JP6692115B2 - ビーム位置監視装置及び荷電粒子ビーム照射システム - Google Patents

Description

本発明は、ビーム位置監視装置及び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などのイオンビームのがんの患部への照射位置を監視するのに好適なビーム位置監視装置及び荷電粒子ビーム照射システムに関する。

荷電粒子ビーム照射システムを用いて、陽子及び炭素等のイオンビームを患者のがんの患部に照射し、がんを治療する方法が知られている。荷電粒子ビーム照射システムは、イオン源、加速器、ビーム輸送系、回転ガントリー及び照射装置を備えている。荷電粒子ビーム照射システムに用いられる加速器として、シンクロトロン及びサイクロトロンが知られている。

イオン源で発生したイオンビームは、シンクロトロンまたはサイクロトロンなどの加速器を用いて所望のエネルギーまで加速された後、加速器からビーム輸送系に出射される。出射されたイオンビームは、ビーム輸送系により、回転ガントリーに設けられた照射装置に輸送される。回転ガントリーを回転させることによって、照射装置は、回転ガントリーの回転軸の周りで旋回され、治療用ベッドに載っている患者のがんの患部に対するイオンビームの照射方向に合わせられる。このため、照射装置に輸送されたイオンビームは、回転ガントリーにより設定された照射方向における、イオンビームの照射目標である患部の体表面からの深さ、及び患部の形状に合わせて照射される。

がんの患部へのイオンビームの主な照射方法として、散乱体法及びビーム走査法がある。散乱体法では、散乱体を用いて、イオンビームを照射装置の軸心に垂直な方向に広げ、コリメータを用いてその軸心に垂直な方向における患部の断面形状に合わせて切り出したイオンビームを患部に照射する。ビーム走査法では、患部の形状に合わせて、走査電磁石を用いてイオンビームを照射装置の軸心に垂直な方向に走査し、加速器またはデグレーダによりイオンビームのエネルギーを変化させてイオンビームを深さ方向に照射する。

散乱体法及びビーム走査法によるそれぞれのイオンビームの患部への照射は、照射装置に設けられたイオンビーム照射機構により決まる。散乱体法が適用される荷電粒子ビーム照射システムでは、散乱体、リッジフィルタ及びコリメータが照射装置に設けられる。ビーム走査法が適用される荷電粒子ビーム照射システムでは、イオンビームを走査する走査電磁石が照射装置に設けられる。ビーム走査法を用いることによって、加速器内で加速されたイオンビームを患部への照射に有効に利用することができる。

ビーム走査法を採用する荷電粒子ビーム照射システムの例が、特開平１０−１１８２０４号公報、特開２００４−３５８２３７号公報及び特開２０１１−１７７３７４号公報に記載されている。これらの公開公報は、がんの患部をイオンビームの照射方向において体表面から複数の層に分割し、細いイオンビームを走査することにより各層内の照射位置である複数の照射スポットに対してイオンビームを照射する荷電粒子ビーム照射方法を記載している。層内で隣の照射スポットへのイオンビームの移動は、イオンビームの位置を変更する走査電磁石を走査制御装置により制御することにより行われる。また、深い層から浅い層（または浅い層から深い層）へのイオンビームの移動は、加速器またはデグレーダによりイオンビームが保有するエネルギーを変えることによって行われる。イオンビームのエネルギーが大きくなるほど、イオンビームの後述のブラッグピークが人体の深い位置まで到達する。

ビーム走査法においても、イオンビームを人体に照射した場合には、人体の深さ方向において、特開平１０−１１８２０４号公報の図３に示すような線量分布を示し、ブラッグピークで線量が最大になり、さらに、ブラッグピークを超える深さで線量分布が急激に減少する。イオンビームを用いたがん治療では、ブラッグピークで線量が最大になり、ブラッグピークを超える深さで線量が急激に減少する性質を利用している。

ビーム走査法では、イオンビームを患部の各層のそれぞれの照射スポットの目標位置に照射するとき、線量分布の一様度を規定範囲内に抑えるために、各照射スポットの目標位置に対応する許容範囲内でイオンビームを照射する必要がある。もし、イオンビームが対応する許容範囲外に照射される場合には、このイオンビームの患部への照射が停止される（特開２０１１−１７７３７４号公報及び特開２０１１−２０６４９５号公報）。

特開平１０−１１８２０４号公報 特開２００４−３５８２３７号公報 特開２０１１−１７７３７４号公報 特開２０１１−２０６４９５号公報

照射スポットのサイズを細径化することでイオンビームの患部への集中性を高めることができる。しかし、イオンビームを細径化した場合には、イオンビームの照射位置の誤差に対する線量分布の一様度の感度が高くなるため、イオンビームが照射される照射スポットに対してより高い位置精度が求められる。そのため、患部の線量分布の一様度の監視を厳しくする必要がある。線量分布の一様度の監視を厳しくすることは、照射スポットの目標位置と実際の照射位置との誤差に対する照射スポットの許容範囲を狭くすることである。しかしながら、照射スポットに対する許容範囲を狭くすると、患部の線量分布全体に対しては影響が生じない、実際の照射スポットの位置の誤差が生じた場合においても、その照射スポットが許容範囲を逸脱してしまうことになる。これでは、がんの治療を安定に行うことができなくなる。

ビーム走査法によりイオンビームを照射スポットに照射するとき、照射されたイオンビームの、照射スポットの許容範囲からの逸脱は、治療計画で設定した照射スポットの目標位置とイオンビームが照射された照射スポットの実際の照射位置との間の誤差に基づいて生じる。特開２０１１−１７７３７４号公報及び特開２０１１−２０６４９５号公報に記載された荷電粒子ビーム照射方法では、この誤差が大きく、イオンビームが照射された照射スポットの位置が、照射スポットの目標位置に対する許容範囲から逸脱したとき、患部へのイオンビームの照射を停止している。

患部へのイオンビームの照射停止が生じた場合には、治療計画で設定した照射スポットの目標位置とイオンビームを照射した照射スポットの実際の照射位置との間の誤差が許容範囲を逸脱した原因を見つけ出すために、荷電粒子ビーム照射システムを点検する必要がある。もし、そのような誤差を発生させる不具合個所が荷電粒子照射システムに存在する場合には、その不具合個所を補修しなければならない。そのような誤差が生じない治療計画を作成する必要がある。荷電粒子ビーム照射システムの点検補修には長時間を要する場合もある。

このため、治療計画により設定された照射スポットの目標位置とイオンビームを照射した照射スポットの実際の照射位置との間の誤差が許容範囲を逸脱して患部へのイオンビームの照射が停止されたとき、一日あたりに治療できる人数が減少する。

本発明の目的は、イオンビーム照射の計画外停止を低減して一日あたりに治療できる人数を増加することができるビーム位置監視装置及び荷電粒子ビーム照射システムを提供することにある。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、ビーム位置監視装置が誤差演算装置と誤差判定装置とを有し、誤差演算装置は、照射装置から照射される荷電粒子ビームの、各照射スポットにおける目標位置Ｐ _j （ｊ＝１，…，ｎ）と各照射スポットにおける実際の照射位置Ｐａ _j との偏差Ｄ _j を下記の式（１）によって求め、求められた偏差Ｄ _j を下記の式（２）に代入することよって、システマチック誤差Ｅｓ _j を求め、ランダム誤差Ｅｒ _j を下記の式（３）によって求め、
誤差判定装置は、システマチック誤差Ｅｓ _j が第１許容範囲内に存在するかを判定する第１判定、及びランダム誤差Ｅｒ _j が第２許容範囲内に存在するかを判定する第２判定を実施することにある。
Ｄ _j ＝Ｐ _j −Ｐａ _j …（１）

誤差演算装置が、各照射スポットにおける目標位置Ｐ _j （ｊ＝１，…，ｎ）と各照射スポットにおける実際の照射位置Ｐａ _j との偏差Ｄ _j を上記の式（１）によって求め、求められた偏差Ｄ _j を上記の式（２）に代入することよって、システマチック誤差Ｅｓ _j を求め、ランダム誤差Ｅｒ _j を上記の式（３）によって求め、誤差判定装置が、システマチック誤差Ｅｓ _j が第１許容範囲内に存在するか、ランダム誤差Ｅｒ _j が第２許容範囲内に存在するかを別々に判定するので、システマチック誤差Ｅｓ _j が第１許容範囲を逸脱し、さらに、ランダム誤差Ｅｒ _j が第２許容範囲を逸脱する確率が低減される。このため、ビーム照射対象、例えば患部への荷電粒子ビームの照射停止の確率が著しく低下し、荷電粒子ビーム照射システムを用いたビーム照射対象への荷電粒子ビームの照射の、計画外の停止が極めて少なくなる。この結果、一日当たりに治療できる人数を増加することができる。また、ランダム誤差Ｅｒ _j が第２許容範囲を逸脱しないか監視しているため、ビーム照射対象の、荷電粒子ビームの進行方向と垂直な方向における断面の線量分布をより一様にすることができる。

本発明によれば、イオンビーム照射の計画外停止を低減でき、一日あたりに治療できる人数を増加することができる。

本発明の好適な一実施例である実施例１の荷電粒子ビーム照射システムの構成図である。 図１に示された荷電粒子ビーム照射システムを用いた荷電粒子ビーム照射方法における手順の一部を示すフローチャートである。 図１に示された荷電粒子ビーム照射システムを用いた荷電粒子ビーム照射方法における手順の残りの部分を示すフローチャートである。 図２Ａに示されたステップＳ６の詳細な手順を示すフローチャートである。 システマチック誤差及びランダム誤差のそれぞれの許容範囲を示す説明図である。 イオンビームの照射により治療を受ける患者のがんの患部の、体表面からの深さ方向における領域分け（層分け）を示す説明図である。 イオンビームを照射する標的領域（患部）の深さ方向において一様な線量分布を得るために、各層で照射する線量分布の一例を示す説明図である。 患部のある層における目標の照射スポットの位置と実際にイオンビームを照射した照射スポットの位置のずれの一例を示す説明図である。 照射スポットの目標位置に対してイオンビームを照射したときにおける、イオンビームが照射された照射スポットの実際の照射位置のばらつきを示す説明図である。 目標の照射スポット位置に対する従来の許容範囲を示す説明図である。 目標の照射スポットの位置と実際にイオンビームを照射した照射スポットの位置の間の誤差に含まれるシステマチック誤差及びランダム誤差のそれぞれの許容範囲を示す説明図である。 本発明の他の好適な実施例である実施例２の荷電粒子ビーム照射システムの構成図である。 図１１に示された荷電粒子ビーム照射システムを用いた荷電粒子ビーム照射方法における手順の一部を示すフローチャートである。 図１２に示された手順を実施する場合におけるスポット及びスポット内のビーム照射区間においてシステマチック誤差及びランダム誤差のそれぞれの判定を行うタイミングを示す説明図である。 本発明の他の好適な実施例である実施例３の荷電粒子ビーム照射システムの構成図である。

発明者らは、治療計画で設定した照射スポットの目標位置とイオンビームが照射された照射スポットの実際の照射位置との間の誤差に起因するイオンビーム照射の計画外停止を低減する対策について検討を行った。

特開２０１１−１７７３７４号公報及び特開２０１１−２０６４９５号公報に記載されたように、イオンビームの患部への照射が停止される、イオンビームが照射された照射スポットが対応する許容範囲外に逸脱する事象は、照射スポットの目標位置とイオンビームが照射された照射スポットの実際の照射位置との間の誤差が大きくなることによって生じる。このため、発明者らは、照射スポットの目標位置とイオンビームが照射された照射スポットの実際の照射位置との間の誤差に着目した。

照射スポットの目標位置に対してイオンビームを照射したときにおける、イオンビームが照射された各照射スポットの実際の照射位置が、図８に示されている。図８において、イオンビームが照射された各照射スポットの実際の照射位置は、小さい四角形の点で示されている。図８に示された例では、照射スポットの目標位置Ｐに対して、照射スポットの実際の照射位置が右上の方にずれており、各照射スポットの実際の照射位置もこれらの照射スポットの実際の照射位置の平均位置（重心）Ｐｍの周りにばらついている。

イオンビームが照射された照射スポットの実際の照射位置の誤差として、照射スポットの目標位置から一定量の位置ずれを発生させるシステマチック誤差、及び照射スポットの実際の照射位置の平均位置Ｐｍからのずれを発生させるランダム誤差が存在する。

システマチック誤差は、イオンビームが照射された照射スポットの実際の照射位置の平均位置Ｐｍの、照射スポットの目標位置Ｐからのずれである。換言すれば、実際の照射位置の平均位置Ｐｍは、システマチック誤差により、照射スポットの目標位置からずれている。このシステマチック誤差は、荷電粒子ビーム照射システムの回転ガントリーの傾斜角、及び回転ガントリーに取り付けられた偏向電磁石に起因して生じる。

システマチック誤差Ｅｓ_j（ｊ＝１，２，…，ｎ）を求めるためには、まず、イオンビームを照射する照射スポットの目標位置Ｐ_j（ｊ＝１，２，…，ｎ）とイオンビームが照射された照射スポットの実際の照射位置Ｐａ_j（ｊ＝１，２，…，ｎ）の間の偏差Ｄ_jを、式（１）により算出する。

Ｄ_j ＝ Ｐ_j−Ｐａ_j …（１）
システマチック誤差Ｅｓ_j（ｊ＝１，２，…，ｎ）は、偏差Ｄ_jを反映した式（２）で表される。

実際の照射位置Ｐａ_jは、或る層内におけるｊ番目（ｊ＝１，２，…，ｎ）の照射スポットに対するものである。

ランダム誤差は、個々の照射スポットの実際の照射位置の、これらの実際の照射位置の平均位置Ｐｍからのずれを示している。換言すれば、個々の照射スポットの実際の照射位置Ｐａは、ランダム誤差により、それらの実際の照射位置の平均位置Ｐｍの周りでばらつくことになる。ランダム誤差が大きくなると、患部の線量分布の一様度が悪化する。ランダム誤差は、シンクロトロンの安定性、シンクロトロンから照射装置にビームを輸送する輸送系電磁石電源の安定性、照射装置に設けられたビーム位置モニターの測定誤差及び走査電磁石によるイオンビームの走査等によって生じる。なお、ランダム誤差Ｅｒ_j（ｊ＝１，２，…，ｎ）は、偏差Ｄ_jを反映した式（３）で算出される。

