JP2001326098A - 直線加速装置、シンクロトロン加速装置、粒子線治療装置および加速装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定して様々なエネルギーのビームを照射可
能な直線加速装置、シンクロトロン加速装置、粒子線治
療装置、及び加速装置の制御方法を提供すること。 【解決手段】 本発明に係る直線加速装置は、直線加速
器１と、一定周期のイオン発生用パルス電圧をイオン源
１ａに印加するイオン源電源装置２と、一定周期の加速
用パルス電圧を直線加速器１に印加する高周波電源装置
３と、待機状態時には、イオン発生用パルス電圧のパル
スと加速用パルス電圧のパルスとが同一時刻に発生しな
いように、運転状態時には、所定周期毎に、イオン発生
用パルス電圧のパルスと加速用パルス電圧のパルスが同
時に発生するように、イオン発生用パルス電圧または加
速用パルス電圧のパルス発生時刻を変える制御手段６と
を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直線加速装置、シ
ンクロトロン加速装置、粒子線治療装置および加速装置
の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】直線加速装置は、イオン源で発生したイ
オンを直線加速器で加速し所定エネルギーのイオンビー
ムを出射するものである。この直線加速装置は単体でも
使用されるが、医療用等、さらに高エネルギーの粒子線
が必要となる場合には、この直線加速装置を、シンクロ
トロン加速装置の前段加速器とし使用し、前段加速器か
ら出射されるイオンビームをさらにシンクロトロンで加
速することで高エネルギーの粒子線を照射するようにし
ている。

【０００３】なお、上記直線加速装置を医療用に利用し
た放射線照射方法としては、例えば特開平７−３０３７
１０号公報に開示されているように、患者の呼吸状態に
より発生したトリガー信号に基づいてシンクロトロン制
御系に出射開始信号を出力してシンクロトロンからイオ
ンビームを出射させ、これ以外のときはシンクロトロン
を待機状態にするものがある。

【０００４】上記医療用に使用される場合を含めて、直
線加速装置は様々な用途に利用されるため、外部状況に
応じてビームの照射時期、あるいは、外部状況に応じて
様々な周期のビームを照射させる必要性が高まってきて
いる。

【０００５】同一の直線加速装置から様々な周期のビー
ムを照射させるには、直線加速器に印加する加速用パル
ス電圧の周期を変えなければならない。さらに、加速用
パルス電圧の周期の変更に伴いイオン源に印加するイオ
ン発生用パルス電圧の周期も変更しなければならない。

【０００６】そのため、上記のように様々な周期のビー
ムを照射させる場合には、加速用パルス電圧を発生する
高周波電源装置、及びイオン発生用パルス電圧を発生す
るイオン源電源装置でその都度周期の異なるパルス電圧
を発生するようにし、そのパルス電圧の周期に応じたエ
ネルギーのビームを照射するようにしていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の直線加速装置は
上記のように、様々な周期のビームを照射させるため
に、高周波電源装置、及びイオン源電源装置で周期の異
なるパルス電圧を発生するようにしていた。しかしなが
ら、高周波電源装置、及びイオン源電源装置におけるパ
ルス発生の周期が外部の都合で決められると、これら高
周波電源装置、及びイオン源電源装置の動作が不安定に
なる。その結果、熱負荷が変動してイオン源の動作が不
安定になったり、パルス波形における時定数が変動して
高周波電源装置の制御か困難になったりするという問題
点があった。

【０００８】本発明の上記のような問題点を解決するた
めになされたもので、安定して様々な周期のビームを照
射可能な直線加速装置、シンクロトロン加速装置、粒子
線治療装置、及び加速装置の制御方法を提供するもので
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる直線加速
装置は、イオン源から出射されるイオンを加速してイオ
ンビームを出射する直線加速器と、一定周期のイオン発
生用パルス電圧を上記イオン源に印加するイオン源電源
装置と、一定周期の加速用パルス電圧を上記直線加速器
に印加する高周波電源装置と、待機状態時には、上記イ
オン発生用パルス電圧のパルスと上記加速用パルス電圧
のパルスとが同一時刻に発生しないように、かつ、運転
状態時には、所定周期毎に、上記イオン発生用パルス電
圧のパルスと上記加速用パルス電圧のパルスが同時に発
生するように、上記イオン発生用パルス電圧または上記
加速用パルス電圧のパルス発生時刻を変える制御手段と
を備えている。

【００１０】また、制御手段が、イオン発生用パルス電
圧と加速用パルス電圧の両方のパルス発生時刻を変える
ようにしてもよい。

【００１１】さらに、直線加速装置が設置される使用室
の入退管理装置から出力される信号に基づいて、待機状
態から運転状態に切り替えるようにしてもよい。

【００１２】また、本発明にかかるシンクロトロン加速
装置は、所定の運転周期で、入射されたイオンビームを
加速し、加速されたイオンビームを出射するシンクロト
ロンと、イオン源から出射されるイオンを加速して上記
シンクロトロンに上記イオンビームを出射する直線加速
器と、一定周期のイオン発生用パルス電圧を上記イオン
源に印加するイオン源電源装置と、一定周期の加速用パ
ルス電圧を上記直線加速器に印加する高周波電源装置
と、上記運転周期に基づいて待機状態から運転状態に切
り替え、上記待機状態時には、上記イオン発生用パルス
電圧のパルスと上記加速用パルス電圧のパルスとが同一
時刻に発生しないように、かつ、上記運転状態時には、
所定周期毎に、上記イオン発生用パルス電圧のパルスと
上記加速用パルス電圧のパルスが同時に発生するよう
に、上記イオン発生用パルス電圧または上記加速用パル
ス電圧のパルス発生時刻を変える制御手段とを備えてい
る。

