KR20180121830A

KR20180121830A - 가속기 제어 장치, 가속기 제어 방법, 및 입자선 치료 장치

Info

Publication number: KR20180121830A
Application number: KR1020180047774A
Authority: KR
Inventors: 무네미치 마츠모토; 다쿠지 후루카와; 고타 미즈시마; 가츠시 하나와
Original assignee: 도시바 에너지시스템즈 가부시키가이샤; 국립연구개발법인 양자과학기술연구개발기구
Priority date: 2017-05-01
Filing date: 2018-04-25
Publication date: 2018-11-09
Also published as: JP6936988B2; JP2018189465A; CN108837333B; US10420202B2; TWI678132B; TW201904361A; EP3402314A1; KR102057099B1; US20180317311A1; EP3402314B1; CN108837333A

Abstract

본 발명은, 저에너지의 하전 입자빔을 출사할 경우여도, 빔 스파이크의 발생을 방지할 수 있는 가속기 제어 장치, 가속기 제어 방법, 및 입자선 치료 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 실시형태의 가속기 제어 장치는, 고주파 전력 제어부와, 타이밍 제어부를 갖는다. 고주파 전력 제어부는, 하전 입자빔을 가속시키기 위한 고주파 전력을 가속기에 공급한다. 타이밍 제어부는, 상기 가속기 내를 주회하는 상기 하전 입자빔의 전류값에 의거하여, 상기 가속기로부터 출사된 상기 하전 입자빔을 차단하는 차단기의 동작 타이밍을 제어한다.

Description

가속기 제어 장치, 가속기 제어 방법, 및 입자선 치료 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING ACCELERATOR, METHOD FOR CONTROLLING ACCELERATOR, AND PARTICLE BEAM THERAPY APPARATUS}

본 발명의 실시형태는, 가속기 제어 장치, 가속기 제어 방법, 및 입자선 치료 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 입자선 치료 장치에는, 하전 입자빔을 원하는 에너지까지 가속하기 위한 가속기가 설치되어 있다. 가속기에는, 복수의 전극을 구비하는 고주파 가속 공동(空洞)이 설치되어 있다. 입자선 치료 장치는, 고주파 가속 공동에 설치된 전극에 고주파 전력을 공급함으로써 하전 입자빔을 원하는 에너지까지 가속하고, 가속한 하전 입자빔을 종양 등의 환부에 조사한다.

그러나, 가속기에 의해 일정한 에너지까지 가속된 하전 입자빔이 출사된 직후에 있어서, 하전 입자빔의 강도가 목표값을 초과하는 빔 스파이크라는 현상이 발생할 경우가 있었다. 빔 스파이크는, 특히 저에너지의 하전 입자빔이 출사될 때 발생하기 쉽다.

일본국 특허 제4873563호 공보

K. Mizushima et al., "RELIABLE BEAM-INTENSITY CONTROL TECHNIQUE AT THE HIMAC SYNCHROTRON", Proceedings of the 1st International Beam Instrumentation Conference, pp. 143-145, Tsukuba, Japan, 2012.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 저에너지의 하전 입자빔을 출사할 경우여도, 빔 스파이크의 발생을 방지할 수 있는 가속기 제어 장치, 가속기 제어 방법, 및 입자선 치료 장치를 제공하는 것이다.

실시형태의 가속기 제어 장치는, 고주파 전력 제어부와, 타이밍 제어부를 갖는다. 고주파 전력 제어부는, 하전 입자빔을 가속시키기 위한 고주파 전력을 가속기에 공급한다. 타이밍 제어부는, 상기 가속기 내를 주회(周回)하는 상기 하전 입자빔의 전류값에 의거하여, 상기 가속기로부터 출사된 상기 하전 입자빔을 차단하는 차단기의 동작 타이밍을 제어한다.

도 1은 제1 실시형태에 따른 입자선 치료 장치(10)의 전체 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 제1 실시형태에 따른 가속기 제어 장치(300)의 구성을 나타내는 블록도.
도 3은 제1 실시형태에 따른 전원용 패턴(S4)의 일례를 나타내는 도면.
도 4는 빔 스파이크가 발생할 경우의 차단기(155)의 제어의 일례를 나타내는 타이밍 차트.
도 5는 제1 실시형태에 따른 차단기(155)의 제어의 일례를 나타내는 타이밍 차트.
도 6은 제1 실시형태에 따른 전하량 역치 테이블(313)의 일례를 나타내는 도면.
도 7은 제1 실시형태에 따른 전하량 역치 테이블(313)의 다른 예를 나타내는 도면.
도 8은 제1 실시형태에 따른 전하량 역치 테이블(313)의 다른 예를 나타내는 도면.
도 9는 제1 실시형태에 따른 차단기(155)의 제어의 다른 예를 나타내는 타이밍 차트.
도 10은 제2 실시형태에 따른 가속기 제어 장치(300)의 구성을 나타내는 블록도.
도 11은 제2 실시형태에 따른 차단기(155) 및 초퍼(115)의 제어의 일례를 나타내는 타이밍 차트.
도 12는 제2 실시형태에 따른 펄스폭 역치 테이블(315)의 일례를 나타내는 도면.
도 13은 제2 실시형태에 따른 펄스폭 역치 테이블(315)의 다른 예를 나타내는 도면.
도 14는 제2 실시형태에 따른 펄스폭 역치 테이블(315)의 다른 예를 나타내는 도면.
도 15는 제3 실시형태에 따른 가속기 제어 장치(300)의 구성을 나타내는 블록도.
도 16은 제3 실시형태에 따른 전류값 역치 테이블(316)의 일례를 나타내는 도면.
도 17은 제3 실시형태에 따른 전류값 역치 테이블(316)의 다른 예를 나타내는 도면.
도 18은 제3 실시형태에 따른 전류값 역치 테이블(316)의 다른 예를 나타내는 도면.

이하, 실시형태의 가속기 제어 장치, 가속기 제어 방법, 및 입자선 치료 장치를, 도면을 참조해서 설명한다. 실시형태의 가속기 제어 장치는, 입자선 치료 장치에 적용할 수 있는 것 외에, 하전 입자빔을 이용하는 다양한 장치에 적용 가능하다. 예를 들면, 하전 입자빔을 조사함에 의해 대상물을 가공하는 에칭 장치 등에도 적용할 수 있다.

(제1 실시형태)

도 1은, 제1 실시형태에 따른 입자선 치료 장치(10)의 전체 구성을 나타내는 블록도이다. 입자선 치료 장치(10)는, 하전 입자빔을 원하는 에너지까지 가속하고, 가속한 하전 입자빔을 종양 등의 환부에 조사하는 장치이다. 입자선 치료 장치(10)는, 가속기(100)와, 조사 장치(200)와, 가속기 제어 장치(300)를 구비한다.

가속기(100)는, 입사기(110)와, 초퍼(115)와, 복수의 사극 전자석(120a 내지 120h)과, 복수의 편향 전자석(130a 내지 130d)과, 고주파 가속 공동(140)과, 출사기(150)와, 전류값 검출부(190)를 구비한다.

입사기(110)는, 하전 입자빔을 가속기(100) 내의 주회 궤도에 입사시킨다. 초퍼(115)는, 가속기(100)에 입사되는 하전 입자빔의 양을 조정하기 위해 설치된다.

초퍼(115)로서, 예를 들면, 하전 입자빔을 편향하기 위한 전기적 혹은 자기적인 힘을 시간적으로 전환해 줌에 의해, 가속기(100)에 입사하는 하전 입자빔의 입사량을 조정하는 빔 초퍼가 사용된다. 사극 전자석(120a 내지 120h)은, 하전 입자빔이 주회 궤도를 안정되게 주회하도록, 하전 입자빔을 수속(收束) 또는 발산시키는 전자석이다.

편향 전자석(130a 내지 130d)은, 하전 입자빔을 편향함에 의해, 하전 입자빔을 가속기(100) 내에서 주회시키는 전자석이다. 전류값 검출부(190)는, 가속기(100) 내를 주회하는 하전 입자빔의 전류값을 검출한다.

