CN104667436B - 波束监视系统以及粒子线照射系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种波束监视系统以及粒子线照射系统，具备用于提高位置宽度确定的测量精度的简单的结构。作为在位置确定中使用的信号，从测量线所有点中周期性地提取代表线电极，各以一点分别与位置确定用电流频率变换器、监视器信号处理装置连接，来确定波束位置。作为仅取得数据的信号，将测量线所有点通过相同数量的线进行分组，取得各组信号的各一点的信号，汇聚组数的测量线与一点的数据取得用电流频率变换器、监视器信号处理装置连接。之后，上游波束监视器监视控制装置和下游波束监视器监视控制装置根据来自代表线电极的处理信号求出波束位置，根据求出的波束位置的信息、来自代表线电极的处理信号以及来自剩余线电极的处理信号求出波束宽度。

Description

波束监视系统以及粒子线照射系统

技术领域

本发明涉及一种带电粒子束(粒子线、离子束)的照射系统中的波束位置的监视系统，尤其涉及一种适合在向患部照射质子或碳离子等粒子线来进行治疗的粒子线治疗装置中使用的粒子线照射系统的波束监视系统。

背景技术

已知向癌症等患者的患部照射质子以及碳离子等带电粒子束的治疗方法。在该治疗中所使用的带电粒子束照射系统(粒子线射出装置或带电粒子束射出装置)具备带电粒子束产生装置，通过带电粒子束产生装置加速后的离子束经由第一波束输送系统以及设置在旋转台架上的第二波束输送系统到达设置在旋转台架上的照射装置。从照射装置射出离子束来向患者的患部进行照射。

作为照射装置的照射方式，已知例如在非专利文献1中记载的在通过散射体扩大波束后与患部形状相符合地进行切出的双重散射体方式(非专利文献1的2081页、图35)、wobbler法(非专利文献1的2084页、图41)以及使细的波束在患部区域内进行扫描的扫描方法(非专利文献1的2092页以及2093页)。

在上述波束照射方法中，基于对正常细胞的影响少且不需要喷嘴内置装置的特征，将目光集中在扫描方式中。该扫描方式的特征在于，对应于向照射对象的照射量来停止带电粒子束的输出，通过控制能量以及扫描电磁铁来变更称为点的带电粒子束的照射位置，在变更完成后重新开始带电粒子束的射出，由此在依次切换照射位置的同时与照射对象(患部)的形状相符地进行波束照射。

在电荷粒子照射系统中，为了与患部的形状相符地来进行照射，在扫描电磁铁的下游侧，且在照射对象即患者的紧前设置有波束位置监视器(以下，称为点位置监视器)。

该点位置监视器是由被称为多线的检测器(以下，称为通道)构成，是对于每个通道在电容器中蓄积由于波束的通过而产生的电荷量，并读出感应的电压的方式。由于在各通道中检测出的信号微弱，因此在通道的下游侧设置放大器，将在通道中检测出的信号经由放大器发送给信号处理装置，从而能够检测波束的位置以及宽度。

在此，非专利文献1中记载的现有的波束监视器的测量线间隔宽，为了提高位置宽度确定的测量精度，需要使测量线的间隔变窄，增加测量点。因此，在现有的点位置监视器中产生如下的问题：与通道数量相伴需要信号放大器以及信号处理装置，在波束的位置以及宽度检测中为了对所有的通道进行信号放大以及信号处理，通道数量越是增加监视器系统越是成为规模大且复杂的结构，从而成本增加。

非专利文献1：REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS、VOLUME.64，NUMBER 8、(AUGUST 1993)、P2074-2093.

发明内容

本发明的目的在于提供一种在扫描方式的点照射中，具备用于提高位置宽度确定的测量精度的简单结构的波束监视系统以及具备该系统的粒子线照射系统。

为了解决上述课题，例如采用在权利要求书中记载的结构。

本发明包括多个用于解决上述课题的手段，举其一例，其特征在于，具备：收集电极，其具有多个将相邻的多个线电极作为一个组的所述组，检测通过的带电粒子束；第一信号处理装置，其将该收集电极的所述组中的一个线电极作为代表线电极，取得从该代表线电极输出的检测信号来进行信号处理；以及波束监视器控制装置，其根据来自所述第一信号处理装置的处理信号，求出通过了所述线电极的所述带电粒子束的波束位置。

根据本发明，在测量线点数多的波束监视系统中，能够以简单的结构实现用于正确地检测波束照射的位置宽度的系统。此外，与现有的监视器相同，能够仅根据测量值确定波束照射位置，因此即使在错误地照射波束时也能够瞬间确定照射位置，并且不需要复杂的处理能够确定正确的照射位置。

