JP2007083035A - 粒子線治療施設および粒子線治療施設における照射過程のための粒子線経路の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粒子線治療施設の安全な運転および粒子線を要求する照射場所への粒子線供給システムを提供する。
【解決手段】粒子を加速し少なくとも２つの照射場所へ粒子を供給するための加速器ユニット３および粒子線供給ユニット５と、粒子線経路に沿った正しい粒子線案内を確保および監視するための制御および安全システムとを備え、制御および安全システムが、粒子線を要求する照射場所へ粒子線を割当てるように構成されている割当ユニット３５と、照射場所の１つに配置され照射過程のための粒子線を要求する要求信号を出力する少なくとも１つの制御ユニット３３と、設定可能な要素へ設定パラメータを伝達するように構成されている加速器制御ユニット３１とを有し、割当ユニット３５は、加速器ユニット３および粒子線供給ユニット５における粒子線経路を設定するための設定可能な要素にそれらの設定可能性を活性化プロセスにより制御するために接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、粒子を加速し少なくとも２つの照射場所へ粒子を供給するための加速器ユニットおよび粒子線供給ユニットと、正しい粒子線案内を確保および監視するための制御および安全システムとを備えた粒子線治療施設に関する。

粒子線治療施設は、一般に粒子加速器ユニット、これに続く粒子線供給ユニットならびに多数の照射場所を有する。例えば光子、中間子、ヘリウム、炭素イオンまたは酸素イオンの如き粒子の加速は例えばシンクロトロンまたはサイクロトロンにより行なわれる。加速された高エネルギー粒子は、粒子加速器ユニットから取出され、高エネルギービーム供給システム（ＨＥＢＴ＝ｈｉｇｈ ｅｎｅｒｇｙ ｂｅａｍ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｓｙｓｔｅｍ）とも呼ばれる粒子線供給ユニットに入射させられる。シンクロトロンの場合、粒子線取出し（粒子線分離）が、例えばノックアウトエキサイタを介して行なわれる。ＨＥＢＴは、常に、ちょうど照射過程が行なわれるべき照射場所に高エネルギー粒子を供給することを可能にする。

以下において治療場所とも呼ばれる照射場所では、例えば患者の腫瘍治療が行なわれ、このために患者は粒子線通路内に位置決めされ、高エネルギー粒子を照射される。粒子が固定の方向から治療場所へ当てられる「固定ビーム」の治療場所と、いわゆるガントリを基礎とした治療場所とが区別される。後者の場合には、粒子線を異なる方向からガントリの治療場所へ向けることができる。更に、粒子線の特性の監視が、以下において検査場所と呼ばれる照射場所において行なわれる。そこでは粒子エネルギー、エネルギー配分、粒子線強度のような粒子線パラメータが特性測定にて監視される。

粒子線治療は高い安全性を要求される。例えば、常に、照射過程の準備をさせられていてかつ粒子線を要求した照射場所に対してだけ粒子線が導かれることが保証されなければならない。更に、粒子線が正しい要求されたパラメータを有することが保証されなければならない。更に、緊急時には粒子線の高速遮断が必要である。このために、例えばＨＥＢＴは粒子線の高速遮断を可能にする遮断装置を有する。一般的には、粒子線治療施設の制御および安全システムは、その都度、必要なパラメータにより特徴づけられた粒子線を相応の治療室内に導くことを保証する。

必要なパラメータはいわゆる治療計画において定められる。パラメータは、どのくらいの数の粒子をどの方向からどのくらいのエネルギーで患者に照射すべきかを指定する。粒子エネルギーは患者への粒子の侵入深さ、すなわち粒子線治療時における組織との最大相互作用が行なわれる位置を決定し、換言するならば、最大線量を与える位置を決定する。治療計画によって要求されたパラメータは、一般に、加速器制御ユニットによって、加速器ユニットおよび粒子線供給ユニットのための、例えばマシンパラメータの形での設定パラメータに変換される。更に、どの照射場所に粒子線が導かれるべきかの情報が、粒子線供給ユニットのための設定パラメータに変換される。更に、照射場所の制御ユニットは、例えば、照射すべき患者または照射すべきファントムを粒子線に対して位置決めすることを可能にする位置決め装置を制御する。

多数の固定ビーム治療場所およびガントリを有する粒子線治療施設は知られている（例えば、特許文献１参照）。さまざまの照射施設および照射技術が知られている（例えば、非特許文献１参照）。

治療室の選択方法も知られており（例えば、特許文献２参照）、また粒子線治療施設のための安全システムも知られている（例えば、特許文献３参照）。
欧州特許出願公開第０９８６０７０号明細書 米国特許第５２６０５８１号明細書 米国特許第５８９５９２６号明細書 Ｈ．Ｂｌａｔｔｍａｎｎ，"Ｂｅａｍ ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ｃｈａｒｇｅｄ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ"，Ｒａｄｉａｔ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．（１９９２）３１：２１９−２３１

