CN102686276A - 粒子射线照射装置及粒子射线治疗装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于获得消除扫描电磁铁的磁滞影响、且在光栅扫描、混合扫描中实现高精度射束照射的粒子射线照射装置。包括：扫描电源(4)，该扫描电源(4)输出扫描电磁铁(3)的励磁电流；以及照射控制装置(5)，该照射控制装置(5)控制扫描电源(4)，照射控制装置(5)包括扫描电磁铁指令值学习生成器(37)，该扫描电磁铁指令值学习生成器(37)对预扫描的结果进行评价，在评价的结果不满足规定的条件的情况下，更新励磁电流的指令值(I_k)，来执行预扫描，将评价的结果满足规定的条件的励磁电流的指令值(I_k)输出到扫描电源(4)，该预扫描是基于由扫描电源(4)输出的励磁电流的指令值(I_k)的、一系列的照射动作。

Description

粒子射线照射装置及粒子射线治疗装置

技术领域

本发明涉及用于医疗用途或研究用途的粒子射线治疗装置，尤其涉及所谓光栅扫描的扫描型的粒子射线照射装置及粒子射线治疗装置。

背景技术

一般而言，粒子射线治疗装置包括：射束产生装置，该射束产生装置产生带电粒子束；加速器，该加速器与射束产生装置相连接，且使得所产生的带电粒子束进行加速；射束输送系统，该射束输送系统输送加速到在加速器中所设定的能量为止之后射出的带电粒子束；以及粒子射线照射装置，该粒子射线照射装置设置在射束输送系统的下游，且用于将带电粒子束射向照射对象。粒子射线照射装置大致分为广域照射方式和扫描照射方式(点扫描、光栅扫描等)，广域照射方式是利用散射体将带电粒子束进行散射放大，使得经放大的带电粒子束与照射对象的形状相一致来形成照射野，而扫描照射方式是以细束状射束进行扫描来形成照射野，以使其与照射对象的形状相一致。

简单而言，点扫描是如点画法那样照射粒子射线束形成较小的点状、来形成照射野的方法。即，反复进行射束提供(打点)、射束停止、移动。点扫描是一种能按照每个点位置来改变照射剂量的自由度较高的照射方法，近年来颇受关注。

简单而言，光栅扫描是如单笔画那样持续照射粒子射线束、来形成照射野的方法。即，是一边持续照射射束、一边使目标剂量在一定的区域内以恒速进行移动的方法。由于无需频繁地反复提供/停止射束，因此，具有能缩短治疗时间的优点。

还提出有介于点扫描、光栅扫描之间的扫描方法。如光栅扫描那样持续照射射束，如点扫描那样使射束照射位置不断在点位置间移动。上述方法具有点扫描和光栅扫描这两者的优点。在本说明书中，将该介于两者之间的照射方法称为混合扫描。

广域照射方式利用准直器和团块(borus)形成与患部形状相一致的照射野。广域照射方式形成与患部形状相一致的照射野，防止向正常组织进行不需要的照射，因此成为了最广泛采用的、优异的照射方式。然而，需要针对每一位患者制作团块，或与患部相配合而使准直器进行变形。

另一方面，扫描照射方式是不需要准直器和团块的、自由度高的照射方式。然而，由于不使用防止向患部以外的正常组织进行照射的这些部件，因此要求超过广域照射方式的、高射束照射位置精度。

针对粒子射线治疗装置，为了提高照射位置或照射剂量的精度，进行了各种发明。专利文献1的目的在于提供能准确地照射患部的粒子射线治疗装置，并公开了以下发明。专利文献1的发明是将扫描装置所进行的带电粒子束的扫描量和此时利用射束位置检测器检测出的带电粒子束的射束位置存储到存储装置中，使用该存储的扫描量和射束位置，根据基于治疗计划信息的射束位置，利用控制装置来设定扫描装置的扫描量。由于将实际照射所获得的扫描量与射束位置之间的关系存储在存储装置中，因此可期待准确地对患部进行照射。

专利文献2的目的在于提供确保高安全性、能以高精度照射带电粒子束的粒子治疗装置，并公开了以下发明。专利文献2的发明是将从带电粒子束产生装置射出的带电粒子束提供给在与射束前进方向相垂直的照射面上进行扫描的扫描电磁铁，基于通过该扫描电磁铁的带电粒子束的在照射面上的位置和剂量，来控制来自带电粒子束产生装置的带电粒子束的射出量。具体而言，在照射面上分割而形成的多个区域中，停止对达到目标剂量的区域供给带电粒子束，对未达到目标剂量的其它区域供给带电粒子束。这样，对各区域中的照射剂量和目标剂量进行比较，对带电粒子束的射出量进行ON/OFF(开通/关闭)控制(供给/停止)，从而可期待高安全性。

在专利文献3中，针对在扫描电磁铁的电流与磁场之间存在的磁滞特性使射束照射位置的精度降低这一问题，公开了以下的发明。专利文献3的发明包括：第一运算单元，该第一运算单元对应于基于照射计划的射束照射位置，计算出未考虑磁滞影响的扫描电磁铁的电流值；以及第二运算单元，该第二运算单元考虑磁滞影响对第一运算单元所计算出的扫描电磁铁的电流值进行校正运算，照射控制装置基于第二运算单元的运算结果来控制扫描电磁铁的电流。这样，通过在第二运算单元中实施校正运算以消除磁滞影响，即通过使第二运算单元具备表示磁滞特性的数学模型，可期待通过运算来提高射束照射位置的精度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国专利特开2005-296162号公报

专利文献2：日本国专利特开2008-272139号公报

专利文献3：日本国专利特开2007-132902号公报

发明内容

在专利文献1所公开的发明中，基于通过进行实际照射所获得的带电粒子束的扫描量和射束位置的实际数据来生成转换表，并利用该转换表来计算出扫描电磁铁的设定电流值。

然而，实际情况如专利文献3所示，在扫描电磁铁的电流与磁场之间存在磁滞特性，在电流值增大时以及电流值减小时，会形成不同的磁场。换言之，即使知道某一瞬间的扫描电磁铁的电流值，仅靠该信息，并不能确定磁场的准确值。因而，专利文献1所公开的发明中存在如下问题：因电磁铁的磁滞影响而不能准确地对患部进行照射。

在专利文献2所公开的发明中，对带电粒子束的射出量进行ON/OFF控制(供给/停止)，以使所定义的各区域中的照射剂量达到目标剂量。

然而，专利文献2所公开的发明所记载的在照射面上分割所形成的多个区域是根据对应的扫描电磁铁的励磁电流的范围来定义的励磁电流空间内的区域(励磁区域)，而与实际的照射空间内的区域(照射区域)不一致。这是由于如果不考虑扫描电磁铁的磁滞，则该励磁区域和照射区域不会准确地一一对应。因而，即使在想要这样以励磁区域为单位对照射剂量进行管理来提高安全性的装置或方法中，如果不消除扫描电磁铁的磁滞影响，则不能发挥在小区域中管理剂量的效果。即，存在因扫描电磁铁的磁滞会导致射束照射位置的精度变差的问题。

