荷電粒子ビーム照射システム及び荷電粒子ビーム照射方法
【課題】安全性を確保しつつビームの照射位置の精度を緩和することができ、加速器やビーム輸送系の調整時間の短縮化を図ることが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照射方法を提供する。
【解決手段】荷電粒子ビーム発生装置３と、この荷電粒子ビーム発生装置３から出射された荷電粒子ビームを偏向して走査面上で走査する走査電磁石２１Ａ，２１Ｂを有する照射装置５とを備えた荷電粒子ビーム照射システムにおいて、走査面をビーム断面積より小さくなるように区画した複数の区画領域のそれぞれにおける照射量を検出する第二線量モニタ２７と、同じ飛程のビームを走査面上の位置を移動させて照射したときの各区画領域における積算照射量を演算し、この演算した積算照射量が予め設定記憶された許容値を超えたと判定した場合に、荷電粒子ビーム発生装置３から照射装置５へのビーム出射を中止させる照射制御装置６とを備える。
【解決手段】荷電粒子ビーム発生装置３と、この荷電粒子ビーム発生装置３から出射された荷電粒子ビームを偏向して走査面上で走査する走査電磁石２１Ａ，２１Ｂを有する照射装置５とを備えた荷電粒子ビーム照射システムにおいて、走査面をビーム断面積より小さくなるように区画した複数の区画領域のそれぞれにおける照射量を検出する第二線量モニタ２７と、同じ飛程のビームを走査面上の位置を移動させて照射したときの各区画領域における積算照射量を演算し、この演算した積算照射量が予め設定記憶された許容値を超えたと判定した場合に、荷電粒子ビーム発生装置３から照射装置５へのビーム出射を中止させる照射制御装置６とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビーム照射システム及び荷電粒子ビーム照射方法に係り、特に、陽子や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粒子線治療システムに適用するのに好適な荷電粒子ビーム照射システム及び荷電粒子ビーム照射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線治療は、標的となる腫瘍細胞に対して放射線を照射することにより、腫瘍細胞を壊死させる方法で治療を行う。この放射線には、Ｘ線や粒子線が利用される。Ｘ線の場合は、体表付近で与える線量が最も大きく、体内で与える線量が減衰していく。これに対し、粒子線の場合は、停止する直前で与える線量が最も大きく、腫瘍領域に線量を集中して照射できるという点で優れている。そのため、近年、粒子線を利用する粒子線治療システムが広まりつつある。
【０００３】
粒子線治療システムでは、一般に、陽子線や炭素線等の荷電粒子ビーム（粒子線）を加速して出射する加速器と、この加速器から出射された荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、このビーム輸送系に接続され、標的となる患者の患部へ荷電粒子ビームを照射する照射装置とを備えている。照射装置は、患部に与える線量が周囲と比べて高くなるようにビームを照射し、標的周辺の正常組織への影響を限りなく小さくしなければならない。すなわち、加速器から出射された荷電粒子ビームは、通常、径寸法１〜５ｍｍ程度でガウス分布状の線量分布を有しており、その照射領域及び線量分布を整形して標的形状に一致させる必要がある。このような目的を達成するための照射方法としては、散乱体法やスキャニング法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。散乱体法は、散乱体によりビームを径方向に広げかつ線量分布を一様とした後、コリメータで切り取ることにより照射領域を整形する方法である。スキャニング法は、走査電磁石によりビームを進行方向に対し垂直な走査面上で走査して、線量分布が一様な照射領域を整形する方法である。
【０００４】
スキャニング方式の照射装置では、走査電磁石の励磁電流を変化させてビームの走査面上位置（照射位置）を制御するが、電磁石のヒステリシス等の様々な要因によりビームの位置がずれる可能性がある。そこで、これに対応するため、ビームの位置を検出するビーム位置モニタと、ビームの設定位置を記憶する記憶装置と、ビーム位置モニタで検出されたビームの検出位置と記憶装置に記憶されたビームの設定位置とを比較し、その誤差が所定の許容範囲内にあるかどうかを判定する異常判定装置とを備えた構成が提唱されている（例えば、特許文献１参照）。この従来技術では、例えばビーム位置の誤差が所定の許容範囲より大きい場合は、異常と判定してインターロック信号を出力し、シンクロトロンの出射装置（高周波印加装置）と高周波電源との間に設けられた開閉スイッチを開き状態として、シンクロトロンからのビーム出射を中止させるようになっている。
【０００５】
【非特許文献１】「レビュー・オブ・サイエンティフィック・インスルメンツ（REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS）」，１９９３年８月，第６４巻，ｐ．２０８４〜２０８９
【特許文献１】２００５−２９６１６２号公報（段落［００４９］等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術には以下のような課題が存在する。
上記異常判定装置は、ビーム位置モニタで検出されたビームの検出位置と記憶装置に記憶されたビームの設定位置とを比較し、その誤差（ずれ）が所定の許容範囲より大きい場合にインターロック信号を出力し、開閉スイッチを開き状態として、シンクロトロンからのビーム出射を中止させる。これにより、誤照射を確実に防止し、安全性を確保するようになっている。しかしながら、その一方で、ビーム位置を厳しく管理すると（言い換えれば、所定の許容範囲を小さくすると）、加速器やビーム輸送系等の調整時間が長くなってしまうという課題が生じていた。
【０００７】
本発明の目的は、安全性を確保しつつビームの照射位置の精度を緩和することができ、加速器やビーム輸送系の調整時間の短縮化を図ることが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照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】
【０００８】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、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荷電粒子ビームを偏向して走査面上で走査する走査電磁石を有し、前記走査電磁石を通過した荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射装置とを備えた荷電粒子ビーム照射システムにおいて、前記走査面をビーム断面積より小さくなるように区画した複数の区画領域のそれぞれにおける照射量を検出する検出器と、同じ飛程のビームを前記走査面上の位置を移動させて照射したときの前記複数の区画領域のそれぞれにおける積算照射量を、前記検出器の検出結果に基づき演算する積算照射量演算手段と、予め設定された積算照射量の許容値を記憶する第１の記憶手段と、前記積算照射量演算手段で演算された積算照射量と前記第１の記憶手段で記憶された許容値とを比較し、積算照射量が許容値を超えたと判定した場合に、前記荷電粒子ビーム発生装置から前記照射装置へのビーム出射を中止させる第１のインターロック手段とを備える。
【０００９】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記第１の記憶手段は、ビームの飛程に応じて異なる許容係数を積算照射量の目標値に乗じた許容値を記憶する。
【００１０】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記第１の記憶手段は、前記走査面上の同じ位置に同じ飛程のビームを複数回に分けて照射する場合を想定し、その照射回数の段階に応じて異なる許容係数を積算照射量の目標値に乗じた許容値を記憶する。
【００１１】
（４）上記目的を達成するために、本発明は、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荷電粒子ビームを偏向して走査面上で走査する走査電磁石を有し、前記走査電磁石を通過した荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射装置とを備えた荷電粒子ビーム照射システムにおいて、前記走査面をビーム断面積より小さくなるように区画した複数の区画領域のそれぞれにおける照射量を検出する検出器と、同じ飛程のビームを前記走査面上の位置を移動させて照射したときの前記複数の区画領域のそれぞれにおける積算照射量を、前記検出器の検出結果に基づき演算する積算照射量演算手段と、積算照射量の目標値が同じである複数の区画領域からなる照射量同一領域における積算照射量の一様度を、前記積算照射量演算手段の演算結果に基づき演算する一様度演算手段と、予め設定された積算照射量の一様度の許容値を記憶する第２の記憶手段と、前記一様度演算手段で演算された積算照射量の一様度と前記第２の記憶手段で記憶された許容値とを比較し、積算照射量の一様度が許容値を超えたと判定した場合に、前記荷電粒子ビーム発生装置から前記照射装置へのビームの出射を中止させる第２のインターロック手段とを備える。
【００１２】
（５）上記（４）において、好ましくは、前記第２の記憶手段は、ビームの飛程に応じて異なる積算照射量の一様度の許容値を記憶する。
【００１３】
（６）上記（４）において、好ましくは、前記第２の記憶手段は、飛程が同じビームを複数回に分けて同じ照射位置に照射する場合を想定し、その照射段階に応じて異なる積算照射量の一様度の許容値を記憶する。
【００１４】
（７）上記目的を達成するために、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偏向して走査面上で走査する走査電磁石を有する照射装置により、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方法において、前記走査面をビーム断面積より小さくなるように区画した複数の区画領域のそれぞれにおける照射量を検出する検出器の検出結果に基づき、同じ飛程のビームを前記走査面上の位置を移動させて照射したときの前記複数の区画領域のそれぞれにおける積算照射量を演算し、この演算した積算照射量と記憶手段で予め設定記憶された許容値とを比較し、積算照射量が許容値を超えたと判定した場合に、前記荷電粒子ビーム発生装置から前記照射装置へのビーム出射を中止させる。
【００１５】
（８）上記目的を達成するために、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偏向して走査面上で走査する走査電磁石を有する照射装置により、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方法において、前記走査面をビーム断面積より小さくなるように区画した複数の区画領域のそれぞれにおける照射量を検出する検出器の検出結果に基づき、同じ飛程のビームを前記走査面上の位置を移動させて照射したときの前記複数の区画領域のそれぞれにおける積算照射量を演算し、その演算結果に基づき、積算照射量の目標値が同じである複数の区画領域からなる照射量同一領域における積算照射量の一様度を演算し、この演算した積算照射量の一様度と記憶手段で予め設定記憶された許容値とを比較し、積算照射量の一様度が許容値を超えたと判定した場合に、前記荷電粒子ビーム発生装置から前記照射装置へのビームの出射を中止させる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、安全性を確保しつつビームの照射位置の精度を緩和することができ、加速器やビーム輸送系の調整時間の短縮化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態である粒子線治療システムを、図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施形態における粒子線治療システムの全体構成を表す概略図である。
【００１９】
この図１において、粒子線治療システムは、治療ベッド１に固定された患者２の患部２ａ（後述の図２参照）に例えば陽子線や炭素線等の荷電粒子ビーム（粒子線）を照射して治療を施すものであり、荷電粒子ビーム発生装置３と、この荷電粒子ビーム発生装置３から出射された荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系４と、このビーム輸送系４に接続され、荷電粒子ビームを患者２の患部２ａに照射する照射装置５とを備えている。また、荷電粒子ビーム発生装置３及びビーム輸送系４を制御する加速・輸送制御装置（図示せず）と、照射装置５を制御する照射制御装置６と、治療計画データ（詳細は後述）を作成する治療計画装置７と、加速・輸送制御装置及び照射制御装置６を統括して制御する中央制御装置８と、照射制御装置６及び中央制御装置８に接続された表示装置９とを備えている。
【００２０】
荷電粒子ビーム発生装置３は、イオン源１０と、このイオン源１０で発生した荷電粒子を加速する前段加速器１１（例えば線形加速器）と、この前段加速器１１からの荷電粒子ビームをさらに加速するシンクロトロン１２（なお、このシンクロトロンに代えて、例えばサイクロトロン等の他の加速器を用いてもよい）とを備えている。シンクロトロン１２は、荷電粒子ビームを周回させるための複数の偏向電磁石１３及び複数の四極電磁石（図示せず）と、周回する荷電粒子ビームを加速させる加速装置１４と、荷電粒子ビームを出射デフレクタ１５から出射させる出射装置１６とを備えている。加速装置１４は、ビームの周回周期と同期して高周波加速空洞（図示せず）に高周波電磁場を発生させ、荷電粒子ビームを加速させる。これにより、ビームエネルギーを設定値（例えば７０〜２５０ＭｅＶ程度）まで高めるようになっている。
【００２１】
出射装置１６は、例えば高周波印加電極（図示せず）を有し、この高周波印加電極がインターロック用スイッチ１７及び出射用スイッチ１８を介し高周波電源１９に接続されている。インターロック用スイッチ１７は通常閉じ状態にあり、例えば照射制御装置６からのビーム出射開始信号に応じて出射用スイッチ１８が閉じ状態に切り替えられると、出射装置１６は、高周波電源１９からの高周波電力が供給されて、荷電粒子ビームに高周波を印可する。これにより、荷電粒子ビームが周回軌道から離脱して出射用デフレクタ１５から出射されるようになっている。一方、インターロック用スイッチ１７又は出射用スイッチ１８が開き状態にある場合は、荷電粒子ビームが出射されないようになっている。
