JP7406470B2 - 粒子線照射システム及びその制御方法並びに粒子線照射システムの制御装置 - Google Patents

粒子線照射システム及びその制御方法並びに粒子線照射システムの制御装置 Download PDF

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Description

本発明は粒子線照射システム及びその制御方法並びに粒子線照射システムの制御装置に関する。
粒子線照射システムでは、スポットと呼ばれる単位で粒子線のビーム（以下、単にビームと記す）出射を制御し、治療を行っている。近年、従来よりも複雑な形状、線量分布の照射に対応するため、スポット単位の照射量を小さくする動向があり、そのような小線量を照射するスポットが含まれていても治療を継続できる制御機能が求められている。
特許第３８０６７２３号公報（特許文献1）では、照射量の監視に関して、スポット単位ではなく、各スポットの積算値として監視し、照射対象の線量分布をより均一化できる「粒子線照射システム」が提供されている。
特許第３８０６７２３号公報
特許文献１の実施例においては、当該スポットのビーム出射開始信号出力時、前スポット目標照射量満了から前記信号出力までの期間で計測した線量が、既に当該スポット目標照射量を超過している場合、エラー発生で照射が中断され、治療継続が不可能となる。
なお、前記線量は、本システムで使用される加速器の応答遅れによる線量であり、その値はビーム電流値によって変動する。そのため、ビーム電流値が突発的に増加すると、前記線量が急激に大きくなり、予期せぬ治療中断につながる可能性がある。
また、前記応答遅れによって、当該スポット目標照射量を超過せずとも照射量が限りなく小さくなる可能性もある。このようなスポットでは、照射量実績値も微小となり、照射後の実績値判定において監視機能が設定値逸脱エラーを検出し、治療中断となる可能性がある。
以上のような事象は、特に小線量を照射するスポットにて発生する可能性が高い。
本発明は、上記した従来技術の課題を解決して、十分な安全性を維持したうえで予期せぬ治療中断を引き起こさないようなスキップスポット機能を備えた粒子線照射システム及びその制御方法並びに粒子線照射システムの制御装置を提供するものである。
上記した課題を解決するために、本発明では、荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発生部と、この荷電粒子ビーム発生部で発生させた荷電粒子ビームを照射対象に順次スポット照射する走査電磁石と荷電粒子ビームの照射量を計測する線量モニタとを備えた照射部と、この照射部で照射対象に照射する荷電粒子ビームの照射を開始または停止する信号を発生するスキャニングコントローラと、このスキャニングコントローラから出力された荷電粒子ビームの照射を開始または停止する信号を受けて荷電粒子ビーム発生部から照射部への荷電粒子ビームの出射を開始または停止する加速器・輸送系コントローラと
を備えた粒子線照射システムにおいて、スキャニングコントローラは、荷電粒子ビームの照射を停止する信号を受けた加速器・輸送系コントローラが荷電粒子ビーム発生部から照射部への荷電粒子ビームの出射を停止させたときに直前まで荷電粒子ビームを照射していたスポットにおける線量モニタで計測したスキャニングコントローラから照射を停止する信号が出力された後の照射量に応じて、前記荷電粒子ビームを照射したスポットの次のスポットへの荷電粒子ビームの照射をスキップさせるか否かを判定して加速器・輸送系コントローラを制御するように構成した。
また、上記した課題を解決するために、本発明では、荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発生部と、この荷電粒子ビーム発生部で発生させた荷電粒子ビームを照射対象に順次スポット照射する走査電磁石と荷電粒子ビームの照射量を計測する線量モニタとを備えた照射部と、この照射部で照射対象に照射する荷電粒子ビームの照射を開始または停止する信号を発生するスキャニングコントローラと、このスキャニングコントローラから出力された荷電粒子ビームの照射を開始または停止する信号を受けて荷電粒子ビーム発生部から照射部への荷電粒子ビームの出射を開始または停止する加速器・輸送系コントローラとを備えた粒子線照射システムにおいて、スキャンニングコントローラは、前記加速器・輸送系コントローラを制御して複数のスポットに荷電粒子ビームを連続して照射し、線量モニタで計測した連続して照射する複数のスポットの総照射量が所定の照射量に達したときに荷電粒子ビームの照射を停止する信号を加速器・輸送系コントローラに出力し、停止する信号が出力された後の線量モニタで計測した照射量に応じて、連続して照射するスポットの次に連続して照射するスポットにおいて、最初のスポットへの荷電粒子線ビームの照射をスキップさせるか否かを判定して前記加速器・輸送系コントローラを制御する等に構成した。
また、上記した課題を解決するために、本発明では、荷電粒子ビーム発生部で発生させた荷電粒子ビームを照射部から照射量を線量モニタで計測しながら照射対象の複数のスポットに順次照射するときにスキャニングコントローラから出力される信号に基づいて荷電粒子ビームの照射を開始または停止させる粒子線照射システムの制御方法において、線量モニタで計測した複数のスポットの内の一つのスポットにおける荷電粒子ビームの照射量が所定の照射量に達したときにスキャンニングコントローラから荷電粒子ビームの照射を停止する信号を加速器・輸送系コントローラに出力し、停止する信号が出力された後の線量モニタで計測した照射量に応じて、荷電粒子ビームを照射したスポットの次のスポットへの荷電粒子線ビームの照射をスキップさせるか否かを判定して加速器・輸送系コントローラを制御するようにした。
また、上記した課題を解決するために、本発明では、荷電粒子ビーム発生部で発生させた荷電粒子ビームを照射部から照射量を線量モニタで計測しながら照射対象の複数のスポットに連続して照射するときにスキャニングコントローラから出力される信号に基づいて荷電粒子ビームの照射を開始または停止させる粒子線照射システムの制御方法において、線量モニタで計測した連続して照射する複数のスポットにおける荷電粒子ビームの総照射量が所定の照射量に達したときにスキャンニングコントローラから荷電粒子ビームの照射を停止する信号を加速器・輸送系コントローラに出力し、停止する信号が出力された後の線量モニタで計測した照射量に応じて、連続して照射するスポットの次に連続して照射するスポットにおいて、最初のスポットへの荷電粒子線ビームの照射をスキップさせるか否かを判定して加速器・輸送系コントローラを制御するようにした。
また、上記した課題を解決するために、本発明では、荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発生部と、この荷電粒子ビーム発生部で発生させた荷電粒子ビームを照射対象に順次スポット照射する照射部とを備えた粒子線照射システムの制御装置において、照射部で照射対象に照射する荷電粒子ビームの照射を開始または停止する信号を発生するスキャニングコントローラと、スキャニングコントローラからの荷電粒子ビームの照射を停止する信号を受けて荷電粒子ビーム発生部から照射部への荷電粒子ビームの出射を開始または停止する加速器・輸送系コントローラとを備え、スキャニングコントローラは、線量モニタで計測した複数のスポットの内の一つのスポットにおける荷電粒子ビームの照射量が所定の照射量に達したときに、荷電粒子ビームの照射を停止する信号を加速器・輸送系コントローラに出力し、停止する信号が出力された後の線量モニタで計測した照射量に応じて、荷電粒子ビームを照射したスポットの次のスポットへの荷電粒子線ビームの照射をスキップさせるか否かを判定して前記加速器・輸送系コントローラを制御するように構成した。
