JP2011212418A - Corpuscular beam irradiation instrument and corpuscular beam therapeutic instrument - Google Patents

Corpuscular beam irradiation instrument and corpuscular beam therapeutic instrument Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a corpuscular beam therapeutic instrument which realizes accurate irradiation of beams in raster scanning and hybrid scanning by eliminating the influence of hysteresis of a scanning electromagnet.SOLUTION: The corpuscular beam irradiation instrument has a scanning power source 4 outputting exciting current of a scanning electromagnet 3, and an irradiation controller 5 controlling the scanning power source 4. The irradiation controller 5 has a scanning electromagnet command value learning generator 37 having a mathematic model 60 generating a command value of the exciting current, evaluating the result of a run-through as a series of irradiation actions by the command value of the exiting current output to the scanning power source 4, updating the mathematic model 60 on the basis of the result of evaluation, accumulating the experiences of the run-through and outputting the command value of the exiting current generated by the mathematic model 60 on the basis of the accumulated run-through experiences to the scanning power source 4.

Description

この発明は、医療用や研究用に用いられる粒子線治療装置に関し、ラスタースキャニングのような走査型の粒子線照射装置及び粒子線治療装置に関する。   The present invention relates to a particle beam therapy apparatus used for medical use and research, and more particularly to a scanning particle beam irradiation apparatus and a particle beam therapy apparatus such as raster scanning.

一般に粒子線治療装置は、荷電粒子ビームを発生するビーム発生装置と、ビーム発生装置につながれ、発生した荷電粒子ビームを加速する加速器と、加速器で設定されたエネルギーまで加速された後に出射される荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、ビーム輸送系の下流に設置され、荷電粒子ビームを照射対象に照射するための粒子線照射装置とを備える。粒子線照射装置には大きく、荷電粒子ビームを散乱体で散乱拡大し、拡大した荷電粒子ビームを照射対象の形状にあわせて照射野を形成するブロード照射方式と、照射対象の形状に合わせるように、細いペンシル状のビームを走査して照射野形成するスキャニング照射方式(スポットスキャニング、ラスタースキャニング等)とがある。   In general, a particle beam therapy system is connected to a beam generator for generating a charged particle beam, an accelerator for accelerating the generated charged particle beam, and a charge emitted after being accelerated to energy set by the accelerator. A beam transport system that transports a particle beam, and a particle beam irradiation device that is installed downstream of the beam transport system and that irradiates a target with a charged particle beam. The particle beam irradiation device is large, so that the charged particle beam is scattered and expanded by a scatterer, and the expanded charged particle beam is matched to the shape of the irradiation target to form an irradiation field, and to match the shape of the irradiation target There are scanning irradiation methods (spot scanning, raster scanning, etc.) in which an irradiation field is formed by scanning a thin pencil beam.

スポットスキャニングは、簡単に言えば、点描画のように粒子線ビームを小さなスポット状に照射し、照射野を形成する方法である。すなわち、ビーム供給(点を打つ)、ビーム停止、移動、を繰り返す。照射する線量をスポット位置ごとに変えられる自由度の高い照射方法であり、近年非常に注目をあびている。   In simple terms, spot scanning is a method of forming an irradiation field by irradiating a particle beam in a small spot shape like point drawing. That is, beam supply (spotting), beam stop, and movement are repeated. This is an irradiation method with a high degree of freedom in which the irradiation dose can be changed for each spot position, and has attracted much attention in recent years.

ラスタースキャニングは、簡単に言えば、一筆書きのように粒子線ビームを照射し続け、照射野を形成する方法である。すなわち、ビームを照射し続けながら、目標線量が一定な領域を等速で移動させる方法である。ビームの供給/停止を頻繁に繰り返さなくてよいので、治療時間が短くてすむメリットがある。   In short, raster scanning is a method of forming an irradiation field by continuously irradiating a particle beam as in a single stroke. That is, it is a method of moving a region where the target dose is constant at a constant speed while continuing to irradiate the beam. Since it is not necessary to repeatedly supply / stop the beam, there is an advantage that the treatment time can be shortened.

スポットスキャニングとラスタースキャニングの中間の照射方法も提案されている。ラスタースキャニングのようにビームは照射し続け、スポットスキャニングのようにビーム照射位置はスポット位置間を次々と移動していく。スポットスキャニングとラスタースキャニングの両方のメリットを取り入れようとしたものである。本明細書において、この中間の照射方法をハイブリッドスキャニングと呼ぶことにする。   An irradiation method intermediate between spot scanning and raster scanning has also been proposed. The beam continues to irradiate like raster scanning, and the beam irradiation position moves one after another between spot positions like spot scanning. It is intended to incorporate the advantages of both spot scanning and raster scanning. In this specification, this intermediate irradiation method will be referred to as hybrid scanning.

ブロード照射方式は、コリメータやボーラスを用いて患部形状に合う照射野を形成する。患部形状に合う照射野を形成し、正常組織への不要な照射を防いでおり、最も汎用的に用いられている、優れた照射方式である。しかし、患者ごとにボーラスを製作したり、患部に合わせてコリメータを変形させたりする必要がある。   In the broad irradiation method, an irradiation field that matches the shape of the affected area is formed using a collimator or a bolus. An irradiation field that matches the shape of the affected area is formed to prevent unnecessary irradiation of normal tissue. This is the most widely used irradiation method. However, it is necessary to manufacture a bolus for each patient or to deform the collimator according to the affected area.

一方、スキャニング照射方式は、コリメータやボーラスが不要といった自由度の高い照射方式である。しかし、患部以外の正常組織への照射を防ぐこれら部品を用いないため、ブロード照射方式以上に高いビーム照射位置精度が要求される。   On the other hand, the scanning irradiation method is a highly flexible irradiation method in which a collimator and a bolus are unnecessary. However, since these components that prevent irradiation of normal tissues other than the affected part are not used, higher beam irradiation position accuracy than that of the broad irradiation method is required.

粒子線治療装置において、照射位置や照射線量の精度を上げる様々な発明がなされている。特許文献1には、正確に患部を照射することができる粒子線治療装置を提供することを目的とし、以下の発明が開示されている。特許文献1の発明は、走査装置による荷電粒子ビームの走査量とその際にビーム位置検出器により検出する荷電粒子ビームのビーム位置とを記憶装置に記憶し、この記憶された走査量及びビーム位置を用い、制御装置により治療計画情報に基づくビーム位置に応じて走査装置の走査量を設定する。実際に照射して得られた走査量とビーム位置との関係が記憶装置に記憶されているため、正確に患部を照射することが期待できるものである。   In the particle beam therapy system, various inventions for increasing the accuracy of the irradiation position and the irradiation dose have been made. Patent Document 1 discloses the following invention for the purpose of providing a particle beam therapy apparatus capable of accurately irradiating an affected area. In the invention of Patent Document 1, the scanning amount of the charged particle beam by the scanning device and the beam position of the charged particle beam detected by the beam position detector at that time are stored in a storage device, and the stored scanning amount and beam position are stored. The scanning amount of the scanning device is set according to the beam position based on the treatment plan information by the control device. Since the relationship between the scanning amount obtained by actual irradiation and the beam position is stored in the storage device, it can be expected that the affected area is irradiated accurately.

特許文献2には、高い安全性を確保し、高精度で荷電粒子ビームを照射できる粒子治療装置を提供することを目的とし、以下の発明が開示されている。特許文献2の発明は、荷電粒子ビーム発生装置から出射された荷電粒子ビームを、ビーム進行方向と垂直な照射面上に走査する走査電磁石に供給し、この走査電磁石を通過した荷電粒子ビームの照射面上における位置及び線量に基づいて、荷電粒子ビーム発生装置からの荷電粒子ビームの出射量を制御する。具体的には、照射面上で分割して形成される複数の領域のうち、目標線量に達した領域への荷電粒子ビームの供給を停止し、目標線量に達していない他の領域に荷電粒子ビームを供給する。このように、各領域における照射線量を目標線量と比較し、荷電粒子ビームの出射量をON/OFF制御(供給/停止)することによって、高い安全性を期待するものである。   Patent Document 2 discloses the following invention for the purpose of providing a particle therapy apparatus that ensures high safety and can irradiate a charged particle beam with high accuracy. The invention of Patent Document 2 supplies a charged particle beam emitted from a charged particle beam generator to a scanning electromagnet that scans an irradiation surface perpendicular to the beam traveling direction, and irradiates the charged particle beam that has passed through the scanning electromagnet. Based on the position on the surface and the dose, the emission amount of the charged particle beam from the charged particle beam generator is controlled. Specifically, among a plurality of regions formed by dividing on the irradiation surface, the supply of the charged particle beam to the region that has reached the target dose is stopped, and the charged particles are applied to other regions that have not reached the target dose. Supply the beam. In this way, high safety is expected by comparing the irradiation dose in each region with the target dose and performing ON / OFF control (supply / stop) of the emission amount of the charged particle beam.

特許文献3には、走査電磁石の電流と磁場との間にあるヒステリシス特性がビーム照射位置の精度を低下させる課題に対して、以下の発明が開示されている。特許文献3の発明は、照射計画に基づくビーム照射位置に対応して、ヒステリシスの影響を考慮しない走査電磁石の電流値を演算する第1の演算手段と、第1の演算手段で演算した走査電磁石の電流値を、ヒステリシスの影響を考慮して補正演算する第2の演算手段とを有し、照射制御装置は、第2の演算手段の演算結果に基づいて走査電磁石の電流を制御する。このように第2の演算手段にヒステリシスの影響を排除するように補正演算を実施することで、すなわち、第2の演算手段にヒステリシス特性を表す数学モデルを有することにより、演算によりビーム照射位置の精度の向上を期待するものである。   Patent Document 3 discloses the following invention with respect to the problem that the hysteresis characteristic between the current of the scanning electromagnet and the magnetic field reduces the accuracy of the beam irradiation position. The invention of Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 is a first calculator that calculates the current value of the scanning electromagnet that does not consider the influence of hysteresis corresponding to the beam irradiation position based on the irradiation plan, and the scanning electromagnet calculated by the first calculator. And a second calculation means for correcting the current value in consideration of the influence of hysteresis, and the irradiation control device controls the current of the scanning electromagnet based on the calculation result of the second calculation means. Thus, by performing the correction calculation so as to eliminate the influence of the hysteresis on the second calculation means, that is, by having a mathematical model representing the hysteresis characteristics in the second calculation means, the beam irradiation position can be calculated by calculation. The improvement of accuracy is expected.

特開2005−296162号公報JP 2005-296162 A 特開2008−272139号公報JP 2008-272139 A 特開2007−132902号公報JP 2007-132902 A

特許文献1に開示された発明においては、実際に照射をして得られた荷電粒子ビームの走査量とビーム位置との実データに基づいて変換テーブルを作成し、この変換テーブルを用いて走査電磁石の設定電流値を演算している。   In the invention disclosed in Patent Document 1, a conversion table is created based on actual data of the scanning amount and beam position of a charged particle beam obtained by actual irradiation, and a scanning electromagnet is created using this conversion table. The set current value is calculated.

しかしながら、実際には特許文献3に示されているように、走査電磁石の電流と磁場との間にはヒステリシス特性が存在し、電流値が増加しているときと、電流値が減少しているときとでは、異なった磁場となる。すなわち、ある瞬間における走査電磁石の電流値が分かったとしても、その情報からだけでは、磁場の正確な値を特定できない。したがって、特許文献1に開示されている発明では、電磁石のヒステリシスの影響により正確に患部を照射することができない問題点があった。   However, actually, as shown in Patent Document 3, there is a hysteresis characteristic between the current of the scanning electromagnet and the magnetic field, and the current value decreases when the current value increases. Sometimes it is a different magnetic field. That is, even if the current value of the scanning electromagnet at a certain moment is known, the exact value of the magnetic field cannot be specified only from the information. Therefore, the invention disclosed in Patent Document 1 has a problem that the affected area cannot be accurately irradiated due to the influence of hysteresis of the electromagnet.

特許文献2に開示された発明においては、定義した各領域における照射線量が目標線量となるよう、荷電粒子ビームの出射量をON/OFF制御(供給/停止)している。   In the invention disclosed in Patent Document 2, the emission amount of the charged particle beam is ON / OFF controlled (supplied / stopped) so that the irradiation dose in each defined region becomes the target dose.

しかしながら、特許文献2に開示された発明に記載された照射面上で分割して形成される複数の領域は、対応する走査電磁石の励磁電流の範囲によって定義される励磁電流空間内の領域(励磁領域)であり、実際の照射空間内の領域(照射領域)とは一致しない。走査電磁石のヒステリシスを考慮しなければ、この励磁領域と照射領域が正確に1対1に対応することはないからである。したがって、このように励磁領域単位で照射線量を管理して安全性を高めようとした装置や方法においても、走査電磁石のヒステリシスの影響を排
除しなければ、小領域で線量を管理する効果を発揮できない。すなわち、走査電磁石のヒステリシスによりビーム照射位置の精度が悪くなるという問題点があった。
However, a plurality of regions formed by being divided on the irradiation surface described in the invention disclosed in Patent Document 2 are regions (excitations) in an excitation current space defined by the excitation current range of the corresponding scanning electromagnet. Region) and does not match the region (irradiation region) in the actual irradiation space. This is because unless the hysteresis of the scanning electromagnet is taken into consideration, the excitation area and the irradiation area do not exactly correspond to each other. Therefore, even in devices and methods that attempt to increase the safety by managing the irradiation dose in units of excitation areas in this way, the effect of managing the dose in a small area is demonstrated unless the influence of the hysteresis of the scanning electromagnet is excluded. Can not. That is, there is a problem that the accuracy of the beam irradiation position is deteriorated due to hysteresis of the scanning electromagnet.

