(57)【要約】【課題】がん治療用などの荷電粒子ビーム照射装置において、２台のビームスキャン電磁石電源へのスキャン指令値出力装置を１台に統合した荷電粒子ビーム照射装置を提供する。【解決手段】制御装置１０の合成演算装置１１は、Ｘ軸指令値メモリ１２Ａ，Ｙ軸指令値メモリ１２Ｂの指令値を合成して１つ指令値パターンとし、制御ビットを付加し、パターン発生装置１４の合成パターンメモリ１３に格納する。Ｘ軸スキャン電磁石電源３０Ａ，Ｙ軸スキャン電磁石電源３０Ｂは、制御ビットに基づいて、主走査Ｘ軸方向，副走査Ｙ軸方向の指令値だけをそれぞれ取り込んで、走査する。パターン発生装置を１台に削減し、１つのパターン発生装置で２台のスキャン電磁石電源を制御できる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム照射制御装置によりＸ軸スキャニング電磁石およびＹ軸スキャニング電磁石を制御し、高エネルギービームを走査し患部に照射する荷電粒子ビーム照射方法において、
主走査Ｘ軸指令パターンＩｘｉに副走査Ｙ軸指令パターンＩｙｊを埋め込んで１つの時系列指令パターン
2004167136.tif 000005
を合成するとともに、前記Ｉｙｊ出力時にＯＮとなる制御ビットを付加し、
前記｛Ｉｋ｝内の前記制御ビットが無い走査Ｘ軸指令パターンＩｘｉに基づいて、前記Ｘ軸スキャニング電磁石を制御し、
前記｛Ｉｋ｝に埋め込まれた前記制御ビット付き副走査Ｙ軸指令パターンＩｙｊに基づいて、前記Ｙ軸スキャニング電磁石を制御する
ことを特徴とする荷電粒子ビーム照射方法。
【請求項２】
ビーム照射制御装置によりＸ軸スキャニング電磁石およびＹ軸スキャニング電磁石を制御し、高エネルギービームを走査し患部に照射する荷電粒子ビーム照射装置において、
前記ビーム照射制御装置が、Ｘ軸指令パターンＩｘｉとＹ軸指令パターンＩｙｊとを合成して１つの時系列指令パターン
2004167136.tif 000006
にするとともに、前記Ｉｙｊ出力時にＯＮとなる制御ビットを付加する合成演算装置を備え、
前記Ｘ軸スキャニング電磁石が、前記ＯＮとなる制御ビットが無い指令値を取り込む指令値更新回路を備え、
前記Ｙ軸スキャニング電磁石が、前記ＯＮとなる制御ビットがある指令値を取り込む指令値更新回路を備えた
ことを特徴とする荷電粒子ビーム照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子ビーム照射装置に係り、特に、加速器で得られた陽子線・重粒子線などの荷電粒子ビームを散乱させずに走査して患部に照射する荷電粒子ビーム照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の荷電粒子ビーム照射装置は、交差する２方向に対応する２台のビームスキャン電磁石電源に対してそれぞれ独立に走査指令値を与えていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２７０６５６５号公報（第４，５頁，図１）
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術においては、ビームスキャン電磁石に励磁電流指令値を出力するためのパターン指令出力装置を２台独立して用意する必要があり、コストにもスペースにも無駄があった。
【０００４】
本発明の目的は、２台のビームスキャン電磁石電源へのスキャン指令値出力装置を１台に統合した荷電粒子ビーム照射装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、ビーム照射制御装置によりＸ軸スキャニング電磁石およびＹ軸スキャニング電磁石を制御し、高エネルギービームを走査し患部に照射する荷電粒子ビーム照射方法において、主走査Ｘ軸指令パターンＩｘｉに副走査Ｙ軸指令パターンＩｙｊを埋め込んで１つの時系列指令パターン
