(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射対象に荷電粒子ビームを照射する粒子線照射装置であって、
荷電粒子ビームを加速・出射する加速器と、
この加速器から出射された荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射装置と、
前記加速器および前記照射装置を制御する制御装置と、
前記照射対象に照射する荷電粒子ビームのビーム電流強度を電荷量として計測する線量モニタとを備え、
前記制御装置は、前記線量モニタで計測された電荷量の信号を増幅するゲインが各々異なる少なくとも２台以上のアンプと、このアンプに対して１対１で接続された少なくとも２台以上のカウンタと、この少なくとも２台以上のカウンタのカウント値を積算する積算器とを有し、任意に計画されたビーム停止タイミングであるコントロールポイントごとに用いるアンプを選択・変更して、前記積算器で積算されたカウント値を用いて前記荷電粒子ビームの線量を監視する
ことを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の粒子線照射装置において、
前記制御装置の前記積算器は、前記コントロールポイント毎にコントロールポイント満了からのカウント値の線量超過分を記録しておき、次のコントロールポイントの照射ではこの記録しておいた線量超過分のカウント値を差し引く
ことを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項３】
請求項１に記載の粒子線照射装置において、
前記制御装置によって選択されなかったアンプに接続されたカウンタも、前記荷電粒子ビームの照射中はカウントの累積を継続する
ことを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項４】
照射対象に荷電粒子ビームを照射する粒子線照射装置であって、
荷電粒子ビームを加速・出射する加速器と、
前記照射対象を複数の層に分割し、前記複数の層を小領域であるスポットに分けて前記荷電粒子ビームを照射する照射装置と、
前記加速器および前記照射装置を制御する制御装置と、
前記照射対象に照射する荷電粒子ビームのビーム電流強度を電荷量として計測する線量モニタとを備え、
前記制御装置は、前記線量モニタで計測された電荷量の信号を増幅するゲインが各々異なる少なくとも２台以上のアンプと、このアンプに対して１対１で接続された少なくとも２台以上のカウンタと、この少なくとも２台以上のカウンタのカウント値を積算する積算器とを有し、層の変更及び／又は重要臓器に隣接するスポットへの到達ごとに用いるアンプを選択・変更して、前記積算器で積算されたカウント値を用いて前記荷電粒子ビームの線量を監視する
ことを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項５】
荷電粒子ビームを加速・出射する加速器と、この加速器から出射された荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射装置と、前記加速器および前記照射装置を制御する制御装置とを備えた粒子線照射装置において前記照射対象に照射される荷電粒子ビームの線量を監視する方法であって、
線量モニタが前記照射対象に照射する荷電粒子ビームのビーム電流強度を電荷量として計測し、信号を増幅するゲインが各々異なる少なくとも２台以上のアンプが前記線量モニタで計測された電荷量の信号を増幅し、任意に計画されたビーム停止タイミングであるコントロールポイントごと用いるアンプは選択・変更され、前記アンプに対して１対１で接続された少なくとも２台以上のカウンタが増幅された信号からパルス数をカウントし、積算器がパルス数を積算し、前記積算器が積算したカウント値を用いて前記荷電粒子ビームの線量を監視する
ことを特徴とする粒子線照射装置の作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子線照射装置および粒子線照射装置の作動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
がん等の患者の患部に陽子もしくは炭素イオン等の荷電粒子ビーム（粒子線、イオンビームともいう）を照射する治療方法が知られている。この治療に用いる粒子線照射装置は、荷電粒子ビーム発生装置を備えている。荷電粒子ビーム発生装置で加速されたイオンビームは、第１ビーム輸送系およ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する。イオン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。
【０００３】
照射装置の照射方式としては、例えば非特許文献１に記載のような、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頁および２０９３頁）が知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】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】
【０００５】
上記の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。このスキャニング方式には、スポットスキャニング方式や、ラスタースキャニング方式などがある。
【０００６】
スポットスキャニング方式は、患部の照射平面上をスポットと呼ばれる線量管理領域に分割し、スポット毎に走査を停止して設定した照射線量に到達するまでビームを照射した後にビームを停止し、次の照射スポット位置に移動する。このようにスポットスキャニング方式は、照射開始位置をスポット毎に更新する照射法である。
【０００７】