特許文献3に開示された発明においては、演算手段の内部にヒステリシスの数学的モデルを作り、演算によって走査電磁石の電流値を補正している。   In the invention disclosed in Patent Document 3, a mathematical model of hysteresis is created inside the calculation means, and the current value of the scanning electromagnet is corrected by calculation.

しかしながら、ヒステリシスを考慮していても、特許文献3の発明のような考慮の仕方では、まだいくつか問題点がある。第1の問題点は、ヒステリシス特性を演算的な手法を用いて高精度に補正することは、実際にはかなり難しいということである。例えば、電流と磁場とのヒステリシス特性を表す曲線は、入力(電流)の振幅だけではなく、入力(電流)を変化させる速度や、変化させるパターンによって様々な様態となる。この複雑なヒステリシス現象を演算的手法、すなわち数学的モデルで表すことは、多くの分野で長年いろいろと研究工夫がなされてきているが、やはり現実的には難しい。また、第2の問題点は、ビーム照射位置の検出方法にある。従来の多くは、この特許文献3に開示された発明のように、1台もしくは複数のビーム位置モニタのみによってビーム照射位置を検出しようとしている。ビーム位置モニタは、荷電粒子ビームが照射されて、はじめてビーム照射位置が分かるものである。したがって、ビームがターゲットからはずれて正常組織等を照射してしまったとき、単にビームを停止することしかできず、本来照射すべきだった正しい照射位置へビーム照射位置を制御するといったことができない問題点があった。   However, even if hysteresis is taken into account, there are still some problems with the method of consideration as in the invention of Patent Document 3. The first problem is that it is actually quite difficult to correct the hysteresis characteristic with high accuracy using an arithmetic method. For example, the curve representing the hysteresis characteristics between the current and the magnetic field has various modes depending on not only the amplitude of the input (current) but also the speed of changing the input (current) and the pattern to be changed. Representing this complex hysteresis phenomenon by an arithmetic method, that is, a mathematical model, has been devised for many years in many fields, but it is still difficult in practice. The second problem lies in the method for detecting the beam irradiation position. In many of the conventional techniques, as in the invention disclosed in Patent Document 3, the beam irradiation position is detected only by one or a plurality of beam position monitors. The beam position monitor knows the beam irradiation position only after the charged particle beam is irradiated. Therefore, when the beam deviates from the target and irradiates normal tissue etc., the beam can only be stopped, and the beam irradiation position cannot be controlled to the correct irradiation position that should have been originally irradiated. There was a point.

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、走査電磁石のヒステリシスの影響を排除し、ラスタースキャニングやハイブリッドスキャニングにおいて高精度なビーム照射を実現する粒子線照射装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and obtains a particle beam irradiation apparatus that eliminates the influence of hysteresis of a scanning electromagnet and realizes high-accuracy beam irradiation in raster scanning or hybrid scanning. With the goal.

走査電磁石の励磁電流を出力する走査電源と、走査電源を制御する照射制御装置とを備えた。照射制御装置は、励磁電流の指令値を生成する数学モデルを有し、走査電源に出力された励磁電流の指令値による一連の照射動作であるランスルーの結果を評価し、評価の結果に基づいて数学モデルを更新し、ランスルーの経験を蓄積し、蓄積されたランスルーの経験に基づいて数学モデルが生成する励磁電流の指令値を走査電源に出力する走査電磁石指令値学習生成器を備えた。   A scanning power source that outputs an excitation current of the scanning electromagnet and an irradiation control device that controls the scanning power source are provided. The irradiation control device has a mathematical model for generating a command value of the excitation current, evaluates the result of the run-through that is a series of irradiation operations by the command value of the excitation current output to the scanning power supply, and based on the result of the evaluation A scanning electromagnet command value learning generator is provided that updates the mathematical model, accumulates the experience of run-through, and outputs the command value of the excitation current generated by the mathematical model based on the accumulated experience of run-through to the scanning power supply.

この発明に係る粒子線照射装置は、ランスルーの結果を評価し、ランスルーの経験を蓄積し、蓄積されたランスルーの経験に基づいて数学モデルが生成する励磁電流の指令値をを走査電源に出力するので、走査電磁石のヒステリシスの影響を排除し、ラスタースキャニングやハイブリッドスキャニングにおいて高精度なビーム照射を実現することができる。   The particle beam irradiation apparatus according to the present invention evaluates the run-through result, accumulates the experience of run-through, and outputs the command value of the excitation current generated by the mathematical model based on the accumulated experience of the run-through to the scanning power supply. Therefore, it is possible to eliminate the influence of the hysteresis of the scanning electromagnet and realize high-accuracy beam irradiation in raster scanning or hybrid scanning.

この発明の実施の形態1における粒子線治療装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the particle beam therapy system in Embodiment 1 of this invention. 図1の照射制御装置の構成図である。It is a block diagram of the irradiation control apparatus of FIG. 図1の他の照射制御装置の構成図である。It is a block diagram of the other irradiation control apparatus of FIG. 磁場空間で定義した複数領域を示す図ある。It is a figure which shows the several area | region defined in the magnetic field space. 学習照射の際の点数表の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the score table | surface in the case of learning irradiation. この発明の実施の形態2における照射制御装置の構成図である。It is a block diagram of the irradiation control apparatus in Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2における他の照射制御装置の構成図である。It is a block diagram of the other irradiation control apparatus in Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3における指令電流を生成する数学的モデルの例である。It is an example of the mathematical model which produces | generates the command electric current in Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態3における照射制御装置の構成図である。It is a block diagram of the irradiation control apparatus in Embodiment 3 of this invention.

実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1における粒子線治療装置の概略構成図である。粒子線治療装置は、ビーム発生装置51と、加速器52と、ビーム輸送装置53と、粒子線照射装置54と、治療計画装置55と、データサーバ56とを備える。なお、治療計画装置55を粒子線治療装置の構成部品とは考えず、独立して準備することも可能である。ビーム発生装置51は、イオン源で発生させた荷電粒子を加速して荷電粒子ビームを発生させる。加速器52は、ビーム発生装置51に接続され、発生した荷電粒子ビームを加速する。ビーム輸送装置53は、加速器52で設定されたエネルギーまで加速された後に出射される荷電粒子ビームを輸送する。粒子線照射装置54は、ビーム輸送系53の下流に設置され、荷電粒子ビームを照射対象15に照射する。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a particle beam therapy system according to Embodiment 1 of the present invention. The particle beam treatment apparatus includes a beam generation device 51, an accelerator 52, a beam transport device 53, a particle beam irradiation device 54, a treatment planning device 55, and a data server 56. The treatment planning device 55 is not considered as a component part of the particle beam treatment device, and can be prepared independently. The beam generator 51 generates charged particle beams by accelerating charged particles generated by an ion source. The accelerator 52 is connected to the beam generator 51 and accelerates the generated charged particle beam. The beam transport device 53 transports the charged particle beam emitted after being accelerated to the energy set by the accelerator 52. The particle beam irradiation device 54 is installed downstream of the beam transport system 53 and irradiates the irradiation target 15 with a charged particle beam.

治療計画装置55は、照射対象である患部15の3次元データに基づいて、照射条件などいくつかの治療の計画を立案し、粒子線治療をシミュレートすることができる。粒子線治療を行う医者が最終的に選択した治療計画は、ここで粒子線治療装置を駆動するためのコードに変換される。駆動するためのコードとは、例えばスポットスキャニングの場合であれば、照射層(レイヤー)Z(下添え字iはレイヤー番号)ごとのスポットの座標X,Y(下添え字jはスポット番号)及びそのスポットに照射する目標線量Dであり、また、ラスタースキャニング等の場合であれば、照射層(レイヤー)Zごとの照射軌道を、サンプリング周期ごとの照射位置X,Y(下添え字kはシーケンス番号)で表した時系列データ等である。ここで、スポットに照射する目標線量、としたのは、ブラッグピークの特性から、下層の照射の影響を上層が受けてしまうからであり、その箇所に必要な目標線量ではない。データサーバ56は、治療計画装置55で患者毎に生成した治療計画データ及び駆動するためのコードを記憶する。 The treatment planning device 55 can make several treatment plans such as irradiation conditions based on the three-dimensional data of the affected part 15 that is an irradiation target, and simulate particle beam treatment. The treatment plan finally selected by the doctor performing the particle beam therapy is converted into a code for driving the particle beam therapy apparatus. For example, in the case of spot scanning, the driving code is the coordinates X j and Y j of the spot for each irradiation layer (layer) Z i (subscript i is the layer number) (subscript j is a spot). Number) and the target dose D j to be irradiated to the spot, and in the case of raster scanning or the like, the irradiation trajectory for each irradiation layer (layer) Z i is expressed as the irradiation position X k , Y k for each sampling period. Time series data represented by (subscript k is a sequence number). Here, the target dose to be irradiated to the spot is because the upper layer is affected by the lower layer irradiation due to the characteristics of the Bragg peak, and is not the target dose necessary for the location. The data server 56 stores treatment plan data generated for each patient by the treatment plan device 55 and a code for driving.

粒子線照射装置54は、ビーム輸送装置53から入射された入射荷電粒子ビーム1aを輸送するビーム輸送ダクト2と、入射荷電粒子ビーム1aに垂直な方向であるX方向及びY方向に入射荷電粒子ビーム1aを走査する走査電磁石3a、3bと、走査電磁石3a、3bが発生させる磁場を検出する磁場センサ20a、20bと、磁場データ変換器21と、ビーム位置モニタ7と、位置データ変換器8と、線量モニタ11と、線量データ変換器12と、照射制御装置5と、走査電源4とを備える。磁場センサ20a、20bは例えばピックアップコイルを有する磁場センサである。なお、図1に示したように入射荷電粒子ビーム1aの進行方向はZ方向である。   The particle beam irradiation device 54 includes a beam transport duct 2 that transports the incident charged particle beam 1a incident from the beam transport device 53, and incident charged particle beams in the X direction and the Y direction that are perpendicular to the incident charged particle beam 1a. Scanning electromagnets 3a and 3b that scan 1a, magnetic field sensors 20a and 20b that detect magnetic fields generated by the scanning electromagnets 3a and 3b, a magnetic field data converter 21, a beam position monitor 7, and a position data converter 8, A dose monitor 11, a dose data converter 12, an irradiation control device 5, and a scanning power supply 4 are provided. The magnetic field sensors 20a and 20b are magnetic field sensors having a pickup coil, for example. As shown in FIG. 1, the traveling direction of the incident charged particle beam 1a is the Z direction.

走査電磁石3aは入射荷電粒子ビーム1aをX方向に走査するX方向走査電磁石であり、走査電磁石3bは入射荷電粒子ビーム1aをY方向に走査するY方向走査電磁石である。磁場センサ20aはX方向の磁場を検出するX方向磁場センサであり、磁場センサ20bはY方向の磁場を検出するY方向磁場センサである。磁場データ変換器21は磁場センサ20a、20bで検出した磁場を表すセンサの電気信号を、デジタルデータの測定磁場Bsに変換する。ビーム位置モニタ7は走査電磁石3a、3bで偏向された出射荷電粒子ビーム1bの通過位置を検出する。位置データ変換器8はビーム位置モニタ7で検出した通過位置を表すセンサの電気信号から、照射層(レイヤー)での照射位置を計算し、デジタルデータの測定位置座標Psを生成する。線量モニタ11は出射荷電粒子ビーム1bの線量を検出する。線量データ変換器12は、線量モニタ11で検出した線量を表すセンサの電気信号を、デジタルデータの測定線量Dsに変換する。   The scanning electromagnet 3a is an X-direction scanning electromagnet that scans the incident charged particle beam 1a in the X direction, and the scanning electromagnet 3b is a Y-direction scanning electromagnet that scans the incident charged particle beam 1a in the Y direction. The magnetic field sensor 20a is an X-direction magnetic field sensor that detects a magnetic field in the X direction, and the magnetic field sensor 20b is a Y-direction magnetic field sensor that detects a magnetic field in the Y direction. The magnetic field data converter 21 converts the electrical signal of the sensor representing the magnetic field detected by the magnetic field sensors 20a and 20b into a measured magnetic field Bs of digital data. The beam position monitor 7 detects the passing position of the outgoing charged particle beam 1b deflected by the scanning electromagnets 3a and 3b. The position data converter 8 calculates the irradiation position on the irradiation layer (layer) from the electrical signal of the sensor representing the passing position detected by the beam position monitor 7, and generates the measurement position coordinate Ps of the digital data. The dose monitor 11 detects the dose of the outgoing charged particle beam 1b. The dose data converter 12 converts the electrical signal of the sensor representing the dose detected by the dose monitor 11 into a measured dose Ds of digital data.

