JP2013094313A - Particle beam irradiation system and method for correcting charged particle beam - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a particle beam irradiation system capable of improving beam utilization efficiency without deteriorating the uniformity of irradiation dose.SOLUTION: The particle beam irradiation system has a synchrotron 13 for accelerating an ion beam 10 and emitting it, and an irradiation device 30 for irradiating a target with the ion beam 10 emitted from the synchrotron 13. The system causes the irradiation device 30 to execute a plurality of times of one-unit irradiation. The system includes: an accumulated beam charge quantity measuring means 15 for measuring the accumulated beam charge quantity (Qmeas) in the synchrotron 13; a target current setting means for setting a target beam current value (Ifb) to be emitted from the synchrotron 13 on the basis of the accumulated beam charge quantity (Qmeas) measured by the accumulated beam charge quantity measuring means 15; and an emitted beam current correction control means for controlling a beam current on the basis of the target value (Ifb) of the emitted beam current obtained by the target current setting means.

Description

本発明は、粒子線照射システム及び荷電粒子ビームの補正方法に係り、特に、陽子または重イオンなどの荷電粒子ビーム(イオンビーム)を患部に照射してがんを治療する粒子線治療装置に適応するのに好適な粒子線照射システム及び荷電粒子ビーム出射方法に関する。   The present invention relates to a particle beam irradiation system and a charged particle beam correction method, and more particularly to a particle beam therapy apparatus that irradiates a diseased site with a charged particle beam (ion beam) such as protons or heavy ions to treat cancer. The present invention relates to a particle beam irradiation system and a charged particle beam extraction method suitable for the above.

がんの放射線治療として、陽子や重イオン等のイオンビームを患者のがんの患部に照射して治療する粒子線治療が知られている。イオンビームの照射法として、特許文献1〜3、非特許文献1、2に開示されているような、均一走査照射法がある。   As radiotherapy for cancer, particle beam therapy is known in which an ion beam of protons, heavy ions, or the like is irradiated to a cancerous part of a patient for treatment. As an ion beam irradiation method, there is a uniform scanning irradiation method as disclosed in Patent Documents 1 to 3 and Non-Patent Documents 1 and 2.

特許第2596292号公報Japanese Patent No. 2596292 特開2009−28500号公報JP 2009-28500 A 特許第4158931号公報Japanese Patent No. 4158931 特開2010−238463号公報JP 2010-238463 A 特許第4691583号公報Japanese Patent No. 4691583

メディカル フィジックス 36巻8号(2009年8月)の第3560〜3567頁(MEDICAL PHYSICS VOLUME 36 NUMBER 8 (AUGUST 2009) P3560-3567)Medical Physics Vol.36 No.8 (August 2009), 3560-3567 (MEDICAL PHYSICS VOLUME 36 NUMBER 8 (AUGUST 2009) P3560-3567) レビュー オブ サイエンティフィック インスツルメンツ 64巻8号(1993年8月)の第2074〜2093頁(REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS VOLUME 64 NUMBER 8 (AUGUST 1993) P2074-2093)Review of Scientific Instruments Vol. 64 No. 8 (August 1993), 2074-2093 (REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS VOLUME 64 NUMBER 8 (AUGUST 1993) P2074-2093)

均一走査照射法では、照射線量の一様度を保つためには、所定の領域の一単位の照射の途中でビームを枯渇させないようにする必要がある。一方で、シンクロトロンに蓄積されるイオンビームの電荷量は一定ではなく、前段加速器から供給されるイオンビームの電流変動に応じて変動する。   In the uniform scanning irradiation method, in order to maintain the uniformity of the irradiation dose, it is necessary to prevent the beam from being depleted during the irradiation of one unit of a predetermined region. On the other hand, the charge amount of the ion beam accumulated in the synchrotron is not constant, and varies according to the current variation of the ion beam supplied from the pre-stage accelerator.

蓄積電荷量が一単位の照射分に満たない場合、そのまま照射すると途中でビームが枯渇してしまい、照射線量一様度が低下する。逆に一単位の照射分に満たない蓄積ビームを利用しなければ、ビーム利用効率の点で不利である。   If the amount of accumulated charge is less than one unit of irradiation, the beam will be depleted when irradiated as it is, and the uniformity of irradiation dose will be reduced. Conversely, unless an accumulated beam that is less than one unit of irradiation is used, it is disadvantageous in terms of beam utilization efficiency.

本発明の目的は、照射線量一様度を低下させずにビーム利用効率を高めることのできる粒子線照射システムを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a particle beam irradiation system capable of increasing the beam utilization efficiency without reducing the uniformity of irradiation dose.

イオンビームを加速して出射するシンクロトロンと、前記シンクロトロンから出射された前記イオンビームを照射する照射装置とを有し、前記照射装置から一単位の照射を複数回行う粒子線照射システムにおいて、前記シンクロトロン内の蓄積ビーム電荷量(Qmeas)を計測する蓄積ビーム電荷量計測手段と、前記蓄積ビーム電荷量計測手段で計測した蓄積ビーム電荷量(Qmeas)に基づき、前記シンクロトロンから出射する目標ビーム電流値(Ifb)を設定する目標電流設定手段と、前記目標電流設定手段より求められた出射ビーム電流の目標値(Ifb)に基づきビーム電流を制御する出射ビーム電流補正制御手段を備えることを特徴とする粒子線照射システム。   In a particle beam irradiation system that includes a synchrotron that accelerates and emits an ion beam and an irradiation device that irradiates the ion beam emitted from the synchrotron, and performs irradiation of one unit multiple times from the irradiation device. Accumulated beam charge amount measuring means for measuring the accumulated beam charge amount (Qmeas) in the synchrotron, and a target emitted from the synchrotron based on the accumulated beam charge amount (Qmeas) measured by the accumulated beam charge amount measuring means. Target current setting means for setting a beam current value (Ifb), and output beam current correction control means for controlling the beam current based on the target value (Ifb) of the output beam current obtained from the target current setting means. A featured particle beam irradiation system.

本発明によれば、照射線量一様度を低下させずにビーム利用効率を高めることのできる粒子線照射システムを提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the particle beam irradiation system which can improve beam utilization efficiency, without reducing irradiation dose uniformity can be provided.

本発明の実施例である粒子線照射システムの構成を示す。The structure of the particle beam irradiation system which is an Example of this invention is shown. 本発明の実施例であるシンクロトロンの運転サイクルにおける周回ビームのエネルギーの変化と蓄積ビーム電荷量の変化を示す。The change of the energy of an orbiting beam and the change of the amount of stored beam charges in the operation cycle of the synchrotron according to the embodiment of the present invention are shown. 本発明の実施例である照射装置の構成を示す。The structure of the irradiation apparatus which is an Example of this invention is shown. 本発明の実施例である均一走査照射法でのビームの走査経路を示す。2 shows a beam scanning path in a uniform scanning irradiation method according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例である照射制御開始前の制御準備フローを示す。The control preparation flow before the start of irradiation control which is the Example of this invention is shown. 本発明の実施例であるビーム照射制御時のフローを示す。The flow at the time of beam irradiation control which is the Example of this invention is shown. 本発明の実施例であるビーム照射制御フローによるビーム照射制御時の目標ビーム電流値とそれに伴う蓄積ビーム電荷量の時間変化を示す。FIG. 6 shows a target beam current value during beam irradiation control according to a beam irradiation control flow according to an embodiment of the present invention and a change over time in the amount of accumulated beam charge associated therewith. 本発明の実施例である出射ビーム電流に対するフィードバック制御システムの構成を示す。1 shows a configuration of a feedback control system for an outgoing beam current according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例である繰り上げ照射制御を追加したビームの照射制御フローを示す。The beam irradiation control flow which added the advance irradiation control which is the Example of this invention is shown. 本発明の実施例である繰り上げ照射制御を追加したビームの照射制御フローによるビーム照射制御時の目標ビーム電流値とそれに伴う蓄積ビーム電荷量の時間変化を示す。The target beam current value at the time of the beam irradiation control by the beam irradiation control flow to which the advance irradiation control according to the embodiment of the present invention is added and the time change of the accumulated beam charge amount associated therewith are shown.

粒子線治療に用いる粒子線照射装置は、イオンビーム発生装置、ビーム輸送系、及び照射装置を備える。イオンビーム発生装置は、周回軌道に沿って周回するイオンビームを所望のエネルギーまで加速させるシンクロトロンやサイクロトロンを有する。   A particle beam irradiation apparatus used for particle beam therapy includes an ion beam generator, a beam transport system, and an irradiation apparatus. The ion beam generator includes a synchrotron and a cyclotron that accelerates an ion beam that circulates along a circular orbit to a desired energy.

シンクロトロンは、周回軌道に沿って周回するイオンビームに高周波電圧を印加して目標のエネルギーまで加速する高周波加速装置(加速空胴)、周回しているイオンビームのベータトロン振動振幅を増大させる出射用高周波電極、及びイオンビームを周回軌道から取り出す出射用デフレクターを備える(例えば、特許文献1)。目標エネルギーまで加速されたイオンビームをシンクロトロンからビーム輸送系へ出射する際、出射用高周波電極に高周波磁場または高周波電場(以下、高周波信号と表記)を印加し、周回しているイオンビームの固有振動であるベータトロン振動振幅を増大させる。ベータトロン振動振幅が増大したイオンビームは、安定限界外に移動し、シンクロトロンからビーム輸送系へ出射され、照射装置に輸送される。   A synchrotron is a high-frequency accelerator (acceleration cavity) that accelerates to a target energy by applying a high-frequency voltage to an ion beam that circulates along a circular orbit, and an emission that increases the betatron oscillation amplitude of the circulating ion beam. A high-frequency electrode for extraction, and a deflector for extraction that extracts the ion beam from the orbit (see Patent Document 1). When an ion beam accelerated to the target energy is emitted from the synchrotron to the beam transport system, a high-frequency magnetic field or a high-frequency electric field (hereinafter referred to as a high-frequency signal) is applied to the extraction high-frequency electrode, and the characteristic of the circulating ion beam Increase the betatron oscillation amplitude, which is the oscillation. The ion beam having an increased betatron oscillation amplitude moves outside the stability limit, is emitted from the synchrotron to the beam transport system, and is transported to the irradiation device.

照射装置は、上記イオンビーム発生装置から導かれたイオンビームを、患者の体表面からの深さ及び患部形状に合わせて整形して、治療用ベッド上の患者の患部に照射する。照射法として均一走査照射法(非特許文献1の3561頁、図1)がある。   The irradiation device shapes the ion beam guided from the ion beam generator according to the depth from the patient's body surface and the shape of the affected part, and irradiates the affected part of the patient on the treatment bed. As an irradiation method, there is a uniform scanning irradiation method (page 3561 of Non-Patent Document 1, FIG. 1).

均一走査照射法は、走査電磁石でイオンビームを照射平面上に走査するため、二種類の散乱体で照射面全域にビームを広げる二重散乱体照射システムよりもエネルギー損失が少ないため、二重散乱体照射法よりもイオンビームの飛程が長くできる特徴がある。   The uniform scanning irradiation method scans the ion beam on the irradiation plane with a scanning electromagnet, so there is less energy loss than the double scatterer irradiation system that spreads the beam over the entire irradiation surface with two types of scatterers, so double scattering The ion beam has a longer range than the body irradiation method.

均一走査照射装置は、ビームを照射平面上に走査する二つの走査電磁石(水平走査電磁石、垂直走査電磁石)と、走査電磁石で走査されたイオンビームを患部の深さ方向厚みに合わせた吸収線量範囲(拡大ブラックピーク(Spread-Out Bragg Peak)以下、SOBPと表記)を形成するエネルギー吸収体と、患部形状に合わせて照射野を形成するボーラスとコリメータで構成される。均一走査照射装置では、SOBPを形成するエネルギー吸収体にリッジフィルタ(非特許文献2の2078頁、図31)を用いる。リッジフィルタはイオンビームが通過する領域の厚みが異なる楔型形状のエネルギー吸収体を平面上に複数個配置した構造体であり、リッジフィルタを通過したビームは、リッジフィルタの通過部の厚みに応じてエネルギーが減衰される。このエネルギーが減衰したイオンビームの重ね合わせにより、SOBPを形成する。   The uniform scanning irradiation device has two scanning electromagnets (horizontal scanning electromagnet and vertical scanning electromagnet) that scan the beam on the irradiation plane, and an absorbed dose range in which the ion beam scanned by the scanning magnet is matched to the depth of the affected area. It is composed of an energy absorber that forms an extended black peak (hereinafter referred to as SOBP), a bolus that forms an irradiation field in accordance with the shape of the affected part, and a collimator. In the uniform scanning irradiation apparatus, a ridge filter (page 2078 of Non-Patent Document 2, FIG. 31) is used as an energy absorber for forming SOBP. The ridge filter is a structure in which a plurality of wedge-shaped energy absorbers with different thicknesses in the region through which the ion beam passes are arranged on a plane. The beam that has passed through the ridge filter depends on the thickness of the passage part of the ridge filter. Energy is attenuated. The SOBP is formed by superimposing ion beams with attenuated energy.

