JP5438826B2 - ビーム位置モニタ装置及び粒子線治療装置 - Google Patents

Description

本発明は、医療用や研究用に用いられる粒子線治療装置に関し、特にスポットスキャニングやラスタースキャニングといった走査型の粒子線治療装置における粒子線ビームの位置やサイズのデータ処理に関する。

一般に粒子線治療装置は、荷電粒子ビームを発生するビーム発生装置と、ビーム発生装置につながれ、発生した荷電粒子ビームを加速する加速器と、加速器で設定されたエネルギーまで加速された後に出射される荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、ビーム輸送系の下流に設置され、荷電粒子ビームを照射対象に照射するための粒子線照射装置とを備える。粒子線照射装置には大別すると、荷電粒子ビームを散乱体で散乱拡大し、拡大した荷電粒子ビームを照射対象の形状にあわせて照射野を形成するブロード照射方式と、照射対象の形状に合わせるように、細いペンシル状のビームを走査して照射野形成するスキャニング照射方式（スポットスキャニング、ラスタースキャニング等）とがある。

ブロード照射方式は、コリメータやボーラスを用いて患部形状に合う照射野を形成する。患部形状に合う照射野を形成し、正常組織への不要な照射を防いでおり、最も汎用的に用いられている、優れた照射方式である。しかし、患者ごとにボーラスを製作したり、患部に合わせてコリメータを変形させたりする必要がある。

一方、スキャニング照射方式は、コリメータやボーラスが不要といった自由度の高い照射方式である。しかし、患部以外の正常組織への照射を防ぐこれら部品を用いないため、ブロード照射方式以上に高いビーム照射位置精度が要求される。

特許文献１には、照射位置を変えるときに荷電粒子ビームを停止させないラスタースキャニング照射方式において、荷電粒子ビームの走査途中で収集された電荷と走査完了時に収集された電荷とが正確に区別されないことが主因となってビーム位置測定の精度が低下するという問題を解決することを目的とした粒子線治療装置のビーム位置モニタが開示されている。特許文献１のビーム位置モニタは、荷電粒子ビームの電離作用で生じる収集電荷を収集する収集電極（位置モニタのセンサ部に相当する）と、収集電荷を利用してビーム位置を特定するためのビーム位置演算を行う信号処理回路を備える。信号処理回路は、収集電極における電流出力をＩ／Ｖ変換した電圧信号を生成するＩ／Ｖ変換器と、この電圧信号の入力を受けて収集電荷に関するデジタル信号を生成するデジタル信号生成回路と、停止照射点（スポットスキャニング照射方式の照射スポットに相当する）から次の停止照射点に走査される荷電粒子ビームが非走査状態（停止照射点に停留している状態）で生成される信号をタイミング信号として受信するタイミング信号送受信部と、タイミング信号送受信部がタイミング信号を受信したタイミングで、デジタル信号生成回路により生成された収集電荷に関するデジタル信号の入力を受けて、入力を受けた収集電荷に関するデジタル信号を用いてビーム位置演算を行うビーム位置演算部とを有する。

特開２０１０−６０５２３号公報（０００８段から００１１段、図１）

スキャニング照射方式の粒子線治療装置では、高いビーム照射位置精度が要求さるので、ビーム位置モニタ装置により頻繁にビーム位置の確認を行うことが必要である。ビーム位置モニタ装置は、例えば、荷電粒子ビームの通過位置を複数の検出チャネルにより検出する位置モニタと、位置モニタから出力される複数のアナログ信号に基づいて位置モニタにおける荷電粒子ビームの通過位置であるビーム位置を計算するビームデータ処理装置を備える。ビームデータ処理装置は位置モニタの近くに設置される。ビームデータ処理装置を構成する電子デバイスは、荷電粒子ビームの照射に伴って発生する放射線の影響で誤動作しないようにするために、動作速度を個別に高速化することには限界がある。

特許文献１に開示された発明においては、荷電粒子ビームが走査されていない非走査状態で生成される信号のタイミングで、被検体に設定された停止照射点において荷電粒子ビームが走査停止して照射された照射位置データを１回のみ取得することはできるものの、これは照射位置データの取得間隔が、照射位置データの処理時間に比べて長い場合に可能である。上述したように、特許文献１のビーム位置モニタも荷電粒子ビームの照射に伴って発生する放射線の影響を受けるので、放射線の影響で誤動作を防ぐために、電子デバイスの動作速度を個別に高速化できず、照射位置データの取得間隔を短縮することはできない。

照射位置データの取得間隔が照射位置データの処理時間に比べて短い場合には、特許文献１のビーム位置モニタは、適切な工夫がないので停止照射点における照射位置データの取得を続けることはできない問題があった。このため、停止照射点で必ずビーム位置データを取得する場合には、停止照射点における照射位置データの取得を続けることができるような走査パターンによる照射方法により粒子線治療を行うしかなく、同一の停止照射点における複数回のデータ取得により高精度で安全性をより高めた荷電粒子ビームの照射を行うことや、停止照射点における照射時間を短縮することにより粒子線治療における１回の治療時間の短縮を行うことはできなかった。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、荷電粒子ビームの照射に伴って発生する放射線の影響がある場合でも、荷電粒子ビームの照射位置の取得間隔を短くすることを目的とする。

本発明のビーム位置モニタ装置は、荷電粒子ビームの通過位置を複数の検出チャネルにより検出する複数の位置モニタと、複数の位置モニタから出力される複数のアナログ信号に基づいて荷電粒子ビームの状態を演算処理するビームデータ処理装置と、を備える。ビームデータ処理装置は、複数のチャネルデータ変換部と、複数の位置モニタ毎に処理を行う複数の位置サイズ処理部と、統括制御部とを有する。チャネルデータ変換部は、位置モニタから出力される複数のアナログ信号を、アナログ信号毎にデジタル信号に変換するＡＤ変換器処理を実行する。位置サイズ処理部は、複数のチャネルデータ変換部により処理された複数の電圧情報に基づいて、位置モニタにおける荷電粒子ビームの通過位置であるビーム位置を計算する。統括制御部は、荷電粒子ビームが照射対象に照射されている間に、ＡＤ変換器処理を位置モニタ毎にタイミングをずらして実行するように、複数のチャネルデータ変換部を制御する。

本発明のビーム位置モニタ装置によれば、統括制御部により複数のアナログ信号を対応する位置モニタ毎にタイミングをずらしてＡＤ変換器処理を実行するように、複数のチャネルデータ変換部を制御するので、荷電粒子ビームの照射に伴って発生する放射線の影響がある場合でも、荷電粒子ビームの照射位置を短い取得間隔で得ることができる。

本発明の実施の形態１によるビーム位置モニタ装置の構成を示す図である。 図１のビーム位置モニタ装置を備えた粒子線照射装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１による粒子線治療装置の概略構成図である。 図１のビーム位置モニタ装置の動作を説明するタイミング図である。 図１の位置サイズ処理部の動作を説明するフローチャートである。 図１の異常判定処理部の動作を説明するフローチャートである。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるビーム位置モニタ装置の構成を示す図である。図２は本発明の実施の形態１によるビーム位置モニタ装置を備えた粒子線照射装置の構成を示す図であり、図３は本発明の実施の形態１による粒子線治療装置の概略構成図である。図３において、粒子線治療装置５１は、ビーム発生装置５２と、ビーム輸送系５９と、粒子線照射装置５８ａ、５８ｂとを備える。ビーム発生装置５２は、イオン源（図示せず）と、前段加速器５３と、シンクロトロン５４とを有する。粒子線照射装置５８ｂは回転ガントリ（図示せず）に設置される。粒子線照射装置５８ａは回転ガントリを有しない治療室に設置される。ビーム輸送系５９の役割はシンクロトロン５４と粒子線照射装置５８ａ、５８ｂの連絡にある。ビーム輸送系５９の一部は回転ガントリ（図示せず）に設置され、その部分には複数の偏向電磁石５５ａ、５５ｂ、５５ｃを有する。

