(57)【要約】【課題】従来よりも粒子線治療装置の立上作業が短期間にできるビーム輸送系の電磁石調整方法を得ることを目的とする。【解決手段】ビーム輸送系３に配置された線量測定機器９にて計測された線量計測情報ｓｉｇ２に基づいて荷電粒子ビーム２８の出射線量値（線量計測値Ｄｍ）が演算され、ビーム２８の出射線量値（線量計測値Ｄｍ）が目標値（線量目標値Ｄｉ）を含む線量許容範囲に入るように出射量制御装置（ＲＦＫＯ制御装置５）により加速器を制御する一定線量制御手順と、一定線量制御手順にて制御されたビーム２８を用いて、ビーム輸送系３に配置された位置測定機器８にて計測された位置計測情報ｓｉｇ１に基づいてビーム２８のビーム位置が演算され、位置測定機器８の配置位置よりも上流側の電磁石７の電流パターンＩｐ１をビーム位置に基づいて決定する電流パターン決定手順と、を含む。【選択図】図１
2019092985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速器から出射された荷電粒子ビームを照射装置に輸送するビーム輸送系の電磁石を調整するビーム輸送系の電磁石調整方法であって、
前記ビーム輸送系に配置された線量測定機器にて計測された線量計測情報に基づいて前記荷電粒子ビームの出射線量値が演算され、前記荷電粒子ビームの前記出射線量値が目標値を含む線量許容範囲に入るように出射量制御装置により前記加速器を制御する一定線量制御手順と、
前記一定線量制御手順にて制御された前記荷電粒子ビームを用いて、前記ビーム輸送系に配置された位置測定機器にて計測された位置計測情報に基づいて前記荷電粒子ビームのビーム位置が演算され、前記位置測定機器の配置位置よりも上流側の前記電磁石の電流パターンを前記ビーム位置に基づいて決定する電流パターン決定手順と、を含み、
前記電流パターン決定手順は、
前記荷電粒子ビームの前記ビーム位置が設計範囲を超える場合に、前記荷電粒子ビームの前記ビーム位置が前記設計範囲内に入るように、前記電磁石の前記電流パターンを変更することを特徴とするビーム輸送系の電磁石調整方法。
【請求項２】
前記出射量制御装置は、前記線量計測情報がデジタル化された線量値情報を受信して、線量値情報に基づいて生成された線量計測値と、前記荷電粒子ビームの線量の前記目標値との線量差に基づいて制御信号を生成する制御信号生成器を備え、
前記加速器は、前記制御信号がアンプで増幅された信号に基づいて、前記荷電粒子ビームの前記出射線量値を調整する調整電極を備えることを特徴とする請求項１記載のビーム輸送系の電磁石調整方法。
【請求項３】
前記位置測定機器はスクリーンモニタ及びカメラを備え、
前記位置計測情報は前記カメラで撮影された前記荷電粒子ビームの発光を含む画像情報であることを特徴とする請求項１または２に記載のビーム輸送系の電磁石調整方法。
【請求項４】
前記位置測定機器は前記荷電粒子ビームが透過する位置モニタであり、
前記位置計測情報は前記位置モニタで測定された電流情報であることを特徴とする請求項１または２に記載のビーム輸送系の電磁石調整方法。
【請求項５】
前記線量測定機器は前記荷電粒子ビームが透過する線量モニタであり、
前記線量計測情報は前記線量モニタで測定された電流情報であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のビーム輸送系の電磁石調整方法。
【請求項６】
前記線量モニタは、前記電磁石の上流側に配置されたことを特徴とする請求項５記載の
ビーム輸送系の電磁石調整方法。
【請求項７】
前記位置測定機器は前記荷電粒子ビームが透過する位置モニタであり、
前記位置計測情報は前記位置モニタで測定された電流情報であり、
前記線量測定機器は前記位置モニタよりも下流側に配置されたファラデーカップであり、
前記線量計測情報は前記ファラデーカップで測定された電流情報であることを特徴とする請求項１または２に記載のビーム輸送系の電磁石調整方法。
【請求項８】
前記位置測定機器はスクリーンモニタ及びカメラを備え、
前記位置計測情報は前記カメラで撮影された前記荷電粒子ビームの発光を含む画像情報であり、
前記線量測定機器は前記スクリーンモニタよりも下流側に配置されたファラデーカップであり、
前記線量計測情報は前記ファラデーカップで測定された電流情報であることを特徴とする請求項１または２に記載のビーム輸送系の電磁石調整方法。
【請求項９】
加速器から出射された荷電粒子ビームを照射装置に輸送するビーム輸送系の電磁石を調整するビーム輸送系の電磁石調整方法であって、
前記加速器に配置された線量測定機器にて計測された前記荷電粒子ビームの残留線量の情報である残留線量計測情報に基づいて、前記加速器から出射された前記荷電粒子ビームの出射線量値が推定され、推定された前記荷電粒子ビームの推定出射線量値が目標値を含む線量許容範囲に入るように出射量制御装置により前記加速器を制御する一定線量制御手順と、
前記一定線量制御手順にて制御された前記荷電粒子ビームを用いて、前記ビーム輸送系に配置された位置測定機器にて計測された位置計測情報に基づいて前記荷電粒子ビームのビーム位置が演算され、前記位置測定機器の配置位置よりも上流側の前記電磁石の電流パターンを前記ビーム位置に基づいて決定する電流パターン決定手順と、を含み、
前記電流パターン決定手順は、
前記荷電粒子ビームの前記ビーム位置が設計範囲を超える場合に、前記荷電粒子ビームの前記ビーム位置が前記設計範囲内に入るように、前記電磁石の前記電流パターンを変更することを特徴とするビーム輸送系の電磁石調整方法。
【請求項１０】
前記出射量制御装置は、受信した前記残留線量計測情報に基づいて推定された前記推定出射線量値と、前記荷電粒子ビームの線量の前記目標値との線量差に基づいて制御信号を生成する制御信号生成器を備え、
前記加速器は、前記制御信号がアンプで増幅された信号に基づいて、前記荷電粒子ビームの前記出射線量値を調整する調整電極を備えることを特徴とする請求項９記載のビーム輸送系の電磁石調整方法。
【請求項１１】
前記荷電粒子ビームの複数のエネルギーに対して複数の前記電磁石の前記電流パターンが決定される場合に、
最初のエネルギーに対して調整対象の全ての前記電磁石を対象とした前記電流パターン決定手順が実行され、
その後に、次のエネルギーを変更して、この変更されたエネルギーに対して調整対象の全ての前記電磁石を対象とした前記電流パターン決定手順が、全てのエネルギーが終わるまで実行されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のビーム輸送系の電磁石調整方法。
【請求項１２】
前記荷電粒子ビームの複数のエネルギーに対して複数の前記電磁石の前記電流パターンが決定される場合に、
前記電流パターン決定手順は、
前記荷電粒子ビームのエネルギー毎に最初の測定点にて前記ビーム位置が計測された前記位置計測情報に基づいて演算された前記ビーム位置に基づいて、前記位置測定機器の配置位置よりも上流側の前記電磁石の前記電流パターンを決定する第一決定手順が実行され、
その後に、前回の測定点よりも下流側の測定点にて、前記荷電粒子ビームのエネルギー毎に前記ビーム位置が計測された前記位置計測情報に基づいて演算された前記ビーム位置に基づいて、前記位置測定機器の配置位置よりも上流側の前記電磁石の前記電流パターンを決定する第二決定手順が、最後の測定点が終わるまで実行されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のビーム輸送系の電磁石調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽子線や炭素イオン線などの荷電粒子ビームを癌等の患部に照射して治療する粒子線治療装置に関し、照射室に設置された照射装置に荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系の電磁石の調整方法に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、４つの治療室に設置された照射装置に荷電粒子ビーム発生装置の加速器から出射された荷電粒子ビームを輸送する、第１ビーム輸送系と、第１ビーム輸送系から分岐した４つの第２ビーム輸送系と、高速ステアラ装置を備えた荷電粒子ビーム照射システムが開示されている。高速ステアラ装置は、第１ビーム輸送系の途中に配置され、高速ステアラ電磁石、線量計、ダンパを備えており、特許文献１の荷電粒子ビーム照射システム（粒子線治療装置）は、照射装置に荷電粒子ビームを輸送することなく荷電粒子ビームのビーム強度（線量）を測定して加速器から出射された荷電粒子ビームのビーム強度（線量）を調整していた。