고주파 가속 공동(140)에는, 복수의 전극이 설치되어 있다. 하전 입자빔은 고주파 가속 공동(140)에 설치된 복수의 전극에 전압이 인가됨에 의해 가속된다. 출사기(150)는, 가속기(100)에 설치된 출사용 전극에 고주파 전장을 인가함에 의해, 가속기(100) 내의 주회 궤도를 주회하는 하전 입자빔의 일부를 조사 장치(200)를 향해 출사한다.

가속기(100)로부터 조사 장치(200)까지의 경로에는, 차단기(155)와, 복수의 사극 전자석(160a 내지 160d)과, 복수의 보정 전자석(170a 내지 170d)과, 편향 전자석(180)이 설치되어 있다. 차단기(155)는, 가속기로부터 출사된 하전 입자빔을 차단하는 셔터이지만, 조사 장치(200)에 이르는 빔량을 제어할 수 있으면 이것에 한정되지 않는다.

예를 들면, 차단기(155)는, 가속기로부터 출사된 하전 입자빔을, 조사 장치(200)에의 경로와는 다른 경로로 유도하는 편향 전자석 또는, 전장을 발생하는 전극 등이어도 된다.

사극 전자석(160a 내지 160d)은, 하전 입자빔이, 가속기(100)로부터 조사 장치(200)까지의 경로를 안정되게 통과하고, 조사 위치에 있어서 하전 입자빔이 목적의 빔 직경으로 되도록, 하전 입자빔을 수속 또는 발산시키는 전자석이다. 편향 전자석(180)은, 하전 입자빔을 편향하고, 하전 입자빔을 가속기(100)로부터 조사 장치(200)까지 유도하기 위한 전자석이다. 보정 전자석(170a 내지 170d)은, 가속기(100)로부터 조사 장치(200)까지의 하전 입자빔의 궤도를 보정하기 위한 전자석이다.

조사 장치(200)는, 치료실에 설치되고, 가속기(100)에 의해 가속된 하전 입자빔을 종양 등의 환부에 조사하는 장치이다. 조사 장치(200)는, 선량 모니터(210)을 구비한다. 선량 모니터(210)는, 환부에 조사되는 하전 입자빔의 강도를 검출한다.

가속기 제어 장치(300)는, 하전 입자빔을 가속하는 가속기(100)를 제어하는 장치이다. 이하, 가속기 제어 장치(300)의 상세한 구성에 대해 설명한다.

도 2는, 제1 실시형태에 따른 가속기 제어 장치(300)의 구성을 나타내는 블록도이다. 가속기 제어 장치(300)는, 타이밍 제어부(310)와, 고주파 전력용 패턴 기억부(320)와, 전원용 패턴 기억부(330)와, 고주파 전력 제어부(340)와, 전원 제어부(350)와, 초퍼 제어부(360)와, 입사기 제어부(370)와, 출사기 제어부(380)와, 차단기 제어부(390)를 구비한다.

타이밍 제어부(310), 고주파 전력 제어부(340), 전원 제어부(350), 초퍼 제어부(360), 입사기 제어부(370), 출사기 제어부(380), 및 차단기 제어부(390)는, 하드웨어에 의해 실현된다. 이러한 하드웨어로서, 예를 들면, FPGA(Field-Programmable Gate Array), LSI(Large Scale Integration), 및 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등을 들 수 있다.

또한, 가속기 제어 장치(300)는, CPU(Central Processing Unit) 등의 프로세서와, 프로세서가 실행하는 프로그램을 저장하는 프로그램 메모리를 구비해도 된다. 이 경우, 프로세서가 프로그램 메모리에 기억된 프로그램을 실행함으로써, 타이밍 제어부(310), 고주파 전력 제어부(340), 전원 제어부(350), 초퍼 제어부(360), 입사기 제어부(370), 출사기 제어부(380), 및 차단기 제어부(390)를 실현해도 된다.

타이밍 제어부(310)는, 가속기(100)에 하전 입자빔을 입사하는 타이밍을 제어함과 함께, 가속기(100)로부터 하전 입자빔을 출사하는 타이밍을 제어한다.

도 2에 나타나는 바와 같이, 타이밍 제어부(310)는, 하전 입자빔을 가속기(100) 내의 주회 궤도에 입사할 경우에는, 빔 입사 신호(S11)를 입사기 제어부(370)에 출력한다. 입사기 제어부(370)는, 타이밍 제어부(310)로부터 입력된 빔 입사 신호(S11)에 따라, 가속기(100)에 설치된 입사기(110)에 입사용 전력(S12)을 공급한다. 입사기(110)는, 입사용 전력(S12)이 입사기 제어부(370)로부터 공급되면, 하전 입자빔을 가속기(100) 내의 주회 궤도에 입사한다.

또한, 타이밍 제어부(310)는, 하전 입자빔을 가속기(100) 내의 주회 궤도로부터 출사할 경우에는, 빔 출사 신호(S13)를 출사기 제어부(380)에 출력한다. 출사기 제어부(380)는, 타이밍 제어부(310)로부터 입력된 빔 출사 신호(S13)에 따라, 가속기(100)에 설치된 출사기(150)에 출사용 전력(S14)을 공급한다. 출사기(150)는, 출사용 전력(S14)이 출사기 제어부(380)로부터 공급되면, 하전 입자빔을 가속기(100) 내의 주회 궤도로부터 조사 장치(200)를 향해 출사한다.

타이밍 제어부(310)는, 하전 입자빔을 차단하는 차단기(155)의 동작 타이밍을 제어함과 함께, 가속기(100)에 입사되는 하전 입자빔의 양을 조정하기 위한 초퍼(115)의 동작 타이밍을 제어한다.

도 2에 나타나는 바와 같이, 타이밍 제어부(310)는, 입사기(110)로부터 입사된 하전 입자빔의 양을 조정할 경우에는, 초퍼 펄스 신호(S9)를 초퍼 제어부(360)에 출력한다. 초퍼 제어부(360)는, 타이밍 제어부(310)로부터 입력된 초퍼 펄스 신호(S9)가 ON인 동안, 가속기(100)에 설치된 초퍼(115)에 초퍼용 전력(S10)을 공급한다. 초퍼(115)는, 초퍼 제어부(360)로부터 초퍼용 전력(S10)이 공급되면, 입사기(110)로부터 입사된 하전 입자빔을 통과시킨다. 한편, 초퍼(115)는, 초퍼 제어부(360)로부터 초퍼용 전력(S10)이 공급되고 있지 않을 경우에는, 입사기(110)로부터 입사된 하전 입자빔을 차단한다.

또한, 초퍼 제어부(360)는, 초퍼 펄스 신호(S9)가 ON인 동안, 초퍼(115)에 초퍼용 전력(S10)을 공급하고, 초퍼 펄스 신호(S9)가 OFF인 동안, 초퍼(115)에 초퍼용 전력(S10)을 공급하지 않는 것으로 했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 초퍼 제어부(360)는, 초퍼 펄스 신호(S9)가 ON인 동안, 초퍼(115)에 초퍼용 전력(S10)을 공급하지 않고, 초퍼 펄스 신호(S9)가 OFF인 동안, 초퍼(115)에 초퍼용 전력(S10)을 공급해도 된다.

또한, 타이밍 제어부(310)는, 출사기(150)로부터 출사된 하전 입자빔을 차단할 경우에는, 차단기 구동 신호(S15)를 차단기 제어부(390)에 출력한다. 차단기 제어부(390)는, 타이밍 제어부(310)로부터 입력된 차단기 구동 신호(S15)가 ON인 동안, 차단기(155)에 차단기용 전력(S16)을 공급한다. 차단기(155)는, 차단기 제어부(390)로부터 차단기용 전력(S16)이 공급되면, 출사기(150)로부터 출사된 하전 입자빔을 차단한다. 한편, 차단기(155)는, 차단기 제어부(390)로부터 차단기용 전력(S16)이 공급되고 있지 않을 경우에는, 출사기(150)로부터 출사된 하전 입자빔을 통과시킨다.

