(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のワイヤ電極を有し、通過する荷電粒子ビームを検出する収集電極と、
前記ワイヤ電極から出力される検出信号を受け取って信号処理する信号処理装置と、
前記信号処理装置からの処理信号に基づいて、前記ワイヤ電極を通過した荷電粒子ビームの位置及びビーム幅を求めるビームモニタ制御装置を備え、
前記収集電極は、隣り合う複数の前記ワイヤ電極を一つのグループとした複数のグループで構成され、
前記信号処理装置は、前記グループの各々から選択された一つのワイヤ電極から出力される検出信号を同一の配線から入力するように、前記グループに属するワイヤ電極と同数の配線によって全ての前記ワイヤ電極と接続され、
前記信号処理装置は、入力された検出信号がいずれのグループに属するワイヤ電極の検出信号であるかを示すグループ情報を求め、前記グループ情報を含む前記処理信号を前記ビームモニタ制御装置に出力することを特徴とするビームモニタシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のビームモニタシステムにおいて、
前記グループは、隣り合う複数の前記ワイヤ電極で構成される区分に分割され、
ある区分に属する各々の前記ワイヤ電極は、他のグループに属する区分のいずれか一つの前記ワイヤ電極とそれぞれ同一の配線によって前記信号処理装置に接続され、
グループ毎に前記信号処理装置への配線を異なる接続に入れ替える置換接続によって、前記区分に属する前記ワイヤ電極と前記他のグループの区分に属する前記ワイヤ電極とを接続し、
前記信号処理装置は、計画したビーム照射目標位置情報をもとにして、前記ワイヤ電極からの各々の検出信号を前記置換接続の情報に基づいて並び替えて、前記荷電粒子ビームのビーム位置及びビーム幅を求めることを特徴とするビームモニタシステム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のビームモニタシステムにおいて、
前記収集電極は、一つの前記グループを構成する複数の前記ワイヤ電極の幅が、照射予定の前記荷電粒子ビームの幅より大きくなるように構成されることを特徴とするビームモニタシステム。
【請求項４】
請求項２又は３に記載のビームモニタシステムにおいて、
前記一つのグループが前記荷電粒子ビームのビーム幅を必要十分にカバーする区分数より大きい区分を含んだことを特徴とするビームモニタシステム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のビームモニタシステムにおいて、
前記ビームモニタ制御装置で求めたビーム位置及びビーム幅の情報を受取り、画面上に表示する表示装置を備えることを特徴とするビームモニタシステム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のビームモニタシステムにおいて、
前記信号処理装置は、前記ワイヤ電極からの検出信号を保存する記憶装置を有し、前記記憶装置に記憶された前記検出信号を処理して前記処理信号を出力することを特徴とするビームモニタシステム。
【請求項７】
請求項２乃至５のいずれか１項に記載のビームモニタシステムにおいて、
ビームのプロファイルを想定した荷電粒子ビームの信号を本モニタシステムの信号処理構成を模擬して計算したビームプロファイル情報と異常照射時の前記荷電粒子ビームのビームプロファイル情報を比較して、前記荷電粒子ビームのビーム位置及びビーム幅を求めることを特徴とするビームモニタシステム。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のビームモニタシステムを備えることを特徴とする粒子線照射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子ビーム照射システムにおけるビーム位置の監視およびその制御方法に係り、特に、陽子及び炭素イオン等の荷電粒子ビームを患部に照射して治療する粒子線治療装置に適用するのに好適な荷電粒子ビーム照射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
がん等の患者の患部に陽子及び炭素イオン等の荷電粒子ビーム（イオンビーム）を照射する治療方法が知られている。この治療に用いる荷電粒子ビーム照射システム（粒子線出射装置或いは荷電粒子ビーム出射装置）は、荷電粒子ビーム発生装置を備え、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、第１ビーム輸送系及び回転ガントリに設けられた第２ビーム輸送系を経て回転ガントリに設置された照射装置に達し、荷電粒子ビームは照射装置より出射されて患者の患部に照射される。照射装置の照射方式としては、散乱体によってビームを広げた後に患部形状に合せて切り出す二重散乱体方式（非特許文献１の２０８１頁、図３５）、ウォブラ法（非特許文献１の２０８４頁、図４１）、および細かいビームを患部領域内に走査させるスキャニング方式（非特許文献１の２０９２頁及び２０９３頁）が知られている。
【０００３】
上記ビーム照射法の中でも、正常細胞に対する影響が少なく、ノズル内蔵機器が不要であるという特徴からスキャニング方式に注目が集まっている。スキャニング方式は、照射対象への照射量に対応して、荷電粒子ビームの出力を停止させ、エネルギーおよび、走査電磁石を制御することにより、スポットと呼ばれる荷電粒子ビームの照射位置を変更し、変更完了後に荷電粒子ビームの出射を再開することで、順次、照射位置を切り替えながら照射対象（患部）の形状に合わせてビームを照射することが特徴である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１７５８２９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】レビュー  オブ  サイエンティフィック  インスツルメンツ６４巻８号（１９９３年８月）の第２０７４〜２０９３頁（REVIEW  OF  SCIENTIFIC  INSTRUMENTS  VOLUME  ６４  NUMＢER  ８（ＡＵＧＵＳＴ  １９９３）P２０７４−２０９３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
荷電粒子照射システムにおいて、患部の形状に合せて照射するために走査電磁石の下流側にあってかつ照射対象である患者の直前にビーム位置監視モニタ（以降、スポット位置モニタと呼ぶ）が設置されている。
【０００７】
スポット位置モニタはマルチワイヤと呼ばれる検出器（以降、チャンネルと呼ぶ）を備え、チャンネル毎に荷電粒子ビームの通過によって発生した電荷量をコンデンサに蓄積し、誘起された電圧を読み出す方式である。各チャンネルで検出する信号は微弱であることからチャンネルの下流側には増幅器が設置され、チャンネルで検出した信号は増幅器を介し信号処理装置に送られる。信号処理装置は、受信した検出信号を処理し、ビームモニタ制御装置が処理信号に基づいて荷電粒子ビームが通過した位置及び荷電粒子ビームのビーム幅を求める。
