JP5614679B2 - Feedback system in ion beam irradiation equipment - Google Patents

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Description

本発明は、イオンビーム照射装置のフィードバックシステムに関し、特に、照射するイオンビームを治療計画によって決められたビーム強度に制御するためのRF−KO(Radio Frequency−KnockOut)電極等のビーム強度制御装置の制御に関する。   The present invention relates to a feedback system for an ion beam irradiation apparatus, and more particularly, to a beam intensity control apparatus such as an RF-KO (Radio Frequency-KnockOut) electrode for controlling an irradiation ion beam to a beam intensity determined by a treatment plan. Regarding control.

イオンビーム照射装置を用いた癌治療において、下記特許文献1に開示されるように、ラスタースキャニング照射方式の照射時間の短縮化を図るためには、スポット移動軌跡中の線量を予測して、治療計画に組み込むため、照射するイオンビームを治療計画に決められたビーム強度(単位時間当たりのイオンビームの線量)に制御する必要がある。   In cancer treatment using an ion beam irradiation apparatus, as disclosed in Patent Document 1 below, in order to shorten the irradiation time of the raster scanning irradiation method, the dose in the spot movement trajectory is predicted and treatment is performed. In order to incorporate in the plan, it is necessary to control the ion beam to be irradiated to the beam intensity (the dose of the ion beam per unit time) determined in the treatment plan.

また、呼吸性変動をする照射対象に対して、下記特許文献2に開示されるように、スキャニング照射を可能とする、PCR法(Phase Controlled Rescanning)においても、照射するイオンビームを、治療計画に決められたビーム強度に制御することが求められる。   Further, as disclosed in Patent Document 2 below, the irradiation target ion beam to be irradiated in the PCR method (Phase Control Rescending), which is capable of scanning irradiation, is used as a treatment plan. It is required to control to a predetermined beam intensity.

しかしながら、イオンビーム照射装置の一部をなす、シンクロトロンからのビーム取り出しにおいては、イオンビームがもつ空間的・エネルギー的分布に由来したビーム強度の時間的な変動は避けられないものである。
また、イオンビーム照射装置を構成する電源の時間的な変動も、ビーム強度の時間的な変動を誘起する。
また、加速器の制御部は、イオンビームを制御する磁界を作り出すために使用されている大電力の電源が放出するノイズ信号の影響を受けやすい環境にある。
これらの理由により、イオンビーム照射装置のビーム強度は、時間的に変動するため、ビーム強度を制御するフィードバックシステムが必要となる(下記特許文献3の請求項4、段落0020参照)。
However, in beam extraction from the synchrotron, which is a part of the ion beam irradiation apparatus, temporal variations in the beam intensity due to the spatial and energy distribution of the ion beam are inevitable.
Further, the temporal variation of the power source that constitutes the ion beam irradiation apparatus also induces the temporal variation of the beam intensity.
Further, the control unit of the accelerator is in an environment that is easily affected by a noise signal emitted from a high-power power source used to generate a magnetic field for controlling the ion beam.
For these reasons, since the beam intensity of the ion beam irradiation apparatus fluctuates with time, a feedback system for controlling the beam intensity is required (see claim 4 of Patent Document 3 below, paragraph 0020).

ここで、照射するイオンビームのビーム強度が一定に保たれているか否かについては、線量計を用いて通過するイオンビームの線量を測定し、その測定された線量値が一定値を保持しているか否かをもって判断することができる。そして、この線量計によって測定された線量値のデータを利用して、照射するイオンビームのビーム強度を制御する制御システムとして、図3に示す従来技術におけるイオンビーム照射装置201のフィードバックシステム200があげられる。   Here, whether or not the beam intensity of the ion beam to be irradiated is kept constant is determined by measuring the dose of the ion beam that passes through it using a dosimeter, and the measured dose value is kept constant. It can be judged by whether or not. A feedback system 200 of the ion beam irradiation apparatus 201 in the prior art shown in FIG. 3 is given as a control system for controlling the beam intensity of the irradiated ion beam using the data of the dose values measured by the dosimeter. It is done.

具体的に、図3に示すイオンビーム照射装置201のフィードバックシステム200は、イオンビーム照射装置201から照射されるイオンビームの線量を測定し、その測定値に対応する信号を出力する線量計210と、その信号を受けて、測定値に比例する電圧値が入力されたアナログ信号を出力するI−V変換器220と、そのアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換器230と、ディジタル信号となったイオンビームのビーム強度値と、治療計画によりスケジュールされ記憶されているビームの強度値(指令値)とを比較して差分値を求め、その差分値を強度制御装置であるRF−KO電極コントローラ250に出力する差動増幅器240とから構成されている。   Specifically, the feedback system 200 of the ion beam irradiation apparatus 201 shown in FIG. 3 measures a dose of the ion beam irradiated from the ion beam irradiation apparatus 201 and outputs a signal corresponding to the measured value. The I-V converter 220 that receives the signal and outputs an analog signal to which a voltage value proportional to the measured value is input, the A / D converter 230 that converts the analog signal into a digital signal, and the digital signal A difference value is obtained by comparing the beam intensity value of the ion beam and the beam intensity value (command value) scheduled and stored by the treatment plan, and the difference value is obtained by RF-KO as an intensity control device. It comprises a differential amplifier 240 that outputs to the electrode controller 250.

