JP5002612B2 - Charged particle beam irradiation equipment - Google Patents
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Description
本発明は、荷電粒子ビーム照射システムに係り、特に、陽子及び炭素イオン等のイオン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。 The present invention relates to a charged particle beam irradiation system, and more particularly to a charged particle beam irradiation system suitable for application to a particle beam treatment apparatus that irradiates an affected area with an ion beam such as protons and carbon ions.
癌など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(粒子線治療)が知られている。 There is known a treatment method (particle beam treatment) in which an affected part of a patient such as cancer is irradiated with a charged particle beam (ion beam) such as protons and carbon ions.
粒子線治療に用いるイオンビーム照射システムは、例えば円形加速器を備えたイオンビーム発生装置,ビーム輸送系、及び照射野形成装置を備えた照射装置により構成される。円形加速器は、周回軌道に沿って周回するイオンビーム(周回ビーム)を目標のエネルギーまで加速した後に出射し、出射されたイオンビーム(出射ビーム)は、ビーム輸送系を経て照射野形成装置に輸送される。照射野形成装置は、患者の患部形状に合わせてイオンビームの線量分布を整形し患部に照射する。 An ion beam irradiation system used for particle beam therapy includes, for example, an ion beam generator provided with a circular accelerator, a beam transport system, and an irradiation device provided with an irradiation field forming device. A circular accelerator accelerates an ion beam (circular beam) that circulates along a circular orbit to a target energy and then emits the ion beam. The emitted ion beam (exit beam) is transported to an irradiation field forming device via a beam transport system. Is done. The irradiation field forming device shapes the dose distribution of the ion beam according to the shape of the affected area of the patient and irradiates the affected area.
円形加速器としては、例えば特許文献1に記載のある、周回ビームのベータトロン振動振幅を増大させる手段及びイオンビームを周回軌道から取り出す出射用デフレクタを備えたシンクロトロンが知られている。周回ビームのベータトロン振動振幅を増大することにより、イオンビームは共鳴の安定限界外に移動され、出射用デフレクタによってシンクロトロンからビーム輸送系へ出射される。シンクロトロンは、イオンビームの入射,周回ビームの加速,ビーム出射を一組とした周期運転を、患部に所望の線量分布が形成されるまで繰り返す。 As a circular accelerator, for example, a synchrotron provided with a means for increasing the betatron oscillation amplitude of an orbiting beam and an extraction deflector for extracting the ion beam from the orbit is known. By increasing the betatron oscillation amplitude of the orbiting beam, the ion beam is moved out of the stability limit of resonance and is emitted from the synchrotron to the beam transport system by the extraction deflector. The synchrotron repeats a periodic operation with a set of ion beam incidence, circular beam acceleration, and beam extraction until a desired dose distribution is formed in the affected area.
通常、加速器から出射されるビームは進行方向と垂直な方向(以下、横方向という)にガウス分布をしており、ビームサイズ(ガウス分布の1σ)はおよそ1〜5mm程度である。通常、患部は横方向にビームサイズ以上の大きさを持っているため、患部の横方向全体に渡ってイオンビームを効果的に照射するには、横方向に患部大で一様度の高い線量分布を形成する必要がある。横方向に一様な線量分布を形成するため、ビームを走査電磁石により走査し、ビームの照射位置を離散的あるいは連続的に移動させて一様な線量分布を形成する方法(スキャニング照射法)が知られている(非特許文献1)。 Usually, the beam emitted from the accelerator has a Gaussian distribution in a direction perpendicular to the traveling direction (hereinafter referred to as a lateral direction), and the beam size (1σ of the Gaussian distribution) is about 1 to 5 mm. Usually, the affected area is larger than the beam size in the lateral direction. Therefore, in order to effectively irradiate the ion beam over the entire lateral direction of the affected area, the dose is large in the lateral direction and has a high degree of uniformity. A distribution needs to be formed. In order to form a uniform dose distribution in the horizontal direction, a method of scanning the beam with a scanning electromagnet and moving the irradiation position of the beam discretely or continuously to form a uniform dose distribution (scanning irradiation method) It is known (Non-Patent Document 1).
患者の体内へ入射したイオンビームは、イオンが停止する直前にエネルギーの大部分を放出し、深さ方向(ビームの進行方向)にブラッグカーブと呼ばれる線量分布を形成する。ブラッグカーブの極大であるブラッグピークの位置は、体内に入射するイオンビームのエネルギーに依存することから、粒子線治療では、イオンビームのエネルギーを適切に選択することで、イオンビームを患部近傍で停止させてエネルギーの大部分を患部のがん細胞に与えるようにしている。ここで、ブラッグピークの深さ方向での幅は数mm程度であるが、通常、患部は深さ方向にブラッグピーク幅以上の厚みを持っている。このような場合に、患部の深さ方向全体に渡ってイオンビームを効果的に照射するには、深さ方向に患部大で一様度の高い線量分布(Spread Out Bragg Peak、以下SOBPという)を形成する必要がある。SOBPは、例えばイオンビームのエネルギー(ビームエネルギー)と照射量を適切に制御することで形成される。 The ion beam incident on the patient's body emits most of the energy immediately before the ions stop, and forms a dose distribution called a Bragg curve in the depth direction (beam traveling direction). Since the position of the Bragg peak, which is the maximum of the Bragg curve, depends on the energy of the ion beam incident on the body, the ion beam is stopped near the affected area by appropriately selecting the energy of the ion beam in particle beam therapy. To give most of the energy to the affected cancer cells. Here, the width of the Bragg peak in the depth direction is about several millimeters, but the affected part usually has a thickness greater than the Bragg peak width in the depth direction. In such a case, in order to effectively irradiate the ion beam over the entire depth direction of the affected area, the dose distribution (Spread Out Bragg Peak, hereinafter referred to as SOBP) having a large uniformity in the affected area in the depth direction. Need to form. The SOBP is formed, for example, by appropriately controlling the ion beam energy (beam energy) and the irradiation amount.
患部へ照射されるイオンビーム(照射ビーム)のエネルギーをシンクロトロン運転の一周期の間に段階的に変更し、ビームの照射に要する時間を短縮する技術が非特許文献2に記載されている。照射ビームのエネルギーは、シンクロトロンの出射ビームエネルギーを一定に保ちながら輸送系に設置されたレンジシフタの厚みを変えるか、シンクロトロンの一周期の間に出射ビームのエネルギーを変えることにより変更する。レンジシフタはビーム輸送系に設置され、ビーム軌道に挿入する板の厚みを変えることによりレンジシフタを通過するビームのエネルギーを変更する。
Non-Patent
シンクロトロン運転の一周期の間に照射ビームのエネルギーを変更する上記従来技術には以下の課題がある。 The above prior art for changing the energy of the irradiation beam during one cycle of synchrotron operation has the following problems.
スキャニング照射法において、あるエネルギーにおける走査の途中で周回ビームの電荷量が照射の継続が困難なほどに減少した場合、シンクロトロンからのビーム出射を停止し、再度ビームを入射・加速してから、同じエネルギーにおける照射を再開する必要がある。通常、患部は患者の体動や呼吸に伴って移動するため、ビーム出射を停止してから次の周期における出射が再開するまでの間に患部が移動してビームの照射位置が変化し、横方向の線量分布の一様性(線量一様度)が悪化する恐れがあった。 In the scanning irradiation method, if the charge amount of the circulating beam decreases so that it is difficult to continue irradiation during scanning at a certain energy, the beam emission from the synchrotron is stopped, the beam is incident and accelerated again, Irradiation at the same energy needs to be resumed. Normally, the affected area moves with the patient's body movement and breathing. Therefore, the affected area moves and changes the irradiation position of the beam between the stop of the beam extraction and the restart of the extraction in the next cycle. The uniformity of dose distribution in the direction (dose uniformity) may be deteriorated.
一般的な粒子線治療用のシンクロトロンは、周回ビームの加速あるいはエネルギーの変更が終了してからビーム出射を開始するまでの間に出射準備のための時間(出射準備期間)を設けている。シンクロトロンの一周期中に出射ビームのエネルギーを変化させて照射ビームのエネルギーを変更する場合、あるエネルギーにおける照射を二つの周期にわたって行うと、そのエネルギーについて二回の出射準備期間が必要となり、照射完了までに要する時間(照射時間)が増大する可能性があった。 In general synchrotrons for particle beam therapy, a time for extraction preparation (extraction preparation period) is provided between the end of acceleration of an orbiting beam or change of energy and the start of beam extraction. When changing the energy of the irradiated beam by changing the energy of the emitted beam during one cycle of the synchrotron, if irradiation at a certain energy is performed over two periods, two preparation periods are required for that energy, and irradiation is performed. There is a possibility that the time required for completion (irradiation time) may increase.
本発明の第一の目的は、シンクロトロン運転の一周期の間に照射ビームのエネルギーを変更する際に、あるエネルギーにおける照射の途中で周回ビーム電荷量が不足することによる横方向線量一様度の悪化を防止することが可能な粒子線治療システムを提供することである。本発明の第二の目的は、シンクロトロンの一周期中に出射ビームのエネルギーを変化させて照射ビームのエネルギーを変更する場合に、あるエネルギーにおける照射が二つの運転周期にわたって行われることによる照射時間の増大を防止することが可能な粒子線治療システムを提供することである。 The first object of the present invention is to change the irradiation dose energy during one cycle of synchrotron operation. It is an object of the present invention to provide a particle beam therapy system capable of preventing the deterioration of the above. The second object of the present invention is to change the irradiation beam energy during one cycle of the synchrotron to change the irradiation beam energy, and the irradiation time by performing irradiation at a certain energy over two operation cycles. It is an object of the present invention to provide a particle beam therapy system capable of preventing an increase in the number of particles.
