(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を計測する放射線計測装置と、
前記放射線の照射位置を変更する走査電磁石を備える放射線照射装置であって、
前記放射線計測装置は、
第一の高電圧印加電極及び第二の高電圧印加電極に電圧を印加する高電圧電源と、
前記第一の高電圧印加電極と第一の電荷収集電極との間に第一の電離層を形成する第一の電離箱と、
前記第二の高電圧印加電極と第二の電荷収集電極との間に第二の電離層を形成する第二の電離箱と、
前記第一の電荷収集電極及び前記第二の電荷収集電極に到達した電離電子の電荷を前記照射位置ごとに積算する信号処理装置と、
前記信号処理装置の接続先を前記第一の電荷収集電極と前記第二の電荷収集電極との間で、前記走査電磁石が照射位置を変更する際に接続を切り替える第一のスイッチと、
前記高電圧電源の接続先を前記第一の高電圧印加電極と前記第二の高電圧印加電極との間で、前記走査電磁石が照射位置を変更する際に接続を切り替える第二のスイッチを有し、
前記第一の電離層と前記第二の電離層とは少なくとも一部の領域で重なる構成であり、
前記放射線計測装置は、前記走査電磁石の上流に設けられることを特徴とする放射線照射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の放射線照射装置において、
前記第一の電荷収集電極と前記第二の電荷収集電極とが複数のストリップ状電極から構成され、
前記第一の電荷収集電極の前記ストリップ状電極毎に電荷が前記信号処理装置に積算され、前記第二の電荷収集電極の前記ストリップ状電極毎に電荷が前記信号処理装置に積算される放射線照射装置。
【請求項３】
請求項２に記載の放射線照射装置において、
前記第一の電荷収集電極の前記ストリップ状電極と、
前記第二の電荷収集電極の前記ストリップ状電極とが、
前記走査電磁石を励磁しない条件下で放射線が通過する直線に沿ってストリップ状になっていることを特徴とする放射線照射装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線照射装置において、
前記信号処理装置による電荷の積算結果より放射線の位置及びサイズを算出し、算出値
が予め設定された放射線の位置又はサイズの誤差許容範囲を超えた場合に照射を停止する制御装置を有することを特徴とする放射線照射装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線照射装置において、
前記第一の電離箱と前記第二の電離箱とが平行平板型の電離箱であり、
前記第一の高電圧印加電極の中心と前記第一の電荷収集電極の中心とを通る直線と、
前記第二の高電圧印加電極の中心と前記第二の電荷収集電極の中心とを通る直線とが直交することを特徴とする放射線照射装置。
【請求項６】
放射線の照射位置を変更する走査電磁石の上流側に設けられた高電圧印加電極と電荷収集電極との間に電離層を形成し、
前記電離層が形成された領域に前記高電圧印加電極と前記電荷収集電極により電場を形成し、
放射線が前記電離層を通過したときに発生した電離電子が前記電場により前記電荷収集電極に到達したときの電荷を検出し積算する放射線計測方法において、
前記電離層が形成された領域に第一の方向に向かう第一の電場を形成することで、
電離電子の電荷を検出し、検出した電離電子の電荷を前記照射位置ごとに積算して第一の積算結果を取得し、
前記走査電磁石が照射位置を変更する際に、前記電離層が形成された領域に形成する電場を、前記第一の方向と交差する第二の方向に向かう第二の電場に切り替え、
電離電子の電荷を検出し、検出した電離電子の電荷を前記照射位置ごとに積算して第二の積算結果を取得し、第一の積算結果又は第二の積算結果の少なくとも一方より放射線の位置及びサイズを算出することを特徴とする放射線計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放射線計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
加速器やビーム輸送装置には、非特許文献１に記載されているように、ビーム調整のため非破壊型のビーム位置モニタ（以下、非破壊モニタ）が設置されることがある。この文献では非破壊モニタは平行平板型の電離箱であり、Ｘ軸と垂直に電荷収集電極と高電圧印加電極が配置されている。電極面はＹＺ平面と平行である。若しくは、Ｙ軸と垂直に上記２つの電極が配置されている。電極面はＸＺ平面と平行である。電極にビームを衝突させないため、電極間隔は２０mm〜５０mm程度に広げられている。電荷収集電極はＺ軸方向に沿ってストリップ状に分割されており、Ｘ軸方向に電極を配置した場合、Ｙ軸方向のビーム位置を計測できる。Ｙ軸方向に電極を配置した場合はＸ軸方向のビーム位置を計測できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】W.H.DeLuca, “BEAM DETECTION USING RESIDUAL GAS IONIZATION”, IEEE Trans. Nucl. Sci. 16 (1969) 813
