粒子線測定方法および粒子線測定用モニタ装置
【課題】入射粒子線ビームが時間構造を持つ場合であっても、精度よく線量を測定できる粒子線測定用モニタ装置、粒子線測定方法および粒子線測定システムを提供する。また、粒子線ビーム強度が小さい場合であっても、オフセットノイズの影響を抑制できるようにすることおよび精度のよい位置モニタを行えるようにする。
【解決手段】粒子線が入射される容器１と、この容器内に配置された一つ以上の高電圧電極２ｉ，２ｉｉ，…および一つ以上の収集電極３ｉ，３ｉｉ，…と、高電圧電極に高電圧を印加するための電源回路と、収集電極に接続され、監視すべき粒子線量を計測する計測回路４とを有する粒子線測定用モニタ装置において、外部信号により計測回路を測定または非測定の状態に制御するための制御機構を有する。
【解決手段】粒子線が入射される容器１と、この容器内に配置された一つ以上の高電圧電極２ｉ，２ｉｉ，…および一つ以上の収集電極３ｉ，３ｉｉ，…と、高電圧電極に高電圧を印加するための電源回路と、収集電極に接続され、監視すべき粒子線量を計測する計測回路４とを有する粒子線測定用モニタ装置において、外部信号により計測回路を測定または非測定の状態に制御するための制御機構を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば粒子線治療装置等に適用される粒子線測定方法および粒子線測定用モニタ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、我国における死亡原因の約３分の１を占める癌の治療方法として、陽子や重粒子を用いた粒子線治療法が注目されている。この方法は、加速器から出射された陽子ビーム、あるいは重粒子ビームを癌細胞に照射することで、正常細胞にほとんど影響を与えることなく、癌細胞のみを死滅させることができる。
【０００３】
この粒子線治療装置において、体内患部に照射する線量を制御するために線量モニタが使用される。すなわち、線量モニタで検出する照射線量が、治療計画であらかじめ決められた予定線量に到達すると、直ちにビーム停止命令がビーム制御装置に送られて治療ビームが停止される。したがって、体内への照射量制御の精度は、このモニタ装置の線量計測精度に依存することになる。線量モニタ装置としては、容器中に粒子線の電離作用により生じた電荷を平行電極で収集する電離箱や、容器内に配置された二次電子放出膜から放出される二次電子を計測するＳＥＭ装置などが用いられる。
【０００４】
図１５は、従来用いられている線量モニタ装置の概略構成図を示している。
【０００５】
この図１５に示すように、粒子線が入射される容器の内部に、一つ以上の高電圧電極２ｉ，２ｉｉ，…，および一つ以上の収集電極３ｉ，３ｉｉ，…が配置され、これにより電離箱が構成されている。収集電極３ｉ，３ｉｉ，…には、容器１に入射する粒子線ビーム量に応じた電荷が収集される。収集電極３ｉ，３ｉｉ，…には、計測回路４が接続されており、計測回路４内のパルス出力部５にて、収集電極からの信号量に対応するパルス列が出力される。さらに、計測回路４内のカウンタ部６にて、パルス出力部５から送られたパルスの数をカウントすることにより照射線量が計測される。
【０００６】
医療用粒子線照射装置では、計測回路４内のカウンタ部６で計測されたパルス数が、治療計画であらかじめ決められた既定パルス数に到達すると、ビーム制御装置にビーム停止命令が送られ、粒子線照射が停止される。なお、カウンタ部５に減算カウンタを用いて、あらかじめ入力された既定パルス数を減算してカウント数が０になったときにビーム停止命令を送るという使用法も一般的に用いられる。
【０００７】
また、線量モニタとして、他の方法、例えば二次電子を収集するＳＥＭ装置であっても、同等の回路構成にて使用することができる。
【０００８】
粒子線治療装置において用いられるモニタ装置として、線量モニタの他に、粒子線のビーム形状を計測するために用いるビーム形状モニタが知られている。ビーム形状モニタ装置には、例えば電離箱の電荷収集電極を複数の短冊状に加工したマルチストリップ型モニタや、収集電極を複数のワイヤで形成したマルチワイヤ型モニタが知られており、いずれもビーム形状に応じた分布が各ストリップ（マルチワイヤ型では各ワイヤ）より出力される。
【０００９】
図１６は、マルチストリップ型モニタの概略構成図を示している。
【００１０】
この図１６に示すように、容器１１の内部に一つ以上の高電圧電極１２ｉ，１２ｉｉ，…，および収集電極１３ｉ，１３ｉｉ，…が配置されている。
【００１１】
各収集電極１３ｉ，１３ｉｉ，…は、１軸方向に電気的に非接続な多数のストリップに区切られた構成を持つ。これらストリップには計測回路１４が接続されている。計測回路の内部には積分部１７ａ，１７ｂ…が設けられ、各ストリップに収集された電荷に相当する電気量が貯えられる。積分部１７ａ，１７ｂ…から出力される電圧は、Ａ／Ｄ変換器（以下「ＡＤＣ回路」と記す）１８ａ，１８ｂ，…によりデジタル信号として取り出される。各ストリップに収集される電荷はビーム形状に対応するので、ＡＤＣ回路１８ａ，１８ｂ，…出力の分布は、ビーム形状に対応する分布を有する。
【００１２】
ビーム形状モニタから出力されるビーム形状に異常がある場合、インタロック信号が制御システムに送信され、治療が中断される。
【００１３】
従来行われている粒子線治療の方法は、２次元ワブラ法や二重散乱体法などと呼ばれる方法で、一つの粒子線照射により治療を行う方法である。粒子線治療のさらに進んだ治療法として、体内患部を３次元的に照射することにより、より高精度に癌細胞の狙い撃ちを行う方法が提案されている。この３次元照射法として代表的なものが、治療部位を仮想的に３次元格子点に切り分けて照射を行う治療法であり、３次元スポットスキャニング法と呼ばれている。
【００１４】
この３次元スポットスキャニング法では、治療計画であらかじめ決められた照射線量に到達すると、線量モニタ装置からのビーム停止命令に基づいて粒子線照射が中断され、次の格子点の照射が行えるよう機器設定が変更される。そして、機器設定が終了後、引き続いて次の格子点の照射が行われる。この方法によれば、従来の照射方法の様に一度の照射で治療を行う場合と異なり、治療部位を多数の領域に分割して照射を行うため、各格子点の照射時間が短くなる。
【００１５】
一方、医用粒子線加速器として、一般的に、シンクロトロン加速器が使用される。このシンクロトロン加速器から出射される粒子線ビームは、時間的に不連続なビーム出射パターンをもつ。すなわち、ビーム出射を一定時間（２秒程度）行った後、ビームが出射されない時間が一定時間（１秒程度）あり、このビーム出射パターンにしたがって、繰り返しビームが出射されることになる。
【００１６】
３次元スポットスキャニング法における、３次元格子点の照射パターンとビーム出射パターンの関係を図１７に示す。ここで横軸は時間軸である。
【００１７】
図１７に示すように、各格子点の照射時間は１０ミリ秒から１秒程度であり、ビーム１周期よりも小さくなる。このとき、粒子線照射は１つのビーム出射（スピル）内で終わる場合（図中Ａ領域）の他に、２つのスピルに跨る照射（図中Ｂ領域）が存在することになる。
【００１８】
現実の線量モニタにおいては、漏電流や増幅器のオフセットが存在し、これが信号ノイズを生じさせる。図１７のスポットスキャニング法の２つのスピルに跨る照射においては、例えば、実質のビーム照射が１０ミリ秒程度であるのに対して、ビームが出ていない時間約１秒の間においても線量の測定を行うことになる。つまり、ビームが出ていない時間の計測によりＳＮ比（以下、「Ｓ／Ｎ」と記す）を悪化させてしまうという問題がある。
【００１９】
また、３次元スポットスキャニング法においては、他の治療方法と比較して、小さいビーム強度で使用される。これは、大きなビーム強度で照射した場合、各照射点における照射時間が短くなりすぎ、ビーム制御が間に合わなくなるためである。例えば、現在治療に用いられている２次元ワブラ法では、ビーム強度が１秒あたり１０の８乗個の粒子数であるのに対して、３次元スポットスキャニング法では、１秒あたり１０の７乗個程度であることが予想されている。ビーム強度が小さいということは、すなわちモニタ装置でより小さな電離量を検出することが必要であり、Ｓ／Ｎが悪化する要因となる。
【００２０】
３次元格子点状にビームを照射する３次元スポットスキャニングなどの照射方法では、粒子線ビームの位置および形状によりビームを監視するシステムが必要である。ここでは、特にビーム位置をモニタすることを目的とすることから、ビーム位置モニタ装置と呼ぶことにするが、装置の構成自体は、上述したビーム形状モニタ装置と同様のものが使用される。ただし、３次元的照射法では線量モニタ装置と同じく、短時間照射で小電荷量の条件下で、精度よい位置算出およびビーム形状算出が必要となる。
【００２１】
ビーム位置モニタ装置においては、粒子線によって電離されて生じた電荷が、各ストリップ（または各ワイヤ）に分散されて収集されるため、収集電極全面で収集をおこなう線量モニタ装置よりも、さらにノイズによる誤差がより大きく生じるという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
上述の如く、従来の粒子線測定用モニタ装置およびそれを使用した測定方法では、入射粒子線ビームが時間構造を持つ場合に、精度よく粒子線の照射線量を測定できないという問題があった。
【００２３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、入射粒子線ビームが時間構造を持つ場合であっても、精度よく線量を測定できる粒子線測定方法および粒子線測定用モニタ装置を提供することにある。
【００２４】
また、本発明の他の目的は、粒子線ビーム強度が小さい場合であっても、オフセットノイズの影響を抑制できるようにすることおよび精度のよい位置モニタを行えるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、上記の目的を達成するために以下のように構成されている。
【００２６】
（１）本発明は、容器と、容器内に配置された一つ以上の高電圧電極および一つ以上の収集電極と、前記高電圧電極に高電圧を印加するための電源回路と、収集電極に接続された計測回路とを有し、さらに、外部信号により測定または非測定の状態を制御するための機構を有する。
【００２７】
この測定または非測定の状態を制御するための機構として、計測回路のパルス出力部に外部信号により出力または非出力の状態を制御するための機構を有する。また、計測回路のカウンタ部に外部信号によりカウントまたは非カウントの状態を制御するための機構を有する。さらに、計測回路の積分部に対して外部信号により入力または非入力の状態を制御するための機構を有する。
