(57)【要約】【課題】粒子線の照射中は走査を停止するスポット照射を含むスキャニング方式にて粒子線照射を行うとき、照射運転の進捗状況をリアルタイムでセラピストに通知することができるようにする。【解決手段】リアルタイム状態通知装置４３は、中央制御装置３６からスキャニング制御装置３８に設定された照射運転パラメータに対応した周波数データ信号１０３を予め受信しており、スキャニング制御装置３８から照射運転の進捗に応じて受信するスポット切替信号１０４、レイヤー切替信号１０５及び照射中信号１０６の変化に基づき、セラピスト４５にスキャニング照射運転の進捗状況を音響信号によりリアルタイムで通知する。これにより、リアルタイムでスポット照射の進捗状況の通知が可能となるため、安全な運転が可能となる。【選択図】図３
2008054973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速器により得た特定のエネルギーの粒子線を照射ノズルに設置したスキャニング電磁石により走査して、患者の患部を層状に分割した複数のレイヤーの１つに照射し、前記粒子線のエネルギーを変更して、深度の異なるレイヤーに同様に粒子線を照射するスキャニング方式の粒子線照射装置において、
前記粒子線の走査による各レイヤーにおける照射位置の移動に合わせて、前記照射ノズルが設置されている治療室のセラピストに前記照射ノズルによる粒子線照射の進捗状況を知らせるための音響信号を発生するリアルタイム状態通知手段を備えることを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項２】
請求項１記載のスキャニング方式の粒子線照射装置において、
前記リアルタイム状態通知手段は、各レイヤーの照射開始時に発生する音響信号の周波数と照射終了時に発生する音響信号の周波数とを異なるものとし、前記粒子線の照射位置の移動に応じて前記音響信号の周波数を変化させることを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のスキャニング方式の粒子線照射装置において、
前記リアルタイム状態通知手段は、前記粒子線を照射するレイヤーの変更時は、前記音響信号として一定周波数の音響信号を発生することを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項４】
請求項２記載のスキャニング方式の粒子線照射装置において、
前記スキャニング方式は粒子線の照射中は走査を停止するスポットスキャニング方式であり、
前記リアルタイム状態通知手段は、前記音響信号の周波数の変化をスポットの移動毎に与えることを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項５】
請求項１記載のスキャニング方式の粒子線照射装置において、
前記粒子線の各レイヤーへの照射時に前記スキャニング電磁石の励磁量を制御して前記粒子線の走査を行わせるとともに、前記粒子線の各レイヤーへの照射開始時にレイヤー照射開始信号を発生し、前記粒子線の各レイヤーへの照射終了時にレイヤー切替信号を発生する第１制御手段を更に備え、
前記リアルタイム状態通知手段は、前記第１制御手段からの前記レイヤー照射開始信号及びレイヤー切替信号を受信し、前記レイヤー照射開始信号の受信後、前記レイヤー切替信号を受信するまでの間、所定周波数の音響信号を発生するとともに、前記レイヤー切替信号の受信時以降、前記レイヤー照射開始信号を受信するまでの間、前記レイヤー照射開始信号の受信時に発生する音響信号の周波数とは異なる一定周波数の音響信号を発生することを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項６】
請求項５記載のスキャニング方式の粒子線照射装置において、
前記リアルタイム状態通知手段は、前記レイヤー照射開始信号を受信後、前記レイヤー切替信号を受信するまでの間、前記粒子線の照射位置の移動に応じて前記音響信号の周波数を変化させることを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項７】
請求項１記載のスキャニング方式の粒子線照射装置において、
前記粒子線を走査して前記複数のレイヤーに照射するための照射パラメータに基づいて、各レイヤーごとの前記音響信号の開始周波数と終了周波数を含む周波数データを作成し、この周波数データを周波数データ信号として出力する第２制御手段を更に備え、
前記リアルタイム状態通知手段は、前記周波数データ信号を受信し、その周波数データ信号の周波数データに基づいて各レイヤーごとに前記粒子線の照射位置の移動に合わせて前記音響信号を発生することを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項８】
請求項１記載のスキャニング方式の粒子線照射装置において、
前記粒子線を走査して前記複数のレイヤーに照射するための照射パラメータに基づいて、各レイヤーごとの前記音響信号の開始周波数と終了周波数を含む周波数データを作成し、この周波数データを周波数データ信号として出力する第２制御手段を更に備え、
前記リアルタイム状態通知手段は、前記周波数データ信号を受信するデータ受信部と、前記音響信号の開始固定周波数と終了固定周波数を含む固定周波数データ予め設定した初期パラメータ設定部と、前記周波数データ信号の周波数データと前記固定周波数データのいずれか一方を選択する選択部とを有し、前記選択部で選択された周波数データに基づいて各レイヤーごとに前記粒子線の照射位置の移動に合わせて前記音響信号を発生することを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項９】
請求項１記載のスキャニング方式の粒子線照射装置において、
