JP2921433B2 - 荷電粒子出射方法及び荷電粒子出射装置 - Google Patents

荷電粒子出射方法及び荷電粒子出射装置

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JP2921433B2
JP2921433B2 JP7058523A JP5852395A JP2921433B2 JP 2921433 B2 JP2921433 B2 JP 2921433B2 JP 7058523 A JP7058523 A JP 7058523A JP 5852395 A JP5852395 A JP 5852395A JP 2921433 B2 JP2921433 B2 JP 2921433B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は放射線の照射方法及び照
射装置に係り、特に人体内の患部に放射線を照射するの
に好適な放射線の照射方法及び照射装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来技術としては、特開昭59−88160 号
公報に、患部の3次元的な位置を超音波断層装置によっ
て測定し、放射線照射の範囲を制御する放射線照射制御
装置が記載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一般に、陽子線や重粒
子線による放射線治療は線量照射の位置分解能が良く、
患部へ的確に線量照射できるという利点を持つ。しか
し、患者の呼吸や心拍等の生理的活動により位置が変化
するような患部の場合、患部への照射線量が減り、治療
の効果が落ちる。以下、呼吸や心拍等の生理的な運動や
生理的な現象を、生理的活動と呼ぶ。上記従来例では、
常に患部の位置を測定しながら放射線の照射位置を実時
間で制御しているので、患部の位置測定及び放射線治療
装置の制御に複雑な装置を必要とするという問題があ
る。
【0004】本発明の目的は、患者の呼吸が不規則にな
った場合でも患部への照射が可能な荷電粒子出射方法及
び荷電粒子出射装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する第1
発明の特徴は、荷電粒子の入射,加速及び加速終了後
における出射可能な状態を繰返し前記出射可能な状態
荷電粒子のビームを出射する加速器を用い、位置の変
化する患部が設定された位置にあるときに前記出射可能
な状態となるように、入射,加速、及び出射可能な状態
の繰返しの周期を制御し、前記出射可能な状態におい
て、前記患部が前記設定位置にあることに基づいて、
電粒子ビームを前記加速器から出射し、出射された前記
荷電粒子ビームを照射手段から出射することにある。
【0006】上記目的を達成する第発明の特徴は、
者の呼吸に同期して時間変化する信号と加速器の運転状
態とを表示装置に表示することにある。上記目的を達成
する第発明の特徴は、加速器における荷電粒子ビーム
の出射は、高周波電磁界を加速器内で発生させることに
より行い、高周波電磁界の発生停止により荷電粒子ビー
ムの出射を停止することにある。
【0007】
【作用】第1発明は、位置の変化する患部が設定された
位置にあるときに加速器が出射可能な状態となるよう
に、加速器における入射,加速、及び出射可能な状態の
繰返しの周期を制御しているので、患者の呼吸が不規則
になった場合でも、患部が設定位置にある状態で荷電粒
子ビームを患部に照射できる。
【0008】第2発明は、患者の呼吸に同期して時間変
化する信号と加速器の運転状態とを表示装置に表示する
ので、オペレータは正しいタイミングで荷電粒子ビーム
の出射が行われていることを確認できる。
【0009】第3発明は、荷電粒子ビームの出射は高周
波電磁界を加速器内で発生させることにより行い、高周
波電磁界の発生停止により荷電粒子ビームの出射を停止
するので、荷電粒子ビームの出射のオン,オフを素早く
行うことができ、患部を正確に照射できる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【0011】本発明による放射線照射方法は、図1に示
すように、二つのステップを有する。まず、図1のステ
ップ1に示すように、患部の位置変化と患者の生理的活
動の時間変化を測定し、両者の関係(以下、対応関数と
呼ぶ)を求める。次に、図1のステップ2に示すよう
に、患者の生理的活動の時間変化を測定しながら、放射
線治療を行う。ここで、放射線照射の制御はステップ1
で求めた対応関数によって行う。以下、本発明による放
射線照射装置の実施例及びその制御方法を図2乃至図2
2を用いて説明する。
【0012】(実施例1)図2乃至図4を用いて本発明
