JP2008272139A - Charged particle beam irradiation system and charged particle beam emission method - Google Patents

Charged particle beam irradiation system and charged particle beam emission method Download PDF

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寿隆 藤巻
Takashi Okazaki
隆司 岡崎
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和夫 平本
Hideaki Nishiuchi
秀晶 西内
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charged particle beam irradiation system capable of securing high safety and highly accurately performing irradiation with charged particle beams, and a charged particle beam emission method. <P>SOLUTION: The charged particle beam emitted from a charged particle beam generator is supplied to a scanning magnet for performing scanning on an irradiation surface vertical to a beam advancing direction, and on the basis of the position and dose on the irradiation surface of the charged particle beam which passes through the scanning magnet, the emission amount of the charged particle beams from the charged particle beam generator is controlled. To put it concretely, the supply of the charged particle beam to a region wherein a target dose is reached among the plurality of regions formed by division on the irradiation surface is stopped and the charged particle beams are supplied to the other regions wherein the target dose is not reached. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、荷電粒子ビームの照射システム及び出射方法に係り、特に、陽子,炭素イオン等のイオンビームを患部に照射して治療する粒子線治療装置に適用するのに好適な荷電粒子ビームの照射システム及び出射方法に関する。   The present invention relates to a charged particle beam irradiation system and an extraction method, and more particularly to irradiation of a charged particle beam suitable for application to a particle beam therapy apparatus that irradiates an affected area with an ion beam such as protons or carbon ions. The present invention relates to a system and an emission method.

癌などの患者の患部に陽子,炭素イオン等の荷電粒子ビーム(イオンビーム)を照射する治療方法が知られている。この治療に用いるイオンビーム照射システムは、イオンビーム発生装置,ビーム輸送系及び照射装置から構成される。イオンビーム発生装置は、イオン源,前段加速器,円形加速器等で構成される。照射装置は、例えば、照射野形成装置を備えている回転式の照射装置がある。円形加速器は、周回軌道に沿って周回するイオンビームを、目標のエネルギーまで加速した後に出射し、ビーム輸送系を経て照射野形成装置に輸送する。照射野形成装置は、患者の患部形状に合わせてイオンビームの線量分布を整形し、患部に照射する。   2. Description of the Related Art A treatment method is known in which a diseased part of a patient such as cancer is irradiated with a charged particle beam (ion beam) such as protons or carbon ions. The ion beam irradiation system used for this treatment includes an ion beam generator, a beam transport system, and an irradiation device. The ion beam generator includes an ion source, a front stage accelerator, a circular accelerator, and the like. As the irradiation device, for example, there is a rotary irradiation device including an irradiation field forming device. The circular accelerator emits an ion beam that circulates along a circular orbit after accelerating to a target energy, and transports the ion beam to an irradiation field forming apparatus through a beam transport system. The irradiation field forming device shapes the dose distribution of the ion beam according to the shape of the affected area of the patient and irradiates the affected area.

円形加速器は、例えば特許文献1に記載のものが知られている。特許文献1は、イオンビームを周回軌道に沿って周回させる手段,共鳴の安定限界内でイオンビームのベータトロン振動振幅を増大させる手段,イオンビームを周回軌道から取り出す出射用デフレクタを備えたシンクロトロンを開示している。イオンビームのベータトロン振動振幅を増大することにより、イオンビームは安定限界外に移動され、シンクロトロンからビーム輸送系へ出射される。   As the circular accelerator, for example, the one described in Patent Document 1 is known. Patent Document 1 discloses a synchrotron having means for circulating an ion beam along a circular orbit, means for increasing the betatron oscillation amplitude of the ion beam within the resonance stability limit, and an extraction deflector for extracting the ion beam from the circular orbit. Is disclosed. By increasing the betatron oscillation amplitude of the ion beam, the ion beam is moved out of the stability limit and emitted from the synchrotron to the beam transport system.

イオンビームを用いた治療では、イオンが停止する直前にエネルギーの大部分を放出してブラッグカーブと呼ばれる線量分布を形成する特性と、そのブラッグカーブのピークであるブラッグピークの、深さ方向での位置は体内に入射するイオンビームのエネルギーの大きさで制御できる特性を利用して、イオンビームのエネルギーを適切に選択し、イオンビームを患部近傍で停止させて、エネルギーの大部分を患部のがん細胞に与えるようにしている。ブラッグピークの、深さ方向(ビームの進行方向)での幅は数mmである。通常、患部は深さ方向にそれ以上の厚みをもっている。このような患部に対して、患部全体の深さ方向に渡ってイオンビームを効果的に照射するには、深さ方向で患部の大きさと同程度の広くて一様な線量分布(Spread Out Bragg Peak:以下、SOBPという)を形成するように、イオンビームのエネルギーと照射量を制御する必要がある。   In the treatment using an ion beam, the energy that releases most of the energy immediately before the ion stops to form a dose distribution called Bragg curve, and the Bragg peak that is the peak of the Bragg curve in the depth direction. The position can be controlled by controlling the magnitude of the energy of the ion beam incident on the body, the ion beam energy is appropriately selected, the ion beam is stopped in the vicinity of the affected area, and most of the energy is absorbed by the affected area. To give to cells. The width of the Bragg peak in the depth direction (beam traveling direction) is several mm. Usually, the affected area has a greater thickness in the depth direction. In order to effectively irradiate such an affected area with an ion beam in the depth direction of the entire affected area, a wide and uniform dose distribution (Spread Out Bragg) It is necessary to control the energy and irradiation amount of the ion beam so as to form (Peak: hereinafter referred to as SOBP).

また、通常、加速器から出射されるビームは進行方向と垂直な方向(以下、横方向という)にガウス分布をしており、ビームサイズ(1σ)はおよそ1〜5mm程度である。通常、患部は横方向にそれ以上の大きさを持っているため、患部全体の横方向に渡ってイオンビームを効果的に照射するには、横方向で患部大の広く一様な線量分布を形成する必要がある。   In general, the beam emitted from the accelerator has a Gaussian distribution in a direction perpendicular to the traveling direction (hereinafter referred to as a lateral direction), and the beam size (1σ) is about 1 to 5 mm. Usually, the affected area has a larger size in the lateral direction, so in order to effectively irradiate the ion beam across the entire affected area, a wide and uniform dose distribution of the affected area in the lateral direction is required. Need to form.

このような観点から、従来のイオンビーム照射システムとして、横方向にガウス分布形状のビームを、走査電磁石により円形もしくはジグザグ状に走査して一様な線量領域を形成する方法が知られている(非特許文献1)。ウォブラー法は、ビームサイズとビームの走査半径とを最適な値とすることで、中心部に一様な線量分布を形成する。また、特許文献2には、ビームをリサージュ形状に走査して一様な線量分布を形成する方法が記載されている。   From this point of view, as a conventional ion beam irradiation system, there is known a method of forming a uniform dose region by scanning a beam having a Gaussian distribution shape in a lateral direction in a circular or zigzag manner with a scanning magnet ( Non-patent document 1). In the wobbler method, a uniform dose distribution is formed at the center by setting the beam size and the beam scanning radius to optimum values. Patent Document 2 describes a method of forming a uniform dose distribution by scanning a beam in a Lissajous shape.

特許第2596292号公報Japanese Patent No. 2596292 特開2006−208200号公報JP 2006-208200 A REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS 64巻 8号 (1993年8月、2084頁−2089頁)REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS Vol.64 No.8 (August 1993, pp. 2084-2089)

上記の従来技術では、加速器から出射されるビームの出射量が必ずしも一定ではなく、ビームを走査する間にビーム出射量が時間的に変化する可能性がある。このため、極端なビーム強度変化が起こった場合、予定照射線量内で一様な照射ができない状況が生じ得る。これを避けるためには、ビーム強度の時間変化よりもビームの走査速度を十分に早くすると共に、照射領域内を多数回走査することで、ビーム出射量の変化を時間的に平均化する必要がある。そのため、照射途中で必ずしも線量分布が一様とならず、照射終了時に所望の一様度の線量分布を得ることが難しいという課題があった。また、走査電磁石に供給する励磁電流を高速で変化できる電源を用いる必要があるため、コストが増大するという課題があった。   In the above prior art, the amount of beam emitted from the accelerator is not necessarily constant, and the beam emission amount may change with time while scanning the beam. For this reason, when an extreme change in beam intensity occurs, a situation where uniform irradiation cannot be performed within the planned irradiation dose may occur. In order to avoid this, it is necessary to make the beam scanning speed sufficiently faster than the time change of the beam intensity and to average the change of the beam emission amount temporally by scanning the irradiation region many times. is there. Therefore, the dose distribution is not necessarily uniform during the irradiation, and there is a problem that it is difficult to obtain a dose distribution with a desired uniformity at the end of the irradiation. In addition, since it is necessary to use a power source that can change the excitation current supplied to the scanning electromagnet at high speed, there is a problem that the cost increases.

本発明の目的は、高い安全性を確保して、高精度で荷電粒子ビームを照射できる荷電粒子ビーム照射システム及び荷電粒子ビーム出射方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a charged particle beam irradiation system and a charged particle beam extraction method capable of ensuring high safety and irradiating a charged particle beam with high accuracy.

本発明は、荷電粒子ビーム発生装置から出射された荷電粒子ビームを、ビーム進行方向と垂直な照射面上に走査する走査磁石に供給し、この走査磁石を通過した荷電粒子ビームの照射面上における位置及び線量に基づいて、荷電粒子ビーム発生装置からの荷電粒子ビームの出射量を制御する。具体的には、照射面上で分割して形成される複数の領域のうち、目標線量に達した領域への荷電粒子ビームの供給を停止し、目標線量に達していない他の領域に荷電粒子ビームを供給する。荷電粒子ビームの照射面上における位置は、走査磁石の磁場強度により制御することができる。   The present invention supplies a charged particle beam emitted from a charged particle beam generator to a scanning magnet that scans an irradiation surface perpendicular to the beam traveling direction, and on the irradiation surface of the charged particle beam that has passed through the scanning magnet. Based on the position and the dose, the emission amount of the charged particle beam from the charged particle beam generator is controlled. Specifically, among a plurality of regions formed by dividing on the irradiation surface, the supply of the charged particle beam to the region that has reached the target dose is stopped, and the charged particles are applied to other regions that have not reached the target dose. Supply the beam. The position on the irradiation surface of the charged particle beam can be controlled by the magnetic field strength of the scanning magnet.

本発明は、照射面上で分割して形成される複数の領域のうち、目標線量に達した領域への荷電粒子ビームの供給を停止し、目標線量に達していない他の領域に荷電粒子ビームを供給することにより、照射対象内の横方向の各位置に対する照射線量を、容易に調節(制御)できる。即ち、本発明は、照射対象内の横方向における線量分布を、所望の線量分布に容易に調節できる。このため、照射対象内の横方向の各位置において、照射線量の過不足が生じる誤照射の確率を著しく低減できる。また、従来のような電流を高速で変化させる電源が不要となるため、装置コストを低減できる。   The present invention stops the supply of a charged particle beam to a region that has reached a target dose among a plurality of regions formed by being divided on the irradiation surface, and charged particle beams to other regions that have not reached the target dose , The irradiation dose for each position in the lateral direction within the irradiation target can be easily adjusted (controlled). That is, according to the present invention, the dose distribution in the lateral direction within the irradiation target can be easily adjusted to a desired dose distribution. For this reason, it is possible to remarkably reduce the probability of erroneous irradiation that causes excessive or insufficient irradiation dose at each position in the horizontal direction within the irradiation target. Further, since a power source that changes the current at a high speed as in the conventional case is not necessary, the cost of the apparatus can be reduced.

