KR101411055B1

KR101411055B1 - Particle beam irradiation system and charged particle beam correcting method

Info

Publication number: KR101411055B1
Application number: KR1020120122127A
Authority: KR
Inventors: 히데아끼 니시우찌; 신이찌로 후지따까
Original assignee: 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2014-06-30
Also published as: JP5816518B2; CN103083828A; TW201332605A; KR20130047675A; CN103083828B; JP2013094313A; TWI507227B; SG189670A1

Abstract

본 발명의 과제는, 조사선량 균일도를 저하시키지 않고 빔 이용 효율을 높일 수 있는 입자선 조사 시스템을 제공하는 것이다.
이온 빔(10)을 가속하여 출사하는 싱크로트론(13)과, 싱크로트론(13)으로부터 출사된 이온 빔(10)을 조사하는 조사 장치(30)를 갖고, 조사 장치(30)로부터 1단위의 조사를 복수 회 행하는 입자선 조사 시스템에 있어서, 싱크로트론(13) 내의 축적 빔 전하량(Q_meas)을 계측하는 축적 빔 전하량 계측 수단(15)과, 축적 빔 전하량 계측 수단에서 계측한 축적 빔 전하량(Q_meas)에 기초하여, 싱크로트론(13)으로부터 출사하는 목표 빔 전류값(I_fb)을 설정하는 목표 전류 설정 수단과, 상기 목표 전류 설정 수단으로부터 구해진 출사 빔 전류의 목표값(I_fb)에 기초하여 빔 전류를 제어하는 출사 빔 전류 보정 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 입자선 조사 시스템.An object of the present invention is to provide a particle beam irradiation system capable of increasing beam utilization efficiency without lowering the irradiation dose uniformity.
A synchrotron 13 for accelerating and outputting the ion beam 10 and an irradiation device 30 for irradiating the ion beam 10 emitted from the synchrotron 13 and irradiating one unit from the irradiation device 30 The accumulated beam charge amount measuring means 15 for measuring the accumulated beam charge amount Q _{meas in the} synchrotron 13 and the accumulated beam charge amount measuring means 15 for measuring the accumulated beam charge amount _Qmeas measured by the accumulated beam charge amount measuring means, A target current setting means for setting a target beam current value I _fb to be emitted from the synchrotron 13 based on a target current value I _fb of a beam current And an emission beam current correction control means for controlling the emission current control means.

Description

TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a particle beam irradiation system and a method for correcting a charged particle beam,

본 발명은, 입자선 조사 시스템 및 하전 입자 빔의 보정 방법에 관한 것으로, 특히, 양자 또는 중이온 등의 하전 입자 빔(이온 빔)을 환부에 조사하여 암을 치료하는 입자선 치료 장치에 적용하기에 적절한 입자선 조사 시스템 및 하전 입자 빔 출사 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a particle beam irradiation system and a method for correcting a charged particle beam, and particularly to a particle beam therapy apparatus for treating cancer by irradiating a charged particle beam (ion beam) An appropriate particle beam irradiation system and a method for emitting a charged particle beam.

암의 방사선 치료로서, 양자나 중이온 등의 이온 빔을 환자의 암의 환부에 조사하여 치료하는 입자선 치료가 알려져 있다. 이온 빔의 조사법으로서, 특허문헌 1∼3, 비특허문헌 1, 2에 개시되어 있는 바와 같은 균일 주사 조사법이 있다.As radiation therapy for cancer, particle beam therapy is known in which an ion beam such as a proton or a heavy ion is irradiated to a cancerous part of a patient to be treated. As the irradiation method of the ion beam, there is a uniform injection irradiation method as disclosed in Patent Documents 1 to 3 and Non-Patent Documents 1 and 2. [

일본 특허 제2596292호 공보Japanese Patent No. 2596292 일본 특허 출원 공개 제2009-28500호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-28500 일본 특허 제4158931호 공보Japanese Patent No. 4158931 일본 특허 출원 공개 제2010-238463호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-238463 일본 특허 제4691583호 공보Japanese Patent No. 4691583

메디컬 피직스 36권 8호(2009년 8월)의 제356O∼3567페이지 (MEDICAL PHYSICS VOLUME 36 NUMBER 8(AUGUST 2009) P3560-3567)MEDICAL PHYSICS VOLUME 36 NUMBER 8 (AUGUST 2009) P3560-3567, MEDICAL PHYSICS 36, 8 (August 2009) 리뷰 오브 사이언티픽 인스트루먼트 64권 8호(1993년 8월)의 제2074∼2093페이지(REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS VOLUME 64 NUMBER 8(AUGUST 1993) P2074-2093) REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS VOLUME 64 NUMBER 8 (AUGUST 1993) P2074-2093 of the Review of Scientific Instruments Vol. 64, No. 8 (August 1993)

균일 주사 조사법에서는, 조사선량의 균일도를 유지하기 위해서는, 소정의 영역의 1단위의 조사의 도중에 빔을 고갈시키지 않도록 할 필요가 있다. 한편, 싱크로트론에 축적되는 이온 빔의 전하량은 일정하지 않고, 전단 가속기로부터 공급되는 이온 빔의 전류 변동에 따라서 변동된다.In the uniform scanning irradiation method, in order to maintain the uniformity of the irradiation dose, it is necessary not to deplete the beam in the course of irradiation of one unit of the predetermined area. On the other hand, the charge amount of the ion beam accumulated in the synchrotron is not constant but fluctuates in accordance with the current fluctuation of the ion beam supplied from the shear accelerator.

축적 전하량이 1단위의 조사분이 되지 않는 경우, 그대로 조사하면 도중에 빔이 고갈되어 버려 조사선량 균일도가 저하된다. 반대로, 1단위의 조사분이 되지 않는 축적 빔을 이용하지 않으면, 빔 이용 효율의 점에서 불리하다.In the case where the accumulated charge amount does not reach one unit irradiation, the beam is exhausted in the middle of the irradiation, and the irradiated dose uniformity is lowered. On the other hand, if the accumulation beam not irradiated by one unit is not used, it is disadvantageous in terms of beam utilization efficiency.

본 발명의 목적은, 조사선량 균일도를 저하시키지 않고 빔 이용 효율을 높일 수 있는 입자선 조사 시스템을 제공하는 것에 있다.An object of the present invention is to provide a particle beam irradiation system capable of increasing the beam utilization efficiency without lowering the irradiation dose uniformity.

이온 빔을 가속하여 출사하는 싱크로트론과, 상기 싱크로트론으로부터 출사된 상기 이온 빔을 조사하는 조사 장치를 갖고, 상기 조사 장치로부터 1단위의 조사를 복수 회 행하는 입자선 조사 시스템에 있어서, 상기 싱크로트론 내의 축적 빔 전하량(Q_meas)을 계측하는 축적 빔 전하량 계측 수단과, 상기 축적 빔 전하량 계측 수단에서 계측한 축적 빔 전하량(Q_meas)에 기초하여, 상기 싱크로트론으로부터 출사하는 목표 빔 전류값(I_fb)을 설정하는 목표 전류 설정 수단과, 상기 목표 전류 설정 수단으로부터 구해진 출사 빔 전류의 목표값(I_fb)에 기초하여 빔 전류를 제어하는 출사 빔 전류 보정 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 입자선 조사 시스템이다.1. A particle beam irradiation system comprising a synchrotron for accelerating and emitting an ion beam and an irradiation device for irradiating the ion beam emitted from the synchrotron and irradiating one unit of the beam from the irradiation device a plurality of times, the amount of charge (Q _meas) on the basis of the accumulated beam charge amount measuring unit and a storage beam charge amount (Q _meas) measured at the accumulated beam charge amount measuring means for measuring, setting the target beam current value (I _fb), which emitted from the synchrotron And an emission beam current correction control means for controlling the beam current based on the target value I _fb of the emission beam current obtained from the target current setting means .

본 발명에 따르면, 조사선량 균일도를 저하시키지 않고 빔 이용 효율을 높일 수 있는 입자선 조사 시스템을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a particle beam irradiation system capable of increasing the beam utilization efficiency without lowering the irradiation dose uniformity.

도 1은 본 발명의 실시예인 입자선 조사 시스템의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예인 싱크로트론의 운전 사이클에 있어서의 주회 빔의 에너지의 변화와 축적 빔 전하량의 변화를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예인 조사 장치의 구성을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예인 균일 주사 조사법에서의 빔의 주사 경로를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예인 조사 제어 개시 전의 제어 준비 플로우를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 실시예인 빔 조사 제어시의 플로우를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 실시예인 빔 조사 제어 플로우에 의한 빔 조사 제어시의 목표 빔 전류값과 그것에 수반되는 축적 빔 전하량의 시간 변화를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 실시예인 출사 빔 전류에 대한 피드백 제어 시스템의 구성을 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 실시예인 끌어올림 조사 제어를 추가한 빔의 조사 제어 플로우를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 실시예인 끌어올림 조사 제어를 추가한 빔의 조사 제어 플로우에 의한 빔 조사 제어시의 목표 빔 전류값과 그것에 수반되는 축적 빔 전하량의 시간 변화를 나타내는 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a view showing a configuration of a particle beam irradiation system which is an embodiment of the present invention. Fig.
Fig. 2 is a diagram showing a change in energy of a main beam and an amount of accumulated beam charge in an operation cycle of a synchrotron according to an embodiment of the present invention. Fig.
3 is a view showing a configuration of an irradiation apparatus which is an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a scanning path of a beam in a uniform scanning irradiation method, which is an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a control preparation flow before irradiation control, which is an embodiment of the present invention.
6 is a view showing a flow during beam irradiation control, which is an embodiment of the present invention;
FIG. 7 is a graph showing a change in target beam current value and a change in the accumulated beam charge amount with the target beam current value at the time of beam irradiation control by the beam irradiation control flow according to the embodiment of the present invention. FIG.
8 is a view showing a configuration of a feedback control system for an outgoing beam current, which is an embodiment of the present invention.
9 is a view showing an irradiation control flow of a beam to which a lifting irradiation control, which is an embodiment of the present invention, is added.
Fig. 10 is a diagram showing a temporal change of a target beam current value and an accumulation beam charge amount accompanying the beam irradiation control by the irradiation control flow of the beam with the raising irradiation control added as an embodiment of the present invention. Fig.

입자선 치료에 이용하는 입자선 조사 장치는, 이온 빔 발생 장치, 빔 수송계 및 조사 장치를 구비한다. 이온 빔 발생 장치는, 주회 궤도를 따라 주회하는 이온 빔을 원하는 에너지까지 가속시키는 싱크로트론이나 사이클로트론을 갖는다.The particle beam irradiation apparatus used for particle beam therapy includes an ion beam generator, a beam transport system, and an irradiation apparatus. The ion beam generator has a synchrotron or a cyclotron that accelerates an ion beam traveling along a main trajectory to a desired energy.

싱크로트론은, 주회 궤도를 따라 주회하는 이온 빔에 고주파 전압을 인가하여 목표의 에너지까지 가속하는 고주파 가속 장치(가속 공동), 주회하고 있는 이온 빔의 베타트론 진동 진폭을 증대시키는 출사용 고주파 전극 및 이온 빔을 주회 궤도로부터 취출하는 출사용 디플렉터를 구비한다(예를 들면, 특허문헌 1). 목표 에너지까지 가속된 이온 빔을 싱크로트론으로부터 빔 수송계로 출사할 때, 출사용 고주파 전극에 고주파 자장 또는 고주파 전계(이하, 고주파 신호라 표기)를 인가하여, 주회하고 있는 이온 빔의 고유 진동인 베타트론 진동 진폭을 증대시킨다. 베타트론 진동 진폭이 증대된 이온 빔은, 안정 한계 외(外)로 이동하고, 싱크로트론으로부터 빔 수송계로 출사되어, 조사 장치로 수송된다.The synchrotron is a high-frequency accelerator (acceleration cavity) that accelerates to a target energy by applying a high-frequency voltage to an ion beam traveling along a main circuit track, an output high-frequency electrode that increases the betatron oscillation amplitude of the circulating ion beam, (For example, Patent Document 1). When a high-frequency magnetic field or high-frequency electric field (hereinafter referred to as a high-frequency signal) is applied to the output high-frequency electrode to output the ion beam accelerated to the target energy from the synchrotron to the beam transport system, a betatron oscillation Thereby increasing the amplitude. The ion beam having the increased beta -tron oscillation amplitude travels outside the stability limit, is emitted from the synchrotron to the beam transport system, and is transported to the irradiation device.

조사 장치는, 상기 이온 빔 발생 장치로부터 유도된 이온 빔을, 환자의 체표면으로부터의 깊이 및 환부 형상에 맞추어 정형하여, 치료용 침대 위의 환자의 환부에 조사한다. 조사법으로서 균일 주사 조사법(비특허문헌 1의 3561페이지, 도 1)이 있다.The irradiation device shapes the ion beam derived from the ion beam generator according to the depth from the body surface of the patient and the shape of the affected part and irradiates the affected part of the patient on the treatment bed. As an irradiation method, there is a uniform irradiation method (Non-Patent Document 1, page 3561, Fig. 1).

균일 주사 조사법은, 주사 전자석에 의해 이온 빔을 조사 평면 상에 주사하므로, 2종류의 산란체로 조사면 전역으로 빔을 확산하는 이중 산란체 조사 시스템보다도 에너지 손실이 적기 때문에, 이중 산란체 조사법보다도 이온 빔의 비정(飛程)을 길게 할 수 있는 특징이 있다.In the uniform scanning irradiation method, since the ion beam is scanned on the irradiation plane by the scanning electromagnet, the energy loss is smaller than that of the dual scattering body irradiation system that diffuses the beam to the entire irradiation surface with the two scattering bodies, It has a characteristic that the beam can be made longer.

