(57)【要約】  本発明は、高精度な粒子線の走査制御を行うことを目的とし、患者５０の腫瘍５１に荷電粒子線Ｒを照射する荷電粒子線治療装置１であって、荷電粒子線Ｒを走査する走査電磁石６と、走査電磁石６に電流を供給するスキャナー電源７と、スキャナー電源７に電流指令値を送ることにより、走査電磁石６による荷電粒子線Ｒの走査を制御するスキャニングコントローラ１０と、を備え、スキャニングコントローラ１０の動作クロックの周期とスキャナー電源７の動作クロックの周期が等しい。
2013118589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照射体に粒子線を照射する粒子線照射装置であって、
前記粒子線を走査する走査手段と、
前記走査手段に電流を供給する電流供給手段と、
前記電流供給手段に電流指令値を送ることにより、前記走査手段による前記粒子線の走査を制御する走査制御手段と、
を備え、
前記走査制御手段の動作クロックの周期と前記電流供給手段の動作クロックの周期が等しい粒子線照射装置。
【請求項２】
前記走査制御手段は、前記電流供給手段に動作クロック信号を送信する発信部を有し、
前記電流供給手段は、前記発信部が送信した前記動作クロック信号を受信する受信部を有する請求項１に記載の粒子線照射装置。
【請求項３】
前記走査手段が走査した前記粒子線の位置を測定する位置測定手段を更に備え、
前記走査制御手段は、前記電流指令値に対応する前記粒子線の計画位置と前記位置測定手段により測定された前記粒子線の測定位置との比較結果に基づいて、前記粒子線の走査に異常があるか否かを判定する請求項１又は２に記載の粒子線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被照射体に粒子線を照射する粒子線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、腫瘍等に対する放射線治療に利用される粒子線照射装置として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この粒子線照射装置は、粒子線を走査する走査手段（電磁石）と、走査手段に電流を供給する電流供給手段（電源）と、電流供給手段に電流指令値を送ることで走査手段による粒子線の走査を制御する走査制御手段（指令値送信部）と、を備えている。この粒子線照射装置では、事前に計画された治療計画に基づいて走査制御手段が電流指令値を電流供給手段へ送ることで、電流供給手段による走査手段への電流供給が変更され、治療計画に沿った粒子線の走査制御が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２８８８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、粒子線治療においては、事前の治療計画における粒子線の走査と実際の粒子線の走査との間にずれが生じると、腫瘍の部位によって照射線量の過不足が発生し、十分な治療効果を得られないなどの問題が生じる。このため、粒子線照射装置において粒子線の走査制御の精度向上が強く求められている。【０００５】
そこで、本発明は、高精度な粒子線の走査制御を行うことができる粒子線照射装置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】
【０００６】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、走査制御手段が電流指令値を電流供給手段に送った後、電流供給手段から電流を供給された走査手段が実際に粒子線を走査するまでの遅れ時間にばらつきが存在することを見出した。このような遅れ時間のばらつきは走査制御の精度低下の一因となる。【０００７】
更なる研究を重ねた結果、本発明者らは、遅れ時間のばらつきが走査制御手段の動作クロックと電流供給手段の動作クロックとの違いに起因することを突き止めた。すなわち、走査制御手段が電流指令値を送信してから実際に走査手段が粒子線を走査するまでの遅れ時間のうち、走査制御手段の動作クロックと電流供給手段の動作クロックとの違いに起因するばらつきが、遅れ時間全体のばらつきの原因であることを突き止めた。【０００８】