本発明によれば、照射対象内の荷電粒子ビームの進行方向に垂直な方向における線量分布を、所望の線量分布に容易に調節することができる。このため、照射対象内のビーム進行方向の各位置において、照射線量の過不足が生じる誤照射の確率を著しく低減できる。   According to the present invention, the dose distribution in a direction perpendicular to the traveling direction of the charged particle beam in the irradiation target can be easily adjusted to a desired dose distribution. For this reason, it is possible to remarkably reduce the probability of erroneous irradiation that causes excessive or insufficient irradiation dose at each position in the beam traveling direction within the irradiation target.

以下、本発明の好適な実施例について、図面を用いて説明する。図1は、本発明による粒子線治療装置(イオンビーム照射システム)の一実施例の概略構成図である。図1に示すように、粒子線治療装置は、イオンビーム発生装置(陽子線発生装置)1,中央制御装置100,照射野形成装置200,照射制御システム300を備える。粒子線治療装置は、治療ベッド217に固定された患者216の患部216aに対して、イオンビーム(例えば陽子線)を照射する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a particle beam therapy system (ion beam irradiation system) according to the present invention. As shown in FIG. 1, the particle beam therapy system includes an ion beam generator (proton beam generator) 1, a central controller 100, an irradiation field forming device 200, and an irradiation control system 300. The particle beam treatment apparatus irradiates the affected part 216a of the patient 216 fixed to the treatment bed 217 with an ion beam (for example, a proton beam).

中央制御装置100は、治療計画装置102で決められた、患部216aに適切な照射野を形成するための照射条件(ビーム照射方向,SOBP幅,照射線量,最大照射深さ,照射野サイズ等)を読み込み、機器の種類,設置位置,設定値等のノズル機器パラメータや、ビームエネルギー、ビーム強度パターン等の加速器運転パラメータを選択する。中央制御装置100は、メモリ101を備え、図7に示すような情報をメモリ101に保存する。メモリ101に記録(保存)された情報を基に、各ノズル機器パラメータは照射制御システム300を通して照射野形成装置200に設定され、加速器運転パラメータはイオンビーム発生装置1に設定される。   The central controller 100 determines irradiation conditions (beam irradiation direction, SOBP width, irradiation dose, maximum irradiation depth, irradiation field size, etc.) determined by the treatment planning apparatus 102 for forming an appropriate irradiation field in the affected area 216a. , And select nozzle device parameters such as device type, installation position, and set values, and accelerator operation parameters such as beam energy and beam intensity pattern. The central controller 100 includes a memory 101 and stores information as shown in FIG. Based on the information recorded (saved) in the memory 101, each nozzle device parameter is set in the irradiation field forming device 200 through the irradiation control system 300, and the accelerator operation parameter is set in the ion beam generator 1.

イオンビーム発生装置1は、イオン源2,前段加速器3,低エネルギービーム輸送系4,シンクロトロン5を備え、所定のビームエネルギーのイオンビームを発生させる。イオン源2で生成されたイオンビームは、前段加速器3で前段加速され、低エネルギービーム輸送系4を通ってシンクロトロン5に供給される。   The ion beam generator 1 includes an ion source 2, a pre-stage accelerator 3, a low energy beam transport system 4, and a synchrotron 5, and generates an ion beam having a predetermined beam energy. The ion beam generated by the ion source 2 is accelerated by the upstream accelerator 3 and supplied to the synchrotron 5 through the low energy beam transport system 4.

シンクロトロン5は、その周回軌道上に、加速装置6,出射用の高周波印加装置7,出射用デフレクタ13,4極電磁石(図示せず),偏向電磁石15を備える。高周波印加装置7は、出射用の高周波印加電極(図示せず)を備え、出射用の高周波供給装置12に接続される。高周波供給装置12は、出射用の高周波電源8,信号合成装置10,スイッチ(開閉装置)9及び11を備える。スイッチ9は、インターロック用及び照射完了用のスイッチである。スイッチ11は、照射途中のビームのON/OFFスイッチである。   The synchrotron 5 includes an acceleration device 6, an extraction high-frequency application device 7, an extraction deflector 13, a quadrupole electromagnet (not shown), and a deflection electromagnet 15 on its orbit. The high-frequency application device 7 includes a high-frequency application electrode (not shown) for emission, and is connected to the high-frequency supply device 12 for emission. The high-frequency supply device 12 includes a high-frequency power supply 8 for output, a signal synthesis device 10, and switches (opening / closing devices) 9 and 11. The switch 9 is a switch for interlock and irradiation completion. The switch 11 is an ON / OFF switch for a beam being irradiated.

高周波印加装置7は、閉じられているスイッチ9及び11と、信号合成装置10を介して、高周波電源8から高周波電力の供給を受ける。シンクロトロン5の周回軌道を周回するイオンビームは、加速装置6に設けられた高周波加速空胴(図示せず)に高周波を印加することによって加速される。イオンビームが所望のエネルギー(例えば70〜250MeV)まで加速された後、高周波電源8からの高周波電力が、高周波印加電極によりシンクロトロン5内を周回しているイオンビームに印加されたとき、イオンビームがシンクロトロン5から出射される。   The high-frequency applying device 7 is supplied with high-frequency power from a high-frequency power source 8 via the closed switches 9 and 11 and the signal synthesis device 10. The ion beam orbiting the orbit of the synchrotron 5 is accelerated by applying a high frequency to a high frequency acceleration cavity (not shown) provided in the acceleration device 6. After the ion beam is accelerated to a desired energy (for example, 70 to 250 MeV), when the high frequency power from the high frequency power supply 8 is applied to the ion beam circulating in the synchrotron 5 by the high frequency application electrode, Is emitted from the synchrotron 5.

高エネルギービーム輸送系16は、シンクロトロン5と照射野形成装置200を連絡し、回転ガントリー14にも一部設置されている。シンクロトロン5から取り出されたイオンビームは、高エネルギービーム輸送系16を介して、回転ガントリー14に設置された照射野形成装置200に導かれる。回転ガントリー14の回転角度を調整することにより、患者216に対して所望の方向からイオンビームを照射する。   The high-energy beam transport system 16 communicates the synchrotron 5 and the irradiation field forming apparatus 200 and is partially installed in the rotating gantry 14. The ion beam extracted from the synchrotron 5 is guided to the irradiation field forming apparatus 200 installed in the rotating gantry 14 via the high energy beam transport system 16. By adjusting the rotation angle of the rotating gantry 14, the patient 216 is irradiated with an ion beam from a desired direction.

図2を用いて、照射野形成装置200を説明する。図2は、照射野形成装置200の詳細説明図である。照射野形成装置200は、イオンビーム発生装置1により生成されたイオンビームを患部216aの形状に合わせて整形する装置である。照射野形成装置200は、ケーシング201内に、保持部材203を介して取り付けられたビーム走査電磁石202,保持部材207を介して取り付けられた散乱体206,保持部材209を介して取り付けられたリッジフィルタ208,保持部材211を介して取り付けられたレンジシフタ210,保持部材213を介して取り付けられた線量モニタ212及びビーム位置モニタ218,ボーラス214,コリメータ215を備える。   The irradiation field forming apparatus 200 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a detailed explanatory diagram of the irradiation field forming apparatus 200. The irradiation field forming device 200 is a device that shapes the ion beam generated by the ion beam generator 1 according to the shape of the affected part 216a. The irradiation field forming apparatus 200 includes a beam scanning electromagnet 202 attached via a holding member 203, a scatterer 206 attached via a holding member 207, and a ridge filter attached via a holding member 209 in the casing 201. 208, a range shifter 210 attached through a holding member 211, a dose monitor 212 and a beam position monitor 218 attached through a holding member 213, a bolus 214, and a collimator 215.

走査電磁石202は、時間的にビームを走査して患部216aの横方向において一様な線量分布を形成する。走査電磁石202は走査電磁石電源219に接続され、走査電磁石電源219は走査電磁石電源制御装置220に接続される。走査電磁石202は、ビーム進行方向に垂直な平面内において直交する2方向(例えばX方向とY方向)にビームを走査する1対の電磁石で構成される。1対の電磁石は、ビームをX方向に走査する202aと、ビームをY方向に走査する202bからなる。   The scanning electromagnet 202 scans the beam temporally to form a uniform dose distribution in the lateral direction of the affected area 216a. The scanning electromagnet 202 is connected to a scanning electromagnet power supply 219, and the scanning electromagnet power supply 219 is connected to a scanning electromagnet power supply controller 220. The scanning electromagnet 202 is composed of a pair of electromagnets that scan the beam in two directions (for example, the X direction and the Y direction) orthogonal to each other in a plane perpendicular to the beam traveling direction. The pair of electromagnets includes 202a that scans the beam in the X direction and 202b that scans the beam in the Y direction.

走査電磁石電源219は、1対の走査電磁石202に電流を供給して磁場を発生させ、ビームを偏向させる。この供給電流によりビームの偏向量が決定されるため、供給電流を調整することで、横方向の任意の位置にビームを照射できる。走査電磁石電源制御装置220で設定された電流が、走査電磁石電源219から走査電磁石202に供給される。走査電磁石に供給する電流値とビーム照射位置との関係は、中央制御装置100のメモリ101に予め記憶させておく。   The scanning electromagnet power source 219 supplies a current to the pair of scanning electromagnets 202 to generate a magnetic field and deflect the beam. Since the amount of deflection of the beam is determined by this supply current, the beam can be irradiated to an arbitrary position in the lateral direction by adjusting the supply current. The current set by the scanning electromagnet power supply controller 220 is supplied from the scanning electromagnet power supply 219 to the scanning electromagnet 202. The relationship between the current value supplied to the scanning electromagnet and the beam irradiation position is stored in advance in the memory 101 of the central controller 100.

走査電磁石電源制御装置220による設定電流値は、照射制御システム300に設けられた領域判定装置301(図3参照)に送信される。走査電磁石202の磁場発生領域には、磁場強度測定器205が設けられている。磁場強度測定器205は走査電磁石202の磁場強度を検出し、検出された磁場強度は、照射制御システム300に設けられた領域判定装置301に送信される。領域判定装置301が、設定電流値により意図した磁場強度になっていることを確認することで、ビーム照射時の安全性を向上させている。   The set current value by the scanning electromagnet power supply control device 220 is transmitted to an area determination device 301 (see FIG. 3) provided in the irradiation control system 300. A magnetic field strength measuring device 205 is provided in the magnetic field generation region of the scanning electromagnet 202. The magnetic field strength measuring device 205 detects the magnetic field strength of the scanning electromagnet 202, and the detected magnetic field strength is transmitted to the region determination device 301 provided in the irradiation control system 300. By confirming that the region determination device 301 has the intended magnetic field strength based on the set current value, the safety during beam irradiation is improved.

