(57)【要約】【課題】入射ビーム位置を監視することができ、かつ荷電粒子ビーム径を拡大することなく、細いビームのまま照射することができる荷電粒子線照射システム及び照射ノズル装置を提供する。【解決手段】上流ビーム位置モニタ装置６は、荷電粒子ビームが通過する中央部分の電極線の配置間隔を周辺部分よりも広くしたビーム位置モニタ１７を備える。これにより荷電粒子ビームが当たるタングステンワイヤの本数が減るため、荷電粒子ビームの散乱が抑えられ、細いビームまま照射対象１３に照射が可能となる。また、上流ビーム位置モニタ装置６の検出信号を用いてビーム位置を監視しながら、患者に安全で正確な荷電粒子ビーム照射が可能となる。【選択図】図６
2010136835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子を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を照射対象物に出射する照射ノズル装置であって、前記荷電粒子ビーム発生装置から前記照射対象物に出射される前記荷電粒子ビームを走査する走査電磁石装置、この走査電磁石装置の上流側に配置され、前記照射ノズル装置に入射する荷電粒子ビームの通過位置を検知する上流ビーム位置検出モニタ装置、及び前記走査電磁石装置の下流側に配置され、前記走査電磁石にて走査されたビームの通過位置を検知する下流ビーム位置検知モニタ装置を有する照射ノズル装置と、
前記上流ビーム位置検出モニタ装置で検知された出力結果から前記荷電粒子の通過位置を算出する上流ビーム位置モニタ制御装置と、
前記下流ビーム位置モニタ装置で検知された出力結果から前記の走査されたビームの通過位置を算出する下流ビーム位置モニタ制御装置とを備え、
前記上流ビーム位置モニタ装置は、二方向に張り渡されかつそれぞれの方向において平行に配置された複数の電極線を有しかつ前記荷電粒子ビームが通過する中央部分の電極線の配置間隔が周辺部分よりも広いことを特徴とする荷電粒子線照射システム。
【請求項２】
請求項１記載の荷電粒子線照射システムにおいて、
前記上流ビーム位置モニタ装置は、二方向に張り渡されかつそれぞれの方向において平行に配置された複数の電極線を有しかつ電極線の配置間隔が全体的に等しい第１ビーム位置モニタと、二方向に張り渡されかつそれぞれの方向において平行に配置された複数の電極線を有しかつ前記荷電粒子ビームが通過する中央部分の電極線の配置間隔が周辺部分よりも広い第２ビーム位置モニタと、前記第１ビーム位置モニタと前記第２ビーム位置モニタを選択的に前記荷電粒子ビームの通過位置にセットするモニタ駆動装置とを有することを特徴とする荷電粒子線照射システム。
【請求項３】
請求項１記載の荷電粒子線照射システムにおいて、
前記上流ビーム位置モニタ装置の下流側に前記上流ビーム位置モニタ装置に近接して設置され、中央部に開口を有し、その開口以外の部分で荷電粒子ビームを遮断するビーム遮断装置をさらに備えることを特徴とする荷電粒子線照射システム。
【請求項４】
荷電粒子を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を照射対象物に出射する照射ノズル装置であって、前記荷電粒子ビーム発生装置から前記照射対象物に出射される前記荷電粒子ビームを走査する走査電磁石装置、この走査電磁石装置の上流側に配置され、前記照射ノズル装置に入射する荷電粒子ビームの通過位置を検知する上流ビーム位置検出モニタ装置、及び前記走査電磁石装置の下流側に配置され、前記走査電磁石にて走査されたビームの通過位置を検知する下流ビーム位置検知モニタ装置を有する照射ノズル装置と、
前記上流ビーム位置検出モニタ装置で検知された出力結果から前記荷電粒子の通過位置を算出する上流ビーム位置モニタ制御装置と、
前記第下流ビーム位置モニタ装置で検知された出力結果から前記の走査されたビームの通過位置を算出する下流ビーム位置モニタ制御装置と、
前記上流ビーム位置モニタ装置の下流側に前記上流ビーム位置モニタ装置に近接して設置され、中央部に開口を有し、その開口以外の部分で荷電粒子ビームを遮断するビーム遮断装置とを備えることを特徴とする荷電粒子線照射システム。
【請求項５】
照射対象物に出射される荷電粒子ビームを走査する走査電磁石装置と、
この走査電磁石装置の上流側に配置され、入射する荷電粒子ビームの通過位置を検知する上流ビーム位置検出モニタ装置と、
前記走査電磁石装置の下流側に配置され、前記走査電磁石にて走査されたビームの通過位置を検知する下流ビーム位置検知モニタ装置とを備え、
