JP5058932B2

JP5058932B2 - Particle beam therapy system and charged particle beam energy confirmation method in particle beam therapy system

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Publication number: JP5058932B2
Application number: JP2008255208A
Authority: JP
Inventors: 亮介品川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: JP2010082229A

Description

本発明は粒子線治療システム及び粒子線治療システムにおける荷電粒子ビームのエネルギー確認方法に係り、特に、荷電粒子ビーム（イオンビーム）を癌などの患者の患部（照射対象）に照射して治療を行う粒子線治療システム及び粒子線治療システムにおける荷電粒子ビームのエネルギー確認方法に関する。 The present invention relates to a particle beam therapy system and a charged particle beam energy confirmation method in the particle beam therapy system, and in particular, performs treatment by irradiating an affected part (irradiation target) of a patient such as cancer with a charged particle beam (ion beam). The present invention relates to a particle beam therapy system and a charged particle beam energy confirmation method in the particle beam therapy system.

癌などの患者の患部に陽子等の荷電粒子ビーム（イオンビーム）を照射する治療方法が近年脚光を浴びている。この治療方法に用いる治療システム（粒子線治療システム）は、荷電粒子ビーム発生装置、ビーム輸送系及び回転式照射装置を備え、荷電粒子ビーム発生装置はシンクロトロン等の加速器を有し、回転式照射装置は治療室に設置されかつ回転ガントリーに取り付けられた照射ノズル装置を有し、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治療室の回転式照射装置を通過し、照射ノズル装置から患者の患部に照射される（特許文献１）。 In recent years, a treatment method for irradiating an affected part of a patient such as cancer with a charged particle beam (ion beam) such as a proton has attracted attention. A treatment system (particle beam treatment system) used in this treatment method includes a charged particle beam generation device, a beam transport system, and a rotary irradiation device. The charged particle beam generation device includes an accelerator such as a synchrotron, and rotary irradiation. The apparatus has an irradiation nozzle device installed in a treatment room and attached to a rotating gantry, and the charged particle beam accelerated by the accelerator of the charged particle beam generation device passes through the beam transport system to the rotary irradiation device of the treatment room. Pass through and irradiate the affected area of the patient from the irradiation nozzle device (Patent Document 1).

照射ノズル装置は、荷電粒子ビーム発生装置から導かれた荷電粒子ビームを、患者の体表面からの深さ及び患部形状に合わせて整形して、治療用ベッド上の患者の患部に照射する装置である。照射ノズル装置の照射方式には、ビームスキャニング方式（特許文献１）や、二重散乱体方式（特許文献２）、ＲＭＷ（Range Modulation Wheel）照射方式（特許文献３）等、種々の方式がある。 The irradiation nozzle device is a device that shapes the charged particle beam guided from the charged particle beam generator according to the depth from the patient's body surface and the shape of the affected part, and irradiates the affected part of the patient on the treatment bed. is there. As an irradiation method of the irradiation nozzle device, there are various methods such as a beam scanning method (Patent Document 1), a double scatterer method (Patent Document 2), and an RMW (Range Modulation Wheel) irradiation method (Patent Document 3). .

荷電粒子ビームを用いた治療では、荷電粒子ビームのエネルギーの大部分が、荷電粒子（例えば陽子）が停止するときに放出される、すなわちブラッグピークが形成されるという特性を利用し、荷電粒子ビームの入射エネルギーの選択により荷電粒子を患部の所望の深さ近傍で停止させて、エネルギー（吸収線量)の大部分を当該深さの患部の細胞にのみ与えるようにする。上記いずれの照射方式の照射ノズル装置においても、荷電粒子ビームのエネルギーを変更或いは調整し、ビームエネルギーの到達深度（飛程）を調整することによって、患部の深さ位置への荷電粒子ビームの照射を行っている。 In the treatment using a charged particle beam, a charged particle beam is used by utilizing a characteristic that a large part of the energy of a charged particle beam is emitted when a charged particle (for example, a proton) stops, that is, a Bragg peak is formed. By selecting the incident energy, the charged particles are stopped in the vicinity of the desired depth of the affected area so that most of the energy (absorbed dose) is given only to the cells of the affected area at that depth. In any irradiation type irradiation nozzle apparatus, the charged particle beam is irradiated to the depth position of the affected part by changing or adjusting the energy of the charged particle beam and adjusting the reach depth (range) of the beam energy. It is carried out.

このような粒子線治療システムにおいては、治療のための照射前に、照射ノズル装置から出射される荷電粒子ビームのエネルギーが設定した値になっているかどうか（したがって、荷電粒子ビームのエネルギーに依存する到達深度（飛程）が目的とする深さ位置になっているかどうか）を確認することが重要である。従来一般に、そのようなビームエネルギーの確認は、水ファントム型の測定装置を照射ポイントに設置し、線量分布を計測することにより行っていた（特許文献４）。 In such a particle beam therapy system, whether or not the energy of the charged particle beam emitted from the irradiation nozzle device has a set value before irradiation for treatment (and therefore depends on the energy of the charged particle beam). It is important to confirm whether or not the reach depth (range) is the target depth position. Conventionally, confirmation of such beam energy has been performed by installing a water phantom type measuring device at an irradiation point and measuring a dose distribution (Patent Document 4).

また、水ファントム型の測定装置によらないビームエネルギーの確認方法として、加速器（シンクロトロン）による荷電粒子ビームの加速終了後において、加速空洞に印加される高周波周波数や周回する荷電粒子ビームの軌道位置をチェックすることにより、加速終了後における加速器内の荷電粒子ビームのエネルギーを判定し、照射前のビームエネルギーを確認することが提案されている（特許文献５）。 In addition, as a method of confirming beam energy without using a water phantom type measuring device, after the acceleration of the charged particle beam by the accelerator (synchrotron), the high frequency frequency applied to the acceleration cavity and the orbital position of the circulating charged particle beam It has been proposed to check the energy of the charged particle beam in the accelerator after completion of acceleration and check the beam energy before irradiation (Patent Document 5).

特開２００４−３５８２３７号公報JP 2004-358237 A 特開２００４-３１３３１４号公報JP 2004-313314 A 特開２００６−２３９４０４号公報JP 2006-239404 A 特開平１１−６４５３０号公報JP-A-11-64530 特開２００５-１４２０３４号公報JP 2005-142034 A

治療のための照射前に荷電粒子ビームのエネルギーを確認するため、特許文献４に記載されるような水ファントム型の測定装置を用いる方法（以下、水ファントム方式という）は、重量のある水を充満した水槽を照射ポイントに設置しなくてはならないため、セッティングに時間を要するとともに、回転ガントリー内の治療室の床（移動床など）の面強度を大きくする必要があるという問題がある。また、水ファントム方式では、ビームエネルギー（飛程）計測のために患者を載せるベッドを退避させたり、計測終了後に水ファントム型の測定装置を片付けたりする必要があり、治療前手順が増えてしまうという問題もある。特に、照射方式がビームスキャニング方式である場合は、ビームのエネルギーを変更して照射標的（患部）の深度調整を行うため、必要とするエネルギー数も多く、水ファントム方式でのエネルギー・飛程確認では計測時間が長くなってしまう。こうした理由により、簡単にビームのエネルギーを計測して照射制御システムに取り込み、到達深度という重要な照射パラメータをセーフティシステムに反映することが難しい。 In order to confirm the energy of the charged particle beam before irradiation for treatment, a method using a water phantom type measuring device as described in Patent Document 4 (hereinafter referred to as a water phantom method) Since a full water tank must be installed at the irradiation point, it takes time to set up, and there is a problem that it is necessary to increase the surface strength of the treatment room floor (moving floor, etc.) in the rotating gantry. In addition, in the water phantom method, it is necessary to evacuate the bed on which the patient is placed for beam energy (range) measurement, or to clean up the water phantom type measuring device after the measurement is completed, which increases the number of pre-treatment procedures. There is also a problem. In particular, when the irradiation method is a beam scanning method, the depth of the irradiation target (affected area) is adjusted by changing the beam energy. Then, measurement time will become long. For these reasons, it is difficult to easily measure the energy of the beam and incorporate it into the irradiation control system, and to reflect the important irradiation parameter called the arrival depth in the safety system.

特許文献５に記載の提案では、加速器（シンクロトロン）による荷電粒子ビームの加速終了後における加速用の高周波周波数や周回ビームの軌道位置をチェックすることによる荷電粒子ビームのエネルギー確認であるため、水ファントム方式にあった問題点は生じない。しかし、この提案は、加速器から出射される前の荷電粒子ビームのエネルギーを確認するものであり、照射ノズル装置から照射対象へと照射される荷電粒子ビームのエネルギーを確認することはできない。加速器により設定エネルギーまで加速された荷電粒子ビームは、加速器から出射後、ビーム輸送系を通過して照射ノズル装置に進入し、照射対象に照射されるまでの間、少なからずエネルギー損失を生じる。特に照射ノズル装置は何らかのエネルギー吸収体を内蔵する場合が多く、照射ノズル装置を通過した荷電粒子ビームはそのエネルギー吸収体によってもエネルギーを損失する。したがって、加速器から出射前のビームエネルギーではなく、照射ノズル装置から照射対象へと照射される荷電粒子ビームのエネルギーを確認することが望まれる。 In the proposal described in Patent Document 5, the energy of the charged particle beam is checked by checking the high frequency frequency for acceleration and the orbital position of the orbiting beam after the acceleration of the charged particle beam by the accelerator (synchrotron) is completed. There is no problem with the phantom method. However, this proposal confirms the energy of the charged particle beam before being emitted from the accelerator, and cannot confirm the energy of the charged particle beam irradiated from the irradiation nozzle device to the irradiation target. The charged particle beam accelerated to the set energy by the accelerator, after exiting from the accelerator, passes through the beam transport system, enters the irradiation nozzle device, and causes a considerable energy loss. In particular, the irradiation nozzle device often incorporates some energy absorber, and the charged particle beam that has passed through the irradiation nozzle device loses energy also by the energy absorber. Therefore, it is desired to confirm the energy of the charged particle beam irradiated from the irradiation nozzle device to the irradiation object, not the beam energy before the emission from the accelerator.

