粒子線照射装置とその運転方法
【課題】
複数の治療室有する粒子線照射装置において、治療室のコース切替時の初期化励磁に掛かる時間を短縮し、高い治療スループットの粒子線照射装置を提供する。
【解決手段】
荷電粒子ビームを入射，加速，出射する加速器１１と、複数の治療室２Ａ，２Ｂ，２Ｃのそれぞれに設置する照射装置２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃと、加速器から出射した荷電粒子ビームを照射装置に輸送するビーム輸送装置３とを備え、ビーム輸送装置３がいずれか一つの照射装置に荷電粒子ビームを輸送するように、荷電粒子ビームのビーム軌道を切り替える切替電磁石７Ａ，７Ｂを有し、加速器が荷電粒子ビームを出射しているときに、荷電粒子ビームを第１照射装置に輸送するように切替電磁石を制御し、加速器が荷電粒子ビームを入射及び加速しているときに、他の照射装置につながる他の切替電磁石を励磁し、その後に減磁する制御を行う制御装置４０を備えることで、上記課題を解決できる。
複数の治療室有する粒子線照射装置において、治療室のコース切替時の初期化励磁に掛かる時間を短縮し、高い治療スループットの粒子線照射装置を提供する。
【解決手段】
荷電粒子ビームを入射，加速，出射する加速器１１と、複数の治療室２Ａ，２Ｂ，２Ｃのそれぞれに設置する照射装置２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃと、加速器から出射した荷電粒子ビームを照射装置に輸送するビーム輸送装置３とを備え、ビーム輸送装置３がいずれか一つの照射装置に荷電粒子ビームを輸送するように、荷電粒子ビームのビーム軌道を切り替える切替電磁石７Ａ，７Ｂを有し、加速器が荷電粒子ビームを出射しているときに、荷電粒子ビームを第１照射装置に輸送するように切替電磁石を制御し、加速器が荷電粒子ビームを入射及び加速しているときに、他の照射装置につながる他の切替電磁石を励磁し、その後に減磁する制御を行う制御装置４０を備えることで、上記課題を解決できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子線治療装置に係り、特に、陽子及び炭素イオンなどのイオンビームを出射する粒子線照射装置及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
がんなどの患者の患部に陽子及び炭素イオン等の荷電粒子ビーム（イオンビーム）を照射する治療方法が知られている。この治療方法に用いる粒子線照射装置は、イオンビーム発生装置，ビーム輸送装置、及び照射装置を備える治療室を有する。
【０００３】
粒子線照射装置では、イオンビーム発生装置で加速したイオンビームを照射装置で患者の患部形状に合わせて照射野を形成する。照射野形成は、患者の患部深さ方向を照射するイオンビームのエネルギーにより制御し、患部形状に合わせたビーム形状をコリメータなどで形成することで実現する。また、患者の患部へイオンビームを適切に照射するため、患者は照射治療開始前に治療室の治療ベッドに固定され、患部位置をビーム照射軸に合わせる位置決め作業を実施する。
【０００４】
粒子線照射装置で主に用いられているイオンビーム発生装置として、シンクロトロンが挙げられる。シンクロトロンは、低エネルギーのイオンビームを前段加速器から入射し、患部深さに対応したエネルギーまで加速する。シンクロトロンの加速では、シンクロトロン内を周回するイオンビームに高周波電圧によりエネルギーを付与し、イオンビームのエネルギーの増加に同期してシンクロトロンを構成する電磁石（偏向電磁石や四極電磁石等）の磁場強度を高める制御を実施する。所望のエネルギーまでイオンビームのエネルギーを加速後、シンクロトロンはイオンビームをシンクロトロン内に設けた出射装置によってビーム輸送装置に出射する。出射制御終了後、シンクロトロンを構成する電磁石の磁場強度は前段加速器からの入射ビームのエネルギーに対応した強度まで減少させる減速制御を実施する。このように、シンクロトロンは入射，加速，出射，減速といった運転制御を繰り返し、この繰り返し周期のうち、出射制御時のみ、ビームがシンクロトロン外に出射される。
【０００５】
特許文献１では、一台のシンクロトロンと複数の治療室を備える粒子線照射装置を記載している。ビーム輸送装置は、複数箇所で分岐してシンクロトロンと複数の照射装置とを接続している。ビーム輸送装置の各分岐点には、ビームの輸送コースを切り替えるコース切替装置を備える。コース切替装置は、ビーム輸送装置を構成するコース切替電磁石，コース切替電磁石電源装置及びコース切替電磁石にコース切り替えを指示するコース切替制御装置を有する。
【０００６】
ビーム輸送装置を構成する電磁石は、治療室に輸送するイオンビームのエネルギーに対応した磁場強度に励磁する必要がある。そのため、散乱体を用いた照射法での治療の場合、ビーム輸送装置の電磁石は照射治療中一定の磁場強度で運転し、照射装置で患部深さ方向へのエネルギーを広げる制御を実施する。また、細径のビームを走査して照射するスキャニング照射法での治療の場合、ビームの深さ方向制御はイオンビーム発生装置から供給されるイオンビームのエネルギーで制御するため、ビーム輸送装置を構成する電磁石の励磁量もイオンビーム発生装置から供給されるエネルギーに対応して変化させる必要がある。
【０００７】
複数の治療室を有する粒子線照射装置では、照射治療が行われている治療室（第１治療室）と、第１治療室の照射治療の終了後に治療を開始する他の治療室（第２治療室）がある。第１治療室での照射治療が行われている間、第２治療室では次に治療を行う患者の治療準備（患者の位置決め作業等）を並行して実施する。第１治療室の患者に対して目標線量のイオンビームが照射されると、イオンビーム発生装置は、イオンビームの出射を停止し、第１治療室での照射治療を完了する。その後、イオンビーム発生装置は、第２治療室の患者の照射条件に合わせたエネルギーに加速する運転条件を読み込み、ビーム加速運転準備を開始する。また、ビーム輸送装置は、第１治療室での照射治療の完了後に、第１治療室から次の治療患者が固定されている第２治療室へのビーム輸送コースの切り替え作業を実施する。この際、第２治療室につながるビーム輸送コースに設けられる電磁石を初期化励磁することが必要となる。
【０００８】
各患者によって患部の位置（照射対象の深さ方向に位置）が異なるため、必要となるイオンビームのエネルギーも異なる。イオンビームのエネルギーが変化する場合、すなわち、シンクロトロンの電磁石及びビーム輸送装置の電磁石の励磁量を変化させる場合、電磁石の磁気履歴（ヒステリシス）が生じ、電磁石の初期化励磁が必要となる。しかし、初期化励磁を実施すると、シンクロトロンからイオンビームを出射できない期間が生じ、粒子線照射装置のスループットが低下する課題が生じる。特許文献２では、イオンビームの出射後に、シンクロトロン及びビーム輸送コースに備えられる電磁石の磁場強度を、電磁石の最大磁場強度まで高めた上で減速制御を実施する二段階励磁法を記載している。これにより、電磁石の初期化励磁が不要とる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１０５３５６号公報
【特許文献２】特開平８−２９８２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記従来の粒子線照射装置では、次の照射治療を行う第２治療室へイオンビームが輸送されるよう、照射治療の開始前に、所望のビーム輸送コース上にある電磁石の磁場強度を照射ビームのエネルギーに合わせて設定する。この作業をコース切り替えと言う。このようなコース切り替えは、第１治療室での照射治療の後に実施されていた。なお、コース切り替えの際には、第２治療室につながるビーム輸送装置の電磁石に対して初期化励磁を実施する必要がある。
【００１１】
ビーム輸送装置を構成する電磁石は、鉄などの磁性体からなる磁極と、磁極を励磁するためのコイルで構成される。磁性体は磁気履歴（ヒステリシス）特性を持つため、高精度で所望の励磁量を得るためには、磁気履歴を消す初期化運転が必要である。初期化運転とは、コイルの磁場を励磁および減磁する運転（初期化励磁）を繰り返すことである。この初期化運転には数十秒から数分の時間を要する。この初期化運転を実施せずにビーム輸送条件を変更すると、ビーム輸送装置を構成する電磁石の磁場強度が所望の磁場強度からずれを生じてしまうため、適切なビーム輸送が実現できない。
【００１２】
複数の治療室を備える場合、ビーム輸送装置の各分岐点にコース切替電磁石がそれぞれ設置される。このコース切替電磁石についても、照射治療を開始する前に、初期化運転することが必要となる。しかしながら、他の治療室で照射治療している間に、他のコース切替電磁石の初期励磁を実施すると照射治療をしている治療室へ適切にビーム供給が出来ない可能性や、準備作業中の他の治療室にビームを供給する可能性が生じる。このため、従来の粒子線照射装置では、治療室での照射治療が完了した後に、他の治療室につながるコース切替電磁石の初期化運転を実施しなければならず、ビーム輸送コースの切り替え作業に時間が掛かってしまう。
【００１３】
本発明の目的は、治療室へのビーム輸送コース切り替えの際に要する時間を短縮でき、かつコース切り替え電磁石の磁場強度を所望の制御値に安定して励磁ができる粒子線照射装置及びその運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するための本発明の特徴は、荷電粒子ビームを入射，加速及び出射する加速器と、複数の治療室のそれぞれに設置され、荷電粒子ビームを照射対象に出射する照射装置と、加速器から出射された荷電粒子ビームを照射装置に輸送するビーム輸送装置とを備え、ビーム輸送装置は、第１の照射装置に荷電粒子ビームを輸送するように、荷電粒子ビームのビーム軌道を切り替える複数の切替電磁石を有し、加速器が荷電粒子ビームを出射しているときに、荷電粒子ビームを第１照射装置に輸送するように切替電磁石を制御し、加速器が荷電粒子ビームを入射及び加速しているときに、他の照射装置につながる他の切替電磁石を励磁し、その後に減磁する制御を行う制御装置を備えることにある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、コース切り替えに要する時間を短縮でき、照射治療のスループットを向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施例１）
以下、図面を参照しつつ本発明の一実施例である粒子線照射装置を説明する。
【００１７】
本実施例の粒子線照射装置は、図１に示すように、イオンビーム発生装置１，複数の治療室２Ａ，２Ｂ及び２Ｃ，各治療室に設置された照射装置２４Ａ，２４Ｂ及び２４Ｃ，ビーム輸送装置３および、それらの装置を制御する制御装置４０を備える。イオンビーム発生装置は、イオン源（図示せず）、前段加速器（図示せず）及びシンクロトロン１１を備える。シンクロトロン１１は、出射用高周波電極１２及び電磁石（偏向電磁石や四極電磁石等）を有する。出射電極電源装置５１が出射用高周波電極１２に高周波電場を印加する。ビーム輸送装置は、イオンビーム発生装置１から供給されるエネルギーに応じて制御される加速器ビーム輸送装置（第１ビーム輸送装置）３０Ａ，３０Ｂと、各治療室で照射するビームエネルギーに応じて制御される治療室ビーム輸送装置（第２ビーム輸送装置）３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに分けられる。ビーム輸送装置３は、ビーム軌道を制御する偏向電磁石及びステアリング電磁石（図示せず），ビーム形状を制御する四極電磁石（図示せず）および、コース切替電磁石７Ａ，７Ｂを有する。コース切替電磁石７Ａ，７Ｂは偏向電磁石であり、励磁及び非励磁を制御してビーム軌道を切替える。加速器ビーム輸送装置３０Ａがシンクロトロン１１に接続される。コース切替電磁石７Ａは、加速器ビーム輸送装置３０Ａの下流側であって、加速器ビーム輸送装置３０Ｂと治療室ビーム輸送装置３１Ａの分岐点に設置される。コース切替電磁石７Ｂは、加速器ビーム輸送装置３０Ｂの下流側であって、治療室ビーム輸送装置３１Ｂと治療室ビーム輸送装置３１Ｃの分岐点に設置される。治療室ビーム輸送装置３１Ａが照射装置２４Ａにつながり、治療室ビーム輸送装置３１Ｂが照射装置２４Ｂにつながり、治療室ビーム輸送装置３１Ｃが照射装置２４Ｃにつながる。制御装置４０からのコース切り替えの指令信号に基づいて、電磁石電源装置５２Ａがコース切替電磁石７Ａを励磁し、電磁石電源装置５２Ｂがコース切替電磁石７Ｂを励磁する。制御装置４０は、出射電極電源装置５１，電磁石電源装置５２Ａ，５２Ｂを制御する。なお、治療室ビーム輸送装置３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃには、それぞれシャッター（図示せず）が設けられる。このシャッターは、コース切替電磁石７Ａと照射装置２４Ａの間、コース切替電磁石７Ｂと照射装置２４Ｂの間、コース切替電磁石７Ｂと照射装置２４Ｃの間にそれぞれ設けられ、不要なビームを遮断する機能を有する。
【００１８】
イオンビーム発生装置１から出射されたイオンビーム（以下、ビームという）は、ビーム輸送装置３を経て所望の治療室に輸送される。本実施例では、コース切替電磁石７Ａが励磁（励磁電流がＯＮ）されている場合、加速器ビーム輸送装置３０Ａを通過したビームは、治療室ビーム輸送装置３１Ａに輸送され、照射装置２４Ａに入射する。コース切替電磁石７Ａが励磁されていない（励磁電流がＯＦＦ）場合、ビームは、加速器ビーム輸送装置３０Ｂに輸送される。コース切替電磁石７Ｂが励磁されている場合、加速器ビーム輸送装置３０Ｂを通過したビームは、治療室ビーム輸送装置３１Ｂに輸送され、照射装置２４Ｂに入射する。コース切替電磁石７Ｂが励磁されていない場合、ビームは治療室ビーム輸送装置３１Ｃに輸送され、照射装置２４Ｃに入射する。制御装置４０が、コース切替電磁石７Ａ及び７Ｂの励磁電流を制御（例えば、励磁及び非励磁を制御）することで、いずれか一つの照射装置にビームが輸送されるように切替制御している。制御装置４０は、コース切替制御装置としての機能も有する。照射装置に入射されたビームは、各治療室２内の治療ベッド（図示せず）に固定された患者（図示せず）に出射される。
