(57)【要約】【課題】低エネルギーの荷電粒子ビームを出射する場合であっても、ビームスパイクの発生を防止することができる加速器制御装置、加速器制御方法、および粒子線治療装置を提供すること。【解決手段】実施形態の加速器制御装置は、高周波電力制御部と、タイミング制御部とを持つ。高周波電力制御部は、荷電粒子ビームを加速させるための高周波電力を加速器に供給する。タイミング制御部は、前記加速器内を周回する前記荷電粒子ビームの電流値に基づいて、前記加速器から出射された前記荷電粒子ビームを遮断する遮断器の動作タイミングを制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを加速させるための高周波電力を加速器に供給する高周波電力制御部と、
前記加速器内を周回する前記荷電粒子ビームの電流値に基づいて、前記加速器から出射された前記荷電粒子ビームを遮断する遮断器の動作タイミングを制御するタイミング制御部と、
を備える加速器制御装置。
【請求項２】
前記荷電粒子ビームが前記加速器内を周回する周波数を検出する周波数検出部と、
前記加速器内を周回する前記荷電粒子ビームの前記電流値を、前記周波数検出部によって検出された周波数で除算することによって、前記荷電粒子ビームの電荷量を算出する電荷量算出部を更に備え、
前記タイミング制御部は、前記電荷量算出部によって算出された前記電荷量に基づいて、前記遮断器の動作タイミングを制御する
請求項１記載の加速器制御装置。
【請求項３】
前記タイミング制御部は、
前記荷電粒子ビームのエネルギーと、前記荷電粒子ビームの電荷量の閾値とが対応付けられた第１テーブルを保持し、
前記加速器内を周回する前記荷電粒子ビームのエネルギーに対応する前記閾値を前記第１テーブルから取得し、
前記電荷量算出部によって算出された前記電荷量と、前記第１テーブルから取得された前記閾値との比較に基づいて、前記遮断器の動作タイミングを制御する
請求項２記載の加速器制御装置。
【請求項４】
前記タイミング制御部は、
前記電荷量算出部によって算出された前記電荷量が、前記第１テーブルから取得された前記閾値以上の場合には、前記遮断器を制御して前記荷電粒子ビームを遮断させ、
前記電荷量算出部によって算出された前記電荷量が、前記第１テーブルから取得された前記閾値未満の場合には、前記遮断器を制御して前記荷電粒子ビームを通過させる
請求項３記載の加速器制御装置。
【請求項５】
前記第１テーブルは、エネルギーの範囲を区切るための境界エネルギーを含み、前記境界エネルギーによって区切られたエネルギーの範囲ごとに、前記荷電粒子ビームの電荷量の前記閾値が対応付けられている
請求項３または４記載の加速器制御装置。
【請求項６】
前記第１テーブルは、前記荷電粒子ビームのエネルギーが低いほど、当該エネルギーに対応付けられる前記閾値が小さくなるように設定されている
請求項３から５のいずれか一項に記載の加速器制御装置。
【請求項７】
前記加速器に入射される前記荷電粒子ビームの量を調整するためのチョッパを制御するチョッパ制御部を更に備え、
前記タイミング制御部は、
前記荷電粒子ビームのエネルギーと、前記チョッパを駆動するためのパルス信号のパルス幅とが対応付けられた第２テーブルを保持し、
前記荷電粒子ビームが前記加速器から出射される際の前記荷電粒子ビームのエネルギーに対応する前記パルス幅を前記第２テーブルから取得し、
前記チョッパ制御部は、
前記タイミング制御部によって取得された前記パルス幅に基づいて、前記チョッパの動作タイミングを制御する
請求項１から６のいずれか一項に記載の加速器制御装置。
【請求項８】
前記第２テーブルは、エネルギーの範囲を区切るための境界エネルギーを含み、前記境界エネルギーによって区切られたエネルギーの範囲ごとに、前記パルス幅が対応付けられている
請求項７記載の加速器制御装置。
【請求項９】
前記第２テーブルは、前記荷電粒子ビームのエネルギーが低いほど、当該エネルギーに対応付けられる前記パルス幅が小さくなるように設定されている
請求項７または８記載の加速器制御装置。
【請求項１０】
前記タイミング制御部は、
前記荷電粒子ビームのエネルギーと、前記荷電粒子ビームの電流値の閾値とが対応付けられた第３テーブルを保持し、
前記加速器内を周回する前記荷電粒子ビームのエネルギーに対応する前記閾値を前記第３テーブルから取得し、
前記加速器内を周回する前記荷電粒子ビームの電流値と、前記第３テーブルから取得された前記閾値との比較に基づいて、前記遮断器の動作タイミングを制御する
請求項１記載の加速器制御装置。
【請求項１１】
前記タイミング制御部は、
前記加速器内を周回する前記荷電粒子ビームの前記電流値が、前記第３テーブルから取得された前記閾値以上の場合には、前記遮断器を制御して前記荷電粒子ビームを遮断させ、
前記加速器内を周回する前記荷電粒子ビームの前記電流値が、前記第３テーブルから取得された前記閾値未満の場合には、前記遮断器を制御して前記荷電粒子ビームを通過させる
請求項１０記載の加速器制御装置。
【請求項１２】
前記第３テーブルは、エネルギーの範囲を区切るための境界エネルギーを含み、前記境界エネルギーによって区切られたエネルギーの範囲ごとに、前記荷電粒子ビームの電流値の前記閾値が対応付けられている
請求項１０または１１記載の加速器制御装置。
【請求項１３】
前記第３テーブルは、前記荷電粒子ビームのエネルギーが低いほど、当該エネルギーに対応付けられる前記閾値が小さくなるように設定されている
請求項１０から１２のいずれか一項に記載の加速器制御装置。
【請求項１４】
荷電粒子ビームを加速する加速器を制御する加速器制御方法であって、
高周波電力制御部が、前記荷電粒子ビームを加速させるための高周波電力を前記加速器に供給し、
タイミング制御部が、前記加速器内を周回する前記荷電粒子ビームの電流値に基づいて、前記加速器から出射された前記荷電粒子ビームを遮断する遮断器の動作タイミングを制御する
加速器制御方法。
【請求項１５】
荷電粒子ビームを加速する加速器と
前記荷電粒子ビームを加速させるための高周波電力を前記加速器に供給する高周波電力制御部と、
前記加速器によって加速された前記荷電粒子ビームを出射する出射器と、
前記出射器によって出射された前記荷電粒子ビームを遮断する遮断器と、
前記加速器内を周回する前記荷電粒子ビームの電流値を検出する電流値検出部と、
前記電流値検出部によって検出された前記電流値に基づいて、前記遮断器の動作タイミングを制御するタイミング制御部と、
を備える粒子線治療装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、加速器制御装置、加速器制御方法、および粒子線治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、粒子線治療装置には、荷電粒子ビームを所望のエネルギーまで加速するための加速器が設けられている。加速器には、複数の電極を備える高周波加速空洞が設けられている。粒子線治療装置は、高周波加速空洞に設けられた電極に高周波電力を供給することで荷電粒子ビームを所望のエネルギーまで加速し、加速した荷電粒子ビームを腫瘍等の患部に照射する。
