JP2011000378A - Charged particle beam irradiation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、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 charged particle beam irradiation system which treats a diseased part such as a tumor by irradiating a charged particle beam.
癌(腫瘍)などの患者に陽子線などの荷電粒子ビーム(イオンビーム)を照射して癌を治療する方法が知られている。この荷電粒子ビームの照射に用いる荷電粒子ビーム照射システムは、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。 A method for treating cancer by irradiating a patient with cancer (tumor) or the like with a charged particle beam (ion beam) such as a proton beam is known. This charged particle beam irradiation system used for irradiation of the charged particle beam includes a charged particle beam generator, a beam transport system, and a treatment room.
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。 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.
照射装置で分布を拡大する方法として、細いビームによる照射の位置(スポット)を順次変更(スキャン)するスポットスキャン法と呼ばれる方法がある。スポットスキャン法は照射装置内に走査電磁石を備え、走査電磁石の励磁量を一定にしてスポットの照射位置にビームを照射し、ビームの出射を停止した後、励磁量を変更して照射位置を次のスポットに変更し、ビームを再び出射して照射する方法である。各スポットに付与する照射量は目標照射量として予め決められており、照射装置内の線量モニタで計測した照射量が目標照射量に達するとビームの出射を停止する(特許文献1及び2)。
As a method for expanding the distribution with an irradiation apparatus, there is a method called a spot scanning method in which the position (spot) of irradiation with a thin beam is sequentially changed (scanned). In the spot scanning method, a scanning electromagnet is provided in the irradiation device, the beam is irradiated to the irradiation position of the spot with the excitation amount of the scanning electromagnet kept constant, the beam emission is stopped, and then the irradiation amount is changed by changing the excitation amount. In this method, the beam is emitted again and irradiated. The dose to be given to each spot is determined in advance as a target dose, and when the dose measured by the dose monitor in the irradiation apparatus reaches the target dose, the beam emission is stopped (
各スポットにビームを照射する際のビーム電流値は、通常、各スポットの目標照射量の大きさに係わらず一定である。これに対し、特許文献2では、目標照射量のビームを精度良く各スポットに照射するため、各スポットの照射中にビーム電流値を変更し、出射停止時は小さなビーム電流値で照射する方法が提案されている。
The beam current value at the time of irradiating each spot with a beam is usually constant regardless of the target dose of each spot. On the other hand, in
スポットスキャン法において、各スポットの照射中に目標照射量に係わらずビーム電流値を一定にしてビームを照射する従来の方法では、各スポットの目標照射量が多くなると、それに応じて各スポットの照射時間も長くなる。その結果、特にスポットの数が多いときは、トータルとしての照射時間が長くなり、治療時間が長くなる。 In the spot scanning method, in the conventional method of irradiating a beam with a constant beam current value regardless of the target irradiation amount during irradiation of each spot, when the target irradiation amount of each spot increases, the irradiation of each spot accordingly The time also becomes longer. As a result, especially when the number of spots is large, the irradiation time as a whole becomes long and the treatment time becomes long.
特許文献2の方法では、照射中にビーム電流値を変更し、出射停止時は小さなビーム電流値で照射している。しかし、各スポットの照射中のビーム電流値の切り替えに時間を要するため、その分、各スポットの照射時間が長くなる可能性がある。その結果、トータルとしての照射時間が長くなり、治療時間が長くなる。
In the method of
本発明の第1の目的は、スポットスキャン法において、スポット数が多くなった場合でも照射時間を短縮し、治療時間を短縮することのできる荷電粒子ビーム照射システムを提供することである。 A first object of the present invention is to provide a charged particle beam irradiation system capable of reducing the irradiation time and the treatment time even when the number of spots is increased in the spot scanning method.
本発明の第2の目的は、スポットスキャン法において、スポット数が多くなった場合でも照射時間を短縮し、かつ目標照射量のビームを精度良く各スポットに照射することのできる荷電粒子ビーム照射システムを提供することである。 The second object of the present invention is to provide a charged particle beam irradiation system capable of shortening the irradiation time and accurately irradiating each spot with a beam having a target irradiation amount even when the number of spots increases in the spot scanning method. Is to provide.
上記第1の目的を達成するため、本発明は、荷電粒子ビーム発生装置に出射する荷電粒子ビームの電流値を調整する機能を持たせ、各スポットの目標照射量に応じて出射する荷電粒子ビームの電流値を調整する。また、そのために、各スポットの目標照射量に応じて目標ビーム電流値を決定する。このとき、好ましくは、目標照射量を参照し、スポット毎に照射時間がほぼ一定となるようにビーム電流値を決定する。 In order to achieve the first object, the present invention provides a charged particle beam generator having a function of adjusting a current value of a charged particle beam to be emitted, and a charged particle beam emitted according to a target irradiation amount of each spot. Adjust the current value. For this purpose, the target beam current value is determined according to the target irradiation amount of each spot. At this time, preferably, the beam current value is determined so that the irradiation time is substantially constant for each spot with reference to the target irradiation amount.
