CN104857638B - 射束位置监视装置以及带电粒子束照射系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种射束位置监视装置以及带电粒子束照射系统，降低离子束照射的计划外停止来增加每日可治疗的人数的。通过扫描控制装置控制照射装置的扫描电磁铁，向患部的某层内的点的目标位置P_i,j照射从同步加速器射出的离子束。求出目标位置P_i,j与实际的照射位置Pa_i,j的偏差D_j(S6B)。使用偏差D_j来求出实际的照射位置Pa_i,j的系统误差Es_i,j以及随机误差Er_i,j(S6C)。判定系统误差Es_i,j是否在系统误差Es_i,j的第一容许范围内(S6D)。判定随机误差Er_i,j是否在随机误差Er_i,j的第二容许范围内(S6D)。当系统误差(Es_i,j)以及随机误差Er_i,j脱离了容许范围时，停止离子束向患部的照射。

Description

射束位置监视装置以及带电粒子束照射系统

技术领域

本发明涉及一种射束位置监视装置以及带电粒子束照射系统，尤其涉及适合于监视质子或碳离子等离子束向癌患部的照射位置的射束位置监视装置以及带电粒子束照射系统。

背景技术

已知使用带电粒子束照射系统，将质子以及碳等离子束向患者的癌患部照射，来治疗癌的方法。带电粒子束照射系统具备：离子源、加速器、射束输送系统、旋转台架以及照射装置。作为在带电粒子束照射系统中使用的加速器，已知同步加速器以及回转加速器。

在离子源产生的离子束在使用同步加速器或回转加速器等加速器加速至希望的能量后，从加速器向射束输送系统射出。将射出的离子束通过射束输送系统向设置在旋转台架上的照射装置输送。通过使旋转台架旋转，照射装置围绕旋转台架的旋转轴旋转，从而与离子束针对治疗床上承载的患者的癌患部的照射方向一致。因此，与通过旋转台架设定的照射方向上的从作为离子束照射目标的患部的体表面开始的深度以及患部的形状相符地照射向照射装置输送的离子束。

作为向癌患部照射离子束的主要的照射方法，有散射体法以及射束扫描法。在散射体法中，使用散射体将离子束向与照射装置的轴心垂直的方向扩展，向患部照射使用准直器与在该轴心的垂直方向的患部的剖面形状相符地切出的离子束。在射束扫描法中，与患部的形状相符地使用扫描电磁铁向与照射装置的轴心垂直的方向扫描离子束，通过加速器或降能器使离子束的能量变化来向深度方向照射离子束。

基于散射体法以及射束扫描法的各个离子束向患部的照射，通过设置在照射装置上的离子束照射机构来决定。在应用散射体法的带电粒子束照射系统中，将散射体、脊形滤波器以及准直器设置在照射装置上。在应用射束扫描法的带电粒子束照射系统中，将扫描离子束的扫描电磁铁设置在照射装置上。通过使用射束扫描法，可将在加速器内加速后的离子束有效地用于向患部的照射。

在日本特开平10-118204号公报、日本特开2004-358237号公报以及日本特开2011-177374号公报中记载了采用射束扫描法的带电粒子束照射系统的例子。这些公开公报记载了在离子束的照射方向上，将癌患部从体表面开始分割为多个层，通过扫描细的离子束来对各层内的照射位置即多个照射点照射离子束的带电粒子束照射方法。通过扫描控制装置对变更离子束的位置的扫描电磁铁进行控制，由此来进行在层内向邻近照射点的离子束的移动。此外，从深层向浅层(或从浅层向深层)的离子束的移动通过加速器或降能器改变离子束保有的能量来进行。离子束的能量越大，离子束的后述的布雷格峰(布雷格Peak)越能到达人体的较深的位置。

在射束扫描法中，当向人体照射了离子束时，在人体的深度方向，表示日本特开10-118204号公报的图3所示的剂量分布，在布雷格峰剂量最大，并且在超过布雷格峰的深度剂量分布急剧减少。在使用离子束的癌治疗中，使用在布雷格峰剂量最大，且在超过布雷格峰的深度剂量分布急剧减少的性能。

在射束扫描法中，当向患部的各层的各个扫描点的目标位置照射离子束时，为了将剂量分布的相同度抑制在规定范围内，需要在与各照射点的目标位置对应的容许范围内照射离子束。如果向对应的容许范围外照射离子束时，停止向患部照射该离子束(日本特开2011-177374号公报以及日本特开2011-206495号公报)。

通过使照射点的尺寸细小化，能够提高离子束向患部的集中性。但是，在使离子束细小化时，针对离子束的照射位置误差的剂量分布的相同度的灵敏度提高，因此对照射离子束的照射点要求更高的位置精度。因此，需要使患部的剂量分布的相同度的监视严格。使剂量分布的相同度的监视严格是指使针对照射点的目标位置与实际的照射位置的误差的照射点的容许范围变窄。然而，当使针对照射点的容许范围变窄时，不会对患部的全体剂量分布产生影响，在产生了实际的照射点的位置的误差时，该照射点也会脱离容许范围。因此，无法稳定地进行癌治疗。

当通过射束扫描法向照射点照射离子束时，根据在治疗计划中设定的照射点的目标位置与被照射离子束的照射点的实际的照射位置之间的误差，产生照射的离子束的照射点从容许范围脱离。在日本特开2011-177374号公报以及日本特开2011-206495号公报中记载的带电粒子束照射方法中，当该误差大，被照射了离子束的照射点的位置脱离了针对照射点的目标位置的容许范围时，停止向患部照射离子束。

当停止向患部的离子束的照射时，为了找到在治疗计划中设定的照射点的目标位置与照射了离子束的照射点的实际的照射位置之间的误差脱离容许范围的原因，需要检查带电粒子束照射系统。如果在带电粒子束照射系统中存在发生这样的误差的不良部位，则必须维修该不良部位。需要生成不会产生这样的误差的治疗计划。有时，带电粒子束照射系统的检查维修需要较长时间。

因此，当根据治疗计划设定的照射点的目标位置与照射了离子束的照射点的实际照射位置之间的误差脱离了容许范围，向患部的离子束的照射停止时，每天可治疗的人数减少。

专利文献1：日本特开平10-118204号公报

专利文献2：日本特开2004-358237号公报

专利文献3：日本特开2011-177374号公报

专利文献4：日本特开2011-206495号公报

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能够减少离子束照射的计划外停止，增加每天可治疗的人数的射束位置监视装置以及带电粒子束照射系统。

为了达成上述目的，本发明的特征为具备：误差运算装置，其求出通过照射装置照射带电粒子束的射束照射对象内的目标位置与实际的照射位置的偏差，并根据该偏差来分别求出针对实际的照射位置的系统误差以及随机误差，其中，所述实际的照射位置是根据该目标位置在该射束照射对象内照射带电粒子束的位置，并通过设置在照射装置上的射束位置监视器来进行测定；以及误差判定装置，其进行第一判定以及第二判定，其中，所述第一判定是判定通过误差运算装置求出的系统误差是否在系统误差的第一容许范围内，所述第二判定是判定通过误差运算装置求出的随机误差是否在随机误差的第二容许范围内。

求出目标位置与实际的照射位置的偏差，根据该偏差分别求出系统误差以及随机误差，作为带电粒子束的实际的照射位置相对于照射带电粒子束的目标位置的误差，判定系统误差是否在系统误差的第一容许范围内，随机误差是否在随机误差的第二容许范围内，由此降低系统误差脱离容许范围，并且随机误差脱离容许范围的概率。因此，向照射对象，例如向患部的带电粒子束的照射停止的概率显著下降，使用带电粒子束照射系统向射束照射对象的带电粒子束的照射的、计划外的停止明显减少。结果，能够增加每日可治疗的人数。

根据本发明，能够减少离子束照射的计划外停止，能够增加每日可治疗的人数。

附图说明

图1是本发明的优选实施例即实施例一的带电粒子束照射系统的结构图。

图2A是表示使用了图1所示的带电粒子束照射系统的带电粒子束照射方法的顺序的一部分的流程图。

图2B是表示使用了图1所示的带电粒子束照射系统的带电粒子束照射方法的顺序的剩余部分的流程图。

图3是表示图2A所示的步骤S6的详细顺序的流程图。

图4是表示系统误差以及随机误差各自的容许范围的说明图。

图5是表示从通过离子束照射接受治疗的患者的癌患部的体表面开始的深度方向的区域划分(分层)的说明图。

图6是表示为了在照射离子束的目的区域(患部)的深度方向上得到一样的剂量分布，在各层照射的剂量分布的一例的说明图。

图7是表示患部的某层中的目标照射点的位置与实际照射了离子束的照射点的位置的偏移的一例的说明图。

图8是表示对照射点的目标位置照射了离子束时的、照射了离子束的照射点的实际照射位置的散布的说明图。

图9是表示针对目标的照射点位置的现有的容许范围的说明图。

图10是表示目标照射点位置与实际照射了离子束的照射点位置之间的误差中包含的系统误差以及随机误差各自的容许范围的说明图。

图11是本发明的其他优选实施例即实施例二的带电粒子束照射系统的结构图。

图12是表示使用了图11所示的带电粒子束照射系统的带电粒子束照射方法的顺序的一部分的流程图。

图13是表示在实施图12所示的顺序时的点以及点内的射束照射区间，进行系统误差以及随机误差各自的判定的定时的说明图。

图14是本发明的其他优选实施例即实施例三的带电粒子束照射系统的结构图。

符号说明

1、1A、1B 带电粒子束照射系统

2、2A 带电粒子发生装置

3 同步加速器

6、17、18～20、46A、46B 偏转电磁铁

8 加速装置(加速空洞)

9 高频施加装置

10 射出用高频电极

12 开闭开关

14 直线加速器

15 射束输送系统

16 射束路径

24 遮光器

25 旋转台架

27 照射装置

28、29 扫描电磁铁

30 射束位置监视器

31 剂量监视器

35 控制系统

36 中央控制装置

39 加速器/输送系统控制装置

40 扫描控制装置

42 治疗计划装置

47 高频加速装置

49 降能器

51 离子源

52 照射位置控制装置

53、59 剂量判定装置

54 层判定装置

55、55A 射束位置监视装置

56、56A、56B 误差运算装置

57、57A、57B 误差判定装置

58 射束照射区间判定装置

60 存储器

具体实施方式

发明人研究了用于减少在治疗计划中设定的照射点的目标位置与照射了离子束的照射点的实际的照射位置之间的误差引起的离子束照射的计划外停止的对策。

如日本特开2011-177374号公报以及日本特开2011-206495号公报中记载的那样，停止向患部的离子束照射的、照射了离子束的照射点逃离到对应的容许范围外的现象是由于照射点的目标位置与照射了离子束的照射点的实际的照射位置之间的误差变大而产生的。因此，发明人着眼于照射点的目标位置与照射了离子束的照射点的实际的照射位置之间的误差。