ここで、Ｐａ_nは患部の或る層内でのｎ番目の照射スポットの実際の照射位置Ｐａである。

特開２０１１−１７７３７４号公報及び特開２０１１−２０６４９５号公報に記載されているように、従来では、一つの許容範囲が照射スポットの目標位置に対して設定されている。すなわち、図９に示すように、照射スポットの目標位置Ｐに対してスポット位置の一つの許容範囲が設定される。この許容範囲は、前述のシステマチック誤差及びランダム誤差をカバーしている。

しかしながら、イオンビームが照射される照射スポットの細径化によって、照射スポット位置の誤差に対する線量分布の感度が高くなり、線量分布の一様度の監視を厳しくする必要がある。

照射スポットの細径化に伴う誤差の厳しい監視を実現するためには、図９に示すように、実線で示された照射スポット位置の許容範囲を破線で示された照射スポット位置の許容範囲に狭める必要がある。破線のように照射スポット位置の許容範囲を狭くした場合には、患部にイオンビームを照射するとき、照射スポットの実際の照射位置が破線で示された照射スポット位置の許容範囲を逸脱するケースが増加し、計画外において患部へのイオンビームの照射停止の頻度が増加する。これでは、荷電粒子ビーム照射システムを安定に運転することができなくなる。一日あたりに治療できる人数を増加するためには、荷電粒子ビーム照射システムの安定な運転が望まれる。

このようなニーズに対応するため、発明者らは、システマチック誤差及びランダム誤差のそれぞれに対して別々に許容範囲を設定し、各許容範囲に基づいてシステマチック誤差及びランダム誤差を別々に監視することに思い至った。

図１０を用いて、システマチック誤差に対する許容範囲及びランダム誤差に対する許容範囲を説明する。

イオンビームが照射された各照射スポットの実際の照射位置の平均位置Ｐｍの、照射スポットの目標位置Ｐからのずれが、システマチック誤差Ｅｓである。このシステマチック誤差Ｅｓに対して、照射スポットの目標位置Ｐを基準とするシステマチック誤差の許容範囲Ａｓ（第１許容範囲）が設定される。許容範囲Ａｓは、ｘ方向及びこれと直交するｙ方向において、目標位置Ｐを基準としたそれぞれ上限値（＋Ａｓ_x，＋Ａｓ_y）及び下限値（−Ａｓ_x，−Ａｓ_y）を有する。

イオンビームが照射された照射スポットの実際の照射位置の、各照射スポットの実際の照射位置の平均位置Ｐｍからのずれが、ランダム誤差Ｅｒである。このランダム誤差Ｅｒに対して、実際の照射位置の平均位置Ｐｍを基準とするランダム誤差の許容範囲Ａｒ（第２許容範囲）が設定される。許容範囲Ａｒも、Ｘ方向及びこれと直交するＹ方向において、実際の照射位置の平均位置Ｐｍを基準としたそれぞれ上限値（＋Ａｒ_x，＋Ａｒ_y）及び下限値（−Ａｒ_x，−Ａｒ_y）を有する。

システマチック誤差の許容範囲Ａｓは、図９に示す従来のスポット位置の許容範囲よりも狭くなっている。また、ランダム誤差の許容範囲Ａｒは、システマチック誤差の許容範囲Ａｓよりも狭くなっている。システマチック誤差Ｅｓ及びランダム誤差Ｅｒのそれぞれに対して、前述のように、許容範囲Ａｓ及び許容範囲Ａｒがそれぞれ設定されるので、システマチック誤差Ｅｓ及びランダム誤差Ｅｒのそれぞれを厳しく監視することができる。

このように、システマチック誤差及びランダム誤差のそれぞれに対して厳しい監視を行う場合であっても、システマチック誤差の許容範囲及びランダム誤差の許容範囲を別々に設定しているため、システマチック誤差がシステマチック誤差の許容範囲を逸脱し、さらに、ランダム誤差がランダム誤差の許容範囲を逸脱する確率が低減される。このため、患者へのイオンビームの照射停止の確率が著しく低下し、荷電粒子ビーム照射システムのより安定な運転が可能になり、患者へのイオンビームの照射の計画外停止が極めて少なくなる。この結果、一日当たりに治療できる人数を増加することができる。

以上の検討結果を反映した、本発明の実施例を以下に説明する。

本発明の好適な一実施例である実施例１の荷電粒子ビーム照射システムを図１を用いて説明する。本実施例の荷電粒子ビーム照射システム１では、照射目標であるがんの患部に照射するイオンビームとして、陽子イオンビームが用いられる。陽子イオンビームの替りに炭素イオンビームを用いてもよい。

本実施例の荷電粒子ビーム照射システム１は、荷電粒子発生装置２、ビーム輸送系１５、回転ガントリー２５、照射装置２７及び制御システム３５を備えている。荷電粒子発生装置２は、加速器としてシンクロトロン加速器３を用いており、図１に示すように、シンクロトロン加速器３以外に、前段加速器である直線加速器（ライナック）１４を備えている。

シンクロトロン加速器１３は、イオンビームの周回軌道を構成する環状のビームダクト４、入射器５、イオンビームに高周波電圧を印加する加速装置（加速空胴）８、複数の偏向電磁石６、複数の四極電磁石７、出射用の高周波印加装置９、出射用デフレクター１３を有する。ビームダクト４に連絡される入射器５は、ビーム経路である真空ダクトにより直線加速器１４に接続される。高周波印加装置９は、出射用高周波電極１０、高周波電源１１及び開閉スイッチ１２を含んでいる。出射用高周波電極１０は、ビームダクト４に設けられ、そして、開閉スイッチ１２を介して高周波電源１１に接続される。加速装置８、各偏向電磁石６、各四極電磁石７、加速装置８及び出射用デフレクター１３は、図１に示すように、ビームダクト４に沿って配置されている。高周波電源装置（図示せず）が加速装置８に接続される。

ビーム輸送系１５は、照射装置２７に達するビーム経路（ビームダクト）１６を有しており、このビーム経路１６に、シンクロトロン加速器３から照射装置２７に向かって、偏向電磁石１７、複数の４極電磁石２１、偏向電磁石１８、４極電磁石２２，２３及び偏向電磁石１９，２０をこの順に配置して構成されている。放射線遮蔽材で作られたシャッタ２４が、出射用デフレクター１３と偏向電磁石１７の間で、ビーム経路１６に開閉可能に取り付けられている。ビーム輸送系１５のビーム経路１６の一部は、回転ガントリー２５に設置されており、偏向電磁石１８、４極電磁石２２，２３及び偏向電磁石１９，２０も回転ガントリー２５に設置されている。ビーム経路１６は、出射用デフレクター１３付近で、シンクロトロン加速器３の環状のビームダクト４に接続されている。回転ガントリー２５は、回転軸２６を中心に回転できるように構成されている。

照射装置２７は、２台の走査電磁石（荷電粒子ビーム走査装置）２８，２９、ビーム位置モニター３０及び線量モニター３１を備えている。走査電磁石２８，２９、ビーム位置モニター３０及び線量モニター３１は、照射装置２７の中心軸に沿って配置されている。走査電磁石２８，２９、ビーム位置モニター３０及び線量モニター３１は照射装置２７のケーシング（図示せず）内に配置され、ビーム位置モニター３０及び線量モニター３１は走査電磁石２８，２９の下流に配置される。走査電磁石２８はイオンビームを照射装置２７の中心軸に垂直な平面内において偏向させてｙ方向に走査し、走査電磁石２９はイオンビームをその平面内において偏向させてｙ方向と直交するｘ方向に走査する。照射装置２７は、回転ガントリー２５に取り付けられており、偏向電磁石２０の下流に配置される。患者３４が載る治療用ベッド３３が、照射装置２７に対向するように配置される。

制御システム３５は、中央制御装置３６、加速器・輸送系制御装置３９、走査制御装置４０及びデータベース４１を有する。中央制御装置３６は、中央演算装置（ＣＰＵ）３７及びＣＰＵ３７に接続されたメモリ３８を有する。加速器・輸送系制御装置３９、走査制御装置４０及びデータベース４１は、中央演算装置３７に接続されている。荷電粒子ビーム照射システム１は治療計画装置４２を有しており、治療計画装置４２はデータベース４１に接続されている。

走査制御装置４０は、図２Ａ、図２Ｂ及び図３に示すように、照射位置制御装置５２、線量判定装置（第１線量判定装置）５３、層判定装置５４及びビーム位置監視装置５５を備えている。ビーム位置監視装置５５は、誤差演算装置（第１誤差演算装置）５６及び誤差判定装置（第１誤差判定装置）５７を有する。

荷電粒子ビーム照射システム１を用いた荷電粒子ビームの照射方法を以下に説明する。 荷電粒子ビーム照射システム１を用いて治療を行う患者の患部に対する治療計画が、治療計画装置４２を用いて行われる。治療計画の概要を説明する。Ｘ線ＣＴ装置で撮影された患者の断層画像情報を用いてがんの患部の位置及び形状を認識する。この患部に対する陽子イオンビーム（以下、単にイオンビームという）の照射方向を決定し、この照射方向（患者の体表面からの深さ方向）において患部を複数の層Ｌ_i（ｉ＝１，２，…，ｍ）、すなわち、層Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃，…，Ｌ_mに分割する（図５参照）。層Ｌ₁が体表面から最も深い位置に存在し、層の深さは層Ｌ₂，Ｌ₃，…，Ｌ_mの順に浅くなって層Ｌ_mが最も浅い。イオンビームは、矢印５０の方向に照射される。さらに、各層において、照射領域である複数の照射スポットＡ_i,j（ｉ＝１，２，…，ｍ、ｊ＝１，２，…，ｎ）の中心位置（目標位置）Ｐ_i,j、及びこれらの中心位置の座標（ｘ_i,j，ｙ_i,j）が定められ、照射スポットＡ_i,jへのイオンビームの照射順序が決定される。患部全体に対して必要な照射線量に基づいて、照射スポットＡ_i,jごとの目標線量Ｒ０_i,jを決める。各層Ｌ_iにイオンビームが到達して層ごとにブラッグピークが形成されるように、それぞれの層の深さに応じて照射に適したイオンビームのエネルギーＥ_iを決定する。

治療計画により得られたイオンビームの照射方向、層Ｌ_i及び照射スポットＡ_i,jのそれぞれの数、照射スポットＡ_i,jの中心位置Ｐ_i,j、照射スポットＡ_i,jごとの目標線量Ｒ０_i,j、照射スポットＡ_i,jの照射順序及び各層Ｌ_i対応するイオンビームのエネルギーＥ_i等の治療計画情報は、治療開始前に、治療計画装置４２から制御システム３５のデータベース４１に入力され、データベース４１に登録される。中央制御装置３６のＣＰＵ３７は、データベース４１に格納されたこれらの治療計画情報を読み出し、メモリ３８に格納させる。
システマチック誤差Ｅｓの許容範囲Ａｓ及びランダム誤差Ｅｒの許容範囲Ａｒは予めメモリ３８に格納されている。

ＣＰＵ３７は、メモリ３８に格納された上記の各治療計画情報、及び各層Ｌ_iの全照射スポットＡ_i,jに関する走査電磁石２８，２９のそれぞれの電流値、システマチック誤差Ｅｓの許容範囲Ａｓ及びランダム誤差Ｅｒの許容範囲Ａｒを、走査制御装置４０のメモリ６０に格納するために、走査制御装置４０に出力する。また、ＣＰＵ３７は、メモリ３８に格納されたシンクロトロン加速器１３の加速パラメータの情報の全てを加速器・輸送系制御装置３９に伝える。加速パラメータの各情報は加速器・輸送系制御装置３９のメモリ（図示せず）に記憶される。加速パラメータの情報は、各層Ｌ_iに照射するイオンビームのエネルギーＥ_iによって定まる、シンクロトロン加速器１３及びビーム輸送系１５の各電磁石の励磁電流値及び加速装置８に印加する高周波電力値を含む。

治療を受ける患者３４が治療用ベッド３３に載せられる。治療用ベッド３３に載っている患者３４のがんの患部にイオンビームを照射する前に、回転ガントリー２５を回転ガントリー２５の回転軸２６を中心に所定の角度だけ回転させ、照射装置２７の中心軸を治療計画で設定されたイオンビームの照射方向に合わせる。この結果、照射装置２７の中心軸が治療用ベッド３３上の患者３４のがんの患部に向けられる。

その後、荷電粒子ビーム照射システム１を用いた荷電粒子ビームの照射方法が実施され、治療用ベッド３３上の患者３４のがんの患部にイオンビームが照射される。この荷電粒子ビームの照射方法を、図２Ａ及び図２Ｂに示す手順を用いて説明する。図２Ａ及び図２Ｂに記載されたステップＳ１〜Ｓ１８の各工程のうち、ステップＳ１〜Ｓ３、Ｓ５及びＳ１９の各工程は加速器・輸送系制御装置３９で実行され、ステップＳ４、Ｓ６〜Ｓ１８の各工程は走査制御装置４０で実行される。走査制御装置４０で実行されるステップＳ４、Ｓ６〜Ｓ９，Ｓ９Ａ，Ｓ１０〜Ｓ１８の各工程のうち、ステップＳ４，Ｓ１４及びＳ１７の各工程が照射位置制御装置５２で実施され（図２Ａ参照）、ステップＳ７〜Ｓ９及びＳ９Ａの各工程が線量判定装置５３で実施され（図２Ｂ参照）、ステップＳ１１〜Ｓ１３及びＳ１６の各工程が層判定装置５４で実施され（図２Ｂ参照）、ステップＳ６Ａ〜Ｓ６Ｃの各工程が誤差演算装置５６で実施され（図３参照）、ステップＳ６Ｄ，Ｓ６Ｅ及びＳ１８の各工程が誤差判定装置５７で実施される（図３参照）。

ビーム輸送系の各電磁石を制御する（ステップＳ１）。患者３４の患部にイオンビームが照射されるが、まず、患部における最も深い層Ｌ₁にイオンビームが照射される。層Ｌ₁内の全照射スポットＡ_1,jのそれぞれの目標位置Ｐ_1,jにイオンビームが照射された後、イオンビームが層Ｌ₂，Ｌ₃，…，Ｌ_mへと浅い位置の層に向かって順次照射される。加速器・輸送系制御装置３９は、層Ｌ₁に照射するイオンビームのエネルギーＥ₁によって定まる、ビーム輸送系１５の偏向電磁石１７，１９，２０及び四極電磁石２１，２２，２３のそれぞれの励磁電流値で、これらの電磁石を励磁する。加速されてシンクロトロン加速器３から出射されるイオンビームを照射装置２７に供給するために、加速器・輸送系制御装置３９はシャッタ２４を開く。

