JP5904102B2 - Particle beam irradiation apparatus and control method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、粒子線ビーム照射装置及びその制御方法に関する。   The present invention relates to a particle beam irradiation apparatus and a control method thereof.

がん等に対する粒子線治療のさらに進んだ照射法として、体内患部を3次元格子状に切り分けて照射を行うスキャニング照射法の開発が進められている。このスキャニング照射法では、形状コリメータやボーラスを用いることなく、ビーム軸方向についても精度よく患部に合わせることが可能になり、従来の2次元的照射方法と比較して正常細胞への被曝を抑制することができる。   As a more advanced irradiation method for particle beam therapy for cancer and the like, a scanning irradiation method is being developed in which the affected part of the body is cut into a three-dimensional lattice to perform irradiation. In this scanning irradiation method, the beam axis direction can be accurately adjusted to the affected part without using a shape collimator or a bolus, and the exposure to normal cells is suppressed as compared with the conventional two-dimensional irradiation method. be able to.

現状では、照射ポイントを変更する時にビーム出射を停止させるスポットスキャニング照射法と、照射ポイントを変更する時にビーム出射を停止させないラスタースキャニング法が検討されている。   At present, a spot scanning irradiation method that stops beam emission when the irradiation point is changed and a raster scanning method that does not stop beam emission when the irradiation point is changed are being studied.

スキャニング照射法において正しい位置にビームが照射されていることを保証するため、照射ポートには位置モニタ装置が配備されている。   In order to ensure that the beam is irradiated at the correct position in the scanning irradiation method, a position monitor device is provided at the irradiation port.

スキャニング照射用の位置モニタ装置は、例えば、多数のストリップに区切られた収集電極が電離箱に収納された構成を持つ。これらのストリップには各々、計測回路が接続されている。計測回路の内部には積分部が設けられ、照射スポット毎に、各ストリップに収集された電荷に相当する電気量が貯えられる。積分部から出力される電圧は、A/D変換器(以下「ADC回路」と記す)によりデジタル信号として取り出される。そして、これらデジタル信号に対して重心計算などの演算を施すことによって、スポット位置を算出する。   The position monitor device for scanning irradiation has, for example, a configuration in which collecting electrodes divided into a number of strips are housed in an ionization chamber. A measuring circuit is connected to each of these strips. An integration unit is provided inside the measurement circuit, and an amount of electricity corresponding to the charge collected in each strip is stored for each irradiation spot. The voltage output from the integrator is taken out as a digital signal by an A / D converter (hereinafter referred to as “ADC circuit”). Then, the spot position is calculated by performing operations such as centroid calculation on these digital signals.

万が一、スキャニング電磁石電源の電流設定異常や、上流の加速器からスキャニング装置までのビーム輸送部分でのビーム位置ずれなどにより、予め決められた照射予定位置と、位置モニタ装置で測定された位置に相違が発生した場合は、スキャニング制御装置内の位置監視機構(ここでは位置モニタコントローラと呼ぶことにする)によりインターロック信号が出力され、治療照射は一時中断される。   In the unlikely event that there is a difference in the current setting of the scanning electromagnet power source or the beam position deviation in the beam transport section from the upstream accelerator to the scanning device, there is a difference between the predetermined irradiation planned position and the position measured by the position monitor device. When it occurs, an interlock signal is output by a position monitoring mechanism (herein referred to as a position monitor controller) in the scanning control device, and treatment irradiation is temporarily suspended.

他方、医師や放射線技師からは、スライス毎の線量プロファイル、即ち、スキャン時の線量2次元分布が正しい分布であるかどうかを、照射中に視覚的に確認したいという強い要望がある。特許文献1には、位置モニタ装置の信号からビームのスポット位置(重心位置)を算出すると共に、同じ位置モニタ装置の信号を用いて2次元の線量プロファイルを算出し表示する技術が開示されている。   On the other hand, there is a strong demand from doctors and radiologists to visually confirm during irradiation whether the dose profile for each slice, that is, the two-dimensional dose distribution at the time of scanning, is correct. Patent Document 1 discloses a technique for calculating a beam spot position (center of gravity position) from a signal from a position monitor device, and calculating and displaying a two-dimensional dose profile using the same signal from the position monitor device. .

特開2011−161056号公報JP 2011-161056 A

しかしながら、上述した位置モニタ装置では、収集電極間の突発的な放電等があった場合、放電電流の影響により、算出した重心位置が実際のビーム照射位置とずれることがある。つまり、位置モニタ装置自体の誤作動によって、実際のビーム位置とは異なる値のビーム位置を出力してしまう場合が起こりうる。この結果、実際のビーム位置が正常であるにもかかわらず異常と判定され、ビーム出射を停止させてしまうことがある。   However, in the above-described position monitoring device, when there is a sudden discharge between the collection electrodes, the calculated center of gravity position may be shifted from the actual beam irradiation position due to the influence of the discharge current. That is, there may be a case where a beam position having a value different from the actual beam position is output due to a malfunction of the position monitor device itself. As a result, even though the actual beam position is normal, it is determined that there is an abnormality, and beam emission may be stopped.

異常で照射を停止(中断)した場合は、再照射をする際に、再度、経過観察を経て計画からやり直す必要があり、かなりの労力と時間が必要となり、できる限り誤情報でビーム照射をとめたくないという要望がある。   If the irradiation is stopped (interrupted) due to an abnormality, it will be necessary to start over from the plan again after re-irradiation, requiring considerable effort and time, and stop the beam irradiation with erroneous information as much as possible. There is a request not to want.

本実施形態の粒子線ビーム照射装置は、粒子線ビームを生成するビーム生成部と、生成された前記粒子線ビームを走査指示値に従って2次元走査するビーム走査部と、前記粒子線ビームの走査位置を検出するセンサ部であって、複数チャネルの第1の線状電極が第1の方向に並列配置され、複数チャネルの第2の線状電極が前記第1の方向と直交する第2の方向に並列配置されるセンサ部と、前記第1及び第2の線状電極から出力される複数の信号の値からメディアンを求めることによって、線状電極間に突発的な放電が発生する場合に生じるノイズを除去するメディアン処理部と、求めた前記複数の信号のメディアンから前記粒子線ビームの重心位置を算出する重心位置算出部と、算出された前記重心位置と予め設定された基準走査位置との誤差が所定値よりも大きいときは、前記粒子線ビームの出射を停止させる制御部と、を備えたことを特徴とする。 The particle beam irradiation apparatus according to the present embodiment includes a beam generation unit that generates a particle beam, a beam scanning unit that two-dimensionally scans the generated particle beam according to a scan instruction value, and a scanning position of the particle beam The first linear electrodes of a plurality of channels are arranged in parallel in the first direction, and the second direction of the second linear electrodes of the plurality of channels is orthogonal to the first direction. This occurs when a sudden discharge occurs between the linear electrodes by obtaining the median from the sensor units arranged in parallel and the values of the plurality of signals output from the first and second linear electrodes. a median processing unit for removing noise, and the position of the center of gravity calculation unit for calculating a center of gravity of the particle beam from the median of the plurality of signals obtained, and the calculated the gravity center position and the preset reference scanning position When the error is larger than a predetermined value, characterized by comprising a control unit for stopping the emission of the particle beam.

