DE112011100498B4

DE112011100498B4 - Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung und Steuerverfahren für eine Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112011100498B4
Application number: DE112011100498.2T
Authority: DE
Inventors: Katsushi Hanawa; Yasushi Iseki; Nobukazu Kakutani; Takuji Furukawa; Kouji Noda; Shinji Sato; Taku Inaniwa
Original assignee: Toshiba Corp; National Institute of Radiological Sciences
Current assignee: Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2011-02-07
Publication date: 2015-06-25
Anticipated expiration: 2031-02-08
Also published as: DE112011100498T5; US8552408B2; CN102883777A; JP5463509B2; US20120305790A1; WO2011099448A1; CN102883777B; JP2011161055A; DE112011100498T8

Abstract

Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung, die einen Teilchenstrahl auf einen betroffenen Bereich eines Patienten richtet, mit: einem Emissionssteuerungsabschnitt, der eine Emission und eine Unterbrechung des Teilchenstrahls steuert; einem Steuerabschnitt, der eine Bestrahlungsposition des Teilchenstrahls für den betroffenen Bereich der Reihe nach ändert; einem ersten und einem zweiten Dosimeter, die Dosisraten des auf den betroffenen Bereich gerichteten Teilchenstrahls messen; und einem Abnormalitätsbestimmungsabschnitt, der Dosismesswerte, die durch Sammeln der von dem ersten und dem zweiten Dosimeter ausgegebenen Dosisraten erhalten werden, zum Durchführen einer Abnormalitätsbestimmung für die Vorrichtung verwendet und ein Sperrsignal zur Beendigung der Emission des Teilchenstrahls zu dem Emissionsteuerabschnitt ausgibt, wenn bestimmt wird, dass eine Abnormalität vorliegt, wobei der Steuerabschnitt die von dem ersten Dosimeter für alle Bestrahlungspositionen des Teilchenstrahls ausgegebene Dosisrate zum Berechnen eines ersten Strahldosismesswerts sammelt und die Bestrahlungsposition des Teilchenstrahls ändert, wenn der erste Strahldosismesswert einen ersten Plandosiswert erreicht, der für jede der Bestrahlungspositionen vorbestimmt ist, und wobei der Abnormalitätsbestimmungsabschnitt folgendes durchführt: ...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung und ein Steuerverfahren für eine Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung, insbesondere zum Richten eines Strahls schwerer Kohlenstoffteilchen, eines Protonenstrahls oder dergleichen auf einen betroffenen Bereich zur Behandlung von Krebs.
Technischer Hintergrund
Heutzutage ist Krebs die häufigste Todesursache, und mehr als 300000 Menschen sterben jährlich an Krebs. Unter diesen Umständen ist eine Teilchenbestrahlungstherapie mit einem Kohlenstoffstrahl und einem Protonenstrahl, die sich durch hohe therapeutische Wirkungen und geringe Nebenwirkungen auszeichnet, von großem Interesse. Bei der Therapie kann ein von einem Beschleuniger emittierter Teilchenstrahl auf Krebszellen gerichtet werden, so dass die Krebszellen zerstört werden, während eine Beeinträchtigung normaler Zellen verringert wird.
Bei dem therapeutischen Verfahren wird ein aktuell verwendetes Teilchenstrahlbestrahlungsverfahren als ein Breitstrahlverfahren bezeichnet. Bei dem Breitstrahlverfahren wird ein Durchmesser des Teilchenstrahls auf eine Größe erweitert, die größer als der betroffene Bereich ist, basierend auf einem Verfahren, das als Wobbler-Verfahren oder Doppelstreuverfahren bezeichnet wird. Ein Messingkollimator, der als ein geometrischer Kollimator bezeichnet wird, begrenzt einen Bestrahlungsbereich zum Einstrahlen des Strahls gemäß einer Form des betroffenen Bereichs. Eine Strahlbereichserweiterungsvorrichtung, die als Ridge-Filter bezeichnet wird, erweitert den Strahl in einer Strahlausbreitungsrichtung (Strahlachsenrichtung). Eine Polyethylenstrahlbereichsformvorrichtung, die als ein Kompensator bezeichnet wird, stellt zum Einstrahlen des Strahls eine Strahlendposition gemäß einer Form (einer Ausdehnung) des betroffenen Bereichs an einer tiefen Position ein.
Das Breitstrahlverfahren ermöglicht jedoch keine genaue dreidimensionale Einstellung des Strahls gemäß der Form des betroffenen Bereichs, und die Beeinträchtigung der normalen Zellen um den betroffenen Bereich herum kann nur eingeschränkt verringert werden. Der geometrische Kollimator und der Kompensator werden für jeden betroffenen Bereich (und für jede Bestrahlungsrichtung bezüglich des betroffenen Bereichs) erzeugt, und es besteht das Problem, dass nach einer Bestrahlungstherapie radioaktive Abfallprodukte zurückbleiben.
Demzufolge wurde eine Abtastbestrahlung (Scan-Bestrahlung) zum Unterteilen des betroffenen Bereichs in einem Körper in dreidimensionale Gitter vor einer Bestrahlung als eine weitere fortschrittliche Form einer Bestrahlung im Rahmen einer Teilchenstrahlbehandlung entwickelt. Bei der Abtastbestrahlung kann der Strahl in der Strahlachsenrichtung genau auf den betroffenen Bereich eingestellt werden, ohne dass der geometrische Kollimator oder der Kompensator verwendet wird, und eine Exposition der normalen Zellen kann im Vergleich zu einer herkömmlichen zweidimensionalen Bestrahlung verringert werden.
Beispielsweise wird bei einer dreidimensionalen Bestrahlung, die als Spot-Scan-Bestrahlung bezeichnet wird, jeder Punkt wie folgt bestrahlt.
Wenn eine vorbestimmte Dosis auf einen Punkt gerichtet worden ist (ein Verfahren zum Bestimmen der Bestrahlungsdosis für jeden Bestrahlungspunkt wird als Behandlungsplanung bezeichnet), erhält eine Abtaststeuervorrichtung ein Beendigungssignal von einem Dosimeter und gibt einen Spot-Wechselbefehl aus. Eine Strahlemissionssteuervorrichtung beendet basierend auf dem Spot-Wechselbefehl eine Strahlemission. Zur gleichen Zeit beginnt eine Leistungszufuhr eines Abtastelektromagneten damit, einen Stromwert einzustellen, der Koordinaten eines nächsten Bestrahlungspunkts entspricht. Bei Erhalt eines Beendigungssignals der Stromwerteinstellung durch die Leistungsversorgung des Elektromagneten gibt die Abtastbestrahlungsvorrichtung einen Strahlstartbefehl zu der Strahlemissionssteuervorrichtung aus, und die Bestrahlung des nächsten Punkts wird begonnen. Dies wird der Reihe nach wiederholt, so dass ein Behandlungsbereich hinsichtlich einer Bestrahlungsschicht (einer Fläche) bestrahlt wird. Nach Abschluss der Bestrahlung wird die Strahlemission vorübergehend beendet. Die Energie des von dem Beschleuniger emittierten Strahls wird geändert, oder eine als Reichweitenverschieber (Range-Shifter) bezeichnete Reichweiteneinstellvorrichtung wird gesteuert, so dass eine Strahlendposition (eine Schicht) in der Strahlausbreitungsrichtung geändert wird. Auf diese Weise werden zur Bestrahlung der gesamten Behandlungsregion die Abtastbestrahlung und der Schichtwechsel der Reihe nach durchgeführt.
Der Teilchenstrahl wird in einem bestimmten Strahlenergiezustand in einem Beschleuniger, der als Synchrotron bezeichnet wird, gespeichert. Bei der Strahlemission setzt die Strahlemissionssteuervorrichtung, die an einer Strahlextrahieröffnung an dem Beschleuniger angeordnet ist, den Strahl zum Extrahieren des Strahls einem hochfrequenten elektrischen Feld aus, so dass der Strahl in der Bestrahlungsvorrichtung ausgebildet wird. Die Strahlemission während des Spot-Wechsels und des Schichtwechsels wird durch Beenden des Anlegens des hochfrequenten elektrischen Feldes beendet.
Eine Schwachstelle der Spot-Scan-Bestrahlung besteht darin, dass die Strahlemission tatsächlich nicht sofort beendet werden kann, wenn die Strahlemissionssteuervorrichtung den Strahlbeendigungsbefehl ausgibt. Daher wird, wenn ein Erregerstrom des Elektromagneten geändert wird, d. h., wenn die Bestrahlungsposition verschoben wird, eine Streudosis auf den betroffenen Bereich gerichtet. Dies ist insbesondere dann ein Problem, wenn die Bestrahlungsdosis (eingestellte Dosis) für jeden Punkt klein ist, da ein Verhältnis der Streudosis (Streudosis/eingestellte Dosis) groß ist. Um dieses Problem zu verhindern, muss die Strahlintensität verringert werden, so dass das Verhältnis der Streudosis relativ klein wird. Die Verringerung der Strahlintensität führt jedoch zu einer Erhöhung der Behandlungszeit, und eine physische Belastung für den Patienten nimmt zu.
Es wird ein als Raster-Scan-Verfahren bezeichnetes Verfahren untersucht, um das Problem zu lösen, dass die Strahlintensität bei dem Spot-Scan-Verfahren nicht erhöht werden kann (siehe beispielsweise das Nichtpatentdokument 1). Bei dem Verfahren wird der Strahl nicht unterbrochen, wenn der Bestrahlungspunkt verschoben wird, im Gegensatz zu dem Spot-Scan-Verfahren. Daher wird der Strahl eingestrahlt, wenn sich die Strahlposition zwischen einer Bestrahlungsendposition (ein Punkt zum Einstrahlen einer eingestellten Dosis, wenn eine Bestrahlungsposition festgehalten ist, nicht wenn die Bestrahlungsposition verschoben wird, wird als Bestrahlungsendpunkt bezeichnet) und einem Bestrahlungsendpunkt verschiebt. Die Bestrahlungsplanung, die eine Bestrahlungsmenge während der Bestrahlung, d. h. eine Bestrahlungsdosis an jedem Endpunkt, beinhaltet, wird optimiert.
