粒子線照射システム
【課題】
ビーム出射停止信号が出力されてから、加速器からの荷電粒子ビームの出射が停止されるまでに時間を要する場合であっても、照射対象の線量分布をより均一化する。
【解決手段】
シンクロトロン１２と、走査電磁石５Ａ，５Ｂを有し、シンクロトロン１２から出射されたイオンビームを出力する照射装置１５と、照射装置１５からのイオンビームの出力をビーム出射停止信号に基づいて停止させ、イオンビームの出力を停止した状態で、走査電磁石５Ａ，５Ｂを制御することによりイオンビームの照射位置を変更させ、この変更後に、照射装置１５からのイオンビームの出力を開始させ、ビーム出射停止信号を起点とした積算照射量の増分が、予め記憶された設定照射量に達したことに基づいて次のビームの出射停止信号を出力する制御装置とを備える。
ビーム出射停止信号が出力されてから、加速器からの荷電粒子ビームの出射が停止されるまでに時間を要する場合であっても、照射対象の線量分布をより均一化する。
【解決手段】
シンクロトロン１２と、走査電磁石５Ａ，５Ｂを有し、シンクロトロン１２から出射されたイオンビームを出力する照射装置１５と、照射装置１５からのイオンビームの出力をビーム出射停止信号に基づいて停止させ、イオンビームの出力を停止した状態で、走査電磁石５Ａ，５Ｂを制御することによりイオンビームの照射位置を変更させ、この変更後に、照射装置１５からのイオンビームの出力を開始させ、ビーム出射停止信号を起点とした積算照射量の増分が、予め記憶された設定照射量に達したことに基づいて次のビームの出射停止信号を出力する制御装置とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子線照射システムに係り、特に、陽子及び炭素イオン等の荷電粒子ビームを患部に照射して治療する粒子線照射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
癌などの患者の患部に陽子及び炭素イオン等のいずれかの荷電粒子ビーム（イオンビーム）を照射する治療方法が知られている。この治療に用いる粒子線照射システムは、荷電粒子ビーム発生装置，ビーム輸送系、及び治療室を備えている。荷電粒子ビーム発生装置の加速器で加速された荷電粒子ビームは、ビーム輸送系を経て治療室の照射装置に達し、照射装置に備えられた走査用電磁石で走査された後、照射装置から患者の患部に照射される。また、このような出射システムにおいて、従来、照射装置からの荷電粒子ビームの出力を停止させ、荷電粒子ビームの出力を停止した状態で、走査用電磁石を制御することにより荷電粒子ビームの照射位置（スポット）を変更（スキャン）させ、この変更後に、前記照射装置からの荷電粒子ビームの出力を開始させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第２８３３６０２号公報（図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の粒子線照射システムにおいて、健全な細胞への被ばくを極力防止し過不足のない正しい照射治療を行うために、照射装置には、電磁石の下流側でかつ照射対象である患者の直前に、ビームの照射線量分布を測定する照射線量モニタ，ビーム位置モニタが設置されている。
【０００５】
各スポットへの照射時には、各スポットごとの目標照射線量が設定されており、上記照射線量モニタによる照射線量の積算値がその目標値に達したときに、加速器へビーム出射停止指令が出力され、加速器がこれに応じて荷電粒子ビームの出射を停止するようになっている。しかしながら、加速器は、一般に、ビーム出射停止指令が入力された後若干の応答遅れが生じる可能性がある。例えば加速器の一形態であるシンクロトロンを用いる場合、前段加速器から入射された低エネルギーのイオンを周回させるとともに、その周回する荷電粒子ビームに高周波電磁界を印加して荷電粒子ビームのベータトロン振動を増加し、共鳴の安定限界を超えさせ、荷電粒子ビームのベータトロン振動を共鳴状態にして出射する構成となっている。この結果、上記のようにしてビーム出射停止指令が入力されても、厳密には、直ちに荷電粒子ビームの出力が停止するのではなく、若干の応答遅れが生じる可能性が生じることを、発明者らが発見した。このような場合、上記目標値に達した後も、その応答遅れ時間の間継続して荷電粒子ビームが当該スポットに照射されることになる。
【０００６】
本発明の目的は、照射対象の線量分布をより均一化できる粒子線照射システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を達成する本発明の特徴は、第２の照射位置の１つ前の第１の照射位置における、ビーム出射停止信号出力後の第１の照射量と、第２の照射位置への第２の照射量との積算量が設定照射量に達したとき、第２の照射位置に照射する荷電粒子ビームの出射を停止させるビーム出射停止信号を出力することにある。
【０００８】
本発明は、第１照射量と第２照射量の積算量が設定照射量に達したとき、第２の照射位置に照射する荷電粒子ビームの出射を停止させるビーム出射停止信号を出力するため、ビーム出射停止信号が出力された後で、加速器からの荷電粒子ビームの出射が停止されるまでの期間に、第１の照射位置に照射される照射量が、第２の照射位置の照射量に加えることができる。このため、各照射位置への照射量を実質的に設定照射量にすることができ、ビーム出射停止信号が出力されてから、加速器からの荷電粒子ビームの出射が停止されるまでに時間を要する場合であっても、照射対象の線量分布をより均一化できる。
【０００９】
好ましくは、ビーム出射停止信号の出力の後、加速器からの荷電粒子ビームの出射が停止されるまでの期間に第１の照射位置に照射される照射量に基づいて異常判定を行うことが望ましい。この異常判定によって、ビーム出射停止信号の出力後に荷電粒子ビームの出射が確実に停止していることを確認することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ビーム出射停止信号が出力されてから、加速器からの荷電粒子ビームの出射が停止されるまでに時間を要する場合であっても、照射対象の線量分布をより均一化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の第１の実施形態である粒子線照射システムを図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
本実施例の粒子線照射システムである陽子線照射システムは、図１に示すように、荷電粒子ビーム発生装置１と、荷電粒子ビーム発生装置１の下流側に接続されたビーム輸送系４とを有している。
【００１３】
荷電粒子ビーム発生装置１は、イオン源（図示せず），前段荷電粒子ビーム発生装置
（ライナック）１１及びシンクロトロン（加速器）１２を有する。シンクロトロン１２は、高周波印加装置９、及び加速装置１０を有する。高周波印加装置９は、シンクロトロン１２の周回軌道に配置された高周波印加電極９３と高周波電源９１とを開閉スイッチ９２にて接続して構成される。加速装置（第２エレメント，荷電粒子ビームエネルギー変更装置）１０は、その周回軌道に配置された高周波加速空胴（図示せず）、及び高周波加速空胴に高周波電力を印加する高周波電源（図示せず）を備える。イオン源で発生したイオン（例えば、陽子イオン（または炭素イオン））は前段荷電粒子ビーム発生装置（例えば直線荷電粒子ビーム発生装置）１１で加速される。前段荷電粒子ビーム発生装置１１から出射されたイオンビーム（陽子ビーム）はシンクロトロン１２に入射される。荷電粒子ビーム（粒子線）であるそのイオンビームは、シンクロトロン１２で、高周波電源から高周波加速空胴を経てイオンビームに印加される高周波電力によってエネルギーを与えられて加速される。シンクロトロン１２内を周回するイオンビームのエネルギーが設定されたエネルギー（例えば１００〜２００ＭｅＶ）までに高められた後、高周波電源９１からの出射用の高周波が、閉じられた開閉スイッチ９２を経て高周波印加電極９３に達し、高周波印加電極９３よりイオンビームに印加される。安定限界内で周回しているイオンビームは、この高周波の印加によって安定限界外に移行し、出射用デフレクタ８を通ってシンクロトロン１２から出射される。イオンビームの出射の際には、シンクロトロン１２に設けられた四極電磁石１３及び偏向電磁石１４に導かれる電流が電流設定値に保持され、安定限界もほぼ一定に保持されている。開閉スイッチ９２を開いて高周波印加電極９３への高周波電力の印加を停止することによって、シンクロトロン１２からのイオンビームの出射が停止される。
【００１４】
シンクロトロン１２から出射されたイオンビームは、ビーム輸送系４より下流側へ輸送される。ビーム輸送系４は、四極電磁石１８及び偏向電磁石１７と、治療室内に配置された照射装置１５に連絡されるビーム経路６２にビーム進行方向上流側より配置された四極電磁石２１，四極電磁石２２，偏向電磁石２３，偏向電磁石２４（それぞれの電磁石が第１エレメント）とを備える。ビーム輸送系４へ導入されたイオンビームは、ビーム経路
６２を通って照射装置１５へと輸送される。
【００１５】
治療室は、内部に設置された回転ガントリー（図示せず）に取り付けられた照射装置
１５を備える。ビーム輸送系４のビーム経路６２の一部を含む逆Ｕ字状のビーム輸送装置及び照射装置１５は、回転ガントリー（図示せず）の略筒状の回転胴（図示せず）に設置されている。回転胴はモータ（図示せず）により回転可能に構成されている。回転胴内には治療ゲージ（図示せず）が形成される。
【００１６】
照射装置１５は、回転胴に取り付けられ前述の逆Ｕ字状のビーム輸送装置に接続されるケーシング（図示せず）を有している。ビームを走査するための走査電磁石５Ａ，５Ｂ、及び線量モニタ６Ａ，位置モニタ６Ｂ等がケーシング内に設置される。走査電磁石５Ａ，５Ｂは、例えばビーム軸と垂直な平面上において互いに直交する方向（Ｘ方向，Ｙ方向）にビームを偏向し照射位置をＸ方向およびＹ方向に動かすためのものである。
【００１７】
治療用ベッド２９は、照射装置１５からイオンビームを照射する前に、ベッド駆動装置（図示せず）によって移動され上記治療ゲージ内に挿入されるとともに、照射装置１５に対する照射にあたっての位置決めが行われる。回転胴はガントリーコントローラ（図示せず）によってモータの回転を制御することによって回転され、照射装置１５のビーム軸が患者３０の患部を向くようになる。ビーム経路６２を経て逆Ｕ字状のビーム輸送装置から照射装置１５内へ導入されたイオンビームは、走査電磁石（荷電粒子ビーム走査装置）
５Ａ，５Ｂによって順次照射位置を走査され、患者３０の患部（例えば癌や腫瘍の発生部位）に照射される。そのイオンビームは、患部においてそのエネルギーを放出し、高線量領域を形成する。照射装置１５内の走査電磁石５Ａ，５Ｂは、例えば治療装置内のガントリー室に配置されたスキャニングコントローラ４１によって制御される。
【００１８】
本実施例の陽子線照射システムが備えている制御システムを、図１を用いて説明する。その制御システム９０は、中央制御装置１００，治療計画情報を格納した記憶装置１１０，スキャニングコントローラ４１，加速器・輸送系コントローラ（以下、加速器コントローラという）４０を有する。更に、本実施例の陽子線照射システムは、治療計画装置140を有している。
【００１９】
記憶装置１１０に記憶されている各患者毎の上記治療計画情報（患者情報）は、特に図示を行わないが、患者ＩＤナンバー，照射量（一回当たり），照射エネルギー，照射方向，照射位置等のデータを含んでいる。
【００２０】
中央制御装置１００は、ＣＰＵ１０１と、メモリ１０３とを備えている。ＣＰＵ１０１は、入力した患者識別情報を用いて、これから治療を行う患者に関する上記の治療計画情報を記憶装置１１０から読み込む。この患者別治療計画情報のうち照射エネルギーの値によって、既に述べた各電磁石への励磁電力供給の制御パターンが決まる。
【００２１】
メモリ１０３には、電力供給制御テーブルが予め記憶されている。すなわち、例えば、照射エネルギーの各種の値（７０，８０，９０，…［Ｍｅｖ］等）に応じて、シンクロトロン１２を含む荷電粒子ビーム発生装置１における四極電磁石１３及び偏向電磁石１４，ビーム輸送系４の四極電磁石１８，偏向電磁石１７，四極電磁石２１，２２，偏向電磁石
２３，２４に対する供給励磁電力値又はそのパターンが予め設定されている。
【００２２】
また、ＣＰＵ１０１は、制御情報作成装置として、上記治療計画情報と上記電力供給制御テーブルとを用いて、これから治療を受けようとする患者について、荷電粒子ビーム発生装置１や各ビーム経路に配置された電磁石を制御するための制御指令データ（制御指令情報）を作成する。そしてＣＰＵ１０１は、このようにして作成した制御指令データを、スキャニングコントローラ４１及び加速器コントローラ４０へ出力する。
【００２３】
本実施例の陽子線照射システムでは、中央制御装置１００，スキャニングコントローラ４１，加速器コントローラ４０が、治療計画装置１４０により作成した治療計画情報に基づいて、互いに連携して制御を行う。この制御により、シンクロトロン１２からのイオンビームの出射が停止され、イオンビームの出射を停止した状態で、走査電磁石５Ａ，５Ｂを走査してイオンビームの照射位置（スポット）を変更させ、この変更後に、シンクロトロン１２からのイオンビームの出射が開始される。シンクロトロン１２からのイオンビームの出射停止は照射装置１５からのイオンビームの照射停止となり、シンクロトロン１２からのイオンビームの出射は照射装置１５からのイオンビームの照射となる。
