JP2014025908A - 荷電粒子ビーム照射システム、荷電粒子ビームモニタ装置、荷電粒子ビームモニタ方法、および荷電粒子ビーム照射システム制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】荷電粒子ビームを確認のためだけに遮ることなく荷電粒子ビームの照射位置を精度よく検出する。
【解決手段】荷電粒子を発生させる荷電粒子発生装置２と、前記荷電粒子を加速する加速器３，８３と、前記荷電粒子が前記加速器３，８３により加速された荷電粒子ビームＢをターゲット４５に照射する照射確認部４０，４０Ａ，４０Ｂとを備えた荷電粒子ビーム照射システム１，１Ｂに、ターゲット４５における荷電粒子ビームＢのビームスポット４６から放出される赤外線を検出する赤外線カエラ５５と、赤外線カメラ５５により検出した前記赤外線のエネルギー量分布に基づく分布画像６３を出力するモニタ５７ａとを備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば荷電粒子ビーム照射システム、荷電粒子ビームモニタ装置、荷電粒子ビームモニタ方法、および荷電粒子ビーム照射システム制御方法に関する。

従来、荷電粒子を加速器で加速し、加速した荷電粒子ビームをターゲットに照射する荷電粒子ビーム照射システムが提供されている。このような荷電粒子ビーム照射システムでは、荷電粒子ビームの形状や照射位置を精度よく制御することが望まれる。ここで、荷電粒子ビームの形状や照射位置は、肉眼で確認することができない。このため、荷電粒子ビームの位置を確認する方法が種々提案されている。

例えば、ダクト断面に対する蛍光板の相対位置を表示するビーム形状モニタシステムが提案されている（特許文献１参照）。このビーム形状モニタシステムは、ビーム軌道を遮断するように挿入する蛍光板と、ビームの相対位置および大きさを確認する蛍光板上の目印と蛍光板上の蛍光を観測する装置と，観測装置の画像を表示する表示モニタにより構成されている。これにより、ダクト断面に対するビームの位置及び断面径の大きさを定量的な表示を容易かつ低コストに出来るとされている。

また、大強度のビームをモニタできるビームモニタシステムが提案されている（特許文献２参照）。このビームモニタシステムは、ビーム検出部をモニタ位置（通過するビームを受ける位置）と非モニタ位置（ビームを受けない位置）とに交互に高速移動させる検出部移動手段を備えている。これにより、大強度のビームを照射でき、またモニタできるとされている。

これらの方法は、荷電粒子ビームがシンチレータ（蛍光板またはビーム検出部）に当たることによる励起現象を利用し、この励起現象による発光を観察することで、荷電粒子ビームの位置等を確認するものである。つまり、肉眼で見ることのできない荷電粒子ビームを、励起現象を用いることで可視化することで、確認できるようにしている。

しかし、これらの方法は、ビームの行路上に蛍光板またはビーム検出部を挿入するために、ビームエネルギーが下がり強度が弱まる破壊的な方法であるという問題点があった。このため、数マイクロアンペア以上にビーム強度を上げられないという問題点があった。

また、特許文献２は、ビームを受ける位置と受けない位置にビーム検出部を検出部移動手段で高速移動させるものである。この特許文献２の方法は、ビームを受けない位置で大強度のビームを照射している間、そのビームの位置および形状等を確認できないという問題があった。

さらに、これらの方法は、ターゲットを直接確認しているのではなく、ビームが透過する蛍光板またはビーム検出部を確認しているものである。このため、実際のターゲットへの照射位置と誤差を生じる可能性があった。

特開平５−２２３９４３号公報 特開２００２−２６７７５９号公報

この発明は、上述した問題に鑑み、荷電粒子ビームを確認のためだけに遮ることなく荷電粒子ビームの照射位置を精度よく検出できる荷電粒子ビーム照射システム、荷電粒子ビームモニタ装置、荷電粒子ビームモニタ方法、および荷電粒子ビーム照射システム制御方法を提供することを目的とする。

この発明は、荷電粒子を発生させる荷電粒子発生部と、前記荷電粒子を加速する加速器と、前記荷電粒子が前記加速器により加速された荷電粒子ビームをターゲットに照射する照射部とを備えた荷電粒子ビーム照射システムであって、前記ターゲットにおける荷電粒子ビーム照射部位から放出される赤外線を検出する赤外線検出部と、前記赤外線検出部により検出した前記赤外線のエネルギー量分布に基づく分布画像を出力する分布画像出力部とを備えた荷電粒子ビーム照射システム、またはこれに利用する荷電粒子ビームモニタ装置、あるいは荷電粒子ビームモニタ方法若しくは荷電粒子ビーム照射システム制御方法であることを特徴とする。

この発明により、荷電粒子ビームを確認のためだけに遮ることなく荷電粒子ビームの照射位置を精度よく検出することができる。

荷電粒子ビーム照射システムの構成を説明する説明図。 検出データと分布画像データの縦横比率調整の説明図。 検出データの温度変化の説明図。 他の実施例の構成を説明する説明図。 実施例４の荷電粒子ビーム照射システムの構成を説明する説明図。 変更制御用データと分布画像の説明図 実施例４の荷電粒子ビーム照射システムの動作を示すフローチャート。

本発明者は、荷電粒子ビーム照射システムの荷電粒子ビームをモニタする方法を鋭意研究した結果、従来の方法では避けられなかったマイナス面を払拭できる画期的な方法を発明した。

すなわち、本発明者は、荷電粒子ビームがターゲット物質に当たるとわずかにエネルギーを落とし、そのときにわずかなエネルギーを熱という形で放出することに着目した。そして、この熱が赤外線を発することに着目し、赤外線を検出することで、荷電粒子ビームの位置及び大きさ、さらには形状を確認できる荷電粒子ビーム照射システムを発明した。これにより、励起現象を用いる必要がなくなり、ターゲットそのものを撮影することが可能となった。このようにターゲットを直接撮影できるため、照射位置等を精度よく確認することができるようになった。また、荷電粒子ビームの行路上に位置確認用の蛍光板等の遮蔽物を置く必要がないため、大強度の荷電粒子ビームを照射することができるようになった。
以下、この発明の一実施形態を図面と共に説明する。

図１は、荷電粒子ビーム照射システム１の構成を説明する説明図であり、図１（Ａ）は、荷電粒子ビーム照射システム１の全体の概略構成を示す構成図であり、 図１（Ｂ）は、照射確認部４０の概略構成を示す縦断正面図である。

図１（Ａ）に示すように、荷電粒子ビーム照射システム１は、荷電粒子発生装置２（荷電粒子発生部）、加速器３、及び荷電粒子ビーム照射部４（照射部）により構成されている。
荷電粒子発生装置２は、荷電粒子を発生させる装置であり、所望のイオン種を発生させるイオン源等、適宜の装置で構成することができる。この荷電粒子発生装置２が発生させる荷電粒子は、電子、陽子、
重陽子、中性子、アルファ粒子、または重イオンなど、目的に応じて適宜のものとすることができる。

加速器３は、荷電粒子を加速する装置であり、サイクロトロンまたはシンクロトロンなど、適宜の装置で構成することができる。なお、加速器３は、図示では円形加速器としているが、これに限らず線形加速器とする、あるいは線形加速器と円形加速器の両方とするなど、適宜の構成とすることができる。

荷電粒子ビーム照射部４は、荷電粒子をターゲットに照射する出口部分の装置であり、照射確認部４０が設けられている。

この荷電粒子ビーム照射システム１は、例えば、ＢＮＣＴシステム（中性子捕捉療法システム）における中性子源とすることができる。この場合、荷電粒子発生装置２を陽子を生成するイオン源とし、加速器３をサイクロトロンとし、ターゲットをベリリウムとするとよい。これにより、陽子を加速してベリリウムターゲットに照射し、中性子を発生させることができる。この中性子により、予めホウ素薬剤を患者に投与しておき、がん細胞に選択的にとりこまれたホウ素に対して中性子ビームを照射してがん細胞を破壊するＢＮＣＴ療法を実施できる。

