(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子の入射、加速、加速終了後における出射可能状態、減速を繰返す荷電粒子ビーム発生装置と、
この荷電粒子ビーム発生装置からの荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射装置と、
前記荷電粒子ビーム発生装置と前記照射装置とを制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
照射対象の状態変動を監視する照射対象監視装置からの信号を受信する照射対象状態変動信号受信機能と、
この照射対象状態変動に同期して出射許可信号を出力し、出射許可状態を設定する出射許可状態設定機能と、
前記荷電粒子ビーム発生装置が出射可能状態にあり、かつ、出射許可状態である場合は、荷電粒子ビーム出射を指令し、前記荷電粒子ビーム発生装置が出射可能状態にあっても、出射許可状態でない場合は、荷電粒子ビーム出射停止を指令する出射制御機能と
を有する荷電粒子照射システムにおいて、
前記制御装置は、更に、前記出射許可状態終了後に作動し、前記出射許可状態終了後も前記荷電粒子ビーム発生装置の出射可能状態を維持する出射可能状態維持機能を有し、
前記出射制御機能は、前記出射可能状態維持機能作動中に、再び出射許可状態になると、再び荷電粒子ビーム出射を指令し、前記出射可能状態維持機能作動終了後は、前記荷電粒子ビーム発生装置の減速を指令する
ことを特徴とする荷電粒子照射システム。
【請求項２】
前記出射可能状態維持機能は、設定された待機時間だけ作動する
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子照射システム。
【請求項３】
前記出射可能状態維持機能は、前記出射許可状態終了を指令する信号に基づいて、作動開始する
ことを特徴とする請求項２記載の荷電粒子照射システム。
【請求項４】
前記出射可能状態維持機能は、前記荷電粒子ビーム出射停止を指令する信号に基づいて、作動開始する
ことを特徴とする請求項２記載の荷電粒子照射システム。
【請求項５】
前記出射可能状態維持機能は、前記照射対象の状態変動が設定範囲にある間だけ作動する
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子照射システム。
【請求項６】
前記出射制御機能は、前記出射許可状態終了を指令する信号を受信後、所定線量を照射した後、荷電粒子ビーム出射停止を指令する
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子照射システム。
【請求項７】
荷電粒子ビーム発生装置と、照射装置と、これらの装置や照射対象監視装置を制御する制御装置とを備えた荷電粒子照射システムの作動方法であって、
前記制御装置は、
前記荷電粒子ビーム発生装置が荷電粒子の入射、加速、加速終了後における出射可能状態、減速を繰返す、出射待機ステップと、
前記照射対象監視装置が照射対象の状態変動を監視する照射対象状態変動監視ステップと、
前記照射対象状態変動監視ステップで監視した照射対象の状態変動に同期して出射許可状態を設定する出射許可状態設定ステップと、
前記出射待機ステップで出射可能状態にあり、かつ、前記出射許可状態設定ステップで出射許可状態である場合は、荷電粒子ビームを荷電粒子ビーム発生装置から出射し、さらに、この荷電粒子ビームを照射装置から出射する出射ステップと、
前記出射待機ステップで出射可能状態にあっても、前記出射許可状態設定ステップで出射許可状態でない場合は、出射を停止する出射停止ステップとを実行する荷電粒子照射システムの作動方法において、
前記制御装置は、
前記出射許可状態設定ステップで出射許可状態が終了した後も、前記荷電粒子ビーム発生装置の出射可能状態を維持する出射可能状態維持ステップを更に実行し、
前記出射ステップでは、前記出射可能状態維持ステップで出射可能状態維持中に、前記出射許可状態設定ステップで再び出射許可状態になると、再び荷電粒子ビームを出射し、
前記出射待機ステップでは、前記出射可能状態維持ステップで出射可能状態維持終了後に、前記荷電粒子ビーム発生装置が荷電粒子ビームを減速する
ことを特徴とする荷電粒子照射システムの作動方法。
【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および荷電粒子照射方法に係り、特に、荷電粒子ビームを腫瘍等の患部に照射して治療する荷電粒子照射システムおよび荷電粒子照射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
癌などの患者に陽子線などの荷電粒子ビーム（イオンビーム）を照射する方法が知られている。この照射に用いるシステムは荷電粒子ビーム発生装置、ビーム輸送系、及び治療室を備えている。
【０００３】
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治療室の照射装置に達し、照射装置によりその分布を拡大し、患者の体内で患部形状に適した照射野を形成する。または、照射装置に走査装置を設け、患部形状に合わせて荷電粒子ビームを走査する。
【０００４】
ところで、患部などの標的が呼吸などで移動すると、正確な照射が難しくなる。そこで、標的が予め決めた位置（出射許可範囲）にある場合のみ照射するゲート照射を実施する。
【０００５】
特許文献１記載の従来技術は、ビームの入射・加速・出射・減速を繰り返す荷電粒子ビーム発生装置であるシンクロトロンを用いてゲート照射を行い、ゲート照射時のビームを有効に使用するためビームの入射・加速・出射の繰返し周期を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２９２１４３３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ゲート照射は、呼吸などの周期に同期させて照射する。呼吸の周期はある程度規則的であるが、患者の生理的活動に基づくものであり、不規則に変動する場合も有りうる。