直線加速器を起動する（ステップＳ２）。加速器・輸送系制御装置３９は、直線加速器１４及び直線加速器１４に接続されたイオン源（図示せず）を起動する。イオン源で発生したイオン（例えば、陽子イオン）が直線加速器１４で加速される。

加速器内のイオンビームを加速する（ステップＳ３）。直線加速器１４から出射されたイオンビームは、入射器５を通してシンクロトロン加速器３の周回軌道である環状のビームダクト４内に入射され、ビームダクト４内を周回する。加速器・輸送系制御装置３９は、入射されたイオンビームのエネルギーをエネルギーＥ₁まで高めるために、シンクロトロン加速器３の各偏向電磁石６及び各四極電磁石７の各励磁電流値をエネルギーＥ₁に対応するそれぞれの励磁電流値まで徐々に増加させると共に、高周波電源装置から加速装置８に印加する高周波電圧を徐々に増加する。イオンビームは、ビームダクト４内を周回する間に、加速装置８から印加される高周波電圧の増加に伴って加速され、やがて、イオンビームのエネルギーが、イオンビームが層Ｌ₁に到達するために必要なエネルギーＥ₁まで上昇される。イオンビームのエネルギーがエネルギーＥ₁になったとき、加速装置８によるイオンビームの加速が停止される。エネルギーＥ₁を保有するイオンビームは、環状のビームダクト４内を周回する。

以下に述べるステップＳ４、Ｓ６〜Ｓ１８（図３に示すステップＳ６Ａ〜Ｓ６Ｅを含む）の各工程は、これらの工程を実行する各プログラム（または１つのプログラム）が、走査制御装置４０のメモリ６０に格納されている。これらのプログラムは、走査制御装置４０、具体的には、走査制御装置４０に含まれる、前述の照射位置制御装置５２、線量判定装置５３、層判定装置５４、及びビーム位置監視装置５５（誤差演算装置５６及び誤差判定装置５７を含む）のうちの該当する装置で実行される。

走査電磁石を制御し、イオンビームの照射位置を、照射スポットの目標位置Ｐに設定する（ステップＳ４）。照射位置制御装置５２は、走査制御装置４０のメモリ６０に格納された、各層Ｌ_iのそれぞれの照射スポットＡ_i,jの目標位置（中心位置）Ｐ_i,jの情報に基づいて走査電磁石２８及び２９のそれぞれに供給される励磁電流を制御し、イオンビームを目標位置Ｐ_i,jに照射するように、走査電磁石２８及び２９のそれぞれに偏向電磁力を発生させる。走査電磁石２８、具体的には、走査電磁石２８で発生した偏向電磁力が、ｙ方向において、後述のステップＳ５でシンクロトロン加速器３から出射されたイオンビームの位置を制御する。走査電磁石２９、具体的には、走査電磁石２９で発生した偏向電磁力が、ｙ方向と直交するｘ方向において、シンクロトロン加速器３から出射されたイオンビームの位置を制御する。まず、照射位置制御装置５２は、層Ｌ₁における最初の照射スポットＡ_1,1の目標位置（中心位置）Ｐ_1,1（ｘ_1,1，ｙ_1,1）にイオンビームが到達するように、走査電磁石２８及び２９のそれぞれに供給される励磁電流を制御して走査電磁石２８及び２９のそれぞれに発生する偏向電磁力を調節する。

照射位置制御装置５２は、イオンビームが照射スポットＡ_i,jの目標位置Ｐ_i,jにイオンビームが到達するように走査電磁石２８及び２９のそれぞれに供給される励磁電流が制御されたと判定したとき、ビーム照射開始信号を出力する。

イオンビームを加速器から出射する（ステップＳ５）。照射位置制御装置５２から出力されたビーム照射開始信号が、加速器・輸送系制御装置３９に入力される。加速器・輸送系制御装置３９が、ビーム照射開始信号に基づいて開閉スイッチ１２を閉じ、高周波電源１１からの高周波を出射用高周波電極１０からビームダクト４内を周回しているイオンビームに印加する。周回しているイオンビームは、高周波の印加によって安定限界外に移行し、出射用デフレクター１３を通ってシンクロトロン加速器３から出射される。出射用デフレクター１３の励磁電流も、加速器・輸送系制御装置３９により、エネルギーＥ₁に対応する励磁電流に調節されている。

エネルギーＥ₁によって定まるそれぞれ励磁電流によってビーム輸送系１５の偏向電磁石１７，１９，２０及び四極電磁石２１，２２，２３がそれぞれ励磁されているので、シンクロトロン加速器３から出射されたイオンビームがビーム経路１６を通って照射装置２７に入射される。このイオンビームは、走査電磁石２８及び２９のそれぞれに発生した前述の偏向電磁力によって走査され、患部の層Ｌ₁内おける照射スポットＡ_1,1の目標位置Ｐ_1,1（ｘ_1,1，ｙ_1,1）に照射される。

システマチック誤差及びランダム誤差の判定が行われる（ステップＳ６）。ステップＳ６の判定工程は図３に示すステップＳ６Ａ〜６Ｅの各工程を含んでおり、ステップＳ６Ａ〜６Ｅの各工程を、図３を用いて説明する。

照射スポットの実際の照射位置Ｐａ_i,jを入力する（ステップＳ６Ａ）。照射装置２７に設けられたビーム位置モニター３０が、走査電磁石２８及び２９によって走査されて照射スポットＡ_1,1の目標位置Ｐ_1,1（ｘ_1,1，ｙ_1,1）に照射されるイオンビームの実際の照射位置Ｐａ_1,1（ｘ_1,1’，ｙ_1,1’）を測定する。測定されたイオンビームの実際の照射位置Ｐａ_1,1（ｘ_1,1’，ｙ_1,1’）が、走査制御装置４０のビーム位置監視装置５５に含まれる誤差演算装置５６に入力され、走査制御装置４０のメモリ６０に格納される。

照射スポットＡ_i,jの目標位置Ｐ_i,jと照射スポットＡ_i,jの実際の照射位置Ｐａ_i,jの偏差Ｄ_jを算出する（ステップＳ６Ｂ）。誤差演算装置５６は、或る層Ｌ_iを対象に、目標位置Ｐ_j及び実際の照射位置Ｐａ_jを式（１）に代入して偏差Ｄ_jを求める。ステップＳ６Ｂ〜Ｓ６Ｅの説明及び式（１）〜式（１０）では、照射スポットＡ_i,j、目標位置Ｐ_i,j、実際の照射位置Ｐａ_i,j、システマチック誤差Ｅｓ_i,j及びランダム誤差Ｅｒ_i,jにおいて、層のＮｏ．を示す「ｉ（ｉ＝１，２，…，ｍ）」の添え字の部分を省略している。

例えば、層Ｌ₁において、図７に示すように、照射スポットＡ₁の目標位置Ｐ₁（ｘ₁、ｙ₁）、照射スポットＡ₂の目標位置Ｐ₂（ｘ₂、ｙ₂）及び照射スポットＡ₃の目標位置Ｐ₃（ｘ₃、ｙ₃）に対して実際の照射位置Ｐａ₁（ｘ₁’、ｙ₁’）、実際の照射位置Ｐａ₂（ｘ₂’、ｙ₂’）及び実際の照射位置Ｐａ₃（ｘ₃’、ｙ₃’）のそれぞれがビーム位置モニター３０で測定されたと仮定する。目標位置Ｐ₁と実際の照射位置Ｐａ₁の偏差Ｄ₁はＤｘ₁（＝ｘ₁−ｘ₁’）及びＤｙ₁（＝ｙ₁−ｙ₁’）、目標位置Ｐ₂と実際の照射位置Ｐａ₂の偏差Ｄ₂はＤｘ₂（＝ｘ₂−ｘ₂’）及びＤｙ₂（＝ｙ₂−ｙ₂’）及び目標位置Ｐ₃と実際の照射位置Ｐａ₃の偏差Ｄ₃はＤｘ₃（＝ｘ₃−ｘ₃’）及びＤｙ₃（＝ｙ₃−ｙ₃’）となる。同様に、偏差Ｄ₄以降の偏差Ｄ_j（ｊ＝４，５，…，ｎ）が求められる。なお、Ｄｘ_jはｘ方向における目標位置Ｐ_jと実際の照射位置Ｐａ_jの偏差であり、Ｄｙ_jはｙ方向における目標位置Ｐ_jと実際の照射位置Ｐａ_jの偏差である。

実際の照射位置Ｐａ₂（ｘ₂’、ｙ₂’）及び偏差Ｄ₂であるＤｘ₂（＝ｘ₂−ｘ₂’）及びＤｙ₂（＝ｙ₂−ｙ₂’）は、層Ｌ₁において照射スポットＡ₁へのイオンビームの照射が終了した後で、次にイオンビームを照射する照射スポットＡ₂に対して求められるものである。また、実際の照射位置Ｐａ₃（ｘ₃’、ｙ₃’）及び偏差Ｄ₃であるＤｘ₃（＝ｘ₃−ｘ₃’）及びＤｙ₃（＝ｙ₃−ｙ₃’）は、層Ｌ₁において照射スポットＡ₂へのイオンビームの照射が終了した後で、次にイオンビームを照射する照射スポットＡ₃に対して求められるものである。しかしながら、理解を助けるため、ここでは、それらを、照射スポットＡ₁の実際の照射位置Ｐａ₁及び偏差Ｄ₁とまとめて説明した。後述のステップＳ６Ｃのシステマチック誤差Ｅｓ及びランダム誤差Ｅｒについても、同様な説明を行った。

システマチック誤差Ｅｓ_i,j及びランダム誤差Ｅｒ_i,jを算出する（ステップＳ６Ｃ）。誤差演算装置５６が、システマチック誤差Ｅｓ_j及びランダム誤差Ｅｒ_jをそれぞれ算出する。システマチック誤差Ｅｓ_jは、式（２）にステップＳ６Ｂで求めた偏差Ｄ_jを代入することによって求められる。システマチック誤差Ｅｓ_jは、ｘ方向におけるシステマチック誤差Ｅｓｘ_jと、ｙ方向におけるシステマチック誤差Ｅｓｙ_jをそれぞれ求める。図７に示す層Ｌ₁の照射スポットＡ₁，Ａ₂及びＡ₃の目標位置Ｐ₁（ｘ₁、ｙ₁），Ｐ₂（ｘ₂、ｙ₂）及びＰ₃（ｘ₃、ｙ₃）に対するシステマチック誤差Ｅｓｘ_j及びＥｓｙ_jは、それぞれ、表１のようになる。

ランダム誤差Ｅｒ_jは、式（３）に実際の照射位置Ｐａ_j及びステップＳ６Ｂで求めた偏差Ｄ_jを代入することによって求められる。ランダム誤差Ｅｒ_jも、ｘ方向におけるランダム誤差Ｅｒｘ_jと、ｙ方向におけるランダム誤差Ｅｒｙ_jをそれぞれ求める。図７に示す層Ｌ₁の照射スポットＡ₁，Ａ₂及びＡ₃の目標位置Ｐ₁（ｘ₁、ｙ₁），Ｐ₂（ｘ₂、ｙ₂）及びＰ₃（ｘ₃、ｙ₃）に対するランダム誤差Ｅｒｘ_j及びＥｒｙ_jは、それぞれ、表２のようになる。

システマチック誤差Ｅｓ_i,jが第１許容範囲内に存在するかを判定する（ステップＳ６Ｄ）。誤差演算装置５６によって求められたシステマチック誤差Ｅｓ_j及びランダム誤差Ｅｒ_jは誤差判定装置５７に入力される。誤差判定装置５７は、まず、このシステマチック誤差Ｅｓ_jが第１許容範囲内に存在するかを判定する。

第１許容範囲は、図１０に示されたシステマチック誤差Ｅｓ_i,jの許容範囲Ａｓである。許容範囲Ａｓは、照射スポットＡ_jの目標位置Ｐ_jを基準にして下限値−Ａｓ及び上限値＋Ａｓによって画定されている。システマチック誤差Ｅｓ_jが式（４）を満足しているとき、システマチック誤差Ｅｓ_jが第１許容範囲内に存在していると判定される。すなわち、ステップＳ６Ｄの判定は「Ｙｅｓ」となる。システマチック誤差Ｅｓ_jが式（４）を満足していないとき、システマチック誤差Ｅｓ_jが第１許容範囲を逸脱したと判定され、ステップＳ６Ｄの判定は「Ｎｏ」になる。

Ｐ_j−Ａｓ≦Ｅｓ_j≦Ｐ_j＋Ａｓ …（４）
具体的には、許容範囲Ａｓはｘ方向の許容範囲Ａｓｘの下限値−Ａｓ_x及び上限値＋Ａｓ_x及びｙ方向の許容範囲Ａｓｙの下限値−Ａｓ_y及び上限値＋Ａｓ_yを含んでいる。このため、システマチック誤差Ｅｓ_jが第１許容範囲内に存在するかの判定は、式（５）及び式（６）を用いて行われ、システマチック誤差Ｅｓ_jのｘ方向におけるシステマチック誤差Ｅｓｘ_jが式（５）を満足するか、また、システマチック誤差Ｅｓ_jのｙ方向におけるシステマチック誤差Ｅｓｙ_jが式（６）を満足するかを判定する。

Ｐｘ_j−Ａｓ_x≦Ｅｓｘ_j≦Ｐｘ_j＋Ａｓ_x …（５）
Ｐｙ_j−Ａｓ_y≦Ｅｓｙ_j≦Ｐｙ_j＋Ａｓ_y …（６）
ここで、Ｐｘ_jは照射スポットＡ_jの目標位置Ｐ_jのｘ方向の座標ｘ_jであり、Ｐｙ_jは照射スポットＡ_jの目標位置Ｐ_jのｙ方向の座標ｙ_jである。システマチック誤差Ｅｓの許容範囲Ａｓ（具体的には、Ａｓｘ及びＡｓｙ）は、走査制御装置４０のメモリ６０に記憶されている。

システマチック誤差Ｅｓｘ_jが式（５）を満足し、システマチック誤差Ｅｓｙ_jが式（６）を満足しているとき、システマチック誤差Ｅｓ_jが第１許容範囲内に存在していると判定される。すなわち、ステップＳ６Ｄの判定は「Ｙｅｓ」となる。式（５）及び式（６）のいずれかが満たされないとき、システマチック誤差Ｅｓ_jが第１許容範囲内に存在していない、すなわち、システマチック誤差Ｅｓ_jが第１許容範囲を逸脱したと判定され、ステップＳ６Ｄの判定は「Ｎｏ」となる。