Ein Beispiel für eine Region als ein Ziel für die Teilchenstrahlbehandlung beinhaltet eine Region, die sich bei einer Atmung bewegt, beispielsweise die Lungen und die Leber. In solch einer Region wird eine In-Gate-Bestrahlung durchgeführt, bei der ein Atmungswellenformsignal erfasst wird, und die Bestrahlung wird lediglich dann durchgeführt, wenn sich die Region an einer Position in einem bestimmten Bereich befindet. Die Bestrahlungspunkte werden jedoch bei der Abtastbestrahlung der Reihe nach gewechselt. Daher weichen die Bestrahlungspunkte gemeinsam mit der Bewegung der Region, die durch die Atmung verursacht wird, voneinander ab, und die Dosisverteilung wird ungleichmäßig. Zur Lösung dieses Problems schlägt das Nichtpatentdokument 1 die folgende atmungssynchronisierte Bestrahlung vor.
Bei der atmungssynchronisierten Bestrahlung wird die Strahlintensität so eingestellt, dass eine Bestrahlungszeit in einer Schicht (eine Zeit für eine Bestrahlung des gesamten Strahlungsbereichs in der Zielschicht) 1/n einer Gate-Breite einer Atmung wird. Eine wiederholte Bestrahlung wird n Mal (beispielsweise n = acht) während eines Atemzyklus durchgeführt. Wenn die Bestrahlung in der Zielschicht abgeschlossen ist, wird die Bestrahlungsschicht geändert, und die Strahlintensität für eine nächste Bestrahlungsschicht wird zum Durchführen der Bestrahlung in der Schicht zurückgesetzt.
Auf diese Weise können die Bestrahlungszeitsteuerung (in dem Nichtpatentdokument 1 als Phasensteuerung bezeichnet) und die wiederholte Bestrahlung (in dem Nichtpatentdokument 1 als erneutes Abtasten bezeichnet) in einer Schicht durchgeführt werden, um den Bestrahlungsbereich bezüglich der Bewegung der Region zu verteilen, und die Gleichmäßigkeit der Dosis kann mit einem statistischen Fehler von 1/√n verbessert werden.
Angeführte Dokumente
Nichtpatentdokument
Nichtpatentdokument 1: Takuji Furukawa et al., „Design Study of Three-Dimensional Scanning Irradiation Apparatus”, National Institute of Radiological Sciences HIMAC Report: HIMAC-124, herausgegeben von dem National Institute of Radiological Sciences, April 2007.
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn nach einer Erzeugung einer Abnormalität in einer Vorrichtung einer Bestrahlungsvorrichtung eine normale Bestrahlung möglicherweise nicht durchgeführt werden kann, benötigt eine Teilchenstrahlbehandlungsvorrichtung einen Sperrmechanismus zum sofortigen Erkennen des Problems und Beenden der Strahlemission.
Beispielsweise weist eine Abtastbestrahlungsvorrichtung für gewöhnlich zwei Dosimeter (ein Hauptdosimeter und ein Nebendosimeter) auf. Wenn eine von dem Hauptdosimeter an einer Strahlposition gemessene Dosis eine vorbestimmte Bezugsdosis erreicht, führt die Abtastbestrahlungsvorrichtung einen Prozess zum Ausgeben eines Dosisbeendigungssignals zum Ändern der Strahlposition aus. Die Abtastbestrahlungsvorrichtung vergleicht ebenfalls die Dosis für jeden Spot, die von dem Haupt- bzw. dem Nebendosimeter gemessen wird, mit vorbestimmten Bezugswerten (voreingestellten Werten) des Haupt- und des Nebendosimeters, so dass stets ein normaler Betrieb der Vorrichtung sichergestellt werden kann. Wenn bei dem Haupt- oder dem Nebendosimeter eine Abnormalität vorliegt, erzeugt die Abtastbestrahlungsvorrichtung ein Sperrsignal zum Beenden der Strahlemission.
Ein anderes Beispiel für eine in der Abtastbestrahlungsvorrichtung erzeugte Abnormalität beinhaltet eine Abnormalität, bei der der Strahl emittiert wird, obwohl die Strahlemission während eines Schichtwechsels auf einen Unterbrechungszustand eingestellt ist. Die Abnormalität tritt beispielsweise auf, wenn die Strahlemissionsvorrichtung einer elektrischen Störung ausgesetzt ist und aufgrund der elektrischen Störung eine unbeabsichtigte Strahlemission auftritt. Das Liefern einer Dosis, die durch die unbeabsichtigte Strahlemission hervorgerufen wird, wird als eine Streudosis bezeichnet. Die Streudosis wird beispielsweise durch Sammeln und Messen der Anzahl von Pulsen eines Pulssignals, das während einer Strahlunterbrechungsdauer von dem Hauptdosimeter ausgegeben wird, überwacht.
Die Erfinder haben jedoch die Raster-Scan-Bestrahlungsvorrichtung untersucht und festgestellt, dass das Überwachungsverfahren nicht ausreicht.
Beispielsweise sind mit dem Haupt- und dem Nebendosimeter Hochspannungsleistungsversorgungen verbunden, und Ausgaben der Hochspannungsleistungsversorgung können während einer therapeutischen Behandlung aufgrund eines Bedienungsfehlers oder dergleichen abgeschaltet werden. Wenn die Bestrahlung begonnen wird, wenn die Hochspannungsleistungsversorgungen des Haupt- und des Nebendosimeters nicht eingeschaltet sind, liefern das Haupt- und das Nebendosimeter keine Ausgabe, und ein Signal, das eine vollständige Dosis angibt, kann nicht anhand der Messwerte des Haupt- und des Nebendosimeters ausgegeben werden. Daher kann eine übermäßige Bestrahlung auftreten.
Eine gegenwärtig verwendete Abnormalitätsbestimmungslogik ist eine Logik zum Bestimmen eines Vorhandenseins/Nichtvorhandenseins einer Abnormalität des Haupt- bzw. des Nebendosimeters, wenn Messdosiswerte, die von dem Haupt- bzw. dem Nebendosimeter ausgegeben werden, voreingestellte Werte erreichen, die jeweils einem Spot zugeordnet sind. Daher kann mit der Abnormalitätsbestimmungslogik die Abnormalität erst festgestellt werden, wenn die Bestrahlung des Spots abgeschlossen ist.
Bezüglich der Streudosis kann keine ausreichende Messempfindlichkeit erzielt werden. Die Zeit einer Fehlfunktion der Strahlemissionsvorrichtung, die durch eine Störung oder dergleichen verursacht wird, beträgt etwa 0,1 ms, während die Zeit, für die die Strahlemission bei der atmungssynchronisierten Bestrahlung unterbrochen werden muss, ein bis zwei Sekunden beträgt (während eines Einatmens). Daher sind unter der Annahme, dass eine Ausgabe eines Dosimeters während einer Strahlemission S (ein Signal) ist und eine Ausgabe eines Dosimeters während einer Unterbrechung N (eine Störung bzw. ein Rauschsignal) ist, vier Stellen für das S/N-Verhältnis des Dosimeters notwendig. Solch eine Empfindlichkeit des Dosimeters ist in der Praxis schwer zu erreichen. Daher geht, selbst wenn während einer atmungssynchronisierten Strahlausschaltzeit eine Streudosis auftritt, die Streudosis in dem angesammelten Messwert der Störung unter, und die Streudosis kann nicht identifiziert werden.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht dieser Umstände gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung und ein Steuerverfahren für eine Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung zu schaffen, die eine Messung einer Dosis für jeden Strahl mit hoher Zuverlässigkeit ermöglichen und eine Messung einer durch eine kurzzeitige Strahlemission verursachten Streudosis mit hoher Empfindlichkeit ermöglichen.