図１（Ｂ）に示すように、照射確認部４０は、筐体４１と、冷却部４７と、ＣＣＤカメラ５１と、赤外線カメラ５５（赤外線検出部）と、ＰＣ５７とを有している。

筐体４１は、円筒形の導管基部４１ａと、この導管基部４１ａより荷電粒子照射方向後段（図１（Ｂ）の下部）にある円筒形の照射端部４１ｄと、この照射端部４１ｄの少し導管基部４１ａ側に設けられた可視光用導管４１ｂおよび赤外線用導管４１ｆとで構成されている。この筐体４１の内部は、荷電粒子ビームＢの輸送を妨げないように真空である。

筐体４１の基部側は、荷電粒子ビーム照射部４にフランジ４ａにより隙間なく接続されている。この導管基部４１ａの内部で、照射部４から輸送されてきた荷電粒子ビームＢがターゲット４５に向かって直進する。

可視光用導管４１ｂは、荷電粒子ビームＢの進行方向２１に対して４５°の角度に配置された円筒形の部材である。可視光用導管４１ｂの導管基部４１ａ側および照射端部４１ｄ側は、導管基部４１ａおよび照射端部４１ｄに隙間なく接続されている。可視光用導管４１ｂの他端側となる開口部４１ｃは、導管基部４１ａおよび照射端部４１ｄより外側で導管基部４１ａより照射部４側に位置し、可視光透過板４３で密閉されている。可視光透過板４３は、透明ガラス等の可視光を透過させる素材で形成された板状の部材であり、開口部４１ｃを完全に覆う大きさに形成されている。

照射端部４１ｄは、導管基部４１ａよりも半径が大きい円筒形に形成されている。この照射端部４１ｄの先端に、ターゲット４５が設置される。

赤外線用導管４１ｆは、荷電粒子ビームＢの進行方向２１に対して４５°の角度に配置された円筒形の部材である。赤外線用導管４１ｆの導管基部４１ａ側および照射端部４１ｄ側は、導管基部４１ａおよび照射端部４１ｄに隙間なく接続されている。赤外線用導管４１ｆの他端側となる開口部４１ｇは、導管基部４１ａおよび照射端部４１ｄより外側で導管基部４１ａより照射部４側に位置し、赤外線透過板４４（窓カバー）で密閉されている。赤外線透過板４４は、フッ化バリウム（ＢａＦ２）のガラスまたはフッ化カルシウム（ＣａＦ２）のガラス等、赤外線を透過させる素材（赤外線透過部材）で形成された板状の部材であり、開口部４１ｇを完全に覆う大きさに形成されている。

この赤外線透過板４４は、赤外線カメラ５５のレンズ５５ａ側が取り付けられる取付部としても機能する。なお、取付部は、赤外線透過板４４に赤外線カメラ５５を直接固定して取り付ける構成とする、あるいは赤外線カメラ５５を筐体４１等の他の部位に固定してレンズ５５ａを赤外線透過板４４に向い合せて配置する構成とする等、適宜の構成とすることができる。

ターゲット４５は、荷電粒子ビームＢを照射するターゲットである。このターゲット４５は、荷電粒子ビームＢの照射によりわずかにでも温度上昇する素材を利用でき、例えば銅またはベリリウムなど、目的に応じて適宜の素材で構成される。このターゲット４５の中心付近に荷電粒子ビームＢが照射されてビームスポット４６（荷電粒子ビーム照射部位）となる。なお、ターゲット４５は、金属であることが好ましい。これにより、荷電粒子ビームＢの照射によるわずかな温度上昇を赤外線として検出しやすくできる。

このターゲット４５の上面（荷電粒子ビーム照射面）は、点線で示すように校正用目印部材２５を載置することができる。この校正用目印部材２５をターゲット４５の温度よりも高い温度に温めてターゲット４５上に載置し、校正用目印部材２５から放射される赤外線を赤外線カメラ５５で検出することで、赤外線カメラ５５の設置位置を調整して赤外線カメラ５５による撮影範囲を校正することができる。

なお、校正用目印部材２５は、例えばゴムなど、ターゲット４５よりも熱伝導の悪い部材を用いることが好ましい。これにより、校正作業を行っている間も校正用目印部材２５の熱を保持でき、赤外線カメラ５５で校正用目印部材２５を識別し続けることができる。また、校正用目印部材２５は、例えば内径と外径を測定できるリング型（ラバー製のＯリングなど）、または、縦長さと横長さを測定できる十字型あるいはＴ字型など、２次元での撮影により２以上のパラメータを取得できる形状にすることが好ましい。これにより、赤外線カメラ５５の設置位置を最適化でき、撮影領域をＣＣＤカメラ５１による撮影領域と一致させるなど、適切な校正を行うことができる。また、校正用目印部材２５は、赤外線カメラ５５から見て赤外線用導管４１ｆの内側に収まる大きさ、すなわち校正用目印部材２５の全体を撮影できる大きさとすることが好ましい。これにより、校正用目印部材２５の全体を撮影できるように撮影領域をＣＣＤカメラ５１の設置位置を調整でき、適切な校正を容易に行うことができる。

この校正用目印部材２５は、校正が終わると、ターゲット４５上などの荷電粒子ビームＢの通路内に存在しないように、外部へ取り出されて適宜保管される。すなわち、校正を行うときのみ校正用目印部材２５がターゲット４５上に載置され、それ以外は外部へ取り除かれる。

冷却部４７は、冷媒を通過させる流路４８を備えている。すなわち、冷却部４７は、ターゲット４５の少なくともビームスポット４６の裏面側（荷電粒子ビームが照射される表面の反対面側）のほぼ全体に渡って空洞を有している。そして、この空洞に、流入口４８ａから流入した冷媒を通過させた後、流出口４８ｂから冷媒を排出する。この流路４８に冷水等の液体を通過させることで、ターゲット４５を冷却する。

ＣＣＤカメラ５１は、ターゲット４５のビームスポット４６とその周囲を可視光線により撮影して二次元画像を取得する可視光線撮像装置である。このＣＣＤカメラ５１は、撮影方向２３が荷電粒子ビームＢの進行方向２１に対して４５°となるよう配置されている。この角度は、赤外線カメラ５５の撮影方向２２と荷電粒子ビームＢの進行方向２１との角度と同じ角度とすることができる。ビームスポット４６周辺の様子を撮影した二次元画像をＬＣＤ５３に送信する。

ＬＣＤ５３は、画像を表示する表示装置である。このＬＣＤ５３は、ＣＣＤカメラ５１から受信する二次元画像を表示する。これにより、ビームスポット４６周辺の様子を、肉眼で見るのと同様にリアルタイムに確認することができる。

赤外線カメラ５５は、ターゲット４５のビームスポット４６とその周囲から放射される赤外線を検出する赤外線検出装置である。この赤外線カメラ５５は、赤外線のエネルギー量分布を２次元の画素別の検出データとして取得し、この検出データをＰＣ５７に送信する。この赤外線カメラ５５は、ビームスポット４６が焦点となるように設置されることが好ましい。この赤外線カメラ５５とＰＣ５７は、荷電粒子ビームＢをモニタする荷電粒子ビームモニタ装置として機能する。