균일 주사 조사 장치는, 빔을 조사 평면 상에 주사하는 2개의 주사 전자석(수평 주사 전자석, 수직 주사 전자석)과, 주사 전자석에 의해 주사된 이온 빔을 환부의 깊이 방향 두께에 맞춘 흡수 선량 범위(확대 브래그 피크(Spread-0ut Bragg Peak), 이하, SOBP라 표기)를 형성하는 에너지 흡수체와, 환부 형상에 맞추어 조사 영역을 형성하는 볼러스와 콜리메이터로 구성된다. 균일 주사 조사 장치에서는, SOBP를 형성하는 에너지 흡수체에 리지 필터(비특허문헌 2의 2078페이지, 도 31)를 이용한다. 리지 필터는 이온 빔이 통과하는 영역의 두께가 다른 쐐기 형상의 에너지 흡수체를 평면 상에 복수 개 배치한 구조체로, 리지 필터를 통과한 빔은, 리지 필터의 통과부의 두께에 따라서 에너지가 감쇠된다. 이 에너지가 감쇠된 이온 빔의 겹침에 의해 SOBP를 형성한다.The uniform scanning irradiation apparatus includes two scanning electromagnets (horizontal scanning electromagnets, vertical scanning electromagnets) for scanning the beam on the irradiation plane, and an absorbed dose range (enlargement (Hereinafter referred to as "SOBP (Spread-0ut Bragg Peak)"), and a ball screw and a collimator for forming an irradiation area in accordance with the shape of the affected part. In a uniform irradiation apparatus, a ridge filter (non-patent reference 2, page 2078, Fig. 31) is used for an energy absorber forming SOBP. The ridge filter is a structure in which a plurality of wedge-shaped energy absorbing members having different thicknesses in the region through which the ion beam passes are arranged on a plane. The energy of the beam passing through the ridge filter is attenuated according to the thickness of the passing portion of the ridge filter. This energy forms the SOBP by overlapping of the attenuated ion beam.

균일 주사 조사법에서는, 비특허문헌 2에도 기재된 바와 같이, 빔 전류값을 낮게 억제한 후, 이온 빔을 조사 평면상에서 다수 회의 반복 조사(이하, 리페인트)를 함으로써 소정의 선량 균일도를 달성한다. 그로 인해, 빔 전류값을 일정값으로 제어함으로써, 조사 평면상에서의 선량 균일도의 악화를 억제할 수 있으므로, 리페인트 횟수를 감소시켜 선량률을 향상시킬 수 있다.In the uniform scanning irradiation method, a predetermined dose uniformity is achieved by repeatedly irradiating the ion beam on the irradiation plane a plurality of times (hereinafter referred to as re-painting), as described in Non-Patent Document 2, after the beam current value is suppressed to be low. Therefore, by controlling the beam current value to a constant value, deterioration of the dose uniformity on the irradiation plane can be suppressed, so that the number of repainting can be reduced and the dose rate can be improved.

또한, 균일 주사 조사법에서의 빔의 주사 방법에 대해 도 4를 이용하여 설명한다. 균일 주사 조사법에는, 단원 와블러법(예를 들면, 특허문헌 2에 기재), 나선 와블러법(예를 들면, 특허문헌 3에 기재), 래스터 주사법(비특허문헌 1의 3564페이지, 도 7) 및 라인 주사법이 고려되고 있다. 단원 와블러법은, 도 4의 (a)에 기재된 바와 같이, 주사 전자석에 의해 조사 빔을 단원 주사함으로써, 주사한 빔의 가우스 분포의 겹침에 의해 평탄한 균일도를 형성한다. 나선 와블러법(도시하지 않음)은, 단원 와블러법보다도 비정을 확보한 후, 빔 이용 효율을 향상시키기 위해 고안된 주사법으로, 초기 위상을 변화시킨 주사 궤적을 중첩함으로써 조사 평면 상을 주사한다. 래스터 주사법은 앞서 설명한 와블러법과 달리, 도 4의 (b)에 기재된 바와 같이, 빔을 직선적으로 연속하여 주사하는 방법이다. 또한 라인 주사법은, 도 4의 (c)에 기재된 바와 같이, 래스터 주사법에서는 조사하고 있었던 단주사 방향으로의 주사중에는 빔의 조사를 정지하여, 실효적인 빔의 이용 효율을 높이는 방법이다.A method of scanning a beam in the uniform scanning irradiation method will be described with reference to Fig. In the uniform scanning irradiation method, there can be used a unit and a blur method (for example, described in Patent Document 2), a spiral and blur method (for example, described in Patent Document 3), a raster scanning method (non-patent reference 1, page 3564, ) And line scanning methods are considered. The unit and blur method forms a flat uniformity by overlapping the Gaussian distribution of the scanned beam by scanning the irradiation beam by the scanning electromagnet, as shown in Fig. 4 (a). The spiral and blur method (not shown) scans the irradiation plane by superimposing scan trajectories whose initial phase is changed by a scanning method designed to improve the beam utilization efficiency, after securing an edge than the unit and blur method. The raster scanning method is a method of scanning the beam linearly and continuously, as described in Fig. 4 (b), unlike the above-described blur method. In the line scanning method, as shown in Fig. 4 (c), the irradiation of the beam is stopped during scanning in the single scanning direction, which is irradiated by the raster scanning method, thereby increasing the effective use efficiency of the beam.

여기서, 1단위의 조사에 필요한 빔 주사에 대해 설명한다. 우선, 1단위의 조사에 필요한 빔 주사의 범위와 같은 경우에는, 주사 개시점으로부터 종료점까지 주사한 궤적으로 한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 단원 와블러법 및 나선 와블러법(도시하지 않음)은, 주사 개시점과 종료점이 동일점이 된다. 또한, 래스터 주사법 및 라인 주사법은, 주사 개시점과 종료점이 다르다. 이들 1단위의 조사에 필요한 주사 시간은, 1주사당 십수 밀리초∼100밀리초이므로, 싱크로트론의 출사 제어 시간(약 0.5초∼수초)에 대해 충분히 짧다.Here, beam scanning required for irradiation of one unit will be described. First, when it is the same as the range of the beam scanning necessary for irradiation of one unit, the trajectory is scanned from the scanning start point to the end point. As shown in Fig. 4, the scanning starting point and the ending point are the same point in the unit, the blurring method, and the spiral and blurring method (not shown). Further, in the raster scanning method and the line scanning method, the scanning starting point and the ending point are different. The scanning time necessary for irradiation of these units is from 10 to 100 milliseconds per one week, so that it is sufficiently short for the emission control time (about 0.5 sec to several seconds) of the synchrotron.

다음으로, 각 문헌의 기재를 이용하면서 검토가 필요한 사항에 대해 설명한다. 균일 주사 조사법에서는, 조사선량의 균일도를 유지하기 위해서는, 출사 제어중에 소정의 영역을 조사 완료할 때까지 빔을 고갈시키는 일 없이 조사하는 것이 요망된다. 비특허문헌 1에서는, 이온 빔 발생 장치로서 사이클로트론을 채용하고 있다. 사이클로트론의 경우, 조사 장치에 공급하는 이온 빔은 직류 빔이 된다. 그러나 이온 빔 발생 장치에 싱크로트론을 채용할 때, 싱크로트론의 운전 주기에 맞추어 싱크로트론 내에 축적된 이온 빔을 조사 장치에 공급한다. 그로 인해, 출사 제어를 계속함으로써 싱크로트론에 축적된 이온 빔이 고갈될 우려가 있다. 그로 인해, 싱크로트론의 축적 빔이 고갈되었을 때, 출사 제어를 정지함과 함께 주사 전자석의 빔 주사 제어를 정지한 후, 다시 다음 운전 주기로부터 이온 빔의 축적과 출사 제어 및 주사 전자석의 빔 주사 제어를 계속할 필요가 있다.Next, we explain the matters that need to be reviewed while using the description of each document. In the uniform scanning irradiation method, in order to maintain the uniformity of the irradiation dose, it is desired to irradiate the irradiation area without exhausting the beam until irradiation of the predetermined area is completed during the irradiation control. Non-Patent Document 1 employs a cyclotron as an ion beam generating apparatus. In the case of a cyclotron, the ion beam supplied to the irradiation apparatus becomes a direct current beam. However, when employing a synchrotron in the ion beam generator, the ion beam accumulated in the synchrotron is supplied to the irradiation device in accordance with the operation cycle of the synchrotron. Thereby, there is a fear that the ion beam accumulated in the synchrotron is exhausted by continuing the emission control. Therefore, when the accumulation beam of the synchrotron is depleted, the emission control is stopped and the beam scanning control of the scanning electromagnet is stopped. Thereafter, the accumulation and emission control of the ion beam and the beam scanning control of the scanning electromagnet are repeated We need to continue.

이 축적 빔 전하량의 고갈에 수반되는 빔 조사의 정지가 발생한 경우라도 선량 균일도에 영향을 미치지 않도록, 싱크로트론으로부터 조사 장치에 공급하는 이온 빔의 전류값은 낮게 설정하고, 100회 정도의 리페인트를 실시함으로써, 빔 조사 정지 위치에서의 선량 균일도의 악화를 억제하고 있었다(비특허문헌 1의 3562페이지에 기재). 그로 인해, 소정의 선량을 조사하는 데 시간이 걸리므로, 치료 시간이 길어져 버리는 과제가 있었다.The current value of the ion beam supplied from the synchrotron to the irradiation device is set to be low and repaint is performed about 100 times so that the dose uniformity is not affected even if the irradiation of the beam accompanying the depletion of the accumulation beam charge is stopped Thereby suppressing the deterioration of the dose uniformity at the beam irradiation stop position (described in Non-Patent Document 1, page 3562). As a result, it takes a long time to irradiate a predetermined dose, so that the treatment time becomes long.

또한, 싱크로트론으로부터 공급하는 이온 빔의 시간 변동을 억제하는 수단으로서, 출사 빔 전류 피드백 제어가 고안되어 있다. 출사 빔 전류 피드백 제어는, 조사 장치에 설치된 선량 모니터 등에서 검출된 전리 전하량을 이온 빔의 전류값으로 변환하고, 이 검출 전류값과 목표 전류값의 편차를 출사용 고주파 전압의 진폭값을 보정함으로써 원하는 빔 전류값으로 보정한다. 균일 주사 조사법에 출사 빔 전류 피드백 제어를 적용할 때, 목표 빔 전류값은 일정값으로 제어한다. 그러나, 싱크로트론에 축적되는 이온 빔의 전하량은, 싱크로트론의 전단 가속기로부터 공급되는 이온 빔의 전류 변동에 기인하여 변동되는 것을 알고 있다. 그로 인해, 출사 빔 전류 피드백 제어를 실시할 때, 1단위의 조사에 필요한 시간과 출사 빔의 목표전류값의 곱으로 나타내어지는 출사 빔 전하량에 대해, 싱크로트론에 축적되는 이온 빔 전하량이 감소하면, 축적 빔 전하량의 고갈에 수반하여, 출사 빔 전류 피드백 제어를 하고 있음에도 불구하고, 출사 제어 후반의 빔 전류 파형에 이지러짐이 발생되어 버려, 선량 균일도가 악화될 우려가 있었다.Further, outgoing beam current feedback control is devised as means for suppressing time variation of the ion beam supplied from the synchrotron. The emission beam current feedback control is performed by converting the amount of ionized charge detected by a dose monitor or the like installed in the irradiation apparatus into a current value of the ion beam and correcting the deviation of the detected current value and the target current value by the amplitude value of the output high- Correct it with the beam current value. When applying the emission beam current feedback control to the uniform scanning method, the target beam current value is controlled to a constant value. However, it is known that the charge amount of the ion beam accumulated in the synchrotron fluctuates due to the current fluctuation of the ion beam supplied from the shear accelerator of the synchrotron. Therefore, when the outgoing beam current feedback control is performed, the amount of the ion beam charge accumulated in the synchrotron decreases with respect to the outgoing beam charge amount expressed by the product of the time required for one unit of irradiation and the target current value of the outgoing beam, The beam current waveform of the latter half of the emission control is generated and the uniformity of the dose is likely to be deteriorated although the beam current feedback control is performed in accordance with the depletion of the beam charge amount.

특허문헌 4에서는, 출사 제어중의 빔 고갈을 억제하는 대책으로서, 싱크로트론으로부터 빔을 출사 제어 후에 축적 빔 전하량을 계측하고, 축적 빔 전하량이 1단위의 조사에 필요한 전하량이 되지 않는 경우, 감속 제어로 천이하는 취지가 기재되어 있다. 이러한 제어를 실시함으로써, 1단위의 조사중에 빔의 고갈은 발생하지 않지만, 싱크로트론에 축적되어 있는 빔 전하량의 이용 효율이 낮아진다고 하는 과제가 있었다.In Patent Document 4, as a countermeasure for suppressing the beam depletion during emission control, the amount of accumulated beam charge is measured after the emission control of the beam from the synchrotron, and when the amount of accumulated beam charge does not become the amount of charge necessary for irradiation of one unit, The purpose of transition is described. By performing such control, there is a problem that the exhaustion of the beam does not occur during irradiation of one unit, but the utilization efficiency of the beam charge amount accumulated in the synchrotron is lowered.

또한, 특허문헌 5에서는, 출사 제어 전에 축적 빔 전하량을 계측하여, 출사 빔 전류 피드백 제어의 목표값을 보정하는 취지가 기재되어 있다. 피드백 제어의 목표값의 보정에 있어서, 미리 싱크로트론을 주회하는 이온 빔의 축적 전하량의 표준값을 설정하고, 싱크로트론의 출사 제어 직전에 계측한 축적 빔 전하량과 축적 전하량의 표준값의 비교 결과에 기초하여 출사 빔 전류값을 보정하는 취지가 기재되어 있다. 특허문헌 5에서는, 축적된 이온 빔 전하량을 한 번의 출사 제어로 효율적으로 출사하는 것을 전제로 하고 있으므로, 균일 주사 조사법과 같이 조사 장치에 공급하는 이온 빔의 전류값을 낮게 설정하고, 복수 회로 나누어 주사하여 조사하는 조사 방법은 상정되어 있지 않다.Patent Document 5 discloses that the accumulated beam charge amount is measured before emission control to correct the target value of the emission beam current feedback control. In the correction of the target value of the feedback control, a standard value of the accumulated charge amount of the ion beam circling around the synchrotron is set in advance, and based on the comparison result between the accumulated beam charge amount measured immediately before the emission control of the synchrotron and the standard value of the accumulated charge amount, The correction of the current value is described. In Patent Document 5, since it is premised that the accumulated ion beam charge amount is emitted efficiently by one emission control, the current value of the ion beam to be supplied to the irradiation apparatus is set to be low as in the uniform scanning irradiation method, And there is no method of survey to investigate the problem.

이하에 설명하는 본 발명의 각 실시예에서는, 싱크로트론 내의 축적 빔 전하량에 변동이 발생되어도 1단위의 조사중에 빔 고갈을 발생시키지 않고, 또한 조사선량의 평탄도를 담보할 수 있다. 또한, 싱크로트론 내의 축적 빔 전하량을 효율적으로 이용함으로써, 소정의 선량의 조사에 필요한 시간을 단축하여, 치료 시간을 짧게 할 수 있다.In each of the embodiments of the present invention described below, even if the amount of accumulated beam charge in the synchrotron fluctuates, the beam depletion does not occur during irradiation of one unit, and the flatness of the irradiation dose can be ensured. Further, by efficiently using the accumulated beam charge amount in the synchrotron, the time required for irradiation with a predetermined dose can be shortened, and the treatment time can be shortened.

