JP6511110B2 - Particle beam irradiation system - Google Patents

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本発明は、陽子や重イオンなどの荷電粒子ビーム(イオンビーム)を利用した粒子線治療に好適な粒子線照射システムに関し、ビームエネルギーの変更制御と運転周期の更新を短時間で実現可能な粒子線照射システに関する。 The present invention relates to a particle beam irradiation system suitable for particle beam therapy using charged particle beams (ion beams) such as protons and heavy ions, and which can realize change control of beam energy and update of operation cycle in a short time. on line irradiation system.

がんの放射線治療として、陽子または重イオン等のイオンビームを患者のがんの患部に照射して治療する粒子線治療が知られている。イオンビーム照射法として、非特許文献1に開示されているような、スキャニング照射法がある。   BACKGROUND ART As radiation treatment for cancer, particle beam therapy is known in which an affected area of a patient's cancer is irradiated with an ion beam such as proton or heavy ion to treat. As an ion beam irradiation method, there is a scanning irradiation method as disclosed in Non-Patent Document 1.

また、スキャニング照射法で要求されるビームエネルギーの変更制御をイオンビーム発生装置としてシンクロトロンを採用した場合に短時間で実現する制御法として、特許文献1、特許文献2および、非特許文献2に開示されているような、イオンシンクロトロンで一回の運転周期内で複数のエネルギーのイオンビームの照射を実現する多段出射制御運転がある。   In addition, as a control method for realizing change control of beam energy required by the scanning irradiation method in a short time when a synchrotron is adopted as an ion beam generator, Patent Document 1, Patent Document 2 and Non-patent Document 2 As disclosed, there is a multistage extraction control operation that realizes irradiation of ion beams of a plurality of energies within one operation cycle with an ion synchrotron.

特許第4873563号公報Patent No. 4873563 gazette 特開2011−124149号公報JP 2011-124149 A

レビュー オブ サイエンティフィック インスツルメンツ 64巻8号(1993年8月)の第2084〜2090頁(REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS VOLUME 64 NUMBER 8 (AUGUST 1993) P2074-2093)Review of Scientific Instruments, Vol. 64, Vol. 8 (August 1993), pp. 2084- 20 (REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS VOLUME 64 NUMBER 8 (AUGUST 1993) P 2074-2093) ニュークリア インスツルメンツ アンド メソッズ イン フィジックス リサーチ A624号(2010年9月)の第33〜38頁(Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A624 (2010) 33-38)Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 624 (September 2010), pp. 33-38 (Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 624 (2010) 33-38)

スキャニング照射法において、患部の深さ方向の照射野(以下、レイヤーと記載)への照射制御は、照射するイオンビームのエネルギーを制御することで実現する。そのため、スキャニング照射法を適用した際の線量率を向上するためには、イオンビーム発生装置から供給するイオンビームのエネルギー変更は短時間で実現する必要がある。また、スキャニング照射法では、患部の大きさ(体表面からの深さ)に応じて照射するビームエネルギーを制御する必要があるため、照射する患者毎ないし照射する患部毎に、照射するビームのエネルギー組合せを制御する必要がある。   In the scanning irradiation method, irradiation control to the irradiation field in the depth direction of the affected part (hereinafter referred to as a layer) is realized by controlling the energy of the ion beam to be irradiated. Therefore, in order to improve the dose rate when the scanning irradiation method is applied, it is necessary to realize the energy change of the ion beam supplied from the ion beam generator in a short time. Further, in the scanning irradiation method, since it is necessary to control the beam energy to be irradiated according to the size (depth from the body surface) of the affected area, the energy of the beam to be irradiated for each patient to be irradiated or for each irradiated area You need to control the combination.

イオンビーム発生装置としてシンクロトロンを採用した場合、入射・加速・出射・減速といった一連の運転を一回の運転周期として制御する。スキャニング照射法のように、イオンビームのエネルギー変更制御を繰り返し実施する際には、シンクロトロンは運転周期の更新が必要なため、エネルギーの変更時間が掛かる課題があった。この対策として特許文献1および非特許文献2に示されるような一回の運転周期内で複数のエネルギーのビームを出射する多段出射運転が示されている。例えば、非特許文献2では、シンクロトロンで照射可能な全てのエネルギー範囲を一つに纏めた運転制御データを用意し、ビームを照射するエネルギーでのみフラットトップを延長してビームを出射することで、一回の運転制御で照射する全てのエネルギーのビームを患部に照射が可能となる。さらに、一回の運転制御で全てのエネルギーのビームが照射可能となるため、シンクロトロンは常に同じ運転制御データで照射が実現できるため、粒子線治療システムにおけるシンクロトロンの運転制御が簡素になる効果がある。   When a synchrotron is employed as an ion beam generator, a series of operations such as incidence, acceleration, extraction and deceleration are controlled as one operation cycle. As in the scanning irradiation method, when repeatedly performing the energy change control of the ion beam, the synchrotron needs to update the operation cycle, so there is a problem that it takes time to change the energy. As a countermeasure against this, a multistage emission operation of emitting beams of a plurality of energy within one operation cycle as shown in Patent Document 1 and Non-patent Document 2 is shown. For example, Non-Patent Document 2 prepares operation control data in which all the energy ranges that can be irradiated by synchrotron are integrated into one, and extend the flat top and emit the beam only by the energy to irradiate the beam. It becomes possible to irradiate the affected area with a beam of all the energy to be irradiated in one operation control. Furthermore, since all energy beams can be irradiated by one operation control, the synchrotron can always realize irradiation with the same operation control data, so that the operation control of the synchrotron in the particle beam therapy system is simplified. There is.

しかし、特許文献1および非特許文献2に示されている運転制御を効果的に実現するには、シンクロトロンの蓄積ビーム電荷量に対して、一回の運転周期で患部に照射する全てのエネルギーの照射に十分な電荷量が求められる。例えば、シンクロトロンの加速制御時に何らかの原因で治療照射に必要な蓄積ビーム電荷量が得られなかった場合、予め設定した照射エネルギー範囲の途中でシンクロトロン内の蓄積ビーム電荷量が枯渇してしまう。シンクロトロン内の蓄積ビーム電荷量が枯渇した場合には、イオンビームの照射を中断して出射制御から減速制御に遷移し、シンクロトロンの運転制御を更新する必要がある。シンクロトロンの運転制御データとして、シンクロトロンで照射可能な全てのエネルギー範囲を一つに纏めた運転制御データを適用した場合、設定値の連続性を担保するため当該出射エネルギーから減速制御に直接遷移できない。そのため、当該出射エネルギーから減速制御に至る間のエネルギー変更制御データの更新が必要となる。この当該出射エネルギーから減速制御へ遷移するための時間が、線量率を低下させ治療時間を短縮できない要因の一つに挙げられる。同様に、粒子線治療装置を構成する機器に異常が生じイオンビームの照射を中断した場合にも、当該出射エネルギーから減速制御に直接遷移できない課題があった。   However, to effectively realize the operation control shown in Patent Document 1 and Non-patent Document 2, all energy to be irradiated to the affected area in one operation cycle with respect to the accumulated beam charge amount of the synchrotron A sufficient amount of charge for the irradiation of For example, if the accumulated beam charge amount necessary for treatment irradiation can not be obtained due to some cause during acceleration control of the synchrotron, the accumulated beam charge amount in the synchrotron will be depleted halfway in the irradiation energy range set in advance. When the accumulated beam charge amount in the synchrotron is depleted, it is necessary to interrupt the irradiation of the ion beam, transition from extraction control to deceleration control, and update the operation control of the synchrotron. When applying operation control data in which all the energy ranges that can be irradiated by the synchrotron are integrated into one as operation control data of the synchrotron, the transition from the emission energy concerned directly to deceleration control to secure continuity of the set value Can not. Therefore, it is necessary to update the energy change control data between the emission energy and the deceleration control. The time for the transition from the output energy to the deceleration control is one of the factors that can not reduce the dose rate and shorten the treatment time. Similarly, there is a problem that it is not possible to make a direct transition to the deceleration control from the emission energy even when an abnormality occurs in the device constituting the particle beam therapy system and the irradiation of the ion beam is interrupted.

また、シンクロトロンで照射可能な全てのエネルギー範囲を一つに纏めた運転制御データを適用した場合、患部の厚みに合わせた吸収線量範囲(拡大ブラックピーク(Spread−Out Bragg Peak)以下、SOBPと表記)が狭い照射条件では、ビームの照射時間に対して、ビーム照射に寄与しない無駄時間である、シンクロトロンの入射ビームエネルギーから照射開始エネルギーまでの制御時間および、照射終了エネルギーから減速終了エネルギーまでの制御時間の割合が多くなる傾向にあるため、所望のエネルギー範囲のビーム照射を短い運転周期で行うことができず、これも線量率を低下させ治療時間を短縮できない要因の一つに挙げられる。SOBPは照射する患者および患部毎に異なるため、シンクロトロンの運転制御データとして所定のSOBPを形成するために必要な照射エネルギーを選択し、この選択した照射エネルギーに対応した運転制御データの更新制御が必要となる。   In addition, when applying operation control data that combines all the energy ranges that can be irradiated by synchrotron into one, the absorbed dose range (Spread-Out Bragg Peak) or less according to the thickness of the affected area, SOBP and Under irradiation conditions where the notation is narrow, the control time from the incident beam energy of the synchrotron to the irradiation start energy and the irradiation end energy to the deceleration end energy are dead times that do not contribute to the beam irradiation with respect to the irradiation time of the beam. Because the proportion of control time tends to increase, beam irradiation in the desired energy range can not be performed in a short operation cycle, which may also be mentioned as one of the factors that can not reduce the dose rate and shorten the treatment time. . Since the SOBP differs depending on the patient and the affected area to be irradiated, the irradiation energy necessary for forming a predetermined SOBP is selected as the operation control data of the synchrotron, and the update control of the operation control data corresponding to the selected irradiation energy is It will be necessary.

特許文献2では、加速器の磁場コイルに励磁するコイル電流に関して、経過時間に応じた磁束密度情報を出力する磁場基準発生部と、磁束密度情報に応じた磁場を発生させるコイル電流を求める電流基準変換部とを備えた加速器の制御装置が示されている。そして、磁場基準発生部が出力する磁束密度情報を4種類のパターン(初期上げパターン、減少パターン、増加パターン、終了パターン)を組み合わせて出力することで、一回の運転周期内で複数エネルギーのビーム出射を実現する制御方法が示されている。特許文献2によると、4種類の磁束密度パターンを組み合わせ、一回の運転周期内で複数エネルギーのイオンビームの出射が可能である。この機能に基づき、所定のSOBPを形成するために必要な照射エネルギーを選択することができるが、一方で、4種類のパターンを選択し出力するタイミングは予めタイミング制御装置に書き込んでおくため、特許文献1および非特許文献2と同様に、イオンビームの照射を中断した場合に当該出射エネルギーから減速制御に直接遷移できず、当該出射エネルギーから減速制御に至る間のエネルギー変更制御データを更新しなければ減速制御(特許文献2でいう終了パターン)に遷移できない課題は解決されていない。   In Patent Document 2, a current reference conversion for obtaining a magnetic field reference generation unit that outputs magnetic flux density information according to elapsed time and a coil current that generates a magnetic field according to magnetic flux density information regarding coil current excited in a magnetic field coil of an accelerator A controller of an accelerator with a head is shown. Then, by combining the magnetic flux density information output from the magnetic field reference generation unit with four types of patterns (initial increase pattern, decrease pattern, increase pattern, end pattern), beams of a plurality of energies within one operation cycle are output. A control method to realize the emission is shown. According to Patent Document 2, four types of magnetic flux density patterns are combined, and it is possible to emit ion beams of a plurality of energies within one operation cycle. Based on this function, it is possible to select the irradiation energy required to form a predetermined SOBP, while, on the other hand, the timing for selecting and outputting four types of patterns is written in advance to the timing control device. As in the document 1 and non-patent document 2, when the irradiation of the ion beam is interrupted, the outgoing energy can not be directly transitioned to the deceleration control, and the energy change control data between the outgoing energy and the deceleration control must be updated. For example, the problem that can not be transitioned to the deceleration control (end pattern in Patent Document 2) is not solved.

本発明の目的は、シンクロトロンの出射ビームエネルギーの変更制御を短時間で実現する多段出射制御運転において、イオンビームの照射を中断した場合に運転周期の更新を短時間で実現し、線量率を向上する粒子線照射システを提供することにある。 The object of the present invention is to realize the update of the operation cycle in a short time when the irradiation of the ion beam is interrupted in the multistage extraction control operation to realize the change control of the exit beam energy of the synchrotron in a short time, and the dose rate to provide a particle beam irradiation system to improve.

本発明の他の目的は、シンクロトロンの出射ビームエネルギーの変更制御を短時間で実現する多段出射制御運転において、所望のエネルギー範囲のビーム照射を短い運転周期で行い、線量率を向上する粒子線照射システを提供することにある。 Another object of the present invention is a particle beam which improves the dose rate by performing beam irradiation in a desired energy range in a short operation cycle in multistage emission control operation to realize change control of emission beam energy of synchrotron in a short time It is to provide an illumination system.

本発明の他の目的は、シンクロトロンの出射ビームエネルギーの変更制御を短時間で実現する多段出射制御運転において、エネルギー変更期間中のビーム損失を抑制し、線量率を向上する粒子線照射システを提供することである。 Another object of the present invention, in a multistage extraction control operation to achieve in a short time to change control of the extraction beam energy of the synchrotron, suppresses the beam loss during energy change period, the particle beam irradiation system to improve the dose rate To provide.

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、イオンビームを加速して出射するシンクロトロンと、前記シンクロトロンから出射された前記イオンビームを照射する照射装置と、前記シンクロトロンを構成する機器の運転制御データを、1以上の初期加速制御データ、複数のエネルギーのイオンビームを出射する複数の出射制御データ、前記複数の出射制御データ間を接続する複数のエネルギー変更制御データ、前記複数の出射制御データに対応した複数の減速制御データで構成し、前記初期加速制御データによる初期加速から前記減速制御データによる減速までの一回の運転周期の間に前記複数の出射制御データと前記エネルギー変更制御データとにより複数エネルギーイオンビームを出射する制御を行う制御装置と、を備える粒子線照射システムであって、前記制御装置は、前記イオンビームを減速するとき、前記出射制御データに対応する前記減速制御データを前記運転周期中に選択することを特徴とする。
In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted.
The present invention includes a plurality of means for solving the above problems, and an example thereof is a synchrotron that accelerates and emits an ion beam, and irradiation that irradiates the ion beam emitted from the synchrotron. Operation control data of the apparatus and the device constituting the synchrotron, one or more initial acceleration control data, a plurality of extraction control data for emitting ion beams of a plurality of energies, and a plurality of connection among the plurality of extraction control data energy change control data, the composed of a plurality a plurality of deceleration control data corresponding to the emission control data, said during a single operation cycle of the initial acceleration by the initial acceleration control data to the deceleration by the deceleration control data control for emitting the ion beam in the plurality of energy by the plurality of extraction control data and the energy change control data A particle beam irradiation system and a control unit for performing, the control device, when decelerating the ion beam, the selection of the deceleration control data corresponding to the emission control data during the operation cycle It features.

本発明によれば、所望の照射エネルギーのビームを短時間で照射できるため、治療時間が短縮でき、線量率を向上できる。   According to the present invention, since the beam of desired irradiation energy can be irradiated in a short time, the treatment time can be shortened and the dose rate can be improved.

また、本発明によれば、ビーム出射期間以外でのビーム損失を抑制できるため、ビーム利用効率を高められる。そしてビーム利用効率の向上に伴い、治療時間が短縮され、線量率を向上できる。   Further, according to the present invention, it is possible to suppress the beam loss at times other than the beam emission period, so that the beam utilization efficiency can be improved. And with the improvement of beam utilization efficiency, the treatment time can be shortened and the dose rate can be improved.

本発明の好適な一実施例である粒子線照射システムの構成を示す図である。It is a figure showing composition of particle beam irradiation system which is one suitable example of the present invention. 本発明の一実施例であるスキャニング照射法による照射装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the irradiation apparatus by the scanning irradiation method which is one Example of this invention. 本発明の一実施例であるシンクロトロンを構成する複数の機器の制御データの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the control data of the some apparatus which comprises the synchrotron which is one Example of this invention. 本発明の一実施例である多段出射運転を実現する制御システム(制御装置)の構成と各装置間の情報伝送を示す図である。It is a figure which shows the structure of the control system (control apparatus) which implement | achieves the multistage radiation | emission operation | movement which is one Example of this invention, and the information transmission between each apparatus. 本発明の一実施例である多段出射運転を開始する前の照射準備フローを示す図である。It is a figure which shows the irradiation preparation flow before starting the multistage radiation | emission operation | movement which is one Example of this invention. 本発明の一実施例である多段出射運転時の制御フローを示す図である。It is a figure which shows the control flow at the time of the multistage radiation | emission operation | movement which is one Example of this invention. 本発明の一実施例である、図3に示した制御データの組み合わせによる多段出射運転時の制御データの出力例を示す図である。It is a figure which shows the example of an output of the control data at the time of multistage radiation | emission operation | movement by the combination of the control data shown in FIG. 3 which is one Example of this invention. 本発明の一実施例である、図3に示した制御データの組み合わせによる多段出射運転時の制御データの出力例を示す図である。It is a figure which shows the example of an output of the control data at the time of multistage radiation | emission operation | movement by the combination of the control data shown in FIG. 3 which is one Example of this invention. 本発明の一実施例である、制御データの組み合わせによる多段出射運転時の制御データの四極電磁石における出力例を示す図である。It is a figure which shows the output example in the quadrupole electromagnet of the control data at the time of the multistage radiation | emission operation | movement by the combination of control data which is one Example of this invention. 本発明の一実施例である、制御データの組み合わせによる多段出射運転時の制御データの六極電磁石における出力例を示す図である。It is a figure which shows the example of an output in the hexapole electromagnet of the control data at the time of the multistage radiation | emission operation | movement by the combination of control data which is one Example of this invention. 従来のシンクロトロンの運転シーケンスを示す図である。It is a figure which shows the driving | operation sequence of the conventional synchrotron.