赤外線カメラ５５は、撮影方向２２が荷電粒子ビームＢの進行方向２１に対して、平行ではないように配置されることが好ましく、０°より大きく９０°より小さい角度になるように設置されることが好ましく、荷電粒子ビームを妨げずかつビームスポットを撮影できる角度に配置されることがより好ましい。この実施例１の赤外線カメラ５５は、撮影方向２２が荷電粒子ビームＢの進行方向２１に対して、４５°に設置されている。

この赤外線カメラ５５は、赤外領域を撮影できる適宜のカメラで構成することができ、中性子等の荷電粒子ビームＢに対する損傷の少ないものが好ましい。例えば、赤外線カメラ５５は、量子型赤外線撮像素子を用いた赤外線カメラより、ボロメータ型赤外線撮像素子を用いた非冷却式赤外線カメラの方が、耐性の点で好ましい。すなわち、ボロメータ型赤外線撮像素子を用いた非冷却式赤外線カメラの方が中性子に対する損傷を減らすことが出来、より大強度のビームに長期間、利用することができる。普通のＣＣＤカメラも利用可能であるが、中性子による損傷により、画像に欠損が生じる可能性が残る。

また、この赤外線カメラ５５は、２次元で赤外線を検出でき、かつ、ターゲットが荷電粒子ビームＢの照射によって温度上昇することによる赤外線のエネルギー量の差を認識できる精度のものを用いるとよい。具体的には、赤外線カメラ５５は、少なくとも１℃の温度変化を認識できるものが好ましく、０．５℃の温度変化を検出できるものがより好ましい。これにより、荷電粒子ビームＢの照射によるターゲット表面のわずかな温度上昇（例えばターゲットにおける荷電粒子ビームＢの照射部位が常温から０．５℃あるいは１℃温度程度上昇）を確実に認識することができる。

ＰＣ５７は、制御部と記憶部と入力部とモニタ５７ａ（分布画像出力部）とを備えたコンピュータで構成されている。入力部は、赤外線カメラ５５から検出データの入力を受け付ける。モニタ５７ａは、液晶ディスプレイやＣＲＴディスプレイ等の出力部で構成されている。制御部は、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭで構成され、入力部で受け付けた検出データを赤外線の強度がわかる二次元の分布画像データに変換し、モニタ５７ａに送信する。ＰＣ５７は、この検出データを受け付けて分布画像データに変換しモニタ５７ａに送信する処理を連続して繰り返して実行する。このため、分布画像データは常に更新され、ターゲット４５に荷電粒子ビームＢが照射されているビームスポット４６の位置と大きさと形状をリアルタイムに表示できる。

モニタ５７ａは、この分布画像データを画面に表示する。なお、赤外線カメラ５５による検出データの取得は、所定時間間隔で静止画撮影するごとく取得してもよく、また、動画撮影するごとく連続取得してもよい。いずれの場合でも、最新の検出データを繰り返し取得して更新することができ、リアルタイムの確認を実現できる。

図２は、赤外線カメラ５５で取得した検出データの縦横比率を調整してビームスポット４６を真正面（荷電粒子ビームＢの進行方向）から見るのと同じ状態の分布画像データとして表示する仕組みの説明図である。

図２（Ａ）は、赤外線カメラ５５で検出する検出データ６１と、各画素６１ａの縦横の密度を示す平面図である。この図２（Ａ）の左右は図１（Ｂ）の左右に対応し、図２（Ａ）の上側は図１（Ｂ）の奥側に対応し、図２（Ａ）の下側は図１（Ｂ）の手前側に対応している。

図１（Ｂ）に示したように、赤外線カメラ５５は、傾斜した方向からビームスポット４６を撮影している。このため、本来円形の撮影領域および校正用目印部材２５は、図２（Ａ）の撮影領域Ｒ１および校正用目印部材２５に示すように、赤外線カメラ５５の位置から見た縦横比率で撮影され、赤外線カメラ５５の傾斜方向が縮んだように楕円形になる。なお、撮影領域Ｒ１は、赤外線用導管４１ｆ（図１（Ｂ）参照）の照射端部４１ｄ側の接続端部と一致している。すなわち、赤外線用導管４１ｆの導管を通して視認できる範囲が撮影領域Ｒ１となる。

実施例として示したように４５°の傾斜であった場合には、傾斜方向側の距離が１／√２に縮小表示される。そこで、赤外線カメラ５５は、傾斜方向の画素の配置間隔を、傾斜方向と直角の方向の画素の配置間隔よりも１／√２だけ短くして密度を上げて撮影できるように構成されている。例えば、略正方形の撮影範囲に対して傾斜方向を３２０画素、傾斜方向と直角の方向を２４０画素といったように設定できる。

図２（Ｂ）は、ＰＣ５７のモニタ５７ａに表示する分布画像（ビームプロファイル）６３を示す正面図である。分布画像６３は、赤外線カメラ５５で検出した検出データ６１を、画素６１ａごとに検出した赤外線のエネルギー量に応じたカラー画素６３ａに変換し、このカラー画素６３ａの縦横比率を１対１にして表示した画像である。この分布画像６３は、荷電粒子ビームＢの進行方向から見て１対１の縦横比率となり、撮影領域Ｒ２および校正用目印部材２５に示すように、本来円形の撮影領域および校正用目印部材２５を正しく円形に表示できる。

図３（１）は、実際にターゲット４５に対して荷電粒子ビームＢの照射をＯＮ／ＯＦＦにし、赤外線カメラ５５により検出した温度変化を示すグラフであり、横軸を時間、縦軸を温度（℃）としている。図中に矢印でしめすＡ〜Ｈの各時点は、荷電粒子ビームＢの照射をＯＮにする瞬間を０秒とし、ＯＦＦにする瞬間を１６５秒として、次のタイミングを示している。
矢印Ａ：ビーム照射前（−１秒）
矢印Ｂ：ビーム照射開始時（０秒）
矢印Ｃ：１秒後
矢印Ｄ：１５秒後
矢印Ｅ：４５秒後
矢印Ｆ：１０５秒後
矢印Ｇ：１６４秒後
矢印Ｈ：ビーム照射終了直後（１６５秒）

図示している温度は、各時点において、ターゲット４５の全範囲の温度のうち最高温度を示している。なお、ターゲット４５の全範囲の温度のうち最高温度とすることに限らず、例えば、撮影領域Ｒ２の内側に見える全範囲の温度のうち最高温度とする、あるいは赤外線カメラ５５で撮影している範囲の温度のうち最高温度とするなど、適宜の設定にできる。いずれの設定でも、最も高温となるのが荷電粒子ビームＢの照射位置であるから、知りたい位置の温度を抽出することができる。

図３（１）に示すように、荷電粒子ビームＢをＯＦＦの状態からＯＮにすると、赤外線カメラ５５により検出する温度は、図中に黒色の折れ線で表すグラフＬ１の矢印Ａから矢印Ｂの範囲に示すように急激に上昇する。荷電粒子ビームＢをＯＮの状態からＯＦＦにすると、赤外線カメラ５５により検出する温度は、図中のグラフＬ１の矢印Ｇから矢印Ｈの範囲に示すように急激に下降する。ビームエリア外の温度上昇は、図中に灰色の折れ線で表すグラフＬ２に示すようにごく僅かである。
この図に示すように、赤外線カメラ５５により、荷電粒子ビームの照射の有無を明確に認識できている。

図３（Ａ）〜図３（Ｈ）は、図３（１）に示した矢印Ａ〜矢印Ｈの各時点で赤外線カメラ５５により実際に撮影した分布画像６３を示すイメージ図である。
図３（Ａ）に示すように、分布画像６３には、円形の撮影領域Ｒ２が写っており、この撮影領域Ｒ２の外側に赤外線用導管４１ｆが写っている。また、撮影領域Ｒ２の内側には、ターゲット４５が写っている。さらに、図３（Ｂ）に示すように、ターゲット４５の内側にビームスポット４６が写っている。