【００２４】
以下、各制御装置の連携制御の詳細を図２〜図１０を用いて説明する。
【００２５】
まず、標的の深さとイオンビームのエネルギーとの関係を説明する。標的は、患部を含むイオンビームの照射対象領域であり、患部よりもいくらか大きい。図２に体内の深さとイオンビームによる線量の関係の例を示す。図２の線量のピークをブラッグピークと呼ぶ。標的へのイオンビームの照射はブラッグピークの位置で行われる。ブラッグピークの位置は、イオンビームのエネルギーにより変化する。従って、標的を深さ方向（体内でのイオンビームの進行方向）において複数の層（スライス）に分割し、イオンビームのエネルギーを深さ（各層）に応じて変えることによって、深さ方向に厚みを持つ標的(標的領域)の全域に一様にイオンビームを照射することができる。治療計画装置１４０はこのような観点に基づき、標的領域を深さ方向に分割する層の数を決定する。
【００２６】
図３は、上記のようにして決定した層の一例を表す図である。この例では、患部が最下層より患者３０の体表面に向かって層１，２，３，４の４つの層に分割されている。各層はＸ方向に２０cmＹ方向に１０cmの広がりをもっている例である。図２の線量分布は、図３のＡ−Ａ′断面での深さ方向の線量分布である。
【００２７】
更に、治療計画装置１４０は、治療に適切な線量分布が形成されるよう、各層（標的断面）内で深さ方向と直角方向のスポットの位置、及び、各スポットに対する照射量を決定する。
【００２８】
次に、上記のようにして計画され、記憶装置１１０に格納された治療計画情報を、中央制御装置１００が読み出してメモリ１０３に格納する。ＣＰＵ１０１は、メモリ１０３に格納した治療計画情報に基づき、イオンビームの照射に関する情報（層数，照射位置の数（スポットの数），各層内での照射位置，各照射位置での目標照射量（設定照射量）、及び各層の全スポットに関する走査電磁石５Ａ，５Ｂの電流値等の情報）を生成し、スキャニングコントローラ４１に送信する。ここで各照射位置での目標照射量（設定線量）は、患部への最初の照射開始を起点とする積算照射量(積算線量)とする。よって、治療計画情報が各照射位置それぞれに対する照射量を設定している場合には、中央制御装置１００は、この各照射位置に対して設定された個々の照射量を順次積算することによって、スキャニングコントローラ４１へ送信する目標照射量の情報を生成する。スキャニングコントローラ４１はその治療計画情報をメモリ４１Ｍ１（図６）に記憶する。また、ＣＰＵ１０１は、治療計画情報のうち全ての層に関するシンクロトロン１２の加速パラメータのデータの全てを、加速器コントローラ４０に伝える。加速パラメータのデータは、各層に照射するイオンビームのエネルギーによって定まる、シンクロトロン１２及びビーム輸送系の各電磁石励磁電流値、及び高周波加速空胴に印加する高周波電力値を含む。それらの加速パラメータのデータは予め例えば複数の加速パターンに分類されている。
【００２９】
スキャニングコントローラ４１のメモリ４１Ｍ１に記憶された治療計画情報の一部を、図４を用いて説明する。その一部の情報は、照射パラメータ、すなわち、層内の各照射位置に対する、照射位置（スポット）のＸ方向位置（Ｘ位置）及びＹ方向位置（Ｙ位置）の情報、及び各照射位置での目標照射量（設定線量）である。更に層変更フラグ情報も含まれている。各層全てのスポットに対して、スポット番号（後述のスポット数ｊ）が照射する順番に付されている。本実施例での各照射位置に対する個々の照射量は、第１の層では７０ずつ、第２の層では２５ずつ、第３の層では１８ずつである。目標照射量は、これを照射順に積算した値となっている。
【００３０】
本実施例におけるスポットスキャニングを実施する際のスキャニングコントローラ４１及び加速器コントローラ４０による各制御を、図５を用いて具体的に説明する。
【００３１】
治療室内にある図示しない照射開始指示装置が操作されると、加速器コントローラ４０は、それに応じてステップ２０１で層番号を表す演算子ｉを１、スポット番号を表す演算子ｊを１に初期設定する。加速器コントローラ４０は、ステップ２０１の初期設定を終了した後、ステップ２０２で、メモリに格納した複数パターンの加速パラメータの中から、ｉ番目（この時点ではｉ＝１）の層に対する加速器パラメータを読み出して設定し、ステップ２０３でそれをシンクロトロン１２へ出力する。加速器コントローラ４０は、ステップ２０３で、シンクロトロン１２及びビーム輸送系５の各電磁石の電源に対してｉ番目の加速器パラメータに含まれるそれらの電磁石に対する励磁電流情報を出力し、それらの励磁電流情報により各電磁石が所定の電流で励磁されるように該当する電源を制御する。また、加速器コントローラ４０は、ステップ２０３で、高周波加速空胴に高周波電力を印加する高周波電源を制御してその高周波電力と周波数を所定の値まで増加させる。これにより、シンクロトロン１２内を周回するイオンビームのエネルギーが治療計画で定められた値まで増大される。その後、ステップ２０４に移り、スキャニングコントローラ４１へ出射準備指令を出力する。
【００３２】
スキャニングコントローラ４１は、ステップ２０１の初期設定の情報、及びステップ
２０４における出射準備指令を加速器コントローラ４０から受けて、ステップ２０５で、前述のように既にメモリ４１Ｍ１に格納した電流値データ（図４の「Ｘ位置」，「Ｙ位置」の欄に示されたデータ）及び目標照射量データ（図４の「目標照射量」の欄に示されたデータ）から、ｊ番目（この時点ではｊ＝１）スポットの電流値データ及び目標照射量データを読み出して設定する（後述の図６も参照）。また同様に、メモリ４１Ｍ１に格納した後述の目標カウント数についても、ｊ番目（この時点ではｊ＝１）スポットのデータを読み出して設定する。ここで、スキャニングコントローラ４１は、走査電磁石５Ａ，５Ｂがそのｊ番目スポットの電流値で励磁されるように該当する電源を制御する。
【００３３】
以上のようにして当該スポットへの照射準備が完了した後、スキャニングコントローラ４１は、ステップ３００においてビーム出射開始信号を出力し、高周波印加装置９を制御してシンクロトロン１２からイオンビームを出射させる。すなわち、加速器コントローラ４０を通過したビーム出射開始信号によって開閉スイッチ９２が閉じられて高周波が高周波印加電極９３よりイオンビームに印加されるため、イオンビームがシンクロトロン１２から出射される。走査電磁石５Ａ，５Ｂは１番目のスポットの位置にイオンビームが達するように励磁されているため、そのイオンビームは照射装置１５より該当する層の１番目のスポットに照射される。１番目のスポットへの照射量が該当する目標照射量に達したとき、スキャニングコントローラ４１は、ステップ３００においてビーム出射停止信号を出力する。ビーム出射停止信号は加速器コントローラ４０を通過して開閉スイッチ９２を開く。これにより、イオンビームの出射が停止される。
【００３４】
この時点では層１の１番目のスポットへの照射が終了しただけである。ステップ２０８の判定が「Ｎｏ」であるためステップ２０９に移ってスポット番号ｊに１が加えられる
（すなわち照射位置を隣のスポットへと移動）。そして、ステップ２０５,３００,２０８の処理が繰り返される。すなわち、層１の全スポットへの照射が終了するまで、走査電磁石５Ａ，５Ｂにより、イオンビームを隣接するスポットへと次々に移動させながら（移動中はイオンビームの照射を停止させつつ）、イオンビームの照射が行われる（スポットスキャニング照射）。
【００３５】
層１の全スポットへの照射が終了したとき、ステップ２０８の判定が「Ｙｅｓ」となる。このとき、スキャニングコントローラ４１は、加速器コントローラ４０のＣＰＵに対し層変更指令を出力する。層変更指令を入力した加速器コントローラ４０のＣＰＵは、ステップ２１３で層番号ｉに１を加え（すなわち照射対象を層２に変更）、ステップ２１４でシンクロトロン１２へ残ビーム減速指令を出力する。加速器コントローラ４０は、残ビーム減速指令の出力により、シンクロトロン１２の各電磁石の電源を制御して各電磁石の励磁電流を徐々に低減させ、最後には予め決められた値、例えばイオンビーム入射に適した励磁電流にする。これにより、シンクロトロン１２内を周回するイオンビームが減速される。結果的に、ビーム出射可能な期間は、層内のスポット数，照射量によって異なる。この時点では層１への照射が終了しただけであり、ステップ２１５の判定が「Ｎｏ」となる。ステップ２０２で、２番目の層(層２)に対する加速器パラメータを加速器・輸送系コントローラ４０のメモリから読み出して設定される。以下、層２に対して、ステップ２０３〜２１５の処理が実行される。また、層４における全スポットに対する照射が終了するまで、ステップ２０２〜２１５の処理が実行される。
【００３６】
加速器コントローラ４０のＣＰＵは、ステップ２１５の判定で「Ｙｅｓ」となった場合（患者３０の標的における全層内の全スポットへの所定の照射が完了）に、ＣＰＵ１０１に対し照射終了信号を出力する。
【００３７】
以上説明したようにして、シンクロトロン１２で加速されてシンクロトロン１２から出射されたイオンビームがビーム輸送系４を輸送される。そして、イオンビームは、照射対象の患者が在室する治療室の照射装置１５を介し、当該患者３０の標的に治療計画通りの最適な態様で照射される。なお、このとき、照射装置１５内に設けた線量モニタ６Ａの検出信号がスキャニングコントローラ４１に入力される。本実施例の特徴は、この検出信号を用いた積算照射量に基づくビーム照射量制御にある。
【００３８】
以下、その詳細を図６〜図９を用いて説明する。
【００３９】
図６は、スキャニングコントローラ４１の機能的構成を詳細に表す機能ブロック図である。図６において、スキャニングコントローラ４１は、照射量の検出に関わるものとしてカウンタ４１ｃを備えている。ここで、線量モニタ６Ａは、ビームの通過によって電離した電荷量に応じてパルスを出力する公知のものを用いている。線量モニタ６Ａは、具体的には所定の微小電荷量ごとに１つのパルスを出力する。カウンタ４１ｃは、線量モニタ
６Ａから出力されるパルスの数をカウントすることによって照射量を求めるものである。
【００４０】
スキャニングコントローラ４１は、カウンタ４１ｃのほかに、メモリ４１Ｍ１，41Ｍ２，第１遅延タイマー４１Ｂａ，第２遅延タイマー４１Ｂｂ，第１レジスタ４１Ｂｃ，第２レジスタ４１Ｂｄ，差計算部４１Ｂｅ，判定部４１Ｂｆ，ＮＯＴ回路４１Ｂｇ，ＡＮＤ回路４１Ｄ及びビームＯＮ／ＯＦＦ信号生成部４１Ｅを備えている。また、カウンタ４１ｃは、パルス入力部４１ｃａ，設定値入力部４１ｃｂ，初期化(クリア)信号入力部４１ｃｃ，カウント値読み出し部４１ｃｅ及び設定値比較結果出力部４１ｃｆを備える。
【００４１】
スキャニングコントローラ４１が実行する、図５のステップ２０５及び３００の詳細手順を、図７を用いて説明する。前述のように、演算子ｉが１、演算子ｊがあらかじめ１に初期化されている。スキャニングコントローラ４１は、ステップ３０１で、既にメモリ
４１Ｍ１に格納されているカウンタ４１ａの目標カウント数に対応するカウンタ設定指令をカウンタ４１ｃのカウンタ設定値入力部４１ｃｂに出力する。カウンタ４１ｃは、ステップ３０２で、その設定指令に基づいて層１の１番目のスポットにおける目標カウント数を設定する。目標カウント数は、図４において示した「目標照射量」の欄における該当する層内の該当するスポットまでの目標照射量に対応した値である。この目標カウント数は、スキャニングコントローラ４１において、イオンビームの照射開始前に、各スポットまでの目標照射量に基づいて算出される。なお、目標照射量を用いた目標カウント数の算出は、カウンタ４１ｃがその設定指令を受信する直前でもよいし、中央制御装置１００が算出するのであれば中央制御装置１００からスキャニングコントローラ４１へデータを送信する前でもよい。
【００４２】
ステップ３０１の処理が終了するとステップ３０３へ移り、当該スポットについての走査電磁石５Ａ，５Ｂの電流設定指令（図４におけるＸ位置及びＹ位置のそれぞれに対する電流値データ）を走査電磁石５Ａ，５Ｂの電源へ出力する。走査電磁石５Ａ，５Ｂは、該当する電流値にて偏向電磁力を発生させるとともに、そのような状態が完成したことを示す電流設定完了信号をスキャニングコントローラ４１に出力する。
【００４３】
スキャニングコントローラ４１は、ステップ３０５で、電流設定指令が出力され（ステップ３０３）、かつ走査電磁石５Ａ，５Ｂからの電流設定完了信号が入力された（ステップ３０４）ことを条件として、ビーム出射開始信号を出力する。ビーム出射開始信号は、加速器コントローラ４０を通過して開閉スイッチ９２を閉じる。高周波印加電極９３に高周波電力が印加されてシンクロトロン１２からイオンビームが出射され、該当するスポット（例えば層１の１番目のスポット）にイオンビームが照射される。
【００４４】
ステップ３０５のビーム出射開始信号の出力によってビーム照射が開始されると、前述のように線量モニタ６Ａの検出信号が電流／周波数変換器(Ｉ／Ｆコンバータ、図示せず)により線量パルス列に変換された後、スキャニングコントローラ４１のカウンタパルス入力部４１ｃａに入力されパルス数がカウントされる。このカウント数は、カウント開始からの照射量を表す。