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１に記載の非破壊モニタは、ビームの進行方向（以下Ｚ軸）に沿って、有感領域における一様電場を確保するためのスペースを必要とする。したがって非破壊モニタを利用して２軸方向のビーム位置を計測しようとすると、１軸方向のものに比べて放射線照射装置に備えられた照射野形成装置内に二倍以上のスペースが必要となってしまい、照射野形成装置が大型化すれば、結果として放射線照射装置のコストが増大してしまう。
【０００５】
そこで本発明の目的は、非破壊モニタの小型化により放射線照射装置を低コスト化することにある。例えば、２軸方向のビーム位置を計測する場合に非破壊モニタのＺ軸方向の大きさを従来の１／２にでき、照射野形成装置を大型化せずにビーム位置モニタとして使用できる放射線計測装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第一の高電圧印加電極及び第二の高電圧印加電極に電圧を印加する高電圧電源と、前記第一の高電圧印加電極と第一の電荷収集電極との間に第一の電離層を形成する第一の電離箱と、前記第二の高電圧印加電極と第二の電荷収集電極との間に第二の電離層を形成する第二の電離箱と、前記第一の電荷収集電極及び前記第二の電荷収集電極に到達した電離電子の電荷を積算する信号処理装置と、を備える放射線計測装置において、前記第一の電離層と前記第二の電離層とは少なくとも一部の領域で重なり、前記信号処理装置の接続先を前記第一の電荷収集電極と前記第二の電荷収集電極との間で切り替える第一のスイッチと、前記高電圧電源の接続先を前記第一の高電圧印加電極と前記第二の高電圧印加電極との間で切り替える第二のスイッチと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、線量集中性向上と放射線照射装置の小型化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の好適な一実施例である放射線計測装置の陽子線照射装置への適用例を示す図である。
【図２】図１に示す照射野形成装置を用いたスキャニング照射法を説明する図である。
【図３】図１、図２に示す放射線計測装置の構成図である。
【図４】図３に示すモニタＡ及びモニタＢの構成図である。
【図５】図３に示すモニタＡの電極形状の構成図である。
【図６】図３に示すモニタＢの電極形状の構成図である。
【図７】図３に示すスイッチ回路の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
放射線計測が必要となる技術分野の一つに、粒子線治療が挙げられる。この分野では、高い線量集中性が得られるスキャニング照射法が普及しつつある。スキャニング照射法は標的を微少領域（以下、スポット）に分割して考え、スポット毎に細く絞ったビームを照射する。このとき、一般的なスキャニング照射法におけるビーム粒子は進行方向（Ｚ軸方向）と垂直な平面（ＸＹ平面）内においてσ＝３mm〜２０mmの２次元ガウス分布状に広がっている。スポットに既定線量が付与されると、照射を停止して次のスポットに向けてビームを走査する。ＸＹ平面内でスポットを変更する場合は、走査電磁石を利用してビームの照射位置を変更する。あるＸＹ平面について全スポットに既定線量が付与されると、照射スポットをＺ軸方向に変更する。照射スポットをＺ軸方向に変更する場合は、加速器もしくはエネルギー吸収体で被照射体へのビームの入射エネルギーを変更する。このようにして標的の全てのスポットに対して一様な線量が付与されるように照射を行う。以下、ＸＹ平面内でのビーム粒子の広がりをガウス分布で近似した場合に得られる標準偏差σをビームサイズと定義する。また、走査電磁石を励磁しない条件でビームが通過する直線をＺ軸と定義する。
【００１０】
各スポットに対して正確にビームを照射できていることを監視するため、照射野形成装置にはビーム位置モニタが備わる。ビーム位置モニタにはＭＷＰＣ（Multi Wire Proportional Chamber）やＭＷＩＣ（Multi Wire Ionization Chamber）といったワイヤーチェンバーを用いることが一般的である。ワイヤーチェンバーは電荷収集電極として電離層中にＺ軸と垂直でＸ軸と平行な複数の導線を等間隔に備える。若しくは、Ｚ軸と垂直でＹ軸と平行な複数の導線を等間隔に備える。Ｘ軸と平行に導線を配置した場合、モニタはＹ軸方向のビーム位置を計測できる。一方、Ｙ軸と平行に導線を配置した場合、モニタはＸ軸方向のビーム位置を計測できる。なお、Ｘ軸とＹ軸はＸＹ平面内の直線軸であり、互いに直交し、Ｘ軸、Ｙ軸はＺ軸ともそれぞれ直交する。
【００１１】