在专利文献3所公开的发明中，在运算单元内部生成磁滞的数学模型，通过运算对扫描电磁铁的电流值进行校正。

然而，即使考虑了磁滞的影响，专利文献3的发明那样的考虑方式还存在多个问题。第一个问题是：利用运算的方法高精度地对磁滞特性进行校正实际上相当困难。例如，表示电流与磁场的磁滞特性的曲线会因以下因素而成为各种形态，上述因素是：输入(电流)的振幅；使输入(电流)变化的速度；以及使输入(电流)变化的模式。在多个领域长时间地对利用运算方法、即利用数学模型来表示该复杂的磁滞现象进行了各种研究，但现实情况是依然相当地困难。此外，第二个问题在于射束照射位置的检测方法。在以往的多种技术中，如该专利文献3所公开的发明那样，想要仅利用1台或多台射束位置监视器，来检测出射束照射位置。而只有向射束位置监视器照射带电粒子束，射束位置监视器才能获知射束照射位置。因而，存在如下问题：当射束偏离目标而照射正常组织等时，只能单单停止射束，而不能将射束照射位置控制到本来想要照射的正确的照射位置。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，获得可消除扫描电磁铁的磁滞影响、可在光栅扫描、混和扫描中实现高精度射束照射的粒子射线照射装置。

包括：扫描电源，该扫描电源输出扫描电磁铁的励磁电流；以及照射控制装置，该照射控制装置控制扫描电源。照射控制装置包括扫描电磁铁指令值学习生成器，该扫描电磁铁指令值学习生成器对预扫描(run-through)的结果进行评价，在评价的结果不满足规定的条件的情况下，更新励磁电流的指令值，来执行预扫描，将评价的结果满足规定的条件的励磁电流的指令值输出到扫描电源，上述预扫描是基于由扫描电源输出的励磁电流的指令值的、一系列的照射动作。

由于本发明的粒子射线照射装置的扫描电磁铁指令值学习生成器基于预扫描的结果，来学习输出到扫描电源的励磁电流的指令值以得到适当的结果，因此，能消除扫描电磁铁的磁滞影响，在光栅扫描、混合扫描中实现高精度的射束照射。

附图说明

图1是本发明的实施方式1中的粒子射线治疗装置的简要结构图。

图2是图1的照射控制装置的结构图。

图3是图1的其他照射控制装置的结构图。

图4是表示在磁场空间中定义的多个区域的图。

图5是表示学习照射时的分数表的例子的图。

图6是本发明的实施方式2中的照射控制装置的结构图。

图7是本发明的实施方式2中的其他照射控制装置的结构图。

图8是本发明的实施方式3中的生成指令电流的数学模型的例子。

图9是本发明的实施方式3中的照射控制装置的结构图。

附图标记

1带电粒子束

1a入射带电粒子束

1b射出带电粒子束

3扫描电磁铁

3aX方向扫描电磁铁

3bY方向扫描电磁铁

4扫描电源

7射束位置监视器

11剂量监视器

15照射对象

20磁场传感器

20aX方向电磁铁用磁场传感器

20bY方向电磁铁用磁场传感器

22逆映射运算器

33指令评价器

34指令更新器

35扫描电磁铁指令值系列生成器

35a扫描电磁铁指令值系列生成器

35b扫描电磁铁指令值系列生成器

37扫描电磁铁指令值学习生成器

37a扫描电磁铁指令值学习生成器

37b扫描电磁铁指令值学习生成器

37c扫描电磁铁指令值学习生成器

37d扫描电磁铁指令值学习生成器

37e扫描电磁铁指令值学习生成器

38参数更新器

51射束产生装置

52加速器

53射束输送装置

54粒子射线照射装置

60NN(神经网络：neural network)

Ps测定位置坐标

^aP_k照射位置

P_k照射位置

Ds测定剂量

^aD_k测定剂量

Di目标剂量

Bs测定磁场

^aB_k测定磁场

B_est磁场的推定值

B_k磁场的推定值

Dss区域测定剂量

Dsc区域剂量计算值

de剂量误差

T分数表

S_i，j磁场小区域

I_k指令电流

具体实施方式

实施方式1

图1是本发明的实施方式1中的粒子射线治疗装置的简要结构图。粒子射线治疗装置包括：射束产生装置51；加速器52；射束输送装置53；粒子射线照射装置54；治疗计划装置55；以及数据服务器56。此外，治疗计划装置55也可不认为是粒子射线治疗装置的构成零部件，而独立准备该装置。射束产生装置51使得离子源中产生的带电粒子进行加速来产生带电粒子束。加速器52与射束产生装置51相连接，使得所产生的带电粒子束进行加速。射束输送装置53输送加速到在加速器52中设定的能量为止之后射出的带电粒子束。粒子射线照射装置54设置在射束输送系统53的下游，对照射对象15照射带电粒子束。

治疗计划装置55基于照射对象即患部15的三维数据，来制定照射条件等多个治疗计划，能够对粒子射线治疗进行仿真。对于执行粒子射线治疗的医生最后所选择的治疗计划，在此处，转换为用于驱动粒子射线治疗装置的代码。所谓用于驱动的代码，在例如进行点扫描的情况下，是对于每一照射层(层)Z_i(下标i是层编号)的点坐标X_j，Y_j(下标j是点编号)、及照射到该点的目标剂量D_j，另外，在进行光栅扫描等的情况下，上述代码是以每一采样周期的照射位置X_k，Y_k(下标k表示序列编号)来表示每一照射层(层)Z_i的照射轨迹的时间序列数据等。此处，对于照射到点的目标剂量，由于根据布喇格峰值特性，上层会受到下层照射的影响，因此，不是在该照射部位所需的目标剂量。数据服务器56中存储有利用治疗计划装置55针对每一位患者生成的治疗计划数据及用于驱动的代码。

粒子射线照射装置54包括：射束输送管道2，该射束输送管道2输送从射束输送装置53入射的入射带电粒子束1a；扫描电磁铁3a、3b，该扫描电磁铁3a、3b在与入射带电粒子束1a相垂直的方向即X方向和Y方向上使得入射带电粒子束1a进行扫描；磁场传感器20a、20b，该磁场传感器20a、20b检测出扫描电磁铁3a、3b所产生的磁场；磁场数据转换器21；射束位置监视器7；位置数据转换器8；剂量监视器11；剂量数据转换器12；照射控制装置5；以及扫描电源4。磁场传感器20a、20b是例如具有检测线圈的磁场传感器。另外，如图1所示，入射带电粒子束1a的前进方向为Z方向。

扫描电磁铁3a是使得入射带电粒子束1a沿X方向进行扫描的X方向扫描电磁铁，扫描电磁铁3b是使得入射带电粒子束1a沿Y方向进行扫描的Y方向扫描电磁铁。磁场传感器20a是检测出X方向的磁场的X方向磁场传感器，磁场传感器20b是检测出Y方向的磁场的Y方向磁场传感器。磁场数据转换器21将由磁场传感器20a、20b检测出的表示磁场的传感器的电信号转换成数字数据的测定磁场Bs。射束位置监视器7检测出利用扫描电磁铁3a、3b进行偏转后的射出带电粒子束1b的通过位置。位置数据转换器8基于由射束位置监视器7所检测出的表示通过位置的电信号来计算照射层(层)上的照射位置，来生成数字数据的测定位置坐标Ps。剂量监视器11检测出射出带电粒子束1b的剂量。剂量数据转换器12将由剂量监视器11检测出的表示剂量的传感器的电信号，转换成数字数据的测定剂量Ds。