Lösung der Probleme
Zur Lösung der Probleme schafft die vorliegende Erfindung eine Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung, die einen Teilchenstrahl auf einen betroffenen Bereich eines Patienten richtet, mit: einem Emissionssteuerungsabschnitt, der eine Emission und eine Unterbrechung des Teilchenstrahls steuert; einem Steuerabschnitt, der aufeinanderfolgend eine Bestrahlungsposition des Teilchenstrahls für den betroffenen Bereich ändert; einem ersten und einem zweiten Dosimeter, die Dosisraten des auf den betroffenen Bereich gerichteten Teilchenstrahls messen; und einem Abnormalitätsbestimmungsabschnitt, der Dosismesswerte, die durch Sammeln der von dem ersten und dem zweiten Dosimeter ausgegebenen Dosisraten erhalten werden, dazu verwendet, eine Abnormalitätsbestimmung für die Vorrichtung durchzuführen, und der ein Sperrsignal zum Unterbrechen der Emission des Teilchenstrahls zu dem Emissionssteuerungsabschnitt ausgibt, wenn bestimmt wird, dass eine Abnormalität vorliegt, wobei der Steuerabschnitt die von dem ersten Dosimeter für jede von Bestrahlungspositionen des Teilchenstrahls ausgegebene Dosisrate zum Berechnen eines ersten Strahldosismesswerts sammelt und die Bestrahlungsposition des Teilchenstrahls ändert, wenn der erste Strahldosismesswert einen ersten Plandosiswert, der für jede der Bestrahlungspositionen vorbestimmt ist, erreicht, und der Abnormalitätsbestimmungsabschnitt folgende Schritte durchführt: eine erste Abnormalitätsbestimmung zum Sammeln der von dem zweiten Dosimeter für jede der Bestrahlungspositionen des Teilchenstrahls ausgegebenen Dosisrate zum Berechnen eines zweiten Strahldosismesswerts und Bestimmen, dass die Abnormalität vorliegt, wenn der berechnete zweite Strahldosismesswert einen zweiten Plandosiswert überschreitet, der auf einen Wert eingestellt ist, der größer als der erste Plandosiswert ist, oder wenn das Verhältnis des zweiten Strahldosismesswerts zu dem zweiten Plandosiswert kleiner als ein vorbestimmtes Verhältnis ist, wenn der erste Strahldosismesswert den ersten Plandosiswert erreicht; und eine zweite Abnormalitätsbestimmung zum Sammeln der von dem ersten und dem zweiten Dosimeter während aller vorbestimmten Bestimmungsdauern ausgegebenen Dosisraten zum Berechnen eines ersten und eines zweiten Teildosismesswerts und Bestimmen, dass die Abnormalität vorliegt, wenn mindestens der erste Teildosismesswert einen vorbestimmten ersten Bezugsbereich überschreitet oder der zweite Teildosismesswert einen vorbestimmten zweiten Bezugsbereich überschreitet.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Steuerverfahren für eine Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung, die einen Teilchenstrahl auf einen betroffenen Bereich eines Patienten richtet, mit folgenden Schritten: Steuern einer Emission und einer Unterbrechung des Teilchenstrahls; aufeinanderfolgendes Ändern einer Bestrahlungsposition des Teilchenstrahls für den betroffenen Bereich; Messen von Dosisraten des zu dem betroffenen Bereich geleiteten Teilchenstrahls durch ein erstes und ein zweites Dosimeter; Durchführen einer Abnormalitätsbestimmung für die Vorrichtung unter Verwendung von Dosismesswerten, die durch Sammeln der Dosisraten, die von dem ersten und dem zweiten Dosimeter ausgegeben werden, erhalten werden; und Unterbrechen der Emission des Teilchenstrahls unter Verwendung eines Sperrsignals, wenn bestimmt wird, dass eine Abnormalität vorliegt, wobei beim Ändern der Bestrahlungsposition des Teilchenstrahls die von dem ersten Dosimeter ausgegebene Dosisrate für alle Bestrahlungspositionen des Teilchenstrahls zum Berechnen eines ersten Strahldosismesswerts gesammelt wird und die Bestrahlungsposition des Teilchenstrahls geändert wird, wenn der erste Strahldosismesswert einen ersten Plandosiswert erreicht, der für jede der Bestrahlungspositionen vorbestimmt ist, und das Durchführen der Abnormalitätsbestimmung beinhaltet: Durchführen einer ersten Abnormalitätsbestimmung zum Sammeln der von dem zweiten Dosimeter ausgegebenen Dosisrate für jede der Bestrahlungspositionen des Teilchenstrahls zum Berechnen eines zweiten Strahldosismesswerts und Bestimmen, dass die Abnormalität vorliegt, wenn der berechnete zweite Strahldosismesswert einen zweiten Plandosiswert überschreitet, der auf einen Wert eingestellt ist, der größer als der erste Plandosiswert ist, oder wenn ein Verhältnis des zweiten Strahldosismesswerts zu dem zweiten Plandosiswert kleiner als ein vorbestimmtes Verhältnis ist, wenn der erste Strahldosismesswert den ersten Plandosiswert erreicht; und Durchführen einer zweiten Abnormalitätsbestimmung zum Sammeln der von dem ersten und dem zweiten Dosimeter ausgegebenen Dosisraten für alle vorbestimmten Bestimmungsdauern zum Berechnen eines ersten und eines zweiten Teildosismesswerts und Bestimmen, dass die Abnormalität vorliegt, wenn mindestens der erste Teildosismesswert einen vorbestimmten ersten Bezugsbereich überschreitet oder der zweite Teildosismesswert einen vorbestimmten zweiten Bezugsbereich überschreitet.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung und dem Steuerverfahren für die Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird eine Messung einer Dosis für jeden Strahl mit hoher Zuverlässigkeit ermöglicht, und eine Messung einer Streudosis, die durch eine kurzzeitige Strahlemission verursacht wird, mit hoher Empfindlichkeit wird ermöglicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration einer Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung zeigt.
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für eine grundlegende Verarbeitung einer dreidimensionalen Abtastbestrahlung zeigt.
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Abtastmuster in einer Schicht zeigt.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration eines herkömmlichen Abnormalitätsbestimmungsabschnitts zeigt.
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Bestrahlungsmusterdatei zeigt, die bei einer herkömmlichen Abnormalitätsbestimmung verwendet wird.
6 ist ein erstes Zeitdiagramm, das einen Zustand einer herkömmlichen Steuerung und Handhabung einer Bestrahlungsdosis zeigt.
7 ist ein zweites Zeitdiagramm, das einen Zustand einer herkömmlichen Steuerung und Handhabung der Bestrahlungsdosis zeigt.
8 ist ein drittes Zeitdiagramm, das einen Zustand einer herkömmlichen Steuerung und Handhabung der Bestrahlungsdosis zeigt.
9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration eines Abnormalitätsbestimmungsabschnitts gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer bei der ersten Ausführungsform verwendeten Bestrahlungsmusterdatei zeigt.
11 ist ein Zeitdiagramm, das einen Zustand einer Steuerung und Handhabung der Bestrahlungsdosis gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
12 ist ein Zeitdiagramm, das einen Zustand einer Steuerung und Handhabung der Bestrahlungsdosis gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration eines Abnormalitätsbestimmungsabschnitts gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine bei der dritten Ausführungsform verwendete Bestrahlungsmusterdatei zeigt.
15 ist ein Zeitdiagramm, das einen Zustand einer Steuerung und Handhabung der Bestrahlungsdosis gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Ausführungsformen einer Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung und eines Steuerverfahrens für die Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
(1) Konfiguration und grundlegender Betrieb
1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration einer Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. Die Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 1 weist einen Strahlerzeugungsabschnitt 10, einen Emissionssteuerungsabschnitt 20, einen Strahlabtastabschnitt 30, einen X-Elektromagneten 30a, einen Y-Elektromagneten 30b, ein Vakuumrohr 31, ein Hauptdosimeter (erstes Dosimeter) 50a, ein Nebendosimeter (zweites Dosimeter) 50b, einen Positionsüberwachungsabschnitt 51, ein Ridge-Filter 60, einen Reichweitenverschieber 70, einen Steuerabschnitt 80, einen Abnormalitätsbestimmungsabschnitt 90 und dergleichen auf.
Die Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 1 ist eine Vorrichtung, die zur Behandlung von Krebs einen Teilchenstrahl, der durch Beschleunigen von Kohlenstoffteilchen, Protonen oder dergleichen auf eine hohe Geschwindigkeit erhalten wird, auf einen betroffenen Bereich 200 eines Krebspatienten 100 richtet. Die Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 1 kann eine dreidimensionale Abtastbestrahlung mit einer Unterteilung des betroffenen Bereichs 200 in dreidimensionale Gitterpunkte und aufeinanderfolgendem Abtasten der Gitterpunkte durch einen Teilchenstrahl mit einem kleinen Durchmesser ausführen. Genauer unterteilt die Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 1 den betroffenen Bereich 200 in einer axialen Richtung des Teilchenstrahls (in Richtung der Z-Achse in dem in 1 oben rechts gezeigten Koordinatensystem) in Schichten, die als Slices bezeichnet werden, und tastet zweidimensionale Gitterpunkte der jeweiligen Schichten (Gitterpunkte in Richtung der X-Achse und der Y-Achse in dem in 1 rechts oben gezeigten Koordinatensystem), beispielsweise einer Schicht Z_i, einer Schicht Z_i+1 und einer Schicht Z_i+2, ab, um so eine dreidimensionale Abtastung durchzuführen.
Der Strahlerzeugungsabschnitt 10 erzeugt einen Teilchenstrahl, indem Teilchen wie Kohlenstoffionen und Protonen erzeugt werden und ein Beschleuniger (Hauptbeschleuniger) wie ein Synchrotron zum Beschleunigen der Teilchen auf eine Energie, die ermöglicht, dass sie tief in den betroffenen Bereich 200 eindringen können, verwendet wird.
Der Emissionssteuerungsabschnitt 20 steuert ein Ein- bzw. Ausschalten einer Emission des erzeugten Teilchenstrahls basierend auf einem Steuersignal, das von dem Steuerabschnitt 80 ausgegeben wird.
Der Strahlabtastabschnitt 30 ist zum Ablenken des Teilchenstrahls in einer X-Richtung und einer Y-Richtung und zum zweidimensionalen Abtasten einer Schichtfläche ausgebildet. Der Strahlabtastabschnitt 30 steuert Erregerströme des X-Elektromagneten 30a zum Abtasten in der X-Richtung und des Y-Elektromagneten 30b zum Abtasten in der Y-Richtung.
Der Reichweitenverschieber 70 steuert eine Position des betroffenen Bereichs 200 in Richtung der Z-Achse. Der Reichweitenverschieber 70 weist beispielsweise eine Mehrzahl von Acrylplatten mit unterschiedlichen Dicken auf. Die Acrylplatten können zum schrittweisen Ändern der Energie, d. h. einer internen Reichweite, des Teilchenstrahls, der durch den Reichweitenverschieber 70 geht, gemäß einer Position der Schicht des betroffenen Bereichs 200 in Richtung der Z-Achse kombiniert werden. Eine Größe der internen Reichweite, die auf dem Reichweitenverschieber 70 basiert, wird für gewöhnlich so gesteuert, dass sie sich mit gleichen Abständen ändert, und das Intervall entspricht einem Intervall zwischen den Gitterpunkten in Richtung der Z-Achse. Beispiele für ein Verfahren zum Wechseln der internen Reichweite beinhalten ein Verfahren zum Einsetzen eines Dämpfungsobjekts auf einem Weg des Teilchenstrahls, beispielsweise in den Reichweitenverschieber 70, und ein Verfahren zum Ändern der Energie des Teilchenstrahls basierend auf einer Steuerung einer stromaufwärts vorgesehenen Vorrichtung.
Das Ridge-Filter 60 ist zum Verbreitern eines scharfen Peaks einer Dosis in einer Tiefenrichtung in dem Körper, der als ein Bragg-Peak bezeichnet wird, angeordnet. Eine auf dem Ridge-Filter 60 basierende Breite des Bragg-Peaks wird so eingestellt, dass sie gleich der Dicke der Schicht, d. h. dem Intervall zwischen den Gitterpunkten in Richtung der Z-Achse, ist. Das Ridge-Filter 60 für eine dreidimensionale Abtastbestrahlung wird durch Anordnung einer Mehrzahl von stabförmigen Bauteilen aus Aluminium ausgebildet, die im Querschnitt im Wesentlichen die Form eines gleichschenkligen Dreiecks haben. Der Peak des Bragg-Peaks kann basierend auf einem Unterschied zwischen Weglängen, der erzeugt wird, wenn der Teilchenstrahl durch die gleichschenkligen Dreiecke geht, verbreitert werden. Die Verbreiterung kann basierend auf Formen der gleichschenkligen Dreiecke auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
Das Hauptdosimeter 50a und das Nebendosimeter 50b sind zum Überwachen einer Bestrahlungsdosis ausgebildet. Jedes Gehäuse des Hauptdosimeters 50a und des Nebendosimeters 50b weist auf: eine Ionisierungskammer mit parallelen Elektroden, die durch Ionisierung des Teilchenstrahls erzeugte Ladung sammeln; und eine SEM-(Sekundärelektronenmonitor-)Vorrichtung, die Sekundärelektronen, die von einem in dem Gehäuse angeordneten Sekundärelektronenemissionsfilm emittiert werden, misst.
