JP5976203B2 - 粒子線治療システム - Google Patents

Description

本発明は、粒子線を腫瘍など患部に照射して治療を行うための粒子線治療システムに関する。

がん治療を目的とした放射線医療装置では、陽子や重イオンを用いたがん治療装置の開発や建設が進められている。周知のとおり、陽子や重イオン等を用いた粒子線による治療はＸ線、ガンマ線等の従来の放射線治療に比べて、がん患部に集中的に照射することができ、正常細胞に影響を与えずに治療することが可能である。さらに、近年正常細胞への影響を抑えることができるスキャニング照射法や積層原体照射法といった高度三次元照射法が開発され、実用に至っている。高度三次元照射法は照射中にビーム条件を細かく切り替えることで、より正確な線量分布制御を実施する。

粒子線治療装置は、治療計画に従って所定の粒子線を患者に照射するための治療室を含む照射システムと、治療室の粒子線の要求に応じて粒子線を生成し、所定のビーム条件で指定の治療室へ輸送する加速器システムから構成される。さらに、加速器システムは粒子線を生成する入射器、粒子線を加速するシンクロトロンを含む主加速器、加速した高エネルギー粒子線を治療室に輸送および分配する回転ガントリーを含む高エネルギービーム輸送装置のサブシステムと、加速器制御システムで構成されている。サブシステムの各々はさらに電磁石、ビームモニタ、高周波加速空洞などの機器から構成され、加速器制御システムは機器データサーバ、データベース、クライアント、個々の機器を直接制御する機器制御装置から構成される。

従来の粒子線治療装置においては、機器データサーバが必要なビーム条件に対応する機器の運転パラメータをデータベースに保持しており、治療開始前に必要なビーム条件に合致する機器の運転パラメータをデータベースから選択し、機器各々に対応する運転パラメータを対応する機器制御装置に予めダウンロードしておく。治療中は指示されたビーム条件に必要な運転パラメータを機器制御装置がダウンロード済みの運転パラメータから選択し、機器を制御することで要求されたビーム条件に合致する粒子線を供給する。前記高度三次元照射法では複数のビーム条件の粒子線を供給する必要があるため、予め複数の機器運転パラメータを機器制御装置にダウンロードしておく。（例えば、特許文献１参照）

特開２００６−１４５２１３号公報

従来の粒子線治療装置は、以上のように機器データサーバが、必要な粒子線のビーム条件から各機器の運転パラメータを演算して求め、治療開始前に、必要な粒子線のビーム条件に対応する機器の運転パラメータ各々を対応する機器制御装置へダウンロードする構成となっている。一般に加速器システムを構成する機器は１００台以上あり、時間によって変化するパラメータであるパターンデータはその時間分解能（クロック）の要求が通常１ｋＨｚ以上であるため、一つのビーム条件に対応する全機器の運転パラメータはデータサイズが非常に大きくなる。例えば時間に依存してパラメータが変化する機器が５０台、シンクロトロンの運転周期が５秒、必要なクロックが１０ＫＨｚである場合、２５０万個ものパラメータが必要となる。このため、機器の運転パラメータを機器データサーバから機器制御装置へダウンロードするには長時間要する。

また、何らかの理由で粒子線治療装置の稼働中に機器制御装置にダウンロードした機器の運転パラメータが喪失または破損した場合は、機器の運転パラメータを機器データサーバから機器制御装置へ再ダウンロードする必要が生じる。このような場合は、再ダウンロードが完了するまで加速器システムが適切な粒子線を供給することができないので治療を停止しなければならなくなる。前記の如く、従来の構成においては機器の運転パラメータの再ダウンロードであっても長時間待機する必要があり、粒子線治療装置の停止状態からの復帰時間を長引かせ、治療のスループットを低下させるリスクとなる問題点がある。

さらに、機器の調整時には、各機器の運転パラメータの計算条件を変更しながら、所望のビーム条件が得られる運転パラメータを各機器ごとに決定するステップがある。このステップにおいては、変更する毎に全機器の運転パラメータを機器データサーバから機器制御装置へダウンロードする必要があり、調整に長時間を要することになる。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、機器運転パラメータのダウンロードに要する時間を短縮するよう改善し、ビーム調整作業の効率化と、機器運転パラメータ再ダウンロードに係る停止時間を短縮できる粒子線治療システムを得ることを目的とする。