そして、差分値が入力されたRF−KO電極コントローラ250が、入力された差分値に基づいて、イオンビーム照射装置201内に設置されるRF−KO電極間に印加する電圧を制御して、治療計画により決められたビーム強度となるようにイオンビームを照射していた。   Then, the RF-KO electrode controller 250 to which the difference value is input controls the voltage applied between the RF-KO electrodes installed in the ion beam irradiation apparatus 201 based on the input difference value, and treatment is performed. The ion beam was irradiated so that the beam intensity determined by the plan was obtained.

特開2008−136523号公報JP 2008-136523 A 特開2008−154627号公報JP 2008-154627 A 特開2002−334821号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-334821

T.Furukawa et al.,”Global spill control in RF-knockout slow extracution”,Nuclear Instruments and Methods in Physics Research SectionA 522-3,(2004)pp.194-204.T. Furukawa et al., “Global spill control in RF-knockout slow extracution”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A 522-3, (2004) pp.194-204. H.Nakagawa et al.,”Slow Extraction Control Using The Digital Feedback System”,Proceedings of EPAC2000,Vienna,(2000)p.1921.H. Nakagawa et al., “Slow Extraction Control Using The Digital Feedback System”, Proceedings of EPAC2000, Vienna, (2000) p.1921.

しかしながら、前記したフィ−ドバックシステム200の構成において、通常は線量計210とI−V変換器220は、ノイズの侵入を防ぐために、近接させるが、I−V変換器220とA/D変換器230の距離は離れていることが多い。この場合、I−V変換器220から出力される信号は通常10V以下と低いアナログ信号であるので、ノイズが発生している環境下においては、そのアナログ信号にノイズが入力され、アナログ信号の波形が崩れるおそれがあった。
したがって、差動増幅器240には、線量計210が測定した測定値ではなく、ノイズが入った値が入力されて、治療計画により決められたビーム強度値との正確な差分値を得ることができず、RF−KO電極コントローラ250がイオンビームを治療計画により決められたビーム強度に制御することができないという問題があった。
However, in the configuration of the feedback system 200 described above, the dosimeter 210 and the IV converter 220 are usually placed close to each other in order to prevent intrusion of noise. However, the IV converter 220 and the A / D converter are used. The distance 230 is often far away. In this case, since the signal output from the I-V converter 220 is an analog signal that is usually as low as 10 V or less, in an environment where noise is generated, the noise is input to the analog signal, and the waveform of the analog signal Could collapse.
Therefore, the differential amplifier 240 receives not only the measurement value measured by the dosimeter 210 but also a value including noise, and an accurate difference value from the beam intensity value determined by the treatment plan can be obtained. Therefore, there is a problem that the RF-KO electrode controller 250 cannot control the ion beam to the beam intensity determined by the treatment plan.

一方で、I−V変換器220とA/D変換器230の距離を近接させて、ノイズの侵入を防ぐ方法も考えられるものの、A/D変換器230をI−V変換器220に近接させた分、A/D変換器230と差動増幅器240と距離を遠くなる。つまり、デジタルデータをA/D変換器230から差動増幅器240へ転送に、多数の長距離ケーブルが必要になるという問題がある。   On the other hand, although a method of preventing the intrusion of noise by making the distance between the IV converter 220 and the A / D converter 230 close is conceivable, the A / D converter 230 is brought close to the IV converter 220. Accordingly, the distance between the A / D converter 230 and the differential amplifier 240 is increased. That is, there is a problem that a large number of long-distance cables are required to transfer digital data from the A / D converter 230 to the differential amplifier 240.

その他、測定した線量の値が低い場合には、I−V変換器220から出力されたアナログ信号が小さくなりすぎるため、A/D変換器230において、デジタルデータに変換した数値の精度が悪化するという問題がある。   In addition, when the measured dose value is low, the analog signal output from the IV converter 220 becomes too small, and the accuracy of the numerical value converted into digital data in the A / D converter 230 deteriorates. There is a problem.

そこで、本発明は、信号にノイズが入力された場合、測定した線量値が変化して差動増幅器が治療計画により決められたビーム強度値との正確な差分値を出力することができないという問題を解消できるイオンビーム照射装置のフィードバックシステムを提供することを課題とする。   Therefore, the present invention has a problem that when noise is input to a signal, the measured dose value changes and the differential amplifier cannot output an accurate difference value from the beam intensity value determined by the treatment plan. It is an object of the present invention to provide a feedback system for an ion beam irradiation apparatus that can eliminate the above-mentioned problem.

