JP2007132902A - 粒子線照射システム - Google Patents

Abstract

【課題】ビーム照射位置の精度を向上させることができる粒子線照射システムを提供する。
【解決手段】荷電粒子ビームを出射するシンクロトロン９と、荷電粒子ビームを走査する走査電磁石２１，２２を有し、シンクロトロン９からの荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射装置６と、走査電磁石２１，２２の電流を制御してビーム照射位置を移動させる照射制御装置２６とを備えた粒子線照射システムにおいて、照射制御装置２６は、照射計画に基づくビーム照射位置に対応して、ヒステリシス特性を考慮しない走査電磁石２１，２２の電流値をそれぞれ演算し、この演算値をヒステリシス特性を考慮して補正演算し、この演算結果に基づいて走査電磁石２１，２２の電流を制御する。
【選択図】図５

Description

本発明は、荷電粒子ビームを走査電磁石で走査して照射する粒子線照射システムに関する。

一般に、粒子線照射システムは、荷電粒子ビーム発生装置と、この荷電粒子ビーム発生装置で発生した荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、このビーム輸送系に接続され、荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射装置とを備えている。荷電粒子ビーム発生装置は、シンクロトロン等の加速器で荷電粒子ビームを加速して設定エネルギー（例えば１００〜２００ＭｅＶ）まで高めた後、ビーム輸送系に出射する。照射装置は、荷電粒子ビームを散乱させ、散乱した荷電粒子ビームを照射対象の形状に形成して照射するパッシブ照射方式と、細い荷電粒子ビームを照射対象をなぞるように照射するスキャニング照射方式（ペンシルビームスキャニング照射方式）とが知られている。

スキャニング照射方式の照射装置は、例えば、荷電粒子ビームをビーム進行方向（Ｚ方向）に対し垂直な平面上において互いに直交する方向（Ｘ方向及びＹ方向）にそれぞれ偏向させる走査電磁石を備えている。そして、例えば、照射対象へのビーム照射を停止した状態で、走査電磁石の電流を制御して照射スポットの位置を移動させ、その後、ビーム照射を開始するようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特許第２８３３６０２号公報

しかしながら、上記従来技術には以下のような課題が存在する。
すなわち、上記照射装置の走査電磁石は、電流と磁場との関係にヒステリシス特性がある。すなわち、走査電磁石に与えた電流に対し得られる磁場は、残留磁場の影響により必ずしも同じにはならない。そのため、走査電磁石のヒステリシス特性がビーム照射位置の精度を低下させる要因となっていた。この走査電磁石のヒステリシスの影響を抑える方法の一つとして、磁場強度差を小さく抑える磁性体を使用する方法が考えられる。ところが、このような磁性体は、良いものを選ぶほど高価となり、またヒステリシスの影響を抑えるのにも限界があった。また、ビーム走査範囲を狭める方法も考えられるが、広いビーム走査範囲の照射を行うときには避けられない課題であった。

本発明の目的は、上記事柄に基づいて鑑みてなされたものであり、ビーム照射位置の精度を向上させることができる粒子線照射システムを提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、荷電粒子ビームを出射する加速器と、前記荷電粒子ビームを走査する走査電磁石を有し、前記加速器からの荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射装置と、前記走査電磁石の電流を制御してビーム照射位置を移動させる照射制御装置とを備えた粒子線照射システムにおいて、照射計画に基づくビーム照射位置に対応して、ヒステリシスの影響を考慮しない前記走査電磁石の電流値を演算する第１の演算手段と、前記第１の演算手段で演算した前記走査電磁石の電流値を、ヒステリシスの影響を考慮して補正演算する第２の演算手段とを有し、前記照射制御装置は、前記第２の演算手段の演算結果に基づいて前記走査電磁石の電流を制御する。

本発明においては、照射計画に基づくビーム照射位置に対応して、ヒステリシスの影響を考慮しない走査電磁石の電流値を第１の演算手段で演算し、この演算値をヒステリシスの影響を考慮して第２の演算手段で補正演算する。そして、照射制御装置は、第２の演算手段の演算結果に基づいて、照射装置の走査電磁石の電流を制御してビーム照射位置を制御する。これにより、ビーム照射位置の精度を向上させることができる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記第２の演算手段は、前記ビーム照射位置の移動に応じて前記走査電磁石の電流値が増加するときは、その増加に応じて、前記第１の演算手段で演算した電流値に補正飽和値を加算した第１の飽和電流値に漸近するように補正演算し、前記ビーム照射位置の移動に応じて前記走査電磁石の電流値が減少するときは、その減少に応じて、前記第１の演算手段で演算した電流値から補正飽和値を減算した第２の飽和電流値に漸近するように補正演算する。

（３）上記（２）において、好ましくは、前記第２の演算手段は、前記ビーム照射位置の移動に応じて前記走査電磁石の電流値が増加方向又は減少方向に切り替わってからの電流値の変化量に対応する内部変数を設定し、前記ビーム照射位置の移動に応じて前記走査電磁石の電流値が増加する場合、前記内部変数の増加に応じて正の補正飽和値に漸近するような補正値を演算する増加関数と、前記ビーム照射位置の移動に応じて前記第走査電磁石の電流値が減少する場合、前記内部変数の増加に応じて負の補正飽和値に漸近するような補正値を演算する減少関数とを設定し、前記増加関数及び減少関数で演算した補正値を加算して補正演算する。

（４）上記（３）において、好ましくは、前記内部変数をパラメータとした前記増加関数及び減少関数は、前記内部変数の軸を中心に対称とし、かつ前記内部変数のとりうる範囲で前記負の補正飽和値から前記正の補正飽和値未満の範囲をとる関数であり、前記内部変数は、前記走査電磁石の電流値が増加方向又は減少方向に切り替わるときに前記増加関数及び減少関数で演算した補正値が等しくなるように変換する。

（５）上記目的を達成するために、また本発明は、荷電粒子ビームを出射する加速器と、前記荷電粒子ビームを走査する走査電磁石を有し、前記加速器からの荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射装置と、前記走査電磁石の電流を制御してビーム照射位置を制御する照射制御装置とを備えた粒子線照射システムにおいて、所定の最大電流値から所定の最小電流値まで制御された場合の前記走査電磁石のヒステリシス特性曲線を用いて、照射計画に基づくビーム照射位置に対応する前記走査電磁石の電流値を演算する第３の演算手段を有し、前記照射線制御装置は、前記第３の演算手段の演算結果に基づいて前記走査電磁石の電流を制御してビーム照射位置を移動させるとともに、前記ビーム照射位置の移動に応じて前記走査電磁石の電流値を増加方向から減少方向に切り替える場合は、前記走査電磁石を前記ヒステリシス特性曲線の最大電流値に制御してから行い、前記ビーム照射位置の移動に応じて前記走査電磁石の電流値を減少方向から増加方向に切り替える場合は、前記走査電磁石を前記ヒステリシス特性曲線の最小電流値に制御してから行う。

本発明においては、例えば記憶手段に予め設定記憶され、所定の最大電流値から所定の最小電流値まで制御された場合の走査電磁石のヒステリシス特性曲線を用いて、照射計画に基づくビーム照射位置に対応する走査電磁石の電流値を第３の演算手段で演算し、この演算結果に基づき、照射制御装置は照射装置の走査電磁石の電流を制御してビーム照射位置を移動させる。また、照射制御装置は、上記した走査電磁石のヒステリシス特性曲線に合致させるため、ビーム照射位置の移動に応じて走査電磁石の電流値を増加方向から減少方向に切り替える場合は、例えば照射対象へのビーム照射を停止させた状態で、走査電磁石をヒステリシス特性曲線の最大電流値に制御してから行い、ビーム照射位置の移動に応じて走査電磁石の電流値を減少方向から増加方向に切り替える場合は、例えば照射対象へのビーム照射を停止させた状態で、走査電磁石をヒステリシス特性曲線の最小電流値に制御してから行う。このようにして特定のヒステリシス特性曲線に合致するように走査電磁石の電流を制御することにより、ビーム照射位置の精度を向上させることができる。

