JP6473538B1 - Lifetime evaluation apparatus and lifetime evaluation method for particle beam therapy system - Google Patents
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Abstract
【課題】正常な状態で得られるセンサデータの変動が大の粒子線治療システムについて、高精度の寿命評価が可能な粒子線治療システムの寿命評価装置及び寿命評価方法を実現する。【解決手段】粒子線治療装置100の高周波増幅回路57A、58Aのある期間に取得したカソード電圧、カソード電流、及びグリッド電流をクラスタ化して正常データ群を定めて第1評価モデルを作成する。作成した第1評価モデルの構成要素を換算関数(活性化関数であるシグモイド関数)により換算し、正常データ群を定めて第2評価モデルを作成する。センサデータを第1評価モデルで評価し、正常であれば寿命を評価し、異常であれば、データを換算関数により換算し、換算したデータを第2評価モデルにより正常か異常かを評価し、正常であれば寿命を評価する。【選択図】図3A particle beam therapy system lifetime evaluation apparatus and lifetime evaluation method capable of performing a highly accurate lifetime evaluation for a particle beam therapy system with large fluctuations in sensor data obtained in a normal state. A first evaluation model is created by clustering a cathode voltage, a cathode current, and a grid current acquired in a certain period of a high-frequency amplifier circuit 57A, 58A of a particle beam therapy system 100 to define a normal data group. The components of the created first evaluation model are converted by a conversion function (sigmoid function that is an activation function), a normal data group is determined, and a second evaluation model is created. Sensor data is evaluated by the first evaluation model, if normal, the life is evaluated, if abnormal, the data is converted by a conversion function, and the converted data is evaluated by the second evaluation model as normal or abnormal. If normal, evaluate life. [Selection] Figure 3
Description
本発明は、粒子線治療システムの寿命評価装置及び寿命評価方法に関する。 The present invention relates to a lifetime evaluation apparatus and lifetime evaluation method for a particle beam therapy system.
放射線を用いた癌治療システムである粒子線治療システムは、粒子線の線量集中性を活用し、粒子線を患部に集中して照射して、周辺への健常な組織への影響を抑制することが特徴である。 The particle beam therapy system, which is a cancer treatment system using radiation, uses the dose concentration of the particle beam to concentrate and irradiate the particle beam to the affected area to suppress the influence on the surrounding healthy tissue. Is a feature.
その構造は、入射装置と加速器と治療室とを備えている。そして、入射装置の電子銃からリング状の加速器内に粒子ビームを放射し、加速器により必要なエネルギー量に到達したとき、円軌道から離脱させ、外部にビームとして取り出して患部に照射する。 The structure includes an injector, an accelerator, and a treatment room. Then, a particle beam is emitted from the electron gun of the incident device into the ring-shaped accelerator, and when the necessary energy amount is reached by the accelerator, the particle beam is separated from the circular orbit and taken out as a beam to irradiate the affected part.
入射装置は高周波増幅器(RF増幅器)を有しており、RF増幅器は、粒子線治療システムを構成する部品の中で寿命が短く、粒子線治療システムを寿命評価するには、RF増幅器の寿命評価が重要である。 The injection device has a high-frequency amplifier (RF amplifier), and the RF amplifier has a short lifetime among the components constituting the particle beam therapy system. To evaluate the lifetime of the particle beam therapy system, the lifetime evaluation of the RF amplifier is performed. is important.
RF増幅器は、少なくともカソードとグリッドを有する増幅素子を備え、RF増幅器の寿命評価には、増幅素子の主要構成部品であるカソードとグリッドを監視することが重要である。 The RF amplifier includes an amplifying element having at least a cathode and a grid. For the life evaluation of the RF amplifier, it is important to monitor the cathode and the grid, which are main components of the amplifying element.
粒子線治療システムの寿命評価に利用できる技術としては、機械設備の異常予兆の有無を評価する異常予兆評価技術がある。 As a technique that can be used for the life evaluation of the particle beam therapy system, there is an abnormal sign evaluation technique for evaluating the presence or absence of an abnormal sign of mechanical equipment.
この異常予兆評価技術においては、機械設備が正常に稼働しているときに、機械設備に設置した複数のセンサから取得したセンサデータをクラスタ化して評価モデルを作成する。その後、稼働中の機械設備に設置した上記複数のセンサデータを取得し、取得したセンサデータと作成した評価モデルとの乖離度を算出し、算出した乖離度が示す異常度の大きさから、機械設備の異常予兆の有無を評価している。 In this abnormality sign evaluation technique, when the machine facility is operating normally, an evaluation model is created by clustering sensor data acquired from a plurality of sensors installed in the machine facility. After that, the plurality of sensor data installed in the machine equipment in operation is acquired, the degree of divergence between the acquired sensor data and the created evaluation model is calculated, and the degree of abnormality indicated by the calculated degree of divergence is calculated. Evaluates whether there is any sign of abnormal equipment.
例えば、評価モデルから所定の範囲の乖離度合いを有するセンサデータを取得した場合は、「正常」と評価し、それを超えるセンサデータに対しては「異常予兆」と評価する。 For example, when sensor data having a degree of deviation within a predetermined range is acquired from the evaluation model, the sensor data is evaluated as “normal”, and the sensor data exceeding the sensor data is evaluated as “abnormal sign”.
異常予兆評価技術の一例として、特許文献1に記載された技術が存在する。
As an example of the abnormality sign evaluation technique, there is a technique described in
しかしながら、本願の発明者らは、粒子線治療システムにおける入射装置のRF増幅器においては、評価モデルから乖離度合いの大きいセンサデータであっても、正常な粒子線治療システムにおける正常なRF増幅器から検出されるものがあることがわかった。 However, the inventors of the present application have detected the sensor data having a large degree of deviation from the evaluation model in the RF amplifier of the injection device in the particle beam therapy system from the normal RF amplifier in the normal particle beam therapy system. I found that there was something.