本発明の第１の目的は、治療のための照射前に、セッティングや計測に時間を取られずにビームエネルギーを計測できるようにすることで、治療前手順を減らし、治療の時間的な効率を上げることができる粒子線治療システム及び粒子線治療システムにおける荷電粒子ビームのエネルギー確認方法を提供することである。 The first object of the present invention is to enable measurement of beam energy without taking time for setting and measurement before irradiation for treatment, thereby reducing the pretreatment procedure and improving the time efficiency of the treatment. It is an object of the present invention to provide a particle beam therapy system that can be raised and a method for confirming the energy of a charged particle beam in the particle beam therapy system.

本発明の第２の目的は、加速器から出射前の荷電粒子ビームのエネルギーではなく、照射ノズル装置から照射対象へと照射される荷電粒子ビームのエネルギーを確認できるようにすることで、治療に直接に係わる荷電粒子ビームのエネルギーを確認することができる粒子線治療システム及び粒子線治療システムにおける荷電粒子ビームのエネルギー確認方法を提供することである。 The second object of the present invention is to directly check the energy of the charged particle beam irradiated from the irradiation nozzle device to the irradiation object, not the energy of the charged particle beam before the emission from the accelerator. It is intended to provide a particle beam therapy system capable of confirming the energy of a charged particle beam and a method for confirming the energy of a charged particle beam in the particle beam therapy system.

上述した第１及び第２の目的を達成する本発明の特徴は、荷電粒子ビーム発生装置と、この荷電粒子ビーム発生装置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ノズル装置とを備えた粒子線治療システムにおいて、前記照射ノズル装置内に配置され、前記荷電粒子ビームのビーム経路に所定の磁場を発生させ、前記照射ノズル装置内に進入した荷電粒子ビームを偏向させる磁石装置と、前記磁石装置の下流側において、前記所定の磁場によって偏向された荷電粒子ビームの通過位置を計測し、前記照射ノズル装置内に進入した荷電粒子ビームのエネルギーを確認するエネルギー確認装置とを備え、前記エネルギー確認装置は、前記照射ノズル装置内において前記磁石装置の下流側に配置され、前記所定の磁場によって偏向された荷電粒子ビームの通過位置を計測するビーム位置計測装置と、前記照射ノズル装置内において前記磁石装置の下流側に配置され、前記所定の磁場によって偏向された荷電粒子ビームの線量を計測する線量計測装置と、前記ビーム位置計測装置及び前記線量計測装置の計測結果に基づいて前記照射ノズル装置内に進入した荷電粒子ビームのエネルギーを確認するエネルギー判定装置とを有し、前記エネルギー判定装置は、前記ビーム位置計測装置及び前記線量計測装置の計測結果に基づいて、前記荷電粒子ビームのビーム横方向位置に対する線量分布を計算し、かつ今回計算された線量分布と既に計算された異なるエネルギーでの線量分布を合成した線量分布を計算し、この合成した線量分布を、治療計画からくるエネルギーのデータに基づいて予め登録している各エネルギーにおける同様に合成した線量分布と比較し、それらが許容値の範囲内で一致しているかどうかを判定することである。 A feature of the present invention that achieves the first and second objects described above includes a charged particle beam generator and an irradiation nozzle device that irradiates an irradiation target with a charged particle beam emitted from the charged particle beam generator. In the particle beam therapy system, a magnet device that is disposed in the irradiation nozzle device, generates a predetermined magnetic field in a beam path of the charged particle beam, and deflects the charged particle beam that has entered the irradiation nozzle device; and in the downstream side of the magnet arrangement, the passing position of the charged particle beam deflected by said predetermined magnetic field is measured, and a energy confirmation device for confirming the energy of the charged particle beam having entered the irradiation nozzle apparatus, the energy The confirmation device is disposed downstream of the magnet device in the irradiation nozzle device and deflected by the predetermined magnetic field. A beam position measuring device for measuring the passing position of the electron particle beam, and a dose measuring device for measuring the dose of the charged particle beam disposed on the downstream side of the magnet device in the irradiation nozzle device and deflected by the predetermined magnetic field And an energy determination device that confirms the energy of the charged particle beam that has entered the irradiation nozzle device based on the measurement results of the beam position measurement device and the dose measurement device, and the energy determination device includes the beam Based on the measurement results of the position measurement device and the dose measurement device, the dose distribution with respect to the lateral position of the charged particle beam is calculated, and the dose distribution calculated at this time is different from the dose distribution calculated this time. Calculate the combined dose distribution and based on the energy data coming from the treatment plan Was compared to similarly synthesized dose distribution in each energy registered in advance, it is possible to determine whether or not they match within a tolerance.

荷電粒子ビームは磁場を通過するとき磁場の作用を受けて偏向する。この偏向量は荷電粒子ビームのエネルギーに依存して変化し、荷電粒子ビームのエネルギーが小さくなれば荷電粒子ビームの偏向量は大きくなる。したがって、ビーム経路に所定の磁場を発生させ、その磁場によって荷電粒子ビームを偏向させることにより、荷電粒子ビームのエネルギーの相違が照射深度方向から横方向（荷電粒子ビームの進行方向に直交する方向）の位置に変換され、その横方向位置を計測することによりエネルギー確認を行うことができる。本発明はこのような知見に基づくものであり、磁石装置とエネルギー確認装置を設け、所定の磁場によって偏向された荷電粒子ビームの通過位置を計測することにより、水ファントム方式によらず荷電粒子ビームのエネルギーを確認することができる。そしてこのように水ファントム方式によらず荷電粒子ビームのエネルギーを確認することにより、治療のための照射前に、セッティングや計測に時間を取られずにビームエネルギーを計測することができ、治療前手順を減らし、治療の時間的な効率を上げることができる。また、加速器から出射前の荷電粒子ビームのエネルギーではなく、照射ノズル装置から照射対象へと照射される荷電粒子ビームのエネルギーを確認することにより、治療に直接係わる荷電粒子ビームのエネルギーを確認することができる。 When the charged particle beam passes through the magnetic field, it is deflected by the action of the magnetic field. The amount of deflection changes depending on the energy of the charged particle beam. If the energy of the charged particle beam decreases, the amount of deflection of the charged particle beam increases. Therefore, by generating a predetermined magnetic field in the beam path and deflecting the charged particle beam by the magnetic field, the difference in energy of the charged particle beam is lateral from the irradiation depth direction (a direction orthogonal to the traveling direction of the charged particle beam). The energy can be confirmed by measuring the lateral position. The present invention is based on such knowledge. A charged particle beam is provided regardless of the water phantom method by providing a magnet device and an energy confirmation device and measuring the passing position of the charged particle beam deflected by a predetermined magnetic field. The energy of can be confirmed. And by checking the energy of the charged particle beam regardless of the water phantom method in this way, it is possible to measure the beam energy without taking time for setting and measurement before irradiation for treatment. And increase the time efficiency of treatment. Also, confirm the energy of the charged particle beam directly related to the treatment by confirming the energy of the charged particle beam irradiated to the irradiation target from the irradiation nozzle device, not the energy of the charged particle beam before extraction from the accelerator. Can do.

エネルギー判定装置は、荷電粒子ビームのエネルギー確認を行うに当たって、ビーム位置計測装置の計測結果だけを用いてもよいが、本発明では、ビーム位置計測装置と線量計測装置の両方の計測結果を用いる。そして、エネルギー判定装置は、荷電粒子ビームの横方向位置に対する線量分布を計算し、
かつ今回計算された線量分布と既に計算された異なるエネルギーでの線量分布を合成した線量分布を計算し、この合成した線量分布を、治療計画からくるエネルギーのデータに基づいて予め登録している各エネルギーにおける同様に合成した線量分布と比較し、それらが許容値の範囲内で一致しているかどうかを判定する。このように合成した線量分布を用いて比較判定を行うことにより、荷電粒子ビームのエネルギーの相違が比較的小さく、ビーム位置計測装置で計測したビームの横方向位置が近接している場合であっても、計測の分解能が向上し、エネルギー確認を精度良く行うことができる。 The energy determination device may use only the measurement result of the beam position measurement device when confirming the energy of the charged particle beam, but in the present invention, the measurement result of both the beam position measurement device and the dose measurement device is used. And the energy determination device calculates the dose distribution with respect to the lateral position of the charged particle beam,
In addition, the dose distribution calculated by combining the dose distribution calculated this time and the dose distribution at different energy already calculated is calculated, and this combined dose distribution is registered in advance based on the energy data from the treatment plan. Compare with similarly synthesized dose distributions in energy to determine if they are consistent within tolerances. By making a comparative determination using the dose distribution synthesized in this way, the difference in energy of the charged particle beam is relatively small, and the lateral positions of the beams measured by the beam position measuring device are close to each other. However, the resolution of measurement is improved, and energy can be confirmed with high accuracy.