（６）上記目的を達成するために、また本発明は、荷電粒子ビームを出射する加速器と、前記荷電粒子ビームを走査する走査電磁石を有し、前記加速器からの荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射装置と、前記走査電磁石の電流を制御してビーム照射位置を制御する照射制御装置とを備えた粒子線照射システムにおいて、所定の最大電流値から所定の最小電流値まで制御された場合の前記走査電磁石のヒステリシス特性曲線を、前記最大電流値及び最小電流値の大きさに応じて異なる複数種類記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶した複数種類のヒステリシス特性曲線のうちいずれかを選択可能な入力手段と、前記入力手段で選択したヒステリシス特性曲線を用いて、照射計画に基づくビーム照射位置に対応する前記走査電磁石の電流値を演算する第４の演算手段とを有し、前記照射線制御装置は、前記第４の演算手段の演算結果に基づいて前記走査電磁石の電流を制御してビーム照射位置を移動させるとともに、前記ビーム照射位置の移動に応じて前記走査電磁石の電流値を増加方向から減少方向に切り替える場合は、前記走査電磁石を前記設定手段で選択したヒステリシス曲線の最大電流値に制御してから行い、前記ビーム照射位置の移動に応じて前記走査電磁石の電流値を減少方向から増加方向に切り替える場合は、前記走査電磁石を前記設定手段で選択したヒステリシス曲線の最小電流値に制御してから行う。

本発明においては、記憶手段に複数種類のヒステリシス特性曲線が予め記憶されており、これら複数種類のヒステリシス特性曲線のうちいずれかを入力手段で選択する。そして、照射制御装置は、選択したヒステリシス特性曲線に合致するように走査電磁石の電流を制御することにより、上記（５）同様、ビーム照射位置の精度を向上させることができる。また、例えば照射対象の形状や大きさに応じて、ヒステリシス特性曲線すなわち走査電磁石の最大電流値及び最小電流値の大きさを入力手段で選択することが可能である。これにより、走査電磁石の無駄な電力消費を低減することができる。また、ビーム照射位置の移動時間を短縮することができる。

（７）上記（５）又は（６）において、好ましくは、照射対象へのビーム照射を停止する照射停止手段を有し、前記照射停止手段でビーム照射を停止させた状態で、前記照射制御装置は前記走査電磁石を所定の最大電流値及び所定の最小電流値に制御する。

本発明によれば、ビーム照射位置の精度を高めることができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

本発明の好適な一実施形態である粒子線治療システムを、図１〜図７により説明する。

図１は、本実施形態の粒子線治療システムの全体構成を表す概略図であり、図２は、本実施形態の粒子線治療システムを構成する照射装置の詳細を表す概略図である。また、図３及び図４は、本実施形態の粒子線治療システムの照射対象である患部を一例として表す図であり、図３は患部のレイヤーを表すビーム照射方向断面図であり、図４は患部の照射スポットを部分的に表すレイヤー断面図である。

これら図１〜図４において、粒子線治療システムは、治療ベット１に固定された患者２の患部３に荷電粒子ビーム（例えば陽子線）を照射して治療を施すものであり、荷電粒子ビーム発生装置４と、この荷電粒子ビーム発生装置４で発生した荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系５と、このビーム輸送系５に接続され、荷電粒子ビームを患者２の患部３に照射する照射装置６と、これら荷電粒子ビーム発生装置４、ビーム輸送系５、及び照射装置６を治療計画に基づいて制御する制御システム７とを備えている。

荷電粒子ビーム発生装置４は、イオン源（図示せず）と、このイオン源で発生した荷電粒子を加速する前段加速器（例えば直線加速器）８と、この前段加速器８からの荷電粒子ビームをさらに加速するシンクロトロン９とを有する。シンクロトロン９は、荷電粒子ビームを周回させるための複数の偏向電磁石１０及び四極電磁石１１と、荷電粒子ビームを加速させる加速装置１２と、荷電粒子ビームを出射させる出射装置１３（照射停止手段）とを備えている。加速装置１２は、詳細は図示しないが、ビーム周回軌道上に配置された高周波加速空胴と、この高周波加速空胴に高周波電力を印加する高周波電源とを備えている。そして、高周波加速空洞内で発生する高周波電磁場によって荷電粒子ビームを加速し、設定エネルギー（例えば１００〜２００ＭｅＶ程度）まで高めるようになっている。

出射装置１３は、ビーム周回軌道上に配置された高周波印加電極１４と、この高周波印加電極１４に開閉スイッチ１５を介し接続された高周波電源１６とを備えている。そして、開閉スイッチ１５が閉じ状態となって高周波印加電極１４に高周波電力が供給されると、荷電粒子ビームは高周波電場が印加されて安定限界外に移行し、出射用デフレクタ１７からビーム輸送系５に出射されるようになっている。一方、開閉スイッチ１５が開き状態となって高周波電力の供給が遮断されると、荷電粒子ビームは安定限界内で周回し、出射されないようになっている。

ビーム輸送系５には、複数の偏向電磁石１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄ及び四極電磁石１９が適宜設置され、シンクロトロン９から出射された荷電粒子ビームを照射装置６に輸送するようになっている。

照射装置６は、ビーム輸送系５の一部とともに回転ガントリー（図示せず）に取り付けられ、この回転ガントリーによって患者２の周囲を回転し、任意の方向から患部３へ荷電粒子ビームを照射するようになっている。照射装置６のケーシング（図示せず）内には、ビーム進行方向（図１及び図２中下方向、Ｚ方向）上流側から、ビーム入射位置を検出する入射位置モニタ２０、ビーム走査する走査電磁石２１，２２、ビーム走査位置を検出する走査位置モニタ２３、及び照射線量分布を測定する線量計２４等が設置されている。

入射位置モニタ２０は、ビーム入射位置がビーム軸上にあるかどうかを検出するものであり、その検出信号が入射位置計測装置２５に出力されてビーム入射位置が演算され、その演算データが照射制御装置２６に出力されるようになっている。

走査電磁石２１，２２は走査電磁石電源２７，２８に接続されており、これら走査電磁石電源２７，２８から走査電磁石２１，２２への供給電流を制御する電源制御装置２９が設けられている。そして、電源制御装置２９は、照射制御装置２６からの制御信号に応じて走査電磁石２１，２２への供給電流をそれぞれ制御し、走査電磁石２１，２２の励磁磁場をそれぞれ制御する。このように制御された走査電磁石２１，２２の励磁磁場によって、荷電粒子ビームをビーム進行方向に対し垂直な平面上において互いに直交するＹ方向（図４中上下方向）及びＸ方向（図２及び４中左右方向）にそれぞれ偏向するようになっている。

走査位置モニタ２３は、走査電磁石２１，２２によるビーム走査位置が制御位置（後述する照射スポットＳ_iの位置に対応する制御位置）にあるかどうかを検出するものであり、その検出信号が走査位置計測装置３０に出力されてビーム走査位置が演算され、その演算データが照射制御装置２６に出力されるようになっている。

線量計２４は、ビーム照射が目標線量に達したかどうかを検出するものであり、その検出信号が線量計測装置３１に出力されて線量値が演算され、その演算データが照射制御装置２６に出力されるようになっている。

制御システム７は、治療計画装置３２で作成した治療計画データ（詳細には、患者識別情報、照射方向、照射位置、及び照射線量等を含む患者データ）を格納するデータベース３３と、荷電粒子ビーム発生装置４及び輸送系５を制御する加速器・輸送系制御装置３４と、照射装置６を制御する上記照射制御装置２６と、データベース３３から読み込んだ治療計画データに基づき加速器・輸送系制御装置３４及び照射制御装置２６をそれぞれ制御する中央制御装置３５とを有する。