前記課題を解決するために、本発明に係るイオンビーム照射装置のフィードバックシステムは、イオンビーム照射装置から照射されるイオンビームの強度を制御するビーム強度制御装置と、前記イオンビームの強度を測定し、測定強度に対応する線量信号を出力する線量測定部と、前記線量信号の出力を受け、該線量信号と治療計画によりスケジュールされ記憶されているビームの強度値とのビーム強度の差分値を求めて出力する差動増幅部と、前記差分値の出力を受け、前記差分値が0をまたぐ所定範囲内になるように、前記差分値の大小に応じて前記ビーム強度制御装置の電極間電圧を増減する電極コントローラと、を備えたイオンビーム照射装置のフィードバックシステムにおいて、前記線量信号の出力を受け、該線量信号を前記測定線量値に対応する周波数に変換した周波数信号を出力する周波数変換部と、前記周波数信号の出力を受け、該周波数信号の、あらかじめ設定されている所定時間あたりの周波数を前記所定時間間隔でカウントし、該カウント値を前記線量信号として前記差動増幅部に出力するカウンタ部と、を備えることにより、前記差動増幅部へ周波数に変換された線量信号が入力されることで線量信号の伝達精度を高めたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a feedback system for an ion beam irradiation apparatus according to the present invention includes a beam intensity control device that controls the intensity of an ion beam irradiated from the ion beam irradiation apparatus, and measures the intensity of the ion beam. A dose measurement unit that outputs a dose signal corresponding to the measurement intensity; receives the output of the dose signal, and obtains a difference value of the beam intensity between the dose signal and the beam intensity value scheduled and stored by the treatment plan And a differential amplifier that outputs the difference value, and the inter-electrode voltage of the beam intensity control device is set according to the magnitude of the difference value so that the difference value falls within a predetermined range across zero. the electrode controller to increase or decrease, in the feedback system of the ion beam irradiation apparatus equipped with, receives the output of the dose signal, the measured該線amount signal A frequency conversion unit for outputting a frequency signal converted into the corresponding frequencies to the amount values, receiving an output of said frequency signal, of the frequency signal, counts the frequency per predetermined time set in advance at the predetermined time interval A counter unit that outputs the count value as the dose signal to the differential amplifying unit, so that the dose signal converted into frequency is input to the differential amplifying unit, so that the transmission accuracy of the dose signal It is characterized by having increased.

前記構成によれば、周波数変換部は、線量測定部が測定したイオンビームの線量値を、信号上において周波数に変換して出力しているため、ノイズが信号に入力されてとしても、信号上の波形が変化するだけで、信号の周波数は変化しない。
また、カウンタ部は、所定時間あたりの周波数をカウントすることによって、ビーム強度をカウント値として導出することができる。
そして、差動増幅部は、測定された線量値から導出されたカウント値(ビーム強度)と治療計画によりスケジュールされ記憶されているビームの強度値との正確な差分を得ることができ、その正確な差分を電極コントローラに出力することができる。
よって、本発明によれば、電極コントローラが正確な差分に基づいて、電極間に電圧を印加するか否かを決定することができ、治療計画に適ったビーム強度のイオンビームを照射することが可能となる。
According to the above configuration, since the frequency converter converts the dose value of the ion beam measured by the dose measuring unit into a frequency on the signal and outputs it, even if noise is input to the signal, Only the waveform of the signal changes, and the frequency of the signal does not change.
Further, the counter unit can derive the beam intensity as a count value by counting the frequency per predetermined time.
The differential amplifying unit can obtain an accurate difference between the count value (beam intensity) derived from the measured dose value and the intensity value of the beam scheduled and stored by the treatment plan. Difference can be output to the electrode controller.
Therefore, according to the present invention, the electrode controller can determine whether to apply a voltage between the electrodes based on an accurate difference, and can irradiate an ion beam having a beam intensity suitable for a treatment plan. It becomes possible.

また、請求項2に記載の構成は、前記周波数変換部から出力される信号の波形は、パルス波であることを特徴とする。前記構成によれば、ノイズによる影響が少ないため、測定された線量値が変化するおそれが少なく、正確な測定値をカウンタ部に入力することができる。   The configuration of claim 2 is characterized in that the waveform of the signal output from the frequency converter is a pulse wave. According to the said structure, since there is little influence by noise, there is little possibility that the measured dose value will change, and an exact measured value can be input into a counter part.

また、請求項3に記載の構成は、前記カウンタ部は、カウントした二以上の前記カウント値から平均値である平均カウント値を算出し、その算出された前記平均カウント値を前記ビーム強度値として前記差動増幅部に出力することを特徴とする。   Further, in the configuration according to claim 3, the counter unit calculates an average count value that is an average value from the counted two or more count values, and uses the calculated average count value as the beam intensity value. It outputs to the said differential amplifier part, It is characterized by the above-mentioned.

