JP2010012056A - Charged particle beam irradiation system - Google Patents

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祐介 藤井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve measuring accuracy of an irradiation field position when measuring the irradiation field position by the measurement with prompt gamma radiation by irradiating an irradiation object with an ion beam. <P>SOLUTION: The charged particle beam irradiation system includes a charged particle beam generating device generating a charged particle beam, an irradiating device emitting the charged particle beam to the irradiation object, a Compton camera detecting the prompt gamma radiation generated from the irradiation object based on the charged particle beam and outputting gamma radiation detecting signals, an absorber arranged between the irradiation object and the Compton camera and absorbing the prompt gamma radiation with energy less than 1 MeV, and an irradiation field confirming device obtaining the irradiation field by the gamma radiation detecting signals from the Compton camera; thereby the position measuring accuracy of the irradiation field can be enhanced. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、粒子線照射システムに係り、特に荷電粒子ビームを腫瘍等の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関する。   The present invention relates to a particle beam irradiation system, and more particularly to a charged particle beam irradiation system that treats a diseased part such as a tumor by irradiating it with a charged particle beam.

癌などの患者に陽子線などの荷電粒子ビームを照射する方法が知られている。この照射に用いるシステムは荷電粒子ビーム発生装置,ビーム輸送系及び治療室を備えている。荷電粒子ビーム発生装置で加速された荷電粒子ビームはビーム輸送系を経て治療室の照射装置に達し、照射装置により分布を拡大し、患者の体内で患部形状に適した照射野を形成する。その際、照射野が所望の位置に形成されたことを確認する手段として、照射により体内で生成する陽電子放出核種からの消滅ガンマ線を照射後、ポジトロン断層法(PET)により撮影する方法が用いられている(特許文献1)。   A method of irradiating a patient with cancer or the like with a charged particle beam such as a proton beam is known. The system used for this irradiation includes a charged particle beam generator, a beam transport system, and a treatment room. The charged particle beam accelerated by the charged particle beam generating apparatus reaches the irradiation apparatus in the treatment room through the beam transport system, and the distribution is expanded by the irradiation apparatus to form an irradiation field suitable for the shape of the affected part in the body of the patient. At that time, as a means for confirming that the irradiation field has been formed at a desired position, a method of photographing by positron tomography (PET) after irradiating annihilation gamma rays from positron emitting nuclides generated in the body by irradiation is used. (Patent Document 1).

また、治療中、照射野に生成される励起された炭素,酸素,窒素などの原子核から発生するガンマ線(即発ガンマ)を観測する方法が提唱されている(非特許文献1)。   In addition, a method for observing gamma rays (prompt gamma) generated from nuclei such as excited carbon, oxygen, and nitrogen generated in an irradiation field during treatment has been proposed (Non-patent Document 1).

特開平9−189769号公報JP-A-9-189769 特開2001−305233号公報JP 2001-305233 A “Prompt gamma measurements for locating the dose falloff region in the proton therapy”APPLIED PHYSICS LETTERS 89,183517(2006)“Prompt gamma measurements for locating the dose falloff region in the proton therapy” APPLIED PHYSICS LETTERS 89,183517 (2006) “Review of Scientific Instruments Vol.64 No.8”(1993年8月)(p.2055〜2122)“Review of Scientific Instruments Vol.64 No.8” (August 1993) (p.2055-2122)

本発明者らは、荷電粒子ビーム照射システムにおいて、荷電粒子ビームの照射野を精度良く確認すべく、検討を行った。その結果、ガンマ線検出器としてコンプトンカメラを用い、即発ガンマ線を測定して照射野の位置を確認する方法が有効であることを見出した。   The inventors of the present invention have studied to accurately confirm the irradiation field of the charged particle beam in the charged particle beam irradiation system. As a result, it was found that a method of confirming the position of the irradiation field by measuring prompt gamma rays using a Compton camera as a gamma ray detector was found to be effective.

ここで、即発ガンマ線を測定することにより照射野を確認する場合、照射野から発生するガンマ線のエネルギーは数100keVから数MeVまで様々である。このうち1MeV未満のガンマ線は、照射野で発生した後ガンマ線検出器に到達するまでに散乱してしまう可能性が高い。一方、1MeV以上のエネルギーを持ったガンマ線は、ガンマ線検出器に到達するまでに散乱する可能性が低いため、1MeV以上のエネルギーのガンマ線を有効な検出信号として扱うことが好ましい。このような場合、照射野で生成される数MeVのエネルギーを持つガンマ線(高エネルギーガンマ線)に対し、数100KeVのガンマ線(低エネルギーガンマ線)がバックグラウンドとなる。コンプトンカメラは単位時間あたりの検出可能なガンマ線の数が決まっているため、低エネルギーガンマ線がガンマ線検出器に多く入射すると、信号となる高エネルギーガンマ線を検出することが相対的に出来なくなり照射野の位置計測精度が低下してしまう。   Here, when the irradiation field is confirmed by measuring prompt gamma rays, the energy of the gamma rays generated from the irradiation field varies from several hundred keV to several MeV. Of these, gamma rays of less than 1 MeV are likely to scatter after they are generated in the irradiation field and reach the gamma ray detector. On the other hand, since a gamma ray having an energy of 1 MeV or more has a low possibility of being scattered before reaching the gamma ray detector, it is preferable to treat a gamma ray having an energy of 1 MeV or more as an effective detection signal. In such a case, a gamma ray (low energy gamma ray) of several hundreds KeV becomes a background for a gamma ray (high energy gamma ray) having energy of several MeV generated in the irradiation field. The Compton camera has a fixed number of gamma rays that can be detected per unit time, so if many low-energy gamma rays are incident on the gamma-ray detector, the high-energy gamma rays that become signals cannot be detected relatively. Position measurement accuracy decreases.

本発明の目的は、荷電粒子ビームを照射した照射野の位置を精度良く測定できる荷電粒子ビーム照射システム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 capable of accurately measuring the position of an irradiation field irradiated with a charged particle beam.

以上の目的を達成する本発明の特徴は、荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発生装置と、荷電粒子ビームを照射対象に出射する照射装置と、照射対象から発生する即発ガンマ線を検出するコンプトンカメラとを有し、照射対象とコンプトンカメラとの間に、1MeV未満のエネルギーの即発ガンマ線を吸収する吸収体を配置することにある。特許文献2にはガンマ線検出器に入射するガンマ線のエネルギーを選別する方法として吸収体の設置が記されている。本発明の特徴は、前述の通り、ガンマ線検出器として即発ガンマ線用のガンマ線検出器を用い、照射対象とコンプトンカメラとの間に、1MeV未満のエネルギーの即発ガンマ線を吸収する吸収体を配置することにある。   The features of the present invention that achieve the above object are a charged particle beam generating device that generates a charged particle beam, an irradiation device that emits the charged particle beam to the irradiation target, and a Compton camera that detects prompt gamma rays generated from the irradiation target. And an absorber that absorbs prompt gamma rays of energy less than 1 MeV is disposed between the irradiation object and the Compton camera. Patent Document 2 describes the installation of an absorber as a method for selecting the energy of gamma rays incident on the gamma ray detector. As described above, a feature of the present invention is that a gamma ray detector for prompt gamma rays is used as a gamma ray detector, and an absorber that absorbs prompt gamma rays with energy less than 1 MeV is disposed between the irradiation target and the Compton camera. It is in.

本発明によれば、数100keVの低エネルギーガンマ線を吸収体により吸収し、1MeV以上の高エネルギーガンマ線は吸収体を透過してガンマ線検出器に入射するため、ガンマ線のバックグラウンドに対する信号の割合を改善することができ、照射野の位置を精度良く測定することができる。   According to the present invention, low energy gamma rays of several hundred keV are absorbed by the absorber, and high energy gamma rays of 1 MeV or more pass through the absorber and enter the gamma ray detector, thereby improving the ratio of the signal to the background of the gamma rays. The position of the irradiation field can be measured with high accuracy.

以下、本発明の好適な実施形態である荷電粒子ビーム照射システム10について、図1を用いて説明する。   Hereinafter, a charged particle beam irradiation system 10 according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

本実施例の荷電粒子ビーム照射システム10は、荷電粒子ビーム発生装置1,ビーム輸送系2,放射線治療室17及び制御システム7を備える。   A charged particle beam irradiation system 10 according to the present embodiment includes a charged particle beam generator 1, a beam transport system 2, a radiation treatment room 17, and a control system 7.

荷電粒子ビーム発生装置1は、イオン源(図示せず),ライナック3(前段荷電粒子ビーム加速装置)及びシンクロトロン4を有する。シンクロトロン4は、高周波印加装置5,加速装置6を有する。高周波印加装置5は、シンクロトロン4の周回軌道に配置された高周波印加電極(図示せず)及び高周波印加電源(図示せず)を備える。高周波印加電極と高周波印加電源はスイッチ(図示せず)により接続される。加速装置6は、イオンビームの周回軌道に配置された高周波加速空洞(図示せず)及び高周波加速空洞に高周波電力を印加する高周波電源(図示せず)を備える。出射用デフレクタ11がシンクロトロン4とビーム輸送系2を接続する。   The charged particle beam generator 1 includes an ion source (not shown), a linac 3 (previous charged particle beam accelerator), and a synchrotron 4. The synchrotron 4 includes a high-frequency application device 5 and an acceleration device 6. The high-frequency application device 5 includes a high-frequency application electrode (not shown) and a high-frequency application power source (not shown) disposed on the orbit of the synchrotron 4. The high frequency application electrode and the high frequency application power source are connected by a switch (not shown). The acceleration device 6 includes a high-frequency accelerating cavity (not shown) disposed in the orbit of the ion beam and a high-frequency power source (not shown) that applies high-frequency power to the high-frequency accelerating cavity. An exit deflector 11 connects the synchrotron 4 and the beam transport system 2.

ビーム輸送系2は、ビーム経路12,四極電磁石(図示せず),偏向電磁石14,偏向電磁石15及びU字状偏向電磁石16を有する。ビーム経路12は、ビーム進行方向の上流側から四極電磁石,偏向電磁石14及び偏向電磁石15を備える。ビーム経路12が、治療室17内に設置された照射装置21に接続される。   The beam transport system 2 includes a beam path 12, a quadrupole electromagnet (not shown), a deflection electromagnet 14, a deflection electromagnet 15, and a U-shaped deflection electromagnet 16. The beam path 12 includes a quadrupole electromagnet, a deflection electromagnet 14 and a deflection electromagnet 15 from the upstream side in the beam traveling direction. The beam path 12 is connected to an irradiation device 21 installed in the treatment room 17.