【０００８】
従来技術では、標的が出射許可範囲から出ると、すぐに荷電粒子ビーム発生装置は減速を開始する。そのため、標的が短時間だけ出射許可範囲から外に出たのち出射許可範囲に戻るような場合（不規則変動）、荷電粒子ビーム発生装置は既に減速を開始しており、標的が出射許可範囲内にあれどもビームを出射できない。効率のよい照射ができないことで、全体の照射時間が長くなり、結果的に治療時間が長くなるという課題があった。
【０００９】
本発明の目的は、ゲート照射時に照射対象に不規則変動が生じたときも効率のよい照射を行うことで、照射時間を短縮し、治療時間を短縮できる荷電粒子照射システムおよび荷電粒子照射方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、荷電粒子の入射、加速、加速終了後における出射可能状態、減速を繰返す荷電粒子ビーム発生装置と、この荷電粒子ビーム発生装置からの荷電粒子ビームを照射対象に出射する照射装置と、前記荷電粒子ビーム発生装置と前記照射装置とを制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、照射対象の状態変動を監視する照射対象監視装置からの信号を受信する照射対象状態変動信号受信機能と、この照射対象状態変動に同期して出射許可信号を出力し、出射許可状態を設定する出射許可状態設定機能と、前記荷電粒子ビーム発生装置が出射可能状態にあり、かつ、出射許可状態である場合は、荷電粒子ビーム出射を指令し、前記荷電粒子ビーム発生装置が出射可能状態にあっても、出射許可状態でない場合は、荷電粒子ビーム出射停止を指令する出射制御機能とを有する荷電粒子照射システムにおいて、前記制御装置は、更に、前記出射許可状態終了後に作動し、前記出射許可状態終了後も前記荷電粒子ビーム発生装置の出射可能状態を維持する出射可能状態維持機能を有し、前記出射制御機能は、前記出射可能状態維持機能作動中に、再び出射許可状態になると、再び荷電粒子ビーム出射を指令し、前記出射可能状態維持機能作動終了後は、前記荷電粒子ビーム発生装置の減速を指令する。
【００１１】
従来技術においては、出射制御機能は、出射許可状態終了後、出射停止を指令し、直ちに荷電粒子ビーム発生装置の減速を指令する。標的が短時間後に出射許可状態に戻るような場合（不規則変動）でも、荷電粒子ビーム発生装置は既に減速を開始しており、出射許可状態にあれどもビームを出射できない。効率のよい照射ができないことで、全体の照射時間が長くなり、結果的に治療時間が長くなるという課題があった。
【００１２】
このような出射可能状態維持機能が作動することにより、出射制御機能は、出射許可状態終了後、出射停止を指令する場合でも、直ちに荷電粒子ビーム発生装置の減速を指令しない。出射可能状態維持機能作動中に、再び出射許可状態になると、出射制御機能は再び荷電粒子ビーム出射を指令する。
【００１３】
これにより、効率のよい照射を行い、照射時間を短縮し、治療時間を短縮できる。
【００１４】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記出射可能状態維持機能は、設定された待機時間だけ作動する。
【００１５】
これにより、荷電粒子ビーム発生装置の出射可能状態は、設定待機時間だけ維持される。設定待機時間経過前に再び出射許可状態になると、出射制御機能は再び荷電粒子ビーム出射を指令する。
【００１６】
（３）上記（２）において、好ましくは、前記出射可能状態維持機能は、前記出射許可状態終了を指令する信号に基づいて、作動開始する。
【００１７】
（４）上記（２）において、好ましくは、前記出射可能状態維持機能は、前記荷電粒子ビーム出射停止を指令する信号に基づいて、作動開始する。
【００１８】
（３）（４）の構成は、設定待機時間の始点を定めるものである。
【００１９】
（５）上記（１）において、好ましくは、前記出射可能状態維持機能は、前記照射対象の状態変動が設定範囲にある間だけ作動する。
【００２０】
これにより、荷電粒子ビーム発生装置の出射可能状態は、照射対象の状態変動が設定範囲にある間だけ維持される。照射対象の状態変動が設定範囲にある間に再び出射許可状態になると、出射制御機能は再び荷電粒子ビーム出射を指令する。
【００２１】
（６）上記（１）において、好ましくは、前記出射制御機能は、前記出射許可状態終了を指令する信号を受信後、所定線量を照射した後、荷電粒子ビーム出射停止を指令する。
【００２２】
これにより、スポット照射の場合、スポット照射中に照射中断することがなくなる。より簡単な制御となる。
【００２３】
（７）上記目的を達成するために、本発明は、荷電粒子ビーム発生装置と、照射装置と、これらの装置や照射対象監視装置を制御する制御装置とを備えた荷電粒子照射システムの作動方法であって、前記制御装置は、前記荷電粒子ビーム発生装置が荷電粒子の入射、加速、加速終了後における出射可能状態、減速を繰返す、出射待機ステップと、前記照射対象監視装置が照射対象の状態変動を監視する照射対象状態変動監視ステップと、前記照射対象状態変動監視ステップで監視した照射対象の状態変動に同期して出射許可状態を設定する出射許可状態設定ステップと、前記出射待機ステップで出射可能状態にあり、かつ、前記出射許可状態設定ステップで出射許可状態である場合は、荷電粒子ビームを荷電粒子ビーム発生装置から出射し、さらに、この荷電粒子ビームを照射装置から出射する出射ステップと、前記出射待機ステップで出射可能状態にあっても、前記出射許可状態設定ステップで出射許可状態でない場合は、出射を停止する出射停止ステップとを実行する荷電粒子照射システムの作動方法において、前記制御装置は、前記出射許可状態設定ステップで出射許可状態が終了した後も、前記荷電粒子ビーム発生装置の出射可能状態を維持する出射可能状態維持ステップを更に実行し、前記出射ステップでは、前記出射可能状態維持ステップで出射可能状態維持中に、前記出射許可状態設定ステップで再び出射許可状態になると、再び荷電粒子ビームを出射し、前記出射待機ステップでは、前記出射可能状態維持ステップで出射可能状態維持終了後に、前記荷電粒子ビーム発生装置が荷電粒子ビームを減速する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ゲート照射時に照射対象に不規則変動が生じたときも効率のよい照射を行うことで、照射時間を短縮し、治療時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】荷電粒子照射システムの全体構成図である（第１実施形態）。