本発明の課題は、粒子線治療施設の安全運転および特に粒子線を要求する照射場所への粒子線の確実な供給を保証するような、粒子線治療施設および粒子線治療施設における照射過程のための粒子線経路の形成方法を提供することにある。

粒子線治療施設に関する課題は、本発明によれば、粒子を加速し少なくとも２つの照射場所へ粒子を供給するための加速器ユニットおよび粒子線供給ユニットと、粒子線経路に沿った正しい粒子線案内を確保および監視するための制御および安全システムとを備え粒子線治療施設において、制御および安全システムが、照射場所の１つに配置された少なくとも１つの制御ユニットと、割当ユニットと、加速器制御ユニットとを有し、制御ユニットは、照射過程のために粒子線を要求する要求信号を出力するように構成され、割当ユニットは、粒子線を要求する照射場所へ粒子線を割当てるように構成されていると共に、加速器ユニットおよび粒子線供給ユニットの、粒子線経路を設定するための設定可能な要素に、それらの設定可能性を活性化プロセスにより制御するために接続されており、粒子線経路のために必要な設定可能な要素のみが的確に活性化され、加速器制御ユニットは、設定可能な要素へ設定パラメータを出力するように構成されていることによって解決される。

粒子線治療施設に関する本発明の実施態様は次の通り列記される。
制御ユニットは、更に照射計画からのデータを伝達するように構成されている。
制御ユニットは、更に相応の照射場所への粒子線供給を開始させる粒子線放出信号を送出するように構成されている
制御ユニットは、第１の固定的に割当てられた信号接続手段を介して直接的に割当ユニットの信号入力部に接続され、それにより信号入力部への要求信号の印加が粒子線を要求する照射場所を一義的に決定する。
割当ユニットは、粒子線の使用可能性をチェックするように構成され、好ましくは安全指向のメモリプログラム可能なコントローラとして構成されている。
割当ユニットは、可能な粒子線経路を有するテーブルを記憶するように構成されている
加速器制御ユニットは、要求された粒子線供給のための設定可能な要素の正しい設定を制御するように構成されている。
割当ユニットと照射場所の制御ユニットとの間で確認信号を伝達するために、割当ユニットの１つの信号出力部と制御ユニットとの第２の固定的に割当てられた信号接続手段またはデータバスシステムへの共通の接続部が存在する。
信号接続手段は、直接的なハードウェア接続手段、特に個別の信号線である。
少なくとも２つの制御ユニットが個別にそれぞれ１つの固定的に割当てられた信号接続手段を介して直接的に割当ユニットのそれぞれ少なくとも１つの信号出力部に接続されている。
加速器制御ユニットおよび少なくとも１つの制御ユニットは、粒子線の照射に必要なパラメータおよび／または特に照射過程の基礎をなす治療計画に基づいて制御システムによって決定されている加速器ユニットおよび粒子線供給ユニットの照射に必要なパラメータの交換のために、データバスシステムに接続されている。
少なくとも２つの照射場所のうちの少なくとも１つの照射場所は、患者が粒子を照射される治療場所である。
少なくとも２つの照射場所のうちの少なくとも１つの照射場所は、粒子照射を特徴づけるパラメータを検査する検査場所である。

粒子線治療施設における照射過程のための粒子線経路の形成方法に関する課題は、本発明によれば、粒子を加速し少なくとも２つの照射場所へ粒子を供給するための加速器ユニットおよび粒子線供給ユニットと、粒子線経路に沿った正しい粒子線案内を確保および監視するための制御および安全システムとを備え、制御および安全システムが、照射場所にそれぞれ１つずつ配置された制御ユニットと、割当ユニットと、加速器制御ユニットとを有する粒子線治療施設における照射過程のための粒子線経路の形成方法において、制御ユニットの１つと割当ユニットとが照射過程の導入のために通信を行ない、粒子線照会信号と粒子線を要求する照射場所への粒子線の割当後に照会を確認する確認信号とが交換される照会ステップ、割当てられた制御ユニットが加速器制御ユニットに実行すべき照射過程について通知し、加速器制御ユニットが相応の設定パラメータを加速器ユニットおよび粒子線供給ユニットの設定可能な要素に伝達する設定ステップ、加速器制御ユニットから伝達された設定パラメータが変換されて、粒子線を要求する照射場所への粒子のための粒子線経路が構成されるように、割当ユニットが直接的にその都度必要な要素を活性化する活性化ステップが行われることによって解決される。

