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JP5002612B2 - Charged particle beam irradiation equipment - Google Patents

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JP5002612B2
JP5002612B2 JP2009084003A JP2009084003A JP5002612B2 JP 5002612 B2 JP5002612 B2 JP 5002612B2 JP 2009084003 A JP2009084003 A JP 2009084003A JP 2009084003 A JP2009084003 A JP 2009084003A JP 5002612 B2 JP5002612 B2 JP 5002612B2
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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 Document 2 discloses a technique for changing the energy of an ion beam (irradiation beam) irradiated to an affected area stepwise during one cycle of synchrotron operation to shorten the time required for beam irradiation. The energy of the irradiation beam is changed by changing the thickness of the range shifter installed in the transport system while keeping the output beam energy of the synchrotron constant or by changing the output beam energy during one cycle of the synchrotron. The range shifter is installed in the beam transport system, and changes the energy of the beam passing through the range shifter by changing the thickness of the plate inserted into the beam trajectory.

特許第2596292号公報Japanese Patent No. 2596292

REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS 64巻8号 (1993年8月;P2084−2089)REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS Vol.64 No.8 (August 1993; P2084-2089) Proceedings of EPAC08 (European Particle Accelerator Conference 2008)(2008年6月;P1800−1802)Proceedings of EPAC08 (European Particle Accelerator Conference 2008) (June 2008; P1800-1802)

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.

本発明の第一の実施例である粒子線治療装置の全体構成を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the whole structure of the particle beam therapy apparatus which is a 1st Example of this invention. 本発明の第一の実施例である粒子線治療装置に備えられる照射野形成装置の詳細をあらわす概念図である。It is a conceptual diagram showing the detail of the irradiation field forming apparatus with which the particle beam therapy system which is a 1st Example of this invention is equipped. 本発明の第一の実施例である粒子線治療装置に備えられる照射制御システムの構成を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the structure of the irradiation control system with which the particle beam therapy system which is a 1st Example of this invention is equipped. 本発明の第一実施例において、照射制御装置が備えるメモリに保存されるデータの概念図である。In the 1st Example of this invention, it is a conceptual diagram of the data preserve | saved at the memory with which an irradiation control apparatus is provided. 本発明の第一実施例において、照射制御装置が備えるメモリに保存されるレンジシフタの厚さに関するデータの概念図である。In the 1st Example of this invention, it is a conceptual diagram of the data regarding the thickness of the range shifter preserve | saved at the memory with which an irradiation control apparatus is provided. 本発明の第一実施例において、照射制御システムの目標値メモリに保存されるデータの概念図である。In the 1st Example of this invention, it is a conceptual diagram of the data preserve | saved at the target value memory of an irradiation control system. 本発明の第一実施形態において、偏向電磁石の運転パターンを表す概念図である。In 1st embodiment of this invention, it is a conceptual diagram showing the driving | operation pattern of a bending electromagnet. 本発明の第一実施形態において、患部を連続的に走査する際の横方向ビーム照射位置を表す概念図である。In 1st embodiment of this invention, it is a conceptual diagram showing the horizontal direction beam irradiation position at the time of scanning an affected part continuously. 本発明の第二実施例において、偏向電磁石の運転パターンを表す概念図である。In the 2nd Example of this invention, it is a conceptual diagram showing the driving | operation pattern of a bending electromagnet. 本発明の第二実施例において、偏向電磁石の運転パターンを表す概念図である。In the 2nd Example of this invention, it is a conceptual diagram showing the driving | operation pattern of a bending electromagnet. 本発明の第二の実施例である粒子線治療装置の全体構成を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the whole structure of the particle beam therapy apparatus which is the 2nd Example of this invention. 本発明の第二の実施例におけるシンクロトロンの制御手法を表すフローチャート図である。It is a flowchart figure showing the control method of the synchrotron in the 2nd Example of this invention. 本発明の第三実施例において、偏向電磁石の運転パターンを表す概念図である。In the 3rd Example of this invention, it is a conceptual diagram showing the driving | operation pattern of a bending electromagnet. 本発明の第三の実施例におけるシンクロトロンの制御手法を表すフローチャート図である。It is a flowchart figure showing the control method of the synchrotron in the 3rd Example of this invention.

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 affected part 216a of a patient 216 fixed to a treatment bed 217 with an ion beam (for example, a proton beam). And an ion beam generator 1, a high-energy beam transport system 14, an irradiation field forming device 200, a central controller 100, and an irradiation control system 300.

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 central controller 100 determines the irradiation conditions (beam irradiation direction, SOBP width, irradiation dose, maximum irradiation depth, irradiation field size, etc.) for forming an appropriate irradiation field on the affected area 216a of the patient 216 determined by the treatment planning apparatus 102. ) To select nozzle device parameters such as device type, installation position, and set value, and to select accelerator operation parameters such as beam energy and beam intensity pattern. The central controller 100 includes a memory 101 and stores information necessary for treatment (irradiation beam energy, irradiation angle (gantry rotation angle), scanning electromagnet pattern, range shifter insertion amount, etc.) in the memory 101. The irradiation control system 300 sets parameters of each device constituting the irradiation field forming apparatus 200 based on the information recorded in the memory 101. Parameters of each device constituting the ion beam generator 1 are set by a control device (not shown) of each device based on information recorded in the memory 101.

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 ion beam generator 1 is an apparatus for generating an ion beam having a predetermined beam energy, and includes an ion source 4, a front stage accelerator 5, a low energy beam transport system 6, and a synchrotron 2. The synchrotron 2 is connected to the synchrotron control device 3. The ion beam generated by the ion source 4 is accelerated to the incident energy of the synchrotron 2 by the pre-stage accelerator 5 and is incident on the synchrotron 2 via the low energy beam transport system 6.

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 synchrotron 2 includes a deflecting electromagnet 7 that deflects the beam trajectory to form a circular orbit, a quadrupole electromagnet 8 that converges and diverges an ion beam that circulates in the synchrotron, and a high frequency An accelerating cavity 9, a high-frequency application device 10 for extraction, a monitor 12 for measuring the charge amount of a circular beam (circular beam charge amount), and an output deflector 13 are provided. The high-frequency application device 10 includes a high-frequency application electrode (not shown), and the high-frequency application electrode receives a high-frequency voltage from the high-frequency supply device 11 for emission. The monitor 12 is connected to the irradiation control system 300 via the control device 16 of the monitor 12.