第1の実施形態に係る粒子線ビーム照射装置の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the particle beam irradiation apparatus which concerns on 1st Embodiment. ストリップ型の位置モニタ部の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of a strip type position monitor part. スライス内のビーム走査経路の一例を示す図。The figure which shows an example of the beam scanning path | route in a slice. 粒子線ビーム照射装置の基本動作例を示すフローチャート。The flowchart which shows the basic operation example of a particle beam irradiation apparatus. 粒子線ビーム照射装置の基本動作タイミングの一例を示すタイミングチャート。The timing chart which shows an example of the basic operation timing of a particle beam irradiation apparatus. 重心位置算出の概念を模式的に示す図。The figure which shows typically the concept of gravity center position calculation. 第1の実施形態に係るメディアン処理部を含むビーム形状算出部の細部構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the detailed structural example of the beam shape calculation part containing the median process part which concerns on 1st Embodiment. 線量プロファイルの生成概念を説明する図。The figure explaining the production | generation concept of a dose profile. 位置モニタ部の電極に発生する放電現象と電極からの誤信号とを説明する図。The figure explaining the discharge phenomenon which generate | occur | produces in the electrode of a position monitor part, and the error signal from an electrode. 従来の時間平均処理による問題点を説明する図。The figure explaining the problem by the conventional time average process. 時間方向のメディアン処理の概念を説明する図。The figure explaining the concept of the median process of a time direction. 第2の実施形態に係るメディアン処理部を含むビーム形状算出部の細部構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the detailed structural example of the beam shape calculation part containing the median process part which concerns on 2nd Embodiment. 空間的メディアン処理の概念を説明する図。The figure explaining the concept of a spatial median process.

本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

(1)構成
図1は、本実施形態に係る粒子線ビーム照射装置1の構成例を示した図である。粒子線ビーム照射装置1は、ビーム生成部10、出射制御部20、X用電磁石30a及びY用電磁石30bを有するビーム走査部30、線量モニタ部40、位置モニタ部(センサ部)50、リッジフィルタ60、レンジシフタ70、制御部80、ビーム形状算出部90、記憶部97、表示部98等を備えて構成されている。制御部80はその内部構成として走査制御部81及び異常判定部82を有している。またビーム形状算出部90はその内部構成としてメディアン処理部94及び重心位置算出部91を有している。
(1) Configuration FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a particle beam irradiation apparatus 1 according to the present embodiment. The particle beam irradiation apparatus 1 includes a beam generation unit 10, an emission control unit 20, a beam scanning unit 30 having an X electromagnet 30a and a Y electromagnet 30b, a dose monitoring unit 40, a position monitoring unit (sensor unit) 50, and a ridge filter. 60, a range shifter 70, a control unit 80, a beam shape calculation unit 90, a storage unit 97, a display unit 98, and the like. The control unit 80 includes a scanning control unit 81 and an abnormality determination unit 82 as its internal configuration. The beam shape calculation unit 90 includes a median processing unit 94 and a centroid position calculation unit 91 as its internal configuration.

粒子線ビーム照射装置1は、炭素等の粒子や陽子等を高速に加速して得られる粒子線ビームをがん患者100の患部200に向けて照射し、がん治療を行う装置である。粒子線ビーム照射装置1では、患部200を3次元の格子点に離散化し、各格子点に対して細い径の粒子線ビームを順次走査する3次元スキャニング照射法を実施することが可能である。具体的には、患部200を粒子線ビームの軸方向(図1右上に示す座標系におけるZ軸方向)にスライスと呼ばれる平板状の単位で分割し、分割したスライスZ、スライスZi+1、スライスZi+2等の各スライスの2次元格子点(図1右上に示す座標系におけるX軸及びY軸方向の格子点)を順次走査することによって3次元スキャニングを行っている。 The particle beam irradiation apparatus 1 is an apparatus for performing cancer treatment by irradiating a diseased beam 200 of a cancer patient 100 with a particle beam obtained by accelerating particles such as carbon and protons at high speed. In the particle beam irradiation apparatus 1, the affected part 200 can be discretized into three-dimensional lattice points, and a three-dimensional scanning irradiation method of sequentially scanning a particle beam with a small diameter at each lattice point can be performed. Specifically, the affected part 200 is divided into flat units called slices in the axial direction of the particle beam (Z-axis direction in the coordinate system shown in the upper right of FIG. 1), and the divided slices Z i , slices Z i + 1 , slices are divided. Three-dimensional scanning is performed by sequentially scanning two-dimensional grid points (X-axis and Y-axis direction grid points in the coordinate system shown in the upper right of FIG. 1) of each slice such as Z i + 2 .

ビーム生成部10は、炭素イオンや陽子等の粒子を生成すると共に、シンクロトロン等の加速器(主加速器)によってこれらの粒子を患部200の奥深くまで到達できるエネルギーまで加速して粒子線ビームを生成している。   The beam generation unit 10 generates particles such as carbon ions and protons, and generates a particle beam by accelerating these particles to energy that can reach deep into the affected area 200 by an accelerator (main accelerator) such as a synchrotron. ing.

出射制御部20では、制御部80から出力される制御信号に基づいて、生成された粒子線ビームの出射のオン、オフ制御を行っている。   The emission control unit 20 performs on / off control of emission of the generated particle beam based on a control signal output from the control unit 80.

ビーム走査部30は、粒子線ビームを第1の方向(X方向)及び第1の方向と直交する第2の方向(Y方向)に偏向させ、スライス面上を2次元で走査するものであり、X方向に走査するX用電磁石30aとY方向に走査するY用電磁石30bの励磁電流を制御している。   The beam scanning unit 30 deflects the particle beam in a first direction (X direction) and a second direction (Y direction) orthogonal to the first direction, and scans the slice surface in two dimensions. The excitation currents of the X electromagnet 30a scanning in the X direction and the Y electromagnet 30b scanning in the Y direction are controlled.

線量モニタ部40は、照射する線量をモニタするためのものであり、その筐体内に、粒子線の電離作用によって生じた電荷を平行電極で収集する電離箱や、筐体内に配置された二次電子放出膜から放出される二次電子を計測するSEM(Secondary Electron Monitor)装置等によって構成されている。   The dose monitor unit 40 is for monitoring the dose to be irradiated. In the casing, an ionization chamber that collects charges generated by the ionizing action of the particle beam with parallel electrodes, or a secondary arranged in the casing. The SEM (Secondary Electron Monitor) device for measuring secondary electrons emitted from the electron emission film is used.

リッジフィルタ60は、ブラッグピークと呼ばれる体内深さ方向における線量のシャープなピークを拡散させるために設けられている。ここで、リッジフィルタ60によるブラッグピークの拡散幅は、スライスの厚み、即ちZ軸方向の格子点の間隔と等しくなるように設定される。   The ridge filter 60 is provided for diffusing a sharp peak of the dose in the body depth direction called a Bragg peak. Here, the diffusion width of the Bragg peak by the ridge filter 60 is set to be equal to the thickness of the slice, that is, the interval between the lattice points in the Z-axis direction.

レンジシフタ70は、患部200のZ軸方向の照射位置を制御する。レンジシフタ70は、例えば複数の厚さのアクリル板から構成されており、これらのアクリル板を組み合わせることによってレンジシフタ70を通過する粒子線ビームのエネルギー、即ち体内飛程を患部200スライスのZ軸方向の位置に応じて段階的に変化させることができる。レンジシフタ70による体内飛程の大きさは通常等間隔で変化するように制御され、この間隔がZ軸方向の格子点の間隔に相当する。なお、体内飛程の切り替え方法としては、レンジシフタ70のように粒子線ビームの径路上に減衰用の物体を挿入する方法のほか、ビーム生成部10の制御によって粒子線ビームのエネルギー自体を変更する方法でもよい。   The range shifter 70 controls the irradiation position of the affected part 200 in the Z-axis direction. The range shifter 70 is composed of, for example, an acrylic plate having a plurality of thicknesses, and by combining these acrylic plates, the energy of the particle beam passing through the range shifter 70, that is, the range of the body is measured in the Z-axis direction of the affected slice 200 slices. It can be changed stepwise depending on the position. The size of the in-vivo range by the range shifter 70 is normally controlled to change at equal intervals, and this interval corresponds to the interval between lattice points in the Z-axis direction. As a method of switching the range of the body, in addition to a method of inserting an object for attenuation on the path of the particle beam as in the range shifter 70, the energy of the particle beam is changed by controlling the beam generator 10. The method may be used.

