DE602004010949T3

DE602004010949T3 - Einrichtung zur Bestrahlung mit Teilchenstrahlen und Bestrahlungsplanungseinheit

Info

Publication number: DE602004010949T3
Application number: DE602004010949T
Authority: DE
Inventors: Koji Matsuda; Takahide Nakayama
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2011-09-15
Anticipated expiration: 2024-05-12
Also published as: US7425717B2; US20060027766A1; EP1477206B1; US7102144B2; EP2027888A2; EP1477206A1; US20060022153A1; DE602004017366D1; JP2004358237A; EP1477206B2; JP3874766B2; US7560717B2; EP2027888A3; US20070114473A1; DE602004010949D1; EP2030650A2; US20070114472A1; US7227161B2; EP1736205A1; US7122811B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Teilchenstrahlbehandlungssystem und insbesondere auf ein Teilchenstrahlbestrahlungsgerät zur Behandlung eines betroffenen Körperteils durch Bestrahlung mit geladenen Teilchenstrahlen mit Protonen, Kohlenstoffionen oder dergleichen.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Ein Behandlungsverfahren zur Behandlung eines Patienten mit Krebs oder dergleichen durch Bestrahlen des betroffenen Körperteils des Patienten mit geladenen Teilchenstrahlen wie etwa Protonenstrahlen ist bekannt. Das für diese Behandlung benutzte Behandlungssystem umfasst eine Erzeugungseinheit für geladene Teilchenstrahlen, ein Strahltransportsystem und einen Behandlungsraum. Der durch den Beschleuniger der Erzeugungseinheit für geladene Teilchenstrahlen beschleunigte geladene Teilchenstrahl erreicht das Strahlausgabegerät im Behandlungsraum durch das Strahltransportsystem, und nach Abtasten mit den Abtastelektromagneten im Strahlausgabegerät wird der geladene Teilchenstrahl aus einer Düse auf den betroffenen Körperteil des Patienten gelenkt. Ein Behandlungsverfahren unter Verwendung eines solchen Behandlungssystems ist bekannt, das die folgenden Schritte aufweist: Unterbrechen der Ausstrahlung des geladenen Teilchenstrahls aus dem Strahlausgabegerät, und, in einem Zustand, in dem die Ausstrahlung des geladenen Teilchenstrahls unterbrochen ist, Steuern der Abtastelektromagnete, um die Bestrahlungsposition (den Punkt oder Spot) für den geladenen Teilchenstrahl zu ändern (als „Abtastung” bezeichnet) und die Ausstrahlung des geladenen Teilchenstrahls aus dem Strahlausgabegerät nach der Änderung zu beginnen (siehe zum Beispiel die Europäische Patentanmeldung Nr. 0779081 A2 [1 und dergleichen]).
In dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen Teilchenstrahlbehandlungssystem weist das Strahlausgabegerät, um die Strahlenexposition für gesundes Gewebe auf ein Minimum zu reduzieren und eine ordnungsgemäße Behandlung mit weder zu hoher noch zu geringer Bestrahlung durchzuführen, einen Bestrahlungsdosismonitor und/oder einen Strahlpositionsmonitor zum Abschätzen der Bestrahlungsdosisverteilung auf, der auf der stromabwärtigen Seite der Elektromagneten und unmittelbar vor einem zu bestrahlenden Patienten angeordnet ist. In vielen Fällen ist dieser Monitor von einem Typ, der die durch das Hindurchtreten von Strahlen ionisierten Ladungen in einem Kondensator speichert und die durch den Kondensator nach der Punktbestrahlung induzierte Spannung erfasst. Die Kapazität dieses Kondensators wird so bestimmt, dass er den Betrag der durch den Punkt, der der höchsten Bestrahlungsdosis ausgesetzt ist, ionisierten Ladungen zulässt.
Bei dem vorstehend beschriebenen Kondensator steigt mit abnehmender Kapazität die Ausgangsspannung, wodurch sich die Auflösung erhöht. Umgekehrt nimmt die Auflösung mit zunehmender Kapazität des Kondensators ab. In Anbetracht dieser Situation könnte, wenn die Differenz bezüglich der Bestrahlungsdosis zwischen dem Punkt, der der höchsten Bestrahlungsdosis ausgesetzt ist, und dem Punkt, der der niedrigsten Bestrahlungsdosis ausgesetzt ist, verringert werden kann, die Kapazität des Kondensators entsprechend verringert werden, um die Auflösung zu verbessern. Dies würde die Möglichkeit bieten, die tatsächliche Bestrahlungsdosis genauer zu erfassen. Bei der vorstehend erwähnten herkömmlichen Technik wird der vorstehend beschriebenen Verringerung der Differenz der Bestrahlungsdosis keine besondere Beachtung geschenkt, was Raum für eine Verbesserung der Messgenauigkeit im Hinblick auf die tatsächliche Bestrahlungsdosis lässt.
Bei der Durchführung der Bestrahlung jedes einzelnen Punktes wird Punkt für Punkt eine Soll-Bestrahlungsdosis eingestellt. Sobald ein integrierter Wert der mit dem Bestrahlungsdosismonitor gemessenen Bestrahlungsdosis den Sollwert erreicht hat, wird ein Strahlunterbrechungsbefehl an den Beschleuniger ausgegeben, und in Reaktion darauf unterbricht der Beschleuniger die Ausstrahlung eines geladenen Teilchenstrahls. Bei typischen Beschleunigern wie etwa einem Slow-Cycling-Synchrotron oder einem Zyklotron, ist es, selbst wenn der Strahlunterbrechungsbefehl wie vorstehend beschrieben eingegeben wird, streng genommen möglich, dass es zu einer gewissen Reaktionsverzögerung kommt, anstatt die Ausstrahlung des geladenen Teilchenstrahls sofort zu unterbrechen. In einem solchen Fall wird der geladene Teilchenstrahl auch nach Erreichen des vorstehend genannten Sollwerts für den Zeitraum während der Reaktionsverzögerungszeit weiter auf den betreffenden Punkt abgestrahlt. Dies lässt Raum für eine Verbesserung der Steuerungsgenauigkeit im Hinblick auf die Bestrahlungsdosis des geladenen Teilchenstrahls.
Weil der Bestrahlungsdosismonitor eine Maschine ist, kann die Möglichkeit, dass der Bestrahlungsdosismonitor eine Störung oder einen Fehler verursacht, nicht vollkommen ausgeschlossen werden. Weil die Soll-Bestrahlungsdosis für jeden einzelnen Punkt im Allgemeinen ein Wert ist, der aus einer Datenbank übermittelt wird, oder ein Wert, der aus dem übermittelten Wert berechnet wird, ist es außerdem möglich, dass in der Phase der Übermittlung oder der Berechnung ein falscher Wert eingegeben wird. Bei der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Technik wird einer solchen Monitorstörung oder einem solchen Eingabefehler jedoch keine besondere Beachtung geschenkt. Dies lässt Raum für eine Verbesserung hinsichtlich der Verhinderung einer übermäßigen Ausstrahlung von geladenen Teilchenstrahlen aufgrund der vorstehend genannten Monitorstörung oder eines Eingabefehlers.
Weiter wird bei der Durchführung der Bestrahlung jedes einzelnen Punktes Punkt für Punkt eine Soll-Bestrahlungsdosis eingestellt. Sobald der integrierte Wert der mit dem Bestrahlungsdosismonitor gemessenen Bestrahlungsdosis den Sollwert erreicht hat, wird ein Strahlunterbrechungsbefehl an den Beschleuniger ausgegeben, und in Reaktion darauf unterbricht der Beschleuniger die Ausstrahlung des geladenen Teilchenstrahls. Bezüglich einer solchen Strahlunterbrechungsfunktion ist es auch möglich, dass die mit dieser Funktion verbundene Ausrüstung eine Störung oder einen Fehler verursacht. Bei der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Technik wird einer Störung einer solchen Strahlunterbrechungsfunktion jedoch keine besondere Beachtung geschenkt. Dies lässt Raum für eine Verbesserung hinsichtlich der Verhinderung einer übermäßigen Ausstrahlung von geladenen Teilchenstrahlen aufgrund der vorstehend beschriebenen Störung oder des Ausfalls der Strahlunterbrechungsfunktion.
In dem Beitrag „Magnetic scanning system for heavy ion therapy”, Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, A330 (1993), Nr. 1/2, Seiten 296 bis 305, beschreiben Haberer et al. ein Bestrahlungsverfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs nach dem anliegenden Anspruch 1.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Teilchenstrahlbestrahlungsgeräts, das in der Lage ist, die Messgenauigkeit im Hinblick auf die tatsächliche Bestrahlungsdosis bei der Behandlung mit geladenen Teilchenstrahlen zu verbessern.
Weiterhin ist es erwünscht, ein Teilchenstrahlbestrahlungsgerät bereitzustellen, das in der Lage ist, die Steuerungsgenauigkeit im Hinblick auf die Bestrahlungsdosis der geladenen Teilchenstrahlen zu verbessern.
Weiterhin ist es erwünscht, ein Teilchenstrahlbestrahlungsgerät bereitzustellen, das in der Lage ist, die übermäßige Ausstrahlung von geladenen Teilchenstrahlen aufgrund einer Monitorstörung, eines Eingabefehlers oder dergleichen zuverlässig zu verhindern.
Weiterhin ist es erwünscht, ein Teilchenstrahlbestrahlungsgerät bereitzustellen, das in der Lage ist, die übermäßige Ausstrahlung von geladenen Teilchenstrahlen aufgrund einer Störung oder dergleichen in einer Strahlunterbrechungsfunktion zuverlässig zu verhindern.
Weiterhin ist es erwünscht, ein Teilchenstrahlbestrah-lungsgerät bereitzustellen, das in der Lage ist, die Behandlungszeit bei der Durchführung der Bestrahlung mit geladenen Teilchenstrahlen für jeden von mehreren Schichtbereichen in einem Target zu verkürzen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Zur Erreichung der vorstehend beschriebenen Ziele stellt die vorliegende Erfindung ein Teilchenstrahlbestrahlungsgerät nach der Definition in Anspruch 1 bereit.
Die Steuereinheit steuert die geladene TeilchenstrahlAbtasteinheit zur mehrfachen Durchführung von Bestrahlungen mit geladenen Teilchenstrahlen in Bezug auf wenigstens eine Bestrahlungsposition. Aufgrund dieser Funktion ist es bezüglich einer Bestrahlungsposition, die durch eine einmalige Ionenbestrahlung einer zu hohen Bestrahlungsdosis ausgesetzt ist, möglich, eine unterteilte Bestrahlung durchzuführen, um die Bestrahlungsdosis für jede einzelne Bestrahlung zu verringern. Dies ermöglicht es, die Differenz bezüglich der Bestrahlungsdosis zwischen der Bestrahlungsposition, die der höchsten Dosis ausgesetzt ist, und der, die der geringsten Dosis ausgesetzt ist, zu verringern, wodurch die Bestrahlungsdosis angeglichen wird. Folglich kann die Kapazität des Kondensators eines Positionsmonitors entsprechend verringert werden, um die Auflösung zu verbessern, und daher kann die tatsächliche Bestrahlungsdosis bei der Behandlung weiter richtig erfasst werden.
Die Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen.
Das Teilchenstrahlbestrahlungsgerät weist eine Steuereinheit auf, die die Ausstrahlung des geladenen Teilchenstrahls auf die Bestrahlungsposition so steuert, dass die auf die Bestrahlungsposition einwirkende Bestrahlungsdosis eine eingestellte Bestrahlungsdosis wird, in einem Zustand, in dem die auf die Bestrahlungsposition einwirkende Bestrahlungsdosis während des Zeitraums von der Ausgabe eines Strahlextraktions-Unterbrechungssignals zu dem Zeitpunkt, an dem die mit dem Bestrahlungsdosisdetektor gemessene Bestrahlungsdosis die eingestellte Bestrahlungsdosis erreicht, bis zur Extraktionsunterbrechung des geladenen Teilchenstrahls aus dem Beschleuniger addiert wird.
Auch wenn der Strahlunterbrechungsbefehl eingegeben wird, ist es genau genommen möglich, dass es zu einer gewissen Reaktionsverzögerung kommt, anstatt die Extraktion des geladenen Teilchenstrahls aus dem Beschleuniger sofort zu unterbrechen.
Die Steuereinheit kann eine Bestrahlung mit dem geladenen Teilchenstrahl an einer Bestrahlungsposition so durchführen, dass die Bestrahlungsdosis an der Bestrahlungsposition eine eingestellte Bestrahlungsdosis wird, in einem Zustand, in dem die auf die Bestrahlungsposition einwirkende Bestrahlungsdosis während des Zeitraums von der Ausgabe eines Strahlextraktions-Unterbrechungssignals bis zur Extraktionsunterbrechung des geladenen Teilchenstrahls aus dem Beschleuniger addiert wird. Dadurch kann die Bestrahlungsdosis an jeder Bestrahlungsposition im Wesentlichen die eingestellte Bestrahlungsdosis erreichen, wodurch es möglich ist, jede Bestrahlungsposition mit hoher Genauigkeit mit dem geladenen Teilchenstrahl zu bestrahlen. Zur Steuerung der Bestrahlungsdosis kann, auch wenn eine Zeitverzögerung zwischen der Ausgabe des Strahlextraktions-Unterbrechungssignals und der Extraktionsunterbrechung des geladenen Teilchenstrahls aus dem Beschleuniger eintritt, die Bestrahlungsdosis an jeder Bestrahlungsposition auf eine eingestellte Bestrahlungsdosis geändert werden, wobei die Bestrahlungsdosis für den Zeitraum während der Zeitverzögerung berücksichtigt wird. Dadurch ist es möglich, jede Bestrahlungsposition mit einem hohen Maß an Genauigkeit mit geladenen Teilchenstrahlen mit einer Dosis zu bestrahlen, die im Wesentlichen gleich der eingestellten Bestrahlungsdosis ist.
Die Steuereinheit unterbricht die Ausstrahlung des geladenen Teilchenstrahls aus dem Strahlausgabegerät, das, in einem Zustand, in dem die Ausstrahlung des geladenen Teilchenstrahls unterbrochen ist, die geladene Teilchenstrahl-Abtasteinheit so steuert, dass die Bestrahlungsposition des geladenen Teilchenstrahls geändert wird und die Ausstrahlung des geladenen Teilchenstrahls aus dem Strahlausgabegerät nach der vorstehend beschriebenen Änderung begonnen wird, und das Auftreten einer Anomalie auf der Grundlage der verstrichenen Zeit vom Beginn der Ausstrahlung des geladenen Teilchenstrahls in Bezug auf eine Bestrahlungsposition bestimmt.
Die Steuereinheit bestimmt das Auftreten einer Anomalie auf der Grundlage der verstrichenen Zeit vom Beginn der Ausstrahlung des geladenen Teilchenstrahls in Bezug auf eine Bestrahlungsposition. Daher kann, selbst wenn die Bestrahlungszeit des geladenen Teilchenstrahls aufgrund des Auftretens einer Störung oder eines Fehlers des Bestrahlungsdosisdetektors oder eines falschen Eingabewertes vermutlich anomal verlängert wird, die Ausstrahlung des geladenen Teilchenstrahls nach Ablauf einer bestimmten Zeit unterbrochen werden. Dies verhindert zuverlässig eine übermäßige Bestrahlung eines Targets und trägt weiter zur Erhöhung der Sicherheit bei.
Weiter unterbricht die Steuereinheit die Ausstrahlung des geladenen Teilchenstrahls aus dem Strahlausgabegerät, das, in einem Zustand, in dem die Ausstrahlung des geladenen Teilchenstrahls unterbrochen ist, die geladene Teilchenstrahl-Abtasteinheit so steuert, dass die Bestrahlungsposition des geladenen Teilchenstrahls geändert wird und die Ausstrahlung des geladenen Teilchenstrahls aus dem Strahlausgabegerät nach der vorstehend beschriebenen Änderung begonnen wird, und das Auftreten einer Anomalie anhand der mit dem Bestrahlungsdosisdetektor gemessenen Bestrahlungsdosis und einer zweiten eingestellten Bestrahlungsdosis bestimmt, die größer als die jeweils ersten eingestellten Bestrahlungsdosen ist, im Hinblick auf mehrere Bestrahlungspositionen in dem Target.
