JP4730167B2 - 粒子線照射システム - Google Patents
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Description
(非特許文献1の2084頁,図41)、ビームスキャニング法(特許文献1,非特許文献1の2092頁及び2093頁)のいずれかのビーム照射法にてイオンビームを患部に照射する。
(図示せず)、出射用の高周波電極(高周波印加装置)10及び出射装置30を設置している。前段加速器2は入射装置5に接続される。加速空胴7は、高周波電力を印加する高周波電源(図示せず)に接続される。その高周波電源は、高周波加速制御装置71によって制御される。偏向電磁石8は、偏向電磁石電源81に接続される。高周波電極10は、出射用電力増幅器19を介して出射用制御装置11に接続される。
14、ローカル強度変調装置15及び二つの高周波スイッチ16,17を介して出射用電力増幅器19に伝送される。
15,制御信号出力部181b及びAND回路183に接続される。AND回路183は、高周波スイッチ16に接続される。
182及び制御プロセッサ180に伝送される。
330が設けられている。
RMW33を、照射装置32内に配置する。
(B)に示すようなメモリマップにて記憶する。図3(B)に示す本実施例では、アドレスとデータを10進数で記載している。図3(B)に示されるメモリマップにおいて、アドレスはRMW33の回転により出力される更新クロック信号184に対応しており、
RMW33が一周すると、メモリのアドレスも最下位アドレスから最上位アドレスに更新される構造とする。ビーム出射制御パターンデータ405の“1”はイオンビームの照射許可を意味し、ビーム出射制御パターンデータ405の“0”はイオンビームの照射停止を意味する。ローカル変調信号パターンデータ404を“0”から“1”の範囲で表わしており、“0”が照射するイオンビームの最低強度、つまり照射停止を意味し、“1”が照射するイオンビームの最高強度を意味する。
602を入力している間、閉じられる。
131をミキシング(合成)し、高周波基準信号120を中心周波数として、その両側波帯に帯域制限高周波信号131が重畳された帯域高周波信号130を生成する。高周波ミキサ13は、この帯域高周波信号130をグローバル強度変調装置14に出力する。
16及び高周波スイッチ17を介して、電力増幅器19に出力される。電力増幅器19は、出射用高周波信号133を増幅し、高周波電極10に印加する。安定限界内で周回しているイオンビームは、高周波電極10に出射用高周波信号133を印加することによって安定限界外に移行され、シンクロトロン3から出射される。
(図示せず)から、初期アドレス(本実施例では、先頭アドレス“0000“を初期アドレスとして説明する)に対応するビーム出射制御パターンデータ405を読み取る。読み取ったビーム出射制御パターンデータ405が“0”の場合、制御信号出力部181cは、イオンビームの照射停止を示すビーム出射制御信号(OFF信号)160を出力し、
“1”の場合、イオンビームの照射許可を示すビーム出射制御信号(ON信号)160を出力する。制御信号出力部181cは、制御プロセッサ180からパターンデータ更新信号184が伝送されると、記憶装置から、次のアドレスである“0001”に対応するビーム出射パターンデータ405を読み取る。読み取ったビーム出射パターンデータ405が“0”の場合、制御信号出力部181cは、OFF信号であるビーム出射制御信号160を出力し、“1”の場合、ON信号であるビーム出射制御信号160を出力する。このように、パターンデータ更新信号184の入力により、記憶装置に記憶されたデータのアドレスを更新し、更新されたアドレスに格納されているデータを読み取り、データに基づいた制御信号を出力した後、次のパターンデータ更新信号184の入力を待機する一連の処理をデータの更新という。制御信号出力部181cは、このようなデータの更新動作を繰返す。アドレスが最終アドレス“3999“となると、制御信号出力部181cは、自動的に先頭アドレス“0000“に更新し、先頭アドレスに格納されているビーム出射制御パターンデータ405を読み取る。記憶装置に記憶する情報の構成は、このようなリング状のメモリアクセス構造とする。このような、リング状のメモリアクセス構造を採用することで、RMWの回転に同期した出力制御が実現でき、RMW33の原点センサ330と回転検出器34から出力される原点信号(Z相信号)343の位相がずれていた場合や、RMW33でのビーム通過位相と制御出力データに位相差が生じた場合、パターンメモリの初期アドレスを任意に変更することで、これらの物理的な機器の位相差をパターンデータの出力初期アドレスで補正することが可能となる。なお、ロータリーエンコーダ34から出力される原点信号343の代わりに、RMW33に外部原点検出回路を設けて、外部原点検出回路から出力される信号を原点信号として用いてもよい。本実施例では、図3