【０００３】
加速器であるシンクロトロンから荷電粒子ビームを取出す場合に高周波ノックアウト（ＲＦＫＯ（RF-knockout））法を用いることがある。シンクロトロンを備えた粒子線治療装置では、スピルフィードバック（非特許文献１参照）を適用してＲＦＫＯ法で出射された一定強度（一定線量）の荷電粒子ビームにて患部等の照射対象に照射するように構成された装置がある。スピルフィードバックを適用した粒子線治療装置の場合には、ビーム輸送系及び照射装置の設置及び組立が完成してから、照射装置の線量モニタにて測定された線量を用いてＲＦＫＯ制御装置にフィードバックする必要があった。このため、ビーム輸送系の電磁石調整と、照射装置の機器の設置及び組立を同時に行うことができず、粒子線治療装置の立上作業が長期間になっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１４８４７３号公報（００２１段〜００４６段、図１、図２）
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“Development of beam current control system in RF-knockout slow extraction”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 269 (2011) 2915-2918
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の荷電粒子ビーム照射システム（粒子線治療装置）は、第１ビーム輸送系の途中に配置された高速ステアラ装置を用いて、照射装置に荷電粒子ビームを輸送することなく荷電粒子ビームのビーム強度（線量）を測定して加速器から出射された荷電粒子ビームのビーム強度（線量）を調整していた。しかし、特許文献１の荷電粒子ビーム照射システムにスピルフィードバックを適用した場合には、ビーム輸送系及び照射装置の設置及び組立が完成してから、照射装置の線量モニタにて測定された線量を用いてＲＦＫＯ制御装置にフィードバックする必要があり、ビーム輸送系の電磁石調整と、照射装置の機器の設置及び組立を同時に行うことができず、粒子線治療装置の立上作業が長期間になる問題があった。
【０００７】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、照射装置の機器の組立が完了していなくてもビーム輸送系の電磁石調整ができ、従来よりも粒子線治療装置の立上作業が短期間にできるビーム輸送系の電磁石調整方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のビーム輸送系の電磁石調整方法は、加速器から出射された荷電粒子ビームを照射装置に輸送するビーム輸送系の電磁石を調整するビーム輸送系の電磁石調整方法であって、ビーム輸送系に配置された線量測定機器にて計測された線量計測情報に基づいて荷電粒子ビームの出射線量値が演算され、荷電粒子ビームの出射線量値が目標値を含む線量許容範囲に入るように出射量制御装置により加速器を制御する一定線量制御手順と、一定線量制御手順にて制御された荷電粒子ビームを用いて、ビーム輸送系に配置された位置測定機器にて計測された位置計測情報に基づいて荷電粒子ビームのビーム位置が演算され、位置測定機器の配置位置よりも上流側の電磁石の電流パターンをビーム位置に基づいて決定する電流パターン決定手順と、を含む。電流パターン決定手順は、荷電粒子ビームのビーム位置が設計範囲を超える場合に、荷電粒子ビームのビーム位置が設計範囲内に入るように、電磁石の電流パターンを変更する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のビーム輸送系の電磁石調整方法は、ビーム輸送系に配置された線量測定機器にて計測された線量計測情報に基づいて荷電粒子ビームの出射線量値が目標値を含む線量許容範囲に入るようになった後にビーム輸送系の電磁石を調整するので、照射装置の機器の組立が完了していなくてもビーム輸送系の電磁石調整ができ、従来よりも粒子線治療装置の立上作業が短期間にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１によるビーム輸送系の電磁石調整方法を適用する粒子線治療装置の概略構成図である。
【図２】図１の電磁石調整装置の構成を示す図である。
【図３】図１のＲＦＫＯ制御装置の構成を示す図である。
【図４】図３の原信号ｗｉ１、ｗｉ２の信号特性を示す図である。
【図５】図２の線量信号処理装置の構成を示す図である。
【図６】図２の画像処理装置の構成を示す図である。
【図７】図２の画像処理装置に入力されるカメラ画像の例を示す図である。
【図８】図２の画像処理装置が生成したビーム分布の例を示す図である。
【図９】図１のビーム輸送系の電磁石及び測定用のポートを示す図である。
【図１０】図９のポートを示す図である。
【図１１】ビーム位置を測定する順番の第一例を示す図である。
【図１２】ビーム位置を測定する順番の第二例を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態１によるビーム輸送系の電磁石調整方法を説明するフローチャートである。
【図１４】本発明の実施の形態１による他のビーム輸送系の電磁石調整方法を説明するフローチャートである。
【図１５】本発明の実施の形態１によるビーム輸送系の電磁石調整方法を適用した場合における粒子線治療装置の立上期間を説明する図である。
【図１６】本発明の実施の形態２による電磁石調整装置の構成を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態３による電磁石調整装置の構成を示す図である。
【図１８】図１７の線量信号処理装置の構成を示す図である。
【図１９】図１７の位置モニタのモニタ電流を示す図である。
【図２０】図１７の位置信号処理装置の構成を示す図である。
【図２１】本発明の実施の形態４による電磁石調整装置の構成を示す図である。
【図２２】本発明の実施の形態５によるビーム輸送系の電磁石調整方法を適用する粒子線治療装置の概略構成図である。
【図２３】図２２の電磁石調整装置における位置測定機器及び設定パラメータ生成装置の構成を示す図である。
【図２４】図２２のＲＦＫＯ制御装置の構成を示す図である。
【図２５】計算機の機能を実現するハードウェア構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるビーム輸送系の電磁石調整方法を適用する粒子線治療装置の概略構成図である。図２は図１の電磁石調整装置の構成を示す図であり、図３は図１のＲＦＫＯ制御装置の構成を示す図である。図４は図３の原信号ｗｉ１、ｗｉ２の信号特性を示す図であり、図５は図２の線量信号処理装置の構成を示す図である。図６は、図２の画像処理装置の構成を示す図である。図７は図２の画像処理装置に入力されるカメラ画像の例を示す図であり、図８は図２の画像処理装置が生成したビーム分布の例を示す図である。図９は図１のビーム輸送系の電磁石及び測定用のポートを示す図であり、図１０は図９のポートを示す図である。図１１はビーム位置を測定する順番の第一例を示す図であり、図１２はビーム位置を測定する順番の第二例を示す図である。図１３は本発明の実施の形態１によるビーム輸送系の電磁石調整方法を説明するフローチャートであり、図１４は本発明の実施の形態１による他のビーム輸送系の電磁石調整方法を説明するフローチャートである。図１５は、本発明の実施の形態１によるビーム輸送系の電磁石調整方法を適用した場合における粒子線治療装置の立上期間を説明する図である。