イオン源で発生した陽子線等の粒子線である荷電粒子ビームは、前段加速器５３で加速され、加速器であるシンクロトロン５４に入射される。荷電粒子ビームは、所定のエネルギーまで加速される。シンクロトロン５４から出射された荷電粒子ビームは、ビーム輸送系５９を経て粒子線照射装置５８ａ、５８ｂに輸送される。粒子線照射装置５８ａ、５８ｂは荷電粒子ビームを照射対象１５（図２参照）に照射する。なお、粒子線照射装置５８ａ、５８ｂのそれぞれについて、共通な説明は符号の区別をせずに粒子線照射装置５８として説明する。

ビーム発生装置５２で発生され、所定のエネルギーまで加速された荷電粒子ビーム１は、ビーム輸送系５９を経由し、粒子線照射装置５８へと導かれる。図２において、粒子線照射装置５８は、荷電粒子ビーム１に垂直な方向であるＸ方向及びＹ方向に荷電粒子ビーム１を走査するＸ方向走査電磁石２及びＹ方向走査電磁石３と、位置モニタ４ａ及び位置モニタ４ｂと、線量モニタ５と、線量データ変換器６と、ビームデータ処理装置１１と、走査電磁石電源７と、粒子線照射装置５８を制御する照射管理装置８とを備える。照射管理装置８は、照射制御計算機９と照射制御装置１０とを備える。線量データ変換器６は、トリガ生成部１２と、スポットカウンタ１３と、スポット間カウンタ１４とを備える。位置モニタ４ａ、位置モニタ４ｂ、ビームデータ処理装置１１は、ビーム位置モニタ装置３０を構成する。なお、荷電粒子ビーム１の進行方向はＺ方向である。位置モニタ４ａ、４ｂのそれぞれの共通な説明は、適宜、符号の区別をせずに位置モニタ４として説明する。

Ｘ方向走査電磁石２は荷電粒子ビーム１をＸ方向に走査する走査電磁石であり、Ｙ方向走査電磁石３は荷電粒子ビーム１をＹ方向に走査する走査電磁石である。位置モニタ４ａ及び位置モニタ４ｂは、Ｘ方向走査電磁石２及びＹ方向走査電磁石３で走査された荷電粒子ビーム１が通過するビームにおける通過位置（重心位置）やサイズを検出する。適宜、位置モニタ４ａを主位置モニタと呼び、位置モニタ４ｂを副位置モニタと呼ぶことにする。線量モニタ５は、荷電粒子ビーム１の線量を検出する。照射管理装置８は、図示しない治療計画装置で作成された治療計画データに基づいて、照射対象１５における荷電粒子ビーム１の照射位置を制御し、線量モニタ５で測定され、線量データ変換器６でデジタルデータに変換された線量が目標線量に達すると荷電粒子ビーム１を停止する。走査電磁石電源７は、照射管理装置８から出力されたＸ方向走査電磁石２及びＹ方向走査電磁石３への制御入力（指令）に基づいてＸ方向走査電磁石２及びＹ方向走査電磁石３の設定電流を変化させる。

ここでは、粒子線照射装置５８のスキャニング照射方式を、荷電粒子ビーム１の照射位置を変えるときに荷電粒子ビーム１を停止させないが、スポットスキャニング照射方式のようにビーム照射位置がスポット位置間を次々と移動していく方式として説明する。スポットカウンタ１３は、荷電粒子ビーム１のビーム照射位置が停留している間の照射線量を計測するものである。スポット間カウンタ１４は、荷電粒子ビーム１のビーム照射位置が移動している間の照射線量を計測するものである。トリガ生成部１２は、ビーム照射位置における荷電粒子ビーム１の線量が目標照射線量に達した場合に、線量満了信号ｓｉｇｂを生成するものである。

図１において、ビーム位置モニタ装置３０は、位置モニタ４ａ、位置モニタ４ｂ、ビームデータ処理装置１１を備える。位置モニタ４ａ、位置モニタ４ｂは、例えば同じ構成である。ビームデータ処理装置１１は、データ処理部２２と統括制御部４０とを備える。データ処理部２２は、主位置モニタである位置モニタ４ａのデータ処理部と、副位置モニタである位置モニタ４ｂのデータ処理部とを備える。位置モニタ４ａのデータ処理部は、位置モニタ４ａのＸチャネル信号を処理するＸデータ処理部１６ｍと、位置モニタ４ａのＹチャネル信号を処理するＹデータ処理部１７ｍとを備える。位置モニタ４ｂのデータ処理部は、位置モニタ４ｂのＸチャネル信号を処理するＸデータ処理部１６ｓと、位置モニタ４ｂのＹチャネル信号を処理するＹデータ処理部１７ｓとを備える。

Ｘデータ処理部１６ｍはＸチャネル信号線１８ａを介して位置モニタ４ａに接続され、Ｙデータ処理部１７ｍはＹチャネル信号線１９ａを介して位置モニタ４ａに接続される。Ｘデータ処理部１６ｓはＸチャネル信号線１８ｂを介して位置モニタ４ｂに接続され、Ｙデータ処理部１７ｓはＹチャネル信号線１９ｂを介して位置モニタ４ｂに接続される。Ｘチャネル信号線１８ａ、Ｘチャネル信号線１８ｂ、Ｙチャネル信号線１９ａ及びＹチャネル信号線１９ｂは、複数のチャネルデータ変換部２１ａ乃至２１ｎの個数分の信号線を含む。Ｘデータ処理部１６ｍ、Ｘデータ処理部１６ｓ、Ｙデータ処理部１７ｍ、Ｙデータ処理部１７ｓは、それぞれ同じ構成である。Ｘデータ処理部１６ｍ、Ｘデータ処理部１６ｓのそれぞれについて、共通な説明は符号の区別をせずにＸデータ処理部１６として説明する。同様に、Ｙデータ処理部１７ｍ、Ｙデータ処理部１７ｓのそれぞれについて、共通な説明は符号の区別をせずにＹデータ処理部１７として説明する。

Ｘデータ処理部１６ｍを例に、説明する。Ｘデータ処理部１６ｍは、位置モニタ４ａの複数のＸチャネル信号数に対応する複数のチャネルデータ変換部２１ａ乃至２１ｎと、ＩＤ受信部３４と、位置サイズ処理部２３と、異常判定処理部２４と、データメモリ２５とを備える。なお、図１において、チャネルデータ変換部２１は２つのみ示し、２つのチャネルデータ変換部２１ａ、２１ｎの間を複数の点を表示し、途中のチャネルデータ変換部２１を省略した。また、Ｘチャネル信号線１８ａ、Ｘチャネル信号線１８ｂ、Ｙチャネル信号線１９ａ及びＹチャネル信号線１９ｂは、図が複雑にならないように、それぞれ図１において太線１本で示した。なお、Ｘデータ処理部１６ｍの複数のチャネルデータ変換部２１ａ乃至２１ｎ及びＹデータ処理部１７ｍの複数のチャネルデータ変換部２１ａ乃至２１ｎは、主位置モニタ４ａに対応してグループ化されたデータ変換部グループを構成する。また、Ｘデータ処理部１６ｓの複数のチャネルデータ変換部２１ａ乃至２１ｎ及びＹデータ処理部１７ｓの複数のチャネルデータ変換部２１ａ乃至２１ｎは、副位置モニタ４ｂに対応してグループ化されたデータ変換部グループを構成する。

位置モニタ４ａ、４ｂは、メッシュ状にセンサ部が張り巡らされており、多数の検出チャネル（Ｘ方向、Ｙ方向の各チャネル）を有している。これら多数のチャネルはアナログ信号として電流信号を出力する。位置モニタ４ａのＸｃｈ（Ｘチャネル）のアナログ信号は、それぞれＸデータ処理部１６ｍにおける位置モニタ４ａのチャネルデータ変換部２１ａから２１ｎに接続され、Ｙｃｈ（Ｙチャネル）のアナログ信号は、それぞれＹデータ処理部１７ｍにおける位置モニタ４ａのチャネルデータ変換部２１ａから２１ｎに接続される。Ｘｃｈは粒子線照射装置５８のＸ方向に対応し、Ｙｃｈは粒子線照射装置５８のＹ方向に対応する。

