荷電粒子ビームの出射方法及び粒子線照射システム
【課題】
患者の体内の深さ方向におけるビームの照射位置ずれを抑制することにある。
【解決手段】
エネルギー補正装置２７は、ビーム加速終了時の加速高周波信号の周波数Fmesと目標周波数Fdesの差が許容範囲±Ferr内にある場合、周波数Fmesを目標周波数Fdesにするための時間的に滑らかな変化の補正周波数データを逐次算出する。高周波制御装置２４は、これらの補正周波数データを、逐次、高周波発振器１１に設定する。高周波発振器１１は、それらの補正周波数データに基づいて出力した周波数の高周波信号を、逐次、シンクロトロン３に設けた加速空胴１０に印加する。このため、シンクロトロン３内を周回するビームのエネルギーが、加速後の目標エネルギーに一致する。目標エネルギーになったビームが、シンクロトロン３から出射されて照射野形成装置１６から患者に照射される。
患者の体内の深さ方向におけるビームの照射位置ずれを抑制することにある。
【解決手段】
エネルギー補正装置２７は、ビーム加速終了時の加速高周波信号の周波数Fmesと目標周波数Fdesの差が許容範囲±Ferr内にある場合、周波数Fmesを目標周波数Fdesにするための時間的に滑らかな変化の補正周波数データを逐次算出する。高周波制御装置２４は、これらの補正周波数データを、逐次、高周波発振器１１に設定する。高周波発振器１１は、それらの補正周波数データに基づいて出力した周波数の高周波信号を、逐次、シンクロトロン３に設けた加速空胴１０に印加する。このため、シンクロトロン３内を周回するビームのエネルギーが、加速後の目標エネルギーに一致する。目標エネルギーになったビームが、シンクロトロン３から出射されて照射野形成装置１６から患者に照射される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビームの出射方法及び粒子線照射システムに係り、特に、陽子及び重イオンなどのイオンビームを加速器で加速するのに好適な荷電粒子ビームの出射方法及び粒子線照射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
陽子及び重イオンなどのイオンビーム（以下、ビームという）をがんの治療に用いる粒子線照射システムは、患者の患部形状に合わせたビームを照射することで、患部にビームを集中させて照射できる。特に、患者の体表面からの深さ方向におけるビームの飛程の調節は、ビームのエネルギーを調整することで実現できる。
【０００３】
粒子線照射システムに用いられる加速器の代表例としてシンクロトロンが挙げられる。シンクロトロンは、周回するビームに高周波信号（例えば、高周波電圧）を印加し所望のエネルギーまでビームを加速する高周波加速空胴（以下、加速空胴という）を備える。所望のエネルギーまで加速されたビームは、シンクロトロンから出射されてビーム輸送系を経て照射装置に導かれ、治療用ベッド上の患者の患部（がんの患部）に照射される。
【０００４】
照射装置は、患者の体表面から患部までの深さ、及び患部の大きさに合わせたビームを生成してこのビームを出射する。一般に、照射装置は、二重散乱体法（非特許文献１の
２０８１頁，図３５），ウォブラー法（非特許文献１の２０８４頁，図４１）及びビームスキャニング法（特許文献１，非特許文献１の２０９２頁及び２０９３頁）のいずれかのビーム照射法が適用できる構成を有する。
【０００５】
粒子線照射システムの加速器であるシンクロトロンシステムに対して、これらのビーム照射法においても、出射するビームエネルギーを目標エネルギーに調節する高精度の制御が要求されている。このため、ビームエネルギーを精度良く測定することが必要である。ビームエネルギーの測定は、従来、特許文献２に記載された水ファントム、及び非特許文献２に記載されたマルチリーフ・ファラデーカップを用いて行うことが知られている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１１８２０４号公報
【特許文献２】特開平１１−６４５３０号公報
【非特許文献１】レビュー オブ サイエンティフィック インスツルメンツ６４巻８号（１９９３年８月）の第２０７９〜２０９３頁（REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS VOLUME 64 NUMBER 8(AUGUST 1993)P2079-2093）
【非特許文献２】“ビーム コミッショニング オブ ザ ニュー プロトン セラピィ システム フォー ユニバーシティ オブ ツクバ”エム．ウメザワ，エットオール.，プロシーディングズ オブ ２００１ パーティクル アクセルレータ コンファレンス， シカゴ，ユーエスエ（２００１）（“BEAM COMMISSIONING OF THE NEW PROTON THERAPY SYSTEM FOR UNIVERSITY OF TSUKUBA”M.Umezawa, et al., Proceedings of 2001 Particle Accelerator Conference, Chicago, USA (2001))
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
水ファントム及びマルチリーフ・ファラデーカップを用いたビームエネルギーの測定は、患者に照射するビームを遮って行うため、患者にビームを照射しながらビームエネルギーを逐次計測することはできない。特に、ビームスキャニング法を適用する場合には、特許文献１に記載されたように、体表面からの深さ方向において患部を複数の層に分割し、これらの層ごとにビームを走査することが考えられている。ある層にビームを照射するためには、その層にビームが到達するようにビームエネルギーを調節する。もし、照射するビームエネルギーが所定のビームエネルギーと異なる場合には、ビームは所定の層と異なる層に照射される。このような事態を避けるために、ビームの加速が終了してビームを患者に照射する前にビームエネルギーを測定することが望まれる。
【０００８】
また、加速器から照射装置に供給されるビームのエネルギー変動の許容範囲は、二重散乱体法等のビームを散乱させて照射野を形成する照射法では、±１.０ ％以内が要求されていたが、ビームスキャニング法ではビームを直接患部に照射するため、エネルギー変動の許容範囲は±０.０５ ％以下というより細かいエネルギー精度が要求される。これらの要求に対して、シンクロトロンでは、電磁石の運転精度は±０.０１ ％以下で実現可能である。一方、加速空胴に印加する高周波信号の周波数は、磁場検出器で検出された偏向磁場強度の変化に基づいて出力される磁場クロック信号を用いた制御により、更新される。この際、偏向磁場強度に対する周波数制御の再現性は、磁場クロック信号の出力再現性により決定される。磁場クロック信号の、短期間（日単位）での再現性は±０.０１ ％以下を実現できる。しかしながら、磁場クロック信号の、長期間（年単位）での再現性は
±０.１ ％未満が限界である。長期間でのその再現性が悪くなる原因として、磁場検出器および磁場クロック発生装置を構成するアナログ素子の温度ドリフトや経年変化などが挙げられる。その結果、偏向磁場強度と高周波信号の周波数の関係にずれが生じ、照射装置に供給するビームにエネルギー変動が生じる恐れがある。この対策として、磁場クロック発生装置を構成するアナログ素子を恒温槽に入れ、精密な温度管理を実施することで温度ドリフトを抑制することは可能であるが、磁場検出素子は、測定磁場を恒温槽が遮る恐れがあるため、磁場検出素子を恒温槽に入れることはできない。また前記アナログ素子を恒温槽に入れたとしても、素子の経年変化の影響は避けられない。
【０００９】
また、粒子線照射システムにおいて、ビームのエネルギー変動が許容範囲を超えて生じた場合には、患者の安全を確保するため、加速器から照射装置へのビームの供給を中断し、エネルギー変動が生じた原因の確認と対策が完了するまで照射治療を中断しなければならない。一般にビームを患部に照射する粒子線照射システムでは、一台の加速器に対して複数の照射治療室を具備しており、加速器からのビームを効率よく照射室に供給するよう照射スケジュールを管理し、システムの利用効率を高めている。そのため、加速器からのビーム供給が中断すると全ての照射室の治療スケジュールに影響が及ぶため、粒子線照射システムの運用に支障が生じる。特に、ビームスキャニング法による治療照射の場合、エネルギー変動の許容範囲は非常に小さく、かつ、照射中のエネルギー変更制御が複数回要求されるため、エネルギー変動による照射中断のリスクが高くなる。
【００１０】
本発明の目的は、体内の深さ方向におけるビームの照射位置ずれを抑制できる荷電粒子ビームの出射方法及び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】
【００１１】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、荷電粒子ビームの加速終了後において、円形加速器に設けられた高周波加速装置に印加する高周波信号の周波数を予め設定された目標エネルギーに対応した周波数に変更し、変更された周波数を有する高周波信号を、加速終了後において高周波加速装置に印加することで、荷電粒子ビームのエネルギーを目標エネルギーに変更し、その後、目標エネルギーの荷電粒子ビームを、円形加速器から荷電粒子ビーム照射装置に出射することにある。
【００１２】
荷電粒子ビームの加速終了後において、変更された周波数を有する高周波信号を高周波加速装置に印加するため、加速終了後においてビームのエネルギーを容易に加速終了後の目標エネルギーにすることができ、目標エネルギーを有するビームを安定に患者に照射することができる。このため、体内の所定深さの位置にビームを照射することができ、がん細胞を適切に消滅させることができる。換言すれば、体内の深さ方向におけるビームの照射位置ずれによる健全な細胞へのビームの照射を抑制することができる。
【００１３】
好ましくは、荷電粒子ビームの加速終了後において、高周波加速装置に印加する高周波信号の、荷電粒子ビームの加速終了後における周波数と、その高周波信号の、加速終了後の目標周波数とのずれが変更可能な許容範囲内にあるとき、高周波加速装置に供給する高周波信号の周波数を制御することが望ましい。そのずれが変更可能な許容範囲内にあるときに高周波加速装置に供給する高周波信号の周波数を制御するので、加速終了後に周回する荷電粒子ビームのエネルギーを目標エネルギーにすることが容易に行える。
【００１４】
好ましくは、そのずれが変更可能な許容範囲から外れているとき、円形加速器から荷電粒子ビーム照射装置への荷電粒子ビームの出射を停止することが望ましい。これによって、体内の所定深さの位置以外への荷電粒子ビームの照射を防止できる。このため、患者の安全を確保できる。
【００１５】
好ましくは、高周波加速装置に印加する高周波信号の、加速終了後における周波数から目標周波数に周波数を変更する際、周波数の時間的な変化を滑らかに変更し、この滑らかに変更した周波数の高周波信号を高周波加速装置に供給することで、周波数変更に伴う荷電粒子ビームの損失を抑制することができ、加速した荷電粒子ビームを効率良く患者に照射することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、患者の体内の深さ方向におけるビームの照射位置ずれを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明の実施例１の粒子線照射システムを、図１を用いて説明する。本実施例の粒子線照射システム１は、円形加速器であるシンクロトロン３、ビーム輸送装置１５及び照射野形成装置（イオンビーム照射装置）１６を備える。照射野形成装置は、以下、単に照射装置という。シンクロトロン３は、周回軌道に、入射装置４，複数の偏向電磁石５，高周波印加装置６，加速空胴１０，出射用偏向器１３及びビーム位置モニタ２０を設置している。図示されていないが、複数の四極電磁石もシンクロトロン３に設置される。電磁石電源２３が偏向電磁石５に接続される。高周波印加装置６は、出射用スイッチ(第１開閉装置)８及び第１安全装置であるゲートスイッチ（第２開閉装置）９を介して高周波発振器（高周波電源）７に接続される。高周波発振器７は出射用の高周波発振器である。また、高周波発振器（高周波電源）１１は、電力増幅器１２を介して加速空胴１０に接続される。高周波発振器１１は加速用の高周波発振器である。偏向電磁石５に設置された磁場検出器
２８は、磁場クロック発生装置２９に接続される。
【００１９】
ビーム輸送装置１５は、出射用偏向器１３と照射装置１６とを接続している。照射装置１６は、回転ガントリー(図示せず)に設置されている。ビーム輸送装置１５の一部も回転ガントリーに設置される。
【００２０】
粒子線照射システム１においては、統括制御装置として、加速器制御装置２２及びタイミング制御装置２５が設けられている。タイミング制御装置２５は加速器制御装置２２に接続される。タイミング制御装置２５以外に、高周波発振器７，電磁石電源２３，高周波制御装置２４及びエネルギー補正装置２７も、加速器制御装置２２に接続される。高周波制御装置２４及びエネルギー補正装置２７は、タイミング制御装置２５にも接続されている。高周波制御装置２４は、更に、磁場クロック発生装置２９に接続されている。エネルギー補正装置２７に接続されるインターロック装置２６は、加速器制御装置２２に接続される。