ワイヤーチェンバーの利点はモニタをＺ軸方向に薄く作れる点である。例えば、Ｚ軸方向に５０mm〜１００mm程度のスペースがあれば、Ｘ軸方向とＹ軸方向の２軸分のビーム位置モニタを構成できる。しかし、ワイヤーチェンバーはビームとの衝突によってビームサイズを増大させてしまい、ビームサイズが小さいほど高い線量集中性が得られるスキャニング照射法において、その線量集中性をより向上させることは困難である。
【００１２】
一方、スキャニング照射法の線量集中性向上の観点から、照射野形成装置のビーム位置モニタとしてワイヤーチェンバーの替わりに非破壊モニタを用いることは有効である。非破壊モニタは、ビームとの衝突を起こさないためビームサイズの増加を抑制できるという利点をもつためである。
【００１３】
ところが、照射野形成装置の小型化及び放射線照射装置の低コスト化の観点では、上記手段は必ずしも有効ではない。ワイヤーチェンバーと比較して非破壊モニタはＺ軸方向に大きなスペースを必要とするためである。例えば、電離層の有感領域を２０mm、電荷収集電極と高電圧印加電極の距離を５０mmとすると、有感領域での一様電場の確保のためＺ軸方向に厚み１２０mm以上の電離層を必要とする。従って、Ｘ軸方向及びＹ軸方向２軸分のビーム位置計測のためには、照射野形成装置内に２４０mm以上のスペースが必要となる。照射野形成装置が大型化すれば、放射線照射装置のコストは増大する。
【００１４】
このように、スキャニング照射法の線量集中性向上と放射線照射装置の小型化及び低コスト化を両立することは困難であった。
【００１５】
以下、非破壊モニタの小型化により放射線照射装置の低コスト化を可能とする本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
【００１６】
本発明の好適な一実施例である放射線計測装置について、図１を用いて説明する。
【００１７】
陽子線照射装置１０２から発生したビームの位置及びサイズを計測するため、放射線計測装置１０１は照射野形成装置１１０内に設置される。実施例では放射線照射装置として陽子線照射装置１０２を例に説明するが、陽子より質量の重い粒子（例えば、炭素線）を用いた重粒子線照射装置にも適用できる。また、光子線、電子線、ミュオン線、パイ中間子線、中性子線を用いた放射線照射装置にも適用できる。
【００１８】
図１に示すように、陽子線照射装置１０２は陽子線発生装置１０３、陽子線輸送装置１０４及び回転式照射装置１０５を有する。本実施例では回転ガントリー（図示せず）を備える回転式照射装置１０５を例に説明するが、照射装置は固定式であってもよい。陽子線発生装置１０３は、イオン源１０６、前段加速器１０７（例えば、直線加速器）及びシンクロトロン１０８を有する。イオン源１０６から発生した陽子イオンは前段加速器１０７で加速される。前段加速器１０７から出射した陽子線（以下、ビーム）はシンクロトロン１０８で所定のエネルギーまで加速された後、出射デフレクタ１０９から陽子線輸送装置１０４に出射される。最終的に、ビームは陽子線輸送装置１０４、回転式照射装置１０５を経て被照射体１１１に照射される。回転式照射装置１０５は回転ガントリー及び照射野形成装置１１０を有する。回転ガントリー上に設置された照射野形成装置１１０は回転ガントリーと共に回転する。また、陽子線輸送装置１０４の一部も回転ガントリーに取り付けられている。本実施例では陽子線の加速装置としてシンクロトロン１０８を採用したが、サイクロトロンや直線加速器にも適応できる。
【００１９】
図２に示す照射野形成装置１１０によって実現されるスキャニング照射法の概略を説明する。スキャニング照射法では標的２０１を微少領域（以下、スポット２０２）に分割して考え、スポット２０２毎に細く絞ったビームを照射する。このとき、ビーム粒子は進行方向（Ｚ軸方向）と垂直な平面（ＸＹ平面）内においてσ＝３mm〜２０mmの２次元ガウス分布状に広がっている。照射中のスポット２０２に既定線量が付与されると、照射を停止して次のスポット２０２に向けてビームを走査する。ＸＹ平面内でスポット２０２を変更する場合は、走査電磁石２０３でビームの照射位置を変更する。あるＸＹ平面について全スポット２０２に既定線量が付与されると、照射スポット２０２をＺ軸方向に変更する。照射スポットをＺ軸方向に変更する場合は、シンクロトロン１０８もしくは照射野形成装置１１０内に備わるエネルギー吸収体（図示せず）で被照射体１１１へのビームの入射エネルギーを変更する。このようにして標的の全てのスポット２０２に対して一様な線量が付与されるように照射を行う。
【００２０】
以下、ＸＹ平面内でのビーム粒子の広がりをガウス分布で近似した場合に得られる標準偏差σをビームサイズと定義する。また、走査電磁石２０３を励磁しない条件でビームが通過する直線をＺ軸と定義する。
【００２１】
走査電磁石２０３への入射ビーム位置を監視するため、走査電磁石２０３の上流には本実施例の放射線計測装置１０１が備わる。各スポット２０２に対して正確にビーム照射するためには、走査電磁石２０３に対してＸＹ平面上の所定の位置にビームを入射させなくてはならない。
【００２２】
