CN108837333B - 加速器控制装置、加速器控制方法以及粒子线治疗装置 - Google Patents

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Abstract

提供即使在射出低能量的带电粒子束的情况下，也能够防止波束尖峰的产生的加速器控制装置、加速器控制方法以及粒子线治疗装置。实施方式的加速器控制装置具备高频电力控制部以及定时控制部。高频电力控制部对加速器供给用于使带电粒子束加速的高频电力。定时控制部基于在所述加速器内环绕的所述带电粒子束的电流值，控制切断从所述加速器射出的所述带电粒子束的断路器的动作定时。

Description

加速器控制装置、加速器控制方法以及粒子线治疗装置
技术领域
本发明的实施方式涉及加速器控制装置、加速器控制方法、以及粒子线治疗装置。
背景技术
通常，在粒子线治疗装置中设置有用于将带电粒子束加速至所希望的能量的加速器。在加速器中设置有具备多个电极的高频加速空腔。粒子线治疗装置对设置于高频加速空腔的电极供给高频电力从而使带电粒子束加速至所希望的能量，并对肿瘤等的患部照射加速后的带电粒子束。
然而，在通过加速器加速至一定的能量的带电粒子束被刚刚射出后，有时产生带电粒子束的强度超过目标值的波束尖峰(beam spike)的现象。波束尖峰特别是在低能量的带电粒子束被射出时容易产生。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4873563号公报
非专利文献
非专利文献1：K.Mizushima et al.,“RELIABLE BEAM-INTENSITY CONTROLTECHNIQUE AT THE HIMAC SYNCHROTRON”,Proceedings of the 1st International BeamInstrumentation Conference,pp.143-145,Tsukuba,Japan,2012.
发明内容
发明所要解决的课题
本发明所要解决的课题是提供即使在射出低能量的带电粒子束的情况下，也能够防止波束尖峰产生的加速器控制装置、加速器控制方法、以及粒子线治疗装置。
用于解决课题的手段
实施方式的加速器控制装置具备高频电力控制部以及定时控制部。高频电力控制部对加速器供给用于使带电粒子束加速的高频电力。定时控制部基于在所述加速器内环绕的所述带电粒子束的电流值，控制切断从所述加速器射出的所述带电粒子束的断路器的动作定时。
附图说明
图1为表示第1实施方式的粒子线治疗装置10的整体构成的框图。
图2为表示第1实施方式的加速器控制装置300的构成的框图。
图3为表示第1实施方式的电源用模式S4的一例的图。
图4为表示波束尖峰产生时的断路器155的控制的一例的时序图。
图5为表示第1实施方式的断路器155的控制的一例的时序图。
图6为表示第1实施方式的电荷量阈值表313的一例的图。
图7为表示第1实施方式的电荷量阈值表313的其他例的图。
图8为表示第1实施方式的电荷量阈值表313的其他例的图。
图9为表示第1实施方式的断路器155的控制的其他例的时序图。
图10为表示第2实施方式的加速器控制装置300的构成的框图。
图11为表示第2实施方式的断路器155以及斩波器115的控制的一例的时序图。
图12为表示第2实施方式的脉冲宽度阈值表315的一例的图。
图13为表示第2实施方式的脉冲宽度阈值表315的其他例的图。
图14为表示第2实施方式的脉冲宽度阈值表315的其他例的图。
图15为表示第3实施方式的加速器控制装置300的构成的框图。
图16为表示第3实施方式的电流值阈值表316的一例的图。
图17为表示第3实施方式的电流值阈值表316的其他例的图。
图18为表示第3实施方式的电流值阈值表316的其他例的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明实施方式的加速器控制装置、加速器控制方法、以及粒子线治疗装置。实施方式的加速器控制装置除了能够适用于粒子线治疗装置以外，还能够适用于利用带电粒子束的各种装置。例如，也能够适用于通过照射带电粒子束加工对象物的蚀刻装置等。
(第1实施方式)
图1为表示第1实施方式的粒子线治疗装置10的整体构成的框图。粒子线治疗装置10是将带电粒子束加速至所希望的能量，并对肿瘤等的患部照射加速后的带电粒子束的装置。粒子线治疗装置10具备加速器100、照射装置200、以及加速器控制装置300。
加速器100具备入射器110、斩波器115、多个四极电磁铁120a至120h、多个偏转电磁铁130a至130d、高频加速空腔140、射出器150、以及电流值检测部190。
入射器110使带电粒子束入射加速器100内的环绕轨道。斩波器115设置用来调整向加速器100入射的带电粒子束的量。
作为斩波器115例如使用波束斩波器，其通过在时间上切换并提供用于使带电粒子束偏转的电力或磁力，从而调整向加速器100入射的带电粒子束的入射量。四极电磁铁120a至120h是使带电粒子束收敛或者发散的电磁铁，以使带电粒子束稳定地在环绕轨道上环绕。
偏转电磁铁130a至130d是通过使带电粒子束偏转从而使带电粒子束在加速器100内环绕的电磁铁。电流值检测部190对在加速器100内环绕的带电粒子束的电流值进行检测。