本実施例では、設定された走査電磁石202の励磁電流値により励磁領域(照射領域)を判定するが、磁場強度測定器205で検出された磁場強度の測定結果(測定値)に基づいて励磁領域を判定してもよい。また、ビーム位置モニタ218で検出されたビーム位置から励磁領域が判定できるため、設定した磁場強度により所望の領域にビームが走査されているかを確認する構成にすることで、ビーム照射時の安定性が向上する。   In the present embodiment, the excitation region (irradiation region) is determined based on the set excitation current value of the scanning electromagnet 202, but the excitation region is determined based on the measurement result (measurement value) of the magnetic field strength detected by the magnetic field strength measuring device 205. May be determined. In addition, since the excitation area can be determined from the beam position detected by the beam position monitor 218, it is possible to determine whether the beam is scanned in the desired area with the set magnetic field strength, thereby stabilizing the beam irradiation. Will improve.

散乱体206は、物質によるイオンの散乱現象によりビームの横方向分布を拡大するためのものである。散乱後のビームの空間的な強度分布は、ほぼガウス分布になる。散乱体206は、一般に散乱量に対するエネルギー損失が少ないタングステン等の原子番号の大きい物質によって構成される。散乱体206は、複数の物質の混合物でもよく、厚みの異なる複数の板部材を重ねて構成し、ビーム進行方向における板部材の厚みの合計を変化させることも可能である。本実施例では、散乱体206は、走査電磁石202の下流側に配置されているが、走査電磁石202の上流側に配置しても良い。   The scatterer 206 is for expanding the lateral distribution of the beam by the phenomenon of ion scattering by the substance. The spatial intensity distribution of the scattered beam is almost Gaussian. The scatterer 206 is generally composed of a substance having a large atomic number, such as tungsten, which has little energy loss with respect to the amount of scattering. The scatterer 206 may be a mixture of a plurality of substances. The scatterer 206 may be formed by stacking a plurality of plate members having different thicknesses, and the total thickness of the plate members in the beam traveling direction can be changed. In this embodiment, the scatterer 206 is disposed on the downstream side of the scanning electromagnet 202, but may be disposed on the upstream side of the scanning electromagnet 202.

リッジフィルタ208は、ビームに複数のエネルギー領域を形成し、患部216aの深さ方向に形成される複数のブラッグピークを重ね合わせることで、広く一様な線量分布を形成するためのものである。リッジフィルタ208は、複数の楔形構造物208aと、その支持部208bを有する。隣り合う楔形構造物208aの間には、それぞれ開口が形成されている。楔形構造物208aは階段状に配置された複数の平面領域を有しており、ビーム軸方向(進行方向)におけるリッジフィルタ208の底面から各平面領域までの厚みがそれぞれ異なっている。楔形構造物208aは、その両側に位置する開口から、ビーム軸方向において最も高い位置にある平面領域に向かって、ビーム軸方向の厚みが段階的に増加するように形成されている。   The ridge filter 208 is for forming a wide and uniform dose distribution by forming a plurality of energy regions in the beam and superimposing a plurality of Bragg peaks formed in the depth direction of the affected part 216a. The ridge filter 208 includes a plurality of wedge-shaped structures 208a and support portions 208b thereof. Openings are formed between adjacent wedge-shaped structures 208a. The wedge-shaped structure 208a has a plurality of planar regions arranged stepwise, and the thickness from the bottom surface of the ridge filter 208 to each planar region in the beam axis direction (traveling direction) is different. The wedge-shaped structure 208a is formed so that the thickness in the beam axis direction increases stepwise from the openings located on both sides thereof toward the flat region at the highest position in the beam axis direction.

即ち、リッジフィルタ208は、ビームの通過位置に応じてビームが通過する部分の厚みが変化する。これにより、リッジフィルタ208通過後のビームエネルギーが変化し、それぞれのビームエネルギーに対応した、異なる深さにブラッグピークを形成することで、患部216aにおける所望の深さの広い領域に一様な照射野を形成できる。   That is, in the ridge filter 208, the thickness of the portion through which the beam passes changes according to the beam passing position. As a result, the beam energy after passing through the ridge filter 208 is changed, and a Bragg peak is formed at different depths corresponding to each beam energy, thereby uniformly irradiating a wide region of a desired depth in the affected area 216a. A field can be formed.

リッジフィルタ208は、楔形構造物208aの厚みが異なる方向(横方向)の幅を小さくし、通過位置によるビームエネルギーの違いを緩和することで、横方向位置におけるエネルギー分布の違いを低減している。本実施例のリッジフィルタ208は、階段状に配置された複数の平面領域を有する複数の楔形構造物208aを備えているが、厚みが異なる構成であればよい。また、楔形構造物208aの厚みの差によるビーム散乱量を補償するために、楔形構造物208aの厚みが異なる方向(横方向)に厚みの異なる散乱補償体を設けてもよい。   The ridge filter 208 reduces the difference in energy distribution at the lateral position by reducing the width in the direction (lateral direction) in which the thickness of the wedge-shaped structure 208a is different and reducing the difference in beam energy depending on the passing position. . The ridge filter 208 according to the present embodiment includes a plurality of wedge-shaped structures 208a having a plurality of planar regions arranged in a step shape. In addition, in order to compensate for the amount of beam scattering due to the difference in thickness of the wedge-shaped structure 208a, a scattering compensator having different thicknesses may be provided in the direction in which the thickness of the wedge-shaped structure 208a is different (lateral direction).

レンジシフタ210は、イオンビームの最大飛程を患部216aの最大深さと一致させるものである。レンジシフタ210は、エネルギー損失に対してビーム散乱量の小さい樹脂等の原子番号の小さな物質によって構成される。イオンビームがレンジシフタ210を通過するとエネルギーを失うので、イオンビームの最大飛程を減らすことができる。これにより、イオンビームの最大飛程を患部216aと一致させることができる。レンジシフタ210は、厚みの異なる複数の板部材を重ねて構成し、板部材の組合せ方により、ビーム進行方向の厚みの合計を変化させることができる。イオンビームの最大飛程を患部216aと一致させるには、レンジシフタ210を用いずに、シンクロトロン5によるイオンビームの加速エネルギーを減らしても良い。また、高エネルギービーム輸送系16でビームのエネルギーを損失させても良い。   The range shifter 210 matches the maximum range of the ion beam with the maximum depth of the affected area 216a. The range shifter 210 is made of a material having a small atomic number such as a resin having a small beam scattering amount with respect to energy loss. Since the energy is lost when the ion beam passes through the range shifter 210, the maximum range of the ion beam can be reduced. Thereby, the maximum range of the ion beam can be matched with the affected part 216a. The range shifter 210 is formed by stacking a plurality of plate members having different thicknesses, and the total thickness in the beam traveling direction can be changed by combining the plate members. In order to make the maximum range of the ion beam coincide with the affected part 216a, the acceleration energy of the ion beam by the synchrotron 5 may be reduced without using the range shifter 210. Further, the energy of the beam may be lost by the high energy beam transport system 16.

上記の過程を経て、横方向に走査され、深さ方向に拡大されたイオンビームは、線量モニタ212に入射し、通過したビーム量が計測される。線量モニタ212は、ビーム下流側(レンジシフタ210よりも下流側)に配置すると、患部216aに照射する直前のイオンビームの通過量を計測できる。線量モニタ212は、ビーム上流側(リッジフィルタ208,レンジシフタ210などのイオンビームのエネルギーを変化させる機器よりも上流側)に配置すると、エネルギーの違いによる線量モニタ212からの出力信号の補正計算等の手間を省ける。   Through the above process, the ion beam scanned in the horizontal direction and expanded in the depth direction is incident on the dose monitor 212, and the amount of the beam that has passed through is measured. When the dose monitor 212 is arranged on the beam downstream side (downstream side of the range shifter 210), it can measure the passing amount of the ion beam immediately before irradiating the affected area 216a. When the dose monitor 212 is arranged on the upstream side of the beam (upstream side of the device that changes the energy of the ion beam such as the ridge filter 208 and the range shifter 210), the calculation of the output signal from the dose monitor 212 due to the difference in energy is performed. Save time and effort.

ボーラス214は、例えば樹脂製のブロック体を掘削加工したものであり、横方向のビーム入射位置に応じてビームの樹脂通過厚さが変化する。これにより、イオンビームのボーラス214通過後のエネルギーを入射位置ごとに変化させることができ、イオンビームの到達深さを患部216aの深さ方向における形状と合致させることができる。   The bolus 214 is formed by excavating a resin block body, for example, and the resin passage thickness of the beam changes according to the beam incident position in the lateral direction. Thereby, the energy of the ion beam after passing through the bolus 214 can be changed for each incident position, and the arrival depth of the ion beam can be matched with the shape of the affected part 216a in the depth direction.

コリメータ215は、放射線遮蔽体によって構成され、患部216aに対応する貫通孔を形成している。コリメータ215は、横方向に拡大されたイオンビームのうち、その貫通孔を通過したイオンビームのみを患部216aに照射する。   The collimator 215 is composed of a radiation shield and forms a through hole corresponding to the affected part 216a. The collimator 215 irradiates the affected part 216a only with the ion beam that has passed through the through-hole among the ion beams expanded in the horizontal direction.

ボーラス214とコリメータ215は、患部216aの形状に合わせて加工され、患部216a毎に交換される。コリメータ215としてマルチリーフコリメータを用い、リーフを移動して患部216aの横方向の形状に合わせることにより、コリメータの加工や交換の手間を省くことができる。   The bolus 214 and the collimator 215 are processed in accordance with the shape of the affected area 216a, and are exchanged for each affected area 216a. By using a multi-leaf collimator as the collimator 215 and moving the leaf to match the shape of the affected part 216a in the lateral direction, it is possible to save time and labor for collimator processing and replacement.

図3を用いて、照射制御システム300を説明する。図3は、照射制御システム300の詳細構成図である。照射制御システム300は、所望の照射野を形成するために、走査電磁石202の走査領域毎にビーム照射量(吸収線量)を管理する。走査領域は、走査電磁石202の全励磁範囲において、複数に分割して形成される一つの励磁領域として表すことができる。照射制御システム300は、領域判定装置301,振り分け装置303,開閉信号生成装置307,照射完了信号生成装置309,インターロック信号生成装置310,メモリ(目標値メモリ)305,カウンタ(マルチチャンネルカウンタ)304,メモリ(照射中領域メモリ)311を備える。   The irradiation control system 300 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a detailed configuration diagram of the irradiation control system 300. The irradiation control system 300 manages the beam irradiation amount (absorbed dose) for each scanning region of the scanning electromagnet 202 in order to form a desired irradiation field. The scanning region can be expressed as one excitation region formed by being divided into a plurality of portions in the entire excitation range of the scanning electromagnet 202. The irradiation control system 300 includes an area determination device 301, a distribution device 303, an open / close signal generation device 307, an irradiation completion signal generation device 309, an interlock signal generation device 310, a memory (target value memory) 305, and a counter (multi-channel counter) 304. , A memory (irradiation area memory) 311 is provided.