前記上流ビーム位置モニタ装置は、二方向に張り渡されかつそれぞれの方向において平行に配置された複数の電極線を有しかつ前記荷電粒子ビームが通過する中央部分の電極線の配置間隔が周辺部分よりも広いことを特徴とする照射ノズル装置。
【請求項６】
請求項５記載の照射ノズル装置において、
前記上流ビーム位置モニタ装置は、二方向に張り渡されかつそれぞれの方向において平行に配置された複数の電極線を有しかつ電極線の配置間隔が全体的に等しい第１ビーム位置モニタと、二方向に張り渡されかつそれぞれの方向において平行に配置された複数の電極線を有しかつ前記荷電粒子ビームが通過する中央部分の電極線の配置間隔が周辺部分よりも広い第２ビーム位置モニタと、前記第１ビーム位置モニタと前記第２ビーム位置モニタを選択的に前記荷電粒子ビームの通過位置にセットするモニタ駆動装置とを有することを特徴とする照射ノズル装置。
【請求項７】
請求項５記載の照射ノズル装置において、
前記上流ビーム位置モニタ装置の下流側に前記上流ビーム位置モニタ装置に近接して設置され、中央部に開口を有し、その開口以外の部分で荷電粒子ビームを遮断するビーム遮断装置をさらに備えることを特徴とする照射ノズル装置。
【請求項８】
照射対象物に出射される荷電粒子ビームを走査する走査電磁石装置と、
この走査電磁石装置の上流側に配置され、入射する荷電粒子ビームの通過位置を検知する上流ビーム位置検出モニタ装置と、
前記走査電磁石装置の下流側に配置され、前記走査電磁石にて走査されたビームの通過位置を検知する下流ビーム位置検知モニタ装置と、
前記上流ビーム位置モニタ装置の下流側に前記上流ビーム位置モニタ装置に近接して設置され、中央部に開口を有し、その開口以外の部分で荷電粒子ビームを遮断するビーム遮断装置とを備えることを特徴とする照射ノズル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子線照射システム及び照射ノズル装置に係わり、特に走査電磁石装置によりスキャニング照射を実施する際に、荷電粒子ビームの照射位置を検知するためのビーム位置モニタ装置を備えた荷電粒子線照射システム及び照射ノズル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子ビームを利用したがん治療は、がん患部にエネルギーを集中させることができるため、がん患部以外の正常組織への影響を低減でことができ、患者への負担が少ないがん治療法として注目を集めている。
【０００３】
加速器などで生成した荷電粒子線をがん患部へ照射する方式として細い荷電粒子ビームを走査してがん患部へ照射するスキャニング照射方式と、荷電粒子ビームを散乱体で散乱させ、散乱されたビームをコリメータでがん患部の形状に合わせて照射するパッシブ照射方式の２つの方式がある。
【０００４】
上記２つの方式のうち前者の細いビームを走査して照射するスキャニング照射方式には、ビームをジグザグ状或いはテレビの走査線のように横方向(Ｘ方向)及び縦方向（Ｙ方向)に連続的に走査するラスター走査法（例えば、非特許文献１のp.2088,FIG46）、ビームの照射位置移動時にビーム照射を停止し、ビーム照射時にビームの移動を停止するスポットスキャニング法（特許文献１）、ビームを円形に走査するウォブラー法（例えば、非特許文献１のp.2084-2086,FIG41）等がある。
【０００５】
これらスキャニング照射方式においては、ビームを走査する走査電磁石より上流のビーム通過位置が中心(ビーム軸)を通過する必要があり、このビーム位置を検出するために走査電磁石の上流に上流ビーム位置モニタ装置を設置し、照射位置精度の監視を行っている（特許文献２）。上流ビーム位置モニタ装置には電極線を直交する二方向に、それぞれ平行に張り渡したマルチワイヤ型ビームプロファイルモニタが用いられる(特許文献３)。電極線はタングステンワイヤである。
【０００６】
【非特許文献１】Rev.Sci.Instrum.,Vol.64,No.8,August,1993
【特許文献１】特許第２８３３６０２号公報
【特許文献２】特開２００５−２９６１６２号公報
【特許文献３】特開２００１−２３６９０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
