(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを出射する荷電粒子ビーム発生装置（１）と、
前記荷電粒子ビームの照射を行う照射装置（１０）と、
前記荷電粒子ビーム発生装置から前記照射装置に出射された前記荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系（４）とを備える荷電粒子照射システムにおいて、
前記荷電粒子ビーム発生装置（１）に属する電磁石群（５１，５２）及び前記ビーム輸送系（４）に属する電磁石群（６，１２〜１９）を励磁して行う通常運転完了後に、前記通常運転で励磁した電磁石群を初期化する初期化運転を自動的に行う制御装置（２１）を備えることを特徴とする荷電粒子照射システム。
【請求項２】
荷電粒子ビームを出射する荷電粒子ビーム発生装置（１）と、
複数の場所にそれぞれ設置された複数の照射装置（１０Ａ〜１０Ｃ）と、
前記荷電粒子ビーム発生装置に連絡され、それぞれの前記照射装置に前記荷電粒子ビーム発生装置から出射された前記荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系（４Ａ，５Ａ〜５Ｃ）とを備え、
前記ビーム輸送系は、前記荷電粒子ビーム発生装置に接続された第１ビーム輸送系（４Ａ）と、この第１ビーム輸送系から分岐し、それぞれの前記照射装置に接続された複数の第２ビーム輸送系（５Ａ〜５Ｃ）を有する荷電粒子照射システムにおいて、
前記荷電粒子ビーム発生装置（１）に属する電磁石群（５１，５２）、前記第１ビーム輸送系（４Ａ）の上流側から、前記複数の照射装置（１０Ａ〜１０Ｃ）のうち治療に用いる照射装置（例えば１０Ａ）に対応する切替電磁石（例えば６Ａ）までの電磁石群（例えば１２，１３，１４Ａ）、及び当該照射装置に対応する第２ビーム輸送系（例えば５Ａ）に属する電磁石群（例えば６Ａ，１２Ａ〜１９Ａ）を励磁して行う通常運転完了後に、前記通常運転で励磁した電磁石群を初期化する初期化運転を自動的に行う制御装置（２１Ａ，２１ａ）を備えることを特徴とする荷電粒子照射システム。
【請求項３】
荷電粒子ビームを出射する荷電粒子ビーム発生装置（１）と、
複数の場所（２Ａ〜２Ｃ）にそれぞれ設置された複数の照射装置（１０Ａ〜１０Ｃ）と、
前記荷電粒子ビーム発生装置に連絡され、それぞれの前記照射装置に前記荷電粒子ビーム発生装置から出射された前記荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系（４Ａ，５Ａ〜５Ｃ）とを備え、
前記ビーム輸送系は、前記荷電粒子ビーム発生装置に接続された第１ビーム輸送系（４Ａ）と、この第１ビーム輸送系から分岐し、それぞれの前記複数の照射装置に接続された複数の第２ビーム輸送系（５Ａ〜５Ｃ）を有し、
前記荷電粒子ビーム発生装置（１）は第１電磁石群（５１，５２）を有し、前記第１ビーム輸送系（４Ａ）は第２電磁石群（１２，１３，１４Ａ〜１４Ｄ）を有し、前記複数の第２ビーム輸送系（５Ａ〜５Ｃ）は第３電磁石群（６Ａ，１５Ａ〜１９Ａ，６Ｂ，１５Ｂ〜１９Ｂ，６Ｃ，１５Ｃ〜１９Ｃ）を有し、前記第３電磁石群は前記第１ビーム輸送系から前記複数の第２ビーム輸送系の各分岐位置に配置された切替電磁石群（６Ａ〜６Ｃ）を含む荷電粒子照射システムにおいて、
前記第１電磁石群（５１，５２）及び第２電磁石群（１２，１３，１４Ａ〜１４Ｄ）を励磁するための第１電磁石電源装置（２２ａ）と、
前記第３電磁石群（６Ａ，１５Ａ〜１９Ａ，６Ｂ，１５Ｂ〜１９Ｂ，６Ｃ，１５Ｃ〜１９Ｃ）を励磁するための第２電磁石電源装置（２２ｂ）と、
前記第３電磁石群の電磁石のうち、治療のために選択された１つの第２ビーム輸送系（例えば５Ａ）に属する選択された電磁石群（例えば６Ａ，１５Ａ〜１９Ａ）を前記第２電磁石電源装置（２２ｂ）に接続するよう切り替える負荷切替装置（４０）と、
前記荷電粒子ビーム発生装置（１）に属する第１電磁石群、前記第１ビーム輸送系に属する前記第２電磁石群のうち、前記第１ビーム輸送系の上流側から前記選択された１つの第２ビーム輸送系（例えば５Ａ）に対応する切替電磁石（例えば６Ａ）の直前までの電磁石群（例えば１２，１３，１４Ａ）、及び前記第２ビーム輸送系に属する前記第３電磁石群のうち前記選択された電磁石群（例えば６Ａ，１５Ａ〜１９Ａ）を励磁して行う通常運転完了後に、前記通常運転で励磁した電磁石群を初期化する初期化運転を自動的に行う第１制御装置（２１Ａ，２１ａ）と、
前記第１制御装置による前記初期化運転が完了し、かつ前記複数の場所（２Ａ〜２Ｃ）の１つ（例えば２Ｂ）からその場所での照射準備が完了したことを示す準備完了信号（４１）が出力されたときに前記負荷切替装置（４０）を制御し、前記第３電磁石群の電磁石のうち、前記１つの場所に対応する第２ビーム輸送系（例えば５Ｂ）に属する前記選択された電磁石群（例えば６Ｂ，１５Ｂ〜１９Ｂ）を前記第２電磁石電源装置（２２ｂ）に接続するよう切り替える第２制御装置（２１Ａ，２１ｂ）とを備えることを特徴とする荷電粒子照射システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の荷電粒子照射システムにおいて、
