(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の患部に粒子線ビームを照射する粒子線ビーム照射装置において、
前記粒子線ビームの出射と停止を制御する出射制御部と、
前記患部に対する前記粒子線ビームの照射位置を順次変更する制御部と、
前記患部に向けて照射される前記粒子線ビームの線量率を測定する第１、及び第２の線量計と、
前記第１、及び第２の線量計から出力される前記線量率を累積して得られる線量測定値を用いて本装置の異常判定を行い、異常有りと判定したときは、前記粒子線ビームの出射を停止させるインターロック信号を前記出射制御部に出力する異常判定部と、
を備え、
前記制御部は、
前記第１の線量計から出力される線量率を前記粒子線ビームの照射位置毎に累積して第１のビーム線量測定値を求め、前記第１のビーム線量測定値が、前記照射位置毎に予め定められている第１の計画線量値に達したとき、前記粒子線ビームの照射位置を変更し、
前記異常判定部は、
前記第２の線量計から出力される線量率を前記粒子線ビームの照射位置毎に累積して第２のビーム線量測定値を求め、前記第１のビーム線量測定値が前記第１の計画線量値に達したとき、前記第２のビーム線量測定値が、前記第１の計画線量値よりも高い値に設定されている第２の計画線量値を越えた場合に前記異常有りと判定する第１の異常判定と、
前記第１、及び第２の線量計から出力される線量率を所定の判定期間毎に累積して区間線量測定値を夫々求め、前記夫々の区間線量測定値に基づいて前記異常ありと判定する第２の異常判定と、
を行うことを特徴とする粒子線ビーム照射装置。
【請求項２】
前記第２の異常判定は、
前記粒子線ビームの出射期間中に前記第１、及び第２の線量計から出力される線量率を前記所定の判定期間毎に累積して第１、及び第２の区間線量測定値を夫々求め、前記第１の区間線量測定値が予め定められた第１の基準範囲外となった場合、及び、前記第２の区間線量測定値が予め定められた第２の基準範囲外となった場合の少なくとも何れかの場合に、前記異常ありと判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の粒子線ビーム照射装置。
【請求項３】
前記第２の異常判定は、
前記第１の区間線量測定値と、前記第２の区間線量測定値との差の絶対値が、所定の判定範囲外となった場合、前記異常ありとさらに判定する、
ことを特徴とする請求項２に記載の粒子線ビーム照射装置。
【請求項４】
前記所定の判定期間は、前記粒子線ビーム照射位置の平均的な変更間隔よりも短く設定される、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の粒子線ビーム照射装置。
【請求項５】
前記第２の異常判定は、
前記粒子線ビームの出射停止期間に前記第１、及び第２の線量計から出力される線量率を前記所定の判定期間毎に累積して第３、及び第４の区間線量測定値を夫々求め、前記第３の区間線量測定値が予め定められた第３の基準値を超えた場合、及び、前記第４の区間線量測定値が予め定められた第４の基準値を超えた場合の少なくとも何れかの場合に、前記異常有りと判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の粒子線ビーム照射装置。
【請求項６】
前記所定の判定期間は、前記粒子線ビームの出射停止期間よりも短く設定される、
ことを特徴とする請求項５に記載の粒子線ビーム装置。
【請求項７】
患者の患部に粒子線ビームを照射する粒子線ビーム照射装置の制御方法であって、前記粒子線ビーム照射装置は、出射制御部と、制御部と、第１及び第２の線量計と、異常判定部とを具備し、前記制御方法は、
前記出射制御部が、前記粒子線ビームの出射と停止を制御し、
前記制御部が、前記患部に対する前記粒子線ビームの照射位置を順次変更し、
前記第１、及び第２の線量計が、前記患部に向けて照射される前記粒子線ビームの線量率を測定し、
前記異常判定部が、前記第１、及び第２の線量計から出力される前記線量率を累積して得られる線量測定値を用いて本装置の異常判定を行い、異常有りと判定したときは、インターロック信号を前記出射制御部に出力することによって前記粒子線ビームの出射を停止させる、
ステップを備え、
前記粒子線ビームの照射位置を変更するステップでは、
前記第１の線量計から出力される線量率を前記粒子線ビームの照射位置毎に累積して第１のビーム線量測定値を求め、前記第１のビーム線量測定値が、前記照射位置毎に予め定められている第１の計画線量値に達したとき、前記粒子線ビームの照射位置を変更し、
前記異常判定を行うステップでは、
前記第２の線量計から出力される線量率を前記粒子線ビームの照射位置毎に累積して第２のビーム線量測定値を求め、前記第１のビーム線量測定値が前記第１の計画線量値に達したとき、前記第２のビーム線量測定値が、前記第１の計画線量値よりも高い値に設定されている第２の計画線量値を越えた場合に前記異常有りと判定する第１の異常判定と、
前記第１、及び第２の線量計から出力される線量率を所定の判定期間毎に累積して区間線量測定値を夫々求め、前記夫々の区間線量測定値に基づいて前記異常ありと判定する第２の異常判定と、
を行うことを特徴とする粒子線ビーム照射装置の制御方法。
【請求項８】
前記第２の異常判定は、
前記粒子線ビームの出射期間中に前記第１、及び第２の線量計から出力される線量率を前記所定の判定期間毎に累積して第１、及び第２の区間線量測定値を夫々求め、前記第１の区間線量測定値が予め定められた第１の基準範囲外となった場合、及び、前記第２の区間線量測定値が予め定められた第２の基準範囲外となった場合の少なくとも何れかの場合に、前記異常ありと判定する、
ことを特徴とする請求項７に記載の粒子線ビーム照射装置の制御方法。
【請求項９】
前記第２の異常判定は、
前記第１の区間線量測定値と、前記第２の区間線量測定値との差の絶対値が、所定の判定範囲外となった場合、前記異常ありとさらに判定する、
ことを特徴とする請求項８に記載の粒子線ビーム照射装置の制御方法。
【請求項１０】
前記所定の判定期間は、前記粒子線ビーム照射位置の平均的な変更間隔よりも短く設定される、
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の粒子線ビーム照射装置の制御方法。
【請求項１１】
前記第２の異常判定は、
前記粒子線ビームの出射停止期間に前記第１、及び第２の線量計から出力される線量率を前記所定の判定期間毎に累積して第３、及び第４の区間線量測定値を夫々求め、前記第３の区間線量測定値が予め定められた第３の基準値を超えた場合、及び、前記第４の区間線量測定値が予め定められた第４の基準値を超えた場合の少なくとも何れかの場合に、前記異常有りと判定する、