图8表示了针对照射点的目标位置照射了离子束时的、照射了离子束的各照射点的实际的照射位置。在图8中，将照射了离子束的各照射点的实际的照射位置通过小的四角形点来表示。在图8所示的例子中，相对于照射点的目标位置P，照射点的实际的照射位置向右上方偏移，各照射点的实际的照射位置也围绕这些照射点的实际的照射位置的平均位置(重心)Pm散布。

作为照射了离子束的照射点的实际的照射位置的误差，存在从照射点的目标位置产生一定量的位置偏移的系统误差以及从照射点的实际的照射位置的平均位置Pm产生偏移的随机误差。

系统误差是照射了离子束的照射点的实际的照射位置的平均位置Pm从照射点的目标位置P的偏移。换言之，实际的照射位置的平均位置Pm根据系统误差从照射点的目标位置偏移。该系统误差因带电粒子束照射系统的旋转台架的倾斜角度以及安装在旋转台架上的偏转电磁铁而产生。

为了求出系统误差Es_j(j＝1、2、……、n)，首先，通过式(1)算出照射离子束的照射点的目标位置P_j(j＝1、2、……、n)与照射了离子束的照射点的实际的照射位置Pa_j(j＝1、2、……、n)之间的偏差D_j。

D_j＝P_j-Pa_j……(1)

通过反映了偏差D_j的式(2)来表示系统误差Es_j(j＝1、2、……、n)。

【式1】

实际的照射位置Pa_j是针对某个层的第j(j＝1、2、……、n)照射点的位置。

根据式(2)，具体而言，系统误差Es_j是j个(j＝1、2、……、n)实际的照射位置Pa_j的平均位置Pm_j(j＝1、2、……、n)从照射点的目标位置P_j(j＝1、2、……、n)的偏移。在x方向以及y方向中，分别求出系统误差Es_j(j＝1、2、……、n)。

随机误差表示各个照射点的实际的照射位置从这些实际的照射位置的平均位置Pm的偏移。换言之，各个照射点的实际的照射位置Pa由于随机误差围绕这些实际的照射位置的平均位置Pm散布。当随机误差变大时，患部的剂量分布的同样度恶化。随机误差是由于同步加速器的稳定性、从同步加速器向照射装置传输射束的传输系统电磁铁电源的稳定性、设置在照射装置上的射束位置监视器的测定误差以及基于扫描电磁铁的离子束的扫描等而产生。另外，通过反映了偏差D_j的式(3)来算出随机误差Er_j(j＝1、2、……、n)。

【式2】

在此，Pa_n是患部的某层内的第n个照射点的实际的照射位置Pa。

具体而言，根据式(3)，随机误差Er_j(j＝1、2、……、n)是各个照射点的实际的照射位置Pa_j(j＝1、2、……、n)从j个(j＝1、2、……、n)实际的照射位置Pa_j的平均位置Pm_j(j＝1、2、……、n)的偏移。在x方向以及y方向中，分别求出随机误差Er_j(j＝1、2、……、n)。

如日本特开2011-177374号公报以及日本特开2011-206495号公报记载的那样，当前对照射点的目标位置设定一个容许范围。即，如图9所示，对照射点的目标位置P设定点位置的一个容许范围。该容许范围覆盖上述的系统误差以及随机误差。

然而，通过照射离子束的照射点的细小化，针对照射点位置误差的剂量分布的灵敏度变高，从而需要使剂量分布的相同度的监视严格。

为了实现与照射点细小化相伴的严格监视，如图9所示，需要将用实线表示的照射点位置的容许范围缩小到用虚线表示的照射点位置的容许范围。在如虚线那样缩小了照射点位置的容许范围的情况下，向患部照射离子束时，照射点的实际的照射位置脱离用虚线表示的照射点位置的容许范围的情况增加，计划外停止向患部照射离子束的频率增加。在此，无法稳定地运转带电粒子束照射系统。为了增加每日能够治疗的人数，希望进行带电粒子束装置的稳定的运转。

为了应对这样的需求，发明人想到分别对系统误差以及随机误差单独设定容许范围，根据各容许范围单独监视系统误差以及随机误差。

使用图10，对针对系统误差的容许范围以及针对随机误差的容许范围进行说明。

照射了离子束的各照射点的实际的照射位置的平均位置Pm从照射点的目标位置P的偏移为系统误差Es。针对该系统误差Es设定以照射点的目标位置P为基准的系统误差的容许范围As(第一容许范围)。容许范围As在x方向以及与之正交的y方向中，分布具有以目标位置P为基准的上限值(+As_x，+As_y)以及下限值(-As_x，-As_y)。

照射了离子束的照射点的实际的照射位置从各照射点的实际的照射位置的平均位置Pm的偏移为随机误差Er。针对该随机误差Er设定以实际的照射位置的平均位置Pm为基准的随机误差的容许范围Ar(第二容许范围)。容许范围Ar在X方向以及与之正交的Y方向中，也分布具有以实际的照射位置的平均位置Pm为基准的上限值(+Ar_x，+Ar_y)以及下限值(-Ar_x，-Ar_y)。

系统误差的容许范围As比图9所示的现有的点位置的容许范围狭窄。此外，随机误差的容许范围Ar比系统误差的容许范围As狭窄。如上所述，针对系统误差Es以及随机误差Er分别设定容许范围As以及容许范围Ar，因此能够严格地监视系统误差Es以及随机误差Er。

如上所述，在分别对系统误差以及随机误差进行严格的监视的情况下，还单独设定系统误差的容许范围以及随机误差的容许范围，因此减少系统误差脱离系统误差的容许范围，并且随机误差脱离随机误差的容许范围的概率。因此，停止向患者照射离子束的概率显著降低，能够进行带电粒子束照射系统的更稳定的运转，使向患者照射离子束的计划外停止显著减少。结果，可增加每日能够治疗的人数。

以下，对反映了以上的研究结果的本发明的实施例进行说明。

(实施例一)

使用图1，对本发明的优选的一实施例即实施例一的带电粒子束照射系统进行说明。在本实施例的带电粒子束照射系统1中，使用质子离子束作为向照射目标即癌患部照射的离子束。可以使用碳离子束代替质子离子束。

本实施例的带电粒子束照射系统1具备：带电粒子发生装置2、射束输送系统15、旋转台架25、照射装置27以及控制系统35。带电粒子发生装置2使用同步加速器3作为加速器，如图1所示，除了同步加速器3以外，还具备前级加速器即直线加速器14。

同步加速器3具有：构成离子束的环绕轨道的环状的射束管4、射入器5、向离子束施加高频电压的加速装置(加速空腔)8、多个偏转电磁铁6、多个四极电磁铁7、射出用高频施加装置9、射出用偏转器13。与射束管4连接的射入器5通过射束路径即真空管与直线加速器14连接。高频施加装置9包括射出用高频电极10、高频电源11以及开闭开关12。射出用高频电极10设置在射束管4，并且经由开闭开关12与高频电源11连接。如图1所示，将加速装置8、各偏转电磁铁6、各四极电磁铁7、加速装置8以及射出用偏转器13沿着射束管4配置。高频电源装置(未图示)与加速装置8连接。

射束输送系统15具有到达照射装置27的射束路径(射束管)16，在该束路径16上，从同步加速器3向照射装置27，按照偏转电磁铁17、多个四极电磁铁21、偏转电磁铁18、四极电磁铁22、23以及偏转电磁铁19、20的顺序进行配置。在射出用偏转器13与偏转电磁铁17之间，在射束路径16上以能够开闭的方式安装由放射线遮蔽材料制作的遮光器24。将射束输送系统15的射束路径16的一部分设置在旋转台架25上，还将偏转电磁铁18、四极电磁铁22、23以及偏转电磁铁19、20也设置在旋转台架25上。射束路径16位于射出用偏转器13附近，其与同步加速器3的环状的射束管4连接。旋转台架25能够以旋转轴26为中心进行旋转。

照射装置27具备：两台扫描电磁铁(带电粒子束扫描装置)28、29、射束位置监视器30以及剂量监视器31。将扫描电磁铁28、29、射束位置监视器30以及剂量监视器31沿着照射装置27的中心轴配置。将扫描电磁铁28、29、射束位置监视器30以及剂量监视器31配置在照射装置27的壳体(未图示)内，将射束位置监视器30以及剂量监视器31配置在扫描电磁铁28、29的下游。扫描电磁铁28使离子束在与照射装置27的中心轴垂直的平面内发生偏转在y方向进行扫描，扫描电磁铁29使离子束在该平面内发生偏转在与y方向正交的x方向进行扫描。将照射装置27安装在旋转台架25上，配置在偏转电磁铁20的下游。将承载患者34的治疗用床33配置成与照射装置27相向。

控制系统35具有：中央控制装置36、加速器/输送系统控制装置39、扫描控制装置40以及数据库41。中央控制装置36具有中央运算装置(CPU)37以及与CPU37连接的存储器38。加速器/输送系统控制装置39、扫描控制装置40以及数据库41与中央运算装置37连接。带电粒子束照射系统1具有治疗计划装置42，治疗计划装置42与数据库41连接。

如图2A、图2B以及图3所示，扫描控制装置40具备：照射位置控制装置52、剂量判定装置(第一剂量判定装置)53、层判定装置54以及射束位置监视装置55。射束位置监视装置55具有：误差运算装置(第一误差运算装置)56以及误差判定装置(第一误差判定装置)57。

以下，对使用了带电粒子束照射系统1的带电粒子束的照射方法进行说明。

使用治疗计划装置42来进行针对使用带电粒子束照射系统1进行治疗的患者的患部的治疗计划。对治疗计划的概要进行说明。使用通过X线CT装置拍摄的患者的断层图像信息来识别癌患部的位置以及形状。决定针对该患部的质子离子束(以下，简称为离子束)的照射方向，在该照射方向(从患者的体表面开始的深度方向)，将患部分割成多个层L_i(i＝1、2、……、m)，即层L₁、L₂、L₃、……、L_m(参照图5)。层L₁存在于距离体表面最深的位置，层的深度按照L₂、L₃、……、L_m的顺序变浅，层L_m最浅。向箭头50的方向照射离子束。并且，在各层中，决定照射区域即多个照射点A_i,j(i＝1、2、……、m，j＝1、2、……、n)的中心位置(目标位置)P_i,j以及这些中心位置的坐标(X_i,j，Y_i,j)，决定向照射点A_i,j照射离子束的照射顺序。根据针对整个患部需要的照射剂量，来决定每个照射点A_i,j的目标剂量R0_i,j。根据各层的深度来决定适于照射的离子束的能量E_i，以使离子束到达各层L_i在每层形成布雷格峰。

在治疗开始前，将通过治疗计划得到的离子束的照射方向、层L_i以及照射点A_i,j的各自的数量、照射点A_i,j的中心位置P_i,j、每个照射点A_i,j的目标剂量R0_i,j、照射点A_i,j的照射顺序以及与各层L_i对应的离子束的能量E_i等治疗计划信息从治疗计划装置42向控制系统35的数据库41输入，并登录在数据库41中。中央控制装置36的CPU37读出存储在数据库41中的这些治疗计划信息，并将其存储在存储器38中。将系统误差Es的容许范围As以及随机误差Er的容许范围Ar预先存储在存储器38中。

