JP2019092985A - Electromagnet adjustment method of beam transport system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、陽子線や炭素イオン線などの荷電粒子ビームを癌等の患部に照射して治療する粒子線治療装置に関し、照射室に設置された照射装置に荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系の電磁石の調整方法に関する発明である。 The present invention relates to a particle beam therapy apparatus for treating a diseased part such as cancer by irradiating a charged particle beam such as a proton beam or a carbon ion beam to a beam, and a beam transport system for transporting the charged particle beam to an irradiation apparatus installed in an irradiation room. The invention relates to a method of adjusting an electromagnet of
特許文献1には、4つの治療室に設置された照射装置に荷電粒子ビーム発生装置の加速器から出射された荷電粒子ビームを輸送する、第1ビーム輸送系と、第1ビーム輸送系から分岐した4つの第2ビーム輸送系と、高速ステアラ装置を備えた荷電粒子ビーム照射システムが開示されている。高速ステアラ装置は、第1ビーム輸送系の途中に配置され、高速ステアラ電磁石、線量計、ダンパを備えており、特許文献1の荷電粒子ビーム照射システム(粒子線治療装置)は、照射装置に荷電粒子ビームを輸送することなく荷電粒子ビームのビーム強度(線量)を測定して加速器から出射された荷電粒子ビームのビーム強度(線量)を調整していた。
加速器であるシンクロトロンから荷電粒子ビームを取出す場合に高周波ノックアウト(RFKO(RF-knockout))法を用いることがある。シンクロトロンを備えた粒子線治療装置では、スピルフィードバック(非特許文献1参照)を適用してRFKO法で出射された一定強度(一定線量)の荷電粒子ビームにて患部等の照射対象に照射するように構成された装置がある。スピルフィードバックを適用した粒子線治療装置の場合には、ビーム輸送系及び照射装置の設置及び組立が完成してから、照射装置の線量モニタにて測定された線量を用いてRFKO制御装置にフィードバックする必要があった。このため、ビーム輸送系の電磁石調整と、照射装置の機器の設置及び組立を同時に行うことができず、粒子線治療装置の立上作業が長期間になっていた。 When taking out a charged particle beam from a synchrotron which is an accelerator, the RF KO (RF-knockout) method may be used. In particle radiotherapy apparatus equipped with a synchrotron, the irradiation target such as a diseased part is irradiated with a charged particle beam of constant intensity (constant dose) emitted by RFKO method applying spill feedback (see Non-patent document 1) There is a device configured as follows. In the case of a particle beam therapy system to which spill feedback is applied, after installation and assembly of the beam transport system and the irradiation apparatus are completed, feedback is made to the RFKO controller using the dose measured by the dose monitor of the irradiation apparatus. I needed it. For this reason, the electromagnet adjustment of the beam transport system and the installation and assembly of the equipment of the irradiation apparatus can not be performed at the same time, and the work of setting up the particle beam therapy apparatus has been long.
特許文献1の荷電粒子ビーム照射システム(粒子線治療装置)は、第1ビーム輸送系の途中に配置された高速ステアラ装置を用いて、照射装置に荷電粒子ビームを輸送することなく荷電粒子ビームのビーム強度(線量)を測定して加速器から出射された荷電粒子ビームのビーム強度(線量)を調整していた。しかし、特許文献1の荷電粒子ビーム照射システムにスピルフィードバックを適用した場合には、ビーム輸送系及び照射装置の設置及び組立が完成してから、照射装置の線量モニタにて測定された線量を用いてRFKO制御装置にフィードバックする必要があり、ビーム輸送系の電磁石調整と、照射装置の機器の設置及び組立を同時に行うことができず、粒子線治療装置の立上作業が長期間になる問題があった。
The charged particle beam irradiation system (particle beam therapy apparatus) disclosed in
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、照射装置の機器の組立が完了していなくてもビーム輸送系の電磁石調整ができ、従来よりも粒子線治療装置の立上作業が短期間にできるビーム輸送系の電磁石調整方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and even if the assembly of the equipment of the irradiation apparatus is not completed, the electromagnet adjustment of the beam transport system can be performed, and the particle beam therapy system is set up more than before. It is an object of the present invention to obtain a method of adjusting an electromagnet of a beam transport system which can perform the work in a short time.
本発明のビーム輸送系の電磁石調整方法は、加速器から出射された荷電粒子ビームを照射装置に輸送するビーム輸送系の電磁石を調整するビーム輸送系の電磁石調整方法であって、ビーム輸送系に配置された線量測定機器にて計測された線量計測情報に基づいて荷電粒子ビームの出射線量値が演算され、荷電粒子ビームの出射線量値が目標値を含む線量許容範囲に入るように出射量制御装置により加速器を制御する一定線量制御手順と、一定線量制御手順にて制御された荷電粒子ビームを用いて、ビーム輸送系に配置された位置測定機器にて計測された位置計測情報に基づいて荷電粒子ビームのビーム位置が演算され、位置測定機器の配置位置よりも上流側の電磁石の電流パターンをビーム位置に基づいて決定する電流パターン決定手順と、を含む。電流パターン決定手順は、荷電粒子ビームのビーム位置が設計範囲を超える場合に、荷電粒子ビームのビーム位置が設計範囲内に入るように、電磁石の電流パターンを変更する。 The electromagnet adjustment method of a beam transport system according to the present invention is an electromagnet adjustment method of a beam transport system for adjusting an electromagnet of a beam transport system for transporting a charged particle beam emitted from an accelerator to an irradiation apparatus, and arranged in the beam transport system The radiation dose value of the charged particle beam is calculated based on the dosimetry information measured by the selected dose measurement device, and the radiation amount control device is set so that the radiation dose value of the charged particle beam falls within the dose tolerance range including the target value. Charged particle based on position measurement information measured by a position measuring instrument disposed in a beam transport system using a constant dose control procedure for controlling an accelerator by the above and a charged particle beam controlled by a constant dose control procedure A current pattern determination procedure of calculating the beam position of the beam and determining the current pattern of the electromagnet upstream of the arrangement position of the position measurement device based on the beam position; Including. The current pattern determination procedure changes the current pattern of the electromagnet so that the beam position of the charged particle beam falls within the design range when the beam position of the charged particle beam exceeds the design range.
本発明のビーム輸送系の電磁石調整方法は、ビーム輸送系に配置された線量測定機器にて計測された線量計測情報に基づいて荷電粒子ビームの出射線量値が目標値を含む線量許容範囲に入るようになった後にビーム輸送系の電磁石を調整するので、照射装置の機器の組立が完了していなくてもビーム輸送系の電磁石調整ができ、従来よりも粒子線治療装置の立上作業が短期間にできる。 The electromagnet adjustment method of the beam transport system according to the present invention is characterized in that the output dose value of the charged particle beam falls within the dose allowable range including the target value based on the dosimetry information measured by the dose measuring device arranged in the beam transport system. After adjustment, the beam transport system's electromagnets are adjusted, so even if the equipment of the irradiation system has not been completely assembled, the beam transport system's electromagnets can be adjusted, and the particle beam therapy system can be started more quickly than before. You can do it in the meantime.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1によるビーム輸送系の電磁石調整方法を適用する粒子線治療装置の概略構成図である。図2は図1の電磁石調整装置の構成を示す図であり、図3は図1のRFKO制御装置の構成を示す図である。図4は図3の原信号wi1、wi2の信号特性を示す図であり、図5は図2の線量信号処理装置の構成を示す図である。図6は、図2の画像処理装置の構成を示す図である。図7は図2の画像処理装置に入力されるカメラ画像の例を示す図であり、図8は図2の画像処理装置が生成したビーム分布の例を示す図である。図9は図1のビーム輸送系の電磁石及び測定用のポートを示す図であり、図10は図9のポートを示す図である。図11はビーム位置を測定する順番の第一例を示す図であり、図12はビーム位置を測定する順番の第二例を示す図である。図13は本発明の実施の形態1によるビーム輸送系の電磁石調整方法を説明するフローチャートであり、図14は本発明の実施の形態1による他のビーム輸送系の電磁石調整方法を説明するフローチャートである。図15は、本発明の実施の形態1によるビーム輸送系の電磁石調整方法を適用した場合における粒子線治療装置の立上期間を説明する図である。
FIG. 1 is a schematic block diagram of a particle beam therapy system to which a method of adjusting an electromagnet of a beam transport system according to a first embodiment of the present invention is applied. FIG. 2 is a view showing the configuration of the electromagnet adjustment device of FIG. 1, and FIG. 3 is a view showing the configuration of the RFKO control device of FIG. FIG. 4 is a diagram showing the signal characteristics of the original signals wi1 and wi2 of FIG. 3, and FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the dose signal processing apparatus of FIG. FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the image processing apparatus of FIG. FIG. 7 is a view showing an example of a camera image input to the image processing apparatus of FIG. 2, and FIG. 8 is a view showing an example of beam distribution generated by the image processing apparatus of FIG. FIG. 9 is a view showing an electromagnet and a port for measurement of the beam transport system of FIG. 1, and FIG. 10 is a view showing the port of FIG. FIG. 11 is a view showing a first example of the order of measuring beam positions, and FIG. 12 is a view showing a second example of the order of measuring beam positions. FIG. 13 is a flow chart for explaining an electromagnet adjustment method of a beam transportation system according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 14 is a flow chart for explaining another electromagnet adjustment method of a beam transportation system according to the first embodiment of the present invention is there. FIG. 15 is a diagram for explaining the start-up period of the particle beam therapy system in the case of applying the electromagnet adjustment method of the beam transport system according to the first embodiment of the present invention.