ことを特徴とする請求項７に記載の粒子線ビーム照射装置の制御方法。
【請求項１２】
前記所定の判定期間は、前記粒子線ビームの出射停止期間よりも短く設定される、
ことを特徴とする請求項１１に記載の粒子線ビーム装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子線ビーム照射装置及びその制御方法に係り、特に、炭素等の重粒子線ビームや陽子ビーム等を患部に照射してがん治療を行う粒子線ビーム照射装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日の日本国において、がんは死因として最も多いものであり、毎年３０万人以上の国民がなくなっている。このような状況の中、治療効果の高さや副作用の少なさなどの優れた特徴を有する、炭素ビームや陽子ビームを用いた粒子線治療法が注目されている。この治療法は、加速器から出射された粒子線ビームをがん細胞に照射することで、正常細胞に与える影響を小さくしながら、がん細胞を死滅させることができる。
【０００３】
この治療方法において、現在使用されている粒子線照射方法は、拡大ビーム法と呼ばれる方法である。この拡大ビーム法では、粒子線ビームをワブラ法あるいは二重散乱体法と呼ばれる方法によりビーム径を患部サイズ以上に拡大し、形状コリメータと呼ばれる真ちゅう製コリメータにより照射領域を制限することにより、患部形状に合致させて照射を行う。また、ビーム進行方向（ビーム軸方向）にはリッジフィルタと呼ばれるビーム飛程拡大装置によりビームを拡大し、ボーラスと呼ばれるポリエチレン製のビーム飛程整形装置によってビーム停止位置を深い位置での患部形状（外郭）に合致させて照射する。
【０００４】
しかし、拡大ビーム法は厳密には３次元的に患部形状に合致させることができないので、患部周りの正常細胞への影響を小さくするには限界がある。さらには、形状コリメータやボーラスは患部（さらには患部に対する照射方向）毎に製作されるので、治療照射後には放射線廃棄物が発生するという問題がある。
【０００５】
そこで、粒子線治療のさらに進んだ照射法として、体内患部を３次元格子状に切り分けて照射を行うスキャニング照射法の開発が進められている。このスキャニング照射法では、形状コリメータやボーラスを用いることなく、ビーム軸方向についても精度よく患部に合わせることが可能になり、従来の２次元的照射方法と比較して正常細胞への被曝を抑制することができる。
【０００６】
例えばスポットスキャニング照射法と呼ばれる３次元照射法においては、次のように各点の照射を行っていく。
【０００７】
ある点に対して予め決められた線量（この照射点毎の照射線量を決める作業は治療計画と呼ばれる）を照射すると、スキャニング制御装置は線量計からの満了信号を受けてスポット切替指令を出力する。このスポット切替指令に基づき、ビーム出射制御装置はビーム出射を停止する。同時に、スキャニング電磁石の電源は、次の照射点の座標に対応した電流値の設定を開始する。スキャニング照射装置は、電磁石電源の電流値の設定の完了信号を受信すると、ビーム出射制御装置に対しビーム開始命令を出力し、次の点に対する照射が開始される。これを順次繰り返して、一つの照射スライス（面）に対する治療部位の照射を行う。そして、これが終了すると、ビーム出射を一旦停止し、加速器から出射するビームのエネルギーを変更するか、レンジシフタと呼ばれる飛程調整装置を制御することにより、ビーム進行方向のビーム停止位置（スライス）を変更する。このようにスキャニング照射とスライス切替を順次行っていくことで治療部位全域にわたる照射を行う。
【０００８】
粒子線ビームはシンクロトロンと呼ばれる主リングに一定のビームエネルギー状態にて蓄積されている。そして、ビーム出射時には、主リング上のビーム取り出し口に配置されたビーム出射制御装置にてビームに高周波電界を与えることでビームを取り出し照射装置に導入する。スポット切替およびスライス切替におけるビーム出射停止はこの高周波電界の印加を停止することによって行われる。
【０００９】
スポットスキャニング照射法の弱点は、ビーム出射制御装置がビーム停止命令を出力しても、実際には直ちにビーム出射を停止できないことである。このため、漏れ線量が電磁石の励磁電流変更時、すなわち、照射位置の移動中に患部に照射されることになる。各点に対する照射線量（設定線量）が小さいときは、漏れ線量の比率（漏れ線量／設定線量）が大きくなるため、特に問題になる。この問題を抑制するには、ビーム強度を低下させて、漏れ線量の比率を相対的に小さくさせる必要があるが、ビーム強度を低下させることは、一方では治療の長時間化を招き、患者の身体的負担が大きくなってしまう。
【００１０】
スポットスキャニング法でビーム強度が上げられない問題を解決するため、ラスタースキャニング法と呼ばれる方法が研究されている（非特許文献１等参照）。この方法ではスポットスキャニング法と異なって、照射点を移動するときもビームを停止させない。つまり、停止照射点（照射位置が移動中でなく、停止した状態で設定された線量を照射する点を停止照射点と呼ぶことにする）と停止照射点の間をビーム位置が移動するときもビームが照射されるが、この間の照射量も含めて、治療計画、すなわち各停止点における照射線量の最適化が行なわれる。
【００１１】
粒子線治療の対象となる部位として、肺や肝臓など、呼吸とともに移動する部位がある。このような部位については、呼吸波形信号を取得し、一定の位置の範囲内に部位がある場合のみ照射を行うゲート内照射が行われる。しかし、スキャニング照射法においては照射点を順次切り替えていくため、呼吸による部位の移動にともなって相対的に照射点のずれが生じて線量分布の不均一化をもたらす。これを解決する手段として非特許文献１では次のような呼吸同期照射法が提案されている。
【００１２】
この呼吸同期照射法では、１スライスにおける１照射時間（対象のスライスにおいて照射領域全体を１回照射する時間）を１呼吸のゲート幅の１／ｎになるようビーム強度を設定する。そして、１呼吸中にｎ回（たとえばｎ＝８回）の繰り返し照射を行う。対象のスライス内照射を終えると、照射スライスを変更し、次の照射スライスに対してビーム強度の再設定を行って、スライス内照射を行っていく。
【００１３】
このように、１スライス内の照射時間制御（非特許文献１では位相制御と呼ばれている）と繰り返し照射（同じくリスキャニングと呼ばれている）を行うことで、部位の移動に対して照射領域を分散化させることができ、線量均一性は統計誤差１／√ｎにしたがって改善することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】古川卓司、外８名、「３次元スキャニング照射装置の設計検討」、放射線医学総合研究所ＨＩＭＡＣレポート：ＨＩＭＡＣ−１２４、独立行政法人放射線医学総合研究所発行、２００７年４月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