治療室17内の構成について、図2を用いて説明する。治療室17内には略筒状のガントリー18が設置されている。ガントリー18には、ビーム輸送系2の一部であるU字状の偏向電磁石16、及び照射装置21が設置されている。また、第1のX線撮影装置22a,第2のX線撮像装置22b,ガンマ線検出器23が、ガントリー18の回転胴の内側に設置される。ガントリー18の内部にはカウチ24と呼ばれる治療用ベッドが設置されている。   The configuration in the treatment room 17 will be described with reference to FIG. A substantially cylindrical gantry 18 is installed in the treatment room 17. The gantry 18 is provided with a U-shaped deflecting electromagnet 16 that is a part of the beam transport system 2 and an irradiation device 21. Further, the first X-ray imaging apparatus 22 a, the second X-ray imaging apparatus 22 b, and the gamma ray detector 23 are installed inside the rotating drum of the gantry 18. A treatment bed called a couch 24 is installed inside the gantry 18.

第1のX線撮像装置22aは、照射装置21内に設置される第1のX線発生装置35(図3)及び第1のX線検出器(本実施例では、フラットパネルディスプレイ,FPD)26で構成される。第1のX線撮像装置22aは、イオンビームの照射方向(Z軸方向)の透視画像を撮影する。第2のX線撮像装置22bは、第2のX線発生装置27及び第2のX線検出器(本実施例では、フラットパネルディスプレイ,FPD)28で構成される。第2のX線撮像装置22bは、照射装置21から出射されるイオンビームのビーム軸と垂直な方向(X軸方向)の透視画像を撮影する。照射対象物が所望の位置に配置されていることを確認するために、第1のX線撮像装置22a及び第2のX線撮像装置22bを用いて直交する二つの方向から透視画像を撮影する。   The first X-ray imaging device 22a includes a first X-ray generator 35 (FIG. 3) and a first X-ray detector (in this embodiment, a flat panel display, FPD) installed in the irradiation device 21. 26. The first X-ray imaging device 22a captures a fluoroscopic image in the ion beam irradiation direction (Z-axis direction). The second X-ray imaging device 22b includes a second X-ray generator 27 and a second X-ray detector (in this embodiment, a flat panel display, FPD) 28. The second X-ray imaging device 22b captures a fluoroscopic image in a direction (X-axis direction) perpendicular to the beam axis of the ion beam emitted from the irradiation device 21. In order to confirm that the irradiation object is arranged at a desired position, a fluoroscopic image is taken from two orthogonal directions using the first X-ray imaging device 22a and the second X-ray imaging device 22b. .

ガンマ線検出器23は、照射野が所望の位置に形成されたことを確認するためイオンビーム照射時に照射野から発生する即発ガンマ線を検出する。ガンマ線検出器23は、照射装置21から照射対象25に入射したイオンビームが到達した位置を計測するため、ビーム軸とガントリー18の回転軸に垂直な軸上に設置される。   The gamma ray detector 23 detects prompt gamma rays generated from the irradiation field at the time of ion beam irradiation in order to confirm that the irradiation field is formed at a desired position. The gamma ray detector 23 is installed on an axis perpendicular to the beam axis and the rotation axis of the gantry 18 in order to measure the position where the ion beam incident on the irradiation target 25 from the irradiation device 21 has arrived.

ガントリー18は、モーターにより回転可能な構造をしている。ガントリー18の回転と共にU字状偏向電磁石16と照射装置21が回転する。この回転により、照射対象25をガントリー18の回転軸に垂直な平面内のいずれの方向からも照射することができる。ここで座標系を定義する。ガントリー18の動径方向で照射装置21に入射するビームの方向と一致する方向をZ軸、ガントリー18の回転軸の方向をY方向、Z軸とY軸に直交する方向をX軸とする。ガントリー18が回転するときX軸とZ軸もガントリーの回転と共に回転するが、Y軸は回転軸であるため向きを変えることはない。ガントリー18に設置される第1のX線撮像装置22a,第2のX線撮像装置22b及びガンマ線検出器23も、ガントリー18の回転と共に回転する。ガンマ線検出器23,第2のX線発生装置27,FPD26及びFPD28は、ガントリー18が回転している間、カウチ24との衝突を避けるため、ガントリー18内の壁面内に格納できるような構造となっている。   The gantry 18 has a structure that can be rotated by a motor. As the gantry 18 rotates, the U-shaped deflection electromagnet 16 and the irradiation device 21 rotate. By this rotation, the irradiation target 25 can be irradiated from any direction within a plane perpendicular to the rotation axis of the gantry 18. Here we define the coordinate system. The direction that coincides with the direction of the beam incident on the irradiation device 21 in the radial direction of the gantry 18 is defined as the Z axis, the direction of the rotation axis of the gantry 18 is defined as the Y direction, and the direction orthogonal to the Z axis and the Y axis is defined as the X axis. When the gantry 18 rotates, the X-axis and the Z-axis also rotate with the rotation of the gantry, but the Y-axis is a rotation axis and does not change its direction. The first X-ray imaging device 22 a, the second X-ray imaging device 22 b and the gamma ray detector 23 installed in the gantry 18 also rotate with the rotation of the gantry 18. The gamma ray detector 23, the second X-ray generator 27, the FPD 26, and the FPD 28 have a structure that can be stored in a wall surface in the gantry 18 in order to avoid collision with the couch 24 while the gantry 18 is rotating. It has become.

図3を用いて、照射装置21の構成について説明する。照射装置21は、走査電磁石31,走査電磁石32,ビーム位置検出器33,線量モニタ34及び第1のX線発生装置35を有する。本実施の荷電粒子ビーム照射システム10は、照射装置21が二台の走査電磁石31,32を備え、ビーム進行方向と垂直な面内の二つの方向(X方向,Y方向)にそれぞれイオンビームを偏向し、照射位置を変更する。ビーム位置検出器33は、イオンビームの位置とイオンビームの広がりを計測する。線量モニタ34は、照射されたイオンビームの量を計測する。ビーム位置検出器33は、X方向,Y方向それぞれ一定間隔毎に平行にワイヤーが張られている。ワイヤーには高電圧がかけられており、イオンビームが通過すると検出器内の空気が電離され、電離された荷電粒子は最も近いワイヤーに集められる。集められた荷電粒子量を測定する。イオンビームの広がりよりも十分に小さい間隔でワイヤーを張ることにより、ビームの分布を得ることができるので、ビーム位置(分布の重心)とビーム幅(分布の標準偏差)を算出することができる。線量モニタ34は、二つの電極が平行平板型構造をしており、電極間に電圧が印加されている。イオンビームが線量モニタ(線量検出器)34を通過すると、イオンビームにより、検出器内の空気が電離され、電離された荷電粒子は検出器内電場により電極に集積し、信号となって読み出される。ここで、イオンビーム量と、電極に集積する電荷が比例するので通過したイオンビーム量を計測することができる。X線発生装置35は、X線発生装置用レール36上を移動することにより、X線撮影時のみビームライン上に配置される。照射対象25内には照射標的37があり、イオンビームを照射することで照射標的を覆うような線量分布を照射対象25内に形成する。ここで癌などの治療の場合は、照射対象は人であり照射標的は腫瘍(患部)である。   The structure of the irradiation apparatus 21 is demonstrated using FIG. The irradiation device 21 includes a scanning electromagnet 31, a scanning electromagnet 32, a beam position detector 33, a dose monitor 34, and a first X-ray generator 35. In the charged particle beam irradiation system 10 of the present embodiment, the irradiation device 21 includes two scanning electromagnets 31 and 32, and ion beams are respectively emitted in two directions (X direction and Y direction) in a plane perpendicular to the beam traveling direction. Deflection and change the irradiation position. The beam position detector 33 measures the position of the ion beam and the spread of the ion beam. The dose monitor 34 measures the amount of the irradiated ion beam. In the beam position detector 33, wires are stretched in parallel in the X direction and the Y direction at regular intervals. A high voltage is applied to the wire, and when the ion beam passes, the air in the detector is ionized, and the ionized charged particles are collected on the nearest wire. Measure the amount of charged particles collected. Since the distribution of the beam can be obtained by extending the wire at an interval sufficiently smaller than the spread of the ion beam, the beam position (distribution center of gravity) and the beam width (standard deviation of the distribution) can be calculated. In the dose monitor 34, two electrodes have a parallel plate structure, and a voltage is applied between the electrodes. When the ion beam passes through the dose monitor (dose detector) 34, the air in the detector is ionized by the ion beam, and the ionized charged particles are accumulated on the electrode by the electric field in the detector and read out as a signal. . Here, since the amount of ion beam and the charge accumulated on the electrode are proportional, the amount of ion beam that has passed can be measured. The X-ray generator 35 is arranged on the beam line only during X-ray imaging by moving on the X-ray generator rail 36. There is an irradiation target 37 in the irradiation target 25, and a dose distribution that covers the irradiation target is formed in the irradiation target 25 by irradiating the ion beam. Here, in the case of treatment of cancer or the like, the irradiation target is a person and the irradiation target is a tumor (affected area).

本実施例の粒子線照射システムが備えている制御システム7について、図1を用いて説明する。制御システム7は、データベース(記憶装置)42,機器制御システム43,位置決めシステム44及び照射野確認システム45を備える。   A control system 7 provided in the particle beam irradiation system of the present embodiment will be described with reference to FIG. The control system 7 includes a database (storage device) 42, a device control system 43, a positioning system 44, and an irradiation field confirmation system 45.

機器制御システム43は、中央制御装置46,加速器制御部47及び照射装置制御部48を備える。中央制御装置46は、加速器制御部47及び照射装置制御部48に接続される。また、中央制御装置46は、データベース42に接続される。中央制御装置46は、データベース42からデータを受け取り、加速器制御部47と照射装置制御部48に必要な情報を送信し制御する。加速器制御部47は、荷電粒子ビーム発生装置1,ビーム輸送系2及びガントリー18に接続され、これらを制御する。照射装置制御部48は、走査電磁石31,32に流れる励磁電流量の制御と照射装置21内の各モニタ信号を処理する。   The device control system 43 includes a central controller 46, an accelerator controller 47, and an irradiation device controller 48. The central controller 46 is connected to an accelerator controller 47 and an irradiation device controller 48. The central controller 46 is connected to the database 42. The central controller 46 receives data from the database 42 and transmits necessary information to the accelerator controller 47 and the irradiation device controller 48 to control it. The accelerator controller 47 is connected to the charged particle beam generator 1, the beam transport system 2, and the gantry 18 and controls them. The irradiation device control unit 48 controls the amount of excitation current flowing through the scanning electromagnets 31 and 32 and processes each monitor signal in the irradiation device 21.