【００１３】また、本発明にかかる粒子線治療装置は、
患者の呼吸状態を検出する検出手段と、上記患者に粒子
線を照射する照射手段と、入射されたイオンビームを加
速し、加速されたイオンビームを上記照射手段に出射す
るシンクロトロンと、イオン源から出射されるイオンを
加速して上記シンクロトロンに上記イオンビームを出射
する直線加速器と、一定周期のイオン発生用パルス電圧
を上記イオン源に印加するイオン源電源装置と、一定周
期の加速用パルス電圧を上記直線加速器に印加する高周
波電源装置と、上記検出手段で検出された患者の呼吸状
態に基づいて待機状態から運転状態に切り替え、上記待
機状態時には、上記イオン発生用パルス電圧のパルスと
上記加速用パルス電圧のパルスとが同一時刻に発生しな
いように、かつ、上記運転状態時には、所定周期毎に、
上記イオン発生用パルス電圧のパルスと上記加速用パル
ス電圧のパルスが同時に発生するように、上記イオン発
生用パルス電圧または上記加速用パルス電圧のパルス発
生時刻を変える制御手段とを備えている。

【００１４】また、本発明にかかる加速装置の制御方法
は、トリガ信号に基づいて、待機状態から運転状態に切
り替え、上記待機状態時には、直線加速装置のイオン源
に印加する一定周期のイオン発生用パルス電圧のパルス
と上記直線加速装置の直線加速器に印加する加速用パル
ス電圧のパルスとが同一時刻に発生しないように、か
つ、上記運転状態時には、所定周期毎に、上記イオン発
生用パルス電圧のパルスと上記加速用パルス電圧のパル
スが同時に発生するように、上記イオン発生用パルス電
圧または上記加速用パルス電圧のパルス発生時刻を変え
るものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの実施の
形態１の直線加速装置の構成を示す概略図である。図に
おいて、１はイオン源１ａで発生されるイオンを加速し
てイオンビーム１ｂを出射する直線加速器で、この加速
器としては、例えば、ＲＦＱ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕ
ｅｎｃｙ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ）等を用いればよい。
２はイオン源１ａでイオンを発生させるために、一定周
期のパルス電圧（以下、イオン発生用パルス電圧とい
う）をイオン源１ａに印加するイオン源電源装置、３は
直線加速器１でイオンを加速させるために、一定周期の
高周波のパルス電圧（以下、加速用パルス電圧という）
を直線加速器１に印加する高周波電源装置である。

【００１６】４はイオンビーム照射の可否を制御するた
めのトリガ信号１１を発生するトリガ信号発生器で、こ
のトリガ信号１１は、直線加速装置の入、切の信号や、
外部から入力される信号に応じて発生するようになって
いる。５はイオン源電源装置２を運転させるためのイオ
ン発生用パルス信号１２を一定周期で発生するパルス信
号発生器、６は高周波電源装置３を運転させるための加
速用パルス信号１３をトリガ信号１１に応じて生成する
ためのタイミング制御器で、この制御装置は、複数の論
理素子からなる論理回路で構成されている。

【００１７】そして、このタイミング制御器６の制御に
より、待機状態（ビーム加速がされない状態）時には、
イオン発生用パルス電圧のパルスと加速用パルス電圧の
パルスとが同一時刻に発生しないように、かつ、運転状
態（ビーム加速がなされている状態）時には、所定周期
毎に、イオン発生用パルス電圧のパルスと加速用パルス
電圧のパルスが同時に発生するように、イオン発生用パ
ルス電圧または加速用パルス電圧のパルス発生時刻を変
えるようにしている。

【００１８】なお、イオン発生用パルス電圧は、イオン
発生用パルス信号に応じて出力されるので、その波形は
イオン発生用パルス信号と同様の波形になる。同様に、
加速用パルス電圧も、加速用パルス信号に応じて出力さ
れるので、その波形は加速用パルス信号と同様の波形に
なる。

【００１９】次に動作について説明する。まず、周期Ｔ
で加速されるイオンビームを出射する場合について述べ
る。図２は図１に示した直線加速装置において周期Ｔで
加速されるイオンビームを出射するときの各信号間のタ
イミングを示すタイミングチャートである。図に示すよ
うに、パルス信号発生器５で発生されるイオン発生用パ
ルス信号１２は、待機状態、運転状態時に関係なく、一
定周期Ｔのパルス信号である。

【００２０】一方、トリガ信号発生器４から出力される
トリガ信号１１は、待機状態時には、閉（”１”）の状
態に、逆に、運転状態時には、イオン発生用パルス信号
１２の各パルスと対応した時刻、すなわち周期Ｔ毎に
開”０”の状態にする。なお、加速用パルス信号１３の
周期がイオン発生用パルス信号１２の周期と一致する場
合には、運転状態時のトリガ信号１１を常に開の状態に
しておいてもよい。