CPU37为了将存储在存储器38中的上述的各治疗计划信息以及与各层L_i的所有照射点A_i,j相关的扫描电磁铁28、29的各个电流值、系统误差Es的容许范围As以及随机误差Er的容许范围Ar存储在扫描控制装置40的存储器60中，将其输出给扫描控制装置40。此外，CPU37将存储在存储器38中的同步加速器13的所有的加速参数的信息传输给加速器/输送系统控制装置39。将加速参数的各信息存储在加速器/输送系统控制装置39的存储器(未图示)中。加速参数的信息包括根据向各层L_i照射的离子束的能量E_i决定的、同步加速器13以及射束输送系统15的各电磁铁的励磁电流值以及向加速装置8施加的高频电力值。

将接受治疗的患者34承载在治疗用床33上。在向治疗用床33上承载的患者34的癌患部照射离子束前，使旋转台架25以旋转台架25的旋转轴26为中心旋转预定的角度，从而使照射装置27的中心轴与通过治疗计划设定的离子束的照射方向一致。结果，照射装置27的中心轴朝向治疗用床33上的患者34的癌患部。

之后，实施使用带电粒子束照射系统1的带电粒子束的照射方法，向治疗用床33上的患者34的癌患部照射离子束。使用图2A以及图2B所示的顺序来说明该带电粒子束的照射方法。图2A以及图2B中记载的步骤S1～S18的各工序中，步骤S1～S3、S5以及S19的各工序通过加速器/输送系统控制装置39来执行，步骤S4、S6～S18的各工序通过扫描控制装置40来执行。通过扫描控制装置40执行的步骤S4、S6～S9、S9A、S10～S18的各工序中，步骤S4、S14以及S17的各工序由照射位置控制装置52来实施(参照图2A)，步骤S7～S9以及S9A的各工序由剂量判定装置53来实施(参照图2B)，步骤S11～S13以及S16的各工序由层判定装置54来实施(参照图2B)，步骤S6A～S6C的各工序由误差运算装置56来实施(参照图3)，步骤S6D、S6E以及S18的各工序由误差判定装置57来实施(参照图3)。

控制射束输送系统的各电磁铁(步骤S1)。向患者34的患部照射离子束，首先，向患部的最深层L₁照射离子束。向层L₁内的所有照射点A_1,j的各个目标位置P_1,j照射离子束后，向层L₂、L₃、……、L_m浅位置的层依次照射离子束。加速器/输送系统控制装置39通过根据向层L₁照射的离子束的能量E₁决定的射束输送系统15的偏转电磁铁17、19、20以及四极电磁铁21、22、23各自的励磁电流值来对这些电磁铁进行励磁。为了将加速后从同步加速器3射出的离子束提供给照射装置27，加速器/输送系统控制装置39打开遮光器24。

启动直线加速器(步骤S2)。加速器/输送系统控制装置39启动直线加速器14以及与直线加速器14连接的离子源(未图示)。在离子源中产生的离子(例如，质子离子)通过直线加速器14来进行加速。

对加速器内的离子束进行加速(步骤S3)。从直线加速器14射出的离子束在通过射入器5后向同步加速器3的环绕轨道即环状的射束管4内射入，在射束管4内环绕。加速器/输送系统控制装置39为了将射入的离子束的能量提高至能量E₁为止，使同步加速器3的各偏转电磁铁6以及四极电磁铁7的各励磁电流值逐渐增加至与能量E₁对应的各个励磁电流值，并且使从高频电源装置向加速装置8施加的高频电压逐步增加。离子束在射束管4内环绕的期间，随着从加速装置8施加的高频电压的增加而被加速，不久，离子束的能量上升至使离子束到达层L₁所需要的能量E₁。在离子束的能量成为能量E₁时，使通过加速装置8进行的离子束的加速停止。保有能量E₁的离子束在环状的射束管4内环绕。

关于以下叙述的步骤S4、S6～S18(包括图3所示的步骤S6A～S6E)的各工序，将执行这些工序的各程序(或者一个程序)存储在扫描控制装置40的存储器60中。这些程序由扫描控制装置40，具体而言，由扫描控制装置40中包含的上述照射位置控制装置52、剂量判定装置53、层判定装置54以及射束位置监视装置55(包括误差运算装置56以及误差判定装置57)中的相应的装置来执行。

控制扫描电磁铁，将离子束的照射位置设定成照射点的目标位置P(步骤S4)。照射位置控制装置52根据在扫描控制装置40的存储器60中存储的各层L_i的各个照射点A_i,j的目标位置(中心位置)P_i,j的信息来控制分别向扫描电磁铁28以及29供给的励磁电流，分别使扫描电磁铁28以及29产生偏转电磁力，以便向目标位置P_i,j照射离子束。关于扫描电磁铁28，具体地说，扫描电磁铁28产生的偏转电磁力在y方向上，控制在后述的步骤S5中从同步加速器3射出的离子束的位置。关于扫描电磁铁29，具体地说，扫描电磁铁29产生的偏转电磁力在与y方向正交的x方向上，控制从同步加速器3射出的离子束的位置。首先，照射位置控制装置52控制分别向扫描电磁铁28以及29供给的励磁电流来调节分别在扫描电磁铁28以及29产生的偏转电磁力，以使离子束到达层L₁中的最初的照射点A_1,1的的目标位置(中心位置)P_1,1(x_1,1，y_1,1)。

照射位置控制装置52在判定为控制了分别向扫描电磁铁28以及29供给的励磁电流以便离子束到达照射点A_i,j的目标位置P_i,j时，输出射束照射开始信号。

从加速器射出离子束(步骤S5)。将从照射位置控制装置52输出的射束照射开始信号输入给加速器/输送系统控制装置39。加速器/输送系统控制装置39根据射束照射开始信号来闭合开闭开关12，将来自高频电源11的高频从射出用高频电极10施加给在射束管4内环绕的离子束。环绕的离子束通过施加高频向稳定界限外转移，通过射出用偏转器13后从同步加速器3射出。射出用偏转器13的励磁电流也通过加速器/输送系统控制装置39调节成与能量E₁对应的励磁电流。

通过根据能量E₁分别决定的励磁电流来分别对射束输送系统15的偏转电磁铁17、19、20以及四极电磁铁21、22、23进行励磁，因此从同步加速器3射出的离子束通过射束路径16向照射装置27射入。通过扫描电磁铁28以及29分别产生的上述的偏转电磁力来扫描该离子束，向患部的层L₁内的照射点A_1,1的目标位置P_1,1(x_1,1，y_1,1)进行照射。

进行系统误差以及随机误差的判定(步骤S6)。步骤S6的判定工序包括图3所示的步骤S6A～6E的各工序，使用图3对步骤S6A～6E的各工序进行说明。

输入照射点的实际的照射位置Pa_i,j(步骤S6A)。设置在照射装置27的射束位置监视器30测定通过扫描电磁铁28以及29进行扫描向照射点A_1,1的目标位置P_1,1(x_1,1，y_1,1)照射的离子束的实际的照射位置Pa_1,1(x_1,1’，y_1,1’)。将测定出的离子束的实际的照射位置Pa_1,1(x_1,1’，y_1,1’)向扫描控制装置40的射束位置监视装置55中包含的误差运算装置56输入，并存储在扫描控制装置40的存储器60中。

计算照射点A_i,j的目标位置P_i,j与照射点A_i,j的实际的照射位置Pa_i,j的偏差D_j(步骤S6B)。误差运算装置56以某层L_i为对象，向式(1)代入目标位置P_j以及实际的照射位置Pa_j，来求出偏差D_j。在步骤S6B～S6E的说明以及式(1)～式(10)中，在照射点A_i,j、目标位置P_i,j、实际的照射位置Pa_i,j、系统误差Es_i,j以及随机误差Er_i,j中，省略了表示层编号的“i(i＝1、2、……、m)”的下标部分。

例如，如图7所示，假设在层L₁中，通过射束位置监视器30针对照射点A₁的目标位置P₁(x₁，y₁)、照射点A₂的目标位置P₂(x₂，y₂)以及照射点A₃的目标位置P₃(x₃，y₃)，分别测定出实际的照射位置Pa₁(x₁’，y₁’)、实际的照射位置Pa₂(x₂’，y₂’)以及实际的照射位置Pa₃(x₃’，y₃’)。目标位置P₁与实际的照射位置Pa₁的偏差D₁是Dx₁(＝x₁-x₁’)以及Dy₁(＝y₁-y₁’)，目标位置P₂与实际的照射位置Pa₂的偏差D₂是Dx₂(＝x₂-x₂’)以及Dy₂(＝y₂-y₂’)以及目标位置P₃与实际的照射位置Pa₃的偏差D₃是Dx₃(＝x₃-x₃’)以及Dy₃(＝y₃-y₃’)。同样地，求出D₄及其以后的D_j(j＝4、5、……、n)。Dx_j是在x方向的目标位置P_j与实际的照射位置Pa_j的偏差，Dy_j是在y方向的目标位置P_j与实际的照射位置Pa_j的偏差。

实际的照射位置Pa₂(x₂’，y₂’)以及偏差D₂即Dx₂(＝x₂-x₂’)以及Dy₂(＝y₂-y₂’)是在层L₁中结束向照射点A₁的离子束的照射后，针对接着照射离子束的照射点A₂求出的。此外，实际的照射位置Pa₃(x₃’，y₃’)以及偏差D₃即Dx₃(＝x₃-x₃’)以及Dy₃(＝y₃-y₃’)是在层L₁中结束向照射点A₂的离子束的照射后，针对接着照射离子束的照射点A₃求出的。然而，为了有助于理解，在此将这些统称为照射点A₁的实际的照射位置Pa₁以及偏差D₁来进行了说明。对后述的步骤S6C的系统误差Es以及随机误差Er也进行同样的说明。

计算系统误差Es_i,j以及随机误差Er_i,j(步骤S6C)。误差运算装置56分别计算系统误差Es_j以及随机误差Er_j。通过向式2代入在步骤6B中求出的偏差D_j来求出系统误差Es_j。系统误差Es_j分别求出x方向的系统误差Esx_j和y方向的系统误差Esy_j。针对图7所示的层L₁的照射点A₁、A₂以及A₃的目标位置P₁(x₁，y₁)、P₂(x₂，y₂)以及P₃(x₃，y₃)的系统误差Esx_j以及Esy_j分别如表1所示。

表1

照射点的系统误差

照射点Aj	x方向的系统误差Esxj	y方向的系统误差Esyj
			A1	Esx1＝Dx1	Esy1＝Dy1
A2	Esx2＝(Dx1+Dx2)/2	Esy2＝(Dy1+Dy2)/2
			A3	Esx3＝(Dx1+Dx2+Dx3)/3	Esy3＝(Dy1+Dy2+Dy3)/3

