JP2015208598A - 粒子線治療システムおよびプログラムならびに粒子線治療システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転照射装置を備えた粒子線治療システムにおいて、回転照射装置の回転に伴うビーム状態量の補正を短期間で実施する。
【解決手段】回転照射装置２１を間欠的（例えば２０度刻み）に回転させ、回転照射装置２１の回転角度毎に位置モニタ２０ｃにおいて荷電粒子ビームの通過位置を検出する。その上で、回転照射装置２１の回転角度毎と荷電粒子ビームの通過位置とのデータの関係から状態量変化量関数を演算する。そしてこの演算した状態量変化量関数に基づいて、回転照射装置２１の回転角度毎の荷電粒子ビームの通過位置を所定位置に補正するためのステアリング電磁石１７ｂのステアリング励磁量を演算し、制御を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、陽子や炭素イオン等の荷電粒子ビームを患部に照射して治療する粒子線治療システムおよびプログラムならびに粒子線治療システムの制御方法に係り、特に回転照射装置を備えた粒子線治療システムおよびプログラムならびに粒子線治療システムの制御方法に関する。

がん等の患者患部に陽子や炭素イオン等の荷電粒子ビーム（以下適宜ビームという）を照射する治療方法が知られている。この荷電粒子ビームの照射治療に用いる粒子線照射システムは、荷電粒子ビーム発生装置、ビーム輸送系および照射装置を備えている。

照射装置の照射方式としては、散乱体を用いビームを広げ、患者形状に切り出すパッシブ方式や、細いビームを患者患部内に対して走査するスキャニング方式が知られている。

このうち、スキャニング方式を用いた粒子線治療システムでは、荷電粒子ビーム発生装置の加速器で加速された荷電粒子ビームはビーム輸送系を経て照射装置に達し、照射装置に備えられた走査電磁石において走査された後、照射装置から患者患部に照射される。このとき、ビーム中心（ビーム軸）が設計軌道からずれた状態でビームが走査電磁石に入射すると、照射位置が患部からずれ、照射線量の均一化を図ることができない。そのため、スキャニング方式に関わらず、ビームを所定の位置に高精度に照射する必要がある。

このような照射装置として、患者を全方向から照射するためにビーム輸送系の一部と照射装置とが回転する回転照射装置が知られている。回転照射装置では、輸送系および照射装置が回転するために照射装置内におけるビーム軸が角度ごとに異なっている。そのため角度ごとに照射装置の所定の位置にビーム軸を通すためビーム軸を補正しなければならない。このビーム軸の補正方法として、例えば特許文献１に記載の方法がある。

特開２００５−３２９２５２号公報

ところで、荷電粒子ビームは、輸送系の各構成要素の形状や寸法誤差、あるいは配置又は組立誤差（以下適宜設置誤差という）の影響により、回転照射装置の回転角度に応じてビーム軸の位置や幅等のビーム状態量が変化する。特に、回転照射装置では輸送系および照射装置が回転するために設置誤差が角度毎に変化し、ビーム軸の変位が角度ごとに異なる。しかし、上述したように、スキャニング方式では高精度にビーム位置を制御する必要がある。

そこで、上記した特許文献１では、ビーム軸位置を回転照射装置の角度（例えば５度刻み）ごとに測定し、ビーム輸送系に設置したステアリング電磁石の励磁電流をビーム軸位置を測定した角度毎に設定してビーム位置を制御している。また上記した特許文献１では、過去に一度使用したことのある角度については以前に使用した値を記憶装置から呼び出して使用している。

いずれにしても、特許文献１に記載の方法では、エネルギー毎かつ角度毎にビームの軸の位置を測定し、その測定結果からステアリング電磁石励磁電流量の設定をしなければならない。

また、特許文献１に記載のような角度毎のステアリング電磁石励磁電流量を記憶装置から呼び出して使用する場合、ステアリング電磁石の励磁量が設定可能な角度が荒いと最適な値を使用することができず、補正の精度が悪化する。そのため、高精度な照射を実現するために、より細かな角度毎（例えば１度刻み）にステアリング電磁石電流量の設定を行うことが必要となる。

しかし、そもそも測定したビーム位置には測定誤差やビーム自体の不安定さによるばらつきが生じる。したがって、ステアリング電磁石励磁量の算出に使用するビーム位置の測定では時間をかけて測定し、それらを平均化する必要がある。ここで、ステアリング電磁石電流量の計算時間等を含めた調整全体では１角度当たり約５分程度の時間が必要となる。

この回転照射装置の回転に伴うビーム軸変位の調整は、角度毎かつエネルギー毎（炭素ではエネルギーの総数が３００）に時間をかけ調整する必要があり、特許文献１に記載の方法では調整時間が大幅に増加してしまうとの問題がある。例えば、５分×３６０度×３００エネルギー＝９０００時間という膨大な時間が調整に必要となってしまう。

本発明は、回転照射装置を備えた粒子線治療システムにおいて、回転照射装置の回転に伴うビーム状態量の補正を短期間で実施することが可能な粒子線治療システムおよびプログラムならびに粒子線治療システムの制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線治療システムであって、前記荷電粒子ビームを設定されたエネルギーまで加速する加速器と、この加速器から出射された荷電粒子ビームを照射する回転照射装置と、前記加速器から出射された前記荷電粒子ビームを前記回転照射装置へ輸送するビーム輸送系と、前記加速器，前記回転照射装置および前記ビーム輸送系を制御する制御装置と、前記照射対象に対する前記回転照射装置の回転角度を測定する角度測定部と、前記回転照射装置内における前記荷電粒子ビームの状態量を測定するビーム状態量測定部とを備え、前記制御装置は、前記回転照射装置の前記回転角度毎に測定した前記荷電粒子ビームの前記状態量のデータから前記回転角度に応じた前記荷電粒子ビームの変化量に関する関数を演算し、この関数に基づいて前記回転照射装置内の前記荷電粒子ビームの状態量を制御することを特徴とする。