【００２１】そして、タイミング制御器６では、トリガ
信号１１が閉の状態では、入力されるイオン発生用パル
ス信号１２の位相をｄだけずらして（時間ｄだけ進め
て）、加速用パルス信号１３を生成し、高周波電源装置
３に出力する。逆に、トリガ信号１１が開の状態では、
入力されるイオン発生用パルス信号１２をそのまま高周
波電源装置３に出力する。すなわち、運転状態時には、
待機状態時の加速用パルス信号１３の位相をｄだけずら
した（時間ｄだけ遅延させた）信号波形になる。

【００２２】このように、待機状態時には、イオン発生
用パルス信号１２のパルスと加速用パルス信号１３のパ
ルスとが同一時刻に発生しないので、イオン発生用パル
ス電圧により発生したイオンは、そのタイミングの違い
から直線加速器１では加速されずイオンビームは出射さ
れない。逆に、運転状態時には、トリガ信号１１を閉状
態から開状態にすることで、イオン発生用パルス電圧の
パルスと加速用パルス電圧のパルスとが周期Ｔ毎に同時
に発生するので、この周期で生成されたイオンがタイミ
ングよく加速されイオンビームが出射されることにな
る。

【００２３】図２では周期Ｔで加速されるイオンビーム
を出射する場合について述べたが、次に、周期２Ｔで加
速されるイオンビームを出射する方法を説明する。図３
は図１に示した直線加速装置において周期２Ｔで加速さ
れるイオンビームを出射するときの各信号間のタイミン
グを示すタイミングチャートである。周期２Ｔで加速さ
れるイオンビームを出射する場合には、運転状態時に、
イオン発生用パルス信号１２の偶数番目あるいは奇数番
目のパルスに対応した時刻、すなわち周期２Ｔ毎にトリ
ガ信号１１を開の状態にする。なお、イオン発生用パル
ス信号１２は周期Ｔで加速するときと同様である。

【００２４】このようにすることで、イオン発生用パル
ス電圧のパルスと加速用パルス電圧のパルスとが周期２
Ｔ毎に同時に発生するので、この周期で生成されたイオ
ンがタイミングよく加速されイオンビームが出射される
ことになる。なお、周期３Ｔ、４Ｔ、・・・の運転周期
にするときには同様にトリガ信号を３Ｔ、４Ｔ毎に開の
状態にするようにすればよい。

【００２５】この実施の形態では、タイミング制御器と
して論理回路を用いているが、これは特に限定するもの
ではなく、イオン発生用パルス信号の位相をずらす（所
定時間、進めたり、遅らせたりする）ことができるもの
であればよい。

【００２６】この実施の形態では、待機状態時には、イ
オン発生用パルス電圧のパルスと加速用パルス電圧のパ
ルスとが同一時刻に発生しないように、かつ、運転状態
時には、所定周期毎に、イオン発生用パルス電圧のパル
スと加速用パルス電圧のパルスが同時に発生するよう
に、イオン発生用パルス電圧または加速用パルス電圧の
パルス発生時刻を変えるようにしているので、様々な周
期のビームを照射させる場合でも、高周波電源装置、及
びイオン源電源装置で発生するパルス電圧を一定周期の
ものにすることができ、安定して運転させることができ
る。さらに、ビーム加速時期を任意に設定しても電源を
安定して運転させることができるので、安定したビーム
の出射をさせることができる。また、ビームは要求され
るときだけに加速すればよいので下流の装置への熱負荷
を軽減でき、放射化も軽減できる。

【００２７】実施の形態２．実施の形態１では、パルス
信号発生器から出力されるイオン発生用パルス信号を制
御して加速用パルス信号を生成するようにしているが、
この実施の形態２では、パルス信号発生器から加速用パ
ルス信号を出力し、この加速用パルス信号を制御してイ
オン発生用パルス信号を生成するようにしたものであ
る。

【００２８】図４はこの実施の形態２の直線加速装置の
構成を示す概略図である。図において、４はイオンビー
ム照射の可否を制御するためのトリガ信号１１を発生す
るトリガ信号発生器、５は高周波電源装置３を運転させ
るための加速用パルス信号１３を一定周期で発生するパ
ルス信号発生器、６はイオン原電源装置２を運転させる
ためのイオン発生用パルス信号１２をトリガ信号１１に
応じて生成するためのタイミング制御器である。その他
は図１と同様であるので説明は省略する。

【００２９】なお、動作については、図５、図６に示す
ように、加速用パルス信号はそのままで、イオン発生用
パルス信号１２をタイミング制御器６で制御することに
より、イオン発生用パルス信号１２のパルス発生時刻を
変える点以外は実施の形態１と同様であるので説明は省
略する。なお、実施の形態１と同様の効果を奏すること
は言うまでもない。

【００３０】また、実施の形態１、２では、１つのパル
ス信号発生器からイオン発生用パルス信号と加速用パル
ス信号とを得るようにしているが、１つのパルス信号発
生器ではなく、２つのパルス信号発生器を設け、これら
のパルス信号発生器からイオン発生用パルス信号と加速
用パルス信号とをそれぞれ出力させるようにしてもよ
い。