前記粒子線を走査して前記複数のレイヤーに照射するための照射パラメータに基づいて、前記粒子線の各レイヤーへの照射時に前記スキャニング電磁石の励磁量を制御して前記粒子線の走査を行わせるとともに、前記粒子線の各レイヤーへの照射開始時にレイヤー照射開始信号を発生し、前記粒子線の各レイヤーへの照射終了時にレイヤー切替信号を発生する第１制御手段と、
前記粒子線を走査して前記複数のレイヤーに照射するための照射パラメータに基づいて、各レイヤーごとの前記音響信号の開始周波数と終了周波数を含む周波数データを作成する第２制御手段を更に備え、
前記リアルタイム状態通知手段は、前記第１制御手段からの前記レイヤー照射開始信号及びレイヤー切替信号を受信し、前記レイヤー照射開始信号の受信後、前記レイヤー切替信号を受信するまでの間、前記第２制御手段で作成される周波数データに基づいて各レイヤーごとに前記粒子線の照射位置の移動に合わせて所定周波数の音響信号を発生するとともに、前記レイヤー切替信号の受信時以降、前記レイヤー照射開始信号を受信するまでの間、前記周波数データに含まれる前記音響信号の終了周波数に基づいて前記レイヤー照射開始信号の受信時に発生する音響信号の周波数とは異なる一定周波数の音響信号を発生することを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか１項記載のスキャニング方式の粒子線照射装置において、
前記スキャニング方式は粒子線の照射中は走査を停止するスポットスキャニング方式であり、
前記第２制御手段で作成する周波数データは、スポットごとに音響信号の周波数を変化させる周波数増加分を含み、
前記リアルタイム状態通知手段は、前記周波数増加分に基づいて前記音響信号の周波数の変化をスポットの移動毎に与えることを特徴とする粒子線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は粒子線照射装置に係わり、特に、陽子線・重粒子線等の粒子線を散乱させずに患者患部に走査しつつ照射するスキャニング方式の粒子線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
癌などの患者の患部に陽子・重粒子線等の粒子線を照射する粒子線照射装置が知られている。この粒子線照射装置の照射方式としては、散乱体によって粒子線を広げた後に患部形状に合わせて切り出して照射する散乱体方式や、散乱させないペンシルビームと呼ばれる細い粒子線を患部の領域内を移動させながら照射するスキャニング方式が知られている（例えば特許文献１参照）。なお、照射時にビーム位置を停止する方式をスポットスキャン方式、ビーム位置を停止せず移動を続けながら照射する方式をラスタースキャン方式のように区別することがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−９６１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、散乱体方式の粒子線照射装置における照射状況の監視は線量計の表示が主体である。一方、スキャニング方式の粒子線照射装置では、照射する深度は粒子線のエネルギーに関係があるため、一定エネルギーで患部のある深さを層状（レイヤー）に走査して照射し、一つのレイヤーの照射が終了すると、粒子線のエネルギーを変更して別のレイヤーの照射を行う。特に、例えば特許文献１記載のように、レイヤーの領域を直径数ｍｍのスポットとして照射するスポット照射では、散乱体方式における患部全体の照射運転と同様な運転制御が微小なスポット毎に実行されることになるため、膨大な数のスポット毎の照射が行われる。このような粒子線照射に際して、患者の治療を担当するセラピスト（治療者）は、スポット位置の異常、スポット線量の異常等による照射運転の渋滞等の不具合が発生したときに、患者に対し適切な処置をとる必要がある。そのためには照射運転の渋滞等の不具合が発生したときに、そのことをセラピストに適切に通知する必要がある。
【０００５】
特許文献１においては、スキャニング照射時に異常が発生した場合の警報手段として、モニタに異常表示をしたり、アラームを鳴らすことが記載されている。しかし、照射運転の進捗状況をリアルタイムでセラピストに通知することには特段の考慮は払われていなかった。照射運転の進捗状況をリアルタイムでセラピストに通知することにより、セラピストは照射運転の渋滞等の不具合の発生を直ちに把握できるようになり、不具合発生時に患者に対し適切な処置をとることができる。
【０００６】
本発明の目的は、粒子線の照射中は走査を停止するスポット照射を含むスキャニング方式にて粒子線照射を行うとき、照射運転の進捗状況をリアルタイムでセラピストに通知することができるスキャニング方式の粒子線照射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】
上記目的を達成するため、本発明は、加速器により得た特定のエネルギーの粒子線を照射ノズルに設置したスキャニング電磁石により走査して、患者の患部を層状に分割した複数のレイヤーの１つに照射し、前記粒子線のエネルギーを変更して、深度の異なるレイヤーに同様に粒子線を照射するスキャニング方式の粒子線照射装置において、前記粒子線の走査による各レイヤーにおける照射位置の移動に合わせて、前記照射ノズルが設置されている治療室のセラピストに前記照射ノズルによる粒子線照射の進捗状況を知らせるための音響信号を発生するリアルタイム状態通知手段を備えるものとする。
【０００８】