【００２１】
高周波制御装置２４及びエネルギー補正装置２７の詳細構成を、図２を用いて説明する。高周波制御装置２４は、入力部５４，プロセッサ５５，メモリ５６，通信バス５７，
６４を有する。プロセッサ５５は、入力部５４，メモリ５６，通信バス５７，６４に接続される。エネルギー補正装置２７は、入力部５８，プロセッサ５９，メモリ６０，出力部６１，通信ポート６２及び通信バス６３を有する。プロセッサ５９は、入力部５８，メモリ６０，出力部６１，通信ポート６２及び通信バス６３に接続される。
【００２２】
加速器制御装置２２及び磁場クロック発生装置２９はデータ入力部５４に接続される。高周波制御装置２４とエネルギー補正装置２７は、それぞれ通信バス５７，６３で接続される。タイミング制御装置２５は、入力部５４，５８に接続される。加速器制御装置２２は通信ポート６２に接続される。出力部６１はインターロック装置２６に接続される。
【００２３】
がん治療に用いられる粒子線照射システム１のシンクロトロン３は、図３に示すように、ビーム（陽子線、または炭素イオンビーム等の重粒子線）の入射・捕獲、ビームを設定されたエネルギーまで高める加速、目標エネルギーになったビームの出射、及び減速の各工程を含む一つの運転サイクルを、必要な回数，繰返えして運転される。これら入射・捕獲，加速，出射，減速といった制御は、加速するエネルギーに合わせて動作タイミングが規定される。入射・捕獲時間は、加速終了後のビームエネルギーに依らず常に一定である。また、ビームエネルギーに依らず一定の勾配でビームを加速・減速する場合、ビームエネルギーが高くなれば加速・減速時間も長くなり、入射から減速までの繰り返し制御時間が規定されていれば、出射時間は、入射・捕獲時間と加速・減速時間から一意に決定する。更に、エネルギー確認のためのタイミング信号７５の出力時間は、加速制御が終了後、出射制御を開始する前に設定することで、ビームを照射装置１６に供給する前にビームエネルギーを確認し、必要であればそのビームエネルギーの補正が可能となる。
【００２４】
治療ベッド１７上の患者の患部に照射されるビームのエネルギーは、患者の体表面からその患部の深さによって定まる。このエネルギーは、シンクロトロン３による加速終了後におけるビームエネルギーであり、治療前の治療計画で決定される。この治療計画で決定された加速終了後におけるビームエネルギーを目標エネルギーという。加速器制御装置
２２は治療計画情報記憶装置（図示せず）から該当する患者に対する目標エネルギー情報を取り込む。加速器制御装置２２は、その目標エネルギー情報に基づいて定まる図３に示すシンクロトロン３の運転パターンを実現するために、シンクロトロンを構成する機器の動作タイミング情報７４をタイミング制御装置２５に、偏向電磁石５の磁場強度（偏向磁場強度）及び加速空胴１０に印加する高周波信号（例えば、高周波電圧）の周波数を制御するために、電磁石電源２３の運転パターンを設定する制御指令７１を電磁石電源２３に、また、高周波発振器１１の運転パターンの情報を設定する制御指令７２を高周波制御装置２４に出力する。高周波制御装置２４は、入力した制御指令７２をメモリ５６に記憶する。更に、加速器制御装置２２は、高周波発振器１１から出力される、ビームの加速終了時における高周波信号の目標周波数、及びこの目標周波数に対する周波数の許容範囲データを含む周波数判定情報７８をエネルギー補正装置２７に出力する。目標周波数及び周波数の許容範囲データは、複数の目標エネルギーごとに設定されている（図８参照）。エネルギー補正装置２７は入力した周波数判定情報７８をメモリ６０に記憶する。タイミング制御装置２５は、ビームの加速開始，加速終了、及びエネルギー確認等のタイミング信号７５を高周波制御装置２４に、エネルギー確認のタイミング信号７５をエネルギー補正装置２７に出力する。加速終了のタイミング信号７５を、エネルギー確認のタイミング信号７５として用いることも可能である。
【００２５】
粒子線照射システム１を用いた、ビームスキャニング法によるがん治療について、説明する。ビームスキャニング法では、患部を体表面からの深さ方向に複数の層に分割し、それぞれの層毎にビームの目標エネルギーが予め治療計画によって決められている。前述の動作タイミング情報７４，制御指令７２及び周波数判定情報７８は、各層ごとのシンクロトロン３の運転パターンに対するものである。
【００２６】
ビームが前段加速器２からシンクロトロン３に入射される。ビームが入射される際、制御指令７１で設定された運転パターンにより該当する電磁石電源２３が制御されるため、シンクロトロン３の各四極電磁石及び偏向電磁石５は、前段加速器２から入射されるビーム１４のエネルギーに対応した所定の電流で励磁されている。シンクロトロン３内でビーム１４は、加速空胴１０で印加された高周波信号により集群化する。集群化の際に加速空胴１０へ印加する高周波信号の周波数は、前段加速器２から供給されるビーム１４のエネルギー（ビームの周回速度）と、シンクロトロン内を周回するビームの軌道長から導き出される周波数と一致させる。この周波数を高周波発振器１１に設定する。高周波発振器
１１から出力された高周波信号は、電力増幅器１２で増幅され、加速空胴１０に導かれる。ビーム１４の集群化は、加速空胴１０に印加した高周波信号により、ビーム１４を安定に加速可能な領域（以下、高周波バケット）を形成することで実現される。この高周波信号でビームを集群化する制御を高周波捕獲と言い、集群化したビームをバンチビームと言う。
【００２７】
集群化したビーム１４を加速する際には、まず、周回するビームのエネルギーが目標エネルギーになるまで、設定された運転パターンに基づいた電磁石電源２３の制御により各四極電磁石及び偏向電磁石５の励磁電流、すなわち磁場強度を徐々に強める。高周波制御装置２４は、この偏向磁場強度の変化と協調して高周波発振器１１に設定する周波数を高めることで、集群化したビーム１４を所望のエネルギーまで加速する。
【００２８】
ここで、加速制御時の加速空胴に印加する高周波信号の周波数制御について説明する。偏向電磁石５に設置した磁場検出素子２８の検出信号を磁場クロック発生装置２９に入力する。本実施例において、磁場検出素子２８にサーチコイルを適用しているため、磁場検出素子２８の検出信号は、偏向磁場強度の時間変化率（ｄＢ／ｄｔ）を表している。この磁場検出素子からの検出信号を磁場クロック発生装置２９内で積分する。この積分値が偏向磁場強度の変化量を示す。この変化量が２０〜３０μＴ相当の変化量を示した場合、積分器をクリアし、パルス信号を１パルス出力する。以上に示した磁場クロック発生装置
２９での処理は、Ｖ−Ｆコンバータを用いることで実現できる。この磁場クロック発生装置２９から出力されるパルス信号を周波数更新信号７０として、高周波制御装置２４に出力する。高周波制御装置２４は、周波数更新信号７０に基づき、予め加速器制御装置２２から伝送される周波数パターンデータのアドレスを更新し、高周波発振器１１に周波数データを設定する。この際、高周波制御装置２４に用意されている周波数パターンデータは、偏向磁場強度と高周波信号の周波数との間に所定の関係（後述の（数５）に示す関係）が成立するようなデータ構造にしておくことで、集群化したビーム（バンチビーム）１４を、シンクロトロン３内の周回軌道に沿って周回させながら目標エネルギーまで安定に加速することが可能となる。
【００２９】
シンクロトロン３を構成する偏向電磁石５や各四極電磁石等が目標エネルギーに対応した磁場強度に達した後、タイミング制御装置２５から出射許可信号７６が出力される。この出射許可信号７６に基づいて出射用スイッチ８が閉じられる。高周波発振器７から出力された高周波信号（出射用高周波信号）が、出射用スイッチ８及びゲートスイッチ９を経て高周波印加装置６に導かれる。このとき、ゲートスイッチ９はインターロック装置２６から出力されたゲートスイッチＯＮのインターロック信号７７（後述）により閉じられている。このため、出射用の高周波信号が高周波印加装置６によって周回するビームに印加される。これにより、ビームはベータトロン振動振幅を増大させて安定限界の外に移動して出射用偏向器１３より出射される（特許第２５９６２９２号公報参照）。出射されたビームは、ビーム輸送装置１５を介して照射装置１６に輸送され、照射装置１６より治療ベッド１７上の患者の患部におけるある１つの層に照射される。１つの層へのビーム照射が終了した後、患部の全ての層へのビーム照射が完了するまで、上記のようにして他の層へのビーム照射が繰り返される。各層にビームを照射する際には、層ごとに加速終了時のビームエネルギーが変更される。各層へのビームの照射は、例えば、タイミング制御装置
２５から出力される動作タイミング情報７４に基づいて制御される。
【００３０】
本実施例の特徴である周回するビーム１４のエネルギー補正について説明する前に、ビーム１４のエネルギーと偏向磁場強度，高周波信号の周波数の関係を簡単に説明する。周回ビームのエネルギーＥと運動量ｐは、近似的に（数１）に示す関係が成立する。ただし、ｃは光速である。
【００３１】
【数１】
【００３２】
また、運動量の変化による計測位置でのビーム重心の軌道変位Δｘは、（数２）のように示される。ただし、Δｘはシンクロトロン３での測定位置（ビーム位置モニタ２０の設置位置）でのビーム軌道位置の変位、及びηは測定位置での分散関数である。
【００３３】
【数２】
【００３４】
運動量ｐと偏向磁場強度Ｂは、ｐ＝ｅＢρの関係により、（数３）のように表される。ただし、ｅは電荷量であり、ρは偏向磁場によるビーム１４の偏向半径である。
【００３５】
【数３】
【００３６】
一方、運動量ｐと偏向磁場強度Ｂとの関係より、（数２）は、（数３）に示したように、偏向磁場強度の変化が運動量に変化を生じさせることが得られ、しいては（数４）に示したように、ビーム重心の軌道位置の変位Δｘも生じることが示される。
【００３７】
【数４】
【００３８】
また、周回するビーム１４の周回周波数Ｆは、（数５）に示すように、偏向磁場強度Ｂの関数として表すことができる。ただし、ｈはバンチ数、Ｒはシンクロトロン３の平均半径、ｍ0 は周回する荷電粒子の静止質量である。
【００３９】
【数５】
【００４０】
シンクロトロン３では、制御応答性の低い偏向磁場強度Ｂを基準にビーム１４の周回周波数を制御することによって行われる。高周波制御装置２４は、磁場検出器２８によって検出された偏向磁場強度変化に基づいて高周波発振器１１に設定する周波数を制御することで、加速空胴１０に発生する高周波信号を制御する。また、集群化したビームは、加速空胴１０に印加された高周波信号の周波数とビーム１４の周回周波数が一致しした場合にのみエネルギーが付与されるため、結果的にビーム１４の周回周波数は、加速空胴１０に印加された高周波信号の周波数となる。つまり、ビーム１４のエネルギーは、加速空胴
１０に印加された高周波信号の周波数で評価することができる。このため、偏向磁場強度及び高周波信号の周波数が（数５）の関係を有していれば、ビーム１４はシンクロトロン３内で所定の軌道を周回するので、加速終了時におけるビーム１４のエネルギーに対する偏向磁場強度と、ビーム１４に印加する高周波信号の周波数も（数５）の関係を有していれば、シンクロトロン３内のビーム軌道は一定となる。偏向磁場強度もしくは高周波信号の周波数がずれて（数５）の関係が保たれない状態でビーム１４が加速された場合には、加速終了時におけるビーム軌道の位置が変化するため、加速終了後のビームのエネルギーが目標エネルギーと異なる恐れがある。先に示したとおり、シンクロトロン３では偏向磁場強度Ｂを基準に加速用の高周波発振器１１に設定する周波数を制御するため、加速終了時のビーム１４のエネルギーが目標エネルギーとずれている場合には、高周波発振器１１に設定する周波数を補正することによって、ビーム１４のエネルギーを目標エネルギーに合せる補正が可能である。この補正をエネルギー補正という。
【００４１】
ビーム１４のエネルギー補正は、発明者らが見出した新たな考え方に基づいて行われる。このエネルギー補正の基本的な考え方を、図４及び図５を用いて以下に説明する。ビーム１４のエネルギーが目標エネルギーまで加速されるように、加速空胴１０に印加される高周波信号の周波数を目標周波数Fdesまで増加させる。発明者らは、種々の検討を行った結果、ビームの加速が終了した時点でのその高周波信号の周波数Fmesと目標周波数Fdesとの周波数差Fdev（＝Fmes−Fdes）が目標周波数Fdesに対する許容範囲（±Ferr）内にあれば、周波数Fmesを目標周波数Fdesにする補正が可能であり、周波数差Fdevがその許容範囲（±Ferr）外であればその補正は不可能であることを見出した。ここで、目標周波数Fdesに対する許容範囲（±Ferr）は、高周波信号の周波数補正によりビーム１４の損失が生じない範囲とすることで、加速したビーム１４を効率よく利用することが可能であり、また、許容範囲（±Ferr）を超えた周波数差（Fdev）を生じたビームを利用しないことで、患者に照射するビームの特性を均一に保つことができる。図４に示すように周波数差Fdevがその許容範囲（±Ferr）内にある場合には（（Fdes＋Ferr）≧Fmes≧（Fdes−Ferr））、周波数Fmesを目標周波数Fdesにする周波数補正、すなわちエネルギー補正を行うことができる。図５に示すように周波数差Fdevがその許容範囲（±Ferr）外にある場合には（Fmes＞（Fdes＋Ferr），（Fdes−Ferr）＞Fmes）、エネルギー補正を行うことができず、円形加速器からのビームの出射を停止する。換言すれば、|Fdev|≦|Ferr|であればエネルギー補正を行い、|Fdev|＞|Ferr|であればエネルギー補正を行わず円形加速器からのビームの出射を停止する。