スキャニング照射方式では、照射対象物の照射境界の線量分布形状を精度よく照射するためには、照射する荷電粒子ビームの直径が小さい（ビームが細い）方が、精度よく線量分布を形成できる。しかし、ビームを走査する走査電磁石の上流には上流ビーム位置モニタ装置が設置されている。上流ビーム位置モニタ装置は電極線としてタングステンワイヤを張り渡したマルチワイヤ型ビームプロファイルモニタで構成されている。このため照射ノズル装置に入射し、上流ビーム位置モニタ装置を通過した荷電粒子ビームはタングステンワイヤに当たって散乱し、上流位置モニタ装置通過後の荷電粒子ビームの直径は通過前よりも拡大する。その結果、照射線量分布精度の低下、特に照射対象との境界部分において照射線量分布が悪くなる。
【０００８】
上流ビーム位置モニタ装置を設置しない場合は、照射ノズル装置に入射するビームの通過位置が中心(ビーム軸)にあるかどうかを計測できず、目標とする照射位置を荷電粒子ビームが通過しているかどうかを監視することができないため、誤った位置への照射を行っても荷電粒子ビームを停止させることができなくなる。
【０００９】
本発明の目的は、入射ビーム位置を監視することができ、かつ荷電粒子ビーム径を拡大することなく、細いビームのまま照射することができる荷電粒子線照射システム及び照射ノズル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するために、上流ビーム位置モニタ装置の荷電粒子ビームが通過する中央部分の電極線の配置間隔を周辺部分よりも広くしたものである。
【００１１】
これにより荷電粒子ビームが上流ビーム位置モニタ装置を通過するとき、荷電粒子ビームが当たるタングステンワイヤの本数が減るため、荷電粒子ビームの散乱が抑えられ、細いビームまま照射対象に照射が可能となる。その結果、特に、照射部位の境界部分の照射線量分布の精度を高くすることができる。また、上流ビーム位置モニタ装置が設置されているため、ビーム位置を検知することができ、入射ビームの位置を監視しながら、安全なビーム照射を行うことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、上流ビーム位置モニタ装置を通過するビームの散乱を抑え、細いビームのまま照射することができ、特に、照射境界部分の照射線量精度が高くすることができる。
【００１３】
また、照射ノズル装置への入射ビーム位置を検知できるため、ビーム位置を監視しながら、安全なビーム照射を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は本発明の第１の実施の形態における荷電粒子線照射システムの全体構成を示す図である。
【００１６】
図１において、本実施の形態の荷電粒子線照射システムは荷電粒子ビーム発生装置１及び照射ノズル装置５を有している。
【００１７】
荷電粒子ビーム発生装置１は、イオン源（図示せず）、前段加速器（例えば直線加速器）１ａ及びシンクロトロン１ｂを有し、イオン源で発生したイオン（例えば、陽子イオン（または炭素イオン）等の荷電粒子ビーム）は前段加速器１ａで加速され、前段加速器１ａからシンクロトロン１ｂに入射される。この荷電粒子ビームは、シンクロトロン１ｂで加速され、設定されたエネルギーまでに高められた後、出射される。シンクロトロン１ｂから出射された荷電粒子ビームはビーム輸送系１ｃを経て回転ガントリ（図示せず）内のビーム輸送系を経由して、回転ガントリに設けられた照射ノズル装置５へと輸送される。
【００１８】
照射ノズル装置５は、上流ビーム位置モニタ装置６、Ｙ軸方向の１対の走査電磁石７、Ｘ軸方向の１対の走査電磁石８、線量モニタ９、下流ビーム位置モニタ装置１０を有している。照射ノズル装置５に輸送された荷電粒子ビームは照射ノズル装置５内の上流ビーム位置モニタ装置６を通過した後、走査電磁石７によりＹ軸方向に偏向され、走査電磁石８によりＸ軸方向にビームが偏向される。偏向されたビームは線量モニタ９及び下流ビーム位置モニタ装置１０を通過し、照射対象１３のがん患部の所定位置に照射される。ビームの照射中はビームの移動を停止し、停止した照射位置で線量モニタ９により照射線量値が計測される。照射線量値が所定の線量に達すると、ビーム照射（シンクロトロン１ｂからのビーム出射）を停止し、走査電磁石(Ｙ軸)７及び走査電磁石(Ｘ軸)８の励磁電流を変更した後、再びビーム照射（シンクロトロン１ｂからのビーム出射）を開始し、次の照射位置にて再び線量モニタ９により照射線量値が計測される。このことを繰り返し、照射対象１３の全体を照射する。
【００１９】
本実施の形態の荷電粒子線治療システムは、またその制御系として、加速器制御装置２、統括制御装置３、照射制御装置４、上流ビーム位置モニタ制御装置１１及び下流ビーム位置モニタ制御装置１２を有している。
【００２０】