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described using the drawings.

図1は、本発明の好適な一実施例である粒子線照射システムの構成を示す図である。   FIG. 1 is a view showing the configuration of a particle beam irradiation system according to a preferred embodiment of the present invention.

本実施例の粒子線照射システム1は、図1に示すように、イオンビーム発生装置11、ビーム輸送装置14、照射野形成装置(荷電粒子ビームの照射装置、以下、照射装置という)30を備え、ビーム輸送装置14が、イオンビーム発生装置11と治療室内に配置される照射装置30を連絡する。   The particle beam irradiation system 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 1, includes an ion beam generator 11, a beam transport device 14, and an irradiation field forming device (irradiated particle beam irradiation device, hereinafter referred to as irradiation device) 30. The beam transport device 14 communicates the ion beam generator 11 with the irradiation device 30 disposed in the treatment room.

イオンビーム発生装置11は、イオン源(図示せず)、前段加速器12およびシンクロトロン13を備える。イオン源は前段加速器12に接続され、前段加速器12はシンクロトロン13に接続される。前段加速器12は、イオン源で発生したイオンビーム10をシンクロトロン13に入射可能なエネルギーまで加速する。前段加速器12で加速されたイオンビーム10aは、シンクロトロン13に入射される。   The ion beam generator 11 comprises an ion source (not shown), a pre-accelerator 12 and a synchrotron 13. The ion source is connected to the pre-stage accelerator 12, and the pre-stage accelerator 12 is connected to the synchrotron 13. The pre-stage accelerator 12 accelerates the ion beam 10 generated by the ion source to an energy that can be injected into the synchrotron 13. The ion beam 10 a accelerated by the pre-stage accelerator 12 is incident on the synchrotron 13.

シンクロトロン13は、周回軌道に沿って周回するイオンビーム10bに高周波電圧を印加して目標のエネルギーまで加速する高周波加速装置(高周波加速空胴)17、周回しているイオンビーム10bのベータトロン振動振幅を増大させる出射用高周波電極20a、およびイオンビーム10bを周回軌道から取り出す出射用デフレクター20bを備える。   The synchrotron 13 applies a high frequency voltage to the ion beam 10b circulating along the orbit, and accelerates the target energy by a high frequency accelerating device (high frequency accelerating cavity) 17, and betatron oscillation of the ion beam 10b orbiting The high-frequency electrode for emission 20a whose amplitude is to be increased, and the extraction deflector 20b for extracting the ion beam 10b from the orbit.

シンクロトロン13に入射されたイオンビーム10bは、高周波加速空胴17に印加した加速高周波電圧によりエネルギーを付与されることで、所望のエネルギーまで加速する。この際、シンクロトロン13内を周回するイオンビーム10bの周回軌道が一定となるように、イオンビーム10bの周回エネルギーの増加に合わせて偏向電磁石18、四極電磁石19、六極電磁石21等の磁場強度および、高周波加速空胴17に印加する高周波電圧の周波数を高める。   The ion beam 10 b incident on the synchrotron 13 is accelerated by an accelerating high frequency voltage applied to the high frequency accelerating cavity 17 so that the ion beam 10 b is accelerated to a desired energy. At this time, the magnetic field strengths of the deflection electromagnet 18, the quadrupole electromagnet 19, the hexapole electromagnet 21 and the like according to the increase of the circulation energy of the ion beam 10b so that the circulation orbit of the ion beam 10b circulating in the synchrotron 13 becomes constant. And, the frequency of the high frequency voltage applied to the high frequency accelerating cavity 17 is increased.

所望のエネルギーまで加速したイオンビーム10bは、出射条件設定制御により、四極電磁石19および六極電磁石21の励磁量を制御することで周回するイオンビーム10bが出射可能な条件(周回ビームの安定限界条件)を成立させる。出射条件設定制御が終了後、出射用高周波電極20aに出射高周波電圧を印加し、シンクロトロン13内を周回するイオンビーム10bのベータトロン振動振幅を増大させる。このベータトロン振動振幅の増大により、安定限界条件を超えた周回するイオンビーム10bはシンクロトロン13からビーム輸送装置14に出射され、照射装置30に輸送される。シンクロトロン13からのビーム出射制御は、出射用高周波電極20aに印加する高周波電圧のON/OFF制御することで高速に実現可能である。   The ion beam 10b accelerated to a desired energy is controlled by the extraction condition setting control, and the excitation amount of the quadrupole electromagnet 19 and the hexapole electromagnet 21 is controlled to be a condition under which the ion beam 10b can be ejected (the stability limit condition of the orbital beam ) Is established. After the emission condition setting control is completed, an output high frequency voltage is applied to the high frequency electrode for output 20 a to increase the betatron vibration amplitude of the ion beam 10 b circulating in the synchrotron 13. Due to the increase of the betatron oscillation amplitude, the circulating ion beam 10 b exceeding the stability limit condition is emitted from the synchrotron 13 to the beam transport device 14 and transported to the irradiation device 30. The beam emission control from the synchrotron 13 can be realized at high speed by performing ON / OFF control of the high frequency voltage applied to the high frequency output electrode 20a.

シンクロトロン13からのビーム出射制御が終了後、出射条件解除制御により、四極電磁石19および六極電磁石21の励磁量を制御することで出射条件設定時に形成した周回するイオンビーム10bの安定限界条件を解除する。   After the beam emission control from the synchrotron 13 is completed, the stability limit condition of the circulating ion beam 10b formed at the time of setting the extraction condition is controlled by controlling the excitation amount of the four pole electromagnet 19 and the six pole electromagnet 21 by emission condition cancellation control. To release.

出射条件解除制御が完了後、偏向電磁石18、四極電磁石19、六極電磁石21等の磁場強度および、加速空胴17に印加する高周波電圧の周波数を下げることで、シンクロトロン13内を周回するイオンビーム10bを減速し、次の運転周期に遷移する。   After completion of the emission condition cancellation control, the frequencies of the magnetic field of the deflection electromagnet 18, the quadrupole electromagnet 19, the hexapole electromagnet 21 and the like and the frequency of the high frequency voltage applied to the accelerating cavity 17 are lowered to make ions around the synchrotron 13. The beam 10b is decelerated to transition to the next operation cycle.

照射装置30は、上記ビーム輸送装置14にて導かれたイオンビーム10cを、患者36の体表面からの深さおよび患部形状に合わせて制御して、治療用ベッド上の患者36の患部37に照射する。
照射法としてスキャニング照射法(非特許文献1の2086頁、図45等参照)があり、照射装置30はスキャニング照射法によるものである。スキャニング照射法は、直接患部37にイオンビーム10dを照射するためイオンビーム10dの利用効率が高く、従来の散乱体照射法よりも患部形状に合致したイオンビーム10dの照射が可能といった特徴がある。
The irradiation device 30 controls the ion beam 10 c guided by the beam transport device 14 in accordance with the depth from the body surface of the patient 36 and the shape of the affected area, to the affected area 37 of the patient 36 on the treatment bed. Irradiate.
As the irradiation method, there is a scanning irradiation method (see page 2086 of Non-Patent Document 1, see FIG. 45 etc.), and the irradiation device 30 is based on the scanning irradiation method. Since the scanning irradiation method directly irradiates the affected area 37 with the ion beam 10d, the utilization efficiency of the ion beam 10d is high, and it is characterized in that the irradiation of the ion beam 10d conforming to the shape of the affected area is possible.

患部37の深さ方向へのビーム飛程調整は、イオンビーム10のエネルギーを変更することで所望の患部37への照射を実現する。特にスキャニング照射法では、シンクロトロン13内を周回するイオンビーム10bのエネルギーを調整した後で出射することで、イオンビーム10の飛程を患部37の深さに合わせるため、患者36への照射治療中に複数回のエネルギーの変更制御が要求される。また、患部平面方向へのビーム照射方法として、スポットスキャニング照射法、ラスタースキャニング照射法などがある。スポットスキャニング照射法は、患部37の照射平面上をスポットと呼ばれる線量管理領域に分割し、スポット毎に走査を停止して設定した照射線量311に到達するまでビームを照射した後にビームを停止し、次の照射スポット位置に移動する。このようにスポットスキャニング照射法は、照射開始位置をスポット毎に更新する照射法である。また、ラスタースキャニング照射法は、スポットスキャニング照射法と同様に線量管理領域を設定するが、スポット毎にビーム走査を停止せず、ビームを走査経路上を走査しながら照射する。そのため、一回当たりの照射線量を低くし、複数回繰り返し照射するリペイント照射を実施することで照射線量の一様度を向上する。このようにラスタースキャニング照射法は、照射開始位置を走査経路毎に更新する照射法である。なお、スポットスキャニング法においても、ラスタースキャニング法と同様に、一つのスポット位置に対する一度の照射で与える照射線量を低く設定し、照射平面を複数回走査することによって、最終的な照射線量に到達するように制御してもよい。   The adjustment of the beam range in the depth direction of the affected area 37 realizes irradiation of a desired affected area 37 by changing the energy of the ion beam 10. In particular, in the scanning irradiation method, the irradiation treatment of the patient 36 is performed to adjust the range of the ion beam 10 to the depth of the affected area 37 by adjusting the energy of the ion beam 10b circulating in the synchrotron 13 and then emitting it. Multiple energy change control is required during that time. Further, as a beam irradiation method in the planar direction of the affected part, there are a spot scanning irradiation method, a raster scanning irradiation method, and the like. In the spot scanning irradiation method, the irradiation plane of the affected area 37 is divided into dose management areas called spots, the scanning is stopped for each spot, the beam is irradiated until the set irradiation dose 311 is reached, and then the beam is stopped. Move to the next irradiation spot position. As described above, the spot scanning irradiation method is an irradiation method in which the irradiation start position is updated for each spot. In the raster scanning irradiation method, a dose management area is set as in the spot scanning irradiation method, but the beam scanning is performed while scanning the scanning path without stopping the beam scanning for each spot. Therefore, the uniformity of the irradiation dose is improved by reducing the irradiation dose per one time and implementing the repainting irradiation which is performed multiple times repeatedly. As described above, the raster scanning irradiation method is an irradiation method in which the irradiation start position is updated for each scanning path. Also in the spot scanning method, similarly to the raster scanning method, the irradiation dose given at one irradiation to one spot position is set low, and the final irradiation dose is reached by scanning the irradiation plane a plurality of times. You may control as follows.

図2に照射装置30の構成を示す。照射装置30は走査電磁石32a,32bを有し、患部平面上を患部形状に合わせて走査電磁石32a,32bでビームを走査する。また、照射装置30は、患者36に照射するイオンビーム10dの照射線量311を計測する線量モニタ31やビーム形状モニタ(図示せず)を有し、これらで照射するイオンビーム10dの線量強度やビーム形状を逐次確認する。走査電磁石32で走査されたイオンビーム10dは、コリメータ34で患者36の患部37の形状に合わせて照射野を形成する。   The structure of the irradiation apparatus 30 is shown in FIG. The irradiation device 30 has scanning electromagnets 32a and 32b, and scans the beam with the scanning electromagnets 32a and 32b according to the shape of the diseased part on the affected part plane. The irradiation apparatus 30 also has a dose monitor 31 for measuring the irradiation dose 311 of the ion beam 10d to be irradiated to the patient 36 and a beam shape monitor (not shown), and the dose intensity and beam of the ion beam 10d to be irradiated by these Check the shape one by one. The ion beam 10 d scanned by the scanning electromagnet 32 is matched with the shape of the affected area 37 of the patient 36 by the collimator 34 to form an irradiation field.

図1に戻り、本実施例の粒子線照射システム1は制御システム(制御装置)100を備えている。制御装置100は、イオンビーム発生装置11およびビーム輸送装置14を制御する加速器制御装置40、粒子線照射システム1全体を統括して制御する統括制御装置41、患者36へのビーム照射条件を計画する治療計画装置43、治療計画装置43で計画した情報やイオンビーム発生装置であるシンクロトロン13およびビーム輸送装置14の制御情報等を記憶する記憶装置42、照射装置30を構成する機器と患部37に照射するイオンビーム10dの照射線量を制御する照射制御装置44、シンクロトロン13を構成する機器の同期制御を実現するタイミングシステム50、患者36の安全を担保するために統括制御装置41とは独立したインターロックシステム60、シンクロトロン13を構成する各機器の電源46を制御する電源制御装置45から構成される。記憶装置42は統括制御装置41の一部として統括制御装置41に備えられていてもよい。   Returning to FIG. 1, the particle beam irradiation system 1 of the present embodiment includes a control system (control device) 100. The control device 100 plans an accelerator control device 40 that controls the ion beam generator 11 and the beam transport device 14, a general control device 41 that integrally controls the entire particle beam irradiation system 1, and a beam irradiation condition for the patient 36. The treatment planning unit 43, a storage unit 42 for storing information planned by the treatment planning unit 43, control information of the synchrotron 13 which is an ion beam generating unit and the beam transport unit 14, etc. The irradiation control unit 44 controls the irradiation dose of the ion beam 10d to be irradiated, the timing system 50 for realizing synchronous control of the devices constituting the synchrotron 13, and the general control unit 41 independent to secure the safety of the patient 36 The interlock system 60 controls the power supply 46 of each device constituting the synchrotron 13 And a control unit 45. The storage device 42 may be provided in the general control device 41 as a part of the general control device 41.

電源46はシンクロトロン13を構成する複数の機器の電源の総称であり、図1には複数の機器の電源として偏向電磁石18の電源46B、四極電磁石19の電源46Q、六極電磁石21の電源46S、高周波加速空胴17の電源46Fが示されている。電源制御装置45も同様に複数の機器の電源に対応する複数の電源制御装置の総称であり、図1には電源46Bの制御装置45B、電源46Qの制御装置45Q、電源46Sの制御装置45S、電源46Fの制御装置45Fが示されている。   The power source 46 is a generic term for power sources of a plurality of devices constituting the synchrotron 13. In FIG. 1, a power source 46B of the deflection electromagnet 18, a power source 46Q of the four pole electromagnet 19 and a power source 46S of the six pole electromagnet 21 as power sources of the plurality of devices. , The power supply 46F of the high frequency accelerating cavity 17 is shown. Similarly, the power control unit 45 is a generic term for a plurality of power control units corresponding to the power of a plurality of devices, and in FIG. 1 is a control unit 45B of the power supply 46B, a control unit 45Q of the power supply 46Q, and a control unit 45S of the power supply 46S. A controller 45F of the power supply 46F is shown.

ここで、各文献の記載を用いながら本発明者等が検討した事項について説明する。従来のシンクロトロン13の運転シーケンスを図9に示す。
シンクロトロン13は、一回の運転周期で加速・出射・減速という一連の制御を実施する。出射制御の前後には、出射条件設定および出射条件解除といった、シンクロトロン13内のイオンビーム10bを出射するために必要な出射条件設定制御と、出射制御終了後の出射条件解除制御が必要である。
Here, the matters examined by the present inventors will be described using the descriptions of the respective documents. The operation sequence of the conventional synchrotron 13 is shown in FIG.
The synchrotron 13 performs a series of control such as acceleration, emission, and deceleration in one operation cycle. Before and after the emission control, it is necessary to control the extraction condition setting control necessary for emitting the ion beam 10b in the synchrotron 13, such as the extraction condition setting and the emission condition cancellation, and the extraction condition cancellation control after the termination of the emission control. .

従来のシンクロトロン13の運転制御では、一連の制御に合わせた制御データをパターンデータとして電源制御装置45のメモリに用意しておき、電源制御装置45は、シンクロトロン13を構成する機器の制御タイミングを管理するタイミングシステム50から出力されるタイミング信号51に基づき、制御データを更新する。   In the conventional operation control of the synchrotron 13, control data in accordance with a series of control is prepared as pattern data in the memory of the power supply control device 45, and the power supply control device 45 controls the timing of the devices constituting the synchrotron 13. The control data is updated based on the timing signal 51 output from the timing system 50 that manages the

図9に示したように、シンクロトロン13は一回の運転周期で、加速から減速までを制御しているため、出射するイオンビーム10cのエネルギーを変更するには、出射制御終了後に減速制御に遷移して残存ビームを減速した後、運転周期を更新する。そして運転周期を更新した後に再びイオンビーム10bを加速することで、所望のエネルギーへの変更制御を実現する。
そのため、従来のシンクロトロン13の運転制御ではイオンビーム10bのエネルギー変更時間には、ほぼ一回の運転周期と同じ時間が掛かるため、治療時間が長くなり、線量率を向上していく上での課題であった。
As shown in FIG. 9, since the synchrotron 13 controls from acceleration to deceleration in one operation cycle, in order to change the energy of the ion beam 10c to be emitted, the deceleration control is performed after the completion of the extraction control. After transition and decelerating the remaining beam, the operation cycle is updated. Then, the ion beam 10b is accelerated again after updating the operation cycle, thereby realizing change control to a desired energy.
Therefore, in the conventional operation control of the synchrotron 13, the energy change time of the ion beam 10b takes almost the same time as one operation cycle, so the treatment time becomes longer and the dose rate is improved. It was a challenge.

この対策として、上述した特許文献1、特許文献2および非特許文献2に示されるような、一回の運転周期内で複数のエネルギーのビームを出射する多段出射運転が示されている。   As a countermeasure against this, there is shown a multistage emission operation in which beams of a plurality of energies are emitted within one operation cycle as shown in Patent Document 1, Patent Document 2 and Non-patent Document 2 described above.

特許文献1には、一回の運転周期内で複数のエネルギーのイオンビーム10の出射を実現する、イオンシンクロトロンの多段出射制御運転について示されている。このような多段出射制御運転により、スキャニング照射法でのエネルギー変更時間の短縮が実現できる。   Patent Document 1 discloses a multistage extraction control operation of an ion synchrotron that realizes the extraction of ion beams 10 of a plurality of energies within one operation cycle. Such multistage emission control operation can realize shortening of the energy change time in the scanning irradiation method.