照射控制装置5向扫描电源4输出励磁电流的指令值即指令电流Ix_k，Iy_k，来控制各照射层(层)Z_i上的照射位置。扫描电源4基于由照射控制装置5输出的指令电流Ix_k，Iy_k，来向扫描电磁铁3a、3b输出实际驱动的励磁电流。

图2是照射控制装置5的结构图。照射控制装置5包括：逆映射生成器30、逆映射运算器22、指令值输出器25、指令评价器33、指令更新器34、扫描电磁铁指令值系列生成器35、及射束提供指令输出器26。扫描电磁铁指令值系列生成器35包括指令值存储装置36。指令值输出器25、指令评价器33、指令更新器34、扫描电磁铁指令值系列生成器35构成扫描电磁铁指令值学习生成器37。扫描电磁铁指令值学习生成器37对预扫描的结果进行评价，在评价的结果不满足规定的条件的情况下，更新指令电流I_k=(Ix_k，Iy_k)，来执行预扫描，将评价的结果满足规定的条件的指令电流I_k=(Ix_k，Iy_k)输出到扫描电源4，上述预扫描是基于由扫描电源4输出的指令电流I_k=(Ix_k，Iy_k)的、一系列的照射动作。

对照射控制装置5的动作进行说明。粒子射线治疗装置的照射大致分为校准时的试照射和治疗时的正式照射。一般而言，校准时的试照射是所谓用于进行校正的照射，仅在无患者的状态下，在需要进行校正时进行试照射。将对X方向扫描电磁铁3a的控制输入(电流Ix)和对Y方向扫描电磁铁3b的控制输入(电流Iy)改变成各种值来进行试照射，并测定此时的射束照射位置。与现有技术同样地进行实施方式1中的校准时的试照射，但以点扫描的方式进行提供及停止带电粒子束，在试照射时，不仅测定射束的测定位置坐标Ps(xs，ys)，还利用磁场传感器20a、20b对测定磁场Bs(Bxs，Bys)进行测定。以点扫描的方式进行试照射，从而能够明确地测定射束的测定位置坐标Ps(xs，ys)。此时的扫描电磁铁3的测定磁场Bs(Bxs，Bys)与射束的测定位置坐标Ps(xs，ys)之间形成的关系作为由逆映射生成器30所生成的逆映射运算器22的数学模型而实现。

预先准备试照射用的指令电流I₁=(Ix₁，Iy₁)(下标1表示试照射的点编号)(步骤S001)。准备试照射用的指令电流I₁=(Ix₁，Iy₁)，使得所照射的点是在粒子射线照射装置54的设想照射范围内进行照射。指令值输出器25将指令电流I₁=(Ix_l，Iy₁)输出到扫描电源4(步骤S002)。扫描电源4根据指令电流I₁=(Ix_l，Iy_l)，对扫描电磁铁3进行控制(步骤S003)。

射束提供指令输出器26与指令值输出器25同步，为了使得扫描电磁铁3a、3b的磁场稳定而等待充分的稳定时间，并向射束产生装置51输出指示产生射束的射束提供指令S_start。射束产生装置51开始照射带电粒子束。在经过了试照射所需的照射时间T_on之后，向射束产生装置51输出指示停止射束的射束停止指令S_stop，射束产生装置51停止照射带电粒子束。

利用磁场传感器20a、20b来测定由指令电流I₁=(Ix_l，Iy₁)控制的扫描电磁铁3a、3b的磁场。对每个试照射点测定的测定磁场B₁=(Bx₁，By₁)通过磁场数据转换器21来输入到逆映射生成器30。

利用射束位置监视器7来计算利用扫描电磁铁3对每个点进行扫描的射出带电粒子束1b的照射位置坐标P₁=(X₁，Y₁)。将照射位置坐标P₁=(X₁，Y₁)通过位置数据转换器8输入到逆映射生成期30。

逆映射生成器30将所有点的测定磁场B₁=(Bx_l，By_l)及照射位置坐标P₁=(X₁，Y₁)存储到作为内置的存储装置的存储器中(步骤S004)。

逆映射生成器30基于所存储的测定磁场B₁=(Bx_l，By_l)及照射位置坐标P₁=(X₁，Y₁)来生成数学模型，并将生成的数学模型存放到逆映射运算器22中(步骤S005)。

作为优选的一个示例，利用多项式来实现逆映射运算器22的数学模型。对与以往的转换表不同而采用逆映射运算器22的原因进行说明。假定扫描电磁铁3的规格、扫描电源4的规格、以及照射束的规格(照射能量、入射射束位置等)为一定的基础上，如果扫描电磁铁3的磁场B(Bx，By)确定，则射束的照射位置坐标P(x，y)便唯一确定，因此可认为与磁场B和射束的照射位置坐标P的关系相关的物理现象是2输入2输出的正映射。

然而，在治疗中的正式照射时，必须预先提供射束的目标照射位置坐标P_obj=(Px_obj，Py_obj)，然后控制扫描电磁铁3的磁场B(Bx，By)，使得实现该射束的目标照射位置坐标P_obj=(Px_obj，Py_obj)。即，在治疗时的正式照射中，必须基于射束目标照射位置坐标P_obj=(Px_obj，Py_obj)来计算扫描电磁铁3的磁场(Bx，By)的推定值

以实现该目标照射位置坐标P_obj＝(Px_obj，Py_obj)(▲Bx

及▲By

的说明请参照数学式(1)及数学式(2))。由此，需要注意的是，在正式照射中，需要从位置指向磁场的逆向的映射。因而，为了获得磁场B(Bx，By)的推定值Best，需要逆映射运算器22。

对利用多项式实现逆映射运算器22的数学模型的方法进行简要说明。此处，所谓多项式，是指一般在数学中所定义的多项式(polynomial)，定义为“仅由常数及变量的和与积构成的式子”等。具体而言，是例如以下数学式所示的式子。

[数学式1]

$\hat{B}x=m_{00}+m_{01}{\mathrm{Px}}_{\mathrm{obj}}+m_{02}{{\mathrm{Px}}_{\mathrm{obj}}}^2+m_{10}{\mathrm{Py}}_{\mathrm{obj}}+m_{11}{\mathrm{Px}}_{\mathrm{obj}}{\mathrm{Py}}_{\mathrm{obj}}+m_{20}{{\mathrm{Py}}_{\mathrm{obj}}}^2...\left(1\right)$

[数学式2]

$\hat{B}y=n_{00}+n_{01}{\mathrm{Px}}_{\mathrm{obj}}+n_{02}{{\mathrm{Px}}_{\mathrm{obj}}}^2+n_{10}{\mathrm{Py}}_{\mathrm{obj}}+n_{11}{\mathrm{Px}}_{\mathrm{obj}}{\mathrm{Py}}_{\mathrm{obj}}+n_{20}{{\mathrm{Py}}_{\mathrm{obj}}}^2...\left(2\right)$

式中，m₀₀、m₀₁、m₀₂、m₁₀、m₁₁、m₂₀、n₀₀、n₀₁、n₀₂、n₁₀、n₁₁、n₂₀是未知参数常数。另外，Px_obj、Py_obj相当于多项式的变量。另外，数学式(1)的左边(对于在B上附加了小

