JP5222566B2 - Laminated body irradiation system and particle beam therapy system using the same - Google Patents

Laminated body irradiation system and particle beam therapy system using the same Download PDF

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Description

本発明は、癌や悪性腫瘍等の治療のために炭素、ネオン等の粒子線を疾患部分に三次元的に照射する積層原体照射システム、およびこれを用いた粒子線治療装置に関する。   The present invention relates to a stacked body irradiation system for three-dimensionally irradiating a diseased part with a particle beam of carbon, neon or the like for treatment of cancer, malignant tumor, and the like, and a particle beam therapy apparatus using the same.

癌や悪性腫瘍等の治療のために、患部に適切な線量の粒子線を照射するには、粒子線の照射領域を三次元的に存在する患部の形状に一致させる、いわゆる積層原体照射を行って原体性を高める必要がある。そのためには、多葉コリメータの形状(リーフ位置)が適切に設定されていることに加えて、患部全体に均一な線量が投与されるように、水平方向(照射野の面上)の照射線量、および垂直方向(深さ方向)の照射線量の空間分布をいずれもできるだけ均一化することが重要である。   In order to irradiate the affected area with an appropriate dose of particle beam for the treatment of cancer, malignant tumors, etc., so-called multilayered body irradiation is performed to match the irradiation area of the particle beam with the shape of the affected area existing three-dimensionally. It is necessary to go and improve the originality. To that end, the multi-leaf collimator shape (leaf position) is set appropriately, and the irradiation dose in the horizontal direction (on the surface of the irradiation field) so that a uniform dose is administered to the entire affected area. It is important to make the spatial distribution of the irradiation dose in the vertical direction (depth direction) as uniform as possible.

ここで、患部に照射される平面的な照射野の線量分布を均一にする方法として、ワブリング法がある(例えば、特許文献1〜4参照)。このワブリング法は、一対のワブラ電磁石の磁場の方向が互いに直交するように配列し、それぞれのワブラ電磁石に対して同じ周期で、かつ位相が90度異なる電流を流して当該ワブラ電磁石を励磁する。これにより、加速器を出射した粒子線は、ワブラ電磁石の磁場によって進行方向に対し垂直な面内で直交する方向に旋回偏向される。その結果、図16に示すように、粒子線は一定周期Twごとに円形の周回軌道Sを描くようになる(以下、1周分の周回軌道Sを描くのに要する時間をワブラ周期Twと称する)。このとき、粒子線の照射経路の途中に設けた散乱体によって散乱される散乱角と周回軌道Sの半径Rを最適に設定すると、図17に示すように、周回軌道S上の互いに対向する2つの粒子線分布P1,P2が重畳するため、周回中心Oを含む平面内で径方向の線量分布P0は平坦な分布となる。したがって、粒子線を周回軌道S上に沿って照射して一周分の真円を描けば、照射野の面上の線量分布が均一になる。   Here, there is a wobbling method as a method for making the dose distribution of the planar irradiation field irradiated to the affected area uniform (see, for example, Patent Documents 1 to 4). In this wobbling method, the direction of the magnetic field of a pair of wobbler electromagnets is arranged so as to be orthogonal to each other, and the wobbler electromagnets are excited by flowing currents having the same period and 90 degrees in phase to each wobbler electromagnet. Thereby, the particle beam emitted from the accelerator is swirled and deflected in a direction perpendicular to the traveling direction by the magnetic field of the wobbler electromagnet. As a result, as shown in FIG. 16, the particle beam draws a circular orbit S at a constant period Tw (hereinafter, the time required to draw one orbit of the orbit S is referred to as a wobbler period Tw). ). At this time, when the scattering angle scattered by the scatterer provided in the middle of the irradiation path of the particle beam and the radius R of the circular orbit S are set optimally, as shown in FIG. Since the two particle beam distributions P1 and P2 overlap, the radial dose distribution P0 is flat within a plane including the orbiting center O. Therefore, if the particle beam is irradiated along the circular orbit S and a perfect circle for one round is drawn, the dose distribution on the surface of the irradiation field becomes uniform.

一方、垂直方向(深さ方向)の線量分布を均一化するには、従来、図18に示すように、患部の深さ方向の大きさLに対応して、深さ方向の各層ごとに粒子線の照射エネルギをレンジシフタにより変更して深さ方向に沿って拡張ブラグピークD1,D2,…を移動させつつ、患部の深層位置で照射線量を多くし、深さが浅くなるのに従って照射線量が次第に少なくなるようにする。すなわち、患部の深さ方向に沿って拡張ブラグピークD1,D2,…を移動させつつ、照射する階層に応じて照射線量を調整することで、各層ごとの拡張ブラグピークD1,D2,…積算した全体の線量分布Dtが患部の深さ方向の大きさLに対応して平坦になる。   On the other hand, in order to make the dose distribution in the vertical direction (depth direction) uniform, conventionally, as shown in FIG. 18, the particles in each layer in the depth direction correspond to the size L in the depth direction of the affected part. While changing the irradiation energy of the line by the range shifter and moving the extended Bragg peaks D1, D2,... Along the depth direction, the irradiation dose is increased at the deep position of the affected area, and the irradiation dose gradually increases as the depth becomes shallower. Try to reduce it. That is, the extended Bragg peaks D1, D2,... Are moved along the depth direction of the affected part, and the irradiation dose is adjusted according to the level of irradiation, so that the extended Bragg peaks D1, D2,. The dose distribution Dt becomes flat corresponding to the size L in the depth direction of the affected area.

この場合、深層の位置で粒子線の照射線量が多いということは、各層における粒子線強度が同じであれば、粒子線の照射時間が長いことに比例するから、患部の深層では粒子線の周回数(以下、ワブラ周回数という)が多くなっていることになる。換言すれば、照射する階層が進む(照射領域が浅くなる)のに従って一層あたりのワブラ周回数が少なくなる。   In this case, a large particle beam irradiation dose at the deep layer position is proportional to the long particle beam irradiation time if the particle beam intensity in each layer is the same. The number of times (hereinafter referred to as the number of times around the wobbler) is increased. In other words, the number of times of wobbler per layer decreases as the level of irradiation progresses (the irradiation region becomes shallower).

特開2006−288875号公報JP 2006-288875 A 特開2001−326098号公報JP 2001-326098 A 特開2000−331799号公報JP 2000-331799 A 特開2005−103255号公報JP-A-2005-103255

ところで、上記の各特許文献1〜4に記載されるような従来の積層原体照射では、シンクロトロン等の加速器からの粒子線の出射および停止のタイミング、すなわち粒子線の照射期間は、ワブラ周期Twとは無関係であった。すなわち、図19に示すように、一対のワブラ電磁石の励磁信号に関しては、互いに位相が90度異なるように一定の関係を持たせているが、そのワブラ周期Twは所定の照射線量を得るために時分割された粒子線の照射期間Tbと無関係に設定されている。   By the way, in the conventional lamination original body irradiation as described in each of the above Patent Documents 1 to 4, the timing of the emission and stop of the particle beam from the accelerator such as the synchrotron, that is, the irradiation period of the particle beam is a wobbler cycle. It was unrelated to Tw. That is, as shown in FIG. 19, the excitation signals of a pair of wobbler electromagnets have a fixed relationship such that their phases are different from each other by 90 degrees, but the wobbler period Tw is used to obtain a predetermined irradiation dose. It is set regardless of the irradiation period Tb of the time-divided particle beam.

一方、積層原体照射法では、各層ごとに予め設定された照射線量に達すると粒子線照射が終了される。このとき、上記のようにワブラ周期Twが粒子線の照射期間Tbと無関係に設定されていると、粒子線が周回軌道を一周する前に加速器からの粒子線の出射が停止し、周回軌道上の一部に粒子線が照射されない未照射領域が発生する。   On the other hand, in the layered product irradiation method, the particle beam irradiation is terminated when the irradiation dose set in advance for each layer is reached. At this time, if the wobbler period Tw is set regardless of the particle beam irradiation period Tb as described above, the emission of the particle beam from the accelerator stops before the particle beam goes around the orbit, and the An unirradiated region where no particle beam is irradiated is generated on a part of the surface.

