荷電粒子ビーム照射システム
【課題】スポットスキャニング方式の荷電粒子ビーム照射システムにおいて、精度のよいPET画像を取得する。
【解決手段】PET制御部４９は、照射装置制御部４８から出射停止信号を受信し、予め設定した一定の時間経過した後、PET計測を開始する（Ｓ１０９）。スポット番号ｊのスポット照射が完了すると、照射位置がスポット番号ｊ＋１のスポット位置に変更される（Ｓ１１１→１０３）。次のスポット照射をするため、照射装置制御部４８は出射開始信号を送信し、PET制御部４９は出射開始信号を受信するとPET計測を停止する（Ｓ１０５）。つまり、PET計測は出射停止中に行われる。このPET計測で得られたPET信号は、スポット番号ｊ＋１のスポット照射直前のPETデータとして、PET制御部４９内のメモリに記録される。PET画像取得機能４９ａは記録したPETデータから陽電子放出核の分布（PET画像）を取得する。
【解決手段】PET制御部４９は、照射装置制御部４８から出射停止信号を受信し、予め設定した一定の時間経過した後、PET計測を開始する（Ｓ１０９）。スポット番号ｊのスポット照射が完了すると、照射位置がスポット番号ｊ＋１のスポット位置に変更される（Ｓ１１１→１０３）。次のスポット照射をするため、照射装置制御部４８は出射開始信号を送信し、PET制御部４９は出射開始信号を受信するとPET計測を停止する（Ｓ１０５）。つまり、PET計測は出射停止中に行われる。このPET計測で得られたPET信号は、スポット番号ｊ＋１のスポット照射直前のPETデータとして、PET制御部４９内のメモリに記録される。PET画像取得機能４９ａは記録したPETデータから陽電子放出核の分布（PET画像）を取得する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビームを腫瘍等の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関する。
【背景技術】
【０００２】
癌（腫瘍）などの患者に陽子線などの荷電粒子ビーム（イオンビーム）を照射して癌を治療する方法が知られている。この荷電粒子ビームの照射に用いる荷電粒子ビーム照射システムは、荷電粒子ビーム発生装置，ビーム輸送系、及び治療室を備えている。
【０００３】
荷電粒子ビーム発生装置で加速された荷電粒子ビームはビーム輸送系を経て治療室の照射装置に達し、照射装置により調整され患者体内で患部形状に適した照射野を形成する。
【０００４】
照射野を形成した位置を確認するため、荷電粒子ビームと体内の物質との反応により生成された陽電子放出核からの一対の消滅ガンマ線を検出する方法がある。検出したPET信号（消滅ガンマ線）から陽電子放出核の分布を求め、所望の位置に線量分布が形成されたことを確認する。特許文献１には照射野全体を同時に照射する散乱体照射方式で照射野を一度形成し、PET計測を行いPET画像により照射位置を確かめ、その後、再度照射する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2008-173297号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
照射装置が線量分布を拡大する方法としてスポットスキャニング方式がある。スポットスキャニング方式はまず荷電粒子ビームをあるエネルギーまで加速し、走査電磁石で荷電粒子の横方向の照射位置変更と照射を繰り返す。ひとつのエネルギーですべき照射を完了した後、次のエネルギーへ荷電粒子ビームを加速し同様に横方向の照射位置変更と照射を繰り返す。このように照射野を順次形成していく特長がある。この一連の照射時間は通常数十〜数百秒程度である。
【０００７】
ところで、陽電子放出核の半減期は核種によっては１２０秒程度の場合もある。
【０００８】
従来技術のように、散乱体照射方式により照射野を同時に形成し、照射直後にPET計測を行えば、以下のような陽電子放出核の減衰に係る課題は生じない。
【０００９】
しかし、スポットスキャニング方式により照射野を形成し、照射終了後PET計測する場合、上述のように数十〜数百秒程度経過しており、照射開始直後に生成した陽電子放出核の多くはPET計測開始時には減衰してしまう可能性がある。その結果、照射の順序に依存してPET計測結果が異なってしまう。言い換えると、照射終了直前に照射した位置の信号は十分な強度のPET信号を得られるのに対し、照射開始直後に照射した位置の信号は十分な強度のPET信号を得られない。
【００１０】
一方、照射（より正確には出射）と並行してPET計測をすれば、上記のような陽電子放出核の減衰に係る課題は生じないが、即発ガンマ線が発生し、PETカメラにノイズとして入射するためPET計測の精度が劣化する。
【００１１】
すなわち、従来技術（散乱体照射方式）のPET計測をスポットスキャニング方式に適用すると、精度のよいPET画像を取得できないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（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する加速器と、荷電粒子ビームを走査する走査電磁石を有し、断続的に前記荷電粒子ビームを照射対象に出射する照射装置と、前記照射対象内の陽電子放出核から発生する消滅ガンマ線を検出するガンマ線検出器とを備えた荷電粒子ビーム照射システムにおいて、前記照射装置からの前記荷電粒子ビームの出射停止から次の出射開始までの間に、前記ガンマ線検出器が検出した前記消滅ガンマ線に基づくＰＥＴ信号を用いて、陽電子放出核が発生した位置を求めるＰＥＴ計測手段を備える。
【００１３】
照射中（詳細には、出射終了と次の出射開始前の間の出射停止中）のPET信号に基づくことにより、照射開始直後に照射したスポットにおいても十分な強度のPET信号を得ることができる。また、出射停止中に、PET計測を行うため、即発ガンマ線発生によるノイズはない。これにより、精度のよいPET計測をおこなうことができる。
【００１４】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記消滅ガンマ線は、前記荷電粒子ビームと前記照射対象との反応により生成された陽電子放出核からの消滅ガンマ線であり、前記ＰＥＴ計測手段は、前記荷電粒子ビームの出射停止から次の出射開始までの間に、前記ガンマ線検出器が検出した前記消滅ガンマ線に基づくＰＥＴ信号を選別し、選別した前記ＰＥＴ信号を用いて陽電子放出核の発生位置を求め、前記ＰＥＴ計測手段で求めた前記陽電子放出核の発生位置情報を用いてＰＥＴ画像を生成するＰＥＴ画像取得手段を備える。
【００１５】
精度のよいＰＥＴデータを用いることにより、精度の良いPET画像を取得できる。
【００１６】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記消滅ガンマ線は、前記照射対象に放射性薬剤を投与して照射標的に集積させた陽電子放出核からの消滅ガンマ線であり、前記ＰＥＴ計測手段は、前記荷電粒子ビームの出射停止から次の出射開始までの間に、前記ガンマ線検出器が検出した前記消滅ガンマ線に基づくＰＥＴ信号を選別し、選別した前記ＰＥＴ信号を用いて陽電子放出核の発生位置を求め、前記ＰＥＴ計測手段で求めた前記陽電子放出核の発生位置が予め定められた位置許容範囲にある場合に前記荷電粒子ビームの出射許可を示すゲート信号を出力し、前記陽電子放出核の発生位置が前記位置許容範囲からはずれた場合に前記ゲート信号の出力を停止するゲート信号出力手段と、前記ゲート信号出力手段から出力される前記ゲート信号に基づいて、前記照射装置からの前記荷電粒子ビームの出射開始及び出射停止を制御する照射制御装置を備える。
【００１７】
精度のよいＰＥＴデータを用いることにより、ゲート信号出力・出力終了を精度良くおこなうことができ、呼吸同期制御において精度良く所望の線量分布を形成することができる。
【００１８】
（４）上記（３）において、前記ＰＥＴ計測手段で求めた前記陽電子放出核の発生位置情報を表示する表示装置と、前記表示装置に表示された前記陽電子放出核の発生位置情に基づいて、前記位置許容範囲を入力するための入力装置とを備える。
【００１９】
これにより、精度良くゲート範囲（位置許容範囲）を入力することができる。
【００２０】
（５）上記（１）において、前記ＰＥＴ計測手段は、前記荷電粒子ビームの出射停止信号を受信してから一定時間経過後に、前記荷電粒子ビームの出射停止と判断し、この出射停止から次の出射開始までの間に、前記ガンマ線検出器が検出した前記消滅ガンマ線に基づくＰＥＴ信号を選別し、選別した前記ＰＥＴ信号を用いて陽電子放出核の発生位置を求める。
【００２１】
これにより、ＰＥＴ計測開始時にはイオンビームの出射は完全に停止しており、PET信号にノイズが混在することを防ぐことができる。
【００２２】
（６）上記（１）において、前記照射装置は、通過する荷電粒子ビーム量の線量を計測する線量モニタを有し、前記ＰＥＴ計測手段は、前記線量モニタで計測される前記荷電粒子ビームの線量値が予め定められた閾値以下になると前記荷電粒子ビームの出射停止と判断し、この出射停止から次の出射開始までの間に、前記ガンマ線検出器が検出した前記消滅ガンマ線に基づくＰＥＴ信号を選別し、選別した前記ＰＥＴ信号を用いて陽電子放出核の発生位置を求める。
【００２３】
これにより、ＰＥＴ計測開始時にはイオンビームの出射は完全に停止しており、PET信号にノイズが混在することを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２４】
照射中であって、イオンビーム出射停止時のPET信号を用いることにより、照射順序に関係なく十分な強度でかつノイズのないPET信号を得ることができ、精度の良い患部の位置情報を取得できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態である荷電粒子ビーム照射システムの全体概略構成を示す図である。
【図２】照射装置２１の構成について示す図である。
【図３】照射対象の深さとイオンビームのエネルギーとの関係を説明する図である。図３（ａ）は、単一エネルギーのイオンビームを照射した場合のもの、図３（ｂ）は、いくつかのエネルギーのイオンビームを適切な強度の割合で照射して、ブラッグピークを重ね合わせた場合のものをそれぞれ示している。
【図４】照射対象にイオンビームを照射した場合に得られる横方向の線量分布を示す図である。
【図５】データベースに記録される照射パラメータを示す概念図である。
【図６】荷電粒子ビーム照射システムの処理内容を示す制御フローである。
【図７】照射とPET計測のタイムチャートの一例を示す図である（第1実施形態）。
【図８】照射とPET計測のタイムチャートの一例を示す図である（第２実施形態）。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施形態である荷電粒子ビーム照射システムについて、図面を用いて説明する。
【００２７】
＜第１実施形態＞
〜構成〜
図１は、本発明の一実施形態である荷電粒子ビーム照射システムの全体概略構成を示す図である。
【００２８】
本実施形態の荷電粒子ビーム照射システム１０は、荷電粒子ビーム発生装置１，ビーム輸送系２，放射線治療室１７及び制御システム７を備える。
【００２９】
荷電粒子ビーム発生装置１は、イオン源（図示せず），ライナック３（前段荷電粒子ビーム加速装置）及びシンクロトロン４（加速器）を有する。シンクロトロン４は、高周波印加装置５，加速装置６を有する。高周波印加装置５はシンクロトロン４の周回軌道に配置された高周波印加電極（図示せず）及び高周波印加電源（図示せず）を備える。高周波印加電極と高周波印加電源はスイッチ（図示せず）により接続される。加速装置６はイオンビームの周回軌道に配置された高周波加速空洞（図示せず）及び高周波加速空洞に高周波電力を印加する高周波電源（図示せず）を備える。出射用デフレクタ１１がシンクロトロン４とビーム輸送系２を接続する。
【００３０】
ビーム輸送系２は、ビーム経路１２，四極電磁石（図示せず），偏向電磁石１４，偏向電磁石１５及びＵ字状偏向電磁石１６を有する。ビーム経路１２が、治療室１７内に設置された照射装置２１に接続される。
【００３１】
治療室１７内には略筒状のガントリー１８が設置されている。ガントリー１８には、ビーム輸送系２の一部であるＵ字状の偏向電磁石１６、及び照射装置２１、一対のPETカメラ２８が設置されている。ガントリー１８の内部にはカウチ２４と呼ばれる治療用ベッドが設置されている。
【００３２】
ガントリー１８は、モーターにより回転可能な構造をしている。ガントリー１８の回転と共にＵ字状偏向電磁石１６と照射装置２１が回転する。この回転により、照射対象２５をガントリー１８の回転軸に垂直な平面内のいずれの方向からも照射することができる。
【００３３】
