JP2017098000A - 粒子線加速システム、粒子線加速制御方法、及び粒子線治療装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ライナックにおけるイオン源の運転周期を一定に保ちつつライナックとシンクロトロンとの同期をスムーズに行うことができる粒子線加速システム、粒子線加速制御方法、及び加速した粒子線を患部の治療に用いる粒子線治療装置を提供する。
【解決手段】粒子線加速システム１０は、イオン源１４を一定の周期で駆動させて発生させたイオンを線形加速させた粒子線を出力するライナック１１と、線形加速された粒子線をシンクロトロン１９に入射して、周回加速させて所望のエネルギーまで到達させた粒子線を出射させる主加速器１２と、出射後に粒子線を減速させて新たに入射させる際に、イオン源１４の駆動周期に粒子線の次回入射タイミングが合うように、設定された待機エネルギーで維持する待機時間をイオン源１４における駆動周期に基づき計算して、粒子線の減速時に計算した待機時間を設ける加速制御装置１３と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、粒子線を高エネルギーに加速する粒子線加速システム、粒子線加速制御方法、及び加速した粒子線を患部（がん）に照射して治療する粒子線治療装置に関する。

粒子線（陽子あるいは炭素イオンを高エネルギーに加速した粒子、以下“ビーム”とも称する）を患者の患部に照射して治療を行う粒子線治療装置が広く知られるようになっている。

この粒子線治療装置では、初段加速器であるライナックにおいてイオン源から引き出されたビームを線形加速器で加速させ、シンクロトロン（円形加速器）で周回加速させ所望のエネルギーまで高められたビームをがん治療に用いている。

従来の治療のための粒子線照射は、ワブラー法と呼ばれる方法が一般的である。このワブラー法は、散乱体等を通過させることによりビームサイズを拡大し、ビーム軸を高速に所定の範囲で平面内運動させた上で、コリメータを使用してビームの照射野を形成するものである。しかし、この方法では照射野の正確な形をつくることが困難であり、またコリメータを挿入することによるビーム散乱の問題や照射ポートが大きくなるなどの問題があった。

近年、ワブラー法が有するこの問題を克服するスキャニング法という照射方法が新たに開発され利用が広まりつつある。この方法は、コリメータを使用せず、スキャニング電磁石の電流制御により任意のビーム照射野を形成するものである。

ところで、粒子線治療においては、患者の様々な部位や患部の深さに合わせたビーム照射を行うことが必要であるため、粒子線加速システムから取り出すビームの取出時間が治療内容に応じて変化する。これに対応するため、従来では、イオン源で発生させた粒子線を加速するライナックからシンクロトロンへのビームの入射タイミングを一時的に遅らせる制御を行うことで、ライナックの運転周期とシンクロトロンの運転との同期が図られている。

特許第５５６２６２７号公報 特開２０１１−２３３４７８号公報

しかし、ライナックの運転周期を一時的に大きくすることでシンクロトロンの運転との同期を行った場合、ライナックの運転周期が一定でなくなる。このため、シンクロトロンから出射されるビームが不安定になるという課題があった。

特に、スキャニング照射を採用する粒子線治療装置では、加速システムからのビーム取り出しの時間が治療内容によって大きく変化するため、ライナックの運転周期が変化して、シンクロトロンから出射されるビームが不安定になるという影響はより顕著なものとなる。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、ライナックにおけるイオン源の運転周期を一定に保ちつつライナックとシンクロトロンとの同期をスムーズに行うことができる粒子線加速システム、粒子線加速制御方法、及び加速した粒子線を患部の治療に用いる粒子線治療装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る粒子線加速システムにおいて、イオン源を一定の周期で駆動させて発生させたイオンを線形加速させた粒子線を出力するライナックと、線形加速された前記粒子線をシンクロトロンに入射して、周回加速させて所望のエネルギーまで到達させた前記粒子線を出射させる主加速器と、出射後に前記粒子線を減速させて新たに入射させる際に、前記イオン源の駆動周期に前記粒子線の次回入射タイミングが合うように、設定された待機エネルギーで維持する待機時間を前記イオン源における駆動周期に基づき計算して、前記粒子線の減速時に計算した前記待機時間を設ける加速制御装置と、を備えることを特徴とする。