【００１２】
本発明の実施の形態１によるビーム輸送系の電磁石調整方法を適用する粒子線治療装置１を説明する。粒子線治療装置１は、シンクロトロンである加速器２と、加速器２により必要なエネルギーまで加速された荷電粒子ビーム２８を照射装置４に輸送するビーム輸送系３と、ビーム輸送系３で輸送された荷電粒子ビーム２８を患者の患部（照射対象）に照射する照射装置４と、を備えている。また、粒子線治療装置１は、高周波ノックアウト（ＲＦＫＯ）法を用いて加速器２から荷電粒子ビーム２８を取出すように制御するＲＦＫＯ制御装置（出射量制御装置）５と、ＲＦＫＯ制御装置５が生成した制御信号ｓｉｇａ（図３参照）を増幅して加速器２のＲＦＫＯ電極（調整電極）１９に出力するアンプ６を備えている。立上作業が完了した粒子線治療装置１は、例えば照射装置４に配置された線量モニタ（図示せず）により測定された荷電粒子ビーム２８の線量がＲＦＫＯ制御装置５に入力される。ＲＦＫＯ制御装置５は、入力された線量（フィードバックされた線量）に基づいて一定強度（一定線量）の荷電粒子ビーム２８が加速器２から出射されるように制御する。より具体的には、ＲＦＫＯ制御装置５は、入力された線量（フィードバックされた線量）の値が目標値を含む線量許容範囲に入るように一定強度（一定線量）の荷電粒子ビーム２８が加速器２から出射されるように制御する。ＲＦＫＯ電極１９は加速器２から出射される荷電粒子ビーム２８の線量を調整する。
【００１３】
図１に示した粒子線治療装置１の概略構成は、立上作業中の概略構成を示している。加速器室１２には加速器２、ビーム輸送系３、アンプ６が配置され、照射室１３に照射装置４が配置され、電源室１４にＲＦＫＯ制御装置５が配置される。ビーム輸送系３は、電磁石７と、真空ダクト２９と、電磁石電源１１等を備える。ビーム輸送系の電磁石調整方法を実行する電磁石調整装置１０は、ビーム輸送系３の真空ダクト２９を進行する荷電粒子ビーム２８の計測された位置情報である位置計測情報ｓｉｇ１を生成する位置測定機器８と、荷電粒子ビーム２８の計測された線量情報である線量計測情報ｓｉｇ２を生成する線量測定機器９と、調整対象である電磁石７を制御する電磁石電源１１の電流パターンを含む設定パラメータ情報ｄａｔａ１を生成する設定パラメータ生成装置１５と、を備えている。電磁石電源１１は、設定パラメータ情報ｄａｔａ１に基づいて制御指令である電流パターンＩｐ１を電磁石７に出力する。設定パラメータ生成装置１５は、電磁石７の調整作業を行う際に、線量計測情報ｓｉｇ２がデジタル信号に変換された線量値情報ｓｉｇ３をＲＦＫＯ制御装置５に出力する。
【００１４】
図２に示すように、設定パラメータ生成装置１５は、線量信号処理装置２５と、画像処理装置２７と、電流パターン設定装置３１とを備えている。位置測定機器８は、例えばスクリーンモニタ２２と、カメラ２４とを備えている。線量測定機器９は、例えば線量モニタ２１と、高電圧発生器２６とを備えている。スクリーンモニタ２２は蛍光板であり、スクリーンモニタ２２は荷電粒子ビーム２８が当たると発光し、その発光５６をカメラ２４で撮影する。カメラ２４で撮影された荷電粒子ビーム２８の発光５６を含む画像情報は、荷電粒子ビーム２８のビーム位置を計算するために用いる位置計測情報ｓｉｇ１である。線量モニタ２１は、例えば透過型マルチワイヤモニタである。線量モニタ２１は、荷電粒子ビーム２８が通過することでアルゴンや窒素等の封入ガスが電離したイオンの電流を、高電圧発生器２６で生成された高電圧を印加されたワイヤにて検出する。線量モニタ２１にて検出された微小電流は、線量計測情報ｓｉｇ２である。すなわち、線量計測情報ｓｉｇ２は電流情報である。線量モニタ２１にて検出された線量計測情報ｓｉｇ２は、線量信号処理装置２５に出力される。
【００１５】
線量信号処理装置２５は、例えば図５に示すように、電流電圧変換器５１、アンプ５２、ＡＤ変換器５３、伝送形式変換器５４、光信号変換器５５を備えている。電流電圧変換器５１は入力された微小なアナログ信号である線量計測情報ｓｉｇ２を電圧Ｖ１に変換する。アンプ５２は電圧Ｖ１を電圧Ｖ２に増幅する。ＡＤ変換器５３は、電圧Ｖ２をアナログデジタル変換（ＡＤ変換）し、デジタル信号ｄｔ１を生成する。伝送形式変換器５４は、デジタル信号ｄｔ１を伝送フォーマットに合わせて、すなわち伝送フォーマット化して、伝送信号ｆｄｔ１を生成する。光信号変換器５５は、伝送信号ｆｄｔ１を光信号に変換して線量値情報ｓｉｇ３を生成する。伝送信号ｆｄｔ１、線量値情報ｓｉｇ３は、線量情報に加えて、伝送フォーマットで規定されたイネーブル信号も含んでいる。
【００１６】
画像処理装置２７は、例えば図６に示すように、計算機５７、表示装置５８、記憶装置５９を備えている。ビーム輸送系３の電磁石７を調整する際に、スクリーンモニタ２２の下流側（照射装置４の側）には、スクリーンモニタ２２を透過した残留ビームが下流側に進行するのを阻止する、すなわち荷電粒子ビーム２８を遮断するビームダンパ２３もビーム輸送系３の真空ダクト２９に配置される。真空ダクト２９には、スクリーンモニタ２２を撮影するための窓３０が設けられている。カメラ２４は、スクリーンモニタ２２上に現れた荷電粒子ビーム２８による発光５６を撮影し、位置計測情報ｓｉｇ１を計算機５７に出力する。計算機５７は、位置計測情報ｓｉｇ１に基づいてカメラ画像６０を生成する。計算機５７は、このカメラ画像６０の輝度情報から荷電粒子ビーム２８のビーム位置(中心の座標)、ビームサイズ(広がり)、ビーム分布６１を演算する。ビーム位置、ビームサイズ、ビーム分布６１は、表示装置５８に表示され、記憶装置５９に記憶される。表示装置５８はディスプレイ等であり、記憶装置５９はメモリ、ハードディスク（ＨＤＤ）等である。また、計算機５７は、電流パターン設定装置３１に位置情報ｓｉｇ４を出力する。位置情報ｓｉｇ４は、荷電粒子ビーム２８のビーム位置(中心の座標)、ビームサイズ(広がり)、ビーム分布６１である。
【００１７】
図７に示したカメラ画像６０は、例えば微小な矩形領域に分割された各矩形領域に輝度の濃淡が示されている。図８に示したビーム分布６１は、各矩形領域の輝度を数値データした例である。矩形領域はｘ方向の位置、ｙ方向の位置で分割された領域である。荷電粒子ビーム２８の進行方向がｚ方向であり、ｘ方向はｚ方向に垂直であり、ｙ方向はｘ方向及びｚ方向に垂直である。カメラ画像６０、ビーム分布６１におけるＣで示した領域がビームの輝度が最も高い領域であり、この領域Ｃにビーム位置が存在する。図７、図８では５×５の領域を示したが、実際はこれよりも多数の矩形領域に分割されている。
【００１８】
ＲＦＫＯ制御装置５は、図３に示すように、基本波信号生成部４５、フィードバック制御部４６、制御信号生成器であるＡＭ（amplitude modulation）変調器３７を備えている。基本波信号生成部４５は、原信号発生器３２、３つの信号発生器３３、３４、３５、３波合成器３６を備えている。フィードバック制御部４６は、入力器４４、ＰＩ制御回路４９を備えている。原信号発生器３２は、図４に示した信号特性４７の特性を有する原信号ｗｉ１、図４に示した信号特性４８の特性を有する原信号ｗｉ２、周波数一定の原信号ｗｉ３を生成する。図４の特性の縦軸は周波数であり、横軸は時間である。信号特性４７は周波数が三角形状に周期的に変化する信号特性であり、信号特性４８は信号特性４７を半周期ずれた信号特性である。図４では、周波数変化の周期が１ｍｓの例を示した。