中央制御装置３５は、例えばキー入力装置やマウス等からなる入力装置３６（入力手段、後述の図５参照）で入力された患者識別情報に応じてデータベース３３から該当する患者の治療計画データを読み込み、この治療計画データに基づいて照射条件データ（詳細には、患部３をビーム照射方向に分割したレイヤーＬ_i（ｉ＝１，２，…，ｎ）、各レイヤーＬiにおける照射スポットＳ_i（ｉ＝１，２，…，f）の位置、照射順番、及び各照射スポットＳ_iの目標線量値等の情報を含む）を作成し、この照射条件データに基づいて加速器・輸送系制御装置３４及び照射制御装置２６とを連携させて制御するようになっている。

すなわち、荷電粒子ビームは、エネルギーを失って止まる際に周囲に極めて大きなエネルギーを付与するため、その到達深度で線量ピーク（ブラッグピーク）を有する。そのため、レイヤーＬ_i毎の体表面からの深さに応じて、加速器・輸送系制御装置３４は、シンクロトロン９の加速装置１２を制御してビームエネルギーを調整するとともに、このビームエネルギーに応じてシンクロトロン９の偏向電磁石１０及び四極電磁石１１、ビーム輸送系５の偏向電磁石１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄ及び四極電磁石１９を制御するようになっている。なお、本実施形態では、レイヤーＬ_iの照射順番は一番深い方から体表面に向かって移動させている。

また、加速器・輸送系制御装置３４は、シンクトロン９の出射装置１３を制御してビーム出射（言い換えれば、患部３へのビーム照射）を停止させ、この状態で、照射制御装置２６は、照射装置６の走査電磁石２１，２２の電流を制御して、各レイヤーＬ_iにおける照射スポットＳ_iを移動させる。その後、加速制御装置３４は、シンクトロン９の出射装置１３を制御してビーム出射（言い換えれば、患部３へのビーム照射）を開始するようになっている。また、照射装置６の線量計２４からの検出信号により照射スポットＳ_ｉ毎に目標線量値に達したかどうかを判定し、目標線量値に達したときに前述した照射スポットＳ_iの移動を行うようになっている。

ところで、照射スポットＳ_iの位置や照射順番は患部３の形状によって異なるので、ヒステリシス特性を有する走査電磁石２１，２２を精度よく制御することは従来困難であった。そこで、本実施形態の大きな特徴として、照射制御装置２６は、中央制御装置３５から入力された照射スポットＳ_iの位置や照射順番のデータに対応して、ヒステリシス特性を考慮して走査電磁石２１，２２の電流値を演算し、この演算結果に基づいて走査電磁石２１，２２の電流を制御するようになっている。このような照射制御装置２６の制御機能の詳細を以下説明する。

図５は、照射制御装置２６の上記制御に係わる詳細機能を関連装置とともに表すブロック図である。

この図５において、照射制御装置２６は、中央制御装置３５からの照射条件データ（レイヤーＬ_i、照射スポットＳ_i、照射順番、及び目標線量値等）を入力する入力部３７と、後述の演算処理プログラム及びその演算結果等を記憶する記憶部３８と、照射スポットＳ_iの位置に対応してヒステリシス特性を考慮しない走査電磁石２１，２２の電流値をそれぞれ演算する第１演算部３９（第１の演算手段）と、この第１演算部３９で演算した走査電磁石２１，２２の電流値を、ヒステリシス特性を考慮して補正演算する第２演算部４０（第２の演算手段）と、この第２演算部４０の演算結果に基づき走査電磁石２１，２２の電流を制御するための制御信号を生成する制御部４１と、この制御部４１で生成した制御信号を電源制御装置２９に出力する出力部４２とを備えている。

照射制御装置２６の第１演算部３９は、照射スポットＳ_iの位置（及びビームエネルギー等の設定条件）に応じて走査電磁石２１，２２の励磁磁場をそれぞれ演算し、記憶部３８に予め設定記憶されたヒステリシス特性を考慮しない電流−磁場の関数又はテーブル（例えば後述の図７中一点鎖線で示す曲線Ｂc(Ｉi)）を用いて、走査電磁石２１，２２の電流値をそれぞれ算出する。

照射制御装置２６の第２演算部４０は、第１演算部３９で演算した走査電磁石２１，２２の電流値を、ヒステリシス特性を考慮してそれぞれ補正演算する。図６は、第２演算部４０の電流値補正演算の処理内容を表すフローチャートであり、図７は、走査電磁石２１，２２の補正電流値Ｉと磁場Ｂとの関係を一例として表す特性図である。なお、本実施形態は、前述の図４に示すように照射スポットＳ_iをＹ方向一方側に、Ｘ方向に往復移動させており、第１演算部３９で演算したＸ方向走査電磁石２２の電流値Ｉ_i（ｉ＝１，２，…，ｆ）を補正演算する場合を例にとって説明する。

図６において、sgn（＝Sign（Ｉ_i−Ｉ_i-1））は、照射スポットＳ_iの移動に応じて走査電磁石２２の電流値Ｉ_iが増加する場合（言い換えれば（Ｉ_i−Ｉ_i-1）≧０）は１、減少する場合（言い換えれば（Ｉ_i−Ｉ_i-1）＜０）は−１に決定する変数である。ｔ_i（ｉ＝１，２，…）は、照射スポットＳ_iの移動に応じて走査電磁石２２の電流値が増加方向又は減少方向に切り替わってからの電流値Ｉ_iの変化量に対応する内部変数である（なお、物理的な意味合いでは、走査電磁石２２の磁場差の飽和度を表している）。

例えば走査電磁石２２を消磁処理（図７中点Ｏに示す状態）してからビーム照射を開始する場合は、まずステップＳ１００で、各演算パラメータを初期値に設定する（Ｉ₀＝０，ｔ₀＝１，sgn＝１，ｉ＝１）。そして、最初の照射スポットＳ₁における走査電磁石２２の電流値Ｉ₁の補正演算にあたり、ステップＳ１１０では、sgn＝１であるから、照射スポットＳ₁への移動に応じて走査電磁石２２の電流値Ｉ₁が増加しているかどうかを、Sign（Ｉ₁−Ｉ₀）により判定する。走査電磁石２２の電流値Ｉ₁＞Ｉ₀であるから、ステップＳ１１０の判定が満たされ、ステップＳ１２０に移る。

ステップＳ１２０では、式（１）により内部変数ｔ₁を算出する。
ｔ_i＝ｔ_i-1＋｜Ｉ_i−Ｉ_i-1｜／Ｉ_t・・・（１）
Ｉ_t：電流規格値（一定値）
この内部変数ｔ₁（ｔ₁＝ｔ₀＋｜Ｉ₁−Ｉ₀｜／Ｉ_t＝１＋Ｉ₁／Ｉ_t）は、電流初期値Ｉ₀に対する電流値Ｉ₁の変化量｜Ｉ₁−Ｉ₀｜を電流規格化値Ｉ_tで割って規格化し、その値｜Ｉ₁−Ｉ₀｜／Ｉ_tと内部変数初期値ｔ₀＝１とを合算したものである。

その後、ステップＳ１３０に進んで、算出した内部変数ｔ₁を用いて式（２）により補正値dＩを算出する。
dＩ＝sgn×dＩmax×f(ｔ_i）・・・（２）
f(ｔ_i）＝１−２／（１＋ｔ_i）：（０＜ｔ＜∞、−１＜f(ｔ_i）＜１）
dＩmax：補正飽和値（一定値、なお電流値Ｉ_iに応じて算出してもよい）
このとき、sgn＝１であるからdＩ＝dＩmax×f(ｔ_i）となり、f(ｔ_i）は内部変数ｔ_iの増加に応じてf(ｔ_i）＝１に漸近する増加関数であるから、補正値dＩは内部変数ｔ_iの増加に応じて正の補正飽和値dＩmaxに漸近するようになっている。