これにより照射運転の進捗状況をリアルタイムでセラピストに通知することができ、セラピストは照射運転の渋滞等の不具合の発生を直ちに把握できるようになり、患者に対し適切な処置をとることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、スキャニング方式の粒子線照射装置において、セラピスト(治療者)にリアルタイムで粒子線照射の進捗状況を通知することが可能となるため、セラピストは照射運転の渋滞等の不具合の発生を直ちに把握できるようになり、患者に対し適切な処置をとることができる。その結果、安全な運転が可能となり、高い信頼性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１１】
図１は本発明の一実施の形態に係わる粒子線照射装置の全体構成を示す図である。本実施の形態において、粒子線照射装置は次のように構成される。
本実施の形態の粒子線治療装置は、図１に示すように、荷電粒子ビーム発生装置（粒子線発生装置）１と、荷電粒子ビーム発生装置１の下流側に接続された第１ビーム輸送系２と、第１ビーム輸送系２から分岐した第２ビーム輸送系３を持つ回転ガントリー４とを有している。
【００１２】
荷電粒子ビーム発生装置１は、イオン源を備えた直線加速器５及びシンクロトロン６を有し、シンクロトロン６は、高周波印加装置７及び加速装置８を有している。高周波印加装置７は、シンクロトロン６の周回軌道に配置された高周波印加電極９と高周波電源１０とを開閉スイッチ１１にて接続して構成される。直線加速器５はイオン源で発生したイオン（例えば、陽子イオン、炭素イオン等）を加速してイオンビーム（粒子線）を生成し、このイオンビームをシンクロトロン６に入射する。荷電粒子ビームであるそのイオンビームはシンクロトロン６内を周回して加速され、必要なエネルギーが与えられる。イオンビームのエネルギーは患者体内の患部の深さに合わせて決定される。シンクロトロン６内を周回するイオンビームに必要なエネルギーが与えられると、高周波電源１０からの出射用の高周波が、閉じられた開閉スイッチ１１を経て高周波印加電極９に達し、高周波印加電極９よりイオンビームに印加される。安定限界内で周回しているイオンビームは、この高周波の印加によって安定限界外に移行し、出射用デフレクタ１２を通ってシンクロトロン６から出射される。イオンビームの出射の際には、シンクロトロン６に設けられた四極電磁石１３及び偏向電磁石１４に導かれる電流が電流設定値に保持され、安定限界もほぼ一定に保持されている。開閉スイッチ１１を開いて高周波印加電極９への高周波電力の印加を停止することによって、シンクロトロン６からのイオンビームの出射が停止される。
【００１３】
シンクロトロン６から出射されたイオンビーム（以下、粒子線という）は、第１ビーム輸送系２により下流側へと輸送される。第１ビーム輸送系２は四極電磁石１５及び偏向電磁石１６を有し、ビーム輸送系２に導入された粒子線は、四極電磁石１５及び偏向電磁石１６を経由して第２ビーム輸送系３及び回転ガントリー４に導入される。第２ビーム輸送系３は回転ガントリー４に取り付けられており、ビーム進行方向上流側より四極電磁石１７、四極電磁石１８、偏向電磁石１９、偏向電磁石２０を有している。第２ビーム輸送系３に導入された粒子線はこれらの電磁石を経由して回転ガントリー４の回転胴に設置されたスキャニング式の照射ノズル２１へと輸送され、照射ノズル２１内で所定の粒子線２２に形成された後照射ノズル２１から出射され、患者３０体内の患部に照射される。粒子線２２は散乱させない細い粒子線であるため、ペンシルビームと呼ぶこともある。
【００１４】
回転ガントリー４の回転胴はモータ（図示せず）により回転可能に構成されている。回転胴内には治療ゲージ２３が形成され、治療ゲージ２３に患者３０が横たわる治療ベッド３１が位置決めされている。
【００１５】
図１に第２ビーム輸送系３及び回転ガントリー４を１組のみ示したが、第２ビーム輸送系３及び回転ガントリー４は複数組設けられていてもよい。この場合、第１ビーム輸送系２は偏向電磁石１６の下流側へと延長され、その延長部分に四極電磁石１５と偏向電磁石１６と同様の四極電磁石及び偏向電磁石が第２ビーム輸送系３と回転ガントリー４の組数に応じて設けられている。また、変更電磁石１６は切替え電磁石を兼ね、第１ビーム輸送系２へ導入された粒子線は偏向電磁石１６（切替え電磁石）の励磁、非励磁の切替えにより対応する第２ビーム輸送系３及び回転ガントリー４に導かれる。
【００１６】
粒子線２２は患者３０の患部に対して中心となるビーム方向に垂直な平面、すなわちレイヤー（患部を層状に分割した仮想的な板状の領域）を走査することにより２次元的な患部形状に合わせた照射が可能となる。深さ方向の制御は粒子線２２のエネルギーを変えることによって行う。これらを組合わせることにより患部の３次元構造にあわせた照射を行うことがスキャニング照射の特徴である。
【００１７】
照射ノズル２１はそのようなスキャニング照射を行うため、ビーム進行方向上流側から、スキャニング電磁石２４，２５、線量センサ２６、ビーム位置センサ２７等を備えている。スキャニング電磁石２４，２５は、ビーム軸と垂直な平面上において互いに直交する方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に粒子線２２を偏向し照射位置を動かすためのものであり、本実施の形態ではスキャニング電磁石２４はＹ方向に、スキャニング電磁石２５はＸ方向に粒子線を偏向する。スキャニング電磁石２４，２５の励磁量を制御することにより粒子線２２は偏向され、レイヤーを走査する。スキャニング電磁石２４，２５の励磁量の制御はスキャニング電磁石電源（図示せず）からスキャニング電磁石２４，２５に供給される電流を制御することにより行われる。
【００１８】
また、本実施の形態の粒子線照射装置はスキャニング照射の制御を行うための制御システム３５を備えている。この制御システム３５は、中央制御装置３６、スキャニング制御装置３８、加速器・輸送系制御装置（以下、加速器制御装置という）３９、治療計画装置４０、リアルタイム状態通知装置４３を備え、中央制御装置３６は、ＣＰＵ（演算装置）４１と、メモリ４２とを有している。