【図２】照射装置の構成図である。
【図３】標的の深さとイオンビームのエネルギーとの関係を説明する図である。
【図４】ビーム軸に垂直な方向（ＸＹ平面の方向）の照射標的の横方向の広がりとイオンビームの関係について説明する図である。
【図５】データベースに登録される照射パラメータのデータ構造である。
【図６】照射対象監視制御装置および中央制御装置の処理内容を示す制御フローである。
【図７】照射制御装置の処理内容を示す制御フローである。
【図８】荷電粒子照射システムの動作について説明する概念図である。
【図９】中央制御装置の処理内容を示す制御フローである（従来技術）。
【図１０】荷電粒子照射システムの動作について説明する概念図である（従来技術）。
【図１１】中央制御装置の処理内容を示す制御フローである（第２実施形態）。
【図１２】荷電粒子照射システムの動作について説明する概念図である（第２実施形態）。
【図１３】照射制御装置の処理内容を示す制御フローである（第３実施形態）。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
＜第１実施形態＞
〜構成〜
図１は荷電粒子照射システムの全体構成図である。荷電粒子照射システムは、荷電粒子ビーム発生装置１、ビーム輸送系２、放射線治療室１７及び制御システム７を備える。
【００２８】
荷電粒子ビーム発生装置１は、イオン源（図示せず）、ライナック３（前段荷電粒子ビーム加速装置）及びシンクロトロン４を有する。シンクロトロン４は、高周波印加装置５、加速装置６を有する。高周波印加装置５はシンクロトロン４の周回軌道に配置された高周波印加電極８及び高周波印加電源９を備える。高周波印加電極８と高周波印加電源９はスイッチ（図示せず）により接続される。加速装置６はイオンビームの周回軌道に配置された高周波加速空洞（図示せず）及び高周波加速空洞に高周波電力を印加する高周波電源（図示せず）を備える。出射用デフレクタ１１がシンクロトロン４とビーム輸送系２を接続する。
【００２９】
ビーム輸送系２は、ビーム経路１２、四極電磁石（図示せず）、偏向電磁石１４，１５，１６を有する。ビーム経路１２が、治療室１７内に設置された照射装置２１に接続される。
【００３０】
治療室１７内には略筒状のガントリー（図示せず）が設置されている。ガントリーには、ビーム輸送系２の一部である偏向電磁石１５，１６及び照射装置２１が設置されている。ガントリーの内部にはカウチ２４と呼ばれる治療用ベッドとベッド上の照射対象２５の動きを計測する照射対象監視装置６６が設置されている。
【００３１】
ガントリーは、モーターにより回転可能な構造をしている。ガントリーの回転と共に偏向電磁石１５，１６と照射装置２１が回転する。この回転により、照射対象２５をガントリーの回転軸に垂直な平面内のいずれの方向からも照射することができる。
【００３２】
図２は、照射装置２１の構成図である。照射装置２１は、走査電磁石３１、走査電磁石３２、ビーム位置検出器３３および線量モニタ３４を有する。本実施形態の荷電粒子照射システムにおいては、照射装置２１が２台の走査電磁石３１，３２を備え、ビーム進行方向と垂直な面内の二つの方向（Ｘ方向，Ｙ方向）にそれぞれイオンビームを偏向し、照射位置を変更する。ビーム位置検出器３３は、イオンビームの位置とイオンビームの広がりを計測する。線量モニタ３４は、照射されたイオンビームの量を計測する。照射対象２５内には照射標的３７があり、イオンビームを照射することで照射標的を覆うような線量分布を照射対象２５内に形成する。ここで癌などの治療の場合は、照射対象２５は人であり照射標的３７は腫瘍（患部）である。
【００３３】
図３は、標的の深さとイオンビームのエネルギーとの関係を説明する図である。図３（ａ）は、単一エネルギーのイオンビームが照射対象内に形成する線量分布を深さの関数として示している。図３（ｂ）は、複数エネルギーのイオンビームが照射対象内に形成する線量分布を深さの関数として示している。図３（ａ）におけるピークをブラッグピークと称する。ブラッグピークの位置はエネルギーに依存するため、照射標的の深さに合わせイオンビームのエネルギーを調整することでブラッグピークの位置で照射標的を照射することができる。照射標的は深さ方向に厚みを持っているが、ブラッグピークは鋭いピークであるので、図３（ｂ）に表すようにいくつかのエネルギーのイオンビームを適切な強度の割合で照射し、ブラッグピークを重ね合わせることで深さ方向に照射標的と同じ厚みを持った一様な高線量領域（ＳＯＢＰ）を形成する。
【００３４】
図４は、ビーム軸に垂直な方向（ＸＹ平面の方向）の照射標的の横方向の広がりとイオンビームの関係について説明する図である。ビーム軸に垂直な方向を横方向と呼ぶ。イオンビームは照射装置２１に達した後、互いに垂直に設置された二台の走査電磁石３１，３２により横方向の所望の位置へと到達する。イオンビームの横方向の広がりはガウス分布形状で近似することができる。ガウス分布を等間隔で配置し、その間の距離をガウス分布の標準偏差程度にすることで、足し合わされた分布は一様な領域を有する。このように配置されるガウス分布状の線量分布をスポットと呼ぶ。イオンビームを走査し複数のスポットを等間隔に配置することで横方向に一様な線量分布を形成することができる。
【００３５】
以上により、走査電磁石による横方向へのビーム走査と、ビームエネルギー変更による深さ方向へのブラッグピークの移動により均一な照射野を形成することができる。なお、同一のエネルギーで照射され、走査電磁石によるイオンビーム走査により横方向へ広がりを持つ照射野の単位をスライスと呼ぶ。
【００３６】