【００４２】
ビームの目標エネルギーに対する目標周波数Fdes、及びこの目標周波数Fdesに対する許容範囲（±Ferr）は、後述するシンクロトロン３によるビーム調整運転により求められる。エネルギー補正装置２７でのエネルギー判定処理に用いる、目標周波数Fdes、及び許容範囲（±Ferr）のデータを含む周波数判定情報７８の作成を、図７を用いて説明する。まず、シンクロトロン３において、周波数判定情報７８を作成したいビームエネルギーのビーム調整運転を実施する（ステップ４６）。この調整運転では、目標エネルギーまでビーム１４が加速できるように、加速時において加速空胴１０に供給する高周波信号の周波数を加速時における偏向磁場強度に対応させて調整し、所定の電荷量のビームがシンクロトロン３から出射できるように、シンクロトロン３に設けられた各電磁石の励磁量、及び加速空胴１０に供給する高周波信号の周波数などを調整する。
【００４３】
上記の調整終了後、所定の電荷量を有するビームの出射が可能かを判定する（ステップ４７）。この判定が「ＮＯ」であれば、再度、調整運転を行い、各電磁石の励磁量及び加速周波数などを調整する。その判定が「ＹＥＳ」の場合には、シンクロトロン３から照射装置１６にビームを出射する。出射したビーム１４を照射装置１６まで輸送し、照射装置１６の下流に設置した水ファントムなどの線量計で照射装置１６を通過したビームの飛程を計測する（ステップ４８）。この飛程の計測結果に基づいて、加速終了後にシンクロトロン３から出射されるビームのエネルギーを確定する（ステップ４９）。この確定されたエネルギーが、加速終了時におけるビームの目標エネルギーである。この運転に使用した加速器の制御パラメータを加速器の設定エネルギー情報として、ビームの目標エネルギーと関連づけた後に保存する。
【００４４】
ビームの加速終了時点における、加速空胴１０に印加した高周波信号の周波数を測定する（ステップ５０）。加速終了時における、高周波信号の目標周波数（Fdes）は、ステップ５０の測定で得た測定値とする。また、その目標周波数に対する周波数の許容範囲（±Ferr）を算出する（ステップ５１）。例えば、照射ビームエネルギーの許容範囲から周波数の許容範囲（±Ferr）を決定する場合には、目標エネルギー毎に周波数の許容範囲（±Ferr）は変化する。一方、加速空胴１０に印加する高周波信号の補正可能な周波数範囲が、目標エネルギー毎の周波数の許容範囲（±Ferr）よりも常に広い場合は、運用において、全ての目標エネルギーに対して、目標周波数に対する周波数の許容範囲（±Ferr）を高周波信号の補正可能な周波数範囲とすることが可能である。高周波信号の目標周波数
（Fdes）、及びその目標周波数に対する周波数の許容範囲（±Ferr）を、ステップ４９で得られた１つの目標エネルギーと対応付けてテーブルデータ５３を作成する。ビームの１つの目標エネルギーに対するシンクロトロン３の一連の運転制御値と、テーブルデータ
５３とを、その目標エネルギーに基づいて関連付けて、シンクロトロン３の加速制御パターンデータを作成する（ステップ５２）。この際、シンクロトロン３の加速制御パターンデータに対する高周波信号の目標周波数（Fdes）、及びその目標周波数に対する周波数の許容範囲（±Ferr）を含む周波数判定情報７８は、加速器制御装置２２の表示装置（図示せず）の画面（図８）で確認でき、かつ修正することができる。
【００４５】
シンクロトロン３から出射されるエネルギーを種々変えて上記したステップ４６〜５２の処理をそれぞれ実行する。これにより、異なる複数の目標エネルギーごとに、高周波信号の目標周波数（Fdes）、及びその目標周波数に対する周波数の許容範囲（±Ferr）を求めることができる。これらの目標エネルギー，目標周波数（Fdes）及び周波数の許容範囲（±Ferr）に基づいて、図８に示すテーブルデータ５３が作成される。図７に示す処理で得られた高周波信号の目標周波数（Fdes）、及びその目標周波数に対する周波数の許容範囲（±Ferr）は、周波数判定情報７８としてエネルギー補正装置２７におけるビームエネルギーの判定処理に用いられる。目標周波数に対する周波数の許容範囲（Ferr）は、図８では、±５.０００ ｋＨｚしか示されていないが、上述したように、運用によっては目標周波数に対する周波数の許容範囲（Ferr）が異なる値となる場合もある。
【００４６】
次に、本実施例におけるビーム１４のエネルギー補正について説明する。
【００４７】
例えば、ある１つの層に対する加速終了時におけるビーム１４の目標エネルギーが
２００.０ ＭｅＶ（図８参照）であるとする。シンクロトロン３の運転開始前に、目標周波数Fdesが７.３００００ＭＨｚで周波数の許容範囲Ferrが±５.０００ｋＨｚである周波数判定情報７８を始めとして、該当する複数の層（患部がｎ個の層に分割されているときには、ｎ個の層）に対するそれぞれの周波数判定情報７８が、加速器制御装置２２から高周波制御装置２４及びエネルギー補正装置２７に入力され、それぞれのメモリ５６，６０に記憶されている。
【００４８】
まず、加速空胴１０を用いたビーム１４の加速制御を具体的に説明する。高周波制御装置２４は、タイミング制御装置２５からのタイミング信号７５に基づき、ある１つの層
（例えば、患者の体表面から最も深い位置に位置する第１層）に対する、シンクロトロン３の運転制御（例えば、加速器制御装置２２による偏向電磁石５等の加速制御運転）と同期した加速空胴１０の運転制御を実施する。高周波制御装置２４のプロセッサ５５は、タイミング制御装置２５から加速開始のタイミング信号７５が入力されると、磁場クロック発生装置２９からの磁場クロック信号７０に基づき、メモリ５６に記憶してある周波数データを、ビームの加速終了まで、通信バス６４を介して高周波発振器１１に出力する。これらの周波数データは、順次、高周波発振器１１の周波数レジスタ（図示せず）に設定される。その周波数レジスタに設定された周波数データは、ビーム加速期間において順次更新される。高周波発振器１１は、周波数レジスタに設定された周波数を有する高周波信号を、順次、加速空胴１０に印加する。このような周波数制御により、シンクロトロン３内を周回するビーム１４が加速される。このビーム１４の加速制御は、タイミング制御装置２５から加速終了のタイミング信号７５がプロセッサ５５に入力されるまで行われる。タイミング制御装置２５が加速開始のタイミング信号７５を出力してから加速終了のタイミング信号７５を出力するまでの時間は、加速終了時におけるビームの目標エネルギーに対応して定められている。ビームエネルギーの加速勾配（エネルギー増加量の時間変化）が一定の場合、その目標エネルギーが大きい程、加速制御時間は長くなる。シンクロトロン３の加速制御運転が終了すると、高周波制御装置２４（具体的にはプロセッサ５５）は、加速終了のタイミング信号７５に基づき、高周波発振器１１に出力する、加速時における周波数データの更新を停止する。
【００４９】
エネルギー補正装置（周波数補正装置）２７で行われるビームのエネルギー補正の処理、すなわち、高周波発振器１１から出力される高周波信号の周波数補正の処理を、図６を用いて具体的に説明する。図６に示すステップ３０〜４０の処理手順は、エネルギー補正装置２７のメモリ６０に記憶されている。エネルギー補正装置２７、すなわち、プロセッサ５９は、この処理手順をメモリ６０から読み出し、その処理手順に基づいて処理を実行する。ステップ３０〜４０のうち、ステップ３０の処理は、患者に対する治療開始前に行われる。ステップ３１〜４０の処理は、ビームの加速終了後に行われる。
【００５０】
まず、プロセッサ５９は、加速器制御装置２２から、複数の層（例えば、ｎ個の層）のそれぞれに対する、ビームの加速終了時における目標周波数Fdes及び周波数変動の許容範囲±Ferrの情報を含む周波数判定情報７８を加速器制御装置２２から入力し（ステップ
３０）、それらの周波数判定情報７８をメモリ６０に記憶させる。ステップ３１で、ビームの加速終了のタイミング信号７５を入力する。このタイミング信号７５は、ある１つの層（例えば、第１層）に対するタイミング信号であり、タイミング制御装置２５から出力される。ここでは、加速終了のタイミング信号７５がエネルギー確認のタイミング信号
７５となる。加速終了のタイミング信号７５の入力により、プロセッサ５９は、加速終了時の高周波の周波数Fmesを入力する（ステップ３２）。この周波数Fmesは、上記した第１層に対するものである。加速終了時の高周波の周波数Fmesは、高周波発振器１１から加速終了時に出力された高周波の周波数であるが、加速終了時において高周波発振器１１の周波数レジスタに設定された最終更新値と同一である。このため、プロセッサ５９は、ステップ３２において、周波数レジスタに設定された最終更新値を周波数Fmesとして高周波発振器１１から入力する。
【００５１】
周波数Fmesと目標周波数Fdesとの差である周波数差Fdevを算出する（ステップ３３）。すなわち、第１層に対するFdev＝Fmes−Fdesを算出する。算出結果に基づき、|Fdev|＞
|Ferr|が判定する（ステップ３４）。この判定がＹｅｓの場合、プロセッサ５９は「エネルギー異常」の情報７９をインターロック装置２６に出力する（ステップ４０）。その判定がＹｅｓの場合は、図５の状態である。具体的には、目標周波数Fdesが７.３００００ ＭＨｚである場合では、Fdevが５．０００ｋＨｚよりも大きいときにその判定がＹｅｓとなる。ステップ３４の判定がＹｅｓの場合は、高周波発振器１１に設定されている周波数は、加速終了時のままである。インターロック装置２６は、そのエネルギー異常の情報
７９を入力したとき、ゲートスイッチＯＦＦのインターロック信号７７を出力する。ゲートスイッチ９は、ゲートスイッチＯＦＦのインターロック信号７７に基づいて開放される。高周波発振器７と高周波印加装置６との接続状態が開放され、高周波発振器７からの高周波信号が高周波印加装置６に伝わらなくなる。このため、シンクロトロン３で加速されたビームは、シンクロトロン３から出射が不可能な状態となる。すなわち、加速終了後の目標エネルギーからずれたエネルギーを有するビームが、照射装置１６から患者に照射されることを阻止される。加速器制御装置２２は、インターロック装置２６から出力されたゲートスイッチＯＦＦのインターロック信号７７を入力したとき、電磁石電源２３等の電磁石電源を制御し、シンクロトロン３に設けられた偏向電磁石５ほかの電磁石に供給する励磁電流を弱める。これとともに、高周波制御装置２２は、偏向磁場強度の低下に同期して出力される磁場クロック信号７０に基づき、高周波発振器１１に設定する周波数データを低くする。これにより、シンクロトロン３内に残留するビーム１４は減速される。その後、シンクロトロン３は待機状態に移行する。
【００５２】
ステップ３４の判定がＮｏの場合には、プロセッサ５９は「エネルギー正常」の情報
７９を出力する（ステップ３５）。その判定がＮｏの場合は、図４の状態である。具体的には、目標周波数Fdesが７.３００００ＭＨｚである場合では、Fdevが５.０００ｋＨｚ以下であるときにその判定がＮｏとなる。インターロック装置２６は、そのエネルギー正常の情報７９を入力したとき、ゲートスイッチＯＮのインターロック信号７７を出力する。ゲートスイッチ９は、ゲートスイッチＯＮのインターロック信号７７に基づいて閉じられる。この状態は、加速器制御装置２２からビーム出射開始の指令信号７３が出力されて出射用スイッチ８が閉じられたときに、シンクロトロン３からビームが出射できる状態である。また、インターロック装置２６は、ゲートスイッチＯＮのインターロック信号７７を加速器制御装置２２に出力する。
【００５３】
プロセッサ５９は、高周波発振器１１に設定される目標周波数の補正を実行する（ステップ３６）。この補正は、ステップ３５の後に行われ、加速終了時に高周波発振器１１に設定されている周波数データFmesを、メモリ６０に記憶されている目標周波数Fdesまで移行させるために行われる。これは、高周波発振器１１から出力される高周波の周波数Fmesを目標周波数Fdesにすることにほかならない。ステップ３６では、加速終了後において周波数Fmesを目標周波数Fdesまで移行させるため、高周波発振器１１に逐次設定する複数の補正周波数を算出する。これらの補正周波数データにより、加速終了後において、加速終了時の高周波の周波数Fmesと目標周波数Fdesとの間で、高周波発振器１１から出力させる高周波の周波数を滑らかに変化させる。補正周波数データは、所定の時間間隔で逐次、算出される。算出されたそれらの補正周波数は、逐次、通信バス６３，５７，６４を介してエネルギー補正装置２７から高周波発振器１１の周波数レジスタに出力される。この際、これらの補正周波数データは、前述の所定の時間間隔で、順次、高周波発振器１１に設定される。高周波発振器１１は、それらの補正周波数データに基づいて出力周波数を更新し、対応する周波数の高周波信号を加速空胴１０に印加する。図４の状態では、高周波発振器１１から出力される高周波信号の周波数が、順次、減少され、周回しているビーム１４のエネルギーが目標エネルギーまで減速される。図４において、周波数Fmesが目標周波数Fdesよりも低い場合には、その周波数が増大され、周回しているビーム１４のエネルギーが目標エネルギーまで加速される。このような第１層に対する高周波信号の周波数の変更は、図４に示す周波数補正制御期間（例えば、３０ｍｓの期間）内で行われる。