前記制御装置（２１）は、更に、前記初期化運転により前記電磁石群（５１，５２，６，１２〜１９）を初期化したときに、初期化が完了した時刻を記憶し、この時刻から予め設定した所定時間以上前記電磁石群の初期化が行われない場合に、前記電磁石群を再初期化する初期化運転を自動的に行うことを特徴とする荷電粒子照射システム。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項記載の荷電粒子照射システムにおいて、
前記制御装置（２１）は、更に、前記通常運転中に通常運転停止指令を受けた場合に、前記通常運転を停止して前記電磁石群（５１，５２，６，１２〜１９）を初期化する初期化運転を自動的に行うことを特徴とする荷電粒子照射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子照射システムに係わり、特に荷電粒子ビーム発生装置とビーム輸送系を備え、荷電粒子ビームの「入射→加速→出射→減速」を１運転サイクルとしてこれを必要回数繰り返することからなる通常運転を連続して行う場合の電磁石初期化運転に最適な荷電粒子照射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
がんなどの患者の患部に陽子等の荷電粒子ビームを照射する治療方法が知られている。この治療に用いる治療システムのうち大規模なものは、従来、荷電粒子ビーム発生装置、ビーム輸送系、及び複数の治療室に設置された複数の照射装置を備えている。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各治療室の照射装置に達し、照射装置のノズルから患者の患部に照射される。このとき、ビーム輸送系は、１つの共通のビーム輸送系と、この共通のビーム輸送系から分岐して各治療室の照射装置へと至る複数の分岐したビーム輸送系とから構成される。各分岐ビーム輸送系の分岐位置には、共通のビーム輸送系からの荷電粒子ビームを偏向し当該分岐ビーム輸送系へ導入するための切替電磁石がそれぞれ設けられ、各分岐ビーム輸送系には、切替電磁石により導入された荷電粒子ビームを照射装置に導くための偏向電磁石、四極電磁石等の電磁石群（第２ビーム輸送系に属する電磁石群）が設けられている。切替電磁石及び第２ビーム輸送系に属する電磁石群は、他の治療室に対応する切替電磁石と第２ビーム輸送系に属する電磁石群と互いに電源を共有している（特許文献１）。そのため、ある照射装置での照射後に他の照射装置でビーム照射を行なう場合は、切替電磁石を切替制御すると共に、当該分岐ビーム輸送系に属する電磁石群に電源群を接続するために負荷切替装置の切替処理を行なう（特許文献１及び２）。通常運転開始前には、荷電粒子ビーム発生装置及びビーム輸送系に属する電磁石の残留磁場が通常運転に影響を与えないようにするために、使用する電磁石の最大と最小の励磁を複数回繰り返す初期化運転を行い、ヒステリシスの影響を毎回一定にする（特許文献２及び３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表平１１−５０１２３２号公報
【特許文献２】特開２００６−２２８５７９号公報
【特許文献３】特開平８−２９８２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献２及び３に記載のように、上記粒子線治療システムのような従来の荷電粒子照射システムにおいては、治療室準備完了後に初期化運転を行い、それから通常運転を行う。そのため、通常運転開始前には、治療室の準備時間に初期化運転の時間を加えた待ち時間が発生する。【０００５】
また、特許文献１及び２に記載のように、上記粒子線治療システムのような複数の照射装置に分岐するビーム輸送系を有する荷電粒子照射システムにおける切替電磁石は、励磁、無励磁の切替を行うことで当該照射装置にビームを導くが、初期化運転が行われるのは励磁している切替電磁石のみである。つまり、ビーム輸送系の上流側に位置する照射装置で通常運転完了後に下流側の照射装置で通常運転を行う場合、下流側の照射装置での通常運転開始前には上流側の切替電磁石は無励磁状態となるだけで初期化運転は行なわれず、下流側の切替電磁石だけが励磁された上で初期化運転が行なわれる。このとき、上流側の切替電磁石の残留磁場は、上流側の通常運転完了後のヒステリシスによる影響を受ける。そのため、下流側での通常運転が上流側の切替電磁石の残留磁場から受ける影響は毎回異なってくる。【０００６】
本発明の第1の目的は、通常運転開始前の待ち時間を短縮することで、装置の稼働率を高め、粒子線治療システムにおいては、患者が治療室に入ってから治療が完了するまでの時間を短縮し、患者の負担を軽減することができる荷電粒子照射システムを提供することである。【０００７】
本発明の第２の目的は、複数の照射装置に分岐するビーム輸送系を有する荷電粒子照射システムにおいて、先の通常運転によるヒステリシスの影響を毎回一定にし、常に安定したビーム照射を行える荷電粒子照射システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記第１の目的を実現する本発明は、荷電粒子ビーム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の照射を行う照射装置と、前記荷電粒子ビーム発生装置から前記照射装置に出射された前記荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系とを備える荷電粒子照射システムにおいて、前記荷電粒子ビーム発生装置に属する電磁石群及び前記ビーム輸送系に属する電磁石群を励磁し、荷電粒子ビームの「入射→加速→出射→減速」を１運転サイクルとしてこれを必要回数繰り返すことにより行う通常運転完了後に、前記通常運転で励磁した電磁石群を初期化する初期化運転を自動的に行う制御装置を備えるものである。【０００９】