前記構成によれば、前後するカウント値から平均値である平均カウント値を算出し、測定値に近似した平均カウント値を差動増幅部に入力することができ、測定した線量の値が低いために生じるカウンタ部の計測不良を回避することができる。   According to the above configuration, an average count value that is an average value can be calculated from count values that precede and follow, and an average count value that approximates the measured value can be input to the differential amplifier, and the measured dose value is low. In this way, it is possible to avoid the measurement failure of the counter section that occurs in the above.

以上、本発明によれば、信号にノイズが入力された場合であっても、測定値が変化することなくカウンタ部に入力される。よって、電極コントローラは、照射するイオンビームを治療計画により決められたビーム強度に制御可能な、イオンビーム照射装置のフィードバックシステムを提供することが可能となる。   As described above, according to the present invention, even when noise is input to a signal, the measured value is input to the counter unit without change. Therefore, the electrode controller can provide a feedback system of the ion beam irradiation apparatus that can control the ion beam to be irradiated to the beam intensity determined by the treatment plan.

実施形態におけるイオンビーム照射装置とそのフィードバックシステムとの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the ion beam irradiation apparatus and its feedback system in embodiment. 図2(a)が、カウンタ部に入力された信号における周波数(パルス)を示し、図2(b)は、そのパルスをカウントする実施形態のカウンタ部の時間幅を表す図で、図2(c)は、変更例のカウンタ部の時間幅を表す図である。FIG. 2A shows the frequency (pulse) in the signal input to the counter unit, and FIG. 2B is a diagram showing the time width of the counter unit of the embodiment counting the pulses. c) is a diagram illustrating the time width of the counter unit of the modification example. 従来技術におけるイオンビーム照射装置とそのフィードバックシステムとの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the ion beam irradiation apparatus and its feedback system in a prior art.

次に、本発明の一実施形態におけるイオンビーム照射装置のフィードバックシステムについて、図面を参照して説明する。   Next, a feedback system for an ion beam irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(イオンビーム照射装置100)
図1に図示される本実施形態のイオンビーム照射装置100は、イオンを生成するイオン源101、初段の加速を行う線形加速器102、イオンを高エネルギーまで加速される環状のシンクロトロン103、RF−KO電極104、ならびに治療用の照射装置105と、を含んで構成されている。また、イオンビーム照射装置100は、RF−KO電極104の印加電圧を制御するRF−KO電極コントローラ106と、RF−KO電極104以外の装置は図示しない制御装置とで制御され、イオンビームを治療に必要なエネルギーまで加速して標的に照射する。
(Ion beam irradiation apparatus 100)
An ion beam irradiation apparatus 100 of the present embodiment illustrated in FIG. 1 includes an ion source 101 that generates ions, a linear accelerator 102 that performs acceleration at the first stage, an annular synchrotron 103 that accelerates ions to high energy, and an RF − The KO electrode 104 and the treatment irradiation apparatus 105 are included. The ion beam irradiation apparatus 100 is controlled by an RF-KO electrode controller 106 that controls the applied voltage of the RF-KO electrode 104, and a control device (not shown) other than the RF-KO electrode 104 to treat the ion beam. The target is accelerated to the energy required for irradiation.

RF−KO電極104は、イオンビームの進行方向と垂直方向又は水平方向に電圧を印加することを可能とする装置である。そして、RF−KO電極104がイオンビームの進行方向と垂直方向又は水平方向に電圧を印加することによって、シンクロトロン103内からイオンビームを取り出されて、照射装置105からイオンビームが照射される。なお、RF−KO電極104が電圧を印加するか否かは、後記するRF−KO電極コントローラ106から送信される制御信号に基づいて行われる。   The RF-KO electrode 104 is a device that makes it possible to apply a voltage in a direction perpendicular or horizontal to the traveling direction of the ion beam. Then, when the RF-KO electrode 104 applies a voltage in a direction perpendicular or horizontal to the traveling direction of the ion beam, the ion beam is taken out from the synchrotron 103 and irradiated by the irradiation device 105. Whether or not the RF-KO electrode 104 applies a voltage is determined based on a control signal transmitted from the RF-KO electrode controller 106 described later.

また、RF−KO電極コントローラ106は、RF−KO電極104に電圧を印加するか否かの判断を行う制御部であり、後記する差動増幅部40から差分値が入力された場合には、その差分値を基に、RF−KO電極104間に電圧の印加、又は電圧の印加の停止すべき制御信号をRF−KO電極104に送信する。これによって、イオンビームを取り出す量が治療計画によりスケジュールされ記憶されているビームの強度とすることが可能となる。   The RF-KO electrode controller 106 is a control unit that determines whether or not to apply a voltage to the RF-KO electrode 104. When a differential value is input from the differential amplifier 40 described later, Based on the difference value, a voltage application between the RF-KO electrodes 104 or a control signal for stopping the voltage application is transmitted to the RF-KO electrodes 104. As a result, the amount of ion beam extracted can be made the intensity of the beam scheduled and stored by the treatment plan.