統括制御装置３は、患者の処方箋データ（治療計画データ）をもとに加速器制御装置２と照射制御装置４に照射条件を設定する。加速器制御装置２は設定した照射条件に基づいてシンクロトロン１ｂを制御し、シンクロトロン１ｂを周回する荷電粒子ビームを設定したエネルギーまで加速するとともに、荷電粒子ビームの加速後、照射制御装置４で決定しビーム照射の停止・開始タイミング等の情報とに基づいてシンクロトロン１ｂからの荷電粒子ビームの出射開始及び停止を制御する。照射制御装置４は設定した照射条件（治療計画に基づく照射位置及びエネルギー）に基づいて走査電磁石７，８の励磁電流を計算し、電源（図示せず）に出力指令を送信することで、所定パターンの励磁電流を走査電磁石７，８に流し、荷電粒子ビームの照射位置を制御する。これと同時に、加速器制御装置２にビーム照射の開始タイミング指令を送信し、シンクロトロン１ｂから荷電粒子ビームを出射させる。また、照射制御装置４は線量モニタ９の検出信号により照射線量値を計測し、照射線量値が所定の線量に達すると、加速器制御装置２にビーム照射の停止タイミング指令を送信し、シンクロトロン１ｂからの荷電粒子ビームの出射を停止させる。
【００２１】
上流ビーム位置モニタ制御装置１１及び下流ビーム位置モニタ制御装置１２は、それぞれ、荷電粒子ビームが所定のビーム幅で所定のビーム位置に照射されていることを監視し、異常が検知されると照射制御装置4から統括制御装置３にインターロック信号を出力する。統括制御装置３はそのインターロック信号を入力すると、直ちに荷電粒子ビーム発生装置１を停止させる。上流ビーム位置モニタ装置６及び下流ビーム位置モニタ装置１０と照射制御装置４、上流ビーム位置モニタ制御装置１１及び下流ビーム位置モニタ制御装置１２はビーム位置モニタシステムを構成する。
【００２２】
図２はビーム位置モニタシステムの機能を示すブロック図であり、図３はその機能を示すフローチャートである。
【００２３】
照射制御装置４は設定した照射条件（治療計画に基づく照射位置及びエネルギー）に基づいて走査電磁石７，８の励磁電流を計算し、所定パターンの励磁電流を走査電磁石７，８に流し、荷電粒子ビームの照射位置を制御する。照射制御装置４は、これと同時に、加速器制御装置２にビーム照射の開始タイミング指令を送信し、シンクロトロン１ｂから荷電粒子ビームを出射させる（ステップＳ１００）。出射された荷電粒子ビームは走査電磁石７，８により制御された照射位置に照射される。照射制御装置４は線量モニタ９の検出信号により照射線量値を計測し、照射位置での照射線量値が所定の線量に達すると、加速器制御装置２にビーム照射の停止タイミング指令を送信し、シンクロトロン１ｂからの荷電粒子ビームの出射を停止させる（ステップＳ１１０）。これにより設定された照射位置での荷電粒子ビームの照射が完了する。
【００２４】
このように走査電磁石７，８によって制御された１つの照射位置でのビーム照射が完了すると、上流ビーム位置モニタ制御装置１１及び下流ビーム位置モニタ制御装置１２は、その間に上流ビーム位置モニタ装置６及び下流ビーム位置モニタ装置１０によって検出した電荷量（検出信号）に基づいてビーム照射の健全性チェックのための処理を実行する。
【００２５】
まず、上流ビーム位置モニタ制御装置１１は上流ビーム位置モニタ装置６の検出信号を信号処理し（ステップＳ１２０）、照射ノズル装置５への入射ビームのビーム位置とビーム幅を演算する（ステップＳ１３０）。ビーム位置としては上流ビーム位置モニタ装置６の検出信号の分布の重心位置（ガウス分布のピークの位置）を計算する（後述）。上流ビーム位置モニタ制御装置１１は、演算したビーム位置とビーム幅と、統括制御装置３によりあらかじめ設定された目標のビーム位置（ビーム重心位置）とビーム幅から、計算値と設定値との差分が許容範囲内で一致しているかを判定処理し、許容値を逸脱する場合は、アラームないし照射を停止するインターロック信号１５を照射制御装置４から統括制御装置３に出力する（ステップＳ１４０）。統括制御装置３はそのインターロック信号を入力すると、直ちに荷電粒子ビーム発生装置１を停止させる（ステップＳ１５０）。
【００２６】
上流ビーム位置モニタ装置６における目標値は変化せず固定である。すなわち、上流ビーム位置モニタ装置６は、照射ノズル装置５に入射する荷電粒子ビームのビーム位置（ビーム重心位置）がビーム中心軸Ｂにあるかどうかを検知する。この上流ビーム位置モニタ装置６の位置においてビーム位置がビーム中心軸Ｂからずれている場合は、下流では大きくずれてしまう。このため上流ビーム位置モニタ装置６及び上流ビーム位置モニタ制御装置１１によるビーム監視は重要な役割を果たす。