Nach der vorliegenden Erfindung bestimmt die Steuereinheit das Auftreten einer Anomalie anhand der mit dem Bestrahlungsdosisdetektor gemessenen Bestrahlungsdosis und der zweiten eingestellten Bestrahlungsdosis, die größer als die jeweils ersten eingestellten Bestrahlungsdosen ist, im Hinblick auf mehrere Bestrahlungspositionen in dem Target. Daher kann, auch wenn aufgrund einer Störung oder dergleichen in der Strahlunterbrechungsfunktion der geladene Teilchenstrahl nicht sofort unterbrochen wird und sich die Bestrahlungsdosis anomal erhöhen kann, die Bestrahlung bei einem bestimmten oberen Bestrahlungsdosis-Grenzwert unterbrochen werden, wodurch zuverlässig eine übermäßige Bestrahlung des Targets verhindert wird. Dies trägt weiter zur Erhöhung der Sicherheit bei.
Die Steuereinheit führt jedoch eine Steuerung zum Abbremsen des geladenen Teilchenstrahls im Beschleuniger durch, wenn die Ausstrahlung des geladenen Teilchenstrahls auf einen von mehreren Schichtbereichen, die sich hinsichtlich der Bestrahlungsenergie voneinander unterscheiden, in einem mit dem geladenen Teilchenstrahl aus dem Strahlausgabegerät zu bestrahlenden Target abgeschlossen ist.
Bei der Punktabtastungsbestrahlung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ändert sich, weil sich die Größe des Targets ändert, die Anzahl der Punkte in einer Schicht, und folglich ändert sich auch die erforderliche Zeit zur Durchführung einer Bestrahlung aller Punkte in der Schicht. Im Hinblick auf die zulässige Extraktionszeit des Synchrotrons, wenn sie unter der Annahme eines großen Targets lang eingestellt ist, erfordert die Durchführung der Bestrahlungen für alle Schichten viel Zeit, wodurch sich die Behandlungszeit für einen Patienten verlängert. Nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der geladene Teilchenstrahl nach Abschluss der Bestrahlung in einem Schichtbereich im Beschleuniger abgebremst, und daher kann die zulässige Extraktionszeit der geladenen Teilchenstrahlen im Beschleuniger früher enden. Als Folge kann, auch wenn mehrere Schichtbereiche mit geladenen Teilchenstrahlen bestrahlt werden müssen, die Behandlungszeit verkürzt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Schemadiagramm des Gesamtaufbaus eines Teilchenstrahlbestrahlungsgeräts nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm für das Steuerungsverfahren, das von den Computereinrichtungen in der in 1 gezeigten Behandlungsplanungseinheit ausgeführt wird.
3 zeigt ein Schemadiagramm mit einem Beispiel der Dosisverteilung in jeder Schicht zur Sicherstellung der Gleichmäßigkeit in einem betroffenen Bereich.
4 zeigt ein Diagramm zur Illustration eines Beispiels des betroffenen Bereichs, der mit dem in 1 gezeigten Teilchenstrahlbestrahlungsgerät bestrahlt wird.
5 zeigt ein Schemadiagramm mit einem Beispiel der Dosisverteilung in jeder Schicht zur Sicherstellung der Gleichmäßigkeit in einem betroffenen Bereich.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm für das Steuerungsverfahren, das von den Computereinrichtungen in der in 1 gezeigten Behandlungsplanungseinheit ausgeführt wird.
7 zeigt eine Tabelle mit einem Beispiel für die Anzahl der Unterteilungen für jede Schicht zum Zeitpunkt der Bestrahlung, wobei die Anzahl der Unterteilungen in der in 1 gezeigten Behandlungsplanungseinheit geplant wird.
8 zeigt eine Tabelle mit einem Beispiel des Unterteilungsmodus für jede Schicht zum Zeitpunkt der Bestrahlung, wobei der Unterteilungsmodus in der in 1 gezeigten Behandlungsplanungseinheit geplant wird.
9 zeigt eine schematische Aufsicht zur Veranschaulichung eines Beispiels des Abtastmodus für jede Schicht zum Zeitpunkt der Bestrahlung, wobei der Abtastmodus in der in 1 gezeigten Behandlungsplanungseinheit geplant worden ist.
10 zeigt eine schematische Aufsicht zur Veranschaulichung eines weiteren Beispiels des Abtastmodus für jede Schicht zum Zeitpunkt der Bestrahlung, wobei der Abtastmodus in der in 1 gezeigten Behandlungsplanungseinheit geplant worden ist.
11 zeigt eine Tabelle mit dem Inhalt von Befehlssignalen zur Ausführung des Abtastmodus für jede Schicht zum Zeitpunkt der Bestrahlung, wobei die Befehlssignale in der in 1 gezeigten Behandlungsplanungseinheit geplant worden sind.
12 zeigt ein Ablaufdiagramm für das Steuerungsverfahren, das von der Abtast-Steuereinheit und der Beschleuniger- und Transportsystem-Steuereinheit in 1 ausgeführt wird.
13 zeigt ein detailliertes Funktionsblockdiagramm mit dem funktionalen Aufbau der in 1 gezeigten Abtast-Steuereinheit.
14 zeigt ein Ablaufdiagramm mit den Einzelheiten des Steuerungsverfahrens, das von der Abtast-Steuereinheit in 1 ausgeführt wird.
15 zeigt ein Taktdiagramm zur Veranschaulichung der Betriebsabläufe in dem Aufnahmezähler und dem Vorwahlzähler in 13.
16 zeigt ein Taktdiagramm mit einem Beispiel für die Betriebsabläufe in einem Vorwahlzähler und einem Aufnahmezähler sowie des tatsächlichen Strahlbetriebs, der mit den Steuerungsverfahren realisiert wird, die von einem Vorwahlzähler-Steuerungsabschnitt und einem Aufnahmezähler-Steuerungsabschnitt in 14 ausgeführt werden.
17 zeigt ein Diagramm mit einem Beispiel für die Bestrahlungsdosisverteilung, die mit einem Vergleichsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung realisiert wird, wobei das Vergleichsbeispiel der herkömmlichen Technik entspricht.
18 zeigt ein Diagramm mit einem Beispiel für die Bestrahlungsdosisverteilung, die mit den Steuerungsverfahren realisiert werden, die von dem Vorwahlzähler-Steuerungsabschnitt und dem Aufnahmezähler-Steuerungsabschnitt in 14 ausgeführt werden.
19 zeigt ein Schemadiagramm des Gesamtaufbaus eines Teilchenstrahlbestrahlungsgeräts nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend wird ein Teilchenstrahlbehandlungssystem mit einem Teilchenstrahlbestrahlungsgerät nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, umfasst ein Protonenstrahl-Behandlungssystem, das ein Teilchenstrahlbehandlungssystem nach dieser Ausführungsform darstellt, eine Erzeugungseinheit 1 für geladene Teilchenstrahlen und ein Strahltransportsystem 4, das auf der stromabwärtigen Seite der Erzeugungseinheit 1 für geladene Teilchenstrahlen angeschlossen ist
Die Erzeugungseinheit 1 für geladene Teilchenstrahlen umfasst eine Ionenquelle (nicht gezeigt), eine Vorstufen-Erzeugungseinheit 11 für geladene Teilchenstrahlen (Linearbeschleuniger (Linac)) und ein Synchrotron (Beschleuniger) 12. Das Synchrotron 12 weist eine Hochfrequenz-Anlegeeinheit 9 und eine Beschleunigungseinheit 10 auf. Die Hochfrequenz-Anlegeeinheit 9 ist dadurch gebildet, dass eine Hochfrequenzelektrode 93, die auf der Kreisumlaufbahn des Synchrotrons 12 angeordnet ist, und eine Hochfrequenz-Energiequelle 91 durch einen Auf/Zu-Schalter 92 verbunden sind. Die Beschleunigungseinheit (zweites Element, Energieänderungseinheit für geladene Teilchenstrahlen) 10 umfasst einen Hochfrequenz-Beschleunigungsresonator (nicht gezeigt), der auf ihrer Kreisumlaufbahn angeordnet ist, und eine Hochfrequenz-Energiequelle (nicht gezeigt) zum Anlegen von Hochfrequenzenergie an den Hochfrequenz-Beschleunigungs resonator. In der Ionenquelle erzeugte Ionen, zum Beispiel Wasserstoffionen (Protonen) oder Kohlenstoffionen, werden durch die Vorstufen-Erzeugungseinheit 11 für geladene Teilchenstrahlen (zum Beispiel die lineare Erzeugungseinheit für geladene Teilchenstrahlen) beschleunigt. Der von der Vorstufen-Erzeugungseinheit 11 für geladene Teilchenstrahlen ausgestrahlte Ionenstrahl (Protonenstrahl) wird in das Synchrotron 12 eingeführt. Im Synchrotron 12 wird dieser Ionenstrahl, der ein geladener Teilchenstrahl ist, mit Energie beaufschlagt und durch die Hochfrequenzenergie beschleunigt, die durch den Hochfrequenz-Beschleunigungsresonator aus der Hochfrequenz-Energiequelle 91 an den Ionen strahl angelegt wird. Nachdem die Energie des durch das Synchrotron 12 umlaufenden Ionenstrahls bis auf eine eingestellte Energie (zum Beispiel 100 bis 200 MeV) erhöht worden ist, erreicht eine Hochfrequenz zur Emission aus der Hochfrequenz-Energiequelle 91 die Hochfrequenzelektrode 93 durch den Auf/Zu-Schalter 92 in geschlossenem Zustand und wird an den Ionenstrahl aus der Hochfrequenzelektrode 93 angelegt. Das Anlegen dieser Hochfrequenz bewirkt, dass sich der Ionenstrahl, der innerhalb einer Stabilitätsgrenze umläuft, zur Außenseite der Stabilitätsgrenze verschiebt, wodurch der Ionenstrahl durch einen Extraktionsdeflektor 8 aus dem Synchrotron 12 extrahiert wird. Bei der Extraktion des Ionenstrahls werden die den Quadrupol-Elektromagneten 13 und den Beugungselektromagneten 14 zugeführten Ströme auf eingestellten Werten gehalten, und die Stabilitätsgrenze wird im Wesentlichen konstant gehalten. Durch Öffnen des Auf/Zu-Schalters 92, um das Anlegen der Hochfrequenzenergie an die Hochfrequenzelektrode 93 zu unterbrechen, wird die Extraktion des Ionenstrahls aus dem Synchrotron 12 unterbrochen.
Der aus dem Synchrotron 12 extrahierte Ionenstrahl wird zur stromabwärtigen Seite des Strahltransportsystems 4 transportiert. Das Strahltransportsystem 4 umfasst Quadrupol-Elektromagnete 18 und einen Ablenkelektromagnet 17 sowie Quadrupol-Elektromagnete 21 und 22 und Ablenkelektromagnete 23 und 24, die nacheinander auf einem Strahlweg 62 angeordnet sind, der mit dem Strahlausgabegerät 15 in einem Behandlungsraum von der stromaufwärtigen Seite in Strahllaufrichtung verbunden ist. Hierbei bilden die vorstehend genannten Elektromagnete jeweils ein erstes Element. Der in das Strahltransportsystem 4 eingeführte Ionenstrahl wird durch den Strahlweg 62 zum Strahlausgabegerät 15 transportiert.
Im Behandlungsraum ist das Strahlausgabegerät 15 an einer darin vorgesehenen rotierenden Gantry (nicht gezeigt) angebracht. Eine Strahltransporteinheit mit umgekehrter U-Form, die einen Teil des Strahlwegs 62 im Strahltransport system 4 einschließt, und das Strahlausgabegerät 15 sind in einer rotierenden Trommel (nicht gezeigt) mit im Wesentlichen zylindrischer Form in der rotierenden Gantry (nicht gezeigt) angeordnet. Die rotierende Trommel ist so beschaffen, dass sie mit einem Motor (nicht gezeigt) gedreht werden kann. Ein Bestrahlungsfeld (nicht gezeigt) ist in der rotierenden Trommel gebildet.
Das Strahlausgabegerät 15 weist ein Gehäuse (nicht gezeigt) auf, das an der rotierenden Trommel angebracht und mit der vorstehend genannten Strahltransporteinheit mit umgekehrter U-Form verbunden ist. Abtastelektromagnete 5A und 5B zum Abtasten eines Strahls, ein Dosismonitor 6A, ein Positionsmonitor 6B und dergleichen sind in dem Gehäuse angeordnet. Die Abtastelektromagnete 5A und 5B werden verwendet, um einen Strahl zum Beispiel in zueinander senkrechten, einander schneidenden Richtungen (einer X-Richtung und einer Y-Richtung) auf einer zur Strahlachse senkrechten Ebene abzulenken und um eine Bestrahlungsposition in X- und Y-Richtung zu bewegen.
Bevor ein Ionenstrahl aus dem Strahlausgabegerät 15 ausgestrahlt wird, wird eine Behandlungsliege 29 durch eine Liegentransporteinheit (nicht gezeigt) transportiert und in das vorstehend genannte Bestrahlungsfeld eingebracht; danach wird die Positionierung der Liege 29 für die Bestrahlung in Bezug auf das Strahlausgabegerät 15 durchgeführt. Die rotierende Trommel wird durch Steuerung der Drehung des Motors durch eine Gantry-Steuereinheit (nicht gezeigt) so gedreht, dass die Strahlachse des Strahlausgabegeräts 15 zu dem betroffenen Körperteil eines Patienten 30 gedreht wird. Der aus der umgekehrt U-förmigen Strahltransporteinheit durch den Strahlweg 62 in das Strahlausgabegerät 15 eingeführte Ionenstrahl wird durch die Abtastelektromagnete (geladene Teilchenstrahl-Abtasteinheit) 5A und 5B veranlasst, nacheinander die Bestrahlungspositionen abzutasten, und auf den betroffenen Körperteil (zum Beispiel den von einem Krebs oder Tumor betroffenen Bereich) des Patienten 30 gelenkt. Dieser Ionenstrahl setzt seine Energie in dem betroffenen Körperteil frei und bildet dort einen Hochdosisbereich. Die Abtastelektromagnete 5A und 5B im Strahlausgabegerät 15 werden von einer Abtast-Steuereinheit 41 gesteuert, die zum Beispiel in der Gantry-Kammer in einer Behandlungseinheit angeordnet ist.
Ein Steuerungssystem in dem Protonenstrahl-Behandlungssystem nach dieser Ausführungsform wird anhand von 1 beschrieben. Dieses Steuerungssystem 90 weist eine zentrale Steuerungseinheit 100, eine Speichereinheit 110 zur Speicherung der Behandlungsplanungsdatenbank, eine Abtast-Steuereinheit 41 und eine Beschleuniger- und Transportsystem-Steuereinheit 40 (nachstehend als „Beschleuniger-Steuereinheit” bezeichnet) auf. Weiter weist das Protonenstrahl-Behandlungssystem nach dieser Ausführungsform eine Behandlungsplanungseinheit 140 auf.
Obwohl die vorstehend genannten Behandlungsplanungsdaten (Patientendaten), die für jeden einzelnen Patienten in der Speichereinheit 110 gespeichert sind, nicht im Einzelnen gezeigt sind, umfassen die Behandlungsplanungsdaten zum Beispiel Daten wie Patientennummern, Bestrahlungsdosen (durch eine Behandlung und/oder pro Teil), Bestrahlungsenergie, Bestrahlungsrichtungen, Bestrahlungspositionen usw.