【００１９】
まず、図２を用いてスキャニング照射の制御の概略を説明する。図２は、粒子線２２が患部を照射する様子を示す図であり、代表的なスポット照射の場合を例として示している。図中、患部に符号３２が付されており、この患部３２は、その領域を深さ方向に複数のレイヤーに分けられる。陽子線や重粒子の粒子線は、患部に対する効果を、その飛程の最後でもっとも大きく与えるという特徴がある。そのため、体表面から深い側のレイヤーを照射する場合は、粒子線のエネルギーを大きく（例：230MeV）、浅い側のレイヤーを照射する場合はエネルギーを低く（例：150MeV）すれば、粒子線の性質により、目的の深さの患部を照射することができる。
【００２０】
レイヤーの数をＮとする。ここでは患部の深いレイヤーＬ１から始め、浅いレイヤーＬＮまで順次照射するものとする。Ｋ番目のレイヤーＬＫに含まれるスポットの数をｎＫとする。レイヤーＬＫの照射では、スキャニング電磁石２４，２５の励磁量を制御することにより、粒子線２２の方向を当該レイヤーの最初のスポットSpot１に偏向させる。この状態で照射が行われ、線量センサ２６により線量をカウントし、そのカウント値５１を線量モニタ装置２６Ａに上げ、そのカウント値５１から線量が計測される。線量モニタ装置２６Ａは、計測線量が予めスキャニング制御装置３８により設定された１スポットあたりの目標線量５２に達すると、線量満了信号５３を出力し、スキャニング制御装置３８は粒子線２２を次のスポットSpot２に変更させる。この動作を繰り返えすことにより、最終スポットSpotｎＫまで照射を行い、当該レイヤーＬＫの照射を終了する。その後、粒子線のエネルギーを所定の値に変更し、次のレイヤーの照射を行う。
【００２１】
スキャニング照射の制御を更に詳細に説明する。
【００２２】
図１において、中央制御装置３６のＣＰＵ４１は、入力した患者識別情報を用いて、これから治療を行う患者に関する治療計画データ（処方箋データ）を治療計画装置４０から読み込む。ＣＰＵ４１は、この治療計画データを基に、スキャニング制御装置３８に出力するスポット照射パラメータを作成する。このスポット照射パラメータには、患者の患部３２における各照射スポットの位置データ、各スポットごとの目標線量値、及び照射する順番等が含まれる。これらのデータは、図２に示したような患部３２をＬ１からＬｎまでのレイヤーに分割した各レイヤーにおいてそれぞれ設定され、各レイヤーにおいて、スポット位置、スポット目標線量値、どの順番でスポット移動するかが指定される。
【００２３】
スキャニング制御装置３８は、そのスポット照射パラメータをスキャニング制御情報として受け取り、このスキャニング制御情報に基づいてスキャニング電磁石電源からスキャニング電磁石２４，２５に供給される電流を制御することによりスキャニング電磁石２４，２５の励磁量を制御する。スキャニング電磁石２４，２５の励磁量が制御されると粒子線２２は偏向され、レイヤーの走査が可能となる。
【００２４】
一方、前述したように、レイヤーはビームの照射エネルギーに対応しており、シンクロトロン６の各電磁石への励磁電力供給の制御パターンは、その照射エネルギーの値によって決まる。すなわち、中央制御装置３６のメモリ４２には、電力供給制御テーブルが予め記憶されており、例えば、照射エネルギーの各種の値に応じて、シンクロトロン６を含む荷電粒子ビーム発生装置１における四極電磁石１３及び偏向電磁石１４、第１ビーム輸送系２の四極電磁石１５、偏向電磁石１６、第２ビーム輸送系３の四極電磁石１７，１８、偏向電磁石１９，２０に対する供給励磁電力値又はそのパターンが予め設定されている。
【００２５】
ＣＰＵ４１は、上記電力供給制御テーブルと照射スポット位置が含まれるレイヤーに対応したビームの照射エネルギーを用いて、荷電粒子ビーム発生装置１や各ビーム輸送系２，３に配置された電磁石を制御するための制御指令データを作成する。そしてＣＰＵ４１は、このようにして作成した制御指令データを加速器制御装置３９へ出力する。これにより、照射スポット位置が含まれるレイヤーに対応した照射エネルギーのビームが荷電粒子ビーム発生装置１からビーム輸送系２，３を経て照射ノズル２１に入射され、スキャニング電磁石２４，２５によって走査されて所定の照射スポット位置に照射される。
【００２６】
線量モニタ装置２６Ａは、以上のようにして当該スポット位置に目標線量５２（図２）が照射されると、スキャニング制御装置３８にスポットの線量満了信号５３（図２）を出力する。スキャニング制御装置３８は、その信号を基に次のスポットに移動すべく、次のスポット位置に応じた電流値を設定し、スキャニング電磁石２４，２５の励磁量を制御することで、照射スポットの移動を行う。また、線量満了信号を入力されたスキャニング制御装置３８は、上記照射スポットの移動を開始すると同時に、加速器制御装置３９にビーム出射停止信号６１を出力する。これにより、加速器制御装置３９は開閉スイッチ１１を開き、高周波印加電極９への高周波電力の印加を停止することによって、シンクロトロン６からの粒子線の出射を停止する。そして、照射スポットの移動が完了したら、スキャニング制御装置３８はビーム出射開始信号６２を加速器制御装置３９に出力し、これにより加速器制御装置３９は開閉スイッチ１１を閉じる。すなわち、照射スポットの移動中はビーム照射が停止した状態となる。このようにしてスポットの移動と照射を繰り返しつつ、患部３２内のあるレイヤーにおけるスポット照射を順番に行う。
【００２７】