또한, 이하에 설명하는 각 실시예는, 조사 장치로부터 1단위의 조사를 복수 회 행하는 균일 주사 조사법에 관한 것이다. 1단위의 조사를 복수 회 행하는, 즉, 리페인트한다고 하는 것은, 전형적으로는 어느 조사 평면에의 1면의 조사를 복수 회 반복하는 것을 의미한다. 각 실시예에서는 균일 주사 조사법에 있어서의 「1면의 조사」를 「1단위의 조사」라고 표현하고 있는데, 이것은 특허문헌 5와 같이 싱크로트론에 축적된 이온 빔의 1면에의 조사를 1회만 행하는 것과의 차이를 명확하게 하기 위함이다.Each of the embodiments described below relates to a uniform irradiation method in which irradiation of one unit is performed plural times from the irradiation device. A plurality of times of irradiating one unit, that is, remapping means typically repeating irradiation of one surface to a certain irradiation plane a plurality of times. In each of the embodiments, " irradiation on one surface " in the uniform irradiation method is expressed as " irradiation in one unit ", which means that irradiation of one surface of the ion beam accumulated in the synchrotron is performed only once To clarify the difference between the two.

[제1 실시예][First Embodiment]

본 발명의 적절한 일 실시예인 입자선 조사 시스템을, 도 1 및 도 2 및 도 3을 이용하여 설명한다. 본 실시예의 입자선 조사 시스템(1)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 이온 빔 발생 장치(11), 빔 수송 장치(14), 조사 영역 형성 장치(하전 입자 빔 조사 장치, 이하, 조사 장치로 함)(30)를 구비하고, 빔 수송 장치(14)가, 이온 빔 발생 장치(11)와 치료실 내에 배치되는 조사 장치(30)를 연락한다.A particle irradiation system, which is a preferred embodiment of the present invention, will be described with reference to Figs. 1, 2, and 3. Fig. 1, the particle beam irradiating system 1 of the present embodiment includes an ion beam generator 11, a beam transport device 14, an irradiation area forming device (a charged particle beam irradiating device, ) 30, and the beam transport device 14 makes contact with the ion beam generator 11 and the irradiation device 30 disposed in the treatment room.

상기 입자선 조사 시스템(1)의 제어 시스템은, 이온 빔 발생 장치(11) 및 빔 수송 장치(14)를 제어하는 가속기 제어 장치(40), 입자선 조사 시스템(1) 전체를 통괄하여 제어하는 통괄 제어 장치(41), 환자에의 빔 조사 조건을 계획하는 치료 계획 장치(43), 치료 계획 장치(43)에서 계획한 정보나 이온 빔 발생 장치인 싱크로트론(13) 및 빔 수송 장치(14)의 제어 정보 등을 기억하는 기억 장치(42), 싱크로트론(13)을 구성하는 기기의 동기 제어를 실현하는 타이밍 시스템(50), 환자의 안전을 담보하기 위해 통괄 제어 장치(41)와는 독립된 인터로크 시스템(60)으로 구성된다. 또한, 출사용 제어 장치(20)에 의해, 이온 빔 발생 장치(11)로부터 빔 수송 장치(14)로의 빔을 출사할 때에 이용하는 고주파 전압을 제어한다.The control system of the particle beam irradiation system 1 includes an accelerator control device 40 for controlling the ion beam generator 11 and the beam transport device 14, The synchrotron 13 and the beam transport device 14, which are the information planned by the treatment planning device 43 and the ion beam generating device, A timing system 50 for realizing synchronous control of the devices constituting the synchrotron 13, an interlock 41 independent of the general control device 41 for securing the safety of the patient, System 60 shown in Fig. Further, the emission control device 20 controls the high-frequency voltage used when emitting the beam from the ion beam generator 11 to the beam transport device 14. [

이온 빔 발생 장치(11)는, 이온원(도시하지 않음), 전단 가속기(12) 및 싱크로트론(13)을 구비한다. 이온원은 전단 가속기(12)에 접속되고, 전단 가속기(12)는 싱크로트론(13)에 접속된다. 전단 가속기(12)는, 이온원에서 발생한 이온 빔(10)을 싱크로트론(13)에 입사 가능한 에너지까지 가속한다. 전단 가속기(12)에서 가속된 이온 빔(10a)은, 싱크로트론(13)에 입사된다.The ion beam generator 11 includes an ion source (not shown), a shear accelerator 12, and a synchrotron 13. The ion source is connected to the shear accelerator 12, and the shear accelerator 12 is connected to the synchrotron 13. [ The shear accelerator 12 accelerates the ion beam 10 generated from the ion source up to the energy that can be incident on the synchrotron 13. The ion beam 10a accelerated by the shear accelerator 12 is incident on the synchrotron 13.

도 2의 (a)에 싱크로트론(13)의 운전 사이클에 있어서의 주회 빔의 에너지의 변화를, 도 2의 (b)에 축적 빔 전하량의 변화를 나타낸다. 싱크로트론(13)은, 입사, 가속, 출사, 감속이라고 하는 일련의 운전 제어를 2초∼3초 주기로 실시한다. 또한, 출사 제어에 있어서는, 사전에 출사 준비 제어를 실시한다.2 (a) shows the change of energy of the main beam in the operation cycle of the synchrotron 13, and FIG. 2 (b) shows the change of the accumulated beam charge amount. The synchrotron 13 performs a series of operation control such as incidence, acceleration, emission, and deceleration at intervals of 2 to 3 seconds. In the emission control, emission preparation control is performed in advance.

싱크로트론(13)에 입사된 빔(10b)은, 가속 공동(도시하지 않음)에 인가한 고주파 전압에 의해 에너지가 부여됨으로써, 원하는 에너지까지 가속한다. 이때, 싱크로트론(13) 내를 주회하는 이온 빔(10b)의 주회 궤도가 일정해지도록, 이온 빔(10b)의 주회 에너지의 증가에 맞추어 편향 전자석(18), 4극 전자석(도시하지 않음) 등의 자장 강도 및 가속 공동에 인가하는 고주파 전압의 주파수를 높인다.The beam 10b incident on the synchrotron 13 is energized by a high-frequency voltage applied to an accelerating cavity (not shown), thereby accelerating to a desired energy. At this time, the deflecting electromagnet 18, the quadrupole electromagnet (not shown), and the like (not shown) are arranged in accordance with the increase of the circumference energy of the ion beam 10b so that the orbit of the ion beam 10b circulating in the synchrotron 13 becomes constant. The frequency of the high frequency voltage applied to the accelerating cavity is increased.

원하는 에너지까지 가속한 이온 빔(10b)은, 출사 준비 제어에 의해, 4극 전자석 및 6극 전자석(도시하지 않음)의 여자량에 의해 주회 빔(10b)이 출사 가능한 조건(주회 빔의 안정 한계 조건)을 성립시킨다. 출사 준비 제어가 종료된 후, 출사용 제어 장치(20)로부터 출사용 고주파 전극(16)에 고주파 전압을 인가하고, 싱크로트론(13) 내를 주회하는 빔(10b)의 베타트론 진동 진폭을 증대시킨다. 이 베타트론 진동 진폭의 증대에 의해, 안정 한계 조건을 초과한 주회 빔(10b)은 싱크로트론(13)으로부터 빔 수송 장치(14)로 출사되어, 조사 장치(30)에 수송된다. 싱크로트론(13)으로부터의 빔 출사 제어는, 출사용 제어 장치(20)에 의해 출사용 고주파 전극(16)에 인가하는 고주파 전압의 ON/OFF 제어함으로써 고속으로 실현 가능하다.The ion beam 10b accelerated to the desired energy is subjected to irradiation control under the condition that the main beam 10b can be emitted by the energization amount of the quadrupole electromagnet and the hexagonal electromagnet Condition). After the emission preparation control is finished, a high frequency voltage is applied from the yarn use control device 20 to the output high frequency electrode 16 to increase the Bettron oscillation amplitude of the beam 10b which circulates in the synchrotron 13. The main beam 10b exceeding the stability limit condition is emitted from the synchrotron 13 to the beam transport device 14 and transported to the irradiation device 30 by the increase of the amplitude of the vibration of the betatron. The beam emission control from the synchrotron 13 can be realized at high speed by controlling ON / OFF of the high-frequency voltage applied to the output high frequency electrode 16 by the emission control device 20.

싱크로트론(13) 내의 축적 빔 전하량(70)은, 싱크로트론(13)의 운전 시퀀스(도 2의 (a))에 맞추어, 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이 변화된다. 싱크로트론(13)에 이온 빔(10a)이 입사되면, 축적 빔 전하량은 서서히 높아진다. 가속 제어의 초기에는 공간 전하 효과 등에 의해 이온 빔이 손실되므로, 축적 빔 전하량이 감쇠되지만, 가속 중기로부터 가속 후기까지는 거의 일정해진다. 싱크로트론(13)은, 이온 빔(10b)을 싱크로트론(13)으로부터 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)마다 출사한다. 1단위의 조사가 종료되면, 후술하는 조사 장치(30)의 주사 전자석(32)의 조사 개시점으로의 이동 등의 준비를 위해 빔의 출사를 정지한다. 이러한 빔의 출사와 정지를 반복하여, 출사 제어 구간에 완전히 출사되지 않고 싱크로트론(13) 내에 잔존한 빔 전하량(Q_loss)은, 그 후의 감속 제어에 의해, 낮은 에너지까지 감속되어 소멸된다.The accumulated beam charge amount 70 in the synchrotron 13 changes as shown in Fig. 2 (b) in accordance with the operation sequence of the synchrotron 13 (Fig. 2 (a)). When the ion beam 10a is incident on the synchrotron 13, the amount of accumulated beam charge gradually increases. In the initial stage of the acceleration control, the ion beam is lost due to the space charge effect and the like, so that the amount of charge of the accumulation beam is attenuated. The synchrotron 13 emits the ion beam 10b from the synchrotron 13 every amount of charge Q _scan necessary for irradiation of one unit. When irradiation of one unit is completed, emission of the beam is stopped for preparation of movement of the irradiation device 30 to be described later to the irradiation starting point of the scanning electromagnet 32 to be described later. The beam charge amount Q _loss remaining in the synchrotron 13 without repeating the emission and stop of such a beam so as to be completely emitted to the emission control period is decelerated to a low energy by the subsequent deceleration control and is destroyed.

도 3에 조사 장치의 구성을 도시한다. 조사 장치(30)에서는, 주사 전자석(32)에 의해 조사 평면상을 주사하고, 환자에 조사하는 빔(10d)의 조사선량을 계측하는 선량 모니터(31)나 빔 형상 모니터(도시하지 않음)에서, 조사하는 빔(10d)의 선량 강도나 빔 형상을 차례로 확인한다. 주사 전자석(32)에 의해 주사된 빔(10d)은, 에너지 흡수체(33)를 통과함으로써 환부 깊이 방향의 두께에 맞춘 SOBP를 형성한다. SOBP가 형성된 빔을 콜리메이터(34)나 볼러스(35)와 같은, 환자(36)의 환부 형상(37)에 맞춘 고유 지그에 의해 환부 형상에 맞춘 조사 영역을 형성한다.Fig. 3 shows the configuration of the irradiation apparatus. The irradiating device 30 scans the irradiation plane with the scanning electromagnet 32 and measures the irradiation dose of the beam 10d irradiated to the patient by using a dose monitor 31 or a beam shape monitor , The beam intensity of the beam 10d to be irradiated and the beam shape are checked in order. The beam 10d scanned by the scanning electromagnet 32 passes through the energy absorbing member 33 to form an SOBP adapted to the thickness in the ring depth direction. The beam formed with the SOBP is irradiated with an intrinsic jig matching the annular shape 37 of the patient 36, such as the collimator 34 or the bolus 35,

출사용 제어 장치(20)에 있어서의 출사용 고주파 전압의 제어법에 대해 도 8을 이용하여 설명한다. 고주파 발진기(21)는, 에너지에 따라서 제어되는 출사용 고주파 전압의 중심 주파수 Fc의 고주파 신호를 출력한다. 고주파 발진기(21)로부터 출력된 고주파 신호는, 대역 제한 고주파 신호 발생부(22)로부터 출력된 대역 제한 고주파 신호와 고주파 믹서(221)에서 믹싱된다. 이에 의해, 중심 주파수가 Fc, 주파수 폭 2Fw의 대역 제한 고주파 신호가 얻어진다. 믹싱된 대역 제한 고주파 신호는, 목표 빔 전류 보정 연산부(29)에서 얻어진 빔 전류 강도 파형(빔 전류 강도의 목표값)을 실현하도록 빔 전류 피드백 제어 회로(24)에서 고주파 전압의 진폭값을 제어한다. 빔 전류 피드백 제어 회로(24)는, 진폭 변조기(23)와, 피드백 루프 게인 조정기(241), 피드백 루프 게인 조정기(242), 가산 연산 회로(243), 고주파 스위치(25)로 구성된다. 우선, 선량 모니터(31)에서 검출한 선량 모니터 검출 신호(311)와 목표 빔 전류 보정 연산부(29)로부터 설정되는 목표 빔 전류값(I_fb)의 편차를 피드백 루프 게인 조정기(241)에서 연산한다. 이 연산 결과를 피드백 루프 게인 조정기(241)에서 피드백 게인에 기초하여 피드백 보정 신호를 연산한다. 가산 연산 회로(243)에서 진폭 변조 신호(Am)와 피드백 보정 신호를 가산함으로써, 진폭 변조 신호를 보정한다. 이 가산 결과를 진폭 변조기(23)에 설정함으로써, 빔 전류 피드백 제어를 실현한다.A method of controlling the output high frequency voltage in the emission control device 20 will be described with reference to FIG. The high-frequency oscillator 21 outputs a high-frequency signal having a center frequency Fc of an output high-frequency voltage controlled by energy. The high-frequency signal output from the high-frequency oscillator 21 is mixed with the band-limited high-frequency signal output from the band-limited high-frequency signal generator 22 and the high-frequency mixer 221. Thus, a band-limited high-frequency signal having a center frequency Fc and a frequency width of 2Fw is obtained. The mixed-band limited high-frequency signal controls the amplitude value of the high-frequency voltage in the beam current feedback control circuit 24 so as to realize the beam current intensity waveform (the target value of the beam current intensity) obtained by the target beam current correction calculating section 29 . The beam current feedback control circuit 24 is constituted by an amplitude modulator 23, a feedback loop gain adjuster 241, a feedback loop gain adjuster 242, an addition operation circuit 243 and a high frequency switch 25. First, the deviation between the dose monitor detection signal 311 detected by the dose monitor 31 and the target beam current value I _fb set by the target beam current correction calculating section 29 is calculated by the feedback loop gain adjuster 241 . The feedback loop gain adjuster 241 calculates the feedback correction signal based on the feedback gain. The addition operation circuit 243 adds the amplitude modulation signal Am and the feedback correction signal to correct the amplitude modulation signal. By setting the addition result in the amplitude modulator 23, beam current feedback control is realized.