【００１９】
本実施例では、イオンビーム発生装置１としてシンクロトロン１１を備える。シンクロトロン１１に設置される出射用高周波電極１２の電極間に高周波電場を印加することで、シンクロトロン１１を周回するビームを加速器ビーム輸送装置３０Ａに出射する。
【００２０】
シンクロトロン１１は、ビームの入射，加速，出射，減速という一連の運転を周期的に行っている。一般に、シンクロトロンの運転周期は２秒から３秒で運転している。周回ビームの加速，出射，減速という一連の運転は、制御装置４０（具体的には、タイミングシステム（図示せず））から出射されるタイミング信号に基づき制御される。このタイミング信号に基づいた制御を実施することで、複数の構成機器からなるシンクロトロン１１での同期制御を可能としている。また、シンクロトロン１１に設けられる偏向電磁石（図示せず）は、図２に示すように、加速中に励磁量を増加させ、出射中は一定の励磁量を維持し、減速中に励磁量を低下させる。すなわち、この偏向電磁石は、静定，励磁，静定，減磁というパターンで運転されている。図２にシンクロトロンの一運転周期中の偏向磁石の磁場強度（図２（Ａ））と出射用高周波電圧の変化（図２（Ｂ））を示す。図２において、シンクロトロンの一運転周期をＴｐとし、同様にシンクロトロン１１へのビーム入射制御時間をＴinj、加速制御時間をＴacc、出射制御時間をＴext、減速制御時間をＴdeaと示す。また、シンクロトロン１１にビームを入射する際の偏向磁場強度をＢｉ、ビーム出射制御時の偏向磁場強度をＢｅ１とする。入射制御では、偏向磁場強度をＢｉで時間Ｔinjだけ保持する。この間に前段加速器からシンクロトロン１１にビームが入射される。その後、偏向電磁石の偏向磁場強度をＢｉからＢｅまで時間Ｔaccで増加させ、ビームを所望のエネルギーまで加速する。加速制御の終了後、偏向電磁石の偏向磁場強度をＢｅとして出射制御時間Ｔextだけ保持する。出射制御区間で出射用高周波電極１２に高周波電圧を印加する。出射用高周波電圧を印加している間、シンクロトロン１１からビームが出射される。出射制御が終了後、偏向電磁石の偏向磁場強度をＢｅからＢｉまで時間Ｔdeaで減磁する。
【００２１】
初期励磁を行わずに電磁石を使用した場合について、図４，図５を参照しつつ説明する。
【００２２】
一般に電磁石は、鉄板等の磁性体を積層した磁極と励磁用のコイルで構成される。磁極を構成する磁性体は励磁に伴い、図４に示すようなヒステリシス環線（磁気履歴曲線）を描く。まず、電磁石が無励磁状態（励磁電流が０Ａの場合）では磁性体は磁化されていない（磁場強度Ｂがゼロ）。そこから電磁石の励磁電流を高めるに従い磁界Ｈが増加し、これに伴い磁性体が飽和するａ点に向かって励磁される（図４の線Ｏ−ａ）。その後、励磁電流を下げるとａ点からｂ点に向かって減磁される。この際、励磁電流を０Ａ（磁界Ｈをゼロ）に戻しても磁場は０とはならず、磁性体により決まるある値Ｂｒを持つ。これを残留磁化あるいは残留磁束密度と呼ぶ。例えば、図５に示すように、電磁石を磁界Ｈ１まで励磁し、その後、磁界Ｈ２まで減磁する制御をした場合を考える。このように、二つの磁界Ｈ１，Ｈ２を往復させるような運転を行うと、先に示した履歴特性によって、磁場の状態は点ｄ→点ｅ→点ｆ→点ｇの順に遷移する。すると、同じ磁界Ｈ１に電磁石を励磁したとしても、磁場強度が異なる値（点ｄと点ｆ）を示し、発生する磁場がΔＢ１だけ異なってしまう。また、磁界Ｈ２に対しても異なる磁場強度（点ｅと点ｇ）を示し、磁場がΔＢ２だけ異なる。このように電磁石に同じ励磁電流を流したとしても、異なる磁場強度を示すことになり、適切なビーム輸送が困難となる。
【００２３】
そこで、図６に示すように、例えば飽和磁束密度まで励磁される点ａと、磁界Ｈが０となる点ｂの間を往復するように電磁石の励磁と減磁を繰り返す制御をする。これにより、それまでの磁性体の磁気履歴を消去し、履歴曲線を定めることで所定の電流で所望の磁場を励磁できる。このような励磁運転を初期化励磁という。初期化励磁を実施することで所定の磁界で所定の磁場が励磁されることになり電磁石電流の制御によって正確に磁場を励磁できることになる。
【００２４】
本実施例でのコース切替電磁石の初期化励磁パターンの一例を図７に示す。磁場の静定，励磁，静定，減磁という処理をそれぞれ時間Ｔｌ，Ｔinc，Ｔｈ，Ｔdecで行う。この１サイクルの運転にかかる時間はＴｉとなる。コース切替電磁石７，加速器ビーム輸送装置３０Ａ，３０Ｂ又は治療室ビーム輸送装置３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに設置された電磁石を初期化励磁制御する場合、励磁電流の最小値が０となるように制御する。
【００２５】
次に本実施例の粒子線照射装置の制御について図８を参照しつつ説明する。粒子線照射装置の制御装置４０は、医師用端末４０１，治療計画システム４０２，スケジューラ４０３，全系サーバ４１０，インターロックシステム４１１，タイミングシステム４１２，呼吸同期システム４１３，記憶装置４１４，運転員用端末４１５，各サブシステムからなる。治療計画システム４０２は医師による患者の診断結果に基づき、治療計画を立案する。治療計画には患者の識別情報，患者に照射するビームのエネルギー，照射方向，照射野の大きさ，照射方法（呼吸同期照射の有無）等の情報が含まれている。治療計画システム４０２が立案した治療計画は記憶装置４１４に治療計画情報４１４Ａとして記憶される。蓄積された治療計画情報４１４Ａは、該当する治療が実施される際に、全系サーバ４１０によって読み込まれ、運転制御に反映される。また、スケジューラ４０３には、患者の照射プランに合わせて照射スケジュールを登録する。スケジューラ４０３は、治療スケジュール情報４１４Ｂを参照して、当該照射治療を含めたその日に行う照射治療の順序を決める。治療スケジュール情報４１４Ｂは治療室ごとに用意されており、治療スケジュールに基づく順序でそれぞれの治療室で照射治療が行われる。
【００２６】
記憶装置４１４は、前述の治療計画情報４１４Ａと治療スケジュール４１４Ｂに加え、運転パターン・設定値情報４１４Ｃを蓄積している。運転パターン情報には、照射するビームのエネルギーと照射条件に応じた、シンクロトロン１１とコース切替電磁石などの時間的に設定値を変化させる機器の運転パターンデータと、初期化励磁時に参照される初期化励磁パターンデータが収納されている。設定値情報には、照射治療中に時間的に設定値が変化しない機器の固定の設定値が収納されている。これらの運転パターンデータと設定値が全系サーバ４１０を介して各サブシステムに送信される。各サブシステムを構成する制御装置は、これらの運転パターンデータと設定値に従った機器の運転を行う。
【００２７】
治療室２は患者の入室状況や照射治療の実行状況に応じた複数の制御モードを持つ。治療室２の制御モードは常時、全系サーバ４１０が制御モードの監視している。本実施例では、治療室の制御モードとして、「待機モード」「準備モード」「照射モード」の三つを設けて説明する。待機モードは、当該治療室に患者が入室できる状態である。準備モードは、当該治療室で治療する患者の入室および認証が完了し、治療照射前の患者位置決め作業，治療室ビーム輸送装置３１の初期化励磁等の治療準備が可能な状態および、照射治療が完了後、患者が退室可能な状態である。照射モードは、位置決め作業の完了した患者が治療室内におり、治療照射が可能な状態である。シンクロトロン１１でのビームの加速，出射といった運転制御は、複数ある治療室２のいずれかが照射モードに遷移した状態でのみ行える。また、本実施例に示した粒子線照射装置では、一度に複数の治療室での治療照射はできないため、同時に二つの治療室が「照射モード」となることはない。以上に示した各治療室の制御モードは、加速器スケジューラ（図示せず）に伝送され、イオンビームを供給する治療室の順序を管理する。この加速器スケジューラに蓄積される治療室の順序管理情報は、全系サーバ４１０により逐次監視されている。仮に、複数の治療室で準備モードに移行されている場合、照射準備が完了した順に照射モードに移行する制御を実施する。
【００２８】
インターロックシステム４１１は、各治療室の制御モードに応じて、照射モード以外の治療室２に誤ってビームが輸送されないように、各機器の状態を監視する。例えば、照射モードが選択されていない治療室に通じる治療室ビーム輸送装置３１を構成する電磁石機器に対しては、シンクロトロン１１の出射制御周期と同期して出射ビームに相当する励磁電流が供給されないように、励磁位相検出装置（図示せず）を備える。なお、インターロックシステム４１１は、治療室ビーム輸送装置３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃのそれぞれに設けられるシャッターの開閉を制御する。具体的には、照射モードの治療室につながる治療室ビーム輸送装置のシャッターを開き、照射モードでない他の治療室（待機モード又は準備モードの治療室）につながる治療室ビーム輸送装置のシャッターを閉じる。
【００２９】
タイミングシステム４１２は、粒子線照射装置を構成する機器の連携制御の基準となるタイミング信号を出力する。本実施例においては、シンクロトロン１１を構成する機器の運転制御と各治療室にビームを供給する治療室ビーム輸送装置３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを構成する機器の連携制御を実現するための制御信号の一つである。
【００３０】
全系サーバ４１０は運転員用端末４１５からの入力を受け、それに基づき、治療室２の制御モードの指定や、各サブシステム機器の運転指令を出力する。全系サーバ４１０は常に、記憶装置内の治療計画情報４１４Ａと治療スケジュール４１４Ｂを参照しながら、運転員からの入力が適切かを判断し、誤った入力にはエラーを出力するなどのフェイルセーフ機能を持つ。
【００３１】
シンクロトロン制御システム４２１やコース切替電磁石制御システム４２２Ａ，４２２Ｂなどの各サブシステムは、タイミングシステム４１２からのタイミング信号と、全系サーバ４１０からの指令に応じて、全系サーバから送られてくる運転パターンや設定値に応じて、各機器の電源を制御する。シンクロトロン制御システム４２１はシンクロトロン１１内の出射電極１２に高周波電圧を印加し、電磁石電源装置５２Ａ，５２Ｂはそれぞれ、コース切替電磁石７Ａ，７Ｂを所定の運転制御タイミングで励磁する。
【００３２】
治療室の制御モードとインターロックシステム４１１の関係について述べる。インターロックシステム４１１は各治療室の制御モードに応じて、粒子線照射装置を構成する機器の動作を管理する。
【００３３】
まず、治療室２Ａ，２Ｂ，２Ｃのいずれもが「待機モード」の場合を説明する。この場合、シンクロトロン１１からビームを出射しないよう、シンクロトロン制御システム４２１に高周波電圧を印加せず、コース切替電磁石７Ａ，７Ｂは励磁されない。治療室２Ａ，２Ｂ，２Ｃのいずれか一つの治療室の制御モードが「準備モード」の場合、例えば、治療室２Ａ，２Ｃが待機モードであり、治療室２Ｂが準備モードの場合、治療室２Ｂに通じる治療室ビーム輸送装置３１Ｂのコース切替電磁石７Ｂの初期化励磁を許可し、もう一方の治療室ビーム輸送装置３１Ａのコース切替電磁石７Ａに対しては、初期化励磁を禁止する。同様に、加速器ビーム輸送装置３０を構成する電磁石に対しても初期化励磁を許可する。「準備モード」にある治療室２Ｂの治療室ビーム輸送装置３１Ｂは初期化励磁を行う。初期化励磁は図９に示す手順で行われる。初期化励磁開始時には、治療計画情報４１４Ａで指定された患者に照射するビームのエネルギーから、適切な初期化励磁パターンを運転パターン情報４１４Ｃから呼び出して、治療室ビーム輸送装置の電磁石の制御システムに読み込ませる。そして、読み込んだ初期化励磁パターンとタイミングシステム４１２からのタイミング信号をもとに適切なタイミングで初期化励磁が必要回数行われる。
【００３４】
治療室２Ａ，２Ｂのいずれか一方の制御モードが「照射モード」である場合を説明する。この場合、照射モードの治療室に対して、患者の治療計画情報に基づき、所望のエネルギーのビームを輸送する必要がある。そのため、照射前にシンクロトロン１１と加速器ビーム輸送装置３０の電磁石の初期化励磁を実施する。その後、出射用電極電源装置４１の動作が許可される。そして、シンクロトロン１１，加速器ビーム輸送装置３０，対応する治療室ビーム輸送装置３１の各機器が記憶装置内の運転パラメータ・設定値情報４１４Ｃを基に全系サーバから与えられる設定値に制御される。
【００３５】
ここで、治療室の各制御モード間の遷移処理について述べる。治療室の制御モードは、図１１に示す状態遷移のように「待機モードから準備モード」，「準備モードから照射モード」，「照射モードから待機モード」，「準備モードから待機モード」の４通りである。それぞれの各制御モード間の状態遷移時の制御フローを図１２〜図１５に示す。
【００３６】
図１２に治療室の制御モードが待機モードから準備モードへの遷移処理を示す。例えば、患者が治療室２Ａへ入室するにあたり、治療スケジューラが指定する患者情報と入室前の患者情報を照合する。照合の結果、同一と判定できた場合、患者は治療室２Ａに入室することができ、治療室２Ａは準備モードに遷移する。患者情報が整合できなかった場合は、患者の治療室２Ａへの入室は許可されず、治療室の制御モードは待機モードを維持する。
【００３７】
準備モードでは、患者が治療室２Ａに入室後、患者の位置決め作業等の照射準備作業とともに、治療室ビーム輸送装置３１の初期化励磁を開始する。この際、初期化励磁周期は、シンクロトロン１１の運転周期と逆相、つまり、シンクロトロン１１が出射制御運転中に治療室ビーム輸送装置３１は磁場強度を０にする制御が実施されている。このような制御を実施することで、治療準備中の治療室２Ａの照射装置２４Ａへのビーム輸送がされない運転を担保する。
【００３８】