また、非特許文献2には、イオンシンクロトロンより出射する複数のエネルギーに対応して、エネルギー変更制御と出射制御からなる階段状の運転制御データ(非特許文献2の34頁、図2)を予め用意しておき、出射するイオンビームエネルギーに対応した出射制御部の運転制御データの平坦部を延長する運転(非特許文献2の35頁、図3)が示されている。   In addition, Non-Patent Document 2 includes step-like operation control data (p. 34, FIG. 2 of Non-Patent Document 2) including energy change control and extraction control corresponding to a plurality of energies emitted from the ion synchrotron. The operation (page 35 of FIG. 3 of nonpatent literature 2) which prepares beforehand and extends the flat part of the operation control data of the radiation | emission control part corresponding to the ion beam energy to radiate | emit is shown.

非特許文献2に記載されているように、複数のエネルギーの出射が可能な運転制御データをパターンデータとして予め用意する制御を適用した場合、全ての照射を完了するために必要なイオンビーム量がシンクロトロンに蓄積されている場合には、一回の運転周期で全てのエネルギーの照射が完了できる効果があるが、全ての照射を完了するために必要なイオンビーム量がシンクロトロンに蓄積されていない場合には、イオンビーム量が枯渇した時点で減速制御を実施した後に、運転周期を更新してイオンビーム10bの入射と加速を再度実施する必要がある。この際、イオンビーム10が枯渇したエネルギーの出射制御から減速制御に遷移するには、運転制御データの連続性を考慮する必要があるため、イオンビーム10bが枯渇したエネルギーよりも後段に記憶されている全てのエネルギー変更制御の運転制御データを更新する必要があり、当該運転制御データから減速制御に直接遷移できない。そのため、シンクロトロン13の運転周期の更新には時間が掛かる課題がある。粒子線照射システム1を構成する機器に異常が生じた場合にも、同様に、当該運転制御データから減速制御に直接遷移できない課題があった。   As described in Non-Patent Document 2, when control for preparing operation control data capable of emitting a plurality of energies in advance as pattern data is applied, the amount of ion beam necessary to complete all irradiation is When it is stored in the synchrotron, there is an effect that the irradiation of all the energy can be completed in one operation cycle, but the amount of ion beam necessary to complete all the irradiation is accumulated in the synchrotron If not, it is necessary to execute the deceleration control after the ion beam amount is depleted, then update the operation cycle to perform the incidence and acceleration of the ion beam 10b again. At this time, since it is necessary to consider the continuity of the operation control data in order to make transition from emission control of the energy depleted in the ion beam 10 to deceleration control, the energy stored in the ion beam 10b is stored at a later stage than the energy depleted. It is necessary to update the operation control data of all existing energy change controls, and it is not possible to directly shift to the deceleration control from the operation control data. Therefore, there is a problem that it takes time to update the operation cycle of the synchrotron 13. Even in the case where an abnormality occurs in the devices constituting the particle beam irradiation system 1, there is a problem that it is not possible to directly shift to the deceleration control from the operation control data.

特許文献2では、加速器の磁場コイルに励磁するコイル電流に関して、経過時間に応じた磁束密度情報を出力する磁場基準発生部と、磁束密度情報に応じた磁場を発生させるコイル電流を求める電流基準変換部とを備えた加速器の制御装置が示されており、このうち、磁場基準発生部が出力する磁束密度情報を4種類のパターン(初期上げパターン、減少パターン、増加パターン、終了パターン)を組み合わせて出力することで、一回の運転周期内で複数エネルギーのビーム出射を実現する制御方法が示されている。特許文献2によると、4種類の磁束密度パターンを組み合わせ、一回の運転周期内で複数エネルギーのイオンビーム10の出射が可能であるが、一方で、これら4種類のパターンの組合せ順序をシンクロトロンの運転制御データを選択し指令するタイミング信号を予めタイミング制御装置に書き込んでおくため、設定値の連続性を担保するため当該出射エネルギーから減速制御に直接遷移できない。このためビーム枯渇時および機器異常時に速やかに減速制御にできないため、シンクロトロンの運転周期の更新に時間が掛かる。また、電流基準変換器が逐次、偏向電磁石および四極電磁石の励磁電流を逐次演算しながら出力するため、パターンを変更する度に演算パラメータの変更が必要となり、機器構成および制御手段が複雑となる課題もある。   In Patent Document 2, a current reference conversion for obtaining a magnetic field reference generation unit that outputs magnetic flux density information according to elapsed time and a coil current that generates a magnetic field according to magnetic flux density information regarding coil current excited in a magnetic field coil of an accelerator The control device of the accelerator provided with the unit is shown, among which the magnetic flux density information output by the magnetic field reference generation unit is combined with four types of patterns (initial raising pattern, decreasing pattern, increasing pattern, ending pattern). By outputting, there is shown a control method for achieving beam emission of a plurality of energy within one operation cycle. According to Patent Document 2, although four types of magnetic flux density patterns are combined, it is possible to emit a plurality of energy ion beams 10 within one operation cycle, while on the other hand, the combination order of these four types of patterns is synchrotron Since the timing signal for selecting and instructing the operation control data of is written in the timing control device in advance, it is not possible to directly transition to the deceleration control from the emission energy in order to secure the continuity of the set value. For this reason, it is not possible to quickly perform deceleration control at the time of beam exhaustion and equipment malfunction, so it takes time to update the operation cycle of the synchrotron. In addition, since the current reference converter sequentially outputs the excitation current of the deflection electromagnet and the quadrupole electromagnet while sequentially calculating it, it is necessary to change the calculation parameter each time the pattern is changed, which makes the device configuration and control means complicated. There is also.

更に、非特許文献2では、シンクロトロンで照射可能な全てのエネルギー範囲を一つに纏めた運転制御データを用意し、ビームを照射するエネルギーでのみフラットトップを延長してビームを出射している。   Further, Non-Patent Document 2 prepares operation control data in which all energy ranges that can be irradiated by synchrotron are integrated into one, and extend the flat top and emit the beam only with the energy to irradiate the beam. .

このように、従来の多段出射運転方法では、初段の出射エネルギーまでの加速しビームを出射した後に、減速制御に遷移せずに次の照射エネルギーに変更する。そしてエネルギー変更後にビームを出射し、次の照射エネルギーに変更する。このような出射とエネルギー変更を繰り返し実施する。そのため、エネルギー変更の際にはビーム損失を生じないように運転する必要がある。   As described above, in the conventional multistage emission operation method, after accelerating to the emission energy of the first stage and emitting the beam, the irradiation energy is changed to the next irradiation energy without transition to deceleration control. After changing the energy, the beam is emitted and changed to the next irradiation energy. Repeat such emission and energy change. Therefore, at the time of energy change, it is necessary to operate so as not to cause beam loss.

例えば、非特許文献2に示されているシンクロトロンでは、シンクロトロンで照射可能な全てのエネルギー範囲を一つに纏めた運転制御データを用意し、ビームを照射するエネルギーでのみフラットトップを延長してビームを出射している。そのため、エネルギー変更の際にビームの出射条件を形成する四極電磁石と六極電磁石の励磁パターンは、出射条件を解除せずに次の照射エネルギーに対応した励磁量となっており、加速制御パターンから連続したデータ構成となっている。
しかしながら、出射条件を解除せずにエネルギー変更制御を実施すると、エネルギー変更時にビーム損失を生じるおそれがある。そのため非特許文献2では、先に示した四極電磁石とは別に、出射条件を制御する四極電磁石(QDS)を設けている。その上で、この四極電磁石(QDS)の励磁量とシンクロトロンで安定にビームを加速し出射するための四極電磁石の励磁量を加算することで出射条件を設定している。そのため、四極電磁石(QDS)を励磁することで出射条件を設定し、四極電磁石(QDS)の励磁を停止することでビームの出射条件を解除している。
このように、四極電磁石(QDS)を用意することで多段出射制御時の出射条件の設定・解除が実施可能である。しかし、シンクロトロンの運転に必要な従来機能を実現する四極電磁石と別に四極電磁石(QDS)を設ける必要が有るため、シンクロトロンの大型化が避けられず、それに伴いコストが高くなるとの課題が挙げられる。本発明は、イオンシンクロトロンにおいて一回の運転周期内で複数エネルギーのイオンビーム10を出射可能とする多段出射制御運転に関するものであり、本発明により、ビームエネルギーの変更制御と運転周期の更新を短時間で実現可能なイオンシンクロトロンを提供できる。以下にその詳細を説明する。
For example, in the synchrotron disclosed in Non-Patent Document 2, operation control data in which all the energy ranges that can be irradiated by the synchrotron are integrated is prepared, and the flat top is extended only by the energy for irradiating the beam. Beam is emitted. Therefore, the excitation pattern of the quadrupole and hexapole electromagnets that form the beam emission condition at the time of energy change is the excitation amount corresponding to the next irradiation energy without releasing the emission condition, and from the acceleration control pattern It has a continuous data structure.
However, if energy change control is performed without releasing the emission condition, there is a risk that beam loss may occur at the time of energy change. Therefore, in Non-Patent Document 2, a quadrupole electromagnet (QDS) for controlling the emission condition is provided separately from the quadrupole electromagnet shown above. Then, the emission condition is set by adding the excitation amount of the quadrupole electromagnet (QDS) and the excitation amount of the quadrupole electromagnet for accelerating and emitting the beam stably with the synchrotron. Therefore, the radiation conditions are set by exciting the quadrupole electromagnet (QDS), and the radiation conditions of the beam are canceled by stopping the excitation of the quadrupole electromagnet (QDS).
Thus, setting and canceling of the radiation condition at the time of multistage radiation control can be implemented by preparing a quadrupole electromagnet (QDS). However, since it is necessary to provide a quadruple electromagnet (QDS) separately from the quadruple electromagnet which realizes the conventional function necessary for the operation of the synchrotron, the upsizing of the synchrotron can not be avoided, and the problem that the cost becomes high is mentioned. Be The present invention relates to a multistage extraction control operation that enables the ion synchrotron to emit ion beams 10 of a plurality of energies within one operation cycle, and according to the present invention, control of changing beam energy and updating of the operation cycle are performed. It is possible to provide an ion synchrotron that can be realized in a short time. The details will be described below.

まず、本実施例の特徴である、多段出射運転時の制御データ構造と、この制御データを用いた運転シーケンスについて、図3から図7Aおよび図7Bを用いながら説明する。   First, a control data structure at the time of multistage emission operation and an operation sequence using the control data, which are features of the present embodiment, will be described with reference to FIGS. 3 to 7A and 7B.

図3は、シンクロトロン13を構成する複数の機器の制御データ(運転制御データ)の構成を示す図であり、機器の制御データの代表例として、偏向電磁石18の励磁電流を示している。実際には、非特許文献2に示されているように、照射するビームのエネルギー数に対応した段数のデータが用意されているが、本実施例では3段で説明している。また、本実施例では低いエネルギーから高いエネルギーに順次ビームを照射するような運転制御データ70を示しているが、高いエネルギーから低いエネルギーに順次ビームを照射する場合でも同様の効果が得られる。   FIG. 3 is a view showing a configuration of control data (operation control data) of a plurality of devices constituting the synchrotron 13, and shows an exciting current of the deflection electromagnet 18 as a representative example of the control data of the devices. Actually, as shown in Non-Patent Document 2, data of the number of stages corresponding to the number of energy of the beam to be irradiated is prepared, but in the present embodiment, three stages are described. Further, in the present embodiment, operation control data 70 in which beams are sequentially irradiated from low energy to high energy are shown, but similar effects can be obtained even when beams are sequentially irradiated from high energy to low energy.

図4は、本実施例の特徴である多段出射運転を実現する制御システム(制御装置)100の構成と各装置間の情報伝送を示す図である。図5は、多段出射運転を開始する前の照射準備フローを示す図である。図6は、多段出射運転時の制御フローを示す図である。図7Aおよび図7Bは、図3に示した制御データの組み合わせによる多段出射運転時の制御データの出力例を示している。   FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a control system (control device) 100 for realizing the multistage emission operation which is a feature of the present embodiment, and information transmission between the respective devices. FIG. 5 is a diagram showing an irradiation preparation flow before starting the multistage emission operation. FIG. 6 is a diagram showing a control flow during multistage emission operation. FIGS. 7A and 7B show output examples of control data at the time of multistage emission operation based on the combination of control data shown in FIG.

図3に示すように、シンクロトロン13を構成する機器(図示の例では偏向電磁石18)の運転制御データ70は、初期加速制御データ701a(以下701で代表する)と、複数のエネルギー(図示の例では3種類のエネルギーEa、Eb、Ec)のイオンビーム10を出射するための複数の出射制御データ702a〜702c(以下702で代表する)と、複数の出射制御データ702間を接続する複数のエネルギー変更制御データ705ab,705bc(以下705で代表する)および、複数の出射制御データ702に対応した複数の減速制御データ706a〜706c(以下706で代表する)とで構成されている。出射制御データ702は、出射条件設定データ703a〜703c(以下703で代表する)と出射条件解除データ704a〜704c(以下704で代表する)から構成される。これらの制御データを組み合わせることで複数のエネルギーのビームの出射制御を行いかつ、複数の出射エネルギーに対応した減速制御データ706a、706b、706cを有することで、どの出射エネルギーからも速やかに減速制御へ遷移可能となっている。   As shown in FIG. 3, the operation control data 70 of the device (the deflection electromagnet 18 in the illustrated example) constituting the synchrotron 13 includes initial acceleration control data 701a (represented by 701 below) and a plurality of energies (shown in FIG. In the example, a plurality of extraction control data 702a to 702c (represented by 702 below) for emitting the ion beam 10 of three types of energy Ea, Eb and Ec) and a plurality of connection between the plurality of extraction control data 702 Energy change control data 705ab and 705bc (represented by 705 below) and a plurality of deceleration control data 706a to 706c (represented by 706 below) corresponding to the plurality of emission control data 702 are included. The emission control data 702 includes emission condition setting data 703a to 703c (represented by 703 below) and emission condition cancellation data 704a to 704c (represented by 704 below). By combining these control data, the emission control of beams of a plurality of energies is performed, and by providing deceleration control data 706a, 706b, 706c corresponding to a plurality of emission energies, any emission energy can be rapidly reduced to a deceleration control. Transition is possible.

また、初期加速制御データ701、複数の出射制御データ702間を接続する複数のエネルギー変更制御データ705から、速やかに目標エネルギーに到達可能となっている。   Further, the target energy can be quickly reached from the initial acceleration control data 701 and the plurality of energy change control data 705 connecting the plurality of emission control data 702.

また、運転制御データ70を構成する複数の出射制御データ702に対応して、複数の減速制御データ706a、706b(以下適宜706で代表する)を設ける。これらの制御データ701、702、705、706は、それぞれ、対応する機器に直接与えられる制御量である電流/電圧の時系列データとして用意する。例えば、偏向電磁石18の制御データであれば、所定の偏向磁場強度を発生する際に必要な偏向電磁石18の電源46Bに設定する励磁電流と電圧(図示せず)の時系列データで構成される。   In addition, a plurality of deceleration control data 706 a and 706 b (hereinafter represented by 706 as appropriate) are provided corresponding to the plurality of emission control data 702 constituting the operation control data 70. The control data 701, 702, 705, 706 are prepared as time-series data of current / voltage which is a control amount directly given to the corresponding device. For example, in the case of control data of the deflection electromagnet 18, it is composed of time series data of excitation current and voltage (not shown) set in the power supply 46B of the deflection electromagnet 18 necessary to generate a predetermined deflection magnetic field strength. .

また、これらの制御データは記憶装置42に記憶されている。記憶装置42には、図3に示した制御データも含めて、想定されるあらゆる患者36の照射条件に対応した全てのエネルギーのビーム出射を可能とする制御データがモジュールデータとして記憶されている。例えば、想定される複数の患者36の照射条件に対応した出射エネルギー数が100であるとした場合、100個の初期加速制御データ701と、100個の出射制御データ702と、99個のエネルギー変更制御データ705と、100個の減速制御データ706がモジュールデータとして記憶装置42に記憶されている。照射準備に際して、特定の患者36の照射条件が与えられたとき、統括制御装置41は記憶装置42に記憶した制御データの中から該当するものを選択し、電源制御装置45に記憶させる。なお、全てのエネルギーのビーム出射を可能とするモジュールデータは統括制御装置41の内部記憶装置に記憶しておいてもよい。   Also, these control data are stored in the storage unit 42. The storage device 42 stores, as module data, control data that enables beam emission of all the energy corresponding to the irradiation conditions of all possible patients 36, including the control data shown in FIG. For example, assuming that the number of emitted energy corresponding to the irradiation conditions of a plurality of assumed patients 36 is 100, 100 initial acceleration control data 701, 100 emission control data 702, and 99 energy changes Control data 705 and 100 deceleration control data 706 are stored in the storage device 42 as module data. When preparing the irradiation, when the irradiation condition of the specific patient 36 is given, the general control device 41 selects the corresponding control data from the control data stored in the storage device 42 and causes the power control device 45 to store it. Note that module data that enables all energy beam emission may be stored in the internal storage device of the general control device 41.

また、記憶装置42に予め記憶される多段出射の運転制御データ70は、シンクロトロン13内の磁場強度の時系列データとして用意したものであってもよい。
この場合は、運転制御データ70が統括制御装置41及び加速器制御装置40を経由して電源制御装置45に記憶される過程で、統括制御装置41或いは加速器制御装置40において運転制御データ70が磁場強度の時系列データから励磁電流と電圧の時系列データに変換され、電源制御装置45に励磁電流と電圧の時系列データとして記憶される。電源制御装置45は時系列データに対応した電源制御指令値451を電源46に出力する。
Further, the operation control data 70 of the multistage emission stored in advance in the storage device 42 may be prepared as time series data of the magnetic field intensity in the synchrotron 13.
In this case, in the process in which the operation control data 70 is stored in the power supply control device 45 via the general control device 41 and the accelerator control device 40, the operation control data 70 indicates the magnetic field intensity in the general control device 41 or the accelerator control device 40. Is converted into time series data of excitation current and voltage, and stored in the power control unit 45 as time series data of excitation current and voltage. The power control unit 45 outputs a power control command value 451 corresponding to time series data to the power supply 46.