또한, 차단기 제어부(390)는, 차단기 구동 신호(S15)가 ON인 동안, 차단기(155)에 차단기용 전력(S16)을 공급하고, 차단기 구동 신호(S15)가 OFF인 동안, 차단기(155)에 차단기용 전력(S16)을 공급하지 않는 것으로 했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 차단기 제어부(390)는, 차단기 구동 신호(S15)가 ON인 동안, 차단기(155)에 차단기 구동 신호(S15)를 공급하지 않고, 차단기 구동 신호(S15)가 OFF인 동안, 차단기(155)에 차단기 구동 신호(S15)를 공급해도 된다.

가속기 제어 장치(300)에는, 네트워크를 통해 계산기(400)가 접속되어 있다. 조작자가 고주파 전력용 패턴(S3) 및 전원용 패턴(S4)을 계산기(400)에 입력하면, 계산기(400)는, 입력된 고주파 전력용 패턴(S3) 및 전원용 패턴(S4)을 가속기 제어 장치(300)에 송신한다. 가속기 제어 장치(300)는, 계산기(400)로부터 고주파 전력용 패턴(S3) 및 전원용 패턴(S4)을 수신하면, 수신한 고주파 전력용 패턴(S3)을 고주파 전력용 패턴 기억부(320)에 기억함과 함께, 수신한 전원용 패턴(S4)을 전원용 패턴 기억부(330)에 기억한다. 또한, 계산기(400)는, 출사기 제어부(380)의 동작 로직에 필요한 설정값이나, 타이밍 제어부(310)의 동작 로직에 필요한 설정값을 설정하는 것도 가능하다.

여기에서, 고주파 전력용 패턴(S3)은, 고주파 가속 공동(140)에 설치된 복수의 전극에 공급되는 전력을 제어하기 위한 전력 지령 패턴을 나타내는 데이터이다. 구체적으로, 고주파 전력용 패턴(S3)은, 고주파 가속 공동(140)에 설치된 복수의 전극에 인가되는 전압의 진폭을 지령하는 전압 지령값의 집합과, 이 복수의 전극에 인가되는 전압의 주파수를 지령하는 주파수 지령값의 집합을 포함하고, 특정의 순서로 실행(출력)된다(전압 지령값(S5)으로서 판독된다).

또한, 전원용 패턴(S4)은, 가속기(100)에 설치된 복수의 편향 전자석(130a 내지 130d)에 공급되는 전류를 제어하기 위한 전류 지령 패턴을 나타내는 데이터이다. 즉, 전원용 패턴(S4)은, 가속기(100)에 설치된 복수의 편향 전자석(130a 내지 130d)에 공급되는 전류를 지령하는 전류 지령값의 집합이고, 특정의 순서로 실행(출력)된다(전류 지령값(S7)으로서 판독된다).

타이밍 제어부(310)는, 리셋 신호(S1)와 클럭 신호(S2)를, 고주파 전력용 패턴 기억부(320)에 출력한다. 리셋 신호(S1)는, 전압 지령값(S5)을 고주파 전력용 패턴(S3)의 최초의 데이터로부터 생성하도록(최초의 데이터로부터 판독하도록) 리셋하기 위한 신호이다. 클럭 신호(S2)는, 전압 지령값(S5)을 고주파 전력용 패턴(S3)의 다음 데이터로부터 생성하도록(다음 데이터로부터 판독하도록) 갱신할 때에 사용되는 동기 신호이다.

또한, 타이밍 제어부(310)는, 리셋 신호(S1)와 클럭 신호(S2)를, 전원용 패턴 기억부(330)에도 출력한다. 리셋 신호(S1)는, 전류 지령값(S7)을 전원용 패턴(S4)의 최초의 데이터로부터 생성하도록(최초의 데이터로부터 판독하도록) 리셋하기 위한 신호이기도 있다. 클럭 신호(S2)는, 전류 지령값(S7)을 전원용 패턴(S4)의 다음 데이터로부터 생성하도록(다음 데이터로부터 판독하도록) 갱신할 때에 사용되는 동기 신호이기도 하다.

도 3은, 제1 실시형태에 따른 전원용 패턴(S4)의 일례를 나타내는 도면이다. 도 3에 나타나는 전원용 패턴(S4)에 있어서, 횡축은 시간을 나타내고, 종축은 전원 제어부(350)로부터 편향 전자석(130a 내지 130d)에 공급되는 전류를 제어하기 위한 전류 지령값을 나타낸다. 즉, 도 3에 나타나는 전원용 패턴(S4)은, 도면 중 가장 좌측의 전류 지령값(최초의 전류 지령값)으로부터 전류 지령값(S7)으로서 판독된다. 또한, 클럭 신호(S2)가 입력될 때마다 다음(이웃한 오른쪽의) 전류 지령값이 순서대로, 전류 지령값(S7)으로서 판독된다. 또한, 전류 지령값이 증대하면, 편향 전자석(130a 내지 130d)에 공급되는 전류를 증대시킬 수 있고, 전류 지령값이 감소하면, 편향 전자석(130a 내지 130d)에 공급되는 전류를 감소시킬 수 있다.

상세는 후술하지만, 도 3에 나타나는 전원용 패턴(S4)은, 전류 지령값이 전류 지령값A1까지 증대하고, 그 후, 전류 지령값A2, 전류 지령값A3, …, 전류 지령값An으로 감소하는 패턴이다. 여기에서, 리셋 신호(S1)가 전원용 패턴 기억부(330)에 입력되면, 전원용 패턴(S4)의 최초의 전류 지령값(도 3의 가장 좌측의 전류 지령값)으로부터 순서대로 실행하도록 강제된다.

구체적으로, 전원 제어부(350)는, 클럭 신호(S2)의 입력 횟수를 카운트하고, 카운트값에 대응하는 전류 지령값(S7)을 전원용 패턴 기억부(330)로부터 판독한다. 전원 제어부(350)는, 전원용 패턴 기억부(330)로부터 판독한 전류 지령값(S7)에 따른 전류(S8)를, 편향 전자석(130a 내지 130d)에 공급한다. 전원 제어부(350)는, 클럭 신호(S2)가 타이밍 제어부(310)로부터 입력될 때마다, 이 동작을 반복한다.

리셋 신호(S1)가 출력되는 타이밍 부근에 있어서의 전원용 패턴(S4)은, 하전 입자빔의 입사 레벨의 에너지에 상당하는 전류 지령값을 나타낸다. 이 전류 지령값이 전원 제어부(350)에 출력되고 있을 때, 타이밍 제어부(310)가 빔 입사 신호(S11)를 입사기 제어부(370)에 출력하면, 입사기 제어부(370)는, 입사기(110)에 입사용 전력(S12)을 공급한다. 입사기(110)에 입사용 전력(S12)이 공급되면, 이온 원(도시 생략)으로부터 하전 입자빔이 출력되고, 입사기(110)가 하전 입자빔을 입사 에너지까지 가속한다.

또한, 타이밍 제어부(310)는, 빔 입사 신호(S11)보다 약간 늦은 타이밍에, 초퍼 펄스 신호(S9)를 초퍼 제어부(360)에 출력한다. 초퍼 제어부(360)는, 타이밍 제어부(310)로부터 입력된 초퍼 펄스 신호(S9)가 ON인 동안, 가속기(100)에 설치된 초퍼(115)에 초퍼용 전력(S10)을 공급한다. 초퍼(115)는, 초퍼 제어부(360)로부터 초퍼용 전력(S10)이 공급되면, 입사기(110)로부터 입사된 하전 입자빔을 통과시킨다.

초퍼(115)를 통과한 하전 입자빔은, 가속기(100)의 주회 궤도에 입사한다. 그 후, 전원용 패턴 기억부(330)로부터 출력되는 전류 지령값(S7), 및 고주파 전력용 패턴 기억부(320)로부터 출력되는 전압 지령값(S5)에 따라, 하전 입자빔에 가속 에너지가 주어진다. 이에 의해, 하전 입자빔은, 가속기(100) 내를 주회하고, 가속해 간다.