本発明の実施の形態1によるビーム輸送系の電磁石調整方法を適用する粒子線治療装置1を説明する。粒子線治療装置1は、シンクロトロンである加速器2と、加速器2により必要なエネルギーまで加速された荷電粒子ビーム28を照射装置4に輸送するビーム輸送系3と、ビーム輸送系3で輸送された荷電粒子ビーム28を患者の患部(照射対象)に照射する照射装置4と、を備えている。また、粒子線治療装置1は、高周波ノックアウト(RFKO)法を用いて加速器2から荷電粒子ビーム28を取出すように制御するRFKO制御装置(出射量制御装置)5と、RFKO制御装置5が生成した制御信号siga(図3参照)を増幅して加速器2のRFKO電極(調整電極)19に出力するアンプ6を備えている。立上作業が完了した粒子線治療装置1は、例えば照射装置4に配置された線量モニタ(図示せず)により測定された荷電粒子ビーム28の線量がRFKO制御装置5に入力される。RFKO制御装置5は、入力された線量(フィードバックされた線量)に基づいて一定強度(一定線量)の荷電粒子ビーム28が加速器2から出射されるように制御する。より具体的には、RFKO制御装置5は、入力された線量(フィードバックされた線量)の値が目標値を含む線量許容範囲に入るように一定強度(一定線量)の荷電粒子ビーム28が加速器2から出射されるように制御する。RFKO電極19は加速器2から出射される荷電粒子ビーム28の線量を調整する。
A particle
図1に示した粒子線治療装置1の概略構成は、立上作業中の概略構成を示している。加速器室12には加速器2、ビーム輸送系3、アンプ6が配置され、照射室13に照射装置4が配置され、電源室14にRFKO制御装置5が配置される。ビーム輸送系3は、電磁石7と、真空ダクト29と、電磁石電源11等を備える。ビーム輸送系の電磁石調整方法を実行する電磁石調整装置10は、ビーム輸送系3の真空ダクト29を進行する荷電粒子ビーム28の計測された位置情報である位置計測情報sig1を生成する位置測定機器8と、荷電粒子ビーム28の計測された線量情報である線量計測情報sig2を生成する線量測定機器9と、調整対象である電磁石7を制御する電磁石電源11の電流パターンを含む設定パラメータ情報data1を生成する設定パラメータ生成装置15と、を備えている。電磁石電源11は、設定パラメータ情報data1に基づいて制御指令である電流パターンIp1を電磁石7に出力する。設定パラメータ生成装置15は、電磁石7の調整作業を行う際に、線量計測情報sig2がデジタル信号に変換された線量値情報sig3をRFKO制御装置5に出力する。
The schematic configuration of the particle
図2に示すように、設定パラメータ生成装置15は、線量信号処理装置25と、画像処理装置27と、電流パターン設定装置31とを備えている。位置測定機器8は、例えばスクリーンモニタ22と、カメラ24とを備えている。線量測定機器9は、例えば線量モニタ21と、高電圧発生器26とを備えている。スクリーンモニタ22は蛍光板であり、スクリーンモニタ22は荷電粒子ビーム28が当たると発光し、その発光56をカメラ24で撮影する。カメラ24で撮影された荷電粒子ビーム28の発光56を含む画像情報は、荷電粒子ビーム28のビーム位置を計算するために用いる位置計測情報sig1である。線量モニタ21は、例えば透過型マルチワイヤモニタである。線量モニタ21は、荷電粒子ビーム28が通過することでアルゴンや窒素等の封入ガスが電離したイオンの電流を、高電圧発生器26で生成された高電圧を印加されたワイヤにて検出する。線量モニタ21にて検出された微小電流は、線量計測情報sig2である。すなわち、線量計測情報sig2は電流情報である。線量モニタ21にて検出された線量計測情報sig2は、線量信号処理装置25に出力される。
As shown in FIG. 2, the setting
線量信号処理装置25は、例えば図5に示すように、電流電圧変換器51、アンプ52、AD変換器53、伝送形式変換器54、光信号変換器55を備えている。電流電圧変換器51は入力された微小なアナログ信号である線量計測情報sig2を電圧V1に変換する。アンプ52は電圧V1を電圧V2に増幅する。AD変換器53は、電圧V2をアナログデジタル変換(AD変換)し、デジタル信号dt1を生成する。伝送形式変換器54は、デジタル信号dt1を伝送フォーマットに合わせて、すなわち伝送フォーマット化して、伝送信号fdt1を生成する。光信号変換器55は、伝送信号fdt1を光信号に変換して線量値情報sig3を生成する。伝送信号fdt1、線量値情報sig3は、線量情報に加えて、伝送フォーマットで規定されたイネーブル信号も含んでいる。
The dose
画像処理装置27は、例えば図6に示すように、計算機57、表示装置58、記憶装置59を備えている。ビーム輸送系3の電磁石7を調整する際に、スクリーンモニタ22の下流側(照射装置4の側)には、スクリーンモニタ22を透過した残留ビームが下流側に進行するのを阻止する、すなわち荷電粒子ビーム28を遮断するビームダンパ23もビーム輸送系3の真空ダクト29に配置される。真空ダクト29には、スクリーンモニタ22を撮影するための窓30が設けられている。カメラ24は、スクリーンモニタ22上に現れた荷電粒子ビーム28による発光56を撮影し、位置計測情報sig1を計算機57に出力する。計算機57は、位置計測情報sig1に基づいてカメラ画像60を生成する。計算機57は、このカメラ画像60の輝度情報から荷電粒子ビーム28のビーム位置(中心の座標)、ビームサイズ(広がり)、ビーム分布61を演算する。ビーム位置、ビームサイズ、ビーム分布61は、表示装置58に表示され、記憶装置59に記憶される。表示装置58はディスプレイ等であり、記憶装置59はメモリ、ハードディスク(HDD)等である。また、計算機57は、電流パターン設定装置31に位置情報sig4を出力する。位置情報sig4は、荷電粒子ビーム28のビーム位置(中心の座標)、ビームサイズ(広がり)、ビーム分布61である。
The
図7に示したカメラ画像60は、例えば微小な矩形領域に分割された各矩形領域に輝度の濃淡が示されている。図8に示したビーム分布61は、各矩形領域の輝度を数値データした例である。矩形領域はx方向の位置、y方向の位置で分割された領域である。荷電粒子ビーム28の進行方向がz方向であり、x方向はz方向に垂直であり、y方向はx方向及びz方向に垂直である。カメラ画像60、ビーム分布61におけるCで示した領域がビームの輝度が最も高い領域であり、この領域Cにビーム位置が存在する。図7、図8では5×5の領域を示したが、実際はこれよりも多数の矩形領域に分割されている。
In the
RFKO制御装置5は、図3に示すように、基本波信号生成部45、フィードバック制御部46、制御信号生成器であるAM(amplitude modulation)変調器37を備えている。基本波信号生成部45は、原信号発生器32、3つの信号発生器33、34、35、3波合成器36を備えている。フィードバック制御部46は、入力器44、PI制御回路49を備えている。原信号発生器32は、図4に示した信号特性47の特性を有する原信号wi1、図4に示した信号特性48の特性を有する原信号wi2、周波数一定の原信号wi3を生成する。図4の特性の縦軸は周波数であり、横軸は時間である。信号特性47は周波数が三角形状に周期的に変化する信号特性であり、信号特性48は信号特性47を半周期ずれた信号特性である。図4では、周波数変化の周期が1msの例を示した。
As shown in FIG. 3, the
信号発生器33は原信号wi1から周波数変調された基本信号w1を生成し、信号発生器34は原信号wi2から周波数変調された基本信号w2を生成し、信号発生器35は原信号wi3から周波数変調された基本信号w3を生成する。3波合成器36は、3つの基本信号w1、w2、w3を合成した基本波信号waを生成する。AM変調器37は、基本波信号waをフィードバック制御部46が生成した変調制御信号sigcに基づいてAM変調した制御信号sigaを生成する。制御信号sigaはアンプ6に出力される。
The
フィードバック制御部46の入力器44は線量値情報sig3に基づいて線量計測値Dmを生成する。線量目標値Diは、加速器2が出力している荷電粒子ビーム28の線量の予め定まられた目標値である。PI制御回路49は、線量計測値Dm、線量目標値Diに基づいてPI制御(比例積分制御)を実行して変調制御信号sigcを生成する。PI制御回路49は、PI制御を実行する際に、線量目標値Diと線量計測値Dmとの差分である線量差を計算し、この線量差、線量目標値Di、線量計測値Dmに基づいて変調制御信号sigcを生成する。
The
画像処理装置27の計算機57にて生成された位置情報sig4は電流パターン設定装置31に出力される。電流パターン設定装置31は、位置情報sig4に基づいて、作業者の指示により、電磁石電源11の電流パターンIp1を含む設定パラメータ情報data1を生成する。設定パラメータ情報data1には、荷電粒子ビーム28の荷電粒子の種類、エネルギー、荷電粒子の種類及びエネルギーと電流パターンIp1との関連付け情報が含まれている。図2では、電流パターン設定装置31が生成した設定パラメータ情報data1は電磁石電源11における制御装置内のメモリに保存される例を示した。粒子線治療装置1の立上が完了し、荷電粒子ビーム28を照射する際は、荷電粒子の種類及びエネルギーに対応した電流パターンIp1が選択されて、その電流パターンIp1により電磁石7が励磁される。なお、設定パラメータ情報data1はビーム輸送系3の図示しない制御装置(制御計算機)の記憶装置(HDD、メモリ等)に保存してもよい。なお、1つの粒子線治療装置は、荷電粒子の種類を変更することがない場合は、設定パラメータ情報data1に荷電粒子の種類は無くてもよい。治療施設で複数の粒子線治療装置が設置されている場合には、荷電粒子の種類の情報により設定パラメータ情報data1の荷電粒子の種類に分類した管理を容易に行うことができる。
