荷電粒子ビーム出射装置及び荷電粒子ビーム出射方法
【課題】ビーム照射中にＳＯＢＰ幅が所望の幅であるかどうかをリアルタイムに確認することにより、治療の安全性を向上する。
【解決手段】シンクロトロン４を有する荷電粒子ビーム発生装置１と、この荷電粒子ビーム発生装置１から出射されたイオンビームのブラッグピーク幅を形成するＲＭＷ装置２８、及びこのＲＭＷ装置２８のイオンビーム進行方向上流側及び下流側にそれぞれ設けられ、イオンビームの線量を検出する線量モニタ２７及び線量モニタ３１を備えた照射野形成装置１６と、線量モニタ２７及び線量モニタ３１の検出値に基づいて、ＲＭＷ装置２８により形成されたイオンビームのブラッグピーク幅を演算するＳＯＢＰ幅演算装置６７とを備える。
【解決手段】シンクロトロン４を有する荷電粒子ビーム発生装置１と、この荷電粒子ビーム発生装置１から出射されたイオンビームのブラッグピーク幅を形成するＲＭＷ装置２８、及びこのＲＭＷ装置２８のイオンビーム進行方向上流側及び下流側にそれぞれ設けられ、イオンビームの線量を検出する線量モニタ２７及び線量モニタ３１を備えた照射野形成装置１６と、線量モニタ２７及び線量モニタ３１の検出値に基づいて、ＲＭＷ装置２８により形成されたイオンビームのブラッグピーク幅を演算するＳＯＢＰ幅演算装置６７とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽子及び炭素イオン等の荷電粒子ビームを患部に照射して治療する荷電粒子ビーム出射装置及び荷電粒子ビーム出射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
癌などの患者の患部に陽子及び炭素イオン等の荷電粒子ビーム（イオンビーム）を照射する治療方法が知られている。この治療に用いる粒子線出射装置（荷電粒子ビーム出射装置）は、荷電粒子ビーム発生装置、ビーム輸送系、及び照射装置を備えている。荷電粒子ビーム発生装置で加速されたイオンビームは、第１ビーム輸送系及び回転ガントリーに設けられた第２ビーム輸送系を経て回転ガントリーに設置された照射装置に達する。イオンビームは照射装置より出射されて患者の患部に照射される。荷電粒子ビーム発生装置としては、例えば、荷電粒子ビームを周回軌道に沿って周回させる手段、共鳴の安定限界の外側で荷電粒子ビームのベータトロン振動を共鳴状態にする手段、及び荷電粒子ビームを周回軌道から取り出す出射用デフレクターを備えたシンクロトロン（円形加速器）が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
イオンビームを用いた治療、例えば陽子ビームの患部への照射では、陽子ビームのエネルギーの大部分が、陽子が停止するときに放出される、すなわちブラッグピークが形成されるという特性を利用し、陽子ビームの入射エネルギーの選択により陽子を患部近傍で停止させてエネルギー（吸収線量)の大部分を患部の細胞にのみ与えるようにする。
【０００４】
通常、患部は、患者の体表面からの深さ方向（イオンビームの進行方向でもあり、以下、単に深さ方向という）にある程度の厚みをもっている。その深さ方向における患部の厚み全域にわたってイオンビームを効果的に照射するためには、深さ方向においてある程度広いフラットな吸収線量範囲（拡大ブラッグピーク幅(spread-out Bragg peak)。以下、ＳＯＢＰ幅という。）を形成するように、イオンビームのエネルギーを調節しなければならない。
【０００５】
このような観点から、従来、周方向に段階的に厚みが変化している複数の羽根部を回転軸の周囲に配置したレンジモジュレーション回転体（レンジモジュレーションホイール。以下、ＲＭＷという）が既に提唱されている（例えば、非特許文献１の２０７７頁、図３０、非特許文献２）。複数の羽根部は回転軸に取り付けられる。ＲＭＷは、隣り合う羽根部の相互間に貫通する開口を形成している。例えば、開口をイオンビームの経路（ビーム経路という）に位置させてＲＭＷを回転させる。開口及び羽根部が交互にビーム経路を横切る。イオンビームが開口を通過したときはビームエネルギーが減衰しないため、ブラッグピークが体内の最も深い位置に生じる。イオンビームが羽根部部を通過する際には、羽根部の厚みが厚い部分を通過するほど、このイオンビームのエネルギーの減衰度合いが大きくなり、患部の体表面に近い部分にブラックピークが形成される。ＲＭＷの回転によって、このようなブラッグピークが形成される深さ方向の位置が周期的に変動する結果、時間積分で見ると、患部の深さ方向において比較的広くフラットなブラッグピーク幅を得ることができる。また、ＳＯＢＰ幅の形成は、リッジフィルタを用いても可能であることが知られている（非特許文献１の２０７８頁、図３１）。
患部へ与えた吸収線量は、イオンビーム進行軸上で患者よりも上流に置かれた線量検モニタにより吸収線量に比例する検出値を測定し、その検出値を実際の吸収線量値に換算するための係数を用いて算出できる。この線量モニタによる検出値と実際の患部に与えた吸収線量値との換算係数が、ビームの到達深度及びＳＯＢＰ幅の間に相関関係を持つことが提唱されている（例えば、非特許文献２）。
【０００６】
【特許文献１】USP5,363,008号
【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）のページ２０７４〜２０８４、図３０〜図３２(REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS VOLUME 64 NUMBER 8 (AUGUST 1993) P2074-2084 FIG.30-32)
【非特許文献２】フィジクス イン メディスン アンド バイオロジー４８巻１７号（２００３年９月７日）のページ２７９７から２８０８(PHYSICS IN MEDICINE AND BIOLOGY VOLUME 48 NUMBER 17 (7 SEPTEMBER 2003) 2797-2808)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願の５名の発明者のうちの４名の発明者によってなされた発明、すなわち、ＲＭＷが回転しているときに、シンクロトロンからのイオンビームの出射をＯＮ／ＯＦＦ制御する荷電粒子ビーム出射装置の発明が出願されている。その発明では、ＲＭＷを回転させつつ、例えば比較的長い時間、すなわちＲＭＷの広い回転角度の範囲にわたってイオンビームを通過させるようにすればイオンビームの減衰度合いが大きく変動することからＳＯＢＰ幅は広くなり、比較的短い時間すなわちＲＭＷの狭い回転角度の範囲にイオンビームを通過させるようにすればイオンビームの減衰度合いがあまり変動しないためＳＯＢＰ幅は狭くなる。このように、ＲＭＷの回転時にイオンビームの出射をＯＮ／ＯＦＦ制御することで、１つのＲＭＷで多様なＳＯＢＰ幅を得られるので、ＲＭＷの交換頻度を低減でき、多数の患者に対し、円滑に治療を行うことができる。
【０００８】
しかしながら、本願発明者等によるその発明のその後の検討によれば、上記発明には以下のような更なる改善の余地があることが分かった。
すなわち、その発明によれば、各患者ごとにビーム発生動作を制御してその患者の患部に応じたＳＯＢＰ幅を得ることができるものの、そのＳＯＢＰ幅が患者の患部に応じた所望の値となっているかどうかを確認するためには、ビームを途中で全部吸収させて吸収線量を測定するしかなかった。このため、ビーム照射中にリアルタイムに確認する手法が確立されておらず、治療の安全性の向上の観点において更なる改善の余地があった。
【０００９】
本発明の目的は、荷電粒子ビームの照射中にＳＯＢＰ幅が所望の幅であることを確認できる荷電粒子ビーム出射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、荷電粒子ビームの進行方向における厚みが変化し、かつ通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変えて照射対象内に拡大ブラッグピーク幅を形成させるビームエネルギー調整装置よりも上流側に配置された第１線量検出装置と、荷電粒子ビームの進行方向でビームエネルギー調整装置の下流側に配置された第２線量検出装置と、第１線量検出装置で検出された第１線量及び第２線量検出装置で検出された第２線量に基づいて拡大ブラッグピーク幅を算出する拡大ブラッグピーク幅演算装置とを備えたことにある。
【００１１】
本発明は、第１線量検出装置で検出された第１線量及び第２線量検出装置で検出された第２線量に基づいて拡大ブラッグピーク幅を算出するため、荷電粒子ビームを照射しているときに照射対象内に形成される拡大ブラッグピーク幅が所望の幅であるかを確認することができる。
【００１２】
好ましくは、第１線量及び第２線量に基づいた拡大ブラッグピーク幅の算出を、計測された第１線量と計測された第２線量との比に基づいて行うことである。この比に基づいて拡大ブラッグピーク幅を算出することにより、精度の良い拡大ブラッグピーク幅を得ることができる。
【００１３】
好ましくは、算出された拡大ブラッグピーク幅が設定された幅であるかを判定する拡大ブラッグピーク幅判定装置を備えることが望ましい。これにより、その判定結果に基づいて、照射対象内に形成されたブラッグピーク幅が設定された幅になっているかを容易に確認できる。
【００１４】
好ましくは、算出された拡大ブッラグピーク幅が設定された幅でないとき、荷電粒子ビーム発生装置からの荷電粒子ビームの出射を停止させると良い。これによって、照射対象に対する荷電粒子ビームを用いた治療の安全性が向上する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、荷電粒子ビームの照射中に拡大ブッラグピーク幅が所望の幅であるかを確認することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
（実施形態１）
本発明の好適な一実施形態である荷電粒子ビーム出射装置を、図１を用いて説明する。本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置２４は、荷電粒子ビーム発生装置１、荷電粒子ビーム発生装置１の下流側に接続されたビーム輸送系２、及び照射野形成装置である照射装置（荷電粒子ビーム照射装置）１６を備えている。本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置２４は、具体的には陽子線出射装置である。
【００１７】
荷電粒子ビーム発生装置１は、イオン源（図示せず）、前段加速器（例えば線形加速器）３及び主加速器であるシンクロトロン４を有する。シンクロトロン４は、一対の電極によって構成された高周波印加装置５及び高周波加速空胴（加速装置）６をイオンビームの周回軌道上に設置している。第１高周波電源８が開閉スイッチ９、１０を介して高周波印加装置５の電極に接続される。高周波加速空胴６に高周波電力を印加する第２高周波電源（図示せず）が、別途設けられる。イオン源で発生したイオン（例えば、陽イオン（または炭素イオン））は前段加速器３で加速される。前段加速器３から出射されたイオンビーム（荷電粒子ビーム）はシンクロトロン４に入射される。荷電粒子ビーム（粒子線）であるイオンビームは、第２高周波電源からの高周波電力の印加によって高周波加速空胴６内に発生する電磁場に基づいてエネルギーを与えられて加速される。シンクロトロン４内を周回するイオンビームは、設定されたエネルギー（例えば１００〜２００ＭｅＶ）まで加速された後、開閉スイッチ９を閉じることによってシンクロトロン４から出射される。すなわち、第１高周波電源８からの高周波が、開閉スイッチ９を閉じることによって、閉じられている開閉スイッチ１０、及び開閉スイッチ９を通して高周波印加装置５より周回しているイオンビームに印加される。このため、安定限界内で周回しているイオンビームは、安定限界外に移行し、出射用デフレクタ１１を通って出射される。イオンビームの出射の際には、シンクロトロン４に設けられた四極電磁石１２及び偏向電磁石１３に導かれる電流が電流設定値に保持され、安定限界もほぼ一定に保持されている。開閉スイッチ９（または開閉スイッチ１０）を開いて高周波印加装置５への高周波電力の印加を停止することによって、シンクロトロン４からのイオンビームの出射が停止される。
【００１８】
シンクロトロン４から出射されたイオンビームは、ビーム輸送系２により下流側のビーム経路１７に輸送される。ビーム輸送系２は、四極電磁石１８及び偏向電磁石１９，２０を備え、照射装置１６に連絡されるビーム経路１６に連絡される。照射装置１６及びビーム経路１７は、治療室(図示せず)内に設置された回転ガントリー(図示せず)に取り付けられている。四極電磁石１８、偏向電磁石１９及び偏向電磁石２０がこの順にビーム経路１７に設けられる。ビーム経路１７内のイオンビームは、照射装置１６へと輸送される。患者２２が、回転ガントリー内に形成された治療ケージ（図示せず）内で位置決めされた治療用ベッド２１に横たわっている。照射装置１６から出射されたイオンビームは、その患者２２の癌の患部Κ（後述の図２参照）に照射される。四極電磁石１８等の電磁石を備えたビーム経路１７はビーム輸送系であるとも言える。
【００１９】
照射装置１６の構造を、図２を用いて説明する。この図２に示すように、照射装置１６は、回転ガントリーに取り付けられ、ビーム経路１７に接続されるケーシング２５を有する。照射装置１６は、ケーシング２５内に、イオンビーム進行方向の上流側より順次、ビームプロファイルモニタ２６，線量モニタ（第１の線量検出装置）２７，ＲＭＷ装置（ブラッグピーク幅形成装置）２８，第２散乱体装置２９，飛程調整装置（例えば、レンジシフタ）３０，線量モニタ（第２の線量検出装置）３１，平坦度モニタ３２，ブロックコリメータ３３，患者コリメータ３４、及びボーラス３５を、ケーシング２５内のビーム経路（ビーム軸）ｍ上に配置している。
【００２０】
ビームプロファイルモニタ２６は、ビーム輸送系２から照装置１６に入射されたイオンビームがビーム軸ｍ上に位置しているかどうかを確認するモニタである。線量モニタ２７は照射装置１６に入射されたイオンビームの線量を検出するモニタである。図３を用いてその検出原理を説明する。線量モニタ２７は、複数（ここでは例えば５枚とする）の重ね合わせた電極２７ａ〜２７ｃを有しており、厚さが数μｍ程度と非常に薄く構成されている。これら５枚の電極は、イオンビーム進行方向において、中心に位置し、線量モニタカウンタ３７に接続された信号電極２７ａ、信号電極２７ａを挟むように位置し、正側の電圧を印加された２枚の正電極２７ｂ、及びこれらの正電極２７ｂをさらに挟むように最も外側に位置する２枚の接地電極２７ｃである。これらの電極をイオンビームが通過すると、そのエネルギーにより信号電極２７ａと正電極２７ｂ，２７ｂとの間で電離電荷が発生し、この発生した電離電荷は信号電極２７ａから取り出される。信号電極２７ａから取り出される電離電荷量はイオンビームの線量に比例するので、線量モニタカウンタ３７でこの電離電荷量をカウントすることによって、イオンビームの線量を検出できる。ビームプロファイルモニタ２６及び線量モニタ２７は、ケーシング２５に取り付けられた支持テーブル３９上に設置される。
【００２１】
図２に戻り、ＲＭＷ装置２８は、ＲＭＷ４０、ＲＭＷ４０を回転させる回転装置（例えばモータ）４２、及びＲＭＷ４０の回転角度を検出する角度計５１を有する。ＲＭＷ４０、回転装置４２及び角度計５１は、ケーシング２５に設置された支持部材５０によって保持される。図４に示すように、ＲＭＷ４０は、回転軸４３、回転軸４３と同心円状に配置された円筒部材４４、及び回転軸４３に取り付けられてＲＭＷ４０の半径方向に伸び、他端が円筒部材４４に取り付けられた複数の羽根部４５（本実施例では羽根部４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃの３枚）を有している。これらの羽根部４５の周方向における幅は回転軸４３側の端部よりも円筒部材４４側の端部で広くなっている。ＲＭＷ４０の周方向における羽根部４５の相互間には、それぞれ開口４６が形成されている。これら開口４６の周方向における幅も円筒部材４４の内面に近づくほど広くなるように形成されている。
【００２２】
各羽根部４５は、ＲＭＷ４０の周方向において階段状に配置された複数の平面領域（段部）４７を有しており、回転軸４３の軸方向（ビーム軸ｍの方向）におけるＲＭＷ４０の底面から各平面領域４７までの各厚みが異なっている。すなわち、ＲＭＷ４０の底面から各平面領域４７までのレベルが異なる。ここでは、１つの平面領域４７に対するその厚みを、平面領域部分の厚みという。すなわち、羽根部４５は、周方向において羽根部４５の両側に位置する開口４６からビーム軸ｍの方向における最も厚みの厚い頂部３６に位置する平面領域４７に向かって各平面領域部分の厚みが階段状に増加している。各平面領域４７は回転軸４３から円筒部材４４に向かって延びており、その周方向における幅も円筒部材４４に近づくほど広くなっている。
【００２３】
ケーシング２５に設置される支持部材５０は、ビーム軸ｍの方向に対向する支持部５０Ａ，５０Ｂを有し、更に支持部５０Ｂの下流側に支持部５０Ｃを有する。これら支持部５０Ａ，５０Ｂはそれぞれ回転軸４８，４９を回転可能に支持している。ＲＭＷ４０は保持部５０Ａ，５０Ｂの間に挿入され、ＲＭＷ４０の回転軸４３が回転軸４８，４９に挟まれるように支持される。すなわち、回転軸４３は回転軸４８，４９に着脱可能に取り付けられ、ＲＭＷ４０が交換可能となる。回転軸４８，４９のそれぞれの端部が回転軸４３に設けられた貫通孔内に挿入されている。なお、支持部５０Ａ，５０Ｂはケーシング２５内のビーム経路をさえぎらないように配置される。回転軸４３，４８，４９もそのビーム経路からずれた位置に配置される。
【００２４】
支持部５０Ｃに設置された回転装置４２が回転軸４９に連結されている。ＲＭＷ４０の回転角度（回転位相）を検出する角度計５１が、回転軸４８に連結されて支持部５０Ａに取り付けられている。角度計５１で検出されたＲＭＷ４０の回転角度の測定値は、後述する照射制御装置７０の照射制御部６６に入力される。
【００２５】
なお、本実施形態は、図２及び図４に図示していないが、ＲＭＷ装置２８と第２散乱体装置２９との間で、ビーム軸ｍ上に第１散乱体が設置されている。この第１散乱体も、ケーシング２５に設置される。第１散乱体は、ＲＭＷ４０を通過したイオンビームをビーム軸ｍと直交する方向に広げる機能を有する。
【００２６】
第２散乱体装置２９は、複数の第２散乱体５５，回転テーブル５６及びモータ５７を有している。モータ５７は、ケーシング２５に取り付けられる支持部材５８に設置されている。イオンビームを散乱する度合いが異なる複数の第２散乱体５５は回転テーブル５６上に周方向に並んで設置される。回転テーブル５６がモータ５７により回転されることによって、所定の第２散乱体５５がビーム軸ｍ上に配置される。モータ５７の駆動は駆動制御部６８によって制御される。
【００２７】
飛程調整装置３０は、厚みの異なる複数）の吸収体６０（本実施の形態では４つ）、及び各吸収体６０ごとに設けられた吸収体操作装置６１を有する。この吸収体操作装置６１としては、例えば圧縮空気により駆動するエアシリンダ等が用いられる。各吸収体操作装置６１は吸収体駆動装置６２によって駆動され、この吸収体駆動装置６２は駆動制御部６８によって制御される。
【００２８】