【０００８】
スポット位置モニタには、チャンネル数に応じた信号増幅器および信号処理装置が必要となる。荷電粒子ビームが通過した位置及びビーム幅を求めるためには、全てのチャンネルに対して信号増幅および信号処理をする必要があるため、チャンネル数が増えるほど荷電粒子ビームの位置およびビーム幅を検出するのに時間を要してしまうといった課題があった。
【０００９】
このような課題に対して、特許文献１には、チャンネル数に応じた信号増幅器及び信号処理装置を備えるビームモニタシステムおいて、予め指定された荷電粒子ビームの通過位置およびビーム幅の情報に基づいて演算するチャンネル範囲を限定して信号処理を行うことで処理速度を向上させる荷電粒子ビームの測定方法が開示されている。しかしながら、このような荷電粒子ビームの測定方法の場合、細いビームで照射を行う等の理由により、多数チャンネルが必要となった場合にはビームモニタシステムだけで大規模かつ複雑な構成になりコストが高くなってしまう。
【００１０】
本発明の目的は、スキャニング方式におけるスポット照射において、荷電粒子ビームの位置およびビーム幅の監視をシンプルな構成で、かつ短時間に判断できるビームモニタシステム及び粒子線照射システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
荷電粒子ビームのビームプロファイルを計測するマルチワイヤ形モニタにおいて、複数のワイヤから出力される信号を分割して、同じ数のワイヤでグループ化し、各グループの信号を１点ずつ取り出し、接続し、グループに属するワイヤの数の点数分にまとめ、接続情報を記憶した信号処理部に接続することを特徴とするビーム監視システム。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、荷電粒子ビームの位置およびビーム幅の算出に利用するチャンネルを限定するため、全チャンネルに対応した信号処理装置を有するモニタシステムと比較し、シンプルな構成でモニタシステムを構築できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態である粒子線照射システムの全体構成を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態である粒子線照射システムを構成するスキャニング照射システム及び照射制御システムの概略を示す構成図である。
【図３】本発明の一実施形態である粒子線照射システムを構成するビームモニタに関するモニタ監視制御システムの概略図である。
【図４】スキャニング照射方式の荷電粒子ビーム照射における制御フローである。
【図５】モニタシステムのためのチャンネルのグループ化処理接続図（１区分：１６ch、１グループ：２区分、全５グループの場合の例）である。
【図６】本発明の一実施形態である粒子線照射システムを用いた置換接続による電流・周波数変換器の出力分布例である。
【図７】本発明の一実施形態である粒子線照射システムを用いたチャンネルグループ化モニタシステムにおける概略図である。
【図８】本発明の他の実施例である粒子線照射システムを用いたチャンネルグループ化モニタシステムにおける概略図である。
【図９】ラスタースキャン方式の荷電粒子ビーム照射における制御フローである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
（実施例１）
本発明の好適な一実施形態である粒子線照射システムを、図１及び図２を用いて説明する。粒子線照射システムとは、治療室内の治療台（ベッド装置）１０上に固定された患者の患部に対して荷電粒子ビーム１２（例えば、陽子線や炭素線等）を照射するシステムである。
【００１６】
本実施例の粒子線照射システムは、荷電粒子ビーム発生装置１、ビーム輸送系２、スキャニング照射装置３及び制御システム４を備える。ビーム輸送系２は、荷電粒子ビーム発生装置１とスキャニング照射装置３を接続する。制御システム４は、治療計画装置６と操作端末４０に接続される。操作端末４０は、操作者（医療従事者）がデータや指示信号を入力する入力装置及び表示画面を備えている。
【００１７】
荷電粒子ビーム発生装置１は、イオン源（図示せず）、前段加速器１５及び円形加速器（シンクロトロン）１６を有する。本実施例では、円形加速器１６としてシンクロトロンを例に説明するが、サイクロトロン等の他の加速器であってもよい。前段加速器１５の上流側にイオン源が接続され、前段加速器１５の下流側に円形加速器１６が接続される。ビーム輸送系２は、荷電粒子ビーム発生装置１の下流側に接続される。
【００１８】
スキャニング照射装置３は、図２に示すように、患者１３を載せる治療台１０、照射ノズル（ノズル装置）１１及び回転ガントリ１４を備える。治療台１０は、治療室内に配置され、患者１３を載せて位置決めを行う。照射ノズル１１には、荷電粒子ビームの進行方向の上流側から順番に、上流ビーム位置モニタ１１ａ、走査電磁石１１ｂ、線量モニタ１１ｃ及び下流ビームモニタ１１ｄがビーム経路に沿って配置される。上流ビームモニタ１１ａは、照射ノズル１１内に入射された荷電粒子ビームの通過位置及びビーム幅（ビーム径）を計測する。走査電磁石１１ｂは、通過する荷電粒子ビームを第一の方向（例えば、Ｘ軸方向）に偏向・走査する第１走査電磁石と、第一の方向と垂直な第二の方向（例えば、Ｙ軸方向）に荷電粒子ビームを偏向・走査する第二走査電磁石を備える。ここで、Ｘ軸方向とは、照射ノズル１１に入射された荷電粒子ビームの進行方向に垂直な平面内の一方向であり、Ｙ軸方向とは、当該平面内であってＸ軸と垂直な方向を示す。下流ビームモニタ１１ｄは、走査電磁石１１ｂの下流側に設置され、通過する荷電粒子ビームの位置及びビーム幅を計測する。つまり、下流ビームモニタ１１ｄは、走査電磁石１１ｂによって走査された荷電粒子ビームの位置及びビーム幅を計測するモニタである。線量モニタ１１ｃは、通過する荷電粒子ビームの照射線量を計測する。つまり、線量モニタ１１ｃは、患者に照射された荷電粒子ビームの照射線量を監視するモニタである。回転ガントリ１４は、アイソセンタ（図示せず）を中心に回転可能な構成である。回転ガントリ１４が回転することによって、患者１０に照射する荷電粒子ビームの照射角度を変更することができる。
【００１９】
制御システム４は、図１に示すように、中央制御装置５、加速器・輸送系制御システム７及びビーム輸送系制御システム８を備える。中央制御装置５が、治療計画装置６、加速器・輸送系制御システム７、照射制御システム８及び操作端末４０に接続される。加速器・輸送系制御システム７は、荷電粒子ビーム発生装置１及びビーム輸送系２に接続され、これらを構成する機器を制御する。照射制御システム８は、スキャニング照射装置３に接続され、これを構成する機器を制御する。
【００２０】