図３（Ａ）に示すように荷電粒子ビームＢをＯＦＦにしているとターゲット４５が写っているだけだが、荷電粒子ビームＢをＯＮにした瞬間に図３（Ｂ）に示すようにビームスポット４６が温度上昇して可視化される。これにより、荷電粒子ビームＢが照射されているビームスポット４６の位置、大きさ、形状を即座に確認できる。また、図３（Ｂ）から図３（Ｇ）に示すように、ビームスポット４６の位置、大きさ、形状が変化していることも、リアルタイムに確認できる。そして、荷電粒子ビームＢをＯＦＦにした瞬間に、図３（Ｈ）に示すようにビームスポット４６が写らなくなり、荷電粒子ビームＢがＯＦＦされたことを即座に確認できる。

図３（Ａ）〜図３（Ｈ）はグレースケール画像となっているが、実際にはエネルギー量の高低によって色を変えることで、わかりやすくカラーで見ることができる。例えば、エネルギー量の高いところから低いところへ赤、黄、緑のグラデーションで表示する設定とすることができる。この場合、分布画像６３は、ビームスポット４６が赤色で表示され、ターゲット４５が黄色で表示され、赤外線用導管４１ｆが緑色で表示される。このエネルギー量は、ビームの強度に比例している。

以上の構成と動作により、ターゲット４５に対して荷電粒子ビームＢが照射されたビームスポット４６を、直接確認することができる。従って、荷電粒子ビームＢを蛍光板等で遮る必要がないため、大強度の荷電粒子ビームＢを照射することが可能となる。

また、ターゲット４５上のビームスポット４６に赤外線カメラ５５の焦点を合わせて直接撮影により確認できるため、従来のように蛍光板で検出した位置からまっすぐ照射されることを前提にしてビームスポットの位置等を確認するために生じる誤差等を解消することができる。

また、従来のように蛍光板を出し入れする必要もないため、ビーム照射中もビームの位置、大きさ、形状を監視することができる。

また、実証実験で２０μＡ〜２００μＡでの監視を実現できており、原理的に１ｍＡ以上でも監視できる。

また、従来のシステムのビームポートに赤外線カメラ５５を取り付けて、簡単な位置とサイズの校正で利用することができる。

また、赤外線カメラ５５は、荷電粒子ビームＢを妨げない位置に配置され、荷電粒子ビームＢの進行方向に対して任意の角度で交差する方向に赤外線の検出方向が向けられているため、ビームスポットから放出される赤外線を適切に検出できる。

また、複雑なパラメータ調整が不用であるため、１分程度の短時間でモニタ化することができる。

また、赤外線カメラ５５のレンズ５５ａを接触または近接させる位置に赤外線透過板４４を設けることで、筐体４１内の真空を保ちつつ撮影することができる。

また、冷却部４７によりターゲット４５を冷却することで、応答速度を高めることができる。すなわち、ターゲット４５のビームスポット４６から放射される赤外線のエネルギー量の変化は、ビームスポット４６付近のターゲット４５のわずかな温度変化に連動する。このため、例えば荷電粒子ビームＢの照射を停止しても、ターゲット４５の余熱によって放射される赤外線のエネルギー量がすぐに低くはならない。そうすると、残像が残り、荷電粒子ビームＢの照射停止や照射強度の低下にすぐに反応できないこととなる。これに対し、冷却部４７で素早く冷却し続けることで、荷電粒子ビームＢの照射の停止または照射強度低下を実施すると、ビームスポット４６付近の温度を非冷却時よりも早く下げることができ、放出される赤外線のエネルギー量も早く減らせる。従って、荷電粒子ビームＢが照射されているビームスポット４６の位置、大きさ、および形状をリアルタイム（または、ほぼリアルタイム）に監視することができる。特に、残像により遅延の生じやすい冷却側の応答速度を向上できる。この応答速度は１秒以下が好ましく、冷却部４７によってこの好ましい応答速度を実現できる。

また、構造上、赤外線カメラ５５を荷電粒子ビームＢの照射方向に対して傾斜させて配置せざるを得ないことから、得られる検出データ６１は縦横比率が１対１ではなくなる。この点について、上述した構成により正しい縦横比率の分布画像６３に変換して監視することができる。これにより、荷電粒子ビームＢの位置、大きさ、および形状を適切に監視できる。
また、従来の蛍光板を利用する方法の場合、暗室などで暗くする必要があった。しかし、赤外線カメラ５５を用いる本方法は、暗室などを必要とせずに荷電粒子ビームＢを監視することができる。

また、校正用目印部材２５を用いて校正する方法（荷電粒子ビームモニタ装置校正方法）により、荷電粒子ビームＢを照射しない休止状態で、赤外線カメラ５５の設置位置および撮影範囲を容易に精度よく校正することができる。校正用目印部材２５をターゲット４５よりも熱伝導の悪いゴム等の部材を用いることで、人の手で校正用目印部材２５を温めてからターゲット４５上に載置して校正するといったことができ、特別な加温を必要とせずに容易に校正できる。

なお、以上の実施例では、ＣＣＤカメラ５１を備えたが、ＣＣＤカメラ５１を備えない構成としてもよい。この場合でも、赤外線カメラ５５によりビームスポット４６の位置、大きさ、形状等を問題なく監視できる。
また、本手法は、大気中でも使用可能である。この場合、図１（Ｂ）の筐体部４１と、赤外線透過板４４が不要となる。

図４は、応用例となる他の実施例を説明する説明図である。図４（Ａ）は、陽子線治療に応用する場合の実施例２の照射確認部４０Ａの概略構成を示す斜視図である。この場合、実施例１の図１（Ｂ）に示した荷電粒子発生装置２を所望のイオン種を発生させるイオン種とし、加速器３をシンクロトロンとし、ターゲット４５を患者とするとよく、実施例１の照射確認部４０の代わりに照射確認部４０Ａが設けられる。

図４（Ａ）に示すように、実施例２の照射確認部４０Ａは、Ｘ方向ワプラー電磁石７１、Ｙ方向ワプラー電磁石７２、散乱体７３、リッジフィルタ７４、レンジフタ７５、ブロックコリメータ７６、多葉コリメータ７７、およびポーラス７８が荷電粒子ビームＢの照射方向にこの順で配置されている。この照射確認部４０Ａの荷電粒子ビームＢ下流側には、傾斜した位置からターゲット４５のビームスポット４６に焦点を当てた赤外線カメラ５５が設けられている。

Ｘ方向ワプラー電磁石７１およびＹ方向ワプラー電磁石７２は、荷電粒子ビームＢを回転磁場によりＸ方向とＹ方向に回転させて照射野を平坦化させる。
散乱体７３は、荷電粒子ビームＢを散乱させてさらに平坦化させる。
リッジフィルタ７４は、照射対象（がん等）の深さ（ビームスポット４６の深さ）に合わせて荷電粒子ビームＢのフラッグピークの幅を変化させる。
レンジフタ７５は、照射対象（がん等）の深さ（ビームスポット４６の深さ）に合わせて荷電粒子ビームＢのエネルギーを吸収させ、ビームが到達する距離を微調整する。
ブロックコリメータ７６は、必要な範囲以外の荷電粒子ビームＢを遮断する。
多葉コリメータ７７は、複数の可動リーフを照射対象（がん等）の形状に合わせて配置し荷電粒子ビームＢの形状を調節する。
ポーラス７８は、荷電粒子ビームＢの飛程を照射対象（がん等）の末端側の形状に合わせて調整する。