【００４５】
カウンタ４１ｃは、パルス入力部４１ｃａからの入力パルスに基づくカウント値がステップ３０２で設定した目標カウント数の設定値以上となった場合に（ステップ３０９）、ステップ３１０で設定値比較結果出力部４１ｃｆよりトリガー信号を出力する。
【００４６】
スキャニングコントローラ４１は、そのトリガー信号に基づきビーム出射停止信号を生成し、加速器コントローラ４０にそのビーム出射停止信号を出力する（ステップ３１２）。ビーム出射停止信号は加速器コントローラ４０を通過して開閉スイッチ９２に到達する。スキャニングコントローラ４１は、実質的にビーム出射停止信号により開閉スイッチ
９２を制御して開閉スイッチ９２を開く。これによって、前述したようにシンクロトロン１２からのイオンビームの出射が停止され、患者へのイオンビームの照射が停止される。
【００４７】
図６を用いて、スキャニングコントローラ４１からのビーム出射開始信号及びビーム出射停止信号の出力について説明する。走査電磁石５Ａ，５Ｂから出力された電流設定完了信号はスキャニングコントローラ４１のＡＮＤ回路４１Ｄに入力される。この状態で、カウンタ４１ｃからトリガー信号が出力されない場合には、ＮＯＴ回路４１Ｂｇは「１」をＡＮＤ回路４１Ｄに出力する。ＡＮＤ回路４１Ｄは、ビーム出射停止信号、及びＮＯＴ回路４１Ｂｇからの「１」を入力するとき、「１」をビームＯＮ／ＯＦＦ信号生成部４１Ｅに出力する。
【００４８】
ＮＯＴ回路４１Ｂｇは、カウンタ４１ｃからトリガー信号が出力された場合には、「０」をＡＮＤ回路４１Ｄに出力する。ＡＮＤ回路４１Ｄは、ビーム出射停止信号を入力しているときに、ＮＯＴ回路４１Ｂｇから出力された「０」を入力したとき、「０」をビームＯＮ／ＯＦＦ信号生成部４１Ｅに出力する。
【００４９】
ビームＯＮ／ＯＦＦ信号生成部４１Ｅは、「１」を入力したときにビーム出射開始信号を出力し、「０」を入力したときにビーム出射停止信号を出力する。
【００５０】
スキャニングコントローラ４１は、第１遅延タイマー４１Ｂａ及び第２遅延タイマー
４１Ｂｂを備えている。上記トリガー信号は、第１遅延タイマー４１Ｂａをスタートさせる指令信号として入力される（ステップ３１４）。このスタート後の経過時間があらかじめ定められた所定の設定時間（＝第１遅延時間、後述の図８の「遅延１」に相当）となった場合に第１遅延時間到達信号が第１レジスタ４１Ｂｃに出力される（ステップ３１５）。第１遅延時間到達信号、及び第１遅延タイマースタート指令信号の入力を条件として、ステップ３１６において、第１レジスタ４１Ｂｃよりカウンタ読み出し信号がカウンタ
４１ｃへと出力され、そのときのカウント値がカウンタカウント値読み出し部４１ｃｅより第１レジスタ４１Ｂｃへ入力される。このとき、図７では煩雑防止のため図示を省略しているが、第１時間到達信号は、第２遅延タイマー４１Ｂｂをスタートさせる指令信号として第２遅延タイマー４１Ｂｂに入力される。そして、第１遅延タイマー４１Ｂａ同様、第２遅延タイマー４１Ｂｂのスタート後の経過時間があらかじめ定められた所定の設定時間（＝第２遅延時間、後述の図８の「遅延２」に相当）となった場合に、第２時間到達信号が第２レジスタ４１Ｂｃに出力される。第２時間到達信号、及び第２遅延タイマースタート指令信号の入力を条件として、第２レジスタ４１Ｂｄよりカウンタ読み出し信号がカウンタ４１ｃへと出力され、そのときのカウント値がカウンタカウント値読み出し部41ceより第２レジスタ４１Ｂｄへ入力される。
【００５１】
第１レジスタ４１Ｂｃに入力されたカウント値及び第２レジスタ４１Ｂｄに入力されたカウント値は、差計算部４１Ｂｅに入力される。差計算部４１Ｂｅは、それらのカウント値の差を算出し、この差を判定部４１Ｂｆに入力する。
【００５２】
判定部４１Ｂｆは、カウント数が正常な値であるかどうか（上記の算出された差が所定の適正範囲内に入っているかどうか）を判定し（ステップ３１７）、ステップ３１７で異常な値であると判定した場合は異常信号を中央制御装置１００へと出力する（ステップ
３１８）。中央制御装置１００は、異常信号を入力して、前述した所定の異常処理を行う。ステップ３１７で正常な値であると判定された場合は、カウント値が判定部４１Ｂｆより実績照射量情報としてメモリ４１Ｍ２に記録され、中央制御装置１００へと出力される。ここで実績照射量情報の中央制御装置１００への出力は、各スポット照射毎に出力しても良いし、各層や各照射が終了した時点でまとめて出力しても良い。また、カウント数から照射量への換算は、スキャニングコントローラ内で処理しても良いし、中央制御装置で処理しても良い。なお、図８は、以上説明したカウンタ４１ｃの一連の動作をタイミングチャートとして表したものである。
【００５３】
以上のように構成した本実施例の粒子線照射システムによれば、以下のような効果を得る。
【００５４】
通常、この種の粒子線照射システムにおいては、健全な細胞への被ばくを極力防止し過不足のない正しい照射治療を行うために、イオンビームの照射量を測定する線量モニタが設置される。各スポットへの照射時には、各スポットごとの目標照射量が設定されている。線量モニタによる照射量の積算値がその目標照射量に達したとき、加速器へビーム出射停止信号（ビーム停止指令）が出力され、加速器がこれに応じて荷電粒子ビームの出射を停止するようになっている。ここで、加速器は、ビーム停止指令が入力された後若干の応答遅れが生じる可能性がある。本実施例の加速器であるシンクロトロンの場合、前段加速器から入射された低エネルギーのイオンを周回させるとともに、必要エネルギーまで加速し、その後、周回する高エネルギーの荷電粒子ビームのベータトロン振動を共鳴状態にし、荷電粒子ビームに高周波電磁界を印加して荷電粒子ビームのベータトロン振動を増加し、共鳴の安定限界を超えさせて出射する構成となっている。この結果、上記のようにしてビーム停止指令が入力されても、厳密には、直ちに荷電粒子ビームの出力が停止するのではなく、若干の応答遅れが生じる可能性がないとは言えない。
【００５５】
本実施例においては、カウンタ制御部４１Ａは、線量モニタ６Ａの出力に基づいてカウンタ４１ｃでカウントされた照射量が目標照射量に到達したとき（ステップ３０９参照）、スキャニングコントローラ４１が高周波印加装置９にビーム出射停止信号の出力のトリガーとなるトリガー信号を出力する（ステップ３１２参照）。ここでカウンタ４１ｃはカウント数をクリアすることなく、引き続き積算を継続する。
【００５６】
図８はこのときのカウンタ４１ｃの挙動を表すタイムチャートである。図８に示すように、ビーム出射停止信号が出力された後、実際にシンクロトロン１２からのイオンビームの出射が停止するまでには応答遅れが生じうる（図中の「遅れ」）。しかし、ビーム出射停止信号が出力されてからイオンビームの出射が実際に停止するまで（応答遅れ）の間、シンクロトロン１２から出射されたイオンビームに基づく照射量が線量モニタ６Ａで計測されてカウンタ４１ｃによって積算される。イオンビームの出射が実際に停止した後、ステップ２０９，ステップ２０５の処理によって照射位置が次の照射位置（スポット）へ変更され（図５参照）、ステップ３０２で次の照射位置に対する目標カウント数（目標線照射量）が設定される（図８では例えば条件Ａ（ある位置のスポットを照射し終えるまでの目標照射量）から条件Ｂ（その次のスポットし終えるまでの目標照射量）への変更）。目標カウント数は目標照射量に対応するカウント数である。更に、ステップ３０３において出力される電流設定指令に基づいて、走査電磁石５Ａ，５Ｂが制御され、イオンビームの照射位置が次のスポットに合わされる。ステップ３０５のビーム出射開始信号に基づいて、シンクロトロン１２からのイオンビームの出射が再開される。このとき、次のスポットに対するカウント数は、イオンビームの出射再開後における線量モニタ６Ａの計測値に基づいたカウント数だけでなく、１つ前のスポットに対する、ビーム出射停止信号が出力されてからイオンビームの出射が実際に停止するまでの応答遅れの期間におけるカウント数も含まれている。すなわち、次のスポットに対するカウント数は、１つ前のスポットに対するその応答遅れ期間におけるカウント数を初期値とし、この初期値にイオンビームの出射再開後のカウント数を積算した値となる。このような次のスポットに対するカウント数が、そのスポットの目標カウント数（図８中の「目標照射量」で表される照射量）に達したとき、スキャニングコントローラ４１がビーム出射停止信号を出力する。その後、そのスポットに、その応答遅れ期間においてイオンビームが照射される。この応答遅れ期間の照射量は、前のスポットでの応答遅れ期間における照射量（前述の初期値）にほぼ等しいので、そのスポットへ実際に照射した照射量(図８中の「実績照射量」で表される照射量)は目標照射量にほぼ等しくなる。この応答遅れの間の照射量は、さらに次の移動後のスポット照射時の初期値として積算され、以降、同様に繰り返される。
【００５７】
以上に述べたような、カウント数に基づいた制御をスキャニングコントローラ４１が行うことにより、各スポット照射時においては、常時、１つ前のスポット照射時に生じた応答遅れ期間における照射量を初期値として含んでいる当該スポットの照射量が、そのスポットの目標線量になるまで、そのスポットに対してイオンビームが照射される。前述の応答遅れを考慮せず照射量制御を行う場合には、前述の初期値分の余剰照射（本来照射したい値を１.０ で示す）が行われ、図９に示すように、全スポットにおいて例えば照射量
１.２ となる可能性があった。これに対し、本実施例では上記のような制御を行うことにより、図１０に示すように一番最初に照射を行うスポット（図示左端のスポット）を除くほぼ全部のスポットについて、前述の初期値分の余剰照射がなく、それらのスポットに本来設定された目標照射量にほぼ等しい（照射量がほぼ１.０ となる）イオンビームを高精度に照射することが可能となる。これにより、患部（照射対象）に対して、イオンビームをより均一に照射することができ、患部の線量分布を均一化できる。
【００５８】
また、以上のように、ビーム出射停止信号の出力後に予め決められた遅延時間（第１遅延時間）が経過した後に照射量を読み出す制御を行うことで、前述の加速器ビーム停止の応答遅れがある場合にも、各スポットへ照射した照射量を精度良く計測することが可能となる。
【００５９】
また、第１遅延時間が経過した後の照射量と、続く第２遅延時間が経過した後の照射量とを読み出し、これらの差が適切な値以下（或いは未満）になっていることを判定する制御を行うことで、加速器からのイオンビームが間違いなく停止していることを確認でき、イオンビームの照射精度を向上させることができる。
【００６０】
また本実施例のスキャニングコントローラ４１によれば、照射量の積算値を計測するカウンタは、照射開始時に０クリアされる以外は計測を続ける。計数の０クリア，スタート，ストップ制御がなく、誤動作の恐れが少ない。
【００６１】
なお、実績照射量と目標照射量の差を算出し、算出結果が予め決めた許容範囲を超えている場合に異常信号を出力する判定機能を設けても良い。これにより加速器応答遅れに起因するイオンビームの照射量が大きくばらつかないことを監視することができ、装置の異常を検出して安全性を向上させることができる。
【００６２】
また、線量モニタとその出力によって照射量を積算するカウンタを複数設け、一方の目標照射量を元々治療計画で計画した照射量よりも多くすることで、線量モニタ及びカウンタの誤動作による過照射のリスクを低減することができる。この際、２つの線量モニタ及び／又はカウンタを別々の電源装置からの電力供給にて動作させることや、信号経路を変えることによって独立性を高めることで、単一故障による同時誤作動のリスクを低減し、より安全性を向上させることができる。
【００６３】
次に、本発明の第２の実施例の陽子線照射システムについて説明する。本実施例の陽子線照射システムは、第１実施例の陽子線照射システムとスキャニングコントローラが異なっているだけである。本実施例の陽子線照射システムは、スキャニングコントローラとして、図１３に示すスキャニングコントローラ４１Ａを有する。第１実施例同様、本実施例の陽子線照射システムも、治療計画装置１４０により作成した治療計画情報に基づき、中央制御装置１００，スキャニングコントローラ４１Ａ，加速器コントローラ４０が互いに連携して制御を行う。この制御の結果として、照射装置１５からのイオンビームの出力を停止させ、イオンビームの出力を停止した状態で、走査電磁石５Ａ，５Ｂを制御することによりイオンビームの照射位置（スポット）を変更させ、この変更後に、照射装置１５からのイオンビームの出力を開始させる（いわゆるスキャニング）ように、シンクロトロン１２及び照射装置１５を制御する。
【００６４】
第１実施例と同様に、図１に示す中央制御装置１００のＣＰＵ１０１がメモリ１０３に格納した治療計画情報を記憶装置１１０から読み出してスキャニングコントローラ４１のメモリ（図示せず）に記憶させる。ここで第１の実施例と異なり、スキャニングコントローラへ送信する各スポットに対する目標照射量は、個々のスポットに対する照射量とする。また、第１の実施例と同様、ＣＰＵ１０１は、治療計画情報のうち全ての層に関する運転パラメータのデータ（各層に照射するイオンビームのエネルギーによって定まる、ディグレーダ番号及びビーム輸送系の各電磁石の励磁電流値）を、加速器コントローラ４０Ａに伝える。