照射制御装置5は、走査電源4への励磁電流の指令値である指令電流Ix,Iyを出力し、各照射層(レイヤー)Zにおける照射位置を制御する。走査電源4は照射制御装置5から出力された指令電流Ix,Iyに基づいて、走査電磁石3a、3bへ実際
に駆動する励磁電流を出力する。
The irradiation control device 5 outputs command currents Ix k and Iy k which are command values of excitation currents to the scanning power supply 4, and controls the irradiation position in each irradiation layer (layer) Z i . The scanning power supply 4 outputs an excitation current that is actually driven to the scanning electromagnets 3a and 3b based on the command currents Ix k and Iy k output from the irradiation control device 5.

図2は照射制御装置5の構成図である。照射制御装置5は、逆写像生成器30と、逆写像演算器22と、指令値出力器25と、指令評価器33と、指令更新器34と、走査電磁石指令値系列生成器35と、ビーム供給指令出力器26とを有する。走査電磁石指令値系列生成器35は指令値記憶装置36を有する。指令値出力器25と、指令評価器33と、指令更新器34と、走査電磁石指令値系列生成器35は、走査電磁石指令値学習生成器37を構成する。走査電磁石指令値学習生成器37は、走査電源4に出力された指令電流I=(Ix,Iy)による一連の照射動作であるランスルーの結果を評価し、評価の結果が所定の条件を満たさない場合に指令電流I=(Ix,Iy)を更新してランスルーが実行され、評価の結果が所定の条件を満たした指令電流I=(Ix,Iy)を走査電源4に出力する。 FIG. 2 is a configuration diagram of the irradiation control device 5. The irradiation control device 5 includes an inverse mapping generator 30, an inverse mapping calculator 22, a command value output unit 25, a command evaluator 33, a command updater 34, a scanning electromagnet command value series generator 35, a beam A supply command output unit 26. The scanning electromagnet command value series generator 35 has a command value storage device 36. The command value output unit 25, the command evaluator 33, the command updater 34, and the scanning electromagnet command value series generator 35 constitute a scanning electromagnet command value learning generator 37. The scanning electromagnet command value learning generator 37 evaluates the result of the run-through that is a series of irradiation operations by the command current I k = (Ix k , Iy k ) output to the scanning power supply 4, and the evaluation result is a predetermined condition. the command current if not satisfied I k = (Ix k, Iy k) is executed run through updates the evaluation of the command current result satisfies a predetermined condition I k = (Ix k, Iy k) scanning Output to power supply 4.

照射制御装置5の動作について説明する。粒子線治療装置の照射には、大きく分けるとキャリブレーション時の試し照射と、治療時の本照射とがある。一般的にキャリブレーション時の試し照射は、いわゆる校正のための照射であり、患者のいない状態で、校正が必要なときのみ行う。X方向走査電磁石3aへの制御入力(電流Ix)とY方向走査電磁石3bへの制御入力(電流Iy)をいろいろな値にふって試し照射を行い、そのときのビーム照射位置を測定する。実施の形態1におけるキャリブレーション時の試し照射は、従来と同様に行うが、スポットスキャニング的に荷電粒子ビームの供給及び停止を行い、試し照射時において、ビームの測定位置座標Ps(xs,ys)だけではなく、磁場センサ20a,20bにより測定磁場Bs(Bxs,Bys)をも測定する。試し照射をスポットスキャニング的に行うことで、ビームの測定位置座標Ps(xs,ys)を明確に測定することができる。このときの走査電磁石3の測定磁場Bs(Bxs,Bys)とビームの測定位置座標Ps(xs,ys)との関係は、逆写像生成器30によって生成された逆写像演算器22の数式モデルとして実現する。   The operation of the irradiation control device 5 will be described. The irradiation of the particle beam therapy system can be broadly divided into test irradiation during calibration and main irradiation during treatment. In general, test irradiation at the time of calibration is irradiation for so-called calibration, and is performed only when calibration is necessary without a patient. Test irradiation is performed with various values of the control input (current Ix) to the X direction scanning electromagnet 3a and the control input (current Iy) to the Y direction scanning electromagnet 3b, and the beam irradiation position at that time is measured. The trial irradiation at the time of calibration in the first embodiment is performed in the same manner as in the prior art, but the charged particle beam is supplied and stopped in a spot scanning manner, and at the time of the trial irradiation, the measurement position coordinates Ps (xs, ys) of the beam are measured. In addition, the magnetic field sensors 20a and 20b measure the measurement magnetic field Bs (Bxs, Bys). By performing the trial irradiation in a spot scanning manner, the measurement position coordinates Ps (xs, ys) of the beam can be clearly measured. The relationship between the measurement magnetic field Bs (Bxs, Bys) of the scanning electromagnet 3 and the beam measurement position coordinates Ps (xs, ys) at this time is a mathematical model of the inverse mapping calculator 22 generated by the inverse mapping generator 30. Realize.

あらかじめ、試し照射用に指令電流I=(Ix,Iy)(下添え字lは試し照射のスポット番号を表す)を用意する(ステップS001)。試し照射用の指令電流I=(Ix,Iy)は、照射されるスポットが、粒子線照射装置54の想定した照射範囲内で照射されるように用意する。指令値出力器25は、指令電流I=(Ix,Iy)を走査電源4に出力する(ステップS002)。走査電源4は、指令電流I=(Ix,Iy)に従って走査電磁石3を制御する(ステップS003)。 A command current I l = (Ix l , Iy l ) (subscript l represents the spot number of trial irradiation) is prepared in advance for trial irradiation (step S001). The command current I l = (Ix l , Iy l ) for trial irradiation is prepared so that the irradiated spot is irradiated within the irradiation range assumed by the particle beam irradiation apparatus 54. Command value output unit 25 outputs command current I 1 = (Ix 1 , Iy 1 ) to scanning power supply 4 (step S002). The scanning power supply 4 controls the scanning electromagnet 3 in accordance with the command current I 1 = (Ix 1 , Iy 1 ) (Step S003).

ビーム供給指令出力器26は、指令値出力器25と同期して、走査電磁石3a、3bの磁場が整定するに十分な整定時間を待って、ビーム発生装置51にビームの発生を指示するビーム供給指令Sstartを出力する。ビーム発生装置51は荷電粒子ビームの照射を開始する。試し照射に必要な照射時間Ton経過後、ビーム発生装置51にビームの停止を指示するビーム停止指令Sstopを出力し、ビーム発生装置51は荷電粒子ビームの照射を停止する。 The beam supply command output unit 26, in synchronization with the command value output unit 25, waits for a settling time sufficient for the magnetic fields of the scanning electromagnets 3a and 3b to settle, and then supplies the beam generation unit 51 with a beam supply command. The command S start is output. The beam generator 51 starts irradiation with a charged particle beam. After irradiation time T on course necessary for trial irradiation, and outputs the beam stop command S stop instructing to stop the beam on the beam generator 51, a beam generating device 51 stops the irradiation of the charged particle beam.

指令電流I=(Ix,Iy)により制御された走査電磁石3a、3bの磁場を、磁場センサ20a、20bにより測定する。試し照射のスポット毎に測定された測定磁場B=(Bx,By)は、磁場データ変換器21を介して逆写像生成器30に入力される。 The magnetic fields of the scanning electromagnets 3a and 3b controlled by the command current I 1 = (Ix 1 , Iy 1 ) are measured by the magnetic field sensors 20a and 20b. The measured magnetic field B 1 = (Bx 1 , By 1 ) measured for each trial irradiation spot is input to the inverse mapping generator 30 via the magnetic field data converter 21.

ビーム位置モニタ7により、スポット毎に走査電磁石3で走査された出射荷電粒子ビーム1bの照射位置座標P=(X,Y)を算出する。照射位置座標P=(X,Y)は、位置データ変換器8を介して逆写像生成期30に入力される。 The irradiation position coordinates P 1 = (X 1 , Y 1 ) of the outgoing charged particle beam 1 b scanned by the scanning electromagnet 3 for each spot are calculated by the beam position monitor 7. The irradiation position coordinates P 1 = (X 1 , Y 1 ) are input to the inverse mapping generation period 30 via the position data converter 8.

逆写像生成器30は、全スポットの測定磁場B=(Bx,By)及び照射位置座標P=(X,Y)を、内蔵された記憶装置であるメモリに記憶する(ステップS004)。 The inverse mapping generator 30 stores the measurement magnetic field B l = (Bx l , By l ) and irradiation position coordinates P l = (X l , Y l ) of all spots in a memory which is a built-in storage device ( Step S004).

逆写像生成器30は、記憶した測定磁場B=(Bx,By)及び照射位置座標P=(X,Y)に基づいて数式モデルを作成し、作成した数式モデルを逆写像演算器22に格納する(ステップS005)。 The inverse mapping generator 30 creates a mathematical model based on the stored measurement magnetic field B 1 = (Bx 1 , By 1 ) and irradiation position coordinates P 1 = (X 1 , Y 1 ), and reverses the created mathematical model. The data is stored in the mapping calculator 22 (step S005).

逆写像演算器22の数式モデルは、好適な一例として、多項式を用いて実現する。従来の変換テーブルとは異なり、逆写像演算器22としたことについて説明をする。走査電磁石3の仕様、走査電源4の仕様、及び照射ビームの仕様(照射エネルギー、入射ビーム位置など)が一定であるという仮定のもとでは、走査電磁石3の磁場B(Bx,By)が決まれば、ビームの照射位置座標P(x,y)が一意に決まるので、磁場Bとビームの照射位置座標Pとの関係に関する物理現象は2入力2出力の正写像と捉えることができる。   The mathematical model of the inverse mapping calculator 22 is realized using a polynomial as a preferred example. Unlike the conventional conversion table, the reverse mapping calculator 22 will be described. Under the assumption that the specifications of the scanning electromagnet 3, the specifications of the scanning power supply 4, and the irradiation beam specifications (irradiation energy, incident beam position, etc.) are constant, the magnetic field B (Bx, By) of the scanning electromagnet 3 is determined. For example, since the beam irradiation position coordinate P (x, y) is uniquely determined, a physical phenomenon related to the relationship between the magnetic field B and the beam irradiation position coordinate P can be regarded as a two-input two-output normal map.

しかし、治療における本照射の際は、ビームの目標照射位置座標Pobj=(Pxobj,Pyobj)が先に与えられて、そのビームの目標照射位置座標Pobj=(Pxobj,Pyobj)を実現するように走査電磁石3の磁場B(Bx,By)を制御しなければならない。つまり、治療における本照射ではビームの目標照射位置座標Pobj=(Pxobj,Pyobj)から、その目標照射位置座標Pobj=(Pxobj,Pyobj)を実現するように走査電磁石3の磁場B(Bx,By)の推定値Best=(▲Bx▼,▲By▼)を算出しなければならない(▲Bx▼及び▲By▼の説明は、数式(1)及び数式(2)参照)。このように、本照射では位置から磁場への、逆向きの写像が必要であることに注意する。したがって、磁場B(Bx,By)の推定値Bestを得るために逆写像演算器22が必要となる。 However, at the time of the main irradiation in the treatment, the target irradiation position coordinates P obj = (Px obj , Py obj ) of the beam are given first, and the target irradiation position coordinates P obj = (Px obj , Py obj ) of the beam. The magnetic field B (Bx, By) of the scanning electromagnet 3 must be controlled so as to realize the above. That is, in the main irradiation in the treatment, the magnetic field of the scanning electromagnet 3 is realized so as to realize the target irradiation position coordinate P obj = (Px obj , Py obj ) from the target irradiation position coordinate P obj = (Px obj , Py obj ) of the beam. Estimated value B est = (▲ Bx ▼, ▲ By ▼) of B (Bx, By) must be calculated (for the explanation of (Bx) and (By), see equations (1) and (2)) . Thus, it should be noted that this irradiation requires a reverse mapping from the position to the magnetic field. Therefore, the inverse mapping calculator 22 is required to obtain the estimated value B est of the magnetic field B (Bx, By).

逆写像演算器22の数式モデルを多項式にて実現する方法の概略を説明する。ここで多項式とは、数学で一般的に定義されている多項式(polynomial)であり、「定数及び不定元の和と積のみからなる式」などと定義されている。具体的には、例えば以下の数式に示すようなものである。   An outline of a method for realizing the mathematical model of the inverse mapping calculator 22 by a polynomial will be described. Here, the polynomial is a polynomial generally defined in mathematics, and is defined as “an expression consisting only of the sum and product of constants and indefinite elements”. Specifically, for example, it is as shown in the following mathematical formula.

Figure 2011212418
Figure 2011212418

Figure 2011212418
ここで、m00、m01、m02、m10、m11、m20、n00、n01、n02、n10、n11、n20は未知パラメータ定数である。また、Pxobj、Pyobjは多項式の不定元に相当する。また、数式(1)の左辺(Bの上に小⌒が付いたBx、これを▲Bx▼で示す。)はBxの推定値であり、数式(2)の左辺(Bの上に小⌒が付いたBy、これを▲By▼で示す。)はByの推定値であることを示す。磁場B(Bx,By)の推定値Bestは(▲Bx▼,▲By▼)である。
Figure 2011212418
Here, m 00, m 01, m 02, m 10, m 11, m 20, n 00, n 01, n 02, n 10, n 11, n 20 is an unknown parameter constant. Px obj and Py obj correspond to indefinite elements of the polynomial. The left side of equation (1) (Bx with a gavel on B, which is indicated by Bx) is the estimated value of Bx, and the left side of equation (2) (the gavel on B) "By", which is indicated by (By), indicates an estimated value of By. The estimated value B est of the magnetic field B (Bx, By) is (Bx, By).