これは、粒子線治療システムにおいては、様々な検体を対象としており、測定条件が変化しやすく、RF増幅器が正常であっても、得られたセンサデータが、それまで収集した正常データの範囲外となる場合があるからである。 This is because the particle beam therapy system targets various specimens, the measurement conditions are likely to change, and even if the RF amplifier is normal, the obtained sensor data is outside the range of normal data collected so far. It is because it may become.
従来技術においては、装置が正常であっても、それまで収集した正常データから装置を評価した場合、異常と判断される場合があるとの認識に欠けていた。 In the prior art, even if the device is normal, there is a lack of recognition that when the device is evaluated from normal data collected so far, it may be determined to be abnormal.
このため、粒子線治療システムについて、高精度の寿命評価を行うことができなかった。 For this reason, the lifetime evaluation of the particle beam therapy system could not be performed with high accuracy.
本発明の目的は、上記課題を解決するためになされたものであり、正常な状態で得られるセンサデータの変動が大の粒子線治療システムについて、高精度の寿命評価が可能な粒子線治療システムの寿命評価装置及び寿命評価方法を実現することである。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and a particle beam therapy system capable of highly accurate life evaluation for a particle beam therapy system with a large fluctuation in sensor data obtained in a normal state. It is to implement a life evaluation apparatus and a life evaluation method.
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
粒子線治療システムの寿命評価装置において、粒子線治療システムに配置された複数の高周波増幅器の複数のカソード電圧、複数のカソード電流、及び複数のグリッド電流を示すデータを時系列で取得する入力部と、前記複数のカソード電圧を示すデータ、前記複数のカソード電流を示すデータ及び前記複数のグリッド電流を示すデータの時系列データを記憶する記憶部と、前記粒子線治療システムが正常に稼働しているときに取得した、前記複数のカソード電圧、前記複数のカソード電流、及び前記複数のグリッド電流を示す時系列データのそれぞれの平均値であるカソード電圧平均値、カソード電流平均値及びグリッド電流平均値を演算し、前記カソード電圧平均値、カソード電流平均値及びグリッド電流平均値のそれぞれの平均値をクラスタ化して第1評価モデルを作成し、前記第1評価モデルの構成要素を所定の換算関数により換算して第2評価モデルを作成し、前記記憶部に記憶させる評価モデル作成部と、前記入力部から取得したカソード電圧、カソード電流及びグリッド電流を示すデータを、前記第1評価モデルを使用して前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する第1評価モードと、前記第1評価モードを使用して詳細評価必要と評価された前記カソード電圧、前記カソード電流又は前記グリッド電流を、前記第2評価モデルを使用して前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する第2評価モードにより、前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する寿命評価部と、を備える。 An input unit for acquiring, in a time series, data indicating a plurality of cathode voltages, a plurality of cathode currents, and a plurality of grid currents of a plurality of high-frequency amplifiers arranged in the particle beam therapy system in a lifetime evaluation apparatus for a particle beam therapy system A storage unit storing time series data of data indicating the plurality of cathode voltages, data indicating the plurality of cathode currents and data indicating the plurality of grid currents, and the particle beam therapy system is operating normally Sometimes obtained cathode voltage average value, cathode current average value and grid current average value are average values of time series data indicating the plurality of cathode voltages, the plurality of cathode currents, and the plurality of grid currents. The average value of the cathode voltage average value, the cathode current average value, and the grid current average value is calculated. A first evaluation model is created to create a second evaluation model by converting the components of the first evaluation model by a predetermined conversion function and stored in the storage unit; and the input Data indicating the cathode voltage, cathode current, and grid current obtained from the first evaluation mode is used to evaluate the life of the plurality of high-frequency amplifiers using the first evaluation model, and the first evaluation mode is used. The cathode voltage, the cathode current, or the grid current evaluated as needing detailed evaluation by using the second evaluation model to evaluate the life of the plurality of high-frequency amplifiers using the second evaluation model. A life evaluation unit for evaluating the life of the amplifier.
また、加速器に備えられた高周波電源装置における複数の高周波増幅器の寿命評価方法であって、前記複数の高周波増幅器が正常に稼働しているときに取得した、複数のカソード電圧、複数のカソード電流、及び複数のグリッド電流を示す時系列データのそれぞれの平均値であるカソード電圧平均値、カソード電流平均値及びグリッド電流平均値を演算する第1ステップと、前記カソード電圧平均値、前記カソード電流平均値及び前記グリッド電流平均値をクラスタ化して第1評価モデルを作成する第2ステップと、前記第1評価モデルの構成要素を所定の換算関数により換算して第2評価モデルを作成する第3ステップと、前記カソード電圧、前記カソード電流及び前記グリッド電流を、前記第1評価モデルを使用して前記複数の高周波増幅回路の寿命を評価する第4ステップと、前記第1評価モデルを使用して評価して、詳細評価必要と評価されたとき、前記カソード電圧、前記カソード電流又は前記グリッド電流を、前記換算関数を使用して換算し、前記第2評価モデルを用いて評価して、前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する第5ステップと、を備える。 Further, a lifetime estimation method of a plurality of high-frequency amplifier in the high-frequency power supply device provided to the accelerator, was obtained when the previous SL plurality of high-frequency amplifier is operating normally, a plurality of cathode voltage, a plurality of cathode current And a first step of calculating a cathode voltage average value, a cathode current average value, and a grid current average value that are respective average values of time series data indicating a plurality of grid currents, the cathode voltage average value, and the cathode current average A second step of creating a first evaluation model by clustering values and the grid current average value, and a third step of creating a second evaluation model by converting components of the first evaluation model by a predetermined conversion function And the cathode voltage, the cathode current, and the grid current are increased using the first evaluation model. A fourth step of evaluating a circuit of life, assessed using the first evaluation model, when evaluated as detailed evaluation required, the cathode voltage, the cathode current or the grid current, the conversion function And a fifth step of evaluating the lifetimes of the plurality of high-frequency amplifiers by using and converting and evaluating using the second evaluation model.