本発明によれば、荷電粒子ビームのエネルギーの相違を照射深度方向から横方向に変換してエネルギー確認を行うことで、水ファントム方式のようにセッティングや計測に時間を取られることなく、ビームエネルギーを計測することができ、治療前手順を減らし、治療の時間的な効率を上げることができる。 According to the present invention, the energy difference of the charged particle beam is converted from the irradiation depth direction to the lateral direction, and energy confirmation is performed, so that the beam energy can be saved without taking time for setting and measurement as in the water phantom method. Can be measured, the pretreatment procedure can be reduced, and the time efficiency of the treatment can be increased.

また、本発明によれば、加速器から出射前の荷電粒子ビームのエネルギーではなく、照射ノズル装置から照射対象へと照射される荷電粒子ビームのエネルギーを確認することができ、治療に直接係わる荷電粒子ビームのエネルギーを確認することができる。
更に、荷電粒子ビームのエネルギーの相違が比較的小さく、ビーム位置計測装置で計測したビームの横方向位置が近接している場合であっても、計測の分解能が向上し、エネルギー確認を精度良く行うことができる。 Further, according to the present invention, it is possible to check the energy of the charged particle beam irradiated from the irradiation nozzle device to the irradiation object, not the energy of the charged particle beam before the emission from the accelerator, and the charged particles directly related to the treatment. The energy of the beam can be confirmed.
Furthermore, even when the difference in energy of charged particle beams is relatively small and the lateral positions of the beams measured by the beam position measuring device are close to each other, the measurement resolution is improved and energy confirmation is performed with high accuracy. be able to.

以下、本発明の実施の形態であるエネルギー確認装置を備えた粒子線治療システムを、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, a particle beam therapy system including an energy confirmation device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の第１の実施の形態における粒子線治療システムの全体構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a particle beam therapy system according to a first embodiment of the present invention.

図１において、本実施の形態の粒子線治療システムは、荷電粒子ビーム発生装置５１、ビーム輸送系５２及び回転式照射装置５３を備え、回転式照射装置５３は治療室に設置されかつ回転ガントリー（図示せず）に取り付けられた照射ノズル装置５４を有している。 1, the particle beam therapy system according to the present embodiment includes a charged particle beam generator 51, a beam transport system 52, and a rotary irradiation device 53. The rotary irradiation device 53 is installed in a treatment room and has a rotary gantry ( It has an irradiation nozzle device 54 attached to (not shown).

荷電粒子ビーム発生装置５１は、イオン源（図示せず）、前段加速器（例えば直線加速器）６１及びシンクロトロン６２を有し、イオン源で発生したイオン（例えば、陽子イオン（または炭素イオン）等の荷電粒子ビーム）は前段加速器６１で加速され、前段加速器６１から出射された荷電粒子ビームはシンクロトロン６２に入射される。この荷電粒子ビームは、シンクロトロン６２で加速され、設定されたエネルギーまでに高められた後、出射用デフレクタ６３から出射される。シンクロトロン６２から出射された荷電粒子ビームは、ビーム輸送系５２を経て回転式照射装置５３の照射ノズル装置５４に達し、照射ノズル装置５４から治療台（ベッド）６４上の患者６５の患部に照射される。照射ノズル装置５４の先端には、患者コリメータを挿入設置するためのスノート６６が装着されている。 The charged particle beam generator 51 includes an ion source (not shown), a pre-stage accelerator (for example, a linear accelerator) 61, and a synchrotron 62, and includes ions (for example, proton ions (or carbon ions) generated by the ion source. The charged particle beam) is accelerated by the front stage accelerator 61, and the charged particle beam emitted from the front stage accelerator 61 is incident on the synchrotron 62. The charged particle beam is accelerated by the synchrotron 62, is increased to a set energy, and is then emitted from the deflector 63 for emission. The charged particle beam emitted from the synchrotron 62 reaches the irradiation nozzle device 54 of the rotary irradiation device 53 through the beam transport system 52, and is irradiated to the affected part of the patient 65 on the treatment table (bed) 64 from the irradiation nozzle device 54. Is done. A snout 66 for inserting and installing a patient collimator is attached to the tip of the irradiation nozzle device 54.

本実施の形態の粒子線治療システムは、また、中央制御装置１００、加速・出射制御装置１１０、照射制御装置１２０を有している。中央制御装置１００は、入力した患者識別情報を用いて、これから治療を行う患者に関する治療計画データを治療計画装置１３０から読み込み、この治療計画データを保存する。加速・出射制御装置１１０は、中央制御装置に保存した治療計画データに基づいてシンクロトロン６２の加速空洞６２ａを制御し、シンクロトロン６２を周回する荷電粒子ビームを設定したエネルギーまで加速する。また、加速・出射制御装置１１０は、中央制御装置１００に保存した治療計画データと、照射制御装置１２０で決定しビーム照射の停止・開始タイミング等の情報とに基づいて高周波供給装置１４０内のスイッチ（図示せず）の開閉を制御することで、シンクロトロン６２の高周波印加電極６２ｂへの高周波電力の印加及び高周波電力の印加の停止を制御し、シンクロトロン６２からの荷電粒子ビームの出射開始及び出射停止を制御する。照射制御装置１２０は中央制御装置に保存した治療計画データに基づいて照射したい計画線量に合せ、一連のビーム照射を制御するための装置である。中央制御装置１００は、表示入力手段として、表示装置１５０ａ及びキーボード、マウス１５０ｂを有するパソコン１５０を備えている。 The particle beam therapy system according to the present embodiment also includes a central control device 100, an acceleration / extraction control device 110, and an irradiation control device 120. The central controller 100 reads treatment plan data relating to a patient to be treated from the treatment plan device 130 using the input patient identification information, and stores this treatment plan data. The acceleration / extraction control device 110 controls the acceleration cavity 62a of the synchrotron 62 based on the treatment plan data stored in the central control device, and accelerates the charged particle beam circulating around the synchrotron 62 to the set energy. Further, the acceleration / extraction control device 110 is a switch in the high-frequency supply device 140 based on the treatment plan data stored in the central control device 100 and information such as the beam irradiation stop / start timing determined by the irradiation control device 120. By controlling the opening and closing (not shown), the application of the high frequency power to the high frequency application electrode 62b of the synchrotron 62 and the stop of the application of the high frequency power are controlled, and the emission start of the charged particle beam from the synchrotron 62 and Controls stop of emission. The irradiation control device 120 is a device for controlling a series of beam irradiation in accordance with the planned dose to be irradiated based on the treatment plan data stored in the central control device. The central control device 100 includes a personal computer 150 having a display device 150a, a keyboard, and a mouse 150b as display input means.

図２は照射ノズル装置５４の内部構成とその制御系である照射制御装置１２０を示す図である。照射ノズル装置６４において、図１に示したスノート６６の図示は省略している。 FIG. 2 is a diagram showing the internal configuration of the irradiation nozzle device 54 and the irradiation control device 120 as its control system. In the irradiation nozzle device 64, the illustration of the snout 66 shown in FIG. 1 is omitted.

照射ノズル装置５４は走査式の照射ノズル装置であり、ビーム走査装置１、線量モニタ２、ビーム位置モニタ３を有している。ビーム走査装置１は荷電粒子ビーム８を偏向するための装置である。線量モニタ２は通過した荷電粒子ビーム８の線量を計測するための装置である。ビーム位置モニタ３は通過した荷電粒子ビーム８の位置を計測するための装置である。 The irradiation nozzle device 54 is a scanning type irradiation nozzle device, and includes a beam scanning device 1, a dose monitor 2, and a beam position monitor 3. The beam scanning device 1 is a device for deflecting the charged particle beam 8. The dose monitor 2 is a device for measuring the dose of the charged particle beam 8 that has passed. The beam position monitor 3 is a device for measuring the position of the charged particle beam 8 that has passed.

ビーム走査装置１は、荷電粒子ビーム８を一方向（ｘ方向）に偏向する１対の第１走査電磁石と、その一方向に直交する方向（ｙ方向）に偏向する１対の第２走査電磁石とを有している。照射制御装置１２０は、ビーム照射制御のため、中央制御装置１００から得た治療計画に基づく照射位置及びエネルギーに応じた走査電磁石の励磁電流を計算し、電源（図示せず）に出力指令を送信する。電源は、その出力指令に応じて所定パターンの励磁電流を走査電磁石に流す。照射制御装置１２０はパソコン等の表示装置１４を備えている。 The beam scanning device 1 includes a pair of first scanning electromagnets that deflect the charged particle beam 8 in one direction (x direction) and a pair of second scanning electromagnets that deflect the direction perpendicular to the one direction (y direction). And have. The irradiation control device 120 calculates an excitation current of the scanning electromagnet according to the irradiation position and energy based on the treatment plan obtained from the central control device 100 for beam irradiation control, and transmits an output command to a power source (not shown). To do. The power supply causes a predetermined pattern of excitation current to flow through the scanning electromagnet in accordance with the output command. The irradiation control device 120 includes a display device 14 such as a personal computer.