ステップＳ６Ｄの判定が「Ｎｏ」であるとき、ビーム照射停止信号が出力される（ステップＳ１８）。システマチック誤差Ｅｓ_jが第１許容範囲を逸脱していると判定されたとき、誤差判定装置５７はビーム照射停止信号を出力する。

イオンビームの照射が停止される（ステップＳ１９）。誤差判定装置５７から出力されたビーム照射停止信号は加速器・輸送系制御装置３９に入力される。ビーム照射停止信号を入力した加速器・輸送系制御装置３９は、開閉スイッチ１２及びシャッタ２４に閉信号を出力する。閉信号を入力した開閉スイッチ１２及びシャッタ２４のそれぞれのアクチュエータは、開閉スイッチ１２及びシャッタ２４を閉じる。開閉スイッチ１２が開くと、出射用高周波電極１０への高周波の印加が停止され、ビームダクト４内を周回しているイオンビームのシンクロトロン加速器３からの出射が停止される。シャッタ２４が閉じた場合には、シンクロトロン加速器３からイオンビームが出射されたとしても、このイオンビームは、シャッタ２４によって遮られ、照射装置２７に到達しない。加速器・輸送系制御装置３９は、さらに、直線加速器１４（またはイオン源）を停止させる。

このように、システマチック誤差Ｅｓ_i,jが第１許容範囲を逸脱したときには、患者３４の患部へのイオンビームの照射が停止される。システマチック誤差Ｅｓ_i,jが第１許容範囲を逸脱したときには、出射用高周波電極１０への高周波の印加停止、シャッタ２４によるビーム経路１６の遮断、及び直線加速器１４（またはイオン源）の停止のいずれか１つを実施しても、患者３４の患部へのイオンビームの照射は停止される。

ステップＳ６Ｄの判定が「Ｙｅｓ」であるとき、ランダム誤差Ｅｒ_i,jが第２許容範囲内に存在するかを判定する（ステップＳ６Ｅ）。誤差判定装置５７は、誤差演算装置５６から入力したランダム誤差Ｅｒ_i,jが第２許容範囲内に存在するかを判定する。

第２許容範囲は、図１０に示されたランダム誤差Ｅｒ_i,jの許容範囲Ａｒである。許容範囲Ａｒは、照射スポットＡ_jの実際の照射位置Ｐａ_jの平均位置Ｐｍ_jを基準にして下限値−Ａｒ及び上限値＋Ａｒによって画定されている。ランダム誤差Ｅｒ_jが式（７）を満足しているとき、ランダム誤差Ｅｒ_jが第２許容範囲内に存在していると判定される。すなわち、ステップＳ６Ｅの判定は「Ｙｅｓ」となる。ランダム誤差Ｅｒ_jが式（７）を満足していないとき、ランダム誤差Ｅｒ_jが第２許容範囲を逸脱したと判定され、ステップＳ６Ｅの判定は「Ｎｏ」になる。

Ｐｍ_j−Ａｒ≦Ｅｒ_j≦Ｐｍ_j＋Ａｒ …（７）
なお、Ｐｍ_jは式（８）で求められる。

具体的には、許容範囲Ａｒはｘ方向の許容範囲Ａｒｘの下限値−Ａｒ_x及び上限値＋Ａｒ_x及びｙ方向の許容範囲Ａｒｙの下限値−Ａｒ_y及び上限値＋Ａｒ_yを含んでいる。このため、ランダム誤差Ｅｒ_i,jが第２許容範囲内に存在するかの判定は、式（９）及び式（１０）を用いて行われ、ランダム誤差Ｅｒ_jのｘ方向におけるランダム誤差Ｅｒｘ_jが式（９）を満足するか、また、ランダム誤差Ｅｒ_jのｙ方向におけるランダム誤差Ｅｒｙ_jが式（１０）を満足するかを判定する。

Ｐｍｘ_j−Ａｒ_x≦Ｅｒｘ_j≦Ｐｍｘ_j＋Ａｒ_x …（９）
Ｐｍｙ_j−Ａｒ_y≦Ｅｒｙ_j≦Ｐｍｙ_j＋Ａｒ_y …（１０）
ここで、Ｐｍｘ_jは照射スポットＡ_jの実際の照射位置Ｐａ_jの平均位置Ｐｍ_jのｘ方向の座標であり、Ｐｍｙ_jは照射スポットＡ_jの実際の照射位置Ｐａ_jの平均位置Ｐｍ_jのｙ方向の座標_jである。なお、Ｐｍ_jは式（８）で求められる。ランダム誤差Ｅｒの許容範囲Ａｒ（具体的には、Ａｒｘ及びＡｒｙ）は、走査制御装置４０のメモリ６０に記憶されている。

ｘ方向におけるランダム誤差Ｅｒｘ_jが式（９）を満足し、ｙ方向におけるランダム誤差Ｅｒｙ_jが式（１０）を満足しているとき、ランダム誤差Ｅｒ_i,jが第２許容範囲内に存在していると判定される。すなわち、ステップＳ６Ｅの判定は「Ｙｅｓ」となる。式（９）及び式（１０）のいずれかが満たされないとき、ランダム誤差Ｅｒ_i,jが第２許容範囲内に存在していない、すなわち、ランダム誤差Ｅｒ_i,jが第２許容範囲を逸脱したと判定され、ステップＳ６Ｅの判定は「Ｎｏ」となる。ステップＳ６Ｅの判定が「Ｎｏ」であるとき、上記したステップＳ１８において、誤差判定装置５７がビーム照射停止信号を出力する。このビーム照射停止信号が加速器・輸送系制御装置３９に入力される。

ランダム誤差Ｅｒ_i,jが第２許容範囲を逸脱したときには、システマチック誤差Ｅｓ_i,jが第１許容範囲を逸脱したときと同様に、ビーム照射停止信号を入力した加速器・輸送系制御装置３９が出射用高周波電極１０への高周波の印加停止及びシャッタ２４によるビーム経路１６の遮断を行い、患部へのイオンビームの照射が停止される（ステップＳ１９）。

照射スポットＡ_i,jの線量Ｒ_i,jが目標線量Ｒ０_i,jになったかを判定する（ステップＳ７）。ステップＳ６Ｅの判定が「Ｙｅｓ」であるとき、すなわち、システマチック誤差Ｅｓ_i,jが第１許容範囲Ａｓ内に存在し、且つランダム誤差Ｅｒ_i,jが第２許容範囲Ａｒ内に存在するとき、線量判定装置５３が線量Ｒ_i,jの判定を行う。線量モニター３１は、照射スポットＡ_i,jの実際の照射位置Ｐａ_i,jへのイオンビームの照射が開始された時点から、実際の照射位置Ｐａ_i,jの線量Ｒ_i,jを測定する。測定された、その実際の照射位置Ｐａ_i,jの線量Ｒ_i,jが、走査制御装置４０の線量判定装置５３に入力される。線量判定装置５３は、線量Ｒ_i,jが目標線量Ｒ０_i,jになったかを判定する。

線量Ｒ_i,jが目標線量Ｒ０_i,jに到達しないとき、すなわち、ステップＳ７の判定が「Ｎｏ」であるとき、イオンビームの照射が継続される（ステップＳ８）。具体的には、実際の照射位置Ｐａ_i,jへのイオンビームの照射が継続される。

その後、照射スポットＡ_i,jの線量Ｒ_i,jが目標線量Ｒ０_i,jになったかを判定する（ステップＳ９）。ステップＳ９の判定は、ステップＳ７の判定と同じであり、線量判定装置５３で行われる。ステップＳ９の判定が「Ｎｏ」であるとき、ステップＳ８及びＳ９の各工程が、ステップＳ９の判定が「Ｙｅｓ」になるまで、すなわち、照射スポットＡ_i,jの線量Ｒ_i,jが目標線量Ｒ０_i,jになるまで繰り返される。

ステップＳ９の判定が「Ｙｅｓ」になったとき、ビーム照射停止信号を出力する（ステップＳ９Ａ）。照射スポットＡ_i,jの線量Ｒ_i,jが目標線量Ｒ０_i,jになったとき、線量判定装置５３がビーム照射停止信号を出力する。このビーム照射停止信号が加速器・輸送系制御装置３９に入力される。

照射スポットＡ_i,jへのイオンビームの照射を停止する（ステップＳ１０）。ビーム照射停止信号を入力した加速器・輸送系制御装置３９が開閉スイッチ１２に閉信号を出力する。この閉信号により開閉スイッチ１２が開き、出射用高周波電極１０への高周波の印加が停止される。このため、シンクロトロン加速器３からのイオンビームの出射が停止され、患部の照射位置Ｐａ_i,jへのイオンビームの照射が停止される。ステップＳ７の判定が「Ｙｅｓ」になったときにも、ステップＳ９Ａで、ビーム照射停止信号が線量判定装置５３から加速器・輸送系制御装置３９に出力される。

層Ｌ_iへの照射が終了かを判定する（ステップＳ１１）。層判定装置５４は、１つの照射スポットＡ_i,jへのイオンビームの照射が終了したとき、層Ｌ_iにおいてイオンビームが照射されていない照射スポットＡ_i,jが存在しないかを判定する。照射スポットＡ_1,1へのイオンビームの照射が終了したが、まだ、照射スポットＡ_1,2外へのイオンビームの照射が残っているので、ステップＳ１１の判定が「Ｎｏ」となる。

このため、照射位置の偏差Ｄ_jの情報を格納する（ステップＳ１３）。層₁における次の照射スポットＡ_1,2におけるシステマチック誤差Ｅｓ及びランダム誤差Ｅｒの各算出に必要なため、照射スポットＡ_{1, 1}の照射位置の偏差Ｄ₁が、層判定装置５４によって走査制御装置４０のメモリ６０に格納される。

ｊ＝ｊ＋１が実行される（ステップＳ１４）。照射位置制御装置５２が「ｊ」を「ｊ＋１」に置き換える。これにより、次の照射スポットＡ_i,j＋1、例えば、照射スポットＡ_1,2の目標位置Ｐ_1,2へのイオンビームの照射が可能になる。

周回しているイオンビームの利用が可能であるかが判定される（ステップＳ１５）。加速器・輸送系制御装置３９は、照射スポットＡ_1,2の目標位置Ｐ_1,2への照射が終了したとき、すなわち、開閉スイッチ１２に閉信号を出力したとき、周回軌道である環状のビームダクト４内を周回しているイオンビームによって、次の照射スポットＡ_1,2の目標位置Ｐ_1,2への照射が可能であるかを判定する。照射スポットＡ_1,2の目標位置Ｐ_1,2への照射が完了できる量のイオンビームがビームダクト４内を周回している場合には、ステップＳ１５の判定が「Ｙｅｓ」になる。次の照射スポットＡ_1,2の目標位置Ｐ_1,2も、前の照射スポットＡ_1,1の目標位置Ｐ_1,1と同じ層Ｌ₁内に存在するため、照射位置制御装置５２によるステップＳ４の工程が実施される。ステップＳ４の工程で走査電磁石２８及び２９のそれぞれの偏向電磁力を調節した後、照射位置制御装置５２がビーム照射開始信号を加速器・輸送系制御装置３９に出力する。ビーム照射開始信号を入力した加速器・輸送系制御装置３９は、開閉スイッチ１２を閉じる閉信号を出力する。この結果、出射用高周波電極１０に高周波が印加され、シンクロトロン加速器３からのイオンビームの出射が開始される。

周回しているイオンビームの量が少なく、照射スポットＡ_1,2の目標位置Ｐ_1,2への照射の完了にイオンビームの量が不足する場合には、ステップＳ２において直線加速器１４が起動され、直線加速器１４からシンクロトロン加速器３にイオンビームが補給される。さらに、ステップＳ３でのイオンビームの加速が行われる。その後、以下に述べる、ステップＳ１５の判定が「Ｙｅｓ」になった場合に実施される各ステップの工程が、実行される。

ステップＳ１５の判定が「Ｙｅｓ」になったと仮定する。ステップＳ４（目標位置Ｐ_1,2にイオンビームを照射するための、走査電磁石２８及び２９のそれぞれに発生する偏向電磁力の調節）及びステップＳ５（シンクロトロン加速器３からのイオンビームの出射）の各工程が実施され、層₁の照射スポットＡ_1,2の目標位置Ｐ_1,2に対してイオンビームが照射される。その後、前述したように、ステップＳ６〜Ｓ９，Ｓ９Ａ，Ｓ１０及びＳ１１の各工程が実施される（図２Ａ及び図２Ｂ）。ステップＳ６においては、前述のように、ステップＳ６Ａ〜ステップＳ６Ｅの各工程（必要であれば、ステップＳ１８及びＳ１９）が実行される。このとき、ステップＳ６Ｂでは前述した偏差Ｄ₂であるＤｘ₂（＝ｘ₂−ｘ₂’）及びＤｙ₂（＝ｙ₂−ｙ₂’）が求められ、ステップ６Ｃでは層Ｌ₁の照射スポットＡ₂に対するシステマチック誤差Ｅｓ₂（システマチック誤差Ｅｓｘ₂及びＥｓｙ₂）、及びランダム誤差Ｅｒ₂（ランダム誤差Ｅｒｘ₂及びＥｒｙ₂）が求められる。ただし、ステップＳ６ＤまたはステップＳ６Ｅでの判定が「Ｎｏ」であるとき、ステップＳ１８でのビーム照射停止信号の出力及びステップＳ１９でのイオンビームの照射停止が行われる。

以上に述べたステップＳ１３〜Ｓ１５、及びＳ２〜Ｓ９，Ｓ９Ａ，Ｓ１０及びＳ１１（またはステップＳ１３〜Ｓ１５、及びＳ４〜Ｓ９，Ｓ９Ａ，Ｓ１０及びＳ１１）の各工程は、層Ｌ₁での全照射スポットＡ_1,jへのイオンビームの照射が行われ、ステップＳ１１の判定が「Ｙｅｓ」になるまで繰り返される。ステップＳ１１の判定が「Ｙｅｓ」になったとき、ステップＳ１２の工程が実施される。

照射位置の偏差Ｄ_jの情報を削除する（ステップＳ１２）。層判定装置５４は、ステップＳ１３で走査制御装置４０のメモリ６０に格納した層Ｌ₁における全偏差Ｄ_jの情報を削除する。患部の全層における全ての照射スポットＡ_i,jの目標位置Ｐ_i,jへのイオンビームの照射が終了したかを判定する（ステップＳ１６）。層Ｌ₁内の全照射スポットＡ_1,jへのイオンビームの照射が終了しただけであるため、層判定装置５４で行われるステップＳ１６の判定は「Ｎｏ」になる。