均一走査照射法では、非特許文献2にも記載の通り、ビーム電流値を低く抑えた上でイオンビームを照射平面上で多数回の繰り返し照射(以下、リペイント)をすることで所定の線量一様度を達成する。そのため、ビーム電流値を一定値で制御することにより、照射平面上での線量一様度の悪化を抑制できるため、リペイント回数を減らせて線量率を向上できる。   In the uniform scanning irradiation method, as described in Non-Patent Document 2, the ion current is repeatedly irradiated (hereinafter repainted) many times on the irradiation plane while keeping the beam current value low. Achieve a degree. Therefore, by controlling the beam current value at a constant value, deterioration of dose uniformity on the irradiation plane can be suppressed, so that the number of repaints can be reduced and the dose rate can be improved.

また、均一走査照射法でのビームの走査方法について図4を用いて説明する。均一走査照射法には、単円ワブラー法(例えば特許文献2に記載)、螺旋ワブラー法(例えば特許文献3に記載)、ラスター走査法(非特許文献1の3564頁、図7)および、ライン走査法が考えられている。単円ワブラー法は、図4(a)に記載のように、走査電磁石によって照射ビームを単円走査することにより、走査したビームのガウス分布の重ね合わせにより平坦な一様度を形成する。螺旋ワブラー法(図示せず)は、単円ワブラー法よりも飛程を確保した上でビーム利用効率を向上させるために考案された走査法であり、初期位相を変化させた走査軌跡を重畳することで照射平面上を走査する。ラスター走査法は先に示したワブラー法と異なり、図4(b)に記載のように、ビームを直線的に連続して走査する方法である。またライン走査法は、図4(c)に記載のように、ラスター走査法では照射していた短走査方向への走査中にはビームの照射を停止し、実効的なビームの利用効率を高める方法である。   A beam scanning method in the uniform scanning irradiation method will be described with reference to FIG. The uniform scanning irradiation method includes a single-circle wobbler method (for example, described in Patent Document 2), a spiral wobbler method (for example, described in Patent Document 3), a raster scanning method (Non-Patent Document 1, page 3564, FIG. 7), a line A scanning method is considered. In the single circle wobbler method, as shown in FIG. 4A, the irradiation beam is scanned in a single circle by a scanning electromagnet, thereby forming a flat uniformity by superimposing Gaussian distributions of the scanned beams. The spiral wobbler method (not shown) is a scanning method devised to improve the beam utilization efficiency while securing a range more than the single-circle wobbler method, and superimposes the scanning trajectory with the initial phase changed. Thus, the irradiation plane is scanned. Unlike the wobbler method described above, the raster scanning method is a method in which a beam is continuously scanned linearly as shown in FIG. 4B. In the line scanning method, as shown in FIG. 4C, the beam irradiation is stopped during the scanning in the short scanning direction, which was irradiated in the raster scanning method, and the effective use efficiency of the beam is increased. Is the method.

ここで、一単位の照射に必要なビーム走査について説明する。まず、一単位の照射に必要なビーム走査の範囲と言った場合は、走査開始点から終了点まで走査した軌跡とする。図4に示したとおり、単円ワブラー法および、螺旋ワブラー法(図示せず)は、走査開始点と終了点が同一点となる。また、ラスター走査法およびライン走査法は、走査開始点と終了点が異なる。これら一単位の照射に必要な走査時間は、一走査あたり数十ミリ秒〜100ミリ秒であるため、シンクロトロンの出射制御時間(約0.5秒〜数秒)に対して充分短い。   Here, the beam scanning necessary for one unit of irradiation will be described. First, the beam scanning range necessary for one unit of irradiation is a trajectory scanned from the scanning start point to the end point. As shown in FIG. 4, in the single circle wobbler method and the spiral wobbler method (not shown), the scanning start point and the end point are the same point. Further, the raster scanning method and the line scanning method have different scanning start points and end points. The scanning time required for irradiation of one unit is several tens of milliseconds to 100 milliseconds per scanning, and is sufficiently short with respect to the synchrotron emission control time (about 0.5 seconds to several seconds).

次に各文献の記載を用いながら検討が必要な事項について説明する。均一走査照射法では、照射線量の一様度を保つためには、出射制御中に所定の領域を照射完了するまで、ビームを枯渇させることなく照射することが望まれる。非特許文献1では、イオンビーム発生装置としてサイクロトロンを採用している。サイクロトロンの場合、照射装置に供給するイオンビームは直流ビームとなる。しかし、イオンビーム発生装置にシンクロトロンを採用する際、シンクロトロンの運転周期に合わせてシンクロトロン内に蓄積したイオンビームを照射装置に供給する。そのため、出射制御を継続することでシンクロトロンに蓄積したイオンビームが枯渇するおそれがある。そのため、シンクロトロンの蓄積ビームが枯渇した際、出射制御を停止するとともに走査電磁石のビーム走査制御を停止した後、再び次の運転周期からイオンビームの蓄積と出射制御および走査電磁石のビーム走査制御を継続する必要がある。   Next, items that need to be studied will be described using descriptions in each document. In the uniform scanning irradiation method, in order to maintain the uniformity of the irradiation dose, it is desired that the irradiation is performed without depleting the beam until irradiation of a predetermined region is completed during the emission control. In Non-Patent Document 1, a cyclotron is used as an ion beam generator. In the case of a cyclotron, the ion beam supplied to the irradiation device is a direct current beam. However, when a synchrotron is employed in the ion beam generator, the ion beam accumulated in the synchrotron is supplied to the irradiation device in accordance with the operation cycle of the synchrotron. Therefore, there is a possibility that the ion beam accumulated in the synchrotron is exhausted by continuing the extraction control. Therefore, when the synchrotron accumulated beam is depleted, the extraction control is stopped and the beam scanning control of the scanning magnet is stopped, and then the ion beam accumulation and extraction control and the beam scanning control of the scanning magnet are performed again from the next operation cycle. Need to continue.

この蓄積ビーム電荷量の枯渇に伴うビーム照射の停止が生じた場合でも線量一様度に影響しないよう、シンクロトロンから照射装置に供給するイオンビームの電流値は低く設定し、100回程度のリペイントを実施することで、ビーム照射停止位置での線量一様度の悪化を抑制していた(非特許文献1の3562頁に記載)。そのため、所定の線量を照射するのに時間が掛かるため、治療時間が長くなってしまう課題があった。   The ion beam current supplied from the synchrotron to the irradiation device is set low so that the dose uniformity is not affected even when the beam irradiation is stopped due to the depletion of the accumulated beam charge, and repainting is performed about 100 times. As a result, the deterioration of the dose uniformity at the beam irradiation stop position was suppressed (described on page 3562 of Non-Patent Document 1). Therefore, since it takes time to irradiate a predetermined dose, there is a problem that treatment time becomes long.

また、シンクロトロンから供給するイオンビームの時間変動を抑制する手段として、出射ビーム電流フィードバック制御が考案されている。出射ビーム電流フィードバック制御は、照射装置に設けられた線量モニタ等で検出された電離電荷量をイオンビームの電流値に変換し、この検出電流値と目標電流値の偏差を出射用高周波電圧の振幅値を補正することで所望のビーム電流値に補正する。均一走査照射法に出射ビーム電流フィードバック制御を適用する際、目標ビーム電流値は一定値で制御する。しかし、シンクロトロンに蓄積されるイオンビームの電荷量は、シンクロトロンの前段加速器から供給されるイオンビームの電流変動に起因して変動することが分かっている。そのため、出射ビーム電流フィードバック制御を実施する際、一単位の照射に必要な時間と出射ビームの目標電流値の積で示される出射ビーム電荷量に対して、シンクロトロンに蓄積されるイオンビーム電荷量が減少すると、蓄積ビーム電荷量の枯渇に伴い、出射ビーム電流フィードバック制御をしているにも関わらず、出射制御後半のビーム電流波形に欠けが生じてしまい、線量一様度が悪化する恐れがあった。   In addition, as a means for suppressing the time fluctuation of the ion beam supplied from the synchrotron, the outgoing beam current feedback control has been devised. The outgoing beam current feedback control converts the ionized charge amount detected by a dose monitor or the like provided in the irradiation device into the current value of the ion beam, and the deviation between the detected current value and the target current value is the amplitude of the outgoing high frequency voltage. By correcting the value, it is corrected to a desired beam current value. When the outgoing beam current feedback control is applied to the uniform scanning irradiation method, the target beam current value is controlled at a constant value. However, it has been found that the amount of charge of the ion beam accumulated in the synchrotron varies due to the current variation of the ion beam supplied from the pre-accelerator of the synchrotron. Therefore, when the emission beam current feedback control is performed, the ion beam charge amount accumulated in the synchrotron with respect to the emission beam charge amount indicated by the product of the time required for one unit of irradiation and the target current value of the emission beam. As the accumulated beam charge amount is depleted, the beam current waveform in the latter half of the emission control may be deficient in spite of the emission beam current feedback control, which may deteriorate the dose uniformity. there were.

特許文献4では、出射制御中のビーム枯渇を抑制する対策として、シンクロトロンからビームを出射制御後に蓄積ビーム電荷量を計測し、蓄積ビーム電荷量が一単位の照射に必要な電荷量に満たない場合、減速制御に遷移する旨が記載されている。このような制御を実施することで、一単位の照射中にビームの枯渇は生じないが、シンクロトロンに蓄積しているビーム電荷量の利用効率が低くなるという課題があった。   In Patent Document 4, as a measure for suppressing beam depletion during the emission control, the accumulated beam charge amount is measured after the emission control of the beam from the synchrotron, and the accumulated beam charge amount is less than the charge amount necessary for one unit of irradiation. In this case, it is described that transition to deceleration control is performed. By carrying out such control, there is a problem that although beam depletion does not occur during one unit of irradiation, the utilization efficiency of the amount of beam charge accumulated in the synchrotron is lowered.

また、特許文献5では、出射制御前に蓄積ビーム電荷量を計測し、出射ビーム電流フィードバック制御の目標値を補正する旨が記載されている。フィードバック制御の目標値の補正に当たり、予めシンクロトロンを周回するイオンビームの蓄積電荷量の標準値を設定し、シンクロトロンの出射制御直前に計測した蓄積ビーム電荷量と蓄積電荷量の標準値との比較結果に基づき出射ビーム電流値を補正する旨が記載されている。特許文献5では、蓄積したイオンビーム電荷量を一度の出射制御で効率良く出射することを前提としているため、均一走査照射法のように照射装置に供給するイオンビームの電流値を低く設定し、複数回に分けて走査し照射する照射方法は想定されていない。   Patent Document 5 describes that the accumulated beam charge amount is measured before the emission control and the target value of the emission beam current feedback control is corrected. In correcting the target value of feedback control, a standard value of the accumulated charge amount of the ion beam that circulates around the synchrotron is set in advance, and the accumulated beam charge amount and the standard value of the accumulated charge amount measured immediately before the synchrotron emission control are set. It is described that the output beam current value is corrected based on the comparison result. In Patent Document 5, since it is assumed that the accumulated ion beam charge amount is efficiently emitted by one extraction control, the current value of the ion beam supplied to the irradiation apparatus is set low as in the uniform scanning irradiation method, An irradiation method that scans and irradiates a plurality of times is not assumed.

以下に説明する本発明の各実施例では、シンクロトロン内の蓄積ビーム電荷量に変動が生じても一単位の照射中にビーム枯渇を生じさせず、かつ照射線量の平坦度を担保することができる。また、シンクロトロン内の蓄積ビーム電荷量を効率良く利用することで、所定の線量の照射に必要な時間を短縮し、治療時間を短くすることができる。   In each embodiment of the present invention described below, even if fluctuations in the accumulated beam charge amount in the synchrotron occur, beam depletion does not occur during one unit of irradiation, and the flatness of the irradiation dose can be ensured. it can. Further, by efficiently using the accumulated beam charge amount in the synchrotron, the time required for irradiation with a predetermined dose can be shortened and the treatment time can be shortened.

なお、以下に説明する各実施例は、照射装置から一単位の照射を複数回行う均一走査照射法に関するものである。一単位の照射を複数回行う、すなわちリペイントするとは、典型的には、ある照射平面への一面の照射を複数回繰り返すことを意味する。各実施例では均一走査照射法における「一面の照射」を「一単位の照射」と表現しているが、これは特許文献5のようにシンクロトロンに蓄積したイオンビームの一面への照射を一回だけ行うものとの違いを明確にするためである。   In addition, each Example demonstrated below is related with the uniform scanning irradiation method which performs irradiation of 1 unit several times from an irradiation apparatus. Performing one unit of irradiation a plurality of times, that is, repainting, typically means repeating irradiation of one surface to a certain irradiation plane a plurality of times. In each example, “irradiation of one surface” in the uniform scanning irradiation method is expressed as “irradiation of one unit”. However, as in Patent Document 5, the irradiation of one surface of the ion beam accumulated in the synchrotron is completely controlled. This is to clarify the difference from what is done only once.