図５は、クロック遅れ時間のばらつきを説明するための図である。図５に、送信側動作クロックにおける電流指令値の送信タイミングをｓ０〜ｓ２として示す。また、受信側動作クロックにおける電流指令値の受信タイミングをｒ０〜ｒ２として示す。図５に示されるように、送信側動作クロックの周期と受信側動作クロックの周期が異なる場合、走査制御手段による電流指令値の送信タイミングと電流供給手段による電流指令値の受信タイミングとの間にばらつきのある遅れ時間が発生する。【０００９】
そこで、本発明の一側面は、被照射体に粒子線を照射する粒子線照射装置であって、粒子線を走査する走査手段と、走査手段に電流を供給する電流供給手段と、電流供給手段に電流指令値を送ることにより、走査手段による粒子線の走査を制御する走査制御手段と、を備え、走査制御手段の動作クロックの周期と電流供給手段の動作クロックの周期が等しいことを特徴としている。【００１０】
本発明に係る粒子線照射装置によれば、走査制御手段の動作クロックの周期と電流供給手段の動作クロックの周期が等しいので、走査制御手段及び電流供給手段の動作クロックの遅れ時間を一定にすることができ、走査制御手段が電流指令値を送信してから実際に走査手段が粒子線を走査するまでの遅れ時間のばらつきの発生を避けることができる。このため、上記粒子線照射装置によれば、遅れ時間のばらつきに起因して、ある照射位置においては粒子線が治療計画より長い時間照射され、他の照射位置においては粒子線が治療計画より短い時間照射されるような事態を回避することができる。従って、上記粒子線照射装置によれば、治療計画に基づいて各照射位置における照射時間を精密にコントロールする高精度な粒子線の走査制御を行うことができる。【００１１】
上記粒子線照射装置において、走査制御手段は電流供給手段に動作クロック信号を送信する発信部を有し、電流供給手段は、発信部が送信した動作クロック信号を受信する受信部を有する態様であってもよい。
上記粒子線照射装置によれば、走査制御手段の発信部から動作クロック信号を電流供給手段の受信部に送信することにより、電流供給手段を走査制御手段の動作クロックと等しい周期の動作クロックで駆動させることができる。従って、上記粒子線照射装置では、走査制御手段の動作クロック及び電流供給手段の動作クロックの周期を合わせるための動作クロック信号発信部を別に設ける必要がないので、装置構成の簡素化を図ることができる。【００１２】
上記粒子線照射装置において、走査手段が走査した粒子線の位置を測定する位置測定手段を更に備え、走査制御手段は、電流指令値に対応する粒子線の計画位置と位置測定手段により測定された粒子線の測定位置との比較結果に基づいて、粒子線の走査に異常があるか否かを判定してもよい。
上記粒子線照射装置によれば、遅れ時間のばらつきを抑制して遅れ時間をほぼ一定にすることができるので、粒子線の位置に対する遅れ時間の影響を計算で求めることが可能となり、粒子線の計画位置と実際の測定位置とを正確に比較することができる。従って、上記粒子線照射装置によれば、粒子線の計画位置及び測定位置の比較結果に基づいて、粒子線の走査制御に異常があるか否かを適切に判定することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高精度な粒子線の走査制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る粒子線照射装置の一実施形態を示す図である。
【図２】粒子線によるスキャニング照射を説明するための図である。
【図３】スキャニングコントローラがスキャナー電源に送信する信号を説明するための図である。
【図４】スキャニングコントローラの動作クロック及びスキャナー電源の動作クロックを示す図である。