運転制御データ70は、タイミングシステム50から出力されるタイミング信号51にそれぞれ関連付けられている。本実施例のタイミング信号51は、加速制御開始タイミング信号511、出射条件設定タイミング信号512、出射制御待機タイミング信号513、出射条件解除タイミング信号514、エネルギー変更制御タイミング信号515、減速制御開始タイミング信号516、減速制御終了タイミング信号517から構成されている。電源制御装置45にタイミング信号51が入力されると、電源制御装置45は、タイミング信号51に関連付けられた制御データ701〜706を選択し、選択した制御データ701〜706の初期アドレスからデータの更新制御を開始する。   The operation control data 70 is associated with the timing signal 51 output from the timing system 50, respectively. The timing signal 51 of this embodiment includes an acceleration control start timing signal 511, an extraction condition setting timing signal 512, an extraction control standby timing signal 513, an extraction condition cancellation timing signal 514, an energy change control timing signal 515, and a deceleration control start timing signal 516. , The deceleration control end timing signal 517. When the timing signal 51 is input to the power control device 45, the power control device 45 selects the control data 701 to 706 associated with the timing signal 51, and updates data from the initial address of the selected control data 701 to 706. Start control.

タイミング信号51の入力に対する運転制御データ70の更新制御について、図3を用いて説明する。電源制御装置45は、加速制御タイミング信号511の入力により、入射エネルギー(Einj)から初段の出射エネルギー(Ea)までの初期加速制御データ701aを更新してビームを加速する。
出射条件設定タイミング信号512の入力により、出射条件設定データ703aを更新する。出射条件設定データ703aの更新が終わると、電源制御装置45は、出射制御待機タイミング信号513の入力により、出射条件設定データ703aの更新を停止し、加速器制御装置40が出射用高周波電極20aに出射用高周波電圧を印加することでビーム出射制御を実施する。照射制御装置44は、出射制御中の照射線量311を逐次計測し、計測結果に基づき線量満了信号442を出力し、出射用高周波電圧の印加を停止し出射制御を終了する。この後、出射条件解除タイミング信号514の入力により出射条件解除データ704aの更新を開始する。タイミングシステム50は、出射制御終了時の蓄積ビーム電荷量151と次の照射エネルギーの有無に応じて、エネルギー変更制御タイミング信号515を出力し、エネルギー変更制御に遷移するか(出射条件解除データ704aからエネルギー変更制御データ705abに遷移するか)、減速制御タイミング信号516を出力し、減速制御に遷移するか(出射条件解除データ704aから減速制御データ706aに遷移するか)を判断する。運転制御データ70を構成する各制御データは、出射条件解除データ704の終了値と次の照射エネルギーに遷移するエネルギー変更制御データ705の開始値(例えば、図3の704aの終了値と705abの開始値)および、出射条件解除データ704の終了値と入射エネルギーまで減速する減速制御データの開始値(例えば、図3の704aの終了値と706aの開始値)が連続的に接続できるように同じ値としておく。このようなタイミング信号51の入力に基づく運転制御を実現することで、タイミング信号51の入力に応じた運転制御データ70の変更と更新が容易に実現できる。
Update control of the operation control data 70 in response to the input of the timing signal 51 will be described with reference to FIG. The power supply controller 45 updates the initial acceleration control data 701a from the incident energy (Einj) to the outgoing energy (Ea) of the first stage by the input of the acceleration control timing signal 511 to accelerate the beam.
The irradiation condition setting data 703 a is updated by the input of the irradiation condition setting timing signal 512. When the emission condition setting data 703a is updated, the power control unit 45 stops the update of the emission condition setting data 703a by the input of the emission control standby timing signal 513, and the accelerator control device 40 outputs the emission high frequency electrode 20a to the emission high frequency electrode 20a. The beam emission control is carried out by applying a high frequency voltage. The irradiation control device 44 sequentially measures the irradiation dose 311 during emission control, outputs a dose expiration signal 442 based on the measurement result, stops the application of the high frequency voltage for emission, and ends the emission control. Thereafter, the emission condition cancellation data 704 a is started to be updated by the input of the emission condition cancellation timing signal 514. The timing system 50 outputs the energy change control timing signal 515 according to the accumulated beam charge amount 151 at the end of the emission control and the presence or absence of the next irradiation energy, and transits to the energy change control (from the emission condition cancellation data 704a The energy change control data 705 ab is output, and the deceleration control timing signal 516 is output, and it is determined whether transition to deceleration control (transition from emission condition cancellation data 704 a to deceleration control data 706 a) is made. The respective control data constituting the operation control data 70 are the end value of the emission condition cancellation data 704 and the start value of the energy change control data 705 which transits to the next irradiation energy (for example, the end value of 704a of FIG. 3 and the start of 705ab The same value so that the end value of the extraction condition cancellation data 704 and the start value of the deceleration control data to decelerate to the incident energy (for example, the end value of 704a and the start value of 706a in FIG. 3) can be connected continuously I will leave. By realizing the operation control based on the input of the timing signal 51, it is possible to easily change and update the operation control data 70 according to the input of the timing signal 51.

また、上記多段出射運転を実施する際は、インターロックシステム60は、加速器制御装置40から出力されるエネルギー判定信号402、照射制御装置44から出力されるエネルギー変更要求信号443、減速制御要求信号444、照射完了信号445および、電源制御装置45から出力される機器の健全性を示すステータス情報452に基づきインターロック信号61を出力する。このインターロック信号61にはエネルギー変更指令611、出射制御指令614、照射完了指令612および減速制御指令613が含まれる。タイミングシステム50は、インターロックシステム60から出力されるエネルギー変更指令611に基づきエネルギー変更制御タイミング信号515を出力し、インターロックシステム60から出力される出射制御指令614に基づき出射条件設定タイミング信号512を出力し、インターロックシステム60から出力される照射完了指令612に基づき出射条件解除タイミング信号514を出力し、減速制御指令613に基づき減速制御開始タイミング信号516を出力する。   Further, when the multistage extraction operation is performed, the interlock system 60 receives the energy determination signal 402 output from the accelerator control device 40, the energy change request signal 443 output from the irradiation control device 44, and the deceleration control request signal 444. The interlock signal 61 is output based on the irradiation completion signal 445 and the status information 452 indicating the soundness of the device output from the power control device 45. The interlock signal 61 includes an energy change command 611, an emission control command 614, an irradiation completion command 612, and a deceleration control command 613. The timing system 50 outputs the energy change control timing signal 515 based on the energy change command 611 output from the interlock system 60, and the emission condition setting timing signal 512 based on the emission control command 614 output from the interlock system 60. The emission condition cancellation timing signal 514 is output based on the irradiation completion command 612 output from the interlock system 60, and the deceleration control start timing signal 516 is output based on the deceleration control command 613.

図3に示したシンクロトロン13を構成する機器の制御データを用いて多段出射運転を実施する際の照射準備フローについて、図4および図5を併用しながら説明する。   An irradiation preparation flow at the time of carrying out a multistage emission operation using control data of the apparatus constituting the synchrotron 13 shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG. 4 and FIG.

まず、治療計画装置43は、患者36の治療に必要な照射条件等を含む治療計画情報431を記憶装置42に登録する。統括制御装置41は、照射条件の設定情報に基づき、記憶装置42から照射条件421を読み込む(ステップS801)。統括制御装置41は、照射条件から照射に必要なエネルギーと各照射線量と照射順序および制御データを記憶装置42から選択する(ステップS802)。記憶装置42には、前述したように、図3に示した初期加速制御データ701、出射制御データ702、出射条件設定データ703、出射条件解除データ704、エネルギー変更制御データ705、減速制御データ706を含めて、想定されるあらゆる患者36の照射条件に対応した全てのエネルギーのビーム出射を可能とする制御データがモジュールデータとして記憶されており、統括制御装置41は、照射条件421に基づいて制御データ701〜706を選択して読み込む。   First, the treatment planning device 43 registers treatment planning information 431 including the irradiation conditions and the like necessary for treatment of the patient 36 in the storage device 42. The general control device 41 reads the irradiation condition 421 from the storage device 42 based on the setting information of the irradiation condition (step S801). The general control device 41 selects energy required for irradiation, each irradiation dose, irradiation order, and control data from the storage device 42 from the irradiation conditions (step S802). In the storage device 42, as described above, the initial acceleration control data 701, the emission control data 702, the emission condition setting data 703, the emission condition release data 704, the energy change control data 705, the deceleration control data 706 shown in FIG. Control data enabling beam emission of all the energy corresponding to irradiation conditions of all possible patients 36 including is stored as module data, and the general control device 41 controls data based on the irradiation conditions 421. Select and load 701-706.

統括制御装置41は、タイミングシステム50に対して、照射に必要なエネルギー情報と照射順序およびこのエネルギーに対応したタイミング制御データ411aを伝送する(ステップS803)。   The general control device 41 transmits, to the timing system 50, energy information necessary for irradiation, an irradiation sequence, and timing control data 411a corresponding to the energy (step S803).

タイミングシステム50は、統括制御装置41から伝送された照射に必要なエネルギー情報と照射順序およびこのエネルギーに対応したタイミング制御データ411aをメモリ内に記憶する(ステップS804)。統括制御装置41は同様に、加速器制御装置40および照射制御装置44に対して、照射に必要なエネルギー情報と照射順序およびこのエネルギーに対応した制御データ411b、411cを伝送する(ステップS805)。このうち、加速器制御装置40に伝送する制御データ411bには、各機器の運転制御データ(制御データ701〜706)と運転制御データに対応するタイミング信号(タイミング信号511〜517)が含まれ、照射制御装置44に伝送する制御データ411cには、各照射エネルギーの照射順序と目標照射線量が含まれる。   The timing system 50 stores, in the memory, the energy information necessary for irradiation transmitted from the general control device 41, the irradiation sequence, and the timing control data 411a corresponding to the energy (step S804). Similarly, the general control unit 41 transmits energy information necessary for irradiation, an irradiation sequence, and control data 411b and 411c corresponding to the energy to the accelerator control unit 40 and the irradiation control unit 44 (step S805). Among them, the control data 411b transmitted to the accelerator control device 40 includes operation control data (control data 701 to 706) of each device and a timing signal (timing signals 511 to 517) corresponding to the operation control data, and the irradiation is performed. The control data 411 c transmitted to the control device 44 includes the irradiation sequence of each irradiation energy and the target irradiation dose.

加速器制御装置40は、シンクロトロン13およびビーム輸送装置14を構成する機器の各電源制御装置45に対して、各機器の運転制御データ(制御データ701〜706)と運転制御データに対応するタイミング信号(タイミング信号511〜517)のデータである各機器の制御データ401を伝送し(ステップS806)、電源制御装置45は、各機器の運転制御データと運転制御データに対応するタイミング信号のデータ401をメモリ内に記憶する(ステップS807)。その後、照射制御装置44は、各照射エネルギーの照射順序と目標照射線量をメモリ内に記憶する(ステップS808) The accelerator control device 40 controls the operation control data (control data 701 to 706) of each device and the timing signal corresponding to the operation control data with respect to each power supply control device 45 of the devices constituting the synchrotron 13 and the beam transport device 14. The control data 401 of each device, which is data of (timing signals 511 to 517), is transmitted (step S806), and the power control device 45 operates the operation control data of each device and the data 401 of the timing signal corresponding to the operation control data. It is stored in the memory (step S807). Thereafter, the irradiation control device 44 stores the irradiation sequence of each irradiation energy and the target irradiation dose in the memory (step S808) .

次に、図3に示したシンクロトロン13を構成する機器の制御データを用いて多段出射運転を実施する際の照射フローについて、図4および図6を用いて説明する。   Next, an irradiation flow at the time of performing a multistage emission operation using the control data of the device constituting the synchrotron 13 shown in FIG. 3 will be described using FIG. 4 and FIG.

統括制御装置41に対してユーザから照射開始指令(図示せず)が入力されると、シンクロトロン13の運転制御を開始する。統括制御装置41はタイミングシステム50、加速器制御装置40、照射制御装置44に対して、シンクロトロン13の運転周期の開始を示す、制御開始指令412を出力する。タイミングシステム50、加速器制御装置40、照射制御装置44は、制御開始指令412に基づき、目標エネルギーを設定する(ステップS809)。設定された目標エネルギーに基づき、タイミングシステム50は、これから出射するビームの目標エネルギー情報を設定し、加速器制御装置40は、各電源制御装置に目標エネルギーを設定する。照射制御装置44は、目標エネルギーから、当該エネルギーの各線量管理領域の目標線量値を設定する。   When an irradiation start command (not shown) is inputted from the user to the general control device 41, operation control of the synchrotron 13 is started. The general control unit 41 outputs a control start command 412 indicating the start of the operation cycle of the synchrotron 13 to the timing system 50, the accelerator control unit 40 and the irradiation control unit 44. The timing system 50, the accelerator control apparatus 40, and the irradiation control apparatus 44 set target energy based on the control start command 412 (step S809). Based on the set target energy, the timing system 50 sets target energy information of the beam to be emitted from now, and the accelerator control device 40 sets the target energy for each power control device. The irradiation control device 44 sets a target dose value of each dose control area of the energy from the target energy.

タイミングシステム50は制御開始指令412に基づき、加速制御開始タイミング信号511を出力し、電源制御装置45は、初期加速制御データ701の更新を開始する(ステップS810)。
加速器制御装置40は、初期加速制御が終了した時点で、加速終了後の到達エネルギーを確認し(ステップS811)、加速終了後に確認した到達エネルギーが目標エネルギーと一致するか否かを判定する(ステップS812)。この判定は、後述する減速制御終了後に運転周期を更新した場合、初期加速制御終了時の到達エネルギーと次に出射する目標エネルギーが異なるため、後述するエネルギー変更制御を実施するか、このままビーム出射制御に遷移するかを判断するためのものである。
The timing system 50 outputs the acceleration control start timing signal 511 based on the control start command 412, and the power supply control device 45 starts updating the initial acceleration control data 701 (step S810).
When the initial acceleration control ends, the accelerator control device 40 confirms the arrival energy after the end of the acceleration (step S811), and determines whether the arrival energy confirmed after the end of the acceleration matches the target energy (step S812). In this determination, when the operation cycle is updated after the end of deceleration control described later, the energy reached at the end of the initial acceleration control and the target energy to be emitted next are different. To determine whether to transition to

加速器制御装置40は、ステップS812におけるエネルギーの判定結果を示すエネルギー判定信号402をインターロックシステム60に出力する。インターロックシステム60は、加速終了後の到達エネルギーと目標エネルギーが一致しないと判定された場合は、タイミングシステム50にエネルギー変更指令611を出力し、タイミングシステム50は電源制御装置45にエネルギー変更制御タイミング信号515を出力し、電源制御装置45はエネルギー変更制御データ705の更新を実施する(ステップS824)。
これに対し、加速終了後の到達エネルギーと目標エネルギーが一致すると判定された場合、インターロックシステム60はタイミングシステム50に出射制御指令614を出力し、タイミングシステム50は電源制御装置45に出射条件設定タイミング信号512を出力し、電源制御装置45は出射条件設定データ703の更新を開始する(ステップS813)。
The accelerator control device 40 outputs an energy determination signal 402 indicating the energy determination result in step S812 to the interlock system 60. The interlock system 60 outputs an energy change command 611 to the timing system 50 when it is determined that the energy reached after the end of acceleration does not match the target energy, and the timing system 50 controls the energy change control timing to the power supply controller 45. The signal 515 is output, and the power control unit 45 updates the energy change control data 705 (step S 824).
On the other hand, when it is determined that the arrival energy after the end of acceleration and the target energy match, the interlock system 60 outputs the emission control command 614 to the timing system 50, and the timing system 50 sets the emission conditions to the power control device 45. The timing signal 512 is output, and the power supply control device 45 starts updating the emission condition setting data 703 (step S813).

タイミングシステム50は、出射条件設定データ703の更新完了に合わせて出射制御待機タイミング信号513を出力し、電源制御装置45での出射条件設定データ703の更新を終了し最終更新値を保持する。インターロックシステム60は、各電源制御装置45から出力される機器の健全性やエネルギー確認情報といったステータス情報452、シンクロトロン13内の蓄積ビーム量検出手段15での蓄積ビーム電荷量151の計測値に基づき照射制御装置44から出力される出射制御許可信号441等により、ビームの出射制御が可能か否か判定する(ステップS814)。   The timing system 50 outputs the emission control standby timing signal 513 in accordance with the completion of the update of the emission condition setting data 703, ends the update of the emission condition setting data 703 in the power control device 45, and holds the final update value. The interlock system 60 uses status information 452 such as soundness and energy confirmation information of equipment output from each power control device 45 and measurement value of accumulated beam charge amount 151 in the accumulated beam amount detection means 15 in the synchrotron 13 Based on the emission control permission signal 441 and the like output from the irradiation control device 44, it is determined whether the emission control of the beam is possible (step S814).

ステップS814における判定結果が異常(NG)と判定された場合には、インターロックシステム60はタイミングシステム50に対して減速制御指令613を出力し、タイミングシステム50から電源制御装置45に減速制御開始タイミング信号516が出力される。電源制御装置45は減速制御データ706を更新する(ステップS822)。   If the determination result in step S814 is determined to be abnormal (NG), the interlock system 60 outputs the deceleration control command 613 to the timing system 50, and the timing system 50 transmits the deceleration control start timing to the power supply control device 45. A signal 516 is output. The power supply control device 45 updates the deceleration control data 706 (step S822).

これに対し判定結果が正常(OK)と判定された場合には、インターロックシステム60は加速器制御装置40に対して出射許可指令615を出力し、加速器制御装置40は出射用高周波電極20aに出射用高周波電圧を印加することで、ビーム出射制御を実施する(ステップS815)。   On the other hand, when the judgment result is judged to be normal (OK), the interlock system 60 outputs the radiation permission command 615 to the accelerator control device 40, and the accelerator control device 40 emits radiation to the high frequency electrode 20a for radiation. The beam emission control is carried out by applying a high frequency voltage (step S815).