このようにして形状が調整された荷電粒子ビームＢをターゲット４５（患者）のビームスポット４６（がんに合わせて設定された照射位置）に照射する。

赤外線カメラ５５は、ターゲット４５のビームスポット４６の表面に焦点を合わせて設置される。図示の例ではターゲット４５を患者としているが、これに限らず、散乱体７３、リッジフィルタ７４、レンジフタ７５、ブロックコリメータ７６、多葉コリメータ７７、またはポーラス７８といった荷電粒子ビームＢが通過する構造体をターゲット４５とし、赤外線カメラ５５がこのターゲット４５を適宜の角度（例えば４５°）から撮影する構成にしてもよい。患者をターゲット４５とすればビームスポット４６を直接的に確認できるが、それが難しい場合、これらの構造体をターゲット４５とすることで荷電粒子ビームＢの位置、大きさ、および形状を監視することができる。

この実施例２では、真空下ではなく大気下にて赤外線カメラ５５が赤外線のエネルギー量を検出する。赤外線カメラ５５は、ビームスポット４６等の検出対象表面付近の赤外線のエネルギー量を検出し、実施例１で説明したように分布画像６３をＰＣ５７のモニタ５７ａに表示する。

この実施例２では、実施例１のような冷却部４７が設けられず、大気下であるから赤外線透過板４４も設けられていない。その他の構成は、実施例１と同様であるため、詳細な説明を省略する。

以上の実施例２でも、冷却による効果と真空による効果以外は、実施例１と同様の効果を得ることができる。

図４（Ｃ）は、電子線照射に応用する場合の実施例３の荷電粒子ビーム照射システム１Ｂの概略構成を示す正面図である。

荷電粒子ビーム照射システム１Ｂは、マイクロ波を生成するマイクロ波生成器８１と、このマイクロ波を増幅・発振させる電子管８２と、ビームを加速する加速器８３と、ビームを偏向させるビーム偏向電磁石８４と、ビームをスキャニングするビームスキャニング部８５と、ビームを照射する照射管８６（照射部）と、赤外線を検出する赤外線カメラ４５を備えている。マイクロ波生成器８１と電子管８２は、荷電粒子発生部として機能する。

この場合も、ビームの照射方向に対して赤外線カメラ４５が傾斜して配置されている。赤外線カメラ４５は、大気下で、ターゲット４５のビームスポット４６から放出される赤外線のエネルギー量を検出する。
以上に説明した実施例３でも、冷却による効果と真空による効果以外は、実施例１と同様の効果を得ることができる。

図５（Ａ）は、実施例４の荷電粒子ビーム照射システム１Ｃのシステム構成図を示す。図示するように、荷電粒子ビーム照射システム１Ｃは、荷電粒子発生装置２、加速器３、荷電粒子ビーム照射部４、照射確認部４０、および制御装置５８を備えている。

荷電粒子発生装置２、加速器３、荷電粒子ビーム照射部４、照射確認部４０、およびＰＣ５７は、実施例１と同一の構成を有し同一の動作を行うため、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

なお、荷電粒子発生装置２は、図示するように荷電粒子ビームの通路を遮蔽／解放するシャッタを開閉制御するシャッタ開閉部２ｓが加速器３側に設けられている。これにより、シャッタの閉鎖による荷電粒子ビームの照射中断を実行する。
また、荷電粒子ビーム照射部４は、図示するように荷電粒子ビームの通路を遮蔽／解放するシャッタを開閉制御するシャッタ開閉部４ｓ、および、Ｘ方向ワプラー電磁石とＹ方向ワプラー電磁石等で構成されて荷電粒子ビームの照射方向を制御する照射方向制御部４ｍも備えている。これにより、荷電粒子ビームの照射方向の制御と、シャッタの閉鎖による荷電粒子ビームの照射中断を実行する。また、荷電粒子ビーム照射部４は、実施例１と同様に、ＰＣ５７が接続されている照射確認部４０を有している。

制御装置５８は、図示省略する制御部と記憶部と入力部と表示部と音声出力部とを備えたコンピュータで構成されている。入力部は、キーボードやマウスや通信インタフェース等で構成されている。表示部は、液晶ディスプレイやＣＲＴディスプレイ等で構成されている。記憶部は、判定基準となるデータや各種のプログラムを記憶している。制御部は、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭで構成され、入力部や通信インタフェースで受け付けた信号に基づいて状況を判定し、必要に応じて各種の制御信号の送信とアラームの出力（表示出力と音声出力）を行う。音声出力部は、アンプとスピーカで構成されている。

制御装置５８は、照射確認部４０に接続されているＰＣ５７から通信インタフェースを介して荷電粒子ビームの照射状態を検出した検出信号を受信する。この検出信号は、図示するように異常であることを示す異常信号のみ受信する構成としても良いが、正常時の検出信号も含めて受信する構成としても良い。この場合、ＰＣ５７の制御部が分布画像データに基づいて異常を検出しておくことが好ましい。なお、制御装置５８は、赤外線の強度がわかる二次元の分布画像データをＰＣ５７からそのまま受信する構成としてもよい。この場合、制御装置５８が分布画像データから異常の有無等を判定するとよい。

また、制御装置５８は、シャッタ開閉部４ｓおよびシャッタ開閉部２ｓに対してシャッタの開閉を指示するシャッタ信号を送信するシャッタ閉鎖処理と、照射方向制御部４ｍに対して荷電粒子ビームの照射方向を変更させる変更指示信号を送信する方向変更処理と、荷電粒子発生装置２に対して荷電粒子ビームの発生を調整（荷電粒子ビームの強度の減少あるいは荷電粒子ビームの発生停止）する荷電粒子ビーム発生調整処理とを実行する。

図５（Ｂ）は、ターゲット４５（図１（Ｂ）参照）に対する荷電粒子ビームＢ（図１（Ｂ）参照）の照射領域９０（領域マップ）を示す照射領域平面図である。
照射領域９０は、中心の円形の領域である正常領域９１（正常照射領域）と、その外側周囲に位置する円環状のビーム調整領域９２（９２ａ〜９２ｈ）と、さらにその外側周囲に位置する円環状のビーム中断領域９３（９３ａ〜９３ｈ）とに分割されている。この実施例では、赤外線用導管４１ｆが写っている領域をビーム中断領域９３に設定し、ターゲット４５が写っている領域で赤外線用導管４１ｆ付近をビーム調整領域９２とし、ビーム調整領域９２の内側を正常領域９１としているが、正常領域９１、ビーム調整領域９２、およびビーム中断領域９３の領域設定は、これに限らず、適宜の設定とすることができる。なお、ビーム調整領域９２（９２ａ〜９２ｈ，９３ａ〜９３ｈ）およびビーム中断領域９３は、照射状態の変更が必要な要変更照射領域となる。

ビーム調整領域９２およびビーム中断領域９３は、いずれも円周方向に所定数の部分領域に均等分割されている。図示する例では、それぞれ８等分されており、１つ１つのビーム調整領域９２ａ〜９２ｈおよびビーム中断領域９３ａ〜９３ｈがいずれも円弧状に形成されている。ビーム調整領域９２ａ〜９２ｈおよびビーム中断領域９３ａ〜９３ｈは、照射領域９０の中心から見て距離が異なるだけで同じ位置に配置されている。すなわち、ビーム調整領域９２ａの外側にビーム中断領域９３ａが位置し、以下同様に、ビーム調整領域９２ｂ〜９２ｈの各外側にビーム中断領域９３ｂ〜９３ｈがそれぞれ位置している。
なお、正常領域９１、ビーム調整領域９２、およびビーム中断領域９３の領域設定は、例えば四角形、六角形、八角形など、任意の形状とすることができる。また、各領域の分割数についても、任意の個数とすることができる。検出目的によっては、各領域の形状および大きさをそれぞれ異なるように設定することもできる。

図６（Ａ）は、制御装置５８の記憶部に記憶されている変更制御用データ１０１のデータ構成図である。図示するように、変更制御用データ１０１は、照射領域別に荷電粒子ビームＢの照射制御内容とアラーム内容を記憶している。

