられている。ビーム要求信号は、ビーム要求があるとき「ＨＩＧＨ」レベル、ビーム要求がないとき「ＬＯＷ」レベルとなっている。
【００２７】
ビーム検出装置１１は、図３に示すように、照射される粒子線の電荷の流れ、すなわちビーム電流を計測する線量モニタ３５、ビーム電流の大きさに比例する周波数のパルス列に変換する電流周波数変換器３６、パルス列に含まれるパルスの数をカウントして所定の時限で積算してカウント値を求めるカウンタ３７が備えられている。このカウント値が照射線量である。
【００２８】
次に、実施の形態１に係わる粒子線治療装置１の動作について説明する。
治療の開始の時点では、照射線量は零であり、計画線量より少ないので、ビーム要求信号のレベルは「ＨＩＧＨ」となっている。そして、図示しない照射開始のためのスイッチが入力されると、クロック信号がデータ記憶部２６に送信され、そのクロック信号の入力の度にアドレスがインクリメントされて、そのアドレスのＸ軸励磁電流指定値、Ｙ軸励磁電流指定値および螺旋周期終了ビットのデータが読み出され、Ｘ軸励磁電流指令値とＹ軸励磁電流指令値とがＸ軸電磁石電源２３とＹ軸電磁石電源２４とに送信される。Ｘ軸電磁石電源２３とＹ軸電磁石電源２４は、それぞれＸ軸電磁石２１とＹ軸電磁石２２とを励磁し、粒子線の流れを偏向する。
そして、アドレスのインクリメントが繰り返されて、螺旋周期の終わりのアドレスに達したとき、読み出された螺旋周期終了ビットのデータは「１」であるので、螺旋周期終了信号としてのパルスが送信される。
１回の螺旋周期での線量は計画線量に達しないので、ビーム要求信号のレベルは「ＨＩＧＨ」のままであるので、粒子線はそのまま供給されて、次の螺旋周期での照射が継続される。
そして、複数の螺旋周期の照射を繰り返すことにより、照射線量が計画線量に達する螺旋周期での照射が始まる。この螺旋周期の最初のアドレスから始まって、あるアドレスのときに照射線量が計画線量に達すると、ビーム要求信号のレベルは「ＬＯＷ」に変化する。しかし、レジスタ３３には螺旋周期終了信号としてのパルスが入力されていないので、ビーム入切信号のレベルは「ＨＩＧＨ」のままである。そして、この螺旋周期の終了のアドレスに達すると、螺旋周期終了ビットが「１」なので、螺旋周期終了信号としてのパルスがレジスタ３３に送られる。
レジスタ３３にパルスが入力されると、ビーム入切信号のレベルが「ＬＯＷ」に変化し、粒子線が遮断される。
【００２９】
このように螺旋周期単位で照射が繰り返されるので、照射が螺旋周期の途中で中断されることがなくなり、線量率を上げても、線量分布の一様性の確保が確実に行われるし、照射時間の短縮もできる。
また、加速器の運転周期に対する制約も緩和することができる。
【００３０】
なお、照射の入切は螺旋周期毎に行われるので、照射線量の制御は１回の螺旋周期において照射される照射線量単位で行われ、常に計画線量に対して実際に照射された線量は超えてしまうことになる。
例えば、加速器の運転周期が２秒で、その内ビームＯＮ時間は４００ミリ秒で、加速器によって照射される平均線量率が２Ｇｙ／分とすると、２Ｇｙの計画線量を患部に照射するためには６０秒かかるので、加速器は３０回の運転が必要になる。ビームＯＮ時間は３０回の運転全体では１２秒となり、また、螺旋周期４３．５ミリ秒での照射線量は０．００７２５Ｇｙとなる。３０回の運転において、１回目から２９回目までの照射線量を積算し、計画線量に達していない場合、次の螺旋周期の照射に移るので、計画線量を越える線量は最大でも１回の螺旋周期分の照射線量であり、計画線量に対する照射線量の精度は例えば上述の例では０．３６％と十分に確保される。
【００３１】
また、螺旋ワブラ法によるビーム照射は、照射を継続しながら連続的に走査させる方法、ビームの照射を一旦停止してビームを移動して移動が完了したらビームの照射を開始する方法、照射を継続しながらビームの移動と停止とを繰り返す方法などが知られているが、いずれの方法もこの発明の粒子線治療装置１に適用することができる。
【００３２】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係わる粒子線治療装置の入切制御部のブロック図である。図５は、実施の形態２に係わる粒子線治療装置のデータ記憶部のデータテーブルのデータ構造である。
実施の形態１においては、粒子線の入切はデータ記憶部２６に格納されている螺旋周期終了ビットを読み出して螺旋周期終了信号としてのパルスをレジスタ３３に入力することにより行われているが、実施の形態２においては、タイミング制御装置２７からのクロック信号をカウントし、判定用記憶装置３１に予め記憶されている螺旋周期分割数とカウント値とを比較し、カウント値が螺旋周期分割数と等しくなったとき、レジスタ３３に螺旋周期終了信号としてのパルスを送信することによりビームの入切を行う。このことに係わり、図５に示すように、データ記憶部２６のデータテーブルは、実施の形態１と異なり螺旋周期終了ビットが省かれており、これ以外は実施の形態１と同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
【００３３】
実施の形態２に係わる入切制御部２８Ｂは、図４に示すように、タイミング制御装置２７からのクロック信号をカウントして、カウント値を求めるカウンタ４０、判定用記憶装置３１に予め記憶されている螺旋周期分割数とカウント値とを比較して、螺旋周期終了信号としてのパルスをレジスタ３３に送信する比較回路４１が備えられている。カウンタ４０では、比較回路４１から螺旋周期終了信号としてのパルスが発信されると、カウント値がリセットされて、新たにカウントを開始する。
【００３４】
このような粒子線治療装置は、クロック信号をカウンタ４０によりカウントして螺旋周期の終了を検出するので、データ記憶部２６に別途螺旋周期の終了に係わるデータを記憶しておかなくてもよい。
【００３５】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３に係わる粒子線治療装置の入切制御部のブロック図である。
実施の形態３に係わる入切制御部２８Ｃは、実施の形態１に係わる入切制御部２８に即ビーム遮断機能が付加されていることが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
実施の形態３に係わる入切制御部２８Ｃでは、図６に示すように、判定装置３２から照射線量が計画線量に達したとき、レベル「ＬＯＷ」、それ以外の時はレベル「ＨＩＧＨ」になっている即ビーム遮断信号がＡＮＤ回路４３に入力されている。
ＡＮＤ回路４３には、即ビーム遮断信号とレジスタ３３のＱ出力とが入力され、ビーム入切信号が出力されている。そして、即ビーム遮断信号とレジスタ３３のＱ出力の少なくともいずれか一方が「ＬＯＷ」のときビーム入切信号のレベルが「ＬＯＷ］に変化する。このようにして、螺旋周期の途中でも必要があればビームの照射を中断することができる。
この即ビーム遮断信号は、図示しない遮断スイッチをＯＮすることによって創成してもよい。
【００３６】
このような粒子線治療装置は、螺旋周期の回数が線量分布の一様性を確保する上で必要以上になっているとき、螺旋周期の途中で照射を中断しても線量分布の一様性が悪くならないので、線量満了に対して即照射を中断して計画線量を越える量を低減することができる。
また、即ビーム遮断信号を緊急停止信号として使用できるので、咳や患者の急な動きなど異常時における照射停止時間を短縮できるので、安全性が高まる。
【００３７】
実施の形態４．
図７は、この発明の実施の形態４に係わる粒子線治療装置のブロック図である。図８は、実施の形態４に係わる信号処理装置と入切制御部とに係わる信号のタイミングチャートである。図９は、実施の形態４に係わる入切制御部のブロック図である。
実施の形態４に係わる粒子線治療装置１Ｄは、実施の形態１に係わる粒子線治療装置１に患者監視装置としての呼吸ゲート発生装置４４が追加され、これに関連して入切制御部２８Ｄが変更されていることが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
実施の形態４に係わる呼吸ゲート発生装置４４は、図７に示すように、患者の呼吸を測定するための呼吸測定装置４５、測定された呼吸に基づく信号を処理するための信号処理装置４６から構成されている。呼吸ゲート発生装置４４として、例えば、安西メディカル社製のＡＺ７７３があるが、これ以外にも種々の方法があり、ここで説明する方法に限定するものではない。
【００３８】
呼吸測定装置４５では、連続的に患者５の呼吸状態を計測し、信号処理装置４６では、図８に示すように、呼吸測定に基づき呼吸曲線を生成する。そして、呼吸曲線を予め定められた閾値と比較し、呼吸曲線が閾値より下にあるときを呼吸が安定していると判断し、呼吸ゲート信号のレベルを「ＨＩＧＨ］に変える。呼吸曲線が閾値より上にあるときを呼吸が不安定であると判断し、呼吸ゲート信号のレベルを「ＬＯＷ」にする。
【００３９】
実施の形態４に係わる入切制御部２８Ｄは、図９に示すように、判定装置３２とレジスタ３３の間にＡＮＤ回路４７が介設されており、ビーム要求信号と呼吸ゲート信号が入力され、ビームゲート信号が出力される。そして、ビーム要求信号と呼吸ゲート信号がともにレベル「ＨＩＧＨ」のとき、ビームゲート信号のレベルが「ＨＩＧＨ」になる。
レジスタ３３には、ビームゲート信号と螺旋周期終了信号としてのパルスが入力され、ビーム入切信号が出力される。そして、指令値送信部２５からの螺旋周期終了信号としてのパルスが送られたとき、すなわち螺旋周期の終了のとき、レジスタ３３のＤ入力端子のレベルがＱ出力端子のレベルに反映するので、ビーム要求信号のレベルが「ＨＩＧＨ」で呼吸ゲート信号のレベルも「ＨＩＧＨ」のときだけビーム入切信号が「ＨＩＧＨ］になり、粒子線が粒子線照射部３に供給される。
【００４０】
このように患者の呼吸が安定しているときにだけ粒子線の照射が行える。なお、螺旋周期ＴＳを４３．４７８ミリ秒としたとき、通常呼吸の周期は２秒から６秒程度であるので、呼吸同期におけるビームの遮断に要する時間を０．１秒以下にすれば、呼吸状態の変化に十分に追従することができる。
実施の形態１では患者の呼吸に関わりなく螺旋周期単位でビームの入切を行っているので、線量分布の一様性を充分に確保できるが、実施の形態４のように呼吸同期運転の場合でも線量分布の一様性の管理を容易に進めることができる。
【００４１】
実施の形態５．
図１０は、この発明の実施の形態５に係わる粒子線治療装置のブロック図である。図１１は、実施の形態５に係わるデータ記憶部の第１のデータテーブルのデータ構造を示す図である。図１２は、実施の形態５に係わるデータ記憶部の第２のデータテーブルのデータ構造を示す図である。図１３は、実施の形態５に係わる指令値送信部のブロック図である。図１４は、実施の形態５の粒子線治療装置で走査された螺旋軌跡を示す図である。
実施の形態５に係わる粒子線治療装置１Ｅは、図１０に示すように、実施の形態１に係わる粒子線治療装置１と指令値送信部２５Ｅおよびデータ記憶部２６Ｅが異なっており、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。
【００４２】
実施の形態５に係わるデータ記憶部２６Ｅには、２つのデータテーブル５０、５１が設定されている。第１のデータテーブル５０は、図１１に示すように、連番のアドレスに対してそれぞれ２つのデータ領域と１つのポインタ領域が設定されており、１つのデータ領域には、振幅Ｂのデータが格納されている。また、残りの１つのデータ領域には、螺旋周期終了ビットと称し、そこには螺旋周期終了を表すデータが格納されており、螺旋周期終了のアドレスのとき「１」が格納されていて、それ以外は「０」が格納されている。
また、１つのポインタ領域には、クロック信号に基づいて順送りに指定されるアドレスの現時点で指定されているアドレスを示すためのデータが格納されており、そのポインタ領域に「１」が格納され、それ以外のアドレスのポインタ領域に「０」が格納されている。
振幅Ｂは、螺旋周期ＴＳ、クロック周期Ｗとして、式（１０）、式（１１）に基づいて求められる。ｉは、クロック周期のカウント値であり、正の整数である。
【００４３】
【数４】
【００４４】
第２のデータテーブル５１は、図１２に示すように、連番のアドレスに対してそれぞれ１つのデータ領域と２つのポインタ領域が設定されており、１つのデータ領域には、正弦波関数Ｓのデータが格納されている。また、２つのポインタ領域には、クロック信号に基づいて順送りに指定される２つのアドレスの現時点で指定されているアドレスを示すためのデータが格納されており、そのアドレスに「１」が格納され、それ以外のアドレスに「０」が格納されている。この２つのポインタ領域は、正弦波関数Ｓが９０度位相が異なるように連動して動いていく。ＹポインタはＸポインタより９０度位相が進んでいる。
正弦波関数Ｓは、ワブラ角速度ω、クロック周期Ｗとして式（１２）に基づいて求められる。
【００４５】
【数５】
【００４６】
指令値送信部２５Ｅは、図１３に示すように、クロック信号に同期して第１のデータテーブル５０から読み出された振幅Ｂを２つの乗算器５２、５３に分配する分配器５４、第１のデータテーブル５０から読み出された螺旋周期終了ビットのデータが「１」のとき、式（１３）に基づいて求められる位相変化量Δφに相当する第２のデータテーブル５１のアドレスをジャンプさせるアドレスジャンプ制御部５５、振幅Ｂと第２のデータテーブル５１のＸポインタで示されているアドレスの正弦波関数Ｓとを乗算してＸ軸励磁電流指令値をＸ軸電磁石電源２３に送信するＸ軸乗算器５２、振幅Ｂと第２のデータテーブル５１のＹポインタで示されているアドレスの正弦波関数Ｓとを乗算してＹ軸励磁電流指令値をＹ軸電磁石電源２４に送信するＹ軸乗算器５３からなる。なお、ＴＷは、ワブラ周期である。
【００４７】
【数６】
【００４８】
例えば、クロック周期Ｗが０．１９４ミリ秒とし、ワブラ周波数が５７Ｈｚすなわちワブラ周期ＴＷが１７．５４ミリ秒とすると、螺旋周期開始時点の位相は、３６０度の分数とすることができる。３６０度の７分の１を単位として、螺旋位相を０度、５１度、１０３度、１５４度、２０６度、２５７度、３０９度とすることができる。また、３６０度の７分の３を単位として、位相を０度、１５４度、３０９度、１０３度、２５７度、５１度、２０６度とすることができる。位相を５１度進めるためには、１７．５４ミリ秒÷０．１９４ミリ秒×５１度÷３６０度＝１２．８０８となり、アドレスを約１３進めればよい。螺旋周期終了ビットの「１」を受信したとき、第２のデータテーブル５１の現在のアドレスに１３を追加したアドレスから正弦波関数Ｓの読み出しを再開すればよい。
螺旋位相を０度、５１度、１０３度、１５４度、２０６度、２５７度、３０９度からの螺旋軌跡を図１４に示す。このように、適切な位相を設定することにより、螺旋軌跡を一様に分布させることができる。
【００４９】
第１のデータテーブル５０には螺旋周期１回分の振幅Ｂのデータ、第２のデータテーブル５１にはワブラ周期１回分の正弦波関数Ｓのデータを格納しておけばすむので、少ない容量のデータ記憶部２６Ｅを用意すればよい。それぞれのデータテーブル５０、５１では、アドレスが終端に達したら、先頭のアドレスに自動的に戻るように制御をおこなう。
なお、アドレスを指定値だけジャンプするときに、アドレスの終端に達する場合、先頭のアドレスから継続して数えて所定のアドレスにジャンプすればよい。
【００５０】
このような粒子線治療装置１Ｅは、振幅Ｂのデータが第１のデータテーブル５０に、正弦波関数Ｓのデータが第２のデータテーブル５１に分割して格納されているので、それぞれ１周期分のデータだけ記憶しておけばすむので、各データの準備が簡単になるとともに、記憶容量が少なくてすむ。
【００５１】
また、線量分布が一様になるように予めアドレスをジャンプさせる所定の値を求めておけるので、少ない螺旋軌跡を重ね合わせるだけで線量分布の一様性が確保できるため、線量率を上げて照射することができる。