チャネルデータ変換部２１ａは、位置モニタ４ａから出力される電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換器３１と、変換された電圧信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換処理を行う複数のＡＤ変換器３３とを備える。ＩＤ受信部３４は、スポットＩＤ（ＳＩＤ）の識別データであるＩＤデータとＩＤデータを確定するためのストローブ信号ｓｂｍ（ｓｂｓ）を統括制御部４０から受けて、位置サイズ処理部２３にスポットＩＤを送信し、異常判定処理部２４にスポットＩＤを送信する。なお、スポットＩＤの符号はＳＩＤを用いるが、スポットＩＤと符号のＳＩＤを連続して表記する場合に、混乱しないようにスポットアイディーＳＩＤと表記することにする。

位置サイズ処理部２３は、複数のチャネルデータ変換部２１ａ乃至２１ｎによりＡＤ変換処理された電圧Ｖｉを受信し、各電圧Ｖｉに基づいて重心計算のようにビーム位置Ｐを計算する。また、位置サイズ処理部２３は、各電圧Ｖｉに基づいて標準偏差計算のようにビームサイズＳを計算する。ビームサイズＳは、１次元のガウス分布の１σに相当する長さである。Ｘデータ処理部１６の位置サイズ処理部２３は、Ｘ方向におけるビーム位置Ｐｘ及びビームサイズＳｘを計算し、Ｙデータ処理部１７の位置サイズ処理部２３は、Ｙ方向におけるビーム位置Ｐｙ及びビームサイズＳｙを計算する。位置サイズ処理部２３は、計算したビーム位置Ｐ及びビームサイズＳをデータメモリ２５に保存する。Ｘデータ処理部１６のデータメモリ２５にビーム位置Ｐｘ及びビームサイズＳｘが保存され、Ｙデータ処理部１７のデータメモリ２５にビーム位置Ｐｙ及びビームサイズＳｙが保存される。

異常判定処理部２４は、荷電粒子ビーム１の照射前に照射制御装置１０から受信したプリセットデータＰＤに基づいて、ビーム位置Ｐ及びビームサイズＳに異常があるがどうか、すなわちビーム位置Ｐ及びビームサイズＳが許容できるか否かを判定する。なお、プリセットデータＰＤはＸデータ処理部１６ｍ、Ｘデータ処理部１６ｓ、Ｙデータ処理部１７ｍ、Ｙデータ処理部１７ｓで異なっており、それぞれに対応するプリセットデータＰＤ、すなわちプリセットデータＰＤｘｍ、ＰＤｘｓ、ＰＤｙｍ、ＰＤｙｓが用意されている。プリセットデータの符号は、総括的にＰＤを用い、区別して説明する場合にＰＤｘｍ、ＰＤｘｓ、ＰＤｙｍ、ＰＤｙｓを用いる。他の符号におけるｘｍ、ｘｓ、ｙｍ、ｙｓについても同様とする。

異常判定処理部２４は、ビーム位置Ｐが許容できないと判定した場合に、位置異常信号ｓｉｇｅ１を照射制御装置１０に出力する。また、異常判定処理部２４は、ビームサイズＳが許容できないと判定した場合に、サイズ異常信号ｓｉｇｅ２を照射制御装置１０に出力する。Ｘデータ処理部１６ｍの異常判定処理部２４は、位置異常信号ｓｉｇｅ１ｘｍ及びサイズ異常信号ｓｉｇｅ２ｘｍを出力し、Ｙデータ処理部１７ｍの異常判定処理部２４は、位置異常信号ｓｉｇｅ１ｙｍ及びサイズ異常信号ｓｉｇｅ２ｙｍを出力する。同様に、Ｘデータ処理部１６ｓの異常判定処理部２４は、位置異常信号ｓｉｇｅ１ｘｓ及びサイズ異常信号ｓｉｇｅ２ｘｓを出力し、Ｙデータ処理部１７ｓの異常判定処理部２４は、位置異常信号ｓｉｇｅ１ｙｓ及びサイズ異常信号ｓｉｇｅ２ｙｓを出力する。

統括制御部４０は、照射制御装置１０からＩＤデータであるスポットアイディーＳＩＤ、スポット間移動完了信号ｓｉｇａ、線量満了信号ｓｉｇｂを受信し、Ｘデータ処理部１６ｍ、Ｘデータ処理部１６ｓ、Ｙデータ処理部１７ｍ及びＹデータ処理部１７ｓに、処理を行うための信号を送信する。統括制御部４０は、Ｘデータ処理部１６ｍ、Ｘデータ処理部１６ｓ、Ｙデータ処理部１７ｍ及びＹデータ処理部１７ｓに、スポットアイディーＳＩＤを送信する。統括制御部４０は、Ｘデータ処理部１６ｍ及びＹデータ処理部１７ｍに、スポットアイディーＳＩＤを確定するためのＩＤストローブｓｂｍと処理開始を指示する処理開始信号ｓｉｇｃｍを送信する。また、統括制御部４０は、Ｘデータ処理部１６ｓ及びＹデータ処理部１７ｓに、スポットアイディーＳＩＤを確定するためのＩＤストローブｓｂｓと処理開始を指示する処理開始信号ｓｉｇｃｓを送信する。

Ｘデータ処理部１６及びＹデータ処理部１７の位置サイズ処理部２３は、荷電粒子ビーム１の照射完了後にそれぞれビーム位置Ｐ及びビームサイズＳの実績データｄａｔａ１を、実績データ線２９を介して照射制御計算機９に出力する。なお、実績データｄａｔａ１には、後述するように位置異常やビームサイズ異常を示す情報を含んでいる。Ｘデータ処理部１６ｍの位置サイズ処理部２３は照射制御計算機９に実績データ線２９を介して実績データｄａｔａ１ｘｍを出力し、Ｘデータ処理部１６ｓの位置サイズ処理部２３は照射制御計算機９に実績データ線２９を介して実績データｄａｔａ１ｘｓを出力する。Ｙデータ処理部１７ｍの位置サイズ処理部２３は照射制御計算機９に実績データ線２９を介して実績データｄａｔａ１ｙｍを出力し、Ｙデータ処理部１７ｓの位置サイズ処理部２３は照射制御計算機９に実績データ線２９を介して実績データｄａｔａ１ｙｓを出力する。実績データ線２９は、図が複雑にならないように、太線１本で示した。

実施の形態１のビーム位置モニタ装置３０のビームデータ処理装置１１は、位置モニタ４ａ及び位置モニタ４ｂからの電流信号を交互に処理することで、荷電粒子ビーム１の照射に伴って発生する放射線の影響がある場合でも、荷電粒子ビーム１の照射位置ＰやビームサイズＳの取得間隔を短くすることができる。また、ビームデータ処理装置１１は、荷電粒子ビーム１の照射位置ＰやビームサイズＳの取得間隔が短いので、照射スポットにおいて荷電粒子ビーム１の照射位置ＰやビームサイズＳを複数回のデータ取得ができる。したがって、例えば照射スポットにおいて荷電粒子ビーム１の照射中に荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常が発生した場合にも荷電粒子ビーム１の照射位置であるビーム位置Ｐや、荷電粒子ビーム１のビームサイズＳを検出し、荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常を示す異常検出信号を生成することができる。位置異常信号ｓｉｇｅ１は、荷電粒子ビーム１の位置異常を示す異常検出信号である。サイズ異常信号ｓｉｇｅ２は、荷電粒子ビーム１のサイズ異常を示す異常検出信号である。ビーム位置モニタ装置３０の動作を、タイミング図を用いて説明する。