【００１９】
信号発生器３３は原信号ｗｉ１から周波数変調された基本信号ｗ１を生成し、信号発生器３４は原信号ｗｉ２から周波数変調された基本信号ｗ２を生成し、信号発生器３５は原信号ｗｉ３から周波数変調された基本信号ｗ３を生成する。３波合成器３６は、３つの基本信号ｗ１、ｗ２、ｗ３を合成した基本波信号ｗａを生成する。ＡＭ変調器３７は、基本波信号ｗａをフィードバック制御部４６が生成した変調制御信号ｓｉｇｃに基づいてＡＭ変調した制御信号ｓｉｇａを生成する。制御信号ｓｉｇａはアンプ６に出力される。
【００２０】
フィードバック制御部４６の入力器４４は線量値情報ｓｉｇ３に基づいて線量計測値Ｄｍを生成する。線量目標値Ｄｉは、加速器２が出力している荷電粒子ビーム２８の線量の予め定まられた目標値である。ＰＩ制御回路４９は、線量計測値Ｄｍ、線量目標値Ｄｉに基づいてＰＩ制御（比例積分制御）を実行して変調制御信号ｓｉｇｃを生成する。ＰＩ制御回路４９は、ＰＩ制御を実行する際に、線量目標値Ｄｉと線量計測値Ｄｍとの差分である線量差を計算し、この線量差、線量目標値Ｄｉ、線量計測値Ｄｍに基づいて変調制御信号ｓｉｇｃを生成する。
【００２１】
画像処理装置２７の計算機５７にて生成された位置情報ｓｉｇ４は電流パターン設定装置３１に出力される。電流パターン設定装置３１は、位置情報ｓｉｇ４に基づいて、作業者の指示により、電磁石電源１１の電流パターンＩｐ１を含む設定パラメータ情報ｄａｔａ１を生成する。設定パラメータ情報ｄａｔａ１には、荷電粒子ビーム２８の荷電粒子の種類、エネルギー、荷電粒子の種類及びエネルギーと電流パターンＩｐ１との関連付け情報が含まれている。図２では、電流パターン設定装置３１が生成した設定パラメータ情報ｄａｔａ１は電磁石電源１１における制御装置内のメモリに保存される例を示した。粒子線治療装置１の立上が完了し、荷電粒子ビーム２８を照射する際は、荷電粒子の種類及びエネルギーに対応した電流パターンＩｐ１が選択されて、その電流パターンＩｐ１により電磁石７が励磁される。なお、設定パラメータ情報ｄａｔａ１はビーム輸送系３の図示しない制御装置（制御計算機）の記憶装置（ＨＤＤ、メモリ等）に保存してもよい。なお、１つの粒子線治療装置は、荷電粒子の種類を変更することがない場合は、設定パラメータ情報ｄａｔａ１に荷電粒子の種類は無くてもよい。治療施設で複数の粒子線治療装置が設置されている場合には、荷電粒子の種類の情報により設定パラメータ情報ｄａｔａ１の荷電粒子の種類に分類した管理を容易に行うことができる。
【００２２】
本発明の実施の形態１によるビーム輸送系の電磁石調整方法を、図９〜図１５を用いて説明する。ビーム輸送系３における調整対象の電磁石７は、複数あり、例えば図９に示すように、荷電粒子ビーム２８を偏向する偏向電磁石、荷電粒子ビーム２８を収束又は発散させる四極電磁石、荷電粒子ビーム２８の収差の補正を行う六極電磁石等である。図９では、２つの偏向電磁石６２ａ、６２ｂ、５つの四極電磁石６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ、６３ｅ、１つの六極電磁石６４を示した。また、図９では、５つのポート６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ、６５ｅを示した。図１０に示すように、ポート６５は、荷電粒子ビーム２８の線量を検出する線量モニタ２１、ビーム位置を検出するスクリーンモニタ２２、ビームダンパ２３が真空ダクト２９内に出し入れされる筒状容器である。ポートの符号は、総括的に６５を用い、区別して説明する場合に６５ａ〜６５ｅを用いる。図１０では、真空ダクト２９に挿入された線量モニタ２１が退避された状態の線量モニタ２１ａも示した。同様に、真空ダクト２９に挿入されたスクリーンモニタ２２、ビームダンパ２３が退避された状態のスクリーンモニタ２２ａ、ビームダンパ２３ａも示した。図１０では、ビーム輸送系３の各測定点に線量モニタ２１、スクリーンモニタ２２、ビームダンパ２３が同時に出し入れできる１つのポートを示したが、ビーム輸送系３は各測定点に線量モニタ２１、スクリーンモニタ２２、ビームダンパ２３が個別に出し入れできるポート、すなわち３つのポートを備えていてもよい。図１０では、ポート６５にスクリーンモニタ２２からの発光５６が透過する窓３０が設けられた例を示した。
【００２３】
ビーム輸送系３の電磁石７（偏向電磁石、四極電磁石、六極電磁石）の電流パターンＩｐ１は、荷電粒子ビーム２８のエネルギー毎に設定される。したがって、荷電粒子ビーム２８のエネルギーと、荷電粒子ビーム２８の線量及びビーム位置を測定する測定点の順番は複数考えられる。図１１では、１つのエネルギーに対して測定点を上流側から下流側へ変化させて電磁石７の調整を行い、全ての測定点での調整が終了してから次のエネルギーを変更して電磁石７の調整を行う例（第一例）を示した。図１２では、１つの測定点に対してエネルギーを変更して電磁石７の調整を行い、全てのエネルギーでの調整が終了してから次の（下流側の）測定点を変更して電磁石７の調整を行う例（第二例）を示した。電流パターンＩｐ１は荷電粒子ビーム２８の照射中の時間ｔ、すなわち加速器２から出射されている時間ｔによって電流値が変化するので、すなわち、電流パターンＩｐ１（ｔ）と表現することもできる。
【００２４】
図１１、図１２に示した測定点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５は、それぞれ図９のポート６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ、６５ｅの位置に該当している。図１１、図１２では４つのエネルギーＥ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４を示した。なお、エネルギーの数は４つに限らない。測定点の符号は、総括的にＰを用い、区別して説明する場合にＰ１〜Ｐ５を用いる。
【００２５】
図１３に示したビーム輸送系の電磁石調整方法のフローチャートは図１１の第一例の測定順番に対応しており、図１４に示したビーム輸送系の電磁石調整方法のフローチャートは図１２の第二例の測定順番に対応している。図１３のフローチャートを説明する。まず、加速器２は第一のエネルギーＥ１の荷電粒子ビームが出射されるように設定されている。また、測定対象の電磁石７に最も近い下流に位置する第１のポート６５には、予め作業者により線量モニタ２１、スクリーンモニタ２２、ビームダンパ２３が真空ダクト２９内に挿入されている（検出器挿入手順）。ステップＳＴ０１にて、測定対象の電磁石（測定対象電磁石）７の下流側の測定点Ｐにて加速器２から出射された荷電粒子ビーム２８の位置を測定する（ビーム位置測定手順）。ビーム位置測定手順は、複数の手順を含んでいる。まず、作業者の指示により加速器２は荷電粒子ビーム２８を出射する（ビーム出射開始手順）。加速器２から出射された荷電粒子ビーム２８の線量値（出射線量値）が線量モニタ２１にて検出され、設定パラメータ生成装置１５の線量信号処理装置２５にて生成された線量値情報ｓｉｇ３に基づいて、ＲＦＫＯ制御装置５は、荷電粒子ビーム２８の線量値が予め設定された目標値を含む線量許容範囲内に入るように、すなわち線量値が一定線量値になるように加速器２の出射線量値を制御する（一定線量制御手順）。なお、線量許容範囲は予め設定されている。加速器２か出射された荷電粒子ビーム２８の線量値が一定線量値になってから、荷電粒子ビーム２８の位置（ビーム位置）を測定する（測定手順）。ビーム位置測定手順において、画像処理装置２７は一定時間毎に位置計測情報ｓｉｇ１に基づいてビーム位置を計算する。より具体的には、設定パラメータ生成装置１５の画像処理装置２７の計算機５７が位置計測情報ｓｉｇ１に基づいてビーム位置を計算する。
【００２６】