また、上記第2の目的を達成するため、本発明は、各スポットの照射位置に照射される荷電粒子ビームの照射量が目標照射量に達する前に荷電粒子ビーム発生装置に出射停止信号を出力して荷電粒子ビームの出射を停止させる。 In order to achieve the second object, the present invention outputs an emission stop signal to the charged particle beam generator before the irradiation amount of the charged particle beam irradiated to the irradiation position of each spot reaches the target irradiation amount. Then, the emission of the charged particle beam is stopped.
荷電粒子ビーム発生装置は出射停止信号受信後、ビームが停止するまでに若干の応答遅れによる時間が必要な場合があり、その間に照射される遅延照射量と呼ばれる照射量がある。本発明者らは前記遅延照射量がビーム電流値に依存することを発見した。 In some cases, the charged particle beam generator needs a time due to a slight response delay until the beam is stopped after receiving the extraction stop signal, and there is an irradiation amount called a delayed irradiation amount applied during that time. The present inventors have found that the delayed irradiation dose depends on the beam current value.
そこで、本発明は、荷電粒子ビームの照射量が目標照射量に達する前に荷電粒子ビーム発生装置に出射停止信号を出力する。 Therefore, the present invention outputs an extraction stop signal to the charged particle beam generator before the charged particle beam irradiation amount reaches the target irradiation amount.
好ましくは、前記遅延照射量を考慮して以下の方法により照射量の精度を向上させる。 Preferably, in consideration of the delayed dose, the accuracy of dose is improved by the following method.
予めビーム電流値と遅延照射量の関係を測定し計算しておく。算出した前記関係に基づき決定したビーム電流値に対する遅延照射量を計算し、目標照射量から遅延照射量を引いた設定照射量を設ける。線量モニタにより計測した照射量が設定照射量に達した時点で出射停止信号を出力してビーム出射を停止する制御を開始する。以上により遅延照射量を含めた照射量が目標照射量になり、短い照射時間で目標照射量のビームを精度良く照射することができる。 The relationship between the beam current value and the delayed dose is measured and calculated in advance. A delayed dose for the beam current value determined based on the calculated relationship is calculated, and a set dose obtained by subtracting the delayed dose from the target dose is provided. When the irradiation amount measured by the dose monitor reaches the set irradiation amount, an extraction stop signal is output to start control for stopping the beam extraction. As described above, the irradiation amount including the delayed irradiation amount becomes the target irradiation amount, and the beam having the target irradiation amount can be accurately irradiated in a short irradiation time.
本発明によれば、スポットスキャン法において、スポット数が多くなった場合でも照射時間を短縮し、治療時間を短縮することができる。 According to the present invention, in the spot scanning method, even when the number of spots increases, the irradiation time can be shortened and the treatment time can be shortened.
また、照射時間を短縮し、かつ目標照射量のビームを精度良く各スポットに照射することができる。 Further, it is possible to shorten the irradiation time and irradiate each spot with a beam having a target irradiation amount with high accuracy.
以下、本発明の好適な実施の形態である荷電粒子ビーム照射システムについて、図面を用いて説明する。 Hereinafter, a charged particle beam irradiation system according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施の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示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing an overall schematic configuration of a charged particle beam irradiation system according to an embodiment of the present invention.
本実施の形態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。
The charged particle
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(加速器)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
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が、治療室17内に設置された照射装置21に接続される。
The
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。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。
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
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。
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
図2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(照射量検出装置)34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、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(照射量検出装置)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。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
本実施の形態の粒子線照射システム10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,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。データベース42はX線CT装置40に接続された照射計画システム41に接続されている。照射計画システム42が作成する照射に必要なデータはデータベース42に記録される。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内の各モニタ信号の処理を行う。
A
図3を用いて本実施の形態による粒子線照射システム10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3は、照射対象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
図3(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3(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3(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. 3 (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. 3A 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, and therefore, as shown in FIG. 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4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。走査電磁石31,32の励磁量(励磁電流量)を一定にして1つのスポットの照射位置にイオンビームを照射し、イオンビームの出射を停止した後、励磁量を変更して次のスポットの照射位置に変更し、イオンビームを再び出射して照射する(スポットスキャン法)。このようにスポットスキャン法により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分布を形成することができる。
The relationship between the irradiation target spread 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. The ion beam reaches the
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、事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
予め照射対象25をX線CT装置40にて撮影する。X線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,照射パラメータを求めて決定する。
The
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各スポットの位置情報(X座標,Y座標)、各位置に照射するイオンビームの目標照射量が含まれる。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,スライス番号i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(Xij,Yij)、各スポットの目標照射量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 (X coordinate, Y coordinate) of each spot in a plane perpendicular to the beam axis, and a target dose of the ion beam irradiated to each position. It is. 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 of slices N and slice number i. 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 (Xij, Yij) of each spot, and the target irradiation amount Dij of each spot according to the shape of each slice. decide. 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.