図２は、照射装置２１の構成について示す図である。照射装置２１は、走査電磁石３１，走査電磁石３２，ビーム位置検出器３３，線量モニタ（照射量検出装置）３４を有する。荷電粒子ビーム照射システム１０の照射装置２１は二台の走査電磁石３１，３２を備え、走査電磁石３１，３２はビーム進行方向と垂直な面内の二つの方向（Ｘ方向，Ｙ方向）にそれぞれイオンビームを偏向し、照射位置を変更する。ビーム位置検出器３３は、イオンビームの位置とイオンビームの広がりを計測する。線量モニタ３４は、照射されたイオンビームの量を計測する。
【００３４】
ビーム位置検出器３３は、Ｘ方向，Ｙ方向それぞれ一定間隔毎に平行にワイヤーが張られている。ワイヤーには高電圧がかけられており、イオンビームが通過すると検出器内の空気が電離され、電離された荷電粒子は最も近いワイヤーに集められる。集められた荷電粒子量を測定する。イオンビームの広がりよりも十分に小さい間隔でワイヤーを張ることにより、ビームの分布を得ることができ、ビーム位置（分布の重心）とビーム幅（分布の標準偏差）を算出することができる。
【００３５】
線量モニタ３４は、二つの電極が平行平板型構造をしており、電極間に電圧が印加されている。イオンビームが線量モニタ（照射量検出装置）３４を通過すると、イオンビームにより、検出器内の空気が電離され、電離された荷電粒子は検出器内電場により電極に集積し、信号となって読み出される。ここで、イオンビーム量と、電極に集積する電荷が比例するので通過したイオンビーム量を計測することができる。
【００３６】
照射対象２５内には照射標的３７がある。イオンビームを照射することで照射標的を覆うような線量分布が照射対象２５内に形成される。ここで癌などの治療の場合は、照射対象は人であり照射標的は腫瘍（患部）である。
【００３７】
図１に戻り、粒子線照射システム１０が備えている制御システム７について説明する。制御システム７は、データベース（記録装置）４２，中央制御装置４６，加速器制御部４７，照射装置制御部４８及びPET制御部４９を備える。データベース４２はＸ線ＣＴ装置４０に接続された照射計画システム４１に接続されている。照射計画システム４１が作成する照射に必要なデータはデータベース４２に記録される。中央制御装置４６は、加速器制御部４７及び照射装置制御部４８に接続される。また、中央制御装置４６は、データベース４２に接続される。中央制御装置４６は、データベース４２からデータを受け取り、加速器制御部４７と照射装置制御部４８に必要な情報を送信し制御する。加速器制御部４７は、荷電粒子ビーム発生装置１，ビーム輸送系２及びガントリー１８に接続され、これらを制御する。照射装置制御部４８は、走査電磁石３１，３２に流れる励磁電流量の制御と照射装置２１内の各モニタ信号の処理を行う。PET制御部４９はPETカメラ２８を制御してPETカメラ２８からのデータを取得し処理する。
【００３８】
図３は、照射対象の深さとイオンビームのエネルギーとの関係を説明する図である。
【００３９】
図３（ａ）は、単一エネルギーのイオンビームが照射対象内に形成する線量分布を深さの関数として示している。図３（ａ）におけるピークをブラッグピークと称する。ブラッグピークの位置はエネルギーに依存するため、照射標的の深さに合わせイオンビームのエネルギーを調整することでブラッグピークの位置で照射標的を照射することができる。
【００４０】
図３（ｂ）は、複数のイオンビームが重ね合わされて照射対象内に形成する線量分布を深さの関数として示している。照射標的は深さ方向に厚みを持っているが、ブラッグピークは鋭いピークであるので、いくつかのエネルギーのイオンビームを適切な強度の割合で照射し、複数のブラッグピークを重ね合わせることで深さ方向に照射標的と同じ厚みを持った一様な高線量領域（ＳＯＢＰ）を形成する。
【００４１】
図４は、照射対象にイオンビームを照射した場合に得られる横方向の線量分布を示す図である。ビーム軸に垂直な方向（ＸＹ平面の方向）の照射標的の広がりとイオンビームの関係について説明する。ビーム軸に垂直な方向を横方向と呼ぶ。イオンビームは照射装置２１に達した後、互いに垂直に設置された二台の走査電磁石３１，３２により横方向の所望の位置へと到達する。イオンビームの横方向の広がりはガウス分布形状で近似することができる。ガウス分布を等間隔で配置し、その間の距離をガウス分布の標準偏差程度にすることで、足し合わされた分布は一様な領域を有する。このように配置されるガウス分布状の線量分布をスポットと呼ぶ。走査電磁石３１，３２の励磁量（励磁電流量）を一定にして１つのスポットの照射位置にイオンビームを照射し、イオンビームの出射を停止した後、励磁量を変更して次のスポットの照射位置に変更し、イオンビームを再び出射して照射する（スポットスキャン方式）。このようにスポットスキャン方式によりイオンビームを走査し複数のスポットを等間隔に配置することで横方向に一様な線量分布を形成することができる。
【００４２】
以上の構成により、走査電磁石による横方向へのビーム走査と、ビームエネルギー変更による深さ方向へのブラッグピークの移動により均一な照射野を形成することができる。なお、同一のエネルギーで照射され、走査電磁石によるイオンビーム走査により横方向へ広がりを持つ照射野の単位をスライスと呼ぶ。
【００４３】
〜制御・動作〜
荷電粒子ビーム照射システム１０の動作および付随する動作について説明する。
【００４４】
（照射前）
イオンビームを照射標的３７に照射する前に、事前に照射計画システム４１が照射に必要な各パラメータを決定する。照射計画システム４１によるパラメータの決定方法について説明する。
【００４５】
予め照射対象２５をＸ線ＣＴ装置４０にて撮影する。Ｘ線ＣＴ装置４０は、取得した撮像データに基づいて照射対象２５の画像データを作成し、画像データを照射計画システム４１に送信する。照射計画システム４１は、受け取った画像データを、表示装置（図示せず）の画面上に表示する。オペレータが画像上で照射したい領域を指定すると、照射計画システム４１は照射に必要なデータを作成し、そのデータで照射したときの線量分布を求める。なお、照射したい領域が照射標的３７を覆うように領域を指定する。照射計画システム４１は、求めた線量分布を表示装置に表示する。照射計画システム４１は、指定された領域に線量分布を形成できるような照射対象の位置を指定する位置合わせ画像，ガントリー角度，照射パラメータを求め、これらを決定する。
【００４６】
照射計画システム４１が求める照射パラメータには、イオンビームのエネルギー，ビーム軸に垂直な平面内の各スポットの位置情報（Ｘ座標，Ｙ座標），各位置に照射するイオンビームの目標照射量が含まれる。つまり、照射計画システム４１は、オペレータが入力した患者情報に基づいて、照射標的（患部）３７を深さ方向の複数のスライスに分割し、必要となるスライス数M，スライス番号ｉを決定する。また、照射計画システム４１は、それぞれのスライス（スライス番号ｉ）の深さに応じた照射に適したイオンビームのエネルギーＥｉを求める。照射計画システム４１は、さらに、各スライスの形状に応じて、イオンビームを照射する照射スポットの数Ｎｉ，スポット番号ｊ，各スポットの照射位置（Ｘｉｊ，Ｙｉｊ）、各スポットの目標照射量Ｄｉｊを決定する。スポットの照射位置（Ｘｉｊ，Ｙｉｊ）が、照射対象のビーム進行方向（深さ方向）と垂直な平面における目標照射位置となる。
【００４７】
照射計画システム４１は、オペレータの指示に基づいて、決定したこれらの情報をデータベース４２に送信する。送信のタイミングは、情報の決定直後でもよいし、照射標的３７にイオンビームを照射する治療当日の照射準備開始時であってもよい。データベース４２は、照射計画システム４１から出力されたデータを記録する。
【００４８】
図５は、データベース４２に記録される照射パラメータを示す概念図である。照射パラメータはスライス数Mと各スライスのデータを持つ。各スライスのデータはスライス番号ｉ，エネルギーＥｉ，スポット数Ｎｉ，各スポットのデータから構成される。スポットのデータはさらにスポット番号ｊ，照射位置（Ｘｉｊ，Ｙｉｊ），目標照射量Ｄｉｊから構成される。
【００４９】
（照射）
荷電粒子ビーム照射システム１０の照射に係る動作について説明する。本明細書では、例えば数ｍｓの時間、継続して実際にイオンビームを出射する動作を出射と呼ぶ。スポットへ出射から出射停止までの一連の動作をスポット照射と呼び、出射と出射停止とを繰り返す一連の動作を照射と呼ぶ。
【００５０】
照射を開始するため照射対象をカウチ上に設置しカウチ周辺に設置されているX線透視装置（図示せず）により照射対象を撮像する。照射計画システム４１が作成した位置合わせ画像とX線透視画像が一致するようにカウチを駆動制御して照射対象２５を移動する。荷電粒子ビーム照射システム１０は、データベース４２に記録された情報に基づいて、以下のように照射の準備を行う。
【００５１】
中央制御装置４６は、例えばオペレータの指示により処理手順を開始する。なお、中央制御装置４６は、データベース４２が照射計画システム４１から出力されたデータを記録するのに連動して処理手順を開始してもよい。
【００５２】
中央制御装置４６はデータベース４２に記録されたデータを読み出し、出射停止制御で実際に用いるスポット毎の設定照射量を決定する。設定照射量は各スポットまでに照射される照射パラメータの目標照射量を積算したものである。照射が開始されると線量カウンタの積算値と設定照射量を比較し、線量カウンタの積算値が設定照射量に達すると、出射停止する。また、各スポットに対し照射位置とそのエネルギーから走査電磁石３１，３２を励磁する電流量（励磁量）を算出する。その後、中央制御装置４６は照射パラメータ、設定照射量、走査電磁石励磁電流値を照射装置制御部４８へ送信する。
【００５３】
中央制御装置４６は、データベース４２から照射パラメータの他、ガントリー角度情報を受信する。中央制御装置４６は、ガントリー角度情報を加速器制御部４７に送信する。
【００５４】
加速器制御部４７は、受信したガントリー角度情報に基づいてガントリー１８を所望のガントリー角度へ移動する。
【００５５】
また、中央制御装置４６は、受信した照射パラメータに基づいて、各スライスのエネルギーＥｉに対応したシンクロトロン４とビーム輸送系２の電磁石を励磁する励磁電流量、高周波印加装置５が印加する高周波の値、加速装置６に印加する高周波の値を、中央制御装置４６が有するメモリ（図示せず）から参照し、加速器制御部４７へ送信する。
【００５６】
中央制御装置４６から加速器制御部４７に高周波印加装置５が印加する高周波の値が送信されると、加速器制御部４７は、高周波印加装置５が印加する高周波の強度がその値となるよう高周波印加装置５を制御し、シンクロトロン４からイオンビームを出射させる。
【００５７】
図６は、荷電粒子ビーム照射システム１０の処理内容を示す制御フローである。荷電粒子ビーム照射システム１０の照射に係る動作の詳細について荷電粒子ビーム照射システム１０の制御と併せて説明する。
【００５８】
中央制御装置４６は、オペレータの指示に基づいて照射開始し、スライス番号ｉ，スポット番号ｊ，エネルギー情報Ｅｉを加速器制御部４７と照射装置制御部４８に出力する。最初の照射開始が合図されると、スライス番号ｉ＝１，スポット番号ｊ＝１から照射を開始する。照射開始信号を受信した加速器制御部４７はイオン源を起動する。イオン源で発生したイオン（例えば陽子（又は炭素イオン））は、ライナック３に入射される。ライナック３は、イオンを加速して出射する。ライナック３からのイオンビームは、シンクロトロン４へ入射される。
【００５９】
ステップ１０１において、加速器制御部４７は、シンクロトロン４の電磁石と加速装置６を制御し、ライナック３から入射されたイオンビームをスライス番号１のエネルギーＥ１まで加速する。つまり、加速器制御部４７が、荷電粒子ビーム発生装置１を制御し、イオンビームを所望のエネルギーまで加速する。この加速は、高周波電源から、高周波加速空洞に高周波を印加すること（シンクロトロン４を周回するイオンビームに、高周波電力によってエネルギーを与えること）によって行われる。また、加速器制御部４７は、ビーム輸送系２の電磁石の励磁量を制御し、加速したエネルギーのイオンビームを照射装置２１へ輸送できる状態とする。
【００６０】
ステップ１０２において、イオンビームの加速が完了しビーム輸送系２の準備が整うと、加速器制御部４７は、照射装置制御部４８へ出射準備完了信号を送信する。
【００６１】
ステップ１０３において、照射装置制御部４８は、出射準備完了信号を受信し、スライス１，スポット１に対応する中央制御装置４６が計算した励磁電流量で走査電磁石３１及び走査電磁石３２を励磁する。また、照射装置制御部４８は、線量モニタ３４からの信号をカウントする線量カウンタを０にリセットし、スライス１、スポット１の設定照射量を設定する。
【００６２】
ステップ１０４において、照射装置制御部４８は、走査電磁石３１，３２に流れる電流が所望の値になったことを確認し、出射開始信号を加速器制御部４７とPET制御部４９へ送信する。
【００６３】
ステップ１０５において、スライス１、スポット１を照射するとき、PET制御部４９は動作しない（PET計測停止）。