【００２８】
なお、本発明に懸かる収集電極の形状として、複数に分割されて形成されたマルチチャンネル型が使用可能である。マルチチャンネル型として、複数にストリップ状に分割されて形成されたマルチストリップ型や、複数のワイヤで形成されたマルチワイヤ型が可能である。
【００２９】
（２）本発明は、モニタ装置を有する粒子線測定装置において、モニタ装置のオフセット値測定部を有する。
【００３０】
このオフセット値測定部として、時間を計測するためのクロックと、クロック数をカウントするためのカウンタ部を有する。また、オフセット値測定部として、ダミー測定部を配している。
【００３１】
なお、本発明に係る収集電極の形状として、複数に分割されて形成されたマルチチャンネル型が使用可能である。マルチチャンネル型として、複数にストリップ状に分割されて形成されたマルチストリップ型や、複数のワイヤで形成されたマルチワイヤ型が可能である。
【００３２】
即ち、請求項１記載の発明では、粒子線が入射される容器中に一つ以上の高電圧電極および一つ以上の収集電極を配し、前記収集電極が複数に分割されたマルチチャンネル型であり、前記容器内に生じた電荷を収集電極により収集して電荷量の測定を行う粒子線測定方法であって、各チャンネル出力値にディスクリレベルを設定し、そのディスクリレベルを超える出力を持つチャンネルの出力値のみからビーム位置、ビーム形状およびビーム強度の少なくともいずれかを算出することを特徴とする粒子線測定方法を提供する。
【００３３】
請求項２記載の発明では、粒子線が入射される容器中に一つ以上の高電圧電極および一つ以上の収集電極を配し、前記収集電極が複数に分割されたマルチチャンネル型であり、前記容器内に生じた電荷を収集電極により収集して電荷量の測定を行う粒子線測定方法であって、あらかじめ指定されたビーム位置、あるいはビームサイズの情報をもとに演算を行うチャンネルの範囲を限定し、限定されたチャンネルの出力値のみからビーム位置またはビーム形状またはビーム強度を算出することを特徴とする粒子線測定方法を提供する。
【００３４】
請求項３記載の発明では、粒子線が入射される容器と、この容器内に配置された一つ以上の高電圧電極および一つ以上の収集電極と、前記高電圧電極に高電圧を印加するための電源回路と、前記収集電極からの出力の処理および演算を行う計測回路とを有する粒子線測定用モニタ装置において、前記収集電極が複数に分割形成されたマルチチャンネル型であって、各チャンネル出力値にディスクリレベルを設定し、そのディスクリレベルを超える出力を持つチャンネルの出力値のみからビームビーム位置、ビーム形状およびビーム強度の少なくともいずれかを算出する演算機構を備えたことを特徴とする粒子線測定用モニタ装置を提供する。
【００３５】
請求項４記載の発明では、粒子線が入射される容器と、この容器内に配置された一つ以上の高電圧電極および一つ以上の収集電極と、前記高電圧電極に高電圧を印加するための電源回路と、前記収集電極からの出力の処理および演算を行う計測回路とを有する粒子線測定用モニタ装置において、前記収集電極が複数に分割形成されたマルチチャンネル型であって、予め指定されたビーム位置およびビームサイズの少なくともいずれかの情報をもとに演算を行うチャンネルの範囲を限定し、限定されたチャンネルの出力値のみからビーム位置、ビーム形状およびビーム強度の少なくともいずれかを算出する演算機構を備えたことを特徴とする粒子線測定用モニタ装置を提供する。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、粒子線ビームが容器に入射しないときに測定を中断することができる、これにより、粒子線ビームが入射しないときのノイズ信号による出力を抑制することができる。したがって、従来に比して精度よい粒子線測定が行えるようになる。
【００３７】
また、本発明によれば、オフセット電流出力の影響を抑制した粒子線モニタ測定が可能となり、精度よい粒子線測定用モニタ装置、測定方法および測定システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３９】
［第１実施形態（図１，図２）］
図１は、発明の第１実施形態による粒子線測定用モニタ装置である。なお、本実施形態では、医用粒子線照射装置の線量モニタ装置に適用した場合、特に照射方法が３次元スポットスキャニング法に基づく照射装置を適用した場合について説明する。なお、従来例と同一の部位については、図１５〜図１７と同一の記号も使用する。
【００４０】
図１において、モニタ容器１の内部に一つ以上の高電圧電極２ｉ，２ｉｉ，…，および一つ以上の収集電極３ｉ，３ｉｉ，…が配置され、これにより電離箱が構成されている。
【００４１】
収集電極３ｉ，３ｉｉ，…には、計測回路２４が接続されている。この計測回路２４には、パルス出力部２５およびカウンタ部２６が配置されている。パルス出力部２５には、外部信号入力端子２７が設けられている。
【００４２】
次に、図１に示した粒子線測定用モニタ装置を用いた粒子線モニタ方法について説明する。
【００４３】
粒子線ビームがモニタ容器１内に入射すると、収集電極３ｉ，３ｉｉ，…には入射する粒子線ビーム量に応じた電荷が収集される。収集電極３ｉ，３ｉｉ，…で収集された信号は、計測回路２４にて、必要に応じて増幅されたうえ、パルス出力部２５にて収集電極３ｉ…，３ｉｉ，…からの電荷量に対応するパルス列が出力される。さらに、計測回路２４内のカウンタ部２６にて、パルス出力部２５から送られたパルスの数をカウントすることにより、照射線量が計測される。
【００４４】
図２は、３次元スポットスキャニング法における、３次元格子点の照射パターンとビーム出射パターン、およびパルス出力時間の関係を示したものである。この図２では、ビーム出射パターンとして、シンクロトロン加速器を用いた場合を想定している。
【００４５】
図２に示すように、シンクロトロン加速器から出射される粒子線ビームは、時間的に不連続なビーム出射パターンをもつ。すなわち、ビーム出射を一定時間（２秒程度）行った後、ビームが出射されない時間が一定時間（１秒程度）あり、このビーム出射パターンにしたがって、繰り返しビームが出射されることになる。
【００４６】
この場合、シンクロトロン加速器からの粒子線出射に同期された外部信号がパルス出力部２７に入力され、モニタ容器１に粒子線が入射する時のみパルス出力が行われるように制御される。
【００４７】
したがって、本実施形態では、モニタ容器１に粒子線が入射しないときにはパルス出力が行われないようにすることで、モニタ容器１に粒子線が入射しない時間におけるノイズによる出力を抑制することができる。したがって、精度良い粒子線モニタ測定が実現可能となる。
【００４８】
［第２実施形態（図３，図４）］
図３は、本発明の第２実施形態による粒子線測定用モニタ装置を示すシステム構成図である。
【００４９】
この図３に示すように、モニタ容器１の内部に一つ以上の高電圧電極２ｉ，２ｉｉ，…、および一つ以上の収集電極３ｉ，３ｉｉ，…が配置され、電離箱が構成されている。収集電極３ｉ，３ｉｉ，…には、計測回路３４が接続されている。
【００５０】
計測回路３４には、パルス出力部３５およびカウンタ部３６が配置されている。本実施形態では、このカウンタ部３６に、外部信号入力端子３７が設けられている。
【００５１】
次に、図３に示したモニタ装置を用いた粒子線測定方法について説明する。
【００５２】
粒子線ビームがモニタ容器１内に入射すると、収集電極３ｉ，３ｉｉ，…には入射する粒子線ビーム量に応じた電荷が収集される。収集電極３ｉ，３ｉｉ，…で収集された信号は、計測回路２４にて、必要に応じて増幅されたうえ、パルス出力部３５にて収集電極３ｉ，３ｉｉ，…からの電荷量に対応するパルス列が出力される。さらに、計測回路３４内のカウンタ部３６にて、パルス出力部３５から送られたパルスの数をカウントすることにより照射線量が計測される。
【００５３】
図４は、３次元スポットスキャニング法における、３次元格子点の照射パターンとビーム出射パターン、およびカウンタ時間の関係を示したものである。この図４においては、ビーム出射パターンとしてシンクロトロン加速器を用いた場合を想定している。
【００５４】
図３の例では、シンクロトロン加速器からの粒子線出射に同期された外部信号がカウンタ部３６に入力され、モニタ容器１に粒子線が入射する時のみパルス出力をカウントするように制御される。
【００５５】
このように、本実施形態によれば、モニタ容器１に粒子線が入射しない時間におけるノイズによる出力を抑制することができる。したがって、精度良い粒子線モニタ測定が実現可能となる。
【００５６】
［第３実施形態（図５，図６）］
図５は、本発明の第３実施形態による粒子線測定用モニタ装置を示すシステム構成図である。
【００５７】
この図５に示すように、１はモニタ容器１の内部に一つ以上の高電圧電極２ｉ，２ｉｉ，…，および一つ以上の収集電極３ｉ，３ｉｉ，…が配置され、電離箱が構成されている。収集電極３ｉ，３ｉｉ，…には、計測回路４４が接続されている。
【００５８】
計測回路４４には、積分部４７，ＡＤＣ回路４８，および積分部への入力を制限するスイッチ４９が設けられている。
【００５９】
次に、図５に示したモニタ装置を用いた粒子線測定方法について説明する。
【００６０】
粒子線ビームがモニタ容器１内に入射すると、収集電極３ｉ，３ｉｉ，…には入射する粒子線ビーム量に応じた電荷が収集される。収集電極で収集された信号は、計測回路にて、必要に応じて増幅されたうえ、積分部４７にて収集された電荷に相当する電気量が貯えられる。積分部４７から出力される電圧は、ＡＤＣ回路４８によりデジタル信号として取り出される。
【００６１】
図６は、３次元スポットスキャニング法における、３次元格子点の照射パターンとビーム出射パターン、および積分時間の関係を示したものである。この図６においては、ビーム出射パターンとしてシンクロトロン加速器を用いた場合を想定している。
【００６２】
図５の例では、シンクロトロン加速器からの粒子線出射に同期された外部信号がスイッチ４９に入力され、モニタ容器１に粒子線が入射する時のみ積分を行うように制御される。このように本実施形態によれば、モニタ容器１に粒子線が入射しない時間におけるノイズ出力の積分を抑制することができる。したがって、精度良い粒子線モニタ測定が実現可能となる。
【００６３】
なお、以上の第１〜第３実施形態では、電離箱を用いた線量モニタ装置としての例を示したが、ＳＥＭ装置など電荷を収集して測定を行うモニタであれば、他の方法に基づく線量モニタ装置であっても適用することができる。
【００６４】