本発明によれば、正常な状態で得られるセンサデータの変動が大の粒子線治療システムについて、高精度の寿命評価が可能な粒子線治療システムの寿命評価装置及び寿命評価方法を実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, about the particle beam therapy system with the fluctuation | variation of the sensor data obtained in a normal state is large, the lifetime evaluation apparatus and lifetime evaluation method of the particle beam therapy system which can perform lifetime evaluation with high precision are realizable. it can.
本発明においては、粒子線治療装置における入射装置のRF増幅器のカソードとグリッドの監視を、カソード電圧(Vk)と電流(Ik)、及びグリッド電流(Ig)に対して、それぞれの信号ごとに、正常に稼働しているときのデータを用いた学習データをクラスタ化して評価モデルを作成し、これらの信号を、専用の評価モデルと比較することで寿命評価を行う。 In the present invention, monitoring of the cathode and grid of the RF amplifier of the injection device in the particle beam therapy system is performed for each signal with respect to the cathode voltage (Vk), current (Ik), and grid current (Ig). An evaluation model is created by clustering learning data using data when operating normally, and a life evaluation is performed by comparing these signals with a dedicated evaluation model.
さらに、入射装置は、複数のRF増幅器を有し、それぞれのRF増幅器からの出力信号には大きなばらつきがあり、これを対策する必要がある。 Further, the incident device has a plurality of RF amplifiers, and output signals from the respective RF amplifiers vary greatly, and it is necessary to take measures against this.
本願発明においては、次のようにして寿命評価を行う。 In the present invention, life evaluation is performed as follows.
(1)正常に稼働しているときの複数のRF増幅器からのカソード電圧(Vk)と電流(Ik)、及びグリッド電流(Ig)を取得し、それぞれの平均値を求め各信号の基準値とする。 (1) The cathode voltage (Vk), current (Ik), and grid current (Ig) from a plurality of RF amplifiers when operating normally are obtained, the average value of each is obtained, and the reference value of each signal To do.
(2)上記基準値を中心として、粒子線治療システムの特性に応じて基準値に対する方向と距離を決定し、基準値ごとにクラスタ化して第1評価モデルを作成する。 (2) A direction and a distance with respect to the reference value are determined according to the characteristics of the particle beam therapy system with the reference value as a center, and a first evaluation model is created by clustering for each reference value.
(3)第1評価モデルの構成要素を所定の換算を施して第2評価モデルを作成する。 (3) The second evaluation model is created by subjecting the constituent elements of the first evaluation model to predetermined conversion.
(4)取得したカソード電圧(Vk)と電流(Ik)、及びグリッド電流(Ig)の信号を、対応する第1評価モデルにより評価して、RF増幅器の寿命を評価することにより、粒子線治療システムの寿命を評価する。 (4) Particle beam therapy by evaluating the acquired cathode voltage (Vk), current (Ik), and grid current (Ig) signals using the corresponding first evaluation model and evaluating the life of the RF amplifier. Assess system life.
(5)第1評価モデルにより異常予兆を検知したら、センサデータに所定の換算を施して、第2評価モデルで評価する。 (5) When an abnormality sign is detected by the first evaluation model, the sensor data is subjected to predetermined conversion and evaluated by the second evaluation model.
(6)センサデータと第2評価モデルとの乖離度合いに応じて、各部位の寿命評価を行い、RF増幅器の寿命を評価することにより、粒子線治療システムの寿命を評価する。 (6) The lifetime of each part is evaluated according to the degree of deviation between the sensor data and the second evaluation model, and the lifetime of the RF amplifier is evaluated to evaluate the lifetime of the particle beam therapy system.
以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
図1は、本発明の実施例が適用される粒子線治療装置(粒子線治療システム)100の概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a particle beam therapy system (particle beam therapy system) 100 to which an embodiment of the present invention is applied.