ビーム出射制御中は、照射装置30に設置されている線量モニタ31にて照射ビームの照射線量311を逐次計測し、照射制御装置44は、各線量管理領域での積算線量を演算する。この際、照射制御装置44は当該エネルギーの当該線量管理領域での目標線量と積算線量を比較し、積算線量が目標線量へ到達(以下、線量が満了したという)したか否かを判断する(ステップS816)。   During beam emission control, the irradiation dose 311 of the irradiation beam is sequentially measured by the dose monitor 31 installed in the irradiation device 30, and the irradiation control device 44 calculates the integrated dose in each dose management area. At this time, the irradiation control device 44 compares the target dose and the integrated dose in the relevant dose control area of the energy and determines whether the integrated dose has reached the target dose (hereinafter, the dose has expired) ( Step S816).

当該線量管理領域の積算線量が満了していないと判定された場合、シンクロトロン13内の蓄積ビーム電荷量151を蓄積ビーム量検出手段15で計測し、照射制御装置44はビーム照射の継続に十分な蓄積ビーム電荷量151があるか否かを判定し(ステップS818)、シンクロトロン13内の蓄積ビーム電荷量151がビーム照射の継続に十分な量であると判定された場合にはビーム出射制御を継続する。
一方、シンクロトロン13内の蓄積ビーム電荷量151が枯渇したと判定された場合には、照射制御装置44はインターロックシステム60に対して減速制御要求信号444を出力する。インターロックシステム60はタイミングシステム50に対して減速制御指令613を出力し、タイミングシステム50から電源制御装置45に減速制御開始タイミング信号516が出力される。電源制御装置45は減速制御データ706を更新する(ステップS822)。
If it is determined that the integrated dose in the dose management area has not expired, the accumulated beam charge amount 151 in the synchrotron 13 is measured by the accumulated beam amount detecting means 15, and the irradiation control device 44 is sufficient for the continuation of beam irradiation. It is determined whether or not there is a sufficient accumulated beam charge amount 151 (step S 818), and if it is determined that the accumulated beam charge amount 151 in the synchrotron 13 is a sufficient amount for continuation of beam irradiation, beam emission control To continue.
On the other hand, when it is determined that the accumulated beam charge amount 151 in the synchrotron 13 is depleted, the irradiation control device 44 outputs the deceleration control request signal 444 to the interlock system 60. The interlock system 60 outputs the deceleration control command 613 to the timing system 50, and the timing system 50 outputs the deceleration control start timing signal 516 to the power control device 45. The power supply control device 45 updates the deceleration control data 706 (step S822).

一方、ステップS816において当該線量管理領域の積算線量が満了したと判定された場合、照射制御装置44は、当該エネルギーの照射領域つまり、当該エネルギーでの全ての線量管理領域で照射が完了しているか否か判定する(ステップS817)。   On the other hand, if it is determined in step S816 that the integrated dose in the dose management area has expired, the irradiation control device 44 determines whether the irradiation area of the energy has been completed, ie, all the dose management areas with the energy have been completed. It is determined whether or not (step S817).

当該エネルギーでの全ての線量管理領域への照射が完了していないと判定された場合には、走査電磁石32でまだ照射が完了していないビーム照射領域つまり、照射が完了していない線量管理領域に照射位置を更新する(ステップS841)。その後、ステップS816で線量が満了していない場合と同様に、照射制御装置44はビーム照射の継続に十分な蓄積ビーム電荷量151があるか否か判定し(ステップS818)、シンクロトロン13内の蓄積ビーム電荷量151がビーム照射の継続に十分な量である場合には、ビーム照射を実施する(ステップS815)。シンクロトロン13内の蓄積ビーム電荷量151が枯渇した場合には、照射制御装置44はインターロックシステム60に対して減速制御要求信号444を出力する。インターロックシステム60はタイミングシステム50に対して減速制御指令613を出力し、タイミングシステム50から電源制御装置45に減速制御開始タイミング信号516が出力される。電源制御装置45は減速制御データ706を更新する(ステップS822)。   When it is determined that the irradiation to all the dose management areas with the energy is not completed, the beam irradiation area that the irradiation has not been completed by the scanning electromagnet 32, that is, the dose management area in which the irradiation is not completed The irradiation position is updated (step S841). After that, as in the case where the dose has not expired in step S816, the irradiation control device 44 determines whether or not there is an accumulated beam charge amount 151 sufficient to continue the beam irradiation (step S818). If the accumulated beam charge amount 151 is an amount sufficient to continue the beam irradiation, the beam irradiation is performed (step S815). When the accumulated beam charge amount 151 in the synchrotron 13 is depleted, the irradiation control device 44 outputs a deceleration control request signal 444 to the interlock system 60. The interlock system 60 outputs the deceleration control command 613 to the timing system 50, and the timing system 50 outputs the deceleration control start timing signal 516 to the power control device 45. The power supply control device 45 updates the deceleration control data 706 (step S822).

一方、ステップS817において当該エネルギーでの全ての線量管理領域への照射が完了したと判定された場合には、照射制御装置44は、照射完了信号445をインターロックシステム60に出力する。インターロックシステム60は、タイミングシステム50に対して、照射完了指令612を出力する。タイミングシステム50は、電源制御装置45に対して出射条件解除タイミング信号514を出力し、電源制御装置45は出射条件解除データ704の更新を開始する(ステップS819)。   On the other hand, when it is determined in step S817 that the irradiation to all the dose management areas with the energy is completed, the irradiation control device 44 outputs the irradiation completion signal 445 to the interlock system 60. The interlock system 60 outputs the irradiation completion command 612 to the timing system 50. The timing system 50 outputs the emission condition cancellation timing signal 514 to the power supply control device 45, and the power supply control device 45 starts updating the emission condition cancellation data 704 (step S819).

出射条件解除データ704の更新制御が終了後、照射制御装置44は、次の目標エネルギーデータが存在するか否か判断する(ステップS820)。次の目標エネルギーが存在すると判定された場合には、シンクロトロン13内の蓄積ビーム電荷量151を蓄積ビーム量検出手段15で計測し、照射制御装置44は次の目標エネルギーのビーム照射に十分な蓄積ビーム電荷量151があるか判定し(ステップS840)、シンクロトロン13内の蓄積ビーム電荷量151がビーム照射に十分な量であると判定された場合には、照射制御装置44は、目標エネルギーデータを更新する(ステップS821)。一方、シンクロトロン13内の蓄積ビーム電荷量151が枯渇したと判定された場合には、照射制御装置44はインターロックシステム60に対して減速制御要求信号444を出力する。インターロックシステム60はタイミングシステム50に対して減速制御指令613を出力し、タイミングシステム50から電源制御装置45に減速制御開始タイミング信号516が出力される。電源制御装置45は減速制御データ706を更新する(ステップS822)。   After the update control of the emission condition cancellation data 704 is completed, the irradiation control device 44 determines whether the next target energy data exists (step S820). If it is determined that the next target energy is present, the accumulated beam charge amount 151 in the synchrotron 13 is measured by the accumulated beam amount detection means 15, and the irradiation control unit 44 is sufficient for beam irradiation of the next target energy. If it is determined that the accumulated beam charge amount 151 is present (step S 840) and it is determined that the accumulated beam charge amount 151 in the synchrotron 13 is a sufficient amount for beam irradiation, the irradiation control device 44 determines the target energy The data is updated (step S821). On the other hand, when it is determined that the accumulated beam charge amount 151 in the synchrotron 13 is depleted, the irradiation control device 44 outputs the deceleration control request signal 444 to the interlock system 60. The interlock system 60 outputs the deceleration control command 613 to the timing system 50, and the timing system 50 outputs the deceleration control start timing signal 516 to the power control device 45. The power supply control device 45 updates the deceleration control data 706 (step S822).

なお、スポットスキャニング照射法のように線量を管理する照射領域が細かく指定されている場合には、ステップS840に記載した蓄積ビーム電荷量151の判定処理は省略し、ステップS818に示したように蓄積ビーム電荷量151を逐次判定することで適切に照射が可能である。
一方、ラスタースキャニング照射のように一様連続ビームでレイヤー内の照射を実施する際には、照射線量の一様度の担保を容易にしかつ、線量率を高めるため、照射途中にビーム枯渇が生じないように制御することが望ましい。そのため図6に示したように、次の目標エネルギーのビーム照射に十分な蓄積ビーム電荷量151があるか、ステップS840に示した判定処理を実施した上で目標エネルギーデータを更新する処理を設けている。
ステップS840においてシンクロトロン13内の蓄積ビーム電荷量151がビーム照射に十分な量であると判定された場合、照射制御装置44は、目標エネルギーデータの更新(ステップS821)後、インターロックシステム60に対してエネルギー変更要求信号443を出力する。インターロックシステム60は、タイミングシステム50に対してエネルギー変更指令611を出力し、タイミングシステム50は、電源制御装置45に対してエネルギー変更制御タイミング信号515を出力する。電源制御装置45は、エネルギー変更制御タイミング信号515に基づき、エネルギー変更制御データ705を更新する(ステップS824)。
When the irradiation area for controlling the dose is finely specified as in the spot scanning irradiation method, the process of determining the accumulated beam charge amount 151 described in step S 840 is omitted, and the accumulation is performed as shown in step S 818. The irradiation can be appropriately performed by sequentially determining the beam charge amount 151.
On the other hand, when performing irradiation in a layer with a uniform continuous beam like raster scanning irradiation, in order to facilitate uniform coverage of the irradiation dose and to increase the dose rate, beam depletion occurs during the irradiation It is desirable to control so as not to Therefore, as shown in FIG. 6, it is determined whether the accumulated beam charge amount 151 is sufficient for beam irradiation of the next target energy, or the processing of updating the target energy data is performed after performing the determination processing shown in step S840. There is.
When it is determined in step S840 that the accumulated beam charge amount 151 in the synchrotron 13 is an amount sufficient for beam irradiation, the irradiation control device 44 updates the target energy data (step S821) and then transmits the interlock system 60 to the interlock system 60. In response, an energy change request signal 443 is output. The interlock system 60 outputs an energy change command 611 to the timing system 50, and the timing system 50 outputs an energy change control timing signal 515 to the power supply control device 45. The power supply control device 45 updates the energy change control data 705 based on the energy change control timing signal 515 (step S824).

一方、ステップS820において次の目標エネルギーデータが存在しないと判定された場合、つまり、全てのエネルギーの照射が終了した場合、照射制御装置44はインターロックシステム60に対して減速制御要求信号444を出力する。インターロックシステム60はタイミングシステム50に対して減速制御指令613を出力し、タイミングシステム50から電源制御装置45に減速制御開始タイミング信号516が出力される。電源制御装置45は減速制御データ706を更新する(ステップS822)。   On the other hand, when it is determined in step S820 that the next target energy data does not exist, that is, when the irradiation of all the energy ends, the irradiation control device 44 outputs the deceleration control request signal 444 to the interlock system 60. Do. The interlock system 60 outputs the deceleration control command 613 to the timing system 50, and the timing system 50 outputs the deceleration control start timing signal 516 to the power control device 45. The power supply control device 45 updates the deceleration control data 706 (step S822).

タイミングシステム50は、減速制御データ706の更新完了に合わせて、減速制御終了タイミング信号517を出力する。インターロックシステム60は、減速制御終了タイミング信号517の入力に基づき、全てのエネルギーの照射を完了したか否か確認する(ステップS823)。全てのエネルギーの照射を完了した場合には、運転周期を終了する。   The timing system 50 outputs the deceleration control end timing signal 517 when the update of the deceleration control data 706 is completed. The interlock system 60 confirms whether or not the irradiation of all the energy has been completed based on the input of the deceleration control end timing signal 517 (step S823). When the irradiation of all the energy is completed, the operation cycle is ended.

また、全てのエネルギーの照射を完了せずに、減速制御に遷移した場合(ステップS823)には、再び、運転周期の開始に戻り、再び初期加速制御を開始する。   In addition, when the transition to the deceleration control is made without completing the irradiation of all the energy (step S823), the process returns to the start of the operation cycle again, and the initial acceleration control is started again.

運転周期の開始に戻り、再び初期加速制御を開始する場合、次の照射に必要な目標エネルギーと初期加速制御時の到達エネルギーは異なるため、到達エネルギーが目標エネルギーと一致するまで、エネルギー変更制御データの更新制御を実施する(図6のステップS812→ステップS824→ステップS811→ステップS812のフローを繰り返す)。到達エネルギーと目標エネルギーが一致したら、出射条件設定データ703の更新制御(ステップS813)に遷移する。   When returning to the start of the operation cycle and starting the initial acceleration control again, since the target energy required for the next irradiation and the reached energy at the initial acceleration control are different, energy change control data until the reached energy matches the target energy Update control is performed (the flow of step S812 → step S824 → step S811 → step S812 in FIG. 6 is repeated). If the reached energy and the target energy coincide with each other, the process shifts to update control of the emission condition setting data 703 (step S813).

本実施例の特徴である、多段出射運転時の制御データの出力例を図7Aおよび図7Bに示す。図7Aおよび図7Bでは、図3に示した運転制御データ70を用いた出力例を示しており、一回の運転周期内で出射可能なエネルギー数はEa、Eb、Ecの3種類である。図7Aは、3種類(Ea、Eb、Ec)の全てのエネルギーのイオンビーム10を一回の運転周期で出射制御した場合の偏向電磁石18の励磁電流値の変化を示しており、図7Bは、はじめの運転周期で2種類(Ea,Eb)のエネルギーのイオンビーム10を出射した後、蓄積イオンビームが枯渇したため減速制御に遷移して運転周期を更新し、次の運転周期で3種類目(Ec)のイオンビーム10を出射する場合の偏向電磁石18の励磁電流値の変化を示している。一般に、偏向電磁石18の励磁電流値とビームエネルギーは概ね比例関係にあるため、図7Aおよび図7Bは多段出射運転時のビームエネルギー変化と読むこともできる。   FIGS. 7A and 7B show examples of control data output during multistage emission operation, which is a feature of this embodiment. 7A and 7B show an output example using the operation control data 70 shown in FIG. 3, and the number of energy that can be emitted within one operation cycle is three types Ea, Eb and Ec. FIG. 7A shows a change in the excitation current value of the deflection electromagnet 18 in the case where the ion beam 10 of all the three types of energy (Ea, Eb, Ec) is controlled in one operation cycle, and FIG. After emitting the ion beam 10 of two types (Ea, Eb) of energy in the first operation cycle, the stored ion beam is depleted and transition to deceleration control to update the operation cycle, and the third type in the next operation cycle The change of the exciting current value of the deflection electromagnet 18 in the case of emitting the ion beam 10 of (Ec) is shown. In general, since the excitation current value of the deflection electromagnet 18 and the beam energy are in a roughly proportional relationship, FIGS. 7A and 7B can also be read as beam energy change during multistage emission operation.

図7Aおよび図7Bに共通するのは、各制御データ701〜706に対応した各タイミング信号511〜517が設定されており、各タイミング信号511〜517の入力に基づき、各制御データ701〜706が更新されている。   What is common to FIGS. 7A and 7B is that each timing signal 511 to 517 corresponding to each control data 701 to 706 is set, and each control data 701 to 706 is set based on the input of each timing signal 511 to 517. It has been updated.

まず、図7Aを用いて多段出射制御の出力例について説明する。電源制御装置45は、タイミングシステム50から加速制御タイミング信号511が入力されると、初期加速データ701を選択し、励磁電流データ更新制御を開始する。初期加速制御が終了すると、タイミングシステム50から出射条件設定タイミング信号512が電源制御装置45に入力される。電源制御装置45は、初段の出射エネルギーEaに対応した出射条件設定データ703aを出力する。この後、出射制御待機タイミング信号513の入力により、電源制御装置45は最終更新値を保持し、出射制御が実施される。出射制御が完了すると、タイミングシステム50から出射条件解除タイミング信号514が電源制御装置45に出力され、電源制御装置45は出射条件解除データ704aの更新出力を開始する。   First, an output example of multistage emission control will be described using FIG. 7A. When the acceleration control timing signal 511 is input from the timing system 50, the power supply control device 45 selects the initial acceleration data 701 and starts excitation current data update control. When the initial acceleration control ends, the emission condition setting timing signal 512 is input from the timing system 50 to the power control device 45. The power supply control device 45 outputs emission condition setting data 703 a corresponding to the emission energy Ea of the first stage. After that, the power control unit 45 holds the final update value by the input of the emission control standby timing signal 513, and the emission control is performed. When the emission control is completed, the emission condition cancellation timing signal 514 is output from the timing system 50 to the power supply control device 45, and the power supply control device 45 starts the update output of the extraction condition cancellation data 704a.

出射条件解除データ704aの更新制御の終了とともに、シンクロトロン13内の蓄積ビーム電荷量151を計測する。蓄積ビーム電荷量151が次のエネルギーのビーム出射量を満足することを確認した上で、タイミングシステム50は、エネルギー変更制御タイミング信号515を出力する。電源制御装置45は、現在の出射エネルギーEaと次の出射エネルギーEbとを接続するエネルギー変更制御データ705abを選択し、制御データの更新出力を開始する。これ以降、最後のエネルギーEcの出射制御を終了するまで、上記した出射条件設定制御、出射制御、出射条件解除制御、エネルギー変更制御を繰り返す。   The stored beam charge amount 151 in the synchrotron 13 is measured simultaneously with the end of the update control of the emission condition cancellation data 704a. After confirming that the accumulated beam charge amount 151 satisfies the beam emission amount of the next energy, the timing system 50 outputs the energy change control timing signal 515. The power supply control device 45 selects the energy change control data 705ab connecting the current emission energy Ea and the next emission energy Eb, and starts update output of the control data. After that, the above-described emission condition setting control, emission control, emission condition cancellation control, and energy change control are repeated until the emission control of the last energy Ec is finished.