Die zentrale Steuerungseinheit 100 weist eine CPU und einen Speicher 103 auf. Die CPU 101 liest die vorstehend beschriebenen Behandlungsplanungsdaten für die zu behandelnden Patienten anhand der eingegebenen Patientenkenndaten aus der Speichereinheit 110 aus. Das Steuerungsmuster im Hinblick auf die Anregungsenergiezufuhr zu jedem der vorstehend beschriebenen Elektromagnete wird durch den Wert der Bestrahlungsenergie aus den Behandlungsplanungsdaten individuell für jeden Patienten bestimmt.
Der Speicher 103 speichert im Voraus eine Stromversorgungs-Steuerungstabelle. Im Einzelnen sind zum Beispiel entsprechend den verschiedenen Werten der Bestrahlungsenergie (70, 80, 90, ... [MeV]) Werte für die Anregungsenergiezufuhr oder deren Muster im Hinblick auf einen Quadrupol-Elektromagnet 13 und einen Ablenkelektromagnet 14 in der Erzeugungseinheit 1 für geladene Teilchenstrahlen mit dem Synchrotron 12 sowie die Quadrupol-Elektromagnete 18, den Ablenkelektromagnet 17, die Quadrupol-Elektromagnete 21 und 22 und die Ablenkelektromagnete 23 und 24 im Strahltransportsystem 4 voreingestellt.
Außerdem erzeugt die CPU 101 als Steuerungsinformations-Erzeugungseinheit anhand der vorstehend beschriebenen Behandlungsplanungsdaten und der Stromversorgungs-Steuerungstabelle Steuerbefehldaten (Steuerbefehlinformationen) zur Steuerung der Elektromagnete in der Erzeugungseinheit 1 für geladene Teilchenstrahlen und den Strahlwegen für einen zu behandelnden Patienten. Danach gibt die CPU 101 die auf diese Weise erzeugten Steuerbefehldaten an die Abtast-Steuereinheit 41 und die Beschleuniger-Steuereinheit 40 aus.
Eine der Besonderheiten dieser Ausführungsform besteht darin, dass die zentrale Steuerungseinheit 100, die Abtast-Steuereinheit 41 und die Beschleuniger-Steuereinheit 40 basierend auf den von der Behandlungsplanungseinheit 140 erzeugten Behandlungsplanungsdaten die Steuerungsoperationen in enger Abstimmung miteinander wie folgt durchführen: (1) Sie unterbrechen die Ausstrahlung eines Ionenstrahls aus dem Strahlausgabegerät 15 und, in einem Zustand, in dem die Ausstrahlung des Ionenstrahls unterbrochen ist, steuern sie die Abtastelektromagnete 5A und 5B so, dass die Bestrahlungsposition (Punkt) des Ionenstrahls geändert wird und nach der Änderung die Ausstrahlung des Ionenstrahls aus dem Strahlausgabegerät 15 begonnen wird (das so genannte „Abtasten”), und (2) steuern sie, um Schwankungen in der Bestrahlungsdosis an einem Punkt zu verringern, das Synchrotron 12 und das Strahlausgabegerät 15 so, dass die Ausstrahlung eines Ionenstrahls im Hinblick auf wenigstens eine identische Bestrahlungsposition (Punkt), an der die Dosis ansonsten eine Unterteilungs-Referenzbestrahlungsdosis (nachstehend erläutert) übersteigen würde, in mehrere Bestrahlungsvorgänge unterteilt wird.
Nachstehend wird dies anhand von 2 bis 18 ausführlich beschrieben.
Zuerst wird die Erstellung eines Behandlungsplans durch die Behandlungsplanungseinheit 140 erläutert. Die Behandlungsplanungseinheit 140 besteht zum Beispiel aus einem Personalcomputer. Auch wenn in der Abbildung nicht gezeigt, umfasst die Behandlungsplanungseinheit 140 eine Eingabeeinheit (zum Beispiel eine Tastatur), die von einem Bediener betätigt werden kann und mit der er Eingaben vornehmen kann, eine Computereinheit (zum Beispiel eine CPU), die eine vorbestimmte arithmetische Verarbeitung auf der Grundlage einer Eingabe über die vorstehend erwähnte Eingabeeinrichtung und Bedieneinrichtung durchführt, eine Ein-/Ausgabeschnittstelle, die die Eingabe bzw. Ausgabe von Informationen durchführt, zum Beispiel die Eingabe externer Bilddaten und die Ausgabe von mit dieser Computereinheit erzeugten Behandlungsplanungsdaten, und eine Anzeigeeinheit.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm der Arithmetikverarbeitungsschritte, die von den vorstehend genannten Computereinrichtungen in der Behandlungsplanungseinheit 140 ausgeführt werden. In 2 ist, wenn ein Bediener (im Allgemeinen ein Arzt oder ein Angehöriger des medizinischen Personals) Identifikationsinformationen (zum Beispiel einen Namen oder eine ID-Nummer) für einen zu behandelnden Patienten über die Eingabeeinheit eingibt, die Bedingung in Schritt 101 erfüllt, und die Verarbeitung wird mit Schritt 102 fortgesetzt, in dem eine Patientenbilddatei (eine zuvor mit zusätzlichen Aufnahmeeinrichtungen wie einem CT-Scanner aufgenommene und in der Datenbank in der Speichereinheit 110 gespeicherte Datei) des betreffenden Patienten gelesen wird. Hier handelt es sich bei der Patientenbilddatei um Tomographieaufnahmen.
Danach wird in Schritt 103 die gelesene Patientenbilddatei auf einer Anzeigeeinheit als Anzeigesignale ausgegeben und eine entsprechende Darstellung erfolgt. Wenn der Bediener die Spezifikation durchführt, indem er über die Eingabeeinheit einen mit einem Ionenstrahl zu bestrahlenden Zielbereich eingibt, während er die angezeigte Patientenbilddatei betrachtet, ist die Bedingung in Schritt 104 erfüllt, und die Verarbeitung wird mit Schritt 105 fortgesetzt, in dem eine dreidimensionale Erkennungsverarbeitung im Hinblick auf den eingegebenen Bereich durchgeführt wird. Wenn der Bediener in dieser Situation über die Eingabeeinheit eine Solldosis eingibt, die auf einen entsprechenden Zielbereich angewendet werden soll, ist die Bedingung in Schritt 106 erfüllt. Wenn der Bediener weiter eine Bestrahlungsrichtung für den Ionenstrahl eingibt, ist die Bedingung in Schritt 107 erfüllt, und die Verarbeitung wird mit Schritt 108 fortgesetzt. Wenn der Bediener außerdem über die Eingabeeinheit eine Unterteilungs-Referenzbestrahlungsdosis eingibt, das heißt eine solche Referenzbestrahlungsdosis, dass eine unterteilte Bestrahlung durchgeführt wird, wenn eine Bestrahlungsdosis pro Flächeneinheit diese Referenzbestrahlungsdosis übersteigt, ist die Bedingung in Schritt 108 erfüllt, und die Verarbeitung wird mit Schritt 110 fortgesetzt.
Nachstehend wird der Zusammenhang zwischen der Tiefe eines Ziels und der Energie eines Ionenstrahls beschrieben. Das Ziel oder Target ist ein Bereich, einschließlich eines betroffenen Körperteils, der mit einem Ionenstrahl bestrahlt werden soll, und ist etwas größer als der betroffene Körperteil. 3 zeigt den Zusammenhang zwischen der Tiefe des Targets im Körper und der Bestrahlungsdosis des Ionenstrahls. Der Peak der Dosis, wie in 3 gezeigt, wird als „Bragg-Peak” bezeichnet. Das Anwenden eines Ionenstrahls auf das Target erfolgt an der Position des Bragg-Peaks. Die Position des Bragg-Peaks variiert je nach der Energie des Ionenstrahls. Daher ist es durch Unterteilen des Targets in mehrere Schichten (Schnitte) in Tiefenrichtung (Laufrichtung des Ionenstrahls im Körper) und Ändern der Energie des Ionenstrahls auf die Energie entsprechend der Tiefe (der Schicht) möglich, den Ionenstrahl über das gesamte Target (Zielbereich) mit einer in Tiefenrichtung möglichst gleichmäßigen Dicke auszustrahlen. Unter diesem Gesichtspunkt wird in Schritt 110 die Anzahl der Schichten in dem zu unterteilenden Zielbereich in Tiefenrichtung bestimmt. Ein mögliches Verfahren zur Bestimmung der Anzahl der Schichten besteht darin, die Dicke einer Schicht festzulegen und die Anzahl der Schichten automatisch entsprechend dieser Dicke und einer Dicke des Zielbereichs in Tiefenrichtung zu bestimmen. Die Dicke der Schicht kann ein fester Wert unabhängig von der Größe des Zielbereichs sein oder sie kann alternativ entsprechend der maximalen Tiefe des Zielbereichs automatisch bestimmt werden. Nach einer weiteren Alternative kann die Dicke der Schicht automatisch entsprechend der Ausbreitung der Energie des Ionenstrahls bestimmt werden, oder die Anzahl der Schichten selbst kann einfach vom Bediener über die Eingabeeinheit eingegeben werden, anstatt die Dicke der Schicht zu bestimmen.
4 zeigt ein Diagramm mit einem Beispiel für nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren bestimmte Schichten. In diesem Beispiel beträgt die Anzahl der Schichten vier, und zwar Schicht 1, 2, 3 und 4 in dieser Reihenfolge von der untersten Schicht. Die Schichten 1 und 2 weisen jeweils eine Ausdehnung von 10 cm in X-Richtung und von 10 cm in Y-Richtung auf. Die Schichten 3 und 4 weisen jeweils eine Ausdehnung von 20 cm in X-Richtung und von 10 cm in Y-Richtung auf. 3 zeigt ein Beispiel für die Dosisverteilung in Tiefenrichtung entlang der Linie A-A' in 4. Andererseits zeigt 5 ein Beispiel für die Dosisverteilung in Tiefenrichtung entlang der Linie B-B' in 4.
Nachdem die Anzahl der Schichten auf diese Weise bestimmt worden ist, wird die Verarbeitung mit Schritt 111 fortgesetzt, in dem die Anzahl (und die Positionen) der Punkte bestimmt wird, die die einzelnen Schichten (Target-Querschnitt) jeweils in der Richtung senkrecht zur Tiefenrichtung unterteilen. Bei dieser Bestimmung wird ähnlich wie bei den vorstehend beschriebenen Schichten ein Punktdurchmesser festgelegt, und die Anzahl der Punkte wird automatisch entsprechend der Größe des Punktes und der Größe der zugehörigen Schicht bestimmt. Der Punktdurchmesser kann ein fester Wert sein oder er kann alternativ automatisch entsprechend dem Target-Querschnitt bestimmt werden. Nach einer weiteren Alternative kann der Punktdurchmesser automatisch entsprechend der Größe des Ionenstrahls (das heißt dem Strahldurchmesser) bestimmt werden, oder die Punktpositionen selbst oder der Abstand zwischen den Punktpositionen können vom Bediener einfach über die Eingabeeinheit eingegeben werden, anstatt die Punktgröße zu bestimmen. Nach Abschluss von Schritt 111 wird die Verarbeitung mit Schritt 120 fortgesetzt, in dem die Bestrahlungsdosis an jedem Punkt in allen Schichten bestimmt wird.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm für das detaillierte Verfahren im vorstehend erwähnten Schritt 120. Wie vorstehend beschrieben, erfolgt das Anwenden eines Ionenstrahls auf das Target grundsätzlich an der Position des Bragg-Peaks, und es ist wünschenswert, dass der Ionenstrahl über das gesamte Target (Zielbereich) mit einer in Tiefenrichtung möglichst gleichmäßigen Dicke ausgestrahlt wird. Bei der Bestimmung der Bestrahlungsdosis an jedem Punkt muss daher letztlich eine gleichmäßige Bestrahlung über den gesamten Zielbereich sichergestellt werden. In Anbetracht der vorstehenden Ausführungen werden in den Schritten 121 bis 123 zuerst die Ausgangsbedingungen in Schritt 121 bestimmt. Im Einzelnen werden durch Kumulierung von früheren Berechnungsbeispielen, die Anwendung einfacher Modelle oder dergleichen die Bestrahlungsdosen im Hinblick auf alle Punkte Schicht für Schicht, von denen angenommen wird, dass sie den Solldosen entsprechen, die Bestrahlungsrichtung für den Ionenstrahl und die Anzahl der Schichten, die in den Schritten 106 bis 111 eingegeben oder bestimmt wurden, als temporäre Werte bestimmt.
Danach wird die Verarbeitung mit Schritt 122 fortgesetzt, in dem nach einem bekannten Verfahren eine Simulationsrechnung durchgeführt wird, wie die tatsächliche Dosisverteilung im gesamten Zielbereich aussieht, wenn eine Bestrahlung mit den Werten für die Bestrahlungsdosen im Hinblick auf alle Punkte durchgeführt wird, wobei die Dosen in Schritt 121 bestimmt worden sind. In Schritt 123 wird dann bestimmt, ob die berechnete Dosisverteilung im Wesentlichen über den gesamten Bereich des Targets gleichmäßig ist, das heißt ob die Schwankungen innerhalb eines gegebenen Grenze liegen. Wenn nicht, wird die Verarbeitung mit Schritt 124 fortgesetzt, in dem eine vorbestimmte Korrektur vorgenommen wird. Diese Korrektur kann so sein, dass die Bestrahlungsdosen an Punkten, die etwas höher/niedriger als ein Durchschnittsdosiswert sind, automatisch mit einer Korrekturbreite verringert/erhöht werden, und dass die Korrekturbreite durch eine manuelle Operation eingestellt werden kann. Nach einer solchen Korrektur kehrt die Verarbeitung zu Schritt 121 zurück, und dasselbe Verfahren wird wiederholt. Daher werden die Korrektur in Schritt 124 und die Dosisverteilungsberechnung in Schritt 122 durchgeführt, bis die Bestrahlungsdosisverteilung bis zu einem gewissen Maß gleichmäßig ist. Daher werden letztlich die Bestrahlungsdosen im Hinblick auf alle Punkte, die eine im Wesentlichen gleichmäßige Dosisverteilung im gesamten Zielbereich ermöglichen, bestimmt. Danach wird die Verarbeitung mit Schritt 130 fortgesetzt.
In dieser Phase werden, obwohl die Bestrahlungsdosen jeweils für alle Punkte bestimmt worden sind, alle diese Punkte jeweils so eingestellt, dass sie jeweils auf einmal mit einer zugehörigen zugewiesenen Bestrahlungsdosis bestrahlt werden. In Schritt 130 wird, wenn unter den im Hinblick auf alle Punkte bestimmten Bestrahlungsdosen solche vorliegen, die die zuvor in Schritt 108 eingegebene Unterteilungs-Referenzbestrahlungsdosis überschreiten, die Ionenstrahlbestrahlung für jeden dieser Punkte nicht auf ein mal durchgeführt, sondern in Form von in mehrere (wenigstens zwei) Vorgänge unterteilten Bestrahlungen. Hierbei wird angenommen, dass die Anzahl N der Bestrahlungen die kleinste natürliche Zahl n ist, die die Beziehung n ≥ R/Rs erfüllt, wobei R und Rs die Bestrahlungsdosis bzw. die Unterteilungs-Referenzbestrahlungsdosis an einem zugehörigen Punkt bezeichnen. Mit anderen Worten, es wird angenommen, dass die Anzahl N der Bestrahlungen ein Wert ist, der durch Aufrunden der Dezimalstellen von R dividiert durch Rs erhalten wird. Wenn N = 1 ist, gilt daher R ≤ Rs, und somit werden mehrere unterteilte Bestrahlungsvorgänge nicht durchgeführt (das heißt, die Bestrahlung erfolgt in einem Vorgang). Wenn N = 2 ist, gilt R > Rs, und daher wird geplant, dass in mehrere Vorgänge unterteilte Bestrahlungen durchgeführt werden.