領域判定装置301は、メモリ(領域判定装置メモリ)302を備え、中央制御装置100,磁場強度測定器205,メモリ311にそれぞれ接続される。振り分け装置303は、メモリ311,線量モニタ212,カウンタ304にそれぞれ接続される。開閉信号生成装置307は、メモリ311,カウンタ304,メモリ305,スイッチ11にそれぞれ接続される。照射完了信号生成装置309は、カウンタ304,メモリ305,中央制御装置100にそれぞれ接続されている。インターロック信号生成装置310は、カウンタ304,メモリ305,中央制御装置100にそれぞれ接続されている。カウンタ304は、カウンタ1からカウンタN2までのN2個のカウンタと、カウンタSの合計(N2+1)個のカウンタを含む。カウンタ1からカウンタN2は、それぞれ、振り分け装置303を介して線量モニタ212に接続される。カウンタSは、振り分け装置303を介さずに、線量モニタ212に接続される。 The region determination device 301 includes a memory (region determination device memory) 302 and is connected to the central control device 100, the magnetic field strength measuring device 205, and the memory 311. The sorter 303 is connected to the memory 311, the dose monitor 212, and the counter 304, respectively. The open / close signal generator 307 is connected to the memory 311, the counter 304, the memory 305, and the switch 11. The irradiation completion signal generation device 309 is connected to the counter 304, the memory 305, and the central control device 100, respectively. The interlock signal generation device 310 is connected to the counter 304, the memory 305, and the central control device 100, respectively. Counter 304 includes a N 2 pieces of counters from the counter 1 until the counter N 2, the sum of the counter S a (N 2 +1) pieces of counters. Each of the counter 1 to the counter N 2 is connected to the dose monitor 212 via the distribution device 303. The counter S is connected to the dose monitor 212 without going through the sorting device 303.

以下、図4を用いて、照射制御システム300の主要構成機器の動作を説明する。図4は、照射制御システム300による照射制御方法の概略説明図である。中央制御装置100によりビーム照射開始信号が生成されると、シンクロトロン5,領域判定装置301,振り分け装置303,開閉信号生成装置307,照射完了信号生成装置309,インターロック信号生成装置310がそれぞれの動作を始め、シンクロトロン5からのイオンビームの出射が開始される。   Hereinafter, the operation of the main components of the irradiation control system 300 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic explanatory diagram of an irradiation control method by the irradiation control system 300. When the beam irradiation start signal is generated by the central control device 100, the synchrotron 5, the region determination device 301, the sorting device 303, the open / close signal generation device 307, the irradiation completion signal generation device 309, and the interlock signal generation device 310 are respectively connected. The operation starts and the extraction of the ion beam from the synchrotron 5 is started.

まず、中央制御装置100のメモリ101に記憶されている情報のうち、図9に示す情報が、照射制御システム300のメモリ305に取り込まれる。図9の情報は、励磁領域の領域番号毎の、目標ビーム照射量(目標値)とその許容値、目標ビーム照射量の比率(Ni/NS)とその許容値である。メモリ305内のメモリ領域306−1乃至306−N2,306−S内に、該当する領域番号に対する関連情報(例えば、目標ビーム照射量とその許容値等)がそれぞれ記憶される。 First, of the information stored in the memory 101 of the central controller 100, the information shown in FIG. 9 is taken into the memory 305 of the irradiation control system 300. The information in FIG. 9 is a target beam irradiation amount (target value) and its allowable value, a ratio (N i / N S ) of the target beam irradiation amount and its allowable value for each region number of the excitation region. In the memory areas 306-1 to 306-N 2 and 306-S in the memory 305, related information (for example, a target beam irradiation amount and an allowable value thereof) for the corresponding area number is stored.

領域判定装置301の役割は、走査電磁石電源制御装置220によって設定された電流値を励磁領域に変換することである。領域判定装置メモリ302は、設定された走査電磁石202への電流値とこれに対応する励磁領域(全励磁領域の個数をN2 個とする)が、互いに関係付けられている励磁領域の番号(領域番号)、その励磁領域の開始電流値及び終了電流値の各情報がデータテーブルとして登録されている(図5,図6参照)。これらの情報は、領域判定装置301によって中央制御装置100のメモリ101から取り込まれる。 The role of the region determination device 301 is to convert the current value set by the scanning electromagnet power supply control device 220 into an excitation region. The area determination device memory 302 stores the number of excitation areas in which the set current value to the scanning electromagnet 202 and the corresponding excitation areas (the number of all excitation areas is N 2 ) are related to each other ( (Region number) and information on the start current value and end current value of the excitation region are registered as a data table (see FIGS. 5 and 6). These pieces of information are fetched from the memory 101 of the central controller 100 by the area determination device 301.

図5に示すように、例えば、ビームをX方向に走査する走査電磁石202aの励磁電流範囲がIMIN〜IMAX[A]とすると、領域番号X1は、走査電磁石の励磁電流値がIMIN〜I1に対応する励磁領域(照射領域)、領域番号Xiは、走査電磁石の励磁電流値がIi-1〜Iiに対応する励磁領域、領域番号XNは、走査電磁石の励磁電流値がIN-1〜IMAXに対応する励磁領域であることを示す。 As shown in FIG. 5, for example, if the excitation current range of the scanning electromagnet 202a that scans the beam in the X direction is I MIN to I MAX [A], the region number X 1 has an excitation current value of I MIN Excitation region (irradiation region) corresponding to ˜I 1 , region number Xi is the excitation current value of the scanning electromagnet corresponding to I i−1 to I i , region number X N is the excitation current value of the scanning electromagnet Are excitation regions corresponding to I N-1 to I MAX .

上記した励磁領域(照射領域)は、ビームをY方向に走査する走査電磁石202bにも設定されている。図6に示すように、例えば、走査電磁石202bの励磁電流範囲がI′MIN〜I′MAX[A]とすると、領域番号Y1は、走査電磁石の励磁電流値がI′MIN〜I′1に対応する励磁領域、領域番号Yiは、走査電磁石の励磁電流値がI′i-1〜I′iに対応する励磁領域、領域番号YNは、走査電磁石の励磁電流値がI′N-1〜I′MAXに対応する励磁領域であることを示す。 The above-described excitation region (irradiation region) is also set in the scanning electromagnet 202b that scans the beam in the Y direction. As shown in FIG. 6, for example, when the exciting current range of the scanning electromagnet 202b is to I 'MIN ~I' MAX [A ], the region number Y 1 is the excitation current value of the scanning electromagnet is I 'MIN ~I' 1 Excitation area corresponding to, the area number Yi is the excitation current value of the scanning electromagnet corresponding to I ' i-1 to I' i , the area number Y N is the excitation current value of the scanning electromagnet I ' N- 1 to I ′ indicates an excitation region corresponding to MAX .

全体として、2次元にビームを走査する場合は、全励磁領域(全照射領域)の数はN2個となり、この2次元平面(XY平面)上での領域番号と、X方向及びY方向の領域番号との関係は、図8のようなデータテーブルとして、中央制御装置100のメモリ101に登録される。また、以上のデータテーブルを全て一つのデータテーブルにまとめて、図7のようなデータテーブルとして、中央制御装置100のメモリ101に登録してもよい。 As a whole, when the beam is scanned two-dimensionally, the number of all excitation regions (all irradiation regions) is N 2 , and the region number on the two-dimensional plane (XY plane) and the X and Y directions The relationship with the area number is registered in the memory 101 of the central controller 100 as a data table as shown in FIG. Further, all the above data tables may be combined into one data table and registered in the memory 101 of the central control apparatus 100 as a data table as shown in FIG.

目標値は、ビーム照射量の目標値を示す。つまり、患者毎に選定されたビーム位置モニタ218の各領域番号(励磁領域番号)での吸収線量の目標値(目標線量値)である。目標値の許容値は、ビーム位置モニタ218の各領域番号における吸収線量の目標値の許容値である。目標線量比率は、全吸収線量に対する各領域番号での吸収線量との比率を示す。目標線量比率の許容値は、この比率の許容値である。   The target value indicates the target value of the beam irradiation amount. That is, it is the target value (target dose value) of the absorbed dose at each region number (excitation region number) of the beam position monitor 218 selected for each patient. The allowable value of the target value is an allowable value of the target value of the absorbed dose in each area number of the beam position monitor 218. The target dose ratio indicates the ratio of the absorbed dose at each area number to the total absorbed dose. The tolerance for the target dose ratio is the tolerance for this ratio.

メモリ101に記憶されている図7に示す各情報は、ある患者に対する治療計画作成時に、医師が治療計画装置102を用いて設定(作成)する情報である。設定された各情報は、一旦メモリ103に保存され、ある患者の治療前に中央制御装置100によってメモリ101に取り込まれる。図7の情報は、全ての患者毎に別の情報を用意する必要はなく、例えば領域番号と励磁領域の関係を、予め共通項目として設定しておくことも可能である。   Each piece of information shown in FIG. 7 stored in the memory 101 is information set (created) by a doctor using the treatment planning apparatus 102 when creating a treatment plan for a certain patient. Each set information is temporarily stored in the memory 103 and is taken into the memory 101 by the central control device 100 before treatment of a certain patient. The information shown in FIG. 7 does not have to be prepared for every patient. For example, the relationship between the area number and the excitation area can be set in advance as a common item.

次に、領域判定装置301は、イオンビームを患部216aに照射している間、走査電磁石電源制御装置220から入力した走査電磁石202の励磁電流を、上記データテーブルを用いて、イオンビームが通過している励磁領域に変換する。具体的には、その励磁領域の領域番号(領域番号iなど)に変換する。このイオンビームが通過している励磁領域を、照射励磁領域という。照射励磁領域は、メモリ311に記憶される。即ち、メモリ311には、照射野形成装置200内でビーム経路に位置している照射励磁領域が記憶される。走査電磁石202の励磁電流を照射励磁領域に変換してメモリ311に記憶させる処理は、イオンビームの出射中に繰り返し行われる。このため、メモリ311には、常に、ビーム経路に位置している照射励磁領域が記憶されている。   Next, the region determination device 301 uses the data table to transmit the excitation current of the scanning electromagnet 202 input from the scanning electromagnet power supply control device 220 while irradiating the affected part 216a with the ion beam. Convert to the excitation area. Specifically, it is converted into an area number (such as area number i) of the excitation area. The excitation region through which the ion beam passes is called an irradiation excitation region. The irradiation excitation area is stored in the memory 311. That is, the memory 311 stores an irradiation excitation area located in the beam path in the irradiation field forming apparatus 200. The process of converting the excitation current of the scanning electromagnet 202 into the irradiation excitation region and storing it in the memory 311 is repeatedly performed during the extraction of the ion beam. For this reason, the memory 311 always stores an irradiation excitation region located in the beam path.

患者216の体内におけるイオンビームの照射位置は、走査電磁石電源制御装置220により設定される走査電磁石202の励磁電流により決まる。従って、患者216の体内での照射領域と、走査電磁石電源制御装置220で設定される励磁電流値との間に対応関係を付けると、横方向のイオンビーム照射量の管理が可能となる。しかし、この対応関係はなくてもよい。   The irradiation position of the ion beam in the body of the patient 216 is determined by the excitation current of the scanning electromagnet 202 set by the scanning electromagnet power supply controller 220. Therefore, if a correspondence relationship is established between the irradiation region in the body of the patient 216 and the excitation current value set by the scanning electromagnet power supply control device 220, the ion beam irradiation amount in the lateral direction can be managed. However, this correspondence may not be necessary.