本発明は、荷電粒子を加速する加速器と、この加速器で発生された荷電粒子ビームである粒子線を輸送する粒子線輸送部と、この粒子線輸送部により輸送された粒子線を照射目標に照射する粒子線照射部と、加速器、粒子線輸送部、および粒子線照射部に備えられた複数の機器をそれぞれ制御する、複数の機器制御装置と、これら複数の機器制御装置にデータを与える機器データサーバとを備えた粒子線治療システムにおいて、複数の機器制御装置は、それぞれ、機器データサーバから与えられたデータに基づいて加速器を運転して粒子線輸送部により粒子線を輸送するための機器運転パラメータを演算して求める機器運転パラメータ演算部と、この機器運転パラメータ演算部で演算して求めた機器運転パラメータの健全性を検証するための機器運転パラメータ検証データを作成する機器運転パラメータ検証データ作成部とを備え、機器データサーバは、複数の機器制御装置に与えたデータに基づいて、複数の機器を運転するそれぞれの機器運転パラメータを演算して求める機器運転パラメータ総合演算部と、この機器運転パラメータ総合演算部で演算して求めたそれぞれの機器運転パラメータの健全性を検証するためのそれぞれの機器運転パラメータ検証データを作成する機器運転パラメータ検証データ総合作成部と、複数の機器制御装置からそれぞれの機器運転パラメータ検証データを受信して、この受信したそれぞれの機器運転パラメータ検証データと、運転パラメータ検証データ総合作成部で作成したそれぞれの機器運転パラメータ検証データとを比較する検証データ比較部を備えたものである。

本発明の粒子線治療システムにあっては、ビーム条件に対応する機器の運転パラメータの計算機能を機器データサーバのみならず機器制御装置にも持たせるよう構成したので、機器制御装置へ機器運転パラメータをダウンロードする代わりに、必要なビーム条件をダウンロードすることで当該機器を所望のビーム条件に対応した運転パラメータで制御できる。ビーム条件は機器運転パラメータに比べデータサイズが小さいため、ダウンロードに要する時間を短縮することが可能であり、多数のビーム条件が必要になってもダウンロードするデータサイズを小さく抑えられる。

本発明の実施の形態による粒子線治療システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態による粒子線治療システムのデータベースに保存されているデータの一例を示す図である。 本発明の実施の形態による粒子線治療システムの機器制御装置および機器データサーバの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態による粒子線治療システムの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態による粒子線治療システムの動作を示す、図４に続くフローチャートである。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による粒子線治療システムの構成を示すブロック図である。以下、この発明の実施の形態１を図１に基づいて説明する。加速器システム１は入射器１０、低エネルギー粒子線輸送部１１、主加速器１２、ビーム出射装置１３、高エネルギー粒子線輸送部１４、回転軸１６を有する回転ガントリー１５などのサブシステムから構成されている。サブシステムの各々はビームの進行方向を曲げる偏向電磁石２１、ビームモニタ２２、高周波加速空洞２３、軌道補正用電磁石２４、収束または発散用四極電磁石２５などの機器から構成されている。治療室２には患者台３２と粒子線照射部３１が備えられている。

次に基本的な加速器システム１と治療室２の動作を説明する。図１において、入射器１０のイオン源で発生したイオン（例えば水素イオン、炭素イオン）の集合である粒子線は、入射器１０の前段直線加速器によって予備加速を受け、所定の運動エネルギーにまで加速される。予備加速を受けた粒子線は入射器１０から低エネルギー粒子線輸送部１１を通り、各種の電磁石２１、２４、２５によって偏向、収束と発散、軌道補正を受けながら主加速器１２（単に加速器１２とも称する）へと導かれる。主加速器１２は粒子線が主加速器１２内で周回軌道を周回するように偏向電磁石２１、軌道補正用電磁石２４、収束または発散用四極電磁石２５などの各種の電磁石が設定されており、高周波加速空洞２３が形成する加速電場を繰り返し受ける。粒子線は高周波加速空洞２３の加速電場によって繰り返し加速され、その運動エネルギーが加速と共に高くなる。運動エネルギーが高くなるにつれ、粒子線の偏向などに必要な磁場強度が変化するため、主加速器１２を構成する各種の電磁石２１、２４、２５などの機器は時間によって運転パラメータが変化する。主加速器１２中の粒子線が所定の運動エネルギーにまで到達し、粒子線の取り出しが可能となったタイミングでビーム出射装置１３によって粒子線は高エネルギー粒子線輸送部１４（単に粒子線輸送部１４とも称する）へと送り出される。