図３に放射線計測装置１０１の構成を示す。放射線計測装置１０１は、非破壊型のビーム位置モニタＡ３０１（以下、モニタＡ）、非破壊型のビーム位置モニタＢ３０２（以下、モニタＢ）、スイッチ回路３０３、信号処理装置３０４、高電圧電源３０５及び制御装置３０６で構成される。図３に示すＸ′軸、Ｙ′軸は図２のＸ軸、Ｙ軸と平行で且つＺ軸と直交する。なお、信号処理装置３０４、高電圧電源３０５及び制御装置３０６は放射線計測装置の外部に設置されていてもよい。
【００２３】
図４を用いてモニタＡ３０１とモニタＢ３０２の構造を説明する。第一の電離箱であるモニタＡ３０１は、本実施例においては平行平板型の電離箱である。モニタＡは、Ｘ軸方向へＸ軸と垂直に第一の電荷収集電極４０１と第一の高電圧印加電極４０２を配置し、電極間に第一の電離層を形成する。このように電荷収集電極と高電圧印加電極の間に形成される領域を電離層とする。なおモニタＡ３０１の電極面はＹＺ平面と平行である。本実施例では、電荷収集電極４０１と高電圧印加電極４０２の電極間隔を５０mmとする。任意の放射線照射装置に応じて、モニタＡ３０１の電極間隔は電荷収集電極４０１及び高電圧印加電極４０２とビームを衝突させない程度に広げられる。
【００２４】
同様に第二の電離箱であるモニタＢも本実施例においては平行平板型の電離箱である。モニタＢは、Ｙ軸方向へＹ軸と垂直に第二の電荷収集電極４０３と第二の高電圧印加電極４０４を配置し、電極間に第二の電離層を形成する。モニタＢの電極面はＸＺ平面と平行である。本実施例では、電荷収集電極４０３と高電圧印加電極４０４の電極間隔をモニタＡ３０１と同じ５０mmとする。任意の放射線照射装置に応じて、モニタＢ３０２の電極間隔は電荷収集電極４０３及び高電圧印加電極４０４とビームを衝突させない程度に広げられる。
【００２５】
本実施例において、モニタＡ３０１とモニタＢ３０２は互いの電離層を共有する、即ちモニタＡの電離層とモニタＢの電離層とは重なっている。このようにモニタＡとモニタＢとの電離層が重なるため、モニタ一つ分の大きさで２軸方向のビーム位置を計測することができ、照射野形成装置の大型化を避けることができる。また、本実施例ではＸ軸方向についてモニタＡ３０１の中心軸が通過する点４０５と、Ｙ軸方向についてモニタＢ３０２の中心軸が通過する点４０６は同一ＸＹ平面上に存在し、モニタＡ３０１の中心軸とモニタＢ３０２の中心軸は直交する。なお本実施例における前記中心軸とは、モニタＡの場合、電荷収集電極４０１の中心と高電圧印加電極４０２の中心を結ぶ直線であり、モニタＢの場合も同様に電荷収集電極４０３の中心と高電圧印加電極４０４の中心を結ぶ直線である。
【００２６】
図５に示すようにモニタＡ３０１の電荷収集電極４０１及び高電圧印加電極４０２はＺ軸方向に沿った複数のストリップ状電極から構成され、各ストリップ電極５０１はそれぞれ独立にスイッチ回路３０３と接続する。具体的には、電荷収集電極４０１側のストリップ電極５０１はスイッチ回路３０３を介して信号処理装置３０４と接続し、高電圧印加電極４０２側のストリップ電極５０２はスイッチ回路３０３を介して高電圧電源３０５と接続する。図５のＺ′軸は図２に示すＺ軸と平行である。図５に示すように、本実施例ではストリップ電極５０１及びストリップ電極５０２の本数を５本ずつとしたが、要求されるビーム位置及びサイズの計測精度に応じてストリップ電極の本数及び幅は任意である。
【００２７】
図６へ示すようにモニタＢ３０２の電荷収集電極４０３及び高電圧印加電極４０４もＺ軸方向に沿った複数のストリップ状電極から構成され、この複数のストリップ状電極、即ち各ストリップ電極６０１はそれぞれ独立にスイッチ回路３０３と接続する。具体的には、電荷収集電極４０３側のストリップ電極６０１はスイッチ回路３０３を介して信号処理装置３０４と接続し、高電圧印加電極４０４側のストリップ電極６０２はスイッチ回路３０３を介して高電圧電源３０５と接続する。図６のＺ′軸は図２に示すＺ軸と平行である。図６に示すように、本実施例ではストリップ電極６０１及びストリップ電極６０２の本数を５本ずつとしたが、要求されるビーム位置及びサイズの計測精度に応じてストリップ電極の本数及び幅は任意である。
【００２８】
スイッチ回路３０３はモニタＡ３０１及びモニタＢ３０２のどちらか一方を高電圧電源３０５及び信号処理装置３０４と接続させる。図７を用いてスイッチ回路３０３の機能を説明する。スイッチ回路３０３が制御装置３０６からのトリガー信号を受信すると、第一のスイッチであるスイッチ７０１を切り替え、電荷収集電極４０１のストリップ電極５０１から電荷収集電極４０３のストリップ電極６０１に信号処理装置３０４と接続する電極を変更する。若しくは、電荷収集電極４０３のストリップ電極６０１から電荷収集電極４０１のストリップ電極５０１に信号処理装置３０４と接続する電極を変更する。同様に、スイッチ回路３０３が制御装置３０６からのトリガー信号を受信すると、第二のスイッチであるスイッチ７０２を切り替え、高電圧印加電極４０２のストリップ電極５０２から高電圧印加電極４０４のストリップ電極６０２に高電圧電源３０５と接続する電極を変更する。若しくは、高電圧印加電極４０４のストリップ電極６０２から高電圧印加電極４０２のストリップ電極５０２に高電圧電源３０５と接続する電極を変更する。
