粒子線照射制御装置
【課題】本発明の目的は、ビーム軌道に関するパラメータ検証・調整時間を削減することにより加速器技師の負担を軽減し、稼働率を向上させることである。
【解決手段】上記目的を達成するための手段として、本発明の粒子線照射制御装置は、治療シーケンスの中にビーム軌道補正計算処理を組み込み、照射対象へのイオンビームの照射が終了した後、ビーム輸送系に設置された電磁石への励磁電流値のデータを、補正後の補正励磁電流値に基づいて更新して記憶する記憶装置と、その後は、更新後の励磁電流値に基づいて電磁石の励磁電流を制御する制御装置を備える。ここで言う治療シーケンスとは、粒子線照射制御装置が治療計画装置から患者処方箋データを受け取った後からビーム照射が完了するまでの一連の処理を示す。
【解決手段】上記目的を達成するための手段として、本発明の粒子線照射制御装置は、治療シーケンスの中にビーム軌道補正計算処理を組み込み、照射対象へのイオンビームの照射が終了した後、ビーム輸送系に設置された電磁石への励磁電流値のデータを、補正後の補正励磁電流値に基づいて更新して記憶する記憶装置と、その後は、更新後の励磁電流値に基づいて電磁石の励磁電流を制御する制御装置を備える。ここで言う治療シーケンスとは、粒子線照射制御装置が治療計画装置から患者処方箋データを受け取った後からビーム照射が完了するまでの一連の処理を示す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビームを用いてガンや腫瘍等を治療する粒子線照射制御装置に関し、特に荷電粒子ビームの軌道補正に関する。
【背景技術】
【０００２】
癌などの治療方法として、粒子線である陽子または炭素イオンなどの荷電粒子ビームを患者の患部に照射する方法が知られている。粒子線照射システムは、粒子線発生装置，ビーム輸送系，照射装置及び粒子線照射制御装置を備える。荷電粒子ビーム発生装置は円形加速器（シンクロトロン又はサイクロトロン）を有し、この円形加速器が周回軌道に沿って周回するイオンビームを所定のエネルギーまで加速させる。目標のエネルギーまで加速された荷電粒子ビームは、ビーム輸送系を経て照射装置に輸送され、照射装置から出射される。粒子線照射制御装置は、円形加速器を制御する加速器制御装置，ビーム輸送系を制御する輸送系制御装置及び照射装置を制御する照射制御装置を有する。
【０００３】
粒子線照射制御装置では、治療計画装置から処方箋データを受信すると、処方箋データの内容から、円形加速器及びビーム輸送系に設定するパラメータのデータベースを検索する。データベースから導出されたパラメータは加速器制御装置や輸送系制御装置及び照射制御装置などの各種制御装置に送信され、荷電粒子ビームを照射するための機器の準備が行われる。
【０００４】
円形加速器やビーム輸送系に設定するパラメータは、加速器の専門知識を持った技師により治療とは別にビーム照射を行う事により作成，登録されたものである。特許文献１は、輸送系パラメータのひとつであるビーム軌道を制御するステアリング電磁石電流値の調整について開示している。具体的には、特許文献１は、荷電粒子ビームの通過位置を検出する第１ビーム位置検出器及び第２ビーム位置検出器を照射装置に設置し、この第１ビーム位置検出器及び第２ビーム位置検出器の検出結果と補正アルゴリズムを用いて荷電粒子ビームが所定のビーム軌道となる補正値を求め、ステアリング電磁石に励磁する励磁電流値を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２８２３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したようにビーム軌道に関わる輸送系パラメータのデータベースの作成は、加速器技師により行われているが、近年、治療が多様化し、より正確な照射が要求されるようになったことで、加速器に求められるビームも精度の高いものとなり、それに応じて治療用の加速器・輸送系パラメータも膨大な組数を準備しなければならない。
【０００７】
一方、加速器・輸送系本体を設置した建屋が変動した場合など各機器状態が徐々に変化していくと、加速器から出射されるビーム軌道も徐々に変化していくため、膨大な数の治療用輸送系パラメータを定期的に検証，調整を行う必要があり、これには多大な時間と労力を要することとなる。
【０００８】
粒子線照射システムは、ビーム軌道が徐々に変動している場合、ビーム位置異常，平坦度異常などのアラームを発生させる安全装置を有し、この安全装置によってビーム軌道がずれていることが判明する。その場合には、治療を一旦中断して加速器技師によるビーム調整を行うか、または、加速器技師がいない場合には治療を中止するしかないが、いずれにしろ、治療中にビーム軌道の異常が検出された場合、稼働率が低下する可能性がある。
【０００９】
本発明の目的は、ビーム軌道に関するパラメータ検証・調整時間を削減することにより加速器技師の負担を軽減し、稼働率を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための手段として、本発明の粒子線照射制御装置では、治療シーケンスの中にビーム軌道補正計算処理を組み込み、自動的に輸送系パラメータのデータベースを更新する仕組みを備えるものとする。
【００１１】
ここで言う治療シーケンスとは、粒子線照射制御装置が治療計画装置から患者処方箋データを受け取った後からビーム照射が完了するまでの一連の処理を言う。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、荷電粒子ビームのビーム軌道に関するパラメータ検証・調整時間が削減され、システム稼働率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】荷電粒子照射装置に全体構成（回転ガントリーあり）を示した図である。
【図２】二重散乱体方式のノズル内の機器構成を示した図である。
【図３】照射制御装置の内部構成を示した図である。
【図４（ａ）】治療照射の準備開始から加速器のセットアップ完了までを示した治療シーケンスの処理フロー図である。
【図４（ｂ）】ビームチェック用の照射開始から治療終了までを示した治療シーケンスの処理フロー図である。
【図５】加速器・輸送系パラメータデータベースのうちステアリング電磁石電流設定値のデータ構造例を示した図である。
【図６】加速器・輸送系パラメータデータベースのうちステアリング電磁石電流設定値のデータ検索例を示した図である。
【図７】加速器・輸送系パラメータデータベースのうちステアリング電磁石電流設定値の補正後のデータ保存例を示した図である。
【図８】ビーム軌道ずれ量の変動例を示した図である。
【図９】調整用照射シーケンスの処理フローを示した図である。
【図１０】荷電粒子照射装置に全体構成（回転ガントリーなし）を示した図である。
【図１１】加速器・輸送系パラメータデータベースデータのうちステアリング電磁石電流設定値の構造例を示した図である。（回転ガントリーなし）
【図１２】スキャニング照射方式における荷電粒子照射装置全体構成を示した図である。
【図１３】スキャニングノズル内の機器構成を示した図である。
【図１４】スキャニング照射方式の照射制御装置内部構成を示した図である。
【図１５（ａ）】治療照射の準備開始から加速器のセットアップ完了までを示したスキャニング照射方式での治療シーケンスの処理フロー図である。
【図１５（ｂ）】ビームチェック用の照射開始から治療終了までを示したスキャニング照射方式での治療シーケンスの処理フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態の粒子線照射システムである粒子線治療システムを図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は本発明の一実施の形態に係わる粒子線治療システムの全体を示す図である。本実施形態において、粒子線治療システムは次のように構成される。
【００１６】
本実施の形態の粒子線治療システムは、図１に示すように、荷電粒子ビーム発生装置（粒子線発生装置）１と、荷電粒子ビーム発生装置１の下流側に接続された第１ビーム輸送系２と、第１ビーム輸送系２から分岐した第２ビーム輸送系３を持つ回転ガントリー４を有している。
【００１７】
荷電粒子ビーム発生装置１は、イオン源を備えた直線加速器５及びシンクロトロン６を有し、シンクロトロン６は、高周波印加装置７を有している。高周波印加装置７は、シンクロトロン６の周回軌道に配置された高周波印加電極９と高周波電源１０とを開閉スイッチ１１にて接続して構成される。直線加速器５はイオン源で発生したイオン（例えば、陽子イオン，炭素イオン等）を加速してイオンビーム（粒子線）を生成し、このイオンビームをシンクロトロン６に入射する。荷電粒子ビームであるそのイオンビームはシンクロトロン６内を周回して加速され、必要なエネルギーが与えられると、予め設定されたエネルギーまで加速される。イオンビームのエネルギーは患者体内の患部の深さに合わせて決定される。シンクロトロン６内を周回するイオンビームに必要なエネルギーが与えられると、高周波電源１０からの出射用の高周波が、閉じられた開閉スイッチ１１を経て高周波印加電極９に達し、高周波印加電極９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１２を通ってシンクロトロン６をから出射される。イオンビームの出射の際には、シンクロトロン６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１１を開いて高周波印加電極９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６からのイオンビームの出射が停止される。
【００１８】
シンクロトロン６から出射されたイオンビーム（以下、ビームという）は、第１ビーム輸送系２により下流側へと輸送される。第１ビーム輸送系２は、ステアリング電磁石１７Ａ，１７Ｂ、及び偏向電磁石１６を有する。第１ビーム輸送系２に導入された粒子線は、偏向電磁石１６を経由して第２ビーム輸送系３及び回転ガントリー４に導入される。第２ビーム輸送系３は回転ガントリー４に取り付けられており、ビーム進行方向上流側よりステアリング電磁石１７Ｃ，１７Ｄ，偏向電磁石１９Ａ，ステアリング電磁石１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄ，偏向電磁石１９Ｂ，１９Ｃを有している。
【００１９】
ここで、ステアリング電磁石１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄは、第２ビーム輸送系３と回転ガントリー４を取り合い点におけるビーム軌道を調整するために用いられる。これに対し、ステアリング電磁石１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄは、照射ノズル２１でのビーム軌道の調整するために用いられる。また、ステアリング電磁石１７Ａ，１７Ｄ，１８Ａ，１８Ｄは、通過するイオンビームを偏向してビーム軌道の水平方向を調整し、ステアリング電磁石１７Ｂ，１７Ｃ，１８Ｂ，１８Ｃは、通過するイオンビームを偏向してビーム軌道の垂直方向を調整する。
【００２０】