粒子線輸送部１４に導かれた粒子線は、偏向電磁石２１などの作用により適切な治療室２へ誘導される。粒子線輸送部１４が回転ガントリー１５を有する場合、回転ガントリー１５が所定の角度に設定され、粒子線が輸送される。粒子線輸送部１４の偏向電磁石２１などの各機器は、粒子線のエネルギーによって粒子線が輸送できるように運転パラメータの設定を変更する必要がある。加速器システム１を構成する入射器１０、低エネルギー粒子線輸送部１１、主加速器１２、粒子線輸送部１４、回転ガントリー１５などの各サブシステムはビームモニタ２２を備えており、これを用いて適宜粒子線の状態を観測する。治療室２に設置された粒子線照射部３１は、ワブラ電磁石またはスキャニング電磁石、散乱体、リッジフィルタ、多葉コリメータ、ボーラスなどを備えている。治療室２まで輸送された粒子線は、粒子線照射部３１による粒子線の進行軸に垂直な方向への走査、散乱、運動量の分散、コリメーション、補償などのプロセスを経て、患者台３２に固定された患者の患部形状と一致する様に照射され、患者への線量投与に至る。患者へ投与される粒子線の量は粒子線照射部３１に含まれる線量モニタによって観測され、投与線量が規定の線量値に到達するまで粒子線照射が行われる。

粒子線照射は治療計画に従って行われ、治療計画は少なくとも一つの粒子線のビーム条件と粒子線照射部３１の運転パラメータ設定と照射線量値を含む照射条件を含む。一つの治療計画が複数の照射条件を含み、かつその照射条件に含まれるビーム条件が２種類以上存在する場合がある。この場合、ある一つのビーム条件に対応する照射条件に設定された照射線量を投与した後、加速器システム１の各機器の運転パラメータを次のビーム条件に対応するように切り替え、次の照射条件にて照射開始する。治療計画が含む全ての照射条件に設定された照射線量を投与するまでこの動作を繰り返す。

本実施の形態の粒子線治療システムが備える制御装置の構成について同じく図１を参照しながら以下に説明する。加速器システム１は加速器制御システム１００によって制御される。加速器制御システム１００は機器データサーバ１１０、データベース１２０、少なくとも一つの機器制御装置１３０、タイミングシステム１４０から構成され、機器データサーバ１１０と機器制御装置１３０の間、および機器データサーバ１１０とデータベース１２０の間は各々データ通信のためのネットワークで接続されている。機器制御装置１３０とタイミングシステム１４０間は制御信号線によって接続されている。また、機器制御装置１３０は加速器システム１を構成するサブシステム（１０〜１５）または機器（２１〜２５）の運転パラメータを設定、監視するため、サブシステムや機器と信号線によって接続されている。機器制御装置１３０は演算処理を行うＣＰＵ、揮発性だがＣＰＵがデータに高速にアクセス可能なデータ格納領域であるメモリ、不揮発性であるデータ格納領域であるディスクなどで構成され、各々は機器制御装置内の通信バスで接続されている。

治療室２は照射制御装置１６０によって制御されており、照射制御装置１６０は治療計画装置１８０、機器データサーバ１１０とデータ通信のためネットワークによって接続されている。また、照射制御装置１６０と機器制御装置１３０および粒子線照射部３１は、設定、監視のため信号線によって接続されている。

次に本実施の形態における粒子線治療システムの治療計画に基づく、照射準備から照射完了までの一連の動作について、図１を参照しながら説明する。治療計画装置１８０は、ある患者の粒子線治療システムでの照射条件を含む治療計画を照射制御装置１６０へ送信する。当該患者の治療を行う際、照射制御装置１６０は受信した当該患者に対応する治療計画に含まれる照射条件を読み出し、そのうち粒子線照射部３１に関するパラメータは粒子線照射部３１へ設定し、加速器システム１に関係する少なくとも一つの粒子線のビーム条件を機器データサーバ１１０へビーム条件設定として送信し、加速器システム１が当該ビーム条件で運転可能となるように指示を行う。

