JP2016154630A5

JP2016154630A5 -

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Publication number: JP2016154630A5
Application number: JP2015033412A
Authority: JP
Filing date: 2015-02-23
Publication date: 2017-02-23
Anticipated expiration: 2035-02-23

Description

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、照射対象に荷電粒子ビームを照射する粒子線照射装置であって、荷電粒子ビームを加速・出射する加速器と、この加速器から出射された荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射装置と、前記加速器および前記照射装置を制御する制御装置と、前記照射対象に照射する荷電粒子ビームのビーム電流強度を電荷量として計測する線量モニタとを備え、前記制御装置は、前記線量モニタで計測された電荷量の信号を増幅するゲインが各々異なる少なくとも２台以上のアンプと、このアンプに対して１対１で接続された少なくとも２台以上のカウンタと、この少なくとも２台以上のカウンタのカウント値を積算する積算器とを有し、この積算器で積算されたカウント値を用いて前記荷電粒子ビームの線量を監視することを特徴とする。

照射ノズル１１には、図２に示すように、荷電粒子ビーム１２の進行方向の上流側から順番に、上流ビームモニタ１１ａ、走査電磁石１１ｂ、線量モニタ１１ｃおよび下流ビームモニタ１１ｄがビーム経路に沿って配置される。照射ノズル１１は、スキャニングビームの照射野を形成する。

回転ガントリ１４は、アイソセンタ（図示せず）を中心に回転可能な構成であり、ビームの照射角度を決める。回転ガントリ１４が回転することによって、患者１３に照射する荷電粒子ビーム１２の照射角度を変更することができる。

図１に戻り、制御システム４は、中央制御装置５、加速器・輸送系制御システム７および照射制御システム８を有する。
中央制御装置５は、治療計画装置６、加速器・輸送系制御システム７、照射制御システム８および操作端末４０に接続される。この中央制御装置５は、治療計画装置６からの設定データに基づいて、加速器運転のための運転パラメータの設定値、照射野を形成するための運転パラメータ、計画されるビーム位置およびビーム幅、線量の設定値を算出する機能を備えている。これらの運転パラメータおよびモニタ設定値は、中央制御装置５から加速器・輸送系制御システム７および照射制御システム８に出力される。
加速器・輸送系制御システム７は、荷電粒子ビーム発生装置１およびビーム輸送系２に接続され、荷電粒子ビーム発生装置１およびビーム輸送系２を構成する機器を制御する。
照射制御システム８は、スキャニング照射装置３に接続され、スキャニング照射装置３を構成する機器を制御する。
操作端末４０は、操作者（医者、オペレータ等の医療従事者）がデータや指示信号を入力する入力装置および表示画面を備えている。

照射制御システム８について、図２を用いて説明する。
照射制御システム８は、患者機器制御装置８ａ、モニタ監視制御装置８ｂおよび走査電磁石電源制御装置８ｃを備える。
患者機器制御装置８ａは、回転ガントリ１４を構成する各機器を制御する回転ガントリ制御装置８ａ１、治療台１０を移動して位置決め制御する治療台制御装置８ａ２、ノズル１１内に配置された機器を制御するノズル内機器制御装置８ａ３を備えている。このうち、回転ガントリ制御装置８ａ１は、回転ガントリ１４の回転角度を制御することで、患者１３に照射する荷電粒子ビームの照射角度を制御する。

下流ビームモニタ監視制御装置８ｂ２は、下流ビームモニタ１１ｄで計測した計測データを受信して演算処理し、荷電粒子ビームが通過した位置およびビーム幅を求める。求めたビーム位置が予め定められた範囲外の場合、またはビーム幅が予め定められた範囲外の場合、下流ビームモニタ監視制御装置８ｂ２はビーム異常と判定し、中央制御装置５に異常信号を出力する。

中央制御装置５は、上流ビームモニタ監視制御装置８ｂ１、下流ビームモニタ監視制御装置８ｂ２または線量監視制御装置８ｂ３から異常信号を入力すると、加速器・輸送系制御システム７にビーム停止指令信号を出力し、荷電粒子ビーム発生装置１から出射する荷電粒子ビームを停止させる。
本実施形態では、荷電粒子ビーム発生装置１から出射する荷電粒子ビームを停止するように制御したが、中央制御装置５がビーム輸送系２を制御し、照射ノズル１１に入射される荷電粒子ビームを停止するように制御してもよい。

図２に戻って、走査電磁石電源制御装置８ｃは、走査電磁石１１ｂの電源装置（図示せず）を制御することによって、走査電磁石１１ｂに励磁する励磁電流を制御し、患者１３への荷電粒子ビームの照射位置を変更する。