また、上記第１及び第２の目的を実現する本発明は、荷電粒子ビームを出射する荷電粒子ビーム発生装置と、複数の場所にそれぞれ設置された複数の照射装置と、前記荷電粒子ビーム発生装置に連絡され、それぞれの前記照射装置に前記荷電粒子ビーム発生装置から出射された前記荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系とを備え、前記ビーム輸送系は、前記荷電粒子ビーム発生装置に接続された第１ビーム輸送系と、この第１ビーム輸送系から分岐し、それぞれの前記照射装置に接続された複数の第２ビーム輸送系を有する荷電粒子照射システムにおいて、前記荷電粒子ビーム発生装置に属する電磁石群、前記第１ビーム輸送系の上流側から、前記複数の照射装置のうち治療に用いる照射装置に対応する切替電磁石までの電磁石群、及び当該照射装置に対応する第２ビーム輸送系に属する電磁石群を励磁し、荷電粒子ビームの「入射→加速→出射→減速」を１運転サイクルとしてこれを必要回数繰り返すことにより行う通常運転完了後に、前記通常運転で励磁した電磁石群を初期化する初期化運転を自動的に行う制御装置を備えるものである。【００１０】
更に、上記第１及び第２の目的を実現する本発明は、荷電粒子ビームを出射する荷電粒子ビーム発生装置と、複数の場所にそれぞれ設置された複数の照射装置と、前記荷電粒子ビーム発生装置に連絡され、それぞれの前記照射装置に前記荷電粒子ビーム発生装置から出射された前記荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系とを備え、前記ビーム輸送系は、前記荷電粒子ビーム発生装置に接続された第１ビーム輸送系と、この第１ビーム輸送系から分岐し、それぞれの前記複数の照射装置に接続された複数の第２ビーム輸送系を有し、前記荷電粒子ビーム発生装置は第１電磁石群を有し、前記第１ビーム輸送系は第２電磁石群を有し、前記複数の第２ビーム輸送系は第３電磁石群を有し、前記第３電磁石群は前記第１ビーム輸送系から前記複数の第２ビーム輸送系の各分岐位置に配置された切替電磁石群を含む荷電粒子照射システムにおいて、前記第１電磁石群及び第２電磁石群を励磁するための第１電磁石電源装置と、前記第３電磁石群を励磁するための第２電磁石電源装置と、前記第３電磁石群の電磁石のうち、治療のために選択された１つの第２ビーム輸送系に属する選択された電磁石群を前記第２電磁石電源装置に接続するよう切り替える負荷切替装置と、前記荷電粒子ビーム発生装置に属する前記第１電磁石群、前記第１ビーム輸送系に属する前記第２電磁石群のうち、前記第１ビーム輸送系の上流側から前記選択された１つの第２ビーム輸送系に対応する切替電磁石の直前までの電磁石群、及び前記第２ビーム輸送系に属する前記第３電磁石群のうち前記選択された電磁石群を励磁し、荷電粒子ビームの「入射→加速→出射→減速」を１運転サイクルとしてこれを必要回数繰り返すことにより行う通常運転完了後に、前記通常運転で励磁した電磁石群を初期化する初期化運転を自動的に行う第１制御装置と、前記第１制御装置による前記初期化運転が完了し、かつ前記複数の場所の１つからその場所での照射準備が完了したことを示す準備完了信号が出力されたときに前記負荷切替装置を制御し、前記第３電磁石群の電磁石のうち、前記１つの場所に対応する第２ビーム輸送系に属する前記選択された電磁石群を前記第２電磁石電源装置に接続するよう切り替える第２制御装置とを備えるものである。【００１１】
ここで、前記制御装置は、更に、前記初期化運転により前記電磁石群を初期化したときに、初期化が完了した時刻を記憶し、この時刻から予め設定した所定時間以上前記電磁石群の初期化が行われない場合に、前記電磁石群を再初期化する初期化運転を自動的に行うものとすることが好ましい。【００１２】
また、前記制御装置は、更に、前記通常運転中に通常運転停止指令を受けた場合に、前記通常運転を停止して前記電磁石群を初期化する初期化運転を自動的に行うものとすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、単一の照射装置あるいは複数の照射装置を有する荷電粒子照射システムにおいて、通常運転完了後に通常運転で励磁した電磁石群を初期化する初期化運転を自動的に行うことで、通常運転開始前の待ち時間を短縮し、装置の稼働率を高めることができる。その結果、粒子線治療システムにおいては、患者が治療室に入ってから治療が完了するまでの時間を短縮し、患者の負担を軽減することができる。【００１４】
また、複数の部屋に分岐するビーム輸送系を有する荷電粒子照射システムにおいては、切替電磁石の残留磁場におけるヒステリシスの影響を一定にすることで、安定したビーム照射を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態における荷電粒子照射システム（荷電粒子治療システム）の構成図である。
【図２】本実施形態の制御装置の制御部の構成と、制御部、電磁石電源装置、荷電粒子ビーム発生装置、治療室間の信号の送受信の関係を示す図である。