The
本発明の実施の形態1によるビーム輸送系の電磁石調整方法を、図9〜図15を用いて説明する。ビーム輸送系3における調整対象の電磁石7は、複数あり、例えば図9に示すように、荷電粒子ビーム28を偏向する偏向電磁石、荷電粒子ビーム28を収束又は発散させる四極電磁石、荷電粒子ビーム28の収差の補正を行う六極電磁石等である。図9では、2つの偏向電磁石62a、62b、5つの四極電磁石63a、63b、63c、63d、63e、1つの六極電磁石64を示した。また、図9では、5つのポート65a、65b、65c、65d、65eを示した。図10に示すように、ポート65は、荷電粒子ビーム28の線量を検出する線量モニタ21、ビーム位置を検出するスクリーンモニタ22、ビームダンパ23が真空ダクト29内に出し入れされる筒状容器である。ポートの符号は、総括的に65を用い、区別して説明する場合に65a〜65eを用いる。図10では、真空ダクト29に挿入された線量モニタ21が退避された状態の線量モニタ21aも示した。同様に、真空ダクト29に挿入されたスクリーンモニタ22、ビームダンパ23が退避された状態のスクリーンモニタ22a、ビームダンパ23aも示した。図10では、ビーム輸送系3の各測定点に線量モニタ21、スクリーンモニタ22、ビームダンパ23が同時に出し入れできる1つのポートを示したが、ビーム輸送系3は各測定点に線量モニタ21、スクリーンモニタ22、ビームダンパ23が個別に出し入れできるポート、すなわち3つのポートを備えていてもよい。図10では、ポート65にスクリーンモニタ22からの発光56が透過する窓30が設けられた例を示した。
The electromagnet adjustment method of the beam transportation system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. There are a plurality of
ビーム輸送系3の電磁石7(偏向電磁石、四極電磁石、六極電磁石)の電流パターンIp1は、荷電粒子ビーム28のエネルギー毎に設定される。したがって、荷電粒子ビーム28のエネルギーと、荷電粒子ビーム28の線量及びビーム位置を測定する測定点の順番は複数考えられる。図11では、1つのエネルギーに対して測定点を上流側から下流側へ変化させて電磁石7の調整を行い、全ての測定点での調整が終了してから次のエネルギーを変更して電磁石7の調整を行う例(第一例)を示した。図12では、1つの測定点に対してエネルギーを変更して電磁石7の調整を行い、全てのエネルギーでの調整が終了してから次の(下流側の)測定点を変更して電磁石7の調整を行う例(第二例)を示した。電流パターンIp1は荷電粒子ビーム28の照射中の時間t、すなわち加速器2から出射されている時間tによって電流値が変化するので、すなわち、電流パターンIp1(t)と表現することもできる。
The current pattern Ip1 of the electromagnet 7 (a deflection electromagnet, a quadrupole electromagnet, a hexapole electromagnet) of the
図11、図12に示した測定点P1、P2、P3、P4、P5は、それぞれ図9のポート65a、65b、65c、65d、65eの位置に該当している。図11、図12では4つのエネルギーE1、E2、E3、E4を示した。なお、エネルギーの数は4つに限らない。測定点の符号は、総括的にPを用い、区別して説明する場合にP1〜P5を用いる。
The measurement points P1, P2, P3, P4, and P5 shown in FIGS. 11 and 12 correspond to the positions of the
図13に示したビーム輸送系の電磁石調整方法のフローチャートは図11の第一例の測定順番に対応しており、図14に示したビーム輸送系の電磁石調整方法のフローチャートは図12の第二例の測定順番に対応している。図13のフローチャートを説明する。まず、加速器2は第一のエネルギーE1の荷電粒子ビームが出射されるように設定されている。また、測定対象の電磁石7に最も近い下流に位置する第1のポート65には、予め作業者により線量モニタ21、スクリーンモニタ22、ビームダンパ23が真空ダクト29内に挿入されている(検出器挿入手順)。ステップST01にて、測定対象の電磁石(測定対象電磁石)7の下流側の測定点Pにて加速器2から出射された荷電粒子ビーム28の位置を測定する(ビーム位置測定手順)。ビーム位置測定手順は、複数の手順を含んでいる。まず、作業者の指示により加速器2は荷電粒子ビーム28を出射する(ビーム出射開始手順)。加速器2から出射された荷電粒子ビーム28の線量値(出射線量値)が線量モニタ21にて検出され、設定パラメータ生成装置15の線量信号処理装置25にて生成された線量値情報sig3に基づいて、RFKO制御装置5は、荷電粒子ビーム28の線量値が予め設定された目標値を含む線量許容範囲内に入るように、すなわち線量値が一定線量値になるように加速器2の出射線量値を制御する(一定線量制御手順)。なお、線量許容範囲は予め設定されている。加速器2か出射された荷電粒子ビーム28の線量値が一定線量値になってから、荷電粒子ビーム28の位置(ビーム位置)を測定する(測定手順)。ビーム位置測定手順において、画像処理装置27は一定時間毎に位置計測情報sig1に基づいてビーム位置を計算する。より具体的には、設定パラメータ生成装置15の画像処理装置27の計算機57が位置計測情報sig1に基づいてビーム位置を計算する。
The flowchart of the electromagnet adjustment method of the beam transport system shown in FIG. 13 corresponds to the measurement order of the first example of FIG. 11, and the flowchart of the electromagnet adjustment method of the beam transport system shown in FIG. It corresponds to the measurement order of the example. The flowchart of FIG. 13 will be described. First, the
なお、加速器2から出射された荷電粒子ビーム28の線量値が一定線量値になる時間(静定時間)が予め分かっている場合は、その静定時間が経過した後に荷電粒子ビーム28の位置(ビーム位置)を測定してもよい。適宜、荷電粒子ビーム28の位置は、ビーム位置、又は荷電粒子ビーム28のビーム位置も用いる。
When the time (the settling time) at which the dose value of the charged
ステップST02にて、ビーム位置が設計範囲内にあるか否かを判定する(ビーム位置判定手順)。設定パラメータ生成装置15の画像処理装置27の計算機57が、表示装置58にビーム位置とビーム位置が設計範囲内にあるか否かの判定結果を表示する。ステップST02にて、ビーム位置が設計範囲内にある場合はステップST05に進み、ビーム位置が設計範囲内にない場合はステップST03に進む。
In step ST02, it is determined whether the beam position is within the design range (beam position determination procedure). The
ステップST05にて、作業者は測定点Pが残っているか否かを判定する(測定点確認手順)。ステップST05にて、測定点Pが残っている場合はステップST06に進み、測定点Pが残っていない場合はステップST07に進む。ステップST06にて、作業者は、加速器2からの荷電粒子ビーム28の出射を停止し、測定が終了した測定点のポート(第1のポート65)の線量モニタ21、スクリーンモニタ22、ビームダンパ23を真空ダクト29から退避させる。その後、作業者は、次の測定対象の電磁石7に最も近い下流に位置する第2のポート65から線量モニタ21、スクリーンモニタ22、ビームダンパ23を真空ダクト29内に挿入する(測定点変更手順)。ステップST01に戻って下流側の次の測定点Pにて加速器2から出射された荷電粒子ビーム28の位置を測定する。
In step ST05, the operator determines whether or not the measurement point P remains (a measurement point confirmation procedure). In step ST05, when measurement point P remains, it progresses to step ST06, and when measurement point P does not remain, it progresses to step ST07. In step ST06, the operator stops the emission of the charged
ステップST03にて、作業者は、設定パラメータ生成装置15の電流パターン設定装置31を操作して、荷電粒子ビーム28のビーム位置が設計範囲内に入るように、測定点Pよりも上流側の測定対象の電磁石(測定対象電磁石)7の電流パターンIp1を変更する(電流パターン変更手順)。その後、ステップST04にて、荷電粒子ビーム28の位置(ビーム位置)を測定する(ビーム位置再測定手順)。ビーム位置再測定手順は、ビーム位置測定手順と同じ動作である。その後、ステップST02に戻り、ビーム位置判定手順を実行する。