가속기(100)에 설치된 사극 전자석(120a 내지 120h)에 주어지는 전류나, 도시하지 않은 다른 전자석에 주어지는 전류값에 대해서도, 마찬가지인 제어가 행해진다. 통상은, 전원용 패턴 기억부(330)로부터 출력되는 전류 지령값(S7), 및 고주파 전력용 패턴 기억부(320)로부터 출력되는 전압 지령값(S5)에 따라, 리셋, 입사, 가속, 감속이 반복된다.

전류 지령값(S7)은, 하전 입자빔의 에너지의 크기를 직접적으로 나타내는 것은 아니다. 그러나, 전류 지령값(S7)은, 하전 입자빔의 에너지(속도)에 의거하여 일의(一意)로 결정되는 값이고, 하전 입자빔의 에너지가 높을 경우는 편향 전자석(130a 내지 130d)에 공급되는 전류를 크게 할 필요가 있다. 이 때문에, 도 2에 나타나는 전류 지령값(S7)은, 하전 입자빔의 에너지의 크기라 해석할 수도 있다.

또한, 고주파 전력 제어부(340)에 대해서도 마찬가지로, 클럭 신호(S2)의 입력 횟수를 카운트하고, 카운트값에 대응하는 전압 지령값(S5)을 고주파 전력용 패턴 기억부(320)로부터 판독한다. 고주파 전력 제어부(340)는, 고주파 전력용 패턴 기억부(320)로부터 판독한 전압 지령값(S5)에 따른 전압(S6)을, 고주파 가속 공동(140)에 설치된 복수의 전극에 인가한다. 고주파 전력 제어부(340)는, 클럭 신호(S2)가 타이밍 제어부(310)로부터 입력될 때마다, 이 동작을 반복한다.

가속기(100)에 설치된 전류값 검출부(190)는, 가속기(100) 내를 주회하는 하전 입자빔의 전류값(S17)을 검출하고, 검출한 전류값(S17)을 가속기 제어 장치(300)에 송신한다. 전류값 검출부(190)로부터 송신된 전류값(S17)은, 타이밍 제어부(310)에 입력된다.

한편, 고주파 전력 제어부(340)는, 주파수 검출부(341)를 구비한다. 주파수 검출부(341)는, 하전 입자빔이 가속기(100) 내를 주회하는 주파수(S18)를 검출한다. 예를 들면, 주파수 검출부(341)는, 고주파 전력 제어부(340)로부터 고주파 가속 공동(140)에 인가되는 전압의 주파수에 의거하여, 하전 입자빔이 가속기(100) 내를 주회하는 주파수(S18)를 검출한다. 주파수 검출부(341)는, 검출한 주파수(S18)를 타이밍 제어부(310)에 출력한다.

타이밍 제어부(310)는, 전하량 산출부(311)와, 프리-출사 제어부(312)와, 전하량 역치 테이블(313)(제1 테이블)을 구비한다. 전하량 산출부(311)는, 전류값 검출부(190)에 의해 검출된 전류값(S17)을, 주파수 검출부(341)에 의해 검출된 주파수(S18)로 제산(除算)함에 의해, 하전 입자빔의 전하량을 산출한다.

가속기(100)에 의해 일정한 에너지까지 가속된 하전 입자빔이 출사된 직후에 있어서, 하전 입자빔의 강도가 목표값을 초과하는 빔 스파이크라는 현상이 발생할 경우가 있다. 이 때문에, 프리-출사 제어부(312)는, 빔 스파이크의 발생을 방지하기 위해, 프리-출사를 행한다. 「프리-출사」란, 차단기(155)가 닫힌 상태에서, 하전 입자빔을 가속기(100) 내의 주회 궤도로부터 조사 장치(200)를 향해 출사하는 동작이다.

도 4는, 빔 스파이크가 발생할 경우의 차단기(155)의 제어의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다. 예를 들면, 전류 지령값(S7)이 A180일 때에 하전 입자빔을 출사할 경우, 타이밍 제어부(310)는, 전류 지령값(S7)이 A180으로 된 타이밍에 클럭 신호(S2)를 정지한다. 이에 의해, 편향 전자석(130a 내지 130d)에 공급되는 전류를 일정하게 할 수 있기 때문에, 하전 입자빔의 에너지를 일정하게 할 수 있다.

하전 입자빔의 에너지를 일정하게 한 후, 타이밍 제어부(310)는, 차단기(155)를 닫기 위한 차단기 구동 신호(S15)를 차단기 제어부(390)에 출력한다. 차단기 제어부(390)는, 차단기 구동 신호(S15)가 ON인 동안, 차단기(155)에 차단기용 전력(S16)을 공급한다. 차단기용 전력(S16)이 차단기(155)에 공급되면, 차단기(155)는, 출사기(150)로부터 조사 장치(200)를 향하는 하전 입자빔의 경로를 차단한다.

차단기(155)가 닫힌 후, 타이밍 제어부(310)는, 소정 시간T가 경과할 때까지, 하전 입자빔을 가속기(100) 내의 주회 궤도로부터 출사시키기 위한 빔 출사 신호(S13)를 출사기 제어부(380)에 출력한다. 출사기 제어부(380)는, 빔 출사 신호(S13)에 따라, 출사기(150)에 출사용 전력(S14)을 공급한다. 출사용 전력(S14)이 출사기(150)에 공급되면, 출사기(150)는, 하전 입자빔을 가속기(100) 내의 주회 궤도로부터 조사 장치(200)를 향해 출사한다.

그러나, 차단기(155)가 닫혀 있기 때문에, 조사 장치(200)를 향해 출사된 하전 입자빔은, 차단기(155)에 의해 차단된다. 이와 같이, 프리-출사가 행해짐에 의해, 빔 스파이크가 발생한 하전 입자빔이 조사 장치(200)에 도달하는 것을 방지할 수 있다. 소정 시간T가 경과할 때까지 프리-출사가 행해진 후, 타이밍 제어부(310)는, 빔 출사 신호(S13)의 출력을 정지한다. 이에 의해, 출사기(150)는, 하전 입자빔의 출사를 정지한다.

하전 입자빔의 출사가 정지된 후, 타이밍 제어부(310)는, 차단기 구동 신호(S15)의 출력을 정지한다. 이에 의해, 차단기(155)가 닫힌 상태로부터 열린 상태로 이행하여, 출사기(150)로부터 조사 장치(200)를 향하는 하전 입자빔의 경로가 개방된다. 그 후, 타이밍 제어부(310)는, 본 출사를 행하기 위해, 빔 출사 신호(S13)를 출사기 제어부(380)에 출력하고, 출사기(150)로부터 조사 장치(200)에 하전 입자빔을 출사시킨다.

그러나, 하전 입자빔의 에너지가 낮고(예를 들면, 140[MeV] 미만), 또한 하전 입자빔의 전하량이 많을(환언하면, 가속기(100)를 주회하는 하전 입자빔의 개수가 많을) 경우, 소정 시간T가 경과할 때까지 하전 입자빔을 차단하는 프리-출사가 행해져도, 빔 스파이크가 발생할 경우가 있다. 이 경우, 도 4에 나타나는 바와 같이, 조사 장치(200)의 선량 모니터(210)에 의해, 하전 입자빔의 강도가 목표값을 초과하는 빔 스파이크의 발생이 검출된다. 이 때문에, 빔 스파이크의 발생을 방지하기 위해, 프리-출사 제어부(312)는, 프리-출사를 계속하는 시간을 제어할 필요가 있다.

도 5는, 제1 실시형태에 따른 차단기(155)의 제어의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다. 도 5에 있어서, 역치(TH180)는, 전류 지령값(S7)이 A180인 경우에 있어서의 하전 입자빔의 전하량의 역치이다. 프리-출사 제어부(312)는, 하전 입자빔의 전하량이 역치(TH180) 미만이 될 때까지(시간Ta가 경과할 때까지) 프리-출사를 계속한다. 이에 의해, 저에너지의 하전 입자빔을 출사할 경우여도, 빔 스파이크의 발생을 방지할 수 있다. 이하, 프리-출사 제어에 대해 구체적으로 설명한다.