振り分け装置303は、線量モニタ212で逐次計測されるビーム照射量(吸収線量)を、走査電磁石電源制御装置220で設定される励磁領域に対応する各カウンタ(カウンタ304のカウンタ)に振り分ける。まず、メモリ311に記憶された励磁領域(領域番号i)を読み込む。領域番号iに対応するカウンタ−kに、線量モニタ212からのビーム照射量を出力する。即ち、カウンタkには、領域番号iの励磁領域に対して計測されたビーム照射量(吸収線量)が積算して記録される。これにより、全ての励磁領域(領域番号1〜N2 )におけるそれぞれのビーム照射量を独立にカウントできる。また、カウンタSには、線量モニタ212で計測されたビーム照射量の信号がそのまま入力され、全領域の合計照射線量がカウントされる。 The distribution device 303 distributes the beam irradiation amount (absorbed dose) sequentially measured by the dose monitor 212 to each counter (counter of the counter 304) corresponding to the excitation region set by the scanning electromagnet power supply control device 220. First, the excitation area (area number i) stored in the memory 311 is read. The beam irradiation amount from the dose monitor 212 is output to the counter-k corresponding to the region number i. That is, in the counter k, the beam irradiation amount (absorbed dose) measured for the excitation region with the region number i is integrated and recorded. This allows counted independently of each beam dose in all the excitation region (region number 1 to N 2). In addition, the signal of the beam irradiation amount measured by the dose monitor 212 is input to the counter S as it is, and the total irradiation dose of all regions is counted.

本実施例では、全領域の合計照射線量を別カウンタで計測する構成としたが、全ビーム照射量は、カウンタ1からカウンタN2までのカウント値を合計する構成としても良い。この場合、カウンタSを節約できる。また、ビーム照射量をそれぞれのカウンタに記録する方法として、カウンタ1からカウンタN2のカウンタにビーム照射量の信号を常に入力し、領域番号iと判定された場合、対応するカウンタkのみを計測ON、それ以外のカウンタを計測OFFとするように、カウンタ304の計測のON/OFFを切り替えてもよい。 In the present embodiment, the total irradiation dose of the entire region is measured by another counter, but the total beam irradiation amount may be configured to sum the count values from the counter 1 to the counter N 2 . In this case, the counter S can be saved. Further, as a method of recording the beam irradiation amount in each counter, when the beam irradiation amount signal is always input from the counter 1 to the counter N 2 and it is determined that the region number is i, only the corresponding counter k is measured. The measurement of the counter 304 may be switched on / off so that the counter is turned on and the other counters are turned off.

また、カウンタは、必ずしも分割された領域と同じ数が必要ではない。例えば、カウンタの数は数個程度として、各励磁領域のビーム照射量をカウントした後、別に設けたメモリに領域番号iと関連付けてカウント量を保存し、その後カウンタをリセットして、次の領域のビーム照射量をカウントする方式としてもよい。この際、再び領域番号iの励磁領域が照射される場合には、別に設けたメモリからこれまでのカウント数をカウンタに読み込んで、ビーム照射量をカウントすることで、領域番号iに照射されたビーム量の積算値を求めることができる。   Further, the number of counters is not necessarily the same as the number of divided areas. For example, the number of counters is about several, and after counting the beam irradiation amount of each excitation region, the count amount is stored in a separate memory in association with the region number i, and then the counter is reset to the next region. Alternatively, the beam irradiation amount may be counted. At this time, when the excitation area of area number i is irradiated again, the area number i is irradiated by reading the count number so far from a separately provided memory into the counter and counting the beam irradiation amount. The integrated value of the beam amount can be obtained.

開閉信号生成装置307は、照射野形成装置200内でビーム経路に位置している励磁領域(照射領域)の照射済みビーム照射量と目標線量(目標値)とを比較し、スイッチ11を開閉してシンクロトロン5からのビーム出射のON/OFF制御を行う。まず、メモリ305から励磁領域ごとの目標値を取り込む。次に、開閉信号生成装置307は、メモリ311から照射中の励磁領域の情報を取り込んで、領域番号iの励磁領域における目標値と照射済みビーム照射量とを比較する。   The open / close signal generation device 307 compares the irradiated beam irradiation amount and the target dose (target value) in the excitation region (irradiation region) located in the beam path in the irradiation field forming device 200, and opens and closes the switch 11. Then, ON / OFF control of beam emission from the synchrotron 5 is performed. First, the target value for each excitation area is fetched from the memory 305. Next, the open / close signal generation device 307 takes in the information of the excitation region being irradiated from the memory 311 and compares the target value in the excitation region of the region number i with the irradiated beam irradiation amount.

照射済みビーム量が目標値に到達していれば、開閉信号生成装置307は、ビームOFF信号を生成して、スイッチ11に送信する。これにより、スイッチ11が開き、高周波印加装置7への出射用高周波信号の印加が停止され、シンクロトロン5からのイオンビームの出射が停止される。   If the irradiated beam amount has reached the target value, the open / close signal generation device 307 generates a beam OFF signal and transmits it to the switch 11. Thereby, the switch 11 is opened, the application of the high frequency signal for extraction to the high frequency applying device 7 is stopped, and the extraction of the ion beam from the synchrotron 5 is stopped.

照射済みビーム量が目標値未満であれば、開閉信号生成装置307は、ビームON信号を生成して、スイッチ11に送信する。これにより、スイッチ11は閉じられ、高周波印加装置7へ出射用高周波信号が印加される。これにより、イオンビームは、目標値未満である励磁領域のみに照射される。   If the irradiated beam amount is less than the target value, the open / close signal generation device 307 generates a beam ON signal and transmits it to the switch 11. As a result, the switch 11 is closed, and the high frequency signal for emission is applied to the high frequency applying device 7. Thereby, an ion beam is irradiated only to the excitation area | region which is less than a target value.

本実施例では、照射中の領域をメモリ311に記憶しているが、領域判定装置301による励磁領域の判定結果を、直接、振り分け装置303及び開閉信号生成装置307に入力することも可能である。ビーム経路に位置している励磁領域の情報を、振り分け装置303及び開閉信号生成装置307に入力するためには、動作タイミングを領域判定装置301と合わせる必要があるため、制御は複雑になる。   In this embodiment, the area under irradiation is stored in the memory 311, but it is also possible to directly input the determination result of the excitation area by the area determination device 301 to the distribution device 303 and the open / close signal generation device 307. . In order to input the information of the excitation area located in the beam path to the sorting device 303 and the open / close signal generation device 307, it is necessary to match the operation timing with the region determination device 301, so that the control becomes complicated.

イオンビームの照射が進むにつれ、目標値のイオンビーム照射量が各励磁領域を通して患部216aに照射される。インターロック信号生成装置310の役割は、患者216を不要なイオンビームの照射から防ぐことである。まず、インターロック信号生成装置310は、メモリ305から各励磁領域ごとの目標値とその許容値,全領域の合計目標値とその許容値を取り込む。メモリ305には、予め、中央制御装置100から取り込んだ励磁領域毎の目標値とその許容値に加え、全励磁領域の合計ビーム照射量目標値とその許容値を取り込んでおく。次に、カウンタ304から各励磁領域ごと及び全励磁領域の照射済みビーム照射量を取り込む。カウンタSはビーム照射量の総量をカウントするので、カウンタiとカウンタSのカウント値の比を取ると、領域番号iの励磁領域に照射されたビーム照射量の全照射量に対する比率を算出できる。   As the ion beam irradiation progresses, a target value of the ion beam irradiation amount is irradiated to the affected area 216a through each excitation region. The role of the interlock signal generator 310 is to prevent the patient 216 from being irradiated with unwanted ion beams. First, the interlock signal generation device 310 takes in the target value for each excitation area and its allowable value, and the total target value for all areas and its allowable value from the memory 305. In addition to the target value for each excitation area and its allowable value acquired from the central controller 100, the memory 305 previously stores the total beam irradiation target value and its allowable value for all excitation areas. Next, the irradiated beam irradiation amount of each excitation region and all the excitation regions is taken in from the counter 304. Since the counter S counts the total amount of beam irradiation, when the ratio between the counter i and the count value of the counter S is taken, the ratio of the beam irradiation amount irradiated to the excitation region of the region number i to the total irradiation amount can be calculated.

インターロック信号生成装置310は、カウンタSのカウント値(全励磁領域の照射済みビーム量の合計)が(目標値S+許容値S)の値以下であることを確認する。カウンタSのカウント値が(目標値S+許容値S)の値を超えた場合、これはイオンビームの過照射を意味するので、インターロック信号生成装置310はビーム照射停止信号を生成して、中央制御装置100に送信する。インターロック信号生成装置310は、各励磁領域についても、同様に照射済みビーム量が(目標値i+許容値i)以下であることを確認する。   The interlock signal generation device 310 confirms that the count value of the counter S (the sum of the irradiated beam amounts in all excitation regions) is equal to or less than the value of (target value S + allowable value S). When the count value of the counter S exceeds the value of (target value S + allowable value S), this means that the ion beam is over-irradiated, so the interlock signal generation device 310 generates a beam irradiation stop signal, It transmits to the control apparatus 100. The interlock signal generation device 310 similarly confirms that the irradiated beam amount is equal to or less than (target value i + allowable value i) for each excitation region.

また、カウンタ304から得た各励磁領域のビーム照射量の比率が(目標比率Ri±許容値ΔRi)内であることも確認する。この比率が許容範囲から外れた場合は、ビーム照射量の各励磁領域間での偏りを意味するので、インターロック信号生成装置310は、ビーム照射停止信号を生成して、中央制御装置100に送信する。ビーム照射停止信号を受け取った中央制御装置100は、ビーム出射中止指令を生成して、インターロック用のスイッチ9に出力する(信号線省略)。これにより、スイッチ9は開き、高周波電源8から高周波印加電極への高周波電力の供給が停止され、シンクロトロン5からのイオンビームの出射が停止される。   It is also confirmed that the ratio of the beam irradiation amount of each excitation region obtained from the counter 304 is within (target ratio Ri ± allowable value ΔRi). If this ratio deviates from the allowable range, it means that the beam irradiation amount is biased between the excitation areas, and therefore the interlock signal generation device 310 generates a beam irradiation stop signal and transmits it to the central control device 100. To do. Receiving the beam irradiation stop signal, the central controller 100 generates a beam emission stop command and outputs it to the interlock switch 9 (signal line omitted). Thereby, the switch 9 is opened, the supply of the high frequency power from the high frequency power supply 8 to the high frequency application electrode is stopped, and the emission of the ion beam from the synchrotron 5 is stopped.

このようにして、インターロック信号生成装置310が、カウンタ304からの現在のビーム照射量の取り込み、ビーム照射量とその比率が許容範囲内にあることの確認、を繰り返すことにより、想定外のイオンビーム照射を防ぐことができる。   In this way, the interlock signal generation device 310 repeatedly captures the current beam irradiation amount from the counter 304 and confirms that the beam irradiation amount and its ratio are within the allowable range, thereby causing unexpected ions. Beam irradiation can be prevented.