的Bx，由▲Bx表示)表示是Bx的推定值，数学式(2)的左边(对于在B上附加了小

的By，由▲By

表示)表示是By的推定值。磁场B(Bx，By)的推定值B_est是(▲Bx

▲By

对于多项式的未知参数常数，基于试照射的测定磁场B₁=(Bx₁，By₁)及照射位置坐标P₁=(X₁，Y₁)，利用最小二乘法等求出。

对于实现目标照射位置坐标P_obj=(Px_obj，Py_obj)的磁场B=(Bx，By)的推定值B_est，利用代入了所求出的未知参数常数的数学式(1)、数学式(2)求出。

在现有技术中是如下方式：将校准的对扫描电磁铁3的控制输入(指令电流I₁=(Ix₁，Iy₁))与射束的照射位置坐标P₁=(X₁，Y₁)的关系生成作为转换表，在扫描电磁铁指令值生成器6中预先存储该转换表。

即，分别独立地根据射束的目标照射位置P_obj的x坐标(Px_obj)求出对X方向扫描电磁铁3a的控制输入(指令电流Ix₁)、以及根据射束的目标照射位置P_obj的y坐标(Py_obj)求出对Y方向扫描电磁铁3b的控制输入(指令电流Iy₁)。

但是，实际上，由于对X方向扫描电磁铁3a的控制输入(指令电流Ix₁)对射束的照射位置P的x坐标和y坐标都产生影响，而且对Y方向扫描电磁铁3b的控制输入(指令电流Iy₁)也对射束照射位置P的x坐标和y坐标都产生影响，即存在干涉项，因此，利用独立求出的转换表的方法中照射位置精度较差。

对于实施方式1的粒子射线照射装置54，由于在求出实现目标照射位置坐标P_obj=(Px_obj，Py_obj)的磁场B=(Bx，By)的推定值Best时，在逆映射运算器22中实现考虑了上述干涉项的数学模型，因此，与以往不同，能提高射出带电粒子束1b的照射位置精度。

接着，对实施方式1的粒子射线治疗装置的正式照射进行说明。正式照射可分为对射束照射位置及剂量的控制进行优化的学习照射、和将射束照射到患者的照射对象15的治疗照射。学习照射按照以下顺序进行。

对某一照射对象15，将医生最后在由治疗计划装置55所生成的治疗计划中选择的治疗计划转换为用于驱动粒子射线治疗装置的代码，并发送至照射控制装置5(步骤S101)。此处，将学习照射及治疗照射假定为光栅扫描，并对以下情况进行说明：即，用于驱动的代码为时间序列数据，该时间序列数据是以每个采样周期的照射位置P_k(X_k，Y_k)(下标k表示序列编号)来表示每个照射层(层)Z_i(下标i是层编号)的照射轨迹。

利用后述方法生成用于学习照射的指令电流I_k=(Ix_k，Iy_k)(下标k是序列编号)(步骤S102)。对于学习照射，是在无患者的状态下，根据用于学习照射的指令电流I_k=(Ix_k，Iy_k)来进行预扫描。

对于用于学习照射的指令电流I_k=(Ix_k，Iy_k)，作为其候补，或作为学习的初始值，极端而言，任何值都可以。此处，将现有技术的方法求出的值作为初始值。对于用于学习照射的指令电流，用^aI_k=(^aIx_k，^aIy_k)(式中，a表示学习次数，在初始值的情况下a=0)表示，清楚地表明因学习而更新指令电流。

另外，扫描电磁铁指令值系列生成器35将指令电流^aI_k=(^aIx_k，^aIy_k)存储到指令值存储装置36中。对于指令电流^aI_k=(^aIx_k，^aIy_k)，其下标k表示序列编号，是每个采样周期的控制输入。在无患者的状态下，根据初始值的指令电流⁰I_k=(⁰Ix_k，⁰Iy_k)进行预扫描(步骤S103)。

根据粒子射线治疗装置的操作者的、学习照射开始指示，将由信号生成器29生成的正式照射开始信号St发送到射束提供指令输出器26及扫描电磁铁指令值系列生成器35。扫描电磁铁指令值系列生成器35在每个采样周期将第0次学习的指令电流⁰I_k=(⁰Ix_k，⁰Iy_k)按照序列编号依次输出。

射束提供指令输出器26接收正式照射开始信号St，向射束产生装置51输出产生射束的射束提供指令Sstart。射束产生装置51开始照射带电粒子束。

利用射束位置监视器7对射出带电粒子束1b的通过位置进行检测，将由位置数据转换器8计算出的测定位置坐标P_s即^aP_k输入到指令评价器33。指令评价器33比较目标照射位置即照射位置P_k(X_k，Y_k)和测定位置坐标P_s即^aP_k(^aX_k，^aY_k)，对初始值的指令电流⁰I_k=(⁰Ix_k，⁰Iy_k)进行预扫描的评分(步骤S104)。下文将叙述预扫描的评分方法。

信号生成器29在正式照射结束的时间发送正式照射结束信号Se。所谓正式照射结束的时间，是从正式照射开始的时间起经过了采样周期×k(总序列数)后的时间。射束提供指令输出器26接收正式照射结束信号Se，向射束产生装置51输出停止射束的射束停止指令S_stop。射束产生装置51接收射束停止指令S_stop，使带电粒子束1a停止(步骤S105)。

指令更新器34基于由指令评价器33输出的评价结果即评分结果，来将第a=0次学习的指令电流^aI_k=(^aIx_k，^aIy_k)的部分序列决定为改变的对象，来改变该序列(步骤S106)。例如，将第a=0次学习的指令电流⁰I_k=(⁰Ix_k，⁰Iy_k)的第3序列⁰I₃=(⁰Ix₃，⁰Iy₃)从⁰Ix₃稍作改变，变为⁰Ix₃+ΔI。

接着，在无患者的状态下，使用稍微改变了部分序列的指令电流，来再次进行预扫描(步骤S107)。即，作为第2预扫描，执行步骤S103至步骤S105。

通过稍许改变部分序列，从而将评分结果从J点改变为J+ΔJ点。由此，可知只要使用ΔJ/ΔI的信息来更新指令电流的第3预扫描⁰Ix₃即可。与一般的学习功能相同，若ΔI为正的情况下的评分结果较差，则只要将ΔI设为负值等来进行更新即可。可对评分结果受到影响的所有序列执行该操作。通过该更新，则对学习计数一次(将a递增为(a+1))。

指令更新器34生成更新后的第a=1次学习的指令电流^aI_k=(^aIx_k，^aIy_k)(步骤S108)。对第2次的预扫描比前一次的预扫描的评分结果要好进行确认，并继续学习。反复学习，直至满足事先设定的条件(合格点等)为止。最后，将学习结束的指令电流^aI_k=(^aIx_k，^aIy_k)存放在指令值存储装置36中。另外，对于学习结果，在比前一次的预扫描的评分结果还要差的情况下，设法放慢更新的速度(一次的更新量)、或设法如上述说明的那样更新指令电流等。

治疗照射按照以下顺序进行。根据粒子射线治疗装置的操作者的治疗照射开始指令，将正式照射开始信号St发送到射束提供指令输出器26及扫描电磁铁指令值系列生成器35。查电磁铁指令值系列生成器35在每个采样周期按照序列编号来依次输出学习结束的指令电流^aI_k=(^aIx_k，^aIy_k)。