図４はビーム位置モニタ装置の動作を説明するタイミング図である。図４のタイミング図は、荷電粒子ビーム１の停留状態において２回、荷電粒子ビーム１のデータを収集する例であり、停留状態において位置モニタ４ａと位置モニタ４ｂから交互にデータを収集する例である。位置モニタ４ａの処理開始を指示する処理開始信号ｓｉｇｃｍと位置モニタ４ｂの処理開始を指示する処理開始信号ｓｉｇｃｓは、同一周期のパルス信号であり、処理開始信号ｓｉｇｃｍと処理開始信号ｓｉｇｃｓとの立ち上がり時間の差は周期の１／４とした例である。処理開始信号ｓｉｇｃｍと処理開始信号ｓｉｇｃｓの周期及び立ち上がり時間差は、治療計画と連携して決定する。

測定１、測定２は、それぞれのＡＤ変換処理とビーム位置Ｐ及びビームサイズＳの計算のタイミングを示している。ａｄｃを付した期間はＡＤ変換処理の期間を示しており、ｃを付した期間はビーム位置Ｐ及びビームサイズＳの計算期間を示している。ＡＤ変換処理を開始させるトリガ信号は、処理開始信号ｓｉｇｃｍと処理開始信号ｓｉｇｃｓである。荷電粒子ビーム１の照射を開始する前に、予め照射管理装置８の照射制御装置１０から、全てのスポットアイディーＳＩＤが統括制御部４０に送信されている。

照射管理装置８の照射制御装置１０から、粒子線治療装置５１の各装置にスキャン開始指令ｓｉｇｓ１が送信され、荷電粒子ビーム１の照射が開始される。統括制御部４０はスキャン開始指令ｓｉｇｓ１が送信されるとＩＤデータとして初めのスポットアイディーＳＩＤ（図４の０００１）をＩＤ受信部３４に送信する。

照射制御装置１０は、ビーム発生装置５２にビームオン指令ｓｉｇｓ２を送信する。荷電粒子ビーム１はビーム発生装置５２からビーム輸送系５９を経由し、粒子線照射装置５８へと導かれる。照射制御装置１０は、Ｘ方向走査電磁石２及びＹ方向走査電磁石３に送信した初めのスポットアイディーＳＩＤ（図４の０００１）に対応する指令の設定完了信号を走査電磁石電源７から受信すると、初めのスポットアイディーＳＩＤ（図４の０００１）に対応するＸ方向走査電磁石２及びＹ方向走査電磁石３への指令の設定が完了したことを示すスポット間移動完了信号ｓｉｇａをビーム位置モニタ装置３０の統括制御部４０に送信する（図４の時刻ｔ１）。

統括制御部４０は、スポット間移動完了信号ｓｉｇａを受信すると、Ｘデータ処理部１６ｍ及びＹデータ処理部１７ｍのチャネルデータ変換部２１ａから２１ｎに処理開始信号ｓｉｇｃｍを送信し、Ｘデータ処理部１６ｍ及びＹデータ処理部１７ｍのＩＤ受信部３４にＩＤストローブｓｂｍを送信し、Ｘデータ処理部１６ｓ及びＹデータ処理部１７ｓのＩＤ受信部３４にＩＤストローブｓｂｓを送信する（スポット初期データ取集指示手順）。

ＩＤ受信部３４は、ＩＤストローブｓｂｍ、ｓｂｓを受けるとその立ち上がりタイミングでＩＤデータを取り込む。ＩＤ受信部３４は、位置サイズ処理部２３に取り込んだスポットアイディーＳＩＤを送信し、異常判定処理部２４にスポットアイディーＳＩＤを送信する。図４の最初のＩＤストローブｓｂｍ、ｓｂｓでは、ＩＤデータとしてスポットアイディーＳＩＤ（図４の０００１）を取り込む。ＩＤ受信部３４は、位置サイズ処理部２３に取り込んだスポットアイディーＳＩＤを送信し、異常判定処理部２４にスポットアイディーＳＩＤを送信する。ビームデータ処理装置１１の異常判定処理部２４は、スポットアイディーＳＩＤを受信すると、予め取り込んでいるプリセットデータＰＤｘｍ、ＰＤｙｍ、ＰＤｘｓ、ＰＤｙｓにおけるスポットアイディーＳＩＤに対応するデータを取得する。

プリセットデータＰＤには、ビーム位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）の異常判定を行うための目標位置Ｐｄ（Ｐｄｘ，Ｐｄｙ）及び位置許容値ＡＰと、ビームサイズＳ（Ｓｘ，Ｓｙ）の異常判定を行うための目標ビームサイズＳｄ（Ｓｄｘ，Ｓｄｙ）及びサイズ許容値ＡＳが含まれる。なお、主位置モニタ４ａのデータを処理するＸデータ処理部１６ｍ及びＹデータ処理部１７ｍに対するプリセットデータＰＤｘｍ、ＰＤｙｍには、目標位置Ｐｄ（Ｐｄｘｍ，Ｐｄｙｍ）及び位置許容値ＡＰｍと、目標ビームサイズＳｄ（Ｓｄｘｍ，Ｓｄｙｍ）及びサイズ許容値ＡＳｍである。副位置モニタ４ｂのデータを処理するＸデータ処理部１６ｓ及びＹデータ処理部１７ｓに対するプリセットデータＰＤｘｓ、ＰＤｙｓには、目標位置Ｐｄ（Ｐｄｘｓ，Ｐｄｙｓ）及び位置許容値ＡＰｓと、目標ビームサイズＳｄ（Ｓｄｘｓ，Ｓｄｙｓ）及びサイズ許容値ＡＳｓである。

Ｘデータ処理部１６ｍ及びＹデータ処理部１７ｍの各ＡＤ変換器３３は統括制御部４０から処理開始信号ｓｉｇｃｍを受けると、図４の測定１に示すように、処理開始信号ｓｉｇｃｍの立ち上がりからモニタ内の状態移行時間である計測遅延時間Ｔ２の後に、ＡＤ変換処理を開始する。このように、遅れて到着する粒子を考慮して、ＡＤ変換処理開始を遅らせている（スポット初期データ取集手順）。

統括制御部４０は、時刻ｔ１から処理開始信号ｓｉｇｃｍと処理開始信号ｓｉｇｃｓとの立ち上がり時間の差に相当する所定の時間（開始遅延時間）が経過すると、すなわち時刻ｔ２にてＸデータ処理部１６ｓ及びＹデータ処理部１７ｓのチャネルデータ変換部２１ａから２１ｎに処理開始信号ｓｉｇｃｓを送信する（スポット中間データ取集指示手順）。Ｘデータ処理部１６ｓ及びＹデータ処理部１７ｓの各ＡＤ変換器３３は統括制御部４０から処理開始信号ｓｉｇｃｓを受けると、図４の測定２に示すように、処理開始信号ｓｉｇｃｓの立ち上がりからモニタ内の状態移行時間である計測遅延時間Ｔ２の後に、ＡＤ変換処理を開始する（スポット中間データ取集手順）。

チャネルデータ変換部２１ａから２１ｎの各ＡＤ変換器３３は、ＡＤ変換処理が終了すると位置サイズ処理部２３にビームデータを送信する。位置サイズ処理部２３は、チャネルデータ変換部２１ａから２１ｎにて収集されたビームデータに基づいてビーム位置Ｐ及びビームサイズＳを計算する（位置サイズ計算手順）。

異常判定処理部２４は、位置サイズ処理部２３からビーム位置Ｐ及びビームサイズＳを受信し、プリセットデータＰＤに基づいて、ビーム位置Ｐ及びビームサイズＳが許容できるか否かを判定する。異常判定処理部２４は、ビーム位置Ｐ及びビームサイズＳが許容できる場合には判定処理を終了する。異常判定処理部２４は、ビーム位置Ｐ及びビームサイズＳが許容できない場合の動作は後述する。