上記の目的を達成するための本発明の特徴は、スキャニング照射法においてある照射深さにおける照射領域全体への走査が完了した時点あるいはあるエネルギーにおける照射が完了した時点における周回ビームの電荷量を測定し、測定結果に基づいてシンクロトロンの運転パターンを変更することにある。さらに言えば、本発明の特徴は、ある照射深さにおける照射領域全体への走査が完了した時点あるいはあるエネルギーにおける照射が完了した時点における周回ビーム電荷量が、次の回の走査あるいは次のエネルギーにおける照射を完了するために十分であるか否かを判定し、周回ビーム電荷量が十分である場合にはシンクロトロンの同じ運転周期内で次の回の走査あるいは次のエネルギーにおける照射を開始し、周回ビーム電荷量が十分でない場合には次の運転周期に移行することにある。 The feature of the present invention to achieve the above object is to measure the amount of charge of the orbiting beam at the time when scanning of the entire irradiation region at a certain irradiation depth is completed or when irradiation at a certain energy is completed in the scanning irradiation method. The operation pattern of the synchrotron is changed based on the measurement result. Furthermore, the feature of the present invention is that the amount of circular beam charge at the time when the scanning of the entire irradiation region at a certain irradiation depth is completed or the irradiation at a certain energy is completed is the next scanning or the next energy. It is determined whether it is sufficient to complete the irradiation in the case, and if the amount of circular beam charge is sufficient, the next scanning or irradiation at the next energy is started within the same operation period of the synchrotron. If the amount of the orbiting beam charge is not sufficient, the operation cycle is shifted to the next operation cycle.
本発明は、周回ビーム電荷量が一回の走査を完了するのに十分である場合のみシンクロトロンの運転周期中に次の回の走査を開始するため、走査電磁石による走査の途中で周回ビーム電荷量が不足することがない。これにより、横方向の線量分布がシンクロトロンの運転周期二つにわたって形成されることによる横方向線量一様度の悪化が防止される。また、本発明は、照射ビームのエネルギーをシンクロトロンの同じ運転周期内でシンクロトロンの出射ビームのエネルギーを変化させることにより変更する場合に、ある照射エネルギーにおける照射の途中で周回ビーム電荷量が不足することがなくなるため、当該照射エネルギーにおいて出射準備を二回行うことによる照射時間の増大が防止される。 The present invention starts the next scan during the synchrotron operation cycle only when the amount of round beam charge is sufficient to complete one scan. There is no shortage of quantity. As a result, the lateral dose uniformity is prevented from deteriorating due to the fact that the lateral dose distribution is formed over two operation periods of the synchrotron. In addition, the present invention is such that when the irradiation beam energy is changed by changing the emission beam energy of the synchrotron within the same operation period of the synchrotron, the amount of circulating beam charge is insufficient during irradiation at a certain irradiation energy. Therefore, it is possible to prevent an increase in irradiation time caused by performing preparation for extraction twice with the irradiation energy.
本発明によれば、横方向にビームを走査している途中で周回ビーム電荷量が不足することがなくなるため、横方向の線量一様度が向上する。 According to the present invention, the amount of circular beam charge is not deficient in the course of scanning the beam in the horizontal direction, and the dose uniformity in the horizontal direction is improved.
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1に示すように、本実施形態の粒子線治療装置(イオンビーム照射システム)は、治療ベッド217に固定された患者216の患部216aに対してイオンビーム(例えば陽子線)を照射するものであり、イオンビーム発生装置1,高エネルギービーム輸送系14,照射野形成装置200,中央制御装置100,照射制御システム300を備える。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the particle beam therapy system (ion beam irradiation system) of this embodiment irradiates an
中央制御装置100は、治療計画装置102で決められる患者216の患部216aに適切な照射野を形成するための照射条件(ビーム照射方向,SOBP幅,照射線量,最大照射深さ,照射野サイズ等)を読み込み,機器の種類,設置位置,設定値、等のノズル機器パラメータの選択や、ビームエネルギー,ビーム強度パターン、等の加速器運転パラメータを選択するものである。中央制御装置100は、メモリ101を備え、治療に必要な情報(照射ビームエネルギー,照射角度(ガントリー回転角度),走査電磁石パターン,レンジシフタ挿入量等)をメモリ101に記憶させる。照射制御システム300は、メモリ101に記録された情報に基づいて、照射野形成装置200を構成する各機器のパラメータを設定する。イオンビーム発生装置1を構成する各機器のパラメータは、メモリ101に記録された情報に基づいて、各機器の制御装置(図示せず)により設定される。
The
イオンビーム発生装置1は、所定のビームエネルギーのイオンビームを発生させるための装置であり、イオン源4,前段加速器5,低エネルギービーム輸送系6及びシンクロトロン2を備える。シンクロトロン2は、シンクロトロン制御装置3に接続されている。イオン源4で生成されたイオンビームは、前段加速器5でシンクロトロン2の入射エネルギーまで加速され、低エネルギービーム輸送系6を経由してシンクロトロン2に入射される。
The
シンクロトロン2は、図1に示すように、ビームの軌道を偏向して周回軌道を形成する偏向電磁石7,シンクロトロン中を周回するイオンビーム(周回ビーム)を収束・発散する四極電磁石8,高周波加速空洞9,出射用の高周波印加装置10,周回ビームの電荷量(周回ビーム電荷量)を測定するモニタ12及び出射用デフレクタ13を備える。高周波印加装置10は、高周波印加用の電極(図示せず)を備え、高周波印加用電極は出射用の高周波供給装置11から高周波電圧の供給を受ける。モニタ12はモニタ12の制御装置16を介して照射制御システム300に接続されている。
As shown in FIG. 1, the
シンクロトロン2へ入射されたイオンビームは、高周波加速空洞9に印加される高周波電圧により、所望のエネルギー(例えば70〜250MeV)まで加速される。加速が終了した後、高周波供給装置11からの高周波電圧が高周波印加電極により周回ビームに印加されると、周回ビームは共鳴の安定限界を越え、出射用デフレクタ13を介してシンクロトロン2から出射される。
The ion beam incident on the
高エネルギービーム輸送系14は、シンクロトロン2と照射野形成装置200とを連絡し、その一部は回転ガントリー15に設置されている。シンクロトロン2から出射されたイオンビームは、高エネルギービーム輸送系14を経由して、回転ガントリー15に設置した照射野形成装置200まで輸送される。回転ガントリー15の回転角度を調節することで、患者216に対して所望の方向からイオンビームを照射することが可能である。
The high energy
図2を用い、照射野形成装置200の詳細について説明する。照射野形成装置200は、イオンビーム発生装置1により生成されたイオンビームを、患者216の患部216aの形状に合わせて整形する装置である。照射野形成装置200は、ケーシング201を備え、ケーシング201内に、ビーム走査電磁石202,散乱体203,リッジフィルタ204,レンジシフタ205,線量モニタ206およびビーム位置モニタ207,コリメータ208を備える。
The details of the irradiation
走査電磁石202は、ビームの照射位置を走査することで、患部216aの横方向において一様な線量分布を形成する。走査電磁石202には、走査電磁石電源220が接続されており、走査電磁石電源220は、走査電磁石電源制御装置221に接続されている。走査電磁石202は、ビーム進行方向に垂直な平面内において直行する2方向にビームが走査できるよう、例えばビームを各々直交する横方向に偏向する一対の二極電磁石で構成される。走査電磁石電源220は、走査電磁石202に電流を供給して偏向磁場を発生させる。偏向磁場の強度、すなわちビームの偏向量は、走査電磁石202に供給する励磁電流により決定されるため、励磁電流を調整することで、横方向の任意の地点にビームを照射することができる。走査電磁石202には、走査電磁石電源220により走査電磁石電源制御装置221で設定された電流が供給される。走査電磁石202の運転パターンは、走査電磁石電源制御装置221が備えるメモリ222にあらかじめ保存されている。走査電磁石202の励磁電流値は、照射制御システム300に設けられた照射制御装置301(図3)に送信される。