【００５４】
エネルギー補正装置２７における補正周波数の算出結果を逐次、通信バスを経由して、直接、高周波発振器１１に設定し出力する処理方法は、デジタル信号処理を適用することで実現可能な制御である。
【００５５】
周回するビーム１４のエネルギーを目標エネルギーにする、ステップ３６で算出された補正周波数に基づいた高周波発振器１１の制御が終了した後(周波数補正制御期間終了後)、タイミング制御装置２５は、出射許可信号７６を出力する。出射許可信号７６に基づいて出射用スイッチ８が閉じられ、高周波印加装置６に出射用高周波信号が印加される。そして、シンクロトロン３から出射されたビーム１４が、照射装置１６を介して患部の第１層に照射される。なお、シンクロトロン３からのビーム１４の出射停止は、タイミング制御装置２５からの出射停止信号に基づき、出射用スイッチ８が開放されることによって行われる。
【００５６】
出射制御が終了後、加速器制御装置２２からの制御指令７２として、エネルギー切り替え指示の有無を確認する（ステップ３７）。エネルギー切り替え指示がない場合には、
「Ｎｏ」となり、引き続き同じエネルギーでの患者へのビーム照射を継続する。ステップ３７の判定結果が「Ｙｅｓ」の場合、次の層（例えば、第２層）に対応する目標周波数
Fdesおよび周波数の許容範囲Ferrに更新する（ステップ３８）。患者に対する照射線量が目標線量に到達するまで、各層に対するステップ３２〜３８の処理が繰り返される（ステップ３９）。
【００５７】
本実施例によれば、ビーム加速終了時に加速空胴１０に印加されている高周波信号の周波数Fmes（高周波発振器１１から出力される高周波信号の周波数Fmes）が、目標周波数
Fdesに対する許容範囲±Ferr内にある場合、高周波発振器１１に設定する補正周波数データをエネルギー補正装置２７で逐次算出し、算出した補正周波数データを高周波発振器
１１に逐次設定することが可能である。このため、ビーム加速終了後でシンクロトロン３からのビーム出射前の周波数補正制御期間において、高周波発振器１１で発生する高周波信号の周波数を、それらの補正周波数データを用いて目標周波数Fdesまで滑らかに変更することができる。このように制御された周波数を有する高周波信号を加速空胴１０に印加することにより、ビーム加速終了後において、周回するビームのエネルギーを目標エネルギーに合せることができる。
【００５８】
したがって、治療計画において定められた目標エネルギーのビーム１４を患部に照射することができる。これは、治療計画で定めた患部内の複数の層のそれぞれに対する正確なビーム照射をもたらす。すなわち、患部内で形成される各ブラッグピークの位置が、該当するそれぞれの層からずれることを防止できる。特に、上記した高周波信号の周波数の変更は、ビーム加速終了後でシンクロトロン３からビームが出射される前に行われるため、出射されるビーム１４のエネルギーは出射前に目標エネルギーに合せることができる。
【００５９】
また、加速終了時におけるビーム１４のエネルギーが目標エネルギーに対するずれの許容範囲を超えている（高周波信号の周波数Fmesが目標周波数Fdesに対する許容範囲±Ferr外にある）ときには、ゲートスイッチ９が開くので、目標エネルギーと異なる値のエネルギーを有するビーム１４を、シンクロトロン３から出射すること、すなわち患者に照射することを防止できる。このため、粒子線照射システム１の安全性が著しく向上する。
【００６０】
目標エネルギーと異なる値のエネルギーを有するビーム１４を患者に照射した場合には、患部内であっても所定の層以外の部分に照射されることになる。治療計画で定めた位置にビーム１４が照射されないことで、患部内の照射線量に斑を生じ、しいては、患部内の一部のがん細胞を消滅させることができなくなる。また、患部以外の正常な細胞の位置でブラッグピークが形成される場合が生じ、正常な細胞に著しいダメージを与えてしまう。本実施例では、ビーム１４の到達位置が異なることによる正常細胞のダメージを避けることができる。
【００６１】
本実施例は、複数の補正周波数によって加速空胴１０に印加する高周波信号の周波数を曲線状に滑らかに変更できるため、周波数補正によるビーム損失を抑制でき、ビームの照射効率を高めることができる。
【００６２】
本実施例は、ビームスキャニング法だけでなく、二重散乱体法及びウォブラー法によるビームの照射法にも適用することもできる。これらのビーム照射法において、ビーム加速終了後でビームの出射前に、エネルギー補正装置２７で算出された複数の補正周波数に基づいて高周波発振器１１を制御し、周回するビームのエネルギーを目標エネルギーにする。
【実施例２】
【００６３】
本発明の他の実施例である粒子線照射システム１Ａを、図９を用いて説明する。粒子線照射システム１Ａは、前述の粒子線照射システム１において、エネルギー補正装置２７の機能を高周波制御装置２４に持たせたものである。すなわち、粒子線照射システム１Ａは、前述の高周波制御装置２４及びエネルギー補正装置２７の両方の機能を有する高周波制御装置２４Ａを備えている。本実施例で用いられる高周波発振器１１にデジタル発振器である。粒子線照射システム１Ａの他の構成は粒子線照射システム１と同じである。高周波制御装置２４Ａは、図１０に示すように、入力部５４，５８，プロセッサ５５，メモリ
５６，通信ポート６２及び出力部６１，通信バス６４を有する。
【００６４】
高周波制御装置２４Ａは、ビーム１４の加速時には、前述の高周波制御装置２４として機能し、高周波制御装置２４と同様に加速空胴１０に印加する高周波の周波数を制御する。高周波制御装置２４Ａは、メモリ５６に図６に示す処理手順を記憶しており、加速終了後でビーム出射前においては前述のエネルギー補正装置２７として機能する。高周波制御装置２４Ａがエネルギー補正装置２７として機能する際には、図６に示す処理手順を実行する。本実施例は、高周波制御装置２４Ａが高周波制御装置２４及びエネルギー補正装置２７として機能するため、実施例１で生じる効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１における粒子線照射システムの構成図である。
【図２】図１の高周波制御装置２４及びエネルギー補正装置２７の詳細構成図である。
【図３】図１のシンクロトロンの運転サイクルにおける運転状態を示す説明図である。
【図４】図１の粒子線照射システムにおいて、加速終了時における高周波信号の周波数が許容範囲内にある場合での状態を示した説明図である。
【図５】加速終了時における高周波信号の周波数が許容範囲外にある場合での状態を示す説明図である。
【図６】エネルギー補正装置で実行されるエネルギー補正の処理手順を示す説明図である。
【図７】エネルギー補正装置で用いる周波数判定情報の作成手順を示す説明図である。
【図８】周波数判定情報の一例を示す説明図である。
【図９】本発明の他の実施例である実施例２の粒子線照射システムの構成図である。
【図１０】図９に示す高周波制御装置の詳細構成図である。
【符号の説明】
【００６６】
１，１Ａ…粒子線照射システム、２…前段加速器、３…シンクロトロン、５…偏向電磁石、６…高周波印加装置、７…高周波発振器（高周波電源）、８…出射用スイッチ（第１開閉装置）、９…ゲートスイッチ（第２開閉装置）、１０…加速空胴、１１…高周波発振器、１５…ビーム輸送装置、１６…照射野形成装置（イオンビーム照射装置）、１７…治療ベッド、２２…加速器制御装置、２３…電磁石電源、２４，２４Ａ…高周波制御装置、２５…タイミング制御装置、２６…インターロック装置、２７…エネルギー補正装置（周波数補正装置）、２８…磁場検出器、２９…磁場クロック発生装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビームの出射方法及び粒子線照射システムに係り、特に、陽子及び重イオンなどのイオンビームを加速器で加速するのに好適な荷電粒子ビームの出射方法及び粒子線照射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
陽子及び重イオンなどのイオンビーム（以下、ビームという）をがんの治療に用いる粒子線照射システムは、患者の患部形状に合わせたビームを照射することで、患部にビームを集中させて照射できる。特に、患者の体表面からの深さ方向におけるビームの飛程の調節は、ビームのエネルギーを調整することで実現できる。
【０００３】
粒子線照射システムに用いられる加速器の代表例としてシンクロトロンが挙げられる。シンクロトロンは、周回するビームに高周波信号（例えば、高周波電圧）を印加し所望のエネルギーまでビームを加速する高周波加速空胴（以下、加速空胴という）を備える。所望のエネルギーまで加速されたビームは、シンクロトロンから出射されてビーム輸送系を経て照射装置に導かれ、治療用ベッド上の患者の患部（がんの患部）に照射される。
【０００４】
照射装置は、患者の体表面から患部までの深さ、及び患部の大きさに合わせたビームを生成してこのビームを出射する。一般に、照射装置は、二重散乱体法（非特許文献１の
２０８１頁，図３５），ウォブラー法（非特許文献１の２０８４頁，図４１）及びビームスキャニング法（特許文献１，非特許文献１の２０９２頁及び２０９３頁）のいずれかのビーム照射法が適用できる構成を有する。
【０００５】
粒子線照射システムの加速器であるシンクロトロンシステムに対して、これらのビーム照射法においても、出射するビームエネルギーを目標エネルギーに調節する高精度の制御が要求されている。このため、ビームエネルギーを精度良く測定することが必要である。ビームエネルギーの測定は、従来、特許文献２に記載された水ファントム、及び非特許文献２に記載されたマルチリーフ・ファラデーカップを用いて行うことが知られている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１１８２０４号公報
【特許文献２】特開平１１−６４５３０号公報
【非特許文献１】レビュー オブ サイエンティフィック インスツルメンツ６４巻８号（１９９３年８月）の第２０７９〜２０９３頁（REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS VOLUME 64 NUMBER 8(AUGUST 1993)P2079-2093）
【非特許文献２】“ビーム コミッショニング オブ ザ ニュー プロトン セラピィ システム フォー ユニバーシティ オブ ツクバ”エム．ウメザワ，エットオール.，プロシーディングズ オブ ２００１ パーティクル アクセルレータ コンファレンス， シカゴ，ユーエスエ（２００１）（“BEAM COMMISSIONING OF THE NEW PROTON THERAPY SYSTEM FOR UNIVERSITY OF TSUKUBA”M.Umezawa, et al., Proceedings of 2001 Particle Accelerator Conference, Chicago, USA (2001))
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
水ファントム及びマルチリーフ・ファラデーカップを用いたビームエネルギーの測定は、患者に照射するビームを遮って行うため、患者にビームを照射しながらビームエネルギーを逐次計測することはできない。特に、ビームスキャニング法を適用する場合には、特許文献１に記載されたように、体表面からの深さ方向において患部を複数の層に分割し、これらの層ごとにビームを走査することが考えられている。ある層にビームを照射するためには、その層にビームが到達するようにビームエネルギーを調節する。もし、照射するビームエネルギーが所定のビームエネルギーと異なる場合には、ビームは所定の層と異なる層に照射される。このような事態を避けるために、ビームの加速が終了してビームを患者に照射する前にビームエネルギーを測定することが望まれる。
【０００８】
また、加速器から照射装置に供給されるビームのエネルギー変動の許容範囲は、二重散乱体法等のビームを散乱させて照射野を形成する照射法では、±１.０ ％以内が要求されていたが、ビームスキャニング法ではビームを直接患部に照射するため、エネルギー変動の許容範囲は±０.０５ ％以下というより細かいエネルギー精度が要求される。これらの要求に対して、シンクロトロンでは、電磁石の運転精度は±０.０１ ％以下で実現可能である。一方、加速空胴に印加する高周波信号の周波数は、磁場検出器で検出された偏向磁場強度の変化に基づいて出力される磁場クロック信号を用いた制御により、更新される。この際、偏向磁場強度に対する周波数制御の再現性は、磁場クロック信号の出力再現性により決定される。磁場クロック信号の、短期間（日単位）での再現性は±０.０１ ％以下を実現できる。しかしながら、磁場クロック信号の、長期間（年単位）での再現性は
