荷電粒子線照射装置、荷電粒子線照射方法及び荷電粒子線照射プログラム
【課題】荷電粒子線の照射量を精度良く制御する。
【解決手段】荷電粒子線照射装置１００は、荷電粒子線Ｒを被照射物５２上にて走査する走査磁石３と、走査磁石３により被照射物上にて走査される荷電粒子線Ｒの走査ラインＬ上の各目標走査位置における荷電粒子線Ｒの照射量を設定する照射量設定部１１と、設定された照射量に基づき、目標走査位置のそれぞれにおける荷電粒子線の目標走査速度を設定する走査速度設定部１１と、を備える。
【解決手段】荷電粒子線照射装置１００は、荷電粒子線Ｒを被照射物５２上にて走査する走査磁石３と、走査磁石３により被照射物上にて走査される荷電粒子線Ｒの走査ラインＬ上の各目標走査位置における荷電粒子線Ｒの照射量を設定する照射量設定部１１と、設定された照射量に基づき、目標走査位置のそれぞれにおける荷電粒子線の目標走査速度を設定する走査速度設定部１１と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線照射装置、荷電粒子線照射方法及び荷電粒子線照射プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被照射物（例えば患者体内の腫瘍）に陽子線などの荷電粒子線を照射して、被照射物に治療を施すための荷電粒子線照射装置が知られている。このような装置に関する技術として、例えば特許文献１には、被照射物への荷電粒子線の照射量を調整するために、荷電粒子線のビーム強度を変調することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３５４６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、荷電粒子線のビーム強度は不安定なものであるので、これを正確に変調させるのは難しい。このため、特許文献１に記載されるようにビーム強度を制御量として荷電粒子線の照射量を調整する手法では、照射量を精度良く制御することができないという問題があった。
【０００５】
また、荷電粒子線照射装置の適用分野では、例えば患者体内の腫瘍の放射線治療など、被照射物の周囲に荷電粒子線を照射することなく、被照射物のみに荷電粒子線を照射することが望ましいため、荷電粒子線を高精度に所望の被照射物に照射できることが求められている。
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、荷電粒子線の照射量を精度良く制御できる荷電粒子線照射装置、荷電粒子線照射方法及び荷電粒子線照射プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、荷電粒子線の照射量を精度良く制御するには、荷電粒子線の走査速度が影響していることを見出した。
【０００８】
そこで、上記課題を解決するために、本発明に係る荷電粒子線照射装置は、被照射物に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射装置であって、被照射物へ照射される荷電粒子線を走査する走査手段と、走査手段により被照射物上を走査される荷電粒子線の走査ライン上の複数の目標走査位置のそれぞれにおける荷電粒子線の照射量を設定する照射量設定手段と、照射量設定手段により設定された照射量に基づき、目標走査位置のそれぞれにおける荷電粒子線の目標走査速度を設定する走査速度設定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
同様に、上記課題を解決するために、本発明に係る荷電粒子線照射方法は、被照射物に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射方法であって、走査手段により被照射物上を走査される荷電粒子線の走査ライン上の複数の目標走査位置のそれぞれにおける荷電粒子線の照射量を設定する照射量設定ステップと、照射量設定ステップにおいて設定された照射量に基づき、目標走査位置のそれぞれにおける荷電粒子線の目標走査速度を設定する走査速度設定ステップと、を備えることを特徴とする。
【００１０】
同様に、上記課題を解決するために、本発明に係る荷電粒子線照射プログラムは、被照射物に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射プログラムであって、走査手段により被照射物上を走査される荷電粒子線の走査ライン上の複数の目標走査位置のそれぞれにおける荷電粒子線の照射量を設定する照射量設定機能と、照射量設定機能により設定された照射量に基づき、目標走査位置のそれぞれにおける荷電粒子線の目標走査速度を設定する走査速度設定機能と、をコンピュータに実現させることを特徴とする。
【００１１】
このような荷電粒子線照射装置、荷電粒子線照射方法及び荷電粒子線照射プログラムによれば、被照射物上の荷電粒子線の複数の目標走査位置のそれぞれにおける荷電粒子線の照射量が設定されると、この照射量に基づき、各目標走査位置における荷電粒子線の目標走査速度が設定される。荷電粒子線の走査速度は、従来、荷電粒子線の照射量の制御量として用いられていたビーム強度と比べて、安定させることが容易であるため、所望の値に正確に変調させることが可能である。したがって、目標走査速度を荷電粒子線の照射量を調整するための制御量として用いることによって、制御量を所望の値に正確に変調させることが可能となり、この結果、荷電粒子線の照射量を精度良く制御できる。
【００１２】
また、荷電粒子線照射装置は、目標走査位置及び目標走査速度にしたがって、荷電粒子線が被照射物上にて走査されるよう走査手段を制御する制御手段を備えることが好適である。
【００１３】
この構成により、安定した調整が可能な目標走査速度を、荷電粒子線の照射量を調整するための制御量として用いることによって、制御量を所望の値に正確に変調させることが可能となり、この結果、荷電粒子線の照射量を精度良く制御できる。
【００１４】
また、荷電粒子線照射装置は、走査手段により被照射物上を走査された荷電粒子線の走査位置及び走査速度を計測する計測手段を備え、制御手段は、目標走査位置と計測手段により計測された走査位置との誤差が無くなるように、また、目標走査速度と計測手段により計測された走査速度との誤差が無くなるように、走査手段への制御入力を調整する位置速度フィードバック制御を行い、走査手段を制御することが好適である。
【００１５】
この構成により、荷電粒子線の走査位置及び走査速度に基づき位置速度フィードバック制御を行って走査手段を制御するので、目標走査位置及び目標走査速度への追従性が向上し、荷電粒子線の照射量をより一層高精度に制御することができる。
【００１６】
また、本発明の荷電粒子線照射装置は、荷電粒子線のビーム強度を検知するビーム強度検知手段を更に備え、制御手段は、ビーム強度検知手段で検知されたビーム強度が所定の誤差範囲外に変動した場合には、当該変動を相殺するように走査手段による走査速度を調整することが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、荷電粒子線のビーム強度が変動した場合にも、正確な照射量での荷電粒子線の照射を継続することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る荷電粒子線照射装置、荷電粒子線照射方法及び荷電粒子線照射プログラムによれば、荷電粒子線の照射量を精度良く制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る荷電粒子線照射装置が適用される荷電粒子線治療装置を示す斜視図である。