また、ラスタースキャニング方式は、スポットスキャニング方式と同様に線量管理領域を設定するが、スポット毎にビーム走査を停止せず、ビームを走査経路上を走査しながら照射する。そのため、一回当たりの照射線量を低くし、複数回繰り返し照射するリペイント照射を実施することで照射線量の一様度を向上する。このようにラスタースキャニング方式は、照射開始位置を走査経路毎に更新する照射法である。
【０００８】
スキャニング方式に限らず、粒子線照射装置においては、健全な細胞への被爆を極力防止し過不足ない正しい照射治療を行うために、照射装置の、走査電磁石の下流側でかつ照射対象である患者の直前に、照射位置への荷電粒子ビームの照射量を計測する照射量検出装置として、ビーム位置モニタおよび線量モニタが設置されている。このうち、線量モニタでは、通常、線量のカウントはパルス値で管理している。
【０００９】
ここで、粒子線照射装置では、治療計画に依存して広い範囲のビーム電流レンジにより、ビームを照射するケースがある。詳しくは後述するが、ビーム電流強度を変更した場合、線量をカウントするモニタはゲインを変更するが、この際にゲイン毎の線量管理を行うことによって線量管理の精度を向上できることが本発明者らの検討によって明らかとなった。
【００１０】
本発明は、ビーム電流強度を変更した場合であっても、照射対象に照射される荷電粒子ビームの線量を従来に比べて高精度に測定することができる粒子線照射装置および粒子線照射装置の作動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、照射対象に荷電粒子ビームを照射する粒子線照射装置であって、荷電粒子ビームを加速・出射する加速器と、この加速器から出射された荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射装置と、前記加速器および前記照射装置を制御する制御装置と、前記照射対象に照射する荷電粒子ビームのビーム電流強度を電荷量として計測する線量モニタとを備え、前記制御装置は、前記線量モニタで計測された電荷量の信号を増幅するゲインが各々異なる少なくとも２台以上のアンプと、このアンプに対して１対１で接続された少なくとも２台以上のカウンタと、この少なくとも２台以上のカウンタのカウント値を積算する積算器とを有し、任意に計画されたビーム停止タイミングであるコントロールポイントごとに用いるアンプを選択・変更して、前記積算器で積算されたカウント値を用いて前記荷電粒子ビームの線量を監視することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ビーム電流強度を変更した場合であっても、照射対象に照射される荷電粒子ビームの線量を従来に比べて高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の粒子線照射装置の第１の実施形態の全体構成を示す構成図である。
【図２】本発明の粒子線照射装置の第１の実施形態を構成するスキャニング照射システムおよび照射制御システムの概略を示す構成図である。
【図３】本発明の粒子線照射装置の第１の実施形態におけるビームモニタシステムの概略図である。
【図４Ａ】本発明の粒子線照射装置の第１の実施形態におけるコントロールポイント切替後のカウント値からの増分での線量監視の一例を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の粒子線照射装置の第１の実施形態におけるコントロールポイント切替後のカウント値からの増分での線量監視の一例を示す図である。
【図４Ｃ】本発明の粒子線照射装置の第１の実施形態におけるコントロールポイント切替後のカウント値からの増分での線量監視の一例を示す図である。
【図４Ｄ】本発明の粒子線照射装置の第１の実施形態におけるコントロールポイント切替後のカウント値からの増分での線量監視の一例を示す図である。
【図５】スキャニング照射方式による荷電粒子ビーム照射の制御のフローチャート図である。
【図６】ラスタースキャン方式による荷電粒子ビーム照射の制御のフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
上述したように、粒子線照射装置には線量モニタが設置されている。このような粒子線照射装置では、治療計画に依存して広い範囲のビーム電流レンジによりビームを照射するケースがある。この場合に、線量をカウントするモニタはゲインを変更する為、ゲイン毎の線量管理が必要となることが本発明者らの検討によって明らかとなった。
【００１５】
これは、レイヤ（層）変更、重要臓器に隣接するスポット等、任意に設定されるイベントフラグであるコントロールポイントに到達したことに基づくビーム照射条件の切り替えなどの計画されたビーム停止後にビーム電流強度を変更する場合、ゲイン毎に照射線量に対するパルス値が異なる為、ビーム電流強度に伴いゲインが変更されるとパルス値での線量管理ができなくなるためであることがわかった。そのため、線量カウントに影響することを防止するためにはゲイン毎の線量管理が必要となる、との本発明者らによって明らかにされた知見に基づくものである。
【００１６】
以下、上述の知見に基づいた本発明の粒子線照射装置および粒子線照射装置の作動方法の実施形態を、図面を用いて説明する。
【００１７】
＜第１の実施形態＞  
本発明の粒子線照射装置および粒子線照射装置の作動方法の第１の実施形態を、図１乃至図５を用いて説明する。
【００１８】
なお、本発明において、粒子線照射装置とは、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のことを意味する。
【００１９】
まず、本発明の粒子線照射装置の構成について、図１乃至図３を用いて説明する。
図１は本実施形態の粒子線照射装置の全体構成を示す構成図、図２は本実施形態の粒子線照射装置を構成するスキャニング照射システムおよび照射制御システムの概略を示す構成図、図３は本実施形態の粒子線照射装置におけるビームモニタシステムの概略図である。