The
散乱体203は、物質によるイオンの散乱現象によりイオンビームの横方向分布を拡大するためのものである。散乱体203によりビームはほぼガウス分布に拡げられる。散乱体203は、一般に散乱量に対するエネルギー損失が少ないタングステン等の原子番号の大きい物質によって構成される。シンクロトロン2から出射されるイオンビーム(出射ビーム)の分布が横方向の線量分布を形成する上で問題とならないのであれば、散乱体203は省略してもよい。
The
リッジフィルタ204は、ピーク位置の異なる複数のブラッグカーブを重ね合わせることにより、イオンビームのブラッグピークを拡大するためのものである。リッジフィルタ204は複数の楔形構造物により構成され、横方向の位置に応じて厚みが変化する。これにより、リッジフィルタ204を通過するビーム粒子のエネルギーは横方向の位置に応じて変化し、それぞれのビームエネルギーに対応した、異なる深さにブラッグピークを形成する。本実施例では出射ビームのエネルギーおよびレンジシフタ205の厚さを変化させることによりSOBPを形成するが、リッジフィルタ204を併用することにより、ブラッグピークが離れていても深さ方向に一様な線量分布を形成することが可能となるため、運転条件の数が減少し、シンクロトロン2及び高エネルギービーム輸送系14の調整(ビーム調整)に要する時間が短縮される。リッジフィルタ204を省略し、出射ビームのエネルギーおよびレンジシフタ205の厚さの変更のみでSOBPを形成する構成としてもよい。
The
レンジシフタ205は、イオンビームの飛程を調節するためのものである。レンジシフタ205は、横方向の位置に応じて厚さが異なる一組の板205aと、レンジシフタ駆動装置205bにより構成され、レンジシフタ駆動装置205bは照射制御システム300に接続されている。板205aは、一般にエネルギー損失に対してビーム散乱量の小さい樹脂等の原子番号の小さな物質によって構成される。イオンビームがレンジシフタ205を通過するとエネルギーを失うので、イオンビームの飛程を減らすことができる。レンジシフタ駆動装置205bは、板210aの挿入量を変化させることによりビーム軌道上の板210aの厚みを変化させ、患部216a内の異なる位置にブラッグピークを形成する。レンジシフタの厚みを変化させながらイオンビームを照射することにより、深さ方向に患部216a大のSOBPが形成される。また、レンジシフタ210を用いず、高エネルギービーム輸送系14を輸送する間にイオンビームのエネルギーを損失させても良い。
The
線量モニタ206は通過したビームの量を計測し、ビーム位置モニタ207は横方向のビーム位置を測定する。コリメータ208は、放射線遮蔽体によって構成され、患部216aに対応する貫通孔を形成している。コリメータ208は、横方向に拡大されたビームのうち、その貫通孔を通過したイオンビームのみを患部216aに照射する。コリメータ208は、通常、患部216aの形状に合わせて加工され、患部216a毎に交換される。コリメータ208としてマルチリーフコリメータを用い、リーフを移動して患部216aの横方向形状に合わせることで、加工,交換の手間を省いてもよい。
The dose monitor 206 measures the amount of beam that has passed, and the beam position monitor 207 measures the beam position in the lateral direction. The
照射制御システム300の詳細について、図3を用いて説明する。
Details of the
照射制御システム300は、所望の照射野を形成するために、横方向のビーム照射位置、シンクロトロン2からのビーム出射のタイミング及びレンジシフタ205の厚さを制御する。本実施例ではビームの照射位置を離散的に走査し、横方向のビーム位置は、横方向の照射領域全体を格子状に分割した際の格子点として表す。このとき、照射位置一つは走査電磁石202の励磁量の組み合わせ一つに対応するから、照射位置を制御することは走査電磁石202の励磁量を制御することと等価である。
The
照射制御システム300は、照射制御装置301,照射制御装置メモリ302,カウンタ303,照射完了信号生成装置304,インターロック信号生成装置305及び目標値メモリ306を備える。照射制御装置301は、中央制御装置100,加速器制御装置3,ビーム電荷量モニタ制御装置16,高周波供給装置11,走査電磁石電源制御装置221,レンジシフタ駆動装置205b,照射完了信号生成装置304,インターロック信号生成装置305及び目標値メモリ306にそれぞれ接続されている。
The
照射完了信号生成装置304は、照射制御装置301,カウンタ303,目標値メモリ306及び高周波供給装置11にそれぞれ接続されている。インターロック信号生成装置は、照射制御装置301,カウンタ303,目標値メモリ306,高周波供給装置11及び中央制御装置100にそれぞれ接続されている。
The irradiation completion
照射制御装置301は、治療計画装置102によって作成された走査電磁石202の運転パターン及びレンジシフタ205の厚さの設定値を中央制御装置100から読み込み、照射制御装置が備えるメモリ302に登録する。走査電磁石202の運転パターンとは、図4に示すように、照射位置ごとに設定された照射の順番、走査電磁石202の励磁量、走査電磁石202の励磁電流の設定値のことである。レンジシフタ205の厚さの設定値とは、図5に示すように、所望のSOBPを形成するための照射深さの組み合わせと、対応するレンジシフタ205の厚さの設定値及び照射の順番のことである。
The
また、照射制御装置301は、中央制御装置100から図6に示す情報,照射深さ及び横方向の照射位置ごとの照射線量の目標値(目標線量)とその許容範囲(許容線量)を読み込み、目標値メモリ305に保存する。また、メモリ305には、照射野全体への照射線量の目標値(目標値S)とその許容値(許容値S)が保存される。
Further, the
走査電磁石電源制御装置221が備えるメモリ222には、走査電磁石202の運転パターンがあらかじめ登録されている。走査電磁石202の運転パターンは、走査電磁石電源制御装置221が照射制御装置301から読み込んでも良いし、中央制御装置100から直接読み込んでも良い。
The operation pattern of the
照射線量の目標値と許容値,走査電磁石202の運転パターン及びレンジシフタ205の厚さの設定値は、あらかじめ治療計画装置102が患部216aの種類と形状に基づいて作成し、中央制御装置100は治療計画装置102が作成したこれらの情報を読み込んでメモリ101に保管している。照射制御装置301は、治療開始前にこれらの情報を中央制御装置100から読み込んでおく。
The target value and allowable value of the irradiation dose, the operating pattern of the
治療が開始すると、シンクロトロン2でイオンビームが所定のエネルギーまで加速され、加速が終了してビームを出射する準備が完了した後に、加速器制御装置3から照射制御装置301へ出射準備完了信号が送信される。出射準備完了信号を受けた出射制御装置301は、レンジシフタ205の厚さの始めの(順番が1の)設定値をレンジシフタ駆動装置205bへ出力し、レンジシフタの厚さを変更するよう指令を出す。指令を受けたレンジシフタ駆動装置205bは、レンジシフタ205の厚さを始めの設定値と一致するよう変更し、レンジシフタ205の厚さの変更が完了した時点でレンジシフタ205の調節が完了したことを示す信号(レンジシフタ調節完了信号)を照射制御装置301へ出力する。
When the treatment starts, the ion beam is accelerated to a predetermined energy by the
レンジシフタ調節完了信号を受けた照射制御装置301は、走査電磁石電源制御装置221へ走査電磁石202を励磁するよう指令を出す。指令を受けた走査電磁石電源制御装置221は、メモリ222に保存された、始めに照射する位置の(順番が1の)励磁電流設定値に基づいて2台の走査電磁石202を励磁する。励磁電流が設定値に到達した時点で、走査電磁石電源制御装置221は走査電磁石202の励磁が完了したことを示す信号(走査電磁石励磁完了信号)を照射制御装置301へ出力する。
Upon receiving the range shifter adjustment completion signal, the
走査電磁石励磁完了信号を受けた照射制御装置301は、現在の励磁電流設定値に対応した照射位置を現在の照射位置としてメモリ302に保存し、出射開始信号(ビームON信号)を高周波供給装置11に出力する。出射開始信号を受けた高周波供給装置11は高周波印加装置10に出射用の高周波電圧を印加し、シンクロトロン2からビームが出射される。
Upon receiving the scanning magnet excitation completion signal, the
シンクロトロン2から出射されたイオンビームは、高エネルギー輸送系14を経由して照射野形成装置200まで輸送される。照射野形成装置200を通過するイオンビームは、走査電磁石202により偏向された後、レンジシフタ205により飛程を調節されて治療計画で設定された位置に照射される。現在の照射深さ及び横方向照射位置は、メモリ302に保存されている。線量モニタ206はビーム照射量(照射線量)を逐次計測し、線量モニタ206に接続されたカウンタ304が現在の照射位置のビーム照射量を記録する。
The ion beam emitted from the
照射完了信号生成装置304は、照射制御装置301から現在の照射深さ及び横方向照射位置の番号を読み込む。照射完了信号生成装置304は、カウンタ303から現在の照射位置における照射線量を読み込み、メモリ306に保存された現在の照射位置における目標線量と逐次比較する。照射線量が目標線量に到達していれば、照射完了信号生成装置304はビームOFF信号を高周波供給装置11に出力する。ビームOFF信号を受けた高周波供給装置11は、高周波印加装置10への高周波電圧の印加を停止するため、シンクロトロン2からのビーム出射は停止する。照射線量が目標線量未満であれば、照射完了信号生成装置304はビームOFF信号の生成を行わないため、高周波印加装置7への高周波電圧の供給が継続し、ビームは続けて出射される。
The irradiation completion
照射完了信号生成装置304の役割は、各照射位置において照射線量が目標線量に到達するまではビームの出射を継続し、照射線量が目標線量に到達した時点でビーム出射の停止を指令することである。ビームOFF信号を出力した照射完了信号生成装置304は、照射制御装置301に現在の照射位置における照射が完了したことを示す信号を出力する。また、照射完了信号生成装置304は、現在の照射位置における照射線量を、照射制御装置301へ出力し、カウンタ303を次の照射位置への照射に備えてリセットする。なお、カウンタ303をリセットする代わりに、治療開始時点から照射完了時点までの照射線量の積算値を記録しておき、次の照射位置ではカウンタ303の読みと上記積算値の差分から照射線量を求めても良い。