また、マルチチャンネル型からなるビーム位置モニタ装置、ビーム形状モニタ装置についても、同様の装置構成および測定方法により、精度よい粒子線モニタ測定が可能となる。さらに、マルチチャンネル型として、収集電極を複数の短冊状に加工したマルチストリップ型モニタ、収集電極を複数のワイヤで形成したマルチワイヤ型モニタ、その他種々の形状のものが適用できる。
【００６５】
［第４実施形態（図７，図８）］
図７は本発明の第４実施形態による粒子線測定用モニタ装置を示すシステム構成図である。
【００６６】
この図７に示すように、モニタ容器１の内部に一つ以上の高電圧電極２ｉ，２ｉｉ，…，および一つ以上の収集電極３ｉ，３ｉｉ，…が配置され、電離箱が構成されている。収集電極３ｉ，３ｉｉ，…には、モニタ容器１に入射する粒子線ビーム量に応じた電荷が収集される。収集電極３ｉ，３ｉｉ，…には、計測回路５４が接続されている。
【００６７】
計測回路５４には、積分部５７，ＡＤＣ回路５８，およびＡＤＣ回路５８に接続された処理部５９が備えられている。処理部５９には外部入力端子６０が設けられ、外部信号が入力されるようになっている。
【００６８】
次に、図７に示したモニタ装置を用いた粒子線測定方法について、図８を用いて説明する。
【００６９】
図８は、３次元スポットスキャニング法において、ビーム強度が弱い場合や、患部に対して大きな線量を照射する場合における、各３次元格子点の照射時間とビーム出射パターン、および積分時間の関係を示したものである。この図８において、ビーム出射パターンとしてシンクロトロン加速器を用いた場合を想定しており、一つの照射時間はシンクロトロン加速器からの出射ビームの繰り返し時間よりも大きくなっている。
【００７０】
図７に示した例では、シンクロトロン加速器からの粒子線出射停止信号に同期された外部信号が処理部５９に入力され、この外部信号が入力されるのに応じてＡＤＣ回路５８より処理部５９に対してデータが送信されて順次保持され、積分部５７の電荷がリセットされる。処理部５９が照射時間終了に対応した測定停止信号を受信すると、この処理部５９に保持されたデータをもとに、照射時間に対応したデータが作成される。
【００７１】
このようにして、モニタ容器に粒子線が入射しない時間においては測定が行われないものとすることができ、ノイズ出力の積分による誤差の増大を抑制することができる。したがって、精度よい粒子線モニタ測定が実現可能となる。
【００７２】
なお、上記の実施形態では、照射時間終了に対応して測定停止信号を入力しているが、照射時間途中において測定値を知りたい場合など、場合に応じて他の信号入力により同様の操作をさせることも可能である。
【００７３】
また、図８では３次元スポットスキャニング法の場合について示したが、他の照射法においても、例えば３次元ワブラ法、３次元散乱体法など、患部を仮想的にスライス状に分離し照射を行う場合にも適用することができる。この場合においても、図７と同様の照射時間とビーム出射パターンの関係になり、精度よい粒子線モニタ測定が可能となる。
【００７４】
さらに、この第４実施形態においても、電離箱を用いた線量モニタ装置に対する例を示したが、ＳＥＭ装置など電荷を収集して測定を行うモニタであれば、他の方法の線量モニタ装置であっても、有効に適用できる。
【００７５】
［第５実施形態（図９）］
図９は本発明の第５実施形態による粒子線測定用モニタ装置を示すシステム構成図である。
【００７６】
この図９に示すように、モニタ容器１１の内部に一つ以上の高電圧電極１２ｉ，１２ｉｉ，…，および収集電極１３ｉ，１３ｉｉ，…が配置されている。各収集電極１３ｉ，１３ｉｉ，…は、１軸方向に電気的に非接続な多数のストリップに区切られた構成を持つ。即ち、このモニタ装置は、マルチストリップ型モニタ装置とされ、収集電極１３ｉ，１３ｉｉ，…のストリップそれぞれに対して計測回路６４が接続されている。計測回路の内部には、複数の積分部６７ａ，６７ｂ，…，およびＡＤＣ回路６８ａ，６８ｂ，…が配置され、さらに各計測回路要素は処理部６９に接続されている。処理部６９には外部入力端子７０が設けられ、外部信号が入力されるようになっている。
【００７７】
次に、図９に示したモニタ装置を用いた粒子線測定方法について説明する。
【００７８】
粒子線ビームがモニタ容器１内に入射すると、収集電極１３ｉ，１３ｉｉ，…の各ストリップには、ビーム形状に対応した電荷が収集される。各ストリップで収集された信号は、計測回路にて、必要に応じて増幅されたうえ、各積分部６７ａ，６７ｂ，…にて収集された電荷に相当する電気量が貯えられる。各積分部６７ａ，６７ｂ，…から出力される電圧は、それぞれＡＤＣ回路６８によりデジタル信号として取り出される。各ストリップに収集される電荷はビーム形状に対応するので、各ＡＤＣ回路６８ａ，６８ｂ，…出力の分布は、ビーム形状に対応する分布を示す。
【００７９】
ここでは、図８に示した３次元スポットスキャニング法における、３次元格子点の照射パターンとビーム出射パターン、および積分時間の関係を持つ場合を想定する。
【００８０】
図９に示した例では、シンクロトロンからの粒子線出射停止信号に同期された外部信号が処理部６９に入力される。この外部信号が入力されるのに応じて、ＡＤＣ回路より処理部に対してデータが送信されて順次保持され、各積分部６７ａ，６７ｂ…の電荷がリセットされる。処理部６９が照射時間終了に対応した測定停止信号を受信すると、処理部６９に保持されたデータをもとに、照射時間に対応したデータが作成される。さらに、得られた各ストリップにおけるデータより、ビーム位置あるいはビーム形状の算出がなされる。
【００８１】
ここで、ビーム位置およびビーム形状の算出法として重心計算による方法などが使用できる。重心計算によると、各ストリップの出力Ｐｉとし、各ストリップの位置ｘｉとすると、ビーム中心位置＜Ｘ＞＝Σ（Ｐｉ・ｘｉ）／ΣＰｉ、またビーム形状としてビーム分散＜σ＞２＝Σ（Ｐｉ・（＜Ｘ＞−ｘｉ）２）／ΣＰｉで評価できる。
【００８２】
このようにして、モニタ容器に粒子線が入射しない時間においては積分を中断でき、ノイズ出力の積分による誤差の増大を抑制することができる。したがって、精度よくビーム位置算出あるいはビーム形状算出ができ、精度よい粒子線モニタ測定が実現可能となる。
【００８３】
なお、本実施形態では、マルチストリップ型モニタ装置について示したが、マルチワイヤ型、その他のマルチチャンネル型モニタ装置等にも有効に適用できる。
【００８４】
［第６実施形態（図１０，図１１）］
図１０は、本発明の第６実施形態による粒子線測定用モニタ装置を示すシステム構成図である。
【００８５】
この図１０に示すように、モニタ容器１の内部に一つ以上の高電圧電極２ｉ，２ｉｉ，…，および収集電極３ｉ，３ｉｉ，…が配置されている。収集電極３ｉ，３ｉｉ，…には計測回路７４が接続されている。計測回路７４は、積分部７７およびＡＤＣ回路７８および処理部７９を有している。
【００８６】
る周波数で信号を出すクロック８１と、このクロック８１からの信号をカウントするカウンタ８２とを有している。
【００８７】
次に、図１０で示したモニタ装置を用いた粒子線測定方法について、図１１を用いて説明する。
【００８８】
図１１は、モニタ容器１に粒子線が入射しないときにおいて、積分時間とＡＤＣ回路７８から得られる出力の関係を示したものである。モニタ装置では、モニタ容器１内の電極に漏電流があることや、計測回路７４内のアンプ等にオフセットがあること、等のため、モニタ容器１に入力がない場合でも出力（オフセット電流出力）がある。このオフセット電流出力は一般に、積分時間の関数であり、図１１に示した例では、このオフセット電流出力は、積分時間Δｔの一次式（Ｃ・Δｔ＋Ｄ）で与えられる。
【００８９】
図１０に示したモニタ装置では、モニタ容器１への粒子線入射開始に同期した信号により、クロック８１からの信号をカウンタ８２がカウントし始め、モニタ容器１への粒子線入射終了までカウントが行われる。クロック８１からは、ある周波数のパルス信号が出力され、これにより粒子線入射終了までのカウント値Ｎｃより積分時間Δｔを求めることができる。得られた積分時間Δｔから、予め求められた係数ａ、ｂをもとに、オフセット電流出力Ｑを評価することができる。補正しない出力値をＰとすると、オフセット電流出力を補正した値（Ｐ−Ｑ）を用いることにより、オフセットの影響を抑制することができ、精度良い粒子線モニタ測定が可能となる。
【００９０】
なお、本実施形態では、粒子線入射に同期した信号により積分開始・終了を与えたが、積分時間の与え方は任意である。
【００９１】
また、本実施形態では、電離箱を用いた線量モニタ装置に対する実施例を示したが、ＳＥＭ装置など電荷を収集して測定を行うモニタであれば、他の方法の線量モニタ装置であっても、有効に適用できる。
【００９２】
さらに、本実施形態では、収集電極を複数に分割したマルチチャンネル型、例えばマルチストリップ型やマルチワイヤ型についても使用可能である。マルチチャンネル型では、一つの時間計測部で得られた積分時間Δｔよりチャンネル各々のオフセット電流出力Ｑａ＝Ｃａ・Δｔ＋Ｄａ、Ｑｂ＝Ｃｂ・Δｔ＋Ｄｂ…を評価することが可能である。
【００９３】
［第７実施形態（図１２）］
図１２は本発明の第７実施形態による粒子線モニタ装置を示す概略構成図である。
【００９４】
この図１２に示すように、モニタ容器１の内部に一つ以上の高電圧電極２ｉ，２ｉｉ，…，および収集電極３ｉ，３ｉｉ，…が配置されている。収集電極３ｉ，３ｉｉ，…には計測回路８４が接続されている。計測回路８４は、積分部８７、ＡＤＣ回路８８および処理部８９を有している。
【００９５】
本実施形態においては、処理部８９に、ダミー測定部９０が接続されている。
【００９６】
このダミー測定部９０は、計測回路８４と同様に、積分部９１とＡＤＣ回路９２を有し、積分部９１は、例えばダミー電極１０の最外領域につながれている。なお、粒子線ビームが入射しない領域であれば、積分部９１のつながれる領域は他の領域であってもよい。
【００９７】
次に、図１２に示したモニタ装置を用いた粒子線測定方法について説明する。
【００９８】
ある積分時間に対するダミー測定部９０のオフセット電流出力Ｑｄは、積分時間Δｔの関数である。測定回路８４とダミー測定部９０のオフセット電流出力と積分時間の関係が共に図１１に示したように、一次式で与えられる場合、収集電極におけるオフセット電流出力Ｑは、ダミー測定部のオフセット電流出力Ｑｄの一次式Ｑ＝ｃ・Ｑｄ＋ｄで評価できる。補正しない出力値をＰとすると、オフセット電流出力を補正した値（Ｐ−Ｑ）を用いることにより、オフセットの影響を抑制することができ、精度よい粒子線モニタ測定が可能となる。
【００９９】
なお、本実施形態では、電離箱を用いたモニタ装置を適用したが、ＳＥＭ装置など、電荷を収集して測定を行うモニタであれば、他の方法の線量モニタ装置であっても有効に適用できる。
【０１００】