なお、加速器２から出射された荷電粒子ビーム２８の線量値が一定線量値になる時間（静定時間）が予め分かっている場合は、その静定時間が経過した後に荷電粒子ビーム２８の位置（ビーム位置）を測定してもよい。適宜、荷電粒子ビーム２８の位置は、ビーム位置、又は荷電粒子ビーム２８のビーム位置も用いる。
【００２７】
ステップＳＴ０２にて、ビーム位置が設計範囲内にあるか否かを判定する（ビーム位置判定手順）。設定パラメータ生成装置１５の画像処理装置２７の計算機５７が、表示装置５８にビーム位置とビーム位置が設計範囲内にあるか否かの判定結果を表示する。ステップＳＴ０２にて、ビーム位置が設計範囲内にある場合はステップＳＴ０５に進み、ビーム位置が設計範囲内にない場合はステップＳＴ０３に進む。
【００２８】
ステップＳＴ０５にて、作業者は測定点Ｐが残っているか否かを判定する（測定点確認手順）。ステップＳＴ０５にて、測定点Ｐが残っている場合はステップＳＴ０６に進み、測定点Ｐが残っていない場合はステップＳＴ０７に進む。ステップＳＴ０６にて、作業者は、加速器２からの荷電粒子ビーム２８の出射を停止し、測定が終了した測定点のポート（第１のポート６５）の線量モニタ２１、スクリーンモニタ２２、ビームダンパ２３を真空ダクト２９から退避させる。その後、作業者は、次の測定対象の電磁石７に最も近い下流に位置する第２のポート６５から線量モニタ２１、スクリーンモニタ２２、ビームダンパ２３を真空ダクト２９内に挿入する（測定点変更手順）。ステップＳＴ０１に戻って下流側の次の測定点Ｐにて加速器２から出射された荷電粒子ビーム２８の位置を測定する。
【００２９】
ステップＳＴ０３にて、作業者は、設定パラメータ生成装置１５の電流パターン設定装置３１を操作して、荷電粒子ビーム２８のビーム位置が設計範囲内に入るように、測定点Ｐよりも上流側の測定対象の電磁石（測定対象電磁石）７の電流パターンＩｐ１を変更する（電流パターン変更手順）。その後、ステップＳＴ０４にて、荷電粒子ビーム２８の位置（ビーム位置）を測定する（ビーム位置再測定手順）。ビーム位置再測定手順は、ビーム位置測定手順と同じ動作である。その後、ステップＳＴ０２に戻り、ビーム位置判定手順を実行する。
【００３０】
ステップＳＴ０７にて、作業者は荷電粒子ビーム２８のエネルギーを変更するか否かを判定する（エネルギー変更判定手順）。作業者は、粒子線治療装置１で使用する荷電粒子ビーム２８の全エネルギーに対して電磁石７の調整が終了していない場合はエネルギーの変更が必要と判定して、ステップＳＴ０８に進む。作業者は、粒子線治療装置１で使用する荷電粒子ビーム２８の全エネルギーに対して電磁石７の調整が終了している場合はエネルギーの変更が不要と判定して、終了する。ステップＳＴ０８にて、作業者は、加速器２から第二のエネルギーＥ２の荷電粒子ビームが出射されるように設定する（エネルギー変更手順）。その後、ステップＳＴ０１に戻り、ビーム位置測定手順を実行する。ステップＳＴ０１〜ステップＳＴ０４は、ビーム輸送系３に配置された位置測定機器８にて計測された位置計測情報ｓｉｇ１に基づいて荷電粒子ビーム２８のビーム位置が設定パラメータ生成装置１５の画像処理装置２７により演算され、位置測定機器８の配置位置よりも上流側の電磁石７の電流パターンＩｐ１をビーム位置から決定する電流パターン決定手順である。
【００３１】
図９を用いて、ビーム位置の測定順番と調整対象の電磁石７を説明する。第１の測定点Ｐ１はポート６５ａの位置である。第１の測定点Ｐ１における調整対象の電磁石７は、六極電磁石６４、四極電磁石６３ａである。第２の測定点Ｐ２はポート６５ｂの位置である。第２の測定点Ｐ２における調整対象の電磁石７は、偏向電磁石６２ａと、これの上流側の六極電磁石６４、四極電磁石６３ａである。なお、第２の測定点Ｐ２においては、既に調整された六極電磁石６４、四極電磁石６３ａの再調整はほとんどない。しかし、偏向電磁石６２ａの調整が困難な場合は、六極電磁石６４、四極電磁石６３ａの再調整を行う。下流側の測定点における既に調整された電磁石の再調整も同様の考え方で行う。
【００３２】
第３の測定点Ｐ３はポート６５ｃの位置である。第３の測定点Ｐ３における調整対象の電磁石７は、四極電磁石６３ｂ、６３ｃと、これらの上流側の六極電磁石６４、四極電磁石６３ａ、偏向電磁石６２ａである。第４の測定点Ｐ４はポート６５ｄの位置である。第４の測定点Ｐ４における調整対象の電磁石７は、偏向電磁石６２ｂと、これの上流側の六極電磁石６４、四極電磁石６３ａ〜６３ｃ、偏向電磁石６２ａである。第５の測定点Ｐ５はポート６５ｅの位置である。第５の測定点Ｐ５における調整対象の電磁石７は、四極電磁石６３ｄ、６３ｅと、これらの上流側の六極電磁石６４、四極電磁石６３ａ〜６３ｃ、偏向電磁石６２ａ、６２ｂである。
【００３３】
図１４のフローチャートを説明する。図１４のフローチャートは、図１２の第二例の測定順番に対応しており、図１３のフローチャートにステップＳＴ０７、ＳＴ０８の位置が、異なっている。図１３と異なる部分を説明する。ステップＳＴ０２にて、ビーム位置が設計範囲内にある場合はステップＳＴ０７に進み、ビーム位置が設計範囲内にない場合はステップＳＴ０３に進む。ステップＳＴ０７において、作業者は荷電粒子ビーム２８のエネルギーを変更するか否かを判定する（エネルギー変更判定手順）。作業者は、粒子線治療装置１で使用する荷電粒子ビーム２８の全エネルギーに対して電磁石７の調整が終了していない場合はエネルギーの変更が必要と判定して、ステップＳＴ０８に進む。作業者は、粒子線治療装置１で使用する荷電粒子ビーム２８の全エネルギーに対して電磁石７の調整が終了している場合はエネルギーの変更が不要と判定して、ステップＳＴ０５に進む。
【００３４】
ステップＳＴ０８にて、作業者は、加速器２から第二のエネルギーＥ２の荷電粒子ビームが出射されるように設定する（エネルギー変更手順）。その後、ステップＳＴ０１に戻り、ビーム位置測定手順を実行する。ステップＳＴ０７にて、粒子線治療装置１で使用する荷電粒子ビーム２８の全エネルギーに対して電磁石７の調整が終了していると判定されて、ステップＳＴ０５にて測定点Ｐが残っていない場合、すなわち全ての測定点における調整作業が終了している場合は図１４のフローチャートの作業を終了する。
【００３５】
実施の形態１によるビーム輸送系の電磁石調整方法を適用した場合の粒子線治療装置の立上期間を、図１５を用いて説明する。粒子線治療装置の立上期間は、３つの機器の設置及び組立を行う期間である設置期間Ｔａ１、Ｔａ２、Ｔａ３と、２つの機器のビーム調整を行う期間である調整期間Ｔｂ１、Ｔｂ２によって決まる。設置期間Ｔａ１は加速器２の設置及び組立の期間であり、設置期間Ｔａ２はビーム輸送系３の設置及び組立の期間であり、設置期間Ｔａ３は照射装置４の設置及び組立の期間である。調整期間Ｔｂ１は、加速器２、ビーム輸送系３のビーム調整を行う期間であり、調整期間Ｔｂ２は、照射装置４のビーム調整を行う期間である。従来の粒子線治療装置の立上期間は、組立工程６６ａと調整工程６７ａの合計の期間であり、図１５に示した立上期間Ｔ１である。従来の粒子線治療装置の立上は、設置期間Ｔａ１、Ｔａ２、Ｔａ３の作業を順次行い、その後、調整期間Ｔｂ１、Ｔｂ２の作業を順次行っている。
【００３６】
実施の形態１によるビーム輸送系の電磁石調整方法を適用した場合の粒子線治療装置の立上期間は、組立工程６６ｂと組立工程６６ｂの途中から開始される調整工程６７ｂが完了した期間であり、図１５に示した立上期間Ｔ２である。実施の形態１によるビーム輸送系の電磁石調整方法は、ビーム輸送系３に設けられたポート６５から真空ダクト２９に挿入された線量モニタ２１により測定された線量計測情報ｓｉｇ２に基づいてスピルフィードバックができるので、加速器２、ビーム輸送系３のビーム調整を行う調整期間Ｔｂ１は、ビーム輸送系３における設置及び組立が完了した上流側の機器から開始できる。このため、実施の形態１によるビーム輸送系の電磁石調整方法では、設置期間Ｔａ２の途中から開始されている。実施の形態１によるビーム輸送系の電磁石調整方法を適用した場合の粒子線治療装置の立上期間Ｔ２は、従来の粒子線治療装置の立上期間Ｔ１よりも短くなっている。例えば、設置期間Ｔａ１、Ｔａ２、Ｔａ３を２か月とし、調整期間Ｔｂ１、Ｔｂ２をそれぞれ３か月、２か月にした場合を考える。従来の粒子線治療装置の立上期間Ｔ１は１１か月である。これに対して、実施の形態１によるビーム輸送系の電磁石調整方法を適用した場合の粒子線治療装置の立上期間Ｔ２は、７〜８か月になり、従来よりも３〜４か月の短縮が可能になる。