在高频加速空腔140中设置有多个电极。通过对设置于高频加速空腔140中的多个电极施加电压，来加速带电粒子束。射出器150通过对设置于加速器100的射出用电极施加高频电场，从而将在加速器100内的环绕轨道环绕的带电粒子束的一部分朝向照射装置200射出。
在从加速器100至照射装置200的路径上设置有断路器155、多个四极电磁铁160a至160d、多个修正电磁铁170a至170d、以及偏转电磁铁180。断路器155是切断从加速器射出的带电粒子束的闸门，但只要能够控制到达照射装置200的波束量则不限于此。
例如，断路器155可以是偏转电磁铁或者产生电场的电极等，将从加速器射出的带电粒子束导向与通向照射装置200的路径不同的路径。
四极电磁铁160a至160d是使带电粒子束收敛或者发散的电磁铁，以使带电粒子束稳定地通过从加速器100至照射装置200的路径，且带电粒子束在照射位置成为目标的波束径。偏转电磁铁180是用于使带电粒子束偏转并将带电粒子束从加速器100引导至照射装置200的电磁铁。修正电磁铁170a至170d使用于修正从加速器100至照射装置200的带电粒子束的轨道的电磁铁。
照射装置200设置于治疗室，是将通过加速器100加速后的带电粒子束向肿瘤等的患部照射的装置。照射装置200具备线量监视器210。线量监视器210检测向患部照射的带电粒子束的强度。
加速器控制装置300是控制对带电粒子束进行加速的加速器100的装置。以下，对加速器控制装置300的详细的构成进行说明。
图2为表示第1实施方式的加速器控制装置300的构成的框图。加速器控制装置300具备定时控制部310、高频电力用模式存储部320、电源用模式存储部330、高频电力控制部340、电源控制部350、斩波器控制部360、入射器控制部370、射出器控制部380、以及断路器控制部390。
定时控制部310、高频电力控制部340、电源控制部350、斩波器控制部360、入射器控制部370、射出器控制部380、以及断路器控制部390由硬件实现。作为相关的硬件，例如可举出FPGA(Field-Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)、LSI(Large ScaleIntegration：大规模集成电路)、以及ASIC(Application Specific Integrated Circuit：特定用途集成电路)等。
此外，加速器控制装置300也可以具备CPU(Central Processing Unit)等的处理器、储存处理器执行的程序的程序存储器。在该情况下，也可以通过处理器执行在程序存储器中存储的程序，实现定时控制部310、高频电力控制部340、电源控制部350、斩波器控制部360、入射器控制部370、射出器控制部380、以及断路器控制部390。
定时控制部310控制向加速器100入射带电粒子束的定时，并且控制从加速器100射出带电粒子束的定时。
如图2所示，定时控制部310在向加速器100内的环绕轨道入射带电粒子束的情况下，向入射器控制部370输出波束入射信号S11。入射器控制部370根据从定时控制部310输入的波束入射信号S11，对设置于加速器100的入射器110供给入射用电力S12。入射器110若从入射器控制部370被供给入射用电力S12，则向加速器100内的环绕轨道入射带电粒子束。
另外，定时控制部310在从加速器100内的环绕轨道射出带电粒子束的情况下，向射出器控制部380输出波束射出信号S13。射出器控制部380根据从定时控制部310输入的波束射出信号S13，对设置于加速器100的射出器150供给射出用电力S14。射出器150若从射出器控制部380被供给射出用电力S14，则从加速器100内的环绕轨道朝向照射装置200射出带电粒子束。
定时控制部310控制切断带电粒子束的断路器155的动作定时，并且控制用于调整向加速器100入射的带电粒子束的量的斩波器115的动作定时。
如图2所示，定时控制部310在调整从入射器110入射的带电粒子束的量的情况下，向斩波器控制部360输出斩波器脉冲信号S9。斩波器控制部360在从定时控制部310输入的斩波器脉冲信号S9为ON(开启)期间，对设置于加速器100的斩波器115供给斩波器用电力S10。斩波器115若从斩波器控制部360被供给斩波器用电力S10，则使从入射器110入射的带电粒子束通过。另一方面，斩波器115在未从斩波器控制部360被供给斩波器用电力S10的情况下，切断从入射器110入射来的带电粒子束。
此外，斩波器控制部360设为在斩波器脉冲信号S9为ON期间，对斩波器115供给斩波器用电力S10，在斩波器脉冲信号S9为OFF(关闭)期间，不对斩波器115供给斩波器用电力S10，但不限于此。例如，斩波器控制部360也可以在斩波器脉冲信号S9为ON期间，不对斩波器115供给斩波器用电力S10，而是在斩波器脉冲信号S9为OFF期间对斩波器115供给斩波器用电力S10。
