(57)【要約】【課題】正常な状態で得られるセンサデータの変動が大の粒子線治療システムについて、高精度の寿命評価が可能な粒子線治療システムの寿命評価装置及び寿命評価方法を実現する。【解決手段】粒子線治療装置１００の高周波増幅回路５７Ａ、５８Ａのある期間に取得したカソード電圧、カソード電流、及びグリッド電流をクラスタ化して正常データ群を定めて第１評価モデルを作成する。作成した第１評価モデルの構成要素を換算関数（活性化関数であるシグモイド関数）により換算し、正常データ群を定めて第２評価モデルを作成する。センサデータを第１評価モデルで評価し、正常であれば寿命を評価し、異常であれば、データを換算関数により換算し、換算したデータを第２評価モデルにより正常か異常かを評価し、正常であれば寿命を評価する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子線治療システムに配置された複数の高周波増幅器の複数のカソード電圧、複数のカソード電流、及び複数のグリッド電流を示すデータを時系列で取得する入力部と、
前記複数のカソード電圧を示すデータ、前記複数のカソード電流を示すデータ及び前記複数のグリッド電流を示すデータの時系列データを記憶する記憶部と、
前記粒子線治療システムが正常に稼働しているときに取得した、前記複数のカソード電圧、前記複数のカソード電流、及び前記複数のグリッド電流を示す時系列データのそれぞれの平均値であるカソード電圧平均値、カソード電流平均値及びグリッド電流平均値を演算し、前記カソード電圧平均値、カソード電流平均値及びグリッド電流平均値のそれぞれの平均値をクラスタ化して第１評価モデルを作成し、前記第１評価モデルの構成要素を所定の換算関数により換算して第２評価モデルを作成し、前記記憶部に記憶させる評価モデル作成部と、
前記入力部から取得したカソード電圧、カソード電流及びグリッド電流を示すデータを、前記第１評価モデルを使用して前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する第１評価モードと、前記第１評価モードを使用して詳細評価必要と評価された前記カソード電圧、前記カソード電流又は前記グリッド電流を、前記第２評価モデルを使用して前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する第２評価モードにより、前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する寿命評価部と、
を備えることを特徴とする粒子線治療システムの寿命評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載の粒子線治療システムの寿命評価装置において、
前記寿命評価部は、
前記第１評価モードにて、前記第１評価モデルの所定の位置と、前記入力部から取得したカソード電圧、カソード電流、及びグリッド電流との乖離度が所定の大きさを超えたときに詳細評価必要と評価し、
前記第２評価モードにて、前記第２評価モデルの所定の位置と、前記入力部から取得したカソード電圧、カソード電流及びグリッド電流を前記換算関数により換算した換算データとの乖離度が所定の大きさを超えたときに前記複数の高周波増幅器の寿命終了と評価することを特徴とする粒子線治療システムの寿命評価装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の粒子線治療システムの寿命評価装置において、
前記寿命評価部は、
前記第１評価モードにて、前記入力部から取得したカソード電圧、カソード電流又はグリッド電流を正常と評価したときに、前記取得したカソード電圧、カソード電流又はグリッド電流を前記第１評価モデルの構成要素に加え、
前記取得したカソード電圧、カソード電流又はグリッド電流を前記換算関数により換算した換算データを前記第２評価モデルの構成要素に加えることを特徴とする粒子線治療システムの寿命評価装置。
【請求項４】
請求項１、２、３のうちのいずれか一項に記載の粒子線治療システムの寿命評価装置において、
前記所定の換算関数は、シグモイド関数であることを特徴とする粒子線治療システムの寿命評価装置。
【請求項５】
請求項２に記載の粒子線治療システムの寿命評価装置において、
前記第１評価モデルの所定の位置は、前記第１評価モデルの正常データ範囲の中心であり、前記第２評価モデル所定の位置は、前記第２評価モデルの正常データ範囲の中心であることを特徴とする粒子線治療システムの寿命評価装置。
【請求項６】
粒子線治療システムに配置された複数の高周波増幅器の寿命評価方法であって、
前記複数の高周波増幅器の複数のカソード電圧、複数のカソード電流、及び複数のグリッド電流を示すデータを時系列で取得する第１ステップと、
前記粒子線治療システムが正常に稼働しているときに取得した、前記複数のカソード電圧、前記複数のカソード電流、及び前記複数のグリッド電流を示す時系列データのそれぞれの平均値であるカソード電圧平均値、カソード電流平均値及びグリッド電流平均値を演算する第２ステップと、
前記カソード電圧平均値、前記カソード電流平均値及び前記グリッド電流平均値をクラスタ化して第１評価モデルを作成する第３ステップと、
前記第１評価モデルの構成要素を所定の換算関数により換算して第２評価モデルを作成する第４ステップと、
前記カソード電圧、前記カソード電流及び前記グリッド電流を、前記第１評価モデルを使用して前記複数の高周波増幅回路の寿命を評価する第５ステップと、
前記第１評価モデルを使用して評価して、詳細評価必要と評価されたとき、前記カソード電圧、前記カソード電流又は前記グリッド電流を、前記換算関数を使用して換算し、前記第２評価モデルを用いて評価して、前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する第６ステップと、
を備えることを特徴とする粒子線治療システムの高周波増幅器の寿命評価方法。
【請求項７】
請求項６に記載の粒子線治療システムの高周波増幅器の寿命評価方法において、
前記第５ステップは、
前記第１評価モデルの所定の位置と、前記カソード電圧、カソード電流及びグリッド電流との乖離度が所定の大きさを超えたときに詳細評価必要と評価し、