粒子線治療施設における照射過程のための粒子線経路の形成方法に関する本発明に実施態様は次の通り列記される。
活性化ステップが設定ステップと同時に行なわれる。
要求ステップにおいて更に「粒子線オン」信号が割付ユニットに伝達され、割付ユニットにおける当該信号の存在が活性化ステップの実行のための前提とされている。
照射ステップにおいて更に粒子が、構成された粒子線経路に沿って照射過程による照射のために案内される。

粒子線経路に沿った正しい粒子線案内を確保および監視するための制御および安全システムを、照射場所の１つに配置された少なくとも１つの制御ユニットと、割当ユニットと、加速器制御ユニットとに特殊に区分することによって、照射場所での治療プロセスの制御および管理の有利な分離と、加速器ユニットおよび粒子線供給ユニットにおける全てのプロセスおよび設定の制御および管理とが可能になる。

粒子線治療施設の安全運転にとって重要なことは、準備された照射室への粒子線の確実な供給である。中間に接続された割当ユニットによって確実性を保証することが特に好ましい。割当ユニットは照射室の制御ユニットからの要求信号を受信し、照射過程の順序を調整し、粒子線の相応の使用が可能である場合に粒子線を、粒子線を要求する照射室に割当てる。これは、要求段階において要求信号と確認信号との直接的な交換を介して行なわれる。設定段階においては照射過程のために重要な情報の伝達が行なわれ、例えば制御ユニットからバスシステムを介して加速器制御ユニットへ情報が伝達される。加速器制御ユニットは、照射過程のために必要な設定パラメータを、加速器ユニットおよび粒子線供給ユニットにおける粒子線経路を決定する要素へ伝達する。設定パラメータの変換は、割当ユニットからの活性化信号の存在時にのみに行なうことができる。設定パラメータは、活性化段階において割当ユニットによって、相応の粒子線経路のために必要な設定可能な要素に直接的に伝達される。このために、例えば安全指向の制御ユニットとして構成された割当ユニットは、どの要素がどの照射場所のために活性化されるべきかに関する情報を持ったルックアップテーブルを含むメモリを有する。加速器制御ユニットから分離されたこの活性化ステップは、粒子線経路の設定時に二重の安全性を提供する。直接的かつ固定的に割当てられた信号接続手段が使用されるとよい。直接的かつ固定的に割当てられた信号接続手段は、例えば直接的なハードウェア接続手段、特に個別の信号線、好ましくは安全指向の信号線である。これには一緒に締め付けた多数のケーブル部分も含まれ、この場合に唯一の通しで敷設されたケーブルが好ましい。

直接的かつ固定的に割当てられた信号接続手段は、１つの信号入力部への１つの照射場所の一義的な割当てが存在するという利点を有する。それによって、例えばプロトコルを介する正しい照射場所を検証するための確認が必要とされることなく、常に正しい照射場所が割当ユニットによって識別されることが保証される。従って、付加的な検証ステップなしに、照射場所の割当時の確実性が存在する。それゆえ、このようにしてハードウェアをコード化して管理する手法が、粒子線を要求する照射場所に至る粒子線経路に沿って粒子線を確実に供給することを可能にする。信号接続手段は、とりわけ一方向においてのみ使用されるので、信号伝達方向の区分のためのノイズ障害を受けやすいロジックが不要となる。

ハードウェアコード化に基づいた安全性の考えは、冒頭で挙げた特許文献３における方法に比べて有利である。なぜならば、専用のハードウェア信号線による確実な割当ておよび／または確実な粒子線使用可能性管理は、可変の信号送信が行なわれる純粋なバスによる解決手段に比べて影響されにくいからである。

本発明による粒子線治療施設の一実施態様は、例えば、粒子を加速し加速器からの粒子を少なくとも２つの照射場所に供給するための加速器ユニットおよび粒子線供給ユニットを有する。この種のユニットは、例えば加速器としてサイクロトロンまたはシンクロトロンを含み、サイクロトロンまたはシンクロトロンには場合によっては予め加速された粒子が入射させられる。粒子線供給は、例えば粒子線経路中の少なくとも１つの設定可能な要素により行なわれる。少なくとも１つの設定可能な要素は、加速器制御ユニットにより、その都度必要とされた粒子線経路に応じて設定される。設定のために必要な設定パラメータが伝達され、例えば中間メモリに格納される。

治療場所の少なくとも１つは制御ユニットを有する。この制御ユニットは、直接的かつ固定的に割当てられた信号接続手段を介して直接的に割当ユニットの信号入力部に接続され、照射過程のために粒子線を要求する要求信号を信号接続手段を介して出力するように構成されているので、信号入力部への要求信号の印加が一義的に粒子線を要求する照射場所を決定する。