荷電粒子ビーム８は図２の上側よりビーム走査装置１へ進入し、照射制御装置１２０にて設定された走査電磁石のパターン磁場により偏向される。偏向された荷電粒子ビーム８は線量モニタ２及びビーム位置モニタ３を通過し、患者６５の患部に照射される。荷電粒子ビーム８が線量モニタ２及びビーム位置モニタ３を通過する際に発生する線量計測信号６及びビーム位置計測信号７は照射制御装置１２０へ送信される。ビーム走査方式がビームスポットスキャニング照射法（ビーム照射時はビームの移動（走査）を停止して所定位置に照射し、照射位置の変更時はビームの照射（シンクロトロン６２からのビームの出射）を停止する照射法）である場合、照射制御装置１２０は線量計測信号６及びビーム位置計測信号７から得た照射線量情報及び位置情報を用い、ビーム照射の停止・開始タイミングや走査電磁石に対する励磁電流の停止・開始タイミングを決定するとともに、照射位置を次の位置に移動するための走査電磁石の励磁電流を決定する。 The charged particle beam 8 enters the beam scanning device 1 from the upper side in FIG. 2 and is deflected by the pattern magnetic field of the scanning electromagnet set by the irradiation control device 120. The deflected charged particle beam 8 passes through the dose monitor 2 and the beam position monitor 3 and is irradiated to the affected part of the patient 65. A dose measurement signal 6 and a beam position measurement signal 7 generated when the charged particle beam 8 passes through the dose monitor 2 and the beam position monitor 3 are transmitted to the irradiation control device 120. The beam scanning method is a beam spot scanning irradiation method (when the beam is irradiated, the movement (scanning) of the beam is stopped to irradiate a predetermined position, and when the irradiation position is changed, the beam is irradiated (the beam is emitted from the synchrotron 62). In the case of the irradiation method to be stopped), the irradiation control device 120 uses the irradiation dose information and position information obtained from the dose measurement signal 6 and the beam position measurement signal 7 to determine the stop / start timing of beam irradiation and the excitation current for the scanning electromagnet A stop / start timing is determined, and an excitation current of the scanning electromagnet for moving the irradiation position to the next position is determined.

また、本実施の形態における照射制御装置１２０は照射エネルギーの確認モードを有している。このエネルギー確認モードは、治療前（荷電粒子ビームを患者の患部に照射する前）に荷電粒子ビームのエネルギーを確認するためのモードである。上位コンピュータである中央制御装置１００の操作手段１５０ｂ（キーボード、マウス等）によってエネルギー確認モードの指令信号が入力されると、その指令信号により照射制御装置１２０は通常モードからエネルギー確認モードに切り換えられる。このエネルギー確認モードを実施する際には、照射ノズル装置５４よりもビーム進行方向の下流側にビームダンパ２３（遮蔽体或いはビームストッパ）が配置される。ビームダンパ２３は、照射ノズル装置５４を通過した荷電粒子ビーム８を止めるための遮蔽体である。エネルギー確認モードの指令信号は照射制御装置１２０の表示装置１４に付属する図示しない入力手段で行ってもよい。 Moreover, the irradiation control apparatus 120 in this Embodiment has the confirmation mode of irradiation energy. This energy confirmation mode is a mode for confirming the energy of the charged particle beam before treatment (before irradiating the affected part of the patient with the charged particle beam). When an energy confirmation mode command signal is input by the operating means 150b (keyboard, mouse, etc.) of the central control device 100, which is a host computer, the irradiation control device 120 is switched from the normal mode to the energy confirmation mode by the command signal. When performing this energy confirmation mode, the beam damper 23 (shielding body or beam stopper) is disposed downstream of the irradiation nozzle device 54 in the beam traveling direction. The beam damper 23 is a shield for stopping the charged particle beam 8 that has passed through the irradiation nozzle device 54. The command signal in the energy confirmation mode may be sent by an input means (not shown) attached to the display device 14 of the irradiation control device 120.

照射制御装置１２０がエネルギー確認モードに切り換わると、所定の励磁電流をビーム走査装置１の走査電磁石に流す。荷電粒子ビーム８は図２の上側より荷電粒子ビーム走査装置１へ進入し、照射制御装置１２０にて設定されたビーム走査装置１の所定の磁場により偏向される。ここで、所定の励磁電流とは好ましくは予め定められた一定の励磁電流であり、その場合、走査電磁石は一定の磁場を発生し、ビーム走査装置１に進入した荷電粒子ビームはその一定の磁場により変更される。偏向された荷電粒子ビーム８は線量モニタ２及びビーム位置モニタ３を通過し、その際に発生する線量計測信号６及びビーム位置計測信号７が照射制御装置１２０へ送信される。照射制御装置１２０は、各計測信号を基に荷電粒子ビーム８のエネルギーを確認或いは弁別し、その結果を表示装置１４に表示する。また、エネルギーが異常である（治療計画通りのエネルギー値でない）場合は、表示装置１３に警報情報を表示する。治療者（例えば医者）はその警告情報により異常の内容を確認することができる。 When the irradiation control device 120 switches to the energy confirmation mode, a predetermined excitation current is passed through the scanning electromagnet of the beam scanning device 1. The charged particle beam 8 enters the charged particle beam scanning device 1 from the upper side of FIG. 2 and is deflected by a predetermined magnetic field of the beam scanning device 1 set by the irradiation control device 120. Here, the predetermined excitation current is preferably a predetermined constant excitation current. In this case, the scanning electromagnet generates a constant magnetic field, and the charged particle beam that has entered the beam scanning apparatus 1 has the constant magnetic field. It is changed by. The deflected charged particle beam 8 passes through the dose monitor 2 and the beam position monitor 3, and the dose measurement signal 6 and the beam position measurement signal 7 generated at that time are transmitted to the irradiation control device 120. The irradiation control device 120 confirms or discriminates the energy of the charged particle beam 8 based on each measurement signal, and displays the result on the display device 14. If the energy is abnormal (the energy value is not as planned), alarm information is displayed on the display device 13. A therapist (for example, a doctor) can confirm the content of the abnormality based on the warning information.

照射制御装置１２０がエネルギー確認モードで動作する際、加速・出射制御装置１１０は治療計画に基づいて作成した運転パラメータを用いて荷電粒子ビームのエネルギーのみを変更する制御を行い、設定されたエネルギーまでに高められた荷電粒子ビームを出射する。照射制御装置１２０はその荷電粒子ビームのエネルギーを確認する。 When the irradiation control device 120 operates in the energy confirmation mode, the acceleration / extraction control device 110 performs control to change only the energy of the charged particle beam using the operation parameter created based on the treatment plan, and reaches the set energy. The charged particle beam is emitted to a high level. The irradiation controller 120 confirms the energy of the charged particle beam.

図３は照射制御装置１２０のエネルギー確認モードの処理機能を示すフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart showing processing functions of the energy confirmation mode of the irradiation control device 120.

照射制御装置１２０はエネルギー確認モードの指令信号を入力するとビームチェッキングのための照射シーケンスを動作させ、下記の手順で処理を進行させる。 When receiving the command signal for the energy confirmation mode, the irradiation control device 120 operates the irradiation sequence for beam checking, and proceeds with the process according to the following procedure.

（１）照射シーケンスが動作すると、照射制御装置１２０はビーム走査装置１の走査電磁石（ＳＣＭ）に一定の励磁電流を流し、一定磁場（一定電磁場）を生成する（ステップＳ１００）。このとき使用する走査電磁石はビーム走査装置１の第１走査電磁石、第２走査電磁石のいずれであってもよい。 (1) When the irradiation sequence operates, the irradiation control device 120 applies a constant excitation current to the scanning electromagnet (SCM) of the beam scanning device 1 to generate a constant magnetic field (constant electromagnetic field) (step S100). The scanning electromagnet used at this time may be either the first scanning electromagnet or the second scanning electromagnet of the beam scanning apparatus 1.

（２）また、照射シーケンスが作動すると、照射位置設定は無視するようにし、荷電粒子ビームのエネルギー（レイヤ）のみを変更するよう加速・出射制御装置１１０を動作させる。加速・出射制御装置１１０は治療計画に基づいて作成した運転パラメータを用いて、シンクロトロン６２を周回する荷電粒子ビームを最初のレイヤーに対応する設定エネルギーまで加速し、出射する（ステップＳ１００）。 (2) When the irradiation sequence is activated, the irradiation position setting is ignored, and the acceleration / extraction control apparatus 110 is operated so as to change only the energy (layer) of the charged particle beam. The acceleration / extraction control device 110 uses the operation parameters created based on the treatment plan to accelerate the charged particle beam that circulates the synchrotron 62 to the set energy corresponding to the first layer and emits it (step S100).

（３）最初のレイヤに対する設定エネルギーのビーム照射が開始されると、照射制御装置１２０は、ビーム位置モニタ（ＳＰＭ）３から出力されるビーム位置計測信号７によりビーム位置を計測する（ステップＳ１１０）。また、線量モニタ（ＤＭ）２から出力される線量計測信号６により線量を計測する（ステップＳ１２０）。 (3) When the beam irradiation with the set energy for the first layer is started, the irradiation control device 120 measures the beam position by the beam position measurement signal 7 output from the beam position monitor (SPM) 3 (step S110). . Further, the dose is measured by the dose measurement signal 6 output from the dose monitor (DM) 2 (step S120).