ビーム条件設定を受けた機器データサーバ１１０はビーム条件設定に含まれる少なくとも一つのビーム条件を検索キーとしてデータベース１２０の機器運転パラメータダウンロード状態テーブルを検索し、当該ビーム条件に合致する機器運転パラメータが機器制御装置１３０に設定済みであることを確認する。当該機器運転パラメータが機器制御装置１３０に正しく設定されていない場合、機器データサーバ１１０は、当該ビーム条件に合致する機器運転パラメータを設定するよう機器制御装置１３０に指示を行い、機器制御装置１３０が設定完了となることを確認する。係る確認の後、機器データサーバ１１０は照射制御装置１６０にビーム条件設定完了を送信し、加速器システム１が当該治療計画に含まれる照射条件の少なくとも一つのビーム条件に対応した運転の準備が完了していることを通知する。

当該ビーム条件設定完了の通知を受け、粒子線照射部３１に対する照射パラメータ設定を完了した照射制御装置１６０は、治療計画に基づく照射を開始する。まず、照射制御装置１６０は機器制御装置１３０に対し、ビーム条件要求信号を出力する。当該信号には治療計画の第一の照射条件に対応するビーム条件が含まれ、機器制御装置１３０は当該ビーム条件に対応する機器運転パラメータへの切り替えを行い、当該機器運転パラメータの切り替え完了を、設定完了信号を出力することで照射制御装置１６０に通知する。このタイミングにおいて、加速器システム１は前述の加速器システム１の動作説明にあるように、当該ビーム条件要求信号に対応するビーム条件の粒子線を出力できる状態となるが、主加速器１２のビーム出射装置１３は粒子線取り出し動作は行わない。

照射制御装置１６０はすべての機器制御装置１３０が第一の照射条件に対応するビーム条件に対するビーム要求信号に対応する設定完了信号を出力したことを確認し、その他患者への照射に関する準備条件がすべて整ったことを確認したのちに機器制御装置１３０に対してビームＯＮ信号を出力する。ビームＯＮ信号を受けたそれぞれの機器制御装置１３０は、主加速器１２のビーム出射装置１３が取り出し動作を行い、ビーム条件要求信号に含まれるビーム条件に対応する粒子線を所定の治療室２に輸送するように、それぞれの機器に対してそれぞれの機器運転パラメータの設定を行う。当該粒子線は粒子線照射部３１によって第一の照射条件に対応する形状等となるように加工され、患者台３２に固定された患者に照射される。ビームＯＮ信号出力中、例えば患者の呼吸などによって照射目標が粒子線と一致しなくなるなど患者への照射に関する準備条件が不成立となると、照射制御装置１６０はビームＯＮ信号を一時的に停止し、加速器システム１のビーム出射装置１３の取り出し動作を停止させて粒子線の照射を一時的に遮断する。再度患者への照射に関する準備条件が成立することで照射制御装置１６０はビームＯＮ信号を出力し、粒子線の照射を再開する。

粒子線照射部３１に含まれる線量モニタは当該照射による投与線量を監視し、第一の照射条件の規定照射線量値に到達したことを検知すると照射制御装置１６０はビームＯＮ信号を停止し、これによって機器制御装置１３０はビーム出射装置１３の粒子線取り出し動作を停止して、第一の照射条件下で粒子線がこれ以上患者に照射されないようにする。治療計画が一つの照射条件のみを含む場合は前述の手順にて当該治療計画による治療照射は完了する。治療計画が二つ以上の照射条件を含む場合、照射制御装置１６０は第二以降の照射条件に対応する照射パラメータ設定と、ビーム条件要求信号を用いて前述の手順を繰り返し、すべての照射条件で規定の線量値を投与して当該治療計画による治療照射が完了
する。

次に本実施の形態において発明の特徴を示す機器制御装置１３０の動作および機器データサーバ１１０、データベース１２０との連携について詳細に説明する。

粒子線治療システムで粒子線治療を実施する前に、加速器システム１に治療計画に含まれる照射条件のビーム条件に対応する機器運転パラメータを整備する必要がある。この機器運転パラメータの整備は以下のような手順で行われる。まず、一つのビーム条件に対応する機器運転パラメータを所定の手段により生成する。生成された機器運転パラメータを加速器システム１の運転パラメータとして適用して、ビームモニタ２２などを用いて加速器システム１から出力される粒子線を確認する。以上の一連の作業を粒子線が所望のビーム条件と合致するまで繰り返し、その結果得られた機器運転パラメータをデータベース１２０に登録する。あるいは、例えば加速器システム１の環境条件が変化した場合などに一度登録された機器運転パラメータを見直し、所望のビーム条件と一致するように再登録行う。以上のような機器運転パラメータの整備作業は、一般的にビーム調整作業と呼ばれる。ビーム調整作業が完了した後、照射制御装置１６０は患者の治療計画を実施するために必要な粒子線に対応する少なくとも一つのビーム条件要求を加速器システム１の機器データサーバ１１０に送信し、加速器システム１が治療計画に対応するビーム条件で運転可能となるように準備するよう指示を行う。