による放射線照射装置の第1の実施例を説明する。本実
施例を用いて、患部の動きが患者の心拍に同期している
ときの、荷電粒子線による放射線治療の方法と装置の動
作について説明する。図2において9aは超音波断層装
置であり、探触子9bによって受信した超音波信号から
患部11a付近の断層画像を得る。画像処理装置13が
この画像を処理することにより、患部11aの位置が測
定される。心電計1aは電極1bからの信号により心電
図を作成する。
【0013】図4は、心電図と患部の位置の測定値の例
である。同図でAは心電図の信号を、Bは患部の位置の
信号をそれぞれ表す。同図から患部の位置変化は心電図
の信号Aに同期しており、sで示された時間には患部が
殆ど位置を変えていない。心電図の信号Aから時間sを
判断する判断条件を図2の演算処理装置10によって決
定し、記憶装置3に記憶する。この判断条件が図1での
対応関数に当たり、ここまでが図1におけるステップ1
に対応する。尚、図4では患部の位置変化を簡単のため
に1次元で表したが、3次元的な位置を観測するときも
同様である。また、断層画像からの患部位置の測定、時
間sを判断する判断条件の決定、などの処理は測定と同
時に行う必要はなく、測定されたデータを後で解析して
もよい。次に、図1のステップ2に対応する部分につい
て説明する。図3における荷電粒子線発生装置12の照
射範囲を、図4の時間sでの患部の位置に設定する。図
3の1aと1bはステップ1で使用した心電計とその電
極である。心電計1aの信号は演算処理装置2に出力さ
れる。演算処理装置2は記憶装置3に記憶された判断条
件に基づいて時間sを判断し、照射野制御部4aに信号
を送る。照射野制御部4aはキッカー電磁石5を制御し
て、時間sに荷電粒子線を患部11aに照射する。
【0014】(実施例2)次に、図5乃至図7を用いて
本発明による放射線照射装置の第2の実施例を説明す
る。本実施例を用いて、患部の位置変化が患者の呼吸に
同期しているときに、荷電粒子線を発生する加速器の運
転を呼吸に同期させる装置とその動作について説明す
る。
【0015】図5でも、超音波断層装置9a及び探触子
9bにより、第1の実施例と同様にして患部11aの位
置が測定される。1cは呼吸モニターで、センサ1dで
患者の呼吸をモニターする。図7のAとBは、呼吸モニ
ターと患部の位置の測定信号の例である。信号Aは呼吸
モニター1cの出力信号で、信号Bは患部の位置を表す
信号である。患部の位置変化は呼吸モニター1cの出力
信号Aに同期しており、図7中の時間sには患部が殆ど
位置を変えていない。呼吸モニター1cの出力信号から
時間sを判断する判断条件を演算処理装置10によって
決定し、記憶装置3に記憶する。この判断条件が図1の
対応関数に当たり、ここまでが図1におけるステップ1
に対応する。
【0016】次に図1のステップ2に対応する部分につ
いて説明する。図6において、荷電粒子線発生装置12
の照射範囲を図7の時間sでの患部の位置に設定する。
1cと1dはステップ1で使用したのと同じ呼吸モニタ
ーとそのセンサである。呼吸モニター1cからの信号が
演算処理装置2に出力される。演算処理装置2は記憶装
置3に記憶された判断条件に基づいて時間sを求め、加
速器運転制御部4cに信号を出力することにより図7の
Cに示すように、加速器の荷電粒子の入射iと出射eの
タイミングを制御する。ここで、図7のCは加速器の運
転モードを表わし、準備r,入射i,加速a,待機w,
出射eの各モードに分けて示してある。尚、呼吸に対す
る患部の動きが一般に判っており、呼吸モニター1cの
信号に対して患部の位置変化が小さくなるタイミングが
判る場合は、患者毎に生理活動と患部の位置変化の対応
関係を調べる必要はない。
【0017】(実施例3)次に、図8を用いて本発明に
よる放射線照射装置の第3の実施例を説明する。本実施
例では、第2の実施例のステップ2を変更して、荷電粒
子線の照射範囲を患部に追従させる。まず、ステップ1
では第2の実施例と同じように図5の装置を用いて呼吸
モニター1cの信号と患部の位置変化を測定する。患部
の位置変化は呼吸モニター1cの信号に同期しており、
一定のパターンをもっている。そこで、典型的なパター
ンを演算処理装置10でデジタル処理し記憶装置3に記
憶する。
【0018】次に、図1のステップ2に対応する部分に
ついて説明する。図8において、呼吸モニター1cの信
号は演算処理装置2に出力される。演算処理装置2は記
憶装置3に接続されており、ステップ1で記憶したパタ
ーンを呼吸モニター1cの信号に同期させて発生させ
る。こうして発生されたパターンは、患部11aの近似
的な位置を表すことになる。患部の位置の情報は照射野