このとき、加速器・輸送系制御装置３９は、シンクロトロン加速器３の各偏向電磁石６及び各四極電磁石７の各励磁電流値を徐々に減少させると共に、加速装置８に印加する高周波電圧を徐々に減少させる。ビームダクト４内を周回するイオンビームが減速される。さらに、ｉ＝ｉ＋１が実行される（ステップＳ１７）。照射位置制御装置５２が「ｉ」を「ｉ＋１」に置き換える。これにより、次の層Ｌ_i＋1、例えば、層Ｌ₂内の照射スポットＡ_i,jの目標位置Ｐ_i,jへのイオンビームの照射が可能になる。加速器・輸送系制御装置３９は、前述したように、ステップＳ２及びＳ３の各工程を実施する。このステップＳ３の工程において、シンクロトロン加速器３の各偏向電磁石６及び各四極電磁石７の各励磁電流値を徐々に増加させると共に、加速装置８に印加する高周波電圧を徐々に増加させる。これにより、ビームダクト４内を周回するイオンビームのエネルギーが、イオンビームが層Ｌ₂に到達するために必要なエネルギーＥ₂まで加速される。その後、ステップＳ４以降の各ステップが順次実施され、この層Ｌ₂内の各目標位置Ｐ_i,jに対してイオンビームが前述したように順次照射される。ステップＳ１６の判定が「Ｙｅｓ」になったとき、治療用ベッド３３に載っている患者３４の患部へのイオンビームの照射が終了する。すなわち、患者３４の治療が終了する。

患者３４の治療が終了したとき、患部（標的領域）の深さ方向における線量分布は、図６に示す合計線量の分布になり、患部では深さ方向に一様な線量が照射されている。この合計線量分布は、各層Ｌ_iへの照射による線量分布の合計になる。また、イオンビームの照射方向に垂直な方向における患部の断面における線量分布も、より一様になる。

ここで、メモリ６０に記憶されているシステマチック誤差Ｅｒの許容範囲Ａｓ及びランダム誤差Ｅｒの許容範囲Ａｒについて説明する。前述したように、許容範囲Ａｓは、照射スポットＡ_i,jの目標位置Ｐ_i,jを基準にしてｘ方向及びｙ方向において上限値（＋Ａｓ_x、＋Ａｓ_y）及び下限値（−Ａｓ_x、−Ａｓ_y）を有して設定されている（図１０参照）。最初にイオンビームを照射した照射スポットＡ_i,j（例えば、層Ｌ₁の照射スポットＡ_{1, 1}）以降で行われた最初のステップＳ６Ｄの判定から、このステップＳ６Ｄの判定回数がｈ回（ｈ＜ｊ）に到達するまでの間において、ステップＳ６Ｄの判定に用いられるシステマチック誤差Ｅｓの許容範囲Ａｓは、図４に示すように、ステップＳ６Ｄの判定回数ｈ＋１回以降においてステップＳ６Ｄの判定に用いられるシステマチック誤差Ｅｒの許容範囲Ａｓよりも広く設定されている。

このように、判定回数が１〜ｈ回までのステップＳ６Ｄの判定に用いられる許容範囲Ａｓが広く設定される理由は、以下の通りである。例えば、最初にイオンビームを照射した、層Ｌ₁の照射スポットＡ_{1, 1}から層Ｌ₁の照射スポットＡ_{1, 2}へのイオンビームを照射する照射スポットの切り替え後において、数回のステップＳ６Ｄの判定結果は、ランダム誤差Ｅｒのばらつきにより、求められた実際の照射位置Ｐａ_i,jの平均位置Ｐｍ_i,jの精度が悪くなる。このため、判定回数がｈ回以下であるステップＳ６Ｄの判定に用いられる許容範囲Ａｓが、前述のように広く設定される。なお、判定回数がｈ回以下であるその判定で用いられる許容範囲Ａｓは、判定回数ｈ＋１回以降におけるその判定に用いられる許容範囲Ａｓの、例えば、１５０％に設定される。

前述したように、ランダム誤差Ｅｒの許容範囲Ａｒは、実際の照射位置Ｐａ_i,jの平均位置Ｐｍ_i,jを基準にしてｘ方向及びｙ方向において上限値（＋Ａｒ_x、＋Ａｒ_y）及び下限値（−Ａｒ_x、−Ａｒ_y）を有して設定されている（図１０参照）。システマチック誤差Ｅｒの許容範囲Ａｒを広げた場合と同じ理由により、判定回数がｈ回以下であるステップＳ６Ｅの判定において用いられるランダム誤差の許容範囲Ａｒも、図４に示すように、判定回数がｈ＋１回以降のステップＳ６Ｅの判定に用いられる許容範囲Ａｒよりも広げられる。判定回数がｈ回以下であるその判定に用いられる許容範囲Ａｒは、判定回数ｈ＋１回以降におけるその判定に用いられる許容範囲Ａｒの、例えば、１５０％に設定される。

前述したように、許容範囲Ａｓはｘ方向及びｙ方向においてそれぞれ上限値（＋Ａｓ_x及び＋Ａｓ_y）及び下限値（−Ａｓ_x及び−Ａｓ_y）を有しているため、判定回数がｈ回以下であるその判定で用いられる許容範囲Ａｓでは、第１上限値（第１「＋Ａｓ_x」及び第１「＋Ａｓ_y」）及び第１下限値（第１「−Ａｓ_x」、第１「−Ａｓ_y」）のそれぞれの絶対値が、判定回数がｈ＋１回以降での判定に用いられる許容範囲Ａｓのそれぞれの第２上限値（第２「＋Ａｓ_x」及び第２「＋Ａｓ_y」）及び第２下限値（第２「−Ａｓ_x」、第２「−Ａｓ_y」）の絶対値よりも大きくなっている。これは許容範囲Ａｒでも同じである。

判定回数がｈ回以下での、ステップＳ６Ｄにおけるシステマチック誤差Ｅｓの判定では、ｘ方向及びｙ方向共に第１上限値及び第１下限値が用いられる。判定回数がｈ＋１回以降での、ステップＳ６Ｄにおけるシステマチック誤差Ｅｓの判定では、ｘ方向及びｙ方向共に第２上限値及び第２下限値が用いられる。

判定回数がｈ回以下での、ステップＳ６Ｅにおけるランダム誤差Ｅｒの判定では、ｘ方向及びｙ方向共に許容範囲Ａｒの第１上限値（第１「＋Ａｒ_x」及び第１「＋Ａｒ_y」）及び許容範囲Ａｒの第１下限値（第１「−Ａｓ_x」、第１「−Ａｓ_y」）が用いられる。判定回数がｈ＋１回以降での、ステップＳ６Ｅにおけるランダム誤差Ｅｒの判定では、ｘ方向及びｙ方向共に許容範囲Ａｒの第２上限値（第２「＋Ａｒ_x」及び第２「＋Ａｒ_y」）及び第２下限値（第２「−Ａｓ_x」、第２「−Ａｓ_y」）が用いられる。

本実施例では、照射スポットＡ_i,jの目標位置Ｐ_i,jに対する照射スポットＡ_i,jの実際の照射位置Ｐａ_i,jの誤差として、システマチック誤差Ｅｓ及びランダム誤差Ｅｒを求めており、システマチック誤差Ｅｓ及びランダム誤差Ｅｒのそれぞれの許容誤差からの逸脱の有無を判定するために、システマチック誤差Ｅｓの許容範囲Ａｓ及びランダム誤差Ｅｒの許容範囲Ａｒを別々に設定し、これらの許容範囲をそれらの判定に利用している。この結果、許容範囲Ａｓ及び許容範囲Ａｒをそれぞれ厳しく（狭く）設定することができ、患部へのイオンビームの照射時において患者３４の健全な細胞に与えるダメージを軽減することができ、安全性が向上する。

さらに、許容範囲Ａｓ及び許容範囲Ａｒを別々に設定しているため、イオンビームをより細径化された場合であっても、システマチック誤差がシステマチック誤差の許容範囲を逸脱し、さらに、ランダム誤差がランダム誤差の許容範囲を逸脱する確率が低減される。このため、患者へのイオンビームの照射停止の確率が著しく低下し、荷電粒子ビーム照射システムのより安定な運転が可能になり、患者へのイオンビームの照射の計画外停止が極めて少なくなる。この結果、一日当たりに治療できる人数を増加することができる。

本実施例では、ランダム誤差Ｅｒがこれの許容範囲Ａｒを逸脱しないか監視しているため、イオンビームの進行方向と垂直な方向における断面の線量分布をより一様にすることができる。また、システマチック誤差Ｅｓがこれの許容範囲Ａｓを逸脱しないか監視しているため、線量分布全体が患部から許容範囲外にずれていないかを監視することができる。

システマチック誤差Ｅｓが許容範囲Ａｓを逸脱したとき、またはランダム誤差Ｅｒが許容範囲Ａｒを逸脱したときには、患者３４へのイオンビームの照射が停止される。このため、患者３４に対する安全性が向上する。

また、本実施例では、システマチック誤差Ｅｓが許容範囲Ａｓを逸脱しているかを判定する回数がｈ回以下である範囲において、この範囲で行われるその判定に使用する許容範囲Ａｓを、判定回数ｈ＋１回以降のその判定に使用する許容範囲Ａｓの範囲よりも広くしている。このため、ランダム誤差Ｅｒのばらつきにより、求められた実際の照射位置Ｐａ_i,jの平均位置Ｐｍ_i,jの精度が悪くなる場合であっても、システマチック誤差Ｅｓが許容範囲Ａｓを逸脱する確率が低減される。

また、本実施例では、ランダム誤差Ｅｒが許容範囲Ａｒを逸脱しているかを判定する回数がｈ回以下である範囲において、この範囲で行われるその判定に使用する許容範囲Ａｒを、判定回数ｈ＋１回以降のその判定に使用する許容範囲Ａｒの範囲よりも広くしている。このため、システマチック誤差Ｅｓの場合と同様に、求められた実際の照射位置Ｐａ_i,jの平均位置Ｐｍ_i,jの精度が悪くなる場合であっても、ランダム誤差Ｅｓが許容範囲Ａｓを逸脱する確率が低減される。

本発明の他の好適な実施例である実施例２の荷電粒子ビーム照射システムを図１１を用いて説明する。本実施例の荷電粒子ビーム照射システム１Ａは、図１に示された実施例１の荷電粒子ビーム照射システム１において走査制御装置４０を走査制御装置４０Ａに替え、線量モニター３１Ａを追加した構成を有する。荷電粒子ビーム照射システム１Ａの他の構成は荷電粒子ビーム照射システム１と同じである。２つの線量モニターのうち線量モニター３１は、実施例１と同様に、イオンビームが照射される各照射スポットＡ_i,jの線量を測定し、他の線量モニター３１Ａはイオンビームが照射される各照射スポットＡ_i,jにおける、後述のビーム照射区間Ｓ_kの線量を測定する。

走査制御装置４０Ａは、図２Ａ、図２Ｂ及び図１２に示すように、照射位置制御装置５２、線量判定装置（第１線量判定装置）５３、層判定装置５４、ビーム位置監視装置５５Ａ及び線量判定装置（第２線量判定装置）５９を備えている。ビーム位置監視装置５５Ａは、誤差演算装置（第１誤差演算装置）５６Ａ、誤差判定装置（第１誤差判定装置）５７Ａ、誤差演算装置（第２誤差演算装置）５６Ｂ、誤差判定装置（第２誤差判定装置）５７Ｂ及びビーム照射区間判定装置５８を有する。

また、荷電粒子ビーム照射システム１Ａでは、走査制御装置４０Ａは、実施例１の荷電粒子ビーム照射システム１の走査制御装置４０とは異なり、図２Ａ及び図２Ｂに示されたステップＳ４，Ｓ７〜Ｓ９，Ｓ９Ａ，Ｓ１０〜Ｓ１８、及び図１２に示されたステップＳ６Ｑに含まれるステップＳ６Ａ〜Ｓ６Ｐの各工程を実施する。荷電粒子ビーム照射システム１Ａの走査制御装置４０Ａでは、図３に示されたステップＳ６の各工程の替りに、図１２に示されたステップＳ６Ｑの各工程が実施される。本実施例の荷電粒子ビーム照射システムは、図２Ａ及び図２Ｂに示されたステップＳ４，Ｓ７〜Ｓ１８、及び図１２に示されたステップＳ６Ａ〜Ｓ６Ｐの各工程を実施するプログラムは、走査制御装置４０Ａのメモリ６０に格納される。

走査制御装置４０Ａで実行されるステップＳ４、Ｓ６Ｑ、Ｓ７〜Ｓ９，Ｓ９Ａ，Ｓ１０〜Ｓ１８の各工程のうち、ステップＳ４，Ｓ１４及びＳ１７の各工程が照射位置制御装置５２で実施され（図２Ａ参照）、ステップＳ７〜Ｓ９及びＳ９Ａの各工程が線量判定装置５３で実施され（図２Ｂ参照）、ステップＳ１１〜Ｓ１３及びＳ１６の各工程が層判定装置５４で実施され（図２Ｂ参照）、ステップＳ６Ａ〜Ｓ６Ｃの各工程が誤差演算装置５６Ａで実施され（図１２参照）、ステップＳ６Ｄ，Ｓ６Ｅ及びＳ１８の各工程が誤差判定装置５７Ａで実施され（図１２参照）、ステップＳ６Ｌ〜Ｓ６Ｎの各工程が誤差演算装置５６Ｂで実施され（図１２参照）、ステップＳ６Ｏ，Ｓ６Ｐ及びＳ１８の各工程が誤差判定装置５７Ｂで実施され（図１２参照）、ステップＳ６Ｆ〜Ｓ６Ｈの各工程がビーム照射区間判定装置５８で実施され（図１２参照）、ステップＳ６Ｉ，Ｓ６Ｊ及びＳ６Ｋの各工程が線量判定装置５９で実施される（図１２参照）。

図２Ａ、図２Ｂ及び図３に示されたステップＳ１〜Ｓ５，Ｓ７〜Ｓ９，Ｓ９Ａ，Ｓ１０〜Ｓ１９、及びＳ６Ａ〜Ｓ６Ｅ（ステップＳ６Ｑの一部の工程）の各工程は、実施例１と同様に、本実施例でも実施される。実施例１で行われていない図１２に示されたステップＳ６Ｑの工程のうち、ステップＳ６Ｆ〜Ｓ６Ｐの工程を中心に説明する。実施例１で実施されるステップＳ６の工程は、本実施例では図１２に示すステップＳ６Ｑの手順に替えられている。