前記第２評価モデルの所定の位置と、前記カソード電圧、カソード電流及びグリッド電流を前記換算関数により換算した換算データとの乖離度が所定の大きさを超えたときに前記複数の高周波増幅器の寿命終了と評価することを特徴とする粒子線治療システムの高周波増幅器の寿命評価方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載の粒子線治療システムの寿命評価方法において、
前記所定の換算関数は、シグモイド関数であることを特徴とする粒子線治療システムの寿命評価方法。
【請求項９】
請求項７に記載の粒子線治療システムの寿命評価方法において、
前記第１評価モデルの所定の位置は、前記第１評価モデルの正常データ範囲の中心であり、前記第２評価モデル所定の位置は、前記第２評価モデルの正常データ範囲の中心であることを特徴とする粒子線治療システムの寿命評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子線治療システムの寿命評価装置及び寿命評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線を用いた癌治療システムである粒子線治療システムは、粒子線の線量集中性を活用し、粒子線を患部に集中して照射して、周辺への健常な組織への影響を抑制することが特徴である。
【０００３】
その構造は、入射装置と加速器と治療室とを備えている。そして、入射装置の電子銃からリング状の加速器内に粒子ビームを放射し、加速器により必要なエネルギー量に到達したとき、円軌道から離脱させ、外部にビームとして取り出して患部に照射する。
【０００４】
入射装置は高周波増幅器（ＲＦ増幅器）を有しており、ＲＦ増幅器は、粒子線治療システムを構成する部品の中で寿命が短く、粒子線治療システムを寿命評価するには、ＲＦ増幅器の寿命評価が重要である。
【０００５】
ＲＦ増幅器は、少なくともカソードとグリッドを有する増幅素子を備え、ＲＦ増幅器の寿命評価には、増幅素子の主要構成部品であるカソードとグリッドを監視することが重要である。
【０００６】
粒子線治療システムの寿命評価に利用できる技術としては、機械設備の異常予兆の有無を評価する異常予兆評価技術がある。
【０００７】
この異常予兆評価技術においては、機械設備が正常に稼働しているときに、機械設備に設置した複数のセンサから取得したセンサデータをクラスタ化して評価モデルを作成する。その後、稼働中の機械設備に設置した上記複数のセンサデータを取得し、取得したセンサデータと作成した評価モデルとの乖離度を算出し、算出した乖離度が示す異常度の大きさから、機械設備の異常予兆の有無を評価している。
【０００８】
例えば、評価モデルから所定の範囲の乖離度合いを有するセンサデータを取得した場合は、「正常」と評価し、それを超えるセンサデータに対しては「異常予兆」と評価する。
【０００９】
異常予兆評価技術の一例として、特許文献１に記載された技術が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４８３２６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、本願の発明者らは、粒子線治療システムにおける入射装置のＲＦ増幅器においては、評価モデルから乖離度合いの大きいセンサデータであっても、正常な粒子線治療システムにおける正常なＲＦ増幅器から検出されるものがあることがわかった。
【００１２】
これは、粒子線治療システムにおいては、様々な検体を対象としており、測定条件が変化しやすく、ＲＦ増幅器が正常であっても、得られたセンサデータが、それまで収集した正常データの範囲外となる場合があるからである。
【００１３】
従来技術においては、装置が正常であっても、それまで収集した正常データから装置を評価した場合、異常と判断される場合があるとの認識に欠けていた。
【００１４】
このため、粒子線治療システムについて、高精度の寿命評価を行うことができなかった。
【００１５】
本発明の目的は、上記課題を解決するためになされたものであり、正常な状態で得られるセンサデータの変動が大の粒子線治療システムについて、高精度の寿命評価が可能な粒子線治療システムの寿命評価装置及び寿命評価方法を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
【００１７】
粒子線治療システムの寿命評価装置において、粒子線治療システムに配置された複数の高周波増幅器の複数のカソード電圧、複数のカソード電流、及び複数のグリッド電流を示すデータを時系列で取得する入力部と、前記複数のカソード電圧を示すデータ、前記複数のカソード電流を示すデータ及び前記複数のグリッド電流を示すデータの時系列データを記憶する記憶部と、前記粒子線治療システムが正常に稼働しているときに取得した、前記複数のカソード電圧、前記複数のカソード電流、及び前記複数のグリッド電流を示す時系列データのそれぞれの平均値であるカソード電圧平均値、カソード電流平均値及びグリッド電流平均値を演算し、前記カソード電圧平均値、カソード電流平均値及びグリッド電流平均値のそれぞれの平均値をクラスタ化して第１評価モデルを作成し、前記第１評価モデルの構成要素を所定の換算関数により換算して第２評価モデルを作成し、前記記憶部に記憶させる評価モデル作成部と、前記入力部から取得したカソード電圧、カソード電流及びグリッド電流を示すデータを、前記第１評価モデルを使用して前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する第１評価モードと、前記第１評価モードを使用して詳細評価必要と評価された前記カソード電圧、前記カソード電流又は前記グリッド電流を、前記第２評価モデルを使用して前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する第２評価モードにより、前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する寿命評価部と、を備える。
【００１８】