±０.１ ％未満が限界である。長期間でのその再現性が悪くなる原因として、磁場検出器および磁場クロック発生装置を構成するアナログ素子の温度ドリフトや経年変化などが挙げられる。その結果、偏向磁場強度と高周波信号の周波数の関係にずれが生じ、照射装置に供給するビームにエネルギー変動が生じる恐れがある。この対策として、磁場クロック発生装置を構成するアナログ素子を恒温槽に入れ、精密な温度管理を実施することで温度ドリフトを抑制することは可能であるが、磁場検出素子は、測定磁場を恒温槽が遮る恐れがあるため、磁場検出素子を恒温槽に入れることはできない。また前記アナログ素子を恒温槽に入れたとしても、素子の経年変化の影響は避けられない。
【０００９】
また、粒子線照射システムにおいて、ビームのエネルギー変動が許容範囲を超えて生じた場合には、患者の安全を確保するため、加速器から照射装置へのビームの供給を中断し、エネルギー変動が生じた原因の確認と対策が完了するまで照射治療を中断しなければならない。一般にビームを患部に照射する粒子線照射システムでは、一台の加速器に対して複数の照射治療室を具備しており、加速器からのビームを効率よく照射室に供給するよう照射スケジュールを管理し、システムの利用効率を高めている。そのため、加速器からのビーム供給が中断すると全ての照射室の治療スケジュールに影響が及ぶため、粒子線照射システムの運用に支障が生じる。特に、ビームスキャニング法による治療照射の場合、エネルギー変動の許容範囲は非常に小さく、かつ、照射中のエネルギー変更制御が複数回要求されるため、エネルギー変動による照射中断のリスクが高くなる。
【００１０】
本発明の目的は、体内の深さ方向におけるビームの照射位置ずれを抑制できる荷電粒子ビームの出射方法及び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】
【００１１】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、荷電粒子ビームの加速終了後において、円形加速器に設けられた高周波加速装置に印加する高周波信号の周波数を予め設定された目標エネルギーに対応した周波数に変更し、変更された周波数を有する高周波信号を、加速終了後において高周波加速装置に印加することで、荷電粒子ビームのエネルギーを目標エネルギーに変更し、その後、目標エネルギーの荷電粒子ビームを、円形加速器から荷電粒子ビーム照射装置に出射することにある。
【００１２】
荷電粒子ビームの加速終了後において、変更された周波数を有する高周波信号を高周波加速装置に印加するため、加速終了後においてビームのエネルギーを容易に加速終了後の目標エネルギーにすることができ、目標エネルギーを有するビームを安定に患者に照射することができる。このため、体内の所定深さの位置にビームを照射することができ、がん細胞を適切に消滅させることができる。換言すれば、体内の深さ方向におけるビームの照射位置ずれによる健全な細胞へのビームの照射を抑制することができる。
【００１３】
好ましくは、荷電粒子ビームの加速終了後において、高周波加速装置に印加する高周波信号の、荷電粒子ビームの加速終了後における周波数と、その高周波信号の、加速終了後の目標周波数とのずれが変更可能な許容範囲内にあるとき、高周波加速装置に供給する高周波信号の周波数を制御することが望ましい。そのずれが変更可能な許容範囲内にあるときに高周波加速装置に供給する高周波信号の周波数を制御するので、加速終了後に周回する荷電粒子ビームのエネルギーを目標エネルギーにすることが容易に行える。
【００１４】
好ましくは、そのずれが変更可能な許容範囲から外れているとき、円形加速器から荷電粒子ビーム照射装置への荷電粒子ビームの出射を停止することが望ましい。これによって、体内の所定深さの位置以外への荷電粒子ビームの照射を防止できる。このため、患者の安全を確保できる。
【００１５】
好ましくは、高周波加速装置に印加する高周波信号の、加速終了後における周波数から目標周波数に周波数を変更する際、周波数の時間的な変化を滑らかに変更し、この滑らかに変更した周波数の高周波信号を高周波加速装置に供給することで、周波数変更に伴う荷電粒子ビームの損失を抑制することができ、加速した荷電粒子ビームを効率良く患者に照射することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、患者の体内の深さ方向におけるビームの照射位置ずれを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明の実施例１の粒子線照射システムを、図１を用いて説明する。本実施例の粒子線照射システム１は、円形加速器であるシンクロトロン３、ビーム輸送装置１５及び照射野形成装置（イオンビーム照射装置）１６を備える。照射野形成装置は、以下、単に照射装置という。シンクロトロン３は、周回軌道に、入射装置４，複数の偏向電磁石５，高周波印加装置６，加速空胴１０，出射用偏向器１３及びビーム位置モニタ２０を設置している。図示されていないが、複数の四極電磁石もシンクロトロン３に設置される。電磁石電源２３が偏向電磁石５に接続される。高周波印加装置６は、出射用スイッチ(第１開閉装置)８及び第１安全装置であるゲートスイッチ（第２開閉装置）９を介して高周波発振器（高周波電源）７に接続される。高周波発振器７は出射用の高周波発振器である。また、高周波発振器（高周波電源）１１は、電力増幅器１２を介して加速空胴１０に接続される。高周波発振器１１は加速用の高周波発振器である。偏向電磁石５に設置された磁場検出器
２８は、磁場クロック発生装置２９に接続される。
【００１９】
ビーム輸送装置１５は、出射用偏向器１３と照射装置１６とを接続している。照射装置１６は、回転ガントリー(図示せず)に設置されている。ビーム輸送装置１５の一部も回転ガントリーに設置される。
【００２０】
粒子線照射システム１においては、統括制御装置として、加速器制御装置２２及びタイミング制御装置２５が設けられている。タイミング制御装置２５は加速器制御装置２２に接続される。タイミング制御装置２５以外に、高周波発振器７，電磁石電源２３，高周波制御装置２４及びエネルギー補正装置２７も、加速器制御装置２２に接続される。高周波制御装置２４及びエネルギー補正装置２７は、タイミング制御装置２５にも接続されている。高周波制御装置２４は、更に、磁場クロック発生装置２９に接続されている。エネルギー補正装置２７に接続されるインターロック装置２６は、加速器制御装置２２に接続される。
【００２１】
高周波制御装置２４及びエネルギー補正装置２７の詳細構成を、図２を用いて説明する。高周波制御装置２４は、入力部５４，プロセッサ５５，メモリ５６，通信バス５７，
６４を有する。プロセッサ５５は、入力部５４，メモリ５６，通信バス５７，６４に接続される。エネルギー補正装置２７は、入力部５８，プロセッサ５９，メモリ６０，出力部６１，通信ポート６２及び通信バス６３を有する。プロセッサ５９は、入力部５８，メモリ６０，出力部６１，通信ポート６２及び通信バス６３に接続される。
【００２２】
加速器制御装置２２及び磁場クロック発生装置２９はデータ入力部５４に接続される。高周波制御装置２４とエネルギー補正装置２７は、それぞれ通信バス５７，６３で接続される。タイミング制御装置２５は、入力部５４，５８に接続される。加速器制御装置２２は通信ポート６２に接続される。出力部６１はインターロック装置２６に接続される。
【００２３】
がん治療に用いられる粒子線照射システム１のシンクロトロン３は、図３に示すように、ビーム（陽子線、または炭素イオンビーム等の重粒子線）の入射・捕獲、ビームを設定されたエネルギーまで高める加速、目標エネルギーになったビームの出射、及び減速の各工程を含む一つの運転サイクルを、必要な回数，繰返えして運転される。これら入射・捕獲，加速，出射，減速といった制御は、加速するエネルギーに合わせて動作タイミングが規定される。入射・捕獲時間は、加速終了後のビームエネルギーに依らず常に一定である。また、ビームエネルギーに依らず一定の勾配でビームを加速・減速する場合、ビームエネルギーが高くなれば加速・減速時間も長くなり、入射から減速までの繰り返し制御時間が規定されていれば、出射時間は、入射・捕獲時間と加速・減速時間から一意に決定する。更に、エネルギー確認のためのタイミング信号７５の出力時間は、加速制御が終了後、出射制御を開始する前に設定することで、ビームを照射装置１６に供給する前にビームエネルギーを確認し、必要であればそのビームエネルギーの補正が可能となる。
【００２４】
治療ベッド１７上の患者の患部に照射されるビームのエネルギーは、患者の体表面からその患部の深さによって定まる。このエネルギーは、シンクロトロン３による加速終了後におけるビームエネルギーであり、治療前の治療計画で決定される。この治療計画で決定された加速終了後におけるビームエネルギーを目標エネルギーという。加速器制御装置
２２は治療計画情報記憶装置（図示せず）から該当する患者に対する目標エネルギー情報を取り込む。加速器制御装置２２は、その目標エネルギー情報に基づいて定まる図３に示すシンクロトロン３の運転パターンを実現するために、シンクロトロンを構成する機器の動作タイミング情報７４をタイミング制御装置２５に、偏向電磁石５の磁場強度（偏向磁場強度）及び加速空胴１０に印加する高周波信号（例えば、高周波電圧）の周波数を制御するために、電磁石電源２３の運転パターンを設定する制御指令７１を電磁石電源２３に、また、高周波発振器１１の運転パターンの情報を設定する制御指令７２を高周波制御装置２４に出力する。高周波制御装置２４は、入力した制御指令７２をメモリ５６に記憶する。更に、加速器制御装置２２は、高周波発振器１１から出力される、ビームの加速終了時における高周波信号の目標周波数、及びこの目標周波数に対する周波数の許容範囲データを含む周波数判定情報７８をエネルギー補正装置２７に出力する。目標周波数及び周波数の許容範囲データは、複数の目標エネルギーごとに設定されている（図８参照）。エネルギー補正装置２７は入力した周波数判定情報７８をメモリ６０に記憶する。タイミング制御装置２５は、ビームの加速開始，加速終了、及びエネルギー確認等のタイミング信号７５を高周波制御装置２４に、エネルギー確認のタイミング信号７５をエネルギー補正装置２７に出力する。加速終了のタイミング信号７５を、エネルギー確認のタイミング信号７５として用いることも可能である。
【００２５】
粒子線照射システム１を用いた、ビームスキャニング法によるがん治療について、説明する。ビームスキャニング法では、患部を体表面からの深さ方向に複数の層に分割し、それぞれの層毎にビームの目標エネルギーが予め治療計画によって決められている。前述の動作タイミング情報７４，制御指令７２及び周波数判定情報７８は、各層ごとのシンクロトロン３の運転パターンに対するものである。
【００２６】
ビームが前段加速器２からシンクロトロン３に入射される。ビームが入射される際、制御指令７１で設定された運転パターンにより該当する電磁石電源２３が制御されるため、シンクロトロン３の各四極電磁石及び偏向電磁石５は、前段加速器２から入射されるビーム１４のエネルギーに対応した所定の電流で励磁されている。シンクロトロン３内でビーム１４は、加速空胴１０で印加された高周波信号により集群化する。集群化の際に加速空胴１０へ印加する高周波信号の周波数は、前段加速器２から供給されるビーム１４のエネルギー（ビームの周回速度）と、シンクロトロン内を周回するビームの軌道長から導き出される周波数と一致させる。この周波数を高周波発振器１１に設定する。高周波発振器
１１から出力された高周波信号は、電力増幅器１２で増幅され、加速空胴１０に導かれる。ビーム１４の集群化は、加速空胴１０に印加した高周波信号により、ビーム１４を安定に加速可能な領域（以下、高周波バケット）を形成することで実現される。この高周波信号でビームを集群化する制御を高周波捕獲と言い、集群化したビームをバンチビームと言う。
【００２７】
集群化したビーム１４を加速する際には、まず、周回するビームのエネルギーが目標エネルギーになるまで、設定された運転パターンに基づいた電磁石電源２３の制御により各四極電磁石及び偏向電磁石５の励磁電流、すなわち磁場強度を徐々に強める。高周波制御装置２４は、この偏向磁場強度の変化と協調して高周波発振器１１に設定する周波数を高めることで、集群化したビーム１４を所望のエネルギーまで加速する。
【００２８】
ここで、加速制御時の加速空胴に印加する高周波信号の周波数制御について説明する。偏向電磁石５に設置した磁場検出素子２８の検出信号を磁場クロック発生装置２９に入力する。本実施例において、磁場検出素子２８にサーチコイルを適用しているため、磁場検出素子２８の検出信号は、偏向磁場強度の時間変化率（ｄＢ／ｄｔ）を表している。この磁場検出素子からの検出信号を磁場クロック発生装置２９内で積分する。この積分値が偏向磁場強度の変化量を示す。この変化量が２０〜３０μＴ相当の変化量を示した場合、積分器をクリアし、パルス信号を１パルス出力する。以上に示した磁場クロック発生装置