In step ST03, the operator operates the current
ステップST07にて、作業者は荷電粒子ビーム28のエネルギーを変更するか否かを判定する(エネルギー変更判定手順)。作業者は、粒子線治療装置1で使用する荷電粒子ビーム28の全エネルギーに対して電磁石7の調整が終了していない場合はエネルギーの変更が必要と判定して、ステップST08に進む。作業者は、粒子線治療装置1で使用する荷電粒子ビーム28の全エネルギーに対して電磁石7の調整が終了している場合はエネルギーの変更が不要と判定して、終了する。ステップST08にて、作業者は、加速器2から第二のエネルギーE2の荷電粒子ビームが出射されるように設定する(エネルギー変更手順)。その後、ステップST01に戻り、ビーム位置測定手順を実行する。ステップST01〜ステップST04は、ビーム輸送系3に配置された位置測定機器8にて計測された位置計測情報sig1に基づいて荷電粒子ビーム28のビーム位置が設定パラメータ生成装置15の画像処理装置27により演算され、位置測定機器8の配置位置よりも上流側の電磁石7の電流パターンIp1をビーム位置から決定する電流パターン決定手順である。
In step ST07, the operator determines whether to change the energy of the charged particle beam 28 (energy change determination procedure). When the adjustment of the
図9を用いて、ビーム位置の測定順番と調整対象の電磁石7を説明する。第1の測定点P1はポート65aの位置である。第1の測定点P1における調整対象の電磁石7は、六極電磁石64、四極電磁石63aである。第2の測定点P2はポート65bの位置である。第2の測定点P2における調整対象の電磁石7は、偏向電磁石62aと、これの上流側の六極電磁石64、四極電磁石63aである。なお、第2の測定点P2においては、既に調整された六極電磁石64、四極電磁石63aの再調整はほとんどない。しかし、偏向電磁石62aの調整が困難な場合は、六極電磁石64、四極電磁石63aの再調整を行う。下流側の測定点における既に調整された電磁石の再調整も同様の考え方で行う。
The measurement order of the beam position and the
第3の測定点P3はポート65cの位置である。第3の測定点P3における調整対象の電磁石7は、四極電磁石63b、63cと、これらの上流側の六極電磁石64、四極電磁石63a、偏向電磁石62aである。第4の測定点P4はポート65dの位置である。第4の測定点P4における調整対象の電磁石7は、偏向電磁石62bと、これの上流側の六極電磁石64、四極電磁石63a〜63c、偏向電磁石62aである。第5の測定点P5はポート65eの位置である。第5の測定点P5における調整対象の電磁石7は、四極電磁石63d、63eと、これらの上流側の六極電磁石64、四極電磁石63a〜63c、偏向電磁石62a、62bである。
The third measurement point P3 is the position of the
図14のフローチャートを説明する。図14のフローチャートは、図12の第二例の測定順番に対応しており、図13のフローチャートにステップST07、ST08の位置が、異なっている。図13と異なる部分を説明する。ステップST02にて、ビーム位置が設計範囲内にある場合はステップST07に進み、ビーム位置が設計範囲内にない場合はステップST03に進む。ステップST07において、作業者は荷電粒子ビーム28のエネルギーを変更するか否かを判定する(エネルギー変更判定手順)。作業者は、粒子線治療装置1で使用する荷電粒子ビーム28の全エネルギーに対して電磁石7の調整が終了していない場合はエネルギーの変更が必要と判定して、ステップST08に進む。作業者は、粒子線治療装置1で使用する荷電粒子ビーム28の全エネルギーに対して電磁石7の調整が終了している場合はエネルギーの変更が不要と判定して、ステップST05に進む。
The flowchart of FIG. 14 will be described. The flowchart of FIG. 14 corresponds to the measurement order of the second example of FIG. 12, and the positions of steps ST07 and ST08 in the flowchart of FIG. 13 are different. Parts different from FIG. 13 will be described. In step ST02, when the beam position is within the design range, the process proceeds to step ST07, and when the beam position is not within the design range, the process proceeds to step ST03. In step ST07, the operator determines whether to change the energy of the charged particle beam 28 (energy change determination procedure). When the adjustment of the
ステップST08にて、作業者は、加速器2から第二のエネルギーE2の荷電粒子ビームが出射されるように設定する(エネルギー変更手順)。その後、ステップST01に戻り、ビーム位置測定手順を実行する。ステップST07にて、粒子線治療装置1で使用する荷電粒子ビーム28の全エネルギーに対して電磁石7の調整が終了していると判定されて、ステップST05にて測定点Pが残っていない場合、すなわち全ての測定点における調整作業が終了している場合は図14のフローチャートの作業を終了する。
In step ST08, the operator sets the charged particle beam of the second energy E2 to be emitted from the accelerator 2 (energy change procedure). Thereafter, the process returns to step ST01 to execute a beam position measurement procedure. When it is determined that the adjustment of the
実施の形態1によるビーム輸送系の電磁石調整方法を適用した場合の粒子線治療装置の立上期間を、図15を用いて説明する。粒子線治療装置の立上期間は、3つの機器の設置及び組立を行う期間である設置期間Ta1、Ta2、Ta3と、2つの機器のビーム調整を行う期間である調整期間Tb1、Tb2によって決まる。設置期間Ta1は加速器2の設置及び組立の期間であり、設置期間Ta2はビーム輸送系3の設置及び組立の期間であり、設置期間Ta3は照射装置4の設置及び組立の期間である。調整期間Tb1は、加速器2、ビーム輸送系3のビーム調整を行う期間であり、調整期間Tb2は、照射装置4のビーム調整を行う期間である。従来の粒子線治療装置の立上期間は、組立工程66aと調整工程67aの合計の期間であり、図15に示した立上期間T1である。従来の粒子線治療装置の立上は、設置期間Ta1、Ta2、Ta3の作業を順次行い、その後、調整期間Tb1、Tb2の作業を順次行っている。
The start-up period of the particle beam therapy system in the case of applying the electromagnet adjustment method of the beam transport system according to the first embodiment will be described with reference to FIG. The start-up period of the particle beam therapy system is determined by installation periods Ta1, Ta2 and Ta3 which are periods in which three devices are installed and assembled, and adjustment periods Tb1 and Tb2 which are periods in which beam adjustment of two devices is performed. The installation period Ta1 is a period of installation and assembly of the
実施の形態1によるビーム輸送系の電磁石調整方法を適用した場合の粒子線治療装置の立上期間は、組立工程66bと組立工程66bの途中から開始される調整工程67bが完了した期間であり、図15に示した立上期間T2である。実施の形態1によるビーム輸送系の電磁石調整方法は、ビーム輸送系3に設けられたポート65から真空ダクト29に挿入された線量モニタ21により測定された線量計測情報sig2に基づいてスピルフィードバックができるので、加速器2、ビーム輸送系3のビーム調整を行う調整期間Tb1は、ビーム輸送系3における設置及び組立が完了した上流側の機器から開始できる。このため、実施の形態1によるビーム輸送系の電磁石調整方法では、設置期間Ta2の途中から開始されている。実施の形態1によるビーム輸送系の電磁石調整方法を適用した場合の粒子線治療装置の立上期間T2は、従来の粒子線治療装置の立上期間T1よりも短くなっている。例えば、設置期間Ta1、Ta2、Ta3を2か月とし、調整期間Tb1、Tb2をそれぞれ3か月、2か月にした場合を考える。従来の粒子線治療装置の立上期間T1は11か月である。これに対して、実施の形態1によるビーム輸送系の電磁石調整方法を適用した場合の粒子線治療装置の立上期間T2は、7〜8か月になり、従来よりも3〜4か月の短縮が可能になる。