また、粒子線治療システムに配置された複数の高周波増幅器の寿命評価方法であって、前記複数の高周波増幅器の複数のカソード電圧、複数のカソード電流、及び複数のグリッド電流を示すデータを時系列で取得する第１ステップと、前記粒子線治療システムが正常に稼働しているときに取得した、前記複数のカソード電圧、前記複数のカソード電流、及び前記複数のグリッド電流を示す時系列データのそれぞれの平均値であるカソード電圧平均値、カソード電流平均値及びグリッド電流平均値を演算する第２ステップと、前記カソード電圧平均値、前記カソード電流平均値及び前記グリッド電流平均値をクラスタ化して第１評価モデルを作成する第３ステップと、前記第１評価モデルの構成要素を所定の換算関数により換算して第２評価モデルを作成する第４ステップと、前記カソード電圧、前記カソード電流及び前記グリッド電流を、前記第１評価モデルを使用して前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する第５ステップと、前記第１評価モデルを使用して評価して、詳細評価必要と評価されたとき、前記カソード電圧、前記カソード電流又は前記グリッド電流を、前記換算関数を使用して換算し、前記第２評価モデルを用いて評価して、前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する第６ステップと、を備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、正常な状態で得られるセンサデータの変動が大の粒子線治療システムについて、高精度の寿命評価が可能な粒子線治療システムの寿命評価装置及び寿命評価方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例が適用される粒子線治療装置の概略構成図である。
【図２】高周波電源装置における高周波増幅回路の内部構成説明図である。
【図３】本発明の実施例による寿命評価装置の全体構成図である。
【図４】本発明の実施例における寿命評価の動作フローチャートである。
【図５】寿命評価に用いられる第１評価モデルの例を示す図である。
【図６】寿命評価に用いられる第２評価モデルの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明においては、粒子線治療装置における入射装置のＲＦ増幅器のカソードとグリッドの監視を、カソード電圧（Ｖｋ）と電流（Ｉｋ）、及びグリッド電流（Ｉｇ）に対して、それぞれの信号ごとに、正常に稼働しているときのデータを用いた学習データをクラスタ化して評価モデルを作成し、これらの信号を、専用の評価モデルと比較することで寿命評価を行う。
【００２２】
さらに、入射装置は、複数のＲＦ増幅器を有し、それぞれのＲＦ増幅器からの出力信号には大きなばらつきがあり、これを対策する必要がある。
【００２３】
本願発明においては、次のようにして寿命評価を行う。
【００２４】
（１）正常に稼働しているときの複数のＲＦ増幅器からのカソード電圧（Ｖｋ）と電流（Ｉｋ）、及びグリッド電流（Ｉｇ）を取得し、それぞれの平均値を求め各信号の基準値とする。
【００２５】
（２）上記基準値を中心として、粒子線治療システムの特性に応じて基準値に対する方向と距離を決定し、基準値ごとにクラスタ化して第１評価モデルを作成する。
【００２６】
（３）第１評価モデルの構成要素を所定の換算を施して第２評価モデルを作成する。
【００２７】
（４）取得したカソード電圧（Ｖｋ）と電流（Ｉｋ）、及びグリッド電流（Ｉｇ）の信号を、対応する第１評価モデルにより評価して、ＲＦ増幅器の寿命を評価することにより、粒子線治療システムの寿命を評価する。
【００２８】
（５）第１評価モデルにより異常予兆を検知したら、センサデータに所定の換算を施して、第２評価モデルで評価する。
【００２９】
（６）センサデータと第２評価モデルとの乖離度合いに応じて、各部位の寿命評価を行い、ＲＦ増幅器の寿命を評価することにより、粒子線治療システムの寿命を評価する。
【００３０】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００３１】
図１は、本発明の実施例が適用される粒子線治療装置（粒子線治療システム）１００の概略構成図である。
【００３２】
図１において、粒子線治療装置１００は、シンクロトロン型加速器５０、ライナック５６、イオン源５９、ビーム輸送系５２、照射装置５４、治療台４０、寿命評価装置（制御装置）１、および複数の高周波電源装置５７、５８が配置されている。
【００３３】
イオン源５９は、治療に用いられるイオンを発生させる機器である。ライナック５６は、イオン源５９で発生させたイオンをシンクロトロン型加速器５０に入射するのに適した速度まで加速する機器である。
【００３４】
シンクロトロン型加速器５０は、ライナック５６で所定の速度まで加速されたイオンをさらに加速し、イオンビームとする加速器である。シンクロトロン型加速器５０は、偏向電磁石や、高周波加速空胴、出射装置５０ａなどから構成される。なお、シンクロトロン型加速器５０を用いる場合について説明したが、加速器は高周波電源装置を備えていればよく、例えばサイクロトロン型加速器等とすることができる。
【００３５】
ビーム輸送系５２はシンクロトロン型加速器５０に接続されており、シンクロトロン型加速器５０から出射されたイオンビームを照射装置５４に導く。
【００３６】
照射装置５４は治療室に設けられており、イオンビームを照射するための機器であり、ビームの軌道に対して垂直な平面内の直交する二方向に独立にビームを走査させる二台の走査電磁石、ビームモニタ等を備えている。
【００３７】
治療台４０は、患者４５をのせるベッドである。
【００３８】
寿命評価装置１は制御装置も兼ねており、粒子線治療装置を構成する各部の寿命を評価するのみならず、シンクロトロン型加速器５０をはじめとした粒子線治療装置１００内の各装置、機器の動作、警報を制御する。
【００３９】
高周波電源装置５７は、ライナック５６に供給する高周波を生成する装置であり、高周波電源装置５８は、シンクロトロン型加速器５０中の出射装置５０ａに供給する高周波を生成する装置である。
【００４０】