図1において、粒子線治療装置100は、シンクロトロン型加速器50、ライナック56、イオン源59、ビーム輸送系52、照射装置54、治療台40、寿命評価装置(制御装置)1、および複数の高周波電源装置57、58が配置されている。
In FIG. 1, a particle
イオン源59は、治療に用いられるイオンを発生させる機器である。ライナック56は、イオン源59で発生させたイオンをシンクロトロン型加速器50に入射するのに適した速度まで加速する機器である。
The
シンクロトロン型加速器50は、ライナック56で所定の速度まで加速されたイオンをさらに加速し、イオンビームとする加速器である。シンクロトロン型加速器50は、偏向電磁石や、高周波加速空胴、出射装置50aなどから構成される。なお、シンクロトロン型加速器50を用いる場合について説明したが、加速器は高周波電源装置を備えていればよく、例えばサイクロトロン型加速器等とすることができる。
The
ビーム輸送系52はシンクロトロン型加速器50に接続されており、シンクロトロン型加速器50から出射されたイオンビームを照射装置54に導く。
The
照射装置54は治療室に設けられており、イオンビームを照射するための機器であり、ビームの軌道に対して垂直な平面内の直交する二方向に独立にビームを走査させる二台の走査電磁石、ビームモニタ等を備えている。
The
治療台40は、患者45をのせるベッドである。
The treatment table 40 is a bed on which a
寿命評価装置1は制御装置も兼ねており、粒子線治療装置を構成する各部の寿命を評価するのみならず、シンクロトロン型加速器50をはじめとした粒子線治療装置100内の各装置、機器の動作、警報を制御する。
The
高周波電源装置57は、ライナック56に供給する高周波を生成する装置であり、高周波電源装置58は、シンクロトロン型加速器50中の出射装置50aに供給する高周波を生成する装置である。
The high frequency
粒子線治療装置100では、イオン源59で発生させたイオンをライナック56、およびシンクロトロン型加速器50で加速してイオンビームとする。加速されたイオンビームはシンクロトロン型加速器50から出射され、ビーム輸送系52により照射装置54まで輸送される。輸送されたイオンビームは照射装置54で患部形状に合致するように整形され、治療台40に横になった患者45の標的に対して所定量照射される。
In the particle
イオン源59には、このイオン源59内の真空度を計測する真空センサ60が設置されている。また、ライナック56にも、真空センサ61及び62が設置されている。そして、これら真空センサ60、61、62が検出した真空度は、センサデータとして異常予兆評価装置1に入力される。
The
また、高周波電源装置57は高周波増幅回路(RF増幅器)57Aを備え、高周波電源装置58は高周波増幅回路(RF増幅器)58Aを備える。つまり、粒子線治療システム100に、高周波増幅回路57A及び高周波増幅回路58Aが配置されている。
The high frequency
図2は、高周波電源装置57における高周波増幅回路57Aの内部構成説明図である。高周波増幅回路58Aの内部構成も高周波増幅回路57Aの内部構成と同様となっているので、高周波増幅回路57Aの内部構成のみ図示し、高周波増幅回路58Aの内部構成及びその詳細な説明は省略する。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the internal configuration of the high
図2において、高周波増幅回路57Aは、真空管23のグリッド21を接地したグリッド接地方式の増幅回路の概略を示すもので、真空管23、カソード用加熱電源24、カソード電源28、プレート電源27、高周波フィルタ13、結合コンデンサ25、26、グリッド電流検出器29、カソード電圧検出器30で構成される。
In FIG. 2, a high
真空管23は高周波増幅に用いられるもので、同様な構成の真空管が並列に複数個接続されている(図2に示した例では、3個の真空管が互いに並列に接続されている)。真空管23は、カソード20とグリッド21、プレート22を有する三極管であるが、例えば四極や五極等の構成の真空管であっても構わない。図2では三極管の例を示す。
The
また、図2では真空管23を3個並列接続した形態を示したが、必要とする出力電力に応じて真空管23は複数個接続することができ、並列接続であれば個数を制限するものではない。また、図2はグリッド接地であるが、カソード接地その他の回路方式であっても、並列に接続されていれば同様に本発明の真空管23の寿命予測方法は実施可能である。
Further, FIG. 2 shows a configuration in which three
カソード用加熱電源24は交流を用いており、その場合は高周波フィルタ13を併用する。なお、直流電源でもかまわない。
The cathode
カソード電源28は直流電源で、正極接地でカソード20とグリッド21との間に接続され、この値を変えることでプレート電流Ip(Ip1、Ip2、Ip3)を調整する。
The
プレート電源27は直流電源で、負極接地で高周波フィルタ13を通してプレート22に接続する。本実施例のプレート電源27は、その内部で各々の真空管23のプレート22に流れるプレート電流Ipを検出することができるものとする。なお、プレート電流Ipはプレート電源27で計測する形態に限られず、電流計を各々のプレート22とプレート電源27との間に配置して、その電流計で計測してもよい。
The
カソード電源28、プレート電源27とも、値は使用する真空管に依存する。図2において、プレート電源27は1台で共用しているが、別々の電源を用いてもかまわない。
The values of both the
グリッド電流検出器29は例えばシャント抵抗や電流変換器(CT)などがあり、各々の真空管23のグリッド電流Ig(Ig1、Ig2、Ig3)を検出する。
The grid
カソード電圧検出器30はカソード電源28のモニター出力を検出することでカソード電圧Vk(Vk1、Vk2、Vk3)を検出する。なお、直接カソード電圧Vkを計測してもかまわない。
The
カソード電源28に流れるカソード電流Ik(Ik1、Ik2、Ik3)は、カソード電圧検出器30が検出した電圧から、カソード電流演算器12により演算で求められる。なお、図2からもわかるように、カソード電流Ikはグリッド電流Igとプレート電流Ipの和であることから、プレート電源27によって計測されるプレート電流Ipとグリッド電流検出器29によって計測されるグリッド電流Igとから計算して求めることも可能である。
Cathode currents Ik (Ik1, Ik2, Ik3) flowing through the
3つのカソ−ド電流演算器12により演算されたカソード電流を示すデータS1−1、S1−4、S1−7、3つのカソード電圧検出器30が検出したカソード電圧を示すデータS1−2、S1−5、S1−8、3つのグリッド電流検出器29が検出したグリッド電流を示すデータS1−3、S1−6、S1−9は、寿命評価装置1に入力される。
Data S1-1, S1-4, S1-7 indicating cathode currents calculated by the three cathode
図3は、本発明の実施例による寿命評価装置1の全体構成図であり、図4は、実施例における寿命評価の動作フローチャートである。
FIG. 3 is an overall configuration diagram of the
また、図5は、寿命評価に用いられる第1評価モデルの例を示す図であり、図6は、寿命評価に用いられる第2評価モデルの例を示す図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a first evaluation model used for life evaluation, and FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a second evaluation model used for life evaluation.