割当ユニットと照射場所の制御ユニットとの間には、割当ユニットの１つの信号出力部から制御ユニットへ確認信号を伝達するための第２の固定的に割当てられた信号接続手段が存在すると好ましい。

一般的には治療施設は複数の照射場所を有する。これらの照射場所はそれぞれ個別に、固定的に割当てられた信号接続手段を介して直接的に割当ユニットのそれぞれ１つの信号入力部（および場合によっては信号出力部）に接続されている。従って、制御ユニットは直接的なハードウェア接続手段、例えば個別の直接的な信号線を通して割当ユニットに接続されている。

一般的に、加速器ユニットおよび粒子線供給ユニットは複数の要素を有する。これらの要素は、例えば同様に、それぞれ個別に、それぞれ１つの固定的に割当てられた信号接続手段を介して直接的に割当ユニットのそれぞれ１つの信号出力部に接続されている。従って、例えば設定可能な要素も直接的なハードウェア接続手段、例えば個別の直接的な信号線を通して割当ユニットに接続されている。

設定可能な要素の例は、粒子線供給システムから個別の治療室へ粒子線を偏向する粒子線偏向磁石、例えばシンクロトロンリングのノックアウトエキサイタの如き加速器の粒子線出射装置、ＨＥＢＴにおける遮断装置の双極子磁石である。可能な設定パラメータは、それゆえ、印加されている磁場、そのために必要とされる設定すべき電流値または高周波の出射周波数である。設定可能な要素は、少なくとも１つの伝達された設定パラメータを処理しかつ活性化信号の存在に応じて該設定パラメータを変換するように構成されていると好ましい。このために、設定可能な要素は、例えばバッファメモリを有し、バッファメモリには伝達された設定パラメータが格納され、活性化信号の獲得に基づいて読出される。

設定パラメータの伝達は、例えば、加速器制御ユニットおよびそれぞれの要素が接続されているデータバスシステムを介して行なわれる。設定パラメータは照射場所で行なわれる照射過程に関係する。

同様に、少なくとも２つの照射場所のうちの少なくとも１つの照射場所の制御ユニットは、照射に必要な粒子線パラメータおよび／または加速器ユニットおよび粒子線供給ユニットのパラメータの交換のために、このデータバスシステムまたは専用のデータバスシステムに接続されていると好ましい。

照射場所の例は、例えば固定ビーム治療場所またはガントリ治療場所のような粒子線治療のための治療場所、あるいは粒子線照射の基礎をなしているパラメータを検査する検査場所である。

更に、エラー発生時には、粒子加速および／または粒子の更なる案内が、例えば割当ユニットおよび／または制御ユニットによって遮断される。このために、例えば要素の設定のために絶えず活性化信号が存在しなければならない場合には、この活性化信号が終了させられる。活性化信号がスイッチとして作用する場合には、要素は「設定不可」に切り換えられる。

以下において本発明の多数の視点を図１ないし図３に基づいて説明する。
図１は治療施設の概観を概略的に示し
図２は安全指向のスイッチユニットを概略的に示し、
図３は安全指向の接続の装置のための略図を示す。

図１は治療施設１を概略的に示し、そしてさまざまの包含される制御ユニットの協働を明らかにする。これらの制御ユニットは相応のパラメータを有する粒子線を照射場所に送出するための構成要素の設定を生じさせ、監視する。安全性の理由から、その際に重要な信号はエラーに侵されにくいハードウェア接続手段を介して伝達される。ハードウェア接続手段は、例えば専用の個別の特殊な伝送線からなり、一義的に信号伝送が割当てられている。

治療施設１は加速器ユニット３および粒子線供給ユニット５を有する。加速器の模範例として、直線加速器ユニット９を前置されたシンクロトロン７が示されている。粒子線供給ユニット５は複数の照射場所に粒子線を分配する。模範例として概略的に粒子線治療のための３つの治療場所１１，１３，１５と、粒子線の品質保証のための検査場所１７とが設けられている。検査場所１７では、例えば位置段階、強度段階、粒子エネルギーの前もって定められた粒子線パラメータを検証するための規則的な試験を有する品質手順による品質保証が行なわれる。粒子エネルギーを検証するための試験は、例えばライブラリに含まれており、ファントムでの自動化ブラッグピーク測定によって検査される。

出射装置１８により、例えばシンクロトロンリング７に蓄積された粒子が出射させられ、粒子線供給ユニット５に入射させられる。照射過程の終了または中断に基づく高速の粒子線遮断は例えば遮断装置１９の組み込みによって行なうことができ、遮断装置１９は例えば取出し装置１８の後に配置されている３つの小さな双極子磁石からなる。例えば真ん中の双極子の高速遮断によって粒子線がコリメータにおいて消滅させられる。