位置モニタ部50は、ビーム走査部30によって走査された粒子線ビームが正しい位置にあるかどうかを識別するためのものである。線量モニタ部40と類似した電荷収集用の平行電極を有している。位置モニタ部50の電荷収集用電極は、線状電極(例えば複数の短冊状の電極や、複数のワイヤからなる電極)がX方向及びY方向に夫々並列に配列されている。複数の短冊状電極が配列されたものはストリップ型と呼ばれ、複数のワイヤ電極が配列されたものはマルチワイア型と呼ばれる。   The position monitor unit 50 is for identifying whether or not the particle beam beam scanned by the beam scanning unit 30 is in a correct position. It has parallel electrodes for collecting charges similar to the dose monitor 40. As for the charge collection electrode of the position monitor unit 50, linear electrodes (for example, a plurality of strip electrodes or electrodes made of a plurality of wires) are arranged in parallel in the X direction and the Y direction, respectively. An arrangement in which a plurality of strip electrodes are arranged is called a strip type, and an arrangement in which a plurality of wire electrodes are arranged is called a multi-wire type.

図2は、ストリップ型の位置モニタ部50の構成例を示す図である。図2に示すように、位置モニタ部50は、複数の短冊状電極(複数の第1の線状電極50a)がX軸方向(第1の方向)に並列配置され、複数の短冊状電極(複数の第2の線状電極50b)がY軸方向(第1の方向と直交する第2の方向)に並列配置されている。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the strip-type position monitor unit 50. As shown in FIG. 2, the position monitor unit 50 includes a plurality of strip electrodes (a plurality of first linear electrodes 50 a) arranged in parallel in the X-axis direction (first direction). A plurality of second linear electrodes 50b) are arranged in parallel in the Y-axis direction (second direction orthogonal to the first direction).

ビーム形状算出部90は、メディアン処理部94及び重心位置算出部91を有する。メディアン処理部94は、第1及び第2の線状電極50a、50bから出力される複数の信号の値からメディアンを求める。また、重心位置算出部91は、求めたメディアンから粒子線ビームの重心位置を算出する。メディアン処理部94及び重心位置算出部91のより詳しい動作については後述する。また、ビーム形状算出部90は、位置モニタ部50から出力される信号に基づいて粒子線ビームの形状を走査プロファイルとして算出している。   The beam shape calculation unit 90 includes a median processing unit 94 and a gravity center position calculation unit 91. The median processing unit 94 obtains a median from the values of a plurality of signals output from the first and second linear electrodes 50a and 50b. The center-of-gravity position calculation unit 91 calculates the center-of-gravity position of the particle beam from the obtained median. More detailed operations of the median processing unit 94 and the gravity center position calculating unit 91 will be described later. Further, the beam shape calculation unit 90 calculates the shape of the particle beam as a scanning profile based on a signal output from the position monitor unit 50.

制御部80は、走査制御部81と異常判定部82を有している。走査制御部81は、予め計画された基準走査位置に基づいてビーム走査位置をビーム走査部30に対して指示する。また、異常判定部82は、重心算出部91で算出された重心位置と予め設定された基準走査位置との誤差が所定値よりも大きいか否かを判定し、誤差が所定値よりも大きいときは、粒子線ビームの出射を停止させるようにインターロック信号を出射制御部20に出力している。また、制御部80は、ビーム照射装置1全体の制御を行う他、格子点毎(スポット毎)の照射線量測定、出射制御部20に対するビーム出射のオン、オフ制御、レンジシフタ70に対するスライス変更に伴うレンジシフタ厚の制御等を行っている。   The control unit 80 includes a scanning control unit 81 and an abnormality determination unit 82. The scanning control unit 81 instructs the beam scanning unit 30 on the beam scanning position based on the planned reference scanning position. Further, the abnormality determination unit 82 determines whether or not an error between the gravity center position calculated by the gravity center calculation unit 91 and a preset reference scanning position is larger than a predetermined value, and when the error is larger than the predetermined value. Outputs an interlock signal to the emission control unit 20 so as to stop the emission of the particle beam. In addition to controlling the entire beam irradiation apparatus 1, the control unit 80 performs irradiation dose measurement for each lattice point (for each spot), on / off control of beam emission for the emission control unit 20, and slice change for the range shifter 70. The range shifter thickness is controlled.

制御部80とビーム形状算出部90の各種の機能は、本装置1が具備するプロセッサ(図示せず)に所定のプログラムを実行させて実現することができる。或いは、ASIC等のハードウェアで構成してもよいし、ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせて実現してもよい。   Various functions of the control unit 80 and the beam shape calculation unit 90 can be realized by causing a processor (not shown) included in the apparatus 1 to execute a predetermined program. Or you may comprise by hardware, such as ASIC, and may implement | achieve combining hardware and software.

(2)基本動作
図3は、スライス上の走査パターンの一例を示す図である。左上の開始格子点から右下の最終格子点に到る軌跡パターンが治療計画で予め定められ、この軌跡パターンにそって一方向に順次粒子線ビームが走査されていく。
(2) Basic Operation FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a scanning pattern on a slice. A trajectory pattern from the upper left starting lattice point to the lower right final lattice point is predetermined in the treatment plan, and the particle beam is sequentially scanned in one direction along this trajectory pattern.

前述したように、スキャニング照射法には、スポットスキャニング照射法とラスタースキャニング照射法がある。本実施形態では、どちらの照射法も実施可能に構成されている。スポットスキャニング照射法のときには、スポット位置(図3に丸印で示す照射格子点の位置)を変更する時にビーム出射を一時的に停止させ、次のスポット位置への移動が完了したのちにビーム照射を再開する。一方、ラスタースキャニング照射法の場合には、スポット位置を変更する時にもビーム出射を一時停止させず、スポット位置変更中もビーム出射を継続する。なお、スポットスキャニング照射法とラスタースキャニング照射法のいずれにおいても、スライスを変更するときにはビーム出射を停止する。   As described above, the scanning irradiation method includes a spot scanning irradiation method and a raster scanning irradiation method. In this embodiment, both irradiation methods can be implemented. In the spot scanning irradiation method, the beam emission is temporarily stopped when the spot position (the position of the irradiation grid point indicated by a circle in FIG. 3) is changed, and the beam irradiation is performed after the movement to the next spot position is completed. To resume. On the other hand, in the case of the raster scanning irradiation method, the beam emission is not temporarily stopped even when the spot position is changed, and the beam emission is continued even while the spot position is changed. Note that, in both the spot scanning irradiation method and the raster scanning irradiation method, the beam emission is stopped when the slice is changed.

図4は、本実施形態の粒子線ビーム照射装置1の動作例を示すフローチャートである。照射手順に必要となる各諸元は、例えば照射パターンファイルと呼ばれるデータファイルに記述され、治療照射の開始前に制御部80に転送される。照射パターンファイルには、格子点毎に、スライス位置を与えるレンジシフタ厚、格子点(X、Y)に対応するビーム位置(基準走査位置)を与えるX用電磁石30aやY用電磁石30bの駆動電流値、各格子点に対する照射線量等が照射順に記述されている。   FIG. 4 is a flowchart showing an operation example of the particle beam irradiation apparatus 1 of the present embodiment. Each item necessary for the irradiation procedure is described in a data file called an irradiation pattern file, for example, and transferred to the control unit 80 before the start of treatment irradiation. In the irradiation pattern file, for each grid point, the thickness of the range shifter that gives the slice position, and the drive current values of the X electromagnet 30a and the Y electromagnet 30b that give the beam position (reference scanning position) corresponding to the grid point (X, Y) The irradiation dose for each lattice point is described in the order of irradiation.