빔 전류 피드백 제어 회로(24)에서 진폭값이 제어된 고주파 신호는, 인터로크 시스템(60)에 의해 제어되는 고주파 스위치(26)를 통해 고주파 전력 증폭기(17)로 전송한다. 고주파 전력 증폭기(17)에서 증폭된 대역 제한 고주파 신호는, 출사용 고주파 전극(16)에 인가한다. 출사용 고주파 전극(16)에 인가된 고주파 신호에 의해, 싱크로트론(13) 내를 주회하는 빔(10b)의 베타트론 진동 진폭이 증대되어, 싱크로트론(13)으로부터 빔 수송 장치(14)에 출사된다.The high frequency signal whose amplitude value is controlled by the beam current feedback control circuit 24 is transmitted to the high frequency power amplifier 17 through the high frequency switch 26 controlled by the interlock system 60. The band-limited high-frequency signal amplified by the high-frequency power amplifier 17 is applied to the output high-frequency electrode 16. Frequency signal applied to the output high frequency electrode 16 increases the amplitude of the Bettron oscillation of the beam 10b circulating in the synchrotron 13 and is emitted from the synchrotron 13 to the beam transport device 14. [

본 실시예의 특징인, 출사용 제어 장치(20)를 구성하는 목표 빔 전류 보정 연산부(29)에서의 목표 빔 전류의 연산 처리 방법에 대해, 도 5, 도 6, 도 7 및 도 8을 이용하여 설명한다. 도 5는 조사 제어 개시 전의 제어 준비 플로우를 나타내고 있고, 도 6은 빔 조사 제어시의 플로우를 나타내고 있다. 도 7은 도 6에 나타낸 빔 조사시의 제어 플로우에 의한 빔 조사 제어시의 목표 빔 전류값과 그것에 수반되는 축적 빔 전하량의 시간 변화를 나타내고 있다. 도 8은 출사 빔 전류에 대한 피드백 제어 시스템의 구성을 나타내고 있다.5, 6, 7, and 8, a description will be given of a calculation processing method of the target beam current in the target beam current correction arithmetic unit 29 constituting the output control device 20, which is a feature of the present embodiment Explain. Fig. 5 shows a control preparation flow before irradiation control is started, and Fig. 6 shows a flow at the time of beam irradiation control. Fig. 7 shows the change of the target beam current value during the beam irradiation control according to the control flow at the time of beam irradiation shown in Fig. 6 and the accumulation beam charge amount with time. Fig. 8 shows a configuration of a feedback control system for an emission beam current.

조사 전의 출사 빔 전류 피드백 제어에 이용하는 목표 빔 전류값의 연산 설정 플로우에 대해, 도 5를 이용하여 설명한다. 우선, 환자에의 조사 치료를 개시하기 전에, 출사 빔 전류 피드백 제어에 이용하는 목표 빔 전류값(I_fb)의 초기값의 설정 방법을 설명한다. 치료 계획 장치(43)는, 환자(36)에의 총 조사선량을 산출하여, 기억 장치(42)에 등록한다. 기억 장치(42)에는, 미리 조사선량에 대한 조사 전하량의 환산 테이블 데이터를 준비해 둔다. 통괄 제어 장치(41)는, 치료 스케줄러(도시하지 않음)로부터의 조사 조건에 기초하여, 치료 계획 장치(43)에서 연산한 총 조사선량을 판독하여, 치료 계획 장치(43)가 요구한 총 조사선량을 얻는 데에 필요한 총 조사 전하량(Q_target)을 통괄 제어 장치(41)에 미리 준비되어 있는 환산 테이블 데이터로부터 산출한다. 통괄 제어 장치(41)는, 조사 제어 장치(44)에 대해 총 조사 전하량(Q_target)이나 조사 장치의 설정 조건을 전송하고, 조사 제어 장치는 수신 수단으로 총 조사 전하량(Q_target) 등의 정보를 수신한다.The calculation setting flow of the target beam current value used for the emission beam current feedback control before irradiation will be described with reference to Fig. First, a method of setting the initial value of the target beam current value I _fb used for the emission beam current feedback control will be described before starting the irradiation treatment to the patient. The treatment planning device 43 calculates the total irradiation dose to the patient 36 and registers it in the storage device 42. [ In the storage device 42, conversion table data of the irradiation charge amount with respect to the irradiation dose is prepared in advance. The general control device 41 reads out the total irradiation dose calculated by the treatment planning device 43 based on the irradiation condition from the treatment scheduler (not shown), and outputs the total irradiation dose calculated by the treatment planning device 43 The total irradiation charge amount Q _target necessary for obtaining the dose is calculated from the conversion table data prepared in advance in the overall control device 41. [ The collective control device 41 transmits the total irradiation amount Q _target and the setting condition of the irradiation device to the irradiation control device 44 and the irradiation control device transmits information such as the total irradiation charge amount Q _target .

조사 제어 장치(44)는, 싱크로트론에서 출사 가능한 빔 전류 제어 범위에 기초하여, 1단위의 조사에서의 기준 빔 전류값(I_scan)을 산출하고, 주사 전자석(32)의 주사 속도에 기초하여, 1단위의 조사에 필요한 주사 시간(T_scan)을 설정한다(801).The irradiation control device 44 calculates the reference beam current value I _scan at one unit of irradiation based on the beam current control range that can be emitted from the synchrotron and, based on the scanning speed of the scanning electromagnet 32, A scan time (T _scan ) necessary for irradiation of one unit is set (801).

다음으로, 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)과, 리페인트 횟수(N_r)를 산출한다(802). 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)은, (수학식1)에 나타낸 바와 같이, 1단위의 조사에서의 기준 빔 전류값(I_scan)과 1단위의 조사에 필요한 주사 시간(T_scan)을 곱함으로써 구해진다. 또한, 리페인트 횟수(N_r)는, (수학식2)에 나타낸 바와 같이, 총 조사 전하량(Q_target)을 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)으로 나눔으로써 산출할 수 있다.Next, the amount of charge (Q _scan ) necessary for one unit of irradiation and the number of times of repainting (N _r ) are calculated (802). The amount of charge Qscan required for irradiation of one unit can be obtained by _multiplying the reference beam current value I _scan in one unit of irradiation and the scanning time T _scan necessary for irradiation in one unit, . &Lt; / RTI > The number of repaints (N _r ) can be calculated by dividing the total irradiation charge amount (Q _target ) by the amount of charge (Q _scan ) necessary for irradiating one unit, as shown in (2).

조사 영역에의 잔여 조사 전하량(Q_rest)에 총 조사 전하량(Q_target)을 설정함으로써 초기화한다(803). 잔여 조사 전하량(Q_rest)이라 함은, 총 조사 전하량(Q_target)으로부터 환부에 조사한 전하량의 누적값(누적 조사 전하량(Q_sum))을 뺀 것이다. 또한, 누적 조사 전하량(Q_sum)에 0을 설정함으로써 초기화한다(804).(803) by setting the total irradiation charge amount (Q _target ) to the remaining irradiation irradiation amount (Q _rest ) in the irradiation area. The remaining irradiation charge amount Q _rest is obtained by subtracting the accumulated value (accumulated irradiation electric charge amount Q _sum ) of the electric charge amount irradiated to the affected part from the total irradiation electric charge amount Q _target . Further, initialization is performed by setting 0 to the accumulated irradiation charge amount Q _sum (804).

출사 빔 전류 피드백 제어의 목표 빔 전류값(I_fb)의 초기값으로서, 1단위의 조사에서의 기준 빔 전류값(I_scan)을 출사용 제어 장치(20)에 설정한다(805). 상기한 제어 플로우(801∼805)는, 조사 제어 장치(44)에서 실시한다. 또한, 도 5에 나타낸 조사 준비 제어는, 환자에의 조사 개시시의 운전 주기에서만 실시하고, 2회째 이후의 운전 주기에서는 실시하지 않는다.The reference beam current value I _scan at the irradiation of one unit is set as the initial value of the target beam current value I _fb of the emission beam current feedback control in the emission control device 20 (805). The above-described control flows 801 to 805 are executed by the irradiation control device 44. The irradiation preparation control shown in Fig. 5 is performed only in the operation cycle at the start of irradiation to the patient, and not in the second and subsequent operation cycles.

빔의 조사 제어 플로우에 대해, 도 6을 이용하여 설명한다. 싱크로트론(13)은, 전단 가속기(12)로부터 입사한 빔을 소정의 에너지까지 가속한다(811). 빔 가속 제어가 종료된 후, 싱크로트론 내에 축적되어 있는 축적 빔 전하량(Q_meas)을 계측한다(812). 축적 빔 전하량(Q_meas)의 계측은, 싱크로트론(13) 내에 설치되어 있는 DCCT 등의 축적 빔 전하량 검출 수단(15)을 이용하여 계측한다. 축적 빔 전하량(Q_meas)의 계측 결과는, 출사 제어 장치(20)에 저장하고, 출사 제어 장치(20)를 구성하는 목표 빔 전류 보정 연산부(29)에서, 이하의 제어 플로우에 나타낸 처리를 실시한다.The irradiation control flow of the beam will be described with reference to Fig. The synchrotron 13 accelerates the beam incident from the shear accelerator 12 to a predetermined energy (811). After the beam acceleration control is completed, the accumulated beam charge amount Q _meas accumulated in the synchrotron is measured (812). The accumulation beam charge amount Q _meas is measured using the accumulated beam charge amount detecting means 15 such as DCCT provided in the synchrotron 13. [ The measurement results of the accumulated beam charge amount _Qmeas are stored in the emission controller 20 and the target beam current correction calculator 29 constituting the emission controller 20 performs the processing shown in the following control flow do.

목표 빔 전류 보정 연산부(29)에서는, 우선 싱크로트론(13) 내의 축적 빔 전하량(Q_meas)이 고갈되어 있는지를 판단한다(813). 축적 빔 전하량이 고갈되어 있었던 경우(Q_meas≤0), 빔의 감속 제어로 이행한다(814).The target beam current correction calculating unit 29 first determines whether the accumulated beam charge amount Q _{meas in the} synchrotron 13 is exhausted (813). When the accumulation beam charge amount is exhausted (Q _{meas? 0} ), the control proceeds to deceleration control of the beam (814).

축적 빔 전하량이 고갈되어 있지 않으면(Q_meas＞0), 잔여 조사 전하량(Q_rest)과 축적 빔 전하량(Q_meas)을 비교하여, 비교 전하량(Q_comp)으로 설정할 전하량을 결정한다(815). 비교 전하량(Q_comp)이라 함은, 후술하는 1단위의 조사에서의 기준 빔 전류값(I_scan)의 보정 제어시의 기준으로 되는 전하량을 말한다. 축적 빔 전하량(Q_meas)에 대해 잔여 조사 전하량(Q_rest)이 많은 경우는, 비교 전하량(Q_comp)에 축적 빔 전하량(Q_meas)을 설정하고(816), 축적 빔 전하량(Q_meas)에 대해 잔여 조사 전하량(Q_rest)이 적은 경우는, 비교 전하량(Q_comp)에 잔여 조사 전하량(Q_rest)을 설정한다(817). 즉, 잔여 조사 전하량(Q_rest)과 축적 빔 전하량(Q_meas) 중 적은 쪽을 비교 전하량(Q_comp)으로 하고 있다.(Q _meas > 0), the remaining charge quantity Q _rest is compared with the accumulated beam charge quantity Q _meas to determine the charge quantity to be set as the compared charge quantity Q _comp (815). The comparative charge amount Q _comp refers to the amount of charge that becomes a reference at the time of correction control of the reference beam current value I _scan in irradiation of one unit, which will be described later. The accumulated beam charge amount Q _meas is set (816) in the compared charge amount Q _comp , and the accumulated beam charge amount Q _meas is set to the measured beam charge amount Q _meas in the case where the remaining irradiation amount Q _rest is larger than the accumulated beam charge amount Q _meas for the remaining amount of charge and sets a residual irradiation irradiation charge (Q _rest) is the, compared to the amount of charge (Q _comp), if (Q _rest) is less (817). That is, the smaller one of the remaining irradiation charge amount Q _rest and the accumulation beam charge amount Q _meas is set as the comparison charge amount Q _comp .

다음으로, 비교 전하량(Q_comp)과 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)을 비교한다(818). 비교 전하량(Q_comp)이 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)보다도 많은 경우(Q_comp≥Q_scan)는, 출사 빔 전류 피드백 제어의 목표값으로 되는, 목표 빔 전류값(I_fb)의 보정은 실시하지 않는다(819). 또한, 비교 전하량(Q_comp)이 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)보다도 적은 경우(Q_comp＜Q_scan)는, 목표 빔 전류값(I_fb)을 1단위의 조사에서의 기준 빔 전류값(I_scan)보다도 작아지도록 보정한다(820).Next, the comparative charge amount Q _comp is compared with the charge amount Q _scan necessary for irradiation in one unit (818). Comparing the amount of charge (Q _comp) is in many cases than the amount of charge (Q _scan) required for irradiation of the first unit (Q _comp ≥Q _scan), the emitted beams of the current feedback control to the target value, the target beam current value (I _fb) of No correction is made (819). In Comparative amounts if (Q _comp) is less than the amount of charge (Q _scan) required for irradiation of the first unit (Q _comp <Q _scan), the target beam current value (I _fb) the reference beam current in one unit of irradiation Is corrected to be smaller than the value I _scan (820).