另外，定时控制部310在切断从射出器150射出的带电粒子束的情况下，向断路器控制部390输出断路器驱动信号S15。断路器控制部390在从定时控制部310输入的断路器驱动信号S15为ON期间，对断路器155供给断路器用电力S16。断路器155若从断路器控制部390被供给断路器用电力S16，则切断从射出器150射出的带电粒子束。另一方面，断路器155在未从断路器控制部390被供给断路器用电力S16的情况下，使从射出器150射出的带电粒子束通过。
此外，断路器控制部390设为在断路器驱动信号S15为ON期间对断路器155供给断路器用电力S16，在断路器驱动信号S15为OFF期间不对断路器155供给断路器用电力S16，但不限于此。例如，断路器控制部390也可以在断路器驱动信号S15为ON期间不对断路器155供给断路器驱动信号S15，而是在断路器驱动信号S15为OFF期间对断路器155供给断路器驱动信号S15。
加速器控制装置300经由网络与计算机400连接。若操作者向计算机400输入高频电力用模式S3以及电源用模式S4，则计算机400向加速器控制装置300发送被输入的高频电力用模式S3以及电源用模式S4。若加速器控制装置300从计算机400接收高频电力用模式S3以及电源用模式S4，则向高频电力用模式存储部320中存储接收到的高频电力用模式S3，且向电源用模式存储部330中存储接收到的电源用模式S4。此外，计算机400也能够设定射出器控制部380的动作逻辑所需的设定值或定时控制部310的动作逻辑所需的设定值。
这里，高频电力用模式S3是表示用于控制对设置于高频加速空腔140的多个电极供给的电力的电力指令模式的数据。具体而言，高频电力用模式S3包括命令对设置于高频加速空腔140的多个电极施加的电压的振幅的电压指令值的集合、以及命令对该多个电极施加的电压的频率的频率指令值的集合，并以特定的顺序执行(输出)(作为电压指令值S5而读出)。
另外，电源用模式S4是表示用于控制对设置于加速器100的多个偏转电磁铁130a至130d供给的电流的电流指令模式的数据。即，电源用模式S4是命令对设置于加速器100的多个偏转电磁铁130a至130d供给的电流的电流指令值的集合，并以特定的顺序执行(输出)(作为电流指令值S7而读出)。
定时控制部310将复位信号S1与时钟信号S2向高频电力用模式存储部320输出。复位信号S1是用于以从高频电力用模式S3的最初的数据生成(从最初的数据读出)那样的方式对电压指令值S5进行复位的信号。时钟信号S2是在以从高频电力用模式S3的下一数据生成(从下一数据读出)那样的方式更新电压指令值S5时所使用的同步信号。
另外，定时控制部310也向电源用模式存储部330输出复位信号S1与时钟信号S2。复位信号S1也是用于以从电源用模式S4的最初的数据生成(从最初的数据读出)那样的方式对电流指令值S7进行复位的信号。时钟信号S2也是在以从电源用模式S4的下一数据生成(从下一数据读出)那样的方式更新电流指令值S7时所使用的同步信号。
图3为表示第1实施方式的电源用模式S4的一例的图。在图3所示的电源用模式S4中，横轴表示时间，纵轴表示用于控制从电源控制部350对偏转电磁铁130a至130d供给的电流的电流指令值。即，图3所示的电源用模式S4从图中最左的电流指令值(最初的电流指令值)作为电流指令值S7而读出。另外，每次时钟信号S2被输入时，按顺序作为电流指令值S7而读出下一(右邻的)电流指令值。此外，电流指令值增大，则能够增大对偏转电磁铁130a至130d供给的电流，若电流指令值减少，则能够减少对偏转电磁铁130a至130d供给的电流。
后述详细内容，图3所示的电源用模式S4为电流指令值增大至电流指令值A1，之后减少为电流指令值A2、电流指令值A3、…、电流指令值An的模式。这里，若复位信号S1被输入电源用模式存储部330，则从电源用模式S4的最初的电流指令值(图3的最左的电流指令值)按顺序强制执行。
具体而言，电源控制部350对时钟信号S2的输入次数进行计数，并从电源用模式存储部330读出与计数值对应的电流指令值S7。电源控制部350向偏转电磁铁130a至130d供给从电源用模式存储部330读出的与电流指令值S7对应的电流S8。电源控制部350在每次时钟信号S2被从定时控制部310输入时，反复该动作。
输出复位信号S1的定时附近的电源用模式S4表示与带电粒子束的入射等级的能量相当的电流指令值。在该电流指令值被向电源控制部350输出时，若定时控制部310向入射器控制部370输出波束入射信号S11，则入射器控制部370对入射器110供给入射用电力S12。若对入射器110供给入射用电力S12，则带电粒子束从离子源(未图示)输出，入射器110将带电粒子束加速至入射能量。
另外，定时控制部310在与波束入射信号S11相比稍延迟的定时，向斩波器控制部360输出斩波器脉冲信号S9。斩波器控制部360在从定时控制部310输入的斩波器脉冲信号S9为ON期间，对设置于加速器100的斩波器115供给斩波器用电力S10。斩波器115若从斩波器控制部360被供给斩波器用电力S10，则使从入射器110入射的带电粒子束通过。
通过了斩波器115的带电粒子束入射加速器100的环绕轨道。之后，根据从电源用模式存储部330输出的电流指令值S7、以及从高频电力用模式存储部320输出的电压指令值S5，对带电粒子束提供加速能量。由此，带电粒子束在加速器100内环绕并加速。