【００２７】
下流ビーム位置モニタ制御装置１２は下流ビーム位置モニタ装置１０の検出信号を信号処理し（ステップＳ１２０）、走査電磁石７及び走査電磁石８によって走査されたビーム位置とビーム幅とを演算する（ステップＳ１３０）。下流ビーム位置モニタ制御装置１２は、演算したビーム位置（ビーム重心位置）とビーム幅と、統括制御装置３によりあらかじめ設定された目標のビーム位置（ビーム重心位置）とビーム幅から、計算値と設定値のとの差分が許容範囲内で一致しているかを判定処理し、許容値を逸脱する場合は、アラームないし照射を停止するインターロック信号１５を照射制御装置４から統括制御装置３に出力する（ステップＳ１４０）。統括制御装置３はそのインターロック信号を入力すると、直ちに荷電粒子ビーム発生装置１を停止させる（ステップＳ１５０）。
【００２８】
下流ビーム位置モニタ装置１０の位置においてビーム位置とビーム幅を監視することは照射対象における照射ビーム精度監視の役割を果たす。
【００２９】
図４はビーム中心軸の概念及びビーム中心軸と上流ビーム位置モニタ装置６及び下流ビーム位置モニタ装置１０との位置関係を示す図である。
【００３０】
照射ノズル装置５に入射した荷電粒子ビームを走査電磁石７，８にて走査しない場合、ビームはアイソセンタ（照射中心）Ａを通過する。アイソセンタとは、回転ガントリ、照射対象１３（患者）の支持台（治療台）、照射ノズル装置５等の機器を配置する場合の原点であり、回転ガントリの回転中心軸上に位置している。照射対象１３は患部がアイソセンタＡに位置するように支持台に位置決めされる。ビーム輸送系の電磁石は、照射ノズル装置５に入射した荷電粒子ビームを走査電磁石７，８にて走査しない場合に、ビームがアイソセンタＡを通過するように調整されており、アイソセンタＡを通過するビーム経路Ｂをビーム中心軸と呼ぶ。上流ビーム位置モニタ装置６は、モニタ面の中心Ｃがビーム中心軸Ｂ上に位置するように（照射ノズル装置５に入射した荷電粒子ビームを走査電磁石７，８にて走査しない場合に、ビームがモニタ面の中心Ｃを通るように）設置されている。
【００３１】
図５Ａは上流ビーム位置モニタ装置６の検出信号の分布形状を示す図であり、図５Ｂは下流ビーム位置モニタ装置１０の検出信号の分布形状を示す図である。
【００３２】
上流ビーム位置モニタ制御装置１１及び下流ビーム位置モニタ制御装置１２は、いずれも、位置モニタ装置６，１０からの検出信号の分布形状（ガウス分布）をビーム形状として求め、このビーム形状からビーム重心位置を計算する。上流ビーム位置モニタ装置６の設置位置では走査電磁石７，８でビームを走査していないため、ビーム重心位置がビーム中心軸Ｂに一致させる必要がある。そのため、ビーム重心位置とビーム中心軸Ｂとの偏差からトレランス判定を行う。一方、下流ビーム位置の見た装置１０の設置位置では、走査電磁石７，８で走査されたビームになるため、ビーム中心軸Ｂから離れた位置にビーム重心位置が計算される。また、走査電磁石７，８に通電する電流値から予定しているビーム計画位置が求められ、このビーム重心位置と計画位置との差分からトレランス判定を行う。
【００３３】
次に、本実施の形態の特徴である上流ビーム位置モニタ装置６の詳細を説明する。
【００３４】
図６は上流ビーム位置モニタ装置６の構成を従来のものと比較して示す図である。
【００３５】
図６において、従来の上流ビーム位置モニタ装置に用いられるタイプＡのビーム位置モニタ１６が右上側に示され、本実施の形態における上流ビーム位置モニタ装置６に用いられるタイプＢのビーム位置モニタ１７が右下側に示されている。タイプＡのビーム位置モニタ１６及びタイプＢのビーム位置モニタ１７は、いずれも、直交する二方向（Ｘ方向及びＹ方向）に張り渡されかつそれぞれの方向において平行に配置された複数の電極線を有するマルチワイヤ型ビームプロファイルモニタである。ただし、タイプＡのビーム位置モニタ１６は、直交する二方向のそれぞれにおいて平行に張り渡された複数の電極線は全体的に等間隔に配置されている。これに対し、タイプＢのビーム位置モニタ１７は、直交する二方向にに張り渡されかつそれぞれの方向において平行に配置された複数の電極線は、荷電粒子ビームが通過する中央部分の電極線の配置間隔が周辺部分よりも広くなっている。中央部分は荷電粒子ビーム径１８を含む大きさとする必要があり、好ましくは荷電粒子ビーム径１８よりも僅かに大きい大きさである。
【００３６】