図１に戻り、照射計画装置４１および付随する構成に付いて説明する。
【００３７】
照射計画装置４１は、イオンビームを照射標的３７に照射する前に、照射に必要な各パラメータを決定する。パラメータの以下のように決定される。
【００３８】
予め照射対象２５をＸ線ＣＴ装置４０にて撮影する。また、Ｘ線ＣＴ装置４０に取り付けられた照射対象監視装置６６と同等の装置（図示せず）から出力される患者の移動信号を取得する。Ｘ線ＣＴ装置４０は、取得した撮像データに基づいて照射対象２５の画像データを作成し、画像データを照射計画装置４１に送信する。照射計画装置４１は、受け取った画像データを表示装置（図示せず）の画面上に表示する。オペレータが画像上で照射したい領域を指定すると、照射計画装置４１は照射に必要なデータを作成しそのデータで照射したときの線量分布を求める。照射計画装置４１は、求めた線量分布を表示装置に表示する。照射したい領域は照射標的３７を覆うように指定する。照射計画装置４１は、指定された領域に線量分布を形成できるような照射対象の設置位置、ガントリー角度、照射パラメータを求めて決定する。また、照射計画装置４１はカウチ２４の初期位置を決定する。また、取得した移動信号から出射許可範囲を決定する。
【００３９】
照射パラメータには、イオンビームのエネルギー、ビーム軸に垂直な平面内の位置情報（Ｘ座標，Ｙ座標）、各位置に照射するイオンビームの目標照射量が含まれる。つまり、照射計画装置４１は、オペレータが入力した患者情報に基づいて照射標的（患部）３７を深さ方向の複数のスライスに分割し、必要となるスライス数Ｎを決定する。また、照射計画装置４１はそれぞれのスライス（スライス番号ｉ）の深さに応じた照射に適したイオンビームのエネルギーＥｉを求める。照射計画装置４１は、さらに、各スライスの形状に応じてイオンビームを照射する照射スポットの数Ｎｉ，スポット番号ｊ，各スポットの照射位置（Ｘｉｊ，Ｙｉｊ），各スポットの目標照射量Ｄｉｊを決定する。
【００４０】
照射計画装置４１は決定したこれらの情報をデータベース４２に送信する。データベース４２は照射計画装置４１から出力されたデータを記録する。
【００４１】
図５は、データベース４２に登録される照射パラメータのデータ構造である。照射パラメータはスライス数Ｎと各スライスのデータを持つ。各スライスのデータはスライス番号ｉ，エネルギーＥｉ，スポット数Ｎｉ，各スポットのデータから構成される。スポットのデータはさらにスポット番号ｊ，照射位置（Ｘｉｊ，Ｙｉｊ），目標照射量Ｄｉｊから構成される。
【００４２】
図１に戻り、荷電粒子照射システムの制御システムに係る構成に付いて説明する。
【００４３】
照射対象監視装置６６は標的３７の移動、又は移動と連動するものを計測できる機器である。例えば患者の体表の動きを計測するレーザー距離計、患者の吐く息の量を計測する呼吸量測定器、患者の腹に巻いたベルトの圧力を計測する装置などである。これらの方法を用いる場合、治療前に予め測定器の出力と標的の位置との関係を求めておく必要がある。また、照射対象監視装置６６は、標的３７付近に刺入されたマーカーの位置をＸ線撮影により求める、或いは標的３７そのものの位置をＸ線撮影により直接求める装置でもよい。なお、照射対象監視装置６６は荷電粒子照射システムに含まれる一構成としてもよいし、荷電粒子照射システムに別途付加する構成でもよい。
【００４４】
照射対象監視装置６６は、照射対象監視制御装置６５により制御される。照射対象監視制御装置６５は照射対象監視装置６６からの移動信号を受信してその信号と出射許可範囲を比較し出射許可信号を出力する。出射許可範囲は予め設定されており、照射計画装置から送信される。又はオペレータにより指定されてもよい。出射許可信号には出射許可開始信号と出射許可終了信号がある。出射許可開始信号が出力されてから出射許可終了信号が出力されるまでの間が、出射許可状態として設定される。照射対象監視制御装置６５は、制御システム７の一装置としてもよい。
【００４５】
制御システム７は、データベース（記憶装置）４２、中央制御装置４６、加速器制御装置４７及び照射制御装置４８を備える。データベース４２は接続された照射計画装置４１に接続されている。照射計画装置４１が作成する照射に必要なデータはデータベース４２に記録される。
【００４６】
中央制御装置４６は、加速器制御装置４７及び照射制御装置４８に接続される。また、中央制御装置４６は、データベース４２に接続される。中央制御装置４６は、データベース４２からデータを受け取り、加速器制御装置４７と照射制御装置４８に必要な情報を送信し、これらの装置を制御する。
【００４７】
加速器制御装置４７は、荷電粒子ビーム発生装置１、ビーム輸送系２及びガントリーに接続され、これらを制御する。たとえば、荷電粒子ビーム発生装置１が荷電粒子の入射、加速、加速終了後における出射可能状態、減速を繰返すように制御し、出射可能状態において荷電粒子ビーム発生装置１が荷電粒子ビームを出射するように制御する。照射制御装置４８は、走査電磁石３１，３２に流れる励磁電流量の制御と照射装置２１内の各モニタ信号を処理する。
【００４８】
中央制御装置４６は、様々な演算処理機能を有し、その１つとしてゲート照射機能４６ａを有する。ゲート照射機能４６ａは、荷電粒子ビーム発生装置１が出射可能状態にあり、かつ、出射許可状態である場合は、荷電粒子ビーム出射を指令し、荷電粒子ビーム発生装置１が出射可能状態にあっても、出射許可状態でない場合は、荷電粒子ビーム出射停止を指令する。
【００４９】
中央制御装置４６は、本実施形態の特徴的機能として、出射可能状態維持機能４６ｂを有する。出射可能状態維持機能４６ｂは、照射対象監視制御装置６５から出射許可終了信号を受信すると、設定待機時間だけ待機する。その結果、設定待機時間だけ、荷電粒子ビーム発生装置１の出射可能状態が維持される。
【００５０】
ゲート照射機能４６ａは、設定待機時間中に照射対象監視制御装置６５から出射許可開始信号を再受信すると、再び荷電粒子ビーム出射を指令する。出射許可開始信号を再受信しなければ、設定待機時間経過後、加速器制御装置４７に荷電粒子ビーム発生装置１の減速を指令する。