【００２０】
図１において、本実施形態の粒子線照射装置は、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および制御システム４を備えている。
【００２１】
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および円形加速器（シンクロトロン）１６を有する。本実施形態では、円形加速器１６としてシンクロトロンを例に説明するが、サイクロトロンや直線加速器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。
【００２２】
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ており、荷電粒子ビーム発生装置１とスキャニング照射装置３とを接続する。
【００２３】
スキャニング照射装置３は、荷電粒子ビーム１２を患者の患部に照射するための装置であり、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および回転ガントリ１４とを備える。
【００２４】
治療台１０は、治療室内に配置されており、患者１３を載せて患部の位置決めを行う。
【００２５】
照射ノズル１１には、図２に示すように、荷電粒子ビーム１２の進行方向の上流側から順番に、上流ビームモニタ１１ａ、走査電磁石１１ｂ、線量モニタ１１ｃおよ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。照射ノズル１１は、スキャニングビームの照射野を形成する。
【００２６】
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１２の通過位置およびビーム幅（ビーム径）を計測する。
【００２７】
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１１ｂ１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１１ｂ２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。
【００２８】
線量モニタ１１ｃは、二つの電極が平行に配置された平行平板型構造をしており、二つの電極間に電圧が印加されている。荷電粒子ビームがこの二つの電極の間を通過すると、荷電粒子ビームにより検出器内の空気が電離され、電離された荷電粒子が検出器内電場により電極に集積し、信号となって読み出される。荷電粒子ビーム量と電極に集積する電荷とは比例するので、この信号を読み取ることで通過した荷電粒子ビームの照射線量を計測する。すなわち、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。
【００２９】
この線量モニタ１１ｃは、図３に示すように、正線量モニタ１１ｃ１および副線量モニタ１１ｃ２との２個の全く同じ構成の線量モニタから構成される。正線量モニタ１１ｃ１および副線量モニタ１１ｃ２は、計測した信号を線量監視制御装置８ｂ３にそれぞれ別個に出力する。
【００３０】
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およびビーム幅を計測する。すなわち、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およびビーム幅を計測するモニタである。
【００３１】
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り、ビームの照射角度を決める。回転ガントリ１４が回転することによって、患者１３に照射する荷電粒子ビーム１２の照射角度を変更することができる。
【００３２】
図１に戻り、制御システム４は、中央制御装置５、加速器・輸送系制御システム７および照射制御システム８を有する。
中央制御装置５は、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および操作端末４０に接続される。この中央制御装置５は、治療計画装置６からの設定データに基づいて、加速器運転のための運転パラメータの設定値、照射野を形成するための運転パラメータ、計画されるビーム位置およびビーム幅、線量の設定値を算出する機能を備えている。これらの運転パラメータおよびモニタ設定値は、中央制御装置５から加速器・輸送系制御システム７および照射制御システム８に出力される。
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およびビーム輸送系２に接続され、荷電粒子ビーム発生装置１およびビーム輸送系２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、スキャニング照射装置３を構成する機器を制御する。
操作端末４０は、操作者（医者、オペレータ等の医療従事者）がデータや指示信号を入力する入力装置および表示画面を備えている。
【００３３】
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およ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８ａ２、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を備えている。このうち、回転ガントリ制御装置８ａ１は、回転ガントリ１４の回転角度を制御することで、患者１３に照射する荷電粒子ビームの照射角度を制御する。
【００３４】
モニタ監視制御装置８ｂは、上流ビームモニタ１１ａ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１１ｄを監視制御する下流ビームモニタ監視制御装置８ｂ２、線量モニタ１１ｃを監視制御する線量監視制御装置８ｂ３を概略備える。
【００３５】