その後、ステップＳ１４０に進んで、走査電磁石２２の電流値Ｉ₁に算出した補正値dＩを加算して補正電流値Ｉを算出する（Ｉ＝Ｉ₁＋dＩ）。その後、ステップＳ１５０に進んで、照射スポットＳ₁が最後であるかどうかを判定する。照射スポットＳ₁が最後ではないから、ステップＳ１５０の判定が満たされず、ステップＳ１６０に移る。ステップＳ１６０では、ｉ＝１＋１＝２とし、ステップＳ１１０に戻る。

そして、照射スポットＳ₂における走査電磁石２２の電流値Ｉ₂の補正演算にあたり、ステップＳ１１０では、sgn＝１であるから、照射スポットＳ₂への移動に応じて走査電磁石２２の電流値Ｉ₂が増加しているかどうかを、Sign（Ｉ₂−Ｉ₁）により判定する（言い換えれば、走査電磁石２２の電流値が増加方向から減少方向に切り替わっていないかどうかを判定する）。走査電磁石２２の電流値Ｉ₂＞Ｉ₁であるから、ステップＳ１１０の判定が満たされ、ステップＳ１２０に移る。

ステップＳ１２０では、式（１）により内部変数ｔ₂を算出する（ｔ₂＝ｔ₁＋｜Ｉ₂−Ｉ₁｜／Ｉ_t＝１＋（Ｉ₂−Ｉ₀）／Ｉ_t）。この内部変数ｔ₂は、電流初期値Ｉ₀に対する電流値Ｉ₂の変化量｜Ｉ₂−Ｉ₀｜を電流規格値Ｉ_tで割って規格化し、その値（Ｉ₂−Ｉ₀）／Ｉ_tと内部変数初期値ｔ₀＝１とを合算したものと言える。

その後、ステップＳ１３０に進んで、算出した内部変数ｔ₂を用いて式（２）により補正値dＩを算出し、ステップＳ１４０に進んで、走査電磁石２２の電流値Ｉ₂に算出した補正値dＩを加算して補正電流値Ｉを算出する（Ｉ＝Ｉ₂＋dＩ）。その後、照射スポットＳ₂が最後ではないから、ステップＳ１５０の判定が満たされず、ステップＳ１６０に進んでｉ＝２＋１＝３とし、ステップＳ１１０に戻る。

そして、照射スポットＳ₃〜Ｓ₆の移動に応じて走査電磁石２２の電流値Ｉ₃〜Ｉ₆はそれぞれ増加し、ステップＳ１１０のSign（Ｉ_i−Ｉ_i-1）＝sgn＝１の判定が満たされるので、上述したステップＳ１１０〜Ｓ１６０の手順を繰り返して走査電磁石２２の電流値Ｉ₃〜Ｉ₆を補正演算する。このようにして、照射スポットＳ₁〜Ｓ₆の移動に応じて走査電磁石の電流値Ｉ₁〜Ｉ₆がそれぞれ増加するときは、その増加に応じて、走査電磁石２２の電流値Ｉ_iに補正飽和値dＩmaxを加算した第１の飽和電流値（Ｉ_i＋dＩmax）（言い換えれば、図７中二点鎖線で示す曲線Ｂc(I-dImax））に漸近するように補正演算している。

次に、照射スポットＳ₇における走査電磁石２２の電流値Ｉ₇の補正演算にあたり、ステップＳ１１０では、sgn＝１のままであるから、スポット位置Ｓ₇への移動に応じて走査電磁石２２の電流値Ｉ₇が増加しているかどうか、Sign（Ｉ₇−Ｉ₆）により判定する。走査電磁石２２の電流値Ｉ₇＜Ｉ₆で減少方向に切り替わっているから、ステップＳ１１０の判定が満たされず、ステップＳ１７０に移る。ステップＳ１７０では、sgn＝Sign（Ｉ₇−Ｉ₆）＝−１に書き換える。

その後、ステップＳ１８０に進んで、前回算出した内部変数t₆を逆数に変換し（この変換は、f(ｔ₆)＝−f(１／ｔ₆)とするためである）、ステップＳ１２０に進んで、式（１）により今回の内部変数ｔ₇を算出する（ｔ₇＝１／ｔ₆＋｜Ｉ₇−Ｉ₆｜／Ｉ_t）。この内部変数ｔ₇は、走査電磁石２２の電流値が増加方向から減少方向に切り替わってからの電流値Ｉ₇の変化量｜Ｉ₇−Ｉ₆｜を電流規格値Ｉ_tで割って規格化し、その値｜Ｉ₇−Ｉ₆｜／Ｉ_tと、走査電磁石２２の電流値が増加方向から減少方向に切り替わるときの内部変数ｔ₆の逆数変換値１／ｔ₆とを合算したものと言える。

その後、ステップＳ１３０に進んで、算出した内部変数ｔ₇を用いて式（２）により補正値dＩを算出する。このとき、sgn＝−１であるからdＩ＝−dＩmax×f(ｔ_i）となり、−f(ｔ_i）は内部変数ｔ_iの増加に応じてf(ｔ_i）＝−１に漸近する減少関数であるから、補正値dＩは内部変数ｔ_iの増加に応じて負の補正飽和値−dＩmaxに漸近するようになっている。

その後、ステップＳ１４０に進んで、走査電磁石２２の電流値Ｉ₇に算出した補正値dＩを加算して補正電流値Ｉを算出する（Ｉ＝Ｉ₇＋dＩ）。その後、照射スポットＳ₇が最後ではないから、ステップＳ１５０の判定が満たされず、ステップＳ１６０に進んでｉ＝７＋１＝８とし、ステップＳ１１０に戻る。そして、照射スポットＳ₈〜Ｓ₁₂の移動に応じて走査電磁石２２の電流値Ｉ₈〜Ｉ₁₂はそれぞれ減少し、ステップＳ１１０のSign（Ｉ_i−Ｉ_i-1）＝sgn＝−１の判定が満たされるので、上述したステップＳ１１０〜Ｓ１６０の手順を繰り返して走査電磁石２２の電流値Ｉ₈〜Ｉ₁₂を補正演算する。このようにして、照射スポットＳ₇〜Ｓ₁₂の移動に応じて走査電磁石の電流値Ｉ₇〜Ｉ₁₂がそれぞれ減少するときは、その減少に応じて、走査電磁石２２の電流値Ｉ_iから補正飽和値dＩmaxを減算した第２の飽和電流値（Ｉ_i−dＩmax）（言い換えれば、図７中二点鎖線で示す曲線Ｂc(I+dImax)）に漸近するように補正演算している。

次に、照射スポットＳ₁₃における走査電磁石２２の電流値Ｉ₁₃の補正演算にあたり、ステップＳ１１０では、sgn＝−１のままであるから、スポット位置Ｓ₁₃への移動に応じて走査電磁石２２の電流値Ｉ₁₃が減少しているかどうかを、Sign（Ｉ₁₃−Ｉ₆）により判定する。走査電磁石２２の電流値Ｉ₁₃＞Ｉ₁₂で増加方向に切り替わっているから、ステップＳ１１０の判定が満たされず、ステップＳ１７０に移る。ステップＳ１７０では、sgn＝Sign（Ｉ₁₃−Ｉ₁₂）＝１に書き換える。