また、上記した課題を解決するために、本発明では、荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発生部と、この荷電粒子ビーム発生部で発生させた荷電粒子ビームを照射対象の複数のスポットに連続して照射する照射部と、この照射部から照射する荷電粒子ビームの照射量をモニタする線量モニタとを備えた粒子線照射システムの制御装置において、照射部で照射対象に照射する荷電粒子ビームの照射を開始または停止する信号を発生するスキャニングコントローラと、このスキャニングコントローラからの荷電粒子ビームの照射を停止する信号を受けて荷電粒子ビーム発生部から照射部への荷電粒子ビームの出射を開始または停止する加速器・輸送系コントローラとを備え、スキャンニングコントローラは、線量モニタで計測した連続して照射する複数のスポットにおける荷電粒子ビームの総照射量が所定の照射量に達したときに、荷電粒子ビームの照射を停止する信号を加速器・輸送系コントローラに出力し、停止する信号が出力された後の線量モニタで計測した照射量に応じて、連続して照射するスポットの次に連続して照射するスポットにおいて、最初のスポットへの荷電粒子線ビームの照射をスキップさせるか否かを判定して加速器・輸送系コントローラを制御するように構成した。
本発明によれば、ビーム出射開始信号出力前に当該スポットの目標照射量を既に超過していて目標照射量がゼロの場合、もしくは加速器応答遅れや複雑な形状、線量分布の照射に対応するために小線量を照射するスポットの場合においても、十分な安全性を維持したスキップ機能によって治療を継続することができるようになった。
本発明の実施例１及び２に係る粒子線照射システムの全体構成を示すブロック図である。 実施例１における、スキャニングコントローラおよび加速器・輸送系コントローラが実行する制御手順を示すフローチャートである。 実施例１における、スキャニングコントローラが実行する制御手順の詳細を示すフローチャートである。 実施例1においてスキャニングコントローラが実行する制御手順によって実現される各スポットの照射量の推移を示すグラフである。 実施例２における、スキャニングコントローラおよび加速器・輸送系コントローラが実行する制御手順を示すフローチャートである。 実施例２における、スキャニングコントローラが実行する制御手順の詳細を示すフローチャートである。 実施例２においてスキャニングコントローラが実行する制御手順によって実現される各スポットの照射量の推移を示すグラフである。
本発明は、粒子線照射システムにおいて、ビーム出射開始信号出力前に当該スポットの目標照射量を超過している場合、ビーム出射をスキップして次スポットに進行するようにしたものである。
また、ビームを照射前に予め設定した下限値以下の線量を照射したスポットにおいては、照射実績値の判定をスキップして次スポットに進行するものである。なお、照射実績値の判定スキップに対して監視機能を実装し、治療安全性を維持するようにしたものである。
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は原則として省略する。
ただし、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。
図１は、本実施例の粒子線照射システム１５０を示している。
本実施例の粒子線照射システム１５０は、荷電粒子ビーム発生装置１と、荷電粒子ビーム発生装置１の下流側に接続されたビーム輸送系４とを有している。
荷電粒子ビーム発生装置１は、イオン源（図示せず），前段荷電粒子ビーム発生装置
（ライナック）１１及びシンクロトロン（加速器）１２を有する。シンクロトロン１２は
、高周波印加装置９、及び加速装置１０を有する。
高周波印加装置９は、シンクロトロン１２の周回軌道に配置された高周波印加電極９３と高周波電源９１とを開閉スイッチ９２にて接続して構成される。
加速装置（第２エレメント，荷電粒子ビームエネルギー変更装置）１０は、その周回軌道に配置された高周波加速空胴（図示せず）、及び高周波加速空胴に高周波電力を印加する高周波電源（図示せず）を備える。
図示していないイオン源で発生したイオン（例えば、陽子イオン（または炭素イオン））は、前段荷電粒子ビーム発生装置（例えば直線荷電粒子ビーム発生装置）１１で加速される。
前段荷電粒子ビーム発生装置１１から出射されたイオンビームはシンクロトロン１２に入射される。荷電粒子ビーム（粒子線）であるそのイオンビームは、シンクロトロン１２で、加速装置１０の高周波電源から高周波加速空胴を経てイオンビームに印加される高周波電力によってエネルギーを与えられて加速される。イオンビームが設定されたエネルギーまでに高められた後、高周波印加装置９の高周波電源９１からの出射用の高周波電力が、閉じられた開閉スイッチ９２を経て高周波印加電極９３に達し、高周波印加電極９３よりイオンビームに印加される。
安定限界内で周回しているイオンビームは、この高周波印加電極９３による高周波電力の印加によって安定限界外に移行し、出射用デフレクタ８を通ってシンクロトロン１２からビーム輸送系４へ出射される。
一方、開閉スイッチ９２を開いて高周波印加電極９３への高周波電力の印加を停止することによって、シンクロトロン１２からのイオンビームの出射が停止される。なお、本実施例の加速器であるシンクロトロン１２の場合、その特性から、後述する加速器・輸送系コントローラより、ビーム停止指令が入力されても、厳密には、直ちに高周波印加装置９の開閉スイッチ９２が開いて出射用デフレクタ８からビーム輸送系４へのイオンビームの出力が停止するまでに若干の応答遅れが生じる可能性がある。
シンクロトロン１２から出射用デフレクタ８を通って出射されたイオンビームは、ビーム輸送系４より下流側へ輸送される。ビーム輸送系４は、四極電磁石１８及び偏向電磁石１７と、治療室内に配置された照射装置１５に連絡されるビーム経路６２にビーム進行方向上流側より配置された四極電磁石２１，四極電磁石２２，偏向電磁石２３，偏向電磁石２４（それぞれの電磁石が第１エレメント）を備える。
ビーム輸送系４へ導入されたイオンビームは、ビーム経路６２を通って図示していない治療室に配置された照射装置１５へと輸送される。
治療室は、内部に設置された回転ガントリー（図示せず）に取り付けられた照射装置
１５を備える。ビーム輸送系４のビーム経路６２の一部を含む逆Ｕ字状のビーム輸送装置
及び照射装置１５は、回転ガントリー（図示せず）の略筒状の回転胴（図示せず）に設置
されている。回転胴はモータ（図示せず）により回転可能に構成されている。回転胴内に
は治療ゲージ（図示せず）が形成される。
照射装置１５は、回転胴に取り付けられ前述の逆Ｕ字状のビーム輸送装置に接続される
ケーシング（図示せず）を有している。ビームを走査するための走査電磁石５Ａ，５Ｂ、
及び線量モニタ６Ａ，位置モニタ６Ｂ等がケーシング内に設置される。
ビーム経路６２を経て逆Ｕ字状のビーム輸送装置から照射装置１５内へ導入されたイオンビームは、走査電磁石（荷電粒子ビーム走査装置）５Ａ，５Ｂによって順次照射位置を２次元的に走査され、治療台２９に横たわっている患者３０の患部（例えば癌や腫瘍の発生部位）に照射される。そのイオンビームは、患部においてそのエネルギーを放出し、高線量領域を形成する。
本実施例の粒子線照射システム１５０が備えている制御システム９０は、中央制御装置１００、治療計画情報を格納した記憶装置１１０、スキャニングコントローラ４１、加速器・輸送系コントローラ（以下、加速器コントローラという）４０を有する。更に、本実施例の粒子線照射システムは、治療計画装置１４０を有している。
中央制御装置１００は、ＣＰＵ１０１と、治療制御に必要な情報を記憶するメモリ１０３とを備えており、加速器コントローラ４０、スキャニングコントローラ４１と連携を取っている。
記憶装置１１０に記憶されている各患者の上記治療計画情報（患者情報）は、患者ＩＤナンバー、照射量（一回当たり）、照射エネルギー、照射方向、照射位置等のデータを含む。
照射装置１５内の走査電磁石５Ａ，５Ｂを制御するスキャニングコントローラ４１は、様々な治療情報を記憶するためのメモリ４１Ａと、照射量の検出に関わるものとしてカウンタ４１Ｂを内部に有している。
カウンタ４１Ｂは、線量モニタ６Ａから出力されるパルスの数をカウントすることで照射量を求める。このカウント数は、カウント開始からの照射量を表す。以降、カウント数と照射量は同義として扱う。
本実施例の粒子線照射システム１５０では、中央制御装置１００，スキャニングコントローラ４１，加速器コントローラ４０が、治療計画装置１４０により作成した治療計画情報に基づいて、互いに連携して制御を行う。