本発明によれば、細かな角度毎に長時間かけビーム位置を測定する必要がなくなり、回転照射装置の回転に伴うビーム状態量の補正を短時間で実施することが可能となる。

第１の実施形態における、粒子線治療システムの一例である陽子線治療システムの概略構成を示す図である。 第１の実施形態の陽子線治療システムにおけるスキャニング装置の概略構成を示す図である。 第１の実施形態の陽子線治療システムにおける回転装置の回転角度に対するビーム位置と、補正制御値を求めるための関数の一例を示すグラフである。 第１の実施形態の陽子線治療システムにおけるステアリング電磁石の励磁量演算のフローチャート図である。 第２の実施形態の陽子線治療システムにおける回転装置の回転角度に対するビーム位置と、補正制御値を求めるための関数の一例を示すグラフである。 第２の実施形態の陽子線治療システムにおけるステアリング電磁石の励磁量演算のフローチャート図である。 第３の実施形態の陽子線治療システムにおける回転装置の回転角度に対する暫定補正制御値と、補正制御値関数の一例を示すグラフである。

以下に本発明のおよびプログラムならびに粒子線治療システムの制御方法の実施形態を、図面を用いて説明する。

＜第１の実施形態＞
本発明の粒子線治療システムおよびプログラムならびに粒子線治療システムの制御方法の第１の実施形態を、図１乃至図４を用いて説明する。

図１は、粒子線治療システムの一例である本実施形態の陽子線治療システムの概略図である。

陽子線治療システムは、治療室内の治療ベッド６２に固定された患者６１の患部６１ａに荷電粒子（例えば陽子線や炭素線）を照射して治療を施すためのシステムである。

図１において、本実施形態の陽子線治療システムは、荷電粒子ビーム発生装置１と、この荷電粒子ビーム発生装置１の下流に接続された高エネルギービーム輸送系（ビーム輸送系）１３と、高エネルギービーム輸送系１３の下流に接続された回転照射装置２１と、これら荷電粒子ビーム発生装置１、高エネルギービーム輸送系１３および回転照射装置２１を治療計画に基づいて制御する制御装置３とを備える。

荷電粒子ビーム発生装置１はイオン源（不図示）、前段荷電粒子ビーム発生装置５（線形加速器）およびシンクロトロン（加速器）２を有する。シンクロトロン２は高周波加速装置１４を有する。

イオン源で発生したイオン（例えば陽子イオンや炭素イオン）は前段荷電粒子ビーム発生装置５（例えば線形荷電粒子ビーム発生装置）で加速される。前段荷電粒子ビーム発生装置５で加速されたイオンビーム（陽子ビーム）はシンクロトロン２で加速される。荷電粒子ビームはシンクロトロン２で高周波加速装置１４によって設定されたエネルギー（例えば５０ＭｅＶ〜２５０ＭｅＶ）まで加速される。設定エネルギーまで加速された荷電粒子ビームはシンクロトロン２より出射され、高エネルギービーム輸送系１３によってより下流側へと輸送される。

高エネルギービーム輸送系１３はシンクロトロン２から出射された荷電粒子を曲げる偏向電磁石１１ａ、荷電粒子ビームのサイズ調整を行う四極電磁石１２ａ，荷電粒子ビームの通過位置を測定するビーム位置モニタ２２ａおよび荷電粒子のビーム位置を補正するステアリング電磁石１７ａより構成される。

この高エネルギービーム輸送系１３は、荷電粒子ビーム発生装置１と回転照射装置２１とを接続しており、荷電粒子ビーム発生装置１から出射された荷電粒子ビームを回転照射装置２１まで輸送する。

回転照射装置２１は、高エネルギービーム輸送系１３によって輸送された荷電粒子ビームを患者６１の患部６１ａに照射するための照射装置（例えばスキャニング装置）２０、高エネルギービーム輸送系１３によって輸送された荷電粒子ビームを照射装置２０に輸送するための回転輸送系１９を有している。この回転輸送系１９および照射装置２０を含む回転照射装置２１は、回転機構を有する架台（不図示）に設置されている。

図２に、照射装置２０の代表例であるスキャニング装置の概略を示す。

図２において、照射装置２０は、回転照射装置２１の回転輸送系１９により輸送された荷電粒子ビームを患部形状に合わせて走査する走査電磁石２０ａ、荷電粒子ビームの通過位置を検出する位置モニタ２０ｃとこの位置モニタ２０ｃからの信号を測定するビーム位置計測装置２０ｅ、通過する荷電粒子ビームの線量を検出する線量モニタ２０ｄとこの線量モニタ２０ｄからの信号を測定するビーム線量計測装置２０ｆ、ビーム位置計測装置２０ｅとビーム線量計測装置２０ｆとの信号を処理する信号処理装置３０とから構成されている。この信号処理装置３０から送られた測定データは、制御装置３の照射制御装置３ｃ，統括制御装置３ａに送られ、記憶装置３ｅにおいて記憶される。

図１に戻って、回転照射装置２１は、患者６１の患部６１ａに対する回転照射装置２１の回転角度を測定し、この測定した回転照射装置２１の回転角度を制御装置３に対して送信する角度検出装置（角度検出部）２３を備えている。

回転輸送系１９は、荷電粒子を曲げる偏向電磁石１１ｂ、荷電粒子ビームのサイズ調整を行う四極電磁石１２ｂ、荷電粒子ビームの位置を測定するビーム位置モニタ２２ｂ、ビーム位置を補正するステアリング電磁石１７ｂより構成される。この回転照射装置２１には高エネルギービーム輸送系１３からビームが輸送されてくる。

この回転輸送系１９および照射装置２０を含む回転照射装置２１は患者６１周りに回転可能であり、回転中心に治療ベッド６２が設置されている。

制御装置３は、統括制御装置３ａと、この統括制御装置３ａの指令に基づきシンクロトロン２を含む荷電粒子ビーム発生装置１および高エネルギービーム輸送系１３の各部を制御する加速器制御装置３ｂと、統括制御装置３ａの指令に基づき回転照射装置２１の回転輸送系１９および照射装置２０の各部を制御する照射制御装置３ｃと、照射制御装置３ｃの指令に基づき架台の回転動作を制御するガントリー制御装置３ｄと、治療計画装置で計画した情報や荷電粒子ビーム発生装置１や高エネルギービーム輸送系１３、回転照射装置２１の制御情報等を記憶する記憶装置３ｅと、患者の安全を担保するために統括制御装置３ａ、加速器制御装置３ｂ、照射制御装置３ｃおよびガントリー制御装置３ｄの動作を監視するインターロック装置４とを備えている。