荷電粒子ビーム照射システム１Ａを用いた荷電粒子ビーム照射方法は、実施例１の荷電粒子ビーム照射システム１を用いた荷電粒子ビーム照射方法で設定された複数の照射スポットＡ_i,jの一部の複数の照射スポット（例えば、図１３に示す照射スポットＮｏ．２及びＮｏ．４）に対して、複数のビーム照射区間Ｓ（例えば、ビーム照射区間Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５）が設定されている。具体的には、照射スポットＮｏ．２は３つのビーム照射区間Ｓ（ビーム照射区間Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３）を含んでおり、照射スポットＮｏ．４はビーム照射区間Ｓ（ビーム照射区間Ｎｏ．４及びＮｏ．５）を含んでいる。

ビーム照射区間Ｎｏ．１（Ｓ₁），Ｎｏ．２（Ｓ₂）及びＮｏ．４（Ｓ₃）、及び照射スポットＮｏ．１〜Ｎｏ．４の各目標線量Ｒ０は、イオンビーム照射前に治療計画装置４２を用いて予め設定される。照射線量分布をより一様にするため、目標線量Ｒ０が大きな照射スポット、具体的には、照射スポットＮｏ．２及びＮｏ．４において、１つのビーム照射区間Ｓは、目標線量Ｒ０が例えば０．０３３ＭＵになるように設定される。ここでは、一例として目標線量Ｒ０を０．０３３ＭＵとした場合で説明する。ビーム照射区間Ｎｏ．１，Ｎｏ．２及びＮｏ．４、すなわち、ビーム照射区間Ｓ₁，Ｓ₂及びＳ₃のそれぞれの目標線量Ｒｓ０は０．０３３ＭＵである。換言すれば、層Ｌ_i内のビーム照射区間Ｓ₁，Ｓ₂及びＳ₃，…は、目標線量Ｒｓ０が０．０３３ＭＵに設定されたビーム照射区間Ｓ_k（ｋ＝１，２，…，ｐ）である。１つのビーム照射区間Ｓ_kまたは複数のビーム照射区間Ｓ_kが設定された照射スポットにおいて、設定されたビーム照射区間Ｓ_k以外に０．０３３ＭＵの２倍にならない線量をイオンビームにより照射するビーム照射区間（例えば、ビーム照射区間Ｎｏ．３及びＮｏ．５）が残っている場合には、このビーム照射区間は複数のビーム照射区間Ｓ_kに分割しなく、１つのビーム照射区間Ｓとする。また、例えば、目標線量Ｒ０が０．０３３ＭＵの２倍にならない照射スポット、及び目標線量Ｒ０が０．０３３ＭＵ未満の照射スポットは、複数のビーム照射区間Ｓに分割しない。

１つの照射スポットＡ_i,jにおいて設定された複数のビーム照射区間Ｓにおける、イオンビームを照射する目標位置Ｐ_i,jは、その照射スポットＡ_i,jの目標位置Ｐ_i,jである。１つの照射スポットＡ_i,j内において、イオンビームを照射するビーム照射区間が１つのビーム照射区間Ｓ（例えば、ビーム照射区間Ｓ₁）から他のビーム照射区間Ｓ（例えば、ビーム照射区間Ｓ₂）に替った場合においても、走査電磁石２８，２９によりイオンビームを照射する目標位置Ｐ_i,jは、変わらず、その照射スポットＡ_i,jの目標位置Ｐ_i,jのままである。例えば、イオンビームの照射が、ビーム照射区間Ｓ₁からビーム照射区間Ｓ₂に変わるとき、ビーム照射区間Ｓ₁の線量を測定した線量モニター３１Ａがリセットされ、線量モニター３１Ａはゼロからビーム照射区間Ｓ₂の線量を測定する。このように、線量モニター３１Ａは、ビーム照射区間Ｓごとに線量を測定する。

図１３に示す照射スポットＮｏ．１，Ｎｏ．２，Ｎｏ．３及びＮｏ．４を、例えば、層Ｌ₁の照射スポットＡ_1,11，Ａ_1,12，Ａ_1,13及びＡ_1,14とする。そして、説明の簡略化のため、照射スポットＡ_1,1〜Ａ_1,10は、複数のビーム照射区間Ｓを設定していないとする。

本実施例の荷電粒子ビーム照射システムを用いた荷電粒子ビーム照射方法を以下に説明する。本実施例の荷電粒子ビーム照射方法では、加速器・輸送系制御装置３９によるステップＳ１〜Ｓ３及びＳ５の各工程（図２Ａ参照）が実施され、複数のビーム照射区間Ｓが設定されていない照射スポットＡ_1,1の目標位置Ｐ_1,1から照射スポットＡ_1,11の目標位置Ｐ_1,11に対して、ステップＳ６Ｇ（図１２参照）の判定が「Ｎｏ」になるため、図２Ａ及び図２Ｂに示されたステップＳ４、図１２に示されたステップＳ６Ｑに含まれるステップＳ６Ａ〜Ｓ６Ｅの各工程、及びＳ７〜Ｓ９，Ｓ９Ａ，Ｓ１０〜Ｓ１７の各工程が、実施例１と同様に、繰り返し実施される。ただし、ステップＳ６ＤまたはステップＳ６Ｅでの判定が「Ｎｏ」であるとき、ステップＳ１８でのビーム照射停止信号の出力及びステップＳ１９でのイオンビームの照射停止が行われる。本実施例では、ステップＳ５とステップＳ７の間で、図１２に示されたステップＳ６Ｑの手順が前述のステップＳ６である図３に示された手順の替りに実施される。

照射スポットＡ_1,1の目標位置Ｐ_1,1から照射スポットＡ_1,11の目標位置Ｐ_1,11のそれぞれに対するイオンビームの照射では、ステップＳ４、Ｓ６Ｆ，Ｓ６Ｇ，Ｓ６Ａ〜Ｓ６Ｅ及びＳ７〜Ｓ９，Ｓ９Ａ，Ｓ１０及びＳ１１の各工程が、走査制御装置４０Ａの照射位置制御装置５２、ビーム照射区間判定装置５８、誤差演算装置５６Ａ、誤差判定装置５７Ａ、線量判定装置５３及び層判定装置５４によって実施される。ステップＳ４が照射位置制御装置５２で実施され、ステップＳ５が加速器・輸送系制御装置３９で実施された後、１つの照射スポットにおけるビーム照射区間Ｓの設定数を入力する（ステップＳ６Ｆ）。ビーム照射区間判定装置５８が、走査制御装置４０のメモリ６０からその設定数を読み出す。次に、ビーム照射区間Ｓの設定数が２以上かを判定する（ステップＳ６Ｇ）。照射スポットＡ_1,1〜Ａ_1,11は、いずれも、ビーム照射区間Ｓが設定されていないので、ビーム照射区間判定装置５８で行われるステップＳ６Ｇの判定が「Ｎｏ」になり、照射スポットＡ_1,1〜Ａ_1,11のそれぞれに対して、実施例１で述べたステップＳ６Ａ〜Ｓ６Ｃの各工程が誤差演算装置５６Ａにより、さらに、実施例１で述べたステップＳ６Ｄ及びＳ６Ｅの各工程が誤差判定装置５７Ａにより実施される。このとき、ステップＳ６ＤまたはＳ６Ｅの判定が「Ｎｏ」になったとき、誤差判定装置５７ＡがステップＳ１８においてビーム照射停止信号を出力する。ビーム照射停止信号を入力した加速器・輸送系制御装置３９が前述のステップＳ１９における制御を実施するため、患者３４の患部へのイオンビームの照射が停止される。ステップＳ６Ｄ及びＳ６Ｅの判定が「Ｙｅｓ」であるとき、線量判定装置５３は、ステップＳ７及びＳ９において、線量モニター３１で測定された照射スポットＡ_i,jの実際の照射位置Ｐａ_i,jの線量Ｒ_i,jと照射スポットＡ_i,jの目標線量Ｒ０_i,jが一致しているかを判定する。

照射スポットＡ_1,11の目標位置Ｐ_1,11へのイオンビームの照射が終了したとき、層判定装置５４によるステップＳ１１の判定が「Ｎｏ」になり、ステップＳ１３〜Ｓ１５の各工程が実施される。ステップＳ１５の判定結果に応じて、実施例１と同様に、ステップＳ２またはステップＳ４からの工程が実施される。ステップ４では、照射位置制御装置５２により、イオンビームの照射位置が照射スポットＡ_1,12の目標位置Ｐ_1,12になるように、走査電磁石２８及び２９のそれぞれに発生する偏向電磁力を調節する。

照射スポットＡ_1,12（照射スポットＮｏ．２）は、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３の３つのビーム照射区間を有している。ステップＳ６Ｆでは、ビーム照射区間の設定数として「３」が入入力され、ステップＳ６Ｇの判定は「Ｙｅｓ」になる。

最終のビーム照射区間であるかを判定する（ステップＳ６Ｈ）。ビーム照射区間判定装置５８は、照射スポットＡ_1,12で対象となるビーム照射区間Ｓ₁が照射スポットＡ_1,12での最終のビーム照射区間であるかを判定する。ビーム照射区間Ｓ₁は、照射スポットＡ_1,12内における最初のビーム照射区間であるので、ステップＳ６Ｈの判定は「Ｎｏ」になる。ステップＳ６Ｈの判定が「Ｎｏ」になったとき、ステップＳ６Ｉ〜Ｓ６Ｐの各工程が実施される。

ビーム照射区間Ｓ_i,kでの線量の測定を開始する（ステップ６Ｉ）。線量判定装置５９が、線量モニター３１Ａによる、ビーム照射区間Ｓ_i,k、具体的には、イオンビームが照射される照射スポットＡ_1,12内の最初のビーム照射区間Ｓ₁での線量の測定を開始させる。線量判定装置５９は、線量Ｒｓ₁が目標線量Ｒｓ０（例えば、０．０３３ＭＵ）になったかを判定する（ステップＳ６Ｊ）。線量Ｒｓ₁が目標線量Ｒｓ０に到達しないとき、すなわち、ステップＳ６Ｊの判定が「Ｎｏ」であるとき、ステップＳ６Ｊの判定が「Ｙｅｓ」になるまで、イオンビームの照射が継続される。

第２線量モニターがクリアされる（ステップＳ６Ｋ）。線量Ｒｓ₁が目標線量Ｒｓ０に到達してステップＳ６Ｊの判定が「Ｙｅｓ」になったとき、ビーム照射区間Ｓ₁の線量Ｒｓ₁を測定した線量モニター３１Ａがゼロにクリアされる。

照射スポットのビーム照射区間Ｓ_i,kにおける照射スポットの実際の照射位置Ｐａｓ_i,kを入力する（ステップＳ６Ｌ）。照射装置２７に設けられたビーム位置モニター３０が、照射スポットＡ_{1, 12}内のビーム照射区間Ｓ₁において照射スポットＡ_{1, 12}の目標位置Ｐ_1,12（ｘ_1,12，ｙ_1,12）に照射されるイオンビームの実際の照射位置Ｐａｓ_1,1（ｘs_1,1’，ｙs_1,1’）を測定する。誤差演算装置５６Ｂが、この実際の照射位置の情報を入力し、走査制御装置４０のメモリ６０に格納する。

照射スポットＡ_i,jの目標位置Ｐ_i,jと照射スポットＡ_i,jにおけるビーム照射区間Ｓ_i,kの実際の照射位置Ｐａｓ_i,kの偏差ｄ_kを算出する（ステップＳ６Ｍ）。誤差演算装置５６Ｂは、或る層Ｌ_iを対象に、目標位置Ｐ_j及びビーム照射区間Ｓ_kにおける実際の照射位置Ｐａｓ_kを式（１１）に代入して偏差ｄ_k（ｋ＝１，２，…，ｐ）を求める。ステップＳ６Ｋ〜Ｓ６Ｐの説明及び式（１１）〜式（２０）では、照射スポットＡ_i,j、目標位置Ｐ_i,j、実際の照射位置Ｐａｓ_i,j、システマチック誤差Ｅｓｓ_i,j及びランダム誤差Ｅｒｓ_i,jにおいて、層のＮｏ．を示す「ｉ（ｉ＝１，２，…，ｍ）」の添え字の部分を省略している。

ｄ_k ＝ Ｐ_j−Ｐａs_k …（１１）
例えば、層Ｌ₁において、目標位置Ｐ₁₂（ｘ₁₂、ｙ₁₂）の照射スポットＡ₁₂では、ビーム照射区間Ｓ₁での実際の照射位置Ｐａｓ₁（ｘｓ₁’、ｙｓ₁’）がビーム位置モニター３０で測定されたと仮定する。目標位置Ｐ₁と実際の照射位置Ｐａｓ₁の偏差ｄ₁はｄｘ₁（＝ｘｓ₁−ｘｓ₁’）及びｄｙ₁（＝ｙｓ₁−ｙｓ₁’）となる。なお、ｄｘ_kはｘ方向における目標位置Ｐ_jと実際の照射位置Ｐａｓ_kの偏差であり、dｙ_kはｙ方向における目標位置Ｐ_jと実際の照射位置Ｐａs_kの偏差である。算出された偏差ｄ_k（具体的には、偏差ｄ₁）は走査制御装置４０のメモリ６０に格納される。

システマチック誤差Ｅｓｓ_i,ｋ及びランダム誤差Ｅｒs_i,ｋを算出する（ステップＳ６Ｌ）。誤差演算装置５６Ｂが、システマチック誤差Ｅｓｓ_ｋ及びランダム誤差Ｅｒs_ｋをそれぞれ算出する。システマチック誤差Ｅｓｓ_ｋは、式（１２）にステップＳ６Ｍで求めた偏差ｄ_kを代入することによって求められる。

システマチック誤差Ｅｓｓ_kとして、ｘ方向におけるシステマチック誤差Ｅｓｓｘ_k及びｙ方向におけるシステマチック誤差Ｅｓｓｙ_kがそれぞれ求められる。ビーム照射区間Ｓ₁に対するシステマチック誤差Ｅｓｓｘ₁及びＥｓｓｙ₁は、それぞれ、表３のようになる。

ランダム誤差Ｅｒｓ_kは、式（１３）に実際の照射位置Ｐａｓ_k及びステップＳ６Ｍで求めた偏差ｄ_kを代入することによって求められる。

ランダム誤差Ｅｒｓ_kも、ｘ方向におけるランダム誤差Ｅｒｓｘ_kと、ｙ方向におけるランダム誤差Ｅｒｓｙ_kをそれぞれ求める。ビーム照射区間Ｓ₁に対するランダム誤差Ｅｒｓｘ₁及びＥｒｓｙ₁は、それぞれ、表４のようになる。

