荷電粒子ビーム照射システム及び荷電粒子ビーム出射方法
【課題】
本発明の目的は、高い安全性を確保して、高精度で荷電粒子ビームを照射できる荷電粒子ビーム照射システム及び荷電粒子ビーム出射方法を提供することにある。
【解決手段】
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、ビーム進行方向と垂直な照射面上に走査する走査磁石に供給し、この走査磁石を通過した荷電粒子ビームの照射面上における位置及び線量に基づいて、荷電粒子ビーム発生装置からの荷電粒子ビームの出射量を制御する。具体的には、照射面上で分割して形成される複数の領域のうち、目標線量に達した領域への荷電粒子ビームの供給を停止し、目標線量に達していない他の領域に荷電粒子ビームを供給する。
本発明の目的は、高い安全性を確保して、高精度で荷電粒子ビームを照射できる荷電粒子ビーム照射システム及び荷電粒子ビーム出射方法を提供することにある。
【解決手段】
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、ビーム進行方向と垂直な照射面上に走査する走査磁石に供給し、この走査磁石を通過した荷電粒子ビームの照射面上における位置及び線量に基づいて、荷電粒子ビーム発生装置からの荷電粒子ビームの出射量を制御する。具体的には、照射面上で分割して形成される複数の領域のうち、目標線量に達した領域への荷電粒子ビームの供給を停止し、目標線量に達していない他の領域に荷電粒子ビームを供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビームの照射システム及び出射方法に係り、特に、陽子，炭素イオン等のイオンビームを患部に照射して治療する粒子線治療装置に適用するのに好適な荷電粒子ビームの照射システム及び出射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
癌などの患者の患部に陽子，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。この治療に用いるイオンビーム照射システムは、イオンビーム発生装置，ビーム輸送系及び照射装置から構成される。イオンビーム発生装置は、イオン源，前段加速器，円形加速器等で構成される。照射装置は、例えば、照射野形成装置を備えている回転式の照射装置がある。円形加速器は、周回軌道に沿って周回するイオンビームを、目標のエネルギーまで加速した後に出射し、ビーム輸送系を経て照射野形成装置に輸送する。照射野形成装置は、患者の患部形状に合わせてイオンビームの線量分布を整形し、患部に照射する。
【０００３】
円形加速器は、例えば特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１は、イオンビームを周回軌道に沿って周回させる手段，共鳴の安定限界内でイオンビームのベータトロン振動振幅を増大させる手段，イオンビームを周回軌道から取り出す出射用デフレクタを備えたシンクロトロンを開示している。イオンビームのベータトロン振動振幅を増大することにより、イオンビームは安定限界外に移動され、シンクロトロンからビーム輸送系へ出射される。
【０００４】
イオンビームを用いた治療では、イオンが停止する直前にエネルギーの大部分を放出してブラッグカーブと呼ばれる線量分布を形成する特性と、そのブラッグカーブのピークであるブラッグピークの、深さ方向での位置は体内に入射するイオンビームのエネルギーの大きさで制御できる特性を利用して、イオンビームのエネルギーを適切に選択し、イオンビームを患部近傍で停止させて、エネルギーの大部分を患部のがん細胞に与えるようにしている。ブラッグピークの、深さ方向（ビームの進行方向）での幅は数mmである。通常、患部は深さ方向にそれ以上の厚みをもっている。このような患部に対して、患部全体の深さ方向に渡ってイオンビームを効果的に照射するには、深さ方向で患部の大きさと同程度の広くて一様な線量分布（Spread Out Bragg Peak：以下、ＳＯＢＰという）を形成するように、イオンビームのエネルギーと照射量を制御する必要がある。
【０００５】
また、通常、加速器から出射されるビームは進行方向と垂直な方向（以下、横方向という）にガウス分布をしており、ビームサイズ（１σ）はおよそ１〜５mm程度である。通常、患部は横方向にそれ以上の大きさを持っているため、患部全体の横方向に渡ってイオンビームを効果的に照射するには、横方向で患部大の広く一様な線量分布を形成する必要がある。
【０００６】
このような観点から、従来のイオンビーム照射システムとして、横方向にガウス分布形状のビームを、走査電磁石により円形もしくはジグザグ状に走査して一様な線量領域を形成する方法が知られている（非特許文献１）。ウォブラー法は、ビームサイズとビームの走査半径とを最適な値とすることで、中心部に一様な線量分布を形成する。また、特許文献２には、ビームをリサージュ形状に走査して一様な線量分布を形成する方法が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特許第２５９６２９２号公報
【特許文献２】特開２００６−２０８２００号公報
【非特許文献１】REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS ６４巻 ８号 （１９９３年８月、２０８４頁−２０８９頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の従来技術では、加速器から出射されるビームの出射量が必ずしも一定ではなく、ビームを走査する間にビーム出射量が時間的に変化する可能性がある。このため、極端なビーム強度変化が起こった場合、予定照射線量内で一様な照射ができない状況が生じ得る。これを避けるためには、ビーム強度の時間変化よりもビームの走査速度を十分に早くすると共に、照射領域内を多数回走査することで、ビーム出射量の変化を時間的に平均化する必要がある。そのため、照射途中で必ずしも線量分布が一様とならず、照射終了時に所望の一様度の線量分布を得ることが難しいという課題があった。また、走査電磁石に供給する励磁電流を高速で変化できる電源を用いる必要があるため、コストが増大するという課題があった。
【０００９】
本発明の目的は、高い安全性を確保して、高精度で荷電粒子ビームを照射できる荷電粒子ビーム照射システム及び荷電粒子ビーム出射方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、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、ビーム進行方向と垂直な照射面上に走査する走査磁石に供給し、この走査磁石を通過した荷電粒子ビームの照射面上における位置及び線量に基づいて、荷電粒子ビーム発生装置からの荷電粒子ビームの出射量を制御する。具体的には、照射面上で分割して形成される複数の領域のうち、目標線量に達した領域への荷電粒子ビームの供給を停止し、目標線量に達していない他の領域に荷電粒子ビームを供給する。荷電粒子ビームの照射面上における位置は、走査磁石の磁場強度により制御することができる。
【００１１】
本発明は、照射面上で分割して形成される複数の領域のうち、目標線量に達した領域への荷電粒子ビームの供給を停止し、目標線量に達していない他の領域に荷電粒子ビームを供給することにより、照射対象内の横方向の各位置に対する照射線量を、容易に調節（制御）できる。即ち、本発明は、照射対象内の横方向における線量分布を、所望の線量分布に容易に調節できる。このため、照射対象内の横方向の各位置において、照射線量の過不足が生じる誤照射の確率を著しく低減できる。また、従来のような電流を高速で変化させる電源が不要となるため、装置コストを低減できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、照射対象内の荷電粒子ビームの進行方向に垂直な方向における線量分布を、所望の線量分布に容易に調節することができる。このため、照射対象内のビーム進行方向の各位置において、照射線量の過不足が生じる誤照射の確率を著しく低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施例について、図面を用いて説明する。図１は、本発明による粒子線治療装置（イオンビーム照射システム）の一実施例の概略構成図である。図１に示すように、粒子線治療装置は、イオンビーム発生装置（陽子線発生装置）１，中央制御装置１００，照射野形成装置２００，照射制御システム３００を備える。粒子線治療装置は、治療ベッド２１７に固定された患者２１６の患部２１６ａに対して、イオンビーム（例えば陽子線）を照射する。
【００１４】
中央制御装置１００は、治療計画装置１０２で決められた、患部２１６ａに適切な照射野を形成するための照射条件（ビーム照射方向，ＳＯＢＰ幅，照射線量，最大照射深さ，照射野サイズ等）を読み込み、機器の種類，設置位置，設定値等のノズル機器パラメータや、ビームエネルギー、ビーム強度パターン等の加速器運転パラメータを選択する。中央制御装置１００は、メモリ１０１を備え、図７に示すような情報をメモリ１０１に保存する。メモリ１０１に記録（保存）された情報を基に、各ノズル機器パラメータは照射制御システム３００を通して照射野形成装置２００に設定され、加速器運転パラメータはイオンビーム発生装置１に設定される。
【００１５】
イオンビーム発生装置１は、イオン源２，前段加速器３，低エネルギービーム輸送系４，シンクロトロン５を備え、所定のビームエネルギーのイオンビームを発生させる。イオン源２で生成されたイオンビームは、前段加速器３で前段加速され、低エネルギービーム輸送系４を通ってシンクロトロン５に供給される。
【００１６】
シンクロトロン５は、その周回軌道上に、加速装置６，出射用の高周波印加装置７，出射用デフレクタ１３，４極電磁石（図示せず），偏向電磁石１５を備える。高周波印加装置７は、出射用の高周波印加電極（図示せず）を備え、出射用の高周波供給装置１２に接続される。高周波供給装置１２は、出射用の高周波電源８，信号合成装置１０，スイッチ（開閉装置）９及び１１を備える。スイッチ９は、インターロック用及び照射完了用のスイッチである。スイッチ１１は、照射途中のビームのＯＮ／ＯＦＦスイッチである。
【００１７】
高周波印加装置７は、閉じられているスイッチ９及び１１と、信号合成装置１０を介して、高周波電源８から高周波電力の供給を受ける。シンクロトロン５の周回軌道を周回するイオンビームは、加速装置６に設けられた高周波加速空胴（図示せず）に高周波を印加することによって加速される。イオンビームが所望のエネルギー（例えば７０〜２５０ＭｅＶ）まで加速された後、高周波電源８からの高周波電力が、高周波印加電極によりシンクロトロン５内を周回しているイオンビームに印加されたとき、イオンビームがシンクロトロン５から出射される。
【００１８】
高エネルギービーム輸送系１６は、シンクロトロン５と照射野形成装置２００を連絡し、回転ガントリー１４にも一部設置されている。シンクロトロン５から取り出されたイオンビームは、高エネルギービーム輸送系１６を介して、回転ガントリー１４に設置された照射野形成装置２００に導かれる。回転ガントリー１４の回転角度を調整することにより、患者２１６に対して所望の方向からイオンビームを照射する。
【００１９】
図２を用いて、照射野形成装置２００を説明する。図２は、照射野形成装置２００の詳細説明図である。照射野形成装置２００は、イオンビーム発生装置１により生成されたイオンビームを患部２１６ａの形状に合わせて整形する装置である。照射野形成装置２００は、ケーシング２０１内に、保持部材２０３を介して取り付けられたビーム走査電磁石２０２，保持部材２０７を介して取り付けられた散乱体２０６，保持部材２０９を介して取り付けられたリッジフィルタ２０８，保持部材２１１を介して取り付けられたレンジシフタ２１０，保持部材２１３を介して取り付けられた線量モニタ２１２及びビーム位置モニタ２１８，ボーラス２１４，コリメータ２１５を備える。
【００２０】
走査電磁石２０２は、時間的にビームを走査して患部２１６ａの横方向において一様な線量分布を形成する。走査電磁石２０２は走査電磁石電源２１９に接続され、走査電磁石電源２１９は走査電磁石電源制御装置２２０に接続される。走査電磁石２０２は、ビーム進行方向に垂直な平面内において直交する２方向（例えばＸ方向とＹ方向）にビームを走査する１対の電磁石で構成される。１対の電磁石は、ビームをＸ方向に走査する２０２ａと、ビームをＹ方向に走査する２０２ｂからなる。
【００２１】
走査電磁石電源２１９は、１対の走査電磁石２０２に電流を供給して磁場を発生させ、ビームを偏向させる。この供給電流によりビームの偏向量が決定されるため、供給電流を調整することで、横方向の任意の位置にビームを照射できる。走査電磁石電源制御装置２２０で設定された電流が、走査電磁石電源２１９から走査電磁石２０２に供給される。走査電磁石に供給する電流値とビーム照射位置との関係は、中央制御装置１００のメモリ１０１に予め記憶させておく。
【００２２】