さらに、本実施形態では、収集電極を複数に分割したマルチチャンネル型、例えばマルチストリップ型やマルチワイヤ型についても使用可能である。マルチチャンネル型では、一つのダミー計測部で得られたオフセット電流出力Ｑｄより、チャンネル各々のオフセット電流出力Ｑａ＝Ｃａ・Ｑｄ＋Ｄａ、Ｑｂ＝Ｃｂ・Ｑｄ＋Ｄｂ…を評価することが可能である。
【０１０１】
［第８実施形態（図１３，図１４）］
図１３は、本発明の第８実施形態による粒子線モニタ装置を示す概略構成図である。
【０１０２】
この図１３に示すように、モニタ容器１１の内部に一つ以上の高電圧電極１２ｉ，１２ｉｉ，…，および収集電極１３ｉ，１３ｉｉ，…が配置されている。各収集電極１３ｉ，１３ｉｉ，…は、１軸方向に電気的に非接続な多数のストリップに区切られた構成を持つ。即ち、このモニタ装置はマルチストリップ型モニタ装置である。収集電極１３ｉ，１３ｉｉ，…には計測回路９４が接続されている。計測回路には、複数の積分部９７ａ，９７ｂ…、ＡＤＣ回路９８ａ，９８ｂ，…およびそれらに接続された処理部９９を有している。
【０１０３】
次に、図１３に示したモニタ装置を用いた粒子線測定方法について、図１４を用いて説明する。
【０１０４】
図１４は、３次元スポットスキャニング法における、ある３次元格子点の照射に対する各ストリップに対するＡＤＣ回路の出力分布の一例である。この図１４は、横軸に各ストリップの位置座標で示している。
【０１０５】
図１４に示したように、ストリップにはガウス分布様の分布をなす領域があり、この領域が粒子線入射により電荷を生じ、この電荷を収集した領域である。しかしながら、ガウス分布様の分布をなす領域以外にも、わずかなオフセット電流による出力領域がある。
【０１０６】
したがって、ビーム位置・形状の算出法として、例えば、各ストリップにおける出力Ｐａ，Ｐｂ，…と位置ｘａ，ｘｂ，…から、ビーム中心位置＜Ｘ＞＝Σ（Ｐｋ・ｘｋ）／ΣＰｋ、ビーム分散＜σ＞２＝Σ（Ｐｋ・（＜Ｘ＞−ｘｋ）２）／ΣＰｋを評価した場合、電荷が収集されないストリップ領域のオフセット電流により、誤差が大きくなり、精度よいモニタ測定ができなくなる。
【０１０７】
しかしながら、本実施形態によれば、図１３に示した処理部９９において、予めディスクリレベルが設定されており、ディスクリレベルに到達しないストリップ出力は位置演算に取り込まれないか、あるいは出力ゼロとして処理される。
【０１０８】
このように、本実施形態によれば、電荷が収集されないストリップ領域のオフセット電流の影響を抑制することができ、精度よいモニタ測定が可能になる。なお、ディスクリレベルの設定法には、予め与えた一定値を与えたり、積分時間の関数（例えば一次式）や、出力が最大であるストリップの出力の関数（例えば出力の数％）として与えたりすることができる。
【０１０９】
［第９実施形態（図１３，図１４）］
本実施形態では、第８実施形態と同様の構成のモニタ装置が使用される。
【０１１０】
この構成によると、図１４に示したように、ストリップには収集電荷量に対応したガウス分布様の分布をなす領域以外に、オフセット電流による出力領域がある。
【０１１１】
しかしながら、この第９実施形態では、処理部９９には、モニタ容器に粒子線が照射される以前に、照射されるべきビーム位置およびビーム幅が記憶されている。処理部９９ではこの与えられたビーム位置およびビーム幅をもとに、ビーム中心位置あるいはビーム形状の算出に用いるストリップの領域を限定する。
【０１１２】
この限定の方法として、例えば、予め与えられたビーム位置をＸ０、ビーム幅をσとして、Ｘ０±２・σ内に存在するストリップというように与える。
【０１１３】
このように本実施形態によれば、電荷が収集されないストリップ領域のオフセット電流の影響を抑制することができ、精度よいモニタ測定が可能になる。また、位置算出に用いるストリップを限定することにより、演算すべきデータ量が少なくなり、位置算出にかかる時間が短くなって、高速な制御、よって短時間治療が可能になる。
【０１１４】
［他の実施形態］
なお、以上の各実施形態では、主に３次元スポットスキャニング法の制御システムについて示したが、本発明が使用できる治療制御装置としては、例えば３次元ラスタースキャニング法や、３次元ワブラ法など他の３次元的照射方法、さらには従来の２次元ワブラ法や二重散乱体法に対しても、ノイズ信号の影響を抑制することができ、精度よいモニタ測定装置および測定システムとして有効である。
【０１１５】
また、前記各実施形態では、粒子線治療のモニタ装置における適用例を示したが、粒子線治療の前に行われるファントムを用いた模擬照射試験用の計測装置においても適用が可能である。その他、Ｓ／Ｎの悪化を抑制するという目的を損なわない限りにおいて、他の目的の粒子線照射における粒子線モニタ装置においても有効である。
【０１１６】
さらに、前記各実施形態では、シンクロトロン加速器による粒子線を用いる場合について示したが、ビームの時間構造にスピル構造をもつ粒子線ビームであれば、各種ビームについても同様に、有効に用いることができる。
【０１１７】
さらに、第６以下の実施形態で示した構成および方法は、ビームの時間構造にスピル構造をもたない加速器出射ビームにおける粒子線モニタ装置についても、オフセットノイズの影響を抑制できることから、有効に適用することができる。
【０１１８】
さらにまた、第６以下の実施形態では、マルチストリップ型モニタ装置について説明したが、マルチワイヤ型モニタなど、他のマルチストリップ型モニタについても有効に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明の第１実施形態による粒子線測定用モニタ装置を示す概略構成図。
【図２】前記第１実施形態による粒子線ビーム出射パターン、ビーム照射パターンおよびパルス出力時間の関係を示す図。
【図３】本発明の第２実施形態による粒子線測定用モニタ装置を示す概略構成図。
【図４】前記第２実施形態による粒子線ビーム出射パターン、ビーム照射パターンおよびカウント出力時間の関係を示す図。
【図５】本発明の第３実施形態による粒子線測定用モニタ装置を示す概略構成図。
【図６】前記第３実施形態による粒子線ビーム出射パターン、ビーム照射パターンおよび積分時間の関係を示す図。
【図７】本発明の第４実施形態による粒子線測定用モニタ装置を示す概略構成図。
【図８】前記第４実施形態による粒子線ビーム出射パターン、ビーム照射パターンおよび積分時間の関係を示す図。
【図９】本発明の第５実施形態による粒子線測定用モニタ装置を示す概略構成図。
【図１０】本発明の第６実施形態による粒子線測定用モニタ装置を示す概略構成図。
【図１１】前記第６実施形態における積分時間とオフセット電流出力の関係を示す図。
【図１２】本発明の第７実施形態による粒子線モニタ装置を示す概略構成図。
【図１３】本発明の第８実施形態による粒子線モニタ装置を示す概略構成図。
【図１４】マルチストリップ型モニタ装置における各チャンネルの出力分布を示す図。
【図１５】従来の粒子線モニタ装置を示す概略構成図。
【図１６】従来例のマルチストリップ型モニタ装置を示す概略構成図。
【図１７】従来例による粒子線ビーム出射パターン、ビーム照射パターンおよびパルス出力・カウント時間の関係を示す図。
【符号の説明】
【０１２０】
１ モニタ容器
２ｉ，２ｉｉ，… 高電圧電極
３ｉ，３ｉｉ，… 収集電極
４ 計測回路
５ パルス出力部
６ カウンタ部
１１ モニタ容器
１２ｉ，１２ｉｉ，… 高電圧電極
１３ｉ，１３ｉｉ，… 収集電極
１４ 計測回路
１７ａ，１７ｂ，… 積分部
１８ａ，１８ｂ，… Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ回路）
２４ 計測回路
２５ パルス出力部
２６ カウンタ部
２７ 外部信号入力端子
３４ 計測回路
３５ パルス出力部
３６ カウンタ部
３７ 外部信号入力端子
４４ 計測回路
４７ 積分部
４８ ＡＤＣ回路
４９ スイッチ
５４ 計測回路
５７ 積分部
５８ ＡＤＣ回路
５９ 処理部
６０ 外部入力端子
６４ 計測回路
６７ａ，ｂ，… 積分部
６９ 処理部
７０ 外部入力端子
７４ 計測回路
７７ 積分部
７８ ＡＤＣ回路
７９ 処理部
８０ 時間計測部
８１ クロック
８２ カウンタ
８４ 計測回路
８７ 積分部
８８ ＡＤＣ回路
８９ 処理部
９０ ダミー測定部
９１ 積分部
９２ ＡＤＣ回路
９４ 計測回路
９７ａ，９７ｂ，… 積分部
９８ａ，９８ｂ，… ＡＤＣ回路
９９ 処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば粒子線治療装置等に適用される粒子線測定方法および粒子線測定用モニタ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、我国における死亡原因の約３分の１を占める癌の治療方法として、陽子や重粒子を用いた粒子線治療法が注目されている。この方法は、加速器から出射された陽子ビーム、あるいは重粒子ビームを癌細胞に照射することで、正常細胞にほとんど影響を与えることなく、癌細胞のみを死滅させることができる。
【０００３】
この粒子線治療装置において、体内患部に照射する線量を制御するために線量モニタが使用される。すなわち、線量モニタで検出する照射線量が、治療計画であらかじめ決められた予定線量に到達すると、直ちにビーム停止命令がビーム制御装置に送られて治療ビームが停止される。したがって、体内への照射量制御の精度は、このモニタ装置の線量計測精度に依存することになる。線量モニタ装置としては、容器中に粒子線の電離作用により生じた電荷を平行電極で収集する電離箱や、容器内に配置された二次電子放出膜から放出される二次電子を計測するＳＥＭ装置などが用いられる。
【０００４】
図１５は、従来用いられている線量モニタ装置の概略構成図を示している。
【０００５】
この図１５に示すように、粒子線が入射される容器の内部に、一つ以上の高電圧電極２ｉ，２ｉｉ，…，および一つ以上の収集電極３ｉ，３ｉｉ，…が配置され、これにより電離箱が構成されている。収集電極３ｉ，３ｉｉ，…には、容器１に入射する粒子線ビーム量に応じた電荷が収集される。収集電極３ｉ，３ｉｉ，…には、計測回路４が接続されており、計測回路４内のパルス出力部５にて、収集電極からの信号量に対応するパルス列が出力される。さらに、計測回路４内のカウンタ部６にて、パルス出力部５から送られたパルスの数をカウントすることにより照射線量が計測される。
【０００６】
医療用粒子線照射装置では、計測回路４内のカウンタ部６で計測されたパルス数が、治療計画であらかじめ決められた既定パルス数に到達すると、ビーム制御装置にビーム停止命令が送られ、粒子線照射が停止される。なお、カウンタ部５に減算カウンタを用いて、あらかじめ入力された既定パルス数を減算してカウント数が０になったときにビーム停止命令を送るという使用法も一般的に用いられる。