本発明の好適な一実施例である粒子線照射システムを、図1及び図2及び図3を用いて説明する。本実施例の粒子線照射システム1は、図1に示すように、イオンビーム発生装置11、ビーム輸送装置14、照射野形成装置(荷電粒子ビーム照射装置、以下、照射装置という)30を備え、ビーム輸送装置14が、イオンビーム発生装置11と治療室内に配置される照射装置30を連絡する。   A particle beam irradiation system according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 3. As shown in FIG. 1, the particle beam irradiation system 1 of the present embodiment includes an ion beam generator 11, a beam transport device 14, and an irradiation field forming device (charged particle beam irradiation device, hereinafter referred to as an irradiation device) 30. The beam transport device 14 communicates the ion beam generator 11 and the irradiation device 30 disposed in the treatment room.

上記粒子線照射システム1の制御システムは、イオンビーム発生装置11およびビーム輸送装置14を制御する加速器制御装置40、粒子線照射システム1全体を統括して制御する統括制御装置41、患者へのビーム照射条件を計画する治療計画装置43、治療計画装置43で計画した情報やイオンビーム発生装置であるシンクロトロン13およびビーム輸送装置14の制御情報等を記憶する記憶装置42、シンクロトロン13を構成する機器の同期制御を実現するタイミングシステム50、患者の安全を担保するために統括制御装置41とは独立のインターロックシステム60から構成される。また、出射用制御装置20により、イオンビーム発生装置11からビーム輸送装置14へのビームを出射する際に利用する高周波電圧を制御する。   The control system of the particle beam irradiation system 1 includes an accelerator control device 40 that controls the ion beam generator 11 and the beam transport device 14, an overall control device 41 that controls the entire particle beam irradiation system 1, and a beam to a patient. The treatment planning device 43 for planning the irradiation conditions, the storage device 42 for storing the information planned by the treatment planning device 43, the control information of the synchrotron 13 which is an ion beam generator and the beam transport device 14, and the synchrotron 13 are configured. A timing system 50 that realizes synchronous control of devices, and an interlock system 60 that is independent of the overall control device 41 in order to ensure patient safety. Moreover, the high frequency voltage used when the beam from the ion beam generator 11 to the beam transport device 14 is emitted is controlled by the emission control device 20.

イオンビーム発生装置11は、イオン源(図示せず)、前段加速器12及びシンクロトロン13を備える。イオン源は前段加速器12に接続され、前段加速器12はシンクロトロン13に接続される。前段加速器12は、イオン源で発生したイオンビーム10をシンクロトロン13に入射可能なエネルギーまで加速する。前段加速器12で加速されたイオンビーム10aは、シンクロトロン13に入射される。   The ion beam generator 11 includes an ion source (not shown), a pre-accelerator 12 and a synchrotron 13. The ion source is connected to the front stage accelerator 12, and the front stage accelerator 12 is connected to the synchrotron 13. The front-stage accelerator 12 accelerates the ion beam 10 generated by the ion source to energy that can be incident on the synchrotron 13. The ion beam 10 a accelerated by the front stage accelerator 12 is incident on the synchrotron 13.

図2(a)にシンクロトロン13の運転サイクルにおける周回ビームのエネルギーの変化を、図2(b)に蓄積ビーム電荷量の変化を示す。シンクロトロン13は、入射、加速、出射、減速という一連の運転制御を2秒〜3秒周期で実施する。また、出射制御に当たっては、事前に出射準備制御を実施する。   FIG. 2A shows a change in the energy of the circulating beam in the operation cycle of the synchrotron 13, and FIG. 2B shows a change in the accumulated beam charge amount. The synchrotron 13 performs a series of operation control of incidence, acceleration, emission, and deceleration at a cycle of 2 to 3 seconds. In addition, in preparation for emission control, emission preparation control is performed in advance.

シンクロトロン13に入射されたビーム10bは、加速空胴(図示せず)に印加した高周波電圧によりエネルギーを付与されることで、所望のエネルギーまで加速する。この際、シンクロトロン13内を周回するイオンビーム10bの周回軌道が一定となるように、イオンビーム10bの周回エネルギーの増加に合わせて偏向電磁石18、四極電磁石(図示せず)等の磁場強度および、加速空胴に印加する高周波電圧の周波数を高める。   The beam 10b incident on the synchrotron 13 is accelerated to a desired energy by being given energy by a high frequency voltage applied to an acceleration cavity (not shown). At this time, the magnetic field strength of the deflecting electromagnet 18 and the quadrupole electromagnet (not shown) and the like is increased in accordance with the increase of the orbital energy of the ion beam 10b so that the orbit of the ion beam 10b orbiting in the synchrotron 13 is constant. Increase the frequency of the high frequency voltage applied to the acceleration cavity.

所望のエネルギーまで加速したイオンビーム10bは、出射準備制御により、四極電磁石および六極電磁石(図示せず)の励磁量により周回ビーム10bが出射可能な条件(周回ビームの安定限界条件)を成立させる。出射準備制御が終了後、出射用制御装置20から出射用高周波電極16に高周波電圧を印加し、シンクロトロン13内を周回するビーム10bのベータトロン振動振幅を増大させる。このベータトロン振動振幅の増大により、安定限界条件を超えた周回ビーム10bはシンクロトロン13からビーム輸送装置14に出射され、照射装置30に輸送される。シンクロトロン13からのビーム出射制御は、出射用制御装置20によって出射用高周波電極16に印加する高周波電圧のON/OFF制御することで高速に実現可能である。   The ion beam 10b accelerated to a desired energy establishes a condition (orbital beam stability limit condition) under which the orbiting beam 10b can be emitted by the excitation amount of a quadrupole electromagnet and a hexapole electromagnet (not shown) by extraction preparation control. . After the extraction preparation control is completed, a high frequency voltage is applied from the extraction control device 20 to the high frequency electrode 16 for extraction, and the betatron oscillation amplitude of the beam 10b circulating in the synchrotron 13 is increased. Due to the increase of the betatron oscillation amplitude, the circulating beam 10 b exceeding the stability limit condition is emitted from the synchrotron 13 to the beam transport device 14 and transported to the irradiation device 30. The beam extraction control from the synchrotron 13 can be realized at high speed by controlling the ON / OFF of the high-frequency voltage applied to the high-frequency electrode 16 for emission by the emission control device 20.

シンクロトロン13内の蓄積ビーム電荷量70は、シンクロトロン13の運転シーケンス(図2(a))に合わせて、図2(b)に示すように変化する。シンクロトロン13にイオンビーム10aが入射されると、蓄積ビーム電荷量は徐々に高められる。加速制御の初期には空間電荷効果等によってイオンビームが損失されるため、蓄積ビーム電荷量が減衰するが、加速中期から加速後期まではほぼ一定となる。シンクロトロン13は、イオンビーム10bをシンクロトロン13から一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)毎に出射する。一単位の照射が終了すると、後述する照射装置30の走査電磁石32の照射開始点への移動等の準備のため、ビームの出射を停止する。このようなビームの出射と停止を繰り返し、出射制御区間に出射しきれずにシンクロトロン13内に残存したビーム電荷量(Qloss)は、その後の減速制御により、低いエネルギーまで減速されて消滅する。   The accumulated beam charge amount 70 in the synchrotron 13 changes as shown in FIG. 2B in accordance with the operation sequence of the synchrotron 13 (FIG. 2A). When the ion beam 10a is incident on the synchrotron 13, the amount of accumulated beam charge is gradually increased. In the early stage of acceleration control, the ion beam is lost due to the space charge effect or the like, so that the accumulated beam charge amount is attenuated, but is almost constant from the middle stage of acceleration to the late stage of acceleration. The synchrotron 13 emits the ion beam 10b from the synchrotron 13 for each charge amount (Qscan) necessary for one unit of irradiation. When one unit of irradiation is completed, the beam emission is stopped in preparation for moving the scanning electromagnet 32 of the irradiation device 30 to be described later to the irradiation start point. Such beam emission and stop are repeated, and the beam charge amount (Qloss) remaining in the synchrotron 13 without being emitted in the emission control section is decelerated to a low energy and disappears by the subsequent deceleration control.

図3に照射装置の構成を示す。照射装置30では、走査電磁石32で照射平面上を走査し、患者に照射するビーム10dの照射線量を計測する線量モニタ31やビーム形状モニタ(図示せず)にて、照射するビーム10dの線量強度やビーム形状を逐次確認する。走査電磁石32で走査されたビーム10dは、エネルギー吸収体33を通過することで患部深さ方向の厚みに合わせたSOBPを形成する。SOBPが形成されたビームをコリメータ34やボーラス35といった、患者36の患部形状37に合わせた固有治具にて患部形状に合わせた照射野を形成する。   FIG. 3 shows the configuration of the irradiation apparatus. In the irradiation device 30, the dose intensity of the beam 10d to be irradiated is measured by a dose monitor 31 or a beam shape monitor (not shown) that scans the irradiation plane with the scanning electromagnet 32 and measures the irradiation dose of the beam 10d irradiated to the patient. Check the beam shape one after another. The beam 10d scanned by the scanning electromagnet 32 passes through the energy absorber 33 to form an SOBP that matches the thickness in the affected part depth direction. An irradiation field in which the beam on which the SOBP is formed is matched to the shape of the affected area is formed by a unique jig such as a collimator 34 or a bolus 35 that matches the shape of the affected area 37 of the patient 36.

出射用制御装置20における出射用高周波電圧の制御法について図8を用いて説明する。高周波発振器21は、エネルギーに応じて制御される出射用高周波電圧の中心周波数Fcの高周波信号を出力する。高周波発振器21から出力された高周波信号は、帯域制限高周波信号発生部22より出力された帯域制限高周波信号と高周波ミキサ221でミキシングされる。これにより、中心周波数がFc、周波数幅2Fwの帯域制限高周波信号が得られる。ミキシングされた帯域制限高周波信号は、目標ビーム電流補正演算部29で得られたビーム電流強度波形(ビーム電流強度の目標値)を実現するように、ビーム電流フィードバック制御回路24にて高周波電圧の振幅値を制御する。ビーム電流フィードバック制御回路24は、振幅変調器23と、フィードバックループゲイン調整器241、フィードバックループゲイン調整器242、加算演算回路243、高周波スイッチ25から構成される。まず、線量モニタ31で検出した線量モニタ検出信号311と目標ビーム電流補正演算部29から設定される目標ビーム電流値(Ifb)の偏差をフィードバックループゲイン調整器241にて演算する。この演算結果をフィードバックループゲイン調整器241でフィードバックゲインに基づいてフィードバック補正信号を演算する。加算演算回路243で振幅変調信号(Am)とフィードバック補正信号を加算することで、振幅変調信号を補正する。この加算結果を振幅変調器23に設定することにより、ビーム電流フィードバック制御を実現する。   A method for controlling the output high-frequency voltage in the output control device 20 will be described with reference to FIG. The high frequency oscillator 21 outputs a high frequency signal having a center frequency Fc of the high frequency voltage for emission controlled according to energy. The high frequency signal output from the high frequency oscillator 21 is mixed with the band limited high frequency signal output from the band limited high frequency signal generator 22 by the high frequency mixer 221. As a result, a band-limited high-frequency signal having a center frequency of Fc and a frequency width of 2Fw is obtained. The mixed band-limited high-frequency signal is amplified by the beam current feedback control circuit 24 so that the beam current intensity waveform (target value of the beam current intensity) obtained by the target beam current correction calculation unit 29 is realized. Control the value. The beam current feedback control circuit 24 includes an amplitude modulator 23, a feedback loop gain adjuster 241, a feedback loop gain adjuster 242, an addition operation circuit 243, and a high frequency switch 25. First, the feedback loop gain adjuster 241 calculates the deviation between the dose monitor detection signal 311 detected by the dose monitor 31 and the target beam current value (Ifb) set from the target beam current correction calculation unit 29. Based on the feedback gain, the feedback loop gain adjuster 241 calculates the feedback correction signal. The addition operation circuit 243 adds the amplitude modulation signal (Am) and the feedback correction signal to correct the amplitude modulation signal. By setting this addition result in the amplitude modulator 23, beam current feedback control is realized.

ビーム電流フィードバック制御回路24で振幅値を制御された高周波信号は、インターロックシステム60により制御される高周波スイッチ26を介して高周波電力増幅器17に伝送する。高周波電力増幅器17で増幅された帯域制限高周波信号は、出射用高周波電極16に印加する。出射用高周波電極16に印加された高周波信号により、シンクロトロン13内を周回するビーム10bのベータトロン振動振幅が増大され、シンクロトロン13からビーム輸送装置14に出射される。   The high frequency signal whose amplitude value is controlled by the beam current feedback control circuit 24 is transmitted to the high frequency power amplifier 17 via the high frequency switch 26 controlled by the interlock system 60. The band limited high frequency signal amplified by the high frequency power amplifier 17 is applied to the high frequency electrode 16 for emission. The betatron oscillation amplitude of the beam 10 b that circulates in the synchrotron 13 is increased by the high-frequency signal applied to the emission high-frequency electrode 16, and is emitted from the synchrotron 13 to the beam transport device 14.