特に、積層原体照射においては、前述のように、照射する階層が進む(照射領域が浅くなる)のに従って一層あたりのワブラ周回数が漸次少なくなって行くので、周回軌道の途中で粒子線の照射が停止された場合には、粒子線照射が欠落した部分が何層か重なる箇所ができてしまい、深さ方向の線量分布が著しく不均一になってしまう。   In particular, in the multilayer body irradiation, as described above, the number of wobbler per layer gradually decreases as the irradiation layer progresses (the irradiation region becomes shallower), so that the particle beam is in the middle of the circular orbit. When the irradiation is stopped, a portion where several portions where the particle beam irradiation is lost overlaps, and the dose distribution in the depth direction becomes extremely non-uniform.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、積層原体照射において、加速器からの粒子線出射停止のタイミングの如何にかかわらず、いずれの階層においても、照射欠落領域の発生回数を1回に抑えるまたは照射欠落領域を生じないようにして、照射線量分布を従来よりもさらに均一化することが可能な積層原体照射システム、およびこれを用いた粒子線治療装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and in the irradiation of the layered product, the number of occurrences of the irradiation deficient region in any layer regardless of the timing of stopping the particle beam emission from the accelerator. To provide a layered body irradiation system capable of making irradiation dose distribution even more uniform than in the past, and a particle beam therapy apparatus using the same With the goal.

上記の目的を達成するために、本発明にあっては、イオン源から発生された粒子線を加速する加速器と、この加速器で加速された粒子線を被照射体に向けて照射する照射ヘッドと、上記イオン源、加速器、および照射ヘッドを制御して積層原体照射を行う照射制御器とを備え、上記照射ヘッドは粒子線の偏向走査用のワブラ電磁石を有し、上記照射制御器は、上記ワブラ電磁石を励磁制御して粒子線を偏向走査するシステムにおいて、次の構成を採用している。 In order to achieve the above object, in the present invention, an accelerator for accelerating a particle beam generated from an ion source, and an irradiation head for irradiating an irradiated body with the particle beam accelerated by the accelerator, The ion source, the accelerator, and an irradiation controller that controls the irradiation head to perform the irradiation of the layered original body, the irradiation head includes a wobbler electromagnet for deflection scanning of the particle beam, and the irradiation controller includes: The following configuration is adopted in a system that deflects and scans particle beams by controlling excitation of the wobbler electromagnet.

すなわち、本発明において、上記照射制御器は、粒子線が始点から始まって始点に戻るような一筆書の周回軌道を描くように上記ワブラ電磁石を励磁制御するとともに、照射する前に上記加速器から出力される粒子線の照射期間が、粒子線が上記周回軌道を一周するのに要するワブラ周期の整数倍になるように積層原体照射の各層毎に設定するものであることを特徴としている。 That is, in the present invention, the irradiation controller controls the excitation of the Wabler electromagnet so as to draw a circular trajectory of a one-stroke writing so that the particle beam starts from the starting point and returns to the starting point, and outputs from the accelerator before irradiation. The total irradiation period of the particle beam is set for each layer of the layered body irradiation so that the particle beam becomes an integral multiple of the wobbler period required for the particle beam to go around the orbit.

本発明によれば、積層原体照射を行う際、粒子線が始点から始まって始点に戻るような一筆書の周回軌道を描くとともに、照射する前に上記加速器から出力される粒子線の照射期間が、粒子線が上記周回軌道を一周するのに要するワブラ周期の整数倍になるように積層原体照射の各層毎に設定されるので、各層の最終の周回軌道上で照射欠落部分が発生するのを確実に回避することができる。つまり、粒子線の出射開始/停止のタイミングの如何にかかわず、各層において常に照射欠落領域を生じない線量分布が均一化された積層原体照射を実現することができる。また、加速器の出射ビームはパルス状ビームである場合、各層の最終の周回軌道を除き、照射した各パルスビームの照射期間において、照射欠落領域を生じない線量分布が得られる。 According to the present invention, when performing layered body irradiation, the particle beam starts from the starting point and draws a circular trajectory of a single stroke so that it returns to the starting point, and the total irradiation of the particle beam output from the accelerator before irradiation The period is set for each layer of the layered body irradiation so that the particle beam is an integral multiple of the wobbler period required for the particle beam to make one round of the orbit, so there is a lack of irradiation on the final orbit of each layer. This can be avoided reliably. That is, regardless of the timing of starting / stopping the particle beam emission, it is possible to realize the layered body irradiation in which the dose distribution that does not always cause the irradiation deficient region in each layer is made uniform. Further, when the output beam of the accelerator is a pulsed beam, a dose distribution that does not cause an irradiation deficient region is obtained in the irradiation period of each irradiated pulse beam except for the final orbit of each layer.

したがって、この積層原体照射システムを粒子線治療装置に適用すれば、粒子線の照射制御が簡単になるとともに、誤照射の可能性を軽減することができ、精度の高い粒子線治療を行うことが可能となる。   Therefore, if this multi-layered body irradiation system is applied to a particle beam therapy system, the particle beam irradiation control becomes simple, the possibility of erroneous irradiation can be reduced, and highly accurate particle beam therapy is performed. Is possible.

実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1における積層原体照射システムを適用した粒子線治療装置の全体構成を示すブロック図、図2は同装置の粒子線を被照射体に向けて照射する照射ヘッドおよび粒子線の照射制御を行う照射制御手段の主要部を示すブロック図である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a particle beam therapy system to which the layered body irradiation system according to Embodiment 1 of the present invention is applied, and FIG. 2 is an irradiation head that irradiates the irradiated body with the particle beam of the apparatus. It is a block diagram which shows the principal part of the irradiation control means which performs irradiation control of particle beam.

この実施の形態1の粒子線治療装置は、粒子線を発生させるイオン源1、このイオン源1から発生された粒子線を加速する主加速器としてのシンクロトロン加速器2a、シンクロトロン加速器2aで加速された粒子線を患者3の被照射体となる患部3aに向けて照射する照射ヘッド4、および粒子線の照射制御を行う照射制御手段5を主体に構成されている。   The particle beam therapy system according to Embodiment 1 is accelerated by an ion source 1 for generating a particle beam, a synchrotron accelerator 2a as a main accelerator for accelerating the particle beam generated from the ion source 1, and a synchrotron accelerator 2a. The irradiation head 4 that irradiates the affected particle beam toward the affected part 3a, which is an irradiation body of the patient 3, and the irradiation control means 5 that controls the irradiation of the particle beam are mainly configured.

そして、イオン源1とシンクロトロン加速器2aとの間にはイオン源1で発生された粒子線をシンクロトロン加速器2aに導入される前に予備加速する前段加速器6が、また、シンクロトロン加速器2aと照射ヘッド4との間にはシンクロトロン加速器2aから照射ヘッド4に粒子線を導くためのビーム輸送系7が、それぞれ設けられている。   Between the ion source 1 and the synchrotron accelerator 2a, a pre-accelerator 6 that preliminarily accelerates the particle beam generated by the ion source 1 before being introduced into the synchrotron accelerator 2a, and the synchrotron accelerator 2a Between the irradiation head 4, a beam transport system 7 for guiding the particle beam from the synchrotron accelerator 2 a to the irradiation head 4 is provided.

シンクロトロン加速器2aは、後述の加速器系制御部8の制御によりビーム輸送系7に導くゲートをオン/オフすることにより、粒子線をワブラ周期Twよりも長いパルス幅(ビームスピル長)Tbでもって出射するようになっている。   The synchrotron accelerator 2a emits a particle beam with a pulse width (beam spill length) Tb longer than the wobbler period Tw by turning on / off a gate that leads to the beam transport system 7 under the control of an accelerator system controller 8 described later. It is supposed to be.