データベース１２０には加速器制御システム１００内の機器制御装置１３０に設定されている機器運転パラメータの状態を管理する図２に示すようなテーブルが保存されており、このテーブルの各レコードは「ビーム条件」と「機器制御装置識別子」を検索キーとし、「計算アルゴリズムデータ識別子」、「機器運転パラメータ検証データ」、「検証済みフラグ」を値とする。

機器制御装置１３０および機器データサーバ１１０は、図３に示すような構成になっている。複数の機器をそれぞれ制御する機器制御装置１３０は、図３では、Ａ機器を制御するＡ機器制御装置１３０Ａ、Ｂ機器を制御するＢ機器制御装置１３０Ｂ、……、として図示している。Ａ機器制御装置１３０Ａは、Ａ機器運転パラメータ演算部１３１Ａ、Ａ機器運転パラメータ検証データ作成部１３２Ａ、Ａ機器データ保存部１３３Ａなどで構成されている。その他の機器制御装置も同様の構成となっている。各機器制御装置の機器運転パラメータ演算部はまとめて機器運転パラメータ演算部１３１と表わすこともある。同様に、機器運転パラメータ検証データ作成部１３２、機器データ保存部１３３と表わすこともある。

一方、機器データサーバ１１０は、機器運転パラメータ総合演算部１１１、機器運転パラメータ検証データ総合作成部１１２、および検証データ比較部１１３などで構成されている。

本実施の形態におけるビーム調整作業に係る加速器制御システム１００の動作を図４および図５のフローチャートを参照しながら以下に説明する。以下の手順は、加速器システム１において新たなビーム条件に対応する機器運転パラメータの作成が必要な場合、あるいは既に存在するあるビーム条件に対応する機器運転パラメータを再調整する必要がある場合の手順である。まず、機器データサーバ１１０は、作成または再調整が必要な少なくとも一つのビーム条件を含むビーム条件データ、および当該機器の機器運転パラメータを計算するために必要な計算アルゴリズムの一部または全体を含む計算アルゴリズムデータとを含む機器運転パラメータ設定要求を、設定が必要な機器制御装置１３０へ送信する（ステップＳＴ１０）。

計算アルゴリズムは、加速器制御システム１００を構成する各機器制御装置１３０が制御対象とする機器を特定のビーム条件に対応するように運転するため、必要な当該機器の機器運転パラメータを計算するためのアルゴリズムである。計算アルゴリズムを、例えば多項式とし、項数と各項の係数をデータとしてもよい。このように、予め多項式など複数の式の形態を決めて各式に計算アルゴリズムデータ識別子を付し、計算アルゴリズムデータ識別子と式に含まれる係数を計算アルゴリズムのデータとしてもよい。このように式の形態と式に含まれる係数をデータとすることで、計算アルゴリズム全体をデータとするよりもさらにデータ量を削減することができる。ビーム条件データに含まれるビーム条件は、例えば粒子線を導入する治療室２の名称、粒子線のエネルギー、粒子線の強度、運転周期、粒子線のビーム径、ガントリー角度などを含む。また、計算アルゴリズムデータには、例えば機器制御装置１３０が実行可能な計算プログラムそのもの、機器制御装置１３０に組み込まれた計算プログラムが利用し、機器制御装置１３０が制御対象とする機器の固有の特性や、タイミングシステム１４０の動作クロックなど加速器システム１が出力する粒子線のビーム条件に依らない計算パラメータを含むことができる。

機器制御装置１３０は、機器データサーバ１１０より機器運転パラメータ設定要求を受信すると、機器データ保存部１３３に当該機器運転パラメータ設定要求を格納し、機器運転パラメータ設定処理を開始する（ステップＳＴ２０）。機器制御装置１３０の機器運転パラメータ演算部１３１は当該ビーム条件データと当該計算アルゴリズムデータを用い、当該機器制御装置１３０が制御対象とする機器の、当該ビーム条件データに含まれる少なくとも一つのビーム条件に対応する機器運転パラメータを計算する（ステップＳＴ２１）。機器運転パラメータには電磁石電源の電流値・電圧値、高周波加速空洞に供給する高周波の周波数・電圧・位相、ガントリー角度などの機器への設定値、および／またはこれら設定値の運転周期の一部または全部に対応するパターンデータ、加速・取り出し・減速などの加速器システム１の動作イベントに関わるタイミングデータ、フィードバック定数や補正係数などの制御パラメータ、各々のデータの健全性を検証するためのパリティデータを含むことができる。