Der Positionsüberwachungsabschnitt 51 ist zum Identifizieren, ob sich der von dem Strahlabtastabschnitt 30 gescannte Teilchenstrahl an einer korrekten Position befindet, ausgebildet. Der Positionsüberwachungsabschnitt 51 weist parallele Elektroden zur Ladungssammlung auf, die ähnlich zu denen des Hauptdosimeters 50a und des Nebendosimeters 50b ausgebildet sind. Die Elektroden zur Ladungssammlung des Positionsüberwachungsabschnitts 51 beinhalten lineare Elektroden (beispielsweise eine Mehrzahl von streifenförmigen Elektroden oder Elektroden, die aus einer Mehrzahl von Drähten hergestellt sind), die parallel in der X-Richtung und der Y-Richtung ausgerichtet sind. Die Mehrzahl von ausgerichteten Streifenelektroden werden als Elektroden des Streifentyps bezeichnet, und die Mehrzahl von Elektroden mit ausgerichteten Drähten werden als Elektroden des Mehrdrahttyps bezeichnet.
Der Steuerabschnitt 80 ist zum Steuern der gesamten Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 1 ausgebildet. Der Steuerabschnitt 80 steuert das Ein- bzw. Ausschalten der Strahlemission durch den Emissionssteuerungsabschnitt 20, gibt eine Anweisung in Bezug auf ein Strahlabtasten zu dem Strahlabtastabschnitt 30 aus und steuert ein Ausmaß einer Reichweitenverschiebung durch den Reichweitenverschieber 70 in Verbindung mit einem Schichtwechsel.
Der atmungssynchronisierte Gate-Erzeugungsabschnitt 85 erzeugt anhand eines Verschiebungssignals für den betroffenen Bereich, das von einem Verschiebungssensor ausgegeben wird, der in der Nähe des betroffenen Bereichs 200 vorgesehen ist, ein atmungssynchronisiertes Gate. Das atmungssynchronisierte Gate wird dazu verwendet, einen Teilchenstrahl auf einen betroffenen Bereich zu richten, der aufgrund einer Atmung verschoben wird, beispielsweise die Lungen und die Leber. Wenn die Verschiebung des betroffenen Bereichs größer als ein vorbestimmter Wert ist, wird das atmungssynchronisierte Gate zum Unterbrechen der Emission des Teilchenstrahls ausgeschaltet. Wenn die Verschiebung des betroffenen Bereichs kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, wird das atmungssynchronisierte Gate zum Emittieren des Teilchenstrahls eingeschaltet.
Der Abnormalitätsbestimmungsabschnitt 90 erhält Ausgangssignale des Hauptdosimeters 50a und des Nebendosimeters 50b sowie ein Signal, das eine Strahlemissionsbedingung angibt, und führt basierend auf den Signalen eine Abnormalitätsbestimmung in Bezug auf die Dosis des auf den Patienten gerichteten Teilchenstrahls durch. Wenn bestimmt wird, dass die Dosis abnormal ist, wird sofort das Sperrsignal zu dem Emissionssteuerungsabschnitt 20 ausgegeben, und die Emission des Teilchenstrahls wird beendet.
Die Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist durch die Konfiguration und die Verarbeitung des Abnormalitätsbestimmungsabschnitts 90 gekennzeichnet, und eine Abnormalitätsbestimmung wird mit höherer Zuverlässigkeit als bei einem herkömmlichen Verfahren durchgeführt. Ein Abnormalitätsbestimmungsprozess wird im Folgenden genauer beschrieben.
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für eine grundlegende Verarbeitung einer dreidimensionalen Abtastbestrahlung zeigt, die von der Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 1 durchgeführt wird.
Der betroffene Bereich wird bezüglich der Strahlachse virtuell in mehrere Schichten unterteilt, und eine der unterteilten Schichten wird ausgewählt. Beispielsweise wird zuerst eine Schicht Zi an einer tiefsten Position des betroffenen Bereichs ausgewählt. Eine Einfallsenergie des Teilchenstrahls und eine Kombination der Acrylplatten in dem Reichweitenverschieber 70 werden gemäß der Position der ausgewählten Schicht ausgewählt und eingestellt (Schritt ST1).
Die Zahl M von Gitterpunkten, die von dem Teilchenstrahl zu bestrahlen sind, und eine Position eines Gitterpunkts (Xi, Yi) [i = 1 bis M], d. h. eine zu bestrahlende Stelle (Spot), werden gemäß der Form des betroffenen Bereichs in der tiefsten Schicht ausgewählt, und der Strahlabtastabschnitt 30 stellt eine Richtung des Teilchenstrahls auf die Gitterpunktposition (Xi, Yi) in der Schicht ein (Schritt ST2). Die Emission des Teilchenstrahls wird gestartet (Schritt ST3). Das Ridge-Filter 60 verbreitert eine Energieverteilung des Teilchenstrahls in Richtung der Z-Achse, so dass eine Breite einer internen Reichweitenverteilung einer Schichtbreite entspricht.
Das Hauptdosimeter 50a und das Nebendosimeter 50b überwachen die Bestrahlungsdosis für den Gitterpunkt (Xi, Yi). Das Hauptdosimeter 50a und das Nebendosimeter 50b geben Pulssignale mit einer Pulswiederholungsfrequenz aus, die proportional zu einer Dosisrate des durchgehenden Teilchenstrahls ist. Ein Zähler kann die Zahl von Pulsen in einem vorbestimmten Zeitraum zur Messung der Dosis in dem vorbestimmten Zeitraum zählen.
Wenngleich das Hauptdosimeter 50a und das Nebendosimeter 50b für gewöhnlich dieselbe Konfiguration aufweisen, ist die Konfiguration nicht notwendigerweise auf dieselbe Konfiguration beschränkt. Wenn das Hauptdosimeter 50a und das Nebendosimeter 50b unterschiedliche Konfigurationen aufweisen, können Messwerte wie die Anzahl von ausgegebenen Pulsen vorab korrigiert werden, so dass ein Messwert mit einer gleichen physikalischen Größe (Dosisrate) für einen gleichen Teilchenstrahl erhalten werden kann.
Die Bestrahlungsdosis für jeden Gitterpunkt in der Schicht wird im Voraus geplant. Wenn die Anzahl von Pulsen, die von dem Hauptdosimeter 50a ausgegeben werden, zur Messung der Dosis gezählt wird und die Bestrahlungsdosis für einen Zielgitterpunkt eine geplante Dosis erreicht, wird ein Dosisbeendigungssignal erzeugt. Wenn der Steuerabschnitt 80 das Signal detektiert (Schritt ST4), führt der Steuerabschnitt 80 einen Prozess zum Ändern der Strahlposition aus. Wenngleich der Steuerabschnitt 80 das Dosisbeendigungssignal erzeugt, kann auch das Hauptdosimeter 50a das Dosisbeendigungssignal erzeugen.
Die dreidimensionale Abtastbestrahlung wird als ein Spot-Scan-Verfahren und als ein Raster-Scan-Verfahren klassifiziert. Das Spot-Scan-Verfahren ist ein Verfahren zum Beenden der Strahlemission, wenn die Position des Teilchenstrahls von einem Gitterpunkt zu einem nächsten Gitterpunkt bewegt wird, und erneuten Starten der Strahlemission nach Abschluss der Bewegung. Daher erfolgt die Strahlemission während des Abtastens einer Schicht mit Unterbrechungen.
Auf der anderen Seite wird bei dem Raster-Scan-Verfahren die Strahlemission ohne Unterbrechung fortgesetzt, wenn die Position des Teilchenstrahls von einem Gitterpunkt zu einem nächsten Gitterpunkt bewegt wird. Daher wird die Strahlemission während des Abtastens einer Schicht ohne Unterbrechung fortgesetzt.
Sowohl bei dem Spot-Scan-Verfahren als auch bei dem Raster-Scan-Verfahren wird die Position des Teilchenstrahls festgehalten, bis die Dosis eine für jeden Gitterpunkt geplante Dosis erreicht, und die Position bewegt sich zu dem nächsten Gitterpunkt, nachdem die Dosis die geplante Dosis erreicht hat.
In dem Schritt ST5 wird bestimmt, ob das Verfahren das Spot-Scan-Verfahren oder das Raster-Scan-Verfahren ist. Wenn das Verfahren das Spot-Scan-Verfahren ist, wird die Strahlemission vorübergehend beendet (Schritt ST6), und die Strahlposition wird zu dem nächsten Spot bewegt. Der Prozess wird wiederholt, bis der letzte Spot des Zielschnitts erreicht ist (Schritt ST7).
Wenn andererseits das Verfahren nicht das Spot-Scan-Verfahren ist, d. h. wenn das Verfahren das Raster-Scan-Verfahren ist, wird mit der Strahlemission fortgefahren, bis der letzte Spot erreicht ist, ohne die Strahlemission zu beenden.
Wenn die Bestrahlung einer Schicht beendet ist (JA in Schritt ST7), wird sowohl bei dem Spot-Scan-Verfahren als auch bei dem Raster-Scan-Verfahren die Strahlemission vorübergehend beendet (Schritt ST8), und der Prozess kehrt zu dem Schritt ST1 zurück. Eine nächste Schicht wird ausgewählt, und die Einstellung des Reichweitenverschiebers 70 wird geändert. Der Prozess wird bis zu der letzten Schicht fortgesetzt (Schritt ST9).
Für die Bestrahlungsprozedur notwendige Parameter sind beispielsweise in einem Daten-File beschrieben, das als eine Bestrahlungsmusterdatei bezeichnet wird (die im Folgenden auch einfach als „Musterdatei” bezeichnet werden kann), und die Parameter werden vor dem Beginn der therapeutischen Bestrahlung zu dem Steuerabschnitt 80 übertragen. Die Bestrahlungsmusterdatei beschreibt für jeden Gitterpunkt eine Reichweitenverschieberdicke zum Liefern der Schichtposition, Ansteuerstromwerte für den X-Elektromagneten 30a und den Y-Elektromagneten 30b zum Liefern der Strahlposition, die dem Gitterpunkt (X, Y) entspricht, eine Bestrahlungsdosis für den Gitterpunkt und dergleichen in der Reihenfolge der Bestrahlung.