粒子線治療装置においては、照射装置の機器において異常が発生し、正常な照射を行うことができない恐れが生じたとき、直ちにこれを識別し、ビーム出射を停止するインターロック機構が必須である。
【００１６】
例えば、スキャニング照射装置においては、通常、正線量計と副線量計の２つの線量計を備えている。スキャニング照射装置では、あるビーム位置において正線量計で計測される線量が所定の基準線量に達すると、線量満了信号を出力してビーム位置を変更する処理を行う他、正副線量計によって計測されるスポット毎の線量と、予め定めてある正副線量計の基準値（プリセット値）との比較を行うことによって、装置の正常動作を常時確認している。そして、正副いずれかの線量計に異常が発生したときには、インターロック信号を発生させビーム出射を停止している。
【００１７】
スキャニング照射装置で生じる他の異常として、スライス切替時にビーム出射を停止状態にしているのにも関わらず、ビームが出射されてしまうという異常がある。これはビーム出射装置に電気的ノイズが混入し、電気的ノイズによって意図しないビーム出射が起こる等の原因による。このような意図しないビーム出射による線量付与は漏れ線量と呼ばれる。漏れ線量は、例えば、ビーム停止期間中に正線量計から出力されるパルス信号のパルス数を累積計測することにより監視している。
【００１８】
しかし、ラスタースキャニング照射装置に対して発明者らが研究を行った結果、上述の監視方法だけでは十分でないことが明らかになった。
【００１９】
例えば、正副線量計にはそれぞれ高電圧電源が接続されているが、これらの高電圧電源の出力が操作ミス等で共に切られている状態が実際の治療現場では起こりうる。正副線量計の高電圧電源をともに入れ忘れた状態で照射を開始した場合、正副線量計からともに出力がないため、正副線量計の計測値から線量満了を示す信号を出力することができず、過照射を発生させてしまう恐れがある。
【００２０】
また、現状の異常判定ロジックは、正副線量計から出力される計測線量値が、スポット毎に割り付けられているプリセット値に達したとき、正副線量計の異常の有無を判定するロジックとなっている。つまり、該当スポットの照射が終了するまでは異常の判断ができない異常判定ロジックとなっている。
【００２１】
一方、漏れ線量については、十分な測定感度を有することができない。ビーム出射装置がノイズ等で誤動作する時間は０．１ｍsec程度であるのに対し、呼吸同期照射でビーム出射を停止しなければいけない時間は１〜２秒（呼吸の吸期の間）である。つまり、ビーム出射中の線量計出力をＳ（シグナル）、停止中の線量計出力をＮ（ノイズ）とすると、線量計のＳ／Ｎとして４桁なければならない。実際には、線量計にこのような感度を有することは難しく、したがって、呼吸同期のビームオフ時間中に漏れ線量が発生しても、ノイズの累積測定値にうずもれてしまい、漏れ線量を識別できない。
【００２２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高い信頼性でビーム毎の線量を計測すると共に、瞬間的なビーム出射による漏れ線量に対しても高い感度で計測することができる粒子線ビーム照射装置及びその制御方法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】
【００２３】
本発明に係る粒子線ビーム照射装置は、上記課題を解決するため、患者の患部に粒子線ビームを照射する粒子線ビーム照射装置において、前記粒子線ビームの出射と停止を制御する出射制御部と、前記患部に対する前記粒子線ビームの照射位置を順次変更する制御部と、前記患部に向けて照射される前記粒子線ビームの線量率を測定する第１、及び第２の線量計と、前記第１、及び第２の線量計から出力される前記線量率を累積して得られる線量測定値を用いて本装置の異常判定を行い、異常有りと判定したときは、前記粒子線ビームの出射を停止させるインターロック信号を前記出射制御部に出力する異常判定部と、を備え、前記制御部は、前記第１の線量計から出力される線量率を前記粒子線ビームの照射位置毎に累積して第１のビーム線量測定値を求め、前記第１のビーム線量測定値が、前記照射位置毎に予め定められている第１の計画線量値に達したとき、前記粒子線ビームの照射位置を変更し、前記異常判定部は、前記第２の線量計から出力される線量率を前記粒子線ビームの照射位置毎に累積して第２のビーム線量測定値を求め、求めた前記第２のビーム線量測定値が、前記第１の計画線量値よりも高い値に設定されている第２の計画線量値を越えた場合、又は、前記第１のビーム線量測定値が前記第１の計画線量値に達したときの前記第２の計画線量値に対する前記第２のビーム線量測定値の比率が所定の比率よりも小さい場合に前記異常有りと判定する第１の異常判定と、前記第１、及び第２の線量計から出力される線量率を所定の判定期間毎に累積して第１、及び第２の区間線量測定値を夫々求め、前記第１の区間線量測定値が予め定められた第１の基準範囲を超えた場合、及び、前記第２の区間線量測定値が予め定められた第２の基準範囲を超えた場合の少なくとも何れかの場合に、前記異常有りと判定する第２の異常判定と、を行うことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明に係る粒子線ビーム照射装置の制御方法は、患者の患部に粒子線ビームを照射する粒子線ビーム照射装置の制御方法であって、前記粒子線ビーム照射装置は、出射制御部と、制御部と、第１及び第２の線量計と、異常判定部とを具備し、前記制御方法は、前記出射制御部が、前記粒子線ビームの出射と停止を制御し、前記制御部が、前記患部に対する前記粒子線ビームの照射位置を順次変更し、前記第１、及び第２の線量計が、前記患部に向けて照射される前記粒子線ビームの線量率を測定し、前記異常判定部が、前記第１、及び第２の線量計から出力される前記線量率を累積して得られる線量測定値を用いて本装置の異常判定を行い、異常有りと判定したときは、インターロック信号を前記出射制御部に出力することによって前記粒子線ビームの出射を停止させる、ステップを備え、前記粒子線ビームの照射位置を変更するステップでは、前記第１の線量計から出力される線量率を前記粒子線ビームの照射位置毎に累積して第１のビーム線量測定値を求め、前記第１のビーム線量測定値が、前記照射位置毎に予め定められている第１の計画線量値に達したとき、前記粒子線ビームの照射位置を変更し、前記