走査電磁石電源制御装置２２０による設定電流値は、照射制御システム３００に設けられた領域判定装置３０１（図３参照）に送信される。走査電磁石２０２の磁場発生領域には、磁場強度測定器２０５が設けられている。磁場強度測定器２０５は走査電磁石２０２の磁場強度を検出し、検出された磁場強度は、照射制御システム３００に設けられた領域判定装置３０１に送信される。領域判定装置３０１が、設定電流値により意図した磁場強度になっていることを確認することで、ビーム照射時の安全性を向上させている。
【００２３】
本実施例では、設定された走査電磁石２０２の励磁電流値により励磁領域（照射領域）を判定するが、磁場強度測定器２０５で検出された磁場強度の測定結果（測定値）に基づいて励磁領域を判定してもよい。また、ビーム位置モニタ２１８で検出されたビーム位置から励磁領域が判定できるため、設定した磁場強度により所望の領域にビームが走査されているかを確認する構成にすることで、ビーム照射時の安定性が向上する。
【００２４】
散乱体２０６は、物質によるイオンの散乱現象によりビームの横方向分布を拡大するためのものである。散乱後のビームの空間的な強度分布は、ほぼガウス分布になる。散乱体２０６は、一般に散乱量に対するエネルギー損失が少ないタングステン等の原子番号の大きい物質によって構成される。散乱体２０６は、複数の物質の混合物でもよく、厚みの異なる複数の板部材を重ねて構成し、ビーム進行方向における板部材の厚みの合計を変化させることも可能である。本実施例では、散乱体２０６は、走査電磁石２０２の下流側に配置されているが、走査電磁石２０２の上流側に配置しても良い。
【００２５】
リッジフィルタ２０８は、ビームに複数のエネルギー領域を形成し、患部２１６ａの深さ方向に形成される複数のブラッグピークを重ね合わせることで、広く一様な線量分布を形成するためのものである。リッジフィルタ２０８は、複数の楔形構造物２０８ａと、その支持部２０８ｂを有する。隣り合う楔形構造物２０８ａの間には、それぞれ開口が形成されている。楔形構造物２０８ａは階段状に配置された複数の平面領域を有しており、ビーム軸方向（進行方向）におけるリッジフィルタ２０８の底面から各平面領域までの厚みがそれぞれ異なっている。楔形構造物２０８ａは、その両側に位置する開口から、ビーム軸方向において最も高い位置にある平面領域に向かって、ビーム軸方向の厚みが段階的に増加するように形成されている。
【００２６】
即ち、リッジフィルタ２０８は、ビームの通過位置に応じてビームが通過する部分の厚みが変化する。これにより、リッジフィルタ２０８通過後のビームエネルギーが変化し、それぞれのビームエネルギーに対応した、異なる深さにブラッグピークを形成することで、患部２１６ａにおける所望の深さの広い領域に一様な照射野を形成できる。
【００２７】
リッジフィルタ２０８は、楔形構造物２０８ａの厚みが異なる方向（横方向）の幅を小さくし、通過位置によるビームエネルギーの違いを緩和することで、横方向位置におけるエネルギー分布の違いを低減している。本実施例のリッジフィルタ２０８は、階段状に配置された複数の平面領域を有する複数の楔形構造物２０８ａを備えているが、厚みが異なる構成であればよい。また、楔形構造物２０８ａの厚みの差によるビーム散乱量を補償するために、楔形構造物２０８ａの厚みが異なる方向（横方向）に厚みの異なる散乱補償体を設けてもよい。
【００２８】
レンジシフタ２１０は、イオンビームの最大飛程を患部２１６ａの最大深さと一致させるものである。レンジシフタ２１０は、エネルギー損失に対してビーム散乱量の小さい樹脂等の原子番号の小さな物質によって構成される。イオンビームがレンジシフタ２１０を通過するとエネルギーを失うので、イオンビームの最大飛程を減らすことができる。これにより、イオンビームの最大飛程を患部２１６ａと一致させることができる。レンジシフタ２１０は、厚みの異なる複数の板部材を重ねて構成し、板部材の組合せ方により、ビーム進行方向の厚みの合計を変化させることができる。イオンビームの最大飛程を患部２１６ａと一致させるには、レンジシフタ２１０を用いずに、シンクロトロン５によるイオンビームの加速エネルギーを減らしても良い。また、高エネルギービーム輸送系１６でビームのエネルギーを損失させても良い。
【００２９】
上記の過程を経て、横方向に走査され、深さ方向に拡大されたイオンビームは、線量モニタ２１２に入射し、通過したビーム量が計測される。線量モニタ２１２は、ビーム下流側（レンジシフタ２１０よりも下流側）に配置すると、患部２１６ａに照射する直前のイオンビームの通過量を計測できる。線量モニタ２１２は、ビーム上流側（リッジフィルタ２０８，レンジシフタ２１０などのイオンビームのエネルギーを変化させる機器よりも上流側）に配置すると、エネルギーの違いによる線量モニタ２１２からの出力信号の補正計算等の手間を省ける。
【００３０】
ボーラス２１４は、例えば樹脂製のブロック体を掘削加工したものであり、横方向のビーム入射位置に応じてビームの樹脂通過厚さが変化する。これにより、イオンビームのボーラス２１４通過後のエネルギーを入射位置ごとに変化させることができ、イオンビームの到達深さを患部２１６ａの深さ方向における形状と合致させることができる。
【００３１】
コリメータ２１５は、放射線遮蔽体によって構成され、患部２１６ａに対応する貫通孔を形成している。コリメータ２１５は、横方向に拡大されたイオンビームのうち、その貫通孔を通過したイオンビームのみを患部２１６ａに照射する。
【００３２】
ボーラス２１４とコリメータ２１５は、患部２１６ａの形状に合わせて加工され、患部２１６ａ毎に交換される。コリメータ２１５としてマルチリーフコリメータを用い、リーフを移動して患部２１６ａの横方向の形状に合わせることにより、コリメータの加工や交換の手間を省くことができる。
【００３３】
図３を用いて、照射制御システム３００を説明する。図３は、照射制御システム３００の詳細構成図である。照射制御システム３００は、所望の照射野を形成するために、走査電磁石２０２の走査領域毎にビーム照射量（吸収線量）を管理する。走査領域は、走査電磁石２０２の全励磁範囲において、複数に分割して形成される一つの励磁領域として表すことができる。照射制御システム３００は、領域判定装置３０１，振り分け装置３０３，開閉信号生成装置３０７，照射完了信号生成装置３０９，インターロック信号生成装置３１０，メモリ（目標値メモリ）３０５，カウンタ（マルチチャンネルカウンタ）３０４，メモリ（照射中領域メモリ）３１１を備える。
【００３４】
領域判定装置３０１は、メモリ（領域判定装置メモリ）３０２を備え、中央制御装置１００，磁場強度測定器２０５，メモリ３１１にそれぞれ接続される。振り分け装置３０３は、メモリ３１１，線量モニタ２１２，カウンタ３０４にそれぞれ接続される。開閉信号生成装置３０７は、メモリ３１１，カウンタ３０４，メモリ３０５，スイッチ１１にそれぞれ接続される。照射完了信号生成装置３０９は、カウンタ３０４，メモリ３０５，中央制御装置１００にそれぞれ接続されている。インターロック信号生成装置３１０は、カウンタ３０４，メモリ３０５，中央制御装置１００にそれぞれ接続されている。カウンタ３０４は、カウンタ１からカウンタＮ2までのＮ2個のカウンタと、カウンタＳの合計（Ｎ2＋１）個のカウンタを含む。カウンタ１からカウンタＮ2は、それぞれ、振り分け装置３０３を介して線量モニタ２１２に接続される。カウンタＳは、振り分け装置３０３を介さずに、線量モニタ２１２に接続される。
【００３５】
以下、図４を用いて、照射制御システム３００の主要構成機器の動作を説明する。図４は、照射制御システム３００による照射制御方法の概略説明図である。中央制御装置１００によりビーム照射開始信号が生成されると、シンクロトロン５，領域判定装置３０１，振り分け装置３０３，開閉信号生成装置３０７，照射完了信号生成装置３０９，インターロック信号生成装置３１０がそれぞれの動作を始め、シンクロトロン５からのイオンビームの出射が開始される。
【００３６】
まず、中央制御装置１００のメモリ１０１に記憶されている情報のうち、図９に示す情報が、照射制御システム３００のメモリ３０５に取り込まれる。図９の情報は、励磁領域の領域番号毎の、目標ビーム照射量（目標値）とその許容値、目標ビーム照射量の比率（Ｎi／ＮS）とその許容値である。メモリ３０５内のメモリ領域３０６−１乃至３０６−Ｎ2，３０６−Ｓ内に、該当する領域番号に対する関連情報（例えば、目標ビーム照射量とその許容値等）がそれぞれ記憶される。
【００３７】
領域判定装置３０１の役割は、走査電磁石電源制御装置２２０によって設定された電流値を励磁領域に変換することである。領域判定装置メモリ３０２は、設定された走査電磁石２０２への電流値とこれに対応する励磁領域（全励磁領域の個数をＮ2 個とする）が、互いに関係付けられている励磁領域の番号（領域番号）、その励磁領域の開始電流値及び終了電流値の各情報がデータテーブルとして登録されている（図５，図６参照）。これらの情報は、領域判定装置３０１によって中央制御装置１００のメモリ１０１から取り込まれる。
【００３８】
図５に示すように、例えば、ビームをＸ方向に走査する走査電磁石２０２ａの励磁電流範囲がＩMIN〜ＩMAX［Ａ］とすると、領域番号Ｘ1は、走査電磁石の励磁電流値がＩMIN〜Ｉ1に対応する励磁領域（照射領域）、領域番号Ｘｉは、走査電磁石の励磁電流値がＩi-1〜Ｉiに対応する励磁領域、領域番号ＸNは、走査電磁石の励磁電流値がＩN-1〜ＩMAXに対応する励磁領域であることを示す。
【００３９】
上記した励磁領域（照射領域）は、ビームをＹ方向に走査する走査電磁石２０２ｂにも設定されている。図６に示すように、例えば、走査電磁石２０２ｂの励磁電流範囲がＩ′MIN〜Ｉ′MAX［Ａ］とすると、領域番号Ｙ1は、走査電磁石の励磁電流値がＩ′MIN〜Ｉ′1に対応する励磁領域、領域番号Ｙｉは、走査電磁石の励磁電流値がＩ′i-1〜Ｉ′iに対応する励磁領域、領域番号ＹNは、走査電磁石の励磁電流値がＩ′N-1〜Ｉ′MAXに対応する励磁領域であることを示す。
【００４０】
全体として、２次元にビームを走査する場合は、全励磁領域（全照射領域）の数はＮ2個となり、この２次元平面（ＸＹ平面）上での領域番号と、Ｘ方向及びＹ方向の領域番号との関係は、図８のようなデータテーブルとして、中央制御装置１００のメモリ１０１に登録される。また、以上のデータテーブルを全て一つのデータテーブルにまとめて、図７のようなデータテーブルとして、中央制御装置１００のメモリ１０１に登録してもよい。
【００４１】
目標値は、ビーム照射量の目標値を示す。つまり、患者毎に選定されたビーム位置モニタ２１８の各領域番号（励磁領域番号）での吸収線量の目標値（目標線量値）である。目標値の許容値は、ビーム位置モニタ２１８の各領域番号における吸収線量の目標値の許容値である。目標線量比率は、全吸収線量に対する各領域番号での吸収線量との比率を示す。目標線量比率の許容値は、この比率の許容値である。
【００４２】
メモリ１０１に記憶されている図７に示す各情報は、ある患者に対する治療計画作成時に、医師が治療計画装置１０２を用いて設定（作成）する情報である。設定された各情報は、一旦メモリ１０３に保存され、ある患者の治療前に中央制御装置１００によってメモリ１０１に取り込まれる。図７の情報は、全ての患者毎に別の情報を用意する必要はなく、例えば領域番号と励磁領域の関係を、予め共通項目として設定しておくことも可能である。
【００４３】
次に、領域判定装置３０１は、イオンビームを患部２１６ａに照射している間、走査電磁石電源制御装置２２０から入力した走査電磁石２０２の励磁電流を、上記データテーブルを用いて、イオンビームが通過している励磁領域に変換する。具体的には、その励磁領域の領域番号（領域番号ｉなど）に変換する。このイオンビームが通過している励磁領域を、照射励磁領域という。照射励磁領域は、メモリ３１１に記憶される。即ち、メモリ３１１には、照射野形成装置２００内でビーム経路に位置している照射励磁領域が記憶される。走査電磁石２０２の励磁電流を照射励磁領域に変換してメモリ３１１に記憶させる処理は、イオンビームの出射中に繰り返し行われる。このため、メモリ３１１には、常に、ビーム経路に位置している照射励磁領域が記憶されている。
【００４４】
患者２１６の体内におけるイオンビームの照射位置は、走査電磁石電源制御装置２２０により設定される走査電磁石２０２の励磁電流により決まる。従って、患者２１６の体内での照射領域と、走査電磁石電源制御装置２２０で設定される励磁電流値との間に対応関係を付けると、横方向のイオンビーム照射量の管理が可能となる。しかし、この対応関係はなくてもよい。
【００４５】
振り分け装置３０３は、線量モニタ２１２で逐次計測されるビーム照射量（吸収線量）を、走査電磁石電源制御装置２２０で設定される励磁領域に対応する各カウンタ（カウンタ３０４のカウンタ）に振り分ける。まず、メモリ３１１に記憶された励磁領域（領域番号ｉ）を読み込む。領域番号ｉに対応するカウンタ−ｋに、線量モニタ２１２からのビーム照射量を出力する。即ち、カウンタｋには、領域番号ｉの励磁領域に対して計測されたビーム照射量（吸収線量）が積算して記録される。これにより、全ての励磁領域（領域番号１〜Ｎ2 ）におけるそれぞれのビーム照射量を独立にカウントできる。また、カウンタＳには、線量モニタ２１２で計測されたビーム照射量の信号がそのまま入力され、全領域の合計照射線量がカウントされる。