7 zeigt ein Beispiel (Schichten 1 bis 4) für unterteilte Bestrahlungen, wie sie vorstehend anhand von 4 und 5 beschrieben sind. In diesem Beispiel wird die Unterteilungs-Referenzbestrahlungsdosis mit 10 angenommen (ein relativer Wert ohne Einheit; dies gilt auch im Folgenden). Wie in 7 gezeigt, betrug für Schicht 1 vor der Unterteilungsverarbeitung (das heißt, wenn die Bestrahlung in einem Vorgang erfolgt) die Bestrahlungsdosis an jedem Punkt 70. In dieser Situation wird geplant, dass in sieben Vorgänge unterteilte Bestrahlungen durchgeführt werden, wobei die Bestrahlungsdosis für jede unterteilte Bestrahlung 10 beträgt. In gleicher Weise betrugen für die Schichten 2, 3 und 4 die Bestrahlungsdosen an jedem Punkt vor der Unterteilungsverarbeitung 25, 17,9 bzw. 12,6. Daher wird für die Schichten 2, 3 und 4 geplant, dass in drei, zwei bzw. zwei Vorgänge unterteilte Bestrahlungen durchgeführt werden, wobei die Bestrahlungsdosis für jede einzelne unterteilte Bestrahlung 8, 3, 9 bzw. 6,3 beträgt.
Diese Vorgänge werden anhand von 8 ausführlich beschrieben. Wie vorstehend beschrieben, werden für Schicht 1 (der Bereich entsprechend der rechten Hälfte von Schicht 1 in 8; die Rechts-Links-Richtung in 8 entspricht hierbei der in 4) in sieben Vorgänge unterteilte Bestrahlungen durchgeführt, und es wird geplant, dass eine Bestrahlung mit einer Bestrahlungsdosis von 10 bei jedem der ersten bis sieben Bestrahlungsvorgänge wiederholt wird. Für Schicht 2 (der Bereich entsprechend der rechten Hälfte von Schicht 2 in 8) wird geplant, dass eine Bestrahlung mit einer Bestrahlungsdosis von 8,3 dreimal wiederholt. Für Schicht 3, bezogen auf den Bereich in der rechten Hälfte in 8, wird geplant, dass eine Bestrahlung mit einer Bestrahlungsdosis von 9,0 zweimal wiederholt wird, während bezogen auf den Bereich in der linken Hälfte in 8 geplant wird, dass eine Bestrahlung mit einer Bestrahlungsdosis von 10 siebenmal wiederholt wird. Für Schicht 4, bezogen auf den Bereich in der rechten Hälfte in 8, wird geplant, dass eine Bestrahlung mit einer Bestrahlungsdosis von 6,3 zweimal wiederholt wird, während bezogen auf den Bereich in der linken Hälfte in 8 geplant wird, dass eine Bestrahlung mit einer Bestrahlungsdosis von 8,3 dreimal wiederholt wird.
Nach Abschluss von Schritt 130 wird die Verarbeitung mit Schritt 131 fortgesetzt, in dem die Reihenfolge der Bestrahlung für die Punkte in jeder der Schichten bestimmt wird. Im Einzelnen wird in dem Protonenstrahl-Behandlungssystem nach dieser Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben, die Ausstrahlung eines Ionenstrahls aus dem Strahlausgabegerät 15 unterbrochen, und in dem Zustand, in dem die Ausstrahlung des Ionenstrahls unterbrochen ist, wird eine Abtastbestrahlung durchgeführt, um die Bestrahlungsposition (den Punkt) zu ändern. In Schritt 131 wird bestimmt, wie der Ionenstrahl bezogen auf jeden Punkt bei der Abtastbestrahlung bewegt werden muss. Hierbei ist der auf das Ziel auszustrahlende Ionenstrahl schmal, und sein Durchmesser ist etwas größer als der Punktdurchmesser.
9 und 10 zeigen jeweils ein Beispiel für das Einstellen der Reihenfolge der Punktbestrahlung. Diese Reihenfolge der Punktbestrahlung entspricht dem anhand von 3, 4, 5, 7 und 8 beschriebenen Beispiel.
9 zeigt das Einstellen der Bestrahlungsreihenfolge in den beiden Schichten 1 und 2 in einer kombinierten und vereinfachten Weise. Wie in 9 gezeigt, werden für jede der Schichten 1 und 2 insgesamt 100 Punkte in einer Gitterform von zehn Reihen und zehn Spalten eingestellt. Das Ausstrahlen eines Ionenstrahls auf das Ziel (der quadratische Bereich in 9) in den Schichten 1 und 2 erfolgt zum Beispiel wie folgt: Eine Bestrahlung wird Punkt für Punkt von einem Ende (der Ecke links unten in 9) in der Punktreihe (mit zehn Punkten) an einem Ende dieser Schichten bis zum anderen Ende (der Ecke rechts unten in 9) dieser Punktreihe durchgeführt, das heißt von links nach rechts in 9. Nach Abschluss der Bestrahlung bis zum anderen Ende wird die Bestrahlung Punkt für Punkt von einem Ende (dem Ende rechts unten in 9) in einer anderen Punktreihe neben der vorherigen Punktreihe bis zum anderen Ende (dem linken Ende in 9) der anderen Reihe durchgeführt, das heißt von rechts nach links in 9. Nach Abschluss der Bestrahlung bis zum anderen Ende in der anderen Reihe wird der Ionenstrahl auf die nächste benachbarte Punktreihe bewegt. Auf diese Weise wird bei dieser Ausführungsform geplant, dass in der horizontalen Fläche jeder der Schichten 1 und 2 der Ionenstrahl durch Umkehren seiner Laufrichtung (das heißt durch Veranlassen des Ionenstrahls zu einer mäanderförmigen Bewegung) für jede der benachbarten Punktreihen bewegt wird, bis der Ionenstrahl den letzten Punkt (die Ecke links oben in 9) in der letzten Punktreihe erreicht, womit ein Bestrahlungsvorgang (einer von mehreren Abtastvorgängen) bezogen auf die Schichten 1 und 2 abgeschlossen ist. Für die Schicht 1 beträgt die Bestrahlungsdosis an jedem der insgesamt 100 Punkte für jeden unterteilten Bestrahlungsvorgang jeweils 10, und ein mäanderförmiger Abtastvorgang für jede der Punktreihen wird, wie vorstehend beschrieben, siebenmal wiederholt. Vom ersten bis zum siebten Abtastvorgang kann dieselbe Einstellung für die Bestrahlungsreihenfolge angewendet werden. Alternativ kann jedoch, um eine Bestrahlung zu beschleunigen, zum Beispiel das zweite Abtasten von der Ecke links oben zur Ecke links unten in 9 entlang der umgekehrten Route erfolgen (das gleiche gilt auch im Folgenden). Außerdem wird für die Schicht 2 geplant, wie anhand von 8 beschrieben, dass die Bestrahlungsdosis an jedem der insgesamt 100 Punkte für jeden unterteilten Bestrahlungsvorgang 8,3 beträgt, und es wird geplant, dass ein mäanderförmiger Abtastvorgang, wie vorstehend beschrieben, dreimal wiederholt wird.
10 zeigt das Einstellen der Bestrahlungsreihenfolge in den beiden Schichten 3 und 4 in einer kombinierten nd vereinfachten Weise, obwohl dies ein Beispiel für die ersten und zweiten Abtastvorgänge ist. Wie in 10 gezeigt, werden für jede der Schichten 1 und 2 insgesamt 200 Punkte in einer Gitterform von zehn Reihen und zwanzig Spalten eingestellt. Das Ausstrahlen eines Zonenstrahls auf das Ziel (der rechteckige Bereich in 10) in den Schichten 3 und 4 erfolgt wie bei den Schichten 1 und 2 zum Beispiel wie folgt: Eine Bestrahlung wird Punkt für Punkt von einem Ende (der Ecke links unten in 10) in der Punktreihe (mit zwanzig Punkten) an einem Ende dieser Schichten bis zum anderen Ende (der Ecke rechts unten in 10) dieser Punktreihe durchgeführt. Nach Abschluss der Bestrahlung bis zum anderen Ende wird die Bestrahlung von einem Ende (dem Ende rechts unten in 10) in einer anderen Punktreihe neben der vorherigen Punktreihe bis zum anderen Ende (dem linken Ende in 10) der anderen Reihe durchgeführt. Nach Abschluss der Bestrahlung bis zum anderen Ende in der anderen Reihe wird der Ionenstrahl auf die nächste benachbarte Punktreihe bewegt. Auf diese Weise wird bei dieser Ausführungsform, auch für jede der Schichten 3 und 4, geplant, dass in der horizontalen Fläche der Ionenstrahl durch Veranlassen des Ionenstrahls zu mäanderförmiger Bewegung für jede der benachbarten Punktreihen bewegt wird und dass ein Bestrahlungsvorgang (einer von zwei Abtastvorgängen) bezogen auf die Schichten 3 und 4 abgeschlossen ist.
In Schicht 3, wie in 8 gezeigt, beträgt die Bestrahlungsdosis für jeden unterteilten Bestrahlungsvorgang bezogen auf jeden der insgesamt 200 Punkte 9 für jeden der 100 Punkte in der rechten Hälfte in 10 bzw. 10 für jeden der 100 Punkte in der linken Hälfte in 10. Daher wird geplant, dass ein mäanderförmiger Abtastvorgang für jede der Punktreihen unter gleichzeitiger Änderung der Bestrahlungsdosis an einem Mittelpunkt in einer Punktreihe zweimal wiederholt wird. In gleicher Weise beträgt in Schicht 4 die Bestrahlungsdosis für jeden unterteilten Bestrahlungsvorgang bezogen auf jeden der insgesamt 200 Punkte 6,3 für jeden der 100 Punkte in der rechten Hälfte in 10 bzw. 8,3 für jeden der 100 Punkte in der rechten Hälfte in 10. Daher wird geplant, dass ein mäanderförmiger Abtastvorgang für jede der Punktreihen unter gleichzeitiger Änderung der Bestrahlungsdosis an einem Mittelpunkt in einer Punktreihe zweimal wiederholt wird.
Für jede der Schichten 3 und 4 ist bei der dritten Bestrahlung und danach die Bestrahlung für die 100 Punkte in der rechten Hälfte in 10 nicht nötig, und es wird nur die Bestrahlung für die 100 Punkte in der linken Hälfte durchgeführt (siehe 8). Bezüglich der Bestrahlungsreihenfolge ist dann, auch wenn nicht besonders gezeigt, zum Beispiel die Durchführung wie für die Schichten 1 und 2 in 9 auch für die Schichten 3 und 4 ausreichend. Für die Schicht 3 beträgt die Bestrahlungsdosis bezogen auf jeden ihrer 100 Punkte 10 für jeden unterteilten Bestrahlungsvorgang, und es wird geplant, dass nur in der linken Hälfte zum Beispiel ein mäanderförmiger Abtastvorgang fünfmal durchgeführt wird (beim dritten bis siebten Abtastvorgang). In gleicher Weise beträgt für die Schicht 4 die Bestrahlungsdosis bezogen auf jeden ihrer 100 Punkte 8,3 für jeden unterteilten Bestrahlungsvorgang, und es wird geplant, dass nur in der linken Hälfte zum Beispiel ein mäanderförmiger Abtastvorgang durchgeführt wird (beim dritten Abtastvorgang).
Nachdem die Reihenfolge der Punktbestrahlung wie vorstehend beschrieben bestimmt worden ist, wird die Verarbeitung mit Schritt 132 fortgesetzt, in dem die Dosisverteilung in einem Zielbereich, die geschätzt wird, wenn Bestrahlungen mit der Bestrahlungsdosis für alle Schichten und alle Punkte und in der Punktbestrahlungsreihenfolge durchgeführt werden, die jeweils wie vorstehend beschrieben bestimmt wurden, nach einem bekannten Verfahren berechnet wird. Für diese Simulation wird ein Verfahren mit höherer Genauigkeit benutzt, das eine etwas längere Berechnungszeit als die zuvor in 6 gezeigte einfache Methode benötigt. Danach wird die Verarbeitung mit Schritt 133 fortgesetzt, in dem das in Schritt 132 berechnete geschätzte Dosisverteilungsergebnis auf der Anzeigeeinheit als Anzeigesignale angezeigt wird, zusammen mit einem Planungsergebnis. Die Anzeige kann dann zum Beispiel eine Zusammenfassung mit eifern Dosis-Volumen-Histogramm (DVH) oder dergleichen sein. Vorzugsweise kann auch ein Hinweis über Einflüsse auf gesunde Organe usw. angezeigt werden.
Wenn der Bediener nach Betrachtung dieser Anzeige entscheidet, dass die Anzeige unzureichend (ungeeignet) ist, gibt er nicht „OK” ein, und daher kehrt die Verarbeitung entsprechend der Bestimmung in Schritt 134 zu Schritt 107 zurück. Bis das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 134 „Ja” lautet, wird die Verarbeitung in den Schritten 107 bis 134 wiederholt.
Wenn der Bediener entscheidet, dass die erzeugten Behandlungsplanungsinformationen in Ordnung sind, gibt er „OK” ein, womit die Bedingung in Schritt 134 erfüllt ist. Danach führt der Bediener die Eingabe einer Registrierungsanweisung (über eine Schaltfläche auf der Bildschirmanzeige oder eine Taste auf der Tastatur) durch, um die Registrierung in den Behandlungsplanungsinformationen zu ermöglichen, wodurch die Bedingung in Schritt 135 erfüllt ist. Im nächsten Schritt 136 führt der Bediener dann die Registrierungsverarbeitung für die Behandlungsplanungsinformationen in der Speichereinheit 110 durch, womit die in 2 gezeigte Verarbeitung abgeschlossen ist.
Als Nächstes liest die zentrale Steuerungseinheit 100 die Behandlungsplanungsinformationen, in denen unterteilte Bestrahlungsvorgänge wie vorstehend beschrieben geplant sind und die in der Speichereinheit 110 gespeichert sind, und speichert sie im Speicher 103. Die CPU 101 übermittelt die im Speicher 103 gespeicherten Behandlungsplanungsinformationen (das heißt Informationen wie die Anzahl der Schichten, die Anzahl der Bestrahlungspositionen (die Anzahl der Punkte), die Bestrahlungsreihenfolge bezogen auf die Bestrahlungspositionen in jeder der Schichten, eine Soll-Bestrahlungsdosis (eingestellte Bestrahlungsdosis) an jeder Bestrahlungsposition und Stromwerte für die Abtastelektromagnete 5A und 5B bezogen auf alle Punkte in jeder der Schichten) an den Speicher 41M in der Abtast-Steuereinheit 41. Die Abtast-Steuereinheit 41 speichert diese Behandlungsplanungsinformationen im Speicher 41M. Außerdem übermittelt die CPU 101 alle Daten der Beschleunigungsparameter für das Synchrotron 12 bezogen auf alle Schichten aus den Behandlungsplanungsinformationen an die Beschleuniger-Steuereinheit 40. Die Daten der Beschleunigungsparameter enthalten den Wert des Anregungsstroms für jeden der Elektromagnete für das Synchrotron 12 und das Strahltransportsystem und den Wert der an den Hochfrequenz-Beschleunigungsresonator anzulegenden Hochfrequenzenergie, die durch die Energie des auf jede der Schichten einwirkenden Ionenstrahls bestimmt werden. Die Daten dieser Beschleunigungsparameter sind zum Beispiel im Voraus in mehrere Beschleunigungsmuster eingeteilt.