システマチック誤差Ｅｓｓ_i,kが第１許容範囲内に存在するかを判定する（ステップＳ６Ｏ）。誤差演算装置５６Ｂによって求められたシステマチック誤差Ｅｓｓ_k及びランダム誤差Ｅｒｓ_kは誤差判定装置５７Ｂに入力される。誤差判定装置５７Ｂは、まず、システマチック誤差Ｅｓｓ_kが第１許容範囲内に存在するかを判定する。

システマチック誤差Ｅｓｓ_i,kの第１許容範囲は、図１０に示されたシステマチック誤差Ｅｓ_i,jの許容範囲Ａｓと同じである。システマチック誤差Ｅｓｓ_kが式（１４）を満足しているとき、システマチック誤差Ｅｓｓ_kが第１許容範囲内に存在していると判定される。すなわち、ステップＳ６Ｏの判定は「Ｙｅｓ」となる。システマチック誤差Ｅｓｓ_kが式（１４）を満足していないとき、システマチック誤差Ｅｓｓ_kが第１許容範囲を逸脱したと判定され、ステップＳ６Ｏの判定は「Ｎｏ」になる。

Ｐ_j−Ａｓ≦Ｅｓｓ_k≦Ｐ_j＋Ａｓ …（１４）
具体的には、システマチック誤差Ｅｓｓ_kが第１許容範囲内に存在するかの判定は、式（１５）及び式（１６）を用いて行われる。システマチック誤差Ｅｓｓ_kのｘ方向におけるシステマチック誤差Ｅｓｓｘ_kが式（１５）を満足し、ｙ方向におけるシステマチック誤差Ｅｓｓｙ_kが式（１６）を満足しているとき、システマチック誤差Ｅｓｓ_kが第１許容範囲内に存在していると判定される。すなわち、ステップＳ６Ｍの判定は「Ｙｅｓ」となる。

Ｐｘ_j−Ａｓ_x≦Ｅｓｓｘ_k≦Ｐｘ_j＋Ａｓ_x …（１５）
Ｐｙ_j−Ａｓ_y≦Ｅｓｓｙ_k≦Ｐｙ_j＋Ａｓ_y …（１６）
式（１５）及び式（１６）のいずれかが満たされないとき、システマチック誤差Ｅｓｓ_kが第１許容範囲内に存在していない、すなわち、システマチック誤差Ｅｓｓ_kが第１許容範囲を逸脱したと判定され、ステップＳ６Ｏの判定は「Ｎｏ」となる。

ステップＳ６Ｏの判定が「Ｎｏ」であるとき、誤差判定装置５７ＢはステップＳ１８においてビーム照射停止信号を出力する。イオンビームの照射が停止される。

ステップＳ６Ｏの判定が「Ｙｅｓ」であるとき、ランダム誤差Ｅｒｓ_i,kが第２許容範囲内に存在するかを判定する（ステップＳ６Ｐ）。誤差判定装置５７Ｂが、ランダム誤差Ｅｒｓ_kが第２許容範囲内に存在するかを判定する。ランダム誤差Ｅｒｓ_kの第２許容範囲は、図１０に示されたランダム誤差Ｅｒ_i,jの許容範囲Ａｒと同じである。

ランダム誤差Ｅｒｓ_kが式（１７）を満足しているとき、ランダム誤差Ｅｒｓ_kが第２許容範囲内に存在していると判定される。すなわち、ステップＳ６Ｐの判定は「Ｙｅｓ」となる。ランダム誤差Ｅｒｓ_kが式（１７）を満足していないとき、ランダム誤差Ｅｒｓ_kが第２許容範囲を逸脱したと判定され、ステップＳ６Ｐの判定は「Ｎｏ」になる。

Ｐｍｓ_k−Ａｒ≦Ｅｒｓ_k≦Ｐｍｓ_k＋Ａｒ …（１７）
なお、Ｐｍｓ_kは、照射スポットＡ_jにおけるビーム照射区間Ｓ_kの実際の照射位置Ｐａｓ_kの平均位置Ｐｍｓ_kであり、式（１８）で求められる。

具体的には、ランダム誤差Ｅｒｓ_kが第２許容範囲内に存在するかの判定は、式（１９）及び式（２０）を用いて行われる。ランダム誤差Ｅｒｓ_kのｘ方向におけるランダム誤差Ｅｒｓｘ_jが式（１９）を満足し、ｙ方向におけるランダム誤差Ｅｒｓｙ_jが式（２０）を満足しているとき、ランダム誤差Ｅｒｓ_jが第２許容範囲内に存在していると判定される。すなわち、ステップＳ６Ｐの判定は「Ｙｅｓ」である。

Ｐｍｓｘ_k−Ａｒ_x≦Ｅｒｓｘ_k≦Ｐｍｓｘ_k＋Ａｒ_x …（１９）
Ｐｍｓｙ_k−Ａｒ_y≦Ｅｒｓｙ_k≦Ｐｍｓｙ_k＋Ａｒ_y …（２０）
ここで、Ｐｍｓｘ_kは実際の照射位置Ｐａｓ_kの平均位置Ｐｍｓ_kのｘ方向の座標であり、Ｐｍｓｙ_kは実際の照射位置Ｐａｓ_kの平均位置Ｐｍｓ_kのｙ方向の座標である。

式（１９）及び式（２０）のいずれかが満たされないとき、ランダム誤差Ｅｒｓ_kが第２許容範囲内に存在していない、すなわち、ランダム誤差Ｅｒｓ_kが第２許容範囲を逸脱したと判定され、ステップＳ６Ｐの判定は「Ｎｏ」となる。ステップＳ６Ｎの判定が「Ｎｏ」であるとき、ステップＳ１８及びＳ１９が実行される。

ステップＳ６Ｐが終了した後、ｓ＝ｓ＋１が算出されてｓが２になる。照射スポットＡ_1,12における２つ目のビーム照射区間Ｓ₂が照射スポットＡ_1,12における最終のビーム照射区間であるかが、ステップＳ６Ｈで判定される。照射スポットＡ_1,12には、ビーム照射区間が３つ存在するため、ステップＳ６Ｈの判定は「Ｎｏ」になり、ビーム照射区間Ｓ₂に対するステップＳ６Ｉ〜Ｓ６Ｐの各工程が、ビーム照射区間Ｓ₁と同様に繰り返される。

特に、ステップＳ６Ｌにおいて、ビーム位置モニター３０が、照射スポットＡ_1,12におけるビーム照射区間Ｓ₂において照射スポットＡ_1,12の目標位置Ｐ_{1, 12}（ｘ_1,12，ｙ_1,12）に照射されるイオンビームの実際の照射位置Ｐａｓ_1,2（ｘs_1,2’，ｙs_1,2’）を測定する。ステップＳ６Ｍでは、目標位置Ｐ₁と実際の照射位置Ｐａｓ₂の偏差ｄ₂として、ｄｘ₂（＝ｘｓ₂−ｘｓ₂’）及びｄｙ₂（＝ｙｓ₂−ｙｓ₂’）が求められる。この偏差ｄ₂の情報が走査制御装置４０のメモリ６０に格納される。ビーム照射区間Ｓ₂に対するステップＳ６Ｎでは、表３に示すシステマチック誤差Ｅｓｓｘ₂及びＥｓｓｙ₂が求められ、表４に示すランダム誤差Ｅｒｓｘ₂及びＥｒｓｙ₂が求められる。システマチック誤差Ｅｓｓ₂及びランダム誤差Ｅｒｓ₂の各判定がステップＳ６Ｏ及びＳ６Ｐで行われる。

次のステップＳ６Ｈの判定では、照射スポットＡ_1,12におけるビーム照射区間Ｎｏ．３が照射スポットＡ_1,12内の最終のビーム照射区間であるので、ステップＳ６Ｈの判定が「Ｙｅｓ」になる。このため、図１２に示されたステップＳ６Ａ〜Ｓ６Ｅの各工程が実施される。ステップＳ６Ａでは、ビーム照射区間Ｎｏ．３で測定された実際の照射位置Ｐａ_1,12が入力される。照射スポットＡ_1,12の実際の照射位置Ｐａ_1,12を用いたステップＳ６Ｂ〜Ｓ６Ｅの各工程が、実施例１と同様に行われる。ステップＳ６Ｄ及びＳ６Ｅの各判定が「Ｙｅｓ」であり、ステップＳ７において、線量判定装置５３は、線量モニター３１で測定された実際の照射位置Ｐａ_1,12の線量Ｒ_1,12と照射スポットＡ_1,12の目標線量Ｒ０_1,12が一致しているかを判定する。なお、線量モニター３１Ａによって、ステップＳ６Ｉで照射スポットＡ_1,12におけるビーム照射区間Ｓ₁の線量の測定を開始したときに、線量モニター３１による、照射スポットＡ_1,12の実際の照射位置Ｐａ_1,12における線量Ｒ_1,12の測定が開始される。線量モニター３１による線量Ｒ_1,12の測定は、照射スポットＡ_1,12内のビーム照射区間Ｓ₁、Ｓ₂及びＮｏ．３を通して行われる。ステップＳ７の判定が「Ｙｅｓ」となったとき、線量判定装置５３がビーム照射停止信号を出力し（ステップＳ９Ａ）、加速器・輸送系制御装置３９による制御により照射スポットＡ_1,12へのイオンビームの照射が停止される（ステップＳ１０）。次のステップＳ１１の判定が「Ｎｏ」になる。

ステップＳ１３，Ｓ１４及びＳ１５の各工程が実施される。ステップＳ１５の判定結果に応じて、ステップＳ２またはステップＳ４からの工程が実施される。ステップ４では、イオンビームの照射位置が照射スポットＡ_1,13の目標位置Ｐ_1,13になるように、走査電磁石２８，２９の各偏向電磁力が調節される。その後、ステップＳ５の工程が実施される。照射スポットＡ_1,13（照射スポットＮｏ．３）はビーム照射区間Ｓが設定されていない（図１３参照）ので、照射スポットＡ_1,1〜Ａ_1,11と同様に、ステップＳ６Ｇの判定が「Ｎｏ」になり、ステップＳ６Ａ〜Ｓ６Ｅの各工程が実施される。ステップＳ７またはＳ９で判定が「Ｙｅｓ」となり、ステップＳ９Ａ，Ｓ１０及びＳ１１が実行される。もし、ステップＳ６ＤまたはＳ６Ｅの判定が「Ｎｏ」になったときには、ステップＳ１８及びＳ１９が実施される。

さらに、ステップＳ１３〜Ｓ１５の各工程が実施される。ステップＳ１５の判定結果に応じて、ステップＳ２またはステップＳ４からの工程が実施される。ステップＳ４では、イオンビームの照射位置が照射スポットＡ_1,14（照射スポットＮｏ．４）の目標位置Ｐ_1,14になるように、走査電磁石２８，２９の各偏向電磁力が調節される。その後、ステップＳ５の工程が実施される。照射スポットＡ_1,14には、２つのビーム照射区間Ｓが設定されている（図１３参照）。照射スポットＡ_1,14に対しては、ステップＳ６Ｇの判定が「Ｙｅｓ」となり、照射スポットＡ_1,14におけるビーム照射区間Ｓ₃が照射スポットＡ_1,14における最終のビーム照射区間ではないので、ステップＳ６Ｈの判定は「Ｎｏ」になる。ビーム照射区間Ｓ₃に対するステップＳ６Ｉ〜Ｓ６Ｐの各工程が、ビーム照射区間Ｓ₁と同様に繰り返される。もし、ステップＳ６ＯまたはＳ６Ｐの判定が「Ｎｏ」になったときには、ステップＳ１８及びＳ１９が実施される。

ステップＳ６Ｌでは、ビーム位置モニター３０が、照射スポットＡ_1,14におけるビーム照射区間Ｓ₃において照射スポットＡ_1,14の目標位置Ｐ_1,14（ｘ_1,14，ｙ_1,14）に照射されるイオンビームの実際の照射位置Ｐａｓ_1,3（ｘs_1,3’，ｙs_1,3’）を測定する。ステップＳ６Ｍでは、目標位置Ｐ₁₄と実際の照射位置Ｐａｓ₃の偏差ｄ₃として、ｄｘ₃（＝ｘｓ₃−ｘｓ₃’）及びｄｙ₁（＝ｙｓ₃−ｙｓ₃’）が求められる。この偏差ｄ₃の情報が走査制御装置４０のメモリ６０に格納される。ビーム照射区間Ｓ₃に対するステップＳ６Ｎでは、表３に示すシステマチック誤差Ｅｓｓｘ₃及びＥｓｓｙ₃が求められ、表４に示すランダム誤差Ｅｒｓｘ₃及びＥｒｓｙ₃が求められる。システマチック誤差Ｅｓｓ₃及びランダム誤差Ｅｒｓ₃の各判定がステップＳ６Ｏ及びＳ６Ｐで行われる。

次は、照射スポットＡ_1,14におけるビーム照射区間Ｎｏ．５でのイオンビームの照射が行われる。ステップＳ６Ｈの判定が「Ｙｅｓ」になり、ステップＳ６Ａ〜Ｓ６Ｅ，Ｓ７〜Ｓ１１及びＳ１３の各工程が、照射スポットＡ_1,14内のビーム照射区間Ｎｏ．３と同様に実施される。

ステップ１４でｊが１５になり、照射スポットＡ_1,15以降の層Ｌ内の各照射スポットＡ_{1, j}に対するイオンビームの照射が順次行われる。複数のビーム照射区間を含んでいる照射スポットＡ_1,jでは、最終のビーム照射区間以外のビーム照射区間に対して、ステップＳ６Ｉ〜Ｓ６Ｐの各工程が実施され、最終のビーム照射区間に対しては、ステップＳ６Ａ〜Ｓ６Ｅ及びＳ７〜Ｓ１０の各工程が実施される。層Ｌ₁内の全照射スポットＡ_1,jへのイオンビームの照射が終了したとき、ステップＳ１１の判定は「Ｙｅｓ」になり、ステップＳ１２で層Ｌ₁に対する全偏差Ｄ_j及び全偏差ｄ_kの各情報が削除される。

ステップＳ１６の判定は「Ｎｏ」になり、次の層Ｌ₂の各照射スポットＡ_i,jの目標位置Ｐ_i,jに対して、順次、イオンビームを照射する。最後の層Ｌ_mにおいて全照射スポットＡ_i,jの目標位置Ｐ_i,jへのイオンビームの照射が終了してステップＳ１６の判定が「Ｙｅｓ」になったとき、患者３４へのイオンビーム照射による治療が終了する。

