JP5868849B2 - 粒子加速器、粒子放射線治療システム、粒子数を制御するための方法、及び一連のスポット照射を実施するための方法 - Google Patents
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Description
・ イオン源及び/又はRFシステムの動作に関係するビーム制御パラメータの値の関数として最小値から最大値までパルス化イオンビームの各ビームパルス内の粒子数を変更するための手段と、
・ ビーム制御デバイスとを備え、そのビーム制御デバイスは、
・ 各ビームパルスに対する所要の粒子数を特定する外部命令を受信するためのインターフェースと、
・ 較正テーブルを記憶するための、又はビーム制御パラメータとビームパルス内の粒子数との間の関係を定義する数学的関数のパラメータ値を記憶するための手段と、
・ 較正テーブル又は数学的関数を用いて所要の粒子数に対応するビーム制御パラメータの所要の値を求める手段と、
・ 変更するための手段にビーム制御パラメータの所要の値を送信するためのインターフェースとを備える。
・ ビームパルス内の測定された粒子数を特定する外部信号を受信するためのインターフェースと(その測定はビームモニタで行われる)、
・ 測定された粒子数に基づいて較正テーブル又はパラメータ値をアップデートするための手段とを備える。
・ ビーム制御パラメータに対して複数の異なる値を定めて、その各値に対してビームパルスを生成して、生成された各ビームパルス内の対応する粒子数を測定することによって較正テーブル又は数学的関数を自動的に発生させるための制御手段を備える。
・ 加速器によって各ビームパルスが生成された後に較正テーブル又は数学的関数を自動的に再調整するための制御手段を備え、その再調整は、測定された粒子数を所要の粒子数と比較することによって行われる。
・ スポット照射に伝達される粒子の所要の全粒子数の所定のパーセンテージで、二つのビームパルスのうち第一のビームパルスの所要の粒子数を定める手段と、
・ スポット照射に対する所要の全粒子数から、第一のビームパルスで既に伝達されている粒子の測定粒子数を引いたものとして、二つのビームパルスのうち第二のビームパルスの所要の粒子数を特定する手段とを備える。
・ 最後のビームパルスを除いた全てのビームパルスの所要の粒子数の和がスポット照射に対して伝達される全粒子数の所定のパーセンテージに等しくなるように、可変数のビームパルスの全てのビームパルスに対する所要の粒子数を定める手段と、
・ スポット照射に対して伝達される全粒子数から、スポット照射に対して既に伝達されている粒子の測定された粒子数を引いたものとして、可変数のビームパルスの最後のビームパルスに対する所要の粒子数を特定する手段とを備える。
・ 較正データを発生させるステップであって、
1.粒子数を変更するための手段にビーム制御パラメータの値を適用するサブステップと、
2.加速器からビームパルスを生成及び取り出すサブステップと、
3.取り出されたビームパルス内の粒子数を測定するサブステップと、
4.取り出されたビームパルス内の測定された粒子数を記憶するステップと、
5.一連のビーム制御パラメータの値に対してサブステップ1から4を繰り返すサブステップとを備えたステップと、
・ 粒子ビーム生成を実施するステップであって、
1.各ビームパルスに対して、ビームパルス内の所要の粒子数を特定する外部命令を受信するサブステップと、
2.較正データを用いて所要の粒子数に対応するビーム制御パラメータの所要の値を求めるサブステップと、
3.粒子数を変更するための手段にビーム制御パラメータの所要の値を適用するサブステップと、
4.加速器からビームパルスを生成及び取り出すサブステップとを備えたステップとを備える。
5.取り出されたビームパルス内の粒子数を測定するサブステップと、
6.測定された粒子数と所要の粒子数との比較を行うサブステップと、
7.その比較に基づいて較正データを修正するサブステップとを備える。
・ スポットに伝達される粒子の所要の全粒子数T1を定めるステップと、
・ 粒子数T1の粒子を伝達するための全ビームパルス数を特定して、全ビームパルス数の各ビームパルスに対して所要の粒子数を定めるステップと、
・ 最後のビームパルスを除いたビームパルスを適用するステップと、
・ 最後のビームパルスを除いたビームパルスの粒子数A1を測定するステップと、