附图说明

图1是表示本发明的粒子线照射系统的第一实施方式的全体结构的结构图。

图2是表示构成本发明的粒子线照射系统的第一实施方式的扫描照射系统以及照射控制系统的概要的结构图。

图3是扫描照射方式的带电粒子束照射的控制流程图。

图4是本发明的粒子线照射系统的第一实施方式的波束监视系统的概要图。

图5是表示本发明的粒子线照射系统的第一实施方式的波束监视系统中的线的连接结构的一例的概要图。

图6是表示本发明的粒子线照射系统的第一实施方式的波束监视系统中的波束监视器相关的分布确定为止的概要的图。

图7是光栅扫描方式的带电粒子束照射的控制流程图。

符号说明

1 带电粒子束产生装置

2 波束输送系统

3 扫描照射装置

4 控制系统

5 中央控制装置

6 治疗计划装置

7 加速器/输送系统控制系统

8 照射控制系统

8a 患者设备控制装置

8a1 旋转台架控制装置

8a2 治疗台控制装置

8a3 喷嘴内设备控制装置

8b 监视器监视控制装置

8b1 上游波束监视器监视控制装置

8b2 下游波束监视器监视控制装置

8b2-1、8b2-2、8b2-3 累计脉冲取得装置

8b2-4 CPU

8b3 线量监视控制装置

8c 扫描电磁铁电源控制装置

10 治疗台

11 照射喷嘴

11a 上游波束监视器

11b 扫描电磁铁

11c 线量监视器

11d 下游波束监视器

11d1 下游波束监视器(X轴方向)

11d2 下游波束监视器(Y轴方向)

12 带电粒子束

13 患者/患部

14 旋转台架

15 前段加速器

16 圆形加速器

21 通过线电极测量出的测量分布

22 监视器信号处理装置(数字信号处理)

24 位置确定用电流频率变换器

25 数据取得用电流频率变换器

40 操作终端

S30 扫描照射方式的加速器准备

S31 扫描照射方式的扫描电磁铁设定

S32 扫描照射方式的点线量目标设定

S33 扫描照射方式的波束开启

S34 扫描照射方式的线量已满

S35 扫描照射方式的波束关断

S36 扫描照射方式的波束位置/宽度计算

S37 扫描照射方式的点照射控制流程部

S38 扫描照射方式的层/能量变更控制流程部

S39 扫描照射方式的治疗结束

S31A 光栅扫描方式的扫描电磁铁设定

S32A 光栅扫描方式的点线量目标设定

S35A 光栅扫描方式的波束关断

S35B 光栅扫描方式的G点扫描电磁铁设定

S35C 光栅扫描方式的G点线量目标值设定

S36A 光栅扫描方式的波束位置/宽度计算

S37A 光栅扫描方式的点照射控制流程部

S38A 光栅扫描方式的层/能量变更控制流程部

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的波束监视系统以及粒子线照射系统的实施方式进行说明。

(第一实施方式)

使用图1至图6，对本发明的波束监视系统以及粒子线照射系统的第一实施方式进行说明。

在本发明中，粒子线照射系统表示针对固定在治疗室内的治疗台(床装置)10上的患者的患部照射带电粒子束12(例如，质子射线或碳射线等)的系统。

首先，使用图1至图3对本发明的粒子线照射系统的结构进行说明。

图1是本实施方式的概要图，图2是构成本实施方式的带电粒子束照射系统的扫描照射装置的概要图，图3是扫描照射方式的带电粒子束照射的控制流程图。

在图1中，本实施方式的粒子线照射系统大致具备：带电粒子束产生装置1、波束输送系统2、扫描照射装置3以及控制系统4。

带电粒子束产生装置1具有：离子源(未图示)、前段加速器15以及圆形加速器(同步加速器)16。在本实施方式中，作为圆形加速器16以同步加速器为例子进行说明，但也可以是回旋加速器等其他的加速器。在前段加速器15的上游侧连接离子源，在前段加速器15的下游侧连接圆形加速器16。

波束输送系统2连接在带电粒子束产生装置1的下游侧，用于将带电粒子束产生装置1与扫描照射装置3连接。

扫描照射装置3是用于向患者的患部照射带电粒子束12的装置，如图2所示，大致具备：承载患者13的治疗台10、照射喷嘴(喷嘴装置)11以及旋转台架14。

将治疗台10配置在治疗室内，承载患者13来进行患部的定位。

如图2所示，在照射喷嘴11从带电粒子束12的进行方向的上游侧开始沿着波束路径依次配置上游波束位置监视器11a、扫描电磁铁11b、线量监视器11c以及下游波束监视器11d。照射喷嘴11形成扫描束的照射范围。

上游波束位置监视器11a测量向照射喷嘴11内射入的带电粒子束12的通过位置以及波束宽度(束径)。

扫描电磁铁11b具备：第一扫描电磁铁11b1，其使通过的带电粒子束向第一方向(例如，X轴方向)偏转/扫描；以及第二扫描电磁铁11b2，其使带电粒子束向与第一方向垂直的第二方向(例如，Y轴方向)偏转/扫描。在此，X轴方向是与向照射喷嘴11射入的带电粒子束的行进方向垂直的平面内的一方向，Y轴方向表示在该平面内与X轴垂直的方向。

线量监视器11c测量通过的带电粒子束的照射线量。即，线量监视器11c是监视向患者照射的带电粒子束的照射线量的监视器。

将下游波束监视器11d设置在扫描电磁铁11b的下游侧，测量通过的带电粒子束的位置以及波束宽度。即，下游波束监视器11d是测量通过扫描电磁铁11b扫描到的带电粒子束的位置以及波束宽度的监视器。