｛Ｉｋ｝＝Ｉｙ１，｛Ｉｘ１，…，Ｉｘｍ｝，
Ｉｙ２，｛Ｉｘｍ＋１，…，Ｉｘｎ｝，
…
を合成するとともに、Ｉｙｊ出力時にＯＮとなる制御ビットを付加し、｛Ｉｋ｝内の制御ビットが無い走査Ｘ軸指令パターンＩｘｉに基づいて、Ｘ軸スキャニング電磁石を制御し、｛Ｉｋ｝に埋め込まれた制御ビット付き副走査Ｙ軸指令パターンＩｙｊに基づいて、Ｙ軸スキャニング電磁石を制御する荷電粒子ビーム照射方法を提案する。
【０００６】
本発明は、また、ビーム照射制御装置によりＸ軸スキャニング電磁石およびＹ軸スキャニング電磁石を制御し、高エネルギービームを走査し患部に照射する荷電粒子ビーム照射装置において、ビーム照射制御装置が、Ｘ軸指令パターンＩｘｉとＹ軸指令パターンＩｙｊとを合成して１つの時系列指令パターン
2004167136.tif 000003
にするとともに、Ｉｙｊ出力時にＯＮとなる制御ビットを付加する合成演算装置を備え、Ｘ軸スキャニング電磁石が、ＯＮとなる制御ビットが無い指令値を取り込む指令値更新回路を備え、Ｙ軸スキャニング電磁石が、ＯＮとなる制御ビットがある指令値を取り込む指令値更新回路を備えた荷電粒子ビーム照射装置を提案する。
【０００７】
より具体的には、２台のスキャン電磁石電源への指令値Ｉｘｉ，Ｉｙｊを１つの指令値Ｉｋに合成し、出力データの一部に制御ビットを設ける。この制御ビットは、指令値Ｉｙを出力する場合、「１」とし、それ以外の場合は「０」とする。
【０００８】
２台のスキャン電磁石電源においては、指令値Ｉｋを同時に受信し、制御ビットが「０」の場合は、Ｘ軸スキャン電磁石電源が指令値Ｉｋに基づいて動作し、Ｙ軸スキャン電磁石電源は指令値Ｉｋを無視し、前回値をホールドして動作する。  制御ビットが「１」の場合は、Ｙ軸電磁石電源が指令値Ｉｋに基づいて動作し、Ｘ軸スキャン電磁石電源が指令値Ｉｋを無視し、前回値をホールドして動作する。
【０００９】
本発明は、見方を変えれば、高速スキャンを要するＸ軸スキャンの隙間にＹ軸方向で走査位置をずらしていくインクリメント信号を飛び飛びに埋め込み、１つの時系列指令パターンを生成することである。
【００１０】
その結果、２台のスキャン電磁石電源を１つの指令値で制御できるので、スキャン電磁石電源制御パターン発生装置の数を削減し、コストおよびスペースを節約できることになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、図１〜図５を参照して、本発明による荷電粒子ビーム照射装置の実施形態を説明する。
【００１２】
図１は、本発明による荷電粒子ビーム照射装置の一実施形態の系統構成を示すブロック図である。本実施形態の荷電粒子ビーム照射装置は、イオン源１、主加速器２と、ガントリー３と、荷電粒子ビーム５を患部６に照射する照射ノズル４と、Ｘ軸スキャン電磁石７Ａと、Ｙ軸スキャン電磁石７Ｂと、Ｘ軸スキャン電磁石電源３０Ａと、Ｙ軸スキャン電磁石電源３０Ｂと、ビーム照射制御装置１０とからなる。
【００１３】
イオン源１は、陽子線などを発生する例えば直線加速器である。イオン源１で作られたビームは、例えばシンクロトロンなどの主加速器２により、必要なエネルギーにまで加速される。ビームのエネルギーは、患者体内の患部６の深さに合わせて決定される。得られたビームは、ガントリー３に送られ、所定の荷電粒子ビーム５として形成された後、照射ノズル４から患部６に照射される。
【００１４】
荷電粒子ビーム５は、ビーム方向に垂直な平面を走査し、患部６の２次元的形状に合わせて照射される。深さ方向は、ビームエネルギーを変えて制御される。
【００１５】