照射計画システム41は、医師等の指示に基づいて、決定したこれらの情報をデータベース42に送信する。送信のタイミングは、情報の決定直後でもよいし、照射標的37にイオンビームを照射する治療当日の照射準備開始時であってもよい。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録する。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5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),目標照射量Dijから構成される。
The irradiation planning system 41 transmits the determined information to the
本実施の形態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。照射を開始するため照射対象をカウチ上に設置し、照射計画システムが指定した位置にカウチ24と照射対象25を移動する。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
中央制御装置46はデータベース42に登録されたデータを読み出し、照射パラメータから各スポットを照射する際のビーム電流値と、出射停止信号出力後に照射される遅延照射量と、出射停止信号を出力する設定照射量と、出射停止制御で実際に用いる設定積算照射量を決定する。
The central controller 46 reads the data registered in the
図6は、中央制御装置46が上記各値を決定するための処理手順を示すフローチャートである。中央制御装置46は、例えば医師等の指示により処理手順を開始する。中央制御装置46は、データベース42が照射計画システム41から出力されたデータを記録するのに連動して処理手順を開始してもよい。
FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure for the central controller 46 to determine the above values. The central controller 46 starts the processing procedure according to an instruction from a doctor or the like, for example. The central controller 46 may start the processing procedure in conjunction with the
図6のステップ201において、まず、中央制御装置46は目標照射量から目標ビーム電流値を求める。次に、ステップ202において、目標ビーム電流値から遅延照射量を求める。次に、ステップ203において、目標照射量と遅延照射量から設定照射量を算出する。最後にステップ204において、設定照射量から設定積算照射量を算出する。
In
以下に上記各値の決定方法の詳細を説明する。 Details of the method for determining each value will be described below.
[ステップ201:目標照射量から目標ビーム電流値を決定]
各スポットの照射時間は全体の照射時間短縮のため短いことが好ましい。しかし、ビーム電流値が設定された目標となる値Iij(以後目標ビーム電流値と呼ぶ)に達する時間が必要であり、極度に短時間で照射した場合、目標ビーム電流値Iijに到達しない。このことに留意してスポット毎に目標照射量Dijを参照し目標ビーム電流値Iijを設定する。最も簡単な方法は、目標照射量Dijに比例した目標ビーム電流値Iijを設定する場合である。すなわち
Dij=T0×Iij(T0:目標時間定数)
とする。図7(a)に二つのスポットを照射するときのビーム電流値の時間変化を示す。縦軸はビーム電流値I、横軸は時間tである。この例はひとつ目のスポット51の目標照射量が小さく、二つ目のスポット52の目標照射量が大きな場合を示している。スポット51の目標ビーム電流値53を小さくし、スポット52の目標ビーム電流値54を大きくすることで二つのスポットの照射時間はほぼ等しくなる。
[Step 201: Determine target beam current value from target dose]
It is preferable that the irradiation time of each spot is short in order to shorten the entire irradiation time. However, it takes time to reach the target value Iij (hereinafter referred to as the target beam current value) where the beam current value is set, and the target beam current value Iij is not reached when irradiation is performed in an extremely short time. With this in mind, the target beam current value Iij is set for each spot with reference to the target dose Dij. The simplest method is to set a target beam current value Iij proportional to the target dose Dij. That is, Dij = T0 × Iij (T0: target time constant)
And FIG. 7A shows temporal changes in the beam current value when two spots are irradiated. The vertical axis represents the beam current value I, and the horizontal axis represents the time t. In this example, the target irradiation amount of the
なお、目標時間定数はひとつである必要はない。例えば照射量が大きいスポットを照射する場合、目標ビーム電流値は大きくすることが望ましい。しかし、荷電粒子出射装置の出射可能な最大のビーム電流値は高周波印加装置の性能に依存して決まっている。よって照射量が大きい場合、長い目標時間定数を設定し目標ビーム電流値を装置の出射可能な範囲内に調整する必要がある。 Note that the target time constant need not be one. For example, when irradiating a spot with a large irradiation amount, it is desirable to increase the target beam current value. However, the maximum beam current value that can be emitted by the charged particle emission device is determined depending on the performance of the high-frequency application device. Therefore, when the irradiation amount is large, it is necessary to set a long target time constant and adjust the target beam current value within a range where the apparatus can emit light.
また、目標ビーム電流値は、各スポットをその照射量に基づいて区分けし、区分けされたそれぞれに対して設定してもよい。このことにより必要な目標ビーム電流値の数を削減することができる。 In addition, the target beam current value may be set for each of the divided spots based on the irradiation amount. This can reduce the number of necessary target beam current values.