【０００３】
しかしながら、加速器によって一定のエネルギーまで加速された荷電粒子ビームが出射された直後において、荷電粒子ビームの強度が目標値を超えるビームスパイクという現象が発生する場合があった。ビームスパイクは、特に低エネルギーの荷電粒子ビームが出射される際に発生しやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４８７３５６３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】K. Mizushima et al., “RELIABLE BEAM-INTENSITY CONTROL TECHNIQUE AT THE HIMAC SYNCHROTRON”, Proceedings of the 1st International Beam Instrumentation Conference, pp. 143-145, Tsukuba, Japan, 2012.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、低エネルギーの荷電粒子ビームを出射する場合であっても、ビームスパイクの発生を防止することができる加速器制御装置、加速器制御方法、および粒子線治療装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の加速器制御装置は、高周波電力制御部と、タイミング制御部とを持つ。高周波電力制御部は、荷電粒子ビームを加速させるための高周波電力を加速器に供給する。タイミング制御部は、前記加速器内を周回する前記荷電粒子ビームの電流値に基づいて、前記加速器から出射された前記荷電粒子ビームを遮断する遮断器の動作タイミングを制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る粒子線治療装置１０の全体構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態に係る加速器制御装置３００の構成を示すブロック図。
【図３】第１の実施形態に係る電源用パターンＳ４の一例を示す図。
【図４】ビームスパイクが発生する場合の遮断器１５５の制御の一例を示すタイミングチャート。
【図５】第１の実施形態に係る遮断器１５５の制御の一例を示すタイミングチャート。
【図６】第１の実施形態に係る電荷量閾値テーブル３１３の一例を示す図。
【図７】第１の実施形態に係る電荷量閾値テーブル３１３の他の例を示す図。
【図８】第１の実施形態に係る電荷量閾値テーブル３１３の他の例を示す図。
【図９】第１の実施形態に係る遮断器１５５の制御の他の例を示すタイミングチャート。
【図１０】第２の実施形態に係る加速器制御装置３００の構成を示すブロック図。
【図１１】第２の実施形態に係る遮断器１５５およびチョッパ１１５の制御の一例を示すタイミングチャート。
【図１２】第２の実施形態に係るパルス幅閾値テーブル３１５の一例を示す図。
【図１３】第２の実施形態に係るパルス幅閾値テーブル３１５の他の例を示す図。
【図１４】第２の実施形態に係るパルス幅閾値テーブル３１５の他の例を示す図。
【図１５】第３の実施形態に係る加速器制御装置３００の構成を示すブロック図。
【図１６】第３の実施形態に係る電流値閾値テーブル３１６の一例を示す図。
【図１７】第３の実施形態に係る電流値閾値テーブル３１６の他の例を示す図。
【図１８】第３の実施形態に係る電流値閾値テーブル３１６の他の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態の加速器制御装置、加速器制御方法、および粒子線治療装置を、図面を参照して説明する。実施形態の加速器制御装置は、粒子線治療装置に適用できる他、荷電粒子ビームを利用する種々の装置に適用可能である。例えば、荷電粒子ビームを照射することにより対象物を加工するエッチング装置等にも適用することができる。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る粒子線治療装置１０の全体構成を示すブロック図である。粒子線治療装置１０は、荷電粒子ビームを所望のエネルギーまで加速し、加速した荷電粒子ビームを腫瘍等の患部に照射する装置である。粒子線治療装置１０は、加速器１００と、照射装置２００と、加速器制御装置３００とを備える。
【００１１】
加速器１００は、入射器１１０と、チョッパ１１５と、複数の四極電磁石１２０ａから１２０ｈと、複数の偏向電磁石１３０ａから１３０ｄと、高周波加速空洞１４０と、出射器１５０と、電流値検出部１９０とを備える。
【００１２】
入射器１１０は、荷電粒子ビームを加速器１００内の周回軌道に入射させる。チョッパ１１５は、加速器１００に入射される荷電粒子ビームの量を調整するために設けられる。チョッパ１１５として、例えば、荷電粒子ビームを偏向するための電気的あるいは磁気的な力を時間的に切り替えて与えることにより、加速器１００に入射する荷電粒子ビームの入射量を調整するビームチョッパが用いられる。四極電磁石１２０ａから１２０ｈは、荷電粒子ビームが周回軌道を安定して周回するように、荷電粒子ビームを収束または発散させる電磁石である。
【００１３】
偏向電磁石１３０ａから１３０ｄは、荷電粒子ビームを偏向することにより、荷電粒子ビームを加速器１００内で周回させる電磁石である。電流値検出部１９０は、加速器１００内を周回する荷電粒子ビームの電流値を検出する。
【００１４】
高周波加速空洞１４０には、複数の電極が設けられている。荷電粒子ビームは、高周波加速空洞１４０に設けられた複数の電極に電圧が印加されることによって加速される。出射器１５０は、加速器１００に設けられた出射用電極に高周波電場を印加することにより、加速器１００内の周回軌道を周回する荷電粒子ビームの一部を照射装置２００に向けて出射する。
【００１５】
加速器１００から照射装置２００までの経路には、遮断器１５５と、複数の四極電磁石１６０ａから１６０ｄと、複数の補正電磁石１７０ａから１７０ｄと、偏向電磁石１８０とが設けられている。遮断器１５５は、加速器から出射された荷電粒子ビームを遮断するシャッターであるが、照射装置２００に至るビーム量を制御できればこれに限られない。例えば、遮断器１５５は、加速器から出射された荷電粒子ビームを、照射装置２００への経路とは異なる経路に導く偏向電磁石または、電場を発生する電極等であってもよい。
【００１６】