第２ビーム輸送系３に導入された粒子線はこれらの電磁石を経由して回転ガントリー４の回転胴に設置された二重散乱体方式の照射ノズル（照射装置）２１へと輸送される。照射ノズル２１内には、上流から、プロファイルモニタ２３，第２散乱体２４，平坦度モニタ２５，線量モニタ２６，ノズルビームストッパー２７が設置されている。患者に粒子線を照射する場合、ノズルビームストッパー２７がビーム軌道上から離れた位置に移動されている。ノズルビームストッパー２７の動作については後述する。照射ノズル２１に入射した粒子線は、ビーム軌道上に設置されたプロファイルモニタ２３，第２散乱体２４，平坦度モニタ２５，線量モニタ２６を通り、所定のイオンビーム２２に形成された後、照射ノズル２１から出射され、患者３０体内の患部に照射される。
【００２１】
また、本実施形態の粒子線照射装置は制御を行うための照射制御装置３５を備えている。この照射制御装置３５は、図１に示すとおり、中央制御装置５０，ノズル制御装置５１，加速器制御装置５３，輸送系制御装置５４を備える。中央制御装置５０は、ノズル制御装置５１，加速器制御装置５３及び輸送系制御装置５４に接続される。また、中央制御装置５０が治療計画装置４０に接続され、治療計画装置４０から送信される治療計画データを受信する。ノズル制御装置５１は、照射ノズル２１内に設置されたプロファイルモニタ２３，第２散乱体２４，平坦度モニタ２５，線量モニタ２６，ノズルビームストッパー２７を制御する。加速器制御装置５３は、シンクロトロン６を構成する各機器を制御する。輸送系制御装置５４は、第１ビーム輸送系及び第２ビーム輸送系を構成する各機器を制御する。ヒューマンインターフェイス端末（ＨＭＩ端末）３２が中央制御装置５０に接続される。
【００２２】
図３に示すように、中央制御装置５０には、処方箋データ受信部２０１，治療シーケンス進行管理処理部２０２，ノズル機器パラメータ検索処理部２０３，ノズル機器パラメータデータベース２０５，ノズル機器パラメータ送信部２０６，ノズルモニタデータ受信部２０７，加速器パラメータ検索処理部２１０，加速器・輸送系パラメータデータベース（記憶装置）２１１，ビーム軌道補正処理部２１２，加速器パラメータデータ送信部２１３が備えられる。処方箋データ受信部２０１が治療計画装置４０に接続され、治療計画装置４０から送信された処方箋データを受信する。ノズル機器パラメータ送信部２０６及びノズルモニタデータ受信部２０７がノズル制御装置５１に接続される。加速器パラメータデータ送信部２１３が加速器制御装置５３及び輸送系制御装置５４に接続される。
【００２３】
次に、本実施例の特徴である治療シーケンスと照射制御装置の動作について、図１〜図３、及び図４（ａ），図４（ｂ）のフローを用いて説明する。
【００２４】
図３において、中央制御装置５０は、これから治療を行う患者に関する治療計画データ（処方箋データ）を治療計画装置４０から、処方箋データ受信部２０１で受け取ると、受信したデータを治療シーケンス進行管理処理部２０２に渡す。この処方箋データには、治療室や回転ガントリーの角度，患部の深さ（ビームエネルギー），照射野サイズなどの情報が含まれる（図４（ａ）Ｆ０９０）。
【００２５】
治療シーケンス進行管理処理部２０２は、処方箋データをノズル機器パラメータ検索処理部２０３に渡す。ノズル機器パラメータ検索処理部２０３は、治療用に作成されたノズル機器パラメータデータベース２０５から検索し、ノズル制御装置５１に送信するデータを導出する。ノズル制御装置５１に送信されるパラメータとしては、照射ノズル２１内に設置されたプロファイルモニタ２３や平坦度モニタ２５などのビーム計測値に対する許容値などがある（図４（ａ）Ｆ１００）。
【００２６】
ノズル機器パラメータ検索処理部２０３は、データベースから検索したパラメータをノズル機器パラメータ送信部２０６に渡し、ノズル制御装置５１に送信する（図４（ａ）Ｆ１１０）。
【００２７】
次に、ノズル制御装置５１は、照射ノズル２１内の下流部にあるノズルビームストッパー２７を挿入し、患者にビームが当たらない状態とする。これは、治療照射の前にビームチェック用照射（図４（ａ）Ｆ１３０〜Ｆ１４０）を行うためのものである（図４（ａ）Ｆ１１５）。
【００２８】
治療シーケンス進行管理処理部２０２は、処方箋データを加速器パラメータ検索処理部２１０に渡す。加速器パラメータ検索処理部２１０は、処方箋データのうち、治療室，回転ガントリーの角度，患部の深さ（ビームエネルギー）をキーとして、治療用に作成された加速器・輸送系パラメータデータベース２１１を検索し、加速器パラメータデータ送信部２１３を介して、加速器制御装置５３、及び輸送系制御装置５４に送信するパラメータを導出する（図４（ａ）Ｆ１２０）。
【００２９】
加速器・輸送系パラメータデータベース２１１には、シンクロトロン６や第１ビーム輸送系２，第２ビーム輸送系３に設置された各機器を制御するパラメータが登録されているが、本実施例に関係するビーム軌道を決めるステアリング電磁石１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄのパラメータのデータベース構造について図５にて説明する。
【００３０】
ステアリング電磁石１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄの電流設定値は、治療室，ビームエネルギー（患部の深さ），回転ガントリーの角度に依存して変える必要があるため、治療室の数，治療で使用するビームエネルギーの数，回転ガントリーの角度数の組合せ数分を治療に使用するデータベースとして登録しておく必要がある。
【００３１】
例えば、治療室が３部屋，ビームエネルギーが１０種類，回転ガントリーが１度毎３６０ケース分の場合には、この４つのステアリング電磁石のパラメータは、３部屋×１０エネルギー×３６０ケース＝１０８００ケースを準備することとなる。
【００３２】
図６は、患者処方箋データが、治療室２，ビームエネルギー７０ＭｅＶ，回転ガントリー角度２７０度の場合にデータ検索を表しているものである。
【００３３】
以上のようにして、シンクロトロン６や第１ビーム輸送系２，第２ビーム輸送系３に設置された各機器を制御する全てのパラメータが導出されると、それらのパラメータは、加速器パラメータデータ送信部２１３に渡される。加速器パラメータデータ送信部２１３は、データを受け取ると、加速器に係わるパラメータを加速器制御装置５３へ送信し、輸送系に係わるパラメータを輸送系制御装置５４に送信する（図４（ａ）Ｆ１３０）。
【００３４】
図５，図６に挙げたステアリング電磁石電流設定値は、輸送系制御装置５４に送られる。
【００３５】
加速器制御装置５３，輸送系制御装置５４は、受信したパラメータを元に各機器に対する制御を開始し、ビームが出射できる状態（加速器セットアップ完了）となる（図４（ａ）Ｆ１３５）。
【００３６】
加速器セットアップが完了すると、セラピストはビームチェック用照射を開始するために、ＨＭＩ端末３２の入力装置からビームチェック用の照射開始信号を入力する。ＨＭＩ端末３２は、照射開始信号を中央制御装置５０に送信する。中央制御装置５０は、照射開始信号を受信すると、各制御装置に、ビームチェック用の照射開始のための指令信号を出力する。ノズル制御装置５１は、この指令信号を受信すると、照射ノズル２１内のノズルビームストッパー２７をビーム軌道上に移動して設置する。その後、イオンビームの照射を開始する（図４（ｂ）Ｆ１４０）。ビームチェック用照射の目的は、患者にビームを治療照射を行う前に、ノズルビームストッパー２７を挿入し患者にビームがあたらない状態として、治療照射と同じ条件にしてビームを出射することで、ビーム軌道などを検証し、治療の安全性を確保する事にある。
【００３７】
一定の線量のビームが照射されるとビームチェック用照射を完了する。（図４（ｂ）Ｆ１４５）この時に照射する線量は、ビームが検証が可能な量であればよいので治療照射に比べ極めて少量のものでよい。
【００３８】
ビームチェック用照射が完了すると、プロファイルモニタ２３は、ビームチェック用照射で計測したデータをノズル制御装置５１に送信する。ノズル制御装置５１は受信したデータからＸ軸ビーム位置（重心）とＹ軸ビーム位置（重心）を計算し、計算結果を中央制御装置に送信する。また、ノズル制御装置５１は、中央制御装置５０から受け取ったノズルプロファイルモニタ判定用の許容値とビーム位置を比較し、計算結果が許容値をオーバしている場合には、ビーム位置異常のアラーム信号を中央制御装置に送信する（図４（ｂ）Ｆ１４８）。
【００３９】
同様に、ビームチェック用照射が完了すると、平坦度モニタ２５はビームチェック用照射で計測したデータをノズル制御装置５１に送信する。ノズル制御装置５１は受信したデータからＸ軸チャージバランスとＹ軸チャージバランスを計算し、計算結果を中央制御装置に送信する。また、ノズル制御装置５１は、中央制御装置５０から受け取った平坦度モニタチャージバランス判定用の許容値と計算したチャージバランスを比較し、計算結果が許容値をオーバしている場合には、平坦度モニタチャージバランス異常のアラーム信号を中央制御装置５０に送信する。
【００４０】
中央制御装置５０は、ビームチェック用照射が完了するとノズルモニタデータ受信部２０７で受信したデータから、ビーム軌道に異常があるかどうかを判定する。判定処理は、プロファイルモニタ２３からのビーム重心位置異常のアラームと平坦度モニタのチャージバランス異常のアラームがあるかどうかによって行い、何れかのアラームが発生していればビーム軌道異常とみなす（図４（ｂ）Ｆ１５０）。
【００４１】
ビーム軌道に異常がある場合、治療シーケンス進行管理処理部２０２は、ビーム軌道補正処理部２１２を実行要求する。ビーム軌道補正処理部２１２は、ノズルモニタデータ受信部でプロファイルモニタ２３から受信したＸ軸ビーム位置，Ｙ軸ビーム位置、及び、平坦度モニタから受信したＸ軸チャージバランス及びＹ軸チャージバランスを使用して、ビーム軌道補正計算処理を行い、４つのステアリング電磁石１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄの電流設定値の補正量を計算する（図４（ｂ）Ｆ１６０）。
【００４２】
以下にビーム補正計算の内容について説明する。
（１）平坦度モニタ２５で計測したチャージバランスから第２散乱体２４でのビーム位置
を算出する。ここでいうチャージバランスとは、散乱した粒子の電荷量分布のこと
を示す。チャージバランスと第２散乱体２４でのビーム位置の関係は線形となり、
この関係を予め求めておく。チャージバランスのＸ方向，Ｙ方向の計測値をそれぞ
れＸdm，Ｙdm，チャージバランスと第２散乱体２４でのビーム位置から決まる係数
をＣLX，ＣLYとすると、第２散乱体でのビーム位置は以下の式で求まる。
Ｘ2＝ＣLX＊Ｘdm
Ｙ2＝ＣLY＊Ｙdm
（２）（１）にて得られたビーム位置Ｘ2，Ｙ2とプロファイルモニタ２３でのビー
ム位置Ｘ1，Ｙ1を用いて、ビーム勾配を算出する。ここでＬは、ノズルプロファイ
ルモニタと第２散乱体の距離である。
Ｘ1′＝（Ｘ2−Ｘ1）／Ｌ
Ｙ2′＝（Ｙ2−Ｙ1）／Ｌ
（３）ビーム位置，ビーム勾配からステアリング電磁石のキック量［mrad］を算出する。
目標ビーム位置，目標ビーム勾配をそれぞれ、（Ｘ0，Ｙ0），（Ｘ0′，Ｙ0′）す
ると水平方向，垂直方向のキック量は以下の式で求められる。キック量とは、ビー
ム軌道補正のためにビームに与える偏向量（角度変化量）である。ここで、ＭH，
ＭVは２×２の行列でコース毎に異なる値である。
（４）ステアリング電磁石キック量からステアリング電磁石の励磁電流の補正量を算出す
る。
ΔＩH1＝ＣH×ＣP×ｋh1
ΔＩH2＝ＣH×ＣP×ｋh2
ΔＩV1＝ＣV×ＣP×ｋv1
ΔＩV2＝ＣV×ＣP×ｋv2
【００４３】
ここで、ＣPは粒子の運動エネルギー（ＭｅＶ）であり、以下の式で求まる。