患者１３が治療台（ベッド）上に固定されると、医師は操作端末４０の入力装置から準備開始信号を入力する。
準備開始信号を受信した中央制御装置５は、該当する患者の治療計画情報を治療計画装置６から受け取り、治療台制御装置８ａ２にベッド位置情報を出力する。治療台制御装置８ａ２は、ベッド位置情報に基づいて患者１３をビーム軸の延長線上の所定位置に配置するように治療台１０を移動し、位置決めする。また、中央制御装置５は、回転ガントリ制御装置８ａ１にガントリ角度情報を出力する。回転ガントリ制御装置８ａ１は、ガントリ角度情報に基づいて回転ガントリ１４を回転させて所定の角度に配置する。また、中央制御装置５は、照射位置毎の荷電粒子ビームの目標線量値や許容値データをモニタ監視制御装置８ｂに送信する。中央制御装置５は、照射データに含まれるビームエネルギー情報および照射位置情報に基づいて、走査電磁石１１ｂに励磁すべき励磁電流値を算出し、励磁電流パラメータを求め、走査電磁石電源制御装置８ｃに励磁電流パラメータを送信する。さらに、中央制御装置５は、治療計画情報に基づいて円形加速器１６の加速運転のための運転パラメータや、円形加速器１６から出射された荷電粒子ビームを照射ノズル１１に輸送するためのビーム輸送系２の運転パラメータを求め、加速器・輸送系制御システム７にこれらの運転パラメータを送信する。

中央制御装置５がビーム出射開始指令を送信すると（ステップＳ３３）、加速器・輸送系制御システム７はイオン源を起動し、荷電粒子（陽子または重粒子）を生成する。前段加速器１５は、イオン源からの荷電粒子を加速し、円形加速器１６に出射する。円形加速器１６は、荷電粒子ビームを更に加速する。周回する荷電粒子ビームは目標エネルギーまで加速され、円形加速器１６からビーム輸送系２に出射される。荷電粒子ビームは、ビーム輸送系２を経てスキャニング照射装置３に到達する。荷電粒子ビームは、照射ノズル１１内をビーム軸に沿って進行し、上流ビームモニタ１１ａ，走査電磁石１１ｂ，線量モニタ１１ｃおよび下流ビームモニタ１１ｄを通過する。照射ノズル１１から出射された荷電粒子ビームが患者１３の患部に照射される。

次いで、上流ビームモニタ１１ａで検出した第１検出データを上流ビームモニタ監視制御装置８ｂ１で取り込むとともに、下流ビームモニタ１１ｄで検出した第２検出データを下流ビームモニタ監視制御装置８ｂ２で取り込む。そして、照射された荷電粒子ビームの位置およびビーム幅を求める（ステップＳ３６）。
演算処理が終了し、ビームの位置およびビーム幅に異常がなければ（ビーム位置が許容ビーム位置の範囲内であり、ビーム幅が許容ビーム幅の範囲内と判定されれば）、照射満了した照射スポットがレイヤー内での最後のスポット位置であるか否かを判定する。最後の照射スポット位置でないと判定された場合（Ｎｏの場合）はステップＳ３１に戻り、走査電磁石電源制御装置８ｃは、次のスポットに荷電粒子ビームを照射するように走査電磁石１１ｂの励磁電流値を変更する。
走査電磁石電源制御装置８ｃは励磁電流パラメータに基づいて走査電磁石１１ｂを励磁すると（ステップＳ３１）、モニタ監視制御装置８ｂの線量監視制御装置８ｂ３は、次の照射スポット位置に対する目標線量値に基づいてビーム線量の監視を再開する（ステップＳ３２）。その後、中央制御装置５がビーム出射開始指令を送信することで次の照射スポット位置に対する荷電粒子ビームの照射が開始される（ステップＳ３３）。
照射満了した照射スポットがレイヤー内での最後のスポット位置であると判定されるまで（Ｙｅｓと判定されるまで）、走査電磁石設定（ステップＳ３１）から最後のスポットであるか否かの判定までの制御フロー（ステップＳ３７）を繰り返し行う。