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Abtastmuster einer Schicht zeigt. Ein Trajektorienmuster von einem Startgitterpunkt oben links zu einem Endgitterpunkt unten rechts wird bei der Planung der Behandlung vorbestimmt, und eine aufeinanderfolgende Abtastung mit dem Teilchenstrahl wird in einer Richtung entlang des Trajektorienmusters durchgeführt.
(2) Herkömmliches Teilchenstrahlbestrahlungsverfahren und herkömmliches Abnormalitätsbestimmungsverfahren (Vergleichsbeispiel)
Als ein Beispiel zum Vergleich mit dem Abnormalitätsbestimmungsverfahren für die Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ein herkömmliches Abnormalitätsbestimmungsverfahren beschrieben.
4 ist ein Blockdiagramm, das funktionale Blöcke des Steuerabschnitts 80, die mit dem Änderungsprozess der Teilchenstrahlposition in Beziehung stehen, und funktionale Blöcke, die mit einem herkömmlich ausgeführten Prozess zur Abnormalitätsbestimmung (einer ersten Abnormalitätsbestimmung) in Beziehung stehen, zeigt.
Die Bestrahlungsprozedur ist in einer Bestrahlungsmusterdatei 40 beschrieben, und die Bestrahlung wird gemäß den in der Datei 40 beschriebenen Musterdaten durchgeführt. Die Musterdaten werden vor dem Start der therapeutischen Bestrahlung in der Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 1 eingestellt.
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Bestrahlungsmusterdatei 40 zeigt. Die Bestrahlungsmusterdatei 40 beschreibt für jeden Bestrahlungspunkt (Spot) einen Einstellwert für eine Reichweitenverschieberdicke zum Liefern der Bestrahlungsschichtposition, Erregerstromwerte für die Abtastelektromagnete (zwei Werte für X und Y) zum Liefern der Bestrahlungsposition (X, Y), einen Einstellwert für das Hauptdosimeter 50a zum Steuern der Dosis während der Strahlemission (voreingestellter Zählwert für das Hauptdosimeter A1: erster Plandosiswert), einen Einstellwert für das Hauptdosimeter 50a zur Überwachung der Dosis (Streudosis) während der Strahlunterbrechung (voreingestellter Zählwert für das Hauptdosimeter A2), einen Einstellwert für das Nebendosimeter 50b zur Überwachung der Dosis während der Strahlemission (voreingestellter Zählwert für das Nebendosimeter B1: zweiter Plandosiswert), einen Einstellwert für das Nebendosimeter 50b zur Überwachung der Dosis (Streudosis) während der Strahlunterbrechung (voreingestellter Zählwert für das Nebendosimeter B2) und dergleichen.
6 ist ein Zeitdiagramm, das einen Steuerzustand der Bestrahlungsdosis während der Raster-Scan-Bestrahlung zeigt. Ein Hauptdosimeterzähler 81 des Steuerabschnitts 80 zählt die Anzahl von Pulsen, die von dem Hauptdosimeter 50a ausgegeben werden. Wenn ein integrierter Zählwert a1 (erster Strahldosismesswert) den Einstellwert (voreingestellten Zählwert A1 für das Hauptdosimeter) erreicht, gibt ein Strahleinstrahlungspositionsänderungsbestimmungsabschnitt 82 des Steuerabschnitts 80 einen Spot-Wechselbefehl (einen Befehl zum Ändern der Strahleinstrahlungsposition) aus. Eine Abtastmagnetleistungsversorgung ändert basierend auf dem Spot-Wechselbefehl einen Strom. Der Strahleinstrahlungspunkt bewegt sich gemäß dem Strom der Leistungsversorgung, d. h. einer Änderung des Magnetfelds des Abtastmagneten. Bei der Raster-Scan-Bestrahlung wird die Emission des Strahls während der Änderung des Stroms der Leistungsversorgung nicht unterbrochen. Daher setzt, wenn der Zählwert al den voreingestellten Zählwert A1 für das Hauptdosimeter erreicht, der Hauptdosimeterzähler 81 sofort den Zählwert zurück und startet die nächste Zählung.
Das von dem Nebendosimeter 50b ausgegebene Pulssignal wird in einen Nebendosimeterzähler 91 eines Abnormalitätsbestimmungsabschnitts 900 eingegeben. Der Nebendosimeterzähler 91 zählt die von dem Nebendosimeter 50b ausgegebenen Pulse und überträgt einen Zählwert b1 (einen zweiten Strahldosismesswert) zu einem ersten Abnormalitätsbestimmungsabschnitt 93. Der voreingestellte Zählwert B1 für das Nebendosimeter in der Bestrahlungsmusterdatei 40 ist für gewöhnlich um 5 bis 10% höher als der Einstellwert für das Hauptdosimeter 50a (der voreingestellte Zählwert A1 für das Hauptdosimeter), wie in 5 dargestellt ist. Daher erreicht, so lange das Hauptdosimeter 50a und der Hauptdosimeterzähler 81 für das Hauptdosimeter einen normalen Betrieb durchführen, der Zählwert b1 des Nebendosimeterzählers 91 nicht den voreingestellten Zählwert B1 für das Nebendosimeter, wenn der Zählwert al des Hauptdosimeterzählers 81 den voreingestellten Zählwert A1 für das Hauptdosimeter erreicht. Wenn jedoch aufgrund einer Abnormalität des Hauptdosimeters 50a keine normale Ausgabe geliefert wird oder eine Abnormalität des Hauptdosimeterzählers 81 vorliegt, erreicht der Zählwert b1 des Nebendosimeterzählers 91 den voreingestellten Zählwert B1 für das Nebendosimeter. In diesem Fall bestimmt der erste Abnormalitätsbestimmungsabschnitt 93, dass eine Abnormalität vorliegt, und gibt ein Sperrsignal zur Beendigung der Strahlemission aus.
Unmittelbar vor dem Wechsel des Spots kann der erste Abnormalitätsbestimmungsabschnitt 93 den Zählwert b1 des Nebendosimeterzählers 91 mit dem Wert des voreingestellten Zählwerts B1 für das Nebendosimeter vergleichen. Wenn das Verhältnis zwischen den Werten kleiner als ein bestimmtes Verhältnis (ein Verhältnis von 1 oder weniger) ist, kann der erste Abnormalitätsbestimmungsabschnitt 93 bestimmen, dass eine Abnormalität des Nebendosimeters 50b oder des Nebendosimeterzählers 91 vorliegt, und kann das Sperrsignal zur Beendigung der Strahlemission ausgeben.
Wenn sich jedoch sowohl das Hauptdosimeter 50a als auch das Nebendosimeter 50b in einem abnormalen Zustand befinden, oder wenn beispielsweise die Hochspannungsleistungsversorgungen für das Hauptdosimeter 50a und das Nebendosimeter 50b keine Spannung ausgeben, geben das Haupt- und das Nebendosimeter 50a und 50b basierend auf der herkömmlichen Abnormalitätsbestimmung, die durch den ersten Abnormalitätsbestimmungsabschnitt 93 durchgeführt wird, keine Ausgangssignale aus. Daher erreichen der Zählwert al des Hauptdosimeterzählers 81 und der Zählwert b1 des Nebendosimeterzählers 91 nicht die voreingestellten Zählwerte A1 und B1, selbst wenn mit der Strahlemission begonnen wird. Das Dosisbeendigungssignal und das Sperrsignal werden nicht ausgegeben, und eine übermäßige Bestrahlung tritt auf.
7 ist ein Zeitdiagramm, das einen Zustand einer herkömmlichen Steuerung der Bestrahlungsdosis während des Schichtwechsels beschreibt. Wenn der Zählwert al des Hauptdosimeterzählers 81 den voreingestellten Zählwert A1 an einem Spot unmittelbar vor einem Schichtwechsel erreicht, gibt der Steuerabschnitt 80 einen Schichtwechselbefehl zu dem Reichweitenverschieber 70 aus und gibt ein Steuersignal zum Beenden der Strahlemission zu dem Emissionssteuerungsabschnitt 20 aus. Wenn die Strahlemission beendet wird, beendet der Hauptdosimeterzähler 81 des Steuerabschnitts 80 die Integration (setzt diese zurück).
Auf der anderen Seite beginnt ein Hauptdosimeterzähler (für eine Streudosis) 92 des Abnormalitätsbestimmungsabschnitts 900 die Integration, wenn die Strahlemission beendet wird. Der Hauptdosimeterzähler (für eine Streudosis) 92 fährt mit einer Zähloperation fort, bis ein Schichtwechselbeendigungssignal erhalten wird. Wenn das Schichtwechselbeendigungssignal erhalten wird, setzt der Abnormalitätsbestimmungsabschnitt 900 den Hauptdosimeterzähler (für eine Streudosis) 92 zurück.
Der Hauptdosimeterzähler 81 des Steuerabschnitts 80 beginnt mit der Integration basierend auf dem Schichtwechselbeendigungssignal und gibt einen Strahlemissionsstartbefehl zu dem Emissionssteuerungsabschnitt 20 aus.
Der erste Abnormalitätsbestimmungsabschnitt 93 bestimmt, dass eine Streudosis vorliegt, und gibt ein Sperrsignal zum Verhindern der Strahlemission aus, wenn ein Zählwert a2 des Hauptdosimeterzählers (für eine Streudosis) 92 den voreingestellten Zählwert A2 während einer auf dem Schichtwechsel basierenden Strahlemissionsbeendigungsdauer überschreitet. Das Nebendosimeter überwacht ebenfalls die Dosis durch einen ähnlichen Mechanismus. Wenn ein Zählwert b2 eines Nebendosimeterzählers (für eine Streudosis) (nicht gezeigt) den voreingestellten Zählwert B2 während der Beendigung der Strahlemission überschreitet, bestimmt das Nebendosimeter, dass eine Streudosis vorliegt, und gibt ein Sperrsignal zum Verhindern der Strahlemission aus.