【図３】制御部における処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】二人の患者に一人当たり通常運転を３回繰り返す場合の荷電粒子照射システムの動作の流れを、従来と本実施の形態とで比較して示すタイムチャートである。
【図５】初期化運転時の輸送系電磁石の励磁状態を従来と本実施の形態とで比較して示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における荷電粒子照射システム（荷電粒子治療システム）の構成図である。
【図７】本実施形態の制御装置の電磁石制御部の構成と、電磁石制御部及び負荷切替制御部、電磁石電源装置、負荷切替装置、荷電粒子ビーム発生装置、治療室間の信号の送受信の関係を示す図である。
【図８】２つの治療室において一人の患者に対し３回通常運転を繰り返す場合の荷電粒子照射システムの動作の流れの一例を、従来と本実施の形態とで比較して示すタイムチャートである。
【図９】２つの治療室において一人の患者に対し３回通常運転を繰り返す場合の荷電粒子照射システムの動作の流れの他の例を、従来と本実施の形態とで比較して示すタイムチャートである。
【図１０】従来の初期化運転における各電磁石の初期化状況を示す図である。
【図１１】本実施の形態の初期化運転における各電磁石の初期化状況を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明の第１の実施形態である荷電粒子照射システムを図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
本実施の形態の荷電粒子照射システムは例えば陽子線治療システムであり、この陽子線治療システムは、図１に示すように、荷電粒子ビーム発生装置１と、治療室２と、荷電粒子ビーム発生装置１から治療室２にイオンビームを導くビーム輸送系４を有している。
【００１８】
荷電粒子ビーム発生装置１は、イオン源（図示せず）、線形加速器を用いた前段加速器（前段荷電粒子ビーム発生装置）７及びシンクロトロン９を有する。イオン源で発生したイオン（陽イオン−他の粒子線の場合は例えば炭素イオン）は前段加速器７で加速される。前段加速器７から出射されたイオンビーム（例えば、陽イオンビーム）は偏向電磁石８を介しシンクロトロン９に入射される。荷電粒子ビーム（粒子線）であるそのイオンビームは、シンクロトロン９で、高周波加速空胴（図示せず）から印加される高周波電力によってエネルギーを与えられて加速される。シンクロトロン９内を周回するイオンビームのエネルギーが設定されたエネルギー（例えば１００〜２００ＭｅＶ）までに高められた後、出射用の高周波印加装置（図示せず）から高周波がイオンビームに印加される。安定限界内で周回しているイオンビームは、この高周波の印加によって安定限界外に移行し、出射用デフレクタ（図示せず）を通ってシンクロトロン９から出射される。シンクロトロン９は四極電磁石５１、偏向電磁石５２等の電磁石群を備え、イオンビームの出射の際には四極電磁石５１、偏向電磁石５２等の電磁石に導かれる電流が電流設定値に保持され、安定限界もほぼ一定に保持されている。尚、シンクロトロン９からのイオンビームの出射停止は、高周波印加装置への高周波電力の印加を停止することによって行われる。
【００１９】
シンクロトロン９から出射されたイオンビームは、ビーム輸送系４より治療室２へ輸送される。ビーム輸送系４は、ビーム経路にビーム進行方向上流側より配置された四極電磁石１３、偏向電磁石１２、四極電磁石１４、偏向電磁石６、四極電磁石１５、偏向電磁石１６、四極電磁石１７、偏向電磁石１８、偏向電磁石１９を備える。ビーム輸送系４へ導入されたイオンビームは、ビーム経路を通って照射装置１０へと輸送される。
【００２０】
照射装置１０は、治療室２にそれぞれ設置された回転ガントリー（図示せず）に取り付けられている。照射装置１０は二重散乱体方式の照射装置である。これに代えウォブラー方式の照射装置を用いてもよい。治療室２は例えばがん患者用の治療室である。
【００２１】
本実施の形態の陽子線治療システムにおける電磁石のうち、ビーム輸送系４に属する電磁石群を以下に列挙する。
【００２２】
＜ビーム輸送系４に属する電磁石群＞
四極電磁石１３、偏向電磁石１２、四極電磁石１４、偏向電磁石６、四極電磁石１５、偏向電磁石１６、四極電磁石１７、偏向電磁石１８、偏向電磁石１９
尚、電磁石群は一部を説明を省略し示している。例えば、シンクロトロン９及びビーム輸送系４におけるステアリング電磁石は省略している。
【００２３】
本実施形態の陽子線治療システムは、制御装置２０を備え、制御装置２０は、制御部２１と、電磁石電源装置２２を有している。電磁石電源装置２２は、シンクロトロン９に属する電磁石群及びビーム輸送系４に属する電磁石群に含まれる各電磁石をそれぞれ励磁するためのものである。
【００２４】
本実施形態の制御装置２０の制御部２１の構成と、制御部２１、電磁石電源装置２２、荷電粒子ビーム発生装置１、治療室２間の信号の送受信の関係を図２に示す。制御部２１における処理の流れを図３に示す。
【００２５】
制御部２１は記憶装置２４と出力装置２５とシーケンサ２３を備えており、記憶装置２４には、初期化運転に必要な各電磁石の初期化励磁パターン２６及び通常運転に必要な各電磁石の通常励磁パターン２７を予め保存して保有している。制御部２１は通常運転開始判定装置２８と、初期化運転開始判定装置２９と、初期化タイマー３０とを有している。
【００２６】