【００６４】
ステップ１０６において、加速器制御部４７は、出射開始信号を受信し、高周波印加装置５を制御してシンクロトロン４からのイオンビームの出射を開始する。
【００６５】
ここでイオンビームの出射の流れについて説明する。スイッチを繋ぐと、イオンビームには、高周波印加装置５により高周波が印加される。これにより、安定限界内でシンクロトロン４内を周回していたイオンビームは、安定限界外に移行し、出射用デフレクタ１１を通ってシンクロトロン４から出射される。出射されたイオンビームは、ビーム輸送系２を通過して照射装置２１へ入射し走査電磁石３１，３２により走査された後、ビーム位置検出器３３，線量モニタ３４を通過して照射対象２５に到達し、照射標的３７に線量を付与して停止する。
【００６６】
ステップ１０７において、出射中、照射装置制御部４８は、線量モニタ３４から検出信号に基づき照射量を線量カウンタでカウントする。
【００６７】
ステップ１０８において、照射装置制御部４８は、線量カウンタの積算値が設定照射量に達すると、加速器制御部４７とPET制御部４９に対し出射停止信号を送信する。
【００６８】
なお、本実施形態においては、出射開始信号受信によりイオンビームの出射が開始し、出射停止信号受信によりイオンビームの出射が停止するが、出射許可信号受信によりイオンビームの出射が開始し、出射許可信号不受信によりイオンビームの出射が停止しても良い。
【００６９】
ステップ１０９において、PET制御部４９は出射停止信号を受信し、予め設定した一定の時間経過した後、PET計測を開始する。
【００７０】
ステップ１１０において、加速器制御部４７は出射停止信号を受信し、高周波印加装置５を制御して出射を停止する。高周波印加電極と高周波印加電源をつなぐスイッチを切り高周波の印加を停止することにより、シンクロトロン４からのイオンビームの出射が停止する。これにより、スライス番号１，スポット番号１への出射（スポット照射）が完了する。
【００７１】
ところで、照射装置制御部４８が出射停止信号を送信した（ステップ１０８）後も、イオンビームの出射は直ちに停止せず、シンクロトロン４の応答の遅れの分だけイオンビームが出射される。出射停止信号の受信から一定時間経過（例えば１ｍｓ）すると、イオンビームの出射は完全に停止する。その後、PET計測することにより、PET信号にノイズが混在することを防ぐことができる。
【００７２】
ステップ１１１において、照射装置制御部４８は、スライス番号１のスポット数Ｎ１とスポット番号ｊを比較する。スポット番号ｊがスポット数N１に達しない場合、次のスポット番号ｊ＋１のスポットの照射を開始するためステップ１０３の動作を開始する。すなわち、スポット番号１のスポット照射が完了すると、照射位置がスポット番号２のスポット位置に変更される。
【００７３】
スポット番号２のスポット照射をするため、照射装置制御部４８は出射開始信号を送信し、PET制御部４９は出射開始信号を受信するとPET計測を停止し、加速器制御部４７は、出射開始信号を受信するとイオンビームの出射を開始する（ステップ１０４→１０５→１０６）。
【００７４】
このように、PET計測は、スポット番号１のスポット照射が完了すると開始され、スポット番号２のスポット照射が完了すると停止される（ステップ１０９→１０５）。いいかえると、PET計測は、出射停止中に行われる。このPET計測で得られたPET信号は、スポット番号２のスポット照射直前のPETデータとして、PET制御部４９内のメモリ（図示せず）に記録される。また、出射時間（スポット番号１のスポット照射の出射開始から出射停止後一定時間経過まで）と出射停止時間（スポット番号１のスポット照射の出射停止後一定時間経過からスポット番号２のスポット照射の出射開始まで）も記録される。
【００７５】
以下、PET計測がスポット番号ｊのスポット照射停止からスポット番号ｊ＋１のスポット照射開始まで行われ、スポット番号ｊ＋１のスポット照射直前のデータとして記憶される一連の動作が繰り返される（ステップ１０９→１１１→１０５）。
【００７６】
図７は、照射とPET計測のタイムチャートの一例を示す図である。上記ステップ１０３からステップ１１１に相当するスポット番号ｊ−１からｊ＋１までの３スポット分の照射を表している。１行目に走査電磁石の励磁電流値、２行目に出射許可、３行目にビーム電流値、４行目にPET計測を示す。
【００７７】
走査電磁石３１,３２は励磁電流値の変更と静定を順次繰り返し、静定したときのみ出射開始信号により出射許可がHighになってイオンビームが出射される。ビーム電流値は出射許可がHighになることで立ち上がり、出射停止信号により出射許可がLowになった後、減衰する。ビーム電流の減衰が完了するときPET計測がHighになり、出射許可がHighになることでPET計測はLowになる。PET制御部４９はPET計測がHighの間のみPET計測を実施する。出射許可がLowになったときからPET計測がHighになるまでの一定時間（例えば１ｍｓ）は予め設定する。
【００７８】
図６に戻り、荷電粒子ビーム照射システム１０の照射に係る動作の詳細について更に説明する。
【００７９】
ステップ１１１において、スポット番号ｊがスポット数Ｎ１に達した場合、残りスポットはないとして、照射装置制御部４８は加速器制御部４７へ減速信号を出力し、ステップ１１２において加速器制御部４７はシンクロトロン４の電磁石を制御してシンクロトロン４内に残っているイオンビームを減速する。これによりスライス番号１の全スポット照射が完了する。
【００８０】
ステップ１１３において、スライス番号ｉとスライス数Mを比較する。スライス番号ｉがスライス数Mに達しない場合、ステップ１０１に戻り、次のスライスｉ＋１の照射準備を開始する。すなわち、スライス番号ｉ＝１の全スポット照射が完了すると、スライス番号ｉ＝２，スポット番号ｊ＝１から照射を開始し、ステップ１０１〜１１３の処理を繰り返す。
【００８１】
スライス番号１、スポット番号N1における、ステップ１０９（PET計測開始）以降、PET制御部４９はPET計測を継続し、スライス番号２、スポット番号１における、ステップ１０５においてPET計測を停止する。つまり、スライス変更時も、出射停止中にPET計測が行われる。このPET計測で得られたPET信号は、スライス番号２、スポット番号１のスポット照射直前のPETデータとして、PET制御部４９内のメモリ（図示せず）に記録される。
【００８２】
なお、同一のエネルギーで照射すべきスポットの照射が完了せずに、加速器内のイオンビームの蓄積量が無くなった場合、加速器はイオンビームをライナック３から再度入射してイオンビームを加速する。このときもPET制御部４９は出射停止中にPET計測を行い、このPET計測で得られたPET信号は、次に照射されるスポットの直前PETデータとして記録される。
【００８３】
ステップ１１１において、スポット番号ｊがスポット数ＮMに達し、更に、ステップ１１３において、スライス番号ｉがスライス数Mに達すると、残りスライスはないとして、照射が終了する。
【００８４】
照射終了後も、照射対象をそのままにし、PET制御部４９はPET計測（スライス番号M、スポット番号NMにおけるステップ１０９においてPET計測開始）を継続する。
【００８５】
ステップ１１４において、数分間計測したのち、PET制御部４９はPET計測を停止する。これにより、一連の照射を完了する。
【００８６】
なお、同一の照射対象に対し続けて二つのガントリー角度から照射する場合、最初のガントリー角度で照射後、すぐに次のガントリー角度へガントリーを回転させ、照射を開始する。このとき、ひとつ目の角度で照射完了後、ふたつ目の角度で照射開始されるまでの間も出射停止中にPET計測を行い、このPET計測で得られたPET信号はガントリー角度と共に記録される。
【００８７】
（照射完了後）
照射完了後、PET制御部４９の一機能であるPET画像取得機能４９ａは、記録したPETデータから陽電子放出核の分布（PET画像）を再構成する。再構成した分布は例えば照射計画システムの画面上にX線CTデータ、計画した線量分布と共に表示する。計画した線量分布と計測した陽電子放出核の分布を比較することで所望の位置に線量分布を形成できたことを確認することができる。また、計画した線量分布に対応した陽電子放出核の分布をモンテカルロ等の計算により求め、それを表示してもよい。計算で求めた陽電子放出核の分布と計測で得た陽電子放出核の分布を比較することで分布が所望の位置に形成できたことをより正確に確認できる。
【００８８】
なお、再構成は下記のような補正を加えた再構成をしてもよい。ステップ１０５および１１４において、PETデータと伴に、出射時間と出射停止時間が記録されている。上述のように、PET計測は、出射停止中に行われ、出射中には行われないが、直前の出射停止中に計測されたPETデータを、出射中にも計測したとみなす。直後の出射停止中に計測されたPETデータを、出射中にも計測したとみなしてもよい。
【００８９】
ひとつの出射停止時間が短く十分な信号強度が期待できない場合、複数の期間の時間と信号を足して計算してもよい。このような補正をした分布と計算で求めた陽電子放出核の分布を比較することでより正確に線量分布の形成位置を確認することができる。
【００９０】
〜請求項との対応関係〜
本発明において、PET制御部４９のステップ１０９の処理は、照射装置２１からの荷電粒子ビームの出射停止から次の出射開始までの間に、PETカメラ２８により検出された消滅ガンマ線に基づくＰＥＴ信号を用いて、陽電子放出核が発生した位置を求めるＰＥＴ計測手段を構成する（図１および図６参照）。PET制御部４９の一機能であるPET画像取得機能４９ａは、陽電子放出核の発生位置情報を用いてＰＥＴ画像を生成するＰＥＴ画像取得手段を構成する（図１参照）。
【００９１】
〜効果〜
スポットスキャニング照射は照射するスポット位置を順次変更するため最初に照射したスポットから生成する消滅ガンマ線の信号は照射完了時点では減衰してしまう。十分な強度のPET信号を得られないと、精度のよいPET計測ができない。一方、照射と並行してPET計測をすれば、上記のような陽電子放出核の減衰に係る課題は生じないが、即発ガンマ線が発生し、PETカメラにノイズとして入射するためPET計測の精度が劣化する。
【００９２】
本実施形態では、照射中（詳細には、出射終了と次の出射開始前の間の出射停止中）にPET計測を行うため、照射開始直後に照射したスポットにおいても十分な強度のPET信号を得ることができる。また、出射停止中に、PET計測を行うため、即発ガンマ線発生によるノイズはない。このように、精度のよいPET計測をおこなうことにより、精度のよいPET画像を取得でき、線量分布の位置を確認することができる。
【００９３】
〜変形例〜
上記に本発明の一実施形態を述べたが、これに限ることなく、本発明の範囲内において種々の変形が可能である。
【００９４】
１．上記実施形態において、出射停止中にPET計測が行なわれ、出射中にはPET計測が行われないが、出射状態の如何に関わらずPET計測してもよい。ステップ１０５において、記録される出射時間と出射停止時間は、出射開始時刻と出射終了時刻から求める。PET計測によるPETデータから時刻暦に基づき、出射停止中のPETデータを抽出することにより、出射停止中にPET計測するのと同様な効果が得られる。
【００９５】
２．本実施形態では、ステップ１０９において、出射停止信号受信から一定時間（例えば１ｍｓ）経過すると、出射停止と識別し、PET計測を開始するが、例えば、照射装置制御部４８が、線量モニタ３４が検出するビーム電流値を計測し、ビーム電流値が予め設定された閾値以下になったときイオンビームの出射は完全に停止したと見なして、出射停止信号をPET制御部４９に送信してもよい。その後、PET計測することにより、PET信号にノイズが混在することを防ぐことができる。
【００９６】
３．本実施形態では、照射完了後にPETデータからPET画像を再構築するが、照射中にPET計測と並行してPET画像を再構築してもよい。
【００９７】
４．本実施形態では、PETカメラ２８は平坦な検出面を対向に配置しているが、円弧状のPETカメラを対向に配置、或いは二つのリング状PETカメラを粒子線の経路を避けて照射野の両側に配置するなどでもよい。
【００９８】
５．本実施例では荷電粒子発生装置としてシンクロトロンを用いているが、サイクロトロンを用いてもよい。
【００９９】
＜第２実施形態＞
〜概要〜
本発明の荷電粒子ビーム照射システムは、呼吸同期制御にも適用できる。例えば腫瘍が肺や肝臓などの場合、照射標的が呼吸により移動するため、安定的に正確な照射ができないおそれがある。呼吸同期制御とは、患者の呼吸に同期して照射を中断、再開させるものであり、患者の呼吸に同期した呼吸ゲート信号がONになると照射を開始し、呼吸ゲート信号がOFFになると照射を停止する。これにより呼吸による照射位置のズレを防止し、安定的に正確な照射ができる。
【０１００】