線量モニタ３１は、照射装置１６に入射され、ＲＭＷ装置２８，第１散乱体、第２散乱体装置２９及び飛程調整装置３０を通過したイオンビームの線量を検出する。線量モニタ３１の構造は線量モニタ２７と同じである。線量モニタカウンタ３８が線量モニタ３１の信号電極（図示せず）から取り出された電離電荷量をカウントすることによってイオンビームの線量を検出する。また、平坦度モニタ３２は第１散乱体及び第２散乱体５５によって散乱されたイオンビームのビーム軸ｍと垂直な方向における平坦度（線量一様度）を確認するモニタである。線量モニタ３１及び平坦度モニタ３２は支持テーブル６３上に設けられている。
【００２９】
ブロックコリメータ３３は、イオンビームをビーム軸ｍと垂直な平面方向に整形してイオンビームの照射野を粗くコリメートする。ブロックコリメータ３３の開口径は駆動制御部６８によって可変に制御される。患者コリメータ３４はイオンビームを患部２２の患部Κの形状に合わせてさらに細かくコリメートするためのものである。ボーラス３５は、治療患者２２の患部Κ（例えば癌や腫瘍の発生部位）の最大深さに合わせてイオンビームの到達深度を調整するものであり、ビーム軸ｍに垂直な平面上の各位置における飛程を、照射目標である患部Κの深さ形状に合わせて調整するものである。
【００３０】
図２に戻り、荷電粒子ビーム出射装置２は、照射制御装置６４を備える。照射制御装置６４は、線量モニタカウンタ３７，３８、照射制御部（第２制御装置）６６、拡大ブラッグピーク幅演算装置（以下、ＳＯＢＰ幅演算装置という）６７、駆動制御部６８及びメモリ６９を有する。ＳＯＢＰ幅演算装置６７はＳＯＢＰ幅判定装置でもある。メモリ７５は、中央制御装置７０から出力された後述する照射条件情報を記憶する。照射制御部６６は、ＳＯＢＰ幅を形成するための荷電粒子ビーム発生装置１からのイオンビームの出射のＯＮ・ＯＦＦ制御を行う。ＳＯＢＰ幅演算装置６７は、照射中のイオンビームのＳＯＢＰ幅を算出し、このＳＯＢＰ幅が設定幅となっているかどうかの判定を行う。駆動制御部６８は、第２散乱体装置２９のモータ５７、飛程調整装置３０の吸収体駆動装置６２、及びブロックコリメータ３３のそれぞれの駆動を制御する。更に、荷電粒子ビーム出射装置２はインターロック装置（第１制御装置）７２を備える。
【００３１】
以上の構成を有する荷電粒子ビーム出射装置２４は、ＲＭＷ４０の回転角度に応じて荷電粒子ビーム発生装置１からのイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、複数のＳＯＢＰ幅を生成することができる。以下、この原理を、図５、図６及び図７を用いて説明する。
【００３２】
イオンビームがＲＭＷ４０の開口４６を通過したときは、ビームエネルギーは減衰しないためブラッグピークが体表面から深い第１の位置に形成される。羽根部４５のうち最も厚みが厚くなる頂部３６に位置する平面領域４７をイオンビームが通過したときは、ビームエネルギーが最も大きく減衰されてブラックピークが体表面近くの浅い第２の位置に形成される。イオンビームが開口４６と頂部３６の間に位置する平面領域４７を通過したときは、その平面領域４７が位置する部分の厚みに応じてビームエネルギーが減衰するため、ブラッグピークは第１位置と第２位置の間に存在する第３の位置に形成される。したがって、図５及び図６におけるケースａのように、ＲＭＷ４０の周方向において、３６０°の全回転角度領域において常にビームＯＮである場合には、ＲＭＷ４０の回転によりブラッグピークは第１位置と第２位置との間で周期的に変動する。この結果、ケースａは、時間積分で見ると、図７に示す深さ方向の線量分布ａのように体表面近くから深い位置に至る比較的広いＳＯＢＰ幅というを得ることができる。「ビームＯＮ」は、イオンビームがシンクロトロン４から出射されてＲＭＷ４０を通過し照射装置１６から出射される状態を意味する。これに対し、「ビームＯＦＦ」は、イオンビームがシンクロトロン４から出射されず照射装置１６から出射されない状態を意味する。
【００３３】
図５及び図６におけるケースｂは、ＲＭＷ４０の周方向において、各羽根部４５の比較的厚い領域（頂部３６付近）ではビームＯＦＦとし、これ以外の回転角度領域ではビームＯＮとする。ケースｂは、体表面近くの浅い部分で生じるブラッグピークがなくなるため、図７に示す深さ方向の線量分布ｂのように線量分布ａよりもフラット部分が狭くなったＳＯＢＰ幅が形成される。
【００３４】
図５及び図６におけるケースｃは、ＲＭＷ４０の周方向において、開口４６及び開口４６付近の各羽根部４５の厚みが比較的薄い領域にてビームＯＮとし、これら以外の回転角度領域ではビームＯＦＦとする。ケースｃは、全体にビームエネルギーの減衰量が少ないため、体表面から深い位置にブラッグピークが形成される。このため、ケースｃは、図７に示す深さ方向の線量分布ｃのように線量分布ｂよりもフラット部分が狭くなったＳＯＢＰ幅が形成される。
【００３５】
荷電粒子ビーム出射装置２４は、以上のようにＲＭＷ４０の回転角度に応じてイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより、１つのＲＭＷで複数の異なるＳＯＢＰ幅を形成することができる。
【００３６】
ＲＭＷ４０の回転時にイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより種々のＳＯＢＰ幅を形成できることは、後述するように、非常にメリットがある。しかしながら、ある患者に対して望まれたＳＯＢＰ幅が実際に形成されているかを確認できることは、イオンビームを用いた治療の安全性を高めるためにも、荷電粒子ビーム出射装置に要求される重要な要件の１つである。発明者らは、この課題を解決するために種々の検討を行い、ＲＭＷ装置２８に入射されるイオンビームの線量、及びＲＭＷ装置２８を通過したイオンビームの線量に基づけば、イオンビームを患者に照射している状態で、患者の体内に形成されるＳＯＢＰ幅を確認できることを発見した。この発明者らの検討結果を、以下に説明する。
【００３７】
前述したように、線量モニタ２７，３１はイオンビームが入射した際の電離電荷量を計測する。計測された電離電荷量（線量計測値）は該当する線量モニタを通過するイオンビームに含まれる荷電粒子（イオン）のエネルギーとその粒子数に比例する性質を有している。このため、線量モニタ２７，３１から出力されたそれぞれの電離電荷量計測値を入力する線量モニタカウンタ３７，３８で得られる各電離電荷量のカウント値もその荷電粒子のエネルギーとその荷電粒子の粒子数に比例する。
【００３８】
照射装置１６内で最上流側に位置して照射装置１６に入射された状態でのイオンビーム照射装置１６内の構造材でエネルギーが減衰されていないイオンビーム）の線量を検出する線量モニタを参照モニタと称する。本実施形態では、線量モニタ２７が参照モニタであり、線量モニタ２７を、以下、参照モニタ２７という。参照モニタ２７は、ビーム輸送系２から照射装置１６に入射された直後のイオンビームの線量を検出するので、参照モニタ２７を通過する荷電粒子のエネルギーは一定である（ここでは照射装置１６に入射されるイオンビームの入射エネルギーは一定であるとする）。したがって、参照モニタ２７で検出された線量計測値のカウント値（以下、参照線量カウント値という）は参照モニタ２７に入射されるイオンビームに含まれる荷電粒子の数に比例する。
【００３９】
参照線量カウント値が荷電粒子数に比例することは、発明者らが求めた図８に示す特性より明らかである。図８において、ｅはＲＭＷ４０の１周３６０°に対するビームＯＮ期間（ビームをＯＮする角度範囲）の割合が１００％、ｆはそのビームＯＮ期間の割合が９５％、ｇはそのビームＯＮ期間の割合が７２．５％、及びｈはそのビームＯＮ期間の割合が５０％のそれぞれの場合における、参照モニタ２７位置での線量分布である。参照モニタ２７は図３に示すように非常に薄く構成されているため、参照線量カウント値（線量モニタカウンタ３７で得られたカウント値）は物質入射直後の吸収線量値に依存する。この物質入射直後の吸収線量値とは水等価厚０ｍｍにおける吸収線量値のことである。したがって、ｅ，ｆ，ｇ，ｈの線量分布をそれぞれ有するイオンビームにおける参照線量カウント値は、相対線量Ｇ1，Ｇ2，Ｇ3，Ｇ4（図８参照）に相当する。これらの相対線量Ｇ1，Ｇ2，Ｇ3，Ｇ4は、図８に示すようにビームＯＮ期間に比例して（すなわち荷電粒子数に比例して）増加する。すなわち、参照線量カウント値は参照モニタ２７に入射されるイオンビームの荷電粒子数に比例することがわかる。
【００４０】
照射装置１６内で飛程調整装置３０の下流側でボーラス３５よりも上流側に配置された線量モニタ、すなわち線量モニタ３１を正線量モニタという。正線量モニタ３１は、ＲＭＷ装置２８の下流側でイオンビームの線量を検出するので、正線量モニタ３１を通過する荷電粒子のエネルギーは、ＲＭＷ４０によって段階的に減衰されており、荷電粒子によって異なっている。したがって、正線量モニタ３１で検出された線量計測値のカウント値（以下、正線量カウント値という）は単純に荷電粒子数に比例せず、ＲＭＷ４０によるエネルギーの減衰のされ方（すなわちＳＯＢＰ幅）に依存する。
【００４１】
正線量カウント値がＳＯＢＰ幅に依存することは、発明者らが求めた図９に示す特性より明らかである。図９において、ｅ’はＲＭＷ４０の１周３６０°に対するビームＯＮ期間（ビームをＯＮする角度範囲）の割合が１００％、ｆ’はそのビームＯＮ期間の割合が９５％、ｇ’はそのビームＯＮ期間の割合が７２．５％、及びｈ’はそのビームＯＮ期間の割合が５０％のそれぞれの場合における、正線量モニタ３１位置での線量分布である。なお、ＲＭＷの回転時にＲＭＷの回転角度に基づいてイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより種々のＳＯＢＰ幅を形成できるは、図５〜７に示した通りである。したがって、線量分布ｅ’，ｆ’ ，ｇ’ ，ｈ’では図９に示すようにそれぞれ異なるＳＯＢＰ幅が形成されており、ビームＯＮ期間が大きいほど形成されるＳＯＢＰ幅も大きくなっている。ｅ’，ｆ’ ，ｇ’ ，ｈ’の線量分布をそれぞれ有する各イオンビームにおける正線量カウント値（線量モニタカウンタ３８で得られたカウント値）は、図９に示す相対線量Ｇ1’，Ｇ2’，Ｇ3’，Ｇ4’となる。相対線量Ｇ1’，Ｇ2’，Ｇ3’，Ｇ4’は、図９に示すようにビームＯＮ期間が大きいほどＳＯＢＰ幅が大きくなるためこのＳＯＢＰ幅の影響を受けて増大する。例えば、ビームＯＮ期間の割合が１００％である場合の正線量モニタ３１位置での線量分布ｅ’を、比較のために、図８において二点鎖線で示す。図８に示すように、正線量モニタ３１位置での相対線量Ｇ１’は参照モニタ２７位置での相対線量Ｇ１に比べてＳＯＢＰ幅の影響を受け大きくなっていることがわかる。
【００４２】
参照線量カウント値は、図１０に示すように、ビームＯＮ期間に比例して増加する。正線量カウント値は、ビームＯＮ期間と共にＳＯＢＰ幅に依存するため、ビームＯＮ期間が長くなるにつれて、図１０に示すように、参照線量カウント値よりも顕著に増大する。このように、正線量カウント値はＳＯＢＰ幅に依存するが、ビームＯＮ期間（荷電粒子数）にも依存するため、正線量カウント値でＳＯＢＰ幅を特定するためにはイオンビームの荷電粒子数を平均化する必要がある。参照線量カウント値はイオンビームの荷電粒子数にのみ依存することから、正線量カウント値を参照線量カウント値で除することにより、その荷電粒子数を平均化できる。すなわち、正線量カウント値を参照線量カウント値で除した比（以下、正／参照線量カウント比と記載する）は、ＳＯＢＰ幅にのみ依存する値となる。
【００４３】
図１０に示す正線量カウント値及び参照線量カウント値を正／参照線量カウント比に置き換えると、図１１に示す特性曲線になる。また、ビームＯＮ期間とＳＯＢＰ幅には図１２に示す関係がある。このため、図１１及び図１２に示す特性に基づいて、図１３に示す正／参照線量カウント比とＳＯＢＰ幅との関係を示す特性曲線を導き出せる。図１３の特性曲線で表される正／参照線量カウント比とＳＯＢＰ幅との関係は予め計算及び実験等により求められる。以上述べた正／参照線量カウント比がＳＯＢＰ幅と関係するという特性は、発明者らが初めて見出した新たな知見である。その正／参照線量カウント比とＳＯＢＰ幅との関係を示す特性の情報（例えば、図１３に示す特性の情報）は、照射制御装置６４のメモリ６９に記憶されている。
【００４４】
以上の説明は、照射装置１６に入射されるイオンビームの入射エネルギーが一定であることを前提としているが、その入射エネルギーが変わると、上記した、正／参照線量モニタカウント比とＳＯＢＰ幅との関係を示す特性も、図１４及び図１５に示す特性のように変わる。図１４及び図１５に示す特性は、入射エネルギーを、図８及び図９に示す特性の入射エネルギーに比べて低くしている。図１４において、ｉはＲＭＷ４０の１周３６０°に対するビームＯＮ期間（ビームをＯＮする角度範囲）の割合が１００％、ｊはそのビームＯＮ期間の割合が９５％、ｋはそのビームＯＮ期間の割合が７２．５％、及びｍはそのビームＯＮ期間の割合が５０％のそれぞれの場合における、参照モニタ２７位置での線量分布である。図１５において、ｉ’はＲＭＷ４０の１周３６０°に対するビームＯＮ期間（ビームをＯＮする角度範囲）の割合が１００％、ｊ’はそのビームＯＮ期間の割合が９５％、ｋ’はそのビームＯＮ期間の割合が７２．５％、及びｍ’はそのビームＯＮ期間の割合が５０％のそれぞれの場合における、正線量モニタ３１位置での線量分布である。図１４に示す線量分布ｉ，ｊ，ｋ，ｍは、図８に示す線量分布ｅ，ｆ，ｇ，ｈに比べ、イオンビームの入射エネルギーが小さくなった分、水等価厚が減少し、また相対線量が増加する。また、図１５に示す線量分布ｉ’，ｊ’，ｋ’，ｍ’は、図９に示す線量分布ｅ’，ｆ’ ，ｇ’ ，ｈ’に比べ、イオンビームの入射エネルギーが小さくなった分、同様に水等価厚が減少し、また相対線量が増加する。したがって、参照線量カウント値に相当する相対線量Ｇ5，Ｇ6，Ｇ7，Ｇ8は前述の相対線量Ｇ1，Ｇ2，Ｇ3，Ｇ4に比べて増加し、正線量カウント値に相当する相対線量Ｇ5’，Ｇ6’，Ｇ7’，Ｇ8’も前述の相対線量Ｇ1’，Ｇ2’，Ｇ3’，Ｇ4’よりも増加する。図１５に示すように、形成されるＳＯＢＰ幅も、図９に示すＳＯＢＰ幅よりも小さくなっている。このため、照射装置１６内に入射されるイオンビームの入射エネルギーが異なると、正／参照線量カウント比とＳＯＢＰ幅の関係を示す特性も異なる。したがって、本実施形態では、入射エネルギーごとにそのエネルギーに対応した正／参照線量モニタカウント比とＳＯＢＰ幅との関係を示す特性の情報が、照射制御装置６４のメモリ６９に記憶されている。
【００４５】
荷電粒子ビーム出射装置２４による治療開始前に、医者は、Ｘ線ＣＴ装置（図示せず）によって得られた患者２２の患部Ｋ付近の断層像を用いて診断を行い、患部Ｋの位置及びサイズを把握すると共に、イオンビームの照射方向、最大照射深さ等の情報を治療計画装置７１に入力する。治療計画装置７１は、治療計画ソフトによって、入力されたイオンビームの照射方向、最大照射深さ等に基づき、ＳＯＢＰ幅、照射野径及び患部Ｋに対する目標線量等を算出する。さらに、治療計画装置７１は、各種運転パラメータ（シンクロトロン４から出射されるイオンビームのエネルギー（照射装置１６への入射エネルギー）、回転ガントリー角度、及びイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ時におけるＲＭＷ４０の各回転角度）を算出すると共に、治療に適切なＲＭＷ４０を選定する。回転角度及び目標線量、さらに、図１６に示された照射野径、飛程、入射エネルギー（入射Ｅｇ）、第１散乱体の厚み（ＳＣ１厚）、ＳＯＢＰ幅、第２散乱体５５の種類（ＳＣ２種類）、飛程調整装置３０におけるビーム経路に位置させる吸収体６０の厚み（ＲＳ厚）及びブロックコリメータ３３の開口径（ＢＣ開口径）等の上記した治療計画情報が、荷電粒子ビーム出射装置２４の中央制御装置７０に入力され、中央制御装置７０の記憶装置（図示せず）に記憶される。以上に述べた各治療計画情報は、中央制御装置７０から照射制御装置６４のメモリ６９に記憶される。
【００４６】
ガントリー制御装置（図示せず）は、メモリ６９より入力した回転ガントリー角度情報に基づいて、照射装置１６のビーム経路がその角度で患者２２を向くように、回転ガントリーを回転させる。患者が横たわっている治療用ベッド２１を移動させて患部Ｋが照射装置１６のビーム経路の延長線上に位置するように、治療用ベッド２１の位置決めがなされる。
【００４７】
照射制御装置６４の駆動制御部６８は、メモリ６９に記憶された照射野径、飛程及び入射エネルギーの各情報を用いて、メモリ６９に予め記憶されている図１６に例示したような照射条件情報から、第１散乱体の厚み、ＳＯＢＰ幅、第２散乱体の種類、吸収体の厚み、及びブロックコリメータ開口径を選定する。駆動制御部６８は、第１散乱体の厚みの情報に基づいて、ビーム軸ｍ上に位置するようにその厚みの第１散乱体を移動させる。駆動制御部６８は、選定された第２散乱体５５がビーム軸ｍ上に位置するようにモータ５７を駆動して回転テーブル５６を回転させる。また、駆動制御部６８は、選定された吸収体６０がビーム軸ｍ上に位置するように吸収体駆動装置６２を介して吸収体操作装置６１操作する。駆動制御部６８は、選定されたブロックコリメータ３３の開口径情報に基づき、図示しない駆動装置を制御し、ブロックコリメータ３３の各ブロックを駆動し、その開口径を所定の径にする。
【００４８】
各種の治療計画情報は、荷電粒子ビーム出射装置２４の制御室内に設置された表示装置に表示される。治療を受ける患者２２に対するＲＭＷ４０、ボーラス３５及び患者コリメータ３４が、作業員によって、照射装置１６のケーシング２５内に図２に示すように設置される。
【００４９】
照射制御装置６４のＳＯＢＰ幅演算装置６７は、選定された入射エネルギーに基づき、この入射エネルギーに対応した正線量／参照線量カウント比とＳＯＢＰ幅との関係情報をメモリ６９から読み出す。また、照射制御装置６４の照射制御部６６は、治療する患者２２に対する、ケーシング２５内に設置したＲＭＷ４０の回転角度情報（例えば、後述のα１〜α６）、及び目標線量をメモリ６９から読み出す。
【００５０】
荷電粒子ビーム出射装置２４を用いた患部Ｋの治療について、以下に説明する。シンクロトロン４は、前段加速器３からのイオンビームの入射、イオンビームの加速、イオンビームの出射、及び減速を繰り返して運転される。設定エネルギーである出射エネルギーまでイオンビームが加速されると、イオンビームの加速が終了し、イオンビームがシンクロトロン４から出射可能な状態（イオンビームの出射可能な状態）になる。イオンビームの加速終了情報は、シンクロトロン４の電磁石等の状態をセンサ（図示）で監視している電磁石電源制御装置から中央制御装置７０に伝えられる。
【００５１】