中央制御装置１００は、治療計画装置１４０により作成されて記憶装置１１０に格納された治療計画情報を読み出してメモリ１０３に格納する。
ＣＰＵ１０１は、メモリ１０３に格納した治療計画情報に基づき、イオンビームの照射に関する情報（患部を含むイオンビームの照射対象領域を深さ方向に複数の層に分割した数（スライス数），照射位置の数（スポットの数），各スライス内での照射位置，各照射位置での目標照射量、及び各スライスの全スポットに関する走査電磁石５Ａ，５Ｂの電流値等の情報）を生成し、スキャニングコントローラ４１に送信する。ここで各照射位置での目標照射量は、患部への最初の照射開始を起点とする積算照射量(積算線量)であっても良いし、スポット単位の照射量であっても良い。
ＣＰＵ１０１は、治療計画情報のうち全てのスライスに関するシンクロトロン１２の加速パラメータのデータの全てを、加速器コントローラ４０に伝える。
続いて、スキャニングコントローラ４１および加速器コントローラ４０が実行する制御手順について説明する。
図２は、照射を実施する際のスキャニングコントローラ４１および加速器コントローラ４０それぞれのフローチャート、およびそれらの連携を示している。
治療室内にある照射開始指示装置（図示せず）が操作されると、加速器コントローラ４０は、それに応じてステップＳ２０１でスライス番号を表す演算子ｉを１、スポット番号を表す演算子ｊを１、1つのスライスの照射回数ｎを１に初期設定する。
加速器コントローラ４０は、ステップＳ２０１の初期設定を終了した後、ステップＳ２０２で、中央制御装置１００のメモリ１０３に格納した複数パターンの加速パラメータの中から、ｉ番目（この時点ではｉ＝１）のスライスに対する加速器パラメータを読み出して設定し、ステップＳ２０３でそれをシンクロトロン１２へ出力する。
加速器コントローラ４０は、ステップＳ２０３で、シンクロトロン１２及びビーム輸送系４の各電磁石の電源に対して、ｉ番目の加速器パラメータに含まれるそれらの電磁石に対する励磁電流情報を出力し、それらの励磁電流情報により各電磁石が所定の電流で励磁されるように該当する電源を制御する。
また、加速器コントローラ４０は、ステップＳ２０３で、加速装置１０の高周波加速空胴に高周波電力を印加する高周波電源を制御してその高周波電力と周波数を所定の値まで増加させる。
これにより、シンクロトロン１２内を周回するイオンビームのエネルギーが治療計画で定められた値まで増大される。その後、ステップＳ２０４に移り、スキャニングコントローラ４１へ出射準備指令を出力する。
スキャニングコントローラ４１は、ステップＳ２０１の初期設定の情報、及びステップ
Ｓ２０４における出射準備指令を加速器コントローラ４０から受けて、ステップＳ２０５で、既にメモリ４１Ａに格納した電流値データ及び目標照射量データから、ｊ番目（この時点ではｊ＝１）スポットの電流値データ及び目標照射量データを読み出して設定する。
当該スポットへの照射準備が完了した後、スキャニングコントローラ４１は、ステップＳ３００において加速器コントローラ４０に対してビーム出射開始信号を出力し、加速器コントローラ４０は高周波印加装置９を制御して出射用デフレクタ８を通ってシンクロトロン１２からビーム輸送系４へイオンビームを出射させる（ステップＳ２０７）。すなわち、スキャニングコントローラ４１からのビーム出射開始信号(スポット照射：Ｓ３００)を受けて、加速器コントローラ４０は高周波印加装置９の開閉スイッチ９２を作動させて開閉スイッチ９２を閉じ、高周波が高周波電源９１からの高周波電力を高周波印加電極９３に印加する。
安定限界内でシンクロトロン１２の内部を周回しているイオンビームは、この高周波印加電極９３による高周波電力の印加によってイオンビームのエネルギーは安定限界外に移行し、出射用デフレクタ８を通ってシンクロトロン１２からビーム輸送系４へ出射される。シンクロトロン１２からビーム輸送系４へ出射されたイオンビームは、ビーム経路６２を通って照射装置１５に達する。
照射装置１５の走査電磁石５Ａ，５Ｂは、Ｓ３００におけるスキャニングコントローラ４１からの制御信号を受けて１番目のスポットの位置にイオンビームが達するように励磁されているため、そのイオンビームは照射装置１５より該当するスライスの１番目のスポットに照射される。
１番目のスポットへの照射量が該当する目標照射量に達したとき、スキャニングコントローラ４１は、ビーム出射を停止するスポットであればビーム出射停止信号を出力し（ステップＳ２０７）、その後、ステップＳ２０８に移行する。
第1のスライスで照射すべきスポットが残されている場合、ステップＳ２０８の判定が「Ｎｏ」であるため、ステップＳ２０９に移ってスポット番号ｊに１が加えられる（すなわち照射位置を隣のスポットへと移動）。そして、ステップＳ２０５,Ｓ３００,Ｓ２０８の処理が繰り返される。すなわち、第1のスライスの全スポットへの照射が終了するまで、走査電磁石５Ａ，５Ｂにより、イオンビームを隣接するスポットへと次々に移動させながら、イオンビームの照射が行われる（スポットスキャニング照射）。
第1のスライスの照射回数ｎ＝１における全スポットへの照射が終了したとき、ステップＳ２０８の判定が「Ｙｅｓ」となる。このとき、スキャニングコントローラ４１は、スポット番号ｊを初期化し（ステップＳ２１０）、ｎ＝設定した照射回数（第1のスライスの全スポットに対して、設定回数の照射完了）に達していなければステップＳ２１１が「Ｎｏ」となり、ステップＳ２１２においてｎに１が加算されたうえでＳ２０５に進んで次回の照射が行われる。
一方、ｎ＝設定した照射回数（第1のスライスの全スポットに対して、設定回数の照射完了）であれば、ステップＳ２１１が「Ｙｅｓ」となり、加速器コントローラ４０のＣＰＵに対しスライス変更指令を出力する。
スライス変更指令を入力した加速器コントローラ４０のＣＰＵは、ステップＳ２１３でスライス番号ｉに１を加え（すなわち照射対象を第２のスライスに変更）、ステップＳ２１４でシンクロトロン１２へ残ビーム減速指令を出力する。
加速器コントローラ４０は、残ビーム減速指令の出力により、シンクロトロン１２の各電磁石の電源を制御して各電磁石の励磁電流を徐々に低減させ、最後には予め決められた値、例えばイオンビームがシンクロトロン１２内で安定限界内のイオンエネルギーとなるような励磁電流にする。これにより、シンクロトロン１２内を周回するイオンビームが減速される。
シンクロトロン１２からイオンビームが出射される期間は、スライス内のスポット数，照射量によって異なる。この時点では第1のスライスへの照射が終了しただけであり、第２のスライス以降の照射が残されている場合、ステップＳ２１５の判定が「Ｎｏ」となる。この場合、ステップＳ２０２に戻って、２番目のスライス(第２のスライス)に対する加速器パラメータを加速器コントローラ４０のメモリから読み出して設定される。
以下、第２のスライスに対して、ステップＳ２０３～Ｓ２１５の処理が実行される。また、最終スライスにおける全スポットに対する照射が終了するまで、ステップＳ２０２～Ｓ２１５の処理が実行される。
加速器コントローラ４０のＣＰＵは、ステップＳ２１５の判定で「Ｙｅｓ」となった場合（患者３０の標的における全スライス内の全スポットへの所定の照射完了）に、中央制御装置１００のＣＰＵ１０１に対し照射終了信号を出力する。
以下、スキャニングコントローラ４１における制御の詳細および、本実施例に係るスキップスポット機能動作時の一例を図３～図４を用いて説明する。
図３は、スキャニングコントローラ４１が実行する、図２のステップＳ２０５及びＳ３００における詳細を示している。
図２のＳ２０５に対応するステップとして、図３において、スキャニングコントローラ４１は、ステップＳ３０１で、既にメモリ４１Ａに格納されている目標照射数に対応するカウント数の設定指令を、カウンタ４１Ｂに出力する。
カウンタ４１Ｂは、ステップＳ３０２において、その設定指令に基づいてスライスｉのｊ番目のスポットにおける目標カウント数を設定する。
ステップＳ３０１の処理が終了すると図２のＳ３００に対応するステップとしてステップＳ３０３へ移り、当該スポットについての走査電磁石５Ａ，５Ｂの電流設定指令を走査電磁石５Ａ，５Ｂの電源へ出力する。走査電磁石５Ａ，５Ｂは、該当する電流値にて偏向電磁力を発生させるとともに、そのような状態が完成したことを示す電流設定完了信号をスキャニングコントローラ４１に出力する（ステップＳ３０４）。