11 zeigt einen Teil der im Speicher 41M in der Abtast-Steuereinheit 41 gespeicherten Behandlungsplanungsinformationen. Dieser Teil der Informationen umfasst Bestrahlungsparameter, das heißt Informationen über die Bestrahlungsindexnummer (Schichtnummer und Bestrahlungsnummer), Informationen über die Position in X-Richtung (X-Position) und die Position in Y-Richtung (V-Position) einer Bestrahlungsposition (Punkt), und Informationen über eine Soll-Bestrahlungsdosis (Bestrahlungsdosis) für jeden unterteilten Bestrahlungsvorgang. Außerdem enthalten die Bestrahlungsparameter Informationen über ein Schicht-Wechsel-Flag. Bei den Informationen über die Bestrahlungsnummer bedeutet zum Beispiel „2-2” eine „zweite Bestrahlung in Schicht 2, „2-3” bedeutet eine „dritte Bestrahlung in Schicht 2” und „3-1” bedeutet eine „erste Bestrahlung in Schicht 3”. Die Informationen über eine Position in X-Richtung und eine Position in Y-Richtung sind durch Stromwerte für die Abtastelektromagnete 5A und 5B zum Bewegen eines Ionenstrahls an die durch die zugehörige X- und Y-Position angegebene Bestrahlungsposition angegeben. Die Punktnummern j (weiter unten beschrieben) sind in der Bestrahlungsreihenfolge für alle unterteilten Bestrahlungsvorgänge für die Schicht 2 angegeben, das heißt „2-1” (nicht gezeigt), „2-2” und „2-3”. In gleicher Weise sind die Punktnummern für alle unterteilten Bestrahlungsvorgänge für die anderen Schichten 1, 3 und 4 angegeben.
Als Nächstes werden anhand von 12 spezielle Beschreibungen der jeweiligen Kontrollen durch die Abtast-Steuereinheit 41 und die Beschleuniger-Steuereinheit 40 bei der Durchführung der Punktabtastung nach dieser Ausführungsform gegeben. Wenn eine im Behandlungsraum angeordnete Bestrahlungsstart-Anweisungseinheit (nicht gezeigt) betätigt wird, initialisiert die Beschleuniger-Steuereinheit 40 daraufhin in Schritt 201 entsprechend einen Operator i zur Angabe einer Schichtnummer auf „1” sowie einen Operator j zur Angabe einer Punktnummer auf „1” und gibt Signale zu diesem Zweck aus.
Nach der Initialisierung in Schritt 201 liest die Beschleuniger-Steuereinheit 40 in Schritt 202 die Beschleunigerparameter im Hinblick auf die i-te Schicht (i = 1 zu diesem Zeitpunkt) aus den Beschleunigungsparametern für mehrere im Speicher gespeicherte Muster und stellt diese ein. Danach gibt die Beschleuniger-Steuereinheit 40 diese in Schritt 203 an das Synchrotron 12 aus. Ebenfalls in Schritt 203 gibt die Beschleuniger-Steuereinheit 40 Anregungsstrominformationen für die Elektromagnete, die in den i-ten Beschleunigerparametern enthalten sind, an die Energiequelle für jeden der Elektromagnete des Synchrotrons 12 und des Strahltransportsystems 5 aus und steuert eine zugehörige Energiequelle so, dass jeder der Elektromagnete anhand dieser Anregungsstrominformationen mit einem vorbestimmten Strom angeregt wird. Außerdem steuert die Beschleuniger-Steuereinheit 40 in Schritt 203 die Hochfrequenz-Energiequelle zum Anlegen einer Hochfrequenzenergie an den Hochfrequenz-Resonator, um die Frequenz auf einen vorbestimmten Wert zu erhöhen. Dadurch kann die Energie eines durch das Synchrotron 12 umlaufenden Ionenstrahls bis zu der durch den Behandlungsplan bestimmten Energie erhöht werden. Danach wird die Verarbeitung mit Schritt 204 fortgesetzt, in dem die Beschleuniger-Steuereinheit 40 einen Extraktions-Vorbereitungsbefehl an die Abtast-Steuereinheit 41 ausgibt.
Nach Empfang der Informationen über die Anfangseinstellung in Schritt 201 und des Extraktions-Vorbereitungsbefehls in Schritt 204 von der Beschleuniger-Steuereinheit 40 liest die Abtast-Steuereinheit 41 in Schritt 205 die Stromwertdaten und die Bestrahlungsdosisdaten für den j-ten Punkt (j = 1 zu diesem Zeitpunkt) aus den Stromwertdaten (Daten in den Spalten „X-Position” und „Y-Position” in 11) und den Bestrahlungsdosisdaten (Daten in der Spalte „Bestrahlungsdosis” in 11), die bereits im Speicher 41M gespeichert sind, wie vorstehend beschrieben (siehe 13), und stellt diese ein. In gleicher Weise liest die Abtast-Steuereinheit 41 auch im Hinblick auf die vorstehend genannte und im Speicher 41M gespeicherte Soll-Zählernummer die Daten für den j-ten Punkt (j = 1 zu diesem Zeitpunkt) und stellt diese ein. Dabei steuert die Abtast-Steuereinheit 41 die zugehörige Energie so, dass die Elektromagnete 5A und 5B mit dem Stromwert für den j-ten Punkt angeregt werden.
Nachdem die Vorbereitungen für die Bestrahlung des betreffenden Punkts auf diese Weise abgeschlossen sind, gibt die Abtast-Steuereinheit 41 in Schritt 300 ein Strahlextraktions-Startsignal aus und steuert die Hochfrequenz-Anlegeeinheit 9, um einen Ionenstrahl aus dem Synchrotron zu extrahieren. Im Einzelnen wird der Auf/Zu-Schalter 92 durch das Strahlextraktions-Startsignal, das die Beschleuniger-Steuereinheit 40 durchläuft, geschlossen, und eine Hochfrequenz wird an den Ionenstrahl angelegt, wodurch der Ionenstrahl extrahiert wird. Weil die Elektromagnete 5A und 5B angeregt werden, so dass der Ionenstrahl die erste Punktposition erreicht, wird der Ionenstrahl durch das Strahlausgabegerät 15 auf den ersten Punkt in einer zugehörigen Schicht ausgestrahlt. Wenn die Bestrahlungsdosis an dem ersten Punkt eine zugehörige Soll-Bestrahlungsdosis erreicht, gibt die Abtast-Steuereinheit 41 in Schritt 300 ein Strahlextraktions-Unterbrechungssignal aus. Das Strahlextraktions-Unterbrechungssignal passiert die Beschleuniger-Steuereinheit 40 und öffnet den Auf/Zu-Schalter 92, wodurch die Extraktion des Ionenstrahls unterbrochen wird.
Zu diesem Zeitpunkt ist nur die erste Bestrahlung des ersten Punkts in Schicht 1 abgeschlossen. Weil das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 208 „Nein” lautet, wird die Verarbeitung mit Schritt 209 fortgesetzt, in dem die Punktnummer j um 1 erhöht wird (das heißt die Bestrahlungsposition wird auf den nächsten benachbarten Punkt verschoben). Danach wird die Verarbeitung in den Schritten 205, 300 und 208 wiederholt. Im Einzelnen wird, bis die Bestrahlung aller Punkte in Schicht 1 abgeschlossen ist, die Bestrahlung (Abtastbestrahlung) mit dem Ionenstrahl durchgeführt, wobei der Ionenstrahl durch die Abtastelektromagnete 5A und 5B nacheinander auf die benachbarten Punkte gebracht wird und die Bestrahlung während der Bewegung unterbrochen wird.
Wenn alle unterteilten Bestrahlungen aller Punkte in Schicht 1 (sieben Bestrahlungen im vorstehend beschriebenen Beispiel) abgeschlossen sind, wird das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 208 „Ja”. Jetzt gibt die Abtast-Steuereinheit 41 einen Schicht-Wechselbefehl an die CPU der Beschleuniger-Steuereinheit 40 aus. Bei Empfang des Schicht-Wechselbefehls erhöht die CPU der Beschleuniger-Steuereinheit 40 in Schritt 213 die Schichtnummer i um 1 (das heißt sie ändert das Bestrahlungsobjekt auf Schicht 2) und gibt in Schritt 214 einen Reststrahl-Bremsbefehl an das Synchrotron 12 aus. Durch Ausgabe des Reststrahl-Bremsbefehls steuert die Beschleuniger-Steuereinheit 40 die Energiequelle für jeden der Elektromagnete im Synchrotron 12 so, dass der Anregungsstrom für jeden der Elektromagnete allmählich verringert wird, bis er den vorbestimmten Strom erreicht, zum Beispiel den für das Einführen” des Strahls aus dem Vorstufenbeschleuniger geeigneten Strom. Damit wird ein durch das Synchrotron 12 umlaufender Ionenstrahl abgebremst. Als Folge variiert der Zeitraum, während dessen ein Strahl extrahiert werden kann, je nach Anzahl der Punkte und Bestrahlungsdosis. Weil nur die Bestrahlung im Hinblick auf Schicht 1 abgeschlossen ist, lautet zu diesem Zeitpunkt das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 215 „Nein”. In Schritt 202 werden die Beschleunigerparameter für die zweite Schicht (Schicht 2) aus dem Speicher für die Beschleuniger-Steuereinheit 40 gelesen und eingestellt. Danach wird die Verarbeitung in den Schritten 203 bis 215 für Schicht 2 durchgeführt. Außerdem wird, bis alle unterteilten Bestrahlungen für alle Punkte in Schicht 4 abgeschlossen sind, die Verarbeitung in den Schritten 202 bis 215 durchgeführt.
Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 215 „Ja” lautet (das heißt wenn die vorbestimmten Bestrahlungen aller Punkte in allen Schichten im Zielbereich eines Patienten 30 abgeschlossen sind), gibt die CPU der Beschleuniger-Steuereinheit 40 ein Bestrahlungs-Endesignal an die CPU 101 aus.
Wie vorstehend beschrieben, wird unter der Beschleunigung durch das Synchrotron 12 ein aus dem Synchrotron 12 extrahierter Ionenstrahl durch das Strahltransportsystem transportiert. Sodann wird das Target des betreffenden Patienten in einem optimalen Modus wie mit dem Behandlungsplan geplant über das Strahlausgabegerät 15 in dem Behandlungsraum, in dem sich der zu bestrahlende Patient befindet, mit dem Ionenstrahl bestrahlt.
Dabei wird ein Erfassungssignal des Dosismonitors 6A in der Düse des Strahlausgabegeräts 15 in die Abtast-Steuereinheit 41 eingegeben. Weitere Merkmale dieser Ausführungsform sind: Durch Verwendung dieses Erfassungssignals wird (1) der integrierte Wert der Bestrahlungsdosen gleichzeitig mit einem Strahl-Aus-Signal gelöscht, (2) das Auftreten eines ungewöhnlichen Vorgangs entsprechend einer verstrichenen Zeit nach Starten der Strahlextraktion bestimmt und (3) das Auftreten eines ungewöhnlichen Vorgangs auf der Grundlage des Vergleichs zwischen dem integrierten Wert der Bestrahlungsdosen und einem vorbestimmten geregelten Wert bestimmt.
Dies wird nachstehend anhand von 13 bis 18 ausführlich beschrieben.
13 zeigt ein detailliertes Funktionsblockdiagramm mit dem funktionalen Aufbau der Abtast-Steuereinheit 41. Wie in 13 gezeigt, weist die Abtast-Steuereinheit 41 einen Vorwahlzähler 41a, einen Aufnahmezähler 41b und einen Maximaldosiszähler 41c als diejenigen für die Erfassung einer Bestrahlungsdosis auf, und zur Steuerung dieser Zähler weist sie einen Vorwahlzähler-Steuerungsabschnitt 41A, einen Aufnahmezähler-Steuerungsabschnitt 41B und einen Maximaldosiszähler-Steuerungsabschnitt 41C auf. Hierbei ist der Dosismonitor 6A von einem bekannten Typ, der Impulse entsprechend dem Betrag der durch das Hindurchtreten des Strahls ionisierten elektrischen Ladungen ausgibt. Im Einzelnen gibt der Dosismonitor 6A einen Impuls für jeden vorbestimmten geringen Ladungsbetrag aus. Der Vorwahlzähler 41a und der Aufnahmezähler 41b bestimmen die Bestrahlungsdosis durch Zählen der Anzahl der vom Dosismonitor 6A ausgegebenen Impulse.
Neben dem vorstehend beschriebenen Vorwahlzähler 41a enthält der Vorwahlzähler-Steuerungsabschnitt 41A einen Punktzeitgeber 41Aa, einen Differenzberechnungsabschnitt 41Ab, einen Bestimmungsabschnitt 41Ac und ODER-Schaltungen 41Ad und 41Ae. Der Vorwahlzähler 41a weist einen Impulseingabeabschnitt 41aa, einen Einstellwert-Eingabeabschnitt 41ab, einen Initialisierungssignal-Eingabeabschnitt 41ac (Löschen), einen Betriebsstartsignal-Eingabeabschnitt 41ad (START), einen Zählerwert-Leseabschnitt 41ae und einen Einstellwertvergleichsergebnis-Ausgabeabschnitt 41af auf.
Neben dem vorstehend beschriebenen Aufnahmezähler 41b enthält der Aufnahmezähler-Steuerungsabschnitt 41B einen ersten Verzögerungszeitgeber 41Ba, einen zweiten Verzögerungszeitgeber 41Bb, ein erstes Register 41Bc, ein zweites Register 41Bd, einen Differenzberechnungsabschnitt 41Be, einen Bestimmungsabschnitt 41Bf, eine NICHT-Schaltung 41Bg und eine ODER-Schaltung 41Bh. Der Aufnahmezähler 41b weist einen Impulseingabeabschnitt 41ba, einen Initialisierungssignal-Eingabeabschnitt 41bc (Löschen), einen Betriebsstartsignal-Eingabeabschnitt 41bd (START) und einen Zählerwert-Leseabschnitt 41be auf.
Wie vorstehend beschrieben, weist der Maximaldosiszähler-Steuerungsabschnitt 41C einen Maximaldosiszähler 41c auf, der einen Impulseingabeabschnitt 41ca, einen Einstellwert-Eingabeabschnitt 41cb, einen Initialisierungssignal-Eingabeabschnitt 41cc (Löschen), einen Betriebsstartsignal-Eingabeabschnitt 41cd (START) und einen Einstellwertvergleichsergebnis-Ausgabeabschnitt 41cf enthält.
Darüber hinaus weist die Abtast-Steuereinheit 41 einen Speicher 41M und einen Erzeugungsabschnitt 41S für das Strahlextraktions-Start-/Unterbrechungssignal auf.
14 zeigt ein Ablaufdiagramm mit den detaillierten Verfahrensabläufen in den Schritten 205 und 300 in 12, die von der Abtast-Steuereinheit 41 mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen ausgeführt werden. Wie vorstehend beschrieben, wird der Operator i im Voraus auf den Wert „1” initialisiert, und der Operator j wird ebenfalls auf den Wert „1” initialisiert. In Schritt 301 gibt die Abtast-Steuereinheit 41 einen Vorwahlzähler-Einstellbefehl entsprechend der bereits im Speicher 41M gespeicherten Soll-Zählernummer des Vorwahlzählers 41a an den Vorwahlzähler-Einstellwert-Eingabeabschnitt 41ab im Vorwahlzähler-Steuerungsabschnitt 41A aus. In Schritt 302 stellt die Abtast-Steuereinheit 41 eine Soll-Zählernummer am ersten Punkt in Schicht 1 entsprechend dem erwähnten Einstellbefehl ein. Hier bezieht sich „Soll-Zählernummer” auf einen Wert, der der Soll-Bestrahlungsdosis an einem zugehörigen Punkt in einer zugehörigen Schicht in der Spalte „Bestrahlungsdosis” in 11 entspricht. Diese Soll-Zählernummer wird von der Abtast-Steuereinheit 41 basierend auf der vorstehend beschriebenen Soll-Bestrahlungsdosis vor dem Start der Ionenstrahlbestrahlung berechnet. Die Berechnung der Soll-Zählernummer anhand der Soll-Bestrahlungsdosis kann sofort erfolgen, nachdem der Vorwahlzähler-Steuerungsabschnitt 41A den erwähnten Einstellbefehl erhält, oder sie kann alternativ durchgeführt werden, bevor die zentrale Steuerungseinheit 100 Daten an die Abtast-Steuereinheit 41 sendet, wenn die zentrale Steuerungseinheit 100 die Berechnung durchführt. In gleicher Weise gibt zu diesem Zeitpunkt die Abtast-Steuereinheit 41 einen maximalen Punkt- oder Schichtdosiszähler-Einstellbefehl entsprechend der im Speicher 41M gespeicherten Soll-Zählernummer (Maximaldosiszählernummer) des Maximaldosiszählers 41c an den Maximaldosiszähler-Einstellwert-Eingabeabschnitt 41cb im Maximaldosiszähler-Steuerungsabschnitt 41C aus. Weitere Einzelheiten hierzu sind weiter unten beschrieben.