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 synchrotron 2 is accelerated to a desired energy (for example, 70 to 250 MeV) by the high frequency voltage applied to the high frequency acceleration cavity 9. When the high frequency voltage from the high frequency supply device 11 is applied to the circular beam by the high frequency application electrode after the acceleration is completed, the circular beam exceeds the resonance stability limit and is emitted from the synchrotron 2 via the extraction deflector 13. 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 beam transport system 14 communicates the synchrotron 2 and the irradiation field forming apparatus 200, and a part thereof is installed in the rotating gantry 15. The ion beam emitted from the synchrotron 2 is transported to the irradiation field forming apparatus 200 installed in the rotating gantry 15 via the high energy beam transport system 14. By adjusting the rotation angle of the rotating gantry 15, the patient 216 can be irradiated with an ion beam from a desired direction.

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 field forming apparatus 200 will be described with reference to FIG. The irradiation field forming device 200 is a device that shapes the ion beam generated by the ion beam generating device 1 in accordance with the shape of the affected part 216a of the patient 216. The irradiation field forming apparatus 200 includes a casing 201, and includes a beam scanning electromagnet 202, a scatterer 203, a ridge filter 204, a range shifter 205, a dose monitor 206, a beam position monitor 207, and a collimator 208 in the casing 201.

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 scanning electromagnet 202 forms a uniform dose distribution in the lateral direction of the affected area 216a by scanning the irradiation position of the beam. A scanning electromagnet power supply 220 is connected to the scanning electromagnet 202, and the scanning electromagnet power supply 220 is connected to the scanning electromagnet power supply controller 221. The scanning electromagnet 202 is composed of, for example, a pair of bipolar electromagnets that deflect the beam in the transverse direction perpendicular to each other so that the beam can be scanned in two directions orthogonal to each other in a plane perpendicular to the beam traveling direction. The scanning electromagnet power supply 220 supplies a current to the scanning electromagnet 202 to generate a deflection magnetic field. Since the intensity of the deflection magnetic field, that is, the amount of deflection of the beam is determined by the excitation current supplied to the scanning electromagnet 202, it is possible to irradiate the beam at any point in the lateral direction by adjusting the excitation current. The scanning electromagnet 202 is supplied with the current set by the scanning electromagnet power supply controller 221 by the scanning electromagnet power supply 220. The operation pattern of the scanning electromagnet 202 is stored in advance in a memory 222 provided in the scanning electromagnet power supply control device 221. The excitation current value of the scanning electromagnet 202 is transmitted to the irradiation control device 301 (FIG. 3) provided in the irradiation control system 300.

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 scatterer 203 is for expanding the lateral distribution of the ion beam by the phenomenon of ion scattering by the substance. The beam is broadened in a Gaussian distribution by the scatterer 203. The scatterer 203 is generally made of a substance having a large atomic number, such as tungsten, which has a small energy loss with respect to the amount of scattering. If the distribution of the ion beam (outgoing beam) emitted from the synchrotron 2 does not cause a problem in forming a lateral dose distribution, the scatterer 203 may be omitted.

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 ridge filter 204 is for expanding the Bragg peak of the ion beam by superimposing a plurality of Bragg curves having different peak positions. The ridge filter 204 is composed of a plurality of wedge-shaped structures, and the thickness changes according to the position in the lateral direction. As a result, the energy of the beam particles passing through the ridge filter 204 changes according to the position in the lateral direction, and Bragg peaks are formed at different depths corresponding to the respective beam energies. In this embodiment, the SOBP is formed by changing the energy of the outgoing beam and the thickness of the range shifter 205. By using the ridge filter 204 together, the dose distribution is uniform in the depth direction even if the Bragg peak is separated. Therefore, the number of operating conditions is reduced, and the time required for adjusting the synchrotron 2 and the high energy beam transport system 14 (beam adjustment) is shortened. The ridge filter 204 may be omitted, and the SOBP may be formed only by changing the energy of the outgoing beam and the thickness of the range shifter 205.

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 range shifter 205 is for adjusting the range of the ion beam. The range shifter 205 includes a pair of plates 205a having different thicknesses depending on the position in the horizontal direction and a range shifter driving device 205b. The range shifter driving device 205b is connected to the irradiation control system 300. The plate 205a is generally made of a material having a small atomic number such as a resin having a small beam scattering amount with respect to energy loss. Since the energy is lost when the ion beam passes through the range shifter 205, the range of the ion beam can be reduced. The range shifter driving device 205b changes the thickness of the plate 210a on the beam trajectory by changing the insertion amount of the plate 210a, and forms Bragg peaks at different positions in the affected area 216a. By irradiating the ion beam while changing the thickness of the range shifter, an SOBP having a large affected area 216a is formed in the depth direction. Further, the energy of the ion beam may be lost while transporting the high energy beam transport system 14 without using the range shifter 210.

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 collimator 208 is composed of a radiation shield and forms a through hole corresponding to the affected part 216a. The collimator 208 irradiates the affected part 216a only with the ion beam that has passed through the through-hole among the beams expanded in the horizontal direction. The collimator 208 is usually processed in accordance with the shape of the affected area 216a, and is replaced for each affected area 216a. By using a multi-leaf collimator as the collimator 208 and moving the leaf to match the shape of the affected part 216a in the lateral direction, the labor of processing and replacement may be saved.

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 irradiation control system 300 will be described with reference to FIG.

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 irradiation control system 300 controls the beam irradiation position in the lateral direction, the timing of beam emission from the synchrotron 2, and the thickness of the range shifter 205 in order to form a desired irradiation field. In this embodiment, the irradiation position of the beam is scanned discretely, and the horizontal beam position is expressed as a lattice point when the entire irradiation region in the horizontal direction is divided into a lattice shape. At this time, since one irradiation position corresponds to one combination of excitation amounts of the scanning electromagnet 202, controlling the irradiation position is equivalent to controlling the excitation amount of the scanning electromagnet 202.

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 irradiation control system 300 includes an irradiation control device 301, an irradiation control device memory 302, a counter 303, an irradiation completion signal generation device 304, an interlock signal generation device 305, and a target value memory 306. The irradiation control device 301 includes a central control device 100, an accelerator control device 3, a beam charge amount monitor control device 16, a high frequency supply device 11, a scanning electromagnet power supply control device 221, a range shifter driving device 205b, an irradiation completion signal generation device 304, an interlock. The signal generator 305 and the target value memory 306 are connected to each other.