制御部4aに出力され、照射野制御部4aは入力した情
報に対応する患部の位置に荷電粒子線を照射するように
偏向器6及びレンジシフタ7を制御する。患部11aが
位置と形状の両方とも変化するときには、照射野制御部
4aは多葉コリメータ8を制御して荷電粒子線の形状を
変化させる。また、患部の領域が広く、荷電粒子線の走
査によって照射範囲を決める場合は、患部11aの形状
変化と位置変化のパターンを呼吸モニター1cの信号に
対応させて走査の範囲を変化させる。このような制御に
より、荷電粒子線の照射範囲を患部に追従させて照射す
ることが可能となる。
【0019】同様の方法による放射線治療は、荷電粒子
線治療装置に限らず、X線治療装置,γ線治療装置,中
性子線治療装置,レーザ光治療装置等にも適用できる。
【0020】第1及び第2の実施例の放射線照射のタイ
ミングを制御する方法では、患部が同じ位置にあるとき
に放射線を照射するため、生理的活動により位置が変化
するような患部に対しても照射位置は照射開始時の設定
のままでよく、複雑な実時間制御を必要としない。この
ため、生理的活動により位置が変化するような患部に対
しても、簡単な装置構成で放射線照射を行うことができ
る。また、患部の位置変化が小さい時に放射線照射のタ
イミングを設定することにより、放射線照射の効率を向
上できる。特に、患部の動きが一般に判っている場合
は、毎回患者の生理的活動と患部の位置変化の対応関係
を求める必要がなくなるので、一層の簡略化が図れる。
【0021】また、第3の実施例のように生理的活動の
測定により患部の近似的な位置を求める方法では、放射
線の照射範囲を患部に追従させることができる。本方法
では予め患部の位置測定を行うため、複雑な患部の位置
変化の実時間測定を行う必要がなく、高速の画像処理装
置や演算処理装置を必要としないため、装置及びその制
御を簡略化できる。
【0022】(実施例4)次に、本発明による放射線照
射装置の第4の実施例を説明する。本実施例では、患部
の位置変化が患者の呼吸に同期しているときに、シンク
ロトロンにより荷電粒子線を加速した後、速い取り出し
法と呼ばれる取り出し法で短いパルス状ビームをシンク
ロトロンから出射して患部に照射する放射線治療法にお
いて、その運転を呼吸に同期させる。
【0023】図9は、患部の位置と呼吸の時間変化とを
同時に測定するシステムのブロック図である。図10は
その動作手順を示したフローチャートであり、演算処理
装置10と外部装置との入出力関係を表す。
【0024】まず、超音波断層装置9a及び探触子9b
を用いて患部11aの位置の時間変化を測定する。図9
において超音波断層装置9aは探触子9bにより受信さ
れた超音波信号から患部付近の断層画像を求める。臓器
は呼吸に同期して周期的に動くが、その動きが小さくな
るタイミング(以下、静止期と呼ぶ)を見つける。
【0025】次に、患者の呼吸に同期した信号を得て、
患部の位置の時間変化と比較する。1dは患者の呼気及
び吸気の流量を直接測定するセンサであり、その出力は
呼吸モニター1cに送られる。患者の呼吸に同期して時
間変化する信号を得るためには、患者の呼気及び吸気の
流量を直接測定するほかにも、呼気と吸気の温度差を温
度センサを使って測定する方法や、患者の胸部に取り付
けたバンドによって胸囲の変化を測定する方法がある。
また、筋肉の収縮を反映した電気信号を電極を使って測
定し筋電図を作成する方法や、胸または腹部に加速度セ
ンサを取り付けてその出力を測定する方法なども考えら
れる。
【0026】患部の位置の時間変化を表す信号及び呼吸
モニター1cの出力信号が図11のA及びBのように得
られた場合について説明する。静止期は信号Aが低くな
るタイミング、即ち呼吸モニター1cの信号Bが低くな
るタイミングである。そこで、放射線照射のタイミング
を呼吸モニター1cの信号Bが極小になるタイミングと
し、これを出射のためのトリガーeのタイミングとして
記憶装置3に記憶する。次に、ビーム入射のタイミング
を呼吸モニターの信号Bが極大になるタイミングとし、
これを入射のためのトリガーsのタイミングとして記憶
装置3に記憶する。
【0027】次に、トリガーeのタイミングに、断層撮
影装置18を用いて核磁気共鳴法による断層撮影(以
下、MRIと呼ぶ)を行い、患部11aの精密な位置及
び形状を測定する。測定した患部の精密な位置及び形状
のデータをもとに、放射線照射の範囲や照射線量などを
決定するのは、従来の放射線治療の場合と同様である。
患部の位置の精密な測定は、MRIのほかにも、X線に
よる写真撮影装置を使う方法などが考えられる。また、
患部の位置の精密な測定を実時間で行う装置としてX線
CT装置を使用することもできる。ここまでが図1にお
けるステップ1に対応する。