The start-up period of the particle beam therapy system when the electromagnet adjustment method of the beam transport system according to the first embodiment is applied is a period when the
前述したように、従来の粒子線治療装置は、スピルフィードバックを適用した場合には、ビーム輸送系及び照射装置の設置及び組立が完成してから、照射装置の線量モニタにて測定された線量を用いてRFKO制御装置にフィードバックする必要がある。したがって、従来の粒子線治療装置は、ビーム輸送系の電磁石調整と、照射装置の機器の設置及び組立を同時に行うことができず、粒子線治療装置の立上作業が長期間になる。これに対して、実施の形態1によるビーム輸送系の電磁石調整方法を適用した場合の粒子線治療装置1は、ビーム輸送系3に設けられたポート65から真空ダクト29に挿入された線量モニタ21により測定された線量計測情報sig2に基づいてスピルフィードバックができるので、スピルフィードバックを適用した一定強度(一定線量)の荷電粒子ビーム28を得ながら、ビーム輸送系3の途中の経路にて荷電粒子ビーム28を観測してビーム位置等を制御する機器を調整することが可能になる。また、荷電粒子ビーム28を照射室13に導入しなくてもよいので、加速器機調整作業と同時に照射室での作業を行うことが可能になる。したがって、実施の形態1によるビーム輸送系の電磁石調整方法を適用した場合の粒子線治療装置1は、照射装置4の機器の組立が完了していなくてもビーム輸送系3の電磁石調整ができ、従来よりも粒子線治療装置の立上作業が短期間にできる。
As described above, when spill feedback is applied to the conventional particle beam therapy system, after the installation and assembly of the beam transportation system and the irradiation system are completed, the dose measured by the dose monitor of the irradiation system is It must be used to provide feedback to the RFKO controller. Therefore, the conventional particle beam therapy system can not simultaneously perform the electromagnet adjustment of the beam transport system and the installation and assembly of the equipment of the irradiation system, and the work of setting up the particle beam therapy system takes a long time. On the other hand, the particle
以上のように、実施の形態1のビーム輸送系の電磁石調整方法は、加速器2から出射された荷電粒子ビーム28を照射装置4に輸送するビーム輸送系3の電磁石7を調整するビーム輸送系の電磁石調整方法であって、ビーム輸送系3に配置された線量測定機器9にて計測された線量計測情報sig2に基づいて荷電粒子ビーム28の出射線量値(線量計測値Dm)が演算され、荷電粒子ビーム28の出射線量値(線量計測値Dm)が目標値(線量目標値Di)を含む線量許容範囲に入るように出射量制御装置(RFKO制御装置5)により加速器を制御する一定線量制御手順と、一定線量制御手順にて制御された荷電粒子ビーム28を用いて、ビーム輸送系3に配置された位置測定機器8にて計測された位置計測情報sig1に基づいて荷電粒子ビーム28のビーム位置が演算され、位置測定機器8の配置位置よりも上流側の電磁石7の電流パターンIp1をビーム位置に基づいて決定する電流パターン決定手順と、を含むことを特徴とする。電流パターン決定手順は、荷電粒子ビーム28のビーム位置が設計範囲を超える場合に、荷電粒子ビーム28のビーム位置が設計範囲内に入るように、電磁石7の電流パターンIp1を変更することを特徴とする。実施の形態1のビーム輸送系の電磁石調整方法は、この特徴により、ビーム輸送系3に配置された線量測定機器9にて計測された線量計測情報sig2に基づいて荷電粒子ビーム28の出射線量値(線量計測値Dm)が目標値(線量目標値Di)を含む線量許容範囲に入るようになった後にビーム輸送系3の電磁石7を調整するので、照射装置4の機器の組立が完了していなくてもビーム輸送系3の電磁石調整ができ、従来よりも粒子線治療装置の立上作業が短期間にできる。
As described above, the electromagnet adjustment method of the beam transport system according to the first embodiment includes the beam transport system for adjusting the
実施の形態2.
図16は、本発明の実施の形態2による電磁石調整装置の構成を示す図である。実施の形態2の電磁石調整装置10は、荷電粒子ビーム28の線量計測情報sig2を生成する線量測定機器9が測定対象の電磁石7の上流側に配置された例である。線量計測情報sig2は、スピルフィードバックを行って一定強度(一定線量)の荷電粒子ビーム28を加速器2から出射するために測定されているので、加速器2の下流側であればどこからでも荷電粒子ビーム28の線量を測定して線量計測情報sig2を生成しても構わない。例えば、線量測定機器9の線量モニタ21をビーム輸送系3の加速器2に最も近い側に配置すれば、ビーム位置の測定点を変更する際に線量モニタ21の位置を変更する必要がないので、実施の形態1の電磁石調整装置10とよりも短い期間で次のビーム位置の測定を開始することができる。
Second Embodiment
FIG. 16 is a diagram showing the configuration of the electromagnet adjustment device according to the second embodiment of the present invention. The
実施の形態2の電磁石調整装置10を用いる場合も、ビーム輸送系の電磁石調整方法は、図13のフローチャート及び図14のフローチャートで示した方法を適用することができる。したがって、実施の形態2のビーム輸送系の電磁石調整方法は、実施の形態1のビーム輸送系の電磁石調整方法と同様に、照射装置4の機器の組立が完了していなくてもビーム輸送系3の電磁石調整ができ、従来よりも粒子線治療装置の立上作業が短期間にできる。
Also in the case of using the
実施の形態3.
図17は、本発明の実施の形態3による電磁石調整装置の構成を示す図である。図18は図17の線量信号処理装置の構成を示す図であり、図19は図17の位置モニタのモニタ電流を示す図であり、図20は図17の位置信号処理装置の構成を示す図である。実施の形態3の電磁石調整装置10は、位置測定機器8が位置モニタ72及び高電圧発生器73を備え、線量測定機器9がファラデーカップ71の例である。ファラデーカップ71は荷電粒子が当たることで発生する電荷を収集する金属であり、入射した荷電粒子の数に応じた電流を生成する検出器である。ファラデーカップ71は荷電粒子ビーム28を遮断するので、ビームダンパ23の機能も備えている。位置測定機器8及び線量測定機器9の機器構成の変更に伴って、設定パラメータ生成装置15は、線量信号処理装置74、位置信号処理装置75、電流パターン設定装置31と、を備える構成に変更されている。
Third Embodiment
FIG. 17 is a diagram showing the configuration of the electromagnet adjustment device according to the third embodiment of the present invention. 18 shows the configuration of the dose signal processing apparatus of FIG. 17, FIG. 19 shows the monitor current of the position monitor of FIG. 17, and FIG. 20 shows the configuration of the position signal processing apparatus of FIG. It is. In the