【００４６】
本実施例では、全領域の合計照射線量を別カウンタで計測する構成としたが、全ビーム照射量は、カウンタ１からカウンタＮ2までのカウント値を合計する構成としても良い。この場合、カウンタＳを節約できる。また、ビーム照射量をそれぞれのカウンタに記録する方法として、カウンタ１からカウンタＮ2のカウンタにビーム照射量の信号を常に入力し、領域番号ｉと判定された場合、対応するカウンタｋのみを計測ＯＮ、それ以外のカウンタを計測ＯＦＦとするように、カウンタ３０４の計測のＯＮ／ＯＦＦを切り替えてもよい。
【００４７】
また、カウンタは、必ずしも分割された領域と同じ数が必要ではない。例えば、カウンタの数は数個程度として、各励磁領域のビーム照射量をカウントした後、別に設けたメモリに領域番号ｉと関連付けてカウント量を保存し、その後カウンタをリセットして、次の領域のビーム照射量をカウントする方式としてもよい。この際、再び領域番号ｉの励磁領域が照射される場合には、別に設けたメモリからこれまでのカウント数をカウンタに読み込んで、ビーム照射量をカウントすることで、領域番号ｉに照射されたビーム量の積算値を求めることができる。
【００４８】
開閉信号生成装置３０７は、照射野形成装置２００内でビーム経路に位置している励磁領域（照射領域）の照射済みビーム照射量と目標線量（目標値）とを比較し、スイッチ１１を開閉してシンクロトロン５からのビーム出射のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。まず、メモリ３０５から励磁領域ごとの目標値を取り込む。次に、開閉信号生成装置３０７は、メモリ３１１から照射中の励磁領域の情報を取り込んで、領域番号ｉの励磁領域における目標値と照射済みビーム照射量とを比較する。
【００４９】
照射済みビーム量が目標値に到達していれば、開閉信号生成装置３０７は、ビームＯＦＦ信号を生成して、スイッチ１１に送信する。これにより、スイッチ１１が開き、高周波印加装置７への出射用高周波信号の印加が停止され、シンクロトロン５からのイオンビームの出射が停止される。
【００５０】
照射済みビーム量が目標値未満であれば、開閉信号生成装置３０７は、ビームＯＮ信号を生成して、スイッチ１１に送信する。これにより、スイッチ１１は閉じられ、高周波印加装置７へ出射用高周波信号が印加される。これにより、イオンビームは、目標値未満である励磁領域のみに照射される。
【００５１】
本実施例では、照射中の領域をメモリ３１１に記憶しているが、領域判定装置３０１による励磁領域の判定結果を、直接、振り分け装置３０３及び開閉信号生成装置３０７に入力することも可能である。ビーム経路に位置している励磁領域の情報を、振り分け装置３０３及び開閉信号生成装置３０７に入力するためには、動作タイミングを領域判定装置３０１と合わせる必要があるため、制御は複雑になる。
【００５２】
イオンビームの照射が進むにつれ、目標値のイオンビーム照射量が各励磁領域を通して患部２１６ａに照射される。インターロック信号生成装置３１０の役割は、患者２１６を不要なイオンビームの照射から防ぐことである。まず、インターロック信号生成装置３１０は、メモリ３０５から各励磁領域ごとの目標値とその許容値，全領域の合計目標値とその許容値を取り込む。メモリ３０５には、予め、中央制御装置１００から取り込んだ励磁領域毎の目標値とその許容値に加え、全励磁領域の合計ビーム照射量目標値とその許容値を取り込んでおく。次に、カウンタ３０４から各励磁領域ごと及び全励磁領域の照射済みビーム照射量を取り込む。カウンタＳはビーム照射量の総量をカウントするので、カウンタｉとカウンタＳのカウント値の比を取ると、領域番号ｉの励磁領域に照射されたビーム照射量の全照射量に対する比率を算出できる。
【００５３】
インターロック信号生成装置３１０は、カウンタＳのカウント値（全励磁領域の照射済みビーム量の合計）が（目標値Ｓ＋許容値Ｓ）の値以下であることを確認する。カウンタＳのカウント値が（目標値Ｓ＋許容値Ｓ）の値を超えた場合、これはイオンビームの過照射を意味するので、インターロック信号生成装置３１０はビーム照射停止信号を生成して、中央制御装置１００に送信する。インターロック信号生成装置３１０は、各励磁領域についても、同様に照射済みビーム量が（目標値ｉ＋許容値ｉ）以下であることを確認する。
【００５４】
また、カウンタ３０４から得た各励磁領域のビーム照射量の比率が（目標比率Ｒｉ±許容値ΔＲｉ）内であることも確認する。この比率が許容範囲から外れた場合は、ビーム照射量の各励磁領域間での偏りを意味するので、インターロック信号生成装置３１０は、ビーム照射停止信号を生成して、中央制御装置１００に送信する。ビーム照射停止信号を受け取った中央制御装置１００は、ビーム出射中止指令を生成して、インターロック用のスイッチ９に出力する（信号線省略）。これにより、スイッチ９は開き、高周波電源８から高周波印加電極への高周波電力の供給が停止され、シンクロトロン５からのイオンビームの出射が停止される。
【００５５】
このようにして、インターロック信号生成装置３１０が、カウンタ３０４からの現在のビーム照射量の取り込み、ビーム照射量とその比率が許容範囲内にあることの確認、を繰り返すことにより、想定外のイオンビーム照射を防ぐことができる。
【００５６】
照射完了信号生成装置３０９は、全励磁領域（全照射領域）で目標量のイオンビームが照射されたか判定し、完了した場合は照射完了信号を生成する。初めに、照射完了信号生成装置３０９は、メモリ３０５から励磁領域ごとの目標値を取り込む。次に、カウンタ３０４から励磁領域毎のビーム照射量を取り込み、励磁領域毎に目標値とビーム照射量を比較する。全励磁領域でビーム照射量が目標値に到達すれば、照射完了信号生成装置３０９は、照射完了信号を中央制御装置１００に出力する。照射完了信号生成装置３０９は、ビーム照射量が目標値未満の励磁領域が少なくとも１つあれば、カウンタ３０４からビーム照射量を取り込んで目標値と比較する処理を再度実施する。開閉信号生成装置３０７により、ビーム照射量が目標値未満の励磁領域に対してのみイオンビームが照射されるので、最終的には、全領域で目標値のビーム照射量が照射される。
【００５７】
中央制御装置１００は、照射完了信号を受け取ると、ビーム出射完了信号を生成して、照射（出射）完了用のスイッチ９に伝える。ビーム出射完了信号によって照射完了用のスイッチ９が開くため、高周波印加電極への高周波電力の供給が停止され、シンクロトロン５からのイオンビームの出射が停止される。
【００５８】
表示装置３０８は、走査電磁石電源制御装置２２０から設定される走査電磁石２０２の励磁領域ごとの照射済みビーム照射量と目標値を表示する。表示装置３０８は、カウンタ３０４及び中央制御装置１００に接続され、励磁領域毎に線量モニタ２１２で計測された線量カウンタ値，全励磁領域の線量カウンタ値の合計，励磁領域毎の目標値を、ビーム照射中に逐次表示する。これにより、ビーム照射の進捗状況を運転者に知らせる。また、照射パラメータ、使用している機器を表示装置３０８に表示することにより、運転者はビーム照射条件を容易に把握できる。また、励磁領域毎のビーム照射量とその合計との比率を、表示装置３０８に表示しても良い。これにより、照射が偏り無く進行していることを運転者に知らせることができる。
【００５９】
本実施例の粒子線治療装置を用いた患部２１６ａへのビーム照射方法について、説明する。イオン源２で生成されたイオンビームは、前段加速器３で前段加速され、低エネルギービーム輸送系４を通ってシンクロトロン５に供給される。イオンビームは、シンクロトロン５内を周回する間に、高周波加速空胴（図示せず）によって加速される。イオンビームが所望のエネルギーまで加速された後、高周波電源８からの高周波電力が、スイッチ９及び１１を通って高周波印加装置７の高周波印加電極により、シンクロトロン５内を周回しているイオンビームに印加される。これにより、安定限界内を周回しているイオンビームが、安定限界外に移行してシンクロトロン５から出射される。このイオンビームは、出射用デフレクタ１３及び高エネルギービーム輸送系１６を通って照射野形成装置２００に供給される。
【００６０】
イオンビームは、照射野形成装置２００内において、ビーム経路上に配置された走査電磁石２０２，散乱体２０６，リッジフィルタ２０８，レンジシフタ２１０，線量モニタ２１２，ビーム位置モニタ２１８，ボーラス２１４，コリメータ２１５を通過して、治療ベッド２１７上の患者２１６の患部２１６ａに照射される。ビーム照射中、走査電磁石電源制御装置２２０で設定された励磁電流が、走査電磁石電源２１９から走査電磁石２０２に供給され、患部２１６ａ内の線量分布が一様となるように、ビームが走査される。
【００６１】
照射野形成装置２００内を通過するイオンビームのビーム照射量（吸収線量）が、線量モニタ２１２によって計測される。線量モニタ２１２で計測された線量が目標値に達すると、照射（出射）完了用のスイッチ９が開き、シンクロトロン５からのイオンビームの出射が停止され、患部２１６ａに対するイオンビームの照射が終了する。
【００６２】
本実施例では、患部２１６ａ内のイオンビームの進行方向（深さ方向）の線量分布を一様にするために、リッジフィルタ２０８を用いている。リッジフィルタ２０８は、その楔形構造物２０８ａの最大厚みにより、線量分布が一様な領域の深さ方向の大きさが決まる。このため、楔型構造物２０８ａの最大厚みが異なる複数のリッジフィルタを用意し、複数のリッジフィルタを交換することで、線量分布が一様な領域の深さ方向の大きさを調整する。
【００６３】
開閉信号生成装置３０７は、各領域番号に対応する励磁領域ごとに、線量モニタ２１２で測定されたビーム照射量（吸収線量）の積算値が目標値に到達しているか否かを判定する。開閉信号生成装置３０７は、その積算値が目標値に到達している励磁領域に対しては、ビームＯＦＦ信号を生成する。これにより、前述したように、スイッチ１１が開き、その励磁領域に対するイオンビームの供給が停止される。開閉信号生成装置３０７は、ビーム照射量の積算値が目標値に到達していない励磁領域に対しては、ビームＯＮ信号を生成する。これにより、前述したように、スイッチ１１は閉じた状態で、その励磁領域に対してイオンビームが供給される。
【００６４】
本実施例は、イオンビームの出射開始及び出射停止（ＯＮ／ＯＦＦ）を制御することで、目標値に到達した励磁領域にイオンビームを供給せず、目標値に到達していない励磁領域にイオンビームを供給することにより、患部２１６ａ内のイオンビームの横方向における各位置に対する照射線量を容易に調節することができる。このため、患部２１６ａ内のイオンビームの横方向における線量分布を、容易に治療計画で定めた所望の線量分布にすることができ、患部２１６ａ内のイオンビームの横方向における各位置で、照射線量の過不足が生じる誤照射の確率を著しく低減することができる。
【００６５】
本実施例では、走査電磁石電源制御装置２２０で設定された走査電磁石２０２の励磁電流に基づいて、図７のデータテーブルで設定されたビーム強度（出射量）となるように、シンクロトロン５から出射するイオンビームのビーム出射量（ビーム出射強度）を制御している。具体的には、照射制御システム３００で判定された領域番号に対応するビーム強度に応じて、高周波印加装置７に供給される高周波信号の振幅を調整する変調信号を、中央制御装置１００から信号合成装置１０に送信する。これにより、図１０に示すような高周波信号の振幅変調が行われ、シンクロトロン５からのビーム出射量を、所望の強度に調整する。このようにして、励磁領域ごとの目標照射量の多少（大小）に応じて、イオンビーム強度を制御することができ、照射完了前の段階でも、イオンビームの横方向において所望の線量分布を形成することができるため、より安全性の高い照射が実現可能となる。
【００６６】
本実施例は、イオンビームの照射中、走査電磁石２０２による複数の励磁領域のうち、少なくとも１つを含む励磁領域群において、照射済み積算イオンビーム量と目標積算イオンビーム量とを比較し、何れかの励磁領域で目標値を超過した量のイオンビームが照射されたときに、イオンビームの照射を中止させる手段（インターロック信号生成装置３１０）を備える。これにより、イオンビームを照射中に、照射済み積算イオンビーム量と目標積算イオンビーム量とを逐次比較し、想定外のイオンビーム照射が行われた場合（目標値に対して予め設定した許容値の範囲を超過した場合など）に、直ちにイオンビームの照射を中止することができるので、信頼性をより高くできる。
【００６７】
本実施例は、走査電磁石２０２による複数の励磁領域のうち、少なくとも１つを含む第１の励磁領域群への照射済みイオンビーム量と、第１の励磁領域群に含まれない励磁領域を少なくとも１つ含む第２の励磁領域群への照射済みイオンビーム量の比が、予め設定した許容値の範囲を超えた場合に、イオンビームの照射を中止する手段を備える。これにより、イオンビーム照射中に、第１の励磁領域群及び第２の励磁領域群における照射済み積算イオンビーム量と目標イオンビーム量とのそれぞれの割合を逐次比較し、予め設定した許容値を超えてイオンビーム照射が行われた場合に、直ちにイオンビームの照射を中止することができるので、信頼性をより高くできる。