通常運転が完了すると、荷電粒子ビーム発生装置１より通常運転完了信号３５が出力される。これを受け、初期化運転開始判定装置２９は出力装置２５に対し初期化運転開始指令３１を出力する（ステップＳ１４０）。同時に初期化運転開始判定装置２９は、初期化運転開始信号３２を初期化タイマーに出力する。初期化タイマーは初期化開始信号３２を受けたタイミングを記憶しておく。そして、前回の初期化開始信号を受けてから予め設定した一定時間以上初期化開始信号がない場合は、長時間経過により電磁石の残留磁場が変化していると判断し、初期化運転開始判定装置に対し再初期化要求３３を出力する。再初期化要求３３を受けると、初期化運転開始判定装置２９は出力装置２５に対し初期化運転開始指令３１を出力する（ステップＳ１００）。また、治療室２において手動またはインターロックが働く等により治療が中断された場合、或いは荷電粒子ビーム発生装置１においてインターロックが働く等により通常運転が中断された場合、通常運転停止指令３４ａ，３４ｂが治療室２及び荷電粒子ビーム発生装置１から初期化運転開始判定装置２９に対し出力される。この場合においても、初期化運転開始判定装置２９は出力装置２５に対し初期化運転開始指令３１を出力する（ステップＳ１３０）。
【００２７】
出力装置２５は初期化運転開始指令３１を受けると、記憶装置２４に格納された初期化パターン２６を電磁石電源装置２２に出力し、通常運転で励磁した電磁石群を初期化する初期化運転が行なわれる（ステップＳ１５０）。初期化運転が完了すると電磁石電源装置２２から通常運転開始判定装置２８に初期化運転完了信号３６が出力され、通常運転開始が可能な状態となる（ステップＳ１６０）。その後、治療室２より通常運転開始要求３７に応じて、通常運転開始判定装置２８は出力装置２５及び荷電粒子ビーム発生装置１に対し通常運転開始信号３８を出力する。出力装置２５は通常運転開始指令３８を受けると、記憶装置２４に格納された運転パターン２７を電磁石電源装置２２に出力し、通常運転が行なわれる（ステップＳ１１０→Ｓ１２０）。
【００２８】
次に、従来の初期化運転方式と本実施の形態における初期化運転方式の比較を図４を用いて説明する。図４における通常運転及び初期化運転時のビーム輸送系に属する電磁石電源の励磁状態を図５に示す。
【００２９】
図４は、二人の患者に一人当たり通常運転を３回繰り返す場合の動作の流れを、従来と本実施の形態とで比較して示すタイムチャートである。図中の治療室準備は患者の固定等の準備工程を指し、照射準備は通常運転開始前のノズルやガントリの調整等の準備工程を指す。図５は初期化運転時の輸送系電磁石の励磁状態を従来と本実施の形態とで比較して示す図である。図５に示すように、通常運転では、荷電粒子ビームの「入射→加速→出射→減速」を１運転サイクルとしてこれを必要回数（図５の例では３回）繰り返して行い、初期化運転では、電磁石の最大と最小の励磁を複数回（図５の例では３回）繰り返して行う。
【００３０】
図４の上側に示すように、従来の初期化運転方式では、それぞれの通常運転の前に初期化運転を行っている。それに対し、本実施の形態の初期化運転方式では、図４の下側に示すように、前回の初期化運転から一定時間経過しているという理由で通常運転１の前に初期化運転を行うが、それ以外はそれぞれの通常運転後に自動で初期化運転を開始し、初期化運転を行うものとする。また、通常運転後の初期化運転に関しては、照射準備と並行してを行うことで初期化運転による待ち時間を無くす。そして、照射運転後に初期化運転を行えば通常運転前の初期化運転が不要となるため、照射装置の使用時間が短縮される。
【００３１】
以上により、本実施の形態では通常運転後にシンクロトロン９に属する電磁石群及び輸送系に属する電磁石群の初期化運転を行い、それと並行して次の照射準備を行うことにより、装置の稼働率を高めることができる。
【００３２】
図３において、治療室準備を１５分、照射準備を５分、通常運転を２分、初期化運転を１分とする。この場合、従来の初期化運転方式における装置の稼動時間は以下の式から６８分となる。
【００３３】
１５＊２＋５＊４＋２＊６＋１＊６＝６８
これに対し、本実施の形態の初期化運転方式における装置の稼動時間は以下の式から６３分となる。
【００３４】
１５＊２＋５＊４＋２＊６＋１＊１＝６３
よって、二人の患者の治療に要する時間を５分短縮できる。
【００３５】
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態による荷電粒子照射システムを図面を参照しつつ説明する。
【００３６】
本実施の形態の荷電粒子照射システムである陽子線治療システムは、図６に示すように、第１の実施の形態と同様の荷電粒子ビーム発生装置１と、３つの治療室２Ａ，２Ｂ，２Ｃと、荷電粒子ビーム発生装置１の下流側に接続された第１ビーム輸送系４Ａ及びこの第１ビーム輸送系４Ａから分岐するようにそれぞれ設けられた第２ビーム輸送系５Ａ，５Ｂ，５Ｃを有するビーム輸送系を有している。第１ビーム輸送系４Ａは、第２ビーム輸送系５Ａ，５Ｂ，５Ｃのそれぞれにイオンビームを導く共通のビーム輸送系である。
【００３７】