【００４４】
Ｅ0は陽子の静止質量で９３８.２７２３４ＭｅＶ、ｃは光速で２９９，７９２，４５８ｍ／ｓである。
【００４５】
また、ＣH，ＣVはそれぞれのステアリング電磁石特性により異なる定数であり、予め計測した電流値とＢＬ積との関係から決定される。
（５）以上により算出したステアリング電磁石の電流補正量を現在の設定値に加算する。
【００４６】
本実施例では、プロファイルモニタ２３のビーム位置と平坦度モニタ２５のチャージバランスからビーム軌道補正計算を行っているが、補正計算はモニタの種類によらず、２点のビーム位置とその間の距離が判れば計算できる。
【００４７】
以上により算出されたステアリング電磁石１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄの補正後の電流値は、加速器パラメータデータ送信部２１３を経由して、輸送系制御装置５４に送信される。輸送系制御装置５４はステアリング電磁石１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄの補正後の電流設定値を受信すると設定値に従い励磁制御する。（図４（ｂ）Ｆ１７０）ステアリング電磁石電流の励磁電流の実測値が設定値に追従した段階で再度ビームチェック用照射が可能な状態となる。セラピストは再度ビームチェック用照射を行い、照射が完了するとビームの検証が行われる（図４（ｂ）Ｆ１４０〜Ｆ１５０）。
【００４８】
このようにビーム軌道が正常と判定されるまでセラピストはビームチェック用照射を繰り返し行う。（図４（ｂ）Ｆ１４０→Ｆ１４５→Ｆ１５０→Ｆ１６０→Ｆ１４０→Ｆ１４５→Ｆ１５０→…）通常は１回、ビーム軌道補正処理を実行すればビーム軌道は所望の位置に移動する。
【００４９】
ビーム軌道の判定が正常であれば、ノズル制御装置５１はノズルビームストッパー２７を排出し、患者に直接ビームがあたる状態、即ち治療照射が行える状態とする（図４（ｂ）Ｆ１８０）。
【００５０】
治療照射の準備が完了するとセラピストは、治療照射を開始する（図４（ｂ）Ｆ１９０）。
【００５１】
患者処方箋データにある治療計画線量に達すると治療照射が完了する（図４（ｂ）Ｆ２００）。
【００５２】
治療照射が完了すると中央制御装置５０のノズルモニタデータ受信部２０７は、ノズル制御装置５１から送信されるプロファイルモニタ２３でのビーム位置と平坦度モニタ２５でのチャージバランスのデータを受信する。これは、ビームチェック用照射完了時の動作（図４（ｂ）Ｆ１４８）と同じである（図４（ｂ）Ｆ２０５）。
【００５３】
ノズルモニタデータ受信部２０７から受信したデータをビーム軌道補正処理部２１２に渡し、そのデータからビーム軌道補正計算が実行される。これは、ビームチェック用照射でビーム軌道が異常と判定された場合に行う補正計算（図４（ｂ）Ｆ１６０）と同じで動作である（図４（ｂ）Ｆ２１０）。
【００５４】
補正計算が完了するとビーム軌道補正処理部２１２は補正後のステアリング電磁石電流設定値を加速器・輸送系パラメータデータベース（記憶装置）２１１の今回照射した条件と同じ位置に上書き保存する（図４（ｂ）Ｆ２２０）。
【００５５】
例えば、図７に示すように、患者処方箋データが、治療室２，ビームエネルギー７０ＭｅＶ，回転ガントリー角度２７０度で治療照射が行われた場合、加速器・輸送系パラメータデータベース２１１は、その条件のデータを補正後の値に更新して記憶する。このように加速器・輸送系パラメータデータベース２１１は、イオンビームの照射終了後に、ステアリング電磁石への励磁電流値のデータを、補正後の補正励磁電流値に基づいて更新して記憶するため、この補正後の値は、次回以降の治療照射でビーム条件が同一となった場合に使用されることになる。
【００５６】
以上、説明したように本実施例では治療シーケンスの２箇所（ビームチェック用照射でのビーム軌道異常時と治療照射完了時）にビーム軌道補正計算処理が組み込まれているが、その意味について説明する。
【００５７】
通常の粒子線における治療では、ある患者に対して、同一のビーム条件での照射を２０日程度に分けて繰り返し行われることが多い。
【００５８】
このことを踏まえた上で、もし、ビーム軌道の目標位置からのずれ量が日々増加したと仮定し、毎日同一条件で照射が行われた場合のビーム軌道ずれ量変動を図８に示す。治療シーケンスの中で、ビームチェック用照射で異常が発生した場合のみ補正計算を行った場合をケースＡとし、ビームチェック用照射で異常が発生した場合及び治療完了時の２箇所で補正計算を行った場合をケースＢとする。図８において、ＢＣ１はビームチェック用照射１回目、ＢＣ２はビームチェック用照射２回目、ＴＸは治療照射を表す。また、●，■は各照射におけるモニタの計測結果から得られたビームずれ量を表し、●は照射完了後に軌道補正計算が行われないもの、■は照射完了後に軌道補正計算が行われるものを意味する。ビームずれ量は２つのモニタで計測するため、２箇所でのずれ量があるが、ここでは説明をわかりやすくするため、１箇所での計測結果でのみとしている。
【００５９】
図８のケースＡでは、１〜５日目まではビーム軌道のずれ量が徐々に増加しているにもかかわらず、ビームチェック用照射でビーム軌道ずれ量がアラーム判定の許容値をオーバしていないので軌道補正計算は実行されない。６日目にビームチェック用照射でビーム軌道ずれ量が許容値をオーバしてアラームが発生し、初めてビーム軌道補正計算がされる。同様に、７日目以降もビーム軌道は正常と判定され、数日後に再びアラームが発生するという動きとなる。
【００６０】
一方、図８のケースＢでは、治療完了時に毎回補正が行われ、データベースが更新されるので照射を行うたびにビーム軌道のずれ量はリセットされる。よって、毎日同じ照射を繰り返している限りは、ケースＡのようにビームチェック用照射でアラームは発生することはない。
【００６１】
但し、ケースＢの場合でも、新患の場合で、しばらく使用されていない条件のビームで照射が行われた場合、ビームチェック用照射でビームずれ量が許容値を超え、ビーム軌道が異常となる可能性があるが、その時点でビーム軌道補正されることにより、ビーム軌道ずれ量がリセットされる。
【００６２】
別のケースとして、ビームチェック用照射完了時に、ビーム軌道のアラーム発生有無によらず、ビーム軌道補正を実行した場合を考えてみる。この場合、ビーム軌道のずれ量はケースＢと同じような変動となるが、ビーム用チェック照射の計測結果からビーム軌道補正計算が実行され、その後に補正量が設定値に反映されることになるので、安全性を考慮すると、再度、ビームチェック用照射を行う必要があり、治療シーケンスの中でビームチェック用照射を必ず２回行うことになるので、治療設備としては非効率と言える。
【００６３】
また、ビーム軌道補正計算に使用されるビーム位置の情報は、少量のビームで計測した結果よりは、より多くビームで積算された計測結果を使用する方が、正確で精度の高い補正結果が得られるため、ビームチェック用照射よりも治療照射での計測結果を利用した方がよい。
【００６４】
以上のことから、治療シーケンスの２箇所（ビームチェック用照射でのビーム軌道異常時と治療照射完了時）にビーム軌道補正計算処理を組み込み、加速器・輸送系パラメータデータベースを更新する本実施例の方式によれば、ビーム軌道に関するパラメータ検証・調整時間を削減することにより加速器技師の負担を軽減することができる。また、患者への治療照射におけてビーム軌道が発生した場合、医療従事者が意識することなく、治療の一連の手順の中でビーム軌道に関するパラメータを補正し、稼働率を向上させることができる。
【００６５】
本実施例によれば、治療シーケンスの中にビーム軌道補正処理を組み込み、セラピストが意識することなく、輸送系パラメータデータベースを自動的に更新することができるようになる。
【実施例２】
【００６６】
以下に、本発明の他の実施例の粒子線照射システムを、図１及び図９を用いて説明する。
【００６７】
本実施例の粒子線照射システムは、実施例１の粒子線治療システムと同様の構成を有する。実施例１では、治療照射に限定して説明したが、本実施例では、図１に示す粒子線照射システムを治療照射以外に応用した例について説明する。例えば、ビーム調整用の照射シーケンスの中で実施例１と同じビーム軌道補正の処理を組み込むと、輸送系パラメータ作成に用いることができる。
【００６８】
調整用照射シーケンスの処理フローを、図９を用いて説明する。
【００６９】
調整用照射では、治療照射と異なり、治療計画装置４０による処方箋データが存在しないため、処方箋データを自分で入力する。ここで入力するデータは、今から調整するビームに合わせ、自由に入力することができる（図９ Ｆ０９０）。
【００７０】
次にビーム軌道補正実施有無を指定する（図９ Ｆ０９５）。
【００７１】
調整用照射の場合は、必ずしも、ビーム軌道調整を目的として照射を行うとは限らない。そのため、ビーム照射を行う前にビーム軌道補正実施有無を指定することができれば、目的に応じたビーム調整が可能となる。
【００７２】
以下、ノズル機器パラメータ検索（図９ Ｆ１００）から加速器セットアップ完了（図９ Ｆ１３５）までは、基本的に治療用照射シーケンスと同様の処理となる。
【００７３】
なお、調整用照射の場合には、患者がいないため、ビームチェック用照射は不要となり、それに関する処理はない。
【００７４】
以下、照射開始から軌道補正を行い、データベースを更新するまでの処理（図９ Ｆ１９０〜Ｆ２２０）に関しては基本的に治療用照射シーケンスと同じであるが、ビーム軌道の補正実施なしを選択している場合には、補正計算及び輸送系データベースの更新は行われない。
【実施例３】
【００７５】
以下に、本発明の他の実施例の粒子線照射システムを、図１０を用いて説明する。
【００７６】
実施例１では、粒子線治療システムに回転ガントリーを有する場合で説明したが、本実施例の粒子線治療システムは、図１０に示すように、回転ガントリーがない例について説明する。つまり、本実施例の粒子線治療システムは、第２ビーム輸送系３の下流側に照射ノズル２１を設置した構成を有する。本実施例のように回転ガントリーが無い構成の場合には、補正対象のステアリング電磁石は、第１ビーム輸送系２に設置されたステアリング電磁石１７Ａ，１７Ｂ及び第２ビーム輸送系３に設置されたステアリング電磁石１７Ｃ，１７Ｄとなり、データベースの構造は図１１のようになる。
【実施例４】
【００７７】
以下に、本発明の他の実施例の粒子線治療システムを、図１２，図１３及び図１４を用いて説明する。
【００７８】
実施例１では、荷電粒子ビームを散乱させるパッシブ照射方式の照射ノズル２１を有する粒子線治療システムの例を説明したが、本実施例では細い荷電粒子ビームを照射対象になぞるように照射するスキャニング照射方式の照射ノズル２１を有する粒子線治療システムに適用した場合を説明する。
【００７９】
スキャニング照射方式の概要について説明する。粒子線は、患者に対して中心となるビーム方向に垂直な平面、すなわちレイヤー（患部を層状に分割した仮想的な板状の領域）を走査することにより２次元的な患部形状に合わせた照射が可能となる。深さ方向の制御は粒子線のエネルギーを変えることによって行う。これらを組み合わせることにより、患部の３次元構造にあわせた照射を行うことがスキャニング照射の特徴である。
【００８０】
スキャニング照射方式の照射ノズル２１はそのようなスキャニング照射を行うため、ビーム進行方向上流から、ビームの形状を計測するプロファイルモニタ６２，スキャニング電磁石６３，６４，線量モニタ６５，ビーム位置モニタ６６等を備えている。スキャニング電磁石６３，６４は、ビーム軸と垂直な平面上において互いに直行する方向（Ｘ方向，Ｙ方向）に粒子線を変更し、照射位置に動かすためのものであり、スキャニング電磁石６３，６４の励磁量を制御することにより、粒子線は偏向され、レイヤーを走査する。