【００２９】
図７では１枚の電荷収集電極４０１、４０３、若しくは高電圧印加電極４０２、４０４につきストリップ電極１本分の経路のみ示したが、実際にはストリップ電極の数だけスイッチ７０１、７０２が存在する。例えば、本実施例ではスイッチ７０１、７０２は共に５個ずつ存在する。また、信号処理装置３０４はストリップ電極の数だけ入力チャンネルを有する。例えば、本実施例では信号処理装置３０４は５つの入力チャンネルを有する。信号処理装置３０４はチャンネル毎に入力した電荷を積算し、積算結果をデジタル信号化して制御装置３０６に記録する。
【００３０】
信号収集電極としてはたらく電荷収集電極４０１、４０３でドリフト速度の速い電離電子を捕獲するため、高電圧電源３０５は負の電圧を出力する。モニタＡ３０１がスイッチ回路３０３を介して信号処理回路３０４及び高電圧電源３０５と接続したとき、電荷収集電極４０１の電圧はほぼ０Ｖ、高電圧印加電極４０２は電圧が印加され、その電圧は−数ｋＶとなる。同様に、モニタＢ３０２がスイッチ回路３０３を介して信号処理回路３０４及び高電圧電源３０５と接続したとき、電荷収集電極４０３の電圧はほぼ０Ｖ、高電圧印加電極４０４の電圧は−数ｋＶとなる。
【００３１】
本実施例ではモニタＡ３０１、モニタＢ３０２ともに電離層を大気開放し、空気を電離ガスとして用いるが、電離層が準真空である場合や、希ガスで満たされている場合にも本実施例の効果は得られる。電離強度が弱い場合、ＭＣＰ（Micro Channel Plate）を信号収集電極としてはたらく電荷収集電極４０１の表面に設置すれば電荷収集電極４０１からの信号出力を増幅できる。同様に、電荷収集電極４０３の表面にＭＣＰを設置すれば、電荷収集電極４０３からの信号出力を増幅できる。
【００３２】
被照射体１１１へのビーム照射中に、本実施例の放射線計測装置１０１を用いてビームの位置及びサイズを計測する手順を説明する。
【００３３】
本実施例における放射線計測方法は、高電圧印加電極と電荷収集電極との間に電離層を形成し、前記電離層が形成された領域に前記高電圧印加電極と前記電荷収集電極により電場を形成し、放射線が前記電離層を通過したときに発生した電離電子が前記電場により前記電荷収集電極に到達したときの電荷を検出し積算する計測方法である。
【００３４】
本実施例の放射線計測装置１０１は、照射前の状態では、モニタＡ３０１がスイッチ回路３０３を介して信号処理装置３０４及び高電圧電源３０５に接続している。即ち、電荷収集電極４０１のストリップ電極５０１が信号処理装置３０４と接続し、高電圧印加電極４０２のストリップ電極５０２が高電圧電源３０５と接続しており、放射線計測装置１０１の電離層に第一の方向に向かう第一の電場、本実施例においてはＸ軸方向の電場が形成されている。
【００３５】
操作者は制御装置３０６に備わるユーザーインターフェース（図示せず。以下、ＵＩ）から陽子線照射装置１０２に照射条件（ビームエネルギー、スポット位置、スポット線量満了値、ガントリー回転角度等）を設定し、ビーム照射開始を指示する。ビーム照射開始を指示すると、制御装置３０６は信号処理装置３０４に積算開始信号を送信する。積算開始信号を受信すると、信号処理装置３０４はストリップ電極５０１に生じた電荷の積算を開始する。
【００３６】
直後、シンクロトロン１０８で加速したビームが陽子線輸送装置１０４、回転式照射装置１０５を経て操作者の指定した第１のスポットに照射される。回転式照射装置１０５中で、ビームは放射線計測装置１０１の電離層を通過する。
【００３７】
ビームが放射線計測装置１０１の電離層を通過すると電離層中にエネルギー損失量に比例した数のイオン対（正イオンと電離電子）が生成する。電離電子は電場の向き、即ちＸ軸と平行にドリフトし、生成位置から最も近い位置の電荷収集電極４０１のストリップ電極５０１に到達する。電離電子がストリップ電極５０１に到達すると、電離電子の持つ電荷が信号処理装置３０４に検出される。信号処理装置３０４はストリップ電極５０１毎に電荷の積算を続け、第一の積算結果を取得する。なおこのときスイッチ回路３０３によって、電荷収集電極４０３と信号処理装置３０４は接続していないため、信号処理装置３０４に電荷収集電極４０３からの電荷が積算されることはない。
【００３８】
第１のスポットへの照射時間をＴ１秒とすると、制御装置３０６はビーム照射開始からＴ１／２秒後に信号処理装置３０４に計測完了信号を送信する。計測完了信号を受信すると、信号処理装置３０４は電荷の積算を停止し、ストリップ電極５０１毎に制御装置３０６に第一の積算結果を記録する。記録後、信号処理装置３０４は自身の第一の電荷の積算結果をリセットする。次に、制御装置３０６は高電圧電源３０５の出力を停止させる。
【００３９】