关于对设置于加速器100的四极电磁铁120a至120h提供的电流或对未图示的其他电磁铁提供的电流值，也进行相同的控制。通常，根据从电源用模式存储部330输出的电流指令值S7以及从高频电力用模式存储部320输出的电压指令值S5，重复进行复位、入射、加速、减速。
电流指令值S7并不直接表示带电粒子束的能量的大小。然而，电流指令值S7是基于带电粒子束的能量(速度)被唯一确定的值，在带电粒子束的能量较高时需要增大对偏转电磁铁130a至130d供给的电流。因此，图2所示的电流指令值S7也能够解释为带电粒子束的能量的大小。
此外，对于高频电力控制部340也同样地对时钟信号S2的输入次数进行计数，并从高频电力用模式存储部320读出与计数值对应的电压指令值S5。高频电力控制部340，对设置于高频加速空腔140的多个电极施加与从高频电力用模式存储部320读出的电压指令值S5对应的电压S6。高频电力控制部340在每次时钟信号S2被从定时控制部310输入时，反复该动作。
设置于加速器100的电流值检测部190对在加速器100内环绕的带电粒子束的电流值S17进行检测，将检测到的电流值S17向加速器控制装置300发送。从电流值检测部190发送来的电流值S17被输入定时控制部310。
另一方面，高频电力控制部340具备频率检测部341。频率检测部341检测带电粒子束在加速器100内环绕的频率S18。例如，频率检测部341基于从高频电力控制部340对高频加速空腔140施加的电压的频率，检测带电粒子束在加速器100内环绕的频率S18。频率检测部341向定时控制部310输出检测到的频率S18。
定时控制部310具备电荷量计算部311、预射出控制部312、以及电荷量阈值表313(第1表)。电荷量计算部311通过将由电流值检测部190检测到的电流值S17除以由频率检测部341检测到的频率S18，来计算带电粒子束的电荷量。
在利用加速器100加速至恒定的能量的带电粒子束被刚刚射出后，有时产生带电粒子束的强度超过目标值的波束尖峰的现象。因此，预射出控制部312为了防止波束尖峰的产生而进行预射出。“预射出”是指在断路器155被关闭的状态下，将带电粒子束从加速器100内的环绕轨道朝向照射装置200射出的动作。
图4为表示波束尖峰产生时的断路器155的控制的一例的时序图。例如，在电流指令值S7为A180时射出带电粒子束，定时控制部310在电流指令值S7成为A180的定时停止时钟信号S2。由此，能够将对偏转电磁铁130a至130d供给的电流设为恒定，因此能够将带电粒子束的能量设为恒定。
将带电粒子束的能量设为恒定后，定时控制部310向断路器控制部390输出用于关闭断路器155的断路器驱动信号S15。断路器控制部390在断路器驱动信号S15为ON期间，对断路器155供给断路器用电力S16。若断路器用电力S16被供给断路器155，则断路器155切断从射出器150朝向照射装置200的带电粒子束的路径。
在断路器155被关闭后，定时控制部310向射出器控制部380输出用于使带电粒子束从加速器100内的环绕轨道射出的波束射出信号S13，直至经过规定时间T。射出器控制部380根据波束射出信号S13，对射出器150供给射出用电力S14。若射出用电力S14被供给射出器150，则射出器150使带电粒子束从加速器100内的环绕轨道朝向照射装置200射出。
然而，由于断路器155被关闭，朝向照射装置200射出的带电粒子束被断路器155切断。这样，通过进行预射出，能够防止产生了波束尖峰的带电粒子束到达照射装置200。在进行预射出直至经过规定时间T后，定时控制部310停止波束射出信号S13的输出。由此，射出器150停止带电粒子束的射出。
带电粒子束的射出被停止后，定时控制部310停止断路器驱动信号S15的输出。由此，断路器155从关闭状态移至打开状态，从射出器150朝向照射装置200的带电粒子束的路径被开放。之后，定时控制部310由于进行常规射出，因此向射出器控制部380输出波束射出信号S13，从射出器150对照射装置200射出带电粒子束。
然而，在带电粒子束的能量较低(例如，小于140[MeV])且带电粒子束的电荷量较多(换言之，在加速器100中环绕的带电粒子束的个数较多)时，即使进行切断带电粒子束的预射出直至经过规定时间T，也有时产生波束尖峰。在该情况下，如图4所示，利用照射装置200的线量监视器210，对带电粒子束的强度超过目标值的波束尖峰的产生进行检测。因此，为了防止波束尖峰的产生，预射出控制部312需要控制持续预射出的时间。
图5为表示第1实施方式的断路器155的控制的一例的时序图。在图5中，阈值TH180是电流指令值S7为A180的情况下的带电粒子束的电荷量的阈值。预射出控制部312持续预射出直至带电粒子束的电荷量小于阈值TH180(直至经过时间Ta)。由此，即使在射出低能量的带电粒子束的情况下，也能够防止波束尖峰的产生。以下，对预射出控制具体进行说明。
如前述那样，电荷量计算部311将由电流值检测部190检测到的电流值S17除以由频率检测部341检测到的频率S18，来计算带电粒子束的电荷量。具体而言，电荷量计算部311基于以下的式(1)计算带电粒子束的电荷量。
带电粒子束的电荷量[C]＝电流值[A]/频率[Hz]···式(1)