荷電粒子ビーム出射装置２４における前述したＳＯＢＰ幅形成のためのイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦに係る制御を、図１、図２、図５及び図１７を用いて説明する。以下におけるイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦに係る制御は、図５におけるケースｂの一例に基づいて説明する。このケースｂの一例では、黒丸の点５２Ａ、５２Ｂ及び５２Ｃがイオンビームの出射ＯＮ（出射開始）時点であり、白丸の点５３Ａ、５３Ｂ及び５３Ｃがイオンビームの出射ＯＦＦ（出射停止）時点である。照射制御部６６は、ケースｂの制御を行うに際して、回転角度の設定値である回転角度α１〜α６（α３〜α６は図示せず）を、メモリ６９から入力する。回転角度α１は基準線４１から点５２Ａまでの角度であり、回転角度α２は基準線４１から点５３Ａまでの角度であり、回転角度α３は基準線４１から点５２Ｂまでの角度であり、回転角度α４は基準線４１から点５３Ｂまでの角度であり、回転角度α５は基準線４１から点５２Ｃまでの角度であり、回転角度α６は基準線４１から点５３Ｃまでの角度である。回転角度α１〜α６は、基準線４１がビーム軸ｍに位置するときを基準にした角度を示している。図５において、黒丸の位置がイオンビームの出射を開始する位置であり、白丸の位置がイオンビームの出射を停止する位置である。
【００５２】
照射制御部６６は、図１７に示す制御フローに基づいてイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦに係る制御を実行する。まず、加速器（シンクロトロン４）の加速終了信号（イオンビームが出射可能な状態になったことを示す信号）を入力する（ステップ７３）。この加速終了信号は中央制御装置７０から入力される。回転装置４２に回転開始信号を出力する（ステップ７４）。回転装置４２は回転開始信号に基づいて回転される。回転装置４２の回転力は回転軸４９を介して回転軸４３に伝えられ、ＲＭＷ４０が回転される。ＲＭＷ４０の回転数は１秒間当り１００〜２００回転の範囲内の回転数に設定される。回転角度の計測値が回転角度の第１設定値と一致するかが判定される（ステップ７５）。角度計３９で計測されたＲＭＷ４０の回転角度の計測値は、照射制御部６６に入力される。この計測値が出射開始信号を出力するための回転角度の第１設定値（回転角度α１、α３及びα５のいずれか）と一致するかが判定される。回転角度の計測値が第１設定値と一致した場合は、出射開始信号が出力される（ステップ７６）。この出射開始信号によって、開閉スイッチ９が閉じられる。開閉スイッチ１０は閉じている。第１高周波電源８から出力された高周波が高周波印加装置５より周回しているイオンビームに印加されるため、イオンビームがシンクロトロン４から出射される。このイオンビームは、照射装置１６に輸送される。
【００５３】
このイオンビームは、照射装置１６内でビーム軸ｍに沿って進行する。イオンビームは、ビームプロファイルモニタ２６、参照モニタ２７を通過する。参照モニタ２７は、イオンビームの線量（参照線量）を計測する。この参照線量計測値は線量モニタカウンタ３７に入力される。回転しているＲＭＷ４０を通過したイオンビームは、第１散乱体によりビーム軸ｍに直交する方向に拡大される。その後、イオンビームは、第２散乱体５５により上記直交する方向で線量分布が平坦化され、飛程調整装置３０の吸収体６０を通過してエネルギーを減少されて患者２２の体内における飛程が調整される。吸収体６０を通過したイオンビームは、正線量モニタ３１で線量（正線量）を計測され、平坦度モニタ３２でビーム軸ｍ方向に垂直な方向における平坦度が確認される。正線量計測値は線量モニタカウンタ３８に入力される。イオンビームは、さらに、ブロックコリメータ３３、患者コリメータ３４及びボーラス３５を通過して、ビーム軸ｍに沿って照射装置１６より出射され、患部Ｋに照射される。
【００５４】
患部Ｋに照射された線量が目標線量に到達したかが判定される（ステップ７７）。また、回転角度の計測値が回転角度の第２設定値と一致するかが判定される（ステップ７８）。正線量モニタ３１によって測定された患部Ｋに照射される線量、及び回転角度の計測値は、常に照射制御部６６に入力されている。ステップ７７においては、正線量モニタ３１によって測定された線量計測値の累積値が目標線量になったかが判定される。この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップ７８の処理に優先してステップ８２の処理が実行され、出射停止信号が出力される。このビーム出射停止信号によって、開閉スイッチ９が開き、高周波印加装置５への高周波の供給が停止される。このため、シンクロトロン４からのイオンビームの出射が停止される。治療用ベッド２１上の患者２２に対するイオンビームの照射が終了する。回転装置４２に停止信号を出力する（ステップ８３）。回転装置４２の回転が停止し、ＲＭＷ４０の回転も停止する。
【００５５】
ステップ７７の判定が「ＮＯ」である場合には、ステップ７８の処理が実行される。ステップ７８において、回転角度の計測値が出射停止信号を出力するための回転角度の第２設定値（回転角度α２、α４及びα６のいずれか）と一致したと判定された場合には、出射停止信号が出力される（ステップ７９）。出射停止信号の出力により、上記したように開閉スイッチ９が開き、シンクロトロン４からのイオンビームの出射が停止される。ステップ７６の出射開始信号の出力からステップ７９の出射停止信号の出力までの期間は、例えば、羽根部４５Ａの平面領域４７Ａから羽根部４５Ｂの平面領域４７Ｂが、イオンビームが通るビーム軸ｍを横切る期間であって、実質的にビームＯＮの期間である。開閉スイッチ９が閉じてシンクロトロン４からイオンビームが出射されるまでに要する時間は１／１０００秒以下であり、逆に開閉スイッチ９が開いてイオンビームの出射が停止されるまでに要する時間も１／１０００秒以下である。
【００５６】
ステップ８０で、再度、正線量モニタ３１からの検出信号を基に得られた患部Ｋに照射された線量が目標線量に到達したかが判定される。この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップ８１の処理が実行される。すなわち、上記したビームＯＮの期間が終了した後、シンクロトロン４内にイオンビームが十分に存在するかを判定する。このイオンビームの存在量（イオンビームの電流密度）は、電磁石電源制御装置がシンクロトロン４に設けられたセンサ（図示せず）の計測値を基に監視している。イオンビームの電流密度の計測値は、中央制御装置７０を介して照射制御部６６に入力されている。ステップ８１の判定は、電流密度の計測値を用いて行われる。判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップ７５〜８０の処理が実行される。この繰り返し処理における、ステップ７６の出射開始信号の出力からステップ７９の出射停止信号の出力までの期間は、例えば、羽根部４５Ｂの平面領域４７Ｃから羽根部４５Ｃの平面領域４７Ｄがビーム軸ｍを横切る期間であって、実質的にビームＯＮの期間である。次のステップ７５〜８０の繰り返し処理における、羽根部４５Ｃの平面領域４７Ｅから羽根部４５Ａの平面領域４７Ｆがビーム軸ｍを横切る期間も、実質的にビームＯＮの期間である。２つのビームＯＮの期間の間には、図６に示すようにビームＯＦＦの期間が存在する。ステップ７５〜８０の繰り返し処理時に、ステップ７７または８０で、線量計測値の累積値が目標線量になったと判定されると、ステップ８３の処理が行われて患者２２へのイオンビームの照射は終了する。
【００５７】
ステップ８１の判定が「ＮＯ」の場合には、ステップ７３からの処理が実行される。すなわち、シンクロトロン４内を周回しているイオンビームの電流密度が低下してイオンビームの出射が不可能な場合には、シンクロトロン４を減速させる。電磁石電源制御装置がシンクロトロン４及びビーム輸送系２等に設けられた電磁石に供給する電流値を低下させる。それらの電磁石に供給される電流値がイオンビームの入射状態に保持される。イオンビームが前段加速器３からシンクロトロン４に入射される。このイオンビームは前述のように出射エネルギーになるまで加速される。イオンビームの加速終了後にスッテップ７３からの処理が、照射制御部６６で実行される。
【００５８】
ステップ７６とステップ７８の間でステップ７７の判定を行うため、イオンビームが回転しているＲＭＷ４０を通過している間に、線量計測値の累積値が目標線量になったとき、イオンビームの出射を停止することができる。したがって、患部Ｋにイオンビームが過大に照射されることを防止できる。例えば、図５において、羽根部４５Ａと羽根部４５Ｂとの間に位置する開口４６がビーム軸ｍの位置に存在するときにステップ７７で「ＹＥＳ」と判定された場合には、イオンビームの出射を停止できる。このため、その開口４６がビーム軸ｍに位置してから回転角度の第２設定値に対する点５３Ａがビーム軸ｍに位置するまでの間におけるイオンビームの患部Ｋへの照射を停止できる。
【００５９】
上記したケースｂの一例においては、点５２Ａから点５３Ａまでの領域、点５２Ｂから点５３Ｂまでの領域及び点５２Ｃから点５３Ｃまでの領域はＲＭＷ４０におけるイオンビーム通過領域である。点５３Ａから点５２Ｂまでの領域、点５３Ｂから点５２Ｃまでの領域及び点５３Ｃから点５２Ａまでの領域はＲＭＷ４０におけるイオンビームの通過しない領域（イオンビーム非通過領域）である。ケースｂの一例について説明したが、１つのＲＭＷ４０に対して、出射開始信号を出力するための回転角度の第１設定値、及び出射停止信号を出力するための回転角度の第２設定値を変えることにより種々のＳＯＢＰ幅を形成することができる。図６に示す各「ビームＯＮ」は開口４６をイオンビームが通過しているが、イオンビームが開口４６を通過せず頂部３６を通過させるように制御することも可能である。照射制御部６６は、例えば、図５において、点５３Ｃがビーム軸ｍに到達したときに出射開始信号を出力し、点５２Ａがビーム軸ｍに到達したときに出射停止信号を出力する。
【００６０】
以上に述べた照射制御部６６によるイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ制御により、治療計画で定めた、患者２２に対する所望のＳＯＢＰ幅を患部Ｋに形成することができる。
【００６１】
イオンビームを照射装置１６から出射している間、駆動制御部６８は、第２散乱体装置２９，飛程調整装置３０、及びブロックコリメータ３３の機器状態情報をそれぞれリアルタイムに（又は例えば一定周期おきに）入力する。それらの機器状態情報は、それらの機器に設置したセンサ（図示せず）で検出される。駆動制御部６８はこれらの機器状態情報がメモリ６９から読み出し第２散乱体の種類、吸収体の厚み、及びブロックコリメータ開口径の情報のうち該当する情報と一致するかを判定する。一致しない機器状態情報がある場合、すなわちその判定が「ＮＯ」である場合には、駆動制御部６８はインターロック装置７２にインターロック信号を出力する。インターロック装置７２は、そのインターロック信号に基づいて開閉スイッチ１０を開く。このため、開閉スイッチ９が閉じた状態であっても、第１高周波電源８からの高周波の高周波印加装置５への供給が停止され、シンクロトロン４からのイオンビームの出射が停止される。なお、その判定が「ＹＥＳ」である場合には、インターロック装置７２は開閉スイッチ１０を開かないため、開閉スイッチ９が閉じられていると、シンクロトロン４からのイオンビームの出射が継続される。
【００６２】
ＳＯＢＰ幅演算装置６７は、照射中のイオンビームのＳＯＢＰ幅が所定の幅となっているかどうかの判定を行う。この詳細は、以下に説明する。ＳＯＢＰ幅演算装置６７は、線量モニタ２７で検出され線量モニタカウンタ３７でカウントされたイオンビームの、ＲＭＷ装置２８の上流側における線量、及び線量モニタ３１で検出され線量モニタカウンタ３８でカウントされたイオンビームの、ＲＭＷ装置２８の下流側における線量が入力される。（正確にはそれぞれ電離電荷量が入力され、ＳＯＢＰ幅演算装置６７にて線量に換算される）。イオンビームを患者２２に照射している間、参照モニタ２７での検出信号を基に線量モニタカウンタ３７で得られた参照線量、及び正線量モニタ３１での検出信号を基に線量モニタカウンタ３８で得られた正線量が、リアルタイムに（又は例えば一定周期おきに）が、照射制御装置６４のＳＯＢＰ幅演算装置６７に入力される。ＳＯＢＰ幅演算装置６７は、入力した参照線量及び正線量に基づいて正／参照線量カウント比を算出し、及びメモリ６９に記憶されている正／参照線量カウント比とＳＯＢＰ幅との関係を示す特性の情報を用いて、算出された正／参照線量カウント比に対するＳＯＢＰ幅を算出する。ＳＯＢＰ幅演算装置６７は、算出されたＳＯＢＰ幅が、中央制御装置７０から入力した治療計画情報であるＳＯＢＰ幅（ＳＯＢＰ幅設定値）と一致するかを判定する。算出されたＳＯＢＰ幅（実ＳＯＢＰ幅）が患者２２の体内で形成されている実際のＳＯＢＰ幅である。実ＳＯＢＰ幅がＳＯＢＰ幅設定値に一致していない場合、ＳＯＢＰ幅演算装置６７はインターロック信号（ＳＯＢＰ幅異常信号）をインターロック装置７２に出力する。このとき、インターロック装置７２は、スイッチＯＦＦ信号を開閉スイッチ１０に出力し、開閉スイッチ１０を開く。このため、第１高周波電源８から高周波印加装置５への高周波の供給が停止され、シンクロトロン４からのイオンビームの出射が停止される。実ＳＯＢＰ幅がＳＯＢＰ幅設定値に一致している場合、ＳＯＢＰ幅演算装置６７はＳＯＢＰ幅正常信号をインターロック装置７２に出力するため、インターロック装置７２はスイッチＯＦＦ信号を出力しない。このため、所望のＳＯＢＰ幅が患者２２の体内に形成されているとして、患者２２へのイオンビームの照射が継続される。このイオンビームの照射は、前述したように正線量モニタ３１の検出信号を基に得られた正線量が目標線量に達するまで行われる。ＳＯＢＰ幅演算装置６７から出力されたＳＯＢＰ幅異常信号またはＳＯＢＰ幅正常信号は、表示装置５４に表示される。ＳＯＢＰ幅演算装置６７はＳＯＢＰ幅判定装置でもある。なお、ＳＯＢＰ幅設定値は、患者２２によって異なり、同一の患者２２でも治療の進行に伴う患部Ｋの縮小により異なる。
【００６３】
本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置２４によれば、ＲＭＷ４０を回転させた状態でイオンビームをＯＮ／ＯＦＦ制御するため、回転方向において、ＲＭＷ４０内でイオンビームが通過する領域を、ＲＭＷ４０の回転方向において、変化させることができる。このため、１つのＲＭＷ４０で、患者２２の体表面からの深さ方向で異なる幅を有する複数のＳＯＢＰ幅を形成することができ、１つのＲＭＷ４０を複数の患者に使用することができる。すなわち、１つのＲＭＷ４０を用いて治療できる患者数が増加する。また、１つのＲＭＷ４０を用いて、複数のＳＯＢＰ幅を形成することができるため、荷電粒子ビーム出射装置２４を有するがん治療センタで準備するＲＭＷの個数が低減できる。１つのＲＭＷ４０で複数のＳＯＢＰ幅を形成できることは、照射装置１６に設置されたＲＭＷの交換回数が減少する。これは、治療の準備に要する時間が短縮されることになり、荷電粒子ビーム出射装置２４における患者の治療人数が増加できる。特に、本実施形態は、イオンビームのＯＮ／ＯＦＦ制御をＲＭＷ４０の回転角度（具体的には回転角度の計測値及び設定値）に基づいて行っているため、特定のＳＯＢＰ幅を精度良く形成することができる。ビームのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うＲＭＷの回転角度を変えることによって、種々のＳＯＢＰ幅を形成することができる。
【００６４】
シンクロトロン４では、加速されるイオンの数が同じであるため、ビームＯＮの期間を短縮しても、第１高周波電源８から高周波印加装置５に供給する出射用の高周波のパワーを増加することによって、ビームＯＮの期間中にシンクロトロン４から出射されるイオンビームの電流密度を増大できる。このため、ビームＯＮの期間が短くても患者に照射される線量率（単位時間当りで単位体積当りに照射される放射線量）を増大できる。厚さの薄い患部Ｋ、または体積が小さい患部Ｋを有する患者２２に対しては、電流密度が増大されたイオンビームを照射することによってイオンビームの照射時間を短縮できる。この照射時間の短縮は、患者２２の負担を軽減でき、１年間当りの治療人数を増加できる。ビームＯＮの期間を短縮する場合でも、出射用の高周波のパワーを前述のように増大することによって、周回する全てのイオンビームを実質的にシンクロトロン４から出射させることができるため、シンクロトロン４等の機器の放射化の度合いが低下する。
【００６５】
加速器としてシンクロトロンの代りにサイクロトロンを用い、サイクロトロンから出射されたイオンビームを照射装置１６に導くことが考えられる。しかしながら、サイクロトロンは、シンクロトロンのように減速工程がなく、イオンビームの入射、加速及び出射の各工程を連続して行うため、「ビームＯＮ」の期間を短くすると、単位時間当りに照射装置１６から出射されるイオンの数が減少する。しかしながら、患部Ｋに対する線量率は変わらない。これは、ＳＯＢＰ幅を減少させる、つまり、照射体積を減らしていることと等価である。この結果、「ビームＯＮ」の期間を短くしても、厚さの薄い患部Ｋ、または体積が小さい患部Ｋを有する患者２２に対しては、イオンビームの照射時間が変わらない。サイクロトロンにおいて「ビームＯＦＦ」をイオンビームの加速過程または加速後に行えば、捨てられるイオンビーム量が多くなり、サイクロトロン等の機器の放射化が増加する。
【００６６】
本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置２４によれば、ＲＭＷ４０に対するビームＯＮ／ＯＦＦ制御により形成された実ＳＯＢＰ幅がＳＯＢＰ幅設定値であるか否かをイオンビームの照射中にリアルタイムに確認することができる。実ＳＯＢＰ幅がＳＯＢＰ幅設定値でない場合にはイオンビームの出射を停止できるので、治療計画で設定したＳＯＢＰ幅と異なる異常なＳＯＢＰ幅が患者２２内で形成されることを避けることができる。このため、イオンビームによる治療の安全性が著しく向上する。すなわち、本実施形態によれば、治療計画で設定したＳＯＢＰ幅が患者２２の体内に形成されるときにのみ、イオンビームを患者２２に照射できる。
【００６７】
ＳＯＢＰ幅演算装置６７から出力されたＳＯＢＰ幅異常信号またはＳＯＢＰ幅正常信号が表示装置５４に表示されるため、医者（または放射線技師）は患者２２内で形成されているＳＯＢＰ幅の正常（または異常）を確認できる。このため、万が一、表示装置５４にＳＯＢＰ幅異常信号（ＳＯＢＰ幅異常情報）が表示されても、インターロック装置７２等の異常により、シンクロトロン４からのイオンビームの出射が停止されない場合には、医者（または放射線技師）は制御室内のオペレータコンソール（図示せず）に設けられたビーム出射停止ボタンを押すことにより、開閉スイッチ１０を開くことができる。すなわち、手動でシンクロトロン４からのイオンビームの出射を停止できる。
【００６８】
実ＳＯＢＰ幅とＳＯＢＰ幅設定値とが一致しない場合は、参照モニタ２７と正線量モニタ３１との間に配置された機器、すなわち、ＲＭＷ装置２８、第１散乱体、第２散乱体装置２９、飛程調整装置３０のいずれかに何らかの異常があることが検出されたことになる。但し、本実施形態では前述したように、検出された、第１散乱体、第２散乱体装置２９、飛程調整装置３０の機器状態情報に異常がなければ、ＲＭＷ装置２８に係わる異常（すなわち所望のＳＯＢＰ幅が形成されていない）と特定できる。なお、正線量モニタ３１をＲＭＷ装置２８と第２散乱体装置２９との間に設け、純粋にＲＭＷ装置２８の機器状態のみを検出するような構成としてもよい。
【００６９】