照射場所１１，１３，１５への粒子の供給は、粒子線供給ユニット５内の偏向磁石２０，２１，２３により粒子線を主粒子線方向から偏向させるによって行なわれる。主粒子線方向には検査場所１７がある。照射場所では、照射領域２５において照射粒子と照射すべき患者またはファントムとの相互作用が起こる。照射領域２５の１つは、例えば、（ラスター）走査装置の最大に走査可能な走査範囲、散布装置の最大に照射可能な散布範囲または設定可能なガントリ照射範囲などによって与えられている。

直線加速器ユニット９は、例えば１つ又は複数の作動可能なイオン源、低エネルギービームガイド、ラジオ周波数四極子、ドリフト管加速器および注入ビームガイドを有する。注入ユニット９の任務は、１つ又は複数の粒子種類の発生、その粒子種類の望まれない粒子種類による汚染物質からの解放、例えばシンクロトロンのための低エネルギー範囲における粒子線強度の設定、粒子の予備加速、そして、例えばシンクロトロンの要求に応じたパルス長および粒子線パラメータについての粒子線の準備である。

治療施設１が走査方法による照射のために使用される場合には、加速された粒子の最適な利用および腫瘍走査中の正しい粒子線監視を可能にする遅い取出しが有利である。この場合、シンクロトロン使用時には、例えば、ノックアウトエキサイタが出射装置１８を構成するいわゆる高周波ノックアウト法による粒子線取出しが有利である。

治療施設１の制御および安全システムは明確に説明するために多数の構成要素に区分されている。監視時に異なる観点が考慮されるかぎり、異なる区分であってもよく、あるいは全く区分されなくてもよい。

図１による実施形態において、加速器制御ユニット３１は、要求された粒子線が仕様に従って治療室に到着するように配慮する。照射場所１１，１３，１５に配置されている制御ユニット３３は、照射過程の経過を制御し、粒子線が照射計画に従って患者に照射されるように配慮する。

更に、制御および安全システムは割当ユニット３５を含む。割当ユニット３５は、粒子線を要求した照射場所１１，・・・１７のみが粒子線を供給されることを保証する。このために割当ユニット３５は、一方では制御ユニット３３に、少なくとも要求信号を伝達するために第１の固定的かつ一義的に割当てられた信号線３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃを介して接続されている。更に、第２の固定的に割当てられた信号線３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃが割当ユニット３５と制御ユニット３３との間に存在する。第２の固定的に割当てられた信号線３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃは、例えば、次に粒子線を供給されるべき照射場所へ割当ユニット３５の確認信号を伝達するために使用される。

制御および安全システムは、制御ユニット３３および加速器制御ユニット３１が接続されている少なくとも１つのデータバスシステム４１を有すると好ましい。これは、例えば次に行なうべき照射のための加速器ユニット３および粒子線供給ユニット５の設定パラメータの伝達に用いられる。割当ユニット３５は、確認信号を受取った照射場所１１，・・・１７のみがパラメータを伝達することができるようにデータバスシステム４１に作用すると好ましい。

場合によってはデータバス４１と１つにまとめられる他のデータバスシステム４３（破線の接続線）には、加速器制御ユニット３１と加速器ユニットおよび粒子線供給ユニットの、他のデータバスシステム４３によって設定可能な要素とが接続されている。図１による実施形態において、設定可能な要素は、例えば出射装置１８、遮断装置１９および偏向磁石２０，２１，２３である。データバス４３を介して、現在要求されている粒子線経路を設定するため、および正しいエネルギーを有する粒子の輸送のためなどに必要な設定パラメータがこれらの要素に伝達される。粒子線経路は、決定された照射場所に応じた高エネルギー粒子線経路における要素の設定を必要とする。

もちろん、設定パラメータの変換は、付加的に割当ユニット３５の活性化信号がその都度設定すべき要素に存在するときにのみ行なうことができる。このために、設定可能な要素は、信号割当ユニット３５の信号出力部４５に、直接的かつ固定的に割当てられた信号線４７を介して接続されている。

要求信号および／または活性化信号が固有の明確なハードウェア接続手段を介して送信および受信される事実は、要求信号がある特定の既知の照射場所から送信されたこと、および／または明確に活性化された要素のみが粒子線経路の決定のために設定されることを保証するに十分である。信号が間違って他の照射場所から受信されたり、または他の要素へ伝達されたりすることはない。

以下において、患者照射のより安全な経過が、例えば図１による施設を使用してどのように行なわれるかを説明する。治療計画５１においては、照射が、粒子線入射方向、粒子線強度、粒子種類、粒子エネルギーなどのような照射に必要なあらゆるパラメータでもって決定される。