【００３１】実施の形態３．実施の形態１、２では、イ
オン発生用パルス信号または加速用パルス信号のいずれ
かのパルス発生時刻を変えるようにしているが、この実
施の形態３では、イオン発生用パルス信号と加速用パル
ス信号の両方のパルス発生時刻を変えるようにしたもの
である。

【００３２】図７はこの実施の形態３の直線加速装置の
構成を示す概略図である。図において、６ａは高周波電
源装置３を運転させるための加速用パルス信号１３をト
リガ信号１１に応じて生成するためのタイミング制御
器、６ｂはイオン源電源装置２を運転させるためのイオ
ン発生用パルス信号１２をトリガ信号１１に応じて生成
するためのタイミング制御器である。その他は図１と同
様であるの説明は省略する。なお、図７ではタイミング
制御器６ａ、６ｂの２つを設けているが、これは特に限
定するものではなく、１つの制御器にしてもよい。

【００３３】そして、このタイミング制御器６の制御に
より、待機状態時には、イオン発生用パルス電圧のパル
スと加速用パルス電圧のパルスとが同一時刻に発生しな
いように、かつ、運転状態時には、所定周期毎に、イオ
ン発生用パルス電圧のパルスと加速用パルス電圧のパル
スが同時に発生するように、イオン発生用パルス電圧と
加速用パルス電圧の両方のパルス発生時刻を変えるよう
にしている。

【００３４】次に動作について説明する。まず、周期Ｔ
で加速されるイオンビームを出射する場合について述べ
る。図８は図７に示した直線加速装置において周期Ｔで
加速されるイオンビームを出射するときの各信号間のタ
イミングを示すタイミングチャートである。図に示すよ
うに、トリガ信号発生器４から出力されるトリガ信号１
１は、待機状態時には、閉の状態に、逆に、運転状態時
には、周期Ｔ毎に開の状態にする。ここで実施の形態
１、２のように、待機状態時のイオン発生用パルス信号
あるいは加速用パルス信号の各パルスに対応した時刻で
はなく、これら両パルス信号の各パルス間の地点で開の
状態になるようにする。

【００３５】一方、イオン発生用パルス信号１２、加速
用パルス信号１３は、タイミング制御器６ａ、６ｂで制
御することで、待機状態時には、一定周期Ｔのパルス信
号で、かつ、互いに位相がｄだけ異なるパルス信号にな
るようにしている。そして、運転状態（トリガ信号１１
が開の状態）時には、待機状態時のイオン発生用パルス
信号１２の位相をｄ／２だけずらし（時間ｄ／２だけ遅
らせ）、さらに、加速用パルス信号１３の位相をｄ／２
だけずらす（時間ｄ／２だけ進める）。すなわち、運転
状態時には、待機状態時のイオン発生用パルス信号、及
び加速用パルス信号１３の各位相をそれぞれｄ／２だけ
ずらすことで、両パルスが同時刻に発生するようにして
いる。

【００３６】このように、待機状態時には、イオン発生
用パルス信号１２のパルスと加速用パルス信号１３のパ
ルスとが、同一時刻に発生しないので、イオン発生用パ
ルス電圧により発生したイオンは、そのタイミングの違
いから直線加速器では加速されずイオンビームは出射さ
れない。そして、運転状態時には、トリガ信号１１を閉
状態から開状態にすることで、イオン発生用パルス電圧
のパルスと加速用パルス電圧のパルスと間の地点で周期
Ｔ毎に、両パルス電圧のパルスが共に発生するので、こ
の周期で生成されたイオンがタイミングよく加速されイ
オンビームが出射されることになる。

【００３７】図８では周期Ｔで加速されたイオンビーム
を出射する場合について述べたが、周期２Ｔ、３Ｔで加
速されたイオンビームを出射する方法は実施の形態１と
同様にトリガ信号を３Ｔ、４Ｔ毎に開の状態にするよう
にすればよい。

【００３８】この実施の形態では、イオン発生用パルス
信号の位相と加速用パルス信号の位相の両方を変えるよ
うにしているので、両パルス信号のパルスの立ち上がり
位置に依存せず、任意の位置で両パルス信号のパルスを
同時に発生させることができる。その結果、任意のタイ
ミングで直線加速装置の加速が可能となり、任意のタイ
ミングで直線加速装置からイオンビームを出射させるこ
とができる。

【００３９】上記実施の形態１〜３では、運転状態時に
パルス信号のパルスをずらしてパルス発生時刻を変える
ようにしているが、所定の時刻にパルスを発生させるこ
とでパルスの発生時刻を変えるようにしてもよい。

【００４０】実施の形態４．この実施の形態４では、実
施の形態１で説明した直線加速装置を、直線加速装置が
設置される使用室の入退管理装置から出力される信号に
基づいて、待機状態から運転状態に切り替えるようにし
たものである。

【００４１】図９はこの実施の形態４の直線加速装置及
びこの直線加速装置が設置される使用室（入退管理装置
を含む）を示す概略図である。図において、４１は直線
加速装置が設置される使用室の一部を構成する遮蔽壁、
４２は使用室に設けられたドア、４３は使用室への入退
を管理する入退管理装置、４４は入退管理装置４３から
出力される信号に基づいて直線加速装置のトリガ信号の
制御をするパルス制御装置である。