呼吸位相の計測は、体表位置のレーザー距離計による計測や、体表に設置したマーカ位置の可視光または赤外線カメラによる計測や、体表に設置されたひずみゲージや、呼吸流量計による呼吸量計測などが用いられることが多い。体表の動き等の指標を用いる外部計測の他に、体の内部構造の位置を指標とする内部計測がある。内部計測は、直接的な計測であり高い精度が得られる点で、より好ましい。しかし、内部計測では、精度良く体の内部構造の位置を算定することが難しい。
【０１０１】
第2実施形態に係る構成は、第1実施形態の構成と同じである。ただし、PET制御部４９は、機能の1つとして、ゲート範囲設定機能４９ｂとゲート信号出力機能４９ｃとを有している（図1に追記）。
【０１０２】
〜制御・動作〜
呼吸同期制御の詳細について説明する。
【０１０３】
（照射前）
第1実施形態と同様にして、照射計画システム４１は、照射対象の位置を指定する位置合わせ画像，ガントリー角度，照射パラメータを求め、決定し、データベース４２に記録する。
【０１０４】
一方、オペレータは照射を開始する前に放射性薬剤を照射対象に注入し照射標的に陽電子放出核を集積させる。例えばFDGを癌の患者に投与することで腫瘍に陽電子放出核を集積させることができる。予め放射性薬剤を注入された照射対象をカウチの上に乗せ、X線透視装置から取得したX線透視画像が位置合わせ用画像と一致するように照射対象を移動する。
【０１０５】
照射対象が所望の位置へ設置された後、照射標的の移動を確認するため、PETカメラ２８にて照射標的に集積させた陽電子放出核からの消滅ガンマ線を計測する。PET制御部４９は取得したPETデータに基き照射標的の移動周期より十分短い周期毎に標的位置を算出する。PET制御部４９の一機能であるゲート範囲設定機能４９ｂは、求めた照射標的の位置から照射標的の動きを表すグラフを作成し、イオンビームを照射する照射標的の位置の範囲（ゲート範囲）を設定する。
【０１０６】
（照射）
中央制御装置４６は、例えばオペレータの指示により処理手順を開始する。中央制御装置４６はデータベース４２に記録されたデータを読み出し、出射停止制御で実際に用いるスポット毎の設定照射量を決定する。また、各スポットに対し照射位置とそのエネルギーから走査電磁石３１，３２を励磁する電流量（励磁量）を算出する。
【０１０７】
中央制御装置４６は、照射パラメータ、設定照射量、走査電磁石励磁電流値を照射装置制御部４８へ送信する。
【０１０８】
中央制御装置４６は、データベース４２から照射パラメータの他、ガントリー角度情報を受け取る。中央制御装置４６は、ガントリー角度情報を加速器制御部４７に送信する。
【０１０９】
加速器制御部４７は、受け取ったガントリー角度情報に基づいてガントリー１８を所望のガントリー角度へ移動する。
【０１１０】
また、中央制御装置４６は、受け取った照射パラメータに基づいて、各スライスのエネルギーＥｉに対応したシンクロトロン４とビーム輸送系２の電磁石を励磁する励磁電流量、高周波印加装置５が印加する高周波の値、加速装置６に印加する高周波の値を、中央制御装置４６が有するメモリ（図示せず）から参照し、加速器制御部４７へ送信する。
【０１１１】
中央制御装置４６から加速器制御部４７に高周波印加装置５が印加する高周波の値が送信されると、加速器制御部４７は、高周波印加装置５が印加する高周波の強度がその値となるよう高周波印加装置５を制御し、シンクロトロン４からイオンビームを出射させる。
【０１１２】
オペレータが照射開始の指示をすることで、加速器制御部４７はライナック３とシンクロトロン４を制御して、ライナック３からイオンビームがシンクロトロン４に入射される。シンクロトロン４は１番目のスライスを照射するエネルギーまでイオンビームを加速する。加速が完了すると加速器制御部４７は照射装置制御部４８に出射準備完了信号（出射可能信号）を送信する。
【０１１３】
PET制御部４９は照射開始の指示に基づいてPET計測を開始し、照射標的の位置を算出する。
【０１１４】
図８は、照射とPET計測のタイムチャートの一例を示す図である。図８では、説明の簡略化のため、ひとつのゲート内で６個のスポットを照射する例を示している。実際のスポット数は１０００を超える場合もある。１行目に出射許可、２行目にイオンビーム電流値、３行目にPETデータを取得中であることを表すPET計測、４行目に照射標的の位置とゲート範囲、５行目にゲート信号を示す。
【０１１５】
PET制御部４９の一機能であるゲート信号出力機能４９ｃは、PETデータから算出した照射標的の位置がゲート範囲内に入るとゲート信号の出力を開始する。
【０１１６】
照射装置制御部４８は、出射可能信号とゲート信号の両方を受信すると、出射開始信号を加速器制御部４７とPET制御部４９に送信する。出射開始信号により出射許可がHighになってイオンビームが出射される。すなわち、加速器制御部４７は出射開始信号を受信すると高周波印加装置を制御してシンクロトロン４内を周回しているイオンビームに高周波を印加する。イオンビームはデフレクタを通過してビーム輸送系を通り照射装置に到達し、走査電磁石により走査され線量モニタ３４を通過して照射対象に到達する。
【０１１７】
PET制御部４９は出射開始信号を受信するとゲート信号出力を継続したままPET計測を停止する。
【０１１８】
線量モニタ３４は通過したイオンビームの量を計測しており、照射装置制御部４８はその値が設定照射量に達すると、出射停止信号を加速器制御部４７とPET制御部４９に送信する。加速器制御部４７は出射停止信号を受信すると高周波の印加を停止してイオンビームを停止する。
【０１１９】
PET制御部４９は出射停止信号を受信し、予め設定した一定の時間経過した後、一定の時間経過した後、PET計測を開始する。
【０１２０】
以上のスポット照射を順次実施する。
【０１２１】
PET制御部４９の一機能であるゲート信号出力機能４９ｃは、スポット照射中、PET計測の結果、照射標的の位置がゲート範囲外に出るとゲート信号の出力を終了する。照射装置制御部４８は、ゲート信号の受信を終了すると、加速器制御部４７に対し出射停止信号を送信する。加速器制御部４７はシンクロトロン４を制御してイオンビームを減速し、ライナック３からイオンビームを供給して再度同じエネルギーまで加速する。照射装置制御部４８は加速器からの出射可能信号を受信するまで待機する。
【０１２２】
照射装置制御部４８は、加速器制御部４７から出射可能信号を受信し、新たにゲート信号を受信すると、続きのスポット照射を開始する。以上の手順に従い、第1実施形態と同様に全てのスポット、全てのスライスが照射されるまで繰り返す。
【０１２３】
〜効果〜
本実施形態でも、照射中（詳細には、出射終了と次の出射開始前の間の出射停止中）にPET計測を行うため、精度のよいPETデータに基き、照射中の照射標的の位置が精度良くわかる。その結果、ゲート信号出力・出力終了を精度良くおこなうことができ、呼吸同期制御において精度良く所望の線量分布を形成することができる。
【０１２４】
〜変形例〜
１．スポット間のひとつのPET計測時間が短く照射標的の位置特定のため十分なPET信号が得られない場合、複数のPET計測時間を足し合わせて照射標的の位置を特定してもよい。
【０１２５】
２．PET計測停止タイマーを設けてもよい。ゲート信号が出力されている間にスポット照射時間が長くなるとPET計測が停止している時間が長くなってしまい、充分なＰＥＴデータを得られない可能性がある。このときタイマーを設けてPET計測が停止している時間を制限することで照射標的の位置が大きく移動してしまうことを防ぐことができる。
【０１２６】
３． 1チャネルのみのPETカメラを使用する、又はPETカメラの使用するチャネルを制限し、計測した信号の頻度からゲート信号を作成してもよい。これによりPET制御部４９の計算処理量を減らし簡単な構成にすることができる。
【０１２７】
４．イオンビーム照射により標的に陽電子放出核が生成することが考えられる。この場合、イオンビーム照射による陽電子放出核からの信号を予め計算により求め、その値を差し引いた信号頻度によりゲート信号を生成する。
【０１２８】
５．第1実施形態における照射野確認と第2実施形態における照射標的の移動監視を同時に実施してもよい。この場合、FDGなど薬剤から放出される信号を計算し、その値を計測した陽電子放出核の分布から差し引いて画面上に表示する。
【０１２９】
６．ゲート出力範囲は開始時と停止時で別のものを設定してもよい。ゲート範囲を開始時と停止時で変更し、停止時は開始時より狭いゲート範囲とすることで照射標的がもとのゲート範囲から出た後に照射する照射量を削減することができる。
【０１３０】
７．スポットを予めグループ化しておき、ゲート信号出力が終了した後、照射中のグループの照射完了を待って照射を停止してもよい。予めグループ化することで同一スライスをひとつのゲートで照射完了することができる。
【符号の説明】
【０１３１】
１ 荷電粒子ビーム発生装置
２ ビーム輸送系
３ ライナック
４ シンクロトロン
５ 高周波印加装置
６ 加速装置
７ 制御システム
１１ 出射用デフレクタ
１２ ビーム経路
１４，１５ 偏向電磁石
１６ Ｕ字状偏向電磁石
１７ 治療室
１８ ガントリー
２１ 照射装置
２４ カウチ
２５ 照射対象
２８ PETカメラ
３１，３２ 走査電磁石
３３ ビーム位置検出器
３４ 線量モニタ
３７ 照射標的
４０ Ｘ線ＣＴ装置
４１ 照射計画システム
４２ データベース
４３ 機器制御システム
４４ 位置決めシステム
４５ 照射野確認システム
４６ 中央制御装置
４７ 加速器制御部
４８ 照射装置制御部
４９ PET制御部
４９ａ PET画像取得機能
４９ｂ ゲート範囲設定機能
４９ｃ ゲート信号出力機能
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビームを腫瘍等の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関する。
【背景技術】
【０００２】
癌（腫瘍）などの患者に陽子線などの荷電粒子ビーム（イオンビーム）を照射して癌を治療する方法が知られている。この荷電粒子ビームの照射に用いる荷電粒子ビーム照射システムは、荷電粒子ビーム発生装置，ビーム輸送系、及び治療室を備えている。
【０００３】
荷電粒子ビーム発生装置で加速された荷電粒子ビームはビーム輸送系を経て治療室の照射装置に達し、照射装置により調整され患者体内で患部形状に適した照射野を形成する。
【０００４】
照射野を形成した位置を確認するため、荷電粒子ビームと体内の物質との反応により生成された陽電子放出核からの一対の消滅ガンマ線を検出する方法がある。検出したPET信号（消滅ガンマ線）から陽電子放出核の分布を求め、所望の位置に線量分布が形成されたことを確認する。特許文献１には照射野全体を同時に照射する散乱体照射方式で照射野を一度形成し、PET計測を行いPET画像により照射位置を確かめ、その後、再度照射する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2008-173297号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
照射装置が線量分布を拡大する方法としてスポットスキャニング方式がある。スポットスキャニング方式はまず荷電粒子ビームをあるエネルギーまで加速し、走査電磁石で荷電粒子の横方向の照射位置変更と照射を繰り返す。ひとつのエネルギーですべき照射を完了した後、次のエネルギーへ荷電粒子ビームを加速し同様に横方向の照射位置変更と照射を繰り返す。このように照射野を順次形成していく特長がある。この一連の照射時間は通常数十〜数百秒程度である。
【０００７】
ところで、陽電子放出核の半減期は核種によっては１２０秒程度の場合もある。
【０００８】
従来技術のように、散乱体照射方式により照射野を同時に形成し、照射直後にPET計測を行えば、以下のような陽電子放出核の減衰に係る課題は生じない。
【０００９】
しかし、スポットスキャニング方式により照射野を形成し、照射終了後PET計測する場合、上述のように数十〜数百秒程度経過しており、照射開始直後に生成した陽電子放出核の多くはPET計測開始時には減衰してしまう可能性がある。その結果、照射の順序に依存してPET計測結果が異なってしまう。言い換えると、照射終了直前に照射した位置の信号は十分な強度のPET信号を得られるのに対し、照射開始直後に照射した位置の信号は十分な強度のPET信号を得られない。
【００１０】
一方、照射（より正確には出射）と並行してPET計測をすれば、上記のような陽電子放出核の減衰に係る課題は生じないが、即発ガンマ線が発生し、PETカメラにノイズとして入射するためPET計測の精度が劣化する。
【００１１】