このようにしてあるレイヤーにおける全てのスポットの照射が完了すると、次のレイヤーに移動する。上述したように、通常、レイヤーの移動は一番深い方から体表面に向かって順番に移動する。このとき、スキャニング制御装置３８は、中央制御装置３６のＣＰＵ４１にレイヤー移動信号６３を出力する。これにより、ＣＰＵ４１は、メモリ４２に記憶された電力供給制御テーブルを用いて、新たに移動するレイヤーに対応したビームの照射エネルギーに応じた荷電粒子ビーム発生装置１や各ビーム輸送系２，３に配置された電磁石を制御するための制御指令データを作成する。そして作成した制御指令データを加速器制御装置３９へ出力する。これにより、新たなレイヤーに対応した照射エネルギーのビームが荷電粒子ビーム発生装置１からビーム輸送系２，３を経て照射ノズル２１に入射され、走査電磁石２４，２５によって走査されて所定の照射スポット位置に照射される。
【００２８】
また、制御システム３５は各種の異常検出機能を有し、その一例として、スキャニング制御装置３８は次のような異常検出機能を有している。
【００２９】
＜スポット位置の異常検出＞
照射ノズル２１に入射されたビームは、スキャニング電磁石２４，２５で偏向され、線量センサ２６で線量を計測されるとともに、ビーム位置センサ２７でビーム位置が検出されて、患部３２に照射される。ビーム位置センサ２７で検出されたビーム位置信号はビーム位置モニタ装置２７Ａ（図２参照）にて処理され、スキャニング制御装置３８に送られる。
【００３０】
スキャニング制御装置３８は、そのビーム位置信号をスキャニング電磁石２４，２５の設定電流値に換算し、この換算値をそのときのスキャニング電磁石２４，２５の設定電流値と比較する。その結果、そのずれ量（誤差）が所定の許容範囲内の場合にはスポット位置は正常であると判定する。一方、ずれ量（誤差）が所定の許容範囲より大きい場合にはスポット位置は異常であると判定する。異常と判定した場合にはインターロック信号を発生し、このインターロック信号に基づいてビーム出射停止信号６１を加速器制御装置３９に出力する。その結果、開閉スイッチ１１が開となり、高周波印加電極９への高周波電力の印加が停止されて、シンクロトロン６からの粒子線の出射が停止される。
【００３１】
＜スポット線量の異常検出＞
また、スキャニング制御装置３８は１つのスポットへの粒子線の照射開始からの経過時間に基づいて異常の発生を判定する機能を有している。すなわち、スキャニング制御装置３８はスポットタイマーを有し、ビーム出射開始信号６２を加速器制御装置３９に出力すると同時にスポットタイマーをスタートさせ、ビーム出射停止信号６１を加速器制御装置３９に出力するすると同時にスポットタイマーを停止させる。また、スポットタイマのカウント値（経過時間）を設定値と比較し、その経過時間が設定値を超えるとスポット位置に照射される線量が異常であると判定し、上記と同様にインターロック信号を発生し、このインターロック信号に基づいてビーム出射停止信号６１を加速器制御装置３９に出力する。これにより照射量検出装置の誤動作や故障発生、あるいは不適当な入力値により粒子線の出射時間が異常に長くなり、照射線量が過大になろうとした場合でも、ある経過時間で出射を停止することができ、標的への過照射防止を図り、安全性を向上することができる。
【００３２】
ここで、本実施の形態の最大の特徴は、制御システム３５がリアルタイム状態通知装置４３を備えることである。リアルタイム状態通知装置４３は、中央制御装置３６からスキャニング制御装置３８に設定された照射運転パラメータに対応した周波数データ信号１０３を予め受信しており、スキャニング制御装置３８から照射運転の進捗に応じて受信するスポット切替信号１０４、レイヤー切替信号１０５及び照射中信号１０６の変化に基づき、セラピスト（治療者）４５（図１参照）にスキャニング照射運転の進捗状況を音響信号によりリアルタイムで通知する。
【００３３】
前述したように、中央制御装置３６のＣＰＵ４１は、治療計画装置４０から入力した治療計画データ（処方箋データ）を基に、スキャニング制御装置３８に出力するスポット照射パラメータを作成してる。このスポット照射パラメータには、患部３２のレイヤーごとに、各照射スポットの位置データ、各スポットごとの目標線量値、及び照射する順番等が含まれる。中央制御装置３６のＣＰＵ４１はそのスポット照射パラメータを用いて次のように周波数データを作成する。
【００３４】
まず、ＣＰＵ４１は患部３２のレイヤーごとに開始周波数ｆstartと終了周波数ｆendを設定する。開始周波数ｆstartは各レイヤーの最初のスポット照射における音響信号の周波数であり、終了周波数ｆendは各レイヤーの最後のスポット照射における音響信号の周波数である。開始周波数ｆstartと終了周波数ｆendは各レイヤーで異ならせる場合と、各レイヤーで同じとする場合が考えられる。本実施の形態では、各レイヤーでｆstart及び終了周波数ｆendを同じとしている。
【００３５】
また、ＣＰＵ４１は患部３２のレイヤーごとに周波数増加分Δｆを設定する。周波数増加分Δｆは、各レイヤーにおいて、スポットごとに音響周波数を変化させる値である。この周波数増加分は、全てのレイヤーに対して一定とする場合とレイヤーごとに値を変更する場合とが考えられる。本実施の形態では、レイヤーごとに値を変更する。つまり、本実施の形態では、開始周波数ｆstartと終了周波数ｆendを常に一定とするように周波数増加分Δｆを設定する。この周波数増加分は下記式により計算される。
【００３６】
Δｆ＝（ｆend−ｆstart）／（ｎＫ−１）
ここで、前述したように、ｎＫは各レイヤーのスポット数であり、Ｋはレイヤー番号である。これらレイヤー番号及び各レイヤーのスポット数は、スポット照射パラメータに含まれるレイヤーごとの各照射スポットの位置データ、照射する順番等の情報から求めることができる。
【００３７】