本実施形態における、実ＳＯＢＰ幅の正常（または異常）の確認する構成は、ＲＭＷ４０におけるビームのＯＮ／ＯＦＦ制御を行う場合に限らず、ＲＭＷの回転中にイオンビームのＯＮ／ＯＦＦ制御を行わない照射装置１６において、患者毎に交換して設置されたＲＭＷの確認に用いることも可能である。通常、ＲＭＷには識別子（例えばバーコード）が取り付けられ、照射装置１６側にはその識別子を読むリーダが設けられており、間違ったＲＭＷ４０が取り付けられた場合にはイオンビームの出射を不能にするインターロック機能が設けられる。実ＳＯＢＰ幅の正常（または異常）の確認する構成の適用によって、例えば何らかの原因によりこのインターロック機能が働かない場合でも、前述した実ＳＯＢＰ幅の異常の確認によって間違ったＲＭＷの設置を検出でき、イオンビームの出射を停止できる。したがって、荷電粒子ビーム出射装置の安全性をさらに向上できる。また、ＲＭＷではなくＳＯＢＰ幅を形成するリッジフィルタを用いる荷電粒子ビーム出射装置であっても、前述した実ＳＯＢＰ幅の正常（または異常）の確認する構成の適用によって、間違ったリッジフィルタを設置した場合に患者へのイオンビームの出射を阻止することができる。
【００７０】
（実施形態２）
本発明の他の実施形態である荷電粒子ビーム出射装置を、図１８を用いて以下に説明する。本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置２４Ａは、荷電粒子ビーム出射装置２４における、シンクロトロン４を有する荷電粒子ビーム発生装置１を、サイクロトロン４Ａを有する荷電粒子ビーム発生装置１Ａに置き替え、ビーム輸送系２にエネルギー変更装置８６を付加した構成を有する。照射装置１６はＲＭＷ装置２８を有する。
【００７１】
荷電粒子ビーム発生装置１Ａは、加速装置８５を有するサイクロトロン４Ａ、イオン源８４及びエネルギー変更装置８６を備える。エネルギー変更装置８６は、サイクロトロン４Ａ付近でビーム輸送系２に設置される。エネルギー変更装置８６は、イオンビームを通過させてエネルギーを損失させる板状の複数のディグレーダ（図示せず）、エネルギーの低くなったイオンビームを偏向する偏向電磁石（図示せず）、偏向電磁石通過後のイオンビームの一部分を切り出すアパーチャ（図示せず）、及びイオンビームのビーム輸送系２下流側への輸送をシャットアウトするビームシャッタ（図示せず）を備える。
【００７２】
照射制御部６６によるイオンビームのＯＮ／ＯＦＦ制御は、図１７に示すステップ７３〜８３にもとづいて行われる。しかし、ステップ７６で照射制御部７２から出力される出射開始信号は、イオン源電源装置８７に出力される。イオン源電源装置８７は、出射開始信号の入力によりイオン源８４に電力を供給する。イオン源８４は起動されてイオンビームを出射させる。このイオンビームは、サイクロトロン４Ａに入射され、加速装置８１によって設定エネルギーまで加速される。設定エネルギーまで加速されたイオンビームは、出射用デフレクタ１１を介してサイクロトロン４Ａから出射される。その後、ステップ７９または８２で出力される出射停止信号がイオン電源装置８７に出力され、イオン源電源装置８７がイオン源８４への電力の供給を停止させる。イオンビームのサイクロトロン４Ａへの入射が停止され、サイクロトロン４Ａからのイオンビームの出射も停止される。
【００７３】
また、イオンビームの出射中において、ＳＯＢＰ幅演算装置６７がＳＯＢＰ幅異常信号を出力した場合には、インターロック装置７２がイオン源電源装置８７に電力供給停止信号を出力する。イオン源電源装置８７からイオン源８４への電力の供給が停止され、サイクロトロン４Ａからのイオンビームの出射が停止される。
【００７４】
実施形態２は、実施形態１で得られる、（１）厚さの薄い患部Ｋ、または体積が小さい患部Ｋを有する患者２２に対する、電流密度が増大されたイオンビームを照射することによってイオンビームの照射時間の短縮、（２）機器の放射化度合いの低下、の２つの効果以外の実施形態１で生じる効果を得ることができる。
【００７５】
なお、イオンビームのＯＮ／ＯＦＦ制御は、イオン源８４の起動／停止以外に、エネルギー変更装置８６のビームシャッタを開閉することによって行うことも可能である。また、偏向電磁石１５への電源供給の制御により、イオンビームの経路を変更させて、照射装置１６へのイオンビームの入射のＯＮ／ＯＦＦを制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１実施形態の荷電粒子ビーム出射装置の全体構成図である。
【図２】図１に示す照射装置の詳細構成を表す縦断面図である。
【図３】図１に示す線量モニタの概略構成を示す構成図である。
【図４】図１に示すＲＭＷの斜視図である。
【図５】図４に示したＲＭＷの平面図であり、イオンビームの出射のケースａ〜ｃを例として示したものである。
【図６】図５に示すケースａ〜ｃにおけるそれぞれのビームＯＮ及びビームＯＦＦを時系列で示した図である。
【図７】図５に示すケースａ〜ｃのそれぞれに対する深さ方向の線量分布及びＳＯＢＰ幅を示す図である。
【図８】ビームＯＮ期間の割合を４種類に変化させて照射した場合の参照モニタ位置で得られる線量分布を表す図である。
【図９】ビームＯＮ期間の割合を４種類に変化させて照射した場合の正線量モニタ位置で得られる線量分布を表す図である。
【図１０】正線量モニタ及び参照モニタにおける、ビームＯＮ期間での線量カウント値の変化を示す特性図である。
【図１１】ビームＯＮ期間における正／参照線量カウント比の変化を示す特性図である。
【図１２】ビームＯＮ期間におけるＳＯＢＰ幅の変化を示す特性図である。
【図１３】ＳＯＢＰ幅に対する正／参照線量カウント比の変化を示す特性図である。
【図１４】入射エネルギーを低くした場合における、ビームＯＮ期間の割合を４種類に変化させて照射した場合の参照モニタ位置で得られる線量分布を表す図である。
【図１５】入射エネルギーを低くした場合における、ビームＯＮ期間の割合を４種類に変化させて照射した場合の正線量モニタ位置で得られる線量分布を表す図である。
【図１６】図２に示す照射制御装置のメモリに記憶された治療計画情報の一例を示す説明図である。
【図１７】図１に示す照射制御部で実行される制御ステップに係るフローチャートである。
【図１８】本発明の他の実施例である実施形態２の荷電粒子ビーム出射装置の全体構成図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽子及び炭素イオン等の荷電粒子ビームを患部に照射して治療する荷電粒子ビーム出射装置及び荷電粒子ビーム出射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
癌などの患者の患部に陽子及び炭素イオン等の荷電粒子ビーム（イオンビーム）を照射する治療方法が知られている。この治療に用いる粒子線出射装置（荷電粒子ビーム出射装置）は、荷電粒子ビーム発生装置、ビーム輸送系、及び照射装置を備えている。荷電粒子ビーム発生装置で加速されたイオンビームは、第１ビーム輸送系及び回転ガントリーに設けられた第２ビーム輸送系を経て回転ガントリーに設置された照射装置に達する。イオンビームは照射装置より出射されて患者の患部に照射される。荷電粒子ビーム発生装置としては、例えば、荷電粒子ビームを周回軌道に沿って周回させる手段、共鳴の安定限界の外側で荷電粒子ビームのベータトロン振動を共鳴状態にする手段、及び荷電粒子ビームを周回軌道から取り出す出射用デフレクターを備えたシンクロトロン（円形加速器）が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
イオンビームを用いた治療、例えば陽子ビームの患部への照射では、陽子ビームのエネルギーの大部分が、陽子が停止するときに放出される、すなわちブラッグピークが形成されるという特性を利用し、陽子ビームの入射エネルギーの選択により陽子を患部近傍で停止させてエネルギー（吸収線量)の大部分を患部の細胞にのみ与えるようにする。
【０００４】
通常、患部は、患者の体表面からの深さ方向（イオンビームの進行方向でもあり、以下、単に深さ方向という）にある程度の厚みをもっている。その深さ方向における患部の厚み全域にわたってイオンビームを効果的に照射するためには、深さ方向においてある程度広いフラットな吸収線量範囲（拡大ブラッグピーク幅(spread-out Bragg peak)。以下、ＳＯＢＰ幅という。）を形成するように、イオンビームのエネルギーを調節しなければならない。
【０００５】
このような観点から、従来、周方向に段階的に厚みが変化している複数の羽根部を回転軸の周囲に配置したレンジモジュレーション回転体（レンジモジュレーションホイール。以下、ＲＭＷという）が既に提唱されている（例えば、非特許文献１の２０７７頁、図３０、非特許文献２）。複数の羽根部は回転軸に取り付けられる。ＲＭＷは、隣り合う羽根部の相互間に貫通する開口を形成している。例えば、開口をイオンビームの経路（ビーム経路という）に位置させてＲＭＷを回転させる。開口及び羽根部が交互にビーム経路を横切る。イオンビームが開口を通過したときはビームエネルギーが減衰しないため、ブラッグピークが体内の最も深い位置に生じる。イオンビームが羽根部部を通過する際には、羽根部の厚みが厚い部分を通過するほど、このイオンビームのエネルギーの減衰度合いが大きくなり、患部の体表面に近い部分にブラックピークが形成される。ＲＭＷの回転によって、このようなブラッグピークが形成される深さ方向の位置が周期的に変動する結果、時間積分で見ると、患部の深さ方向において比較的広くフラットなブラッグピーク幅を得ることができる。また、ＳＯＢＰ幅の形成は、リッジフィルタを用いても可能であることが知られている（非特許文献１の２０７８頁、図３１）。
患部へ与えた吸収線量は、イオンビーム進行軸上で患者よりも上流に置かれた線量検モニタにより吸収線量に比例する検出値を測定し、その検出値を実際の吸収線量値に換算するための係数を用いて算出できる。この線量モニタによる検出値と実際の患部に与えた吸収線量値との換算係数が、ビームの到達深度及びＳＯＢＰ幅の間に相関関係を持つことが提唱されている（例えば、非特許文献２）。
【０００６】
【特許文献１】USP5,363,008号
【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）のページ２０７４〜２０８４、図３０〜図３２(REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS VOLUME 64 NUMBER 8 (AUGUST 1993) P2074-2084 FIG.30-32)
【非特許文献２】フィジクス イン メディスン アンド バイオロジー４８巻１７号（２００３年９月７日）のページ２７９７から２８０８(PHYSICS IN MEDICINE AND BIOLOGY VOLUME 48 NUMBER 17 (7 SEPTEMBER 2003) 2797-2808)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願の５名の発明者のうちの４名の発明者によってなされた発明、すなわち、ＲＭＷが回転しているときに、シンクロトロンからのイオンビームの出射をＯＮ／ＯＦＦ制御する荷電粒子ビーム出射装置の発明が出願されている。その発明では、ＲＭＷを回転させつつ、例えば比較的長い時間、すなわちＲＭＷの広い回転角度の範囲にわたってイオンビームを通過させるようにすればイオンビームの減衰度合いが大きく変動することからＳＯＢＰ幅は広くなり、比較的短い時間すなわちＲＭＷの狭い回転角度の範囲にイオンビームを通過させるようにすればイオンビームの減衰度合いがあまり変動しないためＳＯＢＰ幅は狭くなる。このように、ＲＭＷの回転時にイオンビームの出射をＯＮ／ＯＦＦ制御することで、１つのＲＭＷで多様なＳＯＢＰ幅を得られるので、ＲＭＷの交換頻度を低減でき、多数の患者に対し、円滑に治療を行うことができる。
【０００８】
しかしながら、本願発明者等によるその発明のその後の検討によれば、上記発明には以下のような更なる改善の余地があることが分かった。
すなわち、その発明によれば、各患者ごとにビーム発生動作を制御してその患者の患部に応じたＳＯＢＰ幅を得ることができるものの、そのＳＯＢＰ幅が患者の患部に応じた所望の値となっているかどうかを確認するためには、ビームを途中で全部吸収させて吸収線量を測定するしかなかった。このため、ビーム照射中にリアルタイムに確認する手法が確立されておらず、治療の安全性の向上の観点において更なる改善の余地があった。
【０００９】
本発明の目的は、荷電粒子ビームの照射中にＳＯＢＰ幅が所望の幅であることを確認できる荷電粒子ビーム出射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、荷電粒子ビームの進行方向における厚みが変化し、かつ通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変えて照射対象内に拡大ブラッグピーク幅を形成させるビームエネルギー調整装置よりも上流側に配置された第１線量検出装置と、荷電粒子ビームの進行方向でビームエネルギー調整装置の下流側に配置された第２線量検出装置と、第１線量検出装置で検出された第１線量及び第２線量検出装置で検出された第２線量に基づいて拡大ブラッグピーク幅を算出する拡大ブラッグピーク幅演算装置とを備えたことにある。
【００１１】
本発明は、第１線量検出装置で検出された第１線量及び第２線量検出装置で検出された第２線量に基づいて拡大ブラッグピーク幅を算出するため、荷電粒子ビームを照射しているときに照射対象内に形成される拡大ブラッグピーク幅が所望の幅であるかを確認することができる。
【００１２】
好ましくは、第１線量及び第２線量に基づいた拡大ブラッグピーク幅の算出を、計測された第１線量と計測された第２線量との比に基づいて行うことである。この比に基づいて拡大ブラッグピーク幅を算出することにより、精度の良い拡大ブラッグピーク幅を得ることができる。
【００１３】
好ましくは、算出された拡大ブラッグピーク幅が設定された幅であるかを判定する拡大ブラッグピーク幅判定装置を備えることが望ましい。これにより、その判定結果に基づいて、照射対象内に形成されたブラッグピーク幅が設定された幅になっているかを容易に確認できる。
【００１４】
好ましくは、算出された拡大ブッラグピーク幅が設定された幅でないとき、荷電粒子ビーム発生装置からの荷電粒子ビームの出射を停止させると良い。これによって、照射対象に対する荷電粒子ビームを用いた治療の安全性が向上する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、荷電粒子ビームの照射中に拡大ブッラグピーク幅が所望の幅であるかを確認することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
（実施形態１）
本発明の好適な一実施形態である荷電粒子ビーム出射装置を、図１を用いて説明する。本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置２４は、荷電粒子ビーム発生装置１、荷電粒子ビーム発生装置１の下流側に接続されたビーム輸送系２、及び照射野形成装置である照射装置（荷電粒子ビーム照射装置）１６を備えている。本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置２４は、具体的には陽子線出射装置である。
【００１７】
荷電粒子ビーム発生装置１は、イオン源（図示せず）、前段加速器（例えば線形加速器）３及び主加速器であるシンクロトロン４を有する。シンクロトロン４は、一対の電極によって構成された高周波印加装置５及び高周波加速空胴（加速装置）６をイオンビームの周回軌道上に設置している。第１高周波電源８が開閉スイッチ９、１０を介して高周波印加装置５の電極に接続される。高周波加速空胴６に高周波電力を印加する第２高周波電源（図示せず）が、別途設けられる。イオン源で発生したイオン（例えば、陽イオン（または炭素イオン））は前段加速器３で加速される。前段加速器３から出射されたイオンビーム（荷電粒子ビーム）はシンクロトロン４に入射される。荷電粒子ビーム（粒子線）であるイオンビームは、第２高周波電源からの高周波電力の印加によって高周波加速空胴６内に発生する電磁場に基づいてエネルギーを与えられて加速される。シンクロトロン４内を周回するイオンビームは、設定されたエネルギー（例えば１００〜２００ＭｅＶ）まで加速された後、開閉スイッチ９を閉じることによってシンクロトロン４から出射される。すなわち、第１高周波電源８からの高周波が、開閉スイッチ９を閉じることによって、閉じられている開閉スイッチ１０、及び開閉スイッチ９を通して高周波印加装置５より周回しているイオンビームに印加される。このため、安定限界内で周回しているイオンビームは、安定限界外に移行し、出射用デフレクタ１１を通って出射される。イオンビームの出射の際には、シンクロトロン４に設けられた四極電磁石１２及び偏向電磁石１３に導かれる電流が電流設定値に保持され、安定限界もほぼ一定に保持されている。開閉スイッチ９（または開閉スイッチ１０）を開いて高周波印加装置５への高周波電力の印加を停止することによって、シンクロトロン４からのイオンビームの出射が停止される。
【００１８】
シンクロトロン４から出射されたイオンビームは、ビーム輸送系２により下流側のビーム経路１７に輸送される。ビーム輸送系２は、四極電磁石１８及び偏向電磁石１９，２０を備え、照射装置１６に連絡されるビーム経路１６に連絡される。照射装置１６及びビーム経路１７は、治療室(図示せず)内に設置された回転ガントリー(図示せず)に取り付けられている。四極電磁石１８、偏向電磁石１９及び偏向電磁石２０がこの順にビーム経路１７に設けられる。ビーム経路１７内のイオンビームは、照射装置１６へと輸送される。患者２２が、回転ガントリー内に形成された治療ケージ（図示せず）内で位置決めされた治療用ベッド２１に横たわっている。照射装置１６から出射されたイオンビームは、その患者２２の癌の患部Κ（後述の図２参照）に照射される。四極電磁石１８等の電磁石を備えたビーム経路１７はビーム輸送系であるとも言える。
【００１９】
照射装置１６の構造を、図２を用いて説明する。この図２に示すように、照射装置１６は、回転ガントリーに取り付けられ、ビーム経路１７に接続されるケーシング２５を有する。照射装置１６は、ケーシング２５内に、イオンビーム進行方向の上流側より順次、ビームプロファイルモニタ２６，線量モニタ（第１の線量検出装置）２７，ＲＭＷ装置（ブラッグピーク幅形成装置）２８，第２散乱体装置２９，飛程調整装置（例えば、レンジシフタ）３０，線量モニタ（第２の線量検出装置）３１，平坦度モニタ３２，ブロックコリメータ３３，患者コリメータ３４、及びボーラス３５を、ケーシング２５内のビーム経路（ビーム軸）ｍ上に配置している。
【００２０】
ビームプロファイルモニタ２６は、ビーム輸送系２から照装置１６に入射されたイオンビームがビーム軸ｍ上に位置しているかどうかを確認するモニタである。線量モニタ２７は照射装置１６に入射されたイオンビームの線量を検出するモニタである。図３を用いてその検出原理を説明する。線量モニタ２７は、複数（ここでは例えば５枚とする）の重ね合わせた電極２７ａ〜２７ｃを有しており、厚さが数μｍ程度と非常に薄く構成されている。これら５枚の電極は、イオンビーム進行方向において、中心に位置し、線量モニタカウンタ３７に接続された信号電極２７ａ、信号電極２７ａを挟むように位置し、正側の電圧を印加された２枚の正電極２７ｂ、及びこれらの正電極２７ｂをさらに挟むように最も外側に位置する２枚の接地電極２７ｃである。これらの電極をイオンビームが通過すると、そのエネルギーにより信号電極２７ａと正電極２７ｂ，２７ｂとの間で電離電荷が発生し、この発生した電離電荷は信号電極２７ａから取り出される。信号電極２７ａから取り出される電離電荷量はイオンビームの線量に比例するので、線量モニタカウンタ３７でこの電離電荷量をカウントすることによって、イオンビームの線量を検出できる。ビームプロファイルモニタ２６及び線量モニタ２７は、ケーシング２５に取り付けられた支持テーブル３９上に設置される。