【００２２】
ビーム輸送系４は、複数の偏向電磁石及び複数の四極電磁石を有し、シンクロトロン１２から出射された荷電粒子ビームを照射装置５に輸送するようになっている。
【００２３】
照射装置５は、ビーム輸送系４の一部であるビーム経路２０とともに回転ガントリー（図示せず）に設置されており、この回転ガントリーによって患者２の周囲を回転し任意の方向からのビーム照射を可能としている。また、本実施形態における照射装置５は、走査電磁石により荷電粒子ビームを進行方向に対し垂直な走査面上で走査しつつ、散乱体により径方向寸法を拡大させて照射する方法、言い換えれば、スキャニング法と散乱体法との中間に位置する照射方法（均一走査方法と称す）を採用している。このような照射装置５の構成を図２により説明する。
【００２４】
図２は、本実施形態における照射装置５の構成を照射制御装置６とともに表す概略図である。
【００２５】
この図２において、照射装置５には、ビーム進行方向（図２中下方向）に沿う順序で、走査電磁石２１Ａ，２１Ｂ、散乱体２２、リッジフィルタ２３、レンジシフタ２４、位置モニタ２５、第一線量モニタ２６、第二線量モニタ２７、コリメータ２８、及びボーラス２９が設けられている。
【００２６】
走査電磁石２１Ａ，２１Ｂは、走査電磁石用電源３０Ａ，３０Ｂにそれぞれ接続されており、これら走査電磁石電源３０Ａ，３０Ｂから走査電磁石２１Ａ，２１Ｂへの供給電流を制御する電源制御装置３１が設けられている。電源制御装置３１は、照射制御装置６からの指令信号に応じて走査電磁石２１Ａ，２１Ｂの供給電流をそれぞれ制御し、これによって走査電磁石２１Ａ，２１Ｂの励磁磁場をそれぞれ制御する。このように制御された走査電磁石２１Ａ，２１Ｂの励磁磁場によって、荷電粒子ビームは、進行方向に対し垂直で互いに直交するＸ方向（図２中左右方向）及びＹ方向（図２中紙面に対し垂直方向）にそれぞれ偏向され、走査されるようになっている。
【００２７】
散乱体２２は、ビーム散乱量に対しエネルギー損失が少ない材料（詳細には、タングステン等の原子番号の大きな物質）からなる板部材で構成されており、ビームの径方向の線量分布をガウス分布としつつビームを径方向に拡大するようになっている。なお、散乱体２４によるビーム散乱量はビームエネルギーに依存するため、ビームエネルギーに応じて散乱体２４の厚みを変更させなければ、ビームの径寸法をほぼ同じ大きさにすることができない。そのため、図２では便宜上図示していないが、厚みが異なる複数の散乱体２２を搭載したターンテーブルが設けられており、照射制御装置６からの指令信号に応じてターンテーブルが回転駆動し、ビームエネルギーに対応して選択された散乱体２２がビームの通過位置に配置されるようになっている。
【００２８】
リッジフィルタ２３は、ビームのエネルギー分布幅を広げて、ビームにおける患部２ａの深さ方向（図２中上下方向）の線量分布を一様に拡大する、いわゆる拡大ブラッグピーク形成装置である。このリッジフィルタ２３は、複数の楔型構造を有し、ビーム入射位置に応じてビームが透過する厚み寸法が異なっている。これにより、ビーム入射位置に応じてエネルギー損失量が異なるため、複数のエネルギー成分を持つビームが形成される。その結果、患部２ａに照射されると異なる深さのブラッグピークが複数形成され、全体として患部２ａの深さ方向に一様な線量分布を形成するようになっている。
【００２９】
レンジシフタ２４は、エネルギー損失に対してビーム散乱量が少ない材料（詳細には、樹脂等の原子番号の小さな物質）からなり厚みが異なる複数の吸収体と、これら吸収体をそれぞれ移動させる吸収体駆動装置とで構成されている。そして、照射制御装置６からの指令信号に応じて吸収体を選択してビームの通過位置に移動させることにより、ビームエネルギーを減衰させて飛程（到達深度）を調整するようになっている。
【００３０】
コリメータ２８は、荷電粒子ビームを遮蔽する遮蔽体で構成され、この遮蔽体には患部２ａの横方向（言い換えれば、ビーム進行方向に対し垂直な方向）形状に対応する貫通穴が形成されている。これにより、荷電粒子ビームの照射範囲を患部２ａの横方向形状に合わせて整形するようになっている。
【００３１】
ボーラス２９は、例えば樹脂製のブロック体が掘削加工されたものであり、ビーム入射位置に応じて厚み寸法が変化している。これにより、ビーム入射位置毎にビーム飛程が調整され、荷電粒子ビームの到達深度を患部２ａの深さ形状に合わせるようになっている。
【００３２】
前述の図１に戻り、治療計画装置７は、治療計画データ（詳細には、例えば患部２ａの形状、照射方向、患部２ａを深さ方向に分割した複数の層、及び各層の形状（照射野）等の情報を含むデータ）を作成して中央制御装置８へ出力するようになっている。なお、本実施形態の粒子線治療システムでは、ビームのスポット照射制御（詳細には、照射位置を固定したスポット照射を行い、その照射位置におけるビーム照射量が目標値に達したらスポット照射を停止させ、その後、ビーム照射を中断させた状態で照射位置を移動させる制御）を行なっている。そのため、治療計画データには、各層におけるスポット照射位置、照射順序、各スポット照射位置におけるビーム照射量の目標値等の情報も含まれている。このような治療計画の詳細について図３〜図５を用いて説明する。
【００３３】
はじめに深さ方向に一様な線量分布を形成する方法について説明する。一様分布を形成する方法には、前述したリッジフィルタを用いる方法の他に、患部２ａを深さ方向に分割しそれぞれの深さに対応した位置にブラッグピークを持つビームを順番に照射していく方法がある。この場合、ブラッグピークの深さが異なるビームの照射は、加速装置のエネルギーや次に説明するレンジシフタの厚みを調整することで実現する。本実施形態の照射方法である均一走査法では、どちらの方法も可能であるが、今後は後者の方法に基づき説明を進める。ただし、リッジフィルタにより深さ方向に一様な線量分布を形成する場合においても本発明は同様に適用できる。
【００３４】
図３は、ビームにおける患部２ａの深さ方向の線量分布を模式的に表す図である。この図３中実線で示すように、ビームにおける患部２ａの深さ方向の線量分布は、ビームの飛程（言い換えれば、ビームエネルギー）に応じた深さ位置でブラッグピークが形成される。したがって、飛程が異なる複数（図３では６つを例示）の荷電粒子ビームを重ね合わせれば、患部２ａの深さ方向に線量が一様となる分布（図３中点線で図示）を形成することが可能である。このような観点に基づき、治療計画装置７では、ビームの飛程間隔を（好ましくは、ブラッグピーク幅の２倍程度に）設定し、これに基づき患部２ａを深さ方向に分割する複数の層を設定する。
【００３５】
また、荷電粒子ビームはブラッグピークの位置より浅い位置にも線量を付与するので、通常、深い層から照射していくように照射順序を設定する。また、患部２ａの深さ方向に線量が一様となる分布を形成するため、図３に示すように、長い飛程のビームの照射量よりも短い飛程のビームの照射量を小さくしなければならない。このような観点に基づき、ビームの照射量を設定する。
【００３６】
図４は、ビームの径方向の線量分布を模式的に表す図である。この図４中実線で示すように、ビームの径方向の線量分布は、ガウス分布となっている。従って、スポット照射位置が異なる複数（図４では４つを例示）の荷電粒子ビームを重ね合わせれば、線量が一様となる分布（図４中点線で図示）を形成することが可能である。このような観点に基づき、治療計画装置７では、ビームの径寸法及びスポット照射の位置間隔（好ましくは、ガウス分布の標準偏差の１倍程度から２倍程度の間）を設定し、これに基づき各層におけるスポット照射位置（言い換えれば、スポット照射の中心位置）を設定する。具体的には、スポット照射の位置間隔を一定としつつ、例えば図５（ａ）に示すように格子状にスポット照射位置Ｓｉ（ｉ＝１，２，…）を配置してもよいし、また例えば図５（ｂ）に示すように三角状にスポット照射位置Ｓｊ（ｊ＝１，２，…）を配置してもよい。若しくは、図示しないが、スポット照射の位置間隔を一定としないで、スポット照射位置を配置してもよい。その後、照射順序及び各スポット照射位置における照射量の目標値を設定する。
【００３７】
前述の図１に戻り、中央制御装置８は、治療計画装置７から入力された治療計画データをメモリ３２に記憶するとともに、この治療計画データに基づき運転制御データを作成してメモリ３２に記憶する。なお、運転制御データには、治療計画データに含まれる情報に基づいて演算された情報だけでなく、メモリ３２に予め設定記憶された情報等も含まれている。そして、中央制御装置８は、オペレータからの治療開始の指令に応じて、メモリ３２に記憶された運転制御データを加速・輸送制御装置及び照射制御装置６に出力するとともに、加速・輸送制御装置及び照射制御装置６を統括して制御するようになっている。
【００３８】
加速・輸送制御装置は、中央制御装置８から入力した運転制御データ（詳細には、患部２ａを深さ方向に分割した各層に対応するビームエネルギーの設定値、及びこのビームエネルギーに設定するための電磁石の励磁電流などの制御パラメータを含むデータ）を内部メモリに記憶し、この運転制御データに基づき荷電粒子ビーム発生装置３及びビーム輸送系４を制御するようになっている。
【００３９】
照射制御装置６は、中央制御装置８から入力した運転制御データ（詳細には、患部２ａを深さ方向に分割した各層に対応するレンジシフタ２４の吸収体の組み合わせと、ビームエネルギーに対応する散乱体２２の種類と、各層におけるスポット照射位置や照射順序に対応する走査電磁石２１Ａ，２１Ｂの励磁電流パターンと、各スポット照射位置における照射量の目標値と、照射位置や照射量の許容値等の情報を含むデータ）をメモリ３３（後述の図６参照）に記憶し、この運転制御データに基づき照射装置５等を制御するようになっている。
【００４０】
詳しく説明すると、照射制御装置６は、第１の機能（スポット照射制御機能）として、まず、電源制御装置３１を介し操作電磁石２１Ａ，２１Ｂの励磁磁場を制御してビームの照射位置を固定し、その後、ビーム出射開始信号を出力して出射用スイッチ１８を閉じ状態に切り換え、荷電粒子ビーム発生装置３から照射装置５へ荷電粒子ビームを出射させて、患部２ａへのスポット照射を開始する。そして、第一線量モニタ２６で検出した単一のスポット照射におけるビーム照射量が目標値に達したかどうかを判定し、ビーム照射量が目標値に達した場合にビーム出射停止信号を出力して出射用スイッチ１８を開き状態に切り換え、荷電粒子ビーム発生装置３から照射装置５へのビーム出射を中断させて、患部２ａへのスポット照射を停止させる。その後、患部２ａへのビーム照射を中断させた状態で、スポット照射位置を変更するようになっている。
【００４１】
また、照射制御装置６は、第２の機能（インターロック制御機能）として、位置モニタ２５、第一線量モニタ２６、及び第二線量モニタ２７の検出結果に応じてインターロック信号を出力するようになっている。
【００４２】
図６は、照射制御装置６の上記インターロック制御に係わる機能構成を表すブロック図である。
【００４３】
この図６において、照射制御装置６は、上述した運転制御データ等を記憶するメモリ３３と、位置モニタ２５、第一線量モニタ２６、及び第二線量モニタ２７からの検出信号を入力する入力部３４と、位置モニタ２５、第一線量モニタ２６、及び第二線量モニタ２７からの検出信号にそれぞれ基づき、所定の演算処理を行う演算制御部３５と、この演算制御部３５で生成したインターロック信号をインターロック装置３６に出力するとともに、表示信号を表示装置９に出力する出力部３７とを有している。インターロック装置３６は、照射制御装置６からのインターロック信号に応じてインターロック用スイッチ１７を開き状態に切り換え、荷電粒子ビーム発生装置３から照射装置５へのビーム出射を中断させるようになっている（前述の図１参照）。
【００４４】
照射制御装置６の演算制御部３５は、位置モニタ２５からの検出信号に基づきビームの照射位置のずれ（目標値との差分）を演算し、この演算した照射位置のずれがメモリ３３に記憶された許容値を超えたかどうかを判定し、例えば照射位置のずれが許容値を超えたと判定した場合にインターロック信号及び表示信号を出力部３７から出力するようになっている。
【００４５】
第一線量モニタ２６は、ビーム全体の照射量を連続的に検出可能とし、その検出信号を出力するようになっている。そして、演算制御部３５は、第一線量モニタ２６からの検出信号に基づき単一のスポット照射におけるビーム照射量を演算し、この演算したビーム照射量がメモリ３３に記憶された許容値を超えたかどうかを判定し、例えばビーム照射量が許容値を超えたと判定した場合にインターロック信号及び表示信号を出力部３７から出力するようになっている。
【００４６】
本発明の要部である第二線量モニタ２７は、走査電磁石２１Ａ，２１Ｂで走査するビームの走査面Ａをビームの断面積Ｂより小さくなるように区画した複数の区画領域Ｐｉ（ｉ＝１，２，…）のそれぞれにおける照射量を連続的に検出可能とし（図７参照）、その検出信号を出力するようになっている。そして、演算制御部３５は、患部２ａの同じ層をビーム照射する間（言い換えれば、同じ飛程のビームを走査面上の位置を移動させて照射する間）、第二線量モニタ２７からの検出信号に基づき、照射野に相当する複数の区画領域Ｐｉのそれぞれにおける積算照射量を演算する。詳細には、メモリ３３に記憶された照射野を参照して対応する複数の区画領域を設定し、それら設定された複数の区画領域において検出値（カウント値）をそれぞれ積算する。なお、ビームの径方向の線量分布がガウス分布となっているので、ビームの中心近傍に位置する区画領域では検出値が比較的大きく、ビームの中心から離れた区画領域では検出値が比較的小さくなっている。そして、演算制御部３５は、演算した積算照射量がメモリ３３に記憶された許容値を超えたかどうかをそれぞれ判定し、例えば積算照射量が許容値を超えたと判定した場合にインターロック信号及び表示信号を出力部３７から出力するようになっている。
【００４７】
図８は、本実施形態の粒子線治療システムにおけるスポット照射制御の制御処理内容を表すフローチャートである。図９は、図８中のステップ１３０のインターロック制御処理の詳細手順を表すフローチャートである。
【００４８】