【0028】次に、図1のステップ2に対応する部分に
ついて説明する。図19において、円形の装置12aは
荷電粒子を加速するためのシンクロトロンであり、その
運転シーケンスは、入射,加速,待機1,出射,準備,
待機2の各状態からなる。シンクロトロン12aの構成
機器の各運転状態での動作状況を図23に示す。図23
のように、電磁石は各運転状態に応じてパターン運転さ
れ、イオン源,前段加速器及び入射器は入射時に、加速
空胴は加速時に、出射器は出射時にそれぞれ動作するよ
うに制御される。尚、輸送系及び照射系の動作は定常的
である。1cと1dはステップ1で使用したのと同じ呼
吸モニターとセンサである。呼吸モニター1cの出力信
号は、制御室100の演算処理装置2に送られる。この
演算処理装置2はステップ1で使った演算処理装置10
と異なる動作をするが、1つの演算処理装置にこれら2
つの機能を持たせる構成としても良い。
【0029】図11のBとCに呼吸モニター1cの出力
信号と加速器の運転状態を示す信号の関係を示す。ま
た、図19でシンクロトロン12aのトリガー信号を発
生する演算処理装置2とシンクロトロン運転制御部4b
の動作を、図20にフローチャートで示す。
【0030】呼吸モニター1cの出力信号Bが極大にな
ると、演算処理装置2は記憶装置3に記憶されたタイミ
ングの取り方に基づいて、入射のためのトリガー信号s
をシンクロトロン運転制御部4bへ出力する。トリガー
信号sを入力すると、シンクロトロン運転制御部4bは
イオン源及び前段加速器電源120a、並びに入射器電
源121aに制御信号を出力して、イオン源及び前段加
速器120、並びに入射器121を動作させてシンクロ
トロン12aにビームを入射する。次に、シンクロトロ
ン運転制御部4bは、加速空胴電源122a及び電磁石
電源123aに制御信号を出力して、加速空胴122の
電圧と周波数を制御しながら電磁石123の励磁量を増
加させてビームを加速する。ビームの加速後、シンクロ
トロン運転制御部4bは次のトリガー信号を待つ(待機
1)。
【0031】次に、呼吸モニター1cの出力信号Bが極
小になると、演算処理装置2からシンクロトロン運転制
御部4bにビーム出射のためのトリガー信号eが出力さ
れる。トリガー信号eを入力すると、シンクロトロン運
転制御部4bは出射器電源124aに制御信号を出力
し、出射器の1つであるキッカー電磁石5を操作してビ
ームの軌道を変え、ビームを出射用デフレクター124
から出射する。但し、トリガー信号eが出力された時に
まだ加速が終了しておらず待機1の状態になっていない
ときには、加速後ビームを出射せずに待機する。
【0032】出射用デフレクター124から出射された
ビームは、輸送系を経て治療室に導かれ、ビームの偏向
器6,照射系を構成する照射野形成用の収束・発散電磁
石17などを通って患部へ照射される。ここで、収束・
発散電磁石17はビームサイズを患部の大きさ程度に調
整し、多葉コリメータ8はビームの形を患部の形状に合
わせて調整することにより、患部に確実にビームを照射
するようにしている。
【0033】以上説明したシンクロトロンの入射開始か
ら待機2の状態までを1周期とし、必要な線量を患部に
照射し終わるまでこの周期を繰り返す。これによって、
呼吸モニターの信号に同期した線量照射を実現できる。
この場合、照射するタイミングにおける患部の位置及び
形状は毎回同じであるので、照射範囲を変更する必要は
ない。従って、照射系及び輸送系の設定を照射治療中に
変更する必要もない。尚、呼吸モニター1cからの信号
と、シンクロトロンの運転状態を示す信号または荷電粒
子ビーム電流モニター14の出力信号とを、制御室10
0の表示器16に表示することにより、シンクロトロン
の運転員である制御者15は、正しいタイミングでビー
ム出射が行われていることを目視で確認できる。従っ
て、誤操作による正常組織への照射を防止し、システム
の安全性と信頼度を高めることができる。また、患部へ
の総照射線量を荷電粒子ビーム電流モニター14で測定
することにより、治療計画に基づいた正確な線量を照射
することができる。
【0034】トリガーのタイミングの取り方としては、
上述した方法のほかにも、図12のようにトリガー信号
sを出力せずに、出射が終了すると直ぐに入射に移り、
加速した後待機する方法や、図13のように患者が息を
吸い終わってから吐き始めるまでの間、即ち呼吸モニタ
ー1cの出力レベルがピークに達し患部の位置が停止す
るときの短い時間にタイミングを合わせて出射すること
もできる。図12のようにトリガー信号の数を減らすこ
とにより、加速器の運転を簡単にできる。
【0035】また、図14のように加速器の運転シーケ
ンスが短い場合には、呼吸モニター1cの出力信号の複