まず、図5及び図6を参照して、第1評価モデル及び第2評価モデルについて説明する。 First, the first evaluation model and the second evaluation model will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
図5に示すグラフにおいて、横軸はパラメータα、縦軸はパラメータβを示している。パラメータα及びパラメータβは、粒子治療装置100に設置された複数のセンサからのセンサデータの値を示し、パラメータαはカソード電圧検出器30が検出した電圧値であり、パラメータβは、グリッド電流検出器29が検出した電流値である。
In the graph shown in FIG. 5, the horizontal axis indicates the parameter α, and the vertical axis indicates the parameter β. The parameter α and the parameter β indicate sensor data values from a plurality of sensors installed in the
また、図5において、a、b、c及びdは、複数の高周波増幅回路を示す。図1に示した例では、高周波増幅回路は、2つしか存在しないが、評価モデルの例として4つの例を用いている。そして、各高周波増幅回路のカソード電圧検出器30が検出したカソード電圧値データ及びグリッド電流検出器29が検出したグリッド電流値データについてプロットしている。
In FIG. 5, a, b, c, and d indicate a plurality of high-frequency amplifier circuits. In the example shown in FIG. 1, there are only two high-frequency amplifier circuits, but four examples are used as evaluation model examples. Then, the cathode voltage value data detected by the
そして、粒子線治療装置100が正常に稼働(動作)し、高周波増幅回路が正常に稼働(動作)したと判断される期間の複数のセンサデータをクラスタ化して正常データ群が定められ、高周波増幅回路が異常動作したと判断される期間の複数のセンサデータをクラスタ化して異常データ群が定められている。
A normal data group is defined by clustering a plurality of sensor data during a period in which the particle
図6は、図5に示したパラメータα及びパラメータβのデータを所定の換算関数(シグモイド関数等の活性化関数)を用いて換算してパラメータα’及びパラメータβ’を算出した結果を示すグラフである。そして、粒子線治療装置100の高周波増幅回路が正常に動作したと判断される期間の複数のセンサデータをクラスタ化して正常データ群とし、高周波増幅回路が異常動作したと判断される期間の複数のセンサデータをクラスタ化して異常データ群としている。
FIG. 6 is a graph showing the result of calculating the parameters α ′ and β ′ by converting the data of the parameters α and β shown in FIG. 5 using a predetermined conversion function (activation function such as a sigmoid function). It is. Then, a plurality of sensor data in a period in which it is determined that the high-frequency amplifier circuit of the particle
図5と図6とを比較すると、第2評価モデルの正常データ群の集中度は、第1評価モデルの正常データ群の集中度より高くなっていることが理解できる。つまり、第1評価モデルに比較して、第2評価モデルは、正常データ群の範囲をより明確に行うことができ、第1評価モデルの正常データ群の範囲外となったデータであっても、正常データの範囲内となる可能性が高くなり、異常予兆評価の精度及び寿命評価の精度を向上することができる。 Comparing FIG. 5 and FIG. 6, it can be understood that the concentration degree of the normal data group of the second evaluation model is higher than the concentration degree of the normal data group of the first evaluation model. That is, as compared with the first evaluation model, the second evaluation model can perform the range of the normal data group more clearly, and even if the data is out of the normal data group of the first evaluation model. Therefore, the possibility of being within the range of normal data is increased, and the accuracy of abnormality sign evaluation and the accuracy of life evaluation can be improved.
第2評価モデルのみ用いて、異常予兆評価及び寿命評価を実行することも考えられるが、センサデータを活性化関数(シグモイド関数)により換算する必要があるため、異常予兆評価及び寿命評価に必要な時間が長くなる。 Although it is conceivable to perform the abnormal sign evaluation and the life evaluation using only the second evaluation model, it is necessary to convert the sensor data by the activation function (sigmoid function), and therefore it is necessary for the abnormal sign evaluation and the life evaluation. The time will be longer.
このため、本発明においては、まず、第1評価モデルで評価した結果、異常と判断され、詳細評価必要と評価された場合に、センサデータを換算関数により換算し、換算したデータを第2評価モデルにより正常か異常かを評価して寿命を評価する。これにより、第1評価モデルで評価した結果、異常と判断した場合のみ、センサデータを換算関数により換算すればよいので、異常予兆評価及び寿命評価に必要な時間を短縮することができる。 For this reason, in the present invention, first, as a result of the evaluation by the first evaluation model, when it is determined as abnormal and it is evaluated that the detailed evaluation is necessary, the sensor data is converted by the conversion function, and the converted data is converted into the second evaluation. The life is evaluated by evaluating whether the model is normal or abnormal. Thereby, as a result of the evaluation using the first evaluation model, only when it is determined that there is an abnormality, the sensor data only needs to be converted by the conversion function, so that the time required for the abnormality sign evaluation and the life evaluation can be shortened.
図5及び図6に示した例は、2次元データの場合の例であるが、3次元データでも適用可能である。従って、本発明の実施例におけるカソード電圧と、カソード電流と、グリッド電流とを用いる場合も適用することができる。 The example shown in FIGS. 5 and 6 is an example in the case of two-dimensional data, but is also applicable to three-dimensional data. Therefore, the present invention can also be applied to the case of using the cathode voltage, the cathode current, and the grid current in the embodiment of the present invention.