【００６８】
本実施例では、円形加速器としてシンクロトロン５を例にとって説明したが、シンクロトロン５の替わりにサイクロトロンを用いた場合にも適用できる。サイクロトロンの場合は、サイクロトロンにイオンビームを供給するイオン源の電源のＯＮ／ＯＦＦによって、サイクロトロンから照射野形成装置へのイオンビームの出射開始及び出射停止を制御する。加速装置としてサイクロトロンを用いた粒子線治療装置は、図１において、シンクロトロンをサイクロトロンに替えた構成を有し、高周波供給装置１２がない。サイクロトロンを用いた粒子線治療装置では、開閉信号生成装置３０７から出力されるビームＯＮ信号及びビームＯＦＦ信号は、電源とイオン源とを接続する配線に設けられた開閉装置の開閉制御に用いられる。このような開閉装置の制御によって、図１の実施例と同様に、目標値に到達した走査電磁石２０２の励磁領域にイオンビームを供給せず、目標値に到達していない励磁領域にイオンビームを供給することができる。このため、患部２１６ａ内のイオンビームの横方向における各位置に対する照射線量を容易に調節することができ、患部２１６ａ内のイオンビーム進行方向の各位置において照射線量の過不足が生じる誤照射の確率を著しく低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、陽子，炭素イオン等のイオンビームを患部に照射して治療する荷電粒子ビーム照射システムに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明による粒子線治療装置の一実施例の概略構成図。
【図２】図１の照射野形成装置の詳細説明図。
【図３】図１の照射制御システムの詳細構成図。
【図４】図１の照射制御システムによる照射制御方法の概略説明図。
【図５】Ｘ方向の励磁領域の領域番号と、走査電磁石の励磁電流の開始電流値及び終了電流値との関係を示すデータテーブル。
【図６】Ｙ方向の励磁領域の領域番号と、走査電磁石の励磁電流の開始電流値及び終了電流値との関係を示すデータテーブル。
【図７】ＸＹ平面上での領域番号と、Ｘ方向及びＹ方向の領域番号，ビーム照射量の目標値とその許容値などとの関係を示すデータテーブル。
【図８】ＸＹ平面上での領域番号と、Ｘ方向及びＹ方向の領域番号との関係を示すデータテーブル。
【図９】励磁領域の領域番号と、ビーム照射量の目標値とその許容値などとの関係を示すデータテーブル。
【図１０】ビーム出射用高周波信号の振幅変調の概略説明図。
【符号の説明】
【００７１】
１ イオンビーム発生装置
２ イオン源
３ 前段加速器
４ 低エネルギービーム輸送系
５ シンクロトロン
６ 加速装置
７ 高周波印加装置
８ 高周波電源
１０ 信号合成装置
９，１１ スイッチ
１４ 回転ガントリー
１６ 高エネルギービーム輸送系
１００ 中央制御装置
１０１，３０２，３０５ メモリ
２００ 照射野形成装置
２０１ ケーシング
２０２ 走査電磁石
２０３ 走査電磁石保持部材
２０５ 磁場強度測定器
２０６ 散乱体
２０８ リッジフィルタ
２１０ レンジシフタ
２１２ 線量モニタ
２１４ ボーラス
２１５ コリメータ
２１９ 走査電磁石電源
２２０ 走査電磁石電源制御装置
３００ 照射制御システム
３０１ 領域判定装置
３０３ 振り分け装置
３０４ カウンタ
３０７ 開閉信号生成装置
３０８ 表示装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビームの照射システム及び出射方法に係り、特に、陽子，炭素イオン等のイオンビームを患部に照射して治療する粒子線治療装置に適用するのに好適な荷電粒子ビームの照射システム及び出射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
癌などの患者の患部に陽子，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。この治療に用いるイオンビーム照射システムは、イオンビーム発生装置，ビーム輸送系及び照射装置から構成される。イオンビーム発生装置は、イオン源，前段加速器，円形加速器等で構成される。照射装置は、例えば、照射野形成装置を備えている回転式の照射装置がある。円形加速器は、周回軌道に沿って周回するイオンビームを、目標のエネルギーまで加速した後に出射し、ビーム輸送系を経て照射野形成装置に輸送する。照射野形成装置は、患者の患部形状に合わせてイオンビームの線量分布を整形し、患部に照射する。
【０００３】
円形加速器は、例えば特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１は、イオンビームを周回軌道に沿って周回させる手段，共鳴の安定限界内でイオンビームのベータトロン振動振幅を増大させる手段，イオンビームを周回軌道から取り出す出射用デフレクタを備えたシンクロトロンを開示している。イオンビームのベータトロン振動振幅を増大することにより、イオンビームは安定限界外に移動され、シンクロトロンからビーム輸送系へ出射される。
【０００４】
イオンビームを用いた治療では、イオンが停止する直前にエネルギーの大部分を放出してブラッグカーブと呼ばれる線量分布を形成する特性と、そのブラッグカーブのピークであるブラッグピークの、深さ方向での位置は体内に入射するイオンビームのエネルギーの大きさで制御できる特性を利用して、イオンビームのエネルギーを適切に選択し、イオンビームを患部近傍で停止させて、エネルギーの大部分を患部のがん細胞に与えるようにしている。ブラッグピークの、深さ方向（ビームの進行方向）での幅は数mmである。通常、患部は深さ方向にそれ以上の厚みをもっている。このような患部に対して、患部全体の深さ方向に渡ってイオンビームを効果的に照射するには、深さ方向で患部の大きさと同程度の広くて一様な線量分布（Spread Out Bragg Peak：以下、ＳＯＢＰという）を形成するように、イオンビームのエネルギーと照射量を制御する必要がある。
【０００５】
また、通常、加速器から出射されるビームは進行方向と垂直な方向（以下、横方向という）にガウス分布をしており、ビームサイズ（１σ）はおよそ１〜５mm程度である。通常、患部は横方向にそれ以上の大きさを持っているため、患部全体の横方向に渡ってイオンビームを効果的に照射するには、横方向で患部大の広く一様な線量分布を形成する必要がある。
【０００６】
このような観点から、従来のイオンビーム照射システムとして、横方向にガウス分布形状のビームを、走査電磁石により円形もしくはジグザグ状に走査して一様な線量領域を形成する方法が知られている（非特許文献１）。ウォブラー法は、ビームサイズとビームの走査半径とを最適な値とすることで、中心部に一様な線量分布を形成する。また、特許文献２には、ビームをリサージュ形状に走査して一様な線量分布を形成する方法が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特許第２５９６２９２号公報
【特許文献２】特開２００６−２０８２００号公報
【非特許文献１】REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS ６４巻 ８号 （１９９３年８月、２０８４頁−２０８９頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の従来技術では、加速器から出射されるビームの出射量が必ずしも一定ではなく、ビームを走査する間にビーム出射量が時間的に変化する可能性がある。このため、極端なビーム強度変化が起こった場合、予定照射線量内で一様な照射ができない状況が生じ得る。これを避けるためには、ビーム強度の時間変化よりもビームの走査速度を十分に早くすると共に、照射領域内を多数回走査することで、ビーム出射量の変化を時間的に平均化する必要がある。そのため、照射途中で必ずしも線量分布が一様とならず、照射終了時に所望の一様度の線量分布を得ることが難しいという課題があった。また、走査電磁石に供給する励磁電流を高速で変化できる電源を用いる必要があるため、コストが増大するという課題があった。
【０００９】
本発明の目的は、高い安全性を確保して、高精度で荷電粒子ビームを照射できる荷電粒子ビーム照射システム及び荷電粒子ビーム出射方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、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、ビーム進行方向と垂直な照射面上に走査する走査磁石に供給し、この走査磁石を通過した荷電粒子ビームの照射面上における位置及び線量に基づいて、荷電粒子ビーム発生装置からの荷電粒子ビームの出射量を制御する。具体的には、照射面上で分割して形成される複数の領域のうち、目標線量に達した領域への荷電粒子ビームの供給を停止し、目標線量に達していない他の領域に荷電粒子ビームを供給する。荷電粒子ビームの照射面上における位置は、走査磁石の磁場強度により制御することができる。
【００１１】
本発明は、照射面上で分割して形成される複数の領域のうち、目標線量に達した領域への荷電粒子ビームの供給を停止し、目標線量に達していない他の領域に荷電粒子ビームを供給することにより、照射対象内の横方向の各位置に対する照射線量を、容易に調節（制御）できる。即ち、本発明は、照射対象内の横方向における線量分布を、所望の線量分布に容易に調節できる。このため、照射対象内の横方向の各位置において、照射線量の過不足が生じる誤照射の確率を著しく低減できる。また、従来のような電流を高速で変化させる電源が不要となるため、装置コストを低減できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、照射対象内の荷電粒子ビームの進行方向に垂直な方向における線量分布を、所望の線量分布に容易に調節することができる。このため、照射対象内のビーム進行方向の各位置において、照射線量の過不足が生じる誤照射の確率を著しく低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施例について、図面を用いて説明する。図１は、本発明による粒子線治療装置（イオンビーム照射システム）の一実施例の概略構成図である。図１に示すように、粒子線治療装置は、イオンビーム発生装置（陽子線発生装置）１，中央制御装置１００，照射野形成装置２００，照射制御システム３００を備える。粒子線治療装置は、治療ベッド２１７に固定された患者２１６の患部２１６ａに対して、イオンビーム（例えば陽子線）を照射する。
【００１４】
中央制御装置１００は、治療計画装置１０２で決められた、患部２１６ａに適切な照射野を形成するための照射条件（ビーム照射方向，ＳＯＢＰ幅，照射線量，最大照射深さ，照射野サイズ等）を読み込み、機器の種類，設置位置，設定値等のノズル機器パラメータや、ビームエネルギー、ビーム強度パターン等の加速器運転パラメータを選択する。中央制御装置１００は、メモリ１０１を備え、図７に示すような情報をメモリ１０１に保存する。メモリ１０１に記録（保存）された情報を基に、各ノズル機器パラメータは照射制御システム３００を通して照射野形成装置２００に設定され、加速器運転パラメータはイオンビーム発生装置１に設定される。
【００１５】
イオンビーム発生装置１は、イオン源２，前段加速器３，低エネルギービーム輸送系４，シンクロトロン５を備え、所定のビームエネルギーのイオンビームを発生させる。イオン源２で生成されたイオンビームは、前段加速器３で前段加速され、低エネルギービーム輸送系４を通ってシンクロトロン５に供給される。
【００１６】
シンクロトロン５は、その周回軌道上に、加速装置６，出射用の高周波印加装置７，出射用デフレクタ１３，４極電磁石（図示せず），偏向電磁石１５を備える。高周波印加装置７は、出射用の高周波印加電極（図示せず）を備え、出射用の高周波供給装置１２に接続される。高周波供給装置１２は、出射用の高周波電源８，信号合成装置１０，スイッチ（開閉装置）９及び１１を備える。スイッチ９は、インターロック用及び照射完了用のスイッチである。スイッチ１１は、照射途中のビームのＯＮ／ＯＦＦスイッチである。
【００１７】
高周波印加装置７は、閉じられているスイッチ９及び１１と、信号合成装置１０を介して、高周波電源８から高周波電力の供給を受ける。シンクロトロン５の周回軌道を周回するイオンビームは、加速装置６に設けられた高周波加速空胴（図示せず）に高周波を印加することによって加速される。イオンビームが所望のエネルギー（例えば７０〜２５０ＭｅＶ）まで加速された後、高周波電源８からの高周波電力が、高周波印加電極によりシンクロトロン５内を周回しているイオンビームに印加されたとき、イオンビームがシンクロトロン５から出射される。
【００１８】
高エネルギービーム輸送系１６は、シンクロトロン５と照射野形成装置２００を連絡し、回転ガントリー１４にも一部設置されている。シンクロトロン５から取り出されたイオンビームは、高エネルギービーム輸送系１６を介して、回転ガントリー１４に設置された照射野形成装置２００に導かれる。回転ガントリー１４の回転角度を調整することにより、患者２１６に対して所望の方向からイオンビームを照射する。