通过向式3代入实际的照射位置Pa_j以及步骤S6B中求出的偏差D_j来求出随机误差Er_j。随机误差Er_j也分别求出x方向的随机误差Erx_j和y方向的随机误差Ery_j。针对图7所示的层L₁的照射点A₁、A₂以及A₃的目标位置P₁(x₁，y₁)、P₂(x₂，y₂)以及P₃(x₃，y₃)的随机误差Erx_j以及Ery_j分别如表2所示。

表2

照射点的随机误差

照射点Aj	x方向的随机误差Erxj	y方向的随机误差Eryj
			A1	Erx1＝x1’-Dx1	Ery1＝y1’-Dy1
A2	Erx2＝x2’-(Dx1+Dx2)/2	Ery2＝y2’-(Dy1+Dy2)/2
			A3	Erx3＝x3’-(Dx1+Dx2+Dx3)/3	Ery3＝y3’-(Dy1+Dy2+Dy3)/3

判定系统误差Es_i,j是否存在于第一容许范围内(步骤S6D)。将通过误差运算装置56求出的系统误差Es_j以及随机误差Er_j输入给误差判定装置57。首先，误差判定装置57判定该系统误差Es_j是否存在于第一容许范围内。

容许范围是图10所示的系统误差Es_i,j的容许范围As。容许范围As以照射点A_j的的目标位置P_j为基准，通过下限值-As以及上限值+As来进行划定。当系统误差Es_j满足式(4)时，判定为系统误差Es_j存在于第一容许范围内。即，步骤S6D的判定为“是”。当系统误差Es_j不满足式(4)时，判定为系统误差Es_j脱离了第一容许范围，步骤S6D的判定为“否”。

-As≤Es_j≤+As …(4)

具体而言，容许范围As包括x方向的容许范围Asx的下限值-As_x以及上限值+As_x以及y方向的容许范围Asy的下限值-As_y以及上限值+As_y。因此，系统误差Es_j是否存在于第一容许范围内的判定使用式(5)以及式(6)来进行，判定系统误差Es_j的x方向的系统误差Esx_j是否满足式(5)，此外系统误差Es_j的y方向的系统误差Esy_j是否满足式(6)。

-Asx≤Esx_j≤+Asx …(5)

-Asy≤Esy_j≤+Asy …(6)

在此，Px_j是照射点A_j的目标位置P_j的x方向的坐标x_j，Py_j是照射点A_j的目标位置P_j的y方向的坐标y_j。将系统误差Es的容许范围As(具体而言，Asx以及Asy)存储在扫描控制装置40的存储器60中。

当系统误差Esx_j满足式(5)，且系统误差Esy_j满足式(6)时，判定为系统误差Es_j存在于第一容许范围内。即，步骤S6D的判定为“是”。当不满足式(5)以及式(6)中的任意一个时，判定为系统误差Es_j不在第一容许范围内，即系统误差Es_j脱离了第一容许范围，步骤S6D的判定为“否”。

当步骤S6D的判定为“否”时，输出射束照射停止信号(步骤S18)。当判定为系统误差Es_j脱离了第一容许范围时，误差判定装置57输出射束照射停止信号。

停止离子束的照射(步骤S19)。将从误差判定装置57输出的射束照射停止信号输入给加速器/输送系统控制装置39。输入了射束照射停止信号的加速器/输送系统控制装置39向开闭开关12以及遮光器24输出关闭信号。输入了关闭信号的开闭开关12以及遮光器24的执行器分别将开闭开关12断开以及将遮光器24关闭。当开闭开关12断开时，停止向射出用高频电极10施加高频，停止从同步加速器3射出在射束管4内环绕的离子束。当遮光器24关闭时，即使从同步加速器3射出离子束，该离子束被遮光器24遮蔽，无法到达照射装置27。并且，加速器/输送系统控制装置39使直线加速器14(或离子源)停止。

如上所述，当系统误差Es_i,j脱离了第一容许范围时，停止向患者34的患部照射离子束。当系统误差Es_i,j脱离了第一容许范围时，只要实施了停止向射出用高频电极10施加高频，由遮光器24切断射束路径16以及停止直线加速器14(或离子源)中的任意一个，向患者34的患部的离子束的照射停止。

当步骤S6D的判定为“是”时，判定随机误差Er_i,j是否存在于第二容许范围内(步骤S6E)。误差判定装置57判定从误差运算装置56输入的随机误差Er_i,j是否在第二容许范围内。

第二容许范围是图10所示的随机误差Er_i,j的容许范围Ar。容许范围Ar以照射点A_j的实际的照射位置Pa_j的平均位置Pm_j为基准，根据下限值-Ar以及上限值+Ar来进行划定。当随机误差Er_j满足式(7)时，判定为随机误差Er_j在第二容许范围内。即，步骤S6E的判定为“是”。当随机误差Er_j没有满足式(7)时，判定为随机误差Er_j脱离了第二容许范围，步骤S6E的判定为“否”。

-Ar≤Er_j≤+Ar …(7)

具体而言，容许范围Ar包括x方向的容许范围Arx的下限值-Ar_x以及上限值+Ar_x以及y方向的容许范围Ary的下限值-Ar_y以及上限值+Ar_y。因此，使用式(9)以及式(10)来进行随机误差Er_i,j是否在第二容许范围内的判定，判定随机误差Er_j的x方向的随机误差Erx_j是否满足式(9)，此外，随机误差Er_j的y方向的随机误差Ery_j是否满足式(10)。

-Arx≤Erx_j≤+Arx …(9)

-Ary≤Ery_j≤+Ary …(10)

在此，Pmx_j是照射点A_j的实际的照射位置Pa_j的平均位置Pm_j的x方向的坐标，Pmy_j是照射点A_j的实际的照射位置Pa_j的平均位置Pm_j的y方向的坐标。另外，通过式(8)求出Pm_j。将随机误差Er的容许范围Ar(具体而言，Arx以及Ary)存储在扫描控制装置40的存储器60中。

当x方向的随机误差Erx_j满足式(9)，且y方向的随机误差Ery_j满足式(10)时，判定为随机误差Er_i,j在第二容许范围内。即，步骤S6E的判定为“是”。当不满足式(9)以及式(10)中的任意一个时，判定为随机误差Er_i,j不在第二容许范围内，即随机误差Er_i,j脱离了第二容许范围，步骤S6E的判定为“否”。当步骤S6E的判定为“否”时，在上述的步骤S18中，误差判定装置57输出射束照射停止信号。将该射束照射停止信号输入给加速器/输送系统控制装置39。

当随机误差Er_i,j脱离了第二容许范围时，与系统误差Es_i,j脱离了第一容许范围的情况同样地，输入了射束照射停止信号的加速器/输送系统控制装置39停止向射出用高频电极10施加高频以及通过遮光器24切断射束路径16，停止向患部照射离子束(步骤S19)。

判定照射点A_i,j的剂量R_i,j是否成为目标剂量R0_i,j(步骤S7)。当步骤S6E的判定为“是”时，即系统误差Es_i,j在第一容许范围As内，且随机误差Er_i,j在第二容许范围Ar内时，剂量判定装置53进行剂量R_i,j的判定。剂量监视器31从开始向照射点A_i,j的实际的照射位置Pa_i,j照射离子束的时刻开始，测定实际的照射位置Pa_i,j的剂量R_i,j。将测定出的该实际的照射位置Pa_i,j的剂量R_i,j输入给扫描控制装置40的剂量判定装置53。剂量判定装置53判定剂量R_i,j是否成为目标剂量R0_i,j。

当剂量R_i,j没有到达目标剂量R0_i,j时，即步骤S7的判定为“否”时，继续离子束的照射(步骤S8)。具体而言，继续向实际的照射位置Pa_i,j照射离子束。

之后，判定照射点A_i,j的剂量R_i,j是否成为目标剂量R0_i,j(步骤S9)。步骤S9的判定与步骤S7的判定相同，通过剂量判定装置53来进行。当步骤S9的判定为“否”时，重复步骤S8以及S9的各工序直到步骤S9的判定成为“是”为止，即直到照射点A_i,j的剂量R_i,j成为目标剂量R0_i,j为止。

当步骤S9的判定为“是”时，输出射束照射停止信号(步骤S9A)。当照射点A_i,j的剂量R_i,j成为目标剂量R0_i,j时，剂量判定装置53输出射束照射停止信号。将该射束照射停止信号输入给加速器/输送系统控制装置39。

停止向照射点A_i,j照射离子束(步骤S10)。输入了射束照射停止信号的加速器/输送系统控制装置39向开闭开关12输出关闭信号。根据该关闭信号开闭开关12断开，停止向射出用高频电极10施加高频。因此，来自同步加速器3的离子束的射出停止，停止向患部的照射位置Pa_i,j照射离子束。还在步骤S7的判定为“是”时，在步骤S9A中，从剂量判定装置53向加速器/输送系统控制装置39输出射束照射停止信号。

判定向层L_i的照射是否结束(步骤S11)。层判定装置54在向一个照射点A_i,j的离子束的照射结束时，判定在层L_i中是否存在没有照射离子束的照射点A_i,j。虽然向照射点A_1,1的离子束的照射结束，但还有向照射点A_1,2以外的离子束的照射，步骤S11的判定为“否”。

因此，存储照射位置的偏差D_j的信息(步骤S13)。由于层₁中的下一个照射点A_1,2的系统误差Es以及随机误差Er的各计算的需要，将照射点A_1,1的照射位置的偏差D₁通过层判定装置54存储在扫描控制装置40的存储器60中。

执行j＝j+1(步骤S14)。照射位置控制装置52将“j”置换成“j+1”。由此，可以进行下一照射点A_i,j+1，例如可以进行向照射点A_1,2的目标位置P_1,2的离子束的照射。

判定是否能够利用环绕的离子束(步骤S15)。加速器/输送系统控制装置39在向照射点A_1,2的目标位置P_1,2的照射结束时，即，向开闭开关12输出了关闭信号时，判定是否能够通过在环绕轨道即环状的射束管4内环绕的离子束，进行向下一照射点A_1,2的目标位置P_1,2的照射。当能够完成向照射点A_1,2的目标位置P_1,2的照射的量的离子束在射束管4内环绕时，步骤S15的判定为“是”。因为下一照射点A_1,2的目标位置P_1,2也存在于与之前的照射点A_1,1的目标位置P_1,1相同的层L₁内，因此通过照射位置控制装置52执行步骤S4的工序。在步骤S4的工序中调节扫描电磁铁28以及29的各自的偏转电磁力后，照射位置控制装置52将射束照射开始信号输出给加速器/输送系统控制装置39。输入了射束照射开始信号的加速器/输送系统控制装置39输出将开闭开关12闭合的关闭信号。结果，向射出用高频电极10施加高频，开始来自同步加速器3的离子束的射出。

当环绕的离子束的量较少，且离子束的量对于完成向照射点A_1,2的目标位置P_1,2的照射不充足时，在步骤S2中启动直线加速器14，从直线加速器14向同步加速器3补充离子束。并且，进行步骤S3中的离子束的加速。之后，执行以下所述的步骤S15的判定为“是”时所执行的各步骤的工序。