次に、図3及び図4を参照して、実施例1の構成及び動作を説明する。 Next, the configuration and operation of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
図3において、寿命評価装置1は、入力部2と、メモリ(記憶部)3と、平均値演算部4と、データクラスタ化部5と、第1評価モデル作成部6と、換算部7と、第2評価モデル作成部8と、寿命評価部9とを備えている。
In FIG. 3, the
図4のステップS1において、粒子線治療装置100の正常時における高周波増幅回路57AからのデータS1―1〜S1−9、高周波増幅回路58AからのデータS2―1〜S2−9が入力部2に時系列で入力されて収集され、メモリ3に格納される(時系列データをメモリ3が記憶する)。
In step S1 of FIG. 4, the data S1-1 to S1-9 from the high
次に、ステップS2において、平均値演算部4は、時系列で入力されたカソード電圧、カソード電流、グリッド電流のそれぞれの平均値(カソード電圧平均値、カソード電流平均値、グリッド電流平均値)を演算し、メモリ3に格納する。
Next, in step S2, the average
ステップS3及びS4において、データクラスタ化部5は、メモリ3に格納された平均値データをクラスタ化して、正常データ群を作成し、第1評価モデル作成部6により第1評価モデルを作成して、メモリ3に格納(記憶)する。
In steps S3 and S4, the
そして、ステップS5において、メモリ3に格納された第1評価モデルの構成要素を換算部7が活性化関数であるシグモイド関数により換算し、メモリ3に格納する。
In step S <b> 5, the
続いて、ステップS6において、第2評価モデル作成部8は、換算部7により換算されたデータに基づき、第2評価モデルを作成して、メモリ3に格納する。
Subsequently, in step S <b> 6, the second evaluation
ステップS7以降は、高周波増幅回路57A及び58Aからのセンサデータの評価ステップである。
Steps S7 and thereafter are sensor data evaluation steps from the high-
ステップS7において、高周波増幅回路57A及び58Aからのセンサデータが入力部2を介してメモリ3に格納され、この格納されたデータについて、寿命評価部9は、メモリ3に格納された第1評価モデルを用いて、高周波増幅回路57A及び58Aが正常か否かを評価する。つまり、入力されたデータの平均値が、第1評価モデルに設定された正常データ範囲(第1正常データ範囲)内か否かを判断する(第1評価モードで判断(評価)する)。
In step S7, sensor data from the high
ステップS8において、データが正常データ範囲内(正常データ範囲の中心との乖離度が所定の大きさ以内のとき)であれば、「異常予兆無し」と判断でき(S8:Yes)、ステップS9に進み、高周波増幅回路57A及び58Aは正常であると評価し、寿命を評価する(ステップS7、S8、S9を第1評価モードとする)。この寿命の評価は、正常データ範囲の中心との乖離度により判断される。乖離度による寿命評価は、各装置に対して任意に設定可能である。
In step S8, if the data is within the normal data range (when the deviation from the center of the normal data range is within a predetermined level), it can be determined that there is no abnormality sign (S8: Yes), and the process goes to step S9. Then, the high
ステップS8において、センサデータが正常データ範囲に入っていなければ(第1正常データ範囲の中心との乖離度が所定の大きさを越えたとき)(S8:No)、ステップS10に進み、ステップS10において、寿命評価部9はセンサデータを換算部7により換算させ、換算したデータを、第2評価モデルを用いて判断する(第2評価モードで判断(評価)する)。
In step S8, if the sensor data is not in the normal data range (when the deviation from the center of the first normal data range exceeds a predetermined size) (S8: No), the process proceeds to step S10, and step S10 The
そして、ステップS11に進み、ステップS11において、寿命評価部9は、換算したデータが第2評価モデルにおける正常データ範囲(第2正常データ範囲)内であるか否かを判断する。換算したデータが第2評価モデルにおける正常データ範囲内(第2正常データ範囲の中心との乖離度が所定の大きさ以内のとき)であれば(S11:Yes)、ステップS9にて寿命評価が行われる(ステップS10、S11、S9を第2評価モードとする)。また、換算したデータが第2評価モデルにおける正常データ範囲(第2正常データ範囲)に入っていなければ(S11:No)、ステップS12において粒子線治療装置100の寿命は終了であると評価する。
And it progresses to step S11, and the
ステップS9及びステップS12における寿命評価結果は、表示部10に表示される。
The life evaluation results in step S9 and step S12 are displayed on the
ここで、ステップS8において、センサデータが正常と評価された場合は、これら正常と評価されたデータは、寿命評価部9の指令に基づいて、第1評価モデルの構成要素に加えられ、メモリ3に記憶される。さらに、これら正常と評価されたデータは、寿命評価部9の指令に基づいて、換算部7により換算関数を用いて換算され、第2評価モデルの構成要素に加えられ、メモリ3に記憶される。
Here, when the sensor data is evaluated as normal in step S8, the data evaluated as normal is added to the components of the first evaluation model based on the command of the
以上のように、本発明の実施例によれば、粒子線治療装置100の高周波増幅回路57A、58Aが正常に動作したとされる期間に取得したカソード電圧、カソード電流、及びグリッド電流をクラスタ化して正常データ群を定めて第1評価モデルを作成し、作成した第1評価モデルの構成要素を換算関数(活性化関数であるシグモイド関数)により換算し、正常データ群を定めて第2評価モデルを作成する。そして、センサデータを、第1評価モデルで評価し、正常であれば寿命を評価し、異常であれば、データを換算関数により換算し、換算したデータを第2評価モデルにより正常か異常かを評価し、正常であれば寿命を評価する。
As described above, according to the embodiment of the present invention, the cathode voltage, the cathode current, and the grid current acquired during the period when the high-
したがって、正常な状態で得られるセンサデータの変動が大の粒子線治療装置についても、高精度の寿命評価が可能な粒子線治療システムの寿命評価装置及び寿命評価方法を実現することができる。 Therefore, it is possible to realize a life evaluation apparatus and a life evaluation method of a particle beam therapy system capable of highly accurate life evaluation even for a particle radiotherapy apparatus having a large variation in sensor data obtained in a normal state.