ここで、上述したように、設置誤差の影響により回転照射装置の回転角度に応じてビーム軸の位置や幅等のビーム状態量が変化、特にビームの通過位置に変位が生じる。

そこで、システム引き渡しの前の調整や定期メンテナンスの際に、制御装置３の統括制御装置３ａにおいて、回転照射装置２１を間欠的（例えば２０度刻み）に回転させて、回転を停止した状態で荷電粒子ビームの照射を行い、位置モニタ２０ｃにおいて回転照射装置２１の回転角度毎に荷電粒子ビームの通過位置を検出する。その上で、図３に示すような横軸に回転照射装置２１の回転角度、縦軸にビームの通過位置をとったグラフに、回転照射装置２１の回転角度毎の荷電粒子ビームの通過位置のデータをプロットし、状態量変化量関数を補完によって演算する。そしてこの演算した状態量変化量関数に基づいて、回転照射装置２１の回転角度毎の荷電粒子ビームの通過位置を所定位置に補正するためのステアリング励磁量（補正制御値）を演算し、この演算したステアリング励磁量は記憶装置３ｅにて記憶しておく。そして、実際の荷電粒子ビームを照射する際には、記憶装置３ｅに記憶しておいた回転照射装置２１の回転角度に応じたステアリング励磁量のデータを用いて回転輸送系１９内のステアリング電磁石１７ｂの制御を行う。

ここで、演算する状態量変化量関数は、多次数の多項式の関数であることが望まれるが、回転照射装置２１の動きから予測される関数であれば高い精度でステアリング励磁量を演算することができる。例えば、回転照射装置２１の回転輸送系１９に設置された偏向電磁石１１ｂや四極電磁石１２ｂは、回転照射装置２１の回転により重力を受ける方向が三角関数的な変位となる。このため、設置誤差および設置誤差の影響を受けるビーム変位も、三角関数的な変位と予測される。このため、状態量変化量関数は三角関数であることが望ましい。

次に、このビーム通過位置の回転照射装置２１の角度依存性データを、角度に対し間欠的（例えば２０度刻み）に取得し角度方向に補正する方法の詳細について、図４を用いて説明する。このフローチャートを図４に示す。

まず、ユーザからの調整開始信号を受け、制御装置３の統括制御装置３ａからガントリー制御装置３ｄに対して回転指令を出力し、回転照射装置２１の目標角度までの回転を開始する（ステップＳ２０）。

次に、統括制御装置３ａは、ガントリー制御装置３ｄ、照射制御装置３ｃを介して入力される角度検出装置２３の測定値において回転照射装置２１が目標角度に達したことを確認したら、回転照射装置２１の回転を停止する停止信号をガントリー制御装置３ｄに対して出力し、回転照射装置２１を停止させる（ステップＳ２１）。

次いで、統括制御装置３ａは、加速器制御装置３ｂおよび照射制御装置３ｃに対して荷電粒子ビームの照射開始信号を出力する（ステップＳ２２）。

照射開始後、荷電粒子ビームの通過位置を位置モニタ２０ｃにおいて検出するとともに、通過する荷電粒子ビームの線量を線量モニタ２０ｄにおいて検出する（ステップＳ２３）。そして、ビーム線量計測装置２０ｆにおいて一定線量測定されることを確認するまで、ビーム位置のデータをビーム位置計測装置２０ｅで測定する。測定したデータは信号処理装置３０において処理された後に照射制御装置３ｃに送信され、角度検出装置２３で測定した測定時の回転照射装置２１の回転角度と関連付けられる。

その後、ビーム線量計測装置２０ｆにより一定線量測定されることを確認したら、統括制御装置３ａは、加速器制御装置３ｂおよび照射制御装置３ｃに対して荷電粒子ビームの照射停止信号を出力する（ステップＳ２４）。

次いで、統括制御装置３ａは、測定予定の回転照射装置２１の回転角度がすべて終了しているか、すなわち所定の全角度のビームデータを測定したか否かを判定する（ステップＳ２５）。

予定された全角度が終了していないと判定されるときは、処理をステップＳ２０に戻し、次の回転角度まで回転照射装置２１を回転させるようガントリー制御装置３ｄに対して回転信号を出力し、再度ビーム位置の回転照射装置２１の角度に対する依存性のデータを取得する。ステップＳ２５において測定予定の回転照射装置２１の回転角度がすべて終了していると判定されるときは、ステップＳ２６に処理を移行する。

次いで、統括制御装置３ａは、先のステップＳ２０−Ｓ２５において測定した、回転照射装置２１の回転角度に対して間欠的に測定した回転照射装置２１の角度に対する依存性ビーム位置データから、状態量変化量関数を補完により演算する（ステップＳ２６、図３参照）。

次いで、統括制御装置３ａは、先のステップＳ２６で演算した状態量変化量関数から、回転照射装置２１の回転角度毎にステアリング電磁石１７ｂの励磁量を算出し、制御装置３内の記憶装置３ｅにて、加速器制御装置３ｂおよび照射制御装置３ｃにおいて設定された運転エネルギーと関連付けた状態で記憶する（ステップＳ２７）。

このステップＳ２０−Ｓ２７のフローを、照射するエネルギー全て（例えば炭素なら３００）の数だけ実施する。

この記憶したステアリング励磁量を用いて、実際の荷電粒子ビームを照射する際に回転輸送系１９内のステアリング電磁石１７ｂの制御を行い、ビームの軌道を補正する。

この際、回転照射装置２１の回転角度に応じたステアリング励磁量が記憶装置３ｅに記憶されていないときは、状態量変化量関数から補正制御値を速やかに演算し、制御に用いる。

このように、本実施形態では、回転照射装置２１を間欠的に回転させ、回転照射装置２１の回転角度毎に位置モニタ２０ｃにおいて荷電粒子ビームの通過位置を検出する。その上で、回転照射装置２１の回転角度毎と荷電粒子ビームの通過位置とのデータの関係から状態量変化量関数を演算する。そしてこの演算した状態量変化量関数に基づいて、回転照射装置２１の回転角度毎の荷電粒子ビームの通過位置を所定位置に補正するためのステアリング電磁石１７ｂのステアリング励磁量を演算し、制御を行う。