【００８１】
図１３は粒子線が患部を照射する様子を示す図であり、代表的なスポット照射の場合を例として示している。患部８１は、その領域の深さ方向に複数のレイヤーに分けられる。陽子線や重粒子の粒子線は、患部に対する効果を、その飛程の最後で最も大きく与えるという特徴がある。そのため、体表面からの深い側のレイヤーを照射する場合は、粒子線のエネルギーを大きく（例：２３０ＭｅＶ）、浅い側のレイヤーを照射する場合はエネルギーを低く（例：７０ＭｅＶ）すれば、粒子線の性質により、目的の深さの患部を照射することができる。
【００８２】
レイヤーの数はＮとする。ここでは患部の深いレイヤーＬ１からはじめ、浅いレイヤーＬＮまで順次照射するものとする。Ｋ番目のレイヤーのスポット数をｎＫとする。レイヤーの照射では、スキャニング電磁石６３，６４の励磁量を制御することにより、粒子線の方向を当該レイヤーの最初のスポットspot１に偏向させる。この状態で照射が行われ、線量モニタ６５により線量をカウントし、そのカウント値を線量モニタ６５からノズル制御装置５１に上げ線量が計測される。ノズル制御装置は、計測線量が中央制御装置から設定された１スポットあたりの目標線量に達すると、線量満了信号をスキャニング制御装置に出力し、スキャニング制御装置７１は、粒子線を次のスポットspot２に変更させる。この動作を繰り返すことにより、最終スポットまで照射を行い、当該レイヤーの照射を終了する。その後、粒子線のエネルギーを所定の値に変更し、次のレイヤーの照射を行う。
【００８３】
次に、スキャニング照射方針での治療シーケンスと照射制御装置の動作について、図１２〜図１４、及び図１５（ａ），図１５（ｂ）のフローを用いて説明する。
【００８４】
図１２に示すように、照射制御装置３５は、中央制御装置５０，ノズル制御装置５１，加速器制御装置５３，輸送系制御装置５４及びスキャニング制御装置７１を備える。中央制御装置５０は、ノズル制御装置５１，加速器制御装置５３，輸送系制御装置５４及びスキャニング制御装置７１に接続される。また、中央制御装置５０は治療計画装置４０に接続され、治療計画装置から送信される治療計画データを受信する。スキャニング制御装置７１は、照射ノズル２１内に設置されたスキャニング電磁石６３，６４の励磁電流を制御し、粒子線の照射位置を制御する。ヒューマシンインターフェイス端末（表示装置）３２が中央制御装置５０に接続される。
【００８５】
図１４に示すように、中央制御装置５０は、処方箋データ受信部２０１，治療シーケンス進行管理処理部２０２，ノズル機器パラメータ検索処理部２０３，ノズル機器パラメータデータベース２０５，ノズル機器パラメータ送信部２０６，ノズルモニタデータ受信部２０７，加速器パラメータ検索処理部２１０，加速器・輸送系パラメータデータベース２１１，ビーム軌道補正処理部２１２，加速器パラメータデータ送信部２１３が備えられる。ノズル機器パラメータ送信部２０６及びノズルモニタデータ受信部２０７がスキャニング制御装置７１に接続される。
【００８６】
おいて、中央制御装置５０は、これから治療を行う患者に関する治療計画データ（処方箋データ）を治療計画装置４０から、処方箋データ受信部２０１で受け取ると、受信したデータを治療シーケンス進行管理処理部２０２に渡す。この処方箋データには、治療室や回転ガントリーの角度，全レイヤー数，全スポット数，各レイヤーの深さ（ビームエネルギー），レイヤーのスポット数，スポット毎の線量，スポット位置などの情報が含まれる（図１５（ａ）Ｆ０９０）。
【００８７】
治療シーケンス進行管理処理部２０２は、処方箋データをノズル機器パラメータ検索処理部２０３に渡す。ノズル機器パラメータ検索処理部２０３は、治療用に作成されたノズル機器パラメータデータベース２０５から検索し、ノズル制御装置に送信するデータを導出する。本実施例では、ノズル制御装置に送信されるパラメータとしては、ノズル内に設置されたプロファイルモニタやスポット位置モニタなどのビーム計測値に対する許容値や、スポット毎の線量，スポット位置などがある。また、スキャニング制御装置に送信されるパラメータとしては、スポット位置に対応したスキャニング電磁石の励磁量を制御するための電流値などがある（図１５（ａ）Ｆ１００）。
【００８８】
ノズル機器パラメータ検索処理部２０３は、データベースから検索したパラメータをノズル機器パラメータ送信部２０６に渡し、ノズル制御装置５１及びスキャニング制御装置７１に送信する（図１５（ａ）Ｆ１１０，Ｆ１１５）。
【００８９】
この後、加速器パラメータの検索から加速器セットアップ完了までは，基本的に実施例１（パッシブ照射方式）の場合と同じであるが、以下の点が異なる。パッシブ照射方式の場合は、エネルギー１つのみの検索となるが、スキャニング照射方式の場合は、患部をレイヤーで分割してるため、深さ方向を決定するエネルギーの数がレイヤー数分となり、その数だけ、加速器・輸送系パラメータデータベース２１１を検索し、検索結果が加速器制御装置５３、及び輸送系制御装置５４に送信される。
【００９０】
なお、加速器・輸送系パラメータデータベース２１１のデータベース構造については、図５と同じであるが、エネルギー数が増えるので事前に調整し登録される組数は当然ながら多くなる。
【００９１】
加速器セットアップが完了すると、照射を開始する。各レイヤーでの全スポット分の照射が完了すると、ノズル制御装置５１はビーム位置モニタ６６で計測されたスポット位置実測データ（当該レイヤーのスポット全数分）とスキャニング電磁石６３，６４の上流にあるプロファイルモニタ６２で計測した当該レイヤーのビーム位置（重心）Ｘ軸，Ｙ軸分を中央制御装置５０に送信する（図１５（ｂ）Ｆ１５０〜Ｆ１６０）。
【００９２】
中央制御装置５０は、処方箋のスポット位置データ（計画値）とスポット位置実測データの差分をＸ方向とＹ方向で計算する。これをスポット全数にて計算し、最後にそのレイヤーにおける差分の平均計算をＸ方向，Ｙ方向それぞれで行う。（図１５（ｂ）Ｆ１７０）この計算結果は所望のビーム位置からどれくらいのずれがあるかを表している数値となる。
【００９３】
これと同時に中央制御装置５０は、ノズル制御装置５１から受信したビーム位置と先に計算した差平均の値の２点をビーム軌道補正処理部２１２に渡し、そのデータからビーム軌道補正計算が実行され、ステアリング電磁石電流設定値の補正量を算出し、サーバ内に一時保存する（図１５（ｂ）Ｆ１９０）。
【００９４】
以上の動作をレイヤー数分繰り返し行い、全ての照射が完了したところで、レイヤー数分の補正量が保持される。ビーム軌道補正処理部２１２は補正後のステアリング電磁石電流設定値を加速器・輸送系パラメータデータベース２１１の照射したレイヤーに対応したエネルギーの条件と同じ位置に上書き保存する。このデータベース更新はレイヤー数分繰り返し行われる（図１５（ｂ）Ｆ２２０）。
【００９５】
以上のようにスキャニング照射方式でも治療用輸送系パラメータデータベースを自動的に更新する方式を適用することが可能である。
【００９６】
なお、この実施例では実施例１と異なり、ビームチェック用照射を省略している。これは、スキャニング照射方式のビームをチェックする場合、レイヤー数即ちエネルギー数分のビームを照射してその結果をチェックする必要があるため、パッシブ照射方式に比べ、多くの時間がかかることが考慮してためであるが、時間的制約がないのであれば、実施例１と同じようにビームチェック用照射を治療シーケンスの中に含めても良い。
【符号の説明】
【００９７】
１ 荷電粒子ビーム発生装置
２ 第１ビーム輸送系
３ 第２ビーム輸送系
４ 回転ガントリー
５ 直線加速器
６ シンクロトロン
７ 高周波印加装置
８ 加速装置
９ 高周波印加電極
１０ 高周波電源
１１ 開閉スイッチ
１２ 出射用デフレクタ
１３ 四極電磁石
１４，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ 偏向電磁石
１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ，１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄ ステアリング電磁石
２１ 照射ノズル
２２ イオンビーム
２３，６２ プロファイルモニタ
２４ 第２散乱体
２５ 平坦度モニタ
２６，６５ 線量モニタ
２７ ノズルビームストッパー
３０ 患者
３２ ＨＭＩ端末（ヒューマンマシンインターフェイス端末）
３５ 照射制御装置
４０ 治療計画装置
５０ 中央制御装置
５１ ノズル制御装置
５３ 加速器制御装置
５４ 輸送系制御装置
６１ スキャニングノズル
６３ スキャニング電磁石（Ｘ方向）
６４ スキャニング電磁石（Ｙ方向）
６６ ビーム位置モニタ
８１ 患部
２０１ 処方箋データ受信部
２０２ 治療シーケンス進行管理処理部
２０３ ノズル機器パラメータ検索処理部
２０５ ノズル機器パラメータデータベース
２０６ ノズル機器パラメータ送信部
２０７ ノズルモニタデータ受信部
２１０ 加速器パラメータ検索処理部
２１１ 加速器・輸送系パラメータデータベース
２１２ ビーム軌道補正処理部
２１３ 加速器パラメータデータ送信部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビームを用いてガンや腫瘍等を治療する粒子線照射制御装置に関し、特に荷電粒子ビームの軌道補正に関する。
【背景技術】
【０００２】
癌などの治療方法として、粒子線である陽子または炭素イオンなどの荷電粒子ビームを患者の患部に照射する方法が知られている。粒子線照射システムは、粒子線発生装置，ビーム輸送系，照射装置及び粒子線照射制御装置を備える。荷電粒子ビーム発生装置は円形加速器（シンクロトロン又はサイクロトロン）を有し、この円形加速器が周回軌道に沿って周回するイオンビームを所定のエネルギーまで加速させる。目標のエネルギーまで加速された荷電粒子ビームは、ビーム輸送系を経て照射装置に輸送され、照射装置から出射される。粒子線照射制御装置は、円形加速器を制御する加速器制御装置，ビーム輸送系を制御する輸送系制御装置及び照射装置を制御する照射制御装置を有する。
【０００３】
粒子線照射制御装置では、治療計画装置から処方箋データを受信すると、処方箋データの内容から、円形加速器及びビーム輸送系に設定するパラメータのデータベースを検索する。データベースから導出されたパラメータは加速器制御装置や輸送系制御装置及び照射制御装置などの各種制御装置に送信され、荷電粒子ビームを照射するための機器の準備が行われる。
【０００４】
円形加速器やビーム輸送系に設定するパラメータは、加速器の専門知識を持った技師により治療とは別にビーム照射を行う事により作成，登録されたものである。特許文献１は、輸送系パラメータのひとつであるビーム軌道を制御するステアリング電磁石電流値の調整について開示している。具体的には、特許文献１は、荷電粒子ビームの通過位置を検出する第１ビーム位置検出器及び第２ビーム位置検出器を照射装置に設置し、この第１ビーム位置検出器及び第２ビーム位置検出器の検出結果と補正アルゴリズムを用いて荷電粒子ビームが所定のビーム軌道となる補正値を求め、ステアリング電磁石に励磁する励磁電流値を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２８２３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したようにビーム軌道に関わる輸送系パラメータのデータベースの作成は、加速器技師により行われているが、近年、治療が多様化し、より正確な照射が要求されるようになったことで、加速器に求められるビームも精度の高いものとなり、それに応じて治療用の加速器・輸送系パラメータも膨大な組数を準備しなければならない。