旋转台架14是以等中心点(未图示)为中心能够旋转的结构，决定波束的照射角度。通过旋转台架14旋转，能够变更向患者13照射的带电粒子束12的照射角度。

如图1所示，控制系统4大致具备：中央控制装置5、加速器/输送系统控制系统7以及波束输送系统控制系统8。

中央控制装置5与治疗计划装置6、加速器/输送系统控制系统7、照射控制系统8以及操作终端40连接。该中央控制装置5具备如下的功能：根据来自治疗计划装置6的设定数据计算用于加速器运转的运转参数的设定值、用于形成照射范围的运转参数、计划的波束位置以及波束宽度、线量的设定值。将这些运转参数以及监视器设定值从中央控制装置5输出给加速器/输送系统控制系统7以及照射控制系统8。

加速器/输送系统控制系统7与带电粒子束产生装置1以及波束输送系统2连接，来控制构成带电粒子束产生装置1以及波束输送系统2的设备。

照射控制系统8与扫描照射装置3连接，来控制构成扫描照射装置3的设备。

操作终端40具备用于操作员(医生、操作员等医疗从业者)输入数据或指示信号的输入装置以及显示画面。

使用图2，对照射控制系统8进行说明。

照射控制系统8具备：患者设备控制装置8a、监视器监视控制装置8b以及扫描电磁铁电源控制装置8c。

患者设备控制装置8a具备：对构成旋转台架14的各设备进行控制的旋转台架控制装置8a1、移动医疗台10来进行定位控制的治疗台控制装置8a2以及对配置在喷嘴11内的设备进行控制的喷嘴内设备控制装置8a3。其中，旋转台架控制装置8a1通过控制旋转台架14的旋转角度，来控制向患者13照射的带电粒子束的照射角度。

监视器监视控制装置8b大致具备：对上游波束监视器11a进行监视控制的上游波束监视器监视控制装置8b1、对下游波束监视器11d进行监视控制的下游波束监视器监视控制装置8b2以及对线量监视器11c进行监视控制的线量监视控制装置8b3。

上游波束监视器监视控制装置8b1具有测量向上游波束监视器11a射入的带电粒子束的波束位置以及波束宽度的功能，并具有判定在带电粒子束中是否存在异常的功能(异常判定处理)。

下游波束监视器监视控制装置8b2通过扫描电磁铁11b进行扫描，具有测量向下游波束监视器11d射入的带电粒子束的波束位置以及波束宽度的功能。即，具有判定在扫描到的带电粒子束的波束位置以及波束宽度中是否存在异常的功能(异常判定处理)。具体而言，上游波束监视器监视控制装置8b1和下游波束监视器监视控制装置8b2的功能如下所述。

上游波束监视器监视控制装置8b1接收通过上游波束监视器11a测量出的测量数据来进行运算处理，求出带电粒子束通过的位置以及波束宽度。当求出的波束位置在预先决定的范围外时，或者波束宽度在预先决定的范围外时，上游波束监视器监视控制装置8b1判定为波束异常，向中央控制装置5输出异常信号。

下游波束监视器监视控制装置8b2接收通过下游波束监视器11c测量出的测量数据来进行运算处理，求出带电粒子束通过的位置以及波束宽度。当求出的波束位置在预先决定的范围外时，或者波束宽度在预先决定的范围外时，下游波束监视器监视控制装置8b2判定为波束异常，向中央控制装置5输出异常信号。

当从上游波束监视器监视控制装置8b1或下游波束监视器监视控制装置8b2输入了异常信号时，中央控制装置5向加速器/输送系统控制系统7输出波束停止指令信号，使从带电粒子束产生装置1射出的带电粒子束停止。

在本实施方式中，进行控制以便停止从带电粒子束产生装置1射出的带电粒子束，但也可以进行控制以便由中央控制装置5控制波束输送系统2，停止向照射喷嘴11射入的带电粒子束。

在此，带电粒子束的波束位置例如是通过波束监视器(上游波束监视器11a或下游波束监视器11c)的带电粒子束的重心位置。

此外，带电粒子束的波束宽度表示通过了波束监视器(上游波束监视器11a或下游波束监视器11c)的带电粒子束的区域。求出波束宽度的方法例如具有通过配置在与波束行进方向垂直的平面上的波束监视器(上游波束监视器11a或下游波束监视器11c)计算检测出带电粒子束的区域的面积的方法，或计算这样的波束监视器中的带电粒子束的检测区域的面积以及该检测区域的宽度的方法等。

扫描电磁铁电源控制装置8c通过控制扫描电磁铁11b的电源装置(未图示)来控制在扫描电磁铁11b中励磁的励磁电流，变更带电粒子束向患者13的照射位置。

接着，使用图3说明针对患者的从医疗开始到医疗结束为止的流程。

在本实施方式中，以点扫描照射法为例进行说明，点扫描照射法是将患者13的患部针对波束行进方向(从患者13的体表开始的深度方向)划分为多个层(以下，称为层)，并将各层分为多个点即小区域来照射波束。

治疗计划装置6存储预先取得的患者的治疗计划信息。治疗计划信息包括：照射数据(波束能量信息、照射位置信息、针对各照射位置的带电粒子束的目标线量值等)以及容许值数据(上游波束监视器11a中的容许波束位置信息以及容许波束宽度信息、针对各照射位置的下游波束监视器11d中的容许波束位置信息以及容许波束宽度信息等)。