The role of the irradiation completion
照射制御装置301へ入力された照射線量は、現在の照射深さ及び横方向照射位置とともに中央制御装置100のメモリ101へ記録される。照射完了信号を受けた照射制御装置301は、メモリ302に保存した走査電磁石202の運転パターンに基づいて横方向照射位置(励磁電流の設定値)を変更し、走査電磁石電源制御装置220に励磁電流の変更を指示する。走査電磁石電源制御装置221は、メモリ222に保存された運転パターンに基づいて走査電磁石202の励磁電流を設定し、これにより新しい横方向照射位置へイオンビームの照射が行われる。このように、走査電磁石202の励磁量の変更とビームの照射とを繰り返すことで、現在の照射深さにおける全ての横方向照射位置に所望の線量のビームが照射される。
The irradiation dose input to the
現在の照射深さにおける照射が完了した時点で、照射制御装置301はレンジシフタ205の厚さの次の設定値をレンジシフタ駆動装置205bに出力し、レンジシフタ205の厚さの変更を指示する。このとき、シンクロトロン2からのビーム出射は停止しており、シンクロトロン2の周回ビームのエネルギーは一定に保たれている。レンジシフタ205の厚さの変更が完了した時点でレンジシフタ駆動装置205bはレンジシフタ調節完了信号を照射制御装置301に出力し、始めの照射深さと同様に新しい照射深さにおける照射が開始される。このように、レンジシフタ205の厚さの変更と各照射深さにおける照射を繰り返すことにより、治療計画装置101が設定した全ての照射深さにおける全ての横方向照射位置に対して所望の線量のビームが照射される。
When irradiation at the current irradiation depth is completed, the
表示装置320は、中央制御装置100に接続され、メモリ101に保存された各照射深さにおける横方向照射位置ごとの照射線量を逐次表示する。メモリ101に保存される照射線量は、ある照射位置への照射が完了するたびに更新されるから、運転者は表示装置320により治療の進捗を知ることができる。また、表示装置320がシンクロトロン2の運転パラメータ、照射野形成装置200のパラメータ及び治療計画に関する情報を表示することにより、運転者は粒子線治療システムの運転条件を容易に把握できる。
The
インターロック信号生成装置305は、照射制御装置301から現在の照射深さ及び横方向照射位置の番号を読み込む。インターロック信号生成装置305は、カウンタ303から現在の照射位置における照射線量を読み込み、メモリ306に保存された現在の照射位置における許容線量と逐次比較する。インターロック信号生成装置305は、照射線量が許容線量未満であることを確認し、万が一許容線量を超えた場合には、インターロック信号を高周波供給装置11と中央制御装置100に出力する。これにより、ビーム出射の停止と治療中断の手続きが行われる。また、インターロック信号生成装置305は、各照射位置における照射線量の合計(合計線量)を計算し、計算結果をメモリ305に保存された照射野全体への照射線量の許容値(許容値S)と比較する。合計線量が許容値を超えた場合、インターロック信号生成装置305はインターロック信号を出力し、ビームの出射が停止する。インターロック信号生成装置305は、照射線量とその許容値を逐次比較し、許容値を超えた場合にはインターロック信号を出力するため、万が一加速器あるいはその制御装置が想定外の動作をした場合に、患者216への不要なイオンビームの照射を防ぐことができる。
The interlock
ある照射深さに対して照射が完了した時点における周回ビーム電荷量に基づいて、シンクロトロン2の運転パターンを変更する方法について詳しく説明する。
A method for changing the operation pattern of the
シンクロトロン2の運転パターンについて、図7に示したシンクロトロン2の偏向電磁石7の運転パターンを用いて説明する。図7は横軸に時間、縦軸に偏向電磁石7の励磁量を取ったグラフであり、折れ線400が偏向電磁石7の運転パターンを表す。偏向電磁石7の運転パターン(シンクロトロン2の運転パターン)は入射期間,加速期間,出射準備期間,出射期間,減速準備期間,減速期間により構成され、ビーム入射期間開始から減速期間終了までを一周期とした周期運転を行っている。前段加速器5からのイオンビームは、入射期間にシンクロトロン2の周回軌道へ入射され、加速期間に目標のエネルギーまで加速される。出射準備期間において偏向電磁石7の励磁量は一定であるが、四極電磁石8や六極電磁石(図示せず)の励磁量が変更され、周回ビームのベータトロン振動の不安定領域(セパラトリクス)が形成される。出射期間において前述のレンジシフタ205の厚さの変更および各照射深さにおけるビーム走査を行い、シンクロトロン2から出射されずに残った周回ビームは減速期間においてシンクロトロン2の入射ビームと同じエネルギー(入射エネルギー)まで減速される。減速準備期間は、四極電磁石8および六極電磁石の励磁量を変更し、出射準備期間中に形成したセパラトリクスを解除する。
The operation pattern of the
照射野に対して照射すべきイオンビームの全量がシンクロトロン2の周回ビーム電荷量の最大値よりも多い場合、出射期間中のいずれかの時点で周回ビームが不足し、照射の継続が困難となる。周回ビーム電荷量が極端に減少すると出射ビーム電流が減少して照射時間が増大するため、周回ビーム電荷量がある閾値(例えば周回ビーム電荷量の最大値の5%)よりも少なくなった時点で照射を停止し、出射されなかった周回ビームを減速した後に再度シンクロトロン2へビームを入射しなければならない。このような周回ビーム電荷量の閾値はあらかじめ照射制御装置メモリ302に記憶されており、この閾値に基づいて、照射制御装置301がシンクロトロン2からのイオンビームの出射停止を制御する。また、照射制御層装置301が、出射されずにシンクロトロン2内を周回するイオンビームを減速させた後、前段加速器5からシンクロトロン2にイオンビームを入射するように各機器を制御する。このとき、ある照射深さにおける照射が完了する前に周回ビーム電荷量が不足すると、横方向にビームを走査している途中でビーム出射が停止し、横方向の線量分布を二つの周期にわたって形成することとなる。シンクロトロン2の減速準備期間の開始から次の周期の出射期間開始までには1秒程度かかるため、患者216の呼吸や体動に伴う患部216aの移動により横方向の線量一様度が悪化する恐れがある。
If the total amount of ion beam to be irradiated to the irradiation field is larger than the maximum value of the circulating beam charge of the
そこで本実施形態では、ある照射深さにおける照射が完了した時点における周回ビーム電荷量の測定結果に基づいてシンクロトロン2の運転パターンを変更し、横方向にビームを走査している途中で周回ビーム電荷量が不足することを防止する。
Therefore, in the present embodiment, the operation pattern of the
シンクロトロン2の出射期間においてある照射深さに対する照射が完了すると、照射制御システム300の照射制御装置301は、加速器制御装置3及びビーム電荷量モニタ制御装置16に現在の照射深さにおける横方向の走査及び照射が完了したことを表す信号(走査完了信号)を出力する。走査完了信号を受けた加速器制御装置3は、周回ビームのエネルギーを一定に保ち、ビーム電荷量モニタ制御装置16は、シンクロトロン2の周回ビーム電荷量をビーム電荷量モニタ12により測定し、測定結果を照射制御装置301へ出力する。本実施例では、シンクロトロン2のイオンビームの周回軌道上に周回ビーム電荷量の測定のため専用のモニタ12を設ける構成としたが、シンクロトロン2中のビーム位置モニタ(図示せず)の信号を用いて周回ビーム電荷量を算出し、ビーム電荷量モニタ12を省略してもよい。
When the irradiation with respect to a certain irradiation depth in the emission period of the
照射制御装置301のメモリ302には、治療計画装置101から読み込んだ、各照射深さにおける照射を完了するために必要となる周回ビーム電荷量の値が保存されている。各照射深さにおける照射を完了するために必要となる周回ビーム電荷量の値は、治療計画装置101が各照射深さに対する照射線量の目標値に基づいて計算しておく。各照射深さにおける照射線量の目標値と、照射完了に必要となる周回ビーム電荷量の相関関係は、前もってシミュレーションあるいは実験により求めておくことが可能である。ある照射深さに対する照射を完了するために必要となる周回ビーム電荷量は、当該深さに対してビームを照射している間に出射される周回ビーム電荷量と前述の照射を継続するために必要となる周回ビーム電荷量を加算した値となる。横方向にビームを走査している途中で周回ビーム電荷量が不足することを確実に防止するため、照射完了に必要となる周回ビーム電荷量の値は、前述の値にさらにマージンを加えて求めてもよい。
The
照射制御装置301は、現在の周回ビーム電荷量と次の照射深さに対する照射を完了するために必要となる周回ビーム電荷量を比較し、現在の周回ビーム電荷量の方が多い場合は周回ビーム電荷量が次の照射深さに対する照射の完了に十分であると判定する。周回ビーム電荷量が十分であると判定された場合、照射制御装置301はレンジシフタ駆動装置205bからのレンジシフタ調節完了信号を待ち、シンクロトロン2の同じ運転周期中(出射期間中)に次の照射深さに対する照射を行う。周回ビーム電荷量が不十分であると判定された場合、照射制御装置301は加速器制御装置3に周回ビームを減速して次の周期に移るよう指示を出す。指示を受けた加速器制御装置3は、シンクロトロン2から出射されなかった周回ビームを減速し、再度前段加速器5からビームを入射して周回ビームの加速及び出射準備を行う。これにより、ある照射深さにおける照射を開始する時点では常に当該照射深さにおける照射を完了するのに十分な量のビームがシンクロトロン2を周回していることが保証されるため、横方向の照射野を形成している途中に周回ビーム電荷量が不足することがなくなる。
The
本実施例では、ある照射深さに対する照射が完了した直後に周回ビーム電荷量を測定するとしたが、周回ビーム電荷量を測定するタイミングは、ある照射深さに対する照射が完了してから次の照射深さに対する照射を開始するまでの間で任意に設定することができる。 In this embodiment, the orbiting beam charge amount is measured immediately after the irradiation to a certain irradiation depth is completed. However, the timing for measuring the orbiting beam charge amount is the next irradiation after the irradiation to a certain irradiation depth is completed. It can be arbitrarily set until irradiation with respect to the depth is started.