一方、照射ヘッド4は、ビーム輸送系7で輸送された粒子線を患者に向かうように偏向させる偏向電磁石41、粒子線を偏向走査するための一対のワブラ電磁石42a,42b、粒子線が所定の発散角をもつように散乱させる散乱体43、粒子線のエネルギ幅を拡張するためのリッジフィルタ44、患部3aの深さ位置に応じて粒子線の照射エネルギを変更するためのレンジシフタ45、粒子線の照射線量をモニタする線量モニタ46、患部3aの寸法に応じて粒子線の照射野を規定するための多葉コリメータ47、患部3aの照射野をさらに規制するエッジ強調用の患者コリメータ48が粒子線軌道に沿って順次配置されて構成されている。   On the other hand, the irradiation head 4 includes a deflection electromagnet 41 for deflecting the particle beam transported by the beam transport system 7 toward the patient, a pair of wobbler electromagnets 42a and 42b for deflecting and scanning the particle beam, and a particle beam having a predetermined particle beam. Scattering body 43 that scatters to have a divergence angle, ridge filter 44 for expanding the energy width of the particle beam, range shifter 45 for changing the irradiation energy of the particle beam according to the depth position of the affected part 3a, particle beam A dose monitor 46 for monitoring the irradiation dose of the patient, a multi-leaf collimator 47 for defining the irradiation field of the particle beam according to the size of the affected part 3a, and a patient collimator 48 for edge enhancement that further regulates the irradiation field of the affected part 3a They are arranged sequentially along the line trajectory.

この場合、上記の一対のワブラ電磁石42a,42bは、粒子線軌道と直交する面内で互いに磁場が直交するように配置されている。また、多葉コリメータ47は、図3に示すように、患部3aの形状に合致するようにリーフ47aが設定され、これによって粒子線の平面的な照射野Aが規定される。   In this case, the pair of wobbler electromagnets 42a and 42b are arranged so that the magnetic fields are orthogonal to each other in a plane orthogonal to the particle beam orbit. In the multileaf collimator 47, as shown in FIG. 3, the leaf 47a is set so as to match the shape of the affected part 3a, and thereby the planar irradiation field A of the particle beam is defined.

照射制御手段5は、例えば制御用のコンピュータからなるもので、イオン源1、前段加速器6、シンクロトロン加速器2a、ビーム輸送系7の各動作を制御する加速器系制御部8、照射ヘッド4を制御する照射ヘッド制御部9、および両制御部8,9を全体的に協調制御する照射系コントローラ10からなる。   The irradiation control means 5 comprises a control computer, for example, and controls the accelerator system control unit 8 and the irradiation head 4 for controlling the operations of the ion source 1, the pre-stage accelerator 6, the synchrotron accelerator 2 a, and the beam transport system 7. The irradiation head controller 9 and the irradiation system controller 10 that controls both the controllers 8 and 9 in a coordinated manner as a whole.

そして、照射ヘッド制御部9は、各ワブラ電磁石42a,42bに対して個別に設けられたワブラ電源91a,91bを制御することにより各ワブラ電磁石42a,42bを励磁制御して粒子線を偏向走査するワブラ電源制御部92と、患部の深さ方向の寸法に応じて粒子線の照射エネルギが変更されるようにレンジシフタ45を制御するレンジシフタ制御部93とを有している。また、線量モニタ46による照射線量のモニタ値は照射系コントローラ10に取り込まれるようになっている。   Then, the irradiation head controller 9 controls the wobbler electromagnets 42a and 42b by individually controlling the wobbler electromagnets 42a and 42b, thereby deflecting and scanning the particle beam. It has a wobbler power supply control unit 92 and a range shifter control unit 93 that controls the range shifter 45 so that the irradiation energy of the particle beam is changed according to the dimension of the affected part in the depth direction. Further, the irradiation dose monitor value by the dose monitor 46 is taken into the irradiation system controller 10.

次に、上記構成を備えた粒子線治療装置において、粒子線を積層原体照射する場合の制御動作について説明する。   Next, the control operation in the case of irradiating the particle body with the particle beam in the particle beam therapy system having the above configuration will be described.

照射系コントローラ10に対して、予め粒子線のパルス幅、パルス高さ、各層ごとのパルス数(照射線量)、ビームスピル長Tb、ワブラ周期Twなどの積層原体照射に必要な粒子線特性に関する情報を入力設定する。照射系コントローラ10は、これらの入力情報の内、加速器系の制御に関する情報は加速器系制御部8に、照射ヘッド4の制御に関する情報は照射ヘッド制御部9にそれぞれ送出する。   Information related to the particle beam characteristics necessary for the irradiation of the layered original body, such as the pulse width of the particle beam, the pulse height, the number of pulses for each layer (irradiation dose), the beam spill length Tb, and the wobbler cycle Tw. Set the input. Among these pieces of input information, the irradiation system controller 10 sends information related to the control of the accelerator system to the accelerator system control unit 8 and information related to the control of the irradiation head 4 to the irradiation head control unit 9.

ここで、イオン源1で生成された粒子線は、前段加速器6で予備加速され、さらに主加速器であるシンクロトロン加速器2aで加速されて治療照射用の粒子線となって出射され、この粒子線はビーム輸送系7を経由して照射ヘッド4に導かれる。この場合、加速器系制御部8がシンクロトロン加速器2aを制御することにより粒子線のエネルギ強度が基本的に設定される。   Here, the particle beam generated by the ion source 1 is preliminarily accelerated by the pre-stage accelerator 6, and further accelerated by the synchrotron accelerator 2a which is the main accelerator, and emitted as a particle beam for treatment irradiation. Is guided to the irradiation head 4 via the beam transport system 7. In this case, the energy intensity of the particle beam is basically set by the accelerator system control unit 8 controlling the synchrotron accelerator 2a.

照射ヘッド4に導かれた粒子線は、照射ヘッド4の偏向電磁石41によって照射点の方向に偏向された後、ワブラ電磁石42a,42bで偏向走査される。また、この粒子線は散乱体43照射で所定の発散角をもつように散乱され、続いてリッジフィルタ44で粒子線のエネルギ幅が拡張された後、さらにレンジシフタ45で粒子線の運動エネルギーが小さい値にシフトされる。また、線量モニタ46で照射線量がモニタされ、さらに、多葉コリメータ47で照射領域が限定されて患部3aに立体的に照射される。   The particle beam guided to the irradiation head 4 is deflected in the direction of the irradiation point by the deflection electromagnet 41 of the irradiation head 4 and then deflected and scanned by the wobbler electromagnets 42a and 42b. Further, the particle beam is scattered so as to have a predetermined divergence angle when irradiated with the scatterer 43, and then the energy width of the particle beam is expanded by the ridge filter 44, and then the kinetic energy of the particle beam is reduced by the range shifter 45. Shifted to a value. Further, the irradiation dose is monitored by the dose monitor 46, and the irradiation area is limited by the multi-leaf collimator 47, and the affected part 3a is irradiated three-dimensionally.

このとき、ワブラ電源制御部92は、図4に示すように、ワブラ電源91a,91bからワブラ電磁石42a,42bに与える励磁電流を同じ周期で、かつ互いに位相を90度ずらした正弦波状になるように制御するので、これによって粒子線は、進行方向に対し垂直な面内で円形の周回軌道Sを描くように偏向走査される。その際、散乱体43によって散乱される散乱角と周回軌道Sの半径Rとを最適に設定して一周分の円を描けば、図5に示すように、周回軌道S上の円中心Oを通って互いに対向する2つ粒子線分布P1,P2が重なって平面内における径方向の線量分布P0は平坦になる。なお、図5では2次元問題を1次元問題に置き換えてワブリング動作によって平坦な線量分布を形成する原理を図示しているが、2次元で考えた場合、同様に円軌道上のビームスポット寄与の合計により2次元線量分布P0が平坦になる。   At this time, as shown in FIG. 4, the wobbler power supply control unit 92 has a sinusoidal waveform in which the excitation currents supplied from the wobbler power supplies 91 a and 91 b to the wobbler electromagnets 42 a and 42 b are in the same cycle and the phases are shifted by 90 degrees. Thus, the particle beam is deflected and scanned so as to draw a circular orbit S in a plane perpendicular to the traveling direction. At that time, if the scattering angle scattered by the scatterer 43 and the radius R of the circular orbit S are optimally set and a circle for one round is drawn, the circle center O on the circular orbit S as shown in FIG. Two particle beam distributions P1 and P2 facing each other through each other overlap, and the radial dose distribution P0 in the plane becomes flat. FIG. 5 illustrates the principle of forming a flat dose distribution by a wobbling operation by replacing the two-dimensional problem with the one-dimensional problem. The two-dimensional dose distribution P0 becomes flat by the sum.