その後、ステップＳ１８０に進んで、前回算出した内部変数t₁₂を逆数に変換し（この変換は、−f(ｔ₁₂)＝ｆ(１／ｔ₁₂)とするためである）、ステップＳ１２０に進んで、式（１）により内部変数ｔ₁₃を算出する（ｔ₁₃＝１／ｔ₁₂＋｜Ｉ₁₃−Ｉ₁₂｜／Ｉ_t）。この内部変数ｔ₁₃は、走査電磁石２２の電流値が減少方向から増加方向に切り替わってからの電流値Ｉ₁₃の変化量｜Ｉ₁₃−Ｉ₁₂｜を電流規格値Ｉ_tで割って規格化し、その値｜Ｉ₁₃−Ｉ₁₂｜／Ｉ_tと、走査電磁石２２の電流値を減少方向から増加方向に切り替えるときの内部変数ｔ₁₂の逆数変換値１／ｔ₁₂とを合算したものと言える。

その後、ステップＳ１３０に進んで、算出した内部変数ｔ₁₃を用いて式（２）により補正値dＩを算出する（sgn＝１であるから、dＩ＝dＩmax×f(ｔ_i））。その後、ステップＳ１４０に進んで、走査電磁石２２の電流値Ｉ₁₃に算出した補正値dＩを加算して補正電流値Ｉを算出する（Ｉ＝Ｉ₁₃＋dＩ）。その後、照射スポットＳ₁₃が最後ではないから、ステップＳ１５０の判定が満たされず、ステップＳ１６０に進んでｉ＝13＋１＝14とし、ステップＳ１１０に戻る。

以上のようにして、上記ステップＳ１１０〜Ｓ１６０（又はステップＳ１１０，Ｓ１７０，Ｓ１８０，Ｓ１２０〜Ｓ１６０）の手順が繰り返し行われ、最後の照射スポットにおける走査電磁石２２の補正電流値Ｉ_fが算出されると、ステップＳ１５０の判定が満たされて終了する。

前述の図５に戻り、照射制御装置２６の第２演算部４０で演算した各照射スポットＳ_ｉにおける走査電磁石２１，２２の補正電流値Ｉは、記憶部３８にデータ記憶されるようになっている。そして、照射制御装置２６の制御部４１は、記憶部３８に記憶した演算データに基づき、照射スポットＳ_ｉに応じて走査電磁石２１，２２の電流を制御するための制御信号を生成し、この制御信号が出力部４２から電源制御装置２９に出力され、走査電磁石２１，２２の電流を制御するようになっている。

以上のように構成された本実施形態においては、照射制御装置２６は、例えば患部３へのビーム照射の開始前に、中央制御装置３５から入力した照射スポットＳ_ｉのデータに対し、ヒステリシス特性を考慮しない走査電磁石２１，２２の電流値Ｉ_iを演算し、この電流値Ｉ_iをヒステリシス特性を考慮して補正演算してデータ記憶する。そして、患部３へのビーム照射を行うときは、記憶した演算データに基づいて走査電磁石２１，２２の電流を制御して照射スポットＳ_iを移動させるので、照射スポットＳ_iの位置精度を向上させることができる。また、照射スポットＳ_iの位置精度が向上することにより、患部３の照射線量分布をより均一にすることができる。

なお、上記一実施形態においては、走査電磁石２１，２２の電流値の補正演算は、増加関数ｆ(ｔ_i)＝＝１−２／（１＋ｔ_i）及び減少関数−ｆ(ｔ_i)を設定し、照射スポットＳ_iの移動に応じて走査電磁石２１，２２の電流値が増加方向又は減少方向に切り替わったときに、内部変数ｔ_iを逆数に変化してｆ(ｔ_i)＝−ｆ(１／ｔ_i)とする演算方法を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば増加関数ｆa(ｔ_i)＝１−２／（ｔⁿ＋１）及び減少関数−ｆa(ｔ_i)、又は例えば増加関数ｆb(ｔ_i)＝（ｔⁿ−１）／（ｔⁿ＋１）及び減少関数−ｆb(ｔ_i)を設定し、照射スポットＳ_iの移動に応じて走査電磁石２１，２２の電流値が増加方向又は減少方向に切り替わったときに内部変数ｔ_iを逆数に変換してもよい。また、例えば増加関数ｆc(ｔ_i)＝１−２×exp（−ｔ_i）及び減少関数−ｆc(ｔ_i)を設定し、照射スポットＳ_iの移動に応じて走査電磁石２１，２２の電流値が増加方向又は減少方向に切り替わったときに内部変数ｔ_i＝Log（１−exp（−ｔ_i））に変換してもよい。このような変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記一実施形態においては、中央制御装置３５が治療計画データに基づき作成した照射条件データ（レイヤーＬ_i、照射スポットＳ_i、照射順番、及び目標線量値等）を照射制御装置２６に出力し、照射制御装置２６が照射スポットＳ_iの位置に対応してヒステリシス特性を考慮しない走査電磁石２１，２２の電流値を演算し、この演算値をヒステリシス特性を考慮して補正演算する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば中央制御装置３５又は別途用意した演算処理装置が、照射スポットＳ_iの位置に対応してヒステリシス特性を考慮しない走査電磁石２１，２２の電流値を演算してもよいし、さらにヒステリシス特性を考慮して補正演算してもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記一実施形態においては、特に説明しなかったが、ヒステリシス特性を考慮した走査電磁石２１，２２の補正電流値に基づき、走査電磁石２１，２２の電流を制御した場合における照射スポットＳ_iの位置を事前に検証するため、例えば患者２のいない状態で照射試験を行ったり、照射スポットＳ_iの位置を演算しモニタに画像表示させて目視確認できるようにしてもよい。

本発明の他の実施形態を図８〜図１０により説明する。本実施形態は、特定のヒステリシス特性曲線を用いて各照射スポットＳ_iにおける走査電磁石２１，２２の電流値を演算するとともに、照射スポットＳ_iの間にダミースポットを挿入して走査電磁石２１，２２の電流を制御する実施形態である。

図８は、本実施形態による照射制御装置の詳細機能を表すブロック図であり、図９は、本実施形態による照射制御装置に記憶された走査電磁石２１，２２の特定のヒステリシス特性曲線を表す特性図である。図１０は、本実施形態における患部３の照射スポットＳ_iをダミースポットとともに部分的に表すレイヤー断面図である。なお、これら図８〜図１０において、上記一実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施形態の照射制御装置４３は、中央制御装置３５からの照射条件データを入力する入力部３７と、照射装置６の走査電磁石２１，２２における特定のヒステリシス特性曲線（詳しくは、所定の最小電流値Ｉminから所定の最大電流値Ｉmaxまで増加する場合のヒステリシス曲線Ｂd(I)、所定の最大電流値Ｉmaxから所定の最小電流値Ｉminまで減少する場合のヒステリシス曲線Ｂu(I)）等を記憶する記憶部４４と、この記憶部４４に記憶された特定のヒステリシス特性曲線を用いて、各照射スポットＳ_iにおける走査電磁石２１，２２の電流値Ｉをそれぞれ演算する演算部４５と、ビーム照射を停止した状態（詳細には、上述のシンクロトロン９のビーム出射を停止した状態）で走査電磁石２１，２２の電流を制御するダミースポットＤＳ_i（ｉ＝１，２，…，ｆ）を照射スポットＳ_ｉの間に挿入するダミースポット挿入部４６と、これら演算部４５及びダミースポット挿入部４６の処理結果に基づき走査電磁石２１，２２の電流を制御するための制御信号を生成する制御部４１と、この制御部４１で生成した制御信号を電源制御装置２９に出力する出力部４２とを備えている。

照射制御装置４３の演算部４５は、照射スポットＳ_ｉの移動に応じて走査電磁石２１，２２の電流値が増加するような場合は、ヒステリシス曲線Ｂd(I)を用いて走査電磁石２１，２２の電流値Ｉをそれぞれ演算し、照射スポットＳ_ｉの移動に応じて走査電磁石２１，２２の電流値が減少するような場合は、ヒステリシス曲線Ｂu(I)を用いて走査電磁石２１，２２の電流値Ｉをそれぞれ演算する。