本実施例では、シンクロトロン2の周回ビーム電荷量が次の照射深さにおける照射を完了するのに十分である場合のみシンクロトロン2の同じ周期内で照射深さを変更し、周回ビーム電荷量が十分でない場合にはシンクロトロン2の次の周期に移行するため、横方向にビームを走査している途中で周回ビーム電荷量が不足することがなく、横方向の線量分布がシンクロトロン2の二つの運転周期にわたって形成されることによる横方向線量一様度の悪化を防止することができる。
In this embodiment, the irradiation depth is changed within the same period of the
ある照射深さに対する照射線量の目標値がシンクロトロン2の周回ビーム電荷量の最大値よりも大きい場合、横方向の線量分布を一回の走査のみで形成しようとすると、必ず走査の途中で周回ビーム電荷量が不足し、横方向線量分布をシンクロトロン2の二つ以上の運転周期にわたって形成することとなる。患部216にある線量を照射するために必要なイオンビームの量は深い位置ほど多くなるため、特に深い位置において周回ビーム電荷量の不足が生じやすい。本実施例では、横方向の線量分布形成を複数回に分割し、患部216aを繰り返し走査することで走査の途中に周回ビーム電荷量が不足することを防止する。具体的には、照射制御装置300,目標値メモリ306に一回の走査あたりの各照射位置における照射線量の目標値を記録しておき、ビーム照射中は照射済みの線量と現在の照射位置における一回あたりの照射線量の目標値を比較する。照射済みの線量が一回あたりの目標値に到達した時点でシンクロトロン2からのビーム出射を停止して走査電磁石202の励磁量を変更し、横方向の照射位置を走査する。現在の照射深さにおける一回の照射が完了した時点で照射制御装置301は周回ビーム電荷量の測定をビーム電荷量モニタ制御装置16に指示し、周回ビーム電荷量の測定結果が照射制御装置301に入力される。照射制御装置301は、現在の周回ビーム電荷量と、現在の照射深さにおいて一回の走査を完了するのに必要となる周回ビーム電荷量を比較し、現在の周回ビーム電荷量の方が多い場合のみ現在の照射深さにおける走査をシンクロトロン2の同じ運転周期内で繰り返す。現在の周回ビーム電荷量が一回の走査を完了するのに十分でない場合、照射制御装置301は次の運転周期への移行を加速器制御装置3に指示する。各照射位置における走査一回あたりの照射線量の目標値及び一回の走査を完了するために必要な周回ビーム電荷量は治療計画装置101によりあらかじめ計算され、照射制御装置301が治療計画装置101から読み込んでメモリ302に保存している。また、照射制御装置301は各照射深さにおける走査回数の設定値を治療計画装置101から読み込んでメモリ302に保存している。
If the target value of the irradiation dose for a certain irradiation depth is larger than the maximum value of the circulating beam charge of the
照射制御装置301は現在の照射深さにおける走査回数をカウントしており、走査回数が設定値に到達した時点で現在の照射深さにおけるイオンビームの照射を完了する。照射制御装置301は、一回の走査が完了した場合と同様に、現在の照射深さにおける照射が完了した時点での周回ビーム電荷量を取得し、次の照射深さにおいて一回の走査を完了するのに必要な周回ビーム電荷量と比較する。次の照射深さにおける走査回数の設定値が一回の場合、一回の走査を完了するのに必要な周回ビーム電荷量は、次の照射深さにおける照射の完了に必要な周回ビーム電荷量と一致する。
The
シンクロトロン2の周回ビーム電荷量の最大値が、ある照射深さにおける照射の完了に十分な場合においても、当該深さにおける横方向線量分布の形成を複数回に分割し、患部216aを繰り返し走査しても良い。これにより、一回の走査に要する時間が短縮されるため、患部216aの移動による横方向線量分布への影響がさらに小さくなる。また、分割により一回の走査に必要な周回ビーム電荷量が減少するため、ある照射深さにおける照射が完了した時点での周回ビーム電荷量が次の照射深さにおける照射の完了に十分でなくとも、次の照射深さにおける一回の走査完了に十分であれば、シンクロトロン2の同じ運転周期内で次の照射深さにおける照射に移行することができる。これにより、周回ビームの利用効率が向上し、照射時間が短縮する。
Even when the maximum value of the circulating beam charge of the
本実施例では、シンクロトロン2の周回ビーム電荷量が横方向照射位置の走査を一回完了するのに十分である場合のみシンクロトロン2の同じ周期内で走査を開始するため、ある照射深さを繰り返し走査する場合においても、横方向の線量分布がシンクロトロン2の二つの周期にわたって形成されることによる横方向線量一様度の悪化を防止することができる。
In this embodiment, the scanning is started within the same period of the
本実施例では横方向のビーム位置を離散的に走査する構成としたが、走査電磁石202の励磁量をビーム照射中も変化させ、横方向のビーム照射位置を連続的に走査する構成としても良い。ビームを連続的に走査する場合、横方向の照射位置は、図8に示すように、治療計画装置101が設定した軌道上を連続的に移動する。図8は、患部216aのある照射深さを垂直に交わる二つの方向(X方向,Y方向)に走査する場合の横方向照射位置を表す模式図であり、曲線500は横方向の照射位置がたどる軌道、黒丸501は走査の開始位置、黒丸502は走査の終了位置である。走査の開始位置501と終了位置502は同じ場所としても良い。シンクロトロン2からの出射ビームの強度は時間的に一定ではないため、連続的な走査ではある照射深さに対する走査を複数回行い、出射ビーム強度の時間的な変化を平均化する。このとき、照射位置が開始位置501から終了位置502まで移動する過程を一回の走査とする。開始位置501と終了位置502が異なる場合、照射位置が終了位置502に到達した時点でシンクロトロン2からのビーム出射を停止し、走査電磁石202の励磁量を変更して照射位置を開始位置501まで移動してから次の回の走査を開始する。開始位置501と終了位置502が同一である場合、照射位置が終了位置502(開始位置501)に到達してもビーム出射は停止せず、即座に次の回の走査を開始する。
In this embodiment, the horizontal beam position is discretely scanned. However, the excitation amount of the
照射位置を離散的に走査する場合と同様、照射位置を横方向に連続的に走査する場合においても、一回の走査が完了した時点におけるシンクロトロン2の周回ビーム電荷量の測定結果に基づいてシンクロトロン2の運転パターンを変更することにより、走査の途中で周回ビーム電荷量が不足することによる横方向線量一様度の悪化を防止することが可能である。
Similar to the case where the irradiation position is scanned discretely, also in the case where the irradiation position is continuously scanned in the horizontal direction, based on the measurement result of the circulating beam charge amount of the
照射制御装置301は、一回の照射が完了した時点における周回ビーム電荷量の測定結果を取得し、一回の走査に必要な周回ビーム電荷量と比較して周回ビーム電荷量が次回の走査の完了に十分であるか否かを判定する。周回ビーム電荷量が次回の走査の完了に十分である場合、照射制御装置301はシンクロトロン2の同じ運転周期内で次回の走査を開始し、周回ビーム電荷量が十分でない場合には照射制御装置301はシンクロトロン2の制御装置3に次の運転周期への移行を指示する。
The
走査の開始位置501と終了位置502が異なる場合、周回ビーム電荷量の測定及びシンクロトロン2の同じ運転周期内で次の走査に移行するか否かの判定は、横方向照射位置を終了位置502から開始位置501に移動している間、すなわちビーム出射を停止している間に行われる。開始位置501と終了位置502が同一である場合、一回の走査が終了してから即座に次回の走査を開始するため、横方向照射位置が終了位置502(開始位置501)に到達するよりも前のタイミングで周回ビーム電荷量を測定し、横方向照射位置が終了位置502に到達するまでには周回ビーム電荷量が次回の走査完了に十分であるか否かの判定を完了する。このとき、次回の走査の完了に必要な周回ビーム電荷量は、一回の走査の間にシンクロトロン2から出射される周回ビーム電荷量と、出射の継続に必要となる周回ビーム電荷量と、周回ビーム電荷量を測定してから横方向照射位置が終了地点502に到達するまでに出射される周回ビーム電荷量の合計となる。周回ビーム電荷量が十分である場合、横方向照射位置が終了地点502に到達してもシンクロトロン2からのビーム出射は停止せず、即座に次の回の走査が開始される。周回ビーム電荷量が十分でない場合、横方向照射位置が終了地点502に到達した時点でビーム出射が停止し、照射制御装置301が加速器制御装置3に次の運転周期へ移行するよう指示を出す。
When the
横方向照射位置を連続的に走査する場合も、離散的に走査する場合と同様、照射領域の走査を所望の横方向線量分布が形成されるまで繰り返す。ある照射深さにおける照射が完了した時点で照射制御装置301はシンクロトロン2の周回ビーム電荷量の測定結果を取得し、次の照射深さにおける一回の走査の完了に十分であるか否かを判定する。周回ビーム電荷量が十分であるなら照射制御装置301はレンジシフタ205の厚さの変更を指示し、シンクロトロン2の同じ運転周期内で次の照射深さにおける走査を開始する。周回ビーム電荷量が十分でない場合は、照射制御装置301は加速器制御装置3に次の運転周期へ移行するよう指示を出す。レンジシフタの厚さの変更には有限の時間を要するため、開始地点501と終了地点502が同一であるか否かにかかわらず、周回ビーム電荷量の測定及びシンクロトロン2の同じ運転周期内で次の照射深さにおける走査に移行するか否かの判定は、シンクロトロン2からのビーム出射を停止した状態で行う。
When the lateral irradiation position is continuously scanned, the irradiation area is scanned repeatedly until a desired lateral dose distribution is formed, as in the case of discrete scanning. When irradiation at a certain irradiation depth is completed, the
(実施形態2)
本実施形態の粒子線治療装置は、実施形態1と同様、患者216の患部216aに対してイオンビームの照射を行うものである。本実施形態の粒子線治療装置の構成を図11に示した。本実施形態の粒子線治療装置は、図1に示した実施例1と同様の構成を有するが、レンジシフタ205の厚さを変更する代わりに、シンクロトロン2からの出射ビームのエネルギーを変更することにより、シンクロトロン2の運転周期内において照射深さを変更する構成を有する。本実施例の粒子線治療装置は、シンクロトロン2の出射ビームエネルギーを変更することにより照射深さを調節するため、照射野形成装置200内のレンジシフタ205が省略されている。これにより、照射野形成装置200内を通過するイオンビームがレンジシフタにより横方向に散乱されることがなくなるため、照射ビームの横方向のサイズが減少し、より精度の高い横方向線量分布を形成することが可能である。
(Embodiment 2)
As in the first embodiment, the particle beam therapy system according to the present embodiment irradiates the affected
実施形態1と同様、本実施形態においてもある照射深さにおける照射が完了した時点、あるいは横方向照射位置の一回の走査が完了した時点における周回ビーム電荷量を測定し、測定結果に基づいてシンクロトロン2の運転パターンを変更することにより、走査の途中でシンクロトロン2の周回ビーム電荷量が不足することによる横方向線量一様度の悪化を防止することができる。