このため、本実施形態では、細かな角度毎にビーム位置を測定する必要がなくなるため、長時間をかけてビーム位置を測定する必要がなくなる。例えば、上述した特許文献１に記載の方法の５度ピッチの測定に対して、本実施形態では２０度ピッチでの測定でよいので、１／４の時間で測定が終了できる。

よって、回転照射装置２１の回転によるビーム位置変位を補正するための補正制御値を演算するための労力を大幅に低減でき、調整に要する時間を大幅に削減できるとともに、高精度な照射を簡単かつ短時間で実施することが可能となる。

また長時間の荷電粒子ビームの照射を避けることが可能となることによって、荷電粒子ビームによる放射線の発生を調整時間の減少分減らすことが可能となる。そのため、放射線遮蔽に必要な遮蔽用壁を薄くすることが可能となり、粒子線治療システムの小型化が可能となる、との効果も奏する。

＜第２の実施形態＞
本発明の粒子線治療システムおよびプログラムならびに粒子線治療システムの制御方法の第２の実施形態を図５および図６を用いて説明する。

本実施形態の粒子線治療システムは、制御装置３における状態量変化量関数の演算方法が異なる以外は、第１の実施形態の粒子線治療システムと略同じであり、詳細は省略する。

本実施形態の制御装置３は、ビーム位置の回転照射装置２１の角度に対する依存性データを短時間に連続的に取得し、フィッティングによって求めた多次数の関数で短時間のデータ取得によるデータのばらつきの影響を低減し、この関数を用いて求めた補正制御値によってビーム位置を補正する。

具体的には、システム引き渡しの前の調整や定期メンテナンスの際に、統括制御装置３ａにおいて、回転照射装置２１を連続的に回転させながら荷電粒子ビームの照射を行い、位置モニタ２０ｃおよびビーム位置計測装置２０ｅにおいて回転中に絶えず荷電粒子ビームの通過位置を検出する。その上で、図５に示すような横軸に回転照射装置２１の回転角度、縦軸にビームの通過位置をとったグラフに、回転照射装置２１の回転角度に対する荷電粒子ビームの通過位置のデータをプロットし、状態量変化量関数をフィッティングによって演算する。そしてこの演算した状態量変化量関数に基づいて、回転照射装置２１の回転角度毎の荷電粒子ビームの通過位置を所定位置に補正するためのステアリング励磁量を演算し、この演算したステアリング励磁量を記憶装置３ｅで記憶しておく。そして、実際の荷電粒子ビームを照射する際には、記憶装置３ｅに記憶しておいた回転照射装置２１の回転角度に応じたステアリング励磁量のデータを用いて回転輸送系１９内のステアリング電磁石１７ｂの制御を行う。

このために、本実施形態の統括制御装置３ａは、インターロック装置４に対してビーム照射中の回転照射装置２１の回転動作を監視対象から外すよう指令信号を出力する。

回転照射装置を含む粒子線治療システムでは、患者への誤照射を防ぐために、通常ビーム照射中の回転照射装置２１の回転動作をインタ−ロック装置４にて監視し、回転照射装置２１の回転中のビーム照射を禁止する制御を行っている。そこで、本実施形態の制御装置３では、ビーム照射中の回転照射装置２１の回転を可能とするため、インターロック装置４は統括制御装置３ａからの指令信号に基づきビーム照射中の回転照射装置２１の回転動作を監視対象から外すことが可能となっている。

ここで、本実施形態では回転照射装置２１の回転を止めずに短時間で測定したため、測定したビーム位置の回転照射装置２１の角度に対する依存性のデータ（図５参照）には上述したような測定誤差やビームの不安定さによるばらつきが生じる。そこで、状態量変化量関数は得られたビーム位置の回転照射装置の角度に対する依存性のデータを多次数の多項式の関数であることが望まれるが、回転照射装置２１の動きから予測される関数であれば、高い精度でステアリング励磁量を演算することができる。したがって、第１の実施形態と同様に、状態量変化量関数は三角関数であることが望ましい。

次に、このビーム通過位置の回転照射装置２１の角度依存性データを、角度に対して連続的に取得し、角度方向に補正するための制御シーケンスとその方法の詳細について、図６を用いて説明する。このフローチャートを図６に示す。

まず、ユーザからの調整開始指令信号を受け、制御装置３の統括制御装置３ａから回転照射装置２１に対して照射準備開始信号を出力し、荷電粒子ビーム発生装置１、高エネルギービーム輸送系１３および回転照射装置２１の運転制御を開始し、照射準備を行う（ステップＳ９、第１手順）。

具体的には、調整開始指令信号を受けた統括制御装置３ａは、加速器制御装置３ｂおよび照射制御装置３ｃに対して照射準備開始信号を出力する。加速器制御装置３ｂおよび照射制御装置３ｃは、照射準備開始信号に基づき運転エネルギーを設定する。加速器制御装置３ｂは、設定された運転エネルギーに基づいて荷電粒子ビーム発生装置１や高エネルギービーム輸送系１３内の各機器の各電源制御装置（不図示）の目標エネルギーを設定し、照射制御装置３ｃは回転照射装置２１内の各機器の各電源制御装置（不図示）の目標エネルギーを設定する。同時に、統括制御装置３ａは、インターロック装置４に対してビーム照射中の回転照射装置２１の回転動作を監視対象から外すよう指令信号を出力する。

次いで、統括制御装置３ａは、加速器制御装置３ｂおよび照射制御装置３ｃに対して荷電粒子ビームの照射開始信号を出力する（ステップＳ１０、第２手順）。この開始信号の入力を受けて加速器制御装置３ｂおよび照射制御装置３ｃは荷電粒子ビームの照射を開始する。

次に、統括制御装置３ａは、照射制御装置３ｃに対して回転照射装置２１の回転開始指令信号を出力する。この回転開始指令信号の入力を受けて、照射制御装置３ｃはガントリー制御装置３ｄに対して回転照射装置２１の回転開始信号を送信し、信号に基づきガントリー制御装置３ｄは回転照射装置２１を目標角度までの回転を開始する（ステップＳ１１、第３手順の一部）。このときビームは停止せず、照射したままとする。