線量データ変換器６のトリガ生成部１２は、荷電粒子ビーム１の線量が当該スポットアイディーＳＩＤに対応する照射スポットにおける目標線量が線量満了になった場合に、照射制御装置１０に線量満了信号を送信する。照射制御装置１０は、線量満了信号を受信すると、Ｘ方向走査電磁石２及びＹ方向走査電磁石３に次のスポットアイディーＳＩＤ（図４の０００２）に対応する指令を送信するともに、統括制御部４０に線量満了信号ｓｉｇｂを出力する（図４の時刻ｔ３）。

統括制御部４０は、線量満了信号ｓｉｇｂを受信すると、所定時間後にＩＤデータとしてスポットアイディーＳＩＤ（図４の０００２）をＩＤ受信部３４に送信する（ＩＤデータ送信手順）。

図４のカウンタ１及び２は、それぞれスポットカウンタ１３及びスポット間カウンタ１４のカウント期間（線量計測期間）を示している。各波形の上側（状態１）はカウント中を示し、各波形の下側（状態０）はカウント停止中を示す。図４の走査状態は、荷電粒子ビーム１の走査状態を示している。走査状態の上側（状態１）は照射スポットに停留中を示し、走査状態の下側（状態０）は次の照射スポットへ移動中を示す。スポットカウンタ１３は、荷電粒子ビーム１が次の照射スポットへの走査が開始されても、スポット遅延時間Ｔ１が経過するまで計測する。このスポット遅延時間Ｔ１は、Ｘ方向走査電磁石２及びＹ方向走査電磁石３に対する次の照射スポットへの走査制御が開始されるまでの制御遅れに相当する。

照射制御装置１０は、時刻ｔ５にてＸ方向走査電磁石２及びＹ方向走査電磁石３に送信した次のスポットアイディーＳＩＤ（図４の０００２）に対応する指令の設定完了信号を走査電磁石電源７から受信すると、次のスポットアイディーＳＩＤ（図４の０００２）に対応するＸ方向走査電磁石２及びＹ方向走査電磁石３への指令の設定が完了したことを示すスポット間移動完了信号ｓｉｇａをビーム位置モニタ装置３０の統括制御部４０に送信する。

統括制御部４０は、スポット間移動完了信号ｓｉｇａを受信すると、スポット初期データ取集指示手順を実行する。Ｘデータ処理部１６ｍ及びＹデータ処理部１７ｍの各ＡＤ変換器３３は統括制御部４０から処理開始信号ｓｉｇｃｍを受けると、スポット初期データ取集手順を実行する。

統括制御部４０は、時刻ｔ５から処理開始信号ｓｉｇｃｍと処理開始信号ｓｉｇｃｓとの立ち上がり時間の差に相当する所定の時間（開始遅延時間）が経過すると、すなわち時刻ｔ６にてスポット中間データ取集指示手順を実行する。Ｘデータ処理部１６ｓ及びＹデータ処理部１７ｓの各ＡＤ変換器３３は統括制御部４０から処理開始信号ｓｉｇｃｓを受けると、スポット中間データ取集手順を実行する。荷電粒子ビーム１の線量が当該スポットアイディーＳＩＤに対応する照射スポットにおける目標線量が線量満了になり、照射制御装置１０は、線量データ変換器６のトリガ生成部１２から線量満了信号を受信すると、Ｘ方向走査電磁石２及びＹ方向走査電磁石３に次のスポットアイディーＳＩＤに対応する指令を送信するともに、統括制御部４０に線量満了信号ｓｉｇｂを出力する（図４の時刻ｔ７）。

時刻ｔ５にてスポット初期データ取集指示手順で指示されたスポットＩＤ（図４の０００２）に対するＡＤ変換処理を、チャネルデータ変換部２１ａから２１ｎの各ＡＤ変換器３３は実行し、ＡＤ変換処理が終了すると位置サイズ処理部２３にビームデータを送信する。位置サイズ処理部２３は、位置サイズ処理部２３はチャネルデータ変換部２１ａから２１ｎにて収集されたビームデータに基づいてビーム位置Ｐ及びビームサイズＳを計算する（位置サイズ計算手順）。

異常判定処理部２４は、位置サイズ処理部２３からビーム位置Ｐ及びビームサイズＳを受信し、プリセットデータＰＤに基づいて、ビーム位置Ｐ及びビームサイズＳが許容できるか否かを判定する。例えば、異常判定処理部２４は、測定１の２回目の計算結果に対してビーム位置Ｐが許容できないと判定し、位置異常信号ｓｉｇｅ１を照射制御装置１０に出力する（図４の時刻ｔ８）。照射制御装置１０は、位置異常信号ｓｉｇｅ１を受信し、インターロック作動時間Ｔ３の経過後にビームオン指令ｓｉｇｓ２を解除する。ここで、ビームオン指令ｓｉｇｓ２を解除することは、ビームをオフにする指令を出すことに相当する。ビーム発生装置５２は、ビームオン指令ｓｉｇｓ２の解除信号を受けて、荷電粒子ビーム１を停止する。

位置サイズ処理部２３の動作を、フローチャートを用いて説明する。図５は、位置サイズ処理部の動作を説明するフローチャートである。ステップＳＴ０１にて、位置サイズ処理部２３は、スポットアイディーＳＩＤを受信する。ステップＳＴ０２にて、各チャネルデータ変換部２１からＡＤ変換処理された電圧Ｖｉを受信する。ステップＳＴ０３にて、各電圧Ｖｉを所定の割合ｗｉに変換する。割合ｗｉは、ビーム位置Ｐを重心計算のように計算する際の重みに相当する。

ステップＳＴ０４にて、位置サイズ処理部２３は、ビーム位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）を式（１）、式（２）を用いて、重心計算のように計算する。Ｘデータ処理部１６の位置サイズ処理部２３はビーム位置Ｐｘを計算し、Ｙデータ処理部１７の位置サイズ処理部２３はビーム位置Ｐｙを計算する。
Ｐｘ＝Σ（ｗｉｘ×Ｘｉ）／Σｗｉｘ ・・・（１）
Ｐｙ＝Σ（ｗｉｙ×Ｙｉ）／Σｗｉｙ ・・・（２）
ここで、Ｘｉは位置モニタ４のＸチャネルｉのＸ座標であり、Ｙｉは位置モニタ４のＹチャネルｉのＹ座標である。ｗｉｘはＸチャネルｉの電圧Ｖｉから変換された上記割合であり、ｗｉｙはＹチャネルｉの電圧Ｖｉから変換された上記割合である。

ステップＳＴ０４にて、ビーム位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）の計算が完了したら、位置サイズ処理部２３は計算したビーム位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）を異常判定処理部２４に送信する。ステップＳＴ０５にて、位置サイズ処理部２３は、スポットアイディーＳＩＤに対応付けてビーム位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）をデータメモリ２５に保存する。なお、主位置モニタである位置モニタ４ａに対応する位置データはＰ（Ｐｘｍ，Ｐｙｍ）であり、副位置モニタである位置モニタ４ｂに対応する位置データはＰ（Ｐｘｓ，Ｐｙｓ）である。

ステップＳＴ０６にて、位置サイズ処理部２３は、ビームサイズＳ（Ｓｘ，Ｓｙ）を式（３）、式（４）を用いて、標準偏差計算のように計算する。
Ｓｘ＝ｓｑｒ（Σｗｉｘ×（Ｘｉ−Ｐｘ）^２）／Σｗｉｘ） ・・・（３）
Ｓｙ＝ｓｑｒ（Σｗｉｙ×（Ｙｉ−Ｐｙ）^２）／Σｗｉｙ） ・・・（４）
ここで、ｓｑｒはルート計算する関数である。ｎは、Ｘチャネル及びＹチャネルにおける計算対象の総計である。