・ 最後のビームパルスを適用する前に、所要の全粒子数と測定された粒子数との間の差T1−A1を計算するステップと、
・ 差T1−A1に等しいものとして最後のビームパルスの所要の粒子数A2を特定するステップと、
・ 最後のビームパルスを適用するステップとを備える。
1.最初のビーム制御パラメータ値(例えば最低動作値で始まる)を設定するステップと、
2.ビームパルスを生成して取り出すステップと、
3.取り出されたビームパルス強度を測定するステップと、
4.測定されたビームパルス強度値を記憶するステップと、
5.ビーム制御パラメータを変更するステップと、
6.所定の動作スパン内で一連のビーム制御パラメータ値に対してステップ2から5を繰り返すステップとを備える。
結果として、ビームパルス内の粒子数に対応する複数のビーム制御パラメータ値を備えた較正データテーブルが得られる。
1.二つのビームパルスのうち第一のものに対する所要の粒子数は、スポット照射に対して伝達される所要の全粒子数の所定のパーセンテージ(例えば90%)で定義される。
2.二つのビームパルスのうち第二のものに対する所要の粒子数は、スポット照射に対する所要の全粒子数から、第一のビームパルスで既に伝達された粒子の測定数を引いたものとして定義される。例えば、第一のビームパルスに対する所要の粒子数が90%に設定され、この第一のビームパルスの測定粒子数が88%に対応する場合、第二のパルスに対する所要の粒子数は12%に設定される。
第一のパルス中に伝達される粒子数の測定は、ビームモニタで測定される。このビームモニタは、加速器の出口、又はビーム輸送システムに沿ったいずれかの箇所に設置可能であるが、好ましくは、粒子ビーム伝達デバイス33内に設置されたビームモニタであり得る。この二つのスポット照射法の利点は、パルス毎の粒子数を生じさせるのに必要な精度が減じられる点である。実際には1%のスポット照射精度を得る必要がある場合でも、より低いビームパルス強度の精度が許容可能となる。一例として、加速器で得ることができるビームパルス強度の精度が5%であるとしてみる。第一のビームパルスに対しては、所要の粒子数は例えば90%に設定可能である。5%の誤差の可能性を考慮すると、測定粒子数は例えば86%であり得る(90±5%の数が想定される)。上述の方法では、第二のパルスは100%−86%=14%に設定されて、第二のパルスも、5%の精度で伝達される。この例では、スポット走査照射の全精度は、0.7%(0.05×14)であり、5%のパルス強度の精度で、スポット走査照射を、1%以下の制度で実施することができる。
1.可変数のビームパルスの最初の方のビームパルス(複数)は、所要の粒子数の和がそのスポット照射用に伝達される粒子の全粒子数の所定のパーセンテージ(例えば90%)に等しくなるように定められる。例えば、全部で4つのパルスを用いてスポットを照射する場合、最初の方の3つのビームパルスを、スポット照射において伝達される粒子の全粒子数の30%を各々伝達するように定めることができる。
2.可変数のビームパルスの最後のビームパルスに対する所要の粒子数は、スポット照射に対して伝達される粒子の全粒子数から、そのスポット照射に対して既に伝達された粒子の測定粒子数を引いたものとして定義される。例えば、全部で4つのパルスを用い、最初の方の3つのビームパルスのビーム粒子の測定数の和が87%に対応する場合、最後のビームパルスに対する所要の粒子数は、所要の全粒子数の13%に設定される。
・ そのスポットに伝達される粒子の所要の全粒子数T1を定めるステップと、
・ その粒子数T1の粒子を伝達するための全ビームパルス数を特定して、その全ビームパルス数の各ビームパルスに対する所要の粒子数を定めるステップと、
・ 最後のビームパルスを除いたビームパルスを適用するステップと、
・ 最後のビームパルスを除いたビームパルスの粒子数A1を測定するステップと、
・ 最後のビームパルスを適用する前に、所要の全粒子数と測定粒子数との間の差T1−A1を計算するステップと、
・ その差T1−A1に等しい最後のビームパルスの所要の粒子数A2を特定するステップと、
・ 最後のビームパルスを適用するステップ。
・ そのスポットに伝達される粒子の所要の全粒子数T1を定めるステップと、
・ その粒子数T1の粒子を伝達するための全ビームパルス数を特定して、その全ビームパルス数の各ビームパルスに対する所要の粒子数を定めるステップと、
・ 最後のビームパルスを除いたビームパルスを適用するステップと、