一方、加速器系制御部8は、シンクロトロン加速器2aのビーム輸送系7に導くゲートをオン/オフすることにより、図6(a)、(b)に示すように、粒子線は円軌道Sを一周するのに要するワブラ周期Twよりも長いパルス幅(ビームスピル長)Tbでもって時分割に出射される。   On the other hand, the accelerator system control unit 8 turns on / off the gate that leads to the beam transport system 7 of the synchrotron accelerator 2a, so that the particle beam follows the circular orbit S as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b). The light is emitted in a time-sharing manner with a pulse width (beam spill length) Tb longer than the wobbler period Tw required for one round.

その際、加速器系制御部8は、図4に示すように、粒子線の各パルスの照射期間(ビームスピル長)Tbがワブラ周期Twの整数倍になるように、つまりTb=n・Tw(ただしnは整数)となるように出射開始/停止のタイミングを制御する。したがって、粒子線の各パルスの照射期間Tbにおいて、常に照射開始点から周回軌道上をn周回って再び照射開始点に戻った時点で出射が停止される。すなわち、各層において最終の1パルス分の粒子線の照射期間を除けば、粒子線の出射停止のタイミングの如何にかかわず、常に粒子線は周回軌道に沿って真円を描くように偏向走査され、途中で中断されることがない。このため、粒子線の各パルスの照射期間Tbにおいて周回軌道S上で照射欠落部分が発生するのを確実に回避することができる。実は、各層において最終の1パルス分の照射期間についても、粒子線ビーム電流(単位時間当たりの粒子数に比例)を各層に照射する予定の粒子数に基づいて制御すれば、常に粒子線は周回軌道に沿って真円を描くように偏向走査され、途中で中断されることがないようにできる。その結果、より均一な線量分布が得られる効果がある。   At that time, as shown in FIG. 4, the accelerator system control unit 8 makes the irradiation period (beam spill length) Tb of each pulse of the particle beam an integral multiple of the wobbler period Tw, that is, Tb = n · Tw (however, The emission start / stop timing is controlled so that n is an integer. Therefore, in the irradiation period Tb of each pulse of the particle beam, the emission is always stopped at the point of returning from the irradiation start point to the irradiation start point after n turns on the circular orbit. In other words, the particle beam is always deflected and scanned so as to draw a perfect circle along the circular orbit regardless of the timing of stopping the emission of the particle beam, except for the irradiation period of the last one pulse of particle beam in each layer. , Not interrupted on the way. For this reason, it is possible to reliably avoid the occurrence of an irradiation deficient portion on the circular orbit S during the irradiation period Tb of each pulse of the particle beam. In fact, the particle beam always circulates if the particle beam current (proportional to the number of particles per unit time) is controlled based on the number of particles scheduled to be irradiated on each layer during the irradiation period of the last pulse in each layer. Deflection scanning is performed so as to draw a perfect circle along the trajectory, so that it is not interrupted. As a result, there is an effect that a more uniform dose distribution can be obtained.

また、線量モニタ46による照射線量の値は照射系コントローラ10に取り込まれるので、加速器系制御部8は、各層について予め設定された所定のパルス数(照射線量)に達すると、順次各層ごとに粒子線のパルス数を変更し、照射領域が浅くなるのに従って一層あたりのパルス数が少なくなるように制御する。したがって、照射領域が浅くなるのに従って一層あたりの照射線量は少なくなる。   Moreover, since the value of the irradiation dose by the dose monitor 46 is taken into the irradiation system controller 10, the accelerator system control unit 8 sequentially reaches the predetermined number of pulses (irradiation dose) for each layer. The number of pulses of the line is changed, and control is performed so that the number of pulses per layer decreases as the irradiation region becomes shallower. Therefore, the irradiation dose per layer decreases as the irradiation region becomes shallower.

また、レンジシフタ制御部93はレンジシフタ45を制御して、患部の深さLに対応して各層ごとに粒子線の照射エネルギを変更する。これにより深さ方向に沿って拡張ブラグピークD1,D2,…が移動される。このように、患部の深さ方向の各層ごとに照射線量が制御されるのに加えて、患部の深さ方向に沿って拡張ブラグピークD1,D2,…が移動されるので、その結果、図7に示すように、各層ごとの拡張ブラグピークD1,D2,…を積算した全体の線量分布Dtが患部の深さ方向の大きさLにわたって均一化される。   Further, the range shifter control unit 93 controls the range shifter 45 to change the irradiation energy of the particle beam for each layer corresponding to the depth L of the affected part. Thereby, the extended Bragg peaks D1, D2,... Are moved along the depth direction. In this way, in addition to controlling the irradiation dose for each layer in the depth direction of the affected area, the extended Bragg peaks D1, D2,... Are moved along the depth direction of the affected area. As shown in FIG. 5, the entire dose distribution Dt obtained by integrating the extended Bragg peaks D1, D2,... For each layer is made uniform over the depth L in the depth direction of the affected area.

積層原体照射においては、前述のように、照射する階層が進む(照射領域が浅くなる)のに従って一層あたりのワブラ周回数は漸次少なくなっていくが、各層とも周回軌道の途中で粒子線の照射が停止されることはないようにまたは停止される回数が1回のみにするようにできるので、従来のように、粒子線照射が欠落した部分が何層か重なる箇所が発生する頻度は極めて少なくなり、常に均一化された線量分布をもつ積層原体照射を実現することができる。しかも、ワブラ電磁石42a,42bの励磁電流のタイミングと、シンクロトロン加速器2aによる粒子線の出射/停止のタイミングとを合わせる必要がないので粒子線照射制御が簡単になる。   In the multilayer body irradiation, as described above, the number of wobbler per layer gradually decreases as the irradiation layer advances (the irradiation region becomes shallower). Since the irradiation is not stopped or can be stopped only once, the frequency of occurrence of a portion where several portions where the particle beam irradiation is missing is overlapped as in the past is extremely high. It is possible to reduce the number of layers, and to achieve layered body irradiation that always has a uniform dose distribution. In addition, since it is not necessary to match the timing of the exciting currents of the wobbler electromagnets 42a and 42b with the timing of emission / stop of the particle beam by the synchrotron accelerator 2a, the particle beam irradiation control is simplified.

実施の形態2.
図8は本発明の実施の形態2における粒子線治療装置において、粒子線を被照射体に向けて照射する照射ヘッドおよび粒子線の照射制御を行う照射制御手段の主要部を示すブロック図である。なお、図1および図2に示した実施の形態1と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 8 is a block diagram showing a main part of an irradiation head for irradiating a particle beam toward an irradiated object and an irradiation control means for controlling irradiation of the particle beam in the particle beam therapy system according to Embodiment 2 of the present invention. . Components corresponding to or corresponding to those of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.

上記の実施の形態1では、主加速器として粒子線をパルス状に出射するシンクロトロン加速器2aを用いているが、この実施の形態2では、粒子線を連続的に出射するサイクロトロン加速器2bを用いて積層原体照射を実施するようにしたものである。   In the first embodiment, the synchrotron accelerator 2a that emits a particle beam in a pulse shape is used as the main accelerator. In the second embodiment, a cyclotron accelerator 2b that emits a particle beam continuously is used. It is intended to carry out layered product irradiation.

この場合、図9に示すように、加速器系制御部8によってイオン源1のビーム電流強度を変更することにより、サイクロトロン加速器2bから各層ごとに予め設定された所定の粒子線強度をもつ粒子線が引き出されるようにしている。   In this case, as shown in FIG. 9, by changing the beam current intensity of the ion source 1 by the accelerator system control unit 8, a particle beam having a predetermined particle beam intensity preset for each layer from the cyclotron accelerator 2b. It is being pulled out.