ステップＳＴ０６にて、ビームサイズＳ（Ｓｘ，Ｓｙ）の計算が完了したら、位置サイズ処理部２３は計算したビームサイズＳ（Ｓｘ，Ｓｙ）を異常判定処理部２４に送信する。ステップＳＴ０７にて、位置サイズ処理部２３は、スポットアイディーＳＩＤに対応付けてビームサイズＳ（Ｓｘ，Ｓｙ）をデータメモリ２５に保存する。なお、主位置モニタである位置モニタ４ａに対応するビームサイズはＳ（Ｓｘｍ，Ｓｙｍ）であり、副位置モニタである位置モニタ４ｂに対応するビームサイズはＳ（Ｓｘｓ，Ｓｙｓ）である。

異常判定処理部２４の動作を、フローチャートを用いて説明する。図６は、異常判定処理部の動作を説明するフローチャートである。ステップＳＴ１１にて、異常判定処理部２４は、スポットアイディーＳＩＤを受信する。ステップＳＴ１２にて、異常判定処理部２４は、スポットアイディーＳＩＤに対応する位置許容値ＡＰ及びサイズ許容値ＡＳをプリセットデータＰＤから取得する。ステップＳＴ１３にて、異常判定処理部２４は、位置サイズ処理部２３からビーム位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）を受信する。なお、Ｘデータ処理部１６ｍ、Ｘデータ処理部１６ｓ、Ｙデータ処理部１７ｍ、Ｙデータ処理部１７ｓの異常判定処理部２４は、位置サイズ処理部２３からそれぞれビーム位置Ｐｘｍ、Ｐｘｓ、Ｐｙｍ、Ｐｙｓを受信する。

ステップＳＴ１４にて、異常判定処理部２４は、位置異常があるかどうかを判定する。すなわち、ビーム位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）と目標位置Ｐｄ（Ｐｄｘ，Ｐｄｙ）との差ΔＰ（ΔＰｘ，ΔＰｙ）の絶対値が、位置許容値ＡＰより大きいかを判定する。差ΔＰの絶対値が位置許容値ＡＰより大きい場合は、位置異常信号ｓｉｇｅ１を照射制御装置１０に送信する。Ｘデータ処理部１６ｍの異常判定処理部２４は、担当するデータの判定を行い、位置異常信号ｓｉｇｅ１ｘｍを照射制御装置１０に送信し、Ｙデータ処理部１７ｍの異常判定処理部２４は、担当するデータの判定を行い、位置異常信号ｓｉｇｅ１ｙｍを照射制御装置１０に送信する。同様に、Ｘデータ処理部１６ｓの異常判定処理部２４は、担当するデータの判定を行い、位置異常信号ｓｉｇｅ１ｘｓを照射制御装置１０に送信し、Ｙデータ処理部１７ｓの異常判定処理部２４は、担当するデータの判定を行い、位置異常信号ｓｉｇｅ１ｙｓを照射制御装置１０に送信する。

ステップＳＴ１５にて、位置サイズ処理部２３からビームサイズＳ（Ｓｘ，Ｓｙ）を受信する。ステップＳＴ１６にて、異常判定処理部２４は、ビームサイズ異常があるかどうかを判定する。すなわち、ビームサイズＳ（Ｓｘ，Ｓｙ）と目標ビームサイズＳｄ（Ｓｄｘ，Ｓｄｙ）との差ΔＳ（ΔＳｘ，ΔＳｙ）の絶対値が、サイズ許容値ＡＳより大きいかを判定する。差ΔＳの絶対値がサイズ許容値ＡＳより大きい場合は、サイズ異常信号ｓｉｇｅ２を照射制御装置１０に送信する。Ｘデータ処理部１６ｍの異常判定処理部２４は、担当するデータの判定を行い、サイズ異常信号ｓｉｇｅ２ｘｍを照射制御装置１０に送信し、Ｙデータ処理部１７ｍの異常判定処理部２４は、担当するデータの判定を行い、サイズ異常信号ｓｉｇｅ２ｙｍを照射制御装置１０に送信する。同様に、Ｘデータ処理部１６ｓの異常判定処理部２４は、担当するデータの判定を行い、サイズ異常信号ｓｉｇｅ２ｘｓを照射制御装置１０に送信し、Ｙデータ処理部１７ｓの異常判定処理部２４は、担当するデータの判定を行い、サイズ異常信号ｓｉｇｅ２ｙｓを照射制御装置１０に送信する。

ステップＳＴ１７にて、異常判定処理部２４は、位置異常やビームサイズ異常があると判定した場合は、スポットアイディーＳＩＤに対応付けて位置異常やビームサイズ異常を示す情報をデータメモリ２５に保存する。

実施の形態１のビーム位置モニタ装置３０は、荷電粒子ビーム１の照射に伴って発生する放射線の影響がある場合でも、従来とは異なり、荷電粒子ビーム１の照射位置ＰやビームサイズＳを短い取得間隔で得ることができる。また、ビーム位置モニタ装置３０は、照射位置データの取得間隔が照射位置データの処理時間に比べて短い場合でも、停止照射点における照射位置データの取得を続けることができる。ビーム位置モニタ装置３０は、荷電粒子ビーム１の照射位置ＰやビームサイズＳを短い取得間隔で得られるので、従来とは異なり、同一の停止照射点における複数回のデータ取得や、照射スポットにおける照射時間を短縮することにより粒子線治療における１回の治療時間の短縮を行うことができる。

実施の形態１のビーム位置モニタ装置３０は、荷電粒子ビーム１が照射スポットに停留している際に、複数回、荷電粒子ビーム１の照射位置ＰやビームサイズＳを検出することができるので、ビームデータ処理装置１１は、荷電粒子ビーム１の照射位置ＰやビームサイズＳを検出する度に、荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常があるかどうかを判定することができる。したがって、ビーム位置モニタ装置３０は、荷電粒子ビーム１が照射スポットに停留している際に、複数回、荷電粒子ビーム１の照射位置ＰやビームサイズＳを検出し、検出の度に荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常があるかどうかを判定するので、荷電粒子ビーム１が照射スポットに停留して照射中に、荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常が発生した場合にも、荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常を示す異常検出信号を生成することができる。

実施の形態１のビーム位置モニタ装置３０は、荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常が発生した場合に、位置異常を示す位置異常信号ｓｉｇｅ１（ｓｉｇｅ１ｘｍ、ｓｉｇｅ１ｘｓ、ｓｉｇｅ１ｙｍ、ｓｉｇｅ１ｙｓ）やサイズ異常を示すサイズ異常信号ｓｉｇｅ２（ｓｉｇｅ２ｘｍ、ｓｉｇｅ２ｘｓ、ｓｉｇｅ２ｙｍ、ｓｉｇｅ２ｙｓ）を照射管理装置８の照射制御装置１０に送信する。照射制御装置１０は、荷電粒子ビーム１の照射中に荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常が発生した場合に、それぞれ位置異常信号ｓｉｇｅ１やサイズ異常信号ｓｉｇｅ２をビーム位置モニタ装置３０から受信して、緊急停止処理であるインターロック処理を行うことができる。

実施の形態１のビーム位置モニタ装置３０は、複数の位置モニタ４ａ、４ｂと位置モニタ４ａ、４ｂからの電流信号を処理するデータ処理部２２と統括制御部４０を備え、複数の位置モニタ４ａ、４ｂからの電流信号を交互に処理するように、すなわち図４の測定１及び測定２に示したように、一方のチャネルデータ変換部２１ａ乃至２１ｎがデータ処理中でも他方のチャネルデータ変換部２１ａ乃至２１ｎがデータ処理を行うように構成したので、１回のＡＤ変換処理に時間がかかる場合でも、１つの照射スポットにおけるデータ収集、ＡＤ変換処理を、複数回行うことができる。また、ビーム位置モニタ装置３０は、複数の位置モニタ４ａ、４ｂからの電流信号を交互に処理するようにしたので、ＡＤ変換器３３の処理時間に制約を受けた粒子線治療の治療計画を作成しなくてもよく、１回の治療照射がより短時間に終了するような治療計画を作成することができる。すなわち、治療時間を短くすることができる。