図示する例では、ビーム調整領域９２ａ〜９２ｈおよびビーム中断領域９３（９３ａ〜９３ｈ）のそれぞれについて、シャッタ挿入によるビーム遮断をするか否か、照射位置を移動する方向と長さを特定できる情報となるＸ移動量とＹ移動量、および、アラーム内容を記憶している。

アラームＡは、例えば、ビームが異常であること、ビーム位置が移動したこと、ビーム位置が移動したためにもとに戻す制御をしたこと等の内容とするとよい。アラームＢは、例えば、シャッタを挿入して荷電粒子ビームＢを中断させたこと等の内容とするとよい。

このデータ構成により、ビーム調整領域９２ａ〜９２ｈに荷電粒子ビームＢが移動してきたときは、方向制御して荷電粒子ビームＢの位置を戻し、ビーム中断領域９３（９３ａ〜９３ｈ）に荷電粒子ビームＢが移動してきたときは、荷電粒子ビームＢの照射を中断するといった制御ができる。

図６（Ｂ）は、制御装置５８の記憶部に記憶されている変更制御用データ１０１とは異なる判断基準および制御動作を記憶する変更制御用データ１０２のデータ構成図である。この変更制御用データ１０２は、照射領域別に制御動作とアラーム内容を記憶している。

変更制御用データ１０２の制御動作は、ビーム調整領域９２（９２ａ〜９２ｈ）の場合に荷電粒子発生装置２に制御信号を送信して荷電粒子ビームＢのビーム強度を減少させ、ビーム中断領域９３（９３ａ〜９３ｈ）の場合にシャッタ開閉部４ｓおよびシャッタ開閉部２ｓによりシャッタを挿入して閉鎖することを記憶している。

変更制御用データ１０２のアラームは、ビーム調整領域９２（９２ａ〜９２ｈ）の場合にアラームＣ、ビーム中断領域９３（９３ａ〜９３ｈ）の場合にアラームＤを出力することを記憶している。

アラームＣは、例えば、ビームが異常であること、ビーム強度が強すぎること、ビーム強度を減少させたこと等の内容にするとよい。アラームＤは、例えば、シャッタを挿入して荷電粒子ビームＢを中断させたこと等の内容とするとよい。

なお、制御装置５８の記憶部には、変更制御用データ１０１および変更制御用データ１０２等の複数の変更制御用データを記憶しておき、荷電粒子ビームＢの照射目的やターゲット４５等の違いによって使いわける、あるいは１つの変更制御用データを記憶しておいてこれを用いるなど、適宜の個数の変更制御用データを記憶しておくとよい。

図６（Ｃ）〜図６（Ｅ）は、荷電粒子ビームＢが照射されるターゲット４５から赤外線カメラ５５が取得する検出データに基づく二次元の分布画像と、ビーム調整領域９２およびビーム中断領域９３を示す分布画像説明図である。

図６（Ｃ）は、荷電粒子ビームＢがビーム調整領域９２（図５（Ｂ）のビーム調整領域９２ｇに対応）に位置している状態を示している。このように、二次元の分布画像と、ビーム調整領域９２およびビーム中断領域９３を重ねあわせることで、荷電粒子ビームＢがどの領域に照射されているかを容易に判定できる。このようにビーム調整領域９２に荷電粒子ビームＢが入ってくると、正常領域９１の中心側へ向かって照射方向を変更させるように指示する。

図６（Ｄ）は、正常領域９１に荷電粒子ビームＢが照射されている状態を示している。このように正常領域９１に荷電粒子ビームＢが照射されていれば問題ないため、荷電粒子ビームＢの照射をそのまま継続する。

図６（Ｅ）は、荷電粒子ビームＢの照射を中断した状態を示している。荷電粒子ビームＢの照射を中断すると、図示するように高温部分が無くなり、赤外線カメラ５５によっても荷電粒子ビームＢが観測されなくなる。従って、荷電粒子ビームＢの照射位置がビーム中断領域９３に入った場合、あるいは荷電粒子ビームＢによってターゲット４５の温度が上昇しすぎた場合に、荷電粒子ビームＢの照射を中断させることで温度上昇による不具合を防止できる。

図７は、ＰＣ５７の制御部および制御装置５８の制御部が実行する荷電粒子ビームの制御処理を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、荷電粒子ビームＢの照射開始から照射終了までの間、繰り返し実行される。

ＰＣ５７の制御部は、赤外線カメラ５５（図１（Ｂ）参照）で検出した検出データを変換した赤外線の強度がわかる二次元の分布画像データから、二次元上での温度分布を検出する（ステップＳ１）。
ＰＣ５７の制御部は、検出した温度分布または分布画像データを記憶部に記憶する（ステップＳ２）。

ＰＣ５７の制御部は、前回までの温度分布と今回の温度分布とを比較し、変化を検出する（ステップＳ３）。ここで、検出する変化は、荷電粒子ビームＢの照射位置の移動、荷電粒子ビームＢのビーム強度の変動、ターゲット４５の全体温度または平均温度の変動、あるいはこれらの複数とする。

ＰＣ５７の制御部は、変化内容に基づいて、異常の有無を判定する（ステップＳ４）。このステップＳ４を行うＰＣ５７の制御部は、判定手段として機能する。ここで、異常の有無は、例えば、荷電粒子ビームＢによる高温部分が正常領域９１内であれば正常、それ以外であれば異常とする、あるいは高温部分が正常領域９１内でかつターゲット４５の平均温度が所定温度の範囲内であれば正常、それ以外は異常とするなど、適宜の判定基準によって判断すると良い。

なお、異常判定は、例えば荷電粒子ビームＢの照射位置が、正常領域９１からビーム調整領域９２（９２ａ〜９２ｈ）またはビーム中断領域９３（９３ａ〜９３ｈ）の中にあること、あるいは、ターゲット４５の全体温度または平均温度が所定値以上に上がっている等とすることもできる。照射位置の判定は、ターゲット４５の全体（赤外線カメラ５５で検出可能な範囲全体）の温度分布の中で高温部分がどの領域９２，９３に存在しているかにより判定できる。
この判定のための荷電粒子ビームＢの照射位置の識別は、例えば、最も高温となっている位置（若しくは予め定めたビーム照射温度より高温となっている領域の中心）が正常領域９１内か否か（あるいはどの領域９１，９２ａ〜９２ｈ，９３ａ〜９３ｈにあるか）で識別する、あるいは正常領域９１の平均温度と正常領域９１の外（領域９２ａ〜９２ｈ，９３ａ〜９３ｈ）の平均温度を比較して平均温度の高い領域に荷電粒子ビームＢが照射されていると識別するなど、適宜の方法とすることができる。

ＰＣ５７の制御部は、異常がなければ（ステップＳ４：Ｎｏ）ステップＳ１に処理を戻し、異常があれば（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、異常信号を制御装置５８へ送信する（ステップＳ５）。

このとき送信する異常信号は、例えば、荷電粒子ビームＢによる高温部分が存在する領域（９２ａ〜９２ｈ，９３ａ〜９３ｈ）、ターゲット４５の平均温度、ターゲット４５の最高温度、赤外線カメラ５５で検出した二次元の分布画像データ、あるいはこれらの複数など、適宜の情報を示す信号とすることができる。

制御装置５８の制御部は、受信した異常信号を確認し、記憶部に記憶している変更制御用データ１０１または変更制御用データ１０２に基づいて、荷電粒子ビームＢの照射制御によって調整可能なものか否かを判定する（ステップＳ６）。異常信号として二次元の分布画像データを受信している場合であれば、ここから荷電粒子ビームＢが存在している領域（９２ａ〜９２ｈ，９３ａ〜９３ｈ）を特定すると良い。この場合、このステップＳ６を行う制御装置５８の制御部は、判定手段として機能する。