【図５】クロック遅れ時間のばらつきを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る粒子線照射装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１及び図２に示されるように、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置（粒子線照射装置）１は、治療台１００上の患者５０の腫瘍（被照射体）５１に対して荷電粒子線Ｒを照射することで放射線治療を行うものである。荷電粒子線Ｒとしては、陽子線や重粒子（重イオン）線等が挙げられる。
【００１７】
荷電粒子線治療装置１は、スキャニング方式による荷電粒子線Ｒの連続照射又は断続照射を行う。具体的には、荷電粒子線治療装置１は、腫瘍５１を仮想的に深さ方向で複数層に分け、各層に設定されたスキャニングパターンＬに沿って荷電粒子線Ｒを走査しながら連続照射（ラスタースキャニング或いはラインスキャニング）又は断続照射（スポットスキャニング）を行う。
【００１８】
荷電粒子線治療装置１は、荷電粒子を加速して荷電粒子線Ｒを出射する加速器２と、加速器２から出射された荷電粒子線Ｒを輸送する輸送ライン３と、輸送ライン３により輸送された荷電粒子線Ｒを患者の腫瘍に向けて照射する照射部４と、照射部４から照射される荷電粒子線Ｒの照射位置を測定するための位置測定モニタ（位置測定手段）５と、を備えている。
【００１９】
加速器２は、電荷を持った粒子を加速することにより荷電粒子線Ｒを出射する。加速器２としては、例えばサイクロトロン、シンクロトロン、シンクロサイクロトロン、線形加速器を用いることができる。
【００２０】
加速器２から出射された荷電粒子線Ｒは、輸送ライン３によって照射部４へと輸送される。輸送ライン３から照射部４内に輸送された荷電粒子線Ｒの進行方向を矢印Ａとして示す。
【００２１】
照射部４は、治療台１００上の患者５０の体内の腫瘍５１に向けて荷電粒子線Ｒの照射を行う。照射部４は、荷電粒子線Ｒを走査するための走査電磁石（走査手段）６を備えている。走査電磁石６では、磁場の変更により荷電粒子線Ｒの走査が行われる。走査電磁石６は、荷電粒子線Ｒを進行方向Ａに垂直なＸ方向に走査する第１の走査電磁石６Ａと、荷電粒子線Ｒを進行方向Ａ及びＸ方向に垂直なＹ方向に走査する第２の走査電磁石６Ｂと、を有している。
【００２２】
走査電磁石６は、照射部４外に配置されたスキャナー電源（電流供給手段）７から電流を供給されている。スキャナー電源７は、後述するスキャニングコントローラ１０からの電流指令値に応じて走査電磁石６に供給する電流を変更する。スキャナー電源７は、第１の走査電磁石６Ａに電流を供給する第１の電源（Ｘ電源）７Ａと、第２の走査電磁石６Ｂに電流を供給する第２の電源（Ｙ電源）７Ｂと、を有している。
【００２３】
位置測定モニタ５は、走査電磁石６で走査された荷電粒子線Ｒの照射位置（荷電粒子線Ｒの進行方向Ａに垂直なＸＹ平面内の位置）を測定する。位置測定モニタ５は、Ｘ方向又はＹ方向に延在する多数のワイヤーからなる格子状のワイヤーグリッドを備えており、荷電粒子線Ｒがワイヤーグリッドと接触して生じた電荷を検出することにより荷電粒子線Ｒの照射位置を測定する。
【００２４】
次に、荷電粒子線治療装置１における荷電粒子線Ｒの照射制御について説明する。荷電粒子線治療装置１は、治療計画部８、照射制御部９、スキャニングコントローラ（走査制御手段）１０、ビーム制御部１１を有している。
【００２５】
治療計画部８では、患者５０の腫瘍５１を治療するための治療計画が作成される。治療計画部８は、入力された各種データに基づいて治療計画を作成する。治療計画には、腫瘍５１を仮想的に深さ方向で複数層に分けた各層に対する荷電粒子線ＲのスキャニングパターンＬが含まれる。スキャニングパターンＬには、所定時間毎の荷電粒子線Ｒの走査位置情報が含まれている。
【００２６】
照射制御部９は、治療計画部８が作成した治療計画に基づいて、荷電粒子線Ｒの照射を制御する。照射制御部９は、治療計画部８から取得した治療計画に関する情報をスキャニングコントローラ１０に送信する。
【００２７】