異常判定を行うステップでは、前記第２の線量計から出力される線量率を前記粒子線ビームの照射位置毎に累積して第２のビーム線量測定値を求め、前記第１のビーム線量測定値が前記第１の計画線量値に達したとき、前記第２のビーム線量測定値が、前記第１の計画線量値よりも高い値に設定されている第２の計画線量値を越えた場合に前記異常有りと判定する第１の異常判定と、前記第１、及び第２の線量計から出力される線量率を所定の判定期間毎に累積して区間線量測定値を夫々求め、前記夫々の区間線量測定値に基づいて前記異常ありと判定する第２の異常判定と、を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る粒子線ビーム照射装置及びその制御方法によれば、高い信頼性でビーム毎の線量を計測すると共に、瞬間的なビーム出射による漏れ線量に対しても高い感度で計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】粒子線ビーム照射装置の構成例を示す図。
【図２】３次元スキャニング照射の基本的な処理例を示すフローチャート。
【図３】スライス上の走査パターンの一例を示す図。
【図４】従来の異常判定部の構成例を示す図。
【図５】従来の異常判定で使用される照射パターンファイルの一例を示す図。
【図６】従来の照射線量の制御・管理の様子を示す第１のタイミングチャート。
【図７】従来の照射線量の制御・管理の様子を示す第２のタイミングチャート。
【図８】従来の照射線量の制御・管理の様子を示す第３のタイミングチャート。
【図９】第１の実施形態における異常判定部の構成例を示す図。
【図１０】第１の実施形態で使用される照射パターンファイルの一例を示す図。
【図１１】第１の実施形態における照射線量の制御・管理の様子を示すタイミングチャート。
【図１２】第２の実施形態における照射線量の制御・管理の様子を示すタイミングチャート。
【図１３】第３の実施形態における異常判定部の構成例を示す図。
【図１４】第３の実施形態で使用される照射パターンファイルの一例を示す図。
【図１５】第３の実施形態における照射線量の制御・管理の様子を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明に係る粒子線ビーム照射装置及びその制御方法の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２８】
（１）構成と基本動作
図１は、第１の実施形態に係る粒子線ビーム照射装置１の構成例を示した図である。粒子線ビーム照射装置１は、ビーム生成部１０、出射制御部２０、ビーム走査部３０、Ｘ用電磁石３０ａ、Ｙ用電磁石３０ｂ、真空ダクト３１、正線量計（第１の線量計）５０ａ、副線量計（第２の線量計）５０ｂ、位置モニタ部５１、リッジフィルタ６０、レンジシフタ７０、制御部８０、異常判定部９０等を備えて構成されている。
【００２９】
粒子線ビーム照射装置１は、炭素等の粒子や陽子等を高速に加速して得られる粒子線ビームをがん患者１００の患部２００に向けて照射し、がん治療を行う装置である。粒子線ビーム照射装置１では、患部２００を３次元の格子点に離散化し、各格子点に対して細い径の粒子線ビームを順次走査する３次元スキャニング照射法を実施することが可能である。具体的には、患部２００を粒子線ビームの軸方向（図１右上に示す座標系におけるＺ軸方向）にスライスと呼ばれる平板状の単位で分割し、分割したスライスＺi、スライスＺi+1、スライスＺi+2等の各スライスの２次元格子点（図１右上に示す座標系におけるＸ軸及びＹ軸方向の格子点）を順次走査することによって３次元スキャニングを行っている。
【００３０】
ビーム生成部１０は、炭素イオンや陽子等の粒子を生成すると共に、シンクロトロン等の加速器（主加速器）によってこれらの粒子を患部２００の奥深くまで到達できるエネルギーまで加速して粒子線ビームを生成している。
【００３１】
出射制御部２０は、制御部８０から出力される制御信号に基づいて、生成された粒子線ビームの出射のオン、オフ制御を行っている。
【００３２】
ビーム走査部３０は、粒子線ビームをＸ方向及びＹ方向に偏向させ、スライス面上を２次元で走査するものであり、Ｘ方向に走査するＸ用電磁石３０ａとＹ方向に走査するＹ用電磁石３０ｂの励磁電流を制御している。
【００３３】
レンジシフタ７０は、患部２００のＺ軸方向の位置を制御する。レンジシフタ７０は、例えば複数の厚さのアクリル板から構成されており、これらのアクリル板を組み合わせることによってレンジシフタ７０を通過する粒子線ビームのエネルギー、即ち体内飛程を患部２００スライスのＺ軸方向の位置に応じて段階的に変化させることができる。レンジシフタ７０による体内飛程の大きさは通常等間隔で変化するように制御され、この間隔がＺ軸方向の格子点の間隔に相当する。なお、体内飛程の切り替え方法としては、レンジシフタ７０のように粒子線ビームの径路上に減衰用の物体を挿入する方法のほか、上流機器の制御によって粒子線ビームのエネルギー自体を変更する方法でもよい。
【００３４】
リッジフィルタ６０は、ブラッグピークと呼ばれる体内深さ方向における線量のシャープなピークを拡散させるために設けられている。ここで、リッジフィルタ６０によるブラッグピークの拡散幅は、スライスの厚み、即ちＺ軸方向の格子点の間隔と等しくなるように設定される。３次元スキャニング照射用のリッジフィルタ６０は、断面が略２等辺三角形のアルミニウム棒状部材を複数並べて構成している。粒子線ビームが２等辺三角形を通過する際に生じる径路長の差異によってブラッグピークのピークを拡散させることが可能であり、２等辺三角形の形状によって拡散幅を所望の値に設定することができる。
【００３５】
正線量計５０ａ、及び副線量計５０ｂは、照射する線量をモニタするためのものであり、夫々その筐体内に、粒子線の電離作用によって生じた電荷を平行電極で収集する電離箱や、筐体内に配置された二次電子放出膜から放出される二次電子を計測するＳＥＭ（Secondary  Electron  Monitor）装置等を備えて構成されている。
【００３６】
位置モニタ部５１は、ビーム走査部３０によって走査された粒子線ビームが正しい位置にあるかどうかを識別するためのものである。正線量計５０ａ、副線量計５０ｂと類似した電荷収集用の平行電極を有している。位置モニタ部５１の電荷収集用電極は、線状電極（例えば複数の短冊状の電極や、複数のワイヤからなる電極）がＸ方向及びＹ方向に夫々並列に配列されている。複数の短冊状電極が配列されたものはストリップ型と呼ばれ、複数のワイヤ電極が配列されたものはマルチワイア型と呼ばれる。
【００３７】