Nach Abschluss von Schritt 301 wird die Verarbeitung mit Schritt 303 fortgesetzt, in dem die Abtast-Steuereinheit 41 einen Stromeinstellbefehl für die Elektromagnete 5A und 5B für einen zugehörigen Punkt, das heißt Stromdaten entsprechend der jeweiligen X- und V-Position in 11, an die Energiequelle für die Elektromagnete 5A und 5B ausgibt. Die Elektromagnete 5A und 5B erzeugen eine elektromagnetische Ablenkkraft mit den zugehörigen Stromwerten und geben ein Stromeinstellungs-Abschlusssignal, das angibt, dass dieser Vorgang abgeschlossen ist, an die Abtast-Steuereinheit 41 aus. In Schritt 304 wird dieses Stromeinstellungs-Abschlusssignal in den Erzeugungsabschnitt 41S für das Strahlextraktions-Start-/Unterbrechungssignal eingegeben.
Andererseits wird im Vorwahlzähler-Steuerungsabschnitt 41A, wenn die Soll-Zählernummer in Schritt 302 wie vorstehend beschrieben eingestellt wird, dieser Einstellwert nicht nur in den erwähnten Vorwahlzähler-Einstellwert-Eingabeabschnitt 41ab eingegeben, sondern auch in den Differenzberechnungsabschnitt 41Ab. Darüber hinaus wird die an diesem Zeitpunkt gezählte Zählernummer (das heißt die Zählernummer bei Einstellung) aus dem Vorwahlzähler-Zählerwert-Leseabschnitt 41ae gelesen und ebenfalls in den Differenzberechnungsabschnitt 41Ab eingegeben. Der Differenzberechnungsabschnitt 41Ab berechnet die Differenz zwischen diesen Werten: (Zählernummer bei Einstellung) – (Soll-Zählernummer), und gibt sie in den Bestimmungsabschnitt 41Ac ein. In Schritt 302A bestimmt der Bestimmungsabschnitt 41Ac, ob diese Differenz negativ ist, das heißt ob der Zählerwert bei Einstellung kleiner ist als die Soll-Zählernummer. Ist diese Bedingung erfüllt, gibt der Bestimmungsabschnitt 41Ac ein Signal „Soll-Zählernummereinstellung OK” an den Erzeugungsabschnitt 41S für das Strahlextraktions-Start-/Unterbrechungssignal aus.
In Schritt 305 gibt die Abtast-Steuereinheit 41 ein Strahlextraktions-Startsignal (Bestrahlungs-Startsignal) aus dem Erzeugungsabschnitt 41S für das Strahlextraktions-Start-/Unterbrechungssignal unter der Bedingung aus, dass das Signal „Soll-Zählernummereinstellung OK” aus dem Bestimmungsabschnitt 41Ac im Vorwahlzähler-Steuerungsabschnitt 41A, der Stromeinstellbefehl in Schritt 303 und das Stromeinstellungs-Abschlusssignal von den Abtastelektromagneten 5A und 5B eingegeben worden sind. Das Strahl extraktions-Startsignal durchläuft die Beschleuniger-Steuereinheit 40 und schließt den Auf/Zu-Schalter 92. Ein Ionenstrahl wird aus dem Synchrotron 12 extrahiert, und ein zugehöriger Punkt (zum Beispiel der erste Punkt in Schicht 1) wird mit dem Ionenstrahl bestrahlt. Danach wird die Verarbeitung mit Schritt 306 fortgesetzt, in dem der Erzeugungsabschnitt 41S für das Strahlextraktions-Start-/Unterbrechungssignal ein Zeitgeber-Startbefehlssignal zum Starten des Punktzeitgebers 41Aa im Vorwahlzähler-Steuerungsabschnitt 41A ausgibt. Wenn die verstrichene Zeit nach diesem Start, die mit dem Punktzeitgeber 41Aa gemessen wird, eine vorbestimmte eingestellte Zeit oder mehr erreicht (das heißt wenn die Strahlextraktion für eine vorbestimmte Zeit oder länger durchgeführt wird, ohne zurückgestellt zu werden, wie nachstehend beschrieben), wird in Schritt 307 ein Zeitüberschreitungssignal ausgegeben. In Schritt 308 wird, unter der Bedingung, dass das Zeitüberschreitungssignal gegeben worden ist und das Zeitgeber-Startbefehlssignal eingegeben worden ist, ein erstes Abnormalitätssignal an die zentrale Steuerungseinheit 100 ausgegeben. Nach Empfang des ersten Abnormalitätssignals führt die zentrale Steuerungseinheit 100 eine vorbestimmte Abnormalitätsverarbeitung, zum Beispiel eine sofortige erzwungene Unterbrechung im Hinblick auf die Strahlextraktion aus dem Synchrotron 12, und eine Aufzeichnung zu diesem Zweck durch den Vermittler der Abtast-Steuereinheit 41 und der Beschleuniger-Steuereinheit 41 (oder alternativ nicht durch deren Vermittler) durch.
Andererseits wird, wenn eine Bestrahlung durch Ausgabe des Strahlextraktions-Startsignals in Schritt 305 gestartet worden ist, das Erfassungssignal des Dosismonitors 6A von einem Strom-Frequenz-Wandler (das heißt einem I-F-Wandler, nicht gezeigt) in eine Folge von Dosisimpulsen umgewandelt und danach in den Vorwahlzähler-Impulseingabeabschnitt 41aa, den Aufnahmezähler-Impulseingabeabschnitt 41ba und den Maximaldosiszähler-Impulseingabeabschnitt 41ca in der Abtast-Steuereinheit 41 eingegeben. Diese Zähler 41a, 41b und 41c zählen gleichzeitig die Impulse. Diese Zählernummer gibt die Bestrahlungsdosis ab dem Beginn des Zählens an.
Wenn der Zählerwert basierend auf den eingegebenen Impulsen aus dem Impulseingabeabschnitt 41aa einen Wert erreicht, der mindestens dem in Schritt 302 eingestellten Wert der Soll-Zählernummer entspricht, gibt der Vorwahlzähler 41a in Schritt 309 ein Bestrahlungsdosis-Überschreitungssignal aus. Unter der Bedingung, dass das Bestrahlungsdosis-Überschreitungssignal gegeben worden ist und die in Schritt 302 eingestellte Soll-Zählernummer eingegeben worden ist, gibt der Vorwahlzähler 41a in Schritt 310 ein Auslösesignal aus dem Einstellwertvergleichsergebnis-Ausgabeabschnitt 41af aus. Als ein erstes Rückstellsignal wird dieses Auslösesignal über die ODER-Schaltungen 41Ad und 41Ae in den Initialisierungssignal-Eingabeabschnitt 41ac (Löschen) und den Betriebsstartsignal-Eingabeabschnitt 41ad (START) des Vorwahlzählers 41a eingegeben, und in Schritt 311 wird die Zählernummer des Vorwahlzählers 41a zurückgestellt, um das Zählen erneut zu starten.
In Schritt 312 erzeugt der Erzeugungsabschnitt 41S für das Strahlextraktions-Start-/Unterbrechungssignal in der Abtast-Steuereinheit 41 basierend auf dem vorstehend beschriebenen Auslösesignal ein Strahlextraktions-Start-/Unterbrechungssignal und gibt es an die Beschleuniger-Steuereinheit 40 aus. Das Strahlextraktions-Start-/Unterbrechungssignal durchläuft die Beschleuniger-Steuereinheit 40 und erreicht den Auf/Zu-Schalter 92. Im Wesentlichen steuert die Abtast-Steuereinheit 41 mit dem Strahlextraktions-Start-/Unterbrechungssignal den Auf/Zu-Schalter 92, um diesen zu öffnen. Damit wird die Extraktion des Ionenstrahls aus dem Synchrotron 12 unterbrochen, und gleichzeitig wird die Bestrahlung des Patienten mit dem Ionenstrahl unterbrochen. Mit der Unterbrechung der Bestrahlung gibt der Erzeugungsabschnitt 41S für das Strahlextraktions-Start-/Unterbrechungssignal in Schritt 313 ein Befehlssignal zum Stoppen oder Zurücksetzen des Punktzeitgebers 431Aa aus.
Der Aufnahmezähler-Steuerungsabschnitt 41B in der Abtast-Steuereinheit 41 weist einen ersten und einen zweiten Verzögerungszeitgeber 41Ba und 41Bb auf. In Schritt 314 wird das vorstehend beschriebene, vom Erzeugungsabschnitt 41S für das Strahlextraktions-Start-/Unterbrechungssignal ausgegebene Strahlextraktions-Start-/Unterbrechungssignal als ein Befehlssignal zum Starten des ersten Verzögerungszeitgebers 413a in Form der Umwandlung zum Schalten des Strahls von EIN → AUS in ein Schalten von AUS → EIN über die NICHT-Schaltung 41Bg eingegeben. Wenn die verstrichene Zeit nach diesem Start eine vorbestimmte eingestellte Zeit erreicht (das heißt eine erste Verzögerungszeit, entsprechend der in 16 gezeigten „Verzögerung”), wird in Schritt 315 ein erstes Zeitankunftssignal an das erste Register 41Bc im Aufnahmezähler-Steuerungsabschnitt 41B gesendet. In Schritt 316 wird, unter der Bedingung, dass das erste Zeitankunftssignal und ein erstes Verzögerungszeitgeberstart-Befehlssignal eingegeben worden sind, ein Aufnahmezähler-Lesesignal aus dem ersten Register 413c an den Aufnahmezähler 41Bc ausgegeben, und der Zählerwert wird dann aus dem Aufnahmezähler-Zählerwert-Leseabschnitt 41be in das erste Register 41Bc eingegeben. Auch wenn in 14 der Einfachheit halber nicht gezeigt, wird das vorstehend beschriebene Zeitankunftssignal als ein Signal zum Starten des zweiten Verzögerungszeitgebers 418b eingegeben. Wie im Falle des ersten Verzögerungszeitgebers wird, wenn die verstrichene Zeit nach dem Start eine vorbestimmte eingestellte Zeit erreicht (das heißt eine zweite Verzögerungszeit), ein zweites Zeitankunftssignal an das zweite Register 418d im Aufnahmezähler-Steuerungsabschnitt 41B gesendet. Unter der Bedingung, dass das zweite Zeitankunftssignal und das zweite Verzögerungszeitgeberstart-Befehlssignal eingegeben worden sind, wird ein Aufnahmezähler-Lesesignal aus dem zweiten Register 41Bd an den Aufnahmezähler 41b ausgegeben, und der Zählerwert wird dann aus dem Aufnahmezähler-Zählerwert-Leseabschnitt 41be in das zweite Register 41Bd eingegeben.
Die Zählerwerte im ersten und zweiten Register 41Bc und 41Bd werden in den Differenzberechnungsabschnitt 41Be eingegeben, und nach Berechnen der Differenz zwischen diesen Werten wird die Differenz in den Bestimmungsabschnitt 41Bf eingegeben.
In Schritt 317 bestimmt der Bestimmungsabschnitt 41Bf im Aufnahmezähler-Steuerungsabschnitt 41B, ob der aufgezeichnete Zählerwert ein normaler Wert ist, das heißt ob die vorstehend beschriebene Differenz innerhalb eines vorbestimmten geeigneten Bereichs liegt, und wenn der Bestimmungsabschnitt 41Bf feststellt, dass die Differenz ein anomaler Wert ist, gibt er in Schritt 318 ein zweites Abnormalitätssignal an die zentrale Steuerungseinheit 100 aus. Nach Empfang des zweiten Abnormalitätssignals führt die zentrale Steuerungseinheit 100 die vorbestimmte Abnormalitätsverarbeitung durch, wie vorstehend beschrieben. Wenn festgestellt wird, dass die Differenz in Schritt 317 ein normaler Wert ist, gibt der Bestimmungsabschnitt 41Bf über die ODER-Schaltung 41Bb ein zweites Rückstellsignal zum Zurücksetzen des Aufnahmezählers 41b in den Initialisierungssignal-Eingabeabschnitt 41bc (Löschen) und den Betriebsstartsignal-Eingabeabschnitt 41bd (START) des Aufnahmezählers 41b ein, und nach dem Zurücksetzen wird das Zählen in Schritt 319 neu gestartet. Außerdem wird der Zählwert dann als ein Ist-Dosiswert aus dem Bestimmungsabschnitt 41Bf in die zentrale Steuerungseinheit 100 eingegeben. Weiter gibt der Bestimmungsabschnitt 41Bf in Schritt 320 über die ODER-Schaltung 41Bb ein drittes Rückstellsignal zum Zurücksetzen des Maximaldosiszähler-Steuerungsabschnitts 41C an den Initialisierungssignal-Eingabeabschnitt 41cc (Löschen) und den Betriebsstartsignal-Eingabeabschnitt 41cd (START) des Maximaldosiszählers 41c aus.
Andererseits löscht der Maximaldosiszähler 41c in Schritt 321 basierend auf dem in den Initialisierungssignal-Eingabeabschnitt 41cc (Löschen) und den Betriebsstartsignal-Eingabeabschnitt 41cd (START) eingegebenen dritten Rückstellsignal den Zählerwert und startet das Zählen neu. Wenn das Strahlextraktions-Startsignal in Schritt 305 ausgegeben wird, zählt der Maximaldosiszähler 41c die Impulse als ein Erfassungssignal des Dosismonitors 6A, das in den Impulseingabeabschnitt 41ca des Maximaldosiszähler 41c eingegeben wird. Diese Zählernummer gibt die Bestrahlungsdosis ab dem Beginn des Zählens an. In dieser Zeit hat der Maximaldosiszähler 41c in Schritt 323 eine Soll-Zählernummer (Maximaldosiszählernummer) für einen zugehörigen zu bestrahlenden Punkt entsprechend einem Maximaldosiszähler-Einstellbefehl eingestellt, der im vorstehend beschriebenen Schritt 301 in den Einstellwert-Eingabeabschnitt 41cb eingegeben worden ist. Wenn der vorstehend beschriebene integrierte Wert der Bestrahlungsdosis einen Wert erreicht, der mindestens dem eingestellten Wert der in vorstehendem Schritt 323 eingestellten maximalen Soll-Zählernummer entspricht, erzeugt der Maximaldosiszähler 41c in Schritt 322 ein Zählerüberschreitungssignal. Unter der Bedingung, dass die eingestellte maximale Soll-Zählernummer (Schritt 323) und das Zählerüberschreitungssignal eingegeben worden sind, gibt der Maximaldosiszähler 41c in Schritt 324 ein drittes Abnormalitätssignal aus dem Einstellwertvergleichsergebnis-Ausgabeabschnitt 41cf an die zentrale Steuerungseinheit 100 aus. Nach Empfang des dritten Abnormalitätssignals führt die zentrale Steuerungseinheit 100 die vorstehend beschriebene vorbestimmte Abnormalitätsverarbeitung durch. Die maximale Soll-Zählernummer gibt eine Bestrahlungsdosis an, die so eingestellt ist, dass sie ein weniger größer als die höchste Solldosis in den jeweiligen Soll-Bestrahlungsdosen im Hinblick auf alle Bestrahlungspositionen (alle Punkte) in einem Ziel ist.
15 zeigt ein Taktdiagramm für eine Folge von Betriebsabläufen im Vorwahlzähler 41a und im Aufnahmezähler 41b, wie vorstehend beschrieben.
Mit dem Teilchenstrahlbehandlungssystem nach dieser Ausführungsform mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen können die folgenden Wirkungen erzielt werden.