数のタイミングで運転シーケンスを開始して、1呼吸の
うちに複数回の出射をすることもできる。この場合は、
1回の呼吸中に出射する回数分だけ照射範囲を設定し、
照射系を制御して照射範囲を切り替えながら照射する。
このように、1呼吸のうちに複数回の出射をすることに
より、線量照射の効率を向上することができる。
【0036】(実施例5)次に、本発明による放射線照
射装置の第5の実施例を説明する。本実施例では、患部
の位置変化が患者の呼吸に同期しているときに、シンク
ロトロンにより荷電粒子線を加速した後、遅い取り出し
法と呼ばれる取り出し法で比較的長いパルス状ビームを
出射して患部に照射する放射線治療法において、その運
転を呼吸に同期させる。遅い取り出し法を用いたビーム
の出射は、前述した速い取り出し法に比べてシンクロト
ロンの直線部分を短くすることができるので、本実施例
の方が第4の実施例に比べてシンクロトロンを小型にで
き、小型の荷電粒子線治療装置を実現することができ
る。
【0037】本実施例においても、第4の実施例と同様
に、患部の位置と呼吸の時間変化とが同時に測定され
る。手順は第4の実施例と同様で、決定するタイミング
の数が1つ増す。即ち、図9の演算処理装置10によっ
て、放射線照射装置の運転制御部へ出力するトリガーの
タイミングの取り方を決める。
【0038】患部の位置の時間変化を表す信号及び呼吸
モニター1cの出力信号が図15のA及びBのように得
られた場合について説明する。第1のトリガー信号sの
タイミングを呼吸モニター1cの出力信号Bが極大にな
る時とし、第2のトリガー信号eのタイミングを呼吸モ
ニターの出力信号Bが低くなりその微分値が0に近くな
った時とし、第3のトリガー信号oのタイミングを呼吸
モニター1cの出力信号Bが低くなった後再び信号Bが
高くなり始める時とする。これら3つのタイミングの取
り方(対応関数)を図9の記憶装置3に記憶する。ここ
までが図1におけるステップ1に対応する。
【0039】次に、図1のステップ2に対応する部分に
ついて説明する。図21において円形の装置12aは荷
電粒子を加速するためのシンクロトロンであり、その運
転シーケンスは、入射,加速,待機1,出射,準備,待
機2の各状態からなる。本実施例では、第4の実施例と
違い、その出射は約0.5秒程度の間続く。
【0040】図15のBとCに、呼吸モニターの出力信
号と加速器の運転状態を示す信号の関係を示す。また、
図21でシンクロトロン12aのトリガー信号を発生す
る演算処理装置2とシンクロトロン運転制御部4bの動
作を、図22にフローチャートで示す。
【0041】トリガー信号sを入力すると、シンクロト
ロン運転制御部4bはイオン源及び前段加速器電源12
0a、並びに入射器電源121aに制御信号を出力し
て、イオン源及び前段加速器120、並びに入射器12
1を動作させてシンクロトロン12aにビームを入射す
る。次に、シンクロトロン運転制御部4bは、加速空胴
電源122a及び電磁石電源123aに制御信号を出力
して、加速空胴122の電圧と周波数を制御しながら電
磁石123の励磁量を増加させてビームを加速する。ビ
ームの加速後、バンプ軌道を形成する。ここで、バンプ
軌道とは出射のために一部分だけずらされたビーム軌道
のことで、バンプ電磁石20を励磁して形成する。バン
プ軌道の形成後、シンクロトロン運転制御部4bから軌
道制御電源124bに制御信号を出力して軌道調節用4
極電磁石22及び共鳴励起用電磁石21を操作すること
により、ビームを出射し易い不安定な状態にして、シン
クロトロン運転制御部4bは次のトリガー信号を待つ
(待機1)。
【0042】次に、トリガー信号eを入力すると、シン
クロトロン運転制御部4bは軌道調節用4極電磁石2
2,バンプ電磁石20,出射用デフレクター23などを
同時に操作してシンクロトロン12aからビームを出射
し、患部へ照射する。但し、トリガー信号eが出力され
た時にまだ加速が終了していない場合は、加速が終了し
てから出射を開始する。
【0043】次に、シンクロトロン運転制御部4bは、
トリガー信号oを入力した時にシンクロトロン12aが
出射状態の場合は、軌道調節用4極電磁石22などの出
射器を操作してビーム出射を停止し、次の入射に備える
準備状態に移る。シンクロトロン運転制御部4bがトリ
ガー信号oを入力する前に出射が終了している場合は、
シンクロトロン12aはトリガー信号oを待たずに準備
状態に移る。その後、シンクロトロン運転制御部4bは
次の入射開始のトリガー信号sがくるまで待機する(待
機2)。
【0044】以上説明したシンクロトロンの入射開始か
ら待機2の状態までを1周期とし、必要な線量を患部に
照射し終わるまでこの周期を繰り返す。これによって、