상술한 바와 같이, 전하량 산출부(311)는, 전류값 검출부(190)에 의해 검출된 전류값(S17)을, 주파수 검출부(341)에 의해 검출된 주파수(S18)로 제산함에 의해, 하전 입자빔의 전하량을 산출한다. 구체적으로는, 전하량 산출부(311)는, 이하의 식 (1)에 의거하여, 하전 입자빔의 전하량을 산출한다.

하전 입자빔의 전하량[C]＝전류값[A]/주파수[㎐]…식(1)

타이밍 제어부(310)는, 하전 입자빔의 에너지와, 하전 입자빔의 전하량(빔 전하량)의 역치가 대응지어진 전하량 역치 테이블(313)을 유지한다. 예를 들면, 전하량 역치 테이블(313)은, 가속기 제어 장치(300)에 설치된 메모리에 기억된 테이블이다.

도 6은, 제1 실시형태에 따른 전하량 역치 테이블(313)의 일례를 나타내는 도면이다. 전하량 역치 테이블(313)은, 에너지 번호와 빔 전하량의 역치가 대응지어진 테이블이다. 구체적으로는, 에너지 번호1 내지 200의 각각에, 역치 100[nC] 내지 1[nC]가 대응지어져 있다. 또한, 에너지 번호1은 430[MeV], …, 에너지 번호200은 50[MeV]이다. 전하량 역치 테이블(313)은, 하전 입자빔의 에너지가 낮을수록, 당해 에너지에 대응지어지는 역치가 작아지도록 설정되어 있다.

타이밍 제어부(310)의 프리-출사 제어부(312)는, 가속기(100) 내를 주회하는 하전 입자빔의 에너지에 대응하는 역치를 전하량 역치 테이블(313)로부터 취득한다. 프리-출사 제어부(312)는, 전하량 산출부(311)에 의해 산출된 전하량과, 전하량 역치 테이블(313)로부터 취득된 역치의 비교에 의거하여, 차단기(155)의 동작 타이밍을 제어한다.

예를 들면, 타이밍 제어부(310)는, 전하량 산출부(311)에 의해 산출된 전하량이, 전하량 역치 테이블(313)로부터 취득된 역치 이상일 경우에는, 차단기(155)를 제어해서 하전 입자빔을 차단시킨다. 한편, 타이밍 제어부(310)는, 전하량 산출부(311)에 의해 산출된 전하량이, 전하량 역치 테이블(313)로부터 취득된 역치 미만일 경우에는, 차단기(155)를 제어해서 하전 입자빔을 통과시킨다.

구체적으로, A180에 대응하는 에너지로 하전 입자빔을 출사할 경우, 프리-출사 제어부(312)는, A180의 에너지에 대응하는 역치(TH180)를 전하량 역치 테이블(313)로부터 취득한다. 프리-출사 제어부(312)는, 전하량 산출부(311)에 의해 산출된 전하량이 역치(TH180) 이상일 경우에는, 차단기(155)를 닫고 프리-출사를 행한다. 한편, 프리-출사 제어부(312)는, 전하량 산출부(311)에 의해 산출된 전하량이 역치(TH180) 미만으로 된 것에 따라, 프리-출사를 종료하고, 차단기(155)를 개방한다. 프리-출사가 종료한 후, 타이밍 제어부(310)는, 조사 장치(200)에 하전 입자빔을 출사하기 위한 본 출사를 행한다.

이상 설명한 바와 같이, 프리-출사 제어부(312)는, 하전 입자빔의 전하량이 역치 미만이 될 때까지 프리-출사를 계속한다. 이에 의해, 저에너지의 하전 입자빔을 출사할 경우여도, 빔 스파이크의 발생을 방지할 수 있다. 본 실시형태에 있어서는, 도 5에 나타나는 바와 같이, 조사 장치(200)의 선량 모니터(210)에 의해 빔 스파이크의 발생이 검출되지 않는다.

도 6에 나타나는 빔 전하량의 역치는, 빔 조정 시험에 있어서 미리 조정된다. 치료 시에 있어서는, 조정된 역치에 의거하여 프리-출사가 행해진다. 예를 들면, 가속기(100)를 주회하는 하전 입자빔의 전하량의 최고값이 10[nC]인 것으로 한다. 이 경우, 도 6에 나타나는 바와 같이, 10[nC]보다 극단적으로 큰 값(예를 들면, 100[nC])을, 고에너지에 대응하는 역치로서 설정해도 된다. 이에 의해, 고에너지의 하전 입자빔이 출사될 경우, 가속기(100) 내의 하전 입자빔의 전하량이 이미 역치를 하회하고 있게 되기 때문에, 프리-출사 제어부(312)는, 프리-출사의 시간 연장을 행하지 않는다. 이 때문에, 프리-출사 제어부(312)는, 소정 시간T가 경과할 때까지 프리-출사를 행한 후, 하전 입자빔을 출사하는 것이 가능해진다.

도 7은, 제1 실시형태에 따른 전하량 역치 테이블(313)의 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 7에 나타나는 바와 같이, 전하량 역치 테이블(313)에 있어서, 경계 에너지 번호가 설정되어도 된다. 또한, 전하량 역치 테이블(313)에 있어서, 에너지 번호1로부터 경계 에너지 번호까지의 빔 전하량 역치1과, 경계 에너지 번호＋1로부터 에너지 번호200(최대값)까지의 빔 전하량 역치2가 설정되어도 된다.

구체적으로, 도 7에 나타나는 예에 있어서, 빔 전하량 역치(20[nC])가, 에너지 번호1 내지 180에 대응지어지고, 빔 전하량 역치(1[nC])가, 에너지 번호181 내지 200에 대응지어져 있다.

도 8은, 제1 실시형태에 따른 전하량 역치 테이블(313)의 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 8에 나타나는 바와 같이, 전하량 역치 테이블(313)에 있어서, 경계 에너지 번호1 및 경계 에너지 번호2가 설정되어도 된다. 또한, 전하량 역치 테이블(313)에 있어서, 에너지 번호1로부터 경계 에너지 번호1까지의 빔 전하량 역치1과, 경계 에너지 번호1＋1로부터 경계 에너지 번호2까지의 빔 전하량 역치2와, 경계 에너지 번호2＋1로부터 에너지 번호200(최대값)까지의 빔 전하량 역치3이 설정되어도 된다.

구체적으로, 도 8에 나타나는 예에 있어서, 빔 전하량 역치(10[nC])가, 에너지 번호1 내지 150에 대응지어지고, 빔 전하량 역치(2[nC])가, 에너지 번호151 내지 180에 대응지어지고, 빔 전하량 역치(1[nC])가, 에너지 번호181 내지 200에 대응지어져 있다.

도 7이나 도 8에 나타나는 예와 같이, 전하량 역치 테이블(313)은, 에너지의 범위를 구분하기 위한 경계 에너지를 포함해도 되고, 경계 에너지에 의해 구분되는 에너지의 범위마다, 하전 입자빔의 전하량의 역치가 대응지어져도 된다. 이에 의해, 전하량 역치 테이블(313)의 데이터량을 삭감할 수 있다.

도 9는, 제1 실시형태에 따른 차단기(155)의 제어의 다른 예를 나타내는 타이밍 차트이다. 구체적으로는, 도 9는, 에너지 1단째(A1)의 하전 입자빔 및 에너지 180단째(A180)의 하전 입자빔을 출사하는 제어를 나타내는 타이밍 차트이다.

입사기(110)에 의해 가속기(100)에 입사된 하전 입자빔은, 가속기(100)에 의해 가속된다. 클럭 신호(S2)가 에너지 1단째(A1)에 대응하는 카운트값에 도달하면, 타이밍 제어부(310)는, 클럭 신호(S2)를 정지한다. 이에 의해, 하전 입자빔의 에너지가 일정 값(A1)으로 유지된다. 이 때, 하전 입자빔의 전하량은 역치TH1 미만이기 때문에, 소정 시간T가 경과할 때까지 프리-출사가 행해진다. 프리-출사가 종료한 후, 에너지 1단째(A1)의 본 출사가 행해진다.