粒子線治療装置１００では、イオン源５９で発生させたイオンをライナック５６、およびシンクロトロン型加速器５０で加速してイオンビームとする。加速されたイオンビームはシンクロトロン型加速器５０から出射され、ビーム輸送系５２により照射装置５４まで輸送される。輸送されたイオンビームは照射装置５４で患部形状に合致するように整形され、治療台４０に横になった患者４５の標的に対して所定量照射される。
【００４１】
イオン源５９には、このイオン源５９内の真空度を計測する真空センサ６０が設置されている。また、ライナック５６にも、真空センサ６１及び６２が設置されている。そして、これら真空センサ６０、６１、６２が検出した真空度は、センサデータとして異常予兆評価装置１に入力される。
【００４２】
また、高周波電源装置５７は高周波増幅回路（ＲＦ増幅器）５７Ａを備え、高周波電源装置５８は高周波増幅回路（ＲＦ増幅器）５８Ａを備える。つまり、粒子線治療システム１００に、高周波増幅回路５７Ａ及び高周波増幅回路５８Ａが配置されている。
【００４３】
図２は、高周波電源装置５７における高周波増幅回路５７Ａの内部構成説明図である。高周波増幅回路５８Ａの内部構成も高周波増幅回路５７Ａの内部構成と同様となっているので、高周波増幅回路５７Ａの内部構成のみ図示し、高周波増幅回路５８Ａの内部構成及びその詳細な説明は省略する。
【００４４】
図２において、高周波増幅回路５７Ａは、真空管２３のグリッド２１を接地したグリッド接地方式の増幅回路の概略を示すもので、真空管２３、カソード用加熱電源２４、カソード電源２８、プレート電源２７、高周波フィルタ１３、結合コンデンサ２５、２６、グリッド電流検出器２９、カソード電圧検出器３０で構成される。
【００４５】
真空管２３は高周波増幅に用いられるもので、同様な構成の真空管が並列に複数個接続されている（図２に示した例では、３個の真空管が互いに並列に接続されている）。真空管２３は、カソード２０とグリッド２１、プレート２２を有する三極管であるが、例えば四極や五極等の構成の真空管であっても構わない。図２では三極管の例を示す。
【００４６】
また、図２では真空管２３を３個並列接続した形態を示したが、必要とする出力電力に応じて真空管２３は複数個接続することができ、並列接続であれば個数を制限するものではない。また、図２はグリッド接地であるが、カソード接地その他の回路方式であっても、並列に接続されていれば同様に本発明の真空管２３の寿命予測方法は実施可能である。
【００４７】
カソード用加熱電源２４は交流を用いており、その場合は高周波フィルタ１３を併用する。なお、直流電源でもかまわない。
【００４８】
カソード電源２８は直流電源で、正極接地でカソード２０とグリッド２１との間に接続され、この値を変えることでプレート電流Ｉｐ（Ｉｐ１、Ｉｐ２、Ｉｐ３）を調整する。
【００４９】
プレート電源２７は直流電源で、負極接地で高周波フィルタ１３を通してプレート２２に接続する。本実施例のプレート電源２７は、その内部で各々の真空管２３のプレート２２に流れるプレート電流Ｉｐを検出することができるものとする。なお、プレート電流Ｉｐはプレート電源２７で計測する形態に限られず、電流計を各々のプレート２２とプレート電源２７との間に配置して、その電流計で計測してもよい。
【００５０】
カソード電源２８、プレート電源２７とも、値は使用する真空管に依存する。図２において、プレート電源２７は１台で共用しているが、別々の電源を用いてもかまわない。
【００５１】
グリッド電流検出器２９は例えばシャント抵抗や電流変換器（ＣＴ）などがあり、各々の真空管２３のグリッド電流Ｉｇ（Ｉｇ１、Ｉｇ２、Ｉｇ３）を検出する。
【００５２】
カソード電圧検出器３０はカソード電源２８のモニター出力を検出することでカソード電圧Ｖｋ（Ｖｋ１、Ｖｋ２、Ｖｋ３）を検出する。なお、直接カソード電圧Ｖｋを計測してもかまわない。
【００５３】
カソード電源２８に流れるカソード電流Ｉｋ（Ｉｋ１、Ｉｋ２、Ｉｋ３）は、カソード電圧検出器３０が検出した電圧から、カソード電流演算器１２により演算で求められる。なお、図２からもわかるように、カソード電流Ｉｋはグリッド電流Ｉｇとプレート電流Ｉｐの和であることから、プレート電源２７によって計測されるプレート電流Ｉｐとグリッド電流検出器２９によって計測されるグリッド電流Ｉｇとから計算して求めることも可能である。
【００５４】
３つのカソ−ド電流演算器１２により演算されたカソード電流を示すデータＳ１−１、Ｓ１−４、Ｓ１−７、３つのカソード電圧検出器３０が検出したカソード電圧を示すデータＳ１−２、Ｓ１−５、Ｓ１−８、３つのグリッド電流検出器２９が検出したグリッド電流を示すデータＳ１−３、Ｓ１−６、Ｓ１−９は、寿命評価装置１に入力される。
【００５５】
図３は、本発明の実施例による寿命評価装置１の全体構成図であり、図４は、実施例における寿命評価の動作フローチャートである。
【００５６】
また、図５は、寿命評価に用いられる第１評価モデルの例を示す図であり、図６は、寿命評価に用いられる第２評価モデルの例を示す図である。
【００５７】
まず、図５及び図６を参照して、第１評価モデル及び第２評価モデルについて説明する。
【００５８】
図５に示すグラフにおいて、横軸はパラメータα、縦軸はパラメータβを示している。パラメータα及びパラメータβは、粒子治療装置１００に設置された複数のセンサからのセンサデータの値を示し、パラメータαはカソード電圧検出器３０が検出した電圧値であり、パラメータβは、グリッド電流検出器２９が検出した電流値である。
【００５９】
また、図５において、ａ、ｂ、ｃ及びｄは、複数の高周波増幅回路を示す。図１に示した例では、高周波増幅回路は、２つしか存在しないが、評価モデルの例として４つの例を用いている。そして、各高周波増幅回路のカソード電圧検出器３０が検出したカソード電圧値データ及びグリッド電流検出器２９が検出したグリッド電流値データについてプロットしている。
【００６０】
そして、粒子線治療装置１００が正常に稼働（動作）し、高周波増幅回路が正常に稼働（動作）したと判断される期間の複数のセンサデータをクラスタ化して正常データ群が定められ、高周波増幅回路が異常動作したと判断される期間の複数のセンサデータをクラスタ化して異常データ群が定められている。
【００６１】