【００５１】
なお、ゲート照射機能４６ａおよび出射可能状態維持機能４６ｂの処理内容は、制御フロー（図６および図７）とともに詳述する。
〜制御〜
照射制御を行うために、照射対象２５をカウチ２４上に設置し、照射計画装置４１が指定した位置にカウチ２４と照射対象２５を移動する。
【００５２】
図６は、照射対象監視制御装置６５および中央制御装置４６の処理内容を示す制御フローである。説明の便宜の為、加速器制御装置４７と照射制御装置４８の処理内容は簡略化して示す。
【００５３】
照射対象監視制御装置６５の処理内容について説明する。
【００５４】
照射対象監視制御装置６５は、照射対象監視装置６６から取得する移動信号と出射許可範囲を比較する（ステップＳ１２１）。なお、出射許可範囲は、オペレータが照射前に指定してもよいし、予め照射計画装置４１が生成したものを使用してもよい。
【００５５】
ステップ１２１において移動信号が出射許可範囲内に入ると、出射許可開始信号を中央制御装置４６に送信する（ステップＳ１２２）。移動信号が出射許可範囲外のときは、ステップＳ１２１の判定が肯定されるまで待機する。
【００５６】
その後、照射対象監視装置６６から取得する移動信号と出射許可範囲を比較し（ステップＳ１２３）、ステップＳ１２３において移動信号が出射許可範囲外に出るとにおいて出射許可終了信号を中央制御装置４６に送信する（ステップＳ１２４）。
【００５７】
以降、この制御処理を照射完了まで繰り返す。出射許可開始信号が出力されてから出射許可終了信号が出力されるまでの間が、出射許可状態として設定される。
【００５８】
中央制御装置４６の処理内容について説明する。
【００５９】
中央制御装置４６は、オペレータの指示を入力し、照射開始信号を加速器制御装置４７と照射制御装置４８に送信する（ステップＳ１０１）。さらに、
ビームを入射するため加速器制御装置４７に対し入射信号を送信し（ステップＳ１０２）、ビームを加速するため加速器制御装置４７へ加速信号を送信する（ステップＳ１０３）。
【００６０】
ここで、ステップＳ１０１〜１０３に対応する加速器制御装置４７の処理内容について簡単な説明を挿入する。
【００６１】
加速器制御装置４７は、中央制御装置４６を介してデータベース４２から照射パラメータの他、ガントリー角度情報を受信する。加速器制御装置４７は、受け取ったガントリー角度情報に基づいてガントリーを所望のガントリー角度へ移動する。また、照射パラメータに基づいて各スライスのエネルギーＥｉに対応したシンクロトロン４とビーム輸送系２の電磁石を励磁する励磁電流量、高周波印加装置５が印加する高周波の値、加速装置６に印加する高周波の値を設定する。
【００６２】
加速器制御装置４７は入射信号を受信すると、イオン源を起動する。イオン源で発生したイオン（例えば陽子（又は炭素イオン））は、ライナック３に入射される。ライナック３は、イオンを加速して出射する。ライナック３からのイオンビームは、シンクロトロン４へ入射される。
【００６３】
加速器制御装置４７は加速信号を受信すると、シンクロトロン４の電磁石と加速装置６を制御し、ライナック３から入射されたイオンビームをスライス番号１のエネルギーＥ１まで加速する。つまり、加速器制御装置４７は荷電粒子ビーム発生装置１を制御し、イオンビームを所望のエネルギーまで加速する。この加速は、高周波電源から高周波加速空洞に高周波を印加すること（シンクロトロン４を周回するイオンビームに、高周波電力によってエネルギーを与えること）によって行われる。また、加速器制御装置４７はビーム輸送系２の電磁石の励磁量を制御し、加速したイオンビームを照射装置２１へ輸送できる状態とする。この状態を出射可能状態と呼ぶ。
【００６４】
中央制御装置４６の処理内容の説明にもどる。
【００６５】
中央制御装置４６は、出射可能状態を認識すると、照射対象監視制御装置６５からの出射許可開始信号受信の有無を判定する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４において、出射許可開始信号受信がないときは、出射許可開始信号を受信するまで待機する。出射許可開始信号を受信すると、出射開始信号を照射制御装置４８に送信する（ステップＳ１０５）。
【００６６】
その後、中央制御装置４６は、出射許可終了信号受信の有無（ステップＳ１０６）、線量満了信号受信の有無（ステップＳ１０７）、最大出射可能時間経過の真否（ステップＳ１０８）のいずれかの判定が肯定されるまで待機する（出射継続を指令する）。
【００６７】
ステップＳ１０７またはステップＳ１０８の判定が肯定されると、照射制御装置４８に出射停止信号を送信する（ステップＳ１０９）とともに、ビームを減速するため加速器制御装置４７へ減速信号を送信する（ステップＳ１１０）。なお、ステップＳ１０７の線量満了信号は照射制御装置４８から受信する信号である。ステップＳ１０８の最大出射可能時間は加速されたビームを出射可能状態に維持できる最大の時間である。最大出射可能時間はビームを出射した時間を含む。
【００６８】
本実施形態の特徴的制御について説明する。
【００６９】
出射継続中において、照射対象監視制御装置６５からの出射許可終了信号受信の有無を判定する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６において出射許可終了信号を受信した場合、出射停止信号を照射制御装置４８に送信する（ステップＳ１１１）。
【００７０】
その後、出射許可開始信号再受信の有無（ステップＳ１１２）、設定待機時間経過の真否（ステップＳ１１３）、最大照射時間経過の真否（ステップＳ１１４）のいずれかの判定が肯定されるまで待機する（出射停止継続を指令する）。
【００７１】
ステップＳ１１２において、照射対象監視制御装置６５からの出射許可開始信号を再受信した場合、ステップ１０５に戻り照射制御装置４８に出射開始信号を再送信する。
【００７２】
ステップＳ１１３において、出射許可終了信号受信後、設定待機時間を経過すると、ステップＳ１１０に進み、ビームを減速するため加速器制御装置４７へ減速信号を送信する。設定待機時間は、出射許可終了信号受信から減速開始までの最大待機時間であり、オペレータが照射前に設定してもよいし、予め照射計画装置４１が生成したものを使用してもよい。設定待機時間は照射毎に変更してもよいし一度決めた値を使用し続けてもよい。