【図２】図１の荷電粒子線照射装置を示す斜視図である。
【図３】荷電粒子線照射装置の制御系を示す図である。
【図４】走査制御部における位置・フィードバック制御を表すブロック線図である。
【図５】本実施形態の荷電粒子線照射装置において実行される処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明に係る荷電粒子線照射プログラムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係る荷電粒子線照射装置が適用される荷電粒子線治療装置を示す斜視図であり、図２は、図１の荷電粒子線照射装置を示す斜視図であり、図３は、荷電粒子線照射装置の制御系を示す図である。
【００２２】
図１に示すように、照射部１は、荷電粒子線照射装置１００において、治療台１０５を取り囲むように設けられた回転ガントリ１０３に取り付けられ、この回転ガントリ１０３によって治療台１０５の回りに回転可能とされている。そして、治療台１０５の患者の体内の腫瘍５２（被照射物）に対して、照射方向Ａで荷電粒子線Ｒ（図３参照）を照射する。なお、図１には示されていないが、荷電粒子線照射装置１００は、治療台１０５及び回転ガントリ１０３とは離れた位置に荷電粒子線Ｒを生成するサイクロトロンを備え、ビーム輸送系を介してサイクロトロンと照射部１とを連結している。
【００２３】
この照射部１は、図３に示すように、スキャニング方式により、治療台１０５上の患者５１の体内の腫瘍５２に向けて荷電粒子線Ｒを連続照射する。具体的には、照射部１は、腫瘍５２を深さ方向（Ｚ方向または照射方向Ａ）に複数層に分け、各層に設定された照射野Ｆにおいて走査ラインＬに沿って荷電粒子線Ｒを走査速度Ｖで走査しながら連続照射（いわゆる、ラスタースキャニングあるいはラインスキャニング）する。つまり、照射部１は、腫瘍５２に合わせた３次元の照射野を形成するため、腫瘍５２を複数の層に分割してこれらの各層のそれぞれに対して平面スキャニングを行う。これにより、腫瘍５２の３次元形状に合わせて荷電粒子線Ｒが照射されることとなる。
【００２４】
荷電粒子線Ｒは、電荷をもった粒子を高速に加速したものであり、荷電粒子線Ｒとしては、例えば陽子線、重粒子（重イオン）線、電子線等が挙げられる。照射野Ｆは、例えば最大２００ｍｍ×２００ｍｍの領域とされ、その外形が矩形状とされている。なお、照射野Ｆの形状は、種々の形状としてもよく、例えば腫瘍５２の形状に沿った形状としても勿論よい。走査ラインＬは、荷電粒子線Ｒを照射する予定線（仮想線）であり、上述の矩形状の照射野Ｆの場合、走査ラインＬは、ラインスキャニングを例にとると、矩形波状に延在している。
【００２５】
図２に示すように、照射部１は、荷電粒子線Ｒの照射方向Ａに順に配列され、ビーム輸送ラインを介してサイクロトロンから入力された荷電粒子線Ｒが発散するのを抑え収束させるための四極磁石２と、荷電粒子線ＲをＸ方向とＹ方向に走査する走査磁石（スキャニングマグネット）（走査手段）３と、照射した荷電粒子線Ｒの線量（ビーム強度）を測定する線量モニタ（ビーム強度検知手段）４と、荷電粒子線Ｒを照射する前後に腫瘍５２の位置・大きさ・形状を確認するためＸ線によりＣＴ画像を撮影する際にＸ線を照射するＸ線管５と、照射野Ｆのビーム（加速粒子線）の平坦度合い（ビームが到達した奥行きの平坦度合い）を測定する平坦モニタ（フラットネスモニタ）６と、荷電粒子線Ｒが存在するＸ方向とＹ方向の位置を測定するビーム位置モニタ（計測手段）７と、を備えている。
【００２６】
なお、図３に示すように、Ｘ方向及びＹ方向とは、Ｚ方向（照射方向Ａ）と直交し、さらに相互に直交する２方向であり、腫瘍５２の照射野Ｆのなす平面上の位置を特定する２方向である。また、図３に示すように、走査磁石３は、荷電粒子線ＲのＸ方向の走査位置を制御するための一組の電磁石３ａと、Ｙ方向の走査位置を調整するための一組の電磁石３ｂと、を含んで構成される。ビーム位置モニタ７は、荷電粒子線ＲのＸ方向の走査位置を検知するためのグリッドワイヤ７ａと、Ｙ方向の走査位置を検知するためのグリッドワイヤ７ｂとを含んで構成される。
【００２７】
特に本実施形態では、照射部１は、照射野Ｆ上の走査ラインＬの各走査位置において、荷電粒子線Ｒの照射量を当該走査位置における走査速度に基づき調整するよう構成されている。ここで、本実施形態では、荷電粒子線Ｒの「照射量」は、腫瘍５２に照射される荷電粒子の量を意味するものとして用いられる。
【００２８】
以下、図３を参照して、照射部１の制御系について説明する。図３には、照射部１の制御系として、照射部１の走査磁石３と、ビーム位置モニタ７とが示され、さらに照射部１の外部に配置され、走査磁石３及びビーム位置モニタ７と通信可能に接続される制御装置８が示されている。
【００２９】
制御装置８は、照射野Ｆにおける荷電粒子線Ｒの走査ラインＬ上の目標走査位置ごとに照射量を決定し、この決定された照射量を実現すべく走査軌道（目標走査位置及び目標走査速度）を決定する。そして、ビーム位置モニタ７により計測される荷電粒子線Ｒの走査軌道に基づき、走査磁石３の位置・速度フィードバック制御を行う。
【００３０】
制御装置８は、図３に示すように、走査ライン設定部９、照射量設定部（照射量設定手段）１０、走査速度設定部１１、及び走査制御部（制御手段）１２を備えて構成される。
【００３１】
走査ライン設定部９は、走査磁石３により腫瘍５２上にて走査される荷電粒子線Ｒの走査ラインＬを設定する。より詳細には、走査ライン設定部９は、腫瘍５２の照射野Ｆの形状に応じて、この照射野Ｆの全体にわたり荷電粒子線Ｒが照査されるように走査ラインＬを設定する。例えば、照射野Ｆが矩形状の場合には、走査ラインＬは矩形波状に形成される。走査ライン設定部９は、設定した走査ラインＬ上に複数の目標走査位置を設定する。この目標走査位置は、後述する走査制御部１２により、位置フィードバック制御の目標値として用いられる。目標走査位置は、例えば走査ラインＬ上に等間隔で設定される。走査ライン設定部９は、目標走査位置の情報を照射量設定部１０に送信する。
【００３２】
照射量設定部１０は、走査ライン設定部９により設定された走査ラインＬ上の各目標走査位置における荷電粒子線Ｒの照射量を決定する。荷電粒子線Ｒの照射量は、照射部１のオペレータの入力操作によって取得してもよいし、腫瘍の症状や照射野Ｆの深度などの諸条件に応じて、所与のデータベースなどを参照して設定してもよい。照射量設定部１０は、各目標走査位置における荷電粒子線Ｒの照射量を設定すると、この情報を走査速度設定部１１に送信する。
【００３３】
走査速度設定部１１は、照射量設定部１０により設定された照射量に基づき、目標走査位置のそれぞれにおける荷電粒子線Ｒの目標走査速度を設定する。荷電粒子線Ｒのビーム強度が一定である場合、荷電粒子線Ｒの照射量と走査速度との間には一意の対応関係があるので、走査速度設定部１１は、例えば照射量と走査速度とを対応付けたテーブルを保持しておき、所与の照射量に応じた走査速度を選択して、目標走査速度として設定する。ここでは、所与の照射量が大きいほど目標走査速度を遅く設定し、所与の照射量が小さいほど目標走査速度を速く設定すればよい。走査速度設定部１１は、設定した目標走査速度を、目標走査位置と対応付けて目標走査軌道とし、走査制御部１２に送信する。