本発明の実施形態に係る粒子線加速制御方法において、イオン源を一定の周期で駆動させて発生させたイオンを線形加速させた粒子線を出力するステップと、線形加速された前記粒子線をシンクロトロンに入射して、周回加速させて所望のエネルギーまで到達させた前記粒子線を出射させるステップと、出射後に前記粒子線を減速させて新たに入射させる際に、前記イオン源の駆動周期に前記粒子線の次回入射タイミングが合うように、設定された待機エネルギーで維持する待機時間を前記イオン源における駆動周期に基づき計算して、前記粒子線の減速時に計算した前記待機時間を設けるステップと、を含むことを特徴とする。

本発明の実施形態に係る粒子線治療装置において、イオン源を一定の周期で駆動させて発生させたイオンを線形加速させた粒子線を出力するライナックと、線形加速された前記粒子線をシンクロトロンに入射して、周回加速させて所望のエネルギーまで到達させた前記粒子線を出射させる主加速器と、出射後に前記粒子線を減速させて新たに入射させる際に、前記イオン源の駆動周期に前記粒子線の次回入射タイミングが合うように、設定された待機エネルギーで維持する待機時間を前記イオン源における駆動周期に基づき計算して、前記粒子線の減速時に計算した前記待機時間を設ける加速制御装置と、前記シンクロトロンから出射されたビームを治療室に案内するビーム輸送系と、前記治療室に輸送されたビームを照射対象に照射する照射装置と、を備えることを特徴とする。

本発明の実施形態により、ライナックにおけるイオン源の運転周期を一定に保ちつつライナックとシンクロトロンとの同期をスムーズに行うことができる粒子線加速システム、粒子線加速制御方法、及び加速した粒子線を患部の治療に用いる粒子線治療装置が提供される。

粒子線治療装置に適用された第１実施形態に係る粒子線加速システムの構成図。 本実施形態に適用される主加速器の構成の一例を示す構成図。 第１実施形態に係る加速制御の構成を示す構成図。 （Ａ）〜（Ｅ）ライナックマスタトリガ、ビーム許可信号、シンクロトロンマスタトリガ、シンクロトロンエネルギー、及びビーム出射時間の各信号のタイミングチャート。 本実施形態における加速制御装置の制御手順を示すフローチャート。 本実施形態における加速制御装置の制御手順を示すフローチャート（図５の続き）。 第２実施形態において、複数の待機エネルギーと各待機エネルギーに応じて計算された減速の所用時間とを減速条件として加速制御装置に保存されるテーブルの一例。 粒子線治療装置に適用された第３実施形態に係る粒子線加速システムの構成図。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように第１実施形態に係る粒子線加速システム１０は、イオン源１４を一定の周期で駆動させて発生させたイオンを線形加速させた粒子線を出力するライナック１１と、線形加速された粒子線をシンクロトロン１９に入射して、周回加速させて所望のエネルギーまで到達させた粒子線を出射させる主加速器１２と、出射後に粒子線を減速させて新たに入射させる際に、イオン源１４の駆動周期に粒子線の次回入射タイミングが合うように、設定された待機エネルギーで維持する待機時間をイオン源１４における駆動周期に基づき計算して、粒子線の減速時に計算した待機時間を設ける加速制御装置１３と、を備えている。なお、ここでは、加速されたビームを患者の患部の治療に用いる粒子線治療装置１００に粒子線加速システム１０を適用する場合について説明する。

本実施形態に係る粒子線加速システム１０は、イオン源１４の駆動周期に粒子線の次回入射タイミングが合うように、ビームの減速時に、設定された待機エネルギーで維持する待機時間を設けることで、ライナック１１におけるイオン源１４の運転周期を一定に保ちつつライナック１１とシンクロトロン１９との同期をスムーズに行うものである。