【００１９】
図２を用いて、照射野形成装置２００を説明する。図２は、照射野形成装置２００の詳細説明図である。照射野形成装置２００は、イオンビーム発生装置１により生成されたイオンビームを患部２１６ａの形状に合わせて整形する装置である。照射野形成装置２００は、ケーシング２０１内に、保持部材２０３を介して取り付けられたビーム走査電磁石２０２，保持部材２０７を介して取り付けられた散乱体２０６，保持部材２０９を介して取り付けられたリッジフィルタ２０８，保持部材２１１を介して取り付けられたレンジシフタ２１０，保持部材２１３を介して取り付けられた線量モニタ２１２及びビーム位置モニタ２１８，ボーラス２１４，コリメータ２１５を備える。
【００２０】
走査電磁石２０２は、時間的にビームを走査して患部２１６ａの横方向において一様な線量分布を形成する。走査電磁石２０２は走査電磁石電源２１９に接続され、走査電磁石電源２１９は走査電磁石電源制御装置２２０に接続される。走査電磁石２０２は、ビーム進行方向に垂直な平面内において直交する２方向（例えばＸ方向とＹ方向）にビームを走査する１対の電磁石で構成される。１対の電磁石は、ビームをＸ方向に走査する２０２ａと、ビームをＹ方向に走査する２０２ｂからなる。
【００２１】
走査電磁石電源２１９は、１対の走査電磁石２０２に電流を供給して磁場を発生させ、ビームを偏向させる。この供給電流によりビームの偏向量が決定されるため、供給電流を調整することで、横方向の任意の位置にビームを照射できる。走査電磁石電源制御装置２２０で設定された電流が、走査電磁石電源２１９から走査電磁石２０２に供給される。走査電磁石に供給する電流値とビーム照射位置との関係は、中央制御装置１００のメモリ１０１に予め記憶させておく。
【００２２】
走査電磁石電源制御装置２２０による設定電流値は、照射制御システム３００に設けられた領域判定装置３０１（図３参照）に送信される。走査電磁石２０２の磁場発生領域には、磁場強度測定器２０５が設けられている。磁場強度測定器２０５は走査電磁石２０２の磁場強度を検出し、検出された磁場強度は、照射制御システム３００に設けられた領域判定装置３０１に送信される。領域判定装置３０１が、設定電流値により意図した磁場強度になっていることを確認することで、ビーム照射時の安全性を向上させている。
【００２３】
本実施例では、設定された走査電磁石２０２の励磁電流値により励磁領域（照射領域）を判定するが、磁場強度測定器２０５で検出された磁場強度の測定結果（測定値）に基づいて励磁領域を判定してもよい。また、ビーム位置モニタ２１８で検出されたビーム位置から励磁領域が判定できるため、設定した磁場強度により所望の領域にビームが走査されているかを確認する構成にすることで、ビーム照射時の安定性が向上する。
【００２４】
散乱体２０６は、物質によるイオンの散乱現象によりビームの横方向分布を拡大するためのものである。散乱後のビームの空間的な強度分布は、ほぼガウス分布になる。散乱体２０６は、一般に散乱量に対するエネルギー損失が少ないタングステン等の原子番号の大きい物質によって構成される。散乱体２０６は、複数の物質の混合物でもよく、厚みの異なる複数の板部材を重ねて構成し、ビーム進行方向における板部材の厚みの合計を変化させることも可能である。本実施例では、散乱体２０６は、走査電磁石２０２の下流側に配置されているが、走査電磁石２０２の上流側に配置しても良い。
【００２５】
リッジフィルタ２０８は、ビームに複数のエネルギー領域を形成し、患部２１６ａの深さ方向に形成される複数のブラッグピークを重ね合わせることで、広く一様な線量分布を形成するためのものである。リッジフィルタ２０８は、複数の楔形構造物２０８ａと、その支持部２０８ｂを有する。隣り合う楔形構造物２０８ａの間には、それぞれ開口が形成されている。楔形構造物２０８ａは階段状に配置された複数の平面領域を有しており、ビーム軸方向（進行方向）におけるリッジフィルタ２０８の底面から各平面領域までの厚みがそれぞれ異なっている。楔形構造物２０８ａは、その両側に位置する開口から、ビーム軸方向において最も高い位置にある平面領域に向かって、ビーム軸方向の厚みが段階的に増加するように形成されている。
【００２６】
即ち、リッジフィルタ２０８は、ビームの通過位置に応じてビームが通過する部分の厚みが変化する。これにより、リッジフィルタ２０８通過後のビームエネルギーが変化し、それぞれのビームエネルギーに対応した、異なる深さにブラッグピークを形成することで、患部２１６ａにおける所望の深さの広い領域に一様な照射野を形成できる。
【００２７】
リッジフィルタ２０８は、楔形構造物２０８ａの厚みが異なる方向（横方向）の幅を小さくし、通過位置によるビームエネルギーの違いを緩和することで、横方向位置におけるエネルギー分布の違いを低減している。本実施例のリッジフィルタ２０８は、階段状に配置された複数の平面領域を有する複数の楔形構造物２０８ａを備えているが、厚みが異なる構成であればよい。また、楔形構造物２０８ａの厚みの差によるビーム散乱量を補償するために、楔形構造物２０８ａの厚みが異なる方向（横方向）に厚みの異なる散乱補償体を設けてもよい。
【００２８】
レンジシフタ２１０は、イオンビームの最大飛程を患部２１６ａの最大深さと一致させるものである。レンジシフタ２１０は、エネルギー損失に対してビーム散乱量の小さい樹脂等の原子番号の小さな物質によって構成される。イオンビームがレンジシフタ２１０を通過するとエネルギーを失うので、イオンビームの最大飛程を減らすことができる。これにより、イオンビームの最大飛程を患部２１６ａと一致させることができる。レンジシフタ２１０は、厚みの異なる複数の板部材を重ねて構成し、板部材の組合せ方により、ビーム進行方向の厚みの合計を変化させることができる。イオンビームの最大飛程を患部２１６ａと一致させるには、レンジシフタ２１０を用いずに、シンクロトロン５によるイオンビームの加速エネルギーを減らしても良い。また、高エネルギービーム輸送系１６でビームのエネルギーを損失させても良い。
【００２９】
上記の過程を経て、横方向に走査され、深さ方向に拡大されたイオンビームは、線量モニタ２１２に入射し、通過したビーム量が計測される。線量モニタ２１２は、ビーム下流側（レンジシフタ２１０よりも下流側）に配置すると、患部２１６ａに照射する直前のイオンビームの通過量を計測できる。線量モニタ２１２は、ビーム上流側（リッジフィルタ２０８，レンジシフタ２１０などのイオンビームのエネルギーを変化させる機器よりも上流側）に配置すると、エネルギーの違いによる線量モニタ２１２からの出力信号の補正計算等の手間を省ける。
【００３０】
ボーラス２１４は、例えば樹脂製のブロック体を掘削加工したものであり、横方向のビーム入射位置に応じてビームの樹脂通過厚さが変化する。これにより、イオンビームのボーラス２１４通過後のエネルギーを入射位置ごとに変化させることができ、イオンビームの到達深さを患部２１６ａの深さ方向における形状と合致させることができる。
【００３１】
コリメータ２１５は、放射線遮蔽体によって構成され、患部２１６ａに対応する貫通孔を形成している。コリメータ２１５は、横方向に拡大されたイオンビームのうち、その貫通孔を通過したイオンビームのみを患部２１６ａに照射する。
【００３２】
ボーラス２１４とコリメータ２１５は、患部２１６ａの形状に合わせて加工され、患部２１６ａ毎に交換される。コリメータ２１５としてマルチリーフコリメータを用い、リーフを移動して患部２１６ａの横方向の形状に合わせることにより、コリメータの加工や交換の手間を省くことができる。
【００３３】
図３を用いて、照射制御システム３００を説明する。図３は、照射制御システム３００の詳細構成図である。照射制御システム３００は、所望の照射野を形成するために、走査電磁石２０２の走査領域毎にビーム照射量（吸収線量）を管理する。走査領域は、走査電磁石２０２の全励磁範囲において、複数に分割して形成される一つの励磁領域として表すことができる。照射制御システム３００は、領域判定装置３０１，振り分け装置３０３，開閉信号生成装置３０７，照射完了信号生成装置３０９，インターロック信号生成装置３１０，メモリ（目標値メモリ）３０５，カウンタ（マルチチャンネルカウンタ）３０４，メモリ（照射中領域メモリ）３１１を備える。
【００３４】
領域判定装置３０１は、メモリ（領域判定装置メモリ）３０２を備え、中央制御装置１００，磁場強度測定器２０５，メモリ３１１にそれぞれ接続される。振り分け装置３０３は、メモリ３１１，線量モニタ２１２，カウンタ３０４にそれぞれ接続される。開閉信号生成装置３０７は、メモリ３１１，カウンタ３０４，メモリ３０５，スイッチ１１にそれぞれ接続される。照射完了信号生成装置３０９は、カウンタ３０４，メモリ３０５，中央制御装置１００にそれぞれ接続されている。インターロック信号生成装置３１０は、カウンタ３０４，メモリ３０５，中央制御装置１００にそれぞれ接続されている。カウンタ３０４は、カウンタ１からカウンタＮ2までのＮ2個のカウンタと、カウンタＳの合計（Ｎ2＋１）個のカウンタを含む。カウンタ１からカウンタＮ2は、それぞれ、振り分け装置３０３を介して線量モニタ２１２に接続される。カウンタＳは、振り分け装置３０３を介さずに、線量モニタ２１２に接続される。
【００３５】
以下、図４を用いて、照射制御システム３００の主要構成機器の動作を説明する。図４は、照射制御システム３００による照射制御方法の概略説明図である。中央制御装置１００によりビーム照射開始信号が生成されると、シンクロトロン５，領域判定装置３０１，振り分け装置３０３，開閉信号生成装置３０７，照射完了信号生成装置３０９，インターロック信号生成装置３１０がそれぞれの動作を始め、シンクロトロン５からのイオンビームの出射が開始される。
【００３６】
まず、中央制御装置１００のメモリ１０１に記憶されている情報のうち、図９に示す情報が、照射制御システム３００のメモリ３０５に取り込まれる。図９の情報は、励磁領域の領域番号毎の、目標ビーム照射量（目標値）とその許容値、目標ビーム照射量の比率（Ｎi／ＮS）とその許容値である。メモリ３０５内のメモリ領域３０６−１乃至３０６−Ｎ2，３０６−Ｓ内に、該当する領域番号に対する関連情報（例えば、目標ビーム照射量とその許容値等）がそれぞれ記憶される。
【００３７】
領域判定装置３０１の役割は、走査電磁石電源制御装置２２０によって設定された電流値を励磁領域に変換することである。領域判定装置メモリ３０２は、設定された走査電磁石２０２への電流値とこれに対応する励磁領域（全励磁領域の個数をＮ2 個とする）が、互いに関係付けられている励磁領域の番号（領域番号）、その励磁領域の開始電流値及び終了電流値の各情報がデータテーブルとして登録されている（図５，図６参照）。これらの情報は、領域判定装置３０１によって中央制御装置１００のメモリ１０１から取り込まれる。
【００３８】
図５に示すように、例えば、ビームをＸ方向に走査する走査電磁石２０２ａの励磁電流範囲がＩMIN〜ＩMAX［Ａ］とすると、領域番号Ｘ1は、走査電磁石の励磁電流値がＩMIN〜Ｉ1に対応する励磁領域（照射領域）、領域番号Ｘｉは、走査電磁石の励磁電流値がＩi-1〜Ｉiに対応する励磁領域、領域番号ＸNは、走査電磁石の励磁電流値がＩN-1〜ＩMAXに対応する励磁領域であることを示す。
【００３９】
上記した励磁領域（照射領域）は、ビームをＹ方向に走査する走査電磁石２０２ｂにも設定されている。図６に示すように、例えば、走査電磁石２０２ｂの励磁電流範囲がＩ′MIN〜Ｉ′MAX［Ａ］とすると、領域番号Ｙ1は、走査電磁石の励磁電流値がＩ′MIN〜Ｉ′1に対応する励磁領域、領域番号Ｙｉは、走査電磁石の励磁電流値がＩ′i-1〜Ｉ′iに対応する励磁領域、領域番号ＹNは、走査電磁石の励磁電流値がＩ′N-1〜Ｉ′MAXに対応する励磁領域であることを示す。
【００４０】
全体として、２次元にビームを走査する場合は、全励磁領域（全照射領域）の数はＮ2個となり、この２次元平面（ＸＹ平面）上での領域番号と、Ｘ方向及びＹ方向の領域番号との関係は、図８のようなデータテーブルとして、中央制御装置１００のメモリ１０１に登録される。また、以上のデータテーブルを全て一つのデータテーブルにまとめて、図７のようなデータテーブルとして、中央制御装置１００のメモリ１０１に登録してもよい。
【００４１】
目標値は、ビーム照射量の目標値を示す。つまり、患者毎に選定されたビーム位置モニタ２１８の各領域番号（励磁領域番号）での吸収線量の目標値（目標線量値）である。目標値の許容値は、ビーム位置モニタ２１８の各領域番号における吸収線量の目標値の許容値である。目標線量比率は、全吸収線量に対する各領域番号での吸収線量との比率を示す。目標線量比率の許容値は、この比率の許容値である。
【００４２】
メモリ１０１に記憶されている図７に示す各情報は、ある患者に対する治療計画作成時に、医師が治療計画装置１０２を用いて設定（作成）する情報である。設定された各情報は、一旦メモリ１０３に保存され、ある患者の治療前に中央制御装置１００によってメモリ１０１に取り込まれる。図７の情報は、全ての患者毎に別の情報を用意する必要はなく、例えば領域番号と励磁領域の関係を、予め共通項目として設定しておくことも可能である。