照射制御装置４３のダミースポット挿入部４６は、レイヤーＬ_ｉにおける最初の照射スポットＳ_１の前にダミースポットＤＳ₁を挿入し、照射スポットＳ_iの移動に応じて走査電磁石２１又は２２の電流値Ｉが増加方向から減少方向に切り替わる場合は、走査電磁石２１又は２２をヒステリシス特性曲線の最大電流値Ｉmaxに制御するためのダミースポットＤＳ_iを挿入し、照射スポットＳ_iの移動に応じて走査電磁石２１又は２２の電流値Ｉが減少方向から増加方向に切り替わる場合は、走査電磁石２１又は２２をヒステリシス特性曲線の最小電流値Ｉminに制御するためのダミースポットＤＳ_iを挿入し、レイヤーＬ_ｉにおける最後の照射スポットＳ_fの後に最後のダミースポットＤＳ_ｆを挿入する。

詳しく説明すると、図１０に示すように照射スポットＳ_iをＹ方向一方側（Ｙ方向走査電磁石２１の電流値Ｉを例えば減少方向）に、Ｘ方向に往復移動させる（Ｘ方向走査電磁石２２の電流値Ｉを例えば増加方向→減少方向→増加方向…に切り替える）場合は、ダミースポットＤＳ₁（Ｙ方向走査電磁石２１を所定の最大電流値Ｉmax、Ｘ方向走査電磁石２２を所定の最小電流値Ｉminとする）→照射スポットＳ₁，Ｓ₂，Ｓ₃，Ｓ₄，Ｓ₅，Ｓ₆（照射スポットＳ₁，Ｓ₂，Ｓ₃，Ｓ₄，Ｓ₅，Ｓ₆の移動に応じてＸ方向走査電磁石２２の電流値Ｉが増加する）→ダミースポットＤＳ₂（Ｙ方向走査電磁石２１を照射スポットＳ₇と同じ電流値、Ｘ方向走査電磁石２２を所定の最大電流値Ｉmaxとする）→照射スポットＳ₇，Ｓ₈，Ｓ₉，Ｓ₁₀，Ｓ₁₁，Ｓ₁₂（照射スポットＳ₇，Ｓ₈，Ｓ₉，Ｓ₁₀，Ｓ₁₁，Ｓ₁₂の移動に応じてＸ方向走査電磁石２２の電流値Ｉが減少する）→ダミースポットＤＳ₃（Ｙ方向走査電磁石２１を照射スポットＳ₁₂と同じ電流値、Ｘ方向走査電磁石２２を所定の最小電流値Ｉminとする）→照射スポットＳ₁₃，…→照射スポットＳ_f（照射スポットＳ_fの移動に応じてＸ方向走査電磁石２２の電流値Ｉが増加する）→ダミースポットＤＳ_f（Ｙ方向走査電磁石２１を所定の最小電流値Ｉmin、Ｘ方向走査電磁石２２を所定の最大電流値Ｉmaxとする）の制御順番となり、記憶部４４にデータ記憶される。なお、図１０中一点鎖線で示す枠４７は、走査電磁石２１，２２を所定の最大電流値Ｉmaxから所定の最小電流値Ｉminまでそれぞれ制御する場合に設定可能な照射スポットＳ_ｉの範囲（照射フィールド）である。

そして、照射制御装置４３の制御部４１は、記憶部４４に記憶した制御データに基づき、照射スポットＳ_ｉ及びダミースポットＤＳ_i応じて走査電磁石２１，２２の電流を制御するための制御信号を生成し、この制御信号が出力部４２から電源制御装置２９に出力され走査電磁石２１，２２の電流を制御する。

以上のように本実施形態においては、照射制御装置４３は、走査電磁石２１，２２が所定の最小電流値Ｉminから所定の最大電流値Ｉmaxまで制御される場合の特定のヒステリシス特性曲線を予め記憶している。そして、中央制御装置３５から入力された照射スポットＳ_iのデータに対しダミースポットＤＳ_iを挿入して、特定のヒステリシス特性曲線に合致させるように走査電磁石２１，２２の電流を制御する。したがって、照射スポットＳiの位置精度を向上することができる。また、照射スポットＳ_iの位置精度が向上することにより、患部３の照射線量分布をより均一にすることができる。

なお、上記実施形態においては、中央制御装置３５が治療計画データに基づき作成した照射条件データ（レイヤーＬ_i、照射スポットＳ_i、照射順番、及び目標線量値等）を照射制御装置４３に出力し、照射制御装置４３が各照射スポットＳ_iにおける走査電磁石２１，２２の電流値Ｉをそれぞれ演算するとともに、照射スポットＳ_iの間にダミースポットＤＳ_iを挿入する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば中央制御装置３５又は別途用意した演算処理装置が、各照射スポットＳ_iにおける走査電磁石２１，２２の電流値Ｉを演算してもよいし、さらに照射スポットＳ_iの間にダミースポットＤＳ_iを挿入してもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。

本発明のさらに他の実施形態を図１１〜図１３により説明する。本実施形態は、複数種類のヒステリシス特性曲線のうちいずれかを選択し、この選択したヒステリシス特性曲線を用いて各照射スポットＳ_iにおける走査電磁石２１，２２の電流値を演算するとともに、照射スポットＳ_iの間にダミースポットＤＳ_iを挿入して走査電磁石２１，２２の電流を制御する実施形態である。

図１１は、本実施形態による照射制御装置の詳細機能を表すブロック図であり、図１２は、本実施形態による照射制御装置に記憶された走査電磁石２１，２２の２種類のヒステリシス特性曲線を表す特性図である。図１３は、本実施形態における患部３’の照射スポットＳ_iをダミースポットとともに部分的に表すレイヤー断面図である。なお、これら図１１〜図１３において、上記実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施形態の照射制御装置４８は、中央制御装置３５からの照射条件データ等を入力する入力部３７と、走査電磁石２１，２２における例えば２種類のヒステリシス特性曲線等を記憶する記憶部４９（記憶手段）と、この記憶部４９に記憶された２種類のヒステリシス特性曲線のうちいずれかを用いて、各照射スポットＳ_iにおける走査電磁石２１，２２の電流値Ｉをそれぞれ演算する演算部５０（第４の演算手段）と、ビーム照射を停止した状態で走査電磁石２１，２２の電流を制御するダミースポットＤＳ_iを照射スポットＳ_ｉの間に挿入するダミースポット挿入部５１と、これら演算部５０及びダミースポット挿入部５１の処理結果に基づき走査電磁石２１，２２の電流を制御するための制御信号を生成する制御部４１と、この制御部４１で生成した制御信号を電源制御装置２９に出力する出力部４２とを備えている。

照射制御装置４８の記憶部４９には、第１のヒステリシス特性曲線として、第１の最小電流値Ｉmin1から第１の最大電流値Ｉmax1まで増加する場合のヒステリシス曲線Ｂd1(I)、第１の最大電流値Ｉmax1から第１の最小電流値Ｉminまで減少する場合のヒステリシス曲線Ｂu1(I)が記憶されている。また、第２のヒステリシス特性曲線として、第２の最大電流値Ｉmax2（但し、Ｉmmax2＜Ｉmax1）から第２の最小電流値Ｉmin2（但し、Ｉmin2＞Ｉmin1）まで増加する場合のヒステリシス曲線Ｂd2(I)、第２の最大電流値Ｉmax2から第２の最小電流値Ｉmin2まで減少する場合のヒステリシス曲線Ｂu2(I)が記憶されている。

入力装置３６は、第１又は第２のヒステリシス特定曲線（又は対応する後述の照射フィールド）を選択入力することが可能となっており、この選択入力信号が中央制御装置３５を経て照射制御装置４８に入力され、照射制御装置４８の演算部５０等で用いるヒステリシス特性曲線が設定されるようになっている。