【００７３】
ステップＳ１１４において、最大出射可能時間を経過すると、ステップＳ１１０に進む。
【００７４】
ここで、ステップＳ１１０に対応する加速器制御装置４７の処理内容について簡単な説明を挿入する。
【００７５】
加速器制御装置４７は減速信号を受信すると、減速および入射の準備のため、シンクロトロン４の電磁石の励磁量を小さくし、ライナック３からのビームを入射できる状態にする。
【００７６】
中央制御装置４６の処理内容の説明にもどる。
【００７７】
中央制御装置４６は、照射制御装置４８を参照し、照射パラメータに記載されたスポットで照射されていない残りスポットがあるか否か判定する（ステップＳ１１５）。残りスポットがあれば、ステップ１０２に戻り、ビームを入射し、ステップ１０３において次に照射するスポットのエネルギーまでビームを加速する。残りスポットがなければ、照射完了信号を加速器制御装置４７と照射制御装置４８に送信する（ステップＳ１１６）。
【００７８】
図７は照射制御装置４８の処理内容を示す制御フローである。説明の便宜の為、中央制御装置４６と加速器制御装置４７の処理内容は簡略化して示す。
【００７９】
照射制御装置４８は、中央制御装置４６から照射開始信号を受信すると、照射装置２１の制御を開始する（ステップＳ２０１）。スライス番号ｉ＝１，スポット番号ｊ＝１から照射を開始する（ステップＳ２０２）。
【００８０】
照射制御装置４８は、スライス１，スポット１に対応する中央制御装置４６が計算した励磁電流値で走査電磁石３１及び走査電磁石３２を励磁する。これにより照射準備が整う（ステップＳ２０３）。
【００８１】
照射準備完了後、中央制御装置４６からの出射開始信号受信の有無を判定する（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０４において、出射開始信号受信がないときは、出射開始信号を受信するまで待機する。出射開始信号を受信すると、加速器制御装置４７へ出射信号を送信する（ステップＳ２０５）。
【００８２】
ここで、ステップＳ２０５に対応する加速器制御装置４７の処理内容について簡単な説明を挿入する。
【００８３】
加速器制御装置４７は出射信号を受信すると、高周波印加装置５を制御してシンクロトロン４からのイオンビームの出射を開始する。つまり、スイッチを繋ぎイオンビームに高周波印加装置５により高周波を印加する。安定限界内でシンクロトロン４内を周回していたイオンビームは、安定限界外に移行し、出射用デフレクタ１１を通ってシンクロトロン４から出射される。出射されたイオンビームはビーム輸送系２を通過して照射装置２１へ入射する。
【００８４】
照射装置２１内において、イオンビームは、走査電磁石３１，３２で走査された後、ビーム位置検出器３３，線量モニタ３４を通過して照射標的３７に到達し、所定の線量を付与して停止する。
【００８５】
照射制御装置４８の処理内容の説明にもどる。
【００８６】
その後、照射制御装置４８は、出射停止信号受信の有無（ステップＳ２０６）、目標照射量到達の真否（ステップＳ２０７）、のいずれかの判定が肯定されるまで待機する（出射継続を指令する）。
【００８７】
ステップＳ２０７において、照射制御装置４８は、線量モニタ３４から受け取った信号から照射量を線量カウンタでカウントする。線量カウンタの値が目標照射量まで達すると、スポットjへの照射は完了したと判断し、出射を停止するため加速器制御装置４７に停止信号を送信する（ステップＳ２０８）。
【００８８】
そして、同一スライス内に残りスポットがあるか否か判定する（ステップＳ２０９）。ステップＳ２０９において、残りスポットがあれば、すなわちj＜Niならば、jの値を１増やしてステップ２０３に進み、次のスポットを照射する（ステップＳ２１２）。スポット照射を繰り返し、残りスポットがなければ、すなわちj=Niならば、スライスiへの照射は完了したと判断し、中央制御装置４６に線量満了信号を送信する（ステップＳ２１０）。
【００８９】
そして、残りスライスがあるか否か判定する（ステップＳ２１１）。ステップＳ２１１において、残りスライスがあれば、すなわちi<Nならば、iの値を１増やしてステップ２０３に進み、次のスライスを照射する（ステップＳ２１４）。これを繰り返し、残りスライスがなければ、すなわちi=Nならば、全スライスへの照射は完了したと判断し、照射が完了する（ステップＳ２１５）。
【００９０】
本実施形態のようなゲート照射においては、ステップＳ２０６の判定が肯定されると、すなわち出射停止信号を受信すると、出射を停止するため加速器制御装置４７に停止信号を送信する（ステップＳ２１３）。そして、ステップＳ２０４に戻り、次の出射開始信号を受信するまで待機する。
【００９１】
ここで、ステップＳ２０８およびステップＳ２１３に対応する加速器制御装置４７の処理内容について簡単な説明を挿入する。
【００９２】
加速器制御装置４７は停止信号を受信すると、高周波印加装置５を制御して出射を停止する。つまり。高周波印加電極８と高周波印加電源９をつなぐスイッチを切り高周波の印加を停止することによりシンクロトロン４からのイオンビームの出射が停止する。
【００９３】
〜請求項との対応関係〜
照射対象監視制御装置６５および照射対象監視制御装置６５によるステップＳ１２２とステップＳ１２４の処理は、照射対象２５の状態変動に同期して出射許可開始信号および出射許可終了信号を出力し、出射許可状態を設定する出射許可状態設定機能を構成する。
【００９４】
中央制御装置４６のゲート照射機能４６ａおよび中央制御装置４６によるステップＳ１０４とステップＳ１０５とステップＳ１０６とステップＳ１１１の処理は、荷電粒子ビーム発生装置１が出射可能状態にあり、かつ、出射許可状態である場合は、荷電粒子ビーム出射を指令し、荷電粒子ビーム発生装置１が出射可能状態にあっても、出射許可状態でない場合は、荷電粒子ビーム出射停止を指令する出射制御機能を構成する。