照射制御システム８について、図２を用いて説明する。照射制御システム８は、患者機器制御装置８ａ、モニタ監視制御装置８ｂ及び走査電磁石電源制御装置８ｃを備える。患者機器制御装置８ａは、回転ガントリ１４を構成する各機器を制御する回転ガントリ制御装置８ａ１、治療台１０を移動して位置決め制御する治療台制御装置８ａ１及びノズル１１内に配置された機器を制御するノズル内機器制御装置８ａ３を備える。回転ガントリ制御装置８ａ１が、回転ガントリ１４の回転角度を制御し、患者１０に照射する荷電粒子ビームの照射角度を制御する。
【００２１】
モニタ監視制御装置８ｂは、上流ビームモニタ１１を監視制御する上流ビームモニタ監視制御装置８ｂ１、下流ビームモニタ１１を監視制御する下流ビームモニタ監視制御装置８ｂ２及び線量モニタ１１ｃを監視制御する線量監視制御装置８ｂ３を備える。
【００２２】
上流ビームモニタ監視制御装置８ｂ１は照射ノズル１１に入射された荷電粒子ビームのビーム位置及びビーム幅を計測する機能を有し、荷電粒子ビームに異常がないか否かを判定する機能（異常判定処理）を有する。下流ビームモニタ監視制御装置８ｂ２は、走査電磁石１１ｂによって走査された荷電粒子ビームのビーム位置及びビーム幅を計測する機能を有し、走査された荷電粒子ビームのビーム位置及びビーム幅に異常がないか否かを判定する機能（異常判定処理）を有する。具体的には、以下の通りである。
【００２３】
上流ビームモニタ監視制御装置８ｂ１は、上流ビームモニタ１１ａで計測された計測データを受信して演算処理し、荷電粒子ビームが通過した位置及びビーム幅を求める。求めたビーム位置が予め定められた範囲外の場合、又はビーム幅が予め定められた範囲外の場合、上流ビームモニタ監視制御装置８ｂ１は、ビーム異常と判定し、中央制御装置５に異常信号を出力する。中央制御装置５は、加速器・輸送系制御装置７にビーム停止指令信号を出力し、荷電粒子ビーム発生装置１から出射する荷電粒子ビームを停止する。本実施例では、荷電粒子ビーム発生装置１から出射する荷電粒子ビームを停止するように制御したが、中央制御装置５がビーム輸送系２を制御し、照射ノズル１１に入射される荷電粒子ビームを停止するように制御してもよい。
【００２４】
下流ビームモニタ監視制御装置８ｂ２は、下流ビームモニタ１１ｃで計測した計測データを受信して演算処理し、荷電粒子ビームが通過した位置及びビーム幅を求める。求めたビーム位置が予め定められた範囲外の場合、又はビーム幅が予め定められた範囲外の場合、下流ビームモニタ監視制御装置８ｂ２はビーム異常と判定し、中央制御装置５に異常信号を出力する。中央制御装置５は、加速器・輸送系制御装置７にビーム停止指令信号を出力し、荷電粒子ビーム発生装置１から出射する荷電粒子ビームを停止する。本実施例では、荷電粒子ビーム発生装置１から出射する荷電粒子ビームを停止するように制御したが、中央制御装置５がビーム輸送系２を制御し、照射ノズル１１に入射される荷電粒子ビームを停止するように制御してもよい。
【００２５】
ここで、荷電粒子ビームのビーム位置とは、例えば、ビームモニタ（上流ビームモニタ１１ａ又は下流ビームモニタ１１ｃ）を通過する荷電粒子ビームの重心位置のことを示す。また、荷電粒子ビームのビーム幅とは、ビームモニタ（上流ビームモニタ１１ａ又は下流ビームモニタ１１ｃ）を通過した荷電粒子ビームの領域を示す。ビーム幅として、例えば、ビーム進行方向に垂直な平面上に配置されたビームモニタ（上流ビームモニタ１１ａ又は下流ビームモニタ１１ｃ）で荷電粒子ビームを検出した領域の面積を算出することで求める場合や、このようなビームモニタでの荷電粒子ビームの検出領域の面積及び当該検出領域の幅を算出することで求める場合などがある。
【００２６】
走査電磁石電源制御装置８ｃは、走査電磁石１１ｂの電源装置（図示せず）を制御することによって、走査電磁電磁石１１ｂに励磁する励磁電流を制御する。走査電磁石１１ｂへの励磁電流値を変更することで、患者１０への荷電粒子ビームの照射位置を変更する。
【００２７】
次に、図４を用いて、患者に対する治療開始から治療終了までの流れを説明する。本実施例では、患者１３の患部をビーム進行方向（患者１３の体表面からの深さ方向）に複数の層（以下、レイヤーという）に分割し、各レイヤーを複数のスポットである小領域に分けてビーム照射するスポットスキャニング照射法を例に説明する。
【００２８】
治療計画装置６は、予め取得された患者の治療計画情報を記憶している。治療計画情報は、照射データ（ビームエネルギー情報、照射位置情報、各照射位置に対する荷電粒子ビームの目標線量値等）及び許容値データ（上流ビームモニタ１１ａでの許容ビーム位置情報および許容ビーム幅情報や、各照射位置に対する下流ビームモニタ１１ｄでの許容ビーム位置情報および許容ビーム幅情報等）を含んでいる。なお、本実施例では、治療計画装置６が照射データ及び許容値データを求める構成としたが、治療計画装置６が照射データを求め、中央制御装置５が許容値データを求める構成としても良い。この場合、治療計画装置６は、許容値データを求めるのに必要なデータを中央制御装置５に送信し、中央制御装置５は受け取ったデータに基づいて許容値データを算出する。照射データである目標線量値は、各レイヤー内のスポット位置毎に定められる。
【００２９】
患者１３を治療台（ベッド）上に固定されると、医師は操作端末４０の入力装置から準備開始信号を入力する。準備開始信号を受信した中央制御装置５は、該当する患者の治療計画情報を治療計画装置６から受け取り、治療台制御装置８ａ２にベッド位置情報を出力する。治療台制御装置８ａ２は、ベッド位置情報に基づいて患者１３をビーム軸の延長線上の所定位置に配置するように治療台１０を移動し、位置決めする。また、中央制御装置５は、回転ガントリ制御装置８ａ１にガントリ角度情報を出力する。回転ガントリ制御装置８ａ１は、ガントリ角度情報に基づいて回転ガントリ１４を回転させて所定の角度に配置する。また、中央制御装置５は、照射位置毎の荷電粒子ビームの目標線量値や許容値データをモニタ制御装置８ｂに送信する。中央制御装置５は、照射データに含まれるビームエネルギー情報及び照射位置情報に基づいて、走査電磁石１１ｂに励磁すべき励磁電流値を算出し、励磁電流パラメータを求め、走査電磁石電源制御装置８ｃに励磁電流パラメータを送信する。さらに、中央制御装置５は、治療計画情報に基づいて円形加速器１６の加速運転のための運転パラメータや、円形加速器１６から出射された荷電粒子ビームを照射ノズル１１に輸送するためのビーム輸送系２の運転パラメータを求め、加速器・輸送系制御システム７にこれらの運転パラメータを送信する。
【００３０】
治療の準備が完了すると、医師は操作端末４０の入力装置から治療開始信号を入力する。治療開始信号を入力した中央制御装置５は、加速器・輸送系制御システム７に指令信号を送信する。加速器・輸送系制御システム７は、最初に照射するレイヤー（最初のビームエネルギー情報）に相当する運転パラメータを円形加速器１６及びビーム輸送系２に設定する。円形加速器１６及びビーム輸送系２の運転パラメータが設定されて準備完了すると（ステップ３０）、走査電磁石電源制御装置８ｃは励磁電流パラメータに基づいて走査電磁石１１ｂを励磁する（ステップ３１）。最初の照射スポットに対応する励磁電流が走査電磁石１１ｂに励磁された後、モニタ監視制御装置８ｂの線量監視制御装置８ｂ３が、当該スポット位置に対する目標線量値に基づいてビームの照射線量の監視を開始し（ステップ３２）、照射準備が完了する。