【００４２】次に動作について説明する。図１０は入退
管理装置４３から出力される信号とトリガ信号１１との
関係を示すタイミングチャートである。図に示すよう
に、入退管理装置４３からは、使用室への入室、退室の
ときに信号を発生するようにしている。なお、入室、退
室の判断には様々な手法があるが、従前の方法を用いれ
ばよい。また、トリガ信号１１は上記出力信号により、
使用室に人が入っている状態のとき（入室信号から退室
信号までの間）には、トリガ信号１１を閉状態にする。
なお、その他の時には、実施の形態１と同様の動作をさ
せる。

【００４３】この実施の形態では、入退管理装置から人
の入退を示す信号を発信し、パルス制御装置で、人の入
室時にはトリガ信号を閉の状態にしているので、使用室
への人の入出に応じて自動的にビーム加速を遮断するこ
とができる。また、使用室へのドアの開閉によってトリ
ガ信号を制御するようにしてもよく、この場合には、ト
リガ信号はドアインターロックとしても利用でき、上記
と同様の効果も奏することになる。

【００４４】また、図１１はこの実施の形態４の他の直
線加速装置及びトリガ信号発生装置を示す概略図であ
る。図において、４５は管理区域外に設置されたエリア
モニタ放射線監視装置である。その他は図１と同様であ
るので説明は省略する。図に示すように、図１１では、
エリアモニタ放射線監視装置４５からの警告信号をトリ
ガ信号１１の制御信号として使用することにより、放射
線監視機能を簡素化するようにしたものである。このよ
うにすることで、低コストな放射線管理システムを提供
することができる。

【００４５】実施の形態５．この実施の形態５では、実
施の形態１〜４で説明した直線加速装置をシンクロトロ
ン加速装置の前段加速装置として使用したものである。

【００４６】図１２はこの実施の形態５のシンクロトロ
ン加速装置の構成を示す概略図である。図において、５
１は所定の運転周期で、直線加速装置２から入射される
イオンビームを加速空洞及び偏向磁石に通して加速し、
加速されたイオンビームを出射するシンクロトロンであ
る。その他は図１と同様であるので説明は省略する。な
お、トリガ信号発生器４はシンクロトロン５１での運転
周期に対応してトリガ信号１１を発生する。

【００４７】図１３は図１２に示したシンクロトロン５
１の加速パターンを示す図である。図において、縦軸は
ビームエネルギーを、横軸は時間を示している。図に示
すように、シンクロトロン加速装置から出射されるビー
ムエネルギーは、そのエネルギー値に応じて加速周期
（シンクロトロンの運転周期）が変わる。例えば、実線
の運転周期で運転した場合には、高いエネルギーのビー
ムが出射され、破線の運転周期で運転した場合には、低
いエネルギーのビームが出射されることになる。

【００４８】図１４は加速パターンと直線加速装置にお
ける各信号との関係を示す図である。シンクロトロン加
速装置では出射するビームエネルギーを変化させること
で、その運転周期を変更させる必要がある。そのため、
直線加速装置からシンクロトロン５１に入射するイオン
ビームもシンクロトロン５１の運転周期に合わせて入射
する必要がある。

【００４９】このようにタイミングを合わせるために、
シンクロトロン５１の運転開始時刻に合わせてトリガ信
号１１を開の状態に切り替えるようにする。すると、こ
のトリガ信号１１に応じて直線加速装置が運転状態に入
るので、シンクロトロン５１の運転周期に応じて直線加
速装置からイオンビームが入射されることになる。

【００５０】なお、実際には、直線加速装置が運転状態
に入ってからイオンビームが出射されるまでに時間がか
かるので、この時間分だけ前にトリガ信号１１を発生さ
せるようにする。また、イオン発生用パルス信号１２及
び加速用パルス信号１３の周期はシンクロトロン５１で
の運転周期の中の最も短いものと同じかそれよりも小さ
な周期になるようにする。

【００５１】この実施の形態では、シンクロトロンの運
転周期に合わせて直線加速装置のトリガ信号を制御する
ようにしているので、実施の形態１と同様の効果を奏す
るとともに、シンクロトロン運転中にシンクロトロンの
加速パターンを変更しても、同時にトリガ信号の周期を
変更することで、直線加速装置の運転の変更が可能であ
る。なお、この時も、高周波電源装置およびイオン源電
源装置は一定周期で運転させることができる。また、シ
ンクロトロンにおいてビーム加速を必要としない時間帯
においては直線加速器を制御してシンクロトロンへのビ
ーム入射を中断できるので、シンクロトロンの各機器の
放射化を抑えることができる。

【００５２】実施の形態６．この実施の形態６は、ビー
ム輸送系に設けられたビーム診断装置に、直線加速装置
のトリガ信号を入力し、このトリガ信号に応じて、ビー
ム診断装置を動作させるようにしたものである。