【００９５】
中央制御装置４６の出射可能状態維持機能４６ｂおよび中央制御装置４６によるステップＳ１１３の処理は、出射許可終了信号受信後、設定待機時間だけ作動し、出射許可状態終了後も荷電粒子ビーム発生装置１の出射可能状態を維持する出射可能状態維持機能を構成する。
【００９６】
中央制御装置４６のゲート照射機能４６ａおよび中央制御装置４６によるステップＳ１１２とステップＳ１０５とステップＳ１１０の処理は、出射可能状態維持機能４６ｂ作動中、すなわち待機中に、再び出射許可状態になると、再び荷電粒子ビーム出射を指令し、出射可能状態維持機能４６ｂ作動終了後、すなわち、設定待機時間経過後は、荷電粒子ビーム発生装置の減速を指令する出射制御機能を構成する。
【００９７】
〜動作〜
本実施形態に係る荷電粒子照射システムの動作についてケース１〜３にわけて説明する。
【００９８】
図８は、荷電粒子照射システムの動作について説明する概念図である。横軸は時間を示す。縦軸は、上段から移動信号、出射許可範囲、出射許可状態、加速器励磁量、待機時間経過、ビーム出射について示している。
【００９９】
標的３７の位置を表す移動信号が出射許可範囲にある時間において出射許可状態が設定される。出射許可状態は、出射許可開始信号が出力されてから出射許可終了信号が出力されるまでの時間に設定される。
【０１００】
加速器励磁量はシンクロトロン４の偏向電磁石の励磁量を表す。励磁量が小さいときにビームをシンクロトロンに入射し、ビームを加速し、励磁量が大きくなり一定になっているときビームを出射することができる。この状態を出射可能状態と呼ぶ。出射可能状態において、出射許可開始信号によりビームの出射が開始される。出射許可終了信号によりビームの出射を停止した後、（本実施形態では、更に設定時間経過後）加速器励磁量を下げて減速し、次のビームの入射準備を開始する。
【０１０１】
（ケース１：通常出射）
荷電粒子ビーム発生装置１が出射可能状態にあり、出射許可開始信号受信によりビームの出射が開始される（Ｓ１０１→Ｓ１０２→Ｓ１０３→Ｓ１２２→Ｓ１０４→Ｓ１０５）。
【０１０２】
スポットスキャニング照射法では、一のスポットにおいて目標線量を照射し、スポット照射が完了すると、次のスポット照射を行う。出射許可状態にある間は、スポット照射を繰り返す（Ｓ１０５→Ｓ２０４→Ｓ２０５→Ｓ２０６→Ｓ２０７→Ｓ２０８→Ｓ２０９→（Ｓ２０３〜Ｓ２０９繰り返し））。
【０１０３】
（ケース２：ゲートＯＦＦ→出射停止→減速）
規則的な移動信号により、規則的に出射許可終了信号が出力される。出射許可終了信号受信によりビームの出射が停止される（Ｓ１２４→Ｓ１０６→Ｓ１１１→Ｓ２０６→Ｓ２１３→（Ｓ２０４繰り返し））。
【０１０４】
一方、出射許可終了信号受信により、出射可能状態維持機能４６ｂが作動する。すなわち、設定待機時間が経過するまでは、荷電粒子ビーム発生装置１は出射可能状態を維持する。待機中に出射許可開始信号が再受信されず、設定待機時間を経過すると、出射可能状態維持機能４６ｂは作動終了となる。荷電粒子ビーム発生装置１はビームを減速する（Ｓ１１１→（Ｓ１１２→Ｓ１１３→Ｓ１１４繰り返し）→Ｓ１１２→Ｓ１１３→Ｓ１１０）。
【０１０５】
（ケース３：ゲートＯＦＦ→出射停止→出射再開）
照射中に、不規則的に出射許可終了信号が出力されることもある。出射許可終了信号受信によりビームの出射が停止される（Ｓ１２４→Ｓ１０６→Ｓ１１１→Ｓ２０６→Ｓ２１３→（Ｓ２０４繰り返し））。
【０１０６】
一方、出射許可終了信号受信により、出射可能状態維持機能４６ｂが作動し、荷電粒子ビーム発生装置１は出射可能状態を維持する。待機中に出射許可開始信号が再受信されると、ビームの出射が再開される（Ｓ１１１→（Ｓ１１２→Ｓ１１３→Ｓ１１４繰り返し）→Ｓ１１２→Ｓ１０５→Ｓ２０４→Ｓ２０５）。
【０１０７】
〜効果〜
従来技術と比較しながら、本実施形態の効果について説明する。従来技術に係る荷電粒子照射システムは、本実施形態の特徴的構成である出射可能状態維持機能４６ｂを有していない。
【０１０８】
図９は、従来技術に係る中央制御装置４６の処理内容を示す制御フローである。図６と同じ処理には同じ符号を付す。
【０１０９】
中央制御装置４６は、出射継続中において、照射対象監視制御装置６５からの出射許可終了信号受信の有無を判定する（ステップＳ１０６）。ステップ１０６において出射許可終了信号を受信した場合、出射停止信号を照射制御装置４８に送信する（ステップ１１０９）とともに、ビームを減速するため加速器制御装置４７へ減速信号を送信する（ステップＳ１１０）。
【０１１０】
図１０は、従来技術に係る荷電粒子照射システムの動作について説明する概念図である。図８のケース３に対応するケースについて説明する。
【０１１１】
荷電粒子ビーム発生装置１が出射可能状態にあり、出射許可開始信号受信によりビームの出射が開始される（Ｓ１０１→Ｓ１０２→Ｓ１０３→Ｓ１２２→Ｓ１０４→Ｓ１０５）。出射許可状態にある間は、スポット照射を繰り返す（Ｓ１０５→Ｓ２０４→Ｓ２０５→Ｓ２０６→Ｓ２０７→Ｓ２０８→Ｓ２０９→（Ｓ２０３〜Ｓ２０９繰り返し））。
【０１１２】
これにより、図示エリアaにおけるスポット照射が行われる。
【０１１３】
照射中に、不規則的に出射許可終了信号が出力されることもある。出射許可終了信号受信によりビームの出射が停止される（Ｓ１２４→Ｓ１０６→Ｓ１０９→Ｓ２０６→Ｓ２１３→（Ｓ２０４繰り返し））。
【０１１４】
一方、出射許可終了信号受信により、直ちに荷電粒子ビーム発生装置１はビームを減速する（Ｓ１２４→Ｓ１０６→Ｓ１０９→Ｓ１１０）。
【０１１５】
その結果、図示エリアｂにおけるスポット照射を行うことができない。効率のよい照射ができないことで、全体の照射時間が長くなり、結果的に治療時間が長くなるという課題があった。
【０１１６】
図８に戻り、本実施形態のケース３におけるビーム出射再開後の動作について説明する。
【０１１７】
出射許可開始信号再受信により、ビームの出射が再開し、スポット照射を繰り返す（Ｓ１１２→Ｓ１０５→Ｓ２０４→Ｓ２０５〜Ｓ２０９→（Ｓ２０３〜Ｓ２０９繰り返し））。
【０１１８】