制御部80は、転送された照射パターンファイルを読み出して、ステップST1以下の処理を開始する。   The control unit 80 reads the transferred irradiation pattern file and starts the processes after step ST1.

まず、患部をビーム軸に対して複数のスライスに仮想的に分割し、分割されたスライスの1つが選択される。最初は例えば患部の最も深い位置にあるスライスZiが選択される。また選択されたスライスの位置に応じて粒子線ビームの入射エネルギーとレンジシフタ70におけるアクリル板の組み合わせが選択、設定される(ステップST1)。   First, the affected part is virtually divided into a plurality of slices with respect to the beam axis, and one of the divided slices is selected. First, for example, the slice Zi at the deepest position of the affected part is selected. Further, the combination of the incident energy of the particle beam and the acrylic plate in the range shifter 70 is selected and set according to the position of the selected slice (step ST1).

次に、最深スライスにおける患部形状に応じて粒子線ビームを照射する格子点の数Mと格子点の位置(Xi、Yi)[i=1〜M]、即ち照射対象のスポットが選択され、ビーム走査部30によりスライス上の格子点位置(Xi、Yi)に粒子線ビームの向きが設定される(ステップST2)。その後、粒子線ビームの出射が開始される(ステップST3)。ビーム走査部30から出力された粒子線ビームは、リッジフィルタ60によって、体内飛程分布幅がスライス幅に対応するようエネルギー分布がZ軸方向に拡大される。   Next, the number M of lattice points to be irradiated with the particle beam and the position (Xi, Yi) [i = 1 to M] of the lattice points, i.e., the spot to be irradiated, are selected according to the shape of the affected part in the deepest slice, and the beam The scanning unit 30 sets the direction of the particle beam at the lattice point position (Xi, Yi) on the slice (step ST2). Thereafter, emission of the particle beam is started (step ST3). The energy distribution of the particle beam output from the beam scanning unit 30 is expanded in the Z-axis direction by the ridge filter 60 so that the in-vivo range distribution width corresponds to the slice width.

格子点(Xi、Yi)に対する照射線量は線量モニタ部50により監視され、対象格子点に対する照射線量が計画した線量に達すると線量満了信号が制御部80に出力され、制御部80はこの信号を受信する(ステップST4)。   The irradiation dose for the lattice point (Xi, Yi) is monitored by the dose monitor unit 50. When the irradiation dose for the target lattice point reaches the planned dose, a dose expiration signal is output to the control unit 80, and the control unit 80 outputs this signal. Receive (step ST4).

ステップST5では、スポットスキャニング法及びラスタースキャニング法のいずれの方法であるかを判定し、スポットスキャニング法の場合には、一旦ビーム出射を停止し(ステップST6)、次のスポットへビーム位置を移動させる。この処理を対象とするスライスの最終スポットまで繰り返す(ステップST7)。   In step ST5, it is determined which method is the spot scanning method or the raster scanning method. In the case of the spot scanning method, the beam emission is temporarily stopped (step ST6), and the beam position is moved to the next spot. . This process is repeated up to the final spot of the target slice (step ST7).

一方、スポットスキャニング法ではない場合、即ちラスタースキャニング法の場合にはビーム出射を停止することなく最終スポットまでビーム出射を継続する。   On the other hand, in the case of not the spot scanning method, that is, in the case of the raster scanning method, the beam emission is continued to the final spot without stopping the beam emission.

1つのスライスに対する照射が終了すると(ステップST7のYES)、スポットスキャニング法及びラスタースキャニング法のいずれの場合も一旦ビーム出射を停止し(ステップST8)、ステップST1に戻って次のスライスを選択すると共にレンジシフタ70の設定を変更する。以上の処理を最終スライスに達するまで繰り返す(ステップST9)。   When irradiation to one slice is completed (YES in step ST7), beam emission is once stopped in both the spot scanning method and the raster scanning method (step ST8), and the process returns to step ST1 to select the next slice. The setting of the range shifter 70 is changed. The above processing is repeated until the final slice is reached (step ST9).

図5は、スポットスキャニング法の基本動作を示すタイミングチャートである。図5(a)、(b)に示す2つの電磁石の励磁電流は、2軸方向(X、Y)の位置設定値に対応する。スポット位置を変更するときは、スポット切替指令(図5(f))が出され、励磁電流IX、IYが変化する。スポット位置が設定値に達すると、スポット切替完了信号が出される(図5(g))。スポットスキャニング法では、スポット位置の切り替え中はビーム出射が停止し、スポット位置の切り替え完了後に再度ビーム出射が開始される(図5(c))。ビーム出射開始後、線量モニタで計測される線量(線量モニタ積算線量、図5(d))が設定値に達すると線量満了信号(図5(e))が出力され、次のスポット位置へ切り替えるためのスポット切替指令(図5(f))が出される。   FIG. 5 is a timing chart showing the basic operation of the spot scanning method. The excitation currents of the two electromagnets shown in FIGS. 5A and 5B correspond to the position setting values in the biaxial directions (X, Y). When changing the spot position, a spot switching command (FIG. 5 (f)) is issued, and the excitation currents IX and IY change. When the spot position reaches the set value, a spot switching completion signal is output (FIG. 5 (g)). In the spot scanning method, the beam emission is stopped during the switching of the spot position, and the beam emission is started again after the completion of the switching of the spot position (FIG. 5C). When the dose measured by the dose monitor (dose monitor integrated dose, FIG. 5 (d)) reaches the set value after the start of beam extraction, a dose expiration signal (FIG. 5 (e)) is output to switch to the next spot position. A spot switching command (FIG. 5 (f)) is issued.

前述したように、本実施形態に係る粒子線ビーム照射装置1では、粒子線ビームの通過に伴って位置モニタ部50から出力される信号を用いて、粒子線ビームの重心位置を算出している。   As described above, in the particle beam irradiation apparatus 1 according to the present embodiment, the barycentric position of the particle beam is calculated using the signal output from the position monitor unit 50 as the particle beam passes. .

図6は、重心位置算出の概念を模式的に示した図である。図2に示すように、位置モニタ部50では、ストリップ状の電極がX方向とY方向に多数並べて配置されており、通過する粒子線ビームの線量に対応するレベルの信号が各ストリップから出力される。粒子線ビームのビームは複数のストリップに跨っているため複数のストリップから信号が出力されるが、各信号は、各ストリップの位置における粒子線ビームの形状に対応する強度をもつ。   FIG. 6 is a diagram schematically showing the concept of gravity center position calculation. As shown in FIG. 2, in the position monitor unit 50, a large number of strip-shaped electrodes are arranged in the X and Y directions, and a signal having a level corresponding to the dose of the passing particle beam is output from each strip. The Since the particle beam extends over a plurality of strips, signals are output from the plurality of strips. Each signal has an intensity corresponding to the shape of the particle beam at the position of each strip.

ビーム形状算出部90の重心位置算出部91は、各ストリップから出力される信号を用いて、重心位置、即ち、粒子線ビームのピークの位置を算出する。   The barycentric position calculating unit 91 of the beam shape calculating unit 90 calculates the barycentric position, that is, the peak position of the particle beam using the signals output from each strip.

図7は、ビーム形状算出部90の細部構成を示すブロック図である。位置モニタ部50のX電極50a、Y電極50bの数(チャンネル数)は、特に限定するものではないが、以下では、X方向、Y方向のチャンネル数が共に120チャンネルである場合を例として説明する。   FIG. 7 is a block diagram illustrating a detailed configuration of the beam shape calculation unit 90. The number (number of channels) of the X electrodes 50a and Y electrodes 50b of the position monitor unit 50 is not particularly limited. However, in the following description, the number of channels in both the X direction and the Y direction is 120 channels as an example. To do.