まず、ステップ１００において、患部２を深さ方向に分割した最初の層に対応するビームの飛程を設定する。加速・輸送制御装置は、荷電粒子ビーム発生装置３を制御して荷電粒子ビームを加速させ、ビームエネルギーを設定値まで高めるとともに、そのビームエネルギーの設定値に対応してビーム輸送系４を準備する。また、照射制御装置６は、照射装置５における散乱体２２の種類を選択してビームサイズを調整するとともに、レンジシフタ２４の吸収体の組み合わせを制御してビームの飛程を調整するようになっている。その後、ステップ１１０に進み、照射制御装置６は、電源制御装置３１を介し走査電磁石２１Ａ，２１Ｂの励磁磁場を制御して、最初のスポット照射位置を固定する。
【００４９】
そして、ステップ１２０に進み、照射制御装置６は、ビーム出射開始信号を出力して出射用スイッチ１８を閉じ状態に切り換え、荷電粒子ビーム発生装置３から照射装置５へ荷電粒子ビームを出射させて、患部２ａへのスポット照射を開始する。このとき、照射制御装置６は、位置モニタ２５からの検出信号に基づきビームの照射位置のずれを演算し、第一線量モニタ２６からの検出信号に基づき単一のスポット照射におけるビーム照射量を演算し、第二線量モニタ２７からの検出信号に基づき複数の区画領域Ｐｉのそれぞれにおける積算照射量を演算する。そして、ステップ１３０に進み、照射制御装置６は、それらの演算結果に基づいてインターロック制御処理に移る。
【００５０】
インターロック制御処理では、ステップ１３１において、演算したビーム照射位置のずれがメモリ３３に記憶された許容値を超えたかどうかを判定する。例えばビーム照射位置のずれが許容値を超えた場合は、ステップ１３１の判定が満たされ、ステップ１３２に移る。ステップ１３２では、インターロック信号をインターロック装置３６に出力し、インターロック用スイッチ１７を開き状態に切り換え、荷電粒子ビーム発生装置３から照射装置５へのビーム出射を中断させて、患部２ａへのビーム照射を中止させる。また、表示信号を表示装置９に出力し、ビーム照射を中止したことを報知する表示を行わせる。一方、例えばビーム照射位置のずれが許容値未満である場合は、ステップ１３１の判定が満たされず、ステップ１３３に移る。
【００５１】
ステップ１３３では、演算した複数の区画領域Ｐｉのそれぞれにおける積算照射量がメモリ３３に記憶された許容値を超えたかどうかを判定する。例えば積算照射量が許容値を超えた場合は、ステップ１３３の判定が満たされ、上述のステップ１３２に移って上記同様の手順を行い、患部２ａへのビーム照射を中止させる。一方、例えば積算照射量が許容値未満である場合は、ステップ１３３の判定が満たされず、ステップ１３４に移る。
【００５２】
ステップ１３４では、演算した単一のスポット照射におけるビーム照射量がメモリ３３に記憶された許容値を超えたかどうかを判定する。例えば単一のスポット照射におけるビーム照射量が許容値を超えた場合は、ステップ１３４の判定が満たされ、上述のステップ１３２に移って上記同様の手順を行い、患部２ａへのビーム照射を中止させる。一方、例えば単一のスポット照射におけるビーム照射量が許容値未満である場合は、ステップ１３４の判定が満たされず、ステップ１３０のインターロック制御処理が終了して、ステップ１４０に移る。
【００５３】
ステップ１４０では、照射制御装置６は、演算した単一のスポット照射におけるビーム照射量がメモリ３３に記憶された目標値に達したかどうかを判定する。例えば単一のスポット照射におけるビーム照射量が目標値に達しない場合は、上述のステップ１２０に戻り、上記同様の手順を繰り返す。一方、例えば単一のスポット照射におけるビーム照射量が目標値に達した場合は、ステップ１５０に移る。ステップ１５０では、ビーム出射停止信号を出力して出射用スイッチ１８を開き状態に切り換え、荷電粒子ビーム発生装置３から照射装置５へのビーム出射を中断させて、患部２ａへのスポット照射を停止させる。
【００５４】
そして、ステップ１６０に進み、同じ飛程で照射すべき他のビームがあるかどうか、すなわち患部２ａの同じ層において他のスポット照射位置があるかどうかを判定する。一般に、最初は他のスポット照射位置があるため、ステップの１６０の判定が満たされ、上述のステップ１１０に戻る。ステップ１１０では、照射制御装置６は、電源制御装置３１を介し走査電磁石２１Ａ，２１Ｂの励磁磁場を制御して、次のスポット照射位置に固定する。その後、上述したステップ１２０〜１５０の手順が行われる。なお、このとき、照射制御装置６は、ビームの照射位置のずれ及び単一のスポット照射におけるビーム照射量を新たに演算するとともに、複数の区画領域Ｐｉのそれぞれにおける積算照射量を、前回の積算照射量に加えながら演算する。そして、ステップ１１０〜１５０の手順が繰り返し行われ、患部２ａの同じ層において最後の照射スポットが完了すると、ステップ１６０の判定が満たされなくなり、ステップ１７０に進む。
【００５５】
ステップ１７０では、飛程を変えて照射すべき他のビームがあるかどうか、すなわち、患部２ａにおける照射すべき他の層があるかどうかを判定する。一般に、最初は照射すべき他の層があるため、ステップ１７０の判定が満たされ、上述のステップ１００に戻る。そして、上述したステップ１００〜１６０の手順が繰り返し行われ、さらに最後の層の照射が完了すると、ステップ１７０の判定が満たされて、患部２ａへの照射が終了する。
【００５６】
なお、上記において、第二線量モニタ２７は、特許請求の範囲記載の走査面をビーム断面積より小さくなるように区画した複数の区画領域のそれぞれにおける照射量を検出する検出器を構成する。また、照射制御装置６は、同じ飛程のビームを走査面上の位置を移動させて照射したときの複数の区画領域のそれぞれにおける積算照射量を、検出器の検出結果に基づき演算する積算照射量演算手段を構成し、かつ、予め設定された積算照射量の許容値を記憶する第１の記憶手段を構成し、かつ、積算照射量演算手段で演算された積算照射量と第１の記憶手段で記憶された許容値とを比較し、積算照射量が許容値を超えたと判定した場合に、荷電粒子ビーム発生装置から照射装置へのビーム出射を中止させる第１のインターロック手段を構成する。
【００５７】
以上のように本実施形態においては、走査面をビーム断面積より小さくなるように区画した複数の区画領域Ｐｉのそれぞれにおける照射量を検出する第二線量モニタ２７を設け、照射制御装置６は、第二線量モニタ２７の検出結果に基づき、同じ飛程のビームを走査面上の位置を移動させて照射したときの複数の区画領域Ｐｉのそれぞれにおける積算照射量を演算する。そして、照射制御装置６は、演算した積算照射量と予め設定記憶された許容値とを比較し、積算照射量が許容値を超えたと判定した場合に、荷電粒子ビーム発生装置３から照射装置５へのビーム出射を中止させる（インターロック）。これにより、安全性を確保することができるとともに、他のインターロックの作動条件であるビームの照射位置の精度を緩和することができる。その結果、照射位置の精度を確保するためのシンクロトロン１２やビーム輸送系４の調整時間を短縮させることができる。
【００５８】
なお、上記一実施形態においては、特に説明しなかったが、中央制御装置８では、積算照射量の許容値を、例えばビームの飛程に応じて異なる許容係数を積算照射量の目標値に乗じた値として設定記憶するようにしてもよい。すなわち、例えば上述の図３に示すようにビームの飛程が長くなるほど照射量が多くなる場合、患部２ａに付与する照射量は飛程の長いビームが支配的となって飛程の短いビームの影響が低くなるため、ビームの飛程が短くなるほど前述した許容係数を大きくなるように設定してもよい。また、例えば同じ飛程のビームを同じスポット照射位置に複数回に分けて照射する場合、積算照射量の許容値を、その照射回数段階に応じて異なる許容係数を積算照射量の目標値に乗じた値として設定記憶するようにしてもよい。すなわち、初期段階や途中段階の積算照射量における許容値は、最終段階の積算照射量における許容値より比較的大きく設定することが可能なため、初期段階になるほど前述した許容係数を大きくなるように設定してもよい。これらの場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００５９】
本発明の第２の実施形態を図１０〜図１２により説明する。本実施形態は、積算照射量の一様度を演算し、これに基づいてインターロックを作動させる実施形態である。なお、本実施形態において、上記第１の実施形態と同等の部分は図示及び説明を適宜省略する。
【００６０】
本実施形態では、中央制御装置８は、同じスポット照射位置に同じ飛程のビームを複数回に分けて照射するように計画するとともに、各スポット照射位置における照射回数段階毎のビーム照射量の目標値及びその許容値を設定し、それらの情報を含む運転制御データをメモリ３２に記憶するようになっている。そして、照射制御装置６Ａは、中央制御装置８から入力した運転制御データをメモリ３３に記憶するとともに、この運転制御データに基づき照射装置５等を制御するようになっている。
【００６１】
また、照射制御装置６Ａは、患部２ａの同じ層をビーム照射する間（言い換えれば、同じ飛程のビームを走査面上の位置を移動させて照射する間）、第二線量モニタ２７からの検出信号に基づき、照射野に相当する複数の区画領域Ｐｉのそれぞれにおける積算照射量を演算し、その積算照射量の目標値が同じである複数の区画領域からなる照射量同一領域における積算照射量の一様度を演算するようになっている。そして、演算した積算照射量の一様度がメモリ３３に記憶された許容値（なお、この許容値は、中央制御装置８で作成された運転制御データに含まれている）を超えたかどうかを判定し、例えば積算照射量の一様度が許容値を超えたと判定した場合にインターロック信号及び表示信号を出力部３７から出力するようになっている。
【００６２】
図１０は、本実施形態の粒子線治療システムにおけるスポット照射制御の制御処理内容を表すフローチャートである。また、図１１は、図１０中のステップ２４０の第１インターロック制御処理の詳細手順を表すフローチャートであり、図１２は、図１０中のステップ２８０の第２インターロック制御処理の詳細手順を表すフローチャートである。
【００６３】
まず、ステップ２００において、患部２を深さ方向に分割した最初の層に対応するビームの飛程を設定する。加速・輸送制御装置は、荷電粒子ビーム発生装置３を制御して荷電粒子ビームを加速させ、ビームエネルギーを設定値まで高めるとともに、そのビームエネルギーの設定値に対応してビーム輸送系４を準備する。また、照射制御装置６Ａは、照射装置５における散乱体２２の種類を選択してビームサイズを調整するとともに、レンジシフタ２４の吸収体の組み合わせを制御してビームの飛程を調整するようになっている。そして、ステップ２１０に進み、照射制御装置６Ａは、照射回数段階フラグをｉ＝１に初期設定する。そして、ステップ２２０に進み、電源制御装置３１を介し走査電磁石２１Ａ，２１Ｂの励磁磁場を制御して、最初のスポット照射位置を固定する。
【００６４】
そして、ステップ２３０に進み、照射制御装置６Ａは、ビーム出射開始信号を出力して出射用スイッチ１８を閉じ状態に切り換え、荷電粒子ビーム発生装置３から照射装置５へ荷電粒子ビームを出射させて、患部２ａへのスポット照射を開始する。このとき、照射制御装置６Ａは、位置モニタ２５からの検出信号に基づきビームの照射位置のずれを演算し、第一線量モニタ２６からの検出信号に基づき単一のスポット照射におけるビーム照射量を演算し、第二線量モニタ２７からの検出信号に基づき複数の区画領域Ｐｉのそれぞれにおける積算照射量を演算する。そして、ステップ２４０に進み、照射制御装置６Ａは、第１インターロック制御処理に移る。
【００６５】
第１インターロック制御処理では、ステップ２４１において、演算したビーム照射位置のずれがメモリ３３に記憶された許容値を超えたかどうかを判定する。例えばビーム照射位置のずれが許容値を超えた場合は、ステップ２４１の判定が満たされ、ステップ２４２に移る。ステップ２４２では、インターロック信号をインターロック装置３６に出力し、インターロック用スイッチ１７を開き状態に切り換え、荷電粒子ビーム発生装置３から照射装置５へのビーム出射を中断させて、患部２ａへのビーム照射を中止させる。また、表示信号を表示装置９に出力し、ビーム照射を中止したことを報知する表示を行わせる。一方、例えばビーム照射位置のずれが許容値未満である場合は、ステップ２４１の判定が満たされず、ステップ２４３に移る。
【００６６】
ステップ２４３では、演算した単一のスポット照射におけるビーム照射量がメモリ３３に記憶された許容値を超えたかどうかを判定する。例えば単一のスポット照射におけるビーム照射量が許容値を超えた場合は、ステップ２４３の判定が満たされ、上述のステップ２４２に移って上記同様の手順を行い、患部２ａへのビーム照射を中止させる。一方、例えば単一のスポット照射におけるビーム照射量が許容値未満である場合は、ステップ２４３の判定が満たされず、ステップ２４０のインターロック制御処理が終了して、ステップ２５０に移る。
【００６７】
ステップ２５０では、照射制御装置６Ａは、演算した単一のスポット照射におけるビーム照射量がメモリ３３に記憶された目標値に達したかどうかを判定する。例えば単一のスポット照射におけるビーム照射量が目標値に達した場合は、上述のステップ２３０に戻り、上記同様の手順を繰り返す。一方、例えば単一のスポット照射におけるビーム照射量が目標値に達した場合は、ステップ２６０に移る。ステップ２６０では、ビーム出射停止信号を出力して出射用スイッチ１８を開き状態に切り換え、荷電粒子ビーム発生装置３から照射装置５へのビーム出射を中断させて、患部２ａへのスポット照射を停止させる。
【００６８】
そして、ステップ２７０に進み、最初はｉ＝１なので、同じ飛程で１回目の照射すべき他のビームがあるかどうか、すなわち患部２ａの同じ層において１回目の照射すべき他のスポット照射位置があるかどうかを判定する。一般に、最初は他のスポット照射位置があるため、ステップの２７０の判定が満たされ、上述のステップ２２０に戻る。ステップ２２０では、照射制御装置６Ａは、電源制御装置３１を介し走査電磁石２１Ａ，２１Ｂの励磁磁場を制御して、次のスポット照射位置に固定する。その後、上述したステップ２３０〜２６０の手順が行われる。なお、このとき、照射制御装置６Ａは、ビームの照射位置のずれ及び単一のスポット照射におけるビーム照射量を新たに演算するとともに、複数の区画領域Ｐｉのそれぞれにおける積算照射量を、前回の積算照射量に加えながら演算する。そして、ステップ２２０〜２６０の手順が繰り返し行われ、患部２ａの同じ層において１回目の最後の照射スポットが完了すると、ステップ２７０の判定が満たされなくなり、ステップ２８０に進んで、照射制御装置６Ａは、第２インターロック制御処理に移る。