しかも、その際、加速器系制御部8はイオン源1を制御して、各層ごとの粒子線の照射期間がワブラ周期の整数倍になるように設定する。すなわち、あるi番目の層の粒子線の照射期間をTbi、ワブラ周期をTwとすると、
Tbi=ni・Tw (1)
(但し、niはi番目の層において設定される整数)となるように設定する。
In addition, at that time, the accelerator system controller 8 controls the ion source 1 and sets the particle beam irradiation period for each layer to be an integral multiple of the wobbler period. That is, if the irradiation period of the particle beam of an i-th layer is Tbi and the wobbler period is Tw,
Tbi = ni · Tw (1)
(Where ni is an integer set in the i-th layer).

また、患部の深さ方向のi番目の層に着目したとき、その層に照射すべき粒子線の粒子数をNi、この層に対する粒子線の照射期間をTbi、このときに必要なイオン源1におけるビーム電流強度Iiとすると、
Ni=Tbi・Ii/Q (2)
(但し、Qは電子の電荷量)となる。
When attention is paid to the i-th layer in the depth direction of the affected area, the number of particle beams to be irradiated to the layer is Ni, the irradiation period of the particle beam to this layer is Tbi, and the ion source 1 required at this time If the beam current intensity Ii at
Ni = Tbi · Ii / Q 0 (2)
(Where Q 0 is the charge amount of electrons).

したがって、上記(1),(2)式から、
Ii=Ni・Q/(ni・Tw) (3)
となる。
Therefore, from the above equations (1) and (2),
Ii = Ni · Q 0 / (ni · Tw) (3)
It becomes.

つまり、(3)式に基づいて各層ごとにイオン源1のビーム電流強度Iiを予め設定しておけば、各層に対して照射すべき粒子線の粒子数Ni(つまり、各層に対する照射線量)を適切に確保しつつ、粒子線の照射期間Tbiをワブラ周期Twの整数倍niに常に設定することができる。その場合、粒子数Niは各層ごとに予め決められており、また、粒子線の電荷量Qは粒子線の種類で決まっており、また、イオン源1のビーム電流は通常30nA以下であるので、ビーム設定電流Iiが数nAから30nAの範囲に入るように上記(3)によって各層のniを決定することができる。 That is, if the beam current intensity Ii of the ion source 1 is preset for each layer based on the equation (3), the number Ni of particle beams to be irradiated to each layer (that is, the irradiation dose to each layer) is set. The particle beam irradiation period Tbi can always be set to an integral multiple ni of the wobbler period Tw while ensuring appropriately. In this case, the number of particles Ni is determined in advance for each layer, and the charge amount Q 0 of the particle beam is determined by the type of particle beam, and the beam current of the ion source 1 is usually 30 nA or less. The ni of each layer can be determined by the above (3) so that the beam setting current Ii falls within the range of several nA to 30 nA.

次に、上記構成を備えた粒子線治療装置において、粒子線を積層原体照射する場合の制御動作について説明する。   Next, the control operation in the case of irradiating the particle body with the particle beam in the particle beam therapy system having the above configuration will be described.

照射系コントローラ10に対して、前述の(3)式を満たすように、各層ごとの粒子線強度を考慮したイオン源1のビーム電流強度Ii、各層ごとの粒子線の出射開始/停止のタイミング(照射期間Tbi)、ワブラ周期Twなどの積層原体照射に必要な粒子線特性に関する情報を入力設定する。照射系コントローラ10は、これらの入力情報の内、加速器系の制御に関する情報は加速器系制御部8に、照射ヘッド4の制御に関する情報は照射ヘッド制御部9にそれぞれ送出する。   With respect to the irradiation system controller 10, the beam current intensity Ii of the ion source 1 in consideration of the particle beam intensity for each layer and the timing of starting / stopping the extraction of the particle beam for each layer ( Information related to the particle beam characteristics necessary for the irradiation of the layered original body such as the irradiation period Tbi) and the wobbler period Tw is input and set. Among these pieces of input information, the irradiation system controller 10 sends information related to the control of the accelerator system to the accelerator system control unit 8 and information related to the control of the irradiation head 4 to the irradiation head control unit 9.

加速器系制御部8は、各層に応じてイオン源1のビーム電流を制御するので、サイクロトロン加速器2bからは各層に適合した粒子線強度をもつ粒子線が引き出される。そして、サイクロトロン加速器2bから連続的に出射された粒子線を照射ヘッド4へ導く。このとき、ワブラ電源制御部92の制御により、ワブラ電源がワブラ電磁石42a,42bを励磁するので、粒子線は進行方向に対し垂直な面内で円形の周回軌道を描くように偏向走査される。   Since the accelerator system control unit 8 controls the beam current of the ion source 1 according to each layer, a particle beam having a particle beam intensity suitable for each layer is extracted from the cyclotron accelerator 2b. Then, the particle beam continuously emitted from the cyclotron accelerator 2 b is guided to the irradiation head 4. At this time, the wobbler power supply excites the wobbler electromagnets 42a and 42b under the control of the wobbler power supply control unit 92, so that the particle beam is deflected and scanned so as to draw a circular orbit in a plane perpendicular to the traveling direction.

この場合、前述の(3)式のように各層についてイオン源1のビーム電流強度Iiが予め設定されているので、あるi番目の層の照射時間Tbiは丁度ワブラ電磁石42a,42bのワブラ周期Twの整数倍niに相当することになる。したがって、あるi番目の層の粒子線照射では、粒子線が照射開始点から周回軌道上をni回分だけ周回して照射開始点に戻った時点で、線量モニタ46でモニタされる照射線量が予め設定されたプリセット値に達する。照射系コントローラ10は、これに応じて加速器系制御部8にその旨を伝えるので、加速器系制御部8は、i番目の層の粒子線照射を停止する。このため、サイクロトロン加速器2bから連続したビームが出射される場合でも、照射野においてより均一な線量分布を形成することができる。   In this case, since the beam current intensity Ii of the ion source 1 is set in advance for each layer as in the above equation (3), the irradiation time Tbi of a certain i-th layer is just the wobbler period Tw of the wobbler electromagnets 42a and 42b. It corresponds to an integral multiple ni of. Accordingly, in the particle beam irradiation of a certain i-th layer, the irradiation dose monitored by the dose monitor 46 is preliminarily determined when the particle beam circulates on the circular orbit from the irradiation start point by ni times and returns to the irradiation start point. The set preset value is reached. In response to this, the irradiation system controller 10 informs the accelerator system control unit 8 accordingly, and the accelerator system control unit 8 stops the particle beam irradiation of the i-th layer. For this reason, even when a continuous beam is emitted from the cyclotron accelerator 2b, a more uniform dose distribution can be formed in the irradiation field.

また、実施の形態1の場合と同様、レンジシフタ制御部93はレンジシフタ45を制御して、患部の深さLに対応して各層ごとに粒子線の照射エネルギを変更するので、深さ方向に沿って拡張ブラグピークD1,D2,…が移動される。このように、患部の深さ方向の各層ごとに照射線量が制御されるのに加えて、患部の深さ方向に沿って拡張ブラグピークD1,D2,…が移動されるので、その結果、図11に示すように、各層ごとの拡張ブラグピークD1,D2,…を積算した全体の線量分布Dtが患部の深さLにわたって均一化される。   As in the first embodiment, the range shifter control unit 93 controls the range shifter 45 to change the irradiation energy of the particle beam for each layer corresponding to the depth L of the affected part. The extended Bragg peaks D1, D2,. In this way, in addition to controlling the irradiation dose for each layer in the depth direction of the affected area, the extended Bragg peaks D1, D2,... Are moved along the depth direction of the affected area. As shown in FIG. 4, the entire dose distribution Dt obtained by integrating the extended Bragg peaks D1, D2,... For each layer is made uniform over the depth L of the affected area.