スキャニングコントローラ４１は、電流設定指令が出力され（ステップＳ３０３）、かつ走査電磁石５Ａ，５Ｂからの電流設定完了信号が入力された（ステップＳ３０４）ことを条件としてステップＳ３２１に進行し、当該スポットのビーム出射を開始するか判断する。ただし、ステップＳ３０４の条件成立を待たずにステップＳ３２１に進行しても良い。
ステップＳ３２１では、ビーム出射開始信号出力（ステップＳ３０５）前に、カウンタ４１Ｂのカウント数がステップＳ３０２で設定した目標カウント数を超過していないか判定する。
この判定時、目標カウント数がカウンタ４１Ｂのカウント数よりも大きい場合（Ｓ３２１でYesの場合）、ステップＳ３０５に進行する。一方、目標カウント数がカウンタ４１Ｂのカウント数以下の場合（Ｓ３２１でＮｏの場合）、当該スポットにおける目標照射量が満了していることを意味するため、当該スポットにおけるビーム出射はスキップし（ステップＳ３２２）、ステップＳ３１６に進行する。ステップＳ３２２におけるビーム出射スキップは、ステップＳ３２１の判定が「Ｎｏ」である限り実行されるため、連続する２つ以上のスポットにおいてもスキップが可能である。
ステップＳ３２２に進行すると、即座に当該スポット照射完了処理（ステップＳ３１６以降）に移行することとなる。そのため、ステップＳ３０４の条件成立を待たずにステップＳ３２１に進行した場合には、ステップＳ３２２の進行条件にステップＳ３０４成立を追加しても良い。これにより、当該スポットのステップＳ３０４の処理と次スポットのステップＳ３０４の処理の重複を避けることができる。
ステップＳ３２１が「Ｙｅｓ」の場合、スキャニングコントローラ４１は、ステップＳ３０５で、ビーム出射開始信号を加速器コントローラ４０に出力する。ビーム出射開始信号を受けた加速器コントローラ４０は、高周波印加装置９の開閉スイッチ９２を制御して、開閉スイッチ９２を閉じる。これにより高周波電源９１から高周波印加電極９３に高周波電力が印加される。
安定限界内でシンクロトロン１２の内部を周回しているイオンビームは、この高周波印加電極９３に印加された高周波電力によってエネルギーが安定限界外に移行し、出射用デフレクタ８を通ってシンクロトロン１２からビーム輸送系４へ出射される。ビーム輸送系４へ出射されたイオンビームは、ビーム経路６２を通って照射装置１５から治療台２９に横たわっている患者３０の患部の該当するスポットに出射される。
カウンタ４１Ｂでカウントするスキャニングコントローラ４１への入力パルスに基づくカウント数がステップＳ３０２で設定した目標カウント数（目標照射量）の設定値以上となった場合に（ステップＳ３０９）、ステップＳ３１０でカウンタ４１Ｂはトリガー信号を出力する。
トリガー信号を受けたスキャニングコントローラ４１は、そのトリガー信号に基づきビーム出射停止信号を生成し、加速器コントローラ４０にそのビーム出射停止信号を出力する（ステップＳ３１２）。ビーム出射停止信号を受けた加速器コントローラ４０は、開閉スイッチ９２を制御して開閉スイッチ９２を開く。これにより、高周波電源９１から高周波印加電極９３への高周波電力の印加が停止されてイオンビームのエネルギーが安定限界内になり、シンクロトロン１２からのイオンビームの出射が停止され、患者へのイオンビームの出射が停止される。
スキャニングコントローラ４１は、シンクロトロン１２が加速器コントローラ４０からのビーム停止指令に応答する（ビームが完全に停止する）まで待つことを目的として、遅延タイマー（図示せず）を備えている。ステップＳ３１０にて出力されたトリガー信号は、この遅延タイマーをスタートさせる指令信号として入力される（ステップＳ３１４）。このスタート後の経過時間があらかじめ定められた所定の設定時間となった場合に遅延時間到達信号が出力される（ステップＳ３１５）。
スキャニングコントローラ４１は、遅延時間到達信号、及び遅延タイマースタート指令信号の入力を条件として、ステップＳ３１６において、カウンタ４１Ｂでカウントした線量モニタ６Ａから出力されるパルスのカウント数を読み出す。ただし、遅延タイマーの設定時間経過を待つのではなく、ビーム輸送系４上の電磁石等を使用して、患者３０に到達するビームを停止してもよい。
次に、当該スポットの照射量が設定値以下であるかを判定し（ステップＳ３２５），設定値以下ではない場合「Ｎｏ」となり、Ｓ３１７に進む。
ステップＳ３１７においてスキャニングコントローラ４１は、患者３０に照射したスポットの各種実績値が、予め計画された範囲内にあるかどうかを確認するため、読み出したカウント数を用いて各種実績値判定を実施し、異常と判定した場合は「Ｎｏ」となり、異常信号を中央制御装置１００へと出力する（ステップＳ３１８）。一方、ステップＳ３１７で正常な値であると判定された場合は「Ｙｅｓ」となり、カウント値を実績照射量情報として、中央制御装置１００へと出力するとともに、スポット照射を終了する。
ここで、各種実績値の中には、当該スポットの照射量が微小であることにより演算精度が著しく悪化する項目が存在する。そのため、予め実績値ごとに照射量を設定しておき、当該スポットの照射量が設定値以下の場合、ステップＳ３２５で「Ｙｅｓ」となり、その実績値の判定をスキップして（ステップＳ３２６）、スポットの照射を終了する。
これにより、照射量が微小なスポットであっても、演算精度悪化によるエラーの検出を防ぎ、照射の継続が可能となる。なお、前記ビーム出射スキップ（ステップＳ３２２）したスポットについても、ステップＳ３２５で「Ｙｅｓ」と判定された場合には、判定スキップの対象となる。本判定スキップは照射量が実績値ごとの設定値以下であれば適応されるため、複数スポットが連続して判定スキップとなる可能性もある。
ここで、判定をスキップした照射量を監視するため、判定スキップしたスポットの照射量をスキップした実績値単位で記録し、その値（累計照射量）を照射前に設定した閾値と比較し（ステップＳ３２７），その値が閾値以下である場合（ステップＳ３２７でＹｅｓの場合）には、累計照射量が、判定未実施で治療継続したとしても安全性に影響を与えないほど小さいと判断して、スポット照射を終了して図２のステップＳ２０８へ進む。
一方、その値が閾値を超過した場合（ステップＳ３２７でＮｏの場合）には、累計照射量が判定未実施で治療継続すると安全性を低下させると判断して、異常処理信号出力（ステップＳ３１８）して、ステップＳ２０８へは進まず、ビーム出射中の場合はビーム出射停止信号を出力し（ステップＳ２０７）一連のビーム照射を中断させる。なお、連続して判定スキップした際には、それらのスポットにおける照射量を積算して、累計照射量として記録する。
この機能により、判定スキップした照射量を常に監視し、本判定スキップが原因となって治療の安全性を低下させることを防ぐ。なお、照射量ではなく、判定スキップした回数を監視しても良い。記録した照射量あるいは回数の値は、その安全性が確認された場合にはリセットすることも可能である。
また、ビーム出射をスキップ（ステップＳ３２２）した場合について、前記同様、治療安全性の観点から、そのスキップ回数、およびビーム出射をスキップしたスポットの照射量を監視することもできる。
図４のグラフ４００は、ｊ－１番目、ｊ番目、ｊ＋１番目、ｊ＋２番目のように、連続する４つのスポットを照射した際の、照射量のタイミングチャートを示している。なお、図４のグラフ４００は各スポットの照射量について、最初の照射開始を起点とする積算照射量４０１として監視している場合の例となる。
前述の通り、スキャニングコントローラ４１からビーム出射停止信号が出力された後、加速器コントローラ４０で開閉スイッチ９２を作動させて実際にシンクロトロン１２からのイオンビームの出射が停止するまでには応答遅れが生じうる。一方、ビーム出射停止信号（図４の停止指令）が出力されてから、図４においてビームＯＮの状態４１１からビームＯＦＦの状態４１２に変化してイオンビームの出射が実際に停止するまでの間（図４の期間(Ａ)：４１３）、シンクロトロン１２から出射されたイオンビームに基づく照射量が線量モニタ６Ａで計測され、カウンタ４１Ｂによって積算される。これを、加速器応答遅れによる照射量(Ｂ)xx（xxは加速器応答遅れによる照射量を計測したスポットNo.を示す）４０２とする。なお、(Ｂ)xxの値は、ビーム電流値によって変動する。