(フィードバックシステム1)
本実施形態のフィードバックシステム1は、イオンビームの線量を測定する線量測定部10と、測定された線量値を周波数に変換するI―F変換部20と、所定時間あたりの周波数をカウントするカウンタ部30と、ならびに入力された二つのデータの差分を算出する差動増幅部40とを含んで構成される。
(Feedback system 1)
The feedback system 1 of the present embodiment includes a dose measurement unit 10 that measures the dose of an ion beam, an IF conversion unit 20 that converts the measured dose value into a frequency, and a counter unit that counts the frequency per predetermined time. 30 and a differential amplifying unit 40 that calculates a difference between two input data.

(線量測定部10)
線量測定部10は、照射されるイオンビームの線量の測定を行うものであって、電離作用を利用して線量を測定する電離箱や、イオンビームが生成する2次電子を捕集して線量を測定する2次電子モニターが挙げられる。また、これに限られず、リアルタイムに、線量を計測できる線量計であれば、他の機器であってもよい。
(Dose measurement unit 10)
The dose measurement unit 10 measures the dose of the ion beam to be irradiated. The dose measurement unit 10 collects the secondary electrons generated by the ionization chamber or ion beam that measures the dose by using the ionization action. Secondary electron monitor that measures Further, the present invention is not limited to this, and any other device may be used as long as it can measure the dose in real time.

(I―F変換部20)
I―F変換部20は、線量測定部10から入力される、例えば、電流値などのアナログ信号を受けて、そのアナログ信号の電流値に比例した数の周波数を生成し信号として出力を行う周波数変換部である。また、本実施形態におけるI―F変換部20が生成し出力する信号の波形は、パルス波とするが、本発明は、このパルス波に限るものではない。たとえば、ノイズによる影響が少ない矩形波など急峻な変化を示す波形であってもよい。なお、I―F変換部20は、特許請求の範囲に記載される「周波数変換部」に相当するものである。
(IF conversion unit 20)
The IF conversion unit 20 receives an analog signal such as a current value input from the dose measurement unit 10, generates a frequency proportional to the current value of the analog signal, and outputs the frequency as a signal It is a conversion unit. Further, the waveform of the signal generated and output by the IF converter 20 in the present embodiment is a pulse wave, but the present invention is not limited to this pulse wave. For example, the waveform may show a steep change such as a rectangular wave that is less affected by noise. The IF conversion unit 20 corresponds to a “frequency conversion unit” described in the claims.

(カウンタ部30)
カウンタ部30は、I―F変換部20より出力された信号(パルス)に入力される所定時間あたりの周波数をカウントし、そのカウントされた周波数の数値(カウント値)の出力を行う。ここで、所定時間は、特に限定されるものでないが、本実施形態においては100μ秒と設定されているとする。よって、カウンタ部30はこの100μ秒を1ブロックとして周波数のカウントを行う。
よって、図2に示すように、カウンタ部30に、図2(a)に示すようなパルスが入力された信号が入力された場合、上記した実施形態のカウンタ部30は、図2(b)に示すように、100μ秒間隔でブロック毎に計測し、その各ブロックにおける計測されたカウント値であるN〜Nを、そのまま後記する差動増幅部40に送信を行う。
(Counter unit 30)
The counter unit 30 counts the frequency per predetermined time input to the signal (pulse) output from the IF conversion unit 20, and outputs a numerical value (count value) of the counted frequency. Here, the predetermined time is not particularly limited, but is assumed to be set to 100 μsec in the present embodiment. Therefore, the counter unit 30 counts the frequency with this 100 μsec as one block.
Therefore, as shown in FIG. 2, when the counter unit 30 receives a signal to which a pulse as shown in FIG. 2A is input, the counter unit 30 of the above-described embodiment is configured as shown in FIG. As shown in FIG. 4, the measurement is performed for each block at intervals of 100 μs, and the measured count values N 1 to N 6 in the respective blocks are transmitted as they are to the differential amplifier 40 described later.