機器制御装置１３０の機器運転パラメータ検証データ作成部１３２は、当該機器運転パラメータを用い、当該機器運転パラメータよりもデータサイズが小さく、かつ、当該機器運転パラメータの健全性を後から検証することができる機器運転パラメータ検証データを計算する（ステップＳＴ２２）。機器運転パラメータ検証データには、例えば機器運転パラメータ全体の排他論理演算の結果で得られるチェックサム、計算アルゴリズムデータのバージョン、運転パラメータのデータサイズ、あるいはこれらの組み合わせを用いることができる。

機器制御装置１３０で受信したビーム条件データに含まれる全てのビーム条件の数だけステップＳＴ２１からステップＳＴ２２の処理を繰り返し実行する（ステップＳＴ２３）。機器制御装置１３０はステップＳＴ２０で受信したビーム条件データに含まれるビーム条件と、当該ビーム条件に対応するステップＳＴ２１にて得た機器運転パラメータの組み合わせの全てを機器データ保存部１３３に格納し、また当該ビーム条件、当該計算アルゴリズムデータ、当該機器運転パラメータ、および当該機器運転パラメータに対応するステップＳＴ２２にて得られた機器運転パラメータ検証データを機器データ保存部１３３に保存する（ステップＳＴ２４）。

機器制御装置１３０は当該ビーム条件データに含まれた全てのビーム条件に対応するステップＳＴ２１からＳＴ２３の処理を終えると、全ての機器運転パラメータ検証データを含む機器運転パラメータ設定完了通知を機器データサーバ１１０に送信する（ステップＳＴ２５）。

一方、機器データサーバ１１０の機器運転パラメータ総合演算部１１１では、ステップＳＴ１０で機器制御装置１３０へ機器運転パラメータ設定要求を送信した後、当該機器運転パラメータ設定要求に含まれているビーム条件データと計算アルゴリズムデータを用いて全てのビーム条件に対応する当該機器制御装置１３０が制御対象とする機器の機器運転パラメータを計算する（ＳＴ１１）。さらに、機器データサーバ１１０の機器運転パラメータ検証データ総合作成部１１２では、計算によって得られた当該機器運転パラメータに対応する機器運転パラメータ検証データを計算する（ステップＳＴ１２）。これら計算によって得られたデータは、データベース１２０に保存される。図４に示すように、機器データサーバ１１０で実行されるステップＳＴ１１〜ＳＴ１２の処理は、機器制御装置１３０で実行されるステップＳＴ２１〜ＳＴ２３の処理とは独立して実施する。

機器データサーバ１１０はステップＳＴ１２の計算処理を終えた後、機器制御装置１３０から機器運転パラメータ設定完了を受けると、検証データ比較部１１３において、データベース１２０に保存されている機器運転パラメータ検証データと、機器制御装置１３０の機器データ保存部１３３に保存されている機器運転パラメータ検証データを比較する手順を開始する（ステップＳＴ１３）。比較した結果、両者が一致している場合、機器データサーバ１１０は当該機器制御装置１３０の機器データ保存部１３３に意図したとおりの機器運転パラメータが正しく保存されていると判断（ステップＳＴ１４ ＹＥＳ）し、図２に示したデータベース１２０のテーブル中、当該機器制御装置１３０に対応する機器制御装置識別子と当該ビーム条件をキーとするレコードの「検証済みフラグ」の値を「オン」に設定する（ステップＳＴ１５）。一致しない場合は、当該機器制御装置１３０のメモリに意図したとおりの機器運転パラメータが正しく保存されていないか、計算に使用しているビーム条件または計算アルゴリズムデータに何らか不整合が生じているものと判断（ステップＳＴ１４ ＮＯ）し、当該レコードの「検証済みフラグ」の値を「オフ」に設定する（ステップＳＴ１６）。

機器データサーバ１１０は機器運転パラメータ設定要求を送信した機器制御装置１３０から全ての機器運転パラメータ設定完了通知を受信し、対応するレコードの「検証済みフラグ」を「オン」または「オフ」に設定するまでステップＳＴ１４、ＳＴ１５、ＳＴ１６の処理を繰り返す（ステップＳＴ１７）。