多項式の未知パラメータ定数は、試し照射の測定磁場B=(Bx,By)及び照射位置座標P=(X,Y)に基づいて、最小二乗法などにより求める。 The unknown parameter constants of the polynomial are obtained by the least square method or the like based on the measurement magnetic field B 1 = (Bx 1 , By 1 ) and the irradiation position coordinates P 1 = (X 1 , Y 1 ) for trial irradiation.

目標照射位置座標Pobj=(Pxobj,Pyobj)を実現する磁場B=(Bx,By)の推定値Bestは、求めた未知パラメータ定数を代入した数式(1)、数式(2)により求める。 The estimated value B est of the magnetic field B = (Bx, By) that realizes the target irradiation position coordinates P obj = (Px obj , Py obj ) is obtained by Expressions (1) and (2) substituting the obtained unknown parameter constants. Ask.

従来技術においては、キャリブレーションの走査電磁石3への制御入力(指令電流I=(Ix,Iy))とビームの照射位置座標P=(X,Y)との関係を、変換テーブルとして作成し、走査電磁石指令値生成器6にこの変換テーブルを記憶しておく方式であった。 In the prior art, the relationship between the control input (command current I 1 = (Ix 1 , Iy 1 )) to the scanning electromagnet 3 for calibration and the irradiation position coordinates P 1 = (X 1 , Y 1 ) of the beam, It was a method of creating a conversion table and storing this conversion table in the scanning electromagnet command value generator 6.

すなわち、X方向走査電磁石3aへの制御入力(指令電流Ix)はビームの目標照射位置Pobjのx座標(Pxobj)から、Y方向走査電磁石3bへの制御入力(指令電流Iy)はビームの目標照射位置Pobjのy座標(Pyobj)から、それぞれ独立に求めていた。 That is, the control input (command current Ix l ) to the X-direction scanning electromagnet 3a is from the x coordinate (Px obj ) of the target irradiation position P obj of the beam, and the control input (command current Iy l ) to the Y-direction scanning electromagnet 3b is It was obtained independently from the y coordinate (Py obj ) of the target irradiation position P obj of the beam.

しかし、実際にはX方向走査電磁石3aへの制御入力(指令電流Ix)はビームの照射位置Pのx座標にもy座標にも、また、Y方向走査電磁石3bへの制御入力(指令電流Iy)もビーム照射位置Pのx座標にもy座標にも影響を与える、すなわち干渉項があるので、独立に求める変換テーブルによる手法では、照射位置精度は劣化する。 However, actually, the control input (command current Ix 1 ) to the X-direction scanning electromagnet 3a is the x-coordinate and y-coordinate of the beam irradiation position P, and the control input (command current to the Y-direction scanning electromagnet 3b). Iy l ) also affects both the x-coordinate and y-coordinate of the beam irradiation position P, that is, there is an interference term, so that the irradiation position accuracy deteriorates in the method using the conversion table obtained independently.

実施の形態1の粒子線照射装置54は、目標照射位置座標Pobj=(Pxobj,Pyobj)を実現する磁場B=(Bx,By)の推定値Bestを求めるにあたり、前記干渉項を考慮した数式モデルを逆写像演算器22に実現したので、従来とは異なり、出射荷電粒子ビーム1bの照射位置精度を向上させることができる。 The particle beam irradiation apparatus 54 according to the first embodiment obtains the interference term by calculating the estimated value B est of the magnetic field B = (Bx, By) for realizing the target irradiation position coordinate P obj = (Px obj , Py obj ). Since the mathematical model considered is realized in the inverse mapping calculator 22, unlike the conventional case, the irradiation position accuracy of the outgoing charged particle beam 1 b can be improved.

次に実施の形態1の粒子線治療装置における本照射について説明する。本照射は、ビーム照射位置及び線量の制御を最適化する学習照射と、患者の照射対象15にビームを照射する治療照射に分かれる。学習照射は以下の手順により行う。   Next, the main irradiation in the particle beam therapy system according to the first embodiment will be described. The main irradiation is divided into learning irradiation for optimizing control of the beam irradiation position and dose, and therapeutic irradiation for irradiating the irradiation target 15 of the patient with the beam. Learning irradiation is performed according to the following procedure.

或る照射対象15に対して、治療計画装置55で作成された治療計画のうち医者が最終的に選択したものが、粒子線治療装置を駆動するためのコードに変換され、照射制御装置5に送られる(ステップS101)。ここでは、学習照射及び治療照射はラスタースキャニングを想定し、駆動するためのコードが照射層(レイヤー)Z(下添え字iはレイヤー番号)ごとの照射軌道をサンプリング周期ごとの照射位置P(X,Y)(下添え字kはシーケンス番号)で表した時系列データであるとして説明する。 Of the treatment plans created by the treatment planning device 55 for a certain irradiation object 15, the one finally selected by the doctor is converted into a code for driving the particle beam treatment device, and the irradiation control device 5 Sent (step S101). Here, the learning irradiation and the treatment irradiation are assumed to be raster scanning, and the driving code is the irradiation trajectory for each irradiation layer (layer) Z i (subscript i is the layer number), and the irradiation position P k for each sampling period. In the following description, it is assumed that the time series data is represented by (X k , Y k ) (subscript k is a sequence number).

学習照射のための指令電流I=(Ix,Iy)(下添え字kはシーケンス番号)は後述する方法により作成する(ステップS102)。学習照射は、患者のいない状態で、学習照射のための指令電流I=(Ix,Iy)に従って、ランスルーを行う。 The command current I k = (Ix k , Iy k ) (the subscript k is a sequence number) for learning irradiation is created by the method described later (step S102). In the learning irradiation, the run-through is performed according to the command current I k = (Ix k , Iy k ) for the learning irradiation in a state where there is no patient.

学習照射のための指令電流I=(Ix,Iy)は、その候補としては、あるいは学習の初期値としては、極論すれば何でもよい。ここでは、従来技術による方法で求めたものを初期値とする。学習照射のための指令電流は、=(IxIy)(ただし、aは学習の回数であり、初期値の場合a=0とする。)と表し、学習により指令電流が更新されることを明記する。 The command current I k = (Ix k , Iy k ) for the learning irradiation may be anything as long as it is a candidate or an initial value of learning. Here, an initial value is obtained by a method according to the prior art. Command current for learning irradiation, a I k = (a Ix k, a Iy k) ( where, a is the number of learning, if the initial value a = 0 to.) Represents a, commanded by learning Specify that the current is updated.

また、走査電磁石指令値系列生成器35は、指令値記憶装置36に指令電流=(
IxIy)を記憶させる。指令電流=(IxIy)は、下添え字kがシーケンス番号を表す、サンプリング周期ごとの制御入力である。患者のいない状態で初期値の指令電流=(IxIy)のランスルーを行う(ステップS103)。
Further, the scanning electromagnet command value series generator 35 stores the command current a I k = (
a Ix k, and stores a Iy k). The command current a I k = ( a Ix k , a Iy k ) is a control input for each sampling period, where the subscript k represents the sequence number. Run-through of the initial command current 0 I k = ( 0 Ix k , 0 Iy k ) is performed in the absence of a patient (step S103).

粒子線治療装置の操作者の、学習照射開始指示により、信号生成器29が生成した本照射開始信号Stがビーム供給指令出力器26及び走査電磁石指令値系列生成器35に送られる。走査電磁石指令値系列生成器35は、学習0回目の指令電流=(IxIy)を、サンプリング周期毎に、シーケンス番号順に出力する。 The irradiation start signal St generated by the signal generator 29 is sent to the beam supply command output unit 26 and the scanning electromagnet command value series generator 35 in response to the learning irradiation start instruction from the operator of the particle beam therapy system. The scanning electromagnet command value series generator 35 outputs the command current 0 I k = ( 0 Ix k , 0 Iy k ) for the 0th learning in the order of the sequence number for each sampling period.

ビーム供給指令出力器26は、本照射開始信号Stを受けて、ビーム発生装置51にビームを発生するビーム供給指令Sstartを出力する。ビーム発生装置51は荷電粒子ビームの照射を開始する。 The beam supply command output unit 26 receives the main irradiation start signal St and outputs a beam supply command S start for generating a beam to the beam generator 51. The beam generator 51 starts irradiation with a charged particle beam.

ビーム位置モニタ7により出射荷電粒子ビーム1bの通過位置は検出され、位置データ変換器8により計算された測定位置座標Psであるは指令評価器33に入力される。指令評価器33は目標照射位置である照射位置P(X,Y)と測定位置座標Psである)を比較し、初期値の指令電流=(IxIy)のランスルーの採点を行う(ステップS104)。ランスルーの採点方法については後述する。 The passage position of the outgoing charged particle beam 1 b is detected by the beam position monitor 7, and a P k that is the measurement position coordinate Ps calculated by the position data converter 8 is input to the command evaluator 33. The command evaluator 33 compares the irradiation position P k (X k , Y k ), which is the target irradiation position, with a P k ( a X k , a Y k ), which is the measurement position coordinate Ps, and the initial command current 0 The run-through scoring of I k = ( 0 Ix k , 0 Iy k ) is performed (step S104). The run-through scoring method will be described later.

信号生成器29は、本照射が終了する時間に本照射終了信号Seを送信する。本照射が終了する時間とは、本照射が開始された時間からサンプリング周期×k(シーケンス総数)だけ経過した時間である。ビーム供給指令出力器26は、本照射終了信号Seを受けて、ビーム発生装置51にビームを停止するビーム停止指令Sstopを出力する。ビーム発生装置51はビーム停止指令Sstopを受けて、荷電粒子ビーム1aを停止する(ステップS105)。 The signal generator 29 transmits a main irradiation end signal Se at the time when the main irradiation ends. The time at which the main irradiation is completed is a time elapsed by sampling period × k (total number of sequences) from the time at which the main irradiation is started. The beam supply command output unit 26 receives the main irradiation end signal Se and outputs a beam stop command S stop to stop the beam to the beam generator 51. The beam generator 51 receives the beam stop command S stop and stops the charged particle beam 1a (step S105).

指令更新器34は、指令評価器33から出力された評価結果である採点結果に基づいて、学習a=0回目の指令電流=(IxIy)の一部のシーケンスを変更の対象に決定し、当該シーケンスを変更する(ステップS106)。例えば学習a=0回目の指令電流=(IxIy)の第3シーケンス=(IxIy)を、IxからIx+ΔIのように少し変更する。 Based on the scoring result that is the evaluation result output from the command evaluator 33, the command updater 34 is a partial sequence of the learning a = 0th command current a I k = ( a Ix k , a Iy k ). Is determined as a change target, and the sequence is changed (step S106). For example, learning a = 0-th command current 0 I k = (0 Ix k , 0 Iy k) third sequence 0 of I 3 = (0 Ix 3, 0 Iy 3), 0 from Ix 3 0 Ix 3 + [Delta] I of To change a little.

次に、患者のいない状態で、一部のシーケンスを少し変更した指令電流を用いて、再度、ランスルーを行う(ステップS107)。すなわち、ステップS103乃至ステップS105を第2のランスルーとして実行する。   Next, run-through is performed again using a command current in which a part of the sequence is slightly changed in the absence of a patient (step S107). That is, step S103 to step S105 are executed as the second run-through.

一部のシーケンスを少し変更したことによって、採点結果がJ点からJ+ΔJ点だけ変わったとする。すると、指令電流の第3のシーケンスIxは、ΔJ/ΔIの情報を用いて更新すればよいことがわかる。一般的な学習機能と同様に、ΔIが正の場合に採点結果が悪ければ、ΔIを負にする等の更新を行えばよい。この作業は、採点結果が影響を受けるすべてのシーケンスについて実行するとよい。この更新で、学習が1回(aをインクリメント(a+1)する)とカウントする。 It is assumed that the scoring result has changed from J point by J + ΔJ point by slightly changing a part of the sequence. Then, it can be seen that the third sequence 0 Ix 3 of the command current may be updated using information of ΔJ / ΔI. Similar to a general learning function, if ΔI is positive and the scoring result is bad, updating such as making ΔI negative may be performed. This work should be performed for all sequences whose scoring results are affected. With this update, learning is counted once (a is incremented (a + 1)).

指令更新器34は、更新した学習a=1回目の指令電流=(IxIy)を作成する(ステップS108)。第2回のランスルーが前回のランスルーよりも採点結果がよいことを確認し、学習を続ける。学習は、あらかじめ設定した条件(合格点等)を満たすまで繰り返す。最終的に学習が終了した指令電流=(IxIy)は、指令値記憶装置36に記憶する。また、学習の結果、直前のランスルーよりも採点
結果が悪くなった場合は、更新の速度(1回で更新する量)を少なくする、あるいは上記で説明したように指令電流を更新する等の工夫をする。
The command updater 34 creates the updated learning a = 1st command current a I k = ( a Ix k , a Iy k ) (step S108). Confirm that the second run-through scored better than the previous run-through, and continue learning. The learning is repeated until a preset condition (such as a passing score) is satisfied. The command current a I k = ( a Ix k , a Iy k ) that has finally been learned is stored in the command value storage device 36. In addition, if the scoring result is worse than the previous run-through as a result of learning, a device such as reducing the update speed (the amount to be updated at one time) or updating the command current as described above. do.