図１３に準備モードから照射モードへの遷移処理を示す。照射準備作業が完了後、全系サーバ４１０に対して照射準備完了が伝送される。全系サーバ４１０は、治療室２Ａからの照射準備完了信号が伝送された際、他の治療室２Ｂ，２Ｃの制御モードを確認する。この際、他の治療室２Ｂ，２Ｃが照射モードでない場合には、照射準備完了信号を伝送してきた治療室２Ａを照射モードに遷移させる。たとえば、治療室２Ｂが既に照射モードであった場合、治療室２Ｂの治療照射が完了し治療室２Ｂの制御モードが照射モードから準備モードに遷移した後、治療室２Ａを照射モードに遷移する。全系サーバ４１０は各治療室の制御モードを逐次確認し、現在実施している照射治療が完了後、治療準備が完了した照射室の運転条件を読み込むことで、イオンビーム発生装置と加速器ビーム輸送装置３０の速やかな運転条件の切り替えを実現する。
【００３９】
患者位置決め作業および、治療室ビーム輸送装置３１の初期化励磁の完了を確認後、放射線技師の退室を確認した上で照射モードに遷移できる。この際、一連の条件を満足できなかった場合は、治療室２Ａは準備モードから照射モードへ遷移できない。
【００４０】
図１４に照射モードから準備モードへの遷移する際の遷移処理を示す。照射モードから準備モードへの遷移条件として、患部への照射線量満了時、患者への照射治療の完了時および、照射治療中の機器異常発生時が挙げられる。まず、照射モードから準備モードへの遷移条件が生じた際、全系サーバ４１０は患部への照射線量，ビームエネルギー等の情報を照射記録として治療計画情報と関連付けて記憶装置４１４に保存する。その後、全系サーバは照射治療が完了した治療室（例えば、治療室２Ａ）の制御モードを照射モードから準備モードに遷移させる。全系サーバ４１０は、イオンビーム発生装置１と加速器ビーム輸送装置３０の運転条件を次に予定されている治療室（例えば、治療室２Ｂ）の運転条件を治療計画情報から取り込み、初期化励磁を開始する。準備モードから待機モードの遷移は、照射治療の完了した患者が治療室２Ｂから退出する際に行われる。患者の退室を確認した後に、治療室２Ａの制御モードを準備モードから待機モードに遷移させる。以上４通りのモード遷移の手順のみによってモードを変えることができる。
【００４１】
ここで、本実施例の特徴である、治療室の切り替え方法について図１６を用いて説明する。
【００４２】
本実施例では、エネルギーＥｂのビームを用いて治療室２Ｂで照射治療を実施し、その照射終了後に、同一のエネルギーＥｂのビームを用いて治療室２Ａで照射治療を実施する場合について説明する。つまり、治療室２Ｂで照射治療を実施中に並行して治療室２Ａで位置決め作業を進めている状態から、治療室２Ｂの治療の完了に伴い治療室２Ａへコースを切り替え、治療室２Ａでの照射治療を開始するという制御を想定して説明する。
【００４３】
治療室２Ｂが照射モードであり、治療装置２Ａ，２Ｃが待機モードである場合、シンクロトロン１１から出射されたビームは、治療室２Ｂの照射装置２４Ｂに輸送される。治療室２ＢはエネルギーＥｂのイオンビームでの照射治療を実施している。シンクロトロン１１内の偏向電磁石は、図２に示すような励磁パターンで運転している。加速器ビーム輸送装置３０Ａ，治療室ビーム輸送装置３１Ｂは、エネルギーＥｂのイオンビームを輸送できる設定値でそれぞれ励磁されている。他の治療室２Ａにつながるコース切替電磁石７Ａは、図１６（ｃ）に示すように、励磁量がゼロ（励磁電流がＯＦＦ）である。このため、加速器ビーム輸送装置３０Ａを通過したビームは、治療室ビーム輸送装置３１Ｂに輸送される。コース切替電磁石７Ｂは、エネルギーＥｂのイオンビームを治療室２４Ｂに輸送できる設定値で励磁される（図１６（ｄ））。
【００４４】
治療室２Ａが待機モードから準備モードにかわると、コース切替電磁石７Ａの初期化運転が開始される。つまり、シンクロトロン１１がビームを入射，加速及び減速している間に、他の治療室につながるコース切替電磁石７Ａを飽和磁場強度まで励磁し、その後、ゼロまで減磁する。初期化運転では、コース切替電磁石７Ａの励磁及び減磁（初期化励磁）を繰り返し実施する。コース切替電磁石７Ａの初期化励磁は、磁場強度を飽和磁場強度まで増加させ、その後にゼロまで減磁すると良い。なお、シンクロトロン１１がビームを出射している間、コース切替電磁石７Ａの励磁量はゼロ（励磁電流がＯＦＦ）になるように制御される。さらに、治療室２Ａでの患者の位置決め作業と治療室ビーム輸送装置３１Ａの初期化運転が行われている。これら治療室ビーム輸送装置３１Ａおよびコース切替電磁石７Ａは、シンクロトロン１１がイオンビームを入射，加速及び減速しているときに、初期励磁される。シンクロトロン１１の出射励磁タイミング（シンクロトロン１１からイオンビームが出射されている間）は、治療室ビーム輸送装置３１Ａおよびコース切替電磁石７Ａの励磁量が０となるように制御されている。このように、コース切替電磁石７Ａの励磁パターンとシンクロトロン１１の電磁石の励磁パターンがずれて励磁されることで、コース切替電磁石７Ａの励磁量に依らず、エネルギーＥｂのイオンビームを治療室Ｂへ適切に輸送が可能となる。
【００４５】
治療室Ｂでの患者患部への照射線量が治療計画線量に到達すると、図１６（ｂ）に示すように、シンクロトロン１１から出射するビームを停止し、患者へのビーム照射を停止する。停止後、治療室Ｂの制御モードは照射モードから準備モードに遷移し、当該患者への照射が全て完了したならば患者は治療室Ｂから退出する。また、当該患者へ他方向からの照射治療を実施する場合は、引き続き、治療計画情報に基づいた位置決め作業を実施し、ビームエネルギーや照射角度および、患者固有具の設定を進める。
【００４６】
治療室Ｂの制御モードが待機モードに遷移したのに伴い、治療室Ａでの位置決め作業が完了すると、治療室Ａは準備モードから照射モードに遷移する。照射モードに遷移したのに伴い、全系サーバ４１０は、シンクロトロン１１および加速器ビーム輸送装置３０Ａの運転条件を治療室Ａの治療計画情報に基づいたエネルギーＥｂに対応する制御指示値に設定する。
【００４７】
本実施例によれば、以下に示す効果を得ることができる。
【００４８】
（１）本実施例の粒子線照射装置は、複数の治療室のそれぞれに設置される照射装置と、シンクロトロン１１から出射されたビームを照射装置に輸送するビーム輸送装置３を備え、このビーム輸送装置３はいずれか一つの照射装置（第１照射装置）にビームを輸送するようにビーム軌道を切替る複数のコース切替電磁石を有する。シンクロトロン１１がビームを出射しているときはこのビームを第１照射装置に輸送し、シンクロトロン１１がビームを入射及び加速しているときは、第１照射装置以外の照射装置につながるコース切替電磁石を初期化励磁するように制御する制御装置４０を備えている。このような構成により、照射モードである第１照射装置での照射治療中に、他の照射装置につながる切替電磁石を初期化運転できるため、第１照射装置でのビーム照射が完了して、他の照射装置でのビーム照射を開始するまでの時間を短縮できる。これにより、ビーム切り替えに要する時間が短縮され、スループットが向上する。なお、シンクロトロン１１からビームが出射されていない間に、他の治療室につがなるビーム切替電磁石を初期化運転することで、誤って他の治療室（照射モードでない治療室）にビームが輸送されることを防止できる。
【００４９】
（２）本実施例では、制御装置４０は、他の治療室（照射モードでない治療室）につながるビーム切替電磁石の磁場強度を飽和磁場強度まで励磁し、その後にゼロまで減磁するように制御して初期化運転している。このように制御することによって、所望のエネルギーのビームを照射装置に適切に輸送することができる。なお、本実施例では、飽和磁場強度まで励磁し、その後にゼロまで減磁する初期化励磁を実施しているが、電磁石の使用最高磁場又はそれ以上のある一定値に励磁し、その後にゼロまで減磁する初期化励磁を実施しても同様の効果を得ることができる。
【００５０】
（３）照射治療中のイオンビーム発生装置１，加速器ビーム輸送装置３０および治療室ビーム輸送装置３１の励磁パターンに対して、治療準備中の治療室ビーム輸送装置３１の励磁パターンの励磁位相をずらすことにより、照射治療中であっても加速器ビーム輸送装置３０経路にあるコース切替電磁石７および治療準備中の治療室ビーム輸送装置３１の初期化励磁が可能となるため、コース切り替えに要する時間を短縮することが可能となり、粒子線照射装置の治療スループットを向上できる。
【００５１】
（４）粒子線照射装置に加速器スケジューラを設け、全系サーバ４１０は加速器スケジューラに蓄積される治療室の順序管理情報をもとに治療室２の制御モードを管理する。加速器スケジューラに蓄積される治療室の順序管理情報から全系サーバ４１０は現在照射治療中の治療室の次に照射治療を実施する治療室の情報を読み込む。全系サーバ４１０は、次に照射治療を実施する治療室のコース切替電磁石７と治療室ビーム輸送装置３１を初期化励磁することで、コース切り替えに要する時間を短縮することが可能となり、粒子線照射装置の治療スループットを向上できる。
【００５２】
（５）照射治療を実施している治療室以外の治療室で患者の位置決め作業などの照射準備作業と並行して、治療室ビーム輸送装置を構成する電磁石と当該治療室に輸送コースを切り替えるコース切り替え電磁石の初期化励磁を実施し、かつ、照射準備作業を実施中の治療室に接続される治療室ビーム輸送装置とコース切替電磁石の初期化励磁パターンをシンクロトロンの偏向磁場強度の運転パターンに対して位相をずらして励磁する。具体的には、シンクロトロンからのビーム出射制御区間に照射準備作業を実施中の治療室にビーム輸送コースを切り替えるコース切替電磁石の励磁されなければ、治療中のビーム輸送に影響を及ぼすことがない。また、シンクロトロンが減速から加速の制御区間において初期化励磁を実施すれば、シンクロトロンと治療室を接続するビーム輸送装置にはイオンビームが存在しないため、初期化励磁の実施により照射準備作業を実施している治療室にイオンビームが輸送されることもない。
【００５３】
本実施例では、コース切替電磁石の初期化励磁は、電磁石を励磁した後、すぐに減磁する制御を行った。しかし、シンクロトロン１１がビームを入射，加速及び減速している間に照射治療していない治療室につながるコース切替電磁石の初期化励磁制御をする際は、図１０に示すように、シンクロトロン１１の偏向電磁石と初期化励磁制御する電磁石を互いに逆相で運転する制御を行っても良い。この場合、図７に示す時間Ｔｌ，Ｔinc，Ｔｈ，Ｔdecは、それぞれ、図２に示す、Ｔext，Ｔdea，Ｔinj，Ｔaccに等しくなるように制御する。なお、シンクロトロン１１の電磁石を励磁するときは、治療室ビーム輸送装置の電磁石は減磁しており、逆にシンクロトロン１１の電磁石が減磁するときは、治療室ビーム輸送装置の電磁石は励磁されることになる。このような運転制御によって、誤って準備モードである治療室にビームが輸送されることを防ぐ。
【００５４】
本実施例では、シンクロトロン１１の一運転周期の間に、コース切替電磁石７Ａは一回の励磁及び減磁を実施しているが、シンクロトロン１１の入射，加速及び減速の間であれば、複数回の励磁及び減磁を繰り返す制御をしても良い。これにより、さらに初期化励磁に要する時間を短縮でき、スループットを向上できる。
【００５５】
本実施例では、エネルギーＥｂのイオンビームを用いて治療室２Ｂの照射治療を実施した後、同一のエネルギーＥｂで治療室２Ａでの照射治療を実施する例を示した。しかし、治療室２Ｂの照射治療を実施した後、異なるエネルギーＥａのイオンビームで治療室２Ａでの照射治療を実施する場合にも、本実施例に記載の発明は適用できる。このとき、シンクロトロン１１に設置される電磁石と加速器ビーム輸送装置３０の初期化が必要となる場合がある。
【００５６】
（実施例２）
以下に、本発明の他の実施形態である粒子線照射装置を、図１７を用いて説明する。
【００５７】
本実施例の粒子線照射装置は、実施例１の粒子線照射装置と同じ構成を有する。実施例１では、ある治療室で一人の患者に対してイオンビームを出射する間、シンクロトロン１１から出射するイオンビームのエネルギーが一定値Ｅｂであったが、本実施例では、一人の患者にイオンビームを照射治療する間に、シンクロトロン１１から出射するイオンビームのエネルギーを段階的に変化させる。例えば、患者の患部をビーム進行方向に複数の層に分割し、各層毎にイオンビームを照射するスキャニング照射法の場合に本実施例の照射法を用いることができる。以下に、実施例１と異なる制御について説明する。
【００５８】
治療室２Ｂが照射モードであり、治療室２Ａ，２Ｃが待機モードである場合、シンクロトロン１１から出射されたイオンビームは、治療室２Ｂの照射装置２４Ｂに輸送される。図１７では、シンクロトロン１１は、シンクロトロンの運転サイクル（入射，加速，出射及び減速の一周期）毎に異なるエネルギー（例えば、エネルギーＥ１，Ｅ２，Ｅ３‥と変化）のイオンビームを出射している。
【００５９】
シンクロトロン１１の偏向電磁石は、図１７（ａ）に示すように、まず、イオンビームをエネルギーＥ１に加速する磁場強度Ｂ１１（第１磁場強度）に励磁される。励磁量がＢ１１に達した時点でその励磁量を固定する。シンクロトロン１１からイオンビームを出射した後、再び偏向電磁石の励磁量をＢ１１からＢ１max（第２磁場強度）まで再励磁し、偏向電磁石が生成する磁場が飽和磁場となった後に、減磁する。シンクロトロン１１の偏向電磁石は、次に入射されるイオンビームをエネルギーＥ２に加速する磁場強度Ｂ１２に励磁し、励磁量がＢ１２に達した時点で、その励磁量に固定する。イオンビームを出射完了した後、再び励磁量をＢ１２からＢ１maxまで再励磁し、その後に減磁する。このように、シンクロトロン１１に設置された偏向電磁石の磁場強度を第１磁場強度まで増加し、イオンビームをシンクロトン１１から出射した後、この偏向電磁石の磁場強度をさらに第２磁場強度まで増加し、その後に減磁することによって、イオンビームの出射エネルギーによらず、偏向電磁石の残留磁場を一定にできる。これにより、シンクロトロン１１に設置される電磁石の初期化励磁が不要となる。
【００６０】
照射治療中である治療室２Ｂにつながるビーム輸送装置３の電磁石は、シンクロトロン１１の一周期毎に、このエネルギーに応じた励磁量で励磁される。具体的には、加速器ビーム輸送装置３０Ａ，３０Ｂ及び治療室ビーム輸送装置３１Ｂの電磁石は、シンクロトロン１１から出射されるイオンビームのエネルギーに合わせて、段階的にその励磁量を変化させる。
【００６１】