機器データサーバ１１０はデータベース１２０のレコードをステップＳＴ１０で送信したビーム条件データに含まれるビーム条件をキーとして検索する。当該検索条件に対応する全てのレコードの「検証済みフラグ」の値がひとつでも「オフ」である場合、機器データサーバ１１０は加速器制御システム１００が当該ビーム条件に対応する粒子線を出力する準備に失敗したと判断（ステップＳＴ１８ ＹＥＳ）する。失敗したと判断した場合、再度ステップＳＴ１０の処理に戻るか、エラーを出力して原因調査を促すメッセージの表示などのエラー処理を実施し（ステップＳＴ１９）、処理を終了する（ステップ２１１）。

機器データサーバ１１０はデータベース１２０のレコードをステップＳＴ１０で送信したビーム条件データに含まれるビーム条件をキーとして検索し、当該検索条件に対応する全てのレコードの「検証済みフラグ」の値がすべて「オン」である場合、機器データサーバ１１０は加速器制御システム１００が当該ビーム条件に対応する粒子線を出力する準備に成功したと判断（ＳＴ１８ ＮＯ）し、処理を終了する（ステップ２１１）。

以上のように構成した本実施の形態の粒子線治療システムによれば、以下のような効果を得る。従来、加速器システム１を特定のビーム条件に対して動作させるための機器運転パラメータは、当該機器運転パラメータの計算能力ないし保存能力を有する上位の計算機あるいは制御装置から実際に機器制御を行う下位の制御装置に対して機器運転パラメータそのものをダウンロードしている（例えば特許文献１の段落００２８参照）。また、前述のようにパターンデータを含むような機器運転パラメータのデータサイズは一般に非常に大きく、また一つの加速器システム１は多数の機器から構成され、これらを制御する機器制御装置１３０は通常複数台存在するため、機器データサーバ１１０と全機器制御装置１３０の間のデータ通信量は膨大な量となる。

本実施の形態においては、上位の計算機に相当する機器データサーバ１１０およびデータベース１２０は機器運転パラメータそのものではなく、機器運転パラメータを得るために使用する計算アルゴリズムデータとビーム条件データを下位の制御装置に相当する機器制御装置１３０に送信し、機器制御装置１３０が機器運転パラメータに展開している。計算アルゴリズムデータとビーム条件データのデータサイズは多くの場合において機器運転パラメータよりも小さく、従来の機器運転パラメータそのものをダウンロードする場合に比べ、データ通信量を抑えつつ従来の機器運転パラメータダウンロードと同じ効果が得られる。データの通信量を抑えられることで、通信時間の短縮による、粒子線治療システムのビーム調整作業の効率改善や、通信機器に必要な性能を抑えられることによって粒子線治療システムのコスト抑制の効果を期待できる。

また、適時各機器制御装置１３０の機器データ保存部１３３に保存されている機器運転パラメータからそれぞれの機器運転パラメータ検証データ作成部１３２において機器運転パラメータ検証データを計算することで、機器運転パラメータに変質および欠落が生じていないかの健全性を検証することが可能である。このとき、機器データサーバ１１０に機器運転パラメータ検証データを送信し、データベース１２０の当該ビーム条件と機器制御装置識別子に該当するレコードの機器運転パラメータ検証データの値と比較するようにしている。このため、機器運転パラメータ検証データよりもデータサイズの大きい機器運転パラメータそのものを送信することなく、データベース１２０が認識している機器運転パラメータと機器制御装置１３０が保持している機器運転パラメータとの整合性を検証することができる。

また、機器データ保存部１３３を不揮発性データ記憶領域であるディスクにより構成し、そこへ計算した運転パラメータ、運転パラメータに対応する運転パラメータ検証データ、ならびに計算に必要な計算アルゴリズムデータおよびビーム条件データを保存するようにした。このため、機器制御装置１３０が電源喪失によってメモリ上のデータを喪失した場合であっても機器データサーバ１１０から機器運転パラメータをダウンロードせずに既定のビーム条件に対応する機器運転パラメータを自動的に準備できる。さらに機器運転パラメータ検証データを用いて再度機器運転パラメータを検証することで、機器運転パラメータが正しく再設定されたことを確認することができる。このため、データをダウンロードせずに同様の結果を得ることができ、ダウンロード時間を省くことでシステム停止状態からの復旧時間を短縮し、パフォーマンスを改善する効果が期待できる。