２９での処理は、Ｖ−Ｆコンバータを用いることで実現できる。この磁場クロック発生装置２９から出力されるパルス信号を周波数更新信号７０として、高周波制御装置２４に出力する。高周波制御装置２４は、周波数更新信号７０に基づき、予め加速器制御装置２２から伝送される周波数パターンデータのアドレスを更新し、高周波発振器１１に周波数データを設定する。この際、高周波制御装置２４に用意されている周波数パターンデータは、偏向磁場強度と高周波信号の周波数との間に所定の関係（後述の（数５）に示す関係）が成立するようなデータ構造にしておくことで、集群化したビーム（バンチビーム）１４を、シンクロトロン３内の周回軌道に沿って周回させながら目標エネルギーまで安定に加速することが可能となる。
【００２９】
シンクロトロン３を構成する偏向電磁石５や各四極電磁石等が目標エネルギーに対応した磁場強度に達した後、タイミング制御装置２５から出射許可信号７６が出力される。この出射許可信号７６に基づいて出射用スイッチ８が閉じられる。高周波発振器７から出力された高周波信号（出射用高周波信号）が、出射用スイッチ８及びゲートスイッチ９を経て高周波印加装置６に導かれる。このとき、ゲートスイッチ９はインターロック装置２６から出力されたゲートスイッチＯＮのインターロック信号７７（後述）により閉じられている。このため、出射用の高周波信号が高周波印加装置６によって周回するビームに印加される。これにより、ビームはベータトロン振動振幅を増大させて安定限界の外に移動して出射用偏向器１３より出射される（特許第２５９６２９２号公報参照）。出射されたビームは、ビーム輸送装置１５を介して照射装置１６に輸送され、照射装置１６より治療ベッド１７上の患者の患部におけるある１つの層に照射される。１つの層へのビーム照射が終了した後、患部の全ての層へのビーム照射が完了するまで、上記のようにして他の層へのビーム照射が繰り返される。各層にビームを照射する際には、層ごとに加速終了時のビームエネルギーが変更される。各層へのビームの照射は、例えば、タイミング制御装置
２５から出力される動作タイミング情報７４に基づいて制御される。
【００３０】
本実施例の特徴である周回するビーム１４のエネルギー補正について説明する前に、ビーム１４のエネルギーと偏向磁場強度，高周波信号の周波数の関係を簡単に説明する。周回ビームのエネルギーＥと運動量ｐは、近似的に（数１）に示す関係が成立する。ただし、ｃは光速である。
【００３１】
【数１】
【００３２】
また、運動量の変化による計測位置でのビーム重心の軌道変位Δｘは、（数２）のように示される。ただし、Δｘはシンクロトロン３での測定位置（ビーム位置モニタ２０の設置位置）でのビーム軌道位置の変位、及びηは測定位置での分散関数である。
【００３３】
【数２】
【００３４】
運動量ｐと偏向磁場強度Ｂは、ｐ＝ｅＢρの関係により、（数３）のように表される。ただし、ｅは電荷量であり、ρは偏向磁場によるビーム１４の偏向半径である。
【００３５】
【数３】
【００３６】
一方、運動量ｐと偏向磁場強度Ｂとの関係より、（数２）は、（数３）に示したように、偏向磁場強度の変化が運動量に変化を生じさせることが得られ、しいては（数４）に示したように、ビーム重心の軌道位置の変位Δｘも生じることが示される。
【００３７】
【数４】
【００３８】
また、周回するビーム１４の周回周波数Ｆは、（数５）に示すように、偏向磁場強度Ｂの関数として表すことができる。ただし、ｈはバンチ数、Ｒはシンクロトロン３の平均半径、ｍ0 は周回する荷電粒子の静止質量である。
【００３９】
【数５】
【００４０】
シンクロトロン３では、制御応答性の低い偏向磁場強度Ｂを基準にビーム１４の周回周波数を制御することによって行われる。高周波制御装置２４は、磁場検出器２８によって検出された偏向磁場強度変化に基づいて高周波発振器１１に設定する周波数を制御することで、加速空胴１０に発生する高周波信号を制御する。また、集群化したビームは、加速空胴１０に印加された高周波信号の周波数とビーム１４の周回周波数が一致しした場合にのみエネルギーが付与されるため、結果的にビーム１４の周回周波数は、加速空胴１０に印加された高周波信号の周波数となる。つまり、ビーム１４のエネルギーは、加速空胴
１０に印加された高周波信号の周波数で評価することができる。このため、偏向磁場強度及び高周波信号の周波数が（数５）の関係を有していれば、ビーム１４はシンクロトロン３内で所定の軌道を周回するので、加速終了時におけるビーム１４のエネルギーに対する偏向磁場強度と、ビーム１４に印加する高周波信号の周波数も（数５）の関係を有していれば、シンクロトロン３内のビーム軌道は一定となる。偏向磁場強度もしくは高周波信号の周波数がずれて（数５）の関係が保たれない状態でビーム１４が加速された場合には、加速終了時におけるビーム軌道の位置が変化するため、加速終了後のビームのエネルギーが目標エネルギーと異なる恐れがある。先に示したとおり、シンクロトロン３では偏向磁場強度Ｂを基準に加速用の高周波発振器１１に設定する周波数を制御するため、加速終了時のビーム１４のエネルギーが目標エネルギーとずれている場合には、高周波発振器１１に設定する周波数を補正することによって、ビーム１４のエネルギーを目標エネルギーに合せる補正が可能である。この補正をエネルギー補正という。
【００４１】
ビーム１４のエネルギー補正は、発明者らが見出した新たな考え方に基づいて行われる。このエネルギー補正の基本的な考え方を、図４及び図５を用いて以下に説明する。ビーム１４のエネルギーが目標エネルギーまで加速されるように、加速空胴１０に印加される高周波信号の周波数を目標周波数Fdesまで増加させる。発明者らは、種々の検討を行った結果、ビームの加速が終了した時点でのその高周波信号の周波数Fmesと目標周波数Fdesとの周波数差Fdev（＝Fmes−Fdes）が目標周波数Fdesに対する許容範囲（±Ferr）内にあれば、周波数Fmesを目標周波数Fdesにする補正が可能であり、周波数差Fdevがその許容範囲（±Ferr）外であればその補正は不可能であることを見出した。ここで、目標周波数Fdesに対する許容範囲（±Ferr）は、高周波信号の周波数補正によりビーム１４の損失が生じない範囲とすることで、加速したビーム１４を効率よく利用することが可能であり、また、許容範囲（±Ferr）を超えた周波数差（Fdev）を生じたビームを利用しないことで、患者に照射するビームの特性を均一に保つことができる。図４に示すように周波数差Fdevがその許容範囲（±Ferr）内にある場合には（（Fdes＋Ferr）≧Fmes≧（Fdes−Ferr））、周波数Fmesを目標周波数Fdesにする周波数補正、すなわちエネルギー補正を行うことができる。図５に示すように周波数差Fdevがその許容範囲（±Ferr）外にある場合には（Fmes＞（Fdes＋Ferr），（Fdes−Ferr）＞Fmes）、エネルギー補正を行うことができず、円形加速器からのビームの出射を停止する。換言すれば、|Fdev|≦|Ferr|であればエネルギー補正を行い、|Fdev|＞|Ferr|であればエネルギー補正を行わず円形加速器からのビームの出射を停止する。
【００４２】
ビームの目標エネルギーに対する目標周波数Fdes、及びこの目標周波数Fdesに対する許容範囲（±Ferr）は、後述するシンクロトロン３によるビーム調整運転により求められる。エネルギー補正装置２７でのエネルギー判定処理に用いる、目標周波数Fdes、及び許容範囲（±Ferr）のデータを含む周波数判定情報７８の作成を、図７を用いて説明する。まず、シンクロトロン３において、周波数判定情報７８を作成したいビームエネルギーのビーム調整運転を実施する（ステップ４６）。この調整運転では、目標エネルギーまでビーム１４が加速できるように、加速時において加速空胴１０に供給する高周波信号の周波数を加速時における偏向磁場強度に対応させて調整し、所定の電荷量のビームがシンクロトロン３から出射できるように、シンクロトロン３に設けられた各電磁石の励磁量、及び加速空胴１０に供給する高周波信号の周波数などを調整する。
【００４３】
上記の調整終了後、所定の電荷量を有するビームの出射が可能かを判定する（ステップ４７）。この判定が「ＮＯ」であれば、再度、調整運転を行い、各電磁石の励磁量及び加速周波数などを調整する。その判定が「ＹＥＳ」の場合には、シンクロトロン３から照射装置１６にビームを出射する。出射したビーム１４を照射装置１６まで輸送し、照射装置１６の下流に設置した水ファントムなどの線量計で照射装置１６を通過したビームの飛程を計測する（ステップ４８）。この飛程の計測結果に基づいて、加速終了後にシンクロトロン３から出射されるビームのエネルギーを確定する（ステップ４９）。この確定されたエネルギーが、加速終了時におけるビームの目標エネルギーである。この運転に使用した加速器の制御パラメータを加速器の設定エネルギー情報として、ビームの目標エネルギーと関連づけた後に保存する。
【００４４】
ビームの加速終了時点における、加速空胴１０に印加した高周波信号の周波数を測定する（ステップ５０）。加速終了時における、高周波信号の目標周波数（Fdes）は、ステップ５０の測定で得た測定値とする。また、その目標周波数に対する周波数の許容範囲（±Ferr）を算出する（ステップ５１）。例えば、照射ビームエネルギーの許容範囲から周波数の許容範囲（±Ferr）を決定する場合には、目標エネルギー毎に周波数の許容範囲（±Ferr）は変化する。一方、加速空胴１０に印加する高周波信号の補正可能な周波数範囲が、目標エネルギー毎の周波数の許容範囲（±Ferr）よりも常に広い場合は、運用において、全ての目標エネルギーに対して、目標周波数に対する周波数の許容範囲（±Ferr）を高周波信号の補正可能な周波数範囲とすることが可能である。高周波信号の目標周波数
（Fdes）、及びその目標周波数に対する周波数の許容範囲（±Ferr）を、ステップ４９で得られた１つの目標エネルギーと対応付けてテーブルデータ５３を作成する。ビームの１つの目標エネルギーに対するシンクロトロン３の一連の運転制御値と、テーブルデータ
５３とを、その目標エネルギーに基づいて関連付けて、シンクロトロン３の加速制御パターンデータを作成する（ステップ５２）。この際、シンクロトロン３の加速制御パターンデータに対する高周波信号の目標周波数（Fdes）、及びその目標周波数に対する周波数の許容範囲（±Ferr）を含む周波数判定情報７８は、加速器制御装置２２の表示装置（図示せず）の画面（図８）で確認でき、かつ修正することができる。
【００４５】
シンクロトロン３から出射されるエネルギーを種々変えて上記したステップ４６〜５２の処理をそれぞれ実行する。これにより、異なる複数の目標エネルギーごとに、高周波信号の目標周波数（Fdes）、及びその目標周波数に対する周波数の許容範囲（±Ferr）を求めることができる。これらの目標エネルギー，目標周波数（Fdes）及び周波数の許容範囲（±Ferr）に基づいて、図８に示すテーブルデータ５３が作成される。図７に示す処理で得られた高周波信号の目標周波数（Fdes）、及びその目標周波数に対する周波数の許容範囲（±Ferr）は、周波数判定情報７８としてエネルギー補正装置２７におけるビームエネルギーの判定処理に用いられる。目標周波数に対する周波数の許容範囲（Ferr）は、図８では、±５.０００ ｋＨｚしか示されていないが、上述したように、運用によっては目標周波数に対する周波数の許容範囲（Ferr）が異なる値となる場合もある。
【００４６】
次に、本実施例におけるビーム１４のエネルギー補正について説明する。
【００４７】
例えば、ある１つの層に対する加速終了時におけるビーム１４の目標エネルギーが
２００.０ ＭｅＶ（図８参照）であるとする。シンクロトロン３の運転開始前に、目標周波数Fdesが７.３００００ＭＨｚで周波数の許容範囲Ferrが±５.０００ｋＨｚである周波数判定情報７８を始めとして、該当する複数の層（患部がｎ個の層に分割されているときには、ｎ個の層）に対するそれぞれの周波数判定情報７８が、加速器制御装置２２から高周波制御装置２４及びエネルギー補正装置２７に入力され、それぞれのメモリ５６，６０に記憶されている。
【００４８】
まず、加速空胴１０を用いたビーム１４の加速制御を具体的に説明する。高周波制御装置２４は、タイミング制御装置２５からのタイミング信号７５に基づき、ある１つの層
（例えば、患者の体表面から最も深い位置に位置する第１層）に対する、シンクロトロン３の運転制御（例えば、加速器制御装置２２による偏向電磁石５等の加速制御運転）と同期した加速空胴１０の運転制御を実施する。高周波制御装置２４のプロセッサ５５は、タイミング制御装置２５から加速開始のタイミング信号７５が入力されると、磁場クロック発生装置２９からの磁場クロック信号７０に基づき、メモリ５６に記憶してある周波数データを、ビームの加速終了まで、通信バス６４を介して高周波発振器１１に出力する。これらの周波数データは、順次、高周波発振器１１の周波数レジスタ（図示せず）に設定される。その周波数レジスタに設定された周波数データは、ビーム加速期間において順次更新される。高周波発振器１１は、周波数レジスタに設定された周波数を有する高周波信号を、順次、加速空胴１０に印加する。このような周波数制御により、シンクロトロン３内を周回するビーム１４が加速される。このビーム１４の加速制御は、タイミング制御装置２５から加速終了のタイミング信号７５がプロセッサ５５に入力されるまで行われる。タイミング制御装置２５が加速開始のタイミング信号７５を出力してから加速終了のタイミング信号７５を出力するまでの時間は、加速終了時におけるビームの目標エネルギーに対応して定められている。ビームエネルギーの加速勾配（エネルギー増加量の時間変化）が一定の場合、その目標エネルギーが大きい程、加速制御時間は長くなる。シンクロトロン３の加速制御運転が終了すると、高周波制御装置２４（具体的にはプロセッサ５５）は、加速終了のタイミング信号７５に基づき、高周波発振器１１に出力する、加速時における周波数データの更新を停止する。