制御装置３０６に記録された電荷の積算値をストリップ電極５０１毎にＣｙ１(Ｙ１)、Ｃｙ１(Ｙ２)、Ｃｙ１(Ｙ３)、Ｃｙ１(Ｙ４)、Ｃｙ１(Ｙ５)とする。ＹｉはＹ軸方向のストリップ電極５０１の位置である。ビーム粒子はガウス分布状に広がっているため、位置Ｙｉがビーム中心から近いほどストリップ電極５０１からは大きな電荷が得られる。逆に、位置Ｙｉがビーム中心から遠いほどストリップ電極５０１からは小さな電荷が得られる。
【００４０】
制御装置３０６はＹｉとＣｙ１(Ｙｉ)の相関関係をガウス分布で近似し、ビーム位置及びサイズを算出する。本実施例ではガウス分布の中心をビーム位置、標準偏差σをビームサイズと定める。若しくは、電荷収集電極４０１に到達した電離電子の重心をビーム位置と定める。電離電子の重心Ｙｇは以下の式（１）から算出できる。
【００４１】
Ｙｇ＝ΣＣｙ１(Ｙｉ)＊Ｙｉ／ΣＣｙ１(Ｙｉ)      …（１）
続けて、制御装置３０６は算出したビーム位置及びサイズを目標値と比較する。算出値が目標値から大きく外れた、即ち誤差の許容範囲を超えたような場合、例えば、ビーム位置及びサイズのどちらか一方が目標値から１mm以上外れた場合、照射を停止する。ビーム位置及びサイズの目標値及び誤差の許容範囲は操作者によって事前に制御装置３０６に設定される。
【００４２】
ビーム位置及びサイズの算出値が目標値と一致したとして説明を続ける。次に、制御装置３０６はスイッチ回路３０３にトリガー信号を送信する。トリガー信号を受信すると、スイッチ回路３０３はスイッチ７０１を切り替えて電荷収集電極４０３のストリップ電極６０１と信号処理装置３０４を接続する。同様に、スイッチ７０２を切り替えて高電圧印加電極４０４のストリップ電極６０２と高電圧電源３０５を接続する。従って、前記電離層の領域に形成される電場は、第一の方向と交差する第二の方向に向かう第二の電場に切り替えられる、即ち本実施例においてはＹ軸方向の電場が形成される。
【００４３】
スイッチ７０１とスイッチ７０２の切り替えを完了すると、スイッチ回路３０３は切り替え完了信号を制御装置３０６に送信する。切り替え完了信号を受信すると制御装置３０６は高電圧電源３０５から電圧を出力させ、次に信号処理装置３０４へ積算開始信号を送信する。積算開始信号を受信すると、信号処理装置３０４は電荷収集電極４０３のストリップ電極６０１に生じた電荷の積算を開始する。
【００４４】
ビームによって生じた電離電子は電場の向き、即ちＹ軸と平行にドリフトし、生成位置から最も近い位置の電荷収集電極４０３のストリップ電極６０１に到達する。電離電子がストリップ電極６０１に到達すると、電離電子の持つ電荷が信号処理装置３０４に検出される。信号処理装置３０４はストリップ電極６０１毎に電荷の積算を続け、第二の積算結果を取得する。また、このように電荷収集電極４０１、４０３がストリップ電極５０１、６０１により構成されることによって、ストリップ電極毎に異なる領域の電離電子の電荷を検出し、ビームの分布を計測することができる。
【００４５】
第１のスポットへのビーム照射が完了すると、制御装置３０６は信号処理装置３０４に計測完了信号を送信する。計測完了信号を受信すると、信号処理装置３０４は電荷の積算を停止し、ストリップ電極６０１毎に制御装置３０６に第二の積算結果を記録する。記録後、信号処理装置３０４は自身の第二の電荷の積算結果をリセットする。次に、制御装置３０６は高電圧電源３０５の出力を停止させる。
【００４６】
制御装置３０６に記録された電荷の積算値をストリップ電極６０１毎にＣｘ１(Ｘ１)、Ｃｘ１(Ｘ２)、Ｃｘ１(Ｘ３)、Ｃｘ１(Ｘ４)、Ｃｘ１(Ｘ５)とする。ＸｉはＸ軸方向のストリップ電極６０１の位置である。制御装置３０６はＸｉとＣｘ１(Ｘｉ)の相関関係をガウス分布で近似し、ビーム位置及びサイズを算出する。若しくは、電荷収集電極４０３に到達した電離電子の重心Ｘｇをビーム位置とし、以下の式から算出する。
【００４７】
Ｘｇ＝ΣＣｘ１(Ｘｉ)＊Ｘｉ／ΣＣｘ１(Ｘｉ)    …（２）
続けて、制御装置３０６は算出したビーム位置及びサイズを目標値と比較する。算出値が目標値から大きく外れた場合、例えば、ビーム位置及びサイズのどちらか一方が目標値から１mm以上外れた場合、照射を停止する。目標値は操作者によって事前に制御装置３０６に設定される。
【００４８】
ビーム位置及びサイズの算出値が目標値と一致したとして説明を続ける。次に、制御装置３０６はスイッチ回路３０３にトリガー信号を送信する。トリガー信号を受信すると、スイッチ回路３０３はスイッチ７０１を切り替えて電荷収集電極４０１のストリップ電極５０１と信号処理装置３０４を接続する。同様に、スイッチ７０２を切り替えて高電圧印加電極４０２のストリップ電極５０２と高電圧電源３０５を接続する。従って、電離層にはＸ軸方向の電場が形成される。
【００４９】
スイッチ７０１とスイッチ７０２の切り替えを完了すると、スイッチ回路３０３は切り替え完了信号を制御装置３０６に送信する。切り替え完了信号を受信すると制御装置３０６は高電圧電源３０５から電圧を出力させ、次に信号処理装置３０４へ積算開始信号を送信する。積算開始信号を受信すると、信号処理装置３０４は電荷収集電極４０１のストリップ電極５０１に生じた電荷の積算を開始する。