【００５３】図１５はこの実施の形態６のシンクロトロ
ン加速装置を示す概略図である。図において、５１ａ、
５１ｂはシンクロトロン５１のビーム輸送系や直線加速
装置とシンクロトロン５１との間に設けられたビーム診
断装置で、このビーム診断装置としては、高速外部トリ
ガーシャッター機能を備えたカメラ等が挙げられる。ま
た、トリガ信号１１はタイミング制御器６のみでなく、
ビーム診断装置５１ａ、５１ｂにもそれぞれ入力するよ
うにしている。その他は図１２と同様であるので説明は
省略する。

【００５４】図に示すように、ビーム診断装置５１ａ、
５１ｂには、直線加速装置からのトリガ信号１１が入力
されるので、このトリガ信号１１に基づいてビーム診断
装置５１ａ、５１ｂの動作を制御できる。例えばビーム
診断装置５１ａ、５１ｂがビームの形状を撮影する高速
外部トリガーシャッター機能を備えたカメラの場合に
は、トリガー信号１１をカメラの外部トリガーとして用
いることで加速されたビームを瞬時に、しかもタイミン
グ良く捕らえることができる。さらに、画像処理装置に
トリガ信号１１を入力することにより、常にビーム形状
が解析できるシステムとすることができる。

【００５５】実施の形態７．実施の形態５、６では、直
線加速装置をシンクロトロン加速装置の前段加速装置と
して用いる場合について述べたが、この実施の形態で
は、このシンクロトロン加速装置を粒子線治療装置の加
速装置として用い、患者の呼吸状況に応じて前段加速器
としての直線加速装置を制御するようにしたものであ
る。

【００５６】図１６はこの実施の形態７の粒子線治療装
置及び患者を示す概略図である。図において、７１は患
者、７２は患者７１の呼吸状態を検出する検出手段とし
てのセンサーで、この検出手段で検出された検出結果は
トリガ信号発生器４に入力される。また、７３はシンク
ロトロン５１から出射されるイオンビームを所定位置ま
で輸送する輸送系、７４は患者７１等に粒子線を照射す
る照射装置である。その他は図１２と同様であるので説
明は省略する。

【００５７】図に示すように、トリガ信号１１を制御す
る信号として患者７１の呼吸等を検知するセンサー７２
からの信号を利用している。患者７１の呼吸等を利用す
る制御方法としては従前から呼吸同期方式として知られ
ているが、この実施の形態では、この呼吸同期方式を用
いて、先に説明した直線加速装置を制御するようにした
ものである。

【００５８】呼吸や心拍等生理的活動を含めた患者７１
の動きにより照射の対象である患部が動く場合には、高
精度な照射を実現しにくくなるが、患者７１の動きを検
知して、これを加速器ビーム出射の制御に利用すると、
患者７１の動きと粒子線の照射タイミングが一致し精度
よく照射することができる。より詳細には、患者７１の
動きによりセンサーからの信号を演算処理装置に入力
し、演算処理装置においてビーム加速の可否の情報をト
リガー信号１１として出力し、このトリガー信号１１に
より、直線加速装置でのビーム加速を制御する。なお、
トリガー信号１１とビーム加速の関係は実施の形態１と
同様にすればよい。

【００５９】この実施の形態では、シンクロトロン加速
装置を粒子線治療装置の加速装置として用い、患者の呼
吸状況に応じて前段加速器としての直線加速装置を制御
するようにしているので、実施の形態１、５と同様の効
果を奏するとともに、センサーが照射不可の信号であれ
ば、直線加速装置の段階でビーム加速しないようにして
いるので、患者への照射精度をあげることができる。ま
た、呼吸同期方式を低コストで実現することができる。

【００６０】上記各実施の形態では、イオン発生用パル
ス信号の周期と加速用パルス信号の周期とを同じにして
いるが、これは特に限定するものではなく、待機状態時
の同一時刻に両パルス信号のパルスが発生しないもので
あればよい。なお、一方のパルス信号が他方のパルス信
号の整数倍の周期を有するのが好ましい。

【００６１】

【発明の効果】本発明にかかる直線加速装置は、イオン
源から出射されるイオンを加速してイオンビームを出射
する直線加速器と、一定周期のイオン発生用パルス電圧
を上記イオン源に印加するイオン源電源装置と、一定周
期の加速用パルス電圧を上記直線加速器に印加する高周
波電源装置と、待機状態時には、上記イオン発生用パル
ス電圧のパルスと上記加速用パルス電圧のパルスとが同
一時刻に発生しないように、かつ、運転状態時には、所
定周期毎に、上記イオン発生用パルス電圧のパルスと上
記加速用パルス電圧のパルスが同時に発生するように、
上記イオン発生用パルス電圧または上記加速用パルス電
圧のパルス発生時刻を変える制御手段とを備えているの
で、様々な周期のビームを照射させる場合でも、高周波
電源装置、及びイオン源電源装置で発生するパルス電圧
を一定周期にすることができ、安定した運転をさせるこ
とができる。

【００６２】また、制御手段が、イオン発生用パルス電
圧と加速用パルス電圧の両方のパルス発生時刻を変える
場合には、両パルス信号のパルスの立ち上がり位置に依
存せず、任意の位置で両パルス信号のパルスを同時に発
生させることができ、その結果、任意のタイミングで直
線加速装置からイオンビームを出射させることができ
る。