図４におけるスポットの進行と積算照射量４０１との関係について、図２及び３で説明したフローチャートとを関連付けて具体的に説明する。
イオンビームの出射が実際に停止した後、ステップＳ２０９、ステップＳ２０５の処理として、スキャニングコントローラ４１は、メモリ４１Ａより次の照射位置（スポット）に対する電流値データ及び目標照射量データを読み出し、ステップＳ３０１で、カウンタ４１Ｂに対して、目標照射量に対応するカウント数の設定指令を出力する。その後、カウンタ４１Ｂは、ステップＳ３０２において次の照射位置に対する目標カウント数を設定する。さらに、ステップＳ３０３において出力される電流設定指令に基づいて走査電磁石５Ａ、５Ｂが制御され、イオンビームの照射位置が次のスポットに移動し、ステップＳ３０５のビーム出射開始信号に基づいて、シンクロトロン１２からのイオンビームの出射が再開される。
この時、次のスポットに対する照射量（カウント数）は、イオンビームの出射再開後における線量モニタ６Ａの計測値に基づいた照射量だけでなく、図４の照射量(Ｂ)xxも含まれる。
例えば、図４のｊ番目のスポットに対する照射量は、ｊ－1番目のスポットに対する期間(Ａ)で計測した照射量(Ｂ)ｊ-1：４０２を初期値とし、この初期値にビーム出射再開後の照射量を積算した値となる。そして、ｊ番目のスポットに対する照射量が、そのスポットの目標値（図４の「ｊthスポット目標照射量４０３」で表される照射量）に達したとき、スキャニングコントローラ４１が加速器コントローラ４０に対してビーム出射停止信号を出力し、加速器コントローラ４０は開閉スイッチ９２を開作動させてシンクロトロン１２からのイオンビームの出射を停止する。しかし実際には、スキャニングコントローラ４１からビーム出射停止信号が出されてから実際にイオンビームの照射が停止するまでの間、ｊ番目のスポットにおける期間(Ａ)：４１４の間、そのスポットに対してイオンビームが照射量(Ｂ)ｊ：４０４だけ照射される。この期間の照射量は、さらに次のｊ＋１番目のスポット照射時の初期値として積算され、以降、同様に繰り返される。
以上のように、照射量に基づいた制御をスキャニングコントローラ４１が行うことにより、各スポット照射において、常時、１つ前のスポット照射で生じた応答遅れ期間(Ａ)における照射量(Ｂ)xxと当該スポットの照射量の合計値が、そのスポットの目標照射量になるまで、そのスポットに対してイオンビームが照射される。
ここで、図４のｊ＋１番目のスポットのように、(ｊ＋１)ｔｈ目標照射量４０５が極めて小さいスポットについて考える。
この場合、ｊ番目のスポットについてｊｔｈスポット目標照射量４０３を照射した後、ｊ＋１番目のスポットの(ｊ＋１)ｔｈ目標照射量４０５に相当する目標カウント数がｊ番目のスポットにおける期間(Ａ)：４１４の間のイオンビームの照射量(Ｂ)ｊ：４０４に対応するカウント数よりも多いかを判定する（ビーム出射開始信号出力判定：ステップＳ３２１）時点にて、当該スポットの目標照射量を既に超過している（目標カウント数を超過している）状況となる。この時、スキャニングコントローラ４１は、ｊ＋１番目のスポットにおいては、ステップＳ３２１にて「Ｎｏ」と判断し、ビーム出射開始信号を出力せず、ｊ＋1番目のスポットをスキップ（ステップＳ３２２）する。
ステップＳ３２２の直前に、スキップを許容するタイミングかどうか監視する機能を実装し、想定外のスキップを防止することもできる。また、前述の通り、ステップＳ３２２の進行条件に、ｊ＋１番目のスポットにおけるステップＳ３０４の条件成立を加えることもできる。
その後、ビーム出射停止後の処理（ステップＳ３１６以降）を経て、次スポット（ここではｊ＋２番目のスポット）に進行する。なお、スキップしたスポットに関しては、照射量の実績値がゼロのため、前述したステップＳ３２５にて「Ｙｅｓ」となり、カウンタ実績値を判定するステップＳ３１７もスキップする。（ステップＳ３２６）
以上、ステップＳ３２６の実績値判定スキップ機能（以降、スキップ機能Ａとする）、およびステップＳ３２２のスポット照射スキップ機能（以降、スキップ機能Ｂとする）によって、小線量スポット（目標照射量がゼロ、あるいは微小なスポット）の照射が可能になる。これらの機能を、総じてスキップスポット機能と呼ぶ。
以上のようにスキップスポット機能を導入した本実施例の粒子線照射システムによれば、以下のような効果を得る。
本機能導入により、ビーム出射開始信号出力時点にて、当該スポットの目標照射量を超過している場合でも、もしくは加速器応答遅れや複雑な形状、線量分布の照射に対応するために小線量を照射するスポットの場合においても、十分な安全性を維持したスキップ機能によって治療を継続することができ、エラー発生による照射中断とせずに治療を継続することが可能となる。
また、仮に、様々な状況によって当該スポットの照射量が限りなく微小になった場合や、図４の(Ｂ)xx：４０２，４０４の値が突発的に増加した場合においても、本機能適用によって照射中断を防ぐことができる。これらにより、治療計画時、照射に小線量スポットへの考慮が不要となることで、治療計画の効率が向上し、治療の品質向上も実現できる。
また、治療に使用できるスポット単位の照射量下限値の制約が緩和され、スポット単位の照射量にとらわれない柔軟な治療（複雑な形状、線量分布の照射）が可能となる。
さらに、前述の通り、本機能導入による安全性の確保については、スキップ機能Ａが適応となったスポットに対して、その照射量、もしくは回数の監視機能を実装することで実現される。さらなる安全性向上のため、スキップ機能Ｂの監視機能を用いることもできる。
なお、本機能が適用されるスポットは、１回の治療中において、全体の１％にも満たないと推定される。よって、本機能導入は、治療への影響を最小限に抑えて導入できる機能であり、現在の治療品質を維持することができる。
次に、本発明の第２の実施例の粒子線照射システムについて説明する。本実施例の粒子線照射システムは実施例１で説明した粒子線照射システム１５０の構成と同じであるので、全体構成の説明は省略する。本実施例における粒子線照射システムでは、実施例１で説明したようなスポット単位でのビーム出射の開始および停止を制御する方法ではなく、任意のタイミングでビーム出射を開始および停止できることが大きな特徴であり、実施例１の粒子線照射システム１５０とは、スキャニングコントローラ４１の制御手順が異なる。
図５は、本実施例におけるスキャニングコントローラ４１および加速器コントローラ４０それぞれのフローチャート、およびそれらの連携を示している。実施例１において図２で説明したフローチャートと同じ処理を行うステップについては、同じステップ番号を付してある。
ステップＳ２５１で設定する照射開始時の初期設定値として、実施例１で説明した項目に加えて、ビーム停止スポットＮｏ.であるｋを設定する。この設定に従い、スポットＮｏ.ｋの照射完了後、ビーム停止することになる。なお、ｋは複数設定することが可能である。
ステップＳ２５５とステップＳ３５０は、それぞれ実施例１における図２のフロー図のステップＳ２０５及びＳ３００に相当する。また、その他の初期設定、およびフローは実施例１における図２のフロー図と同一である。
図６は、本実施例における、スキャニングコントローラ４１が実行する、図５のステップＳ２５５及びＳ３５０における詳細を示している。
前述の通り、本実施例においてはビームを停止することなく複数スポットの照射を行う。そのため、ビーム出射を開始する最初のスポットについては、実施例１と同様の手順（ステップＳ３０１～Ｓ３０４）を経てビーム出射を開始することになるが、前スポットからビームを停止していないスポットにおいては、ビーム出射開始信号出力（ステップＳ３０５）が不要となる。つまり、ビーム出射開始信号出力前のステップＳ３２３にてビーム出射中（前スポットでビームを停止してないか）を確認し、「Ｙｅｓ」と判定された場合には、ステップＳ３０９に進行する。
その後、実績カウント数が目標カウント数以上になった時、ステップＳ３２４に進行して本スポットがビーム出射を停止するスポットなのかを確認する。具体的には、当該スポット数ｊが予め設定したスポットＮｏ.ｋと一致しているかを確認し、「Ｙｅｓ」の場合には、実施例１と同様のビーム出射停止処理を行うステップＳ３１０、Ｓ３１２、Ｓ３１４、Ｓ３１５に進行する。