（４）計測したビーム位置及び線量を基にビームの横方向位置に対する線量分布を計算するとともに、既にビーム照射があり、計算された線量分布がある場合は、それらの線量分布を合成した線量分布を計算する（ステップＳ１３０）。 (4) Calculate the dose distribution for the lateral position of the beam based on the measured beam position and dose, and if there is already a beam irradiation and there is a calculated dose distribution, the dose distribution that combines these dose distributions Is calculated (step S130).

（５）予め登録している各エネルギーに対する線量分布の関係表あるいは関数と上記（４）で計算した合成した線量分布（実線量分布）とを比較して、それがあるトレランス（許容値）の範囲内で一致しているか（それらの差がトレランスの範囲内であるか）どうかをチェックする（ステップＳ１４０，Ｓ１５０）。また、計算した合成線量分布がトレランスを超えた場合は、その横方向位置からどのエネルギーが異常であるかを計算する（ステップＳ１５０）。 (5) Compare the dose distribution relation table or function for each energy registered in advance with the combined dose distribution (actual dose distribution) calculated in (4) above, and find the tolerance (allowable value) It is checked whether or not they match within the range (the difference between them is within the tolerance range) (steps S140 and S150). When the calculated combined dose distribution exceeds the tolerance, which energy is abnormal from the lateral position is calculated (step S150).

（６）計算した線量分布がトレランスを超えた場合、エネルギー異常の警報を表示装置１４に表示するとともに、その警報を中央制御装置１００に備えられる安全系・インターロック（ＩＬ）系に伝送する（ステップＳ１６０）。 (6) When the calculated dose distribution exceeds the tolerance, an energy abnormality alarm is displayed on the display device 14 and the alarm is transmitted to a safety system / interlock (IL) system provided in the central controller 100 ( Step S160).

（７）最初の設定したエネルギーのビーム照射によるエネルギーの確認が完了すると、今回のビーム照射が最終レイヤ（エネルギー）のものかどうかを判定する（ステップＳ１７０）。判定結果が否であれば、レイヤ（エネルギー）を変更する（ステップＳ１８０）。このレイヤの変更は照射シーケンスにより加速・出射制御装置１１０を動作させて行う。加速・出射制御装置１１０は治療計画に基づいて作成した運転パラメータを用いて、シンクロトロン６２を周回する荷電粒子ビームを次のレイヤーに対応する設定エネルギーまで加速し、出射する。 (7) When the confirmation of the energy by the beam irradiation of the initially set energy is completed, it is determined whether or not the current beam irradiation is of the final layer (energy) (step S170). If the determination result is negative, the layer (energy) is changed (step S180). This layer change is performed by operating the acceleration / extraction control device 110 according to the irradiation sequence. The acceleration / extraction control device 110 uses the operation parameters created based on the treatment plan to accelerate and emit the charged particle beam that circulates the synchrotron 62 to the set energy corresponding to the next layer.

（８）ビーム照射が最終レイヤ（エネルギー）となるまで上記（３）〜（７）の処理（ステップＳ１１０〜Ｓ１８０）を繰り返す。 (8) The above processes (3) to (7) (steps S110 to S180) are repeated until the beam irradiation reaches the final layer (energy).

（９）ビーム照射が最終レイヤ（エネルギー）になると、ステップＳ１５０における全てのレイヤに対する判定が正常であった場合は、全てのビームエネルギーが正常であることを表示装置１４に表示し（ステップＳ１９０）、処理を終了する。 (9) When the beam irradiation reaches the final layer (energy), if the determination for all the layers in step S150 is normal, the display device 14 displays that all the beam energy is normal (step S190). The process is terminated.

図４は上記（４）及び（５）の処理（ステップＳ１３０，Ｓ１４０）における線量分布を示す図である。横軸は、荷電粒子ビームの進行方向に直角な平面におけるビーム軸（走査電磁石によってビームが偏向されなかった場合のビーム中心軌道）からの距離であり、ビームの横方向位置はこの距離で表される。縦軸は線量である。 FIG. 4 is a diagram showing a dose distribution in the processes (4) and (5) (steps S130 and S140). The horizontal axis is the distance from the beam axis (the beam center trajectory when the beam is not deflected by the scanning electromagnet) in a plane perpendicular to the traveling direction of the charged particle beam, and the lateral position of the beam is represented by this distance. The The vertical axis is the dose.

治療計画において患部を深さ方向に第１〜第４の４レイヤに分割し、これら４レイヤに対応する設定エネルギーの荷電粒子ビームを照射する場合を想定する。加速・出射制御装置１１０には、シンクロトロン６２を周回する荷電粒子ビームをそれら４レイヤのそれぞれに対応する設定エネルギーまで加速するための運転パラメータが設定される。照射制御装置１２０には、それら４レイヤのそれぞれに対応する設定エネルギーのビームを一定強度で照射した場合の線量分布と、それらを合成した線量分布が登録されている。図４のＬ１〜Ｌ４は４レイヤのそれぞれに対応する線量分布であり、Ｍはそれらを合成した線量分布を示している。線量分布Ｌ１〜Ｌ４のピーク位置がビーム位置モニタ３により計測されるべきビーム位置に対応する。 In the treatment plan, it is assumed that the affected part is divided into first to fourth four layers in the depth direction, and a charged particle beam having set energy corresponding to these four layers is irradiated. The acceleration / extraction control device 110 is set with operating parameters for accelerating the charged particle beam circulating around the synchrotron 62 to set energy corresponding to each of the four layers. In the irradiation control device 120, a dose distribution when a beam of set energy corresponding to each of the four layers is irradiated at a constant intensity and a dose distribution obtained by combining them are registered. L1 to L4 in FIG. 4 are dose distributions corresponding to the four layers, and M represents a dose distribution obtained by combining them. The peak positions of the dose distributions L1 to L4 correspond to the beam positions to be measured by the beam position monitor 3.

照射シーケンスを動作させ、設定された運転パラメータを用いて第１〜第４レイヤのそれぞれに対応する設定エネルギーの荷電粒子ビームを照射したとき、上記（４）の処理では図４のＬ１〜Ｌ４に対応する実際の線量分布を計算するとともに、それらを合成した図４のＭに対応する合成線量分布を計算する。計算した実際の線量分布の全てが図４の治療計画に対する線量分布Ｌ１〜Ｌ４に近似している場合は、それらの合成線量分布も図４の治療計画に対する合成線量分布Ｍに近似するはずであり、この場合は、上記（５）の処理において、計算した合成線量分布はトレランスの範囲内であると判定され、照射される荷電粒子ビームのエネルギーが正常であることが確認される。 When the irradiation sequence is operated and the charged particle beam having the set energy corresponding to each of the first to fourth layers is irradiated using the set operation parameters, the processing of (4) above applies to L1 to L4 in FIG. A corresponding actual dose distribution is calculated, and a combined dose distribution corresponding to M in FIG. If all of the calculated actual dose distributions approximate the dose distributions L1 to L4 for the treatment plan of FIG. 4, those combined dose distributions should also approximate the combined dose distribution M for the treatment plan of FIG. In this case, in the process of (5) above, it is determined that the calculated combined dose distribution is within the tolerance range, and it is confirmed that the energy of the irradiated charged particle beam is normal.

一方、上記（４）の処理において、例えば、第２レイヤに対応する設定エネルギーの荷電粒子ビームを照射した場合の実際の線量分布が図４の点線Ｌ２ａのように登録された線量分布Ｌ２から比較的大きくずれている場合は、合成線量分布は図４の破線Ｍａに示すように登録された合成線量分布Ｍとの差が顕著となる。この場合は、上記（５）の処理において、計算した合成線量分布はトレランスを超えていると判定し、その横方向位置から第２レイヤに対応する荷電粒子ビームのエネルギーが異常であると判定し、上記（６）の処理において、第２レイヤのエネルギー異常の警報を表示装置１４に表示するとともに、その警報を安全系・インターロック（ＩＬ）系に伝送する。 On the other hand, in the process of (4) above, for example, the actual dose distribution when the charged particle beam having the set energy corresponding to the second layer is irradiated is compared with the registered dose distribution L2 as indicated by the dotted line L2a in FIG. In the case of a large deviation, the difference between the combined dose distribution and the registered combined dose distribution M is significant as shown by the broken line Ma in FIG. In this case, in the process of (5) above, it is determined that the calculated combined dose distribution exceeds the tolerance, and it is determined from the lateral position that the energy of the charged particle beam corresponding to the second layer is abnormal. In the process (6), an alarm of the second layer energy abnormality is displayed on the display device 14 and the alarm is transmitted to the safety system / interlock (IL) system.

以上において、ビーム走査装置１の走査電磁石は、照射ノズル装置５４内に配置され、荷電粒子ビームのビーム経路に一定の磁場を発生させ、照射ノズル装置５４内に進入した荷電粒子ビームを偏向させる磁石装置を構成する。ビーム位置モニタ３及び線量モニタ２と、照射制御装置１２０のエネルギー確認モードにおける図３に示す処理機能は、前記磁石装置の下流側において、前記一定の磁場によって偏向された荷電粒子ビームの通過位置を計測し、照射ノズル装置５４内に進入した荷電粒子ビームのエネルギーを確認するエネルギー確認装置を構成する。 In the above, the scanning electromagnet of the beam scanning device 1 is disposed in the irradiation nozzle device 54, generates a constant magnetic field in the beam path of the charged particle beam, and deflects the charged particle beam that has entered the irradiation nozzle device 54. Configure the device. The processing functions shown in FIG. 3 in the energy confirmation mode of the beam position monitor 3 and the dose monitor 2 and the irradiation control device 120 are used to determine the passing position of the charged particle beam deflected by the constant magnetic field on the downstream side of the magnet device. An energy confirmation device that measures and confirms the energy of the charged particle beam that has entered the irradiation nozzle device 54 is configured.