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 signal generation device 304 is connected to the irradiation control device 301, the counter 303, the target value memory 306, and the high frequency supply device 11, respectively. The interlock signal generation device is connected to the irradiation control device 301, the counter 303, the target value memory 306, the high-frequency supply device 11, and the central control device 100, respectively.

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 irradiation control device 301 reads the operation pattern of the scanning electromagnet 202 and the set value of the thickness of the range shifter 205 created by the treatment planning device 102 from the central control device 100 and registers them in the memory 302 provided in the irradiation control device. As shown in FIG. 4, the operation pattern of the scanning electromagnet 202 is a set value of the irradiation order set for each irradiation position, the excitation amount of the scanning electromagnet 202, and the excitation current of the scanning electromagnet 202. As shown in FIG. 5, the set value of the thickness of the range shifter 205 is a combination of the irradiation depth for forming a desired SOBP, the corresponding set value of the thickness of the range shifter 205 and the order of irradiation. is there.

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 irradiation control device 301 reads the information shown in FIG. 6 from the central control device 100, the irradiation depth and the target value (target dose) of the irradiation dose for each irradiation position in the lateral direction, and the allowable range (allowable dose). Save in the target value memory 305. Further, the memory 305 stores a target value (target value S) and an allowable value (allowable value S) of an irradiation dose for the entire irradiation field.

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 scanning electromagnet 202 is registered in advance in the memory 222 provided in the scanning electromagnet power supply control device 221. The operation pattern of the scanning electromagnet 202 may be read from the irradiation controller 301 by the scanning electromagnet power supply controller 221 or directly from the central controller 100.

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 scanning electromagnet 202, and the set value of the thickness of the range shifter 205 are previously created by the treatment planning device 102 based on the type and shape of the affected area 216a, and the central control device 100 treats the treatment. These pieces of information created by the planning device 102 are read and stored in the memory 101. The irradiation controller 301 reads these pieces of information from the central controller 100 before starting treatment.

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 synchrotron 2, and after the acceleration is completed and preparation for emitting the beam is completed, an extraction preparation completion signal is transmitted from the accelerator controller 3 to the irradiation controller 301. Is done. Upon receiving the emission preparation completion signal, the emission control device 301 outputs the first set value (the order is 1) of the thickness of the range shifter 205 to the range shifter driving device 205b, and issues a command to change the thickness of the range shifter. Upon receiving the command, the range shifter driving device 205b changes the thickness of the range shifter 205 to match the initial set value, and indicates that the adjustment of the range shifter 205 is completed when the change of the thickness of the range shifter 205 is completed. (Range shifter adjustment completion signal) is output to the irradiation control device 301.

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 irradiation control device 301 issues a command to the scanning electromagnet power supply control device 221 to excite the scanning electromagnet 202. Upon receiving the command, the scanning electromagnet power supply control device 221 excites the two scanning electromagnets 202 based on the excitation current setting value stored in the memory 222 at the position of the first irradiation (the order is 1). When the excitation current reaches the set value, the scanning electromagnet power supply controller 221 outputs a signal (scanning magnet excitation completion signal) indicating that the excitation of the scanning electromagnet 202 is completed to the irradiation controller 301.

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 irradiation control device 301 stores the irradiation position corresponding to the current excitation current setting value in the memory 302 as the current irradiation position, and outputs an emission start signal (beam ON signal) as the high frequency supply device 11. Output to. The high-frequency supply device 11 that has received the emission start signal applies a high-frequency voltage for emission to the high-frequency application device 10, and a beam is emitted from the synchrotron 2.

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 synchrotron 2 is transported to the irradiation field forming apparatus 200 via the high energy transport system 14. The ion beam passing through the irradiation field forming apparatus 200 is deflected by the scanning electromagnet 202, and then the range is adjusted by the range shifter 205 and irradiated to the position set in the treatment plan. The current irradiation depth and lateral irradiation position are stored in the memory 302. The dose monitor 206 sequentially measures the beam irradiation amount (irradiation dose), and the counter 304 connected to the dose monitor 206 records the beam irradiation amount at the current irradiation position.

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 signal generation device 304 reads the current irradiation depth and the horizontal irradiation position number from the irradiation control device 301. The irradiation completion signal generation device 304 reads the irradiation dose at the current irradiation position from the counter 303 and sequentially compares it with the target dose at the current irradiation position stored in the memory 306. If the irradiation dose has reached the target dose, the irradiation completion signal generation device 304 outputs a beam OFF signal to the high-frequency supply device 11. The high-frequency supply device 11 that has received the beam OFF signal stops the application of the high-frequency voltage to the high-frequency application device 10, so that the beam emission from the synchrotron 2 is stopped. If the irradiation dose is less than the target dose, the irradiation completion signal generation device 304 does not generate the beam OFF signal, so the supply of the high frequency voltage to the high frequency application device 7 is continued and the beam is continuously emitted.

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 signal generation device 304 is to continue the beam emission until the irradiation dose reaches the target dose at each irradiation position, and to stop the beam emission when the irradiation dose reaches the target dose. is there. The irradiation completion signal generation device 304 that has output the beam OFF signal outputs a signal indicating that irradiation at the current irradiation position is completed to the irradiation control device 301. Further, the irradiation completion signal generation device 304 outputs the irradiation dose at the current irradiation position to the irradiation control device 301, and resets the counter 303 in preparation for irradiation to the next irradiation position. Instead of resetting the counter 303, the integrated value of the irradiation dose from the start of treatment to the completion of irradiation is recorded, and the irradiation dose is obtained from the difference between the reading of the counter 303 and the integrated value at the next irradiation position. May be.

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 irradiation controller 301 is recorded in the memory 101 of the central controller 100 together with the current irradiation depth and lateral irradiation position. Upon receiving the irradiation completion signal, the irradiation control device 301 changes the lateral irradiation position (excitation current setting value) based on the operation pattern of the scanning electromagnet 202 stored in the memory 302, and sends an excitation current to the scanning electromagnet power supply control device 220. Instruct to change. The scanning electromagnet power supply control device 221 sets the excitation current of the scanning electromagnet 202 based on the operation pattern stored in the memory 222, and thereby the ion beam is irradiated to a new lateral irradiation position. In this way, by repeating the change of the excitation amount of the scanning electromagnet 202 and the beam irradiation, a beam of a desired dose is irradiated to all the irradiation positions in the lateral direction at the current irradiation depth.