各構成について具体的に説明する。
ライナック１１は、イオン源１４、線形加速器１５、チョッパ１６、ライナック制御装置１７を備えている。

イオン源１４では、固体ターゲット（図示省略）に対してレーザ光を集光照射される。そして、レーザ光のエネルギーにより固体ターゲットの元素が蒸発しイオン化することでプラズマが生成される。イオン源１４は、ライナック制御装置１７により、一定の周期で駆動される。

線形加速器１５は、イオン源１４から生成されたプラズマを導入してイオンを引き出して、引き出したイオンを加速させたビームの出力を行う加速器である。

チョッパ１６は、イオン源１４と線形加速器１５との間に設けられており、イオン源１４で発生したイオンの線形加速器１５への入力を制限するものであり、線形加速器１５から出力されるビームの出力タイミングの制御に用いられる。

チョッパ１６の制御は、ライナック制御装置１７により行われ、ライナック制御装置１７がビーム許可の制御信号を受け付けた場合、イオン源１４で発生したイオンを線形加速器１５に導きビームを出力させる。一方、ビーム許可の制御信号が無い場合は、イオン源１４で発生したイオンを線形加速器１５の入力方向から逸らして、線形加速器１５からビームの出力を実行させない。

ライナック制御装置１７は、加速制御装置１３から出力される動作タイミングを規定する制御信号に基づいて駆動指令をイオン源１４及びチョッパ１６に出力して、イオン源１４及びチョッパ１６を制御する。

そして、線形加速器１５で加速されたビームは、入射輸送系１８を介して主加速器１２のシンクロトロン１９に入射される。

主加速器１２は、シンクロトロン１９、シンクロトロン制御装置２０を備えている。
シンクロトロン１９は、入射輸送系１８から入射されたビームを周回加速させて所望のエネルギー（治療に必要なエネルギー）まで高めるための円形加速器である。

シンクロトロン制御装置２０は、加速制御装置１３から出力されるビーム入射から次のビーム入射までの動作タイミングを規定する制御信号に基づいて駆動指令をシンクロトロン１９に出力して、シンクロトロン１９を制御する。

図２は、本実施形態に適用される主加速器１２の構成の一例を示す構成図である（適宜、図１参照）。

シンクロトロン１９には、ビームを入射輸送系１８から入射させて、ビームを安定的周回させて加速させる（または減速させる）ための入射用セプタム２５、偏向電磁石２６、４極電磁石２７、６極電磁石２８、高周波加速空洞２９などの入射加速機器が、円周上に配置されている。シンクロトロン制御装置２０により、これらの入射加速機器が駆動されて、ライナック１１から出力されたビームはシンクロトロン１９に入射される。そして、周回加速されて、入射エネルギーから所望のエネルギー（治療に必要なエネルギー）まで高められる。

また、シンクロトロン１９には、ビームを外部に出射するための出射用電磁石３０などの出射機器が配置されている。シンクロトロン制御装置２０により、これらの出射機器が駆動されて、シンクロトロン１９内のビームは、シンクロトロン１９の外部に出射される。

シンクロトロン１９により所望のエネルギーまで高められ出射されたビームは、ビーム出射輸送系２１（図１）を通って治療室２２に導かれる。治療室２２には照射装置２３が配置され、スキャニング照射により、照射対象（患者）に任意の照射野が形成されて、患者の患部に照射される。

治療制御装置２４は、治療時に、粒子線加速システム１０の加速制御装置１３に対してビーム要求を出力する。また、治療終了または一時停止時にはビーム要求の出力を停止する。

図３は、第１実施形態に係る粒子線加速システム１０における加速制御の構成を示す構成図である（適宜、図１参照）。

加速制御装置１３は、ライナックマスタトリガ出力部３１、ビーム許可信号出力部３２、シンクロトロンマスタトリガ出力部３３、ビーム要求受付部３４、出射許可信号出力部３５、入射許可条件設定部３６、減速制御部３７を備える。

ライナックマスタトリガ出力部３１は、ライナック１１のイオン源１４を一定周期で駆動するためのライナックマスタトリガ５０をライナック制御装置１７に出力する。ライナック制御装置１７は、ライナックマスタトリガ５０を受けて、イオン源動作指令５１をイオン源１４に与えて、イオン源１４を一定周期で駆動させる。