すなわち、従来技術（散乱体照射方式）のPET計測をスポットスキャニング方式に適用すると、精度のよいPET画像を取得できないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（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する加速器と、荷電粒子ビームを走査する走査電磁石を有し、断続的に前記荷電粒子ビームを照射対象に出射する照射装置と、前記照射対象内の陽電子放出核から発生する消滅ガンマ線を検出するガンマ線検出器とを備えた荷電粒子ビーム照射システムにおいて、前記照射装置からの前記荷電粒子ビームの出射停止から次の出射開始までの間に、前記ガンマ線検出器が検出した前記消滅ガンマ線に基づくＰＥＴ信号を用いて、陽電子放出核が発生した位置を求めるＰＥＴ計測手段を備える。
【００１３】
照射中（詳細には、出射終了と次の出射開始前の間の出射停止中）のPET信号に基づくことにより、照射開始直後に照射したスポットにおいても十分な強度のPET信号を得ることができる。また、出射停止中に、PET計測を行うため、即発ガンマ線発生によるノイズはない。これにより、精度のよいPET計測をおこなうことができる。
【００１４】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記消滅ガンマ線は、前記荷電粒子ビームと前記照射対象との反応により生成された陽電子放出核からの消滅ガンマ線であり、前記ＰＥＴ計測手段は、前記荷電粒子ビームの出射停止から次の出射開始までの間に、前記ガンマ線検出器が検出した前記消滅ガンマ線に基づくＰＥＴ信号を選別し、選別した前記ＰＥＴ信号を用いて陽電子放出核の発生位置を求め、前記ＰＥＴ計測手段で求めた前記陽電子放出核の発生位置情報を用いてＰＥＴ画像を生成するＰＥＴ画像取得手段を備える。
【００１５】
精度のよいＰＥＴデータを用いることにより、精度の良いPET画像を取得できる。
【００１６】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記消滅ガンマ線は、前記照射対象に放射性薬剤を投与して照射標的に集積させた陽電子放出核からの消滅ガンマ線であり、前記ＰＥＴ計測手段は、前記荷電粒子ビームの出射停止から次の出射開始までの間に、前記ガンマ線検出器が検出した前記消滅ガンマ線に基づくＰＥＴ信号を選別し、選別した前記ＰＥＴ信号を用いて陽電子放出核の発生位置を求め、前記ＰＥＴ計測手段で求めた前記陽電子放出核の発生位置が予め定められた位置許容範囲にある場合に前記荷電粒子ビームの出射許可を示すゲート信号を出力し、前記陽電子放出核の発生位置が前記位置許容範囲からはずれた場合に前記ゲート信号の出力を停止するゲート信号出力手段と、前記ゲート信号出力手段から出力される前記ゲート信号に基づいて、前記照射装置からの前記荷電粒子ビームの出射開始及び出射停止を制御する照射制御装置を備える。
【００１７】
精度のよいＰＥＴデータを用いることにより、ゲート信号出力・出力終了を精度良くおこなうことができ、呼吸同期制御において精度良く所望の線量分布を形成することができる。
【００１８】
（４）上記（３）において、前記ＰＥＴ計測手段で求めた前記陽電子放出核の発生位置情報を表示する表示装置と、前記表示装置に表示された前記陽電子放出核の発生位置情に基づいて、前記位置許容範囲を入力するための入力装置とを備える。
【００１９】
これにより、精度良くゲート範囲（位置許容範囲）を入力することができる。
【００２０】
（５）上記（１）において、前記ＰＥＴ計測手段は、前記荷電粒子ビームの出射停止信号を受信してから一定時間経過後に、前記荷電粒子ビームの出射停止と判断し、この出射停止から次の出射開始までの間に、前記ガンマ線検出器が検出した前記消滅ガンマ線に基づくＰＥＴ信号を選別し、選別した前記ＰＥＴ信号を用いて陽電子放出核の発生位置を求める。
【００２１】
これにより、ＰＥＴ計測開始時にはイオンビームの出射は完全に停止しており、PET信号にノイズが混在することを防ぐことができる。
【００２２】
（６）上記（１）において、前記照射装置は、通過する荷電粒子ビーム量の線量を計測する線量モニタを有し、前記ＰＥＴ計測手段は、前記線量モニタで計測される前記荷電粒子ビームの線量値が予め定められた閾値以下になると前記荷電粒子ビームの出射停止と判断し、この出射停止から次の出射開始までの間に、前記ガンマ線検出器が検出した前記消滅ガンマ線に基づくＰＥＴ信号を選別し、選別した前記ＰＥＴ信号を用いて陽電子放出核の発生位置を求める。
【００２３】
これにより、ＰＥＴ計測開始時にはイオンビームの出射は完全に停止しており、PET信号にノイズが混在することを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２４】
照射中であって、イオンビーム出射停止時のPET信号を用いることにより、照射順序に関係なく十分な強度でかつノイズのないPET信号を得ることができ、精度の良い患部の位置情報を取得できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態である荷電粒子ビーム照射システムの全体概略構成を示す図である。
【図２】照射装置２１の構成について示す図である。
【図３】照射対象の深さとイオンビームのエネルギーとの関係を説明する図である。図３（ａ）は、単一エネルギーのイオンビームを照射した場合のもの、図３（ｂ）は、いくつかのエネルギーのイオンビームを適切な強度の割合で照射して、ブラッグピークを重ね合わせた場合のものをそれぞれ示している。
【図４】照射対象にイオンビームを照射した場合に得られる横方向の線量分布を示す図である。
【図５】データベースに記録される照射パラメータを示す概念図である。
【図６】荷電粒子ビーム照射システムの処理内容を示す制御フローである。
【図７】照射とPET計測のタイムチャートの一例を示す図である（第1実施形態）。
【図８】照射とPET計測のタイムチャートの一例を示す図である（第２実施形態）。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施形態である荷電粒子ビーム照射システムについて、図面を用いて説明する。
【００２７】
＜第１実施形態＞
〜構成〜
図１は、本発明の一実施形態である荷電粒子ビーム照射システムの全体概略構成を示す図である。
【００２８】
本実施形態の荷電粒子ビーム照射システム１０は、荷電粒子ビーム発生装置１，ビーム輸送系２，放射線治療室１７及び制御システム７を備える。
【００２９】
荷電粒子ビーム発生装置１は、イオン源（図示せず），ライナック３（前段荷電粒子ビーム加速装置）及びシンクロトロン４（加速器）を有する。シンクロトロン４は、高周波印加装置５，加速装置６を有する。高周波印加装置５はシンクロトロン４の周回軌道に配置された高周波印加電極（図示せず）及び高周波印加電源（図示せず）を備える。高周波印加電極と高周波印加電源はスイッチ（図示せず）により接続される。加速装置６はイオンビームの周回軌道に配置された高周波加速空洞（図示せず）及び高周波加速空洞に高周波電力を印加する高周波電源（図示せず）を備える。出射用デフレクタ１１がシンクロトロン４とビーム輸送系２を接続する。
【００３０】
ビーム輸送系２は、ビーム経路１２，四極電磁石（図示せず），偏向電磁石１４，偏向電磁石１５及びＵ字状偏向電磁石１６を有する。ビーム経路１２が、治療室１７内に設置された照射装置２１に接続される。
【００３１】
治療室１７内には略筒状のガントリー１８が設置されている。ガントリー１８には、ビーム輸送系２の一部であるＵ字状の偏向電磁石１６、及び照射装置２１、一対のPETカメラ２８が設置されている。ガントリー１８の内部にはカウチ２４と呼ばれる治療用ベッドが設置されている。
【００３２】
ガントリー１８は、モーターにより回転可能な構造をしている。ガントリー１８の回転と共にＵ字状偏向電磁石１６と照射装置２１が回転する。この回転により、照射対象２５をガントリー１８の回転軸に垂直な平面内のいずれの方向からも照射することができる。
【００３３】
図２は、照射装置２１の構成について示す図である。照射装置２１は、走査電磁石３１，走査電磁石３２，ビーム位置検出器３３，線量モニタ（照射量検出装置）３４を有する。荷電粒子ビーム照射システム１０の照射装置２１は二台の走査電磁石３１，３２を備え、走査電磁石３１，３２はビーム進行方向と垂直な面内の二つの方向（Ｘ方向，Ｙ方向）にそれぞれイオンビームを偏向し、照射位置を変更する。ビーム位置検出器３３は、イオンビームの位置とイオンビームの広がりを計測する。線量モニタ３４は、照射されたイオンビームの量を計測する。
【００３４】
ビーム位置検出器３３は、Ｘ方向，Ｙ方向それぞれ一定間隔毎に平行にワイヤーが張られている。ワイヤーには高電圧がかけられており、イオンビームが通過すると検出器内の空気が電離され、電離された荷電粒子は最も近いワイヤーに集められる。集められた荷電粒子量を測定する。イオンビームの広がりよりも十分に小さい間隔でワイヤーを張ることにより、ビームの分布を得ることができ、ビーム位置（分布の重心）とビーム幅（分布の標準偏差）を算出することができる。
【００３５】
線量モニタ３４は、二つの電極が平行平板型構造をしており、電極間に電圧が印加されている。イオンビームが線量モニタ（照射量検出装置）３４を通過すると、イオンビームにより、検出器内の空気が電離され、電離された荷電粒子は検出器内電場により電極に集積し、信号となって読み出される。ここで、イオンビーム量と、電極に集積する電荷が比例するので通過したイオンビーム量を計測することができる。
【００３６】
照射対象２５内には照射標的３７がある。イオンビームを照射することで照射標的を覆うような線量分布が照射対象２５内に形成される。ここで癌などの治療の場合は、照射対象は人であり照射標的は腫瘍（患部）である。
【００３７】
図１に戻り、粒子線照射システム１０が備えている制御システム７について説明する。制御システム７は、データベース（記録装置）４２，中央制御装置４６，加速器制御部４７，照射装置制御部４８及びPET制御部４９を備える。データベース４２はＸ線ＣＴ装置４０に接続された照射計画システム４１に接続されている。照射計画システム４１が作成する照射に必要なデータはデータベース４２に記録される。中央制御装置４６は、加速器制御部４７及び照射装置制御部４８に接続される。また、中央制御装置４６は、データベース４２に接続される。中央制御装置４６は、データベース４２からデータを受け取り、加速器制御部４７と照射装置制御部４８に必要な情報を送信し制御する。加速器制御部４７は、荷電粒子ビーム発生装置１，ビーム輸送系２及びガントリー１８に接続され、これらを制御する。照射装置制御部４８は、走査電磁石３１，３２に流れる励磁電流量の制御と照射装置２１内の各モニタ信号の処理を行う。PET制御部４９はPETカメラ２８を制御してPETカメラ２８からのデータを取得し処理する。
【００３８】
図３は、照射対象の深さとイオンビームのエネルギーとの関係を説明する図である。
【００３９】
図３（ａ）は、単一エネルギーのイオンビームが照射対象内に形成する線量分布を深さの関数として示している。図３（ａ）におけるピークをブラッグピークと称する。ブラッグピークの位置はエネルギーに依存するため、照射標的の深さに合わせイオンビームのエネルギーを調整することでブラッグピークの位置で照射標的を照射することができる。
【００４０】
図３（ｂ）は、複数のイオンビームが重ね合わされて照射対象内に形成する線量分布を深さの関数として示している。照射標的は深さ方向に厚みを持っているが、ブラッグピークは鋭いピークであるので、いくつかのエネルギーのイオンビームを適切な強度の割合で照射し、複数のブラッグピークを重ね合わせることで深さ方向に照射標的と同じ厚みを持った一様な高線量領域（ＳＯＢＰ）を形成する。
【００４１】
図４は、照射対象にイオンビームを照射した場合に得られる横方向の線量分布を示す図である。ビーム軸に垂直な方向（ＸＹ平面の方向）の照射標的の広がりとイオンビームの関係について説明する。ビーム軸に垂直な方向を横方向と呼ぶ。イオンビームは照射装置２１に達した後、互いに垂直に設置された二台の走査電磁石３１，３２により横方向の所望の位置へと到達する。イオンビームの横方向の広がりはガウス分布形状で近似することができる。ガウス分布を等間隔で配置し、その間の距離をガウス分布の標準偏差程度にすることで、足し合わされた分布は一様な領域を有する。このように配置されるガウス分布状の線量分布をスポットと呼ぶ。走査電磁石３１，３２の励磁量（励磁電流量）を一定にして１つのスポットの照射位置にイオンビームを照射し、イオンビームの出射を停止した後、励磁量を変更して次のスポットの照射位置に変更し、イオンビームを再び出射して照射する（スポットスキャン方式）。このようにスポットスキャン方式によりイオンビームを走査し複数のスポットを等間隔に配置することで横方向に一様な線量分布を形成することができる。
【００４２】
以上の構成により、走査電磁石による横方向へのビーム走査と、ビームエネルギー変更による深さ方向へのブラッグピークの移動により均一な照射野を形成することができる。なお、同一のエネルギーで照射され、走査電磁石によるイオンビーム走査により横方向へ広がりを持つ照射野の単位をスライスと呼ぶ。