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に入射された荷電粒子ビームのビーム位置およ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、下流ビームモニタ１１ｄに入射された荷電粒子ビームのビーム位置およびビーム幅を計測する機能を有する。すなわち、走査された荷電粒子ビームのビーム位置およ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。上流ビームモニタ監視制御装置８ｂ１や下流ビームモニタ監視制御装置８ｂ２の機構は、具体的には以下の通りである。
【００３６】
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およ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、また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。
【００３７】
下流ビームモニタ監視制御装置８ｂ２は、下流ビームモニタ１１ｄ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およ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、また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。
【００３８】
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、照射線量値が目標線量値に達したと判定すると、中央制御装置５に対して照射満了信号を出力する。中央制御装置５は、照射満了信号を受けて荷電粒子ビームの出射を停止する。
【００３９】
この線量監視制御装置８ｂ３は、図３に示すように、正線量モニタ１１ｃ１に接続されたアンプ（ゲイン１）８ｂ３−１，アンプ（ゲイン２）８ｂ３−２，アンプ（ゲイン３）８ｂ３−３、パルスカウンタ８ｂ３−４、積算パルス取込装置８ｂ３−５と、副線量モニタ１１ｃ２に接続されたアンプ（ゲイン１）８ｂ３−１，アンプ（ゲイン２）８ｂ３−２，アンプ（ゲイン３）８ｂ３−３、パルスカウンタ８ｂ３−４、積算パルス取込装置８ｂ３−５と、演算部８ｂ３−６、メモリ８ｂ３−７、プリセット出力部８ｂ３−８、線量満了判定部８ｂ３−９を有している。
【００４０】
アンプ（ゲイン１）８ｂ３−１，アンプ（ゲイン２）８ｂ３−２，アンプ（ゲイン３）８ｂ３−３は、各々の正線量モニタ１１ｃ１または副線量モニタ１１ｃ２で計測された電荷信号をパルス信号に増幅するゲインが各々異なるアンプである。各々のアンプは、増幅したパルス信号をパルスカウンタ８ｂ３−４に出力する。なお、図示の都合上３つのアンプを設ける場合を例示したが、アンプの数は３つに限定されず、荷電粒子ビームの照射条件に合わせて適宜適切な個数設けることができる。
【００４１】
パルスカウンタ８ｂ３−４は、アンプ８ｂ３−１〜８ｂ３−３に対して１対１で接続されており、アンプ８ｂ３−１〜８ｂ３−３と同数設けられている。このパルスカウンタ８ｂ３−４は、アンプ８ｂ３−１〜８ｂ３−３から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積算パルス取込装置８ｂ３−５に出力する。
【００４２】
積算パルス取込装置８ｂ３−５は、アンプ８ｂ３−１〜８ｂ３−３に対して１対１で接続されたパルスカウンタ８ｂ３−４で各々積算されたパルス数を積算し、演算部８ｂ３−６に対して出力する。
【００４３】
演算部８ｂ３−６は、積算パルス取込装置８ｂ３−５で積算された積算値から、照射スポットに対する照射線量値を演算する。
【００４４】
線量満了判定部８ｂ３−９は、演算部８ｂ３−６で求めた照射スポットに対する照射線量値と目標線量値とを比較し、照射線量値が目標線量値に達したと判定したときは中央制御装置５に対して照射満了信号を出力する。
【００４５】
メモリ８ｂ３−７は、演算部８ｂ３−６で演算された各スポット毎の線量や各コントロールポイント毎の線量を記憶する。
【００４６】
プリセット出力部８ｂ３−８は、図４Ａに示すような、予め治療計画装置６にて計画された総線量６ａ−１、コントロールポイント数６ａ−２、コントロ−ルポイント毎のスポット数や線量６ａ−３、各スポットの線量６ａ−５、用いるアンプ６ａ−４、等の情報を治療計画装置６から入手し、各々のパルスカウンタ８ｂ３−４に対して出力する。
【００４７】
ここで、正線量モニタ１１ｃ１および線量監視制御装置８ｂ３における処理を図４Ａ乃至図４Ｄを参照して以下説明する。なお、図４Ａ乃至図４Ｄ内の数値の単位は、全てパルスである。また、副線量モニタ１１ｃ２の演算処理は正線量モニタ１１ｃ１での演算処理と全く同じであるため、説明は省略する。
【００４８】
前提として、総線量を５０００とする場合を考える。また、図４Ａに示すように、コントロールポイントの総数は５、スポット数は１コントロールポイント当たり１０スポットで計５０スポット、１スポット当たりの線量は１００パルスと治療計画装置６にて計画される。更に、各コントロールポイントの際のビームエネルギーから、コントロールポイント１，４，５は、ゲイン１（アンプ（ゲイン１）８ｂ３−１）を、コントロールポイント２は、ゲイン２（アンプ（ゲイン２）８ｂ３−２）を、コントロールポイント３は、ゲイン３（アンプ（ゲイン３）８ｂ３−３）を用いることが予め治療計画装置６にて計画されている。この計画された治療計画情報は、プリセット出力部８ｂ３−８に出力される。
【００４９】
まず、正線量モニタ１１ｃ１から入力された電荷は、まずアンプ（ゲイン１）８ｂ３−１，アンプ（ゲイン２）８ｂ３−２，アンプ（ゲイン３）８ｂ３−３に各々入力される。各々のアンプ（ゲイン１）８ｂ３−１，アンプ（ゲイン２）８ｂ３−２，アンプ（ゲイン３）８ｂ３−３は、受け取った電荷を増幅した上でパルス信号に変換し、パルスカウンタ８ｂ３−４にパルス信号（検出信号）を出力する。