【００３４】
走査制御部１２は、目標走査軌道（目標走査位置及び目標走査速度）にしたがって、荷電粒子線Ｒが腫瘍５２上にて走査されるよう走査磁石３を制御する。走査制御部１２は、具体的には、走査磁石３の磁力を調整する電流を発生する電源（図示せず）に対して走査磁石の制御入力として送信する電流強度を、位置・速度フィードバック制御する。より詳細には、目標走査位置とビーム位置モニタ７により計測された実際の荷電粒子線Ｒの走査位置との誤差が無くなるように、また、目標走査速度とビーム位置モニタ７により計測された実際の荷電粒子線Ｒの走査速度との誤差が無くなるように、位置・速度フィードバック制御を行い、走査磁石３への制御入力（電源の電流強度）を調整する。
【００３５】
ここで、図４を参照して、走査制御部１２における位置・フィードバック制御の詳細を説明する。図４は、走査制御部１２における位置・フィードバック制御を表すブロック線図である。図４において破線で囲んだ領域が、走査制御部１２の処理と対応している。
【００３６】
まず、図４のブロック１２ａに示すように、時刻ｔにおける目標走査速度Ｖｒｅｆ（ｔ）と、ビーム位置モニタ７により計測された１ステップ前の時刻ｔ−１における走査速度Ｖ（ｔ−１）との差分に定数ｋを乗じて、次の（１）式のように時刻ｔの走査速度Ｖ（ｔ）を算出する。なお、走査速度Ｖ（ｔ−１）は、例えばブロック１２ｄに示すように、ビーム位置モニタ７により計測された１ステップ前の時刻ｔ―１における荷電粒子線Ｒの走査位置Ｐ（ｔ−１）を、時刻ｔについて一階微分して導出することができる。
ｖ（ｔ）＝ｋ・（Ｖｒｅｆ（ｔ）−Ｖ（ｔ−１））＋Ｖ（ｔ−１） （１）
【００３７】
次に、図４のブロック１２ｂに示すように、（１）式で算出した走査速度Ｖ（ｔ）に時間幅Δｔ（時刻ｔとｔ−１との差分）を乗じて、次の（２）式のように時刻ｔにおける理論上の走査位置Ｐｃ（ｔ）を算出する。なお、このＰｃ（ｔ）は、目標走査位置Ｐｒｅｆ（ｔ）と対応する値である。
Ｐｃ（ｔ）＝Ｖ（ｔ）・Δｔ＋Ｐ（ｔ−１） （２）
【００３８】
次に、図４のブロック１２ｃに示すように、（２）式で算出した理論上の走査位置Ｐｃ（ｔ）と、ビーム位置モニタ７により計測された１ステップ前の時刻ｔ−１における走査位置Ｐ（ｔ−１）との差分に定数ｋ’を乗じて、次の（３）式のように走査磁石３への制御入力Ｉ（ｔ）を算出する。この制御入力は、具体的には走査磁石３の磁力を発生させるための電源（図示せず）の電流強度である。
Ｉ（ｔ）＝ｋ’・（Ｐｃ（ｔ）−Ｐ（ｔ−１）） （３）
【００３９】
（３）式で算出された電流強度に基づき走査磁石３の電源の電流強度が調整されると、この電流強度に応じて走査磁石３の磁力が調整され、この結果、荷電粒子線Ｒの走査位置が調整される。このときの走査位置Ｐ（ｔ）がビーム位置モニタ７により計測され、ブロック１２ａ及びブロック１２ｃにフィードバックされる。
【００４０】
なお、走査位置Ｐ、走査速度Ｖ、理論上の走査位置Ｐｃ、目標走査速度Ｖｒｅｆは、走査磁石３及びビーム位置モニタ７がそれぞれＸ、Ｙ方向の制御及び計測を個別に行うよう構成されているため、それぞれＸ方向成分とＹ方向成分からなる２次元ベクトルとして構成されている。
【００４１】
制御装置８は、物理的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、主記憶装置であるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）、ハードディスク装置等の補助記憶装置、入力デバイスである入力キー等の入力装置、ディスプレイ等の出力装置、通信モジュールなどを有するコンピュータとして構成されている。図３，４に示した制御装置８の各機能は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のハードウェア上に所定のコンピュータソフトウェアを読み込ませることにより、ＣＰＵの制御のもとで入力装置、出力装置、通信モジュールを動作させるとともに、ＲＡＭやＲＯＭ、補助記憶装置におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。
【００４２】
次に、図５を参照して、本実施形態の照射部１において実行される処理を説明すると共に、本実施形態に係る荷電粒子線照射方法について説明する。
【００４３】
まず、走査ライン設定部９により、走査磁石３により腫瘍５２上にて走査される荷電粒子線Ｒの走査ラインＬが設定される（Ｓ１０１）。走査ライン設定部９は、設定した走査ラインＬ上に、位置フィードバック制御の目標値として用いられる複数の目標走査位置を設定し、この目標走査位置の情報を照射量設定部１０に送信する。
【００４４】
次に、照射量設定部１０により、ステップＳ１０１にて設定された目標走査位置のそれぞれにおける荷電粒子線Ｒの照射量が設定される（Ｓ１０２：照射量設定ステップ）。荷電粒子線Ｒの照射量は、照射部１のオペレータの入力操作によって取得してもよいし、腫瘍の症状や照射野Ｆの深度などの諸条件に応じて、所与のデータベースなどを参照して設定してもよい。照射量設定部１０は、各目標走査位置における荷電粒子線Ｒの照射量を設定すると、この情報を走査速度設定部１１に送信する。
【００４５】
次に、走査速度設定部１１により、ステップＳ１０２にて設定された照射量に基づき、目標走査位置のそれぞれにおける荷電粒子線Ｒの目標走査速度が設定される（Ｓ１０３：走査速度設定ステップ）。走査速度設定部１１は、例えば照射量と走査速度とを対応付けたテーブルを保持しておき、所与の照射量に応じた走査速度を選択して、目標走査速度として設定する。走査速度設定部１１は、設定した目標走査速度を、目標走査位置と対応付けて目標走査軌道とし、走査制御部１２に送信する。
【００４６】
そして、走査制御部１２により、目標走査軌道（目標走査位置及び目標走査速度）にしたがって、荷電粒子線Ｒが腫瘍５２上にて走査されるよう走査磁石３の制御が実行される（Ｓ１０４）。走査制御部１２は、図４を参照して説明したように、目標走査軌道を制御入力とし、ビーム位置モニタ７により計測された実際の荷電粒子線Ｒの走査軌道（走査位置、走査速度）をフィードバック成分として、走査磁石３の磁力を調整する電源の電流強度を調整することにより、荷電粒子線Ｒの走査軌道の位置・速度フィードバック制御を行う。
【００４７】
次に、図６を参照して、上述した照射部１において実行される一連の処理をコンピュータに実行させるための荷電粒子線照射プログラムについて説明する。図６に示すように、荷電粒子線照射プログラム２０２は、コンピュータが備える記憶媒体２００に形成されたプログラム格納領域２０１内に格納されている。
【００４８】
荷電粒子線照射プログラム２０２は、荷電粒子線照射処理を総括的に制御するメインモジュール２０２ａと、走査ライン設定モジュール２０２ｂと、照射量設定モジュール（照射量設定機能）２０２ｃと、走査速度設定モジュール（走査速度設定機能）２０２ｄと、走査制御モジュール２０２ｅとを備えて構成される。
【００４９】
走査ライン設定モジュール２０２ｂ、照射量設定モジュール２０２ｃ、走査速度設定モジュール２０２ｄ、及び走査制御モジュール２０２ｅを実行させることにより実現される機能は、上述した図３の制御装置８の走査ライン設定部９、照射量設定部１０、走査速度設定部１１、及び走査制御部１２の機能とそれぞれ同様である。
【００５０】