(B)に示すように、アドレス“0000“に相当するビーム出射パターンデータ405が“0”であるため、原点信号343を入力した制御信号出力部181cは、OFF信号であるビーム出射制御信号を出力する。制御プロセッサ180からのパターン更新信号
184を入力してデータの更新を繰り返し実施し、読み取ったビーム出射制御信号160を出力することで、制御信号出力部181cは、図5(d)に示すようなビーム出射制御信号160を出力する。つまり、制御信号出力部181cは、RMW33の周方向において、翼底部332及び翼底部332付近の各翼331の厚みが比較的薄い領域(照射区間(Tb))にて照射許可を示すON信号のビーム制御信号160を出力し、これら以外の回転角度領域では照射停止を示すOFF信号のビーム出射制御信号160を出力する。
SOBP幅を得ることができる。このように、RMW33の回転角度に応じてイオンビームの出射及び出射停止を制御することによって、単一のRMW33で複数のSOBP幅を形成する事ができる。
181bは、照射許可を示すON信号をビーム出射制御信号160として入力された場合には、グローバル強度変調信号40の更新制御を実施し、照射停止を示すOFF信号をビーム出射制御信号160として入力された場合には、前回出力したグローバル強度変調信号141(最終更新のグローバル変調パターンデータに基づくグローバル強度変調信号
141)の出力値を保持する動作を繰り返す。つまり、制御信号出力部181bは、シンクロトロン3がRMW33の回転角度に応じてイオンビームを出射している区間(照射区間Tb)に、シンクロトロン3内のイオンビームのビーム強度の減衰を考慮したグローバル強度変調信号141を出力する。シンクロトロン3からイオンビームが出射されない区間では、最終更新のグローバル変調パターンデータに基づくグローバル強度変調信号141を出力する。この結果、制御信号出力部181bは、グローバル強度変調装置14に対して、図5(c)に示すようなグローバル強度変調信号141を出力する。
180がその設定値更新信号に基づいて、出射用高周波信号処理部20を制御することも可能である。これにより、出射用高周波信号処理部20は、変更された目標エネルギーに対応する出射用高周波信号131を出力する。
RMWの回転角度に対応した振幅制御のパターンデータ信号と、RMWの回転角度の変化に応じて、ゲート信号と振幅制御のパターンデータ信号を更新制御する手段と、RMWの回転角度の変化に応じて更新制御された振幅制御のパターンデータ信号に基づき出射用の高周波印加装置に印加する高周波信号の振幅を制御する振幅変調手段を用意し、RMWの回転角度の検出結果に応じて出射用の高周波印加装置に印加する高周波信号の振幅を制御する。
(1)本実施例は、シンクロトロンの一運転サイクルにおける出射制御区間でのみグローバル強度変調信号141の出力制御、ローカル変調信号151の出力制御及び、高周波スイッチ16,17の制御を有効とすることで、ビーム照射の安全性を高めることができる。
(2)本実施例では、ビーム出射制御信号160を制御信号出力部181bに入力し、このビーム出射制御信号160に基づいてグローバル強度変調信号141を更新制御する構成とした。これによってシンクロトロン3からイオンビームを出射する照射制御区間におけるRMW33での照射区間(Tb)でのみ更新制御を実施するため、シンクロトロン3内を周回するイオンビームのビーム強度に対応した制御の精度が高められる。
(3)本実施例では、高周波スイッチ17が、安全インターロックシステム60からの出射許可信号602によって開閉制御され、高周波スイッチ16が、安全インターロックシステム60からの出射許可信号602及び制御信号出力部181からのビーム出射制御信号160によって開閉制御される。このように、二重化された高周波スイッチ16,17の制御により、患者への不用意な照射を防止できる。
(4)高周波スイッチ16は、ビーム出射制御信号160及び出射許可信号602のAND回路183による高周波スイッチ制御信号161によって開閉制御する。これによって、出射制御区間におけるRMW33の回転角度に応じたイオンビームの出射・出射停止の制御を確実に実施することができる。また、出射制御区間時のみ、出射用高周波信号処理部20から出射用高周波信号133が出力されることとなる。