이와 같이 목표 전류 설정 수단인 목표 빔 전류 보정 연산부(29)가 1단위의 조사에서의 기준 빔 전류값(I_scan)에 기초하여 빔 전류의 목표값(I_fb)을 보정에 의해 결정함으로써, 전단 가속기에 기인하는 빔 전류의 변동분을, 보정에 의해 적절하게 조정한 제어가 가능해진다. 본 실시예에서는, 1단위의 조사를 실시하기 전에, 1단위의 조사에 필요한 전하량이 싱크로트론 내에 축적되어 있는지를 차례로 확인하여, 싱크로트론 내의 축적 빔 전하량이 적은 경우는, 출사 빔 전류값을 보정하여 제어함으로써 1단위 조사중의 빔 고갈을 억제함으로써 조사선량 균일도를 담보하고 있다.As described above, the target beam current correction calculating unit 29, which is the target current setting unit, determines the target value I _fb of the beam current based on the reference beam current value I _scan in one unit irradiation, It is possible to perform control in which the variation of the beam current caused by the accelerator is properly adjusted by the correction. In this embodiment, it is checked in advance whether or not the amount of charge necessary for one unit of irradiation is stored in the synchrotron before the irradiation of one unit. If the amount of accumulated beam charge in the synchrotron is small, the value of the outgoing beam current is corrected Thereby suppressing beam depletion during one unit irradiation, thereby ensuring uniformity of irradiated dose.

목표 빔 전류값(I_fb)은, (수학식3)에 나타낸 바와 같이, 1단위의 조사에서의 기준 빔 전류값(I_scan)을 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)에 대한 비교 전하량(Q_comp)의 비율로 보정함으로써 얻어진다.The target beam current value I _fb is calculated by _subtracting the reference beam current value I _scan in one unit of irradiation from the comparison electric charge amount Q _scan required for irradiation of one unit, (Q _comp ).

이와 같이, 목표 전류 설정 수단인 목표 빔 전류 보정 연산부(29)에 의한 목표 빔 전류의 목표값(I_fb)의 결정에 비교 전하량(Q_comp)이 이용된다. 이에 의해 1면을 조사중에 빔 고갈을 발생시키지 않고 빔 이용 효율을 높이도록, 빔 전류를 적절하게 설정할 수 있다. 싱크로트론 내의 축적 빔 전하량을 효율적으로 이용함으로써, 소정의 선량의 조사에 필요한 시간을 단축하여, 치료 시간을 짧게 할 수 있다. 1단위의 조사중에 빔 고갈을 억제할 수 있으면, 1단위의 조사시의 빔 전류값을 높여 리페인트 횟수를 삭감할 수 있으므로, 소정의 선량의 조사에 필요한 시간을 단축하여, 치료 시간을 짧게 할 수 있다.In this manner, the comparison charge quantity Q _comp is used to determine the target value I _fb of the target beam current by the target beam current correction calculation section 29 as the target current setting means. As a result, the beam current can be appropriately set so as to increase the beam utilization efficiency without generating beam depletion during irradiation of one surface. By efficiently using the accumulated beam charge amount in the synchrotron, the time required for irradiation with a predetermined dose can be shortened and the treatment time can be shortened. If beam depletion can be suppressed during irradiation of one unit, the beam current value at the time of irradiation of one unit can be increased to reduce the number of repainting, so that the time required for irradiation with a predetermined dose is shortened and the treatment time is shortened .

상기한 목표 빔 전류값(I_fb)에 기초하여, 출사용 제어 장치(20)의 일부인 빔 전류 피드백 제어 회로(24)에서, 출사 빔 전류 피드백 제어를 실시하고, 싱크로트론(13)으로부터 조사 장치(30)에의 빔 출사 제어를 실시한다(821). 1단위의 조사가 종료되면, 누적 조사 전하량(Q_sum)에 조사한 전하량을 가산한다(822). 이때, 누적 조사 전하량(Q_sum)은, (수학식4)에 나타낸 바와 같이, 목표 빔 전류값(I_fb)과 1단위의 주사 시간(T_scan)을 곱한 것을 누적 조사 전하량(Q_sum)에 가산함으로써 구해진다. 이것과 맞추어, 잔여 조사 전하량(Q_rest)을 갱신한다(823). 잔여 조사 전하량(Q_rest)은, (수학식5)에 나타낸 바와 같이, 총 조사 전하량(Q_target)으로부터 누적 조사 전하량(Q_sum)을 감산함으로써 구해진다.Based on the target beam current value I _fb described above, the beam current feedback control circuit 24, which is a part of the yarn use control device 20, carries out the emission beam current feedback control and outputs the beam current feedback control from the synchrotron 13 to the irradiation device 30) (821). When irradiation of one unit is completed, the amount of charges irradiated on the accumulated irradiation charge amount (Q _sum ) is added (822). At this time, the cumulative irradiation charge quantity Q _sum is obtained by multiplying the cumulative irradiation charge quantity Q _sum by multiplying the target beam current value I _{fb by} the scanning time T _scan of one unit, as shown in the formula (4) . Along with this, the remaining irradiation charge amount Q _rest is updated (823). The remaining irradiation charge amount Q _rest is obtained by subtracting the cumulative irradiation charge amount Q _sum from the total irradiation electric charge amount Q _target as shown in (Equation 5).

마지막으로, 누적 조사 전하량(Q_sum)과 총 조사 전하량(Q_target)을 비교한다(824). 누적 조사 전하량(Q_sum)이 총 조사 전하량(Q_target)에 도달하였으면(Q_sum≥Q_target) 빔 조사 제어를 종료하고, 누적 조사 전하량(Q_sum)이 총 조사 전하량(Q_target)에 도달되어 있지 않은 경우(Q_sum＜Q_target)는, 제어 플로우(812)로 되돌아가, 빔 조사 제어를 계속한다.Finally, the cumulative irradiation amount Q _sum is compared with the total irradiation amount Q _target (824). When the accumulated irradiation charge quantity Q _sum reaches the total irradiation charge quantity Q _target (Q _sum ? Q _target ), the beam irradiation control is terminated and the accumulated irradiation charge quantity Q _sum reaches the total irradiation charge quantity Q _target If not (Q _sum <Q _target ), control returns to the control flow 812 to continue the beam irradiation control.

여기서, 본 실시예의 특징이기도 한, 제어 플로우(815)에 나타낸 잔여 조사 전하량(Q_rest)과 축적 빔 전하량(Q_meas)의 비교 이유에 대해 이하에 설명한다.Hereinafter, the reason for comparison between the remaining irradiation charge amount Q _rest and the accumulated beam charge amount Q _meas , which is also a feature of this embodiment, in the control flow 815 will be described.

우선, 싱크로트론의 출사 제어 시간(T_ext)의 후반이 되면, 축적 빔 전하량(Q_meas)이 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)보다도 적어진다. 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)보다도 축적 빔 전하량(Q_meas)이 적은 상태에서 출사 제어를 계속하면, 1단위의 조사를 완료하기 전에 빔이 고갈되어 버려, 조사 영역 내의 선량 균일도가 악화되어 버린다. 그로 인해, 종래는 1단위를 조사할 때의 빔 전류값을 낮게 하여, 리페인트 횟수(N_r)를 충분 많이 취함으로써, 빔 고갈시에 발생하는 선량 균일도의 불균일의 영향을 작게 하고 있었다. 그로 인해, 선량률이 높아지지 않아, 치료 시간이 걸리고 있었다.First, when the second half of the emission control time T _ext of the synchrotron, the accumulated beam charge amount Q _meas is _smaller than the amount of charge Q _scan necessary for irradiation of one unit. The amount of charge required for the irradiation of the first unit (Q _scan) than the accumulated beam charge amount (Q _meas) is Continuing the output control in the low state, discarded the beam is depleted before completion of the irradiation of the first unit, the dose uniformity within the irradiation zone deteriorate . Therefore, conventionally, the beam current value at the time of irradiating one unit is made low, and the effect of unevenness of the dose uniformity occurring at the time of beam depletion is reduced by taking a sufficient number of repaints (N _r ). As a result, the dose rate did not increase and treatment time was required.

또한, 빔 조사 제어의 종반이 되면, 잔여 조사 전하량(Q_rest)이 작아진다. 즉, 필요한 조사선량을 만족시키는 총 조사선량(Q_target)에 근접해 온다. 이 상태에서는, 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)에 기초하여, 조사 제어의 경과에 의해 잔여 조사 전하량(Q_rest)이 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)보다도 작아진다. 종래의 기술에서는, 특허문헌 4에 개시된 바와 같이, 축적 빔 전하량(Q_meas)이 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)보다도 작아진 경우에는, 감속 제어로 이행하기 때문에, 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)보다도 적은 축적 빔 전하량(Q_meas)은 조사에 이용되지 않고 감속되어 버리므로, 빔 이용 효율을 높일 수 없었다.Further, when the end of the beam irradiation control is reached, the remaining irradiation charge amount Q _rest is reduced. That is, it approaches the total irradiation dose (Q _target ) that satisfies the required irradiation dose. In this state, on the basis of the amount of charge required for the irradiation of the first unit (Q _scan), it is smaller than the amount of charge (Q _scan) required for irradiation of the irradiation amount of charge remaining (Q _rest) by the lapse of the irradiation control unit 1. In the conventional technique, as described in Patent Document 4, when the accumulated beam charge amount Q _meas becomes smaller than the amount of charge ( _Qscan ) necessary for irradiation of one unit, since the transition to the deceleration control is made, The accumulated beam charge amount Q _{meas that} is smaller than the required charge amount Q _scan is decelerated without being used for irradiation, so that the beam utilization efficiency can not be increased.

이들 2가지의 상황에 따라서, 출사 빔 전류 피드백 제어시의 목표 빔 전류값(I_fb)의 보정을 실시할 때(820), 잔여 조사 전하량(Q_rest)과 축적 빔 전하량(Q_meas) 중 어느 쪽이든 작은 쪽을 비교 전하량(Q_comp)으로서 보정함으로써, 선량 균일도를 만족시키면서, 빔 이용 효율의 향상에 수반하여 선량률을 향상시킬 수 있으므로, 치료 시간을 단축할 수 있다.When performing correction of the target beam current value I _{fb in the} outgoing beam current feedback control in accordance with these two situations (820), either of the remaining irradiation charge amount Q _rest and the accumulated beam charge amount Q _meas since either by correcting the smaller one as compared to the amount of charge (Q _comp), while satisfying the dose uniformity, can be accompanied by the improvement of the beam use efficiency improves dose rate, it is possible to reduce the treatment time.

빔 조사시의 제어 플로우에 의한 빔 조사 제어시의 목표 빔 전류값과 그것에 수반되는 축적 빔 전하량의 시간 변화에 대해, 도 7을 이용하여 설명한다. 본 실시예에서는, 출사 제어 시간(T_ext) 내에 축적 빔 전하량(Q_meas)을 5회 계측하여 출사 제어하는 경우를 나타내고 있고, 잔여 조사 전하량(Q_rest)은 충분히 많은 경우를 상정하고 있다.The time variation of the target beam current value and the accumulated beam charge amount accompanying the beam irradiation control by the control flow at the time of beam irradiation will be described with reference to FIG. In this embodiment, the case where the accumulated beam charge amount Q _meas is measured five times within the emission control time T _ext and the emission control is performed, and the case where the remaining irradiation charge amount Q _rest is sufficiently large is assumed.

싱크로트론(13)의 가속 제어를 종료한 후, 축적 빔 전하량 확인 신호(501)(도 7의 (b))에 기초하여, 축적 빔 전하량(도 7의 (a))을 싱크로트론(13) 내에 설치되어 있는 축적 빔 전하량 검출 수단(15)에서 계측한다. 이때, 축적 빔 전하량은 Q_meas1이다. 축적 빔 전하량은 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)보다도 많으므로, 비교 전하량(Q_comp)은 Q_meas1로 하고, 목표 빔 전류값(I_fb)의 보정은 실시하지 않는다. 따라서, 목표 빔 전류값(도 7의 (c))은 초기 설정값인 1단위의 조사에서의 기준 빔 전류값(I_scan)으로 한다.The accumulation beam charge amount (Fig. 7A) is set in the synchrotron 13 based on the accumulation beam charge amount confirmation signal 501 (Fig. 7B) after the acceleration control of the synchrotron 13 is finished And the accumulated beam charge amount detection means 15 measures the accumulated beam charge amount. At this time, the accumulated beam charge amount is Q _meas1 . Accumulated beam charge amount is more than Because of the high amount of charge (Q _scan) required for irradiation of the first unit, comparing the amount of charge (Q _comp) is in Q _meas1, and correcting the target beam current value (I _fb) is not carried out. Therefore, the target beam current value (Fig. 7 (c)) is set as the reference beam current value I _scan at the irradiation of one unit which is the initial set value.

빔 출사 제어 신호(도 7의 (d))에 기초하여, 출사 빔 전류 피드백 제어에 기초한 출사 제어를 개시한다. 그 결과, 조사 장치(30)에는, 일정 전류의 빔(10d)이 공급되어, 선량 모니터(31)에서의 검출 신호로부터 환산한 빔 전류값(I_dose)이 확인된다(도 7의 (e)). 1단위의 주사 시간(T_scan)에서의 빔 조사가 종료된 후, 빔 출사 제어를 정지하고, 축적 빔 전하량을 계측한다. 본 실시예에서는, 마찬가지로 빔 계측으로부터 출사 제어까지를 3회(Q_meas2∼Q_meas4) 반복하고 있다.Emission control based on the emission beam current feedback control is started based on the beam emission control signal (Fig. 7 (d)). As a result, a beam 10d of a constant current is supplied to the irradiation device 30, and the beam current value I _dose converted from the detection signal of the dose monitor 31 is confirmed (Fig. 7 (e) ). After the irradiation of the beam at the scanning time (T _scan ) of one unit is completed, the beam emission control is stopped and the accumulated beam charge amount is measured. In this embodiment, similarly, the steps from the beam measurement to the emission control are repeated three times (Q _{meas2 to} Q _meas4 ).