なお、上述した実施例においては、平均値演算部4と、データクラスタ化部5と、第1評価モデル作成部6とを別個の部として構成したが、平均値演算部4とデータクラスタ化部5と第1評価モデル作成部6とを一つに纏めて第1評価モデル作成部とすることもできる。
In the above-described embodiment, the average
また、換算部7と第2評価モデル作成部8とを一つに纏めて第2評価モデル作成部とすることもできる。
Further, the
また、平均値演算部4と、データクラスタ化部5と、第1評価モデル作成部6と、換算部7と、第2評価モデル作成部8とを一つに纏めて評価モデル作成部とすることもできる。
Further, the average
また、本発明の実施例において、換算関数の一例としてシグモイド関数を挙げたが、その他に、ステップ関数、ソフトマックス、恒等関数等を使用することが可能である。 In the embodiment of the present invention, the sigmoid function is given as an example of the conversion function. However, a step function, softmax, identity function, etc. can be used.
1・・・寿命評価装置、 2・・・入力部、 3・・・メモリ(記憶部)、4・・・平均値演算部、5・・・データクラスタ化部、 6・・・第1評価モデル作成部、 7・・・換算部、 8・・・第2評価モデル作成部、 9・・・寿命評価部、 10・・・表示部、 12・・・カソード電流演算器、 13・・・高周波フィルタ、 20・・・カソード、 21・・・グリッド、 22・・・プレート、 23・・・真空管、 24・・・カソード用加熱電源、 25、26・・・結合コンデンサ、 27・・・プレート電源、 28・・・カソード電源、 29・・・グリッド電流検出器、 30・・・カソード電圧検出器、 40・・・治療台、 45・・・患者、 50・・・シンクロトロン型加速器、 50a・・・出射装置、 52・・・ビーム輸送系、 54・・・照射装置、 56・・・ライナック、 57、58・・・高周波電源装置、 57A、58A・・・高周波増幅回路、 59・・・イオン源、 60〜62・・・真空センサ、 100・・・粒子線治療装置
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記複数のカソード電圧を示すデータ、前記複数のカソード電流を示すデータ及び前記複数のグリッド電流を示すデータの時系列データを記憶する記憶部と、
前記粒子線治療システムが正常に稼働しているときに取得した、前記複数のカソード電圧、前記複数のカソード電流、及び前記複数のグリッド電流を示す時系列データのそれぞれの平均値であるカソード電圧平均値、カソード電流平均値及びグリッド電流平均値を演算し、前記カソード電圧平均値、カソード電流平均値及びグリッド電流平均値のそれぞれの平均値をクラスタ化して第1評価モデルを作成し、前記第1評価モデルの構成要素を所定の換算関数により換算して第2評価モデルを作成し、前記記憶部に記憶させる評価モデル作成部と、
前記入力部から取得したカソード電圧、カソード電流及びグリッド電流を示すデータを、前記第1評価モデルを使用して前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する第1評価モードと、前記第1評価モードを使用して詳細評価必要と評価された前記カソード電圧、前記カソード電流又は前記グリッド電流を、前記第2評価モデルを使用して前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する第2評価モードにより、前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する寿命評価部と、
を備えることを特徴とする粒子線治療システムの寿命評価装置。 An input unit for acquiring, in time series, data indicating a plurality of cathode voltages, a plurality of cathode currents, and a plurality of grid currents of a plurality of high-frequency amplifiers arranged in the particle beam therapy system;
A storage unit that stores time series data of data indicating the plurality of cathode voltages, data indicating the plurality of cathode currents, and data indicating the plurality of grid currents;
Cathode voltage average which is an average value of each of the time series data indicating the plurality of cathode voltages, the plurality of cathode currents, and the plurality of grid currents acquired when the particle beam therapy system is operating normally. Value, cathode current average value, and grid current average value are calculated, and a first evaluation model is created by clustering the respective average values of the cathode voltage average value, cathode current average value, and grid current average value. An evaluation model creating unit that converts the components of the evaluation model by a predetermined conversion function to create a second evaluation model, and stores the second evaluation model in the storage unit;
Data indicating the cathode voltage, cathode current, and grid current acquired from the input unit is used to evaluate the life of the plurality of high-frequency amplifiers using the first evaluation model, and the first evaluation mode. The cathode voltage, the cathode current, or the grid current evaluated as needing detailed evaluation using the plurality of the plurality of the plurality of high-frequency amplifiers in the second evaluation mode using the second evaluation model. A life evaluation unit for evaluating the life of the high frequency amplifier of
An apparatus for evaluating the lifetime of a particle beam therapy system comprising:
前記寿命評価部は、
前記第1評価モードにて、前記第1評価モデルの所定の位置と、前記入力部から取得したカソード電圧、カソード電流、及びグリッド電流との乖離度が所定の大きさを超えたときに詳細評価必要と評価し、
前記第2評価モードにて、前記第2評価モデルの所定の位置と、前記入力部から取得したカソード電圧、カソード電流及びグリッド電流を前記換算関数により換算した換算データとの乖離度が所定の大きさを超えたときに前記複数の高周波増幅器の寿命終了と評価することを特徴とする粒子線治療システムの寿命評価装置。 In the lifetime evaluation apparatus of the particle beam therapy system according to claim 1,
The life evaluation unit is
In the first evaluation mode, detailed evaluation is performed when the degree of deviation between the predetermined position of the first evaluation model and the cathode voltage, the cathode current, and the grid current acquired from the input unit exceeds a predetermined magnitude. Evaluate it as necessary,
In the second evaluation mode, the degree of divergence between the predetermined position of the second evaluation model and the conversion data obtained by converting the cathode voltage, the cathode current, and the grid current acquired from the input unit by the conversion function is a predetermined amount. A life evaluation apparatus for a particle beam therapy system, wherein the life of the plurality of high-frequency amplifiers is evaluated as having expired when the length is exceeded.