・ 最後のビームパルスを除いたビームパルスの粒子数A1を測定するステップと、
・ 最後のビームパルスを適用する前に、所要の全粒子数と測定粒子数との間の差T1−A1を計算するステップと、
・ 差T1−A1に等しい最後のビームパルスの所要の粒子数A2を特定するステップと、
・ 最後のビームパルスを適用するステップ。
11 イオン源
12 無線周波数加速システム
13 ビームモニタ
14 ビームパルス
15 ビーム制御デバイス
16 制御システム
17 粒子数を変更するための手段
20 全加速サイクル期間(=RF繰り返し期間=RF変調期間)
21 初期RF周波数
22 最終RF周波数
23 イオン源オン期間
24 ビームパルス幅
31 エネルギーを変更するための手段
32 ビーム輸送システム
33 ビーム伝達デバイス
34 処置室
35 粒子放射線治療システム
Claims (16)
- エネルギーパルス化イオンビームを生成するためのシンクロサイクロトロン型の粒子加速器(10)であって、該粒子加速器が、イオンを生成するためのイオン源(11)と、前記イオンを加速するための無線周波数加速システム(12)とを備え、該粒子加速器が、
前記イオン源及び/又は前記無線周波数加速システムの動作に関係しているビーム制御パラメータの値の関数として、最小値から最大値まで、前記エネルギーパルス化イオンビームの各ビームパルス(14)内の粒子数を、ビームパルスを中断せずに変更するための手段(17)と、
ビーム制御デバイス(15)とを備え、該ビーム制御デバイス(15)が、
各ビームパルスに対して所要の粒子数を特定する外部命令を受信するためのインターフェースと、
適切な記憶手段に記憶されている較正テーブル、又は前記ビーム制御パラメータの値と前記ビームパルス内の粒子数との間の関係を定義する数学的関数のパラメータ値と、
前記較正テーブル又は前記数学的関数を用いて前記所要の粒子数に対応する前記ビーム制御パラメータの所要の値を求めるための手段と、
前記ビーム制御パラメータの所要の値を前記粒子数を変更するための手段(17)に送信するためのインターフェースとを備えることを特徴とする粒子加速器。 - 前記ビーム制御デバイス(15)が、
ビームモニタ(13)を用いて実施される測定で測定されたビームパルス(14)内の測定粒子数を特定する外部信号を受信するためのインターフェースと、
前記測定粒子数に基づいて前記較正テーブル又は前記パラメータ値をアップデートするための手段とを更に備える、請求項1に記載の粒子加速器。 - 前記ビーム制御パラメータに対して複数の異なる値を定め、各値に対してビームパルスを生成して、生成された各ビームパルス内の対応する粒子数を測定することによって、前記較正テーブル又は前記数学的関数を自動的に発生させるための制御手段を更に備えた請求項2に記載の粒子加速器(10)。
- 前記粒子加速器によって各ビームパルスが生成された後に前記較正テーブル又は前記数学的関数を自動的に再調整するための制御手段を更に備え、再調整が、前記測定粒子数を前記所要の粒子数と比較することによって行われる、請求項2又は3に記載の粒子加速器。
- 前記各ビームパルス内の粒子数を変更するための手段が、前記イオン源(11)のアーク電流を変更するための手段を備える、請求項1から4のいずれか一項に記載の粒子加速器。
- 前記各ビームパルス内の粒子数を変更するための手段が、前記無線周波数加速システム(12)の加速電圧を変更するための手段を備える、請求項1から5のいずれか一項に記載の粒子加速器。
- 前記各ビームパルス内の粒子数を変更するための手段が、前記イオン源(11)がオンにされる期間を変更するための手段を備える、請求項1から6のいずれか一項に記載の粒子加速器。
- 前記各ビームパルス内の粒子数を変更するための手段が、前記イオン源がオンにされる時点と、前記無線周波数加速システム(12)を用いて前記イオンが加速を開始することができるようになる時点との間の時間差を変更するための手段を備える、請求項1から7のいずれか一項に記載の粒子加速器。
- 請求項1から8のいずれか一項に記載の粒子加速器(10)を備えることを特徴とする粒子放射線治療システム(35)。
- 一連のスポット照射を提供するように構成されたスポット走査ビーム伝達デバイス(33)を更に備えた請求項9に記載の粒子放射線治療システム(35)。
- 前記スポット走査ビーム伝達デバイス(33)が、各スポット照射に対して単一のビームパルスを用いるように構成されている、請求項10に記載の粒子放射線治療システム(35)。