【００４９】
エネルギー補正装置（周波数補正装置）２７で行われるビームのエネルギー補正の処理、すなわち、高周波発振器１１から出力される高周波信号の周波数補正の処理を、図６を用いて具体的に説明する。図６に示すステップ３０〜４０の処理手順は、エネルギー補正装置２７のメモリ６０に記憶されている。エネルギー補正装置２７、すなわち、プロセッサ５９は、この処理手順をメモリ６０から読み出し、その処理手順に基づいて処理を実行する。ステップ３０〜４０のうち、ステップ３０の処理は、患者に対する治療開始前に行われる。ステップ３１〜４０の処理は、ビームの加速終了後に行われる。
【００５０】
まず、プロセッサ５９は、加速器制御装置２２から、複数の層（例えば、ｎ個の層）のそれぞれに対する、ビームの加速終了時における目標周波数Fdes及び周波数変動の許容範囲±Ferrの情報を含む周波数判定情報７８を加速器制御装置２２から入力し（ステップ
３０）、それらの周波数判定情報７８をメモリ６０に記憶させる。ステップ３１で、ビームの加速終了のタイミング信号７５を入力する。このタイミング信号７５は、ある１つの層（例えば、第１層）に対するタイミング信号であり、タイミング制御装置２５から出力される。ここでは、加速終了のタイミング信号７５がエネルギー確認のタイミング信号
７５となる。加速終了のタイミング信号７５の入力により、プロセッサ５９は、加速終了時の高周波の周波数Fmesを入力する（ステップ３２）。この周波数Fmesは、上記した第１層に対するものである。加速終了時の高周波の周波数Fmesは、高周波発振器１１から加速終了時に出力された高周波の周波数であるが、加速終了時において高周波発振器１１の周波数レジスタに設定された最終更新値と同一である。このため、プロセッサ５９は、ステップ３２において、周波数レジスタに設定された最終更新値を周波数Fmesとして高周波発振器１１から入力する。
【００５１】
周波数Fmesと目標周波数Fdesとの差である周波数差Fdevを算出する（ステップ３３）。すなわち、第１層に対するFdev＝Fmes−Fdesを算出する。算出結果に基づき、|Fdev|＞
|Ferr|が判定する（ステップ３４）。この判定がＹｅｓの場合、プロセッサ５９は「エネルギー異常」の情報７９をインターロック装置２６に出力する（ステップ４０）。その判定がＹｅｓの場合は、図５の状態である。具体的には、目標周波数Fdesが７.３００００ ＭＨｚである場合では、Fdevが５．０００ｋＨｚよりも大きいときにその判定がＹｅｓとなる。ステップ３４の判定がＹｅｓの場合は、高周波発振器１１に設定されている周波数は、加速終了時のままである。インターロック装置２６は、そのエネルギー異常の情報
７９を入力したとき、ゲートスイッチＯＦＦのインターロック信号７７を出力する。ゲートスイッチ９は、ゲートスイッチＯＦＦのインターロック信号７７に基づいて開放される。高周波発振器７と高周波印加装置６との接続状態が開放され、高周波発振器７からの高周波信号が高周波印加装置６に伝わらなくなる。このため、シンクロトロン３で加速されたビームは、シンクロトロン３から出射が不可能な状態となる。すなわち、加速終了後の目標エネルギーからずれたエネルギーを有するビームが、照射装置１６から患者に照射されることを阻止される。加速器制御装置２２は、インターロック装置２６から出力されたゲートスイッチＯＦＦのインターロック信号７７を入力したとき、電磁石電源２３等の電磁石電源を制御し、シンクロトロン３に設けられた偏向電磁石５ほかの電磁石に供給する励磁電流を弱める。これとともに、高周波制御装置２２は、偏向磁場強度の低下に同期して出力される磁場クロック信号７０に基づき、高周波発振器１１に設定する周波数データを低くする。これにより、シンクロトロン３内に残留するビーム１４は減速される。その後、シンクロトロン３は待機状態に移行する。
【００５２】
ステップ３４の判定がＮｏの場合には、プロセッサ５９は「エネルギー正常」の情報
７９を出力する（ステップ３５）。その判定がＮｏの場合は、図４の状態である。具体的には、目標周波数Fdesが７.３００００ＭＨｚである場合では、Fdevが５.０００ｋＨｚ以下であるときにその判定がＮｏとなる。インターロック装置２６は、そのエネルギー正常の情報７９を入力したとき、ゲートスイッチＯＮのインターロック信号７７を出力する。ゲートスイッチ９は、ゲートスイッチＯＮのインターロック信号７７に基づいて閉じられる。この状態は、加速器制御装置２２からビーム出射開始の指令信号７３が出力されて出射用スイッチ８が閉じられたときに、シンクロトロン３からビームが出射できる状態である。また、インターロック装置２６は、ゲートスイッチＯＮのインターロック信号７７を加速器制御装置２２に出力する。
【００５３】
プロセッサ５９は、高周波発振器１１に設定される目標周波数の補正を実行する（ステップ３６）。この補正は、ステップ３５の後に行われ、加速終了時に高周波発振器１１に設定されている周波数データFmesを、メモリ６０に記憶されている目標周波数Fdesまで移行させるために行われる。これは、高周波発振器１１から出力される高周波の周波数Fmesを目標周波数Fdesにすることにほかならない。ステップ３６では、加速終了後において周波数Fmesを目標周波数Fdesまで移行させるため、高周波発振器１１に逐次設定する複数の補正周波数を算出する。これらの補正周波数データにより、加速終了後において、加速終了時の高周波の周波数Fmesと目標周波数Fdesとの間で、高周波発振器１１から出力させる高周波の周波数を滑らかに変化させる。補正周波数データは、所定の時間間隔で逐次、算出される。算出されたそれらの補正周波数は、逐次、通信バス６３，５７，６４を介してエネルギー補正装置２７から高周波発振器１１の周波数レジスタに出力される。この際、これらの補正周波数データは、前述の所定の時間間隔で、順次、高周波発振器１１に設定される。高周波発振器１１は、それらの補正周波数データに基づいて出力周波数を更新し、対応する周波数の高周波信号を加速空胴１０に印加する。図４の状態では、高周波発振器１１から出力される高周波信号の周波数が、順次、減少され、周回しているビーム１４のエネルギーが目標エネルギーまで減速される。図４において、周波数Fmesが目標周波数Fdesよりも低い場合には、その周波数が増大され、周回しているビーム１４のエネルギーが目標エネルギーまで加速される。このような第１層に対する高周波信号の周波数の変更は、図４に示す周波数補正制御期間（例えば、３０ｍｓの期間）内で行われる。
【００５４】
エネルギー補正装置２７における補正周波数の算出結果を逐次、通信バスを経由して、直接、高周波発振器１１に設定し出力する処理方法は、デジタル信号処理を適用することで実現可能な制御である。
【００５５】
周回するビーム１４のエネルギーを目標エネルギーにする、ステップ３６で算出された補正周波数に基づいた高周波発振器１１の制御が終了した後(周波数補正制御期間終了後)、タイミング制御装置２５は、出射許可信号７６を出力する。出射許可信号７６に基づいて出射用スイッチ８が閉じられ、高周波印加装置６に出射用高周波信号が印加される。そして、シンクロトロン３から出射されたビーム１４が、照射装置１６を介して患部の第１層に照射される。なお、シンクロトロン３からのビーム１４の出射停止は、タイミング制御装置２５からの出射停止信号に基づき、出射用スイッチ８が開放されることによって行われる。
【００５６】
出射制御が終了後、加速器制御装置２２からの制御指令７２として、エネルギー切り替え指示の有無を確認する（ステップ３７）。エネルギー切り替え指示がない場合には、
「Ｎｏ」となり、引き続き同じエネルギーでの患者へのビーム照射を継続する。ステップ３７の判定結果が「Ｙｅｓ」の場合、次の層（例えば、第２層）に対応する目標周波数
Fdesおよび周波数の許容範囲Ferrに更新する（ステップ３８）。患者に対する照射線量が目標線量に到達するまで、各層に対するステップ３２〜３８の処理が繰り返される（ステップ３９）。
【００５７】
本実施例によれば、ビーム加速終了時に加速空胴１０に印加されている高周波信号の周波数Fmes（高周波発振器１１から出力される高周波信号の周波数Fmes）が、目標周波数
Fdesに対する許容範囲±Ferr内にある場合、高周波発振器１１に設定する補正周波数データをエネルギー補正装置２７で逐次算出し、算出した補正周波数データを高周波発振器
１１に逐次設定することが可能である。このため、ビーム加速終了後でシンクロトロン３からのビーム出射前の周波数補正制御期間において、高周波発振器１１で発生する高周波信号の周波数を、それらの補正周波数データを用いて目標周波数Fdesまで滑らかに変更することができる。このように制御された周波数を有する高周波信号を加速空胴１０に印加することにより、ビーム加速終了後において、周回するビームのエネルギーを目標エネルギーに合せることができる。
【００５８】
したがって、治療計画において定められた目標エネルギーのビーム１４を患部に照射することができる。これは、治療計画で定めた患部内の複数の層のそれぞれに対する正確なビーム照射をもたらす。すなわち、患部内で形成される各ブラッグピークの位置が、該当するそれぞれの層からずれることを防止できる。特に、上記した高周波信号の周波数の変更は、ビーム加速終了後でシンクロトロン３からビームが出射される前に行われるため、出射されるビーム１４のエネルギーは出射前に目標エネルギーに合せることができる。
【００５９】
また、加速終了時におけるビーム１４のエネルギーが目標エネルギーに対するずれの許容範囲を超えている（高周波信号の周波数Fmesが目標周波数Fdesに対する許容範囲±Ferr外にある）ときには、ゲートスイッチ９が開くので、目標エネルギーと異なる値のエネルギーを有するビーム１４を、シンクロトロン３から出射すること、すなわち患者に照射することを防止できる。このため、粒子線照射システム１の安全性が著しく向上する。
【００６０】
目標エネルギーと異なる値のエネルギーを有するビーム１４を患者に照射した場合には、患部内であっても所定の層以外の部分に照射されることになる。治療計画で定めた位置にビーム１４が照射されないことで、患部内の照射線量に斑を生じ、しいては、患部内の一部のがん細胞を消滅させることができなくなる。また、患部以外の正常な細胞の位置でブラッグピークが形成される場合が生じ、正常な細胞に著しいダメージを与えてしまう。本実施例では、ビーム１４の到達位置が異なることによる正常細胞のダメージを避けることができる。
【００６１】
本実施例は、複数の補正周波数によって加速空胴１０に印加する高周波信号の周波数を曲線状に滑らかに変更できるため、周波数補正によるビーム損失を抑制でき、ビームの照射効率を高めることができる。
【００６２】
本実施例は、ビームスキャニング法だけでなく、二重散乱体法及びウォブラー法によるビームの照射法にも適用することもできる。これらのビーム照射法において、ビーム加速終了後でビームの出射前に、エネルギー補正装置２７で算出された複数の補正周波数に基づいて高周波発振器１１を制御し、周回するビームのエネルギーを目標エネルギーにする。
【実施例２】
【００６３】
本発明の他の実施例である粒子線照射システム１Ａを、図９を用いて説明する。粒子線照射システム１Ａは、前述の粒子線照射システム１において、エネルギー補正装置２７の機能を高周波制御装置２４に持たせたものである。すなわち、粒子線照射システム１Ａは、前述の高周波制御装置２４及びエネルギー補正装置２７の両方の機能を有する高周波制御装置２４Ａを備えている。本実施例で用いられる高周波発振器１１にデジタル発振器である。粒子線照射システム１Ａの他の構成は粒子線照射システム１と同じである。高周波制御装置２４Ａは、図１０に示すように、入力部５４，５８，プロセッサ５５，メモリ
５６，通信ポート６２及び出力部６１，通信バス６４を有する。
【００６４】
高周波制御装置２４Ａは、ビーム１４の加速時には、前述の高周波制御装置２４として機能し、高周波制御装置２４と同様に加速空胴１０に印加する高周波の周波数を制御する。高周波制御装置２４Ａは、メモリ５６に図６に示す処理手順を記憶しており、加速終了後でビーム出射前においては前述のエネルギー補正装置２７として機能する。高周波制御装置２４Ａがエネルギー補正装置２７として機能する際には、図６に示す処理手順を実行する。本実施例は、高周波制御装置２４Ａが高周波制御装置２４及びエネルギー補正装置２７として機能するため、実施例１で生じる効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１における粒子線照射システムの構成図である。