[ステップ202:目標ビーム電流値から遅延照射量を決定]
図7(b)は図7(a)のひとつのスポットを抜き出したものである。縦軸はビーム電流値I、横軸は時間tである。図が示す面積全体201はスポットに照射される照射量に等しい。ビーム電流値は出射が開始されると立ち上がりに要する時間202の後、目標ビーム電流値Iijまで増加し、時刻204にて出射停止信号を受け取るとビーム電流値は小さくなり出射停止に至る。このとき、出射停止信号受信後に出射された電荷を遅延照射量QLと呼ぶ。図7(b)の斜線で塗りつぶされた部分205の面積が遅延照射量に等しい。時刻206はその時刻まで照射すると照射量が目標照射量Dijに到達する時刻を示す。すなわち、本発明は時刻204で出射停止信号を出力することにより時刻206で直ちにビームが停止した場合と同じ照射量をスポットに照射するように制御する。
[Step 202: Determine delayed irradiation dose from target beam current value]
FIG. 7B shows one spot extracted from FIG. 7A. The vertical axis represents the beam current value I, and the horizontal axis represents the time t. The
発明者らは遅延照射量QLが出射停止信号を出力する瞬間のビーム電流値に依存することを発見した。本実施の形態では出射停止信号を出力する瞬間のビーム電流値は目標ビーム電流値と見なすことができる。よって目標ビーム電流値Iijと遅延照射量QLの関係を予め求めておく。異なる複数の目標ビーム電流値に対して遅延照射量の値を測定し、測定されたデータを近似することにより遅延照射量を目標ビーム電流値の関数で表す。すなわちQL=QL(Iij)を予め求めておく。遅延照射量と目標ビーム電流値が比例すると仮定することで最も簡単にQLとIijの関係を表すことができる。なお、ここでは遅延照射量と目標ビーム電流値の関係として求めたが、遅延照射量と出射停止信号を出力するときのビーム電流値の関係として求め代用してもよい。 The inventors have found that the delayed dose QL depends on the beam current value at the moment of outputting the emission stop signal. In the present embodiment, the beam current value at the moment of outputting the extraction stop signal can be regarded as the target beam current value. Therefore, the relationship between the target beam current value Iij and the delayed dose QL is obtained in advance. The delayed dose is measured for a plurality of different target beam current values, and the measured dose is approximated to represent the delayed dose as a function of the target beam current value. That is, QL = QL (Iij) is obtained in advance. The relationship between QL and Iij can be most easily expressed by assuming that the delayed dose and the target beam current value are proportional. Although the relationship between the delayed irradiation amount and the target beam current value is obtained here, it may be obtained and substituted as the relationship between the delayed irradiation amount and the beam current value when outputting the extraction stop signal.
[ステップ203:目標照射量と遅延照射量から設定照射量を算出]
各スポットの出射停止信号を出力する設定照射量D0ijは目標照射量から遅延照射量の分を引き、
D0ij=Dij−QL(Iij)=Dij−QL(Dij/T0)
により決定する。
[Step 203: Calculate the set dose from the target dose and the delayed dose]
The set dose D0ij for outputting the emission stop signal of each spot is obtained by subtracting the delayed dose from the target dose.
D0ij = Dij−QL (Iij) = Dij−QL (Dij / T0)
Determined by
前述したように遅延照射量QLと目標ビーム電流値Iijとの関係を表す最も簡易なケースは遅延照射量QLと目標ビーム電流値Iijが比例すると仮定する場合である。このとき、比例定数T1を用いてQL=T1×Iijと表すことができる。一方、目標ビーム電流値IijはDij=T0×Iij(T0:目標時間定数)から求めることができる。これらの値を用いて、設定照射量D0ijを求めるD0ij=Dij−QL(Iij)の式は下記のように変形することができる。 As described above, the simplest case expressing the relationship between the delayed dose QL and the target beam current value Iij is a case where the delayed dose QL and the target beam current value Iij are assumed to be proportional. At this time, it can be expressed as QL = T1 × Iij using the proportionality constant T1. On the other hand, the target beam current value Iij can be obtained from Dij = T0 × Iij (T0: target time constant). Using these values, the expression D0ij = Dij−QL (Iij) for obtaining the set dose D0ij can be modified as follows.
D0ij=Dij−QL(Iij)=(T0×Iij)−(T1×Iij)
=(T0−T1)Iij
T2=T0−T1と置けば、
D0ij=T2×Iij
よって、上記の式を用いれば(比例定数T2を用いれば)、目標ビーム電流値Iijから設定照射量D0ijを直接求めることができる。
D0ij = Dij−QL (Iij) = (T0 × Iij) − (T1 × Iij)
= (T0-T1) Iij
If we put T2 = T0-T1,
D0ij = T2 × Iij
Therefore, using the above formula (using the proportional constant T2), the set dose D0ij can be directly obtained from the target beam current value Iij.
[ステップ204:設定照射量から設定積算照射量を算出]
各スポットに対し設定積算照射量D1ijを設定する。あるスポットの設定積算照射量D1ijはそのスポットより前に照射されるスポットの目標照射量Dijの合計にそのスポットの設定照射量D0ijを足した値とする。
[Step 204: Calculate the set integrated dose from the set dose]
A set integrated dose D1ij is set for each spot. The set integrated irradiation amount D1ij of a certain spot is a value obtained by adding the set irradiation amount D0ij of the spot to the total of the target irradiation amounts Dij of the spots irradiated before the spot.