As in the first embodiment, in this embodiment, the amount of circular beam charge at the time when irradiation at a certain irradiation depth is completed, or at the time when one scan of the lateral irradiation position is completed is measured, and based on the measurement result. By changing the operation pattern of the
ある照射深さにおいてビームを複数回走査し、走査と走査の間で照射深さの変更がない場合、実施形態1と全く同様にして走査途中の周回ビーム電荷量の不足を防止することができる。一回の走査が完了した時点における周回ビーム電荷量が次回の走査完了に十分な場合のみシンクロトロン2の同じ運転周期内で次の走査に移行するため、走査の途中で周回ビーム電荷量が不足することがなく、横方向の線量分布をシンクロトロン2の二つの周期にわたって形成することによる横方向線量一様度の悪化が防止される。
When the beam is scanned a plurality of times at a certain irradiation depth and there is no change in the irradiation depth between the scans, it is possible to prevent the shortage of the round beam charge during the scanning in the same manner as in the first embodiment. . Only when the amount of orbiting beam charge at the time when one scan is completed is sufficient to complete the next scan, the next scan is shifted within the same operation cycle of the
シンクロトロン2の同じ運転周期内で照射深さを変更する場合に、ビーム走査中に周回ビーム電荷量が不足することによる横方向線量一様度の悪化を防止する手法について、図12に示したフローチャート図を用いて説明する。
FIG. 12 shows a method for preventing the deterioration of the lateral dose uniformity due to the shortage of the circulating beam charge during the beam scanning when the irradiation depth is changed within the same operation cycle of the
ある照射深さにおける照射が完了すると、照射制御装置301は実施形態1と同様に照射完了時点におけるシンクロトロン2の周回ビーム電荷量を取得し、次の照射深さにおける一回の走査の完了に必要な周回ビーム電荷量と比較する。ここで、次の照射深さにおける照射が一回の走査で完了する場合、次の照射深さにおける一回の走査に必要な周回ビーム電荷量と次の照射深さにおける照射を完了するのに必要な周回ビーム電荷量は同一となる。照射制御装置301は、周回ビーム電荷量が次の照射深さにおける走査一回の完了に十分である場合、出射ビームエネルギーの変更を加速器制御装置3に指示し、周回ビーム電荷量が十分でない場合は周回ビームを減速して次の運転周期に移行するよう加速器制御装置3に指示を出す。出射ビームエネルギー変更の指示を受けた加速器制御装置3は、シンクロトロン2の同じ運転周期内で、周回ビームのエネルギーを次の照射深さに対応する値に変更し、変更後のエネルギーにおける出射準備が完了した時点で出射準備完了信号を照射制御装置301に出力する。次の運転周期へ移行するよう指示を受けた加速器制御装置3は、周回ビームをシンクロトロン2の入射エネルギーまで減速し、前段加速器5からのビームをシンクロトロン2へ入射し、周回ビームを次の照射深さに対応するエネルギーまで加速して出射準備を完了した後に出射準備完了信号を照射制御装置301へ出力する。
When irradiation at a certain irradiation depth is completed, the
シンクロトロン2の同じ運転周期内で出射ビームのエネルギーを変更する場合、照射制御装置301は高エネルギービーム輸送系14及びガントリー15に設置された電磁石の制御装置(図示せず)に指示を出し、これら電磁石の励磁量を変更後の出射ビームのエネルギーに対応した値に変更する。
When changing the energy of the outgoing beam within the same operation cycle of the
出射ビームエネルギーの変更あるいは次の運転周期への移行を指示された際のシンクロトロン2の運転パターンについて、図9を用いて説明する。図9は横軸に時間、縦軸にシンクロトロン2の偏向電磁石7の励磁量をとったグラフであり、二つの照射深さに対してイオンビームを照射する際の偏向電磁石7の運転パターンを表す。なお、各照射深さに対する照射は一回の走査で完了するものとする。折れ線410は同じ運転周期内における出射ビームエネルギーの変更を指示された場合の偏向電磁石7の励磁パターン、折れ線411は次の周期への移行を指示された場合の偏向電磁石7の励磁パターンである。黒丸414は周回ビーム電荷量を測定する時点表す。周回ビーム(出射ビーム)の運動量は偏向電磁石7の励磁量と比例関係にあるから、折れ線411が表すように、同一運転周期内に複数の出射期間を設けることにより、異なるエネルギーのビームを出射できる。
The operation pattern of the
このように、第一の照射深さに対する照射が完了した時点における周回ビーム電荷量が第二の照射深さにおける走査一回の完了に十分である場合のみシンクロトロン2の同じ運転周期内で周回ビームのエネルギーを変更するため、走査の途中で周回ビーム電荷量が不足することがなく、横方向線量分布を二つの運転周期にわたって形成することによる線量一様度の悪化が防止される。図9では照射深さの数を二つとし、シンクロトロン2の周回ビームエネルギーが低い方、すなわち体表面に近い照射深さからビームを照射するとしたが、照射深さの数及びシンクロトロン2の同じ運転周期内で照射する照射深さの数は二つ以上でも構わないし、周回ビームのエネルギーが高い方、即ち体表面から遠い照射深さから順番にビームを照射しても良い。また、ヒステリシスによる影響を緩和して偏向電磁石7を始めとする電磁石の励磁量の再現性を良くするため、第一の照射深さにおける照射開始の前あるいは減速準備の前に周回ビームを最大エネルギーまで加速するようにしても良い。
In this way, the orbit within the same operation cycle of the
本実施例では、ある照射深さに対する照射が完了した直後に周回ビーム電荷量を測定するとしたが、周回ビーム電荷量を測定するタイミングは、ある照射深さに対する照射が完了してから照射深さの変更あるいは次の運転周期への以降のために周回ビームのエネルギーの変更を開始するまでの間で任意に設定することができる。 In this embodiment, the orbiting beam charge amount is measured immediately after the irradiation to a certain irradiation depth is completed. However, the measurement timing of the orbiting beam charge amount is the irradiation depth after the irradiation to a certain irradiation depth is completed. It is possible to arbitrarily set the period until the start of the change of the energy of the orbiting beam for the subsequent change to the next operation cycle.
各照射深さに対する照射を一回の走査で完了する場合、本発明にはさらに次の効果がある。図10は図9と同様、偏向電磁石7の運転パターンを表す図であるが、折れ線411が第一の照射深さに対する照射が完了した時点で周回ビーム電荷量を測定し、周回ビーム電荷量が第二の照射深さに対する照射の完了に十分でないため次の運転周期に移行する場合の偏向電磁石8の運転パターン、折れ線412が周回ビーム電荷量を測定せずに第二の照射深さにおける照射に移行し、走査の途中で周回ビーム電荷量が不足した場合の偏向電磁石7の運転パターンであり、黒丸413が周回ビーム電荷量の不足が発生する時点を表す。図面から明らかなように、折れ線412では周回ビーム電荷量が不足した後に再度同じエネルギーまで周回ビームを加速する必要があるため、第二の照射深さにおいて出射準備と減速準備を二回行う必要がある。出射準備及び減速準備は運転周期全体の10%以上を占めることもあるため、出射準備及び減速準備の回数が増加すると照射に要する時間が増大する。本発明は、あるエネルギーに対する照射が完了する前に周回ビーム電荷量が不足することを防止するため、各照射深さにおける出射準備及び減速準備の回数を減少させ、照射時間を短縮する効果がある。
When the irradiation with respect to each irradiation depth is completed by one scan, the present invention further has the following effects. FIG. 10 is a diagram showing the operation pattern of the deflecting
(実施形態3)
本実施形態の粒子線治療装置は、実施形態2と同様、患者216の患部216aに対してイオンビームの照射を行うものである。本実施形態の粒子線治療装置は、図11に示した実施形態2と同様の構成を有し、シンクロトロン2からの出射ビームのエネルギーを変更することにより、シンクロトロン2の運転周期内において照射深さを変更する構成を有する。
(Embodiment 3)
As in the second embodiment, the particle beam therapy system according to the present embodiment irradiates the affected
ある照射深さにおいてビームを複数回走査し、走査と走査の間で照射深さの変更がない場合、実施形態2と全く同様にして走査途中の周回ビーム電荷量の不足を防止することができる。一回の走査が完了するごとにシンクロトロン2の周回ビーム電荷量を測定し、測定結果が次回の走査完了に十分な場合のみシンクロトロン2の同じ運転周期内で次の走査に移行するため、走査の途中で周回ビーム電荷量が不足することがなく、横方向の線量分布をシンクロトロン2の二つの周期にわたって形成することによる横方向線量一様度の悪化が防止される。
When the beam is scanned a plurality of times at a certain irradiation depth and there is no change in the irradiation depth between the scans, it is possible to prevent the shortage of the round beam charge during the scanning in the same manner as in the second embodiment. . Since the circular beam charge amount of the
シンクロトロン2の同じ運転周期内で二つ以上の照射深さに対してビームを照射する場合、本実施形態ではある照射深さに対する照射が完了した後に、シンクロトロン2の周回ビームのエネルギーを次の照射深さに対応した値に変更してから周回ビーム電荷量を測定し、測定結果が変更後の照射深さにおける一回の走査に十分である場合のみ変更後の照射深さにおける照射を開始する。
When irradiating two or more irradiation depths within the same operation cycle of the