実施の形態１の粒子線照射装置５８は、ビーム位置モニタ装置３０を備えるので、荷電粒子ビーム１の照射に伴って発生する放射線の影響がある場合でも、荷電粒子ビーム１の照射位置ＰやビームサイズＳを短い取得間隔で得ることができる。また、粒子線照射装置５８は、照射位置データの取得間隔が照射位置データの処理時間に比べて短い場合でも、停止照射点における照射位置データの取得を続けることができる。粒子線照射装置５８は、荷電粒子ビーム１の照射位置ＰやビームサイズＳを短い取得間隔で得られるので、同一の停止照射点における複数回のデータ取得により高精度で安全性をより高めた荷電粒子ビームの照射を行うことや、照射スポットにおける照射時間を短縮することにより粒子線治療における１回の治療時間の短縮を行うことができる。

実施の形態１の粒子線照射装置５８は、ビーム位置モニタ装置３０を備えるので、荷電粒子ビーム１が照射スポットに停留している際に、複数回、荷電粒子ビーム１の照射位置ＰやビームサイズＳを検出し、荷電粒子ビーム１の照射位置ＰやビームサイズＳを検出する度に、荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常があるかどうかを判定することができる。したがって、粒子線照射装置５８は、荷電粒子ビーム１が照射スポットに停留している際に、複数回、荷電粒子ビーム１の照射位置ＰやビームサイズＳを検出し、検出の度に荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常があるかどうかを判定するので、荷電粒子ビーム１が照射スポットに停留して照射中に、荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常が発生した場合にも、荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常を示す異常検出信号を生成することができる。

実施の形態１の粒子線照射装置５８は、ビーム位置モニタ装置３０を備えるので、荷電粒子ビーム１の照射中に荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常が発生した場合に、それぞれ位置異常信号ｓｉｇｅ１やサイズ異常信号ｓｉｇｅ２をビーム位置モニタ装置３０から受信して、緊急停止処理であるインターロック処理を行うことができる。したがって、粒子線照射装置５８は、荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常が発生して場合に、短時間で荷電粒子ビーム１の照射を停止することができる。

実施の形態１の粒子線治療装置５１は、ビーム位置モニタ装置３０を備えるので、荷電粒子ビーム１の照射に伴って発生する放射線の影響がある場合でも、荷電粒子ビーム１の照射位置ＰやビームサイズＳを短い取得間隔で得ることができる。また、粒子線治療装置５１は、照射位置データの取得間隔が照射位置データの処理時間に比べて短い場合でも、停止照射点における照射位置データの取得を続けることができる。粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム１の照射位置ＰやビームサイズＳを短い取得間隔で得られるので、同一の停止照射点における複数回のデータ取得により高精度で安全性をより高めた荷電粒子ビームの照射を行うことや、照射スポットにおける照射時間を短縮することにより粒子線治療における１回の治療時間の短縮を行うことができる。

実施の形態１の粒子線治療装置５１は、ビーム位置モニタ装置３０を備えるので、荷電粒子ビーム１が照射スポットに停留している際に、複数回、荷電粒子ビーム１の照射位置ＰやビームサイズＳを検出し、荷電粒子ビーム１の照射位置ＰやビームサイズＳを検出する度に、荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常があるかどうかを判定することができる。したがって、粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム１が照射スポットに停留している際に、複数回、荷電粒子ビーム１の照射位置ＰやビームサイズＳを検出し、検出の度に荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常があるかどうかを判定するので、荷電粒子ビーム１が照射スポットに停留して照射中に、荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常が発生した場合にも、荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常を示す異常検出信号を生成することができる。

実施の形態１の粒子線治療装置５１は、ビーム位置モニタ装置３０を備えるので、荷電粒子ビーム１の照射中に、荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常が発生した場合に、それぞれ位置異常信号ｓｉｇｅ１やサイズ異常信号ｓｉｇｅ２をビームデータ処理装置１１から受信して、緊急停止処理であるインターロック処理を行うことができる。したがって、粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常が発生して場合に、短時間で荷電粒子ビーム１の照射を停止することができる。

以上のように実施の形態１のビーム位置モニタ装置３０によれば、荷電粒子ビーム１の通過位置を複数の検出チャネルにより検出する複数の位置モニタ４と、複数の位置モニタ４から出力される複数のアナログ信号に基づいて荷電粒子ビーム１の状態を演算処理するビームデータ処理装置１１と、を備え、ビームデータ処理装置１１は、位置モニタ４から出力される複数のアナログ信号を、アナログ信号毎にデジタル信号に変換するＡＤ変換器処理を実行するチャネルデータ変換部２１を複数有し、複数のチャネルデータ変換部２１により処理された複数の電圧情報に基づいて、位置モニタ４における荷電粒子ビーム１の通過位置であるビーム位置Ｐを計算する位置サイズ処理部２３を位置モニタ４毎に有し、荷電粒子ビーム１が照射対象１５に照射されている間に、ＡＤ変換器処理を位置モニタ４毎にタイミングをずらして実行するように、複数のチャネルデータ変換部２１を制御する統括制御部４０を有するので、統括制御部４０により複数のアナログ信号を対応する位置モニタ４毎にタイミングをずらしてＡＤ変換器処理を実行するように、複数のチャネルデータ変換部２１を制御することにより、荷電粒子ビーム１の照射に伴って発生する放射線の影響がある場合でも、荷電粒子ビーム１の照射位置Ｐを短い取得間隔で得ることができる。

実施の形態１の粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム１を発生させ、この荷電粒子ビーム１を加速器５４で加速させるビーム発生装置５２と、加速器５４により加速された荷電粒子ビーム１を輸送するビーム輸送系５９と、ビーム輸送系５９で輸送された荷電粒子ビーム１を照射対象１５に照射する粒子線照射装置５８と、を備え、粒子線照射装置５８は、照射対象１５に照射する荷電粒子ビーム１を走査する走査電磁石２、３と、走査電磁石２、３で走査された荷電粒子ビーム１の状態を演算処理するビーム位置モニタ装置３０を有する。実施の形態１の粒子線治療装置５１によれば、粒子線照射装置５８のビーム位置モニタ装置３０は荷電粒子ビーム１の通過位置を複数の検出チャネルにより検出する複数の位置モニタ４と、複数の位置モニタ４から出力される複数のアナログ信号に基づいて荷電粒子ビーム１の状態を演算処理するビームデータ処理装置１１と、を備え、ビームデータ処理装置１１は、位置モニタ４から出力される複数のアナログ信号を、アナログ信号毎にデジタル信号に変換するＡＤ変換器処理を実行するチャネルデータ変換部２１を複数有し、複数のチャネルデータ変換部２１により処理された複数の電圧情報に基づいて、位置モニタ４における荷電粒子ビーム１の通過位置であるビーム位置Ｐを計算する位置サイズ処理部２３を位置モニタ４毎に有し、荷電粒子ビーム１が照射対象１５に照射されている間に、ＡＤ変換器処理を位置モニタ４毎にタイミングをずらして実行するように、複数のチャネルデータ変換部２１を制御する統括制御部４０を有するので、統括制御部４０により複数のアナログ信号を対応する位置モニタ４毎にタイミングをずらしてＡＤ変換器処理を実行するように、複数のチャネルデータ変換部２１を制御することにより、荷電粒子ビーム１の照射に伴って発生する放射線の影響がある場合でも、荷電粒子ビーム１の照射位置ＰやビームサイズＳを短い取得間隔で得ることができ、粒子線治療において照射位置Ｐを高頻度で取得することができる。

なお、位置許容値ＡＰ及びサイズ許容値ＡＳについて、主位置モニタ４ａと副位置モニタ４ｂとで異なる許容値を使う例で説明したが、主位置モニタ４ａ及び副位置モニタ４ｂにおいて荷電粒子ビーム１が平行ビームと仮定できる場合には、主位置モニタ４ａと副位置モニタ４ｂとで同一の許容値を用いても構わない。位置モニタ４の数が２つの場合で説明したが、３つ以上ある場合でよい。位置モニタ４の数が２つの場合には、ビーム位置モニタ装置３０が最も小型にできるメリットがある。また、位置モニタ４の数が２つにすると、少なくとも２つの位置モニタ４を備えることが義務付けされている場合に、この２つの位置モニタ４を有効に利用できるメリットがある。