コース切替電磁石７Ｂは、図１７（ｄ）に示すように、シンクロトロン１１がイオンビームを出射開始するまで（入射及び加速の間）に、エネルギーＥ１のイオンビームを輸送する磁場強度Ｂ２１に励磁される。励磁量がＢ２１に達した時点でその励磁量に固定する。シンクロトロン１１からのイオンビームの出射が完了した後に、再び電磁石の励磁量をＢ２１から飽和磁場Ｂ２maxまで再励磁し、電磁石の発生する磁場が飽和磁場となった後に減磁する。その後、コース切替電磁石７Ｂは、次のイオンビームのエネルギーＥ２に合わせて、磁場強度Ｂ２２に励磁し、励磁量がＢ２２に達した時点でその励磁量に固定する。イオンビームの出射が完了した後、再び電磁石の励磁量をＢ２２から飽和磁場Ｂmaxまで再励磁し、電磁石の発生する磁場が飽和磁場となった後に減磁する。シンクロトロン１１がイオンビームを出射しているときに、イオンビームを治療室２Ｂの照射装置２４Ｂに輸送するように、制御装置がコース切替電磁石７Ｂを制御している。
【００６２】
他の治療室２Ａにつながるコース切替電磁石７Ａは、図１７（ｃ）に示すように、待機モードであるため、励磁量はゼロ（励磁電流がＯＦＦ）である。
【００６３】
治療室２Ａが待機モードから準備モードにかわると、コース切替電磁石７Ａの初期化運転が開始される。つまり、シンクロトロン１１がイオンビームを入射，加速及び減速している間に、コース切替電磁石７Ａは飽和磁場強度まで励磁され、その後にゼロまで減磁される。シンクロトロン１１がイオンビームを出射している間、コース切替電磁石７Ａの励磁量はゼロ（励磁電流がゼロ）とする。このように、シンクロトロン１１がイオンビームを入射，加速及び減速しているとき（イオンビームを出射していない間）に、コース切替電磁石７Ａの初期化励磁を実施し、シンクロトロン１１がイオンビームを出射しているときにコース切替電磁石７Ａの励磁量をゼロと制御することによって、他の治療室２Ｂで照射治療中であっても、初期化励磁が可能となる。
【００６４】
本実施例でも、実施例１と同様の効果を得ることができる。さらに、以下に示す効果を得ることができる。
【００６５】
（６）本実施例の粒子線照射装置は、シンクロトロン１１に設置された偏向電磁石の磁場強度を第１磁場強度まで増加し、ビームをシンクロトン１１から出射した後、この偏向電磁石の磁場強度をさらに第２磁場強度まで増加し、その後に減磁する制御装置４０を備える。このような構成により、ビームの出射エネルギーによらず、偏向電磁石の残留磁場を一定にでき、シンクロトロン１１に設置される電磁石の初期化励磁が不要となる。これにより、照射モードの第１照射装置でのビーム照射が完了して、他の照射装置でのビーム照射を開始するまでの時間を短縮できてビーム切り替えに要する時間が短縮され、スループットが向上する。
【００６６】
なお、本実施例では、シンクロトロン１１の一運転周期の間に、コース切替電磁石７Ａは一回の励磁及び減磁を実施しているが、シンクロトロン１１の入射，加速及び減速の間であれば、複数回の励磁及び減磁を繰り返す制御をしても良い。これにより、さらに初期化励磁に要する時間を短縮でき、スループットを向上できる。
【００６７】
（実施例３）
以下に、本発明の他の実施形態である粒子線照射装置を、図３，図１５及び図１８を用いて説明する。
【００６８】
本実施例の粒子線照射装置は、実施例１の粒子線照射装置において、呼吸検出器（図示せず）及び呼吸同期システム４１３を備えた構成を有する。以下、実施例１と異なる構成及び制御について説明する。
【００６９】
呼吸検出器は、各治療室２Ａ，２Ｂ及び２Ｃ内に設置され、患者の体表の動きを計測する。呼吸検出器は、呼吸によって変化する体表の位置を測定し、図３（ａ）に示すような、計測結果（呼吸検出信号）を呼吸同期システム４１３に出力する。呼吸同期制御システム４１３は、呼吸検出信号に基づいて、図３（ｂ）に示す、呼吸ゲート信号（ビーム出射許可信号）を生成する。この呼吸ゲート信号は、加速器制御システム４２１，コース切替電磁石制御システム４２２Ａ及びコース切替電磁石制御システム４２２Ｂに入力される。加速器制御システム４２１は、呼吸ゲート信号に基づいて、シンクロトロン１１の運転周期（入射，加速，待機，出射，減速及び待機）を制御する。図３（ｃ）に示すように、シンクロトロン１１の運転周期は、患者の呼吸に同期して変化する。呼吸同期照射法では、治療室からの呼吸ゲート信号がＯＮになっており、かつシンクロトロン１１内のビームが出射可能な状態（所定のエネルギーに加速されている状態）であるときにビームが出射される。シンクロトロン１１は、ビーム加速後呼吸ゲート信号がＯＮになるまで加速したビームをシンクロトロン１１内に蓄える（待機）ことができる。従って、図３(e)に示すように、シンクロトロン１１の偏向電磁石の磁場をＢｅで保持し、加速したビームを出射せずシンクロトロン１１内に蓄えている時間Ｔｗとビームの出射制御時間Ｔext運転の１サイクルにかかる時間Ｔｐは可変となる。そのほかの運転は、実施例１のパターンと同様で、入射，加速，減速をそれぞれ時間Ｔinj，Ｔacc，Ｔdeaで行う。
【００７０】
呼吸同期照射法の場合の切替電磁石の初期化励磁については、実施例１または実施例２を採用できる。本実施例でも、治療室２Ｂで照射治療を実施中に、治療室２Ａにつながるコース切替電磁石７Ａの初期化励磁を行う。
【００７１】
また、シンクロトロン１１が運転中に電磁石の初期化励磁制御をする際は、シンクロトロン１１の偏向電磁石と初期化励磁制御する電磁石を互いに逆相となるように制御しても良い。この場合、図７に示す時間Ｔｌ，Ｔinc，Ｔｈ，Ｔdecが、それぞれ、図３に示す、ＴｗとＴextの和、Ｔdea，Ｔinj，Ｔaccに等しくなるように制御することとなる。呼吸同期照射法を適用したシンクロトロン１１の制御を実施しているときに、治療室ビーム輸送装置３１の電磁石に初期化励磁制御を実施する場合は、ＴｌならびにＴｉは可変となる。
【００７２】
本実施例でも、実施例１及び２と同様の効果を得ることができる。
なお、本実施例では、シンクロトロン１１の一運転周期の間に、コース切替電磁石７Ａは一回の励磁及び減磁を実施しているが、シンクロトロン１１の入射，加速及び減速の間であれば、複数回の励磁及び減磁を繰り返す制御をしても良い。これにより、さらに初期化励磁に要する時間を短縮でき、スループットを向上できる。
実施例１乃至３では、２つの治療室及び３つのコース切替電磁石を備える粒子線照射装置としたが、複数の治療室及び複数のコース切替電磁石を備える粒子線照射装置であれば適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の粒子線照射装置の構成図である。
【図２】（ａ）シンクロトロン１１の偏向電磁石の磁場強度の時間変化を示し、（ｂ）出射用高周波電圧の時間変化を示す図である。
【図３】呼吸同期照射の適用時の（ａ）呼吸検出信号、（ｂ）呼吸ゲート信号、（ｃ）シンクロトロン１１の偏向電磁石の磁場強度変化と、（ｄ）出射ビーム電流値の時間変化を示す図である。
【図４】磁性体における、磁束密度と磁界の関係を表す図である。
【図５】初期化励磁制御を実施しない磁性体における、磁界変化に対する磁束密度の応答を示した図である。
【図６】初期化励磁制御を実施した磁性体における、磁界変化に対する磁束密度の応答を示した図である。
【図７】初期化励磁制御実施時の切替電磁石の磁場強度の時間変化を示す図でである。
【図８】実施例１の粒子線照射装置の制御システムの構成を示す図である。
【図９】治療室ビーム輸送系３１の初期化励磁制御開始時の処理を示すフロー図である。
【図１０】（ａ）シンクロトロン１１の偏向電磁石の磁場強度の時間変化を示し、（ｂ）治療室ビーム輸送系３１の初期化励磁制御時の磁場強度の時間変化を示す図である。
【図１１】治療室２の制御モード間の状態遷移図を示す。
【図１２】治療室２が待機モードから準備モードに遷移する時の処理を示すフロー図である。
【図１３】治療室２が準備モードから照射モードに遷移する時の処理を示すフロー図である。
【図１４】治療室２が照射モードから準備モードに遷移する時の処理を示すフロー図である。
【図１５】本発明の他の実施例である粒子線照射装置の構成図である。
【図１６】本発明の好適な一実施例である実施例１における（ａ）シンクロトロンの偏向電磁石の励磁量、（ｂ）シンクロトロンからの出射ビーム、（ｃ）コース切替電磁石７Ａの励磁量、（ｄ）コース切替電磁石７Ｂの励磁量の時間変化を示す図である。
【図１７】本発明の他の実施例における（ａ）シンクロトロンの偏向電磁石の励磁量、（ｂ）シンクロトロンからの出射ビーム、（ｃ）コース切替電磁石７Ａの励磁量、（ｄ）コース切替電磁石７Ｂの励磁量の時間変化を示す図である。
【図１８】本発明の他の実施例における（ａ）シンクロトロンの偏向電磁石の励磁量、（ｂ）シンクロトロンからの出射ビーム、（ｃ）コース切替電磁石７Ａの励磁量、（ｄ）コース切替電磁石７Ｂの励磁量、（ｅ）呼吸同期信号の時間変化を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ イオンビーム発生装置
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 治療室
１１ シンクロトロン
１２ 出射用高周波電極
２４Ａ，２４Ｂ、２４Ｃ 照射装置
３０ 加速器ビーム輸送装置
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ 治療室ビーム輸送装置
４０ 制御装置
５１ 出射電極電源装置
５２Ａ，５２Ｂ 電磁石電源装置
４０１ 医師用端末
４０２ 治療計画システム
４０３ スケジューラ
４１０ 全系サーバ
４１１ インターロックシステム
４１２ タイミングシステム
４１３ 呼吸同期システム
４１４ 記憶装置
４２１ シンクロトロン制御システム
４２２Ａ，４２２Ｂ コース切替電磁石制御システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子線治療装置に係り、特に、陽子及び炭素イオンなどのイオンビームを出射する粒子線照射装置及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
がんなどの患者の患部に陽子及び炭素イオン等の荷電粒子ビーム（イオンビーム）を照射する治療方法が知られている。この治療方法に用いる粒子線照射装置は、イオンビーム発生装置，ビーム輸送装置、及び照射装置を備える治療室を有する。
【０００３】
粒子線照射装置では、イオンビーム発生装置で加速したイオンビームを照射装置で患者の患部形状に合わせて照射野を形成する。照射野形成は、患者の患部深さ方向を照射するイオンビームのエネルギーにより制御し、患部形状に合わせたビーム形状をコリメータなどで形成することで実現する。また、患者の患部へイオンビームを適切に照射するため、患者は照射治療開始前に治療室の治療ベッドに固定され、患部位置をビーム照射軸に合わせる位置決め作業を実施する。
【０００４】
粒子線照射装置で主に用いられているイオンビーム発生装置として、シンクロトロンが挙げられる。シンクロトロンは、低エネルギーのイオンビームを前段加速器から入射し、患部深さに対応したエネルギーまで加速する。シンクロトロンの加速では、シンクロトロン内を周回するイオンビームに高周波電圧によりエネルギーを付与し、イオンビームのエネルギーの増加に同期してシンクロトロンを構成する電磁石（偏向電磁石や四極電磁石等）の磁場強度を高める制御を実施する。所望のエネルギーまでイオンビームのエネルギーを加速後、シンクロトロンはイオンビームをシンクロトロン内に設けた出射装置によってビーム輸送装置に出射する。出射制御終了後、シンクロトロンを構成する電磁石の磁場強度は前段加速器からの入射ビームのエネルギーに対応した強度まで減少させる減速制御を実施する。このように、シンクロトロンは入射，加速，出射，減速といった運転制御を繰り返し、この繰り返し周期のうち、出射制御時のみ、ビームがシンクロトロン外に出射される。
【０００５】
特許文献１では、一台のシンクロトロンと複数の治療室を備える粒子線照射装置を記載している。ビーム輸送装置は、複数箇所で分岐してシンクロトロンと複数の照射装置とを接続している。ビーム輸送装置の各分岐点には、ビームの輸送コースを切り替えるコース切替装置を備える。コース切替装置は、ビーム輸送装置を構成するコース切替電磁石，コース切替電磁石電源装置及びコース切替電磁石にコース切り替えを指示するコース切替制御装置を有する。
【０００６】
ビーム輸送装置を構成する電磁石は、治療室に輸送するイオンビームのエネルギーに対応した磁場強度に励磁する必要がある。そのため、散乱体を用いた照射法での治療の場合、ビーム輸送装置の電磁石は照射治療中一定の磁場強度で運転し、照射装置で患部深さ方向へのエネルギーを広げる制御を実施する。また、細径のビームを走査して照射するスキャニング照射法での治療の場合、ビームの深さ方向制御はイオンビーム発生装置から供給されるイオンビームのエネルギーで制御するため、ビーム輸送装置を構成する電磁石の励磁量もイオンビーム発生装置から供給されるエネルギーに対応して変化させる必要がある。
【０００７】
複数の治療室を有する粒子線照射装置では、照射治療が行われている治療室（第１治療室）と、第１治療室の照射治療の終了後に治療を開始する他の治療室（第２治療室）がある。第１治療室での照射治療が行われている間、第２治療室では次に治療を行う患者の治療準備（患者の位置決め作業等）を並行して実施する。第１治療室の患者に対して目標線量のイオンビームが照射されると、イオンビーム発生装置は、イオンビームの出射を停止し、第１治療室での照射治療を完了する。その後、イオンビーム発生装置は、第２治療室の患者の照射条件に合わせたエネルギーに加速する運転条件を読み込み、ビーム加速運転準備を開始する。また、ビーム輸送装置は、第１治療室での照射治療の完了後に、第１治療室から次の治療患者が固定されている第２治療室へのビーム輸送コースの切り替え作業を実施する。この際、第２治療室につながるビーム輸送コースに設けられる電磁石を初期化励磁することが必要となる。
【０００８】