【００５０】
直後、シンクロトロン１０８で加速したビームが陽子線輸送装置１０４、回転式照射装置１０５を経て操作者の指定した第２のスポットに照射される。回転式照射装置１０５中では、ビームは放射線計測装置１０１の電離層を通過する。
【００５１】
以上の手順を第２、第３、第４、第５・・・のスポットに対して繰り返すことで全スポットにビームが照射され、標的全体に一様な線量分布が形成される。本実施例の放射線計測装置は全スポットについてＸ軸方向とＹ軸方向のビーム位置及びサイズを算出できる。従って、ビームが走査電磁石２０３に対して目標通りの位置に入射していることをスポット毎に監視できる。
【００５２】
モニタＡ３０１とモニタＢ３０２の切り替えは任意のタイミングに変更できる。例として、スポット２０２毎に切り替える方法を説明する。
【００５３】
照射前の状態では、モニタＡ３０１がスイッチ回路３０３を介して信号処理装置３０４及び高電圧電源３０５に接続している。即ち、電荷収集電極４０１のストリップ電極５０１が信号処理装置３０４と接続し、高電圧印加電極４０２のストリップ電極５０２が高電圧電源３０５と接続しており、放射線計測装置１０１の電離層にはＸ軸方向の電場が形成される。
【００５４】
操作者は制御装置３０６に備わるＵＩを用いて陽子線照射装置１０２に照射条件を設定し、ビーム照射開始を指示する。ビーム照射開始を指示すると、制御装置３０６は信号処理装置３０４に積算開始信号を送信する。積算開始信号を受信すると、信号処理装置３０４はストリップ電極５０１に生じた電荷の積算を開始する。
【００５５】
直後、シンクロトロン１０８で加速したビームが陽子線輸送装置１０４、回転式照射装置１０５を経て操作者の指定した第１のスポットに照射される。回転式照射装置１０５中では、ビームは放射線計測装置１０１の電離層を通過する。
【００５６】
ビームが放射線計測装置１０１の電離層を通過すると電離層中にエネルギー損失量に比例した数のイオン対（正イオンと電離電子）が生成する。電離電子は電場の向き、即ちＸ軸と平行にドリフトし、生成位置から最も近い位置のストリップ電極５０１に到達する。電離電子がストリップ電極５０１に到達すると、電離電子の持つ電荷が信号処理装置３０４に検出される。信号処理装置３０４はストリップ電極５０１毎に電荷の積算を続ける。
【００５７】
第１のスポットへのビーム照射が完了すると、制御装置３０６は信号処理装置３０４に計測完了信号を送信する。計測完了信号を受信すると、信号処理装置３０４は電荷の積算を停止し、ストリップ電極５０１毎に制御装置３０６に積算結果を記録する。記録後、信号処理装置３０４は自身の電荷の積算結果をリセットする。次に、制御装置３０６は高電圧電源３０５の出力を停止させる。
【００５８】
制御装置３０６に記録された電荷の積算値をストリップ電極５０１毎にＣ１(Ｙ１)、Ｃ１(Ｙ２)、Ｃ１(Ｙ３)、Ｃ１(Ｙ４)、Ｃ１(Ｙ５)とする。ＹｉはＹ軸方向のストリップ電極５０１の位置である。制御装置３０６はＹｉとＣ１(Ｙｉ)の相関関係をガウス分布で近似し、ビーム位置及びサイズを算出する。若しくは、電荷収集電極４０１に到達した電離電子の重心Ｙｇをビーム位置とし、以下の式から算出する。
【００５９】
Ｙｇ＝ΣＣ１(Ｙｉ)＊Ｙｉ／ΣＣ１(Ｙｉ)    …（３）
続けて、制御装置３０６は算出したビーム位置及びサイズを目標値と比較する。算出値が目標値から大きく外れた場合、例えば、ビーム位置及びサイズのどちらか一方が目標値から１mm以上外れた場合、照射を停止する。目標値は操作者によって事前に制御装置３０６に設定される。
【００６０】
ビーム位置及びサイズの算出値が目標値と一致したとして説明を続ける。次に、制御装置３０６はスイッチ回路３０３にトリガー信号を送信する。トリガー信号を受信すると、スイッチ回路３０３はスイッチ７０１を切り替えて電荷収集電極４０３のストリップ電極６０１と信号処理装置３０４を接続する。同様に、スイッチ７０２を切り替えて高電圧印加電極４０４のストリップ電極６０２と高電圧電源３０５を接続する。従って、電離層にはＹ軸方向の電場が形成される。
【００６１】
スイッチ７０１とスイッチ７０２の切り替えを完了すると、スイッチ回路３０３は切り替え完了信号を制御装置３０６に送信する。切り替え完了信号を受信すると制御装置３０６は高電圧電源３０５から電圧を出力させ、次に信号処理装置３０４へ積算開始信号を送信する。積算開始信号を受信すると、信号処理装置３０４は電荷収集電極４０３のストリップ電極６０１に生じた電荷の積算を開始する。
【００６２】
直後、シンクロトロン１０８で加速したビームが陽子線輸送装置１０４、回転式照射装置１０５を経て操作者の指定した第２のスポットに照射される。回転式照射装置１０５中では、ビームは放射線計測装置１０１の電離層を通過する。
【００６３】