假设步骤S15的判定为“是”。实施步骤S4(用于向目标位置P_1,2照射离子束的、分别在扫描电磁铁28以及29产生的偏转电磁力的调节)以及步骤S5(来自同步加速器3的离子束的射出)的各工序，针对层₁的照射点A_1,2的目标位置P_1,2照射离子束。之后，如上所述，执行步骤S6～S9、S9A、S10以及S11的各工序(图2A以及图2B)。如上所述，在步骤S6中执行步骤S6A～步骤S6E的各工序(需要时，步骤S18以及S19)。此时，在步骤S6B中求出上述的偏差D₂即Dx₂(＝x₂-x₂’)以及Dy₂(＝y₂-y₂’)，在步骤6C中求出针对层L₁的照射点A₂的系统误差Es₂(系统误差Esx₂以及Esy₂)以及随机误差Er₂(随机误差Erx₂以及Ery₂)。但是，当步骤S6D或步骤S6E中的判定为“否”时，进行步骤S18中的射束照射停止信号的输出以及步骤S19中的离子束的照射停止。

进行向层₁中的所有照射点A_1,j的离子束的照射，直到步骤S11的判定成为“是”为止，重复以上所述的步骤S13～S15以及S2～S9、S9A、S10以及S11(或步骤S13～S15以及S4～S9、S9A、S10以及S11)的各工序。当步骤S11的判定为“是”时，实施步骤S12的工序。

删除照射位置的偏差D_j的信息(步骤S12)。层判定装置54删除在步骤S13中在扫描控制装置40的存储器60中存储的层L₁中的所有的偏差D_j的信息。判定向患部的所有层的所有照射点A_i,j的目标位置P_i,j的离子束的照射是否结束(步骤S16)。因为只是向层L₁内的所有照射点A_1,j的离子束的照射结束，所以在层判定装置54中进行的步骤S16的判定为“否”。

此时，加速器/输送系统控制装置39使同步加速器3的各偏转电磁铁6以及各四极电磁铁7的各励磁电流值逐渐减少，并且使向加速装置8施加的高频电压逐渐减少。使在射束管4内环绕的离子束减速。并且，执行i＝i+1(步骤S17)。照射位置控制装置52将“i”置换成“i+1”。由此，可以进行下层L_i+1，例如进行向层L₂内的照射点A_i,j的目标位置P_i,j的离子束的照射。如上所述，加速器/输送系统控制装置39实施步骤S2以及S3的各工序。在该步骤S3的工序中，使同步加速器3的各偏转电磁铁6以及各四极电磁铁7的各励磁电流值逐渐增加，并且使向加速装置8施加的高频电压逐渐增加。由此，将在射束管4内环绕的离子束的能量加速到为了使离子束到达层L₂所需要的能量E₂。之后，依次实施步骤S4及其之后的各步骤，针对该层L₂内的各目标位置P_i,j如上所述依次照射离子束。当步骤S16的判定为“是”时，向治疗用床33上承载的患者34的患部的离子束的照射结束。即，患者34的治疗结束。

当患者34的治疗结束时，患部(目标区域)的深度方向的剂量分布成图6所示的合计剂量的分布，在患部中在深度方向照射一样的剂量。该合计剂量分布成为基于向各层L_i的照射的剂量分布的总和。此外，与离子束的照射方向垂直的方向的患部的断面的剂量分布也变得更相同。

在此，对存储器60中存储的系统误差Es的容许范围As以及随机误差Er的容许范围Ar进行说明。如上所述，将容许范围As设定成以照射点A_i,j的目标位置P_i,j为基准，在x方向以及y方向具有上限值(+As_x，+As_y)以及下限值(-As_x，-As_y)(参照图10)。在从最初照射了离子束的照射点A_i,j(例如，层L₁的照射点A_1,1)之后进行的最初的步骤S6D的判定开始，直到该步骤S6D的判定次数达到h次(h＜j)的期间，把在步骤S6D的判定中使用的系统误差Es的容许范围As，如图4所示，设定成比步骤S6D的判定次数h+1次以及之后的步骤S6D的判定中使用的系统误差Er的容许范围As大。

如上所述，将步骤S6D的判定次数1～h次的判定中所使用的容许范围As设定得大的理由如下所述。例如，在从最初照射了离子束的层L₁的照射点A_1,1向层L₁的照射点A_1,2照射离子束的照射点的切换后，数次的步骤S6D的判定结果由于随机误差Er的散布，求出的实际的照射位置Pa_i,j的平均位置Pm_i,j的精度恶化。因此，如上所述，将在判定次数为h次以下的步骤S6D的判定中所使用的容许范围As设定得大。例如将判定次数为h次以下的该判定中所使用的容许范围As设定成在判定次数为h+1次及之后的该判定中所使用的容许范围As的150％。

如上所述，将随机误差Er的容许范围Ar设定成以实际的照射位置Pa_i,j的平均位置Pm_i,j为基准，在x方向以及y方向具有上限值(+Ar_x，+Ar_y)以及下限值(-Ar_x，-Ar_y)(参照图10)。根据与将系统误差Er的容许范围Ar扩大时相同的理由，也将判定次数为h以下的步骤S6E的判定中所使用的随机误差的容许范围Ar，如图4所示，设定成比判定次数为h+1次及之后的步骤S6E的判定中所使用的容许范围Ar大。将判定次数为h次以下的该判定中所使用的容许范围Ar设定成在判定次数为h+1次及之后的该判定中所使用的容许范围Ar的150％。

如上所述，容许范围As在x方向以及y方向中分别具有上限值(+As_x以及+As_y)以及下限值(-As_x，-As_y)，因此在判定次数为h次以下的该判定中所使用的容许范围As中，第一上限值(第一“+As_x”以及第一“+As_y”)以及第一下限值(第一“-As_x”、第一“-As_y”)各自的绝对值大于在判定次数为h+1次及之后的判定中所使用的容许范围As的各个第二上限值(第二“+As_x”以及第二“+As_y)以及第二下限值(第二“-As_x”、第二“-As_y”)的绝对值。这在容许范围Ar中也相同。

在判定次数为h次以下的步骤S6D的系统误差Es的判定中，x方向以及y方向都使用第一上限值以及第一下限值。在判定次数为h+1次及之后的步骤S6D的系统误差Es的判定中，x方向以及y方向都使用第二上限值以及第二下限值。

在判定次数为h次以下的步骤S6E的随机误差Er的判定中，x方向以及y方向都使用容许范围Ar的第一上限值(第一“+Ar_x”以及第一“+Ar_y”)以及容许范围Ar的第一下限值(第一“-As_x”，第一“-As_y”)。在判定次数为h+1次及之后的步骤S6E的随机误差Er的判定中，x方向以及y方向都使用容许范围Ar的第二上限值(第二“+Ar_x”以及第二“+Ar_y”)以及第二下限值(第二“-As_x”，第二“-As_y”)。

在本实施例中，作为针对照射点A_i,j的目标位置P_i,j的照射点A_i,j的实际的照射位置Pa_i,j的误差，求出系统误差Es以及随机误差Er，为了判定系统误差Es以及随机误差Er有没有从各自的容许误差脱离，分别设定系统误差Es的容许范围As以及随机误差Er的容许范围Ar，在这些判定中使用这些容许范围。结果，可以严格地(狭窄)分别设定容许范围As以及容许范围Ar，在向患部照射离子束时能够减轻向患者34的健全的细胞的破坏，提高安全性。

并且，单独设定容许范围As以及容许范围Ar，因此即使进一步使离子束细小化的情况下，系统误差脱离系统误差的容许范围，并且，随机误差脱离随机误差的容许范围的概率降低。因此，向患者停止照射离子束的概率显著下降，能够更稳定地运转带电粒子束照射系统，向患者的离子束的照射的计划外停止变得极少。结果，能够增加每日可治疗的人数。

在本实施例中，监视随机误差Er是否没有脱离其容许范围Ar，因此能够使与离子束的行进方向垂直方向的断面的剂量分布更一样。此外，监视系统误差Es是否没有脱离其容许范围As，因此能够监视剂量分布全体是否没有从患部向容许范围外偏离。

当系统误差Es脱离了容许范围As时，或随机误差Er脱离了容许范围Ar时，停止向患者34的离子束的照射。因此，提高对患者34的安全性。

此外，在本实施例中，在判定系统误差Es是否脱离了容许范围As的次数在h次以下的范围时，使在该范围中进行的该判定所使用的容许范围As比在判定次数h+1次及之后的该判定所使用的容许范围As的范围大。因此，即使在由于随机误差Er的散布，求出的实际的照射位置Pa_i,j的平均位置Pm_i,j的精度恶化的情况下，也降低系统误差Es脱离容许范围As的概率。

此外，在本实施例中，在判定随机误差Er是否脱离了容许范围Ar的次数在h次以下的范围时，使在该范围中进行的该判定所使用的容许范围Ar比在判定次数为h+1次及之后的该判定中所使用的容许范围Ar的范围大。因此，与系统误差Es的情况相同地，即使求出的实际的照射位置Pa_i,j的平均位置Pm_i,j的精度恶化的情况下，也降低随机误差Er脱离容许范围Ar的概率。

(实施例二)

使用图11，对本发明的其他优选实施例即实施例二的带电粒子束照射系统进行说明。本实施例的带电粒子束照射系统1A将图1所示的实施例一的带电粒子束照射系统1中的扫描控制装置40替换成扫描控制装置40A，并追加了剂量监视器31A。带电粒子束照射系统1A的其他结构与带电粒子束照射系统1相同。两个剂量监视器中的剂量监视器31与实施例一相同地，测定照射离子束的各照射点A_i,j的剂量，另外的剂量监视器31A测定照射离子束的各照射点A_i,j的后述的射束照射区间S_k的剂量。

如图2A、图2B以及图12所示，扫描控制装置40A具备：照射位置控制装置52、剂量判定装置(第一剂量判定装置)53、层判定装置54、射束位置监视装置55A以及剂量判定装置(第二剂量判定装置)59。射束位置监视装置55A具有：误差运算装置(第一误差运算装置)56A、误差判定装置(第一误差判定装置)57A、误差运算装置(第二误差运算装置)56B、误差判定装置(第二误差判定装置)57B以及射束照射区间判定装置58。

此外，在带电粒子束照射系统1A中，扫描控制装置40A与实施例一的带电粒子束照射系统1的扫描控制装置40不同，实施图2A以及图2B所示的步骤S4、S7～S9、S9A、S10～S18以及图12所示的步骤S6Q所包括的步骤S6A～S6P的各工序。在带电粒子束照射系统1A的扫描控制装置40A中，代替图3所示的步骤S6的各工序，实施图12所示的步骤S6Q的各工序。在本实施例的带电粒子束照射系统中，将用于实施图2A以及图2B所示的步骤S4、S7～S18以及图12所示的步骤S6A～S6P的各工序的程序存储在扫描控制装置40A的存储器60中。