カウンタ部30は、イオンビーム量が少なく、ビーム強度値が小さい場合に、周波数の計測にばらつきが生じるおそれがある。この場合に備え、あらかじめ閾値を設けておき、その値よりカウント値が下回った場合は、カウンタ部30は、連続したブロックでカウントした二以上のカウント値からそれらの平均値である平均カウント値を算出し、その平均カウント値をビーム強度値として、差動増幅部40に出力するとしてもよい。
具体的に、カウンタ部30は、図2(c)に示すように、各ブロックにおいて計測されたカウント値であるN〜Nの平均カウント値((N+N+N)/3)を算出し、その平均カウント値((N+N+N)/3)をビーム強度として、差動増幅部40に送信するとしてもよい。この変形例によれば、カウンタ部30に周波数の計測不備が生じても、測定値に近似する値をカウント値として出力することができる。
The counter unit 30 may cause variations in frequency measurement when the ion beam amount is small and the beam intensity value is small. In preparation for this case, a threshold value is set in advance, and when the count value falls below that value, the counter unit 30 calculates an average count value that is an average value from two or more count values counted in consecutive blocks. The average count value may be calculated and output to the differential amplifier 40 as a beam intensity value.
Specifically, as shown in FIG. 2C, the counter unit 30 has an average count value of N 1 to N 3 ((N 1 + N 2 + N 3 ) / 3) that is a count value measured in each block. And the average count value ((N 1 + N 2 + N 3 ) / 3) may be transmitted to the differential amplifier 40 as the beam intensity. According to this modification, even if a frequency measurement defect occurs in the counter unit 30, a value approximate to the measurement value can be output as the count value.

(差動増幅部40)
差動増幅部40は、カウンタ部30から入力されるカウント値から、指令値を減算して差分値を求めて、その差分値をRF−KO電極コントローラ106に出力する装置である。ここで、差動増幅部40に入力される指令値とは、治療計画によりスケジュールされあらかじめメモリーに書き込まれた標的に照射すべきビーム強度の値(請求項に記載の「治療計画によりスケジュールされ記憶されているビームの強度値」に相当。)であって、具体的には、1ブロック単位(100μ秒)当りに照射されるべきイオンビームの線量の値である。
(Differential amplifier 40)
The differential amplifying unit 40 is a device that subtracts the command value from the count value input from the counter unit 30 to obtain a difference value, and outputs the difference value to the RF-KO electrode controller 106. Here, the command value input to the differential amplifying unit 40 is a value of the beam intensity to be irradiated to the target scheduled in advance according to the treatment plan and written in the memory (“scheduled and stored in the treatment plan according to the claims”). It is equivalent to the intensity value of the beam that is being applied.), Specifically, the dose value of the ion beam to be irradiated per block unit (100 μsec).

(使用方法)
つぎに、実施形態に係るイオンビーム照射装置100におけるフィードバックシステム1の使用方法について説明する。
(how to use)
Next, a method of using the feedback system 1 in the ion beam irradiation apparatus 100 according to the embodiment will be described.

まず、RF−KO電極コントローラ106は、イオンビーム照射装置100から照射されるイオンビームが、治療計画に基づいた照射すべきビーム強度となるようにRF−KO電極104間の電圧を印加し、患者等にイオンビームが照射される。   First, the RF-KO electrode controller 106 applies a voltage between the RF-KO electrodes 104 so that the ion beam irradiated from the ion beam irradiation apparatus 100 has a beam intensity to be irradiated based on the treatment plan, and the patient Etc. are irradiated with an ion beam.

つぎに、線量測定部10は、電離箱を通過するイオンビームの線量の測定を行い、測定した線量値に対応する大きさとなる電流を信号として、I―F変換部20に出力する。   Next, the dose measurement unit 10 measures the dose of the ion beam passing through the ionization chamber, and outputs a current having a magnitude corresponding to the measured dose value to the IF conversion unit 20 as a signal.

I―F変換部20は、入力された信号の電流値に比例する周波数を生成して出力する。また、I―F変換部20は生成する信号の波形は、パルスであるために、図2(a)に示すような信号がカウンタ部30に送信されることとなる。そして、カウンタ部30は、1ブロック単位(100μ秒)毎の入力された信号の周波数(パルスの個数)をカウントし、そのカウント値を差動増幅器に出力する。ここで、カウンタ部30によってカウントされたカウント値は、100μ秒間における線量の値、つまり、測定されたイオンビームの100μ秒あたりのビーム強度値である。   The IF conversion unit 20 generates and outputs a frequency proportional to the current value of the input signal. Further, since the waveform of the signal generated by the IF conversion unit 20 is a pulse, a signal as shown in FIG. 2A is transmitted to the counter unit 30. The counter unit 30 counts the frequency (number of pulses) of the input signal for each block unit (100 μsec) and outputs the count value to the differential amplifier. Here, the count value counted by the counter unit 30 is a dose value in 100 μsec, that is, a beam intensity value per 100 μsec of the measured ion beam.

そして、差動増幅部40は、カウンタ部30によって導出されたビーム強度値を指令値として入力された治療計画によりスケジュールされ記憶されているビームの強度値で減算して差分値を算出し、その差分値をRF−KO電極コントローラ106に出力する。   Then, the differential amplifying unit 40 calculates the difference value by subtracting the beam intensity value derived by the counter unit 30 by the beam intensity value scheduled and stored by the treatment plan inputted as the command value, The difference value is output to the RF-KO electrode controller 106.