なお、荷電粒子線照射プログラム２０２は、その一部又は全部が、通信回線等の伝送媒体を介して伝送され、他の機器により受信されて記録（インストールを含む）される構成としてもよい。また、荷電粒子線照射プログラム２０２は、その一部又は全部が、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、フラッシュメモリなどの持ち運び可能な記憶媒体に格納された状態から、他の機器に記録（インストールを含む）される構成としてもよい。
【００５１】
このような荷電粒子線照射装置、荷電粒子線照射方法及び荷電粒子線照射プログラムによれば、腫瘍５２上の荷電粒子線Ｒの目標走査位置のそれぞれにおける荷電粒子線Ｒの照射量が設定されると、この照射量に基づき、各目標走査位置における荷電粒子線Ｒの目標走査速度が設定される。荷電粒子線Ｒの走査速度は、従来、荷電粒子線Ｒの照射量の制御量として用いられていたビーム強度と比べて、安定させることが容易であるため、所望の値に正確に変調させることが可能である。したがって、目標走査速度を荷電粒子線Ｒの照射量を調整するための制御量として用いることによって、制御量を所望の値に正確に変調させることが可能となり、この結果、荷電粒子線Ｒの照射量を精度良く制御できる。
【００５２】
また、走査制御部１２が、目標走査位置及び目標走査速度にしたがって、荷電粒子線Ｒが腫瘍５２上にて走査されるよう走査磁石３を制御するため、安定した調整が可能な目標走査速度を、荷電粒子線Ｒの照射量を調整するための制御量として用いることによって、制御量を所望の値に正確に変調させることが可能となり、この結果、荷電粒子線Ｒの照射量を精度良く制御できる。
【００５３】
また、走査制御部１２は、目標走査位置とビーム位置モニタ７により計測された走査位置との誤差が無くなるように、また、目標走査速度とビーム位置モニタ７により計測された走査速度との誤差が無くなるように、走査磁石３への制御入力（電流強度）を調整する位置速度フィードバック制御を行い、走査磁石３を制御する。このため、荷電粒子線Ｒの走査位置及び走査速度に基づき位置速度フィードバック制御を行って走査磁石３を制御するので、目標走査位置及び目標走査速度への追従性が向上し、荷電粒子線Ｒの照射量をより一層高精度に制御することができる。
【００５４】
以上、本発明に係る荷電粒子線照射装置、荷電粒子線照射方法及び荷電粒子線照射プログラムについて好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。走査制御部１２による位置速度フィードバック制御は、図４に示したブロック線図の構成とは別の構成としてもよく、例えば、目標走査位置に基づく位置フィードバック制御と、目標走査速度に基づく速度フィードバック制御を個別に行い、両方の制御出力を合計した値を電流強度として走査磁石３の電源を調整してもよい。
【００５５】
また、走査制御部１２は、線量モニタ４で検知される荷電粒子線Ｒのビーム強度を監視しておき、ビーム強度が所定の誤差範囲外に変動した場合には、当該変動を相殺して所与の照射量が実現されるように、走査磁石３による走査速度を調整する制御を更に行うこととしてもよい。すなわち、走査制御部１２は、一定であるはずの上記ビーム強度が変動して所定の上限以上になった場合には、走査速度を大きくする方向に調整し、ビーム強度が所定の下限以下になった場合には、走査速度を小さくする方向に調整する。なお、上記の上限及び下限は、許容されるべきビーム強度の誤差範囲の上限・下限として設定される。このような制御により、荷電粒子線Ｒのビーム強度の変動も考慮に含め、正確な照射量での荷電粒子線Ｒの照射を継続することができる。そして、ビーム強度の変動に起因する治療中断を避けることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１…照射部、３…走査磁石（走査手段）、４…線量モニタ（ビーム強度検知手段）、７…ビーム位置モニタ（計測手段）、８…制御装置、９…走査ライン設定部、１０…照射量設定部（照射量設定手段）、１１…走査速度設定部、１２…走査制御部（制御手段）、５２…腫瘍（被照射物）、２０２…荷電粒子線照射プログラム、２０２ｂ…走査ライン設定モジュール、２０２ｃ…照射量設定モジュール（照射量設定機能）、２０２ｄ…走査速度設定モジュール（走査速度設定機能）、２０２ｅ…走査制御モジュール、Ｌ…走査ライン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線照射装置、荷電粒子線照射方法及び荷電粒子線照射プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被照射物（例えば患者体内の腫瘍）に陽子線などの荷電粒子線を照射して、被照射物に治療を施すための荷電粒子線照射装置が知られている。このような装置に関する技術として、例えば特許文献１には、被照射物への荷電粒子線の照射量を調整するために、荷電粒子線のビーム強度を変調することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３５４６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、荷電粒子線のビーム強度は不安定なものであるので、これを正確に変調させるのは難しい。このため、特許文献１に記載されるようにビーム強度を制御量として荷電粒子線の照射量を調整する手法では、照射量を精度良く制御することができないという問題があった。
【０００５】
また、荷電粒子線照射装置の適用分野では、例えば患者体内の腫瘍の放射線治療など、被照射物の周囲に荷電粒子線を照射することなく、被照射物のみに荷電粒子線を照射することが望ましいため、荷電粒子線を高精度に所望の被照射物に照射できることが求められている。
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、荷電粒子線の照射量を精度良く制御できる荷電粒子線照射装置、荷電粒子線照射方法及び荷電粒子線照射プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、荷電粒子線の照射量を精度良く制御するには、荷電粒子線の走査速度が影響していることを見出した。
【０００８】
そこで、上記課題を解決するために、本発明に係る荷電粒子線照射装置は、被照射物に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射装置であって、被照射物へ照射される荷電粒子線を走査する走査手段と、走査手段により被照射物上を走査される荷電粒子線の走査ライン上の複数の目標走査位置のそれぞれにおける荷電粒子線の照射量を設定する照射量設定手段と、照射量設定手段により設定された照射量に基づき、目標走査位置のそれぞれにおける荷電粒子線の目標走査速度を設定する走査速度設定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
同様に、上記課題を解決するために、本発明に係る荷電粒子線照射方法は、被照射物に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射方法であって、走査手段により被照射物上を走査される荷電粒子線の走査ライン上の複数の目標走査位置のそれぞれにおける荷電粒子線の照射量を設定する照射量設定ステップと、照射量設定ステップにおいて設定された照射量に基づき、目標走査位置のそれぞれにおける荷電粒子線の目標走査速度を設定する走査速度設定ステップと、を備えることを特徴とする。