ビームによって生じた電離電子は電場の向き、即ちＹ軸と平行にドリフトし、生成位置から最も近い位置のストリップ電極６０１に到達する。電離電子がストリップ電極６０１に到達すると、電離電子の持つ電荷が信号処理装置３０４に検出される。信号処理装置３０４はストリップ電極６０１毎に電荷の積算を続ける。
【００６４】
第２のスポットへのビーム照射が完了すると、制御装置３０６は信号処理装置３０４に計測完了信号を送信する。計測完了信号を受信すると、信号処理装置３０４は電荷の積算を停止し、ストリップ電極６０１毎に制御装置３０６に積算結果を記録する。記録後、信号処理装置３０４は自身の電荷の積算結果をリセットする。次に、制御装置３０６は高電圧電源３０５の出力を停止させる。
【００６５】
制御装置３０６に記録された電荷の積算値をストリップ電極６０１毎にＣ２(Ｘ１)、Ｃ２(Ｘ２)、Ｃ２(Ｘ３)、Ｃ２(Ｘ４)、Ｃ２(Ｘ５)とする。制御装置３０６はＸｉとＣ２(Ｘｉ)の相関関係をガウス分布で近似し、ビーム位置及びサイズを算出する。若しくは、電荷収集電極４０３に到達した電離電子の重心Ｘｇをビーム位置とし、以下の式から算出する。
【００６６】
Ｘｇ＝ΣＣ２(Ｘｉ)＊Ｘｉ／ΣＣ２(Ｘｉ)    …（４）
続けて、制御装置３０６は算出したビーム位置及びサイズを目標値と比較する。算出値が目標値から大きく外れた場合、例えば、ビーム位置及びサイズのどちらか一方が目標値から１mm以上外れた場合、照射を停止する。目標値は操作者によって事前に制御装置３０６に設定される。
【００６７】
ビーム位置及びサイズの算出値が目標値と一致したとして説明を続ける。次に、制御装置３０６はスイッチ回路３０３にトリガー信号を送信する。トリガー信号を受信すると、スイッチ回路３０３はスイッチ７０１を切り替えて電荷収集電極４０１のストリップ電極５０１と信号処理装置３０４を接続する。同様に、スイッチ７０２を切り替えて高電圧印加電極４０２のストリップ電極５０２と高電圧電源３０５を接続する。従って、電離層にはＸ軸方向の電場が形成される。
【００６８】
スイッチ７０１とスイッチ７０２の切り替えを完了すると、スイッチ回路３０３は切り替え完了信号を制御装置３０６に送信する。切り替え完了信号を受信すると制御装置３０６は高電圧電源３０５から電圧を出力させ、次に信号処理装置３０４へ積算開始信号を送信する。積算開始信号を受信すると、信号処理装置３０４は電荷収集電極４０１のストリップ電極５０１に生じた電荷の積算を開始する。
【００６９】
直後、シンクロトロン１０８で加速したビームが陽子線輸送装置１０４、回転式照射装置１０５を経て操作者の指定した第３のスポットに照射される。回転式照射装置１０５中では、ビームは放射線計測装置１０１の電離層を通過する。
【００７０】
以上の手順を第３、第４、第５・・・のスポットに対して繰り返すことで全スポットにビームが照射され、標的全体に一様な線量分布が形成される。本実施例の放射線計測装置は、奇数順目のスポットについてはＸ軸方向、偶数順目のスポットについてはＹ軸方向のビーム位置及びサイズを算出できる。従って、ビームが走査電磁石２０３に対して目標通りの位置に入射していることを２スポット毎に監視できる。
【００７１】
本実施例によると、スキャニング照射法の線集中性向上と放射線照射装置の小型化及び低コスト化を両立できる。具体的には、２軸方向のビーム位置を計測する場合に非破壊モニタのＺ軸方向の大きさを従来の１／２にでき、照射野形成装置を大型化せずにビーム位置モニタとして使用できる。また、ワイヤーチェンバーを用いた場合と比較してビームサイズの増加を抑制でき、線量集中性の高いスキャニング照射を実現できる。
【符号の説明】
【００７２】
１０１  放射線計測装置
１０２  陽子線照射装置
１０３  陽子線発生装置
１０４  陽子線輸送装置
１０５  回転式照射装置
１０６  イオン源
１０７  前段加速器
１０８  シンクロトロン
１０９  出射デフレクタ
１１０  照射野形成装置
１１１  被照射体
２０１  標的
２０２  スポット
２０３  走査電磁石
３０１  モニタＡ
３０２  モニタＢ
３０３  スイッチ回路
３０４  信号処理装置
３０５  高電圧電源
３０６  制御装置
４０１、４０３  電荷収集電極
４０２、４０４  高電圧印加電極
４０５  Ｘ軸方向についてモニタＡの中心軸が通過する点
４０６  Ｙ軸方向についてモニタＢの中心軸が通過する点
５０１  モニタＡにおける電荷収集電極のストリップ電極
５０２  モニタＡにおける高電圧印加電極のストリップ電極
６０１  モニタＢにおける電荷収集電極のストリップ電極
６０２  モニタＢにおける高電圧印加電極のストリップ電極
７０１、７０２  スイッチ
【図１】
0005930628.tif 000002
【図２】
0005930628.tif 000003
【図３】
0005930628.tif 000004
【図４】
0005930628.tif 000005
【図５】
0005930628.tif 000006
【図６】
0005930628.tif 000007
【図７】
0005930628.tif 000008