各患者によって患部の位置（照射対象の深さ方向に位置）が異なるため、必要となるイオンビームのエネルギーも異なる。イオンビームのエネルギーが変化する場合、すなわち、シンクロトロンの電磁石及びビーム輸送装置の電磁石の励磁量を変化させる場合、電磁石の磁気履歴（ヒステリシス）が生じ、電磁石の初期化励磁が必要となる。しかし、初期化励磁を実施すると、シンクロトロンからイオンビームを出射できない期間が生じ、粒子線照射装置のスループットが低下する課題が生じる。特許文献２では、イオンビームの出射後に、シンクロトロン及びビーム輸送コースに備えられる電磁石の磁場強度を、電磁石の最大磁場強度まで高めた上で減速制御を実施する二段階励磁法を記載している。これにより、電磁石の初期化励磁が不要とる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１０５３５６号公報
【特許文献２】特開平８−２９８２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記従来の粒子線照射装置では、次の照射治療を行う第２治療室へイオンビームが輸送されるよう、照射治療の開始前に、所望のビーム輸送コース上にある電磁石の磁場強度を照射ビームのエネルギーに合わせて設定する。この作業をコース切り替えと言う。このようなコース切り替えは、第１治療室での照射治療の後に実施されていた。なお、コース切り替えの際には、第２治療室につながるビーム輸送装置の電磁石に対して初期化励磁を実施する必要がある。
【００１１】
ビーム輸送装置を構成する電磁石は、鉄などの磁性体からなる磁極と、磁極を励磁するためのコイルで構成される。磁性体は磁気履歴（ヒステリシス）特性を持つため、高精度で所望の励磁量を得るためには、磁気履歴を消す初期化運転が必要である。初期化運転とは、コイルの磁場を励磁および減磁する運転（初期化励磁）を繰り返すことである。この初期化運転には数十秒から数分の時間を要する。この初期化運転を実施せずにビーム輸送条件を変更すると、ビーム輸送装置を構成する電磁石の磁場強度が所望の磁場強度からずれを生じてしまうため、適切なビーム輸送が実現できない。
【００１２】
複数の治療室を備える場合、ビーム輸送装置の各分岐点にコース切替電磁石がそれぞれ設置される。このコース切替電磁石についても、照射治療を開始する前に、初期化運転することが必要となる。しかしながら、他の治療室で照射治療している間に、他のコース切替電磁石の初期励磁を実施すると照射治療をしている治療室へ適切にビーム供給が出来ない可能性や、準備作業中の他の治療室にビームを供給する可能性が生じる。このため、従来の粒子線照射装置では、治療室での照射治療が完了した後に、他の治療室につながるコース切替電磁石の初期化運転を実施しなければならず、ビーム輸送コースの切り替え作業に時間が掛かってしまう。
【００１３】
本発明の目的は、治療室へのビーム輸送コース切り替えの際に要する時間を短縮でき、かつコース切り替え電磁石の磁場強度を所望の制御値に安定して励磁ができる粒子線照射装置及びその運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するための本発明の特徴は、荷電粒子ビームを入射，加速及び出射する加速器と、複数の治療室のそれぞれに設置され、荷電粒子ビームを照射対象に出射する照射装置と、加速器から出射された荷電粒子ビームを照射装置に輸送するビーム輸送装置とを備え、ビーム輸送装置は、第１の照射装置に荷電粒子ビームを輸送するように、荷電粒子ビームのビーム軌道を切り替える複数の切替電磁石を有し、加速器が荷電粒子ビームを出射しているときに、荷電粒子ビームを第１照射装置に輸送するように切替電磁石を制御し、加速器が荷電粒子ビームを入射及び加速しているときに、他の照射装置につながる他の切替電磁石を励磁し、その後に減磁する制御を行う制御装置を備えることにある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、コース切り替えに要する時間を短縮でき、照射治療のスループットを向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施例１）
以下、図面を参照しつつ本発明の一実施例である粒子線照射装置を説明する。
【００１７】
本実施例の粒子線照射装置は、図１に示すように、イオンビーム発生装置１，複数の治療室２Ａ，２Ｂ及び２Ｃ，各治療室に設置された照射装置２４Ａ，２４Ｂ及び２４Ｃ，ビーム輸送装置３および、それらの装置を制御する制御装置４０を備える。イオンビーム発生装置は、イオン源（図示せず）、前段加速器（図示せず）及びシンクロトロン１１を備える。シンクロトロン１１は、出射用高周波電極１２及び電磁石（偏向電磁石や四極電磁石等）を有する。出射電極電源装置５１が出射用高周波電極１２に高周波電場を印加する。ビーム輸送装置は、イオンビーム発生装置１から供給されるエネルギーに応じて制御される加速器ビーム輸送装置（第１ビーム輸送装置）３０Ａ，３０Ｂと、各治療室で照射するビームエネルギーに応じて制御される治療室ビーム輸送装置（第２ビーム輸送装置）３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに分けられる。ビーム輸送装置３は、ビーム軌道を制御する偏向電磁石及びステアリング電磁石（図示せず），ビーム形状を制御する四極電磁石（図示せず）および、コース切替電磁石７Ａ，７Ｂを有する。コース切替電磁石７Ａ，７Ｂは偏向電磁石であり、励磁及び非励磁を制御してビーム軌道を切替える。加速器ビーム輸送装置３０Ａがシンクロトロン１１に接続される。コース切替電磁石７Ａは、加速器ビーム輸送装置３０Ａの下流側であって、加速器ビーム輸送装置３０Ｂと治療室ビーム輸送装置３１Ａの分岐点に設置される。コース切替電磁石７Ｂは、加速器ビーム輸送装置３０Ｂの下流側であって、治療室ビーム輸送装置３１Ｂと治療室ビーム輸送装置３１Ｃの分岐点に設置される。治療室ビーム輸送装置３１Ａが照射装置２４Ａにつながり、治療室ビーム輸送装置３１Ｂが照射装置２４Ｂにつながり、治療室ビーム輸送装置３１Ｃが照射装置２４Ｃにつながる。制御装置４０からのコース切り替えの指令信号に基づいて、電磁石電源装置５２Ａがコース切替電磁石７Ａを励磁し、電磁石電源装置５２Ｂがコース切替電磁石７Ｂを励磁する。制御装置４０は、出射電極電源装置５１，電磁石電源装置５２Ａ，５２Ｂを制御する。なお、治療室ビーム輸送装置３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃには、それぞれシャッター（図示せず）が設けられる。このシャッターは、コース切替電磁石７Ａと照射装置２４Ａの間、コース切替電磁石７Ｂと照射装置２４Ｂの間、コース切替電磁石７Ｂと照射装置２４Ｃの間にそれぞれ設けられ、不要なビームを遮断する機能を有する。
【００１８】
イオンビーム発生装置１から出射されたイオンビーム（以下、ビームという）は、ビーム輸送装置３を経て所望の治療室に輸送される。本実施例では、コース切替電磁石７Ａが励磁（励磁電流がＯＮ）されている場合、加速器ビーム輸送装置３０Ａを通過したビームは、治療室ビーム輸送装置３１Ａに輸送され、照射装置２４Ａに入射する。コース切替電磁石７Ａが励磁されていない（励磁電流がＯＦＦ）場合、ビームは、加速器ビーム輸送装置３０Ｂに輸送される。コース切替電磁石７Ｂが励磁されている場合、加速器ビーム輸送装置３０Ｂを通過したビームは、治療室ビーム輸送装置３１Ｂに輸送され、照射装置２４Ｂに入射する。コース切替電磁石７Ｂが励磁されていない場合、ビームは治療室ビーム輸送装置３１Ｃに輸送され、照射装置２４Ｃに入射する。制御装置４０が、コース切替電磁石７Ａ及び７Ｂの励磁電流を制御（例えば、励磁及び非励磁を制御）することで、いずれか一つの照射装置にビームが輸送されるように切替制御している。制御装置４０は、コース切替制御装置としての機能も有する。照射装置に入射されたビームは、各治療室２内の治療ベッド（図示せず）に固定された患者（図示せず）に出射される。
【００１９】
本実施例では、イオンビーム発生装置１としてシンクロトロン１１を備える。シンクロトロン１１に設置される出射用高周波電極１２の電極間に高周波電場を印加することで、シンクロトロン１１を周回するビームを加速器ビーム輸送装置３０Ａに出射する。
【００２０】
シンクロトロン１１は、ビームの入射，加速，出射，減速という一連の運転を周期的に行っている。一般に、シンクロトロンの運転周期は２秒から３秒で運転している。周回ビームの加速，出射，減速という一連の運転は、制御装置４０（具体的には、タイミングシステム（図示せず））から出射されるタイミング信号に基づき制御される。このタイミング信号に基づいた制御を実施することで、複数の構成機器からなるシンクロトロン１１での同期制御を可能としている。また、シンクロトロン１１に設けられる偏向電磁石（図示せず）は、図２に示すように、加速中に励磁量を増加させ、出射中は一定の励磁量を維持し、減速中に励磁量を低下させる。すなわち、この偏向電磁石は、静定，励磁，静定，減磁というパターンで運転されている。図２にシンクロトロンの一運転周期中の偏向磁石の磁場強度（図２（Ａ））と出射用高周波電圧の変化（図２（Ｂ））を示す。図２において、シンクロトロンの一運転周期をＴｐとし、同様にシンクロトロン１１へのビーム入射制御時間をＴinj、加速制御時間をＴacc、出射制御時間をＴext、減速制御時間をＴdeaと示す。また、シンクロトロン１１にビームを入射する際の偏向磁場強度をＢｉ、ビーム出射制御時の偏向磁場強度をＢｅ１とする。入射制御では、偏向磁場強度をＢｉで時間Ｔinjだけ保持する。この間に前段加速器からシンクロトロン１１にビームが入射される。その後、偏向電磁石の偏向磁場強度をＢｉからＢｅまで時間Ｔaccで増加させ、ビームを所望のエネルギーまで加速する。加速制御の終了後、偏向電磁石の偏向磁場強度をＢｅとして出射制御時間Ｔextだけ保持する。出射制御区間で出射用高周波電極１２に高周波電圧を印加する。出射用高周波電圧を印加している間、シンクロトロン１１からビームが出射される。出射制御が終了後、偏向電磁石の偏向磁場強度をＢｅからＢｉまで時間Ｔdeaで減磁する。
【００２１】
初期励磁を行わずに電磁石を使用した場合について、図４，図５を参照しつつ説明する。
【００２２】
一般に電磁石は、鉄板等の磁性体を積層した磁極と励磁用のコイルで構成される。磁極を構成する磁性体は励磁に伴い、図４に示すようなヒステリシス環線（磁気履歴曲線）を描く。まず、電磁石が無励磁状態（励磁電流が０Ａの場合）では磁性体は磁化されていない（磁場強度Ｂがゼロ）。そこから電磁石の励磁電流を高めるに従い磁界Ｈが増加し、これに伴い磁性体が飽和するａ点に向かって励磁される（図４の線Ｏ−ａ）。その後、励磁電流を下げるとａ点からｂ点に向かって減磁される。この際、励磁電流を０Ａ（磁界Ｈをゼロ）に戻しても磁場は０とはならず、磁性体により決まるある値Ｂｒを持つ。これを残留磁化あるいは残留磁束密度と呼ぶ。例えば、図５に示すように、電磁石を磁界Ｈ１まで励磁し、その後、磁界Ｈ２まで減磁する制御をした場合を考える。このように、二つの磁界Ｈ１，Ｈ２を往復させるような運転を行うと、先に示した履歴特性によって、磁場の状態は点ｄ→点ｅ→点ｆ→点ｇの順に遷移する。すると、同じ磁界Ｈ１に電磁石を励磁したとしても、磁場強度が異なる値（点ｄと点ｆ）を示し、発生する磁場がΔＢ１だけ異なってしまう。また、磁界Ｈ２に対しても異なる磁場強度（点ｅと点ｇ）を示し、磁場がΔＢ２だけ異なる。このように電磁石に同じ励磁電流を流したとしても、異なる磁場強度を示すことになり、適切なビーム輸送が困難となる。
【００２３】
そこで、図６に示すように、例えば飽和磁束密度まで励磁される点ａと、磁界Ｈが０となる点ｂの間を往復するように電磁石の励磁と減磁を繰り返す制御をする。これにより、それまでの磁性体の磁気履歴を消去し、履歴曲線を定めることで所定の電流で所望の磁場を励磁できる。このような励磁運転を初期化励磁という。初期化励磁を実施することで所定の磁界で所定の磁場が励磁されることになり電磁石電流の制御によって正確に磁場を励磁できることになる。
【００２４】
本実施例でのコース切替電磁石の初期化励磁パターンの一例を図７に示す。磁場の静定，励磁，静定，減磁という処理をそれぞれ時間Ｔｌ，Ｔinc，Ｔｈ，Ｔdecで行う。この１サイクルの運転にかかる時間はＴｉとなる。コース切替電磁石７，加速器ビーム輸送装置３０Ａ，３０Ｂ又は治療室ビーム輸送装置３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに設置された電磁石を初期化励磁制御する場合、励磁電流の最小値が０となるように制御する。
【００２５】
次に本実施例の粒子線照射装置の制御について図８を参照しつつ説明する。粒子線照射装置の制御装置４０は、医師用端末４０１，治療計画システム４０２，スケジューラ４０３，全系サーバ４１０，インターロックシステム４１１，タイミングシステム４１２，呼吸同期システム４１３，記憶装置４１４，運転員用端末４１５，各サブシステムからなる。治療計画システム４０２は医師による患者の診断結果に基づき、治療計画を立案する。治療計画には患者の識別情報，患者に照射するビームのエネルギー，照射方向，照射野の大きさ，照射方法（呼吸同期照射の有無）等の情報が含まれている。治療計画システム４０２が立案した治療計画は記憶装置４１４に治療計画情報４１４Ａとして記憶される。蓄積された治療計画情報４１４Ａは、該当する治療が実施される際に、全系サーバ４１０によって読み込まれ、運転制御に反映される。また、スケジューラ４０３には、患者の照射プランに合わせて照射スケジュールを登録する。スケジューラ４０３は、治療スケジュール情報４１４Ｂを参照して、当該照射治療を含めたその日に行う照射治療の順序を決める。治療スケジュール情報４１４Ｂは治療室ごとに用意されており、治療スケジュールに基づく順序でそれぞれの治療室で照射治療が行われる。
【００２６】
記憶装置４１４は、前述の治療計画情報４１４Ａと治療スケジュール４１４Ｂに加え、運転パターン・設定値情報４１４Ｃを蓄積している。運転パターン情報には、照射するビームのエネルギーと照射条件に応じた、シンクロトロン１１とコース切替電磁石などの時間的に設定値を変化させる機器の運転パターンデータと、初期化励磁時に参照される初期化励磁パターンデータが収納されている。設定値情報には、照射治療中に時間的に設定値が変化しない機器の固定の設定値が収納されている。これらの運転パターンデータと設定値が全系サーバ４１０を介して各サブシステムに送信される。各サブシステムを構成する制御装置は、これらの運転パターンデータと設定値に従った機器の運転を行う。