【００４３】
〜制御・動作〜
荷電粒子ビーム照射システム１０の動作および付随する動作について説明する。
【００４４】
（照射前）
イオンビームを照射標的３７に照射する前に、事前に照射計画システム４１が照射に必要な各パラメータを決定する。照射計画システム４１によるパラメータの決定方法について説明する。
【００４５】
予め照射対象２５をＸ線ＣＴ装置４０にて撮影する。Ｘ線ＣＴ装置４０は、取得した撮像データに基づいて照射対象２５の画像データを作成し、画像データを照射計画システム４１に送信する。照射計画システム４１は、受け取った画像データを、表示装置（図示せず）の画面上に表示する。オペレータが画像上で照射したい領域を指定すると、照射計画システム４１は照射に必要なデータを作成し、そのデータで照射したときの線量分布を求める。なお、照射したい領域が照射標的３７を覆うように領域を指定する。照射計画システム４１は、求めた線量分布を表示装置に表示する。照射計画システム４１は、指定された領域に線量分布を形成できるような照射対象の位置を指定する位置合わせ画像，ガントリー角度，照射パラメータを求め、これらを決定する。
【００４６】
照射計画システム４１が求める照射パラメータには、イオンビームのエネルギー，ビーム軸に垂直な平面内の各スポットの位置情報（Ｘ座標，Ｙ座標），各位置に照射するイオンビームの目標照射量が含まれる。つまり、照射計画システム４１は、オペレータが入力した患者情報に基づいて、照射標的（患部）３７を深さ方向の複数のスライスに分割し、必要となるスライス数M，スライス番号ｉを決定する。また、照射計画システム４１は、それぞれのスライス（スライス番号ｉ）の深さに応じた照射に適したイオンビームのエネルギーＥｉを求める。照射計画システム４１は、さらに、各スライスの形状に応じて、イオンビームを照射する照射スポットの数Ｎｉ，スポット番号ｊ，各スポットの照射位置（Ｘｉｊ，Ｙｉｊ）、各スポットの目標照射量Ｄｉｊを決定する。スポットの照射位置（Ｘｉｊ，Ｙｉｊ）が、照射対象のビーム進行方向（深さ方向）と垂直な平面における目標照射位置となる。
【００４７】
照射計画システム４１は、オペレータの指示に基づいて、決定したこれらの情報をデータベース４２に送信する。送信のタイミングは、情報の決定直後でもよいし、照射標的３７にイオンビームを照射する治療当日の照射準備開始時であってもよい。データベース４２は、照射計画システム４１から出力されたデータを記録する。
【００４８】
図５は、データベース４２に記録される照射パラメータを示す概念図である。照射パラメータはスライス数Mと各スライスのデータを持つ。各スライスのデータはスライス番号ｉ，エネルギーＥｉ，スポット数Ｎｉ，各スポットのデータから構成される。スポットのデータはさらにスポット番号ｊ，照射位置（Ｘｉｊ，Ｙｉｊ），目標照射量Ｄｉｊから構成される。
【００４９】
（照射）
荷電粒子ビーム照射システム１０の照射に係る動作について説明する。本明細書では、例えば数ｍｓの時間、継続して実際にイオンビームを出射する動作を出射と呼ぶ。スポットへ出射から出射停止までの一連の動作をスポット照射と呼び、出射と出射停止とを繰り返す一連の動作を照射と呼ぶ。
【００５０】
照射を開始するため照射対象をカウチ上に設置しカウチ周辺に設置されているX線透視装置（図示せず）により照射対象を撮像する。照射計画システム４１が作成した位置合わせ画像とX線透視画像が一致するようにカウチを駆動制御して照射対象２５を移動する。荷電粒子ビーム照射システム１０は、データベース４２に記録された情報に基づいて、以下のように照射の準備を行う。
【００５１】
中央制御装置４６は、例えばオペレータの指示により処理手順を開始する。なお、中央制御装置４６は、データベース４２が照射計画システム４１から出力されたデータを記録するのに連動して処理手順を開始してもよい。
【００５２】
中央制御装置４６はデータベース４２に記録されたデータを読み出し、出射停止制御で実際に用いるスポット毎の設定照射量を決定する。設定照射量は各スポットまでに照射される照射パラメータの目標照射量を積算したものである。照射が開始されると線量カウンタの積算値と設定照射量を比較し、線量カウンタの積算値が設定照射量に達すると、出射停止する。また、各スポットに対し照射位置とそのエネルギーから走査電磁石３１，３２を励磁する電流量（励磁量）を算出する。その後、中央制御装置４６は照射パラメータ、設定照射量、走査電磁石励磁電流値を照射装置制御部４８へ送信する。
【００５３】
中央制御装置４６は、データベース４２から照射パラメータの他、ガントリー角度情報を受信する。中央制御装置４６は、ガントリー角度情報を加速器制御部４７に送信する。
【００５４】
加速器制御部４７は、受信したガントリー角度情報に基づいてガントリー１８を所望のガントリー角度へ移動する。
【００５５】
また、中央制御装置４６は、受信した照射パラメータに基づいて、各スライスのエネルギーＥｉに対応したシンクロトロン４とビーム輸送系２の電磁石を励磁する励磁電流量、高周波印加装置５が印加する高周波の値、加速装置６に印加する高周波の値を、中央制御装置４６が有するメモリ（図示せず）から参照し、加速器制御部４７へ送信する。
【００５６】
中央制御装置４６から加速器制御部４７に高周波印加装置５が印加する高周波の値が送信されると、加速器制御部４７は、高周波印加装置５が印加する高周波の強度がその値となるよう高周波印加装置５を制御し、シンクロトロン４からイオンビームを出射させる。
【００５７】
図６は、荷電粒子ビーム照射システム１０の処理内容を示す制御フローである。荷電粒子ビーム照射システム１０の照射に係る動作の詳細について荷電粒子ビーム照射システム１０の制御と併せて説明する。
【００５８】
中央制御装置４６は、オペレータの指示に基づいて照射開始し、スライス番号ｉ，スポット番号ｊ，エネルギー情報Ｅｉを加速器制御部４７と照射装置制御部４８に出力する。最初の照射開始が合図されると、スライス番号ｉ＝１，スポット番号ｊ＝１から照射を開始する。照射開始信号を受信した加速器制御部４７はイオン源を起動する。イオン源で発生したイオン（例えば陽子（又は炭素イオン））は、ライナック３に入射される。ライナック３は、イオンを加速して出射する。ライナック３からのイオンビームは、シンクロトロン４へ入射される。
【００５９】
ステップ１０１において、加速器制御部４７は、シンクロトロン４の電磁石と加速装置６を制御し、ライナック３から入射されたイオンビームをスライス番号１のエネルギーＥ１まで加速する。つまり、加速器制御部４７が、荷電粒子ビーム発生装置１を制御し、イオンビームを所望のエネルギーまで加速する。この加速は、高周波電源から、高周波加速空洞に高周波を印加すること（シンクロトロン４を周回するイオンビームに、高周波電力によってエネルギーを与えること）によって行われる。また、加速器制御部４７は、ビーム輸送系２の電磁石の励磁量を制御し、加速したエネルギーのイオンビームを照射装置２１へ輸送できる状態とする。
【００６０】
ステップ１０２において、イオンビームの加速が完了しビーム輸送系２の準備が整うと、加速器制御部４７は、照射装置制御部４８へ出射準備完了信号を送信する。
【００６１】
ステップ１０３において、照射装置制御部４８は、出射準備完了信号を受信し、スライス１，スポット１に対応する中央制御装置４６が計算した励磁電流量で走査電磁石３１及び走査電磁石３２を励磁する。また、照射装置制御部４８は、線量モニタ３４からの信号をカウントする線量カウンタを０にリセットし、スライス１、スポット１の設定照射量を設定する。
【００６２】
ステップ１０４において、照射装置制御部４８は、走査電磁石３１，３２に流れる電流が所望の値になったことを確認し、出射開始信号を加速器制御部４７とPET制御部４９へ送信する。
【００６３】
ステップ１０５において、スライス１、スポット１を照射するとき、PET制御部４９は動作しない（PET計測停止）。
【００６４】
ステップ１０６において、加速器制御部４７は、出射開始信号を受信し、高周波印加装置５を制御してシンクロトロン４からのイオンビームの出射を開始する。
【００６５】
ここでイオンビームの出射の流れについて説明する。スイッチを繋ぐと、イオンビームには、高周波印加装置５により高周波が印加される。これにより、安定限界内でシンクロトロン４内を周回していたイオンビームは、安定限界外に移行し、出射用デフレクタ１１を通ってシンクロトロン４から出射される。出射されたイオンビームは、ビーム輸送系２を通過して照射装置２１へ入射し走査電磁石３１，３２により走査された後、ビーム位置検出器３３，線量モニタ３４を通過して照射対象２５に到達し、照射標的３７に線量を付与して停止する。
【００６６】
ステップ１０７において、出射中、照射装置制御部４８は、線量モニタ３４から検出信号に基づき照射量を線量カウンタでカウントする。
【００６７】
ステップ１０８において、照射装置制御部４８は、線量カウンタの積算値が設定照射量に達すると、加速器制御部４７とPET制御部４９に対し出射停止信号を送信する。
【００６８】
なお、本実施形態においては、出射開始信号受信によりイオンビームの出射が開始し、出射停止信号受信によりイオンビームの出射が停止するが、出射許可信号受信によりイオンビームの出射が開始し、出射許可信号不受信によりイオンビームの出射が停止しても良い。
【００６９】
ステップ１０９において、PET制御部４９は出射停止信号を受信し、予め設定した一定の時間経過した後、PET計測を開始する。
【００７０】
ステップ１１０において、加速器制御部４７は出射停止信号を受信し、高周波印加装置５を制御して出射を停止する。高周波印加電極と高周波印加電源をつなぐスイッチを切り高周波の印加を停止することにより、シンクロトロン４からのイオンビームの出射が停止する。これにより、スライス番号１，スポット番号１への出射（スポット照射）が完了する。
【００７１】
ところで、照射装置制御部４８が出射停止信号を送信した（ステップ１０８）後も、イオンビームの出射は直ちに停止せず、シンクロトロン４の応答の遅れの分だけイオンビームが出射される。出射停止信号の受信から一定時間経過（例えば１ｍｓ）すると、イオンビームの出射は完全に停止する。その後、PET計測することにより、PET信号にノイズが混在することを防ぐことができる。
【００７２】
ステップ１１１において、照射装置制御部４８は、スライス番号１のスポット数Ｎ１とスポット番号ｊを比較する。スポット番号ｊがスポット数N１に達しない場合、次のスポット番号ｊ＋１のスポットの照射を開始するためステップ１０３の動作を開始する。すなわち、スポット番号１のスポット照射が完了すると、照射位置がスポット番号２のスポット位置に変更される。
【００７３】
スポット番号２のスポット照射をするため、照射装置制御部４８は出射開始信号を送信し、PET制御部４９は出射開始信号を受信するとPET計測を停止し、加速器制御部４７は、出射開始信号を受信するとイオンビームの出射を開始する（ステップ１０４→１０５→１０６）。
【００７４】
このように、PET計測は、スポット番号１のスポット照射が完了すると開始され、スポット番号２のスポット照射が完了すると停止される（ステップ１０９→１０５）。いいかえると、PET計測は、出射停止中に行われる。このPET計測で得られたPET信号は、スポット番号２のスポット照射直前のPETデータとして、PET制御部４９内のメモリ（図示せず）に記録される。また、出射時間（スポット番号１のスポット照射の出射開始から出射停止後一定時間経過まで）と出射停止時間（スポット番号１のスポット照射の出射停止後一定時間経過からスポット番号２のスポット照射の出射開始まで）も記録される。
【００７５】
以下、PET計測がスポット番号ｊのスポット照射停止からスポット番号ｊ＋１のスポット照射開始まで行われ、スポット番号ｊ＋１のスポット照射直前のデータとして記憶される一連の動作が繰り返される（ステップ１０９→１１１→１０５）。
【００７６】
図７は、照射とPET計測のタイムチャートの一例を示す図である。上記ステップ１０３からステップ１１１に相当するスポット番号ｊ−１からｊ＋１までの３スポット分の照射を表している。１行目に走査電磁石の励磁電流値、２行目に出射許可、３行目にビーム電流値、４行目にPET計測を示す。
【００７７】
走査電磁石３１,３２は励磁電流値の変更と静定を順次繰り返し、静定したときのみ出射開始信号により出射許可がHighになってイオンビームが出射される。ビーム電流値は出射許可がHighになることで立ち上がり、出射停止信号により出射許可がLowになった後、減衰する。ビーム電流の減衰が完了するときPET計測がHighになり、出射許可がHighになることでPET計測はLowになる。PET制御部４９はPET計測がHighの間のみPET計測を実施する。出射許可がLowになったときからPET計測がHighになるまでの一定時間（例えば１ｍｓ）は予め設定する。
【００７８】
図６に戻り、荷電粒子ビーム照射システム１０の照射に係る動作の詳細について更に説明する。