【００１０】
同様に、上記課題を解決するために、本発明に係る荷電粒子線照射プログラムは、被照射物に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射プログラムであって、走査手段により被照射物上を走査される荷電粒子線の走査ライン上の複数の目標走査位置のそれぞれにおける荷電粒子線の照射量を設定する照射量設定機能と、照射量設定機能により設定された照射量に基づき、目標走査位置のそれぞれにおける荷電粒子線の目標走査速度を設定する走査速度設定機能と、をコンピュータに実現させることを特徴とする。
【００１１】
このような荷電粒子線照射装置、荷電粒子線照射方法及び荷電粒子線照射プログラムによれば、被照射物上の荷電粒子線の複数の目標走査位置のそれぞれにおける荷電粒子線の照射量が設定されると、この照射量に基づき、各目標走査位置における荷電粒子線の目標走査速度が設定される。荷電粒子線の走査速度は、従来、荷電粒子線の照射量の制御量として用いられていたビーム強度と比べて、安定させることが容易であるため、所望の値に正確に変調させることが可能である。したがって、目標走査速度を荷電粒子線の照射量を調整するための制御量として用いることによって、制御量を所望の値に正確に変調させることが可能となり、この結果、荷電粒子線の照射量を精度良く制御できる。
【００１２】
また、荷電粒子線照射装置は、目標走査位置及び目標走査速度にしたがって、荷電粒子線が被照射物上にて走査されるよう走査手段を制御する制御手段を備えることが好適である。
【００１３】
この構成により、安定した調整が可能な目標走査速度を、荷電粒子線の照射量を調整するための制御量として用いることによって、制御量を所望の値に正確に変調させることが可能となり、この結果、荷電粒子線の照射量を精度良く制御できる。
【００１４】
また、荷電粒子線照射装置は、走査手段により被照射物上を走査された荷電粒子線の走査位置及び走査速度を計測する計測手段を備え、制御手段は、目標走査位置と計測手段により計測された走査位置との誤差が無くなるように、また、目標走査速度と計測手段により計測された走査速度との誤差が無くなるように、走査手段への制御入力を調整する位置速度フィードバック制御を行い、走査手段を制御することが好適である。
【００１５】
この構成により、荷電粒子線の走査位置及び走査速度に基づき位置速度フィードバック制御を行って走査手段を制御するので、目標走査位置及び目標走査速度への追従性が向上し、荷電粒子線の照射量をより一層高精度に制御することができる。
【００１６】
また、本発明の荷電粒子線照射装置は、荷電粒子線のビーム強度を検知するビーム強度検知手段を更に備え、制御手段は、ビーム強度検知手段で検知されたビーム強度が所定の誤差範囲外に変動した場合には、当該変動を相殺するように走査手段による走査速度を調整することが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、荷電粒子線のビーム強度が変動した場合にも、正確な照射量での荷電粒子線の照射を継続することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る荷電粒子線照射装置、荷電粒子線照射方法及び荷電粒子線照射プログラムによれば、荷電粒子線の照射量を精度良く制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る荷電粒子線照射装置が適用される荷電粒子線治療装置を示す斜視図である。
【図２】図１の荷電粒子線照射装置を示す斜視図である。
【図３】荷電粒子線照射装置の制御系を示す図である。
【図４】走査制御部における位置・フィードバック制御を表すブロック線図である。
【図５】本実施形態の荷電粒子線照射装置において実行される処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明に係る荷電粒子線照射プログラムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係る荷電粒子線照射装置が適用される荷電粒子線治療装置を示す斜視図であり、図２は、図１の荷電粒子線照射装置を示す斜視図であり、図３は、荷電粒子線照射装置の制御系を示す図である。
【００２２】
図１に示すように、照射部１は、荷電粒子線照射装置１００において、治療台１０５を取り囲むように設けられた回転ガントリ１０３に取り付けられ、この回転ガントリ１０３によって治療台１０５の回りに回転可能とされている。そして、治療台１０５の患者の体内の腫瘍５２（被照射物）に対して、照射方向Ａで荷電粒子線Ｒ（図３参照）を照射する。なお、図１には示されていないが、荷電粒子線照射装置１００は、治療台１０５及び回転ガントリ１０３とは離れた位置に荷電粒子線Ｒを生成するサイクロトロンを備え、ビーム輸送系を介してサイクロトロンと照射部１とを連結している。
【００２３】
この照射部１は、図３に示すように、スキャニング方式により、治療台１０５上の患者５１の体内の腫瘍５２に向けて荷電粒子線Ｒを連続照射する。具体的には、照射部１は、腫瘍５２を深さ方向（Ｚ方向または照射方向Ａ）に複数層に分け、各層に設定された照射野Ｆにおいて走査ラインＬに沿って荷電粒子線Ｒを走査速度Ｖで走査しながら連続照射（いわゆる、ラスタースキャニングあるいはラインスキャニング）する。つまり、照射部１は、腫瘍５２に合わせた３次元の照射野を形成するため、腫瘍５２を複数の層に分割してこれらの各層のそれぞれに対して平面スキャニングを行う。これにより、腫瘍５２の３次元形状に合わせて荷電粒子線Ｒが照射されることとなる。
【００２４】
荷電粒子線Ｒは、電荷をもった粒子を高速に加速したものであり、荷電粒子線Ｒとしては、例えば陽子線、重粒子（重イオン）線、電子線等が挙げられる。照射野Ｆは、例えば最大２００ｍｍ×２００ｍｍの領域とされ、その外形が矩形状とされている。なお、照射野Ｆの形状は、種々の形状としてもよく、例えば腫瘍５２の形状に沿った形状としても勿論よい。走査ラインＬは、荷電粒子線Ｒを照射する予定線（仮想線）であり、上述の矩形状の照射野Ｆの場合、走査ラインＬは、ラインスキャニングを例にとると、矩形波状に延在している。
【００２５】
図２に示すように、照射部１は、荷電粒子線Ｒの照射方向Ａに順に配列され、ビーム輸送ラインを介してサイクロトロンから入力された荷電粒子線Ｒが発散するのを抑え収束させるための四極磁石２と、荷電粒子線ＲをＸ方向とＹ方向に走査する走査磁石（スキャニングマグネット）（走査手段）３と、照射した荷電粒子線Ｒの線量（ビーム強度）を測定する線量モニタ（ビーム強度検知手段）４と、荷電粒子線Ｒを照射する前後に腫瘍５２の位置・大きさ・形状を確認するためＸ線によりＣＴ画像を撮影する際にＸ線を照射するＸ線管５と、照射野Ｆのビーム（加速粒子線）の平坦度合い（ビームが到達した奥行きの平坦度合い）を測定する平坦モニタ（フラットネスモニタ）６と、荷電粒子線Ｒが存在するＸ方向とＹ方向の位置を測定するビーム位置モニタ（計測手段）７と、を備えている。
【００２６】