治療照射は以下の手順により行う。粒子線治療装置の操作者の治療照射開始指示により、本照射開始信号Stがビーム供給指令出力器26及び走査電磁石指令値系列生成器35に送られる。査電磁石指令値系列生成器35は、学習が終了した指令電流=(IxIy)を、サンプリング周期毎に、シーケンス番号順に出力する。 Treatment irradiation is performed according to the following procedure. A main irradiation start signal St is sent to the beam supply command output unit 26 and the scanning electromagnet command value series generator 35 in response to a therapeutic irradiation start instruction from the operator of the particle beam therapy system. The electromagnet command value series generator 35 outputs the command current a I k = ( a Ix k , a Iy k ) for which learning has been completed in order of sequence number for each sampling period.

ビーム供給指令出力器26は、本照射開始信号Stを受けて、ビーム発生装置51にビームを発生するビーム供給指令Sstartを出力する。ビーム発生装置51は荷電粒子ビームの照射を開始する(ステップS109)。 The beam supply command output unit 26 receives the main irradiation start signal St and outputs a beam supply command S start for generating a beam to the beam generator 51. The beam generator 51 starts irradiation with a charged particle beam (step S109).

信号生成器29は、本照射が終了する時間に本照射終了信号Seを送信する。本照射が終了する時間とは、本照射が開始された時間からサンプリング周期×k(シーケンス総数)だけ経過した時間である。ビーム供給指令出力器26は、本照射終了信号Seを受けて、ビーム発生装置51にビームを停止するビーム停止指令Sstopを出力する。ビーム発生装置51はビーム停止指令Sstopを受けて、荷電粒子ビーム1aを停止する(ステップS110)。 The signal generator 29 transmits a main irradiation end signal Se at the time when the main irradiation ends. The time at which the main irradiation is completed is a time elapsed by sampling period × k (total number of sequences) from the time at which the main irradiation is started. The beam supply command output unit 26 receives the main irradiation end signal Se and outputs a beam stop command S stop to stop the beam to the beam generator 51. The beam generator 51 receives the beam stop command S stop and stops the charged particle beam 1a (step S110).

次にランスルーの採点方法について説明する。最も直接的な採点方法(第1の採点方法)は、ラスタースキャニング用の駆動するためのコード、すなわち、照射層(レイヤー)Zごとの照射軌道を、サンプリング周期ごとの照射位置P(X,Y)(下添え字kはシーケンス番号)で表した時系列データと、実際にランスルーをしたときのサンプリング周期ごとの照射位置)(aは学習の回数)を比較して、以下の評価関数を考えることである。この評価関数の値が、所定の値になった場合(所定の条件を満たした場合)に学習を終了する。 Next, the run-through scoring method will be described. The most direct scoring method (first scoring method) is a code for driving for raster scanning, that is, an irradiation trajectory for each irradiation layer (layer) Z i and an irradiation position P k (X for each sampling period). k , Y k ) (subscript k is a sequence number) and irradiation positions a P k ( a X k , a Y k ) (a The number of times of learning) is compared and the following evaluation function is considered. Learning ends when the value of this evaluation function reaches a predetermined value (when a predetermined condition is satisfied).

Figure 2011212418
Figure 2011212418

また、ランスルーの採点は、照射線量に着目して、以下の方法(第2の採点方法)で行うこともできる。ランスルーの採点は、図4に示すように磁場空間内で定義した複数の小領域毎に、目標線量Diと測定線量Dsとを比較し、図5に示す点数表Tにしたがって採点を行う。ランスルーの評価は、例えば、磁場空間内で定義した複数の小領域毎の点数を加えたものを評価関数として定義し、この評価関数の点数により評価を行う。評価関数の点数が高くなったランスルーは点数が低いものより優れていると判定する。図4は磁場空間(Bx,By)で定義した磁場小領域Si,jを示す図であり、図5は学習照射の際の点数表Tの例を示す図である。なお、小領域に対応した目標線量Diは、治療計画装置により計算され与えられる。測定線量Dsは、ビーム位置モニタ7の測定結果と、荷電粒子ビーム1bが前記小領域を通過した時間等から求める。 The run-through scoring can also be performed by the following method (second scoring method), focusing on the irradiation dose. In the run-through scoring, the target dose Di and the measured dose Ds are compared for each of a plurality of small regions defined in the magnetic field space as shown in FIG. 4, and the scoring is performed according to the score table T shown in FIG. For the evaluation of run-through, for example, an evaluation function is defined by adding a score for each of a plurality of small regions defined in the magnetic field space, and the evaluation is performed based on the score of the evaluation function. It is determined that the run-through in which the score of the evaluation function is higher is superior to that in which the score is lower. FIG. 4 is a diagram showing a magnetic field small region Si, j defined in the magnetic field space (Bx, By), and FIG. 5 is a diagram showing an example of a score table T at the time of learning irradiation. The target dose Di corresponding to the small area is calculated and given by the treatment planning apparatus. The measurement dose Ds is obtained from the measurement result of the beam position monitor 7, the time when the charged particle beam 1b passes through the small area, and the like.

なお、ランスルーの第2の採点方法においては、図3に示すように、指令評価器33に入力される信号が異なる。これに伴いステップS104も異なる。図3はランスルーの第2の採点方法を採用した照射制御装置の構成図である。照射制御装置5bの走査電磁石指令値学習生成器37bの指令評価器33bには目標線量Di及び測定線量Ds()が入力される。ステップS104において、線量モニタ11により線量が検出され、線量
データ変換器12により変換された測定線量Dsは指令評価器33bに入力される。指令評価器33bは目標線量Diと測定線量Dsを比較し、初期値の指令電流=(IxIy)のランスルーの採点を行う。
In the second run-through scoring method, the signals input to the command evaluator 33 are different as shown in FIG. Accordingly, step S104 is also different. FIG. 3 is a configuration diagram of an irradiation control apparatus that employs the second run-through scoring method. The target dose Di and the measured dose Ds ( a D k ) are input to the command evaluator 33b of the scanning electromagnet command value learning generator 37b of the irradiation controller 5b. In step S104, the dose is detected by the dose monitor 11, and the measured dose Ds converted by the dose data converter 12 is input to the command evaluator 33b. The command evaluator 33b compares the target dose Di and the measured dose Ds, and performs a run-through scoring of the initial command current 0 I k = ( 0 Ix k , 0 Iy k ).

図4において、表の左列の(B,B)は、磁場BのX成分BxがB≦Bx<Bの関係を満たすことを簡略して示したものであり、同様に(Bm−1,B)は、BxがBm−1≦Bx<Bの関係を満たすことを簡略して示したものである。表の上段の(B,B)は、磁場BのY成分ByがB≦By<Bの関係を満たすことを簡略して示したものであり、同様に(Bm−1,B)は、ByがBm−1≦By<Bの関係を満たすことを簡略して示したものである。領域S0,0はB≦Bx<B及びB≦By<Bの関係を満たす領域であり、領域Sm−1,m−1はBm−1≦Bx<B及びBm−1≦By<Bの関係を満たす領域である。 In FIG. 4, (B 0 , B 1 ) in the left column of the table simply shows that the X component Bx of the magnetic field B satisfies the relationship of B 0 ≦ Bx <B 1. B m−1 , B m ) simply shows that Bx satisfies the relationship B m−1 ≦ Bx <B m . (B 0 , B 1 ) in the upper part of the table simply shows that the Y component By of the magnetic field B satisfies the relationship of B 0 ≦ By <B 1. Similarly, (B m−1 , B m ) simply shows that By satisfies the relationship B m−1 ≦ By <B m . The region S 0,0 is a region satisfying the relationship of B 0 ≦ Bx <B 1 and B 0 ≦ By <B 1 , and the region S m−1, m−1 is B m−1 ≦ Bx <B m and B This is a region satisfying the relationship of m−1 ≦ By <B m .

ランスルーの採点は、粒子線照射装置54の照射可能範囲に対応する磁場空間の全領域で行う。これにより患者の照射対象15は目標線量Diで管理され、照射対象15ではない正常組織相当箇所は線量が零で管理されるので、照射対象15及び非照射対象の荷電粒子ビームの線量管理を精度良く行うことができる。   The run-through scoring is performed in the entire magnetic field space corresponding to the irradiable range of the particle beam irradiation device 54. As a result, the irradiation target 15 of the patient is managed with the target dose Di, and the dose corresponding to the normal tissue that is not the irradiation target 15 is managed with zero dose. Therefore, the dose management of the charged particle beam of the irradiation target 15 and the non-irradiation target is accurate. Can be done well.

走査電磁石3の磁場が決まれば、荷電粒子ビームの照射位置は唯一に決まる。言い換えれば、走査電磁石3の磁場と、荷電粒子ビームの照射位置は1対1の関係にある。したがって、従来技術の指令値電流空間で定義された領域のような走査電磁石のヒステリシスの影響を受けることがない。また、キャリブレーションのときに荷電粒子ビームを照射して得られた磁場センサ20による磁場とビーム位置モニタ7によるビーム位置との関係は、キャリブレーションのときと同様に荷電粒子を走査する場合の本照射の際の磁場とビーム位置との関係とは、極めてよく一致する。実照射空間は、荷電粒子ビームの出射位置、ビーム位置モニタ7における通過位置、粒子線照射装置54と照射対象15との位置関係により求めることができるので、実照射空間の領域は磁場空間で定義された領域と写像関係を有し、本照射の際にもこの写像関係はほとんど変わらない。したがって、ランスルーの採点を磁場空間内で定義した複数の磁場小領域Si,j毎に行い、この磁場小領域Si,j毎に荷電粒子ビームの線量管理を行うので、照射対象15における実照射空間での線量管理を精度よく行うことができる。 If the magnetic field of the scanning electromagnet 3 is determined, the irradiation position of the charged particle beam is uniquely determined. In other words, the magnetic field of the scanning electromagnet 3 and the irradiation position of the charged particle beam are in a one-to-one relationship. Therefore, it is not affected by the hysteresis of the scanning electromagnet as in the region defined in the command value current space of the prior art. The relationship between the magnetic field by the magnetic field sensor 20 obtained by irradiating the charged particle beam at the time of calibration and the beam position by the beam position monitor 7 is the same as that in the case of scanning charged particles as in the calibration. The relationship between the magnetic field at the time of irradiation and the beam position agrees very well. Since the actual irradiation space can be obtained from the emission position of the charged particle beam, the passing position in the beam position monitor 7, and the positional relationship between the particle beam irradiation device 54 and the irradiation target 15, the area of the actual irradiation space is defined as a magnetic field space. This mapping relationship is almost the same even during the main irradiation. Therefore, the run-through scoring is performed for each of the plurality of small magnetic fields S i, j defined in the magnetic field space, and the dose management of the charged particle beam is performed for each of the small magnetic fields S i, j. Dose management in the irradiation space can be performed with high accuracy.

図5に示した学習照射の際の点数表Tは減点方式の例である。線量誤差deは領域測定線量Dssから目標線量Diを引いた差である。領域測定線量Dssは磁場空間(Bx,By)で定義した磁場小領域Si,jの実照射線量であり、磁場センサ20で測定した測定磁場Bsと、線量モニタ11で測定した測定線量Dsにより作成する。Δdは線量誤差の幅であり、許容範囲である所定の値に設定される。測定線量Dsが目標線量Diを超過した場合における点数の変化率の絶対値は、測定線量Dsが目標線量Diに満たない場合における点数の変化率の絶対値よりも大きくしている。これにより測定線量Dsが目標線量Diを超過した場合の修正を迅速に的確に行うことができる。 The score table T at the time of learning irradiation shown in FIG. 5 is an example of a deduction method. The dose error de is a difference obtained by subtracting the target dose Di from the area measurement dose Dss. The area measurement dose Dss is the actual irradiation dose of the magnetic field small area S i, j defined in the magnetic field space (Bx, By), and is based on the measurement magnetic field Bs measured by the magnetic field sensor 20 and the measurement dose Ds measured by the dose monitor 11. create. Δd is a dose error width, and is set to a predetermined value which is an allowable range. The absolute value of the change rate of the score when the measured dose Ds exceeds the target dose Di is larger than the absolute value of the change rate of the score when the measured dose Ds is less than the target dose Di. As a result, correction when the measured dose Ds exceeds the target dose Di can be performed quickly and accurately.

実施の形態1の第1の採点方法を適用した粒子線照射装置54は、実際の照射位置を評価関数としているため、走査電磁石3への指令電流=(IxIy)を好適なものに学習することができる。また、実施の形態1の第2の採点方法を適用した粒子線照射装置54は、磁場空間(Bx,By)で定義した磁場小領域Si,j毎に目標線量Diと領域測定線量Dssから点数をつけ、この点数により評価関数を定義したことにより、走査電磁石3への指令電流=(IxIy)を好適なものに学習することができる。したがって、高精度で安全性の高い粒子線照射装置を提供することができる。 Since the particle beam irradiation apparatus 54 to which the first scoring method of the first embodiment is applied uses the actual irradiation position as an evaluation function, the command current to the scanning electromagnet 3 a I k = ( a Ix k , a Iy k ) Can be learned to a suitable one. Further, the particle beam irradiation apparatus 54 to which the second scoring method of the first embodiment is applied uses the target dose Di and the region measurement dose Dss for each small magnetic field region Si, j defined in the magnetic field space (Bx, By). By assigning a score and defining the evaluation function based on this score, the command current a I k = ( a Ix k , a Iy k ) to the scanning electromagnet 3 can be learned appropriately. Therefore, a highly accurate and highly safe particle beam irradiation apparatus can be provided.