本実施例の特徴である、出射用制御装置20を構成する目標ビーム電流補正演算部29での目標ビーム電流の演算処理方法について、図5、図6、図7および図8を用いて説明する。図5は照射制御開始前の制御準備フローを示しており、図6はビーム照射制御時のフローを示している。図7は、図6に示したビーム照射時の制御フローによるビーム照射制御時の目標ビーム電流値とそれに伴う蓄積ビーム電荷量の時間変化を示している。図8は出射ビーム電流に対するフィードバック制御システムの構成を示している。   A target beam current calculation processing method in the target beam current correction calculation unit 29 constituting the emission control device 20, which is a feature of the present embodiment, will be described with reference to FIGS. 5, 6, 7, and 8. . FIG. 5 shows a control preparation flow before the start of irradiation control, and FIG. 6 shows a flow at the time of beam irradiation control. FIG. 7 shows the change over time of the target beam current value during the beam irradiation control according to the control flow during the beam irradiation shown in FIG. 6 and the accompanying accumulated beam charge amount. FIG. 8 shows the configuration of the feedback control system for the outgoing beam current.

照射前の出射ビーム電流フィードバック制御に用いる目標ビーム電流値の演算設定フローについて、図5を用いて説明する。まず、患者への照射治療を開始する前に、出射ビーム電流フィードバック制御に用いる目標ビーム電流値(Ifb)の初期値の設定方法を説明する。治療計画装置43は、患者47の患者36への総照射線量を算出し、記憶装置42に登録する。記憶装置42には、予め照射線量に対する照射電荷量の換算テーブルデータを用意しておく。統括制御装置41は、治療スケジューラ(図示せず)からの照射条件に基づき、治療計画装置43で演算した総照射線量を読み込み、治療計画装置43が要求した総照射線量を得るのに必要な総照射電荷量(Qtarget)を統括制御装置41に予め用意してある換算テーブルデータから算出する。統括制御装置41は、照射制御装置44に対して総照射電荷量を(Qtarget)や照射装置の設定条件を伝送し、照射制御装置は受信手段にて総照射電荷量(Qtarget)等の情報を受信する。   The calculation setting flow of the target beam current value used for the outgoing beam current feedback control before irradiation will be described with reference to FIG. First, a method for setting an initial value of a target beam current value (Ifb) used for outgoing beam current feedback control before starting irradiation treatment for a patient will be described. The treatment planning device 43 calculates the total irradiation dose of the patient 47 to the patient 36 and registers it in the storage device 42. In the storage device 42, conversion table data of the irradiation charge amount with respect to the irradiation dose is prepared in advance. The overall control device 41 reads the total irradiation dose calculated by the treatment planning device 43 based on the irradiation conditions from the treatment scheduler (not shown) and obtains the total irradiation dose required by the treatment planning device 43. The irradiation charge amount (Qtarget) is calculated from conversion table data prepared in advance in the overall control device 41. The overall control device 41 transmits the total irradiation charge amount (Qtarget) and the setting conditions of the irradiation device to the irradiation control device 44, and the irradiation control device receives information such as the total irradiation charge amount (Qtarget) by the receiving means. Receive.

照射制御装置44は、シンクロトロンで出射可能なビーム電流制御範囲に基づき、一単位の照射での基準ビーム電流値(Iscan)を算出し、走査電磁石32の走査速度に基づき、一単位の照射に必要な走査時間(Tscan)を設定する(801)。   The irradiation controller 44 calculates a reference beam current value (Iscan) for one unit of irradiation based on the beam current control range that can be emitted by the synchrotron, and performs one unit of irradiation based on the scanning speed of the scanning electromagnet 32. A necessary scanning time (Tscan) is set (801).

次に、一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)と、リペイント回数(Nr)を算出する(802)。一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)は、(式1)に示すように、一単位の照射での基準ビーム電流値(Iscan)と一単位の照射に必要な走査時間(Tscan)を乗ずることで求められる。また、リペイント回数(Nr)は、(式2)に示すように、総照射電荷量を(Qtarget)を一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)で割ることで算出できる。   Next, the amount of charge (Qscan) required for one unit of irradiation and the number of repaints (Nr) are calculated (802). As shown in (Equation 1), the charge amount (Qscan) required for one unit of irradiation is obtained by calculating a reference beam current value (Iscan) for one unit of irradiation and a scanning time (Tscan) required for one unit of irradiation. It is calculated by multiplying. Further, as shown in (Equation 2), the number of repaints (Nr) can be calculated by dividing the total irradiation charge amount (Qtarget) by the charge amount (Qscan) necessary for one unit of irradiation.

照射領域への残照射電荷量(Qrest)に総照射電荷量(Qtarget)を設定することで初期化する(803)。残照射電荷量(Qrest)とは、総照射電荷量(Qtarget)から患部に照射した電荷量の累積値(累積照射電荷量(Qsum))を差し引いたものである。また、累積照射電荷量(Qsum)に0を設定することで初期化する(804)。   Initialization is performed by setting the total irradiation charge amount (Qtarget) to the remaining irradiation charge amount (Qrest) to the irradiation region (803). The residual irradiation charge amount (Qrest) is obtained by subtracting a cumulative value (cumulative irradiation charge amount (Qsum)) of the charge amount irradiated to the affected area from the total irradiation charge amount (Qtarget). Also, initialization is performed by setting the accumulated irradiation charge amount (Qsum) to 0 (804).

出射ビーム電流フィードバック制御の目標ビーム電流値(Ifb)の初期値として、一単位の照射での基準ビーム電流値(Iscan)を出射用制御装置20に設定する(805)。上記の制御フロー(801〜805)は、照射制御装置44で実施する。なお、図5に示した照射準備制御は、患者への照射開始時の運転周期でのみ実施し、二回目以降の運転周期では実施しない。   As an initial value of the target beam current value (Ifb) of the outgoing beam current feedback control, a reference beam current value (Iscan) for one unit of irradiation is set in the outgoing control device 20 (805). The control flow (801 to 805) is performed by the irradiation control device 44. Note that the irradiation preparation control shown in FIG. 5 is performed only in the operation cycle at the start of irradiation to the patient, and is not performed in the second and subsequent operation cycles.

ビームの照射制御フローについて、図6を用いて説明する。シンクロトロン13は、前段加速器12から入射したビームを所定のエネルギーまで加速する(811)。ビーム加速制御が終了後、シンクロトロン内に蓄積されている蓄積ビーム電荷量(Qmeas)を計測する(812)。蓄積ビーム電荷量(Qmeas)の計測は、シンクロトロン13内に設けてあるDCCT等の蓄積ビーム電荷量検出手段15を用いて計測する。蓄積ビーム電荷量(Qmeas)の計測結果は、出射制御装置20に取り込み、出射制御装置20を構成する目標ビーム電流補正演算部29にて、以下の制御フローに示した処理を実施する。   A beam irradiation control flow will be described with reference to FIG. The synchrotron 13 accelerates the beam incident from the front accelerator 12 to a predetermined energy (811). After the beam acceleration control is completed, the accumulated beam charge amount (Qmeas) accumulated in the synchrotron is measured (812). The accumulated beam charge amount (Qmeas) is measured by using accumulated beam charge amount detection means 15 such as DCCT provided in the synchrotron 13. The measurement result of the accumulated beam charge amount (Qmeas) is taken into the extraction control device 20, and the target beam current correction calculation unit 29 constituting the extraction control device 20 performs the processing shown in the following control flow.

目標ビーム電流補正演算部29では、まずシンクロトロン13内の蓄積ビーム電荷量(Qmeas)が枯渇しているか判断する(813)。蓄積ビーム電荷量が枯渇していた場合(Qmeas≦0)、ビームの減速制御に移行する(814)。   The target beam current correction calculation unit 29 first determines whether the accumulated beam charge amount (Qmeas) in the synchrotron 13 is exhausted (813). When the accumulated beam charge amount is depleted (Qmeas ≦ 0), the process proceeds to beam deceleration control (814).

蓄積ビーム電荷量が枯渇していなければ(Qmeas>0)、残照射電荷量(Qrest)と蓄積ビーム電荷量(Qmeas)を比較し、比較電荷量(Qcomp)に設定する電荷量を決定する(815)。比較電荷量(Qcomp)とは、後述する一単位の照射での基準ビーム電流値(Iscan)の補正制御時の基準となる電荷量である。蓄積ビーム電荷量(Qmeas)に対して残照射電荷量(Qrest)が多い場合は、比較電荷量(Qcomp)に蓄積ビーム電荷量(Qmeas)を設定し(816)、蓄積ビーム電荷量(Qmeas)に対して残照射電荷量(Qrest)が少ない場合は、比較電荷量(Qcomp)に残照射電荷量(Qrest)を設定する(817)。すなわち残照射電荷量(Qrest)と蓄積ビーム電荷量(Qmeas)のうち少ない方を比較電荷量(Qcomp) としている。   If the accumulated beam charge amount is not depleted (Qmeas> 0), the remaining irradiation charge amount (Qrest) is compared with the accumulated beam charge amount (Qmeas) to determine the charge amount to be set as the comparison charge amount (Qcomp) ( 815). The comparative charge amount (Qcomp) is a reference charge amount at the time of correction control of a reference beam current value (Iscan) in one unit irradiation described later. When the remaining irradiation charge amount (Qrest) is larger than the accumulated beam charge amount (Qmeas), the accumulated beam charge amount (Qmeas) is set in the comparison charge amount (Qcomp) (816), and the accumulated beam charge amount (Qmeas) If the remaining irradiation charge amount (Qrest) is small, the remaining irradiation charge amount (Qrest) is set as the comparison charge amount (Qcomp) (817). That is, the smaller of the remaining irradiation charge amount (Qrest) and the accumulated beam charge amount (Qmeas) is set as the comparison charge amount (Qcomp).

次に、比較電荷量(Qcomp)と一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)を比較する(818)。比較電荷量(Qcomp)が一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)よりも多い場合(Qcomp≧Qscan)は、出射ビーム電流フィードバック制御の目標値となる、目標ビーム電流値(Ifb)の補正は実施しない(819)。また、比較電荷量(Qcomp)が一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)よりも少ない場合(Qcomp<Qscan)は、目標ビーム電流値(Ifb)を一単位の照射での基準ビーム電流値(Iscan)よりも小さくなるように補正する(820)。   Next, the comparison charge amount (Qcomp) is compared with the charge amount (Qscan) necessary for one unit irradiation (818). When the comparison charge amount (Qcomp) is larger than the charge amount (Qscan) required for one unit of irradiation (Qcomp ≧ Qscan), the target beam current value (Ifb) is corrected as a target value for the output beam current feedback control. Is not implemented (819). When the comparison charge amount (Qcomp) is smaller than the charge amount (Qscan) required for one unit of irradiation (Qcomp <Qscan), the target beam current value (Ifb) is set to the reference beam current value for one unit of irradiation. Correction is made so as to be smaller than (Iscan) (820).

このように目標電流設定手段である目標ビーム電流補正演算部29が一単位の照射での基準ビーム電流値(Iscan)を基にビーム電流の目標値(Ifb)を補正により決定することで、前段加速器に起因するビーム電流の変動分を、補正により適切に調整した制御が可能となる。本実施例では、一単位の照射を実施する前に、一単位の照射に必要な電荷量がシンクロトロン内に蓄積されているかを逐次確認し、シンクロトロン内の蓄積ビーム電荷量が少ない場合は、出射ビーム電流値を補正して制御することで一単位照射中のビーム枯渇を抑制することで照射線量一様度を担保している。   In this way, the target beam current correction calculation unit 29, which is a target current setting means, determines the target value (Ifb) of the beam current by correction based on the reference beam current value (Iscan) in one unit of irradiation, and thus the previous stage. It is possible to control the beam current fluctuation caused by the accelerator appropriately adjusted by correction. In this example, before carrying out one unit of irradiation, it is sequentially confirmed whether the amount of charge necessary for one unit of irradiation is accumulated in the synchrotron, and when the accumulated beam charge amount in the synchrotron is small By correcting and controlling the output beam current value, it is possible to suppress the beam depletion during one unit irradiation, thereby ensuring the irradiation dose uniformity.

目標ビーム電流値(Ifb)は、(式3)に示すように、一単位の照射での基準ビーム電流値(Iscan)を一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)に対する比較電荷量(Qcomp)の割合で補正することで得られる。   As shown in (Equation 3), the target beam current value (Ifb) is obtained by comparing the reference beam current value (Iscan) for one unit of irradiation with the charge amount (Qcomp) for the charge amount (Qscan) required for one unit of irradiation. ) Is corrected by the ratio of

このように、目標電流設定手段である目標ビーム電流補正演算部29による目標ビーム電流の目標値(Ifb)の決定に比較電荷量(Qcomp)が利用される。これにより一面を照射中にビーム枯渇を生じさせずにビーム利用効率を高めるよう、ビーム電流を適切に設定することができる。シンクロトロン内の蓄積ビーム電荷量を効率良く利用することで、所定の線量の照射に必要な時間を短縮し、治療時間を短くすることができる。一単位の照射中にビーム枯渇が抑制できると、一単位の照射時のビーム電流値を高めてリペイント回数を削減することができるため、所定の線量の照射に必要な時間を短縮し、治療時間を短くすることができる。   In this way, the comparative charge amount (Qcomp) is used for the determination of the target value (Ifb) of the target beam current by the target beam current correction calculation unit 29 serving as target current setting means. As a result, the beam current can be appropriately set so as to increase the beam utilization efficiency without causing beam depletion during irradiation of one surface. By efficiently using the accumulated beam charge amount in the synchrotron, the time required for irradiation with a predetermined dose can be shortened and the treatment time can be shortened. If beam depletion can be suppressed during one unit of irradiation, the beam current value during one unit of irradiation can be increased and the number of repaints can be reduced. Can be shortened.