また、ワブラ周期ＴＷと螺旋周期ＴＳとを変えるときも、線量分布の一様性の確保できるアドレスのジャンプ量を予め求めることができるのでワブラ周期ＴＷと螺旋周期ＴＳの選定の制約が少なくなる。
また、加速器の運転周期を短くして効率を高める運転も容易に行うことができる。
【００５２】
実施の形態６．
図１５は、この発明の実施の形態６に係わる指令値送信部のブロック図である。図１６は、実施の形態６に係わるジャンプデータテーブルのデータ構造を示す図である。
実施の形態６に係わる粒子線治療装置は、実施の形態５に係わる粒子線治療装置と指令値送信部２５Ｆが異なっており、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。
実施の形態６に係わる指令値送信部２５Ｆは、図１５に示すように、実施の形態５に係わる指令値送信部２５Ｅとアドレスジャンプ制御部５５Ｆが異なり、また、それに係わるジャンプデータテーブル５６が追加されていることが異なっており、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。
【００５３】
実施の形態６に係わるアドレスジャンプ制御部５５Ｆは、読み出した第１のデータテーブル５０の螺旋周期終了ビットのデータが「１」のとき、ジャンプデータテーブル５６のアドレスをインクリメントして、インクリメントしたアドレスのジャンプ先を示すＸ軸アドレス、Ｙ軸アドレスを読み出し、そのアドレスに対応する第２のデータテーブル５１のＸポインタとＹポインタに「１」を設定する。すると、Ｘポインタに「１」が設定されているアドレスの正弦波関数ＳのデータがＸ軸乗算器５２へ、Ｙポインタに「１」が設定されているアドレスの正弦波関数ＳのデータがＹ軸乗算器５３へ出力される。これ以降は実施の形態５で説明したことと同様である。
【００５４】
ジャンプデータテーブル５６は、図１６に示すように、連番のアドレスにそれぞれ２つのデータ領域と１つのポインタ領域が設定されている。２つのデータ領域には、２つのＸ軸アドレスとＹ軸アドレスが格納されている。このＸ軸アドレスとＹ軸アドレスは、第２のデータテーブル５１のアドレスを示し、第２のデータテーブル５１のＹ軸アドレスの正弦波関数Ｓのデータは、第２のデータテーブル５１のＸ軸アドレスの正弦波関数Ｓのデータより９０度位相が進んでいる値である。
１つのポインタ領域には、現在の螺旋周期の螺旋位相に係わるアドレスが指定されており、螺旋周期終了ビットの値が「１」のとき、アドレスがインクリメントされて、それに連動してポインタ領域が１つ移動する。
【００５５】
このような粒子線治療装置は、螺旋周期毎に螺旋位相を制御することができ、一様な線量分布の照射野を形成するために最も効率的な螺旋位相の組合せを予め決めておけば、少ない螺旋周期回数の照射により計画線量を一様性を維持しながら照射できる。
また、ジャンプ量を変化しながら任意に螺旋位相を設定できるので、最適な螺旋軌道の重ね合わせを実現することができる。
【００５６】
実施の形態７．
図１７は、この発明は実施の形態７に係わる粒子線治療装置の指令値送信部である。
実施の形態７に係わる粒子線治療装置は、実施の形態５に係わる粒子線治療装置１Ｅに励磁電流を監視する機能を付加したことが異なっており、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
実施の形態７に係わるＸ軸電磁石電源２３ＧおよびＹ軸電磁石電源２４Ｇは、その出力に励磁電流値を計測するための図示しない電流計が備えられている。
【００５７】
また、実施の形態７に係わる指令値送信部２５Ｇは、図１７に示すように、電流計から入力されるＸ軸励磁電流値およびＹ軸励磁電流値が予め設定された閾値Ｉ０ＭＡＸより大きいときＸ軸過電流信号およびＹ軸過電流信号を発するＸ軸比較器５７およびＹ軸比較器５８、Ｘ軸過電流信号またはＹ軸過電流信号が入力されたときジャンプ非許可信号をアドレスジャンプ制御部５５に送信するＯＲ回路５９が追加されていることが実施の形態５の指令値送信部２５Ｅと異なっており、その他は同様であるので同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。
【００５８】
実施の形態５、６において、螺旋周期開始時点、すなわち励磁電流の振幅の零の時点で螺旋位相を可変することにしているが、誤動作や正弦波データの間違いなどにより、励磁電流が大きくなってしまう可能性がある。そこで、実施の形態７の指令値送信部２５Ｇでは、励磁電流が所定の閾値Ｉ０ＭＡＸより大きいとき、ＯＲ回路５９を経由して、螺旋周期開始時点で行うアドレスのジャンプを非許可とする。
このような粒子線治療装置は、誤動作や誤データによる励磁電流の急激な変化が発生したとき、アドレスのジャンプを許可せずに、そのままアドレスをインクリメントするので、電磁石電源の破損を防止することができる。
【００５９】
実施の形態８．
図１８は、この発明の実施の形態８に係わる粒子線治療装置のタイミング制御装置と入切制御部とのブロック図である。
実施の形態８に係わる粒子線治療装置は、実施の形態４に係わる粒子線治療装置１Ｄとタイミング制御装置２７Ｈが異なっており、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。
実施の形態８に係わるタイミング制御装置２７Ｈは、実施の形態４に係わるタイミング制御装置２７にＡＮＤ回路６１が追加されている。ＡＮＤ回路６１には、入切制御部２８Ｄのレジスタ３３からのビーム入切信号と予め定められているクロック周期Ｗのクロック信号とが入力され、ゲート付クロック信号がデータ記憶部２６に出力される。そして、データ記憶部２６は、このゲート付クロック信号によりアドレスがインクリメントされる。
呼吸同期運転されているとき、患者の呼吸が照射できる状態にない場合、ビーム入切信号が「ＬＯＷ」になるので、データ記憶部２６に入力されるゲート付クロック信号がブロックされ、アドレスがインクリメントされない。そして、励磁電流がそのまま保持されるので、照射は行われていないが、粒子線が供給されているとしたら照射位置は移動しない。このように患者の呼吸が安定していないとき、粒子線の供給を停止すると同時に励磁状態もそのままで維持されている。そして、患者の呼吸が安定すると、ビームゲート信号が「ＨＩＧＨ」に変化し、ゲート付クロック信号もデータ記憶部２６に入力され、粒子線が停止していた位置から走査が再開される。
【００６０】
このような粒子線治療装置は、照射時間が短い場合、線量率が高い場合または呼吸同期運転されている場合などのように十分に多くの回数の螺旋周期で照射が行えないときでも、粒子線が遮断されている間、粒子線の偏向条件が変わらないため、照射が行われない軌跡が生じないので、線量分布の一様性を確保することができる。
また、ビーム入切制御を螺旋周期の終了時点で行えば、励磁電流の振幅が零の状態となるため、電力消費を低減することができる。
また、加速器の運転において加速と減速の占める時間がビームＯＮ時間に比べて長いので、加速と減速のときに励磁電流の振幅を零にすることにより、省電力に有意な効果が得られる。
【００６１】
なお、実施の形態８では、螺旋周期単位でビーム入切信号を行っているが、螺旋周期の途中で呼吸ゲート信号に基づいて患者の呼吸状態に即応して、ビームの入切を行うとともにゲート付クロック信号の発振・停止を行っても、同様に、照射が行われない部分の含まれた軌跡を生じさせない。
また、実施の形態８では、螺旋周期開始時点で螺旋位相を可変していないが、実施の形態５、６のように螺旋周期開始時点で螺旋位相を可変しながら、呼吸同期運転に伴う呼吸ゲート信号に従ってクロック信号を制御してもよい。
【００６２】
実施の形態９．
図１９は、この発明の実施の形態９に係わる粒子線治療装置のブロック図である。図２０は、実施の形態９に係わるビーム検出装置のブロック図である。
実施の形態９に係わる粒子線治療装置１Ｊは、図１９に示すように、実施の形態４に係わる粒子線治療装置１Ｄとビーム検出装置１１Ｊが異なっている。また、タイミング制御装置２７が省略されていることが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し、説明は省略する。
実施の形態４ではデータテーブルのアドレスはタイミング制御装置２７からのクロック信号によりインクリメントされるが、実施の形態９では、ビーム検出装置１１Ｊからの照射線量に比例したクロック信号によりインクリメントされる。
実施の形態９に係わるビーム検出装置１１Ｊは、図２０に示すように、照射線量を求めるための線量モニタ３５、電流周波数変換器３６およびカウンタ３７以外に、照射線量に比例するクロック信号を創成するためのゲイン調整装置６３、電流周波数変換器６４およびカウント調整装置６５が備えられている。
ゲイン調整装置６３は、電流周波数変換器６４に入力する電流値が大きくなるようにシグナル／ノイズ比を許容される範囲内で高くしておき、なるべく小さな電荷の通過で１つのパルスが創成するように設定されている。
電流周波数変換器６４は、このように増幅された電流値に比例する周波数のパルス列に変換する。ゲイン調整装置６３で増幅されているので、パルス列の周波数は高周波になる。
カウント調整装置６５は、パルス列を周波数変換して、螺旋周期分割数に相当するパルス列にする。
【００６３】
なお、ビーム検出装置１１Ｊは、クロック信号を創成する機能と患者に照射する全線量を管理する機能とを併せ持っているので、安全性に係わる対策を施すことが必要である。対策としては、それぞれの機能の系統を独立して配設し、かつ、それぞれの機能の系統を多重化し、系統間で相互にチェックする機能を備えることが挙げられる。
【００６４】
このような粒子線治療装置１Ｊでは、ある照射位置に照射される線量がカウント調整装置６５から１つのクロック信号が発信されるまでの量に達しないと、アドレスがインクリメントされない。そこで、照射位置毎の線量が所定の量（カウント調整装置６５から１つのクロック信号が発信される量）に合わされるので、ターゲット領域全体に亘って照射線量が所定の量に正確に合わされる。
また、粒子線発生部２から供給されるビーム電流が変動した場合でも、時間ではなく照射線量が１クロック信号分照射されたとき照射位置を移動するので、ビーム電流の変動の影響を受けない。
【００６５】
実施の形態１０．
図２１は、この発明の実施の形態１０に係わる粒子線治療装置のブロック図である。図２２は、円軌跡を示す図である。図２３は、実施の形態１０に係わるデータ記憶部に格納されているデータテーブルのデータ構造である。
実施の形態１０に係わる粒子線治療装置１Ｋは、実施の形態１に係わる粒子線治療装置１と粒子線の照射の軌跡が異なり、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。軌跡が異なることに関連して、実施の形態１０に係わる粒子線治療装置１Ｋは、図２１に示しように、実施の形態１に係わる粒子線治療装置１とデータ記憶部２６Ｋ、指令値送信部２５Ｋ、タイミング制御装置２７Ｋ、入切制御部２８Ｋが異なっている。
実施の形態１においては螺旋軌跡を描くように粒子線を走査しているが、実施の形態１０では図２２に示すように、円軌跡を描くように粒子線を走査する。このため、データ記憶部２６Ｋのデータテーブルには、図２３に示すように、連番のアドレスに対してそれぞれ３つのデータ領域と１つのポインタ領域が設定されており、２つのデータ領域には、Ｘ軸励磁電流指定値とＹ軸励磁電流指定値とが格納されている。また、残りの１つのデータ領域は、ワブラ周期終了ビットと称し、そこにはワブラ周期の終了を表すデータが格納されており、ワブラ周期の終了のアドレスのとき「１」が格納されていて、それ以外は「０」が格納されている。
また、クロック信号に基づいてインクリメントされたアドレスに対応するポインタ領域に「１」が格納され、それ以外のアドレスに対応するポインタ領域に「０」が格納されている。ポインタ領域に「１」が格納されたアドレスのデータ領域のデータが指令値送信部２５Ｋに送られる。
【００６６】
Ｘ軸励磁電流指定値とＹ軸励磁電流指定値は、ワブラ周期ＴＷをｐ等分する所定のクロック周期Ｗ毎に式（１４）、（１５）に基づいて求められ、データ記憶部２６Ｋに格納される。例えば、ワブラ周期ＴＷが１８ミリ秒で３６等分すると、クロック周期Ｗが０．５ミリ秒でなり、１つのワブラ周期ＴＷで３６個のアドレスが占有され、そのアドレスが０番から３５番までとすると、３５番のアドレスのワブラ周期終了ビットに「１」が格納されている。
【００６７】
【数７】
【００６８】
データ記憶部２６Ｋでは、クロック信号が入力される度に、アドレスがインクリメントされて、そのアドレスに格納されているＸ軸励磁電流指定値、Ｙ軸励磁電流指定値およびワブラ周期終了ビットのデータが読み出されて、指令値送信部２５Ｋに送られる。
【００６９】
指令値送信部２５Ｋは、データ記憶部２６Ｋから送られてきたＸ軸励磁電流指定値とＹ軸励磁電流指定値に基づいてＸ軸励磁電流指令値をＸ軸電磁石電源２３に、Ｙ軸励磁電流指令値をＹ軸電磁石電源２４に送信する。さらに、指令値送信部２５Ｋは、データ記憶部２６Ｋから送られてきたワブラ周期終了ビットのデータに基づき、ワブラ周期終了ビットのデータが「１」のときワブラ周期終了信号として、「ＬＯＷ」、「ＨＩＧＨ」、「ＬＯＷ」レベルに変化するパルスを入切制御部２８Ｋに送信する。
【００７０】
タイミング制御装置２７Ｋは、ワブラ周期ＴＷとそのｐ等分数とから求められるクロック周期Ｗのクロック信号と、データ記憶部２６Ｋのアドレスを最初のアドレスに戻すリセット信号とをデータ記憶部２６Ｋに入力する。
【００７１】
入切制御部２８Ｋは、粒子線照射による治療に先立って設定された計画線量が記憶されている判定用記憶装置３１、ビーム検出装置１１からの照射線量と計画線量とを比較してビーム要求の有無を判定し、ビーム要求信号のレベルを変化する判定装置３２およびビーム要求信号のレベルをワブラ周期の区切りごとにビーム入切信号としてビーム入切装置７、８に送信するレジスタ３３が備えられている。ビーム要求信号は、ビーム要求があるとき「ＨＩＧＨ」レベル、ビーム要求がないとき「ＬＯＷ」レベルとなっている。
レジスタ３３は、ワブラ周期終了信号としてのパルスがＣＬＯＣＫ端子に入力されると、Ｄ入力端子に入力されているビーム要求信号のレベルがビーム入切信号としてＱ出力端子から出力される。
【００７２】
あるワブラ周期の途中で照射線量が計画線量を越えてビーム要求信号のレベルが「ＬＯＷ」に変化しても、ワブラ周期終了信号としてのパルスがレジスタ３３に入力されないかぎりビーム入切信号のレベルは「ＨＩＧＨ」のままである。そして、ワブラ周期終了信号としてのパルスが指令値送信部２５Ｋから送られたとき始めてビーム入切信号のレベルが「ＬＯＷ」に変化して、粒子線が遮断される。
【００７３】
このような粒子線治療装置は、ワブラ周期の途中で粒子線の照射が中断されないので、線量分布の一様性が確保できる。
また、図２４に示すような複数円のワブラ照射法や照射線量率を大きくする場合には、ワブラ周期単位の照射にすることにより、短時間の照射でも線量分布の一様性を確保し易くなる。
【００７４】
また、ワブラ照射法によるビーム照射は、照射を継続しながらビームを連続的に走査させる方法、ビームを一旦停止してビームを移動して移動が完了したらビームの照射を開始する方法、照射を継続しながらビームの移動と停止とを繰り返す方法などが知られているが、いずれの方法もこの発明の粒子線治療装置１Ｋに適用することができる。
【００７５】
実施の形態１１．
図２５は、この発明の実施の形態１１に係わる粒子線治療装置のブロック図である。図２６は、ジグザグ軌跡の例を示す図である。図２７は、他のジグザグ軌跡の例を示す図である。