なお、図３に示すように、Ｘ方向及びＹ方向とは、Ｚ方向（照射方向Ａ）と直交し、さらに相互に直交する２方向であり、腫瘍５２の照射野Ｆのなす平面上の位置を特定する２方向である。また、図３に示すように、走査磁石３は、荷電粒子線ＲのＸ方向の走査位置を制御するための一組の電磁石３ａと、Ｙ方向の走査位置を調整するための一組の電磁石３ｂと、を含んで構成される。ビーム位置モニタ７は、荷電粒子線ＲのＸ方向の走査位置を検知するためのグリッドワイヤ７ａと、Ｙ方向の走査位置を検知するためのグリッドワイヤ７ｂとを含んで構成される。
【００２７】
特に本実施形態では、照射部１は、照射野Ｆ上の走査ラインＬの各走査位置において、荷電粒子線Ｒの照射量を当該走査位置における走査速度に基づき調整するよう構成されている。ここで、本実施形態では、荷電粒子線Ｒの「照射量」は、腫瘍５２に照射される荷電粒子の量を意味するものとして用いられる。
【００２８】
以下、図３を参照して、照射部１の制御系について説明する。図３には、照射部１の制御系として、照射部１の走査磁石３と、ビーム位置モニタ７とが示され、さらに照射部１の外部に配置され、走査磁石３及びビーム位置モニタ７と通信可能に接続される制御装置８が示されている。
【００２９】
制御装置８は、照射野Ｆにおける荷電粒子線Ｒの走査ラインＬ上の目標走査位置ごとに照射量を決定し、この決定された照射量を実現すべく走査軌道（目標走査位置及び目標走査速度）を決定する。そして、ビーム位置モニタ７により計測される荷電粒子線Ｒの走査軌道に基づき、走査磁石３の位置・速度フィードバック制御を行う。
【００３０】
制御装置８は、図３に示すように、走査ライン設定部９、照射量設定部（照射量設定手段）１０、走査速度設定部１１、及び走査制御部（制御手段）１２を備えて構成される。
【００３１】
走査ライン設定部９は、走査磁石３により腫瘍５２上にて走査される荷電粒子線Ｒの走査ラインＬを設定する。より詳細には、走査ライン設定部９は、腫瘍５２の照射野Ｆの形状に応じて、この照射野Ｆの全体にわたり荷電粒子線Ｒが照査されるように走査ラインＬを設定する。例えば、照射野Ｆが矩形状の場合には、走査ラインＬは矩形波状に形成される。走査ライン設定部９は、設定した走査ラインＬ上に複数の目標走査位置を設定する。この目標走査位置は、後述する走査制御部１２により、位置フィードバック制御の目標値として用いられる。目標走査位置は、例えば走査ラインＬ上に等間隔で設定される。走査ライン設定部９は、目標走査位置の情報を照射量設定部１０に送信する。
【００３２】
照射量設定部１０は、走査ライン設定部９により設定された走査ラインＬ上の各目標走査位置における荷電粒子線Ｒの照射量を決定する。荷電粒子線Ｒの照射量は、照射部１のオペレータの入力操作によって取得してもよいし、腫瘍の症状や照射野Ｆの深度などの諸条件に応じて、所与のデータベースなどを参照して設定してもよい。照射量設定部１０は、各目標走査位置における荷電粒子線Ｒの照射量を設定すると、この情報を走査速度設定部１１に送信する。
【００３３】
走査速度設定部１１は、照射量設定部１０により設定された照射量に基づき、目標走査位置のそれぞれにおける荷電粒子線Ｒの目標走査速度を設定する。荷電粒子線Ｒのビーム強度が一定である場合、荷電粒子線Ｒの照射量と走査速度との間には一意の対応関係があるので、走査速度設定部１１は、例えば照射量と走査速度とを対応付けたテーブルを保持しておき、所与の照射量に応じた走査速度を選択して、目標走査速度として設定する。ここでは、所与の照射量が大きいほど目標走査速度を遅く設定し、所与の照射量が小さいほど目標走査速度を速く設定すればよい。走査速度設定部１１は、設定した目標走査速度を、目標走査位置と対応付けて目標走査軌道とし、走査制御部１２に送信する。
【００３４】
走査制御部１２は、目標走査軌道（目標走査位置及び目標走査速度）にしたがって、荷電粒子線Ｒが腫瘍５２上にて走査されるよう走査磁石３を制御する。走査制御部１２は、具体的には、走査磁石３の磁力を調整する電流を発生する電源（図示せず）に対して走査磁石の制御入力として送信する電流強度を、位置・速度フィードバック制御する。より詳細には、目標走査位置とビーム位置モニタ７により計測された実際の荷電粒子線Ｒの走査位置との誤差が無くなるように、また、目標走査速度とビーム位置モニタ７により計測された実際の荷電粒子線Ｒの走査速度との誤差が無くなるように、位置・速度フィードバック制御を行い、走査磁石３への制御入力（電源の電流強度）を調整する。
【００３５】
ここで、図４を参照して、走査制御部１２における位置・フィードバック制御の詳細を説明する。図４は、走査制御部１２における位置・フィードバック制御を表すブロック線図である。図４において破線で囲んだ領域が、走査制御部１２の処理と対応している。
【００３６】
まず、図４のブロック１２ａに示すように、時刻ｔにおける目標走査速度Ｖｒｅｆ（ｔ）と、ビーム位置モニタ７により計測された１ステップ前の時刻ｔ−１における走査速度Ｖ（ｔ−１）との差分に定数ｋを乗じて、次の（１）式のように時刻ｔの走査速度Ｖ（ｔ）を算出する。なお、走査速度Ｖ（ｔ−１）は、例えばブロック１２ｄに示すように、ビーム位置モニタ７により計測された１ステップ前の時刻ｔ―１における荷電粒子線Ｒの走査位置Ｐ（ｔ−１）を、時刻ｔについて一階微分して導出することができる。
ｖ（ｔ）＝ｋ・（Ｖｒｅｆ（ｔ）−Ｖ（ｔ−１））＋Ｖ（ｔ−１） （１）
【００３７】
次に、図４のブロック１２ｂに示すように、（１）式で算出した走査速度Ｖ（ｔ）に時間幅Δｔ（時刻ｔとｔ−１との差分）を乗じて、次の（２）式のように時刻ｔにおける理論上の走査位置Ｐｃ（ｔ）を算出する。なお、このＰｃ（ｔ）は、目標走査位置Ｐｒｅｆ（ｔ）と対応する値である。
Ｐｃ（ｔ）＝Ｖ（ｔ）・Δｔ＋Ｐ（ｔ−１） （２）
【００３８】
次に、図４のブロック１２ｃに示すように、（２）式で算出した理論上の走査位置Ｐｃ（ｔ）と、ビーム位置モニタ７により計測された１ステップ前の時刻ｔ−１における走査位置Ｐ（ｔ−１）との差分に定数ｋ’を乗じて、次の（３）式のように走査磁石３への制御入力Ｉ（ｔ）を算出する。この制御入力は、具体的には走査磁石３の磁力を発生させるための電源（図示せず）の電流強度である。
Ｉ（ｔ）＝ｋ’・（Ｐｃ（ｔ）−Ｐ（ｔ−１）） （３）
【００３９】
（３）式で算出された電流強度に基づき走査磁石３の電源の電流強度が調整されると、この電流強度に応じて走査磁石３の磁力が調整され、この結果、荷電粒子線Ｒの走査位置が調整される。このときの走査位置Ｐ（ｔ）がビーム位置モニタ７により計測され、ブロック１２ａ及びブロック１２ｃにフィードバックされる。
【００４０】
なお、走査位置Ｐ、走査速度Ｖ、理論上の走査位置Ｐｃ、目標走査速度Ｖｒｅｆは、走査磁石３及びビーム位置モニタ７がそれぞれＸ、Ｙ方向の制御及び計測を個別に行うよう構成されているため、それぞれＸ方向成分とＹ方向成分からなる２次元ベクトルとして構成されている。
【００４１】
制御装置８は、物理的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、主記憶装置であるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）、ハードディスク装置等の補助記憶装置、入力デバイスである入力キー等の入力装置、ディスプレイ等の出力装置、通信モジュールなどを有するコンピュータとして構成されている。図３，４に示した制御装置８の各機能は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のハードウェア上に所定のコンピュータソフトウェアを読み込ませることにより、ＣＰＵの制御のもとで入力装置、出力装置、通信モジュールを動作させるとともに、ＲＡＭやＲＯＭ、補助記憶装置におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。