5회째의 축적 빔 전하량의 확인 신호에 기초하여, 축적 빔 전하량(Q_meas)을 계측한다. 이때의 축적 빔 전하량은 Q_meas5이며, 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)보다도 적으므로, 비교 전하량(Q_comp)은 Q_meas5로 하고, 목표 빔 전류값(I_fb)의 보정이 필요하다. 그로 인해, 목표 빔 전류값(I_fb)의 보정은, (수학식3)에 기초하여 실시함으로써, 목표 빔 전류값(I_fb)은, 1단위의 조사에서의 기준 빔 전류값(I_scan)보다도 낮게 설정한다. 이 목표 빔 전류값(I_fb)에 기초하여 출사 빔 전류 피드백 제어에 의한 출사 제어를 실시함으로써, 선량 모니터 검출 신호로부터 환산되는 빔 전류값(I_dose)이 조사된다.The accumulated beam charge amount Q _meas is measured based on the confirmation signal of the fifth accumulation beam charge amount. The accumulated beam charge amount is Q _meas5, since ever more than the amount of charge (Q _scan) required for irradiation of the first unit, comparing the amount of charge (Q _comp) is in Q _meas5 and, there is a need for correction of the target beam current value (I _fb) . Accordingly, correction of the target beam current value (I _fb) is, by carrying out on the basis of (Equation 3), the target beam current value (I _fb), the reference beam current value of the one unit of irradiation (I _scan) . By performing the emission control by the emission beam current feedback control based on the target beam current value I _fb , the beam current value I _dose converted from the dose monitor detection signal is irradiated.

다음으로, 본 실시예를 적용한 입자선 조사 장치의 운전 방법에 대해, 도 8을 이용하여 설명한다. 의사는, 환자 정보(환부의 위치 및 크기, 빔의 조사 방향 및 최대 조사 깊이)를 치료 계획 장치(43)에 입력한다. 치료 계획 장치(43)는, 치료 계획 소프트웨어를 이용하여, 입력된 환자 정보에 기초하여, 치료에 필요한 SOBP 폭, 조사 영역 사이즈 및 환부에 대한 목표선량 등을 산출한다.Next, a method of operating the particle beam irradiating apparatus to which the present embodiment is applied will be described with reference to Fig. The doctor inputs patient information (position and size of the affected part, irradiation direction of the beam, and maximum irradiation depth) into the treatment planning device 43. The treatment planning device 43 calculates the SOBP width, the irradiation area size, and the target dose for the affected part based on the inputted patient information, using the treatment planning software.

치료 계획 장치(43)에서 산출한 결과는, 기억 장치(42)에 기록된다. 통괄 제어 장치(41)는, 치료 스케줄러(도시하지 않음)로부터의 조사 조건에 기초하여, 조사 제어 장치(44)에 대해 총 조사 전하량(Q_target)이나 조사 조건을 전송한다. 조사 제어 장치(44)는, 조사 장치를 구성하는 기기의 설정 조건을 선정하고, 이것과 맞추어, 출사 제어 장치(20)에 대해 총 조사 전하량(Q_target)이나 1단위의 조사에서의 기준 빔 전류값(I_scan), 1단위의 조사에 필요한 주사 시간(T_scan), 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan), 리페인트 횟수(N_r) 등을 전송한다. 본 실시예의 특징인, 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)의 연산 등은, 치료 계획 장치(43)로부터의 정보에 기초하여 조사 제어 장치(44)에서 실시한다.The result calculated by the treatment planning device 43 is recorded in the storage device 42. [ The collective control device 41 transmits the total irradiation charge amount Q _target and the irradiation condition to the irradiation control device 44 based on the irradiation condition from the treatment scheduler (not shown). The irradiation control device 44 selects the setting conditions of the devices constituting the irradiation device and sets the irradiation conditions of the irradiation control device 20 to the irradiation control quantity Q _target or the reference beam current (I _scan ), the scan time (T _scan ) required for one unit of irradiation, the amount of charge (Q _scan ) required for one unit of irradiation, and the number of times of repainting (N _r ). The calculation and the like of the amount of charge (Q _scan ) required for irradiation of one unit, which is a feature of the present embodiment, are performed by the irradiation control device 44 based on the information from the treatment planning device 43. [

치료 계획 정보는, 치료의 준비를 행하고 있는 치료실의 제어실 내에 배치된 표시 장치(도시하지 않음)에 표시된다. 방사선 기사는, 그 표시 화면을 확인하고, 표시에 의해 지정된 에너지 흡수체(33)를 조사 장치(30) 내에 배치한다.The treatment plan information is displayed on a display device (not shown) arranged in the control room of the treatment room preparing for treatment. The radiographer confirms the display screen and places the energy absorbing member 33 designated by the display in the irradiation device 30. [

치료 베드 제어 장치(도시하지 않음)는, 통괄 제어 장치(41)로부터의 지시에 따라, 방사선 기사가 환자를 고정하고 있는 치료 베드를 이동하여, 빔 축의 연장선상에 환자의 환부(조사 대상)가 위치하도록 위치 결정한다.In accordance with an instruction from the general control device 41, the treatment bed control device (not shown) moves the treatment bed to which the radiologist fixes the patient, Position.

가속기 제어 장치(40)는, 통괄 제어 장치(41)로부터의 치료 계획 정보로부터 조사 빔 에너지를 결정하고, 싱크로트론(13) 및 빔 수송 장치(14)를 구성하는 기기의 운전 제어 파라미터를 설정한다. 출사 제어 장치(20)에 대해서는, 출사 빔의 에너지에 대응하여, 출사용 고주파 신호의 운전 제어 파라미터인 중심 주파수 Fc, 주파수 폭 Fw, 진폭 변조 데이터 Am, 피드백 게인 G_fb를 설정한다.The accelerator control device 40 determines the irradiation beam energy from the treatment plan information from the collective control device 41 and sets the operation control parameters of the devices constituting the synchrotron 13 and the beam transport device 14. [ For the output control device 20, in response to the exit beam energy, and sets the output operation using the control parameters, the center frequency Fc, the frequency width Fw of a high-frequency signal, the amplitude modulation data Am, the feedback gain G _fb.

의사는, 전술한 제어실 내의 조작반으로부터 조사 개시 신호를 통괄 제어 장치(41)에 지시한다. 조사 개시 지시에 기초하여, 전단 가속기(12)는, 이온원으로부터 발생한 이온 빔(예를 들면, 양자(또는 탄소 이온 등의 중입자))을 가속하여, 싱크로트론(13)에 공급한다.The doctor instructs the collective control device 41 to start the irradiation from the operation panel in the above-mentioned control room. Based on the irradiation start instruction, the shear accelerator 12 accelerates an ion beam (for example, both ions (or carbon ions such as carbon ions)) generated from the ion source and supplies it to the synchrotron 13.

싱크로트론(13)은, 전단 가속기로부터 입사한 이온 빔(10a)을 원하는 에너지까지 싱크로트론(13) 내를 주회시키면서 가속한다. 이온 빔(10b)은, 목표의 빔 에너지까지 가속된 후, 타이밍 시스템(50)으로부터 출력되는 축적 빔 전하량 확인 신호(501)에 기초하여, 축적 빔 전하량 검출 수단(15)에서 축적 빔 전하량(Q_meas)을 계측한다. 이 축적 빔 전하량(Q_meas)에 기초하여, 목표 빔 전류 보정 연산부(29)에서 출사 빔 전류 피드백 제어 회로(24)의 목표 빔 전류값(I_fb)을 설정한다. 그 후, 타이밍 시스템(50)으로부터 출력되는 빔 출사 제어 신호(502)에 의해, 출사용 고주파 전극(16)에 출사용 고주파 신호가 인가됨으로써, 목표 빔 전류값(I_fb)에 기초하여 제어된 빔이 싱크로트론(13)으로부터 출사된다.The synchrotron 13 accelerates the ion beam 10a incident from the shear accelerator while circulating the synchrotron 13 to a desired energy. The ion beam 10b is accelerated to the target beam energy and then is stored in the accumulation beam charge quantity detecting means 15 based on the accumulated beam charge quantity confirmation signal 501 outputted from the timing system 50 _meas . The target beam current correction calculating section 29 sets the target beam current value I _fb of the outgoing beam current feedback control circuit 24 on the basis of the accumulated beam charge amount Q _meas . Thereafter, the output high frequency signal is applied to the output high frequency electrode 16 by the beam output control signal 502 output from the timing system 50, thereby controlling the output voltage of the output high frequency electrode 16 based on the target beam current value I _fb A beam is emitted from the synchrotron (13).

또한, 본 실시예에서는, 축적 빔 전하량의 검출은, 최초의 1단위의 조사에 대응한 축적 빔 전하량의 검출을 타이밍 시스템(50)으로부터 출력되는 축적 빔 전하량 확인 신호(501)에 기초하여 검출하고, 다음 단위 이후의 축적 빔 전하량 확인 신호(501)는, 타이밍 시스템(50)으로부터 입력된 빔 출사 제어 신호(502)의 입력을 기점으로 하여 1단위의 주사 시간(T_scan)과 조사 정지 시간(T_off)에 기초하여, 출사 제어 장치(20)에서 연산된 신호에 기초하여 검출하고 있지만, 조사 제어 장치(44) 등의 출사 제어 장치(20)의 외부에 모든 조사면에 대응한 축적 빔 전하량 확인 신호(501)를 발생하는 장치를 설치해도 효과는 바뀌지 않는다.In this embodiment, the detection of the accumulated beam charge amount is performed based on the accumulated beam charge amount confirmation signal 501 output from the timing system 50 to detect the accumulated beam charge amount corresponding to the irradiation of the first unit , The accumulation beam charge amount confirmation signal 501 after the next unit is generated based on the input of the beam emission control signal 502 input from the timing system 50 as a starting point and the scanning time T _scan and the irradiation stop time T _off) to, but is detected based on a signal calculated from the output control unit 20, the illumination control device (44) the accumulated beam charge amount corresponding to all the irradiation surface on the outside of the output control device 20, such as based on The effect is not changed even if a device for generating the confirmation signal 501 is installed.

또한, 본 실시예에서의 빔 출사 제어는, 타이밍 시스템(50)으로부터의 빔 출사 제어 신호(502)를 출사 제어 장치(20)에 입력하고, 1단위의 조사가 종료마다 목표 빔 전류 보정 연산부(29)로부터 빔 출사 제어 신호(252)에 기초하여 고주파 스위치(25)를 개방함으로써, 1단위의 조사간에서의 조사 정지 시간(T_off)중에 싱크로트론(13)으로부터 조사 장치(30)로 빔의 공급을 정지하고 있다.The beam output control in the present embodiment is performed by inputting the beam output control signal 502 from the timing system 50 to the emission control device 20 and outputting the target beam current correction operation section Frequency switch 25 is opened based on the beam output control signal 252 from the synchrotron 13 to the irradiation device 30 during the irradiation stop time T _off between irradiation of one unit The supply is stopped.

싱크로트론(13)으로부터 출사된 이온 빔(10c)은, 빔 수송 장치(14)를 통과하여, 조사 장치(30)에 도착한다. 또한, 조사 장치(30) 내의 빔 경로를 따라 이온 빔(10d)은 진행하고, 주사 전자석(32)에 의해 이온 빔(10d)가 주사되어, 에너지 흡수체(33)에서 SOBP를 형성하여, 환자의 환부에 조사된다.The ion beam 10c emitted from the synchrotron 13 passes through the beam transport device 14 and arrives at the irradiation device 30. [ The ion beam 10d is advanced along the beam path in the irradiation device 30 and the ion beam 10d is scanned by the scanning electromagnet 32 to form SOBP in the energy absorbing member 33, The affected part is irradiated.

환부에 조사되는 이온 빔의 선량은 선량 모니터(31)에서 계측한다. 선량 모니터(31)에서의 검출 신호(311)를 출사 빔 전류 피드백 제어 회로(24)에 입력하고, 목표 빔 전류값(I_fb)과 선량 모니터(31)에서의 검출 빔 전류값(I_dose)의 편차에 기초하는 고주파 전압의 진폭 제어값을 피드백 보정에 의해, 출사 빔 전류를 일정값으로 제어한다.The dose of the ion beam irradiated to the affected part is measured by the dose monitor 31. [ The detection signal 311 from the dose monitor 31 is input to the emission beam current feedback control circuit 24 and the target beam current value I _fb and the detected beam current value I _dose in the dose monitor 31 The amplitude control value of the high-frequency voltage based on the deviation of the output beam current is controlled to a constant value by feedback correction.

환부에의 1단위의 조사가 완료되면, 빔 출사 제어를 정지하고, 주사 전자석의 여자량을 조사 개시 위치로 복귀시켜 누적 조사 전하량(Q_sum)을 기록한다. 그 후, 축적 빔 전하량을 계측한다. 계측 결과에 따라 목표 빔 전류값을 보정하고, 다시 1단위의 조사를 개시한다. 이들 제어를 반복하여, 누적 조사 전하량(Q_sum)이 총 조사 전하량(Q_target)에 도달할 때까지 빔을 조사한다.When irradiation of one unit to the affected part is completed, the beam emission control is stopped, the excitation quantity of the scanning electromagnet is returned to the irradiation start position, and the cumulative irradiation charge quantity Q _sum is recorded. Thereafter, the accumulated beam charge amount is measured. Corrects the target beam current value according to the measurement result, and starts irradiation of one unit again. These controls are repeated to irradiate the beam until the accumulated irradiation charge amount Q _sum reaches the total irradiation charge amount Q _target .

또한, 입자선 조사 시스템(1)을 구성하는 기기에 있어서, 조사 제어중에 환자에의 빔 조사를 방해하는 무언가의 장해가 발생한 경우, 인터로크 시스템(60)은, 기기의 상태가 비정상인 것을 나타내는 신호(이상 신호)(601)를 통괄 제어 장치(41)와 병렬로 출사용 제어 장치(20)의 인터로크용 고주파 스위치(26)에 출력한다. 출사용 제어 장치(20)는, 인터로크 시스템(60)으로부터의 이상 신호(601)를 빔 출사 정지 명령으로서 수신하고, 인터로크용 고주파 스위치(26)를 즉시 개방한다. 인터로크용 고주파 스위치(26)가 개방됨으로써, 고주파 전극(16)에의 출사용 고주파 신호의 인가가 정지된다. 이에 의해, 싱크로트론(13)은 이온 빔(10b)의 출사를 정지하는 인터로크 제어를 실현할 수 있다.In the apparatus constituting the particle beam irradiation system 1, when there is something obstructive to beam irradiation to the patient during the irradiation control, the interlock system 60 determines that the state of the apparatus is abnormal (Abnormality signal) 601 to the interlocking high-frequency switch 26 of the output control device 20 in parallel with the integrated control device 41. [ The yarn use control device 20 receives the abnormal signal 601 from the interlock system 60 as a beam emission stop command and immediately opens the interlocking high frequency switch 26. [ The interlocking high-frequency switch 26 is opened so that the application of the output high-frequency signal to the high-frequency electrode 16 is stopped. Thereby, the synchrotron 13 can realize the interlock control for stopping the emission of the ion beam 10b.