図６は、図５に示したパラメータα及びパラメータβのデータを所定の換算関数（シグモイド関数等の活性化関数）を用いて換算してパラメータα’及びパラメータβ’を算出した結果を示すグラフである。そして、粒子線治療装置１００の高周波増幅回路が正常に動作したと判断される期間の複数のセンサデータをクラスタ化して正常データ群とし、高周波増幅回路が異常動作したと判断される期間の複数のセンサデータをクラスタ化して異常データ群としている。
【００６２】
図５と図６とを比較すると、第２評価モデルの正常データ群の集中度は、第１評価モデルの正常データ群の集中度より高くなっていることが理解できる。つまり、第１評価モデルに比較して、第２評価モデルは、正常データ群の範囲をより明確に行うことができ、第１評価モデルの正常データ群の範囲外となったデータであっても、正常データの範囲内となる可能性が高くなり、異常予兆評価の精度及び寿命評価の精度を向上することができる。
【００６３】
第２評価モデルのみ用いて、異常予兆評価及び寿命評価を実行することも考えられるが、センサデータを活性化関数（シグモイド関数）により換算する必要があるため、異常予兆評価及び寿命評価に必要な時間が長くなる。
【００６４】
このため、本発明においては、まず、第１評価モデルで評価した結果、異常と判断され、詳細評価必要と評価された場合に、センサデータを換算関数により換算し、換算したデータを第２評価モデルにより正常か異常かを評価して寿命を評価する。これにより、第１評価モデルで評価した結果、異常と判断した場合のみ、センサデータを換算関数により換算すればよいので、異常予兆評価及び寿命評価に必要な時間を短縮することができる。
【００６５】
図５及び図６に示した例は、２次元データの場合の例であるが、３次元データでも適用可能である。従って、本発明の実施例におけるカソード電圧と、カソード電流と、グリッド電流とを用いる場合も適用することができる。
【００６６】
次に、図３及び図４を参照して、実施例１の構成及び動作を説明する。
【００６７】
図３において、寿命評価装置１は、入力部２と、メモリ（記憶部）３と、平均値演算部４と、データクラスタ化部５と、第１評価モデル作成部６と、換算部７と、第２評価モデル作成部８と、寿命評価部９とを備えている。
【００６８】
図４のステップＳ１において、粒子線治療装置１００の正常時における高周波増幅回路５７ＡからのデータＳ１―１〜Ｓ１−９、高周波増幅回路５８ＡからのデータＳ２―１〜Ｓ２−９が入力部２に時系列で入力されて収集され、メモリ３に格納される（時系列データをメモリ３が記憶する）。
【００６９】
次に、ステップＳ２において、平均値演算部４は、時系列で入力されたカソード電圧、カソード電流、グリッド電流のそれぞれの平均値（カソード電圧平均値、カソード電流平均値、グリッド電流平均値）を演算し、メモリ３に格納する。
【００７０】
ステップＳ３及びＳ４において、データクラスタ化部５は、メモリ３に格納された平均値データをクラスタ化して、正常データ群を作成し、第１評価モデル作成部６により第１評価モデルを作成して、メモリ３に格納（記憶）する。
【００７１】
そして、ステップＳ５において、メモリ３に格納された第１評価モデルの構成要素を換算部７が活性化関数であるシグモイド関数により換算し、メモリ３に格納する。
【００７２】
続いて、ステップＳ６において、第２評価モデル作成部８は、換算部７により換算されたデータに基づき、第２評価モデルを作成して、メモリ３に格納する。
【００７３】
ステップＳ７以降は、高周波増幅回路５７Ａ及び５８Ａからのセンサデータの評価ステップである。
【００７４】
ステップＳ７において、高周波増幅回路５７Ａ及び５８Ａからのセンサデータが入力部２を介してメモリ３に格納され、この格納されたデータについて、寿命評価部９は、メモリ３に格納された第１評価モデルを用いて、高周波増幅回路５７Ａ及び５８Ａが正常か否かを評価する。つまり、入力されたデータの平均値が、第１評価モデルに設定された正常データ範囲（第１正常データ範囲）内か否かを判断する（第１評価モードで判断（評価）する）。
【００７５】
ステップＳ８において、データが正常データ範囲内（正常データ範囲の中心との乖離度が所定の大きさ以内のとき）であれば、「異常予兆無し」と判断でき（Ｓ８：Ｙｅｓ）、ステップＳ９に進み、高周波増幅回路５７Ａ及び５８Ａは正常であると評価し、寿命を評価する（ステップＳ７、Ｓ８、Ｓ９を第１評価モードとする）。この寿命の評価は、正常データ範囲の中心との乖離度により判断される。乖離度による寿命評価は、各装置に対して任意に設定可能である。
【００７６】
ステップＳ８において、センサデータが正常データ範囲に入っていなければ（第１正常データ範囲の中心との乖離度が所定の大きさを越えたとき）（Ｓ８：Ｎｏ）、ステップＳ１０に進み、ステップＳ１０において、寿命評価部９はセンサデータを換算部７により換算させ、換算したデータを、第２評価モデルを用いて判断する（第２評価モードで判断（評価）する）。
【００７７】
そして、ステップＳ１１に進み、ステップＳ１１において、寿命評価部９は、換算したデータが第２評価モデルにおける正常データ範囲（第２正常データ範囲）内であるか否かを判断する。換算したデータが第２評価モデルにおける正常データ範囲内（第２正常データ範囲の中心との乖離度が所定の大きさ以内のとき）であれば（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、ステップＳ９にて寿命評価が行われる（ステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ９を第２評価モードとする）。また、換算したデータが第２評価モデルにおける正常データ範囲（第２正常データ範囲）に入っていなければ（Ｓ１１：Ｎｏ）、ステップＳ１２において粒子線治療装置１００の寿命は終了であると評価する。
【００７８】
ステップＳ９及びステップＳ１２における寿命評価結果は、表示部１０に表示される。
【００７９】
ここで、ステップＳ８において、センサデータが正常と評価された場合は、これら正常と評価されたデータは、寿命評価部９の指令に基づいて、第１評価モデルの構成要素に加えられ、メモリ３に記憶される。さらに、これら正常と評価されたデータは、寿命評価部９の指令に基づいて、換算部７により換算関数を用いて換算され、第２評価モデルの構成要素に加えられ、メモリ３に記憶される。