粒子線照射装置54は、第1の採点方法で、走査電磁石3の電流と磁場との間に生じるヒステリシスの影響が反映された実際の照射位置を評価関数として走査電磁石3への指令電流=(IxIy)を好適なものに学習しているため、走査電磁石3の電流と磁場との間に生じるヒステリシスの影響を排除することができる。また、第2の採点方法で、粒子線照射装置54は、磁場空間(Bx,By)で定義した磁場小領域Si,j毎に荷電粒子ビームの線量管理を行うので、走査電磁石3の電流と磁場との間に生じるヒステリシスの影響を排除することができる。したがって走査電磁石のヒステリシスの影響を排除し、高精度なビーム照射を実現することができる。 In the first scoring method, the particle beam irradiation apparatus 54 uses the actual irradiation position reflecting the influence of hysteresis generated between the current of the scanning electromagnet 3 and the magnetic field as an evaluation function, and the command current a I to the scanning electromagnet 3. Since k = ( a Ix k , a Iy k ) is learned as a suitable one, the influence of hysteresis generated between the current of the scanning electromagnet 3 and the magnetic field can be eliminated. Further, in the second scoring method, the particle beam irradiation device 54 performs dose management of the charged particle beam for each magnetic field small region S i, j defined in the magnetic field space (Bx, By). It is possible to eliminate the influence of hysteresis occurring between the magnetic field and the magnetic field. Therefore, it is possible to eliminate the influence of the hysteresis of the scanning electromagnet and realize high-precision beam irradiation.

磁場センサ20は、ホール素子を有する磁場センサでも構わない。ホール素子を用いることで走査電磁石3により発生された磁場の絶対値を測定でき、ピックアップコイルで計測された電圧を積分等の演算を行う必要がなくなる。したがって磁場データ変換器21を簡略化、小型化することができる。   The magnetic field sensor 20 may be a magnetic field sensor having a Hall element. By using the Hall element, the absolute value of the magnetic field generated by the scanning electromagnet 3 can be measured, and it is not necessary to perform calculations such as integration of the voltage measured by the pickup coil. Therefore, the magnetic field data converter 21 can be simplified and downsized.

磁場センサ20として最も望ましいのは、ビックアップコイルとホール素子の両方を備えるものである。ホール素子の、磁場の絶対値が測定できるという利点と、ピックアップコイルの、磁場の変化分をヒステリシスがなく測定できるという利点との、両方を取り入れることができるからである。   The most desirable magnetic field sensor 20 includes both a big-up coil and a Hall element. This is because it is possible to incorporate both the advantage that the absolute value of the magnetic field of the Hall element can be measured and the advantage that the change amount of the magnetic field of the pickup coil can be measured without hysteresis.

従来の粒子線照射装置は、1台もしくは複数のビーム位置モニタのみによってビーム照射位置を検出して、測定位置座標により荷電粒子ビームのフィードバック制御をしていた。位置モニタなどの荷電粒子ビームを遮るものを多く配置することは、ビームが散乱拡大することにつながり、所望のビームスポット径が得られないといった問題点があった。   In the conventional particle beam irradiation apparatus, the beam irradiation position is detected only by one or a plurality of beam position monitors, and the feedback control of the charged particle beam is performed based on the measurement position coordinates. Disposing a large number of objects that block charged particle beams such as a position monitor leads to scattering and expansion of the beam, and there is a problem that a desired beam spot diameter cannot be obtained.

実施の形態1の粒子線照射装置54は、治療照射の際には走査電磁石指令値系列生成器35は学習が終了した指令電流=(IxIy)を、サンプリング周期毎に、シーケンス番号順に出力して荷電粒子ビームの照射位置及び照射線量の制御を行ったので、本照射の際にビーム位置モニタ7を図示しない移動装置により移動させ、出射荷電粒子ビーム1bがビーム位置モニタ7を通過しないようにしてもよい。このようにすることでビーム位置モニタ7によって出射荷電粒子ビーム1bが散乱し拡大されることを防止できる。これにより、ビームスポット径を小さくできる。したがって、小さなビーム径で照射する方がよい場合には、適したスポット径で治療を行うことができる。 In the particle beam irradiation apparatus 54 according to the first embodiment, the scanning electromagnet command value series generator 35 receives the command current a I k = ( a Ix k , a Iy k ) for which learning has been completed at the time of treatment irradiation. Each time, the irradiation position and irradiation dose of the charged particle beam are controlled by outputting them in the order of the sequence number. Therefore, during the main irradiation, the beam position monitor 7 is moved by a moving device (not shown), and the emitted charged particle beam 1b is the beam. The position monitor 7 may not be passed. By doing so, the outgoing charged particle beam 1b can be prevented from being scattered and expanded by the beam position monitor 7. Thereby, the beam spot diameter can be reduced. Therefore, when it is better to irradiate with a small beam diameter, treatment can be performed with an appropriate spot diameter.

また、指令値出力器25が、走査電磁石3の磁場B(Bx,By)の推定値Bestに基づいて指令電流I=(Ix,Iy)を生成し、これを初期値として実行したランスルーにより学習することもできる。 Further, the command value output unit 25 generates a command current I k = (Ix k , Iy k ) based on the estimated value B est of the magnetic field B (Bx, By) of the scanning electromagnet 3 and executes this as an initial value. You can also learn by running through.

なお、照射制御装置5に逆写像生成器30、逆写像演算器22を有する例で説明したが、逆写像生成器30、逆写像演算器22がない場合であっても、走査電磁石のヒステリシスの影響を排除し、ラスタースキャニングやハイブリッドスキャニングにおいて高精度なビーム照射を実現することができることは言うまでもない。   In addition, although the example which has the reverse mapping generator 30 and the reverse mapping calculator 22 in the irradiation control apparatus 5 was demonstrated, even if it is a case where the reverse mapping generator 30 and the reverse mapping calculator 22 are not provided, the hysteresis of the scanning electromagnet Needless to say, it is possible to eliminate the influence and realize high-accuracy beam irradiation in raster scanning or hybrid scanning.

以上のように実施の形態1の粒子線照射装置54によれば、走査電磁石3の励磁電流を出力する走査電源4と、走査電源4を制御する照射制御装置5とを備え、照射制御装置5は、走査電源4に出力された励磁電流の指令値Iによる一連の照射動作であるランスルーの結果を評価し、評価の結果が所定の条件を満たさない場合に励磁電流の指令値Iを更新してランスルーが実行され、評価の結果が所定の条件を満たした励磁電流の指令値Iを走査電源4に出力する走査電磁石指令値学習生成器37を有したので、走査電磁石指令値学習生成器37がランスルーの結果に基づいて、走査電源4への励磁電流の指令値Iを好適なものに学習でき、走査電磁石のヒステリシスの影響を排除し、ラスタースキャニングやハイブリッドスキャニングにおいて高精度なビーム照射を実現することができる。 As described above, according to the particle beam irradiation apparatus 54 of the first embodiment, the irradiation power control apparatus 5 includes the scanning power supply 4 that outputs the excitation current of the scanning electromagnet 3 and the irradiation control apparatus 5 that controls the scanning power supply 4. evaluates the results of the run-through a series of irradiation operation by the command value I k of the output excitation current to the scanning power source 4, the command value I k of the exciting current when the result of the evaluation does not satisfy a predetermined condition update run-through is performed, because the result of the evaluation had a command value scanning electromagnet command value learning generator 37 for outputting a I k to the scanning power source 4 of the exciting current satisfies a predetermined condition, the scanning electromagnet command value learning Based on the result of the run-through, the generator 37 can learn the command value I k of the excitation current to the scanning power supply 4 to a suitable value, eliminate the influence of the hysteresis of the scanning magnet, and perform raster scanning or hybrid scanning. High-accuracy beam irradiation can be realized in the ning.

実施の形態1の粒子線治療装置によれば、荷電粒子ビームを発生させるビーム発生装置51と、ビーム発生装置51で発生された荷電粒子ビームを加速する加速器52と、加速器52により加速された荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送装置53と、ビーム輸送装置53で輸送された荷電粒子ビームを走査電磁石3で走査して照射対象15に照射する粒子線照射装置54とを備え、粒子線照射装置54は、走査電磁石3の励磁電流を出力する走査電源4と、走査電源4を制御する照射制御装置5とを備え、照射制御装置5は、走査電源4に出力された励磁電流の指令値Iによる一連の照射動作であるランスルーの結果を評価し、評価の結果が所定の条件を満たさない場合に励磁電流の指令値Iを更新してランスルーが実行され、評価の結果が所定の条件を満たした励磁電流の指令値Iを走査電源4に出力する走査電磁石指令値学習生成器37を有したので、走査電磁石指令値学習生成器37がランスルーの結果に基づいて、走査電源4への励磁電流の指令値Iを好適なものに学習でき、走査電磁石のヒステリシスの影響が排除され、ラスタースキャニングやハイブリッドスキャニングにおいて高精度なビーム照射を使用して高精度な粒子線治療を実現することができる。 According to the particle beam therapy system of the first embodiment, a beam generator 51 that generates a charged particle beam, an accelerator 52 that accelerates a charged particle beam generated by the beam generator 51, and a charge that is accelerated by the accelerator 52. A beam transport device 53 that transports the particle beam, and a particle beam irradiation device 54 that scans the charged particle beam transported by the beam transport device 53 with the scanning electromagnet 3 and irradiates the irradiation target 15. Includes a scanning power supply 4 that outputs an excitation current of the scanning electromagnet 3 and an irradiation control device 5 that controls the scanning power supply 4. The irradiation control device 5 includes a command value I k of the excitation current output to the scanning power supply 4. a series of irradiation operation by evaluate the results of the run-through, run-through is the execution result of the evaluation is to update the command value I k of the exciting current If does not satisfy the predetermined condition, evaluation Since the result had the command value scanning electromagnet command value learning generator 37 for outputting a I k to the scanning power source 4 of the exciting current satisfies a predetermined condition, the scanning electromagnet command value learning generator 37 based on the result of the run-through Therefore, the command value I k of the excitation current to the scanning power source 4 can be learned to a suitable value, the influence of hysteresis of the scanning electromagnet is eliminated, and high-precision particles are used using high-precision beam irradiation in raster scanning and hybrid scanning. Line therapy can be realized.

実施の形態2.
実施の形態1では、本照射の学習照射において荷電粒子ビームの照射を行ったが、荷電粒子ビームの照射を行わずに学習し、指令電流I=(Ix,Iy)を最適化することができる。以下に説明する。実施の形態2の粒子線治療装置では、学習照射のランスルーの採点として2種類のランスルーの採点方法(第3の採点方法、第4の採点方法)を用いることができる。第3の採点方法は、ラスタースキャニング用の駆動するためのコード、すなわち、照射層(レイヤー)Zごとの照射軌道を、サンプリング周期ごとの照射位置P(X,Y)(下添え字kはシーケンス番号)に対応した磁場の推定値BestであるB=(Bx,By)で表した時系列データと、実際にランスルーをしたときのサンプリング周期ごとの測定磁場BxBy)(aは学習の回数)を比較して、以下の評価関数を考えることである。なお、磁場の推定値Bは逆写像演算器22で演算したものである。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the charged particle beam is irradiated in the learning irradiation of the main irradiation, but learning is performed without performing the charged particle beam irradiation, and the command current I k = (Ix k , Iy k ) is optimized. be able to. This will be described below. In the particle beam therapy system according to the second embodiment, two types of run-through scoring methods (third scoring method and fourth scoring method) can be used as the run-through scoring for learning irradiation. In the third scoring method, a driving code for raster scanning, that is, an irradiation trajectory for each irradiation layer (layer) Z i , an irradiation position P k (X k , Y k ) (subscript) for each sampling period. The letter k is an estimated value B est of the magnetic field corresponding to the sequence number (B k = (Bx k , By k )), and the measured magnetic field a B for each sampling period when actually running through. k (is a number of times of learning) (a Bx k, a by k) by comparing the, is to consider the following evaluation function. The magnetic field estimated value B k is calculated by the inverse mapping calculator 22.

Figure 2011212418
Figure 2011212418

第4の採点方法は、図5に示す点数表Tにしたがって採点を行う方法である。しかし、学習照射の際に荷電粒子ビームの照射が行われないので、線量誤差deは、実施の形態1とは異なり、領域線量計算値Dscから目標線量Diを引いた差とする。領域線量計算値Dscは磁場センサ20で測定した測定磁場BxBy)から、磁場空間(Bx,By)で定義した磁場小領域Si,j毎に出射荷電粒子ビーム1bが滞在する時間分で線量を積分して求める。 The fourth scoring method is a method of scoring according to the score table T shown in FIG. However, since charged particle beam irradiation is not performed during learning irradiation, the dose error de is different from the first embodiment by subtracting the target dose Di from the area dose calculation value Dsc. The area dose calculation value Dsc is derived from the measured magnetic field a B k ( a Bx k , a By k ) measured by the magnetic field sensor 20 for each of the output magnetic particles S i, j defined in the magnetic field space (Bx, By). The dose is integrated and determined by the time during which the beam 1b stays.