【図２】図１の高周波制御装置２４及びエネルギー補正装置２７の詳細構成図である。
【図３】図１のシンクロトロンの運転サイクルにおける運転状態を示す説明図である。
【図４】図１の粒子線照射システムにおいて、加速終了時における高周波信号の周波数が許容範囲内にある場合での状態を示した説明図である。
【図５】加速終了時における高周波信号の周波数が許容範囲外にある場合での状態を示す説明図である。
【図６】エネルギー補正装置で実行されるエネルギー補正の処理手順を示す説明図である。
【図７】エネルギー補正装置で用いる周波数判定情報の作成手順を示す説明図である。
【図８】周波数判定情報の一例を示す説明図である。
【図９】本発明の他の実施例である実施例２の粒子線照射システムの構成図である。
【図１０】図９に示す高周波制御装置の詳細構成図である。
【符号の説明】
【００６６】
１，１Ａ…粒子線照射システム、２…前段加速器、３…シンクロトロン、５…偏向電磁石、６…高周波印加装置、７…高周波発振器（高周波電源）、８…出射用スイッチ（第１開閉装置）、９…ゲートスイッチ（第２開閉装置）、１０…加速空胴、１１…高周波発振器、１５…ビーム輸送装置、１６…照射野形成装置（イオンビーム照射装置）、１７…治療ベッド、２２…加速器制御装置、２３…電磁石電源、２４，２４Ａ…高周波制御装置、２５…タイミング制御装置、２６…インターロック装置、２７…エネルギー補正装置（周波数補正装置）、２８…磁場検出器、２９…磁場クロック発生装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形加速器に設けられた高周波加速装置に高周波信号を供給することによって、前記円形加速器内を周回する荷電粒子ビームを加速し、加速された前記荷電粒子ビームを荷電粒子ビーム照射装置に導く荷電粒子ビームの出射方法において、
前記荷電粒子ビームの加速終了後において前記高周波信号の周波数を変更し、
変更された周波数を有する前記高周波信号を、前記加速終了後において前記高周波加速装置に印加し、
その後、目標エネルギーの前記荷電粒子ビームを、前記円形加速器から前記荷電粒子ビーム照射装置に出射することを特徴とする荷電粒子ビームの出射方法。
【請求項２】
円形加速器に設けられた高周波加速装置に高周波信号を供給することによって、前記円形加速器内を周回する荷電粒子ビームを加速し、加速された前記荷電粒子ビームを荷電粒子ビーム照射装置に導く荷電粒子ビームの出射方法において、
前記荷電粒子ビームの加速終了後において、前記周回する荷電粒子ビームの、加速終了後におけるエネルギーと、前記荷電粒子ビームの、加速終了後の目標エネルギーとのずれが許容範囲内にあるとき、前記高周波信号の周波数を制御し、
その後、目標エネルギーの前記荷電粒子ビームを、前記円形加速器から前記荷電粒子ビーム照射装置に出射することを特徴とする荷電粒子ビームの出射方法。
【請求項３】
円形加速器に設けられた高周波加速装置に高周波信号を供給することによって、前記円形加速器内を周回する荷電粒子ビームを加速し、加速された前記荷電粒子ビームを荷電粒子ビーム照射装置に導く荷電粒子ビームの出射方法において、
前記荷電粒子ビームの加速終了後において、前記高周波信号の、前記荷電粒子ビームの加速終了後における周波数と、前記高周波信号の、加速終了後の目標周波数とのずれが許容範囲内にあるとき、前記高周波加速装置に供給する前記高周波信号の周波数を制御し、
その後、目標エネルギーの前記荷電粒子ビームを、前記円形加速器から前記荷電粒子ビーム照射装置に出射することを特徴とする荷電粒子ビームの出射方法。
【請求項４】
前記ずれが前記許容範囲から外れているとき、前記円形加速器から前記荷電粒子ビーム照射装置への前記荷電粒子ビームの前記出射を停止する請求項２又は請求項３記載の荷電粒子ビームの出射方法。
【請求項５】
高周波加速装置を備え、荷電粒子ビームを加速する円形加速器と、前記円形加速器から出射される前記荷電粒子ビームを照射対象に照射する荷電粒子ビーム照射装置と、前記高周波加速装置に高周波信号を供給する高周波信号発生装置と、前記荷電粒子ビームの加速終了後において前記円形加速器内を周回する前記荷電粒子ビームのエネルギーを補正するエネルギー補正情報を出力するエネルギー補正装置と、前記エネルギー補正情報に基づいて、前記高周波信号発生装置を制御する高周波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６】
高周波加速装置を備え、荷電粒子ビームを加速する円形加速器と、前記円形加速器から出射される前記荷電粒子ビームを照射対象に照射する荷電粒子ビーム照射装置と、前記高周波加速装置に高周波信号を供給する高周波信号発生装置と、前記荷電粒子ビームの加速終了後において、前記周回する荷電粒子ビームの、加速終了後におけるエネルギーと、前記荷電粒子ビームの、加速終了後の目標エネルギーとのずれが許容範囲内にあるとき、前記高周波信号の周波数を補正する周波数補正情報を出力する周波数変更装置と、前記エネルギー補正情報に基づいて、前記高周波信号発生装置を制御する高周波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７】
高周波加速装置を備え、荷電粒子ビームを加速する円形加速器と、前記円形加速器から出射される前記荷電粒子ビームを照射対象に照射する荷電粒子ビーム照射装置と、前記高周波加速装置に高周波信号を供給する高周波信号発生装置と、前記荷電粒子ビームの加速終了後において、前記高周波信号の、加速終了後における周波数と、前記高周波信号の、加速終了後の目標周波数とのずれが許容範囲内にあるとき、前記高周波信号の周波数を補正する周波数補正情報を出力する周波数変更装置と、前記エネルギー補正情報に基づいて、前記高周波信号発生装置を制御する高周波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８】
前記周波数補正情報の出力を、前記加速終了後で前記円形加速器からの前記荷電粒子ビームの出射前に行う前記周波数変更装置を備えた請求項６又は請求項７記載の粒子線照射システム。
【請求項９】
前記円形加速器に設けられ、前記高周波信号発生装置とは別の他の高周波信号発生装置からの高周波信号が印加される高周波印加装置と、前記他の高周波信号発生装置と前記高周波印加装置との接続状態を開閉する開閉装置と、前記高周波信号の、前記荷電粒子ビームの加速終了後における周波数と、前記高周波信号の、加速終了後の目標周波数とのずれが許容範囲内にあるとき、前記開閉装置を閉じる閉信号を出力する制御装置とを備えた請求項６または請求項７記載の粒子線照射システム。
【請求項１０】
前記高周波信号の、前記荷電粒子ビームの加速終了後における周波数と、前記高周波信号の、加速終了後の目標周波数とのずれが許容範囲外にあるとき、前記開閉装置を開放する開信号を出力する前記制御装置を備えた請求項９記載の粒子線照射システム。
【請求項１】
円形加速器に設けられた高周波加速装置に高周波信号を供給することによって、前記円形加速器内を周回する荷電粒子ビームを加速し、加速された前記荷電粒子ビームを荷電粒子ビーム照射装置に導く荷電粒子ビームの出射方法において、
前記荷電粒子ビームの加速終了後において前記高周波信号の周波数を変更し、
変更された周波数を有する前記高周波信号を、前記加速終了後において前記高周波加速装置に印加し、
その後、目標エネルギーの前記荷電粒子ビームを、前記円形加速器から前記荷電粒子ビーム照射装置に出射することを特徴とする荷電粒子ビームの出射方法。
【請求項２】
円形加速器に設けられた高周波加速装置に高周波信号を供給することによって、前記円形加速器内を周回する荷電粒子ビームを加速し、加速された前記荷電粒子ビームを荷電粒子ビーム照射装置に導く荷電粒子ビームの出射方法において、
前記荷電粒子ビームの加速終了後において、前記周回する荷電粒子ビームの、加速終了後におけるエネルギーと、前記荷電粒子ビームの、加速終了後の目標エネルギーとのずれが許容範囲内にあるとき、前記高周波信号の周波数を制御し、
その後、目標エネルギーの前記荷電粒子ビームを、前記円形加速器から前記荷電粒子ビーム照射装置に出射することを特徴とする荷電粒子ビームの出射方法。
【請求項３】
円形加速器に設けられた高周波加速装置に高周波信号を供給することによって、前記円形加速器内を周回する荷電粒子ビームを加速し、加速された前記荷電粒子ビームを荷電粒子ビーム照射装置に導く荷電粒子ビームの出射方法において、
前記荷電粒子ビームの加速終了後において、前記高周波信号の、前記荷電粒子ビームの加速終了後における周波数と、前記高周波信号の、加速終了後の目標周波数とのずれが許容範囲内にあるとき、前記高周波加速装置に供給する前記高周波信号の周波数を制御し、
その後、目標エネルギーの前記荷電粒子ビームを、前記円形加速器から前記荷電粒子ビーム照射装置に出射することを特徴とする荷電粒子ビームの出射方法。
【請求項４】
前記ずれが前記許容範囲から外れているとき、前記円形加速器から前記荷電粒子ビーム照射装置への前記荷電粒子ビームの前記出射を停止する請求項２又は請求項３記載の荷電粒子ビームの出射方法。
【請求項５】
高周波加速装置を備え、荷電粒子ビームを加速する円形加速器と、前記円形加速器から出射される前記荷電粒子ビームを照射対象に照射する荷電粒子ビーム照射装置と、前記高周波加速装置に高周波信号を供給する高周波信号発生装置と、前記荷電粒子ビームの加速終了後において前記円形加速器内を周回する前記荷電粒子ビームのエネルギーを補正するエネルギー補正情報を出力するエネルギー補正装置と、前記エネルギー補正情報に基づいて、前記高周波信号発生装置を制御する高周波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６】
高周波加速装置を備え、荷電粒子ビームを加速する円形加速器と、前記円形加速器から出射される前記荷電粒子ビームを照射対象に照射する荷電粒子ビーム照射装置と、前記高周波加速装置に高周波信号を供給する高周波信号発生装置と、前記荷電粒子ビームの加速終了後において、前記周回する荷電粒子ビームの、加速終了後におけるエネルギーと、前記荷電粒子ビームの、加速終了後の目標エネルギーとのずれが許容範囲内にあるとき、前記高周波信号の周波数を補正する周波数補正情報を出力する周波数変更装置と、前記エネルギー補正情報に基づいて、前記高周波信号発生装置を制御する高周波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７】
高周波加速装置を備え、荷電粒子ビームを加速する円形加速器と、前記円形加速器から出射される前記荷電粒子ビームを照射対象に照射する荷電粒子ビーム照射装置と、前記高周波加速装置に高周波信号を供給する高周波信号発生装置と、前記荷電粒子ビームの加速終了後において、前記高周波信号の、加速終了後における周波数と、前記高周波信号の、加速終了後の目標周波数とのずれが許容範囲内にあるとき、前記高周波信号の周波数を補正する周波数補正情報を出力する周波数変更装置と、前記エネルギー補正情報に基づいて、前記高周波信号発生装置を制御する高周波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８】
前記周波数補正情報の出力を、前記加速終了後で前記円形加速器からの前記荷電粒子ビームの出射前に行う前記周波数変更装置を備えた請求項６又は請求項７記載の粒子線照射システム。
【請求項９】
前記円形加速器に設けられ、前記高周波信号発生装置とは別の他の高周波信号発生装置からの高周波信号が印加される高周波印加装置と、前記他の高周波信号発生装置と前記高周波印加装置との接続状態を開閉する開閉装置と、前記高周波信号の、前記荷電粒子ビームの加速終了後における周波数と、前記高周波信号の、加速終了後の目標周波数とのずれが許容範囲内にあるとき、前記開閉装置を閉じる閉信号を出力する制御装置とを備えた請求項６または請求項７記載の粒子線照射システム。
【請求項１０】
前記高周波信号の、前記荷電粒子ビームの加速終了後における周波数と、前記高周波信号の、加速終了後の目標周波数とのずれが許容範囲外にあるとき、前記開閉装置を開放する開信号を出力する前記制御装置を備えた請求項９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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２０９９７２（Ｐ２００６−２０９９７２Ａ）
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１６２３６（Ｐ２００５−１６２３６）
【出願日】平成１７年１月２５日（２００５．１．２５）
【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８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月２５日（２００５．１．２５）
【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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