照射場所１１，１３，１５において患者のための照射計画が読込まれ、安全技術上の全ての必要条件が満たされ、そして患者が相応に位置決めされた後、治療制御システム、例えば照射場所１１，・・・１５の制御ユニット３３が、現在の照射場所のための計画されたパラメータを有する粒子線を要求する。試験されて解放されかつ加速器制御システム３１において記憶されて存在するパラメータデータセットだけが使用され、かつ要求されると好ましい。

粒子線要求のために、操作者は、例えば照射場所１１の制御ユニット３３からの要求信号を、直接的かつ固定的に割当てられた信号線３７Ａに沿って割当ユニット３５へ送出させる。割当ユニット３５は粒子線の使用可能性をチェックする。隣接照射場所においてなおも照射過程が行なわれる場合には、割当ユニット３５は、この照射過程の終了時にはじめて、要求された照射室に粒子線を割当てる。割当ユニット３５は、例えばこの時点ではじめて、次の照射過程のために所望されたパラメーを伝達するために、データバスシステム４１において加速器制御ユニット３１への治療室１１の制御ユニット３３の接続を可能にする。

付加的に割当ユニット３５は、粒子線を要求する照射場所へ粒子線を供給するために必要な設定可能な要素、すなわちこの場合には出射装置１８、遮断装置１９および偏向磁石２０に、固定的に割当てられた信号線４７を介して活性化信号を送出する。更に、加速器制御ユニット３１が設定パラメータをこれらの要素へ伝達する。活性化信号の仲介のもとでのみ、加速器制御ユニット３１から伝達された設定パラメータが要素において変換され、必要な粒子線経路を決定する。設定可能な要素は優先的に非活性化されていると好ましい。活性化信号の存在時にのみ相応の電流等が設定される。非活性化は、例えば「電流を零に」というデフォルト値が設定されることを意味する。すなわち、活性化信号を伝達するために、割当ユニットの信号出力部が直接的かつ固定的に割当てられた信号接続手段を介して設定可能な要素の少なくとも１つに接続されている。活性化信号との協力においてのみ、伝達された設定パラメータの変換が要素において行なわれる。すなわち、活性化信号は例えば変換前および／または変換中に存在しなければならない。原理的には、設定可能な要素が優先的に非活性化されている、すなわち加速器制御ユニットがインターロック機構として働くと好ましい。活性化信号の存在時にのみ、相応の電流等が設定される。非活性化は、例えばデフォルト値が設定され、例えば磁石コイル中の無電流がデフォルト値として設定されていることを意味する。

設定が行なわれた後、割当ユニット３５は直接的な接続線３９Ａに沿って確認信号を伝達する。この信号が治療場所１１によって確認された後、照射範囲２５に照射するために粒子の供給が行なわれる。

設定過程および信号伝達の順序は、（物理的な設定の実際に変換のための活性化信号の存在を除いて）自由に構成可能である。例えば、代替経過において、治療室１１への粒子線の割当直後に確認信号が治療室１１に接続線３９Ａに沿って伝達されてもよい。確認信号に基づいて治療室の制御ユニット３３側から能動的に生じさせられる「粒子線オン」信号は、割当ユニットからの活性化信号ならびに加速器制御ユニット３１から関連要素への設定パラメータの伝達をひき起こさせる。引き続いて要素において設定パラメータの物理的変換が行なわれ、粒子線が照射場所に供給される。この経過は、変換が確認信号発生後にはじめて行なわれ、従って万一の誤設定を早期に防止することができるという利点を有する。例えば、要求していない制御ユニットが確認信号を得た場合には、自動的に相応の非活性化が行なわれる。

最後に述べた手法は、準備、設定および活性化の３つの段階に細分される。準備のための第１の段階では、制御ユニットおよび割当ユニットのみが通信する（粒子線照会信号、粒子線割当の確認信号ならびに「粒子線オン」信号）。設定のための第２の段階では、割当てられた制御ユニットおよび加速器制御ユニットが通信する。すなわち、相応の粒子線パラメータが要求され、かつ相応のパラメータが要素および加速器ユニットに伝達される。活性化のための第３の段階では、割当ユニットが直接に要素と通信して、その都度必要な要素を設定可能にするので、加速器制御ユニットから伝達されたパラメータを変換することができる。第３の段階は設定を物理的に可能にし、設定を変換する。設定は既に第２の段階と同時に行なわれてもよい。

照射過程中に治療施設は完全に自立して働く。例えば制御ユニット３３がスキャナー磁石および粒子線特性を監視するための粒子線診断ユニットを制御する。運転者のための唯一の介入は照射過程の中断である。粒子線中断がひき起こされた場合またはシステムにおいて他のエラーが認識された場合、割当ユニット３５は、設定可能な要素への直接的かつ固定的に割当てられた信号線を介して、活性化の許可を取消す。この種のエラーの発生時に、例えば双極子磁場の下降により遮断装置内部で粒子線消滅が行なわれる。付加的に、例えば偏向磁石２０，２１，２３が無電流に切り換えられ、ノックアウトエキサイタが遮断される。