【００５０】
パルスカウンタ８ｂ３−４は、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、パルスカウンタ８ｂ３−４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積算パルス取込装置８ｂ３−５に出力する。
【００５１】
なお、パルスカウンタ８ｂ３−４は、あるコントロ−ルポイントで接続されるアンプのゲインを用いることが選択されたなった場合も、荷電粒子ビームの照射中はカウントの累積は継続する。
【００５２】
積算パルス取込装置８ｂ３−５は、正線量モニタ１１ｃ１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、荷電粒子ビームの積算線量を図４Ｂに示すように積算する。具体的には、図４Ｂに示すように、入力したパルス信号に基づいて、アンプ（ゲイン１）８ｂ３−１の各スポットのパルス数６ｂ−１，アンプ（ゲイン２）８ｂ３−２の各スポットのパルス数６ｂ−２，アンプ（ゲイン３）８ｂ３−３の各スポットのパルス数６ｂ−３を積算する。積算パルス取込装置８ｂ３−５で収集して求めた荷電粒子ビームの積算データは、演算部８ｂ３−６にて取り込まれる。
【００５３】
演算部８ｂ３−６は、処理信号に基づいて、正線量モニタ１１ｃ１や副線量モニタ１１ｃ２を通過した荷電粒子ビームの線量を演算する。
【００５４】
具体的には、演算部８ｂ３−６は、まず、コントロールポイント毎にプリセット線量からの超過分を演算する。例えば、図４Ｃに示すように、アンプ（ゲイン１）８ｂ３−１のコントロールポイント毎の超過線量６ｃ−１，アンプ（ゲイン２）８ｂ３−２のコントロールポイント毎の超過線量６ｃ−２，アンプ（ゲイン３）８ｂ３−３のコントロールポイント毎の超過線量６ｃ−３を求める。その後、演算部８ｂ３−６は、図４Ｄに示すように、アンプ（ゲイン１）８ｂ３−１のコントロールポイント実績線量６ｄ−１，アンプ（ゲイン２）８ｂ３−２のコントロールポイント実績線量６ｄ−２，アンプ（ゲイン３）８ｂ３−３のコントロールポイント実績線量６ｄ−３を、現コントロールポイントの計測線量から前回コントロールポイント満了時の計測線量（コントロールポイント毎の超過線量６ｃ−１，６ｃ−２，６ｃ−３）を減算することで求める。また、各スポットごとの実績線量６ｄ−４を求める。求めたコントロールポイント実績線量６ｄ−１〜６ｄ−３、実績線量６ｄ−４の情報を線量満了判定部８ｂ３−９およびメモリ８ｂ３−７に出力する。
【００５５】
また、演算部８ｂ３−６は、正線量モニタ１１ｃ１のラインから出力された計測線量と副線量モニタ１１ｃ２のラインから出力された計測線量とを比較し、異なる値であるときは、異常であるとして異常信号を中央制御装置５に対して出力する。
【００５６】
中央制御装置５は、上流ビームモニタ監視制御装置８ｂ１、下流ビームモニタ監視制御装置８ｂ２または線量監視制御装置８ｂ３から異常信号を入力すると、加速器・輸送系制御システム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させる。
本実施形態では、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。
【００５７】
線量満了判定部８ｂ３−９は、演算部８ｂ３−６で求めた照射スポットに対する照射線量値を目標線量値と比較し、照射線量値が目標線量値に達したと判定したときは、中央制御装置５に対して照射満了信号を出力する。
【００５８】
図２に戻って、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、走査電磁石１１ｂに励磁する励磁電流を制御し、患者１３への荷電粒子ビームの照射位置を変更する。
【００５９】
次に、図５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。
本実施形態では、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）に対して複数の層（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。
【００６０】
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）および許容値データ（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、本実施形態では、治療計画装置６が照射データおよ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。
【００６１】
患者１３が治療台（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監視制御装置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およ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。
【００６２】
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。
治療開始信号が入力された中央制御装置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。
次いで、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およびビーム輸送系２に設定する。円形加速器１６およびビーム輸送系２の運転パラメータが設定されて運転開始準備が完了すると（ステップＳ３０）、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Ｓ３１）。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Ｓ３２）、照射準備が完了する。