【００２７】
治療室２は患者の入室状況や照射治療の実行状況に応じた複数の制御モードを持つ。治療室２の制御モードは常時、全系サーバ４１０が制御モードの監視している。本実施例では、治療室の制御モードとして、「待機モード」「準備モード」「照射モード」の三つを設けて説明する。待機モードは、当該治療室に患者が入室できる状態である。準備モードは、当該治療室で治療する患者の入室および認証が完了し、治療照射前の患者位置決め作業，治療室ビーム輸送装置３１の初期化励磁等の治療準備が可能な状態および、照射治療が完了後、患者が退室可能な状態である。照射モードは、位置決め作業の完了した患者が治療室内におり、治療照射が可能な状態である。シンクロトロン１１でのビームの加速，出射といった運転制御は、複数ある治療室２のいずれかが照射モードに遷移した状態でのみ行える。また、本実施例に示した粒子線照射装置では、一度に複数の治療室での治療照射はできないため、同時に二つの治療室が「照射モード」となることはない。以上に示した各治療室の制御モードは、加速器スケジューラ（図示せず）に伝送され、イオンビームを供給する治療室の順序を管理する。この加速器スケジューラに蓄積される治療室の順序管理情報は、全系サーバ４１０により逐次監視されている。仮に、複数の治療室で準備モードに移行されている場合、照射準備が完了した順に照射モードに移行する制御を実施する。
【００２８】
インターロックシステム４１１は、各治療室の制御モードに応じて、照射モード以外の治療室２に誤ってビームが輸送されないように、各機器の状態を監視する。例えば、照射モードが選択されていない治療室に通じる治療室ビーム輸送装置３１を構成する電磁石機器に対しては、シンクロトロン１１の出射制御周期と同期して出射ビームに相当する励磁電流が供給されないように、励磁位相検出装置（図示せず）を備える。なお、インターロックシステム４１１は、治療室ビーム輸送装置３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃのそれぞれに設けられるシャッターの開閉を制御する。具体的には、照射モードの治療室につながる治療室ビーム輸送装置のシャッターを開き、照射モードでない他の治療室（待機モード又は準備モードの治療室）につながる治療室ビーム輸送装置のシャッターを閉じる。
【００２９】
タイミングシステム４１２は、粒子線照射装置を構成する機器の連携制御の基準となるタイミング信号を出力する。本実施例においては、シンクロトロン１１を構成する機器の運転制御と各治療室にビームを供給する治療室ビーム輸送装置３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを構成する機器の連携制御を実現するための制御信号の一つである。
【００３０】
全系サーバ４１０は運転員用端末４１５からの入力を受け、それに基づき、治療室２の制御モードの指定や、各サブシステム機器の運転指令を出力する。全系サーバ４１０は常に、記憶装置内の治療計画情報４１４Ａと治療スケジュール４１４Ｂを参照しながら、運転員からの入力が適切かを判断し、誤った入力にはエラーを出力するなどのフェイルセーフ機能を持つ。
【００３１】
シンクロトロン制御システム４２１やコース切替電磁石制御システム４２２Ａ，４２２Ｂなどの各サブシステムは、タイミングシステム４１２からのタイミング信号と、全系サーバ４１０からの指令に応じて、全系サーバから送られてくる運転パターンや設定値に応じて、各機器の電源を制御する。シンクロトロン制御システム４２１はシンクロトロン１１内の出射電極１２に高周波電圧を印加し、電磁石電源装置５２Ａ，５２Ｂはそれぞれ、コース切替電磁石７Ａ，７Ｂを所定の運転制御タイミングで励磁する。
【００３２】
治療室の制御モードとインターロックシステム４１１の関係について述べる。インターロックシステム４１１は各治療室の制御モードに応じて、粒子線照射装置を構成する機器の動作を管理する。
【００３３】
まず、治療室２Ａ，２Ｂ，２Ｃのいずれもが「待機モード」の場合を説明する。この場合、シンクロトロン１１からビームを出射しないよう、シンクロトロン制御システム４２１に高周波電圧を印加せず、コース切替電磁石７Ａ，７Ｂは励磁されない。治療室２Ａ，２Ｂ，２Ｃのいずれか一つの治療室の制御モードが「準備モード」の場合、例えば、治療室２Ａ，２Ｃが待機モードであり、治療室２Ｂが準備モードの場合、治療室２Ｂに通じる治療室ビーム輸送装置３１Ｂのコース切替電磁石７Ｂの初期化励磁を許可し、もう一方の治療室ビーム輸送装置３１Ａのコース切替電磁石７Ａに対しては、初期化励磁を禁止する。同様に、加速器ビーム輸送装置３０を構成する電磁石に対しても初期化励磁を許可する。「準備モード」にある治療室２Ｂの治療室ビーム輸送装置３１Ｂは初期化励磁を行う。初期化励磁は図９に示す手順で行われる。初期化励磁開始時には、治療計画情報４１４Ａで指定された患者に照射するビームのエネルギーから、適切な初期化励磁パターンを運転パターン情報４１４Ｃから呼び出して、治療室ビーム輸送装置の電磁石の制御システムに読み込ませる。そして、読み込んだ初期化励磁パターンとタイミングシステム４１２からのタイミング信号をもとに適切なタイミングで初期化励磁が必要回数行われる。
【００３４】
治療室２Ａ，２Ｂのいずれか一方の制御モードが「照射モード」である場合を説明する。この場合、照射モードの治療室に対して、患者の治療計画情報に基づき、所望のエネルギーのビームを輸送する必要がある。そのため、照射前にシンクロトロン１１と加速器ビーム輸送装置３０の電磁石の初期化励磁を実施する。その後、出射用電極電源装置４１の動作が許可される。そして、シンクロトロン１１，加速器ビーム輸送装置３０，対応する治療室ビーム輸送装置３１の各機器が記憶装置内の運転パラメータ・設定値情報４１４Ｃを基に全系サーバから与えられる設定値に制御される。
【００３５】
ここで、治療室の各制御モード間の遷移処理について述べる。治療室の制御モードは、図１１に示す状態遷移のように「待機モードから準備モード」，「準備モードから照射モード」，「照射モードから待機モード」，「準備モードから待機モード」の４通りである。それぞれの各制御モード間の状態遷移時の制御フローを図１２〜図１５に示す。
【００３６】
図１２に治療室の制御モードが待機モードから準備モードへの遷移処理を示す。例えば、患者が治療室２Ａへ入室するにあたり、治療スケジューラが指定する患者情報と入室前の患者情報を照合する。照合の結果、同一と判定できた場合、患者は治療室２Ａに入室することができ、治療室２Ａは準備モードに遷移する。患者情報が整合できなかった場合は、患者の治療室２Ａへの入室は許可されず、治療室の制御モードは待機モードを維持する。
【００３７】
準備モードでは、患者が治療室２Ａに入室後、患者の位置決め作業等の照射準備作業とともに、治療室ビーム輸送装置３１の初期化励磁を開始する。この際、初期化励磁周期は、シンクロトロン１１の運転周期と逆相、つまり、シンクロトロン１１が出射制御運転中に治療室ビーム輸送装置３１は磁場強度を０にする制御が実施されている。このような制御を実施することで、治療準備中の治療室２Ａの照射装置２４Ａへのビーム輸送がされない運転を担保する。
【００３８】
図１３に準備モードから照射モードへの遷移処理を示す。照射準備作業が完了後、全系サーバ４１０に対して照射準備完了が伝送される。全系サーバ４１０は、治療室２Ａからの照射準備完了信号が伝送された際、他の治療室２Ｂ，２Ｃの制御モードを確認する。この際、他の治療室２Ｂ，２Ｃが照射モードでない場合には、照射準備完了信号を伝送してきた治療室２Ａを照射モードに遷移させる。たとえば、治療室２Ｂが既に照射モードであった場合、治療室２Ｂの治療照射が完了し治療室２Ｂの制御モードが照射モードから準備モードに遷移した後、治療室２Ａを照射モードに遷移する。全系サーバ４１０は各治療室の制御モードを逐次確認し、現在実施している照射治療が完了後、治療準備が完了した照射室の運転条件を読み込むことで、イオンビーム発生装置と加速器ビーム輸送装置３０の速やかな運転条件の切り替えを実現する。
【００３９】
患者位置決め作業および、治療室ビーム輸送装置３１の初期化励磁の完了を確認後、放射線技師の退室を確認した上で照射モードに遷移できる。この際、一連の条件を満足できなかった場合は、治療室２Ａは準備モードから照射モードへ遷移できない。
【００４０】
図１４に照射モードから準備モードへの遷移する際の遷移処理を示す。照射モードから準備モードへの遷移条件として、患部への照射線量満了時、患者への照射治療の完了時および、照射治療中の機器異常発生時が挙げられる。まず、照射モードから準備モードへの遷移条件が生じた際、全系サーバ４１０は患部への照射線量，ビームエネルギー等の情報を照射記録として治療計画情報と関連付けて記憶装置４１４に保存する。その後、全系サーバは照射治療が完了した治療室（例えば、治療室２Ａ）の制御モードを照射モードから準備モードに遷移させる。全系サーバ４１０は、イオンビーム発生装置１と加速器ビーム輸送装置３０の運転条件を次に予定されている治療室（例えば、治療室２Ｂ）の運転条件を治療計画情報から取り込み、初期化励磁を開始する。準備モードから待機モードの遷移は、照射治療の完了した患者が治療室２Ｂから退出する際に行われる。患者の退室を確認した後に、治療室２Ａの制御モードを準備モードから待機モードに遷移させる。以上４通りのモード遷移の手順のみによってモードを変えることができる。
【００４１】
ここで、本実施例の特徴である、治療室の切り替え方法について図１６を用いて説明する。
【００４２】
本実施例では、エネルギーＥｂのビームを用いて治療室２Ｂで照射治療を実施し、その照射終了後に、同一のエネルギーＥｂのビームを用いて治療室２Ａで照射治療を実施する場合について説明する。つまり、治療室２Ｂで照射治療を実施中に並行して治療室２Ａで位置決め作業を進めている状態から、治療室２Ｂの治療の完了に伴い治療室２Ａへコースを切り替え、治療室２Ａでの照射治療を開始するという制御を想定して説明する。
【００４３】
治療室２Ｂが照射モードであり、治療装置２Ａ，２Ｃが待機モードである場合、シンクロトロン１１から出射されたビームは、治療室２Ｂの照射装置２４Ｂに輸送される。治療室２ＢはエネルギーＥｂのイオンビームでの照射治療を実施している。シンクロトロン１１内の偏向電磁石は、図２に示すような励磁パターンで運転している。加速器ビーム輸送装置３０Ａ，治療室ビーム輸送装置３１Ｂは、エネルギーＥｂのイオンビームを輸送できる設定値でそれぞれ励磁されている。他の治療室２Ａにつながるコース切替電磁石７Ａは、図１６（ｃ）に示すように、励磁量がゼロ（励磁電流がＯＦＦ）である。このため、加速器ビーム輸送装置３０Ａを通過したビームは、治療室ビーム輸送装置３１Ｂに輸送される。コース切替電磁石７Ｂは、エネルギーＥｂのイオンビームを治療室２４Ｂに輸送できる設定値で励磁される（図１６（ｄ））。
【００４４】
治療室２Ａが待機モードから準備モードにかわると、コース切替電磁石７Ａの初期化運転が開始される。つまり、シンクロトロン１１がビームを入射，加速及び減速している間に、他の治療室につながるコース切替電磁石７Ａを飽和磁場強度まで励磁し、その後、ゼロまで減磁する。初期化運転では、コース切替電磁石７Ａの励磁及び減磁（初期化励磁）を繰り返し実施する。コース切替電磁石７Ａの初期化励磁は、磁場強度を飽和磁場強度まで増加させ、その後にゼロまで減磁すると良い。なお、シンクロトロン１１がビームを出射している間、コース切替電磁石７Ａの励磁量はゼロ（励磁電流がＯＦＦ）になるように制御される。さらに、治療室２Ａでの患者の位置決め作業と治療室ビーム輸送装置３１Ａの初期化運転が行われている。これら治療室ビーム輸送装置３１Ａおよびコース切替電磁石７Ａは、シンクロトロン１１がイオンビームを入射，加速及び減速しているときに、初期励磁される。シンクロトロン１１の出射励磁タイミング（シンクロトロン１１からイオンビームが出射されている間）は、治療室ビーム輸送装置３１Ａおよびコース切替電磁石７Ａの励磁量が０となるように制御されている。このように、コース切替電磁石７Ａの励磁パターンとシンクロトロン１１の電磁石の励磁パターンがずれて励磁されることで、コース切替電磁石７Ａの励磁量に依らず、エネルギーＥｂのイオンビームを治療室Ｂへ適切に輸送が可能となる。
【００４５】
治療室Ｂでの患者患部への照射線量が治療計画線量に到達すると、図１６（ｂ）に示すように、シンクロトロン１１から出射するビームを停止し、患者へのビーム照射を停止する。停止後、治療室Ｂの制御モードは照射モードから準備モードに遷移し、当該患者への照射が全て完了したならば患者は治療室Ｂから退出する。また、当該患者へ他方向からの照射治療を実施する場合は、引き続き、治療計画情報に基づいた位置決め作業を実施し、ビームエネルギーや照射角度および、患者固有具の設定を進める。
【００４６】
治療室Ｂの制御モードが待機モードに遷移したのに伴い、治療室Ａでの位置決め作業が完了すると、治療室Ａは準備モードから照射モードに遷移する。照射モードに遷移したのに伴い、全系サーバ４１０は、シンクロトロン１１および加速器ビーム輸送装置３０Ａの運転条件を治療室Ａの治療計画情報に基づいたエネルギーＥｂに対応する制御指示値に設定する。
【００４７】
本実施例によれば、以下に示す効果を得ることができる。
【００４８】
（１）本実施例の粒子線照射装置は、複数の治療室のそれぞれに設置される照射装置と、シンクロトロン１１から出射されたビームを照射装置に輸送するビーム輸送装置３を備え、このビーム輸送装置３はいずれか一つの照射装置（第１照射装置）にビームを輸送するようにビーム軌道を切替る複数のコース切替電磁石を有する。シンクロトロン１１がビームを出射しているときはこのビームを第１照射装置に輸送し、シンクロトロン１１がビームを入射及び加速しているときは、第１照射装置以外の照射装置につながるコース切替電磁石を初期化励磁するように制御する制御装置４０を備えている。このような構成により、照射モードである第１照射装置での照射治療中に、他の照射装置につながる切替電磁石を初期化運転できるため、第１照射装置でのビーム照射が完了して、他の照射装置でのビーム照射を開始するまでの時間を短縮できる。これにより、ビーム切り替えに要する時間が短縮され、スループットが向上する。なお、シンクロトロン１１からビームが出射されていない間に、他の治療室につがなるビーム切替電磁石を初期化運転することで、誤って他の治療室（照射モードでない治療室）にビームが輸送されることを防止できる。