另外，在本实施方式中，治疗计划装置6采用求出照射数据以及容许值数据的结构，但也可以采用由治疗计划装置6求出照射数据，中央控制装置5求出容许值数据的结构。此时，治疗计划装置6将求出容许值数据所需要的数据发送给中央控制装置5，中央控制装置5根据接收到的数据来算出容许值数据。对各层内的每个点位置决定照射数据即目标线量值。

当已将患者13固定在治疗台(床)上时，医师从操作终端40的输入装置输入准备开始信号。

接收到准备开始信号的中央控制装置5从治疗计划装置6取得相应患者的治疗计划信息，并向治疗台控制装置8a2输出床位置信息。治疗台控制装置8a2根据床位置信息移动治疗台10以便将患者13配置在波束轴的延长线上的预定位置，并进行定位。此外，中央控制装置5向旋转台架控制装置8a1输出台架角度信息。旋转台架控制装置8a1根据台架角度信息使旋转台架14旋转配置在预定角度上。此外，中央控制装置5将每个照射位置的带电粒子束的目标线量值和容许值数据发送给监视器控制装置8b。中央控制装置5根据照射数据中包括的波束能量信息以及照射位置信息，计算应当在扫描电磁铁11b中励磁的励磁电流值，求出励磁电流参数，向扫描电磁铁电源控制装置8c发送励磁电流参数。并且，中央控制装置5根据治疗计划信息求出用于圆形加速器16的加速运转的运转参数和用于将从圆形加速器16射出的带电粒子束传送给照射喷嘴11的波束输送系统2的运转参数，并向加速器/输送系统控制系统7发送这些运转参数。

当治疗的准备完成时，医师从操作终端40的输入装置输入治疗开始信号。

输入了治疗开始信号的中央控制装置5向加速器/输送系统控制系统7发送指令信号。

接着，加速器/输送系统控制系统7对圆形加速器16以及波束输送系统2设定相当于最初照射的层(最初的波束能量信号)的运转参数。当设定了圆形加速器16以及波束输送系统2的运转参数，运转开始准备完成时(步骤S30)，扫描电磁铁电源控制装置8c根据励磁电流参数对扫描电磁铁11b进行励磁(步骤S31)。当在扫描电磁铁11b中励磁了与最初的照射点对应的励磁电流后，监视器监视控制装置8b的线量监视控制装置8b3根据针对该点位置的目标线量值来开始波束的照射线量的监视(步骤S32)，照射准备完成。

当中央控制装置5发送了束射出开始指令时(步骤S33)，加速器/输送系统控制系统7启动离子源，生成电荷粒子(质子或重粒子)。前段加速器15加速来自离子源的电荷粒子，并将其输出给圆形加速器16。圆形加速器16进一步加速带电粒子束。旋转的带电粒子束被加速至目标能量，从圆形加速器16向波束输送系统2射出。带电粒子束经由波束输送系统2到达扫描照射装置3。带电粒子束在照射喷嘴11内沿着波束轴行进，通过上游波束监视器11a、扫描电磁铁11b、线量监视器11c以及下游波束监视器11d。向患者13的患部照射从照射喷嘴11射出的带电粒子束。

线量监视控制装置8b3取得通过线量监视器11c测量出的测量数据并进行运算处理，求出针对该照射点的照射线量。直到针对最初的照射点的照射线量值达到目标线量值为止持续带电粒子束的照射。线量监视控制装置8b3在判定为照射线量值达到目标线量值时，对中央控制装置5输出照射已满信号(步骤S34)。中央控制装置5接收照射已满信号后停止带电粒子束的射出(步骤S35)。

接着，通过上游波束监视器监视控制装置8b1取得通过上游波束监视器11a检测出的第一检测数据，并且通过下游波束监视器监视控制装置8b2取得通过下游波束监视器11d检测出的第二检测数据。然后，求出照射的带电粒子束的位置以及波束宽度(步骤S36)。

运算处理结束，如果在波束位置以及波束宽度中没有异常(判定为波束位置在容许波束位置的范围内，且波束宽度在容许波束宽度的范围内)，判定照射已满的照射点是否是层内的最后点位置。当判定为不是最后的照射点位置时(否时)返回步骤S31，扫描电磁铁电源控制装置8c变更扫描电磁铁11的励磁电流值以便对下一点照射带电粒子束。

在扫描电磁铁电源控制装置8c根据励磁电流参数对扫描电磁铁11b进行了励磁时(步骤S31)，监视器监视控制装置8b的线量监视控制装置8b3根据针对下一照射位置的目标线量值来重新开始波束线量的监视(步骤S32)。之后，中央控制装置5发送波束射出开始指令，由此开始针对下一照射点位置的带电粒子束的照射(步骤S33)。

直到判定为照射已满的照射点是层内的最后的点位置为止(直到判定为是为止)，重复从扫描电磁铁设定(步骤S31)到是否是最后的点的判定为止的控制流程(步骤S37)。

当对层内的所有点的照射完成时，中央控制装置5判定照射完成的层是否是针对患者13的最后的层。当不是最后的层时(否时)，中央控制装置5向加速器/输送系统控制系统7发送指令信号。加速器/输送系统控制系统7对圆形加速器16以及波束输送系统2设定相当于下次照射的层的运转参数，开始下次的运转准备(步骤S30)。