図8は、中央制御装置46が算出する目標照射量及び目標ビーム電流値と、遅延照射量、設定照射量及び設定積算照射量の一例を示す図である。 FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the target irradiation amount and the target beam current value calculated by the central controller 46, the delayed irradiation amount, the set irradiation amount, and the set integrated irradiation amount.
前述したように最も簡易なケースは遅延照射量QLと目標ビーム電流値Iijが比例すると仮定する場合であり、その場合、比例定数T1を用いてQL=T1×Iijと表すことができる。また、目標ビーム電流値IijはDij=T0×Iij(T0:目標時間定数)と表すことができる。 As described above, the simplest case is a case where the delayed dose QL and the target beam current value Iij are assumed to be proportional. In this case, QL = T1 × Iij can be expressed using a proportional constant T1. Further, the target beam current value Iij can be expressed as Dij = T0 × Iij (T0: target time constant).
図8は、そのように目標ビーム電流値Iijと目標照射量Dijとの関係及び遅延照射量QLと目標ビーム電流値Iijとの関係を比例関係で表し、T0=5、T1=0.5とした場合(T2=4.5)の例である。目標照射量Dijは照射計画システムから出力される値であり、目標ビーム電流値Iijは目標照射量DijをT0で割ることにより得られる。遅延照射量QLは目標ビーム電流値IijにT1を掛けることで得られる。目標ビーム照射量Dijから遅延照射量QLを引くことで設定照射量D0ijを算出する。 FIG. 8 shows the relationship between the target beam current value Iij and the target irradiation amount Dij and the relationship between the delayed irradiation amount QL and the target beam current value Iij in a proportional relationship, and T0 = 5 and T1 = 0.5. This is an example of the case (T2 = 4.5). The target dose Dij is a value output from the irradiation planning system, and the target beam current value Iij is obtained by dividing the target dose Dij by T0. The delayed irradiation dose QL is obtained by multiplying the target beam current value Iij by T1. The set dose D0ij is calculated by subtracting the delayed dose QL from the target beam dose Dij.
設定積算照射量をスポット番号3を例にして説明する。スポット番号3の設定積算照射量はスポット番号1、スポット番号2の目標照射量の合計100+150=250と、スポット番号3の設定照射量117を足すことで250+117=367となる。その他のスポットの設定積算照射量も同様にして求める。なお、この表は照射量についてのみ記載しているが、各スポットのデータは目標ビーム電流値、照射位置、照射エネルギーなどの値も同時に持ち合わせる。
The set integrated irradiation amount will be described by taking
なお、目標ビーム電流値を決定する際、目標照射量と目標ビーム電流値の間の比例定数は照射するエネルギー毎に異なっても良い。また、目標ビーム電流値と遅延照射量の関係は全てのエネルギーに対してデータを計測し求めることが好ましい。しかし、エネルギー数が多い場合、ひとつのエネルギーの目標ビーム電流値と遅延照射量の関係で代用することができる。或いは全てのエネルギーのうちのいくつかを選抜し、目標ビーム電流値と遅延照射量の関係を表すデータを取得し近似式を求めてもよい。 When determining the target beam current value, the proportionality constant between the target irradiation amount and the target beam current value may be different for each irradiation energy. The relationship between the target beam current value and the delayed dose is preferably obtained by measuring data for all energy. However, when the number of energies is large, the relationship between the target beam current value of one energy and the delayed irradiation amount can be substituted. Alternatively, some of all energies may be selected, data representing the relationship between the target beam current value and the delayed irradiation amount may be acquired to obtain an approximate expression.
中央制御装置46は、以上説明した目標ビーム電流値と照射量の計算の他、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(励磁量)を算出する。
The central control unit 46 calculates the current amount (excitation amount) for exciting the
以上の計算により、中央制御装置46は照射パラメータ、設定照射量、設定積算照射量、走査電磁石励磁電流値を照射装置制御部48へ送信する。 With the above calculation, the central controller 46 transmits the irradiation parameter, the set irradiation amount, the set integrated irradiation amount, and the scanning electromagnet excitation current value to the irradiation device controller 48.
中央制御装置46は、データベース42から照射パラメータの他、ガントリー角度情報を受け取る。中央制御装置46は、ガントリー角度情報と目標ビーム電流値を加速器制御部47に送信する。
The central controller 46 receives gantry angle information from the
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。 The accelerator controller 47 moves the gantry 18 to a desired gantry angle based on the received gantry angle information.