【００６９】
第２インターロック制御処理では、ステップ２８１において、メモリ３３に記憶された照射量同一領域を参照して対応する複数の区画領域を設定し、それら設定した複数の区画領域における積算照射量の一様度（詳細には、例えば、積算照射量の最大値と最小値との差を積算照射量の目標値で除した値）を演算する。そして、演算した積算照射量の一様度がメモリ３３に記憶された許容値を超えたかどうかを判定する。例えば積算照射量の一様度が許容値を超えた場合は、ステップ２８１の判定が満たされ、ステップ２８２に移る。ステップ２８２では、上述したステップ２４２と同様、インターロック信号をインターロック装置３６に出力し、インターロック用スイッチ１７を開き状態に切り換え、荷電粒子ビーム発生装置３から照射装置５へのビーム出射を中断させて、患部２ａへのビーム照射を中止させる。また、表示信号を表示装置９に出力し、ビーム照射を中止したことを報知する表示を行わせる。一方、例えば積算照射量の一様度が許容値を超えた場合は、ステップ２８１の判定が満たされず、ステップ２８０の第２インターロック制御処理が終了して、ステップ２９０に移る。
【００７０】
ステップ２９０では、ｉ＝ｎ（ｎ：最終の照射回数段階）であるかどうかを判定する。最初はｉ＝１であるため、ステップ２９０の判定が満たされず、ステップ３００に移る。ステップ３００では、ｉ＝ｉ＋１が演算される。そして、上述したステップ２３０〜３００の手順が繰り返し行われて、最終の照射回数段階における最後のスポット照射が終了すると、ステップ２９０の判定が満たされ、ステップ３１０に移る。
【００７１】
ステップ３１０では、飛程を変えて照射すべき他のビームがあるかどうか、すなわち、患部２ａにおける照射すべき他の層があるかどうかを判定する。一般に、最初は照射すべき他の層があるため、ステップ３１０の判定が満たされ、上述のステップ２００に戻る。そして、上述したステップ２００〜３００の手順が繰り返し行われ、さらに最後の層の照射が完了すると、ステップ３１０の判定が満たされて、患部２ａへの照射が終了する。
【００７２】
なお、上記において、照射制御装置６Ａは、特許請求の範囲の同じ飛程のビームを走査面上の位置を移動させて照射したときの複数の区画領域のそれぞれにおける積算照射量を、検出器の検出結果に基づき演算する積算照射量演算手段を構成し、かつ、積算照射量の目標値が同じである複数の区画領域からなる照射量同一領域における積算照射量の一様度を、積算照射量演算手段の演算結果に基づき演算する一様度演算手段を構成し、かつ、予め設定された積算照射量の一様度の許容値を記憶する第２の記憶手段を構成し、かつ、一様度演算手段で演算された積算照射量の一様度と第２の記憶手段で記憶された許容値とを比較し、積算照射量の一様度が許容値を超えたと判定した場合に、荷電粒子ビーム発生装置から照射装置へのビームの出射を中止させる第２のインターロック手段を構成する。
【００７３】
以上のように本実施形態においては、照射制御装置６は、第二線量モニタ２７の検出結果に基づき、同じ飛程のビームを走査面上の位置を移動させて照射したときの複数の区画領域Ｐｉのそれぞれにおける積算照射量を演算し、その積算照射量の目標値が同じである複数の区画領域からなる照射量同一領域における積算照射量の一様度を演算する。そして、照射制御装置６は、演算した積算照射量の一様度と予め設定記憶された許容値とを比較し、積算照射量の一様度が許容値を超えたと判定した場合に、荷電粒子ビーム発生装置３から照射装置５へのビーム出射を中止させる（インターロック）。これにより、安全性を確保することができるとともに、他のインターロックの作動条件であるビームの照射位置の精度を緩和することができる。その結果、照射位置の精度を確保するためのシンクロトロン１２やビーム輸送系４の調整時間を短縮させることができる。
【００７４】
なお、上記第２の実施形態では、積算照射量の一様度として、照射量同一領域における積算照射量の最大値と最小値との差を積算照射量の目標値で除した値を演算する場合を例にとって説明視したが、これに限られない。すなわち、積算照射量の一様度として、例えば照射量同一領域における積算照射量の標準偏差を演算してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００７５】
また、上記第２の実施形態では、特に説明しなかったが、中央制御装置８では、例えばビームの飛程に応じて異なる積算照射量の一様度の許容値を設定記憶するようにしてもよい。すなわち、例えば前述の図３に示すようにビームの飛程が長くなるほど照射量が多くなる場合、患部２ａに付与する照射量は飛程の長いビームが支配的となって飛程の短いビームの影響が低くなるため、ビームの飛程が短くなるほど前述した許容値を大きくなるように設定してもよい。また、例えば同じ飛程のビームを同じスポット照射位置に複数回に分けて照射する場合、その照射回数の段階に応じて異なる積算照射量の一様度の許容値を設定記憶するようにしてもよい。すなわち、初期段階や途中段階の積算照射量における許容値は、最終段階の積算照射量における許容値より比較的大きく設定することが可能なため、初期段階になるほど前述した許容値を大きくなるように設定してもよい。これらの場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００７６】
また、上記第１の実施形態では、複数の区画領域Ｐｉの積算照射量が許容値を超えたときにインターロックを作動させる場合を、上記第２の実施形態では、照射量同一領域における積算照射量の一様度が許容値を超えたときにインターロックを作動させる場合を例にとってそれぞれ説明したが、それらを組み合わせるようにしてもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００７７】
また、上記第１及び第２の実施形態においては、インターロック手段として、シンクロトロン１２における出射装置１６と高周波電源１９との間にインターロック用スイッチ１７を設け、このインターロック用スイッチ１７を開き状態としてシンクロトロン１２からの荷電粒子ビームの出射を中止させる場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えばビーム輸送系４にシャッタを設け、このシャッタを閉じ状態として照射装置５への荷電粒子ビームの出射を中止させるようにしてもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００７８】
また、上記第１及び第２の実施形態においては、スポット照射制御、すなわち同じ飛程のビームを離散的に照射位置を移動させつつ照射する場合を例にとって説明したが、これに限られず、例えば同じ飛程のビームを連続的に照射位置を移動させつつ照射する場合（言い換えれば、照射位置を変更しつつ患部２ａへビーム照射する場合）に適用してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１の実施形態における粒子線治療システムの全体構成を表す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における照射装置の構成を照射制御装置とともに表す概略図である。
【図３】ビームにおける患部の深さ方向の線量分布を模式的に表す図である。
【図４】ビームの径方向の線量分布を模式的に表す図である。
【図５】スポット照射制御におけるスポット照射位置の配置例を表す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における照射制御装置のインターロック制御に係わる機能構成を表すブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施形態における第二線量モニタの機能を説明するための図である。
【図８】本発明の第１の実施形態におけるスポット照射制御の制御処理内容を表すフローチャートである。
【図９】図８中のステップ１３０のインターロック制御の詳細手順を表すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施形態におけるスポット照射制御の制御処理内容を表すフローチャートである。
【図１１】図１０中のステップ２４０の第１インターロック制御の詳細手順を表すフローチャートである。
【図１２】図１０中のステップ２８０の第２インターロック制御の詳細手順を表すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８０】
２ａ 患部
３ 荷電粒子ビーム発生装置
５ 照射装置
６ 照射制御装置（積算照射量演算手段、第１の記憶手段、第１のインターロック手段）
６Ａ 照射制御装置（積算照射量演算手段、一様度演算手段、第２の記憶手段、第２のインターロック手段）
１７ インターロック用スイッチ（第１のインターロック手段、第２のインターロック手段）
２１Ａ 走査電磁石
２１Ｂ 走査電磁石
２７ 第二線量モニタ（検出器）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビーム照射システム及び荷電粒子ビーム照射方法に係り、特に、陽子や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粒子線治療システムに適用するのに好適な荷電粒子ビーム照射システム及び荷電粒子ビーム照射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線治療は、標的となる腫瘍細胞に対して放射線を照射することにより、腫瘍細胞を壊死させる方法で治療を行う。この放射線には、Ｘ線や粒子線が利用される。Ｘ線の場合は、体表付近で与える線量が最も大きく、体内で与える線量が減衰していく。これに対し、粒子線の場合は、停止する直前で与える線量が最も大きく、腫瘍領域に線量を集中して照射できるという点で優れている。そのため、近年、粒子線を利用する粒子線治療システムが広まりつつある。
【０００３】
粒子線治療システムでは、一般に、陽子線や炭素線等の荷電粒子ビーム（粒子線）を加速して出射する加速器と、この加速器から出射された荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、このビーム輸送系に接続され、標的となる患者の患部へ荷電粒子ビームを照射する照射装置とを備えている。照射装置は、患部に与える線量が周囲と比べて高くなるようにビームを照射し、標的周辺の正常組織への影響を限りなく小さくしなければならない。すなわち、加速器から出射された荷電粒子ビームは、通常、径寸法１〜５ｍｍ程度でガウス分布状の線量分布を有しており、その照射領域及び線量分布を整形して標的形状に一致させる必要がある。このような目的を達成するための照射方法としては、散乱体法やスキャニング法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。散乱体法は、散乱体によりビームを径方向に広げかつ線量分布を一様とした後、コリメータで切り取ることにより照射領域を整形する方法である。スキャニング法は、走査電磁石によりビームを進行方向に対し垂直な走査面上で走査して、線量分布が一様な照射領域を整形する方法である。
【０００４】
スキャニング方式の照射装置では、走査電磁石の励磁電流を変化させてビームの走査面上位置（照射位置）を制御するが、電磁石のヒステリシス等の様々な要因によりビームの位置がずれる可能性がある。そこで、これに対応するため、ビームの位置を検出するビーム位置モニタと、ビームの設定位置を記憶する記憶装置と、ビーム位置モニタで検出されたビームの検出位置と記憶装置に記憶されたビームの設定位置とを比較し、その誤差が所定の許容範囲内にあるかどうかを判定する異常判定装置とを備えた構成が提唱されている（例えば、特許文献１参照）。この従来技術では、例えばビーム位置の誤差が所定の許容範囲より大きい場合は、異常と判定してインターロック信号を出力し、シンクロトロンの出射装置（高周波印加装置）と高周波電源との間に設けられた開閉スイッチを開き状態として、シンクロトロンからのビーム出射を中止させるようになっている。
【０００５】
【非特許文献１】「レビュー・オブ・サイエンティフィック・インスルメンツ（REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS）」，１９９３年８月，第６４巻，ｐ．２０８４〜２０８９
【特許文献１】２００５−２９６１６２号公報（段落［００４９］等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術には以下のような課題が存在する。
上記異常判定装置は、ビーム位置モニタで検出されたビームの検出位置と記憶装置に記憶されたビームの設定位置とを比較し、その誤差（ずれ）が所定の許容範囲より大きい場合にインターロック信号を出力し、開閉スイッチを開き状態として、シンクロトロンからのビーム出射を中止させる。これにより、誤照射を確実に防止し、安全性を確保するようになっている。しかしながら、その一方で、ビーム位置を厳しく管理すると（言い換えれば、所定の許容範囲を小さくすると）、加速器やビーム輸送系等の調整時間が長くなってしまうという課題が生じていた。
【０００７】
本発明の目的は、安全性を確保しつつビームの照射位置の精度を緩和することができ、加速器やビーム輸送系の調整時間の短縮化を図ることが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照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】
【０００８】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、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荷電粒子ビームを偏向して走査面上で走査する走査電磁石を有し、前記走査電磁石を通過した荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射装置とを備えた荷電粒子ビーム照射システムにおいて、前記走査面をビーム断面積より小さくなるように区画した複数の区画領域のそれぞれにおける照射量を検出する検出器と、同じ飛程のビームを前記走査面上の位置を移動させて照射したときの前記複数の区画領域のそれぞれにおける積算照射量を、前記検出器の検出結果に基づき演算する積算照射量演算手段と、予め設定された積算照射量の許容値を記憶する第１の記憶手段と、前記積算照射量演算手段で演算された積算照射量と前記第１の記憶手段で記憶された許容値とを比較し、積算照射量が許容値を超えたと判定した場合に、前記荷電粒子ビーム発生装置から前記照射装置へのビーム出射を中止させる第１のインターロック手段とを備える。