【００６３】
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Ｓ３３）、加速器・輸送系制御システム７はイオン源を起動し、荷電粒子（陽子または重粒子）を生成する。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およ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。
【００６４】
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、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したか否かを判定するとともに、正線量モニタ１１ｃ１のラインから出力された計測線量と副線量モニタ１１ｃ２のラインから出力された計測線量とを比較し、異なる値であるか否かを判定する。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定するとともに、
正副線量モニタの計測信号が一致したと判定すると、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Ｓ３４）。中央制御装置５は、照射満了信号を受けて荷電粒子ビームの出射を停止する（ステップＳ３５）。
【００６５】
次いで、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装置８ｂ１で取り込むとともに、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で取り込む。そして、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Ｓ３６）。
演算処理が終了し、ビームの位置およ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定されれば）、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定された場合（Ｎｏの場合）はステップＳ３１に戻り、走査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１１ｂ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Ｓ３１）、モニタ監視制御装置８ｂの線量監視制御装置８ｂ３は、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Ｓ３２）。その後、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Ｓ３３）。
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定されるまで（Ｙｅｓと判定されるまで）、走査電磁石設定（ステップＳ３１）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（ステップＳ３７）を繰り返し行う。
【００６６】
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定する。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およびビーム輸送系２に設定し、次の運転準備を開始する（ステップＳ３０）。
【００６７】
この制御フロー（ステップＳ３８）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となる（ステップＳ３９）。
【００６８】
このように、線量監視制御装置８ｂ３内に電荷信号を増幅するゲインが異なるアンプ８ｂ３−１〜８ｂ３−３を複数設け、この複数設けたアンプ８ｂ３−１〜８ｂ３−３ごとにパルスカウンタ８ｂ３−４を設け、ゲイン毎にプリセット値を持って積算線量を監視する。
【００６９】
これにより、コントロールポイントに到達したことに基づくビーム電流強度に伴いゲインが変更されても、ビーム電流強度に適したゲインを用いてパルスカウントを行うことができ、ゲイン毎の線量管理が可能となり、パルス値での線量管理が可能となる。このため、過線量への安全性を高めつつ、ビームを安全に照射することが可能な粒子線照射装置および粒子線照射装置の作動方法を提供することができる。また、レイヤ（層）や遠隔スポットへの照射などの計画したビーム停止が入る場合でも、過線量への安全性を高めつつ、ビームを安全に照射することが可能となる。
【００７０】
＜第２の実施形態＞  
本発明の粒子線照射装置および粒子線照射装置の作動方法の第２の実施形態を図６を用いて説明する。図６はラスタースキャン方式による荷電粒子ビーム照射の制御のフローチャート図である。
【００７１】
第１の実施形態はスポットスキャニング照射法における線量を監視する粒子線照射装置であるのに対し、本実施形態の粒子線照射装置はラスタースキャニング照射法における線量を監視する粒子線照射装置である。
本実施形態の粒子線照射装置は、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線量を監視するビームモニタシステムを備える。
【００７２】
以下、本実施形態の粒子線照射装置について、図６を参照して、第１の実施形態と異なる構成、動作を説明する。
【００７３】
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およびビーム輸送系２に設定する。円形加速器１６およびビーム輸送系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Ｓ３０）、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Ｓ３１Ａ）。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Ｓ３２Ａ）、照射準備が完了する。