四極電磁石１６０ａから１６０ｄは、荷電粒子ビームが、加速器１００から照射装置２００までの経路を安定して通過し、照射位置において荷電粒子ビームが目的のビーム径になるように、荷電粒子ビームを収束または発散させる電磁石である。偏向電磁石１８０は、荷電粒子ビームを偏向し、荷電粒子ビームを加速器１００から照射装置２００まで導くための電磁石である。補正電磁石１７０ａから１７０ｄは、加速器１００から照射装置２００までの荷電粒子ビームの軌道を補正するための電磁石である。
【００１７】
照射装置２００は、治療室に設置され、加速器１００によって加速された荷電粒子ビームを腫瘍等の患部に照射する装置である。照射装置２００は、線量モニタ２１０を備える。線量モニタ２１０は、患部に照射される荷電粒子ビームの強度を検出する。
【００１８】
加速器制御装置３００は、荷電粒子ビームを加速する加速器１００を制御する装置である。以下、加速器制御装置３００の詳細な構成について説明する。
【００１９】
図２は、第１の実施形態に係る加速器制御装置３００の構成を示すブロック図である。加速器制御装置３００は、タイミング制御部３１０と、高周波電力用パターン記憶部３２０と、電源用パターン記憶部３３０と、高周波電力制御部３４０と、電源制御部３５０と、チョッパ制御部３６０と、入射器制御部３７０と、出射器制御部３８０と、遮断器制御部３９０とを備える。
【００２０】
タイミング制御部３１０、高周波電力制御部３４０、電源制御部３５０、チョッパ制御部３６０、入射器制御部３７０、出射器制御部３８０、および遮断器制御部３９０は、ハードウェアにより実現される。かかるハードウェアとして、例えば、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、およびＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等が挙げられる。
【００２１】
なお、加速器制御装置３００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサと、プロセッサが実行するプログラムを格納するプログラムメモリとを備えてもよい。この場合、プロセッサがプログラムメモリに記憶されたプログラムを実行することで、タイミング制御部３１０、高周波電力制御部３４０、電源制御部３５０、チョッパ制御部３６０、入射器制御部３７０、出射器制御部３８０、および遮断器制御部３９０を実現してもよい。
【００２２】
タイミング制御部３１０は、加速器１００に荷電粒子ビームを入射するタイミングを制御するとともに、加速器１００から荷電粒子ビームを出射するタイミングを制御する。
【００２３】
図２に示されるように、タイミング制御部３１０は、荷電粒子ビームを加速器１００内の周回軌道に入射する場合には、ビーム入射信号Ｓ１１を入射器制御部３７０に出力する。入射器制御部３７０は、タイミング制御部３１０から入力されたビーム入射信号Ｓ１１に応じて、加速器１００に設けられた入射器１１０に入射用電力Ｓ１２を供給する。入射器１１０は、入射用電力Ｓ１２が入射器制御部３７０から供給されると、荷電粒子ビームを加速器１００内の周回軌道に入射する。
【００２４】
また、タイミング制御部３１０は、荷電粒子ビームを加速器１００内の周回軌道から出射する場合には、ビーム出射信号Ｓ１３を出射器制御部３８０に出力する。出射器制御部３８０は、タイミング制御部３１０から入力されたビーム出射信号Ｓ１３に応じて、加速器１００に設けられた出射器１５０に出射用電力Ｓ１４を供給する。出射器１５０は、出射用電力Ｓ１４が出射器制御部３８０から供給されると、荷電粒子ビームを加速器１００内の周回軌道から照射装置２００に向けて出射する。
【００２５】
タイミング制御部３１０は、荷電粒子ビームを遮断する遮断器１５５の動作タイミングを制御するとともに、加速器１００に入射される荷電粒子ビームの量を調整するためのチョッパ１１５の動作タイミングを制御する。
【００２６】
図２に示されるように、タイミング制御部３１０は、入射器１１０から入射された荷電粒子ビームの量を調整する場合には、チョッパパルス信号Ｓ９をチョッパ制御部３６０に出力する。チョッパ制御部３６０は、タイミング制御部３１０から入力されたチョッパパルス信号Ｓ９がＯＮの間、加速器１００に設けられたチョッパ１１５にチョッパ用電力Ｓ１０を供給する。チョッパ１１５は、チョッパ制御部３６０からチョッパ用電力Ｓ１０が供給されると、入射器１１０から入射された荷電粒子ビームを通過させる。一方、チョッパ１１５は、チョッパ制御部３６０からチョッパ用電力Ｓ１０が供給されていない場合には、入射器１１０から入射された荷電粒子ビームを遮断する。
【００２７】
なお、チョッパ制御部３６０は、チョッパパルス信号Ｓ９がＯＮの間、チョッパ１１５にチョッパ用電力Ｓ１０を供給し、チョッパパルス信号Ｓ９がＯＦＦの間、チョッパ１１５にチョッパ用電力Ｓ１０を供給しないこととしたが、これに限られない。例えば、チョッパ制御部３６０は、チョッパパルス信号Ｓ９がＯＮの間、チョッパ１１５にチョッパ用電力Ｓ１０を供給せず、チョッパパルス信号Ｓ９がＯＦＦの間、チョッパ１１５にチョッパ用電力Ｓ１０を供給してもよい。
【００２８】
また、タイミング制御部３１０は、出射器１５０から出射された荷電粒子ビームを遮断する場合には、遮断器駆動信号Ｓ１５を遮断器制御部３９０に出力する。遮断器制御部３９０は、タイミング制御部３１０から入力された遮断器駆動信号Ｓ１５がＯＮの間、遮断器１５５に遮断器用電力Ｓ１６を供給する。遮断器１５５は、遮断器制御部３９０から遮断器用電力Ｓ１６が供給されると、出射器１５０から出射された荷電粒子ビームを遮断する。一方、遮断器１５５は、遮断器制御部３９０から遮断器用電力Ｓ１６が供給されていない場合には、出射器１５０から出射された荷電粒子ビームを通過させる。
【００２９】
なお、遮断器制御部３９０は、遮断器駆動信号Ｓ１５がＯＮの間、遮断器１５５に遮断器用電力Ｓ１６を供給し、遮断器駆動信号Ｓ１５がＯＦＦの間、遮断器１５５に遮断器用電力Ｓ１６を供給しないこととしたが、これに限られない。例えば、遮断器制御部３９０は、遮断器駆動信号Ｓ１５がＯＮの間、遮断器１５５に遮断器駆動信号Ｓ１５を供給せず、遮断器駆動信号Ｓ１５がＯＦＦの間、遮断器１５５に遮断器駆動信号Ｓ１５を供給してもよい。
【００３０】
加速器制御装置３００には、ネットワークを介して計算機４００が接続されている。操作者が高周波電力用パターンＳ３および電源用パターンＳ４を計算機４００に入力すると、計算機４００は、入力された高周波電力用パターンＳ３および電源用パターンＳ４を加速器制御装置３００に送信する。加速器制御装置３００は、計算機４００から高周波電力用パターンＳ３および電源用パターンＳ４を受信すると、受信した高周波電力用パターンＳ３を高周波電力用パターン記憶部３２０に記憶するとともに、受信した電源用パターンＳ４を電源用パターン記憶部３３０に記憶する。なお、計算機４００は、出射器制御部３８０の動作ロジックに必要な設定値や、タイミング制御部３１０の動作ロジックに必要な設定値を設定することも可能である。
【００３１】