【００３１】
中央制御装置５がビーム出射開始指令を送信すると（ステップ３３）、加速器・輸送系制御装置７がイオン源を起動し、荷電粒子（陽子又は重粒子）が生成される。前段加速器１５は、イオン源からの荷電粒子を加速し、円形加速器１６に出射する。円形加速器１６は、荷電粒子ビームを更に加速する。周回する荷電粒子ビームは、目標エネルギーまで加速され、円形加速器１６からビーム輸送系２に出射される。荷電粒子ビームは、ビーム輸送系２を経てスキャニング照射装置３に到達する。荷電粒子ビームは、照射ノズル１１内をビーム軸に沿って進行し、上流ビームモニタ１１ａ、走査電磁石１１ｂ、線量モニタ１１ｃ及び下流ビームモニタ１１ｄを通過する。照射ノズル１１から出射された荷電粒子ビームが患者１３の患部に照射される。
【００３２】
線量監視制御装置８ｂ３は、線量モニタ１１ｃで計測した計測データを受け取って演算処理し、当該照射スポットに対する照射線量を求める。最初の照射スポットに対する照射線量値が目標線量値に達するまで荷電粒子ビームの照射を続ける。線量監視制御装置８ｂ３は、照射線量値が目標線量値に達したと判断すると、中央制御装置５に対して照射満了信号を出力する（ステップ３４）。中央制御装置５は、荷電粒子ビームの出射を停止する（ステップ３５）。
【００３３】
上流ビームモニタ１１ａで検出した第１検出データを上流ビームモニタ監視制御システム８ｂ１で取り込み、下流ビームモニタ１１ｄで検出した第２検出データを下流ビームモニタ監視制御装置８ｂ２で取り込み、照射された荷電粒子ビームの位置およびビーム幅を求める（ステップ３６）。演算処理が終了し、ビームの位置及びビーム幅に異常がなければ（ビーム位置が許容ビーム位置の範囲内であり、ビーム幅が許容ビーム幅の範囲内と判断されれば）、照射満了した照射スポットがレイヤー内での最後のスポット位置であるか否かを判定する。最後の照射スポット位置でないと判断された場合（Ｎｏの場合）、ステップ３１に戻り、操作電磁石電源制御装置８ｃは、次のスポットに荷電粒子ビームを照射するように、走査電磁石１１の励磁電流値を変更する。走査電磁石電源制御装置８ｃは励磁電流パラメータに基づいて走査電磁石１１ｂを励磁すると（ステップ３１）、モニタ監視制御装置８ｂの線量監視制御装置８ｂ３が、次の照射スポット位置に対する目標線量値に基づいてビーム線量の監視を再開する（ステップ３２）。中央制御装置５がビーム出射開始指令を送信することで、次の照射スポット位置に対する荷電粒子ビームの照射が開始される（ステップ３３）。照射満了した照射スポットがレイヤー内での最後のスポット位置であると判断されるまで（Ｙｅｓと判断されるまで）、走査電磁石設定（ステップ３１）から最後のスポットであるか否かの判定までの制御フロー３７を繰り返し行う。
【００３４】
レイヤー内の全てのスポットへの照射が完了すると、中央制御装置５は、照射完了したレイヤーが患者１３に対する最後のレイヤーであるか否かを判断する。最後のレイヤーでない場合（Ｎｏの場合）、中央制御装置５は加速器・輸送系制御システム７に指令信号を送信する。加速器・輸送系制御システム７は、次に照射するレイヤーに相当する運転パラメータを円形加速器１６及びビーム輸送系２に設定し、次の運転準備を開始する（ステップ３０）。この制御フロー３８を全てのレイヤーが照射完了するまで繰り返す。全てのスポットおよび全てのレイヤーの照射が完了すると治療終了３９となる。
【００３５】
ここで、従来方式の下流ビームモニタシステムにおけるビーム位置およびビーム幅の計測について説明する。従来の下流ビームモニタ監視制御装置では、図４におけるビーム位置およびビーム幅の計測処理にて、下流ビームモニタの全チャンネル数の計測データを取り込んだ後、各チャンネルにおけるオフセット分を差し引き、ピークチャンネルを検索している。検索終了後、ピークチャンネルの出力のＮ％（例えば３０％）以下のデータは除外し、ガウスフィット処理を行う。その後、照射したビームの位置およびビーム幅を算出する。このような処理は従来の上流ビームモニタ監視制御装置も同様に行われていた。
【００３６】
従来方式では、実際にビーム位置およびビーム幅の算出に必要なチャンネルはピークチャンネル出力のＮ％以上のチャンネルのみであるにもかかわらず、全チャンネルのデータを取り込み処理するため、モニタ信号処理装置内のパルスカウンタ、および下流ビームモニタ制御装置内の積算パルス取込装置をチャンネル数に応じて設置する必要があった。そのため、モニタシステムが従来よりも多数チャンネルで構成される場合、前記装置の員数もその分多く設置しなければならない課題があった。
【００３７】
本実施例のビームモニタシステムは、このような課題を解決するために見出されたものである。以下、本実施例のビームモニタシステムについて説明する。
【００３８】
まずは、ビームモニタシステムの構成について説明する。本実施例のビームモニタシステムは、ビームモニタ、モニタ信号処理装置及びビームモニタ制御装置を備える。ここで、ビームモニタシステムとして下流ビームモニタシステムの構成を例に、図３を用いて説明する。なお、上流ビームモニタシステムは、下流ビームモニタシステムと同様の構成を有し、ビームモニタのチャンネル数のみが異なる構成となる。下流ビームモニタ１１ｄは、モニタ信号処理装置２２を介して下流ビームモニタ制御装置８ｂ２に接続される。
【００３９】
下流ビームモニタ１１ｄは、マルチワイヤイオンチェンバ型のビームモニタである。下流ビームモニタ１１ｄは、荷電粒子ビームのＸ方向の通過位置を検出するＸ電極、Ｙ方向の通過位置を検出するＹ電極、電圧を印加する高圧電極（電圧印加電極、図示せず）及び電流・周波数変換器（パルス発生器）２３を備える。本実施例では、荷電粒子ビームの進行方向の上流側からＸ電極、Ｙ電極の順番で配置された構成を例に説明するが、Ｙ電極、Ｘ電極の順番で配置される構成であっても良い。Ｘ電極及びＹ電極は、タングステンワイヤ（ワイヤ電極）が等間隔で張られた構成を有する電荷収集電極である。Ｘ電極及びＹ電極を構成するワイヤ電極は、荷電粒子ビームのビーム軌道上に配置され、荷電粒子ビームを検出する。高圧電極に電圧を印加することによって、Ｘ電極と高圧電極の間に電場を発生し、Ｙ電極と高圧電極の間に電場を発生させる。荷電粒子ビームがイオンチェンバを通過すると、高圧電極とＸ電極の間の気体及び高圧電極とＹ電極の間の気体が電離し、イオンペアが生成され、生成されたイオンペアは、電場によってＸ電極及びＹ電極に移動して、ワイヤ（以降、チャンネルと呼ぶ）により回収される。従って、各チャンネルの検出電荷量を計測することにより、ビーム形状２１を測定することができる。また、各チャンネルの検出電荷量を演算処理することにより、ビームの重心位置およびビーム幅を算出できる。
【００４０】