【００２１】
図２に戻り、ＲＭＷ装置２８は、ＲＭＷ４０、ＲＭＷ４０を回転させる回転装置（例えばモータ）４２、及びＲＭＷ４０の回転角度を検出する角度計５１を有する。ＲＭＷ４０、回転装置４２及び角度計５１は、ケーシング２５に設置された支持部材５０によって保持される。図４に示すように、ＲＭＷ４０は、回転軸４３、回転軸４３と同心円状に配置された円筒部材４４、及び回転軸４３に取り付けられてＲＭＷ４０の半径方向に伸び、他端が円筒部材４４に取り付けられた複数の羽根部４５（本実施例では羽根部４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃの３枚）を有している。これらの羽根部４５の周方向における幅は回転軸４３側の端部よりも円筒部材４４側の端部で広くなっている。ＲＭＷ４０の周方向における羽根部４５の相互間には、それぞれ開口４６が形成されている。これら開口４６の周方向における幅も円筒部材４４の内面に近づくほど広くなるように形成されている。
【００２２】
各羽根部４５は、ＲＭＷ４０の周方向において階段状に配置された複数の平面領域（段部）４７を有しており、回転軸４３の軸方向（ビーム軸ｍの方向）におけるＲＭＷ４０の底面から各平面領域４７までの各厚みが異なっている。すなわち、ＲＭＷ４０の底面から各平面領域４７までのレベルが異なる。ここでは、１つの平面領域４７に対するその厚みを、平面領域部分の厚みという。すなわち、羽根部４５は、周方向において羽根部４５の両側に位置する開口４６からビーム軸ｍの方向における最も厚みの厚い頂部３６に位置する平面領域４７に向かって各平面領域部分の厚みが階段状に増加している。各平面領域４７は回転軸４３から円筒部材４４に向かって延びており、その周方向における幅も円筒部材４４に近づくほど広くなっている。
【００２３】
ケーシング２５に設置される支持部材５０は、ビーム軸ｍの方向に対向する支持部５０Ａ，５０Ｂを有し、更に支持部５０Ｂの下流側に支持部５０Ｃを有する。これら支持部５０Ａ，５０Ｂはそれぞれ回転軸４８，４９を回転可能に支持している。ＲＭＷ４０は保持部５０Ａ，５０Ｂの間に挿入され、ＲＭＷ４０の回転軸４３が回転軸４８，４９に挟まれるように支持される。すなわち、回転軸４３は回転軸４８，４９に着脱可能に取り付けられ、ＲＭＷ４０が交換可能となる。回転軸４８，４９のそれぞれの端部が回転軸４３に設けられた貫通孔内に挿入されている。なお、支持部５０Ａ，５０Ｂはケーシング２５内のビーム経路をさえぎらないように配置される。回転軸４３，４８，４９もそのビーム経路からずれた位置に配置される。
【００２４】
支持部５０Ｃに設置された回転装置４２が回転軸４９に連結されている。ＲＭＷ４０の回転角度（回転位相）を検出する角度計５１が、回転軸４８に連結されて支持部５０Ａに取り付けられている。角度計５１で検出されたＲＭＷ４０の回転角度の測定値は、後述する照射制御装置７０の照射制御部６６に入力される。
【００２５】
なお、本実施形態は、図２及び図４に図示していないが、ＲＭＷ装置２８と第２散乱体装置２９との間で、ビーム軸ｍ上に第１散乱体が設置されている。この第１散乱体も、ケーシング２５に設置される。第１散乱体は、ＲＭＷ４０を通過したイオンビームをビーム軸ｍと直交する方向に広げる機能を有する。
【００２６】
第２散乱体装置２９は、複数の第２散乱体５５，回転テーブル５６及びモータ５７を有している。モータ５７は、ケーシング２５に取り付けられる支持部材５８に設置されている。イオンビームを散乱する度合いが異なる複数の第２散乱体５５は回転テーブル５６上に周方向に並んで設置される。回転テーブル５６がモータ５７により回転されることによって、所定の第２散乱体５５がビーム軸ｍ上に配置される。モータ５７の駆動は駆動制御部６８によって制御される。
【００２７】
飛程調整装置３０は、厚みの異なる複数）の吸収体６０（本実施の形態では４つ）、及び各吸収体６０ごとに設けられた吸収体操作装置６１を有する。この吸収体操作装置６１としては、例えば圧縮空気により駆動するエアシリンダ等が用いられる。各吸収体操作装置６１は吸収体駆動装置６２によって駆動され、この吸収体駆動装置６２は駆動制御部６８によって制御される。
【００２８】
線量モニタ３１は、照射装置１６に入射され、ＲＭＷ装置２８，第１散乱体、第２散乱体装置２９及び飛程調整装置３０を通過したイオンビームの線量を検出する。線量モニタ３１の構造は線量モニタ２７と同じである。線量モニタカウンタ３８が線量モニタ３１の信号電極（図示せず）から取り出された電離電荷量をカウントすることによってイオンビームの線量を検出する。また、平坦度モニタ３２は第１散乱体及び第２散乱体５５によって散乱されたイオンビームのビーム軸ｍと垂直な方向における平坦度（線量一様度）を確認するモニタである。線量モニタ３１及び平坦度モニタ３２は支持テーブル６３上に設けられている。
【００２９】
ブロックコリメータ３３は、イオンビームをビーム軸ｍと垂直な平面方向に整形してイオンビームの照射野を粗くコリメートする。ブロックコリメータ３３の開口径は駆動制御部６８によって可変に制御される。患者コリメータ３４はイオンビームを患部２２の患部Κの形状に合わせてさらに細かくコリメートするためのものである。ボーラス３５は、治療患者２２の患部Κ（例えば癌や腫瘍の発生部位）の最大深さに合わせてイオンビームの到達深度を調整するものであり、ビーム軸ｍに垂直な平面上の各位置における飛程を、照射目標である患部Κの深さ形状に合わせて調整するものである。
【００３０】
図２に戻り、荷電粒子ビーム出射装置２は、照射制御装置６４を備える。照射制御装置６４は、線量モニタカウンタ３７，３８、照射制御部（第２制御装置）６６、拡大ブラッグピーク幅演算装置（以下、ＳＯＢＰ幅演算装置という）６７、駆動制御部６８及びメモリ６９を有する。ＳＯＢＰ幅演算装置６７はＳＯＢＰ幅判定装置でもある。メモリ７５は、中央制御装置７０から出力された後述する照射条件情報を記憶する。照射制御部６６は、ＳＯＢＰ幅を形成するための荷電粒子ビーム発生装置１からのイオンビームの出射のＯＮ・ＯＦＦ制御を行う。ＳＯＢＰ幅演算装置６７は、照射中のイオンビームのＳＯＢＰ幅を算出し、このＳＯＢＰ幅が設定幅となっているかどうかの判定を行う。駆動制御部６８は、第２散乱体装置２９のモータ５７、飛程調整装置３０の吸収体駆動装置６２、及びブロックコリメータ３３のそれぞれの駆動を制御する。更に、荷電粒子ビーム出射装置２はインターロック装置（第１制御装置）７２を備える。
【００３１】
以上の構成を有する荷電粒子ビーム出射装置２４は、ＲＭＷ４０の回転角度に応じて荷電粒子ビーム発生装置１からのイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、複数のＳＯＢＰ幅を生成することができる。以下、この原理を、図５、図６及び図７を用いて説明する。
【００３２】
イオンビームがＲＭＷ４０の開口４６を通過したときは、ビームエネルギーは減衰しないためブラッグピークが体表面から深い第１の位置に形成される。羽根部４５のうち最も厚みが厚くなる頂部３６に位置する平面領域４７をイオンビームが通過したときは、ビームエネルギーが最も大きく減衰されてブラックピークが体表面近くの浅い第２の位置に形成される。イオンビームが開口４６と頂部３６の間に位置する平面領域４７を通過したときは、その平面領域４７が位置する部分の厚みに応じてビームエネルギーが減衰するため、ブラッグピークは第１位置と第２位置の間に存在する第３の位置に形成される。したがって、図５及び図６におけるケースａのように、ＲＭＷ４０の周方向において、３６０°の全回転角度領域において常にビームＯＮである場合には、ＲＭＷ４０の回転によりブラッグピークは第１位置と第２位置との間で周期的に変動する。この結果、ケースａは、時間積分で見ると、図７に示す深さ方向の線量分布ａのように体表面近くから深い位置に至る比較的広いＳＯＢＰ幅というを得ることができる。「ビームＯＮ」は、イオンビームがシンクロトロン４から出射されてＲＭＷ４０を通過し照射装置１６から出射される状態を意味する。これに対し、「ビームＯＦＦ」は、イオンビームがシンクロトロン４から出射されず照射装置１６から出射されない状態を意味する。
【００３３】
図５及び図６におけるケースｂは、ＲＭＷ４０の周方向において、各羽根部４５の比較的厚い領域（頂部３６付近）ではビームＯＦＦとし、これ以外の回転角度領域ではビームＯＮとする。ケースｂは、体表面近くの浅い部分で生じるブラッグピークがなくなるため、図７に示す深さ方向の線量分布ｂのように線量分布ａよりもフラット部分が狭くなったＳＯＢＰ幅が形成される。
【００３４】
図５及び図６におけるケースｃは、ＲＭＷ４０の周方向において、開口４６及び開口４６付近の各羽根部４５の厚みが比較的薄い領域にてビームＯＮとし、これら以外の回転角度領域ではビームＯＦＦとする。ケースｃは、全体にビームエネルギーの減衰量が少ないため、体表面から深い位置にブラッグピークが形成される。このため、ケースｃは、図７に示す深さ方向の線量分布ｃのように線量分布ｂよりもフラット部分が狭くなったＳＯＢＰ幅が形成される。
【００３５】
荷電粒子ビーム出射装置２４は、以上のようにＲＭＷ４０の回転角度に応じてイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより、１つのＲＭＷで複数の異なるＳＯＢＰ幅を形成することができる。
【００３６】
ＲＭＷ４０の回転時にイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより種々のＳＯＢＰ幅を形成できることは、後述するように、非常にメリットがある。しかしながら、ある患者に対して望まれたＳＯＢＰ幅が実際に形成されているかを確認できることは、イオンビームを用いた治療の安全性を高めるためにも、荷電粒子ビーム出射装置に要求される重要な要件の１つである。発明者らは、この課題を解決するために種々の検討を行い、ＲＭＷ装置２８に入射されるイオンビームの線量、及びＲＭＷ装置２８を通過したイオンビームの線量に基づけば、イオンビームを患者に照射している状態で、患者の体内に形成されるＳＯＢＰ幅を確認できることを発見した。この発明者らの検討結果を、以下に説明する。
【００３７】
前述したように、線量モニタ２７，３１はイオンビームが入射した際の電離電荷量を計測する。計測された電離電荷量（線量計測値）は該当する線量モニタを通過するイオンビームに含まれる荷電粒子（イオン）のエネルギーとその粒子数に比例する性質を有している。このため、線量モニタ２７，３１から出力されたそれぞれの電離電荷量計測値を入力する線量モニタカウンタ３７，３８で得られる各電離電荷量のカウント値もその荷電粒子のエネルギーとその荷電粒子の粒子数に比例する。
【００３８】
照射装置１６内で最上流側に位置して照射装置１６に入射された状態でのイオンビーム照射装置１６内の構造材でエネルギーが減衰されていないイオンビーム）の線量を検出する線量モニタを参照モニタと称する。本実施形態では、線量モニタ２７が参照モニタであり、線量モニタ２７を、以下、参照モニタ２７という。参照モニタ２７は、ビーム輸送系２から照射装置１６に入射された直後のイオンビームの線量を検出するので、参照モニタ２７を通過する荷電粒子のエネルギーは一定である（ここでは照射装置１６に入射されるイオンビームの入射エネルギーは一定であるとする）。したがって、参照モニタ２７で検出された線量計測値のカウント値（以下、参照線量カウント値という）は参照モニタ２７に入射されるイオンビームに含まれる荷電粒子の数に比例する。
【００３９】
参照線量カウント値が荷電粒子数に比例することは、発明者らが求めた図８に示す特性より明らかである。図８において、ｅはＲＭＷ４０の１周３６０°に対するビームＯＮ期間（ビームをＯＮする角度範囲）の割合が１００％、ｆはそのビームＯＮ期間の割合が９５％、ｇはそのビームＯＮ期間の割合が７２．５％、及びｈはそのビームＯＮ期間の割合が５０％のそれぞれの場合における、参照モニタ２７位置での線量分布である。参照モニタ２７は図３に示すように非常に薄く構成されているため、参照線量カウント値（線量モニタカウンタ３７で得られたカウント値）は物質入射直後の吸収線量値に依存する。この物質入射直後の吸収線量値とは水等価厚０ｍｍにおける吸収線量値のことである。したがって、ｅ，ｆ，ｇ，ｈの線量分布をそれぞれ有するイオンビームにおける参照線量カウント値は、相対線量Ｇ1，Ｇ2，Ｇ3，Ｇ4（図８参照）に相当する。これらの相対線量Ｇ1，Ｇ2，Ｇ3，Ｇ4は、図８に示すようにビームＯＮ期間に比例して（すなわち荷電粒子数に比例して）増加する。すなわち、参照線量カウント値は参照モニタ２７に入射されるイオンビームの荷電粒子数に比例することがわかる。
【００４０】
照射装置１６内で飛程調整装置３０の下流側でボーラス３５よりも上流側に配置された線量モニタ、すなわち線量モニタ３１を正線量モニタという。正線量モニタ３１は、ＲＭＷ装置２８の下流側でイオンビームの線量を検出するので、正線量モニタ３１を通過する荷電粒子のエネルギーは、ＲＭＷ４０によって段階的に減衰されており、荷電粒子によって異なっている。したがって、正線量モニタ３１で検出された線量計測値のカウント値（以下、正線量カウント値という）は単純に荷電粒子数に比例せず、ＲＭＷ４０によるエネルギーの減衰のされ方（すなわちＳＯＢＰ幅）に依存する。
【００４１】
正線量カウント値がＳＯＢＰ幅に依存することは、発明者らが求めた図９に示す特性より明らかである。図９において、ｅ’はＲＭＷ４０の１周３６０°に対するビームＯＮ期間（ビームをＯＮする角度範囲）の割合が１００％、ｆ’はそのビームＯＮ期間の割合が９５％、ｇ’はそのビームＯＮ期間の割合が７２．５％、及びｈ’はそのビームＯＮ期間の割合が５０％のそれぞれの場合における、正線量モニタ３１位置での線量分布である。なお、ＲＭＷの回転時にＲＭＷの回転角度に基づいてイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより種々のＳＯＢＰ幅を形成できるは、図５〜７に示した通りである。したがって、線量分布ｅ’，ｆ’ ，ｇ’ ，ｈ’では図９に示すようにそれぞれ異なるＳＯＢＰ幅が形成されており、ビームＯＮ期間が大きいほど形成されるＳＯＢＰ幅も大きくなっている。ｅ’，ｆ’ ，ｇ’ ，ｈ’の線量分布をそれぞれ有する各イオンビームにおける正線量カウント値（線量モニタカウンタ３８で得られたカウント値）は、図９に示す相対線量Ｇ1’，Ｇ2’，Ｇ3’，Ｇ4’となる。相対線量Ｇ1’，Ｇ2’，Ｇ3’，Ｇ4’は、図９に示すようにビームＯＮ期間が大きいほどＳＯＢＰ幅が大きくなるためこのＳＯＢＰ幅の影響を受けて増大する。例えば、ビームＯＮ期間の割合が１００％である場合の正線量モニタ３１位置での線量分布ｅ’を、比較のために、図８において二点鎖線で示す。図８に示すように、正線量モニタ３１位置での相対線量Ｇ１’は参照モニタ２７位置での相対線量Ｇ１に比べてＳＯＢＰ幅の影響を受け大きくなっていることがわかる。
【００４２】
参照線量カウント値は、図１０に示すように、ビームＯＮ期間に比例して増加する。正線量カウント値は、ビームＯＮ期間と共にＳＯＢＰ幅に依存するため、ビームＯＮ期間が長くなるにつれて、図１０に示すように、参照線量カウント値よりも顕著に増大する。このように、正線量カウント値はＳＯＢＰ幅に依存するが、ビームＯＮ期間（荷電粒子数）にも依存するため、正線量カウント値でＳＯＢＰ幅を特定するためにはイオンビームの荷電粒子数を平均化する必要がある。参照線量カウント値はイオンビームの荷電粒子数にのみ依存することから、正線量カウント値を参照線量カウント値で除することにより、その荷電粒子数を平均化できる。すなわち、正線量カウント値を参照線量カウント値で除した比（以下、正／参照線量カウント比と記載する）は、ＳＯＢＰ幅にのみ依存する値となる。
【００４３】
図１０に示す正線量カウント値及び参照線量カウント値を正／参照線量カウント比に置き換えると、図１１に示す特性曲線になる。また、ビームＯＮ期間とＳＯＢＰ幅には図１２に示す関係がある。このため、図１１及び図１２に示す特性に基づいて、図１３に示す正／参照線量カウント比とＳＯＢＰ幅との関係を示す特性曲線を導き出せる。図１３の特性曲線で表される正／参照線量カウント比とＳＯＢＰ幅との関係は予め計算及び実験等により求められる。以上述べた正／参照線量カウント比がＳＯＢＰ幅と関係するという特性は、発明者らが初めて見出した新たな知見である。その正／参照線量カウント比とＳＯＢＰ幅との関係を示す特性の情報（例えば、図１３に示す特性の情報）は、照射制御装置６４のメモリ６９に記憶されている。
【００４４】
以上の説明は、照射装置１６に入射されるイオンビームの入射エネルギーが一定であることを前提としているが、その入射エネルギーが変わると、上記した、正／参照線量モニタカウント比とＳＯＢＰ幅との関係を示す特性も、図１４及び図１５に示す特性のように変わる。図１４及び図１５に示す特性は、入射エネルギーを、図８及び図９に示す特性の入射エネルギーに比べて低くしている。図１４において、ｉはＲＭＷ４０の１周３６０°に対するビームＯＮ期間（ビームをＯＮする角度範囲）の割合が１００％、ｊはそのビームＯＮ期間の割合が９５％、ｋはそのビームＯＮ期間の割合が７２．５％、及びｍはそのビームＯＮ期間の割合が５０％のそれぞれの場合における、参照モニタ２７位置での線量分布である。図１５において、ｉ’はＲＭＷ４０の１周３６０°に対するビームＯＮ期間（ビームをＯＮする角度範囲）の割合が１００％、ｊ’はそのビームＯＮ期間の割合が９５％、ｋ’はそのビームＯＮ期間の割合が７２．５％、及びｍ’はそのビームＯＮ期間の割合が５０％のそれぞれの場合における、正線量モニタ３１位置での線量分布である。図１４に示す線量分布ｉ，ｊ，ｋ，ｍは、図８に示す線量分布ｅ，ｆ，ｇ，ｈに比べ、イオンビームの入射エネルギーが小さくなった分、水等価厚が減少し、また相対線量が増加する。また、図１５に示す線量分布ｉ’，ｊ’，ｋ’，ｍ’は、図９に示す線量分布ｅ’，ｆ’ ，ｇ’ ，ｈ’に比べ、イオンビームの入射エネルギーが小さくなった分、同様に水等価厚が減少し、また相対線量が増加する。したがって、参照線量カウント値に相当する相対線量Ｇ5，Ｇ6，Ｇ7，Ｇ8は前述の相対線量Ｇ1，Ｇ2，Ｇ3，Ｇ4に比べて増加し、正線量カウント値に相当する相対線量Ｇ5’，Ｇ6’，Ｇ7’，Ｇ8’も前述の相対線量Ｇ1’，Ｇ2’，Ｇ3’，Ｇ4’よりも増加する。図１５に示すように、形成されるＳＯＢＰ幅も、図９に示すＳＯＢＰ幅よりも小さくなっている。このため、照射装置１６内に入射されるイオンビームの入射エネルギーが異なると、正／参照線量カウント比とＳＯＢＰ幅の関係を示す特性も異なる。したがって、本実施形態では、入射エネルギーごとにそのエネルギーに対応した正／参照線量モニタカウント比とＳＯＢＰ幅との関係を示す特性の情報が、照射制御装置６４のメモリ６９に記憶されている。
【００４５】