本発明は、スキャニング照射法と呼ばれる、粒子線のエネルギーを複数回変更して照射する照射法の場合に特に有効である。このスキャニング照射法は、細いペンシルビームと呼ばれる粒子線をビーム進行方向に垂直な２次元方向に移動させて、ビーム進行方向に垂直な２次元の照射分布を形成する方法である。また、粒子線のエネルギーにより、粒子線の吸収線量がピーク（ブラッグピークと呼ぶ）となる位置が決まるため、粒子線のエネルギーを変えることにより、ビーム進行方向の照射位置を変化させる。以上のように、スキャニング照射法では、主加速器１２から出射される粒子線のエネルギーを順次変更して、照射目標の深さ方向に順次スライス状の線量分布を形成することにより、合成された線量分布により照射野を形成する。

スキャニング照射法において、粒子線のエネルギーを変えるためには、加速器システムを構成する各機器の機器運転パラメータを変える必要がある。特に、所定のエネルギーの粒子線を得るために、主加速器１２の各機器の機器運転パラメータは、時間に依存してパラメータが変化するため、多量の機器運転パラメータが必要となる。上記したように、ビーム調整作業においては、所定のビーム条件（例えば粒子線のエネルギーと電流値）の粒子線を得るために、計算アルゴリズムなどを何度も変更して各機器の機器運転パラメータを設定する必要がある。スキャニング照射法では、所定のビーム条件が１０以上となることも多いため、本発明によりデータの通信時間が短縮できる結果ビーム調整作業時間を低減でき、効果が特に大きい。

１ 加速器システム、２ 治療室、１２ 主加速器（加速器）、
１４ 高エネルギー粒子線輸送部（粒子線輸送部）、
２１、２４、２５ 電磁石、３１ 粒子線照射部、
１００ 加速器制御システム、１１０ 機器データサーバ、
１１１ 機器運転パラメータ総合演算部、
１１２ 機器運転パラメータ検証データ総合作成部、
１１３ 検証データ比較部、１２０ データベース、
１３０ 機器制御装置、１３１ 機器運転パラメータ演算部、
１３２ 機器運転パラメータ検証データ作成部、
１３３ 機器データ保存部

Claims (3)

1. 荷電粒子を加速する加速器と、この加速器で発生された荷電粒子ビームである粒子線を輸送する粒子線輸送部と、この粒子線輸送部により輸送された前記粒子線を照射目標に照射する粒子線照射部と、前記加速器、前記粒子線輸送部、および前記粒子線照射部に備えられた複数の機器をそれぞれ制御する、複数の機器制御装置と、これら複数の機器制御装置にデータを与える機器データサーバとを備えた粒子線治療システムにおいて、
   前記複数の機器制御装置は、それぞれ、前記機器データサーバから与えられたデータに基づいて前記加速器を運転して前記粒子線輸送部により前記粒子線を輸送するための機器運転パラメータを演算して求める機器運転パラメータ演算部と、この機器運転パラメータ演算部で演算して求めた前記機器運転パラメータの健全性を検証するための機器運転パラメータ検証データを作成する機器運転パラメータ検証データ作成部とを備え、
   前記機器データサーバは、前記複数の機器制御装置に与えたデータに基づいて、前記複数の機器を運転するそれぞれの機器運転パラメータを演算して求める機器運転パラメータ総合演算部と、この機器運転パラメータ総合演算部で演算して求めた前記それぞれの機器運転パラメータの健全性を検証するためのそれぞれの機器運転パラメータ検証データを作成する機器運転パラメータ検証データ総合作成部と、前記複数の機器制御装置からそれぞれの前記機器運転パラメータ検証データを受信して、この受信したそれぞれの前記機器運転パラメータ検証データと、機器運転パラメータ検証データ総合作成部で作成した前記それぞれの機器運転パラメータ検証データとを比較する検証データ比較部を備えたことを特徴とする粒子線治療システム。
2. 前記機器データサーバから前記機器制御装置に与えるデータには、前記機器運転パラメータ演算部において演算するための計算アルゴリズムが含まれることを特徴とする請求項１に記載の粒子線治療システム。
3. 前記機器データサーバから前記機器制御装置に与えるデータには、前記加速器から出射される粒子線のエネルギーを順次変更して、前記照射目標の深さ方向に順次スライス状の線量分布を形成することにより、合成された線量分布により照射野を形成するための、粒子線の複数のエネルギーに対応した複数のビーム条件が含まれることを特徴とする請求項１または２に記載の粒子線治療システム。

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