照射制御装置４８の演算部５０は、上記の選択したヒステリシス特性曲線に基づいて、すなわち照射スポットＳ_ｉの移動に応じて走査電磁石２１，２２の電流値が増加するような場合は、ヒステリシス曲線Ｂd1(I)又はＢd2(I)を用いて走査電磁石２１，２２の電流値Ｉをそれぞれ演算し、照射スポットＳ_ｉの移動に応じて走査電磁石２１，２２の電流値が減少するような場合は、ヒステリシス曲線Ｂu1(I)又はＢu2(I)を用いて走査電磁石２１，２２の電流値Ｉをそれぞれ演算する。

照射制御装置４８のダミースポット挿入部５１は、上記の選択したヒステリシス特性曲線に基づいて、レイヤーＬ_ｉにおける最初の照射スポットＳ_１の前にダミースポットＤＳ₁を挿入し、照射スポットＳ_iの移動に応じて走査電磁石２１又は２２の電流値Ｉが増加方向から減少方向に切り替わる場合は、走査電磁石２１又は２２をヒステリシス特性曲線の最大電流値Ｉmax1又はＩmax2に制御するためのダミースポットＤＳ_iを挿入し、照射スポットＳ_iの移動に応じて走査電磁石２１又は２２の電流値Ｉが減少方向から増加方向に切り替わる場合は、走査電磁石２１又は２２をヒステリシス特性曲線の最小電流値Ｉmin1又はＩmin2に制御するためのダミースポットＤＳ_iを挿入し、レイヤーＬ_ｉにおける最後の照射スポットＳ_fの後に最後のダミースポットＤＳ_ｆを挿入する。

図１３に示すように、照射スポットＳ_iをＹ方向一方側（Ｙ方向走査電磁石２１の電流値を例えば減少する方向）に、Ｘ方向に往復移動させる（Ｘ方向走査電磁石２２の電流値を例えば増加方向→減少方向→増加方向…に切り替える）場合について具体例を以下説明する。

例えば入力装置３６で第１のヒステリシス特定曲線を選択した場合は、ダミースポットＤＳ₁（Ｙ方向走査電磁石２１を第１の最大電流値Ｉmax1、Ｘ方向走査電磁石２２を第１の最小電流値Ｉmin1とする）→照射スポットＳ₁，Ｓ₂，Ｓ₃（照射スポットＳ₁，Ｓ₂，Ｓ₃の移動に応じてＸ方向走査電磁石２２の電流値Ｉが増加する）→ダミースポットＤＳ₂（Ｙ方向走査電磁石２１を照射スポットＳ₃と同じ電流値、Ｘ方向走査電磁石２２を第１の最大電流値Ｉmax1とする）→照射スポットＳ₄，Ｓ₅（照射スポットＳ₄，Ｓ₅の移動に応じてＸ方向走査電磁石２２の電流値Ｉが減少する）→ダミースポットＤＳ₃（Ｙ方向走査電磁石２１を照射スポットＳ₅と同じ電流値、Ｘ方向走査電磁石２２を第１の最小電流値Ｉmin1とする）→照射スポットＳ₆，…→照射スポットＳ_f（照射スポットＳ_fの移動に応じてＸ方向走査電磁石２２の電流値Ｉが増加する）→ダミースポットＤＳ_f（Ｙ方向走査電磁石２１を第１の最小電流値Ｉmin1、Ｘ方向走査電磁石２２を第１の最大電流値Ｉmax1とする）の制御順番となり、記憶部４４にデータ記憶される。なお、図１３中一点鎖線で示す枠５２は、走査電磁石２１，２２を第１の最大電流値Ｉmax1から第１の最小電流値Ｉmin1まで制御する場合（言い換えれば、電流値の制御幅（Ｉmax1−Ｉmin1）である場合）に設定可能な照射スポットＳ_ｉの範囲（照射フィールド）である。

また、例えば入力装置３６で第２のヒステリシス特定曲線を選択した場合は、ダミースポットＤＳ_i及び照射スポットＳ_iの制御順番は、上述した第１のヒステリシス特定曲線を選択した場合と同じになるものの、ダミースポットＤＳ_iにおける走査電磁石２１，２２の電流値が変更される。詳細には、ダミースポットＤＳ₁，ＤＳ₂，…ＤＳ_fを、ダミースポットＤＳ_1a（Ｙ方向走査電磁石２１を第２の最大電流値Ｉmax2、Ｘ方向走査電磁石２２を第２の最小電流値Ｉmin2とする）、ＤＳ_2a（Ｙ方向走査電磁石２１を照射スポットＳ₃と同じ電流値、Ｘ方向走査電磁石２２を第２の最大電流値Ｉmax2とする）、ＤＳ_3a（Ｙ方向走査電磁石２１を照射スポットＳ₅と同じ電流値、Ｘ方向走査電磁石２２を第２の最小電流値Ｉmin2とする）、…ＤＳ_f（Ｙ方向走査電磁石２１を第２の最小電流値Ｉmin2、Ｘ方向走査電磁石２２を第１の最大電流値Ｉmax2とする）に変更する。なお、図１３中一点鎖線で示す枠５３は、走査電磁石２１，２２を第２の最大電流値Ｉmax2から第２の最小電流値Ｉmin2まで制御する場合（言い換えれば、電流値の制御幅（Ｉmax2−Ｉmin2）である場合）に設定可能な照射スポットＳ_ｉの範囲（照射フィールド）であり、上記照射フィールド５２に比べ小さくなっている。

そして、照射制御装置４８の制御部４１は、記憶部４４に記憶した制御データに基づき、照射スポットＳ_ｉ及びダミースポットＤＳ_iに対応して走査電磁石２１，２２の電流を制御するための制御信号を生成し、この制御信号が出力部４２から電源制御装置２９に出力されて走査電磁石２１，２２の電流を制御する。

以上のように本実施形態では、照射制御装置４８には、走査電磁石２１，２２の複数種類のヒステリシス特性曲線が予め記憶されており、これら複数種類のヒステリシス特性曲線（又は対応する照射フィールド５２，５３）のうちいずれかを入力装置３６で選択する。そして、照射制御装置４８は、中央制御装置３５から入力した照射スポットＳ_iのデータに対しダミースポットＤＳ_iを挿入し、選択したヒステリシス特性曲線に合致するように走査電磁石２１，２２の電流を制御する。したがって、照射スポットＳ_iの位置精度を向上することができる。また、照射スポットＳ_iの位置精度が向上することにより、患部３’の照射線量分布をより均一にすることができる。

また本実施形態においては、例えばレイヤーＬ_iにおける患部３’の形状や大きさに応じて、照射フィールド５２又は５３（言い換えれば、ダミースポットＤＳ_iにおける走査電磁石２１，２２の最大電流値及び最小電流値の大きさ）を選択することが可能である。すなわち、図１３に示すように照射フィールド５３に比べ患部３’が小さい場合に照射フィールド５３を選択すれば、より大きな照射フィールド５２を選択する場合に比べ、走査電磁石２１，２２の無駄な電力消費を低減することができる。また、ダミースポットＤＳ_iを経由する照射スポットＳ_iの移動時間を短縮し、治療時間の短縮を図ることができる。

なお、上記実施形態においては、照射スポットＳ_iの移動に応じて走査電磁石２１，２２の電流値Ｉが増加方向又は減少方向に切り替わるときにダミースポットＤＳ_iを挿入する制御方法を説明したが、このダミースポットＤＳ_iを挿入しなくてもよい場合がある。すなわち、照射スポットＳ_iの移動に応じて走査電磁石２１，２２の電流値が増加方向から減少方向に切り替わるときの電流値Ｉがヒステリシス特性曲線の最大電流値と同じになる場合、又は照射スポットＳ_iの移動に応じて走査電磁石２１，２２の電流値が減少方向から増加方向に切り替わるときの電流値Ｉがヒステリシス特性曲線の最小電流値と同じになる場合に、ダミースポットＤＳ_iを挿入しない制御方法もある。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。