各チャンネルで検出された電荷は、パルス発生器２３に入力される。パルス発生器２３は、受け取った電荷をパルス信号に変換した後、モニタ信号処理装置２２にパルス信号（検出信号）を出力する。モニタ信号処理装置２２は、複数のパルスカウンタを備え、入力したパルス信号を受け取って信号処理する。具体的には、モニタ信号処理装置２２のパルスカウンタは入力したパルス信号に基づいてパルス数を積算し、積算されたパルス数をパルスカウンタ取込装置に出力する。モニタ信号処理装置２２は、２つの積算パルス取込装置（第１の積算パルス取込装置と第２の積算パルス取込装置）を備える。第１の積算パルス取込装置は、Ｘ電極につながるパルスカウンタに接続され、Ｘ電極で検出された信号に基づくパルス数のデータ収集を行い、Ｘ軸方向の荷電粒子ビームのビーム位置及びビーム幅を求める。第２の積算パルス取込装置は、Ｙ電極につながるパルスカウンタに接続され、Ｙ電極で検出された信号に基づくパルス数のデータ収集を行い、Ｙ軸方向の荷電粒子ビームのビーム位置及びビーム幅を求める。第１の積算パルス取込装置と第２の積算パルス取込装置は、下流ビームモニタ制御装置８ｂ２内のＣＰＵに接続される。第１の積算パルス取込装置及び第２の積算パルス取込装置で収集して求めたビーム位置及びビーム幅のデータ（処理信号）は、ＣＰＵにて取り込まれる。ＣＰＵは処理信号に基づいて、ワイヤ電極を通過した荷電粒子ビームのビーム形状、ビームの重心位置およびビーム幅を算出する。荷電粒子ビームのビーム形状とは、荷電粒子ビームのビーム軌道に垂直な平面内（Ｘ−Ｙ平面）でのビームの形状を示す。下流ビームモニタ制御装置８ｂ２は、Ｘ電極からの検出信号に起因する処理信号に基づいて、Ｘ電極を通過した荷電粒子ビームのＸ軸方向のビーム形状を求めることもできる。また、Ｙ電極からの検出信号に起因する処理信号に基づいて、下流ビームモニタ制御装置８ｂ２は、Ｙ電極を通過した荷電粒子ビームのＹ軸方向のビーム形状を求めることもできる。本実施例では、下流ビームモニタ制御装置８ｂ２がＸ軸方向のビーム形状及びＹ軸方向のビーム形状のそれぞれを求める構成としたが、第１の積算パルス取込装置がＸ電極からの検出信号に基づいてＸ電極を通過した荷電粒子ビームのＸ軸方向のビーム形状を求め、第２の積算パルス取込装置がＹ電極からの検出信号に基づいてＹ電極を通過した荷電粒子ビームのＹ軸方向のビーム形状を求める構成としても良い。この場合、下流ビームモニタ制御装置８ｂ２は、第１の積算パルス取込装置からのＸ軸方向のビーム形状の情報及び第２の積算パルス取込装置からのＹ軸方向のビーム形状の情報に基づいて、Ｘ−Ｙ平面でのビーム形状を求める。
【００４１】
次に、図５を用いて、本実施例の下流ビームモニタシステムを用いたビーム位置及びビーム幅の測定方法について説明する。本実施例の下流ビームモニタ１１ｄは、図３に示すように、Ｘ電極及びパルス発生装置２３を有するＸ軸ビームモニタ１１ｄ１と、Ｙ電極及びパルス発生装置２３を有するＹ軸ビームモニタ１１ｄ２を備える。Ｘ軸ビームモニタ１１ｄ１から信号処理装置２２の間の構成は、Ｙ軸ビームモニタ１１ｄ２の場合と同様の構成であるため、ここではＸ軸ビームモニタ１１ｄ１を例に説明する。Ｘ軸ビームモニタ１１ｄ１は、例えば、１６０本のワイヤ電極（Ｘ電極）が等間隔に張られた構成であり、１６０チャンネルを有する構成とする。
【００４２】
まずは、全チャンネルを隣り合う１６チャンネル（ch）毎に区分Ａ〜区分Ｊまで１０区分に分割する。つまり、Ｘ軸ビームモニタ１１ｄ１では、隣り合う複数のワイヤ電極（本実施例では、１６チャンネルのワイヤ電極）を一つの区分とした、複数の区分（本実施例では、１０の区分）で構成される。このように一つの区分は、隣り合う複数のワイヤ電極で構成される。Ｘ軸ビームモニタ１１ｄ１を構成するワイヤ電極を、設置位置に関する物理的な並びで、端から順番にチャンネル１，２，３，４・・・１６０と示した場合、区分Ａがチャンネル１〜１６、区分Ｂがチャンネル１７〜３２、区分Ｃがチャンネル３３〜４８、区分Ｄがチャンネル４９〜６４‥‥区分Ｉがチャンネル１２９〜１４４、区分Ｊがチャンネル１４５〜１６０である。また、本実施例では、隣り合う２つの区分を一つのグループとする。つまり、区分Ａ、Ｂをグループ１、区分Ｃ、Ｄをグループ２、区分Ｅ、Ｆをグループ３、区分Ｇ、Ｈをグループ４、区分Ｉ、Ｊをグループ５とする。ここで、一つのグループを構成する複数のワイヤ電極の端から端までの幅が、照射予定の荷電粒子ビームのビーム幅よりも大きくなるように、一つのグループを構成し、ビーム位置およびビーム幅の計算に必要なビーム分布は（１グループ内の区分数−１）区分内に現れるものとする。
【００４３】
図５において、グループ１に属する区分Ａおよび区分Ｂの各チャンネル（１ch〜３２ch）が各々のパルス発生器２３に接続される。Ｘ軸ビームモニタ１１ｄ１には、１つのグループに属するワイヤ電極の数と同数のパルス発生器（電流・周波数変換器）２３が設けられる。本実施例の場合、Ｘ軸ビームモニタ１１ｄ１には３２個のパルス発生器２３がワイヤ電極の下流側に設けられる。パルス発生器２３はモニタ信号処理装置２２に接続される。信号処理装置２２は、パルス発生器２３と同数のパルスカウンタ及び２つの積算パルス取込装置を有する。つまり、信号処理装置２２は、Ｘ軸ビームモニタ１１ｄ１の１つのグループに属するワイヤ電極の数（本実施例では３２個）と、Ｙ軸ビームモニタ１１ｄ２の１つのグループに属するワイヤ電極の数（本実施例で３２個）とを足し合わせた数（本実施例では６４個）のパルスカウンタを有する。信号処理装置２２は、Ｘ軸ビームモニタ１１ｄ１を構成する各々のグループから選択された一つのワイヤ電極から出力される検出信号を同一の配線から入力するように、グループに属するワイヤ電極と同数の配線によって接続される。このように、パルス発生器２３およびモニタ信号処理装置２２はグループ１の全信号（１６ch×２）を処理演算できるものであればよい。
【００４４】
本実施例の接続の方式を説明すると、ある区分に属する各々のチャンネルワイヤ電極は、他のグループに属する区分のいずれか一つのワイヤ電極とそれぞれ同一の配線によって信号処理装置２２に接続される。例えば、グループ２に属する区分Ｃの３３ch〜４８chを構成するそれぞれのワイヤ電極は、区分Ａの１ch〜１６chを構成するワイヤ電極のいずれか一つに接続される。グループ３に属する区分Ｅの６５ch〜８０chを構成するそれぞれのワイヤ電極は、区分Ａの１ch〜１６chを構成するワイヤ電極のいずれか一つに接続される。グループ４に属する区分Ｇを構成するそれぞれのワイヤ電極は、区分Ａの１ch〜１６chを構成するワイヤ電極のいずれか一つに接続される。グループ５に属する区分Ｉの１２９ch〜１４４chを構成するそれぞれのワイヤ電極は、区分Ａの１ch〜１６chを構成するワイヤ電極のいずれか一つに接続される。上記と同様、グループ１の区分Ｂを構成するワイヤ電極とグループ２の区分Ｄを構成するワイヤ電極の接続、グループ１の区分Ｂを構成するワイヤ電極とグループ３の区分Ｆを構成するワイヤ電極の接続、グループ１の区分Ｂを構成するワイヤ電極とグループ４の区分Ｈを構成するワイヤ電極の接続、及びグループ１の区分Ｂを構成するワイヤ電極とグループ５の区分Ｊを構成するワイヤ電極も接続される。なお、区分Ｃの３３ch〜４８chは区分Ａの１ch〜１６chに接続されるが、この時、区分Ｃの各チャンネルは置換接続Ｐ１で接続先を置換して接続される。また、同じグループ２に属する区分Ｄの各チャンネルも同様に置換接続Ｐ１で区分Ｂの各チャンネルへ接続される。グループ３の区分Ｅは置換接続Ｐ１と異なる置換接続Ｐ２で、区分Ａの各チャンネルへ、同様に区分Ｆの各チャンネルも置換接続Ｐ２で区分Ｂの各チャンネルへ接続する。グループ４の区分Ｇ、ＨはＰ１およびＰ２と異なる置換接続Ｐ３によりそれぞれ区分Ａ、Ｂへ、グループ５の区分Ｉ、ＪはＰ１、Ｐ２およびＰ３と異なる置換接続Ｐ４でそれぞれ区分Ａ、Ｂへ接続する。これを全チャンネルが区分ＡもしくはＢに接続されるまで繰り返し、構成される。このように、グループ毎に異なる置換接続によって、ある区分に属するワイヤ電極と他のグループの区分に属するワイヤ電極とを接続する。