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 irradiation control device 301 outputs the next set value of the thickness of the range shifter 205 to the range shifter driving device 205b, and instructs to change the thickness of the range shifter 205. At this time, beam emission from the synchrotron 2 is stopped, and the energy of the circulating beam of the synchrotron 2 is kept constant. When the change of the thickness of the range shifter 205 is completed, the range shifter driving device 205b outputs a range shifter adjustment completion signal to the irradiation control device 301, and irradiation at a new irradiation depth is started similarly to the initial irradiation depth. In this way, by changing the thickness of the range shifter 205 and repeating the irradiation at each irradiation depth, a beam with a desired dose is applied to all the irradiation directions in all the irradiation depths set by the treatment planning apparatus 101. Is irradiated.

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 display device 320 is connected to the central control device 100 and sequentially displays the irradiation dose for each irradiation position in the lateral direction at each irradiation depth stored in the memory 101. Since the irradiation dose stored in the memory 101 is updated every time irradiation to a certain irradiation position is completed, the driver can know the progress of treatment by the display device 320. Further, the display device 320 displays the operation parameters of the synchrotron 2, the parameters of the irradiation field forming device 200, and information on the treatment plan, so that the driver can easily grasp the operation conditions of the particle beam treatment system.

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 signal generation device 305 reads the current irradiation depth and the horizontal irradiation position number from the irradiation control device 301. The interlock signal generation device 305 reads the irradiation dose at the current irradiation position from the counter 303 and sequentially compares it with the allowable dose at the current irradiation position stored in the memory 306. The interlock signal generation device 305 confirms that the irradiation dose is less than the allowable dose, and outputs an interlock signal to the high-frequency supply device 11 and the central control device 100 if the irradiation dose exceeds the allowable dose. Thereby, the procedure of stopping beam extraction and interrupting treatment is performed. Further, the interlock signal generation device 305 calculates the total (total dose) of the irradiation dose at each irradiation position, and the allowable value (allowable value S) of the irradiation dose for the entire irradiation field stored in the memory 305. Compare with When the total dose exceeds the allowable value, the interlock signal generation device 305 outputs an interlock signal and the beam emission stops. The interlock signal generation device 305 sequentially compares the irradiation dose and its allowable value, and outputs an interlock signal when the allowable value is exceeded. Therefore, in the unlikely event that the accelerator or its control device operates unexpectedly Irradiation of an unnecessary ion beam to the patient 216 can be prevented.

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 synchrotron 2 on the basis of the amount of circular beam charge at the time when irradiation is completed at a certain irradiation depth will be described in detail.

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 synchrotron 2 will be described using the operation pattern of the deflection electromagnet 7 of the synchrotron 2 shown in FIG. FIG. 7 is a graph in which time is plotted on the horizontal axis and the amount of excitation of the deflecting electromagnet 7 is plotted on the vertical axis, and a broken line 400 represents an operation pattern of the deflecting electromagnet 7. The operation pattern of the deflecting electromagnet 7 (the operation pattern of the synchrotron 2) is composed of an incident period, an acceleration period, an extraction preparation period, an extraction period, a deceleration preparation period, and a deceleration period, and one cycle from the start of the beam incident period to the end of the deceleration period. Periodic operation is performed. The ion beam from the front accelerator 5 is incident on the orbit of the synchrotron 2 during the incident period, and is accelerated to the target energy during the acceleration period. The excitation amount of the deflecting electromagnet 7 is constant during the emission preparation period, but the excitation amount of the quadrupole electromagnet 8 and the hexapole electromagnet (not shown) is changed to form an unstable region (separatory) of the betatron oscillation of the circular beam. Is done. During the emission period, the thickness of the range shifter 205 is changed and beam scanning is performed at each irradiation depth, and the circulating beam remaining without being emitted from the synchrotron 2 has the same energy (incident as the incident beam of the synchrotron 2 in the deceleration period). Energy). In the deceleration preparation period, the excitation amounts of the quadrupole electromagnet 8 and the hexapole electromagnet are changed, and the separatrix formed during the extraction preparation period is released.

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 synchrotron 2, the circulating beam is insufficient at any point in the extraction period, and it is difficult to continue the irradiation. Become. When the round beam charge amount is extremely reduced, the emission beam current is reduced and the irradiation time is increased. Therefore, when the round beam charge amount is less than a certain threshold (for example, 5% of the maximum value of the round beam charge amount). Irradiation must be stopped, the circulating beam that has not been emitted must be decelerated, and then incident again on the synchrotron 2. Such a threshold value of the amount of the orbiting beam charge is stored in advance in the irradiation control device memory 302, and the irradiation control device 301 controls the stop of extraction of the ion beam from the synchrotron 2 based on this threshold value. Further, the irradiation control layer device 301 controls each device so that the ion beam enters the synchrotron 2 from the pre-stage accelerator 5 after decelerating the ion beam that circulates in the synchrotron 2 without being emitted. At this time, if the amount of circular beam charge is insufficient before irradiation at a certain irradiation depth is completed, beam emission stops while scanning the beam in the horizontal direction, and a dose distribution in the horizontal direction is formed over two periods. Will be. Since it takes about 1 second from the start of the deceleration preparation period of the synchrotron 2 to the start of the extraction period of the next cycle, the dose uniformity in the lateral direction deteriorates due to the movement of the affected part 216a accompanying the breathing or body movement of the patient 216. There is a fear.

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 synchrotron 2 is changed based on the measurement result of the orbiting beam charge at the time when irradiation at a certain irradiation depth is completed, and the orbiting beam is in the middle of scanning the beam in the horizontal direction. Preventing a shortage of charge.

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 synchrotron 2 is completed, the irradiation control device 301 of the irradiation control system 300 informs the accelerator control device 3 and the beam charge amount monitor control device 16 in the lateral direction at the current irradiation depth. A signal (scan completion signal) indicating that scanning and irradiation have been completed is output. Upon receiving the scanning completion signal, the accelerator controller 3 keeps the energy of the circulating beam constant, and the beam charge monitor controller 16 measures the circulating beam charge amount of the synchrotron 2 with the beam charge monitor 12, and the measurement result. Is output to the irradiation control device 301. In this embodiment, the dedicated monitor 12 is provided on the orbit of the ion beam of the synchrotron 2 for measuring the amount of the orbiting beam charge, but the signal of the beam position monitor (not shown) in the synchrotron 2 is used. May be used to calculate the circulating beam charge amount, and the beam charge monitor 12 may be omitted.