そして回転照射装置２１が回転したままの状態で、位置モニタ２０ｃにおいて荷電粒子ビームの通過位置と、角度検出装置２３において回転照射装置２１の回転角度とを連続的に逐次測定する（ステップＳ１２、第３手順の一部）。測定したデータは、ビーム位置計測装置２０ｅにてカウントされ、信号処理装置３０において処理された後に制御装置３の照射制御装置３ｃに送信され、角度検出装置２３で測定した測定時の回転照射装置２１の回転角度と関連付けて記憶される。

統括制御装置３ａは、ガントリー制御装置３ｄ、照射制御装置３ｃを介して入力される角度検出装置２３の測定値において回転照射装置２１が目標角度に達したことを確認したら、回転照射装置２１の回転を停止する停止信号をガントリー制御装置３ｄに対して出力する（ステップＳ１３、第４手順の一部）。また、統括制御装置３ａは、加速器制御装置３ｂおよび照射制御装置３ｃに対して荷電粒子ビームの照射停止信号を出力する（ステップＳ１４、第４手順の一部）。

次いで、統括制御装置３ａは、照射制御装置３ｃからビーム位置と回転照射装置の角度のデータを受け取とる。その後、先のステップＳ９−Ｓ１４において測定した、回転照射装置２１の回転角度に対して連続的に測定した回転照射装置２１の角度に対するビーム位置データから、状態量変化量関数をフィッティングにより演算する（ステップＳ１５、図５参照、第５手順）。

次いで、統括制御装置３ａは、先のステップＳ１５で演算した状態量変化量関数からステアリング電磁石１７ｂの励磁量を算出し、制御装置３内の記憶装置３ｅにて、加速器制御装置３ｂおよび照射制御装置３ｃにおいて設定された運転エネルギーと関連付けた状態で記憶する（ステップＳ１６、第６手順）。

このステップＳ２０−Ｓ２７のフローを、照射するエネルギー全ての数だけ実施する。

この記憶したステアリング励磁量を用いて、実際の荷電粒子ビームを照射する際に回転輸送系１９内のステアリング電磁石１７ｂの制御を行い、ビームの軌道を補正する。

本発明の粒子線治療システムおよびプログラムならびに粒子線治療システムの制御方法の第２の実施形態においても、前述した粒子線治療システムおよびプログラムならびに粒子線治療システムの制御方法の第１の実施形態とほぼ同様な効果が得られる。

更に、本実施形態では、多くの角度毎にビーム位置を長時間測定して平均化する必要がなくなるため、回転照射装置２１の回転に伴うビーム変位量の測定に要する時間を大幅に短縮することができる。例えば、特許文献１に記載の方法では３６０度／５度＝７２回の測定が必要であるのに対して、本実施形態の方法では一回の測定でよいので、１／７２の時間で測定を終えることができる。これにより、回転照射装置２１の回転によるビーム位置変位を補正するための補正制御値を演算するための労力を更に低減でき、高精度な照射を簡単かつ短時間で実施することが可能となる。

なお、本実施形態においては、荷電粒子ビームの通過位置を連続的に測定する代わりに、荷電粒子ビーム位置を一定角度毎に測定してもよい。

また、図６におけるステップＳ９では、ビーム照射中の回転照射装置２１の回転を可能にするため、照射制御装置３ｃ若しくはガントリー制御装置３ｄあるいは双方において回転照射装置２１の回転動作を停止と模擬する信号をインターロック装置４に対して送信するよう制御することができる。

更に、ステップＳ１０では、ユーザが照射準備の終了を確認した後、ユーザ自身がビーム照射開始指令を制御装置３に出してもよい。

また、ステップＳ１１では、回転照射装置においてビーム照射が開始した事を受け、ユーザが回転照射開始指令を制御装置３に出してもよい。

更に、ステップＳ１２における回転角度とビーム位置データとの関連付け処理は、ビーム照射中に信号処理装置３０およびガントリー制御装置３ｄにおいて時間と関連付けておき、ビーム照射の終了後、時間に基づき関連付けてもよい。またこれらの処理は統括制御装置３ａで実施してもよい。あるいは各々の測定データを制御装置３若しくは計測装置あるいは双方からユーザが取り出し実施してもよい。

また、ステップＳ１４では、回転照射装置２１の回転が終了した事を確認した後、ユーザがビーム照射停止指令を制御装置３に出してもよい。

更に、ステップＳ１６では、ユーザが測定データを制御装置３から取り出した後、ビーム位置データ補正からステアリング電磁石励磁量を算出までを制御装置３から独立した端末（不図示）で実施し、記憶装置３ａにおいて記憶するようにしてもよい。

＜第３の実施形態＞
本発明の粒子線治療システムおよびプログラムならびに粒子線治療システムの制御方法の第３の実施形態を図７を用いて説明する。

本実施形態の粒子線治療システムは、制御装置３における補正制御値の演算方法が異なる以外は、第１の実施形態の粒子線治療システムと略同じであり、詳細は省略する。

本実施形態の制御装置３は、システム引き渡しの前の調整や定期メンテナンスの際に、統括制御装置３ａにおいて、回転照射装置２１を間欠的（例えば２０度刻み）に回転させて、荷電粒子ビームの照射を行い、位置モニタ２０ｃにおいて回転照射装置２１の回転角度毎に荷電粒子ビームの通過位置を検出する。次いで、回転照射装置２１の回転角度毎の荷電粒子ビームの通過位置を所定位置に補正するための暫定ステアリング励磁量を演算する。その上で、図７に示すような横軸に回転照射装置２１の回転角度、縦軸に暫定ステアリング励磁量の大きさをとったグラフに、回転照射装置２１の回転角度毎に演算した暫定ステアリング励磁量の演算値プロットし、ステアリング励磁量関数（補正制御値関数）を補完によって演算する。そしてこの演算したステアリング励磁量関数に基づいて、回転照射装置２１の回転角度毎の荷電粒子ビームの通過位置を所定位置に補正するためのステアリング励磁量を演算し、この演算したステアリング励磁量を記憶装置３ｅで記憶しておく。そして、実際の荷電粒子ビームを照射する際には、記憶装置３ｅに記憶しておいた回転照射装置２１の回転角度に応じたステアリング励磁量のデータを用いて回転輸送系１９内のステアリング電磁石１７ｂの制御を行う。