そして、RF−KO電極コントローラ106は、入力された差分値が0をまたぐ所定範囲内の場合に、照射するイオンビームのビーム強度は治療計画に決められたビーム強度と同一であると判断する。そして、RF−KO電極コントローラ106は、RF−KO電極104に、印加する電圧値を変えずにそのまま継続して印加するように制御信号を送信する。したがって、イオンビーム照射装置100からは、継続して治療計画に決められたイオンビーム強度のイオンビームが照射されることとなる。   The RF-KO electrode controller 106 determines that the beam intensity of the ion beam to be irradiated is the same as the beam intensity determined in the treatment plan when the input difference value is within a predetermined range that crosses zero. Then, the RF-KO electrode controller 106 transmits a control signal to the RF-KO electrode 104 so that it is continuously applied without changing the voltage value to be applied. Therefore, the ion beam irradiation apparatus 100 continuously irradiates the ion beam having the ion beam intensity determined in the treatment plan.

また、入力された差分値が所定の範囲よりもプラス方向に大きい場合には、RF−KO電極コントローラ106は、照射するイオンビームのビーム強度が治療計画に決められたビーム強度よりも高いと判断する。そして、RF−KO電極コントローラ106は、RF−KO電極104に印加する電圧値をその高い分だけ下げて印加するように制御信号を送信する。   When the input difference value is larger in the plus direction than the predetermined range, the RF-KO electrode controller 106 determines that the beam intensity of the ion beam to be irradiated is higher than the beam intensity determined in the treatment plan. To do. Then, the RF-KO electrode controller 106 transmits a control signal so that the voltage value applied to the RF-KO electrode 104 is lowered and applied.

一方で、入力された差分値が所定の範囲よりもマイナス方向に大きい場合には、RF−KO電極コントローラ106は、照射するイオンビームのビーム強度が治療計画に決められたビーム強度よりも低いと判断し、RF−KO電極104に印加する電圧値をその低い分だけ上げて印加するように制御信号を送信する。
以上より、イオンビーム照射装置100は、RF−KO電極コントローラ106が差分値に基づいてRF−KO電極104の印加電圧を制御することによって、治療計画に決められたイオンビーム強度のイオンビームを照射することが可能となる。
On the other hand, when the input difference value is larger in the minus direction than the predetermined range, the RF-KO electrode controller 106 determines that the beam intensity of the ion beam to be irradiated is lower than the beam intensity determined in the treatment plan. The control signal is transmitted so that the voltage value applied to the RF-KO electrode 104 is increased by the lower amount and applied.
As described above, in the ion beam irradiation apparatus 100, the RF-KO electrode controller 106 controls the applied voltage of the RF-KO electrode 104 based on the difference value, thereby irradiating the ion beam with the ion beam intensity determined in the treatment plan. It becomes possible to do.

以上、本実施形態におけるイオンビーム照射装置のフィードバックシステムについて説明したが、本実施形態によれば、線量測定部10によって測定された測定データ(線量値)は、I―F変換部20によって周波数に変換されるため、たとえノイズが入力されたとしても、信号の波形が変化するだけであって、その周波数が増減するおそれはない。
つまり、本実施形態のイオンビーム照射装置のフィードバックシステムによれば、測定された正確なビーム強度値を差動増幅器に入力することが可能となる。
したがって、本実施形態によれば、RF―KO電極コントローラは、導出されたビーム強度値と治療計画によりスケジュールされ記憶されているビームの強度値との正確な差分値を得て、RF−KO電極間に印加する電圧を制御することができ、治療計画により決められたビーム強度のイオンビームを照射することが可能となる。
The feedback system of the ion beam irradiation apparatus in the present embodiment has been described above. According to the present embodiment, the measurement data (dose value) measured by the dose measurement unit 10 is converted into a frequency by the IF conversion unit 20. Since it is converted, even if noise is input, only the waveform of the signal changes, and there is no possibility that the frequency will increase or decrease.
That is, according to the feedback system of the ion beam irradiation apparatus of the present embodiment, it is possible to input the measured accurate beam intensity value to the differential amplifier.
Therefore, according to this embodiment, the RF-KO electrode controller obtains an accurate difference value between the derived beam intensity value and the intensity value of the beam scheduled and stored by the treatment plan, and the RF-KO electrode The voltage applied between them can be controlled, and an ion beam having a beam intensity determined by the treatment plan can be irradiated.

なお、本発明は実施形態に示すものに限るものでない。例えば、実施形態においては、RF−KO電極104を用いていたが、このRF−KO電極104以外にも、ビーム強度制御装置として、四重極電磁石励磁電流変更によるベータトロンチューン制御手法を用いたビーム強度制御装置、及びビームエネルギー変更によるベータトロンチューン制御手法を用いたビーム強度制御装置であってもよい。このビームエネルギー変更は、誘導加速装置または高周波加速装置などのビーム加速装置を用いて行なうものである。   In addition, this invention is not restricted to what is shown to embodiment. For example, in the embodiment, the RF-KO electrode 104 is used. In addition to the RF-KO electrode 104, a betatron tune control method using a quadrupole electromagnet excitation current change is used as a beam intensity control device. It may be a beam intensity control apparatus and a beam intensity control apparatus using a betatron tune control method by changing beam energy. This beam energy change is performed using a beam accelerator such as an induction accelerator or a high-frequency accelerator.