【０００７】
一方、加速器・輸送系本体を設置した建屋が変動した場合など各機器状態が徐々に変化していくと、加速器から出射されるビーム軌道も徐々に変化していくため、膨大な数の治療用輸送系パラメータを定期的に検証，調整を行う必要があり、これには多大な時間と労力を要することとなる。
【０００８】
粒子線照射システムは、ビーム軌道が徐々に変動している場合、ビーム位置異常，平坦度異常などのアラームを発生させる安全装置を有し、この安全装置によってビーム軌道がずれていることが判明する。その場合には、治療を一旦中断して加速器技師によるビーム調整を行うか、または、加速器技師がいない場合には治療を中止するしかないが、いずれにしろ、治療中にビーム軌道の異常が検出された場合、稼働率が低下する可能性がある。
【０００９】
本発明の目的は、ビーム軌道に関するパラメータ検証・調整時間を削減することにより加速器技師の負担を軽減し、稼働率を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための手段として、本発明の粒子線照射制御装置では、治療シーケンスの中にビーム軌道補正計算処理を組み込み、自動的に輸送系パラメータのデータベースを更新する仕組みを備えるものとする。
【００１１】
ここで言う治療シーケンスとは、粒子線照射制御装置が治療計画装置から患者処方箋データを受け取った後からビーム照射が完了するまでの一連の処理を言う。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、荷電粒子ビームのビーム軌道に関するパラメータ検証・調整時間が削減され、システム稼働率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】荷電粒子照射装置に全体構成（回転ガントリーあり）を示した図である。
【図２】二重散乱体方式のノズル内の機器構成を示した図である。
【図３】照射制御装置の内部構成を示した図である。
【図４（ａ）】治療照射の準備開始から加速器のセットアップ完了までを示した治療シーケンスの処理フロー図である。
【図４（ｂ）】ビームチェック用の照射開始から治療終了までを示した治療シーケンスの処理フロー図である。
【図５】加速器・輸送系パラメータデータベースのうちステアリング電磁石電流設定値のデータ構造例を示した図である。
【図６】加速器・輸送系パラメータデータベースのうちステアリング電磁石電流設定値のデータ検索例を示した図である。
【図７】加速器・輸送系パラメータデータベースのうちステアリング電磁石電流設定値の補正後のデータ保存例を示した図である。
【図８】ビーム軌道ずれ量の変動例を示した図である。
【図９】調整用照射シーケンスの処理フローを示した図である。
【図１０】荷電粒子照射装置に全体構成（回転ガントリーなし）を示した図である。
【図１１】加速器・輸送系パラメータデータベースデータのうちステアリング電磁石電流設定値の構造例を示した図である。（回転ガントリーなし）
【図１２】スキャニング照射方式における荷電粒子照射装置全体構成を示した図である。
【図１３】スキャニングノズル内の機器構成を示した図である。
【図１４】スキャニング照射方式の照射制御装置内部構成を示した図である。
【図１５（ａ）】治療照射の準備開始から加速器のセットアップ完了までを示したスキャニング照射方式での治療シーケンスの処理フロー図である。
【図１５（ｂ）】ビームチェック用の照射開始から治療終了までを示したスキャニング照射方式での治療シーケンスの処理フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態の粒子線照射システムである粒子線治療システムを図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は本発明の一実施の形態に係わる粒子線治療システムの全体を示す図である。本実施形態において、粒子線治療システムは次のように構成される。
【００１６】
本実施の形態の粒子線治療システムは、図１に示すように、荷電粒子ビーム発生装置（粒子線発生装置）１と、荷電粒子ビーム発生装置１の下流側に接続された第１ビーム輸送系２と、第１ビーム輸送系２から分岐した第２ビーム輸送系３を持つ回転ガントリー４を有している。
【００１７】
荷電粒子ビーム発生装置１は、イオン源を備えた直線加速器５及びシンクロトロン６を有し、シンクロトロン６は、高周波印加装置７を有している。高周波印加装置７は、シンクロトロン６の周回軌道に配置された高周波印加電極９と高周波電源１０とを開閉スイッチ１１にて接続して構成される。直線加速器５はイオン源で発生したイオン（例えば、陽子イオン，炭素イオン等）を加速してイオンビーム（粒子線）を生成し、このイオンビームをシンクロトロン６に入射する。荷電粒子ビームであるそのイオンビームはシンクロトロン６内を周回して加速され、必要なエネルギーが与えられると、予め設定されたエネルギーまで加速される。イオンビームのエネルギーは患者体内の患部の深さに合わせて決定される。シンクロトロン６内を周回するイオンビームに必要なエネルギーが与えられると、高周波電源１０からの出射用の高周波が、閉じられた開閉スイッチ１１を経て高周波印加電極９に達し、高周波印加電極９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１２を通ってシンクロトロン６をから出射される。イオンビームの出射の際には、シンクロトロン６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１１を開いて高周波印加電極９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６からのイオンビームの出射が停止される。
【００１８】
シンクロトロン６から出射されたイオンビーム（以下、ビームという）は、第１ビーム輸送系２により下流側へと輸送される。第１ビーム輸送系２は、ステアリング電磁石１７Ａ，１７Ｂ、及び偏向電磁石１６を有する。第１ビーム輸送系２に導入された粒子線は、偏向電磁石１６を経由して第２ビーム輸送系３及び回転ガントリー４に導入される。第２ビーム輸送系３は回転ガントリー４に取り付けられており、ビーム進行方向上流側よりステアリング電磁石１７Ｃ，１７Ｄ，偏向電磁石１９Ａ，ステアリング電磁石１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄ，偏向電磁石１９Ｂ，１９Ｃを有している。
【００１９】
ここで、ステアリング電磁石１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄは、第２ビーム輸送系３と回転ガントリー４を取り合い点におけるビーム軌道を調整するために用いられる。これに対し、ステアリング電磁石１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄは、照射ノズル２１でのビーム軌道の調整するために用いられる。また、ステアリング電磁石１７Ａ，１７Ｄ，１８Ａ，１８Ｄは、通過するイオンビームを偏向してビーム軌道の水平方向を調整し、ステアリング電磁石１７Ｂ，１７Ｃ，１８Ｂ，１８Ｃは、通過するイオンビームを偏向してビーム軌道の垂直方向を調整する。
【００２０】
第２ビーム輸送系３に導入された粒子線はこれらの電磁石を経由して回転ガントリー４の回転胴に設置された二重散乱体方式の照射ノズル（照射装置）２１へと輸送される。照射ノズル２１内には、上流から、プロファイルモニタ２３，第２散乱体２４，平坦度モニタ２５，線量モニタ２６，ノズルビームストッパー２７が設置されている。患者に粒子線を照射する場合、ノズルビームストッパー２７がビーム軌道上から離れた位置に移動されている。ノズルビームストッパー２７の動作については後述する。照射ノズル２１に入射した粒子線は、ビーム軌道上に設置されたプロファイルモニタ２３，第２散乱体２４，平坦度モニタ２５，線量モニタ２６を通り、所定のイオンビーム２２に形成された後、照射ノズル２１から出射され、患者３０体内の患部に照射される。
【００２１】
また、本実施形態の粒子線照射装置は制御を行うための照射制御装置３５を備えている。この照射制御装置３５は、図１に示すとおり、中央制御装置５０，ノズル制御装置５１，加速器制御装置５３，輸送系制御装置５４を備える。中央制御装置５０は、ノズル制御装置５１，加速器制御装置５３及び輸送系制御装置５４に接続される。また、中央制御装置５０が治療計画装置４０に接続され、治療計画装置４０から送信される治療計画データを受信する。ノズル制御装置５１は、照射ノズル２１内に設置されたプロファイルモニタ２３，第２散乱体２４，平坦度モニタ２５，線量モニタ２６，ノズルビームストッパー２７を制御する。加速器制御装置５３は、シンクロトロン６を構成する各機器を制御する。輸送系制御装置５４は、第１ビーム輸送系及び第２ビーム輸送系を構成する各機器を制御する。ヒューマンインターフェイス端末（ＨＭＩ端末）３２が中央制御装置５０に接続される。
【００２２】
図３に示すように、中央制御装置５０には、処方箋データ受信部２０１，治療シーケンス進行管理処理部２０２，ノズル機器パラメータ検索処理部２０３，ノズル機器パラメータデータベース２０５，ノズル機器パラメータ送信部２０６，ノズルモニタデータ受信部２０７，加速器パラメータ検索処理部２１０，加速器・輸送系パラメータデータベース（記憶装置）２１１，ビーム軌道補正処理部２１２，加速器パラメータデータ送信部２１３が備えられる。処方箋データ受信部２０１が治療計画装置４０に接続され、治療計画装置４０から送信された処方箋データを受信する。ノズル機器パラメータ送信部２０６及びノズルモニタデータ受信部２０７がノズル制御装置５１に接続される。加速器パラメータデータ送信部２１３が加速器制御装置５３及び輸送系制御装置５４に接続される。
【００２３】
次に、本実施例の特徴である治療シーケンスと照射制御装置の動作について、図１〜図３、及び図４（ａ），図４（ｂ）のフローを用いて説明する。
【００２４】
図３において、中央制御装置５０は、これから治療を行う患者に関する治療計画データ（処方箋データ）を治療計画装置４０から、処方箋データ受信部２０１で受け取ると、受信したデータを治療シーケンス進行管理処理部２０２に渡す。この処方箋データには、治療室や回転ガントリーの角度，患部の深さ（ビームエネルギー），照射野サイズなどの情報が含まれる（図４（ａ）Ｆ０９０）。
【００２５】
治療シーケンス進行管理処理部２０２は、処方箋データをノズル機器パラメータ検索処理部２０３に渡す。ノズル機器パラメータ検索処理部２０３は、治療用に作成されたノズル機器パラメータデータベース２０５から検索し、ノズル制御装置５１に送信するデータを導出する。ノズル制御装置５１に送信されるパラメータとしては、照射ノズル２１内に設置されたプロファイルモニタ２３や平坦度モニタ２５などのビーム計測値に対する許容値などがある（図４（ａ）Ｆ１００）。
【００２６】
ノズル機器パラメータ検索処理部２０３は、データベースから検索したパラメータをノズル機器パラメータ送信部２０６に渡し、ノズル制御装置５１に送信する（図４（ａ）Ｆ１１０）。