図6はこの発明の実施の形態2における照射制御装置の構成図であり、学習照射のランスルーの採点として第3の採点方法を採用したものである。実施の形態1の照射制御装置とは指令評価器33に入力される信号が異なる。照射制御装置5cの走査電磁石指令値学習生成器37cの指令評価器33cには磁場の推定値B=(Bx,By)及び測定磁場BxBy)が入力される。実施の形態2における照射制御装置5
cの動作について説明する。キャリブレーション時の試し照射は実施の形態1のステップS001乃至ステップS005と同様である。学習照射は、基本的に実施の形態1のステップS101乃至ステップS108と同様であるが、荷電粒子ビームの照射を行わないので、ステップS104が異なる。実施の形態1のステップS104の代わりにステップS201を実行する。
FIG. 6 is a block diagram of an irradiation control apparatus according to Embodiment 2 of the present invention, in which a third scoring method is employed as a scoring for learning irradiation run-through. The signal input to the command evaluator 33 is different from the irradiation control device of the first embodiment. The command evaluator 33c of the scanning electromagnet command value learning generator 37c of the irradiation control device 5c has an estimated magnetic field value B k = (Bx k , By k ) and a measured magnetic field a B k ( a Bx k , a By k ). Entered. Irradiation control device 5 in Embodiment 2
The operation of c will be described. Trial irradiation at the time of calibration is the same as steps S001 to S005 in the first embodiment. Learning irradiation is basically the same as step S101 to step S108 in the first embodiment, but step S104 is different because charged particle beam irradiation is not performed. Step S201 is executed instead of step S104 in the first embodiment.

指令電流I=(Ix,Iy)により制御された走査電磁石3a、3bが発生する磁場を、磁場センサ20a、20bにより測定する。磁場センサ20により測定され、磁場データ変換器21で変換された測定磁場BxBy)は指令評価器33cに入力される。指令評価器33cは、シーケンス番号毎に逆写像演算器22で演算された磁場の推定値B=(Bx,By)と測定磁場BxBy)を比較し、初期値の指令電流=(IxIy)のランスルーの採点を行う(ステップS201)。 Magnetic fields generated by the scanning electromagnets 3a and 3b controlled by the command current I k = (Ix k , Iy k ) are measured by the magnetic field sensors 20a and 20b. The measured magnetic field a B k ( a Bx k , a By k ) measured by the magnetic field sensor 20 and converted by the magnetic field data converter 21 is input to the command evaluator 33c. The command evaluator 33c compares the estimated magnetic field value B k = (Bx k , By k ) calculated by the inverse mapping calculator 22 for each sequence number with the measured magnetic field a B k ( a Bx k , a By k ). Then, the run-through scoring of the initial command current 0 I k = ( 0 Ix k , 0 Iy k ) is performed (step S201).

次に、学習照射のランスルーの採点として第4の採点方法を採用した場合の照射制御装置及び動作を説明する。図7はこの発明の実施の形態2における他の照射制御装置の構成図であり、学習照射のランスルーの採点として第4の採点方法を採用したものである。実施の形態1の照射制御装置とは指令評価器33に入力される信号が異なる。照射制御装置5dの走査電磁石指令値学習生成器37dの指令評価器33dには目標線量Di及び領域線量計算値Dscが入力される。実施の形態2における照射制御装置5dの動作について説明する。キャリブレーション時の試し照射は実施の形態1のステップS001乃至ステップS005と同様である。学習照射は、基本的に実施の形態1のステップS101乃至ステップS108と同様であるが、荷電粒子ビームの照射を行わないので、ステップS104が異なる。実施の形態1のステップS104の代わりにステップS202を実行する。   Next, the irradiation control device and operation when the fourth scoring method is employed as the learning irradiation run-through scoring will be described. FIG. 7 is a block diagram of another irradiation control apparatus according to Embodiment 2 of the present invention, in which a fourth scoring method is adopted as scoring for learning irradiation run-through. The signal input to the command evaluator 33 is different from the irradiation control device of the first embodiment. The target dose Di and the area dose calculation value Dsc are input to the command evaluator 33d of the scanning electromagnet command value learning generator 37d of the irradiation control device 5d. The operation of the irradiation control device 5d in the second embodiment will be described. Trial irradiation at the time of calibration is the same as steps S001 to S005 in the first embodiment. Learning irradiation is basically the same as step S101 to step S108 in the first embodiment, but step S104 is different because charged particle beam irradiation is not performed. Step S202 is executed instead of step S104 in the first embodiment.

指令電流I=(Ix,Iy)により制御される荷電粒子ビーム1が磁場小領域Si,j毎に滞在する時間分で積分され、領域線量計算値Dscが計算され、指令評価器33dに入力される。指令評価器33cは、目標線量Diと領域線量計算値Dscを比較し、初期値の指令電流=(IxIy)のランスルーの採点を行う(ステップS202)。 The charged particle beam 1 controlled by the command current I k = (Ix k , Iy k ) is integrated by the time spent in each magnetic field small region S i, j , and the region dose calculation value Dsc is calculated. 33d. The command evaluator 33c compares the target dose Di with the area dose calculated value Dsc, and performs run-through scoring of the initial command current 0 I k = ( 0 Ix k , 0 Iy k ) (step S202).

実施の形態2の第3の採点方法を適用した粒子線照射装置54は、測定磁場を評価関数としているため、荷電粒子ビームを照射しなくても走査電磁石3への指令電流=(IxIy)を好適なものに学習することができる。また、実施の形態2の第4の採点方法を適用した粒子線照射装置54は、磁場空間(Bx,By)で定義した磁場小領域Si,j毎に計算された領域線量計算値Dscと目標線量Diから点数をつけ、この点数により評価関数を定義したことにより、荷電粒子ビームを照射しなくても走査電磁石3への指令電流=(IxIy)を好適なものに学習することができる。したがって、高精度で安全性の高い粒子線照射装置を提供することができる。 Since the particle beam irradiation apparatus 54 to which the third scoring method of the second embodiment is applied uses the measurement magnetic field as an evaluation function, the command current a I k = (= a Ix k , a Iy k ) can be learned to a suitable one. In addition, the particle beam irradiation apparatus 54 to which the fourth scoring method of the second embodiment is applied has an area dose calculation value Dsc calculated for each magnetic field small area Si, j defined in the magnetic field space (Bx, By). By assigning a score from the target dose Di and defining an evaluation function based on this score, the command current a I k = ( a Ix k , a Iy k ) to the scanning electromagnet 3 is preferable without irradiation with a charged particle beam. You can learn something. Therefore, a highly accurate and highly safe particle beam irradiation apparatus can be provided.

粒子線照射装置54は、第3の採点方法で、測定磁場を評価関数として走査電磁石3への指令電流=(IxIy)を好適なものに学習しているため、走査電磁石3の電流と磁場との間に生じるヒステリシスの影響を排除することができる。また、第4の採点方法で、粒子線照射装置54は、磁場空間(Bx,By)で定義した磁場小領域Si,j毎に荷電粒子ビームの線量管理を行うので、走査電磁石3の電流と磁場との間に生じるヒステリシスの影響を排除することができる。したがって走査電磁石のヒステリシスの影響を排除し、高精度なビーム照射を実現することができる。 The particle beam irradiation device 54 learns the command current a I k = ( a Ix k , a Iy k ) to the scanning electromagnet 3 as a suitable one using the measurement magnetic field as an evaluation function in the third scoring method. The influence of the hysteresis generated between the current of the scanning electromagnet 3 and the magnetic field can be eliminated. Further, in the fourth scoring method, the particle beam irradiation device 54 performs dose management of the charged particle beam for each magnetic field small region S i, j defined in the magnetic field space (Bx, By). It is possible to eliminate the influence of hysteresis occurring between the magnetic field and the magnetic field. Therefore, it is possible to eliminate the influence of the hysteresis of the scanning electromagnet and realize high-precision beam irradiation.

また、学習照射のランスルーは荷電粒子ビームを照射しないで行うことができるので、
無用なエネルギー消費を抑えることができる。
In addition, since the run-through of learning irradiation can be performed without irradiating a charged particle beam,
Unnecessary energy consumption can be suppressed.

実施の形態3.
学習機能とは、「ひとつの課題に対して、より理想的な解に近づく機能」というふうに解釈することができる。実施の形態1及び2では、治療計画装置55で患者毎に生成したひとつの治療計画データに、いかに実際の照射を近づけるかという課題に対して、より理想的な照射を実現する指令電流I=(Ix,Iy)を生成する機能について説明した。
Embodiment 3 FIG.
The learning function can be interpreted as "a function that approaches a more ideal solution for one task". In the first and second embodiments, the command current I k that realizes more ideal irradiation with respect to the problem of how to make actual irradiation approach one treatment plan data generated for each patient by the treatment planning device 55. The function of generating = (Ix k , Iy k ) has been described.

制御工学におけるよりアドバンストな学習機能(或いはよりインテリジェントな学習機能)とは、「過去の経験の蓄積により、未来の未知な課題に対して、より理想的な解を導けるための機能」と解釈される。そこで、実施の形態3においては、実施の形態1や2で説明した学習機能をさらに応用し、よりアドバンストな学習機能を備えた粒子線照射装置及び粒子線治療装置について説明する。   A more advanced learning function (or more intelligent learning function) in control engineering is interpreted as “a function for deriving a more ideal solution for unknown future problems by accumulating past experience”. The Therefore, in the third embodiment, a particle beam irradiation apparatus and a particle beam therapy apparatus having a more advanced learning function by further applying the learning function described in the first and second embodiments will be described.

実施の形態1において、学習照射は、ランスルーの採点を行い、採点結果に基づいて、指令電流I自身をより最適なものへと更新していった。この方法は、ひとつの治療計画データに対して、より理想的な照射を実現する指令電流Iは生成できるが、ここでの経験は、他の治療計画データへは反映することができない。 In the first embodiment, the learning irradiation is run-through scoring, and the command current I k itself is updated to a more optimal one based on the scoring result. This method for one treatment planning data, although more command current I k to realize an ideal illumination can be generated, wherein the experience can not be reflected to other treatment planning data.

実施の形態3においては、学習照射は実施の形態1若しくは2と同様にランスルーの採点を行う。しかし、ランスルーの採点結果に基づいて、指令電流I=(Ix,Iy)自身を更新するのではなく、指令電流I=(Ix,Iy)を生成する数学的モデルを備えるようにし、その数学的モデルのパラメータをより最適なものへと更新するようにする。以下は、その詳細を説明したものである。 In the third embodiment, learning irradiation is scored for run-through as in the first or second embodiment. However, based on the run-through scoring result, a mathematical model for generating the command current I k = (Ix k , Iy k ) is provided instead of updating the command current I k = (Ix k , Iy k ) itself. The parameters of the mathematical model are updated to be more optimal. The details are described below.

図8は、実施の形態3における、前記指令電流I=(Ix,Iy)を生成する数学的モデルの例を表した図である。図8に基づいて、指令電流I=(Ix,Iy)を生成する仕組みを説明する。 FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a mathematical model for generating the command current I k = (Ix k , Iy k ) in the third embodiment. Based on FIG. 8, a mechanism for generating the command current I k = (Ix k , Iy k ) will be described.

単層の隠れ層をもつフィードフォワード型NN(ニューラルネットワーク、以下「NN」。)60は、前記指令電流I=(Ix,Iy)を生成する数学的モデルの一例である。入力層61は、NN60の入力部であり、本発明の実施の形態3では目標であるサンプリング周期ごとの照射位置P(X,Y)が該当する。入力層61aにXが入力され、入力層61bにYが入力される。出力層63は、NN60の出力部であり、本発明の実施の形態3では指令電流I=(Ix,Iy)が該当する。出力層63aにIxが出力され、出力層63bにIyが出力される。隠れ層62は、NN60の基底関数(活性化関数)であり、複数の隠れ層62a〜62nにより、入力層61a、61bからの入力信号に対して重みを与え、出力層63a、63bへと出力する。 A feedforward type NN (neural network, hereinafter referred to as “NN”) 60 having a single hidden layer is an example of a mathematical model for generating the command current I k = (Ix k , Iy k ). The input layer 61 is an input unit of the NN 60, and corresponds to the irradiation position P k (X k , Y k ) for each sampling period, which is a target in the third embodiment of the present invention. X k is input to the input layer 61a, Y k is input to the input layer 61b. The output layer 63 is an output unit of the NN 60, and the command current I k = (Ix k , Iy k ) corresponds to the third embodiment of the present invention. Ix k is output to the output layer 63a, and Iy k is output to the output layer 63b. The hidden layer 62 is a basis function (activation function) of the NN 60, and weights are given to input signals from the input layers 61a and 61b by the plurality of hidden layers 62a to 62n, and output to the output layers 63a and 63b. To do.