以上のように中央制御装置３６において設定された開始周波数ｆstart、終了周波数ｆend、周波数増加分Δｆは、周波数データ信号１０３としてリアルタイム状態通知装置４３に出力される。
【００３８】
また、前述したように、スキャニング制御装置３８は、スキャニング照射の制御に際して、ビーム出射停止信号６１及びビーム出射開始信号６２を加速器制御装置３９に出力するとともに、レイヤー移動信号６３を中央制御装置３６に出力している。スキャニング制御装置３８はビーム出射開始信号６２を出力するとき照射中信号１０６をＯＮし、ビーム出射停止信号６１を出力するとき照射中信号１０６をＯＦＦする。また、ビーム出射停止信号６１を出力するときスポット切替信号１０４を発生し、レイヤー移動信号６３を出力するときレイヤー切替信号１０５を発生する。各レイヤーの最初のスポットSpot １に対してビーム出射開始信号６２の出力により照射中信号１０６がＯＮになるとき、その照射中信号１０６はレイヤー照射開始信号１０７を兼ねている。これらの照射中信号１０６（レイヤー照射開始信号１０７を兼ねる場合を含む）、スポット切替信号１０４、レイヤー切替信号１０５はリアルタイム状態通知装置４３に出力される。
【００３９】
図３はリアルタイム状態通知装置４３の処理機能を示すブロック図である。リアルタイム状態通知装置４３は、データ受信処理部１４１と、初期パラメータ設定部１４２と、信号発生器１４４とを有している。データ受信処理部１４１は、セラピスト４５の外部操作により「可変周波数」側と「固定周波数」側に切り替え可能なスイッチ１４３を有している。
【００４０】
データ受信処理部１４１は中央制御装置３６から出力される上記の周波数データ信号１０３（開始周波数ｆstart、終了周波数ｆend、周波数増加分Δｆ）を受信し、スイッチ１４３が「可変周波数」側に切り替えられているとき、受信した周波数データ信号１０３の周波数データを信号発生器１４４に設定する。
【００４１】
信号発生器１４４はスキャニング制御装置３８から出力されるスポット切替信号１０４、レイヤー切替信号１０５、照射中信号１０６（レイヤー照射開始信号１０７を兼ねる場合を含む）を受信し、照射運転の進捗状況に応じた照射中信号１０６、スポット切替信号１０４、レイヤー切替信号１０５の変化とデータ受信処理部１４１により設定された周波数データとを用いて、発生する音響信号の周波数を変化させる。
【００４２】
具体的には、信号発生器１４４は、各レイヤーの最初のスポットSpot １の照射時にスキャニング制御装置３８からＯＮの照射中信号１０６を受信すると、その照射中信号１０６をレイヤー照射開始信号１０７としてとらえ、各レイヤーの開始周波数ｆstartを設定する。信号発生器１４４は、その後、スキャニング制御装置からのスポット切替信号１０４を受信するたびに、音響信号の周波数を、初期値の開始周波数ｆstartに周波数増加分Δｆを加えることにより順次増加させ、当該レイヤーの最終スポットSpotｎK照射直前のスポット切替信号１０４受信時に終了周波数ｆendを設定する。また、最終スポットの照射が終わり、レイヤー切替信号１０５を受信すると、音響信号の周波数を終了周波数ｆend＋Δｆに設定する。レイヤー切替信号１０５受信時の周波数は終了周波数ｆendと同じ周波数に設定してもよい。
【００４３】
一方、信号発生器１４４は、スキャニング制御装置３８から受信する照射中信号１０６がＯＮとなるたびに、上記のように設定した周波数の信号（設定周波数信号）をアンプ１４５を介してスピーカ１４６に出力し、スピーカ１４６にその周波数の音響信号（音）を発生させる。照射中信号１０６がＯＦＦとなるたびに、設定周波数信号の出力を停止させ、スピーカ１４６からの音響信号（音）の発生を停止させる。
【００４４】
初期パラメータ設定部１４２は、中央制御装置３６からの周波数データ信号１０３が何らかの異常で得られなかった場合に周波数デフォルト値を提供するものであり、周波数デフォルト値として、開始固定周波数ｆs-constと終了固定周波数ｆe-constと周波数増加分Δｆ＝０が設定されている。セラピスト４５の外部操作によりデータ処理部１４１の切替スイッチ１４３を固定周波数側に切り替えると、データ受信処理部１４１は、その周波数デフォルト値を信号発生器１４４に設定する。これにより信号発生器１４４は内部設定データを使った作動が可能となる。
【００４５】
次に、図４を用いてスキャニングスポット照射中のリアルタイム状態通知装置４３の動作について更に詳細に説明する。図４は、データ処理部１４１の切替スイッチ１４３が可変周波数側に切り替えられた場合のリアルタイム状態通知装置４３の動作チャートを示す図である。図中、横軸はスポット照射の進捗を示す時間、縦軸は信号発生器１４４の設定周波数或いは出力周波数である。なお、設定周波数とは、信号発生器１４４が上記のように周波数データ信号１０３を用いて設定した周波数を意味し、出力周波数とは、その設定周波数に基づいて実際にスピーカ１４６に出力された周波数（スピーカから発生した音の周波数）を意味する。
【００４６】
レイヤーＫのスポット照射を例にとる。最初のスポット１の照射時の設定周波数及び出力周波数は開始周波数ｆstartである。つまり、レイヤーＫの最初の照射中信号１０６がＯＮとなると、その照射中信号１０６をレイヤー照射開始信号としてとらえ、開始周波数ｆstartが設定され、その周波数信号が出力される。スポット１の照射が終了すると照射中信号１０６がＯＦＦとなり、周波数信号の出力が停止される。１つのスポットの照射に必要な時間は、数ｍｓから数１０ｍｓである。照射中信号１０６がＯＦＦとなると同時にスポット切替信号１０４が入力され、信号発生器１４４の設定周波数は周波数増加分Δｆが加算された周波数に増加する。その後、次のスポットの照射中信号１０６がＯＮとなると、設定周波数の信号が出力され、そのスポットの照射が終了し照射中信号１０６がＯＦＦとなると、その周波数信号の出力が停止される。これを順次繰り返して設定周波数が終了周波数ｆendとなった時点で、レイヤーＫの照射が終了する。レイヤーＫの照射が完了するとレイヤー切替信号１０５が入力され、終了周波数ｆend＋Δｆの周波数が設定され、この設定周波数の信号が出力される。