ある照射深さに対する照射を完了してからシンクロトロン2の周回ビームのエネルギーを変更するにはある程度の時間(例えば100〜300ms)を要するため、シンクロトロン2の周回ビームはエネルギーを変更している間に真空ダクト中の残留ガスとの散乱などによりわずかではあるが失われる可能性がある。実施形態2では周回ビームのエネルギーを変更する前に周回ビーム電荷量を測定するため、エネルギー変更中に周回ビームが失われることにより次の照射深さにおいて周回ビーム電荷量が不足することが無いように、次の照射深さにおける走査一回の完了に必要となる周回ビーム電荷量を求める際にマージンを加える必要がある。本実施形態では周回ビームのエネルギー変更後に周回ビーム電荷量を測定するため、変更後の照射深さにおける走査一回の完了に必要となる周回ビーム電荷量を求める際にマージンを加える必要が無いか、マージンを実施形態2よりも小さく取ることが可能となる。これにより変更後の照射深さにおける走査一回の完了に必要な周回ビーム電荷量が減少し、周回ビーム電荷量の測定結果が走査一回の完了に十分と判断される確率が高くなるため、周回ビーム粒子の利用効率が上昇し、照射に要する時間を短縮することが可能となる。
Since it takes a certain amount of time (for example, 100 to 300 ms) to change the energy of the circulating beam of the
シンクロトロン2の同じ運転周期内で二つ以上の照射深さに対してビームを照射する場合に、ビーム走査中に周回ビーム電荷量が不足することによる横方向線量一様度の悪化を防止する手法について、図12に示したフローチャート図を用いて説明する。
When the beam is irradiated to two or more irradiation depths in the same operation cycle of the
ある照射深さにおける照射が完了すると、照射制御装置301は出射ビームエネルギーの変更を加速器制御装置3に指示する。出射ビームエネルギー変更の指示を受けた加速器制御装置3は、シンクロトロン2の同じ運転周期内で、周回ビームのエネルギーを次の照射深さに対応する値に変更し、変更後のエネルギーにおける出射準備が完了した後に出射準備完了信号を照射制御装置301に出力する。また、照射制御装置301は高エネルギービーム輸送系14及びガントリー15に設置された電磁石の制御装置(図示せず)に指示を出し、これら電磁石の励磁量を変更後の出射ビームのエネルギーに対応した値に変更する。出射準備完了信号を受けた照射制御装置301は、実施形態2と同様にシンクロトロン2の周回ビーム電荷量を取得し、変更後の照射深さ(現在の照射深さ)における一回の走査の完了に必要な周回ビーム電荷量と比較する。照射制御装置301は、周回ビーム電荷量が現在の照射深さにおける走査一回の完了に十分である場合、実施形態2と同様にシンクロトロン2からのビーム出射を開始し、周回ビーム電荷量が十分でない場合は周回ビームを減速して次の運転周期に移行するよう加速器制御装置3に指示を出す。本実施形態では照射制御装置が出射準備完了信号を受けてからシンクロトロン2の周回ビーム電荷量を取得するとしたが、出射準備完了信号を受けてから速やかに照射を開始するために、出射準備期間中に周回ビーム電荷量を取得して、第二の照射深さに対する照射を開始するか次の運転周期に移行するか判定しても良い。
When irradiation at a certain irradiation depth is completed, the
本実施形態におけるシンクロトロン2の運転パターンについて、図13を用いて説明する。図13は横軸に時間、縦軸にシンクロトロン2の偏向電磁石7の励磁量をとったグラフであり、二つの照射深さに対してイオンビームを照射する際の偏向電磁石7の運転パターンを表す。実施形態2と同様、各照射深さに対する照射は一回の走査で完了するものとする。折れ線410はシンクロトロン2の同じ運転周期内で二つ目の照射深さに対するビームの照射を指示された場合の偏向電磁石7の励磁パターン、折れ線420は次の周期への移行を指示された場合の偏向電磁石7の運転パターンである。黒丸421は、シンクロトロン2の周回ビーム電荷量を測定する時点を表す。
The operation pattern of the
本実施形態では、シンクロトロン2の周回ビームのエネルギーが第二の照射深さに対応した値に変更されてから第二の照射深さに対する照射を開始するまでの間に周回ビーム電荷量を測定し、測定結果が第二の照射深さにおける走査一回の完了に十分である場合のみシンクロトロン2の同じ運転周期内で第二の照射深さに対する照射を開始するため、走査の途中で周回ビーム電荷量が不足することがなく、横方向線量分布を二つの運転周期にわたって形成することによる線量一様度の悪化が防止される。また、本実施形態ではシンクロトロン2の周回ビームのエネルギーを第二の照射深さに対応した値に変更してから周回ビーム電荷量を測定するため、ビームの利用効率を向上し、照射の完了に要する時間を短縮することができる。図13では照射深さの数を二つとし、シンクロトロン2の周回ビームエネルギーが低い方、すなわち体表面に近い照射深さからビームを照射するとしたが、照射深さの数及びシンクロトロン2の同じ運転周期内で照射する照射深さの数は二つ以上でも構わないし、周回ビームのエネルギーが高い方、即ち体表面から遠い照射深さから順番にビームを照射しても良い。また、ヒステリシスによる影響を緩和して偏向電磁石7を始めとする電磁石の励磁量の再現性を良くするため、第一の照射深さにおける照射開始の前あるいは減速準備の前に周回ビームを最大エネルギーまで加速するようにしても良い。
In the present embodiment, the circulating beam charge amount is measured after the energy of the circulating beam of the
実施形態1乃至3では、イオンビームを加速し出射するシンクロトロンの運転パターンを、一回の走査が完了した時点あるいはある照射深さに対する照射が完了した時点における周回ビーム電荷量に基づいて制御する。具体的には、周回ビーム電荷量が次の一回の走査あるいは次の照射深さに対する照射の完了に十分である場合のみ、シンクロトロンの同じ運転周期内で次の回の走査あるいは次の照射深さにおける走査に移行する。周回ビーム電荷量が十分でない場合、周回ビームを減速し、シンクロトロンの次の運転周期に移行する。これにより、走査の途中で周回ビーム電荷量が不足することがなくなるため、横方向の線量分布がシンクロトロンの二つ以上の運転周期にわたって形成されることによる横方向線量一様度の悪化を防止することができる。 In the first to third embodiments, the operation pattern of the synchrotron that accelerates and emits the ion beam is controlled based on the amount of circular beam charge at the time when one scan is completed or when irradiation to a certain irradiation depth is completed. . Specifically, the next scan or next irradiation within the same operation cycle of the synchrotron is only performed when the amount of the circular beam charge is sufficient to complete the next one scan or the irradiation for the next irradiation depth. Transition to scanning in depth. When the amount of charge of the orbiting beam is not sufficient, the orbiting beam is decelerated and the next operation cycle of the synchrotron is started. This prevents the amount of circular beam charge from becoming insufficient in the middle of scanning, thus preventing deterioration in lateral dose uniformity due to the formation of a lateral dose distribution over two or more operating cycles of the synchrotron. can do.
1 イオンビーム発生装置
2 シンクロトロン
3 加速器制御装置
4 イオン源
5 前段加速器
6 低エネルギービーム輸送系
7 偏向電磁石
8 四極電磁石
9 高周波加速空洞
10 出射用高周波印加装置
11 高周波供給装置
12 ビーム電荷量モニタ
13 出射用デフレクタ
14 高エネルギービーム輸送系
15 回転ガントリー
16 ビーム電荷量モニタ制御装置
100 中央制御装置
101 中央制御装置メモリ
102 治療計画装置
103 治療計画装置メモリ
200 照射野形成装置
201 ケーシング
202 走査電磁石
203 散乱体
204 リッジフィルタ
205 レンジシフタ
205a 板
205b レンジシフタ駆動装置
206 線量モニタ
207 ビーム位置モニタ
208 コリメータ
216 患者
216a 患部
220 走査電磁石電源
221 走査電磁石電源制御装置
222 走査電磁石電源制御装置メモリ
300 照射制御システム
301 照射制御装置
302 照射制御装置メモリ
303 カウンタ
304 照射完了信号生成装置
305 インターロック信号生成装置
306 目標値メモリ
320 表示装置
400,401,410,411,412,420 偏向電磁石の励磁パターン
413 周回ビーム電荷量の不足が発生する時点
414,421 周回ビーム電荷量を測定する時点
500 横方向ビーム照射位置の軌道
501 横方向ビーム走査の開始地点
502 横方向ビーム走査の終了地点
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記シンクロトロンから出射された前記荷電粒子ビームをビーム進行方向と垂直な方向に走査する走査電磁石を有し、前記走査電磁石を通過した前記荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射野形成装置と、
前記走査電磁石による前記荷電粒子ビームのある照射深さにおける照射領域全体への前記荷電粒子ビームの走査が完了してから次の回の走査を開始するまでの期間における前記シンクロトロンの周回ビーム電荷量が、前記次の回の走査の対象である照射領域全体への走査を完了するために十分か否かを判定し、前記シンクロトロンの運転パターンを変更する制御装置を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム照射装置。 A synchrotron that accelerates and emits a charged particle beam;
An irradiation field forming apparatus for irradiating an irradiation target with the charged particle beam that has passed through the scanning electromagnet, and having a scanning electromagnet that scans the charged particle beam emitted from the synchrotron in a direction perpendicular to a beam traveling direction;
The amount of circular beam charge of the synchrotron in the period from the completion of the scanning of the charged particle beam to the entire irradiation region at the irradiation depth of the charged particle beam by the scanning electromagnet until the start of the next scanning Is provided with a control device that determines whether or not it is sufficient to complete the scanning of the entire irradiation region that is the target of the next scan, and changes the operation pattern of the synchrotron. Charged particle beam irradiation device.