荷電粒子ビーム発生装置１のシンクロトロン９は、前述したように四極電磁石５１、偏向電磁石５２等の電磁石群（以下第１電磁石群という）を備えている。シンクロトロン９から出射されたイオンビームは、第１ビーム輸送系４Ａより下流側へ輸送される。第１ビーム輸送系４Ａは、ビーム経路にビーム進行方向上流側より配置された四極電磁石１３、偏向電磁石１２、四極電磁石１４Ａ、切替電磁石６Ａ、四極電磁石１４Ｂ、切替電磁石６Ｂ、四極電磁石１４Ｃ、切替電磁石６Ｃ、四極電磁石１４Ｄを備えている。第１ビーム輸送系４Ａに導入されたイオンビームは、切替電磁石６Ａ，６Ｂ，６Ｃの励磁、非励磁の切替えによる偏向作用の有無によって、第２ビーム輸送系５Ａ，５Ｂ，５Ｃのいずれかに選択的に導入される。各切替電磁石は、偏向電磁石の一種である。
【００３８】
第２ビーム輸送系５Ａは、第１輸送系４Ａのビーム経路に接続されて治療室２Ａ内に配置された照射装置１０Ａに連絡されるビーム経路にビーム進行方向上流側より配置された四極電磁石１５Ａ、偏向電磁石１６Ａ、四極電磁石１７Ａ、偏向電磁石１８Ａ、偏向電磁石１９Ａを備える。切替電磁石６Ａは第２ビーム輸送系５Ａのビーム経路上に配置されているとも言える。
【００３９】
第２ビーム輸送系５Ｂ、第２ビーム輸送系５Ｃも第２ビーム輸送系５Ａと同様に構成されている。これら第２ビーム輸送系２Ｂ、２Ｃは、第２ビーム輸送系２Ａの構成要素の参照数字に、添え字Ａに代わって添え字Ｂ，Ｃを付した構成要素から成る。
【００４０】
第２ビーム輸送系５Ａへ導入されたイオンビームは、当該電磁石の励磁によりビーム経路を通って照射装置１０Ａへと輸送される。第２ビーム輸送系５Ｂ，５Ｃについても同様に、イオンビームは各ビーム経路を通って照射装置１０Ｂ，１０Ｃにそれぞれ輸送される。
【００４１】
本実施の形態の陽子線治療システムにおける電磁石のうち、第１ビーム輸送系４Ａ及び第２ビーム輸送系５Ａ〜５Ｃに属する電磁石群を以下に列挙する。
【００４２】
＜第１ビーム輸送系４Ａに属する電磁石群（以下第２電磁石群という）＞
四極電磁石１３、偏向電磁石１２、四極電磁石１４Ａ、切替電磁石６Ａ、四極電磁石１４Ｂ、切替電磁石６Ｂ、四極電磁石１４Ｃ、切替電磁石６Ｃ、四極電磁石１４Ｄ。
【００４３】
＜第２ビーム輸送系５Ａ〜５Ｃに属する電磁石群（以下第３電磁石群という）＞
１．治療室２Ａに対応する電磁石群（四極電磁石１５Ａ、偏向電磁石１６Ａ、四極電磁石１７Ａ、偏向電磁石１８Ａ、偏向電磁石１９Ａ）
２．治療室２Ｂに対応する電磁石群（四極電磁石１５Ｂ、偏向電磁石１６Ｂ、四極電磁石１７Ｂ、偏向電磁石１８Ｂ、偏向電磁石１９Ｂ）
３．治療室２Ｃに対応する電磁石群電磁石群（四極電磁石１５Ｃ、偏向電磁石１６Ｃ、四極電磁石１７Ｃ、偏向電磁石１８Ｃ、偏向電磁石１９Ｃ）。
【００４４】
尚、電磁石群は一部を説明を省略し示している。例えば、シンクロトロン９、第１ビーム輸送系４Ａ及び第２ビーム輸送系５Ａ，５Ｂ，５Ｃにおけるステアリング電磁石は省略している。
【００４５】
本実施形態の陽子線治療システムは、制御装置２０Ａを備え、制御装置２０Ａは、制御部２１Ａ、電磁石電源装置２２Ａ、負荷切替装置４０を有している。制御部２１Ａは電磁石制御部２１ａ及び負荷切替制御部２１ｂを有している。電磁石制御部２１ａ及び負荷切替制御部２１ｂの機能は後述する。電磁石電源装置２２Ａは、シンクロトロン９に属する第１電磁石群及び第１ビーム輸送系４Ａに属する第２電磁石群、第２ビーム輸送系５Ａ〜５Ｃに属する第３電磁石群に含まれる各電磁石をそれぞれ励磁するためのものであり、第１電磁石群及び第２電磁石群を励磁するための第１電磁石電源装置２２ａと、第３電磁石群を励磁するための第２電磁石電源装置２２ｂとを有している。負荷切替装置４０は、治療室が選択されたときに、第２ビーム輸送系５Ａ〜５Ｃに属する第３電磁石群のうち、当該治療室に対応する第２ビーム輸送系に属する電磁石群を第２電磁石電源装置２２ｂに接続するよう切り替え、それら電磁石群の励磁制御を行うものである。
【００４６】
本実施形態の制御装置２０Ａの制御部２１Ａの電磁石制御部２１ａの構成と、制御部２１Ａの電磁石制御部２１ａ及び負荷切替制御部２１ｂ、電磁石電源装置２２Ａ、負荷切替装置４０、荷電粒子ビーム発生装置１、治療室２Ａ，２Ｂ，２Ｃ間の信号の送受信の関係を図７に示す。
【００４７】
制御部２１Ａにおいて、電磁石制御部２１ａは第１の実施の形態における制御部２１に相当し、電磁石制御部２１ａにおける処理の流れは図３と同様である。
【００４８】
本実施の形態において第１の実施の形態と異なる点は、通常運転ではシンクロトロン９と第１ビーム輸送系の該当する部分を占有することと、各治療室が通常運転開始要求３７を出力するためには、該当治療室にビームを導くための第２ビーム輸送系に属する第３電磁石群に負荷切替が必要なことである。
【００４９】
例えば、治療室２Ａで治療を行う場合、シンクロトロン９の電磁石群、第１ビーム輸送系４Ａに属する第２電磁石群のうち電磁石群１２，１３，１４Ａ、第２ビーム輸送系５Ａに属する第３電磁石群６Ａ，１５Ａ〜１９Ａを励磁して通常運転を行う。通常運転が完了すると、荷電粒子ビーム発生装置１より通常運転完了信号３５が出力され、これを受けて初期化運転開始判定装置２９は出力装置２５に対し初期化運転開始指令３１を出力する（図３のステップＳ１４０）。出力装置２５は初期化運転開始指令３１を受けると、記憶装置２４に格納された初期化パターン２６を電磁石電源装置２２Ａに出力し、初期化運転が行なわれる（図３のステップＳ１５０）。すなわち、通常運転が完了すると、通常運転で励磁した電磁石群を初期化する初期化運転を自動的に行う。この第１ビーム輸送系４Ａにおける電磁石群の選択及び電磁石群を励磁して行う通常運転及び初期化運転の制御は制御部２１Ａの電磁石制御部２１ａが行う。
【００５０】