上記の目標ビーム電流値(Ifb)に基づき、出射用制御装置20の一部であるビーム電流フィードバック制御回路24にて、出射ビーム電流フィードバック制御を実施し、シンクロトロン13から照射装置30へのビーム出射制御を実施する(821)。一単位の照射が終了したら、累積照射電荷量(Qsum)に照射した電荷量を加算する(822)。この際、累積照射電荷量(Qsum)は、(式4)に示したように、目標ビーム電流値(Ifb)と一単位の走査時間(Tscan)を乗じたものを累積照射電荷量(Qsum)へ加算することで求められる。これと合わせて、残照射電荷量(Qrest)を更新する(823)。残照射電荷量(Qrest)は、(式5)に示したように、総照射電荷量(Qtarget)から累積照射電荷量(Qsum)を減算することで求められる。   Based on the target beam current value (Ifb), the beam current feedback control circuit 24 which is a part of the emission control device 20 performs the emission beam current feedback control, and the beam from the synchrotron 13 to the irradiation device 30 is performed. The emission control is performed (821). When irradiation of one unit is completed, the amount of charge irradiated is added to the cumulative amount of charge (Qsum) (822). At this time, as shown in (Equation 4), the cumulative irradiation charge amount (Qsum) is obtained by multiplying the target beam current value (Ifb) by one unit of scanning time (Tscan). Is obtained by adding to Together with this, the remaining irradiation charge amount (Qrest) is updated (823). The remaining irradiation charge amount (Qrest) is obtained by subtracting the cumulative irradiation charge amount (Qsum) from the total irradiation charge amount (Qtarget) as shown in (Formula 5).

最後に、累積照射電荷量(Qsum)と総照射電荷量(Qtarget)を比較する(824)。累積照射電荷量(Qsum)が総照射電荷量(Qtarget)に到達したら(Qsum≧Qtarget)ビーム照射制御を終了し、累積照射電荷量(Qsum)が総照射電荷量(Qtarget)に到達していない場合(Qsum<Qtarget)は、制御フロー(812)に戻り、ビーム照射制御を継続する。   Finally, the cumulative irradiation charge amount (Qsum) and the total irradiation charge amount (Qtarget) are compared (824). When the cumulative irradiation charge amount (Qsum) reaches the total irradiation charge amount (Qtarget) (Qsum ≧ Qtarget), the beam irradiation control is terminated, and the cumulative irradiation charge amount (Qsum) does not reach the total irradiation charge amount (Qtarget). In the case (Qsum <Qtarget), the process returns to the control flow (812) and the beam irradiation control is continued.

ここで、本実施例の特徴でもある、制御フロー(815)に示した残照射電荷量(Qrest)と蓄積ビーム電荷量(Qmeas)の比較理由について以下に説明する。   Here, the reason for comparing the remaining irradiation charge amount (Qrest) and the accumulated beam charge amount (Qmeas) shown in the control flow (815), which is a feature of the present embodiment, will be described below.

まず、シンクロトロンの出射制御時間(Text)の後半になると、蓄積ビーム電荷量(Qmeas)が一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)よりも少なくなる。一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)よりも蓄積ビーム電荷量(Qmeas)が少ない状態で出射制御を継続すると、一単位の照射を完了する前にビームが枯渇してしまい、照射領域内の線量一様度が悪化してしまう。そのため、従来は一単位を照射する際のビーム電流値を低くし、リペイント回数(Nr)を充分多く取ることで、ビーム枯渇時に生じる線量一様度の不均一の影響を小さくしていた。そのため、線量率が高められず、治療時間が掛かっていた。   First, in the latter half of the synchrotron emission control time (Text), the accumulated beam charge amount (Qmeas) becomes smaller than the charge amount (Qscan) required for one unit of irradiation. If the emission control is continued in a state where the accumulated beam charge amount (Qmeas) is smaller than the charge amount (Qscan) required for one unit of irradiation, the beam will be depleted before completing the irradiation of one unit, and within the irradiation region. The uniformity of dose will deteriorate. For this reason, conventionally, the beam current value when irradiating one unit is lowered, and the number of repaints (Nr) is sufficiently large, thereby reducing the influence of non-uniform dose uniformity that occurs when the beam is depleted. As a result, the dose rate could not be increased and treatment time was required.

また、ビーム照射制御の終盤になると、残照射電荷量(Qrest)が小さくなる。つまり、必要な照射線量を満足する総照射線量(Qtarget)に近づいてくる。この状態では、一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)に近づき、照射制御の経過により残照射電荷量(Qrest)が一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)よりも小さくなる。従来の技術では、特許文献4に示されるように、蓄積ビーム電荷量(Qmeas)が一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)よりも小さくなった場合には、減速制御に移行するため、一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)よりも少ない蓄積ビーム電荷量(Qmeas)は照射に利用せずに減速してしまうため、ビーム利用効率を高められなかった。   Further, at the end of the beam irradiation control, the remaining irradiation charge amount (Qrest) becomes small. That is, it approaches the total irradiation dose (Qtarget) that satisfies the necessary irradiation dose. In this state, the amount of charge (Qscan) required for one unit of irradiation approaches, and the amount of remaining irradiation charge (Qrest) becomes smaller than the amount of charge (Qscan) required for one unit of irradiation due to the progress of irradiation control. In the prior art, as shown in Patent Document 4, when the accumulated beam charge amount (Qmeas) becomes smaller than the charge amount (Qscan) required for one unit of irradiation, the process shifts to deceleration control. The accumulated beam charge amount (Qmeas) smaller than the charge amount (Qscan) required for one unit of irradiation is decelerated without being used for irradiation, so that the beam utilization efficiency cannot be increased.

これら二つの状況に応じて、出射ビーム電流フィードバック制御時の目標ビーム電流値(Ifb)の補正を実施する際(820)、残照射電荷量(Qrest)と蓄積ビーム電荷量(Qmeas)のいずれか小さい方を比較電荷量(Qcomp)として補正することで、線量一様度を満足しつつ、ビーム利用効率の向上に伴い線量率を向上できるため、治療時間を短縮できる。   Depending on these two situations, when the target beam current value (Ifb) is corrected during the emission beam current feedback control (820), either the remaining irradiation charge amount (Qrest) or the accumulated beam charge amount (Qmeas) is selected. By correcting the smaller one as the comparative charge amount (Qcomp), the dose rate can be improved along with the improvement of the beam utilization efficiency while satisfying the dose uniformity, so that the treatment time can be shortened.

ビーム照射時の制御フローによるビーム照射制御時の目標ビーム電流値とそれに伴う蓄積ビーム電荷量の時間変化について、図7を用いて説明する。本実施例では、出射制御時間(Text)内に蓄積ビーム電荷量(Qmeas)を5回計測し出射制御する場合を示しており、残照射電荷量(Qrest)は充分多い場合を想定している。   A target beam current value at the time of beam irradiation control according to the control flow at the time of beam irradiation and a temporal change in the amount of accumulated beam charge associated therewith will be described using FIG. In this embodiment, a case is shown in which the accumulated beam charge amount (Qmeas) is measured five times within the extraction control time (Text) and the extraction control is performed, and it is assumed that the remaining irradiation charge amount (Qrest) is sufficiently large. .

シンクロトロン13の加速制御を終了後、蓄積ビーム電荷量確認信号501(図7(b))に基づき、蓄積ビーム電荷量(図7(a))をシンクロトロン13内に設置してある蓄積ビーム電荷量検出手段15にて計測する。この際、蓄積ビーム電荷量はQmeas1である。蓄積ビーム電荷量は一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)よりも多いので、比較電荷量(Qcomp)はQmeas1とし、目標ビーム電流値(Ifb)の補正は実施しない。よって、目標ビーム電流値(図7(c))は初期設定値である一単位の照射での基準ビーム電流値(Iscan)とする。   After the acceleration control of the synchrotron 13 is finished, the accumulated beam charge amount (FIG. 7A) is installed in the synchrotron 13 based on the accumulated beam charge confirmation signal 501 (FIG. 7B). It is measured by the charge amount detection means 15. At this time, the accumulated beam charge amount is Qmeas1. Since the accumulated beam charge amount is larger than the charge amount (Qscan) required for one unit of irradiation, the comparison charge amount (Qcomp) is set to Qmeas1, and the target beam current value (Ifb) is not corrected. Therefore, the target beam current value (FIG. 7C) is set as a reference beam current value (Iscan) for one unit of irradiation which is an initial setting value.

ビーム出射制御信号(図7(d))に基づき、出射ビーム電流フィードバック制御に基づいた出射制御を開始する。その結果、照射装置30には、一定電流のビーム10dが供給され、線量モニタ31での検出信号より換算したビーム電流値(Idose)が確認される(図7(e))。一単位の走査時間(Tscan)でのビーム照射が終了後、ビーム出射制御を停止し、蓄積ビーム電荷量を計測する。本実施例では、同様にビーム計測から出射制御までを3回(Qmeas2〜4)繰り返している。   Based on the beam extraction control signal (FIG. 7D), the extraction control based on the emission beam current feedback control is started. As a result, a beam 10d having a constant current is supplied to the irradiation device 30, and the beam current value (Idose) converted from the detection signal from the dose monitor 31 is confirmed (FIG. 7 (e)). After the beam irradiation in one unit scanning time (Tscan) is completed, the beam emission control is stopped and the accumulated beam charge amount is measured. In the present embodiment, similarly, the beam measurement to the emission control are repeated three times (Qmeas2 to 4).

5回目の蓄積ビーム電荷量の確認信号に基づき、蓄積ビーム電荷量(Qmeas)を計測する。この際の蓄積ビーム電荷量はQmeas5であり、一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)よりも少ないため、比較電荷量(Qcomp)はQmeas5とし、目標ビーム電流値(Ifb)の補正が必要である。そのため、目標ビーム電流値(Ifb)の補正は、(式3)に基づき実施することで、目標ビーム電流値(Ifb)は、一単位の照射での基準ビーム電流値(Iscan)よりも低く設定する。この目標ビーム電流値(Ifb)に基づき出射ビーム電流フィードバック制御による出射制御を実施することで、線量モニタ検出信号より換算されるビーム電流値(Idose)が照射される。   Based on the fifth accumulated beam charge amount confirmation signal, the accumulated beam charge amount (Qmeas) is measured. The accumulated beam charge amount at this time is Qmeas5, which is smaller than the charge amount (Qscan) required for one unit of irradiation, so the comparison charge amount (Qcomp) is Qmeas5 and the target beam current value (Ifb) needs to be corrected. It is. Therefore, the target beam current value (Ifb) is corrected based on (Equation 3), and the target beam current value (Ifb) is set lower than the reference beam current value (Iscan) in one unit of irradiation. To do. By performing emission control by emission beam current feedback control based on the target beam current value (Ifb), a beam current value (Idose) converted from the dose monitor detection signal is emitted.

次に、本実施例を適用した粒子線照射装置の運転方法について、図8を用いて説明する。医師は、患者情報(患部の位置及び大きさ、ビームの照射方向、及び最大照射深さ)を治療計画装置43に入力する。治療計画装置43は、治療計画ソフトを用い、入力された患者情報に基づいて、治療に必要なSOBP幅、照射野サイズ及び患部に対する目標線量等を算出する。   Next, an operation method of the particle beam irradiation apparatus to which this embodiment is applied will be described with reference to FIG. The doctor inputs patient information (position and size of affected area, beam irradiation direction, and maximum irradiation depth) to the treatment planning apparatus 43. The treatment planning device 43 uses treatment planning software to calculate the SOBP width, irradiation field size, target dose for the affected area, and the like necessary for treatment based on the input patient information.

治療計画装置43で算出した結果は、記憶装置42に記録される。統括制御装置41は、治療スケジューラ(図示せず)からの照射条件に基づき、照射制御装置44に対して総照射電荷量(Qtarget)や照射条件を伝送する。照射制御装置44は、照射装置を構成する機器の設定条件を選定し、これと合わせて、出射制御装置20に対して総照射電荷量(Qtarget)や一単位の照射での基準ビーム電流値(Iscan)、一単位の照射に必要な走査時間(Tscan)、一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)、リペイント回数(Nr)等を伝送する。本実施例の特徴である、一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)の演算等は、治療計画装置43からの情報に基づいて照射制御装置44で実施する。   The result calculated by the treatment planning device 43 is recorded in the storage device 42. The overall control device 41 transmits the total irradiation charge amount (Qtarget) and the irradiation conditions to the irradiation control device 44 based on the irradiation conditions from the treatment scheduler (not shown). The irradiation control device 44 selects the setting conditions of the devices that constitute the irradiation device, and together with this, the irradiation control device 20 gives a total irradiation charge amount (Qtarget) and a reference beam current value (in one unit of irradiation) ( Iscan), scanning time (Tscan) required for one unit of irradiation, charge amount (Qscan) required for one unit of irradiation, number of repaints (Nr), etc. are transmitted. The calculation of the charge amount (Qscan) necessary for one unit of irradiation, which is a feature of the present embodiment, is performed by the irradiation control device 44 based on information from the treatment planning device 43.