また、ビーム位置モニタ装置３０の動作を荷電粒子ビーム１の停留状態において２回、荷電粒子ビーム１のデータを収集する例で説明したが、停留状態におけるデータ取集数が多数であっても構わない。通常の粒子線治療では、停留状態における照射時間はスポット移動の時間よりも長い。このような場合でも、位置モニタ４ａ及び位置モニタ４ｂからの電流信号を交互に処理することで、照射スポットにおいて荷電粒子ビーム１の照射位置ＰやビームサイズＳを複数回のデータ取得ができる。

位置モニタ４ａの処理開始を指示する処理開始信号ｓｉｇｃｍと位置モニタ４ｂの処理開始を指示する処理開始信号ｓｉｇｃｓの周期は、次のように設定すると、停留状態におけるデータ取集数が多数であっても、治療計画の作成が容易になり、治療計画を決定する際の候補を多数作成でき、最適な治療計画を容易に決定することができる。例えば、ＡＤ変換器３３のＡＤ変換処理時間を基に、同一のＡＤ変換器３３のＡＤ変換処理時間が重複しないようにタイミング図上に並べられるように基本周期を設定したりする。

また、異常判定処理部２４にて計算するビーム位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）と目標位置Ｐｄ（Ｐｄｘ，Ｐｄｙ）との差ΔＰ（ΔＰｘ，ΔＰｙ）を、位置フィードバック情報として照射制御装置１０に送信することもできる。照射制御装置１０は、位置フィードバック情報に基づいて荷電粒子ビーム１の位置の制御を行ってもよい。このようにすることで、位置異常判定に至らない位置ずれを補正することができる。

また、図５のフローチャートにおいて、ビーム位置Ｐを計算してからビームサイズＳを計算する例で説明したが、２つの演算部によりビーム位置Ｐ及びビームサイズＳを並列処理するようにしてもよい。この場合、図６のフローチャートにおいて、ビーム位置Ｐ及びビームサイズＳのうち早く到達したデータの判定（位置異常判定、サイズ異常判定）を行うようにしてもよい。

１…荷電粒子ビーム、２…Ｘ方向走査電磁石、３…Ｙ方向走査電磁石、４、４ａ、４ｂ…位置モニタ、１１…ビームデータ処理装置、１５…照射対象、２１、２１ａ、２１ｎ…チャネルデータ変換部、２３…位置サイズ処理部、２４…異常判定処理部、３０…ビーム位置モニタ装置、４０…統括制御部、５１…粒子線治療装置、５２…ビーム発生装置、５４…シンクロトロン、５８、５８ａ、５８ｂ…粒子線照射装置、５９…ビーム輸送系、Ｐ、Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｘｍ、Ｐｙｍ、Ｐｘｓ、Ｐｙｓ…ビーム位置、Ｐｄ、Ｐｄｘ、Ｐｄｙ、Ｐｄｘｍ、Ｐｄｙｍ、Ｐｄｘｓ、Ｐｄｙｓ…目標位置、ＡＰ、ＡＰｍ、ＡＰｓ…位置許容値、Ｓ、Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｘｍ、Ｓｙｍ、Ｓｘｓ、Ｓｙｓ…ビームサイズ、Ｓｄ、Ｓｄｘ、Ｓｄｙ、Ｓｄｘｍ、Ｓｄｙｍ、Ｓｄｘｓ、Ｓｄｙｓ…目標ビームサイズ、ＡＳ、ＡＳｍ、ＡＳｓ…サイズ許容値、ｓｉｇａ…スポット間移動完了信号、ｓｉｇｂ…線量満了信号、ｓｉｇｃｍ、ｓｉｇｃｓ…処理開始信号、ｓｉｇｅ１、ｓｉｇｅ１ｘｍ、ｓｉｇｅ１ｘｓ、ｓｉｇｅ１ｙｍ、ｓｉｇｅ１ｙｓ…位置異常信号、ｓｉｇｅ２、ｓｉｇｅ２ｘｍ、ｓｉｇｅ２ｘｓ、ｓｉｇｅ２ｙｍ、ｓｉｇｅ２ｙｓ…サイズ異常信号。

Claims (6)

1. 加速器により加速され、走査電磁石で走査された荷電粒子ビームの状態を演算処理するビーム位置モニタ装置であって、
   前記荷電粒子ビームの通過位置を複数の検出チャネルにより検出する複数の位置モニタと、複数の前記位置モニタから出力される複数のアナログ信号に基づいて前記荷電粒子ビームの状態を演算処理するビームデータ処理装置と、を備え、
   前記ビームデータ処理装置は、
   前記位置モニタから出力される複数のアナログ信号を、前記アナログ信号毎にデジタル信号に変換するＡＤ変換器処理を実行するチャネルデータ変換部を複数有し、
   複数の前記チャネルデータ変換部により処理された複数の電圧情報に基づいて、前記位置モニタにおける前記荷電粒子ビームの通過位置であるビーム位置を計算する位置サイズ処理部を前記位置モニタ毎に有し、
   前記荷電粒子ビームが照射対象に照射されている間に、前記ＡＤ変換器処理を前記位置モニタ毎にタイミングをずらして実行するように、複数の前記チャネルデータ変換部を制御する統括制御部を有することを特徴とするビーム位置モニタ装置。
2. 前記統括制御部は、前記荷電粒子ビームを前記目標位置に走査する前記走査電磁石への指令の設定が完了したことを示すスポット間移動完了信号を受信する度に、複数の前記チャネルデータ変換部を前記位置モニタ毎に対応してグループ化されたデータ変換部グループの複数のうち前記ＡＤ変換器処理を実行していない一つのデータ変換部グループに対して前記ＡＤ変換器処理を開始する処理開始信号を出力し、前記処理開始信号を出力してから所定の開始遅延時間が経過した後に、前記ＡＤ変換器処理を実行していない他のデータ変換部グループに対して前記ＡＤ変換器処理を開始する処理開始信号を出力することを特徴とする請求項１記載のビーム位置モニタ装置。
3. 前記ビームデータ処理装置は、前記位置サイズ処理部により計算された前記ビーム位置が許容範囲にあるかを前記荷電粒子ビームの目標位置及び位置許容値に基づいて判定し、前記ビーム位置が許容範囲にないと判定した場合に位置異常信号を生成する異常判定処理部を前記位置モニタ毎に有することを特徴とする請求項１または２に記載のビーム位置モニタ装置。
4. 前記位置モニタは２つ設けられ、
   前記統括制御部は、２つの前記データ変換部グループに対して交互に前記ＡＤ変換器処理を開始する処理開始信号を出力することを特徴とする請求項２または３に記載のビーム位置モニタ装置。
5. 前記位置サイズ処理部は、複数の前記チャネルデータ変換部により処理された複数の前記電圧情報に基づいて、前記位置モニタを通過する前記荷電粒子ビームのビームサイズを計算し、
   前記異常判定処理部は、前記荷電粒子ビームの目標ビームサイズ及びサイズ許容値に基づいて前記ビームサイズが許容範囲にあるかを判定し、前記ビームサイズが許容範囲にないと判定した場合にサイズ異常信号を生成することを特徴とする請求項３または４に記載のビーム位置モニタ装置。
6. 荷電粒子ビームを発生させ、この荷電粒子ビームを加速器で加速させるビーム発生装置と、前記加速器により加速された荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、前記ビーム輸送系で輸送された荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線照射装置と、を備え、
   前記粒子線照射装置は、前記照射対象に照射する荷電粒子ビームを走査する走査電磁石と、前記走査電磁石で走査された荷電粒子ビームの状態を演算処理するビーム位置モニタ装置を有し、
   前記ビーム位置モニタ装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のビーム位置モニタ装置であることを特徴とする粒子線治療装置。

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