荷電粒子ビーム出射装置２４による治療開始前に、医者は、Ｘ線ＣＴ装置（図示せず）によって得られた患者２２の患部Ｋ付近の断層像を用いて診断を行い、患部Ｋの位置及びサイズを把握すると共に、イオンビームの照射方向、最大照射深さ等の情報を治療計画装置７１に入力する。治療計画装置７１は、治療計画ソフトによって、入力されたイオンビームの照射方向、最大照射深さ等に基づき、ＳＯＢＰ幅、照射野径及び患部Ｋに対する目標線量等を算出する。さらに、治療計画装置７１は、各種運転パラメータ（シンクロトロン４から出射されるイオンビームのエネルギー（照射装置１６への入射エネルギー）、回転ガントリー角度、及びイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ時におけるＲＭＷ４０の各回転角度）を算出すると共に、治療に適切なＲＭＷ４０を選定する。回転角度及び目標線量、さらに、図１６に示された照射野径、飛程、入射エネルギー（入射Ｅｇ）、第１散乱体の厚み（ＳＣ１厚）、ＳＯＢＰ幅、第２散乱体５５の種類（ＳＣ２種類）、飛程調整装置３０におけるビーム経路に位置させる吸収体６０の厚み（ＲＳ厚）及びブロックコリメータ３３の開口径（ＢＣ開口径）等の上記した治療計画情報が、荷電粒子ビーム出射装置２４の中央制御装置７０に入力され、中央制御装置７０の記憶装置（図示せず）に記憶される。以上に述べた各治療計画情報は、中央制御装置７０から照射制御装置６４のメモリ６９に記憶される。
【００４６】
ガントリー制御装置（図示せず）は、メモリ６９より入力した回転ガントリー角度情報に基づいて、照射装置１６のビーム経路がその角度で患者２２を向くように、回転ガントリーを回転させる。患者が横たわっている治療用ベッド２１を移動させて患部Ｋが照射装置１６のビーム経路の延長線上に位置するように、治療用ベッド２１の位置決めがなされる。
【００４７】
照射制御装置６４の駆動制御部６８は、メモリ６９に記憶された照射野径、飛程及び入射エネルギーの各情報を用いて、メモリ６９に予め記憶されている図１６に例示したような照射条件情報から、第１散乱体の厚み、ＳＯＢＰ幅、第２散乱体の種類、吸収体の厚み、及びブロックコリメータ開口径を選定する。駆動制御部６８は、第１散乱体の厚みの情報に基づいて、ビーム軸ｍ上に位置するようにその厚みの第１散乱体を移動させる。駆動制御部６８は、選定された第２散乱体５５がビーム軸ｍ上に位置するようにモータ５７を駆動して回転テーブル５６を回転させる。また、駆動制御部６８は、選定された吸収体６０がビーム軸ｍ上に位置するように吸収体駆動装置６２を介して吸収体操作装置６１操作する。駆動制御部６８は、選定されたブロックコリメータ３３の開口径情報に基づき、図示しない駆動装置を制御し、ブロックコリメータ３３の各ブロックを駆動し、その開口径を所定の径にする。
【００４８】
各種の治療計画情報は、荷電粒子ビーム出射装置２４の制御室内に設置された表示装置に表示される。治療を受ける患者２２に対するＲＭＷ４０、ボーラス３５及び患者コリメータ３４が、作業員によって、照射装置１６のケーシング２５内に図２に示すように設置される。
【００４９】
照射制御装置６４のＳＯＢＰ幅演算装置６７は、選定された入射エネルギーに基づき、この入射エネルギーに対応した正線量／参照線量カウント比とＳＯＢＰ幅との関係情報をメモリ６９から読み出す。また、照射制御装置６４の照射制御部６６は、治療する患者２２に対する、ケーシング２５内に設置したＲＭＷ４０の回転角度情報（例えば、後述のα１〜α６）、及び目標線量をメモリ６９から読み出す。
【００５０】
荷電粒子ビーム出射装置２４を用いた患部Ｋの治療について、以下に説明する。シンクロトロン４は、前段加速器３からのイオンビームの入射、イオンビームの加速、イオンビームの出射、及び減速を繰り返して運転される。設定エネルギーである出射エネルギーまでイオンビームが加速されると、イオンビームの加速が終了し、イオンビームがシンクロトロン４から出射可能な状態（イオンビームの出射可能な状態）になる。イオンビームの加速終了情報は、シンクロトロン４の電磁石等の状態をセンサ（図示）で監視している電磁石電源制御装置から中央制御装置７０に伝えられる。
【００５１】
荷電粒子ビーム出射装置２４における前述したＳＯＢＰ幅形成のためのイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦに係る制御を、図１、図２、図５及び図１７を用いて説明する。以下におけるイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦに係る制御は、図５におけるケースｂの一例に基づいて説明する。このケースｂの一例では、黒丸の点５２Ａ、５２Ｂ及び５２Ｃがイオンビームの出射ＯＮ（出射開始）時点であり、白丸の点５３Ａ、５３Ｂ及び５３Ｃがイオンビームの出射ＯＦＦ（出射停止）時点である。照射制御部６６は、ケースｂの制御を行うに際して、回転角度の設定値である回転角度α１〜α６（α３〜α６は図示せず）を、メモリ６９から入力する。回転角度α１は基準線４１から点５２Ａまでの角度であり、回転角度α２は基準線４１から点５３Ａまでの角度であり、回転角度α３は基準線４１から点５２Ｂまでの角度であり、回転角度α４は基準線４１から点５３Ｂまでの角度であり、回転角度α５は基準線４１から点５２Ｃまでの角度であり、回転角度α６は基準線４１から点５３Ｃまでの角度である。回転角度α１〜α６は、基準線４１がビーム軸ｍに位置するときを基準にした角度を示している。図５において、黒丸の位置がイオンビームの出射を開始する位置であり、白丸の位置がイオンビームの出射を停止する位置である。
【００５２】
照射制御部６６は、図１７に示す制御フローに基づいてイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦに係る制御を実行する。まず、加速器（シンクロトロン４）の加速終了信号（イオンビームが出射可能な状態になったことを示す信号）を入力する（ステップ７３）。この加速終了信号は中央制御装置７０から入力される。回転装置４２に回転開始信号を出力する（ステップ７４）。回転装置４２は回転開始信号に基づいて回転される。回転装置４２の回転力は回転軸４９を介して回転軸４３に伝えられ、ＲＭＷ４０が回転される。ＲＭＷ４０の回転数は１秒間当り１００〜２００回転の範囲内の回転数に設定される。回転角度の計測値が回転角度の第１設定値と一致するかが判定される（ステップ７５）。角度計３９で計測されたＲＭＷ４０の回転角度の計測値は、照射制御部６６に入力される。この計測値が出射開始信号を出力するための回転角度の第１設定値（回転角度α１、α３及びα５のいずれか）と一致するかが判定される。回転角度の計測値が第１設定値と一致した場合は、出射開始信号が出力される（ステップ７６）。この出射開始信号によって、開閉スイッチ９が閉じられる。開閉スイッチ１０は閉じている。第１高周波電源８から出力された高周波が高周波印加装置５より周回しているイオンビームに印加されるため、イオンビームがシンクロトロン４から出射される。このイオンビームは、照射装置１６に輸送される。
【００５３】
このイオンビームは、照射装置１６内でビーム軸ｍに沿って進行する。イオンビームは、ビームプロファイルモニタ２６、参照モニタ２７を通過する。参照モニタ２７は、イオンビームの線量（参照線量）を計測する。この参照線量計測値は線量モニタカウンタ３７に入力される。回転しているＲＭＷ４０を通過したイオンビームは、第１散乱体によりビーム軸ｍに直交する方向に拡大される。その後、イオンビームは、第２散乱体５５により上記直交する方向で線量分布が平坦化され、飛程調整装置３０の吸収体６０を通過してエネルギーを減少されて患者２２の体内における飛程が調整される。吸収体６０を通過したイオンビームは、正線量モニタ３１で線量（正線量）を計測され、平坦度モニタ３２でビーム軸ｍ方向に垂直な方向における平坦度が確認される。正線量計測値は線量モニタカウンタ３８に入力される。イオンビームは、さらに、ブロックコリメータ３３、患者コリメータ３４及びボーラス３５を通過して、ビーム軸ｍに沿って照射装置１６より出射され、患部Ｋに照射される。
【００５４】
患部Ｋに照射された線量が目標線量に到達したかが判定される（ステップ７７）。また、回転角度の計測値が回転角度の第２設定値と一致するかが判定される（ステップ７８）。正線量モニタ３１によって測定された患部Ｋに照射される線量、及び回転角度の計測値は、常に照射制御部６６に入力されている。ステップ７７においては、正線量モニタ３１によって測定された線量計測値の累積値が目標線量になったかが判定される。この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップ７８の処理に優先してステップ８２の処理が実行され、出射停止信号が出力される。このビーム出射停止信号によって、開閉スイッチ９が開き、高周波印加装置５への高周波の供給が停止される。このため、シンクロトロン４からのイオンビームの出射が停止される。治療用ベッド２１上の患者２２に対するイオンビームの照射が終了する。回転装置４２に停止信号を出力する（ステップ８３）。回転装置４２の回転が停止し、ＲＭＷ４０の回転も停止する。
【００５５】
ステップ７７の判定が「ＮＯ」である場合には、ステップ７８の処理が実行される。ステップ７８において、回転角度の計測値が出射停止信号を出力するための回転角度の第２設定値（回転角度α２、α４及びα６のいずれか）と一致したと判定された場合には、出射停止信号が出力される（ステップ７９）。出射停止信号の出力により、上記したように開閉スイッチ９が開き、シンクロトロン４からのイオンビームの出射が停止される。ステップ７６の出射開始信号の出力からステップ７９の出射停止信号の出力までの期間は、例えば、羽根部４５Ａの平面領域４７Ａから羽根部４５Ｂの平面領域４７Ｂが、イオンビームが通るビーム軸ｍを横切る期間であって、実質的にビームＯＮの期間である。開閉スイッチ９が閉じてシンクロトロン４からイオンビームが出射されるまでに要する時間は１／１０００秒以下であり、逆に開閉スイッチ９が開いてイオンビームの出射が停止されるまでに要する時間も１／１０００秒以下である。
【００５６】
ステップ８０で、再度、正線量モニタ３１からの検出信号を基に得られた患部Ｋに照射された線量が目標線量に到達したかが判定される。この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップ８１の処理が実行される。すなわち、上記したビームＯＮの期間が終了した後、シンクロトロン４内にイオンビームが十分に存在するかを判定する。このイオンビームの存在量（イオンビームの電流密度）は、電磁石電源制御装置がシンクロトロン４に設けられたセンサ（図示せず）の計測値を基に監視している。イオンビームの電流密度の計測値は、中央制御装置７０を介して照射制御部６６に入力されている。ステップ８１の判定は、電流密度の計測値を用いて行われる。判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップ７５〜８０の処理が実行される。この繰り返し処理における、ステップ７６の出射開始信号の出力からステップ７９の出射停止信号の出力までの期間は、例えば、羽根部４５Ｂの平面領域４７Ｃから羽根部４５Ｃの平面領域４７Ｄがビーム軸ｍを横切る期間であって、実質的にビームＯＮの期間である。次のステップ７５〜８０の繰り返し処理における、羽根部４５Ｃの平面領域４７Ｅから羽根部４５Ａの平面領域４７Ｆがビーム軸ｍを横切る期間も、実質的にビームＯＮの期間である。２つのビームＯＮの期間の間には、図６に示すようにビームＯＦＦの期間が存在する。ステップ７５〜８０の繰り返し処理時に、ステップ７７または８０で、線量計測値の累積値が目標線量になったと判定されると、ステップ８３の処理が行われて患者２２へのイオンビームの照射は終了する。
【００５７】
ステップ８１の判定が「ＮＯ」の場合には、ステップ７３からの処理が実行される。すなわち、シンクロトロン４内を周回しているイオンビームの電流密度が低下してイオンビームの出射が不可能な場合には、シンクロトロン４を減速させる。電磁石電源制御装置がシンクロトロン４及びビーム輸送系２等に設けられた電磁石に供給する電流値を低下させる。それらの電磁石に供給される電流値がイオンビームの入射状態に保持される。イオンビームが前段加速器３からシンクロトロン４に入射される。このイオンビームは前述のように出射エネルギーになるまで加速される。イオンビームの加速終了後にスッテップ７３からの処理が、照射制御部６６で実行される。
【００５８】
ステップ７６とステップ７８の間でステップ７７の判定を行うため、イオンビームが回転しているＲＭＷ４０を通過している間に、線量計測値の累積値が目標線量になったとき、イオンビームの出射を停止することができる。したがって、患部Ｋにイオンビームが過大に照射されることを防止できる。例えば、図５において、羽根部４５Ａと羽根部４５Ｂとの間に位置する開口４６がビーム軸ｍの位置に存在するときにステップ７７で「ＹＥＳ」と判定された場合には、イオンビームの出射を停止できる。このため、その開口４６がビーム軸ｍに位置してから回転角度の第２設定値に対する点５３Ａがビーム軸ｍに位置するまでの間におけるイオンビームの患部Ｋへの照射を停止できる。
【００５９】
上記したケースｂの一例においては、点５２Ａから点５３Ａまでの領域、点５２Ｂから点５３Ｂまでの領域及び点５２Ｃから点５３Ｃまでの領域はＲＭＷ４０におけるイオンビーム通過領域である。点５３Ａから点５２Ｂまでの領域、点５３Ｂから点５２Ｃまでの領域及び点５３Ｃから点５２Ａまでの領域はＲＭＷ４０におけるイオンビームの通過しない領域（イオンビーム非通過領域）である。ケースｂの一例について説明したが、１つのＲＭＷ４０に対して、出射開始信号を出力するための回転角度の第１設定値、及び出射停止信号を出力するための回転角度の第２設定値を変えることにより種々のＳＯＢＰ幅を形成することができる。図６に示す各「ビームＯＮ」は開口４６をイオンビームが通過しているが、イオンビームが開口４６を通過せず頂部３６を通過させるように制御することも可能である。照射制御部６６は、例えば、図５において、点５３Ｃがビーム軸ｍに到達したときに出射開始信号を出力し、点５２Ａがビーム軸ｍに到達したときに出射停止信号を出力する。
【００６０】
以上に述べた照射制御部６６によるイオンビームの出射ＯＮ／ＯＦＦ制御により、治療計画で定めた、患者２２に対する所望のＳＯＢＰ幅を患部Ｋに形成することができる。
【００６１】
イオンビームを照射装置１６から出射している間、駆動制御部６８は、第２散乱体装置２９，飛程調整装置３０、及びブロックコリメータ３３の機器状態情報をそれぞれリアルタイムに（又は例えば一定周期おきに）入力する。それらの機器状態情報は、それらの機器に設置したセンサ（図示せず）で検出される。駆動制御部６８はこれらの機器状態情報がメモリ６９から読み出し第２散乱体の種類、吸収体の厚み、及びブロックコリメータ開口径の情報のうち該当する情報と一致するかを判定する。一致しない機器状態情報がある場合、すなわちその判定が「ＮＯ」である場合には、駆動制御部６８はインターロック装置７２にインターロック信号を出力する。インターロック装置７２は、そのインターロック信号に基づいて開閉スイッチ１０を開く。このため、開閉スイッチ９が閉じた状態であっても、第１高周波電源８からの高周波の高周波印加装置５への供給が停止され、シンクロトロン４からのイオンビームの出射が停止される。なお、その判定が「ＹＥＳ」である場合には、インターロック装置７２は開閉スイッチ１０を開かないため、開閉スイッチ９が閉じられていると、シンクロトロン４からのイオンビームの出射が継続される。
【００６２】
ＳＯＢＰ幅演算装置６７は、照射中のイオンビームのＳＯＢＰ幅が所定の幅となっているかどうかの判定を行う。この詳細は、以下に説明する。ＳＯＢＰ幅演算装置６７は、線量モニタ２７で検出され線量モニタカウンタ３７でカウントされたイオンビームの、ＲＭＷ装置２８の上流側における線量、及び線量モニタ３１で検出され線量モニタカウンタ３８でカウントされたイオンビームの、ＲＭＷ装置２８の下流側における線量が入力される。（正確にはそれぞれ電離電荷量が入力され、ＳＯＢＰ幅演算装置６７にて線量に換算される）。イオンビームを患者２２に照射している間、参照モニタ２７での検出信号を基に線量モニタカウンタ３７で得られた参照線量、及び正線量モニタ３１での検出信号を基に線量モニタカウンタ３８で得られた正線量が、リアルタイムに（又は例えば一定周期おきに）が、照射制御装置６４のＳＯＢＰ幅演算装置６７に入力される。ＳＯＢＰ幅演算装置６７は、入力した参照線量及び正線量に基づいて正／参照線量カウント比を算出し、及びメモリ６９に記憶されている正／参照線量カウント比とＳＯＢＰ幅との関係を示す特性の情報を用いて、算出された正／参照線量カウント比に対するＳＯＢＰ幅を算出する。ＳＯＢＰ幅演算装置６７は、算出されたＳＯＢＰ幅が、中央制御装置７０から入力した治療計画情報であるＳＯＢＰ幅（ＳＯＢＰ幅設定値）と一致するかを判定する。算出されたＳＯＢＰ幅（実ＳＯＢＰ幅）が患者２２の体内で形成されている実際のＳＯＢＰ幅である。実ＳＯＢＰ幅がＳＯＢＰ幅設定値に一致していない場合、ＳＯＢＰ幅演算装置６７はインターロック信号（ＳＯＢＰ幅異常信号）をインターロック装置７２に出力する。このとき、インターロック装置７２は、スイッチＯＦＦ信号を開閉スイッチ１０に出力し、開閉スイッチ１０を開く。このため、第１高周波電源８から高周波印加装置５への高周波の供給が停止され、シンクロトロン４からのイオンビームの出射が停止される。実ＳＯＢＰ幅がＳＯＢＰ幅設定値に一致している場合、ＳＯＢＰ幅演算装置６７はＳＯＢＰ幅正常信号をインターロック装置７２に出力するため、インターロック装置７２はスイッチＯＦＦ信号を出力しない。このため、所望のＳＯＢＰ幅が患者２２の体内に形成されているとして、患者２２へのイオンビームの照射が継続される。このイオンビームの照射は、前述したように正線量モニタ３１の検出信号を基に得られた正線量が目標線量に達するまで行われる。ＳＯＢＰ幅演算装置６７から出力されたＳＯＢＰ幅異常信号またはＳＯＢＰ幅正常信号は、表示装置５４に表示される。ＳＯＢＰ幅演算装置６７はＳＯＢＰ幅判定装置でもある。なお、ＳＯＢＰ幅設定値は、患者２２によって異なり、同一の患者２２でも治療の進行に伴う患部Ｋの縮小により異なる。
【００６３】
本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置２４によれば、ＲＭＷ４０を回転させた状態でイオンビームをＯＮ／ＯＦＦ制御するため、回転方向において、ＲＭＷ４０内でイオンビームが通過する領域を、ＲＭＷ４０の回転方向において、変化させることができる。このため、１つのＲＭＷ４０で、患者２２の体表面からの深さ方向で異なる幅を有する複数のＳＯＢＰ幅を形成することができ、１つのＲＭＷ４０を複数の患者に使用することができる。すなわち、１つのＲＭＷ４０を用いて治療できる患者数が増加する。また、１つのＲＭＷ４０を用いて、複数のＳＯＢＰ幅を形成することができるため、荷電粒子ビーム出射装置２４を有するがん治療センタで準備するＲＭＷの個数が低減できる。１つのＲＭＷ４０で複数のＳＯＢＰ幅を形成できることは、照射装置１６に設置されたＲＭＷの交換回数が減少する。これは、治療の準備に要する時間が短縮されることになり、荷電粒子ビーム出射装置２４における患者の治療人数が増加できる。特に、本実施形態は、イオンビームのＯＮ／ＯＦＦ制御をＲＭＷ４０の回転角度（具体的には回転角度の計測値及び設定値）に基づいて行っているため、特定のＳＯＢＰ幅を精度良く形成することができる。ビームのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うＲＭＷの回転角度を変えることによって、種々のＳＯＢＰ幅を形成することができる。