図７及び図８は、それぞれ、従来の上流ビーム位置モニタ装置に使用するＡタイプのビーム位置モニタ装置１６と本実施の形態における上流ビーム位置モニタ装置６に使用するＢタイプのビーム位置モニタ１７の構造を示す図である。
【００３７】
図７において、Ａタイプのビーム位置モニタ１６は、Ｘ方向（図示上下方向）に張り渡され、Ｘ方向位置を検出する複数の電極線（以下Ｘ方向電極線という）１６ａと、Ｙ方向（Ｘ方向に直交する左右方向）に張り渡され、Ｙ方向位置を検出する複数の電極線（以下Ｙ方向電極線という）１６ｂと、Ｘ方向電極線１６ａとＹ方向電極線１６ｂ間に配置された高圧電極板１６ｃとでマルチワイヤイオンチェンバーを構成している。Ｘ方向電極線１６ａ及びＹ方向電極線１６ｂは、それぞれ、複数のタングステンワイヤを所定のピッチで等間隔に張ったものであり、それぞれ高圧電極板１６ｃとの間に電場を発生させる。
【００３８】
このように構成されたイオンチェンバーを荷電粒子ビームが通過するとき、高圧電極板１６ｃとＸ方向電極線１６ａ及びＹ方向電極１６ｂ間の気体が電離し、イオンペアが生成される。生成されたイオンペアは、電場によって、Ｘ方向電極線１６ａ及びＹ方向電極線１６ｂに移動し、それぞれの電極線（ワイヤ）により回収される。従って、各電極線の検出電荷量を計測することにより、荷電粒子ビームのプロファイルを測定することができる。また、各電極線の検出電荷量を演算処理することにより、荷電粒子ビームの重心位置及びビーム幅を算出できる。
【００３９】
図８において、Ｂタイプのビーム位置モニタ１７も、同様に、複数のＸ方向電極線１７ａと、複数のＹ方向電極線１７ｂと、高圧電極板１７ｃとでマルチワイヤイオンチェンバーを構成している。複数のＸ方向電極線１７ａ及び複数のＹ方向電極線１７ｂは、それぞれ、複数のタングステンワイヤを張ったものである。ただし、複数のＸ方向電極線１７ａと複数のＹ方向電極線１７ｂは、それぞれ、マルチワイヤイオンチェンバー（モニタ面）の中央部分と周辺部分とで配置間隔が異なり、荷電粒子ビームが通過する中央部分の電極線１７ａ，１７ｂの配置間隔が周辺部分よりも広くなっている。
【００４０】
このように電極線の配置間隔を異ならせた場合でも、Ａタイプのビーム位置モニタ１６と同様に各ワイヤの検出電荷量を計測することで荷電粒子ビームのプロファイルを測定することができる。また、各ワイヤの検出電荷量を演算処理することにより、荷電粒子ビームの重心位置（ビーム位置）及びビーム幅を算出できる。
【００４１】
荷電粒子ビームの重心位置（ビーム位置）及びビーム幅は、Ａタイプのビーム位置モニタ１６及びＢタイプのビーム位置モニタ１７のいずれも、上流ビーム位置モニタ制御装置１１において以下の計算式を用いることにより算出される。
【００４２】
＜重心位置：Centの計算式＞
【００４３】
【数１】
2010136835.tif 000003
【００４４】
ただし、ワイヤ数：n
ワイヤの設置位置：Ｘi（i＝1〜n）
ワイヤからの検出信号：Ai（i＝1〜n）
＜幅：Width（片側１σ）の計算式＞
【００４５】
【数２】
2010136835.tif 000004
【００４６】
なお、上記計算式とは別に、ガウスフィッティング等を使用しても荷電粒子ビームの重心位置及びビーム幅を計算することができる。
【００４７】
次に、本実施の形態の効果を説明する。
【００４８】
従来の上流ビーム位置モニタ装置に用いられるＡタイプのビーム位置モニタ１６は、Ｘ方向電極線１６ａ及びＹ方向電極線１６ｂ（タングステンワイヤ）を、それぞれ、所定のピッチで等間隔に張ったものである。このため、ビーム位置モニタ１６を通過した荷電粒子ビームは多数のタングステンワイヤに当たって散乱し、ビーム位置モニタ１６を通過した後の荷電粒子ビームの直径は拡大する。その結果、照射線量分布精度の低下、特に照射対象との境界部分において照射線量分布が悪くなる。
【００４９】
上流ビーム位置モニタ装置を設置しない場合は、入射するビームの通過位置がビーム中心軸Ｂにあるかどうかを計測することができず、目標とする照射位置を荷電粒子ビームが通過しているかどうかを監視することができないため、誤った位置への照射を行っても荷電粒子ビームを停止させることができなくなる。
【００５０】
これに対し、本実施の形態では、上流ビーム位置モニタ装置の場合は、荷電粒子ビームはビーム位置モニタの中央部分（モニタ面中央部分）を通過することに着目し、荷電粒子ビームが通過する中央部分の電極線の配置間隔を周辺部分よりも広くしたＢタイプのビーム位置モニタ１７を用いるものであり、これにより荷電粒子ビームがビーム位置モニタ１７を通過するとき、荷電粒子ビームが当たるタングステンワイヤの本数が減るため、荷電粒子ビームの散乱が抑えられ、細いビームまま照射対象１３に照射が可能となる。その結果、特に、照射部位の境界部分の照射線量分布の精度を高くすることができ、さらに、ビーム位置モニタ１７の検出信号を用いて入射ビームの位置監視することで、安全なビーム照射を行うことができる。