由照射位置控制装置52实施通过扫描控制装置40A执行的步骤S4、S6Q、S7～S9、S9A、S10～S18的各工序中的步骤S4、S14以及S17的各工序(参照图2A)，由剂量判定装置53实施步骤S7～S9、S9A的各工序(参照图2B)，由层判定装置54实施步骤S11～S13以及S16的各工序(参照图2B)，由误差运算装置56实施步骤S6A～S6C的各工序(参照图12)，由误差判定装置57A实施步骤S6D、S6E以及S18的各工序(参照图12)，由误差运算装置56B实施步骤S6L～S6N的各工序(参照图12)，由误差判定装置57B实施步骤S6O、S6P以及S18的各工序(参照图12)，由射束照射区间判定装置58实施步骤S6F～S6H的各工序(参照图12)，由剂量判定装置59实施步骤S6I、S6J以及S6K的各工序(参照图12)。

与实施例一相同地，在本实施例中也实施图2A、图2B以及图3所示的步骤S1～S5、S7～S9、S9A、S10～S19以及S6A～S6E(步骤S6Q的部分工序)的各工序。以在实施例一中没有实施的图12所示的步骤S6Q的工序中的步骤S6F～S6P的工序为中心进行说明。在本实施例中，按照图12所示的步骤S6Q的顺序替换在实施例一中实施的步骤S6的工序。

使用了带电粒子束照射系统1A的带电粒子束照射方法针对通过使用了实施例一的带电粒子束照射系统1的带电粒子束照射方法设定的多个照射点A _i,j中的部分多个照射点(例如，图13所示的照射点No.2以及No.4)，设定了多个射束照射区间S(例如，射束照射区间No.1～No.5)。具体而言，照射点No.2包括三个射束照射区间S(射束照射区间No.1～No.3)，照射点No.4包括射束照射区间S(射束照射区间No.4以及No.5)。

在照射离子束前，使用治疗计划装置42来预先设定射束照射区间No.1(S₁)、No.2(S₂)以及No.4(S₃)以及照射点No.1～No.4的各目标剂量R0。为了使照射剂量分布更加一样，在目标剂量R0大的照射点，具体而言，在照射点No.2以及No.4，设定一个照射区间S使目标剂量R0例如成为0.033MU。在此，作为一例，对将目标剂量R0设成0.033MU的情况进行说明。射束照射区间No.1、No.2以及No.4，即射束照射区间S₁、S₂以及S₃各自的目标剂量Rs0是0.033MU。换言之，层L_i内的射束照射区间S₁、S₂以及S₃、……是将目标剂量Rs0设定成0.033MU的射束照射区间S_k(k＝1、2、……、p)。在设定了一个射束照射区间S_k或多个射束照射区间S_k的照射点，除了设定的射束照射区间S_k外，还留有通过离子束照射没有成为0.033MU的2倍的剂量的射束照射区间(例如，射束照射区间No.3以及No.5)时，不是将该射束照射区间分割成多个射束照射区间S_k，而是设成一个射束照射区间S。此外，例如不会将目标剂量R0没有成为0.033MU的两倍的照射点以及目标剂量R0不足0.033MU的照射点分割成多个射束照射区间S。

在一个照射点A_i,j设定的多个射束照射区间S中的照射离子束的目标位置P _i,j是该照射点A_i,j的目标位置P_i,j。在一个照射点A_i,j内，即使照射离子束的射束照射区间从一个射束照射区间S(例如，射束照射区间S₁)更替为其他射束照射区间S(例如，射束照射区间S₂)时，通过扫描电磁铁28、29照射离子束的目标位置P_i,j不变，仍是该照射点A_i,j的目标位置P_i,j。例如，当离子束的照射从射束照射区间S₁变为射束照射区间S₂时，对测定出射束照射区间S₁的剂量的剂量监视器31A进行复位，剂量监视器31A从零开始测定射束照射区间S₂的剂量。如上所述，剂量监视器31A对每个射束照射区间S测定剂量。

例如，将图13所示的照射点No.1、No.2、No.3以及No.4设成层L₁的照射点A_1,11、A_1,12、A_1,13以及A_1,14。然后，为了简化说明，设为照射点A_1,1～A_1,10不设定多个射束照射区间S。

以下，对使用本实施例的带电粒子束照射系统的带电粒子束照射方法进行说明。在本实施例的带电粒子束照射方法中，实施基于加速器/输送系统控制装置39的步骤S1～S3以及S5的各工序(参照图2A)，对没有设定多个射束照射区间S的照射点A_1,1的目标位置P_1,1到照射点A_1,11的目标位置P_1,11，步骤S6G(参照图12)的判定为“否”，因此与实施例一同样地，重复实施图2A以及图2B所示的步骤S4、图12所示的步骤S6Q包括的步骤S6A～S6E的各工序以及S7～S9、S9A、S10～S17的各工序。其中，当步骤S6D或步骤S6E中判定为“否”时，进行步骤S18中的射束照射停止信号的输出以及步骤S19中的离子束照射停止。在本实施例中，在步骤S5与步骤S7之间，实施图12所示的步骤S6Q的顺序来代替上述步骤S6即图3所示的顺序。

在针对从照射点A_1,1的目标位置P_1,1至照射点A_1,11的目标位置P_1,11的离子束的照射中，将步骤S4、S6F、S6G、S6A～S6E以及S7～S9、S9A、S10以及S11的各工序由扫描控制装置40A的照射位置控制装置52、射束照射区间判定装置58、误差运算装置56A、误差判定装置57A、剂量判定装置53以及层判定装置54来实施。在通过照射位置控制装置52实施步骤S4，通过加速器/输送系统控制装置39实施步骤S5后，输入一个照射点的射束照射区间S的设定数(步骤S6F)。射束照射区间判定装置58从扫描控制装置40的存储器60中读出该设定数。接着，判定射束照射区间S的设定数是否是2以上(步骤S6G)。因为照射点A_1,1～A_1,11都没有设定射束照射区间S，所以通过射束照射区间判定装置58进行的步骤S6G的判定为“否”，分别针对照射点A_1,1～A_1,11，将在实施例一中叙述的步骤S6A～S6C的各工序由误差运算装置56A实施，并且，将在实施例一中叙述的步骤S6D以及S6E的各工序由误差判定装置57A实施。此时，当步骤S6D或S6E的判定为“否”时，误差判定装置57A在步骤S18中输出射束照射停止信号。输入了射束照射停止信号的加速器/输送系统控制装置39实施上述的步骤S19的控制，因此停止向患者34的患部的离子束的照射。当步骤S6D或S6E的判定为“是”时，剂量判定装置53在步骤S7以及S9中，判定通过剂量监视器31测定出的照射点A_i,j的实际的照射位置Pa_i,j的剂量R_i,j是否与照射点A_i,j的目标剂量R0_i,j一致。

当向照射点A_1,11的目标位置P_1,11的离子束的照射结束时，基于层判定装置54的步骤S11的判定为“否”，实施步骤S13～S15的各工序。与实施例一同样地，根据步骤S15的判定结果实施从步骤S2或步骤S4开始的工序。在步骤S4中，通过照射位置控制装置52调节分别在扫描电磁铁28以及29中发生的偏转电磁力，以使离子束的照射位置成为照射点A_1,12的目标位置P_1,12。

照射点A_1,12(照射点No.2)具有No.1～No.3这三个射束照射区间。在步骤S6F中，输入“3”作为射束照射区间的设定数，步骤S6G的判定为“是”。

判定是否是最终的射束照射区间(步骤S6H)。射束照射区间判定装置58判定在照射点A_1,12成为对象的射束照射区间S₁是否是在照射点A_1,12的最终的射束照射区间。射束照射区间S₁是照射点A_1,12内的最初的射束照射区间，因此步骤S6H的判定为“否”。当步骤S6H的判定为“否”时，实施步骤S6I～S6P的各工序。

开始射束照射区间S_i,k中的剂量的测定(步骤6I)。剂量判定装置59开始通过剂量监视器31A进行的射束照射区间S_i,k，具体而言，照射离子束的照射点A_1,12内的最初的射束照射区间S₁的剂量的测定。剂量判定装置59判定剂量Rs₁是否成为目标剂量Rs0(例如，0.033MU)(步骤S6J)。当剂量Rs₁到达目标剂量Rs0时，即步骤S6J的判定为“否”时，直到步骤S6J的判定成为“是”为止，继续离子束的照射。

清除第二剂量监视器(步骤S6K)。在剂量Rs₁到达目标剂量Rs0步骤S6J的判定成为“是”时，将测定出射束照射区间S₁的剂量Rs₁的剂量监视器31A清零。

输入照射点的射束照射区间S_i,k中的照射点的实际的照射位置Pas_i,k(步骤S6L)。设置在照射装置27的射束位置监视器30测定在照射点A_1,12内的射束照射区间S₁中向照射点A_1,12的目标位置P_1,12(x_1,12，y_1,12)照射的离子束的实际的照射位置Pas_1,1(xs_1,1’，ys_1,1’)。误差运算装置56B输入该实际的照射位置信息，并将其存储在扫描控制装置40的存储器60中。

计算照射点A_i,j的目标位置P_i,j与照射点A_i,j的射束照射区间S_i,k的实际的照射位置Pas_i,k的偏差d_k(步骤S6M)。误差运算装置56B以某层L_i为对象，将目标位置P_j以及射束照射区间S_k中的实际的照射位置Pas_k代入式11中，求出偏差d_k(k＝1、2、……、p，其中，p值与j的取值最大值n相等)。在步骤S6K～S6P的说明以及式(11)～式(20)中，在照射点A_i,j、目标位置P_i,j、实际的照射位置Pas_i,j、系统误差Ess_i,j以及随机误差Ers_i,j中，省略了表示层编号的(i＝1、2、……、m)的下标部分。

d_k＝P_j-Pas_k …(11)

例如，在层L₁中，在目标位置P₁₂(x₁₂，y₁₂)的照射点A₁₂中，假设通过射束位置监视器30测定射束照射区间S₁中的实际的照射位置Pas₁(xs₁’，ys₁’)。目标位置P₁与实际的照射位置Pas₁的偏差d₁成为dx₁(＝xs₁－xs₁’)以及dy₁(＝ys₁－ys₁’)。另外，dx_k是x方向的目标位置P_j与实际的照射位置Pas_k的偏差，dy_k是y方向的目标位置P_j与实际的照射位置Pas_k的偏差。将算出的偏差d_k(具体而言，偏差d₁)存储在扫描控制装置40的存储器60中。

计算系统误差Ess_i,k以及随机误差Ers_i,k(步骤S6L)。误差运算装置56B分别计算系统误差Ess_k以及随机误差Ers_k。通过向式(12)代入在步骤S6M中求出的偏差d_k来求出系统误差Ess_k。

【式4】

作为系统误差Ess_k，分别求出x方向的系统误差Essx_k以及y方向的系统误差Essy_k。针对射束照射区间S₁的系统误差Essx₁以及Essy₁分别成为表3那样。