線量信号処理装置74は、実施の形態1の線量信号処理装置25と基本的に同様であるが、図18に示すように、入力された微小なアナログ信号である線量計測情報sig2を電圧V1に変換する電流電圧変換器51が電流電圧変換器76に変更されている。電流電圧変換器76は、同じ線量でも線量モニタ21から出力される電流とファラデーカップ71から出力される電流値が異なるので、すなわち電流と線量の特性が異なるので、同一の線量を示す電圧V1になるように補正されている。
Although the dose
位置モニタ72は、図19に示すように、x方向用及びy方向用の複数のワイヤを備えており、荷電粒子ビーム28が通過することでアルゴンや窒素等の封入ガスが電離したイオンの電流を、高電圧発生器73で生成された高電圧が印加された複数のワイヤにて検出する。位置モニタ72は、荷電粒子ビーム28が透過する透過型の位置モニタである。位置モニタ72にて検出された微小電流は、位置計測情報sig1である。すなわち、位置計測情報sig1は電流情報である。位置モニタ72にて検出された位置計測情報sig1は、位置信号処理装置75に出力される。図19では、x方向用、y方向用にそれぞれ5本のワイヤを示した。x方向用のワイヤに符号wx1、wx2、wx3、wx4、wx5を付し、y方向用のワイヤに符号wy1、wy2、wy3、wy4、wy5を付した。ワイヤwx1、wx2、wx3、wx4、wx5のそれぞれからモニタ電流Ix1、Ix2、Ix3、Ix4、Ix5が検出され、ワイヤwy1、wy2、wy3、wy4、wy5のそれぞれからモニタ電流Iy1、Iy2、Iy3、Iy4、Iy5が検出される。モニタ電流Ix1、Ix2、Ix3、Ix4、Ix5はx方向の位置計測情報sig1xであり、モニタ電流Iy1、Iy2、Iy3、Iy4、Iy5はy方向の位置計測情報sig1yである。位置計測情報sig1は、x方向の位置計測情報sig1xとy方向の位置計測情報sig1yを有している。
The position monitor 72 is provided with a plurality of wires for the x direction and the y direction as shown in FIG. 19, and the current of the ions obtained by ionizing the enclosed gas such as argon or nitrogen by passing the charged
位置信号処理装置75は、例えば図20に示すように、位置計測情報sig1x、sig1yの各モニタ電流を信号変換する信号変換部91a、91b、数値演算部80、出力部81、計算機82、表示装置83、記憶装置84を備えている。位置計測情報sig1xの信号変換を行う信号変換部91aは、電流電圧変換部77、アンプ部78、AD変換部79を備えている。位置計測情報sig1yの信号変換を行う信号変換部91bは、電流電圧変換部77、アンプ部78、AD変換部79を備えている。信号変換部91aの電流電圧変換部77は、モニタ電流の数に対応する複数の電流電圧変換器を備えており、入力された微小なアナログ信号である位置計測情報sig1xのモニタ電流Ix1、Ix2、Ix3、Ix4、Ix5のそれぞれを電圧V1xに変換する。アンプ部78は、モニタ電流の数に対応する複数のアンプを備えており、各アンプは電圧V1xを電圧V2xに増幅する。AD変換部79は、モニタ電流の数に対応する複数のAD変換器を備えており、各AD変換器は電圧V2xをアナログデジタル変換(AD変換)し、デジタル信号dt1xを生成する。電圧V1x、電圧V2x、デジタル信号dt1xは、モニタ電流の数に対応する数だけ生成される。
For example, as shown in FIG. 20, the position
信号変換部91bの電流電圧変換部77は、信号変換部91aの電流電圧変換部77と同様である。信号変換部91bの電流電圧変換部77は、モニタ電流の数に対応する複数の電流電圧変換器を備えており、入力された微小なアナログ信号である位置計測情報sig1yのモニタ電流Iy1、Iy2、Iy3、Iy4、Iy5のそれぞれを電圧V1yに変換する。アンプ部78は、モニタ電流の数に対応する複数のアンプを備えており、各アンプは電圧V1yを電圧V2yに増幅する。AD変換部79は、モニタ電流の数に対応する複数のAD変換器を備えており、各AD変換器は電圧V2yをアナログデジタル変換(AD変換)し、デジタル信号dt1yを生成する。電圧V1y、電圧V2y、デジタル信号dt1yは、モニタ電流の数に対応する数だけ生成される。
The current-
数値演算部80は、複数のデジタル信号dt1xから荷電粒子ビーム28のx方向の位置情報デジタル信号dtp1xを演算し、複数のデジタル信号dt1yから荷電粒子ビーム28のy方向の位置情報デジタル信号dtp1yを演算する。位置情報デジタル信号dtp1xは、荷電粒子ビーム28のx方向のビーム位置(中心の座標)、x方向のビームサイズ(広がり)、x方向のビーム分布である。位置情報デジタル信号dtp1yは、荷電粒子ビーム28のy方向のビーム位置(中心の座標)、y方向のビームサイズ(広がり)、y方向のビーム分布である。ビームサイズ(広がり)は、1次元のガウス分布の1σに相当する長さである。ビーム分布は、各ワイヤの位置に対応付した電流値又は電圧値の分布である。
The
出力部81は、位置情報デジタル信号dtp1x、dtp1yを計算機82への伝送フォーマットに合わせて、すなわち伝送フォーマット化して、伝送信号fdtp1x、fdtp1yを生成する。計算機82は、伝送信号fdtp1x、fdtp1yからx方向及びy方向のビーム位置(中心の座標)、ビームサイズ(広がり)、ビーム分布を復元する。計算機82から出力されたx方向及びy方向のビーム位置、ビームサイズ、ビーム分布61は、表示装置83に表示され、記憶装置84に記憶される。表示装置83はディスプレイ等であり、記憶装置84はメモリ、ハードディスク(HDD)等である。また、計算機82は、電流パターン設定装置31に位置情報sig4を出力する。位置情報sig4は、荷電粒子ビーム28におけるx方向及びy方向のビーム位置(中心の座標)、x方向及びy方向のビームサイズ(広がり)、x方向及びy方向のビーム分布である。
The
実施の形態3の電磁石調整装置10を用いる場合も、ビーム輸送系の電磁石調整方法は、図13のフローチャート及び図14のフローチャートで示した方法を適用することができる。したがって、実施の形態3のビーム輸送系の電磁石調整方法は、実施の形態1のビーム輸送系の電磁石調整方法と同様に、照射装置4の機器の組立が完了していなくてもビーム輸送系3の電磁石調整ができ、従来よりも粒子線治療装置の立上作業が短期間にできる。
Also in the case of using the
また、実施の形態3の電磁石調整装置10は、線量測定機器9としてファラデーカップ71を用いることで、実施の形態1及び2のビーム輸送系の電磁石調整方法のように、ビームダンパ23を配置する必要がない。実施の形態3の電磁石調整装置10を用いて立ち上げるビーム輸送系3は、各測定点Pでの機器の設置作業が少なくなり、ポート65のサイズが小さくできる。ビームダンパ23用のポートを設けていた場合には、そのビームダンパ23用のポートを無くことができる。実施の形態3の電磁石調整装置10を用いて立ち上げるビーム輸送系3は、ポート65のサイズ縮小又はビームダンパ23用のポートを無くことができので、ビーム輸送系3の真空ダクト29の短縮及び高真空化ができる。
Further, the
実施の形態4.
図21は、本発明の実施の形態4による電磁石調整装置の構成を示す図である。実施の形態4の電磁石調整装置10は、位置測定機器8がスクリーンモニタ22及びカメラ24を備え、線量測定機器9がファラデーカップ71の例である。実施の形態4の電磁石調整装置10は、実施の形態1の電磁石調整装置10の線量モニタ21及び高電圧発生器26がファラデーカップ71に変更され、実施の形態1の電磁石調整装置10の線量信号処理装置25が実施の形態3で説明した線量信号処理装置74に変更されたものである。ファラデーカップ71はビームダンパの機能も備えているので、スクリーンモニタ22がファラデーカップ71の上流側に配置される。ファラデーカップ71はスクリーンモニタ22を透過した荷電粒子ビーム28の線量を測定する。スクリーンモニタ22の厚さ及び材質、すなわち蛍光板の厚さ及び材質は、ファラデーカップ71の検出感度に合わせて選択する。
Fourth Embodiment
FIG. 21 is a diagram showing the configuration of the electromagnet adjustment device according to the fourth embodiment of the present invention. In the
実施の形態4の電磁石調整装置10を用いる場合も、ビーム輸送系の電磁石調整方法は、図13のフローチャート及び図14のフローチャートで示した方法を適用することができる。したがって、実施の形態4のビーム輸送系の電磁石調整方法は、実施の形態1のビーム輸送系の電磁石調整方法と同様に、照射装置4の機器の組立が完了していなくてもビーム輸送系3の電磁石調整ができ、従来よりも粒子線治療装置の立上作業が短期間にできる。また、実施の形態4の電磁石調整装置10は、ビームダンパ23を配置する必要がないので、実施の形態3と同様に、実施の形態4の電磁石調整装置10を用いて立ち上げるビーム輸送系3は、各測定点Pでの機器の設置作業が少なくなり、ポート65のサイズが小さくできる。ビームダンパ23用のポートを設けていた場合には、そのビームダンパ23用のポートを無くことができる。実施の形態4の電磁石調整装置10を用いて立ち上げるビーム輸送系3は、ポート65のサイズ縮小又はビームダンパ23用のポートを無くことができので、ビーム輸送系3の真空ダクト29の短縮及び高真空化ができる。
Also in the case of using the
実施の形態5.