ここで、高周波電力用パターンＳ３は、高周波加速空洞１４０に設けられた複数の電極に供給される電力を制御するための電力指令パターンを示すデータである。具体的に、高周波電力用パターンＳ３は、高周波加速空洞１４０に設けられた複数の電極に印加される電圧の振幅を指令する電圧指令値の集合と、この複数の電極に印加される電圧の周波数を指令する周波数指令値の集合とを含み、特定の順序で実行（出力）される（電圧指令値Ｓ５として読み出される）。
【００３２】
また、電源用パターンＳ４は、加速器１００に設けられた複数の偏向電磁石１３０ａから１３０ｄに供給される電流を制御するための電流指令パターンを示すデータである。即ち、電源用パターンＳ４は、加速器１００に設けられた複数の偏向電磁石１３０ａから１３０ｄに供給される電流を指令する電流指令値の集合であり、特定の順序で実行（出力）される（電流指令値Ｓ７として読み出される）。
【００３３】
タイミング制御部３１０は、リセット信号Ｓ１とクロック信号Ｓ２とを、高周波電力用パターン記憶部３２０に出力する。リセット信号Ｓ１は、電圧指令値Ｓ５を高周波電力用パターンＳ３の最初のデータから生成するよう（最初のデータから読み出すよう）にリセットするための信号である。クロック信号Ｓ２は、電圧指令値Ｓ５を高周波電力用パターンＳ３の次のデータから生成されるよう（次のデータから読み出すよう）に更新する際に用いられる同期信号である。
【００３４】
また、タイミング制御部３１０は、リセット信号Ｓ１とクロック信号Ｓ２とを、電源用パターン記憶部３３０にも出力する。リセット信号Ｓ１は、電流指令値Ｓ７を電源用パターンＳ４の最初のデータから生成するよう（最初のデータから読み出すよう）にリセットするための信号でもある。クロック信号Ｓ２は、電流指令値Ｓ７を電源用パターンＳ４の次のデータから生成されるよう（次のデータから読み出すよう）に更新する際に用いられる同期信号でもある。
【００３５】
図３は、第１の実施形態に係る電源用パターンＳ４の一例を示す図である。図３に示される電源用パターンＳ４において、横軸は時間を示し、縦軸は電源制御部３５０から偏向電磁石１３０ａから１３０ｄに供給される電流を制御するための電流指令値を示す。即ち、図３に示される電源用パターンＳ４は、図中最左の電流指令値（最初の電流指令値）から電流指令値Ｓ７として読み出される。また、クロック信号Ｓ２が入力される度に次の（右隣の）電流指令値が順に、電流指令値Ｓ７として読み出される。なお、電流指令値が増大すると、偏向電磁石１３０ａから１３０ｄに供給される電流を増大させることができ、電流指令値が減少すると、偏向電磁石１３０ａから１３０ｄに供給される電流を減少させることができる。
【００３６】
詳細は後述するが、図３に示される電源用パターンＳ４は、電流指令値が電流指令値Ａ１まで増大し、その後、電流指令値Ａ２、電流指令値Ａ３、・・・、電流指令値Ａｎへと減少するパターンである。ここで、リセット信号Ｓ１が電源用パターン記憶部３３０に入力されると、電源用パターンＳ４の最初の電流指令値（図３の最左の電流指令値）から順に実行するよう強制される。
【００３７】
具体的に、電源制御部３５０は、クロック信号Ｓ２の入力回数をカウントし、カウント値に対応する電流指令値Ｓ７を電源用パターン記憶部３３０から読み出す。電源制御部３５０は、電源用パターン記憶部３３０から読み出した電流指令値Ｓ７に応じた電流Ｓ８を、偏向電磁石１３０ａから１３０ｄに供給する。電源制御部３５０は、クロック信号Ｓ２がタイミング制御部３１０から入力される度に、この動作を繰り返す。
【００３８】
リセット信号Ｓ１が出力されるタイミング付近における電源用パターンＳ４は、荷電粒子ビームの入射レベルのエネルギーに相当する電流指令値を示す。この電流指令値が電源制御部３５０に出力されている際に、タイミング制御部３１０がビーム入射信号Ｓ１１を入射器制御部３７０に出力すると、入射器制御部３７０は、入射器１１０に入射用電力Ｓ１２を供給する。入射器１１０に入射用電力Ｓ１２が供給されると、イオン源（不図示）から荷電粒子ビームが出力され、入射器１１０が荷電粒子ビームを入射エネルギーまで加速する。
【００３９】
また、タイミング制御部３１０は、ビーム入射信号Ｓ１１より少し遅れたタイミングで、チョッパパルス信号Ｓ９をチョッパ制御部３６０に出力する。チョッパ制御部３６０は、タイミング制御部３１０から入力されたチョッパパルス信号Ｓ９がＯＮの間、加速器１００に設けられたチョッパ１１５にチョッパ用電力Ｓ１０を供給する。チョッパ１１５は、チョッパ制御部３６０からチョッパ用電力Ｓ１０が供給されると、入射器１１０から入射された荷電粒子ビームを通過させる。
【００４０】
チョッパ１１５を通過した荷電粒子ビームは、加速器１００の周回軌道に入射する。その後、電源用パターン記憶部３３０から出力される電流指令値Ｓ７、および高周波電力用パターン記憶部３２０から出力される電圧指令値Ｓ５に応じて、荷電粒子ビームに加速エネルギーが与えられる。これによって、荷電粒子ビームは、加速器１００内を周回し、加速していく。
【００４１】
加速器１００に設けられた四極電磁石１２０ａから１２０ｈに与えられる電流や、不図示の他の電磁石に与えられる電流値についても、同様の制御が行われる。通常は、電源用パターン記憶部３３０から出力される電流指令値Ｓ７、および高周波電力用パターン記憶部３２０から出力される電圧指令値Ｓ５に応じて、リセット、入射、加速、減速が繰り返される。
【００４２】
電流指令値Ｓ７は、荷電粒子ビームのエネルギーの大きさを直接的に表すものではない。しかしながら、電流指令値Ｓ７は、荷電粒子ビームのエネルギー（速さ）に基づいて一意に決定される値であり、荷電粒子ビームのエネルギーが高い場合は偏向電磁石１３０ａから１３０ｄに供給される電流を大きくする必要がある。このため、図２に示される電流指令値Ｓ７は、荷電粒子ビームのエネルギーの大きさと解釈することもできる。
【００４３】
なお、高周波電力制御部３４０についても同様に、クロック信号Ｓ２の入力回数をカウントし、カウント値に対応する電圧指令値Ｓ５を高周波電力用パターン記憶部３２０から読み出す。高周波電力制御部３４０は、高周波電力用パターン記憶部３２０から読み出した電圧指令値Ｓ５に応じた電圧Ｓ６を、高周波加速空洞１４０に設けられた複数の電極に印加する。高周波電力制御部３４０は、クロック信号Ｓ２がタイミング制御部３１０から入力される度に、この動作を繰り返す。
【００４４】
加速器１００に設けられた電流値検出部１９０は、加速器１００内を周回する荷電粒子ビームの電流値Ｓ１７を検出し、検出した電流値Ｓ１７を加速器制御装置３００に送信する。電流値検出部１９０から送信された電流値Ｓ１７は、タイミング制御部３１０に入力される。
【００４５】