【００４７】
以上のように信号発生器１４４の出力周波数が変化する結果、スポット照射の進捗は図４に示すような音響信号の変化としてセラピスト４５に通知される。
【００４８】
特に、レイヤーの照射が完了した場合は、次のレイヤー照射の準備時間が必要である。そのため、その準備期間(約数秒)、終了周波数ｆend＋Δｆの一定周波数の音響信号が出続けることから、セラピスト４５はスポット照射進捗の区切りとしてとらえることが可能である。
【００４９】
図４の左側下部に、レイヤー１のスポット照射中における周波数変化を拡大して示す。上述したように、スポット切替信号１０４を受信すると信号発生器１４４の設定周波数は周波数増加分Δｆが加算された周波数に増加する。また、照射中信号１０６がＯＮとなると、その設定周波数の信号が出力され、照射中信号１０６がＯＦＦとなるとその設定周波数の信号の出力が停止される。
【００５０】
スポット照射においてはスポットを停止してビーム照射を行い、当該スポットが線量満了となるとスキャニング電磁石２４，２５の励磁量を制御して次のスポットに照射位置を移動する。このとき、照射は停止しているため、照射中信号１０６がＯＦＦとなり、音響信号（音）の出力も停止する。
【００５１】
図４の右側下部に、照射照射中における渋滞等の不具合発生時における周波数変化を示す。照射中における渋滞等の不具合発生時とは、スポット位置の異常検出時やスポット線量の異常検出時などである。前述したように、スキャニング制御装置３８はスポット位置の異常検出機能、スポット線量の異常検出機能等の異常検出機能を有しており、これらの異常検出時にインターロック信号に基づいてビーム出射停止信号６１を発生し、加速器制御装置３９に出力する。また、スキャニング制御装置３８はビーム出射停止信号６１を出力するとき照射中信号１０６をＯＦＦにする。信号発生器１４４は照射中信号１０６がＯＦＦとなるとその設定周波数の信号の出力を停止する。異常検出時は、一旦インターロック信号に基づいてビーム出射停止信号６１が発生すると、その後ビーム出射開始信号６２を発生させることはないため、照射中信号１０６はＯＦＦのままとなる。その結果、図４の右側下部に破線で示すように設定周波数の変化とその出力は停止し、スピーカ１４６からの音響信号の出力が停止する。セラピスト４５は照射運転の渋滞等の不具合発生を直ちに把握でき、患者に対し適切な処置をとることができ、高い安全性と信頼性を確保することができる。
【００５２】
また、中央制御装置３６からの周波数データ信号１０３が何らかの異常で得られなかった場合は、セラピスト４５はデータ処理部１４１の切替スイッチ１４３を固定周波数側に切り替え、初期パラメータ設定部１４２の内部設定データ（周波数デフォルト値）を用いて信号発生器１４４を作動させることが可能である。この場合のリアルタイム状態通知装置４３の動作チャートは図６に示す第２の実施の形態の動作チャートと同じとなる。この場合も、後述するごとく、スポット照射を含むスキャニング照射において照射進行状況をセラピスト４５（セラピスト）に通知することができ、セラピスト４５は照射運転の渋滞等の不具合発生を直ちに把握することができる。
【００５３】
以上のように本実施の形態においては、スキャニング方式の粒子線照射装置において、セラピスト４５にリアルタイムで照射進捗状況を通知することが可能となるため、セラピスト４５は照射運転の渋滞等の状況が直ち把握でき、患者に対し適切な処置をとることができる。その結果、安全な運転が可能となり、高い信頼性を確保することができる。
【００５４】
また、中央制御装置３６における周波数データの設定に失敗した場合でも、初期パラメータ設定部１４２によるデフォルト設定値を用いて運転できるので、より安全な運転が可能となる。
【００５５】
本発明の第２の実施の形態を図５及び図６により説明する。
【００５６】
図５は、本実施の形態におけるリアルタイム状態通知装置４３の処理機能を示すブロック図である。リアルタイム状態通知装置４３は、初期パラメータ設定部１４２と信号発生器１４４とを有し、第１の実施の形態にあったデータ受信処理部１４１は備えておらず、初期パラメータ設定部１４２の周波数デフォルト値がそのまま信号発生器１４４に設定される。
【００５７】
図６は、本実施の形態におけるリアルタイム状態通知装置４３の動作チャートを示す図である。本実施の形態では、スポット照射の進捗に応じて周波数は変化せず、常に開始周波数ｆstartのままである。このことは、周波数変化がないことからセラピスト４５に通知する情報としては切替スイッチ１４３を可変周波数側に切り替えた上記の動作例に比べて少ないといえる。しかしながら、数ｍｓスポットの更新による音響信号の断続は、それ自体可聴周波数であり、特にスポットの移行が速い場合には、十分な情報となると考えられる。
【００５８】
本実施の形態では、中央制御装置３６からの周波数データ信号１０３が不要であり、その分動作の信頼性が高くなるという特有の効果がある。
【００５９】
本発明の第３の実施の形態を図７を用いて説明する。
【００６０】
ペンシルビームと呼ばれる細い粒子線を患部の領域内を移動させながら照射するスキャニング方式には、照射時にビーム位置を停止するスポットスキャニング方式と、照射時にビーム位置を停止せず移動を続けながら照射するラスタースキャン方式とがある。本実施の形態は、ラスタースキャン方式の粒子線照射装置に本発明を適用したものである。
【００６１】
図７は、本実施の形態におけるリアルタイム状態通知装置４３の動作チャートを示す図である。