에너지 1단째(A1)의 본 출사가 종료하면, 타이밍 제어부(310)는, 클럭 신호(S2)의 공급을 재개한다. 클럭 신호(S2)가 에너지 180단째(A180)에 대응하는 카운트값에 도달하면, 타이밍 제어부(310)는, 클럭 신호(S2)를 정지한다. 이에 의해, 하전 입자빔의 에너지가 일정 값(A180)으로 유지된다. 이 때, 하전 입자빔의 전하량은 역치(TH180)보다 크기 때문에, 소정 시간Tp가 경과할 때까지(하전 입자빔의 전하량이 역치(TH180) 미만이 될 때까지) 프리-출사가 행해진다. 프리-출사가 종료한 후, 에너지 180단째(A180)의 본 출사가 행해진다.

이에 의해, 에너지가 서로 다른 복수의 본 출사가 행해질 경우여도, 어떠한 본 출사에 있어서도, 빔 스파이크의 발생을 방지할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 제1 실시형태에 있어서, 타이밍 제어부(310)는, 가속기(100) 내를 주회하는 하전 입자빔의 전류값에 의거하여, 가속기(100)로부터 출사된 하전 입자빔을 차단하는 차단기(155)의 동작 타이밍을 제어한다. 구체적으로는, 타이밍 제어부(310)는, 전류값 검출부(190)에 의해 검출된 전류값에 의거하여, 하전 입자빔의 전하량을 산출하고, 산출한 하전 입자빔의 전하량에 의거하여, 차단기(155)의 동작 타이밍을 제어한다. 이에 의해, 저에너지의 하전 입자빔을 출사할 경우여도, 빔 스파이크의 발생을 방지할 수 있다.

(제2 실시형태)

제1 실시형태에 있어서, 타이밍 제어부(310)는, 가속기(100)로부터 출사된 하전 입자빔을 차단하는 차단기(155)의 동작 타이밍을 제어하는 것으로 했다. 이에 대해, 제2 실시형태에 있어서, 타이밍 제어부(310)는, 차단기(155)의 동작 타이밍의 제어에 더해, 초퍼(115)를 구동하기 위한 초퍼 펄스 신호의 펄스폭을 제어하는 것으로 한다. 이하, 제2 실시형태에 대해 상세히 설명한다.

도 10은, 제2 실시형태에 따른 가속기 제어 장치(300)의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 10에 있어서, 도 2의 각부에 대응하는 부분에는 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략한다.

타이밍 제어부(310)는, 전하량 산출부(311)와, 프리-출사 제어부(312)와, 전하량 역치 테이블(313)에 더해, 펄스폭 제어부(314)와, 펄스폭 역치 테이블(315)(제2 테이블)을 구비한다. 펄스폭 역치 테이블(315)은, 가속기 제어 장치(300)에 설치된 메모리에 기억된 테이블이다.

펄스폭 제어부(314)는, 빔 스파이크의 발생을 방지하기 위해, 초퍼 펄스 신호(S9)의 펄스폭 제어를 행한다. 펄스폭 제어부(314)는, 펄스폭 제어를 행함으로써, 가속기(100) 내의 주회 궤도에 입사되는 하전 입자빔의 양을 조정한다.

도 11은, 제2 실시형태에 따른 차단기(155) 및 초퍼(115)의 제어의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다. 도 11에 있어서, 도 5의 각부에 대응하는 부분에는 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략한다. 도 11은, 저에너지(A180)에서 하전 입자빔을 출사할 경우의 타이밍 차트이다.

저에너지(A180)에서 하전 입자빔을 출사할 경우에는, 빔 스파이크가 발생하기 쉽기 때문에, 미리 하전 입자빔의 전하량을 작게 해 두는 것이 바람직하다. 이 때문에, 초퍼 제어부(360)는, 하전 입자빔이 가속기(100)로부터 출사될 때의 하전 입자빔의 에너지에 의거하여 초퍼(115)를 제어함에 의해, 가속기(100) 내의 주회 궤도에 입사되는 하전 입자빔의 양을 조정한다.

상술한 도 5에 나타나는 예에 있어서는, 가속기(100) 내의 주회 궤도에 입사되는 하전 입자빔의 양이 많기 때문에, 프리-출사에 장시간Ta를 요하는 것으로 된다. 한편, 도 11에 나타나는 예에 있어서, 펄스폭 제어부(314)는, 초퍼 제어부(360)에 출력하는 초퍼 펄스 신호(S9)의 펄스폭을 제어함으로써, 가속기(100) 내의 주회 궤도에 입사되는 하전 입자빔의 양을 적게 한다. 이에 의해, 하전 입자빔의 전하량이 작아지기 때문에, 프리-출사를 단시간(Tb)에 종료시킬 수 있다. 또한, 프리-출사에 요하는 시간을 단축화함으로써, 치료 효율을 향상시킬 수 있고, 환자에 대한 부담을 경감할 수 있다.

도 12는, 제2 실시형태에 따른 펄스폭 역치 테이블(315)의 일례를 나타내는 도면이다. 펄스폭 역치 테이블(315)은, 하전 입자빔의 에너지와, 초퍼(115)를 구동하기 위한 초퍼 펄스 신호의 펄스폭이 대응지어진 테이블이다. 구체적으로는, 에너지 번호1 내지 200의 각각에, 초퍼 펄스폭 40[μs] 내지 10[μs]이 대응지어져 있다. 또한, 에너지 번호1은 430[MeV], …, 에너지 번호200은 50[MeV]이다. 펄스폭 역치 테이블(315)은, 하전 입자빔의 에너지가 낮을수록, 당해 에너지에 대응지어지는 펄스폭이 작아지도록 설정되어 있다.

펄스폭 제어부(314)는, 하전 입자빔이 가속기(100)로부터 출사될 때의 하전 입자빔의 에너지에 대응하는 펄스폭을 펄스폭 역치 테이블(315)로부터 취득한다. 초퍼 제어부(360)는, 펄스폭 제어부(314)에 의해 취득된 펄스폭에 의거하여, 초퍼(115)의 동작 타이밍을 제어한다.

예를 들면, 초퍼 제어부(360)는, 펄스폭 제어부(314)에 의해 취득된 펄스폭에 의거하여, 초퍼용 전력(S10)을 초퍼(115)에 공급하는 시간을 제어한다. 구체적으로, 초퍼 제어부(360)는, 초퍼 펄스폭이 10[μs]일 경우, 초퍼용 전력(S10)의 공급 시간을 10[μs]으로 한다.

이상 설명한 바와 같이, 펄스폭 제어부(314)는, 하전 입자빔이 가속기(100)로부터 출사될 때의 하전 입자빔의 에너지에 의거하여, 초퍼(115)를 구동하기 위한 초퍼 펄스폭을 제어한다. 구체적으로, 펄스폭 제어부(314)는, 하전 입자빔이 가속기(100)로부터 출사될 때의 하전 입자빔의 에너지가 작을 경우, 초퍼 펄스폭을 작게 함에 의해, 가속기(100) 내의 주회 궤도에 입사되는 하전 입자빔의 양을 적게 한다. 이에 의해, 프리-출사에 요하는 시간을 단축화할 수 있다.

도 13은, 제2 실시형태에 따른 펄스폭 역치 테이블(315)의 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 13에 나타나는 바와 같이, 펄스폭 역치 테이블(315)에 있어서, 경계 에너지 번호가 설정되어도 된다. 또한, 펄스폭 역치 테이블(315)에 있어서, 에너지 번호1로부터 경계 에너지 번호까지의 초퍼 펄스폭1과, 경계 에너지 번호＋1로부터 에너지 번호200(최대값)까지의 초퍼 펄스폭2가 설정되어도 된다.

구체적으로, 도 13에 나타나는 예에 있어서, 초퍼 펄스폭(30[μs])이, 에너지 번호1 내지 180에 대응지어지고, 초퍼 펄스폭(10[μs])이, 에너지 번호181 내지 200에 대응지어져 있다.