【００８０】
以上のように、本発明の実施例によれば、粒子線治療装置１００の高周波増幅回路５７Ａ、５８Ａが正常に動作したとされる期間に取得したカソード電圧、カソード電流、及びグリッド電流をクラスタ化して正常データ群を定めて第１評価モデルを作成し、作成した第１評価モデルの構成要素を換算関数（活性化関数であるシグモイド関数）により換算し、正常データ群を定めて第２評価モデルを作成する。そして、センサデータを、第１評価モデルで評価し、正常であれば寿命を評価し、異常であれば、データを換算関数により換算し、換算したデータを第２評価モデルにより正常か異常かを評価し、正常であれば寿命を評価する。
【００８１】
したがって、正常な状態で得られるセンサデータの変動が大の粒子線治療装置についても、高精度の寿命評価が可能な粒子線治療システムの寿命評価装置及び寿命評価方法を実現することができる。
【００８２】
なお、上述した実施例においては、平均値演算部４と、データクラスタ化部５と、第１評価モデル作成部６とを別個の部として構成したが、平均値演算部４とデータクラスタ化部５と第１評価モデル作成部６とを一つに纏めて第１評価モデル作成部とすることもできる。
【００８３】
また、換算部７と第２評価モデル作成部８とを一つに纏めて第２評価モデル作成部とすることもできる。
【００８４】
また、平均値演算部４と、データクラスタ化部５と、第１評価モデル作成部６と、換算部７と、第２評価モデル作成部８とを一つに纏めて評価モデル作成部とすることもできる。
【００８５】
また、本発明の実施例において、換算関数の一例としてシグモイド関数を挙げたが、その他に、ステップ関数、ソフトマックス、恒等関数等を使用することが可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１・・・寿命評価装置、  ２・・・入力部、  ３・・・メモリ（記憶部）、４・・・平均値演算部、５・・・データクラスタ化部、  ６・・・第１評価モデル作成部、  ７・・・換算部、  ８・・・第２評価モデル作成部、  ９・・・寿命評価部、  １０・・・表示部、  １２・・・カソード電流演算器、  １３・・・高周波フィルタ、  ２０・・・カソード、  ２１・・・グリッド、  ２２・・・プレート、  ２３・・・真空管、  ２４・・・カソード用加熱電源、  ２５、２６・・・結合コンデンサ、  ２７・・・プレート電源、  ２８・・・カソード電源、  ２９・・・グリッド電流検出器、  ３０・・・カソード電圧検出器、  ４０・・・治療台、  ４５・・・患者、  ５０・・・シンクロトロン型加速器、  ５０ａ・・・出射装置、  ５２・・・ビーム輸送系、  ５４・・・照射装置、  ５６・・・ライナック、  ５７、５８・・・高周波電源装置、  ５７Ａ、５８Ａ・・・高周波増幅回路、  ５９・・・イオン源、  ６０〜６２・・・真空センサ、  １００・・・粒子線治療装置
【図１】
2020010792.tif 000003
【図２】
2020010792.tif 000004
【図３】
2020010792.tif 000005
【図４】
2020010792.tif 000006
【図５】
2020010792.tif 000007
【図６】
2020010792.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月10日(2018.10.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子線治療システムに配置された複数の高周波増幅器の複数のカソード電圧、複数のカソード電流、及び複数のグリッド電流を示すデータを時系列で取得する入力部と、
前記複数のカソード電圧を示すデータ、前記複数のカソード電流を示すデータ及び前記複数のグリッド電流を示すデータの時系列データを記憶する記憶部と、
前記粒子線治療システムが正常に稼働しているときに取得した、前記複数のカソード電圧、前記複数のカソード電流、及び前記複数のグリッド電流を示す時系列データのそれぞれの平均値であるカソード電圧平均値、カソード電流平均値及びグリッド電流平均値を演算し、前記カソード電圧平均値、カソード電流平均値及びグリッド電流平均値のそれぞれの平均値をクラスタ化して第１評価モデルを作成し、前記第１評価モデルの構成要素を所定の換算関数により換算して第２評価モデルを作成し、前記記憶部に記憶させる評価モデル作成部と、
前記入力部から取得したカソード電圧、カソード電流及びグリッド電流を示すデータを、前記第１評価モデルを使用して前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する第１評価モードと、前記第１評価モードを使用して詳細評価必要と評価された前記カソード電圧、前記カソード電流又は前記グリッド電流を、前記第２評価モデルを使用して前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する第２評価モードにより、前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する寿命評価部と、
を備えることを特徴とする粒子線治療システムの寿命評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載の粒子線治療システムの寿命評価装置において、
前記寿命評価部は、
前記第１評価モードにて、前記第１評価モデルの所定の位置と、前記入力部から取得したカソード電圧、カソード電流、及びグリッド電流との乖離度が所定の大きさを超えたときに詳細評価必要と評価し、
前記第２評価モードにて、前記第２評価モデルの所定の位置と、前記入力部から取得したカソード電圧、カソード電流及びグリッド電流を前記換算関数により換算した換算データとの乖離度が所定の大きさを超えたときに前記複数の高周波増幅器の寿命終了と評価することを特徴とする粒子線治療システムの寿命評価装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の粒子線治療システムの寿命評価装置において、
前記寿命評価部は、