制御部８０は、粒子線ビーム照射装置１全体の制御をおこなうためのものであり、出射制御部２０に対するビーム出射のオン、オフ制御、ビーム走査部３０に対するビーム走査に関する指示、レンジシフタ７０に対するスライス変更に伴うレンジシフト量の制御等を行っている。
【００３８】
呼吸同期ゲート生成部８５は、患部２００の近傍に設置した変位センサから出力される患部変位信号から呼吸同期ゲートを生成している。呼吸同期ゲートは、肺や肝臓など、呼吸によって変位する患部に粒子線ビームを照射する際に使用される。患部の変位が所定の値よりも大きくなったとき呼吸同期ゲートをオフにして粒子線ビームの出射を停止し、患部の変位が所定の値よりも小さくなったとき呼吸同期ゲートをオンにして粒子線ビームを出射するようにしている。
【００３９】
異常判定部９０は、正線量計５０ａ、及び副線量計５０ｂの出力信号や、ビーム出射状況を示す信号を入力し、これらの信号に基づいて患者に照射される粒子線ビームの線量の異常判定を行っている。線量が異常と判定された場合は直ちにインターロック信号が出射制御部２０に出力され、粒子線ビームの出射が停止される。
【００４０】
本実施形態に係る粒子線ビーム照射装置１は、異常判定部９０の構成、処理に特徴が有り、従来よりも信頼性の高い異常判定を行っている。具体的な異常判定処理については後述する。
【００４１】
図２は、粒子線ビーム照射装置１で行っている３次元スキャニング照射の基本的な処理例を示すフローチャートである。
【００４２】
まず、患部をビーム軸に対して複数のスライスに仮想的に分割し、分割されたスライスの１つが選択される。最初は例えば患部の最も深い位置にあるスライスＺｉが選択される。また選択されたスライスの位置に応じて粒子線ビームの入射エネルギーとレンジシフタ７０におけるアクリル板の組み合わせが選択、設定される（ステップＳＴ１）。
【００４３】
次に、最深スライスにおける患部形状に応じて粒子線ビームを照射する格子点の数Ｍと格子点の位置（Ｘi、Ｙi）［ｉ=１〜Ｍ］、即ち照射対象のスポットが選択され、ビーム走査部３０によりスライス上の格子点位置（Ｘi、Ｙi）に粒子線ビームの向きが設定される（ステップＳＴ２）。その後、粒子線ビームの出射が開始される（ステップＳＴ３）。粒子線ビームは、リッジフィルタ６０によって、体内飛程分布幅がスライス幅に対応するようエネルギー分布がＺ軸方向に拡大される。
【００４４】
格子点（Ｘｉ、Ｙｉ）に対する照射線量は正線量計５０ａと副線量計５０ｂによって監視される。正線量計５０ａと副線量計５０ｂからは、通過する粒子線ビームの線量率に比例したパルス繰り返し周波数をもつパルス信号が出力される。所定の期間のパルス数をカウンタで計数することのよって、その所定の期間における線量を測定することができる。
【００４５】
正線量計５０ａ、及び副線量計５０ｂは通常同じ構成となっているが、必ずしも同一構成に限定されるものではない。正線量計５０ａと副線量計５０ｂが異なる構成の場合、同じ粒子線ビームに対して、同じ物理量（線量率）の測定値が得られるよう、出力パルス数等の測定値を予め校正しておけばよい。
【００４６】
スライス内の各格子点に対する照射線量は予め計画されている。正線量計５０ａから出力されるパルスのパルス数をカウントして線量を測定し、対象格子点に対する照射線量が計画した線量に達すると線量満了信号が生成され、制御部８０はこの信号を検出する（ステップＳＴ４）とビーム位置を変更する処理を行う。線量満了信号は制御部８０で生成するが、正線量計５０ａで生成する構成としてもよい。
【００４７】
３次元スキャニング照射法はスポットスキャニング法とラスタースキャニング法に大別される。スポットスキャニング法は、粒子線ビームの位置をある格子点から次の格子点に移動させている間はビーム出射を停止させ、移動完了後にビーム出射を再開させる方法である。従って、同一スライスを走査する間はビーム出射が断続することになる。
【００４８】
これに対して、ラスタースキャニング法は、粒子線ビームの位置をある格子点から次の格子点に移動させている間もビーム出射は停止することなく継続される。つまり、同一スライスを走査する間は、ビーム出射は途切れることなく連続する。
【００４９】
なお、スポットスキャニング法及びラスタースキャニング法のいずれの方法であっても、粒子線ビームの位置は各格子点において計画された線量に達するまで停止し、計画線量に達した後次の格子点に移動する。
【００５０】
ステップＳＴ５では、スポットスキャニング法及びラスタースキャニング法のいずれの方法であるかを判定し、スポットスキャニング法の場合には、一旦ビーム出射を停止し（ステップＳＴ６）、次のスポットへビーム位置を移動させる。この処理を対象とするスライスの最終スポットまで繰り返す（ステップＳＴ７）。
【００５１】
一方、スポットスキャニング法ではない場合、即ちラスタースキャニング法の場合にはビーム出射を停止することなく最終スポットまでビーム出射を継続する。
【００５２】
１つのスライスに対する照射が終了すると（ステップＳＴ７のYES）、スポットスキャニング法及びラスタースキャニング法のいずれの場合も一旦ビーム出射を停止し（ステップＳＴ８）、ステップＳＴ１に戻って次のスライスを選択すると共にレンジシフタ７０の設定を変更する。以上の処理を最終スライスに達するまで繰り返す（ステップＳＴ９）。
【００５３】
上記の照射手順に必要となる各諸元は、例えば照射パターンファイルと呼ばれるデータファイル（以下、単にパターンファイルと言う場合がある）に記述され、治療照射の開始前に制御部８０に転送される。照射パターンファイルには、格子点毎に、スライス位置を与えるレンジシフタ厚、格子点（X、Y）に対応するビーム位置を与えるＸ用電磁石３０ａやＹ用電磁石３０ｂの駆動電流値、各格子点に対する照射線量等が照射順に記述されている。
【００５４】
図３は、スライス上の走査パターンの一例を示す図である。左上の開始格子点から右下の最終格子点に到る軌跡パターンが治療計画で予め定められ、この軌跡パターンにそって一方向に順次粒子線ビームが走査されていく。
【００５５】
（２）従来の粒子線ビーム照射方法及び異常判定方法（比較例）
本実施形態に係る粒子線ビーム照射装置１の異常判定方法の比較例として、従来から行われている及び異常判定方法について説明する。
【００５６】
図４は、粒子線ビーム位置の変更処理に関わる制御部８０の機能ブロックと、従来から行われている異常判定（第１の異常判定）処理に関わる機能ブロックを示すブロック図である。
【００５７】
照射手順は照射パターンファイル４０に記述され、このファイル４０に記述されたパターンデータにしたがって照射が行われる。パターンデータは治療照射開始前に粒子線ビーム照射装置１に設定される。
【００５８】