位置決めシステム44は、位置決め装置49,X線装置制御部50及びカウチ制御部51を備える。位置決め装置49は、X線装置制御部50及びカウチ制御部51に接続される。また、位置決め装置49は、データベース42に接続される。X線装置制御部50は、ガントリー18内に設置された第1のX線撮像装置22a及び第2のX線撮像装置22bに接続され、これらを制御する。カウチ制御部51は、カウチ24に接続され、カウチ24を制御する。位置決め装置49は、データベース42からの情報と第1のX線撮像装置22a及び第2のX線撮像装置22bにより取得したデータに基づいてカウチ24の移動量を算出し、カウチ制御部51に移動量を送信する。   The positioning system 44 includes a positioning device 49, an X-ray device control unit 50, and a couch control unit 51. The positioning device 49 is connected to the X-ray device control unit 50 and the couch control unit 51. The positioning device 49 is connected to the database 42. The X-ray apparatus control unit 50 is connected to the first X-ray imaging apparatus 22a and the second X-ray imaging apparatus 22b installed in the gantry 18 and controls them. The couch control unit 51 is connected to the couch 24 and controls the couch 24. The positioning device 49 calculates the amount of movement of the couch 24 based on information from the database 42 and data acquired by the first X-ray imaging device 22a and the second X-ray imaging device 22b, and moves to the couch control unit 51. Send quantity.

照射野確認システム45は、照射野確認装置52とガンマ線検出器制御部53を備える。ガンマ線検出器制御部53は、ガンマ線検出器制御部53,照射野確認装置52及び照射装置制御部48に接続される。照射野確認装置52は、データベース42に接続される。照射野確認装置52は、ガンマ線検出器制御部53から送られるガンマ線検出器のデータ(ガンマ線検出信号)を受け取り、ガンマ線検出信号及びデータベース42からの情報に基づいて、照射野位置を確認する。ガンマ線検出器制御部53は、ガンマ線検出器23の移動制御とガンマ線検出器23から出力されるガンマ線検出データを処理する。また、ガンマ線検出器制御部53は、照射装置制御部48から照射スポットの情報と照射開始・終了のタイミングを受け取る。   The irradiation field confirmation system 45 includes an irradiation field confirmation device 52 and a gamma ray detector control unit 53. The gamma ray detector control unit 53 is connected to the gamma ray detector control unit 53, the irradiation field confirmation device 52, and the irradiation device control unit 48. The irradiation field confirmation device 52 is connected to the database 42. The irradiation field confirmation device 52 receives gamma ray detector data (gamma ray detection signal) sent from the gamma ray detector controller 53 and confirms the irradiation field position based on the gamma ray detection signal and information from the database 42. The gamma ray detector control unit 53 processes movement control of the gamma ray detector 23 and gamma ray detection data output from the gamma ray detector 23. Further, the gamma ray detector control unit 53 receives irradiation spot information and irradiation start / end timing from the irradiation device control unit 48.

図4を用いて本実施例による粒子線照射システムにおける標的の深さとイオンビームのエネルギーとの関係について説明する。図4は、標的の深さとイオンビームのエネルギーとの関係を説明した図である。   The relationship between the target depth and the ion beam energy in the particle beam irradiation system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the depth of the target and the energy of the ion beam.

図4(a)は、単一エネルギーのイオンビームが照射対象内に形成する線量分布を深さの関数として示している。図4(a)におけるピークをブラッグピークと称する。ブラッグピークの位置はエネルギーに依存するため、照射標的の深さに合わせイオンビームのエネルギーを調整することでブラッグピークの位置で照射標的を照射することができる。照射標的は深さ方向に厚みを持っているが、ブラッグピークは鋭いピークであるので、図4(b)に表すようにいくつかのエネルギーのイオンビームを適切な強度の割合で照射し、ブラッグピークを重ね合わせることで深さ方向に照射標的と同じ厚みを持った一様な高線量領域(SOBP)を形成する。   FIG. 4 (a) shows the dose distribution that a single energy ion beam forms in the irradiation object as a function of depth. The peak in FIG. 4A is called a Bragg peak. Since the position of the Bragg peak depends on energy, the irradiation target can be irradiated at the position of the Bragg peak by adjusting the energy of the ion beam according to the depth of the irradiation target. Although the irradiation target has a thickness in the depth direction, the Bragg peak is a sharp peak. Therefore, as shown in FIG. 4B, an ion beam of several energies is irradiated at an appropriate intensity ratio, and the Bragg peak By overlapping the peaks, a uniform high dose region (SOBP) having the same thickness as the irradiation target is formed in the depth direction.

図5を用いて、ビーム軸に垂直な方向(XY平面の方向)の照射標的の横方向の広がりとイオンビームの関係について説明する。ビーム軸に垂直な方向を横方向と呼ぶ。イオンビームは照射装置21に達した後、互いに垂直に設置された二台の走査電磁石31,32により横方向の所望の位置へと到達する。イオンビームの横方向の広がりはガウス分布形状で近似することができる。ガウス分布を等間隔で配置し、その間の距離をガウス分布の標準偏差程度にすることで、足し合わされた分布は一様な領域を有する。このように配置されるガウス分布状の線量分布をスポットと呼ぶ。イオンビームを走査し複数のスポットを等間隔に配置することで横方向に一様な線量領域を形成することができる。   The relationship between the lateral spread of the irradiation target in the direction perpendicular to the beam axis (the direction of the XY plane) and the ion beam will be described with reference to FIG. The direction perpendicular to the beam axis is called the transverse direction. After reaching the irradiation device 21, the ion beam reaches a desired position in the lateral direction by the two scanning electromagnets 31 and 32 installed vertically. The lateral spread of the ion beam can be approximated by a Gaussian distribution shape. By arranging Gaussian distributions at equal intervals and setting the distance between them to the standard deviation of the Gaussian distribution, the added distribution has a uniform region. The Gaussian distribution dose distribution arranged in this way is called a spot. By scanning the ion beam and arranging a plurality of spots at equal intervals, a uniform dose region can be formed in the lateral direction.

以上により、走査電磁石による横方向へのビーム走査と、ビームエネルギー変更による深さ方向へのブラッグピークの移動により均一な照射野を形成することができる。なお、同一のエネルギーで照射され、走査電磁石によるイオンビーム走査により横方向へ広がりを持つ照射野の単位をスライスと呼ぶ。   As described above, a uniform irradiation field can be formed by beam scanning in the horizontal direction by the scanning electromagnet and movement of the Bragg peak in the depth direction by changing the beam energy. A unit of an irradiation field that is irradiated with the same energy and spreads laterally by ion beam scanning with a scanning electromagnet is called a slice.

イオンビームを照射標的37に照射する前に、照射計画システム41が照射に必要な各パラメータを決定する。照射計画システム41によるパラメータの決定方法について説明する。   Before irradiating the irradiation target 37 with the ion beam, the irradiation planning system 41 determines each parameter required for irradiation. A method for determining parameters by the irradiation planning system 41 will be described.

予め照射対象25をCT装置40にて撮影する。CT装置40は、取得した撮像データに基づいて照射対象25の画像データを作成し、画像データを照射計画システム41に送信する。照射計画システム41は、受け取った画像データを、表示装置(図示せず)の画面上に表示する。オペレータが画像上で照射したい領域を指定すると、照射計画システム41は照射に必要なデータを作成し、そのデータで照射したときの線量分布を求める。照射計画システム41は、求めた線量分布を表示装置に表示する。照射したい領域は照射標的37を覆うように指定する。照射計画システム41は、指定された領域に線量分布を形成できるような照射対象の設置位置,ガントリー角度,照射パラメータ,ガンマ線検出器23の設置位置を求めて決定する。また、照射計画システム41は、カウチ24の初期位置を決定する。   The irradiation object 25 is imaged in advance by the CT apparatus 40. The CT apparatus 40 creates image data of the irradiation target 25 based on the acquired imaging data, and transmits the image data to the irradiation planning system 41. The irradiation planning system 41 displays the received image data on the screen of a display device (not shown). When the operator designates an area to be irradiated on the image, the irradiation planning system 41 creates data necessary for irradiation and obtains a dose distribution when irradiation is performed using the data. The irradiation planning system 41 displays the obtained dose distribution on the display device. The area to be irradiated is specified so as to cover the irradiation target 37. The irradiation planning system 41 obtains and determines the installation position of the irradiation target, the gantry angle, the irradiation parameters, and the installation position of the gamma ray detector 23 so that the dose distribution can be formed in the designated area. In addition, the irradiation planning system 41 determines the initial position of the couch 24.

照射計画システム41が求める照射パラメータには、イオンビームのエネルギー,ビーム軸に垂直な平面内の位置情報(X座標,Y座標)、各位置に照射するイオンビームの目標線量が含まれる(図6)。つまり、照射計画システム41は、オペレータが入力した患者情報に基づいて、照射標的(患部)37を深さ方向の複数のスライスに分割し、必要となるスライス数Nを決定する。また、照射計画システム41は、それぞれのスライス(スライス番号i)の深さに応じた照射に適したイオンビームのエネルギーEiを求める。照射計画システム41は、さらに、各スライスの形状に応じて、イオンビームを照射する照射スポットの数Ni,スポット番号j,各スポットの照射位置,各スポットの目標線量(目標照射量)Dijを決定する。スポットの照射位置(Xij,Yij)が、照射対象のビーム進行方向(深さ方向)と垂直な平面における目標照射位置となる。   The irradiation parameters required by the irradiation planning system 41 include ion beam energy, position information in a plane perpendicular to the beam axis (X coordinate, Y coordinate), and a target dose of the ion beam irradiated to each position (FIG. 6). ). That is, the irradiation planning system 41 divides the irradiation target (affected part) 37 into a plurality of slices in the depth direction based on the patient information input by the operator, and determines the required number N of slices. Moreover, the irradiation planning system 41 calculates | requires the energy Ei of the ion beam suitable for irradiation according to the depth of each slice (slice number i). The irradiation planning system 41 further determines the number of irradiation spots Ni, the spot number j, the irradiation position of each spot, and the target dose (target irradiation amount) Dij of each spot according to the shape of each slice. To do. The spot irradiation position (Xij, Yij) is a target irradiation position on a plane perpendicular to the beam traveling direction (depth direction) of the irradiation target.