照射完了信号生成装置309は、全励磁領域(全照射領域)で目標量のイオンビームが照射されたか判定し、完了した場合は照射完了信号を生成する。初めに、照射完了信号生成装置309は、メモリ305から励磁領域ごとの目標値を取り込む。次に、カウンタ304から励磁領域毎のビーム照射量を取り込み、励磁領域毎に目標値とビーム照射量を比較する。全励磁領域でビーム照射量が目標値に到達すれば、照射完了信号生成装置309は、照射完了信号を中央制御装置100に出力する。照射完了信号生成装置309は、ビーム照射量が目標値未満の励磁領域が少なくとも1つあれば、カウンタ304からビーム照射量を取り込んで目標値と比較する処理を再度実施する。開閉信号生成装置307により、ビーム照射量が目標値未満の励磁領域に対してのみイオンビームが照射されるので、最終的には、全領域で目標値のビーム照射量が照射される。   The irradiation completion signal generation device 309 determines whether a target amount of ion beam has been irradiated in all excitation regions (all irradiation regions), and generates an irradiation completion signal when the irradiation is completed. First, the irradiation completion signal generation device 309 takes in a target value for each excitation area from the memory 305. Next, the beam irradiation amount for each excitation region is fetched from the counter 304, and the target value and the beam irradiation amount are compared for each excitation region. When the beam irradiation amount reaches the target value in the entire excitation region, the irradiation completion signal generation device 309 outputs the irradiation completion signal to the central control device 100. If there is at least one excitation region in which the beam irradiation amount is less than the target value, the irradiation completion signal generation device 309 performs again the process of taking the beam irradiation amount from the counter 304 and comparing it with the target value. Since the open / close signal generation device 307 irradiates the ion beam only to the excitation region where the beam irradiation amount is less than the target value, finally, the beam irradiation amount of the target value is irradiated over the entire region.

中央制御装置100は、照射完了信号を受け取ると、ビーム出射完了信号を生成して、照射(出射)完了用のスイッチ9に伝える。ビーム出射完了信号によって照射完了用のスイッチ9が開くため、高周波印加電極への高周波電力の供給が停止され、シンクロトロン5からのイオンビームの出射が停止される。   When receiving the irradiation completion signal, the central control device 100 generates a beam extraction completion signal and transmits it to the irradiation (extraction) completion switch 9. Since the irradiation completion switch 9 is opened by the beam extraction completion signal, the supply of the high frequency power to the high frequency application electrode is stopped, and the extraction of the ion beam from the synchrotron 5 is stopped.

表示装置308は、走査電磁石電源制御装置220から設定される走査電磁石202の励磁領域ごとの照射済みビーム照射量と目標値を表示する。表示装置308は、カウンタ304及び中央制御装置100に接続され、励磁領域毎に線量モニタ212で計測された線量カウンタ値,全励磁領域の線量カウンタ値の合計,励磁領域毎の目標値を、ビーム照射中に逐次表示する。これにより、ビーム照射の進捗状況を運転者に知らせる。また、照射パラメータ、使用している機器を表示装置308に表示することにより、運転者はビーム照射条件を容易に把握できる。また、励磁領域毎のビーム照射量とその合計との比率を、表示装置308に表示しても良い。これにより、照射が偏り無く進行していることを運転者に知らせることができる。   The display device 308 displays the irradiated beam irradiation amount and target value for each excitation region of the scanning electromagnet 202 set from the scanning electromagnet power supply control device 220. The display device 308 is connected to the counter 304 and the central controller 100, and displays the dose counter value measured by the dose monitor 212 for each excitation region, the sum of the dose counter values for all the excitation regions, and the target value for each excitation region. Display sequentially during irradiation. This informs the driver of the progress of beam irradiation. Further, by displaying the irradiation parameters and the devices used on the display device 308, the driver can easily grasp the beam irradiation conditions. Further, the ratio between the beam irradiation amount for each excitation region and the total thereof may be displayed on the display device 308. As a result, the driver can be informed that the irradiation is proceeding evenly.

本実施例の粒子線治療装置を用いた患部216aへのビーム照射方法について、説明する。イオン源2で生成されたイオンビームは、前段加速器3で前段加速され、低エネルギービーム輸送系4を通ってシンクロトロン5に供給される。イオンビームは、シンクロトロン5内を周回する間に、高周波加速空胴(図示せず)によって加速される。イオンビームが所望のエネルギーまで加速された後、高周波電源8からの高周波電力が、スイッチ9及び11を通って高周波印加装置7の高周波印加電極により、シンクロトロン5内を周回しているイオンビームに印加される。これにより、安定限界内を周回しているイオンビームが、安定限界外に移行してシンクロトロン5から出射される。このイオンビームは、出射用デフレクタ13及び高エネルギービーム輸送系16を通って照射野形成装置200に供給される。   A beam irradiation method for the affected area 216a using the particle beam therapy system of this embodiment will be described. The ion beam generated by the ion source 2 is accelerated by the upstream accelerator 3 and supplied to the synchrotron 5 through the low energy beam transport system 4. The ion beam is accelerated by a high-frequency accelerating cavity (not shown) while orbiting the synchrotron 5. After the ion beam is accelerated to a desired energy, the high-frequency power from the high-frequency power source 8 passes through the switches 9 and 11 to the ion beam circulating in the synchrotron 5 by the high-frequency application electrode of the high-frequency application device 7. Applied. As a result, the ion beam orbiting within the stability limit moves out of the stability limit and is emitted from the synchrotron 5. This ion beam is supplied to the irradiation field forming apparatus 200 through the extraction deflector 13 and the high energy beam transport system 16.

イオンビームは、照射野形成装置200内において、ビーム経路上に配置された走査電磁石202,散乱体206,リッジフィルタ208,レンジシフタ210,線量モニタ212,ビーム位置モニタ218,ボーラス214,コリメータ215を通過して、治療ベッド217上の患者216の患部216aに照射される。ビーム照射中、走査電磁石電源制御装置220で設定された励磁電流が、走査電磁石電源219から走査電磁石202に供給され、患部216a内の線量分布が一様となるように、ビームが走査される。   In the irradiation field forming apparatus 200, the ion beam passes through a scanning electromagnet 202, a scatterer 206, a ridge filter 208, a range shifter 210, a dose monitor 212, a beam position monitor 218, a bolus 214, and a collimator 215 arranged on the beam path. Then, the affected part 216a of the patient 216 on the treatment bed 217 is irradiated. During beam irradiation, the excitation current set by the scanning electromagnet power supply controller 220 is supplied from the scanning electromagnet power supply 219 to the scanning electromagnet 202, and the beam is scanned so that the dose distribution in the affected area 216a is uniform.

照射野形成装置200内を通過するイオンビームのビーム照射量(吸収線量)が、線量モニタ212によって計測される。線量モニタ212で計測された線量が目標値に達すると、照射(出射)完了用のスイッチ9が開き、シンクロトロン5からのイオンビームの出射が停止され、患部216aに対するイオンビームの照射が終了する。   The dose monitor 212 measures the beam dose (absorbed dose) of the ion beam passing through the irradiation field forming apparatus 200. When the dose measured by the dose monitor 212 reaches the target value, the irradiation (extraction) completion switch 9 is opened, the extraction of the ion beam from the synchrotron 5 is stopped, and the irradiation of the ion beam to the affected area 216a is completed. .

本実施例では、患部216a内のイオンビームの進行方向(深さ方向)の線量分布を一様にするために、リッジフィルタ208を用いている。リッジフィルタ208は、その楔形構造物208aの最大厚みにより、線量分布が一様な領域の深さ方向の大きさが決まる。このため、楔型構造物208aの最大厚みが異なる複数のリッジフィルタを用意し、複数のリッジフィルタを交換することで、線量分布が一様な領域の深さ方向の大きさを調整する。   In this embodiment, the ridge filter 208 is used in order to make the dose distribution in the traveling direction (depth direction) of the ion beam in the affected area 216a uniform. In the ridge filter 208, the size in the depth direction of the region where the dose distribution is uniform is determined by the maximum thickness of the wedge-shaped structure 208a. Therefore, by preparing a plurality of ridge filters having different maximum thicknesses of the wedge-shaped structure 208a and replacing the plurality of ridge filters, the size in the depth direction of the region where the dose distribution is uniform is adjusted.

開閉信号生成装置307は、各領域番号に対応する励磁領域ごとに、線量モニタ212で測定されたビーム照射量(吸収線量)の積算値が目標値に到達しているか否かを判定する。開閉信号生成装置307は、その積算値が目標値に到達している励磁領域に対しては、ビームOFF信号を生成する。これにより、前述したように、スイッチ11が開き、その励磁領域に対するイオンビームの供給が停止される。開閉信号生成装置307は、ビーム照射量の積算値が目標値に到達していない励磁領域に対しては、ビームON信号を生成する。これにより、前述したように、スイッチ11は閉じた状態で、その励磁領域に対してイオンビームが供給される。   The open / close signal generation device 307 determines whether or not the integrated value of the beam irradiation amount (absorbed dose) measured by the dose monitor 212 has reached the target value for each excitation region corresponding to each region number. The open / close signal generation device 307 generates a beam OFF signal for the excitation region whose integrated value has reached the target value. As a result, the switch 11 is opened as described above, and the supply of the ion beam to the excitation region is stopped. The open / close signal generation device 307 generates a beam ON signal for an excitation region where the integrated value of the beam irradiation amount does not reach the target value. Thereby, as described above, the ion beam is supplied to the excitation region with the switch 11 closed.

本実施例は、イオンビームの出射開始及び出射停止(ON/OFF)を制御することで、目標値に到達した励磁領域にイオンビームを供給せず、目標値に到達していない励磁領域にイオンビームを供給することにより、患部216a内のイオンビームの横方向における各位置に対する照射線量を容易に調節することができる。このため、患部216a内のイオンビームの横方向における線量分布を、容易に治療計画で定めた所望の線量分布にすることができ、患部216a内のイオンビームの横方向における各位置で、照射線量の過不足が生じる誤照射の確率を著しく低減することができる。   In this embodiment, the ion beam extraction start and extraction stop (ON / OFF) are controlled so that the ion beam is not supplied to the excitation region that has reached the target value, and the ion beam is not supplied to the excitation region that has reached the target value. By supplying the beam, the irradiation dose for each position in the lateral direction of the ion beam in the affected area 216a can be easily adjusted. For this reason, the dose distribution in the lateral direction of the ion beam in the affected area 216a can be easily set to a desired dose distribution determined in the treatment plan, and the irradiation dose at each position in the lateral direction of the ion beam in the affected area 216a. The probability of mis-irradiation that causes excess or deficiency can be significantly reduced.