X電極50aの出力電流は、電流電圧変換(IV変換)回路911aで電圧に変換され、増幅器912aで適宜の電圧に増幅された後、AD変換器(ADC)92aでデジタル信号に変換される。次段のデータ補正処理部93aにてこのデジタル信号に対してオフセット補正処理が行われる。さらに次のメディアン処理部94aでは、後述するメディアン処理が行われ、その後重心位置算出部91aに入力される。   The output current of the X electrode 50a is converted into a voltage by a current-voltage conversion (IV conversion) circuit 911a, amplified to an appropriate voltage by an amplifier 912a, and then converted into a digital signal by an AD converter (ADC) 92a. An offset correction process is performed on the digital signal by the data correction processing unit 93a in the next stage. Further, in the next median processing unit 94a, median processing described later is performed, and then input to the gravity center position calculation unit 91a.

上記のIV変換回路911a、増幅器912a、ADC92a、データ補正処理部93a及びメディアン処理部94aは、X電極50aの夫々に対して設けられており、本例では、120チャンネル分としている。   The IV conversion circuit 911a, the amplifier 912a, the ADC 92a, the data correction processing unit 93a, and the median processing unit 94a are provided for each of the X electrodes 50a. In this example, the number is 120 channels.

Y電極50bの夫々に対しても、同様に、120チャンネル分のIV変換回路911b、増幅器912b、ADC92b、データ補正処理部93b及びメディアン処理部94bが設けられており、メディアン処理部94bの各出力は重心位置算出部91bに入力される。   Similarly, an IV conversion circuit 911b, an amplifier 912b, an ADC 92b, a data correction processing unit 93b, and a median processing unit 94b for 120 channels are provided for each of the Y electrodes 50b, and each output of the median processing unit 94b. Is input to the center-of-gravity position calculation unit 91b.

重心位置算出部91a、91bでは、オフセット補正処理やメディアン処理が施されたX方向、Y方向の各チャンネル信号の振幅値から、粒子線ビームのX方向の重心位置と、Y方向の重心位置を夫々算出している。   The center-of-gravity position calculation units 91a and 91b determine the center-of-gravity position in the X-direction and the center-of-gravity position in the Y-direction of the particle beam from the amplitude values of the channel signals in the X-direction and Y-direction that have undergone offset correction processing and median processing. Each is calculated.

1次元ビーム形状(X)抽出部95aは、算出されたX方向重心位置の周辺の複数のXチャンネル信号の振幅値からX方向の1次元ビーム形状を求めている。例えば、図6に示すように、重心位置に最も近いチャネルとその前後の5つのチャネルの合計11チャネルの信号値を抽出して、X方向の1次元ビーム形状を求めている。1次元ビーム形状(Y)抽出部95bも同様にY方向の1次元ビーム形状を求めている。   The one-dimensional beam shape (X) extraction unit 95a obtains the one-dimensional beam shape in the X direction from the amplitude values of a plurality of X channel signals around the calculated X direction center of gravity position. For example, as shown in FIG. 6, the signal values of a total of 11 channels of the channel closest to the center of gravity position and the five channels before and after the channel are extracted to obtain the one-dimensional beam shape in the X direction. The one-dimensional beam shape (Y) extraction unit 95b similarly obtains the one-dimensional beam shape in the Y direction.

2次元ビーム形状算出部96は、上記のようにして得られたX方向及びY方向の夫々の1次元ビーム形状F(Xi)とF(Yj)の積から2次元ビーム形状G(Xi,Yj)を求めている。   The two-dimensional beam shape calculation unit 96 calculates the two-dimensional beam shape G (Xi, Yj) from the product of the one-dimensional beam shapes F (Xi) and F (Yj) in the X and Y directions obtained as described above. )

算出された2次元ビーム形状G(Xi,Yj)は記憶部97に転送される。記憶部97では、図8に模式的に示すように、2次元ビーム形状G(Xi,Yj)を、位置(Xi,Yj)に対応付けて累積的に記憶することによって線量プロファイルを生成する。記憶部97に累積記憶された線量プロファイルは、例えばスライス単位で表示部98に送られ、記憶部97の記憶領域に対応する表示部98の画面Wにスライス単位の線量プロファイルが視認容易に表示される。   The calculated two-dimensional beam shape G (Xi, Yj) is transferred to the storage unit 97. In the storage unit 97, as schematically shown in FIG. 8, the dose profile is generated by storing the two-dimensional beam shape G (Xi, Yj) in association with the position (Xi, Yj). The dose profile accumulated and stored in the storage unit 97 is sent to the display unit 98 in units of slices, for example, and the dose profile in units of slices is easily displayed on the screen W of the display unit 98 corresponding to the storage area of the storage unit 97. The

また、算出された重心位置は制御部80の異常判定部82にも出力される。異常判定部82では、算出された重心位置と予め設定された基準走査位置との誤差が所定値よりも大きいか否かを判定している。そして、誤差が所定値よりも大きいときはインターロック信号を出射制御部20に出力して、粒子線ビームの出射を停止させるようにしている。重心位置の算出は、図5(h)に示すように一定の周期、例えば、5μs毎に行われる。   The calculated center of gravity position is also output to the abnormality determination unit 82 of the control unit 80. The abnormality determination unit 82 determines whether or not an error between the calculated center of gravity position and a preset reference scanning position is larger than a predetermined value. When the error is larger than a predetermined value, an interlock signal is output to the emission control unit 20 to stop the emission of the particle beam. The calculation of the position of the center of gravity is performed at a constant cycle, for example, every 5 μs as shown in FIG.

(3)第1の実施形態(時間方向のメディアン処理)
位置モニタ部50では電極間に数kVの高電圧をかけることによって通過する粒子線ビームの大きさを検出している。このため、図9に示すように、電極の一部で放電が発生することがある。放電が発生した電極には大電流が流れるため、図9に示すように、その電極からは粒子線ビームが通過していないにも関わらず非常に大きな信号(誤信号)が出力されることになる。
(3) First embodiment (median processing in the time direction)
The position monitor unit 50 detects the size of the particle beam passing therethrough by applying a high voltage of several kV between the electrodes. For this reason, as shown in FIG. 9, a discharge may occur in a part of the electrode. Since a large current flows through the electrode where the discharge has occurred, as shown in FIG. 9, a very large signal (false signal) is output from the electrode even though the particle beam is not passing through. Become.

上述したように、粒子線ビームの重心位置は、位置モニタ部50のX電極50a、Y電極50bから出力される信号の大きさを用いて算出している。このため、放電が発生すると、算出される重心位置は実際に照射されている粒子線ビームの位置からずれた位置となる。   As described above, the barycentric position of the particle beam is calculated using the magnitudes of signals output from the X electrode 50a and the Y electrode 50b of the position monitor unit 50. For this reason, when a discharge occurs, the calculated center of gravity position is shifted from the position of the particle beam actually irradiated.

特許文献1等が開示する従来の粒子線ビーム照射装置では、AD変換したX電極50a、Y電極50bの信号に対してオフセット補正をし、その後時間軸方向に平均化処理を行っている。そして、時間軸方向に平均化された各チャネルの信号から重心位置を算出している。しかしながら、時間軸方向に平均化処理する従来の方法では、放電が発生した場合に誤った重心位置を算出することになる。図10は、この事象を模式的に説明する図である。   In the conventional particle beam irradiation apparatus disclosed in Patent Literature 1 and the like, offset correction is performed on the signals of the X electrode 50a and the Y electrode 50b that have been subjected to AD conversion, and thereafter, averaging processing is performed in the time axis direction. Then, the position of the center of gravity is calculated from the signal of each channel averaged in the time axis direction. However, in the conventional method of averaging in the time axis direction, an incorrect center of gravity position is calculated when a discharge occurs. FIG. 10 is a diagram schematically illustrating this phenomenon.