直到所有的层照射完成为止重复该控制流程(步骤S38)。当所有点以及所有层的照射完成时，治疗结束(步骤S39)。

在此，对现有方式的下游波束监视器监视控制装置的波束位置以及波束宽度测量进行说明。

在下游波束监视器监视控制装置中，通过波束位置以及宽度测量处理，在确定下游波束监视器的所有通道数的测量数据后，减去各通道中的偏差量，检索峰值通道。在检索结束后，除去峰值通道的输出的N％(例如30％)以下的数据，进行拟合处理。之后，计算照射的波束的位置以及波束宽度。上游波束监视器监视控制装置同样进行这样的处理。

在现有方式中，尽管实际上计算波束位置以及波束宽度所需要的通道仅是峰值通道输出的N％以上的通道，但仍取得所有通道数据并进行处理。因此，需要对应于通道数量设置监视器信号处理装置内的脉冲计数器以及下游波束监视器监视控制装置内的累计脉冲取得装置。因此，存在越是通过比目前多的通道构成监视器系统，越是必须设置多个装置的问题。

为了解决这样的课题提出了本实施方式的波束监视系统。以下，参照图4至图6对本实施方式的波束监视系统进行说明。

图4是波束监视系统的概要图，图5是表示高精度监视器的线连接结构的一例的细节的图，图6表示了波束监视系统的波束监视器相关的分布确定为止的概要。

首先，使用图4对波束监视系统的结构进行说明。在此，在图4中作为波束监视系统以下游波束监视系统的结构为例进行说明。另外，上游波束监视系统具有与下游波束监视系统相同的结构，不同点仅是波束监视器的通道数，因此省略其详细的说明。

与上述的现有方式的监视器的结构相比，本实施方式的波束监视系统将监视器信号处理装置22分为位置确定用和数据取得用两个用途，通过对波束监视器部分的测量线与电流频率变换器的连接采取措施，具有正确的波束位置测量性能，能够成为减少了装置数量的简单的系统结构。

如图4所示，下游波束监视器11d经由进行数字信号处理的监视器信号处理装置22与下游波束监视器监视控制装置8b2连接。

下游波束监视器11d是多线离子室(Multi Wire ion chamber)型的波束监视器。该下游波束监视器11d具备：检测带电粒子束的X方向的通过位置的X电极11d1、检测Y方向的通过位置的Y电极11d2、施加电压的高压电极(电压施加电极，未图示)以及电流/频率变换器(脉冲发生器)24、25。

在本实施方式中，以从带电粒子束的行进方向的上游侧开始按照X电极、Y电极的顺序配置的结构为例进行说明，但也可以是按照Y电极、X电极的顺序配置的结构。

X电极11d1以及Y电极11d2是具有等间隔地拉伸线电极(钨线等)的结构的电荷收集电极。将构成X电极11d1以及Y电极11d2的线电极配置在带电粒子束的波束轨道上，来检测带电粒子束。通过向高压电极施加电压，在X电极与高压电极之间产生电场，在Y电极与高压电极之间产生电场。当带电粒子束通过离子室时，高压电极与X电极之间的气体以及高压电极与Y电极之间的气体电离，产生离子对。产生的离子对通过电场向X电极以及Y电极移动，通过线(之后，称为通道)被回收。因此，通过测量各通道的检测电荷量，能够测定波束形状21。此外，通过对各通道的检测电荷量进行运算处理，能够计算波束的重心位置以及波束宽度。

将在各通道检测出的电荷输出给电流/频率变换器24、25。电流/频率变换器24、25在将取得的电荷转换成脉冲信号后，向监视器信号处理装置22输出脉冲信号(检测信号)。

监视器信号处理装置22具备多个脉冲计数器22a，取得从电流/频率变换器24、25输入的脉冲信号来进行信号处理。

具体而言，监视器信号处理装置22的脉冲计数器根据输入的脉冲信号来累计脉冲数，将累计的脉冲数输出给下游波束监视器监视控制装置8b2的累计脉冲计数器取得装置8b2-1、8b2-2、8b2-3。

在本实施方式中，将电流频率变换器以及监视器信号处理装置的作用重新分为两个种类，准备位置确定用和数据取得用两个种类。

具体而言，如图4所示，作为位置确定用，从X电极11d1、Y电极11d2的所有测量线中按ch的排列顺序以某个间隔提取代表点将其作为代表线电极，将该代表线电极以一对一的关系与位置确定用电流频率变换器24连接，并按照监视器信号处理装置22、下游波束监视器监视控制装置8b2的顺序进行连接。

此外，在数据取得用中，如图4所示，将位置确定用的代表线电极以外的测量线以多对一的关系与数据取得用电流频率变换器25连接，并按照顺序与监视器信号处理装置22、下游波束监视器监视控制装置8b2连接。

下游波束监视器监视控制装置8b2具备三个累计脉冲取得装置(第一位置确定用累计脉冲取得装置8b2-1和第二位置确定用累计脉冲取得装置8b2-2、数据取得用累计脉冲取得装置8b2-3)以及CPU8b2-4。