以上のように、この実施の形態2においても、各層の照射時間Tbがワブラ周期Twの整数倍に設定されているので、粒子線の出射停止のタイミングの如何にかかわず、常に粒子線は周回軌道Sに沿って真円を描くように偏向走査され、途中で中断されることがない。このため、各層の最終の周回軌道S上で照射欠落部分が発生するのを確実に回避することができ、常に均一化された線量分布をもつ積層原体照射を実現することが可能となる。しかも、ワブラ電磁石42a,42bの励磁電流のタイミングと、イオン源1の粒子線の出射/停止のタイミングを合わせる必要がないので粒子線照射制御が簡単になる。   As described above, also in the second embodiment, since the irradiation time Tb of each layer is set to an integral multiple of the wobbler period Tw, the particle beam always circulates regardless of the timing of stopping the emission of the particle beam. Deflection scanning is performed so as to draw a perfect circle along the trajectory S, and there is no interruption on the way. For this reason, it is possible to reliably avoid the occurrence of an irradiation deficient portion on the final circular orbit S of each layer, and it is possible to realize stacked original body irradiation that always has a uniform dose distribution. Moreover, since it is not necessary to match the timing of the exciting currents of the wobbler electromagnets 42a and 42b with the timing of emission / stop of the particle beam of the ion source 1, the particle beam irradiation control is simplified.

なお、この実施の形態2では、各層の照射線量満了時に行う粒子線遮断については、イオン源1を制御することで行っているが、サイクロトロン加速器2bから照射ヘッド4に至るビーム輸送系7の途中にキッカ電磁石などを設けて粒子線遮断を行うことも可能である。   In the second embodiment, the particle beam blocking performed when the irradiation dose of each layer expires is performed by controlling the ion source 1, but in the middle of the beam transport system 7 from the cyclotron accelerator 2b to the irradiation head 4. It is also possible to block the particle beam by providing a kicker electromagnet or the like.

また、上記の説明では、(3)式のniは丁度整数に設定する場合について述べたが、実際、niは厳密に整数でなくてもよい。その理由は、ワブラ電磁石42a,42bによって偏向走査される粒子線は散乱体43等によって充分大きいスポットサイズを有しており、このため、厳密な真円を描かなくても粒子線分布が重なるので、平面内において径方向の線量分布が平坦になるからである。したがって、nは整数に近似した値であればよく、上記と同じ効果が得られる。   In the above description, the case where ni in equation (3) is set to just an integer has been described, but actually, ni may not be strictly an integer. The reason is that the particle beam deflected and scanned by the wobbler electromagnets 42a and 42b has a sufficiently large spot size due to the scatterer 43 and the like, and therefore the particle beam distributions overlap without drawing a strict perfect circle. This is because the dose distribution in the radial direction is flat in the plane. Therefore, n may be a value approximated to an integer, and the same effect as described above can be obtained.

その他の構成、および作用効果は、実施の形態1の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。   Other configurations and operational effects are the same as those of the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted here.

実施の形態3.
図12は本発明の実施の形態3における粒子線治療装置において、粒子線を被照射体に向けて照射する照射ヘッドおよび粒子線の照射制御を行う照射制御手段の主要部を示すブロック図である。なお、図1および図2に示した実施の形態1と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 12 is a block diagram showing a main part of an irradiation head for irradiating the irradiated body with a particle beam and an irradiation control means for controlling the irradiation of the particle beam in the particle beam therapy system according to Embodiment 3 of the present invention. . Components corresponding to or corresponding to those of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.

上記の実施の形態1では粒子線がワブラ周期Twよりも長いパルス幅(ビームスピル長)Tbで出射されるシンクロトロン加速器2aを、また、実施の形態2では粒子線が連続的に出射されるサイクロトロン加速器2bを使用しているが、この実施の形態3では、粒子線がワブラ周期Twよりも短いパルス幅Tqでもって出射される線形加速器2cを用いている。なお、線形加速器2c以外にシンクロトロン加速器を適用することもできる。   In the first embodiment, the synchrotron accelerator 2a in which the particle beam is emitted with a pulse width (beam spill length) Tb longer than the wobbler period Tw is used. In the second embodiment, the cyclotron in which the particle beam is continuously emitted. Although the accelerator 2b is used, the linear accelerator 2c in which the particle beam is emitted with a pulse width Tq shorter than the wobbler period Tw is used in the third embodiment. In addition to the linear accelerator 2c, a synchrotron accelerator can be applied.

この場合、各層ごとに適切な照射線量が与えられるように、加速器系制御部8によって線形加速器2cから出射される粒子線のパルス数を各層ごとに変更するようにしている。しかも、その際、図13に示すように、各層における照射期間Triについて、粒子線パルスの出射周期Tpの整数倍がワブラ周期Twの整数倍になるように設定する。すなわち、
Tri=ki・Tp=ni・Tw (4)
(但し、ki,niはi番目の層において設定される整数)となるように設定される。
In this case, the number of pulses of the particle beam emitted from the linear accelerator 2c is changed for each layer by the accelerator system control unit 8 so that an appropriate irradiation dose is given to each layer. Moreover, at that time, as shown in FIG. 13, the irradiation period Tri in each layer is set so that an integral multiple of the particle beam pulse emission period Tp is an integral multiple of the wobbler period Tw. That is,
Tri = ki · Tp = ni · Tw (4)
(Where ki, ni are integers set in the i-th layer).

次に、上記構成を備えた粒子線治療装置において、粒子線を積層原体照射する場合の制御動作について説明する。   Next, the control operation in the case of irradiating the particle body with the particle beam in the particle beam therapy system having the above configuration will be described.

照射系コントローラ10に対して、上記(4)式の関係を満たすように、各層ごとの照射期間Tri、粒子線パルスのパルス数ki、粒子線パルスの出射周期Tp、パルス幅Tq、パルス高さ、ワブラ周期Twなどの積層原体照射に必要な粒子線特性に関する情報を入力設定する。照射系コントローラ10は、これらの入力情報の内、加速器系の制御に関する情報は加速器系制御部8に、照射ヘッド4の制御に関する情報は照射ヘッド制御部9にそれぞれ送出する。   For the irradiation system controller 10, the irradiation period Tri for each layer, the pulse number ki of the particle beam pulse, the emission period Tp of the particle beam pulse, the pulse width Tq, and the pulse height so as to satisfy the relationship of the above equation (4) , Information regarding particle beam characteristics necessary for the irradiation of the layered original body such as the wobbler period Tw is input and set. Among these pieces of input information, the irradiation system controller 10 sends information related to the control of the accelerator system to the accelerator system control unit 8 and information related to the control of the irradiation head 4 to the irradiation head control unit 9.

加速器系制御部8は、各層に応じてイオン源1と線形加速器2cを制御するので、線形加速器2cからはワブラ周期Twよりも短期間のパルス幅Tqをもつ粒子線パルスが所定周期Tpで出射される。そして、線形加速器2cから出射された粒子線パルスを照射ヘッド4へ導く。このとき、ワブラ電源制御部92の制御により、ワブラ電源がワブラ電磁石42a,42bを励磁するので、粒子線パルスは進行方向に対し垂直な面内で円形の周回軌道Sを描くように偏向走査される。   Since the accelerator system controller 8 controls the ion source 1 and the linear accelerator 2c according to each layer, a particle beam pulse having a shorter pulse width Tq than the wobbler period Tw is emitted from the linear accelerator 2c at a predetermined period Tp. Is done. Then, the particle beam pulse emitted from the linear accelerator 2 c is guided to the irradiation head 4. At this time, the wobbler power source excites the wobbler electromagnets 42a and 42b under the control of the wobbler power control unit 92, so that the particle beam pulse is deflected and scanned so as to draw a circular orbit S in a plane perpendicular to the traveling direction. The

この場合、線形加速器2cから出射される粒子線パルスのパルス幅Tqは、ワブラ周期Twよりも短かいので、1パルス当たりの照射領域Pの中心点は周回軌道Sに沿って離散的に存在することになるが、粒子線は散乱体43等によって散乱されて、図14に示すように、充分大きいスポットサイズを有しているため、一周分の円を描けば、周回軌道S上の円中心Oを通って互いに対向する2つ粒子線分布が重なって、平面内における径方向の線量分布は平坦になる。   In this case, since the pulse width Tq of the particle beam pulse emitted from the linear accelerator 2c is shorter than the wobbler period Tw, the center point of the irradiation region P per pulse exists discretely along the circular orbit S. However, since the particle beam is scattered by the scatterer 43 or the like and has a sufficiently large spot size as shown in FIG. 14, if a circle for one round is drawn, the center of the circle on the orbit S Two particle beam distributions facing each other through O overlap, and the radial dose distribution in the plane becomes flat.