도 14는, 제2 실시형태에 따른 펄스폭 역치 테이블(315)의 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 14에 나타나는 바와 같이, 펄스폭 역치 테이블(315)에 있어서, 경계 에너지 번호1 및 경계 에너지 번호2가 설정되어도 된다. 또한, 펄스폭 역치 테이블(315)에 있어서, 에너지 번호1로부터 경계 에너지 번호1까지의 초퍼 펄스폭1과, 경계 에너지 번호1＋1로부터 경계 에너지 번호2까지의 초퍼 펄스폭2와, 경계 에너지 번호2＋1로부터 에너지 번호200(최대값)까지의 초퍼 펄스폭3이 설정되어도 된다.

구체적으로, 도 14에 나타나는 예에 있어서, 초퍼 펄스폭(30[μs])이, 에너지 번호1 내지 100에 대응지어지고, 초퍼 펄스폭(20[μs])이, 에너지 번호101 내지 180에 대응지어지고, 초퍼 펄스폭(10[μs])이 에너지 번호181 내지 에너지 번호200에 대응지어져 있다.

도 13이나 도 14에 나타나는 예와 같이, 펄스폭 역치 테이블(315)은, 에너지의 범위를 구분하기 위한 경계 에너지를 포함해도 되고, 경계 에너지에 의해 구분된 에너지의 범위마다, 초퍼 펄스폭이 대응지어져도 된다. 이에 의해, 펄스폭 역치 테이블(315)의 데이터량을 삭감할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 제2 실시형태에 있어서, 타이밍 제어부(310)는, 하전 입자빔이 가속기(100)로부터 출사될 때의 하전 입자빔의 에너지에 대응하는 펄스폭을 펄스폭 역치 테이블(315)로부터 취득한다. 초퍼 제어부(360)는, 타이밍 제어부(310)에 의해 취득된 펄스폭에 의거하여, 초퍼(115)의 동작 타이밍을 제어한다. 이에 의해, 빔 스파이크의 발생을 방지할 수 있음과 함께, 프리-출사에 요하는 시간을 단축화할 수 있다.

(제3 실시형태)

제1 실시형태 및 제2 실시형태의 타이밍 제어부(310)는, 가속기(100) 내를 주회하는 하전 입자빔의 전류값에 의거하여 하전 입자빔의 전하량을 산출하고, 산출한 하전 입자빔의 전하량에 의거하여, 차단기(155)의 동작 타이밍을 제어하는 것으로 했다. 이에 대해, 제3 실시형태의 타이밍 제어부(310)는, 하전 입자빔의 전하량을 산출하지 않고, 가속기(100) 내를 주회하는 하전 입자빔의 전류값(빔 전류)에 의거하여, 차단기(155)의 동작 타이밍을 제어하는 것으로 한다. 이하, 제3 실시형태에 대해 상세히 설명한다.

도 15는, 제3 실시형태에 따른 가속기 제어 장치(300)의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 15에 있어서, 도 10의 각부에 대응하는 부분에는 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략한다.

본 실시형태에 있어서, 타이밍 제어부(310)는 하전 입자빔의 전하량을 산출하지 않기 때문에, 전하량 산출부(311)를 구비하지 않는다. 또한, 고주파 전력 제어부(340)는, 주파수 검출부(341)를 구비하지 않는다. 한편, 타이밍 제어부(310)는, 프리-출사 제어부(312), 펄스폭 제어부(314), 및 펄스폭 역치 테이블(315)에 더해, 전류값 역치 테이블(316)(제3 테이블)을 구비한다. 전류값 역치 테이블(316)은, 가속기 제어 장치(300)에 설치된 메모리에 기억된 테이블이다.

도 16은, 제3 실시형태에 따른 전류값 역치 테이블(316)의 일례를 나타내는 도면이다. 전류값 역치 테이블(316)은, 에너지 번호와 빔 전류의 역치가 대응지어진 테이블이다. 구체적으로는, 에너지 번호1 내지 200의 각각에, 역치 50[mA] 내지 0.5[mA]가 대응지어져 있다. 또한, 에너지 번호1은 430[MeV], …, 에너지 번호200은 50[MeV]이다. 전류값 역치 테이블(316)은, 하전 입자빔의 에너지가 낮을수록, 당해 에너지에 대응지어지는 역치가 작아지도록 설정되어 있다.

타이밍 제어부(310)는, 가속기(100) 내를 주회하는 하전 입자빔의 에너지에 대응하는 역치를 전류값 역치 테이블(316)로부터 취득한다. 또한, 타이밍 제어부(310)의 프리-출사 제어부(312)는, 가속기(100) 내를 주회하는 하전 입자빔의 전류값과, 전류값 역치 테이블(316)로부터 취득된 역치의 비교에 의거하여, 차단기(155)의 동작 타이밍을 제어한다.

예를 들면, 타이밍 제어부(310)는, 전류값 검출부(190)에 의해 검출된 전류값이, 전류값 역치 테이블(316)로부터 취득된 역치 이상일 경우에는, 차단기(155)를 제어해서 하전 입자빔을 차단시킨다. 한편, 타이밍 제어부(310)는, 전류값 검출부(190)에 의해 검출된 전류값이, 전류값 역치 테이블(316)로부터 취득된 역치 미만일 경우에는, 차단기(155)를 제어해서 하전 입자빔을 통과시킨다.

이상 설명한 바와 같이, 프리-출사 제어부(312)는, 하전 입자빔의 전류값이 역치 미만이 될 때까지 프리-출사를 계속한다. 이에 의해, 빔 스파이크의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 전하량 산출부(311) 및 주파수 검출부(341)를 필요로 하지 않기 때문에, 가속기 제어 장치(300)를 저비용화할 수 있다.

도 17은, 제3 실시형태에 따른 전류값 역치 테이블(316)의 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 17에 나타나는 바와 같이, 전류값 역치 테이블(316)에 있어서, 경계 에너지 번호가 설정되어도 된다. 또한, 전류값 역치 테이블(316)에 있어서, 에너지 번호1로부터 경계 에너지 번호까지의 빔 전류 역치1과, 경계 에너지 번호＋1로부터 에너지 번호200(최대값)까지의 빔 전류 역치2가 설정되어도 된다.

구체적으로, 도 17에 나타나는 예에 있어서, 빔 전류 역치(10[mA])가, 에너지 번호1 내지 180에 대응지어지고, 빔 전류 역치(0.5[mA])가, 에너지 번호181 내지 200에 대응지어져 있다.

도 18은, 제3 실시형태에 따른 전류값 역치 테이블(316)의 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 18에 나타나는 바와 같이, 전류값 역치 테이블(316)에 있어서, 경계 에너지 번호1 및 경계 에너지 번호2가 설정되어도 된다. 또한, 전류값 역치 테이블(316)에 있어서, 에너지 번호1로부터 경계 에너지 번호1까지의 빔 전류 역치1과, 경계 에너지 번호1＋1로부터 경계 에너지 번호2까지의 빔 전류 역치2와, 경계 에너지 번호2＋1로부터 에너지 번호200(최대값)까지의 빔 전류 역치3이 설정되어도 된다.

구체적으로, 도 18에 나타나는 예에 있어서, 빔 전류 역치(5[mA])가, 에너지 번호1 내지 150에 대응지어지고, 빔 전류 역치(1[mA])가, 에너지 번호151 내지 180에 대응지어지고, 빔 전류 역치(0.25[mA])가, 에너지 번호181 내지 200에 대응지어져 있다.

도 17이나 도 18에 나타나는 예와 같이, 전류값 역치 테이블(316)은, 에너지의 범위를 구분하기 위한 경계 에너지를 포함해도 되고, 경계 에너지에 의해 구분된 에너지의 범위마다, 하전 입자빔의 전류값의 역치가 대응지어져도 된다. 이에 의해, 전류값 역치 테이블(316)의 데이터량을 삭감할 수 있다.

이상 설명한 적어도 하나의 실시형태에 따르면, 가속기 제어 장치(300)는, 고주파 전력 제어부(340)와, 타이밍 제어부(310)를 갖는다. 고주파 전력 제어부(340)는, 하전 입자빔을 가속시키기 위한 고주파 전력을 가속기(100)에 공급한다. 타이밍 제어부(310)는, 가속기(100) 내를 주회하는 하전 입자빔의 전류값에 의거하여, 가속기(100)로부터 출사된 하전 입자빔을 차단하는 차단기(155)의 동작 타이밍을 제어한다. 이에 의해, 저에너지의 하전 입자빔을 출사할 경우여도, 빔 스파이크의 발생을 방지할 수 있다.