一方、高周波電力制御部３４０は、周波数検出部３４１を備える。周波数検出部３４１は、荷電粒子ビームが加速器１００内を周回する周波数Ｓ１８を検出する。例えば、周波数検出部３４１は、高周波電力制御部３４０から高周波加速空洞１４０に印加される電圧の周波数に基づいて、荷電粒子ビームが加速器１００内を周回する周波数Ｓ１８を検出する。周波数検出部３４１は、検出した周波数Ｓ１８をタイミング制御部３１０に出力する。
【００４６】
タイミング制御部３１０は、電荷量算出部３１１と、プレ出射制御部３１２と、電荷量閾値テーブル３１３（第１テーブル）とを備える。電荷量算出部３１１は、電流値検出部１９０によって検出された電流値Ｓ１７を、周波数検出部３４１によって検出された周波数Ｓ１８で除算することによって、荷電粒子ビームの電荷量を算出する。
【００４７】
加速器１００によって一定のエネルギーまで加速された荷電粒子ビームが出射された直後において、荷電粒子ビームの強度が目標値を超えるビームスパイクという現象が発生する場合がある。このため、プレ出射制御部３１２は、ビームスパイクの発生を防止するために、プレ出射を行う。「プレ出射」とは、遮断器１５５が閉じられた状態で、荷電粒子ビームを加速器１００内の周回軌道から照射装置２００に向けて出射する動作である。
【００４８】
図４は、ビームスパイクが発生する場合の遮断器１５５の制御の一例を示すタイミングチャートである。例えば、電流指令値Ｓ７がＡ１８０であるときに荷電粒子ビームを出射する場合、タイミング制御部３１０は、電流指令値Ｓ７がＡ１８０になったタイミングでクロック信号Ｓ２を停止する。これによって、偏向電磁石１３０ａから１３０ｄに供給される電流を一定にすることができるため、荷電粒子ビームのエネルギーを一定にすることができる。
【００４９】
荷電粒子ビームのエネルギーを一定にした後、タイミング制御部３１０は、遮断器１５５を閉じるための遮断器駆動信号Ｓ１５を遮断器制御部３９０に出力する。遮断器制御部３９０は、遮断器駆動信号Ｓ１５がＯＮの間、遮断器１５５に遮断器用電力Ｓ１６を供給する。遮断器用電力Ｓ１６が遮断器１５５に供給されると、遮断器１５５は、出射器１５０から照射装置２００に向かう荷電粒子ビームの経路を遮断する。
【００５０】
遮断器１５５が閉じられた後、タイミング制御部３１０は、所定時間Ｔが経過するまで、荷電粒子ビームを加速器１００内の周回軌道から出射させるためのビーム出射信号Ｓ１３を出射器制御部３８０に出力する。出射器制御部３８０は、ビーム出射信号Ｓ１３に応じて、出射器１５０に出射用電力Ｓ１４を供給する。出射用電力Ｓ１４が出射器１５０に供給されると、出射器１５０は、荷電粒子ビームを加速器１００内の周回軌道から照射装置２００に向けて出射する。
【００５１】
しかしながら、遮断器１５５が閉じられているため、照射装置２００に向けて出射された荷電粒子ビームは、遮断器１５５によって遮断される。このように、プレ出射が行われることによって、ビームスパイクが発生した荷電粒子ビームが照射装置２００に到達することを防止することができる。所定時間Ｔが経過するまでプレ出射が行われた後、タイミング制御部３１０は、ビーム出射信号Ｓ１３の出力を停止する。これによって、出射器１５０は、荷電粒子ビームの出射を停止する。
【００５２】
荷電粒子ビームの出射が停止された後、タイミング制御部３１０は、遮断器駆動信号Ｓ１５の出力を停止する。これによって、遮断器１５５が閉状態から開状態に移行し、出射器１５０から照射装置２００に向かう荷電粒子ビームの経路が開放される。その後、タイミング制御部３１０は、本出射を行うため、ビーム出射信号Ｓ１３を出射器制御部３８０に出力し、出射器１５０から照射装置２００に荷電粒子ビームを出射させる。
【００５３】
しかしながら、荷電粒子ビームのエネルギーが低く（例えば、１４０［ＭｅＶ］未満）、かつ荷電粒子ビームの電荷量が多い（言い換えると、加速器１００を周回する荷電粒子ビームの個数が多い）場合、所定時間Ｔが経過するまで荷電粒子ビームを遮断するプレ出射が行われても、ビームスパイクが発生する場合がある。この場合、図４に示されるように、照射装置２００の線量モニタ２１０によって、荷電粒子ビームの強度が目標値を超えるビームスパイクの発生が検出される。このため、ビームスパイクの発生を防止するために、プレ出射制御部３１２は、プレ出射を継続する時間を制御する必要がある。
【００５４】
図５は、第１の実施形態に係る遮断器１５５の制御の一例を示すタイミングチャートである。図５において、閾値ＴＨ１８０は、電流指令値Ｓ７がＡ１８０である場合における荷電粒子ビームの電荷量の閾値である。プレ出射制御部３１２は、荷電粒子ビームの電荷量が閾値ＴＨ１８０未満になるまで（時間Ｔａが経過するまで）プレ出射を継続する。これによって、低エネルギーの荷電粒子ビームを出射する場合であっても、ビームスパイクの発生を防止することができる。以下、プレ出射制御について具体的に説明する。
【００５５】
前述したように、電荷量算出部３１１は、電流値検出部１９０によって検出された電流値Ｓ１７を、周波数検出部３４１によって検出された周波数Ｓ１８で除算することによって、荷電粒子ビームの電荷量を算出する。具体的には、電荷量算出部３１１は、以下の式（１）に基づいて、荷電粒子ビームの電荷量を算出する。
【００５６】
荷電粒子ビームの電荷量［Ｃ］＝電流値［Ａ］／周波数［Ｈｚ］・・・式（１）
【００５７】
タイミング制御部３１０は、荷電粒子ビームのエネルギーと、荷電粒子ビームの電荷量（ビーム電荷量）の閾値とが対応付けられた電荷量閾値テーブル３１３を保持する。例えば、電荷量閾値テーブル３１３は、加速器制御装置３００に設けられたメモリに記憶されたテーブルである。
【００５８】
図６は、第１の実施形態に係る電荷量閾値テーブル３１３の一例を示す図である。電荷量閾値テーブル３１３は、エネルギー番号とビーム電荷量の閾値とが対応付けられたテーブルである。具体的には、エネルギー番号１から２００のそれぞれに、閾値１００［ｎＣ］から１［ｎＣ］が対応付けられている。なお、エネルギー番号１は４３０［ＭｅＶ］、・・・、エネルギー番号２００は５０［ＭｅＶ］である。電荷量閾値テーブル３１３は、荷電粒子ビームのエネルギーが低いほど、当該エネルギーに対応付けられる閾値が小さくなるように設定されている。
【００５９】
タイミング制御部３１０のプレ出射制御部３１２は、加速器１００内を周回する荷電粒子ビームのエネルギーに対応する閾値を電荷量閾値テーブル３１３から取得する。プレ出射制御部３１２は、電荷量算出部３１１によって算出された電荷量と、電荷量閾値テーブル３１３から取得された閾値との比較に基づいて、遮断器１５５の動作タイミングを制御する。
【００６０】
例えば、タイミング制御部３１０は、電荷量算出部３１１によって算出された電荷量が、電荷量閾値テーブル３１３から取得された閾値以上の場合には、遮断器１５５を制御して荷電粒子ビームを遮断させる。一方、タイミング制御部３１０は、電荷量算出部３１１によって算出された電荷量が、電荷量閾値テーブル３１３から取得された閾値未満の場合には、遮断器１５５を制御して荷電粒子ビームを通過させる。