【００３７】
前述したように、従来の粒子線治療装置は、スピルフィードバックを適用した場合には、ビーム輸送系及び照射装置の設置及び組立が完成してから、照射装置の線量モニタにて測定された線量を用いてＲＦＫＯ制御装置にフィードバックする必要がある。したがって、従来の粒子線治療装置は、ビーム輸送系の電磁石調整と、照射装置の機器の設置及び組立を同時に行うことができず、粒子線治療装置の立上作業が長期間になる。これに対して、実施の形態１によるビーム輸送系の電磁石調整方法を適用した場合の粒子線治療装置１は、ビーム輸送系３に設けられたポート６５から真空ダクト２９に挿入された線量モニタ２１により測定された線量計測情報ｓｉｇ２に基づいてスピルフィードバックができるので、スピルフィードバックを適用した一定強度（一定線量）の荷電粒子ビーム２８を得ながら、ビーム輸送系３の途中の経路にて荷電粒子ビーム２８を観測してビーム位置等を制御する機器を調整することが可能になる。また、荷電粒子ビーム２８を照射室１３に導入しなくてもよいので、加速器機調整作業と同時に照射室での作業を行うことが可能になる。したがって、実施の形態１によるビーム輸送系の電磁石調整方法を適用した場合の粒子線治療装置１は、照射装置４の機器の組立が完了していなくてもビーム輸送系３の電磁石調整ができ、従来よりも粒子線治療装置の立上作業が短期間にできる。
【００３８】
以上のように、実施の形態１のビーム輸送系の電磁石調整方法は、加速器２から出射された荷電粒子ビーム２８を照射装置４に輸送するビーム輸送系３の電磁石７を調整するビーム輸送系の電磁石調整方法であって、ビーム輸送系３に配置された線量測定機器９にて計測された線量計測情報ｓｉｇ２に基づいて荷電粒子ビーム２８の出射線量値（線量計測値Ｄｍ）が演算され、荷電粒子ビーム２８の出射線量値（線量計測値Ｄｍ）が目標値（線量目標値Ｄｉ）を含む線量許容範囲に入るように出射量制御装置（ＲＦＫＯ制御装置５）により加速器を制御する一定線量制御手順と、一定線量制御手順にて制御された荷電粒子ビーム２８を用いて、ビーム輸送系３に配置された位置測定機器８にて計測された位置計測情報ｓｉｇ１に基づいて荷電粒子ビーム２８のビーム位置が演算され、位置測定機器８の配置位置よりも上流側の電磁石７の電流パターンＩｐ１をビーム位置に基づいて決定する電流パターン決定手順と、を含むことを特徴とする。電流パターン決定手順は、荷電粒子ビーム２８のビーム位置が設計範囲を超える場合に、荷電粒子ビーム２８のビーム位置が設計範囲内に入るように、電磁石７の電流パターンＩｐ１を変更することを特徴とする。実施の形態１のビーム輸送系の電磁石調整方法は、この特徴により、ビーム輸送系３に配置された線量測定機器９にて計測された線量計測情報ｓｉｇ２に基づいて荷電粒子ビーム２８の出射線量値（線量計測値Ｄｍ）が目標値（線量目標値Ｄｉ）を含む線量許容範囲に入るようになった後にビーム輸送系３の電磁石７を調整するので、照射装置４の機器の組立が完了していなくてもビーム輸送系３の電磁石調整ができ、従来よりも粒子線治療装置の立上作業が短期間にできる。
【００３９】
実施の形態２．
図１６は、本発明の実施の形態２による電磁石調整装置の構成を示す図である。実施の形態２の電磁石調整装置１０は、荷電粒子ビーム２８の線量計測情報ｓｉｇ２を生成する線量測定機器９が測定対象の電磁石７の上流側に配置された例である。線量計測情報ｓｉｇ２は、スピルフィードバックを行って一定強度（一定線量）の荷電粒子ビーム２８を加速器２から出射するために測定されているので、加速器２の下流側であればどこからでも荷電粒子ビーム２８の線量を測定して線量計測情報ｓｉｇ２を生成しても構わない。例えば、線量測定機器９の線量モニタ２１をビーム輸送系３の加速器２に最も近い側に配置すれば、ビーム位置の測定点を変更する際に線量モニタ２１の位置を変更する必要がないので、実施の形態１の電磁石調整装置１０とよりも短い期間で次のビーム位置の測定を開始することができる。
【００４０】
実施の形態２の電磁石調整装置１０を用いる場合も、ビーム輸送系の電磁石調整方法は、図１３のフローチャート及び図１４のフローチャートで示した方法を適用することができる。したがって、実施の形態２のビーム輸送系の電磁石調整方法は、実施の形態１のビーム輸送系の電磁石調整方法と同様に、照射装置４の機器の組立が完了していなくてもビーム輸送系３の電磁石調整ができ、従来よりも粒子線治療装置の立上作業が短期間にできる。
【００４１】
実施の形態３．
図１７は、本発明の実施の形態３による電磁石調整装置の構成を示す図である。図１８は図１７の線量信号処理装置の構成を示す図であり、図１９は図１７の位置モニタのモニタ電流を示す図であり、図２０は図１７の位置信号処理装置の構成を示す図である。実施の形態３の電磁石調整装置１０は、位置測定機器８が位置モニタ７２及び高電圧発生器７３を備え、線量測定機器９がファラデーカップ７１の例である。ファラデーカップ７１は荷電粒子が当たることで発生する電荷を収集する金属であり、入射した荷電粒子の数に応じた電流を生成する検出器である。ファラデーカップ７１は荷電粒子ビーム２８を遮断するので、ビームダンパ２３の機能も備えている。位置測定機器８及び線量測定機器９の機器構成の変更に伴って、設定パラメータ生成装置１５は、線量信号処理装置７４、位置信号処理装置７５、電流パターン設定装置３１と、を備える構成に変更されている。
【００４２】
線量信号処理装置７４は、実施の形態１の線量信号処理装置２５と基本的に同様であるが、図１８に示すように、入力された微小なアナログ信号である線量計測情報ｓｉｇ２を電圧Ｖ１に変換する電流電圧変換器５１が電流電圧変換器７６に変更されている。電流電圧変換器７６は、同じ線量でも線量モニタ２１から出力される電流とファラデーカップ７１から出力される電流値が異なるので、すなわち電流と線量の特性が異なるので、同一の線量を示す電圧Ｖ１になるように補正されている。
【００４３】
位置モニタ７２は、図１９に示すように、ｘ方向用及びｙ方向用の複数のワイヤを備えており、荷電粒子ビーム２８が通過することでアルゴンや窒素等の封入ガスが電離したイオンの電流を、高電圧発生器７３で生成された高電圧が印加された複数のワイヤにて検出する。位置モニタ７２は、荷電粒子ビーム２８が透過する透過型の位置モニタである。位置モニタ７２にて検出された微小電流は、位置計測情報ｓｉｇ１である。すなわち、位置計測情報ｓｉｇ１は電流情報である。位置モニタ７２にて検出された位置計測情報ｓｉｇ１は、位置信号処理装置７５に出力される。図１９では、ｘ方向用、ｙ方向用にそれぞれ５本のワイヤを示した。ｘ方向用のワイヤに符号ｗｘ１、ｗｘ２、ｗｘ３、ｗｘ４、ｗｘ５を付し、ｙ方向用のワイヤに符号ｗｙ１、ｗｙ２、ｗｙ３、ｗｙ４、ｗｙ５を付した。ワイヤｗｘ１、ｗｘ２、ｗｘ３、ｗｘ４、ｗｘ５のそれぞれからモニタ電流Ｉｘ１、Ｉｘ２、Ｉｘ３、Ｉｘ４、Ｉｘ５が検出され、ワイヤｗｙ１、ｗｙ２、ｗｙ３、ｗｙ４、ｗｙ５のそれぞれからモニタ電流Ｉｙ１、Ｉｙ２、Ｉｙ３、Ｉｙ４、Ｉｙ５が検出される。モニタ電流Ｉｘ１、Ｉｘ２、Ｉｘ３、Ｉｘ４、Ｉｘ５はｘ方向の位置計測情報ｓｉｇ１ｘであり、モニタ電流Ｉｙ１、Ｉｙ２、Ｉｙ３、Ｉｙ４、Ｉｙ５はｙ方向の位置計測情報ｓｉｇ１ｙである。位置計測情報ｓｉｇ１は、ｘ方向の位置計測情報ｓｉｇ１ｘとｙ方向の位置計測情報ｓｉｇ１ｙを有している。
【００４４】