8 ist ein Zeitdiagramm, das einen Steuerzustand für die Bestrahlungsdosis beschreibt, wenn die Strahlemission durch das atmungssynchronisierte Gate unterbrochen wird. Wenn das atmungssynchronisierte Gate ausgeschaltet wird, wird die Strahlemission sogar während der Spot-Bestrahlung beendet. In diesem Fall unterbrechen der Hauptdosimeterzähler 81 und der Nebendosimeterzähler 91 die Zähloperationen, während die Zählwerte a1 und b1 jeweils festgehalten werden. Andererseits beginnt der Hauptdosimeterzähler (für eine Streudosis) 92 mit der Integration, wenn das atmungssynchronisierte Gate ausgeschaltet wird, und gibt den Zählwert a2 aus. Dies ist so lange der Fall, bis das atmungssynchronisierte Gate erneut eingeschaltet wird. Wenn das atmungssynchronisierte Gate eingeschaltet wird, wird die Integration des Hauptdosimeterzählers (für eine Streudosis) 92 beendet, und die Integration des Hauptdosimeterzählers 81 und des Nebendosimeterzählers 91 wird erneut gestartet.
Der erste Abnormalitätsbestimmungsabschnitt 93 bestimmt, dass eine Streudosis vorliegt, wenn der Hauptdosimeterzähler (für eine Streudosis) 92 während der Dauer, für die das atmungssynchronisierte Gate ausgeschaltet ist, den voreingestellten Zählwert A2 überschreitet. Der erste Abnormalitätsbestimmungsabschnitt 93 erzeugt ein Sperrsignal und verhindert die Strahlemission. Das Nebendosimeter überwacht ebenfalls die Dosis durch einen ähnlichen Mechanismus. Wenn der Zählwert b2 des Nebendosimeterzählers (für eine Streudosis) (nicht gezeigt) während der Unterbrechung der Strahlemission den voreingestellten Zählwert B2 überschreitet, bestimmt das Nebendosimeter, dass eine Streudosis vorliegt, und gibt ein Sperrsignal zum Verhindern der Strahlemission aus.
Die Zeit der Unterbrechung der Strahlemission, die durch den Bereichswechsel verursacht wird, beträgt für gewöhnlich etwa 0,5 Sekunden, und die Zeit der Unterbrechung der Strahlemission, die durch das atmungssynchronisierte Gate verursacht wird, beträgt etwa eine bis zwei Sekunden. Eine Falschemissionsspitze tritt auf, wenn der Emissionssteuerungsabschnitt 20 oder dergleichen aufgrund einer Störung oder dergleichen eine Fehlfunktion aufweist. Eine zeitliche Breite der Erzeugung der Streudosis, die durch die Falschemission verursacht wird, beträgt etwa 0,1 ms.
Eine Störung mit niedrigem Pegel wird ständig in dem Hauptdosimeter 50a erzeugt (dasselbe gilt für das Nebendosimeter 50b). Daher wird, selbst wenn die Peak-Intensität der Streudosisspitze etwa 10000 Mal (1 s/0,1 ms) größer als ein Pegel der internen Störung des Hauptdosimeters 50a ist, ein Betrag einer internen Störung (ein Zeitintegralwert), die während der Dauer der Unterbrechung der Strahlemission integriert wird, gleich der Streudosis. Das bedeutet, dass der Hauptdosimeterzähler (für eine Streudosis) 92 die Streudosis nicht korrekt detektieren kann, wenn die Intensität der Streudosis weniger als das 10000fache des Pegels der in dem Hauptdosimeter 50a erzeugten internen Störung beträgt.
Zur Lösung dieses Problems bei dem herkömmlichen Abnormalitätsbestimmungsverfahren führt die Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht nur die erste Abnormalitätsbestimmung durch, sondern führt ebenfalls eine zweite, unterschiedliche Abnormalitätsbestimmung zusätzlich zu der ersten Abnormalitätsbestimmung durch.
(3) Erste Ausführungsform (zweite Abnormalitätsbestimmung (Teil 1))
9 ist ein Blockdiagramm, das hauptsächlich ein Beispiel für eine Konfiguration des Abnormalitätsbestimmungsabschnitts 90 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Der Abnormalitätsbestimmungsabschnitt 90 gemäß der ersten Ausführungsform weist zusätzlich zu der Konfiguration des herkömmlichen Abnormalitätsbestimmungsabschnitts 900 (4) einen zweiten Hauptdosimeterzähler 95, einen zweiten Nebendosimeterzähler 94 und einen zweiten Abnormalitätsbestimmungsabschnitt 96 auf.
Wenngleich der zweite Hauptdosimeterzähler 95 die Anzahl von Pulsen zählt, die von dem Hauptdosimeter 50a während der Strahlemission ausgegeben werden, wie dies bei dem Hauptdosimeterzähler 81 der Fall ist, ist die Integrationsdauer des Zählers kleiner als die des Hauptdosimeterzählers 81.
Wenngleich der zweite Nebendosimeterzähler 94 die Anzahl von Pulsen zählt, die von dem Nebendosimeter 50b während der Strahlemission ausgegeben werden, wie dies bei dem Nebendosimeterzähler 91 der Fall ist, ist die Integrationsdauer des Zählers kleiner als die des Nebendosimeterzählers 91.
Ein Zählwert a3 (erster Teildosismesswert), der von dem zweiten Hauptdosimeterzähler 95 ausgegeben wird, und ein Zählwert b3 (zweiter Teildosismesswert), der von dem zweiten Nebendosimeterzähler 94 ausgegeben wird, werden in den zweiten Abnormalitätsbestimmungsabschnitt 96 eingegeben.
In einer bei der ersten Ausführungsform verwendeten Musterdatei 40a sind voreingestellte Zählwerte A3 und B3 für eine zweite Abnormalitätsbestimmung zu den Daten (5) der herkömmlichen Musterdatei 40 hinzugefügt, wie in 10 gezeigt ist. Die voreingestellten Zählwerte a3 und b3 für die zweite Abnormalitätsbestimmung dienen zur Bestimmung, ob die Zählwerte A3 und B3 für die Anzahl von Pulsen, die während der Strahlemission von dem Hauptdosimeter 50a und dem Nebendosimeter 50b ausgegeben werden, normal oder abnormal sind. Der zweite Abnormalitätsbestimmungsabschnitt 96 bestimmt, dass die Zählwerte a3 und b3 für die Anzahl von Pulsen normal sind, wenn die Zählwerte a3 und b3 innerhalb vorbestimmter Bestimmungsbereiche (eines ersten und eines zweiten Bezugsbereichs) liegen, die durch obere Grenzen und untere Grenzen festgelegt sind, die basierend auf den voreingestellten Zählwerten A3 und B3 erhalten werden, und bestimmt, dass die Zählwerte a3 und b3 abnormal sind, wenn die Zählwerte a3 und b3 außerhalb der Bestimmungsbereiche liegen. Statt einer Verwendung der voreingestellten Zählwerte A3 und B3 können die oberen Grenzen und die unteren Grenzen zum Einstellen der Bestimmungsbereiche separat festgelegt werden.
Wenn mindestens der zweite Abnormalitätsbestimmungsabschnitt 96 oder der erste Abnormalitätsbestimmungsabschnitt 93 bestimmt, dass eine Abnormalität vorliegt, wird das Sperrsignal zu dem Emissionssteuerungsabschnitt 20 ausgegeben, und die Strahlemission wird beendet.
11 ist ein Zeitdiagramm, das einen Steuerzustand für die Bestrahlungsdosis gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
In dem Steuerabschnitt 80 zählt der Hauptdosimeterzähler 81 die Anzahl von Pulsen, die von dem Hauptdosimeter 50a ausgegeben werden, und gibt wie bei dem herkömmlichen Verfahren den Spot-Wechselbefehl aus, wenn der Zählwert al den voreingestellten Zählwert A1 erreicht.
Der Abnormalitätsbestimmungsabschnitt 90 führt eine zweite Abnormalitätsbestimmung (Teil 1) unter Verwendung des Zählwerts a3 des zweiten Hauptdosimeterzählers 95 und des Zählwerts b3 des zweiten Nebendosimeterzählers 94 durch, zusätzlich zu der ersten Abnormalitätsbestimmung unter Verwendung des Zählwerts b1 des Nebendosimeterzählers 91 und des Zählwerts a2 des Hauptdosimeterzählers (für eine Streudosis) 92 wie bei dem herkömmlichen Verfahren.
Wie vorher beschrieben, wird bei der ersten Abnormalitätsbestimmung der Zählwert b1 des Nebendosimeterzählers 91 unmittelbar vor dem Wechsel des Spots mit dem Wert des voreingestellten Zählwerts B1 für das Nebendosimeter verglichen. Es wird bestimmt, dass eine Abnormalität vorliegt, wenn der Zählwert b1 den voreingestellten Zählwert B1 überschreitet oder wenn das Verhältnis zwischen dem Zählwert b1 und dem voreingestellten Zählwert B1 kleiner als ein bestimmtes Verhältnis ist. Es wird ebenfalls bestimmt, dass eine Abnormalität vorliegt, wenn der Zählwert a2 des Hauptdosimeterzählers (für eine Streudosis) 92 während der Unterbrechung der Strahlemission den voreingestellten Zählwert A2 überschreitet.
Bei der zweiten Abnormalitätsbestimmung (Teil 1) wird der Zählwert a3 des zweiten Hauptdosimeterzählers 95, der die Anzahl von Pulsen des Hauptdosimeters 50a zählt, mit dem voreingestellten Zählwert A3 für eine zweite Abnormalitätsbestimmung, der durch eine Musterdatei 90a festgelegt ist, verglichen, unabhängig von der ersten Abnormalitätsbestimmung. Es wird bestimmt, dass eine Abnormalität vorliegt, wenn der Zählwert a3 außerhalb eines auf dem voreingestellten Zählwert A3 basierenden vorbestimmten Bezugsbereichs liegt. Auf ähnliche Weise wird der Zählwert b3 des zweiten Nebendosimeterzählers 94, der die Anzahl von Pulsen des Nebendosimeters 50b zählt, mit dem voreingestellten Zählwert B3 für eine zweite Abnormalitätsbestimmung (B3 und A3 werden normalerweise auf denselben Wert eingestellt), der in der Musterdatei 90a festgelegt ist, verglichen. Es wird ebenfalls bestimmt, dass eine Abnormalität vorliegt, wenn der Zählwert b3 außerhalb eines auf dem voreingestellten Zählwert B3 basierenden vorbestimmten Bezugsbereichs liegt.