その後、ステップＳ３１２のビーム停止信号出力時にＳ３１４で動作を開始した遅延タイマーがＳ３１５において設定値以上経過した時、ステップＳ３１６に進行する。なお、本実施例においても、前述した遅延タイマーの代わりに電磁石等を使用して、患者３０に到達するビームを停止してもよい。
一方、ステップＳ３２４で「Ｎｏ」と判断された場合、そのスポットはビーム出射を停止しないスポットを意味しており、ビーム停止処理をすることなくステップＳ３１６に進行する。なお、ステップＳ３１６、Ｓ３１７、Ｓ３１８、およびステップＳ３２５、Ｓ３２６、S３２７は実施例１と同様である。
一方、前スポットからビームを一旦停止したスポットにおいては、ステップＳ３２３にて「Ｎｏ」と判断され、ビーム出射開始処理を行うステップＳ３２１以降の処理に進行する。なお、ビーム出射開始処理を行うステップＳ３２１、Ｓ３０５、Ｓ３２２は、実施例１で説明した処理と同一である。ステップＳ３２２に進行した後は、ステップＳ３１６に進行することで、ビームが停止している状態で再度ビーム出射停止信号を出力しないようにする。
本実施例におけるスキップスポット機能の考え方について説明する。
実施例１において図４を用いて説明した通り、スキップ機能Ｂは、あるスポットの応答遅れによる照射量(Ｂ)xxが、次スポットの目標照射量を超過している場合にのみ適応する。この(Ｂ)xxは、前述の通り加速器の応答遅れによって発生するため、ビーム出射を停止しないスポットについては、(Ｂ)xxの値はゼロとなる。
よって、本実施例において、スキップ機能Ｂは前スポットにてビーム出射を停止し、当該スポットにてビーム出射を開始するスポットにのみ有効となり、その他のビーム出射開始処理が伴わない（図６のステップＳ３２３で「Ｙｅｓ」と判断される）スポットについては、本スキップ機能Ｂの対象外となる。なお、スキップ機能Ａは、ビーム出射の開始、停止に関わらず全スポットが対象となる。
また、本スキップ機能Ｂの対象となるスポットについては、実施例１と同様に、ビーム出射開始前（図６のステップＳ３０５）にスポット照射をスキップするか否かの判定を実施（図６のステップＳ３２１）し、スキップする場合は図６のステップＳ３２２、その後ステップＳ３１６に進行する。
また、Ｓ３２６で実績値判定スキップをした場合、実施例１で説明したのと同様に、判定をスキップした照射量を監視するため、判定スキップしたスポットの照射量をスキップした実績値単位で記録し、その値(累計照射量)を照射前に設定した閾値と比較し（Ｓ３２７），その値(累計照射量)が閾値以下である場合（Ｓ３２７でＹｅｓの場合）には、累計照射量が、判定未実施で治療継続したとしても安全性に影響を与えないほど小さいと判断して、スポット照射を終了して図５のステップＳ２０８へ進む。
一方、その値が閾値を超過した場合（Ｓ３２７でＮｏの場合）には、累計照射量が、判定未実施で治療継続すると安全性を低下させると判断して、ステップＳ２０８へは進まず、一連のビーム照射を中断させる照射中断（Ｓ３１８）とする機能を実装する。なお、連続して判定スキップした際には、それらのスポットにおける照射量を積算して、累計照射量として記録する。
この機能により、判定スキップした照射量を常に監視し、本判定スキップが原因となって治療の安全性を低下させることを防ぐ。なお、照射量ではなく、判定スキップした回数を監視しても良い。記録した照射量あるいは回数の値は、その安全性が確認された場合にはリセットすることも可能である。
また、ビーム出射をスキップ（ステップＳ３２２）した場合について、前記同様、治療安全性の観点から、そのスキップ回数、およびビーム出射をスキップしたスポットの照射量を監視することもできる。
実施例１において説明した図４のグラフ４００に対応するグラフを、図７に示す。図７のグラフにおいては、（ｊ－ｎ）～（ｊ－１）番目、ｊ～（ｊ＋ｎ）番目、（ｊ＋ｎ＋２）番目以降はビームはＯＮ７１１の状態を維持してビーム出射を停止せずに連続して次のスポットの照射を行い、（ｊ－１）番目とｊ番目の間と、（ｊ＋ｎ）番目と（ｊ＋ｎ＋１）番目の間でビームをＯＦＦ７１２の状態にする場合について示している。
図７は、図４の場合と同様に、各スポットの照射量について、最初の照射開始を起点とする積算照射量７０１として監視している場合の例となる。
実施例１で説明したことと同様に、スキャニングコントローラ４１からビーム出射停止信号が出力された後、加速器コントローラ４０で開閉スイッチ９２を作動させて実際にシンクロトロン１２からのイオンビームの出射が停止するまでには応答遅れが生じうる。一方、ビーム出射停止信号（図７の停止指令）が出力されてから、図７においてビームＯＮ７１１の状態からビームＯＦＦ７１２の状態に変化してイオンビームの出射が実際に停止するまでの間（図７の期間(Ａ)：７１３）、シンクロトロン１２から出射されたイオンビームに基づく照射量が線量モニタ６Ａで計測され、カウンタ４１Ｂによって積算される。これを、加速器応答遅れによる照射量(Ｂ)xx（xxは加速器応答遅れによる照射量を計測したスポットNo.を示す）７０２とする。なお、(Ｂ)xxの値は、ビーム電流値によって変動する。
図７におけるスポットの進行と積算照射量７０１との関係について、図５及び６で説明したフローチャートとを関連付けて具体的に説明する。
連続的なイオンビームの出射が実際に停止した後、ステップＳ２０９、ステップＳ２０５の処理として、スキャニングコントローラ４１は、メモリ４１Ａより次の照射位置（スポット）に対する電流値データ及び目標照射量データを読み出し、ステップＳ３０１で、カウンタ４１Ｂに対して、目標照射量に対応するカウント数の設定指令を出力する。その後、カウンタ４１Ｂは、ステップＳ３０２において次の照射位置に対する目標カウント数を設定する。さらに、ステップＳ３０３において出力される電流設定指令に基づいて走査電磁石５Ａ、５Ｂが制御され、イオンビームの照射位置が次のスポットに移動し、ステップＳ３０５のビーム出射開始信号に基づいて、シンクロトロン１２からのイオンビームの出射が再開される。
この時、照射を開始するスポットに対する照射量（カウント数）は、イオンビームの出射再開後における線量モニタ６Ａの計測値に基づいた照射量だけでなく、図７の照射量(Ｂ)xxも含まれる。
例えば、図７のｊ番目のスポットに対する照射量は、（ｊ－ｎ）～（ｊ－1）番目のスポットへの照射期間の最後における期間(Ａ)７１３で計測した照射量(Ｂ)ｊ-1：７０２を初期値とし、この初期値にビーム出射再開後の照射量を積算した値となる。
そして、次に連続して照射するｊ番目から（ｊ＋ｎ）番目について、各スポットに対する照射量が、ステップＳ３０２で設定した各スポットに対する目標カウント数に達したとき、ステップＳ３２４において照射したスポット数がステップＳ２５１で設定したビーム停止スポットＮｏ．（ｋ）に達したかを判定する。
判定の結果、ビーム停止スポットＮｏ．（ｋ）に達した場合(ステップＳ３２４で「Ｙｅｓ」)には、ステップＳ３１０でカウンタ４１Ｂからスキャニングコントローラ４１にトリガー信号を出力する。このトリガー信号を受けたスキャニングコントローラ４１は、ステップＳ３１２で加速器コントローラ４０に対してビーム出射停止信号を発信し、加速器コントローラ４０は開閉スイッチ９２を開作動させてシンクロトロン１２からのイオンビームの出射を停止する。
図７の場合、ｊ番目から（ｊ＋ｎ－１）番目のスポットにおいてはＳ３２４で「Ｎｏ」と判定され、ビーム停止処理をすることなくステップＳ３１６に進行し、その後、次スポット照射に進行していく。
一方、（ｊ＋ｎ）番目の目標カウント数に達したとき、つまり、ビーム出射を開始したｊ番目～（ｊ＋ｎ）番目の目標照射積算量値(図７の「（ｊ）ｔｈ～（ｊ＋ｎ）ｔｈスポット目標照射量７０３」で表される照射量)に達したとき、ステップＳ３２４において「Ｙｅｓ」と判定される。
しかし実際には、スキャニングコントローラ４１からビーム出射停止信号が出されてから実際にイオンビームの照射が停止するまでの間、ｊ番目から（ｊ＋ｎ）番目のスポットを照射している期間の最後における期間(Ａ)：７１４で、そのスポットに対してイオンビームが照射量(Ｂ)j＋n：７０４だけ照射される。この期間の照射量は、さらに次の（ｊ＋ｎ＋１）番目からのスポット照射時の初期値として積算され、以降、同様に繰り返される。