【００６３】さらに、直線加速装置が設置される使用室
の入退管理装置から出力される信号に基づいて、待機状
態から運転状態に切り替える場合には、使用室への人の
入出に応じてビーム加速を遮断することができる。

【００６４】また、本発明にかかるシンクロトロン加速
装置は、所定の運転周期で、入射されたイオンビームを
加速し、加速されたイオンビームを出射するシンクロト
ロンと、イオン源から出射されるイオンを加速して上記
シンクロトロンに上記イオンビームを出射する直線加速
器と、一定周期のイオン発生用パルス電圧を上記イオン
源に印加するイオン源電源装置と、一定周期の加速用パ
ルス電圧を上記直線加速器に印加する高周波電源装置
と、上記運転周期に基づいて待機状態から運転状態に切
り替え、上記待機状態時には、上記イオン発生用パルス
電圧のパルスと上記加速用パルス電圧のパルスとが同一
時刻に発生しないように、かつ、上記運転状態時には、
所定周期毎に、上記イオン発生用パルス電圧のパルスと
上記加速用パルス電圧のパルスが同時に発生するよう
に、上記イオン発生用パルス電圧または上記加速用パル
ス電圧のパルス発生時刻を変える制御手段とを備えてい
るので、様々な周期のビームを照射させる場合でも、高
周波電源装置、及びイオン源電源装置で発生するパルス
電圧を一定周期にすることができ、安定した運転をさせ
ることができる。さらに、シンクロトロンの加速パター
ンが変更されても、運転周期に基づいて待機状態から運
転状態に切り替えるようにしているので、加速パターン
に応じて直線加速装置の運転の変更をすることができ
る。

【００６５】また、本発明にかかる量子線治療装置は、
患者の呼吸状態を検出する検出手段と、上記患者に粒子
線を照射する照射手段と、入射されたイオンビームを加
速し、加速されたイオンビームを上記照射手段に出射す
るシンクロトロンと、イオン源から出射されるイオンを
加速して上記シンクロトロンに上記イオンビームを出射
する直線加速器と、一定周期のイオン発生用パルス電圧
を上記イオン源に印加するイオン源電源装置と、一定周
期の加速用パルス電圧を上記直線加速器に印加する高周
波電源装置と、上記検出手段で検出された患者の呼吸状
態に基づいて待機状態から運転状態に切り替え、上記待
機状態時には、上記イオン発生用パルス電圧のパルスと
上記加速用パルス電圧のパルスとが同一時刻に発生しな
いように、かつ、上記運転状態時には、所定周期毎に、
上記イオン発生用パルス電圧のパルスと上記加速用パル
ス電圧のパルスが同時に発生するように、上記イオン発
生用パルス電圧または上記加速用パルス電圧のパルス発
生時刻を変える制御手段とを備えているので、様々な周
期のビームを照射させる場合でも、高周波電源装置、及
びイオン源電源装置で発生するパルス電圧を一定周期に
することができ、安定した運転をさせることができる。
さらに、待機状態時には、直線加速装置の段階でビーム
加速をしないようにしているので、患者への照射精度を
あげることができる。

【００６６】また、本発明にかかる加速装置の制御方法
は、トリガ信号に基づいて、待機状態から運転状態に切
り替え、上記待機状態時には、直線加速装置のイオン源
に印加する一定周期のイオン発生用パルス電圧のパルス
と上記直線加速装置の直線加速器に印加する加速用パル
ス電圧のパルスとが同一時刻に発生しないように、か
つ、上記運転状態時には、所定周期毎に、上記イオン発
生用パルス電圧のパルスと上記加速用パルス電圧のパル
スが同時に発生するように、上記イオン発生用パルス電
圧または上記加速用パルス電圧のパルス発生時刻を変え
るようにしているので、様々な周期のビームを照射させ
る場合でも、高周波電源装置、及びイオン源電源装置で
発生するパルス電圧を一定周期にすることができ、安定
した運転をさせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１の直線加速装置の構成
を示す図である。