本発明の粒子線治療システムおよびプログラムならびに粒子線治療システムの制御方法の第３の実施形態においても、前述した粒子線治療システムおよびプログラムならびに粒子線治療システムの制御方法の第１の実施形態とほぼ同様な効果が得られる。

なお、本実施形態における補正制御値関数の演算方法は上述の方法に限られず、第２の実施形態のように、制御装置３において回転照射装置２１を回転させながらビーム照射およびビーム通過位置の測定を行い、連続的に得られた測定結果から暫定ステアリング励磁量を演算し、この暫定ステアリング励磁量と回転角度との関係からフィッティングによってステアリング励磁量関数を求め、この関数からステアリング励磁量を求めることができる。この方法によっても、第２の実施形態と同様の効果が得られる。

＜その他＞
なお、本発明は上記の実施形態に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。上述の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。

例えば、上述の実施形態においては、回転照射装置２１の回転角度に応じたビーム位置の補正を行う機器としてステアリング電磁石１７ｂのみを用いる場合について説明したが、ビーム位置の補正には他のビームを偏向させる機器、例えば偏向電磁石１１ｂあるいは走査電磁石２０ａ、更にはこれらステアリング電磁石１７ｂ、偏向電磁石１１ｂ、走査電磁石２０ａのうち複数の機器を用いることができる。この場合は、偏向電磁石１１ｂや走査電磁石２０ａについても、回転照射装置２１の回転角度毎の荷電粒子ビームの通過位置を所定位置に補正するための補正制御値を状態量変化量関数もしくは補正制御値関数を演算した上で制御に用いる。

また、制御装置３の記憶装置３ｅでステアリング励磁量などの補正制御値を記憶する例を説明したが、記憶装置３ｅで記憶するデータは、回転照射装置２１の角度に対するビーム位置データ等の状態量データそのものであってもよい。この場合は、ビーム照射の際に、統括制御装置３ａまたは照射制御装置３ｃにおいてステアリング電磁石や偏向電磁石１１ｂ、走査電磁石２０ａの補正制御値を求める際に、記憶装置３ｅに記憶された状態量データから状態量変化量関数または補正制御値関数を求め、回転照射装置２１の回転角度に応じた荷電粒子ビームの通過位置を所定位置に補正するための補正制御値を演算して制御に用いる。

更に、補正制御値または状態量データを記憶する記憶装置３ｅは制御装置３内に配置される態様に限定されず、例えば外部記憶装置や治療計画装置内の記憶装置において記憶するようにすることができる。

また、荷電粒子ビームの位置データを取得する測定装置として照射装置２０内の位置モニタ２０ｃを用いたが、位置データの測定装置は回転輸送系１９内のビーム位置モニタ２２ｂを用いることができる。更には、回転照射装置２１の回転と同期したデータを測定可能であれば回転照射装置２１と独立した測定装置とすることができ、例えば、回転中心に設置された測定装置あるいは治療用ベッドに設置された測定装置を用いることができる。

また、荷電粒子ビームの状態量としてビームの通過位置を測定し、荷電粒子ビーム位置の角度依存性のデータ取得、演算処理を行う態様について説明したが、測定するビームの状態量は位置データに限られず、荷電粒子ビームのビーム幅、荷電粒子ビームの線量等の荷電粒子ビームの回転照射装置の角度に対して依存性を有する状態量があり、これらの状態量のデータを用いて角度依存性のデータ取得、演算処理（例えば四極電磁石１２ｂの制御）を行うことによっても、同様の効果が得られる。

更に、状態量変化量関数や補正制御値関数およびステアリング励磁量等の補正制御値の演算を統括制御装置３ａが行う態様について説明したが、統括制御装置３ａの代わりに照射制御装置３ｃや他の制御装置において演算することができる。

また、角度検出装置２３によって回転照射装置２１の回転角度を実際に測定する場合について説明したが、治療計画装置における回転照射装置２１の回転角度の制御値に基づいて回転照射装置２１の回転角度を検出するよう構成することができる。この場合は、治療計画装置における回転角度の制御値を認識する構成が角度検出部に相当する。

更に、回転照射装置２１の回転角度は３６０度に限定するものではなく、例えば回転角度が１８０度の回転照射装置とすることができる。

また、照射装置２０としてスキャニング装置を用いる態様について説明したが、照射装置２０はこれに限定されるものではなく、パッシブ方式の照射装置、あるいはスキャニング方式およびパッシブ方式の両方の機能を持った多機能照射装置とすることができる。

更に、荷電粒子ビーム発生装置１や高エネルギービーム輸送系１３が回転照射装置２１と別体である場合について説明したが、荷電粒子ビーム発生装置や高エネルギービーム輸送系は回転照射装置と一体化していてもよい。

また、荷電粒子ビーム発生装置としてシンクロトロンを用いる態様について説明したが、シンクロトロンに限定されず、サイクロトロン、シンクロサイクロトロン等の荷電粒子を設定したエネルギーまで加速可能な他の荷電粒子ビーム発生装置でも前述と同様の効果を得ることが可能である。