【０００９】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記第１の記憶手段は、ビームの飛程に応じて異なる許容係数を積算照射量の目標値に乗じた許容値を記憶する。
【００１０】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記第１の記憶手段は、前記走査面上の同じ位置に同じ飛程のビームを複数回に分けて照射する場合を想定し、その照射回数の段階に応じて異なる許容係数を積算照射量の目標値に乗じた許容値を記憶する。
【００１１】
（４）上記目的を達成するために、本発明は、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荷電粒子ビームを偏向して走査面上で走査する走査電磁石を有し、前記走査電磁石を通過した荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射装置とを備えた荷電粒子ビーム照射システムにおいて、前記走査面をビーム断面積より小さくなるように区画した複数の区画領域のそれぞれにおける照射量を検出する検出器と、同じ飛程のビームを前記走査面上の位置を移動させて照射したときの前記複数の区画領域のそれぞれにおける積算照射量を、前記検出器の検出結果に基づき演算する積算照射量演算手段と、積算照射量の目標値が同じである複数の区画領域からなる照射量同一領域における積算照射量の一様度を、前記積算照射量演算手段の演算結果に基づき演算する一様度演算手段と、予め設定された積算照射量の一様度の許容値を記憶する第２の記憶手段と、前記一様度演算手段で演算された積算照射量の一様度と前記第２の記憶手段で記憶された許容値とを比較し、積算照射量の一様度が許容値を超えたと判定した場合に、前記荷電粒子ビーム発生装置から前記照射装置へのビームの出射を中止させる第２のインターロック手段とを備える。
【００１２】
（５）上記（４）において、好ましくは、前記第２の記憶手段は、ビームの飛程に応じて異なる積算照射量の一様度の許容値を記憶する。
【００１３】
（６）上記（４）において、好ましくは、前記第２の記憶手段は、飛程が同じビームを複数回に分けて同じ照射位置に照射する場合を想定し、その照射段階に応じて異なる積算照射量の一様度の許容値を記憶する。
【００１４】
（７）上記目的を達成するために、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偏向して走査面上で走査する走査電磁石を有する照射装置により、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方法において、前記走査面をビーム断面積より小さくなるように区画した複数の区画領域のそれぞれにおける照射量を検出する検出器の検出結果に基づき、同じ飛程のビームを前記走査面上の位置を移動させて照射したときの前記複数の区画領域のそれぞれにおける積算照射量を演算し、この演算した積算照射量と記憶手段で予め設定記憶された許容値とを比較し、積算照射量が許容値を超えたと判定した場合に、前記荷電粒子ビーム発生装置から前記照射装置へのビーム出射を中止させる。
【００１５】
（８）上記目的を達成するために、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偏向して走査面上で走査する走査電磁石を有する照射装置により、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方法において、前記走査面をビーム断面積より小さくなるように区画した複数の区画領域のそれぞれにおける照射量を検出する検出器の検出結果に基づき、同じ飛程のビームを前記走査面上の位置を移動させて照射したときの前記複数の区画領域のそれぞれにおける積算照射量を演算し、その演算結果に基づき、積算照射量の目標値が同じである複数の区画領域からなる照射量同一領域における積算照射量の一様度を演算し、この演算した積算照射量の一様度と記憶手段で予め設定記憶された許容値とを比較し、積算照射量の一様度が許容値を超えたと判定した場合に、前記荷電粒子ビーム発生装置から前記照射装置へのビームの出射を中止させる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、安全性を確保しつつビームの照射位置の精度を緩和することができ、加速器やビーム輸送系の調整時間の短縮化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態である粒子線治療システムを、図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施形態における粒子線治療システムの全体構成を表す概略図である。
【００１９】
この図１において、粒子線治療システムは、治療ベッド１に固定された患者２の患部２ａ（後述の図２参照）に例えば陽子線や炭素線等の荷電粒子ビーム（粒子線）を照射して治療を施すものであり、荷電粒子ビーム発生装置３と、この荷電粒子ビーム発生装置３から出射された荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系４と、このビーム輸送系４に接続され、荷電粒子ビームを患者２の患部２ａに照射する照射装置５とを備えている。また、荷電粒子ビーム発生装置３及びビーム輸送系４を制御する加速・輸送制御装置（図示せず）と、照射装置５を制御する照射制御装置６と、治療計画データ（詳細は後述）を作成する治療計画装置７と、加速・輸送制御装置及び照射制御装置６を統括して制御する中央制御装置８と、照射制御装置６及び中央制御装置８に接続された表示装置９とを備えている。
【００２０】
荷電粒子ビーム発生装置３は、イオン源１０と、このイオン源１０で発生した荷電粒子を加速する前段加速器１１（例えば線形加速器）と、この前段加速器１１からの荷電粒子ビームをさらに加速するシンクロトロン１２（なお、このシンクロトロンに代えて、例えばサイクロトロン等の他の加速器を用いてもよい）とを備えている。シンクロトロン１２は、荷電粒子ビームを周回させるための複数の偏向電磁石１３及び複数の四極電磁石（図示せず）と、周回する荷電粒子ビームを加速させる加速装置１４と、荷電粒子ビームを出射デフレクタ１５から出射させる出射装置１６とを備えている。加速装置１４は、ビームの周回周期と同期して高周波加速空洞（図示せず）に高周波電磁場を発生させ、荷電粒子ビームを加速させる。これにより、ビームエネルギーを設定値（例えば７０〜２５０ＭｅＶ程度）まで高めるようになっている。
【００２１】
出射装置１６は、例えば高周波印加電極（図示せず）を有し、この高周波印加電極がインターロック用スイッチ１７及び出射用スイッチ１８を介し高周波電源１９に接続されている。インターロック用スイッチ１７は通常閉じ状態にあり、例えば照射制御装置６からのビーム出射開始信号に応じて出射用スイッチ１８が閉じ状態に切り替えられると、出射装置１６は、高周波電源１９からの高周波電力が供給されて、荷電粒子ビームに高周波を印可する。これにより、荷電粒子ビームが周回軌道から離脱して出射用デフレクタ１５から出射されるようになっている。一方、インターロック用スイッチ１７又は出射用スイッチ１８が開き状態にある場合は、荷電粒子ビームが出射されないようになっている。
【００２２】
ビーム輸送系４は、複数の偏向電磁石及び複数の四極電磁石を有し、シンクロトロン１２から出射された荷電粒子ビームを照射装置５に輸送するようになっている。
【００２３】
照射装置５は、ビーム輸送系４の一部であるビーム経路２０とともに回転ガントリー（図示せず）に設置されており、この回転ガントリーによって患者２の周囲を回転し任意の方向からのビーム照射を可能としている。また、本実施形態における照射装置５は、走査電磁石により荷電粒子ビームを進行方向に対し垂直な走査面上で走査しつつ、散乱体により径方向寸法を拡大させて照射する方法、言い換えれば、スキャニング法と散乱体法との中間に位置する照射方法（均一走査方法と称す）を採用している。このような照射装置５の構成を図２により説明する。
【００２４】
図２は、本実施形態における照射装置５の構成を照射制御装置６とともに表す概略図である。
【００２５】
この図２において、照射装置５には、ビーム進行方向（図２中下方向）に沿う順序で、走査電磁石２１Ａ，２１Ｂ、散乱体２２、リッジフィルタ２３、レンジシフタ２４、位置モニタ２５、第一線量モニタ２６、第二線量モニタ２７、コリメータ２８、及びボーラス２９が設けられている。
【００２６】
走査電磁石２１Ａ，２１Ｂは、走査電磁石用電源３０Ａ，３０Ｂにそれぞれ接続されており、これら走査電磁石電源３０Ａ，３０Ｂから走査電磁石２１Ａ，２１Ｂへの供給電流を制御する電源制御装置３１が設けられている。電源制御装置３１は、照射制御装置６からの指令信号に応じて走査電磁石２１Ａ，２１Ｂの供給電流をそれぞれ制御し、これによって走査電磁石２１Ａ，２１Ｂの励磁磁場をそれぞれ制御する。このように制御された走査電磁石２１Ａ，２１Ｂの励磁磁場によって、荷電粒子ビームは、進行方向に対し垂直で互いに直交するＸ方向（図２中左右方向）及びＹ方向（図２中紙面に対し垂直方向）にそれぞれ偏向され、走査されるようになっている。
【００２７】
散乱体２２は、ビーム散乱量に対しエネルギー損失が少ない材料（詳細には、タングステン等の原子番号の大きな物質）からなる板部材で構成されており、ビームの径方向の線量分布をガウス分布としつつビームを径方向に拡大するようになっている。なお、散乱体２４によるビーム散乱量はビームエネルギーに依存するため、ビームエネルギーに応じて散乱体２４の厚みを変更させなければ、ビームの径寸法をほぼ同じ大きさにすることができない。そのため、図２では便宜上図示していないが、厚みが異なる複数の散乱体２２を搭載したターンテーブルが設けられており、照射制御装置６からの指令信号に応じてターンテーブルが回転駆動し、ビームエネルギーに対応して選択された散乱体２２がビームの通過位置に配置されるようになっている。
【００２８】
リッジフィルタ２３は、ビームのエネルギー分布幅を広げて、ビームにおける患部２ａの深さ方向（図２中上下方向）の線量分布を一様に拡大する、いわゆる拡大ブラッグピーク形成装置である。このリッジフィルタ２３は、複数の楔型構造を有し、ビーム入射位置に応じてビームが透過する厚み寸法が異なっている。これにより、ビーム入射位置に応じてエネルギー損失量が異なるため、複数のエネルギー成分を持つビームが形成される。その結果、患部２ａに照射されると異なる深さのブラッグピークが複数形成され、全体として患部２ａの深さ方向に一様な線量分布を形成するようになっている。
【００２９】
レンジシフタ２４は、エネルギー損失に対してビーム散乱量が少ない材料（詳細には、樹脂等の原子番号の小さな物質）からなり厚みが異なる複数の吸収体と、これら吸収体をそれぞれ移動させる吸収体駆動装置とで構成されている。そして、照射制御装置６からの指令信号に応じて吸収体を選択してビームの通過位置に移動させることにより、ビームエネルギーを減衰させて飛程（到達深度）を調整するようになっている。
【００３０】
コリメータ２８は、荷電粒子ビームを遮蔽する遮蔽体で構成され、この遮蔽体には患部２ａの横方向（言い換えれば、ビーム進行方向に対し垂直な方向）形状に対応する貫通穴が形成されている。これにより、荷電粒子ビームの照射範囲を患部２ａの横方向形状に合わせて整形するようになっている。
【００３１】
ボーラス２９は、例えば樹脂製のブロック体が掘削加工されたものであり、ビーム入射位置に応じて厚み寸法が変化している。これにより、ビーム入射位置毎にビーム飛程が調整され、荷電粒子ビームの到達深度を患部２ａの深さ形状に合わせるようになっている。
【００３２】
前述の図１に戻り、治療計画装置７は、治療計画データ（詳細には、例えば患部２ａの形状、照射方向、患部２ａを深さ方向に分割した複数の層、及び各層の形状（照射野）等の情報を含むデータ）を作成して中央制御装置８へ出力するようになっている。なお、本実施形態の粒子線治療システムでは、ビームのスポット照射制御（詳細には、照射位置を固定したスポット照射を行い、その照射位置におけるビーム照射量が目標値に達したらスポット照射を停止させ、その後、ビーム照射を中断させた状態で照射位置を移動させる制御）を行なっている。そのため、治療計画データには、各層におけるスポット照射位置、照射順序、各スポット照射位置におけるビーム照射量の目標値等の情報も含まれている。このような治療計画の詳細について図３〜図５を用いて説明する。
【００３３】
はじめに深さ方向に一様な線量分布を形成する方法について説明する。一様分布を形成する方法には、前述したリッジフィルタを用いる方法の他に、患部２ａを深さ方向に分割しそれぞれの深さに対応した位置にブラッグピークを持つビームを順番に照射していく方法がある。この場合、ブラッグピークの深さが異なるビームの照射は、加速装置のエネルギーや次に説明するレンジシフタの厚みを調整することで実現する。本実施形態の照射方法である均一走査法では、どちらの方法も可能であるが、今後は後者の方法に基づき説明を進める。ただし、リッジフィルタにより深さ方向に一様な線量分布を形成する場合においても本発明は同様に適用できる。
【００３４】
図３は、ビームにおける患部２ａの深さ方向の線量分布を模式的に表す図である。この図３中実線で示すように、ビームにおける患部２ａの深さ方向の線量分布は、ビームの飛程（言い換えれば、ビームエネルギー）に応じた深さ位置でブラッグピークが形成される。したがって、飛程が異なる複数（図３では６つを例示）の荷電粒子ビームを重ね合わせれば、患部２ａの深さ方向に線量が一様となる分布（図３中点線で図示）を形成することが可能である。このような観点に基づき、治療計画装置７では、ビームの飛程間隔を（好ましくは、ブラッグピーク幅の２倍程度に）設定し、これに基づき患部２ａを深さ方向に分割する複数の層を設定する。
【００３５】