表3

射束照射区间的系统误差

通过向式(13)代入实际的照射位置Pas_k以及在步骤S6M中求出的偏差d_k来求出随机误差Ers_k。

随机误差Ers_k也分别求出x方向的随机误差Ersx_k和y方向的随机误差Ersy_k。针对射束照射区间S₁的随机误差Ersx₁以及Ersy₁分别成为表4那样。

【表4】

表4

射束照射区间的随机误差

判定系统误差Ess_i,k是否在第一容许范围内(步骤S6O)。将通过误差运算装置56B求出的系统误差Ess_k以及随机误差Ers_k输入给误差判定装置57B。首先，误差判定装置57B判定系统误差Ess_k是否在第一容许范围内。

系统误差Ess_i,k的第一容许范围与图10所示的系统误差Es_i,j的容许范围As相同。当系统误差Ess_k满足式(14)时，判定为系统误差Ess_k在第一容许范围内。即，步骤S6O的判定为“是”。当系统误差Ess_k不满足式(14)时，判定为系统误差Ess_k脱离第一容许范围，步骤S6O的判定为“否”。

-As≤Ess_k≤+As …(14)

具体而言，系统误差Ess_k是否在第一容许范围内的判定使用式(15)以及式(16)来进行。系统误差Ess_k的x方向的系统误差Essx_k满足式(15)，且y方向的系统误差Essy_k满足式(16)时，判定为系统误差Ess_k在第一容许范围内。即，步骤S6M的判定为“是”。

-Asx≤Essx_k≤+Asx …(15)

-Asy≤Essy_k≤+Asy …(16)

当不满足式(15)以及式(16)中的任意一个时，判定为系统误差Ess_k不在第一容许范围内，即，系统误差Ess_k脱离了第一容许范围，步骤S6O的判定为“否”。

当步骤S6O的判定为“否”时，误差判定装置57B在步骤S18中输出射束照射停止信号。停止离子束的照射。

当步骤S6O的判定为“是”时，判定随机误差Ers_i,k是否在第二容许范围内(步骤S6P)。误差判定装置57B判定随机误差Ers_k是否在第二容许范围内。随机误差Ers_k的第二容许范围与图10所示的随机误差Er_i,j的容许范围Ar相同。

当随机误差Ers_k满足式(17)时，判定为随机误差Ers_k在第二容许范围内。即，步骤S6P的判定为“是”。当随机误差Ers_k不满足式(17)时，判定为随机误差Ers_k脱离了第二容许范围，步骤S6P的判定为“否”。

-Ar≤Ers_k≤+Ar …(17)

另外，Pms_k是在照射点A_j的射束照射区间S_k的实际的照射位置Pas_k的平均位置Pms_k。

具体而言，随机误差Ers_k是否在第二容许范围内的判定使用式(19)以及式20来进行。在随机误差Ers_k的x方向的随机误差Ersx_j满足式(19)，且y方向的随机误差Ersy_j满足式(20)时，判定为随机误差Ers_j在第二容许范围内。即，步骤S6P的判定为“是”。

-Arx≤Ersx_k≤+Arx …(19)

-Ary≤Ersy_k≤+Ary …(20)

在此，Pmsx_k是实际的照射位置Pas_k的平均位置Pms_k的x方向的坐标，Pmsy_k是实际的照射位置Pas_k的平均位置Pms_k的y方向的坐标。

当不满足式(19)以及式(20)中的任意一个时，判定为随机误差Ers_k不在第二容许范围内，即判定为随机误差Ers_k脱离了第二容许范围，步骤S6P的判定为“否”。当步骤S6N的判定为“否”时，执行步骤S18以及S19。

在步骤S6P结束后，计算s＝s+1，s成为2。在步骤S6H中判定照射点A_1,12中的第二个射束照射区间S₂是否是照射点A_1,12的最终的射束照射区间。照射点A_1,12有三个射束照射区间，因此步骤S6H的判定为“否”，与射束照射区间S₁同样地重复针对射束照射区间S₂的步骤S6I～S6P的各工序。

特别是在步骤S6L中，射束位置监视器30测定在照射点A_1,12的射束照射区间S₂中向照射点A_1,12的目标位置P_1,12(x_1,12，y_1,12)照射的离子束的实际的照射位置Pas_1,2(x_1,2’，y_1,2’)。在步骤S6M中，作为目标位置P₁与实际的照射位置Pas₂的偏差d₂，求出dx₂(＝xs₂－xs₂’)以及dy₂(＝ys₂－ys₂’)。将该偏差d₂的信息存储在扫描控制装置40的存储器60中。在针对射束照射区间S₂的步骤S6N中，求出表3所示的系统误差Essx₂以及Essy₂，求出表4所示的随机误差Ersx₂以及Ersy₂。系统误差Ess₂以及随机误差Ers₂的各判定在步骤S6O以及S6P中进行。

在接着的步骤S6H的判定中，照射点A_1,12中的射束照射区间No.3是照射点A_1,12内的最终的射束照射区间，因此步骤S6H的判定为“是”。因此，实施图12所示的步骤S6A～S6E的各工序。在步骤S6A中，输入在射束照射区间No.3中测定出的实际的照射位置Pa_1,12。使用照射点A_1,12的实际的照射位置Pa_1,12的步骤S6B～S6E的各工序与实施例一同样地进行。步骤S6D以及S6E的各判定为“是”，在步骤S7中，剂量判定装置53判定通过剂量监视器31测定出的实际的照射位置Pa_1,12的剂量R_1,12是否与照射点A_1,12的目标剂量R0_1,12一致。当通过剂量监视器31A在步骤S6I中开始了照射点A_1,12中的射束照射区间S₁的剂量的测定时，开始通过剂量监视器31进行的照射点A_1,12的实际的照射位置Pa_1,12的剂量R_1,12的测定。经过照射点A_1,12内的射束照射区间S₁、S₂以及No.3来进行剂量监视器31的剂量R_1,12的测定。当步骤S7的判定为“是”时，剂量判定装置53输出射束照射停止信号(步骤S9A)，通过基于加速器/输送系统控制装置39的控制使向照射点A_1,12的离子束的照射停止(步骤S10)。接着的步骤S11的判定为“否”。

实施步骤S13、S14以及S15的各工序。根据S15的判定结果，实施从步骤S2或步骤S4开始的工序，在步骤S4中，调节扫描电磁铁28、29的各偏转电磁力，以使离子束的照射位置成为照射点A_1,13的目标位置P_1,13。之后，实施步骤S5的工序。因为照射点A_1,13(照射点No.3)没有设定射束照射区间S(参照图13)，因此与照射点A_1,1～A_1,11同样地，步骤S6G的判定为“否”，实施步骤S6A～S6E的各工序。当在步骤S7或S9中判定成为“是”时，执行步骤S9A、S10以及S11。如果，当步骤S6D或S6E的判定成为“否”时，实施步骤S18以及S19。

并且，实施步骤S13～S15的各工序。根据步骤S15的判定结果，实施从步骤S2或步骤S4开始的工序。在步骤S4中，调节扫描电磁铁28、29的各偏转电磁力，以使离子束的照射位置成为照射点A_1,14(照射点No.4)的目标位置P_1,14。之后，实施步骤S5的工序。对照射点A_1,14设定了两个射束照射区间S(参照图13)。对照射点A_1,14，步骤S6G的判定为“是”，照射点A_1,14中的射束照射区间S₃不是照射点A_1,14的最终的射束照射区间，因此步骤S6H的判定为“否”。与射束照射区间S₁同样地重复针对射束照射区间S₃的步骤S6I～S6P的各工序。如果，在步骤S6O或S6P的判定为“否”时，实施步骤S18以及S19。

在步骤S6L中，射束位置监视器30测定在照射点A_1,14的射束照射区间S₃中，向照射点A_1,14的目标位置P_1,14(x_1,14，y_1,14)照射的离子束的实际的照射位置Pas_1,3(xs_1,3’，ys_1,3’)。在步骤S6M中，作为目标位置P₁₄与实际的照射位置Pas₃的偏差d₃，求出dx₃(＝xs₃－xs₃’)以及dy₃(＝ys₃－ys₃’)。将该偏差d₃信息存储在扫描控制装置40的存储器60中。在针对射束照射区间S₃的步骤S6N中，求出表3所示的系统误差Essx₃以及Essy₃，求出表4所示的随机误差Ersx₃以及Ersy₃。系统误差Ess₃以及随机误差Ers₃的各判定在步骤S6O以及S6P中进行。

接着，进行照射点A_1,14的射束照射区间No.5中的离子束的照射。当步骤S6H的判定为“是”时，与照射点A_1,14内的射束照射区间No.3同样地，实施步骤S6A～S6E、S7～S11以及S13的各工序。

在步骤S14中j成为15，依次进行针对照射点A_1,15及以后的层L内的各照射点A_1,j的离子束的照射。在包含多个射束照射区间的照射点A_1,j中，针对最终的射束照射区间以外的射束照射区间实施步骤S6I～S6P的各工序，针对最终的射束照射区间实施步骤S6A～S6E以及S7～S10的各工序。当层L₁内的所有照射点A_1,j的离子束的照射结束时，步骤S11的判定为“是”，在步骤S12中删除针对层L₁的所有偏差D_j以及所有偏差d_k的各信息。

步骤S16的判定为“否”，针对下一层L₂的各照射点A_i,j的目标位置P_i,j依次照射离子束。在最后的层L_m向所有照射点A_i,j的目标位置P_i,j的离子束的照射结束步骤S16的判定成为“是”时，向患者34照射离子束的治疗结束。

另外，在本实施例的步骤S6D以及S6O中系统误差Es的判定中使用的容许范围As和在步骤S6E以及S6N中随机误差Er的判定中使用的容许范围Ar，与在实施例一中使用的这些容许范围同样地，在判定次数h以下，比判定次数h+1次及之后的判定中使用的容许范围As以及在步骤S6E以及S6P中容许范围As以及容许范围Ar大。

本实施例能够得到在实施例一中产生的各效果。在本实施例中，对射束照射区间也求出系统误差Ess以及随机误差Ers，判定这些是否在容许范围内，因此系统误差以及随机误差的判定的频率增加，安全性进一步增加。

(实施例三)

使用图14，对本发明的其他优选实施例的实施例三的带电粒子束照射系统进行说明。

实施例一以及实施例二的带电粒子束照射系统使用同步加速器作为对离子束进行加速的加速器。与此相对，本实施例的带电粒子束照射系统1B使用回旋加速器45来作为其加速器。带电粒子束照射系统1B具备：带电粒子发生装置2A、射束输送系统15、旋转台架25、照射装置27以及控制系统35。带电粒子束照射系统1B中使用的射束输送系统15、旋转台架25以及照射装置27具有与实施例一的带电粒子束照射系统1中所使用的这些部分相同的结构。带电粒子发生装置2A与带电粒子束照射系统1的带电粒子发生装置2不同，具有离子源51以及回旋加速器45。带电粒子发生装置2也具有与直线加速器14连接的离子源51。带电粒子发生装置2A不具备直线加速器14。回旋加速器45具有：圆形的真空容器(未图示)、偏转电磁铁46A、46B、高频加速装置47以及射出用偏转器48。与离子源51连接的真空管延伸至回旋加速器45的真空容器的中心位置而与该真空容器连接。偏转电磁铁46A、46B分别形成半圆形状，以使直线部相互相向的方式配置，覆盖真空容器的上表面以及下表面。