【０００７】
また、線量モニタとして、他の方法、例えば二次電子を収集するＳＥＭ装置であっても、同等の回路構成にて使用することができる。
【０００８】
粒子線治療装置において用いられるモニタ装置として、線量モニタの他に、粒子線のビーム形状を計測するために用いるビーム形状モニタが知られている。ビーム形状モニタ装置には、例えば電離箱の電荷収集電極を複数の短冊状に加工したマルチストリップ型モニタや、収集電極を複数のワイヤで形成したマルチワイヤ型モニタが知られており、いずれもビーム形状に応じた分布が各ストリップ（マルチワイヤ型では各ワイヤ）より出力される。
【０００９】
図１６は、マルチストリップ型モニタの概略構成図を示している。
【００１０】
この図１６に示すように、容器１１の内部に一つ以上の高電圧電極１２ｉ，１２ｉｉ，…，および収集電極１３ｉ，１３ｉｉ，…が配置されている。
【００１１】
各収集電極１３ｉ，１３ｉｉ，…は、１軸方向に電気的に非接続な多数のストリップに区切られた構成を持つ。これらストリップには計測回路１４が接続されている。計測回路の内部には積分部１７ａ，１７ｂ…が設けられ、各ストリップに収集された電荷に相当する電気量が貯えられる。積分部１７ａ，１７ｂ…から出力される電圧は、Ａ／Ｄ変換器（以下「ＡＤＣ回路」と記す）１８ａ，１８ｂ，…によりデジタル信号として取り出される。各ストリップに収集される電荷はビーム形状に対応するので、ＡＤＣ回路１８ａ，１８ｂ，…出力の分布は、ビーム形状に対応する分布を有する。
【００１２】
ビーム形状モニタから出力されるビーム形状に異常がある場合、インタロック信号が制御システムに送信され、治療が中断される。
【００１３】
従来行われている粒子線治療の方法は、２次元ワブラ法や二重散乱体法などと呼ばれる方法で、一つの粒子線照射により治療を行う方法である。粒子線治療のさらに進んだ治療法として、体内患部を３次元的に照射することにより、より高精度に癌細胞の狙い撃ちを行う方法が提案されている。この３次元照射法として代表的なものが、治療部位を仮想的に３次元格子点に切り分けて照射を行う治療法であり、３次元スポットスキャニング法と呼ばれている。
【００１４】
この３次元スポットスキャニング法では、治療計画であらかじめ決められた照射線量に到達すると、線量モニタ装置からのビーム停止命令に基づいて粒子線照射が中断され、次の格子点の照射が行えるよう機器設定が変更される。そして、機器設定が終了後、引き続いて次の格子点の照射が行われる。この方法によれば、従来の照射方法の様に一度の照射で治療を行う場合と異なり、治療部位を多数の領域に分割して照射を行うため、各格子点の照射時間が短くなる。
【００１５】
一方、医用粒子線加速器として、一般的に、シンクロトロン加速器が使用される。このシンクロトロン加速器から出射される粒子線ビームは、時間的に不連続なビーム出射パターンをもつ。すなわち、ビーム出射を一定時間（２秒程度）行った後、ビームが出射されない時間が一定時間（１秒程度）あり、このビーム出射パターンにしたがって、繰り返しビームが出射されることになる。
【００１６】
３次元スポットスキャニング法における、３次元格子点の照射パターンとビーム出射パターンの関係を図１７に示す。ここで横軸は時間軸である。
【００１７】
図１７に示すように、各格子点の照射時間は１０ミリ秒から１秒程度であり、ビーム１周期よりも小さくなる。このとき、粒子線照射は１つのビーム出射（スピル）内で終わる場合（図中Ａ領域）の他に、２つのスピルに跨る照射（図中Ｂ領域）が存在することになる。
【００１８】
現実の線量モニタにおいては、漏電流や増幅器のオフセットが存在し、これが信号ノイズを生じさせる。図１７のスポットスキャニング法の２つのスピルに跨る照射においては、例えば、実質のビーム照射が１０ミリ秒程度であるのに対して、ビームが出ていない時間約１秒の間においても線量の測定を行うことになる。つまり、ビームが出ていない時間の計測によりＳＮ比（以下、「Ｓ／Ｎ」と記す）を悪化させてしまうという問題がある。
【００１９】
また、３次元スポットスキャニング法においては、他の治療方法と比較して、小さいビーム強度で使用される。これは、大きなビーム強度で照射した場合、各照射点における照射時間が短くなりすぎ、ビーム制御が間に合わなくなるためである。例えば、現在治療に用いられている２次元ワブラ法では、ビーム強度が１秒あたり１０の８乗個の粒子数であるのに対して、３次元スポットスキャニング法では、１秒あたり１０の７乗個程度であることが予想されている。ビーム強度が小さいということは、すなわちモニタ装置でより小さな電離量を検出することが必要であり、Ｓ／Ｎが悪化する要因となる。
【００２０】
３次元格子点状にビームを照射する３次元スポットスキャニングなどの照射方法では、粒子線ビームの位置および形状によりビームを監視するシステムが必要である。ここでは、特にビーム位置をモニタすることを目的とすることから、ビーム位置モニタ装置と呼ぶことにするが、装置の構成自体は、上述したビーム形状モニタ装置と同様のものが使用される。ただし、３次元的照射法では線量モニタ装置と同じく、短時間照射で小電荷量の条件下で、精度よい位置算出およびビーム形状算出が必要となる。
【００２１】
ビーム位置モニタ装置においては、粒子線によって電離されて生じた電荷が、各ストリップ（または各ワイヤ）に分散されて収集されるため、収集電極全面で収集をおこなう線量モニタ装置よりも、さらにノイズによる誤差がより大きく生じるという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
上述の如く、従来の粒子線測定用モニタ装置およびそれを使用した測定方法では、入射粒子線ビームが時間構造を持つ場合に、精度よく粒子線の照射線量を測定できないという問題があった。
【００２３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、入射粒子線ビームが時間構造を持つ場合であっても、精度よく線量を測定できる粒子線測定方法および粒子線測定用モニタ装置を提供することにある。
【００２４】
また、本発明の他の目的は、粒子線ビーム強度が小さい場合であっても、オフセットノイズの影響を抑制できるようにすることおよび精度のよい位置モニタを行えるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、上記の目的を達成するために以下のように構成されている。
【００２６】
（１）本発明は、容器と、容器内に配置された一つ以上の高電圧電極および一つ以上の収集電極と、前記高電圧電極に高電圧を印加するための電源回路と、収集電極に接続された計測回路とを有し、さらに、外部信号により測定または非測定の状態を制御するための機構を有する。
【００２７】
この測定または非測定の状態を制御するための機構として、計測回路のパルス出力部に外部信号により出力または非出力の状態を制御するための機構を有する。また、計測回路のカウンタ部に外部信号によりカウントまたは非カウントの状態を制御するための機構を有する。さらに、計測回路の積分部に対して外部信号により入力または非入力の状態を制御するための機構を有する。
【００２８】
なお、本発明に懸かる収集電極の形状として、複数に分割されて形成されたマルチチャンネル型が使用可能である。マルチチャンネル型として、複数にストリップ状に分割されて形成されたマルチストリップ型や、複数のワイヤで形成されたマルチワイヤ型が可能である。
【００２９】
（２）本発明は、モニタ装置を有する粒子線測定装置において、モニタ装置のオフセット値測定部を有する。
【００３０】
このオフセット値測定部として、時間を計測するためのクロックと、クロック数をカウントするためのカウンタ部を有する。また、オフセット値測定部として、ダミー測定部を配している。
【００３１】
なお、本発明に係る収集電極の形状として、複数に分割されて形成されたマルチチャンネル型が使用可能である。マルチチャンネル型として、複数にストリップ状に分割されて形成されたマルチストリップ型や、複数のワイヤで形成されたマルチワイヤ型が可能である。
【００３２】
即ち、請求項１記載の発明では、粒子線が入射される容器中に一つ以上の高電圧電極および一つ以上の収集電極を配し、前記収集電極が複数に分割されたマルチチャンネル型であり、前記容器内に生じた電荷を収集電極により収集して電荷量の測定を行う粒子線測定方法であって、各チャンネル出力値にディスクリレベルを設定し、そのディスクリレベルを超える出力を持つチャンネルの出力値のみからビーム位置、ビーム形状およびビーム強度の少なくともいずれかを算出することを特徴とする粒子線測定方法を提供する。
【００３３】
請求項２記載の発明では、粒子線が入射される容器中に一つ以上の高電圧電極および一つ以上の収集電極を配し、前記収集電極が複数に分割されたマルチチャンネル型であり、前記容器内に生じた電荷を収集電極により収集して電荷量の測定を行う粒子線測定方法であって、あらかじめ指定されたビーム位置、あるいはビームサイズの情報をもとに演算を行うチャンネルの範囲を限定し、限定されたチャンネルの出力値のみからビーム位置またはビーム形状またはビーム強度を算出することを特徴とする粒子線測定方法を提供する。
【００３４】
請求項３記載の発明では、粒子線が入射される容器と、この容器内に配置された一つ以上の高電圧電極および一つ以上の収集電極と、前記高電圧電極に高電圧を印加するための電源回路と、前記収集電極からの出力の処理および演算を行う計測回路とを有する粒子線測定用モニタ装置において、前記収集電極が複数に分割形成されたマルチチャンネル型であって、各チャンネル出力値にディスクリレベルを設定し、そのディスクリレベルを超える出力を持つチャンネルの出力値のみからビームビーム位置、ビーム形状およびビーム強度の少なくともいずれかを算出する演算機構を備えたことを特徴とする粒子線測定用モニタ装置を提供する。
【００３５】
請求項４記載の発明では、粒子線が入射される容器と、この容器内に配置された一つ以上の高電圧電極および一つ以上の収集電極と、前記高電圧電極に高電圧を印加するための電源回路と、前記収集電極からの出力の処理および演算を行う計測回路とを有する粒子線測定用モニタ装置において、前記収集電極が複数に分割形成されたマルチチャンネル型であって、予め指定されたビーム位置およびビームサイズの少なくともいずれかの情報をもとに演算を行うチャンネルの範囲を限定し、限定されたチャンネルの出力値のみからビーム位置、ビーム形状およびビーム強度の少なくともいずれかを算出する演算機構を備えたことを特徴とする粒子線測定用モニタ装置を提供する。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、粒子線ビームが容器に入射しないときに測定を中断することができる、これにより、粒子線ビームが入射しないときのノイズ信号による出力を抑制することができる。したがって、従来に比して精度よい粒子線測定が行えるようになる。