定时控制部310保持带电粒子束的能量与带电粒子束的电荷量(波束电荷量)的阈值建立了对应的电荷量阈值表313。例如，电荷量阈值表313是存储在设置于加速器控制装置300的存储器中的表。
图6为表示第1实施方式的电荷量阈值表313的一例的图。电荷量阈值表313是能量编号与波束电荷量的阈值建立了对应的表。具体而言，对于能量编号1至200分别对应阈值100[nC]至1[nC]。此外，能量编号1为430[MeV]、…、能量编号200为50[MeV]。电荷量阈值表313设定为带电粒子束的能量越低，与该能量建立对应的阈值越小。
定时控制部310的预射出控制部312从电荷量阈值表313取得与在加速器100内环绕的带电粒子束的能量对应的阈值。预射出控制部312基于由电荷量计算部311计算出的电荷量、以及从电荷量阈值表313取得的阈值的比较，控制断路器155的动作定时。
例如，定时控制部310在由电荷量计算部311计算出的电荷量为从电荷量阈值表313取得的阈值以上的情况下，控制断路器155切断带电粒子束。另一方面，定时控制部310在由电荷量计算部311计算出的电荷量小于从电荷量阈值表313取得的阈值的情况下，控制断路器155使带电粒子束通过。
具体而言，在以与A180对应的能量射出带电粒子束的情况下，预射出控制部312从电荷量阈值表313取得与A180的能量对应的阈值TH180。预射出控制部312在由电荷量计算部311计算出的电荷量为阈值TH180以上的情况下，关闭断路器155进行预射出。另一方面，预射出控制部312对应于由电荷量计算部311计算出的电荷量小于阈值TH180的情况，结束预射出，开放断路器155。在预射出结束后，定时控制部310进行用于向照射装置200射出带电粒子束的常规射出。
如以上说明那样，预射出控制部312持续预射出，直至带电粒子束的电荷量小于阈值为止。由此，即使在射出低能量的带电粒子束的情况下，也能够防止波束尖峰的产生。在本实施方式中，如图5所示，照射装置200的线量监视器210没有检测到波束尖峰的产生。
图6所示的波束电荷量的阈值在波束调整试验中被预先调整。在治疗时，基于调整后的阈值进行预射出。例如，设在加速器100中环绕的带电粒子束的电荷量的最高值为10[nC]。在该情况下，如图6所示，可以将与10[nC]相比极端大的值(例如，100[nC])设定为与高能量对应的阈值。由此，在射出高能量的带电粒子束的情况下，由于加速器100内的带电粒子束的电荷量已低于阈值，因此预射出控制部312不延长预射出的时间。因此，预射出控制部312能够在进行预射出直至经过规定时间T后，射出带电粒子束。
图7为表示第1实施方式的电荷量阈值表313的其他例的图。如图7所示，在电荷量阈值表313中也可以设定边界能量编号。另外，在电荷量阈值表313中，也可以设定从能量编号1至边界能量编号为止的波束电荷量阈值1、以及从边界能量编号+1至能量编号200(最大值)为止的波束电荷量阈值2。
具体而言，在图7所示的例中，波束电荷量阈值(20[nC])与能量编号1至180建立对应，波束电荷量阈值(1[nC])与能量编号181至200建立对应。
图8为表示第1实施方式的电荷量阈值表313的其他例的图。如图8所示，在电荷量阈值表313中也可以设定边界能量编号1以及边界能量编号2。另外，在电荷量阈值表313中，也可以设定从能量编号1至边界能量编号1为止的波束电荷量阈值1、从边界能量编号1+1至边界能量编号2为止的波束电荷量阈值2、从边界能量编号2+1至能量编号200(最大值)为止的波束电荷量阈值3。
具体而言，在图8所示的例中，波束电荷量阈值(10[nC])与能量编号1至150建立对应，波束电荷量阈值(2[nC])与能量编号151至180建立对应，波束电荷量阈值(1[nC])与能量编号181至200建立对应。
如图7或图8所示的例那样，电荷量阈值表313也可以包含用于划分能量的范围的边界能量，按每个由边界能量划分的能量的范围，与带电粒子束的电荷量的阈值建立对应。由此，能够削减电荷量阈值表313的数据量。
图9为表示第1实施方式的断路器155的控制的其他例的时序图。具体而言，图9为表示射出1级能量(A1)的带电粒子束以及180级能量(A180)的带电粒子束的控制的时序图。
通过入射器110入射加速器100的带电粒子束，通过加速器100被加速。若时钟信号S2到达与1级能量(A1)对应的计数值，则定时控制部310停止时钟信号S2。由此，带电粒子束的能量被保持为恒定值(A1)。此时，由于带电粒子束的电荷量小于阈值TH1，因此进行预射出直至经过规定时间T。在预射出结束后，进行1级能量(A1)的常规射出。
若1级能量(A1)的常规射出结束，则定时控制部310恢复时钟信号S2的供给。若时钟信号S2达到与180级能量(A180)对应的计数值，则定时控制部310停止时钟信号S2。由此，带电粒子束的能量被保持恒定值(A180)。此时，由于带电粒子束的电荷量大于阈值TH180，因此进行预射出直至经过规定时间Tp(直至带电粒子束的电荷量小于阈值TH180)。在预射出结束后，进行180级能量(A180)的常规射出。
由此，即使在进行不同能量的多个常规射出的情况下，也能够在任一常规射出中防止波束尖峰的产生。