【００６４】
シンクロトロン４では、加速されるイオンの数が同じであるため、ビームＯＮの期間を短縮しても、第１高周波電源８から高周波印加装置５に供給する出射用の高周波のパワーを増加することによって、ビームＯＮの期間中にシンクロトロン４から出射されるイオンビームの電流密度を増大できる。このため、ビームＯＮの期間が短くても患者に照射される線量率（単位時間当りで単位体積当りに照射される放射線量）を増大できる。厚さの薄い患部Ｋ、または体積が小さい患部Ｋを有する患者２２に対しては、電流密度が増大されたイオンビームを照射することによってイオンビームの照射時間を短縮できる。この照射時間の短縮は、患者２２の負担を軽減でき、１年間当りの治療人数を増加できる。ビームＯＮの期間を短縮する場合でも、出射用の高周波のパワーを前述のように増大することによって、周回する全てのイオンビームを実質的にシンクロトロン４から出射させることができるため、シンクロトロン４等の機器の放射化の度合いが低下する。
【００６５】
加速器としてシンクロトロンの代りにサイクロトロンを用い、サイクロトロンから出射されたイオンビームを照射装置１６に導くことが考えられる。しかしながら、サイクロトロンは、シンクロトロンのように減速工程がなく、イオンビームの入射、加速及び出射の各工程を連続して行うため、「ビームＯＮ」の期間を短くすると、単位時間当りに照射装置１６から出射されるイオンの数が減少する。しかしながら、患部Ｋに対する線量率は変わらない。これは、ＳＯＢＰ幅を減少させる、つまり、照射体積を減らしていることと等価である。この結果、「ビームＯＮ」の期間を短くしても、厚さの薄い患部Ｋ、または体積が小さい患部Ｋを有する患者２２に対しては、イオンビームの照射時間が変わらない。サイクロトロンにおいて「ビームＯＦＦ」をイオンビームの加速過程または加速後に行えば、捨てられるイオンビーム量が多くなり、サイクロトロン等の機器の放射化が増加する。
【００６６】
本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置２４によれば、ＲＭＷ４０に対するビームＯＮ／ＯＦＦ制御により形成された実ＳＯＢＰ幅がＳＯＢＰ幅設定値であるか否かをイオンビームの照射中にリアルタイムに確認することができる。実ＳＯＢＰ幅がＳＯＢＰ幅設定値でない場合にはイオンビームの出射を停止できるので、治療計画で設定したＳＯＢＰ幅と異なる異常なＳＯＢＰ幅が患者２２内で形成されることを避けることができる。このため、イオンビームによる治療の安全性が著しく向上する。すなわち、本実施形態によれば、治療計画で設定したＳＯＢＰ幅が患者２２の体内に形成されるときにのみ、イオンビームを患者２２に照射できる。
【００６７】
ＳＯＢＰ幅演算装置６７から出力されたＳＯＢＰ幅異常信号またはＳＯＢＰ幅正常信号が表示装置５４に表示されるため、医者（または放射線技師）は患者２２内で形成されているＳＯＢＰ幅の正常（または異常）を確認できる。このため、万が一、表示装置５４にＳＯＢＰ幅異常信号（ＳＯＢＰ幅異常情報）が表示されても、インターロック装置７２等の異常により、シンクロトロン４からのイオンビームの出射が停止されない場合には、医者（または放射線技師）は制御室内のオペレータコンソール（図示せず）に設けられたビーム出射停止ボタンを押すことにより、開閉スイッチ１０を開くことができる。すなわち、手動でシンクロトロン４からのイオンビームの出射を停止できる。
【００６８】
実ＳＯＢＰ幅とＳＯＢＰ幅設定値とが一致しない場合は、参照モニタ２７と正線量モニタ３１との間に配置された機器、すなわち、ＲＭＷ装置２８、第１散乱体、第２散乱体装置２９、飛程調整装置３０のいずれかに何らかの異常があることが検出されたことになる。但し、本実施形態では前述したように、検出された、第１散乱体、第２散乱体装置２９、飛程調整装置３０の機器状態情報に異常がなければ、ＲＭＷ装置２８に係わる異常（すなわち所望のＳＯＢＰ幅が形成されていない）と特定できる。なお、正線量モニタ３１をＲＭＷ装置２８と第２散乱体装置２９との間に設け、純粋にＲＭＷ装置２８の機器状態のみを検出するような構成としてもよい。
【００６９】
本実施形態における、実ＳＯＢＰ幅の正常（または異常）の確認する構成は、ＲＭＷ４０におけるビームのＯＮ／ＯＦＦ制御を行う場合に限らず、ＲＭＷの回転中にイオンビームのＯＮ／ＯＦＦ制御を行わない照射装置１６において、患者毎に交換して設置されたＲＭＷの確認に用いることも可能である。通常、ＲＭＷには識別子（例えばバーコード）が取り付けられ、照射装置１６側にはその識別子を読むリーダが設けられており、間違ったＲＭＷ４０が取り付けられた場合にはイオンビームの出射を不能にするインターロック機能が設けられる。実ＳＯＢＰ幅の正常（または異常）の確認する構成の適用によって、例えば何らかの原因によりこのインターロック機能が働かない場合でも、前述した実ＳＯＢＰ幅の異常の確認によって間違ったＲＭＷの設置を検出でき、イオンビームの出射を停止できる。したがって、荷電粒子ビーム出射装置の安全性をさらに向上できる。また、ＲＭＷではなくＳＯＢＰ幅を形成するリッジフィルタを用いる荷電粒子ビーム出射装置であっても、前述した実ＳＯＢＰ幅の正常（または異常）の確認する構成の適用によって、間違ったリッジフィルタを設置した場合に患者へのイオンビームの出射を阻止することができる。
【００７０】
（実施形態２）
本発明の他の実施形態である荷電粒子ビーム出射装置を、図１８を用いて以下に説明する。本実施形態の荷電粒子ビーム出射装置２４Ａは、荷電粒子ビーム出射装置２４における、シンクロトロン４を有する荷電粒子ビーム発生装置１を、サイクロトロン４Ａを有する荷電粒子ビーム発生装置１Ａに置き替え、ビーム輸送系２にエネルギー変更装置８６を付加した構成を有する。照射装置１６はＲＭＷ装置２８を有する。
【００７１】
荷電粒子ビーム発生装置１Ａは、加速装置８５を有するサイクロトロン４Ａ、イオン源８４及びエネルギー変更装置８６を備える。エネルギー変更装置８６は、サイクロトロン４Ａ付近でビーム輸送系２に設置される。エネルギー変更装置８６は、イオンビームを通過させてエネルギーを損失させる板状の複数のディグレーダ（図示せず）、エネルギーの低くなったイオンビームを偏向する偏向電磁石（図示せず）、偏向電磁石通過後のイオンビームの一部分を切り出すアパーチャ（図示せず）、及びイオンビームのビーム輸送系２下流側への輸送をシャットアウトするビームシャッタ（図示せず）を備える。
【００７２】
照射制御部６６によるイオンビームのＯＮ／ＯＦＦ制御は、図１７に示すステップ７３〜８３にもとづいて行われる。しかし、ステップ７６で照射制御部７２から出力される出射開始信号は、イオン源電源装置８７に出力される。イオン源電源装置８７は、出射開始信号の入力によりイオン源８４に電力を供給する。イオン源８４は起動されてイオンビームを出射させる。このイオンビームは、サイクロトロン４Ａに入射され、加速装置８１によって設定エネルギーまで加速される。設定エネルギーまで加速されたイオンビームは、出射用デフレクタ１１を介してサイクロトロン４Ａから出射される。その後、ステップ７９または８２で出力される出射停止信号がイオン電源装置８７に出力され、イオン源電源装置８７がイオン源８４への電力の供給を停止させる。イオンビームのサイクロトロン４Ａへの入射が停止され、サイクロトロン４Ａからのイオンビームの出射も停止される。
【００７３】
また、イオンビームの出射中において、ＳＯＢＰ幅演算装置６７がＳＯＢＰ幅異常信号を出力した場合には、インターロック装置７２がイオン源電源装置８７に電力供給停止信号を出力する。イオン源電源装置８７からイオン源８４への電力の供給が停止され、サイクロトロン４Ａからのイオンビームの出射が停止される。
【００７４】
実施形態２は、実施形態１で得られる、（１）厚さの薄い患部Ｋ、または体積が小さい患部Ｋを有する患者２２に対する、電流密度が増大されたイオンビームを照射することによってイオンビームの照射時間の短縮、（２）機器の放射化度合いの低下、の２つの効果以外の実施形態１で生じる効果を得ることができる。
【００７５】
なお、イオンビームのＯＮ／ＯＦＦ制御は、イオン源８４の起動／停止以外に、エネルギー変更装置８６のビームシャッタを開閉することによって行うことも可能である。また、偏向電磁石１５への電源供給の制御により、イオンビームの経路を変更させて、照射装置１６へのイオンビームの入射のＯＮ／ＯＦＦを制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１実施形態の荷電粒子ビーム出射装置の全体構成図である。
【図２】図１に示す照射装置の詳細構成を表す縦断面図である。
【図３】図１に示す線量モニタの概略構成を示す構成図である。
【図４】図１に示すＲＭＷの斜視図である。
【図５】図４に示したＲＭＷの平面図であり、イオンビームの出射のケースａ〜ｃを例として示したものである。
【図６】図５に示すケースａ〜ｃにおけるそれぞれのビームＯＮ及びビームＯＦＦを時系列で示した図である。
【図７】図５に示すケースａ〜ｃのそれぞれに対する深さ方向の線量分布及びＳＯＢＰ幅を示す図である。
【図８】ビームＯＮ期間の割合を４種類に変化させて照射した場合の参照モニタ位置で得られる線量分布を表す図である。
【図９】ビームＯＮ期間の割合を４種類に変化させて照射した場合の正線量モニタ位置で得られる線量分布を表す図である。
【図１０】正線量モニタ及び参照モニタにおける、ビームＯＮ期間での線量カウント値の変化を示す特性図である。
【図１１】ビームＯＮ期間における正／参照線量カウント比の変化を示す特性図である。
【図１２】ビームＯＮ期間におけるＳＯＢＰ幅の変化を示す特性図である。
【図１３】ＳＯＢＰ幅に対する正／参照線量カウント比の変化を示す特性図である。
【図１４】入射エネルギーを低くした場合における、ビームＯＮ期間の割合を４種類に変化させて照射した場合の参照モニタ位置で得られる線量分布を表す図である。
【図１５】入射エネルギーを低くした場合における、ビームＯＮ期間の割合を４種類に変化させて照射した場合の正線量モニタ位置で得られる線量分布を表す図である。
【図１６】図２に示す照射制御装置のメモリに記憶された治療計画情報の一例を示す説明図である。
【図１７】図１に示す照射制御部で実行される制御ステップに係るフローチャートである。
【図１８】本発明の他の実施例である実施形態２の荷電粒子ビーム出射装置の全体構成図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを照射対象に対して出射する荷電粒子ビーム出射装置おいて、
前記荷電粒子ビームを発生する荷電粒子ビーム発生装置と、
前記荷電粒子ビーム発生装置から出射された前記荷電粒子ビームの進行方向における厚みが変化し、かつ通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変えて前記照射対象内に拡大ブラッグピーク幅を形成させるビームエネルギー調整装置を有し、前記ビームエネルギー調整装置を通過した前記荷電粒子ビームを前記照射対象に対して出射する照射装置と、
前記荷電粒子ビームの進行方向で前記ビームエネルギー調整装置の上流側に配置された第１線量検出装置と、
前記荷電粒子ビームの進行方向で前記ビームエネルギー調整装置の下流側に配置された第２線量検出装置と、
前記第１線量検出装置で検出された第１線量及び前記第２線量検出装置で検出された第２線量に基づいて前記拡大ブラッグピーク幅を算出する拡大ブラッグピーク幅演算装置とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項２】
前記第１線量及び前記第２線量に基づいた前記拡大ブラッグピーク幅の算出を、前記第１線量と前記第２線量との比に基づいて行う前記拡大ブラッグピーク幅演算装置を備えた請求項１記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項３】
前記ビームエネルギー調整装置は厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変える回転体を含んでいる請求項１記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項４】
前記回転体の回転時に、前記荷電粒子ビーム発生装置からの前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を制御する制御装置を備えた請求項３記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項５】
前記記荷電粒子ビームの出射及び出射停止の制御を前記回転体の回転角度に基づいて行う前記制御装置を備えた請求項４記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項６】
前記ビームエネルギー調整手段は、前記荷電粒子ビームの進行方向における厚みが異なるリッジフィルタである請求項１記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項７】
前記拡大ブラックピーク幅を表示する表示装置を備えた請求項１記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項８】
荷電粒子ビームを照射対象に対して出射する荷電粒子ビーム出射装置おいて、
前記荷電粒子ビームを発生する荷電粒子ビーム発生装置と、
前記荷電粒子ビーム発生装置から出射された前記荷電粒子ビームの進行方向における厚みが変化し、かつ通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変えて前記照射対象内に拡大ブラッグピーク幅を形成させるビームエネルギー調整装置を有し、前記ビームエネルギー調整装置を通過した前記荷電粒子ビームを前記照射対象に対して出射する照射装置と、
前記荷電粒子ビームの進行方向で前記ビームエネルギー調整装置の上流側に配置された第１線量検出装置と、
前記荷電粒子ビームの進行方向で前記ビームエネルギー調整装置の下流側に配置された第２線量検出装置と、
前記第１線量検出装置で検出された第１線量及び前記第２線量検出装置で検出された第２線量に基づいて前記拡大ブラッグピーク幅を算出し、算出された前記拡大ブラッグピーク幅が設定された幅であるかを判定する拡大ブラッグピーク幅判定装置とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項９】
算出された前記拡大ブッラグピーク幅が前記設定された幅でないとき、前記荷電粒子ビームの出射を停止するように前記荷電粒子ビーム発生装置を制御する第１制御装置を備えた請求項８記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１０】
前記算出された拡大ブラックピーク幅を表示する表示装置を備えた請求項８記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１１】
前記第１線量及び前記第２線量に基づいた前記拡大ブラッグピーク幅の算出を、前記第１線量と前記第２線量との比に基づいて行う前記拡大ブラッグピーク幅判定装置を備えた請求項８記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１２】
前記ビームエネルギー調整装置は厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変える回転体を含んでいる請求項８記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１３】
前記回転体の回転時に、前記荷電粒子ビーム発生装置からの前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を制御する第２制御装置を備えた請求項１２記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１４】
前記記荷電粒子ビームの出射及び出射停止の制御を前記回転体の回転角度に基づいて行う前記第２制御装置を備えた請求項１３記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１５】
前記ビームエネルギー調整手段は、前記荷電粒子ビームの進行方向における厚みが異なるリッジフィルタである請求項８記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１６】
前記回転体は、厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変える複数の前記羽根部を有する請求項１２記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１７】
前記荷電粒子ビーム発生装置がシンクロトロン及びサイクロトロンのいずれか一方を含んでいる請求項１または請求項８記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１８】
高周波印加装置を有するシンクロトロンを含む前記荷電粒子ビーム発生装置と、算出された前記拡大ブッラグピーク幅が前記設定された幅でないとき、前記シンクロトロンからの前記荷電粒子ビームの出射を停止するために、前記高周波印加装置への高周波の印加を停止させる前記第１制御装置を備えた請求項９記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１９】
厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変える回転体を含んでいる前記ビームエネルギー調整装置と、
前記回転体の回転時に、前記シンクロトロンからの前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を制御する第２制御装置とを備え、
前記第２制御装置は、前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止の制御を、前記高周波印加装置への高周波の供給及び供給停止を制御することによって行う請求項１８記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項２０】
サイクロトロン及び前記サイクロトロンに前記荷電粒子ビームを入射するイオン源を含む前記荷電粒子ビーム発生装置と、算出された前記拡大ブッラグピーク幅が前記設定された幅でないとき、前記サイクロトロンからの前記荷電粒子ビームの出射を停止するために、前記イオン源への電力の供給を停止させる前記第１制御装置を備えた請求項９記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項２１】