【実施例２】
【００５１】
図９は本発明の第２の実施の形態における荷電粒子線照射システムの全体構成を示す図である。
【００５２】
図９において、照射ノズル装置５Ａに備えられる上流ビーム位置モニタ装置６Ａは、上述した従来のタイプＡのビーム位置モニタ１６と本発明のタイプＢのビーム位置モニタ１７の両方を備え、それらを駆動式とし、タイプＡのビーム位置モニタ１６（第１ビーム位置モニタ）とタイプＢのビーム位置モニタ１７（第２ビーム位置モニタ）を選択的に使用できるようにしたものである。
【００５３】
図１０は上流ビーム位置モニタ装置６Ａの構成の一例を示す図である。
【００５４】
上流ビーム位置モニタ装置６Ａは矩形の開口部２１を有する矩形の支持フレーム２２を備え、支持フレーム２２の開口部２１の長手方向内側部分にガイドプレート２３ａ，２３ｂが設けられ、このガイドプレート２３ａ，２３ｂ上にタイプＡのビーム位置モニタ１６とタイプＢのビーム位置モニタ装置１７が連結部材２４によって連結された状態で移動可能に載置されている。支持フレーム２２の開口部２１における一方の短手方向内側部分には電動モータ２５が取り付けられ、電動モータ２５にネジ軸２６が連結され、ネジ軸２６はタイプＡのビーム位置モニタ１６の下部に取り付けられたボールネジ式のナット２７に貫入され、かつナット２７から突出した側の端部がブラケット２８によって回転自在に支持されている。支持フレーム２２の開口部２１の長手方向内側部分における電動モータ近傍にはビーム位置モニタ１６，１７の移動端を画定するためのストッパ２９ａ，２９ｂが設けられている。支持フレーム２２の両端は支持ビーム３１ａ，３１ｂを介して照射ノズル装置５Ａの本体（ケース）に取り付けられている。電動モータ２５とネジ軸２６及びナット２７はＡタイプのビーム位置モニタ１６とＢタイプのビーム位置モニタ１７を選択的に荷電粒子ビームの通過位置にセットするモニタ駆動装置を構成する。電動モータ２５を正方向に駆動するとビーム位置モニタ１６，１７が図示左方向に移動し、ビーム位置モニタ１７が支持フレーム２２の図示左側の短手方向内側部分に当たってビーム位置モニタ１６がビームライン上にセットされる。電動モータ２５を逆方向に駆動するとビーム位置モニタ１６，１７が図示右方向に移動し、ビーム位置モニタ１６がストッパ２９ａ，２９ｂに当たってビーム位置モニタ１７がビームライン上にセットされる。
【００５５】
患者治療を行う前には、照射ノズル装置５に入射する荷電粒子ビームがビーム中心軸Ｂを通過するように輸送系電磁石を調整することが必要となる。この輸送系電磁石の調整時には、照射ノズル装置５に入射するビーム位置精度を高くする必要がある。そのためには、従来のＡタイプのビーム位置モニタ１６のように中央部分の電極線間が狭いモニタにより調整する必要がある。一方、患者治療時においては第１の実施の形態で説明したように、ビームの散乱を抑えられるＢタイプのビーム位置モニタ１７を使用し、照射線量分布精度を高くする必要がある。
【００５６】
本実施の形態においては、タイプＡのビーム位置モニタ１６とタイプＢのビーム位置モニタ１７を駆動式として選択的に荷電粒子ビームの通過位置にセットできるようにしたため、輸送系電磁石の調整時にはタイプＡのビーム位置モニタ１６をビームライン上にセットして、照射ノズル装置５に入射するビーム位置精度を高くすることができ、患者治療時にはタイプＢのビーム位置モニタ１７をビームライン上にセットして、ビームの散乱を抑え照射線量分布精度を高くすることができる。
【実施例３】
【００５７】
図１１は、本発明の第３の実施の形態における荷電粒子線照射システムの全体構成を示す図である。
【００５８】
図１１において、本実施の形態は、荷電粒子ビーム径（幅）をさらに小さくするため、照射ノズル装置５Ｂに備えられる上流ビーム位置モニタ装置６の下流側に上流ビーム位置モニタ装置６に近接してビーム遮断治具（ビーム遮断装置）１９を設置し、上流ビーム位置モニタ装置６で散乱された余計なビームを遮断するようにしたものである。ビーム遮断治具１９は中央部に開口を有し、この開口以外の部分でビームを遮断する。上流ビーム位置モニタ装置６としては、第１の実施の形態と同様、タイプＢのビーム位置モニタ１７が使用される。これによりタイプＢのビーム位置モニタ１７を通過するときに散乱した余計なビームを遮断し、さらに細いビームを照射対象に照射することができ、照射線量分布精度をさらに高くすることができる。また、開口の大きさ（直径）が異なる複数のビーム遮断治具１９を用意し、これらを交換して使用することでビーム遮断径の大きさ（したがって照射されるビーム径）を任意に調整することができる。