前記制御装置は、前記ある照射深さにおける照射領域全体への前記荷電粒子ビームの走査が完了してから次の回の走査を開始するまでの期間における前記周回ビーム電荷量の測定結果と、前記次の回の走査の対象である照射深さにおける照射領域全体への照射位置の走査の完了に必要となる前記シンクロトロンの周回ビーム電荷量とを比較し、前記測定結果の方が多い場合は前記シンクロトロンの同じ運転周期内で次の回の走査を開始し、前記測定結果の方が少ない場合は前記シンクロトロンを次の運転周期に移行させるように制御することを特徴とする荷電粒子ビーム照射装置。 The charged particle beam irradiation apparatus according to claim 1,
The control device includes a measurement result of the orbiting beam charge amount in the period from the scanning of the charged particle beam to the entire irradiation region in the irradiation depth the is completed to start scanning the next round, the Compare the synchrotron's orbital beam charge required to complete the scanning of the irradiation position to the entire irradiation area at the irradiation depth that is the object of the next scan, and if the measurement result is greater The charged particle beam, wherein the next scan is started within the same operation cycle of the synchrotron and the synchrotron is controlled to shift to the next operation cycle when the measurement result is smaller Irradiation device.
前記走査電磁石は、前記荷電粒子ビームの横方向への照射位置を連続的に走査し、
前記制御装置は、前記ある照射深さにおける照射領域全体への前記荷電粒子ビームの走査が完了するより前の周回ビーム電荷量の測定結果と、前記次の回の走査の対象である照射深さにおける照射領域全体への走査の完了に必要となる前記シンクロトロンの周回ビーム電荷量とを比較し、前記測定結果の方が多い場合は前記シンクロトロンの同じ運転周期内で次の回の走査を開始し、前記測定結果の方が少ない場合は前記シンクロトロンを次の運転周期に移行させるように制御することを特徴とする荷電粒子ビーム照射装置。 The charged particle beam irradiation apparatus according to claim 1,
The scanning electromagnet continuously scans the irradiation position in the lateral direction of the charged particle beam,
The control device includes a measurement result of a round beam charge amount before completion of scanning of the charged particle beam over the entire irradiation region at the certain irradiation depth, and an irradiation depth that is a target of the next scanning. Compare the amount of circular beam charge of the synchrotron required to complete the scanning of the entire irradiation area in the case of the above, and if the measurement result is larger, the next scan is performed within the same operation cycle of the synchrotron. The charged particle beam irradiation apparatus is characterized by starting and controlling the synchrotron to shift to the next operation cycle when the measurement result is smaller.
前記照射装置は、前記ある照射深さにおける照射領域全体に対する照射が完了した時点における前記シンクロトロンの周回ビーム電荷量に基づいて、前記シンクロトロンの運転パターンを変更することを特徴とする荷電粒子ビーム照射装置。 The charged particle beam irradiation apparatus according to claim 1,
The irradiation device, a charged particle beam irradiation to the irradiation entire region definitive to the irradiation depth the is based on the orbiting beam charge amount of the synchrotron at the time of completion, and changes the operation pattern of the synchrotron Irradiation device.
前記照射装置は、前記ある照射深さにおける照射領域全体に対する前記荷電粒子ビームの照射が完了してから前記照射深さの変更を開始するまでの期間における前記周回ビーム電荷量の測定結果と、次の照射深さにおける照射領域全体に対する走査の完了に必要となる前記シンクロトロンの周回ビーム電荷量とを比較し、前記測定結果の方が多い場合は前記シンクロトロンの同じ運転周期内で次の照射深さにおける照射を開始し、前記測定結果の方が少ない場合は前記シンクロトロンを次の運転周期に移行させるように制御することを特徴とする荷電粒子ビーム照射装置。 The charged particle beam irradiation apparatus according to claim 4,
The irradiation device includes: the orbiting beam charge amount measurement results during the period from when the irradiation of the charged particle beam with respect to the whole definitive irradiation region to the irradiation depth the is completed to start the change of the irradiation depth, the following Compared with the circulating beam charge amount of the synchrotron required for the completion of scanning of the entire irradiation area at the irradiation depth of the next, if the measurement result is larger, the next irradiation within the same operation cycle of the synchrotron A charged particle beam irradiation apparatus characterized by starting irradiation at a depth and controlling the synchrotron to shift to the next operation cycle when the measurement result is smaller.
前記照射装置は、前記ある照射深さにおける照射領域全体に対する前記荷電粒子ビームの照射が完了してから前記照射深さの変更を開始するまでの期間における前記周回ビーム電荷量の測定結果と、次の照射深さにおける照射領域全体に対する前記荷電粒子ビームの照射の完了に必要となる前記シンクロトロンの周回ビーム電荷量とを比較し、前記測定結果の方が多い場合は前記シンクロトロンの同じ運転周期内で次の照射深さにおける照射を開始し、前記測定結果の方が少ない場合は前記シンクロトロンを次の運転周期に移行させるように制御することを特徴とする荷電粒子ビーム照射装置。 The charged particle beam irradiation apparatus according to claim 4,
The irradiation device includes: the orbiting beam charge amount measurement results during the period from when the irradiation of the charged particle beam with respect to the whole definitive irradiation region to the irradiation depth the is completed to start the change of the irradiation depth, the following When the number of the measurement results is larger, the same operation period of the synchrotron is compared with the amount of the circular beam charge of the synchrotron required to complete the irradiation of the charged particle beam with respect to the entire irradiation region at the irradiation depth of The charged particle beam irradiation apparatus is characterized in that the irradiation at the next irradiation depth is started and the synchrotron is controlled to shift to the next operation cycle when the measurement result is smaller.
前記照射深さの変更は、前記シンクロトロンを出射してから前記照射対象に到達するまでの前記荷電粒子ビームの軌道上に設置されたレンジシフタの厚さを前記シンクロトロンの同じ運転周期内に変更することにより行うことを特徴とする荷電粒子ビーム照射装置。 The charged particle beam irradiation apparatus according to claim 5,
The irradiation depth is changed by changing the thickness of the range shifter installed on the trajectory of the charged particle beam from the synchrotron until it reaches the irradiation target within the same operation cycle of the synchrotron. A charged particle beam irradiation apparatus characterized in that
前記照射深さの変更は、前記シンクロトロンの周回ビームのエネルギーを前記シンクロトロンの同じ運転周期内に変更することにより行うことを特徴とする荷電粒子ビーム照射装置。 The charged particle beam irradiation apparatus according to claim 6,
The irradiation depth is changed by changing the energy of the circulating beam of the synchrotron within the same operation cycle of the synchrotron.
前記照射装置は、前記ある照射深さにおける照射領域全体に対する前記荷電粒子ビームの照射が完了した後に前記照射深さの変更を完了してから次の照射深さにおける照射を開始するまでの期間における前記周回ビーム電荷量の測定結果と、前記次の照射深さにおける照射領域全体に対する走査の完了に必要となる前記シンクロトロンの周回ビーム電荷量とを比較し、前記測定結果の方が多い場合は前記シンクロトロンの同じ運転周期内で次の照射深さにおける照射を開始し、前記測定結果の方が少ない場合は前記シンクロトロンを次の運転周期に移行させるように制御することを特徴とする荷電粒子ビーム照射装置。 The charged particle beam irradiation apparatus according to claim 4,
The irradiation apparatus, in the period between the completion of the change of the irradiation depth after irradiation of the charged particle beam with respect to the entire irradiation region definitive to the irradiation depth the have been completed to the start of the irradiation of the next irradiation depth wherein the orbiting beam charge amount measurement results, compared with the orbiting beam charge amount of the synchrotron required to complete the scanning of the entire the next irradiation region definitive the irradiation depth, when towards the measurement results is large Charging characterized by starting irradiation at the next irradiation depth within the same operation cycle of the synchrotron and controlling the synchrotron to move to the next operation cycle when the measurement result is smaller Particle beam irradiation device.
前記照射装置は、前記ある照射深さにおける照射領域全体に対する前記荷電粒子ビームの照射が完了した後に前記照射深さの変更を完了してから次の照射深さにおける照射を開始するまでの期間における前記周回ビーム電荷量の測定結果と、前記次の照射深さにおける照射領域全体に対する前記荷電粒子ビームの照射の完了に必要となる前記シンクロトロンの周回ビーム電荷量とを比較し、前記測定結果の方が多い場合は前記シンクロトロンの同じ運転周期内で次の照射深さにおける照射を開始し、前記測定結果の方が少ない場合は前記シンクロトロンを次の運転周期に移行させるように制御することを特徴とする荷電粒子ビーム照射装置。 The charged particle beam irradiation apparatus according to claim 4,
The irradiation apparatus, in the period between the completion of the change of the irradiation depth after irradiation of the charged particle beam with respect to the entire irradiation region definitive to the irradiation depth the have been completed to the start of the irradiation of the next irradiation depth comparing the measurement result of the orbiting beam charge amount, the orbiting beam charge amount of the synchrotron required for completion of the irradiation of the charged particle beam to the whole definitive irradiation region to the next irradiation depth, the measurements If there are more, start the irradiation at the next irradiation depth within the same operation cycle of the synchrotron, and control to move the synchrotron to the next operation cycle when the measurement result is less A charged particle beam irradiation apparatus characterized by the above.
前記照射深さの変更は、前記シンクロトロンの周回ビームのエネルギーを前記シンクロトロンの同じ運転周期内に変更することにより行うことを特徴とする荷電粒子ビーム照射装置。 The charged particle beam irradiation apparatus according to claim 10,
The irradiation depth is changed by changing the energy of the circulating beam of the synchrotron within the same operation cycle of the synchrotron.
前記シンクロトロンの前記荷電粒子ビームの周回軌道上に、前記周回ビーム電荷量を測定するビームモニタを設置することを特徴とする荷電粒子ビーム照射装置。 The charged particle beam irradiation apparatus according to any one of claims 1 to 11,
A charged particle beam irradiation apparatus, wherein a beam monitor for measuring the amount of the orbiting beam charge is installed on an orbit of the charged particle beam of the synchrotron.
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