平面を走査するために、ガントリー３にスキャン電磁石７Ａ，７Ｂを設置してある。本明細書では、便宜上、スキャン電磁石７Ａが平面座標のＸ軸を走査し、スキャン電磁石７ＢがＹ軸を走査するとする。スキャン電磁石７Ａ，７Ｂは、それぞれスキャン電磁石電源３０Ａ，３０Ｂにより励磁される。
【００１６】
本実施形態のスキャン電磁石電源３０Ａ，３０Ｂは、ビーム照射制御装置１０からの指令値２０により、一括して制御される。
【００１７】
図２は、図１の荷電粒子ビーム照射装置におけるビーム照射制御装置１０の内部構成の一例を示すブロック図である。ビーム照射制御装置１０は、合成演算装置１１と、指令値メモリ１２Ａ，１２Ｂと、合成パターンメモリ１３を内蔵したパターン発生装置１４とを含んでいる。荷電粒子ビームのＸ，Ｙ方向の走査を制御するために、２つのスキャン電磁石電源３０Ａ，３０ＢへのＸ，Ｙの指令値が指令値メモリ１２Ａ，１２Ｂに格納されている。
【００１８】
合成演算装置１１は、これらの２つの指令値を１つのパターン指令値｛Ｉｋ｝２０に合成し、パターン発生装置１４の合成パターンメモリ１３に格納する。パターン指令値｛Ｉｋ｝２０は、２台のビームスキャン電磁石電源３０Ａ，３０Ｂに対して同時に与えられる。
【００１９】
合成は、例えば、
2004167136.tif 000004
のようにする。指令値｛Ｉｘｉ｝１２Ａ，｛Ｉｙｊ｝１２Ｂは、ビーム照射対象患部の外形に合わせた電磁石電流設定指令値であり、予め決定されている。
【００２０】
ここでは、荷電粒子ビームをスキャンする方向Ｘ，Ｙのうち主走査のＸ方向が高速であり、副走査のＹ方向が低速とする。Ｙ方向のビーム位置を指令値Ｉｙ１により設定した後、｛Ｉｘ１，…，Ｉｘｍ｝の指令値を順次送出してＸ方向のビーム位置を走査し、Ｘ方向の１段目が終了すれば、指令値Ｉｙ２により、次段の走査に移る。
【００２１】
図３は、ビーム照射制御装置の指令値データ２０の構成の一例を示す図である。指令値データ２０において、各パターン指令値の一部に制御ビットを設ける。制御ビットは、指令値Ｉｋについて、元指令値がＩｘｉの場合は「０」とし、元指令値がＩｙｊの場合は「１」に設定する。
【００２２】
指令値Ｉｋを受ける各スキャン電磁石電源３０Ａ，３０Ｂは、制御ビットに基づいてその動作を決定する。したがって、１台のパターン発生装置１４によって、２台のスキャン電磁石電源３０Ａ，３０Ｂを制御できる。
【００２３】
図４は、図３の指令値データ２０とビーム照射領域との対応関係を示す図である。曲線は、荷電粒子ビームを照射すべき患部を表現している。スキャン電磁石電源３０Ｂが、Ｙ方向のビーム位置を指令値Ｉｙ１により設定した後、スキャン電磁石電源３０Ａが、｛Ｉｘ１，…，Ｉｘｍ｝の指令値を順次送出してＸ方向のビーム位置を走査する。
【００２４】
Ｘ方向の１段目が終了すれば、スキャン電磁石電源３０Ｂは、指令値Ｉｙ２により、２段目の走査に移動させる。そこで、スキャン電磁石電源３０Ａが、｛Ｉｘｍ＋１，…，Ｉｘｎ｝の指令値を順次送出してＸ方向のビーム位置を走査する。
【００２５】
Ｘ方向の２段目が終了すれば、スキャン電磁石電源３０Ｂは、指令値Ｉｙ３により、３段目の走査に移動させる。そこで、スキャン電磁石電源３０Ａが、｛Ｉｘｎ＋１，…，Ｉｘｏ｝の指令値を順次送出してＸ方向のビーム位置を走査する。
【００２６】
以下、同様の走査を繰り返し、１５段目のＸ方向のビーム位置を走査すると、患部６への走査が完了する。
【００２７】
なお、図４において、各照射領域要素が長方形であるのは、参照符号を表記する都合であって、現実の縦横比を示しているわけではない。
【００２８】
図５は、本発明によるスキャン電磁石電源３０Ａ，３０Ｂの構成の一例を示すブロック図である。スキャン電磁石電源３０Ａは、指令値更新回路３１Ａと、偏差検出回路３２Ａと、制御演算回路３３Ａと、帰還演算回路３４Ａと、ビーム位置判定回路３５Ａとを含んでいる。