図10では、説明の便宜上、電極の数(チャネルの数)を12とし、時間軸方向に平均するサンプリング数を1回目から10回目の10としている。図10のTB1の横方向がチャネル方向、即ち空間方向であり、縦方向が時間方向である。そして、TB1の中の数値は、各チャネルから出力される信号の大きさを表している。図10に示す例では、1回目から10回目のサンプリング期間中ずっと、粒子線ビームがチャネル“9”の近傍を通過するものと想定している。一方、放電は、通常、ある1つの電極(1つのチャネル)において、極めて短時間の間のみに発生する。そこで、図10のTB1に示す例では、放電がチャネル“2”の7回目のサンプリングにおいて発生したものと設定している。また、放電による誤信号の値は、通常、粒子線ビームの通過によって検出される値よりも大きいため、図10のTB1では、放電によって生じる誤信号の値を「100」という大きな値に設定している。   In FIG. 10, for convenience of explanation, the number of electrodes (the number of channels) is 12, and the number of samplings averaged in the time axis direction is 10 from the first time to the tenth time. The horizontal direction of TB1 in FIG. 10 is the channel direction, that is, the spatial direction, and the vertical direction is the time direction. The numerical value in TB1 represents the magnitude of the signal output from each channel. In the example shown in FIG. 10, it is assumed that the particle beam passes through the vicinity of the channel “9” throughout the first to tenth sampling periods. On the other hand, a discharge usually occurs only for a very short time at one electrode (one channel). Therefore, in the example shown in TB1 of FIG. 10, it is set that the discharge has occurred in the seventh sampling of the channel “2”. Further, since the value of the error signal due to the discharge is usually larger than the value detected by the passage of the particle beam, the value of the error signal caused by the discharge is set to a large value of “100” in TB1 of FIG. ing.

図10のTB2は、TB1に示す各チャネルの信号の値を時間軸方向に平均した値である。そして、TB2の各チャネルの時間平均値から算出した重心が、TB2の右側に示す値「7.6」である。この結果は、チャネル2の大きな放電信号の影響を受けて、重心がチャネル2側にシフトしたことを意味している。   TB2 in FIG. 10 is a value obtained by averaging the signal values of the respective channels shown in TB1 in the time axis direction. The center of gravity calculated from the time average value of each channel of TB2 is the value “7.6” shown on the right side of TB2. This result means that the center of gravity has shifted to the channel 2 side under the influence of the large discharge signal of the channel 2.

一方、図10のTB3は、放電が無かったとしたとき、即ち、TB1のチャネル“2”の7回目のサンプリングの信号の値を0としたときの時間平均値を示す。そして、TB3の各チャネルの時間平均値から算出した重心が、TB3の右側に示す値「9.1」である。つまり、放電が無かったとしたときの本来の重心測定値が「9.1」である。   On the other hand, TB3 in FIG. 10 indicates a time average value when there is no discharge, that is, when the value of the seventh sampling signal of the channel “2” of TB1 is set to 0. The center of gravity calculated from the time average value of each channel of TB3 is the value “9.1” shown on the right side of TB3. That is, the original center-of-gravity measurement value when there was no discharge is “9.1”.

このように、平均化処理を用いる従来の方法では、放電の有り無しによって重心の算出結果に大きな差が生じてしまい、放電による誤検出を取り除くことは難しい。平均化処理の母数を増やせばある程度誤検出を抑えることは可能である。しかしながら、平均化処理の母数を増やすと、ビーム位置の異常が実際に発生したときの検出感度が鈍くなるため、好ましい解決法ではない。   As described above, in the conventional method using the averaging process, a large difference is generated in the calculation result of the center of gravity depending on the presence or absence of discharge, and it is difficult to eliminate erroneous detection due to discharge. Increasing the number of parameters of the averaging process can suppress false detection to some extent. However, increasing the parameter of the averaging process is not a preferable solution because the detection sensitivity when the beam position abnormality actually occurs becomes dull.

そこで、本実施形態の粒子線ビーム照射装置1では、従来の時間平均値を求める手法ではなく、X電極50a、Y電極50bから出力される複数の信号の値からメディアンを求め、求めたメディアンから重心を算出する構成にしている。   Therefore, in the particle beam irradiation apparatus 1 of the present embodiment, the median is obtained from the values of a plurality of signals output from the X electrode 50a and the Y electrode 50b instead of the conventional method of obtaining the time average value, and from the obtained median. The center of gravity is calculated.

第1の実施例として、時間方向のメディアン処理について図11を用いて説明する。時間方向のメディアン処理は、X電極50a、Y電極50bの夫々から時系列で出力される複数の信号の値から時間方向のメディアン、即ち中央値を求める処理である。   As a first embodiment, the median processing in the time direction will be described with reference to FIG. The median process in the time direction is a process for obtaining a median in the time direction, that is, a median value, from the values of a plurality of signals output in time series from the X electrode 50a and the Y electrode 50b.

より具体的には、X電極50a、Y電極50bの夫々から出力される所定数(母数)の信号の値を小さい順に並べ、小さい順に並べたときの中央に位置する値を時間方向のメディアンとして選択する処理である。   More specifically, the values of a predetermined number (parameters) output from each of the X electrode 50a and the Y electrode 50b are arranged in ascending order, and the value located at the center when arranged in ascending order is the median in the time direction. Is selected.

図11のTB4に示す例では、1回目から3回目までの3つのサンプリングデータ(即ち、母数が3)に対するメディアンを求めている。TB5に示す値が求めたメディアン値である。例えば、チャネル“11”では、1回目から3回目の値を小さい順に並べると、「1」、「2」、「3」となり、中央の値、メディアン値は「2」となる。また、チャネル“10”では、1回目から3回目の値を小さい順に並べると、「9」、「9」、「10」となり、メディアン値は「9」となる。同様に、チャネル“2”では、1回目から3回目の値を小さい順に並べると、「0」、「0」、「100」となり、メディアン値は「0」となる。   In the example shown in TB4 of FIG. 11, the median for three sampling data from the first time to the third time (that is, the parameter is 3) is obtained. The value shown in TB5 is the calculated median value. For example, in the channel “11”, when the first to third values are arranged in ascending order, “1”, “2”, and “3” are obtained, and the median value and the median value are “2”. In the channel “10”, when the first to third values are arranged in ascending order, “9”, “9”, and “10” are obtained, and the median value is “9”. Similarly, in the channel “2”, when the first to third values are arranged in ascending order, they become “0”, “0”, “100”, and the median value becomes “0”.

メディアン処理は、データを小さい順に並べたときの中央に位置する値を抽出する処理であるため、放電のような突発的なノイズを除去することが可能である。このため、平均処理よりもメディアン処理の方が、重心位置の算出において放電による誤差を低くすることができ、誤ったインターロック信号による出射停止を防止することができる。   Since the median process is a process of extracting a value located at the center when data is arranged in ascending order, it is possible to remove sudden noise such as discharge. For this reason, the median process can reduce the error due to the discharge in the calculation of the position of the center of gravity than the average process, and the emission stop due to an erroneous interlock signal can be prevented.

また、平均化処理において放電による大きな信号の影響を低減するためには平均の母数を大きくする必要があるが、メディアン処理では比較的小さな母数で突発的な誤信号を除去することが可能である。このため、実際のビーム位置の異常が発生したときの検出感度を高くすることができる。   Moreover, in order to reduce the influence of a large signal due to discharge in the averaging process, it is necessary to increase the average parameter, but in the median process, it is possible to remove sudden false signals with a relatively small parameter. It is. Therefore, it is possible to increase the detection sensitivity when an actual beam position abnormality occurs.