本実施例では、走査電磁石電源制御装置220で設定された走査電磁石202の励磁電流に基づいて、図7のデータテーブルで設定されたビーム強度(出射量)となるように、シンクロトロン5から出射するイオンビームのビーム出射量(ビーム出射強度)を制御している。具体的には、照射制御システム300で判定された領域番号に対応するビーム強度に応じて、高周波印加装置7に供給される高周波信号の振幅を調整する変調信号を、中央制御装置100から信号合成装置10に送信する。これにより、図10に示すような高周波信号の振幅変調が行われ、シンクロトロン5からのビーム出射量を、所望の強度に調整する。このようにして、励磁領域ごとの目標照射量の多少(大小)に応じて、イオンビーム強度を制御することができ、照射完了前の段階でも、イオンビームの横方向において所望の線量分布を形成することができるため、より安全性の高い照射が実現可能となる。   In this embodiment, the beam is emitted from the synchrotron 5 so that the beam intensity (the amount of emission) set in the data table of FIG. 7 is obtained based on the excitation current of the scanning electromagnet 202 set by the scanning electromagnet power supply controller 220. The beam output amount (beam output intensity) of the ion beam is controlled. Specifically, a modulation signal that adjusts the amplitude of the high-frequency signal supplied to the high-frequency applying device 7 according to the beam intensity corresponding to the region number determined by the irradiation control system 300 is signal-synthesized from the central control device 100. Transmit to device 10. As a result, the amplitude modulation of the high-frequency signal as shown in FIG. 10 is performed, and the beam emission amount from the synchrotron 5 is adjusted to a desired intensity. In this way, the ion beam intensity can be controlled according to the amount (large or small) of the target irradiation amount for each excitation region, and a desired dose distribution can be formed in the lateral direction of the ion beam even before the irradiation is completed. Therefore, irradiation with higher safety can be realized.

本実施例は、イオンビームの照射中、走査電磁石202による複数の励磁領域のうち、少なくとも1つを含む励磁領域群において、照射済み積算イオンビーム量と目標積算イオンビーム量とを比較し、何れかの励磁領域で目標値を超過した量のイオンビームが照射されたときに、イオンビームの照射を中止させる手段(インターロック信号生成装置310)を備える。これにより、イオンビームを照射中に、照射済み積算イオンビーム量と目標積算イオンビーム量とを逐次比較し、想定外のイオンビーム照射が行われた場合(目標値に対して予め設定した許容値の範囲を超過した場合など)に、直ちにイオンビームの照射を中止することができるので、信頼性をより高くできる。   In the present embodiment, during irradiation of the ion beam, the irradiation integrated ion beam amount is compared with the target integrated ion beam amount in the excitation region group including at least one of the plurality of excitation regions by the scanning electromagnet 202. Means (interlock signal generation device 310) for stopping the irradiation of the ion beam when the ion beam exceeding the target value is irradiated in the excitation region. As a result, during irradiation of the ion beam, the irradiated integrated ion beam amount and the target integrated ion beam amount are sequentially compared, and an unexpected ion beam irradiation is performed (allowable value set in advance for the target value). In this case, the ion beam irradiation can be stopped immediately, so that the reliability can be further improved.

本実施例は、走査電磁石202による複数の励磁領域のうち、少なくとも1つを含む第1の励磁領域群への照射済みイオンビーム量と、第1の励磁領域群に含まれない励磁領域を少なくとも1つ含む第2の励磁領域群への照射済みイオンビーム量の比が、予め設定した許容値の範囲を超えた場合に、イオンビームの照射を中止する手段を備える。これにより、イオンビーム照射中に、第1の励磁領域群及び第2の励磁領域群における照射済み積算イオンビーム量と目標イオンビーム量とのそれぞれの割合を逐次比較し、予め設定した許容値を超えてイオンビーム照射が行われた場合に、直ちにイオンビームの照射を中止することができるので、信頼性をより高くできる。   In the present embodiment, at least the ion beam amount irradiated to the first excitation region group including at least one of the plurality of excitation regions by the scanning electromagnet 202 and the excitation region not included in the first excitation region group are at least. A means for stopping the irradiation of the ion beam is provided when the ratio of the amount of ion beam irradiated to the second excitation region group including one exceeds a preset allowable value range. Thereby, during the ion beam irradiation, the respective ratios of the irradiated accumulated ion beam amount and the target ion beam amount in the first excitation region group and the second excitation region group are sequentially compared, and a preset allowable value is obtained. When the ion beam irradiation is performed beyond that, the ion beam irradiation can be stopped immediately, so that the reliability can be further improved.

本実施例では、円形加速器としてシンクロトロン5を例にとって説明したが、シンクロトロン5の替わりにサイクロトロンを用いた場合にも適用できる。サイクロトロンの場合は、サイクロトロンにイオンビームを供給するイオン源の電源のON/OFFによって、サイクロトロンから照射野形成装置へのイオンビームの出射開始及び出射停止を制御する。加速装置としてサイクロトロンを用いた粒子線治療装置は、図1において、シンクロトロンをサイクロトロンに替えた構成を有し、高周波供給装置12がない。サイクロトロンを用いた粒子線治療装置では、開閉信号生成装置307から出力されるビームON信号及びビームOFF信号は、電源とイオン源とを接続する配線に設けられた開閉装置の開閉制御に用いられる。このような開閉装置の制御によって、図1の実施例と同様に、目標値に到達した走査電磁石202の励磁領域にイオンビームを供給せず、目標値に到達していない励磁領域にイオンビームを供給することができる。このため、患部216a内のイオンビームの横方向における各位置に対する照射線量を容易に調節することができ、患部216a内のイオンビーム進行方向の各位置において照射線量の過不足が生じる誤照射の確率を著しく低減することができる。   In the present embodiment, the synchrotron 5 is described as an example of the circular accelerator, but the present invention can also be applied to a case where a cyclotron is used instead of the synchrotron 5. In the case of the cyclotron, the start and stop of extraction of the ion beam from the cyclotron to the irradiation field forming device are controlled by turning on / off the power source of the ion source that supplies the ion beam to the cyclotron. The particle beam therapy system using a cyclotron as an acceleration device has a configuration in which the synchrotron is replaced with a cyclotron in FIG. In the particle beam therapy system using the cyclotron, the beam ON signal and the beam OFF signal output from the switching signal generation device 307 are used for switching control of the switching device provided in the wiring connecting the power source and the ion source. By controlling the switchgear as described above, as in the embodiment of FIG. 1, the ion beam is not supplied to the excitation region of the scanning electromagnet 202 that has reached the target value, and the ion beam is applied to the excitation region that has not reached the target value. Can be supplied. For this reason, the irradiation dose with respect to each position in the lateral direction of the ion beam in the affected part 216a can be easily adjusted, and the probability of erroneous irradiation in which the irradiation dose is excessive or insufficient at each position in the ion beam traveling direction in the affected part 216a. Can be significantly reduced.

本発明は、陽子,炭素イオン等のイオンビームを患部に照射して治療する荷電粒子ビーム照射システムに利用できる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in a charged particle beam irradiation system that treats an affected area by irradiating an ion beam of protons, carbon ions, or the like.

本発明による粒子線治療装置の一実施例の概略構成図。The schematic block diagram of one Example of the particle beam therapy apparatus by this invention. 図1の照射野形成装置の詳細説明図。Detailed explanatory drawing of the irradiation field forming apparatus of FIG. 図1の照射制御システムの詳細構成図。The detailed block diagram of the irradiation control system of FIG. 図1の照射制御システムによる照射制御方法の概略説明図。The schematic explanatory drawing of the irradiation control method by the irradiation control system of FIG. X方向の励磁領域の領域番号と、走査電磁石の励磁電流の開始電流値及び終了電流値との関係を示すデータテーブル。6 is a data table showing the relationship between the region number of the excitation region in the X direction and the start current value and end current value of the excitation current of the scanning electromagnet. Y方向の励磁領域の領域番号と、走査電磁石の励磁電流の開始電流値及び終了電流値との関係を示すデータテーブル。A data table showing the relationship between the area number of the excitation area in the Y direction and the start current value and end current value of the excitation current of the scanning electromagnet. XY平面上での領域番号と、X方向及びY方向の領域番号,ビーム照射量の目標値とその許容値などとの関係を示すデータテーブル。The data table which shows the relationship between the area number on an XY plane, the area number of a X direction and a Y direction, the target value of beam irradiation amount, its allowable value, etc. XY平面上での領域番号と、X方向及びY方向の領域番号との関係を示すデータテーブル。The data table which shows the relationship between the area number on XY plane, and the area number of a X direction and a Y direction. 励磁領域の領域番号と、ビーム照射量の目標値とその許容値などとの関係を示すデータテーブル。The data table which shows the relationship between the area number of an excitation area | region, the target value of beam irradiation amount, its allowable value, etc. ビーム出射用高周波信号の振幅変調の概略説明図。Schematic explanatory drawing of amplitude modulation of a high frequency signal for beam extraction.

符号の説明Explanation of symbols

1 イオンビーム発生装置
2 イオン源
3 前段加速器
4 低エネルギービーム輸送系
5 シンクロトロン
6 加速装置
7 高周波印加装置
8 高周波電源
10 信号合成装置
9,11 スイッチ
14 回転ガントリー
16 高エネルギービーム輸送系
100 中央制御装置
101,302,305 メモリ
200 照射野形成装置
201 ケーシング
202 走査電磁石
203 走査電磁石保持部材
205 磁場強度測定器
206 散乱体
208 リッジフィルタ
210 レンジシフタ
212 線量モニタ
214 ボーラス
215 コリメータ
219 走査電磁石電源
220 走査電磁石電源制御装置
300 照射制御システム
301 領域判定装置
303 振り分け装置
304 カウンタ
307 開閉信号生成装置
308 表示装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ion beam generator 2 Ion source 3 Previous stage accelerator 4 Low energy beam transport system 5 Synchrotron 6 Accelerator 7 High frequency application device 8 High frequency power supply 10 Signal synthesis device 9, 11 Switch 14 Rotating gantry 16 High energy beam transport system 100 Central control Apparatus 101, 302, 305 Memory 200 Irradiation field forming apparatus 201 Casing 202 Scanning magnet 203 Scanning magnet holding member 205 Magnetic field strength measuring device 206 Scattering body 208 Ridge filter 210 Range shifter 212 Dose monitor 214 Bolus 215 Collimator 219 Scanning electromagnet power supply 220 Scanning electromagnet power supply Control device 300 Irradiation control system 301 Area determination device 303 Sorting device 304 Counter 307 Open / close signal generation device 308 Display device

Claims (18)