射束提供指令输出器26接收正式照射开始信号St，向射束产生装置51输出产生射束的射束提供指令S_start。射束产生装置51开始照射带电粒子束(步骤S109)。

信号生成器29在正式照射结束的时间发送正式照射结束信号Se。所谓正式照射结束的时间，是从正式照射开始的时间起经过了采样周期×k(总序列数)后的时间。射束提供指令输出器26接收正式照射结束信号Se，向射束产生装置51输出停止射束的射束停止指令S_stop。射束产生装置51接收射束停止指令S_stop，使带电粒子束1a停止(步骤S110)。

接着，对预扫描的评分方法进行说明。最直接的评分方法(第1评分方法)是比较时间序列数据和实际进行预扫描时的每一采样周期的照射位置^aP_k(^aX_k，^aY_k)(a为学习次数)，并考虑以下评价函数，上述时间序列数据是以每一采样周期的照射位置P_k(X_k，Y_k)(下标k是序列编号)来表示用于光栅扫描的进行驱动用的代码、即、每一照射层(层)Z_i的照射轨迹的数据。在该评价函数的值到达规定值的情况下(满足规定的条件的情况)，学习结束。

[数学式3]

$J=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}({(X_k^a-X_k)}^2+{(Y_k^a-Y_k)}^2)...\left(3\right)$

另外，预扫描的评分也可以重视照射剂量，用以下方法(第2评分方法)进行。对于预扫描的评分，如图4所示对磁场空间内定义的多个小区域的每个小区域来比较目标剂量D_i和测定剂量D_s，根据图5所示的分数表T来进行评分。对于预扫描的评价，例如将在磁场空间内定义的多个小区域的每个小区域的分数相加来作为评价函数加以定义，并根据该评价函数的分数来进行评价。将评价函数的分数较高的预扫描判定为优于分数较低的预扫描。图4是表示由磁场空间(Bx，By)定义的磁场小区域S_i，j的图，图5是表示学习照射时的分数表T的例子的图。此外，对应于小区域的目标剂量D_i是由治疗计划装置进行计算而得的。测定剂量D_s是基于射束位置监视器7的测定结果和带电粒子束1b经过上述小区域的时间等而求出的。

此外，在预扫描的第2评分方法中，如图3所示，输入指令评价器33的信号不同。因而，步骤S104也不同。图3是采用预扫描的第2评分方法的照射控制装置的结构图。向照射控制装置5b的扫描电磁铁指令值学习生成器37b的指令评价器33b输入目标剂量Di及测定剂量D_s(^aD_k)。在步骤S104中，由剂量监视器11检测出剂量，将由剂量数据转换器12转换而得的测定剂量D_s输入指令评价器33b。指令评价器33b比较目标剂量Di和测定剂量Ds，对初始值的指令电流⁰I_k=(⁰Ix_k，⁰Iy_k)进行预扫描的评分。

在图4中，表的左列的(B₀，B₁)简要表示磁场B的X分量Bx满足B₀≤Bx<B₁的关系，同样，(B_m-1，B_m)简要表示Bx满足B_m-1≤Bx<B_m的关系。表的上部的(B₀，B₁)简要表示磁场B的Y分量By满足B₀≤By<B₁的关系，同样，(B_{m- 1}，B_m)简要表示By满足B_m-1≤By<B_m的关系。区域S_0，0是满足B₀≤Bx<B₁和B₀≤By<B₁的关系的区域，区域S_m-1，m-1是满足B_m-1≤Bx<B_m和B_m-1≤By<B_m的关系的区域。

对于预扫描的评分，在对应于粒子射线照射装置54的可照射范围的磁场空间的整个区域进行。由此，由于对于患者的照射对象15，以目标剂量Di进行管理，对于非照射对象15的相当于正常组织的部位，将剂量管理为零，因此，能高精度地对照射对象15及非照射对象的带电粒子束进行剂量管理。

若决定了扫描电磁铁3的磁场，则带电粒子束的照射位置是唯一决定的。换言之，扫描电磁铁3的磁场与带电粒子束的照射位置是一对一的关系。因而，由现有技术的指令值电流空间所定义的区域不会受到扫描电磁铁的磁滞的影响。另外，对于校准时照射带电粒子束而获得的、由磁场传感器20测得的磁场与由射束位置监视器7测得的射束位置的关系，和与校准时相同地扫描带电粒子时的正式照射时的、磁场与射束位置的关系，极为一致。由于能够根据带电粒子束的射出位置、射束位置监视器7中的通过位置、粒子射线照射装置54和照射对象15的位置关系，来求出实际照射空间，因此，实际照射空间的区域与在磁场空间中定义的区域具有映射关系，在正式照射时，该映射关系也基本不变。因而，由于对磁场空间内定义的多个磁场小区域S_i，j的每个磁场小区域进行预扫描评分，对该磁场小区域S_i，j的每个磁场小区域进行带电粒子束的剂量管理，因此，能高精度地对照射对象15在实际照射空间进行剂量管理。

图5所示的学习照射时的分数表T是减分方式的例子。剂量误差de是从区域测定剂量Dss中减去目标剂量Di而获得的差。区域测定剂量Dss是由磁场空间(Bx，By)定义的磁场小区域S_i，j的实际照射剂量，根据由磁场传感器20所测定的测定磁场Bs和由剂量监视器11所测定的测定剂量Ds而生成的。Δd是剂量误差的幅度，将其设定为允许范围内的规定的值。测定剂量Ds超过目标剂量Di的情况下的分数的变化率的绝对值、比测定剂量Ds小于目标剂量Di的情况下的分数的变化量的绝对值要大。由此，能迅速准确地对测定剂量Ds超过目标剂量Di的情况进行修正。

对于实施方式1的采用第1评分方法的粒子射线照射装置54，由于将实际的照射位置作为评价函数，因此，能学习输出到扫描电磁铁3的指令电流^aI_k=(^aIx_k，^aIy_k)以得到适当的结果。另外，对于实施方式1的采用第2评分方法的粒子射线照射装置54，对由磁场空间(Bx，By)定义的磁场小区域S_{i， j}的每个小区域基于目标剂量Di和区域测定剂量Dss来记分，根据该分数来定义评价函数，从而能学习输出到扫描电磁铁3的指令电流^aI_k=(^aIx_k，^aIy_k)以得到适当的结果。因而，能够提供精度高且安全性高的粒子射线照射装置。

对于粒子射线照射装置54，在第1评分方法中，由于将反映扫描电磁铁3的电流和磁场之间产生的磁滞影响的实际照射位置作为评价函数，来学习输出到扫描电磁铁3的指令电流^aI_k=(^aIx_k，^aIy_k)以得到适当的结果，因此，能消除在扫描电磁铁3的电流和磁场之间产生的磁滞的影响。另外，在第2评分方法中，由于粒子射线照射装置54对由磁场空间(Bx，By)定义的磁场小区域S_i，j的每个小区域进行带电粒子束的剂量管理，因此，能消除在扫描电磁铁3的电流和磁场之间产生的磁滞的影响。因而，能消除扫描电磁铁的磁滞的影响，能实现高精度的射束照射。

磁场传感器20也可以是具有霍尔元件的磁场传感器。通过使用霍尔元件，从而能对由扫描电磁铁3产生的磁场的绝对值进行测定，而无需对检测线圈所测量的电压进行积分等运算。因而，能使磁场数据转换器21简化、小型化。