図５は、照射パターンファイル４０の一例を示す図である。照射パターンファイル４０には、照射点（スポット）毎に、照射スライス位置を与えるレンジシフタ厚の設定値、照射位置（X、Y）を与えるスキャニング電磁石励磁電流値（Ｘ用およびＹ用の２つ）、正線量計５０ａにおいてビーム出射中の線量管理するための設定値（正線量計プリセットカウント値Ａ１：第１の計画線量値）、正線量計５０ａにおいてビーム停止中の線量（漏れ線量）を監視するための設定値（正線量計プリセットカウント値Ａ２）、副線量計５０ｂにおいてビーム出射中の線量を監視するための設定値（副線量計プリセットカウント値Ｂ１：第２のビーム線量計画値）、副線量計５０ｂにおいてビーム停止中の線量（漏れ線量）を監視するための設定値（副線量計プリセットカウント値Ｂ２）などが記述されている。
【００５９】
図６は、ラスタースキャニング照射における照射線量の制御・管理の様子を示すタイミングチャートである。正線量計５０ａから出力されるパルスのパルス数を制御部８０の正線量計カウンタ８１がカウントしている。この積算カウント値ａ１（第１のビーム線量測定値）が設定値（正線量計プリセットカウント値Ａ１）に達すると制御部８０のビーム照射位置変更判定部８２からスポット切替指令（ビーム照射位置を変更する指令）が出力される。このスポット切替指令に基づいてスキャニング磁石電源は電流を変更する。ビーム照射点は電源の電流、すなわちスキャニング磁石の磁場の変化にしたがい移動する。ラスタースキャニング照射では電源の電流変更中もビームの出射を停止しないので、正線量計カウンタ８１はカウント値ａ１が正線量計プリセットカウント値Ａ１に達するとただちにカウント値をリセットし、次のカウントを開始する。
【００６０】
一方、副線量計５０ｂから出力されるパルス信号は、異常判定部９００の副線量計カウンタ９１に入力されている。副線量計カウンタ９１は、副線量計５０ｂから出力されるパルスをカウントし、カウント値ｂ１（第２のビーム線量測定値）を第１の異常判定部９３へ送っている。照射パターンファイル４０の副線量計プリセットカウント値Ｂ１は、図５に例示するように、正線量計５０ａの設定値（正線量計プリセットカウント値Ａ１）よりも５〜１０％高い値が通常設定されている。従って、正線量計５０ａ、及び正線量計用の正線量計カウンタ８１が正常動作を行っている限りは、正線量計カウンタ８１のカウント値ａ１が正線量計プリセットカウント値Ａ１に達したときに、副線量計カウンタ９１のカウント値ｂ１が副線量計プリセットカウントＢ１にと到達することはない。しかしながら、正線量計５０ａに異常があり正常出力をしない場合や、正線量計カウンタ８１に異常がある場合は、副線量計カウンタ９１のカウント値ｂ１が副線量計プリセットカウントＢ１に到達する。このとき、第１の異常判定部９３は異常が発生したと判定し、インターロック信号を出力し、ビーム出射を停止する。
【００６１】
また、第１の異常判定部９３において、スポット切り替えの直前に、副線量計カウンタ９１のカウント値ｂ１と副線量計プリセットカウントＢ１の値とを比較し、両者の比率がある一定の比率（１以下の比率）に達していない場合は、副線量計５０ｂ、又は副線量計カウンタ９１に異常が発生したと判断し、この場合にもインターロックを出力してビーム出射を停止することもできる。
【００６２】
しかしながら、第１の異常判定部９３が行っている従来の異常判定だけでは、正線量計５０ａと副線量計５０ｂがともに異常状態になったとき、例えば正線量計５０ａと副線量計５０ｂの高電圧電源がともに電圧出力状態にない場合は、正副線量計５０ａ、５０ｂのいずれからも信号出力はない。このため、ビーム出射を開始しても、正線量計カウンタ８１のカウント値ａ１と、副線量計カウンタ９１のカウント値ｂ１は共にそれぞれプリセットカウント値Ａ１、Ｂ１に到達せず、線量満了信号やインターロック信号が出力されず、過照射を生じてしまう。
【００６３】
図７は、スライス切り替え時における従来の照射線量の制御・管理の様子を記述するタイミングチャートである。スライス切り替え直前のスポットで正線量計カウンタ８１カウント値ａ１がプリセットカウントＡ１に到達すると、制御部８０はレンジシフタ７０に対してスライス切替指令を出力すると共に、出射制御部２０に対してビーム出射を停止させる制御信号を出力する。ビーム出射が停止すると、制御部８０の正線量計カウンタ８１は、積算を停止（リセット）する。
【００６４】
一方、ビーム出射が停止すると、異常判定部９００の正線量計カウンタ（漏れ線量用）９２は積算を開始する。そして、正線量計カウンタ（漏れ線量用）９２は、スライス切替完了信号を受信するまでカウントアップ動作を継続する。スライス切替完了信号を受信すると異常判定部９００は、正線量計カウンタ（漏れ線量用）９２をリセットする。
【００６５】
また、スライス切替完了信号によって、制御部８０の正線量計カウンタ８１は積算を開始し、出射制御部２０に対してビーム出射開始指令を出力する。
【００６６】
第１の異常判定部９３は、スライス切り替えによるビーム出射停止期間中に、正線量計カウンタ（漏れ線量用）９２のカウント値ａ２がプリセットカウントＡ２を上回ると、漏れ線量が発生したと判定し、インターロックを出力してビーム出射を禁止する。副線量計側でも同様の仕組みで監視を行っており、ビーム出射停止中に、副線量計カウンタ（漏れ線量用）（図示せず）のカウント値ｂ２がプリセットカウントＢ２を上回ると、漏れ線量が発生したと判定し、インターロックを出力してビーム出射を禁止している。
【００６７】
図８は、呼吸同期ゲートによりビーム出射が停止されるときの照射線量の制御・管理の様子を記述するタイミングチャートである。呼吸同期ゲートがオフになると、スポット照射中であっても、ビーム出射が停止される。このとき、正線量計カウンタ８１と副線量計カウンタ９１は、カウント値ａ１、ｂ１を夫々保持したままカウントアップ動作を中断する。一方、正線量計（漏れ線量用）カウンタ９２は、呼吸同期ゲートがオフになると積算を開始し、カウント値ａ２を出力する。そして、呼吸同期ゲートが再びオンになるまでこの状態を継続する。呼吸同期ゲートがオンになると、正線量計（漏れ線量用）カウンタ９２の積算を停止し、正線量計カウンタ８１と副線量計カウンタ９１の積算を再開する。
【００６８】
第１の異常判定部９３は、呼吸同期ゲートがオフになっている期間に、正線量計（漏れ線量用）カウンタ９２のカウント値ａ２がプリセットカウントＡ２を上回ると漏れ線量が発生したと判定し、インターロック信号を発生し、ビーム出射を禁止する。副線量計側でも同様の仕組みで監視を行っており、ビーム出射停止中に、副線量計カウンタ（漏れ線量用）（図示せず）のカウント値ｂ２がプリセットカウントＢ２を上回ると、漏れ線量が発生したと判定し、インターロックを出力してビーム出射を禁止している。