実施の形態１１に係わる粒子線治療装置１Ｌは、図２５に示すように、実施の形態１に係わる粒子線治療装置１と粒子線の照射の軌跡が異なり、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。軌跡が異なることに関連して、実施の形態１１に係わる粒子線治療装置１Ｌは、実施の形態１に係わる粒子線治療装置１とデータ記憶部２６Ｌ、指令値送信部２５Ｌ、タイミング制御装置２７Ｌ、入切制御部２８Ｌが異なっている。
【００７６】
また、照射野の周辺に走査された粒子線を遮断するビーム遮断装置としての多葉コリメータ装置６７が追加されている。このビーム遮断装置として、多葉コリメータ装置６７以外に、４枚羽根コリメータ装置またはブロックコリメータ装置などを適用することができる。ビーム遮断装置は、照射野の周辺でビームの走査が折り返されるときの粒子線を遮蔽している。
実施の形態１においては螺旋軌跡を描くように粒子線を走査しているが、実施の形態１１では図２６に示すように、Ｘ軸方向の１往復する間にＹ軸方向に５往復するジグザグ軌跡を描くように粒子線を走査する。このため、データ記憶部２６Ｌのデータテーブルには、連番のアドレスに対してそれぞれ３つのデータ領域と１つのポインタ領域が設定されており、２つのデータ領域には、Ｘ軸励磁電流指定値とＹ軸励磁電流指定値とが格納されている。また、残りの１つのデータ領域は、Ｘ軸方向周期終了ビットと称し、そこにはＸ軸方向を１往復するＸ軸方向周期の終了を表すデータが格納されており、Ｘ軸方向周期の終了のアドレスのとき「１」が格納されていて、それ以外は「０」が格納されている。
また、クロック信号に基づいてインクリメントされたアドレスに対応するポインタ領域に「１」が格納され、それ以外のアドレスに対応するポインタ領域に「０」が格納されている。ポインタ領域に「１」が格納されたアドレスのデータ領域のデータが指令値送信部２５Ｌに送られる。
【００７７】
Ｘ軸励磁電流指定値とＹ軸励磁電流指定値は、Ｘ軸方向周期ＴＸをｑ等分する所定のクロック周期Ｗ毎に求められ、データ記憶部２６Ｌに格納される。
データ記憶部２６Ｌでは、クロック信号が入力される度に、アドレスがインクリメントされて、そのアドレスに格納されているＸ軸励磁電流指定値、Ｙ軸励磁電流指定値およびＸ軸方向周期終了ビットのデータが読み出されて、指令値送信部２５Ｌに送られる。
指令値送信部２５Ｌは、データ記憶部２６Ｌから送られてきたＸ軸励磁電流指定値とＹ軸励磁電流指定値に基づいてＸ軸励磁電流指令値をＸ軸電磁石電源２３に、Ｙ軸励磁電流指令値をＹ軸電磁石電源２４に送信する。さらに、指令値送信部２５Ｌは、データ記憶部２６Ｌから送られてきたＸ軸方向周期終了ビットのデータに基づき、Ｘ軸方向周期終了ビットのデータが「１」のときＸ軸方向周期終了信号として、「ＬＯＷ」、「ＨＩＧＨ」、「ＬＯＷ」レベルに変化するパルスを入切制御部２８Ｌに送信する。
【００７８】
タイミング制御装置２７Ｌは、Ｘ軸方向周期ＴＸとそのｑ等分数とから求められるクロック周期Ｗのクロック信号と、データ記憶部２６Ｌのアドレスを最初のアドレスに戻すリセット信号と、をデータ記憶部２６Ｌに入力する。
【００７９】
入切制御部２８Ｌは、粒子線照射による治療に先立って設定された計画線量が記憶されている判定用記憶装置３１、ビーム検出装置１１からの照射線量と計画線量とを比較してビーム要求の有無を判定し、ビーム要求信号のレベルを変化する判定装置３２およびビーム要求信号のレベルをＸ軸方向周期の区切りごとにビーム入切信号としてビーム入切装置７、８に送信するレジスタ３３Ｌが備えられている。ビーム要求信号は、ビーム要求があるとき「ＨＩＧＨ」レベル、ビーム要求がないとき「ＬＯＷ」レベルとなっている。
レジスタ３３Ｌは、Ｘ軸方向周期終了信号としてのパルスがＣＬＯＣＫ端子に入力されると、Ｄ入力端子に入力されているビーム要求信号のレベルがビーム入切信号としてＱ出力端子から出力される。
【００８０】
あるＸ軸方向周期の途中で照射線量が計画線量を越えてビーム要求信号のレベルが「ＬＯＷ」に変化しても、Ｘ軸方向周期終了信号としてのパルスがレジスタ３３Ｌに入力されないかぎりビーム入切信号のレベルは「ＨＩＧＨ」のままである。そして、Ｘ軸方向周期終了信号としてのパルスが指令値送信部２５Ｌから送られたとき始めてビーム入切信号のレベルが「ＬＯＷ」に変化して、粒子線が遮断される。
【００８１】
このような粒子線治療装置１Ｌは、Ｘ軸方向周期の途中で粒子線の照射が中断されないので、線量分布の一様性が確保できる。
また、図２７に示すようなジグザグ回数を多くして行う照射法や照射線量率を大きくする場合には、Ｘ軸方向単位の照射にすることにより、短時間の照射でも線量分布の一様性を確保し易くなる。
【００８２】
また、ジグザグ照射法によるビーム照射は、照射を継続しながらビームの照射を連続的に走査させる方法、ビームを一旦停止してビームを移動して移動が完了したらビームの照射を開始する方法、照射を継続しながらビームの移動と停止とを繰り返す方法などが知られているが、いずれの方法もこの発明の粒子線治療装置１Ｌに適用することができる。
【００８３】
また、実施の形態１１においてはデータ記憶部２６Ｌのアドレスはタイミング制御装置２７Ｌからのクロック信号によりインクリメントされるが、実施の形態８において説明したように、ビーム入切信号のレベルが「ＬＯＷ」になって粒子線の供給が中断したときにアドレスのインクリメントも中断する機能を追加してもよい。
また、実施の形態９において説明したように、線量モニタのビーム電流値に基づいて創成されるクロック信号を用いてアドレスのインクリメントを制御してもよい。
【００８４】
実施の形態１２．
図２８は、この発明の実施の形態１２に係わる粒子線治療装置のブロック図である。
実施の形態１２に係わる粒子線治療装置１Ｍは、図２８に示すように、実施の形態１に係わる粒子線治療装置１にビーム遮断装置としての多葉コリメータ装置６７と粒子線のエネルギーを変える手段としてのレンジシフタ装置６８とが追加されており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
【００８５】
なお、粒子線のエネルギーを変える手段として、レンジシフタ装置６８以外に、粒子線発生部２においてシンクロトロン方式の加速器のエネルギーの設定値を変えることによって粒子線のエネルギーの変更が可能であり、また、粒子線輸送部４において図示しない電磁石のコイルの励磁電流を変えることによって粒子線のエネルギーの変更が可能であるので、レンジシフタ装置６８に限るものではない。
レンジシフタ装置６８は、ポリエチレンから構成されており、それに粒子線を通過させることにより、粒子線のエネルギーが所望の値まで下げることができる。このようにして粒子線のエネルギーを可変することにより、粒子線が到達する深さを調整して、深さ方向に層別された層毎に所望の計画線量を照射して、３次元的に所望の線量分布を有するように照射が行われる。これを積層原体照射法と称す。
【００８６】
立体的なターゲット領域は、深さ方向に層別された層の深さ方向に垂直なターゲット領域の形状は違うので、その形状にだけ粒子線を照射するためにビーム遮断装置としての多葉コリメータ装置６７が備えられている。なお、ビーム遮断装置として、多葉コリメータ装置６７以外にも４枚羽根コリメータ装置またはブロックコリメータ装置などがあり、いずれを適用してもよい。
多葉コリメータ装置６７は、その開口を照射対象の層の予め決定されている最適な形状になるように設定されている。
【００８７】
次に、積層原体照射法に螺旋周期単位に粒子線の照射を行うことについて説明する。
粒子線よる治療に先立って、３次元のターゲット領域を粒子線の照射方向に垂直な平面により５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の厚さの層に層別し、各層毎に計画線量を定めて、判定用記憶装置３１に格納させておく。また、各層のターゲット領域の外形を計測し、多葉コリメータ装置６７の開口が外形に最適な形状になるような設定値を予め定めておく。また、各層の照射に適するレンジシフタ装置６８を治療に先立って用意しておく。
１つの層を照射するために、適切なレンジシフタ装置６８を設置し、多葉コリメータ装置６７を調整して開口を定め、実施の形態１で説明したようにして、当該層の計画線量まで螺旋軌跡を重ねることにより照射する。このとき、粒子線の入切は螺旋周期単位で行い、螺旋周期の途中では粒子線を切らない。
次の層を照射するために、適切なレンジシフタ装置６８を設置し、多葉コリメータ装置６７を調整して開口を定め、照射を行う。この手順を繰り返すことにより、積層原体照射法を用いて立体的な患部を層状に照射が行われる。
【００８８】
このような粒子線治療装置１Ｍは、患部の深さ方向の照射の制御のために積層原体照射法が用いられているので、３次元的な線量分布が得られるという効果がある。線量について、患部を深さ方向に分割することにより、各層に照射する線量は大幅に少なくなる。例えば、深さ方向に１０ｃｍの広がりをもつ患部を２０層に分割した場合、最深層に１００の単位の線量を照射するとしたら、最深層より浅い層には典型的に一桁少ない１０の単位以下の線量しか必要とされないことが知られている。これは粒子線の物理的性質に起因することで、一般に最深層以外の浅い側の層に対しては照射する線量がかなり少なくてよい。結果的に、これらの浅い層に対しては照射時間がかなり短くなり、従来の方法では、横方向の線量分布の一様性を保証することが困難である。
積層原体照射法を呼吸同期運転と組み合わせた場合、さらに困難になる。
これに対して、上述の実施の形態１乃至１１の構成を積層原体照射法に適用することにより、積層原体照射法のより厳しい条件を満足し、線量分布の一様性を確保することができる。
【００８９】
なお、実施の形態１２では、螺旋軌跡を画くように粒子線を走査しているが、積層原体照射法における各層に対する粒子線の照射を円軌跡またはジグザグ軌跡を画くように粒子線を走査することもできる。
【００９０】
実施の形態１３．
図２９は、この発明の実施の形態１３に係わる粒子線治療装置のブロック図である。図３０は、実施の形態１３に係わるビーム検出装置のブロック図である。図３１は、実施の形態１３に係わる粒子線治療装置において照射線量を監視する手順を示すフローチャートである。
実施の形態１３に係わる粒子線治療装置１Ｎは、図２９に示すように、実施の形態１に係わる粒子線治療装置１に照射位置の座標情報を入手する機能と照射位置の照射線量が適正であるか否かを判定する機能とを追加したことが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。
【００９１】
実施の形態１３に係わるＸ軸電磁石電源２３ＮおよびＹ軸電磁石電源２４Ｎは、その出力に励磁電流値を計測するための図示しない電流計が備えられている。この電流計からＸ軸励磁電流ＩＸ、Ｙ軸励磁電流ＩＹが出力される。
また、実施の形態１３に係わるビーム検出装置１１Ｎは、図３０に示すように、実施の形態１に係わるビーム検出装置１１に線量モニタ３５のビーム電流をデジタルの線量モニタ出力ＩＤＯＳＥに変換するアナログデジタル変換器７０、Ｘ軸励磁電流ＩＸ、Ｙ軸励磁電流ＩＹおよび線量モニタ出力ＩＤＯＳＥを時系列に記録する線量記録装置７１、照射線量が予め決められた計画線量に一致しているか否かを判断し、不一致の場合異常を外部に通報する線量演算処理装置７２が付加されている。
【００９２】
次に、実施の形態１３に係わる粒子線治療装置において照射線量を監視する手順を図３１を参照して説明する。
照射深度における２次元の照射領域は、例えば、マトリックス状に５ｍｍ角のピクセルに区切られ、照射の管理をピクセル単位で行う。
Ｓ１０１では、各ピクセル（ＰＸ、ＰＹ）のカウント値Ｄ１（ＰＸ、ＰＹ）を零とし、予め決められた各ピクセル設定値Ｄ０（ＰＸ、ＰＹ）を外部から読み込む。
Ｓ１０２で、照射中にＸ軸励磁電流ＩＸ、Ｙ軸励磁電流ＩＹおよび線量モニタの出力ＩＤＯＳＥを時系列に線量記録装置に記録する。記録する時間間隔は、例えば、０．１ミリ秒と電磁石の動きに対して十分に短い間隔とする。
Ｓ１０３で、時間間隔におけるＩＸ、ＩＹの値を読み出し、その値から照射深度におけるビームの中心のＸ座標Ｘ０とＹ座標Ｙ０を算出する。
Ｓ１０４で、Ｘ座標Ｘ０とＹ座標Ｙ０に対応するピクセルの座標ＰＸ、ＰＹを求める。
Ｓ１０５で、ＩＤＯＳＥの値が予め決められている閾値ＩＤＯＳＥ−ＭＩＮ以上であれば、Ｓ１０６へ進み、未満であれば、Ｓ１０２へ戻る。
Ｓ１０６で、式（１６）に従ってＰＸ、ＰＹのカウント値Ｄ１（ＰＸ、ＰＹ）を１増加させる。
【００９３】
Ｄ１（ＰＸ、ＰＹ）＝Ｄ１（ＰＸ、ＰＹ）＋１ （１６）
【００９４】
Ｓ１０７で、ある程度分布が記録されたか否かを判断する。すなわち線量モニタの時間積算値ΣＩＤＯＳＥが予め決められている積算値閾値ΣＩＤＯＳＥ−ＭＩＮを超えたか否かを判断し、超えたときＳ１０８へ進み、以下のときＳ１０２へ戻る。
Ｓ１０８で、カウント値Ｄ１（ＰＸ、ＰＹ）を規格化する。計測された分布と所望の分布を比較するときにマトリックスに蓄積されたカウント値を全面積のカウント値で規格化する。
Ｓ１０９で、規格化されたカウント値Ｄ２（ＰＸ、ＰＹ）を外部から読み込んである各ピクセル設定値Ｄ０（ＰＸ、ＰＹ）と比較する。各ピクセル単位で比較し、ピクセルのデータの差が予め設定された範囲を超える場合は不一致とする。不一致のピクセル数が所定の数を超えたとき、異常フラグを立てて、Ｓ１１０へ進み、不一致のピクセル数が所定値の数以下のときＳ１０２へ戻る。
Ｓ１１０で、運転員に告知する。
【００９５】
なお、不一致のピクセル数が所定値を超えているとき、同時にビームを一時停止状態にしてもよい。
また、異常を判定する基準としては、１つのピクセルの不一致が所定値を超えた場合としてもよい。
また、データの差の絶対値をピクセル毎に積算し、その合計が閾値以上の場合としてもよい。
また、これらの条件の組合せによる場合でもよい。
【００９６】
また、ピクセルのカウント値をインクリメントするときに１カウント追加するのではなく、線量モニタの電流値に比例したカウントｋＩＤＯＳＥを式（１７）に従うようにインクリメントしてもよい。
【００９７】
Ｄ１（ＰＸ、ＰＹ）＝Ｄ１（ＰＸ、ＰＹ）＋ｋＩＤＯＳＥ （１７）
【００９８】
このように線量モニタの電流値に比例した値でカウント値をインクリメントすることにより、マトリックスの値は実際の線量分布に近い分布を現すことになり、より正確な情報に基づいて判断を行える。
【００９９】
このような粒子線治療装置１Ｎは、実際の照射時の装置記録に基づいて安全確認が行えるので、上述の実施の形態１乃至１３の付加機能のある照射制御を行っても安全性を損なうことがない。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】この発明の実施の形態１に係わる粒子線治療装置のブロック図である。
【図２】実施の形態１に係わるデータ記憶部のデータテーブルのデータ構造を示す図である。
【図３】実施の形態１に係わるビーム検出装置のブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係わる粒子線治療装置の入切制御部のブロック図である。
【図５】実施の形態２に係わる粒子線治療装置のデータ記憶部のデータテーブルのデータ構造である。
【図６】この発明の実施の形態３に係わる粒子線治療装置の入切制御部のブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係わる粒子線治療装置のブロック図である。
【図８】実施の形態４に係わる信号処理装置と入切制御部とに係わる信号のタイミングチャートである。
【図９】実施の形態４に係わる入切制御部のブロック図である。
【図１０】この発明の実施の形態５に係わる粒子線治療装置のブロック図である。
【図１１】実施の形態５に係わるデータ記憶部の第１のデータテーブルのデータ構造を示す図である。