呼吸モニター1cの信号に同期した線量照射を実現でき
る。この場合、照射時の患部の位置及び形状は毎回同じ
であるので、照射範囲を変更する必要はない。従って、
照射系及び輸送系の設定を照射治療中に変更する必要も
ない。
【0045】尚、呼吸モニター1cからの信号と、シン
クロトロンの運転状態を示す信号又は荷電粒子ビーム電
流モニター14の出力信号とを、制御室100の表示器
16に表示することにより、シンクロトロンの運転員で
ある制御者15は、正しいタイミングでビーム出射が行
われていることを目視で確認できる。また、患部への総
照射線量を荷電粒子ビーム電流モニター14で測定する
ことにより、治療計画に基づいた正確な線量を照射する
ことができる。尚、荷電粒子ビームの電流が小さく荷電
粒子ビーム電流モニター14による測定が困難な場合
は、シンクロトロン運転時の平均電流と出射に必要な時
間から単位時間当たりの平均出射電流を算出しておき、
出射時間を積分したものに掛け合わせることで荷電粒子
ビーム電流を算出することができる。
【0046】トリガーのタイミングの取り方としては、
上述した方法のほかにも、図16のようにトリガー信号
sを出力せずに、出射が終了すると直ぐに入射に移り、
加速した後待機する方法や、図17のように患者が息を
吸い終わってから吐き始めるまでの間、即ち呼吸モニタ
ー1cの出力レベルがピークに達し患部の位置が停止す
るときの短い時間にタイミングを合わせて出射すること
もできる。また、図18のように加速器の運転シーケン
スが短い場合には、呼吸モニター1cの出力信号の複数
のタイミングで運転シーケンスを開始して、1呼吸のう
ちに複数回の出射をすることもできる。この場合は、1
回の呼吸中に出射する回数分だけ照射範囲を設定し、照
射系を制御して照射範囲を切り替えながら照射する。
【0047】尚、本実施例では図21の収束・発散電磁
石17でビームサイズを患部の大きさ程度に調節して患
部の照射治療を行っているが、この方法以外にも収束・
発散電磁石17でビームサイズを患部の大きさよりも小
さく絞って、ビームを走査させることにより患部全体の
照射治療を行う方法を用いることも可能である。
【0048】(実施例6)次に、本発明による放射線照
射装置の第6の実施例を説明する。本実施例では、患部
の位置変化が患者の呼吸に同期しているときに、シンク
ロトロンにより荷電粒子線を加速した後、高周波を使っ
た遅い取り出し法により比較的長いパルス状ビームを出
射して患部に照射する放射線治療法において、その運転
を呼吸に同期させる。図1のステップ1については第5
の実施例と全く同じであるので、ここでは説明を省略す
る。
【0049】図1のステップ2に対応する部分も大部分
は第5の実施例と同様である。即ち、図21においてシ
ンクロトロン12aの運転シーケンスは、入射,加速,
待機1,出射,準備,待機2からなり、第5の実施例と
同様にビーム出射は約0.5秒程度の間続く。第5の実
施例との違いは、荷電粒子ビームの出射方法である。シ
ンクロトロン運転制御部4bは、演算処理装置2からト
リガー信号sを入力すると、運転シーケンスに従ってシ
ンクロトロン12aのビーム入射及び加速を行う。ビー
ム加速後バンプ軌道を形成し、軌道調節用4極電磁石2
2及び共鳴励起用電磁石21を操作してビームを出射し
易い不安定な状態にし、次のトリガー信号を待つ(待機
1)。
【0050】次に、シンクロトロン運転制御部4bは、
演算処理装置2からトリガー信号eを入力すると、シン
クロトロン12aの一部に設置された、出射器の1つで
ある高周波発生用電極(図示せず)を作動させてビーム
出射用の高周波電界を発生し、ビームを出射する。但
し、トリガー信号eを入力した時にまだ加速が終了して
いない場合は、加速が終了してから出射を開始する。そ
の後、シンクロトロン運転制御部4bは、演算処理装置
2からトリガー信号oを入力したときにシンクロトロン
が出射状態の場合は、出射用の高周波電界の発生を停止
して出射を停止し、次の入射に備える準備状態に移る。
トリガー信号oを入力する前に出射が終了している場合
は、シンクロトロンはトリガー信号oを待たずに準備状
態に移り、次の入射開始信号がくるまで待機する(待機
2)。トリガーのタイミングの取り方及び患部への総照
射線量の測定については、第5の実施例と同様に行う。
【0051】本実施例によれば、高周波を使った出射法
を採用することにより、従来必要であった軌道調節用4
極電磁石22やバンプ電磁石20の同時操作が必要なく
なる。従って、小型で簡略な機器構成でビームを素早く
オン,オフすることができるので、患者の状態が変化し
て呼吸の周期が不規則に変化したときにも、素早い対応
が可能となり、照射範囲を更に正確に照射することがで