【００３７】
また、本発明によれば、オフセット電流出力の影響を抑制した粒子線モニタ測定が可能となり、精度よい粒子線測定用モニタ装置、測定方法および測定システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３９】
［第１実施形態（図１，図２）］
図１は、発明の第１実施形態による粒子線測定用モニタ装置である。なお、本実施形態では、医用粒子線照射装置の線量モニタ装置に適用した場合、特に照射方法が３次元スポットスキャニング法に基づく照射装置を適用した場合について説明する。なお、従来例と同一の部位については、図１５〜図１７と同一の記号も使用する。
【００４０】
図１において、モニタ容器１の内部に一つ以上の高電圧電極２ｉ，２ｉｉ，…，および一つ以上の収集電極３ｉ，３ｉｉ，…が配置され、これにより電離箱が構成されている。
【００４１】
収集電極３ｉ，３ｉｉ，…には、計測回路２４が接続されている。この計測回路２４には、パルス出力部２５およびカウンタ部２６が配置されている。パルス出力部２５には、外部信号入力端子２７が設けられている。
【００４２】
次に、図１に示した粒子線測定用モニタ装置を用いた粒子線モニタ方法について説明する。
【００４３】
粒子線ビームがモニタ容器１内に入射すると、収集電極３ｉ，３ｉｉ，…には入射する粒子線ビーム量に応じた電荷が収集される。収集電極３ｉ，３ｉｉ，…で収集された信号は、計測回路２４にて、必要に応じて増幅されたうえ、パルス出力部２５にて収集電極３ｉ…，３ｉｉ，…からの電荷量に対応するパルス列が出力される。さらに、計測回路２４内のカウンタ部２６にて、パルス出力部２５から送られたパルスの数をカウントすることにより、照射線量が計測される。
【００４４】
図２は、３次元スポットスキャニング法における、３次元格子点の照射パターンとビーム出射パターン、およびパルス出力時間の関係を示したものである。この図２では、ビーム出射パターンとして、シンクロトロン加速器を用いた場合を想定している。
【００４５】
図２に示すように、シンクロトロン加速器から出射される粒子線ビームは、時間的に不連続なビーム出射パターンをもつ。すなわち、ビーム出射を一定時間（２秒程度）行った後、ビームが出射されない時間が一定時間（１秒程度）あり、このビーム出射パターンにしたがって、繰り返しビームが出射されることになる。
【００４６】
この場合、シンクロトロン加速器からの粒子線出射に同期された外部信号がパルス出力部２７に入力され、モニタ容器１に粒子線が入射する時のみパルス出力が行われるように制御される。
【００４７】
したがって、本実施形態では、モニタ容器１に粒子線が入射しないときにはパルス出力が行われないようにすることで、モニタ容器１に粒子線が入射しない時間におけるノイズによる出力を抑制することができる。したがって、精度良い粒子線モニタ測定が実現可能となる。
【００４８】
［第２実施形態（図３，図４）］
図３は、本発明の第２実施形態による粒子線測定用モニタ装置を示すシステム構成図である。
【００４９】
この図３に示すように、モニタ容器１の内部に一つ以上の高電圧電極２ｉ，２ｉｉ，…、および一つ以上の収集電極３ｉ，３ｉｉ，…が配置され、電離箱が構成されている。収集電極３ｉ，３ｉｉ，…には、計測回路３４が接続されている。
【００５０】
計測回路３４には、パルス出力部３５およびカウンタ部３６が配置されている。本実施形態では、このカウンタ部３６に、外部信号入力端子３７が設けられている。
【００５１】
次に、図３に示したモニタ装置を用いた粒子線測定方法について説明する。
【００５２】
粒子線ビームがモニタ容器１内に入射すると、収集電極３ｉ，３ｉｉ，…には入射する粒子線ビーム量に応じた電荷が収集される。収集電極３ｉ，３ｉｉ，…で収集された信号は、計測回路２４にて、必要に応じて増幅されたうえ、パルス出力部３５にて収集電極３ｉ，３ｉｉ，…からの電荷量に対応するパルス列が出力される。さらに、計測回路３４内のカウンタ部３６にて、パルス出力部３５から送られたパルスの数をカウントすることにより照射線量が計測される。
【００５３】
図４は、３次元スポットスキャニング法における、３次元格子点の照射パターンとビーム出射パターン、およびカウンタ時間の関係を示したものである。この図４においては、ビーム出射パターンとしてシンクロトロン加速器を用いた場合を想定している。
【００５４】
図３の例では、シンクロトロン加速器からの粒子線出射に同期された外部信号がカウンタ部３６に入力され、モニタ容器１に粒子線が入射する時のみパルス出力をカウントするように制御される。
【００５５】
このように、本実施形態によれば、モニタ容器１に粒子線が入射しない時間におけるノイズによる出力を抑制することができる。したがって、精度良い粒子線モニタ測定が実現可能となる。
【００５６】
［第３実施形態（図５，図６）］
図５は、本発明の第３実施形態による粒子線測定用モニタ装置を示すシステム構成図である。
【００５７】
この図５に示すように、１はモニタ容器１の内部に一つ以上の高電圧電極２ｉ，２ｉｉ，…，および一つ以上の収集電極３ｉ，３ｉｉ，…が配置され、電離箱が構成されている。収集電極３ｉ，３ｉｉ，…には、計測回路４４が接続されている。
【００５８】
計測回路４４には、積分部４７，ＡＤＣ回路４８，および積分部への入力を制限するスイッチ４９が設けられている。
【００５９】
次に、図５に示したモニタ装置を用いた粒子線測定方法について説明する。
【００６０】
粒子線ビームがモニタ容器１内に入射すると、収集電極３ｉ，３ｉｉ，…には入射する粒子線ビーム量に応じた電荷が収集される。収集電極で収集された信号は、計測回路にて、必要に応じて増幅されたうえ、積分部４７にて収集された電荷に相当する電気量が貯えられる。積分部４７から出力される電圧は、ＡＤＣ回路４８によりデジタル信号として取り出される。
【００６１】
図６は、３次元スポットスキャニング法における、３次元格子点の照射パターンとビーム出射パターン、および積分時間の関係を示したものである。この図６においては、ビーム出射パターンとしてシンクロトロン加速器を用いた場合を想定している。
【００６２】
図５の例では、シンクロトロン加速器からの粒子線出射に同期された外部信号がスイッチ４９に入力され、モニタ容器１に粒子線が入射する時のみ積分を行うように制御される。このように本実施形態によれば、モニタ容器１に粒子線が入射しない時間におけるノイズ出力の積分を抑制することができる。したがって、精度良い粒子線モニタ測定が実現可能となる。
【００６３】
なお、以上の第１〜第３実施形態では、電離箱を用いた線量モニタ装置としての例を示したが、ＳＥＭ装置など電荷を収集して測定を行うモニタであれば、他の方法に基づく線量モニタ装置であっても適用することができる。
【００６４】
また、マルチチャンネル型からなるビーム位置モニタ装置、ビーム形状モニタ装置についても、同様の装置構成および測定方法により、精度よい粒子線モニタ測定が可能となる。さらに、マルチチャンネル型として、収集電極を複数の短冊状に加工したマルチストリップ型モニタ、収集電極を複数のワイヤで形成したマルチワイヤ型モニタ、その他種々の形状のものが適用できる。
【００６５】
［第４実施形態（図７，図８）］
図７は本発明の第４実施形態による粒子線測定用モニタ装置を示すシステム構成図である。
【００６６】
この図７に示すように、モニタ容器１の内部に一つ以上の高電圧電極２ｉ，２ｉｉ，…，および一つ以上の収集電極３ｉ，３ｉｉ，…が配置され、電離箱が構成されている。収集電極３ｉ，３ｉｉ，…には、モニタ容器１に入射する粒子線ビーム量に応じた電荷が収集される。収集電極３ｉ，３ｉｉ，…には、計測回路５４が接続されている。
【００６７】
計測回路５４には、積分部５７，ＡＤＣ回路５８，およびＡＤＣ回路５８に接続された処理部５９が備えられている。処理部５９には外部入力端子６０が設けられ、外部信号が入力されるようになっている。
【００６８】
次に、図７に示したモニタ装置を用いた粒子線測定方法について、図８を用いて説明する。
【００６９】
図８は、３次元スポットスキャニング法において、ビーム強度が弱い場合や、患部に対して大きな線量を照射する場合における、各３次元格子点の照射時間とビーム出射パターン、および積分時間の関係を示したものである。この図８において、ビーム出射パターンとしてシンクロトロン加速器を用いた場合を想定しており、一つの照射時間はシンクロトロン加速器からの出射ビームの繰り返し時間よりも大きくなっている。
【００７０】
図７に示した例では、シンクロトロン加速器からの粒子線出射停止信号に同期された外部信号が処理部５９に入力され、この外部信号が入力されるのに応じてＡＤＣ回路５８より処理部５９に対してデータが送信されて順次保持され、積分部５７の電荷がリセットされる。処理部５９が照射時間終了に対応した測定停止信号を受信すると、この処理部５９に保持されたデータをもとに、照射時間に対応したデータが作成される。
【００７１】
このようにして、モニタ容器に粒子線が入射しない時間においては測定が行われないものとすることができ、ノイズ出力の積分による誤差の増大を抑制することができる。したがって、精度よい粒子線モニタ測定が実現可能となる。
【００７２】
なお、上記の実施形態では、照射時間終了に対応して測定停止信号を入力しているが、照射時間途中において測定値を知りたい場合など、場合に応じて他の信号入力により同様の操作をさせることも可能である。
【００７３】
また、図８では３次元スポットスキャニング法の場合について示したが、他の照射法においても、例えば３次元ワブラ法、３次元散乱体法など、患部を仮想的にスライス状に分離し照射を行う場合にも適用することができる。この場合においても、図７と同様の照射時間とビーム出射パターンの関係になり、精度よい粒子線モニタ測定が可能となる。
【００７４】
さらに、この第４実施形態においても、電離箱を用いた線量モニタ装置に対する例を示したが、ＳＥＭ装置など電荷を収集して測定を行うモニタであれば、他の方法の線量モニタ装置であっても、有効に適用できる。
【００７５】
［第５実施形態（図９）］
図９は本発明の第５実施形態による粒子線測定用モニタ装置を示すシステム構成図である。
【００７６】