なお、図11に示した例では、母数を3としているがこの数に限定されるものではない。例えば、放電等による突発ノイズの継続時間等に応じて、メディアン処理の対象とする母数を変更できるように構成するのが好ましい。   In addition, in the example shown in FIG. 11, although the parameter is set to 3, it is not limited to this number. For example, it is preferable that the parameter for the median processing can be changed according to the duration of sudden noise due to discharge or the like.

(4)第2の実施形態(空間的メディアン処理)
前述した第1の実施形態で行う時間方向のメディアン処理は、各チャネルから時系列で出力される複数のデータに対するメディアンを求める処理である。これに対して、以下に説明する第2の実施形態で行う空間的メディアン処理は、上述した時間方向のメディアン処理に換えて、あるサンプル時刻において複数のチャネルから同時に出力される複数データに対するメディアンを求める処理である。
(4) Second embodiment (spatial median processing)
The median processing in the time direction performed in the first embodiment described above is processing for obtaining medians for a plurality of data output in time series from each channel. On the other hand, the spatial median processing performed in the second embodiment described below replaces the above-described median processing in the time direction with medians for a plurality of data output simultaneously from a plurality of channels at a certain sample time. This is the processing to be sought.

図12は、第2の実施形態に係るビーム形状算出部90の細部構成例を示す図である。第1の実施形態(図7)との相違点は、チャネルごとに個別に設けられたメディアン処理部94a、94bに換えて、複数チャネルに跨ったメディアン処理部99a、99bを設けた構成としている点である。第1の実施形態のメディアン処理部94a、94bが時間方向のメディアン処理を行うのに対して、第2の実施形態におけるメディアン処理部99a、99bは空間的メディアン処理を行う。第2の実施形態においても、データ補正処理部93a、93bにおいてオフセット補正処理を行った後、直ぐに空間的メディアン処理を行う。   FIG. 12 is a diagram illustrating a detailed configuration example of the beam shape calculation unit 90 according to the second embodiment. The difference from the first embodiment (FIG. 7) is that a median processing unit 99a, 99b extending over a plurality of channels is provided in place of the median processing units 94a, 94b provided individually for each channel. Is a point. The median processing units 94a and 94b in the first embodiment perform median processing in the time direction, whereas the median processing units 99a and 99b in the second embodiment perform spatial median processing. Also in the second embodiment, after the offset correction process is performed in the data correction processing units 93a and 93b, the spatial median process is performed immediately.

図13は、メディアン処理部99a、99bで行う空間的メディアン処理の概念を説明する図である。この空間的メディアン処理では、複数のX電極50a、Y電極50bのうち、注目する電極のチャネルを中心とする所定の大きさの窓の範囲に並列配列されている複数チャネルから出力される信号の値からメディアンを求める。より具体的には、窓内の複数チャネルから出力される信号の値を小さい順に並べ、小さい順に並べたときの中央に位置する値を前記注目するチャネルの空間的なメディアンとする処理である。したがって、チャネル方向(即ち空間方向)の窓の大きさがメディアン処理の対象となる母数の大きさになる。   FIG. 13 is a diagram illustrating the concept of spatial median processing performed by the median processing units 99a and 99b. In this spatial median processing, signals output from a plurality of channels arranged in parallel in a range of windows of a predetermined size centering on the channel of the electrode of interest among the plurality of X electrodes 50a and Y electrodes 50b. Find the median from the value. More specifically, it is processing that arranges values of signals output from a plurality of channels in the window in ascending order and sets a value located in the center when arranged in ascending order as a spatial median of the channel of interest. Therefore, the size of the window in the channel direction (that is, the spatial direction) becomes the size of the parameter to be subjected to median processing.

図13のTB6は、空間的メディアン処理を行うまえの各チャネルからの出力信号の値を例示している。TB6の上段は放電が無かったとしたときの信号値であり、下段は、チャネル“2”に放電があったとしたときの信号の値である。TB6の右側に示すように、放電無しの場合に算出された重心が「9.0」であるのに対して、放電があったときの重心は「3.9」となり、大きな誤差をもっている。   TB6 in FIG. 13 illustrates the value of the output signal from each channel before performing the spatial median processing. The upper stage of TB6 is a signal value when there is no discharge, and the lower stage is a signal value when there is a discharge in channel “2”. As shown on the right side of TB6, the center of gravity calculated when there is no discharge is “9.0”, whereas the center of gravity when there is a discharge is “3.9”, which has a large error.

図13のTB7とTB8は空間メディアン処理の具体的内容と結果を夫々示すものである。図13の例では、窓の大きさを3として、前述した空間メディアン処理を行っている。例えば、注目チャネルを“8”とすると、チャネル“8”を中心とする窓内の3つのチャネル“7”、“8”、“9”の信号の値を小さい順に並べると、「1」、「10」、「15」となり、中央の値、メディアン値は「10」となる。したがって、注目チャネル“8”に対する空間的メディアン値は「10」となる。また、注目チャネルを“9”とすると、チャネル“9”を中心とする窓内の3つのチャネル“8”、“9”、“10”の信号の値を小さい順に並べると、「9」、「10」、「15」となり、中央の値、メディアン値は「10」となる。したがって、注目チャネル“9”に対する空間的メディアン値は「10」となる。   TB7 and TB8 in FIG. 13 show the specific contents and results of the spatial median processing, respectively. In the example of FIG. 13, the size of the window is set to 3, and the above-described spatial median processing is performed. For example, if the channel of interest is “8”, the signal values of the three channels “7”, “8”, “9” in the window centered on the channel “8” are arranged in ascending order. “10” and “15” are obtained, and the median value and the median value are “10”. Therefore, the spatial median value for the channel of interest “8” is “10”. Further, if the channel of interest is “9”, the values of the three channels “8”, “9”, “10” in the window centered on the channel “9” are arranged in ascending order, “9”, “10” and “15” are obtained, and the median value and the median value are “10”. Therefore, the spatial median value for the channel of interest “9” is “10”.

同様に、注目チャネルを“2”とすると、チャネル“2”を中心とする窓内の3つのチャネル“1”、“2”、“3”の信号の値を小さい順に並べると、「0」、「0」、「100」となり、中央の値、メディアン値は「0」となる。したがって、注目チャネル“2”に対する空間的メディアン値は「0」となる。このように、空間メディアン処理前の放電電流によるチャネル“2”の異常な信号値「100」が、空間メディアン処理によって正常な信号値「0」に置き換えられる。   Similarly, if the channel of interest is “2”, the values of the three channels “1”, “2”, and “3” in the window centered on the channel “2” are arranged in ascending order. , “0”, “100”, and the median value and the median value are “0”. Therefore, the spatial median value for the channel of interest “2” is “0”. As described above, the abnormal signal value “100” of the channel “2” due to the discharge current before the spatial median processing is replaced with the normal signal value “0” by the spatial median processing.