ガンマ線検出器23の設置位置について説明する。図7は、照射対象内にスポットを形成する様子を示している。ガンマ線検出器23は、ビーム軸方向(Z方向)のイオンビームの到達位置を計測する。ガンマ線検出器23は検出器の中央Zcが最も検出感度が高い。そのため、照射計画システム41は、計算したビーム軸上の照射野の深さ終端からビーム軸に垂直に引いた垂線上にガンマ線検出器23の中央Zcが位置するようにガンマ線検出器23の設置位置を決定するのが好ましい。また、可能な限りガンマ線検出器23を照射対象に近づける(図7のLを小さくする)ように、ガンマ線検出器23の設置位置を決定するのが好ましい。   The installation position of the gamma ray detector 23 will be described. FIG. 7 shows how spots are formed in the irradiation target. The gamma ray detector 23 measures the arrival position of the ion beam in the beam axis direction (Z direction). The gamma ray detector 23 has the highest detection sensitivity at the center Zc of the detector. For this reason, the irradiation planning system 41 sets the installation position of the gamma ray detector 23 so that the center Zc of the gamma ray detector 23 is positioned on the perpendicular drawn perpendicularly to the beam axis from the calculated depth end of the irradiation field on the beam axis. Is preferably determined. Further, it is preferable to determine the installation position of the gamma ray detector 23 so that the gamma ray detector 23 is as close as possible to the irradiation target (L in FIG. 7 is reduced).

照射計画システム41は、決定したこれらの情報をデータベース42に送信する。データベース42は、照射計画システム41から出力されたデータを記憶する。データベース42に登録される各データのうち、照射パラメータのデータ構造を図6に示す。照射パラメータはスライス数Nと各スライスのデータを持つ。各スライスのデータはスライス番号i,エネルギーEi,スポット数Ni,各スポットのデータから構成される。スポットのデータはさらにスポット番号j,照射位置(Xij,Yij),目標線量Dijから構成される。   The irradiation planning system 41 transmits the determined information to the database 42. The database 42 stores data output from the irradiation planning system 41. Of each data registered in the database 42, the data structure of irradiation parameters is shown in FIG. The irradiation parameter has the number of slices N and data of each slice. The data of each slice is composed of slice number i, energy Ei, number of spots Ni, and data of each spot. The spot data further includes a spot number j, an irradiation position (Xij, Yij), and a target dose Dij.

本実施例の荷電粒子ビーム照射システム10の運転方法について説明する。荷電粒子ビーム照射システム10は、データベース42に記憶された情報に基づいて、以下のように照射の準備を行う。   An operation method of the charged particle beam irradiation system 10 of the present embodiment will be described. Based on the information stored in the database 42, the charged particle beam irradiation system 10 prepares for irradiation as follows.

照射対象25をカウチ24に載せる。位置決め装置49は、カウチ24の初期位置情報をデータベース42から取得する。位置決め装置49から初期位置情報を受け取ったカウチ制御部51は、カウチ24を初期位置へ移動する。また、位置決め装置49からの指令信号に基づいてX線装置制御部50は、第1のX線発生装置35の移動を開始する。第1のX線発生装置35は、X線発生装置用レール36上を移動してビーム軸上で停止する。第2のX線発生装置27,FPD26,28がガントリー18内の壁面内に格納されている場合、X線装置制御部50は、これらをガントリー18壁面から取り出し、所定の位置に配置させる。所定の位置に配置後、第1のX線撮像装置22a及び第2のX線撮像装置22bにより照射対象25の撮影を開始する。第1のX線発生装置35及び第2のX線発生装置27でX線を生成し、照射対象に出射する。FPD26及びFPD28は、それぞれからのX線を検出し、X線検出信号を出力する。位置決め装置49は、第1のX線撮像装置22a及び第2のX線撮像装置22bにより取得したX線検出信号に基づいて画像データを作成する。位置決め装置49は、X線検出信号から求めた画像データと照射計画システム41が出力した画像データを照合し、二つの情報の差分を計算して照射対象が所望の位置へ移動するためのカウチ24の移動量を算出する。位置決め装置49は、算出した値をカウチ制御部51へ送信し、カウチ制御部51は指定された値分、カウチ24を移動し照射対象25は所望の位置へと移動する。   The irradiation object 25 is placed on the couch 24. The positioning device 49 acquires the initial position information of the couch 24 from the database 42. The couch control unit 51 that has received the initial position information from the positioning device 49 moves the couch 24 to the initial position. Further, the X-ray device control unit 50 starts moving the first X-ray generator 35 based on a command signal from the positioning device 49. The first X-ray generator 35 moves on the X-ray generator rail 36 and stops on the beam axis. When the second X-ray generation device 27 and the FPDs 26 and 28 are stored in the wall surface in the gantry 18, the X-ray device control unit 50 takes them out from the wall surface of the gantry 18 and arranges them at a predetermined position. After the arrangement at the predetermined position, imaging of the irradiation target 25 is started by the first X-ray imaging device 22a and the second X-ray imaging device 22b. X-rays are generated by the first X-ray generator 35 and the second X-ray generator 27 and emitted to the irradiation target. The FPD 26 and the FPD 28 detect X-rays from each and output an X-ray detection signal. The positioning device 49 creates image data based on the X-ray detection signals acquired by the first X-ray imaging device 22a and the second X-ray imaging device 22b. The positioning device 49 collates the image data obtained from the X-ray detection signal with the image data output from the irradiation planning system 41, calculates the difference between the two pieces of information, and moves the irradiation target to a desired position. Is calculated. The positioning device 49 transmits the calculated value to the couch control unit 51, the couch control unit 51 moves the couch 24 by the specified value, and the irradiation target 25 moves to a desired position.

照射野確認装置52は、データベース42から読み出したガンマ線検出器23の設置位置情報をガンマ線検出器制御部53に送信する。ガンマ線検出器制御部53は、受け取った設置位置情報に基づいて、ガンマ線検出器23の移動を制御する。ガンマ線検出器23は、X方向とZ方向へレール(図示せず)上を移動することができ、その移動量はポテンショメータにより検出可能な構造をしている。ガンマ線検出器制御部53がガンマ線検出器23を所望の位置へ移動させることで、イオンビーム照射時に照射野から発生するガンマ線検出が可能な状態となる。   The irradiation field confirmation device 52 transmits the installation position information of the gamma ray detector 23 read from the database 42 to the gamma ray detector control unit 53. The gamma ray detector control unit 53 controls the movement of the gamma ray detector 23 based on the received installation position information. The gamma ray detector 23 can move on a rail (not shown) in the X direction and the Z direction, and the amount of movement can be detected by a potentiometer. The gamma ray detector control unit 53 moves the gamma ray detector 23 to a desired position, so that gamma rays generated from the irradiation field at the time of ion beam irradiation can be detected.

中央制御装置46は、データベース42からガントリー角度情報と照射パラメータ情報を受け取る。中央制御装置46は、ガントリー角度情報を加速器制御部47に送信する。加速器制御部47は、受け取ったガントリー角度情報に基づいてガントリー18を所望のガントリー角度へ移動する。また、中央制御装置46は、受け取った照射パラメータに基づいて、各スライスのエネルギーEiに対応したシンクロトロン4とビーム輸送系2の電磁石を励磁する励磁電流量,高周波印加装置5が印加する高周波の値、加速装置6に印加する高周波の値を、中央制御装置46が有するメモリ(図示せず)から参照し、加速器制御部47へ送信する。また、中央制御装置46は、各スポットに対し照射位置とそのエネルギーから走査電磁石31,32を励磁する電流量を算出し、スポットデータと共に照射装置制御部48へ送信する。   The central controller 46 receives gantry angle information and irradiation parameter information from the database 42. The central controller 46 transmits gantry angle information to the accelerator controller 47. The accelerator controller 47 moves the gantry 18 to a desired gantry angle based on the received gantry angle information. Further, the central controller 46 determines the excitation current amount for exciting the synchrotron 4 and the electromagnet of the beam transport system 2 corresponding to the energy Ei of each slice, and the high frequency applied by the high frequency application device 5 based on the received irradiation parameters. The value and the value of the high frequency applied to the accelerator 6 are referred to from a memory (not shown) of the central controller 46 and transmitted to the accelerator controller 47. Further, the central controller 46 calculates the amount of current for exciting the scanning electromagnets 31 and 32 from the irradiation position and its energy for each spot, and transmits it to the irradiation device controller 48 together with the spot data.

図8を用いて、荷電粒子ビーム照射システム10によるイオンビームの照射手順を説明する。中央制御装置46は、照射開始信号と共に、スライス番号i,スポット番号j,エネルギー情報Eiを加速器制御部47に出力する。最初の照射開始が合図されると、スライス番号i=1,スポット番号j=1から照射を開始する。照射開始信号を受け取った加速器制御部47はイオン源を起動する。イオン源で発生したイオン(例えば陽子(又は炭素イオン))は、ライナック3に入射される。ライナック3は、イオンを加速して出射する。ライナック3からのイオンビームは、シンクロトロン4へ入射される。ステップ101で、加速器制御部47は、シンクロトロン4の電磁石と加速装置6を制御し、ライナック3から入射されたイオンビームをスライス番号1のエネルギーE1まで加速する。つまり、加速器制御部47が、荷電粒子ビーム発生装置を制御し、イオンビームを所望のエネルギーまで加速する。この加速は、高周波電源から、高周波加速空洞に高周波を印加すること(シンクロトロン4を周回するイオンビームに、高周波電力によってエネルギーを与えること)によって行われる。また、加速器制御部47は、ビーム輸送系2の電磁石の励磁量を制御し、加速したエネルギーのイオンビームを照射装置21へ輸送できる状態とする。   The ion beam irradiation procedure by the charged particle beam irradiation system 10 will be described with reference to FIG. The central controller 46 outputs the slice number i, spot number j, and energy information Ei to the accelerator controller 47 together with the irradiation start signal. When the first irradiation start is signaled, irradiation is started from slice number i = 1 and spot number j = 1. The accelerator controller 47 that has received the irradiation start signal activates the ion source. Ions (for example, protons (or carbon ions)) generated in the ion source are incident on the linac 3. The linac 3 accelerates and emits ions. The ion beam from the linac 3 is incident on the synchrotron 4. In step 101, the accelerator controller 47 controls the electromagnet of the synchrotron 4 and the acceleration device 6 to accelerate the ion beam incident from the linac 3 to the energy E 1 of slice number 1. That is, the accelerator control unit 47 controls the charged particle beam generator and accelerates the ion beam to a desired energy. This acceleration is performed by applying a high frequency from a high frequency power source to the high frequency acceleration cavity (giving energy to the ion beam that circulates the synchrotron 4 with high frequency power). Further, the accelerator controller 47 controls the excitation amount of the electromagnet of the beam transport system 2 so that the ion beam having the accelerated energy can be transported to the irradiation device 21.