きる。
【0052】
【発明の効果】第発明によれば、患者の呼吸が不規則
になった場合でも、患部が設定位置にある状態で荷電粒
子ビームを患部に照射できる。
【0053】第2発明によれば、オペレータは正しいタ
イミングで荷電粒子ビームの出射が行われていることを
確認できる。 第3発明によれば、荷電粒子ビームの出射
のオン,オフを素早く行うことができ、患部を正確に照
射できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による放射線照射方法を示す図。
【図2】本発明による放射線照射装置の第1の実施例を
示す図。
【図3】本発明による放射線照射装置の第1の実施例を
示す図。
【図4】心電図の信号と患部の位置の信号のタイミング
チャート。
【図5】本発明による放射線照射装置の第2の実施例を
示す図。
【図6】本発明による放射線照射装置の第2の実施例を
示す図。
【図7】第2の実施例における患部の位置と加速器の運
転モードの関係を表わすタイミングチャート。
【図8】本発明による放射線照射装置の第3の実施例を
示す図。
【図9】本発明による放射線照射装置の第4の実施例を
示す図。
【図10】第4の実施例の動作手順を示す図。
【図11】第4の実施例における患部の位置と加速器の
運転モードの関係を表わすタイミングチャート。
【図12】第4の実施例における患部の位置と加速器の
運転モードの関係を表わすタイミングチャート。
【図13】第4の実施例における患部の位置と加速器の
運転モードの関係を表わすタイミングチャート。
【図14】第4の実施例における患部の位置と加速器の
運転モードの関係を表わすタイミングチャート。
【図15】第5の実施例における患部の位置と加速器の
運転モードの関係を表わすタイミングチャート。
【図16】第5の実施例における患部の位置と加速器の
運転モードの関係を表わすタイミングチャート。
【図17】第5の実施例における患部の位置と加速器の
運転モードの関係を表わすタイミングチャート。
【図18】第5の実施例における患部の位置と加速器の
運転モードの関係を表わすタイミングチャート。
【図19】本発明による放射線照射装置の第4の実施例
を示す図。
【図20】図19の演算処理装置とシンクロトロン運転
制御部の動作手順を示す図。
【図21】本発明による放射線照射装置の第5の実施例
を示す図。
【図22】図21の演算処理装置とシンクロトロン運転
制御部の動作手順を示す図。
【図23】第4の実施例のシンクロトロン構成機器の運
転状態毎の動作状況を示す図。
【符号の説明】
1…生理的活動測定装置、1a…心電計、1b…電極、
1c…呼吸モニター、2…演算処理装置、3…記憶装
置、4…放射線制御部、4a…照射野制御部、4b…シ
ンクロトロン運転制御部、4c…加速器運転制御部、5
…キッカー電磁石、6…偏向器、7…レンジシフタ、8
…多葉コリメータ、9…患部位置測定装置、9a…超音
波断層装置、10…演算処理装置、11…患者、11a
…患部、12…荷電粒子線発生装置、12a…シンクロ
トロン、13…画像処理装置、14…荷電粒子ビーム電
流モニター、15…制御者、16…表示器、17…収束
・発散電磁石、18…断層撮影装置、20…バンプ電磁
石、21…共鳴励起用電磁石、22…軌道調節用4極電
磁石、100…制御室、124…出射用デフレクター。

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】荷電粒子の入射,加速及び加速終了後に
    おける出射可能な状態を繰返し前記出射可能な状態
    荷電粒子のビームを出射する加速器を用い、位置の変化する患部が設定された位置にあるときに前記
    出射可能な状態となるように、入射,加速、及び出射可
    能な状態の繰返しの周期を制御し、 前記出射可能な状態において、前記患部が前記設定位置
    にあることに基づいて、 荷電粒子ビームを前記加速器か
    ら出射し、 出射された前記荷電粒子ビームを照射手段から出射する
    ことを特徴とする荷電粒子出射方法。
  2. 【請求項2】荷電粒子の入射,加速及び加速終了後に
    おける出射可能な状態を繰返し前記出射可能な状態
    荷電粒子のビームを出射する加速器を用い、患者の呼吸に同期して時間変化する信号が設定されたレ
    ベルにあるときに前記出射可能な状態となるように、入
    射,加速、及び出射可能な状態の繰返しの周期を制御
    し、 前記出射可能な状態において、前記時間変化する信号が
    前記設定レベルにあることに基づいて、 荷電粒子ビーム
    を前記加速器から出射し、 出射された前記荷電粒子ビームを照射手段から出射する
    ことを特徴とする荷電粒子出射方法。