粒子線ビームはある広がりをもつため、実際の粒子線ビームの通過では連続したチャネルで信号が検出される。これに対して、放電は、通常、ある1つチャネルに発生することが多い。このため、上記の空間的メディアン処理を行うことにより、放電による誤信号を除去することが可能となる。この結果、時間平均処理を行う従来の方法よりも、放電等の誤情報に基づく誤ったインターロック信号による出射停止を防止することができる。   Since the particle beam has a certain spread, a signal is detected in a continuous channel in the actual passage of the particle beam. On the other hand, discharge is usually generated in one channel. For this reason, by performing the spatial median processing described above, it is possible to remove an erroneous signal due to discharge. As a result, it is possible to prevent the emission stop due to an erroneous interlock signal based on erroneous information such as discharge, as compared with the conventional method in which time averaging processing is performed.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1 粒子線ビーム照射装置
10 ビーム生成部
20 出射制御部
30 ビーム走査部
50 位置モニタ部
50a 位置モニタ部のX電極
50b 位置モニタ部のY電極
80 制御部
81 走査制御部
82 異常判定部
90 ビーム形状算出部
91 重心位置算出部
94、99 メディアン処理部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Particle beam irradiation apparatus 10 Beam generation part 20 Ejection control part 30 Beam scanning part 50 Position monitor part 50a X electrode 50b of position monitor part Y electrode 80 of position monitor part Control part 81 Scan control part 82 Abnormality determination part 90 Beam shape Calculation unit 91 Center of gravity position calculation unit 94, 99 Median processing unit

Claims (10)

粒子線ビームを生成するビーム生成部と、
生成された前記粒子線ビームを走査指示値に従って2次元走査するビーム走査部と、
前記粒子線ビームの走査位置を検出するセンサ部であって、複数チャネルの第1の線状電極が第1の方向に並列配置され、複数チャネルの第2の線状電極が前記第1の方向と直交する第2の方向に並列配置されるセンサ部と、
前記第1及び第2の線状電極から出力される複数の信号の値からメディアンを求めることによって、線状電極間に突発的な放電が発生する場合に生じるノイズを除去するメディアン処理部と、
求めた前記複数の信号のメディアンから前記粒子線ビームの重心位置を算出する重心位置算出部と、
算出された前記重心位置と予め設定された基準走査位置との誤差が所定値よりも大きいときは、前記粒子線ビームの出射を停止させる制御部と、
を備えたことを特徴とする粒子線ビーム照射装置。
A beam generator for generating a particle beam;
A beam scanning unit that two-dimensionally scans the generated particle beam according to a scanning instruction value;
A sensor unit for detecting a scanning position of the particle beam, wherein a plurality of channels of first linear electrodes are arranged in parallel in a first direction, and a plurality of channels of second linear electrodes are arranged in the first direction. A sensor unit arranged in parallel in a second direction orthogonal to
A median processing unit for removing noise generated when a sudden discharge occurs between the linear electrodes by obtaining a median from a plurality of signal values output from the first and second linear electrodes;
A center-of-gravity position calculation unit that calculates the position of the center of gravity of the particle beam from the median of the plurality of signals obtained;
When an error between the calculated center of gravity position and a preset reference scanning position is larger than a predetermined value, a control unit that stops the emission of the particle beam;
A particle beam irradiation apparatus comprising:
前記メディアンは、
前記第1及び第2の線状電極の夫々から時系列で出力される前記複数の信号の値から求める時間方向のメディアンである、
ことを特徴とする請求項1に記載の粒子線ビーム照射装置。
The median is
A median in a time direction obtained from values of the plurality of signals output in time series from each of the first and second linear electrodes;
The particle beam irradiation apparatus according to claim 1.
前記メディアン処理部は、
前記時系列で出力される前記複数の信号の値を小さい順に並べたときの中央に位置する値を、前記時間方向のメディアンとする、
ことを特徴とする請求項2に記載の粒子線ビーム照射装置。
The median processing unit
A value located in the center when the values of the plurality of signals output in the time series are arranged in ascending order is the median in the time direction,
The particle beam irradiation apparatus according to claim 2.
前記メディアンは、
前記複数チャネルの第1及び第2の線状電極のうち、注目するチャネルを中心とする所定の大きさの窓の範囲に並列配列されている複数チャネルから出力される信号の値から求める空間的なメディアンである、
ことを特徴とする請求項1に記載の粒子線ビーム照射装置。
The median is
Of the first and second linear electrodes of the plurality of channels, a spatial value obtained from values of signals output from a plurality of channels arranged in parallel in a window range of a predetermined size centered on the channel of interest. A median,
The particle beam irradiation apparatus according to claim 1.
前記メディアン処理部は、
前記複数チャネルから出力される信号の値を小さい順に並べたときの中央に位置する値を前記注目するチャネルの前記空間的なメディアンとする、
ことを特徴とする請求項4に記載の粒子線ビーム照射装置。
The median processing unit
A value located in the center when the values of signals output from the plurality of channels are arranged in ascending order is the spatial median of the channel of interest.
The particle beam irradiation apparatus according to claim 4.
粒子線ビームを生成し
生成された前記粒子線ビームを走査指示値に従って2次元走査し、
前記粒子線ビームの走査位置を検出するため、複数チャネルの第1の線状電極が第1の方向に並列配置され複数チャネルの第2の線状電極が前記第1の方向と直交する第2の方向に並列配置されるセンサ、の前記第1及び第2の線状電極から信号を出力し、
前記第1及び第2の線状電極から出力される複数の信号の値からメディアンを求めることによって、線状電極間に突発的な放電が発生する場合に生じるノイズを除去し
求めた前記複数の信号のメディアンから前記粒子線ビームの重心位置を算出し、
算出した前記重心位置と予め設定された基準走査位置との誤差が所定値よりも大きいときは、前記粒子線ビームの出射を停止させる、
ことを特徴とする粒子線ビーム照射装置の制御方法。
Generate a particle beam,
The generated particle beam is two-dimensionally scanned according to a scanning instruction value,
In order to detect the scanning position of the particle beam, a plurality of channels of first linear electrodes are arranged in parallel in a first direction, and a plurality of channels of second linear electrodes are perpendicular to the first direction. A signal is output from the first and second linear electrodes of the sensor arranged in parallel in the direction of
By Rukoto calculated a median from the value of the plurality of signals output from the first and second linear electrodes, it removes noise which occurs when a sudden discharge between the linear electrodes is generated,
Calculate the gravity center position of the particle beam from the median of the plurality of signals obtained,
When an error between the calculated center of gravity position and a preset reference scanning position is larger than a predetermined value, the emission of the particle beam is stopped.
A control method of a particle beam irradiation apparatus characterized by the above.
前記メディアンは、
前記第1及び第2の線状電極の夫々から時系列で出力される前記複数の信号の値から求める時間方向のメディアンである、
ことを特徴とする請求項6に記載の粒子線ビーム照射装置の制御方法。
The median is
A median in a time direction obtained from values of the plurality of signals output in time series from each of the first and second linear electrodes;
The method of controlling a particle beam irradiation apparatus according to claim 6.
前記時系列で出力される前記複数の信号の値を小さい順に並べたときの中央に位置する値を、前記時間方向のメディアンとする、
ことを特徴とする請求項7に記載の粒子線ビーム照射装置の制御方法。
A value located in the center when the values of the plurality of signals output in the time series are arranged in ascending order is the median in the time direction,
The method for controlling a particle beam irradiation apparatus according to claim 7.
前記メディアンは、
前記複数チャネルの第1及び第2の線状電極のうち、注目するチャネルを中心とする所定の大きさの窓の範囲に並列配列されている複数チャネルから出力される信号の値から求める空間的なメディアンである、
ことを特徴とする請求項6に記載の粒子線ビーム照射装置の制御方法。
The median is
Of the first and second linear electrodes of the plurality of channels, a spatial value obtained from values of signals output from a plurality of channels arranged in parallel in a window range of a predetermined size centered on the channel of interest. A median,
The method of controlling a particle beam irradiation apparatus according to claim 6.
前記複数チャネルから出力される信号の値を小さい順に並べたときの中央に位置する値を前記注目するチャネルの前記空間的なメディアンとする、
ことを特徴とする請求項9に記載の粒子線ビーム照射装置の制御方法。
A value located in the center when the values of signals output from the plurality of channels are arranged in ascending order is the spatial median of the channel of interest.
The method for controlling a particle beam irradiation apparatus according to claim 9.
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