作为磁场传感器20，最优选具有检测线圈和霍尔元件这两者。其原因在于，能够具有霍尔元件的能够测定磁场的绝对值这一优点、和检测线圈的能无磁滞地来测定磁场的变化量这一优点的两方面的优点。

以往的粒子射线照射装置仅利用1台或多台射束位置监视器来检测出射束照射位置，利用测定位置坐标对带电粒子束进行反馈控制。配置多个位置监视器等遮挡带电粒子束的物体会带来如下问题：导致射束散射放大，会无法获得期望的射束点直径。

对于实施方式1的粒子射线照射装置54，由于在治疗照射时，扫描电磁铁指令值系列生成器35在每个采样周期按照序列编号来依次输出学习结束时的指令电流^aI_k=(^aIx_k，^aIy_k)，以控制带电粒子束的照射位置及照射剂量，因此，也可以在正式照射时，利用未图示的移动装置来移动射束位置监视器7，使射出带电粒子束1b不通过射束位置监视器7。通过这样，能防止射出带电粒子束1b因射束位置监视器7而散射放大。由此，能减小射束点直径。因而，当以小射束直径来进行照射是比较好时，能够以适当的点直径来进行治疗。

另外，指令值输出器25也能基于扫描电磁铁3的磁场B(Bx，By)的推定值B_est来生成指令电流I_k=(Ix_k，Iy_k)，通过将其作为初始值而执行的预扫描来进行学习。

此外，对照射控制装置5具有逆映射生成器30、逆映射运算器22的例子进行了说明，但是，即使在不具有逆映射生成器30、逆映射运算器22的情况下，当然也能消除扫描电磁铁的磁滞的影响，在光栅扫描、混合扫描中实现高精度的射束照射。

由此，根据实施方式1的粒子射线照射装置54，由于包括：扫描电源4，该扫描电源4输出扫描电磁铁3的励磁电流；以及照射控制装置5，该照射控制装置5控制扫描电源4，照射控制装置5包括扫描电磁铁指令值学习生成器37，该扫描电磁铁指令值学习生成器37对预扫描的结果进行评价，在评价的结果不满足规定的条件的情况下，更新励磁电流的指令值I_k，来执行预扫描，将评价的结果满足规定的条件的励磁电流的指令值I_k输出到扫描电源4，上述预扫描是基于由扫描电源4输出的励磁电流的指令值I_k的、一系列的照射动作，因此，扫描电磁铁指令值学习生成器37基于预扫描的结果，能学习输出到扫描电源4的励磁电流的指令值I_k以得到适当的结果，能够消除扫描电磁铁的磁滞影响，在光栅扫描、混合扫描中实现高精度的射束照射。

根据实施方式1的粒子射线治疗装置，由于包括：射束产生装置51，该射束产生装置51产生带电粒子束；加速器52，该加速器52使得由射束产生装置51产生的带电粒子束进行加速；射束输送装置53，该射束输送装置53对由加速器52进行了加速的带电粒子束进行输送；以及粒子射线照射装置54，该粒子射线照射装置54利用扫描电磁铁3使得由射束输送装置53输送的带电粒子束进行扫描，并照射至照射对象15，粒子射线照射装置54包括：扫描电源4，该扫描电源4输出扫描电磁铁3的励磁电流；以及照射控制装置5，该照射控制装置5控制扫描电源4，照射控制装置5包括扫描电磁铁指令值学习生成器37，该扫描电磁铁指令值学习生成器37对预扫描的结果进行评价，在评价的结果不满足规定的条件的情况下，更新励磁电流的指令值I_k，来执行预扫描，将评价的结果满足规定的条件的励磁电流的指令值I_k输出到扫描电源4，上述预扫描是基于由扫描电源4输出的励磁电流的指令值I_k的、一系列的照射动作，因此，扫描电磁铁指令值学习生成器37基于预扫描的结果，能学习输出到扫描电源4的励磁电流的指令值I_k以得到适当的结果，能够消除扫描电磁铁的磁滞影响，在光栅扫描、混合扫描中使用高精度的粒子照射来实现高精度的粒子射线治疗。

实施方式2

在实施方式1中，在正式照射的学习照射中照射带电粒子束，但是，也能不照射带电粒子束来进行学习，优化指令电流I_k=(Ix_k，Iy_k)。下面进行说明。在实施方式2的粒子射线治疗装置中，作为学习照射的预扫描的评分方法，能使用两种预扫描的评分方法(第3评分方法、第4评分方法)。第3评分方法是比较时间序列数据和实际进行预扫描时的每一采样周期的测定磁场^aB_k(^aBx_k，^aBy_k)(a为学习次数)，并考虑以下评价函数，上述时间序列数据是以与每一采样周期的照射位置P_k(X_k，Y_k)(下标k是序列编号)相对应的磁场的推定值B_est即B_k=(Bx_k，By_k)来表示用于光栅扫描的进行驱动用的代码即每一照射层(层)Z_i的照射轨迹的数据。此外，利用逆映射运算器22来计算磁场的推定值B_k。

[数学式4]

$J=\underset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}({(\mathrm{Bx}_k^a-{\mathrm{Bx}}_k)}^2+{(\mathrm{By}_k^a-{\mathrm{By}}_k)}^2)...\left(4\right)$

第4评分方法是根据图5所示的分数表T来进行评分的方法。但是，由于在学习照射时不照射带电粒子束，因此，不同于实施方式1，设剂量误差de是从区域剂量计算值Dsc中减去目标剂量Di而获得的差。区域剂量计算值Dsc是通过按照停留时间量对剂量进行积分而获得的，上述停留时间量是基于由磁场传感器20测定的测定磁场^aB_k(^aBx_k，^aBy_k)、在由磁场空间(Bx，By)定义的磁场小区域S_i，j的每个磁场小区域中射出带电粒子束1b的停留时间。

图6是本发明的实施方式2的照射控制装置的结构图，作为学习照射的预扫描的评分方法，采用第3评分方法。输入到指令评价器33的信号与实施方式1的照射控制装置不同。向照射控制装置5c的扫描电磁铁指令值学习生成器37c的指令评价器33c输入磁场的推定值B_k=(Bx_k，By_k)及测定磁场^aB_k(^aBx_k，^aBy_k)。对实施方式2的照射控制装置5c的动作进行说明。对于校准时的试照射，与实施方式1的步骤S001至步骤S005相同。对于学习照射，也基本上与实施方式1的步骤S101至步骤S108相同，但是由于不照射带电粒子束，因此，步骤S104不同。执行步骤S201，代替实施方式1的步骤S104。

利用磁场传感器20a、20b来测定由指令电流I_k=(Ix_k，Iy_k)控制的扫描电磁铁3a、3b所产生的磁场。将由磁场传感器20测定的、由磁场数据转换器21转换的测定磁场^aB_k(^aBx_k，^aBy_k)输入到指令评价器33c。指令评价器33c比较由逆映射运算器22对每一序列编号运算而得的磁场的推定值B_k=(Bx_k，By_k)、与测定磁场^aB_k(^aBx_k，^aBy_k)，对初始值的指令电流⁰I_k=(⁰Ix_k，⁰Iy_k)进行预扫描的评分(步骤S201)。