前記第１評価モードにて、前記入力部から取得したカソード電圧、カソード電流又はグリッド電流を正常と評価したときに、前記取得したカソード電圧、カソード電流又はグリッド電流を前記第１評価モデルの構成要素に加え、
前記取得したカソード電圧、カソード電流又はグリッド電流を前記換算関数により換算した換算データを前記第２評価モデルの構成要素に加えることを特徴とする粒子線治療システムの寿命評価装置。
【請求項４】
請求項１、２、３のうちのいずれか一項に記載の粒子線治療システムの寿命評価装置において、
前記所定の換算関数は、シグモイド関数であることを特徴とする粒子線治療システムの寿命評価装置。
【請求項５】
請求項２に記載の粒子線治療システムの寿命評価装置において、
前記第１評価モデルの所定の位置は、前記第１評価モデルの正常データ範囲の中心であり、前記第２評価モデル所定の位置は、前記第２評価モデルの正常データ範囲の中心であることを特徴とする粒子線治療システムの寿命評価装置。
【請求項６】
加速器に備えられた高周波電源装置における複数の高周波増幅器の寿命評価方法であって、
前記複数の高周波増幅器の複数のカソード電圧、複数のカソード電流、及び複数のグリッド電流を示すデータを時系列で取得する第１ステップと、
前記複数の高周波増幅器が正常に稼働しているときに取得した、前記複数のカソード電圧、前記複数のカソード電流、及び前記複数のグリッド電流を示す時系列データのそれぞれの平均値であるカソード電圧平均値、カソード電流平均値及びグリッド電流平均値を演算する第２ステップと、
前記カソード電圧平均値、前記カソード電流平均値及び前記グリッド電流平均値をクラスタ化して第１評価モデルを作成する第３ステップと、
前記第１評価モデルの構成要素を所定の換算関数により換算して第２評価モデルを作成する第４ステップと、
前記カソード電圧、前記カソード電流及び前記グリッド電流を、前記第１評価モデルを使用して前記複数の高周波増幅回路の寿命を評価する第５ステップと、
前記第１評価モデルを使用して評価して、詳細評価必要と評価されたとき、前記カソード電圧、前記カソード電流又は前記グリッド電流を、前記換算関数を使用して換算し、前記第２評価モデルを用いて評価して、前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する第６ステップと、
を備えることを特徴とする高周波増幅器の寿命評価方法。
【請求項７】
請求項６に記載の高周波増幅器の寿命評価方法において、
前記第５ステップは、
前記第１評価モデルの所定の位置と、前記カソード電圧、カソード電流及びグリッド電流との乖離度が所定の大きさを超えたときに詳細評価必要と評価し、
前記第２評価モデルの所定の位置と、前記カソード電圧、カソード電流及びグリッド電流を前記換算関数により換算した換算データとの乖離度が所定の大きさを超えたときに前記複数の高周波増幅器の寿命終了と評価することを特徴とする高周波増幅器の寿命評価方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載の高周波増幅器の寿命評価方法において、
前記所定の換算関数は、シグモイド関数であることを特徴とする高周波増幅器の寿命評価方法。
【請求項９】
請求項７に記載の高周波増幅器の寿命評価方法において、
前記第１評価モデルの所定の位置は、前記第１評価モデルの正常データ範囲の中心であり、前記第２評価モデル所定の位置は、前記第２評価モデルの正常データ範囲の中心であることを特徴とする高周波増幅器の寿命評価方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
また、加速器に備えられた高周波電源装置における複数の高周波増幅器の寿命評価方法であって、前記複数の高周波増幅器の複数のカソード電圧、複数のカソード電流、及び複数のグリッド電流を示すデータを時系列で取得する第１ステップと、前記複数の高周波増幅器が正常に稼働しているときに取得した、前記複数のカソード電圧、前記複数のカソード電流、及び前記複数のグリッド電流を示す時系列データのそれぞれの平均値であるカソード電圧平均値、カソード電流平均値及びグリッド電流平均値を演算する第２ステップと、前記カソード電圧平均値、前記カソード電流平均値及び前記グリッド電流平均値をクラスタ化して第１評価モデルを作成する第３ステップと、前記第１評価モデルの構成要素を所定の換算関数により換算して第２評価モデルを作成する第４ステップと、前記カソード電圧、前記カソード電流及び前記グリッド電流を、前記第１評価モデルを使用して前記複数の高周波増幅回路の寿命を評価する第５ステップと、前記第１評価モデルを使用して評価して、詳細評価必要と評価されたとき、前記カソード電圧、前記カソード電流又は前記グリッド電流を、前記換算関数を使用して換算し、前記第２評価モデルを用いて評価して、前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する第６ステップと、を備える。
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月19日(2018.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子線治療システムに配置された複数の高周波増幅器の複数のカソード電圧、複数のカソード電流、及び複数のグリッド電流を示すデータを時系列で取得する入力部と、
前記複数のカソード電圧を示すデータ、前記複数のカソード電流を示すデータ及び前記複数のグリッド電流を示すデータの時系列データを記憶する記憶部と、
前記粒子線治療システムが正常に稼働しているときに取得した、前記複数のカソード電圧、前記複数のカソード電流、及び前記複数のグリッド電流を示す時系列データのそれぞれの平均値であるカソード電圧平均値、カソード電流平均値及びグリッド電流平均値を演算し、前記カソード電圧平均値、カソード電流平均値及びグリッド電流平均値のそれぞれの平均値をクラスタ化して第１評価モデルを作成し、前記第１評価モデルの構成要素を所定の換算関数により換算して第２評価モデルを作成し、前記記憶部に記憶させる評価モデル作成部と、