調整可能か否かの判定は、例えば、変更制御用データ１０１を参照し、シャッタ挿入「しない」であれば調整可能、シャッタ挿入「する」であれば照射中断条件を満たしていて調整不可能と判定すると良い。また、変更制御用データ１０２を参照する場合であれば、制御動作が「ビーム強度減少」であれば調整可能、「シャッタ挿入」であれば、照射中断条件を満たしていて調整不可能と判定するとよい。

調整可能と判定した場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、制御装置５８の制御部は、変更制御用データ１０１，１０２の「アラーム」に記憶されているアラーム内容を出力する（ステップＳ７）。このアラームの出力は、制御装置５８の表示部に表示する、あるいは音声出力部から音声を出力する等の適宜の方法により出力するとよい。

制御装置５８の制御部は、ビーム調整信号を送信する（ステップＳ８）。例えば変更制御用データ１０１を用いた場合、制御装置５８の制御部は、照射方向制御部４ｍに荷電粒子ビームＢをＸ方向およびＹ方向にどれだけ移動させるかを示す電磁石制御信号を送信する。また、変更制御用データ１０２を用いた場合、制御装置５８の制御部は、ビーム強度を減少させるために電流を低下させるビーム指示信号を荷電粒子発生装置２に送信する。

前記ステップＳ６で調整不可能と判定した場合（ステップＳ６：Ｎｏ）、制御装置５８の制御部は、シャッタ開閉部４ｓおよびシャッタ開閉部２ｓにシャッタ挿入を指示させるストップ信号（中断指示信号）を送信する（ステップＳ９）。ここで、ステップＳ８またはステップＳ９を実行する制御装置５８の制御部は、照射変更指示手段として機能する。

制御装置５８の制御部は、荷電粒子ビームＢの照射を中断したことを示す「中断しました」等の情報を出力する。この出力は、制御装置５８の表示部に表示する、あるいは音声出力部から音声を出力する等の適宜の方法により出力するとよい。

制御装置５８の制御部は、終了でなければ（ステップＳ１１：Ｎｏ）、ステップＳ１に処理を戻して繰り返し、終了であれば（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、処理を終了する。

以上の構成および動作により、ビームプロファイルの変化を画像認識して荷電粒子ビームＢの照射を制御することができる。すなわち、予め設定した領域（９１〜９３）内の温度の増減、ビーム照射領域に関係する温度領域の面積の増減、領域外の温度の増減等の変化を画像処理したデータから取得し、これに基づいて荷電粒子ビームＢの照射を制御することができる。

これにより、無人で危険を感知して、ビームの強制停止の実行、シャッタの強制挿入、電磁石によるビーム位置の調整などを実行することができる。このように機械的に判定実行するため、作業員の目視による操作よりも格段に高速に危険感知してビーム制御することが可能となる。

また、荷電粒子ビームＢがビーム調整領域９２を横切ってビーム中断領域９３に入った場合には、シャッタ開閉部４ｓおよびシャッタ開閉部２ｓによりシャッタを強制的に挿入して荷電粒子ビームＢを即座に遮断するため、目的外の領域に荷電粒子ビームＢが入っても一瞬で照射を中断できる。仮に制御作業員が目視で監視していた場合であれば、異常に気付いて中断という行動に移すまでに１０秒程度を要するが、上述した実施例であれば、２〜３秒で即座に強制遮断できる。

また、作業員の目視であれば気づくのに遅れ、ビーム位置の調整で対応できる時期を逸してビームを中断しなければならないといったことがあるが、上記実施形態によれば、ビーム制御を必要なタイミングで確実に実行できるため、ビームを中断しなければならない状態に移行するケースを減少でき、荷電粒子ビームＢの照射を中断せずに継続することができる。

また、ビーム調整領域９２（９２ａ〜９２ｈ）およびビーム中断領域９３は、円環形状を複数の円弧状に分断した形状であるため、どの領域９２，９３に荷電粒子ビームＢが入ったかを判定すれば、ビームが移動してきた方向やビーム位置と、このビームを戻すべき方向や距離を確認できる。

また、ハードウェア的要素を用いなくても、画像処理で制御を実現できるため、ハードを作り替えることなくソフト上で領域設定を変更できる。このため、顧客要望等に対する対応時間の短縮と低価格を実現することができる。

また、荷電粒子ビームＢを照射しているビームスポット４６（図１（Ｂ）参照）を赤外線によって直接確認して判定できるため、照射状態を正確かつ遅延なくリアルタイムに実行できる。
また、変更制御用データ１０１，１０２は、ビーム位置や温度等によって制御動作が定められているため、最適な制御を迅速かつ確実に実行できる。

また、荷電粒子ビーム照射システム１Ｃは、セグメント化したファラデーカップやビーム電流読み込み機構によりハード的に対応するのではなく、画像データを取り扱うものであるため、ハードを作り替えること無くソフト上で領域の設定を変更できる。これにより、対応時間を短縮でき、かつ低価格で実現できる。

また、照射確認部４０が冷却部４７（図１（Ｂ）参照）を備えているため、荷電粒子ビームＢの温度変化、位置変化を即時に認識でき、早いタイミングで荷電粒子ビームＢの異常検知と変更指示を実行できる。すなわち、余熱が残ると荷電粒子ビームＢの照射位置の変化やターゲット４５全体の温度変化を正しく判定することが困難になる。これに対し、冷却部４７で効率よく冷却し続けることで、荷電粒子ビームＢの照射位置変動前の照射位置は急速に冷却されて温度低下し、またターゲット４５の全体温度も常に冷却されて温度低下するため、荷電粒子ビームＢの照射による直接的な温度変化を適切に検出して判定し、制御動作することができる。

以上の効果により、制御作業員が片時も目を離さずにビーム位置を監視するといった必要がなく、荷電粒子ビームＢの変化をアラームで制御作業員に知ら、危険を知らせることができる。従って、ビーム位置の変化が１秒程度で起こっても、制御作業員はアラームで即座に知ることができる。

また、システム側が自動でビームの異常を検知できるため、制御作業員の負担を軽減でき、認識の遅れによる損傷を軽減できる。

なお、荷電粒子ビームＢの照射位置を移動させる指示は、上述したようにビーム調整領域９２ａ〜９２ｈ毎に予め定めた方向および距離だけ移動させるに限らず、荷電粒子ビームＢの照射位置を検出しながら当初設定した場所に戻るようにゆるやかに調整してもよい。この場合、ビーム調整領域９２内での荷電粒子ビームＢの位置と、当初設定した位置との差分によって方向や距離を計算するとよく、その方向へ荷電粒子ビームＢの照射位置を移動しながら赤外線カメラ５５の検出データによって現在の照射位置を確認し、この現在の照射位置が当初設定した位置に重なるまで荷電粒子ビームＢの照射位置を当初設定した位置へ向かって移動すると良い。

また、荷電粒子ビームＢの照射位置がビーム調整領域９２に入ったとき、ビームを移動させるのではなく、ビーム強度を緩やかに減少させて、ビーム変化をアラームで制御作業員に知らせてもよい。この場合、位置ずれした状態で荷電粒子ビームＢを大強度で照射し続けることを防止できるとともに、制御作業員が荷電粒子ビームＢの照射位置を精度よく調整することができる。特に、制御作業員が調整作業をしている間、荷電粒子ビームＢを照射する強度が弱められているため、目的外の領域にビームを照射することでの問題を削減若しくは排除することができ、制御作業員は焦ることなく適切に作業することができる。