最後のエネルギーEcの出射条件解除データ704cの更新制御が終了後、タイミングシステム50は、減速制御開始タイミング信号516を出力する。電源制御装置45は、減速制御タイミング信号516の入力に伴い、直前の出射条件解除データ704cに対応した減速制御データ706cを選択し、減速制御データの更新出力を開始する。なお、本実施例の減速制御では、エネルギーを低い方から高い方にビームを出射する制御をしているため(Ea<Eb<Ec)、減速制御で最大エネルギー(Einit)まで初期化励磁している。   After the update control of the emission condition cancellation data 704c of the last energy Ec ends, the timing system 50 outputs the deceleration control start timing signal 516. In response to the input of the deceleration control timing signal 516, the power supply control device 45 selects the deceleration control data 706c corresponding to the previous emission condition cancellation data 704c, and starts updating and outputting the deceleration control data. In the deceleration control of this embodiment, since the beam is controlled to be emitted from the low energy side to the high energy side (Ea <Eb <Ec), initialization excitation is performed up to the maximum energy (Einit) in the deceleration control. There is.

減速制御の終了に合わせて、タイミングシステム50は減速制御終了タイミング信号517を出力し、全てのエネルギーの出射制御が完了しているかを確認する。全てのエネルギーの出射制御が完了している場合、シンクロトロン13の運転周期を終了する。   At the end of the deceleration control, the timing system 50 outputs a deceleration control end timing signal 517 to check whether emission control of all the energy is completed. When emission control of all the energy is completed, the operation cycle of the synchrotron 13 is ended.

次に、図7Bに示したように多段出射運転時に運転周期を更新した場合について説明する。ここでは、図中の符号は図7Aと同一であり、図7Bでは、2番目のエネルギーEbの出射制御終了以降について説明する。   Next, as shown to FIG. 7B, the case where the driving | running period is updated at the time of multistage radiation | emission operation | movement is demonstrated. Here, the reference numerals in the figure are the same as in FIG. 7A, and in FIG. 7B, the end of the emission control of the second energy Eb will be described.

2番目のエネルギーEbの出射制御が終了時点でシンクロトロン13内の蓄積ビーム電荷量151を計測する。この計測結果が、ビームの枯渇等により次のビーム出射量を満足することができないと判定されたら、タイミングシステム50は、出射制御を終了したエネルギーに対応した減速制御開始タイミング信号516を出力する。電源制御装置45は、減速制御開始タイミング信号516の入力に基づき、直前の出射条件解除データ704bに連続して接続できる減速制御データ706bの更新制御を開始する。   At the end of emission control of the second energy Eb, the accumulated beam charge amount 151 in the synchrotron 13 is measured. If it is determined that the measurement result can not satisfy the next beam emission amount due to beam exhaustion or the like, the timing system 50 outputs a deceleration control start timing signal 516 corresponding to the energy for which the emission control has been completed. Based on the input of the deceleration control start timing signal 516, the power supply control device 45 starts update control of the deceleration control data 706b that can be continuously connected to the previous extraction condition cancellation data 704b.

減速制御終了タイミング信号517の入力に合わせて、全てのエネルギーの出射制御が完了しているかを確認する。全てのエネルギーの出射制御が完了していない場合は、引き続き、目標エネルギーをEbからEcに変更した上で、加速制御タイミング信号511を出力する。   According to the input of the deceleration control end timing signal 517, it is confirmed whether emission control of all the energy is completed. When the emission control of all the energy is not completed, the acceleration control timing signal 511 is output after changing the target energy from Eb to Ec.

加速制御タイミング信号511の入力により、初期加速制御データ701の更新を開始する。初期加速制御が終了後、到達エネルギーと目標エネルギーを比較する。この際、初期加速制御データ701の到達エネルギーはEaであり、目標エネルギーはEcであるため、エネルギー変更制御タイミング信号515を出力する。電源制御装置45は、エネルギー変更制御タイミング信号515に基づき、エネルギー変更制御データ705abの更新し、エネルギー変更制御を実施する。エネルギー変更制御終了後、再び到達エネルギーと目標エネルギーを比較する。エネルギー変更制御後の到達エネルギーはEbであり、目標エネルギーはEcであるため、引き続き、エネルギー変更制御タイミング信号515を出力し、エネルギー変更制御データ705bcを更新する。このような制御を繰り返すことで、到達エネルギーを目標エネルギーと同じEcまで加速する。その後は、上記に示した出射制御および減速制御と同じ制御を実施する。   The input of the acceleration control timing signal 511 starts updating of the initial acceleration control data 701. After the initial acceleration control is completed, the reached energy is compared with the target energy. At this time, since the arrival energy of the initial acceleration control data 701 is Ea and the target energy is Ec, the energy change control timing signal 515 is output. The power supply control device 45 updates the energy change control data 705ab based on the energy change control timing signal 515 and carries out the energy change control. After the end of the energy change control, the reached energy and the target energy are again compared. Since the energy reached after the energy change control is Eb and the target energy is Ec, the energy change control timing signal 515 is continuously output to update the energy change control data 705bc. Repeating such control accelerates the reaching energy to the same Ec as the target energy. Thereafter, the same control as the emission control and the deceleration control described above is performed.

以上のように本実施の形態では、シンクロトロン13の出射ビームエネルギーの変更制御を短時間で実現する多段出射制御運転において、制御データ701〜706が複数のエネルギーに対応した減速制御データ706を有し、どのエネルギーからも速やかに減速制御へ遷移可能とすることで、シンクロトロン13内の蓄積ビーム電荷量151が不足してイオンビーム10の照射を中断した場合に運転周期の更新を短時間で実現し、線量率を向上し治療時間を短縮することができる。   As described above, in the present embodiment, the control data 701 to 706 have the deceleration control data 706 corresponding to a plurality of energies in the multistage emission control operation for realizing the change control of the emission beam energy of the synchrotron 13 in a short time. By making it possible to quickly shift to deceleration control from any energy, when the accumulated beam charge amount 151 in the synchrotron 13 runs short and the irradiation of the ion beam 10 is interrupted, the operation cycle can be updated in a short time. It is possible to improve the dose rate and shorten the treatment time.

また、粒子線照射システムを構成する機器に異常が生じてイオンビーム10の照射を中断した場合にも、出射エネルギーから減速制御に直接遷移し、運転周期の更新を短時間でかつ安全に実現することができる。   In addition, even when the equipment constituting the particle beam irradiation system is abnormal and the irradiation of the ion beam 10 is interrupted, the outgoing energy is directly transferred to the deceleration control to realize the update of the operation cycle in a short time and safely. be able to.

また、ビームの枯渇等のビーム照射中断要因の発生による減速制御の終了後、ビーム未照射のエネルギーが存在し、運転周期を更新する場合において、初期加速制御が終了後或いはエネルギー変更制御終了後の到達エネルギーが次の目標エネルギーと一致しない場合は、出射制御データの更新制御(出射条件設定制御および出射条件解除制御)を行うことなく、直ちにエネルギー変更制御を実施して到達エネルギーを目標エネルギーまで加速するため、短時間でのエネルギー変更制御を実現し、線量率を向上し治療時間を短縮することが可能となる。   In addition, after completion of deceleration control due to occurrence of beam irradiation interruption factor such as beam exhaustion, energy of non-irradiated beam exists, and when updating the operation cycle, after completion of initial acceleration control or after completion of energy change control If the reaching energy does not match the next target energy, the energy change control is immediately performed to accelerate the reaching energy to the target energy without updating the emission control data (the emission condition setting control and the emission condition canceling control). Therefore, it is possible to realize energy change control in a short time, improve the dose rate and shorten the treatment time.

また、運転制御データ70を構成する制御データ701〜706を、シンクロトロン13を構成する機器に直接与えられる制御量である電流/電圧の時系列データによって構成したため、パラメータの変更演算が不要となり、機器構成および制御手段を単純化できる。   Further, since the control data 701 to 706 constituting the operation control data 70 are constituted by time-series data of current / voltage which is a control amount directly given to the device constituting the synchrotron 13, the change calculation of the parameter becomes unnecessary. The equipment configuration and control means can be simplified.

更に、記憶装置42に、想定されるあらゆる患者36の照射条件に対応した全てのエネルギーのビーム出射を可能とする制御データがモジュールデータとして記憶しておき、統括制御装置41は、照射条件421に基づいて制御データ701〜706を選択して電源制御装置45に記憶しておく。照射条件421に基づいて運転制御データ70を構成するため、ビーム照射に寄与しない無駄時間(シンクロトロン13の入射ビームエネルギーから照射開始エネルギーまでの制御時間および照射終了エネルギーから減速終了エネルギーまでの制御時間)が無くなるため、所望のエネルギー範囲のビーム照射を短い運転周期で行い、線量率を向上し治療時間を短縮することが可能となる。   Furthermore, control data for enabling beam emission of all the energy corresponding to the assumed irradiation conditions of any patient 36 is stored as module data in the storage device 42, and the general control device 41 stores the irradiation conditions 421 in the irradiation conditions 421. Based on the control data 701 to 706 are selected and stored in the power control device 45. Since the operation control data 70 is configured based on the irradiation condition 421, dead time not contributing to beam irradiation (control time from the incident beam energy of the synchrotron 13 to the irradiation start energy and control time from the irradiation end energy to the deceleration end energy Since the radiation of the desired energy range is performed with a short operation cycle, the dose rate can be improved and the treatment time can be shortened.

次に、シンクロトロン13の四極電磁石19の多段出射運転時の制御データの出力例を図8Aに、六極電磁石21の多段出射運転時の制御データの出力例を図8Bに示す。なお、以下の実施例は、記憶装置42に記憶する運転制御データをシンクロトロン13内の磁場強度の時系列データとして用意した場合のものである。   Next, FIG. 8A shows an output example of control data at the time of multistage emission operation of the four-pole electromagnet 19 of the synchrotron 13 and FIG. 8B shows an output example of control data at the multistage emission operation of the hexapole electromagnet 21. In the following embodiment, operation control data stored in the storage unit 42 is prepared as time series data of magnetic field intensity in the synchrotron 13.

四極電磁石19はシンクロトロン13周回中の粒子のベータトロン振動数を制御するため、六極電磁石21はシンクロトロン13から粒子を取り出すための安定限界を形成させるために設置している。   In order to control the betatron frequency of the particles in circulation of the synchrotron 13, the quadrupole electromagnet 19 is provided to form a stability limit for taking out the particles from the synchrotron 13.

図8Aは、四極電磁石19における異なる出射エネルギーに対応した多段出射の運転制御パターンである。   FIG. 8A is an operation control pattern of multistage radiation corresponding to different radiation energy in the quadrupole electromagnet 19.

ここで本実施例の粒子線照射システムは、磁場強度を変更することで、ベータトロン振動数を共鳴線に近付け、ビームを出射できる状態にする若しくはその状態を解除するために、その運転制御に用いる出射条件データ702を有している。さらに本実施例において、この出射条件データ702は、出射条件設定データ703と出射条件解除データ704という二つのデータモジュールに分割されている。 また、出射条件設定データ703の開始値と出射条件解除データ704の終了値、例えば図8Aの703aの開始値703aと704aの終了値704aとは、連続的に接続できるように同じ値(例えば図8Aの703aと704aとが同じ磁場強度B)にしておく。
また、出射条件設定データ703の終了値と出射条件解除データ704の開始値、例えば図8Aの703aの終了値703aと704aの開始値704aとは同じ値(例えば図8Aの703aと704aとが同じ磁場強度B)にしておき、その間は一定値にしておく。
このような制御を実現することで、出射制御を実施せずにエネルギー変更へ遷移する際、電流指令値が不連続になることを防ぐことができる。
Here, the particle beam irradiation system of the present embodiment brings the betatron frequency close to the resonance line by changing the magnetic field strength, and makes the operation control possible in order to make the beam emission possible state or release state. It has emission condition data 702 to be used. Further, in the present embodiment, the emission condition data 702 is divided into two data modules of emission condition setting data 703 and emission condition cancellation data 704. Further, the end value of the start value and the exit condition release data 704 of the exit condition setting data 703, for example, the end value 704a 2 start value 703a 1 and 704a of 703a in FIG. 8A, the same value as can be continuously connected ( For example, 703a 1 and 704a 2 in FIG. 8A have the same magnetic field strength B d E a ).
Moreover, the start value of the end value of the emission condition setting data 703 and the exit condition release data 704, for example, the start value 704a 1 exit values 703a 2 and 704a of 703a in FIG. 8A and 703a 2 of the same value (e.g., FIG. 8A 704a The same magnetic field strength B s E a ) is set to 1 and kept constant during that time.
By realizing such control, it is possible to prevent the current command value from becoming discontinuous when transitioning to energy change without implementing emission control.

なお、本実施例では、出射条件設定データ703と、出射条件解除データ704は、その内側において直線で磁場強度の変化を示しているが、その内側で磁場強度がなめらかに変化した場合でも、同様の効果が得られる。   In the present embodiment, although the emission condition setting data 703 and the emission condition cancellation data 704 show the change of the magnetic field strength in a straight line on the inner side, the same is true even when the magnetic field strength changes smoothly on the inner side. The effect of

このように、出射条件設定データ703の開始点と出射条件解除データ704の終了点とを一致させることによって、エネルギー変更(又は初期加速)後の制御が、ビーム出射制御の場合とエネルギー変更制御の場合のいずれであっても電流指令値の連続性を担保することができ、電流値の連続性を確保するための計算等を少なくでき、制御の効率化・簡単化を達成することができる。また、出射条件設定データ703の終了点と出射条件解除データの開始点とを一致させることによって、ビーム出射可能な状態を形成する制御と解除する制御との切り換えにあたって、電流指令値の連続性が担保されるため、電流値の連続性を確保するための計算等を少なくでき、制御の効率化・簡単化を達成することができる。
加えて、エネルギー変更中は出射条件が設定されないため、ビーム損失を抑制することも可能である。
更に、出射条件設定/解除のみを目的とする四極電磁石(QDS)が必要でなく、シンクロトロンの大型化を抑制し、コストアップを抑えることもできる。
As described above, by matching the start point of the emission condition setting data 703 with the end point of the emission condition cancellation data 704, the control after the energy change (or the initial acceleration) is the case of the beam emission control and the control of the energy change control. In any of the cases, the continuity of the current command value can be secured, the calculation etc. for securing the continuity of the current value can be reduced, and control efficiency and simplification can be achieved. Further, by matching the end point of the emission condition setting data 703 with the start point of the emission condition cancellation data, the continuity of the current command value is changed in switching between control for forming a beam emission enable state and control for cancellation. Since it is secured, calculation etc. for securing the continuity of the current value can be reduced, and efficient and simplified control can be achieved.
In addition, it is possible to suppress the beam loss because the emission condition is not set during the energy change.
Furthermore, a quadruple electromagnet (QDS) aiming only at setting / releasing of the radiation condition is not necessary, so it is possible to suppress an increase in size of the synchrotron and to suppress an increase in cost.

まず、タイミングシステム50から加速制御開始タイミング信号511が出力されると、電源制御装置45は、初期加速制御データ701aを選択し、励磁電流データの更新制御を開始する。
加速制御の終了後、加速器制御装置40は周回するイオンビーム10bのエネルギーを確認し、インターロックシステム60にエネルギー判定信号402を出力する。到達エネルギーが目標エネルギーと一致する場合(この場合、到達エネルギーと目標エネルギーはともにEa)、インターロックシステム60は、タイミングシステム50に出射制御指令614を出力する。
タイミングシステム50はインターロックシステム60からの出射制御指令614に基づき、出射条件設定タイミング信号512を出力する。電源制御装置45は、出射条件設定タイミング信号512に基づき、出射エネルギーEaに対応した出射制御データ702aを更新し、出射条件設定データ703a内において磁場強度を出射準備の状態Bから出射可能な状態Bに変化させる。これと並行して照射制御装置44が出射制御許可信号441を出力し、出射用高周波信号の印加処理が行われ、出射制御待機タイミング信号513の入力により、電源制御装置45は最終更新値を保持し、ビームの出射制御が実施される。
ビーム出射制御により患部37への照射線量が満了すると、照射制御装置44は、出射用制御許可信号441の出力を停止し、出射用高周波信号の印加処理を停止する。そして、電源制御装置45は出射条件解除タイミング信号514に基づき出射エネルギーEaに対応した出射条件解除データ704aを更新し、出射条件解除データ704a内において磁場強度を出射可能な状態Bから出射準備の状態Bに変化させる。
First, when the acceleration control start timing signal 511 is output from the timing system 50, the power supply control device 45 selects the initial acceleration control data 701a and starts updating control of the excitation current data.
After the end of the acceleration control, the accelerator control device 40 confirms the energy of the circulating ion beam 10 b and outputs an energy determination signal 402 to the interlock system 60. When the reached energy matches the target energy (in this case, both the reached energy and the target energy are Ea), the interlock system 60 outputs the emission control command 614 to the timing system 50.
The timing system 50 outputs a radiation condition setting timing signal 512 based on the radiation control command 614 from the interlock system 60. The power supply control device 45 updates the emission control data 702a corresponding to the emission energy Ea based on the emission condition setting timing signal 512, and can emit the magnetic field intensity from the emission preparation state B d E a in the emission condition setting data 703a. It changes to the normal state B s E a . In parallel with this, the irradiation control device 44 outputs the emission control permission signal 441, the application processing of the high frequency signal for emission is performed, and the power control device 45 holds the final update value by the input of the emission control standby timing signal 513. Beam emission control is implemented.
When the irradiation dose to the affected area 37 has expired due to the beam emission control, the irradiation control device 44 stops the output of the emission control permission signal 441 and stops the application process of the emission high frequency signal. Then, the power control device 45 updates the emission condition cancellation data 704a corresponding to the emission energy Ea based on the emission condition cancellation timing signal 514, and the magnetic field intensity can be emitted in the emission condition cancellation data 704a from the state B s E a Change to the preparation state B d E a .