また、照射制御部９は、スキャニングコントローラ１０からの要求信号に基づいて、ビーム制御部１１に出射準備信号を送信する。ビーム制御部１１は、出射準備信号を受信した場合、加速器２を制御して荷電粒子線Ｒの出射準備を開始する。ビーム制御部１１は、荷電粒子線Ｒの出射準備が完了した場合、出射準備完了の信号を照射制御部９及びスキャニングコントローラ１０に送信する。
【００２８】
図１及び図３に示されるように、スキャニングコントローラ１０は、照射制御部９から送信された治療計画の情報に基づいて、荷電粒子線Ｒの走査制御を行う。スキャニングコントローラ１０は、治療計画に応じた電流指令値をスキャナー電源７に送信する。スキャニングコントローラ１０は、電流指令値によりスキャナー電源７から走査電磁石６への電流供給を変更することで、走査電磁石６による荷電粒子線Ｒの走査を間接的に制御する。
【００２９】
スキャニングコントローラ１０は、Ｘ方向に荷電粒子線Ｒを走査するための第１の電流指令値（Ｘ電流指令値）を第１の電源７Ａに対して送信する。同様に、スキャニングコントローラ１０は、Ｙ方向に荷電粒子線Ｒを走査するための第２の電流指令値（Ｙ電流指令値）を第２の電源７Ｂに対して送信する。
【００３０】
また、スキャニングコントローラ１０は、その内部の基本クロックを動作クロックとして駆動している。スキャニングコントローラ１０は、自らの動作クロック信号をスキャナー電源７に送信する発信部１２を有している。発信部１２は、スキャナー電源７の動作クロックの周期をスキャニングコントローラ１０の動作クロックの周期と等しくするため、動作クロック信号をスキャナー電源７に送信する。
【００３１】
一方、スキャナー電源７のＸ電源７Ａ及びＹ電源７Ｂは、それぞれ動作クロック信号を受信する受信部１３Ａ，１３Ｂを有している。Ｘ電源７Ａ及びＹ電源７Ｂでは、発信部１２から送信された動作クロック信号を受信部１３Ａ，１３Ｂにおいて受信し、スキャニングコントローラ１０の動作クロックと等しい周期の動作クロックで走査電磁石６に対する電流の供給を行う。具体的には、受信部１３Ａ，１３Ｂが受信した動作クロック信号の動作クロックをＸ電源７Ａ及びＹ電源７Ｂの動作クロックとして用いる。又は、受信部１３Ａ，１３Ｂが受信した動作クロック信号の動作クロックにＸ電源７Ａ及びＹ電源７Ｂの動作クロックを同期させる。なお、周期が等しいとは、周期が厳密に同一であることに限られず、１０μｓ以下の誤差は許容される。
【００３２】
また、スキャニングコントローラ１０は、位置測定モニタ５から荷電粒子線Ｒの測定位置に関する情報を取得する。スキャニングコントローラ１０は、治療計画に応じた荷電粒子線Ｒの計画位置（電流指令値に対応する荷電粒子線Ｒの計画位置）と位置測定モニタ５から取得した荷電粒子線Ｒの測定位置との比較を行う。
【００３３】
スキャニングコントローラ１０は、荷電粒子線Ｒの計画位置と測定位置との比較結果に基づいて、荷電粒子線Ｒの走査制御に異常があるか否かを判定する。具体的には、スキャニングコントローラ１０は、荷電粒子線Ｒの測定位置と荷電粒子線Ｒの計画位置との違いが許容範囲内であるか否かを判断することで、走査制御に異常があるか否かを判定する。
【００３４】
スキャニングコントローラ１０は、走査制御に異常があると判定した場合、照射停止信号をビーム制御部１１に送信して荷電粒子線Ｒの照射を停止させる。
【００３５】
以上説明した本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１によれば、スキャニングコントローラ１０の動作クロックの周期とスキャナー電源７の動作クロックの周期が等しいので、動作クロックの違いに起因する遅れ時間のばらつきが発生せず、スキャニングコントローラ１０が電流指令値を送信してから実際に走査手段が粒子線を走査するまでの遅れ時間を一定にすることができる。
【００３６】
ここで、図４は、スキャニングコントローラ１０の動作クロック及びスキャナー電源７の動作クロックを示す図である。図４において、スキャニングコントローラ１０の動作クロックにおける電流指令値の送信タイミングをｓ０〜ｓ２として示す。また、スキャナー電源７の動作クロックにおける電流指令値の受信タイミングをｒ０〜ｒ２として示す。更に、送信タイミングｓ０と受信タイミングｒ０の間の遅れ時間をｔ０、送信タイミングｓ１と受信タイミングｒ１の間の遅れ時間をｔ１、送信タイミングｓ２と受信タイミングｒ２の間の遅れ時間をｔ２として示す。