ステップ102でイオンビームの加速が完了しビーム輸送系2の準備が整うと、加速器制御部47は、照射装置制御部48へ出射準備完了信号を送信する。   When the acceleration of the ion beam is completed in step 102 and the beam transport system 2 is ready, the accelerator controller 47 transmits an extraction preparation completion signal to the irradiation device controller 48.

ステップ103で、出射準備完了信号を受け取った照射装置制御部48は、スライス1,スポット1に対応する中央制御装置46が計算した励磁電流量で走査電磁石31及び走査電磁石32を励磁する。また、照射装置制御部48は、ガンマ線検出器制御部53へスライス番号とスポット番号を出力する。本実施例では、スライス番号が、照射対象の深さ方向におけるイオンビームの目標照射位置情報である。また、スポット番号が、照射対象の深さ方向と垂直な平面におけるイオンビームの目標照射位置情報である。   In step 103, the irradiation device controller 48 that has received the extraction preparation completion signal excites the scanning electromagnet 31 and the scanning electromagnet 32 with the amount of excitation current calculated by the central controller 46 corresponding to slice 1 and spot 1. Further, the irradiation device control unit 48 outputs the slice number and the spot number to the gamma ray detector control unit 53. In this embodiment, the slice number is target irradiation position information of the ion beam in the depth direction of the irradiation target. The spot number is target irradiation position information of the ion beam on a plane perpendicular to the depth direction of the irradiation target.

ステップ104で照射装置制御部48は、走査電磁石31,32に流れる電流が所望の値になったことを確認し、出射信号を加速器制御部47とガンマ線検出器23へ送信する。   In step 104, the irradiation device control unit 48 confirms that the current flowing through the scanning electromagnets 31 and 32 has reached a desired value, and transmits an emission signal to the accelerator control unit 47 and the gamma ray detector 23.

ステップ105で出射信号を受け取った加速器制御部47は、高周波印加装置を制御してシンクロトロン4からのイオンビームの出射を開始する。つまり、スイッチを繋ぎイオンビームに高周波印加装置5により高周波を印加する。また、出射信号を受け取ったガンマ線検出器23はガンマ線の計測を開始する。安定限界内でシンクロトロン4内を周回していたイオンビームは、安定限界外に移行し、出射用デフレクタ11を通ってシンクロトロン4から出射される。出射されたイオンビームはビーム輸送系2を通過して照射装置21へ入射し走査電磁石31,32で走査された後、ビーム位置検出器33,線量モニタ34を通過して照射対象に到達し線量を付与して停止する。イオンビームが照射された照射対象からは、ガンマ線(即発ガンマ線)が放出される。ガンマ線検出器23は、ガンマ線を検出し、ガンマ線検出データをガンマ線検出器制御部53へ出力する。ガンマ線検出器制御部53は、受け取ったガンマ線検出データを、スライス番号,スポット番号と共に、照射野確認装置52に出力する。つまり、ガンマ線検出器制御部53は、ガンマ線検出データを受け取る毎に、それに対応するスライス番号及びスポット番号を付与し、これらを一組のデータとして照射野確認装置52に出力する。照射野確認装置52は、データを記憶装置(図示せず)に記憶する。なお、ガンマ線検出器制御部53の記憶装置(図示せず)に記録して、一括のデータとして照射野確認装置52に出力しても良い。   The accelerator controller 47 that has received the extraction signal in Step 105 starts the extraction of the ion beam from the synchrotron 4 by controlling the high-frequency application device. That is, a switch is connected and a high frequency is applied to the ion beam by the high frequency application device 5. In addition, the gamma ray detector 23 that has received the emission signal starts measuring gamma rays. The ion beam that orbits the synchrotron 4 within the stability limit moves outside the stability limit and is emitted from the synchrotron 4 through the extraction deflector 11. The emitted ion beam passes through the beam transport system 2 and enters the irradiation device 21 and is scanned by the scanning electromagnets 31 and 32. Then, the ion beam passes through the beam position detector 33 and the dose monitor 34 and reaches the irradiation target. To stop. Gamma rays (prompt gamma rays) are emitted from the irradiation target irradiated with the ion beam. The gamma ray detector 23 detects gamma rays and outputs gamma ray detection data to the gamma ray detector control unit 53. The gamma ray detector control unit 53 outputs the received gamma ray detection data to the irradiation field confirmation device 52 together with the slice number and the spot number. That is, each time gamma ray detection data is received, the gamma ray detector control unit 53 assigns a slice number and a spot number corresponding to the received gamma ray detection data, and outputs them to the irradiation field confirmation device 52 as a set of data. The irradiation field confirmation device 52 stores data in a storage device (not shown). The data may be recorded in a storage device (not shown) of the gamma ray detector control unit 53 and output to the irradiation field confirmation device 52 as batch data.

ステップ106で出射中、照射装置制御部48は、線量モニタ34から受け取ったビーム線量信号をカウントして各スポットでの照射線量を求め、カウントした照射線量がスポットデータの目標線量に達したか否かを判断する。   During emission in step 106, the irradiation device control unit 48 counts the beam dose signal received from the dose monitor 34 to obtain the irradiation dose at each spot, and whether or not the counted irradiation dose has reached the target dose of the spot data. Determine whether.

照射装置制御部48は照射線量が目標線量に達したと判断すると、ステップ107で加速器制御部47とガンマ線検出器制御部53へ出射停止信号を出力する。また、イオンビームの照射中、ビーム位置検出器33は位置検出信号を照射装置制御部48に出力する。照射装置制御部48は、位置検出信号に基づいてビーム位置を算出し、算出したビーム位置とスポットデータの照射位置との差が所定の閾値以下であることを確認する。   When the irradiation device controller 48 determines that the irradiation dose has reached the target dose, it outputs an emission stop signal to the accelerator controller 47 and the gamma ray detector controller 53 in step 107. During the ion beam irradiation, the beam position detector 33 outputs a position detection signal to the irradiation device controller 48. The irradiation device control unit 48 calculates the beam position based on the position detection signal, and confirms that the difference between the calculated beam position and the irradiation position of the spot data is equal to or less than a predetermined threshold value.

ステップ108で出射停止信号を受信した加速器制御部47は高周波印加装置を制御して出射を停止する。高周波印加電極と高周波印加電源をつなぐスイッチを切り高周波の印加を停止することにより、シンクロトロン4からのイオンビームの出射が停止する。また、ガンマ線検出器制御部53は、出射停止信号を受信するとガンマ線の測定を停止する。こうしてスライス番号1,スポット番号1の照射を完了する。   The accelerator controller 47 that has received the extraction stop signal in step 108 controls the high-frequency application device to stop the extraction. The ion beam emission from the synchrotron 4 is stopped by turning off the switch connecting the high-frequency application electrode and the high-frequency application power source to stop the application of the high frequency. Further, the gamma ray detector control unit 53 stops the gamma ray measurement when receiving the emission stop signal. In this way, irradiation of slice number 1 and spot number 1 is completed.

ステップ109で照射装置制御部48は、スライス番号1のスポット数N1とスポット番号jを比較する。スポット番号jがスポット数に達しない場合、次のスポット番号j+1のスポットの照射を開始するためステップ103の動作を開始する。スポット番号jがスポット数N1に達した場合、照射装置制御部48は加速器制御部47へ減速信号を出力し、ステップ110で加速器制御部47はシンクロトロン4の電磁石を制御してシンクロトロン4内に残っているイオンビームを減速する。   In step 109, the irradiation apparatus control unit 48 compares the spot number N1 of the slice number 1 with the spot number j. If the spot number j does not reach the number of spots, the operation of step 103 is started to start irradiation of the next spot number j + 1. When the spot number j reaches the number of spots N1, the irradiation device control unit 48 outputs a deceleration signal to the accelerator control unit 47. In step 110, the accelerator control unit 47 controls the electromagnet of the synchrotron 4 to control the inside of the synchrotron 4. The remaining ion beam is decelerated.

ステップ111でスライス番号iとスライス数Nを比較しスライス番号iがスライス数Nに達しない場合ステップ101に移り次のスライスi+1の照射準備を開始する。スライス番号iがスライス数Nに達すると照射完了となる。   In step 111, the slice number i is compared with the slice number N. If the slice number i does not reach the slice number N, the process proceeds to step 101, and preparation for irradiation of the next slice i + 1 is started. When the slice number i reaches the slice number N, the irradiation is completed.

以上のようにイオンビームが照射野を形成するとき照射野からガンマ線が発生する。ガンマ線を検出し、ガンマ線の発生位置を特定することで、照射野の位置を確認することができる。イオンビームを照射中、ガンマ線検出器制御部53に対しスライス番号,スポット番号と共に出射信号,出射停止信号を送信し、ガンマ線を検出したとき照射中のスポットと検出したガンマ線を関連付ける。つまり、照射野確認装置52は、スライス番号及びスポット番号のようにイオンビームを識別できる情報と関連付けられたガンマ線検出信号を受け取り、スライス番号及びスポット番号(イオンビームの識別情報)に基づいて、ガンマ線検出信号を識別する。   As described above, when the ion beam forms an irradiation field, gamma rays are generated from the irradiation field. By detecting the gamma rays and specifying the generation position of the gamma rays, the position of the irradiation field can be confirmed. During irradiation with an ion beam, an emission signal and an extraction stop signal are transmitted together with a slice number and a spot number to the gamma ray detector control unit 53, and when the gamma ray is detected, the spot being irradiated is associated with the detected gamma ray. That is, the irradiation field confirmation device 52 receives a gamma ray detection signal associated with information that can identify an ion beam such as a slice number and a spot number, and based on the slice number and the spot number (identification information of the ion beam), a gamma ray Identify the detection signal.

照射野確認装置52は、スライス番号とスポット番号に基づいてビーム進行方向に垂直な方向のイオンビームの照射位置を特定し、この照射位置情報とガンマ線検出信号から即発ガンマ線が発生した位置を特定して照射野を求める。   The irradiation field confirmation device 52 specifies the irradiation position of the ion beam in the direction perpendicular to the beam traveling direction based on the slice number and the spot number, and specifies the position where the prompt gamma ray is generated from the irradiation position information and the gamma ray detection signal. Find the irradiation field.