【００４９】
（２）本実施例では、制御装置４０は、他の治療室（照射モードでない治療室）につながるビーム切替電磁石の磁場強度を飽和磁場強度まで励磁し、その後にゼロまで減磁するように制御して初期化運転している。このように制御することによって、所望のエネルギーのビームを照射装置に適切に輸送することができる。なお、本実施例では、飽和磁場強度まで励磁し、その後にゼロまで減磁する初期化励磁を実施しているが、電磁石の使用最高磁場又はそれ以上のある一定値に励磁し、その後にゼロまで減磁する初期化励磁を実施しても同様の効果を得ることができる。
【００５０】
（３）照射治療中のイオンビーム発生装置１，加速器ビーム輸送装置３０および治療室ビーム輸送装置３１の励磁パターンに対して、治療準備中の治療室ビーム輸送装置３１の励磁パターンの励磁位相をずらすことにより、照射治療中であっても加速器ビーム輸送装置３０経路にあるコース切替電磁石７および治療準備中の治療室ビーム輸送装置３１の初期化励磁が可能となるため、コース切り替えに要する時間を短縮することが可能となり、粒子線照射装置の治療スループットを向上できる。
【００５１】
（４）粒子線照射装置に加速器スケジューラを設け、全系サーバ４１０は加速器スケジューラに蓄積される治療室の順序管理情報をもとに治療室２の制御モードを管理する。加速器スケジューラに蓄積される治療室の順序管理情報から全系サーバ４１０は現在照射治療中の治療室の次に照射治療を実施する治療室の情報を読み込む。全系サーバ４１０は、次に照射治療を実施する治療室のコース切替電磁石７と治療室ビーム輸送装置３１を初期化励磁することで、コース切り替えに要する時間を短縮することが可能となり、粒子線照射装置の治療スループットを向上できる。
【００５２】
（５）照射治療を実施している治療室以外の治療室で患者の位置決め作業などの照射準備作業と並行して、治療室ビーム輸送装置を構成する電磁石と当該治療室に輸送コースを切り替えるコース切り替え電磁石の初期化励磁を実施し、かつ、照射準備作業を実施中の治療室に接続される治療室ビーム輸送装置とコース切替電磁石の初期化励磁パターンをシンクロトロンの偏向磁場強度の運転パターンに対して位相をずらして励磁する。具体的には、シンクロトロンからのビーム出射制御区間に照射準備作業を実施中の治療室にビーム輸送コースを切り替えるコース切替電磁石の励磁されなければ、治療中のビーム輸送に影響を及ぼすことがない。また、シンクロトロンが減速から加速の制御区間において初期化励磁を実施すれば、シンクロトロンと治療室を接続するビーム輸送装置にはイオンビームが存在しないため、初期化励磁の実施により照射準備作業を実施している治療室にイオンビームが輸送されることもない。
【００５３】
本実施例では、コース切替電磁石の初期化励磁は、電磁石を励磁した後、すぐに減磁する制御を行った。しかし、シンクロトロン１１がビームを入射，加速及び減速している間に照射治療していない治療室につながるコース切替電磁石の初期化励磁制御をする際は、図１０に示すように、シンクロトロン１１の偏向電磁石と初期化励磁制御する電磁石を互いに逆相で運転する制御を行っても良い。この場合、図７に示す時間Ｔｌ，Ｔinc，Ｔｈ，Ｔdecは、それぞれ、図２に示す、Ｔext，Ｔdea，Ｔinj，Ｔaccに等しくなるように制御する。なお、シンクロトロン１１の電磁石を励磁するときは、治療室ビーム輸送装置の電磁石は減磁しており、逆にシンクロトロン１１の電磁石が減磁するときは、治療室ビーム輸送装置の電磁石は励磁されることになる。このような運転制御によって、誤って準備モードである治療室にビームが輸送されることを防ぐ。
【００５４】
本実施例では、シンクロトロン１１の一運転周期の間に、コース切替電磁石７Ａは一回の励磁及び減磁を実施しているが、シンクロトロン１１の入射，加速及び減速の間であれば、複数回の励磁及び減磁を繰り返す制御をしても良い。これにより、さらに初期化励磁に要する時間を短縮でき、スループットを向上できる。
【００５５】
本実施例では、エネルギーＥｂのイオンビームを用いて治療室２Ｂの照射治療を実施した後、同一のエネルギーＥｂで治療室２Ａでの照射治療を実施する例を示した。しかし、治療室２Ｂの照射治療を実施した後、異なるエネルギーＥａのイオンビームで治療室２Ａでの照射治療を実施する場合にも、本実施例に記載の発明は適用できる。このとき、シンクロトロン１１に設置される電磁石と加速器ビーム輸送装置３０の初期化が必要となる場合がある。
【００５６】
（実施例２）
以下に、本発明の他の実施形態である粒子線照射装置を、図１７を用いて説明する。
【００５７】
本実施例の粒子線照射装置は、実施例１の粒子線照射装置と同じ構成を有する。実施例１では、ある治療室で一人の患者に対してイオンビームを出射する間、シンクロトロン１１から出射するイオンビームのエネルギーが一定値Ｅｂであったが、本実施例では、一人の患者にイオンビームを照射治療する間に、シンクロトロン１１から出射するイオンビームのエネルギーを段階的に変化させる。例えば、患者の患部をビーム進行方向に複数の層に分割し、各層毎にイオンビームを照射するスキャニング照射法の場合に本実施例の照射法を用いることができる。以下に、実施例１と異なる制御について説明する。
【００５８】
治療室２Ｂが照射モードであり、治療室２Ａ，２Ｃが待機モードである場合、シンクロトロン１１から出射されたイオンビームは、治療室２Ｂの照射装置２４Ｂに輸送される。図１７では、シンクロトロン１１は、シンクロトロンの運転サイクル（入射，加速，出射及び減速の一周期）毎に異なるエネルギー（例えば、エネルギーＥ１，Ｅ２，Ｅ３‥と変化）のイオンビームを出射している。
【００５９】
シンクロトロン１１の偏向電磁石は、図１７（ａ）に示すように、まず、イオンビームをエネルギーＥ１に加速する磁場強度Ｂ１１（第１磁場強度）に励磁される。励磁量がＢ１１に達した時点でその励磁量を固定する。シンクロトロン１１からイオンビームを出射した後、再び偏向電磁石の励磁量をＢ１１からＢ１max（第２磁場強度）まで再励磁し、偏向電磁石が生成する磁場が飽和磁場となった後に、減磁する。シンクロトロン１１の偏向電磁石は、次に入射されるイオンビームをエネルギーＥ２に加速する磁場強度Ｂ１２に励磁し、励磁量がＢ１２に達した時点で、その励磁量に固定する。イオンビームを出射完了した後、再び励磁量をＢ１２からＢ１maxまで再励磁し、その後に減磁する。このように、シンクロトロン１１に設置された偏向電磁石の磁場強度を第１磁場強度まで増加し、イオンビームをシンクロトン１１から出射した後、この偏向電磁石の磁場強度をさらに第２磁場強度まで増加し、その後に減磁することによって、イオンビームの出射エネルギーによらず、偏向電磁石の残留磁場を一定にできる。これにより、シンクロトロン１１に設置される電磁石の初期化励磁が不要となる。
【００６０】
照射治療中である治療室２Ｂにつながるビーム輸送装置３の電磁石は、シンクロトロン１１の一周期毎に、このエネルギーに応じた励磁量で励磁される。具体的には、加速器ビーム輸送装置３０Ａ，３０Ｂ及び治療室ビーム輸送装置３１Ｂの電磁石は、シンクロトロン１１から出射されるイオンビームのエネルギーに合わせて、段階的にその励磁量を変化させる。
【００６１】
コース切替電磁石７Ｂは、図１７（ｄ）に示すように、シンクロトロン１１がイオンビームを出射開始するまで（入射及び加速の間）に、エネルギーＥ１のイオンビームを輸送する磁場強度Ｂ２１に励磁される。励磁量がＢ２１に達した時点でその励磁量に固定する。シンクロトロン１１からのイオンビームの出射が完了した後に、再び電磁石の励磁量をＢ２１から飽和磁場Ｂ２maxまで再励磁し、電磁石の発生する磁場が飽和磁場となった後に減磁する。その後、コース切替電磁石７Ｂは、次のイオンビームのエネルギーＥ２に合わせて、磁場強度Ｂ２２に励磁し、励磁量がＢ２２に達した時点でその励磁量に固定する。イオンビームの出射が完了した後、再び電磁石の励磁量をＢ２２から飽和磁場Ｂmaxまで再励磁し、電磁石の発生する磁場が飽和磁場となった後に減磁する。シンクロトロン１１がイオンビームを出射しているときに、イオンビームを治療室２Ｂの照射装置２４Ｂに輸送するように、制御装置がコース切替電磁石７Ｂを制御している。
【００６２】
他の治療室２Ａにつながるコース切替電磁石７Ａは、図１７（ｃ）に示すように、待機モードであるため、励磁量はゼロ（励磁電流がＯＦＦ）である。
【００６３】
治療室２Ａが待機モードから準備モードにかわると、コース切替電磁石７Ａの初期化運転が開始される。つまり、シンクロトロン１１がイオンビームを入射，加速及び減速している間に、コース切替電磁石７Ａは飽和磁場強度まで励磁され、その後にゼロまで減磁される。シンクロトロン１１がイオンビームを出射している間、コース切替電磁石７Ａの励磁量はゼロ（励磁電流がゼロ）とする。このように、シンクロトロン１１がイオンビームを入射，加速及び減速しているとき（イオンビームを出射していない間）に、コース切替電磁石７Ａの初期化励磁を実施し、シンクロトロン１１がイオンビームを出射しているときにコース切替電磁石７Ａの励磁量をゼロと制御することによって、他の治療室２Ｂで照射治療中であっても、初期化励磁が可能となる。
【００６４】
本実施例でも、実施例１と同様の効果を得ることができる。さらに、以下に示す効果を得ることができる。
【００６５】
（６）本実施例の粒子線照射装置は、シンクロトロン１１に設置された偏向電磁石の磁場強度を第１磁場強度まで増加し、ビームをシンクロトン１１から出射した後、この偏向電磁石の磁場強度をさらに第２磁場強度まで増加し、その後に減磁する制御装置４０を備える。このような構成により、ビームの出射エネルギーによらず、偏向電磁石の残留磁場を一定にでき、シンクロトロン１１に設置される電磁石の初期化励磁が不要となる。これにより、照射モードの第１照射装置でのビーム照射が完了して、他の照射装置でのビーム照射を開始するまでの時間を短縮できてビーム切り替えに要する時間が短縮され、スループットが向上する。
【００６６】
なお、本実施例では、シンクロトロン１１の一運転周期の間に、コース切替電磁石７Ａは一回の励磁及び減磁を実施しているが、シンクロトロン１１の入射，加速及び減速の間であれば、複数回の励磁及び減磁を繰り返す制御をしても良い。これにより、さらに初期化励磁に要する時間を短縮でき、スループットを向上できる。
【００６７】
（実施例３）
以下に、本発明の他の実施形態である粒子線照射装置を、図３，図１５及び図１８を用いて説明する。
【００６８】
本実施例の粒子線照射装置は、実施例１の粒子線照射装置において、呼吸検出器（図示せず）及び呼吸同期システム４１３を備えた構成を有する。以下、実施例１と異なる構成及び制御について説明する。
【００６９】
呼吸検出器は、各治療室２Ａ，２Ｂ及び２Ｃ内に設置され、患者の体表の動きを計測する。呼吸検出器は、呼吸によって変化する体表の位置を測定し、図３（ａ）に示すような、計測結果（呼吸検出信号）を呼吸同期システム４１３に出力する。呼吸同期制御システム４１３は、呼吸検出信号に基づいて、図３（ｂ）に示す、呼吸ゲート信号（ビーム出射許可信号）を生成する。この呼吸ゲート信号は、加速器制御システム４２１，コース切替電磁石制御システム４２２Ａ及びコース切替電磁石制御システム４２２Ｂに入力される。加速器制御システム４２１は、呼吸ゲート信号に基づいて、シンクロトロン１１の運転周期（入射，加速，待機，出射，減速及び待機）を制御する。図３（ｃ）に示すように、シンクロトロン１１の運転周期は、患者の呼吸に同期して変化する。呼吸同期照射法では、治療室からの呼吸ゲート信号がＯＮになっており、かつシンクロトロン１１内のビームが出射可能な状態（所定のエネルギーに加速されている状態）であるときにビームが出射される。シンクロトロン１１は、ビーム加速後呼吸ゲート信号がＯＮになるまで加速したビームをシンクロトロン１１内に蓄える（待機）ことができる。従って、図３(e)に示すように、シンクロトロン１１の偏向電磁石の磁場をＢｅで保持し、加速したビームを出射せずシンクロトロン１１内に蓄えている時間Ｔｗとビームの出射制御時間Ｔext運転の１サイクルにかかる時間Ｔｐは可変となる。そのほかの運転は、実施例１のパターンと同様で、入射，加速，減速をそれぞれ時間Ｔinj，Ｔacc，Ｔdeaで行う。
【００７０】
呼吸同期照射法の場合の切替電磁石の初期化励磁については、実施例１または実施例２を採用できる。本実施例でも、治療室２Ｂで照射治療を実施中に、治療室２Ａにつながるコース切替電磁石７Ａの初期化励磁を行う。
【００７１】
また、シンクロトロン１１が運転中に電磁石の初期化励磁制御をする際は、シンクロトロン１１の偏向電磁石と初期化励磁制御する電磁石を互いに逆相となるように制御しても良い。この場合、図７に示す時間Ｔｌ，Ｔinc，Ｔｈ，Ｔdecが、それぞれ、図３に示す、ＴｗとＴextの和、Ｔdea，Ｔinj，Ｔaccに等しくなるように制御することとなる。呼吸同期照射法を適用したシンクロトロン１１の制御を実施しているときに、治療室ビーム輸送装置３１の電磁石に初期化励磁制御を実施する場合は、ＴｌならびにＴｉは可変となる。
【００７２】
本実施例でも、実施例１及び２と同様の効果を得ることができる。
なお、本実施例では、シンクロトロン１１の一運転周期の間に、コース切替電磁石７Ａは一回の励磁及び減磁を実施しているが、シンクロトロン１１の入射，加速及び減速の間であれば、複数回の励磁及び減磁を繰り返す制御をしても良い。これにより、さらに初期化励磁に要する時間を短縮でき、スループットを向上できる。
実施例１乃至３では、２つの治療室及び３つのコース切替電磁石を備える粒子線照射装置としたが、複数の治療室及び複数のコース切替電磁石を備える粒子線照射装置であれば適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の粒子線照射装置の構成図である。
【図２】（ａ）シンクロトロン１１の偏向電磁石の磁場強度の時間変化を示し、（ｂ）出射用高周波電圧の時間変化を示す図である。