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。
Further, the central controller 46 determines the excitation current amount for exciting the
高周波印加装置5は印加する高周波の強度を変更可能に構成されており、高周波印加装置5が印加する高周波の強度を変更することによりシンクロトロン4から出射するイオンビームの電流値が調整される。中央制御装置46から加速器制御部47に高周波印加装置5が印加する高周波の値が送信されると、加速器制御部47は、高周波印加装置5が印加する高周波の強度がその値となるよう高周波印加装置5を制御し、シンクロトロン4から出射するイオンビームの電流値を調整する。すなわち、荷電粒子ビーム発生装置1は、シンクロトロン4から出射するイオンビーム(荷電粒子ビーム)の電流値を調整する機能を有している。
The high
図9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。
The ion beam irradiation procedure by the charged particle
中央制御装置46は、医師等の指示に基づいて、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 central controller 46 outputs the slice number i, the spot number j, and the energy information Ei to the accelerator controller 47 together with the irradiation start signal based on an instruction from a doctor or the like. 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
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
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、線量モニタからの信号をカウントする線量カウンタを0にリセットし、スライス1、スポット1の設定積算照射量を設定する。
In
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へ送信する。
In
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5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。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。出射されるイオンビームの電流値は印加される高周波の強度に依存する。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。
The accelerator controller 47 that has received the extraction signal in
ステップ106で出射中、照射装置制御部48は、線量モニタ34から受け取った信号から照射量を線量カウンタでカウントすると共に、ビーム電流値を算出し加速器制御部47へ送信し続ける。ステップ107で加速器制御部47は照射中のスライス番号1、スポット番号1の目標ビーム電流値を参照し、照射中のビーム電流値が目標ビーム電流値に等しくなるように高周波印加装置5を制御して印加する高周波の強度を調整する。
During extraction in
線量カウンタによりカウントした照射量が設定積算照射量に達するとステップ108で照射装置制御部48は加速器制御部47に対し出射停止信号を送信する。
When the irradiation amount counted by the dose counter reaches the set integrated irradiation amount, the irradiation device control unit 48 transmits an extraction stop signal to the accelerator control unit 47 in
ステップ109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5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。照射装置制御部48が出射停止信号を送信した後もシンクロトロン4の応答の遅れの分だけビームが照射される。ビームの照射が完全に停止したところでスライス番号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 109 controls the high-
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。 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110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111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
ステップ112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
以上において、照射装置制御部48のステップ106及び加速器制御部47の図9のステップ107の処理機能は、各スポットの目標照射量に応じて出射する荷電粒子ビームの電流値を調整するよう荷電粒子ビーム発生装置1を制御する第1制御手段を構成し、照射装置制御部48のステップ108及び加速器制御部47の図9のステップ109の処理機能は、各スポットの照射位置に照射される荷電粒子ビームの照射量が目標照射量に達する前に荷電粒子ビーム発生装置1に出射停止信号を出力して、荷電粒子ビームの出射を停止させよう荷電粒子ビーム発生装置1を制御する第2制御手段を構成する。
In the above, the processing functions of
また、中央制御装置46の図6のステップ201の処理機能は、各スポットの目標照射量に応じて目標ビーム電流値を決定する第1演算手段を構成し、図6のステップ202〜204の処理機能は、目標ビーム電流値に応じて設定照射量を決定する第2演算手段を構成する。
Further, the processing function of
照射モニタ34は、各スポットの照射位置へ照射される荷電粒子ビームの照射量を計測する照射量検出装置を構成し、上記第2制御手段は、その照射量検出装置で計測された照射量を入力し、照射量が目標照射量より小さい設定照射量に達したときに荷電粒子ビーム発生装置1に出射停止信号を出力して、荷電粒子ビームの出射を停止させよう荷電粒子ビーム発生装置1を制御する。照射量が目標照射量より小さい設定照射量に達したかどうかの判定は照射量と設定積算照射量を比較して行う。
The irradiation monitor 34 constitutes an irradiation amount detection device that measures the irradiation amount of the charged particle beam irradiated to the irradiation position of each spot, and the second control means calculates the irradiation amount measured by the irradiation amount detection device. When the input dose reaches a set dose smaller than the target dose, an output stop signal is output to the charged
なお、ステップ108で照射量と設定積算照射量を比較してビーム出射停止信号を出力する代わりに、照射時間を計測し照射時間が予め設定された時刻に到達したとき出射停止信号を出力することもできる。照射時間は出射開始信号を出力した時刻からの時間を計測し、予め設定した時間までとする。設定する時間は前記目標時間定数である。設定した時間が経過した後、出射停止信号を出力し、ビーム出射が停止した後、照射量と目標照射量を比較する。照射量は必ずしも目標照射量に一致しないため、その差分は次のスポットに照射する目標照射量に足し合わせる。次のスポットの目標照射量を変更するため、次のスポットの照射時間を変更する、またはビーム電流値を変更する。具体的には照射量が目標照射量より多い場合、次のスポットの設定時間を予め設定した時刻から短くする、または目標ビーム電流値を小さくする。照射量が目標照射量より小さい場合、設定時間を長くする、または目標ビーム電流値を大きくする。全体の照射量を所望の値に近づけるため、照射量と目標照射量の差分は前記の通り次のスポットの照射量にて調整する。
In
以上、説明したシステムを用いることにより得られる効果を説明する。 The effects obtained by using the system described above will be described.