この後、別の治療室で治療を行う場合、その治療室にビームを導くための負荷切替を行う。この負荷切替は次のようにして行う。
【００５１】
各治療室２Ａ，２Ｂ，２Ｃにおいて、患者の位置決め等の治療室準備或いはノズルやガントリの調整等の照射準備が完了すると、各治療室から準備完了信号４１が負荷切替制御部２１ｂに出力される。また、初期化運転が完了すると電磁石電源装置２２Ａから通常運転開始判定装置２８と負荷切替制御部２１ｂに初期化運転完了信号３６が出力される。負荷切替制御部２１ｂは準備完了信号４１と初期化運転完了信号３６を受けると、直ちに負荷切替要求４２を負荷切替装置４０に出力する。負荷切替装置４０はその負荷切替要求４２を受けて負荷切替を行なった後に、負荷切替完了信号４３を負荷切替制御部２１ｂに出力し、負荷切替制御部２１ｂは通常運転開始許可信号４４を治療室に出力する。こうして初めて通常運転開始が可能な状態となり、当該治療室から通常運転開始要求３７を出力することが可能になる。
【００５２】
本実施の形態において、初期化運転により電磁石群を初期化したときに、初期化が完了した時刻を記憶し、この時刻から予め設定した所定時間以上前記電磁石群の初期化が行われない場合に、前記電磁石群を再初期化する初期化運転を自動的に行うこと（図３のステップＳ１００）、及び通常運転中に通常運転停止指令を受けた場合に、通常運転を停止して電磁石群を初期化する初期化運転を自動的に行うこと（図３のステップＳ１３０）は、第１の実施の形態と同じである。ただし、前回の初期化から所定時間以上初期化が行われなかった場合の再初期化は、シンクロトロン９の電磁石群、第１ビーム輸送系４Ａの第２電磁石群、第２ビーム輸送系５Ａ〜５Ｃの第３電磁石群とで区別して前回の初期化からの所定時間の経過を監視し、該当する電磁石群のみを再初期化する必要がある。
【００５３】
次に、従来の初期化運転方式と本実施の形態における初期化方式の比較を図８及び図９を用いて説明する。図８及び図９における通常運転及び初期化運転時のビーム輸送系に属する電磁石電源の励磁状態は図５と同様である。
【００５４】
図８及び図９は、治療室２Ａ、２Ｂにおいて一人の患者に対し３回通常運転を繰り返す場合の荷電粒子照射システムの動作の流れの２つの例を、従来と本実施の形態とで比較して示すタイムチャートである。従来の初期化運転方式では、それぞれの照射の前に初期化運転を行っている。それに対し、本実施の形態の初期化運転方式では、治療室２Ａについては前回の初期化運転から一定時間経過しているという理由で通常運転１の前に初期化運転を行うが、それ以外はそれぞれの通常運転後に自動で初期化運転を開始し、初期化運転を行うものとする。治療室２Ｂについては前回の初期化運転から一定時間経過していないため、通常運転４の前に初期化運転を行う必要がないものとする。照射後の初期化運転に関しては、初期化運転と並行して次の照射準備を行う。
【００５５】
図８は、治療室２Ａ、２Ｂのビーム照射開始が重なり、交互に通常運転を行う場合の例である。複数の治療室に分岐する荷電粒子照射システムにおいては、ある治療室で通常運転及び初期化運転を行っている場合、他の治療室の通常運転や初期化運転を開始することができない。この例ではそのため、従来の初期化運転と本実施の形態の初期化運転いずれにおいても、通常運転１を除くすべての通常運転前に待ち時間が発生し、初期化運転を通常運転前に行うか通常運転後に行うかによる時間短縮の優劣は存在しない。
【００５６】
図９は、治療室２Ａ、２Ｂのビーム照射開始が重ならず、治療室２Ａでの３回の通常運転後に治療室２Ｂでの通常運転を開始する場合の例である。従来の初期化運転では、治療室２Ｂの準備が完了した時点では、治療室２Ａでのビーム照射が全て完了しておらず、通常運転４の前に待ち時間が発生している。本実施の形態の初期化運転においても、通常運転４の前に待ち時間が発生しているが、初期化運転と照射準備を並行して行うことで治療室２Ａのビーム照射がより早く完了するため、通常運転４の前の待ち時間が短縮される。それに加え、治療室２Ｂにおいても初期化と照射準備を並行して行うことで装置稼動時間は短縮される。
【００５７】
図９において、治療室準備を１５分、照射準備を５分、通常運転を２分、初期化運転を１分とする。この場合、従来の初期化運転方式における計６回の通常運転が完了するまでの時間は以下の式から５３分となる。
【００５８】
１５＊１＋５＊４＋２＊６＋１＊６＝５３
それに対し、本実施の形態の初期化運転方式における計６回の照射が完了するまでの時間は以下の式から４９分となる。
【００５９】
１５＊１＋５＊４＋２＊６＋１＊２＝４９
よって、二人の患者の治療に要する時間を４分短縮できる。
【００６０】
図８の従来の初期化運転における各電磁石の初期化状況を図１０に、本実施の形態の初期化運転における各電磁石の初期化状況を図１１に示す。
【００６１】