【００６２】
照射方式としてラスタースキャン方式を用いる場合は、図７に示すように、ビームは停止させず連続的に移動させた状態でビーム照射を行う。この場合はスポット照射のような音の断続を行わない。
【００６３】
ラスタースキャン方式では分割されたスポットという概念がないため、周波数も連続的に変化する。したがって次のように時間当たりの周波数変化率ｄｆを決める。
【００６４】
ｄｆ＝（ｆend−ｆstart）／ｔｓK
ここで、ｆstartはレイヤー照射開始信号１０７の受信時に設定される開始周波数であり、ｆendはレイヤー切替信号１０５の受信時に設定される終了周波数である。ｔｓKはレイヤー毎のスイープ時間（始点から終点までビーム移動に必要な時間）である。
【００６５】
また、例えば信号発生器１４４は、スキャニング制御装置３８から照射運転の渋滞検出時に発生するインターロック信号を受信し、このインターロック信号の受信時に、直前の音響信号の周波数を用いて一定周波数の音を出し続けることができる。
【００６６】
本実施の形態によって、ラスタースキャン方式の粒子線照射装置において、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００６７】
以上において、本発明の幾つかの実施の形態を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に制限されず、本発明の精神の範囲内で種々の変形が可能である。
【００６８】
例えば、上記第１の実施の形態では、スポットスキャニング方式の粒子線照射装置において、粒子線の照射位置が移動し、照射を停止している間は、音響信号（音）の出力を停止したが、その時間は数ｍｓと短いので、その間も音響信号（音）を出力し続けてもよい。この場合は、音響信号の出し方は、例えばラスタースキャン方式に係わる第３の実施の形態と同様とすることができる。
【００６９】
また、第１の実施の形態では、照射運転の渋滞等の不具合発生時にビーム出射停止信号６１により照射中信号１０６をＯＦＦにし、音響信号（音）の出力を停止したが、一定周波数の音を出し続けることで、異常であることを知らせてもよい。この場合も、照射運転の渋滞等の不具合発生時における音響信号の出し方は、ラスタースキャン方式に係わる第３の実施の形態と同様とすることができる。つまり、例えば信号発生器１４４は、スキャニング制御装置３８から照射運転の渋滞検出時に発生するインターロック信号を受信し、このインターロック信号の受信時に、直前の音響信号の周波数を用いて一定周波数の音を出し続ける。
【００７０】
更に、第１の実施の形態では、スキャニング制御装置３８で発生したビーム出射停止信号６１、ビーム出射開始信号６２、レイヤー移動信号６３を用いてスポット切替信号１０４、レイヤー切替信号１０５、照射中信号１０６のＯＮ、ＯＦＦの切替え、レイヤー照射開始信号１０７を発生したが、ビーム出射停止信号６１、ビーム出射開始信号６２、レイヤー移動信号６３を直接信号発生器１４４に出力し、信号発生器１４４でそれらの信号を受信して判断を行い、音響信号を発生してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施の形態に係わる粒子線照射装置の全体構成を示す図である。
【図２】粒子線が患部を照射する様子を示す図であり、代表的なスポット照射の場合を例として示している。
【図３】リアルタイム状態通知装置の処理機能を示すブロック図である。
【図４】データ処理部の切替スイッチが可変周波数側に切り替えられた場合のリアルタイム状態通知装置の動作チャートを示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態におけるリアルタイム状態通知装置の処理機能を示すブロック図である。
【図６】第２の実施の形態におけるリアルタイム状態通知装置の動作チャートを示す図である。
【図７】本実施の形態におけるリアルタイム状態通知装置の動作チャートを示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１  荷電粒子ビーム発生装置
２  第１ビーム輸送系
３  第２ビーム輸送系
４  回転ガントリー
５  直線加速器
６  シンクロトロン
７  高周波印加装置
８  加速装置
９  高周波印加電極
１０  高周波電源
１１  開閉スイッチ
１２  出射用デフレクタ
１３，１５，１７，１８  四極電磁石
１４，１６，１９，２０  偏向電磁石
２１  照射ノズル装置
２２  粒子線（イオンビーム）
２３  治療ゲージ
２４，２５  スキャニング電磁石
２６  線量センサ
２７  ビーム位置センサ
３２  患部
３５  制御システム
３６  中央制御装置（第２制御手段）
３８  スキャニング制御装置（第１制御手段）
３９  加速器制御装置
４０  治療計画装置
４１  ＣＰＵ
４２  メモリ
４３  リアルタイム状態通知装置（リアルタイム状態通知手段）
４５  セラピスト（治療者）
６１  ビーム出射停止信号
６２  ビーム出射開始信号
６３  レイヤー移動信号
１０３  周波数データ信号
１０４  スポット切替信号
１０５  レイヤー切替信号
１０６  照射中信号
１０７  レイヤー照射開始信号
１４１  データ受信処理部
１４２  初期パラメータ設定部
１４３  スイッチ
１４４  信号発生器
１４５  アンプ
１４６  スピーカ
【図１】
2008054973.tif 000003
【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】
2008054973.tif 000008
【図７】
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