以上のように、照射量に基づいた制御をスキャニングコントローラ４１が行うことにより、各連続するスポット照射において、常時、１つ前の連続するスポット照射で生じた応答遅れ期間(Ａ)における照射量(Ｂ)xxと当該連続スポット照射における照射量の合計値が、その連続するスポット照射領域の目標照射量になるまで、その連続するスポット照射領域に対してイオンビームが照射される。
ここで、図７の（ｊ＋ｎ＋１）番目のスポットのように、照射を再開するときの最初のスポットである(ｊ＋ｎ＋１)ｔｈのスポット目標照射量７０５が極めて小さいスポットについて考える。
この場合、連続照射における最初のスポットである（ｊ＋ｎ＋１）番目のスポットについて、直前のスポット連続照射における（ｊ）ｔｈ～（ｊ＋ｎ）ｔｈスポット目標照射量７０３を照射した後、（ｊ＋ｎ＋１）番目のスポットの(ｊ＋ｎ＋１)ｔｈ目標照射量７０５に相当する目標カウント数が（ｊ）ｔｈ～（ｊ＋ｎ）ｔｈスポット照射期間における期間(Ａ)：７１４におけるイオンビームの照射量(Ｂ)ｊ＋ｎ：７０４に対応するカウント数よりも多いかを判定する時点（ビーム出射開始信号出力判定：ステップＳ３２１）にて、当該スポットの目標照射量を既に超過している（目標カウント数を超過している）状況となる。この時、スキャニングコントローラ４１は、（ｊ＋ｎ＋１）番目のスポットにおいては、ステップＳ３２１にて「Ｎｏ」と判断し、ビーム出射開始信号を出力せず、（ｊ＋ｎ＋1）番目のスポットをスキップ（ステップＳ３２２）する。
ステップＳ３２２の直前に、スキップを許容するタイミングかどうか監視する機能を実装し、想定外のスキップを防止することもできる。また、前述の通り、ステップＳ３２２の進行条件に、（ｊ＋ｎ＋１）番目から連続するスポットにおけるステップＳ３０４の条件成立を加えることもできる。
その後、ビーム出射停止後の処理（ステップＳ３１６以降）を経て、次の連続スポット（ここでは（ｊ＋ｎ＋２）番目のスポット）に進行する。なお、スキップしたスポットに関しては、照射量の実績値がゼロのため、前述したステップＳ３２５にて「Ｙｅｓ」となり、ステップＳ３２６に進んでカウンタ実績値を判定するステップＳ３１７もスキップする。
以上、実施例１で説明したのと同様に、ステップＳ３２６の実績値判定スキップ機能（以降、スキップ機能Ａとする）、およびステップＳ３２２のスポット照射スキップ機能（以降、スキップ機能Ｂとする）によって、小線量スポット（目標照射量がゼロ、あるいは微小なスポット）の照射が可能になる。これらの機能を、総じてスキップスポット機能と呼ぶ。
図７を用いて説明した通り、スキップ機能Ｂは、あるスポットの応答遅れによる照射量(Ｂ)xxが、次スポットの目標照射量を超過している場合にのみ適応する。この(Ｂ)xxは、前述の通り加速器の応答遅れによって発生するため、ビーム出射を停止しないスポットについては、(Ｂ)xxの値はゼロとなる。
よって、本実施例において、スキップ機能Ｂは前スポットにてビーム出射を停止し、当該スポットにてビーム出射を開始するスポットにのみ有効となり、その他のビーム出射開始処理が伴わない（図６のステップＳ３２３で「Ｙｅｓ」と判断される）スポットについては、本スキップ機能Ｂの対象外となる。なお、スキップ機能Ａは、ビーム出射の開始、停止に関わらず全スポットが対象となる。
また、本スキップ機能Ｂの対象となるスポットについては、実施例１と同様に、ビーム出射開始前（図６のステップＳ３０５）にスポット照射をスキップするか否かの判定を実施（図６のステップＳ３２１）し、スキップする場合は図６のステップＳ３２２、その後ステップ３２４に進行する。
以上のようにスキップスポット機能を導入した本実施例の粒子線照射システムにおいても、実施例１の場合と同様の効果として、ビーム出射開始信号出力時点にて、当該スポットの目標照射量を超過している場合でも、もしくは加速器応答遅れや複雑な形状、線量分布の照射に対応するために小線量を照射するスポットの場合においても、十分な安全性を維持したスキップ機能によって治療を継続することができ、エラー発生による照射中断とせずに治療を継続することが可能となる。
また、仮に、様々な状況によって当該スポットの照射量が限りなく微小になった場合や、図７の(Ｂ)xx：７０２，７０４の値が突発的に増加した場合においても、本機能適用によって照射中断を防ぐことができる。これらにより、治療計画時、照射に小線量スポットへの考慮が不要となることで、治療計画の効率が向上し、治療の品質向上も実現できる。
また、治療に使用できるスポット単位の照射量下限値の制約が緩和され、スポット単位の照射量にとらわれない柔軟な治療（複雑な形状、線量分布の照射）が可能となる。
さらに、前述の通り、本機能導入による安全性の確保については、スキップ機能Ａが適応となったスポットに対して、その照射量、もしくは回数の監視機能を実装することで実現される。さらなる安全性向上のため、スキップ機能Ｂの監視機能を用いることもできる。
なお、本機能が適用されるスポットは、１回の治療中において、全体の１％にも満たないと推定される。よって、本機能導入は、治療への影響を最小限に抑えて導入できる機能であり、現在の治療品質を維持することができる。
１ 荷電粒子ビーム発生装置
４ ビーム輸送系
５Ａ、５Ｂ 走査電磁石（荷電粒子ビーム走査装置）
６Ａ 線量モニタ（照射量検出装置）
６Ｂ 位置モニタ
８ 出射用デフレクタ
９ 高周波印加装置
１０ 加速装置
１１ 前段荷電粒子ビーム発生装置（ライナック）
１２ シンクロトロン（加速器）
１５ 照射装置
１７、２３、２４ 偏向電磁石
１８、２１、２２ 四極電磁石
２９ 治療台
３０ 患者
４０ 加速器・輸送系コントローラ
４１ スキャニングコントローラ
４１Ａ メモリ
４１Ｂ カウンタ
６２ ビーム経路
９１ 高周波電源
９２ 開閉スイッチ
９３ 高周波印加電極
１００ 中央制御装置
１４０ 治療計画装置

Claims (12)

  1. 荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発生部と、
    前記荷電粒子ビーム発生部で発生させた荷電粒子ビームを照射対象に順次スポット照射する走査電磁石と前記荷電粒子ビームの照射量を計測する線量モニタとを備えた照射部と、
    前記照射部で前記照射対象に照射する前記荷電粒子ビームの照射を開始または停止する信号を発生するスキャニングコントローラと、
    前記スキャニングコントローラから出力された前記荷電粒子ビームの前記照射を開始または停止する信号を受けて前記荷電粒子ビーム発生部から前記照射部への前記荷電粒子ビームの出射を開始または停止する加速器・輸送系コントローラとを備えた粒子線照射システムであって、
    前記スキャニングコントローラは、前記荷電粒子ビームの前記照射を停止する信号を受けた前記加速器・輸送系コントローラが前記荷電粒子ビーム発生部から前記照射部への前記荷電粒子ビームの出射を停止させたときに直前まで前記荷電粒子ビームを照射していたスポットにおける前記線量モニタで計測した前記スキャニングコントローラから前記照射を停止する信号が出力された後の照射量が次のスポットの目標照射量を超過しているとき、前記スポットの次のスポットへの前記荷電粒子ビームの照射をスキップさせるとの判定をして前記加速器・輸送系コントローラを制御することを特徴とする粒子線照射システム。
  2. 荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発生部と、
    前記荷電粒子ビーム発生部で発生させた荷電粒子ビームを照射対象の複数のスポットに順次スポット照射する走査電磁石と前記荷電粒子ビームの照射量を計測する線量モニタとを備えた照射部と、
    前記照射部で前記照射対象に照射する前記荷電粒子ビームの照射を開始または停止する信号を発生するスキャニングコントローラと、
    前記スキャニングコントローラから出力された前記荷電粒子ビームの前記照射を開始または停止する信号を受けて前記荷電粒子ビーム発生部から前記照射部への前記荷電粒子ビームの出射を開始または停止する加速器・輸送系コントローラとを備えた粒子線照射システムであって、