【図１２】実施の形態５に係わるデータ記憶部の第２のデータテーブルのデータ構造を示す図である。
【図１３】実施の形態５に係わる指令値送信部のブロック図である。
【図１４】実施の形態５の粒子線治療装置で走査された螺旋軌跡を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態６に係わる指令値送信部のブロック図である。
【図１６】実施の形態６に係わるジャンプデータテーブルのデータ構造を示す図である。
【図１７】この発明は実施の形態７に係わる粒子線治療装置の指令値送信部である。
【図１８】この発明の実施の形態８に係わる粒子線治療装置のタイミング制御装置と入切制御部とのブロック図である。
【図１９】この発明の実施の形態９に係わる粒子線治療装置のブロック図である。
【図２０】実施の形態９に係わるビーム検出装置のブロック図である。
【図２１】この発明の実施の形態１０に係わる粒子線治療装置のブロック図である。
【図２２】円軌跡を示す図である。
【図２３】実施の形態１０に係わるデータ記憶部に格納されているデータテーブルのデータ構造である。
【図２４】同心円の複数の円軌跡を示す図である。
【図２５】この発明の実施の形態１１に係わる粒子線治療装置のブロック図である。
【図２６】ジグザグ軌跡の例を示す図である。
【図２７】他のジグザグ軌跡の例を示す図である。
【図２８】この発明の実施の形態１２に係わる粒子線治療装置のブロック図である。
【図２９】この発明の実施の形態１３に係わる粒子線治療装置のブロック図である。
【図３０】実施の形態１３に係わるビーム検出装置のブロック図である。
【図３１】実施の形態１３に係わる粒子線治療装置において照射線量を監視する手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 粒子線治療装置、２ 粒子線発生部、３ 粒子線照射部、４ 粒子線輸送部、５ 患者、６ 粒子線発生装置、７、８ ビーム入切装置、１０ 照射野形成装置、１１ ビーム検出装置、１２ 患者治療台、１３ 患者位置確認装置、２１ Ｘ軸電磁石、２２ Ｙ軸電磁石、２３ Ｘ軸電磁石電源、２４ Ｙ軸電磁石電源、２５ 指令値送信部、２６ データ記憶部、２７ タイミング制御装置、２８ 入切制御部、３０ 散乱体、３１ 判定用記憶装置、３２ 判定装置、３３ レジスタ、３５ 線量モニタ、３６、６４ 電流周波数変換器、３７、４０ カウンタ、４１ 比較回路、４３、４７、６１ ＡＮＤ回路、４４ 呼吸ゲート発生装置、４５ 呼吸測定装置、４６ 信号処理装置、５０、５１ データテーブル、５２ Ｘ軸乗算器、５３ Ｙ軸乗算器、５４ 分配器、５５ アドレスジャンプ制御部、５６ ジャンプデータテーブル、５７ Ｘ軸比較器、５８ Ｙ軸比較器、５９ ＯＲ回路、６３ ゲイン調整装置、６５ カウント調整装置、６７ 多葉コリメータ装置、６８ レンジシフタ装置、７０ アナログデジタル変換器、７１ 線量記録装置、７２ 線量演算処理装置。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、粒子線を患部に上塗りするように繰り返し照射して計画線量を照射する粒子線治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の粒子線治療装置における粒子線の照射野の形成方法として、所望の位置に対して所望の計画線量になる度に粒子線の照射位置を移動して患部全体に亘る照射を行うシングルペインティング法（例えば、特許文献１参照）と、ターゲット領域に対して所定の軌跡をなぞるように所望の計画線量の数分の１の線量の粒子線の照射位置を走査して、軌跡が幾重にも重なることにより所望の計画線量が照射されるリペインティング法とがある（例えば、非特許文献１参照）。
そして、リペインティング法において採用される軌跡として、ワブラ法におけるように大きさが一定の回転ベクトルの先端が描く円の軌跡と、螺旋ワブラ法におけるように大きさが時間の平方根の関数に従って変調される回転ベクトルの先端が描く螺旋状の軌跡とがある。
この螺旋ワブラ法では、ワブラ法に比べて線量分布の一様性を高めるために、螺旋状の軌跡を描くようにしている。この場合、粒子線の進行方向に対して垂直な直交する２軸方向（以下の説明においてはＸ軸方向とＹ軸方向と称す。）に粒子線に磁場を加えて粒子線の照射位置を走査するために、式（１）〜式（４）から求められる励磁電流ＩＸ、ＩＹを直交方向に励磁される２つの電磁石に流している。Ｘ軸励磁電流ＩＸの大きさは、螺旋周期ＴＳで０から最大値を経由して０に戻る値とワブラ角速度ωの正弦関数で変化する値との積に従って変化する。また、Ｙ軸励磁電流ＩＹの大きさは、螺旋周期ＴＳで０から最大値を経由して０に戻る値とワブラ角速度ωの余弦関数で変化する値との積に従って変化する。
【０００３】
【数１】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１９１７０９号公報
【非特許文献１】Ｍａｓａｔａｋａ Ｋｏｍｏｒｉ， ｅｔ ａｌ， ”Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｐｉｒａｌ−Ｗｏｂｂｌｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｈｅａｖｙ−Ｉｏｎ Ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ”，”Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ”，２００４，Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．９Ａ，ｐｐ．６４６３−６４６７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、螺旋ワブラ法では、１つの螺旋周期ＴＳの間で描かれる螺旋軌跡を螺旋周期回数だけ重ね合わせて計画線量を照射しているが、重ね合わされる螺旋軌跡の位置はその螺旋周期開始時点の位相により決められる。そこで、線量分布の一様性を確保するためには、重ね合わされる螺旋軌跡の螺旋周期開始時点の位相が、均等にばらつくようにしなければならない。しかし、この螺旋周期開始時点の位相（以下、螺旋位相と称す。）Φは、式（５）から求められるので、螺旋周期ＴＳ、ワブラ角速度ω、初期位相φ０および螺旋周期回数ｎにより一義的に決まっている。
【０００６】
【数２】
【０００７】
このように、各螺旋位相Φは、治療開始時点の位相φ０、螺旋周期ＴＳ、ワブラ角速度ωにより予め決まってしまっているので、所望の一様性を確保するために、重ね合わせる螺旋軌跡を非常に多くして、螺旋位相が統計的にはランダムに見なせるようにしている。例えば、非特許文献１では、線量分布の一様性を確保するために１秒以上かけている。このように、従来の螺旋ワブラ法では、螺旋軌跡を数多く重なるように照射を行わなければならないという問題がある。
【０００８】
また、各螺旋位相Φが、一義的に螺旋周期ＴＳとワブラ角速度ωとにより決められてしまうので、螺旋周期ＴＳを変えたときに線量分布の一様性を確保できるワブラ角速度ωは限られており、螺旋周期ＴＳとワブラ角速度ωの選定に制約が生じるという問題がある。
【０００９】
また、１回の連続照射を１秒以上持続しなければならないので、粒子線は一般的にシンクロトロン方式の加速器から発生されており、加速器は加速、減速を周期的に繰り返えして、例えば２秒周期で周期運転されており、加速と減速との間で粒子線が粒子線照射部に供給される。そして、照射全体の時間を短くするために、なるべく粒子線を供給する時間を短くして、加速器を効率的に運転する。しかし、粒子線を供給する時間が数百ミリ秒のとき、１つの螺旋周期の途中で粒子線の供給が中断されることが起こるので、加速器の運転周期毎の線量分布の一様性が確保される保証がないという問題がある。
そのため、粒子線を供給する時間を長くすることにより螺旋周期の途中での粒子線の供給の中断を防ごうとしようとすると、粒子線の供給時間を短くすることができないなど加速器の運転周期に制約が生じるという問題がある。
【００１０】
また、患者の呼吸に伴って移動する臓器や変形する臓器を照射するときの呼吸に合わせて粒子線の照射を入切する呼吸同期運転では、螺旋周期ＴＳの途中で粒子線の供給が中断されるので、線量分布の一様性が確保される保証がないという問題がある。
【００１１】
また、照射領域を深さ方向に分割して照射する積層原体照射法に螺旋ワブラ法を適用したとき、分割された各層の計画線量は少ないために螺旋周期回数が少なくなり、線量分布の一様性を確保するために必要な螺旋回数に達しないという問題がある。
【００１２】
また、螺旋周期回数を所定回数以上必要とするので、線量率を上げると螺旋周期回数が所定の回数を下回ってしまって線量分布の一様性が確保できずに照射時間を長くしなければならないという問題がある。
【００１３】
この発明の目的は、所望の粒子線の照射の軌跡を少ない回数重ね合わせることにより線量分布の一様性が確保できる粒子線治療装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明に係わる粒子線治療装置は、患部に照射するために輸送されてきた粒子線を上記粒子線の進行方向に対して垂直な直交する２方向に上記粒子線の流れを偏向して、周期毎に該周期の始まりに位置する照射位置に戻るように上記粒子線の照射位置を走査し、１つの上記周期の間に画かれる軌跡を複数重ね合わせて所望の計画線量を上記患部に照射する粒子線治療装置において、上記周期の終了の時だけ上記粒子線を遮断することが可能である。
【発明の効果】
【００１５】
この発明に係わる粒子線治療装置の効果は、螺旋周期単位で照射が繰り返されるので、照射が螺旋周期の途中で中断されることがなくなり、線量率を上げても、線量分布の一様性の確保が確実に行われるし、照射時間の短縮もできる。
また、加速器の運転周期に対する制約を緩和することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わる粒子線治療装置のブロック図である。図２は、実施の形態１に係わるデータ記憶部のデータテーブルのデータ構造を示す図である。図３は、実施の形態１に係わるビーム検出装置のブロック図である。
この発明の実施の形態１に係わる粒子線治療装置１は、図１に示すように、粒子線を発生する粒子線発生部２、粒子線発生部２で発生された粒子線を粒子線照射部３に輸送する粒子線輸送部４、患者のターゲット領域（患部）５に粒子線を照射する粒子線照射部３を具備している。
粒子線発生部２は、シンクロトロン方式の加速器からなる粒子線発生装置６、発生した粒子線の粒子線輸送部４への入切を制御するビーム入切装置７が備えられている。
また、粒子線輸送部４は、粒子線の粒子線照射部３への入切を制御するビーム入切装置８が備えられている。
このビーム入切装置７、８は、粒子線照射部３から送られてくるビーム入切信号のレベルが「ＨＩＧＨ」のとき粒子線を流し、レベルが「ＬＯＷ」のとき粒子線を遮断する。
【００１７】
粒子線照射部３は、粒子線を走査することにより照射野を形成する照射野形成装置１０、照射する線量を検出するビーム検出装置１１、患者が横たわる患者治療台１２および患者の患者治療台１２における患者の位置を確認する患者位置確認装置１３が備えられている。
【００１８】
照射野形成装置１０は、粒子線を粒子線の進行方向に対して垂直な直交する２方向のうちの１方向（以下、Ｘ軸方向と称す。）に偏向するＸ軸電磁石２１、粒子線の進行方向に対して垂直なＸ軸方向に直交する方向（以下、Ｙ軸方向と称す。）に偏向するＹ軸電磁石２２、Ｘ軸電磁石２１にＸ軸励磁電流を流して励磁するＸ軸電磁石電源２３、Ｙ軸電磁石２２にＹ軸励磁電流を流して励磁するＹ軸電磁石電源２４、Ｘ軸励磁電流指令値とＹ軸励磁電流指令値とをそれぞれＸ軸電磁石電源２３とＹ軸電磁石電源２４とに送る指令値送信部２５、連続しているアドレス毎に１対のＸ軸励磁電流指定値およびＹ軸励磁電流指定値や螺旋周期の終了を示すデータが記憶されているデータ記憶部２６、データ記憶部２６からＸ軸励磁電流指令値とＹ軸励磁電流指令値とを読み出すタイミングを発生するタイミング制御装置２７、照射線量を監視し、ビームの要求を判定し、ビーム入切装置７、８を制御する入切制御部２８および細い径のビームを所定の径に散乱する散乱体３０が備えられている。
【００１９】
Ｘ軸電磁石２１では、図示しない励磁コイルにＸ軸励磁電流を大きさと向きとを変化しながら流すことにより、粒子線の流れをＸ軸方向に偏向する。同様に、Ｙ軸電磁石２２では、図示しない励磁コイルにＹ軸励磁電流を大きさと向きとを変化しながら流すことにより、粒子線の流れをＹ軸方向に偏向する。
Ｘ軸電磁石電源２３は、入力されるＸ軸励磁電流指令値に基づいてＸ軸電磁石２１にＸ軸励磁電流を流す。また、Ｙ軸電磁石電源２４は、入力されるＹ軸励磁電流指令値に基づいてＹ軸電磁石２２にＹ軸励磁電流を流す。
【００２０】
データ記憶部２６には、図２に示すようなデータ構造を有するデータテーブルが設けられている。そして、データテーブルには、連番のアドレスに対してそれぞれ３つのデータ領域と１つのポインタ領域が設定されており、２つのデータ領域には、Ｘ軸励磁電流指定値とＹ軸励磁電流指定値とが格納されている。また、残りの１つのデータ領域は、螺旋周期終了ビットと称し、そこには螺旋周期の終了を表すデータが格納されており、螺旋周期の終了のアドレスのとき「１」が格納されていて、それ以外は「０」が格納されている。
また、クロック信号に基づいてインクリメントされたアドレスに対応するポインタ領域に「１」が格納され、それ以外のアドレスに対応するポインタ領域に「０」が格納されている。ポインタ領域に「１」が格納されたアドレスのデータ領域のデータが指令値送信部２５に送られる。
【００２１】
Ｘ軸励磁電流指定値とＹ軸励磁電流指定値は、螺旋周期ＴＳをｍ等分する所定のクロック周期Ｗ毎に式（６）〜（９）に基づいて求められ、データ記憶部２６に格納される。例えば、螺旋周期ＴＳが４０ミリ秒で２００等分すると、クロック周期Ｗが０．２ミリ秒でなり、１つの螺旋周期ＴＳで２００個のアドレスが占有され、そのアドレスが０番から１９９番までとすると、１９９番のアドレスの螺旋周期終了ビットに「１」が格納されている。そして、所定の螺旋周期回数２００回分のデータがデータ記憶部２６に格納されている。
【００２２】
【数３】
【００２３】
データ記憶部２６では、クロック信号が入力される度に、アドレスがインクリメントされて、そのアドレスに格納されているＸ軸励磁電流指定値、Ｙ軸励磁電流指定値および螺旋周期終了ビットのデータが読み出されて、指令値送信部２５に送られる。
【００２４】
指令値送信部２５は、データ記憶部２６から送られてきたＸ軸励磁電流指定値とＹ軸励磁電流指定値に基づいてＸ軸励磁電流指令値をＸ軸電磁石電源２３に、Ｙ軸励磁電流指令値をＹ軸電磁石電源２４に送信する。さらに、指令値送信部２５は、データ記憶部２６から送られてきた螺旋周期終了ビットのデータに基づき、螺旋周期終了ビットのデータが「１」のとき螺旋周期終了信号として、「ＬＯＷ」、「ＨＩＧＨ」、「ＬＯＷ」レベルに変化するパルスを入切制御部２８に送信する。
【００２５】
タイミング制御装置２７は、螺旋周期ＴＳとその等分数ｍとから求められるクロック周期Ｗのクロック信号と、データ記憶部２６のアドレスを最初のアドレスに戻すリセット信号と、をデータ記憶部２６に入力する。
【００２６】
入切制御部２８は、粒子線照射による治療に先立って設定された計画線量が記憶されている判定用記憶装置３１、ビーム検出装置１１からの照射線量と計画線量とを比較してビーム要求の有無を判定し、ビーム要求信号のレベルを変化する判定装置３２およびビーム要求信号のレベルを螺旋周期の区切りごとにビーム入切信号としてビーム入切装置７、８に送信するレジスタ３３が備えられている。ビーム要求信号は、ビーム要求があるとき「ＨＩＧＨ」レベル、ビーム要求がないとき「ＬＯＷ」レベルとなっている。