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 memory 302 of the irradiation control device 301 stores the value of the amount of orbital beam charge that is read from the treatment planning device 101 and is necessary for completing irradiation at each irradiation depth. The value of the orbital beam charge necessary for completing irradiation at each irradiation depth is calculated by the treatment planning apparatus 101 based on the target value of the irradiation dose for each irradiation depth. The correlation between the target value of the irradiation dose at each irradiation depth and the circulating beam charge amount necessary for completion of irradiation can be obtained in advance by simulation or experiment. The amount of circular beam charge required to complete irradiation for a certain irradiation depth is the amount of circular beam charge emitted while irradiating the beam to the depth and the above-mentioned irradiation. This is a value obtained by adding the necessary amount of circulating beam charges. In order to prevent the amount of circular beam charge from running short while scanning the beam in the horizontal direction, the value of the circular beam charge necessary for completion of irradiation is obtained by adding a margin to the above-mentioned value. May be.

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 irradiation control device 301 compares the current amount of the orbiting beam charge with the amount of the orbiting beam charge necessary for completing the irradiation for the next irradiation depth. It is determined that the amount of charge is sufficient to complete irradiation for the next irradiation depth. When it is determined that the circulating beam charge amount is sufficient, the irradiation control device 301 waits for the range shifter adjustment completion signal from the range shifter driving device 205b, and the next irradiation depth during the same operation cycle (outgoing period) of the synchrotron 2 Irradiation is performed. When it is determined that the amount of the orbiting beam charge is insufficient, the irradiation control device 301 instructs the accelerator control device 3 to decelerate the orbiting beam and move to the next cycle. Receiving the instruction, the accelerator control device 3 decelerates the circulating beam that has not been emitted from the synchrotron 2, and again enters the beam from the pre-accelerator 5 to prepare for acceleration and extraction of the circulating beam. As a result, it is guaranteed that a sufficient amount of beam is always circulating around the synchrotron 2 at the time of starting irradiation at a certain irradiation depth. There is no shortage of circulating beam charge during the formation of the irradiation field.

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 synchrotron 2 only when the circulation beam charge amount of the synchrotron 2 is sufficient to complete the irradiation at the next irradiation depth, and the circulation beam charge amount is changed. Is not sufficient, the next cycle of the synchrotron 2 is entered, so that the amount of circular beam charge does not become deficient during the scanning of the beam in the horizontal direction, and the dose distribution in the horizontal direction is Deterioration of the lateral dose uniformity due to being formed over two operating cycles can be prevented.

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 synchrotron 2, it is always necessary to make a round trip in the middle of the scan if the horizontal dose distribution is formed by only one scan. The beam charge amount is insufficient, and a lateral dose distribution is formed over two or more operating cycles of the synchrotron 2. Since the amount of ion beam necessary to irradiate the affected area 216 with a dose increases as the position becomes deeper, the amount of the circulating beam charge tends to be insufficient particularly at a deep position. In the present embodiment, the dose distribution formation in the horizontal direction is divided into a plurality of times, and the affected part 216a is repeatedly scanned to prevent the amount of circulating beam charge from becoming insufficient during the scanning. Specifically, the irradiation control device 300 and the target value memory 306 record the target value of the irradiation dose at each irradiation position per scan, and during the beam irradiation, the irradiated dose and the current irradiation position are recorded. Compare target doses per dose. When the irradiated dose reaches the target value per time, the beam emission from the synchrotron 2 is stopped, the excitation amount of the scanning electromagnet 202 is changed, and the irradiation position in the horizontal direction is scanned. When one irradiation at the current irradiation depth is completed, the irradiation control device 301 instructs the beam charge amount monitor control device 16 to measure the round beam charge amount, and the measurement result of the round beam charge amount is the irradiation control device 301. Is input. The irradiation control device 301 compares the current amount of circular beam charge with the amount of circular beam charge required to complete one scan at the current irradiation depth, and the current amount of circular beam charge is larger. Only if the scan at the current irradiation depth is repeated within the same operating period of the synchrotron 2. When the current amount of the orbital beam charge is not sufficient to complete one scan, the irradiation control device 301 instructs the accelerator control device 3 to shift to the next operation cycle. The target value of the irradiation dose per scan at each irradiation position and the amount of circulating beam charge necessary to complete one scan are calculated in advance by the treatment planning device 101, and the irradiation control device 301 is sent from the treatment planning device 101. It is read and saved in the memory 302. Further, the irradiation control device 301 reads the setting value of the number of scans at each irradiation depth from the treatment planning device 101 and stores it in the memory 302.

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 irradiation controller 301 counts the number of scans at the current irradiation depth, and completes ion beam irradiation at the current irradiation depth when the number of scans reaches a set value. The irradiation control device 301 acquires the amount of circular beam charge at the time when irradiation at the current irradiation depth is completed, and performs one scanning at the next irradiation depth, as in the case where one scanning is completed. Compare with the amount of circular beam charge required to complete. If the set value of the number of scans at the next irradiation depth is one, the amount of circular beam charge required to complete one scan is the amount of circular beam charge required to complete irradiation at the next irradiation depth. Matches.

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 synchrotron 2 is sufficient for completion of irradiation at a certain irradiation depth, the formation of the lateral dose distribution at the depth is divided into a plurality of times, and the affected area 216a is repeatedly scanned. You may do it. Thereby, since the time required for one scan is shortened, the influence on the lateral dose distribution due to the movement of the affected part 216a is further reduced. In addition, since the amount of circular beam charge required for one scan is reduced by the division, the amount of circular beam charge at the time when irradiation at a certain irradiation depth is completed is not sufficient for completion of irradiation at the next irradiation depth. In both cases, if it is sufficient to complete one scan at the next irradiation depth, it is possible to shift to irradiation at the next irradiation depth within the same operation cycle of the synchrotron 2. Thereby, the utilization efficiency of the circulating beam is improved and the irradiation time is shortened.