１…荷電粒子ビーム発生装置、
２…シンクロトロン、
３…制御装置、
３ａ…統括制御装置、
３ｂ…加速器制御装置、
３ｃ…回転照射装置制御装置、
３ｄ…ガントリー制御装置、
３ｅ…記憶装置、
４…インターロック装置、
５…前段加速器、
１１ａ，１１ｂ…偏向電磁石、
１２ａ，１２ｂ…四極電磁石、
１３…高エネルギービーム輸送系、
１４…高周波加速装置、
１７ａ，１７ｂ…ステアリング電磁石、
１９…回転輸送系、
２０…スキャニング装置、
２０ａ…走査電磁石、
２０ｃ…位置モニタ、
２０ｄ…線量モニタ、
２０ｅ…ビーム位置計測装置、
２０ｆ…ビーム線量計測装置、
２１…回転照射装置、
２２ａ，２２ｂ…ビーム位置モニタ、
２３…角度検出装置、
３０…信号処理装置。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線治療システムであって、前記荷電粒子ビームを設定されたエネルギーまで加速する加速器と、この加速器から出射された荷電粒子ビームを照射する回転照射装置と、前記加速器から出射された前記荷電粒子ビームを前記回転照射装置へ輸送するビーム輸送系と、前記加速器，前記回転照射装置および前記ビーム輸送系を制御する制御装置と、前記照射対象に対する前記回転照射装置の回転角度を測定する角度測定部と、前記回転照射装置内における前記荷電粒子ビームの状態量を測定するビーム状態量測定部とを備え、前記制御装置は、前記回転照射装置の前記回転角度毎に測定した前記荷電粒子ビームの前記状態量のデータから前記回転角度に応じた前記荷電粒子ビームの変化量に関する関数を演算し、この関数に基づいて前記荷電粒子ビームの通過位置が所定位置となるよう前記回転照射装置内の前記荷電粒子ビームの状態量を制御することを特徴とする。

そこで、システム引き渡しの前の調整や定期メンテナンスの際に、制御装置３の統括制御装置３ａにおいて、回転照射装置２１を間欠的（例えば２０度刻み）に回転させて、回転を停止した状態で荷電粒子ビームの照射を行い、位置モニタ２０ｃにおいて回転照射装置２１の回転角度毎に荷電粒子ビームの通過位置を検出する。その上で、図３に示すような横軸に回転照射装置２１の回転角度、縦軸にビームの通過位置をとったグラフに、回転照射装置２１の回転角度毎の荷電粒子ビームの通過位置のデータをプロットし、状態量変化量関数を補完によって演算する。そしてこの演算した状態量変化量関数に基づいて、回転照射装置２１の回転角度毎の荷電粒子ビームの通過位置を所定位置に補正するためのステアリング励磁量（補正制御値）を演算し、この演算したステアリング励磁量は記憶装置３ｅにて記憶しておく。そして、実際の荷電粒子ビームを照射する際には、記憶装置３ｅに記憶しておいた回転照射装置２１の回転角度に応じたステアリング励磁量のデータを用いて回転輸送系１９内のステアリング電磁石１７ｂの制御を行う。なお、図３の縦軸では、図示の都合上、ビームの進行方向に対して垂直な平面内の直交する二方向を定義したときのうちの一方の方向のビームの通過位置を示している。以下、他の図面も同様である。もう一方の方向についても、同様に回転照射装置２１の回転角度毎の荷電粒子ビームの通過位置のデータをプロットし、状態量変化量関数を補完によって演算すればよい。

また、荷電粒子ビームの状態量としてビームの通過位置を測定し、荷電粒子ビーム位置の角度依存性のデータ取得、演算処理を行う態様について説明したが、測定するビームの状態量は位置データに限られず、荷電粒子ビームのビーム幅等の荷電粒子ビームの回転照射装置の角度に対して依存性を有する状態量がある。例えば、ビーム幅のデータを用いて角度依存性のデータ取得、演算処理（四極電磁石１２ｂの状態量変化量関数や補正制御値の演算、制御）を行うことによっても、同様の効果が得られる。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線治療システムであって、前記荷電粒子ビームを設定されたエネルギーまで加速する加速器と、この加速器から出射された荷電粒子ビームを照射する回転照射装置と、前記加速器から出射された前記荷電粒子ビームを前記回転照射装置へ輸送するビーム輸送系と、前記加速器，前記回転照射装置および前記ビーム輸送系を制御する制御装置と、前記照射対象に対する前記回転照射装置の回転角度を測定する角度測定部と、前記回転照射装置内における前記荷電粒子ビームの状態量を測定するビーム状態量測定部とを備え、前記制御装置は、前記回転照射装置の前記回転角度毎に測定した前記荷電粒子ビームの前記状態量のデータから前記回転角度に応じた前記荷電粒子ビームの状態量に関する関数を演算し、この関数に基づいて前記荷電粒子ビームの通過位置が所定位置となるよう前記回転照射装置内の前記荷電粒子ビームの状態量を制御することを特徴とする。

そこで、システム引き渡しの前の調整や定期メンテナンスの際に、制御装置３の統括制御装置３ａにおいて、回転照射装置２１を間欠的（例えば２０度刻み）に回転させて、回転を停止した状態で荷電粒子ビームの照射を行い、位置モニタ２０ｃにおいて回転照射装置２１の回転角度毎に荷電粒子ビームの通過位置を検出する。その上で、図３に示すような横軸に回転照射装置２１の回転角度、縦軸にビームの通過位置をとったグラフに、回転照射装置２１の回転角度毎の荷電粒子ビームの通過位置のデータをプロットし、状態量変化量関数を補完によって演算する。そしてこの演算した状態量変化量関数に基づいて、回転照射装置２１の回転角度毎の荷電粒子ビームの通過位置を所定位置に補正するためのステアリング励磁量（補正制御値）を演算し、この演算したステアリング励磁量は記憶装置３ｅにて記憶しておく。そして、実際の荷電粒子ビームを照射する際には、記憶装置３ｅに記憶しておいた回転照射装置２１の回転角度に応じたステアリング励磁量のデータを用いて回転輸送系１９内のステアリング電磁石１７ｂの制御を行う。

更に、ステップＳ１６では、ユーザが測定データを制御装置３から取り出した後、ビーム位置データ補正からステアリング電磁石励磁量を算出までを制御装置３から独立した端末（不図示）で実施し、記憶装置３ｅにおいて記憶するようにしてもよい。

Claims (15)