本発明の一実施形態である粒子線治療システムの全体構成を表す概略図である。 本発明の一実施形態である粒子線治療システムを構成する照射装置の詳細を表す概略図である。 本発明の一実施形態である粒子線治療システムの照射対象である患部のレイヤーを表すビーム照射方向断面図である。 本発明の一実施形態である粒子線治療システムの照射対象である患部の照射スポットを部分的に表すレイヤー断面図である。 本発明の一実施形態である粒子線治療システムを構成する照射制御装置の走査電磁石制御に係わる詳細機能を関連装置とともに表すブロック図である。 本発明の一実施形態である粒子線照射システムにおける走査電磁石の電流値補正演算の処理内容を表すフローチャートである。 本発明の一実施形態である粒子線治療システムにおける走査電磁石の補正電流値と磁場との関係を一例として表す特性図である。 本発明の他の実施形態である粒子線治療システムを構成する照射制御装置の走査電磁石制御に係わる詳細機能を表すブロック図である。 本発明の他の実施形態である粒子線治療システムを構成する照射制御装置に記憶された走査電磁石の特定のヒステリシス特性曲線を表す特性図である。 本発明の他の実施形態である粒子線治療システムの照射対象である患部の照射スポットをダミースポットともに部分的に表すレイヤー断面図である。 本発明のさらに他の実施形態である粒子線治療システムを構成する照射制御装置の走査電磁石制御に係わる詳細機能を表すブロック図である。 本発明のさらに他の実施形態である粒子線治療システムを構成する照射制御装置に記憶された走査電磁石の２種類のヒステリシス特性曲線を表す特性図である。 本発明のさらに他の実施形態である粒子線治療システムの照射対象である患部の照射スポットをダミースポットともに部分的に表すレイヤー断面図である。

符号の説明

３ 患部（照射対象）
６ 照射装置
９ シンクロトロン（加速器）
１３ 出射装置（照射停止手段）
２１ 走査電磁石
２２ 走査電磁石
２６ 照射制御装置
３６ 入力装置（入力手段）
３９ 第１演算部（第１の演算手段）
４０ 第２演算部（第２の演算手段）
４３ 照射制御装置
４５ 演算部（第３の演算手段）
４８ 照射制御装置
４９ 記憶部（記憶手段）
５０ 演算部（第４の演算手段）

Claims (7)

1. 荷電粒子ビームを出射する加速器と、
   前記荷電粒子ビームを走査する走査電磁石を有し、前記加速器からの荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射装置と、
   前記走査電磁石の電流を制御してビーム照射位置を移動させる照射制御装置とを備えた粒子線照射システムにおいて、
   照射計画に基づくビーム照射位置に対応して、ヒステリシス特性を考慮しない前記走査電磁石の電流値を演算する第１の演算手段と、
   前記第１の演算手段で演算した前記走査電磁石の電流値を、ヒステリシス特性を考慮して補正演算する第２の演算手段とを有し、
   前記照射制御装置は、前記第２の演算手段の演算結果に基づいて前記走査電磁石の電流を制御することを特徴とする粒子線照射システム。
2. 請求項１記載の粒子線照射システムにおいて、前記第２の演算手段は、前記ビーム照射位置の移動に応じて前記走査電磁石の電流値が増加するときは、その増加に応じて、前記第１の演算手段で演算した電流値に補正飽和値を加算した第１の飽和電流値に漸近するように補正演算し、前記ビーム照射位置の移動に応じて前記走査電磁石の電流値が減少するときは、その減少に応じて、前記第１の演算手段で演算した電流値から補正飽和値を減算した第２の飽和電流値に漸近するように補正演算することを特徴とする粒子線照射システム。
3. 請求項２記載の粒子線照射システムにおいて、前記第２の演算手段は、前記ビーム照射位置の移動に応じて前記走査電磁石の電流値が増加方向又は減少方向に切り替わってからの電流値の変化量に対応する内部変数を設定し、前記ビーム照射位置の移動に応じて前記走査電磁石の電流値が増加する場合、前記内部変数の増加に応じて正の補正飽和値に漸近するような補正値を演算する増加関数と、前記ビーム照射位置の移動に応じて前記第走査電磁石の電流値が減少する場合、前記内部変数の増加に応じて負の補正飽和値に漸近するような補正値を演算する減少関数とを設定し、前記増加関数及び減少関数で演算した補正値を加算して補正演算することを特徴とする粒子線照射システム。
4. 請求項３記載の粒子線照射システムにおいて、前記内部変数をパラメータとした前記増加関数及び減少関数は、前記内部変数の軸を中心に対称とし、かつ前記内部変数のとりうる範囲で前記負の補正飽和値から前記正の補正飽和値未満の範囲をとる関数であり、前記内部変数は、前記走査電磁石の電流値が増加方向又は減少方向に切り替わるときに前記増加関数及び減少関数で演算した補正値が等しくなるように変換することを特徴とする粒子線照射システム。
5. 荷電粒子ビームを出射する加速器と、
   前記荷電粒子ビームを走査する走査電磁石を有し、前記加速器からの荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射装置と、
   前記走査電磁石の電流を制御してビーム照射位置を制御する照射制御装置とを備えた粒子線照射システムにおいて、
   所定の最大電流値から所定の最小電流値まで制御された場合の前記走査電磁石のヒステリシス特性曲線を用いて、照射計画に基づくビーム照射位置に対応する前記走査電磁石の電流値を演算する第３の演算手段を有し、
   前記照射線制御装置は、前記第３の演算手段の演算結果に基づいて前記走査電磁石の電流を制御してビーム照射位置を移動させるとともに、前記ビーム照射位置の移動に応じて前記走査電磁石の電流値を増加方向から減少方向に切り替える場合は、前記走査電磁石を前記ヒステリシス特性曲線の最大電流値に制御してから行い、前記ビーム照射位置の移動に応じて前記走査電磁石の電流値を減少方向から増加方向に切り替える場合は、前記走査電磁石を前記ヒステリシス特性曲線の最小電流値に制御してから行うことを特徴とする粒子線照射システム。
6. 荷電粒子ビームを出射する加速器と、
   前記荷電粒子ビームを走査する走査電磁石を有し、前記加速器からの荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射装置と、
   前記走査電磁石の電流を制御してビーム照射位置を制御する照射制御装置とを備えた粒子線照射システムにおいて、
   所定の最大電流値から所定の最小電流値まで制御された場合の前記走査電磁石のヒステリシス特性曲線を、前記最大電流値及び最小電流値の大きさに応じて異なる複数種類記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶した複数種類のヒステリシス特性曲線のうちいずれかを選択可能な入力手段と、
   前記入力手段で選択したヒステリシス特性曲線を用いて、照射計画に基づくビーム照射位置に対応する前記走査電磁石の電流値を演算する第４の演算手段とを有し、
   前記照射線制御装置は、前記第４の演算手段の演算結果に基づいて前記走査電磁石の電流を制御してビーム照射位置を移動させるとともに、前記ビーム照射位置の移動に応じて前記走査電磁石の電流値を増加方向から減少方向に切り替える場合は、前記走査電磁石を前記設定手段で選択したヒステリシス曲線の最大電流値に制御してから行い、前記ビーム照射位置の移動に応じて前記走査電磁石の電流値を減少方向から増加方向に切り替える場合は、前記走査電磁石を前記設定手段で選択したヒステリシス曲線の最小電流値に制御してから行うことを特徴とする粒子線照射システム。
7. 請求項５又は６記載の粒子線照射システムにおいて、照射対象へのビーム照射を停止する照射停止手段を有し、前記照射停止手段でビーム照射を停止させた状態で、前記照射制御装置は前記走査電磁石を所定の最大電流値及び所定の最小電流値に制御することを特徴とする粒子線照射システム。

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