また、荷電粒子ビームはブラッグピークの位置より浅い位置にも線量を付与するので、通常、深い層から照射していくように照射順序を設定する。また、患部２ａの深さ方向に線量が一様となる分布を形成するため、図３に示すように、長い飛程のビームの照射量よりも短い飛程のビームの照射量を小さくしなければならない。このような観点に基づき、ビームの照射量を設定する。
【００３６】
図４は、ビームの径方向の線量分布を模式的に表す図である。この図４中実線で示すように、ビームの径方向の線量分布は、ガウス分布となっている。従って、スポット照射位置が異なる複数（図４では４つを例示）の荷電粒子ビームを重ね合わせれば、線量が一様となる分布（図４中点線で図示）を形成することが可能である。このような観点に基づき、治療計画装置７では、ビームの径寸法及びスポット照射の位置間隔（好ましくは、ガウス分布の標準偏差の１倍程度から２倍程度の間）を設定し、これに基づき各層におけるスポット照射位置（言い換えれば、スポット照射の中心位置）を設定する。具体的には、スポット照射の位置間隔を一定としつつ、例えば図５（ａ）に示すように格子状にスポット照射位置Ｓｉ（ｉ＝１，２，…）を配置してもよいし、また例えば図５（ｂ）に示すように三角状にスポット照射位置Ｓｊ（ｊ＝１，２，…）を配置してもよい。若しくは、図示しないが、スポット照射の位置間隔を一定としないで、スポット照射位置を配置してもよい。その後、照射順序及び各スポット照射位置における照射量の目標値を設定する。
【００３７】
前述の図１に戻り、中央制御装置８は、治療計画装置７から入力された治療計画データをメモリ３２に記憶するとともに、この治療計画データに基づき運転制御データを作成してメモリ３２に記憶する。なお、運転制御データには、治療計画データに含まれる情報に基づいて演算された情報だけでなく、メモリ３２に予め設定記憶された情報等も含まれている。そして、中央制御装置８は、オペレータからの治療開始の指令に応じて、メモリ３２に記憶された運転制御データを加速・輸送制御装置及び照射制御装置６に出力するとともに、加速・輸送制御装置及び照射制御装置６を統括して制御するようになっている。
【００３８】
加速・輸送制御装置は、中央制御装置８から入力した運転制御データ（詳細には、患部２ａを深さ方向に分割した各層に対応するビームエネルギーの設定値、及びこのビームエネルギーに設定するための電磁石の励磁電流などの制御パラメータを含むデータ）を内部メモリに記憶し、この運転制御データに基づき荷電粒子ビーム発生装置３及びビーム輸送系４を制御するようになっている。
【００３９】
照射制御装置６は、中央制御装置８から入力した運転制御データ（詳細には、患部２ａを深さ方向に分割した各層に対応するレンジシフタ２４の吸収体の組み合わせと、ビームエネルギーに対応する散乱体２２の種類と、各層におけるスポット照射位置や照射順序に対応する走査電磁石２１Ａ，２１Ｂの励磁電流パターンと、各スポット照射位置における照射量の目標値と、照射位置や照射量の許容値等の情報を含むデータ）をメモリ３３（後述の図６参照）に記憶し、この運転制御データに基づき照射装置５等を制御するようになっている。
【００４０】
詳しく説明すると、照射制御装置６は、第１の機能（スポット照射制御機能）として、まず、電源制御装置３１を介し操作電磁石２１Ａ，２１Ｂの励磁磁場を制御してビームの照射位置を固定し、その後、ビーム出射開始信号を出力して出射用スイッチ１８を閉じ状態に切り換え、荷電粒子ビーム発生装置３から照射装置５へ荷電粒子ビームを出射させて、患部２ａへのスポット照射を開始する。そして、第一線量モニタ２６で検出した単一のスポット照射におけるビーム照射量が目標値に達したかどうかを判定し、ビーム照射量が目標値に達した場合にビーム出射停止信号を出力して出射用スイッチ１８を開き状態に切り換え、荷電粒子ビーム発生装置３から照射装置５へのビーム出射を中断させて、患部２ａへのスポット照射を停止させる。その後、患部２ａへのビーム照射を中断させた状態で、スポット照射位置を変更するようになっている。
【００４１】
また、照射制御装置６は、第２の機能（インターロック制御機能）として、位置モニタ２５、第一線量モニタ２６、及び第二線量モニタ２７の検出結果に応じてインターロック信号を出力するようになっている。
【００４２】
図６は、照射制御装置６の上記インターロック制御に係わる機能構成を表すブロック図である。
【００４３】
この図６において、照射制御装置６は、上述した運転制御データ等を記憶するメモリ３３と、位置モニタ２５、第一線量モニタ２６、及び第二線量モニタ２７からの検出信号を入力する入力部３４と、位置モニタ２５、第一線量モニタ２６、及び第二線量モニタ２７からの検出信号にそれぞれ基づき、所定の演算処理を行う演算制御部３５と、この演算制御部３５で生成したインターロック信号をインターロック装置３６に出力するとともに、表示信号を表示装置９に出力する出力部３７とを有している。インターロック装置３６は、照射制御装置６からのインターロック信号に応じてインターロック用スイッチ１７を開き状態に切り換え、荷電粒子ビーム発生装置３から照射装置５へのビーム出射を中断させるようになっている（前述の図１参照）。
【００４４】
照射制御装置６の演算制御部３５は、位置モニタ２５からの検出信号に基づきビームの照射位置のずれ（目標値との差分）を演算し、この演算した照射位置のずれがメモリ３３に記憶された許容値を超えたかどうかを判定し、例えば照射位置のずれが許容値を超えたと判定した場合にインターロック信号及び表示信号を出力部３７から出力するようになっている。
【００４５】
第一線量モニタ２６は、ビーム全体の照射量を連続的に検出可能とし、その検出信号を出力するようになっている。そして、演算制御部３５は、第一線量モニタ２６からの検出信号に基づき単一のスポット照射におけるビーム照射量を演算し、この演算したビーム照射量がメモリ３３に記憶された許容値を超えたかどうかを判定し、例えばビーム照射量が許容値を超えたと判定した場合にインターロック信号及び表示信号を出力部３７から出力するようになっている。
【００４６】
本発明の要部である第二線量モニタ２７は、走査電磁石２１Ａ，２１Ｂで走査するビームの走査面Ａをビームの断面積Ｂより小さくなるように区画した複数の区画領域Ｐｉ（ｉ＝１，２，…）のそれぞれにおける照射量を連続的に検出可能とし（図７参照）、その検出信号を出力するようになっている。そして、演算制御部３５は、患部２ａの同じ層をビーム照射する間（言い換えれば、同じ飛程のビームを走査面上の位置を移動させて照射する間）、第二線量モニタ２７からの検出信号に基づき、照射野に相当する複数の区画領域Ｐｉのそれぞれにおける積算照射量を演算する。詳細には、メモリ３３に記憶された照射野を参照して対応する複数の区画領域を設定し、それら設定された複数の区画領域において検出値（カウント値）をそれぞれ積算する。なお、ビームの径方向の線量分布がガウス分布となっているので、ビームの中心近傍に位置する区画領域では検出値が比較的大きく、ビームの中心から離れた区画領域では検出値が比較的小さくなっている。そして、演算制御部３５は、演算した積算照射量がメモリ３３に記憶された許容値を超えたかどうかをそれぞれ判定し、例えば積算照射量が許容値を超えたと判定した場合にインターロック信号及び表示信号を出力部３７から出力するようになっている。
【００４７】
図８は、本実施形態の粒子線治療システムにおけるスポット照射制御の制御処理内容を表すフローチャートである。図９は、図８中のステップ１３０のインターロック制御処理の詳細手順を表すフローチャートである。
【００４８】
まず、ステップ１００において、患部２を深さ方向に分割した最初の層に対応するビームの飛程を設定する。加速・輸送制御装置は、荷電粒子ビーム発生装置３を制御して荷電粒子ビームを加速させ、ビームエネルギーを設定値まで高めるとともに、そのビームエネルギーの設定値に対応してビーム輸送系４を準備する。また、照射制御装置６は、照射装置５における散乱体２２の種類を選択してビームサイズを調整するとともに、レンジシフタ２４の吸収体の組み合わせを制御してビームの飛程を調整するようになっている。その後、ステップ１１０に進み、照射制御装置６は、電源制御装置３１を介し走査電磁石２１Ａ，２１Ｂの励磁磁場を制御して、最初のスポット照射位置を固定する。
【００４９】
そして、ステップ１２０に進み、照射制御装置６は、ビーム出射開始信号を出力して出射用スイッチ１８を閉じ状態に切り換え、荷電粒子ビーム発生装置３から照射装置５へ荷電粒子ビームを出射させて、患部２ａへのスポット照射を開始する。このとき、照射制御装置６は、位置モニタ２５からの検出信号に基づきビームの照射位置のずれを演算し、第一線量モニタ２６からの検出信号に基づき単一のスポット照射におけるビーム照射量を演算し、第二線量モニタ２７からの検出信号に基づき複数の区画領域Ｐｉのそれぞれにおける積算照射量を演算する。そして、ステップ１３０に進み、照射制御装置６は、それらの演算結果に基づいてインターロック制御処理に移る。
【００５０】
インターロック制御処理では、ステップ１３１において、演算したビーム照射位置のずれがメモリ３３に記憶された許容値を超えたかどうかを判定する。例えばビーム照射位置のずれが許容値を超えた場合は、ステップ１３１の判定が満たされ、ステップ１３２に移る。ステップ１３２では、インターロック信号をインターロック装置３６に出力し、インターロック用スイッチ１７を開き状態に切り換え、荷電粒子ビーム発生装置３から照射装置５へのビーム出射を中断させて、患部２ａへのビーム照射を中止させる。また、表示信号を表示装置９に出力し、ビーム照射を中止したことを報知する表示を行わせる。一方、例えばビーム照射位置のずれが許容値未満である場合は、ステップ１３１の判定が満たされず、ステップ１３３に移る。
【００５１】
ステップ１３３では、演算した複数の区画領域Ｐｉのそれぞれにおける積算照射量がメモリ３３に記憶された許容値を超えたかどうかを判定する。例えば積算照射量が許容値を超えた場合は、ステップ１３３の判定が満たされ、上述のステップ１３２に移って上記同様の手順を行い、患部２ａへのビーム照射を中止させる。一方、例えば積算照射量が許容値未満である場合は、ステップ１３３の判定が満たされず、ステップ１３４に移る。
【００５２】
ステップ１３４では、演算した単一のスポット照射におけるビーム照射量がメモリ３３に記憶された許容値を超えたかどうかを判定する。例えば単一のスポット照射におけるビーム照射量が許容値を超えた場合は、ステップ１３４の判定が満たされ、上述のステップ１３２に移って上記同様の手順を行い、患部２ａへのビーム照射を中止させる。一方、例えば単一のスポット照射におけるビーム照射量が許容値未満である場合は、ステップ１３４の判定が満たされず、ステップ１３０のインターロック制御処理が終了して、ステップ１４０に移る。
【００５３】
ステップ１４０では、照射制御装置６は、演算した単一のスポット照射におけるビーム照射量がメモリ３３に記憶された目標値に達したかどうかを判定する。例えば単一のスポット照射におけるビーム照射量が目標値に達しない場合は、上述のステップ１２０に戻り、上記同様の手順を繰り返す。一方、例えば単一のスポット照射におけるビーム照射量が目標値に達した場合は、ステップ１５０に移る。ステップ１５０では、ビーム出射停止信号を出力して出射用スイッチ１８を開き状態に切り換え、荷電粒子ビーム発生装置３から照射装置５へのビーム出射を中断させて、患部２ａへのスポット照射を停止させる。
【００５４】
そして、ステップ１６０に進み、同じ飛程で照射すべき他のビームがあるかどうか、すなわち患部２ａの同じ層において他のスポット照射位置があるかどうかを判定する。一般に、最初は他のスポット照射位置があるため、ステップの１６０の判定が満たされ、上述のステップ１１０に戻る。ステップ１１０では、照射制御装置６は、電源制御装置３１を介し走査電磁石２１Ａ，２１Ｂの励磁磁場を制御して、次のスポット照射位置に固定する。その後、上述したステップ１２０〜１５０の手順が行われる。なお、このとき、照射制御装置６は、ビームの照射位置のずれ及び単一のスポット照射におけるビーム照射量を新たに演算するとともに、複数の区画領域Ｐｉのそれぞれにおける積算照射量を、前回の積算照射量に加えながら演算する。そして、ステップ１１０〜１５０の手順が繰り返し行われ、患部２ａの同じ層において最後の照射スポットが完了すると、ステップ１６０の判定が満たされなくなり、ステップ１７０に進む。
【００５５】
ステップ１７０では、飛程を変えて照射すべき他のビームがあるかどうか、すなわち、患部２ａにおける照射すべき他の層があるかどうかを判定する。一般に、最初は照射すべき他の層があるため、ステップ１７０の判定が満たされ、上述のステップ１００に戻る。そして、上述したステップ１００〜１６０の手順が繰り返し行われ、さらに最後の層の照射が完了すると、ステップ１７０の判定が満たされて、患部２ａへの照射が終了する。
【００５６】
なお、上記において、第二線量モニタ２７は、特許請求の範囲記載の走査面をビーム断面積より小さくなるように区画した複数の区画領域のそれぞれにおける照射量を検出する検出器を構成する。また、照射制御装置６は、同じ飛程のビームを走査面上の位置を移動させて照射したときの複数の区画領域のそれぞれにおける積算照射量を、検出器の検出結果に基づき演算する積算照射量演算手段を構成し、かつ、予め設定された積算照射量の許容値を記憶する第１の記憶手段を構成し、かつ、積算照射量演算手段で演算された積算照射量と第１の記憶手段で記憶された許容値とを比較し、積算照射量が許容値を超えたと判定した場合に、荷電粒子ビーム発生装置から照射装置へのビーム出射を中止させる第１のインターロック手段を構成する。
【００５７】
以上のように本実施形態においては、走査面をビーム断面積より小さくなるように区画した複数の区画領域Ｐｉのそれぞれにおける照射量を検出する第二線量モニタ２７を設け、照射制御装置６は、第二線量モニタ２７の検出結果に基づき、同じ飛程のビームを走査面上の位置を移動させて照射したときの複数の区画領域Ｐｉのそれぞれにおける積算照射量を演算する。そして、照射制御装置６は、演算した積算照射量と予め設定記憶された許容値とを比較し、積算照射量が許容値を超えたと判定した場合に、荷電粒子ビーム発生装置３から照射装置５へのビーム出射を中止させる（インターロック）。これにより、安全性を確保することができるとともに、他のインターロックの作動条件であるビームの照射位置の精度を緩和することができる。その結果、照射位置の精度を確保するためのシンクロトロン１２やビーム輸送系４の調整時間を短縮させることができる。
【００５８】