この図９に示すように、モニタ容器１１の内部に一つ以上の高電圧電極１２ｉ，１２ｉｉ，…，および収集電極１３ｉ，１３ｉｉ，…が配置されている。各収集電極１３ｉ，１３ｉｉ，…は、１軸方向に電気的に非接続な多数のストリップに区切られた構成を持つ。即ち、このモニタ装置は、マルチストリップ型モニタ装置とされ、収集電極１３ｉ，１３ｉｉ，…のストリップそれぞれに対して計測回路６４が接続されている。計測回路の内部には、複数の積分部６７ａ，６７ｂ，…，およびＡＤＣ回路６８ａ，６８ｂ，…が配置され、さらに各計測回路要素は処理部６９に接続されている。処理部６９には外部入力端子７０が設けられ、外部信号が入力されるようになっている。
【００７７】
次に、図９に示したモニタ装置を用いた粒子線測定方法について説明する。
【００７８】
粒子線ビームがモニタ容器１内に入射すると、収集電極１３ｉ，１３ｉｉ，…の各ストリップには、ビーム形状に対応した電荷が収集される。各ストリップで収集された信号は、計測回路にて、必要に応じて増幅されたうえ、各積分部６７ａ，６７ｂ，…にて収集された電荷に相当する電気量が貯えられる。各積分部６７ａ，６７ｂ，…から出力される電圧は、それぞれＡＤＣ回路６８によりデジタル信号として取り出される。各ストリップに収集される電荷はビーム形状に対応するので、各ＡＤＣ回路６８ａ，６８ｂ，…出力の分布は、ビーム形状に対応する分布を示す。
【００７９】
ここでは、図８に示した３次元スポットスキャニング法における、３次元格子点の照射パターンとビーム出射パターン、および積分時間の関係を持つ場合を想定する。
【００８０】
図９に示した例では、シンクロトロンからの粒子線出射停止信号に同期された外部信号が処理部６９に入力される。この外部信号が入力されるのに応じて、ＡＤＣ回路より処理部に対してデータが送信されて順次保持され、各積分部６７ａ，６７ｂ…の電荷がリセットされる。処理部６９が照射時間終了に対応した測定停止信号を受信すると、処理部６９に保持されたデータをもとに、照射時間に対応したデータが作成される。さらに、得られた各ストリップにおけるデータより、ビーム位置あるいはビーム形状の算出がなされる。
【００８１】
ここで、ビーム位置およびビーム形状の算出法として重心計算による方法などが使用できる。重心計算によると、各ストリップの出力Ｐｉとし、各ストリップの位置ｘｉとすると、ビーム中心位置＜Ｘ＞＝Σ（Ｐｉ・ｘｉ）／ΣＰｉ、またビーム形状としてビーム分散＜σ＞２＝Σ（Ｐｉ・（＜Ｘ＞−ｘｉ）２）／ΣＰｉで評価できる。
【００８２】
このようにして、モニタ容器に粒子線が入射しない時間においては積分を中断でき、ノイズ出力の積分による誤差の増大を抑制することができる。したがって、精度よくビーム位置算出あるいはビーム形状算出ができ、精度よい粒子線モニタ測定が実現可能となる。
【００８３】
なお、本実施形態では、マルチストリップ型モニタ装置について示したが、マルチワイヤ型、その他のマルチチャンネル型モニタ装置等にも有効に適用できる。
【００８４】
［第６実施形態（図１０，図１１）］
図１０は、本発明の第６実施形態による粒子線測定用モニタ装置を示すシステム構成図である。
【００８５】
この図１０に示すように、モニタ容器１の内部に一つ以上の高電圧電極２ｉ，２ｉｉ，…，および収集電極３ｉ，３ｉｉ，…が配置されている。収集電極３ｉ，３ｉｉ，…には計測回路７４が接続されている。計測回路７４は、積分部７７およびＡＤＣ回路７８および処理部７９を有している。
【００８６】
る周波数で信号を出すクロック８１と、このクロック８１からの信号をカウントするカウンタ８２とを有している。
【００８７】
次に、図１０で示したモニタ装置を用いた粒子線測定方法について、図１１を用いて説明する。
【００８８】
図１１は、モニタ容器１に粒子線が入射しないときにおいて、積分時間とＡＤＣ回路７８から得られる出力の関係を示したものである。モニタ装置では、モニタ容器１内の電極に漏電流があることや、計測回路７４内のアンプ等にオフセットがあること、等のため、モニタ容器１に入力がない場合でも出力（オフセット電流出力）がある。このオフセット電流出力は一般に、積分時間の関数であり、図１１に示した例では、このオフセット電流出力は、積分時間Δｔの一次式（Ｃ・Δｔ＋Ｄ）で与えられる。
【００８９】
図１０に示したモニタ装置では、モニタ容器１への粒子線入射開始に同期した信号により、クロック８１からの信号をカウンタ８２がカウントし始め、モニタ容器１への粒子線入射終了までカウントが行われる。クロック８１からは、ある周波数のパルス信号が出力され、これにより粒子線入射終了までのカウント値Ｎｃより積分時間Δｔを求めることができる。得られた積分時間Δｔから、予め求められた係数ａ、ｂをもとに、オフセット電流出力Ｑを評価することができる。補正しない出力値をＰとすると、オフセット電流出力を補正した値（Ｐ−Ｑ）を用いることにより、オフセットの影響を抑制することができ、精度良い粒子線モニタ測定が可能となる。
【００９０】
なお、本実施形態では、粒子線入射に同期した信号により積分開始・終了を与えたが、積分時間の与え方は任意である。
【００９１】
また、本実施形態では、電離箱を用いた線量モニタ装置に対する実施例を示したが、ＳＥＭ装置など電荷を収集して測定を行うモニタであれば、他の方法の線量モニタ装置であっても、有効に適用できる。
【００９２】
さらに、本実施形態では、収集電極を複数に分割したマルチチャンネル型、例えばマルチストリップ型やマルチワイヤ型についても使用可能である。マルチチャンネル型では、一つの時間計測部で得られた積分時間Δｔよりチャンネル各々のオフセット電流出力Ｑａ＝Ｃａ・Δｔ＋Ｄａ、Ｑｂ＝Ｃｂ・Δｔ＋Ｄｂ…を評価することが可能である。
【００９３】
［第７実施形態（図１２）］
図１２は本発明の第７実施形態による粒子線モニタ装置を示す概略構成図である。
【００９４】
この図１２に示すように、モニタ容器１の内部に一つ以上の高電圧電極２ｉ，２ｉｉ，…，および収集電極３ｉ，３ｉｉ，…が配置されている。収集電極３ｉ，３ｉｉ，…には計測回路８４が接続されている。計測回路８４は、積分部８７、ＡＤＣ回路８８および処理部８９を有している。
【００９５】
本実施形態においては、処理部８９に、ダミー測定部９０が接続されている。
【００９６】
このダミー測定部９０は、計測回路８４と同様に、積分部９１とＡＤＣ回路９２を有し、積分部９１は、例えばダミー電極１０の最外領域につながれている。なお、粒子線ビームが入射しない領域であれば、積分部９１のつながれる領域は他の領域であってもよい。
【００９７】
次に、図１２に示したモニタ装置を用いた粒子線測定方法について説明する。
【００９８】
ある積分時間に対するダミー測定部９０のオフセット電流出力Ｑｄは、積分時間Δｔの関数である。測定回路８４とダミー測定部９０のオフセット電流出力と積分時間の関係が共に図１１に示したように、一次式で与えられる場合、収集電極におけるオフセット電流出力Ｑは、ダミー測定部のオフセット電流出力Ｑｄの一次式Ｑ＝ｃ・Ｑｄ＋ｄで評価できる。補正しない出力値をＰとすると、オフセット電流出力を補正した値（Ｐ−Ｑ）を用いることにより、オフセットの影響を抑制することができ、精度よい粒子線モニタ測定が可能となる。
【００９９】
なお、本実施形態では、電離箱を用いたモニタ装置を適用したが、ＳＥＭ装置など、電荷を収集して測定を行うモニタであれば、他の方法の線量モニタ装置であっても有効に適用できる。
【０１００】
さらに、本実施形態では、収集電極を複数に分割したマルチチャンネル型、例えばマルチストリップ型やマルチワイヤ型についても使用可能である。マルチチャンネル型では、一つのダミー計測部で得られたオフセット電流出力Ｑｄより、チャンネル各々のオフセット電流出力Ｑａ＝Ｃａ・Ｑｄ＋Ｄａ、Ｑｂ＝Ｃｂ・Ｑｄ＋Ｄｂ…を評価することが可能である。
【０１０１】
［第８実施形態（図１３，図１４）］
図１３は、本発明の第８実施形態による粒子線モニタ装置を示す概略構成図である。
【０１０２】
この図１３に示すように、モニタ容器１１の内部に一つ以上の高電圧電極１２ｉ，１２ｉｉ，…，および収集電極１３ｉ，１３ｉｉ，…が配置されている。各収集電極１３ｉ，１３ｉｉ，…は、１軸方向に電気的に非接続な多数のストリップに区切られた構成を持つ。即ち、このモニタ装置はマルチストリップ型モニタ装置である。収集電極１３ｉ，１３ｉｉ，…には計測回路９４が接続されている。計測回路には、複数の積分部９７ａ，９７ｂ…、ＡＤＣ回路９８ａ，９８ｂ，…およびそれらに接続された処理部９９を有している。
【０１０３】
次に、図１３に示したモニタ装置を用いた粒子線測定方法について、図１４を用いて説明する。
【０１０４】
図１４は、３次元スポットスキャニング法における、ある３次元格子点の照射に対する各ストリップに対するＡＤＣ回路の出力分布の一例である。この図１４は、横軸に各ストリップの位置座標で示している。
【０１０５】
図１４に示したように、ストリップにはガウス分布様の分布をなす領域があり、この領域が粒子線入射により電荷を生じ、この電荷を収集した領域である。しかしながら、ガウス分布様の分布をなす領域以外にも、わずかなオフセット電流による出力領域がある。
【０１０６】
したがって、ビーム位置・形状の算出法として、例えば、各ストリップにおける出力Ｐａ，Ｐｂ，…と位置ｘａ，ｘｂ，…から、ビーム中心位置＜Ｘ＞＝Σ（Ｐｋ・ｘｋ）／ΣＰｋ、ビーム分散＜σ＞２＝Σ（Ｐｋ・（＜Ｘ＞−ｘｋ）２）／ΣＰｋを評価した場合、電荷が収集されないストリップ領域のオフセット電流により、誤差が大きくなり、精度よいモニタ測定ができなくなる。
【０１０７】
しかしながら、本実施形態によれば、図１３に示した処理部９９において、予めディスクリレベルが設定されており、ディスクリレベルに到達しないストリップ出力は位置演算に取り込まれないか、あるいは出力ゼロとして処理される。
【０１０８】
このように、本実施形態によれば、電荷が収集されないストリップ領域のオフセット電流の影響を抑制することができ、精度よいモニタ測定が可能になる。なお、ディスクリレベルの設定法には、予め与えた一定値を与えたり、積分時間の関数（例えば一次式）や、出力が最大であるストリップの出力の関数（例えば出力の数％）として与えたりすることができる。
【０１０９】
［第９実施形態（図１３，図１４）］
本実施形態では、第８実施形態と同様の構成のモニタ装置が使用される。
【０１１０】
この構成によると、図１４に示したように、ストリップには収集電荷量に対応したガウス分布様の分布をなす領域以外に、オフセット電流による出力領域がある。
【０１１１】
しかしながら、この第９実施形態では、処理部９９には、モニタ容器に粒子線が照射される以前に、照射されるべきビーム位置およびビーム幅が記憶されている。処理部９９ではこの与えられたビーム位置およびビーム幅をもとに、ビーム中心位置あるいはビーム形状の算出に用いるストリップの領域を限定する。
【０１１２】
この限定の方法として、例えば、予め与えられたビーム位置をＸ０、ビーム幅をσとして、Ｘ０±２・σ内に存在するストリップというように与える。