【００４２】
次に、図５を参照して、本実施形態の照射部１において実行される処理を説明すると共に、本実施形態に係る荷電粒子線照射方法について説明する。
【００４３】
まず、走査ライン設定部９により、走査磁石３により腫瘍５２上にて走査される荷電粒子線Ｒの走査ラインＬが設定される（Ｓ１０１）。走査ライン設定部９は、設定した走査ラインＬ上に、位置フィードバック制御の目標値として用いられる複数の目標走査位置を設定し、この目標走査位置の情報を照射量設定部１０に送信する。
【００４４】
次に、照射量設定部１０により、ステップＳ１０１にて設定された目標走査位置のそれぞれにおける荷電粒子線Ｒの照射量が設定される（Ｓ１０２：照射量設定ステップ）。荷電粒子線Ｒの照射量は、照射部１のオペレータの入力操作によって取得してもよいし、腫瘍の症状や照射野Ｆの深度などの諸条件に応じて、所与のデータベースなどを参照して設定してもよい。照射量設定部１０は、各目標走査位置における荷電粒子線Ｒの照射量を設定すると、この情報を走査速度設定部１１に送信する。
【００４５】
次に、走査速度設定部１１により、ステップＳ１０２にて設定された照射量に基づき、目標走査位置のそれぞれにおける荷電粒子線Ｒの目標走査速度が設定される（Ｓ１０３：走査速度設定ステップ）。走査速度設定部１１は、例えば照射量と走査速度とを対応付けたテーブルを保持しておき、所与の照射量に応じた走査速度を選択して、目標走査速度として設定する。走査速度設定部１１は、設定した目標走査速度を、目標走査位置と対応付けて目標走査軌道とし、走査制御部１２に送信する。
【００４６】
そして、走査制御部１２により、目標走査軌道（目標走査位置及び目標走査速度）にしたがって、荷電粒子線Ｒが腫瘍５２上にて走査されるよう走査磁石３の制御が実行される（Ｓ１０４）。走査制御部１２は、図４を参照して説明したように、目標走査軌道を制御入力とし、ビーム位置モニタ７により計測された実際の荷電粒子線Ｒの走査軌道（走査位置、走査速度）をフィードバック成分として、走査磁石３の磁力を調整する電源の電流強度を調整することにより、荷電粒子線Ｒの走査軌道の位置・速度フィードバック制御を行う。
【００４７】
次に、図６を参照して、上述した照射部１において実行される一連の処理をコンピュータに実行させるための荷電粒子線照射プログラムについて説明する。図６に示すように、荷電粒子線照射プログラム２０２は、コンピュータが備える記憶媒体２００に形成されたプログラム格納領域２０１内に格納されている。
【００４８】
荷電粒子線照射プログラム２０２は、荷電粒子線照射処理を総括的に制御するメインモジュール２０２ａと、走査ライン設定モジュール２０２ｂと、照射量設定モジュール（照射量設定機能）２０２ｃと、走査速度設定モジュール（走査速度設定機能）２０２ｄと、走査制御モジュール２０２ｅとを備えて構成される。
【００４９】
走査ライン設定モジュール２０２ｂ、照射量設定モジュール２０２ｃ、走査速度設定モジュール２０２ｄ、及び走査制御モジュール２０２ｅを実行させることにより実現される機能は、上述した図３の制御装置８の走査ライン設定部９、照射量設定部１０、走査速度設定部１１、及び走査制御部１２の機能とそれぞれ同様である。
【００５０】
なお、荷電粒子線照射プログラム２０２は、その一部又は全部が、通信回線等の伝送媒体を介して伝送され、他の機器により受信されて記録（インストールを含む）される構成としてもよい。また、荷電粒子線照射プログラム２０２は、その一部又は全部が、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、フラッシュメモリなどの持ち運び可能な記憶媒体に格納された状態から、他の機器に記録（インストールを含む）される構成としてもよい。
【００５１】
このような荷電粒子線照射装置、荷電粒子線照射方法及び荷電粒子線照射プログラムによれば、腫瘍５２上の荷電粒子線Ｒの目標走査位置のそれぞれにおける荷電粒子線Ｒの照射量が設定されると、この照射量に基づき、各目標走査位置における荷電粒子線Ｒの目標走査速度が設定される。荷電粒子線Ｒの走査速度は、従来、荷電粒子線Ｒの照射量の制御量として用いられていたビーム強度と比べて、安定させることが容易であるため、所望の値に正確に変調させることが可能である。したがって、目標走査速度を荷電粒子線Ｒの照射量を調整するための制御量として用いることによって、制御量を所望の値に正確に変調させることが可能となり、この結果、荷電粒子線Ｒの照射量を精度良く制御できる。
【００５２】
また、走査制御部１２が、目標走査位置及び目標走査速度にしたがって、荷電粒子線Ｒが腫瘍５２上にて走査されるよう走査磁石３を制御するため、安定した調整が可能な目標走査速度を、荷電粒子線Ｒの照射量を調整するための制御量として用いることによって、制御量を所望の値に正確に変調させることが可能となり、この結果、荷電粒子線Ｒの照射量を精度良く制御できる。
【００５３】
また、走査制御部１２は、目標走査位置とビーム位置モニタ７により計測された走査位置との誤差が無くなるように、また、目標走査速度とビーム位置モニタ７により計測された走査速度との誤差が無くなるように、走査磁石３への制御入力（電流強度）を調整する位置速度フィードバック制御を行い、走査磁石３を制御する。このため、荷電粒子線Ｒの走査位置及び走査速度に基づき位置速度フィードバック制御を行って走査磁石３を制御するので、目標走査位置及び目標走査速度への追従性が向上し、荷電粒子線Ｒの照射量をより一層高精度に制御することができる。
【００５４】
以上、本発明に係る荷電粒子線照射装置、荷電粒子線照射方法及び荷電粒子線照射プログラムについて好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。走査制御部１２による位置速度フィードバック制御は、図４に示したブロック線図の構成とは別の構成としてもよく、例えば、目標走査位置に基づく位置フィードバック制御と、目標走査速度に基づく速度フィードバック制御を個別に行い、両方の制御出力を合計した値を電流強度として走査磁石３の電源を調整してもよい。
【００５５】
また、走査制御部１２は、線量モニタ４で検知される荷電粒子線Ｒのビーム強度を監視しておき、ビーム強度が所定の誤差範囲外に変動した場合には、当該変動を相殺して所与の照射量が実現されるように、走査磁石３による走査速度を調整する制御を更に行うこととしてもよい。すなわち、走査制御部１２は、一定であるはずの上記ビーム強度が変動して所定の上限以上になった場合には、走査速度を大きくする方向に調整し、ビーム強度が所定の下限以下になった場合には、走査速度を小さくする方向に調整する。なお、上記の上限及び下限は、許容されるべきビーム強度の誤差範囲の上限・下限として設定される。このような制御により、荷電粒子線Ｒのビーム強度の変動も考慮に含め、正確な照射量での荷電粒子線Ｒの照射を継続することができる。そして、ビーム強度の変動に起因する治療中断を避けることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１…照射部、３…走査磁石（走査手段）、４…線量モニタ（ビーム強度検知手段）、７…ビーム位置モニタ（計測手段）、８…制御装置、９…走査ライン設定部、１０…照射量設定部（照射量設定手段）、１１…走査速度設定部、１２…走査制御部（制御手段）、５２…腫瘍（被照射物）、２０２…荷電粒子線照射プログラム、２０２ｂ…走査ライン設定モジュール、２０２ｃ…照射量設定モジュール（照射量設定機能）、２０２ｄ…走査速度設定モジュール（走査速度設定機能）、２０２ｅ…走査制御モジュール、Ｌ…走査ライン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照射物に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射装置であって、