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 synchrotron 2 only when the amount of the circular beam charge of the synchrotron 2 is sufficient to complete one scan of the lateral irradiation position. Even when scanning is repeatedly performed, it is possible to prevent deterioration of the lateral dose uniformity due to the fact that the lateral dose distribution is formed over two periods of the synchrotron 2.

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 scanning electromagnet 202 may be changed during beam irradiation to continuously scan the horizontal beam irradiation position. . When the beam is continuously scanned, the irradiation position in the horizontal direction continuously moves on the trajectory set by the treatment planning apparatus 101 as shown in FIG. FIG. 8 is a schematic diagram showing a horizontal irradiation position when scanning is performed in two directions (X direction and Y direction) perpendicularly intersecting a certain irradiation depth of the affected part 216a, and a curve 500 indicates the irradiation position in the horizontal direction. A trajectory to be traced, a black circle 501 is a scanning start position, and a black circle 502 is a scanning end position. The scanning start position 501 and end position 502 may be the same place. Since the intensity of the outgoing beam from the synchrotron 2 is not constant in time, the scanning with respect to a certain irradiation depth is performed a plurality of times in continuous scanning, and the temporal change in the outgoing beam intensity is averaged. At this time, a process in which the irradiation position moves from the start position 501 to the end position 502 is defined as one scan. When the start position 501 and the end position 502 are different, the beam emission from the synchrotron 2 is stopped when the irradiation position reaches the end position 502, and the excitation amount of the scanning electromagnet 202 is changed to move the irradiation position to the start position 501. After moving, the next scan is started. When the start position 501 and the end position 502 are the same, even if the irradiation position reaches the end position 502 (start position 501), the beam emission does not stop, and the next scanning is immediately started.

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 synchrotron 2 at the time when one scan is completed. By changing the operation pattern of the synchrotron 2, it is possible to prevent the deterioration of the lateral dose uniformity due to the shortage of the circulating beam charge during the scanning.

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 irradiation controller 301 acquires the measurement result of the circular beam charge amount at the time when one irradiation is completed, and the circular beam charge amount is compared with the circular beam charge amount necessary for one scan. Determine if it is sufficient for completion. If the round beam charge amount is sufficient for the completion of the next scan, the irradiation control device 301 starts the next scan within the same operation cycle of the synchrotron 2, and if the round beam charge amount is not sufficient, the irradiation control device. 301 instructs the control device 3 of the synchrotron 2 to shift to the next operation cycle.

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 scan start position 501 and the end position 502 are different, the measurement of the circulating beam charge and the determination of whether or not to move to the next scan within the same operation cycle of the synchrotron 2 are performed by setting the lateral irradiation position to the end position 502. This is performed while moving from to the start position 501, that is, while stopping the beam emission. When the start position 501 and the end position 502 are the same, the next scan is started immediately after the end of one scan, so that the lateral irradiation position is more than the end position 502 (start position 501). The orbiting beam charge amount is measured at the previous timing, and the determination as to whether or not the orbiting beam charge amount is sufficient for the completion of the next scan is completed until the lateral irradiation position reaches the end position 502. At this time, the amount of circular beam charge necessary for completion of the next scan is the amount of circular beam charge emitted from the synchrotron 2 during one scan, the amount of circular beam charge necessary for continuing the emission, This is the total amount of the circulating beam charge emitted from the measurement of the circulating beam charge amount until the lateral irradiation position reaches the end point 502. When the round beam charge amount is sufficient, even when the lateral irradiation position reaches the end point 502, the beam emission from the synchrotron 2 is not stopped, and the next scanning is immediately started. When the amount of rounding beam charge is not sufficient, beam emission stops when the lateral irradiation position reaches the end point 502, and the irradiation control device 301 instructs the accelerator control device 3 to shift to the next operation cycle.

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 irradiation control device 301 acquires a measurement result of the circulating beam charge amount of the synchrotron 2 and whether or not it is sufficient to complete one scan at the next irradiation depth. Determine. If the circulating beam charge amount is sufficient, the irradiation control device 301 instructs to change the thickness of the range shifter 205 and starts scanning at the next irradiation depth within the same operation cycle of the synchrotron 2. If the circulating beam charge amount is not sufficient, the irradiation control device 301 instructs the accelerator control device 3 to shift to the next operation cycle. Since the change of the thickness of the range shifter requires a finite time, the measurement of the circulating beam charge and the next within the same operation cycle of the synchrotron 2 are performed regardless of whether the start point 501 and the end point 502 are the same. Whether or not to shift to scanning at the irradiation depth is determined in a state where beam emission from the synchrotron 2 is stopped.

(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 area 216a of the patient 216 with an ion beam. The configuration of the particle beam therapy system of this embodiment is shown in FIG. The particle beam therapy system according to the present embodiment has the same configuration as that of Example 1 shown in FIG. 1, but changes the energy of the outgoing beam from the synchrotron 2 instead of changing the thickness of the range shifter 205. Thus, the irradiation depth is changed within the operation cycle of the synchrotron 2. In the particle beam therapy system of this embodiment, the range shifter 205 in the irradiation field forming apparatus 200 is omitted in order to adjust the irradiation depth by changing the emitted beam energy of the synchrotron 2. As a result, the ion beam passing through the irradiation field forming apparatus 200 is not scattered in the lateral direction by the range shifter, so that the lateral size of the irradiation beam is reduced and a more accurate lateral dose distribution is formed. It is possible.

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 synchrotron 2, it is possible to prevent the deterioration of the lateral dose uniformity due to the shortage of the circulating beam charge of the synchrotron 2 during the scan.

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 synchrotron 2, and the amount of orbiting beam charge is insufficient during the scan. Therefore, the deterioration of the lateral dose uniformity due to the formation of the lateral dose distribution over the two periods of the synchrotron 2 is prevented.

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 synchrotron 2. This will be described with reference to a flowchart.