【００７９】
ステップ１１１において、スポット番号ｊがスポット数Ｎ１に達した場合、残りスポットはないとして、照射装置制御部４８は加速器制御部４７へ減速信号を出力し、ステップ１１２において加速器制御部４７はシンクロトロン４の電磁石を制御してシンクロトロン４内に残っているイオンビームを減速する。これによりスライス番号１の全スポット照射が完了する。
【００８０】
ステップ１１３において、スライス番号ｉとスライス数Mを比較する。スライス番号ｉがスライス数Mに達しない場合、ステップ１０１に戻り、次のスライスｉ＋１の照射準備を開始する。すなわち、スライス番号ｉ＝１の全スポット照射が完了すると、スライス番号ｉ＝２，スポット番号ｊ＝１から照射を開始し、ステップ１０１〜１１３の処理を繰り返す。
【００８１】
スライス番号１、スポット番号N1における、ステップ１０９（PET計測開始）以降、PET制御部４９はPET計測を継続し、スライス番号２、スポット番号１における、ステップ１０５においてPET計測を停止する。つまり、スライス変更時も、出射停止中にPET計測が行われる。このPET計測で得られたPET信号は、スライス番号２、スポット番号１のスポット照射直前のPETデータとして、PET制御部４９内のメモリ（図示せず）に記録される。
【００８２】
なお、同一のエネルギーで照射すべきスポットの照射が完了せずに、加速器内のイオンビームの蓄積量が無くなった場合、加速器はイオンビームをライナック３から再度入射してイオンビームを加速する。このときもPET制御部４９は出射停止中にPET計測を行い、このPET計測で得られたPET信号は、次に照射されるスポットの直前PETデータとして記録される。
【００８３】
ステップ１１１において、スポット番号ｊがスポット数ＮMに達し、更に、ステップ１１３において、スライス番号ｉがスライス数Mに達すると、残りスライスはないとして、照射が終了する。
【００８４】
照射終了後も、照射対象をそのままにし、PET制御部４９はPET計測（スライス番号M、スポット番号NMにおけるステップ１０９においてPET計測開始）を継続する。
【００８５】
ステップ１１４において、数分間計測したのち、PET制御部４９はPET計測を停止する。これにより、一連の照射を完了する。
【００８６】
なお、同一の照射対象に対し続けて二つのガントリー角度から照射する場合、最初のガントリー角度で照射後、すぐに次のガントリー角度へガントリーを回転させ、照射を開始する。このとき、ひとつ目の角度で照射完了後、ふたつ目の角度で照射開始されるまでの間も出射停止中にPET計測を行い、このPET計測で得られたPET信号はガントリー角度と共に記録される。
【００８７】
（照射完了後）
照射完了後、PET制御部４９の一機能であるPET画像取得機能４９ａは、記録したPETデータから陽電子放出核の分布（PET画像）を再構成する。再構成した分布は例えば照射計画システムの画面上にX線CTデータ、計画した線量分布と共に表示する。計画した線量分布と計測した陽電子放出核の分布を比較することで所望の位置に線量分布を形成できたことを確認することができる。また、計画した線量分布に対応した陽電子放出核の分布をモンテカルロ等の計算により求め、それを表示してもよい。計算で求めた陽電子放出核の分布と計測で得た陽電子放出核の分布を比較することで分布が所望の位置に形成できたことをより正確に確認できる。
【００８８】
なお、再構成は下記のような補正を加えた再構成をしてもよい。ステップ１０５および１１４において、PETデータと伴に、出射時間と出射停止時間が記録されている。上述のように、PET計測は、出射停止中に行われ、出射中には行われないが、直前の出射停止中に計測されたPETデータを、出射中にも計測したとみなす。直後の出射停止中に計測されたPETデータを、出射中にも計測したとみなしてもよい。
【００８９】
ひとつの出射停止時間が短く十分な信号強度が期待できない場合、複数の期間の時間と信号を足して計算してもよい。このような補正をした分布と計算で求めた陽電子放出核の分布を比較することでより正確に線量分布の形成位置を確認することができる。
【００９０】
〜請求項との対応関係〜
本発明において、PET制御部４９のステップ１０９の処理は、照射装置２１からの荷電粒子ビームの出射停止から次の出射開始までの間に、PETカメラ２８により検出された消滅ガンマ線に基づくＰＥＴ信号を用いて、陽電子放出核が発生した位置を求めるＰＥＴ計測手段を構成する（図１および図６参照）。PET制御部４９の一機能であるPET画像取得機能４９ａは、陽電子放出核の発生位置情報を用いてＰＥＴ画像を生成するＰＥＴ画像取得手段を構成する（図１参照）。
【００９１】
〜効果〜
スポットスキャニング照射は照射するスポット位置を順次変更するため最初に照射したスポットから生成する消滅ガンマ線の信号は照射完了時点では減衰してしまう。十分な強度のPET信号を得られないと、精度のよいPET計測ができない。一方、照射と並行してPET計測をすれば、上記のような陽電子放出核の減衰に係る課題は生じないが、即発ガンマ線が発生し、PETカメラにノイズとして入射するためPET計測の精度が劣化する。
【００９２】
本実施形態では、照射中（詳細には、出射終了と次の出射開始前の間の出射停止中）にPET計測を行うため、照射開始直後に照射したスポットにおいても十分な強度のPET信号を得ることができる。また、出射停止中に、PET計測を行うため、即発ガンマ線発生によるノイズはない。このように、精度のよいPET計測をおこなうことにより、精度のよいPET画像を取得でき、線量分布の位置を確認することができる。
【００９３】
〜変形例〜
上記に本発明の一実施形態を述べたが、これに限ることなく、本発明の範囲内において種々の変形が可能である。
【００９４】
１．上記実施形態において、出射停止中にPET計測が行なわれ、出射中にはPET計測が行われないが、出射状態の如何に関わらずPET計測してもよい。ステップ１０５において、記録される出射時間と出射停止時間は、出射開始時刻と出射終了時刻から求める。PET計測によるPETデータから時刻暦に基づき、出射停止中のPETデータを抽出することにより、出射停止中にPET計測するのと同様な効果が得られる。
【００９５】
２．本実施形態では、ステップ１０９において、出射停止信号受信から一定時間（例えば１ｍｓ）経過すると、出射停止と識別し、PET計測を開始するが、例えば、照射装置制御部４８が、線量モニタ３４が検出するビーム電流値を計測し、ビーム電流値が予め設定された閾値以下になったときイオンビームの出射は完全に停止したと見なして、出射停止信号をPET制御部４９に送信してもよい。その後、PET計測することにより、PET信号にノイズが混在することを防ぐことができる。
【００９６】
３．本実施形態では、照射完了後にPETデータからPET画像を再構築するが、照射中にPET計測と並行してPET画像を再構築してもよい。
【００９７】
４．本実施形態では、PETカメラ２８は平坦な検出面を対向に配置しているが、円弧状のPETカメラを対向に配置、或いは二つのリング状PETカメラを粒子線の経路を避けて照射野の両側に配置するなどでもよい。
【００９８】
５．本実施例では荷電粒子発生装置としてシンクロトロンを用いているが、サイクロトロンを用いてもよい。
【００９９】
＜第２実施形態＞
〜概要〜
本発明の荷電粒子ビーム照射システムは、呼吸同期制御にも適用できる。例えば腫瘍が肺や肝臓などの場合、照射標的が呼吸により移動するため、安定的に正確な照射ができないおそれがある。呼吸同期制御とは、患者の呼吸に同期して照射を中断、再開させるものであり、患者の呼吸に同期した呼吸ゲート信号がONになると照射を開始し、呼吸ゲート信号がOFFになると照射を停止する。これにより呼吸による照射位置のズレを防止し、安定的に正確な照射ができる。
【０１００】
呼吸位相の計測は、体表位置のレーザー距離計による計測や、体表に設置したマーカ位置の可視光または赤外線カメラによる計測や、体表に設置されたひずみゲージや、呼吸流量計による呼吸量計測などが用いられることが多い。体表の動き等の指標を用いる外部計測の他に、体の内部構造の位置を指標とする内部計測がある。内部計測は、直接的な計測であり高い精度が得られる点で、より好ましい。しかし、内部計測では、精度良く体の内部構造の位置を算定することが難しい。
【０１０１】
第2実施形態に係る構成は、第1実施形態の構成と同じである。ただし、PET制御部４９は、機能の1つとして、ゲート範囲設定機能４９ｂとゲート信号出力機能４９ｃとを有している（図1に追記）。
【０１０２】
〜制御・動作〜
呼吸同期制御の詳細について説明する。
【０１０３】
（照射前）
第1実施形態と同様にして、照射計画システム４１は、照射対象の位置を指定する位置合わせ画像，ガントリー角度，照射パラメータを求め、決定し、データベース４２に記録する。
【０１０４】
一方、オペレータは照射を開始する前に放射性薬剤を照射対象に注入し照射標的に陽電子放出核を集積させる。例えばFDGを癌の患者に投与することで腫瘍に陽電子放出核を集積させることができる。予め放射性薬剤を注入された照射対象をカウチの上に乗せ、X線透視装置から取得したX線透視画像が位置合わせ用画像と一致するように照射対象を移動する。
【０１０５】
照射対象が所望の位置へ設置された後、照射標的の移動を確認するため、PETカメラ２８にて照射標的に集積させた陽電子放出核からの消滅ガンマ線を計測する。PET制御部４９は取得したPETデータに基き照射標的の移動周期より十分短い周期毎に標的位置を算出する。PET制御部４９の一機能であるゲート範囲設定機能４９ｂは、求めた照射標的の位置から照射標的の動きを表すグラフを作成し、イオンビームを照射する照射標的の位置の範囲（ゲート範囲）を設定する。
【０１０６】
（照射）
中央制御装置４６は、例えばオペレータの指示により処理手順を開始する。中央制御装置４６はデータベース４２に記録されたデータを読み出し、出射停止制御で実際に用いるスポット毎の設定照射量を決定する。また、各スポットに対し照射位置とそのエネルギーから走査電磁石３１，３２を励磁する電流量（励磁量）を算出する。
【０１０７】
中央制御装置４６は、照射パラメータ、設定照射量、走査電磁石励磁電流値を照射装置制御部４８へ送信する。
【０１０８】
中央制御装置４６は、データベース４２から照射パラメータの他、ガントリー角度情報を受け取る。中央制御装置４６は、ガントリー角度情報を加速器制御部４７に送信する。
【０１０９】
加速器制御部４７は、受け取ったガントリー角度情報に基づいてガントリー１８を所望のガントリー角度へ移動する。
【０１１０】
また、中央制御装置４６は、受け取った照射パラメータに基づいて、各スライスのエネルギーＥｉに対応したシンクロトロン４とビーム輸送系２の電磁石を励磁する励磁電流量、高周波印加装置５が印加する高周波の値、加速装置６に印加する高周波の値を、中央制御装置４６が有するメモリ（図示せず）から参照し、加速器制御部４７へ送信する。
【０１１１】
中央制御装置４６から加速器制御部４７に高周波印加装置５が印加する高周波の値が送信されると、加速器制御部４７は、高周波印加装置５が印加する高周波の強度がその値となるよう高周波印加装置５を制御し、シンクロトロン４からイオンビームを出射させる。
【０１１２】
オペレータが照射開始の指示をすることで、加速器制御部４７はライナック３とシンクロトロン４を制御して、ライナック３からイオンビームがシンクロトロン４に入射される。シンクロトロン４は１番目のスライスを照射するエネルギーまでイオンビームを加速する。加速が完了すると加速器制御部４７は照射装置制御部４８に出射準備完了信号（出射可能信号）を送信する。
【０１１３】
PET制御部４９は照射開始の指示に基づいてPET計測を開始し、照射標的の位置を算出する。
【０１１４】
図８は、照射とPET計測のタイムチャートの一例を示す図である。図８では、説明の簡略化のため、ひとつのゲート内で６個のスポットを照射する例を示している。実際のスポット数は１０００を超える場合もある。１行目に出射許可、２行目にイオンビーム電流値、３行目にPETデータを取得中であることを表すPET計測、４行目に照射標的の位置とゲート範囲、５行目にゲート信号を示す。
【０１１５】
PET制御部４９の一機能であるゲート信号出力機能４９ｃは、PETデータから算出した照射標的の位置がゲート範囲内に入るとゲート信号の出力を開始する。
【０１１６】
照射装置制御部４８は、出射可能信号とゲート信号の両方を受信すると、出射開始信号を加速器制御部４７とPET制御部４９に送信する。出射開始信号により出射許可がHighになってイオンビームが出射される。すなわち、加速器制御部４７は出射開始信号を受信すると高周波印加装置を制御してシンクロトロン４内を周回しているイオンビームに高周波を印加する。イオンビームはデフレクタを通過してビーム輸送系を通り照射装置に到達し、走査電磁石により走査され線量モニタ３４を通過して照射対象に到達する。
【０１１７】