    前記スキャニングコントローラは、前記加速器・輸送系コントローラを制御して前記複数のスポットに前記荷電粒子ビームを連続して照射し、前記線量モニタで計測した前記連続して照射する前記複数のスポットの総照射量が所定の照射量に達したときに前記荷電粒子ビームの前記照射を停止する信号を前記加速器・輸送系コントローラに出力し、前記停止する信号が出力された後の前記線量モニタで計測した照射量が次のスポットの目標照射量を超過しているとき、前記連続して照射する前記複数のスポットの次に連続して照射する複数のスポットにおいて、最初のスポットへの前記荷電粒子ビームの照射をスキップさせるとの判定をして前記加速器・輸送系コントローラを制御することを特徴とする粒子線照射システム。
  3. 請求項１又は２に記載の粒子線照射システムであって、
    前記スキャニングコントローラは、前記線量モニタで計測した前記荷電粒子ビームを照射したスポットにおける前記荷電粒子ビームの照射量の計測値が予め設定した量よりも大きい場合には前記計測値の正常・異常を判定し、前記計測値が予め設定した量よりも小さい場合には前記計測値の正常・異常の判定をスキップすることを特徴とする粒子線照射システム。
  4. 請求項３記載の粒子線照射システムであって、
    前記スキャニングコントローラは、前記計測値の正常・異常の判定をスキップしたスポットにおける前記計測値の累計を予め設定した閾値と比較して前記計測値の累計が前記閾値よりも大きくなった場合に前記加速器・輸送系コントローラを制御して前記荷電粒子ビームの照射を中断することを特徴とする粒子線照射システム。
  5. 荷電粒子ビーム発生部で発生させた荷電粒子ビームを照射部から照射量を線量モニタで計測しながら照射対象の複数のスポットに順次照射するときにスキャニングコントローラから出力される信号に基づいて前記荷電粒子ビームの照射を開始または停止させる粒子線照射システムの制御システムによる制御方法であって、
    前記線量モニタで計測した前記複数のスポットの内の一つのスポットにおける前記荷電粒子ビームの照射量が所定の照射量に達したときに前記スキャニングコントローラから前記荷電粒子ビームの前記照射を停止する信号を加速器・輸送系コントローラに出力し、前記停止する信号が出力された後の前記線量モニタで計測した前記照射量が次のスポットの目標照射量を超過しているとき、前記荷電粒子ビームを照射した前記スポットの次のスポットへの前記荷電粒子ビームの照射をスキップさせるとの判定をして前記加速器・輸送系コントローラを制御することを特徴とする粒子線照射システムの制御方法。
  6. 荷電粒子ビーム発生部で発生させた荷電粒子ビームを照射部から照射量を線量モニタで計測しながら照射対象の複数のスポットに連続して照射するときにスキャニングコントローラから出力される信号に基づいて前記荷電粒子ビームの照射を開始または停止させる粒子線照射システムの制御システムによる制御方法であって、
    前記線量モニタで計測した前記連続して照射する前記複数のスポットにおける前記荷電粒子ビームの総照射量が所定の照射量に達したときに前記スキャニングコントローラから前記荷電粒子ビームの前記照射を停止する信号を加速器・輸送系コントローラに出力し、前記停止する信号が出力された後の前記線量モニタで計測した照射量が次のスポットの目標照射量を超過しているとき、前記連続して照射する前記複数のスポットの次に連続して照射する複数のスポットにおいて、最初のスポットへの前記荷電粒子ビームの照射をスキップさせるとの判定をして前記加速器・輸送系コントローラを制御することを特徴とする粒子線照射システムの制御方法。
  7. 請求項５又は６に記載の粒子線照射システムの制御方法であって、
    前記スキャニングコントローラにおいて、前記線量モニタで計測した前記荷電粒子ビームを照射した前記スポットにおける前記荷電粒子ビームの照射量の計測値が予め設定した量よりも大きい場合には前記計測値の正常・異常を判定し、前記計測値が前記予め設定した量よりも小さい場合には前記計測値の正常・異常の判定をスキップすることを特徴とする粒子線照射システムの制御方法。
  8. 請求項７記載の粒子線照射システムの制御方法であって、
    前記スキャニングコントローラにおいて、前記計測値の正常・異常の判定をスキップしたスポットにおける前記計測値の累計を予め設定した閾値と比較して前記計測値の累計が前記閾値よりも大きくなった場合に前記加速器・輸送系コントローラを制御して前記荷電粒子ビームの照射を中断することを特徴とする粒子線照射システムの制御方法。
  9. 荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発生部と、前記荷電粒子ビーム発生部で発生させた荷電粒子ビームを照射対象の複数のスポットに順次スポット照射する照射部と、前記照射部から照射する前記荷電粒子ビームの照射量をモニタする線量モニタとを備えた粒子線照射システムの制御装置であって、
    前記照射部で前記照射対象に照射する前記荷電粒子ビームの照射を開始または停止する信号を発生するスキャニングコントローラと、
    前記スキャニングコントローラからの前記荷電粒子ビームの前記照射を停止する信号を受けて前記荷電粒子ビーム発生部から前記照射部への前記荷電粒子ビームの出射を開始または停止する加速器・輸送系コントローラと、を備え、
    前記スキャニングコントローラは、前記線量モニタで計測した前記複数のスポットの内の一つのスポットにおける前記荷電粒子ビームの照射量が所定の照射量に達したときに、前記荷電粒子ビームの前記照射を停止する信号を前記加速器・輸送系コントローラに出力し、前記停止する信号が出力された後の前記線量モニタで計測した前記照射量が次のスポットの目標照射量を超過しているとき、前記荷電粒子ビームを照射した前記スポットの次のスポットへの前記荷電粒子ビームの照射をスキップさせるとの判定をして前記加速器・輸送系コントローラを制御することを特徴とする粒子線照射システムの制御装置。
  10. 荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発生部と、前記荷電粒子ビーム発生部で発生させた荷電粒子ビームを照射対象の複数のスポットに連続して照射する照射部と、前記照射部から照射する前記荷電粒子ビームの照射量をモニタする線量モニタとを備えた粒子線照射システムの制御装置であって、
    前記照射部で前記照射対象に照射する前記荷電粒子ビームの照射を開始または停止する信号を発生するスキャニングコントローラと、
    前記スキャニングコントローラからの前記荷電粒子ビームの前記照射を停止する信号を受けて前記荷電粒子ビーム発生部から前記照射部への前記荷電粒子ビームの出射を開始または停止する加速器・輸送系コントローラと、を備え、
    前記スキャニングコントローラは、前記線量モニタで計測した前記連続して照射する前記複数のスポットにおける前記荷電粒子ビームの総照射量が所定の照射量に達したときに、前記荷電粒子ビームの前記照射を停止する信号を前記加速器・輸送系コントローラに出力し、前記停止する信号が出力された後の前記線量モニタで計測した照射量が次のスポットの目標照射量を超過しているとき、前記連続して照射する前記複数のスポットの次に連続して照射する複数のスポットにおいて、最初のスポットへの前記荷電粒子ビームの照射をスキップさせるとの判定をして前記加速器・輸送系コントローラを制御することを特徴とする粒子線照射システムの制御装置。
  11. 請求項９又は１０に記載の粒子線照射システムの制御装置であって、
    前記スキャニングコントローラは、前記線量モニタで計測した前記荷電粒子ビームを照射したスポットにおける前記荷電粒子ビームの照射量の計測値が予め設定した量よりも大きい場合には前記計測値の正常・異常を判定し、前記計測値が予め設定した量よりも小さい場合には前記計測値の正常・異常の判定をスキップすることを特徴とする粒子線照射システムの制御装置。
  12. 請求項１１記載の粒子線照射システムの制御装置であって、
    前記スキャニングコントローラは、前記計測値の正常・異常の判定をスキップしたスポットにおける前記計測値の累計を予め設定した閾値と比較して前記計測値の累計が前記閾値よりも大きくなった場合に前記加速器・輸送系コントローラを制御して前記荷電粒子ビームの照射を中断することを特徴とする粒子線照射システムの制御装置。
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