【００４３】
次に、領域判定装置３０１は、イオンビームを患部２１６ａに照射している間、走査電磁石電源制御装置２２０から入力した走査電磁石２０２の励磁電流を、上記データテーブルを用いて、イオンビームが通過している励磁領域に変換する。具体的には、その励磁領域の領域番号（領域番号ｉなど）に変換する。このイオンビームが通過している励磁領域を、照射励磁領域という。照射励磁領域は、メモリ３１１に記憶される。即ち、メモリ３１１には、照射野形成装置２００内でビーム経路に位置している照射励磁領域が記憶される。走査電磁石２０２の励磁電流を照射励磁領域に変換してメモリ３１１に記憶させる処理は、イオンビームの出射中に繰り返し行われる。このため、メモリ３１１には、常に、ビーム経路に位置している照射励磁領域が記憶されている。
【００４４】
患者２１６の体内におけるイオンビームの照射位置は、走査電磁石電源制御装置２２０により設定される走査電磁石２０２の励磁電流により決まる。従って、患者２１６の体内での照射領域と、走査電磁石電源制御装置２２０で設定される励磁電流値との間に対応関係を付けると、横方向のイオンビーム照射量の管理が可能となる。しかし、この対応関係はなくてもよい。
【００４５】
振り分け装置３０３は、線量モニタ２１２で逐次計測されるビーム照射量（吸収線量）を、走査電磁石電源制御装置２２０で設定される励磁領域に対応する各カウンタ（カウンタ３０４のカウンタ）に振り分ける。まず、メモリ３１１に記憶された励磁領域（領域番号ｉ）を読み込む。領域番号ｉに対応するカウンタ−ｋに、線量モニタ２１２からのビーム照射量を出力する。即ち、カウンタｋには、領域番号ｉの励磁領域に対して計測されたビーム照射量（吸収線量）が積算して記録される。これにより、全ての励磁領域（領域番号１〜Ｎ2 ）におけるそれぞれのビーム照射量を独立にカウントできる。また、カウンタＳには、線量モニタ２１２で計測されたビーム照射量の信号がそのまま入力され、全領域の合計照射線量がカウントされる。
【００４６】
本実施例では、全領域の合計照射線量を別カウンタで計測する構成としたが、全ビーム照射量は、カウンタ１からカウンタＮ2までのカウント値を合計する構成としても良い。この場合、カウンタＳを節約できる。また、ビーム照射量をそれぞれのカウンタに記録する方法として、カウンタ１からカウンタＮ2のカウンタにビーム照射量の信号を常に入力し、領域番号ｉと判定された場合、対応するカウンタｋのみを計測ＯＮ、それ以外のカウンタを計測ＯＦＦとするように、カウンタ３０４の計測のＯＮ／ＯＦＦを切り替えてもよい。
【００４７】
また、カウンタは、必ずしも分割された領域と同じ数が必要ではない。例えば、カウンタの数は数個程度として、各励磁領域のビーム照射量をカウントした後、別に設けたメモリに領域番号ｉと関連付けてカウント量を保存し、その後カウンタをリセットして、次の領域のビーム照射量をカウントする方式としてもよい。この際、再び領域番号ｉの励磁領域が照射される場合には、別に設けたメモリからこれまでのカウント数をカウンタに読み込んで、ビーム照射量をカウントすることで、領域番号ｉに照射されたビーム量の積算値を求めることができる。
【００４８】
開閉信号生成装置３０７は、照射野形成装置２００内でビーム経路に位置している励磁領域（照射領域）の照射済みビーム照射量と目標線量（目標値）とを比較し、スイッチ１１を開閉してシンクロトロン５からのビーム出射のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。まず、メモリ３０５から励磁領域ごとの目標値を取り込む。次に、開閉信号生成装置３０７は、メモリ３１１から照射中の励磁領域の情報を取り込んで、領域番号ｉの励磁領域における目標値と照射済みビーム照射量とを比較する。
【００４９】
照射済みビーム量が目標値に到達していれば、開閉信号生成装置３０７は、ビームＯＦＦ信号を生成して、スイッチ１１に送信する。これにより、スイッチ１１が開き、高周波印加装置７への出射用高周波信号の印加が停止され、シンクロトロン５からのイオンビームの出射が停止される。
【００５０】
照射済みビーム量が目標値未満であれば、開閉信号生成装置３０７は、ビームＯＮ信号を生成して、スイッチ１１に送信する。これにより、スイッチ１１は閉じられ、高周波印加装置７へ出射用高周波信号が印加される。これにより、イオンビームは、目標値未満である励磁領域のみに照射される。
【００５１】
本実施例では、照射中の領域をメモリ３１１に記憶しているが、領域判定装置３０１による励磁領域の判定結果を、直接、振り分け装置３０３及び開閉信号生成装置３０７に入力することも可能である。ビーム経路に位置している励磁領域の情報を、振り分け装置３０３及び開閉信号生成装置３０７に入力するためには、動作タイミングを領域判定装置３０１と合わせる必要があるため、制御は複雑になる。
【００５２】
イオンビームの照射が進むにつれ、目標値のイオンビーム照射量が各励磁領域を通して患部２１６ａに照射される。インターロック信号生成装置３１０の役割は、患者２１６を不要なイオンビームの照射から防ぐことである。まず、インターロック信号生成装置３１０は、メモリ３０５から各励磁領域ごとの目標値とその許容値，全領域の合計目標値とその許容値を取り込む。メモリ３０５には、予め、中央制御装置１００から取り込んだ励磁領域毎の目標値とその許容値に加え、全励磁領域の合計ビーム照射量目標値とその許容値を取り込んでおく。次に、カウンタ３０４から各励磁領域ごと及び全励磁領域の照射済みビーム照射量を取り込む。カウンタＳはビーム照射量の総量をカウントするので、カウンタｉとカウンタＳのカウント値の比を取ると、領域番号ｉの励磁領域に照射されたビーム照射量の全照射量に対する比率を算出できる。
【００５３】
インターロック信号生成装置３１０は、カウンタＳのカウント値（全励磁領域の照射済みビーム量の合計）が（目標値Ｓ＋許容値Ｓ）の値以下であることを確認する。カウンタＳのカウント値が（目標値Ｓ＋許容値Ｓ）の値を超えた場合、これはイオンビームの過照射を意味するので、インターロック信号生成装置３１０はビーム照射停止信号を生成して、中央制御装置１００に送信する。インターロック信号生成装置３１０は、各励磁領域についても、同様に照射済みビーム量が（目標値ｉ＋許容値ｉ）以下であることを確認する。
【００５４】
また、カウンタ３０４から得た各励磁領域のビーム照射量の比率が（目標比率Ｒｉ±許容値ΔＲｉ）内であることも確認する。この比率が許容範囲から外れた場合は、ビーム照射量の各励磁領域間での偏りを意味するので、インターロック信号生成装置３１０は、ビーム照射停止信号を生成して、中央制御装置１００に送信する。ビーム照射停止信号を受け取った中央制御装置１００は、ビーム出射中止指令を生成して、インターロック用のスイッチ９に出力する（信号線省略）。これにより、スイッチ９は開き、高周波電源８から高周波印加電極への高周波電力の供給が停止され、シンクロトロン５からのイオンビームの出射が停止される。
【００５５】
このようにして、インターロック信号生成装置３１０が、カウンタ３０４からの現在のビーム照射量の取り込み、ビーム照射量とその比率が許容範囲内にあることの確認、を繰り返すことにより、想定外のイオンビーム照射を防ぐことができる。
【００５６】
照射完了信号生成装置３０９は、全励磁領域（全照射領域）で目標量のイオンビームが照射されたか判定し、完了した場合は照射完了信号を生成する。初めに、照射完了信号生成装置３０９は、メモリ３０５から励磁領域ごとの目標値を取り込む。次に、カウンタ３０４から励磁領域毎のビーム照射量を取り込み、励磁領域毎に目標値とビーム照射量を比較する。全励磁領域でビーム照射量が目標値に到達すれば、照射完了信号生成装置３０９は、照射完了信号を中央制御装置１００に出力する。照射完了信号生成装置３０９は、ビーム照射量が目標値未満の励磁領域が少なくとも１つあれば、カウンタ３０４からビーム照射量を取り込んで目標値と比較する処理を再度実施する。開閉信号生成装置３０７により、ビーム照射量が目標値未満の励磁領域に対してのみイオンビームが照射されるので、最終的には、全領域で目標値のビーム照射量が照射される。
【００５７】
中央制御装置１００は、照射完了信号を受け取ると、ビーム出射完了信号を生成して、照射（出射）完了用のスイッチ９に伝える。ビーム出射完了信号によって照射完了用のスイッチ９が開くため、高周波印加電極への高周波電力の供給が停止され、シンクロトロン５からのイオンビームの出射が停止される。
【００５８】
表示装置３０８は、走査電磁石電源制御装置２２０から設定される走査電磁石２０２の励磁領域ごとの照射済みビーム照射量と目標値を表示する。表示装置３０８は、カウンタ３０４及び中央制御装置１００に接続され、励磁領域毎に線量モニタ２１２で計測された線量カウンタ値，全励磁領域の線量カウンタ値の合計，励磁領域毎の目標値を、ビーム照射中に逐次表示する。これにより、ビーム照射の進捗状況を運転者に知らせる。また、照射パラメータ、使用している機器を表示装置３０８に表示することにより、運転者はビーム照射条件を容易に把握できる。また、励磁領域毎のビーム照射量とその合計との比率を、表示装置３０８に表示しても良い。これにより、照射が偏り無く進行していることを運転者に知らせることができる。
【００５９】
本実施例の粒子線治療装置を用いた患部２１６ａへのビーム照射方法について、説明する。イオン源２で生成されたイオンビームは、前段加速器３で前段加速され、低エネルギービーム輸送系４を通ってシンクロトロン５に供給される。イオンビームは、シンクロトロン５内を周回する間に、高周波加速空胴（図示せず）によって加速される。イオンビームが所望のエネルギーまで加速された後、高周波電源８からの高周波電力が、スイッチ９及び１１を通って高周波印加装置７の高周波印加電極により、シンクロトロン５内を周回しているイオンビームに印加される。これにより、安定限界内を周回しているイオンビームが、安定限界外に移行してシンクロトロン５から出射される。このイオンビームは、出射用デフレクタ１３及び高エネルギービーム輸送系１６を通って照射野形成装置２００に供給される。
【００６０】
イオンビームは、照射野形成装置２００内において、ビーム経路上に配置された走査電磁石２０２，散乱体２０６，リッジフィルタ２０８，レンジシフタ２１０，線量モニタ２１２，ビーム位置モニタ２１８，ボーラス２１４，コリメータ２１５を通過して、治療ベッド２１７上の患者２１６の患部２１６ａに照射される。ビーム照射中、走査電磁石電源制御装置２２０で設定された励磁電流が、走査電磁石電源２１９から走査電磁石２０２に供給され、患部２１６ａ内の線量分布が一様となるように、ビームが走査される。
【００６１】
照射野形成装置２００内を通過するイオンビームのビーム照射量（吸収線量）が、線量モニタ２１２によって計測される。線量モニタ２１２で計測された線量が目標値に達すると、照射（出射）完了用のスイッチ９が開き、シンクロトロン５からのイオンビームの出射が停止され、患部２１６ａに対するイオンビームの照射が終了する。
【００６２】
本実施例では、患部２１６ａ内のイオンビームの進行方向（深さ方向）の線量分布を一様にするために、リッジフィルタ２０８を用いている。リッジフィルタ２０８は、その楔形構造物２０８ａの最大厚みにより、線量分布が一様な領域の深さ方向の大きさが決まる。このため、楔型構造物２０８ａの最大厚みが異なる複数のリッジフィルタを用意し、複数のリッジフィルタを交換することで、線量分布が一様な領域の深さ方向の大きさを調整する。
【００６３】
開閉信号生成装置３０７は、各領域番号に対応する励磁領域ごとに、線量モニタ２１２で測定されたビーム照射量（吸収線量）の積算値が目標値に到達しているか否かを判定する。開閉信号生成装置３０７は、その積算値が目標値に到達している励磁領域に対しては、ビームＯＦＦ信号を生成する。これにより、前述したように、スイッチ１１が開き、その励磁領域に対するイオンビームの供給が停止される。開閉信号生成装置３０７は、ビーム照射量の積算値が目標値に到達していない励磁領域に対しては、ビームＯＮ信号を生成する。これにより、前述したように、スイッチ１１は閉じた状態で、その励磁領域に対してイオンビームが供給される。
【００６４】
本実施例は、イオンビームの出射開始及び出射停止（ＯＮ／ＯＦＦ）を制御することで、目標値に到達した励磁領域にイオンビームを供給せず、目標値に到達していない励磁領域にイオンビームを供給することにより、患部２１６ａ内のイオンビームの横方向における各位置に対する照射線量を容易に調節することができる。このため、患部２１６ａ内のイオンビームの横方向における線量分布を、容易に治療計画で定めた所望の線量分布にすることができ、患部２１６ａ内のイオンビームの横方向における各位置で、照射線量の過不足が生じる誤照射の確率を著しく低減することができる。
【００６５】