【００２７】
次に、ノズル制御装置５１は、照射ノズル２１内の下流部にあるノズルビームストッパー２７を挿入し、患者にビームが当たらない状態とする。これは、治療照射の前にビームチェック用照射（図４（ａ）Ｆ１３０〜Ｆ１４０）を行うためのものである（図４（ａ）Ｆ１１５）。
【００２８】
治療シーケンス進行管理処理部２０２は、処方箋データを加速器パラメータ検索処理部２１０に渡す。加速器パラメータ検索処理部２１０は、処方箋データのうち、治療室，回転ガントリーの角度，患部の深さ（ビームエネルギー）をキーとして、治療用に作成された加速器・輸送系パラメータデータベース２１１を検索し、加速器パラメータデータ送信部２１３を介して、加速器制御装置５３、及び輸送系制御装置５４に送信するパラメータを導出する（図４（ａ）Ｆ１２０）。
【００２９】
加速器・輸送系パラメータデータベース２１１には、シンクロトロン６や第１ビーム輸送系２，第２ビーム輸送系３に設置された各機器を制御するパラメータが登録されているが、本実施例に関係するビーム軌道を決めるステアリング電磁石１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄのパラメータのデータベース構造について図５にて説明する。
【００３０】
ステアリング電磁石１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄの電流設定値は、治療室，ビームエネルギー（患部の深さ），回転ガントリーの角度に依存して変える必要があるため、治療室の数，治療で使用するビームエネルギーの数，回転ガントリーの角度数の組合せ数分を治療に使用するデータベースとして登録しておく必要がある。
【００３１】
例えば、治療室が３部屋，ビームエネルギーが１０種類，回転ガントリーが１度毎３６０ケース分の場合には、この４つのステアリング電磁石のパラメータは、３部屋×１０エネルギー×３６０ケース＝１０８００ケースを準備することとなる。
【００３２】
図６は、患者処方箋データが、治療室２，ビームエネルギー７０ＭｅＶ，回転ガントリー角度２７０度の場合にデータ検索を表しているものである。
【００３３】
以上のようにして、シンクロトロン６や第１ビーム輸送系２，第２ビーム輸送系３に設置された各機器を制御する全てのパラメータが導出されると、それらのパラメータは、加速器パラメータデータ送信部２１３に渡される。加速器パラメータデータ送信部２１３は、データを受け取ると、加速器に係わるパラメータを加速器制御装置５３へ送信し、輸送系に係わるパラメータを輸送系制御装置５４に送信する（図４（ａ）Ｆ１３０）。
【００３４】
図５，図６に挙げたステアリング電磁石電流設定値は、輸送系制御装置５４に送られる。
【００３５】
加速器制御装置５３，輸送系制御装置５４は、受信したパラメータを元に各機器に対する制御を開始し、ビームが出射できる状態（加速器セットアップ完了）となる（図４（ａ）Ｆ１３５）。
【００３６】
加速器セットアップが完了すると、セラピストはビームチェック用照射を開始するために、ＨＭＩ端末３２の入力装置からビームチェック用の照射開始信号を入力する。ＨＭＩ端末３２は、照射開始信号を中央制御装置５０に送信する。中央制御装置５０は、照射開始信号を受信すると、各制御装置に、ビームチェック用の照射開始のための指令信号を出力する。ノズル制御装置５１は、この指令信号を受信すると、照射ノズル２１内のノズルビームストッパー２７をビーム軌道上に移動して設置する。その後、イオンビームの照射を開始する（図４（ｂ）Ｆ１４０）。ビームチェック用照射の目的は、患者にビームを治療照射を行う前に、ノズルビームストッパー２７を挿入し患者にビームがあたらない状態として、治療照射と同じ条件にしてビームを出射することで、ビーム軌道などを検証し、治療の安全性を確保する事にある。
【００３７】
一定の線量のビームが照射されるとビームチェック用照射を完了する。（図４（ｂ）Ｆ１４５）この時に照射する線量は、ビームが検証が可能な量であればよいので治療照射に比べ極めて少量のものでよい。
【００３８】
ビームチェック用照射が完了すると、プロファイルモニタ２３は、ビームチェック用照射で計測したデータをノズル制御装置５１に送信する。ノズル制御装置５１は受信したデータからＸ軸ビーム位置（重心）とＹ軸ビーム位置（重心）を計算し、計算結果を中央制御装置に送信する。また、ノズル制御装置５１は、中央制御装置５０から受け取ったノズルプロファイルモニタ判定用の許容値とビーム位置を比較し、計算結果が許容値をオーバしている場合には、ビーム位置異常のアラーム信号を中央制御装置に送信する（図４（ｂ）Ｆ１４８）。
【００３９】
同様に、ビームチェック用照射が完了すると、平坦度モニタ２５はビームチェック用照射で計測したデータをノズル制御装置５１に送信する。ノズル制御装置５１は受信したデータからＸ軸チャージバランスとＹ軸チャージバランスを計算し、計算結果を中央制御装置に送信する。また、ノズル制御装置５１は、中央制御装置５０から受け取った平坦度モニタチャージバランス判定用の許容値と計算したチャージバランスを比較し、計算結果が許容値をオーバしている場合には、平坦度モニタチャージバランス異常のアラーム信号を中央制御装置５０に送信する。
【００４０】
中央制御装置５０は、ビームチェック用照射が完了するとノズルモニタデータ受信部２０７で受信したデータから、ビーム軌道に異常があるかどうかを判定する。判定処理は、プロファイルモニタ２３からのビーム重心位置異常のアラームと平坦度モニタのチャージバランス異常のアラームがあるかどうかによって行い、何れかのアラームが発生していればビーム軌道異常とみなす（図４（ｂ）Ｆ１５０）。
【００４１】
ビーム軌道に異常がある場合、治療シーケンス進行管理処理部２０２は、ビーム軌道補正処理部２１２を実行要求する。ビーム軌道補正処理部２１２は、ノズルモニタデータ受信部でプロファイルモニタ２３から受信したＸ軸ビーム位置，Ｙ軸ビーム位置、及び、平坦度モニタから受信したＸ軸チャージバランス及びＹ軸チャージバランスを使用して、ビーム軌道補正計算処理を行い、４つのステアリング電磁石１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄの電流設定値の補正量を計算する（図４（ｂ）Ｆ１６０）。
【００４２】
以下にビーム補正計算の内容について説明する。
（１）平坦度モニタ２５で計測したチャージバランスから第２散乱体２４でのビーム位置
を算出する。ここでいうチャージバランスとは、散乱した粒子の電荷量分布のこと
を示す。チャージバランスと第２散乱体２４でのビーム位置の関係は線形となり、
この関係を予め求めておく。チャージバランスのＸ方向，Ｙ方向の計測値をそれぞ
れＸdm，Ｙdm，チャージバランスと第２散乱体２４でのビーム位置から決まる係数
をＣLX，ＣLYとすると、第２散乱体でのビーム位置は以下の式で求まる。
Ｘ2＝ＣLX＊Ｘdm
Ｙ2＝ＣLY＊Ｙdm
（２）（１）にて得られたビーム位置Ｘ2，Ｙ2とプロファイルモニタ２３でのビー
ム位置Ｘ1，Ｙ1を用いて、ビーム勾配を算出する。ここでＬは、ノズルプロファイ
ルモニタと第２散乱体の距離である。
Ｘ1′＝（Ｘ2−Ｘ1）／Ｌ
Ｙ2′＝（Ｙ2−Ｙ1）／Ｌ
（３）ビーム位置，ビーム勾配からステアリング電磁石のキック量［mrad］を算出する。
目標ビーム位置，目標ビーム勾配をそれぞれ、（Ｘ0，Ｙ0），（Ｘ0′，Ｙ0′）す
ると水平方向，垂直方向のキック量は以下の式で求められる。キック量とは、ビー
ム軌道補正のためにビームに与える偏向量（角度変化量）である。ここで、ＭH，
ＭVは２×２の行列でコース毎に異なる値である。
（４）ステアリング電磁石キック量からステアリング電磁石の励磁電流の補正量を算出す
る。
ΔＩH1＝ＣH×ＣP×ｋh1
ΔＩH2＝ＣH×ＣP×ｋh2
ΔＩV1＝ＣV×ＣP×ｋv1
ΔＩV2＝ＣV×ＣP×ｋv2
【００４３】
ここで、ＣPは粒子の運動エネルギー（ＭｅＶ）であり、以下の式で求まる。
【００４４】
Ｅ0は陽子の静止質量で９３８.２７２３４ＭｅＶ、ｃは光速で２９９，７９２，４５８ｍ／ｓである。
【００４５】
また、ＣH，ＣVはそれぞれのステアリング電磁石特性により異なる定数であり、予め計測した電流値とＢＬ積との関係から決定される。
（５）以上により算出したステアリング電磁石の電流補正量を現在の設定値に加算する。
【００４６】
本実施例では、プロファイルモニタ２３のビーム位置と平坦度モニタ２５のチャージバランスからビーム軌道補正計算を行っているが、補正計算はモニタの種類によらず、２点のビーム位置とその間の距離が判れば計算できる。
【００４７】
以上により算出されたステアリング電磁石１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄの補正後の電流値は、加速器パラメータデータ送信部２１３を経由して、輸送系制御装置５４に送信される。輸送系制御装置５４はステアリング電磁石１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄの補正後の電流設定値を受信すると設定値に従い励磁制御する。（図４（ｂ）Ｆ１７０）ステアリング電磁石電流の励磁電流の実測値が設定値に追従した段階で再度ビームチェック用照射が可能な状態となる。セラピストは再度ビームチェック用照射を行い、照射が完了するとビームの検証が行われる（図４（ｂ）Ｆ１４０〜Ｆ１５０）。
【００４８】
このようにビーム軌道が正常と判定されるまでセラピストはビームチェック用照射を繰り返し行う。（図４（ｂ）Ｆ１４０→Ｆ１４５→Ｆ１５０→Ｆ１６０→Ｆ１４０→Ｆ１４５→Ｆ１５０→…）通常は１回、ビーム軌道補正処理を実行すればビーム軌道は所望の位置に移動する。
【００４９】
ビーム軌道の判定が正常であれば、ノズル制御装置５１はノズルビームストッパー２７を排出し、患者に直接ビームがあたる状態、即ち治療照射が行える状態とする（図４（ｂ）Ｆ１８０）。
【００５０】
治療照射の準備が完了するとセラピストは、治療照射を開始する（図４（ｂ）Ｆ１９０）。
【００５１】
患者処方箋データにある治療計画線量に達すると治療照射が完了する（図４（ｂ）Ｆ２００）。
【００５２】
治療照射が完了すると中央制御装置５０のノズルモニタデータ受信部２０７は、ノズル制御装置５１から送信されるプロファイルモニタ２３でのビーム位置と平坦度モニタ２５でのチャージバランスのデータを受信する。これは、ビームチェック用照射完了時の動作（図４（ｂ）Ｆ１４８）と同じである（図４（ｂ）Ｆ２０５）。
【００５３】
ノズルモニタデータ受信部２０７から受信したデータをビーム軌道補正処理部２１２に渡し、そのデータからビーム軌道補正計算が実行される。これは、ビームチェック用照射でビーム軌道が異常と判定された場合に行う補正計算（図４（ｂ）Ｆ１６０）と同じで動作である（図４（ｂ）Ｆ２１０）。
【００５４】
補正計算が完了するとビーム軌道補正処理部２１２は補正後のステアリング電磁石電流設定値を加速器・輸送系パラメータデータベース（記憶装置）２１１の今回照射した条件と同じ位置に上書き保存する（図４（ｂ）Ｆ２２０）。
【００５５】
例えば、図７に示すように、患者処方箋データが、治療室２，ビームエネルギー７０ＭｅＶ，回転ガントリー角度２７０度で治療照射が行われた場合、加速器・輸送系パラメータデータベース２１１は、その条件のデータを補正後の値に更新して記憶する。このように加速器・輸送系パラメータデータベース２１１は、イオンビームの照射終了後に、ステアリング電磁石への励磁電流値のデータを、補正後の補正励磁電流値に基づいて更新して記憶するため、この補正後の値は、次回以降の治療照射でビーム条件が同一となった場合に使用されることになる。