【００６１】
具体的に、Ａ１８０に対応するエネルギーで荷電粒子ビームを出射する場合、プレ出射制御部３１２は、Ａ１８０のエネルギーに対応する閾値ＴＨ１８０を電荷量閾値テーブル３１３から取得する。プレ出射制御部３１２は、電荷量算出部３１１によって算出された電荷量が閾値ＴＨ１８０以上の場合には、遮断器１５５を閉じてプレ出射を行う。一方、プレ出射制御部３１２は、電荷量算出部３１１によって算出された電荷量が閾値ＴＨ１８０未満になったことに応じて、プレ出射を終了して、遮断器１５５を開放する。プレ出射が終了した後、タイミング制御部３１０は、照射装置２００に荷電粒子ビームを出射するための本出射を行う。
【００６２】
以上説明したように、プレ出射制御部３１２は、荷電粒子ビームの電荷量が閾値未満になるまでプレ出射を継続する。これによって、低エネルギーの荷電粒子ビームを出射する場合であっても、ビームスパイクの発生を防止することができる。本実施形態においては、図５に示されるように、照射装置２００の線量モニタ２１０によってビームスパイクの発生が検出されない。
【００６３】
図６に示されるビーム電荷量の閾値は、ビーム調整試験において予め調整される。治療時においては、調整された閾値に基づいてプレ出射が行われる。例えば、加速器１００を周回する荷電粒子ビームの電荷量の最高値が１０［ｎＣ］であるとする。この場合、図６に示されるように、１０［ｎＣ］より極端に大きい値（例えば、１００［ｎＣ］）を、高エネルギーに対応する閾値として設定してもよい。これによって、高エネルギーの荷電粒子ビームが出射される場合、加速器１００内の荷電粒子ビームの電荷量が既に閾値を下回っていることになるため、プレ出射制御部３１２は、プレ出射の時間延長を行わない。このため、プレ出射制御部３１２は、所定時間Ｔが経過するまでプレ出射を行った後、荷電粒子ビームを出射することが可能となる。
【００６４】
図７は、第１の実施形態に係る電荷量閾値テーブル３１３の他の例を示す図である。図７に示されるように、電荷量閾値テーブル３１３において、境界エネルギー番号が設定されてもよい。また、電荷量閾値テーブル３１３において、エネルギー番号１から境界エネルギー番号までのビーム電荷量閾値１と、境界エネルギー番号＋１からエネルギー番号２００（最大値）までのビーム電荷量閾値２とが設定されてもよい。
【００６５】
具体的に、図７に示される例において、ビーム電荷量閾値（２０［ｎＣ］）が、エネルギー番号１から１８０に対応付けられ、ビーム電荷量閾値（１［ｎＣ］）が、エネルギー番号１８１から２００に対応付けられている。
【００６６】
図８は、第１の実施形態に係る電荷量閾値テーブル３１３の他の例を示す図である。図８に示されるように、電荷量閾値テーブル３１３において、境界エネルギー番号１および境界エネルギー番号２が設定されてもよい。また、電荷量閾値テーブル３１３において、エネルギー番号１から境界エネルギー番号１までのビーム電荷量閾値１と、境界エネルギー番号１＋１から境界エネルギー番号２までのビーム電荷量閾値２と、境界エネルギー番号２＋１からエネルギー番号２００（最大値）までのビーム電荷量閾値３とが設定されてもよい。
【００６７】
具体的に、図８に示される例において、ビーム電荷量閾値（１０［ｎＣ］）が、エネルギー番号１から１５０に対応付けられ、ビーム電荷量閾値（２［ｎＣ］）が、エネルギー番号１５１から１８０に対応付けられ、ビーム電荷量閾値（１［ｎＣ］）が、エネルギー番号１８１から２００に対応付けられている。
【００６８】
図７や図８に示される例のように、電荷量閾値テーブル３１３は、エネルギーの範囲を区切るための境界エネルギーを含んでもよく、境界エネルギーによって区切られたエネルギーの範囲ごとに、荷電粒子ビームの電荷量の閾値が対応付けられてもよい。これによって、電荷量閾値テーブル３１３のデータ量を削減することができる。
【００６９】
図９は、第１の実施形態に係る遮断器１５５の制御の他の例を示すタイミングチャートである。具体的には、図９は、エネルギー１段目（Ａ１）の荷電粒子ビームおよびエネルギー１８０段目（Ａ１８０）の荷電粒子ビームを出射する制御を示すタイミングチャートである。
【００７０】
入射器１１０によって加速器１００に入射された荷電粒子ビームは、加速器１００によって加速される。クロック信号Ｓ２がエネルギー１段目（Ａ１）に対応するカウント値に到達すると、タイミング制御部３１０は、クロック信号Ｓ２を停止する。これによって、荷電粒子ビームのエネルギーが一定値（Ａ１）に保持される。このとき、荷電粒子ビームの電荷量は閾値ＴＨ１未満であるため、所定時間Ｔが経過するまでプレ出射が行われる。プレ出射が終了した後、エネルギー１段目（Ａ１）の本出射が行われる。
【００７１】
エネルギー１段目（Ａ１）の本出射が終了すると、タイミング制御部３１０は、クロック信号Ｓ２の供給を再開する。クロック信号Ｓ２がエネルギー１８０段目（Ａ１８０）に対応するカウント値に到達すると、タイミング制御部３１０は、クロック信号Ｓ２を停止する。これによって、荷電粒子ビームのエネルギーが一定値（Ａ１８０）に保持される。このとき、荷電粒子ビームの電荷量は閾値ＴＨ１８０よりも大きいため、所定時間Ｔｐが経過するまで（荷電粒子ビームの電荷量が閾値ＴＨ１８０未満になるまで）プレ出射が行われる。プレ出射が終了した後、エネルギー１８０段目（Ａ１８０）の本出射が行われる。
【００７２】
これによって、エネルギーの異なる複数の本出射が行われる場合であっても、いずれの本出射においても、ビームスパイクの発生を防止することができる。
【００７３】
以上説明したように、第１の実施形態において、タイミング制御部３１０は、加速器１００内を周回する荷電粒子ビームの電流値に基づいて、加速器１００から出射された荷電粒子ビームを遮断する遮断器１５５の動作タイミングを制御する。具体的には、タイミング制御部３１０は、電流値検出部１９０によって検出された電流値に基づいて、荷電粒子ビームの電荷量を算出し、算出した荷電粒子ビームの電荷量に基づいて、遮断器１５５の動作タイミングを制御する。これによって、低エネルギーの荷電粒子ビームを出射する場合であっても、ビームスパイクの発生を防止することができる。
【００７４】
（第２の実施形態）
第１の実施形態において、タイミング制御部３１０は、加速器１００から出射された荷電粒子ビームを遮断する遮断器１５５の動作タイミングを制御することとした。これに対し、第２の実施形態において、タイミング制御部３１０は、遮断器１５５の動作タイミングの制御に加えて、チョッパ１１５を駆動するためのチョッパパルス信号のパルス幅を制御することとする。以下、第２の実施形態について詳細に説明する。
【００７５】
図１０は、第２の実施形態に係る加速器制御装置３００の構成を示すブロック図である。図１０において、図２の各部に対応する部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７６】