本実施例では、走査電磁石電源制御装置２２０で設定された走査電磁石２０２の励磁電流に基づいて、図７のデータテーブルで設定されたビーム強度（出射量）となるように、シンクロトロン５から出射するイオンビームのビーム出射量（ビーム出射強度）を制御している。具体的には、照射制御システム３００で判定された領域番号に対応するビーム強度に応じて、高周波印加装置７に供給される高周波信号の振幅を調整する変調信号を、中央制御装置１００から信号合成装置１０に送信する。これにより、図１０に示すような高周波信号の振幅変調が行われ、シンクロトロン５からのビーム出射量を、所望の強度に調整する。このようにして、励磁領域ごとの目標照射量の多少（大小）に応じて、イオンビーム強度を制御することができ、照射完了前の段階でも、イオンビームの横方向において所望の線量分布を形成することができるため、より安全性の高い照射が実現可能となる。
【００６６】
本実施例は、イオンビームの照射中、走査電磁石２０２による複数の励磁領域のうち、少なくとも１つを含む励磁領域群において、照射済み積算イオンビーム量と目標積算イオンビーム量とを比較し、何れかの励磁領域で目標値を超過した量のイオンビームが照射されたときに、イオンビームの照射を中止させる手段（インターロック信号生成装置３１０）を備える。これにより、イオンビームを照射中に、照射済み積算イオンビーム量と目標積算イオンビーム量とを逐次比較し、想定外のイオンビーム照射が行われた場合（目標値に対して予め設定した許容値の範囲を超過した場合など）に、直ちにイオンビームの照射を中止することができるので、信頼性をより高くできる。
【００６７】
本実施例は、走査電磁石２０２による複数の励磁領域のうち、少なくとも１つを含む第１の励磁領域群への照射済みイオンビーム量と、第１の励磁領域群に含まれない励磁領域を少なくとも１つ含む第２の励磁領域群への照射済みイオンビーム量の比が、予め設定した許容値の範囲を超えた場合に、イオンビームの照射を中止する手段を備える。これにより、イオンビーム照射中に、第１の励磁領域群及び第２の励磁領域群における照射済み積算イオンビーム量と目標イオンビーム量とのそれぞれの割合を逐次比較し、予め設定した許容値を超えてイオンビーム照射が行われた場合に、直ちにイオンビームの照射を中止することができるので、信頼性をより高くできる。
【００６８】
本実施例では、円形加速器としてシンクロトロン５を例にとって説明したが、シンクロトロン５の替わりにサイクロトロンを用いた場合にも適用できる。サイクロトロンの場合は、サイクロトロンにイオンビームを供給するイオン源の電源のＯＮ／ＯＦＦによって、サイクロトロンから照射野形成装置へのイオンビームの出射開始及び出射停止を制御する。加速装置としてサイクロトロンを用いた粒子線治療装置は、図１において、シンクロトロンをサイクロトロンに替えた構成を有し、高周波供給装置１２がない。サイクロトロンを用いた粒子線治療装置では、開閉信号生成装置３０７から出力されるビームＯＮ信号及びビームＯＦＦ信号は、電源とイオン源とを接続する配線に設けられた開閉装置の開閉制御に用いられる。このような開閉装置の制御によって、図１の実施例と同様に、目標値に到達した走査電磁石２０２の励磁領域にイオンビームを供給せず、目標値に到達していない励磁領域にイオンビームを供給することができる。このため、患部２１６ａ内のイオンビームの横方向における各位置に対する照射線量を容易に調節することができ、患部２１６ａ内のイオンビーム進行方向の各位置において照射線量の過不足が生じる誤照射の確率を著しく低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、陽子，炭素イオン等のイオンビームを患部に照射して治療する荷電粒子ビーム照射システムに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明による粒子線治療装置の一実施例の概略構成図。
【図２】図１の照射野形成装置の詳細説明図。
【図３】図１の照射制御システムの詳細構成図。
【図４】図１の照射制御システムによる照射制御方法の概略説明図。
【図５】Ｘ方向の励磁領域の領域番号と、走査電磁石の励磁電流の開始電流値及び終了電流値との関係を示すデータテーブル。
【図６】Ｙ方向の励磁領域の領域番号と、走査電磁石の励磁電流の開始電流値及び終了電流値との関係を示すデータテーブル。
【図７】ＸＹ平面上での領域番号と、Ｘ方向及びＹ方向の領域番号，ビーム照射量の目標値とその許容値などとの関係を示すデータテーブル。
【図８】ＸＹ平面上での領域番号と、Ｘ方向及びＹ方向の領域番号との関係を示すデータテーブル。
【図９】励磁領域の領域番号と、ビーム照射量の目標値とその許容値などとの関係を示すデータテーブル。
【図１０】ビーム出射用高周波信号の振幅変調の概略説明図。
【符号の説明】
【００７１】
１ イオンビーム発生装置
２ イオン源
３ 前段加速器
４ 低エネルギービーム輸送系
５ シンクロトロン
６ 加速装置
７ 高周波印加装置
８ 高周波電源
１０ 信号合成装置
９，１１ スイッチ
１４ 回転ガントリー
１６ 高エネルギービーム輸送系
１００ 中央制御装置
１０１，３０２，３０５ メモリ
２００ 照射野形成装置
２０１ ケーシング
２０２ 走査電磁石
２０３ 走査電磁石保持部材
２０５ 磁場強度測定器
２０６ 散乱体
２０８ リッジフィルタ
２１０ レンジシフタ
２１２ 線量モニタ
２１４ ボーラス
２１５ コリメータ
２１９ 走査電磁石電源
２２０ 走査電磁石電源制御装置
３００ 照射制御システム
３０１ 領域判定装置
３０３ 振り分け装置
３０４ カウンタ
３０７ 開閉信号生成装置
３０８ 表示装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを加速して出射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を、ビーム進行方向と垂直な照射面上に走査する走査磁石とを有し、前記走査磁石を通過した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システムにおいて、
前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの前記照射面上における照射位置及び線量に基づいて、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量を制御する制御装置を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項２】
請求項１において、前記制御装置は、前記照射面上の複数の領域を通過した前記荷電粒子ビームの線量の積算値を前記領域毎に求め、前記領域毎の積算値に基づいて、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量を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項３】
請求項２において、前記制御装置は、前記積算値が目標線量に達した前記領域がビーム経路に位置するときは、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を停止し、前記積算値が前記目標線量に達していない前記領域が前記ビーム経路に位置するときは、前記荷電粒子ビーム発生装置から前記荷電粒子ビームを出射することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項４】
請求項２において、何れかの前記領域の前記積算値が、当該領域で設定された許容値以上になったときに、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を停止する装置を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項５】
請求項２において、前記照射面上における第１照射領域を通過した前記荷電粒子ビームの前記積算値と、前記第１照射領域以外の照射領域である第２照射領域を通過した前記荷電粒子ビームの前記積算値との比が、設定した許容値を越えたときに、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を停止する装置を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項６】
請求項２において、前記領域毎の前記積算値を表示する表示装置を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項７】
請求項１において、前記走査磁石の磁場強度を制御する磁場強度制御装置と、前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの線量を計測する計測装置とを備え、
前記制御装置は、前記磁場強度制御装置により設定される磁場強度及び前記線量に基づいて、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量を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項８】
請求項１において、前記走査磁石の磁場強度を検出する磁場強度測定器と、前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの線量を計測する計測装置とを備え、
前記制御装置は、前記磁場強度測定器で検出された前記磁場強度及び前記線量に基づいて、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量を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項９】
請求項１において、前記走査磁石により走査される前記荷電粒子ビームの照射位置を検出するビーム位置測定装置と、前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの線量を計測する計測装置とを備え、
前記制御装置は、前記ビーム位置測定装置で検出された前記荷電粒子ビームの照射位置及び前記線量に基づいて、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量を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項１０】
出射用の高周波印加装置を有し、荷電粒子ビームを加速して出射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を、ビーム進行方向と垂直な照射面上に走査する走査磁石を有し、前記荷電粒子ビームを照射対象に照射するビーム照射装置とを備え、
前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの前記照射面上における位置及び前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの線量に基づいて、前記高周波印加装置に供給する高周波信号の振幅を制御する制御装置を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項１１】
荷電粒子ビームを生成するイオン源と、
前記イオン源から出射した前記荷電粒子ビームを、加速して出射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した前記荷電粒子ビームを、ビーム進行方向と垂直な照射面上に走査する走査磁石を有し、前記荷電粒子ビームを照射対象に照射するビーム照射装置とを備え、
前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの前記照射面上における位置及び前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの線量に基づいて、前記イオン源からの前記荷電粒子ビームの出射量を制御する制御装置を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項１２】
荷電粒子ビームを加速して出射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した前記荷電粒子ビームを、ビーム進行方向と垂直な照射面上に走査する走査磁石を有し、前記荷電粒子ビームを照射対象に照射するビーム照射装置とを備え、
前記照射面上で分割して形成される複数の領域のうち、目標線量に達した前記領域への前記荷電粒子ビームの供給を停止し、前記目標線量に達していない他の前記領域に前記荷電粒子ビームを供給する制御装置を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項１３】
請求項１２において、前記制御装置は、前記領域を通過した前記荷電粒子ビームの線量の積算値が前記目標線量に達した前記領域への前記荷電粒子ビームの供給を停止し、前記積算値が前記目標線量に達していない他の前記領域に前記荷電粒子ビームを供給することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項１４】
請求項１２において、前記走査磁石の磁場強度を制御する磁場強度制御装置を備え、
前記制御装置は、前記磁場強度制御装置により設定される磁場強度に基づいて、前記荷電粒子ビームの供給及び供給停止を行うことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項１５】