【００２７】
ビーム検出装置１１は、図３に示すように、照射される粒子線の電荷の流れ、すなわちビーム電流を計測する線量モニタ３５、ビーム電流の大きさに比例する周波数のパルス列に変換する電流周波数変換器３６、パルス列に含まれるパルスの数をカウントして所定の時限で積算してカウント値を求めるカウンタ３７が備えられている。このカウント値が照射線量である。
【００２８】
次に、実施の形態１に係わる粒子線治療装置１の動作について説明する。
治療の開始の時点では、照射線量は零であり、計画線量より少ないので、ビーム要求信号のレベルは「ＨＩＧＨ」となっている。そして、図示しない照射開始のためのスイッチが入力されると、クロック信号がデータ記憶部２６に送信され、そのクロック信号の入力の度にアドレスがインクリメントされて、そのアドレスのＸ軸励磁電流指定値、Ｙ軸励磁電流指定値および螺旋周期終了ビットのデータが読み出され、Ｘ軸励磁電流指令値とＹ軸励磁電流指令値とがＸ軸電磁石電源２３とＹ軸電磁石電源２４とに送信される。Ｘ軸電磁石電源２３とＹ軸電磁石電源２４は、それぞれＸ軸電磁石２１とＹ軸電磁石２２とを励磁し、粒子線の流れを偏向する。
そして、アドレスのインクリメントが繰り返されて、螺旋周期の終わりのアドレスに達したとき、読み出された螺旋周期終了ビットのデータは「１」であるので、螺旋周期終了信号としてのパルスが送信される。
１回の螺旋周期での線量は計画線量に達しないので、ビーム要求信号のレベルは「ＨＩＧＨ」のままであるので、粒子線はそのまま供給されて、次の螺旋周期での照射が継続される。
そして、複数の螺旋周期の照射を繰り返すことにより、照射線量が計画線量に達する螺旋周期での照射が始まる。この螺旋周期の最初のアドレスから始まって、あるアドレスのときに照射線量が計画線量に達すると、ビーム要求信号のレベルは「ＬＯＷ」に変化する。しかし、レジスタ３３には螺旋周期終了信号としてのパルスが入力されていないので、ビーム入切信号のレベルは「ＨＩＧＨ」のままである。そして、この螺旋周期の終了のアドレスに達すると、螺旋周期終了ビットが「１」なので、螺旋周期終了信号としてのパルスがレジスタ３３に送られる。
レジスタ３３にパルスが入力されると、ビーム入切信号のレベルが「ＬＯＷ」に変化し、粒子線が遮断される。
【００２９】
このように螺旋周期単位で照射が繰り返されるので、照射が螺旋周期の途中で中断されることがなくなり、線量率を上げても、線量分布の一様性の確保が確実に行われるし、照射時間の短縮もできる。
また、加速器の運転周期に対する制約も緩和することができる。
【００３０】
なお、照射の入切は螺旋周期毎に行われるので、照射線量の制御は１回の螺旋周期において照射される照射線量単位で行われ、常に計画線量に対して実際に照射された線量は超えてしまうことになる。
例えば、加速器の運転周期が２秒で、その内ビームＯＮ時間は４００ミリ秒で、加速器によって照射される平均線量率が２Ｇｙ／分とすると、２Ｇｙの計画線量を患部に照射するためには６０秒かかるので、加速器は３０回の運転が必要になる。ビームＯＮ時間は３０回の運転全体では１２秒となり、また、螺旋周期４３．５ミリ秒での照射線量は０．００７２５Ｇｙとなる。３０回の運転において、１回目から２９回目までの照射線量を積算し、計画線量に達していない場合、次の螺旋周期の照射に移るので、計画線量を越える線量は最大でも１回の螺旋周期分の照射線量であり、計画線量に対する照射線量の精度は例えば上述の例では０．３６％と十分に確保される。
【００３１】
また、螺旋ワブラ法によるビーム照射は、照射を継続しながら連続的に走査させる方法、ビームの照射を一旦停止してビームを移動して移動が完了したらビームの照射を開始する方法、照射を継続しながらビームの移動と停止とを繰り返す方法などが知られているが、いずれの方法もこの発明の粒子線治療装置１に適用することができる。
【００３２】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係わる粒子線治療装置の入切制御部のブロック図である。図５は、実施の形態２に係わる粒子線治療装置のデータ記憶部のデータテーブルのデータ構造である。
実施の形態１においては、粒子線の入切はデータ記憶部２６に格納されている螺旋周期終了ビットを読み出して螺旋周期終了信号としてのパルスをレジスタ３３に入力することにより行われているが、実施の形態２においては、タイミング制御装置２７からのクロック信号をカウントし、判定用記憶装置３１に予め記憶されている螺旋周期分割数とカウント値とを比較し、カウント値が螺旋周期分割数と等しくなったとき、レジスタ３３に螺旋周期終了信号としてのパルスを送信することによりビームの入切を行う。このことに係わり、図５に示すように、データ記憶部２６のデータテーブルは、実施の形態１と異なり螺旋周期終了ビットが省かれており、これ以外は実施の形態１と同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
【００３３】
実施の形態２に係わる入切制御部２８Ｂは、図４に示すように、タイミング制御装置２７からのクロック信号をカウントして、カウント値を求めるカウンタ４０、判定用記憶装置３１に予め記憶されている螺旋周期分割数とカウント値とを比較して、螺旋周期終了信号としてのパルスをレジスタ３３に送信する比較回路４１が備えられている。カウンタ４０では、比較回路４１から螺旋周期終了信号としてのパルスが発信されると、カウント値がリセットされて、新たにカウントを開始する。
【００３４】
このような粒子線治療装置は、クロック信号をカウンタ４０によりカウントして螺旋周期の終了を検出するので、データ記憶部２６に別途螺旋周期の終了に係わるデータを記憶しておかなくてもよい。
【００３５】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３に係わる粒子線治療装置の入切制御部のブロック図である。
実施の形態３に係わる入切制御部２８Ｃは、実施の形態１に係わる入切制御部２８に即ビーム遮断機能が付加されていることが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
実施の形態３に係わる入切制御部２８Ｃでは、図６に示すように、判定装置３２から照射線量が計画線量に達したとき、レベル「ＬＯＷ」、それ以外の時はレベル「ＨＩＧＨ」になっている即ビーム遮断信号がＡＮＤ回路４３に入力されている。
ＡＮＤ回路４３には、即ビーム遮断信号とレジスタ３３のＱ出力とが入力され、ビーム入切信号が出力されている。そして、即ビーム遮断信号とレジスタ３３のＱ出力の少なくともいずれか一方が「ＬＯＷ」のときビーム入切信号のレベルが「ＬＯＷ］に変化する。このようにして、螺旋周期の途中でも必要があればビームの照射を中断することができる。
この即ビーム遮断信号は、図示しない遮断スイッチをＯＮすることによって創成してもよい。
【００３６】
このような粒子線治療装置は、螺旋周期の回数が線量分布の一様性を確保する上で必要以上になっているとき、螺旋周期の途中で照射を中断しても線量分布の一様性が悪くならないので、線量満了に対して即照射を中断して計画線量を越える量を低減することができる。
また、即ビーム遮断信号を緊急停止信号として使用できるので、咳や患者の急な動きなど異常時における照射停止時間を短縮できるので、安全性が高まる。
【００３７】
実施の形態４．
図７は、この発明の実施の形態４に係わる粒子線治療装置のブロック図である。図８は、実施の形態４に係わる信号処理装置と入切制御部とに係わる信号のタイミングチャートである。図９は、実施の形態４に係わる入切制御部のブロック図である。
実施の形態４に係わる粒子線治療装置１Ｄは、実施の形態１に係わる粒子線治療装置１に患者監視装置としての呼吸ゲート発生装置４４が追加され、これに関連して入切制御部２８Ｄが変更されていることが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
実施の形態４に係わる呼吸ゲート発生装置４４は、図７に示すように、患者の呼吸を測定するための呼吸測定装置４５、測定された呼吸に基づく信号を処理するための信号処理装置４６から構成されている。呼吸ゲート発生装置４４として、例えば、安西メディカル社製のＡＺ７７３があるが、これ以外にも種々の方法があり、ここで説明する方法に限定するものではない。
【００３８】
呼吸測定装置４５では、連続的に患者５の呼吸状態を計測し、信号処理装置４６では、図８に示すように、呼吸測定に基づき呼吸曲線を生成する。そして、呼吸曲線を予め定められた閾値と比較し、呼吸曲線が閾値より下にあるときを呼吸が安定していると判断し、呼吸ゲート信号のレベルを「ＨＩＧＨ］に変える。呼吸曲線が閾値より上にあるときを呼吸が不安定であると判断し、呼吸ゲート信号のレベルを「ＬＯＷ」にする。
【００３９】
実施の形態４に係わる入切制御部２８Ｄは、図９に示すように、判定装置３２とレジスタ３３の間にＡＮＤ回路４７が介設されており、ビーム要求信号と呼吸ゲート信号が入力され、ビームゲート信号が出力される。そして、ビーム要求信号と呼吸ゲート信号がともにレベル「ＨＩＧＨ」のとき、ビームゲート信号のレベルが「ＨＩＧＨ」になる。
レジスタ３３には、ビームゲート信号と螺旋周期終了信号としてのパルスが入力され、ビーム入切信号が出力される。そして、指令値送信部２５からの螺旋周期終了信号としてのパルスが送られたとき、すなわち螺旋周期の終了のとき、レジスタ３３のＤ入力端子のレベルがＱ出力端子のレベルに反映するので、ビーム要求信号のレベルが「ＨＩＧＨ」で呼吸ゲート信号のレベルも「ＨＩＧＨ」のときだけビーム入切信号が「ＨＩＧＨ］になり、粒子線が粒子線照射部３に供給される。
【００４０】
このように患者の呼吸が安定しているときにだけ粒子線の照射が行える。なお、螺旋周期ＴＳを４３．４７８ミリ秒としたとき、通常呼吸の周期は２秒から６秒程度であるので、呼吸同期におけるビームの遮断に要する時間を０．１秒以下にすれば、呼吸状態の変化に十分に追従することができる。
実施の形態１では患者の呼吸に関わりなく螺旋周期単位でビームの入切を行っているので、線量分布の一様性を充分に確保できるが、実施の形態４のように呼吸同期運転の場合でも線量分布の一様性の管理を容易に進めることができる。
【００４１】
実施の形態５．
図１０は、この発明の実施の形態５に係わる粒子線治療装置のブロック図である。図１１は、実施の形態５に係わるデータ記憶部の第１のデータテーブルのデータ構造を示す図である。図１２は、実施の形態５に係わるデータ記憶部の第２のデータテーブルのデータ構造を示す図である。図１３は、実施の形態５に係わる指令値送信部のブロック図である。図１４は、実施の形態５の粒子線治療装置で走査された螺旋軌跡を示す図である。
実施の形態５に係わる粒子線治療装置１Ｅは、図１０に示すように、実施の形態１に係わる粒子線治療装置１と指令値送信部２５Ｅおよびデータ記憶部２６Ｅが異なっており、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。
【００４２】
実施の形態５に係わるデータ記憶部２６Ｅには、２つのデータテーブル５０、５１が設定されている。第１のデータテーブル５０は、図１１に示すように、連番のアドレスに対してそれぞれ２つのデータ領域と１つのポインタ領域が設定されており、１つのデータ領域には、振幅Ｂのデータが格納されている。また、残りの１つのデータ領域には、螺旋周期終了ビットと称し、そこには螺旋周期終了を表すデータが格納されており、螺旋周期終了のアドレスのとき「１」が格納されていて、それ以外は「０」が格納されている。
また、１つのポインタ領域には、クロック信号に基づいて順送りに指定されるアドレスの現時点で指定されているアドレスを示すためのデータが格納されており、そのポインタ領域に「１」が格納され、それ以外のアドレスのポインタ領域に「０」が格納されている。
振幅Ｂは、螺旋周期ＴＳ、クロック周期Ｗとして、式（１０）、式（１１）に基づいて求められる。ｉは、クロック周期のカウント値であり、正の整数である。
【００４３】
【数４】
【００４４】
第２のデータテーブル５１は、図１２に示すように、連番のアドレスに対してそれぞれ１つのデータ領域と２つのポインタ領域が設定されており、１つのデータ領域には、正弦波関数Ｓのデータが格納されている。また、２つのポインタ領域には、クロック信号に基づいて順送りに指定される２つのアドレスの現時点で指定されているアドレスを示すためのデータが格納されており、そのアドレスに「１」が格納され、それ以外のアドレスに「０」が格納されている。この２つのポインタ領域は、正弦波関数Ｓが９０度位相が異なるように連動して動いていく。ＹポインタはＸポインタより９０度位相が進んでいる。
正弦波関数Ｓは、ワブラ角速度ω、クロック周期Ｗとして式（１２）に基づいて求められる。
【００４５】
【数５】
【００４６】
指令値送信部２５Ｅは、図１３に示すように、クロック信号に同期して第１のデータテーブル５０から読み出された振幅Ｂを２つの乗算器５２、５３に分配する分配器５４、第１のデータテーブル５０から読み出された螺旋周期終了ビットのデータが「１」のとき、式（１３）に基づいて求められる位相変化量Δφに相当する第２のデータテーブル５１のアドレスをジャンプさせるアドレスジャンプ制御部５５、振幅Ｂと第２のデータテーブル５１のＸポインタで示されているアドレスの正弦波関数Ｓとを乗算してＸ軸励磁電流指令値をＸ軸電磁石電源２３に送信するＸ軸乗算器５２、振幅Ｂと第２のデータテーブル５１のＹポインタで示されているアドレスの正弦波関数Ｓとを乗算してＹ軸励磁電流指令値をＹ軸電磁石電源２４に送信するＹ軸乗算器５３からなる。なお、ＴＷは、ワブラ周期である。
【００４７】
【数６】
【００４８】
例えば、クロック周期Ｗが０．１９４ミリ秒とし、ワブラ周波数が５７Ｈｚすなわちワブラ周期ＴＷが１７．５４ミリ秒とすると、螺旋周期開始時点の位相は、３６０度の分数とすることができる。３６０度の７分の１を単位として、螺旋位相を０度、５１度、１０３度、１５４度、２０６度、２５７度、３０９度とすることができる。また、３６０度の７分の３を単位として、位相を０度、１５４度、３０９度、１０３度、２５７度、５１度、２０６度とすることができる。位相を５１度進めるためには、１７．５４ミリ秒÷０．１９４ミリ秒×５１度÷３６０度＝１２．８０８となり、アドレスを約１３進めればよい。螺旋周期終了ビットの「１」を受信したとき、第２のデータテーブル５１の現在のアドレスに１３を追加したアドレスから正弦波関数Ｓの読み出しを再開すればよい。
螺旋位相を０度、５１度、１０３度、１５４度、２０６度、２５７度、３０９度からの螺旋軌跡を図１４に示す。このように、適切な位相を設定することにより、螺旋軌跡を一様に分布させることができる。
【００４９】
第１のデータテーブル５０には螺旋周期１回分の振幅Ｂのデータ、第２のデータテーブル５１にはワブラ周期１回分の正弦波関数Ｓのデータを格納しておけばすむので、少ない容量のデータ記憶部２６Ｅを用意すればよい。それぞれのデータテーブル５０、５１では、アドレスが終端に達したら、先頭のアドレスに自動的に戻るように制御をおこなう。
なお、アドレスを指定値だけジャンプするときに、アドレスの終端に達する場合、先頭のアドレスから継続して数えて所定のアドレスにジャンプすればよい。
【００５０】
このような粒子線治療装置１Ｅは、振幅Ｂのデータが第１のデータテーブル５０に、正弦波関数Ｓのデータが第２のデータテーブル５１に分割して格納されているので、それぞれ１周期分のデータだけ記憶しておけばすむので、各データの準備が簡単になるとともに、記憶容量が少なくてすむ。
【００５１】
また、線量分布が一様になるように予めアドレスをジャンプさせる所定の値を求めておけるので、少ない螺旋軌跡を重ね合わせるだけで線量分布の一様性が確保できるため、線量率を上げて照射することができる。