  3. 【請求項3】荷電粒子の入射,加速及び加速終了後に
    おける出射可能な状態を繰返し前記出射可能な状態
    荷電粒子のビームを出射する加速器を用い、患者の呼吸に同期して時間変化する信号の微分値の絶対
    値が設定された値以下となるときに前記出射可能な状態
    となるように、入射,加速、及び出射可能な状態の繰返
    しの周期を制御し、 前記出射可能な状態において、前記時間変化する信号の
    微分値の絶対値が前記設定値以下であることに基づい
    て、 荷電粒子ビームを前記加速器から出射し、 出射された前記荷電粒子ビームを照射手段から出射する
    ことを特徴とする荷電 粒子出射方法。
  4. 【請求項4】荷電粒子の入射,加速及び加速終了後に
    おける出射可能な状態を繰返し前記出射可能な状態
    荷電粒子のビームを出射する加速器を用い、患者の呼吸に同期して時間変化する信号が第1設定レベ
    ルにあることに基づいて、前記加速器に荷電粒子を入射
    し、 前記出射可能な状態において、前記時間変化する信号が
    第2設定レベルにあることに基づいて、 荷電粒子ビーム
    を前記加速器から出射し、 出射された前記荷電粒子ビームを照射手段から出射する
    ことを特徴とする荷電粒子出射方法。
  5. 【請求項5】荷電粒子の入射,加速、及び加速終了後に
    おける出射可能な状態を繰返し、前記出射可能な状態で
    荷電粒子のビームを出射する加速器を用い、 患者の呼吸に同期して時間変化する信号が設定レベルに
    あることに基づいて、前記加速器に荷電粒子を入射し、 前記出射可能な状態において、前記時間変化する信号の
    微分値の絶対値が設定された値以下であることに基づい
    て、荷電粒子ビームを前記加速器から出射し、 出射された前記荷電粒子ビームを照射手段から出射する
    ことを特徴とする荷電粒子出射方法。
  6. 【請求項6】前記時間変化する信号と前記加速器の運転
    状態とを表示装置に表示することを特徴とする請求項2
    乃至5のいずれかに記載の荷電粒子出射方法。
  7. 【請求項7】前記加速器における荷電粒子ビームの出射
    は、高周波電磁界を前記加速器内で発生させることによ
    り行い、前記高周波電磁界の発生停止により前記荷電粒
    子ビームの出射を停止することを特徴とする請求項1乃
    至6のいずれかに記載の荷電粒子出射方法。
  8. 【請求項8】荷電粒子の入射,加速、及び加速終了後に
    おける出射可能な状態を繰返し、前 記出射可能な状態で
    荷電粒子のビームを出射する第1加速器と、 前記第1加速器から出射された前記荷電粒子ビームを出
    射する照射装置と、 前記第1加速器に前記荷電粒子を入射する第2加速器
    と、 患者の呼吸に同期して時間変化する信号を出力する手段
    の出力信号が第1設定レベルにあることに基づいて、前
    記第2加速器から前記第1加速器へ荷電粒子を入射さ
    せ、前記出力信号が第2設定レベルにあることに基づい
    て、荷電粒子ビームを前記第1加速器から出射させる制
    御手段とを備えたことを特徴とする荷電粒子出射装置。
  9. 【請求項9】荷電粒子の入射,加速、及び加速終了後に
    おける出射可能な状態を繰返し、前記出射可能な状態で
    荷電粒子のビームを出射する第1加速器と、 前記第1加速器から出射された前記荷電粒子ビームを出
    射する照射装置と、 前記第1加速器に前記荷電粒子を入射する第2加速器
    と、 患者の呼吸に同期して時間変化する信号を出力する手段
    の出力信号が設定レベルにあることに基づいて、前記第
    2加速器から前記第1加速器へ荷電粒子を入射させ、前
    記出力信号の微分値の絶対値が設定された値以下である
    ことに基づいて、荷電粒子ビームを前記第1加速器から
    出射させる制御手段とを備えたことを特徴とする荷電粒
    子出射装置。
  10. 【請求項10】前記出力信号と前記第1加速器の運転状
    態とを表示する表示装置を備えたことを特徴とする請求
    項8及び9のいずれかに記載の荷電粒子出射装置。
  11. 【請求項11】 前記第1加速器内で高周波電磁界を発生
    させて前記第1加速器から前記荷電粒子ビームを出射
    し、かつ前記高周波電磁界の発生を停止して前記第1加
    速器から前記荷電粒子ビームの出射を停止する手段を備
    えたことを特徴とする請求項8乃至10のいずれかに記
    載の荷電粒子出射装置。
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