(5)本実施例では、イオンビームをシンクロトロン3から出射する照射区間(Tb)に合わせて、グローバル強度変調信号141、ビーム出射制御信号160及びローカル変調信号151を同時に制御することができるため、所望の出射ビーム波形4cを形成することができる。
及び回転検出器34を削除し、走査電磁石〔図示せず〕を備えた構成を有する。また、本実施例の出射用制御装置11Aは、図8に示すように、実施例1の出射用制御装置11の逓倍回路182及びAND回路183を削除し、制御ロジック装置185aを備えた構成を有する。制御ロジック装置185aは、出射用の制御プロセッサ180及び高周波スイッチ16に接続される。
12に設定する周波数データは、照射するエネルギーに合わせて予め複数個メモリ181aに用意しておく。
10に示すように、照射区間(Tb)において時間的に変化するローカル変調信号151を出力する。ローカル変調信号151は、RMW33の回転角度に基づいてシンクロトロン3から出射するイオンビームの強度を制御する信号である。本実施例のように、RMW33の回転角度に基づいてローカル変調信号151を変化させることによって、シンクロトロン3から出射するイオンビームの強度をRMW33の回転角度によって変化させることができる。このようなローカル変調制御により、RMW33で任意形状のSOBPを形成することが可能となる。
Modulation)制御が可能となる。ローカル変調信号151のパルス構造を適切に制御することにより、RMW照射法での新たなSOBP形成法を提供することができる。なお、このようなビーム強度のPWM制御を実現するためには、荷電粒子ビームの照射区間において常に一定の振幅制御が要求される。そのため本実施例では、グローバル変調装置14に設定するグローバル変調信号141の更新をビーム照射時のみ更新制御することにより、照射区間に渡り一定強度のビームの照射を可能としている。
13…高周波ミキサ、14…グローバル強度変調装置、15…ローカル強度変調装置、
16,17…高周波スイッチ、18…出射用制御信号処理部、19…電力増幅器、20…出射用高周波信号処理部(高周波信号生成装置)、30…出射装置、31…ビーム輸送系、32…照射装置、33…RMW、34…回転検出器、39…治療ベッド、40…加速器制御システム、41…統括制御装置、42…記憶装置、43…治療計画装置、50…タイミングシステム、60…安全系インターロックシステム、71…高周波加速制御装置、81…偏向電磁石電源、110…補償回路、112…差分器、113…加算器、180…出射用の制御プロセッサ、181a…帯域制限高周波信号制御信号出力部、181b…グローバル変調信号出力部、181c…ローカル変調信号出力部、182…逓倍回路、183…AND回路、187…振幅制御手段、331…翼、332…翼底部、333…平面領域、335…回転軸、336…円筒部材。
Claims (13)
- 荷電粒子ビームを加速して出射するシンクロトロンと、
前記シンクロトロンから導かれた前記荷電粒子ビームを照射する照射装置と、
前記シンクロトロンの運転サイクルにおける出射制御区間で、前記シンクロトロンから出射する前記荷電粒子ビームのビーム強度が時間的に一定になるように制御する第1のビーム強度変調手段と、
前記運転サイクルにおける前記出射制御区間に含まれる複数の照射区間のそれぞれにおいて前記ビーム強度を制御する第2のビーム強度変調手段とを備え、
前記第1のビーム強度変調手段は、前記シンクロトロン内を周回する前記荷電粒子ビームの蓄積電荷量に基づいて、前記荷電粒子ビームのビーム強度を制御することを特徴とする粒子線照射システム。 - 前記照射装置は、回転可能で軸方向の厚みが回転方向で異なるエネルギー調整装置を有し、前記エネルギー調整装置を透過した前記荷電粒子ビームを照射し、
前記第2のビーム強度変調手段は、前記エネルギー調整装置の回転角度に基づいて、前記ビーム強度を制御することを特徴とする請求項1に記載の粒子線照射システム。 - 前記照射装置は、回転可能で軸方向の厚みが回転方向で異なるエネルギー調整装置を有し、前記エネルギー調整装置を透過した前記荷電粒子ビームを照射し、
前記第2のビーム強度変調手段は、前記荷電粒子ビームを照射している間で、前記ビーム強度が前記エネルギー調整装置の厚みに基づいて変化するように制御することを特徴とする請求項1に記載の粒子線照射システム。 - 前記エネルギー調整装置の回転角度を検出する角度検出器と、