照射野からガンマ線が発生する過程について説明する。ガンマ線は主に二つの過程から生成する。ひとつは制動放射によるもので、もうひとつは核反応によるものである。制動放射過程は荷電粒子が電磁場の影響により軌道を曲げられたことでガンマ線を放出する現象であり、比較的低いエネルギー(<1MeV)のガンマ線が発生する。核反応過程はイオンビームが照射対象を構成する原子核と核反応を起こす。核反応により照射対象の原子は励起状態に遷移し、その後、ガンマ線(即発ガンマ線)を放出して基底状態に遷移する。このとき放出されるガンマ線のエネルギーは1MeV〜10MeV程度と比較的高い。以下、1MeV未満のエネルギーのガンマ線を低エネルギーガンマ線、1MeV以上のエネルギーのガンマ線を高エネルギーガンマ線という。   The process of generating gamma rays from the irradiation field will be described. Gamma rays are generated mainly from two processes. One is due to bremsstrahlung and the other is due to nuclear reactions. The bremsstrahlung process is a phenomenon in which charged particles are orbited by the influence of an electromagnetic field to emit gamma rays, and gamma rays with relatively low energy (<1 MeV) are generated. In the nuclear reaction process, the ion beam causes a nuclear reaction with the nuclei that make up the irradiation object. The atom to be irradiated is changed to an excited state by the nuclear reaction, and then gamma rays (prompt gamma rays) are emitted to change to the ground state. The energy of the gamma rays emitted at this time is relatively high at about 1 MeV to 10 MeV. Hereinafter, gamma rays with energy less than 1 MeV are referred to as low energy gamma rays, and gamma rays with energy greater than 1 MeV are referred to as high energy gamma rays.

ガンマ線は光電吸収,コンプトン散乱,対生成の3つの過程で物質と反応する。3つの反応はガンマ線のエネルギーにより反応確率が異なり、数MeVのガンマ線が物質と相互作用する場合、コンプトン散乱過程が最も支配的な反応過程である。この理由から照射野から発生したガンマ線を測定するにはガンマ線検出器23としてコンプトン散乱反応を利用するコンプトンカメラが好ましい。   Gamma rays react with matter in three processes: photoelectric absorption, Compton scattering, and pair production. The three reactions have different reaction probabilities depending on the energy of gamma rays. When gamma rays of several MeV interact with a substance, the Compton scattering process is the most dominant reaction process. For this reason, a Compton camera using the Compton scattering reaction is preferable as the gamma ray detector 23 in order to measure gamma rays generated from the irradiation field.

本実施例では、ガンマ線検出器23として図9に示すコンプトンカメラを例にとって使用する。図9にコンプトンカメラの概念図を示す。   In the present embodiment, the Compton camera shown in FIG. 9 is used as an example of the gamma ray detector 23. FIG. 9 shows a conceptual diagram of the Compton camera.

コンプトンカメラ60は、第一検出部61と第二検出部62を備える。また、コンプトンカメラの第一検出部61と照射対象の間には吸収体64が取り付けられている。ガンマ線の検出面63は、第二検出部62から遠い面であり、検出面63からガンマ線が入射することを仮定する。第一検出部61は、キセノンなどの不活性ガスで満たされており、検出面63に高電圧がかけられている。第一検出部61と第二検出部62の境界面付近には格子状に電荷検出器(図示せず)が並べられている。第二検出部62はGSO結晶などの重いシンチレータが格子状に並べられている。吸収体64は、数mmの板状で検出面63に接している。吸収体64は、低エネルギーガンマ線を吸収して第一検出部61に入射するのを防ぐ。吸収体64は、原子番号の大きな材質が好ましく、特に、鉛またはタングステンが好ましい。原子番号が72以上で安定であり、常温で固体の金属が好ましく、特にその中で最も原子番号の大きな鉛が好ましい。また、鉛が使用できないような場合、比較的安価に入手可能なタングステンでも良い。本実施例の特徴はガンマ線検出器(コンプトンカメラ)と照射対象の間にこの吸収体64を備えたことである。なお、吸収体64は照射対象とガンマ線検出器の間に配置されていれば良く、ガンマ線検出器に接している必要はない。   The Compton camera 60 includes a first detection unit 61 and a second detection unit 62. Moreover, the absorber 64 is attached between the 1st detection part 61 of a Compton camera, and irradiation object. The gamma ray detection surface 63 is a surface far from the second detection unit 62, and it is assumed that gamma rays are incident from the detection surface 63. The first detector 61 is filled with an inert gas such as xenon, and a high voltage is applied to the detection surface 63. Charge detectors (not shown) are arranged in a lattice pattern near the boundary surface between the first detector 61 and the second detector 62. In the second detector 62, heavy scintillators such as GSO crystals are arranged in a lattice pattern. The absorber 64 has a plate shape of several mm and is in contact with the detection surface 63. The absorber 64 absorbs low energy gamma rays and prevents them from entering the first detection unit 61. The absorber 64 is preferably made of a material having a large atomic number, particularly lead or tungsten. A metal having an atomic number of 72 or more is stable, and a metal that is solid at normal temperature is preferable, and lead having the largest atomic number is particularly preferable. In addition, when lead cannot be used, tungsten that is available at a relatively low cost may be used. The feature of this embodiment is that the absorber 64 is provided between the gamma ray detector (Compton camera) and the irradiation target. The absorber 64 only needs to be disposed between the irradiation target and the gamma ray detector, and does not need to be in contact with the gamma ray detector.

コンプトンカメラ60にガンマ線が入射すると、第一検出部61内でコンプトン散乱が起きる。図9の実線はガンマ線の軌跡を表し、点線は反跳電子の軌跡を現す。ガンマ線は、第一検出部61で散乱してエネルギーを損失し、第二検出部62に到達後、全てのエネルギーを損失し検出される。コンプトン散乱により散乱された反跳電子は、第一検出部61内の気体を電離しながら進む。第一検出部61内は電圧がかかっているため、電離した電子は第二検出部62の方向へ向かい、電荷検出器により検出される。   When gamma rays enter the Compton camera 60, Compton scattering occurs in the first detection unit 61. The solid line in FIG. 9 represents the locus of gamma rays, and the dotted line represents the locus of recoil electrons. The gamma rays are scattered by the first detection unit 61 and lose energy, and after reaching the second detection unit 62, all energy is lost and detected. Recoil electrons scattered by Compton scattering travel while ionizing the gas in the first detection unit 61. Since a voltage is applied in the first detection unit 61, the ionized electrons are directed toward the second detection unit 62 and detected by the charge detector.

第二検出部62でガンマ線が検出されてから電荷検出器で電子が検出されるまでの時間を測定することで、不活性ガスが反跳電子により電離された位置を特定することができる。以上により求められる反跳電子の軌跡からコンプトン散乱が起きた位置、反跳電子の反跳方向がわかり、電荷検出器で検出した総電荷より反跳電子のエネルギーがわかる。また、第二検出部62のデータから散乱ガンマ線の位置とエネルギーがわかる。運動量保存とエネルギー保存の法則を用いて計算することで、入射ガンマ線の入射した方向と位置とエネルギーがわかる。   By measuring the time from when the gamma rays are detected by the second detector 62 until the electrons are detected by the charge detector, the position where the inert gas is ionized by recoil electrons can be specified. The position of Compton scattering and the recoil direction of the recoil electrons can be found from the recoil electron trajectory obtained as described above, and the energy of the recoil electrons can be obtained from the total charge detected by the charge detector. Further, the position and energy of the scattered gamma rays are known from the data of the second detection unit 62. By calculating using the law of conservation of momentum and energy conservation, the incident direction, position and energy of incident gamma rays can be determined.

入射したガンマ線は第一検出部61でコンプトン散乱した後、第二検出部62に到達する必要がある。検出面63の端から入射した場合、第二検出部62に到達する前に検出器の外へ抜けてしまう可能性が高く、検出面中心が最も検出効率が良い。また、入射角度についても同様の理由により、検出面63に垂直に入射する場合が最も検出効率が良い。   The incident gamma rays need to reach the second detector 62 after being Compton scattered by the first detector 61. When the light enters from the end of the detection surface 63, there is a high possibility that the light will come out of the detector before reaching the second detection unit 62, and the detection surface center has the highest detection efficiency. For the same reason as for the incident angle, the detection efficiency is best when it is incident perpendicularly to the detection surface 63.

なお、第一検出部61,第二検出部62共にSi,CdTeなどの半導体検出器を使用することもできる。第一検出部61に半導体検出器を用いることで入射ガンマ線の第一検出部61での反応確率を向上することができる。また第二検出部62に半導体検出器を用いることで検出位置精度を向上することができる。   Note that a semiconductor detector such as Si or CdTe can be used for both the first detector 61 and the second detector 62. By using a semiconductor detector for the first detector 61, the reaction probability of the incident gamma ray at the first detector 61 can be improved. Further, the detection position accuracy can be improved by using a semiconductor detector for the second detector 62.

照射野から発生したガンマ線は照射対象内と大気中を通過し、吸収体64に到達する。   Gamma rays generated from the irradiation field pass through the irradiation object and the atmosphere, and reach the absorber 64.

照射野から発生するガンマ線は制動放射による発生と核反応による発生があるため、ガンマ線のエネルギー分布は100keV以下の低いエネルギーから10MeV程度の高いエネルギーまで広がっている。ガンマ線が物質と反応する確率は低エネルギーほど高い。そのため、低エネルギーのガンマ線は、照射野で発生した後、ガンマ線検出器へ到達するまでに照射対象内などでコンプトン散乱反応等を起こし、その軌道を曲げられている可能性が高い。軌道が曲げられたガンマ線をガンマ線検出器により検出したとしても、その検出データからはガンマ線の正しい発生位置の情報を得ることができない。このように、低エネルギーガンマ線は、照射野を確認するにはノイズとなる。よって、高エネルギーのガンマ線を用いて照射野を再構成することが好ましい。   Since gamma rays generated from the irradiation field are generated by bremsstrahlung and nuclear reaction, the energy distribution of the gamma rays extends from a low energy of 100 keV or less to a high energy of about 10 MeV. The probability that gamma rays react with matter increases with lower energy. For this reason, low-energy gamma rays are likely to cause a Compton scattering reaction or the like in the irradiation target and the like to be bent after they are generated in the irradiation field and reach the gamma ray detector. Even if a gamma ray whose trajectory is bent is detected by a gamma ray detector, information on the correct generation position of the gamma ray cannot be obtained from the detected data. As described above, the low energy gamma ray becomes noise to confirm the irradiation field. Therefore, it is preferable to reconstruct the irradiation field using high energy gamma rays.