ビーム許可信号出力部３２は、ライナック１１のチョッパ１６の制御に関して線形加速器１５でのビーム加速を許可するためのビーム許可信号５２を出力する。なお、粒子線加速システム１０の動作開始時は、ライナックマスタトリガ５０の出力タイミングに同期してビーム許可信号５２が出力される。

ライナック制御装置１７は、ビーム許可信号５２を受けて、チョッパ動作指令５３をチョッパ１６に与えて、イオン源１４で発生したイオンを線形加速器１５に入力させてビームを加速させる。

シンクロトロンマスタトリガ出力部３３は、ライナック１１から出力されたビームをシンクロトロン１９に入射し加速させるためのシンクロトロンマスタトリガ５４をシンクロトロン制御装置２０に出力する。なお、粒子線加速システム１０の動作開始時は、ライナックマスタトリガ５０の出力タイミングに同期してシンクロトロンマスタトリガ５４が出力される。

シンクロトロン制御装置２０は、シンクロトロンマスタトリガ５４を受けて、入射動作指令５５をシンクロトロン１９の入射加速機器４０に与えて、ビームをシンクロトロン１９に入射させて加速させる。

ビーム要求受付部３４は、治療制御装置２４からビーム要求信号５６を随時受け付ける。

出射許可信号出力部３５は、ビーム要求受付部３４がビーム要求信号５６を受け付けた場合、出射許可信号５７をシンクロトロン制御装置２０に出力する。シンクロトロン制御装置２０は、出射許可信号５７を受けた場合、シンクロトロン１９内のビームの出射可否を判定した後、出射許可指令５８を出射機器４１に与えて、シンクロトロン１９内のビームを出射させる。一方、ビーム要求信号５６が停止されたときは、出射許可信号５７が停止され、ビームの出射は終了する。

入射許可条件設定部３６は、ビームの出射が停止して（例えば、ビーム要求信号５６が停止されたとき）再度シンクロトロン１９に新しいビームを入射するため、シンクロトロン１９内を周回中のビームを減速させる際に、一時的にエネルギーを維持される待機エネルギーを設定している。この待機エネルギーは、ライナック１１から入射されるビームの入射エネルギーよりも高いエネルギー値が設定される。

入射許可条件設定部３６は、ビーム要求信号５６が停止されたとき、ライナックマスタトリガ５０の出力タイミングに次回のビーム入射を合わせるために、ライナックマスタトリガ５０の出力周期に基づいて待機時間を計算する。なお、待機時間の具体的な計算方法については後述する。

そして、入射許可条件設定部３６は、待機エネルギーまで減速するために必要な時間、待機時間、及び待機エネルギーから入射エネルギーまで減速するために必要な時間の３つの時間の和を入射許可条件として設定する。この入射許可条件は、ライナックマスタトリガ５０の出力タイミングに次回のビーム入射を合わせるために必要な時間となる。

減速制御部３７は、入射許可条件設定部３６から待機エネルギー及び待機時間を入力して、これらの設定条件でビームが減速されるように減速制御信号５９をシンクロトロン制御装置２０に出力する。シンクロトロン制御装置２０は、減速制御信号５９を受けて、設定された待機エネルギー及び待機時間に基づいてシンクロトロン１９内のビームを減速させる。

そして、ビーム許可信号出力部３２は、入射許可条件設定部３６で設定された入射許可条件が成立、言い換えるとビームの出射停止後に入射許可条件が経過した後、直近でのライナックマスタトリガ５０の出力タイミングに合わせてビーム許可信号５２をライナック制御装置１７に出力する。

このとき、シンクロトロンマスタトリガ出力部３３は、入射許可条件設定部３６で設定された入射許可条件が成立後、直近でのライナックマスタトリガ５０の出力タイミングに合わせてシンクロトロンマスタトリガ５４をライナック制御装置１７に出力する。