図22は、本発明の実施の形態5によるビーム輸送系の電磁石調整方法を適用する粒子線治療装置の概略構成図である。図23は図22の電磁石調整装置における位置測定機器及び設定パラメータ生成装置の構成を示す図であり、図24は図22のRFKO制御装置の構成を示す図である。実施の形態5の電磁石調整装置10は、実施の形態1の電磁石調整装置10とは、線量測定機器9が加速器2のビーム残量(残留線量)を測定するDCCT(DC Current Transformer)測定器85及びAD変換器86であり、線量測定機器9にて測定されたDCCT計測情報である残留線量計測情報sig5がRFKO制御装置5に入力され、設定パラメータ生成装置15が画像処理装置27及び電流パターン設定装置31に変更された点で異なる。実施の形態1と異なる部分を説明する。
FIG. 22 is a schematic block diagram of a particle beam therapy system to which the electromagnet adjustment method for beam transport system according to the fifth embodiment of the present invention is applied. FIG. 23 is a diagram showing the configuration of the position measurement device and the setting parameter generation device in the electromagnet adjustment device of FIG. 22, and FIG. 24 is a diagram showing the configuration of the RFKO control device of FIG. The
DCCT測定器85は加速器2内の荷電粒子ビーム28の直流電流、すなわち現在のビーム残量(DCCT電流)を測定する。実施の形態5の電磁石調整装置10は、加速器2内の現在のビーム残量(DCCT電流)の情報である残留線量計測情報sig5をRFKO制御装置5に出力している。RFKO制御装置5は、このビーム残量(残留線量)の値から演算されたビームの減少量(減少線量)の値を出射線量値と推定して、これに基づいて制御信号sigaを生成し、一定強度(一定線量)の荷電粒子ビーム28が加速器2から出射されるように制御する。より具体的には、RFKO制御装置5は、ビーム残量(残留線量)の値から推定した推定出射線量値が目標値を含む線量許容範囲に入るように一定強度(一定線量)の荷電粒子ビーム28が加速器2から出射されるように制御する。実施の形態5のRFKO制御装置5は図24に示すように、フィードバック制御部46の入力器44からPI制御回路49に出力する回路構成が、実施の形態1のRFKO制御装置5と異なっている。PI制御回路49には線量推定値生成回路90にて生成された推定出射線量値である線量推定値Dsが入力される。線量推定値生成回路90は、入力器44、遅延回路87、差分演算器88、補正回路89を備えている。
The
DCCT測定器85にて測定されたアナログ信号のDCCT電流をAD変換器86は、デジタル信号の残留線量計測情報sig5を生成する。RFKO制御装置5のフィードバック制御部46の入力器44は、残留線量計測情報sig5に基づいてDCCT計測値Ddを生成する。遅延回路87は予め定められた遅延時間tdが遅延させた遅延DCCT計測値Dddを生成する。遅延DCCT計測値Dddは、現在のDCCT計測値Ddよりも遅延時間tdだけ前のDCCT計測値に相当する。差分演算器88は遅延DCCT計測値DddからDCCT計測値Ddを引いた減少線量値Ds0を演算する。補正回路89は、減少線量値Ds0を線量目標値Diと同じレンジになるように補正して、線量推定値Dsを生成する。線量推定値DsがPI制御回路49に入力され、PI制御回路49は、線量推定値Ds、線量目標値Diに基づいてPI制御(比例積分制御)を実行して変調制御信号sigcを生成する。PI制御回路49は、PI制御を実行する際に、線量目標値Diと線量推定値Dsとの差分である線量差を計算し、この線量差、線量目標値Di、線量推定値Dsに基づいて変調制御信号sigcを生成する。
An
実施の形態5の電磁石調整装置10は、線量目標値Diと比較する線量値がビーム輸送系3において直接測定されないので、すなわち演算された線量推定値Dsには遅延時間tdを含む演算遅延が発生しているので、必要に応じて線量推定値生成回路90が演算する線量推定値Dsをリセットする。線量目標値Diがビーム出射中に変更された場合は、入力器44の出力であるDCCT計測値Dd及び遅延回路の出力である遅延DCCT計測値Dddをリセットしてから、残留線量計測情報sig5のデータ取り込み、すなわち入力器44のDCCT計測値Ddの更新を行う。
In the
実施の形態5の電磁石調整装置10を用いる場合も、ビーム輸送系の電磁石調整方法は、図13のフローチャート及び図14のフローチャートで示した方法を適用することができる。したがって、実施の形態5のビーム輸送系の電磁石調整方法は、実施の形態1のビーム輸送系の電磁石調整方法と同様に、照射装置4の機器の組立が完了していなくてもビーム輸送系3の電磁石調整ができ、従来よりも粒子線治療装置の立上作業が短期間にできる。実施の形態5の電磁石調整装置10は、実施の形態1の電磁石調整装置10と異なり、ビーム位置の測定点を変更する際に線量測定機器9の位置を変更する必要がないので、実施の形態1の電磁石調整装置10とよりも短い期間で次のビーム位置の測定を開始することができる。
Also in the case of using the
以上のように、実施の形態5のビーム輸送系の電磁石調整方法は、加速器2から出射された荷電粒子ビーム28を照射装置4に輸送するビーム輸送系3の電磁石7を調整するビーム輸送系の電磁石調整方法であって、加速器2に配置された線量測定機器9にて計測された荷電粒子ビーム28の残留線量の情報である残留線量計測情報sig5に基づいて、加速器2から出射された荷電粒子ビーム28の出射線量値が推定され、推定された荷電粒子ビーム28の推定出射線量値(線量推定値Ds)が目標値(線量目標値Di)を含む線量許容範囲に入るように出射量制御装置(RFKO制御装置5)により加速器2を制御する一定線量制御手順と、一定線量制御手順にて制御された荷電粒子ビーム28を用いて、ビーム輸送系3に配置された位置測定機器8にて計測された位置計測情報sig1に基づいて荷電粒子ビーム28のビーム位置が演算され、位置測定機器8の配置位置よりも上流側の電磁石7の電流パターンIp1をビーム位置に基づいて決定する電流パターン決定手順と、を含むことを特徴とする。電流パターン決定手順は、荷電粒子ビーム28のビーム位置が設計範囲を超える場合に、荷電粒子ビーム28のビーム位置が設計範囲内に入るように、電磁石7の電流パターンIp1を変更することを特徴とする。実施の形態5のビーム輸送系の電磁石調整方法は、この特徴により、加速器2に配置された線量測定機器9にて計測された残留線量計測情報sig5に基づいて推定された荷電粒子ビーム28の推定出射線量値(線量推定値Ds)が目標値(線量目標値Di)を含む線量許容範囲に入るようになった後にビーム輸送系3の電磁石7を調整するので、照射装置4の機器の組立が完了していなくてもビーム輸送系3の電磁石調整ができ、従来よりも粒子線治療装置の立上作業が短期間にできる。
As described above, the electromagnet adjustment method of the beam transport system according to the fifth embodiment includes the beam transport system for adjusting the
なお、実施の形態1〜実施の形態5の電流パターン設定装置31は計算機を備えている。電流パターン設定装置31の計算機と、計算機57、82は、図25に示すように、プロセッサ98、メモリ99を備えている。電流パターン設定装置31の計算機と、計算機57、82が実現する機能はプロセッサ98、メモリ99により実現される。図25は、計算機の機能を実現するハードウェア構成を示す図である。電流パターン設定装置31の計算機と、計算機57、82の機能は、プロセッサ98がメモリ99に記憶されたプログラムを実行することにより、実現される。また、計算機57、82の機能は、複数のプロセッサ98および複数のメモリ99が連携して機能を実行してもよい。また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
The current
2…加速器、3…ビーム輸送系、4…照射装置、5…RFKO制御装置(出射量制御装置)、6…アンプ、7…電磁石、8…位置測定機器、9…線量測定機器、19…RFKO電極(調整電極)、21、21a…線量モニタ、22、22a…スクリーンモニタ、24…カメラ、28…荷電粒子ビーム、37…AM変調器(制御信号生成器)、60…カメラ画像(画像情報)、62a、62b…偏向電磁石、63a、63b、63c、63d、63e…四極電磁石、64…六極電磁石、71…ファラデーカップ、72…位置モニタ、sig1、sig1x、sig1y…位置計測情報、sig2…線量計測情報、sig3…線量値情報、sig5…残留線量計測情報、siga…制御信号、Dm…線量計測値、Ds…線量推定値、Di…線量目標値、Ip1…電流パターン、P、P1、P2、P3、P4、P5…測定点、E1、E2、E3、E4…エネルギー、Ix1、Ix2、Ix3、Ix4、Ix5…モニタ電流、Iy1、Iy2、Iy3、Iy4、Iy5…モニタ電流
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記ビーム輸送系に配置された線量測定機器にて計測された線量計測情報に基づいて前記荷電粒子ビームの出射線量値が演算され、前記荷電粒子ビームの前記出射線量値が目標値を含む線量許容範囲に入るように出射量制御装置により前記加速器を制御する一定線量制御手順と、
前記一定線量制御手順にて制御された前記荷電粒子ビームを用いて、前記ビーム輸送系に配置された位置測定機器にて計測された位置計測情報に基づいて前記荷電粒子ビームのビーム位置が演算され、前記位置測定機器の配置位置よりも上流側の前記電磁石の電流パターンを前記ビーム位置に基づいて決定する電流パターン決定手順と、を含み、
前記電流パターン決定手順は、
前記荷電粒子ビームの前記ビーム位置が設計範囲を超える場合に、前記荷電粒子ビームの前記ビーム位置が前記設計範囲内に入るように、前記電磁石の前記電流パターンを変更することを特徴とするビーム輸送系の電磁石調整方法。 An electromagnet adjustment method of a beam transport system for adjusting an electromagnet of a beam transport system for transporting a charged particle beam emitted from an accelerator to an irradiation apparatus,
A dose value of the charged particle beam is calculated based on dosimetry information measured by a dose measuring device arranged in the beam transport system, and the dose tolerance of the charged particle beam includes a target value. A constant dose control procedure for controlling the accelerator by the dose control device to be within the range;
Using the charged particle beam controlled by the fixed dose control procedure, the beam position of the charged particle beam is calculated based on position measurement information measured by a position measurement device arranged in the beam transport system. A current pattern determination procedure of determining a current pattern of the electromagnet upstream of an arrangement position of the position measurement device based on the beam position;
The current pattern determination procedure
Changing the current pattern of the electromagnet so that the beam position of the charged particle beam falls within the design range when the beam position of the charged particle beam exceeds the design range How to adjust the electromagnet of the system.