ここで、吸収体とガンマ線との反応について説明する。吸収体64を設置することで、低エネルギーのガンマ線の多くは吸収体に吸収されてガンマ線検出器23に到達しなくなる。一方、高エネルギーのガンマ線の多くは吸収体に吸収されずガンマ線検出器に到達する。低エネルギーガンマ線は物質と光電吸収反応を起こす確率が高く、高エネルギーガンマ線はコンプトン散乱を起こす確率が高い。光電吸収反応は原子番号が大きい物質ほど反応を起こし易く、コンプトン散乱は物質の種類に因らず反応確率が一定となる性質がある。以上から、特に原子番号の大きな物質を材質に採用することで、この効果はより大きくなる。   Here, the reaction between the absorber and gamma rays will be described. By installing the absorber 64, most of the low energy gamma rays are absorbed by the absorber and do not reach the gamma ray detector 23. On the other hand, most of the high-energy gamma rays reach the gamma ray detector without being absorbed by the absorber. Low energy gamma rays have a high probability of causing a photoelectric absorption reaction with a substance, and high energy gamma rays have a high probability of causing Compton scattering. In the photoelectric absorption reaction, a substance having a larger atomic number is more likely to react, and Compton scattering has a property that the reaction probability is constant regardless of the kind of the substance. From the above, this effect is further increased by adopting a material having a large atomic number as the material.

本来、高エネルギーガンマ線は吸収体と反応を起こさないことが好ましいが一定の割合で反応を起こす。原子番号の大きい材質を吸収体として用いることでより少ない高エネルギーガンマ線の損失で、より多くの低エネルギーガンマ線を吸収することができる。   Originally, it is preferable that high energy gamma rays do not react with the absorber, but react at a certain rate. By using a material having a large atomic number as an absorber, more low energy gamma rays can be absorbed with less loss of high energy gamma rays.

以上の説明のとおり、吸収体を設置することで、ノイズ成分となる低エネルギーガンマ線の多くがガンマ線検出器に入射することを抑制することができる。このことにより得られる効果を説明する。   As described above, by installing the absorber, it is possible to prevent many of the low energy gamma rays that are noise components from entering the gamma ray detector. The effect obtained by this will be described.

ガンマ線検出器が前記のコンプトンカメラの場合、入射ガンマ線のエネルギーを計測することができる。データ収集後、低エネルギーガンマ線の情報を排除して照射野の位置を算出することは可能である。しかし、コンプトンカメラ内でコンプトン散乱反応が起きた場合、反跳電子の軌跡上から電離電子が電荷検出器へ向かう。この電離電子が電荷検出器へ移動する間に検出器に入射したガンマ線は検出することができない。例えば低エネルギーガンマ線がガンマ線検出器内で反応を起こし、直後に高エネルギーガンマ線が入射すると高エネルギーガンマ線を検出することができない。このように低エネルギーガンマ線のガンマ線検出器への入射は信号となる高エネルギーガンマ線の計測数を削減してしまう。吸収体を設けて低エネルギーガンマ線がガンマ線検出器へ入射することを防ぐことにより、有効な信号となるガンマ線の検出数減少を防ぐことができる。信号数が多いことで照射野計測精度を高くすることができる。   When the gamma ray detector is the Compton camera, the energy of incident gamma rays can be measured. After data collection, it is possible to calculate the position of the irradiation field by removing the information of low energy gamma rays. However, when a Compton scattering reaction occurs in the Compton camera, ionized electrons travel from the recoil electron trajectory toward the charge detector. The gamma rays incident on the detector while the ionized electrons move to the charge detector cannot be detected. For example, if a low energy gamma ray reacts in the gamma ray detector and a high energy gamma ray is incident immediately thereafter, the high energy gamma ray cannot be detected. Thus, the incidence of low energy gamma rays on the gamma ray detector reduces the number of high energy gamma rays that are signals. By providing an absorber to prevent low energy gamma rays from entering the gamma ray detector, it is possible to prevent a decrease in the number of detected gamma rays that are effective signals. Irradiation field measurement accuracy can be increased by increasing the number of signals.

なお、吸収体の厚みはその材質により異なる。また、低エネルギーガンマ線と高エネルギーガンマ線の照射対象から放出される割合は照射野から照射対象表面までの距離に依存する。よって、吸収体の厚みは照射計画を参照し、照射野から照射対象表面までの距離に応じて設定することでより、信号とノイズの比を改善することができ照射野の位置計測精度を改善することができる。このため、吸収体は板状の構造を重ね合わせることで厚みを変更できるような構造とすることが好ましい。また、吸収体64は、ガンマ線検出器23の検出面63(第一検出部61)の全面を覆うように配置することが好ましい。このような構成により、ノイズとなる低エネルギーガンマ線がガンマ線検出器に入射することをより防ぐことができるようになる。   The thickness of the absorber varies depending on the material. Further, the ratio of the low energy gamma rays and the high energy gamma rays emitted from the irradiation target depends on the distance from the irradiation field to the irradiation target surface. Therefore, by referring to the irradiation plan and setting the thickness of the absorber according to the distance from the irradiation field to the irradiation target surface, the ratio of signal to noise can be improved and the position measurement accuracy of the irradiation field can be improved. can do. For this reason, it is preferable that the absorber has a structure in which the thickness can be changed by overlapping the plate-like structures. The absorber 64 is preferably arranged so as to cover the entire detection surface 63 (first detection unit 61) of the gamma ray detector 23. With such a configuration, it is possible to further prevent low energy gamma rays that become noise from entering the gamma ray detector.

また、エネルギーを計測できないようなガンマ線検出器を使用する場合、ガンマ線検出器で収集する信号に対するノイズの割合を削減することができる。ノイズの割合を減らすことで照射野位置の検出精度を高くすることができる。   In addition, when using a gamma ray detector that cannot measure energy, the ratio of noise to the signal collected by the gamma ray detector can be reduced. The detection accuracy of the irradiation field position can be increased by reducing the noise ratio.

以上の通りガンマ線検出器により検出したガンマ線検出データから照射野を再構成する方法について説明する。   A method for reconstructing the irradiation field from the gamma ray detection data detected by the gamma ray detector as described above will be described.

イオンビームの照射中、照射装置制御部48は、ガンマ線検出器制御部53にスライス番号i,スポット番号jを送信する。また、照射装置制御部48は、出射信号及び出射停止信号をガンマ線検出器制御部53に送信する。ガンマ線検出器制御部53は、出射信号を受け取るとガンマ線の検出を開始し、ガンマ線検出データを収集する。ここで得られたガンマ線検出データは、スライス番号i,スポット番号jと共に照射野確認装置52に出力される。出射停止信号を受け取ると、データ収集を停止する。   During irradiation with the ion beam, the irradiation apparatus control unit 48 transmits the slice number i and the spot number j to the gamma ray detector control unit 53. Further, the irradiation device control unit 48 transmits the emission signal and the emission stop signal to the gamma ray detector control unit 53. When receiving the emission signal, the gamma ray detector control unit 53 starts detecting gamma rays and collects gamma ray detection data. The gamma ray detection data obtained here is output to the irradiation field confirmation device 52 together with the slice number i and the spot number j. When the extraction stop signal is received, the data collection is stopped.

照射野確認装置52は、ガンマ線検出データに基づいて、ガンマ線検出器23へのガンマ線の入射位置,入射方向,エネルギーを求める。本実施例では、照射野確認装置52が求めたガンマ線のうち、エネルギーが1MeV〜10MeVのガンマ線検出データを有効なデータとする。照射野確認装置52はデータベース42から、スライス番号i,スポット番号jに対応した照射位置(Xij,Yij)を読み取る。図10に照射対象内にスポットを形成する様子を示す。ガンマ線の入射位置のZ座標をZ1、入射角度のX−Z平面への射影した角度をθ、ガンマ線検出器と照射位置の距離をLとする。Lはガンマ線検出器23の位置とXijから計算する。Zij=Z1+Lcosθを計算することで、ガンマ線の発生位置のZ座標を特定することができる。以上によりガンマ線の発生位置を(Xij,Yij,Zij)とする。   The irradiation field confirmation device 52 obtains the incident position, incident direction, and energy of the gamma ray to the gamma ray detector 23 based on the gamma ray detection data. In the present embodiment, gamma ray detection data having energy of 1 MeV to 10 MeV among the gamma rays obtained by the irradiation field confirmation device 52 is regarded as effective data. The irradiation field confirmation device 52 reads the irradiation position (Xij, Yij) corresponding to the slice number i and the spot number j from the database 42. FIG. 10 shows how spots are formed in the irradiation target. The Z coordinate of the incident position of the gamma ray is Z1, the angle of the incident angle projected onto the XZ plane is θ, and the distance between the gamma ray detector and the irradiation position is L. L is calculated from the position of the gamma ray detector 23 and Xij. By calculating Zij = Z1 + Lcos θ, the Z coordinate of the generation position of the gamma ray can be specified. As described above, the generation position of gamma rays is set to (Xij, Yij, Zij).

ここで、データベース42に記録されている照射位置はスポットの中心位置を示すがスポットは有限の広がりを持っている。ガンマ線発生位置のX方向の位置はスポットの広がりの分だけ特定することはできないが、ガンマ線検出器と照射位置との距離に比べてスポットの広がりは十分に小さいため、スポット中心位置からガンマ線が発生したと仮定して計算できる。このようにして、照射野確認装置52は、取得したガンマ線検出データに基づいて、ガンマ線が発生した照射標的内の発生位置(Xij,Yij,Zij)を求め、その分布を作成することで照射野形状を再構成することができる。照射野確認装置52は、ガンマ線検出器23(コンプトンカメラ)からのガンマ線検出信号に基づいて、照射装置21から出射されたイオンビームによる照射野を求める。   Here, the irradiation position recorded in the database 42 indicates the center position of the spot, but the spot has a finite extent. The position of the gamma ray generation position in the X direction cannot be specified by the extent of the spot spread, but the spot spread is sufficiently small compared to the distance between the gamma ray detector and the irradiation position, so gamma rays are generated from the spot center position. It can be calculated assuming that In this manner, the irradiation field confirmation device 52 obtains the generation position (Xij, Yij, Zij) in the irradiation target where the gamma rays are generated based on the acquired gamma ray detection data, and creates the distribution to thereby generate the irradiation field. The shape can be reconstructed. The irradiation field confirmation device 52 obtains the irradiation field by the ion beam emitted from the irradiation device 21 based on the gamma ray detection signal from the gamma ray detector 23 (Compton camera).