このように、イオン源１４を制御するライナックマスタトリガ５０は一定の周期で維持されて、入射許可条件に基づいてシンクロトロン１９へのビーム入射のタイミングを規定するビーム許可信号５２及びシンクロトロンマスタトリガ５４が出力されることで、ライナック１１とシンクロトロン１９との同期がとられる。

続いて、入射許可条件設定部３６における具体的な計算方法を図４に示すタイミングチャートを用いて説明する。

図４（Ａ）〜（Ｅ）は、ライナックマスタトリガ５０、ビーム許可信号５２、及びシンクロトロンマスタトリガ５４、シンクロトロン１９のビームエネルギー、及びビーム出射時間の各信号のタイミングチャートを示している（適宜、図１、図３参照）。

ライナックマスタトリガ５０は、Ｔ_ｉｏの一定周期（例えば、１秒）で出力が繰り返される（図４（Ａ））。

そして、ライナックマスタトリガ５０に合わせて、ビーム許可信号５２、シンクロトロンマスタトリガ５４が出力される（図４（Ｂ）、図４（Ｃ））。ビームがライナック１１からシンクロトロン１９に入射されて、ビームはＴ_ａｃの時間で周回加速されて所望のエネルギーに達する（図４（Ｄ））。

このとき、治療制御装置２４からビーム要求信号５６が出力されていれば、ビームがシンクロトロン１９から出射されて、治療のために治療室２２に供給される。ビームの出射は、出射開始からビーム要求信号５６が停止されるまで時間Ｔ_ｅｘの間継続される（図４（Ｅ））。

入射許可条件設定部３６は、ビーム要求信号５６の停止後、再度新たなビームを入射する際、設定されている待機エネルギーでの待ち時間Ｔ_ｗを次式（１）により計算する。ここで、Ｎは、Ｔ_ｗがマイナスにならない最小の個数とする。なお、ビーム減速の速度は一定となるため、待機エネルギーまでの減速時間Ｔ_ｄ１、待機エネルギーからの減速時間Ｔ_ｄ２はいずれも定数となる。

Ｔ_ｗ＝Ｎ×Ｔ_ｉｏ−（Ｔ_ｄ１＋Ｔ_ｄ２＋Ｔ_ａｃ＋Ｔ_ｅｘ） ・・・式（１）
Ｔ_ｗ：待機エネルギーでの待ち時間（ｓ）
Ｔ_ｉｏ：ライナックマスタトリガの出力周期（ｓ）
Ｔ_ｄ１：待機エネルギーまでの減速時間（ｓ）
Ｔ_ｄ２：待機エネルギーからの減速時間（ｓ）
Ｔ_ａｃ：加速時間（ｓ）
Ｔ_ｅｘ：出射時間（ｓ）

そして、入射許可条件設定部３６は、ビームの出射終了後からＴ_ｄ１＋Ｔ_ｄ２＋Ｔ_ｗの時間を入射許可条件として設定する。

ビームの出射終了後、シンクロトロン１９内のビームは待機エネルギーまでＴ_ｄ１の時間をかけて減速して、Ｔ_ｗの時間を待機エネルギーで維持する。そして、Ｔ_ｄ２の時間をかけて入射エネルギーまで減速する（図４（Ｄ））。

ビーム許可信号出力部３２は、ビームの出射停止後に入射許可条件が経過した後、ライナックマスタトリガ５０の出力タイミングに合わせてビーム許可信号５２をライナック制御装置１７に出力する（図４（Ｂ））。

同様に、シンクロトロンマスタトリガ出力部３３は、入射許可条件が経過した後、ライナックマスタトリガ５０の出力タイミングに合わせてシンクロトロンマスタトリガ５４をシンクロトロン制御装置２０に出力する（図４（Ｃ））。

このように、ライナックマスタトリガ５０を一定周期で出力を行い、シンクロトロン１９に新たなビームを入射する場合、待機エネルギーで維持する待機時間を設けて、シンクロトロン１９へのビーム入射を規定するシンクロトロンマスタトリガ５４をライナック１１の出力周期に合わせる。これにより、シンクロトロン１９への入射のための待ち時間は最小化されて、ライナック１１とシンクロトロン１９の動作をスムーズに同期させることができ効率的な加速器の運転ができる。