中央制御装置５がビーム出射開始指令を送信すると（ステップＳ３３）、加速器・輸送系制御システム７はイオン源を起動し、荷電粒子（陽子または重粒子）を生成する。前段加速器１５は、イオン源からの荷電粒子を加速し、円形加速器１６に出射する。円形加速器１６は、荷電粒子ビームを更に加速する。周回する荷電粒子ビームは目標エネルギーまで加速され、円形加速器１６からビーム輸送系２に出射される。荷電粒子ビームは、ビーム輸送系２を経てスキャニング照射装置３に到達する。さらに、荷電粒子ビームは、照射ノズル１１内をビーム軸に沿って進行し、上流ビームモニタ１１ａ，走査電磁石１１ｂ，線量モニタ１１ｃおよび下流ビームモニタ１１ｄを通過する。照射ノズル１１から出射された荷電粒子ビームが患者１３の患部に照射される。

１…荷電粒子ビーム発生装置、
２…ビーム輸送系、
３…スキャニング照射装置、
４…制御システム、
５…中央制御装置、
６…治療計画装置、
７…加速器制御システム、
８…照射制御システム、
８ａ…患者機器制御装置、
８ａ１…回転ガントリ制御装置、
８ａ２…治療台制御装置、
８ａ３…ノズル内機器制御装置、
８ｂ…モニタ監視制御装置、
８ｂ１…上流ビームモニタ監視制御装置、
８ｂ２…下流ビームモニタ監視制御装置、
８ｂ３…線量監視制御装置、
８ｂ３−１…アンプ（ゲイン１）、
８ｂ３−２…アンプ（ゲイン２）、
８ｂ３−３…アンプ（ゲイン３）、
８ｂ３−４…パルスカウンタ、
８ｂ３−５…積算パルス取込装置、
８ｂ３−６…演算部、
８ｂ３−７…メモリ、
８ｂ３−８…プリセット出力部、
８ｂ３−９…線量満了判定部、
８ｃ…走査電磁石電源制御装置、
１０…治療台、
１１…照射ノズル、
１１ａ…上流ビームモニタ、
１１ｂ…走査電磁石、
１１ｃ…線量モニタ、
１１ｃ１…正線量モニタ、
１１ｃ２…副線量モニタ、
１１ｄ…下流ビームモニタ、
１２…荷電粒子ビーム、
１３…患者、
１４…回転ガントリ、
１５…前段加速器、
１６…円形加速器
２２…モニタ信号処理装置、
２３…電流・周波数変換器、
４０…操作端末。

Claims

照射対象に荷電粒子ビームを照射する粒子線照射装置であって、
荷電粒子ビームを加速・出射する加速器と、
この加速器から出射された荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射装置と、
前記加速器および前記照射装置を制御する制御装置と、
前記照射対象に照射する荷電粒子ビームのビーム電流強度を電荷量として計測する線量モニタとを備え、
前記制御装置は、前記線量モニタで計測された電荷量の信号を増幅するゲインが各々異なる少なくとも２台以上のアンプと、このアンプに対して１対１で接続された少なくとも２台以上のカウンタと、この少なくとも２台以上のカウンタのカウント値を積算する積算器とを有し、この積算器で積算されたカウント値を用いて前記荷電粒子ビームの線量を監視する
ことを特徴とする粒子線照射装置。
請求項１に記載の粒子線照射装置において、
前記制御装置は、任意に計画されたビーム停止タイミングであるコントロールポイントごとに用いるアンプを選択・変更する
ことを特徴とする粒子線照射装置。
請求項２に記載の粒子線照射装置において、
前記制御装置の前記積算器は、前記コントロールポイント毎にコントロールポイント満了からのカウント値の線量超過分を記録しておき、次のコントロールポイントの照射ではこの記録しておいた線量超過分のカウント値を差し引く
ことを特徴とする粒子線照射装置。
請求項２に記載の粒子線照射装置において、
前記制御装置によって選択されなかったアンプに接続されたカウンタも、前記荷電粒子ビームの照射中はカウントの累積を継続する
ことを特徴とする粒子線照射装置。
荷電粒子ビームを加速・出射する加速器と、この加速器から出射された荷電粒子ビームを照射対象に照射する照射装置と、前記加速器および前記照射装置を制御する制御装置とを備えた粒子線照射装置において前記照射対象に照射される荷電粒子ビームの線量を監視する方法であって、
線量モニタによって前記照射対象に照射する荷電粒子ビームのビーム電流強度を電荷量として計測し、信号を増幅するゲインが各々異なる少なくとも２台以上のアンプによって前記線量モニタで計測された電荷量の信号を増幅し、前記アンプに対して１対１で接続された少なくとも２台以上のカウンタによって増幅された信号からパルス数をカウントし、積算器でパルス数を積算し、積算したカウント値を用いて前記荷電粒子ビームの線量を監視する
ことを特徴とする荷電粒子ビームの線量監視方法。