タイミング制御部３１０は、電荷量算出部３１１と、プレ出射制御部３１２と、電荷量閾値テーブル３１３とに加えて、パルス幅制御部３１４と、パルス幅閾値テーブル３１５（第２テーブル）とを備える。パルス幅閾値テーブル３１５は、加速器制御装置３００に設けられたメモリに記憶されたテーブルである。
【００７７】
パルス幅制御部３１４は、ビームスパイクの発生を防止するために、チョッパパルス信号Ｓ９のパルス幅制御を行う。パルス幅制御部３１４は、パルス幅制御を行うことで、加速器１００内の周回軌道に入射される荷電粒子ビームの量を調整する。
【００７８】
図１１は、第２の実施形態に係る遮断器１５５およびチョッパ１１５の制御の一例を示すタイミングチャートである。図１１において、図５の各部に対応する部分には同一の符号を付し、説明を省略する。図１１は、低エネルギー（Ａ１８０）で荷電粒子ビームを出射する場合のタイミングチャートである。
【００７９】
低エネルギー（Ａ１８０）で荷電粒子ビームを出射する場合には、ビームスパイクが発生しやすいため、予め荷電粒子ビームの電荷量を小さくしておくことが望ましい。このため、チョッパ制御部３６０は、荷電粒子ビームが加速器１００から出射される際の荷電粒子ビームのエネルギーに基づいてチョッパ１１５を制御することによって、加速器１００内の周回軌道に入射される荷電粒子ビームの量を調整する。
【００８０】
前述の図５に示される例においては、加速器１００内の周回軌道に入射される荷電粒子ビームの量が多いため、プレ出射に長時間Ｔａを要することとなる。一方、図１１に示される例において、パルス幅制御部３１４は、チョッパ制御部３６０に出力するチョッパパルス信号Ｓ９のパルス幅を制御することで、加速器１００内の周回軌道に入射される荷電粒子ビームの量を少なくする。これによって、荷電粒子ビームの電荷量が小さくなるため、プレ出射を短時間Ｔｂで終了させることができる。また、プレ出射に要する時間を短縮化することで、治療効率を向上することができ、患者に対する負担を軽減することができる。
【００８１】
図１２は、第２の実施形態に係るパルス幅閾値テーブル３１５の一例を示す図である。パルス幅閾値テーブル３１５は、荷電粒子ビームのエネルギーと、チョッパ１１５を駆動するためのチョッパパルス信号のパルス幅とが対応付けられたテーブルである。具体的には、エネルギー番号１から２００のそれぞれに、チョッパパルス幅４０［μｓ］から１０［μｓ］が対応付けられている。なお、エネルギー番号１は４３０［ＭｅＶ］、・・・、エネルギー番号２００は５０［ＭｅＶ］である。パルス幅閾値テーブル３１５は、荷電粒子ビームのエネルギーが低いほど、当該エネルギーに対応付けられるパルス幅が小さくなるように設定されている。
【００８２】
パルス幅制御部３１４は、荷電粒子ビームが加速器１００から出射される際の荷電粒子ビームのエネルギーに対応するパルス幅をパルス幅閾値テーブル３１５から取得する。チョッパ制御部３６０は、パルス幅制御部３１４によって取得されたパルス幅に基づいて、チョッパ１１５の動作タイミングを制御する。
【００８３】
例えば、チョッパ制御部３６０は、パルス幅制御部３１４によって取得されたパルス幅に基づいて、チョッパ用電力Ｓ１０をチョッパ１１５に供給する時間を制御する。具体的に、チョッパ制御部３６０は、チョッパパルス幅が１０［μｓ］の場合、チョッパ用電力Ｓ１０の供給時間を１０［μｓ］とする。
【００８４】
以上説明したように、パルス幅制御部３１４は、荷電粒子ビームが加速器１００から出射される際の荷電粒子ビームのエネルギーに基づいて、チョッパ１１５を駆動するためのチョッパパルス幅を制御する。具体的に、パルス幅制御部３１４は、荷電粒子ビームが加速器１００から出射される際の荷電粒子ビームのエネルギーが小さい場合、チョッパパルス幅を小さくすることにより、加速器１００内の周回軌道に入射される荷電粒子ビームの量を少なくする。これによって、プレ出射に要する時間を短縮化することができる。
【００８５】
図１３は、第２の実施形態に係るパルス幅閾値テーブル３１５の他の例を示す図である。図１３に示されるように、パルス幅閾値テーブル３１５において、境界エネルギー番号が設定されてもよい。また、パルス幅閾値テーブル３１５において、エネルギー番号１から境界エネルギー番号までのチョッパパルス幅１と、境界エネルギー番号＋１からエネルギー番号２００（最大値）までのチョッパパルス幅２とが設定されてもよい。
【００８６】
具体的に、図１３に示される例において、チョッパパルス幅（３０［μｓ］）が、エネルギー番号１から１８０に対応付けられ、チョッパパルス幅（１０［μｓ］）が、エネルギー番号１８１から２００に対応付けられている。
【００８７】
図１４は、第２の実施形態に係るパルス幅閾値テーブル３１５の他の例を示す図である。図１４に示されるように、パルス幅閾値テーブル３１５において、境界エネルギー番号１および境界エネルギー番号２が設定されてもよい。また、パルス幅閾値テーブル３１５において、エネルギー番号１から境界エネルギー番号１までのチョッパパルス幅１と、境界エネルギー番号１＋１から境界エネルギー番号２までのチョッパパルス幅２と、境界エネルギー番号２＋１からエネルギー番号２００（最大値）までのチョッパパルス幅３とが設定されてもよい。
【００８８】
具体的に、図１４に示される例において、チョッパパルス幅（３０［μｓ］）が、エネルギー番号１から１００に対応付けられ、チョッパパルス幅（２０［μｓ］）が、エネルギー番号１０１から１８０に対応付けられ、チョッパパルス幅（１０［μｓ］）が、エネルギー番号１８１からエネルギー番号２００に対応付けられている。
【００８９】
図１３や図１４に示される例のように、パルス幅閾値テーブル３１５は、エネルギーの範囲を区切るための境界エネルギーを含んでもよく、境界エネルギーによって区切られたエネルギーの範囲ごとに、チョッパパルス幅が対応付けられてもよい。これによって、パルス幅閾値テーブル３１５のデータ量を削減することができる。
【００９０】
以上説明したように、第２の実施形態において、タイミング制御部３１０は、荷電粒子ビームが加速器１００から出射される際の荷電粒子ビームのエネルギーに対応するパルス幅をパルス幅閾値テーブル３１５から取得する。チョッパ制御部３６０は、タイミング制御部３１０によって取得されたパルス幅に基づいて、チョッパ１１５の動作タイミングを制御する。これによって、ビームスパイクの発生を防止することができるとともに、プレ出射に要する時間を短縮化することができる。
【００９１】
（第３の実施形態）
第１の実施形態および第２の実施形態のタイミング制御部３１０は、加速器１００内を周回する荷電粒子ビームの電流値に基づいて荷電粒子ビームの電荷量を算出し、算出した荷電粒子ビームの電荷量に基づいて、遮断器１５５の動作タイミングを制御することとした。これに対し、第３の実施形態のタイミング制御部３１０は、荷電粒子ビームの電荷量を算出することなく、加速器１００内を周回する荷電粒子ビームの電流値（ビーム電流）に基づいて、遮断器１５５の動作タイミングを制御することとする。以下、第３の実施形態について詳細に説明する。