図５、図６は、本実施形態に係る粒子線加速システム１０の制御手順のフローチャートを示している（適宜、図１、図３参照）。

ライナックマスタトリガ出力部３１は、ライナックマスタトリガ５０の出力開始する（Ｓ１０）。これにより、イオン源１４が一定周期で駆動されて、イオンが発生する（Ｓ１１）。

ライナックマスタトリガ５０の出力タイミングに合わせて、ビーム許可信号５２、シンクロトロンマスタトリガ５４が出力されて、シンクロトロン１９にビームが入射される（Ｓ１２〜Ｓ１４）。そして、入射されたビームは、周回加速されて所望のエネルギーまで到達される（Ｓ１５）。

このとき、治療制御装置２４からビーム要求信号５６が有る場合、ビームを出射して治療室２２に供給する（Ｓ１６：ＹＥＳ、Ｓ１７）。ビーム要求が無い場合は、周回加速を継続する（Ｓ１６：ＮＯ）。

その後、ビーム要求が停止された場合、入射許可条件設定部３６は、設定されている待機エネルギーでの待ち時間Ｔ_ｗをライナックマスタトリガ５０の周期に基づいて計算する（Ｓ１８：ＹＥＳ、Ｓ１９）。一方、ビーム要求が継続する場合は、治療室２２へのビーム供給を継続する（Ｓ１８：ＮＯ）。

そして、入射許可条件設定部３６は、ビームの出射終了後からＴ_ｄ１＋Ｔ_ｄ２＋Ｔ_ｗ野時間を入射許可条件として設定する（Ｓ２０）。Ｔ_ｄ１は待機エネルギーまでの減速時間を、Ｔ_ｄ２は待機エネルギーからの減速時間を意味する。

シンクロトロン制御装置２０は、設定された待機エネルギーまでビームを減速させる（Ｓ２１）。そして、待機時間Ｔ_ｗの間、待機エネルギーを維持した後、さらにビームを減速させる（Ｓ２２）。

そして、入射許可条件が成立後、ライナックマスタトリガ５０の出力タイミングに合わせてビーム許可信号５２、シンクロトロンマスタトリガ５４が出力されて、シンクロトロン１９にビームが入射される（Ｓ２３：ＹＥＳ、Ｓ２４：ＹＥＳ、Ｓ２５、Ｓ２６）。

一方、入射許可条件が成立しない場合（Ｓ２３：ＮＯ）、またはライナックマスタトリガ５０の出力タイミングに合わない場合（Ｓ２４：ＮＯ）、ビーム許可信号５２及びシンクロトロンマスタトリガ５４はいずれも出力されずビームはシンクロトロン１９に入射されない。

そして、治療が終了するまで、Ｓ１４〜Ｓ２６を実行して、シンクロトロン１９へのビーム入射、加速、及び出射を繰り返す。

このように粒子線を加速制御することにより、ライナック１１におけるイオン源１４の運転周期を一定に保ちつつライナック１１とシンクロトロン１９との同期をスムーズに行うことができる。これにより、シンクロトロン１９におけるビーム出射時間が変動してもビームの新たな入射が安定かつ適切に行われる。

また、待機エネルギーを設定することで、シンクロトロン１９全体の温度変動が小さく安定したビーム供給ができる。

さらに、ライナック１１からシンクロトロン１９の粒子線ビームの入射時間待ちを最小化することができ、粒子線加速システム１０を治療装置に適用する場合、治療時間を最小化することができる。

なお、チョッパ１６を用いる代わりに、ライナック１１から出力されるビームを、シンクロトロンマスタトリガ５４に合わない場合にシンクロトロン１９に入射されないようにシンクロトロン１９の入射加速機器４０（図３）を構成しても良い。