治療計画情報は、治療の準備を行っている治療室の制御室内に配置された表示装置(図示せず)に表示される。放射線技師は、その表示画面を確認し、表示により指定されたエネルギー吸収体33を照射装置30内に配置する。   The treatment plan information is displayed on a display device (not shown) arranged in the control room of the treatment room that is preparing for treatment. The radiologist confirms the display screen and places the energy absorber 33 designated by the display in the irradiation apparatus 30.

治療ベッド制御装置(図示せず)は、統括制御装置41からの指示により、放射線技師が患者を固定している治療ベッドを移動し、ビーム軸の延長線上に患者の患部(照射対象)が位置するように位置決めする。   The treatment bed control device (not shown) moves the treatment bed where the radiologist fixes the patient in accordance with an instruction from the overall control device 41, and the affected part (irradiation target) of the patient is positioned on the extended line of the beam axis. Position to do.

加速器制御装置40は、統括制御装置41からの治療計画情報から照射ビームエネルギーを決定し、シンクロトロン13およびビーム輸送装置14を構成する機器の運転制御パラメータを設定する。出射制御装置20に対しては、出射ビームのエネルギーに対応して、出射用高周波信号の運転制御パラメータである中心周波数Fc、周波数幅Fw、振幅変調データAm、フィードバックゲインGfbを設定する。   The accelerator control device 40 determines the irradiation beam energy from the treatment plan information from the overall control device 41, and sets the operation control parameters of the devices constituting the synchrotron 13 and the beam transport device 14. For the emission control device 20, the center frequency Fc, frequency width Fw, amplitude modulation data Am, and feedback gain Gfb, which are operation control parameters of the emission high-frequency signal, are set corresponding to the energy of the emission beam.

医師は、前述の制御室内の操作盤から照射開始信号を統括制御装置41に指示する。照射開始指示に基づき、前段加速器12は、イオン源より発生したイオンビーム(例えば、陽子(または炭素イオンなどの重粒子))を加速し、シンクロトロン13に供給する。   The doctor instructs the overall control device 41 to provide an irradiation start signal from the operation panel in the control room. Based on the irradiation start instruction, the pre-stage accelerator 12 accelerates the ion beam (for example, protons (or heavy particles such as carbon ions)) generated from the ion source and supplies the accelerated ion beam to the synchrotron 13.

シンクロトロン13は、前段加速器から入射したイオンビーム10aを所望のエネルギーまでシンクロトロン13内を周回させながら加速する。イオンビーム10bは、目標のビームエネルギーまで加速された後、タイミングシステム50から出力される蓄積ビーム電荷量確認信号501に基づき、蓄積ビーム電荷量検出手段15にて蓄積ビーム電荷量(Qmeas)を計測する。この蓄積ビーム電荷量(Qmeas)に基づき、目標ビーム電流補正演算部29にて出射ビーム電流フィードバック制御回路24の目標ビーム電流値(Ifb)を設定する。その後、タイミングシステム50から出力されるビーム出射制御信号502により、出射用高周波電極16に出射用高周波信号が印加されることによって、目標ビーム電流値(Ifb)に基づいて制御されたビームがシンクロトロン13から出射される。   The synchrotron 13 accelerates the ion beam 10a incident from the front stage accelerator while circulating around the synchrotron 13 to a desired energy. After the ion beam 10 b is accelerated to the target beam energy, the accumulated beam charge amount detection means 15 measures the accumulated beam charge amount (Qmeas) based on the accumulated beam charge amount confirmation signal 501 output from the timing system 50. To do. Based on the accumulated beam charge amount (Qmeas), the target beam current correction calculation unit 29 sets the target beam current value (Ifb) of the outgoing beam current feedback control circuit 24. After that, the beam controlled based on the target beam current value (Ifb) is obtained by applying the extraction high-frequency signal to the extraction high-frequency electrode 16 by the beam extraction control signal 502 output from the timing system 50. 13 is emitted.

なお、本実施例では、蓄積ビーム電荷量の検出は、最初の一単位の照射に対応した蓄積ビーム電荷量の検出をタイミングシステム50から出力される蓄積ビーム電荷量確認信号501に基づき検出し、次の単位以降の蓄積ビーム電荷量確認信号501は、タイミングシステム50から入力されたビーム出射制御信号502の入力を起点として一単位の走査時間(Tscan)と照射停止時間(Toff)に基づき、出射制御装置20で演算された信号に基づき検出しているが、照射制御装置44等の出射制御装置20の外部に全ての照射面に対応した蓄積ビーム電荷量確認信号501を発生する装置を設けても効果は変わらない。   In this embodiment, the accumulated beam charge amount is detected by detecting the accumulated beam charge amount corresponding to the first unit of irradiation based on the accumulated beam charge amount confirmation signal 501 output from the timing system 50, The accumulated beam charge amount confirmation signal 501 after the next unit is output based on the scanning time (Tscan) and irradiation stop time (Toff) of one unit starting from the input of the beam extraction control signal 502 input from the timing system 50. Although the detection is performed based on the signal calculated by the control device 20, a device for generating the accumulated beam charge amount confirmation signal 501 corresponding to all irradiation surfaces is provided outside the emission control device 20 such as the irradiation control device 44. The effect will not change.

また、本実施例でのビーム出射制御は、タイミングシステム50からのビーム出射制御信号502を出射制御装置20に入力し、一単位の照射が終了毎に目標ビーム電流補正演算部29からビーム出射制御信号252に基づき高周波スイッチ25を開くことで、一単位の照射間での照射停止時間(Toff)中にシンクロトロン13から照射装置30へビームの供給を停止している。   In the beam emission control in this embodiment, the beam emission control signal 502 from the timing system 50 is input to the emission control device 20, and the beam emission control is performed from the target beam current correction calculation unit 29 every time one unit of irradiation is completed. By opening the high frequency switch 25 based on the signal 252, the supply of the beam from the synchrotron 13 to the irradiation device 30 is stopped during the irradiation stop time (Toff) between one unit of irradiation.

シンクロトロン13から出射されたイオンビーム10cは、ビーム輸送装置14を通過して、照射装置30に到着する。さらに、照射装置30内のビーム経路に沿ってイオンビーム10dは進行し、走査電磁石32でイオンビーム10dが走査され、エネルギー吸収体33でSOBPを形成し、患者の患部に照射される。   The ion beam 10 c emitted from the synchrotron 13 passes through the beam transport device 14 and arrives at the irradiation device 30. Further, the ion beam 10d travels along the beam path in the irradiation device 30, the ion beam 10d is scanned by the scanning magnet 32, SOBP is formed by the energy absorber 33, and the affected area of the patient is irradiated.

患部に照射されるイオンビームの線量は線量モニタ31で計測する。線量モニタ31での検出信号311を出射ビーム電流フィードバック制御回路24に入力し、目標ビーム電流値(Ifb)と線量モニタ31での検出ビーム電流値(Idose)の偏差に基づく高周波電圧の振幅制御値をフィードバック補正により、出射ビーム電流を一定値に制御する。   A dose monitor 31 measures the dose of the ion beam irradiated to the affected area. The detection signal 311 at the dose monitor 31 is input to the outgoing beam current feedback control circuit 24, and the amplitude control value of the high frequency voltage based on the deviation between the target beam current value (Ifb) and the detected beam current value (Idose) at the dose monitor 31. Is controlled to a constant value by feedback correction.

患部への一単位の照射が完了すると、ビーム出射制御を停止し、走査電磁石の励磁量を照射開始位置に復帰し、累積照射電荷量(Qsum)を記録する。その後、蓄積ビーム電荷量を計測する。計測結果により目標ビーム電流値を補正し、再び一単位の照射を開始する。これらの制御を繰り返し、累積照射電荷量(Qsum)が総照射電荷量(Qtarget)に到達するまでビームを照射する。   When the irradiation of one unit to the affected part is completed, the beam emission control is stopped, the excitation amount of the scanning magnet is returned to the irradiation start position, and the cumulative irradiation charge amount (Qsum) is recorded. Thereafter, the accumulated beam charge amount is measured. The target beam current value is corrected based on the measurement result, and irradiation of one unit is started again. These controls are repeated, and the beam is irradiated until the cumulative irradiation charge amount (Qsum) reaches the total irradiation charge amount (Qtarget).

なお、粒子線照射システム1を構成する機器において、照射制御中に患者へのビーム照射を妨げる何らかの障害が生じた場合、インターロックシステム60は、機器の状態が異常であることを示す信号(異常信号)601を統括制御装置41と並列に出射用制御装置20のインターロック用高周波スイッチ26に出力する。出射用制御装置20は、インターロックシステム60からの異常信号601をビーム出射停止指令として受信し、インターロック用高周波スイッチ26を即座に開く。インターロック用高周波スイッチ26が開かれることによって、高周波電極16への出射用高周波信号の印加が停止される。これにより、シンクロトロン13はイオンビーム10bの出射を停止するインターロック制御を実現できる。   In addition, in the apparatus which comprises the particle beam irradiation system 1, when some trouble which prevents the beam irradiation to a patient arises during irradiation control, the interlock system 60 is a signal (abnormal) which shows that the apparatus state is abnormal. Signal) 601 is output to the interlocking high-frequency switch 26 of the emission control device 20 in parallel with the overall control device 41. The emission control device 20 receives the abnormal signal 601 from the interlock system 60 as a beam emission stop command, and immediately opens the interlock high-frequency switch 26. When the interlocking high frequency switch 26 is opened, the application of the high frequency signal for emission to the high frequency electrode 16 is stopped. Thereby, the synchrotron 13 can realize interlock control for stopping the emission of the ion beam 10b.

本実施例によれば、以下に示す効果を得ることができる。   According to the present embodiment, the following effects can be obtained.

(1)本実施の形態では、照射領域内を照射開始位置から終了位置までを一単位の走査範囲とし、この一単位の走査範囲を照射単位として管理している。そして、この一単位の照射範囲へのビーム照射を開始する前に、逐次、シンクロトロン13内の蓄積ビーム電荷量(Qmeas)を計測し、一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)に対する蓄積ビーム電荷量(Qmeas)に応じて、目標ビーム電流補正演算部29で出射ビーム電流フィードバック制御回路24の目標ビーム電流値を補正することで、シンクロトロン13から出射するビーム電流値を制御している。これにより、一単位を照射中にシンクロトロン13内の蓄積ビーム電荷量の枯渇が生じることを抑制できる。   (1) In this embodiment, the irradiation area is managed as one unit of scanning range from the irradiation start position to the end position, and this one unit of scanning range is managed as the irradiation unit. Then, before starting the beam irradiation to the irradiation range of one unit, the accumulated beam charge amount (Qmeas) in the synchrotron 13 is sequentially measured, and the accumulation with respect to the charge amount (Qscan) necessary for one unit irradiation is performed. The beam current value emitted from the synchrotron 13 is controlled by correcting the target beam current value of the emission beam current feedback control circuit 24 by the target beam current correction calculation unit 29 according to the beam charge amount (Qmeas). . Thereby, it is possible to suppress the depletion of the accumulated beam charge amount in the synchrotron 13 during irradiation of one unit.

(2)本実施の形態では、先に示した通り、一面を照射する前に逐次、シンクロトロン13内の蓄積ビーム電荷量を計測し、計測結果に基づいて出射ビーム電流フィードバック制御の目標ビーム電流値を補正するため、一面を照射中の枯渇は生じない。そのため、従来のように、途中で蓄積ビーム電荷量が枯渇した際の線量一様度の悪化を考慮して、出射ビーム電流フィードバック制御の目標ビーム電流値を低くする必要がなくなる。これにより、一面を照射する際の出射ビーム電流フィードバック制御の目標ビーム電流値を高めることが可能となり、線量率を向上することができ、しいては治療時間を短縮できる。   (2) In the present embodiment, as described above, the accumulated beam charge amount in the synchrotron 13 is sequentially measured before irradiating one surface, and the target beam current of the output beam current feedback control is based on the measurement result. Since the value is corrected, depletion during irradiation of one surface does not occur. Therefore, unlike the conventional case, it is not necessary to lower the target beam current value of the outgoing beam current feedback control in consideration of the deterioration of the dose uniformity when the accumulated beam charge amount is depleted halfway. This makes it possible to increase the target beam current value of the outgoing beam current feedback control when irradiating one surface, to improve the dose rate and to shorten the treatment time.