如以上说明那样，在第1实施方式中，定时控制部310基于在加速器100内环绕的带电粒子束的电流值，控制切断从加速器100射出的带电粒子束的断路器155的动作定时。具体而言，定时控制部310基于由电流值检测部190检测到的电流值，计算带电粒子束的电荷量，并基于计算出的带电粒子束的电荷量控制断路器155的动作定时。由此，即使在射出低能量的带电粒子束的情况下，也能够防止波束尖峰的产生。
(第2实施方式)
在第1实施方式中，设为定时控制部310控制切断从加速器100射出的带电粒子束的断路器155的动作定时。与此相对，在第2实施方式中，设为定时控制部310除了断路器155的动作定时的控制以外还控制用于驱动斩波器115的斩波器脉冲信号的脉冲宽度。以下，对第2实施方式详细进行说明。
图10为表示第2实施方式的加速器控制装置300的构成的框图。在图10中，对于与图2的各部对应的部分赋予相同的附图标记，并省略说明。
定时控制部310除了具备电荷量计算部311、预射出控制部312、电荷量阈值表313以外，还具备脉冲宽度控制部314、脉冲宽度阈值表315(第2表)。脉冲宽度阈值表315是存储在设置于加速器控制装置300的存储器中的表。
脉冲宽度控制部314为了防止波束尖峰的产生，进行斩波器脉冲信号S9的脉冲宽度控制。脉冲宽度控制部314通过进行脉冲宽度控制来调整向加速器100内的环绕轨道入射的带电粒子束的量。
图11为表示第2实施方式的断路器155以及斩波器115的控制的一例的时序图。在图11中，对与图5的各部对应的部分赋予相同的附图标记，并省略说明。图11为以低能量(A180)射出带电粒子束时的时序图。
在以低能量(A180)射出带电粒子束的情况下，容易产生波束尖峰，因此希望预先减小带电粒子束的电荷量。因此，斩波器控制部360通过基于带电粒子束被从加速器100射出时的带电粒子束的能量控制斩波器115，调整向加速器100内的环绕轨道入射的带电粒子束的量。
在前述的图5所示的例中，由于向加速器100内的环绕轨道入射的带电粒子束的量较多，因此预射出需要长时间Ta。另一方面，在图11所示的例中，脉冲宽度控制部314通过控制向斩波器控制部360输出的斩波器脉冲信号S9的脉冲宽度，减少向加速器100内的环绕轨道入射的带电粒子束的量。由此，由于带电粒子束的电荷量变小，因此能够以短时间Tb结束预射出。另外，通过使预射出所需的时间缩短化，能够提高治疗效率，能够减轻对患者造成的负担。
图12为表示第2实施方式的脉冲宽度阈值表315的一例的图。脉冲宽度阈值表315是带电粒子束的能量与用于驱动斩波器115的斩波器脉冲信号的脉冲宽度建立了对应的表。具体而言，能量编号1至200分别与斩波器脉冲宽度40[μs]至10[μs]建立对应。此外，能量编号1为430[MeV]、…、能量编号200为50[MeV]。脉冲宽度阈值表315设定为带电粒子束的能量越低，与该能量建立对应的脉冲宽度越小。
脉冲宽度控制部314从脉冲宽度阈值表315取得与带电粒子束被从加速器100射出时的带电粒子束的能量对应的脉冲宽度。斩波器控制部360基于由脉冲宽度控制部314取得的脉冲宽度，控制斩波器115的动作定时。
例如，斩波器控制部360基于由脉冲宽度控制部314取得的脉冲宽度，控制对斩波器115供给斩波器用电力S10的时间。具体而言，斩波器控制部360在斩波器脉冲宽度为10[μs]时，将斩波器用电力S10的供给时间设为10[μs]。
如以上说明那样，脉冲宽度控制部314基于带电粒子束被从加速器100射出时的带电粒子束的能量，控制用于驱动斩波器115的斩波器脉冲宽度。具体而言，脉冲宽度控制部314在带电粒子束被从加速器100射出时的带电粒子束的能量较小的情况下，通过减小斩波器脉冲宽度，从而减少向加速器100内的环绕轨道入射的带电粒子束的量。由此，能够使预射出所需的时间缩短化。
图13为表示第2实施方式的脉冲宽度阈值表315的其他例的图。如图13所示，在脉冲宽度阈值表315中也可以设定边界能量编号。另外，在脉冲宽度阈值表315中，也可以设定能量编号1至边界能量编号的斩波器脉冲宽度1、以及边界能量编号+1至能量编号200(最大值)的斩波器脉冲宽度2。
具体而言，在图13所示的例中，斩波器脉冲宽度(30[μs])与能量编号1至180建立对应，斩波器脉冲宽度(10[μs])与能量编号181至200建立对应。
图14为表示第2实施方式的脉冲宽度阈值表315的其他例的图。如图14所示那样，在脉冲宽度阈值表315中，也可以设定边界能量编号1以及边界能量编号2。另外，在脉冲宽度阈值表315中，也可以设定能量编号1至边界能量编号1的斩波器脉冲宽度1、边界能量编号1+1至边界能量编号2的斩波器脉冲宽度2、以及边界能量编号2+1至能量编号200(最大值)的斩波器脉冲宽度3。
具体而言，在图14所示的例中，斩波器脉冲宽度(30[μs])与能量编号1至100建立对应、斩波器脉冲宽度(20[μs])与能量编号101至180建立对应、斩波器脉冲宽度(10[μs])与能量编号181至能量编号200建立对应。
如图13或图14所示例子那样，脉冲宽度阈值表315也可以包含用于划分能量的范围的边界能量，并按每个由边界能量划分的能量的范围与斩波器脉冲宽度建立对应。由此，能够削减脉冲宽度阈值表315的数据量。