【０１１３】
このように本実施形態によれば、電荷が収集されないストリップ領域のオフセット電流の影響を抑制することができ、精度よいモニタ測定が可能になる。また、位置算出に用いるストリップを限定することにより、演算すべきデータ量が少なくなり、位置算出にかかる時間が短くなって、高速な制御、よって短時間治療が可能になる。
【０１１４】
［他の実施形態］
なお、以上の各実施形態では、主に３次元スポットスキャニング法の制御システムについて示したが、本発明が使用できる治療制御装置としては、例えば３次元ラスタースキャニング法や、３次元ワブラ法など他の３次元的照射方法、さらには従来の２次元ワブラ法や二重散乱体法に対しても、ノイズ信号の影響を抑制することができ、精度よいモニタ測定装置および測定システムとして有効である。
【０１１５】
また、前記各実施形態では、粒子線治療のモニタ装置における適用例を示したが、粒子線治療の前に行われるファントムを用いた模擬照射試験用の計測装置においても適用が可能である。その他、Ｓ／Ｎの悪化を抑制するという目的を損なわない限りにおいて、他の目的の粒子線照射における粒子線モニタ装置においても有効である。
【０１１６】
さらに、前記各実施形態では、シンクロトロン加速器による粒子線を用いる場合について示したが、ビームの時間構造にスピル構造をもつ粒子線ビームであれば、各種ビームについても同様に、有効に用いることができる。
【０１１７】
さらに、第６以下の実施形態で示した構成および方法は、ビームの時間構造にスピル構造をもたない加速器出射ビームにおける粒子線モニタ装置についても、オフセットノイズの影響を抑制できることから、有効に適用することができる。
【０１１８】
さらにまた、第６以下の実施形態では、マルチストリップ型モニタ装置について説明したが、マルチワイヤ型モニタなど、他のマルチストリップ型モニタについても有効に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明の第１実施形態による粒子線測定用モニタ装置を示す概略構成図。
【図２】前記第１実施形態による粒子線ビーム出射パターン、ビーム照射パターンおよびパルス出力時間の関係を示す図。
【図３】本発明の第２実施形態による粒子線測定用モニタ装置を示す概略構成図。
【図４】前記第２実施形態による粒子線ビーム出射パターン、ビーム照射パターンおよびカウント出力時間の関係を示す図。
【図５】本発明の第３実施形態による粒子線測定用モニタ装置を示す概略構成図。
【図６】前記第３実施形態による粒子線ビーム出射パターン、ビーム照射パターンおよび積分時間の関係を示す図。
【図７】本発明の第４実施形態による粒子線測定用モニタ装置を示す概略構成図。
【図８】前記第４実施形態による粒子線ビーム出射パターン、ビーム照射パターンおよび積分時間の関係を示す図。
【図９】本発明の第５実施形態による粒子線測定用モニタ装置を示す概略構成図。
【図１０】本発明の第６実施形態による粒子線測定用モニタ装置を示す概略構成図。
【図１１】前記第６実施形態における積分時間とオフセット電流出力の関係を示す図。
【図１２】本発明の第７実施形態による粒子線モニタ装置を示す概略構成図。
【図１３】本発明の第８実施形態による粒子線モニタ装置を示す概略構成図。
【図１４】マルチストリップ型モニタ装置における各チャンネルの出力分布を示す図。
【図１５】従来の粒子線モニタ装置を示す概略構成図。
【図１６】従来例のマルチストリップ型モニタ装置を示す概略構成図。
【図１７】従来例による粒子線ビーム出射パターン、ビーム照射パターンおよびパルス出力・カウント時間の関係を示す図。
【符号の説明】
【０１２０】
１ モニタ容器
２ｉ，２ｉｉ，… 高電圧電極
３ｉ，３ｉｉ，… 収集電極
４ 計測回路
５ パルス出力部
６ カウンタ部
１１ モニタ容器
１２ｉ，１２ｉｉ，… 高電圧電極
１３ｉ，１３ｉｉ，… 収集電極
１４ 計測回路
１７ａ，１７ｂ，… 積分部
１８ａ，１８ｂ，… Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ回路）
２４ 計測回路
２５ パルス出力部
２６ カウンタ部
２７ 外部信号入力端子
３４ 計測回路
３５ パルス出力部
３６ カウンタ部
３７ 外部信号入力端子
４４ 計測回路
４７ 積分部
４８ ＡＤＣ回路
４９ スイッチ
５４ 計測回路
５７ 積分部
５８ ＡＤＣ回路
５９ 処理部
６０ 外部入力端子
６４ 計測回路
６７ａ，ｂ，… 積分部
６９ 処理部
７０ 外部入力端子
７４ 計測回路
７７ 積分部
７８ ＡＤＣ回路
７９ 処理部
８０ 時間計測部
８１ クロック
８２ カウンタ
８４ 計測回路
８７ 積分部
８８ ＡＤＣ回路
８９ 処理部
９０ ダミー測定部
９１ 積分部
９２ ＡＤＣ回路
９４ 計測回路
９７ａ，９７ｂ，… 積分部
９８ａ，９８ｂ，… ＡＤＣ回路
９９ 処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子線が入射される容器中に一つ以上の高電圧電極および一つ以上の収集電極を配し、前記収集電極が複数に分割されたマルチチャンネル型であり、前記容器内に生じた電荷を収集電極により収集して電荷量の測定を行う粒子線測定方法であって、各チャンネル出力値にディスクリレベルを設定し、そのディスクリレベルを超える出力を持つチャンネルの出力値のみからビーム位置、ビーム形状およびビーム強度の少なくともいずれかを算出することを特徴とする粒子線測定方法。
【請求項２】
粒子線が入射される容器中に一つ以上の高電圧電極および一つ以上の収集電極を配し、前記収集電極が複数に分割されたマルチチャンネル型であり、前記容器内に生じた電荷を収集電極により収集して電荷量の測定を行う粒子線測定方法であって、あらかじめ指定されたビーム位置、あるいはビームサイズの情報をもとに演算を行うチャンネルの範囲を限定し、限定されたチャンネルの出力値のみからビーム位置またはビーム形状またはビーム強度を算出することを特徴とする粒子線測定方法。
【請求項３】
粒子線が入射される容器と、この容器内に配置された一つ以上の高電圧電極および一つ以上の収集電極と、前記高電圧電極に高電圧を印加するための電源回路と、前記収集電極からの出力の処理および演算を行う計測回路とを有する粒子線測定用モニタ装置において、前記収集電極が複数に分割形成されたマルチチャンネル型であって、各チャンネル出力値にディスクリレベルを設定し、そのディスクリレベルを超える出力を持つチャンネルの出力値のみからビームビーム位置、ビーム形状およびビーム強度の少なくともいずれかを算出する演算機構を備えたことを特徴とする粒子線測定用モニタ装置。
【請求項４】
粒子線が入射される容器と、この容器内に配置された一つ以上の高電圧電極および一つ以上の収集電極と、前記高電圧電極に高電圧を印加するための電源回路と、前記収集電極からの出力の処理および演算を行う計測回路とを有する粒子線測定用モニタ装置において、前記収集電極が複数に分割形成されたマルチチャンネル型であって、予め指定されたビーム位置およびビームサイズの少なくともいずれかの情報をもとに演算を行うチャンネルの範囲を限定し、限定されたチャンネルの出力値のみからビーム位置、ビーム形状およびビーム強度の少なくともいずれかを算出する演算機構を備えたことを特徴とする粒子線測定用モニタ装置。
【請求項１】
粒子線が入射される容器中に一つ以上の高電圧電極および一つ以上の収集電極を配し、前記収集電極が複数に分割されたマルチチャンネル型であり、前記容器内に生じた電荷を収集電極により収集して電荷量の測定を行う粒子線測定方法であって、各チャンネル出力値にディスクリレベルを設定し、そのディスクリレベルを超える出力を持つチャンネルの出力値のみからビーム位置、ビーム形状およびビーム強度の少なくともいずれかを算出することを特徴とする粒子線測定方法。
【請求項２】
粒子線が入射される容器中に一つ以上の高電圧電極および一つ以上の収集電極を配し、前記収集電極が複数に分割されたマルチチャンネル型であり、前記容器内に生じた電荷を収集電極により収集して電荷量の測定を行う粒子線測定方法であって、あらかじめ指定されたビーム位置、あるいはビームサイズの情報をもとに演算を行うチャンネルの範囲を限定し、限定されたチャンネルの出力値のみからビーム位置またはビーム形状またはビーム強度を算出することを特徴とする粒子線測定方法。
【請求項３】
粒子線が入射される容器と、この容器内に配置された一つ以上の高電圧電極および一つ以上の収集電極と、前記高電圧電極に高電圧を印加するための電源回路と、前記収集電極からの出力の処理および演算を行う計測回路とを有する粒子線測定用モニタ装置において、前記収集電極が複数に分割形成されたマルチチャンネル型であって、各チャンネル出力値にディスクリレベルを設定し、そのディスクリレベルを超える出力を持つチャンネルの出力値のみからビームビーム位置、ビーム形状およびビーム強度の少なくともいずれかを算出する演算機構を備えたことを特徴とする粒子線測定用モニタ装置。
【請求項４】
粒子線が入射される容器と、この容器内に配置された一つ以上の高電圧電極および一つ以上の収集電極と、前記高電圧電極に高電圧を印加するための電源回路と、前記収集電極からの出力の処理および演算を行う計測回路とを有する粒子線測定用モニタ装置において、前記収集電極が複数に分割形成されたマルチチャンネル型であって、予め指定されたビーム位置およびビームサイズの少なくともいずれかの情報をもとに演算を行うチャンネルの範囲を限定し、限定されたチャンネルの出力値のみからビーム位置、ビーム形状およびビーム強度の少なくともいずれかを算出する演算機構を備えたことを特徴とする粒子線測定用モニタ装置。
【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】
【公開番号】特開２００８−１７５８２９（Ｐ２００８−１７５８２９Ａ）
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４３４１０（Ｐ２００８−４３４１０）
【出願日】平成２０年２月２５日（２００８．２．２５）
【分割の表示】特願平１１−２０３８６３の分割
【原出願日】平成１１年７月１６日（１９９９．７．１６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２５日（２００８．２．２５）
【分割の表示】特願平１１−２０３８６３の分割
【原出願日】平成１１年７月１６日（１９９９．７．１６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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