设置在真空容器的离子束射出口的射出用偏转器48与射束输送系统的射束路径16连接。金属制的降能器49在射出用偏转器48与遮光器24之间安装在射束路径16上。降能器49具有用于调节从回旋加速器45射出的离子束的能量的功能，具有厚度不同的多个金属制的板(未图示)。这些金属制的板可在与射束路径16垂直的方向上移动。以横切射束路径16的方式向射束路径16内插入一个或多个厚度不同的板，由此控制离子束的能量的衰减量。结果，可变化向患者34的患部照射的能量，可向存在于患部的深度方向的各层照射离子束。

在带电粒子束照射系统1B中，控制系统35的扫描控制装置40具有与带电粒子束照射系统1的扫描控制装置40相同的结构，中央控制装置36也具有与带电粒子束照射系统1的中央控制装置36实质上相同的功能。带电粒子束照射系统1B的加速器/输送系统控制装置39由于使用回旋加速器45的关系，与带电粒子束照射系统1的加速器/输送系统控制装置39相比控制对象部分不同。带电粒子束照射系统1B的加速器/输送系统控制装置39与带电粒子束照射系统1的加速器/输送系统控制装置39同样地，对射束输送系统15的遮光器24以及射束输送系统15的偏转电磁铁17、19、20以及四极电磁铁21、22、23进行控制，除此以外，还对离子源51、偏转电磁铁46A、46B、高频加速装置47、射出用偏转器48以及降能器49进行控制。

对使用了带电粒子束照射系统1B的带电粒子束的照射方法进行说明。在该照射方法中，实施图2A以及图2B所示的步骤S1～S19的各工序。在步骤S2中，启动离子源51但不启动直线加速器。步骤S6包括图3所示的步骤S6A～S6E。

通过加速器/输送系统控制装置39实施步骤S1～S3以及S5的各工序。在步骤S1中，与实施例一同样地，通过加速器/输送系统控制装置39打开遮光器24，来对设置在射束输送系统15的各电磁铁进行励磁。在步骤S2中，启动离子源51，在离子源51产生的质子离子通过真空管后向回旋加速器45的真空容器的中心射入。偏转电磁铁46A、46B已经被励磁。在步骤S3中，通过高频加速装置47来对射入真空容器内的质子离子进行加速，生成具有大的能量的质子离子束。

在步骤S4中，照射位置控制装置52调节扫描电磁铁28、29各自的偏转电磁力，以便向患部的最深层L₁的照射点A_1,1的目标位置P_1,1照射该离子束。之后，将在步骤S3中通过回旋加速器45加速后的离子束从射出用偏转器48向射束路径16射出(步骤S5)，从照射装置27向治疗用床33上的患者34的癌患部照射。之后，与实施例一同样地实施步骤S6A～S6E以及S7～S9、S9A、S10以及S11的各步骤。误差判定装置57在步骤S6D或S6E的判定为“否”，时，误差判定装置57输出射束照射停止信号(步骤S18)。输入了该射束照射停止信号的加速器/输送系统控制装置39使离子源51停止，并且将遮光器24插入到射束路径16中。因此，停止向患部的离子束的照射(步骤S19)。通过离子源51的停止以及遮光器24的插入中的任意一个，停止向患部的离子束的照射。当步骤S6D以及S6E的各判定为“是”时，实施步骤S7～S9、S9A、S10以及S11的各步骤。

对照射点A_1,2的目标位置P_1,2、P_1,3、……、P_1,m和照射点A_1,1后的层L₁的所有照射点A_1,j(j＝1、2、……、n)的各个目标位置P_1,j，依次照射离子束。对照射点A_1,j(j＝1、2、……、n)依次执行步骤S6A～S6E以及S7～S9、S9A、S10以及S11的各步骤。当步骤S11的判定为“是”时，向层L₁的离子束的照射结束，接着，对比层L₁浅的位置的层L₂的所有照射点A_2,j(j＝1、2、……、n)依次照射离子束。

需要使向层L₂照射的离子束的能量低于向层L₁照射的离子束的能量。因此，加速器/输送系统控制装置39扫描降能器49，将最薄的金属制成的板垂直插入到射束路径16中。从回旋加速器45射出的离子束的能量由于降能器49的最薄的金属板而衰减，成为具有在层L₂中形成布雷格峰的能量的离子束。向患部的层L₂内的照射点A_2,j依次照射该离子束。当向患部更浅的层照射离子束时，使在射束路径16内横切插入射束路径16中的降能器49的金属板的厚度进一步变厚。关于该板的厚度的增加，在降能器49中不只是一个板，也可以通过组合多个厚度不同的板来实现。

本实施例可以得到在实施例一中产生的各效果。

在使用回旋加速器45时，也可以如实施例二那样，通过扫描控制装置40将步骤S6的工序替换成图12所示的步骤S6Q的工序。

在实施例一～实施例三中使用的带电粒子束照射系统1、1A以及1B也可对碳离子束进行加速来代替质子离子束，并将加速后的碳离子束向患部照射。

Claims (6)

1.一种射束位置监视装置，其特征在于，具有：

第一误差运算装置，其在通过照射装置照射带电粒子束的射束照射对象内的某个目标位置为没有设定多个射束照射区间的第一目标位置时，求出所述第一目标位置与实际的第一照射位置的第一偏差，根据所述第一偏差来分别求出针对所述实际的第一照射位置的第一系统误差以及第一随机误差，其中，所述实际的第一照射位置是对应于所述第一目标位置，在所述射束照射对象内照射所述带电粒子束的位置，通过设置在所述照射装置上的射束位置监视器来进行测定；

第一误差判定装置，其进行第一判定以及第二判定，其中，所述第一判定是判定由所述第一误差运算装置求出的所述第一系统误差是否在系统误差的第一容许范围内，所述第二判定是判定由所述第一误差运算装置求出的第一随机误差是否在所述随机误差的第二容许范围内；

第二误差运算装置，其在所述射束照射对象内的其他的所述目标位置为设定了多个射束照射区间的第二目标位置时，求出所述射束照射区间中的所述第二目标位置与实际的第二照射位置的第二偏差，根据所述第二偏差来分别求出针对所述实际的第二照射位置的第二系统误差以及第二随机误差，其中，所述实际的第二照射位置是对应于所述第二照射位置，在所述射束照射对象内照射所述带电粒子束的位置，通过所述射束位置监视器来进行测定；以及

第二误差判定装置，其进行第三判定以及第四判定，其中，所述第三判定判定由所述第二误差运算装置求出的所述第二系统误差是否在所述第一容许范围内，所述第四判定判定由所述第二误差运算装置求出的所述第二随机误差是否在所述第二容许范围内。

2.根据权利要求1所述的射束位置监视装置，其特征在于，

所述第一误差运算装置在将所述照射装置的中心轴的方向上形成的多个层中的某个层内的多个所述目标位置设成P_j，其中，j＝1、2、……、n，将与所述目标位置中的所述第一目标位置对应的所述实际的第一照射位置设成Pa_j，将与所述第一目标位置对应的所述第一偏差设成D_j，将所述第一系统误差设成Es_j，将所述第一随机误差设成Er_j，将所述系统误差的第一容许范围的上限值以及下限值的绝对值设成As、将所述随机误差的第二容许范围的上限值以及下限值的绝对值设成Ar，将与所述目标位置中的所述第二目标位置对应的所述实际的第二照射位置设成Pas_k，其中k＝1、2、……、p，其中，p＝n，将与所述第二目标位置对应的所述第二偏差设成d_k，将所述第二系统误差设成Ess_k，将所述第二随机误差设成Ers_k时，

所述第一误差运算装置进行以下的式1、式2以及式3的运算，来分别求出所述第一系统误差Es_j和所述第一随机误差Er_j；

所述第一误差判定装置进行由所述第一误差运算装置求出的所述第一系统误差Es_j是否满足以下的式4的所述第一判定、由所述第一误差运算装置求出的所述第一随机误差Er_j是否满足以下的式5的所述第二判定、

所述第二误差运算装置进行以下的式7、式8以及式9的运算；

所述第二误差判定装置进行由所述第二误差运算装置求出的所述第二系统误差Ess_k是否满足以下的式9的所述第三判定以及判定由所述第二误差运算装置求出的所述第二随机误差Ers_k是否满足以下的式10的所述第四判定，

式1：D_j＝P__j-Pa_j

式2：

式3：

式4：-As≤Es_j≤+As

式5：-Ar≤Er_j≤+Ar

式6：d_k＝P_j-Pas_k

式7：

式8：

式9：-As≤Ess_k≤+As

式10：-Ar≤Ers_k≤+Ar。

3.根据权利要求1所述的射束位置监视装置，其特征在于，

所述第一误差判定装置当在所述第一判定中判定为所述第一系统误差不在所述第一容许范围内时，或在所述第二判定中判定为所述第一随机误差不在所述第二容许范围内时，输出射束照射停止信号；

所述第二误差判定装置在所述第三判定中判定为所述第二系统误差不在所述第一容许范围内时，或在所述第四判定中判定为所述第二随机误差不在所述第二容许范围内时，输出射束照射停止信号。

4.一种带电粒子束照射系统，其特征在于，具备：

加速器，其射出带电粒子束；

照射装置，其具有带电粒子束扫描装置，输出从所述加速器射出的所述带电粒子束；

照射位置控制装置，其根据照射所述带电粒子束的射束照射对象内的目标位置来控制所述带电粒子束扫描装置，将所述带电粒子束的照射位置调节成所述目标位置；

射束位置监视器，其被设置在所述照射装置；以及

射束位置监视装置，其是权利要求1所述的射束位置监视装置。

5.根据权利要求4所述带电粒子束照射系统，其特征在于，

所述第一误差判定装置在所述第一判定中判定为所述第一系统误差不在所述第一容许范围内时，或在所述第二判定中判定为所述第一随机误差不在所述第二容许范围内时，输出射束照射停止信号，

所述第二误差判定装置在所述第三判定中判定为所述第二系统误差不在所述第一容许范围内时，或在所述第四判定中判定为所述第二随机误差不在所述第二容许范围内时，输出射束照射停止信号。

6.根据权利要求4所述带电粒子束照射系统，其特征在于，

第一剂量监视器以及第二剂量监视器设置在所述照射装置；

第一剂量判定装置在所述第一系统误差在所述第一容许范围内，且所述第一随机误差在所述第二容许范围内时，判定由所述第一剂量监视器测定的在所述实际的第一照射位置的剂量是否与第一目标剂量一致，当在所述实际的第一照射位置的所述剂量与所述第一目标剂量一致时，输出射束照射停止信号；

第二剂量判定装置判定由所述第二剂量监视器测定的在所述实际的第二照射位置的剂量是否与不同于所述第一目标剂量的第二目标剂量一致，当在所述实际的第二照射位置的所述剂量与所述第二目标剂量一致时，清除所述第二剂量监视器；以及

所述第二误差运算装置在清除所述第二剂量监视器时，分别求出所述第二系统误差以及所述第二随机误差。