(3)本実施の形態では、蓄積ビーム電荷量70の枯渇を逐次監視する必要はなく、蓄積ビーム電荷量70の枯渇に伴うビーム出射制御とビーム走査制御の停止処理が不要となるため、粒子線照射システムを構成する制御装置の構成および制御方法を簡素にすることができる。一面を照射中にシンクロトロン13内の蓄積ビーム電荷量70が枯渇したかどうかを逐次監視するシステムでは、ビーム10bが枯渇した場合、ビーム10bの出射制御の停止とともに、走査電磁石32でのビーム走査制御を停止する。その後、シンクロトロン13で再度ビームを入射・加速した後、引き続きシンクロトロン13からのビーム出射制御と、走査電磁石32でのビーム走査制御を開始する必要がある。   (3) In this embodiment, it is not necessary to sequentially monitor the depletion of the accumulated beam charge amount 70, and the beam emission control and the beam scanning control stop process associated with the depletion of the accumulated beam charge amount 70 are not necessary. It is possible to simplify the configuration and control method of the control device that constitutes the beam irradiation system. In the system that sequentially monitors whether or not the accumulated beam charge amount 70 in the synchrotron 13 is depleted during irradiation of one surface, when the beam 10b is depleted, the beam scanning with the scanning electromagnet 32 is stopped along with the stop of the emission control of the beam 10b. Stop control. After that, after the beam is incident / accelerated again by the synchrotron 13, it is necessary to continue the beam emission control from the synchrotron 13 and the beam scanning control by the scanning electromagnet 32.

本発明の第2実施例を示す。本実施例の機器構成は第1実施例と同一であるが、目標ビーム電流補正演算部29での目標ビーム電流値(Ifb)の補正方法が異なる。   2 shows a second embodiment of the present invention. The apparatus configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment, but the method of correcting the target beam current value (Ifb) in the target beam current correction calculation unit 29 is different.

ビームの照射制御フローについて、図9を用いて説明する。図6との違いは、比較電荷量(Qcomp)に基づく目標ビーム電流値(Ifb)の補正制御(図6の818〜820)の代わりに、繰り上げ照射電荷量(Qcarry)に基づく目標ビーム電流値(Ifb)の繰り上げ補正制御(図9の825〜828)を設けたことにある。   The beam irradiation control flow will be described with reference to FIG. The difference from FIG. 6 is that the target beam current value based on the carry irradiation charge amount (Qcarry) instead of the correction control (818 to 820 in FIG. 6) of the target beam current value (Ifb) based on the comparison charge amount (Qcomp). (Ifb) carry correction control (825 to 828 in FIG. 9) is provided.

第1実施例の場合、シンクロトロンの出射制御時間(Text)の経過に伴い、蓄積ビーム電荷量(Qmeas)は減少していく。そして、出射制御時間(Text)の後半になると、一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)に対して、蓄積ビーム電荷量(Qmeas)が非常に少ない場合が生じることが考えられる。これは、照射制御が進んで残照射電荷量(Qrest)が少なくなった場合にも同様に、わずかな電荷量だけ照射する必要性が生じてしまう。そのため、蓄積ビーム電荷量(Qmeas)を有効に利用するために、もしくは、総照射電荷量(Qtarget)を満足するために、一単位の照射制御を実施する必要が生じる。   In the case of the first embodiment, the accumulated beam charge amount (Qmeas) decreases with the elapse of the synchrotron emission control time (Text). In the second half of the emission control time (Text), it may be considered that the accumulated beam charge amount (Qmeas) is very small with respect to the charge amount (Qscan) necessary for one unit of irradiation. Similarly, when the irradiation control is advanced and the remaining irradiation charge amount (Qrest) is decreased, it is necessary to irradiate only a small amount of charge. Therefore, in order to use the accumulated beam charge amount (Qmeas) effectively or to satisfy the total irradiation charge amount (Qtarget), it is necessary to perform irradiation control of one unit.

このような処理は、加速制御終了後のシンクロトロン13に蓄積されているビーム電荷量(Qmeas)が一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)の整数倍にならない場合には、シンクロトロンの運転周期の度に生じてしまう。   Such a process is performed when the beam charge amount (Qmeas) accumulated in the synchrotron 13 after acceleration control is not an integral multiple of the charge amount (Qscan) necessary for one unit of irradiation. It occurs every time of the operation cycle.

そこで、本実施例では、比較電荷量(Qcomp)を設定した後(図9の815〜817の制御フロー)、(式6)に示す繰り上げ照射電荷量(Qcarry)を算出する(825)。   Therefore, in this embodiment, after setting the comparative charge amount (Qcomp) (control flow of 815 to 817 in FIG. 9), the carry-up irradiation charge amount (Qcarry) shown in (Expression 6) is calculated (825).

(式6)に示した繰り上げ照射電荷量(Qcarry)は、比較電荷量(Qcomp)から一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)を差し引いたものである。この繰り上げ照射電荷量(Qcarry)と一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)とを比較する(826)。   The carry irradiation charge amount (Qcarry) shown in (Expression 6) is obtained by subtracting the charge amount (Qscan) necessary for one unit of irradiation from the comparison charge amount (Qcomp). This carry irradiation charge amount (Qcarry) is compared with the charge amount (Qscan) required for one unit irradiation (826).

繰り上げ照射電荷量(Qcarry)が一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)よりも少ない場合(Qcarry≦Qscan)は、目標電流値の繰り上げ補正は実施せず(827)、繰り上げ照射電荷量(Qcarry)が一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)よりも多い場合(Qcarry>Qscan)は、(式7)に示した目標電流値の繰り上げ補正を実施する(828)。   When the carry irradiation charge amount (Qcarry) is smaller than the charge amount (Qscan) required for one unit of irradiation (Qcarry ≦ Qscan), the carry-over correction of the target current value is not performed (827), and the carry irradiation charge amount ( When Qcarry) is larger than the amount of charge (Qscan) required for one unit of irradiation (Qcarry> Qscan), the target current value carry-up correction shown in (Expression 7) is performed (828).

繰り上げ照射電荷量(Qcarry)は、実施例1では目標電流値の補正の判定に使用していた比較電荷量(Qcomp)からさらに一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)を差し引いたものとなっている。つまり、二回にわたって一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)を差し引くことで、蓄積ビーム電荷量(Qmeas)が一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)に対して二回分に満たない場合、蓄積ビーム電荷量(Qmeas)を一回の照射に繰り上げて照射することで、照射時間の短縮を実現できる。   The carry irradiation charge amount (Qcarry) is obtained by subtracting the charge amount (Qscan) necessary for one unit of irradiation from the comparison charge amount (Qcomp) used in the determination of correction of the target current value in the first embodiment. It has become. That is, by subtracting the amount of charge (Qscan) required for one unit of irradiation twice, the accumulated beam charge amount (Qmeas) is less than twice the amount of charge (Qscan) required for one unit of irradiation. In this case, the irradiation time can be shortened by raising the accumulated beam charge amount (Qmeas) to one irradiation.

上記は一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)を2倍したものと比較電荷量(Qcomp)とを比較しているとも表現できる。比較電荷量(Qcomp)が一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)の2倍よりも少ない場合に、目標ビーム電流値(Ifb)を一単位の照射に必要なビーム電流値(Iscan)よりも大きくなるように補正することで、繰り上げ照射により照射時間を短縮できる。具体的には(式7)で示すように、目標ビーム電流値(Ifb)は、蓄積ビーム電荷量(Qmeas)を一単位の照射に必要な走査時間(Tscan)で除算したものとしている。   The above can also be expressed as comparing the charge amount (Qscan) required for one unit of irradiation with the doubled charge amount (Qcomp). When the comparative charge amount (Qcomp) is less than twice the charge amount (Qscan) required for one unit of irradiation, the target beam current value (Ifb) is set to be smaller than the beam current value (Iscan) required for one unit of irradiation. By correcting so as to be larger, the irradiation time can be shortened by the forward irradiation. Specifically, as shown in (Expression 7), the target beam current value (Ifb) is obtained by dividing the accumulated beam charge amount (Qmeas) by the scanning time (Tscan) required for one unit of irradiation.

このように、補正の要否の判断基準として、比較電荷量(Qcomp)と一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)との比較値を利用することで、蓄積ビーム電荷量(Qmeas)に応じた適切な制御が可能となる。すなわち実施例1のように比較電荷量(Qcomp)が一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)より少ない場合には、一面照射中のビーム枯渇を回避しつつビーム効率を高いものとする制御ができる。また実施例2で示すように、比較電荷量(Qcomp)が一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)と比べて適度に高い場合には、繰り上げ照射により照射時間を短縮できる。実施例1の判断基準と実施例2の判断基準とを組み合わせた判断基準を採用することも可能である。この場合両者のメリットを享受できる。   As described above, as a criterion for determining whether correction is necessary, by using a comparison value between the comparison charge amount (Qcomp) and the charge amount (Qscan) necessary for one unit of irradiation, the accumulated beam charge amount (Qmeas) is obtained. Appropriate control can be performed accordingly. That is, when the comparative charge amount (Qcomp) is smaller than the charge amount (Qscan) required for one unit of irradiation as in the first embodiment, the control is performed to increase the beam efficiency while avoiding beam depletion during one-surface irradiation. Can do. Further, as shown in Example 2, when the comparative charge amount (Qcomp) is appropriately higher than the charge amount (Qscan) required for one unit of irradiation, the irradiation time can be shortened by the forward irradiation. It is also possible to adopt a judgment standard that combines the judgment standard of the first embodiment and the judgment standard of the second embodiment. In this case, both merits can be enjoyed.

なお実施例2では、一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)を2倍したものと比較電荷量(Qcomp)とを比較しているが、2倍でなくとも1倍より大きければ同様の効果が得られる。何倍にするかは、一単位の照射でどの程度多量の電荷量を照射できるかで決定できる。出射制御期間の後半でシンクロトロン内の蓄積ビーム電荷量が一単位の照射に必要な電荷量よりも若干多い場合に、照射電荷量繰り上げ手段により一回でビーム照射を完了すれば、二回に分けてビームを照射するのに比べて所定の線量の照射に必要な時間を短縮し治療時間を短くすることができる。   In Example 2, the charge amount (Qscan) necessary for one unit of irradiation is doubled with the comparative charge amount (Qcomp). An effect is obtained. The number of times can be determined by how much charge can be irradiated with one unit of irradiation. If the accumulated beam charge amount in the synchrotron is slightly larger than the charge amount required for one unit of irradiation in the second half of the emission control period, the beam irradiation is completed once by the irradiation charge amount raising means. Compared to the separate irradiation of the beam, the time required for irradiation with a predetermined dose can be shortened and the treatment time can be shortened.

ビーム照射時の制御フローによるビーム照射制御時の目標ビーム電流値とそれに伴う蓄積ビーム電荷量の時間変化について、図10を用いて説明する。説明を分かりやすくするため、図10の加速制御終了後の蓄積ビーム電荷量(Qmeas1)と一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)は、図7と同一である。   A target beam current value at the time of beam irradiation control according to the control flow at the time of beam irradiation and the temporal change of the accumulated beam charge amount associated therewith will be described using FIG. For easy understanding, the accumulated beam charge amount (Qmeas1) and the charge amount (Qscan) required for one unit irradiation after the end of the acceleration control in FIG. 10 are the same as those in FIG.

図10では、蓄積ビーム電荷量の1回目から3回目の計測(Qmeas1〜Qmeas3)では、繰り上げ照射は実施しないが、4回目の計測(Qmeas4)の際、繰り上げ照射を実施することで、図7で2回に分けて照射していた電荷量を1回に繰り上げて照射している。よって、図7と比較して、4回目の照射の目標ビーム電流値(Ifb)は、一単位の照射での基準ビーム電流値(Iscan)よりも高くなっており、5回目の照射制御は実施せず、減速制御に移行することで、一単位の走査時間(Tscan)と一単位の照射間での照射停止時間(Toff)の分だけ、照射時間を短縮できる。   In FIG. 10, in the first to third measurements (Qmeas1 to Qmeas3) of the accumulated beam charge amount, no carry-out irradiation is performed, but in the fourth measurement (Qmeas4), by carrying out the carry-out irradiation, FIG. The amount of charge that has been irradiated in two times is raised to one time for irradiation. Therefore, compared with FIG. 7, the target beam current value (Ifb) of the fourth irradiation is higher than the reference beam current value (Iscan) of one unit of irradiation, and the fifth irradiation control is performed. Instead, by shifting to the deceleration control, the irradiation time can be shortened by an amount corresponding to one unit of scanning time (Tscan) and irradiation stop time (Toff) between one unit of irradiation.

本実施例によれば、加速制御終了後の蓄積ビーム電荷量(Qmeas)が一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)の整数倍とならない場合に生ずる、一単位の照射に必要な電荷量(Qscan)よりも少ない蓄積ビーム電荷量を繰り上げ照射することにより、照射時間の短縮を実現できる。このような繰り上げ処理は、シンクロトロンの運転周期の度に生じるため、照射時間の短縮効果は大きく、更なる治療時間の短縮が実現できる。   According to this embodiment, the accumulated beam charge amount (Qmeas) after completion of the acceleration control does not become an integral multiple of the charge amount (Qscan) necessary for one unit of irradiation. The irradiation time can be shortened by performing irradiation with a stored beam charge amount smaller than (Qscan). Such a carry-up process occurs every time the synchrotron is operated, so that the effect of shortening the irradiation time is great, and the treatment time can be further shortened.