照射過程の終了後に、設定可能な要素は再びデフォルト値に設定されるとよい。例えば偏向磁場および／または遮断装置磁場は零にセットされ、ノックアウト周波数は遮断される。発生した照射過程を制御するために治療施設の利用率を最適化する運転システムとの相互作用において、デフォルト値が、場合によっては次に行なわれる照射過程を考慮して、割当ユニットの相応の制御によって飛び移され得るので、粒子線経路が速やかに次の照射過程のために使用可能になる。

粒子線要求および粒子線経路決定のための制御および安全システムの種々の構成要素の任務は次のように要約される。
（１） 加速器制御ユニット３１は、加速器ユニットおよび粒子線供給ユニットにおける設定可能な要素のための設定パラメータの正しい値を制御する。
（２） 割当ユニット３５は、粒子線経路に必要な要素のみが的確に活性化される活性化プロセスにより、これらのパラメータの設定可能性を選択する。このために割当ユニットは、とりわけ、例えばルックアップテーブル内に、可能な粒子線経路を有するテーブルを記憶している。付加的に、特に安全指向のメモリプログラム可能なコントローラとして構成された割当ユニット３５内において粒子線の使用可能性の検査が行なわれる。粒子線の割当てはこれが使用可能であるときにだけ行なわれる。
（３） 照射場所における制御ユニットは、照射計画からのデータを供給し、粒子線供給に関して最終的に決定する。すなわち、制御ユニットは相応の照射場所への粒子線供給を開始させる。

直接的かつ固定的に割当てられた接続手段の使用は、図に概略的に示された実施形態に限定されない。例えば制御ユニットの１つと割当ユニットとの間の接続のみがそのように構成され、要素の設定は違ったふうに保証されてもよい。

図２および図３には、安全指向の直接接続の観点が明確に示されている。図２は、安全指向のスイッチユニット６１について、例えば制御ユニットおよび／または割当ユニットにおいて、例えば要求信号、確認信号および／または活性化信号の伝達のためにスイッチユニット６１がどのように使用可能であるかを概略的に示す。２つの並列接続された線路６３が、強制開路または強制閉路されるスイッチ６５を介して信号出力部６７と接続可能である。スイッチ６５は両線路６３を共通に開閉し、エラー時に安全状態を取る。信号出力部６７はユニット６９に接続されている。すなわち、図１に移すならば、ユニット６９は、例えば制御ユニット３３の１つまたは割当ユニット３５であり、あるいは出射装置１８、遮断装置１９または偏向磁石２０，２１，２３のような活性化可能な要素の１つである。

図３は、分離ユニット１８’、遮断装置１９’および偏向磁石２０’，２１’，２３’のような設定すべき要素７１へ活性化信号を伝達するための安全指向の二重線路の使用を明確に示す。これらは、相応の安全指向のスイッチユニットから、図１によれば割当ユニットの部分である信号出力部４５’に配設される。場合によっては、固定装置７３の使用は治療施設の大きさにより避け得ない。

治療施設の概観を示す概略図 安全指向のスイッチユニットの概略図 安全指向の接続装置の概略図

符号の説明

１ 治療施設
３ 加速器ユニット
５ 粒子線供給ユニット
７ シンクロトロン
９ 直線加速器ユニット
１１ 治療場所
１３ 治療場所
１５ 治療場所
１７ 検査場所
１８ 出射装置
１９ 遮断装置
２０ 偏向磁石
２１ 偏向磁石
２３ 偏向磁石
２５ 照射領域
３１ 加速器制御ユニット
３３ 制御ユニット
３５ 割当ユニット
３７Ａ〜Ｃ 信号線
３９Ａ〜Ｃ 信号線
４１ データバスシステム
４３ データバスシステム
４５ 信号出力部
４７ 信号線
５１ 治療計画
６１ スイッチユニット
６３ 線路
６５ スイッチ
６７ 信号出力部
６９ ユニット
７１ 設定すべき要素
７３ 固定装置

Claims (17)