また、照射制御装置１２０の図３に示す処理機能のうち、ステップＳ１１０〜Ｓ１５０の処理は、ビーム位置モニタ３（ビーム位置計測装置）及び線量モニタ２（線量計測装置）の計測結果に基づいて照射ノズル装置５４内に進入した荷電粒子ビームのエネルギーを確認するエネルギー判定装置を構成する。 Of the processing functions shown in FIG. 3 of the irradiation control device 120, the processing in steps S110 to S150 is performed based on the measurement results of the beam position monitor 3 (beam position measuring device) and the dose monitor 2 (dose measuring device). An energy determination device that confirms the energy of the charged particle beam that has entered the nozzle device 54 is configured.

次に、以上のように構成した本実施の形態の作用効果を説明する。 Next, the effect of this Embodiment comprised as mentioned above is demonstrated.

荷電粒子ビームは磁場を通過するとき磁場の作用を受けて偏向する。この偏向量は荷電粒子ビームのエネルギーに依存して変化し、磁場が一定であっても荷電粒子ビームのエネルギーが小さくなれば荷電粒子ビームの偏向量は大きくなる。したがって、ビーム経路に一定の磁場を発生させ、その磁場によって荷電粒子ビームを偏向させることにより、荷電粒子ビームのエネルギーの相違が照射深度方向から横方向（荷電粒子ビームの進行方向に直交する方向）の位置に変換され、その横方向位置を計測することによりエネルギー確認を行うことができる。本発明はこのような知見に基づくものであり、エネルギー確認モードで、走査電磁石に一定の励磁電流を流して一定磁場を発生させ、この一定磁場によって偏向された荷電粒子ビームの通過位置を計測することにより、水ファントム方式によらず荷電粒子ビームのエネルギーを確認することができる。そしてこのように水ファントム方式によらず荷電粒子ビームのエネルギーを確認することにより、治療のための照射前に、セッティングや計測に時間を取られずにビームエネルギーを計測することができ、治療前手順を減らし、治療の時間的な効率を上げることができる。また、シンクロトロン６２（加速器）から出射前の荷電粒子ビームのエネルギーではなく、照射ノズル装置５４から照射対象へと照射される荷電粒子ビームのエネルギーを確認することにより、治療に直接係わる荷電粒子ビームのエネルギーを確認することができる。 When the charged particle beam passes through the magnetic field, it is deflected by the action of the magnetic field. This amount of deflection changes depending on the energy of the charged particle beam. Even if the magnetic field is constant, the amount of deflection of the charged particle beam increases if the energy of the charged particle beam decreases. Therefore, by generating a constant magnetic field in the beam path and deflecting the charged particle beam by the magnetic field, the difference in energy of the charged particle beam is lateral from the irradiation depth direction (direction perpendicular to the traveling direction of the charged particle beam). The energy can be confirmed by measuring the lateral position. The present invention is based on such knowledge. In the energy confirmation mode, a constant excitation current is supplied to the scanning electromagnet to generate a constant magnetic field, and the passing position of the charged particle beam deflected by the constant magnetic field is measured. Thus, the energy of the charged particle beam can be confirmed regardless of the water phantom method. And by checking the energy of the charged particle beam regardless of the water phantom method in this way, it is possible to measure the beam energy without taking time for setting and measurement before irradiation for treatment. And increase the time efficiency of treatment. In addition, the charged particle beam directly related to the treatment is confirmed by confirming the energy of the charged particle beam irradiated from the irradiation nozzle device 54 to the irradiation object, not the energy of the charged particle beam before the emission from the synchrotron 62 (accelerator). The energy of can be confirmed.

また、照射制御装置１２０（エネルギー判定装置）は、荷電粒子ビームのエネルギーの確認を行うに当たって、ビーム位置モニタ３（ビーム位置計測装置）の計測結果だけを用いることもできる。しかし、荷電粒子ビームのエネルギーの相違が比較的小さく、ビーム位置モニタ３で計測したビームの横方向位置が近接している場合は、位置同士の比較だけではエネルギー確認を正確に行うことが困難となる。 Further, the irradiation control device 120 (energy determination device) can use only the measurement result of the beam position monitor 3 (beam position measurement device) when confirming the energy of the charged particle beam. However, when the difference in energy of the charged particle beam is relatively small and the lateral positions of the beams measured by the beam position monitor 3 are close to each other, it is difficult to accurately confirm the energy only by comparing the positions. Become.

本実施の形態では、ビーム位置モニタ３（ビーム位置計測装置）と線量モニタ２（線量計測装置）の両方の計測結果を用いる。また、照射制御装置１２０（エネルギー判定装置）は、荷電粒子ビームの横方向位置に対する線量分布を計算し、この線量分布を予め登録している治療計画に対する線量分布と比較し、それらが許容値の範囲内で一致しているかどうかを判定する。このように線量分布を用いて比較判定を行うことにより、荷電粒子ビームのエネルギーの相違が比較的小さく、ビーム位置計測装置で計測したビームの横方向位置が近接している場合であっても、図４に示すように位置の相違が線量分布の相違として明確に表れるため、計測の分解能が向上し、エネルギー確認を精度良く行うことができる。 In the present embodiment, the measurement results of both the beam position monitor 3 (beam position measuring device) and the dose monitor 2 (dose measuring device) are used. In addition, the irradiation control device 120 (energy determination device) calculates a dose distribution with respect to the lateral position of the charged particle beam, compares the dose distribution with a dose distribution for a pre-registered treatment plan, Determine if they match within the range. By making a comparative determination using the dose distribution in this way, even when the difference in energy of the charged particle beam is relatively small and the lateral position of the beam measured by the beam position measuring device is close, As shown in FIG. 4, since the difference in position clearly appears as the difference in dose distribution, the resolution of measurement is improved, and the energy can be confirmed with high accuracy.

以上のように本実施の形態によれば、荷電粒子ビームのエネルギーの相違を照射深度方向から横方向に変換してエネルギー確認を行うことで、セッティングや計測に時間を取られることなく、ビームエネルギーを計測することができ、治療前手順を減らし、治療の時間的な効率を上げることができる。 As described above, according to the present embodiment, the energy difference is confirmed by converting the energy difference of the charged particle beam from the irradiation depth direction to the horizontal direction, so that the beam energy can be saved without taking time for setting and measurement. Can be measured, the pretreatment procedure can be reduced, and the time efficiency of the treatment can be increased.

また、本実施の形態によれば、シンクロトロン６２（加速器）から出射前の荷電粒子ビームのエネルギーではなく、照射ノズル装置５４から照射対象へと照射される荷電粒子ビームのエネルギーを確認するため、治療に直接係わる荷電粒子ビームのエネルギーを確認することができる。 In addition, according to the present embodiment, not the energy of the charged particle beam before being emitted from the synchrotron 62 (accelerator) but the energy of the charged particle beam irradiated from the irradiation nozzle device 54 to the irradiation target is confirmed. The energy of the charged particle beam directly related to the treatment can be confirmed.

更に、本実施の形態によれば、ビーム位置モニタ３と線量モニタ２の両方の計測結果を用い、荷電粒子ビームの横方向位置に対する線量分布を予め登録している治療計画に対する線量分布と比較して判定するため、計測の分解能が向上し、エネルギー確認を精度良く行うことができる。 Furthermore, according to the present embodiment, the measurement results of both the beam position monitor 3 and the dose monitor 2 are used to compare the dose distribution with respect to the lateral position of the charged particle beam with the dose distribution for a previously registered treatment plan. Therefore, the measurement resolution is improved and the energy can be confirmed with high accuracy.

本発明の第２の実施の形態を図５により説明する。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

本実施の形態において、照射ノズル装置５４Ａは走査式の照射ノズル装置であり、図２の照射ノズル装置５４の構成に加え、ビーム走査装置１の下流側に散乱体装置１３と永久磁石１８を更に備えている。散乱体装置１３は照射ノズル装置５４に進入した荷電粒子ビーム８を散乱させ、ビーム径を拡大するものであり、散乱強度の異なる複数の散乱体を有し、それらの任意の１つをビーム経路に挿入可能である。永久磁石１８は荷電粒子ビーム８に一定磁場を与え、ビームエネルギーを確認するためのものであり、散乱体装置１３の下流側で散乱体装置１３に近接して配置されている。また、永久磁石１８は図示のビーム経路に位置する挿入位置と、ビーム経路から離れた退避位置との間を移動可能である。散乱体装置１３に代えて飛程補償体が配置されていてもよい。 In the present embodiment, the irradiation nozzle device 54A is a scanning type irradiation nozzle device. In addition to the configuration of the irradiation nozzle device 54 in FIG. 2, the scatterer device 13 and the permanent magnet 18 are further provided on the downstream side of the beam scanning device 1. I have. The scatterer device 13 scatters the charged particle beam 8 that has entered the irradiation nozzle device 54 and expands the beam diameter. The scatterer device 13 includes a plurality of scatterers having different scattering intensities, and any one of them is used as a beam path. Can be inserted. The permanent magnet 18 applies a constant magnetic field to the charged particle beam 8 and confirms the beam energy, and is disposed in the vicinity of the scatterer device 13 on the downstream side of the scatterer device 13. Further, the permanent magnet 18 is movable between an insertion position located in the illustrated beam path and a retracted position away from the beam path. A range compensator may be arranged in place of the scatterer device 13.