【００６９】
ところで、通常レンジ切替によってビーム出射が停止する時間は０．５秒程度であり、呼吸同期ゲートによってビーム出射が停止する時間は１〜２秒程度である。一方、出射制御部２０等がノイズ等によって誤動作するとスパイク状の誤出射が起こる。この誤出射により漏れ線量が発生する時間幅は０．１ｍｓｅｃ程度である。
【００７０】
これに対して、正線量計５０ａの内部では定常的に小さなレベルのノイズが発生している（副線量計５０ｂについても同様）。このため、スパイク状の漏れ線量のピーク強度が、正線量計５０ａの内部ノイズのレベルの１００００倍程度（１秒／０．１ｍｓｅｃ）あったとしても、ビーム出射の停止期間中に積算される内部ノイズ量（時間積分値）が漏れ線量と同等になってしまう。このことは、漏れ線量の強度が正線量計５０ａで発生する内部ノイズレベルの１００００倍以下である場合、正線量計（漏れ線量用）カウンタ９２では、漏れ線量を正しく検知できなくなることを意味している。
【００７１】
上述した従来の異常判定方法の問題点を改善するため、本実施形態に係る粒子線ビーム照射装置１では、上記の第１の異常判定だけではなく、これとは異なる種類の第２の異常判定を、第１の異常判定に加えて実施している。
【００７２】
（３）第１の実施形態（第２の異常判定（その１））
図９は、第１の実施形態に係る異常判定部９０の構成例を主に示すブロック図である。第１の実施形態に係る異常判定部９０は、従来の異常判定部９００（図４）の構成に加えて、第２正線量計カウンタ９５、第２副線量計カウンタ９４、及び第２の異常判定部９６を備えた構成となっている。
【００７３】
第２正線量計カウンタ９５は、正線量計カウンタ８１と同様にビーム出射時に正線量計５０ａから出力されるパルスのパルス数をカウントするが、カウンタの積算期間が正線量計カウンタ８１よりも小さくなっている。
【００７４】
また、第２副線量計カウンタ９４は、副線量計カウンタ９１と同様にビーム出射時に副線量計５０ｂから出力されるパルスのパルス数をカウントするが、カウンタの積算期間が副線量計カウンタ９１よりも小さくなっている。
【００７５】
第２正線量計カウンタ９５から出力されるカウント値ａ３（第１の区間線量測定値）と、第２副線量計カウンタ９４から出力されるカウント値ｂ３（第２の区間線量測定値）は、第２の異常判定部９６に入力される。
【００７６】
一方、第１の実施形態で使用するパターンファイル４０ａは、従来のパターンファイル４０のデータ（図５）に対して、図１０に示すように、第２の異常判定用プリセットカウント値Ａ３、Ｂ３が付加されている。第２の異常判定用プリセットカウント値Ａ３、Ｂ３は、ビーム出射時に正線量計５０ａと副線量計５０ｂから出力されるパルス数のカウント値ａ３、ｂ３の正常／異常を判定するものである。第２の異常判定部９６は、パルス数のカウント値ａ３、ｂ３が、プリセットカウント値Ａ３、Ｂ３を基準にして求められる上限と下限から定まる所定の判定範囲（第１、第２の基準範囲）内にあれば正常と判定し、判定範囲外の場合には異常と判定する。なお、プリセットカウント値Ａ３、Ｂ３に替えて、判定範囲を定めるための上限と下限とを別途夫々規定してもよい。
【００７７】
第２の異常判定部９６と第１の異常判定部９３の少なくとも何れか一方が異常と判定した場合には、インターロック信号が出射制御部２０に出力され、ビーム出射が停止する。
【００７８】
図１１は、第１の実施形態における照射線量の制御・管理の様子を示すタイミングチャートである。
【００７９】
制御部８０では、正線量計５０ａから出力されるパルスのパルス数を正線量計カウンタ８１でカウントし、従来と同様にカウント値ａ１がプリセットカウントＡ１に達すると、スポット切替指令を出力する。
【００８０】
一方、異常判定部９０では、従来と同様の副線量計カウンタ９１のカウント値ｂ１と正線量計（漏れ線量用）カウンタ９２のカウント値ａ２を用いた第１の異常判定に加えて、第２正線量カウンタ９５のカウント値ａ３と第２副線量計カウンタ９４のカウント値ｂ３を用いた第２の異常判定（その１）を行っている。
【００８１】
第１の異常判定は、前述したように、スポット切り替えの直前に、副線量計カウンタ９１のカウント値ｂ１と副線量計プリセットカウントＢ１の値とを比較し、カウント値ｂ１がプリセットカウントＢ１を超えていた場合や、カウント値ｂ１とプリセットカウントＢ１の比率がある一定の比率に達していない場合は異常と判定している。また、ビーム出射停止中において、正線量計カウンタ（漏れ線量用）９２のカウント値ａ２がプリセットカウントＡ２を上回った場合にも異常と判定している。
【００８２】
これに対して、第２の異常判定（その１）は、上記の第１の異常判定とは独立に、正線量計５０ａのパルス数をカウントする第２正線量カウンタ９５のカウント値ａ３と、パターンファイル９０ａに規定する第２の異常判定用プリセットカウント値Ａ３とを比較し、カウント値ａ３がプリセットカウント値Ａ３を基準とする所定の基準範囲外となった場合は異常と判定する。同様に、副線量計５０ｂのパルス数をカウントする第２副線量カウンタ９４のカウント値ｂ３と、パターンファイル９０ａに規定する第２の異常判定用プリセットカウント値Ｂ３とを比較し（通常、Ｂ３はＡ３と同じ値に設定される）、カウント値ｂ３がプリセットカウント値Ｂ３を基準とする所定の基準範囲外となった場合にも異常と判定する。
【００８３】
第２の異常判定（その１）を付加したことにより、正線量計５０ａ、副線量計５０ｂがともに異常状態となった時、例えば正線量計５０ａ、副線量計５０ｂの高電圧電源がともに電圧出力状態に無い場合等でも、異常を検出することが可能となり、過照射を生じることが無くなり、安全な粒子線照射装置を提供することができる。
【００８４】
また、第２の異常判定（その１）は、判定期間を第１の異常判定の判定期間よりも通常短い期間としている。第１の異常判定が、ビームスポット位置が変更される周期（治療計画等によって異なった周期となるが、例えば、１００μｓ〜１００ｍｓの周期）で判定するのに対して、第２の異常判定の判定周期は、ビームスポットの平均的な変更周期よりも十分短い周期、例えばビームスポットの平均変更周期の１／１０以下の一定の周期（例えば、１００μｓ〜１ｍｓ）としている。つまり、この判定周期毎に第２正／副線量計カウンタ９５、９４をリセットしている。判定周期を短くしたことにより、照射線量に異常が発生した場合、ビームスポットの更新タイミングを待つことなく、短時間でインターロック信号を出力してビーム出射を停止することが可能となり、過照射が生じる可能性をさらに低減することができる。
【００８５】
（４）第２の実施形態（第２の異常判定（その２））