1. 粒子を加速し少なくとも２つの照射場所へ粒子を供給するための加速器ユニットおよび粒子線供給ユニットと、粒子線経路に沿った正しい粒子線案内を確保および監視するための制御および安全システムとを備えた粒子線治療施設において、
   制御および安全システムが、照射場所の１つに配置された少なくとも１つの制御ユニットと、割当ユニットと、加速器制御ユニットとを有し、
   制御ユニットは、照射過程のために粒子線を要求する要求信号を出力するように構成され、
   割当ユニットは、粒子線を要求する照射場所へ粒子線を割当てるように構成されていると共に、加速器ユニットおよび粒子線供給ユニットの、粒子線経路を設定するための設定可能な要素に、それらの設定可能性を活性化プロセスにより制御するために接続されており、粒子線経路のために必要な設定可能な要素のみが的確に活性化され、
   加速器制御ユニットは、設定可能な要素へ設定パラメータを出力するように構成されている
   ことを特徴とする粒子線治療施設。
2. 制御ユニットは、更に照射計画からのデータを伝達するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の粒子線治療施設。
3. 制御ユニットは、更に相応の照射場所への粒子線供給を開始させる粒子線放出信号を送出するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の粒子線治療施設。
4. 制御ユニットは、第１の固定的に割当てられた信号接続手段を介して直接的に割当ユニットの信号入力部に接続され、それにより信号入力部への要求信号の印加が粒子線を要求する照射場所を一義的に決定することを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の粒子線治療施設。
5. 割当ユニットは、粒子線の使用可能性をチェックするように構成され、好ましくは安全指向のメモリプログラム可能なコントローラとして構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の粒子線治療施設。
6. 割当ユニットは、可能な粒子線経路を有するテーブルを記憶するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の粒子線治療施設。
7. 加速器制御ユニットは、要求された粒子線供給のための設定可能な要素の正しい設定を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の粒子線治療施設。
8. 割当ユニットと照射場所の制御ユニットとの間で確認信号を伝達するために、割当ユニットの１つの信号出力部と制御ユニットとの第２の固定的に割当てられた信号接続手段またはデータバスシステムへの共通の接続部が存在することを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の粒子線治療施設。
9. 信号接続手段は、直接的なハードウェア接続手段、特に個別の信号線であることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の粒子線治療施設。
10. 少なくとも２つの制御ユニットが個別にそれぞれ１つの固定的に割当てられた信号接続手段を介して直接的に割当ユニットのそれぞれ少なくとも１つの信号出力部に接続されていることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の粒子線治療施設。
11. 加速器制御ユニットおよび少なくとも１つの制御ユニットは、粒子線の照射に必要なパラメータおよび／または特に照射過程の基礎をなす治療計画に基づいて制御システムによって決定されている加速器ユニットおよび粒子線供給ユニットの照射に必要なパラメータの交換のために、データバスシステムに接続されていることを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載の粒子線治療施設。
12. 少なくとも２つの照射場所のうちの少なくとも１つの照射場所は、患者が粒子を照射される治療場所であることを特徴とする請求項１乃至１１の１つに記載の粒子線治療施設。
13. 少なくとも２つの照射場所のうちの少なくとも１つの照射場所は、粒子照射を特徴づけるパラメータを検査する検査場所であることを特徴とする請求項１乃至１２の１つに記載の粒子線治療施設。
14. 粒子を加速し少なくとも２つの照射場所へ粒子を供給するための加速器ユニットおよび粒子線供給ユニットと、粒子線経路に沿った正しい粒子線案内を確保および監視するための制御および安全システムとを備え、制御および安全システムが、照射場所にそれぞれ１つずつ配置された制御ユニットと、割当ユニットと、加速器制御ユニットとを有する粒子線治療施設における照射過程のための粒子線経路の形成方法において、
    制御ユニットの１つと割当ユニットとが照射過程の導入のために通信を行ない、粒子線照会信号と粒子線を要求する照射場所への粒子線の割当後に照会を確認する確認信号とが交換される照会ステップ、
    割当てられた制御ユニットが加速器制御ユニットに実行すべき照射過程について通知し、加速器制御ユニットが相応の設定パラメータを加速器ユニットおよび粒子線供給ユニットの設定可能な要素に伝達する設定ステップ、
    加速器制御ユニットから伝達された設定パラメータが変換されて、粒子線を要求する照射場所への粒子のための粒子線経路が構成されるように、割当ユニットが直接的にその都度必要な要素を活性化する活性化ステップ
    が行われることを特徴とする粒子線治療施設における照射過程のための粒子線経路の形成方法。
15. 活性化ステップが設定ステップと同時に行なわれることを特徴とする請求項１４記載の方法。
16. 要求ステップにおいて更に「粒子線オン」信号が割付ユニットに伝達され、割付ユニットにおける当該信号の存在が活性化ステップの実行のための前提とされていることを特徴とする請求項１４又は１５記載の方法。
17. 照射ステップにおいて更に粒子が、構成された粒子線経路に沿って照射過程による照射のために案内されることを特徴とする請求項１４乃至１６の１つに記載の方法。

Images