【００６５】
本実施形態におけるスポットスキャニングを実施する際のスキャニングコントローラ
４１Ａ及び加速器コントローラ４０による各制御においても、図５に示された制御手順が実行される。しかしながら、前述のように各照射位置での目標照射量が積算値でないことに基づき、スキャニングコントローラ４１Ａの機能的構成と内部の動作がスキャニングコントローラ４１と異なっている。
【００６６】
図１２は、スキャニングコントローラ４１Ａの機能的構成を詳細に表す機能ブロック図である。図１２において、スキャニングコントローラ４１Ａは、照射量の検出に関わるものとして、プリセットカウンタ４１ａ，記録カウンタ４１ｂを備えている。プリセットカウンタ４１ａ及び記録カウンタ４１ｂは、線量モニタ６Ａから出力されるパルスの数をカウントすることによって照射量を求めるものである。
【００６７】
スキャニングコントローラ４１Ａは、カウンタ４１ｃの替りにプリセットカウンタ41ａ，記録カウンタ４１ｂを用いたことが、スキャニングコントローラ４１と異なっている部分である。プリセットカウンタ４１ａは、パルス入力部４１ａａ，設定値入力部４１ａｂ，初期化（クリア）信号入力部４１ａｃ，設定値比較結果出力部４１ａｆを備えている。また、記録カウンタ４１ｂは、パルス入力部４１ｂａ，初期化（０クリア）信号入力部
４１ｂｃ，カウント値読み出し部４１ｂｅを備えている。
【００６８】
スキャニングコントローラ４１Ａが実行する、図５のステップ２０５及び３００の詳細手順を、図１３を用いて説明する。ステップ３０３〜３０５，３１２，３１４，３１５，３１７及び３１８の処理は、スキャニングコントローラ４１で行われるそれらの処理と同じである。ステップ３０２，３０９〜３１１の処理はプリセットカウンタ４１ａで行われ、ステップ３１６，３１９の処理が記録カウンタ４１ｂで行われる。演算子ｉが１、演算子ｊがあらかじめ１に初期化されている。以下に、スキャニングコントローラ４１と異なる、スキャニングコントローラ４１Ａの処理を中心に説明する。
【００６９】
ステップ３０１で、既にメモリ４１Ｍ１に格納されているプリセットカウンタ４１ａの目標カウント数に対応するプリセットカウンタ設定指令をプリセットカウンタ設定値入力部４１ａｂに出力する。プリセットカウンタ４１ａは、ステップ３０２で、その設定指令に応じて層１の１番目のスポットにおける目標カウント数を設定する。目標カウント数は、図１１に示した「目標照射量」の欄における、該当する層内の該当するスポットに対する目標照射量である。
【００７０】
ステップ３０１の処理の終了後に、ステップ３０３〜３０５の処理が実行される。ステップ３０５でのビーム出射許可信号の出力によって患者３０へのビーム照射が開始されると、線量モニタ６Ａの検出信号（パルス）が、線量パルス列に変換された後、プリセットカウンタ４１ａのパルス入力部４１ａａ及び記録カウンタ４１ｂのパルス入力部４１ｂａに入力される。これらのカウンタ４１ａ，４１ｂはそのパルスを同時にカウントする。このカウント数は、カウント開始からの照射量を表す。
【００７１】
プリセットカウンタ４１ａは、線量モニタ６Ａの検出信号に基づいたカウント数が設定された目標カウント数以上となった場合に（ステップ３０９）、設定値比較結果出力部
４１ａｆよりトリガー信号を出力する（ステップ３１０）。このトリガー信号は第１リセット信号としてプリセットカウンタ４１ａの初期化（０クリア）信号入力部４１ａｃに入力され、プリセットカウンタ４１ａのカウント数が０にリセットされる(ステップ３１１)。リセット後、プリセットカウンタ４１ａは、再び、線量モニタ６Ａの検出信号に基づいてカウントが開始する。
【００７２】
スキャニングコントローラ４１Ａは、ステップ３１２でトリガー信号に基づいてビーム出射停止信号を出力する（ステップ３１２）。これにより、前述したようにシンクロトロン１２からのイオンビームの出射が停止され、患者への照射が停止される。このようにして照射が停止される。スキャニングコントローラ４１Ａも、スキャニングコントローラ
４１と同様に、ビームＯＮ／ＯＦＦ信号生成部４１Ｅでビーム出射開始信号及びビーム出射停止信号を生成する。
【００７３】
スキャニングコントローラ４１Ａは、ステップ３１４において、上記トリガー信号の入力によって第１遅延タイマー４１Ｂａをスタートさせる。第１遅延時間が経過した後、第１遅延時間到達信号が第１レジスタ４１Ｂｃに出力される（ステップ３１５）。ステップ３１６において、第１レジスタ４１Ｂｃより記録カウンタ読み出し信号が記録カウンタ
４１ｂへと出力され、そのときのカウント数がカウント値読み出し部４１ｂｅより第１レジスタ４１Ｂｃに出力される。第２レジスタ４１Ｂｄよりカウンタ読み出し信号が記録カウンタ４１ｂに出力されたとき、第２レジスタ４１Ｂｄにも、カウント値読み出し部41beより、そのときのカウント数が入力される。差計算部４１Ｂｅは、第１及び第２レジスタ４１Ｂｃ，４１Ｂｄのそれぞれから入力したカウント数の差を算出し、値は、差計算部
４１Ｂｅに入力されてそれらの偏差が算出され、算出された差が判定部４１Ｂｆに入力される。判定部４１Ｂｆはカウント数が正常な値であるかどうか（上記の算出された差が所定の適正範囲内に入っているかどうか）を判定する（ステップ３１７）。ステップ３１７の判定が「Ｎｏ」である場合、すなわち「カウント数が異常な値である」と判定された場合は、ステップ３１８で異常信号が中央制御装置１００に出力される。ステップ３１７で正常な値であると判定された場合は、判定部４１Ｂｆは、記録カウンタ４１ｂをリセットする第２リセット信号をＯＲ回路を介して記録カウンタ４１ｂの初期化（０クリア）信号入力部４１ｂｃに入力してリセットされて再カウントが開始される（ステップ３１９）。また、このとき、カウント数が判定部４１Ｂｆより実績照射量記録としてメモリ４１Ｍ２に記録され、中央制御装置１００へと出力される。ここで実績照射量記録の中央制御装置１００への出力は、各スポット照射毎に出力しても良いし、各層や各照射が終了した時点でまとめて出力しても良い。また、カウント数から照射量への換算は、スキャニングコントローラ内で処理しても良いし、中央制御装置で処理しても良い。
【００７４】
なお、図１４は、以上説明したカウンタ４１ｃの一連の動作をタイミングチャートとして表したものである。
【００７５】
以上のように構成した第２の実施形態の粒子線照射システムによって、第１の実施形態と同様の効果を得る。
【００７６】
更に本実施形態においては、プリセットカウンタ及び記録カウンタによるカウント数は各スポット照射量で決まるため、第１実施例のように積算にした場合に比べて最大カウント数が小さくできる。これにより、中央制御装置１００とスキャニングコントローラの間でのデータの送受信量を小さくすることができ、送受信時間を短縮することができる。規模の小さな回路で構成することができる。これにより、カウント数設定値比較の高速化が可能となる。
【００７７】
第２実施例では、あるスポット照射時に生じたシンクロトロン１２の応答遅れ期間の照射量が次のスポットへの照射量であるとして、そのスポットの目標線量になるまでそのスポットにイオンビームを照射したが、以下の（１）及び（２）の方法でも同じ効果を得ることができる。
【００７８】
（１）プリセットカウンタ４１ａにおけるステップ３０９で、あるスポットに対する目標照射量から１つ前のスポットへの照射時に生じた上記応答遅れ期間の照射量を差し引き、更に残りの照射量からあるスポットに対する照射時におけるカウント数を差し引いて残りの照射量が０になったことに基づいて、ステップ３１０でトリガー信号を出力する。
【００７９】
（２）プリセットカウントにおけるステップ３０２で設定される目標カウント数として、あるスポットに対する目標照射量から１つ前のスポットへの照射時に生じた上記応答遅れ期間の照射量を差し引いた照射量を設定することである。
【００８０】
なお、以上に述べたスポットスキャニングによるイオンビーム照射は、加速器としてサイクロトロンを用いた陽子線照射システムに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の粒子線照射システムの一実施例である陽子線照射システムの全体構成を表す概念図である。
【図２】患部領域における一様性を確保するために各層で照射する線量分布の一例を表す概念図である。
【図３】図１に示した粒子線出射装置の照射対象の患部領域の一例を表す図である。
【図４】図１に示した治療計画装置で計画した照射時における各層のスキャニング態様を実施する、第１実施例での指令信号の内容を表す図である。
【図５】図１に示したスキャニングコントローラ及び加速器・輸送系コントローラが実行する制御手順を表すフローチャートである。
【図６】第１実施例でのスキャニングコントローラの機能的構成を詳細に表す機能ブロック図である。
【図７】第１の実施例でのスキャニングコントローラが実行する制御手順の詳細を表すフローチャートである。
【図８】図７に示した、スキャニングコントローラが実行する制御手順によって実現される各カウンタ及び実際のビーム動作の態様の一例を表すフローチャートである。
【図９】比較例によって実現される照射線量分布の一例を表す図である。
【図１０】図７に示したスキャニングコントローラが実行する制御手順によって実現される照射線量分布の一例を表す図である。
【図１１】本発明の第２実施例の陽子線照射システムにおける治療計画装置で計画した照射時における各層のスキャニング態様を実施する指令信号の内容を表す図である。
【図１２】第２の実施例でのスキャニングコントローラ４１の機能的構成を詳細に表す機能ブロック図である。
【図１３】第２の実施例でのスキャニングコントローラが実行する制御手順の詳細を表すフローチャートである。
【図１４】図１３に示した第２の実施例でのスキャニングコントローラが実行する制御手順によって実現される各カウンタ及び実際のビーム動作の態様の一例を表すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８２】
１…荷電粒子ビーム発生装置、４…ビーム輸送系、５Ａ，５Ｂ…走査電磁石（荷電粒子ビーム走査装置）、６Ａ…線量モニタ（照射量検出装置）、９…高周波印加装置、１２…シンクロトロン（加速器）、１５…照射装置、４０…加速器・輸送系コントローラ、４１，４１Ａ…スキャニングコントローラ、９１…高周波電源、９２…開閉スイッチ、９３…高周波印加電極、１００…中央制御装置、１４０…治療計画装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子線照射システムに係り、特に、陽子及び炭素イオン等の荷電粒子ビームを患部に照射して治療する粒子線照射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
癌などの患者の患部に陽子及び炭素イオン等のいずれかの荷電粒子ビーム（イオンビーム）を照射する治療方法が知られている。この治療に用いる粒子線照射システムは、荷電粒子ビーム発生装置，ビーム輸送系、及び治療室を備えている。荷電粒子ビーム発生装置の加速器で加速された荷電粒子ビームは、ビーム輸送系を経て治療室の照射装置に達し、照射装置に備えられた走査用電磁石で走査された後、照射装置から患者の患部に照射される。また、このような出射システムにおいて、従来、照射装置からの荷電粒子ビームの出力を停止させ、荷電粒子ビームの出力を停止した状態で、走査用電磁石を制御することにより荷電粒子ビームの照射位置（スポット）を変更（スキャン）させ、この変更後に、前記照射装置からの荷電粒子ビームの出力を開始させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第２８３３６０２号公報（図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の粒子線照射システムにおいて、健全な細胞への被ばくを極力防止し過不足のない正しい照射治療を行うために、照射装置には、電磁石の下流側でかつ照射対象である患者の直前に、ビームの照射線量分布を測定する照射線量モニタ，ビーム位置モニタが設置されている。
【０００５】
各スポットへの照射時には、各スポットごとの目標照射線量が設定されており、上記照射線量モニタによる照射線量の積算値がその目標値に達したときに、加速器へビーム出射停止指令が出力され、加速器がこれに応じて荷電粒子ビームの出射を停止するようになっている。しかしながら、加速器は、一般に、ビーム出射停止指令が入力された後若干の応答遅れが生じる可能性がある。例えば加速器の一形態であるシンクロトロンを用いる場合、前段加速器から入射された低エネルギーのイオンを周回させるとともに、その周回する荷電粒子ビームに高周波電磁界を印加して荷電粒子ビームのベータトロン振動を増加し、共鳴の安定限界を超えさせ、荷電粒子ビームのベータトロン振動を共鳴状態にして出射する構成となっている。この結果、上記のようにしてビーム出射停止指令が入力されても、厳密には、直ちに荷電粒子ビームの出力が停止するのではなく、若干の応答遅れが生じる可能性が生じることを、発明者らが発見した。このような場合、上記目標値に達した後も、その応答遅れ時間の間継続して荷電粒子ビームが当該スポットに照射されることになる。
【０００６】