【００４５】
置換接続の例を説明する。図６に示すように、１区分を複数の区間に分割して（例えば分割区間Ａ１〜Ａ４）、その区間を単位として区間を入れ替える置換を行う。例えば置換接続Ｐ１は区間Ｃ１とＣ２を、Ｐ２はＥ３とＥ４を、Ｐ３はＧ１とＧ３をＰ４はＩ１とＩ４とを入れ替えた置換である。本実施例はこのような置換例で置換接続を実施している。
【００４６】
次に、本実施例での動作について説明する。信号処理装置２２は、ワイヤ電極から検出信号を受け取ると、入力された検出信号がいずれのグループに属するワイヤ電極の検出信号であるかを示すグループ情報を求める。また、信号処理装置２２は、検出信号を置換接続の情報に基づいて並び替えて、ワイヤ電極を通過した荷電粒子ビームのビーム形状を求める。信号処理装置２２は、求めたグループ情報及びビーム形状の情報を含む処理信号を下流ビームモニタ制御装置８ｂ２のＣＰＵに送信する。なお、信号処理装置２２に備えられた記憶装置が、受信した検出信号を記憶し、記憶された検出信号を処理して処理信号を送信するようにしても良い。下流ビームモニタ制御装置８ｂ２は、受信したビーム形状の情報に基づいて、ワイヤ電極を通過した荷電粒子ビームのビーム幅を求める。また、下流ビームモニタ制御装置８ｂ２は、受信したビーム形状の情報及びグループ情報に基づいて、ワイヤ電極を通過した荷電粒子ビームのビーム位置を求める。下流ビームモニタ制御装置８ｂ２は、求めたビーム位置及びビーム幅を操作端末４０に備えられた表示画面に表示させる。表示装置は、荷電粒子ビームのビーム位置及びビーム幅を表示する。図７において、正常時５０ａのように治療計画装置６で定めた目標通り正常にビーム照射できた場合を考える。区分Ｉ、Ｊに実際にビームが照射されたとすると、区分Ｉおよび区分Ｊで検出される値は置換接続Ｐ４で置換されてから区分Ａ、Ｂに接続され、パルス発生器２３に送られる。この時の出力は出力分布（正常時）５１ａのようにＰ４による置換の影響でガウス分布が得られない。しかし、ビームをどこに照射するかは予め治療計画装置６により定められているため、計画データに基づき、実照射ビームがどの置換接続を実施されたかも予測できる。本実施例では、区分Ｉ、Ｊを計画目標位置としているためＰ４によって置換されたことが予測でき、モニタ信号処理装置２２でＰ４の逆置換を行うことで逆置換分布５２ａ（正常時）のようにガウス分布が得られる。ガウス分布が得られることで実際の照射位置と計画データでの照射位置が一致していることが明確になり、ビーム位置およびビーム幅を正確に知ることができる。また、パルス発生器２３およびモニタ信号処理装置２２は１グループ内のチャンネル分しか必要としないため、低コストなモニタシステムを実現できる。
【００４７】
また、図７の５０ｂに示すように、実際のビーム照射が治療計画に基づく目標照射位置と異なる場合（異常時５０ｂ）を考える。例えば、目標照射位置が区分Ｉ、Ｊであるのに対し、実際のビーム照射位置が区分Ｃ、Ｄとなった場合について考える。このような場合、区分Ｃ、Ｄで検出された値はＰ１により置換された後にパルス発生器２３に送られ、出力分布５１ｂ（異常時）が得られる。しかし、治療計画に基づく目標照射位置は区分Ｉ、Ｊであるため、前記出力に対してモニタ信号処理装置２２ではＰ４の逆置換が行われ、その結果得られる逆置換出力分布５２ｂ（異常時）となりガウス分布を得ることはできない。この場合は、下流ビームモニタ監視制御装置８ｂ２は、ビームのエラーを示すエラー信号を中央制御装置５に出力する。エラー信号を受信した中央制御装置５は、加速器・輸送系制御システム７にビーム停止信号を出力し、円形加速器１６から出射する荷電粒子ビームを停止させる。さらに、下流ビームモニタ監視制御装置８ｂ２は、照射位置特定処理６０を実施することで荷電粒子ビームを異常照射した位置を特定することができる。異常照射が起こった出力分布に対し、Ｐ１の逆置換、Ｐ２の逆置換と順次実施し、ガウス分布が得られる置換接続を特定することで、どのチャンネルに異常照射したかを正確に知ることができる。本実施例の場合はＰ１の逆置換でガウス分布が得られるため、グループ２の特定のチャンネルに異常照射したことが明確になる。また、ビーム幅が変化した場合には、ある範囲の任意のビーム幅に対して置換接続を考えたシミュレーションを行い、その結果と実照射分布を比較することで、ビーム位置及びビーム幅の特定が可能である。このシミュレーションとは、計算機上で実際のビームモニタシステム中のセンサ部からパルス発生器入力前までを模擬し、異常照射時の実照射分布をガウス分布と想定し、ビーム位置、ビーム幅をある値からある値まで一定の間隔でそれぞれ変化させた入力を与え、ビーム位置から決まる置換接続が適用されたそれぞれの計算機出力結果と実照射分布を比較し一致するものを求め、異常照射時のビーム位置、ビーム幅を求めるものである。これにより、本実施例のモニタシステムは患者に対する照射線量をより正確に管理することが可能となる。
【００４８】
本実施例のビームモニタシステムを備える粒子線照射システムは、荷電粒子ビームの位置およびビーム幅の算出に利用するチャンネルを限定するため、全チャンネルに対応した増幅器および信号処理装置を準備する必要がない。従来のビームモニタシステムと本実施例のビームモニタシステムを比較する。従来のビームモニタシステムの場合、Ｘ軸ビームモニタが１６０本のワイヤ電極で構成される場合、その後段に配置されるパルス発生器及びパルスカウンタは、ワイヤ電極の数（チャンネル数）と同数の１６０個ずつそれぞれ設置される。Ｙ軸ビームモニタが１６０本のワイヤ電極で構成される場合、同様に、その後段に配置されるパルス発生器及びパルスカウンタはそれぞれ１６０個ずつ設置される。このため、従来のモニタシステムは、１６０個のパルス発生器及び１６０個のパルスカウンタを有する。このような従来のモニタシステムに対し、本実施例のビームモニタシステムの場合、Ｘ軸ビームモニタが１６０本のワイヤ電極で構成される場合であっても、ワイヤ電極の数（チャンネル数）よりも十分少ない数の、３２個のパルス発生器及び３２個のパルスカウンタを備える構成によって、荷電粒子ビームのビーム位置及びビーム幅を求めることができる。本実施例のビームモニタシステムは、電荷収集電極が隣り合う複数のワイヤ電極を一つのグループとした複数のグループで構成され、信号処理装置は、グループの各々から選択された一つのワイヤ電極から出力される検出信号を同一の配線から入力するように、グループに属するワイヤ電極と同数の配線によって全てのワイヤ電極と接続される。さらに、信号処理装置は、入力された検出信号がいずれのグループに属するワイヤ電極の検出信号であるかを示すグループ情報を求め、グループ情報を含む処理信号をビームモニタ制御装置に出力し、ビームモニタ制御装置が処理装置に基づいてワイヤ電極を通過した荷電粒子ビームの位置及びビーム幅を求める構成を有する。そのため、シンプルな構成でモニタシステムを構築することができる。また、本実施例によれば、ワイヤの接続方法をグループ毎に変更することで照射位置を正確に知ることができ、信頼性の高いモニタシステムを実現できる。