また、ワブラ周期ＴＷと螺旋周期ＴＳとを変えるときも、線量分布の一様性の確保できるアドレスのジャンプ量を予め求めることができるのでワブラ周期ＴＷと螺旋周期ＴＳの選定の制約が少なくなる。
また、加速器の運転周期を短くして効率を高める運転も容易に行うことができる。
【００５２】
実施の形態６．
図１５は、この発明の実施の形態６に係わる指令値送信部のブロック図である。図１６は、実施の形態６に係わるジャンプデータテーブルのデータ構造を示す図である。
実施の形態６に係わる粒子線治療装置は、実施の形態５に係わる粒子線治療装置と指令値送信部２５Ｆが異なっており、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。
実施の形態６に係わる指令値送信部２５Ｆは、図１５に示すように、実施の形態５に係わる指令値送信部２５Ｅとアドレスジャンプ制御部５５Ｆが異なり、また、それに係わるジャンプデータテーブル５６が追加されていることが異なっており、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。
【００５３】
実施の形態６に係わるアドレスジャンプ制御部５５Ｆは、読み出した第１のデータテーブル５０の螺旋周期終了ビットのデータが「１」のとき、ジャンプデータテーブル５６のアドレスをインクリメントして、インクリメントしたアドレスのジャンプ先を示すＸ軸アドレス、Ｙ軸アドレスを読み出し、そのアドレスに対応する第２のデータテーブル５１のＸポインタとＹポインタに「１」を設定する。すると、Ｘポインタに「１」が設定されているアドレスの正弦波関数ＳのデータがＸ軸乗算器５２へ、Ｙポインタに「１」が設定されているアドレスの正弦波関数ＳのデータがＹ軸乗算器５３へ出力される。これ以降は実施の形態５で説明したことと同様である。
【００５４】
ジャンプデータテーブル５６は、図１６に示すように、連番のアドレスにそれぞれ２つのデータ領域と１つのポインタ領域が設定されている。２つのデータ領域には、２つのＸ軸アドレスとＹ軸アドレスが格納されている。このＸ軸アドレスとＹ軸アドレスは、第２のデータテーブル５１のアドレスを示し、第２のデータテーブル５１のＹ軸アドレスの正弦波関数Ｓのデータは、第２のデータテーブル５１のＸ軸アドレスの正弦波関数Ｓのデータより９０度位相が進んでいる値である。
１つのポインタ領域には、現在の螺旋周期の螺旋位相に係わるアドレスが指定されており、螺旋周期終了ビットの値が「１」のとき、アドレスがインクリメントされて、それに連動してポインタ領域が１つ移動する。
【００５５】
このような粒子線治療装置は、螺旋周期毎に螺旋位相を制御することができ、一様な線量分布の照射野を形成するために最も効率的な螺旋位相の組合せを予め決めておけば、少ない螺旋周期回数の照射により計画線量を一様性を維持しながら照射できる。
また、ジャンプ量を変化しながら任意に螺旋位相を設定できるので、最適な螺旋軌道の重ね合わせを実現することができる。
【００５６】
実施の形態７．
図１７は、この発明は実施の形態７に係わる粒子線治療装置の指令値送信部である。
実施の形態７に係わる粒子線治療装置は、実施の形態５に係わる粒子線治療装置１Ｅに励磁電流を監視する機能を付加したことが異なっており、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
実施の形態７に係わるＸ軸電磁石電源２３ＧおよびＹ軸電磁石電源２４Ｇは、その出力に励磁電流値を計測するための図示しない電流計が備えられている。
【００５７】
また、実施の形態７に係わる指令値送信部２５Ｇは、図１７に示すように、電流計から入力されるＸ軸励磁電流値およびＹ軸励磁電流値が予め設定された閾値Ｉ０ＭＡＸより大きいときＸ軸過電流信号およびＹ軸過電流信号を発するＸ軸比較器５７およびＹ軸比較器５８、Ｘ軸過電流信号またはＹ軸過電流信号が入力されたときジャンプ非許可信号をアドレスジャンプ制御部５５に送信するＯＲ回路５９が追加されていることが実施の形態５の指令値送信部２５Ｅと異なっており、その他は同様であるので同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。
【００５８】
実施の形態５、６において、螺旋周期開始時点、すなわち励磁電流の振幅の零の時点で螺旋位相を可変することにしているが、誤動作や正弦波データの間違いなどにより、励磁電流が大きくなってしまう可能性がある。そこで、実施の形態７の指令値送信部２５Ｇでは、励磁電流が所定の閾値Ｉ０ＭＡＸより大きいとき、ＯＲ回路５９を経由して、螺旋周期開始時点で行うアドレスのジャンプを非許可とする。
このような粒子線治療装置は、誤動作や誤データによる励磁電流の急激な変化が発生したとき、アドレスのジャンプを許可せずに、そのままアドレスをインクリメントするので、電磁石電源の破損を防止することができる。
【００５９】
実施の形態８．
図１８は、この発明の実施の形態８に係わる粒子線治療装置のタイミング制御装置と入切制御部とのブロック図である。
実施の形態８に係わる粒子線治療装置は、実施の形態４に係わる粒子線治療装置１Ｄとタイミング制御装置２７Ｈが異なっており、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。
実施の形態８に係わるタイミング制御装置２７Ｈは、実施の形態４に係わるタイミング制御装置２７にＡＮＤ回路６１が追加されている。ＡＮＤ回路６１には、入切制御部２８Ｄのレジスタ３３からのビーム入切信号と予め定められているクロック周期Ｗのクロック信号とが入力され、ゲート付クロック信号がデータ記憶部２６に出力される。そして、データ記憶部２６は、このゲート付クロック信号によりアドレスがインクリメントされる。
呼吸同期運転されているとき、患者の呼吸が照射できる状態にない場合、ビーム入切信号が「ＬＯＷ」になるので、データ記憶部２６に入力されるゲート付クロック信号がブロックされ、アドレスがインクリメントされない。そして、励磁電流がそのまま保持されるので、照射は行われていないが、粒子線が供給されているとしたら照射位置は移動しない。このように患者の呼吸が安定していないとき、粒子線の供給を停止すると同時に励磁状態もそのままで維持されている。そして、患者の呼吸が安定すると、ビームゲート信号が「ＨＩＧＨ」に変化し、ゲート付クロック信号もデータ記憶部２６に入力され、粒子線が停止していた位置から走査が再開される。
【００６０】
このような粒子線治療装置は、照射時間が短い場合、線量率が高い場合または呼吸同期運転されている場合などのように十分に多くの回数の螺旋周期で照射が行えないときでも、粒子線が遮断されている間、粒子線の偏向条件が変わらないため、照射が行われない軌跡が生じないので、線量分布の一様性を確保することができる。
また、ビーム入切制御を螺旋周期の終了時点で行えば、励磁電流の振幅が零の状態となるため、電力消費を低減することができる。
また、加速器の運転において加速と減速の占める時間がビームＯＮ時間に比べて長いので、加速と減速のときに励磁電流の振幅を零にすることにより、省電力に有意な効果が得られる。
【００６１】
なお、実施の形態８では、螺旋周期単位でビーム入切信号を行っているが、螺旋周期の途中で呼吸ゲート信号に基づいて患者の呼吸状態に即応して、ビームの入切を行うとともにゲート付クロック信号の発振・停止を行っても、同様に、照射が行われない部分の含まれた軌跡を生じさせない。
また、実施の形態８では、螺旋周期開始時点で螺旋位相を可変していないが、実施の形態５、６のように螺旋周期開始時点で螺旋位相を可変しながら、呼吸同期運転に伴う呼吸ゲート信号に従ってクロック信号を制御してもよい。
【００６２】
実施の形態９．
図１９は、この発明の実施の形態９に係わる粒子線治療装置のブロック図である。図２０は、実施の形態９に係わるビーム検出装置のブロック図である。
実施の形態９に係わる粒子線治療装置１Ｊは、図１９に示すように、実施の形態４に係わる粒子線治療装置１Ｄとビーム検出装置１１Ｊが異なっている。また、タイミング制御装置２７が省略されていることが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し、説明は省略する。
実施の形態４ではデータテーブルのアドレスはタイミング制御装置２７からのクロック信号によりインクリメントされるが、実施の形態９では、ビーム検出装置１１Ｊからの照射線量に比例したクロック信号によりインクリメントされる。
実施の形態９に係わるビーム検出装置１１Ｊは、図２０に示すように、照射線量を求めるための線量モニタ３５、電流周波数変換器３６およびカウンタ３７以外に、照射線量に比例するクロック信号を創成するためのゲイン調整装置６３、電流周波数変換器６４およびカウント調整装置６５が備えられている。
ゲイン調整装置６３は、電流周波数変換器６４に入力する電流値が大きくなるようにシグナル／ノイズ比を許容される範囲内で高くしておき、なるべく小さな電荷の通過で１つのパルスが創成するように設定されている。
電流周波数変換器６４は、このように増幅された電流値に比例する周波数のパルス列に変換する。ゲイン調整装置６３で増幅されているので、パルス列の周波数は高周波になる。
カウント調整装置６５は、パルス列を周波数変換して、螺旋周期分割数に相当するパルス列にする。
【００６３】
なお、ビーム検出装置１１Ｊは、クロック信号を創成する機能と患者に照射する全線量を管理する機能とを併せ持っているので、安全性に係わる対策を施すことが必要である。対策としては、それぞれの機能の系統を独立して配設し、かつ、それぞれの機能の系統を多重化し、系統間で相互にチェックする機能を備えることが挙げられる。
【００６４】
このような粒子線治療装置１Ｊでは、ある照射位置に照射される線量がカウント調整装置６５から１つのクロック信号が発信されるまでの量に達しないと、アドレスがインクリメントされない。そこで、照射位置毎の線量が所定の量（カウント調整装置６５から１つのクロック信号が発信される量）に合わされるので、ターゲット領域全体に亘って照射線量が所定の量に正確に合わされる。
また、粒子線発生部２から供給されるビーム電流が変動した場合でも、時間ではなく照射線量が１クロック信号分照射されたとき照射位置を移動するので、ビーム電流の変動の影響を受けない。
【００６５】
実施の形態１０．
図２１は、この発明の実施の形態１０に係わる粒子線治療装置のブロック図である。図２２は、円軌跡を示す図である。図２３は、実施の形態１０に係わるデータ記憶部に格納されているデータテーブルのデータ構造である。
実施の形態１０に係わる粒子線治療装置１Ｋは、実施の形態１に係わる粒子線治療装置１と粒子線の照射の軌跡が異なり、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。軌跡が異なることに関連して、実施の形態１０に係わる粒子線治療装置１Ｋは、図２１に示しように、実施の形態１に係わる粒子線治療装置１とデータ記憶部２６Ｋ、指令値送信部２５Ｋ、タイミング制御装置２７Ｋ、入切制御部２８Ｋが異なっている。
実施の形態１においては螺旋軌跡を描くように粒子線を走査しているが、実施の形態１０では図２２に示すように、円軌跡を描くように粒子線を走査する。このため、データ記憶部２６Ｋのデータテーブルには、図２３に示すように、連番のアドレスに対してそれぞれ３つのデータ領域と１つのポインタ領域が設定されており、２つのデータ領域には、Ｘ軸励磁電流指定値とＹ軸励磁電流指定値とが格納されている。また、残りの１つのデータ領域は、ワブラ周期終了ビットと称し、そこにはワブラ周期の終了を表すデータが格納されており、ワブラ周期の終了のアドレスのとき「１」が格納されていて、それ以外は「０」が格納されている。
また、クロック信号に基づいてインクリメントされたアドレスに対応するポインタ領域に「１」が格納され、それ以外のアドレスに対応するポインタ領域に「０」が格納されている。ポインタ領域に「１」が格納されたアドレスのデータ領域のデータが指令値送信部２５Ｋに送られる。
【００６６】
Ｘ軸励磁電流指定値とＹ軸励磁電流指定値は、ワブラ周期ＴＷをｐ等分する所定のクロック周期Ｗ毎に式（１４）、（１５）に基づいて求められ、データ記憶部２６Ｋに格納される。例えば、ワブラ周期ＴＷが１８ミリ秒で３６等分すると、クロック周期Ｗが０．５ミリ秒でなり、１つのワブラ周期ＴＷで３６個のアドレスが占有され、そのアドレスが０番から３５番までとすると、３５番のアドレスのワブラ周期終了ビットに「１」が格納されている。
【００６７】
【数７】
【００６８】
データ記憶部２６Ｋでは、クロック信号が入力される度に、アドレスがインクリメントされて、そのアドレスに格納されているＸ軸励磁電流指定値、Ｙ軸励磁電流指定値およびワブラ周期終了ビットのデータが読み出されて、指令値送信部２５Ｋに送られる。
【００６９】
指令値送信部２５Ｋは、データ記憶部２６Ｋから送られてきたＸ軸励磁電流指定値とＹ軸励磁電流指定値に基づいてＸ軸励磁電流指令値をＸ軸電磁石電源２３に、Ｙ軸励磁電流指令値をＹ軸電磁石電源２４に送信する。さらに、指令値送信部２５Ｋは、データ記憶部２６Ｋから送られてきたワブラ周期終了ビットのデータに基づき、ワブラ周期終了ビットのデータが「１」のときワブラ周期終了信号として、「ＬＯＷ」、「ＨＩＧＨ」、「ＬＯＷ」レベルに変化するパルスを入切制御部２８Ｋに送信する。
【００７０】
タイミング制御装置２７Ｋは、ワブラ周期ＴＷとそのｐ等分数とから求められるクロック周期Ｗのクロック信号と、データ記憶部２６Ｋのアドレスを最初のアドレスに戻すリセット信号とをデータ記憶部２６Ｋに入力する。
【００７１】
入切制御部２８Ｋは、粒子線照射による治療に先立って設定された計画線量が記憶されている判定用記憶装置３１、ビーム検出装置１１からの照射線量と計画線量とを比較してビーム要求の有無を判定し、ビーム要求信号のレベルを変化する判定装置３２およびビーム要求信号のレベルをワブラ周期の区切りごとにビーム入切信号としてビーム入切装置７、８に送信するレジスタ３３が備えられている。ビーム要求信号は、ビーム要求があるとき「ＨＩＧＨ」レベル、ビーム要求がないとき「ＬＯＷ」レベルとなっている。
レジスタ３３は、ワブラ周期終了信号としてのパルスがＣＬＯＣＫ端子に入力されると、Ｄ入力端子に入力されているビーム要求信号のレベルがビーム入切信号としてＱ出力端子から出力される。
【００７２】
あるワブラ周期の途中で照射線量が計画線量を越えてビーム要求信号のレベルが「ＬＯＷ」に変化しても、ワブラ周期終了信号としてのパルスがレジスタ３３に入力されないかぎりビーム入切信号のレベルは「ＨＩＧＨ」のままである。そして、ワブラ周期終了信号としてのパルスが指令値送信部２５Ｋから送られたとき始めてビーム入切信号のレベルが「ＬＯＷ」に変化して、粒子線が遮断される。
【００７３】
このような粒子線治療装置は、ワブラ周期の途中で粒子線の照射が中断されないので、線量分布の一様性が確保できる。
また、図２４に示すような複数円のワブラ照射法や照射線量率を大きくする場合には、ワブラ周期単位の照射にすることにより、短時間の照射でも線量分布の一様性を確保し易くなる。
【００７４】
また、ワブラ照射法によるビーム照射は、照射を継続しながらビームを連続的に走査させる方法、ビームを一旦停止してビームを移動して移動が完了したらビームの照射を開始する方法、照射を継続しながらビームの移動と停止とを繰り返す方法などが知られているが、いずれの方法もこの発明の粒子線治療装置１Ｋに適用することができる。
【００７５】
実施の形態１１．
図２５は、この発明の実施の形態１１に係わる粒子線治療装置のブロック図である。図２６は、ジグザグ軌跡の例を示す図である。図２７は、他のジグザグ軌跡の例を示す図である。