第２の実施形態に係る異常判定は、第１の実施形態での異常判定（第１の異常判定及び第２の異常判定（その１））と並行して行われる。具体的には、第２正線量計カウンタ９５のカウント値ａ３と、第２副線量計カウンタ９４のカウント値ｂ３の差分の絶対値が所定の閾値を超えたとき、異常であると判定する。正線量計５０ａと副線量計５０ｂは通常同じ構成を持つため、正線量計５０ａと副線量計５０ｂが共に正常な場合は、同じパルス数が計測されるはずである。そこで、カウント値ａ３とカウント値ｂ３の差分の絶対値が、予め決められた閾値を上回った場合、正副線量計５０ａ、５０ｂの何れか、もしくは第２正／副線量計カウンタ９５、９４の何れかに異常が発生したと判定し、インターロック信号を発生しビーム出射を停止するようにしている。第２の実施形態により、異常判定の信頼性はさらに向上する。
【００８６】
図１２は、照射線量の制御・管理の様子を記述するタイミングチャートである。前述したように、ラスタースキャニング照射では、電磁石電源の電流変更中もビームの出射を停止しないが、スライス切り替えや呼吸同期ゲートがオフの場合は、ビームの出射を停止する。ビーム出射の停止時に異常監視が有効になっていると、カウント値ａ３とｂ３が共に小さいため、差分（絶対値）が閾値を超えてしまい、インターロック信号を誤って出力する可能性が高い。そこで、ビーム出射状態の時のみ異常判定を実施するようにしている。この結果、スライス切り替えや呼吸同期ゲートがオフの時によるビーム出射停止の時においても、不要なインターロック信号を発生させることなく異常判定の信頼性を高めることができる。なお、図１２では、呼吸同期ゲートによるビームオフ時の判定状況を図示しているが、スライス切り替えによるビームオフ時についても、同様の判定状況となる。
【００８７】
（５）第３の実施形態（第２の異常判定（その３））
図１３は、第３の実施形態に係る異常判定部９０ｂの構成例を示す図である。この異常判定部９０ｂは、第１、第２の実施形態の異常判定部９０に、第３正／副線量計カウンタ９８、９７と、漏れ線量判定を行う第３の異常判定部９９を付加した構成である。
【００８８】
第３の異常判定部９９では、ビーム出射の停止時に第３正／副線量計カウンタ９８、９７から出力されるパルス（漏れ線量によるパルス）のカウント値ａ４（第３の区間線量測定値）、ｂ４（第４の区間線量測定値）と、パターンファイル４０ｂに規定される第３の異常判定用プリセットカウント値Ａ４（第３の基準値）、Ｂ４（第４の基準値）を夫々比較判定し、少なくとも一方の比較判定でカウント値がプリセットカウント値を超えた場合に、漏れ線量に異常が有る（想定異常の漏れ線量が発生している）と判定し、出射制御部２０に対してインターロック信号を出力するようにしている。漏れ線量に対する上記の異常判定が、第２の異常判定（その３）である。
【００８９】
図１４は、第３の実施形態で使用する照射パターンファイル４０ｂの一例を示す図であり、右端に第３の異常判定用プリセットカウント値Ａ４、Ｂ４が追加されている。第３の異常判定用プリセットカウント値Ａ４、Ｂ４は、ビーム出射の停止時における漏れ線量を判定する閾値であるため、他のプリセットカウント値と比べると小さな値が設定されている。
【００９０】
図１５は、第３の実施形態に係る照射線量の制御・管理の様子を記述するタイミングチャートである。
【００９１】
第３正／副線量計カウンタ９８、９７の特徴は、ビーム出射停止時間よりも十分短い間隔（第２の判定期間）、例えば１００μｓ〜１ｍｓ程度、で正／副線量計５０ａ、５０ｂからのパルス信号のパルス数を積算する点にある。積算したカウント値ａ４、及びｂ４が、照射パターンファイル４０ｂで設定されたプリセットカウントＡ４、Ｂ４を上回った場合、規定以上の漏れ線量が発生したと判定し、インターロック信号を出力してビーム出射を停止する。
【００９２】
従来の漏れ線量判定では、図７、図８等に示すように、ビーム出射の停止期間中はリセットすることなく継続的にパルス数を積算している。このため、前述したように、正線量計５０ａの内部ノイズに起因するパルスがビーム出射の停止期間中もずっと積算され、スパイク状に発生する漏れ線量が内部ノイズに埋もれてしまい、瞬間的な漏れ線量に対して検出感度を十分高めることができなかった。
【００９３】
これに対して、第３の実施形態における第２の異常判定（その３）では、第３正／副線量計カウンタ９８、９７の積算期間（即ち、第２の判定期間）を、ビーム出射の停止期間よりも十分短くしているため、正／副線量計５０ａ、５０ｂの内部ノイズによるパルス数の積算量は大幅に低減され、スパイク状に発生する漏れ線量を高感度で検出することが可能となる。この結果、レンジ切り替えや呼吸同期ゲートのオフ状態によるビーム出射停止時においても、累積的なビーム出射だけでなく、瞬間的なビーム出射に対しても感度よく漏れ線量を監視することが可能となり、安全な粒子線ビーム照射装置１を提供することができる。
【００９４】
上述した第２の異常判定（その３）では、第２の異常判定（その１）（或は、第２の異常判定（その２））で用いる第２正／副線量計カウンタ９５、９４とは異なる第３正／副線量計カウンタ９８、９７を別途設ける構成としているが、第２正／副線量計カウンタ９５、９４と第３正／副線量計カウンタ９８、９７とを共通化し、第２正／副線量計カウンタ９５、９４を第２の異常判定（その３）用として使用することも可能である。この場合、粒子線ビームの出射停止中に第２正／副線量計カウンタ９５、９４から出力されるカウント値が、上述した夫々のカウント値ａ４、ｂ４となる。
【００９５】
また、第２の異常判定（その３）と第２の異常判定（その１）とは夫々単独で第１の異常判定と組み合わせてもよいし、双方を同時に第１の異常判定と組み合わせてもよい。
【００９６】
以上説明してきたように、本実施形態に係る粒子線ビーム照射装置及びその制御方法によれば、高い信頼性でビーム毎の線量を計測すると共に、瞬間的なビーム出射による漏れ線量に対しても高い感度で計測することができる。
【００９７】
なお、本発明は上記の実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。
【符号の説明】
【００９８】
１  粒子線ビーム照射装置
１０  ビーム生成部
２０  出射制御部
３０  ビーム走査部
５０ａ  正線量計
５０ｂ  副線量計
８０  制御部
９０、９０ａ、９０ｂ  異常判定部
【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】
0005463509.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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