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 irradiation control device 301 acquires the amount of circular beam charge of the synchrotron 2 at the time of completion of irradiation as in the first embodiment, and completes one scan at the next irradiation depth. Compare with the required round beam charge. Here, when the irradiation at the next irradiation depth is completed in one scan, the amount of circular beam charge required for one scan at the next irradiation depth and the irradiation at the next irradiation depth are completed. The necessary amount of the round beam charge is the same. The irradiation control device 301 instructs the accelerator control device 3 to change the emitted beam energy when the round beam charge amount is sufficient to complete one scan at the next irradiation depth, and the round beam charge amount is not sufficient. Instructs the accelerator controller 3 to decelerate the orbiting beam and shift to the next operation cycle. The accelerator control device 3 that has received the instruction to change the outgoing beam energy changes the energy of the orbiting beam to a value corresponding to the next irradiation depth within the same operation cycle of the synchrotron 2, and prepares for outgoing with the changed energy. Is completed, an output preparation completion signal is output to the irradiation control device 301. The accelerator control device 3 that has been instructed to shift to the next operation cycle decelerates the orbiting beam to the incident energy of the synchrotron 2, injects the beam from the previous stage accelerator 5 into the synchrotron 2, After completing the preparation for extraction by accelerating to the energy corresponding to the irradiation depth, an extraction preparation completion signal is output to the irradiation control device 301.

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 synchrotron 2, the irradiation control device 301 gives an instruction to the high-energy beam transport system 14 and the electromagnet control device (not shown) installed in the gantry 15, The amount of excitation of these electromagnets is changed to a value corresponding to the energy of the outgoing beam after the change.

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 synchrotron 2 when instructed to change the emitted beam energy or shift to the next operation cycle will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a graph in which time is plotted on the horizontal axis and the amount of excitation of the deflection electromagnet 7 of the synchrotron 2 is plotted on the vertical axis, and the operation pattern of the deflection electromagnet 7 when irradiating an ion beam at two irradiation depths is shown. To express. In addition, the irradiation with respect to each irradiation depth shall be completed by one scan. A broken line 410 is an excitation pattern of the deflection electromagnet 7 when instructed to change the emitted beam energy within the same operation cycle, and a broken line 411 is an excitation pattern of the deflection electromagnet 7 when instructed to shift to the next cycle. A black circle 414 represents a point in time when the amount of circular beam charge is measured. Since the momentum of the circular beam (outgoing beam) is proportional to the excitation amount of the deflection electromagnet 7, as indicated by the broken line 411, it is possible to emit beams with different energies by providing a plurality of outgoing periods within the same operation cycle. .

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 synchrotron 2 only when the amount of orbital beam charge at the time when the irradiation to the first irradiation depth is completed is sufficient for the completion of one scanning at the second irradiation depth. Since the beam energy is changed, there is no shortage of the circulating beam charge in the middle of scanning, and the deterioration of dose uniformity due to the formation of the lateral dose distribution over two operating cycles is prevented. In FIG. 9, it is assumed that the number of irradiation depths is two and the beam is irradiated from the lower irradiation beam energy of the synchrotron 2, that is, from the irradiation depth close to the body surface, but the number of irradiation depths and the synchrotron 2 The number of irradiation depths irradiated within the same operation cycle may be two or more, and the beams may be irradiated in order from the irradiation beam with the higher energy of the circulating beam, that is, the irradiation depth far from the body surface. Further, in order to reduce the influence of hysteresis and improve the reproducibility of the excitation amount of the electromagnet including the deflection electromagnet 7, the orbiting beam is set to the maximum energy before the irradiation start at the first irradiation depth or before the deceleration preparation. You may make it accelerate to.

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 electromagnet 7 as in FIG. 9. However, when the broken line 411 completes irradiation with respect to the first irradiation depth, the circulating beam charge amount is measured. The operation pattern of the deflecting electromagnet 8 when moving to the next operation cycle because it is not sufficient for completion of the irradiation for the second irradiation depth, and the broken line 412 is irradiated at the second irradiation depth without measuring the circulating beam charge amount. The operation pattern of the deflecting electromagnet 7 when the circular beam charge amount becomes insufficient during the scanning, and the black circle 413 represents the time point when the insufficient circular beam charge amount occurs. As is apparent from the drawing, the polygonal line 412 needs to accelerate the circulating beam to the same energy again after the amount of circulating beam charge is insufficient. Therefore, it is necessary to perform the preparation for extraction and the preparation for deceleration twice at the second irradiation depth. is there. Since the preparation for extraction and preparation for deceleration may occupy 10% or more of the entire operation cycle, the time required for irradiation increases as the number of preparations for extraction and preparation for deceleration increases. The present invention has the effect of shortening the irradiation time by reducing the number of preparations for extraction and deceleration preparation at each irradiation depth in order to prevent the amount of circulating beam charge from being insufficient before the irradiation for a certain energy is completed. .

(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 area 216a of the patient 216 with an ion beam. The particle beam therapy system of the present embodiment has the same configuration as that of the second embodiment shown in FIG. 11, and irradiation is performed within the operation cycle of the synchrotron 2 by changing the energy of the emitted beam from the synchrotron 2. It has a configuration for changing the depth.

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 synchrotron 2 is measured every time one scan is completed, and only when the measurement result is sufficient for the completion of the next scan, the next scan is performed within the same operation cycle of the synchrotron 2, The amount of circular beam charge does not become insufficient in the middle of scanning, and deterioration of the lateral dose uniformity due to the formation of the lateral dose distribution over the two periods of the synchrotron 2 is prevented.

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 synchrotron 2, in this embodiment, after the irradiation with respect to a certain irradiation depth is completed, the energy of the circulating beam of the synchrotron 2 is After changing to a value corresponding to the irradiation depth, measure the amount of circular beam charge and perform irradiation at the changed irradiation depth only when the measurement result is sufficient for one scan at the changed irradiation depth. Start.

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 synchrotron 2 after the irradiation at a certain irradiation depth is completed, the energy of the circulating beam of the synchrotron 2 is changed. In the meantime, it may be slightly lost due to scattering with residual gas in the vacuum duct. In Embodiment 2, the circulating beam charge is measured before changing the energy of the circulating beam, so that the circulating beam is not lost at the next irradiation depth due to loss of the circulating beam during the energy change. In addition, it is necessary to add a margin when obtaining the amount of circular beam charge necessary for completing one scan at the next irradiation depth. In this embodiment, since the amount of circular beam charge is measured after changing the energy of the circular beam, is it necessary to add a margin when calculating the amount of circular beam charge necessary for completing one scan at the irradiation depth after the change? The margin can be made smaller than that in the second embodiment. This reduces the amount of orbital beam charge necessary for completing one scan at the irradiation depth after the change, and increases the probability that the measurement result of the amount of orbital beam charge is determined to be sufficient for one scan completion. The utilization efficiency of the circulating beam particles is increased, and the time required for irradiation can be shortened.