本発明の目的は、照射対象の線量分布をより均一化できる粒子線照射システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を達成する本発明の特徴は、第２の照射位置の１つ前の第１の照射位置における、ビーム出射停止信号出力後の第１の照射量と、第２の照射位置への第２の照射量との積算量が設定照射量に達したとき、第２の照射位置に照射する荷電粒子ビームの出射を停止させるビーム出射停止信号を出力することにある。
【０００８】
本発明は、第１照射量と第２照射量の積算量が設定照射量に達したとき、第２の照射位置に照射する荷電粒子ビームの出射を停止させるビーム出射停止信号を出力するため、ビーム出射停止信号が出力された後で、加速器からの荷電粒子ビームの出射が停止されるまでの期間に、第１の照射位置に照射される照射量が、第２の照射位置の照射量に加えることができる。このため、各照射位置への照射量を実質的に設定照射量にすることができ、ビーム出射停止信号が出力されてから、加速器からの荷電粒子ビームの出射が停止されるまでに時間を要する場合であっても、照射対象の線量分布をより均一化できる。
【０００９】
好ましくは、ビーム出射停止信号の出力の後、加速器からの荷電粒子ビームの出射が停止されるまでの期間に第１の照射位置に照射される照射量に基づいて異常判定を行うことが望ましい。この異常判定によって、ビーム出射停止信号の出力後に荷電粒子ビームの出射が確実に停止していることを確認することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ビーム出射停止信号が出力されてから、加速器からの荷電粒子ビームの出射が停止されるまでに時間を要する場合であっても、照射対象の線量分布をより均一化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の第１の実施形態である粒子線照射システムを図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
本実施例の粒子線照射システムである陽子線照射システムは、図１に示すように、荷電粒子ビーム発生装置１と、荷電粒子ビーム発生装置１の下流側に接続されたビーム輸送系４とを有している。
【００１３】
荷電粒子ビーム発生装置１は、イオン源（図示せず），前段荷電粒子ビーム発生装置
（ライナック）１１及びシンクロトロン（加速器）１２を有する。シンクロトロン１２は、高周波印加装置９、及び加速装置１０を有する。高周波印加装置９は、シンクロトロン１２の周回軌道に配置された高周波印加電極９３と高周波電源９１とを開閉スイッチ９２にて接続して構成される。加速装置（第２エレメント，荷電粒子ビームエネルギー変更装置）１０は、その周回軌道に配置された高周波加速空胴（図示せず）、及び高周波加速空胴に高周波電力を印加する高周波電源（図示せず）を備える。イオン源で発生したイオン（例えば、陽子イオン（または炭素イオン））は前段荷電粒子ビーム発生装置（例えば直線荷電粒子ビーム発生装置）１１で加速される。前段荷電粒子ビーム発生装置１１から出射されたイオンビーム（陽子ビーム）はシンクロトロン１２に入射される。荷電粒子ビーム（粒子線）であるそのイオンビームは、シンクロトロン１２で、高周波電源から高周波加速空胴を経てイオンビームに印加される高周波電力によってエネルギーを与えられて加速される。シンクロトロン１２内を周回するイオンビームのエネルギーが設定されたエネルギー（例えば１００〜２００ＭｅＶ）までに高められた後、高周波電源９１からの出射用の高周波が、閉じられた開閉スイッチ９２を経て高周波印加電極９３に達し、高周波印加電極９３よりイオンビームに印加される。安定限界内で周回しているイオンビームは、この高周波の印加によって安定限界外に移行し、出射用デフレクタ８を通ってシンクロトロン１２から出射される。イオンビームの出射の際には、シンクロトロン１２に設けられた四極電磁石１３及び偏向電磁石１４に導かれる電流が電流設定値に保持され、安定限界もほぼ一定に保持されている。開閉スイッチ９２を開いて高周波印加電極９３への高周波電力の印加を停止することによって、シンクロトロン１２からのイオンビームの出射が停止される。
【００１４】
シンクロトロン１２から出射されたイオンビームは、ビーム輸送系４より下流側へ輸送される。ビーム輸送系４は、四極電磁石１８及び偏向電磁石１７と、治療室内に配置された照射装置１５に連絡されるビーム経路６２にビーム進行方向上流側より配置された四極電磁石２１，四極電磁石２２，偏向電磁石２３，偏向電磁石２４（それぞれの電磁石が第１エレメント）とを備える。ビーム輸送系４へ導入されたイオンビームは、ビーム経路
６２を通って照射装置１５へと輸送される。
【００１５】
治療室は、内部に設置された回転ガントリー（図示せず）に取り付けられた照射装置
１５を備える。ビーム輸送系４のビーム経路６２の一部を含む逆Ｕ字状のビーム輸送装置及び照射装置１５は、回転ガントリー（図示せず）の略筒状の回転胴（図示せず）に設置されている。回転胴はモータ（図示せず）により回転可能に構成されている。回転胴内には治療ゲージ（図示せず）が形成される。
【００１６】
照射装置１５は、回転胴に取り付けられ前述の逆Ｕ字状のビーム輸送装置に接続されるケーシング（図示せず）を有している。ビームを走査するための走査電磁石５Ａ，５Ｂ、及び線量モニタ６Ａ，位置モニタ６Ｂ等がケーシング内に設置される。走査電磁石５Ａ，５Ｂは、例えばビーム軸と垂直な平面上において互いに直交する方向（Ｘ方向，Ｙ方向）にビームを偏向し照射位置をＸ方向およびＹ方向に動かすためのものである。
【００１７】
治療用ベッド２９は、照射装置１５からイオンビームを照射する前に、ベッド駆動装置（図示せず）によって移動され上記治療ゲージ内に挿入されるとともに、照射装置１５に対する照射にあたっての位置決めが行われる。回転胴はガントリーコントローラ（図示せず）によってモータの回転を制御することによって回転され、照射装置１５のビーム軸が患者３０の患部を向くようになる。ビーム経路６２を経て逆Ｕ字状のビーム輸送装置から照射装置１５内へ導入されたイオンビームは、走査電磁石（荷電粒子ビーム走査装置）
５Ａ，５Ｂによって順次照射位置を走査され、患者３０の患部（例えば癌や腫瘍の発生部位）に照射される。そのイオンビームは、患部においてそのエネルギーを放出し、高線量領域を形成する。照射装置１５内の走査電磁石５Ａ，５Ｂは、例えば治療装置内のガントリー室に配置されたスキャニングコントローラ４１によって制御される。
【００１８】
本実施例の陽子線照射システムが備えている制御システムを、図１を用いて説明する。その制御システム９０は、中央制御装置１００，治療計画情報を格納した記憶装置１１０，スキャニングコントローラ４１，加速器・輸送系コントローラ（以下、加速器コントローラという）４０を有する。更に、本実施例の陽子線照射システムは、治療計画装置140を有している。
【００１９】
記憶装置１１０に記憶されている各患者毎の上記治療計画情報（患者情報）は、特に図示を行わないが、患者ＩＤナンバー，照射量（一回当たり），照射エネルギー，照射方向，照射位置等のデータを含んでいる。
【００２０】
中央制御装置１００は、ＣＰＵ１０１と、メモリ１０３とを備えている。ＣＰＵ１０１は、入力した患者識別情報を用いて、これから治療を行う患者に関する上記の治療計画情報を記憶装置１１０から読み込む。この患者別治療計画情報のうち照射エネルギーの値によって、既に述べた各電磁石への励磁電力供給の制御パターンが決まる。
【００２１】
メモリ１０３には、電力供給制御テーブルが予め記憶されている。すなわち、例えば、照射エネルギーの各種の値（７０，８０，９０，…［Ｍｅｖ］等）に応じて、シンクロトロン１２を含む荷電粒子ビーム発生装置１における四極電磁石１３及び偏向電磁石１４，ビーム輸送系４の四極電磁石１８，偏向電磁石１７，四極電磁石２１，２２，偏向電磁石
２３，２４に対する供給励磁電力値又はそのパターンが予め設定されている。
【００２２】
また、ＣＰＵ１０１は、制御情報作成装置として、上記治療計画情報と上記電力供給制御テーブルとを用いて、これから治療を受けようとする患者について、荷電粒子ビーム発生装置１や各ビーム経路に配置された電磁石を制御するための制御指令データ（制御指令情報）を作成する。そしてＣＰＵ１０１は、このようにして作成した制御指令データを、スキャニングコントローラ４１及び加速器コントローラ４０へ出力する。
【００２３】
本実施例の陽子線照射システムでは、中央制御装置１００，スキャニングコントローラ４１，加速器コントローラ４０が、治療計画装置１４０により作成した治療計画情報に基づいて、互いに連携して制御を行う。この制御により、シンクロトロン１２からのイオンビームの出射が停止され、イオンビームの出射を停止した状態で、走査電磁石５Ａ，５Ｂを走査してイオンビームの照射位置（スポット）を変更させ、この変更後に、シンクロトロン１２からのイオンビームの出射が開始される。シンクロトロン１２からのイオンビームの出射停止は照射装置１５からのイオンビームの照射停止となり、シンクロトロン１２からのイオンビームの出射は照射装置１５からのイオンビームの照射となる。
【００２４】
以下、各制御装置の連携制御の詳細を図２〜図１０を用いて説明する。
【００２５】
まず、標的の深さとイオンビームのエネルギーとの関係を説明する。標的は、患部を含むイオンビームの照射対象領域であり、患部よりもいくらか大きい。図２に体内の深さとイオンビームによる線量の関係の例を示す。図２の線量のピークをブラッグピークと呼ぶ。標的へのイオンビームの照射はブラッグピークの位置で行われる。ブラッグピークの位置は、イオンビームのエネルギーにより変化する。従って、標的を深さ方向（体内でのイオンビームの進行方向）において複数の層（スライス）に分割し、イオンビームのエネルギーを深さ（各層）に応じて変えることによって、深さ方向に厚みを持つ標的(標的領域)の全域に一様にイオンビームを照射することができる。治療計画装置１４０はこのような観点に基づき、標的領域を深さ方向に分割する層の数を決定する。
【００２６】
図３は、上記のようにして決定した層の一例を表す図である。この例では、患部が最下層より患者３０の体表面に向かって層１，２，３，４の４つの層に分割されている。各層はＸ方向に２０cmＹ方向に１０cmの広がりをもっている例である。図２の線量分布は、図３のＡ−Ａ′断面での深さ方向の線量分布である。
【００２７】
更に、治療計画装置１４０は、治療に適切な線量分布が形成されるよう、各層（標的断面）内で深さ方向と直角方向のスポットの位置、及び、各スポットに対する照射量を決定する。
【００２８】
次に、上記のようにして計画され、記憶装置１１０に格納された治療計画情報を、中央制御装置１００が読み出してメモリ１０３に格納する。ＣＰＵ１０１は、メモリ１０３に格納した治療計画情報に基づき、イオンビームの照射に関する情報（層数，照射位置の数（スポットの数），各層内での照射位置，各照射位置での目標照射量（設定照射量）、及び各層の全スポットに関する走査電磁石５Ａ，５Ｂの電流値等の情報）を生成し、スキャニングコントローラ４１に送信する。ここで各照射位置での目標照射量（設定線量）は、患部への最初の照射開始を起点とする積算照射量(積算線量)とする。よって、治療計画情報が各照射位置それぞれに対する照射量を設定している場合には、中央制御装置１００は、この各照射位置に対して設定された個々の照射量を順次積算することによって、スキャニングコントローラ４１へ送信する目標照射量の情報を生成する。スキャニングコントローラ４１はその治療計画情報をメモリ４１Ｍ１（図６）に記憶する。また、ＣＰＵ１０１は、治療計画情報のうち全ての層に関するシンクロトロン１２の加速パラメータのデータの全てを、加速器コントローラ４０に伝える。加速パラメータのデータは、各層に照射するイオンビームのエネルギーによって定まる、シンクロトロン１２及びビーム輸送系の各電磁石励磁電流値、及び高周波加速空胴に印加する高周波電力値を含む。それらの加速パラメータのデータは予め例えば複数の加速パターンに分類されている。
【００２９】
スキャニングコントローラ４１のメモリ４１Ｍ１に記憶された治療計画情報の一部を、図４を用いて説明する。その一部の情報は、照射パラメータ、すなわち、層内の各照射位置に対する、照射位置（スポット）のＸ方向位置（Ｘ位置）及びＹ方向位置（Ｙ位置）の情報、及び各照射位置での目標照射量（設定線量）である。更に層変更フラグ情報も含まれている。各層全てのスポットに対して、スポット番号（後述のスポット数ｊ）が照射する順番に付されている。本実施例での各照射位置に対する個々の照射量は、第１の層では７０ずつ、第２の層では２５ずつ、第３の層では１８ずつである。目標照射量は、これを照射順に積算した値となっている。
【００３０】
本実施例におけるスポットスキャニングを実施する際のスキャニングコントローラ４１及び加速器コントローラ４０による各制御を、図５を用いて具体的に説明する。
【００３１】