各スポットの目標照射量に応じて目標ビーム電流値を決定することから、全てのスポットを必要最低限の時間で照射することができる。よって、照射時間を短縮し、治療時間を短縮することができる。 Since the target beam current value is determined according to the target irradiation amount of each spot, all the spots can be irradiated in the minimum necessary time. Therefore, irradiation time can be shortened and treatment time can be shortened.
また、各スポットの照射位置の照射量が目標照射量に達する前に出射停止信号を出力して荷電粒子ビームの出射を停止させることから、目標照射量に応じて目標ビーム電流値を変更しても、目標照射量のビームを精度良く各スポットに照射することができる。 In addition, since the emission stop signal is output before the irradiation dose at each spot irradiation position reaches the target dose to stop the emission of the charged particle beam, the target beam current value is changed according to the target dose. In addition, it is possible to irradiate each spot with a beam having a target irradiation amount with high accuracy.
図10は、後者の効果を従来技術と比較して説明するための図である。 FIG. 10 is a diagram for explaining the latter effect in comparison with the prior art.
出射停止信号を出力した後に照射される遅延照射量はビーム電流値に依存する。よってスポット毎に異なるビーム電流値で照射する場合、遅延照射量はスポット毎に大きくばらつく。 The delayed irradiation amount irradiated after outputting the emission stop signal depends on the beam current value. Therefore, when irradiation is performed with a different beam current value for each spot, the delayed irradiation amount varies greatly for each spot.
従来の設定照射量を設けない場合について説明する。図10(a)に目標ビーム電流値が一定の場合を示す。ひとつ目のスポットの出射停止信号を出力する時刻までの照射量をA、遅延照射量をB、ふたつ目のスポットの出射停止信号を出力する時刻までの照射量をC、遅延照射量をDとする。線量モニタから出力される照射量の計測値の積算照射量により出射停止信号を出力することで、連続するスポットの遅延線量が差し引きされるためスポット照射量の誤差は小さい。すなわち、図10(a)のふたつ目のスポットを例にとると、線量モニタにより計測される照射量はB+Cとなるが実際にふたつ目のスポットに照射される照射量はC+Dである。目標ビーム電流値が等しい場合、遅延照射量BとDはほぼ等しいため精度良く照射することができる。 A case where a conventional set dose is not provided will be described. FIG. 10A shows a case where the target beam current value is constant. The dose until the time when the first spot emission stop signal is output is A, the delayed dose is B, the dose until the time when the second spot emission stop signal is output is C, and the delayed dose is D. To do. By outputting the extraction stop signal based on the integrated dose of the measured dose output from the dose monitor, the delayed dose of consecutive spots is subtracted, so that the error of the spot dose is small. That is, taking the second spot in FIG. 10A as an example, the irradiation amount measured by the dose monitor is B + C, but the irradiation amount actually irradiated to the second spot is C + D. When the target beam current values are equal, the delayed irradiation doses B and D are approximately equal, so that irradiation can be performed with high accuracy.
一方、図10(b)にビーム電流値をスポット毎に変更する場合を示す。図9(a)の場合と同様にひとつ目のスポットの照射量と遅延照射量をE,F、ふたつ目のスポットの照射量と遅延照射量をG,Hとする。遅延照射量はビーム電流値に依存するため、FとHは異なることが予想される。 On the other hand, FIG. 10B shows a case where the beam current value is changed for each spot. Similarly to the case of FIG. 9A, the irradiation amount and delayed irradiation amount of the first spot are E and F, and the irradiation amount and delayed irradiation amount of the second spot are G and H. Since the delayed irradiation dose depends on the beam current value, F and H are expected to be different.
本実施の形態では、ビーム電流値に依存した遅延照射量を予め求めておき、その遅延照射量の分、差し引いた照射量のとき出射停止信号を出力することで遅延照射量を含めた照射量が各スポットの目標照射量と等しくなるようにする。このことにより目標照射量のビームを精度良く各スポットに照射することができる。 In this embodiment, a delayed irradiation amount depending on the beam current value is obtained in advance, and the irradiation amount including the delayed irradiation amount is output by outputting an emission stop signal when the irradiation amount is subtracted by the amount of the delayed irradiation amount. Is made equal to the target irradiation amount of each spot. This makes it possible to irradiate each spot with a beam having a target irradiation amount with high accuracy.
また、遅延照射量は特に出射停止信号を出力する瞬間のビーム電流値に依存する。本実施の形態によれば、出射開始直後のビーム電流値に関係無く設定照射量に達する瞬間に照射中のビーム電流値が目標ビーム電流値に一致していればよいという利点がある。 Further, the delayed irradiation amount depends particularly on the beam current value at the moment of outputting the extraction stop signal. According to the present embodiment, there is an advantage that the beam current value during irradiation should coincide with the target beam current value at the moment when the set irradiation amount is reached regardless of the beam current value immediately after the start of extraction.