荷電粒子ビームを加速して出射する荷電粒子ビーム発生装置と、前記荷電粒子ビーム発生装置から出射された前記荷電粒子ビームを、ビーム進行方向と垂直な照射面上に走査する走査磁石とを有し、前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームを照射対象に照射する荷電粒子ビーム照射システムにおいて、
前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの前記照射面上における照射位置及び線量に基づいて、前記荷電粒子ビーム発生装置からの前記荷電粒子ビームの出射量を制御する制御装置を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
A charged particle beam generator that accelerates and emits a charged particle beam; and a scanning magnet that scans the charged particle beam emitted from the charged particle beam generator on an irradiation surface perpendicular to the beam traveling direction. In the charged particle beam irradiation system for irradiating the irradiation object with the charged particle beam that has passed through the scanning magnet,
A control device is provided that controls an amount of the charged particle beam emitted from the charged particle beam generator based on an irradiation position and a dose on the irradiation surface of the charged particle beam that has passed through the scanning magnet. Charged particle beam irradiation system.
請求項1において、前記制御装置は、前記照射面上の複数の領域を通過した前記荷電粒子ビームの線量の積算値を前記領域毎に求め、前記領域毎の積算値に基づいて、前記荷電粒子ビーム発生装置からの前記荷電粒子ビームの出射量を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。   In Claim 1, The said control apparatus calculates | requires the integrated value of the dose of the said charged particle beam which passed the several area | region on the said irradiation surface for every said area | region, Based on the integrated value for every said area | region, the said charged particle A charged particle beam irradiation system for controlling an emission amount of the charged particle beam from a beam generator. 請求項2において、前記制御装置は、前記積算値が目標線量に達した前記領域がビーム経路に位置するときは、前記荷電粒子ビーム発生装置からの前記荷電粒子ビームの出射を停止し、前記積算値が前記目標線量に達していない前記領域が前記ビーム経路に位置するときは、前記荷電粒子ビーム発生装置から前記荷電粒子ビームを出射することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。   3. The control device according to claim 2, wherein when the region where the integrated value has reached a target dose is located in a beam path, the control device stops emission of the charged particle beam from the charged particle beam generator, and performs the integration. A charged particle beam irradiation system that emits the charged particle beam from the charged particle beam generator when the region whose value does not reach the target dose is located in the beam path. 請求項2において、何れかの前記領域の前記積算値が、当該領域で設定された許容値以上になったときに、前記荷電粒子ビーム発生装置からの前記荷電粒子ビームの出射を停止する装置を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。   3. The apparatus according to claim 2, wherein when the integrated value of any one of the regions is equal to or greater than a tolerance set in the region, the charged particle beam generation device stops the emission of the charged particle beam. A charged particle beam irradiation system comprising: 請求項2において、前記照射面上における第1照射領域を通過した前記荷電粒子ビームの前記積算値と、前記第1照射領域以外の照射領域である第2照射領域を通過した前記荷電粒子ビームの前記積算値との比が、設定した許容値を越えたときに、前記荷電粒子ビーム発生装置からの前記荷電粒子ビームの出射を停止する装置を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。   3. The charged particle beam that has passed through the second irradiation region that is an irradiation region other than the first irradiation region, and the integrated value of the charged particle beam that has passed through the first irradiation region on the irradiation surface. A charged particle beam irradiation system comprising: a device that stops emission of the charged particle beam from the charged particle beam generator when a ratio with the integrated value exceeds a set allowable value. 請求項2において、前記領域毎の前記積算値を表示する表示装置を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。   The charged particle beam irradiation system according to claim 2, further comprising a display device that displays the integrated value for each region. 請求項1において、前記走査磁石の磁場強度を制御する磁場強度制御装置と、前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの線量を計測する計測装置とを備え、
前記制御装置は、前記磁場強度制御装置により設定される磁場強度及び前記線量に基づいて、前記荷電粒子ビーム発生装置からの前記荷電粒子ビームの出射量を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
The magnetic field strength control device for controlling the magnetic field strength of the scanning magnet according to claim 1, and a measuring device for measuring a dose of the charged particle beam that has passed through the scanning magnet,
The control device controls the emission amount of the charged particle beam from the charged particle beam generation device based on the magnetic field strength and the dose set by the magnetic field strength control device. system.
請求項1において、前記走査磁石の磁場強度を検出する磁場強度測定器と、前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの線量を計測する計測装置とを備え、
前記制御装置は、前記磁場強度測定器で検出された前記磁場強度及び前記線量に基づいて、前記荷電粒子ビーム発生装置からの前記荷電粒子ビームの出射量を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
In claim 1, comprising a magnetic field strength measuring device for detecting the magnetic field strength of the scanning magnet, and a measuring device for measuring the dose of the charged particle beam that has passed through the scanning magnet,
The control device controls an emission amount of the charged particle beam from the charged particle beam generation device based on the magnetic field strength and the dose detected by the magnetic field strength measuring device. Irradiation system.
請求項1において、前記走査磁石により走査される前記荷電粒子ビームの照射位置を検出するビーム位置測定装置と、前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの線量を計測する計測装置とを備え、
前記制御装置は、前記ビーム位置測定装置で検出された前記荷電粒子ビームの照射位置及び前記線量に基づいて、前記荷電粒子ビーム発生装置からの前記荷電粒子ビームの出射量を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
In Claim 1, It comprises a beam position measuring device for detecting the irradiation position of the charged particle beam scanned by the scanning magnet, and a measuring device for measuring the dose of the charged particle beam that has passed through the scanning magnet,
The control device controls an emission amount of the charged particle beam from the charged particle beam generator based on an irradiation position and the dose of the charged particle beam detected by the beam position measuring device. Charged particle beam irradiation system.
出射用の高周波印加装置を有し、荷電粒子ビームを加速して出射する荷電粒子ビーム発生装置と、前記荷電粒子ビーム発生装置から出射された前記荷電粒子ビームを、ビーム進行方向と垂直な照射面上に走査する走査磁石を有し、前記荷電粒子ビームを照射対象に照射するビーム照射装置とを備え、
前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの前記照射面上における位置及び前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの線量に基づいて、前記高周波印加装置に供給する高周波信号の振幅を制御する制御装置を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
A charged particle beam generator for accelerating and emitting a charged particle beam, and an irradiation surface perpendicular to the beam traveling direction, the charged particle beam emitted from the charged particle beam generator; A scanning magnet that scans up, and a beam irradiation device that irradiates the irradiation target with the charged particle beam;
A control device that controls the amplitude of a high-frequency signal supplied to the high-frequency application device based on the position of the charged particle beam that has passed through the scanning magnet on the irradiation surface and the dose of the charged particle beam that has passed through the scanning magnet A charged particle beam irradiation system comprising:
荷電粒子ビームを生成するイオン源と、
前記イオン源から出射した前記荷電粒子ビームを、加速して出射する荷電粒子ビーム発生装置と、前記荷電粒子ビーム発生装置から出射した前記荷電粒子ビームを、ビーム進行方向と垂直な照射面上に走査する走査磁石を有し、前記荷電粒子ビームを照射対象に照射するビーム照射装置とを備え、
前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの前記照射面上における位置及び前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの線量に基づいて、前記イオン源からの前記荷電粒子ビームの出射量を制御する制御装置を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
An ion source for generating a charged particle beam;
A charged particle beam generator for accelerating and emitting the charged particle beam emitted from the ion source, and the charged particle beam emitted from the charged particle beam generator are scanned on an irradiation surface perpendicular to the beam traveling direction. A beam irradiation device for irradiating the irradiation target with the charged particle beam.
Control for controlling the emission amount of the charged particle beam from the ion source based on the position on the irradiation surface of the charged particle beam that has passed through the scanning magnet and the dose of the charged particle beam that has passed through the scanning magnet A charged particle beam irradiation system comprising an apparatus.
荷電粒子ビームを加速して出射する荷電粒子ビーム発生装置と、
前記荷電粒子ビーム発生装置から出射した前記荷電粒子ビームを、ビーム進行方向と垂直な照射面上に走査する走査磁石を有し、前記荷電粒子ビームを照射対象に照射するビーム照射装置とを備え、
前記照射面上で分割して形成される複数の領域のうち、目標線量に達した前記領域への前記荷電粒子ビームの供給を停止し、前記目標線量に達していない他の前記領域に前記荷電粒子ビームを供給する制御装置を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
A charged particle beam generator for accelerating and emitting a charged particle beam;
A scanning magnet for scanning the charged particle beam emitted from the charged particle beam generator on an irradiation surface perpendicular to a beam traveling direction, and a beam irradiation device for irradiating the irradiation target with the charged particle beam;
Out of a plurality of regions formed by division on the irradiation surface, supply of the charged particle beam to the region that has reached the target dose is stopped, and the other charged regions that have not reached the target dose are charged. A charged particle beam irradiation system comprising a controller for supplying a particle beam.
請求項12において、前記制御装置は、前記領域を通過した前記荷電粒子ビームの線量の積算値が前記目標線量に達した前記領域への前記荷電粒子ビームの供給を停止し、前記積算値が前記目標線量に達していない他の前記領域に前記荷電粒子ビームを供給することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。   The control device according to claim 12, wherein the controller stops the supply of the charged particle beam to the region where the integrated value of the dose of the charged particle beam that has passed through the region has reached the target dose, and the integrated value is A charged particle beam irradiation system, characterized in that the charged particle beam is supplied to another region that has not reached a target dose. 請求項12において、前記走査磁石の磁場強度を制御する磁場強度制御装置を備え、
前記制御装置は、前記磁場強度制御装置により設定される磁場強度に基づいて、前記荷電粒子ビームの供給及び供給停止を行うことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
The magnetic field strength control device for controlling the magnetic field strength of the scanning magnet according to claim 12,
The charged particle beam irradiation system, wherein the control device supplies and stops supplying the charged particle beam based on a magnetic field strength set by the magnetic field strength control device.
請求項12において、前記走査磁石の磁場強度を検出する磁場強度測定器を備え、
前記制御装置は、前記磁場強度測定器により検出された前記磁場強度に基づいて、前記荷電粒子ビームの供給及び供給停止を行うことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
The magnetic field strength measuring device for detecting the magnetic field strength of the scanning magnet according to claim 12,
The charged particle beam irradiation system, wherein the control device supplies and stops supplying the charged particle beam based on the magnetic field strength detected by the magnetic field strength measuring device.
請求項12において、前記走査磁石で走査される前記荷電粒子ビームの照射位置を検出するビーム位置測定装置を備え、
前記制御装置は、前記ビーム位置測定装置で検出された前記荷電粒子ビームの照射位置に基づいて、前記荷電粒子ビームの供給及び供給停止を行うことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
The beam position measuring device according to claim 12, further comprising a beam position measuring device that detects an irradiation position of the charged particle beam scanned by the scanning magnet,
The charged particle beam irradiation system, wherein the control device supplies and stops the supply of the charged particle beam based on the irradiation position of the charged particle beam detected by the beam position measuring device.
荷電粒子ビーム発生装置から出射された荷電粒子ビームを、走査磁石によりビーム進行方向と垂直な照射面上に走査して照射対象に供給し、
前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの前記照射面上における照射位置及び線量に基づいて、前記荷電粒子ビーム発生装置からの前記荷電粒子ビームの出射量を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム出射方法。
The charged particle beam emitted from the charged particle beam generator is scanned on the irradiation surface perpendicular to the beam traveling direction by a scanning magnet and supplied to the irradiation target.
A charged particle beam characterized by controlling an emission amount of the charged particle beam from the charged particle beam generator based on an irradiation position and a dose on the irradiation surface of the charged particle beam that has passed through the scanning magnet. Output method.
荷電粒子ビーム発生装置から出射された荷電粒子ビームを、ビーム進行方向と垂直な照射面上に走査する走査磁石に供給し、
前記走査磁石を通過した前記荷電粒子ビームの前記照射面上における走査範囲を分割して形成される複数の領域のうち、目標線量に達した前記領域への前記荷電粒子ビームの供給を停止し、前記目標線量に達していない他の前記領域に前記荷電粒子ビームを供給することを特徴とする荷電粒子ビーム出射方法。
Supply the charged particle beam emitted from the charged particle beam generator to a scanning magnet that scans the irradiation surface perpendicular to the beam traveling direction,
Of the plurality of regions formed by dividing the scanning range on the irradiation surface of the charged particle beam that has passed through the scanning magnet, stopping the supply of the charged particle beam to the region that has reached a target dose, A charged particle beam extraction method, characterized in that the charged particle beam is supplied to another region that has not reached the target dose.
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