治療室内にある図示しない照射開始指示装置が操作されると、加速器コントローラ４０は、それに応じてステップ２０１で層番号を表す演算子ｉを１、スポット番号を表す演算子ｊを１に初期設定する。加速器コントローラ４０は、ステップ２０１の初期設定を終了した後、ステップ２０２で、メモリに格納した複数パターンの加速パラメータの中から、ｉ番目（この時点ではｉ＝１）の層に対する加速器パラメータを読み出して設定し、ステップ２０３でそれをシンクロトロン１２へ出力する。加速器コントローラ４０は、ステップ２０３で、シンクロトロン１２及びビーム輸送系５の各電磁石の電源に対してｉ番目の加速器パラメータに含まれるそれらの電磁石に対する励磁電流情報を出力し、それらの励磁電流情報により各電磁石が所定の電流で励磁されるように該当する電源を制御する。また、加速器コントローラ４０は、ステップ２０３で、高周波加速空胴に高周波電力を印加する高周波電源を制御してその高周波電力と周波数を所定の値まで増加させる。これにより、シンクロトロン１２内を周回するイオンビームのエネルギーが治療計画で定められた値まで増大される。その後、ステップ２０４に移り、スキャニングコントローラ４１へ出射準備指令を出力する。
【００３２】
スキャニングコントローラ４１は、ステップ２０１の初期設定の情報、及びステップ
２０４における出射準備指令を加速器コントローラ４０から受けて、ステップ２０５で、前述のように既にメモリ４１Ｍ１に格納した電流値データ（図４の「Ｘ位置」，「Ｙ位置」の欄に示されたデータ）及び目標照射量データ（図４の「目標照射量」の欄に示されたデータ）から、ｊ番目（この時点ではｊ＝１）スポットの電流値データ及び目標照射量データを読み出して設定する（後述の図６も参照）。また同様に、メモリ４１Ｍ１に格納した後述の目標カウント数についても、ｊ番目（この時点ではｊ＝１）スポットのデータを読み出して設定する。ここで、スキャニングコントローラ４１は、走査電磁石５Ａ，５Ｂがそのｊ番目スポットの電流値で励磁されるように該当する電源を制御する。
【００３３】
以上のようにして当該スポットへの照射準備が完了した後、スキャニングコントローラ４１は、ステップ３００においてビーム出射開始信号を出力し、高周波印加装置９を制御してシンクロトロン１２からイオンビームを出射させる。すなわち、加速器コントローラ４０を通過したビーム出射開始信号によって開閉スイッチ９２が閉じられて高周波が高周波印加電極９３よりイオンビームに印加されるため、イオンビームがシンクロトロン１２から出射される。走査電磁石５Ａ，５Ｂは１番目のスポットの位置にイオンビームが達するように励磁されているため、そのイオンビームは照射装置１５より該当する層の１番目のスポットに照射される。１番目のスポットへの照射量が該当する目標照射量に達したとき、スキャニングコントローラ４１は、ステップ３００においてビーム出射停止信号を出力する。ビーム出射停止信号は加速器コントローラ４０を通過して開閉スイッチ９２を開く。これにより、イオンビームの出射が停止される。
【００３４】
この時点では層１の１番目のスポットへの照射が終了しただけである。ステップ２０８の判定が「Ｎｏ」であるためステップ２０９に移ってスポット番号ｊに１が加えられる
（すなわち照射位置を隣のスポットへと移動）。そして、ステップ２０５,３００,２０８の処理が繰り返される。すなわち、層１の全スポットへの照射が終了するまで、走査電磁石５Ａ，５Ｂにより、イオンビームを隣接するスポットへと次々に移動させながら（移動中はイオンビームの照射を停止させつつ）、イオンビームの照射が行われる（スポットスキャニング照射）。
【００３５】
層１の全スポットへの照射が終了したとき、ステップ２０８の判定が「Ｙｅｓ」となる。このとき、スキャニングコントローラ４１は、加速器コントローラ４０のＣＰＵに対し層変更指令を出力する。層変更指令を入力した加速器コントローラ４０のＣＰＵは、ステップ２１３で層番号ｉに１を加え（すなわち照射対象を層２に変更）、ステップ２１４でシンクロトロン１２へ残ビーム減速指令を出力する。加速器コントローラ４０は、残ビーム減速指令の出力により、シンクロトロン１２の各電磁石の電源を制御して各電磁石の励磁電流を徐々に低減させ、最後には予め決められた値、例えばイオンビーム入射に適した励磁電流にする。これにより、シンクロトロン１２内を周回するイオンビームが減速される。結果的に、ビーム出射可能な期間は、層内のスポット数，照射量によって異なる。この時点では層１への照射が終了しただけであり、ステップ２１５の判定が「Ｎｏ」となる。ステップ２０２で、２番目の層(層２)に対する加速器パラメータを加速器・輸送系コントローラ４０のメモリから読み出して設定される。以下、層２に対して、ステップ２０３〜２１５の処理が実行される。また、層４における全スポットに対する照射が終了するまで、ステップ２０２〜２１５の処理が実行される。
【００３６】
加速器コントローラ４０のＣＰＵは、ステップ２１５の判定で「Ｙｅｓ」となった場合（患者３０の標的における全層内の全スポットへの所定の照射が完了）に、ＣＰＵ１０１に対し照射終了信号を出力する。
【００３７】
以上説明したようにして、シンクロトロン１２で加速されてシンクロトロン１２から出射されたイオンビームがビーム輸送系４を輸送される。そして、イオンビームは、照射対象の患者が在室する治療室の照射装置１５を介し、当該患者３０の標的に治療計画通りの最適な態様で照射される。なお、このとき、照射装置１５内に設けた線量モニタ６Ａの検出信号がスキャニングコントローラ４１に入力される。本実施例の特徴は、この検出信号を用いた積算照射量に基づくビーム照射量制御にある。
【００３８】
以下、その詳細を図６〜図９を用いて説明する。
【００３９】
図６は、スキャニングコントローラ４１の機能的構成を詳細に表す機能ブロック図である。図６において、スキャニングコントローラ４１は、照射量の検出に関わるものとしてカウンタ４１ｃを備えている。ここで、線量モニタ６Ａは、ビームの通過によって電離した電荷量に応じてパルスを出力する公知のものを用いている。線量モニタ６Ａは、具体的には所定の微小電荷量ごとに１つのパルスを出力する。カウンタ４１ｃは、線量モニタ
６Ａから出力されるパルスの数をカウントすることによって照射量を求めるものである。
【００４０】
スキャニングコントローラ４１は、カウンタ４１ｃのほかに、メモリ４１Ｍ１，41Ｍ２，第１遅延タイマー４１Ｂａ，第２遅延タイマー４１Ｂｂ，第１レジスタ４１Ｂｃ，第２レジスタ４１Ｂｄ，差計算部４１Ｂｅ，判定部４１Ｂｆ，ＮＯＴ回路４１Ｂｇ，ＡＮＤ回路４１Ｄ及びビームＯＮ／ＯＦＦ信号生成部４１Ｅを備えている。また、カウンタ４１ｃは、パルス入力部４１ｃａ，設定値入力部４１ｃｂ，初期化(クリア)信号入力部４１ｃｃ，カウント値読み出し部４１ｃｅ及び設定値比較結果出力部４１ｃｆを備える。
【００４１】
スキャニングコントローラ４１が実行する、図５のステップ２０５及び３００の詳細手順を、図７を用いて説明する。前述のように、演算子ｉが１、演算子ｊがあらかじめ１に初期化されている。スキャニングコントローラ４１は、ステップ３０１で、既にメモリ
４１Ｍ１に格納されているカウンタ４１ａの目標カウント数に対応するカウンタ設定指令をカウンタ４１ｃのカウンタ設定値入力部４１ｃｂに出力する。カウンタ４１ｃは、ステップ３０２で、その設定指令に基づいて層１の１番目のスポットにおける目標カウント数を設定する。目標カウント数は、図４において示した「目標照射量」の欄における該当する層内の該当するスポットまでの目標照射量に対応した値である。この目標カウント数は、スキャニングコントローラ４１において、イオンビームの照射開始前に、各スポットまでの目標照射量に基づいて算出される。なお、目標照射量を用いた目標カウント数の算出は、カウンタ４１ｃがその設定指令を受信する直前でもよいし、中央制御装置１００が算出するのであれば中央制御装置１００からスキャニングコントローラ４１へデータを送信する前でもよい。
【００４２】
ステップ３０１の処理が終了するとステップ３０３へ移り、当該スポットについての走査電磁石５Ａ，５Ｂの電流設定指令（図４におけるＸ位置及びＹ位置のそれぞれに対する電流値データ）を走査電磁石５Ａ，５Ｂの電源へ出力する。走査電磁石５Ａ，５Ｂは、該当する電流値にて偏向電磁力を発生させるとともに、そのような状態が完成したことを示す電流設定完了信号をスキャニングコントローラ４１に出力する。
【００４３】
スキャニングコントローラ４１は、ステップ３０５で、電流設定指令が出力され（ステップ３０３）、かつ走査電磁石５Ａ，５Ｂからの電流設定完了信号が入力された（ステップ３０４）ことを条件として、ビーム出射開始信号を出力する。ビーム出射開始信号は、加速器コントローラ４０を通過して開閉スイッチ９２を閉じる。高周波印加電極９３に高周波電力が印加されてシンクロトロン１２からイオンビームが出射され、該当するスポット（例えば層１の１番目のスポット）にイオンビームが照射される。
【００４４】
ステップ３０５のビーム出射開始信号の出力によってビーム照射が開始されると、前述のように線量モニタ６Ａの検出信号が電流／周波数変換器(Ｉ／Ｆコンバータ、図示せず)により線量パルス列に変換された後、スキャニングコントローラ４１のカウンタパルス入力部４１ｃａに入力されパルス数がカウントされる。このカウント数は、カウント開始からの照射量を表す。
【００４５】
カウンタ４１ｃは、パルス入力部４１ｃａからの入力パルスに基づくカウント値がステップ３０２で設定した目標カウント数の設定値以上となった場合に（ステップ３０９）、ステップ３１０で設定値比較結果出力部４１ｃｆよりトリガー信号を出力する。
【００４６】
スキャニングコントローラ４１は、そのトリガー信号に基づきビーム出射停止信号を生成し、加速器コントローラ４０にそのビーム出射停止信号を出力する（ステップ３１２）。ビーム出射停止信号は加速器コントローラ４０を通過して開閉スイッチ９２に到達する。スキャニングコントローラ４１は、実質的にビーム出射停止信号により開閉スイッチ
９２を制御して開閉スイッチ９２を開く。これによって、前述したようにシンクロトロン１２からのイオンビームの出射が停止され、患者へのイオンビームの照射が停止される。
【００４７】
図６を用いて、スキャニングコントローラ４１からのビーム出射開始信号及びビーム出射停止信号の出力について説明する。走査電磁石５Ａ，５Ｂから出力された電流設定完了信号はスキャニングコントローラ４１のＡＮＤ回路４１Ｄに入力される。この状態で、カウンタ４１ｃからトリガー信号が出力されない場合には、ＮＯＴ回路４１Ｂｇは「１」をＡＮＤ回路４１Ｄに出力する。ＡＮＤ回路４１Ｄは、ビーム出射停止信号、及びＮＯＴ回路４１Ｂｇからの「１」を入力するとき、「１」をビームＯＮ／ＯＦＦ信号生成部４１Ｅに出力する。
【００４８】
ＮＯＴ回路４１Ｂｇは、カウンタ４１ｃからトリガー信号が出力された場合には、「０」をＡＮＤ回路４１Ｄに出力する。ＡＮＤ回路４１Ｄは、ビーム出射停止信号を入力しているときに、ＮＯＴ回路４１Ｂｇから出力された「０」を入力したとき、「０」をビームＯＮ／ＯＦＦ信号生成部４１Ｅに出力する。
【００４９】
ビームＯＮ／ＯＦＦ信号生成部４１Ｅは、「１」を入力したときにビーム出射開始信号を出力し、「０」を入力したときにビーム出射停止信号を出力する。
【００５０】
スキャニングコントローラ４１は、第１遅延タイマー４１Ｂａ及び第２遅延タイマー
４１Ｂｂを備えている。上記トリガー信号は、第１遅延タイマー４１Ｂａをスタートさせる指令信号として入力される（ステップ３１４）。このスタート後の経過時間があらかじめ定められた所定の設定時間（＝第１遅延時間、後述の図８の「遅延１」に相当）となった場合に第１遅延時間到達信号が第１レジスタ４１Ｂｃに出力される（ステップ３１５）。第１遅延時間到達信号、及び第１遅延タイマースタート指令信号の入力を条件として、ステップ３１６において、第１レジスタ４１Ｂｃよりカウンタ読み出し信号がカウンタ
４１ｃへと出力され、そのときのカウント値がカウンタカウント値読み出し部４１ｃｅより第１レジスタ４１Ｂｃへ入力される。このとき、図７では煩雑防止のため図示を省略しているが、第１時間到達信号は、第２遅延タイマー４１Ｂｂをスタートさせる指令信号として第２遅延タイマー４１Ｂｂに入力される。そして、第１遅延タイマー４１Ｂａ同様、第２遅延タイマー４１Ｂｂのスタート後の経過時間があらかじめ定められた所定の設定時間（＝第２遅延時間、後述の図８の「遅延２」に相当）となった場合に、第２時間到達信号が第２レジスタ４１Ｂｃに出力される。第２時間到達信号、及び第２遅延タイマースタート指令信号の入力を条件として、第２レジスタ４１Ｂｄよりカウンタ読み出し信号がカウンタ４１ｃへと出力され、そのときのカウント値がカウンタカウント値読み出し部41ceより第２レジスタ４１Ｂｄへ入力される。
【００５１】
第１レジスタ４１Ｂｃに入力されたカウント値及び第２レジスタ４１Ｂｄに入力されたカウント値は、差計算部４１Ｂｅに入力される。差計算部４１Ｂｅは、それらのカウント値の差を算出し、この差を判定部４１Ｂｆに入力する。
【００５２】
判定部４１Ｂｆは、カウント数が正常な値であるかどうか（上記の算出された差が所定の適正範囲内に入っているかどうか）を判定し（ステップ３１７）、ステップ３１７で異常な値であると判定した場合は異常信号を中央制御装置１００へと出力する（ステップ
３１８）。中央制御装置１００は、異常信号を入力して、前述した所定の異常処理を行う。ステップ３１７で正常な値であると判定された場合は、カウント値が判定部４１Ｂｆより実績照射量情報としてメモリ４１Ｍ２に記録され、中央制御装置１００へと出力される。ここで実績照射量情報の中央制御装置１００への出力は、各スポット照射毎に出力しても良いし、各層や各照射が終了した時点でまとめて出力しても良い。また、カウント数から照射量への換算は、スキャニングコントローラ内で処理しても良いし、中央制御装置で処理しても良い。なお、図８は、以上説明したカウンタ４１ｃの一連の動作をタイミングチャートとして表したものである。