なお、上記一実施形態においては、特に説明しなかったが、中央制御装置８では、積算照射量の許容値を、例えばビームの飛程に応じて異なる許容係数を積算照射量の目標値に乗じた値として設定記憶するようにしてもよい。すなわち、例えば上述の図３に示すようにビームの飛程が長くなるほど照射量が多くなる場合、患部２ａに付与する照射量は飛程の長いビームが支配的となって飛程の短いビームの影響が低くなるため、ビームの飛程が短くなるほど前述した許容係数を大きくなるように設定してもよい。また、例えば同じ飛程のビームを同じスポット照射位置に複数回に分けて照射する場合、積算照射量の許容値を、その照射回数段階に応じて異なる許容係数を積算照射量の目標値に乗じた値として設定記憶するようにしてもよい。すなわち、初期段階や途中段階の積算照射量における許容値は、最終段階の積算照射量における許容値より比較的大きく設定することが可能なため、初期段階になるほど前述した許容係数を大きくなるように設定してもよい。これらの場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００５９】
本発明の第２の実施形態を図１０〜図１２により説明する。本実施形態は、積算照射量の一様度を演算し、これに基づいてインターロックを作動させる実施形態である。なお、本実施形態において、上記第１の実施形態と同等の部分は図示及び説明を適宜省略する。
【００６０】
本実施形態では、中央制御装置８は、同じスポット照射位置に同じ飛程のビームを複数回に分けて照射するように計画するとともに、各スポット照射位置における照射回数段階毎のビーム照射量の目標値及びその許容値を設定し、それらの情報を含む運転制御データをメモリ３２に記憶するようになっている。そして、照射制御装置６Ａは、中央制御装置８から入力した運転制御データをメモリ３３に記憶するとともに、この運転制御データに基づき照射装置５等を制御するようになっている。
【００６１】
また、照射制御装置６Ａは、患部２ａの同じ層をビーム照射する間（言い換えれば、同じ飛程のビームを走査面上の位置を移動させて照射する間）、第二線量モニタ２７からの検出信号に基づき、照射野に相当する複数の区画領域Ｐｉのそれぞれにおける積算照射量を演算し、その積算照射量の目標値が同じである複数の区画領域からなる照射量同一領域における積算照射量の一様度を演算するようになっている。そして、演算した積算照射量の一様度がメモリ３３に記憶された許容値（なお、この許容値は、中央制御装置８で作成された運転制御データに含まれている）を超えたかどうかを判定し、例えば積算照射量の一様度が許容値を超えたと判定した場合にインターロック信号及び表示信号を出力部３７から出力するようになっている。
【００６２】
図１０は、本実施形態の粒子線治療システムにおけるスポット照射制御の制御処理内容を表すフローチャートである。また、図１１は、図１０中のステップ２４０の第１インターロック制御処理の詳細手順を表すフローチャートであり、図１２は、図１０中のステップ２８０の第２インターロック制御処理の詳細手順を表すフローチャートである。
【００６３】
まず、ステップ２００において、患部２を深さ方向に分割した最初の層に対応するビームの飛程を設定する。加速・輸送制御装置は、荷電粒子ビーム発生装置３を制御して荷電粒子ビームを加速させ、ビームエネルギーを設定値まで高めるとともに、そのビームエネルギーの設定値に対応してビーム輸送系４を準備する。また、照射制御装置６Ａは、照射装置５における散乱体２２の種類を選択してビームサイズを調整するとともに、レンジシフタ２４の吸収体の組み合わせを制御してビームの飛程を調整するようになっている。そして、ステップ２１０に進み、照射制御装置６Ａは、照射回数段階フラグをｉ＝１に初期設定する。そして、ステップ２２０に進み、電源制御装置３１を介し走査電磁石２１Ａ，２１Ｂの励磁磁場を制御して、最初のスポット照射位置を固定する。
【００６４】
そして、ステップ２３０に進み、照射制御装置６Ａは、ビーム出射開始信号を出力して出射用スイッチ１８を閉じ状態に切り換え、荷電粒子ビーム発生装置３から照射装置５へ荷電粒子ビームを出射させて、患部２ａへのスポット照射を開始する。このとき、照射制御装置６Ａは、位置モニタ２５からの検出信号に基づきビームの照射位置のずれを演算し、第一線量モニタ２６からの検出信号に基づき単一のスポット照射におけるビーム照射量を演算し、第二線量モニタ２７からの検出信号に基づき複数の区画領域Ｐｉのそれぞれにおける積算照射量を演算する。そして、ステップ２４０に進み、照射制御装置６Ａは、第１インターロック制御処理に移る。
【００６５】
第１インターロック制御処理では、ステップ２４１において、演算したビーム照射位置のずれがメモリ３３に記憶された許容値を超えたかどうかを判定する。例えばビーム照射位置のずれが許容値を超えた場合は、ステップ２４１の判定が満たされ、ステップ２４２に移る。ステップ２４２では、インターロック信号をインターロック装置３６に出力し、インターロック用スイッチ１７を開き状態に切り換え、荷電粒子ビーム発生装置３から照射装置５へのビーム出射を中断させて、患部２ａへのビーム照射を中止させる。また、表示信号を表示装置９に出力し、ビーム照射を中止したことを報知する表示を行わせる。一方、例えばビーム照射位置のずれが許容値未満である場合は、ステップ２４１の判定が満たされず、ステップ２４３に移る。
【００６６】
ステップ２４３では、演算した単一のスポット照射におけるビーム照射量がメモリ３３に記憶された許容値を超えたかどうかを判定する。例えば単一のスポット照射におけるビーム照射量が許容値を超えた場合は、ステップ２４３の判定が満たされ、上述のステップ２４２に移って上記同様の手順を行い、患部２ａへのビーム照射を中止させる。一方、例えば単一のスポット照射におけるビーム照射量が許容値未満である場合は、ステップ２４３の判定が満たされず、ステップ２４０のインターロック制御処理が終了して、ステップ２５０に移る。
【００６７】
ステップ２５０では、照射制御装置６Ａは、演算した単一のスポット照射におけるビーム照射量がメモリ３３に記憶された目標値に達したかどうかを判定する。例えば単一のスポット照射におけるビーム照射量が目標値に達した場合は、上述のステップ２３０に戻り、上記同様の手順を繰り返す。一方、例えば単一のスポット照射におけるビーム照射量が目標値に達した場合は、ステップ２６０に移る。ステップ２６０では、ビーム出射停止信号を出力して出射用スイッチ１８を開き状態に切り換え、荷電粒子ビーム発生装置３から照射装置５へのビーム出射を中断させて、患部２ａへのスポット照射を停止させる。
【００６８】
そして、ステップ２７０に進み、最初はｉ＝１なので、同じ飛程で１回目の照射すべき他のビームがあるかどうか、すなわち患部２ａの同じ層において１回目の照射すべき他のスポット照射位置があるかどうかを判定する。一般に、最初は他のスポット照射位置があるため、ステップの２７０の判定が満たされ、上述のステップ２２０に戻る。ステップ２２０では、照射制御装置６Ａは、電源制御装置３１を介し走査電磁石２１Ａ，２１Ｂの励磁磁場を制御して、次のスポット照射位置に固定する。その後、上述したステップ２３０〜２６０の手順が行われる。なお、このとき、照射制御装置６Ａは、ビームの照射位置のずれ及び単一のスポット照射におけるビーム照射量を新たに演算するとともに、複数の区画領域Ｐｉのそれぞれにおける積算照射量を、前回の積算照射量に加えながら演算する。そして、ステップ２２０〜２６０の手順が繰り返し行われ、患部２ａの同じ層において１回目の最後の照射スポットが完了すると、ステップ２７０の判定が満たされなくなり、ステップ２８０に進んで、照射制御装置６Ａは、第２インターロック制御処理に移る。
【００６９】
第２インターロック制御処理では、ステップ２８１において、メモリ３３に記憶された照射量同一領域を参照して対応する複数の区画領域を設定し、それら設定した複数の区画領域における積算照射量の一様度（詳細には、例えば、積算照射量の最大値と最小値との差を積算照射量の目標値で除した値）を演算する。そして、演算した積算照射量の一様度がメモリ３３に記憶された許容値を超えたかどうかを判定する。例えば積算照射量の一様度が許容値を超えた場合は、ステップ２８１の判定が満たされ、ステップ２８２に移る。ステップ２８２では、上述したステップ２４２と同様、インターロック信号をインターロック装置３６に出力し、インターロック用スイッチ１７を開き状態に切り換え、荷電粒子ビーム発生装置３から照射装置５へのビーム出射を中断させて、患部２ａへのビーム照射を中止させる。また、表示信号を表示装置９に出力し、ビーム照射を中止したことを報知する表示を行わせる。一方、例えば積算照射量の一様度が許容値を超えた場合は、ステップ２８１の判定が満たされず、ステップ２８０の第２インターロック制御処理が終了して、ステップ２９０に移る。
【００７０】
ステップ２９０では、ｉ＝ｎ（ｎ：最終の照射回数段階）であるかどうかを判定する。最初はｉ＝１であるため、ステップ２９０の判定が満たされず、ステップ３００に移る。ステップ３００では、ｉ＝ｉ＋１が演算される。そして、上述したステップ２３０〜３００の手順が繰り返し行われて、最終の照射回数段階における最後のスポット照射が終了すると、ステップ２９０の判定が満たされ、ステップ３１０に移る。
【００７１】
ステップ３１０では、飛程を変えて照射すべき他のビームがあるかどうか、すなわち、患部２ａにおける照射すべき他の層があるかどうかを判定する。一般に、最初は照射すべき他の層があるため、ステップ３１０の判定が満たされ、上述のステップ２００に戻る。そして、上述したステップ２００〜３００の手順が繰り返し行われ、さらに最後の層の照射が完了すると、ステップ３１０の判定が満たされて、患部２ａへの照射が終了する。
【００７２】
なお、上記において、照射制御装置６Ａは、特許請求の範囲の同じ飛程のビームを走査面上の位置を移動させて照射したときの複数の区画領域のそれぞれにおける積算照射量を、検出器の検出結果に基づき演算する積算照射量演算手段を構成し、かつ、積算照射量の目標値が同じである複数の区画領域からなる照射量同一領域における積算照射量の一様度を、積算照射量演算手段の演算結果に基づき演算する一様度演算手段を構成し、かつ、予め設定された積算照射量の一様度の許容値を記憶する第２の記憶手段を構成し、かつ、一様度演算手段で演算された積算照射量の一様度と第２の記憶手段で記憶された許容値とを比較し、積算照射量の一様度が許容値を超えたと判定した場合に、荷電粒子ビーム発生装置から照射装置へのビームの出射を中止させる第２のインターロック手段を構成する。
【００７３】
以上のように本実施形態においては、照射制御装置６は、第二線量モニタ２７の検出結果に基づき、同じ飛程のビームを走査面上の位置を移動させて照射したときの複数の区画領域Ｐｉのそれぞれにおける積算照射量を演算し、その積算照射量の目標値が同じである複数の区画領域からなる照射量同一領域における積算照射量の一様度を演算する。そして、照射制御装置６は、演算した積算照射量の一様度と予め設定記憶された許容値とを比較し、積算照射量の一様度が許容値を超えたと判定した場合に、荷電粒子ビーム発生装置３から照射装置５へのビーム出射を中止させる（インターロック）。これにより、安全性を確保することができるとともに、他のインターロックの作動条件であるビームの照射位置の精度を緩和することができる。その結果、照射位置の精度を確保するためのシンクロトロン１２やビーム輸送系４の調整時間を短縮させることができる。
【００７４】
なお、上記第２の実施形態では、積算照射量の一様度として、照射量同一領域における積算照射量の最大値と最小値との差を積算照射量の目標値で除した値を演算する場合を例にとって説明視したが、これに限られない。すなわち、積算照射量の一様度として、例えば照射量同一領域における積算照射量の標準偏差を演算してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００７５】
また、上記第２の実施形態では、特に説明しなかったが、中央制御装置８では、例えばビームの飛程に応じて異なる積算照射量の一様度の許容値を設定記憶するようにしてもよい。すなわち、例えば前述の図３に示すようにビームの飛程が長くなるほど照射量が多くなる場合、患部２ａに付与する照射量は飛程の長いビームが支配的となって飛程の短いビームの影響が低くなるため、ビームの飛程が短くなるほど前述した許容値を大きくなるように設定してもよい。また、例えば同じ飛程のビームを同じスポット照射位置に複数回に分けて照射する場合、その照射回数の段階に応じて異なる積算照射量の一様度の許容値を設定記憶するようにしてもよい。すなわち、初期段階や途中段階の積算照射量における許容値は、最終段階の積算照射量における許容値より比較的大きく設定することが可能なため、初期段階になるほど前述した許容値を大きくなるように設定してもよい。これらの場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００７６】
また、上記第１の実施形態では、複数の区画領域Ｐｉの積算照射量が許容値を超えたときにインターロックを作動させる場合を、上記第２の実施形態では、照射量同一領域における積算照射量の一様度が許容値を超えたときにインターロックを作動させる場合を例にとってそれぞれ説明したが、それらを組み合わせるようにしてもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００７７】
また、上記第１及び第２の実施形態においては、インターロック手段として、シンクロトロン１２における出射装置１６と高周波電源１９との間にインターロック用スイッチ１７を設け、このインターロック用スイッチ１７を開き状態としてシンクロトロン１２からの荷電粒子ビームの出射を中止させる場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えばビーム輸送系４にシャッタを設け、このシャッタを閉じ状態として照射装置５への荷電粒子ビームの出射を中止させるようにしてもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００７８】
また、上記第１及び第２の実施形態においては、スポット照射制御、すなわち同じ飛程のビームを離散的に照射位置を移動させつつ照射する場合を例にとって説明したが、これに限られず、例えば同じ飛程のビームを連続的に照射位置を移動させつつ照射する場合（言い換えれば、照射位置を変更しつつ患部２ａへビーム照射する場合）に適用してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１の実施形態における粒子線治療システムの全体構成を表す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における照射装置の構成を照射制御装置とともに表す概略図である。