1. 荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線治療システムであって、
   前記荷電粒子ビームを設定されたエネルギーまで加速する加速器と、
   この加速器から出射された荷電粒子ビームを照射する回転照射装置と、
   前記加速器から出射された前記荷電粒子ビームを前記回転照射装置へ輸送するビーム輸送系と、
   前記加速器，前記回転照射装置および前記ビーム輸送系を制御する制御装置と、
   前記照射対象に対する前記回転照射装置の回転角度を測定する角度測定部と、
   前記回転照射装置内における前記荷電粒子ビームの状態量を測定するビーム状態量測定部とを備え、
   前記制御装置は、前記回転照射装置の前記回転角度毎に測定した前記荷電粒子ビームの前記状態量のデータから前記回転角度に応じた前記荷電粒子ビームの変化量に関する関数を演算し、この関数に基づいて前記回転照射装置内の前記荷電粒子ビームの状態量を制御する
   ことを特徴とする粒子線治療システム。
2. 請求項１に記載の粒子線治療システムにおいて、
   前記制御装置は、前記状態量と前記回転角度との関係に基づいて前記関数として状態量変化量関数を演算し、この状態量変化量関数に基づいて前記回転角度毎の前記荷電粒子ビームの変化量を補正するための補正制御値を演算し、この補正制御値を用いて前記回転照射装置内の前記荷電粒子ビームの状態量を制御する
   ことを特徴とする粒子線治療システム。
3. 請求項２に記載の粒子線治療システムにおいて、
   前記照射装置は、前記状態量変化量関数に基づいて演算した前記補正制御値を記憶する記憶部を有する
   ことを特徴とする粒子線治療システム。
4. 請求項２に記載の粒子線治療システムにおいて、
   前記照射装置は、前記ビーム状態量測定部で測定した前記状態量を記憶する記憶部を有し、
   前記照射装置は、この記憶部に記憶された前記状態量に基づいて前記状態量変化量関数および前記補正制御値を演算する
   ことを特徴とする粒子線治療システム。
5. 請求項２に記載の粒子線治療システムにおいて、
   前記制御装置は、前記回転照射装置の回転角度を間欠的に回転させ、
   前記ビーム状態量測定部は前記状態量を前記間欠的に測定する
   ことを特徴とする粒子線治療システム。
6. 請求項２に記載の粒子線治療システムにおいて、
   前記制御装置は、前記回転照射装置の回転角度を連続的に回転させ、
   前記ビーム状態量測定部は前記状態量を前記回転照射装置の回転中に連続的に測定する
   ことを特徴とする粒子線治療システム。
7. 請求項６に記載の粒子線治療システムにおいて、
   前記ビーム状態量測定部は、前記荷電粒子ビームの通過位置を測定し、
   前記制御装置は、前記回転照射装置内における前記荷電粒子ビームの位置を制御する
   ことを特徴とする粒子線治療システム。
8. 請求項７に記載の粒子線治療システムにおいて、
   前記制御装置は、前記回転照射装置内に配置された前記荷電粒子ビームの偏向部の磁場を制御することで前記荷電粒子ビームの位置を制御する
   ことを特徴とする粒子線治療システム。
9. 請求項７に記載の粒子線治療システムにおいて、
   前記制御装置は、前記回転照射装置内に配置されたビーム走査部の磁場を制御することで前記荷電粒子ビームの位置を制御する
   ことを特徴とする粒子線治療システム。
10. 請求項１に記載の粒子線治療システムにおいて、
    前記制御装置は、前記状態量から前記回転照射装置の暫定補正制御値を演算し、この暫定補正制御値と前記回転角度との関係に基づいて前記関数として補正制御値関数を演算し、この補正制御値関数に基づいて前記回転角度毎の前記荷電粒子ビームの変化量を補正するための補正制御値を演算し、この補正制御値を用いて前記回転照射装置内の前記荷電粒子ビームの状態量を制御する
    ことを特徴とする粒子線治療システム。
11. 請求項１０に記載の粒子線治療システムにおいて、
    前記制御装置は、前記回転照射装置の回転角度を間欠的に回転させ、
    前記ビーム状態量測定部は前記状態量を前記間欠的に測定する
    ことを特徴とする粒子線治療システム。
12. 請求項１０に記載の粒子線治療システムにおいて、
    前記制御装置は、前記回転照射装置の回転角度を連続的に回転させ、
    前記ビーム状態量測定部は前記状態量を前記回転照射装置の回転中に連続的に測定する
    ことを特徴とする粒子線治療システム。
13. 加速器、回転照射装置およびビーム輸送系を備えた粒子線治療システムの制御装置に実行させるプログラムであって、
    制御開始信号を出力する第１手順と、
    この第１手順完了後に、ビーム照射開始信号を出力する第２手順と、
    前記回転照射装置の回転開始信号と、前記回転照射装置の回転角度の測定開始信号と、前記回転照射装置内の荷電粒子ビームの状態量の測定開始信号とを出力する第３手順と、
    前記回転照射装置が所定角度回転した後に、回転終了信号と、ビーム照射終了信号と、前記回転照射装置の回転角度の測定終了信号と、前記回転照射装置内の荷電粒子ビームの状態量の測定終了信号とを出力する第４手順と、
    前記回転照射装置の前記回転角度毎に測定した前記荷電粒子ビームの前記状態量のデータから前記回転角度に応じた前記荷電粒子ビームの変化量に関する関数を演算する第５手順と、
    この第５手順で演算した前記関数に基づいて前記回転照射装置内の前記荷電粒子ビームの状態量を制御する補正制御値を演算する第６手順と
    を粒子線治療システムの制御装置に実行させることを特徴とするプログラム。
14. 請求項１３に記載のプログラムであって、
    前記第１手順は、更に、前記荷電粒子ビームの照射中の前記回転照射装置の回転動作を監視対象から外す指令信号をインターロック装置に対して出力する
    ことを特徴とするプログラム。
15. 荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線治療システムの制御方法であって、
    前記粒子線治療システムから前記荷電粒子ビームを出射し、回転照射装置を回転させ、この回転照射装置の回転角度および前記回転照射装置内の荷電粒子ビームの状態量を測定する第１工程と、
    前記回転照射装置が所定角度回転した後に、前記粒子線治療システムからの前記荷電粒子ビームの出射を終了し、前記回転照射装置の回転角度の測定および前記回転照射装置内の荷電粒子ビームの状態量の測定を終了する第２工程と、
    前記回転照射装置の前記回転角度毎に測定した前記荷電粒子ビームの前記状態量のデータから前記回転角度に応じた前記荷電粒子ビームの変化量に関する関数を演算する第３工程と、
    この第３工程で演算した関数に基づいて前記回転照射装置内の前記荷電粒子ビームの状態量を制御する補正制御値を演算する第４工程とを備えた
    ことを特徴とする粒子線治療システムの制御方法。

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