(1) Erhöhung der Auflösung durch unterteilte Bestrahlungen
Im Allgemeinen ist der Positionsmonitor 6B von einem Typ, der die durch das Hindurchtreten eines Ionenstrahls ionisierten elektrischen Ladungen in einem Kondensator speichert und eine in dem Kondensator induzierte Spannung nach der Punktbestrahlung erfasst. Die Kapazität dieses Kondensators wird so bestimmt, dass er den Betrag der durch den Punkt, der der höchsten Bestrahlungsdosis ausgesetzt ist, ionisierten elektrischen Ladungen zulässt. Für diesen Kondensator gilt, dass mit abnehmender Kapazität die Ausgangsspannung steigt und das Signal-Rausch-Verhältnis höher wird, wodurch die Auflösung für die Positionsmessung erhöht wird. Umgekehrt nimmt die Auflösung mit zunehmender Kapazität ab.
Dementsprechend wird bei dieser Ausführungsform in einem Behandlungsplan mit der Behandlungsplanungseinheit 140 geplant, dass die Bestrahlung für jeden einzelnen Punkt in einer Schicht durch Unterteilung in mehrere Bestrahlungsvorgänge durchgeführt wird (in dem in 7 gezeigten Beispiel werden zum Beispiel sieben Bestrahlungsvorgänge in Schicht 1, drei in Schicht 2, zwei in Schicht 3 und zwei in Schicht 4 durchgeführt). Die zentrale Steuerungseinheit 100, die Beschleuniger-Steuereinheit 40 und die Abtast-Steuereinheit 41 steuern das Synchrotron 12 und das Strahlausgabegerät 15 anhand von Behandlungsinformationen, die durch den vorstehenden Behandlungsplan erhalten werden.
Dank diesem Merkmal ist es im Hinblick auf eine Bestrahlungsposition, die durch eine einmalige Ionenstrahlbestrahlung einer zu hohen Bestrahlungsdosis ausgesetzt wäre, möglich, eine unterteilte Bestrahlung durchzuführen, um die Bestrahlungsdosis für jeden unterteilten Bestrahlungsvorgang zu verringern. Dies ermöglicht es, die Differenz bezüglich der Bestrahlungsdosis zwischen der Bestrahlungsposition, die der höchsten Dosis ausgesetzt ist, und der, die der geringsten Dosis ausgesetzt ist, zu verringern, wodurch die Bestrahlungsdosis angeglichen wird. In dem Beispiel in 7 beträgt an den Punkten in Schicht 1 die maximale Bestrahlungsdosis 10, während die minimale Bestrahlungsdosis an den Punkten in Schicht 4 bei 6,3 liegt. Folglich kann die Kapazität des Kondensators des Positionsmonitors 6B entsprechend verringert werden, um die Auflösung zu verbessern. Dies macht es möglich, die tatsächliche Strahlposition bei der Behandlung weiter korrekt zu erfassen.
(2) Hohe Bestrahlungspräzision durch Löschen des Vorwahlzählers
Bei dieser Art von Teilchenstrahlbestrahlungsgerät ist gewöhnlich ein Bestrahlungsdosismonitor zum Messen der Bestrahlungsdosis eines Ionenstrahls vorgesehen, um die Strahlenexposition für gesundes Gewebe auf ein Minimum zu reduzieren und eine ordnungsgemäße Behandlung mit weder zu hoher noch zu geringer Bestrahlung durchzuführen. Bei der Durchführung der Bestrahlung jedes einzelnen Punktes wird Punkt für Punkt eine Soll-Bestrahlungsdosis eingestellt. Sobald der integrierte Wert der mit dem Bestrahlungsdosismonitor gemessenen Bestrahlungsdosis den Sollwert erreicht hat, wird ein Strahlextraktions-Unterbrechungsbefehlssignal (Strahlunterbrechungsbefehl) an den Beschleuniger ausgegeben, und in Reaktion darauf unterbricht der Beschleuniger die Extraktion eines geladenen Teilchenstrahls. Bei typischen Beschleunigern wie etwa einem Slow-Cycling-Synchrotron oder einem Zyklotron, ist es, selbst wenn der Strahlunterbrechungsbefehl eingegeben wird, genau genommen möglich, dass es zu einer gewissen Reaktionsverzögerung kommt, anstatt die Ausstrahlung des geladenen Teilchenstrahls sofort zu unterbrechen.
In Anbetracht des vorstehenden Problems gibt bei dieser Ausführungsform, sobald die mit dem Dosismonitor 6A erfasste und mit dem Vorwahlzähler 41a gezählte Bestrahlungsdosis einen vorbestimmten Wert, das heißt einen Sollwert, erreicht (siehe Schritt 309), der Vorwahlzähler-Steuerungsabschnitt 41A ein Auslösesignal aus, mit dem die Abtast-Steuereinheit 41 veranlasst wird, das Strahlextraktions-Unterbrechungssignal an die Hochfrequenz-Anlegeeinheit 9 auszugeben (siehe Schritt 312), und in Schritt 311 löscht sie die integrierte Zählernummer des Vorwahlzählers 41a, um die Integration erneut zu starten, ohne die tatsächliche Unterbrechung des Strahls aus dem Beschleuniger abzuwarten.
16 zeigt ein Taktdiagramm mit den Abläufen zu dieser Zeit. Wie in 16 gezeigt, kann es zu einer Reaktionsverzögerung zwischen der Ausgabe des Strahlextraktions-Unterbrechungssignals und der tatsächlichen Unterbrechung der Extraktion des Ionenstrahls aus dem Synchrotron 12 kommen. Während dieser Reaktionsverzögerung wird die Bestrahlungsdosis des aus dem Synchrotron 12 extrahierten Ionenstrahls nach dem erwähnten Löschvorgang integriert. Nach dem die Extraktion des Ionenstrahls tatsächlich unterbrochen worden ist, wird die Bestrahlungsposition durch die Verarbeitung in den Schritten 209 und 205 (siehe 12) auf die nächste Bestrahlungsposition (nächster Punkt) geändert, und in Schritt 302 wird die Soll-Zählernummer geändert (in 16 erfolgt zum Beispiel eine Änderung von Zustand 1 (der Soll-Bestrahlungsdosis für den Punkt an einer bestimmten Position) auf den Zustand 2 (der Soll-Bestrahlungsdosis für den nächsten Punkt)). Hierbei ist die Soll-Zählernummer eine Zählernummer, die einer Soll-Bestrahlungsdosis entspricht. In Schritt 303 werden die Abtastelektromagnete 5A und 5B gesteuert, und in Schritt 305 wird die Extraktion des Ionenstrahls aus dem Synchrotron 12 erneut gestartet. Dabei wird die Bestrahlungsdosis an dem erwähnten nächsten Punkt, nachdem der Strahl dorthin bewegt worden ist, mit dem Dosismonitor 6A erfasst und mit dem Vorwahlzähler 41a integriert, wie vorstehend beschrieben. Die Integration der Zählernummer umfasst dann zunächst als Ausgangswert die Zählernummer im Hinblick auf einen unmittelbar vorgehenden Punkt während der Zeit der Reaktionsverzögerung des Beschleunigers, und die Bestrahlungsdosis an den Punkt nach dem vorhin genannten Punkt wird zu diesem Ausgangswert addiert (siehe den Teil „Einstellen von Zustand 2” in 16). Folglich bedeutet das Bestrahlen des vorstehend beschriebenen nächsten Punktes mit dem aus dem Synchrotron 12 extrahierten Ionenstrahl, bis eine Soll-Bestrahlungsdosis erreicht ist, dass dieser Punkt mit der Bestrahlungsdosis bestrahlt wird, die durch Subtrahieren des erwähnten Ausgangswerts von der Soll-Bestrahlungsdosis an diesem Punkt erhalten wird (das heißt der Bestrahlungsdosis bei „Zustand 2” in 16). Sobald die Bestrahlungsdosis an diesem Punkt nach der Bewegung eine Soll-Bestrahlungsdosis erreicht hat, gibt der Vorwahlzähler-Steuerungsabschnitt 40A ein Auslösesignal aus, um die Abtast-Steuereinheit 41 zu veranlassen, das Strahlextraktions-Unterbrechungssignal an die Hochfrequenz-Anlegeeinheit 9 auszugeben, und löscht die Zählernummer des Vorwahlzählers 41a, wie vorstehend beschrieben. Die Bestrahlungsdosis während des Zeitraums der Reaktionsverzögerung des Synchrotrons 12 wird als Ausgangswert für die Bestrahlung des Punktes nach einer weiteren Bewegung addiert, und danach wird derselbe Vorgang wiederholt.
Weil die Abtast-Steuereinheit 41 die vorstehende Steuerung durchführt, wird bei dem Versuch, jeden Punkt zu bestrahlen, immer ein Ionenstrahl auf den Punkt einwirken gelassen, bis die Solldosis für den Punkt erreicht ist, wobei angenommen wird, dass die Bestrahlungsdosis für den Zeitraum während einer Reaktionsverzögerung des Synchrotrons 12 bei der Bestrahlung eines Punktes Teil der Bestrahlungsdosis für einen nachfolgenden Punkt ist. Wenn die Steuerung der Bestrahlungsdosis durchgeführt wird, ohne die Reaktionsverzögerung zu berücksichtigen, erfolgt eine übermäßige Bestrahlung entsprechend der Reaktionsverzögerung. Dies erhöht die Möglichkeit, dass die Bestrahlungsdosis zum Beispiel an allen Punkten 1,2 erreicht (die vorgesehene Bestrahlungsdosis ist mit 1,0 angegeben, wie in 17 gezeigt). Im Gegensatz dazu kann bei dieser Ausführungsform mittels der vorstehend beschriebenen Steuerung eine Ionenstrahldosis (von nahezu 1,0), was im Wesentlichen gleich der eingestellten Soll-Bestrahlungsdosis für einen zugehörigen Punkt ist, mit hoher Genauigkeit ohne übermäßige Bestrahlung aufgrund einer Reaktionsverzögerung auf alle Punkte mit Ausnahme des ersten zu bestrahlenden Punktes (das heißt den Punkt am linken Ende in 18) angewendet werden.
Bei dieser Ausführungsform wird, basierend auf der Annahme, dass die Bestrahlungsdosis, die einer Reaktionsverzögerung des Synchrotrons 12 beim Bestrahlen eines zugehörigen Punktes entspricht, Teil der Bestrahlungsdosis an einem nächsten Punkt ist, ein Ionenstrahl auf den zugehörigen Punkt angewendet, bis die Solldosis an dem zugehörigen Punkt erreicht ist. Dieselbe Wirkung kann jedoch auch mit den nachstehenden Methoden (1) und (2) erreicht werden.

(1) Ausgeben eines Auslösesignals in Schritt 310 basierend auf der Bedingung, dass in Schritt 309 im Vorwahlzähler-Steuerungsabschnitt 41A, wenn von der Soll-Bestrahlungsdosis an einem Punkt die Bestrahlungsdosis, die der Reaktionsverzögerung beim Bestrahlen des unmittelbar vorherigen Punktes entspricht, abgezogen wird und weiter wenn von der verbleibenden Bestrahlungsdosis die Zählernummer im Hinblick auf den Punkt während der Bestrahlung abgezogen wird, die verbleibende Bestrahlungsdosis den Wert null erreicht hat und dass die eingestellte Soll-Zählernummer in Schritt 302 eingegeben worden ist.
(2) Einstellen der Bestrahlungsdosis, die durch Abziehen der Bestrahlungsdosis, die der Reaktionsverzögerung beim Bestrahlen des unmittelbar vorherigen Punktes entspricht, von der Soll-Bestrahlungsdosis an einem Punkt erhalten wird, als die in Schritt 302 im Vorwahlzähler-Steuerungsabschnitt 41A eingestellte Soll-Zählernummer.

(3) Erhöhung der Sicherheit durch den Punktzeitgeber
Weil der Dosismonitor 6A eine Maschine ist, kann die Möglichkeit, dass der Bestrahlungsdosismonitor eine Störung oder einen Fehler verursacht, nicht vollkommen ausgeschlossen werden. Weil die Soll-Bestrahlungsdosis für jeden einzelnen Punkt im Allgemeinen ein Wert ist, der aus einer Datenbank übermittelt wird, oder ein Wert, der aus dem übermittelten Wert berechnet wird, ist es außerdem möglich, dass in der Phase der Übermittlung oder der Berechnung ein falscher Wert eingegeben wird.
In Anbetracht der vorstehenden Ausführungen weist bei dieser Ausführungsform die Abtast-Steuereinheit 41 einen Punktzeitgeber auf und bestimmt anhand der verstrichenen Zeit nach Starten der Extraktion eines Ionenstrahls für einen Punkt, ob ein ungewöhnlicher Vorgang aufgetreten ist (siehe die Schritte 306 und 307 in 14). Wenn die verstrichene Zeit nach dem Starten der Extraktion eine vorbestimmte Zeit überschreitet, gibt die Abtast-Steuereinheit 41 in Schritt 308 ein Abnormalitätssignal aus (erstes Abnormalitätssignal), um das Auftreten eines ungewöhnlichen Vorgangs anzuzeigen. Daher kann, auch wenn die Extraktionszeit des geladenen Teilchenstrahls aufgrund einer Störung oder des Auftretens eines Fehlers des Dosismonitors 6A oder eines falschen Eingabewertes vermutlich anomal verlängert wird, die Extraktion des Ionenstrahls nach Ablauf einer bestimmten Zeit unterbrochen werden. Dies verhindert zuverlässig eine übermäßige Bestrahlung eines betroffenen Körperteils und trägt weiter zur Erhöhung der Sicherheit bei.
(4) Erhöhung der Sicherheit durch den Maximaldosiszähler
Bezüglich der Funktion zum Unterbrechen der Ausstrahlung des Ionenstrahls, wenn die mit dem Dosismonitor erfasste Bestrahlungsdosis den Sollwert erreicht, ist es möglich, dass die mit dieser Funktion verbundene Ausrüstung eine Störung oder einen Fehler verursacht. Außerdem ist es möglich, dass ein Fehler bei der Einstellung der Bestrahlungsdaten auftritt.
In Anbetracht der vorstehenden Probleme bestimmt bei dieser Ausführungsform der Maximaldosiszähler-Steuerungsabschnitt 41C in der Abtast-Steuereinheit 41, ob ein ungewöhnlicher Vorgang aufgetreten ist (siehe die Schritte 322 und 323 in 14), anhand der Größenbeziehung zwischen der durch den Dosismonitor 6A erfassten und durch den Maximaldosiszähler-Steuerungsabschnitt 41C integrierten Zählernummer und einem vorbestimmten geregelten Wert. Wenn die Zählernummer einen vorbestimmten geregelten Wert erreicht, gibt die Abtast-Steuereinheit 41 in Schritt 324 ein drittes Abnormalitätssignal aus. Daher kann, auch wenn aufgrund einer Störung oder dergleichen in der Strahlunterbrechungsfunktion der Ionenstrahl nicht sofort unterbrochen wird und sich die Bestrahlungsdosis anomal erhöhen kann, die Bestrahlung bei einem bestimmten oberen Bestrahlungsdosis-Grenzwert unterbrochen werden, wodurch zuverlässig eine übermäßige Bestrahlung eines betroffenen Körperteils verhindert wird. Dies trägt weiter zur Erhöhung der Sicherheit bei.
Außerdem kann, auch wenn sich die Soll-Bestrahlungsdosis aufgrund einer Störung oder dergleichen in der Datenkommunikation, wenn ein Bediener direkt einen geregelten Wert als eingestellten Wert einstellt, zum Beispiel mit einem Hardware-Schalter, anomal erhöht und der geladene Teilchenstrahl aufgrund einer Störung oder dergleichen in der Strahlunterbrechungsfunktion nicht sofort unterbrochen wird und sich die Bestrahlungsdosis anomal erhöhen kann, die Bestrahlung bei einem bestimmten oberen Bestrahlungsdosis-Grenzwert unterbrochen werden, wodurch zuverlässig eine übermäßige Bestrahlung eines betroffenen Körperteils verhindert wird. Dies trägt weiter zur Erhöhung der Sicherheit bei.