【図２】 図１に示した直線加速装置の各信号間のタイ
ミングを示すタイミングチャートである。

【図３】 図１に示した直線加速装置の各信号間のタイ
ミングを示すタイミングチャートである。

【図４】 本発明の実施の形態２の直線加速装置の構成
を示す図である。

【図５】 図４に示した直線加速装置の各信号間のタイ
ミングを示すタイミングチャートである。

【図６】 図４に示した直線加速装置の各信号間のタイ
ミングを示すタイミングチャートである。

【図７】 本発明の実施の形態３の直線加速装置の構成
を示す図である。

【図８】 図７に示した直線加速装置の各信号間のタイ
ミングを示すタイミングチャートである。

【図９】 本発明の実施の形態４の直線加速装置及びこ
の直線加速装置が設置される使用室を示す図である。

【図１０】 入退管理装置から出力される信号とトリガ
信号との関係を示すタイミングチャートである。

【図１１】 本発明の実施の形態４の直線加速装置を示
す図である。

【図１２】 本発明の実施の形態５のシンクロトロン加
速装置を示す図である。

【図１３】 図１２に示したシンクロトロンの加速パタ
ーンを示す図である。

【図１４】 加速パターンと直線加速装置における各信
号との関係を示す図である。

【図１５】 本発明の実施の形態６の直線加速装置を示
す図である。

【図１６】 本発明の実施の形態７の粒子線治療装置及
び患者を示す図である。

【符号の説明】

１ 直線加速器 １ａ イオン源 １ｂ イオンビーム ２ イオン源電源
装置 ３ 高周波電源装置 ４ ゲート信号発
生器 ５ パルス信号発生器 ６、６ａ、６ｂ タイミング制御器 １１ ゲート信号 １２ イオン源電
源パルス信号 １３ 高周波電源パルス信号 ４１ 遮蔽壁 ４２ ドア ４３ 入退管理装置 ４４ パルス制御
装置 ４５ エリアモニタ放射線監視装置 ５１ シンクロトロン ５１ａ、５１ｂ ビ
ーム診断装置 ７１ 患者 ７２ 検出手段 ７３ 輸送系 ７４ 照射装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G085 AA03 AA13 BA02 BA19 CA05 CA17 CA24 EA07 4C082 AA01 AC04 AE01 AG07 AG08 AG43 AP08 AT01

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオン源から出射されるイオンを加速し
   てイオンビームを出射する直線加速器と、一定周期のイ
   オン発生用パルス電圧を上記イオン源に印加するイオン
   源電源装置と、一定周期の加速用パルス電圧を上記直線
   加速器に印加する高周波電源装置と、待機状態時には、
   上記イオン発生用パルス電圧のパルスと上記加速用パル
   ス電圧のパルスとが同一時刻に発生しないように、か
   つ、運転状態時には、所定周期毎に、上記イオン発生用
   パルス電圧のパルスと上記加速用パルス電圧のパルスが
   同時に発生するように、上記イオン発生用パルス電圧ま
   たは上記加速用パルス電圧のパルス発生時刻を変える制
   御手段とを備えたことを特徴とする直線加速装置。
2. 【請求項２】 制御手段は、イオン発生用パルス電圧と
   加速用パルス電圧の両方のパルス発生時刻を変えること
   を特徴とする請求項１記載の直線加速装置。
3. 【請求項３】 直線加速装置が設置される使用室の入退
   管理装置から出力される信号に基づいて、待機状態から
   運転状態に切り替えることを特徴とする請求項１記載の
   直線加速装置。
4. 【請求項４】 所定の運転周期で、入射されたイオンビ
   ームを加速し、加速されたイオンビームを出射するシン
   クロトロンと、イオン源から出射されるイオンを加速し
   て上記シンクロトロンに上記イオンビームを出射する直
   線加速器と、一定周期のイオン発生用パルス電圧を上記
   イオン源に印加するイオン源電源装置と、一定周期の加
   速用パルス電圧を上記直線加速器に印加する高周波電源
   装置と、上記運転周期に基づいて待機状態から運転状態
   に切り替え、上記待機状態時には、上記イオン発生用パ
   ルス電圧のパルスと上記加速用パルス電圧のパルスとが
   同一時刻に発生しないように、かつ、上記運転状態時に
   は、所定周期毎に、上記イオン発生用パルス電圧のパル
   スと上記加速用パルス電圧のパルスが同時に発生するよ
   うに、上記イオン発生用パルス電圧または上記加速用パ
   ルス電圧のパルス発生時刻を変える制御手段とを備えた
   ことを特徴とするシンクロトロン加速装置。
5. 【請求項５】 患者の呼吸状態を検出する検出手段と、
   上記患者に粒子線を照射する照射手段と、入射されたイ
   オンビームを加速し、加速されたイオンビームを上記照
   射手段に出射するシンクロトロンと、イオン源から出射
   されるイオンを加速して上記シンクロトロンに上記イオ
   ンビームを出射する直線加速器と、一定周期のイオン発
   生用パルス電圧を上記イオン源に印加するイオン源電源
   装置と、一定周期の加速用パルス電圧を上記直線加速器
   に印加する高周波電源装置と、上記検出手段で検出され
   た患者の呼吸状態に基づいて待機状態から運転状態に切
   り替え、上記待機状態時には、上記イオン発生用パルス
   電圧のパルスと上記加速用パルス電圧のパルスとが同一
   時刻に発生しないように、かつ、上記運転状態時には、
   所定周期毎に、上記イオン発生用パルス電圧のパルスと
   上記加速用パルス電圧のパルスが同時に発生するよう
   に、上記イオン発生用パルス電圧または上記加速用パル
   ス電圧のパルス発生時刻を変える制御手段とを備えたこ
   とを特徴とする粒子線治療装置。
6. 【請求項６】 トリガ信号に基づいて、待機状態から運
   転状態に切り替え、上記待機状態時には、直線加速装置
   のイオン源に印加する一定周期のイオン発生用パルス電
   圧のパルスと上記直線加速装置の直線加速器に印加する
   加速用パルス電圧のパルスとが同一時刻に発生しないよ
   うに、かつ、上記運転状態時には、所定周期毎に、上記
   イオン発生用パルス電圧のパルスと上記加速用パルス電
   圧のパルスが同時に発生するように、上記イオン発生用
   パルス電圧または上記加速用パルス電圧のパルス発生時
   刻を変えることを特徴とする加速装置の制御方法。