如以上说明那样，在第2实施方式中，定时控制部310从脉冲宽度阈值表315取得与带电粒子束被从加速器100射出时的带电粒子束的能量对应的脉冲宽度。斩波器控制部360基于由定时控制部310取得的脉冲宽度，控制斩波器115的动作定时。由此，能够防止波束尖峰的产生且能够使预射出所需的时间缩短化。
(第3实施方式)
第1实施方式以及第2实施方式的定时控制部310设为基于在加速器100内环绕的带电粒子束的电流值来计算带电粒子束的电荷量，并基于计算出的带电粒子束的电荷量控制断路器155的动作定时。与此相对，第3实施方式的定时控制部310设为不计算带电粒子束的电荷量，而是基于在加速器100内环绕的带电粒子束的电流值(波束电流)来控制断路器155的动作定时。以下，对第3实施方式详细进行说明。
图15为表示第3实施方式的加速器控制装置300的构成的框图。在图15中，对与图10的各部对应的部分赋予相同的附图标记，并省略说明。
在本实施方式中，由于定时控制部310不计算带电粒子束的电荷量，因此不具备电荷量计算部311。另外，高频电力控制部340不具备频率检测部341。另一方面，定时控制部310除了具备预射出控制部312、脉冲宽度控制部314、以及脉冲宽度阈值表315以外，还具备电流值阈值表316(第3表)。电流值阈值表316是存储在设置于加速器控制装置300的存储器中的表。
图16为表示第3实施方式的电流值阈值表316的一例的图。电流值阈值表316是能量编号与波束电流的阈值建立了对应的表。具体而言，能量编号1至200分别与阈值50[mA]至0.5[mA]建立对应。此外，能量编号1为430[MeV]、…、能量编号200为50[MeV]。电流值阈值表316设定为带电粒子束的能量越低，与该能量建立对应的阈值越小。
定时控制部310从电流值阈值表316取得与在加速器100内环绕的带电粒子束的能量对应的阈值。另外，定时控制部310的预射出控制部312基于在加速器100内环绕的带电粒子束的电流值、以及从电流值阈值表316取得的阈值的比较，控制断路器155的动作定时。
例如，定时控制部310在由电流值检测部190检测到的电流值为从电流值阈值表316取得的阈值以上的情况，控制断路器155切断带电粒子束。另一方面，定时控制部310在由电流值检测部190检测到的电流值小于从电流值阈值表316取得的阈值的情况下，控制断路器155使带电粒子束通过。
如以上说明那样，预射出控制部312持续预射出直至带电粒子束的电流值小于阈值为止。由此，能够防止波束尖峰的产生。另外，由于无需电荷量计算部311以及频率检测部341，因此能够使加速器控制装置300低成本化。
图17为表示第3实施方式的电流值阈值表316的其他例的图。如图17所示，在电流值阈值表316中也可以设定边界能量编号。另外，在电流值阈值表316中，也可以设定能量编号1至边界能量编号的波束电流阈值1、以及边界能量编号+1至能量编号200(最大值)的波束电流阈值2。
具体而言，在图17所示的例中，波束电流阈值(10[mA])与能量编号1至180建立对应，波束电流阈值(0.5[mA])与能量编号181至200建立对应。
图18为表示第3实施方式的电流值阈值表316的其他例的图。如图18所示，在电流值阈值表316中也可以设定边界能量编号1以及边界能量编号2。另外，在电流值阈值表316中，也可以设定能量编号1至边界能量编号1的波束电流阈值1、边界能量编号1+1至边界能量编号2的波束电流阈值2、以及边界能量编号2+1至能量编号200(最大值)的波束电流阈值3。
具体而言，在图18所示的例中，波束电流阈值(5[mA])与能量编号1至150建立对应，波束电流阈值(1[mA])与能量编号151至180建立对应，波束电流阈值(0.25[mA])与能量编号181至200建立对应。
如图17或图18所示例子那样，电流值阈值表316也可以包含用于划分能量的范围的边界能量，并按每个由边界能量划分的能量的范围与带电粒子束的电流值的阈值建立对应。由此，能够削减电流值阈值表316的数据量。
根据以上说明的至少一个实施方式，加速器控制装置300具有高频电力控制部340、以及定时控制部310。高频电力控制部340对加速器100供给用于使带电粒子束加速的高频电力。定时控制部310基于在加速器100内环绕的带电粒子束的电流值，控制切断从加速器100射出的带电粒子束的断路器155的动作定时。由此，即使在射出低能量的带电粒子束的情况下，也能够防止波束尖峰的产生。
说明了本发明的几种实施方式，但这些实施方式作为例子而提示，不惜限定发明的范围。这些实施方式能够以其他的各种形态来实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种的省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围及主旨内，同样也包含于权利要求书记载的发明与其均等的范围内。
附图标记的说明
10…粒子线治疗装置，100…加速器，110…入射器，115…斩波器，120…四极电磁铁，130…偏转电磁铁，140…高频加速空腔，150…射出器，155…断路器，160…四极电磁铁，170…修正电磁铁，180…偏转电磁铁，190…电流值检测部，200…照射装置，210…线量监视器，300…加速器控制装置，310…定时控制部，311…电荷量计算部，312…预射出控制部，313…电荷量阈值表，314…脉冲宽度控制部，315…脉冲宽度阈值表，316…电流值阈值表，320…高频电力用模式存储部，330…电源用模式存储部，340…高频电力控制部，341…频率检测部，350…电源控制部，360…斩波器控制部，370…入射器控制部，380…射出器控制部，390…断路器控制部，400…计算机。