(5) Abbremsen des verbleibenden Ionenstrahls im Synchrotron bei Abschluss der Bestrahlung aller Punkte in einer Schicht
Bei der Punktabtastungsbestrahlung nach der vorliegenden Erfindung ändert sich, weil sich die Größe des Targets ändert, die Anzahl der Punkte in einer Schicht, und folglich ändert sich auch die erforderliche Zeit zur Durchführung einer Bestrahlung aller Punkte in der Schicht. Im Hinblick auf die zulässige Extraktionszeit des Synchrotrons, wenn sie unter der Annahme eines großen Targets lang eingestellt ist, erfordert die Durchführung der Bestrahlungsvorgänge für alle Schichten viel Zeit, wodurch sich die Behandlungszeit für einen Patienten verlängert. In Anbetracht dessen wird bei dieser Ausführungsform der geladene Teilchenstrahl nach Abschluss der Bestrahlung aller Punkte in einer Schicht im Beschleuniger abgebremst, und schnell ein Reststrahl-Bremsbefehl ausgegeben, wodurch die Ionenstrahlen im Synchrotron abgebremst werden. Damit endet die zulässige Extraktionszeit des Synchrotrons. Als Folge wird die zulässige Extraktionszeit auf das erforderliche Minimum geregelt, wodurch die Behandlungszeit für einen Patienten verkürzt wird.
Die vorstehend beschriebene Ionenstrahlbestrahlung durch Punktabtastung kann auf ein Protonenstrahl-Behandlungssystem mit einem Zyklotron als Beschleuniger angewendet werden. Dieses Protonenstrahl-Behandlungssystem wird anhand von 19 erläutert. Das Protonenstrahl-Behandlungssystem nach dieser Ausführungsform weist einen Aufbau auf, bei dem in dem in 19 gezeigten Protonenstrahl-Behandlungssystem das Synchrotron durch ein Zyklotron 12A ersetzt ist und eine Energieänderungseinheit (ein zweites Element und eine Energieänderungseinheit für geladene Teilchenstrahlen) 42 neu hinzugekommen ist. Die Erzeugungseinheit 1A für geladene Teilchenstrahlen weist ein Zyklotron 12A auf, das Ionenstrahlen mit fester Energie beschleunigt. Das Zyklotron 12A weist eine Beschleunigungseinheit 10A auf. Die Energieänderungseinheit 42 für geladene Teilchenstrahlen ist an einem Strahltransportsystem 4 in der Nähe des Zyklotrons 12A installiert. Die Energieänderungseinheit 42 umfasst mehrere planare Abschwächungseinheiten (nicht gezeigt) zum Durchleiten der Ionenstrahlen, um dadurch einen Energieverlust zu bewirken, Beugungselektromagnete (nicht gezeigt) zum Ablenken der Ionenstrahlen, deren Energie verringert worden ist, und eine Blende (nicht gezeigt) zum Abschneiden eines Teils der Ionenstrahlen nach Passieren der Beugungselektromagnete. Die Energieänderungseinheit 42 weist weiter mehrere Energieeinstellplatten mit jeweils unterschiedlicher Dicke zum Ändern der Energiewerte auf. Der Energiewert der Ionenstrahlen wird durch Hindurchleiten durch die Abschwächungseinheiten geändert. Die mehreren Abschwächungseinheiten weisen unterschiedliche Dicken auf, um verschiedene Energiewerte zu erhalten.
Wie bei der in 1 gezeigten Ausführungsform liest die CPU 101 in der zentralen Steuerungseinheit 100 die im Speicher 103 gespeicherten Behandlungsplanungsinformationen (siehe 11) aus der Speichereinheit 110 und veranlasst den Speicher (nicht gezeigt) in der Abtast-Steuereinheit 41, sie zu speichern. Die CPU 101 übermittelt alle Daten der Betriebsparameter für alle Schichten aus den Behandlungsplanungsinformationen an eine Beschleuniger-Steuereinheit 40A. Hierbei umfassen die Daten der Betriebsparameter auch die Nummern der Abschwächungseinheiten und einen Anregungsstromwert für jeden der Elektromagnete im Strahltransportsystem, die durch die Energie der auf jede der Schichten einwirkenden Ionenstrahlen bestimmt werden.
Die Steuerung durch die Abtast-Steuereinheit 41 bei der Punktabtastung nach der vorliegenden Ausführungsform erfolgt ähnlich wie die in 12 und 14 gezeigte Steuerung nach der Ausführungsform in 1. Die Steuerung durch die Beschleuniger-Steuereinheit 40A entspricht bis auf Schritt 214 der in 12 gezeigten Steuerung durch die Beschleuniger-Steuereinheit 40. Daher führt die Beschleuniger-Steuereinheit 40A Schritt 215 nach Schritt 213 aus. Hier wird von der Steuerung durch die Beschleuniger-Steuereinheit 40A hauptsächlich die für diese Ausführungsform spezifische Steuerung erläutert. In Schritt 202 werden die erwähnten Daten der Betriebsparameter im Hinblick auf eine i-e Schicht (zum Beispiel Schicht 1) eingestellt. In Schritt 203 gibt die Beschleuniger-Steuereinheit 40A die Nummern der Abschwächungseinheiten an die Energieänderungseinheit 42 und außerdem den jeweiligen Anregungsstromwert an die jeweiligen Elektromagnet-Energiequellen im Strahltransportsystem 4 aus. Im Einzelnen führt die Beschleuniger-Steuereinheit 40A die Steuerung zum Einfügen einer vorbestimmten Abschwächungseinheit in der Energieänderungseinheit 42 in den Strahlweg 62 auf der Grundlage der Nummer der Abschwächungseinheit durch, und auf der Grundlage der Steuerung für die jeweiligen Anregungsstromwerte veranlasst sie die entsprechenden Elektromagnet-Energiequellen, die jeweiligen Elektromagnete (erstes Element) im Strahltransportsystem 4 anzuregen. Das Einführen des Ionenstrahls in das Zyklotron 12A erfolgt durch eine Ionenquelle 11A.
Das von der Abtast-Steuereinheit 41 in Schritt 300 und insbesondere in Schritt 305 (siehe 14) ausgegebene Strahlextraktions-Startsignal wird durch die Beschleuniger-Steuereinheit 40A in die Energiequelle für die Zonenquelle 11A eingegeben. Basierend auf dem Strahlextraktions-Startsignal aktiviert die Abtast-Steuereinheit 41 die Ionenquelle 11A, um Ionenstrahlen an das Zyklotron 12A anzulegen. Wenn das Strahlextraktions-Startsignal durch das Innere der Beschleuniger-Steuereinheit 40A geleitet wird, gibt die Beschleuniger-Steuereinheit 40A einen vorbestimmten Hochfrequenzenergie-Einstellwert an die Hochfrequenz-Energiequelle (nicht gezeigt) der Beschleunigungseinheit 10A aus. Danach wird der Ionenstrahl im Zyklotron 12 auf die vorbestimmte Energie beschleunigt und durch einen Extraktionsdeflektor 8 aus dem Zyklotron 12A extrahiert. Die Energie des Ionenstrahls wird durch die im Strahlweg 62 vorgesehene Abschwächungseinheit auf die eingestellte Energie verringert und erreicht das Strahlausgabegerät 15 durch den Strahlweg 62. Mit diesem Ionenstrahl wird der zugehörige Punkt in einer zugehörigen Schicht im Zielbereich eines Patienten 30 durch Abtasten mit den Abtastelektromagneten 5A und 5B bestrahlt.
Wenn die mit dem Dosismonitor 6A gemessene Bestrahlungsdosis eine Solldosis für den zugehörigen Punkt erreicht, gibt die Abtast-Steuereinheit 41 in Schritt 300 und insbesondere in Schritt 312 (siehe 14) ein Strahlextraktions-Unterbrechungssignal aus. Das Strahlextraktions-Unterbrechungssignal wird durch die Beschleuniger-Steuereinheit 40A in die Energiequelle für die Ionenquelle 11A eingegeben. Basierend auf dem Strahlextraktions-Unterbrechungssignal führt die Abtast-Steuereinheit 41 die Steuerung zum Unterbrechen der Ionenquelle 11A und zum Unterbrechen des Anlegens des Ionenstrahls an das Zyklotron 12A durch. Wenn das Strahlextraktions-Startsignal durch das Innere der Beschleuniger-Steuereinheit 40A geleitet wird, steuert die Beschleuniger-Steuereinheit 40A die Hochfrequenz-Energiequelle für die Beschleunigungseinheit 10A, um das Anlegen von Hochfrequenzenergie an die Beschleunigungseinheit 10A zu unterbrechen. Damit endet die Bestrahlung mit dem Ionenstrahl für den zugehörigen Punkt. Danach wird die Ionenstrahlbestrahlung im Hinblick auf einen nachfolgenden Punkt in derselben Weise wie bei der in 1 gezeigten Ausführungsform durchgeführt.
Nach dieser Ausführungsform können die mit der Ausführungsform in 1 erzielten Wirkungen (1) bis (4) erreicht werden.
Wie aus den vorstehenden Ausführungen ersichtlich, kann nach der vorliegenden Erfindung die Messgenauigkeit im Hinblick auf die tatsächliche Bestrahlungsdosis bei der Behandlung mit geladenen Teilchenstrahlen verbessert werden.
Auch kann nach der vorliegenden Erfindung die Steuerungsgenauigkeit im Hinblick auf die Bestrahlungsdosis der geladenen Teilchenstrahlen verbessert werden.
Weiter kann nach der vorliegenden Erfindung die übermäßige Ausstrahlung von geladenen Teilchenstrahlen aufgrund einer Monitorstörung, eines Eingabefehlers oder dergleichen zuverlässig verhindert werden.
Darüber hinaus kann nach der vorliegenden Erfindung die übermäßige Ausstrahlung von geladenen Teilchenstrahlen aufgrund einer Störung einer Strahlunterbrechungsfunktion oder dergleichen zuverlässig verhindert werden.
Daneben kann nach der vorliegenden Erfindung die Behandlungszeit für einen Patienten verkürzt werden.

Claims

Teilchenstrahlbestrahlungsgerät mit: einem Beschleuniger (12) zur Extraktion eines geladenen Teilchenstrahls; einer Behandlungsplanungseinheit (140) zum Erzeugen von Behandlungsplanungsinformation und Speichern derselben in einer Speichereinheit (110); einem Strahlausgabegerät (15), das eine Abtasteinheit (5A, 5B) für geladene Teilchenstrahlen aufweist und das den aus dem Beschleuniger (12) extrahierten geladenen Teilchenstrahl ausstrahlt; einer Strahltransporteinheit (4) zum Einführen des aus dem Beschleuniger (12) extrahierten geladenen Teilchenstrahls in das Strahlausgabegerät (15); einer ersten Steuereinheit (41), die dazu ausgelegt ist, Ausstrahlungen des geladenen Teilchenstrahls auf Grundlage der Behandlungsplanungsinformation durchzuführen, die mehrere Bestrahlungsparameter einschließlich Informationen über die Bestrahlungspositionen und die zugehörigen Bestrahlungsdosen (R) für jede von mehreren Schichtbereichen aufweist, die durch Unterteilung eines betroffenen Abschnitts eines Patienten (30) in der Ausstrahlungsrichtung des geladenen Teilchenstrahls gebildet sind; einer zweiten Steuereinheit (40) zum Steuern des Beschleunigers (12) und der Strahltransporteinheit (4); und einer zentralen Steuereinheit (100) mit einer CPU (101) und einem Speicher (103), wobei die zentrale Steuereinheit (100) dazu ausgelegt ist, die Behandlungsplanungsinformation von der Speichereinheit (110) zu lesen und dieselbe in den Speicher (103) zu speichern, und wobei die CPU (101) dazu ausgelegt ist, die Behandlungsplanungsinformation von dem Speicher (103) zu einem Speicher (41M) der ersten Steuereinheit (41) zu übertragen, und wobei die CPU (101) ferner dazu ausgelegt ist, alle Daten von Beschleunigungsparametern des Beschleunigers (12) bezüglich aller Schichtbereiche aus der Behandlungsplanungsinformation zu der zweiten Steuereinheit (40) zu übertragen, wobei die erste Steuereinheit (41) dazu ausgelegt ist, die Ausstrahlung des geladenen Teilchenstrahls für jeden Schichtbereich durchzuführen, indem die Ausstrahlung des geladenen Teilchenstrahls aus dem Strahlausgabegerät (15) unterbrochen wird und, in einem Zustand, in dem die Ausstrahlung des geladenen Teilchenstrahls unterbrochen ist, die Abtasteinheit (5A, 5B) so gesteuert wird, dass die Ausstrahlungsposition des geladenen Teilchenstrahls geändert wird, und dass die Ausstrahlung des geladenen Teilchenstrahls aus dem Strahlausgabegerät (15) nach der Änderung begonnen wird, bis alle eingestellten Bestrahlungspositionen in dem Schichtbereich mit den eingestellten Strahlungsdosen (R) bestrahlt worden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungsparameter der Behandlungsplanungsinformation ferner Informationen über die Anzahl von Bestrahlungsvorgängen (N) für jede Bestrahlungsposition aufweisen, und die Anzahl von Bestrahlungsvorgängen (N) jeder Bestrahlungsposition durch die Behandlungsplanungseinheit (140) auf die kleinste natürliche Zahl eingestellt ist, die durch Aufrunden der Dezimalstellen der eingestellten Bestrahlungsdosis (R) an der entsprechenden Bestrahlungsposition geteilt durch eine Referenzbestrahlungsdosis (Rs) erhalten wird, so dass die erste Steuereinheit (41), die zweite Steuereinheit (40) und die zentrale Steuereinheit (100) dazu ausgelegt sind, Steueroperationen durchzuführen, um die Bestrahlung nur an jenen Bestrahlungspositionen, an denen die eingestellte Bestrahlungsdosis (R) die Referenzbestrahlungsdosis (Rs) übersteigt, in mehrere Bestrahlungsvorgänge zu unterteilen, und die obige Bestrahlung der Schichtbereiche an jenen Bestrahlungspositionen zu wiederholen, bis die Anzahl von Bestrahlungsvorgängen der eingestellten Anzahl von Bestrahlungsvorgängen (N) für jene Bestrahlungspositionen entspricht.
Gerät nach Anspruch 1, wobei die erste Steuereinheit (41) dazu ausgelegt ist, den Beschleuniger (12) so zu steuern, dass wenn die Ausstrahlung des geladenen Teilchenstrahls für alle Bestrahlungspositionen in einem der mehreren Schichtbereiche abgeschlossen ist, die Bestrahlungsenergie auf einen Wert geändert wird, der die Ausstrahlung des geladenen Teilchenstrahls auf einen anderen der mehreren Schichtbereiche ermöglicht.
Gerät nach Anspruch 1, wobei die zweite Steuereinheit (40) dazu ausgelegt ist, wenn ein Bestrahlungsendsignal des geladenen Teilchenstrahls bezüglich eines Abschnitts der mehreren eingestellten Bestrahlungspositionen von der ersten Steuereinheit (41) eingegeben wird, ein wenigstens in der Strahltransporteinheit (4) vorgesehenes erstes Element (18) so zu steuern, dass der geladene Teilchenstrahl, der hinsichtlich seiner Energie im Vergleich zu dem Strahl vor der Eingabe des Bestrahlungsendsignals geändert wurde, in das Strahlausgabegerät (15) eingeführt wird.
Gerät nach Anspruch 3, wobei die zweite Steuereinheit (40), die die erste Steuereinheit (41) steuert, dazu ausgelegt ist, ein zweites in dem Beschleuniger (12) vorgesehenes Element (9, 10) so zu steuern, dass ein hinsichtlich seiner Energie geänderter geladener Teilchenstrahl erzeugt wird.