【００５３】
以上のように構成した本実施例の粒子線照射システムによれば、以下のような効果を得る。
【００５４】
通常、この種の粒子線照射システムにおいては、健全な細胞への被ばくを極力防止し過不足のない正しい照射治療を行うために、イオンビームの照射量を測定する線量モニタが設置される。各スポットへの照射時には、各スポットごとの目標照射量が設定されている。線量モニタによる照射量の積算値がその目標照射量に達したとき、加速器へビーム出射停止信号（ビーム停止指令）が出力され、加速器がこれに応じて荷電粒子ビームの出射を停止するようになっている。ここで、加速器は、ビーム停止指令が入力された後若干の応答遅れが生じる可能性がある。本実施例の加速器であるシンクロトロンの場合、前段加速器から入射された低エネルギーのイオンを周回させるとともに、必要エネルギーまで加速し、その後、周回する高エネルギーの荷電粒子ビームのベータトロン振動を共鳴状態にし、荷電粒子ビームに高周波電磁界を印加して荷電粒子ビームのベータトロン振動を増加し、共鳴の安定限界を超えさせて出射する構成となっている。この結果、上記のようにしてビーム停止指令が入力されても、厳密には、直ちに荷電粒子ビームの出力が停止するのではなく、若干の応答遅れが生じる可能性がないとは言えない。
【００５５】
本実施例においては、カウンタ制御部４１Ａは、線量モニタ６Ａの出力に基づいてカウンタ４１ｃでカウントされた照射量が目標照射量に到達したとき（ステップ３０９参照）、スキャニングコントローラ４１が高周波印加装置９にビーム出射停止信号の出力のトリガーとなるトリガー信号を出力する（ステップ３１２参照）。ここでカウンタ４１ｃはカウント数をクリアすることなく、引き続き積算を継続する。
【００５６】
図８はこのときのカウンタ４１ｃの挙動を表すタイムチャートである。図８に示すように、ビーム出射停止信号が出力された後、実際にシンクロトロン１２からのイオンビームの出射が停止するまでには応答遅れが生じうる（図中の「遅れ」）。しかし、ビーム出射停止信号が出力されてからイオンビームの出射が実際に停止するまで（応答遅れ）の間、シンクロトロン１２から出射されたイオンビームに基づく照射量が線量モニタ６Ａで計測されてカウンタ４１ｃによって積算される。イオンビームの出射が実際に停止した後、ステップ２０９，ステップ２０５の処理によって照射位置が次の照射位置（スポット）へ変更され（図５参照）、ステップ３０２で次の照射位置に対する目標カウント数（目標線照射量）が設定される（図８では例えば条件Ａ（ある位置のスポットを照射し終えるまでの目標照射量）から条件Ｂ（その次のスポットし終えるまでの目標照射量）への変更）。目標カウント数は目標照射量に対応するカウント数である。更に、ステップ３０３において出力される電流設定指令に基づいて、走査電磁石５Ａ，５Ｂが制御され、イオンビームの照射位置が次のスポットに合わされる。ステップ３０５のビーム出射開始信号に基づいて、シンクロトロン１２からのイオンビームの出射が再開される。このとき、次のスポットに対するカウント数は、イオンビームの出射再開後における線量モニタ６Ａの計測値に基づいたカウント数だけでなく、１つ前のスポットに対する、ビーム出射停止信号が出力されてからイオンビームの出射が実際に停止するまでの応答遅れの期間におけるカウント数も含まれている。すなわち、次のスポットに対するカウント数は、１つ前のスポットに対するその応答遅れ期間におけるカウント数を初期値とし、この初期値にイオンビームの出射再開後のカウント数を積算した値となる。このような次のスポットに対するカウント数が、そのスポットの目標カウント数（図８中の「目標照射量」で表される照射量）に達したとき、スキャニングコントローラ４１がビーム出射停止信号を出力する。その後、そのスポットに、その応答遅れ期間においてイオンビームが照射される。この応答遅れ期間の照射量は、前のスポットでの応答遅れ期間における照射量（前述の初期値）にほぼ等しいので、そのスポットへ実際に照射した照射量(図８中の「実績照射量」で表される照射量)は目標照射量にほぼ等しくなる。この応答遅れの間の照射量は、さらに次の移動後のスポット照射時の初期値として積算され、以降、同様に繰り返される。
【００５７】
以上に述べたような、カウント数に基づいた制御をスキャニングコントローラ４１が行うことにより、各スポット照射時においては、常時、１つ前のスポット照射時に生じた応答遅れ期間における照射量を初期値として含んでいる当該スポットの照射量が、そのスポットの目標線量になるまで、そのスポットに対してイオンビームが照射される。前述の応答遅れを考慮せず照射量制御を行う場合には、前述の初期値分の余剰照射（本来照射したい値を１.０ で示す）が行われ、図９に示すように、全スポットにおいて例えば照射量
１.２ となる可能性があった。これに対し、本実施例では上記のような制御を行うことにより、図１０に示すように一番最初に照射を行うスポット（図示左端のスポット）を除くほぼ全部のスポットについて、前述の初期値分の余剰照射がなく、それらのスポットに本来設定された目標照射量にほぼ等しい（照射量がほぼ１.０ となる）イオンビームを高精度に照射することが可能となる。これにより、患部（照射対象）に対して、イオンビームをより均一に照射することができ、患部の線量分布を均一化できる。
【００５８】
また、以上のように、ビーム出射停止信号の出力後に予め決められた遅延時間（第１遅延時間）が経過した後に照射量を読み出す制御を行うことで、前述の加速器ビーム停止の応答遅れがある場合にも、各スポットへ照射した照射量を精度良く計測することが可能となる。
【００５９】
また、第１遅延時間が経過した後の照射量と、続く第２遅延時間が経過した後の照射量とを読み出し、これらの差が適切な値以下（或いは未満）になっていることを判定する制御を行うことで、加速器からのイオンビームが間違いなく停止していることを確認でき、イオンビームの照射精度を向上させることができる。
【００６０】
また本実施例のスキャニングコントローラ４１によれば、照射量の積算値を計測するカウンタは、照射開始時に０クリアされる以外は計測を続ける。計数の０クリア，スタート，ストップ制御がなく、誤動作の恐れが少ない。
【００６１】
なお、実績照射量と目標照射量の差を算出し、算出結果が予め決めた許容範囲を超えている場合に異常信号を出力する判定機能を設けても良い。これにより加速器応答遅れに起因するイオンビームの照射量が大きくばらつかないことを監視することができ、装置の異常を検出して安全性を向上させることができる。
【００６２】
また、線量モニタとその出力によって照射量を積算するカウンタを複数設け、一方の目標照射量を元々治療計画で計画した照射量よりも多くすることで、線量モニタ及びカウンタの誤動作による過照射のリスクを低減することができる。この際、２つの線量モニタ及び／又はカウンタを別々の電源装置からの電力供給にて動作させることや、信号経路を変えることによって独立性を高めることで、単一故障による同時誤作動のリスクを低減し、より安全性を向上させることができる。
【００６３】
次に、本発明の第２の実施例の陽子線照射システムについて説明する。本実施例の陽子線照射システムは、第１実施例の陽子線照射システムとスキャニングコントローラが異なっているだけである。本実施例の陽子線照射システムは、スキャニングコントローラとして、図１３に示すスキャニングコントローラ４１Ａを有する。第１実施例同様、本実施例の陽子線照射システムも、治療計画装置１４０により作成した治療計画情報に基づき、中央制御装置１００，スキャニングコントローラ４１Ａ，加速器コントローラ４０が互いに連携して制御を行う。この制御の結果として、照射装置１５からのイオンビームの出力を停止させ、イオンビームの出力を停止した状態で、走査電磁石５Ａ，５Ｂを制御することによりイオンビームの照射位置（スポット）を変更させ、この変更後に、照射装置１５からのイオンビームの出力を開始させる（いわゆるスキャニング）ように、シンクロトロン１２及び照射装置１５を制御する。
【００６４】
第１実施例と同様に、図１に示す中央制御装置１００のＣＰＵ１０１がメモリ１０３に格納した治療計画情報を記憶装置１１０から読み出してスキャニングコントローラ４１のメモリ（図示せず）に記憶させる。ここで第１の実施例と異なり、スキャニングコントローラへ送信する各スポットに対する目標照射量は、個々のスポットに対する照射量とする。また、第１の実施例と同様、ＣＰＵ１０１は、治療計画情報のうち全ての層に関する運転パラメータのデータ（各層に照射するイオンビームのエネルギーによって定まる、ディグレーダ番号及びビーム輸送系の各電磁石の励磁電流値）を、加速器コントローラ４０Ａに伝える。
【００６５】
本実施形態におけるスポットスキャニングを実施する際のスキャニングコントローラ
４１Ａ及び加速器コントローラ４０による各制御においても、図５に示された制御手順が実行される。しかしながら、前述のように各照射位置での目標照射量が積算値でないことに基づき、スキャニングコントローラ４１Ａの機能的構成と内部の動作がスキャニングコントローラ４１と異なっている。
【００６６】
図１２は、スキャニングコントローラ４１Ａの機能的構成を詳細に表す機能ブロック図である。図１２において、スキャニングコントローラ４１Ａは、照射量の検出に関わるものとして、プリセットカウンタ４１ａ，記録カウンタ４１ｂを備えている。プリセットカウンタ４１ａ及び記録カウンタ４１ｂは、線量モニタ６Ａから出力されるパルスの数をカウントすることによって照射量を求めるものである。
【００６７】
スキャニングコントローラ４１Ａは、カウンタ４１ｃの替りにプリセットカウンタ41ａ，記録カウンタ４１ｂを用いたことが、スキャニングコントローラ４１と異なっている部分である。プリセットカウンタ４１ａは、パルス入力部４１ａａ，設定値入力部４１ａｂ，初期化（クリア）信号入力部４１ａｃ，設定値比較結果出力部４１ａｆを備えている。また、記録カウンタ４１ｂは、パルス入力部４１ｂａ，初期化（０クリア）信号入力部
４１ｂｃ，カウント値読み出し部４１ｂｅを備えている。
【００６８】
スキャニングコントローラ４１Ａが実行する、図５のステップ２０５及び３００の詳細手順を、図１３を用いて説明する。ステップ３０３〜３０５，３１２，３１４，３１５，３１７及び３１８の処理は、スキャニングコントローラ４１で行われるそれらの処理と同じである。ステップ３０２，３０９〜３１１の処理はプリセットカウンタ４１ａで行われ、ステップ３１６，３１９の処理が記録カウンタ４１ｂで行われる。演算子ｉが１、演算子ｊがあらかじめ１に初期化されている。以下に、スキャニングコントローラ４１と異なる、スキャニングコントローラ４１Ａの処理を中心に説明する。
【００６９】
ステップ３０１で、既にメモリ４１Ｍ１に格納されているプリセットカウンタ４１ａの目標カウント数に対応するプリセットカウンタ設定指令をプリセットカウンタ設定値入力部４１ａｂに出力する。プリセットカウンタ４１ａは、ステップ３０２で、その設定指令に応じて層１の１番目のスポットにおける目標カウント数を設定する。目標カウント数は、図１１に示した「目標照射量」の欄における、該当する層内の該当するスポットに対する目標照射量である。
【００７０】
ステップ３０１の処理の終了後に、ステップ３０３〜３０５の処理が実行される。ステップ３０５でのビーム出射許可信号の出力によって患者３０へのビーム照射が開始されると、線量モニタ６Ａの検出信号（パルス）が、線量パルス列に変換された後、プリセットカウンタ４１ａのパルス入力部４１ａａ及び記録カウンタ４１ｂのパルス入力部４１ｂａに入力される。これらのカウンタ４１ａ，４１ｂはそのパルスを同時にカウントする。このカウント数は、カウント開始からの照射量を表す。
【００７１】
プリセットカウンタ４１ａは、線量モニタ６Ａの検出信号に基づいたカウント数が設定された目標カウント数以上となった場合に（ステップ３０９）、設定値比較結果出力部
４１ａｆよりトリガー信号を出力する（ステップ３１０）。このトリガー信号は第１リセット信号としてプリセットカウンタ４１ａの初期化（０クリア）信号入力部４１ａｃに入力され、プリセットカウンタ４１ａのカウント数が０にリセットされる(ステップ３１１)。リセット後、プリセットカウンタ４１ａは、再び、線量モニタ６Ａの検出信号に基づいてカウントが開始する。
【００７２】
スキャニングコントローラ４１Ａは、ステップ３１２でトリガー信号に基づいてビーム出射停止信号を出力する（ステップ３１２）。これにより、前述したようにシンクロトロン１２からのイオンビームの出射が停止され、患者への照射が停止される。このようにして照射が停止される。スキャニングコントローラ４１Ａも、スキャニングコントローラ
４１と同様に、ビームＯＮ／ＯＦＦ信号生成部４１Ｅでビーム出射開始信号及びビーム出射停止信号を生成する。
【００７３】
スキャニングコントローラ４１Ａは、ステップ３１４において、上記トリガー信号の入力によって第１遅延タイマー４１Ｂａをスタートさせる。第１遅延時間が経過した後、第１遅延時間到達信号が第１レジスタ４１Ｂｃに出力される（ステップ３１５）。ステップ３１６において、第１レジスタ４１Ｂｃより記録カウンタ読み出し信号が記録カウンタ