【００５６】
以上、説明したように本実施例では治療シーケンスの２箇所（ビームチェック用照射でのビーム軌道異常時と治療照射完了時）にビーム軌道補正計算処理が組み込まれているが、その意味について説明する。
【００５７】
通常の粒子線における治療では、ある患者に対して、同一のビーム条件での照射を２０日程度に分けて繰り返し行われることが多い。
【００５８】
このことを踏まえた上で、もし、ビーム軌道の目標位置からのずれ量が日々増加したと仮定し、毎日同一条件で照射が行われた場合のビーム軌道ずれ量変動を図８に示す。治療シーケンスの中で、ビームチェック用照射で異常が発生した場合のみ補正計算を行った場合をケースＡとし、ビームチェック用照射で異常が発生した場合及び治療完了時の２箇所で補正計算を行った場合をケースＢとする。図８において、ＢＣ１はビームチェック用照射１回目、ＢＣ２はビームチェック用照射２回目、ＴＸは治療照射を表す。また、●，■は各照射におけるモニタの計測結果から得られたビームずれ量を表し、●は照射完了後に軌道補正計算が行われないもの、■は照射完了後に軌道補正計算が行われるものを意味する。ビームずれ量は２つのモニタで計測するため、２箇所でのずれ量があるが、ここでは説明をわかりやすくするため、１箇所での計測結果でのみとしている。
【００５９】
図８のケースＡでは、１〜５日目まではビーム軌道のずれ量が徐々に増加しているにもかかわらず、ビームチェック用照射でビーム軌道ずれ量がアラーム判定の許容値をオーバしていないので軌道補正計算は実行されない。６日目にビームチェック用照射でビーム軌道ずれ量が許容値をオーバしてアラームが発生し、初めてビーム軌道補正計算がされる。同様に、７日目以降もビーム軌道は正常と判定され、数日後に再びアラームが発生するという動きとなる。
【００６０】
一方、図８のケースＢでは、治療完了時に毎回補正が行われ、データベースが更新されるので照射を行うたびにビーム軌道のずれ量はリセットされる。よって、毎日同じ照射を繰り返している限りは、ケースＡのようにビームチェック用照射でアラームは発生することはない。
【００６１】
但し、ケースＢの場合でも、新患の場合で、しばらく使用されていない条件のビームで照射が行われた場合、ビームチェック用照射でビームずれ量が許容値を超え、ビーム軌道が異常となる可能性があるが、その時点でビーム軌道補正されることにより、ビーム軌道ずれ量がリセットされる。
【００６２】
別のケースとして、ビームチェック用照射完了時に、ビーム軌道のアラーム発生有無によらず、ビーム軌道補正を実行した場合を考えてみる。この場合、ビーム軌道のずれ量はケースＢと同じような変動となるが、ビーム用チェック照射の計測結果からビーム軌道補正計算が実行され、その後に補正量が設定値に反映されることになるので、安全性を考慮すると、再度、ビームチェック用照射を行う必要があり、治療シーケンスの中でビームチェック用照射を必ず２回行うことになるので、治療設備としては非効率と言える。
【００６３】
また、ビーム軌道補正計算に使用されるビーム位置の情報は、少量のビームで計測した結果よりは、より多くビームで積算された計測結果を使用する方が、正確で精度の高い補正結果が得られるため、ビームチェック用照射よりも治療照射での計測結果を利用した方がよい。
【００６４】
以上のことから、治療シーケンスの２箇所（ビームチェック用照射でのビーム軌道異常時と治療照射完了時）にビーム軌道補正計算処理を組み込み、加速器・輸送系パラメータデータベースを更新する本実施例の方式によれば、ビーム軌道に関するパラメータ検証・調整時間を削減することにより加速器技師の負担を軽減することができる。また、患者への治療照射におけてビーム軌道が発生した場合、医療従事者が意識することなく、治療の一連の手順の中でビーム軌道に関するパラメータを補正し、稼働率を向上させることができる。
【００６５】
本実施例によれば、治療シーケンスの中にビーム軌道補正処理を組み込み、セラピストが意識することなく、輸送系パラメータデータベースを自動的に更新することができるようになる。
【実施例２】
【００６６】
以下に、本発明の他の実施例の粒子線照射システムを、図１及び図９を用いて説明する。
【００６７】
本実施例の粒子線照射システムは、実施例１の粒子線治療システムと同様の構成を有する。実施例１では、治療照射に限定して説明したが、本実施例では、図１に示す粒子線照射システムを治療照射以外に応用した例について説明する。例えば、ビーム調整用の照射シーケンスの中で実施例１と同じビーム軌道補正の処理を組み込むと、輸送系パラメータ作成に用いることができる。
【００６８】
調整用照射シーケンスの処理フローを、図９を用いて説明する。
【００６９】
調整用照射では、治療照射と異なり、治療計画装置４０による処方箋データが存在しないため、処方箋データを自分で入力する。ここで入力するデータは、今から調整するビームに合わせ、自由に入力することができる（図９ Ｆ０９０）。
【００７０】
次にビーム軌道補正実施有無を指定する（図９ Ｆ０９５）。
【００７１】
調整用照射の場合は、必ずしも、ビーム軌道調整を目的として照射を行うとは限らない。そのため、ビーム照射を行う前にビーム軌道補正実施有無を指定することができれば、目的に応じたビーム調整が可能となる。
【００７２】
以下、ノズル機器パラメータ検索（図９ Ｆ１００）から加速器セットアップ完了（図９ Ｆ１３５）までは、基本的に治療用照射シーケンスと同様の処理となる。
【００７３】
なお、調整用照射の場合には、患者がいないため、ビームチェック用照射は不要となり、それに関する処理はない。
【００７４】
以下、照射開始から軌道補正を行い、データベースを更新するまでの処理（図９ Ｆ１９０〜Ｆ２２０）に関しては基本的に治療用照射シーケンスと同じであるが、ビーム軌道の補正実施なしを選択している場合には、補正計算及び輸送系データベースの更新は行われない。
【実施例３】
【００７５】
以下に、本発明の他の実施例の粒子線照射システムを、図１０を用いて説明する。
【００７６】
実施例１では、粒子線治療システムに回転ガントリーを有する場合で説明したが、本実施例の粒子線治療システムは、図１０に示すように、回転ガントリーがない例について説明する。つまり、本実施例の粒子線治療システムは、第２ビーム輸送系３の下流側に照射ノズル２１を設置した構成を有する。本実施例のように回転ガントリーが無い構成の場合には、補正対象のステアリング電磁石は、第１ビーム輸送系２に設置されたステアリング電磁石１７Ａ，１７Ｂ及び第２ビーム輸送系３に設置されたステアリング電磁石１７Ｃ，１７Ｄとなり、データベースの構造は図１１のようになる。
【実施例４】
【００７７】
以下に、本発明の他の実施例の粒子線治療システムを、図１２，図１３及び図１４を用いて説明する。
【００７８】
実施例１では、荷電粒子ビームを散乱させるパッシブ照射方式の照射ノズル２１を有する粒子線治療システムの例を説明したが、本実施例では細い荷電粒子ビームを照射対象になぞるように照射するスキャニング照射方式の照射ノズル２１を有する粒子線治療システムに適用した場合を説明する。
【００７９】
スキャニング照射方式の概要について説明する。粒子線は、患者に対して中心となるビーム方向に垂直な平面、すなわちレイヤー（患部を層状に分割した仮想的な板状の領域）を走査することにより２次元的な患部形状に合わせた照射が可能となる。深さ方向の制御は粒子線のエネルギーを変えることによって行う。これらを組み合わせることにより、患部の３次元構造にあわせた照射を行うことがスキャニング照射の特徴である。
【００８０】
スキャニング照射方式の照射ノズル２１はそのようなスキャニング照射を行うため、ビーム進行方向上流から、ビームの形状を計測するプロファイルモニタ６２，スキャニング電磁石６３，６４，線量モニタ６５，ビーム位置モニタ６６等を備えている。スキャニング電磁石６３，６４は、ビーム軸と垂直な平面上において互いに直行する方向（Ｘ方向，Ｙ方向）に粒子線を変更し、照射位置に動かすためのものであり、スキャニング電磁石６３，６４の励磁量を制御することにより、粒子線は偏向され、レイヤーを走査する。
【００８１】
図１３は粒子線が患部を照射する様子を示す図であり、代表的なスポット照射の場合を例として示している。患部８１は、その領域の深さ方向に複数のレイヤーに分けられる。陽子線や重粒子の粒子線は、患部に対する効果を、その飛程の最後で最も大きく与えるという特徴がある。そのため、体表面からの深い側のレイヤーを照射する場合は、粒子線のエネルギーを大きく（例：２３０ＭｅＶ）、浅い側のレイヤーを照射する場合はエネルギーを低く（例：７０ＭｅＶ）すれば、粒子線の性質により、目的の深さの患部を照射することができる。
【００８２】
レイヤーの数はＮとする。ここでは患部の深いレイヤーＬ１からはじめ、浅いレイヤーＬＮまで順次照射するものとする。Ｋ番目のレイヤーのスポット数をｎＫとする。レイヤーの照射では、スキャニング電磁石６３，６４の励磁量を制御することにより、粒子線の方向を当該レイヤーの最初のスポットspot１に偏向させる。この状態で照射が行われ、線量モニタ６５により線量をカウントし、そのカウント値を線量モニタ６５からノズル制御装置５１に上げ線量が計測される。ノズル制御装置は、計測線量が中央制御装置から設定された１スポットあたりの目標線量に達すると、線量満了信号をスキャニング制御装置に出力し、スキャニング制御装置７１は、粒子線を次のスポットspot２に変更させる。この動作を繰り返すことにより、最終スポットまで照射を行い、当該レイヤーの照射を終了する。その後、粒子線のエネルギーを所定の値に変更し、次のレイヤーの照射を行う。
【００８３】
次に、スキャニング照射方針での治療シーケンスと照射制御装置の動作について、図１２〜図１４、及び図１５（ａ），図１５（ｂ）のフローを用いて説明する。
【００８４】
図１２に示すように、照射制御装置３５は、中央制御装置５０，ノズル制御装置５１，加速器制御装置５３，輸送系制御装置５４及びスキャニング制御装置７１を備える。中央制御装置５０は、ノズル制御装置５１，加速器制御装置５３，輸送系制御装置５４及びスキャニング制御装置７１に接続される。また、中央制御装置５０は治療計画装置４０に接続され、治療計画装置から送信される治療計画データを受信する。スキャニング制御装置７１は、照射ノズル２１内に設置されたスキャニング電磁石６３，６４の励磁電流を制御し、粒子線の照射位置を制御する。ヒューマシンインターフェイス端末（表示装置）３２が中央制御装置５０に接続される。
【００８５】
図１４に示すように、中央制御装置５０は、処方箋データ受信部２０１，治療シーケンス進行管理処理部２０２，ノズル機器パラメータ検索処理部２０３，ノズル機器パラメータデータベース２０５，ノズル機器パラメータ送信部２０６，ノズルモニタデータ受信部２０７，加速器パラメータ検索処理部２１０，加速器・輸送系パラメータデータベース２１１，ビーム軌道補正処理部２１２，加速器パラメータデータ送信部２１３が備えられる。ノズル機器パラメータ送信部２０６及びノズルモニタデータ受信部２０７がスキャニング制御装置７１に接続される。
【００８６】
おいて、中央制御装置５０は、これから治療を行う患者に関する治療計画データ（処方箋データ）を治療計画装置４０から、処方箋データ受信部２０１で受け取ると、受信したデータを治療シーケンス進行管理処理部２０２に渡す。この処方箋データには、治療室や回転ガントリーの角度，全レイヤー数，全スポット数，各レイヤーの深さ（ビームエネルギー），レイヤーのスポット数，スポット毎の線量，スポット位置などの情報が含まれる（図１５（ａ）Ｆ０９０）。