【００４９】
本実施例のビームモニタシステムを備える粒子線照射システムは、特に、細い荷電粒子ビームを走査して照射する方式に対して有効である。つまり、精度のよい照射を行うためには細形ビームが必要になり、ビームプロファイルを計測するマルチワイヤ形モニタの単位長さあたりのワイヤ数が増加する方向となるが、荷電粒子ビームが同時に照射されるワイヤは全ワイヤのごく一部である。本実施例のビームモニタシステムは、荷電粒子ビームが同時に照射される範囲に相当する数のワイヤ信号だけを信号処理を行う方式として、照射範囲の相当する数のワイヤに、その他のワイヤを接続する構成であるため、低コストかつ高い信頼性を実現できる。
【００５０】
本実施例のビームモニタシステムを備える粒子線照射システムは、ワイヤ電極の接続方法をグループ毎に変更するため、照射位置を正確に知ることができ、信頼性の高いモニタシステムを実現することができる。
【００５１】
（実施例２）
以下に、本発明の他の実施例である粒子線照射システムについて、図８を用いて説明する。実施例１の粒子線照射システムはビームモニタシステムにおいて２区分を１グループとする構成であったが、本実施例の粒子線照射システムは複数の区分を１グループとするビームモニタシステムを有する。以下、本実施例のビームモニタシステムについて、実施例１と相違する構成を説明する。
【００５２】
本実施例のビームモニタシステムは、図８に示すように、グループ数がＮグループであって、区分内のチャンネル数がＬchであるビームモニタシステムの場合である。荷電粒子ビームの位置およびビーム幅の計算に必要なビーム分布が（Ｍ−１）区分内に現れるものとすると、１グループ構成するのに必要な区分数はＭとなるので、パルス発生器２３およびモニタ信号処理装置２２はグループ内の全信号（Ｍ×Ｌch）分を演算処理できるものであればよい。置換接続やモニタ信号処理装置２２での逆置換を実施例１と同様の手順で行うことによって、正確にビーム位置およびビーム幅および誤照射時の照射位置特定を実施例１同様に知ることができる。
【００５３】
本実施例と実施例１の比較を具体的な数値で説明する。例えば、ビームの位置およびビーム幅を計算するのに必要なビーム分布が９６ch分であるとすると、実施例１の場合、１区分のチャンネル数は９６chとなり、７０ｂのように１グループの構成に１９２ch必要となる。本実施例の場合、１区分のチャンネル数を３２chとすると、７０ａのように１グループは４区分で構成され、１グループに１２８ch必要となる。この場合、本実施例の方が実施例１と比較して、１グループの構成に必要なチャンネル数を減らすことができるため、さらに低コストなモニタシステム構築を実現できる。
【００５４】
本実施例の粒子線照射システムによれば、荷電粒子ビームの位置およびビーム幅の算出に利用するチャンネルを限定するため、全チャンネルに対応した増幅器および信号処理装置で構成したモニタシステムと比較し、シンプルな構成でモニタシステムを構築できる。
また、本実施例によれば、ワイヤの接続方法をグループ毎に変更することで照射位置を正確に知ることができ、信頼性の高いモニタシステムを実現できる。
【００５５】
本実施例のビームモニタシステムを備える粒子線照射システムは、特に、細い荷電粒子ビームを走査して照射する方式に対して有効である。つまり、精度のよい照射を行うためには細形ビームが必要になり、ビームプロファイルを計測するマルチワイヤ形モニタの単位長さあたりのワイヤ数が増加する方向となるが、荷電粒子ビームが同時に照射されるワイヤは全ワイヤのごく一部である。本実施例のビームモニタシステムは、荷電粒子ビームが同時に照射される範囲に相当する数のワイヤ信号だけを信号処理を行う方式として、照射範囲の相当する数のワイヤに、その他のワイヤを接続する構成であるため、低コストかつ高い信頼性を実現できる。
【００５６】
本実施例のビームモニタシステムを備える粒子線照射システムは、ワイヤ電極の接続方法をグループ毎に変更するため、照射位置を正確に知ることができ、信頼性の高いモニタシステムを実現することができる。
【００５７】
（実施例３）
本発明の第３の実施形態である粒子線照射システムについて、図９を用いて説明する。
実施例１はスポットスキャニング照射法におけるビーム位置及びビーム幅を監視するビームモニタシステムを備える粒子線照射システムであるのに対し、本実施例の粒子線照射システムはラスタースキャニング照射法におけるビーム位置及びビーム幅を監視するビームモニタシステムを備える。本実施例の粒子線照射システムは、患者１３の患部をビーム進行方向に複数のレイヤーに分割し、各レイヤーにおいて荷電粒子ビームの照射を継続したまま（ビームＯＮのまま）、荷電粒子ビームを走査するラスタースキャニング照射法におけるビーム位置及びビーム幅を監視するビームモニタシステムを備える。以下、本実施例の粒子線照射システムについて、実施例１と異なる構成を説明する。
【００５８】
治療の準備が完了すると、医師は操作端末４０の入力装置から治療開始信号を入力する。治療開始信号を入力した中央制御装置５は、加速器・輸送系制御システム７に指令信号を送信する。加速器・輸送系制御システム７は、最初に照射するレイヤー（最初に照射するビームエネルギー情報）に相当する運転パラメータを円形加速器１６及びビーム輸送系２に設定する。円形加速器１６及びビーム輸送系２の運転パラメータが設定されて準備完了すると（ステップ３０）、走査電磁石電源制御装置８ｃは励磁電流パラメータに基づいて走査電磁石１１ｂを励磁する（ステップ３１ａ）。最初の照射位置に対応する励磁電流が走査電磁石１１ｂに励磁された後、モニタ監視制御装置８ｂの線量監視制御装置８ｂ３が、当該スポット位置に対する目標線量値に基づいてビーム線量の監視を開始し（ステップ３２）、照射準備が完了する。
【００５９】
中央制御装置５がビーム出射開始指令を送信すると（ステップ３３）、加速器・輸送系制御装置７がイオン源を起動し、荷電粒子（陽子又は重粒子）を生成される。前段加速器１５は、イオン源からの荷電粒子を加速し、円形加速器１６に出射する。円形加速器１６は、荷電粒子ビームを更に加速する。周回する荷電粒子ビームは、目標エネルギーまで加速され、円形加速器１６からビーム輸送系２に出射される。荷電粒子ビームは、ビーム輸送系２を経てスキャニング照射装置３に到達する。さらに、荷電粒子ビームは、照射ノズル１１内をビーム軸に沿って進行し、上流ビームモニタ１１ａ、走査電磁石１１ｂ、線量モニタ１１ｃ及び下流ビームモニタ１１ｄを通過する。照射ノズル１１から出射された荷電粒子ビームが患者１３の患部に照射される。