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 synchrotron 2, the deterioration of the lateral dose uniformity due to the shortage of the circulating beam charge amount during the beam scanning is prevented. The method will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

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 irradiation control device 301 instructs the accelerator control device 3 to change the output beam energy. The accelerator control device 3 that has received the instruction to change the outgoing beam energy changes the energy of the orbiting beam to a value corresponding to the next irradiation depth within the same operation cycle of the synchrotron 2, and prepares for outgoing with the changed energy. Is completed, an output preparation completion signal is output to the irradiation control device 301. Further, the irradiation control device 301 gives instructions to the electromagnet control device (not shown) installed in the high energy beam transport system 14 and the gantry 15 and corresponds to the energy of the emitted beam after changing the excitation amount of these electromagnets. Change to a value. The irradiation control device 301 that has received the emission preparation completion signal acquires the amount of circular beam charge of the synchrotron 2 in the same manner as in the second embodiment, and performs one scanning at the irradiation depth after the change (current irradiation depth). Compare with the amount of circular beam charge required for completion. The irradiation control device 301 starts beam emission from the synchrotron 2 in the same manner as in the second embodiment when the amount of circular beam charge is sufficient for one scan at the current irradiation depth, and the amount of circular beam charge is If not enough, the accelerator controller 3 is instructed to decelerate the orbiting beam and shift to the next operation cycle. In the present embodiment, the irradiation control device acquires the circular beam charge amount of the synchrotron 2 after receiving the extraction preparation completion signal. However, in order to start irradiation immediately after receiving the extraction preparation completion signal, the irradiation preparation period It is also possible to acquire the amount of orbital beam charge and determine whether to start irradiation with respect to the second irradiation depth or to shift to the next operation cycle.

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 synchrotron 2 in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a graph in which time is plotted on the horizontal axis and the amount of excitation of the deflecting electromagnet 7 of the synchrotron 2 is plotted on the vertical axis, and the operation pattern of the deflecting electromagnet 7 when irradiating an ion beam at two irradiation depths is shown. To express. As in the second embodiment, irradiation with respect to each irradiation depth is completed in one scan. A polygonal line 410 is an excitation pattern of the deflection electromagnet 7 when instructed to irradiate a beam with a second irradiation depth within the same operation period of the synchrotron 2, and a polygonal line 420 is an instruction to shift to the next period. This is an operation pattern of the deflection electromagnet 7. A black circle 421 represents a time point at which the circulating beam charge amount of the synchrotron 2 is measured.

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 synchrotron 2 is changed to a value corresponding to the second irradiation depth until the irradiation with respect to the second irradiation depth is started. However, since the irradiation to the second irradiation depth is started within the same operation cycle of the synchrotron 2 only when the measurement result is sufficient to complete one scanning at the second irradiation depth, The amount of beam charge is not insufficient, and deterioration of dose uniformity due to the formation of a lateral dose distribution over two operating cycles is prevented. Further, in this embodiment, the energy of the orbiting beam of the synchrotron 2 is changed to a value corresponding to the second irradiation depth and then the amount of the orbiting beam charge is measured, so that the beam utilization efficiency is improved and the irradiation is completed. Can be shortened. In FIG. 13, it is assumed that the number of irradiation depths is two and the beam is irradiated from the lower irradiation beam energy of the synchrotron 2, that is, the irradiation depth close to the body surface. The number of irradiation depths irradiated within the same operation cycle may be two or more, and the beams may be irradiated in order from the irradiation beam with the higher energy of the circulating beam, that is, the irradiation depth far from the body surface. Further, in order to reduce the influence of hysteresis and improve the reproducibility of the excitation amount of the electromagnet including the deflection electromagnet 7, the orbiting beam is set to the maximum energy before the irradiation start at the first irradiation depth or before the deceleration preparation. You may make it accelerate to.

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 SYMBOLS 1 Ion beam generator 2 Synchrotron 3 Accelerator controller 4 Ion source 5 Previous stage accelerator 6 Low energy beam transport system 7 Deflection magnet 8 Quadrupole electromagnet 9 High frequency acceleration cavity 10 High frequency application device for extraction 11 High frequency supply device 12 Beam charge monitor 13 Deflector for extraction 14 High energy beam transport system 15 Rotating gantry 16 Beam charge monitor control device 100 Central control device 101 Central control device memory 102 Treatment planning device 103 Treatment planning device memory 200 Irradiation field forming device 201 Casing 202 Scanning electromagnet 203 Scattering body 204 Ridge filter 205 Range shifter 205a Plate 205b Range shifter driving device 206 Dose monitor 207 Beam position monitor 208 Collimator 216 Patient 216a Affected part 220 Scanning electromagnet power supply 221 Scanning electromagnet power supply Control device 222 Scanning electromagnet power supply control device memory 300 Irradiation control system 301 Irradiation control device 302 Irradiation control device memory 303 Counter 304 Irradiation completion signal generation device 305 Interlock signal generation device 306 Target value memory 320 Display device 400, 401, 410, 411 , 412, 420 Excitation pattern 413 of the deflecting magnet Time point 414, 421 Time point when the amount of the round beam charge is measured Time point 500 for measuring the round beam charge amount Trajectory 501 of the lateral beam irradiation position Starting point 502 of the lateral beam scanning Lateral direction End point of beam scanning

Claims (12)

荷電粒子ビームを加速して出射するシンクロトロンと、
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.
請求項1に記載の荷電粒子ビーム照射装置であって、
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.
請求項1に記載の荷電粒子ビーム照射装置であって、
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.
請求項1に記載の荷電粒子ビーム照射装置であって、
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.
請求項4に記載の荷電粒子ビーム照射装置であって、
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.
請求項4に記載の荷電粒子ビーム照射装置であって、
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.
請求項5に記載の荷電粒子ビーム照射装置であって、
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
請求項6に記載の荷電粒子ビーム照射装置であって、
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.
請求項4に記載の荷電粒子ビーム照射装置であって、
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.
請求項4に記載の荷電粒子ビーム照射装置であって、
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.
請求項10に記載の荷電粒子ビーム照射装置であって、
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.
請求項1乃至11のいずれか1項に記載の荷電粒子ビーム照射装置であって、
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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