４１ｂへと出力され、そのときのカウント数がカウント値読み出し部４１ｂｅより第１レジスタ４１Ｂｃに出力される。第２レジスタ４１Ｂｄよりカウンタ読み出し信号が記録カウンタ４１ｂに出力されたとき、第２レジスタ４１Ｂｄにも、カウント値読み出し部41beより、そのときのカウント数が入力される。差計算部４１Ｂｅは、第１及び第２レジスタ４１Ｂｃ，４１Ｂｄのそれぞれから入力したカウント数の差を算出し、値は、差計算部
４１Ｂｅに入力されてそれらの偏差が算出され、算出された差が判定部４１Ｂｆに入力される。判定部４１Ｂｆはカウント数が正常な値であるかどうか（上記の算出された差が所定の適正範囲内に入っているかどうか）を判定する（ステップ３１７）。ステップ３１７の判定が「Ｎｏ」である場合、すなわち「カウント数が異常な値である」と判定された場合は、ステップ３１８で異常信号が中央制御装置１００に出力される。ステップ３１７で正常な値であると判定された場合は、判定部４１Ｂｆは、記録カウンタ４１ｂをリセットする第２リセット信号をＯＲ回路を介して記録カウンタ４１ｂの初期化（０クリア）信号入力部４１ｂｃに入力してリセットされて再カウントが開始される（ステップ３１９）。また、このとき、カウント数が判定部４１Ｂｆより実績照射量記録としてメモリ４１Ｍ２に記録され、中央制御装置１００へと出力される。ここで実績照射量記録の中央制御装置１００への出力は、各スポット照射毎に出力しても良いし、各層や各照射が終了した時点でまとめて出力しても良い。また、カウント数から照射量への換算は、スキャニングコントローラ内で処理しても良いし、中央制御装置で処理しても良い。
【００７４】
なお、図１４は、以上説明したカウンタ４１ｃの一連の動作をタイミングチャートとして表したものである。
【００７５】
以上のように構成した第２の実施形態の粒子線照射システムによって、第１の実施形態と同様の効果を得る。
【００７６】
更に本実施形態においては、プリセットカウンタ及び記録カウンタによるカウント数は各スポット照射量で決まるため、第１実施例のように積算にした場合に比べて最大カウント数が小さくできる。これにより、中央制御装置１００とスキャニングコントローラの間でのデータの送受信量を小さくすることができ、送受信時間を短縮することができる。規模の小さな回路で構成することができる。これにより、カウント数設定値比較の高速化が可能となる。
【００７７】
第２実施例では、あるスポット照射時に生じたシンクロトロン１２の応答遅れ期間の照射量が次のスポットへの照射量であるとして、そのスポットの目標線量になるまでそのスポットにイオンビームを照射したが、以下の（１）及び（２）の方法でも同じ効果を得ることができる。
【００７８】
（１）プリセットカウンタ４１ａにおけるステップ３０９で、あるスポットに対する目標照射量から１つ前のスポットへの照射時に生じた上記応答遅れ期間の照射量を差し引き、更に残りの照射量からあるスポットに対する照射時におけるカウント数を差し引いて残りの照射量が０になったことに基づいて、ステップ３１０でトリガー信号を出力する。
【００７９】
（２）プリセットカウントにおけるステップ３０２で設定される目標カウント数として、あるスポットに対する目標照射量から１つ前のスポットへの照射時に生じた上記応答遅れ期間の照射量を差し引いた照射量を設定することである。
【００８０】
なお、以上に述べたスポットスキャニングによるイオンビーム照射は、加速器としてサイクロトロンを用いた陽子線照射システムに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の粒子線照射システムの一実施例である陽子線照射システムの全体構成を表す概念図である。
【図２】患部領域における一様性を確保するために各層で照射する線量分布の一例を表す概念図である。
【図３】図１に示した粒子線出射装置の照射対象の患部領域の一例を表す図である。
【図４】図１に示した治療計画装置で計画した照射時における各層のスキャニング態様を実施する、第１実施例での指令信号の内容を表す図である。
【図５】図１に示したスキャニングコントローラ及び加速器・輸送系コントローラが実行する制御手順を表すフローチャートである。
【図６】第１実施例でのスキャニングコントローラの機能的構成を詳細に表す機能ブロック図である。
【図７】第１の実施例でのスキャニングコントローラが実行する制御手順の詳細を表すフローチャートである。
【図８】図７に示した、スキャニングコントローラが実行する制御手順によって実現される各カウンタ及び実際のビーム動作の態様の一例を表すフローチャートである。
【図９】比較例によって実現される照射線量分布の一例を表す図である。
【図１０】図７に示したスキャニングコントローラが実行する制御手順によって実現される照射線量分布の一例を表す図である。
【図１１】本発明の第２実施例の陽子線照射システムにおける治療計画装置で計画した照射時における各層のスキャニング態様を実施する指令信号の内容を表す図である。
【図１２】第２の実施例でのスキャニングコントローラ４１の機能的構成を詳細に表す機能ブロック図である。
【図１３】第２の実施例でのスキャニングコントローラが実行する制御手順の詳細を表すフローチャートである。
【図１４】図１３に示した第２の実施例でのスキャニングコントローラが実行する制御手順によって実現される各カウンタ及び実際のビーム動作の態様の一例を表すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８２】
１…荷電粒子ビーム発生装置、４…ビーム輸送系、５Ａ，５Ｂ…走査電磁石（荷電粒子ビーム走査装置）、６Ａ…線量モニタ（照射量検出装置）、９…高周波印加装置、１２…シンクロトロン（加速器）、１５…照射装置、４０…加速器・輸送系コントローラ、４１，４１Ａ…スキャニングコントローラ、９１…高周波電源、９２…開閉スイッチ、９３…高周波印加電極、１００…中央制御装置、１４０…治療計画装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを出射する加速器と、
荷電粒子ビーム走査装置を有し、前記加速器から出射された荷電粒子ビームを照射対象の照射位置に照射する照射装置と、
前記照射位置への前記荷電粒子ビームの照射量を計測する照射量検出装置と、
前記照射量検出装置で計測された前記照射量を入力し、第２の前記照射位置の１つ前の第１の前記照射位置における、ビーム出射停止信号出力後の第１の前記照射量と、前記第２の照射位置への第２の前記照射量との積算量が設定照射量に達したとき、前記第２の照射位置に照射する前記荷電粒子ビームの出射を停止させるビーム出射停止信号を出力する制御装置とを備えたことを特徴とする粒子線照射システム。
【請求項２】
荷電粒子ビームを出射する加速器と、
荷電粒子ビーム走査装置を有し、前記加速器から出射された荷電粒子ビームを照射対象の照射位置に照射する照射装置と、
前記照射位置への前記荷電粒子ビームの照射量を計測する照射量検出装置と、
前記照射量検出装置で計測された前記照射量を入力し、第２の前記照射位置の１つ前の第１の前記照射位置における、ビーム出射停止信号の出力後の前記第１の照射量を含む、前記第２の照射位置に対する積算照射量が、設定照射量に達したとき、前記第２の照射位置に照射する前記荷電粒子ビームの出射を停止させるビーム出射停止信号を出力する制御装置とを備えたことを特徴とする粒子線照射システム。
【請求項３】
前記ビーム出射停止信号に基づいて前記加速器からの荷電粒子ビームの出力を停止させ、荷電粒子ビームの出力を停止した状態で、前記荷電粒子ビーム走査装置を制御することにより照射位置を前記第２の照射位置に変更させ、この変更後に、ビーム出射開始信号に基づいて前記加速器からの荷電粒子ビームの出力を開始させる前記制御装置を備えた請求項１または請求項２に記載の粒子線照射システム。
【請求項４】
前記照射量が、前記照射対象への前記荷電粒子ビームの照射開始を実質的な起点とした積算照射量である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の粒子線照射システム。
【請求項５】
前記照射量が、ビーム出射停止信号の出力を実質的な起点とした積算照射量である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の粒子線照射システム。
【請求項６】
前記ビーム出射停止信号の出力の後で設定された時間が経過したとき、前記積算照射量を読み出す請求項４または請求項５に記載の粒子線照射システム。
【請求項７】
前記ビーム出射停止信号の出力時から前記積算照射量の読み出しまでの時間が、前記加速器からの前記荷電粒子ビームの出射が実質的に停止するのに必要な時間よりも長い請求項６に記載の粒子線照射システム。
【請求項８】
前記制御装置が、前記ビーム出射停止信号の出力から設定された時間が経過するまでの期間に前記第１の照射位置に照射される照射量に基づいて異常判定を行う請求項１または請求項２に記載の粒子線照射システム。
【請求項９】
前記ビーム出射停止信号の出力から前記設定された時間までの期間が、前記荷電粒子ビームが実質的に停止するのに必要な時間よりも長いことを特徴とする、前記請求項８に記載の粒子線照射システム。
【請求項１】
荷電粒子ビームを出射する加速器と、
荷電粒子ビーム走査装置を有し、前記加速器から出射された荷電粒子ビームを照射対象の照射位置に照射する照射装置と、
前記照射位置への前記荷電粒子ビームの照射量を計測する照射量検出装置と、
前記照射量検出装置で計測された前記照射量を入力し、第２の前記照射位置の１つ前の第１の前記照射位置における、ビーム出射停止信号出力後の第１の前記照射量と、前記第２の照射位置への第２の前記照射量との積算量が設定照射量に達したとき、前記第２の照射位置に照射する前記荷電粒子ビームの出射を停止させるビーム出射停止信号を出力する制御装置とを備えたことを特徴とする粒子線照射システム。
【請求項２】
荷電粒子ビームを出射する加速器と、
荷電粒子ビーム走査装置を有し、前記加速器から出射された荷電粒子ビームを照射対象の照射位置に照射する照射装置と、
前記照射位置への前記荷電粒子ビームの照射量を計測する照射量検出装置と、
前記照射量検出装置で計測された前記照射量を入力し、第２の前記照射位置の１つ前の第１の前記照射位置における、ビーム出射停止信号の出力後の前記第１の照射量を含む、前記第２の照射位置に対する積算照射量が、設定照射量に達したとき、前記第２の照射位置に照射する前記荷電粒子ビームの出射を停止させるビーム出射停止信号を出力する制御装置とを備えたことを特徴とする粒子線照射システム。
【請求項３】
前記ビーム出射停止信号に基づいて前記加速器からの荷電粒子ビームの出力を停止させ、荷電粒子ビームの出力を停止した状態で、前記荷電粒子ビーム走査装置を制御することにより照射位置を前記第２の照射位置に変更させ、この変更後に、ビーム出射開始信号に基づいて前記加速器からの荷電粒子ビームの出力を開始させる前記制御装置を備えた請求項１または請求項２に記載の粒子線照射システム。
【請求項４】
前記照射量が、前記照射対象への前記荷電粒子ビームの照射開始を実質的な起点とした積算照射量である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の粒子線照射システム。
【請求項５】
前記照射量が、ビーム出射停止信号の出力を実質的な起点とした積算照射量である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の粒子線照射システム。
【請求項６】
前記ビーム出射停止信号の出力の後で設定された時間が経過したとき、前記積算照射量を読み出す請求項４または請求項５に記載の粒子線照射システム。
【請求項７】
前記ビーム出射停止信号の出力時から前記積算照射量の読み出しまでの時間が、前記加速器からの前記荷電粒子ビームの出射が実質的に停止するのに必要な時間よりも長い請求項６に記載の粒子線照射システム。
【請求項８】
前記制御装置が、前記ビーム出射停止信号の出力から設定された時間が経過するまでの期間に前記第１の照射位置に照射される照射量に基づいて異常判定を行う請求項１または請求項２に記載の粒子線照射システム。
【請求項９】
前記ビーム出射停止信号の出力から前記設定された時間までの期間が、前記荷電粒子ビームが実質的に停止するのに必要な時間よりも長いことを特徴とする、前記請求項８に記載の粒子線照射システム。
【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】
【公開番号】特開２００６−１４５２１３（Ｐ２００６−１４５２１３Ａ）
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３３１３２５（Ｐ２００４−３３１３２５）
【出願日】平成１６年１１月１６日（２００４．１１．１６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月１６日（２００４．１１．１６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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