この場合、ライナック１１のビーム運転の周期でライナック１１からシンクロトロン１９に対してビーム供給が行われようとする。

しかし、シンクロトロンマスタトリガ５４のタイミングでしかビームはシンクロトロン１９に入射されず、それ以外のタイミングで発生したライナック１１のビームは無効となり、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。このように構成することで、シンクロトロンマスタトリガ５４でビーム入射を制御できるため、ビーム許可信号出力部３２などの構成を省略でき構成を単純化することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る粒子線加速システム１０について説明する。第２実施形態については、第１実施形態の構成（図１）と同一の構成となるため図面の記載を省略する。

第２実施形態では、加速制御装置１３は複数の待機エネルギーと各待機エネルギーに応じて計算された減速の所用時間とを減速条件として保存して、ユーザにより選択された減速条件に基づいて粒子線を減速させる。

図７は、減速条件の一例を示したものであり、３つの待機エネルギーと各待機エネルギーに応じて計算された減速の所用時間（待機前の減速時間Ｔ_ｄ１、待機後の減速時間Ｔ_ｄ２）とが減速条件としてテーブルに示されている。

加速制御装置１３は、出射後に粒子線を減速させて新たに入射させる際に、減速時にユーザにより設定された減速条件でビームを減速させる。

このような構成とすることで、待機エネルギーを気温や冷却水温の季節変化に応じて変えることが可能となり、シンクロトロン１９の温度変動が小さく、より安定な運転ができる。

（第３実施形態）
図８は、第３実施形態に係る粒子線加速システム１０の構成図を示している。なお、図８において図１と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

第３実施形態における粒子線加速システム１０が第１実施形態と異なる点は、シンクロトロン１９を周回するビームのビーム量を計測するビーム量計測部４２をさらに備えて、加速制御装置１３は、計測されたビーム量が所定の目標値以下の場合には、粒子線を減速させて新たに入射させる点にある。

ビーム量計測部４２で計測されたシンクロトロン１９のビーム量が所定の判定値（安定した治療に必要なビーム量）を下回った場合、ビーム出射終了と減速の開始を行う。なお、ビーム量計測部４２は、シンクロトロン１９のビーム電流計測用として一般的に使用されるものを活用する。

これにより、シンクロトロン１９のビーム量に基づき適切にビーム取出し時間を管理することができ、効率的に加速器を運転することができる。

以上述べた各実施形態の粒子線加速システムによれば、イオン源の駆動周期に粒子線のシンクロトロンへの次回入射タイミングが合うように、設定された待機エネルギーで維持する待機時間を設けることで、ライナックにおけるイオン源の運転周期を一定に保ちつつライナックとシンクロトロンとの同期をスムーズに行うことができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

以上説明した粒子線加速シスシステムの加速制御装置は、専用のチップ、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、又はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などのプロセッサを高集積化させた制御装置と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などの記憶装置と、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）などの外部記憶装置と、ディスプレイなどの表示装置と、マウスやキーボードなどの入力装置と、通信Ｉ／Ｆとを、備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成で実現できる。

１０…粒子線加速システム、１１…ライナック、１２…主加速器、１３…加速制御装置、１４…イオン源、１５…線形加速器、１６…チョッパ、１７…ライナック制御装置、１８…入射輸送系、１９…シンクロトロン、２０…シンクロトロン制御装置、２１…出射輸送系、２２…治療室、２３…照射装置、２４…治療制御装置、２５…入射用セプタム、２６…偏向電磁石、２７…４極電磁石、２８…６極電磁石、２９…高周波加速空洞、３０…出射用電磁石、３１…ライナックマスタトリガ出力部、３２…ビーム許可信号出力部、３３…シンクロトロンマスタトリガ出力部、３４…ビーム要求受付部、３５…出射許可信号出力部、３６…入射許可条件設定部、３７…減速制御部、４０…入射加速機器、４１…出射機器、４２…ビーム量計測部、５０…ライナックマスタトリガ、５１…イオン源動作指令、５２…ビーム許可信号、５３…チョッパ動作指令、５４…シンクロトロンマスタトリガ、５５…入射動作指令、５６…ビーム要求信号、５７…出射許可信号、５８…出射動作指令、５９…減速制御信号、１００…粒子線治療装置。

Claims (7)