PET制御部４９は出射開始信号を受信するとゲート信号出力を継続したままPET計測を停止する。
【０１１８】
線量モニタ３４は通過したイオンビームの量を計測しており、照射装置制御部４８はその値が設定照射量に達すると、出射停止信号を加速器制御部４７とPET制御部４９に送信する。加速器制御部４７は出射停止信号を受信すると高周波の印加を停止してイオンビームを停止する。
【０１１９】
PET制御部４９は出射停止信号を受信し、予め設定した一定の時間経過した後、一定の時間経過した後、PET計測を開始する。
【０１２０】
以上のスポット照射を順次実施する。
【０１２１】
PET制御部４９の一機能であるゲート信号出力機能４９ｃは、スポット照射中、PET計測の結果、照射標的の位置がゲート範囲外に出るとゲート信号の出力を終了する。照射装置制御部４８は、ゲート信号の受信を終了すると、加速器制御部４７に対し出射停止信号を送信する。加速器制御部４７はシンクロトロン４を制御してイオンビームを減速し、ライナック３からイオンビームを供給して再度同じエネルギーまで加速する。照射装置制御部４８は加速器からの出射可能信号を受信するまで待機する。
【０１２２】
照射装置制御部４８は、加速器制御部４７から出射可能信号を受信し、新たにゲート信号を受信すると、続きのスポット照射を開始する。以上の手順に従い、第1実施形態と同様に全てのスポット、全てのスライスが照射されるまで繰り返す。
【０１２３】
〜効果〜
本実施形態でも、照射中（詳細には、出射終了と次の出射開始前の間の出射停止中）にPET計測を行うため、精度のよいPETデータに基き、照射中の照射標的の位置が精度良くわかる。その結果、ゲート信号出力・出力終了を精度良くおこなうことができ、呼吸同期制御において精度良く所望の線量分布を形成することができる。
【０１２４】
〜変形例〜
１．スポット間のひとつのPET計測時間が短く照射標的の位置特定のため十分なPET信号が得られない場合、複数のPET計測時間を足し合わせて照射標的の位置を特定してもよい。
【０１２５】
２．PET計測停止タイマーを設けてもよい。ゲート信号が出力されている間にスポット照射時間が長くなるとPET計測が停止している時間が長くなってしまい、充分なＰＥＴデータを得られない可能性がある。このときタイマーを設けてPET計測が停止している時間を制限することで照射標的の位置が大きく移動してしまうことを防ぐことができる。
【０１２６】
３． 1チャネルのみのPETカメラを使用する、又はPETカメラの使用するチャネルを制限し、計測した信号の頻度からゲート信号を作成してもよい。これによりPET制御部４９の計算処理量を減らし簡単な構成にすることができる。
【０１２７】
４．イオンビーム照射により標的に陽電子放出核が生成することが考えられる。この場合、イオンビーム照射による陽電子放出核からの信号を予め計算により求め、その値を差し引いた信号頻度によりゲート信号を生成する。
【０１２８】
５．第1実施形態における照射野確認と第2実施形態における照射標的の移動監視を同時に実施してもよい。この場合、FDGなど薬剤から放出される信号を計算し、その値を計測した陽電子放出核の分布から差し引いて画面上に表示する。
【０１２９】
６．ゲート出力範囲は開始時と停止時で別のものを設定してもよい。ゲート範囲を開始時と停止時で変更し、停止時は開始時より狭いゲート範囲とすることで照射標的がもとのゲート範囲から出た後に照射する照射量を削減することができる。
【０１３０】
７．スポットを予めグループ化しておき、ゲート信号出力が終了した後、照射中のグループの照射完了を待って照射を停止してもよい。予めグループ化することで同一スライスをひとつのゲートで照射完了することができる。
【符号の説明】
【０１３１】
１ 荷電粒子ビーム発生装置
２ ビーム輸送系
３ ライナック
４ シンクロトロン
５ 高周波印加装置
６ 加速装置
７ 制御システム
１１ 出射用デフレクタ
１２ ビーム経路
１４，１５ 偏向電磁石
１６ Ｕ字状偏向電磁石
１７ 治療室
１８ ガントリー
２１ 照射装置
２４ カウチ
２５ 照射対象
２８ PETカメラ
３１，３２ 走査電磁石
３３ ビーム位置検出器
３４ 線量モニタ
３７ 照射標的
４０ Ｘ線ＣＴ装置
４１ 照射計画システム
４２ データベース
４３ 機器制御システム
４４ 位置決めシステム
４５ 照射野確認システム
４６ 中央制御装置
４７ 加速器制御部
４８ 照射装置制御部
４９ PET制御部
４９ａ PET画像取得機能
４９ｂ ゲート範囲設定機能
４９ｃ ゲート信号出力機能
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを加速する加速器と、
荷電粒子ビームを走査する走査電磁石を有し、断続的に前記荷電粒子ビームを照射対象に出射する照射装置と、
前記照射対象内の陽電子放出核から発生する消滅ガンマ線を検出するガンマ線検出器とを備えた荷電粒子ビーム照射システムにおいて、
前記照射装置からの前記荷電粒子ビームの出射停止から次の出射開始までの間に、前記ガンマ線検出器が検出した前記消滅ガンマ線に基づくＰＥＴ信号を用いて、陽電子放出核が発生した位置を求めるＰＥＴ計測手段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２】
前記消滅ガンマ線は、前記荷電粒子ビームと前記照射対象との反応により生成された陽電子放出核からの消滅ガンマ線であり、
前記ＰＥＴ計測手段は、前記荷電粒子ビームの出射停止から次の出射開始までの間に、前記ガンマ線検出器が検出した前記消滅ガンマ線に基づくＰＥＴ信号を選別し、選別した前記ＰＥＴ信号を用いて陽電子放出核の発生位置を求め、
前記ＰＥＴ計測手段で求めた前記陽電子放出核の発生位置情報を用いてＰＥＴ画像を生成するＰＥＴ画像取得手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項３】
前記消滅ガンマ線は、前記照射対象に放射性薬剤を投与して照射標的に集積させた陽電子放出核からの消滅ガンマ線であり、
前記ＰＥＴ計測手段は、前記荷電粒子ビームの出射停止から次の出射開始までの間に、前記ガンマ線検出器が検出した前記消滅ガンマ線に基づくＰＥＴ信号を選別し、選別した前記ＰＥＴ信号を用いて陽電子放出核の発生位置を求め、
前記ＰＥＴ計測手段で求めた前記陽電子放出核の発生位置が予め定められた位置許容範囲にある場合に前記荷電粒子ビームの出射許可を示すゲート信号を出力し、前記陽電子放出核の発生位置が前記位置許容範囲からはずれた場合に前記ゲート信号の出力を停止するゲート信号出力手段と、
前記ゲート信号出力手段から出力される前記ゲート信号に基づいて、前記照射装置からの前記荷電粒子ビームの出射開始及び出射停止を制御する照射制御装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項４】
前記ＰＥＴ計測手段で求めた前記陽電子放出核の発生位置情報を表示する表示装置と、前記表示装置に表示された前記陽電子放出核の発生位置情に基づいて、前記位置許容範囲を入力するための入力装置とを備えることを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項５】
前記ＰＥＴ計測手段は、前記荷電粒子ビームの出射停止信号を受信してから一定時間経過後に、前記荷電粒子ビームの出射停止と判断し、この出射停止から次の出射開始までの間に、前記ガンマ線検出器が検出した前記消滅ガンマ線に基づくＰＥＴ信号を選別し、選別した前記ＰＥＴ信号を用いて陽電子放出核の発生位置を求めることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項６】
前記照射装置は、通過する荷電粒子ビーム量の線量を計測する線量モニタを有し、
前記ＰＥＴ計測手段は、前記線量モニタで計測される前記荷電粒子ビームの線量値が予め定められた閾値以下になると前記荷電粒子ビームの出射停止と判断し、この出射停止から次の出射開始までの間に、前記ガンマ線検出器が検出した前記消滅ガンマ線に基づくＰＥＴ信号を選別し、選別した前記ＰＥＴ信号を用いて陽電子放出核の発生位置を求めることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項１】
荷電粒子ビームを加速する加速器と、
荷電粒子ビームを走査する走査電磁石を有し、断続的に前記荷電粒子ビームを照射対象に出射する照射装置と、
前記照射対象内の陽電子放出核から発生する消滅ガンマ線を検出するガンマ線検出器とを備えた荷電粒子ビーム照射システムにおいて、
前記照射装置からの前記荷電粒子ビームの出射停止から次の出射開始までの間に、前記ガンマ線検出器が検出した前記消滅ガンマ線に基づくＰＥＴ信号を用いて、陽電子放出核が発生した位置を求めるＰＥＴ計測手段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２】
前記消滅ガンマ線は、前記荷電粒子ビームと前記照射対象との反応により生成された陽電子放出核からの消滅ガンマ線であり、
前記ＰＥＴ計測手段は、前記荷電粒子ビームの出射停止から次の出射開始までの間に、前記ガンマ線検出器が検出した前記消滅ガンマ線に基づくＰＥＴ信号を選別し、選別した前記ＰＥＴ信号を用いて陽電子放出核の発生位置を求め、
前記ＰＥＴ計測手段で求めた前記陽電子放出核の発生位置情報を用いてＰＥＴ画像を生成するＰＥＴ画像取得手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項３】
前記消滅ガンマ線は、前記照射対象に放射性薬剤を投与して照射標的に集積させた陽電子放出核からの消滅ガンマ線であり、
前記ＰＥＴ計測手段は、前記荷電粒子ビームの出射停止から次の出射開始までの間に、前記ガンマ線検出器が検出した前記消滅ガンマ線に基づくＰＥＴ信号を選別し、選別した前記ＰＥＴ信号を用いて陽電子放出核の発生位置を求め、
前記ＰＥＴ計測手段で求めた前記陽電子放出核の発生位置が予め定められた位置許容範囲にある場合に前記荷電粒子ビームの出射許可を示すゲート信号を出力し、前記陽電子放出核の発生位置が前記位置許容範囲からはずれた場合に前記ゲート信号の出力を停止するゲート信号出力手段と、
前記ゲート信号出力手段から出力される前記ゲート信号に基づいて、前記照射装置からの前記荷電粒子ビームの出射開始及び出射停止を制御する照射制御装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項４】
前記ＰＥＴ計測手段で求めた前記陽電子放出核の発生位置情報を表示する表示装置と、前記表示装置に表示された前記陽電子放出核の発生位置情に基づいて、前記位置許容範囲を入力するための入力装置とを備えることを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項５】
前記ＰＥＴ計測手段は、前記荷電粒子ビームの出射停止信号を受信してから一定時間経過後に、前記荷電粒子ビームの出射停止と判断し、この出射停止から次の出射開始までの間に、前記ガンマ線検出器が検出した前記消滅ガンマ線に基づくＰＥＴ信号を選別し、選別した前記ＰＥＴ信号を用いて陽電子放出核の発生位置を求めることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム照射システム。
【請求項６】
前記照射装置は、通過する荷電粒子ビーム量の線量を計測する線量モニタを有し、
前記ＰＥＴ計測手段は、前記線量モニタで計測される前記荷電粒子ビームの線量値が予め定められた閾値以下になると前記荷電粒子ビームの出射停止と判断し、この出射停止から次の出射開始までの間に、前記ガンマ線検出器が検出した前記消滅ガンマ線に基づくＰＥＴ信号を選別し、選別した前記ＰＥＴ信号を用いて陽電子放出核の発生位置を求めることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム照射システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２５４１４６（Ｐ２０１２−２５４１４６Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２８２２４（Ｐ２０１１−１２８２２４）
【出願日】平成２３年６月８日（２０１１．６．８）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（５０４１７３４７１）国立大学法人北海道大学 (971)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月８日（２０１１．６．８）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（５０４１７３４７１）国立大学法人北海道大学 (971)
【Ｆターム（参考）】
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