【００３７】
図４に示されるように、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１では、スキャニングコントローラ１０の動作クロックの周期とスキャナー電源７の動作クロックの周期が等しいので、スキャニングコントローラ１０及びスキャナー電源７の動作クロックの遅れ時間ｔ０〜ｔ２を一定にすることができ、スキャニングコントローラ１０が電流指令値を送信してから実際に走査電磁石６が粒子線を走査するまでの遅れ時間のばらつきの発生を避けることができる。このため、荷電粒子線治療装置１によれば、遅れ時間のばらつきに起因して、ある照射位置においては粒子線が治療計画より長い時間照射され、他の照射位置においては粒子線が治療計画より短い時間照射される事態を回避することができる。従って、荷電粒子線治療装置１によれば、治療計画に基づいて各照射位置における照射時間を精密にコントロールする高精度な粒子線の走査制御を行うことができる。
【００３８】
また、荷電粒子線治療装置１では、スキャニングコントローラ１０から動作クロック信号をスキャナー電源７に送信することにより、スキャニングコントローラ１０の動作クロックと等しい周期の動作クロックでスキャナー電源７を駆動させることができる。従って、荷電粒子線治療装置１によれば、スキャニングコントローラ１０の動作クロック及びスキャナー電源７の動作クロックの周期を合わせるための動作クロック信号発信部を別に設ける必要がないので、装置構成の簡素化を図ることができる。
【００３９】
更に、荷電粒子線治療装置１では、スキャニングコントローラ１０が電流指令値を送信してから走査電磁石６が荷電粒子線Ｒを走査するまでの遅れ時間のばらつきを抑制して遅れ時間をほぼ一定にすることができるので、荷電粒子線Ｒの照射位置に対する遅れ時間の影響を計算で求めることが可能になる。従って、荷電粒子線治療装置１によれば、荷電粒子線Ｒの計画位置と実際の測定位置とを正確に比較することができるので、荷電粒子線Ｒが許容範囲を超えて計画位置から外れているか否かを判断することができ、荷電粒子線Ｒの走査制御に異常があるか否かを適切に判定することができる。
【００４０】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態では、陽子線や重粒子（重イオン）線等を照射する荷電粒子線治療装置１について説明したが、その他の粒子線を照射する粒子線照射装置についても本発明を適用することができる。
【００４１】
また、動作クロック信号を送信する発信部をスキャニングコントローラ及びスキャナー電源とは別に設け、スキャニングコントローラ及びスキャナー電源の両方が受信部を有している構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は高精度な粒子線の走査制御を行うことができる粒子線照射装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１…荷電粒子線治療装置（粒子線照射装置）  ２…加速器  ３…輸送ライン  ４…照射部  ５…位置測定モニタ（位置測定手段）  ６…走査電磁石（走査手段）  ７…スキャナー電源（電流供給手段）  ８…治療計画部  ９…照射制御部  １０…スキャニングコントローラ（走査制御手段）  １１…ビーム制御部  １２…発信部  １３Ａ，１３Ｂ…受信部  ５０…患者  ５１…腫瘍（被照射体）  １００…治療台  Ａ…進行方向  Ｌ…スキャニングパターン  Ｒ…荷電粒子線
【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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【国際調査報告】
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