位置信号処理装置７５は、例えば図２０に示すように、位置計測情報ｓｉｇ１ｘ、ｓｉｇ１ｙの各モニタ電流を信号変換する信号変換部９１ａ、９１ｂ、数値演算部８０、出力部８１、計算機８２、表示装置８３、記憶装置８４を備えている。位置計測情報ｓｉｇ１ｘの信号変換を行う信号変換部９１ａは、電流電圧変換部７７、アンプ部７８、ＡＤ変換部７９を備えている。位置計測情報ｓｉｇ１ｙの信号変換を行う信号変換部９１ｂは、電流電圧変換部７７、アンプ部７８、ＡＤ変換部７９を備えている。信号変換部９１ａの電流電圧変換部７７は、モニタ電流の数に対応する複数の電流電圧変換器を備えており、入力された微小なアナログ信号である位置計測情報ｓｉｇ１ｘのモニタ電流Ｉｘ１、Ｉｘ２、Ｉｘ３、Ｉｘ４、Ｉｘ５のそれぞれを電圧Ｖ１ｘに変換する。アンプ部７８は、モニタ電流の数に対応する複数のアンプを備えており、各アンプは電圧Ｖ１ｘを電圧Ｖ２ｘに増幅する。ＡＤ変換部７９は、モニタ電流の数に対応する複数のＡＤ変換器を備えており、各ＡＤ変換器は電圧Ｖ２ｘをアナログデジタル変換（ＡＤ変換）し、デジタル信号ｄｔ１ｘを生成する。電圧Ｖ１ｘ、電圧Ｖ２ｘ、デジタル信号ｄｔ１ｘは、モニタ電流の数に対応する数だけ生成される。
【００４５】
信号変換部９１ｂの電流電圧変換部７７は、信号変換部９１ａの電流電圧変換部７７と同様である。信号変換部９１ｂの電流電圧変換部７７は、モニタ電流の数に対応する複数の電流電圧変換器を備えており、入力された微小なアナログ信号である位置計測情報ｓｉｇ１ｙのモニタ電流Ｉｙ１、Ｉｙ２、Ｉｙ３、Ｉｙ４、Ｉｙ５のそれぞれを電圧Ｖ１ｙに変換する。アンプ部７８は、モニタ電流の数に対応する複数のアンプを備えており、各アンプは電圧Ｖ１ｙを電圧Ｖ２ｙに増幅する。ＡＤ変換部７９は、モニタ電流の数に対応する複数のＡＤ変換器を備えており、各ＡＤ変換器は電圧Ｖ２ｙをアナログデジタル変換（ＡＤ変換）し、デジタル信号ｄｔ１ｙを生成する。電圧Ｖ１ｙ、電圧Ｖ２ｙ、デジタル信号ｄｔ１ｙは、モニタ電流の数に対応する数だけ生成される。
【００４６】
数値演算部８０は、複数のデジタル信号ｄｔ１ｘから荷電粒子ビーム２８のｘ方向の位置情報デジタル信号ｄｔｐ１ｘを演算し、複数のデジタル信号ｄｔ１ｙから荷電粒子ビーム２８のｙ方向の位置情報デジタル信号ｄｔｐ１ｙを演算する。位置情報デジタル信号ｄｔｐ１ｘは、荷電粒子ビーム２８のｘ方向のビーム位置(中心の座標)、ｘ方向のビームサイズ(広がり)、ｘ方向のビーム分布である。位置情報デジタル信号ｄｔｐ１ｙは、荷電粒子ビーム２８のｙ方向のビーム位置(中心の座標)、ｙ方向のビームサイズ(広がり)、ｙ方向のビーム分布である。ビームサイズ(広がり)は、１次元のガウス分布の１σに相当する長さである。ビーム分布は、各ワイヤの位置に対応付した電流値又は電圧値の分布である。
【００４７】
出力部８１は、位置情報デジタル信号ｄｔｐ１ｘ、ｄｔｐ１ｙを計算機８２への伝送フォーマットに合わせて、すなわち伝送フォーマット化して、伝送信号ｆｄｔｐ１ｘ、ｆｄｔｐ１ｙを生成する。計算機８２は、伝送信号ｆｄｔｐ１ｘ、ｆｄｔｐ１ｙからｘ方向及びｙ方向のビーム位置(中心の座標)、ビームサイズ(広がり)、ビーム分布を復元する。計算機８２から出力されたｘ方向及びｙ方向のビーム位置、ビームサイズ、ビーム分布６１は、表示装置８３に表示され、記憶装置８４に記憶される。表示装置８３はディスプレイ等であり、記憶装置８４はメモリ、ハードディスク（ＨＤＤ）等である。また、計算機８２は、電流パターン設定装置３１に位置情報ｓｉｇ４を出力する。位置情報ｓｉｇ４は、荷電粒子ビーム２８におけるｘ方向及びｙ方向のビーム位置(中心の座標)、ｘ方向及びｙ方向のビームサイズ(広がり)、ｘ方向及びｙ方向のビーム分布である。
【００４８】
実施の形態３の電磁石調整装置１０を用いる場合も、ビーム輸送系の電磁石調整方法は、図１３のフローチャート及び図１４のフローチャートで示した方法を適用することができる。したがって、実施の形態３のビーム輸送系の電磁石調整方法は、実施の形態１のビーム輸送系の電磁石調整方法と同様に、照射装置４の機器の組立が完了していなくてもビーム輸送系３の電磁石調整ができ、従来よりも粒子線治療装置の立上作業が短期間にできる。
【００４９】
また、実施の形態３の電磁石調整装置１０は、線量測定機器９としてファラデーカップ７１を用いることで、実施の形態１及び２のビーム輸送系の電磁石調整方法のように、ビームダンパ２３を配置する必要がない。実施の形態３の電磁石調整装置１０を用いて立ち上げるビーム輸送系３は、各測定点Ｐでの機器の設置作業が少なくなり、ポート６５のサイズが小さくできる。ビームダンパ２３用のポートを設けていた場合には、そのビームダンパ２３用のポートを無くことができる。実施の形態３の電磁石調整装置１０を用いて立ち上げるビーム輸送系３は、ポート６５のサイズ縮小又はビームダンパ２３用のポートを無くことができので、ビーム輸送系３の真空ダクト２９の短縮及び高真空化ができる。
【００５０】
実施の形態４．
図２１は、本発明の実施の形態４による電磁石調整装置の構成を示す図である。実施の形態４の電磁石調整装置１０は、位置測定機器８がスクリーンモニタ２２及びカメラ２４を備え、線量測定機器９がファラデーカップ７１の例である。実施の形態４の電磁石調整装置１０は、実施の形態１の電磁石調整装置１０の線量モニタ２１及び高電圧発生器２６がファラデーカップ７１に変更され、実施の形態１の電磁石調整装置１０の線量信号処理装置２５が実施の形態３で説明した線量信号処理装置７４に変更されたものである。ファラデーカップ７１はビームダンパの機能も備えているので、スクリーンモニタ２２がファラデーカップ７１の上流側に配置される。ファラデーカップ７１はスクリーンモニタ２２を透過した荷電粒子ビーム２８の線量を測定する。スクリーンモニタ２２の厚さ及び材質、すなわち蛍光板の厚さ及び材質は、ファラデーカップ７１の検出感度に合わせて選択する。
【００５１】
実施の形態４の電磁石調整装置１０を用いる場合も、ビーム輸送系の電磁石調整方法は、図１３のフローチャート及び図１４のフローチャートで示した方法を適用することができる。したがって、実施の形態４のビーム輸送系の電磁石調整方法は、実施の形態１のビーム輸送系の電磁石調整方法と同様に、照射装置４の機器の組立が完了していなくてもビーム輸送系３の電磁石調整ができ、従来よりも粒子線治療装置の立上作業が短期間にできる。また、実施の形態４の電磁石調整装置１０は、ビームダンパ２３を配置する必要がないので、実施の形態３と同様に、実施の形態４の電磁石調整装置１０を用いて立ち上げるビーム輸送系３は、各測定点Ｐでの機器の設置作業が少なくなり、ポート６５のサイズが小さくできる。ビームダンパ２３用のポートを設けていた場合には、そのビームダンパ２３用のポートを無くことができる。実施の形態４の電磁石調整装置１０を用いて立ち上げるビーム輸送系３は、ポート６５のサイズ縮小又はビームダンパ２３用のポートを無くことができので、ビーム輸送系３の真空ダクト２９の短縮及び高真空化ができる。
【００５２】
実施の形態５．
図２２は、本発明の実施の形態５によるビーム輸送系の電磁石調整方法を適用する粒子線治療装置の概略構成図である。図２３は図２２の電磁石調整装置における位置測定機器及び設定パラメータ生成装置の構成を示す図であり、図２４は図２２のＲＦＫＯ制御装置の構成を示す図である。実施の形態５の電磁石調整装置１０は、実施の形態１の電磁石調整装置１０とは、線量測定機器９が加速器２のビーム残量（残留線量）を測定するＤＣＣＴ（DC Current Transformer）測定器８５及びＡＤ変換器８６であり、線量測定機器９にて測定されたＤＣＣＴ計測情報である残留線量計測情報ｓｉｇ５がＲＦＫＯ制御装置５に入力され、設定パラメータ生成装置１５が画像処理装置２７及び電流パターン設定装置３１に変更された点で異なる。実施の形態１と異なる部分を説明する。
【００５３】