また、前述の(4)式のように、各層における粒子線パルスの出射周期Tpの整数倍がワブラ周期Twの整数倍になるように設定されているので、例えばi番目の層の照射時間Triはワブラ周期Twの整数倍niに相当することになる。このため、i番目の層の粒子線照射では、照射開始点から周回軌道上をni回分だけ周回して照射開始点に戻って照射が停止された時点で(つまり、Tri期間が経過した時点で)、粒子線パルスはki回照射されたことになる。したがって、線形加速器2cからワブラ周期Twよりも短いパルス幅Tqをもつ粒子線パルスが出射される場合でも照射野において均一な線量分布を形成することができる。   Further, as shown in the above equation (4), since the integral multiple of the particle beam pulse emission period Tp in each layer is set to be an integral multiple of the wobbler period Tw, for example, the irradiation time Tri of the i-th layer Corresponds to an integer multiple ni of the wobbler period Tw. For this reason, in the particle beam irradiation of the i-th layer, when the irradiation is stopped after returning from the irradiation start point to the irradiation start point after turning around the orbit on the circular orbit (that is, when the Tri period has elapsed). ), The particle beam pulse is irradiated ki times. Therefore, even when a particle beam pulse having a pulse width Tq shorter than the wobbler period Tw is emitted from the linear accelerator 2c, a uniform dose distribution can be formed in the irradiation field.

また、実施の形態1の場合と同様、レンジシフタ制御部93はレンジシフタ45を制御して、患部の深さLに対応して各層ごとに粒子線の照射エネルギを変更するので、深さ方向に沿って拡張ブラグピークが移動され、その結果、図7あるいは図11に示したように、各層ごとの拡張ブラグピークを積算した線量分布Dtが患部の深さLにわたって均一化される。   As in the first embodiment, the range shifter control unit 93 controls the range shifter 45 to change the irradiation energy of the particle beam for each layer corresponding to the depth L of the affected part. As a result, as shown in FIG. 7 or FIG. 11, the dose distribution Dt obtained by integrating the extended Bragg peak for each layer is made uniform over the depth L of the affected area.

以上のように、この実施の形態3では、ワブラ周期Twに比べて短いパルス幅Tqの粒子線を出射する加速器2cを用いても、各層の最終の周回軌道上で照射欠落部分が発生するのを確実に回避することができ、常に均一化された線量分布をもつ積層原体照射を実現することが可能となる。しかも、ワブラ電磁石42a,42bの励磁電流のタイミングと、イオン源1の粒子線の出射/停止のタイミングを合わせる必要がないので粒子線照射制御が簡単になる。   As described above, in the third embodiment, even when the accelerator 2c that emits a particle beam having a pulse width Tq shorter than the wobbler period Tw is used, an irradiation deficient portion occurs on the final orbit of each layer. Can be reliably avoided, and it is possible to realize stacked original body irradiation having a uniform dose distribution at all times. Moreover, since it is not necessary to match the timing of the exciting currents of the wobbler electromagnets 42a and 42b with the timing of emission / stop of the particle beam of the ion source 1, the particle beam irradiation control is simplified.

その他の構成、および作用効果は、実施の形態1の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。   Other configurations and operational effects are the same as those of the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted here.

なお、上記の実施の形態1〜3では、ワブラ電磁石42a,42bの励磁により粒子線が平面上で円軌道を描くように偏向走査することで線量分布を均一化する場合について説明したが、これに限定されるもではなく、例えば、図15に示すように、粒子線が始点から始まって始点に戻るようなジグザグの周回軌道を描くように偏向走査するようにしても、平面上の線量分布を均一化することが可能である。   In the first to third embodiments, the case where the dose distribution is made uniform by performing deflection scanning so that the particle beam draws a circular orbit on a plane by the excitation of the wobbler electromagnets 42a and 42b has been described. For example, as shown in FIG. 15, the dose distribution on a plane may be obtained by performing deflection scanning so as to draw a zigzag circular trajectory in which the particle beam starts from the start point and returns to the start point. Can be made uniform.

本発明の実施の形態1における積層原体照射システムを適用した粒子線治療装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the particle beam therapy apparatus to which the lamination original body irradiation system in Embodiment 1 of this invention is applied. 同装置の粒子線を被照射体に向けて照射する照射ヘッドおよび粒子線の照射制御を行う照射制御手段の主要部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part of the irradiation control means which performs irradiation control of the irradiation head and particle beam which irradiate the to-be-irradiated body with the particle beam of the apparatus. 同装置の多葉コリメータの平面図である。It is a top view of the multileaf collimator of the apparatus. 同装置におけるワブラ励磁電流、シンクロトロン加速器による粒子線の出射/停止、および粒子線の照射期間の関係を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the relationship between the wobbler exciting current in the same apparatus, extraction / stop of the particle beam by a synchrotron accelerator, and the irradiation period of a particle beam. 同装置において、ワブラ電磁石の励磁により粒子線が平面上を円形に偏向走査される場合の半径方向の照射線量分布を示す特性図である。In the same apparatus, it is a characteristic figure which shows the irradiation dose distribution of a radial direction in case a particle beam is deflected and scanned circularly on a plane by excitation of a wobbler electromagnet. 同装置において積層原体照射を行う場合の粒子線の照射パターンを示す図である。It is a figure which shows the irradiation pattern of the particle beam in the case of performing a stack original body irradiation in the same apparatus. 同装置において、積層原体照射における各層の拡大ブラグピークと全層照射後の吸収線量分布を示す図である。In the same apparatus, it is a figure which shows the absorption dose distribution after the expansion Bragg peak of each layer in laminated body irradiation, and all the layer irradiation. 本発明の実施の形態2における粒子線治療装置において、粒子線を被照射体に向けて照射する照射ヘッドおよび粒子線の照射制御を行う照射制御手段の主要部を示すブロック図である。In the particle beam therapy system in Embodiment 2 of this invention, it is a block diagram which shows the principal part of the irradiation head which irradiates a particle beam toward a to-be-irradiated body, and the irradiation control means which controls irradiation of a particle beam. 同装置において積層原体照射を行う場合の粒子線の照射パターンを示す図である。It is a figure which shows the irradiation pattern of the particle beam in the case of performing a stack original body irradiation in the same apparatus. 同装置におけるワブラ励磁電流、シンクロトロン加速器による粒子線の出射/停止、および粒子線の照射期間の関係を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the relationship between the wobbler exciting current in the same apparatus, extraction / stop of the particle beam by a synchrotron accelerator, and the irradiation period of a particle beam. 同装置において、積層原体照射における各層の拡大ブラグピークと全層照射後の吸収線量分布を示す図である。In the same apparatus, it is a figure which shows the absorption dose distribution after the expansion Bragg peak of each layer in laminated body irradiation, and all the layer irradiation. 本発明の実施の形態3における粒子線治療装置において、粒子線を被照射体に向けて照射する照射ヘッドおよび粒子線の照射制御を行う照射制御手段の主要部を示すブロック図である。In the particle beam therapy system in Embodiment 3 of this invention, it is a block diagram which shows the principal part of the irradiation head which irradiates a particle beam toward a to-be-irradiated body, and the irradiation control means which performs irradiation control of a particle beam. 同装置におけるワブラ励磁電流、シンクロトロン加速器による粒子線の出射/停止、および粒子線パルスの照射期間の関係を示すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing a relationship between a wobbler excitation current, particle beam emission / stop by a synchrotron accelerator, and an irradiation period of a particle beam pulse in the apparatus. 同装置において発生される粒子線パルスの1パルス当たりの照射領域の線量分布を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the dose distribution of the irradiation area | region per pulse of the particle beam pulse generate | occur | produced in the same apparatus. ワブラ電磁石の励磁によって粒子線が平面上をジグザグに偏向走査される場合の様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode when a particle beam is deflected and scanned on a plane zigzag by excitation of a wobbler electromagnet. ワブラ電磁石の励磁によって粒子線が平面上を円形に偏向走査される場合の様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode in case a particle beam is deflected and scanned circularly on a plane by excitation of a wobbler electromagnet. ワブラ電磁石の励磁によって粒子線が平面上を円形に偏向走査される場合の半径方向の照射線量分布を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the irradiation dose distribution of a radial direction in case a particle beam is deflected and scanned circularly on a plane by excitation of a wobbler electromagnet. 積層原体照射における各層の拡大ブラグピークと全層照射後の吸収線量分布を示す図である。It is a figure which shows the expanded Bragg peak of each layer in lamination | stacking base body irradiation, and the absorbed dose distribution after all the layer irradiation. 従来技術におけるワブラ励磁電流、シンクロトロン加速器による粒子線の出射/停止、および粒子線パルスの照射期間の関係を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the relationship between the wobbler excitation current in the prior art, the extraction / stop of the particle beam by the synchrotron accelerator, and the irradiation period of the particle beam pulse.