また、四重極電磁石励磁電流変更によるベータトロンチューン制御手法を用いたビーム強度制御装置において、四重極電磁石の電源を制御することで、励磁電流を変化させてもよい。四重極電磁石は、一般にシンクロトロン中に複数設けられているが、少なくともその一つを制御することでも効果を得ることができる。 Further, in the beam intensity control apparatus using the betatron tune control method by changing the quadrupole electromagnet excitation current, the excitation current may be changed by controlling the power supply of the quadrupole electromagnet. A plurality of quadrupole electromagnets are generally provided in the synchrotron, but the effect can also be obtained by controlling at least one of them.

1 フィードバックシステム
10 線量測定部
20 I−F変換部
30 カウンタ部
40 差動増幅部
100 イオンビーム照射装置
101 イオン源
102 線形加速器
103 シンクロトロン
104 RF−KO電極
105 照射装置
106 RF−KO電極コントローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Feedback system 10 Dose measuring part 20 IF conversion part 30 Counter part 40 Differential amplification part 100 Ion beam irradiation apparatus 101 Ion source 102 Linear accelerator 103 Synchrotron 104 RF-KO electrode 105 Irradiation apparatus 106 RF-KO electrode controller

Claims (3)

イオンビーム照射装置から照射されるイオンビームの強度を制御するビーム強度制御装置と、
前記イオンビームの強度を測定し、測定強度に対応する線量信号を出力する線量測定部と、
前記線量信号の出力を受け、該線量信号と治療計画によりスケジュールされ記憶されているビームの強度値とのビーム強度の差分値を求めて出力する差動増幅部と、
前記差分値の出力を受け、前記差分値が0をまたぐ所定範囲内になるように、前記差分値の大小に応じて前記ビーム強度制御装置の電極間電圧を増減する電極コントローラと、
を備えたイオンビーム照射装置のフィードバックシステムにおいて、
前記線量信号の出力を受け、該線量信号を前記測定線量値に対応する周波数に変換した周波数信号を出力する周波数変換部と、
前記周波数信号の出力を受け、該周波数信号の、あらかじめ設定されている所定時間あたりの周波数を前記所定時間間隔でカウントし、該カウント値を前記線量信号として前記差動増幅部に出力するカウンタ部と、
を備えることにより、
前記差動増幅部へ周波数に変換された線量信号が入力されることで線量信号の伝達精度を高めたことを特徴とするイオンビーム照射装置のフィードバックシステム。
A beam intensity control device for controlling the intensity of the ion beam irradiated from the ion beam irradiation device;
A dose measuring unit that measures the intensity of the ion beam and outputs a dose signal corresponding to the measured intensity;
A differential amplifying unit that receives the output of the dose signal and obtains and outputs a difference value of the beam intensity between the dose signal and the intensity value of the beam scheduled and stored by the treatment plan;
An electrode controller that receives the output of the difference value and increases or decreases the inter-electrode voltage of the beam intensity control device according to the magnitude of the difference value so that the difference value falls within a predetermined range across 0 ;
In the feedback system of the ion beam irradiation apparatus equipped with
A frequency converter that receives the output of the dose signal and outputs a frequency signal obtained by converting the dose signal into a frequency corresponding to the measured dose value;
Receiving an output of said frequency signal, of the frequency signal, it counts the frequency per predetermined time set in advance at the predetermined time interval, the counter unit to be output to the differential amplifier section the count value as the dose signal When,
By providing
A feedback system for an ion beam irradiation apparatus, wherein a dose signal converted into a frequency is input to the differential amplification unit to improve a transmission accuracy of the dose signal.
前記周波数信号の波形は、パルス波であることを特徴とする請求項1に記載のイオンビーム照射装置のフィードバックシステム。   The feedback system of the ion beam irradiation apparatus according to claim 1, wherein the waveform of the frequency signal is a pulse wave. 前記カウンタ部は、あらかじめ設けた閾値よりビーム強度が小さいことを示すカウント値をカウントした場合に、連続カウントした二以上の前記カウント値の平均カウント値を算出し、前記算出値を前記線量信号として前記差動増幅部に出力することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のイオンビーム照射装置のフィードバックシステム。   When the counter unit counts a count value indicating that the beam intensity is smaller than a preset threshold value, the counter unit calculates an average count value of the two or more count values continuously counted, and uses the calculated value as the dose signal. The ion beam irradiation apparatus feedback system according to claim 1, wherein the feedback system outputs the differential amplification unit to the differential amplification unit.
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