ＤＣＣＴ測定器８５は加速器２内の荷電粒子ビーム２８の直流電流、すなわち現在のビーム残量（ＤＣＣＴ電流）を測定する。実施の形態５の電磁石調整装置１０は、加速器２内の現在のビーム残量（ＤＣＣＴ電流）の情報である残留線量計測情報ｓｉｇ５をＲＦＫＯ制御装置５に出力している。ＲＦＫＯ制御装置５は、このビーム残量（残留線量）の値から演算されたビームの減少量（減少線量）の値を出射線量値と推定して、これに基づいて制御信号ｓｉｇａを生成し、一定強度（一定線量）の荷電粒子ビーム２８が加速器２から出射されるように制御する。より具体的には、ＲＦＫＯ制御装置５は、ビーム残量（残留線量）の値から推定した推定出射線量値が目標値を含む線量許容範囲に入るように一定強度（一定線量）の荷電粒子ビーム２８が加速器２から出射されるように制御する。実施の形態５のＲＦＫＯ制御装置５は図２４に示すように、フィードバック制御部４６の入力器４４からＰＩ制御回路４９に出力する回路構成が、実施の形態１のＲＦＫＯ制御装置５と異なっている。ＰＩ制御回路４９には線量推定値生成回路９０にて生成された推定出射線量値である線量推定値Ｄｓが入力される。線量推定値生成回路９０は、入力器４４、遅延回路８７、差分演算器８８、補正回路８９を備えている。
【００５４】
ＤＣＣＴ測定器８５にて測定されたアナログ信号のＤＣＣＴ電流をＡＤ変換器８６は、デジタル信号の残留線量計測情報ｓｉｇ５を生成する。ＲＦＫＯ制御装置５のフィードバック制御部４６の入力器４４は、残留線量計測情報ｓｉｇ５に基づいてＤＣＣＴ計測値Ｄｄを生成する。遅延回路８７は予め定められた遅延時間ｔｄが遅延させた遅延ＤＣＣＴ計測値Ｄｄｄを生成する。遅延ＤＣＣＴ計測値Ｄｄｄは、現在のＤＣＣＴ計測値Ｄｄよりも遅延時間ｔｄだけ前のＤＣＣＴ計測値に相当する。差分演算器８８は遅延ＤＣＣＴ計測値ＤｄｄからＤＣＣＴ計測値Ｄｄを引いた減少線量値Ｄｓ０を演算する。補正回路８９は、減少線量値Ｄｓ０を線量目標値Ｄｉと同じレンジになるように補正して、線量推定値Ｄｓを生成する。線量推定値ＤｓがＰＩ制御回路４９に入力され、ＰＩ制御回路４９は、線量推定値Ｄｓ、線量目標値Ｄｉに基づいてＰＩ制御（比例積分制御）を実行して変調制御信号ｓｉｇｃを生成する。ＰＩ制御回路４９は、ＰＩ制御を実行する際に、線量目標値Ｄｉと線量推定値Ｄｓとの差分である線量差を計算し、この線量差、線量目標値Ｄｉ、線量推定値Ｄｓに基づいて変調制御信号ｓｉｇｃを生成する。
【００５５】
実施の形態５の電磁石調整装置１０は、線量目標値Ｄｉと比較する線量値がビーム輸送系３において直接測定されないので、すなわち演算された線量推定値Ｄｓには遅延時間ｔｄを含む演算遅延が発生しているので、必要に応じて線量推定値生成回路９０が演算する線量推定値Ｄｓをリセットする。線量目標値Ｄｉがビーム出射中に変更された場合は、入力器４４の出力であるＤＣＣＴ計測値Ｄｄ及び遅延回路の出力である遅延ＤＣＣＴ計測値Ｄｄｄをリセットしてから、残留線量計測情報ｓｉｇ５のデータ取り込み、すなわち入力器４４のＤＣＣＴ計測値Ｄｄの更新を行う。
【００５６】
実施の形態５の電磁石調整装置１０を用いる場合も、ビーム輸送系の電磁石調整方法は、図１３のフローチャート及び図１４のフローチャートで示した方法を適用することができる。したがって、実施の形態５のビーム輸送系の電磁石調整方法は、実施の形態１のビーム輸送系の電磁石調整方法と同様に、照射装置４の機器の組立が完了していなくてもビーム輸送系３の電磁石調整ができ、従来よりも粒子線治療装置の立上作業が短期間にできる。実施の形態５の電磁石調整装置１０は、実施の形態１の電磁石調整装置１０と異なり、ビーム位置の測定点を変更する際に線量測定機器９の位置を変更する必要がないので、実施の形態１の電磁石調整装置１０とよりも短い期間で次のビーム位置の測定を開始することができる。
【００５７】
以上のように、実施の形態５のビーム輸送系の電磁石調整方法は、加速器２から出射された荷電粒子ビーム２８を照射装置４に輸送するビーム輸送系３の電磁石７を調整するビーム輸送系の電磁石調整方法であって、加速器２に配置された線量測定機器９にて計測された荷電粒子ビーム２８の残留線量の情報である残留線量計測情報ｓｉｇ５に基づいて、加速器２から出射された荷電粒子ビーム２８の出射線量値が推定され、推定された荷電粒子ビーム２８の推定出射線量値（線量推定値Ｄｓ）が目標値（線量目標値Ｄｉ）を含む線量許容範囲に入るように出射量制御装置（ＲＦＫＯ制御装置５）により加速器２を制御する一定線量制御手順と、一定線量制御手順にて制御された荷電粒子ビーム２８を用いて、ビーム輸送系３に配置された位置測定機器８にて計測された位置計測情報ｓｉｇ１に基づいて荷電粒子ビーム２８のビーム位置が演算され、位置測定機器８の配置位置よりも上流側の電磁石７の電流パターンＩｐ１をビーム位置に基づいて決定する電流パターン決定手順と、を含むことを特徴とする。電流パターン決定手順は、荷電粒子ビーム２８のビーム位置が設計範囲を超える場合に、荷電粒子ビーム２８のビーム位置が設計範囲内に入るように、電磁石７の電流パターンＩｐ１を変更することを特徴とする。実施の形態５のビーム輸送系の電磁石調整方法は、この特徴により、加速器２に配置された線量測定機器９にて計測された残留線量計測情報ｓｉｇ５に基づいて推定された荷電粒子ビーム２８の推定出射線量値（線量推定値Ｄｓ）が目標値（線量目標値Ｄｉ）を含む線量許容範囲に入るようになった後にビーム輸送系３の電磁石７を調整するので、照射装置４の機器の組立が完了していなくてもビーム輸送系３の電磁石調整ができ、従来よりも粒子線治療装置の立上作業が短期間にできる。
【００５８】
なお、実施の形態１〜実施の形態５の電流パターン設定装置３１は計算機を備えている。電流パターン設定装置３１の計算機と、計算機５７、８２は、図２５に示すように、プロセッサ９８、メモリ９９を備えている。電流パターン設定装置３１の計算機と、計算機５７、８２が実現する機能はプロセッサ９８、メモリ９９により実現される。図２５は、計算機の機能を実現するハードウェア構成を示す図である。電流パターン設定装置３１の計算機と、計算機５７、８２の機能は、プロセッサ９８がメモリ９９に記憶されたプログラムを実行することにより、実現される。また、計算機５７、８２の機能は、複数のプロセッサ９８および複数のメモリ９９が連携して機能を実行してもよい。また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００５９】
２…加速器、３…ビーム輸送系、４…照射装置、５…ＲＦＫＯ制御装置（出射量制御装置）、６…アンプ、７…電磁石、８…位置測定機器、９…線量測定機器、１９…ＲＦＫＯ電極（調整電極）、２１、２１ａ…線量モニタ、２２、２２ａ…スクリーンモニタ、２４…カメラ、２８…荷電粒子ビーム、３７…ＡＭ変調器（制御信号生成器）、６０…カメラ画像（画像情報）、６２ａ、６２ｂ…偏向電磁石、６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ、６３ｅ…四極電磁石、６４…六極電磁石、７１…ファラデーカップ、７２…位置モニタ、ｓｉｇ１、ｓｉｇ１ｘ、ｓｉｇ１ｙ…位置計測情報、ｓｉｇ２…線量計測情報、ｓｉｇ３…線量値情報、ｓｉｇ５…残留線量計測情報、ｓｉｇａ…制御信号、Ｄｍ…線量計測値、Ｄｓ…線量推定値、Ｄｉ…線量目標値、Ｉｐ１…電流パターン、Ｐ、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５…測定点、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４…エネルギー、Ｉｘ１、Ｉｘ２、Ｉｘ３、Ｉｘ４、Ｉｘ５…モニタ電流、Ｉｙ１、Ｉｙ２、Ｉｙ３、Ｉｙ４、Ｉｙ５…モニタ電流
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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