【図３】ビームにおける患部の深さ方向の線量分布を模式的に表す図である。
【図４】ビームの径方向の線量分布を模式的に表す図である。
【図５】スポット照射制御におけるスポット照射位置の配置例を表す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における照射制御装置のインターロック制御に係わる機能構成を表すブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施形態における第二線量モニタの機能を説明するための図である。
【図８】本発明の第１の実施形態におけるスポット照射制御の制御処理内容を表すフローチャートである。
【図９】図８中のステップ１３０のインターロック制御の詳細手順を表すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施形態におけるスポット照射制御の制御処理内容を表すフローチャートである。
【図１１】図１０中のステップ２４０の第１インターロック制御の詳細手順を表すフローチャートである。
【図１２】図１０中のステップ２８０の第２インターロック制御の詳細手順を表すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８０】
２ａ 患部
３ 荷電粒子ビーム発生装置
５ 照射装置
６ 照射制御装置（積算照射量演算手段、第１の記憶手段、第１のインターロック手段）
６Ａ 照射制御装置（積算照射量演算手段、一様度演算手段、第２の記憶手段、第２のインターロック手段）
１７ インターロック用スイッチ（第１のインターロック手段、第２のインターロック手段）
２１Ａ 走査電磁石
２１Ｂ 走査電磁石
２７ 第二線量モニタ（検出器）
【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荷電粒子ビームを偏向して走査面上で走査する走査電磁石を有し、前記走査電磁石を通過した荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射装置とを備えた荷電粒子ビーム照射システムにおいて、
前記走査面をビーム断面積より小さくなるように区画した複数の区画領域のそれぞれにおける照射量を検出する検出器と、
同じ飛程のビームを前記走査面上の位置を移動させて照射したときの前記複数の区画領域のそれぞれにおける積算照射量を、前記検出器の検出結果に基づき演算する積算照射量演算手段と、
予め設定された積算照射量の許容値を記憶する第１の記憶手段と、
前記積算照射量演算手段で演算された積算照射量と前記第１の記憶手段で記憶された許容値とを比較し、積算照射量が許容値を超えたと判定した場合に、前記荷電粒子ビーム発生装置から前記照射装置へのビーム出射を中止させる第１のインターロック手段と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記載の荷電粒子ビーム照射システムにおいて、前記第１の記憶手段は、ビームの飛程に応じて異なる許容係数を積算照射量の目標値に乗じた許容値を記憶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１記載の荷電粒子ビーム照射システムにおいて、前記第１の記憶手段は、前記走査面上の同じ位置に同じ飛程のビームを複数回に分けて照射する場合を想定し、その照射回数の段階に応じて異なる許容係数を積算照射量の目標値に乗じた許容値を記憶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】
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荷電粒子ビームを偏向して走査面上で走査する走査電磁石を有し、前記走査電磁石を通過した荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射装置とを備えた荷電粒子ビーム照射システムにおいて、
前記走査面をビーム断面積より小さくなるように区画した複数の区画領域のそれぞれにおける照射量を検出する検出器と、
同じ飛程のビームを前記走査面上の位置を移動させて照射したときの前記複数の区画領域のそれぞれにおける積算照射量を、前記検出器の検出結果に基づき演算する積算照射量演算手段と、
積算照射量の目標値が同じである複数の区画領域からなる照射量同一領域における積算照射量の一様度を、前記積算照射量演算手段の演算結果に基づき演算する一様度演算手段と、
予め設定された積算照射量の一様度の許容値を記憶する第２の記憶手段と、
前記一様度演算手段で演算された積算照射量の一様度と前記第２の記憶手段で記憶された許容値とを比較し、積算照射量の一様度が許容値を超えたと判定した場合に、前記荷電粒子ビーム発生装置から前記照射装置へのビームの出射を中止させる第２のインターロック手段と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５】
請求項４記載の荷電粒子ビーム照射システムにおいて、前記第２の記憶手段は、ビームの飛程に応じて異なる積算照射量の一様度の許容値を記憶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６】
請求項４記載の荷電粒子ビーム照射システムにおいて、前記第２の記憶手段は、前記走査面上の同じ位置に同じ飛程のビームを複数回に分けて照射する場合を想定し、その照射回数の段階に応じて異なる積算照射量の一様度の許容値を記憶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７】
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偏向して走査面上で走査する走査電磁石を有する照射装置により、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方法において、
前記走査面をビーム断面積より小さくなるように区画した複数の区画領域のそれぞれにおける照射量を検出する検出器の検出結果に基づき、同じ飛程のビームを前記走査面上の位置を移動させて照射したときの前記複数の区画領域のそれぞれにおける積算照射量を演算し、
この演算した積算照射量と記憶手段で予め設定記憶された許容値とを比較し、積算照射量が許容値を超えたと判定した場合に、前記荷電粒子ビーム発生装置から前記照射装置へのビーム出射を中止させることを特徴とする荷電粒子ビーム照射方法。
【請求項８】
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偏向して走査面上で走査する走査電磁石を有する照射装置により、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方法において、
前記走査面をビーム断面積より小さくなるように区画した複数の区画領域のそれぞれにおける照射量を検出する検出器の検出結果に基づき、同じ飛程のビームを前記走査面上の位置を移動させて照射したときの前記複数の区画領域のそれぞれにおける積算照射量を演算し、
その演算結果に基づき、積算照射量の目標値が同じである複数の区画領域からなる照射量同一領域における積算照射量の一様度を演算し、
この演算した積算照射量の一様度と記憶手段で予め設定記憶された許容値とを比較し、積算照射量の一様度が許容値を超えたと判定した場合に、前記荷電粒子ビーム発生装置から前記照射装置へのビームの出射を中止させることを特徴とする荷電粒子ビーム照射方法。
【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荷電粒子ビームを偏向して走査面上で走査する走査電磁石を有し、前記走査電磁石を通過した荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射装置とを備えた荷電粒子ビーム照射システムにおいて、
前記走査面をビーム断面積より小さくなるように区画した複数の区画領域のそれぞれにおける照射量を検出する検出器と、
同じ飛程のビームを前記走査面上の位置を移動させて照射したときの前記複数の区画領域のそれぞれにおける積算照射量を、前記検出器の検出結果に基づき演算する積算照射量演算手段と、
予め設定された積算照射量の許容値を記憶する第１の記憶手段と、
前記積算照射量演算手段で演算された積算照射量と前記第１の記憶手段で記憶された許容値とを比較し、積算照射量が許容値を超えたと判定した場合に、前記荷電粒子ビーム発生装置から前記照射装置へのビーム出射を中止させる第１のインターロック手段と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記載の荷電粒子ビーム照射システムにおいて、前記第１の記憶手段は、ビームの飛程に応じて異なる許容係数を積算照射量の目標値に乗じた許容値を記憶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１記載の荷電粒子ビーム照射システムにおいて、前記第１の記憶手段は、前記走査面上の同じ位置に同じ飛程のビームを複数回に分けて照射する場合を想定し、その照射回数の段階に応じて異なる許容係数を積算照射量の目標値に乗じた許容値を記憶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】
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荷電粒子ビームを偏向して走査面上で走査する走査電磁石を有し、前記走査電磁石を通過した荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射装置とを備えた荷電粒子ビーム照射システムにおいて、
前記走査面をビーム断面積より小さくなるように区画した複数の区画領域のそれぞれにおける照射量を検出する検出器と、
同じ飛程のビームを前記走査面上の位置を移動させて照射したときの前記複数の区画領域のそれぞれにおける積算照射量を、前記検出器の検出結果に基づき演算する積算照射量演算手段と、
積算照射量の目標値が同じである複数の区画領域からなる照射量同一領域における積算照射量の一様度を、前記積算照射量演算手段の演算結果に基づき演算する一様度演算手段と、
予め設定された積算照射量の一様度の許容値を記憶する第２の記憶手段と、
前記一様度演算手段で演算された積算照射量の一様度と前記第２の記憶手段で記憶された許容値とを比較し、積算照射量の一様度が許容値を超えたと判定した場合に、前記荷電粒子ビーム発生装置から前記照射装置へのビームの出射を中止させる第２のインターロック手段と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５】
請求項４記載の荷電粒子ビーム照射システムにおいて、前記第２の記憶手段は、ビームの飛程に応じて異なる積算照射量の一様度の許容値を記憶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６】
請求項４記載の荷電粒子ビーム照射システムにおいて、前記第２の記憶手段は、前記走査面上の同じ位置に同じ飛程のビームを複数回に分けて照射する場合を想定し、その照射回数の段階に応じて異なる積算照射量の一様度の許容値を記憶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７】
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偏向して走査面上で走査する走査電磁石を有する照射装置により、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方法において、
前記走査面をビーム断面積より小さくなるように区画した複数の区画領域のそれぞれにおける照射量を検出する検出器の検出結果に基づき、同じ飛程のビームを前記走査面上の位置を移動させて照射したときの前記複数の区画領域のそれぞれにおける積算照射量を演算し、
この演算した積算照射量と記憶手段で予め設定記憶された許容値とを比較し、積算照射量が許容値を超えたと判定した場合に、前記荷電粒子ビーム発生装置から前記照射装置へのビーム出射を中止させることを特徴とする荷電粒子ビーム照射方法。
【請求項８】
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偏向して走査面上で走査する走査電磁石を有する照射装置により、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方法において、
前記走査面をビーム断面積より小さくなるように区画した複数の区画領域のそれぞれにおける照射量を検出する検出器の検出結果に基づき、同じ飛程のビームを前記走査面上の位置を移動させて照射したときの前記複数の区画領域のそれぞれにおける積算照射量を演算し、
その演算結果に基づき、積算照射量の目標値が同じである複数の区画領域からなる照射量同一領域における積算照射量の一様度を演算し、
この演算した積算照射量の一様度と記憶手段で予め設定記憶された許容値とを比較し、積算照射量の一様度が許容値を超えたと判定した場合に、前記荷電粒子ビーム発生装置から前記照射装置へのビームの出射を中止させることを特徴とする荷電粒子ビーム照射方法。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−３９２１９（Ｐ２００９−３９２１９Ａ）
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０５７７９（Ｐ２００７−２０５７７９）
【出願日】平成１９年８月７日（２００７．８．７）
【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２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月７日（２００７．８．７）
【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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