照射野確認装置52は、データベース42から照射前にCT装置40により撮影したCT画像と照射計画システム41が計算した線量分布を受信する。その後、ガンマ線検出データから求めた線量分布と照射計画システム41が計算した線量分布を、表示装置(図示せず)のCT画像上に表示する。オペレータ等は、計画した線量分布と実際の照射により形成された線量分布形状の違いを確認することができる。なお、照射野確認装置52が生成するデータは、線量分布形状に限定されず、深さ方向(ビーム進行方向)の最深部での照射位置に関するデータであっても良い。この場合、ガンマ線検出データに基づいて求められた最深部の照射位置と照射計画システム41が計算した照射位置を、表示装置のCT画像上に表示する。これにより、オペレータ等は、事前に計画した線量位置と実際の照射による照射最深部の違いを確認することができる。   The irradiation field confirmation device 52 receives from the database 42 the CT image photographed by the CT device 40 before irradiation and the dose distribution calculated by the irradiation planning system 41. Thereafter, the dose distribution obtained from the gamma ray detection data and the dose distribution calculated by the irradiation planning system 41 are displayed on a CT image of a display device (not shown). An operator or the like can confirm the difference between the planned dose distribution and the dose distribution shape formed by actual irradiation. The data generated by the irradiation field confirmation device 52 is not limited to the dose distribution shape, and may be data relating to the irradiation position at the deepest portion in the depth direction (beam traveling direction). In this case, the irradiation position of the deepest part obtained based on the gamma ray detection data and the irradiation position calculated by the irradiation planning system 41 are displayed on the CT image of the display device. Thereby, the operator etc. can confirm the difference between the dose position planned in advance and the irradiation deepest part by actual irradiation.

本実施例によれば、ガンマ線検出器の第一検出部61と照射対象の間に吸収体64を配置したため、1MeV未満の低エネルギーガンマ線がガンマ線検出器23に入射するのを防ぐことができる。また、照射野の確認に有効な1MeV以上の高エネルギーガンマ線は、吸収体を通過してガンマ線検出器23に入射する。このため、照射野の確認に有効な1MeV以上の高エネルギーガンマ線をより多く検出でき、照射野の位置を精度良く求めることができる。また、ガンマ線のバックグラウンド(ノイズ)に対する有効な信号の割合を多くでき、さらに照射野の位置を精度良く測定することができるようになる。   According to this embodiment, since the absorber 64 is disposed between the first detection unit 61 of the gamma ray detector and the irradiation target, it is possible to prevent low energy gamma rays of less than 1 MeV from entering the gamma ray detector 23. Further, high energy gamma rays of 1 MeV or more effective for confirming the irradiation field pass through the absorber and enter the gamma ray detector 23. For this reason, it is possible to detect more high-energy gamma rays of 1 MeV or more that are effective in confirming the irradiation field, and to accurately determine the position of the irradiation field. Further, the ratio of the effective signal to the background (noise) of gamma rays can be increased, and the position of the irradiation field can be measured with high accuracy.

本実施例では、吸収体64がガンマ線検出器に接するように配置されているため、吸収体をガンマ線検出器に固定でき、設置するのが容易となる。本実施例によれば、吸収体64の厚みを可変にできるため、各照射対象に適した吸収体を設置でき、有効な信号に対するノイズの割合を更に低くすることができる。これにより、より正確な照射野を測定することができる。   In the present embodiment, since the absorber 64 is disposed so as to contact the gamma ray detector, the absorber can be fixed to the gamma ray detector and can be easily installed. According to the present embodiment, since the thickness of the absorber 64 can be made variable, an absorber suitable for each irradiation target can be installed, and the ratio of noise to an effective signal can be further reduced. Thereby, a more accurate irradiation field can be measured.

なお、本実施例はスポットスキャニング法により照射野を形成した場合について記載したが他の照射野形成方法についても同様に適用することができる。他の照射野形成方法については非特許文献2に記載がある。   In addition, although the present Example described about the case where an irradiation field was formed by the spot scanning method, it can apply similarly also about another irradiation field formation method. Other irradiation field forming methods are described in Non-Patent Document 2.

また、本実施例は荷電粒子ビーム発生装置としてシンクロトロンを用いた場合について説明したが、サイクロトロンでも同様に実施することができる。   In the present embodiment, the case where the synchrotron is used as the charged particle beam generator has been described. However, the present invention can be similarly applied to the cyclotron.

本発明の好適な一実施形態である荷電粒子ビーム照射システムの全体概略構成を表す図である。It is a figure showing the whole schematic structure of the charged particle beam irradiation system which is one suitable embodiment of this invention. 図1に示した荷電粒子ビーム照射システムに備えられる治療室の構成を示す概念構成を表す図である。It is a figure showing the conceptual structure which shows the structure of the treatment room with which the charged particle beam irradiation system shown in FIG. 1 is equipped. 図2に示した荷電粒子ビーム照射システムに備えられる照射装置の構成を示す横断図面である。3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an irradiation apparatus provided in the charged particle beam irradiation system illustrated in FIG. 2. 図2に示した照射対象にイオンビームを照射した場合に得られる深さ方向の線量分布を示す図である。It is a figure which shows dose distribution of the depth direction obtained when the irradiation object shown in FIG. 2 is irradiated with an ion beam. 図2に示した照射対象にイオンビームを照射した場合に得られる横方向の線量分布を示す図である。It is a figure which shows the dose distribution of the horizontal direction obtained when the irradiation object shown in FIG. 2 is irradiated with an ion beam. 図1に示したデータベースに記憶される照射パラメータを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the irradiation parameter memorize | stored in the database shown in FIG. 図2に示した照射対象にイオンビームを照射した場合に得られるスポットの様子を示した概念図である。It is the conceptual diagram which showed the mode of the spot obtained when the irradiation object shown in FIG. 2 was irradiated with an ion beam. 照射する手順を示したブロック構成図である。It is the block block diagram which showed the procedure to irradiate. 図2に示したガンマ線検出器の構成を示す横断図面である。3 is a cross-sectional view showing a configuration of the gamma ray detector shown in FIG. 2. 図2に示した照射対象にイオンビームを照射した場合に得られるスポットの様子を示した概念図である。It is the conceptual diagram which showed the mode of the spot obtained when the irradiation object shown in FIG. 2 was irradiated with an ion beam.

符号の説明Explanation of symbols

1 荷電粒子ビーム発生装置
2 ビーム輸送系
3 ライナック
4 シンクロトロン
5 高周波印加装置
6 加速装置
7 制御システム
11 出射用デフレクタ
12 ビーム経路
14,15 偏向電磁石
16 U字状偏向電磁石
17 治療室
18 ガントリー
21 照射装置、
22a 第1のX線撮像装置
22b 第2のX線撮像装置
23 ガンマ線検出器
24 カウチ
25 照射対象
26,28 FPD
27,35 X線発生装置
31,32 走査電磁石
33 ビーム位置検出器
34 線量モニタ
36 X線発生装置用レール
37 照射標的
40 CT装置
41 照射計画システム
42 データベース
43 機器制御システム
44 位置決めシステム
45 照射野確認システム
46 中央制御装置
47 加速器制御部
48 照射装置制御部
49 位置決め装置
50 X線装置制御部
51 カウチ制御部
52 照射野確認装置
53 ガンマ線検出器制御部
60 コンプトンカメラ
61 第一検出部
62 第二検出部
63 検出面
64 吸収体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Charged particle beam generator 2 Beam transport system 3 Linac 4 Synchrotron 5 High-frequency application device 6 Accelerator 7 Control system 11 Deflector for extraction 12 Beam path 14 and 15 Deflection magnet 16 U-shaped deflection electromagnet 17 Treatment room 18 Gantry 21 Irradiation apparatus,
22a First X-ray imaging device 22b Second X-ray imaging device 23 Gamma ray detector 24 Couch 25 Irradiation target 26, 28 FPD
27, 35 X-ray generator 31, 32 Scanning magnet 33 Beam position detector 34 Dose monitor 36 X-ray generator rail 37 Irradiation target 40 CT device 41 Irradiation planning system 42 Database 43 Equipment control system 44 Positioning system 45 Irradiation field confirmation System 46 Central controller 47 Accelerator controller 48 Irradiator controller 49 Positioning device 50 X-ray apparatus controller 51 Couch controller 52 Irradiation field confirmation device 53 Gamma ray detector controller 60 Compton camera 61 First detector 62 Second detection Part 63 detection surface 64 absorber

Claims (6)

荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発生装置と、
前記荷電粒子ビームを照射対象に出射する照射装置と、
前記照射対象から発生する即発ガンマ線を検出するコンプトンカメラと、
前記照射対象と前記コンプトンカメラとの間に配置され、1MeV未満のエネルギーの前記即発ガンマ線を吸収する吸収体と、
前記コンプトンカメラからのガンマ線検出信号に基づいて、前記荷電粒子ビームの照射による照射野形状を求める照射野確認装置と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 generating a charged particle beam;
An irradiation device for emitting the charged particle beam to an irradiation target;
A Compton camera for detecting prompt gamma rays generated from the irradiation object;
An absorber that is disposed between the irradiation object and the Compton camera and absorbs the prompt gamma rays having an energy of less than 1 MeV;
A charged particle beam irradiation system comprising: an irradiation field confirmation device that obtains an irradiation field shape by irradiation of the charged particle beam based on a gamma ray detection signal from the Compton camera.
前記吸収体は鉛又はタングステンを材質としたことを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子ビーム照射システム。   The charged particle beam irradiation system according to claim 1, wherein the absorber is made of lead or tungsten. 前記吸収体は板状であることを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子ビーム照射システム。   The charged particle beam irradiation system according to claim 1, wherein the absorber has a plate shape. 前記板状の吸収体は、少なくとも前記コンプトンカメラの検出面を覆うことができることを特徴とする請求項3に記載の荷電粒子ビーム照射システム。   The charged particle beam irradiation system according to claim 3, wherein the plate-like absorber can cover at least a detection surface of the Compton camera. 前記吸収体は、前記コンプトンカメラの検出面に接して配置されることを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子ビーム照射システム。   The charged particle beam irradiation system according to claim 1, wherein the absorber is disposed in contact with a detection surface of the Compton camera. 前記吸収体はその厚みが可変であることを特徴とする請求項3に記載の荷電粒子ビーム照射システム。   The charged particle beam irradiation system according to claim 3, wherein the absorber has a variable thickness.
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