- 前記スポット走査ビーム伝達デバイス(33)が、各スポット照射に対して所要の全粒子数の粒子を伝達するのに二つのビームパルスを用いるように構成されていて、前記粒子放射線治療システムが、
前記スポット照射に伝達される粒子の所要の全粒子数の所定のパーセンテージで、前記二つのビームパルスのうち第一のビームパルスに対する所要の粒子数を定める手段と、
前記スポット照射に対する所要の全粒子数から、前記第一のビームパルスで既に伝達されている粒子の測定粒子数を引いたものとして、前記二つのビームパルスのうち第二のビームパルスの所要の粒子数を特定する手段とを更に備えた、請求項10に記載の粒子放射線治療システム(35)。 - 前記スポット走査ビーム伝達デバイス(33)が、各スポット照射に対して可変数のビームパルスを使用するように構成されていて、前記粒子放射線治療システムが、
前記可変数のビームパルスの全ビームパルスに対する所要の粒子数を、最後のビームパルスを除いた全ビームパルスの所要の粒子数の和が前記スポット照射に対して伝達される粒子の全粒子数の所定のパーセンテージに等しくなるように定める手段と、
前記スポット照射に対して伝達される粒子の全粒子数から、前記スポット照射に対して既に伝達されている粒子の測定粒子数を引いたものとして、前記可変数のビームパルスの最後のビームパルスに対する所要の粒子数を特定する手段とを更に備えた、請求項10に記載の粒子放射線治療システム(35)。 - シンクロサイクロトロン型のパルス化ビーム粒子ビーム加速器(10)からのビームパルス(14)内の粒子数を制御するための方法であって、前記ビームパルスが、粒子ビーム照射を実施するために使用されるものであり、前記パルス化ビーム粒子ビーム加速器(10)が、ビーム制御パラメータの値の関数として、各ビームパルス内の粒子数を、ビームパルスを中断せずに変更するための手段(17)を備え、前記ビーム制御パラメータが、イオン源及び/又はRFシステムの動作に関係していて、該方法が、
較正データを発生させるステップであって、
前記粒子数を変更するための手段(17)に前記ビーム制御パラメータの値を適用するサブステップ1と、
前記パルス化ビーム粒子ビーム加速器(10)からビームパルスを生成して取り出すサブステップ2と、
取り出された前記ビームパルス内の粒子数を測定するサブステップ3と、
取り出された前記ビームパルス内の測定粒子数を記憶するサブステップ4と、
一連のビーム制御パラメータの値に対してサブステップ1から4を繰り返すサブステップ5とを備えたステップと、
粒子ビーム生成を行うステップであって、
各ビームパルスに対して、ビームパルス内の所要の粒子数を特定する外部命令を受信するサブステップ1と、
前記較正データを用いて前記所要の粒子数に対応する前記ビーム制御パラメータの所要の値を求めるサブステップ2と、
前記粒子数を変更するための手段(17)に前記ビーム制御パラメータの所要の値を適用するサブステップ3と、
前記パルス化ビーム粒子ビーム加速器(10)からビームパルスを生成し取り出すサブステップ4とを備えたステップを備える、方法。 - 前記粒子ビーム生成を行うステップが、
取り出された前記ビームパルス内の粒子数を測定するサブステップ5と、
測定された前記粒子数と前記所要の粒子数との比較を行うサブステップ6と、
前記比較に基づいて前記較正データに修正を適用するサブステップ7とを更に備える、請求項14に記載の方法。 - 請求項10に記載のシステムを用いて複数のビームパルスによる一連のスポット照射を実施するための方法であって、前記一連のスポット照射の各スポットに対して、
前記スポットに伝達される粒子の所要の全粒子数T1を定めるステップと、
前記全粒子数T1の粒子を伝達するための全ビームパルス数を特定して、前記全ビームパルス数の各ビームパルスに対して所要の粒子数を定めるステップと、
最後のビームパルスを除いたビームパルスを適用するステップと、
前記最後のビームパルスを除いたビームパルスの粒子数A1を測定するステップと、
前記最後のビームパルスを適用する前に、前記所要の全粒子数と測定された粒子数との間の差T1−A1を計算するステップと、
前記差T1−A1に等しい前記最後のビームパルス内の所要の粒子数A2を特定するステップと、
前記最後のビームパルスを適用するステップとを備えることを特徴とする方法。
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