サイクロトロン及び前記サイクロトロンに前記荷電粒子ビームを入射するイオン源を含む前記荷電粒子ビーム発生装置と、前記サイクロトロンから出射された前記荷電粒子ビームのエネルギーを変更するエネルギー変更装置と、算出された前記拡大ブッラグピーク幅が前記設定された幅でないとき、前記照射装置への前記荷電粒子ビームの輸送を停止するために、前記エネルギー変更装置に設けられるシャッターを閉じる前記第１制御装置を備えた請求項９記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項２２】
荷電粒子ビーム発生装置から出射された荷電粒子ビームを、前記荷電粒子ビームの進行方向における厚みが変化し、かつ通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変えて前記照射対象内に拡大ブラッグピーク幅を形成させるビームエネルギー調整装置を有する照射装置より出射させる荷電粒子ビーム出射方法において、
前記荷電粒子ビーム進行方向において、前記ビームエネルギー調整装置の上流側で前記荷電粒子ビームの第１線量を検出し、前記ビームエネルギー調整装置の下流側で前記荷電粒子ビームの第２線量を検出し、
前記第１線量及び前記第２線量に基づいて前記拡大ブラッグピーク幅を算出することを特徴とする荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２３】
前記第１線量及び前記第２線量に基づいた前記拡大ブラッグピーク幅の算出を、
前記第１線量と前記第２線量との比に基づいて行う請求項２２記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２４】
前記ビームエネルギー調整装置に含まれている、厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変える回転体を回転させているときに、前記荷電粒子ビーム発生装置からの前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を行う請求項２２記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２５】
前記記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を前記回転体の回転角度に基づいて行う請求項２４記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２６】
荷電粒子ビーム発生装置から出射された荷電粒子ビームを、前記荷電粒子ビームの進行方向における厚みが変化し、かつ通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変えて前記照射対象内に拡大ブラッグピーク幅を形成させるビームエネルギー調整装置を有する照射装置より出射させる荷電粒子ビーム出射方法において、
前記荷電粒子ビーム進行方向において、前記ビームエネルギー調整装置の上流側で前記荷電粒子ビームの第１線量を検出し、前記ビームエネルギー調整装置の下流側で前記荷電粒子ビームの第２線量を検出し、
前記第１線量及び前記第２線量に基づいて前記拡大ブラッグピーク幅を算出し、算出された前記拡大ブラッグピーク幅が設定された幅であるかを判定することを特徴とする荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２７】
算出された前記拡大ブッラグピーク幅が前記設定された幅でないとき、前記荷電粒子ビームの出射を停止する請求項２６記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２８】
算出された前記拡大ブラックピーク幅を表示装置に表示する請求項２６記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２９】
前記第１線量及び前記第２線量に基づいた前記拡大ブラッグピーク幅の算出を、
前記第１線量と前記第２線量との比に基づいて行う請求項２６記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項３０】
前記ビームエネルギー調整装置に含まれている、厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変える回転体を回転させているときに、前記荷電粒子ビーム発生装置からの前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を行う請求項２６記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項３１】
前記記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を前記回転体の回転角度に基づいて行う請求項３０記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項１】
荷電粒子ビームを照射対象に対して出射する荷電粒子ビーム出射装置おいて、
前記荷電粒子ビームを発生する荷電粒子ビーム発生装置と、
前記荷電粒子ビーム発生装置から出射された前記荷電粒子ビームの進行方向における厚みが変化し、かつ通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変えて前記照射対象内に拡大ブラッグピーク幅を形成させるビームエネルギー調整装置を有し、前記ビームエネルギー調整装置を通過した前記荷電粒子ビームを前記照射対象に対して出射する照射装置と、
前記荷電粒子ビームの進行方向で前記ビームエネルギー調整装置の上流側に配置された第１線量検出装置と、
前記荷電粒子ビームの進行方向で前記ビームエネルギー調整装置の下流側に配置された第２線量検出装置と、
前記第１線量検出装置で検出された第１線量及び前記第２線量検出装置で検出された第２線量に基づいて前記拡大ブラッグピーク幅を算出する拡大ブラッグピーク幅演算装置とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項２】
前記第１線量及び前記第２線量に基づいた前記拡大ブラッグピーク幅の算出を、前記第１線量と前記第２線量との比に基づいて行う前記拡大ブラッグピーク幅演算装置を備えた請求項１記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項３】
前記ビームエネルギー調整装置は厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変える回転体を含んでいる請求項１記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項４】
前記回転体の回転時に、前記荷電粒子ビーム発生装置からの前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を制御する制御装置を備えた請求項３記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項５】
前記記荷電粒子ビームの出射及び出射停止の制御を前記回転体の回転角度に基づいて行う前記制御装置を備えた請求項４記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項６】
前記ビームエネルギー調整手段は、前記荷電粒子ビームの進行方向における厚みが異なるリッジフィルタである請求項１記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項７】
前記拡大ブラックピーク幅を表示する表示装置を備えた請求項１記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項８】
荷電粒子ビームを照射対象に対して出射する荷電粒子ビーム出射装置おいて、
前記荷電粒子ビームを発生する荷電粒子ビーム発生装置と、
前記荷電粒子ビーム発生装置から出射された前記荷電粒子ビームの進行方向における厚みが変化し、かつ通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変えて前記照射対象内に拡大ブラッグピーク幅を形成させるビームエネルギー調整装置を有し、前記ビームエネルギー調整装置を通過した前記荷電粒子ビームを前記照射対象に対して出射する照射装置と、
前記荷電粒子ビームの進行方向で前記ビームエネルギー調整装置の上流側に配置された第１線量検出装置と、
前記荷電粒子ビームの進行方向で前記ビームエネルギー調整装置の下流側に配置された第２線量検出装置と、
前記第１線量検出装置で検出された第１線量及び前記第２線量検出装置で検出された第２線量に基づいて前記拡大ブラッグピーク幅を算出し、算出された前記拡大ブラッグピーク幅が設定された幅であるかを判定する拡大ブラッグピーク幅判定装置とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項９】
算出された前記拡大ブッラグピーク幅が前記設定された幅でないとき、前記荷電粒子ビームの出射を停止するように前記荷電粒子ビーム発生装置を制御する第１制御装置を備えた請求項８記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１０】
前記算出された拡大ブラックピーク幅を表示する表示装置を備えた請求項８記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１１】
前記第１線量及び前記第２線量に基づいた前記拡大ブラッグピーク幅の算出を、前記第１線量と前記第２線量との比に基づいて行う前記拡大ブラッグピーク幅判定装置を備えた請求項８記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１２】
前記ビームエネルギー調整装置は厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変える回転体を含んでいる請求項８記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１３】
前記回転体の回転時に、前記荷電粒子ビーム発生装置からの前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を制御する第２制御装置を備えた請求項１２記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１４】
前記記荷電粒子ビームの出射及び出射停止の制御を前記回転体の回転角度に基づいて行う前記第２制御装置を備えた請求項１３記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１５】
前記ビームエネルギー調整手段は、前記荷電粒子ビームの進行方向における厚みが異なるリッジフィルタである請求項８記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１６】
前記回転体は、厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変える複数の前記羽根部を有する請求項１２記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１７】
前記荷電粒子ビーム発生装置がシンクロトロン及びサイクロトロンのいずれか一方を含んでいる請求項１または請求項８記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１８】
高周波印加装置を有するシンクロトロンを含む前記荷電粒子ビーム発生装置と、算出された前記拡大ブッラグピーク幅が前記設定された幅でないとき、前記シンクロトロンからの前記荷電粒子ビームの出射を停止するために、前記高周波印加装置への高周波の印加を停止させる前記第１制御装置を備えた請求項９記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項１９】
厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変える回転体を含んでいる前記ビームエネルギー調整装置と、
前記回転体の回転時に、前記シンクロトロンからの前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を制御する第２制御装置とを備え、
前記第２制御装置は、前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止の制御を、前記高周波印加装置への高周波の供給及び供給停止を制御することによって行う請求項１８記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項２０】
サイクロトロン及び前記サイクロトロンに前記荷電粒子ビームを入射するイオン源を含む前記荷電粒子ビーム発生装置と、算出された前記拡大ブッラグピーク幅が前記設定された幅でないとき、前記サイクロトロンからの前記荷電粒子ビームの出射を停止するために、前記イオン源への電力の供給を停止させる前記第１制御装置を備えた請求項９記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項２１】
サイクロトロン及び前記サイクロトロンに前記荷電粒子ビームを入射するイオン源を含む前記荷電粒子ビーム発生装置と、前記サイクロトロンから出射された前記荷電粒子ビームのエネルギーを変更するエネルギー変更装置と、算出された前記拡大ブッラグピーク幅が前記設定された幅でないとき、前記照射装置への前記荷電粒子ビームの輸送を停止するために、前記エネルギー変更装置に設けられるシャッターを閉じる前記第１制御装置を備えた請求項９記載の荷電粒子ビーム出射装置。
【請求項２２】
荷電粒子ビーム発生装置から出射された荷電粒子ビームを、前記荷電粒子ビームの進行方向における厚みが変化し、かつ通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変えて前記照射対象内に拡大ブラッグピーク幅を形成させるビームエネルギー調整装置を有する照射装置より出射させる荷電粒子ビーム出射方法において、
前記荷電粒子ビーム進行方向において、前記ビームエネルギー調整装置の上流側で前記荷電粒子ビームの第１線量を検出し、前記ビームエネルギー調整装置の下流側で前記荷電粒子ビームの第２線量を検出し、
前記第１線量及び前記第２線量に基づいて前記拡大ブラッグピーク幅を算出することを特徴とする荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２３】
前記第１線量及び前記第２線量に基づいた前記拡大ブラッグピーク幅の算出を、
前記第１線量と前記第２線量との比に基づいて行う請求項２２記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２４】
前記ビームエネルギー調整装置に含まれている、厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変える回転体を回転させているときに、前記荷電粒子ビーム発生装置からの前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を行う請求項２２記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２５】
前記記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を前記回転体の回転角度に基づいて行う請求項２４記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２６】
荷電粒子ビーム発生装置から出射された荷電粒子ビームを、前記荷電粒子ビームの進行方向における厚みが変化し、かつ通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変えて前記照射対象内に拡大ブラッグピーク幅を形成させるビームエネルギー調整装置を有する照射装置より出射させる荷電粒子ビーム出射方法において、
前記荷電粒子ビーム進行方向において、前記ビームエネルギー調整装置の上流側で前記荷電粒子ビームの第１線量を検出し、前記ビームエネルギー調整装置の下流側で前記荷電粒子ビームの第２線量を検出し、
前記第１線量及び前記第２線量に基づいて前記拡大ブラッグピーク幅を算出し、算出された前記拡大ブラッグピーク幅が設定された幅であるかを判定することを特徴とする荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２７】
算出された前記拡大ブッラグピーク幅が前記設定された幅でないとき、前記荷電粒子ビームの出射を停止する請求項２６記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２８】
算出された前記拡大ブラックピーク幅を表示装置に表示する請求項２６記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項２９】
前記第１線量及び前記第２線量に基づいた前記拡大ブラッグピーク幅の算出を、
前記第１線量と前記第２線量との比に基づいて行う請求項２６記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項３０】
前記ビームエネルギー調整装置に含まれている、厚みが回転方向において変化して通過する前記荷電粒子ビームのエネルギーを変える回転体を回転させているときに、前記荷電粒子ビーム発生装置からの前記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を行う請求項２６記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項３１】
前記記荷電粒子ビームの出射及び出射停止を前記回転体の回転角度に基づいて行う請求項３０記載の荷電粒子ビーム出射方法。
【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２００７−２９６３２１（Ｐ２００７−２９６３２１Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−６４６０１（Ｐ２００７−６４６０１）
【出願日】平成１９年３月１４日（２００７．３．１４）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（５０６０２５８９９）ザ ボード オブ レジェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ テキサス システム (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１４日（２００７．３．１４）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（５０６０２５８９９）ザ ボード オブ レジェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ テキサス システム (3)
【Ｆターム（参考）】
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