実施の形態１１に係わる粒子線治療装置１Ｌは、図２５に示すように、実施の形態１に係わる粒子線治療装置１と粒子線の照射の軌跡が異なり、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。軌跡が異なることに関連して、実施の形態１１に係わる粒子線治療装置１Ｌは、実施の形態１に係わる粒子線治療装置１とデータ記憶部２６Ｌ、指令値送信部２５Ｌ、タイミング制御装置２７Ｌ、入切制御部２８Ｌが異なっている。
【００７６】
また、照射野の周辺に走査された粒子線を遮断するビーム遮断装置としての多葉コリメータ装置６７が追加されている。このビーム遮断装置として、多葉コリメータ装置６７以外に、４枚羽根コリメータ装置またはブロックコリメータ装置などを適用することができる。ビーム遮断装置は、照射野の周辺でビームの走査が折り返されるときの粒子線を遮蔽している。
実施の形態１においては螺旋軌跡を描くように粒子線を走査しているが、実施の形態１１では図２６に示すように、Ｘ軸方向の１往復する間にＹ軸方向に５往復するジグザグ軌跡を描くように粒子線を走査する。このため、データ記憶部２６Ｌのデータテーブルには、連番のアドレスに対してそれぞれ３つのデータ領域と１つのポインタ領域が設定されており、２つのデータ領域には、Ｘ軸励磁電流指定値とＹ軸励磁電流指定値とが格納されている。また、残りの１つのデータ領域は、Ｘ軸方向周期終了ビットと称し、そこにはＸ軸方向を１往復するＸ軸方向周期の終了を表すデータが格納されており、Ｘ軸方向周期の終了のアドレスのとき「１」が格納されていて、それ以外は「０」が格納されている。
また、クロック信号に基づいてインクリメントされたアドレスに対応するポインタ領域に「１」が格納され、それ以外のアドレスに対応するポインタ領域に「０」が格納されている。ポインタ領域に「１」が格納されたアドレスのデータ領域のデータが指令値送信部２５Ｌに送られる。
【００７７】
Ｘ軸励磁電流指定値とＹ軸励磁電流指定値は、Ｘ軸方向周期ＴＸをｑ等分する所定のクロック周期Ｗ毎に求められ、データ記憶部２６Ｌに格納される。
データ記憶部２６Ｌでは、クロック信号が入力される度に、アドレスがインクリメントされて、そのアドレスに格納されているＸ軸励磁電流指定値、Ｙ軸励磁電流指定値およびＸ軸方向周期終了ビットのデータが読み出されて、指令値送信部２５Ｌに送られる。
指令値送信部２５Ｌは、データ記憶部２６Ｌから送られてきたＸ軸励磁電流指定値とＹ軸励磁電流指定値に基づいてＸ軸励磁電流指令値をＸ軸電磁石電源２３に、Ｙ軸励磁電流指令値をＹ軸電磁石電源２４に送信する。さらに、指令値送信部２５Ｌは、データ記憶部２６Ｌから送られてきたＸ軸方向周期終了ビットのデータに基づき、Ｘ軸方向周期終了ビットのデータが「１」のときＸ軸方向周期終了信号として、「ＬＯＷ」、「ＨＩＧＨ」、「ＬＯＷ」レベルに変化するパルスを入切制御部２８Ｌに送信する。
【００７８】
タイミング制御装置２７Ｌは、Ｘ軸方向周期ＴＸとそのｑ等分数とから求められるクロック周期Ｗのクロック信号と、データ記憶部２６Ｌのアドレスを最初のアドレスに戻すリセット信号と、をデータ記憶部２６Ｌに入力する。
【００７９】
入切制御部２８Ｌは、粒子線照射による治療に先立って設定された計画線量が記憶されている判定用記憶装置３１、ビーム検出装置１１からの照射線量と計画線量とを比較してビーム要求の有無を判定し、ビーム要求信号のレベルを変化する判定装置３２およびビーム要求信号のレベルをＸ軸方向周期の区切りごとにビーム入切信号としてビーム入切装置７、８に送信するレジスタ３３Ｌが備えられている。ビーム要求信号は、ビーム要求があるとき「ＨＩＧＨ」レベル、ビーム要求がないとき「ＬＯＷ」レベルとなっている。
レジスタ３３Ｌは、Ｘ軸方向周期終了信号としてのパルスがＣＬＯＣＫ端子に入力されると、Ｄ入力端子に入力されているビーム要求信号のレベルがビーム入切信号としてＱ出力端子から出力される。
【００８０】
あるＸ軸方向周期の途中で照射線量が計画線量を越えてビーム要求信号のレベルが「ＬＯＷ」に変化しても、Ｘ軸方向周期終了信号としてのパルスがレジスタ３３Ｌに入力されないかぎりビーム入切信号のレベルは「ＨＩＧＨ」のままである。そして、Ｘ軸方向周期終了信号としてのパルスが指令値送信部２５Ｌから送られたとき始めてビーム入切信号のレベルが「ＬＯＷ」に変化して、粒子線が遮断される。
【００８１】
このような粒子線治療装置１Ｌは、Ｘ軸方向周期の途中で粒子線の照射が中断されないので、線量分布の一様性が確保できる。
また、図２７に示すようなジグザグ回数を多くして行う照射法や照射線量率を大きくする場合には、Ｘ軸方向単位の照射にすることにより、短時間の照射でも線量分布の一様性を確保し易くなる。
【００８２】
また、ジグザグ照射法によるビーム照射は、照射を継続しながらビームの照射を連続的に走査させる方法、ビームを一旦停止してビームを移動して移動が完了したらビームの照射を開始する方法、照射を継続しながらビームの移動と停止とを繰り返す方法などが知られているが、いずれの方法もこの発明の粒子線治療装置１Ｌに適用することができる。
【００８３】
また、実施の形態１１においてはデータ記憶部２６Ｌのアドレスはタイミング制御装置２７Ｌからのクロック信号によりインクリメントされるが、実施の形態８において説明したように、ビーム入切信号のレベルが「ＬＯＷ」になって粒子線の供給が中断したときにアドレスのインクリメントも中断する機能を追加してもよい。
また、実施の形態９において説明したように、線量モニタのビーム電流値に基づいて創成されるクロック信号を用いてアドレスのインクリメントを制御してもよい。
【００８４】
実施の形態１２．
図２８は、この発明の実施の形態１２に係わる粒子線治療装置のブロック図である。
実施の形態１２に係わる粒子線治療装置１Ｍは、図２８に示すように、実施の形態１に係わる粒子線治療装置１にビーム遮断装置としての多葉コリメータ装置６７と粒子線のエネルギーを変える手段としてのレンジシフタ装置６８とが追加されており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
【００８５】
なお、粒子線のエネルギーを変える手段として、レンジシフタ装置６８以外に、粒子線発生部２においてシンクロトロン方式の加速器のエネルギーの設定値を変えることによって粒子線のエネルギーの変更が可能であり、また、粒子線輸送部４において図示しない電磁石のコイルの励磁電流を変えることによって粒子線のエネルギーの変更が可能であるので、レンジシフタ装置６８に限るものではない。
レンジシフタ装置６８は、ポリエチレンから構成されており、それに粒子線を通過させることにより、粒子線のエネルギーが所望の値まで下げることができる。このようにして粒子線のエネルギーを可変することにより、粒子線が到達する深さを調整して、深さ方向に層別された層毎に所望の計画線量を照射して、３次元的に所望の線量分布を有するように照射が行われる。これを積層原体照射法と称す。
【００８６】
立体的なターゲット領域は、深さ方向に層別された層の深さ方向に垂直なターゲット領域の形状は違うので、その形状にだけ粒子線を照射するためにビーム遮断装置としての多葉コリメータ装置６７が備えられている。なお、ビーム遮断装置として、多葉コリメータ装置６７以外にも４枚羽根コリメータ装置またはブロックコリメータ装置などがあり、いずれを適用してもよい。
多葉コリメータ装置６７は、その開口を照射対象の層の予め決定されている最適な形状になるように設定されている。
【００８７】
次に、積層原体照射法に螺旋周期単位に粒子線の照射を行うことについて説明する。
粒子線よる治療に先立って、３次元のターゲット領域を粒子線の照射方向に垂直な平面により５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の厚さの層に層別し、各層毎に計画線量を定めて、判定用記憶装置３１に格納させておく。また、各層のターゲット領域の外形を計測し、多葉コリメータ装置６７の開口が外形に最適な形状になるような設定値を予め定めておく。また、各層の照射に適するレンジシフタ装置６８を治療に先立って用意しておく。
１つの層を照射するために、適切なレンジシフタ装置６８を設置し、多葉コリメータ装置６７を調整して開口を定め、実施の形態１で説明したようにして、当該層の計画線量まで螺旋軌跡を重ねることにより照射する。このとき、粒子線の入切は螺旋周期単位で行い、螺旋周期の途中では粒子線を切らない。
次の層を照射するために、適切なレンジシフタ装置６８を設置し、多葉コリメータ装置６７を調整して開口を定め、照射を行う。この手順を繰り返すことにより、積層原体照射法を用いて立体的な患部を層状に照射が行われる。
【００８８】
このような粒子線治療装置１Ｍは、患部の深さ方向の照射の制御のために積層原体照射法が用いられているので、３次元的な線量分布が得られるという効果がある。線量について、患部を深さ方向に分割することにより、各層に照射する線量は大幅に少なくなる。例えば、深さ方向に１０ｃｍの広がりをもつ患部を２０層に分割した場合、最深層に１００の単位の線量を照射するとしたら、最深層より浅い層には典型的に一桁少ない１０の単位以下の線量しか必要とされないことが知られている。これは粒子線の物理的性質に起因することで、一般に最深層以外の浅い側の層に対しては照射する線量がかなり少なくてよい。結果的に、これらの浅い層に対しては照射時間がかなり短くなり、従来の方法では、横方向の線量分布の一様性を保証することが困難である。
積層原体照射法を呼吸同期運転と組み合わせた場合、さらに困難になる。
これに対して、上述の実施の形態１乃至１１の構成を積層原体照射法に適用することにより、積層原体照射法のより厳しい条件を満足し、線量分布の一様性を確保することができる。
【００８９】
なお、実施の形態１２では、螺旋軌跡を画くように粒子線を走査しているが、積層原体照射法における各層に対する粒子線の照射を円軌跡またはジグザグ軌跡を画くように粒子線を走査することもできる。
【００９０】
実施の形態１３．
図２９は、この発明の実施の形態１３に係わる粒子線治療装置のブロック図である。図３０は、実施の形態１３に係わるビーム検出装置のブロック図である。図３１は、実施の形態１３に係わる粒子線治療装置において照射線量を監視する手順を示すフローチャートである。
実施の形態１３に係わる粒子線治療装置１Ｎは、図２９に示すように、実施の形態１に係わる粒子線治療装置１に照射位置の座標情報を入手する機能と照射位置の照射線量が適正であるか否かを判定する機能とを追加したことが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。
【００９１】
実施の形態１３に係わるＸ軸電磁石電源２３ＮおよびＹ軸電磁石電源２４Ｎは、その出力に励磁電流値を計測するための図示しない電流計が備えられている。この電流計からＸ軸励磁電流ＩＸ、Ｙ軸励磁電流ＩＹが出力される。
また、実施の形態１３に係わるビーム検出装置１１Ｎは、図３０に示すように、実施の形態１に係わるビーム検出装置１１に線量モニタ３５のビーム電流をデジタルの線量モニタ出力ＩＤＯＳＥに変換するアナログデジタル変換器７０、Ｘ軸励磁電流ＩＸ、Ｙ軸励磁電流ＩＹおよび線量モニタ出力ＩＤＯＳＥを時系列に記録する線量記録装置７１、照射線量が予め決められた計画線量に一致しているか否かを判断し、不一致の場合異常を外部に通報する線量演算処理装置７２が付加されている。
【００９２】
次に、実施の形態１３に係わる粒子線治療装置において照射線量を監視する手順を図３１を参照して説明する。
照射深度における２次元の照射領域は、例えば、マトリックス状に５ｍｍ角のピクセルに区切られ、照射の管理をピクセル単位で行う。
Ｓ１０１では、各ピクセル（ＰＸ、ＰＹ）のカウント値Ｄ１（ＰＸ、ＰＹ）を零とし、予め決められた各ピクセル設定値Ｄ０（ＰＸ、ＰＹ）を外部から読み込む。
Ｓ１０２で、照射中にＸ軸励磁電流ＩＸ、Ｙ軸励磁電流ＩＹおよび線量モニタの出力ＩＤＯＳＥを時系列に線量記録装置に記録する。記録する時間間隔は、例えば、０．１ミリ秒と電磁石の動きに対して十分に短い間隔とする。
Ｓ１０３で、時間間隔におけるＩＸ、ＩＹの値を読み出し、その値から照射深度におけるビームの中心のＸ座標Ｘ０とＹ座標Ｙ０を算出する。
Ｓ１０４で、Ｘ座標Ｘ０とＹ座標Ｙ０に対応するピクセルの座標ＰＸ、ＰＹを求める。
Ｓ１０５で、ＩＤＯＳＥの値が予め決められている閾値ＩＤＯＳＥ−ＭＩＮ以上であれば、Ｓ１０６へ進み、未満であれば、Ｓ１０２へ戻る。
Ｓ１０６で、式（１６）に従ってＰＸ、ＰＹのカウント値Ｄ１（ＰＸ、ＰＹ）を１増加させる。
【００９３】
Ｄ１（ＰＸ、ＰＹ）＝Ｄ１（ＰＸ、ＰＹ）＋１ （１６）
【００９４】
Ｓ１０７で、ある程度分布が記録されたか否かを判断する。すなわち線量モニタの時間積算値ΣＩＤＯＳＥが予め決められている積算値閾値ΣＩＤＯＳＥ−ＭＩＮを超えたか否かを判断し、超えたときＳ１０８へ進み、以下のときＳ１０２へ戻る。
Ｓ１０８で、カウント値Ｄ１（ＰＸ、ＰＹ）を規格化する。計測された分布と所望の分布を比較するときにマトリックスに蓄積されたカウント値を全面積のカウント値で規格化する。
Ｓ１０９で、規格化されたカウント値Ｄ２（ＰＸ、ＰＹ）を外部から読み込んである各ピクセル設定値Ｄ０（ＰＸ、ＰＹ）と比較する。各ピクセル単位で比較し、ピクセルのデータの差が予め設定された範囲を超える場合は不一致とする。不一致のピクセル数が所定の数を超えたとき、異常フラグを立てて、Ｓ１１０へ進み、不一致のピクセル数が所定値の数以下のときＳ１０２へ戻る。
Ｓ１１０で、運転員に告知する。
【００９５】
なお、不一致のピクセル数が所定値を超えているとき、同時にビームを一時停止状態にしてもよい。
また、異常を判定する基準としては、１つのピクセルの不一致が所定値を超えた場合としてもよい。
また、データの差の絶対値をピクセル毎に積算し、その合計が閾値以上の場合としてもよい。
また、これらの条件の組合せによる場合でもよい。
【００９６】
また、ピクセルのカウント値をインクリメントするときに１カウント追加するのではなく、線量モニタの電流値に比例したカウントｋＩＤＯＳＥを式（１７）に従うようにインクリメントしてもよい。
【００９７】
Ｄ１（ＰＸ、ＰＹ）＝Ｄ１（ＰＸ、ＰＹ）＋ｋＩＤＯＳＥ （１７）
【００９８】
このように線量モニタの電流値に比例した値でカウント値をインクリメントすることにより、マトリックスの値は実際の線量分布に近い分布を現すことになり、より正確な情報に基づいて判断を行える。
【００９９】
このような粒子線治療装置１Ｎは、実際の照射時の装置記録に基づいて安全確認が行えるので、上述の実施の形態１乃至１３の付加機能のある照射制御を行っても安全性を損なうことがない。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】この発明の実施の形態１に係わる粒子線治療装置のブロック図である。
【図２】実施の形態１に係わるデータ記憶部のデータテーブルのデータ構造を示す図である。
【図３】実施の形態１に係わるビーム検出装置のブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係わる粒子線治療装置の入切制御部のブロック図である。
【図５】実施の形態２に係わる粒子線治療装置のデータ記憶部のデータテーブルのデータ構造である。
【図６】この発明の実施の形態３に係わる粒子線治療装置の入切制御部のブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係わる粒子線治療装置のブロック図である。
【図８】実施の形態４に係わる信号処理装置と入切制御部とに係わる信号のタイミングチャートである。
【図９】実施の形態４に係わる入切制御部のブロック図である。
【図１０】この発明の実施の形態５に係わる粒子線治療装置のブロック図である。
【図１１】実施の形態５に係わるデータ記憶部の第１のデータテーブルのデータ構造を示す図である。
【図１２】実施の形態５に係わるデータ記憶部の第２のデータテーブルのデータ構造を示す図である。