照射制御装置１２０Ａは、第１の実施の形態の照射制御装置１２０と同様の照射エネルギーの確認モードを有している。この確認モードでは、照射制御装置１２０Ａは、第１の実施の形態における図３のステップＳ１００（上記（１）の処理）において、走査電磁石（ＳＣＭ）に一定の励磁電流を流す代わりに、永久磁石１８を退避位置から図示の挿入位置に移動し、ビーム経路に挿入する。確認モードにおけるそれ以外の処理は図３に示した第１の実施の形態のものと実質的に同じである。 The irradiation control device 120A has the same irradiation energy confirmation mode as the irradiation control device 120 of the first embodiment. In this confirmation mode, the irradiation control device 120A uses a permanent magnet instead of flowing a constant excitation current to the scanning magnet (SCM) in step S100 of FIG. 3 in the first embodiment (the processing of (1) above). 18 is moved from the retracted position to the illustrated insertion position and inserted into the beam path. The other processes in the confirmation mode are substantially the same as those in the first embodiment shown in FIG.

荷電粒子ビーム８は図５の上側より非励磁状態にあるビーム走査装置１を通過して散乱体装置１３の散乱体（または飛程補償体）へ進入し、エネルギーを損失する（飛程が調整される）。その後、永久磁石１８へ進入し、偏向される。偏向された荷電粒子ビーム８は線量モニタ２及びビーム位置モニタ３を通過し、その際に発生する線量計測信号６及びビーム位置計測信号７が照射制御装置１２０Ａへ送信される。照射制御装置１２０Ａは、線量計測信号６及びビーム位置計測信号７に基づいて、第１の実施の形態における図３のステップＳ１１０〜１９０（上記（２）〜（９）の処理）と同様の処理を行い、荷電粒子ビーム８のエネルギーを確認するとともに、間違ったエネルギーの場合は表示装置１４に異常の警報を表示する。 The charged particle beam 8 passes through the beam scanning device 1 in the non-excited state from the upper side of FIG. 5 and enters the scatterer (or range compensator) of the scatterer unit 13 to lose energy (range is adjusted). ) Then, it enters into the permanent magnet 18 and is deflected. The deflected charged particle beam 8 passes through the dose monitor 2 and the beam position monitor 3, and the dose measurement signal 6 and the beam position measurement signal 7 generated at that time are transmitted to the irradiation control device 120A. 120 A of irradiation control apparatuses are the same processes as step S110-190 (process of said (2)-(9)) of FIG. 3 in 1st Embodiment based on the dose measurement signal 6 and the beam position measurement signal 7. FIG. The energy of the charged particle beam 8 is confirmed, and an abnormal alarm is displayed on the display device 14 when the energy is incorrect.

本実施の形態によれば、走査式の照射ノズル装置５４Ａが、走査電磁石を備えたビーム走査装置１の下流側にエネルギー吸収体である散乱体装置１３を有する場合でも、第１の実施の形態と同様、水ファントム方式によらず荷電粒子ビームのエネルギーを確認することができ、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。 According to the present embodiment, even when the scanning irradiation nozzle device 54A has the scatterer device 13 that is an energy absorber on the downstream side of the beam scanning device 1 provided with the scanning electromagnet, the first embodiment. Similarly to the above, the energy of the charged particle beam can be confirmed regardless of the water phantom method, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.

本発明の第３の実施の形態を図６により説明する。 A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

本実施の形態において、照射ノズル装置５４Ｂは二重散乱体方式とＲＭＷ（Range Modulation Wheel）照射方式とを組み合わせたパッシブ型の照射ノズル装置であり、第一散乱体を兼ねた回転式の飛程補償体（ＲＭＷ）１９、第二散乱体２０、飛程調整器２１、永久磁石１８、線量モニタ２、ビーム位置モニタ３を有している。回転式の飛程補償体（ＲＭＷ）１９については、例えば特許文献３（特開２００６−２３９４０４号公報）に詳しい。 In the present embodiment, the irradiation nozzle device 54B is a passive irradiation nozzle device that combines a double scatterer method and an RMW (Range Modulation Wheel) irradiation method, and a rotary range that also serves as a first scatterer. A compensator (RMW) 19, a second scatterer 20, a range adjuster 21, a permanent magnet 18, a dose monitor 2, and a beam position monitor 3 are included. The rotary range compensator (RMW) 19 is detailed in, for example, Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-239404).

照射制御装置１２０Ｂも、第１の実施の形態の照射制御装置１２０と同様の照射エネルギーの確認モードを有している。ただし、エネルギー確認モードでは、第１の実施の形態における図３のステップＳ１００（上記（１）の処理）において、走査電磁石（ＳＣＭ）に一定の励磁電流を流す代わりに、永久磁石１８を退避位置から図示の挿入位置に移動し、ビーム経路に挿入する。また、照射ノズル装置５４Ｂはパッシブ型であるので、第１の実施の形態における図３のステップＳ１７０及びＳ１８０でのレイヤの変更に関する処理（上記（７）の処理）は行わない。 The irradiation control device 120B also has the same irradiation energy confirmation mode as the irradiation control device 120 of the first embodiment. However, in the energy confirmation mode, in step S100 of FIG. 3 in the first embodiment (the processing of (1) above), the permanent magnet 18 is moved to the retracted position instead of flowing a constant excitation current to the scanning electromagnet (SCM). To the insertion position shown in the figure, and inserted into the beam path. Further, since the irradiation nozzle device 54B is a passive type, the process related to the layer change (the process (7) above) in steps S170 and S180 in FIG. 3 in the first embodiment is not performed.

荷電粒子ビーム８は図６の上側より回転飛程補償体１９へ進入し、患者の患部の厚みに合わせて深さ方向にブラックピークが拡大されるようエネルギー分布を調整する。次に、第二散乱体装置２０を通過し、横方向の照射野が形成される。さらに、飛程調整器２１を通過し、飛程が微調される。その後、永久磁石１８へ進入し、偏向される。偏向された荷電粒子ビーム８は線量モニタ２及びビーム位置モニタ３を通過し、その際に発生する線量計測信号６及びビーム位置計測信号７が照射制御装置１２０へ送信される。照射制御装置１２０Ｂは、る線量計測信号６及びビーム位置計測信号７に基づいて、第１の実施の形態における図３のステップＳ１１０〜１５０、Ｓ１９０（上記（２）〜（６）、（９）の処理）と同様の処理を行い、荷電粒子ビーム８のエネルギーを確認するとともに、間違ったエネルギーの場合は表示装置１４に異常の警報を表示する。 The charged particle beam 8 enters the rotational range compensator 19 from the upper side of FIG. 6 and adjusts the energy distribution so that the black peak is expanded in the depth direction according to the thickness of the affected part of the patient. Next, it passes through the second scatterer device 20 to form a lateral irradiation field. Further, the range is finely adjusted by passing through the range adjuster 21. Then, it enters into the permanent magnet 18 and is deflected. The deflected charged particle beam 8 passes through the dose monitor 2 and the beam position monitor 3, and the dose measurement signal 6 and the beam position measurement signal 7 generated at that time are transmitted to the irradiation control device 120. The irradiation control device 120B performs steps S110 to S150 and S190 in FIG. 3 in the first embodiment based on the dose measurement signal 6 and the beam position measurement signal 7 (above (2) to (6) and (9)). The processing similar to the above processing) is performed, the energy of the charged particle beam 8 is confirmed, and if the energy is incorrect, an abnormality alarm is displayed on the display device 14.

本実施の形態によれば、照射ノズル装置５４Ｂが複数のエネルギー吸収体を内蔵するパッシブ型である場合でも、第１の実施の形態と同様、水ファントム方式によらず荷電粒子ビームのエネルギーを確認することができ、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。 According to the present embodiment, even when the irradiation nozzle device 54B is a passive type incorporating a plurality of energy absorbers, as in the first embodiment, the energy of the charged particle beam is confirmed regardless of the water phantom method. The same effects as those of the first embodiment can be obtained.

その他の実施の形態について説明する。 Other embodiments will be described.

１．上記実施の形態では、ビーム位置モニタ３と線量モニタ２の両方の計測結果を用い、荷電粒子ビームの横方向位置に対する線量分布を予め登録している各エネルギーに対する線量分布と比較してエネルギー確認を行ったが、図６に示すように、ビーム位置モニタ３の計測情報だけを用いてエネルギー確認を行ってもよい。この場合でも、セッティングや計測に時間を取られずにビームエネルギーを計測することができるなど、本発明の基本的効果を得ることができる。 1. In the above embodiment, the energy check is performed by using the measurement results of both the beam position monitor 3 and the dose monitor 2 and comparing the dose distribution with respect to the lateral position of the charged particle beam with the dose distribution for each energy registered in advance. However, as shown in FIG. 6, energy confirmation may be performed using only the measurement information of the beam position monitor 3. Even in this case, the basic effects of the present invention can be obtained, for example, the beam energy can be measured without taking time for setting and measurement.