其中，第一位置确定用累计脉冲取得装置8b2-1连接在与X电极的位置确定用代表线电极相连的脉冲计数器22a上，基于由X电极中的代表线电极检测出的信号进行脉冲数的数据收集。

第二位置确定用累计脉冲取得装置8b2-2连接在与Y电极的位置确定用代表线电极相连的脉冲计数器22a上，基于由Y电极中的代表线电极检测出的信号进行脉冲数的数据收集。

此外，数据取得用累计脉冲取得装置8b2-3连接在与X电极或Y电极的代表线电极以外的线电极相连的脉冲计数器上，基于由X电极或Y电极检测出的信号进行脉冲数的数据收集。

这些累计脉冲取得装置8b2-1、8b2-2、8b2-3与下游波束监视器监视控制装置8b2内的CPU8b2-4连接，通过CPU8b2-4取得通过这些累计脉冲取得装置8b2-1、8b2-2、8b2-3收集的数据(处理信号)。

CPU8b2-4根据来自第一位置确定用累计脉冲取得装置8b2-1和第二位置确定用累计脉冲取得装置8b2-2的处理信号，计算通过了线电极的带电粒子束的波束重心位置。此外，CPU8b2-4除了根据来自数据取得用累计脉冲取得装置8b2-3的处理信号以外，还根据来自第一位置确定用累计脉冲取得装置8b2-1和第二位置确定用累计脉冲取得装置8b2-2的处理信号，计算通过了线电极的带电粒子束的波束形状以及波束宽度。

在此，带电粒子束的波束形状表示与带电粒子束的波束轨道垂直的平面(X-Y平面)内的波束的强度分布。

接着，使用图5以及图6，对使用了本实施方式的下游波束监视器11d的波束位置以及波束宽度的测定方法进行说明。

另外，从X轴波束监视器11d1至信号处理装置22之间的结构与Y轴波束监视器11d2时的结构相同，因此在此以下游波束监视器11d中的X轴波束监视器11d1为例进行说明。

在图5中，为了位置宽度精度的高精度化，考虑将测量线的间隔从现有监视器的间隔缩窄为1/4，在现有监视器的测量线之间增加三条线的情况。

如图5所示，X轴波束监视器11d1是等间隔地拉伸了512条线电极(X电极)的结构，成为具有512个通道的结构。其中，将测量点分为每组128ch的四个组。

在该所有的512ch的测量线中，将现有的测量点数128ch设成代表线电极，以一对一的方式与位置确定用电流频率变换器24连接。在图5中，在所有测量线中通过ch的排列将3ch设成第一点，针对每4ch将一点作为代表线电极。因此，如图5所示，3ch、7ch、……、127ch、……作为代表线电极与位置确定用电流频率变换器24连接。通过这些代表线电极的测量值信息，能够确定正确的照射位置。

此外，如图5所示，不与位置确定用电流频率变换器24连接的剩下的384ch与数据取得用电流频率变换器25连接。

此时，分别从四个组按照ch的排列顺序，将相同位置的测量线连接到数据取得用电流频率变换器25的相同的输入部。通过这样的连接，384点的测量线在数据取得用电流频率变换器25以及监视器信号处理装置22中汇集成96ch。

当波束宽度为收纳在一个组内的宽度时，其他组的相对相同位置的测量线中的测量值是背景电平。因此，在数据取得用电流频率变换器25中，能够得到连接的多个测量线中的仅一点的测量值。通过与监视器信号处理装置22的连接来收集这些多个测量值，与现有方式相比能够削减监视器信号处理装置22的个数。

在本实施例中，考虑将所有512ch分为四个组，每4点取出代表线电极来与位置确定用电流频率变换器24连接的结构，但也可以是任意的ch数、任意的组数、任意的代表线电极的结构。

另外，将与位置确定用电流频率变换器24连接的代表线电极彼此的间隔设成每4ch，但为了确切地检测照射的带电粒子束的通过位置，希望代表线电极彼此的间隔比波束宽度窄。

此外，从多个线电极中周期性地选择代表线电极，但并不局限于此，也可以设成任意的间隔。另外，如本实施方式所示，从多个线电极中每4ch周期性地选择代表线电极，由此能够避免产生代表线电极彼此的间隔超过需要地变窄的部位或变宽的部位，能够进行稳定的波束位置以及波束宽度和波束形状的检测。

接着，使用图6对本实施方式的波束位置以及波束宽度检测的具体的处理流程进行说明。

另外，在图6中，为了简化说明，存在四组一组为8ch的测量线，设成具有全部32ch的测量线的波束监视器。此外，作为代表线电极1ch、5ch、9ch、……29ch与位置确定用电流频率变换器24连接，其他的2ch、3ch、4ch、6ch、7ch、8ch、……30ch、31ch、32ch聚成组数的数量与数据取得用电流频率变换器25连接。

在图6中，在向组1、2的5ch～9ch照射了波束时，向以一对一的方式与位置确定用电流频率变换器24连接的5ch、9ch传达测量值。此外，如上所述，测量线以一对一方式经由电流频率变换器24、25连接至上游波束监视器监视控制装置8b1和下游波束监视器监视控制装置8b2内的CPU8b2-4。因此，在CPU8b2-4中，判定为在5ch以及9ch部分得到了测量值。基于该判定结果，在CPU8b2-4中，判定为在5ch与9ch之间存在照射束的分布。