また、荷電粒子ビームＢの照射状態を変更する指示の内容は、照射方向の変更、電流強度の低下、および照射の中断のいずれかとしたが、これに限らず、適宜の指示内容とすることができる。

また、荷電粒子ビームＢの照射中断は、シャッタ開閉部４ｓおよびシャッタ開閉部２ｓによるシャッタ挿入ではなく、荷電粒子発生装置２に対して荷電粒子ビームＢの発生停止信号を送信し、荷電粒子ビームＢの発生そのものを中断することで実施する構成としてもよい。この場合、変更制御用データ１０１および変更制御用データ１０２の「シャッタ挿入」の代わりに「照射中断」等を記憶しておくとよい。
また、シャッタ開閉部４ｓおよびシャッタ開閉部２ｓによる荷電粒子ビームＢの照射中断は、シャッタ開閉部４ｓとシャッタ開閉部２ｓのいずれか一方のシャッタ挿入によって実行してもよい。この場合、シャッタ開閉部４ｓとシャッタ開閉部２ｓの一方のみを備える構成としてもよい。この場合でも同様の効果を得ることができる。

この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。
例えば、可視光用導管４１ｂまたは赤外線用導管４１ｆの角度は、荷電粒子ビームＢの進行方向に対して照射位置を中心に４５°傾斜させた角度としたが、これに限らず、荷電粒子ビームＢの照射を妨げない位置で、かつ、ターゲット表面を撮影できる位置に赤外線カメラ５５を設置できる適宜の角度にすることができる。この場合も、設置された角度に応じて、検出データ６１の縦横比率を１対１の縦横比率の分布画像６３となるように変換することで、荷電粒子ビームＢの位置、大きさ、および形状を適切に監視できる。

この発明は、ＢＮＣＴ治療などに用いる中性子発生システム、陽子線治療システム、ＰＥＴ用ＲＩ製造ライン、加速器実験、材料照射、放射光の入射電子、粒子線治療、電子線滅菌など、荷電粒子ビームを照射する様々な用途に用いることができる。

１，１Ｂ…荷電粒子ビーム照射システム
２…荷電粒子発生装置
３，８３…加速器
４０，４０Ａ，４０Ｂ…照射確認部
４４…赤外線透過板
４５…ターゲット
４６…ビームスポット
４７…冷却部
５５…赤外線カメラ
５７…ＰＣ
５７ａ…モニタ
６３…分布画像
８１…マイクロ波生成器
８２…電子管
９０…照射領域
９１…正常領域
９２，９２ａ〜９２ｈ…ビーム調整領域
９３，９３ａ〜９３ｈ…ビーム中断領域
Ｂ…荷電粒子ビーム

Claims (12)

1. 荷電粒子を発生させる荷電粒子発生部と、
   前記荷電粒子を加速する加速器と、
   前記荷電粒子が前記加速器により加速された荷電粒子ビームをターゲットに照射する照射部とを備えた荷電粒子ビーム照射システムであって、
   前記ターゲットにおける荷電粒子ビーム照射部位から放出される赤外線を検出する赤外線検出部と、
   前記赤外線検出部により検出した前記赤外線のエネルギー量分布に基づく分布画像を出力する分布画像出力部とを備えた
   荷電粒子ビーム照射システム。
2. 前記赤外線検出部は、
   前記荷電粒子ビームを妨げない位置に配置され、
   前記荷電粒子ビームの進行方向に対して任意の角度で交差する方向に赤外線の検出方向が向けられた
   請求項１記載の荷電粒子ビーム照射システム。
3. 前記赤外線検出部は、前記エネルギー量の２次元分布を検出データとして取得する構成であり、
   前記分布画像出力部が出力する前記分布画像の縦横比率を、
   前記赤外線検出部の位置から見た縦横比率ではなく、前記荷電粒子ビームの進行方向から見た縦横比率と一致させる構成とした
   請求項２記載の荷電粒子ビーム照射システム。
4. 前記照射部内を真空にし、
   前記照射部の壁部に前記赤外線を透過する赤外線透過部材で形成した窓カバーを備え、
   前記赤外線検出部は、前記窓カバーを通じて前記荷電粒子照射部位を撮影する構成である
   請求項１、２、または３記載の荷電粒子ビーム照射システム。
5. 前記ターゲットを冷却する冷却部を備えた
   請求項１から４のいずれか１つに記載の荷電粒子ビーム照射システム。
6. 前記赤外線検出部により検出した前記赤外線のエネルギー量分布に基づいて荷電粒子ビームの照射状態を変化させる必要があるか否か判定する判定手段と、
   前記判定手段により変化させる必要があると判定した場合に、前記荷電粒子発生部と前記加速器と前記照射部の少なくとも１つに前記荷電粒子ビームの照射状態の変更を指示する照射変更指示手段とを備えた
   請求項１から５のいずれか１つに記載の荷電粒子ビーム照射システム。
7. 前記判定手段は、前記ターゲットに対する前記荷電粒子ビームの照射領域を正常照射領域と要変更照射領域とに領域設定した領域マップに基づいて、前記荷電粒子ビームの照射位置が前記要変更照射領域に入ったと判定すると、前記照射部に前記荷電粒子ビームの照射位置を前記正常照射領域側へ変更させる指示信号を送信する構成である
   請求項１から６のいずれか１つに記載の荷電粒子ビーム照射システム。
8. 前記要変更照射領域は、前記正常照射領域の周囲を囲む円環形状であり、かつ、この円環形状の領域が円周方向に複数の部分領域に分割して構成され、
   前記判定手段は、前記荷電粒子ビームが照射された前記部分領域の位置に対応して荷電粒子ビームの照射位置を変更すべき方向を決定する構成である
   請求項１から７のいずれか１つに記載の荷電粒子ビーム照射システム。
9. 前記判定手段は、前記荷電粒子ビームの照射を中断すべきである照射中断条件を満たすと判定すると、前記荷電粒子ビームの照射中断を指示する中断指示信号を送信する構成である
   請求項１から８のいずれか１つに記載の荷電粒子ビーム照射システム。
10. 荷電粒子ビーム照射システムによって荷電粒子ビームがターゲットに照射された荷電粒子ビーム照射部位から放出される赤外線を検出する赤外線検出部を備え、
    前記赤外線検出部は、
    前記荷電粒子ビームを妨げない位置に配置され、
    前記荷電粒子ビームの進行方向に対して任意の角度で交差する方向に赤外線の検出方向が向けられた
    荷電粒子ビームモニタ装置。
11. 荷電粒子を発生させる荷電粒子発生部と、前記荷電粒子を加速する加速器と、前記荷電粒子が前記加速器により加速された荷電粒子ビームをターゲットに照射する照射部とを備えた荷電粒子ビーム照射システムの荷電粒子ビームをモニタする荷電粒子ビームモニタ方法であって、
    前記ターゲットにおける荷電粒子ビーム照射部位から放出される赤外線を赤外線検出部により検出し、
    前記赤外線検出部により検出した前記赤外線のエネルギー量分布に基づく分布画像を分布画像出力部により出力する
    荷電粒子ビームモニタ方法。
12. 荷電粒子を発生させる荷電粒子発生部と、前記荷電粒子を加速する加速器と、前記荷電粒子が前記加速器により加速された荷電粒子ビームをターゲットに照射する照射部とを備えた荷電粒子ビーム照射システムを制御する荷電粒子ビーム照射システム制御方法であって、
    前記赤外線検出部により検出した前記赤外線のエネルギー量分布に基づいて荷電粒子ビームの照射状態を変化させる必要があるか否かを判定し、
    変化させる必要があると判定した場合に、前記荷電粒子発生部と前記加速器と前記照射部の少なくとも１つに前記荷電粒子ビームの照射状態の変更を指示する
    荷電粒子ビーム照射システム制御方法。