前記加速器は、前記制御信号がアンプで増幅された信号に基づいて、前記荷電粒子ビームの前記出射線量値を調整する調整電極を備えることを特徴とする請求項1記載のビーム輸送系の電磁石調整方法。 The emission amount control device receives dose value information obtained by digitizing the dose measurement information, and generates a dose measurement value generated based on the dose value information and the target value of the dose of the charged particle beam. A control signal generator that generates a control signal based on the dose difference;
The electromagnet adjustment of a beam transport system according to claim 1, wherein the accelerator includes an adjusting electrode for adjusting the emission dose value of the charged particle beam based on a signal obtained by amplifying the control signal by an amplifier. Method.
前記位置計測情報は前記カメラで撮影された前記荷電粒子ビームの発光を含む画像情報であることを特徴とする請求項1または2に記載のビーム輸送系の電磁石調整方法。 The position measuring device comprises a screen monitor and a camera.
The method according to claim 1, wherein the position measurement information is image information including light emission of the charged particle beam captured by the camera.
前記位置計測情報は前記位置モニタで測定された電流情報であることを特徴とする請求項1または2に記載のビーム輸送系の電磁石調整方法。 The position measuring device is a position monitor through which the charged particle beam is transmitted,
The method of claim 1 or 2, wherein the position measurement information is current information measured by the position monitor.
前記線量計測情報は前記線量モニタで測定された電流情報であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のビーム輸送系の電磁石調整方法。 The dosimetry device is a dose monitor through which the charged particle beam passes;
The electromagnet adjustment method of a beam transport system according to any one of claims 1 to 4, wherein the dose measurement information is current information measured by the dose monitor.
ビーム輸送系の電磁石調整方法。 6. The method of claim 5, wherein the dose monitor is disposed upstream of the electromagnet.
前記位置計測情報は前記位置モニタで測定された電流情報であり、
前記線量測定機器は前記位置モニタよりも下流側に配置されたファラデーカップであり、
前記線量計測情報は前記ファラデーカップで測定された電流情報であることを特徴とする請求項1または2に記載のビーム輸送系の電磁石調整方法。 The position measuring device is a position monitor through which the charged particle beam is transmitted,
The position measurement information is current information measured by the position monitor,
The dosimetry device is a faraday cup disposed downstream of the position monitor,
The method of claim 1 or 2, wherein the dosimetry information is current information measured by the Faraday cup.
前記位置計測情報は前記カメラで撮影された前記荷電粒子ビームの発光を含む画像情報であり、
前記線量測定機器は前記スクリーンモニタよりも下流側に配置されたファラデーカップであり、
前記線量計測情報は前記ファラデーカップで測定された電流情報であることを特徴とする請求項1または2に記載のビーム輸送系の電磁石調整方法。 The position measuring device comprises a screen monitor and a camera.
The position measurement information is image information including light emission of the charged particle beam captured by the camera,
The dosimetry device is a faraday cup disposed downstream of the screen monitor,
The method of claim 1 or 2, wherein the dosimetry information is current information measured by the Faraday cup.
前記加速器に配置された線量測定機器にて計測された前記荷電粒子ビームの残留線量の情報である残留線量計測情報に基づいて、前記加速器から出射された前記荷電粒子ビームの出射線量値が推定され、推定された前記荷電粒子ビームの推定出射線量値が目標値を含む線量許容範囲に入るように出射量制御装置により前記加速器を制御する一定線量制御手順と、
前記一定線量制御手順にて制御された前記荷電粒子ビームを用いて、前記ビーム輸送系に配置された位置測定機器にて計測された位置計測情報に基づいて前記荷電粒子ビームのビーム位置が演算され、前記位置測定機器の配置位置よりも上流側の前記電磁石の電流パターンを前記ビーム位置に基づいて決定する電流パターン決定手順と、を含み、
前記電流パターン決定手順は、
前記荷電粒子ビームの前記ビーム位置が設計範囲を超える場合に、前記荷電粒子ビームの前記ビーム位置が前記設計範囲内に入るように、前記電磁石の前記電流パターンを変更することを特徴とするビーム輸送系の電磁石調整方法。 An electromagnet adjustment method of a beam transport system for adjusting an electromagnet of a beam transport system for transporting a charged particle beam emitted from an accelerator to an irradiation apparatus,
Based on residual dose measurement information, which is information on the residual dose of the charged particle beam measured by a dose measuring device arranged in the accelerator, an emitted dose value of the charged particle beam emitted from the accelerator is estimated. A constant dose control procedure for controlling the accelerator by an emission control device such that the estimated emission dose value of the charged particle beam estimated falls within a dose allowable range including a target value;
Using the charged particle beam controlled by the fixed dose control procedure, the beam position of the charged particle beam is calculated based on position measurement information measured by a position measurement device arranged in the beam transport system. A current pattern determination procedure of determining a current pattern of the electromagnet upstream of an arrangement position of the position measurement device based on the beam position;
The current pattern determination procedure
Changing the current pattern of the electromagnet so that the beam position of the charged particle beam falls within the design range when the beam position of the charged particle beam exceeds the design range How to adjust the electromagnet of the system.
前記加速器は、前記制御信号がアンプで増幅された信号に基づいて、前記荷電粒子ビームの前記出射線量値を調整する調整電極を備えることを特徴とする請求項9記載のビーム輸送系の電磁石調整方法。 The emission amount control device generates a control signal based on a dose difference between the estimated emission dose value estimated based on the received residual dose measurement information and the target value of the dose of the charged particle beam. Equipped with a signal generator,
10. The electromagnet adjustment of a beam transport system according to claim 9, wherein the accelerator includes an adjusting electrode for adjusting the emission dose value of the charged particle beam based on a signal obtained by amplifying the control signal by an amplifier. Method.
最初のエネルギーに対して調整対象の全ての前記電磁石を対象とした前記電流パターン決定手順が実行され、
その後に、次のエネルギーを変更して、この変更されたエネルギーに対して調整対象の全ての前記電磁石を対象とした前記電流パターン決定手順が、全てのエネルギーが終わるまで実行されることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載のビーム輸送系の電磁石調整方法。 Where the current patterns of the plurality of electromagnets are determined for the plurality of energies of the charged particle beam,
The current pattern determination procedure for all the electromagnets to be adjusted for the first energy is performed,
After that, changing the next energy, the current pattern determination procedure targeting all the electromagnets to be adjusted with respect to the changed energy is performed until all the energy is finished. The electromagnet adjustment method of the beam transport system according to any one of claims 1 to 10.
前記電流パターン決定手順は、
前記荷電粒子ビームのエネルギー毎に最初の測定点にて前記ビーム位置が計測された前記位置計測情報に基づいて演算された前記ビーム位置に基づいて、前記位置測定機器の配置位置よりも上流側の前記電磁石の前記電流パターンを決定する第一決定手順が実行され、
その後に、前回の測定点よりも下流側の測定点にて、前記荷電粒子ビームのエネルギー毎に前記ビーム位置が計測された前記位置計測情報に基づいて演算された前記ビーム位置に基づいて、前記位置測定機器の配置位置よりも上流側の前記電磁石の前記電流パターンを決定する第二決定手順が、最後の測定点が終わるまで実行されることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載のビーム輸送系の電磁石調整方法。 Where the current patterns of the plurality of electromagnets are determined for the plurality of energies of the charged particle beam,
The current pattern determination procedure
Based on the beam position calculated based on the position measurement information at which the beam position is measured at the first measurement point for each energy of the charged particle beam, on the upstream side of the arrangement position of the position measurement device A first determination procedure is performed to determine the current pattern of the electromagnet,
After that, based on the beam position calculated based on the position measurement information, the beam position is measured for each energy of the charged particle beam at a measurement point downstream of the previous measurement point. 11. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that a second determination procedure for determining the current pattern of the electromagnet upstream of the position of the position measuring device is carried out until the end of the last measurement point. The electromagnet adjustment method of the beam transport system as described in a term.
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