前記寿命評価部は、
前記第1評価モードにて、前記入力部から取得したカソード電圧、カソード電流又はグリッド電流を正常と評価したときに、前記取得したカソード電圧、カソード電流又はグリッド電流を前記第1評価モデルの構成要素に加え、
前記取得したカソード電圧、カソード電流又はグリッド電流を前記換算関数により換算した換算データを前記第2評価モデルの構成要素に加えることを特徴とする粒子線治療システムの寿命評価装置。 In the lifetime evaluation apparatus of the particle beam therapy system according to claim 1 or 2,
The life evaluation unit is
When the cathode voltage, cathode current or grid current acquired from the input unit is evaluated as normal in the first evaluation mode, the acquired cathode voltage, cathode current or grid current is used as a component of the first evaluation model. In addition to
A lifetime evaluation apparatus for a particle beam therapy system, wherein conversion data obtained by converting the acquired cathode voltage, cathode current, or grid current using the conversion function is added to a component of the second evaluation model.
前記所定の換算関数は、シグモイド関数であることを特徴とする粒子線治療システムの寿命評価装置。 In the lifetime evaluation apparatus of the particle beam therapy system according to any one of claims 1, 2, and 3,
The lifetime evaluation apparatus for a particle beam therapy system, wherein the predetermined conversion function is a sigmoid function.
前記第1評価モデルの所定の位置は、前記第1評価モデルの正常データ範囲の中心であり、前記第2評価モデル所定の位置は、前記第2評価モデルの正常データ範囲の中心であることを特徴とする粒子線治療システムの寿命評価装置。 In the lifetime evaluation apparatus of the particle beam therapy system according to claim 2,
The predetermined position of the first evaluation model is the center of the normal data range of the first evaluation model, and the predetermined position of the second evaluation model is the center of the normal data range of the second evaluation model. Lifetime evaluation device for a featured particle beam therapy system.
前記複数の高周波増幅器が正常に稼働しているときに取得した、複数のカソード電圧、複数のカソード電流、及び複数のグリッド電流を示す時系列データのそれぞれの平均値であるカソード電圧平均値、カソード電流平均値及びグリッド電流平均値を演算する第1ステップと、
前記カソード電圧平均値、前記カソード電流平均値及び前記グリッド電流平均値をクラスタ化して第1評価モデルを作成する第2ステップと、
前記第1評価モデルの構成要素を所定の換算関数により換算して第2評価モデルを作成する第3ステップと、
前記カソード電圧、前記カソード電流及び前記グリッド電流を、前記第1評価モデルを使用して前記複数の高周波増幅回路の寿命を評価する第4ステップと、
前記第1評価モデルを使用して評価して、詳細評価必要と評価されたとき、前記カソード電圧、前記カソード電流又は前記グリッド電流を、前記換算関数を使用して換算し、前記第2評価モデルを用いて評価して、前記複数の高周波増幅器の寿命を評価する第5ステップと、
を備えることを特徴とする高周波増幅器の寿命評価方法。 A life evaluation method for a plurality of high-frequency amplifiers in a high-frequency power supply device provided in an accelerator ,
Was obtained when the previous SL plurality of high-frequency amplifier is operating normally, a plurality of cathode voltage, cathode voltage average value respectively the average values of the time series data shown multiple cathode current, and a plurality of grid current, A first step of calculating a cathode current average value and a grid current average value;
A second step of clustering the cathode voltage average value, the cathode current average value, and the grid current average value to create a first evaluation model;
A third step of creating a second evaluation model by converting the components of the first evaluation model by a predetermined conversion function;
A fourth step of evaluating the cathode voltage, the cathode current, and the grid current by using the first evaluation model to evaluate the lifetimes of the plurality of high-frequency amplifier circuits;
When the evaluation is performed using the first evaluation model and the detailed evaluation is required, the cathode voltage, the cathode current, or the grid current is converted using the conversion function, and the second evaluation model is used. A fifth step of evaluating the life of the plurality of high-frequency amplifiers by using
A method for evaluating the lifetime of a high-frequency amplifier, comprising:
前記第4ステップは、
前記第1評価モデルの所定の位置と、前記カソード電圧、カソード電流及びグリッド電流との乖離度が所定の大きさを超えたときに詳細評価必要と評価し、
前記第2評価モデルの所定の位置と、前記カソード電圧、カソード電流及びグリッド電流を前記換算関数により換算した換算データとの乖離度が所定の大きさを超えたときに前記複数の高周波増幅器の寿命終了と評価することを特徴とする高周波増幅器の寿命評価方法。 In the life evaluation method of the high frequency amplifier according to claim 6,
The fourth step includes
When the degree of deviation between the predetermined position of the first evaluation model and the cathode voltage, the cathode current, and the grid current exceeds a predetermined magnitude, it is evaluated that detailed evaluation is necessary,
Life of the plurality of high-frequency amplifiers when a deviation degree between a predetermined position of the second evaluation model and conversion data obtained by converting the cathode voltage, cathode current, and grid current by the conversion function exceeds a predetermined magnitude A method for evaluating the life of a high-frequency amplifier, characterized in that the evaluation is completed.
前記所定の換算関数は、シグモイド関数であることを特徴とする高周波増幅器の寿命評価方法。 In the life evaluation method of the high frequency amplifier of Claim 6 or 7,
The method for evaluating the life of a high-frequency amplifier, wherein the predetermined conversion function is a sigmoid function.
前記第1評価モデルの所定の位置は、前記第1評価モデルの正常データ範囲の中心であり、前記第2評価モデル所定の位置は、前記第2評価モデルの正常データ範囲の中心であることを特徴とする高周波増幅器の寿命評価方法。 In the life evaluation method of the high frequency amplifier of Claim 7,
The predetermined position of the first evaluation model is the center of the normal data range of the first evaluation model, and the predetermined position of the second evaluation model is the center of the normal data range of the second evaluation model. A method for evaluating the life of a high frequency amplifier.
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