본 발명의 몇 가지 실시형태를 설명했지만, 이들 실시형태는, 예로서 제시한 것이고, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 실시형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함되면 마찬가지로, 특허청구범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함되는 것이다.

10…입자선 치료 장치, 100…가속기, 110…입사기, 115…초퍼, 120…사극 전자석, 130…편향 전자석, 140…고주파 가속 공동, 150…출사기, 155…차단기, 160…사극 전자석, 170…보정 전자석, 180…편향 전자석, 190…전류값 검출부, 200…조사 장치, 210…선량 모니터, 300…가속기 제어 장치, 310…타이밍 제어부, 311…전하량 산출부, 312…프리-출사 제어부, 313…전하량 역치 테이블, 314…펄스폭 제어부, 315…펄스폭 역치 테이블, 316…전류값 역치 테이블, 320…고주파 전력용 패턴 기억부, 330…전원용 패턴 기억부, 340…고주파 전력 제어부, 341…주파수 검출부, 350…전원 제어부, 360…초퍼 제어부, 370…입사기 제어부, 380…출사기 제어부, 390…차단기 제어부, 400…계산기

Claims

하전 입자빔을 가속시키기 위한 고주파 전력을 가속기에 공급하는 고주파 전력 제어부와,
상기 가속기 내를 주회(周回)하는 상기 하전 입자빔의 전류값에 의거하여, 상기 가속기로부터 출사된 상기 하전 입자빔을 차단하는 차단기의 동작 타이밍을 제어하는 타이밍 제어부
를 구비하는 가속기 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 하전 입자빔이 상기 가속기 내를 주회하는 주파수를 검출하는 주파수 검출부와,
상기 가속기 내를 주회하는 상기 하전 입자빔의 상기 전류값을, 상기 주파수 검출부에 의해 검출된 주파수로 제산(除算)함에 의해, 상기 하전 입자빔의 전하량을 산출하는 전하량 산출부를 더 구비하고,
상기 타이밍 제어부는, 상기 전하량 산출부에 의해 산출된 상기 전하량에 의거하여, 상기 차단기의 동작 타이밍을 제어하는
가속기 제어 장치.
제2항에 있어서,
상기 타이밍 제어부는,
상기 하전 입자빔의 에너지와, 상기 하전 입자빔의 전하량의 역치가 대응지어진 제1 테이블을 유지하고,
상기 가속기 내를 주회하는 상기 하전 입자빔의 에너지에 대응하는 상기 역치를 상기 제1 테이블로부터 취득하고,
상기 전하량 산출부에 의해 산출된 상기 전하량과, 상기 제1 테이블로부터 취득된 상기 역치의 비교에 의거하여, 상기 차단기의 동작 타이밍을 제어하는
가속기 제어 장치.
제3항에 있어서,
상기 타이밍 제어부는,
상기 전하량 산출부에 의해 산출된 상기 전하량이, 상기 제1 테이블로부터 취득된 상기 역치 이상일 경우에는, 상기 차단기를 제어하여 상기 하전 입자빔을 차단시키고,
상기 전하량 산출부에 의해 산출된 상기 전하량이, 상기 제1 테이블로부터 취득된 상기 역치 미만일 경우에는, 상기 차단기를 제어하여 상기 하전 입자빔을 통과시키는
가속기 제어 장치.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 제1 테이블은, 에너지의 범위를 구분하기 위한 경계 에너지를 포함하고, 상기 경계 에너지에 의해 구분된 에너지의 범위마다, 상기 하전 입자빔의 전하량의 상기 역치가 대응지어져 있는
가속기 제어 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 테이블은, 상기 하전 입자빔의 에너지가 낮을수록, 당해 에너지에 대응지어지는 상기 역치가 작아지도록 설정되어 있는
가속기 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 가속기에 입사되는 상기 하전 입자빔의 양을 조정하기 위한 초퍼를 제어하는 초퍼 제어부를 더 구비하고,
상기 타이밍 제어부는,
상기 하전 입자빔의 에너지와, 상기 초퍼를 구동하기 위한 펄스 신호의 펄스폭이 대응지어진 제2 테이블을 유지하고,
상기 하전 입자빔이 상기 가속기로부터 출사될 때의 상기 하전 입자빔의 에너지에 대응하는 상기 펄스폭을 상기 제2 테이블로부터 취득하고,
상기 초퍼 제어부는,
상기 타이밍 제어부에 의해 취득된 상기 펄스폭에 의거하여, 상기 초퍼의 동작 타이밍을 제어하는
가속기 제어 장치.
제7항에 있어서,
상기 제2 테이블은, 에너지의 범위를 구분하기 위한 경계 에너지를 포함하고, 상기 경계 에너지에 의해 구분된 에너지의 범위마다, 상기 펄스폭이 대응지어져 있는
가속기 제어 장치.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 제2 테이블은, 상기 하전 입자빔의 에너지가 낮을수록, 당해 에너지에 대응지어지는 상기 펄스폭이 작아지도록 설정되어 있는
가속기 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 타이밍 제어부는,
상기 하전 입자빔의 에너지와, 상기 하전 입자빔의 전류값의 역치가 대응지어진 제3 테이블을 유지하고,
상기 가속기 내를 주회하는 상기 하전 입자빔의 에너지에 대응하는 상기 역치를 상기 제3 테이블로부터 취득하고,
상기 가속기 내를 주회하는 상기 하전 입자빔의 전류값과, 상기 제3 테이블로부터 취득된 상기 역치의 비교에 의거하여, 상기 차단기의 동작 타이밍을 제어하는
가속기 제어 장치.
제10항에 있어서,
상기 타이밍 제어부는,
상기 가속기 내를 주회하는 상기 하전 입자빔의 상기 전류값이, 상기 제3 테이블로부터 취득된 상기 역치 이상일 경우에는, 상기 차단기를 제어하여 상기 하전 입자빔을 차단시키고,
상기 가속기 내를 주회하는 상기 하전 입자빔의 상기 전류값이, 상기 제3 테이블로부터 취득된 상기 역치 미만일 경우에는, 상기 차단기를 제어하여 상기 하전 입자빔을 통과시키는
가속기 제어 장치.
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 제3 테이블은, 에너지의 범위를 구분하기 위한 경계 에너지를 포함하고, 상기 경계 에너지에 의해 구분된 에너지의 범위마다, 상기 하전 입자빔의 전류값의 상기 역치가 대응지어져 있는
가속기 제어 장치.
제10항에 있어서,
상기 제3 테이블은, 상기 하전 입자빔의 에너지가 낮을수록, 당해 에너지에 대응지어지는 상기 역치가 작아지도록 설정되어 있는
가속기 제어 장치.
하전 입자빔을 가속하는 가속기를 제어하는 가속기 제어 방법으로서,
고주파 전력 제어부가, 상기 하전 입자빔을 가속시키기 위한 고주파 전력을 상기 가속기에 공급하고,
타이밍 제어부가, 상기 가속기 내를 주회하는 상기 하전 입자빔의 전류값에 의거하여, 상기 가속기로부터 출사된 상기 하전 입자빔을 차단하는 차단기의 동작 타이밍을 제어하는
가속기 제어 방법.
하전 입자빔을 가속하는 가속기와,
상기 하전 입자빔을 가속시키기 위한 고주파 전력을 상기 가속기에 공급하는 고주파 전력 제어부와,
상기 가속기에 의해 가속된 상기 하전 입자빔을 출사하는 출사기와,
상기 출사기에 의해 출사된 상기 하전 입자빔을 차단하는 차단기와,
상기 가속기 내를 주회하는 상기 하전 입자빔의 전류값을 검출하는 전류값 검출부와,
상기 전류값 검출부에 의해 검출된 상기 전류값에 의거하여, 상기 차단기의 동작 타이밍을 제어하는 타이밍 제어부
를 구비하는 입자선 치료 장치.