なお、本実施の形態は荷電粒子ビーム出射装置としてシンクロトロンを用いて説明したが、サイクロトロンの場合でもイオンビームの出射停止に際し遅延照射量は発生するため、同様の制御で照射時間の短縮が可能である。 Although the present embodiment has been described using a synchrotron as a charged particle beam extraction apparatus, even in the case of a cyclotron, a delayed irradiation amount is generated when the extraction of the ion beam stops, so the irradiation time can be shortened by the same control. It is.
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
24 カウチ
25 照射対象
31,32 走査電磁石
33 ビーム位置検出器
34 線量モニタ
37 照射標的
40 X線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
DESCRIPTION OF
Claims (11)
荷電粒子ビーム走査装置を有し、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照射対象の照射標的に照射する照射装置と、
前記荷電粒子ビーム走査装置の走査電磁石の励磁量を一定にして前記照射標的に設定された1つのスポットの照射位置に前記荷電粒子ビームを照射し、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た後、前記励磁量を変更して照射位置を次のスポットに変更し、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再び出射して照射するよう前記荷電粒子ビーム発生装置と前記照射装置を制御する制御装置とを備え、
前記荷電粒子ビーム発生装置は、出射する荷電粒子ビームの電流値を調整する機能を有し、
前記制御装置は、各スポットの目標照射量に応じて出射する荷電粒子ビームの電流値を調整するよう前記荷電粒子ビーム発生装置を制御する第1制御手段を有する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 emitting a charged particle beam;
An irradiation device that has a charged particle beam scanning device and irradiates an irradiation target to be irradiated with the charged particle beam emitted from the charged particle beam generation device;
The charged particle beam is emitted from the charged particle beam generation device by irradiating the irradiation position of one spot set on the irradiation target with a constant excitation amount of the scanning electromagnet of the charged particle beam scanning device. The charged particle beam generator so as to emit the irradiated particle beam again from the charged particle beam generator, and to irradiate the charged particle beam generator. A control device for controlling the irradiation device,
The charged particle beam generator has a function of adjusting the current value of the emitted charged particle beam,
The charged particle beam irradiation characterized by the said control apparatus having a 1st control means which controls the said charged particle beam generator so that the electric current value of the charged particle beam radiate | emitted according to the target irradiation amount of each spot may be adjusted. system.
前記第1制御手段は、前記第1演算手段で決定した目標ビーム電流値を用いて前記荷電粒子ビーム発生装置から出射する荷電粒子ビームの電流値を調整することを特徴とする請求項1記載の荷電粒子ビーム照射システム。 The control device further includes first calculation means for determining a target beam current value according to a target irradiation amount of each spot,
The said 1st control means adjusts the electric current value of the charged particle beam radiate | emitted from the said charged particle beam generator using the target beam current value determined by the said 1st calculating means, The said 1st calculating means is characterized by the above-mentioned. Charged particle beam irradiation system.
前記第2制御手段は、前記照射量検出装置で計測された照射量を入力し、前記照射量が前記目標照射量より小さい設定照射量に達したときに前記荷電粒子ビーム発生装置に出射停止信号を出力して、前記荷電粒子ビームの出射を停止させるよう前記荷電粒子ビーム発生装置を制御す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 control device further includes an irradiation amount detection device that measures an irradiation amount of the charged particle beam irradiated to an irradiation position of each spot,
The second control means inputs an irradiation amount measured by the irradiation amount detection device, and outputs an emission stop signal to the charged particle beam generator when the irradiation amount reaches a set irradiation amount smaller than the target irradiation amount. The charged particle beam irradiation system according to claim 3, wherein the charged particle beam generator is controlled so as to stop the emission of the charged particle beam.
前記第1制御手段は、前記第1演算手段で決定した目標ビーム電流値を用いて前記荷電粒子ビーム発生装置から出射する荷電粒子ビームの電流値を調整し、
前記第2制御手段は、前記照射量検出装置で計測された照射量が前記第2演算手段で決定した設定照射量に達したときに前記荷電粒子ビーム発生装置に出射停止信号を出力することを特徴とする請求項4記載の荷電粒子ビーム照射システム。 The control device further includes first calculation means for determining a target beam current value according to the target irradiation amount of each spot, and second calculation means for determining the set irradiation amount according to the target beam current value. Have
The first control means adjusts the current value of the charged particle beam emitted from the charged particle beam generator using the target beam current value determined by the first calculation means,
The second control unit outputs an extraction stop signal to the charged particle beam generator when the irradiation amount measured by the irradiation amount detection device reaches a set irradiation amount determined by the second calculation unit. The charged particle beam irradiation system according to claim 4.
前記第2演算手段は、前記目標ビーム電流値を前記関係に参照して前記遅延照射量を決定することを特徴とする請求項8に記載の荷電粒子ビーム照射システム。 The control device further includes a storage device that stores a relationship between a current value of the charged particle beam and a delayed irradiation amount irradiated after the output of the extraction stop signal.
The charged particle beam irradiation system according to claim 8, wherein the second calculation unit determines the delayed irradiation amount with reference to the target beam current value in the relationship.
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