照射制御装置44は引き続き、次の照射エネルギーの有無とシンクロトロン13内の蓄積ビーム電荷量151の計測結果に基づき、インターロックシステム60にエネルギー変更要求信号443を出力する。
インターロックシステム60は、タイミングシステム50に対してエネルギー変更指令611を出力し、タイミングシステム50は蓄積ビームを次のエネルギーに加速するため、エネルギー変更制御タイミング信号515を出力する。電源制御装置45は、このエネルギー変更制御タイミング信号515に基づき、出射エネルギーEbに対応したエネルギー変更制御データ705abの更新制御を開始する。
エネルギー変更制御データ705abによるビーム加速が終了した後、加速器制御装置40は初段の出射エネルギーEaのビーム出射制御と同様に、到達エネルギーと目標エネルギーの一致を確認する。そして、電源制御装置45は出射エネルギーEbに対応した出射制御データ702bを用いて、出射条件設定データ703b内において磁場強度を出射準備の状態Bから出射可能な状態Bに変更して、ビームを出射する。ビーム停止後は出射条件解除データ704bを用いて出射条件解除データ704b内において磁場強度を出射可能な状態Bから出射準備の状態Bに変化させる。
The irradiation control device 44 subsequently outputs an energy change request signal 443 to the interlock system 60 based on the presence or absence of the next irradiation energy and the measurement result of the accumulated beam charge amount 151 in the synchrotron 13.
The interlock system 60 outputs an energy change command 611 to the timing system 50, and the timing system 50 outputs an energy change control timing signal 515 to accelerate the stored beam to the next energy. The power supply control device 45 starts update control of the energy change control data 705ab corresponding to the emitted energy Eb based on the energy change control timing signal 515.
After completion of beam acceleration based on the energy change control data 705ab, the accelerator control device 40 confirms the agreement between the reached energy and the target energy, as in the beam emission control of the emission energy Ea of the first stage. Then, using the emission control data 702b corresponding to the emission energy Eb, the power supply control device 45 changes the magnetic field strength in the emission condition setting data 703b from the state B d E b of the preparation for emission to the state B s E b Emits a beam. After stopping the beam, the emission condition cancellation data 704b is used to change the magnetic field intensity from the state B s E b capable of emission to the state B d E b of the radiation preparation in the emission condition cancellation data 704b.

二段目の出射エネルギーEbの出射制御が終了した時点で、照射制御装置44は次の照射データがあることを確認(図6におけるステップS820)した後、シンクロトロン13内の蓄積ビーム電荷量151を計測する。この計測結果が、次のビーム出射量を満足することができないと判定されると、照射制御装置44は、減速制御要求信号444をインターロックシステム60に伝送する。
インターロックシステム60は、減速制御要求信号444に基づき、タイミングシステム50に対して、減速制御指令613を伝送する。タイミングシステム50は、減速制御指令613の入力に基づき、減速制御開始タイミング信号516を出力する。電源制御装置45は、減速制御開始タイミング信号516により、直前の出射エネルギーEbに対応した減速制御データ706bを選択し、減速制御データ706bの更新制御を開始し、初期化エネルギー(Einit)に対応した磁場強度BEinitから入射エネルギー(Einj)に対応した磁場強度BEinjに変化させる。
At the end of the emission control of the second-stage emission energy Eb, the irradiation control unit 44 confirms that there is the next irradiation data (step S 820 in FIG. 6), and then the accumulated beam charge amount 151 in the synchrotron 13 Measure If it is determined that the measurement result can not satisfy the next beam emission amount, the irradiation control device 44 transmits the deceleration control request signal 444 to the interlock system 60.
The interlock system 60 transmits the deceleration control command 613 to the timing system 50 based on the deceleration control request signal 444. The timing system 50 outputs a deceleration control start timing signal 516 based on the input of the deceleration control command 613. The power supply control device 45 selects the deceleration control data 706b corresponding to the previous emission energy Eb according to the deceleration control start timing signal 516, starts update control of the deceleration control data 706b, and corresponds to the initialization energy (Einit). The magnetic field strength BE init is changed to the magnetic field strength BE inj corresponding to the incident energy (Einj).

タイミングシステム50は、減速制御データ706bの更新の終了と合わせて減速終了タイミング信号517を出力した後、次の照射データがあるため、目標エネルギーをEbからEcに変更した上で、運転周期を更新し、加速制御開始タイミング信号511を出力する。   The timing system 50 outputs the deceleration end timing signal 517 at the same time as the end of the update of the deceleration control data 706b, and then updates the operation cycle after changing the target energy from Eb to Ec because there is the next irradiation data. The acceleration control start timing signal 511 is output.

電源制御装置45は、加速制御開始タイミング信号511の入力により、初期加速制御データ701aの更新制御を開始する。
加速制御終了後、加速器制御装置40は到達エネルギーと目標エネルギーとを比較する。この際、初期加速制御データ701aでの到達エネルギーはEaである一方、目標エネルギーはEcである。このため、出射エネルギーが一致しない(Ea≠Ec)。
そこで、照射制御装置44は到達エネルギーと目標エネルギーが一致するまで、出射制御許可信号441を出力せず、出射用高周波信号は印加しない。一方、タイミングシステム50は、エネルギー変更制御タイミング信号515を目標エネルギーに到達するまで繰り返し出力する。電源制御装置45は、タイミングシステム50からのタイミング信号に基づき、エネルギー変更制御データ705ab、エネルギー変更制御データ705bcを順次更新制御する。
到達エネルギーが目標エネルギーEcに一致するまでビームを加速した後、電源制御装置45は、出射条件設定タイミング信号512に基づき、出射エネルギーEcに対応した出射条件設定データ703cを更新し、磁場強度を出射準備の状態Bから出射可能な状態Bに変化させる。これと並行して照射制御装置44は出射制御許可信号441を出力し、出射用高周波信号の印加処理が行われ、出射制御待機タイミング信号513の入力により、電源制御装置45は最終更新値を保持し、ビームが出射される。
ビーム出射制御の終了後、電源制御装置45は、出射条件解除タイミング信号514に基づき出射エネルギーEcに対応した出射条件解除データ704cを更新し、磁場強度を出射可能な状態Bから出射条件を解除した状態Bに変化させるとともに、照射制御装置44は次の照射データを確認する。本出力例では、次の照射エネルギーはない(Ecが最終エネルギー)ため、照射制御装置44は照射完了信号445をインターロックシステム60に伝送する。インターロックシステム60はタイミングシステム50に対して、次の運転周期の制御が無いことを示す照射完了指令612を伝送する。タイミングシステム50は、減速制御開始タイミング信号516を出力する。電源制御装置45は、この減速制御開始タイミング信号516に基づき、減速制御に遷移する。
減速制御では、直前の出射エネルギーEcに対応した減速制御データ706cを選択し、減速制御データ706cの更新制御を開始する。減速制御データ706cは、運転周期毎の磁場履歴を一定に保つため、初期化エネルギー(Einit)に対応した磁場強度BEinitまで高めた後に入射エネルギー(Einj)に対応したBEinjまで減速制御を実施する。タイミングシステム50は、減速制御データ706cの更新の終了と合わせて減速制御終了タイミング信号517を出力し、照射完了指令612に基づき、照射を完了する。
The power supply control device 45 starts updating control of the initial acceleration control data 701 a in response to the input of the acceleration control start timing signal 511.
After completion of the acceleration control, the accelerator control device 40 compares the reached energy with the target energy. At this time, the reaching energy in the initial acceleration control data 701a is Ea, while the target energy is Ec. Because of this, the emitted energy does not match (Ea ≠ Ec).
Therefore, the irradiation control device 44 does not output the emission control permission signal 441 and does not apply the high frequency signal for emission until the arrival energy and the target energy match. On the other hand, the timing system 50 repeatedly outputs the energy change control timing signal 515 until the target energy is reached. The power supply control device 45 sequentially updates and controls the energy change control data 705ab and the energy change control data 705bc based on the timing signal from the timing system 50.
After accelerating the beam until the reaching energy matches the target energy Ec, the power supply control device 45 updates the emitting condition setting data 703c corresponding to the emitting energy Ec based on the emitting condition setting timing signal 512, and emits the magnetic field intensity. from state B d E c of preparation alters the extractable state B s E c. In parallel with this, the irradiation control device 44 outputs the emission control permission signal 441 and the application processing of the emission high frequency signal is performed, and the power control device 45 holds the final updated value by the input of the emission control standby timing signal 513 And the beam is emitted.
After the end of the beam extraction control, the power controller 45, emits conditions based on the release timing signal 514 to update the emission condition release data 704c corresponding to the emission energy Ec, exit conditions of the magnetic field strength from the extractable state B s E c Is changed to the released state B d E c , and the irradiation control device 44 confirms the next irradiation data. In this output example, the irradiation control device 44 transmits the irradiation completion signal 445 to the interlock system 60 because there is no next irradiation energy (Ec is the final energy). The interlock system 60 transmits, to the timing system 50, an irradiation completion command 612 indicating that there is no control of the next operation cycle. The timing system 50 outputs a deceleration control start timing signal 516. The power supply control device 45 transitions to deceleration control based on the deceleration control start timing signal 516.
In the deceleration control, the deceleration control data 706c corresponding to the previous emission energy Ec is selected, and update control of the deceleration control data 706c is started. In the deceleration control data 706c, in order to keep the magnetic field history for each operation cycle constant, deceleration control is performed to BE inj corresponding to the incident energy (Einj) after increasing to the magnetic field strength BE init corresponding to the initialization energy (Einit) Do. The timing system 50 outputs the deceleration control end timing signal 517 at the same time as the end of the update of the deceleration control data 706 c, and completes the irradiation based on the irradiation completion command 612.

図8Bは、六極電磁石21における異なる出射エネルギーに対応した多段出射の運転制御パターンである。   FIG. 8B is an operation control pattern of multistage radiation corresponding to different radiation energy in the hexapole electromagnet 21.

六極電磁石21においても、出射制御データ702は、出射条件設定データ703と出射条件解除データ704とに分割されている。
その上で、出射条件設定データ703の開始値と出射条件解除データ704の終了値、例えば図8Bの703aの開始値703aと704aの終了値704aとを、連続的に接続できるように同じ値(例えば図8Bの703aと704aとが同じ磁場強度BEinj)にしておく。 また、出射条件設定データ703の終了値と出射条件解除データ704の開始値、例えば図8Bの703aの終了値703aと704aの開始値704aとは同じ値(例えば図8Bの703aと704aとが同じ磁場強度BE)にしておき、その間は一定値にしておく。
このような制御を実現することで、出射制御を省略しエネルギー変更をする際、電流指令値が不連続になることによるビームの損失が削減可能となる。
Also in the hexapole electromagnet 21, the emission control data 702 is divided into the emission condition setting data 703 and the emission condition cancellation data 704.
On top of that, the start and end values of the emission conditions cancellation data 704 of the exit condition setting data 703, for example, and end values 704a 2 start value 703a 1 and 704a of 703a in FIG. 8B, the same as it continuously connected A value (for example, 703 a 1 and 704 a 2 in FIG. 8B have the same magnetic field strength BE inj ). Moreover, the start value of the end value of the emission condition setting data 703 and the exit condition release data 704, for example, the start value 704a 1 exit values 703a 2 and 704a of 703a in FIG. 8B and 703a 2 of the same value (e.g., FIG. 8B 704a 1 and the same magnetic field strength BE a ), and in the meantime, keep a constant value.
By realizing such control, it is possible to reduce the loss of the beam due to the discontinuity of the current command value when the emission control is omitted and the energy is changed.

なお、本実施例では、出射条件設定データ703と、出射条件解除データ704は、その内側において直線で磁場強度の変化を示しているが、その内側で磁場強度がなめらかに変化した場合でも、同様の効果が得られる。   In the present embodiment, although the emission condition setting data 703 and the emission condition cancellation data 704 show the change of the magnetic field strength in a straight line on the inner side, the same is true even when the magnetic field strength changes smoothly on the inner side. The effect of

このように、出射条件設定データ703の開始点と出射条件解除データ704の終了点とを一致させることによって、エネルギー変更(又は初期加速)後の制御が、ビーム出射制御の場合とエネルギー変更制御の場合のいずれであっても電流指令値の連続性を担保することができ、電流値の連続性を確保するための計算等を少なくでき、制御の効率化・簡単化を達成することができる。また、出射条件設定データ703の終了点と出射条件解除データの開始点とを一致させることによって、ビーム出射可能な状態を形成する制御と解除する制御との切り換えにあたって、電流指令値の連続性が担保されるため、電流値の連続性を確保するための計算等を少なくでき、制御の効率化・簡単化を達成することができる。
加えて、エネルギー変更中は出射条件が設定されないため、ビーム損失を抑制することも可能である。
As described above, by matching the start point of the emission condition setting data 703 with the end point of the emission condition cancellation data 704, the control after the energy change (or the initial acceleration) is the case of the beam emission control and the control of the energy change control. In any of the cases, the continuity of the current command value can be secured, the calculation etc. for securing the continuity of the current value can be reduced, and control efficiency and simplification can be achieved. Further, by matching the end point of the emission condition setting data 703 with the start point of the emission condition cancellation data, the continuity of the current command value is changed in switching between control for forming a beam emission enable state and control for cancellation. Since it is secured, calculation etc. for securing the continuity of the current value can be reduced, and efficient and simplified control can be achieved.
In addition, it is possible to suppress the beam loss because the emission condition is not set during the energy change.

まず、タイミングシステム50から加速制御開始タイミング信号511が出力されると、電源制御装置45は、初期加速制御データ701aを選択し、励磁電流データの更新制御を開始する。
加速制御の終了後、加速器制御装置40は周回するイオンビーム10bのエネルギーを確認し、インターロックシステム60にエネルギー判定信号402を出力する。到達エネルギーが目標エネルギーと一致する場合(この場合、到達エネルギーと目標エネルギーはともにEa)、インターロックシステム60は、タイミングシステム50に出射制御指令614を出力する。
タイミングシステム50はインターロックシステム60からの出射制御指令614に基づき、出射条件設定タイミング信号512を出力する。電源制御装置45は、出射条件設定タイミング信号512に基づき、出射エネルギーEaに対応した出射制御データ702aを更新し、出射条件設定データ703a内において磁場強度を出射準備の状態BEinjから出射可能な状態BEに変化させる。これと並行して照射制御装置44が出射制御許可信号441を出力し、出射用高周波信号の印加処理が行われ、出射制御待機タイミング信号513の入力により、電源制御装置45は最終更新値を保持し、ビームの出射制御が実施される。
ビーム出射制御により患部37への照射線量が満了すると、照射制御装置44は、出射用制御許可信号441の出力を停止し、出射用高周波信号の印加処理を停止する。そして、電源制御装置45は出射条件解除タイミング信号514に基づき出射エネルギーEaに対応した出射条件解除データ704aを更新し、出射条件解除データ704a内において磁場強度を出射可能な状態BEから出射準備の状態BEinjに変化させる。
First, when the acceleration control start timing signal 511 is output from the timing system 50, the power supply control device 45 selects the initial acceleration control data 701a and starts updating control of the excitation current data.
After the end of the acceleration control, the accelerator control device 40 confirms the energy of the circulating ion beam 10 b and outputs an energy determination signal 402 to the interlock system 60. When the reached energy matches the target energy (in this case, both the reached energy and the target energy are Ea), the interlock system 60 outputs the emission control command 614 to the timing system 50.
The timing system 50 outputs a radiation condition setting timing signal 512 based on the radiation control command 614 from the interlock system 60. The power supply control device 45 updates the emission control data 702a corresponding to the emission energy Ea based on the emission condition setting timing signal 512, and the magnetic field strength can be emitted from the state BE inj of the emission preparation in the emission condition setting data 703a. Change to BE a . In parallel with this, the irradiation control device 44 outputs the emission control permission signal 441, the application processing of the high frequency signal for emission is performed, and the power control device 45 holds the final update value by the input of the emission control standby timing signal 513. Beam emission control is implemented.
When the irradiation dose to the affected area 37 has expired due to the beam emission control, the irradiation control device 44 stops the output of the emission control permission signal 441 and stops the application process of the emission high frequency signal. Then, the power control unit 45 updates the exit condition release data 704a corresponding to the emission energy Ea based on the exit condition release timing signal 514, the extraction preparing the magnetic field strength in the exit condition release data 704a from the output possible state BE a Change to the state BE inj .

照射制御装置44は引き続き、次の照射エネルギーの有無とシンクロトロン13内の蓄積ビーム電荷量151の計測結果に基づき、インターロックシステム60にエネルギー変更要求信号443を出力する。
インターロックシステム60は、タイミングシステム50に対してエネルギー変更指令611を出力し、タイミングシステム50は蓄積ビームを次のエネルギーに加速するため、エネルギー変更制御タイミング信号515を出力する。電源制御装置45は、このエネルギー変更制御タイミング信号515に基づき、出射エネルギーEbに対応したエネルギー変更制御データ705abの更新制御を開始する。
エネルギー変更制御データ705abによるビーム加速の終了後、加速器制御装置40は初段の出射エネルギーEaのビーム出射制御と同様に、到達エネルギーと目標エネルギーの一致を確認し、電源制御装置45は出射エネルギーEbに対応した出射制御データ702bを用いて、出射条件設定データ703b内において磁場強度を出射準備の状態BEinjから出射可能な状態BEに変化させてビームを出射する。ビーム停止後は出射条件解除データ704bを用いて、出射条件解除データ704b内において磁場強度を出射可能な状態BEから出射準備の状態BEinjに変化させる。
The irradiation control device 44 subsequently outputs an energy change request signal 443 to the interlock system 60 based on the presence or absence of the next irradiation energy and the measurement result of the accumulated beam charge amount 151 in the synchrotron 13.
The interlock system 60 outputs an energy change command 611 to the timing system 50, and the timing system 50 outputs an energy change control timing signal 515 to accelerate the stored beam to the next energy. The power supply control device 45 starts update control of the energy change control data 705ab corresponding to the emitted energy Eb based on the energy change control timing signal 515.
After the end of beam acceleration based on the energy change control data 705ab, the accelerator control device 40 confirms the coincidence between the reaching energy and the target energy as in the beam emission control of the emission energy Ea of the first stage, and the power supply controller 45 sets the emission energy Eb. using the extraction control data 702b corresponding, in the exit condition setting data 703b is changed from the state bE inj the extractable state bE b of extraction preparing the magnetic field strength for emitting a beam. After the beam stop with exit condition release data 704b, to vary the magnetic field strength in the exit condition release data 704b from the emission ready BE b to the state BE inj of extraction preparation.