【００８７】
治療シーケンス進行管理処理部２０２は、処方箋データをノズル機器パラメータ検索処理部２０３に渡す。ノズル機器パラメータ検索処理部２０３は、治療用に作成されたノズル機器パラメータデータベース２０５から検索し、ノズル制御装置に送信するデータを導出する。本実施例では、ノズル制御装置に送信されるパラメータとしては、ノズル内に設置されたプロファイルモニタやスポット位置モニタなどのビーム計測値に対する許容値や、スポット毎の線量，スポット位置などがある。また、スキャニング制御装置に送信されるパラメータとしては、スポット位置に対応したスキャニング電磁石の励磁量を制御するための電流値などがある（図１５（ａ）Ｆ１００）。
【００８８】
ノズル機器パラメータ検索処理部２０３は、データベースから検索したパラメータをノズル機器パラメータ送信部２０６に渡し、ノズル制御装置５１及びスキャニング制御装置７１に送信する（図１５（ａ）Ｆ１１０，Ｆ１１５）。
【００８９】
この後、加速器パラメータの検索から加速器セットアップ完了までは，基本的に実施例１（パッシブ照射方式）の場合と同じであるが、以下の点が異なる。パッシブ照射方式の場合は、エネルギー１つのみの検索となるが、スキャニング照射方式の場合は、患部をレイヤーで分割してるため、深さ方向を決定するエネルギーの数がレイヤー数分となり、その数だけ、加速器・輸送系パラメータデータベース２１１を検索し、検索結果が加速器制御装置５３、及び輸送系制御装置５４に送信される。
【００９０】
なお、加速器・輸送系パラメータデータベース２１１のデータベース構造については、図５と同じであるが、エネルギー数が増えるので事前に調整し登録される組数は当然ながら多くなる。
【００９１】
加速器セットアップが完了すると、照射を開始する。各レイヤーでの全スポット分の照射が完了すると、ノズル制御装置５１はビーム位置モニタ６６で計測されたスポット位置実測データ（当該レイヤーのスポット全数分）とスキャニング電磁石６３，６４の上流にあるプロファイルモニタ６２で計測した当該レイヤーのビーム位置（重心）Ｘ軸，Ｙ軸分を中央制御装置５０に送信する（図１５（ｂ）Ｆ１５０〜Ｆ１６０）。
【００９２】
中央制御装置５０は、処方箋のスポット位置データ（計画値）とスポット位置実測データの差分をＸ方向とＹ方向で計算する。これをスポット全数にて計算し、最後にそのレイヤーにおける差分の平均計算をＸ方向，Ｙ方向それぞれで行う。（図１５（ｂ）Ｆ１７０）この計算結果は所望のビーム位置からどれくらいのずれがあるかを表している数値となる。
【００９３】
これと同時に中央制御装置５０は、ノズル制御装置５１から受信したビーム位置と先に計算した差平均の値の２点をビーム軌道補正処理部２１２に渡し、そのデータからビーム軌道補正計算が実行され、ステアリング電磁石電流設定値の補正量を算出し、サーバ内に一時保存する（図１５（ｂ）Ｆ１９０）。
【００９４】
以上の動作をレイヤー数分繰り返し行い、全ての照射が完了したところで、レイヤー数分の補正量が保持される。ビーム軌道補正処理部２１２は補正後のステアリング電磁石電流設定値を加速器・輸送系パラメータデータベース２１１の照射したレイヤーに対応したエネルギーの条件と同じ位置に上書き保存する。このデータベース更新はレイヤー数分繰り返し行われる（図１５（ｂ）Ｆ２２０）。
【００９５】
以上のようにスキャニング照射方式でも治療用輸送系パラメータデータベースを自動的に更新する方式を適用することが可能である。
【００９６】
なお、この実施例では実施例１と異なり、ビームチェック用照射を省略している。これは、スキャニング照射方式のビームをチェックする場合、レイヤー数即ちエネルギー数分のビームを照射してその結果をチェックする必要があるため、パッシブ照射方式に比べ、多くの時間がかかることが考慮してためであるが、時間的制約がないのであれば、実施例１と同じようにビームチェック用照射を治療シーケンスの中に含めても良い。
【符号の説明】
【００９７】
１ 荷電粒子ビーム発生装置
２ 第１ビーム輸送系
３ 第２ビーム輸送系
４ 回転ガントリー
５ 直線加速器
６ シンクロトロン
７ 高周波印加装置
８ 加速装置
９ 高周波印加電極
１０ 高周波電源
１１ 開閉スイッチ
１２ 出射用デフレクタ
１３ 四極電磁石
１４，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ 偏向電磁石
１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ，１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄ ステアリング電磁石
２１ 照射ノズル
２２ イオンビーム
２３，６２ プロファイルモニタ
２４ 第２散乱体
２５ 平坦度モニタ
２６，６５ 線量モニタ
２７ ノズルビームストッパー
３０ 患者
３２ ＨＭＩ端末（ヒューマンマシンインターフェイス端末）
３５ 照射制御装置
４０ 治療計画装置
５０ 中央制御装置
５１ ノズル制御装置
５３ 加速器制御装置
５４ 輸送系制御装置
６１ スキャニングノズル
６３ スキャニング電磁石（Ｘ方向）
６４ スキャニング電磁石（Ｙ方向）
６６ ビーム位置モニタ
８１ 患部
２０１ 処方箋データ受信部
２０２ 治療シーケンス進行管理処理部
２０３ ノズル機器パラメータ検索処理部
２０５ ノズル機器パラメータデータベース
２０６ ノズル機器パラメータ送信部
２０７ ノズルモニタデータ受信部
２１０ 加速器パラメータ検索処理部
２１１ 加速器・輸送系パラメータデータベース
２１２ ビーム軌道補正処理部
２１３ 加速器パラメータデータ送信部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを設定されたエネルギーまで加速する加速器と、
加速された前記荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射装置と、
前記加速器から出射した前記荷電粒子ビームを前記照射装置に輸送するビーム輸送系とを備え、
前記ビーム輸送系は、通過する前記荷電粒子ビームを偏向する電磁石を有し、
前記荷電粒子ビームのビーム軌道を補正するために前記電磁石へ励磁する補正励磁電流値を求めるビーム軌道補正処理装置と、
前記照射対象への前記荷電粒子ビームの照射が終了した後、前記電磁石への励磁電流値のデータを、前記補正励磁電流値に基づいて更新して記憶する記憶装置と、
前記記憶された前記励磁電流値に基づいて、前記電磁石の励磁電流を制御する制御装置とを備えることを特徴とする粒子線照射システム。
【請求項２】
前記照射装置から前記荷電粒子ビームを照射する前に、前記ビーム軌道補正処理装置が、前記荷電粒子ビームのビーム軌道が許容範囲外にあると判断すると前記補正励磁電流値を求め、
前記記憶装置は、記憶されている励磁電流値のデータを、ここで求めた前記補正励磁電流値に基づいて更新して記憶することを特徴とする請求項１に記載の粒子線照射システム。
【請求項３】
ビーム照射の用途に応じて、ビーム軌道補正処理、及び輸送系パラメータデータベースの自動更新の実施有無を選択可能な構成であることを特徴とする請求項１又は２に記載の粒子線照射システム。
【請求項４】
前記ビーム輸送系に設けられた電磁石のうちでもっとも下流側に設けられた電磁石よりも下流側で前記荷電粒子ビームの軌道に沿って配置され、前記荷電粒子ビームの通過位置を検出する第１ビーム位置検出器と、
前記第１ビーム位置検出器よりも下流側で前記軌道に沿って配置され、前記荷電粒子ビームの通過位置を検出する第２ビーム位置検出器を備え、
前記ビーム軌道補正処理装置は、
前記第１ビーム位置検出器及び前記第２ビーム位置検出器のそれぞれから出力される検出信号に基づいて、前記補正励磁電流値を求めることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の粒子線照射システム。
【請求項１】
荷電粒子ビームを設定されたエネルギーまで加速する加速器と、
加速された前記荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射装置と、
前記加速器から出射した前記荷電粒子ビームを前記照射装置に輸送するビーム輸送系とを備え、
前記ビーム輸送系は、通過する前記荷電粒子ビームを偏向する電磁石を有し、
前記荷電粒子ビームのビーム軌道を補正するために前記電磁石へ励磁する補正励磁電流値を求めるビーム軌道補正処理装置と、
前記照射対象への前記荷電粒子ビームの照射が終了した後、前記電磁石への励磁電流値のデータを、前記補正励磁電流値に基づいて更新して記憶する記憶装置と、
前記記憶された前記励磁電流値に基づいて、前記電磁石の励磁電流を制御する制御装置とを備えることを特徴とする粒子線照射システム。
【請求項２】
前記照射装置から前記荷電粒子ビームを照射する前に、前記ビーム軌道補正処理装置が、前記荷電粒子ビームのビーム軌道が許容範囲外にあると判断すると前記補正励磁電流値を求め、
前記記憶装置は、記憶されている励磁電流値のデータを、ここで求めた前記補正励磁電流値に基づいて更新して記憶することを特徴とする請求項１に記載の粒子線照射システム。
【請求項３】
ビーム照射の用途に応じて、ビーム軌道補正処理、及び輸送系パラメータデータベースの自動更新の実施有無を選択可能な構成であることを特徴とする請求項１又は２に記載の粒子線照射システム。
【請求項４】
前記ビーム輸送系に設けられた電磁石のうちでもっとも下流側に設けられた電磁石よりも下流側で前記荷電粒子ビームの軌道に沿って配置され、前記荷電粒子ビームの通過位置を検出する第１ビーム位置検出器と、
前記第１ビーム位置検出器よりも下流側で前記軌道に沿って配置され、前記荷電粒子ビームの通過位置を検出する第２ビーム位置検出器を備え、
前記ビーム軌道補正処理装置は、
前記第１ビーム位置検出器及び前記第２ビーム位置検出器のそれぞれから出力される検出信号に基づいて、前記補正励磁電流値を求めることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の粒子線照射システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４（ａ）】
【図４（ｂ）】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５（ａ）】
【図１５（ｂ）】
【図２】
【図３】
【図４（ａ）】
【図４（ｂ）】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５（ａ）】
【図１５（ｂ）】
【公開番号】特開２０１１−５０９６（Ｐ２０１１−５０９６Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５３１８４（Ｐ２００９−１５３１８４）
【出願日】平成２１年６月２９日（２００９．６．２９）
【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２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２９日（２００９．６．２９）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]