본 실시예에 따르면, 이하에 기재하는 효과를 얻을 수 있다.According to this embodiment, the following effects can be obtained.

(1) 본 실시 형태에서는, 조사 영역 내를 조사 개시 위치로부터 종료 위치까지를 1단위의 주사 범위로 하고, 이 1단위의 주사 범위를 조사 단위로서 관리하고 있다. 그리고 이 1단위의 조사 범위에의 빔 조사를 개시하기 전에, 차례로 싱크로트론(13) 내의 축적 빔 전하량(Q_meas)을 계측하고, 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)에 대한 축적 빔 전하량(Q_meas)에 따라서, 목표 빔 전류 보정 연산부(29)에서 출사 빔 전류 피드백 제어 회로(24)의 목표 빔 전류값을 보정함으로써, 싱크로트론(13)으로부터 출사하는 빔 전류값을 제어하고 있다. 이에 의해, 1단위를 조사중에 싱크로트론(13) 내의 축적 빔 전하량의 고갈이 발생하는 것을 억제할 수 있다.(1) In the present embodiment, the scanning range from the irradiation starting position to the ending position in the irradiation area is set as a unit of scanning range, and the scanning range of this unit is managed as an irradiation unit. The accumulated beam charge amount Q _{meas in the} synchrotron 13 in turn is measured and the accumulated beam charge amount (hereinafter referred to as " Q ") with respect to the amount of charge Q _scan necessary for irradiation in one unit The target beam current correction arithmetic unit 29 corrects the target beam current value of the emergent beam current feedback control circuit 24 in accordance with the measured beam current value Q _meas . As a result, it is possible to suppress the occurrence of depletion of the accumulated beam charge amount in the synchrotron 13 during irradiation of one unit.

(2) 본 실시 형태에서는, 앞서 설명한 바와 같이, 1면을 조사하기 전에 차례로 싱크로트론(13) 내의 축적 빔 전하량을 계측하고, 계측 결과에 기초하여 출사 빔 전류 피드백 제어의 목표 빔 전류값을 보정하므로, 1면을 조사중의 고갈은 발생하지 않는다. 그로 인해, 종래와 같이, 도중에 축적 빔 전하량이 고갈되었을 때의 선량 균일도의 악화를 고려하여, 출사 빔 전류 피드백 제어의 목표 빔 전류값을 낮게 할 필요가 없어진다. 이에 의해, 1면을 조사할 때의 출사 빔 전류 피드백 제어의 목표 빔 전류값을 높이는 것이 가능해져, 선량률을 향상시킬 수 있고, 나아가서는 치료 시간을 단축할 수 있다.(2) In the present embodiment, as described above, the accumulated beam charge amount in the synchrotron 13 is sequentially measured before irradiating one surface, and the target beam current value of the outgoing beam current feedback control is corrected based on the measurement result , There is no depletion during irradiation of the first surface. Therefore, it is not necessary to lower the target beam current value of the emission beam current feedback control in consideration of the deterioration of the dose uniformity when the accumulation beam charge amount is depleted in the middle, as in the prior art. This makes it possible to increase the target beam current value of the outgoing beam current feedback control when one surface is irradiated, thereby improving the dose rate and further shortening the treatment time.

(3) 본 실시 형태에서는, 축적 빔 전하량(70)의 고갈을 축차 감시할 필요는 없고, 축적 빔 전하량(70)의 고갈에 수반되는 빔 출사 제어와 빔 주사 제어의 정지 처리가 불필요해지므로, 입자선 조사 시스템을 구성하는 제어 장치의 구성 및 제어 방법을 간소하게 할 수 있다. 1면을 조사중에 싱크로트론(13) 내의 축적 빔 전하량(70)이 고갈되었는지의 여부를 축차 감시하는 시스템에서는, 빔(10b)이 고갈된 경우, 빔(10b)의 출사 제어의 정지와 함께, 주사 전자석(32)에서의 빔 주사 제어를 정지한다. 그 후, 싱크로트론(13)에서 다시 빔을 입사·가속한 후, 계속해서 싱크로트론(13)으로부터의 빔 출사 제어와, 주사 전자석(32)에서의 빔 주사 제어를 개시할 필요가 있다.(3) In this embodiment, it is not necessary to continuously monitor the exhaustion charge amount 70 for exhaustion, and the beam emission control accompanying the depletion of the accumulated beam charge amount 70 and the stop processing of the beam scanning control become unnecessary, The configuration and control method of the control apparatus constituting the particle beam irradiation system can be simplified. In the system for continuously monitoring whether or not the accumulated beam charge amount 70 in the synchrotron 13 is exhausted during irradiation of the one surface, in the case where the beam 10b is depleted, the emission control of the beam 10b is stopped, The beam scanning control in the electromagnet 32 is stopped. Thereafter, it is necessary to start the beam emission control from the synchrotron 13 and the beam scanning control in the scanning electromagnet 32 after the beam is again incident on the synchrotron 13 and accelerated.

[제2 실시예][Second Embodiment]

본 발명의 제2 실시예를 나타낸다. 본 실시예의 기기 구성은 제1 실시예와 동일하지만, 목표 빔 전류 보정 연산부(29)에서의 목표 빔 전류값(I_fb)의 보정 방법이 다르다.A second embodiment of the present invention is shown. The apparatus configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment, but the target beam current correction arithmetic unit 29 differs from the correcting method of the target beam current value I _fb .

빔의 조사 제어 플로우에 대해, 도 9를 이용하여 설명한다. 도 6과의 차이는, 비교 전하량(Q_comp)에 기초하는 목표 빔 전류값(I_fb)의 보정 제어(도 6의 818∼820) 대신에, 끌어올림 조사 전하량(Q_carry)에 기초하는 목표 빔 전류값(I_fb)의 끌어올림 보정 제어(도 9의 825∼828)를 마련한 것에 있다.The irradiation control flow of the beam will be described with reference to Fig. The difference from Fig. 6, compare the target amount of charge based on the target beam current value correction control in place of (818-820 in Fig. 6), the lifting amounts of irradiated (I _fb) (Q _carry) based on the (Q _comp) (825 to 828 in Fig. 9) of the beam current value I _fb .

제1 실시예의 경우, 싱크로트론의 출사 제어 시간(T_ext)의 경과에 수반하여, 축적 빔 전하량(Q_meas)은 감소해 간다. 그리고 출사 제어 시간(T_ext)의 후반이 되면, 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)에 대해, 축적 빔 전하량(Q_meas)이 매우 적은 경우가 발생하는 것이 생각된다. 이것은, 조사 제어가 진행하여 잔여 조사 전하량(Q_rest)이 적어진 경우에도 마찬가지로, 근소한 전하량만큼 조사할 필요성이 발생해 버린다. 그로 인해, 축적 빔 전하량(Q_meas)을 유효하게 이용하기 위해, 혹은 총 조사 전하량(Q_target)을 만족시키기 위해, 1단위의 조사 제어를 실시할 필요가 발생한다.In the case of the first embodiment, the accumulation beam charge amount Q _meas decreases with the elapse of the emission control time T _ext of the synchrotron. In the latter half of the emission control time T _ext , it is conceivable that the accumulated beam charge amount Q _meas is very small with respect to the amount of charge Q _scan required for irradiation of one unit. This is because, even when the irradiation control is advanced and the remaining irradiation charge amount Q _rest is decreased, it is necessary to irradiate a small amount of charge similarly. Therefore, it is necessary to perform irradiation control of one unit in order to effectively use the accumulated beam charge amount Q _meas or to satisfy the total irradiation charge amount Q _target .

이러한 처리는, 가속 제어 종료된 후의 싱크로트론(13)에 축적되어 있는 빔 전하량(Q_meas)이 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)의 정수배로 되지 않는 경우에는, 싱크로트론의 운전 주기시마다 발생되어 버린다.This processing is, when the beam charge amount (Q _meas) accumulated in the synchrotron 13, after the acceleration control end is not an integral multiple of the first amount of charge (Q _scan) required for irradiation of the unit is, is generated and operation cycle at each of the synchrotron Throw away.

따라서, 본 실시예에서는, 비교 전하량(Q_comp)을 설정한 후(도 9의 815∼817의 제어 플로우), (수학식6)에 나타내는 끌어올림 조사 전하량(Q_carry)을 산출한다(825).Therefore, in this embodiment, after the comparative charge amount Q _comp is set (the control flow of 815 to 817 in Fig. 9), the amount of charge for _carry- up Q _carry shown in (Equation 6) is calculated (825) .

(수학식6)에 나타낸 끌어올림 조사 전하량(Q_carry)은, 비교 전하량(Q_comp)으로부터 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)을 뺀 것이다. 이 끌어올림 조사 전하량(Q_carry)과 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)을 비교한다(826).The _carry-in charge quantity Q _carry shown in Equation (6) is obtained by subtracting the charge quantity ( _Qscan ) necessary for irradiation of one unit from the comparison charge quantity (Q _comp ). The charge quantity (Q _carry ) required for the irradiation of one unit is compared with the charge quantity (Q _scan ) required for irradiation of one unit (826).

끌어올림 조사 전하량(Q_carry)이 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)보다도 적은 경우(Qcarry≤Qscan)는, 목표 전류값의 끌어올림 보정은 실시하지 않고(827), 끌어올림 조사 전하량(Q_carry)이 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)보다도 많은 경우(Qcarry＞Qscan)는, (수학식7)에 나타낸 목표 전류값의 끌어올림 보정을 실시한다(828).When lifting irradiation amount of charge (Q _carry) is less than the amount of charge (Q _scan) required for irradiation of the first unit (Qcarry≤Qscan), the lifting of the correction target current value is not performed (827), lifting irradiation amount of charge ( when Q _carry) is larger than the amount of charge (Q _scan) required for irradiation of the first unit (Qcarry> Qscan) it is (is subjected to lifting the correction of the target current value shown in equation (7)) 828.

끌어올림 조사 전하량(Q_carry)은, 제1 실시예에서는 목표 전류값의 보정의 판정에 사용하고 있었던 비교 전하량(Q_comp)으로부터 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)을 더 뺀 것으로 되어 있다. 즉, 2회에 걸쳐 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)을 뺌으로써, 축적 빔 전하량(Q_meas)이 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)에 대해 2회분이 되지 않는 경우, 축적 빔 전하량(Q_meas)을 1회의 조사로 끌어올려 조사함으로써, 조사 시간의 단축을 실현할 수 있다.Rounded irradiation amount of charge (Q _carry) drag is, the first embodiment is to be pulled more the amount of charge (Q _scan) required for irradiation of the first unit from the comparison the amount of charge (Q _comp) were used for the determination of the correction of the target current value, . That is, when the non-second dose for a second by first subtracting the amount of charge (Q _scan) required for irradiation of a unit over the time, accumulated beam charge amount of charge (Q _scan) required for irradiation of the first unit (Q _meas), accumulation The irradiation time can be shortened by irradiating the beam charge quantity Q _meas by one irradiation.

상기는 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)을 2배한 것과 비교 전하량(Q_comp)을 비교하고 있다고도 표현할 수 있다. 비교 전하량(Q_comp)이 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)의 2배보다도 적은 경우에, 목표 빔 전류값(I_fb)을 1단위의 조사에 필요한 빔 전류값(I_scan)보다도 커지도록 보정함으로써, 끌어올림 조사에 의해 조사 시간을 단축할 수 있다. 구체적으로는, (수학식7)에 나타낸 바와 같이, 목표 빔 전류값(I_fb)은, 축적 빔 전하량(Q_meas)을 1단위의 조사에 필요한 주사 시간(T_scan)으로 제산한 것으로 하고 있다.The above can also be expressed as comparing the amount of charge (Q _scan ) necessary for irradiation of one unit by two times and the comparison charge amount (Q _comp ). The target beam current value I _fb is larger than the beam current value I _scan necessary for irradiation of one unit when the comparison charge quantity Q _comp is smaller than twice the charge Q _scan required for one unit irradiation It is possible to shorten the irradiation time by irradiating the wafer. Specifically, as shown in (Equation 7), the target beam current value I _fb is obtained by dividing the accumulated beam charge amount Q _meas by the scanning time T _scan required for irradiation of one unit .

이와 같이, 보정의 필요 여부의 판단 기준으로서, 비교 전하량(Q_comp)과 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)의 비교값을 이용함으로써, 축적 빔 전하량(Q_meas)에 따른 적절한 제어가 가능해진다. 즉 제1 실시예와 같이 비교 전하량(Q_comp)이 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)보다 적은 경우에는, 1면 조사중의 빔 고갈을 회피하면서 빔 효율을 높은 것으로 하는 제어를 할 수 있다. 또한 제2 실시예에 나타낸 바와 같이, 비교 전하량(Q_comp)이 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)과 비교하여 적당히 높은 경우에는, 끌어올림 조사에 의해 조사 시간을 단축할 수 있다. 제1 실시예의 판단 기준과 제2 실시예의 판단 기준을 조합한 판단 기준을 채용하는 것도 가능하다. 이 경우 양자의 메리트를 누릴 수 있다.In this way, as the determination criterion of the necessity of correction, compared to the amount of charge (Q _comp) and 1 by utilizing the comparison values of the amount of charge (Q _scan) required for irradiation of the unit, is possible proper control according to the accumulated beam charge amount (Q _meas) It becomes. I.e., the comparison the amount of charge as in the first embodiment (Q _comp) In this case, less than the amount of charge (Q _scan) required for irradiation of the first unit, can be controlled to be high beam efficiency while avoiding the beam depletion of the first surface irradiated have. Also can be shortened, compared to the amount of charge (Q _comp) yi irradiation time by a moderately high when compared with the first amount of charge (Q _scan) required for irradiation of the unit, the lifting irradiation as shown in the second embodiment. It is also possible to adopt a judgment criterion which is a combination of the judgment criterion of the first embodiment and the judgment criterion of the second embodiment. In this case, the merit of both can be enjoyed.