【００７４】
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Ｓ３３）、加速器・輸送系制御システム７はイオン源を起動し、荷電粒子（陽子または重粒子）を生成する。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およ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。
【００７５】
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、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したか否かを判定するとともに、正線量モニタ１１ｃ１のラインから出力された計測線量と副線量モニタ１１ｃ２のラインから出力された計測線量とを比較し、異なる値であるか否かを判定する。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定するとともに、
正副線量モニタの計測信号が一致したと判定すると、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Ｓ３４）。
【００７６】
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装置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Ｓ３５Ａ）。演算処理が終了し、ビームの位置およ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定されれば）、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定された場合（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Ｓ３５Ｂ）、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Ｓ３５Ｃ）。
ステップＳ３４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定されるまで（Ｙｅｓと判定されるまで）、線量満了の判定ステップＳ３４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。
【００７７】
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定する（ステップＳ３６Ａ）。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およびビーム輸送系２に設定し、次の運転準備を開始する（ステップＳ３０）。
【００７８】
この制御フロー３８Ａ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。
【００７９】
上述のフローにおいて、線量監視制御装置８ｂ３は、第１の実施形態と同様の処理を実施する。
【００８０】
このように、本実施形態の粒子線照射装置は、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。
【００８１】
本発明の粒子線照射装置および粒子線照射装置の作動方法の第２の実施形態においても、前述した粒子線照射装置および粒子線照射装置の作動方法とほぼ同様な効果が得られる。
【００８２】
＜その他＞  
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施形態は本発明を分かりやすく説明するため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されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
【００８３】
例えば、上述の実施形態ではスポット毎に粒子線の出射を停止するスポットスキャニング方式や粒子線の出射を停止しないラスタースキャニング方式に適用した場合を例に示したが、照射装置で患部の形状に合わせてビームを照射する際に散乱体でビーム径を拡大したのちコリメータで周辺部を削ってビームを整形する散乱体方式など、他の方法にも適用することができる。
【符号の説明】
【００８４】
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、
８ｂ３−１…アンプ（ゲイン１）、
８ｂ３−２…アンプ（ゲイン２）、
８ｂ３−３…アンプ（ゲイン３）、
８ｂ３−４…パルスカウンタ、
８ｂ３−５…積算パルス取込装置、
８ｂ３−６…演算部、
８ｂ３−７…メモリ、
８ｂ３−８…プリセット出力部、
８ｂ３−９…線量満了判定部、
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、
１１ｃ１…正線量モニタ、
１１ｃ２…副線量モニタ、
１１ｄ…下流ビームモニタ、
１２…荷電粒子ビーム、
１３…患者、
１４…回転ガントリ、
１５…前段加速器、
１６…円形加速器
２２…モニタ信号処理装置、
２３…電流・周波数変換器、
４０…操作端末。
【図１】
0006301274.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
0006301274.tif 000006
【図４Ｃ】
0006301274.tif 000007
【図４Ｄ】
0006301274.tif 000008
【図５】
0006301274.tif 000009
【図６】
0006301274.tif 000010