【００９２】
図１５は、第３の実施形態に係る加速器制御装置３００の構成を示すブロック図である。図１５において、図１０の各部に対応する部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９３】
本実施形態において、タイミング制御部３１０は荷電粒子ビームの電荷量を算出しないため、電荷量算出部３１１を備えない。また、高周波電力制御部３４０は、周波数検出部３４１を備えない。一方、タイミング制御部３１０は、プレ出射制御部３１２、パルス幅制御部３１４、およびパルス幅閾値テーブル３１５に加えて、電流値閾値テーブル３１６（第３テーブル）を備える。電流値閾値テーブル３１６は、加速器制御装置３００に設けられたメモリに記憶されたテーブルである。
【００９４】
図１６は、第３の実施形態に係る電流値閾値テーブル３１６の一例を示す図である。電流値閾値テーブル３１６は、エネルギー番号とビーム電流の閾値とが対応付けられたテーブルである。具体的には、エネルギー番号１から２００のそれぞれに、閾値５０［ｍＡ］から０．５［ｍＡ］が対応付けられている。なお、エネルギー番号１は４３０［ＭｅＶ］、・・・、エネルギー番号２００は５０［ＭｅＶ］である。電流値閾値テーブル３１６は、荷電粒子ビームのエネルギーが低いほど、当該エネルギーに対応付けられる閾値が小さくなるように設定されている。
【００９５】
タイミング制御部３１０は、加速器１００内を周回する荷電粒子ビームのエネルギーに対応する閾値を電流値閾値テーブル３１６から取得する。また、タイミング制御部３１０のプレ出射制御部３１２は、加速器１００内を周回する荷電粒子ビームの電流値と、電流値閾値テーブル３１６から取得された閾値との比較に基づいて、遮断器１５５の動作タイミングを制御する。
【００９６】
例えば、タイミング制御部３１０は、電流値検出部１９０によって検出された電流値が、電流値閾値テーブル３１６から取得された閾値以上の場合には、遮断器１５５を制御して荷電粒子ビームを遮断させる。一方、タイミング制御部３１０は、電流値検出部１９０によって検出された電流値が、電流値閾値テーブル３１６から取得された閾値未満の場合には、遮断器１５５を制御して荷電粒子ビームを通過させる。
【００９７】
以上説明したように、プレ出射制御部３１２は、荷電粒子ビームの電流値が閾値未満になるまでプレ出射を継続する。これによって、ビームスパイクの発生を防止することができる。また、電荷量算出部３１１および周波数検出部３４１を必要としないため、加速器制御装置３００を低コスト化することができる。
【００９８】
図１７は、第３の実施形態に係る電流値閾値テーブル３１６の他の例を示す図である。図１７に示されるように、電流値閾値テーブル３１６において、境界エネルギー番号が設定されてもよい。また、電流値閾値テーブル３１６において、エネルギー番号１から境界エネルギー番号までのビーム電流閾値１と、境界エネルギー番号＋１からエネルギー番号２００（最大値）までのビーム電流閾値２とが設定されてもよい。
【００９９】
具体的に、図１７に示される例において、ビーム電流閾値（１０［ｍＡ］）が、エネルギー番号１から１８０に対応付けられ、ビーム電流閾値（０．５［ｍＡ］）が、エネルギー番号１８１から２００に対応付けられている。
【０１００】
図１８は、第３の実施形態に係る電流値閾値テーブル３１６の他の例を示す図である。図１８に示されるように、電流値閾値テーブル３１６において、境界エネルギー番号１および境界エネルギー番号２が設定されてもよい。また、電流値閾値テーブル３１６において、エネルギー番号１から境界エネルギー番号１までのビーム電流閾値１と、境界エネルギー番号１＋１から境界エネルギー番号２までのビーム電流閾値２と、境界エネルギー番号２＋１からエネルギー番号２００（最大値）までのビーム電流閾値３とが設定されてもよい。
【０１０１】
具体的に、図１８に示される例において、ビーム電流閾値（５［ｍＡ］）が、エネルギー番号１から１５０に対応付けられ、ビーム電流閾値（１［ｍＡ］）が、エネルギー番号１５１から１８０に対応付けられ、ビーム電流閾値（０．２５［ｍＡ］）が、エネルギー番号１８１から２００に対応付けられている。
【０１０２】
図１７や図１８に示される例のように、電流値閾値テーブル３１６は、エネルギーの範囲を区切るための境界エネルギーを含んでもよく、境界エネルギーによって区切られたエネルギーの範囲ごとに、荷電粒子ビームの電流値の閾値が対応付けられてもよい。これによって、電流値閾値テーブル３１６のデータ量を削減することができる。
【０１０３】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、加速器制御装置３００は、高周波電力制御部３４０と、タイミング制御部３１０とを持つ。高周波電力制御部３４０は、荷電粒子ビームを加速させるための高周波電力を加速器１００に供給する。タイミング制御部３１０は、加速器１００内を周回する荷電粒子ビームの電流値に基づいて、加速器１００から出射された荷電粒子ビームを遮断する遮断器１５５の動作タイミングを制御する。これによって、低エネルギーの荷電粒子ビームを出射する場合であっても、ビームスパイクの発生を防止することができる。
【０１０４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１０５】
１０…粒子線治療装置、１００…加速器、１１０…入射器、１１５…チョッパ、１２０…四極電磁石、１３０…偏向電磁石、１４０…高周波加速空洞、１５０…出射器、１５５…遮断器、１６０…四極電磁石、１７０…補正電磁石、１８０…偏向電磁石、１９０…電流値検出部、２００…照射装置、２１０…線量モニタ、３００…加速器制御装置、３１０…タイミング制御部、３１１…電荷量算出部、３１２…プレ出射制御部、３１３…電荷量閾値テーブル、３１４…パルス幅制御部、３１５…パルス幅閾値テーブル、３１６…電流値閾値テーブル、３２０…高周波電力用パターン記憶部、３３０…電源用パターン記憶部、３４０…高周波電力制御部、３４１…周波数検出部、３５０…電源制御部、３６０…チョッパ制御部、３７０…入射器制御部、３８０…出射器制御部、３９０…遮断器制御部、４００…計算機
【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】
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【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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