Als Folge des Hinzufügens der zweiten Abnormalitätsbestimmung (Teil 1), kann die Abnormalität selbst dann detektiert werden, wenn sich sowohl das Hauptdosimeter 50a als auch das Nebendosimeter 50b in einem abnormalen Zustand befinden, beispielsweise wenn die Hochspannungsleistungsversorgungen für das Hauptdosimeter 50a und das Nebendosimeter 50b keine Spannung ausgeben. Es tritt keine überschüssige Bestrahlung auf, und eine sichere Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung kann bereitgestellt werden.
Die Bestimmungsdauer für die zweite Abnormalitätsbestimmung (Teil 1) ist normalerweise kürzer als die Bestimmungsdauer für die erste Abnormalitätsbestimmung. Bei der ersten Abnormalitätsbestimmung basiert die Bestimmung auf einer Dauer eines Änderns der Strahl-Spot-Position (beispielsweise einer Dauer zwischen 100 μs und 100 ms, wenngleich die Dauer abhängig von der Behandlungsplanung und dergleichen variiert). Die Bestimmungsdauer der zweiten Abnormalitätsbestimmung ist erheblich kürzer als eine mittlere Änderungsdauer des Strahl-Spots, z. B. eine bestimmte Dauer, die kürzer als ein 1/10 der mittleren Änderungsdauer für den Strahl-Spot ist (beispielsweise 100 μs bis 1 ms). Daher werden der zweite Haupt- und der zweite Nebendosimeterzähler 95 und 94 während jeder Bestimmungsdauer zurückgesetzt. Die kurze Bestimmungsdauer ermöglicht das Ausgeben des Sperrsignals zur Beendigung der Strahlemission in einer kurzen Zeit, ohne Warten auf eine Aktualisierung des Strahl-Spots, wenn eine Abnormalität der Bestrahlungsdosis vorliegt. Die Möglichkeit, dass eine übermäßige Bestrahlung auftritt, kann weiter verringert werden.
(4) Zweite Ausführungsform (zweite Abnormalitätsbestimmung (Teil 2))
Eine Abnormalitätsbestimmung gemäß einer zweiten Ausführungsform wird parallel zu der Abnormalitätsbestimmung bei der ersten Ausführungsform (der ersten Abnormalitätsbestimmung und der zweiten Abnormalitätsbestimmung (Teil 1)) durchgeführt. Genauer wird bestimmt, dass eine Abnormalität vorliegt, wenn der Absolutwert einer Differenz zwischen dem Zählwert a3 des zweiten Hauptdosimeterzählers 95 und dem Zählwert b3 des zweiten Nebendosimeterzählers 94 eine vorbestimmte Schwelle überschreitet. Das Hauptdosimeter 50a und das Nebendosimeter 50b weisen für gewöhnlich die gleiche Konfiguration auf. Daher wird, wenn das Hauptdosimeter 50a und das Nebendosimeter 50b beide normal arbeiten, die gleiche Anzahl von Pulsen gemessen. Demzufolge wird bestimmt, dass eine Abnormalität des Hauptdosimeters 50a oder des Nebendosimeters 50b oder des zweiten Hauptdosimeterzählers 95 oder des zweiten Nebendosimeterzählers 94 vorliegt, wenn der Absolutwert der Differenz zwischen dem Zählwert a3 und dem Zählwert b3 eine vorbestimmte Schwelle überschreitet. Das Sperrsignal wird erzeugt, um die Strahlemission zu beenden. Die zweite Ausführungsform verbessert die Zuverlässigkeit der Abnormalitätsbestimmung noch weiter.
12 ist ein Zeitdiagramm, das einen Steuerzustand für die Bestrahlungsdosis beschreibt. Wie beschrieben, wird bei der Raster-Scan-Bestrahlung die Emission des Strahls während der Stromänderung der Leistungsversorgung für den Elektromagneten nicht unterbrochen. Die Emission des Strahls wird jedoch während des Schichtwechsels oder wenn das atmungssynchronisierte Gate ausgeschaltet wird, unterbrochen. Wenn die Abnormalitätsüberwachung während der Unterbrechung der Strahlemission durchgeführt wird, überschreitet die Differenz (der Absolutwert derselben) die Schwelle, da die Zählwerte a3 und b3 klein sind. Es besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass das Sperrsignal fehlerhaft ausgegeben wird. Daher wird die Abnormalitätsbestimmung lediglich in dem Strahlemissionszustand durchgeführt. Demzufolge kann die Zuverlässigkeit der Abnormalitätsbestimmung verbessert werden, ohne dass während der Unterbrechung der Strahlemission aufgrund des Schichtwechsels oder bei ausgeschaltetem atmungssynchronisierten Gate ein nicht benötigtes Sperrsignal erzeugt wird. Wenngleich 12 eine Bestimmungsbedingung zeigt, bei der der Strahl aufgrund des atmungssynchronisierten Gates ausgeschaltet wird, ist die Bestimmungsbedingung ähnlich, wenn der Strahl aufgrund des Schichtwechsels ausgeschaltet wird.
(5) Dritte Ausführungsform (zweite Abnormalitätsbestimmung (Teil 3))
13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration eines Abnormalitätsbestimmungsabschnitts 90b gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt. Dritte Haupt- und Nebendosimeterzähler 98 und 97 sowie ein dritter Abnormalitätsbestimmungsabschnitt 99, der eine Streudosisbestimmung durchführt, sind zu dem Abnormalitätsbestimmungsabschnitt 90 der ersten und der zweiten Ausführungsform hinzugefügt, so dass der Abnormalitätsbestimmungsabschnitt 90b ausgebildet wird.
Der dritte Abnormalitätsbestimmungsabschnitt 99 vergleicht Zählwerte a4 (einen dritten Teildosismesswert) und b4 (einen vierten Teildosismesswert) von Pulsen (durch eine Streudosis verursachten Pulsen), die während der Unterbrechung der Strahlemission von dem dritten Hauptdosimeterzähler 98 und dem dritten Nebendosimeterzähler 97 ausgegeben werden, mit voreingestellten Zählwerten A4 (einem dritten Bezugswert) und B4 (einem vierten Bezugswert) für eine dritte Abnormalitätsbestimmung, die jeweils in einer Musterdatei 40b festgelegt sind. Wenn der Zählwert bei mindestens einem der Vergleiche den voreingestellten Zählwert überschreitet, bestimmt der dritte Abnormalitätsbestimmungsabschnitt 99, dass eine Abnormalität in Bezug auf eine Streudosis vorliegt (eine größere Streudosis als erwartet erzeugt wird), und gibt das Sperrsignal zu dem Emissionssteuerungsabschnitt 20 aus. Die vorher beschriebene Abnormalitätsbestimmung in Bezug auf die Streudosis ist die zweite Abnormalitätsbestimmung (Teil 3).
14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Bestrahlungsmusterdatei 40b zeigt, die bei der dritten Ausführungsform verwendet wird und an deren rechtes Ende die voreingestellten Zählwerte A4 und B4 für die dritte Abnormalitätsbestimmung hinzugefügt sind. Die voreingestellten Zählwerte A4 und B4 für eine dritte Abnormalitätsbestimmung sind Schwellen zur Bestimmung der Streudosis während der Unterbrechung der Strahlemission. Daher sind kleinere Werte als die anderen voreingestellten Zählwerte eingestellt.
15 ist ein Zeitdiagramm, das einen Steuerzustand für die Streudosis gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.
Der dritte Hauptdosimeterzähler 98 und der dritte Nebendosimeterzähler 97 sind durch eine Integration der Anzahl von Pulsen der Pulssignale von dem Hauptdosimeter 50a und dem Nebendosimeter 50b während eines hinreichend kürzeren Intervalls (einer zweiten Bestimmungsdauer), beispielsweise 100 μs bis 1 ms, als die Strahlemissionsunterbrechungszeit gekennzeichnet. Wenn die integrierten Zählwerte a4 und b4 die voreingestellten Zählwerte A4 und B4, die in der Bestrahlungsmusterdatei 40b eingestellt sind, überschreiten, wird bestimmt, dass eine größere als die festgelegte Streudosis erzeugt wird, und das Sperrsignal wird zur Beendigung der Strahlemission ausgegeben.
Wie in den 7, 8 und dergleichen gezeigt, wird bei der herkömmlichen Streudosisbestimmung die Anzahl von Pulsen kontinuierlich integriert, ohne Zurücksetzen während der Unterbrechungsdauer der Strahlemission. Daher werden, wie vorher beschrieben, die aufgrund der internen Störung des Hauptdosimeters 50a hervorgerufenen Pulse während der Unterbrechungsdauer der Strahlemission ständig integriert. Die Streudosisspitze geht in der internen Störung unter, und die Detektionsempfindlichkeit für eine kurzzeitige Streudosis kann nicht ausreichend erhöht werden.
Auf der anderen Seite ist bei der dritten Ausführungsform der zweiten Abnormalitätsbestimmung (Teil 3) die Integrationsdauer der dritten Zähler 98 und 97 für das Haupt- und das Nebendosimeter (d. h. die zweite Bestimmungsdauer) ausreichend kürzer als die Unterbrechungsdauer der Strahlemission. Daher wird der Integrationswert der Anzahl von Pulsen, die durch die interne Störung des Haupt- und des Nebendosimeters 50a und 50b hervorgerufen werden, erheblich verringert, und eine Detektion der Streudosisspitze mit hoher Empfindlichkeit wird ermöglicht. Demzufolge ist eine Überwachung der Streudosis mit hoher Empfindlichkeit nicht nur für die akkumulierte Strahlemission, sondern auch für die kurzzeitige Strahlemission möglich, wenn die Strahlemission aufgrund des Bereichswechsels oder des Auszustands des atmungssynchronisierten Gates unterbrochen wird. Es kann eine sichere Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 1 bereitgestellt werden.
Bei der zweiten Abnormalitätsbestimmung (Teil 3) unterscheiden sich die dritten Zähler 98 und 97 für das Haupt- und das Nebendosimeter von den zweiten Zählern 95 und 94 für das Haupt- und das Nebendosimeter, die bei der zweiten Abnormalitätsbestimmung (Teil 1) (oder der zweiten Abnormalitätsbestimmung (Teil 2)) verwendet werden, und sind separat vorgesehen. Die zweiten Zähler 95 und 94 für das Haupt- und das Nebendosimeter und die dritten Zähler 98 und 97 für das Haupt- und das Nebendosimeter können jedoch integriert sein, und die zweiten Zähler 95 und 94 für das Haupt- und das Nebendosimeter können für die zweite Abnormalitätsbestimmung (Teil 3) verwendet werden. In diesem Fall dienen die von den zweiten Zählern 95 und 94 für das Haupt- und das Nebendosimeter während der Unterbrechung der Emission des Teilchenstrahls ausgegebenen Zählwerte jeweils als die Zählwerte a4 und b4.