図１０は図８の従来の初期化運転における治療室２Ａの通常運転時（通常運転１、通常運転２、通常運転３）及び治療室２Ｂの通常運転時（通常運転４、通常運転５、通常運転６）の初期化状況を、初期化済の電磁石を白、初期化されていない電磁石を黒で示している。治療室２Ａの通常運転時は、直前の初期化運転により、シンクロトロン９に属する第１電磁石群、第１ビーム輸送系の上流側から切替電磁石６Ａの直前までの第２電磁石群、治療室２Ａに対応する第２ビーム輸送系に属する第３電磁石群（切替電磁石６Ａを含む）が初期化済となる。治療室２Ｂの通常運転時は、直前の初期化運転により、シンクロトロン９に属する第１電磁石群、第１ビーム輸送系の上流側から切替電磁石６Ｂの直前までの第２電磁石群、治療室２Ｂに対応する第２ビーム輸送系に属する第３電磁石群（切替電磁石６Ｂを含む）が初期化済となる。但し、切替電磁石６Ａに関しては、負荷切替装置４０により電磁石電源装置２２ｂが切替電磁石６Ｂと接続するよう切り替えられているため、切替電磁石６Ａは無励磁状態となるだけで、初期化は行われない。そのため、治療室６Ｂにおける通常運転時の切替電磁石６Ａの残留磁場は、治療室２Ａでの通常運転によるヒステリシスの影響を受ける。そして、治療室２Ｂの通常運転が切替電磁石６Ａの残留磁場から受ける影響が毎回異なってくる。
【００６２】
図１１は図８の本実施の形態の初期化運転における治療室２Ａの通常運転時（通常運転１、通常運転２、通常運転３）及び治療室２Ｂの通常運転時（通常運転４、通常運転５、通常運転６）の初期化状況を、初期化済の電磁石を白、初期化されていない電磁石を黒で示している。治療室２Ａの通常運転時は、通常運転１直前の初期化運転及び通常運転１、通常運転２直後の初期化運転により、シンクロトロン９に属する第１電磁石群、第１ビーム輸送系の上流側から切替電磁石６Ａの直前までの第２電磁石群、治療室２Ａに対応する第２ビーム輸送系に属する第３電磁石群（切替電磁石６Ａを含む）が初期化済となる。また、治療室２Ｂは通常運転４の直前においては前回の初期化運転から一定時間が経過していないこと及び通常運転４、通常運転５直後の初期化運転により、第１ビーム輸送系の上流側から切替電磁石６Ｂの直前までの第２電磁石群、治療室２Ｂに対応する第２ビーム輸送系に属する第３電磁石群（切替電磁石６Ｂを含む）についても初期化済である。また、治療室２Ａの通常運転後に使用した電磁石は初期化されるため、治療室２Ｂの通常運転時も治療室２Ａの通常運転時と同様の初期化状況となる。そして、切替電磁石６Ａの初期化運転が行われているため、治療室２Ａでの通常運転によるヒステリシスが治療室２Ｂのビーム照射へ影響を及ぼすことはない。
【００６３】
尚、図９における各電磁石の初期化状況についても同様に、図１０、図１１のようになる。
【００６４】
第２の実施の形態では通常運転後に初期化運転を行うことで、前の治療室での通常運転によるヒステリシスの影響を毎回一定にすることができる。また、通常運転後に初期化運転を行い、それと並行して次の照射準備を行うことにより、各治療室の治療開始のタイミングによっては、装置稼働時間の短縮ができる。
【００６５】
尚、第１及び第２の実施の形態では共にシンクロトロンの例を挙げたが、サイクロトロンにおいても同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００６６】
１  荷電粒子ビーム発生装置
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ  治療室
４  ビーム輸送系
４Ａ  第１ビーム輸送系
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ  第２ビーム輸送系
６，８，１２，１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１８，１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１９，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ  偏向電磁石
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ  切替電磁石
７  前段加速器
９  シンクロトロン
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ  照射装置
１３，１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ，１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ  四極電磁石
２０，２０Ａ  制御装置
２１，２１Ａ  制御部
２１ａ  電磁石制御部
２１ｂ  負荷切替制御部
２２  電磁石電源装置
２２ａ  第１電磁石電源装置
２２ｂ  第２電磁石電源装置
２３  シーケンサ
２４  記憶装置
２５  出力装置
２６  初期化パターン
２７  通常運転パターン
２８  通常運転判定装置
２９  初期化運転判定装置
３０  初期化タイマー
３１  初期化運転開始指令
３２  初期化運転開始信号
３３  再初期化要求
３４ａ，３４ｂ  通常運転停止指令
３５  通常運転完了信号
３６  初期化運転完了信号
３７  通常運転開始要求
３８  通常運転開始信号
４０  負荷切替装置
４１  準備完了信号
４２  負荷切替要求
４３  負荷切替完了信号
４４  通常運転開始許可信号
５１  四極電磁石
５２  偏向電磁石
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005396538.tif 000009
【図９】
0005396538.tif 000010
【図１０】
0005396538.tif 000011
【図１１】
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