1. イオン源を一定の周期で駆動させて発生させたイオンを線形加速させた粒子線を出力するライナックと、
   線形加速された前記粒子線をシンクロトロンに入射して、周回加速させて所望のエネルギーまで到達させた前記粒子線を出射させる主加速器と、
   出射後に前記粒子線を減速させて新たに入射させる際に、前記イオン源の駆動周期に前記粒子線の次回入射タイミングが合うように、設定された待機エネルギーで維持する待機時間を前記イオン源における駆動周期に基づき計算して、前記粒子線の減速時に計算した前記待機時間を設ける加速制御装置と、を備えることを特徴とする粒子線加速システム。
2. 前記加速制御装置は、
   前記ライナックの前記イオン源を一定の周期で駆動させるライナックマスタトリガを出力するライナックマスタトリガ出力部と、
   前記シンクロトロンに前記粒子線を入射させるシンクロトロンマスタトリガを出力するシンクロトロンマスタトリガ出力部と、
   出射後に前記粒子線を減速させて新たに入射させる際に、前記待機時間を前記イオン源における駆動周期に基づき計算して、前記粒子線の次回入射タイミングを規定する入射許可条件を設定する入射許可条件設定部と、
   前記待機時間及び前記待機エネルギーに基づいて主加速器内の前記粒子線を減速させる減速制御部と、を有して、
   前記シンクロトロンマスタトリガ出力部は、前記入射許可条件が成立した後、前記ライナックマスタトリガの出力タイミングに合わせて前記シンクロトロンマスタトリガを出力することを特徴とする請求項１に記載の粒子線加速システム。
3. 前記ライナックは、ビームを線形加速する線形加速器への前記イオンの入力を制限可能なチョッパを有して、
   前記加速制御装置は、前記粒子線を前記線形加速器への入力許可するビーム許可信号を出力するビーム許可信号出力部を有して、
   ビーム許可信号出力部は、前記入射許可条件が成立した後、前記ライナックマスタトリガの出力タイミングに合わせて前記ビーム許可信号を出力することを特徴とする請求項２に記載の粒子線加速システム。
4. 前記加速制御装置は、複数の待機エネルギーと各待機エネルギーに応じて計算された減速の所用時間とが減速条件として保存され、ユーザにより選択された減速条件に基づいて前記粒子線を減速させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の粒子線加速システム。
5. 前記シンクロトロンを周回するビームのビーム量を計測するビーム量計測部をさらに備えて、
   前記加速制御装置は、計測されたビーム量が所定の判定値以下の場合には、前記粒子線を減速させて新たに入射させることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の粒子線加速システム。
6. イオン源を一定の周期で駆動させて発生させたイオンを線形加速させた粒子線を出力するステップと、
   線形加速された前記粒子線をシンクロトロンに入射して、周回加速させて所望のエネルギーまで到達させた前記粒子線を出射させるステップと、
   出射後に前記粒子線を減速させて新たに入射させる際に、前記イオン源の駆動周期に前記粒子線の次回入射タイミングが合うように、設定された待機エネルギーで維持する待機時間を前記イオン源における駆動周期に基づき計算して、前記粒子線の減速時に計算した前記待機時間を設けるステップと、を含むことを特徴とする粒子線加速制御方法。
7. イオン源を一定の周期で駆動させて発生させたイオンを線形加速させた粒子線を出力するライナックと、
   線形加速された前記粒子線をシンクロトロンに入射して、周回加速させて所望のエネルギーまで到達させた前記粒子線を出射させる主加速器と、
   出射後に前記粒子線を減速させて新たに入射させる際に、前記イオン源の駆動周期に前記粒子線の次回入射タイミングが合うように、設定された待機エネルギーで維持する待機時間を前記イオン源における駆動周期に基づき計算して、前記粒子線の減速時に計算した前記待機時間を設ける加速制御装置と、
   前記シンクロトロンから出射されたビームを治療室に案内するビーム輸送系と、
   前記治療室に輸送されたビームを照射対象に照射する照射装置と、を備えることを特徴とする粒子線治療装置。

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