二段目の出射エネルギーEbの出射制御が終了した時点で、照射制御装置44は次の照射データがあることを確認(図6におけるステップS820)した後、シンクロトロン内の蓄積ビーム量151を計測する。この計測結果が、次のビーム出射量を満足することができないと判定されると、照射制御装置44は、減速制御要求信号444をインターロックシステム60に伝送する。
インターロックシステム60は、減速制御要求信号444に基づき、タイミングシステム50に対して、減速制御指令613を伝送する。タイミングシステム50は、減速制御指令613の入力に基づき、減速制御開始タイミング信号516を出力する。電源制御装置45は、減速制御開始タイミング信号516により、直前の出射エネルギーEbに対応した減速制御データ706bを選択し、減速制御データ706bの更新制御を開始する。
At the end of the emission control of the second-stage emission energy Eb, the irradiation control unit 44 confirms that there is the next irradiation data (step S 820 in FIG. 6), and measures the accumulated beam amount 151 in the synchrotron Do. If it is determined that the measurement result can not satisfy the next beam emission amount, the irradiation control device 44 transmits the deceleration control request signal 444 to the interlock system 60.
The interlock system 60 transmits the deceleration control command 613 to the timing system 50 based on the deceleration control request signal 444. The timing system 50 outputs a deceleration control start timing signal 516 based on the input of the deceleration control command 613. The power supply control device 45 selects the deceleration control data 706b corresponding to the previous emission energy Eb according to the deceleration control start timing signal 516, and starts the update control of the deceleration control data 706b.

タイミングシステム50は、減速制御データ706bの更新の終了と合わせて減速終了タイミング信号517を出力した後、次の照射データがあるため、目標エネルギーをEbからEcに変更した上で、運転周期を更新し、加速制御開始タイミング信号511を出力する。   The timing system 50 outputs the deceleration end timing signal 517 at the same time as the end of the update of the deceleration control data 706b, and then updates the operation cycle after changing the target energy from Eb to Ec because there is the next irradiation data. The acceleration control start timing signal 511 is output.

電源制御装置45は、加速制御開始タイミング信号511の入力により、加速制御データ701aの更新制御を開始する。
加速制御終了後、加速器制御装置40は到達エネルギーと目標エネルギーを比較する。この際、初期加速制御データ701aでの到達エネルギーはEaである一方、目標エネルギーはEcであるため、出射エネルギーが一致しない(Ea≠Ec)。
そこで、照射制御装置44は到達エネルギーと目標エネルギーが一致するまで、出射制御許可信号441を出力せず、出射用高周波信号は印加しない。一方、タイミングシステム50は、エネルギー変更制御タイミング信号515を目標エネルギーに到達するまで繰り返し出力する。電源制御装置45は、タイミングシステム50からのタイミング信号に基づき、エネルギー変更制御データ705ab、エネルギー変更制御データ705bcを順次更新制御する。
到達エネルギーが目標エネルギーEcに一致するまでビームを加速した後、照射制御装置44は出射制御許可信号441を出力し、電源制御装置45は出射条件設定タイミング信号512に基づき、出射エネルギーEcに対応した出射制御データ702cを更新し、出射条件設定データ703c内において磁場強度を出射準備の状態BEinjから出射可能な状態BEに変化させることで出射用高周波信号の印加処理が行われ、出射制御待機タイミング信号513の入力により、電源制御装置45は最終更新値を保持し、ビームが出射される。ビーム出射制御が終了した後は、電源制御装置45は、出射条件解除タイミング信号514に基づき出射エネルギーEcに対応した出射条件解除データ704cを更新し、磁場強度を出射可能な状態BEから出射条件を解除した状態BEinjに変化させるとともに、照射制御装置44は次の照射データを確認する。本出力例では、次の照射エネルギーはない(Ecが最終エネルギー)ため、照射制御装置44は照射完了信号445をインターロックシステム60に伝送する。インターロックシステム60はタイミングシステム50に対して、次の運転周期の制御が無いことを示す照射完了指令612を伝送する。タイミングシステム50は、減速制御開始タイミング信号516を出力する。電源制御装置45は、この減速制御開始タイミング信号516に基づき、減速制御に遷移する。
減速制御では、直前の出射エネルギーEcに対応した減速制御データ706cを選択し、減速制御データ706cの更新制御を開始する。タイミングシステム50は、減速制御データ706cの更新の終了と合わせて減速制御終了タイミング信号517を出力し、照射完了指令612に基づき、照射を完了する。
The power supply control device 45 starts updating control of the acceleration control data 701 a by the input of the acceleration control start timing signal 511.
After completion of the acceleration control, the accelerator control device 40 compares the reached energy with the target energy. At this time, since the arrival energy in the initial acceleration control data 701a is Ea and the target energy is Ec, the emission energy does not match (Ea ≠ Ec).
Therefore, the irradiation control device 44 does not output the emission control permission signal 441 and does not apply the high frequency signal for emission until the arrival energy and the target energy match. On the other hand, the timing system 50 repeatedly outputs the energy change control timing signal 515 until the target energy is reached. The power supply control device 45 sequentially updates and controls the energy change control data 705ab and the energy change control data 705bc based on the timing signal from the timing system 50.
After accelerating the beam until the reached energy matches the target energy Ec, the irradiation control device 44 outputs the emission control permission signal 441, and the power control device 45 corresponds to the emission energy Ec based on the emission condition setting timing signal 512. update the extraction control data 702c, application treatment of the extraction radiofrequency signal by changing the emitting ready bE c magnetic field strength from the state bE inj of extraction preparation in the exit condition setting data 703c is made, the extraction control stand By the input of the timing signal 513, the power control unit 45 holds the final update value and the beam is emitted. Beam emitted after the control has been completed, the power supply control unit 45 updates the exit condition release data 704c corresponding to the emission energy Ec based on the exit condition release timing signal 514, emitted condition field strength from the output possible state BE c Is changed to the released state BE inj , and the irradiation control device 44 confirms the next irradiation data. In this output example, the irradiation control device 44 transmits the irradiation completion signal 445 to the interlock system 60 because there is no next irradiation energy (Ec is the final energy). The interlock system 60 transmits, to the timing system 50, an irradiation completion command 612 indicating that there is no control of the next operation cycle. The timing system 50 outputs a deceleration control start timing signal 516. The power supply control device 45 transitions to deceleration control based on the deceleration control start timing signal 516.
In the deceleration control, the deceleration control data 706c corresponding to the previous emission energy Ec is selected, and update control of the deceleration control data 706c is started. The timing system 50 outputs the deceleration control end timing signal 517 at the same time as the end of the update of the deceleration control data 706 c, and completes the irradiation based on the irradiation completion command 612.

上述したように、本実施例では、シンクロトロンを構成する機器の運転制御データを、初期加速制御データと、シンクロトロンから出射する複数のエネルギーに対応して設けた複数の出射制御データと、複数の出射制御データ間を接続する複数のエネルギー変更制御データおよび、複数の出射制御データに対応した複数の減速制御データで構成するとともに。複数の出射制御データは、磁場強度をビームの加減速に適した状態から、ビーム出射に適した状態にする出射条件設定データと、ビーム出射に適した状態からビームの加減速に適した状態に戻す出射条件解除データとを含むように構成する。
更に、これら出射条件設定データの始点と出射条件解除データの終点および、出射条件設定データの終点と出射条件解除データの始点はそれぞれ同一値とする。
そして、これらの制御データを組み合わせ、複数のエネルギーのビームの出射制御を行うことで、所望のエネルギーまでの到達を短縮するとともに、エネルギー変更期間中のビーム損失を抑制し、線量率を向上して治療時間を短縮することができる。
以上のように、ビームエネルギーの変更制御と運転周期の更新を短時間で実現可能となる。
As described above, in the present embodiment, the operation control data of the device constituting the synchrotron includes initial acceleration control data, a plurality of emission control data provided corresponding to a plurality of energies emitted from the synchrotron, and a plurality of A plurality of energy change control data for connecting between the emission control data of and a plurality of deceleration control data corresponding to the plurality of emission control data. A plurality of emission control data is from the condition suitable for beam emission to the condition suitable for beam emission, and the condition suitable for beam emission from the condition suitable for beam acceleration / deceleration to the condition suitable for beam acceleration / deceleration. It comprises so that the radiation | emission condition cancellation | release data to return may be included.
Further, the start point of the emission condition setting data and the end point of the extraction condition release data, and the end point of the emission condition setting data and the start point of the emission condition release data are respectively the same value.
Then, by combining these control data and performing emission control of beams of a plurality of energies, it is possible to shorten the arrival to the desired energy, suppress the beam loss during the energy change period, and improve the dose rate. The treatment time can be shortened.
As described above, beam energy change control and operation cycle update can be realized in a short time.

また、これらの運転制御データの組み合わせにおいて、初期加速制御を含むエネルギー変更制御の後、所望の出射エネルギーとエネルギー変更制御で到達したエネルギーが異なる場合は、所望の出射エネルギーに到達するまでエネルギー変更制御データを接続する。
これにより、所望の出射エネルギーまで短時間で到達でき、線量率を向上し、治療時間を短縮することができる。
Also, in the combination of these operation control data, after the energy change control including the initial acceleration control, if the desired outgoing energy and the energy reached by the energy change control are different, the energy change control until the desired outgoing energy is reached Connect data.
Thereby, it is possible to reach a desired outgoing radiation energy in a short time, improve the dose rate, and shorten the treatment time.

また、本発明によれば、多段出射制御時の出射条件の設定・解除が実施する四極電磁石(QDS)が不要なため、シンクロトロンの大型化を抑え、電磁石および電源を適用するためコストの発生を抑制できる。   Further, according to the present invention, since quadruple electromagnets (QDS) for setting and canceling the radiation conditions at the time of multistage radiation control are unnecessary, the upsizing of the synchrotron is suppressed and generation of cost for applying the electromagnets and power supply Can be suppressed.

なお、本発明は上記の実施形態に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。   The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications and applications are possible. The embodiments described above are described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.

1 粒子線照射システム
100 制御システム(制御装置)
10 イオンビーム
11 イオンビーム発生装置
12 前段加速器
13 シンクロトロン
14 ビーム輸送装置
15 蓄積ビーム量検出手段
151 蓄積ビーム電荷量
17 高周波加速装置(高周波加速空胴)
18 偏向電磁石
19 四極電磁石
20a 出射用高周波電極
20b 出射用デフレクター
21 六極電磁石
30 照射野形成装置(照射装置)
31 線量モニタ
311 照射線量
32 走査電磁石
34 コリメータ
36 患者
37 患部
40 加速器制御装置
401 各機器の制御データ
402 エネルギー判定信号
41 統括制御装置
411 タイミング制御データ
412 制御開始指令
42 記憶装置
421 照射条件
43 治療計画装置
431 治療計画情報
44 照射制御装置
441 出射制御許可信号
442 線量満了信号
443 エネルギー変更要求信号
444 減速制御要求信号
445 照射完了信号
45 電源制御装置
451 電源制御指令値
452 ステータス情報
46 電源
50 タイミングシステム
51 タイミング信号
511 加速制御開始タイミング信号
512 出射条件設定タイミング信号
513 出射制御待機タイミング信号
514 出射条件解除タイミング信号
515 エネルギー変更制御タイミング信号
516 減速制御開始タイミング信号
517 減速制御終了タイミング信号
60 インターロックシステム
61 インターロック信号
611 エネルギー変更指令
612 照射完了指令
613 減速制御指令
614 出射制御指令
615 出射許可指令
70 運転制御データ
701 初期加速制御データ
702 出射制御データ
703 出射条件設定データ
704 出射条件解除データ
705 エネルギー変更制御データ
706 減速制御データ
1 Particle Beam Irradiation System 100 Control System (Control Device)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ion beam 11 ion beam generator 12 pre-stage accelerator 13 synchrotron 14 beam transport device 15 accumulated beam amount detecting means 151 accumulated beam charge amount 17 high frequency accelerating device (high frequency accelerating cavity)
18 deflection electromagnet 19 quadrupole electromagnet 20a high frequency electrode for emission 20b deflector for emission 21 hexapole electromagnet 30 irradiation field forming apparatus (irradiation apparatus)
31 dose monitor 311 irradiation dose 32 scanning electromagnet 34 collimator 36 patient 37 diseased part 40 accelerator control device 401 control data of each device 402 energy judgment signal 41 general control device 411 timing control data 412 control start command 42 storage device 421 irradiation condition 43 treatment plan Device 431 Treatment plan information 44 Irradiation control device 441 Injection control permission signal 442 Dose expiration signal 443 Energy change request signal 444 Deceleration control request signal 445 Irradiation completion signal 45 Power control device 451 Power control command value 452 Status information 46 Power 50 Timing system 51 Timing signal 511 Acceleration control start timing signal 512 Ejection condition setting timing signal 513 Ejection control standby timing signal 514 Ejection condition cancellation timing signal 515 Energy change control timing Signal 516 deceleration control start timing signal 517 deceleration control end timing signal 60 interlock system 61 interlock signal 611 energy change command 612 irradiation completion command 613 deceleration control command 614 emission control command 615 emission permission command 70 operation control data 701 initial acceleration control Data 702 Ejection control data 703 Ejection condition setting data 704 Ejection condition cancellation data 705 Energy change control data 706 Deceleration control data

Claims (7)

イオンビームを加速して出射するシンクロトロンと、
前記シンクロトロンから出射された前記イオンビームを照射する照射装置と、
前記シンクロトロンを構成する機器の運転制御データを、1以上の初期加速制御データ、複数のエネルギーのイオンビームを出射する複数の出射制御データ、前記複数の出射制御データ間を接続する複数のエネルギー変更制御データ、前記複数の出射制御データに対応した複数の減速制御データで構成し、前記初期加速制御データによる初期加速から前記減速制御データによる減速までの一回の運転周期の間に前記複数の出射制御データと前記エネルギー変更制御データとにより複数エネルギーイオンビームを出射する制御を行う制御装置と、を備える粒子線照射システムであって、
前記制御装置は、前記イオンビームを減速するとき、前記出射制御データに対応する前記減速制御データを前記運転周期中に選択する
ことを特徴とする粒子線照射システム。
A synchrotron that accelerates and emits an ion beam,
An irradiation device for irradiating the ion beam emitted from the synchrotron;
The operation control data of the device constituting the synchrotron includes one or more initial acceleration control data, a plurality of emission control data for emitting ion beams of a plurality of energies, and a plurality of energy changes for connecting the plurality of emission control data control data, said plurality of composed of a plurality of deceleration control data corresponding to the extraction control data, said plurality of emission during a single operation cycle of the initial acceleration by the initial acceleration control data to the deceleration by the deceleration control data a particle beam irradiation system comprising a control device for performing control by the control data and the energy change control data for emitting an ion beam of the plurality of energy, and
The particle beam irradiation system , wherein the control device selects the deceleration control data corresponding to the extraction control data during the operation cycle when decelerating the ion beam .
請求項1に記載の粒子線照射システムにおいて、
組み合わせる制御データは、前記シンクロトロン内の蓄積ビーム電荷量の枯渇の有無に基づいて選択される
ことを特徴する粒子線照射システム。
In the particle beam irradiation system according to claim 1,
Control data, the particle beam irradiation system being selected based on the presence or absence of depletion of the accumulated beam charge amount in said synchrotron combined.
請求項1または2に記載の粒子線照射システムにおいて、
前記制御装置は、前記出射制御データとして、出射条件を設定する出射条件設定データと、出射条件を解除する出射条件解除データとを有する
ことを特徴する粒子線照射システム。
The particle beam irradiation system according to claim 1 or 2
The control device as the emission control data, the particle beam irradiation system comprising: the emission condition setting data for setting the emission condition and an exit condition release data for releasing the exit condition.
請求項3記載の粒子線照射システムにおいて、
前記出射制御データは、前記出射条件設定データの初期値と前記出射条件解除データの最終値とを一致させるとともに、前記出射条件設定データの最終値と前記出射条件解除データの初期値とを一致させた
ことを特徴とする粒子線照射システム。
In the particle beam irradiation system according to claim 3,
The emission control data matches the initial value of the emission condition setting data with the final value of the emission condition cancellation data, and makes the final value of the emission condition setting data coincide with the initial value of the emission condition cancellation data Particle beam irradiation system characterized by
請求項3または4記載の粒子線照射システムにおいて、
前記出射制御データの前記出射条件設定データおよび前記出射条件解除データは、前記シンクロトロン内に配置された四極電磁石、六極電磁石の制御に用いる
ことを特徴とする粒子線照射システム。
In the particle beam irradiation system according to claim 3 or 4,
A particle beam irradiation system characterized in that the emission condition setting data and the emission condition cancellation data of the emission control data are used to control a quadrupole electromagnet and a hexapole electromagnet arranged in the synchrotron.
請求項3乃至5のいずれか1項に記載の粒子線照射システムにおいて、
前記制御装置は、加速終了後に到達エネルギーと目標エネルギーとが一致していると判定した場合、前記出射条件設定データの更新を開始する
ことを特徴とする粒子線照射システム。
The particle beam irradiation system according to any one of claims 3 to 5,
The particle beam irradiation system according to claim 1, wherein the controller starts updating the extraction condition setting data when it determines that the reached energy and the target energy match after the end of acceleration.
請求項2に記載の粒子線照射システムにおいて、
前記制御装置は、前記蓄積ビーム電荷量が枯渇していると判定した場合、前記減速制御データを更新する
ことを特徴とする粒子線照射システム。
In the particle beam irradiation system according to claim 2,
The particle beam irradiation system, wherein the control device updates the deceleration control data when it is determined that the accumulated beam charge amount is depleted.
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