２．上記実施の形態では、荷電粒子ビームの経過位置を計測するのにビーム位置モニタを用いたが、図７に示すように、ビーム位置モニタに代え、ビーム強度に依存して感光する計測用フィルム２５を用いてもよい。この場合は、計測用フィルム２５に感光した画像を登録した各エネルギーに基づく基準画像とを比較、判定することでエネルギー確認を行うことができる。また、その比較判定は目視によって行ってもよいが、好ましくは、感光したフィルム画像をスキャナー等で電子データ化し、その電子データを表示装置１４に取り込み、判定ソフトを用いて行ってもよい。このような実施の形態でも、水ファントム方式に比べ、セッティングや計測に時間を取られずにビームエネルギーを計測することができるなど、本発明の基本的効果を得ることができる。また、この場合は、照射制御装置１２０に特別なエネルギー確認プログラムを組み込む必要がなくなり、本発明を容易に実施することができる。 2. In the above embodiment, the beam position monitor is used to measure the elapsed position of the charged particle beam. However, as shown in FIG. 7, instead of the beam position monitor, the measurement film 25 that is sensitive depending on the beam intensity. May be used. In this case, energy confirmation can be performed by comparing and determining a reference image based on each energy in which an image exposed to the measurement film 25 is registered. The comparison and determination may be made by visual observation. Preferably, the exposed film image may be converted into electronic data with a scanner or the like, and the electronic data may be taken into the display device 14 and used with determination software. Even in such an embodiment, the basic effects of the present invention can be obtained, for example, beam energy can be measured without taking time for setting and measurement as compared with the water phantom method. In this case, it is not necessary to incorporate a special energy confirmation program into the irradiation control device 120, and the present invention can be easily implemented.

本発明の第１の実施の形態における粒子線治療システムの全体構成を示す図である。It is a figure showing the whole particle beam therapy system composition in a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施の形態における照射ノズル装置の内部構成とその制御系である照射制御装置を示す図である。It is a figure which shows the irradiation control apparatus which is the internal structure of the irradiation nozzle apparatus in the 1st Embodiment of this invention, and its control system. 本発明の第１の実施の形態における照射制御盤のエネルギー確認モードの処理機能を示すフローチャートである。本発明の実施例であるエネルギー確認システムを備えた荷電粒子輸送システムの説明図を示す。It is a flowchart which shows the processing function of the energy confirmation mode of the irradiation control board in the 1st Embodiment of this invention. The explanatory view of the charged particle transportation system provided with the energy check system which is an example of the present invention is shown. 予め登録している各エネルギーに対する線量分布と計測したビーム位置及び線量に基づき計算して得た実際の線量分布を示す図である。It is a figure which shows the actual dose distribution obtained by calculating based on the dose distribution with respect to each energy registered beforehand, and the measured beam position and dose. 本発明の第２の実施の形態における照射ノズル装置の内部構成とその制御系である照射制御システムを示す図である。It is a figure which shows the irradiation control system which is an internal structure of the irradiation nozzle apparatus in the 2nd Embodiment of this invention, and its control system. 本発明の第３の実施の形態における照射ノズル装置の内部構成とその制御系である照射制御システムを示す図である。It is a figure which shows the irradiation control system which is an internal structure of the irradiation nozzle apparatus in the 3rd Embodiment of this invention, and its control system. 本発明の第４の実施の形態における照射ノズル装置の内部構成とその制御系である照射制御システムを示す図である。It is a figure which shows the irradiation control system which is an internal structure of the irradiation nozzle apparatus in the 4th Embodiment of this invention, and its control system. 本発明の第５の実施の形態における照射ノズル装置の内部構成とその制御系である照射制御システムを示す図である。It is a figure which shows the irradiation control system which is an internal structure of the irradiation nozzle apparatus in the 5th Embodiment of this invention, and its control system.

Explanation of symbols

１荷電粒子ビーム走査装置
２線量モニタ
３ビーム位置モニタ
６線量計測信号
７ビーム位置計測信号
８荷電粒子ビーム
１２ビームダンパ
１３散乱体装置（又は飛程補償体）
１４表示装置
１５エネルギー警報信号
１８永久磁石
１９回転飛程補償体
２０第二散乱体
２１飛程調整器
２５計測用感光フィルム
５１荷電粒子ビーム発生装置
５２ビーム輸送系
５３回転式照射装置
５４照射ノズル装置
６１前段加速器
６２シンクロトロン
６２ａ加速空洞
６２ｂ高周波印加電極
６３出射用デフレクタ
６４治療台（ベッド）
６５患者
６６スノート
１００中央制御装置
１１０加速・出射制御装置
１２０照射制御装置
１３０治療計画装置
１４０高周波供給装置
１５０パソコン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Charged particle beam scanning device 2 Dose monitor 3 Beam position monitor 6 Dose measurement signal 7 Beam position measurement signal 8 Charged particle beam 12 Beam damper 13 Scatter body apparatus (or range compensator)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 Display apparatus 15 Energy warning signal 18 Permanent magnet 19 Rotation range compensator 20 Second scatterer 21 Range adjuster 25 Photosensitive film for measurement 51 Charged particle beam generator 52 Beam transport system 53 Rotary irradiation apparatus 54 Irradiation nozzle apparatus 61 Pre-stage accelerator 62 Synchrotron 62a Acceleration cavity 62b High-frequency applied electrode 63 Deflector for extraction 64 Treatment table (bed)
65 Patient 66 Snow Note 100 Central Control Device 110 Acceleration / Extraction Control Device 120 Irradiation Control Device 130 Treatment Planning Device 140 High Frequency Supply Device 150 Personal Computer

Claims

In a particle beam therapy system comprising a charged particle beam generator and an irradiation nozzle device for irradiating an irradiation target with a charged particle beam emitted from the charged particle beam generator,
A magnet device that is disposed in the irradiation nozzle device, generates a predetermined magnetic field in a beam path of the charged particle beam, and deflects the charged particle beam that has entered the irradiation nozzle device;
An energy confirmation device for measuring a passing position of the charged particle beam deflected by the predetermined magnetic field on the downstream side of the magnet device and confirming energy of the charged particle beam entering the irradiation nozzle device ;
The energy confirmation device includes:
A beam position measuring device that is disposed on the downstream side of the magnet device in the irradiation nozzle device and measures a passing position of a charged particle beam deflected by the predetermined magnetic field;
A dose measuring device that is arranged on the downstream side of the magnet device in the irradiation nozzle device and measures the dose of the charged particle beam deflected by the predetermined magnetic field;
An energy determination device that confirms the energy of the charged particle beam that has entered the irradiation nozzle device based on the measurement results of the beam position measurement device and the dose measurement device;
The energy determination device calculates a dose distribution with respect to a beam lateral direction position of the charged particle beam based on the measurement results of the beam position measurement device and the dose measurement device, and has already been calculated with the currently calculated dose distribution. Calculate the dose distribution by combining the dose distributions at different energies, and compare this combined dose distribution with the similarly synthesized dose distribution for each energy registered in advance based on the energy data from the treatment plan. A particle beam therapy system for determining whether or not they match within a tolerance range .

The particle beam therapy system according to claim 1 , wherein
The energy determination device outputs an energy abnormality alarm when the energy determination result is an energy abnormality.

The particle beam therapy system according to claim 1 or 2 ,
The particle beam therapy system, wherein the energy confirmation device further includes a display device that displays a determination result of the energy determination device.

The particle beam therapy system according to claim 1 , wherein
The irradiation nozzle device has a beam scanning device including a plurality of scanning electromagnets,
The magnet device also serves as at least a part of the plurality of scanning electromagnets,
The particle beam therapy system, wherein the energy confirmation device causes a predetermined excitation current to flow through at least a part of the scanning electromagnet when determining the energy of the charged particle beam.

In a charged particle beam energy confirmation method in a particle beam therapy system comprising a charged particle beam generator and an irradiation nozzle device that irradiates an irradiation target with a charged particle beam emitted from the charged particle beam generator.
A first procedure for generating a predetermined magnetic field in a beam path of the charged particle beam in the irradiation nozzle device and deflecting the charged particle beam entering the irradiation nozzle device;
Measuring the passing position of the charged particle beam deflected by the predetermined magnetic field, and confirming the energy of the charged particle beam entering the irradiation nozzle device,
The second procedure includes
A third procedure for measuring a passing position of the charged particle beam deflected by the predetermined magnetic field on the downstream side of the predetermined magnetic field in the irradiation nozzle device;
A fourth procedure for measuring a dose of the charged particle beam deflected by the predetermined magnetic field downstream of the predetermined magnetic field in the irradiation nozzle device;
A fifth procedure for confirming the energy of the charged particle beam that has entered the irradiation nozzle device based on the measurement results of the third procedure and the fourth procedure ,
The fifth procedure calculates a dose distribution with respect to the beam lateral position of the charged particle beam based on the measurement results of the third procedure and the fourth procedure, and is different from the dose distribution calculated this time. Calculate the combined dose distribution of energy, compare this combined dose distribution with the similarly combined dose distribution for each energy registered in advance based on the energy data coming from the treatment plan, and A method for confirming the energy of a charged particle beam, characterized in that it is determined whether or not the values coincide within a tolerance range .