또한 제2 실시예에서는, 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)을 2배한 것과 비교 전하량(Q_comp)을 비교하고 있지만, 2배가 아니어도 1배보다 크면 마찬가지의 효과가 얻어진다. 몇 배로 할지는, 1단위의 조사에서 어느 정도 다량의 전하량을 조사 가능한지에 따라 결정할 수 있다. 출사 제어 기간의 후반에서 싱크로트론 내의 축적 빔 전하량이 1단위의 조사에 필요한 전하량보다도 약간 많은 경우에, 조사 전하량 끌어올림 수단에 의해 1회에 빔 조사를 완료하면, 2회로 나누어 빔을 조사하는 것에 비해 소정의 선량의 조사에 필요한 시간을 단축하여 치료 시간을 짧게 할 수 있다.Also in the second embodiment, the effect of the charge amount, but to compare the comparison (Q _comp) the amount of charge (Q _scan) required for irradiation of the first unit two times that is greater than one time does not need to be doubled, the same can be obtained. The number of times can be determined depending on whether a certain amount of charge can be examined in one unit of irradiation. In the latter half of the emission control period, when the accumulated beam charge amount in the synchrotron is slightly larger than the amount of charge required for irradiation of one unit, when the irradiation of the beam is completed at one time by the irradiation charge amount increasing means, The time required for irradiation of a predetermined dose can be shortened and the treatment time can be shortened.

빔 조사시의 제어 플로우에 의한 빔 조사 제어시의 목표 빔 전류값과 그것에 수반되는 축적 빔 전하량의 시간 변화에 대해, 도 10을 이용하여 설명한다. 설명을 알기 쉽게 하기 위해, 도 10의 가속 제어 종료된 후의 축적 빔 전하량(Q_meas1)과 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)은, 도 7과 동일하다.The time variation of the target beam current value and the accumulated beam charge amount accompanying the beam irradiation control by the control flow at the time of beam irradiation will be described with reference to Fig. In order to make the explanation easy to understand, the accumulated beam charge amount Q _meas1 after completion of the acceleration control shown in Fig. 10 and the amount of charge Q _scan necessary for irradiation of one unit are the same as those in Fig.

도 10에서는, 축적 빔 전하량의 1회째로부터 3회째의 계측(Q_meas1∼Q_meas3)에서는, 끌어올림 조사는 실시하지 않지만, 4회째의 계측(Q_meas4)시, 끌어올림 조사를 실시함으로써, 도 7에서 2회로 나누어 조사하고 있었던 전하량을 1회로 끌어올려 조사하고 있다. 따라서, 도 7과 비교하여, 4회째의 조사의 목표 빔 전류값(I_fb)은, 1단위의 조사에서의 기준 빔 전류값(I_scan)보다도 높게 되어 있어, 5회째의 조사 제어는 실시하지 않고, 감속 제어로 이행함으로써, 1단위의 주사 시간(T_scan)과 1단위의 조사간에서의 조사 정지 시간(T_off)분만큼 조사 시간을 단축할 수 있다.In Figure 10, by the first time from the accumulated beam charge amount in the third-time measurement (Q _meas1 ~Q _meas3), lifting irradiation does not conduct, the embodiment of the fourth measurement (Q _meas4) when, lifting irradiation, Fig. I am investigating the charge that I had been investigating divided by two times in seven by one. Therefore, as compared with Fig. 7, the target beam current value I _{fb for the} fourth irradiation is higher than the reference beam current value I _{scan for} one unit irradiation, and the fifth irradiation control is not performed The irradiation time can be shortened by the irradiation stop time (T _off ) between the scanning time (T _scan ) of one unit and the irradiation of one unit.

본 실시예에 따르면, 가속 제어 종료된 후의 축적 빔 전하량(Q_meas)이 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)의 정수배로 되지 않는 경우에 발생하는, 1단위의 조사에 필요한 전하량(Q_scan)보다도 적은 축적 빔 전하량을 끌어올려 조사함으로써 조사 시간의 단축을 실현할 수 있다. 이러한 끌어올림 처리는, 싱크로트론의 운전 주기마다 발생하므로, 조사 시간의 단축 효과는 커, 가일층의 다른 치료 시간의 단축을 실현할 수 있다.According to the present embodiment, the amount of charge Q _scan required for irradiation of one unit, which is generated when the accumulated beam charge amount Q _meas after completion of the acceleration control is not an integral multiple of the charge amount Q _scan required for irradiation of one unit ), The irradiation time can be shortened. Since this lifting process occurs every operation cycle of the synchrotron, the effect of shortening the irradiation time is large, and it is possible to shorten the treatment time of another layer.

이에 의해, 출사 제어 기간의 후반에서 싱크로트론 내의 축적 빔 전하량이 1단위의 조사에 필요한 전하량보다도 약간 많은 경우, 2회로 나누어 빔을 조사하고 있었던 것을, 조사 전하량 끌어올림 수단에 의해, 1회에 빔 조사를 완료할 수 있으므로, 소정의 선량의 조사에 필요한 시간을 단축하여, 치료 시간을 짧게 할 수 있다.Thus, in the latter half of the emission control period, when the accumulated beam charge amount in the synchrotron is slightly larger than the charge amount required for irradiation of one unit, the beam irradiation is divided into two, The time required for irradiation with a predetermined dose can be shortened and the treatment time can be shortened.

이상 설명한 각 실시예의 입자선 조사 시스템에서는, 조사 제어 장치(44)가 1단위의 조사에 필요한 빔 전류값(I_scan)을 산출하고, 축적 빔 전하량 계측 수단이 상기 싱크로트론 내의 축적 빔 전하량(Q_meas)을 계측하고, 목표 전류 설정 수단이, 축적 빔 전하량(Q_meas)에 기초하여 1단위의 조사에 필요한 빔 전류값(I_scan)을 보정함으로써 싱크로트론(13)으로부터 출사하는 목표 빔 전류값(I_fb)을 설정하고, 출사 빔 전류 보정 제어 수단을 갖는 출사용 제어 장치(20)가, 목표 빔 전류값(I_fb)에 기초하여 빔 전류를 제어함으로써, 하전 입자 빔을 보정하고 있다. 이와 같이 하전 입자 빔을 보정함으로써, 조사선량 균일도를 저하시키지 않고 빔 이용 효율을 높일 수 있는 입자선 조사 시스템을 실현할 수 있다.In the particle beam irradiation system of each embodiment described above, the irradiation control device 44 calculates the beam current value I _scan necessary for irradiation of one unit, and the accumulated beam charge amount measuring means calculates the cumulative beam charge amount Q _meas And the target current setting means corrects the beam current value I _scan necessary for one unit irradiation based on the accumulated beam charge amount Q _meas so that the target beam current value I set _fb), and by controlling the beam current based on an output using the control device 20 having the emission beam current correction control means, the target beam current value (I _fb), and corrects the charged particle beam. By correcting the charged particle beam in this manner, it is possible to realize the particle beam irradiation system capable of increasing the beam utilization efficiency without lowering the irradiated dose uniformity.

1 : 입자선 조사 시스템
10a, 10b, 10c, 10d : 빔
11 : 이온 빔 발생 장치
12 : 전단 가속기
13 : 싱크로트론
14 : 빔 수송 장치
15 : 축적 빔 전하량 검출 수단
16 : 고주파 전극
17 : 고주파 전력 증폭기
18 : 편향 전자석
20 : 출사용 제어 장치
21 : 출사용의 고주파 발진기(고주파 발진기)
22 : 대역 제한 고주파 신호 발생부
23 : 진폭 변조기
24 : 빔 전류 피드백 제어 회로
25, 26 : 고주파 스위치
27 : 출사용 고주파 신호 처리부
29 : 목표 빔 전류 보정 연산부
30 : 조사 장치
31 : 선량 모니터
32 : 주사 전자석
33 : 에너지 흡수체
34 : 콜리메이터
35 : 볼러스
36 : 환자
37 : 환부 형상
38 : 빔 주사 경로
4O : 가속기 제어 장치
41 : 통괄 제어 장치
42 : 기억 장치
43 : 치료 계획 장치
44 : 조사 제어 장치
50 : 타이밍 시스템
60 : 인터로크 시스템
221 : 고주파 믹서
241, 242 : 피드백 루프 게인 조정기
243 : 가산 연산 회로
252 : 빔 출사 제어 신호
311 : 선량 모니터 검출 신호
501 : 축적 빔 전하량 확인 신호
502 : 빔 출사 제어 신호
Q_target : 총 조사 전하량
Q_scan : 1단위의 조사에 필요한 전하량
Q_rest : 잔여 조사 전하량
Q_sum : 누적 조사 전하량
Q_meas : 축적 빔 전하량
Q_comp : 비교 전하량
Q_carry : 끌어올림 조사 전하량
Q_ext : 싱크로트론으로부터의 출사 빔 전하량
T_ext : 출사 제어 시간
T_scan : 1단위의 주사 시간
T_off : 1단위의 조사간에서의 조사 정지 시간
N_r : 리페인트 횟수
N_scan : 출사 제어 시간 내에서의 1단위의 조사 횟수
I_scan : 1단위의 조사에서의 기준 빔 전류값
I_fb : 목표 빔 전류값
I_dose : 빔 전류값1: Particle irradiation system
10a, 10b, 10c, 10d: beam
11: An ion beam generator
12: shear accelerator
13: Synchrotron
14: beam transport device
15: accumulation beam charge quantity detection means
16: High-frequency electrode
17: High-frequency power amplifier
18: biased electromagnet
20: Output control device
21: High-frequency oscillator (high-frequency oscillator)
22: band-limited high-frequency signal generator
23: Amplitude modulator
24: beam current feedback control circuit
25, 26: High-frequency switch
27: Output high frequency signal processor
29: Target beam current correction operation section
30: Irradiation unit
31: Dose monitor
32: scanning electromagnet
33: Energy absorber
34: Collimator
35: Bolus
36: Patient
37:
38: Beam scanning path
4O: Accelerator control device
41: Integrated control device
42: storage device
43: Treatment planning device
44: Irradiation control device
50: Timing system
60: Interlock system
221: High frequency mixer
241, 242: feedback loop gain regulator
243: Addition operation circuit
252: beam emission control signal
311: The dose monitor detection signal
501: accumulation beam charge amount confirmation signal
502: beam emission control signal
Q _target : total charge
Q _scan : the amount of charge required for one unit of irradiation
Q _rest : Remainder charge
Q _sum : cumulative irradiation charge amount
Q _meas : accumulation beam charge quantity
Q _comp : comparative charge
Q _carry : the amount of charge to raise
Q _ext : the amount of outgoing beam charge from the synchrotron
T _ext : emission control time
T _scan : 1 unit scan time
T _off : the irradiation stop time between one unit of irradiation
N _r : Number of repaints
N _scan : the number of times of irradiation in one unit within the emission control time
I _scan : Reference beam current value in one unit of irradiation
I _fb : target beam current value
I _dose : beam current value

Claims

1. A particle beam irradiation system comprising a synchrotron for accelerating and emitting an ion beam and an irradiation device for irradiating the ion beam emitted from the synchrotron,
Receiving means for receiving a total irradiation charge amount necessary for the plurality of irradiation,
An exit control device for calculating an accumulated irradiation charge amount,
An accumulation beam charge quantity measuring means for measuring an accumulation beam charge quantity in the synchrotron;
And a target beam current value for setting a target beam current value to be emitted from the synchrotron by using the comparison charge amount when the smaller of the remaining irradiation charge amount and the accumulation beam charge amount obtained by subtracting the accumulated irradiation charge amount from the total irradiation charge amount is a comparison charge amount, Setting means,
An output beam current correction control means for controlling the beam current based on the target beam current value obtained from the target current setting means
And the particle beam irradiating system.

delete

The method according to claim 1,
And an irradiation control device for calculating the amount of charge necessary for irradiation of one unit,
Wherein the target current setting means uses a comparison value between the comparison charge amount and the charge amount necessary for irradiation of the unit as a criterion for determining whether correction is necessary.

The method according to claim 1 or 3,
And an irradiation control device for calculating a beam current value required for irradiation of one unit,
Wherein the target current setting means determines the target value of the beam current based on the beam current value required for irradiation of the unit.

The method according to claim 1 or 3,
Wherein the target current setting means corrects the target beam current value so that the target beam current value becomes smaller than the beam current value required for irradiation of one unit when the comparison charge amount is smaller than the charge amount required for irradiation of the one unit Ray irradiation system.

6. The method of claim 5,
Wherein the target beam current value is obtained by correcting a beam current value required for irradiating the one unit with a ratio of the comparative charge amount to a charge amount necessary for irradiating the one unit.

The method according to claim 1 or 3,
The target current setting means corrects the target beam current value to be larger than the beam current value required for irradiation in the unit of one when the comparison charge amount is smaller than two times the amount of charge required for irradiation of one unit The particle beam irradiation system.

8. The method of claim 7,
Wherein the target beam current value is obtained by dividing the accumulated beam charge amount by a scanning time necessary for irradiation of one unit.

There is provided a method for correcting a charged particle beam in a particle beam irradiation system comprising a synchrotron for accelerating and emitting an ion beam and an irradiation device for irradiating the ion beam emitted from the synchrotron, As a result,
The receiving means receives the total irradiation charge amount necessary for the irradiation for the plurality of times,
The exit control device calculates the accumulated irradiation charge amount,
The irradiation control device calculates a beam current value required for irradiation of one unit,
The accumulated beam charge amount measuring means measures the accumulated beam charge amount in the synchrotron,
Wherein the target current setting means sets the target current to be used for the irradiation of the one unit by using the comparison charge amount when the smaller of the remaining irradiation charge amount and the accumulated beam charge amount obtained by subtracting the cumulative irradiation charge amount from the total irradiation charge amount is the comparison charge amount, A target beam current value to be emitted from the synchrotron is set by correcting the current value,
Wherein the emission beam current correction control means controls the beam current based on the target beam current value.

5. The method of claim 4,
Wherein the target current setting means corrects the target beam current value so that the target beam current value becomes smaller than the beam current value required for irradiation of one unit when the comparison charge amount is smaller than the charge amount required for irradiation of the one unit Ray irradiation system.

5. The method of claim 4,
The target current setting means corrects the target beam current value to be larger than the beam current value required for irradiation in the unit of one when the comparison charge amount is smaller than two times the amount of charge required for irradiation of one unit The particle beam irradiation system.

6. The method of claim 5,
The target current setting means corrects the target beam current value to be larger than the beam current value required for irradiation in the unit of one when the comparison charge amount is smaller than two times the amount of charge required for irradiation of one unit The particle beam irradiation system.

The method according to claim 6,
The target current setting means corrects the target beam current value to be larger than the beam current value required for irradiation in the unit of one when the comparison charge amount is smaller than two times the amount of charge required for irradiation of one unit The particle beam irradiation system.

The method according to claim 1,
The accumulation beam charge amount measuring means measures the accumulated beam charge amount every irradiation of one unit within the emission time and the target current setting means corrects the target beam current value every irradiation of one unit And the particle beam irradiation system.