【００５９】
図１２は、照射ノズル装置５Ｃに備えられる上流ビーム位置モニタ装置６として、従来のタイプＡのビーム位置モニタ１６を使用した場合のものである。これによってもビーム位置モニタ１６を通過して散乱した余計なビームを遮断してビーム径を細くし、照射線量分布精度を高くすることができる。なお、図示はしないが、第２の実施の形態のタイプＡのビーム位置モニタ１６とタイプＢのビーム位置モニタ１７を選択的にビームの通過位置にセットする上流ビーム位置モニタ装置６Ａの下流側に同様にビーム遮断治具１９を設置してもよい。
【００６０】
なお、以上の実施の形態では、ビームの照射位置移動時にビーム照射を停止し、照射時にビーム移動を停止するスポットスキャニング法を行うものとしたが、入射した荷電粒子ビームが細いビームのまま照射されることが望まれる照射法であれば、それ以外の照射法（例えば、ラスター走査法、ウォブラー法等それ以外のスキャニング照射方式）を行うものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施の形態における荷電粒子線照射システムの全体構成を示す図である。
【図２】ビーム位置モニタ監視システムの機能を示すブロック図である。
【図３】ビーム位置モニタ監視システムの機能を示すフローチャートである。
【図４】ビーム中心軸の概念及びビーム中心軸と上流ビーム位置モニタ装置及び下流ビーム位置モニタ装置との位置関係を示す図である。
【図５Ａ】上流ビーム位置モニタ装置の検出信号の分布形状を示す図である。
【図５Ｂ】下流ビーム位置モニタ装置の検出信号の分布形状を示す図である。
【図６】上流ビーム位置モニタ装置の構成の概念を従来のものと比較して示す図である。
【図７】従来のＡタイプのビーム位置モニタの構造を示す図である。
【図８】本実施の形態におけるＢタイプのビーム位置モニタの構造を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態における荷電粒子線照射システムの全体構成を示す図である。
【図１０】第２の実施の形態における上流位置モニタ装置の構成の一例を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態における荷電粒子線照射システムの全体構成を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態の変形例として、上流ビーム位置モニタ装置に従来のタイプＡのビーム位置モニタを使用した場合の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１    荷電粒子発生装置
１ａ  前段加速器
１ｂ  シンクロトロン
１ｃ  ビーム輸送系
２    加速器制御装置
３    統括制御装置
４    照射制御装置
５    照射ノズル装置
６    上流ビーム位置モニタ装置
７    走査電磁石(Ｙ軸方向)
８    走査電磁石(Ｘ軸方向)
９    線量モニタ
１０  下流ビーム位置モニタ装置
１１  上流ビーム位置モニタ制御装置
１２  下流ビーム位置モニタ制御装置
１３  照射対象(がん患部)
１４  荷電粒子ビーム
１５  インターロック信号
１６  ビーム位置モニタ(タイプＡ)（第１ビーム位置モニタ）
１６ａ  Ｘ方向電極線
１６ｂ  Ｙ方向電極線
１６ｃ  高圧電極板
１７  ビーム位置モニタ(タイプＢ)（第２ビーム位置モニタ）
１７ａ  Ｘ方向電極線
１７ｂ  Ｙ方向電極線
１７ｃ  高圧電極板
１８  荷電粒子ビーム径
１９  ビーム遮断治具
２１  開口
２２  支持フレーム
２３ａ，２３ｂ  ガイドプレート
２４  連結部材
２５  電動モータ
２６  ネジ軸
２７  ナット
２８ブラケット
２９ａ，２９ｂ  ストッパ
Ａ  アイソセンタ
Ｂ  ビーム中心軸
Ｃ  モニタ中心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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