接着，说明采用第4评分方法作为学习照射的预扫描的评分方法的情况下的照射控制装置及动作。图7是本发明的实施方式2的其他照射控制装置的结构图，作为学习照射的预扫描的评分方法，采用第4评分方法。输入到指令评价器33的信号与实施方式1的照射控制装置不同。向照射控制装置5d的扫描电磁铁指令值学习生成器37d的指令评价器33d输入目标剂量Di及区域剂量计算值Dsc。对实施方式2的照射控制装置5d的动作进行说明。对于校准时的试照射，与实施方式1的步骤S001至步骤S005相同。对于学习照射，也基本上与实施方式1的步骤S101至步骤S108相同，但是由于不照射带电粒子束，因此，步骤S104不同。执行步骤S202，代替实施方式1的步骤S104。

对由指令电流I_k=(Ix_k，Iy_k)控制的带电粒子束1按照在磁场小区域S_i，j的每个磁场小区域中停留的时间量进行积分，计算区域剂量计算值Dsc，并将其输入到指令评价器33d。指令评价器33c比较目标剂量Di和区域剂量计算值Dsc，对初始值的指令电流⁰I_k=(⁰Ix_k，⁰Iy_k)进行预扫描的评分(步骤S202)。

对于实施方式2的采用第3评分方法的粒子射线照射装置54，由于将测定磁场作为评价函数，因此，即使不照射带电粒子束，也能够学习输出到扫描电磁铁3的指令电流^aI_k=(^aIx_k，^aIy_k)以得到适当的结果。另外，对于实施方式2的采用第4评分方法的粒子射线照射装置54，基于由磁场空间(Bx，By)定义的磁场小区域S_i，j的每个小区域所计算的区域剂量计算值Dsc和目标剂量Di来记分，根据该分数来定义评价函数，从而即使不照射带电粒子束，也能够学习输出到扫描电磁铁3的指令电流^aI_k=(^aIx_k，^aIy_k)以得到适当的结果。因而，能够提供精度高且安全性高的粒子射线照射装置。

粒子射线照射装置54在第3评分方法中，意欲将测定磁场作为评价函数来学习输出到扫描电磁铁3的指令电流^aI_k=(^aIx_k，^aIy_k)以得到适当的结果，因此，能够消除在扫描电磁铁3的电流和磁场之间产生的磁滞的影响。另外，在第4评分方法中，由于粒子射线照射装置54对由磁场空间(Bx，By)定义的磁场小区域S_i，j的每个小区域进行带电粒子束的剂量管理，因此，能消除在扫描电磁铁3的电流和磁场之间产生的磁滞的影响。因而，能消除扫描电磁铁的磁滞的影响，能实现高精度的射束照射。

另外，由于能够不照射带电粒子束就进行学习照射的预扫描，因此，能抑制无用的能量消耗。

实施方式3

所谓学习功能，能够解释为“对于一个问题获得接近更理想的解的功能”。在实施方式1及2中，对生成指令电流I_k=(Ix_k，Iy_k)的功能进行了说明，上述指令电流I_k=(Ix_k，Iy_k)是对以下问题实现更理想的照射的电流，上述问题是如何使实际照射接近由治疗计划装置55对每个患者生成的一个治疗计划数据。

在控制工程中，所谓更先进的学习功能(或更智能化的学习功能)，可以解释为“用于根据过去经验的累积、来对未来未知的问题而求导出更理想的解的功能”。因此，在实施方式3中，对进一步应用实施方式1、2所说明的学习功能、具有更先进的学习功能的粒子射线照射装置及粒子射线治疗装置进行说明。

在实施方式1中，对于学习照射，是进行预扫描的评分，基于评分结果，来将指令电流I_k本身更新为更合适的值。该方法能对一个治疗计划数据来生成实现更理想照射的指令电流I_k，但该经验不能反映到其他治疗计划数据中。

在实施方式3中，对于学习照射，是与实施方式1或2同样地进行预扫描的评分。但是，基于预扫描的评分结果，并不是来更新指令电流I_k=(Ix_k，Iy_k)本身，而是包括生成指令电流I_k=(Ix_k，Iy_k)的数学模型，将该数学模型的参数更新为更适合的值。以下，说明其详细情况。

图8是表示实施方式3的、生成上述指令电流I_k=(Ix_k，Iy_k)的数学模型的例子的图。基于图8，说明生成指令电流I_k=(Ix_k，Iy_k)的结构。

具有单层隐藏层的前馈型NN(神经网络，以下称为”NN＂)60是生成上述指令电流I_k=(Ix_k，Iy_k)的数学模型的一个例子。输入层61是NN60的输入部，在本发明的实施方式3中，目标即每个采样周期的照射位置P_k(X_k，Y_k)相当于输入层61。向输入层61a输入X_k，向输入层60b输入Y_k。输出层63是NN60的输出部，在本发明的实施方式3中，指令电流I_k=(Ix_k，Iy_k)相当于该输出层63。由输出层63a输出Ix_k，由输出层63b输出Iy_k。隐藏层62是NN60的基底函数(活化函数)，利用多个隐藏层62a～62n对来自输入层61a、61b的输入信号加权，并输出到输出层63a、63b。

在粒子射线治疗装置中，利用扫描电磁铁3使带电粒子束1偏转，来决定其照射位置。即，若决定对于扫描电磁铁3的一连串的指令电流I_k=(Ix_k，Iy_k)，则由于唯一确定射束的照射位置坐标P=(X，Y)，因此，从一连串的指令电流I_k=(Ix_k，Iy_k)到射束的照射位置坐标P的物理现象能够被认为是具有滞后特性的动力学的双输入双输出的系统。希望利用NN60实现的是希望在数学上实现正好具有该滞后特性的动力学的双输入双输出的反向系统。

在实施方式1及2中，在学习照射中所更新的是指令电流I_k=(Ix_k，Iy_k)本身。与此不同的是，在实施方式3中，是更新NN60的隐藏层62的加权。图9示出了包括具有NN60的扫描电磁铁指令值系列生成器35b的照射控制装置5(5e)。照射控制装置5e是如下一个例子：即，从实施方式1的照射控制装置5a中删除了逆映射生成器30、逆映射运算器22、指令值输出器25、指令更新器34，而在扫描电磁铁指令值学习生成器37e中具有参数更新器38，在扫描电磁铁指令值系列生成器35上安装NN60。照射控制装置5e对学习照射的预扫描的评分方法采用第1评分方法。参数更新器38对NN60的参数即隐藏层62的加权进行更新，使得指令评价器33的评价结果满足规定的条件。在包括具有NN60的扫描电磁铁指令值系列生成器35b的照射控制装置5中，也能对学习照射的预扫描的评分方法采用第2至第4评分方法。在该情况下，用指令评价器33b至33d中的任一个来代替图9的指令评价器33a即可。此外，在第3评分方法的情况下，照射控制装置5包括逆映射生成器30、逆映射运算器22，利用逆映射运算器22来计算磁场的推定值B_k即可。

通过采用上述结构，本发明的实施方式3的粒子射线治疗装置中，累积有对于过去进行的治疗计划数据进行学习照射的预扫描(学习预扫描)的经验。在累积有大量的学习预扫描的经验的情况下，无需每次对新的治疗计划数据进行学习预扫描，能获得高效的、不易受扫描电磁铁的磁滞影响的、进行高精度的照射的粒子射线治疗装置。