前記エネルギー調整装置の原点を検出する原点検出手段と、
前記エネルギー調整装置の複数の原点からの角度に対する軸方向の厚みに対応した、前記シンクロトロンから出射する前記荷電粒子ビームのビーム強度を記憶する記憶装置を備え、
前記第2のビーム強度変調手段は、前記原点検出手段からの検出信号に対する前記角度検出器からの回転角度に基づいて前記記憶装置から前記ビーム強度を選択し、選択した前記ビーム強度に基づいて前記シンクロトロンから出射する前記荷電粒子ビームのビーム強度を制御することを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の粒子線照射システム。 - 出射用の高周波印加装置を有し、荷電粒子ビームを加速して出射するシンクロトロンと、
前記シンクロトロンから導かれた前記荷電粒子ビームを照射する照射装置と、
前記高周波印加装置に印加する高周波信号を生成する高周波信号生成装置と、
前記高周波信号生成装置を制御する出射制御装置とを備え、
前記高周波信号生成装置は、
前記シンクロトロンの運転サイクルにおける出射制御区間で、前記シンクロトロンから出射される前記荷電粒子ビームのビーム強度が時間的に一定になるように前記高周波信号の振幅を変調する第1の振幅変調手段と、
前記運転サイクルにおける出射制御区間に含まれる複数の照射区間のそれぞれに対応して、前記高周波信号の振幅を変調する第2の振幅変調手段を備える、
前記第1の振幅変調手段は、前記シンクロトロン内を周回する前記荷電粒子ビームの蓄積電荷量に基づいて、前記高周波信号の振幅を変調することを特徴とする粒子線照射システム。 - 前記照射装置は、回転可能で軸方向の厚みが回転方向で異なっているエネルギー調整装置を有し、前記エネルギー調整装置を透過した前記荷電粒子ビームを出射し、
前記第2の振幅変調手段は、前記エネルギー調整装置の回転角度に基づいて、前記高周波信号の振幅を変調することを特徴とする請求項5に記載の粒子線照射システム。 - 前記照射装置は、回転可能で軸方向の厚みが回転方向で異なっているエネルギー調整装置を有し、前記エネルギー調整装置を透過した前記荷電粒子ビームを出射し、
前記第2の振幅変調手段は、前記荷電粒子ビームを出射している間で、前記エネルギー調整装置の厚みに応じて前記高周波信号の振幅を変調することを特徴とする請求項5に記載の粒子線照射システム。 - 前記エネルギー調整装置の回転角度を検出する角度検出器と、
前記エネルギー調整装置の原点からの角度に対する軸方向の厚みに対応した、高周波信号の振幅を記憶する記憶装置を備え、
前記第2の振幅変調手段は、前記角度検出器からの回転角度に基づいて前記記憶装置から前記高周波信号の振幅を選択し、選択した前記高周波信号の振幅に基づいて前記高周波信号の振幅を変調することを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の粒子線治療システム。 - 前記高周波信号生成装置は、
前記高周波信号生成装置で生成した高周波信号の出力部に、高周波信号を制御指令に基づき遮断できる手段を備えることを特徴とする請求項5に記載の粒子線照射システム。 - 前記第2の振幅変調手段は、
前記シンクロトロンから前記荷電粒子ビームを出射しているときは前記振幅を変化させ、前記シンクロトロンからの前記荷電粒子ビームの出射を停止しているときは前記振幅を一定値とすることを特徴とする請求項5ないし請求項9のいずれか1項に記載の粒子線照射システム。 - 前記第1の振幅変調手段は、
前記シンクロトロンから前記荷電粒子ビームを出射しているときは前記高周波信号の振幅を変化させ、
前記シンクロトロンからの前記荷電粒子ビームの出射を停止しているときは前記振幅を一定値とすることを特徴とする請求項5ないし請求項10のいずれか1項に記載の粒子線照射システム。 - 前記シンクロトロンから出射した前記荷電粒子ビームのビーム強度を検出するビーム強度検出手段と、
前記ビーム強度検出手段から得られるビーム強度とビーム強度の目標値との差分に基づいて、前記第2の振幅変調手段にフィードバック演算制御を実施する手段を備えることを特徴とする請求項5ないし請求項11のいずれか1項に記載の粒子線照射システム。 - 前記ビーム強度検出手段は、線量モニタであることを特徴とする請求項12に記載の粒子線照射システム。
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