これにより、出射制御期間の後半でシンクロトロン内の蓄積ビーム電荷量が一単位の照射に必要な電荷量よりも若干多い場合、二回に分けてビームを照射していたところを、照射電荷量繰り上げ手段により、一回でビーム照射を完了することができるため、所定の線量の照射に必要な時間を短縮し、治療時間を短くすることができる。   As a result, when the accumulated beam charge in the synchrotron is slightly larger than the charge required for one unit irradiation in the second half of the emission control period, the amount of irradiation charge that was irradiated in two parts Since the beam irradiation can be completed once by the lifting means, the time required for irradiation with a predetermined dose can be shortened and the treatment time can be shortened.

以上説明した各実施例の粒子線照射システムでは、照射制御装置44が一単位の照射に必要なビーム電流値(Iscan)を算出し、蓄積ビーム電荷量計測手段が前記シンクロトロン内の蓄積ビーム電荷量(Qmeas)を計測し、目標電流設定手段が、蓄積ビーム電荷量(Qmeas)に基づき一単位の照射に必要なビーム電流値(Iscan)を補正することでシンクロトロン13から出射する目標ビーム電流値(Ifb)を設定し、出射ビーム電流補正制御手段を有する出射用制御装置20が、目標ビーム電流値(Ifb)に基づきビーム電流を制御することで、荷電粒子ビームを補正している。このように荷電粒子ビームを補正することで、照射線量一様度を低下させずにビーム利用効率を高めることのできる粒子線照射システムを実現できる。   In the particle beam irradiation system of each embodiment described above, the irradiation controller 44 calculates a beam current value (Iscan) necessary for one unit of irradiation, and the stored beam charge amount measuring means stores the stored beam charge in the synchrotron. The target beam current emitted from the synchrotron 13 by measuring the quantity (Qmeas) and the target current setting means correcting the beam current value (Iscan) necessary for one unit of irradiation based on the accumulated beam charge quantity (Qmeas) The emission control device 20 that sets the value (Ifb) and has the emission beam current correction control means corrects the charged particle beam by controlling the beam current based on the target beam current value (Ifb). By correcting the charged particle beam in this way, it is possible to realize a particle beam irradiation system capable of increasing the beam utilization efficiency without reducing the irradiation dose uniformity.

1 粒子線照射システム
10a、10b、10c、10d ビーム
11 イオンビーム発生装置
12 前段加速器
13 シンクロトロン
14 ビーム輸送装置
15 蓄積ビーム電荷量検出手段
16 高周波電極
17 高周波電力増幅器
18 偏向電磁石
20 出射用制御装置
21 出射用の高周波発振器(高周波発振器)
22 帯域制限高周波信号発生部
23 振幅変調器
24 ビーム電流フィードバック制御回路
25、26 高周波スイッチ
27 出射用高周波信号処理部
29 目標ビーム電流補正演算部
30 照射装置
31 線量モニタ
32 走査電磁石
33 エネルギー吸収体
34 コリメータ
35 ボーラス
36 患者
37 患部形状
38 ビーム走査経路
40 加速器制御装置
41 統括制御装置
42 記憶装置
43 治療計画装置
44 照射制御装置
50 タイミングシステム
60 インターロックシステム
221 高周波ミキサ
241、242 フィードバックループゲイン調整器
243 加算演算回路
252 ビーム出射制御信号
311 線量モニタ検出信号
501 蓄積ビーム電荷量確認信号
502 ビーム出射制御信号
Qtarget 総照射電荷量
Qscan 一単位の照射に必要な電荷量
Qrest 残照射電荷量
Qsum 累積照射電荷量
Qmeas 蓄積ビーム電荷量
Qcomp 比較電荷量
Qcarry 繰り上げ照射電荷量
Qext シンクロトロンからの出射ビーム電荷量
Text 出射制御時間
Tscan 一単位の走査時間
Toff 一単位の照射間での照射停止時間
Nr リペイント回数
Nscan 出射制御時間内での一単位の照射回数
Iscan 一単位の照射での基準ビーム電流値
Ifb 目標ビーム電流値
Idose ビーム電流値
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Particle beam irradiation system 10a, 10b, 10c, 10d Beam 11 Ion beam generator 12 Pre-accelerator 13 Synchrotron 14 Beam transport device 15 Accumulated beam charge amount detection means 16 High frequency electrode 17 High frequency power amplifier 18 Bending electromagnet 20 Control device for extraction 21 High-frequency oscillator for emission (high-frequency oscillator)
22 Band-limited high-frequency signal generator 23 Amplitude modulator 24 Beam current feedback control circuit 25, 26 High-frequency switch 27 Emission high-frequency signal processor 29 Target beam current correction calculator 30 Irradiation device 31 Dose monitor 32 Scanning electromagnet 33 Energy absorber 34 Collimator 35 Bolus 36 Patient 37 Affected part shape 38 Beam scanning path 40 Accelerator control device 41 Overall control device 42 Storage device 43 Treatment planning device 44 Irradiation control device 50 Timing system 60 Interlock system 221 High-frequency mixer 241 242 Feedback loop gain adjuster 243 Addition calculation circuit 252 Beam extraction control signal 311 Dose monitor detection signal 501 Accumulated beam charge amount confirmation signal 502 Beam extraction control signal Qtarget Total irradiation charge amount Qscan Necessary for one unit of irradiation Charge amount Qrest Remaining irradiation charge amount Qsum Accumulated irradiation charge amount Qmeas Accumulated beam charge amount Qcomp Comparison charge amount Qcarry Raising irradiation charge amount Qext Emission beam charge amount from synchrotron Extraction control time Tscan One unit scanning time Toff One unit irradiation Irradiation stop time Nr Number of repaints Nscan Number of irradiation times of one unit within the emission control time Iscan Reference beam current value Ifb in one unit of irradiation Target beam current value Idose Beam current value

Claims (9)

イオンビームを加速して出射するシンクロトロンと、前記シンクロトロンから出射された前記イオンビームを照射する照射装置とを有し、前記照射装置から一単位の照射を複数回行う粒子線照射システムにおいて、
前記シンクロトロン内の蓄積ビーム電荷量を計測する蓄積ビーム電荷量計測手段と、
前記蓄積ビーム電荷量計測手段で計測した蓄積ビーム電荷量に基づき、前記シンクロトロンから出射する目標ビーム電流値を設定する目標電流設定手段と、
前記目標電流設定手段より求められた前記目標ビーム電流値に基づきビーム電流を制御する出射ビーム電流補正制御手段を備えることを特徴とする粒子線照射システム。
In a particle beam irradiation system that includes a synchrotron that accelerates and emits an ion beam and an irradiation device that irradiates the ion beam emitted from the synchrotron, and performs irradiation of one unit multiple times from the irradiation device.
Accumulated beam charge measuring means for measuring the accumulated beam charge in the synchrotron;
Target current setting means for setting a target beam current value emitted from the synchrotron based on the accumulated beam charge amount measured by the accumulated beam charge amount measuring means;
A particle beam irradiation system comprising: an exit beam current correction control unit configured to control a beam current based on the target beam current value obtained by the target current setting unit.
請求項1の粒子線照射システムにおいて、
前記複数回の照射に必要な総照射電荷量を受信する受信手段と、
累積照射電荷量を計算する出射用制御装置とを有し、
前記総照射電荷量から前記累積照射電荷量を差し引いた残照射電荷量と前記蓄積ビーム電荷量のうち少ない方を比較電荷量とした場合に、
前記目標電流設定手段による前記目標ビーム電流の目標値の決定に、前記比較電荷量が利用されることを特徴とする粒子線照射システム。
In the particle beam irradiation system of Claim 1,
Receiving means for receiving a total irradiation charge amount necessary for the plurality of irradiations;
An emission control device for calculating the cumulative irradiation charge amount,
When the remaining irradiation charge amount obtained by subtracting the cumulative irradiation charge amount from the total irradiation charge amount and the smaller one of the accumulated beam charge amount is set as a comparison charge amount,
The particle beam irradiation system, wherein the comparison charge amount is used to determine a target value of the target beam current by the target current setting means.
請求項2の粒子線照射システムにおいて、
一単位の照射に必要な電荷量を算出する照射制御装置を有し、
前記目標電流補正手段は、補正の要否の判断基準として、前記比較電荷量と前記一単位の照射に必要な電荷量との比較値を利用することを特徴とする粒子線照射システム。
The particle beam irradiation system according to claim 2,
It has an irradiation control device that calculates the amount of charge required for one unit of irradiation,
The target beam correcting unit uses a comparison value between the comparative charge amount and the charge amount necessary for the unit of irradiation as a determination criterion for the necessity of correction.
請求項2または3の粒子線照射システムにおいて、
一単位の照射に必要なビーム電流値を算出する照射制御装置を有し、
前記目標電流設定手段は、前記一単位の照射に必要なビーム電流値を基に前記ビーム電流の目標値を補正により決定することを特徴とする粒子線照射システム。
The particle beam irradiation system according to claim 2 or 3,
It has an irradiation control device that calculates the beam current value required for one unit of irradiation,
The particle beam irradiation system, wherein the target current setting means determines the target value of the beam current by correction based on a beam current value necessary for the unit irradiation.
請求項2から4の何れかの粒子線照射システムにおいて、
前記目標電流設定手段は、前記比較電荷量が前記一単位の照射に必要な電荷量よりも少ない場合に、前記目標ビーム電流値を前記一単位の照射に必要なビーム電流値よりも小さくなるように補正することを特徴とする粒子線照射システム。
In the particle beam irradiation system according to any one of claims 2 to 4,
The target current setting means makes the target beam current value smaller than the beam current value necessary for the unit of irradiation when the comparison charge amount is smaller than the charge amount necessary for the unit of irradiation. Particle beam irradiation system characterized by correcting to
請求項5の粒子線照射システムにおいて、
前記目標ビーム電流値は、前記一単位の照射に必要なビーム電流値を、前記一面の照射に必要な電荷量に対する前記比較電荷量の割合で補正したものであることを特徴とする粒子線照射システム。
In the particle beam irradiation system of Claim 5,
The target beam current value is obtained by correcting the beam current value necessary for the unit irradiation with the ratio of the comparative charge amount to the charge amount necessary for the one-surface irradiation. system.
請求項2から6の何れかの粒子線照射システムにおいて、
前記目標電流補正手段は、前記比較電荷量が前記一単位の照射に必要な電荷量の2倍よりも少ない場合に、前記目標ビーム電流値を前記一単位の照射に必要なビーム電流値よりも大きくなるように補正することを特徴とする粒子線照射システム。
In the particle beam irradiation system according to any one of claims 2 to 6,
The target current correction unit may set the target beam current value to be smaller than the beam current value necessary for the unit of irradiation when the comparative charge amount is less than twice the amount of charge necessary for the unit of irradiation. A particle beam irradiation system which is corrected so as to increase.
請求項7の粒子線照射システムにおいて、
前記目標ビーム電流値が、前記蓄積ビーム電荷量を一単位の照射に必要な走査時間で除算したものであることを特徴とする粒子線照射システム。
In the particle beam irradiation system of Claim 7,
The particle beam irradiation system, wherein the target beam current value is obtained by dividing the accumulated beam charge amount by a scanning time required for one unit of irradiation.
イオンビームを加速して出射するシンクロトロンと、前記シンクロトロンから出射された前記イオンビームを照射する照射装置とを有し、前記照射装置から一単位の照射を複数回行う粒子線照射システムの荷電粒子ビームの補正方法において、
照射制御装置が一単位の照射に必要なビーム電流値を算出し、
蓄積ビーム電荷量計測手段が前記シンクロトロン内の蓄積ビーム電荷量を計測し、
目標電流設定手段が、前記蓄積ビーム電荷量に基づき前記一単位の照射に必要なビーム電流値を補正することで前記シンクロトロンから出射する目標ビーム電流値を設定し、
前記出射ビーム電流補正制御手段が、前記目標ビーム電流値に基づきビーム電流を制御することを特徴とする粒子線照射システムの荷電粒子ビームの補正方法。
Charge of a particle beam irradiation system comprising: a synchrotron that accelerates and emits an ion beam; and an irradiation device that irradiates the ion beam emitted from the synchrotron, and performs irradiation of one unit multiple times from the irradiation device In the particle beam correction method,
The irradiation controller calculates the beam current value required for one unit of irradiation,
The accumulated beam charge measuring means measures the accumulated beam charge in the synchrotron,
The target current setting means sets the target beam current value emitted from the synchrotron by correcting the beam current value necessary for the unit of irradiation based on the accumulated beam charge amount,
The method of correcting a charged particle beam of a particle beam irradiation system, wherein the emission beam current correction control unit controls a beam current based on the target beam current value.
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