Die zweite Abnormalitätsbestimmung (Teil 3) und die zweite Abnormalitätsbestimmung (Teil 1) können unabhängig voneinander mit der ersten Abnormalitätsbestimmung kombiniert werden oder können beide zur selben Zeit mit der ersten Abnormalitätsbestimmung kombiniert werden.
Wie beschrieben, ist gemäß der Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung und dem Steuerverfahren für die Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Messung der Dosis für jeden Strahl mit hoher Zuverlässigkeit möglich, und es wird eine Messung der Streudosis, die durch eine kurzzeitige Strahlemission verursacht wird, mit hoher Empfindlichkeit ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt, und kann durch Modifikation der Bestandteile bei einer Ausführung verwirklicht werden, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Verschiedene Erfindungen können basierend auf geeigneten Kombinationen einer Mehrzahl von Bestandteilen, die für die Ausführungsformen offenbart sind, ausgebildet werden. Beispielsweise können einige Bestandteile der Ausführungsformen weggelassen werden. Ferner können Bestandteile verschiedener Ausführungsformen auf geeignete Weise miteinander kombiniert werden.
Bezugszeichenliste

1: Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung
10: Strahlerzeugungsabschnitt
20: Emissionssteuerungsabschnitt
30: Strahlabtastabschnitt
50a: Hauptdosimeter
50b: Nebendosimeter
80: Steuerabschnitt
90, 90a, 90b: Abnormalitätsbestimmungsabschnitte

Claims

Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung, die einen Teilchenstrahl auf einen betroffenen Bereich eines Patienten richtet, mit: einem Emissionssteuerungsabschnitt, der eine Emission und eine Unterbrechung des Teilchenstrahls steuert; einem Steuerabschnitt, der eine Bestrahlungsposition des Teilchenstrahls für den betroffenen Bereich der Reihe nach ändert; einem ersten und einem zweiten Dosimeter, die Dosisraten des auf den betroffenen Bereich gerichteten Teilchenstrahls messen; und einem Abnormalitätsbestimmungsabschnitt, der Dosismesswerte, die durch Sammeln der von dem ersten und dem zweiten Dosimeter ausgegebenen Dosisraten erhalten werden, zum Durchführen einer Abnormalitätsbestimmung für die Vorrichtung verwendet und ein Sperrsignal zur Beendigung der Emission des Teilchenstrahls zu dem Emissionsteuerabschnitt ausgibt, wenn bestimmt wird, dass eine Abnormalität vorliegt, wobei der Steuerabschnitt die von dem ersten Dosimeter für alle Bestrahlungspositionen des Teilchenstrahls ausgegebene Dosisrate zum Berechnen eines ersten Strahldosismesswerts sammelt und die Bestrahlungsposition des Teilchenstrahls ändert, wenn der erste Strahldosismesswert einen ersten Plandosiswert erreicht, der für jede der Bestrahlungspositionen vorbestimmt ist, und wobei der Abnormalitätsbestimmungsabschnitt folgendes durchführt: eine erste Abnormalitätsbestimmung zum Sammeln der von dem zweiten Dosimeter für jede der Bestrahlungspositionen des Teilchenstrahls ausgegebenen Dosisraten zur Berechnung eines zweiten Strahldosismesswerts und Bestimmen, dass die Abnormalität vorliegt, wenn der zweite Strahldosismesswert einen zweiten Plandosiswert, der auf einen Wert eingestellt ist, der größer als der erste Plandosiswert ist, überschreitet, wenn der erste Strahldosismesswert den ersten Plandosiswert erreicht; und eine zweite Abnormalitätsbestimmung zum Sammeln der von dem ersten und dem zweiten Dosimeter ausgegebenen Dosisraten für jede von vorbestimmten Bestimmungsdauern zur Berechnung von Teildosismesswerten und Bestimmen, dass die Abnormalität vorliegt, auf Basis der Teildosismesswerte.
Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der bei der zweiten Abnormalitätsbestimmung die von dem ersten und dem zweiten Dosimeter während einer Emissionsdauer des Teilchenstrahls ausgegebenen Dosisraten für jede der vorbestimmten Bestimmungsdauern zur Berechnung eines ersten und eines zweiten Teildosismesswerts gesammelt werden und bestimmt wird, dass die Abnormalität vorliegt, wenn mindestens der erste Teildosismesswert außerhalb eines vorbestimmten ersten Bezugsbereichs liegt oder der zweite Teildosismesswert außerhalb eines vorbestimmten zweiten Bezugsbereichs liegt.
Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der bei der zweiten Abnormalitätsbestimmung ferner bestimmt wird, dass die Abnormalität vorliegt, wenn der Absolutwert der Differenz zwischen dem ersten Teildosismesswert und dem zweiten Teildosismesswert außerhalb eines vorbestimmten Bestimmungsbereichs liegt.
Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die vorbestimmten Bestimmungsdauern auf eine kürzere Zeit als ein mittleres Änderungsintervall der Teilchenstrahlbestrahlungsposition eingestellt sind.
Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der bei der zweiten Abnormalitätsbestimmung die von dem ersten und dem zweiten Dosimeter während einer Emissionsunterbrechungsdauer des Teilchenstrahls ausgegebenen Dosisraten für jede der vorbestimmten Bestimmungsdauern zur Berechnung eines dritten und eines vierten Teildosismesswerts gesammelt werden und bestimmt wird, dass die Abnormalität vorliegt, wenn mindestens der dritte Teildosismesswert einen vorbestimmten dritten Bezugswert überschreitet oder der vierte Teildosismesswert einen vorbestimmten vierten Bezugswert überschreitet.
Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 5, bei der die vorbestimmten Bestimmungsdauern auf eine kürzere Zeit als die Emissionsunterbrechungsdauer des Teilchenstrahls eingestellt sind.
Steuerverfahren für eine Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung, die einen Teilchenstrahl auf einen betroffenen Bereich eines Patienten richtet, mit folgenden Schritten: Steuern einer Emission und einer Unterbrechung des Teilchenstrahls; aufeinanderfolgendes Ändern einer Bestrahlungsposition des Teilchenstrahls für den betroffenen Bereich; Messen von Dosisraten des auf den betroffenen Bereich gerichteten Teilchenstrahls durch ein erstes und ein zweites Dosimeter; Durchführen einer Abnormalitätsbestimmung für die Vorrichtung unter Verwendung von Dosismesswerten, die durch Sammeln der von dem ersten und dem zweiten Dosimeter ausgegebenen Dosisraten erhalten werden; und Beenden der Emission des Teilchenstrahls unter Verwendung eines Sperrsignals, wenn bestimmt wird, dass eine Abnormalität vorliegt, wobei beim Ändern der Bestrahlungsposition des Teilchenstrahls die von dem ersten Dosimeter für alle Bestrahlungspositionen des Teilchenstrahls ausgegebene Dosisrate zur Berechnung eines ersten Strahldosismesswerts gesammelt wird und die Bestrahlungsposition des Teilchenstrahls geändert wird, wenn der erste Strahldosismesswert einen ersten Plandosiswert erreicht, der für jede der Bestrahlungspositionen vorbestimmt ist, und wobei das Durchführen der Abnormalitätsbestimmung folgende Schritte beinhaltet: Durchführen einer ersten Abnormalitätsbestimmung zum Sammeln der von dem zweiten Dosimeter für jede der Bestrahlungspositionen des Teilchenstrahls ausgegebenen Dosisrate zur Berechnung eines zweiten Strahldosismesswerts und Bestimmen, dass die Abnormalität vorliegt, wenn der zweite Strahldosismesswert einen zweiten Plandosiswert, der auf einen Wert eingestellt ist, der größer als der erste Plandosiswert ist, überschreitet, wenn der erste Strahldosismesswert den ersten Plandosiswert erreicht; und Durchführen einer zweiten Abnormalitätsbestimmung zum Sammeln der von dem ersten und dem zweiten Dosimeter ausgegebenen Dosisraten für alle vorbestimmten Bestimmungsdauern zur Berechnung von Teildosismesswerten und Bestimmen, dass die Abnormalität vorliegt, auf Basis der Teildosismesswerte.
Steuerverfahren für eine Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 7, bei dem bei der zweiten Abnormalitätsbestimmung die von dem ersten und dem zweiten Dosimeter während einer Emissionsdauer des Teilchenstrahls ausgegebenen Dosisraten für jede der vorbestimmten Bestimmungsdauern zur Berechnung eines ersten und eines zweiten Teildosismesswerts gesammelt werden und bestimmt wird, dass die Abnormalität vorliegt, wenn mindestens der erste Teildosismesswert außerhalb eines vorbestimmten ersten Bezugsbereichs liegt oder der zweite Teildosismesswert außerhalb eines vorbestimmten zweiten Bezugsbereichs liegt.
Steuerverfahren für eine Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei dem bei der zweiten Abnormalitätsbestimmung ferner bestimmt wird, dass die Abnormalität vorliegt, wenn der Absolutwert der Differenz zwischen dem ersten Teildosismesswert und dem zweiten Teildosismesswert außerhalb eines vorbestimmten Bestimmungsbereichs liegt.
Steuerverfahren für eine Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die vorbestimmten Bestimmungsdauern auf eine kürzere Zeit als ein mittleres Änderungsintervall der Teilchenstrahlbestrahlungsposition eingestellt sind.
Steuerverfahren für eine Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 7, bei dem bei der zweiten Abnormalitätsbestimmung die von dem ersten und dem zweiten Dosimeter während einer Emissionsunterbrechungsdauer des Teilchenstrahls ausgegebenen Dosisraten für jede der vorbestimmten Bestimmungsdauern zur Berechnung eines dritten und eines vierten Teildosismesswerts gesammelt werden und bestimmt wird, dass die Abnormalität vorliegt, wenn mindestens der dritte Teildosismesswert einen vorbestimmten dritten Bezugswert überschreitet oder der vierte Teildosismesswert einen vorbestimmten vierten Bezugswert überschreitet.
Steuerverfahren für eine Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 11, bei dem die vorbestimmten Bestimmungsdauern auf eine kürzere Zeit als die Emissionsunterbrechungsdauer des Teilchenstrahls eingestellt sind.