規則的な移動信号により、規則的に出射許可終了信号が出力される。出射許可終了信号受信によりビームの出射が停止される（Ｓ１２４→Ｓ１０６→Ｓ１１１→Ｓ２０６→Ｓ２１３→（Ｓ２０４繰り返し））。
【０１１９】
その結果、図示エリアｂ’におけるスポット照射が行われる。効率のよい照射を行うことで、照射時間を短縮し、治療時間を短縮できる。
【０１２０】
〜変形例〜
本発明は、上記実施形態に限定されず、各種変形が可能である。
【０１２１】
１．出射可能状態維持機能４６ｂの作動開始時点に関し、各種変形ができる。上記実施形態の出射可能状態維持機能４６ｂは、ステップＳ１２４において、照射対象監視制御装置６５から出射許可終了信号を受信すると、受信時から設定待機時間だけ待機するものであるが、例えば、ステップＳ１１１において、出射停止信号を照射制御装置４８に送信すると、送信時から設定待機時間だけ待機するものでもよい。
【０１２２】
２．出射許可状態の設定に関し、各種変形ができる。上記実施形態の照射対象監視制御装置６５は、出射許可開始信号出力から出射許可終了信号出力までの間を出射許可状態と設定しているが、継続して出射許可信号を出力をするものとし、出射許可信号出力開始から出射許可信号出力終了までの間を出射許可状態と設定してもよい。
【０１２３】
３．本実施形態は照射方法としてスポットスキャニング照射法を前提として説明したが、散乱体によりビームの分布を拡大する2重散乱体法、散乱体で広げたビームを円形に走査するワブラー法にも適用できる。
【０１２４】
＜第２実施形態＞
図１１は第２実施形態に係る中央制御装置４６の処理内容を示す制御フローである。図６と同じ処理には同じ符号を付す。
【０１２５】
第１実施形態の出射可能状態維持機能４６ｂは、出射許可終了信号受信後、設定待機時間だけ作動するものであったが（図６のＳ１１３）、第２実施形態の出射可能状態維持機能４６ｂは、出射許可終了信号受信後、減速開始指令信号受信まで（すなわち、移動信号が出射許可範囲外になってから減速開始指令値を超えるまでの範囲にある間）作動するものとしてもよい（図１１のＳ１１３Ａ）。
【０１２６】
照射対象監視制御装置６５は、ステップＳ１２４において出射許可終了信号を中央制御装置４６に送信した後、移動信号が出射許可範囲外に設定された減速開始指令値を超えたか否かを判定し（ステップＳ１２５）、移動信号が減速開始指令値を超えると、減速開始指令信号を中央制御装置４６に送信する（ステップＳ１２６）。
【０１２７】
図１２は、第２実施形態に係る荷電粒子照射システムの動作について説明する概念図である。
【０１２８】
標的３７の位置を表す移動信号が出射許可範囲にある時間において出射許可状態が設定される。荷電粒子ビーム発生装置１がビームを加速し、出射可能状態とする。更に、出射許可開始信号によりビームの出射が開始される（ケース１）。
【０１２９】
出射許可終了信号によりビームの出射が停止される一方、出射可能状態維持機能４６ｂが作動し、荷電粒子ビーム発生装置１は出射可能状態を維持する（待機）。
【０１３０】
標的３７の位置を表す移動信号が減速開始指令値を超えると、減速開始指令信号が出力される。
【０１３１】
待機中に出射許可開始信号が再受信されず、減速開始指令信号が受信されると、出射可能状態維持機能４６ｂは作動終了となる。荷電粒子ビーム発生装置１はビームを減速する（ケース２）。
【０１３２】
照射中に、不規則的な出射許可終了信号受信によりビームの出射が停止される。一方、出射許可終了信号受信により、出射可能状態維持機能４６ｂが作動し、荷電粒子ビーム発生装置１は出射可能状態を維持する。待機中に出射許可開始信号が再受信されると、ビームの出射が再開される（ケース３）。
【０１３３】
第２実施形態に係る荷電粒子照射システムの動作は、第１実施形態と同じであり、同じ効果が得られる。
【０１３４】
＜第３実施形態＞
図１３は第３実施形態に係る照射制御装置４８の処理内容を示す制御フローである。図７と同じ処理には同じ符号を付す。
【０１３５】
第１実施形態においては、スポット照射中に出射停止信号を受信すると、出射を停止している（Ｓ２０６→Ｓ２１３）が、スポット照射を完了させてから、待機状態に移行してもよい。すなわち、本実施形態においては、ステップＳ２０６およびステップＳ２１３の処理は不要である。
【０１３６】
ひとつのスポットの照射時間が短くその時間内の標的の移動が無視できるような場合、スポット照射の途中で照射を停止しないことで、第１実施形態に比べ、制御が簡単になる。
【符号の説明】
【０１３７】
１  荷電粒子ビーム発生装置
２  ビーム輸送系
３  ライナック
４  シンクロトロン
５  高周波印加装置
６  加速装置
７  制御システム
８  高周波印加電極
９  高周波印加電源
１１  出射用デフレクタ
１２  ビーム経路
１４，１５，１６  偏向電磁石
１７  治療室
２１  照射装置
２４  カウチ
２５  照射対象
３１，３２  走査電磁石
３３  ビーム位置検出器
３４  線量モニタ
３７  照射標的
４０  Ｘ線ＣＴ装置
４１  照射計画装置
４２  データベース
４６  中央制御装置
４６ａ  ゲート照射機能
４６ｂ  出射可能状態維持機能
４７  加速器制御装置
４８  照射制御装置
６５  照射対象監視制御装置
６６  照射対象監視装置
【図１】
0005896211.tif 000002
【図２】
0005896211.tif 000003
【図３】
0005896211.tif 000004
【図４】
0005896211.tif 000005
【図５】
0005896211.tif 000006
【図６】
0005896211.tif 000007
【図７】
0005896211.tif 000008
【図８】
0005896211.tif 000009
【図９】
0005896211.tif 000010
【図１０】
0005896211.tif 000011
【図１１】
0005896211.tif 000012
【図１２】
0005896211.tif 000013
【図１３】
0005896211.tif 000014