【００２９】
制御ビット＝１の場合、スキャン電磁石電源３０Ａは、指令値更新回路３１Ａにより、指令値Ｉｋを無視し、前回指令値をホールドする。スキャン電磁石電源３０Ｂは、指令値更新回路３１Ｂにより、制御ビット＝１の場合のみ、指令値を受け付けてＹ軸方向の位置を所定量だけ進める。
【００３０】
制御ビット＝０の場合、スキャン電磁石電源３０Ａは、指令値Ｉｋに従ってＸ方向に主走査し、スキャン電磁石電源３０Ｂは、ホールドされた指令値Ｉｋに従ってＹ軸方向の位置を保つ。
【００３１】
各スキャン電磁石電源３０Ａ，３０Ｂにおいては、帰還演算回路３４Ａ，３４Ｂがフィードバック量を演算し、偏差検出回路３２Ａ，３２Ｂが目標位置とフィードバック量との偏差を検出し、制御演算回路３３Ａ，３３Ｂがその誤差に基づいて荷電粒子位置を制御演算し、スキャン電磁石７Ａ，７Ｂ電流を定電流制御する。
【００３２】
本実施形態では、ビーム位置判定回路３５Ａ，３５Ｂが、所定以下の偏差値である場合にビーム位置条件信号３６Ａ，３６Ｂを出力する。この信号の有無により、ビーム位置が所定範囲内の位置に制御されていることを判定できる。
【００３３】
本実施形態によれば、加速器の荷電粒子ビーム照射装置において、２台のスキャン電磁石電源を１つの指令値で制御できるので、スキャン電磁石電源制御パターン発生装置の数を削減し、コストおよびスペースを節約可能で、高信頼性の荷電粒子ビーム照射装置を実現できる。
【００３４】
また、ビーム位置が適切に制御されていることを電磁石電源の動作から判定できるので、安全な治療が可能となる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、加速器の荷電粒子ビーム照射装置において、２台のスキャン電磁石電源を１つの指令値で制御できるので、スキャン電磁石電源制御パターン発生装置の数を削減し、コストおよびスペースを節約可能で、高信頼性の荷電粒子ビーム照射装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による荷電粒子ビーム照射装置の一実施形態の系統構成を示すブロック図である。
【図２】図１の荷電粒子ビーム照射装置におけるビーム照射制御装置の内部構成の一例を示すブロック図である。
【図３】ビーム照射制御装置の指令値データの構成の一例を示す図である。
【図４】図３の指令値データとビーム照射領域との対応関係を示す図である。
【図５】本発明によるスキャン電磁石電源の構成の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  イオン源
２  主加速器
３  ガントリー
４  照射ノズル
５  荷電粒子ビーム
６  患部
７Ａ  Ｘ軸スキャン電磁石
７Ｂ  Ｙ軸スキャン電磁石
１０  ビーム照射制御装置
１１  合成演算装置
１  ２Ａ  Ｘ軸指令値メモリ
１２  Ｂ  Ｙ軸指令値メモリ
１３  合成パターンメモリ
１４  パターン発生装置
２０  指令値
３０Ａ  Ｘ軸スキャン電磁石電源
３０Ｂ  Ｙ軸スキャン電磁石電源
３１  指令値更新回路
３２  偏差演算回路
３３  制御演算回路
３４  帰還演算回路
３５  ビーム位置判定回路
３６  ビーム位置条件信号
【図１】
2004167136.tif 000007
【図２】
2004167136.tif 000008
【図３】
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【図４】
2004167136.tif 000010
【図５】
2004167136.tif 000011