符号の説明Explanation of symbols

1 イオン源、2a シンクロトロン加速器、2b サイクロトロン加速器、
2c 線形加速器、3a 患部(被照射体)、4 照射ヘッド、5 照射制御手段、
8 加速器系制御部、9 照射ヘッド制御部、10 照射系コントローラ、
42a,42b ワブラ電磁石、45 レンジシフタ。
1 ion source, 2a synchrotron accelerator, 2b cyclotron accelerator,
2c linear accelerator, 3a affected part (irradiated body), 4 irradiation head, 5 irradiation control means,
8 Accelerator system control unit, 9 Irradiation head control unit, 10 Irradiation system controller,
42a, 42b Wobbler electromagnet, 45 range shifter.

Claims (7)

イオン源から発生された粒子線を加速する加速器と、この加速器で加速された粒子線を被照射体に向けて照射する照射ヘッドと、上記イオン源、加速器、および照射ヘッドを制御して積層原体照射を行う照射制御器とを備え、上記照射ヘッドは粒子線の偏向走査用のワブラ電磁石を有し、上記照射制御器は、上記ワブラ電磁石を励磁制御して粒子線を偏向走査するシステムであって、
上記照射制御器は、粒子線が始点から始まって始点に戻るような一筆書の周回軌道を描くように上記ワブラ電磁石を励磁制御するとともに、照射する前に上記加速器から出力される粒子線の全照射期間が、粒子線が上記周回軌道を一周するのに要するワブラ周期の整数倍になるように積層原体照射の各層毎に設定するものであることを特徴とする積層原体照射システム。
An accelerator for accelerating the particle beam generated from the ion source, an irradiation head for irradiating the irradiated object with the particle beam accelerated by the accelerator, and controlling the ion source, the accelerator, and the irradiation head, An irradiation controller that performs body irradiation, the irradiation head has a wobbler electromagnet for particle beam deflection scanning, and the irradiation controller is a system that performs excitation control of the wobbler electromagnet to deflect and scan the particle beam. There,
The irradiation controller controls the excitation of the wobbler electromagnet so that the particle beam starts from the starting point and returns to the starting point, and controls all of the particle beams output from the accelerator before irradiation. A layered precursor irradiation system, wherein the irradiation period is set for each layer of the layered precursor irradiation so that the particle beam is an integral multiple of the wobbler period required for the particle beam to make a round of the orbit.
上記加速器は、粒子線を上記ワブラ周期よりも長いパルス幅でもって出射する加速器であり、上記照射制御器は、積層原体照射の各層ごとに粒子線の数を変更することにより被照射体の深さ方向の各層の照射線量を制御するとともに、粒子線の各パルスの照射期間が上記ワブラ周期の整数倍になるように制御するものである、ことを特徴とする請求項1記載の積層原体照射システム。 The accelerator is an accelerator that emits particle beams with a pulse width longer than the wobbler period, and the irradiation controller changes the number of particle beams for each layer of the layered body irradiation by changing the number of particle beams. 2. The laminate source according to claim 1, wherein the irradiation dose of each layer in the depth direction is controlled, and the irradiation period of each pulse of the particle beam is controlled to be an integral multiple of the wobbler period. Body irradiation system. 上記加速器は、粒子線を連続的に出射する加速器であり、上記照射制御器は、各層ごとに粒子線強度を変更することにより被照射体の深さ方向の各層の照射線量を制御するとともに、各層ごとの粒子線の全照射期間が上記ワブラ周期の整数倍になるように各層ごとに粒子線強度を制御するものである、ことを特徴とする請求項1記載の積層原体照射システム。 The accelerator is an accelerator that continuously emits a particle beam, and the irradiation controller controls the irradiation dose of each layer in the depth direction of the irradiated object by changing the particle beam intensity for each layer, 2. The layered product irradiation system according to claim 1, wherein the particle beam intensity is controlled for each layer so that the total irradiation period of the particle beam for each layer is an integral multiple of the wobbler period. イオン源から発生された粒子線を加速する加速器と、この加速器で加速された粒子線を被照射体に向けて照射する照射ヘッドと、上記イオン源、加速器、および照射ヘッドを制御して積層原体照射を行う照射制御器とを備え、上記照射ヘッドは粒子線の偏向走査用のワブラ電磁石を有し、上記照射制御器は、上記ワブラ電磁石を励磁制御して粒子線を偏向走査するシステムであって、
上記照射制御器は、粒子線が始点から始まって始点に戻るような一筆書の周回軌道を描くように上記ワブラ電磁石を励磁制御するとともに、上記加速器は、上記粒子線が上記周回軌道を一周するのに要するワブラ周期よりも短いパルス幅でもって上記粒子線を出射する加速器であり、上記照射制御器は、積層原体照射の各層ごとに粒子線のパルス数を変更することにより被照射体の深さ方向の各層の照射線量を制御するとともに、粒子線の各パルスの出射周期の整数倍が上記ワブラ周期の整数倍になるように制御するものである、ことを特徴とする積層原体照射システム。
An accelerator for accelerating the particle beam generated from the ion source, an irradiation head for irradiating the irradiated object with the particle beam accelerated by the accelerator, and controlling the ion source, the accelerator, and the irradiation head, An irradiation controller that performs body irradiation, the irradiation head has a wobbler electromagnet for particle beam deflection scanning, and the irradiation controller is a system that performs excitation control of the wobbler electromagnet to deflect and scan the particle beam. There,
The irradiation controller performs excitation control of the wobbler electromagnet so as to draw a circular orbit of one stroke so that the particle beam starts from the starting point and returns to the starting point, and the accelerator causes the particle beam to go around the orbiting circle. The irradiation controller emits the particle beam with a pulse width shorter than the wobbler cycle required for the irradiation, and the irradiation controller changes the number of pulse of the particle beam for each layer of the layered body irradiation. Laminate body irradiation characterized by controlling the irradiation dose of each layer in the depth direction and controlling the integral multiple of the emission period of each pulse of the particle beam to be an integral multiple of the wobbler period. system.
上記照射制御器は、上記被照射体の深さ方向の各層の照射線量を制御することに加えて、各層ごとに粒子線の照射エネルギを変更することにより、上記被照射体に対する深さ方向の線量分布が平坦になるように制御するものであることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の積層原体照射システム。 In addition to controlling the irradiation dose of each layer in the depth direction of the irradiated object, the irradiation controller changes the irradiation energy of the particle beam for each layer, thereby changing the irradiation direction of the irradiated object in the depth direction. The layered product irradiation system according to any one of claims 1 to 4, wherein the dose distribution is controlled to be flat. 上記の一筆書の周回軌道は、円軌道またはジクザク軌道であることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の積層原体照射システム。 6. The layered product irradiation system according to claim 1, wherein the orbit of the one-stroke writing is a circular or zigzag orbit. 請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の積層原体照射システムを用いた粒子線治療装置。 A particle beam therapy system using the layered product irradiation system according to any one of claims 1 to 6.
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