在此，能够得到组1的6ch～8ch的测量值数据，但在数据取得用电流频率变换器25中将多个组的测量线汇聚成电流频率变换器的相同的ch来连接，因此仅通过来自数据取得用电流频率变换器25的信号处理，只能知道是通过6ch～8ch、14ch～16ch、22ch～24ch、30ch～32ch中的某一个测量出的测量值。

然而，在CPU8b2-4中，根据之前通过位置确定用电流频率变换器24得到的在5ch～9ch之间存在照射波束分布的判定，能够确定从数据取得用电流频率变换器25得到的数据位置是6ch～8ch。通过该处理，确定测量线部分中的照射波束的分布，执行波束位置以及波束宽度的计算。

在波束位置以及波束宽度的计算中，仅以通过测量线部分测量出的实际照射波束的信息为基础，因此通过与如上所述的现有方式相同的方法来实施误照射时的照射位置的确定。

如上所述，在本发明的波束监视系统以及粒子线照射系统的实施方式中，位置确定用电流频率变换器24和数据取得用电流频率变换器25将X电极11d1和Y电极11d2的组中的一个线电极作为代表线电极，接收从代表线电极输出的检测信号来进行信号处理。此外，数据取得用电流频率变换器25通过与属于组的线电极相同数量的配线，与代表线电极以外的所有的线电极连接，以便从同一配线输入从各自组中选择出的一个线电极输出的检测信号，数据取得用电流频率变换器25以及数据取得用累计脉冲取得装置8b2-3取得从X电极11d1和Y电极11d2的组的代表线电极以外的所有线电极输出的检测信号来进行信号处理。之后，上游波束监视器监视控制装置8b1和下游波束监视器监视控制装置8b2根据来自第一位置确定用累计脉冲取得装置8b2-1和第二位置确定用累计脉冲取得装置8b2-2的处理信号，求出通过了线电极的带电粒子束的波束位置，根据求出的波束位置、来自第一位置确定用累计脉冲取得装置8b2-1和第二位置确定用累计脉冲取得装置8b2-2的处理信号以及来自数据取得用累计脉冲取得装置8b2-3的处理信号，求出通过了线电极的带电粒子束的波束宽度等。

如上所述，由于限定了在带电粒子束的位置以及波束宽度的计算中使用的通道，因此不需要像现有方式那样为了提高位置宽度确定的测量精度而准备与所有通道对应的放大器以及信号处理装置，从而能够削减信号处理系统的装置数量。此外，由于设有位置确定用的代表线电极，因此能够确定正确的波束照射位置，可以通过简单的结构根据测量值确定正确的波束位置以及宽度。

此外，在本实施方式中，上游波束监视器监视控制装置8b1和下游波束监视器监视控制装置8b2仅根据来自第一位置确定用累计脉冲取得装置8b2-1和第二位置确定用累计脉冲取得装置8b2-2的信号处理，能够求出通过了线电极的带电粒子束的波束位置，因此不需要根据治疗计划装置6中的照射计划位置来求出通过的带电粒子束的波束位置，能够进一步简化装置结构，进一步降低成本。

(第二实施方式)

使用图7，对本发明的波束监视系统以及粒子线照射系统的第二实施方式进行说明。

图7是光栅扫描方式的带电粒子束照射的控制流程图。

第一实施方式是具备用于监视点扫描照射法的波束位置以及波束宽度的波束监视系统的粒子线照射系统，与此相对，本实施方式的粒子线照射系统是具备用于监视光栅扫描照射法的波束位置以及波束宽度的波束监视系统。

本实施方式的粒子线照射系统具备如下的波束监视系统：其在波束行进方向上将患者13的患部划分成多个层，在各层持续带电粒子束的照射(保持波束开启状态)，监视扫描带电粒子束的光栅扫描照射法的波束位置以及波束宽度。

以下，参照图7对本实施方式的粒子线照射系统与第一实施方式不同的结构、动作进行说明。

当治疗准备完成时，医师从操作终端40的输入装置输入治疗开始信号。

输入了治疗开始信号的中央控制装置5向加速器/输送系统控制系统7发送指令信号。

加速器/输送系统控制系统7对圆形加速器16以及波束输送系统2设定相当于最初照射的层(最初照射的波束能量信息)的运转参数。当设定了圆形加速器16以及波束输送系统2的运转参数准备完成时(步骤S30)，扫描电磁铁电源控制装置8c根据励磁电流参数来对扫描电磁铁11b进行励磁(步骤S31A)。在使扫描电磁铁11b励磁与最初的照射位置对应的励磁电流后，监视器监视控制装置8b的线量监视控制装置8b3根据针对该点位置的目标线量值来开始波束线量的监视(步骤S32A)，照射准备完成。