【００６０】
線量監視制御装置８ｂ３は、線量モニタ１１ｃで計測した計測データを受け取って演算処理し、当該照射位置に対する照射線量を求める。最初の照射位置に対する照射線量値が目標線量値に達するまで荷電粒子ビームの照射を続ける。線量監視制御装置８ｂ３は、照射線量値が目標線量値に達したと判断すると、中央制御装置５に対して照射満了信号を出力する（ステップ３４）。
【００６１】
上流ビームモニタ１１ａで検出した第１検出データを上流ビームモニタ監視制御システム８ｂ１で取り込み、下流ビームモニタ１１ｄで検出した第２検出データを下流ビームモニタ監視制御装置８ｂ２で取り込み、照射された荷電粒子ビームの位置およびビーム幅を求める（ステップ３５ａ）。演算処理が終了し、ビームの位置及びビーム幅に異常がなければ（ビーム位置が許容ビーム位置の範囲内であり、ビーム幅が許容ビーム幅の範囲内と判断されれば）、照射満了した照射位置がレイヤー内での最後の照射位置であるか否かを判定する。最後の照射位置でないと判断された場合（Ｎｏの場合）、走査電磁石電源制御装置８ｃが励磁電流パラメータに基づいてスポット走査電磁石の設定を行い（ステップ３５ｂ）、モニタ監視制御装置８ｂがスポット線量目標値設定を行う（ステップ３５ｃ）。
ステップ３４に戻り、照射満了した照射スポットがレイヤー内での最後のスポット位置であると判断されるまで（Ｙｅｓと判断されるまで）、線量満了の判断ステップ（ステップ３４）から最後のスポットであるか否かの判定までの制御フロー３７ａを繰り返し行う。
【００６２】
レイヤー内の全てのスポットへの照射が完了すると、中央制御装置５は、照射完了したレイヤーが患者１３に対する最後のレイヤーであるか否かを判断する。最後のレイヤーでない場合（Ｎｏの場合）、中央制御装置５は加速器・輸送系制御システム７に指令信号を送信する。加速器・輸送系制御システム７は、次に照射するレイヤーに相当する運転パラメータを円形加速器１６及びビーム輸送系２に設定し、次の運転準備を開始する（ステップ３０）。この制御フロー３８を全てのレイヤーが照射完了するまで繰り返す。全てのスポットおよび全てのレイヤーの照射が完了すると治療終了３９となる。このように、本実施例の粒子線照射システムは、荷電粒子ビームを出射させた状態で照射位置を変更して、患部に対してビーム照射するラスタースキャニング照射法を実現する。
【００６３】
なお、本実施例の粒子線照射システムは、実施例２のビーム位置及びビーム幅を監視するビームモニタシステムを備える粒子線照射システムにも適用することができる。
【００６４】
本実施例のビームモニタシステムを備える粒子線照射システムは、荷電粒子ビームの位置およびビーム幅の算出に利用するチャンネルを限定するため、全チャンネルに対応した増幅器および信号処理装置を準備する必要がない。そのため、シンプルな構成でモニタシステムを構築することができる。また、本実施例によれば、ワイヤの接続方法をグループ毎に変更することで照射位置を正確に知ることができ、信頼性の高いモニタシステムを実現できる。
【００６５】
本実施例のビームモニタシステムを備える粒子線照射システムは、特に、細い荷電粒子ビームを走査して照射する方式に対して有効である。つまり、精度のよい照射を行うためには細形ビームが必要になり、ビームプロファイルを計測するマルチワイヤ形モニタの単位長さあたりのワイヤ数が増加する方向となるが、荷電粒子ビームが同時に照射されるワイヤは全ワイヤのごく一部である。本実施例のビームモニタシステムは、荷電粒子ビームが同時に照射される範囲に相当する数のワイヤ信号だけを信号処理を行う方式として、照射範囲の相当する数のワイヤに、その他のワイヤを接続する構成であるため、低コストかつ高い信頼性を実現できる。
【００６６】
本実施例のビームモニタシステムを備える粒子線照射システムは、ワイヤ電極の接続方法をグループ毎に変更するため、照射位置を正確に知ることができ、信頼性の高いモニタシステムを実現することができる。
【００６７】
本発明は実施例１、２、３に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、実施例１、２、３は本発明を分かり易く説明する為に詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定したわけではない。例えば、実施例において、信号処理装置は電流・周波数変換器およびパルスカウンタを含むデジタルモニタ信号処理装置で構成されているが、電荷を積分し、電圧に変換して出力する回路や電流を電圧に変換し出力するアナログモニタ信号処理装置によって構成されてもよい。また、モニタのチャンネル、区分、およびグループは任意の数で構成することができ、グループ内の置換接続は同一でなくてもよい。また、置換接続は１区分を複数区間に分割した後、区間同士の入れ替えによる置換を行ったが、それに限らず任意の置換方法で実施することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１  荷電粒子ビーム発生装置
２  ビーム輸送系
３  スキャニング照射装置
４  制御システム
５  中央制御装置
６  治療計画装置
７  加速器制御システム
８  照射制御システム
８ａ  患者機器制御装置
８ａ１  回転ガントリ制御装置
８ａ２  治療台制御装置
８ａ３  ノズル内機器制御装置
８ｂ  モニタ監視制御装置
８ｂ１  上流ビームモニタ監視制御装置
８ｂ２  下流ビームモニタ監視制御装置
８ｂ３  線量監視制御装置
８ｃ  走査電磁石電源制御装置
１０  治療台
１１  照射ノズル
１１ａ  上流ビームモニタ
１１ｂ  走査電磁石
１１ｃ  線量モニタ
１１ｄ  下流ビームモニタ
１１ｄ１  Ｘ軸ビームモニタ
１１ｄ２  Ｙ軸ビームモニタ
１２  荷電粒子ビーム
１３  患者・患部
１４  回転ガントリ
１５  前段加速器
１６  円形加速器
２１  ビームモニタで計測された計測分布
２２  モニタ信号処理装置（デジタル信号処理）
２３  電流・周波数変換器（パルス発生器）
３７  スポット照射制御フロー部
３８  レイヤー・エネルギー変更制御フロー
４０  操作端末
５０ａ  正常時分布
５０ｂ  異常時分布
５１ａ  出力分布（正常時）
５２ａ  逆変換出力（正常時）
５１ｂ  出力分布（異常時）
５２ｂ  逆変換出力分布（異常時）
６０  照射位置特定処理
７０ａ  実施例２における１グループの構成図（ビーム分布が９６chの場合）
７０ｂ  実施例１における１グループの構成図（ビーム分布が９６chの場合）
【図１】
0005668000.tif 000002
【図２】
0005668000.tif 000003
【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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