此外，实施方式1至3中说明的学习算法只是一个例子，也能应用最速下降法、遗传算法等其他技术领域中实施的其他算法。

另外，对于预扫描的评价中的评价函数，并不限于上述说明的函数，也能使用其他评价函数。也能对数学式(3)、数学式(4)的每个序列编号k加权。另外，在对磁场空间内定义的多个小区域的每个小区域记分的情况下，也可以是加上了对每个小区域的分数Sc_i，j实施了加权w_i，j后获得的量的评价函数。在该情况下，能以更高的精度优化重要的位置、区域。

工业中的应用

本发明所涉及的粒子射线照射装置及粒子射线治疗装置可适当地应用于医疗用或研究用的粒子射线治疗装置。

Claims (16)

1.一种粒子射线照射装置，包括：

扫描电磁铁，该扫描电磁铁使得由加速器进行了加速的带电粒子束进行扫描，具有磁滞；

扫描电源，该扫描电源输出驱动所述扫描电磁铁的励磁电流；以及

照射控制装置，该照射控制装置控制所述扫描电源，其特征在于，

所述照射控制装置包括扫描电磁铁指令值学习生成器，该扫描电磁铁指令值学习生成器对预扫描的结果进行评价，在所述评价的结果不满足规定的条件的情况下，更新所述励磁电流的指令值，来执行所述预扫描，将所述评价的结果满足规定的条件的所述励磁电流的指令值输出到所述扫描电源，所述预扫描是基于由所述扫描电源输出的所述励磁电流的指令值的、一系列的照射动作。

2.如权利要求1所述的粒子射线照射装置，其特征在于，

所述扫描电磁铁指令值学习生成器包括：指令评价器，该指令评价器对基于所述励磁电流的指令值的所述预扫描的结果进行评价；指令更新器，该指令更新器在所述指令评价器的评价结果不满足所述规定的条件的情况下，更新所述励磁电流的指令值；以及扫描电磁铁指令值系列生成器，该扫描电磁铁指令值系列生成器根据由所述指令更新器进行更新后的所述励磁电流的指令值来执行所述预扫描，将所述评价的结果满足所述规定的条件的所述励磁电流的指令值输出到所述扫描电源。

3.如权利要求1所述的粒子射线照射装置，其特征在于，

所述扫描电磁铁指令值学习生成器包括：数学模型，该数学模型生成所述励磁电流的指令值并具有参数；

指令评价器，该指令评价器对基于所述励磁电流的指令值的预扫描的结果进行评价；参数更新器，该参数更新器在所述指令评价器的评价结果不满足所述规定的条件的情况下，更新所述数学模型的参数；以及扫描电磁铁指令值系列生成器，该扫描电磁铁指令值系列生成器根据由更新了所述参数后的所述数学模型所生成的所述励磁电流的指令值来执行所述预扫描，将所述评价的结果满足所述规定的条件的所述励磁电流的指令值输出到所述扫描电源。

4.如权利要求2或3所述的粒子射线照射装置，其特征在于，

包括射束位置监视器，该射束位置监视器对向着照射对象进行照射的所述带电粒子束的通过位置进行检测，

所述指令评价器比较测定位置坐标和所述照射对象的所述带电粒子束的目标照射位置坐标，来进行评价，所述测定位置坐标是在基于所述通过位置计算出的所述照射对象的照射位置的坐标。

5.如权利要求2或3所述的粒子射线照射装置，其特征在于，

包括剂量监视器，该剂量监视器对所述带电粒子束的剂量进行测定，

所述指令评价器比较测定剂量和目标剂量来进行评价，所述测定剂量是由所述剂量监视器所测定的剂量，所述目标剂量是对于照射有所述带电粒子束的照射对象的目标剂量。

6.如权利要求2或3所述的粒子射线照射装置，其特征在于，

包括磁场传感器，该磁场传感器对由所述励磁电流所驱动的所述扫描电磁铁的磁场进行测定，所述指令评价器比较由所述磁场传感器所测定的测定磁场、与对应于照射有所述带电粒子束的照射对象的所述带电粒子束的目标照射位置坐标的所述扫描电磁铁的磁场的推定值，来进行评价。

7.如权利要求5所述的粒子射线照射装置，其特征在于，

将照射所述带电粒子束的照射对象划分成由所述励磁电流驱动的所述扫描电磁铁产生的X方向及Y方向的磁场所定义的磁场小区域，

所述指令评价器对所述磁场小区域的每个磁场小区域比较所述测定剂量和所述目标剂量，来进行评价。

8.如权利要求2或3所述的粒子射线照射装置，其特征在于，

包括磁场传感器，该磁场传感器对由所述励磁电流驱动的所述扫描电磁铁的磁场进行测定，将照射所述带电粒子束的照射对象划分成由所述励磁电流驱动的所述扫描电磁铁产生的X方向及Y方向的磁场所定义的磁场小区域，

所述指令评价器对所述磁场小区域的每个磁场小区域来比较区域剂量计算值和对于照射有所述带电粒子束的照射对象的目标剂量，来进行评价，所述区域剂量计算值是基于所述带电粒子束停留在所述磁场小区域中的停留时间而计算的。

9.如权利要求7所述的粒子射线照射装置，其特征在于，

所述指令评价器具有分数表，利用所述分数表来进行评价，所述分数表是对所述磁场小区域的所述测定剂量即区域测定剂量与所述目标剂量之差即剂量误差进行打分的表。

10.如权利要求9所述的粒子射线照射装置，其特征在于，

在所述分数表中，在所述测定剂量超过所述目标剂量的情况下的分数的变化率的绝对值、比所述测定剂量小于所述目标剂量的情况下的分数的变化率的绝对值要大。

11.如权利要求8所述的粒子射线照射装置，其特征在于，

所述指令评价器具有分数表，利用所述分数表来进行评价，所述分数表是对所述区域剂量计算值与所述目标剂量之差即剂量误差进行打分的表

12.如权利要求11所述的粒子射线照射装置，其特征在于，

在所述分数表中，在所述区域剂量计算值超过所述目标剂量的情况下的分数的变化率的绝对值、比在所述区域剂量计算值小于所述目标剂量的情况下的分数的变化率的绝对值要大。

13.如权利要求1至12的任一项所述的粒子射线照射装置，其特征在于，

在包含照射有所述带电粒子束的照射对象的可照射范围内进行所述预扫描的评价。

14.如权利要求1或2所述的粒子射线照射装置，其特征在于，

具有逆映射运算器，该逆映射运算器基于照射有所述带电粒子束的照射对象的所述带电粒子束的目标照射位置坐标来计算目标磁场，

在第一次所述预扫描中，由所述扫描电源输出的所述励磁电流的指令值是基于所述目标磁场生成的。

15.如权利要求14所述的粒子射线照射装置，其特征在于，

所述逆映射运算器由所述目标照射位置坐标的多项式构成。

16.粒子射线治疗装置，其特征在于，

包括：射束产生装置，该射束产生装置用来产生带电粒子束；加速器，该加速器使得由所述射束产生装置所产生的所述带电粒子束进行加速；射束输送装置，该射束输送装置输送由所述加速器进行了加速的带电粒子束；以及粒子射线照射装置，该粒子射线照射装置用扫描电磁铁、使得由所述射束输送装置输送的带电粒子束进行扫描，来对照射对象进行照射，

所述粒子射线照射装置是如权利要求1至15的任一项所述的粒子射线照射装置。

Images