請求項１２において、前記走査磁石の磁場強度を検出する磁場強度測定器を備え、
前記制御装置は、前記磁場強度測定器により検出された前記磁場強度に基づいて、前記荷電粒子ビームの供給及び供給停止を行うことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項１６】
請求項１２において、前記走査磁石で走査される前記荷電粒子ビームの照射位置を検出するビーム位置測定装置を備え、
前記制御装置は、前記ビーム位置測定装置で検出された前記荷電粒子ビームの照射位置に基づいて、前記荷電粒子ビームの供給及び供給停止を行うことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項１７】
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、走査磁石によりビーム進行方向と垂直な照射面上に走査して照射対象に供給し、
前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの前記照射面上における照射位置及び線量に基づいて、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量を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項１８】
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、ビーム進行方向と垂直な照射面上に走査する走査磁石に供給し、
前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの前記照射面上における走査範囲を分割して形成される複数の領域のうち、目標線量に達した前記領域への前記荷電粒子ビームの供給を停止し、前記目標線量に達していない他の前記領域に前記荷電粒子ビームを供給することを特徴とする荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項１】
荷電粒子ビームを加速して出射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を、ビーム進行方向と垂直な照射面上に走査する走査磁石とを有し、前記走査磁石を通過した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システムにおいて、
前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの前記照射面上における照射位置及び線量に基づいて、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量を制御する制御装置を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項２】
請求項１において、前記制御装置は、前記照射面上の複数の領域を通過した前記荷電粒子ビームの線量の積算値を前記領域毎に求め、前記領域毎の積算値に基づいて、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量を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項３】
請求項２において、前記制御装置は、前記積算値が目標線量に達した前記領域がビーム経路に位置するときは、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を停止し、前記積算値が前記目標線量に達していない前記領域が前記ビーム経路に位置するときは、前記荷電粒子ビーム発生装置から前記荷電粒子ビームを出射することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項４】
請求項２において、何れかの前記領域の前記積算値が、当該領域で設定された許容値以上になったときに、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を停止する装置を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項５】
請求項２において、前記照射面上における第１照射領域を通過した前記荷電粒子ビームの前記積算値と、前記第１照射領域以外の照射領域である第２照射領域を通過した前記荷電粒子ビームの前記積算値との比が、設定した許容値を越えたときに、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を停止する装置を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項６】
請求項２において、前記領域毎の前記積算値を表示する表示装置を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項７】
請求項１において、前記走査磁石の磁場強度を制御する磁場強度制御装置と、前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの線量を計測する計測装置とを備え、
前記制御装置は、前記磁場強度制御装置により設定される磁場強度及び前記線量に基づいて、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量を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項８】
請求項１において、前記走査磁石の磁場強度を検出する磁場強度測定器と、前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの線量を計測する計測装置とを備え、
前記制御装置は、前記磁場強度測定器で検出された前記磁場強度及び前記線量に基づいて、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量を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項９】
請求項１において、前記走査磁石により走査される前記荷電粒子ビームの照射位置を検出するビーム位置測定装置と、前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの線量を計測する計測装置とを備え、
前記制御装置は、前記ビーム位置測定装置で検出された前記荷電粒子ビームの照射位置及び前記線量に基づいて、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量を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項１０】
出射用の高周波印加装置を有し、荷電粒子ビームを加速して出射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を、ビーム進行方向と垂直な照射面上に走査する走査磁石を有し、前記荷電粒子ビームを照射対象に照射するビーム照射装置とを備え、
前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの前記照射面上における位置及び前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの線量に基づいて、前記高周波印加装置に供給する高周波信号の振幅を制御する制御装置を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項１１】
荷電粒子ビームを生成するイオン源と、
前記イオン源から出射した前記荷電粒子ビームを、加速して出射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した前記荷電粒子ビームを、ビーム進行方向と垂直な照射面上に走査する走査磁石を有し、前記荷電粒子ビームを照射対象に照射するビーム照射装置とを備え、
前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの前記照射面上における位置及び前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの線量に基づいて、前記イオン源からの前記荷電粒子ビームの出射量を制御する制御装置を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項１２】
荷電粒子ビームを加速して出射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した前記荷電粒子ビームを、ビーム進行方向と垂直な照射面上に走査する走査磁石を有し、前記荷電粒子ビームを照射対象に照射するビーム照射装置とを備え、
前記照射面上で分割して形成される複数の領域のうち、目標線量に達した前記領域への前記荷電粒子ビームの供給を停止し、前記目標線量に達していない他の前記領域に前記荷電粒子ビームを供給する制御装置を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項１３】
請求項１２において、前記制御装置は、前記領域を通過した前記荷電粒子ビームの線量の積算値が前記目標線量に達した前記領域への前記荷電粒子ビームの供給を停止し、前記積算値が前記目標線量に達していない他の前記領域に前記荷電粒子ビームを供給することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項１４】
請求項１２において、前記走査磁石の磁場強度を制御する磁場強度制御装置を備え、
前記制御装置は、前記磁場強度制御装置により設定される磁場強度に基づいて、前記荷電粒子ビームの供給及び供給停止を行うことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項１５】
請求項１２において、前記走査磁石の磁場強度を検出する磁場強度測定器を備え、
前記制御装置は、前記磁場強度測定器により検出された前記磁場強度に基づいて、前記荷電粒子ビームの供給及び供給停止を行うことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項１６】
請求項１２において、前記走査磁石で走査される前記荷電粒子ビームの照射位置を検出するビーム位置測定装置を備え、
前記制御装置は、前記ビーム位置測定装置で検出された前記荷電粒子ビームの照射位置に基づいて、前記荷電粒子ビームの供給及び供給停止を行うことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項１７】
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、走査磁石によりビーム進行方向と垂直な照射面上に走査して照射対象に供給し、
前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの前記照射面上における照射位置及び線量に基づいて、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量を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム出射方法。
【請求項１８】
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、ビーム進行方向と垂直な照射面上に走査する走査磁石に供給し、
前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの前記照射面上における走査範囲を分割して形成される複数の領域のうち、目標線量に達した前記領域への前記荷電粒子ビームの供給を停止し、前記目標線量に達していない他の前記領域に前記荷電粒子ビームを供給することを特徴とする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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−２７２１３９（Ｐ２００８−２７２１３９Ａ）
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１１７９１８（Ｐ２００７−１１７９１８）
【出願日】平成１９年４月２７日（２００７．４．２７）
【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２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月２７日（２００７．４．２７）
【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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