【図３】呼吸同期照射の適用時の（ａ）呼吸検出信号、（ｂ）呼吸ゲート信号、（ｃ）シンクロトロン１１の偏向電磁石の磁場強度変化と、（ｄ）出射ビーム電流値の時間変化を示す図である。
【図４】磁性体における、磁束密度と磁界の関係を表す図である。
【図５】初期化励磁制御を実施しない磁性体における、磁界変化に対する磁束密度の応答を示した図である。
【図６】初期化励磁制御を実施した磁性体における、磁界変化に対する磁束密度の応答を示した図である。
【図７】初期化励磁制御実施時の切替電磁石の磁場強度の時間変化を示す図でである。
【図８】実施例１の粒子線照射装置の制御システムの構成を示す図である。
【図９】治療室ビーム輸送系３１の初期化励磁制御開始時の処理を示すフロー図である。
【図１０】（ａ）シンクロトロン１１の偏向電磁石の磁場強度の時間変化を示し、（ｂ）治療室ビーム輸送系３１の初期化励磁制御時の磁場強度の時間変化を示す図である。
【図１１】治療室２の制御モード間の状態遷移図を示す。
【図１２】治療室２が待機モードから準備モードに遷移する時の処理を示すフロー図である。
【図１３】治療室２が準備モードから照射モードに遷移する時の処理を示すフロー図である。
【図１４】治療室２が照射モードから準備モードに遷移する時の処理を示すフロー図である。
【図１５】本発明の他の実施例である粒子線照射装置の構成図である。
【図１６】本発明の好適な一実施例である実施例１における（ａ）シンクロトロンの偏向電磁石の励磁量、（ｂ）シンクロトロンからの出射ビーム、（ｃ）コース切替電磁石７Ａの励磁量、（ｄ）コース切替電磁石７Ｂの励磁量の時間変化を示す図である。
【図１７】本発明の他の実施例における（ａ）シンクロトロンの偏向電磁石の励磁量、（ｂ）シンクロトロンからの出射ビーム、（ｃ）コース切替電磁石７Ａの励磁量、（ｄ）コース切替電磁石７Ｂの励磁量の時間変化を示す図である。
【図１８】本発明の他の実施例における（ａ）シンクロトロンの偏向電磁石の励磁量、（ｂ）シンクロトロンからの出射ビーム、（ｃ）コース切替電磁石７Ａの励磁量、（ｄ）コース切替電磁石７Ｂの励磁量、（ｅ）呼吸同期信号の時間変化を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ イオンビーム発生装置
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 治療室
１１ シンクロトロン
１２ 出射用高周波電極
２４Ａ，２４Ｂ、２４Ｃ 照射装置
３０ 加速器ビーム輸送装置
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ 治療室ビーム輸送装置
４０ 制御装置
５１ 出射電極電源装置
５２Ａ，５２Ｂ 電磁石電源装置
４０１ 医師用端末
４０２ 治療計画システム
４０３ スケジューラ
４１０ 全系サーバ
４１１ インターロックシステム
４１２ タイミングシステム
４１３ 呼吸同期システム
４１４ 記憶装置
４２１ シンクロトロン制御システム
４２２Ａ，４２２Ｂ コース切替電磁石制御システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを入射，加速及び出射する加速器と、
複数の治療室のそれぞれに設置され、前記荷電粒子ビームを照射対象に出射する照射装置と、
前記加速器から出射され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装置とを備え、
前記ビーム輸送装置は、第１の前記照射装置に前記荷電粒子ビームを輸送するように、前記荷電粒子ビームのビーム軌道を切り替える複数の切替電磁石を有し、
前記加速器が前記荷電粒子ビームを出射しているときに、前記荷電粒子ビームを前記第１照射装置に輸送するように前記切替電磁石を制御し、
前記加速器が前記荷電粒子ビームを入射及び加速しているときに、他の前記照射装置につながる他の前記切替電磁石を励磁し、その後に減磁する制御を行う制御装置を備えることを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記加速器が前記荷電粒子ビームを入射及び加速しているときに、前記他の切替電磁石を飽和磁場強度まで励磁し、その後に減磁することを特徴とする請求項１に記載の粒子線治療装置。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記励磁及び前記減磁を繰り返すように前記他の切替電磁石を制御す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装置。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記加速する際に前記加速器に用いられる偏向電磁石の磁場強度を第１磁場強度まで増加し、前記荷電粒子ビームを前記加速器から出射した後に、前記偏向電磁石の磁場強度をさらに第２磁場強度まで増加し、その後に前記偏向電磁石の減磁を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。
【請求項５】
前記ビーム輸送装置は、
前記加速器に接続される第１ビーム輸送装置と、
前記第１ビーム輸送装置から分岐し、それぞれの前記照射装置に接続される複数の第２ビーム輸送装置を有し、
前記制御装置は、
前記加速器が前記荷電粒子ビームを入射及び加速しているときに、前記他の照射装置に接続される前記第２ビーム輸送装置の電磁石を励磁し、その後に減磁する制御を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。
【請求項６】
前記複数の治療室毎に、入室する患者の順番を管理する第１スケジューラと、
前記荷電粒子ビームを輸送する前記治療室の順番を管理する第２スケジューラとを有し、
前記第１スケジューラは、入室する患者の患者情報を前記制御装置に送信し、
前記第２スケジューラは、次に前記荷電粒子ビームを輸送する前記治療室の情報を前記制御装置に送信し、
前記制御装置は、受信した前記患者情報及び前記治療室の情報に基づいて、この治療室につながる前記切替電磁石及びこの治療室につながる第２ビーム輸送装置に備えられる電磁石を励磁し、その後に減磁する制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の粒子線照射装置。
【請求項７】
荷電粒子ビームを入射，加速及び出射する加速器から出射した前記荷電粒子ビームを、切替電磁石を用いて複数の照射装置のうちいずれか一つの第１照射装置に輸送する粒子線照射装置の運転方法であって、
前記加速器が前記荷電粒子ビームを出射しているときに、前記荷電粒子ビームを前記第１照射装置に輸送するように前記切替電磁石を制御し、
前記加速器が前記荷電粒子ビームを入射，加速しているときに、他の前記照射装置につながる他の前記切替電磁石を励磁し、その後に減磁することを特徴とする粒子線照射装置の運転方法。
【請求項８】
前記加速器が前記荷電粒子ビームを入射及び加速しているときに、前記他の切替電磁石を飽和磁場強度まで励磁し、その後にゼロまで減磁することを特徴とする請求項７に記載の粒子線照射装置の運転方法。
【請求項９】
前記切替電磁石の励磁及び減磁を、複数回繰り返すことを特徴とする請求項７又は８に記載の粒子線照射装置の運転方法。
【請求項１０】
前記加速器に用いられる偏向電磁石の磁場強度を、前記荷電粒子ビームを前記加速器から出射した後に、前記偏向電磁石の飽和磁場強度まで増加させ、その後に減磁することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の粒子線照射装置の運転方法。
【請求項１１】
荷電粒子ビームを入射，加速及び出射する加速器から出射した前記荷電粒子ビームを、切替電磁石を用いて複数の照射装置のうち、照射モードの第１照射装置に輸送する粒子線照射装置の運転方法であって、
前記加速器が前記荷電粒子ビームを出射しているときに、前記荷電粒子ビームを前記第１照射装置に輸送するように前記切替電磁石を制御し、
前記加速器が前記荷電粒子ビームを入射，加速しているときに、他の前記照射装置につながる他の前記切替電磁石を励磁し、その後に減磁して初期化励磁することを特徴とする粒子線照射装置の運転方法。
【請求項１】
荷電粒子ビームを入射，加速及び出射する加速器と、
複数の治療室のそれぞれに設置され、前記荷電粒子ビームを照射対象に出射する照射装置と、
前記加速器から出射され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装置とを備え、
前記ビーム輸送装置は、第１の前記照射装置に前記荷電粒子ビームを輸送するように、前記荷電粒子ビームのビーム軌道を切り替える複数の切替電磁石を有し、
前記加速器が前記荷電粒子ビームを出射しているときに、前記荷電粒子ビームを前記第１照射装置に輸送するように前記切替電磁石を制御し、
前記加速器が前記荷電粒子ビームを入射及び加速しているときに、他の前記照射装置につながる他の前記切替電磁石を励磁し、その後に減磁する制御を行う制御装置を備えることを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記加速器が前記荷電粒子ビームを入射及び加速しているときに、前記他の切替電磁石を飽和磁場強度まで励磁し、その後に減磁することを特徴とする請求項１に記載の粒子線治療装置。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記励磁及び前記減磁を繰り返すように前記他の切替電磁石を制御す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装置。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記加速する際に前記加速器に用いられる偏向電磁石の磁場強度を第１磁場強度まで増加し、前記荷電粒子ビームを前記加速器から出射した後に、前記偏向電磁石の磁場強度をさらに第２磁場強度まで増加し、その後に前記偏向電磁石の減磁を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。
【請求項５】
前記ビーム輸送装置は、
前記加速器に接続される第１ビーム輸送装置と、
前記第１ビーム輸送装置から分岐し、それぞれの前記照射装置に接続される複数の第２ビーム輸送装置を有し、
前記制御装置は、
前記加速器が前記荷電粒子ビームを入射及び加速しているときに、前記他の照射装置に接続される前記第２ビーム輸送装置の電磁石を励磁し、その後に減磁する制御を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。
【請求項６】
前記複数の治療室毎に、入室する患者の順番を管理する第１スケジューラと、
前記荷電粒子ビームを輸送する前記治療室の順番を管理する第２スケジューラとを有し、
前記第１スケジューラは、入室する患者の患者情報を前記制御装置に送信し、
前記第２スケジューラは、次に前記荷電粒子ビームを輸送する前記治療室の情報を前記制御装置に送信し、
前記制御装置は、受信した前記患者情報及び前記治療室の情報に基づいて、この治療室につながる前記切替電磁石及びこの治療室につながる第２ビーム輸送装置に備えられる電磁石を励磁し、その後に減磁する制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の粒子線照射装置。
【請求項７】
荷電粒子ビームを入射，加速及び出射する加速器から出射した前記荷電粒子ビームを、切替電磁石を用いて複数の照射装置のうちいずれか一つの第１照射装置に輸送する粒子線照射装置の運転方法であって、
前記加速器が前記荷電粒子ビームを出射しているときに、前記荷電粒子ビームを前記第１照射装置に輸送するように前記切替電磁石を制御し、
前記加速器が前記荷電粒子ビームを入射，加速しているときに、他の前記照射装置につながる他の前記切替電磁石を励磁し、その後に減磁することを特徴とする粒子線照射装置の運転方法。
【請求項８】
前記加速器が前記荷電粒子ビームを入射及び加速しているときに、前記他の切替電磁石を飽和磁場強度まで励磁し、その後にゼロまで減磁することを特徴とする請求項７に記載の粒子線照射装置の運転方法。
【請求項９】
前記切替電磁石の励磁及び減磁を、複数回繰り返すことを特徴とする請求項７又は８に記載の粒子線照射装置の運転方法。
【請求項１０】
前記加速器に用いられる偏向電磁石の磁場強度を、前記荷電粒子ビームを前記加速器から出射した後に、前記偏向電磁石の飽和磁場強度まで増加させ、その後に減磁することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の粒子線照射装置の運転方法。
【請求項１１】
荷電粒子ビームを入射，加速及び出射する加速器から出射した前記荷電粒子ビームを、切替電磁石を用いて複数の照射装置のうち、照射モードの第１照射装置に輸送する粒子線照射装置の運転方法であって、
前記加速器が前記荷電粒子ビームを出射しているときに、前記荷電粒子ビームを前記第１照射装置に輸送するように前記切替電磁石を制御し、
前記加速器が前記荷電粒子ビームを入射，加速しているときに、他の前記照射装置につながる他の前記切替電磁石を励磁し、その後に減磁して初期化励磁することを特徴とする粒子線照射装置の運転方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１０−６３７２５（Ｐ２０１０−６３７２５Ａ）
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３４１７１（Ｐ２００８−２３４１７１）
【出願日】平成２０年９月１２日（２００８．９．１２）
【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２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１２日（２００８．９．１２）
【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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