当中央控制装置5发送了波束射出开始指令时(步骤S33)，加速器/输送系统控制系统7启动离子源，生成电荷粒子(质子或重粒子)。前段加速器15加速来自离子源的电荷粒子，并向圆形加速器16射出。圆形加速器16进一步加速带电粒子束。旋转的带电粒子束被加速至目标能量，从圆形加速器16向波束输送系统2射出。带电粒子束经由波束输送系统2到达扫描照射装置3。并且，带电粒子束在照射喷嘴11内沿着波束轴行进，通过上游波束监视器11a、扫描电磁铁11b、线量监视器11c以及下游波束监视器11d。将从照射喷嘴11射出的带电粒子束照射到患者13的患部。

线量监视控制装置8b3取得通过线量监视器11c测量出的测量数据进行运算处理，求出针对该照射位置的照射线量，并且直到针对最初的照射位置的照射线量值达到目标线量值为止继续带电粒子束的照射。线量监视控制装置8b3在判定为照射线量值达到目标线量值时，对中央控制装置5输出照射已满信号(步骤S34)。

通过上游波束监视器监视控制装置8b1取得由上游波束监视器11a检测出的第一检测数据，并且通过下游波束监视器监视控制装置8b2取得由下游波束监视器11d检测出的第二检测数据，求出照射的带电粒子束的位置以及波束宽度(步骤S35A)。运算处理结束，如果在波束位置以及波束宽度中没有异常(判定为波束位置在容许波束位置的范围内，波束宽度在容许波束宽度的范围内)，则判定照射已满的照射位置是否是层内的最后的照射位置。当判定为不是最后的照射位置时(否时)，扫描电磁铁电源控制装置8c根据励磁电流参数来进行点扫描电磁铁的设定(步骤S35B)，监视器监视控制装置8b进行点线量目标值设定(步骤S35C).

返回步骤S34，直到判定为照射已满的照射点是层内的最后的点位置为止(直到判定为是为止)，重复进行从线量已满的判定步骤S34至是否是最后的点的判定为止的控制流程37A。

当对层内的所有点的照射完成时，中央控制装置5判定照射完成的层是否是针对患者13的最后的层(步骤S36A)。当不是最后的层时(否时)，中央控制装置5向加速器/输送系统控制系统7发送指令信号。加速器/输送系统控制系统7对圆形加速器16以及波束输送系统2设定相当于下次照射的层的运转参数，开始下次的运转准备(步骤S30)。

直到所有的层照射完成为止重复该控制流程38A。当所有的点以及所有的层的照射完成时，治疗结束39。

在上述的流程中，上游波束监视器监视控制装置8b1以及下游波束监视器监视控制装置8b2执行与第一实施方式相同的处理。

如上所述，本实施方式的粒子线照射系统在射出带电粒子束的状态下变更照射位置，来实现对患部照射波束的光栅扫描照射法。

在本发明的波束照射系统以及粒子线照射系统的第二实施方式中，也能够得到与上述的波束照射系统以及粒子线照射系统的第一实施方式大致相同的效果。

即，能够通过简单的结构构筑监视器系统，能够实现低成本且可靠性高的监视器系统。

(其他)

另外，本发明并不局限于上述的实施方式，可以进行各种变形、应用。上述的实施方式是为了便于理解本发明而进行的详细的说明，并不一定必须具备说明的所有结构。

例如，可以通过任意数构成监视器的通道、区分以及组。

此外，在实施方式中，信号处理装置由包括电流/频率变换器以及脉冲计数器的数字监视器信号处理装置构成，但也可以由对电荷进行积分，转换成电压进行输出的电路或将电流转换成电压进行输出的模拟监视器信号处理装置构成。

并且，例举了将信号处理装置和波束监视器控制装置搭载在不同装置上的情况，但也可以搭载在同一装置内。

Claims (6)

1.一种波束监视系统，其特征在于，具备；

收集电极，其具有多个将相邻的多个线电极作为一个组的所述组，检测通过的带电粒子束；

第一信号处理装置，其将该收集电极的所述组中的一个线电极作为代表线电极，取得从该代表线电极输出的检测信号来进行信号处理；

波束监视器控制装置，其根据来自所述第一信号处理装置的处理信号，求出通过了所述代表线电极的所述带电粒子束的波束位置；

第二信号处理装置，其取得从所述收集电极的所述组的所述代表线电极以外的全部的线电极输出的检测信号，来进行信号处理。

2.根据权利要求1所述的波束监视系统，其特征在于，

所述第二信号处理装置通过与一个组的所述代表线电极以外的全部的所述线电极相同数量的配线与所述代表线电极以外的全部的所述线电极连接，以便从同一配线输入从各个所述组中选择出的一个线电极输出的检测信号，

所述波束监视器控制装置根据求出的波束位置的信息和来自所述第二信号处理装置的处理信号以及来自所述第一信号处理装置的处理信号，求出通过了所述线电极的所述带电粒子束的波束宽度。

3.根据权利要求1所述的波束监视系统，其特征在于，

所述波束监视器控制装置仅根据来自所述第一信号处理装置的处理信号，求出通过了所述线电极的所述带电粒子束的波束位置。

4.根据权利要求1所述的波束监视系统，其特征在于，

所述代表线电极彼此的间隔比所述带电粒子束的波束宽度窄。

5.根据权利要求1所述的波束监视系统，其特征在于，

从多个线电极中周期性地选择出所述收集电极的所述代表线电极。

6.一种粒子线照射系统，其特征在于，具备：

权利要求1至5中的任一项所述的波束监视系统。