なお、本実施例のステップＳ６Ｄ及びＳ６Ｏにおいてシステマチック誤差Ｅｓの判定に用いられる許容範囲Ａｓ、及びステップＳ６Ｅ及びＳ６Ｎにおいてランダム誤差Ｅｒの判定に用いられる許容範囲Ａｒは、実施例１で用いられるそれらの許容範囲と同様に、判定回数ｈ以下では、判定回数ｈ＋１回以降の判定に用いられる許容範囲Ａｓ、及びステップＳ６Ｅ及びＳ６Ｐにおいて許容範囲Ａｓ及び許容範囲Ａｒよりも広くなっている。

本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。本実施例では、ビーム照射区間に対してもシステマチック誤差Ｅｓｓ及びランダム誤差Ｅｒｓを求め、それぞれが許容範囲に存在するかを判定しているので、システマチック誤差及びランダム誤差の判定の頻度が増加し、安全性がより増大する。

本発明の他の好適な実施例である実施例３の荷電粒子ビーム照射システムを図１４を用いて説明する。

実施例１及び２の荷電粒子ビーム照射システムは、イオンビームを加速する加速器としてシンクロトロン加速器を用いている。これに対して、本実施例の荷電粒子ビーム照射システム１Ｂは、その加速器として、サイクロトロン加速器４５を用いている。荷電粒子ビーム照射システム１Ｂは、荷電粒子発生装置２Ａ、ビーム輸送系１５、回転ガントリー２５、照射装置２７及び制御システム３５を備えている。荷電粒子ビーム照射システム１Ｂに用いられるビーム輸送系１５、回転ガントリー２５及び照射装置２７は、実施例１の荷電粒子ビーム照射システム１で用いられるそれらと同じ構成を有する。荷電粒子発生装置２Ａは、荷電粒子ビーム照射システム１の荷電粒子発生装置２と異なっており、イオン源５１及びサイクロトロン加速器４５を有する。荷電粒子発生装置２も、直線加速器１４に接続されるイオン源５１を有する。荷電粒子発生装置２Ａは直線加速器１４を備えていない。サイクロトロン加速器４５は、円形の真空容器（図示せず）、偏向電磁石４６Ａ，４６Ｂ、高周波加速装置４７及び出射用デフレクター４８を有する。イオン源５１に接続された真空ダクトが、サイクロトロン加速器４５の真空容器の中心位置まで伸びてこの真空容器に接続される。偏向電磁石４６Ａ，４６Ｂは、それぞれ、半円形状をしており、直線部を互いに対向させるように配置され、真空容器の上面及び下面を覆っている。

真空容器のイオンビーム出射口に設けられる出射用デフレクター４８は、ビーム輸送系のビーム経路１６に接続される。金属製のデグレーダ４９が、出射用デフレクター４８とシャッタ２４の間で、ビーム経路１６に取り付けられている。デグレーダ４９は、サイクロトロン加速器４５から出射されたイオンビームのエネルギーを調節する機能を有し、厚みの異なる複数の金属製の板（図示せず）を有している。これらの金属製の板は、ビーム経路１６に垂直な方向に移動可能である。厚みの異なるこの板を、１枚または複数枚、ビーム経路１６を横切るようにビーム経路１６内に挿入することによって、イオンビームのエネルギーの減衰量が制御される。この結果、患者３４の患部に照射されるエネルギーを変えることができ、患部の深さ方向に存在する各層にイオンビームを出射することができる。

荷電粒子ビーム照射システム１Ｂにおいて、制御システム３５の走査制御装置４０は、荷電粒子ビーム照射システム１の走査制御装置４０と同じ構成を有し、中央制御装置３６も、荷電粒子ビーム照射システム１の中央制御装置３６と実質的に同じ機能を有する。荷電粒子ビーム照射システム１Ｂの加速器・輸送系制御装置３９は、サイクロトロン加速器４５を用いている関係で、荷電粒子ビーム照射システム１の加速器・輸送系制御装置３９と制御対象が一部異なっている。荷電粒子ビーム照射システム１Ｂの加速器・輸送系制御装置３９は、荷電粒子ビーム照射システム１の加速器・輸送系制御装置３９と同様に、ビーム輸送系１５のシャッタ２４、及びビーム輸送系１５の偏向電磁石１７，１９，２０及び四極電磁石２１，２２，２３を制御し、これら以外に、イオン源５１、偏向電磁石４６Ａ，４６Ｂ、高周波加速装置４７、出射用デフレクター４８及びデグレーダ４９も制御する。

荷電粒子ビーム照射システム１Ｂを用いた荷電粒子ビームの照射方法について説明する。この照射方法では、図２Ａ及び図２Ｂに示されたステップＳ１〜Ｓ１９の各工程が実施される。ステップＳ２では、イオン源５１の起動が行われるが直線加速器の起動は行われない。ステップＳ６は図３に示されたステップＳ６Ａ〜Ｓ６Ｅを含んでいる。

加速器・輸送系制御装置３９によって、ステップＳ１〜Ｓ３及びＳ５の各工程を実施する。ステップＳ１において、実施例１と同様に、加速器・輸送系制御装置３９により、シャッタ２４が開けられ、ビーム輸送系１５に設けられた各電磁石が励磁される。ステップＳ２で、イオン源５１が起動され、イオン源５１で発生した陽子イオンが真空ダクトを通ってサイクロトロン加速器４５の真空容器の中心に入射される。偏向電磁石４６Ａ，４６Ｂは、既に励磁されている。ステップＳ３では、高周波加速装置４７により、真空容器内に入射された陽子イオンが加速され、大きなエネルギーを有する陽子イオンビームが生成される。

ステップＳ４において、照射位置制御装置５２が、このイオンビームが患部の最も深い層Ｌ₁の照射スポットＡ_1,1の目標位置Ｐ_1,1に照射されるように、走査電磁石２８，２９のそれぞれの偏向電磁力を調節する。その後、ステップＳ３においてサイクロトロン加速器４５で加速されたイオンビームは、出射用デフレクター４８からビーム経路１６に出射され（ステップＳ５）、照射装置２７から治療用ベッド３３上の患者３４のがんの患部に照射される。その後、ステップＳ６Ａ〜Ｓ６Ｅ及びＳ７〜Ｓ９，Ｓ９Ａ，Ｓ１０及びＳ１１の各ステップが、実施例１と同様に、実施される。もし、誤差判定装置５７がステップＳ６ＤまたはＳ６Ｅの判定が「Ｎｏ」であるとき、誤差判定装置５７がビーム照射停止信号を出力する（ステップＳ１８）。このビーム照射停止信号を入力した加速器・輸送系制御装置３９は、イオン源５１を停止すると共にシャッタ２４をビーム経路１６に挿入させる。これによって、患部へのイオンビームの照射が停止される（ステップＳ１９）。イオン源５１の停止及びシャッタ２４の挿入のいずれかによっても、患部へのイオンビームの照射が停止される。ステップＳ６Ｄ及びＳ６Ｅの各判定が「Ｙｅｓ」であるとき、ステップＳ７〜Ｓ９，Ｓ９Ａ，Ｓ１０及びＳ１１の各ステップが実施される。

照射スポットＡ_1,2の目標位置Ｐ_1,2，Ｐ_1,3，…，Ｐ_1,mと、照射スポットＡ_1,1よりも後の、層Ｌ₁の全照射スポットＡ_1,j（ｊ＝２，３，…，ｎ）のそれぞれの目標位置Ｐ_1,jに対して、順次、イオンビームが照射される。照射スポットＡ_1,j（ｊ＝２，３，…，ｎ）に対して、ステップＳ６Ａ〜Ｓ６Ｅ及びＳ７〜Ｓ９，Ｓ９Ａ，Ｓ１０及びＳ１１の各ステップが、順次、実行される。ステップＳ１１の判定が「Ｙｅｓ」になったとき、層Ｌ₁へのイオンビームの照射が終了し、次は、層Ｌ₁よりも浅い位置にある層Ｌ₂の全照射スポットＡ_2,j（ｊ＝１，２，…，ｎ）に対して順番にイオンビームが照射される。

層Ｌ₂に照射されるイオンビームのエネルギーは、層Ｌ₁に照射されるイオンビームのそれよりも低くする必要がある。このため、加速器・輸送系制御装置３９は、デグレーダ４９を走査して最も薄い金属製の板をビーム経路１６に垂直に挿入する。サイクロトロン加速器４５から出射されたイオンビームのエネルギーがデグレーダ４９の最も薄い金属製の板によって減衰され、層Ｌ₂においてブラッグピークを形成するエネルギーを有するイオンビームになる。このイオンビームが、患部の層Ｌ₂内の照射スポットＡ_2,jに順番に照射される。患部のより浅い層へのイオンビームの照射に際しては、ビーム経路１６内にビーム経路１６を横切って挿入するデグレーダ４９の金属製の板の厚みをさらに厚くする。この板の厚みの増加は、デグレーダ４９において、１枚の板だけでなく複数枚の厚みの異なる板を組み合わせても実現できる。

本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。

サイクロトロン加速器４５を用いた場合においても、実施例２のように、走査制御装置４０により、ステップＳ６の工程を図１２に示すステップＳ６Ｑの工程に替えてもよい。

実施例１〜３で用いられる荷電粒子ビーム照射システム１，１Ａ及び１Ｂは、陽子イオンビームの替りに炭素イオンビームを加速し、加速された炭素イオンビームを患部に照射してもよい。

１，１Ａ，１Ｂ…荷電粒子ビーム照射システム、２，２Ａ…荷電粒子発生装置、３…シンクロトロン加速器、６，１７，１８〜２０，４６Ａ，４６Ｂ…偏向電磁石、８…加速装置（加速空胴）、９…高周波印加装置、１０…出射用高周波電極、１２…開閉スイッチ、１４…直線加速器、１５…ビーム輸送系、１６…ビーム経路、２４…シャッタ、２５…回転ガントリー、２７…照射装置、２８，２９…走査電磁石、３０…ビーム位置モニター、３１…線量モニター、３５…制御システム、３６…中央制御装置、３９：加速器・輸送系制御装置、４０…走査制御装置、４２…治療計画装置、４７…高周波加速装置、４９…デグレーダ、５１…イオン源、５２…照射位置制御装置、５３，５９…線量判定装置、５４…層判定装置、５５，５５Ａ…ビーム位置監視装置、５６，５６Ａ，５６Ｂ…誤差演算装置、５７，５７Ａ，５７Ｂ…誤差判定装置、５８…ビーム照射区間判定装置、６０…メモリ。

Claims (7)

1. 誤差演算装置と、誤差判定装置と、を有するビーム位置監視装置であって、
   前記誤差演算装置は、
   照射装置から照射される荷電粒子ビームの、各照射スポットにおける目標位置Ｐ _j （ｊ＝１，…，ｎ）と各照射スポットにおける実際の照射位置Ｐａ _j との偏差Ｄ _j を下記の式（１）によって求め、
   求められた前記偏差Ｄ _j を下記の式（２）に代入することよって、システマチック誤差Ｅｓ _j を求め、
   ランダム誤差Ｅｒ _j を下記の式（３）によって求め、
   前記誤差判定装置は、前記システマチック誤差Ｅｓ _j が第１許容範囲内に存在するかを判定する第１判定、及び前記ランダム誤差Ｅｒ _j が第２許容範囲内に存在するかを判定する第２判定を実施することを特徴とするビーム位置監視装置。
   Ｄ _j ＝Ｐ _j −Ｐａ _j …（１）
   

   

   
2. 前記第１判定において前記システマチック誤差が前記システマチック誤差の第１許容範囲内に存在しないと判定されるとき、または前記第２判定において前記ランダム誤差が前記ランダム誤差の第２許容範囲内に存在しないと判定されるとき、ビーム照射停止信号を出力する前記誤差判定装置を有する請求項１に記載のビーム位置監視装置。
3. 荷電粒子ビームを出射する加速器と、荷電粒子ビーム走査装置を有し、前記加速器から出射される前記荷電粒子ビームを出力する照射装置と、請求項１に記載のビーム位置監視装置と、前記荷電粒子ビームを照射する、ビーム照射対象内の前記目標位置に基づいて前記荷電粒子ビーム走査装置を制御して前記荷電粒子ビームの照射位置を前記目標位置に調節する照射位置制御装置とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
4. 前記第１判定において前記システマチック誤差が前記第１許容範囲内に存在しないと判定されるとき、または前記第２判定において前記ランダム誤差が前記第２許容範囲内に存在しないと判定されるとき、ビーム照射停止信号を出力する前記誤差判定装置を有する請求項３に記載の荷電粒子ビーム照射システム。
5. 前記照射装置に設けられた線量モニターと、前記システマチック誤差が前記第１許容範囲内に存在し、かつ前記ランダム誤差が前記第２許容範囲内に存在するとき、前記線量モニターで測定される、前記実際の照射位置での線量が、目標線量に一致するかを判定する線量判定装置を有する請求項３または４に記載の荷電粒子ビーム照射システム。
6. 前記加速器から出射される前記荷電粒子ビームを前記照射装置に導くビーム輸送系と、前記ビーム輸送系のビーム経路に設けられたシャッタと、及び前記加速器及び前記ビーム輸送系に設けられた複数の電磁石の励磁電流を制御する加速器・輸送系制御装置を備え、
   前記誤差判定装置からの前記ビーム照射停止信号に基づいて、前記シャッタを前記ビーム経路内に挿入して前記ビーム経路を封鎖する前記加速器・輸送系制御装置を有する請求項４に記載の荷電粒子ビーム照射システム。
7. 前記加速器がシンクロトロン加速器であり、
   前記シンクロトロン加速器が、前記荷電粒子ビームを加速する加速装置、及び前記荷電粒子ビームを前記シンクロトロン加速器から出射させるとき、前記シンクロトロン加速器内の前記荷電粒子ビームに高周波を印加する高周波印加装置を含み、
   前記シンクロトロン加速器から出射される前記荷電粒子ビームを前記照射装置に導くビーム輸送系、及び前記シンクロトロン加速器及び前記ビーム輸送系に設けられた複数の電磁石の励磁電流を制御し、前記加速装置を制御する加速器・輸送系制御装置を備え、
   前記誤差判定装置からの前記ビーム照射停止信号に基づいて、前記高周波印加装置による前記荷電粒子ビームへの高周波の印加を停止させる前記加速器・輸送系制御装置を有する請求項４に記載の荷電粒子ビーム照射システム。

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