粒子線治療装置においては、走査電磁石3により荷電粒子ビーム1が偏向され、その照射位置が決定される。すなわち、走査電磁石3への一連の指令電流I=(Ix,Iy)が決まれば、ビームの照射位置座標P=(X,Y)が一意に決まるので、一連の指令電流I=(Ix,Iy)からビームの照射位置座標Pへの物理現象は、ヒステリシス特性というダイナミクスを有する2入力2出力のシステムと捉えることができる。NN60で実現しようとしているのは、まさにこのヒステリシス特性のダイナミクスを有する2入力2出力の逆システムを、数学的に実現しようとするものである。 In the particle beam therapy system, the charged particle beam 1 is deflected by the scanning electromagnet 3 and its irradiation position is determined. That is, if a series of command currents I k = (Ix k , Iy k ) to the scanning electromagnet 3 is determined, the beam irradiation position coordinates P = (X, Y) are uniquely determined, and thus a series of command currents I k = A physical phenomenon from (Ix k , Iy k ) to the irradiation position coordinate P of the beam can be regarded as a 2-input 2-output system having dynamics called hysteresis characteristics. What is going to be realized by NN60 is to mathematically realize a two-input two-output inverse system having the dynamics of this hysteresis characteristic.

実施の形態1及び2では、学習照射における更新は、指令電流I=(Ix,Iy)自身であった。それに対し、実施の形態3では、NN60の隠れ層62における重みを更新するようにした。図9にNN60を有する走査電磁石指令値系列生成器35bを備えた照射制御装置5(5e)を示す。照射制御装置5eは、実施の形態1の照射制御装置5aから、逆写像生成器30、逆写像演算器22、指令値出力器25、指令更新器34が削除され、走査電磁石指令値学習生成器37eにパラメータ更新器38を有し、走査電磁石指令値系列生成器35にNN60が搭載された例である。照射制御装置5eは、学習照射のランスルーの採点方法を第1の採点方法とした場合である。パラメータ更新器38は指令評価器33の評価結果が所定の条件になるようにNN60のパラメータである隠れ層62における重みを更新する。NN60を有する走査電磁石指令値系列生成器35bを備えた照射制御装置5は、学習照射のランスルーの採点方法を第2乃至4の採点方法とすることもできる。この場合は、図9の指令評価器33aに代えて、それぞれ指令評価器33b乃至33dにすればよい。なお、第3の採点方法の場合、照射制御装置5は逆写像生成器30、逆写像演算器22を備え、磁場の推定値Bを逆写像演算器22で演算したものとすればよい。 In the first and second embodiments, the update in the learning irradiation is the command current I k = (Ix k , Iy k ) itself. On the other hand, in the third embodiment, the weight in the hidden layer 62 of the NN 60 is updated. FIG. 9 shows an irradiation control device 5 (5e) provided with a scanning electromagnet command value series generator 35b having NN60. In the irradiation control device 5e, the inverse map generator 30, the inverse mapping calculator 22, the command value output unit 25, and the command updater 34 are deleted from the irradiation control device 5a of the first embodiment, and a scanning electromagnet command value learning generator is obtained. In this example, the parameter updater 38 is provided in 37e, and the NN 60 is mounted on the scanning electromagnet command value series generator 35. The irradiation control device 5e is a case where the scoring method for learning irradiation run-through is the first scoring method. The parameter updater 38 updates the weight in the hidden layer 62 that is a parameter of the NN 60 so that the evaluation result of the command evaluator 33 becomes a predetermined condition. The irradiation control device 5 provided with the scanning electromagnet command value series generator 35b having the NN 60 can use the second to fourth scoring methods as the learning irradiation run-through scoring methods. In this case, the command evaluators 33b to 33d may be used instead of the command evaluator 33a of FIG. In the case of the third scoring method, the irradiation control device 5 may include the inverse mapping generator 30 and the inverse mapping calculator 22, and the magnetic field estimation value B k may be calculated by the inverse mapping calculator 22.

以上のように構成することにより、本発明の実施の形態3による粒子線治療装置においては、過去に行った治療計画データに対する学習照射のランスルー(学習ランスルー)の経験が蓄積される。多くの学習ランスルーの経験が蓄積された場合は、あらたな治療計画データに対し、毎回学習ランスルーをする必要がなく、効率的に、走査電磁石のヒステリシスの影響を受け難い、高精度な照射を行う粒子線治療装置を得られる。   With the configuration as described above, in the particle beam therapy system according to Embodiment 3 of the present invention, experience of learning irradiation run-through (learning run-through) with respect to treatment plan data performed in the past is accumulated. When a lot of learning run-through experience is accumulated, it is not necessary to perform a learning run-through every time for new treatment plan data, and it is difficult to be affected by the hysteresis of the scanning magnet, and highly accurate irradiation is performed. A particle beam therapy system can be obtained.

なお、実施の形態1乃至3で説明した学習アルゴリズムは、ほんの一例であり、最急降下法、遺伝的アルゴリズムなど、他の技術分野で実施されている別のアルゴリズムを応用してもよい。   Note that the learning algorithms described in Embodiments 1 to 3 are only examples, and other algorithms implemented in other technical fields such as a steepest descent method and a genetic algorithm may be applied.

また、ランスルーの評価における評価関数は、ここで説明したものに限らず、他の評価関数を用いても構わない。数式(3)や数式(4)のシーケンス番号k毎に重み付けを付けてもよい。また磁場空間内で定義した複数の小領域毎に点数を付ける場合に、小領域毎の点数Sci,jに重み付けwi,jを行ったものを加えた評価関数でもよい。これらの場合は重要な位置や領域を精度よく最適化を行うことができる。 Further, the evaluation function in the run-through evaluation is not limited to that described here, and other evaluation functions may be used. Weighting may be applied to each sequence number k in Equation (3) and Equation (4). In addition, in the case of assigning points for each of a plurality of small regions defined in the magnetic field space, an evaluation function obtained by adding weights w i, j to the points Sci , j of each small region may be used. In these cases, important positions and regions can be optimized with high accuracy.

この発明に係る粒子線照射装置および粒子線治療装置は、医療用や研究用に用いられる粒子線治療装置に好適に適用できる。   The particle beam irradiation apparatus and the particle beam therapy apparatus according to the present invention can be suitably applied to a particle beam therapy apparatus used for medical use or research.

1 荷電粒子ビーム 1a 入射荷電粒子ビーム
1b 出射荷電粒子ビーム 3 走査電磁石
3a X方向走査電磁石 3b Y方向走査電磁石
4 走査電源 7 ビーム位置モニタ
11 線量モニタ 15 照射対象
20 磁場センサ 20a X方向電磁石用磁場センサ
20b Y方向電磁石用磁場センサ 22 逆写像演算器
33 指令評価器 34 指令更新器
35 走査電磁石指令値系列生成器 35a 走査電磁石指令値系列生成器
35b 走査電磁石指令値系列生成器 37 走査電磁石指令値学習生成器
37a 走査電磁石指令値学習生成器 37b 走査電磁石指令値学習生成器
37c 走査電磁石指令値学習生成器 37d 走査電磁石指令値学習生成器
37e 走査電磁石指令値学習生成器 38 パラメータ更新器
51 ビーム発生装置 52 加速器
53 ビーム輸送装置 54 粒子線照射装置
60 NN(ニューラルネットワーク) Ps 測定位置座標
照射位置 P 照射位置
Ds 測定線量 測定線量
Di 目標線量 Bs 測定磁場
測定磁場 Best 磁場の推定値
磁場の推定値 Dss 領域測定線量
Dsc 領域線量計算値 de 線量誤差
T 点数表 Si,j 磁場小領域
指令電流
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Charged particle beam 1a Incident charged particle beam 1b Outgoing charged particle beam 3 Scanning electromagnet 3a X direction scanning electromagnet 3b Y direction scanning electromagnet 4 Scanning power supply 7 Beam position monitor 11 Dose monitor 15 Irradiation target 20 Magnetic field sensor 20a X direction electromagnet magnetic field sensor 20b Magnetic field sensor for Y-direction electromagnet 22 Reverse mapping calculator 33 Command evaluator 34 Command updater 35 Scanning electromagnet command value series generator 35a Scanning electromagnet command value series generator 35b Scanning electromagnet command value series generator 37 Scanning electromagnet command value learning Generator 37a Scanning magnet command value learning generator 37b Scanning magnet command value learning generator 37c Scanning magnet command value learning generator 37d Scanning magnet command value learning generator 37e Scanning magnet command value learning generator 38 Parameter updater 51 Beam generator 52 Accelerator 53 Beam Transporter 5 Particle beam irradiation apparatus 60 NN (Neural Network) Ps measurement position coordinates
a P k irradiation position P k irradiation position Ds Measurement dose a D k Measurement dose Di Target dose Bs Measurement magnetic field
a B k measured magnetic field B Est magnetic field estimated value B k magnetic field estimated value Dss area measured dose Dsc area dose calculated value de dose error T score table S i, j magnetic field small area I k command current

Claims (7)

加速器により加速された荷電粒子ビームを走査するヒステリシスのある走査電磁石と、前記走査電磁石を駆動する励磁電流を出力する走査電源と、
前記走査電源を制御する照射制御装置とを備えた粒子線照射装置であって、
前記照射制御装置は、
前記励磁電流の指令値を生成する数学モデルを有し、前記走査電源に出力された前記励磁電流の指令値による一連の照射動作であるランスルーの結果を評価し、前記評価の結果に基づいて前記数学モデルを更新し、前記ランスルーの経験を蓄積し、蓄積された前記ランスルーの経験に基づいて前記数学モデルが生成する前記励磁電流の指令値を前記走査電源に出力する走査電磁石指令値学習生成器を備えたことを特徴とする粒子線照射装置。
A scanning electromagnet having hysteresis for scanning the charged particle beam accelerated by the accelerator; a scanning power source for outputting an excitation current for driving the scanning electromagnet;
A particle beam irradiation device comprising an irradiation control device for controlling the scanning power source,
The irradiation control device includes:
A mathematical model for generating a command value of the excitation current, and evaluating a run-through result that is a series of irradiation operations according to the command value of the excitation current output to the scanning power source, and based on the result of the evaluation A scanning electromagnet command value learning generator for updating the mathematical model, accumulating the run-through experience, and outputting the excitation current command value generated by the mathematical model based on the accumulated run-through experience to the scanning power supply A particle beam irradiation apparatus comprising:
前記走査電磁石指令値学習生成器は、
前記励磁電流の指令値を生成する前記数学モデルと、
前記走査電源に出力された前記励磁電流の指令値による一連の照射動作であるランスルーの結果を評価し、前記評価の結果に基づいて前記数学モデルを更新し、前記ランスルーの経験を蓄積する学習機能手段と、
前記学習機能手段により蓄積する最新の経験に基づいて前記数学モデルが生成する前記励磁電流の指令値を前記走査電源に出力する走査電磁石指令値系列生成器を備えたことを特徴とする請求項1記載の粒子線照射装置。
The scanning electromagnet command value learning generator is
The mathematical model for generating a command value of the excitation current;
A learning function that evaluates a result of run-through that is a series of irradiation operations based on a command value of the excitation current output to the scanning power supply, updates the mathematical model based on the result of the evaluation, and accumulates the experience of the run-through Means,
2. A scanning magnet command value series generator for outputting a command value of the excitation current generated by the mathematical model to the scanning power supply based on the latest experience accumulated by the learning function means. The particle beam irradiation apparatus described.
前記数学モデルは、前記荷電粒子ビームが照射される照射対象における目標照射位置座標に基づいて前記励磁電流の指令値を生成することを特徴とする請求項1または2に記載の粒子線照射装置。   The particle beam irradiation apparatus according to claim 1, wherein the mathematical model generates a command value of the excitation current based on a target irradiation position coordinate in an irradiation target irradiated with the charged particle beam. 記数学モデルは、前記走査電磁石のヒステリシス特性のダイナミックスを有する前記励磁電流の指令値から前記荷電粒子ビームの照射位置への写像を正写像とした場合の、逆写像であることを特徴とする請求項1または2に記載の粒子線照射装置。   The mathematical model is a reverse mapping when the mapping from the command value of the excitation current having the dynamics of the hysteresis characteristics of the scanning electromagnet to the irradiation position of the charged particle beam is a normal mapping. The particle beam irradiation apparatus according to claim 1 or 2. 前記数学モデルは、フィードフォワード型のニューラルネットワークであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の粒子線照射装置。   The particle beam irradiation apparatus according to claim 1, wherein the mathematical model is a feedforward neural network. 前記フィードフォワード型のニューラルネットワークは、単層の隠れ層を有することを特徴とする請求項5記載の粒子線照射装置。   6. The particle beam irradiation apparatus according to claim 5, wherein the feedforward neural network has a single hidden layer. 荷電粒子ビームを発生させるビーム発生装置と、前記ビーム発生装置で発生された前記荷電粒子ビームを加速する加速器と、前記加速器により加速された荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送装置と、前記ビーム輸送装置で輸送された荷電粒子ビームを走査電磁石で走査して照射対象に照射する粒子線照射装置とを備え、
前記粒子線照射装置は、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の粒子線照射装置であることを特徴とする粒子線治療装置。
A beam generator for generating a charged particle beam, an accelerator for accelerating the charged particle beam generated by the beam generator, a beam transport device for transporting a charged particle beam accelerated by the accelerator, and the beam transport device A charged particle beam transported by a scanning electromagnet and a particle beam irradiation device for irradiating an irradiation target,
The particle beam irradiation apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the particle beam irradiation apparatus is the particle beam irradiation apparatus.
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