前記入力部から取得したカソード電圧、カソード電流及びグリッド電流を示すデータを、前記第１評価モデルを使用して前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する第１評価モードと、前記第１評価モードを使用して詳細評価必要と評価された前記カソード電圧、前記カソード電流又は前記グリッド電流を、前記第２評価モデルを使用して前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する第２評価モードにより、前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する寿命評価部と、
を備えることを特徴とする粒子線治療システムの寿命評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載の粒子線治療システムの寿命評価装置において、
前記寿命評価部は、
前記第１評価モードにて、前記第１評価モデルの所定の位置と、前記入力部から取得したカソード電圧、カソード電流、及びグリッド電流との乖離度が所定の大きさを超えたときに詳細評価必要と評価し、
前記第２評価モードにて、前記第２評価モデルの所定の位置と、前記入力部から取得したカソード電圧、カソード電流及びグリッド電流を前記換算関数により換算した換算データとの乖離度が所定の大きさを超えたときに前記複数の高周波増幅器の寿命終了と評価することを特徴とする粒子線治療システムの寿命評価装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の粒子線治療システムの寿命評価装置において、
前記寿命評価部は、
前記第１評価モードにて、前記入力部から取得したカソード電圧、カソード電流又はグリッド電流を正常と評価したときに、前記取得したカソード電圧、カソード電流又はグリッド電流を前記第１評価モデルの構成要素に加え、
前記取得したカソード電圧、カソード電流又はグリッド電流を前記換算関数により換算した換算データを前記第２評価モデルの構成要素に加えることを特徴とする粒子線治療システムの寿命評価装置。
【請求項４】
請求項１、２、３のうちのいずれか一項に記載の粒子線治療システムの寿命評価装置において、
前記所定の換算関数は、シグモイド関数であることを特徴とする粒子線治療システムの寿命評価装置。
【請求項５】
請求項２に記載の粒子線治療システムの寿命評価装置において、
前記第１評価モデルの所定の位置は、前記第１評価モデルの正常データ範囲の中心であり、前記第２評価モデル所定の位置は、前記第２評価モデルの正常データ範囲の中心であることを特徴とする粒子線治療システムの寿命評価装置。
【請求項６】
加速器に備えられた高周波電源装置における複数の高周波増幅器の寿命評価方法であって、
前記複数の高周波増幅器が正常に稼働しているときに取得した、複数のカソード電圧、複数のカソード電流、及び複数のグリッド電流を示す時系列データのそれぞれの平均値であるカソード電圧平均値、カソード電流平均値及びグリッド電流平均値を演算する第１ステップと、
前記カソード電圧平均値、前記カソード電流平均値及び前記グリッド電流平均値をクラスタ化して第１評価モデルを作成する第２ステップと、
前記第１評価モデルの構成要素を所定の換算関数により換算して第２評価モデルを作成する第３ステップと、
前記カソード電圧、前記カソード電流及び前記グリッド電流を、前記第１評価モデルを使用して前記複数の高周波増幅回路の寿命を評価する第４ステップと、
前記第１評価モデルを使用して評価して、詳細評価必要と評価されたとき、前記カソード電圧、前記カソード電流又は前記グリッド電流を、前記換算関数を使用して換算し、前記第２評価モデルを用いて評価して、前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する第５ステップと、
を備えることを特徴とする高周波増幅器の寿命評価方法。
【請求項７】
請求項６に記載の高周波増幅器の寿命評価方法において、
前記第４ステップは、
前記第１評価モデルの所定の位置と、前記カソード電圧、カソード電流及びグリッド電流との乖離度が所定の大きさを超えたときに詳細評価必要と評価し、
前記第２評価モデルの所定の位置と、前記カソード電圧、カソード電流及びグリッド電流を前記換算関数により換算した換算データとの乖離度が所定の大きさを超えたときに前記複数の高周波増幅器の寿命終了と評価することを特徴とする高周波増幅器の寿命評価方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載の高周波増幅器の寿命評価方法において、
前記所定の換算関数は、シグモイド関数であることを特徴とする高周波増幅器の寿命評価方法。
【請求項９】
請求項７に記載の高周波増幅器の寿命評価方法において、
前記第１評価モデルの所定の位置は、前記第１評価モデルの正常データ範囲の中心であり、前記第２評価モデル所定の位置は、前記第２評価モデルの正常データ範囲の中心であることを特徴とする高周波増幅器の寿命評価方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
また、加速器に備えられた高周波電源装置における複数の高周波増幅器の寿命評価方法であって、前記複数の高周波増幅器が正常に稼働しているときに取得した、複数のカソード電圧、複数のカソード電流、及び複数のグリッド電流を示す時系列データのそれぞれの平均値であるカソード電圧平均値、カソード電流平均値及びグリッド電流平均値を演算する第１ステップと、前記カソード電圧平均値、前記カソード電流平均値及び前記グリッド電流平均値をクラスタ化して第１評価モデルを作成する第２ステップと、前記第１評価モデルの構成要素を所定の換算関数により換算して第２評価モデルを作成する第３ステップと、前記カソード電圧、前記カソード電流及び前記グリッド電流を、前記第１評価モデルを使用して前記複数の高周波増幅回路の寿命を評価する第４ステップと、前記第１評価モデルを使用して評価して、詳細評価必要と評価されたとき、前記カソード電圧、前記カソード電流又は前記グリッド電流を、前記換算関数を使用して換算し、前記第２評価モデルを用いて評価して、前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する第５ステップと、を備える。