前記被照射物へ照射される前記荷電粒子線を走査する走査手段と、
前記走査手段により前記被照射物上を走査される前記荷電粒子線の走査ライン上の複数の目標走査位置のそれぞれにおける前記荷電粒子線の照射量を設定する照射量設定手段と、
前記照射量設定手段により設定された照射量に基づき、前記目標走査位置のそれぞれにおける前記荷電粒子線の目標走査速度を設定する走査速度設定手段と、
を備えることを特徴とする荷電粒子線照射装置。
【請求項２】
前記目標走査位置及び前記目標走査速度にしたがって、前記荷電粒子線が前記被照射物上にて走査されるよう前記走査手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする、請求項１に記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項３】
前記走査手段により前記被照射物上を走査された前記荷電粒子線の走査位置及び走査速度を計測する計測手段を備え、
前記制御手段は、前記目標走査位置と前記計測手段により計測された前記走査位置との誤差が無くなるように、また、前記目標走査速度と前記計測手段により計測された前記走査速度との誤差が無くなるように、前記走査手段への制御入力を調整する位置速度フィードバック制御を行い、前記走査手段を制御することを特徴とする、請求項２に記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項４】
前記荷電粒子線のビーム強度を検知するビーム強度検知手段を更に備え、
前記制御手段は、
前記ビーム強度検知手段で検知された前記ビーム強度が所定の誤差範囲外に変動した場合には、当該変動を相殺するように前記走査手段による走査速度を調整することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項５】
被照射物に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射方法であって、
走査手段により前記被照射物上を走査される前記荷電粒子線の走査ライン上の複数の目標走査位置のそれぞれにおける前記荷電粒子線の照射量を設定する照射量設定ステップと、
前記照射量設定ステップにおいて設定された照射量に基づき、前記目標走査位置のそれぞれにおける前記荷電粒子線の目標走査速度を設定する走査速度設定ステップと、
を備えることを特徴とする荷電粒子線照射方法。
【請求項６】
被照射物に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射プログラムであって、
走査手段により前記被照射物上を走査される前記荷電粒子線の走査ライン上の複数の目標走査位置のそれぞれにおける前記荷電粒子線の照射量を設定する照射量設定機能と、
前記照射量設定機能により設定された照射量に基づき、前記目標走査位置のそれぞれにおける前記荷電粒子線の目標走査速度を設定する走査速度設定機能と、
をコンピュータに実現させるための荷電粒子線照射プログラム。
【請求項１】
被照射物に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射装置であって、
前記被照射物へ照射される前記荷電粒子線を走査する走査手段と、
前記走査手段により前記被照射物上を走査される前記荷電粒子線の走査ライン上の複数の目標走査位置のそれぞれにおける前記荷電粒子線の照射量を設定する照射量設定手段と、
前記照射量設定手段により設定された照射量に基づき、前記目標走査位置のそれぞれにおける前記荷電粒子線の目標走査速度を設定する走査速度設定手段と、
を備えることを特徴とする荷電粒子線照射装置。
【請求項２】
前記目標走査位置及び前記目標走査速度にしたがって、前記荷電粒子線が前記被照射物上にて走査されるよう前記走査手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする、請求項１に記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項３】
前記走査手段により前記被照射物上を走査された前記荷電粒子線の走査位置及び走査速度を計測する計測手段を備え、
前記制御手段は、前記目標走査位置と前記計測手段により計測された前記走査位置との誤差が無くなるように、また、前記目標走査速度と前記計測手段により計測された前記走査速度との誤差が無くなるように、前記走査手段への制御入力を調整する位置速度フィードバック制御を行い、前記走査手段を制御することを特徴とする、請求項２に記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項４】
前記荷電粒子線のビーム強度を検知するビーム強度検知手段を更に備え、
前記制御手段は、
前記ビーム強度検知手段で検知された前記ビーム強度が所定の誤差範囲外に変動した場合には、当該変動を相殺するように前記走査手段による走査速度を調整することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項５】
被照射物に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射方法であって、
走査手段により前記被照射物上を走査される前記荷電粒子線の走査ライン上の複数の目標走査位置のそれぞれにおける前記荷電粒子線の照射量を設定する照射量設定ステップと、
前記照射量設定ステップにおいて設定された照射量に基づき、前記目標走査位置のそれぞれにおける前記荷電粒子線の目標走査速度を設定する走査速度設定ステップと、
を備えることを特徴とする荷電粒子線照射方法。
【請求項６】
被照射物に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射プログラムであって、
走査手段により前記被照射物上を走査される前記荷電粒子線の走査ライン上の複数の目標走査位置のそれぞれにおける前記荷電粒子線の照射量を設定する照射量設定機能と、
前記照射量設定機能により設定された照射量に基づき、前記目標走査位置のそれぞれにおける前記荷電粒子線の目標走査速度を設定する走査速度設定機能と、
をコンピュータに実現させるための荷電粒子線照射プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−４５１６６（Ｐ２０１２−４５１６６Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８９８１６（Ｐ２０１０−１８９８１６）
【出願日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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