Claims (15)

1.一种加速器控制装置，其特征在于，具备：
高频电力控制部，对加速器供给用于使带电粒子束加速的高频电力；以及
定时控制部，基于在所述加速器内环绕的所述带电粒子束的电流值，控制断路器的动作定时，所述断路器对从所述加速器射出的所述带电粒子束进行切断。
2.如权利要求1所述的加速器控制装置，其特征在于，还具备：
频率检测部，检测所述带电粒子束在所述加速器内环绕的频率；以及
电荷量计算部，通过将在所述加速器内环绕的所述带电粒子束的所述电流值除以由所述频率检测部检测出的频率，来计算所述带电粒子束的电荷量，
所述定时控制部基于由所述电荷量计算部计算出的所述电荷量，控制所述断路器的动作定时。
3.如权利要求2所述的加速器控制装置，其特征在于，
所述定时控制部保持第1表，所述第1表是所述带电粒子束的能量与所述带电粒子束的电荷量的阈值之间被建立了对应的表，
所述定时控制部从所述第1表取得与在所述加速器内环绕的所述带电粒子束的能量对应的所述阈值，
所述定时控制部基于由所述电荷量计算部计算出的所述电荷量与从所述第1表取得的所述阈值的比较，控制所述断路器的动作定时。
4.如权利要求3所述的加速器控制装置，其特征在于，
在由所述电荷量计算部计算出的所述电荷量为从所述第1表取得的所述阈值以上的情况下，所述定时控制部控制所述断路器使所述带电粒子束被切断，
在由所述电荷量计算部计算出的所述电荷量小于从所述第1表取得的所述阈值的情况下，所述定时控制部控制所述断路器使所述带电粒子束通过。
5.如权利要求3或4所述的加速器控制装置，其特征在于，
所述第1表包含用于划分能量的范围的边界能量，按每个由所述边界能量划分的能量的范围与所述带电粒子束的电荷量的所述阈值建立了对应。
6.如权利要求3所述的加速器控制装置，其特征在于，
所述第1表设定为所述带电粒子束的能量越低，与该能量建立对应的所述阈值越小。
7.如权利要求1所述的加速器控制装置，其特征在于，
还具备对斩波器进行控制的斩波器控制部，该斩波器用于调整向所述加速器入射的所述带电粒子束的量，
所述定时控制部保持第2表，所述第2表是所述带电粒子束的能量与用于驱动所述斩波器的脉冲信号的脉冲宽度之间被建立了对应的表，
所述定时控制部从所述第2表取得与所述带电粒子束被从所述加速器射出时的所述带电粒子束的能量对应的所述脉冲宽度，
所述斩波器控制部基于由所述定时控制部取得的所述脉冲宽度，控制所述斩波器的动作定时。
8.如权利要求7所述的加速器控制装置，其特征在于，
所述第2表包含用于划分能量的范围的边界能量，按每个由所述边界能量划分的能量的范围与所述脉冲宽度建立对应。
9.如权利要求7或者8所述的加速器控制装置，其特征在于，
所述第2表设定为所述带电粒子束的能量越低，与该能量建立对应的所述脉冲宽度越小。
10.如权利要求1所述的加速器控制装置，其特征在于，
所述定时控制部保持第3表，所述第3表是所述带电粒子束的能量与所述带电粒子束的电流值的阈值之间被建立了对应的表，
所述定时控制部从所述第3表取得与在所述加速器内环绕的所述带电粒子束的能量对应的所述阈值，
所述定时控制部基于在所述加速器内环绕的所述带电粒子束的电流值与从所述第3表取得的所述阈值的比较，控制所述断路器的动作定时。
11.如权利要求10所述的加速器控制装置，其特征在于，
在所述加速器内环绕的所述带电粒子束的所述电流值为从所述第3表取得的所述阈值以上的情况下，所述定时控制部控制所述断路器使所述带电粒子束被切断，
在所述加速器内环绕的所述带电粒子束的所述电流值小于从所述第3表取得的所述阈值的情况下，所述定时控制部控制所述断路器使所述带电粒子束通过。
12.如权利要求10或11所述的加速器控制装置，其特征在于，
所述第3表包含用于划分能量的范围的边界能量，按每个由所述边界能量划分的能量的范围与所述带电粒子束的电流值的所述阈值建立了对应。
13.如权利要求10所述的加速器控制装置，其特征在于，
所述第3表设定为所述带电粒子束的能量越低，与该能量建立对应的所述阈值越小。
14.一种加速器控制方法，控制对带电粒子束进行加速的加速器，其特征在于，包括：
高频电力控制部对所述加速器供给用于使所述带电粒子束加速的高频电力，
定时控制部基于在所述加速器内环绕的所述带电粒子束的电流值，控制断路器的动作定时，所述断路器对从所述加速器射出的所述带电粒子束进行切断。
15.一种粒子线治疗装置，其特征在于，具备：
加速器，对带电粒子束进行加速；
高频电力控制部，对所述加速器供给用于使所述带电粒子束加速的高频电力；
射出器，射出被所述加速器加速后的所述带电粒子束；
断路器，切断由所述射出器射出的所述带电粒子束；
电流值检测部，检测在所述加速器内环绕的所述带电粒子束的电流值；以及
定时控制部，基于由所述电流值检测部检测到的所述电流值，控制所述断路器的动作定时。
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