【図１３】実施の形態５に係わる指令値送信部のブロック図である。
【図１４】実施の形態５の粒子線治療装置で走査された螺旋軌跡を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態６に係わる指令値送信部のブロック図である。
【図１６】実施の形態６に係わるジャンプデータテーブルのデータ構造を示す図である。
【図１７】この発明は実施の形態７に係わる粒子線治療装置の指令値送信部である。
【図１８】この発明の実施の形態８に係わる粒子線治療装置のタイミング制御装置と入切制御部とのブロック図である。
【図１９】この発明の実施の形態９に係わる粒子線治療装置のブロック図である。
【図２０】実施の形態９に係わるビーム検出装置のブロック図である。
【図２１】この発明の実施の形態１０に係わる粒子線治療装置のブロック図である。
【図２２】円軌跡を示す図である。
【図２３】実施の形態１０に係わるデータ記憶部に格納されているデータテーブルのデータ構造である。
【図２４】同心円の複数の円軌跡を示す図である。
【図２５】この発明の実施の形態１１に係わる粒子線治療装置のブロック図である。
【図２６】ジグザグ軌跡の例を示す図である。
【図２７】他のジグザグ軌跡の例を示す図である。
【図２８】この発明の実施の形態１２に係わる粒子線治療装置のブロック図である。
【図２９】この発明の実施の形態１３に係わる粒子線治療装置のブロック図である。
【図３０】実施の形態１３に係わるビーム検出装置のブロック図である。
【図３１】実施の形態１３に係わる粒子線治療装置において照射線量を監視する手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 粒子線治療装置、２ 粒子線発生部、３ 粒子線照射部、４ 粒子線輸送部、５ 患者、６ 粒子線発生装置、７、８ ビーム入切装置、１０ 照射野形成装置、１１ ビーム検出装置、１２ 患者治療台、１３ 患者位置確認装置、２１ Ｘ軸電磁石、２２ Ｙ軸電磁石、２３ Ｘ軸電磁石電源、２４ Ｙ軸電磁石電源、２５ 指令値送信部、２６ データ記憶部、２７ タイミング制御装置、２８ 入切制御部、３０ 散乱体、３１ 判定用記憶装置、３２ 判定装置、３３ レジスタ、３５ 線量モニタ、３６、６４ 電流周波数変換器、３７、４０ カウンタ、４１ 比較回路、４３、４７、６１ ＡＮＤ回路、４４ 呼吸ゲート発生装置、４５ 呼吸測定装置、４６ 信号処理装置、５０、５１ データテーブル、５２ Ｘ軸乗算器、５３ Ｙ軸乗算器、５４ 分配器、５５ アドレスジャンプ制御部、５６ ジャンプデータテーブル、５７ Ｘ軸比較器、５８ Ｙ軸比較器、５９ ＯＲ回路、６３ ゲイン調整装置、６５ カウント調整装置、６７ 多葉コリメータ装置、６８ レンジシフタ装置、７０ アナログデジタル変換器、７１ 線量記録装置、７２ 線量演算処理装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患部に照射するために輸送されてきた粒子線を上記粒子線の進行方向に対して垂直な直交する２方向に上記粒子線の流れを偏向して、周期毎に該周期の始まりに位置する照射位置に戻るように上記粒子線の照射位置を走査し、１つの上記周期の間に画かれる軌跡を複数重ね合わせて所望の計画線量を上記患部に照射する粒子線治療装置において、
上記周期の終了の時だけ上記粒子線を遮断することが可能であることを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項２】
輸送されてきた上記粒子線が上記粒子線の進行方向に対して垂直な面を通過する点を中心として、該中心からの距離が上記周期で増減し、かつ該中心の周りを所定の角速度で回転するように上記粒子線の照射位置を走査するとき、上記周期の開始時点の回転の初期位相を可変することができることを特徴とする請求項１に記載する粒子線治療装置。
【請求項３】
アドレスが付与されている複数の領域を有し、上記アドレスを順送りに指定して上記領域から読み出されたときに上記周期で増減する振幅データおよび上記角速度で正弦波振動する正弦波関数データが上記複数の領域に記憶されている記憶部と、
クロック信号の入力毎に順送りに指定されたアドレスの上記領域から読み出される上記振幅データと上記正弦波関数データとの積をＸ軸励磁電流指令値としてＸ軸電磁石電源に、上記振幅データと上記正弦波関数データから位相が９０度進んだ正弦波関数データとの積をＹ軸励磁電流指令値としてＹ軸電磁石電源に指令する指令値送信部と、
上記Ｘ軸励磁電流指令値に基づいてＸ軸電磁石に流すＸ軸励磁電流を制御する上記Ｘ軸電磁石電源と、
上記Ｙ軸励磁電流指令値に基づいてＹ軸電磁石に流すＹ軸励磁電流を制御する上記Ｙ軸電磁石電源と、
上記Ｘ軸励磁電流が流されることにより輸送されてきた上記粒子線の流れを上記粒子線の進行方向に対して垂直なＸ軸方向に偏向する上記Ｘ軸電磁石と、
上記Ｙ軸励磁電流が流されることにより輸送されてきた上記粒子線の流れを上記粒子線の進行方向に対して垂直なＹ軸方向に偏向する上記Ｙ軸電磁石と、
が備えられていることを特徴とする請求項２に記載する粒子線治療装置。
【請求項４】
アドレスが付与されている複数の領域を有し、上記アドレスを順送りに指定して上記領域から読み出されたときに上記周期で増減を繰り返す振幅の上記角速度で振動する正弦波関数データと上記周期で増減を繰り返す振幅の上記正弦波関数データより位相が９０度進んでいる余弦波関数データとが記憶されている記憶部と、
クロック信号の入力毎に順送りに指定されたアドレスの上記領域から読み出される上記正弦波関数デーをＸ軸励磁電流指令値としてＸ軸電磁石電源に、上記余弦波関数データをＹ軸励磁電流指令値としてＹ軸電磁石電源に指令する指令値送信部と、
上記Ｘ軸励磁電流指令値に基づいてＸ軸電磁石に流すＸ軸励磁電流を制御する上記Ｘ軸電磁石電源と、
上記Ｙ軸励磁電流指令値に基づいてＹ軸電磁石に流すＹ軸励磁電流を制御する上記Ｙ軸電磁石電源と、
上記Ｘ軸励磁電流が流されることにより輸送されてきた上記粒子線の流れを上記粒子線の進行方向に対して垂直なＸ軸方向に偏向する上記Ｘ軸電磁石と、
上記Ｙ軸励磁電流が流されることにより輸送されてきた上記粒子線の流れを上記粒子線の進行方向に対して垂直なＹ軸方向に偏向する上記Ｙ軸電磁石と、
が備えられていることを特徴とする請求項２に記載する粒子線治療装置。
【請求項５】
アドレスが付与されている複数の領域を有し、上記アドレスを順送りに指定して上記領域から読み出されたときに上記周期で増減する振幅データおよび周期性を有する関数データが上記複数の領域に記憶されている記憶部と、
クロック信号の入力毎に順送りに指定されたアドレスの上記領域から読み出される上記振幅データと上記関数データとの積をＸ軸励磁電流指令値としてＸ軸電磁石電源に、上記振幅データと上記関数データから所定の位相が進んだ関数データとの積をＹ軸励磁電流指令値としてＹ軸電磁石電源に指令する指令値送信部と、
上記Ｘ軸励磁電流指令値に基づいてＸ軸電磁石に流すＸ軸励磁電流を制御する上記Ｘ軸電磁石電源と、
上記Ｙ軸励磁電流指令値に基づいてＹ軸電磁石に流すＹ軸励磁電流を制御する上記Ｙ軸電磁石電源と、
上記Ｘ軸励磁電流が流されることにより輸送されてきた上記粒子線の流れを上記粒子線の進行方向に対して垂直なＸ軸方向に偏向する上記Ｘ軸電磁石と、
上記Ｙ軸励磁電流が流されることにより輸送されてきた上記粒子線の流れを上記粒子線の進行方向に対して垂直なＹ軸方向に偏向する上記Ｙ軸電磁石と、
が備えられていることを特徴とする請求項２に記載する粒子線治療装置。
【請求項６】
患者の状態を監視する患者監視装置と、患者の状態に基づいて上記粒子線の入切を行うビーム入切装置と、が備えられ、
上記粒子線が切られているとき、上記Ｘ軸電磁石および上記Ｙ軸電磁石に流されているＸ軸励磁電流とＹ軸励磁電流とを一定に維持することにより、上記粒子線が入れられたとき、上記粒子線が切られたときに照射されていた患部の位置から上記粒子線の走査が再開されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載する粒子線治療装置。
【請求項７】
患部に照射される線量を計測する線量モニタと、所定の線量が照射される度にクロック信号を発信するビーム検出装置と、上記クロックによってアドレスを順送りにする記憶装置と、
が備えられたことを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載する粒子線治療装置。
【請求項８】
粒子線が入れられているときのＸ軸励磁電流値、Ｙ軸励磁電流値および線量を時系列的に記録する線量記録装置と、
上記Ｘ軸励磁電流値と上記Ｙ軸励磁電流値とから照射位置を算出し、該照射位置の線量を予め定められた値と対比する線量演算装置と、
が備えられたことを特徴とする請求項３乃至７のいずれかに記載する粒子線治療装置。
【請求項９】
上記線量演算装置は、各照射位置の線量と予め定められた値とを対比して予め定められた異常と判定する基準に基づき異常と判定したとき異常状態であることを報知することを特徴とする請求項８に記載する粒子線治療装置。
【請求項１】
患部に照射するために輸送されてきた粒子線を上記粒子線の進行方向に対して垂直な直交する２方向に上記粒子線の流れを偏向して、周期毎に該周期の始まりに位置する照射位置に戻るように上記粒子線の照射位置を走査し、１つの上記周期の間に画かれる軌跡を複数重ね合わせて所望の計画線量を上記患部に照射する粒子線治療装置において、
上記周期の終了の時だけ上記粒子線を遮断することが可能であることを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項２】
輸送されてきた上記粒子線が上記粒子線の進行方向に対して垂直な面を通過する点を中心として、該中心からの距離が上記周期で増減し、かつ該中心の周りを所定の角速度で回転するように上記粒子線の照射位置を走査するとき、上記周期の開始時点の回転の初期位相を可変することができることを特徴とする請求項１に記載する粒子線治療装置。
【請求項３】
アドレスが付与されている複数の領域を有し、上記アドレスを順送りに指定して上記領域から読み出されたときに上記周期で増減する振幅データおよび上記角速度で正弦波振動する正弦波関数データが上記複数の領域に記憶されている記憶部と、
クロック信号の入力毎に順送りに指定されたアドレスの上記領域から読み出される上記振幅データと上記正弦波関数データとの積をＸ軸励磁電流指令値としてＸ軸電磁石電源に、上記振幅データと上記正弦波関数データから位相が９０度進んだ正弦波関数データとの積をＹ軸励磁電流指令値としてＹ軸電磁石電源に指令する指令値送信部と、
上記Ｘ軸励磁電流指令値に基づいてＸ軸電磁石に流すＸ軸励磁電流を制御する上記Ｘ軸電磁石電源と、
上記Ｙ軸励磁電流指令値に基づいてＹ軸電磁石に流すＹ軸励磁電流を制御する上記Ｙ軸電磁石電源と、
上記Ｘ軸励磁電流が流されることにより輸送されてきた上記粒子線の流れを上記粒子線の進行方向に対して垂直なＸ軸方向に偏向する上記Ｘ軸電磁石と、
上記Ｙ軸励磁電流が流されることにより輸送されてきた上記粒子線の流れを上記粒子線の進行方向に対して垂直なＹ軸方向に偏向する上記Ｙ軸電磁石と、
が備えられていることを特徴とする請求項２に記載する粒子線治療装置。
【請求項４】
アドレスが付与されている複数の領域を有し、上記アドレスを順送りに指定して上記領域から読み出されたときに上記周期で増減を繰り返す振幅の上記角速度で振動する正弦波関数データと上記周期で増減を繰り返す振幅の上記正弦波関数データより位相が９０度進んでいる余弦波関数データとが記憶されている記憶部と、
クロック信号の入力毎に順送りに指定されたアドレスの上記領域から読み出される上記正弦波関数デーをＸ軸励磁電流指令値としてＸ軸電磁石電源に、上記余弦波関数データをＹ軸励磁電流指令値としてＹ軸電磁石電源に指令する指令値送信部と、
上記Ｘ軸励磁電流指令値に基づいてＸ軸電磁石に流すＸ軸励磁電流を制御する上記Ｘ軸電磁石電源と、
上記Ｙ軸励磁電流指令値に基づいてＹ軸電磁石に流すＹ軸励磁電流を制御する上記Ｙ軸電磁石電源と、
上記Ｘ軸励磁電流が流されることにより輸送されてきた上記粒子線の流れを上記粒子線の進行方向に対して垂直なＸ軸方向に偏向する上記Ｘ軸電磁石と、
上記Ｙ軸励磁電流が流されることにより輸送されてきた上記粒子線の流れを上記粒子線の進行方向に対して垂直なＹ軸方向に偏向する上記Ｙ軸電磁石と、
が備えられていることを特徴とする請求項２に記載する粒子線治療装置。
【請求項５】
アドレスが付与されている複数の領域を有し、上記アドレスを順送りに指定して上記領域から読み出されたときに上記周期で増減する振幅データおよび周期性を有する関数データが上記複数の領域に記憶されている記憶部と、
クロック信号の入力毎に順送りに指定されたアドレスの上記領域から読み出される上記振幅データと上記関数データとの積をＸ軸励磁電流指令値としてＸ軸電磁石電源に、上記振幅データと上記関数データから所定の位相が進んだ関数データとの積をＹ軸励磁電流指令値としてＹ軸電磁石電源に指令する指令値送信部と、
上記Ｘ軸励磁電流指令値に基づいてＸ軸電磁石に流すＸ軸励磁電流を制御する上記Ｘ軸電磁石電源と、
上記Ｙ軸励磁電流指令値に基づいてＹ軸電磁石に流すＹ軸励磁電流を制御する上記Ｙ軸電磁石電源と、
上記Ｘ軸励磁電流が流されることにより輸送されてきた上記粒子線の流れを上記粒子線の進行方向に対して垂直なＸ軸方向に偏向する上記Ｘ軸電磁石と、
上記Ｙ軸励磁電流が流されることにより輸送されてきた上記粒子線の流れを上記粒子線の進行方向に対して垂直なＹ軸方向に偏向する上記Ｙ軸電磁石と、
が備えられていることを特徴とする請求項２に記載する粒子線治療装置。
【請求項６】
患者の状態を監視する患者監視装置と、患者の状態に基づいて上記粒子線の入切を行うビーム入切装置と、が備えられ、
上記粒子線が切られているとき、上記Ｘ軸電磁石および上記Ｙ軸電磁石に流されているＸ軸励磁電流とＹ軸励磁電流とを一定に維持することにより、上記粒子線が入れられたとき、上記粒子線が切られたときに照射されていた患部の位置から上記粒子線の走査が再開されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載する粒子線治療装置。
【請求項７】
患部に照射される線量を計測する線量モニタと、所定の線量が照射される度にクロック信号を発信するビーム検出装置と、上記クロックによってアドレスを順送りにする記憶装置と、
が備えられたことを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載する粒子線治療装置。
【請求項８】
粒子線が入れられているときのＸ軸励磁電流値、Ｙ軸励磁電流値および線量を時系列的に記録する線量記録装置と、
上記Ｘ軸励磁電流値と上記Ｙ軸励磁電流値とから照射位置を算出し、該照射位置の線量を予め定められた値と対比する線量演算装置と、
が備えられたことを特徴とする請求項３乃至７のいずれかに記載する粒子線治療装置。
【請求項９】
上記線量演算装置は、各照射位置の線量と予め定められた値とを対比して予め定められた異常と判定する基準に基づき異常と判定したとき異常状態であることを報知することを特徴とする請求項８に記載する粒子線治療装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【公開番号】特開２００６−２８８８７５（Ｐ２００６−２８８８７５Ａ）
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１１５８１９（Ｐ２００５−１１５８１９）
【出願日】平成１７年４月１３日（２００５．４．１３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１３日（２００５．４．１３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]