TWI678132B - 加速器控制裝置、加速器控制方法、及粒子束治療裝置 - Google Patents

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Abstract

[課題]提供加速器控制裝置、加速器控制方法、及粒子束治療裝置，即使是在射出低能量之荷電粒子光束的情況，亦可防止光束高峰的發生。 　　[解決手段]實施形態的加速器控制裝置，具有高頻電力控制部、時序控制部。高頻電力控制部，是對加速器供給用來加速荷電粒子光束的高頻電力。時序控制部，是基於在前述加速器內旋繞之前述荷電粒子光束的電流值，來控制遮斷器的動作時序，該遮斷器是遮斷從前述加速器射出的前述荷電粒子光束。

Description

加速器控制裝置、加速器控制方法、及粒子束治療裝置
本發明的實施形態，是關於加速器控制裝置、加速器控制方法、及粒子束治療裝置。
一般而言，於粒子束治療裝置，設有用來將荷電粒子光束加速至所期望的能量為止的加速器。於加速器，設有具備複數個電極的高頻加速腔。粒子束治療裝置，是對設在高頻加速腔的電極供給高頻電力，藉此將荷電粒子光束加速至所期望的能量，並將加速過的荷電粒子光束照射至腫瘤等的患部。
但是，在藉由加速器加速至一定能量為止的荷電粒子光束射出之後，有著荷電粒子光束的強度超過目標值的光束高峰之現象發生的情況。光束高峰，特別是在低能量的荷電粒子光束射出之際容易發生。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第4873563號公報 [非專利文獻]
[非專利文獻1]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.
[發明所欲解決的課題]
本發明所欲解決的課題，是提供加速器控制裝置、加速器控制方法、及粒子束治療裝置，即使是在射出低能量之荷電粒子光束的情況，亦可防止光束高峰的發生。 [用以解決課題的手段]
實施形態的加速器控制裝置，具有高頻電力控制部與時序控制部。高頻電力控制部，是對加速器供給用來加速荷電粒子光束的高頻電力。時序控制部，是基於在前述加速器內旋繞之前述荷電粒子光束的電流值，來控制遮斷器的動作時序，該遮斷器是遮斷從前述加速器射出的前述荷電粒子光束。
以下，參照圖式來說明實施形態的加速器控制裝置、加速器控制方法、及粒子束治療裝置。實施形態的加速器控制裝置，除了可適用在粒子束治療裝置以外，還可適用在利用荷電粒子光束的各種裝置。例如，亦可適用在藉由照射荷電粒子光束來加工對象物的蝕刻裝置等。
(第1實施形態) 　　圖1，是表示第1實施形態之粒子束治療裝置10之全體構造的方塊圖。粒子束治療裝置10，是將荷電粒子光束加速至所期望的能量，並將加速過的荷電粒子光束照射至腫瘤等之患部的裝置。粒子束治療裝置10，具備：加速器100、照射裝置200、加速器控制裝置300。
加速器100，具備：射入器110、斬波器115、複數個四極電磁鐵120a至120h、複數個偏向電磁鐵130a至130d、高頻加速腔140、射出器150、電流值檢測部190。
射入器110，是將荷電粒子光束射入至加速器100內的旋繞軌道。斬波器115，是設置成用來調整射入至加速器100的荷電粒子光束之量。 　　作為斬波器115，例如使用有光束斬波器，其將用來使荷電粒子光束偏向之電性或磁性的力以時間來切換並賦予，藉此來調整射入至加速器100的荷電粒子光束之射入量。四極電磁鐵120a至120h，是以荷電粒子光束穩定旋繞於旋繞軌道的方式，來使荷電粒子光束收束或發散的電磁鐵。
偏向電磁鐵130a至130d，是使荷電粒子光束偏向，藉此使荷電粒子光束在加速器100內旋繞的電磁鐵。電流值檢測部190，是檢測出在加速器100內旋繞之荷電粒子光束的電流值。
於高頻加速腔140，設有複數個電極。荷電粒子光束，是對設在高頻加速腔140的複數個電極施加電壓，藉此被加速。射出器150，是對設在加速器100的射出用電極施加高頻電場，藉此將旋繞在加速器100內之旋繞軌道的荷電粒子光束之一部分朝向照射裝置200來射出。
在從加速器100到照射裝置200為止的經路，設有：遮斷器155、複數個四極電磁鐵160a至160d、複數個補正電磁鐵170a至170d、偏向電磁鐵180。遮斷器155，是將從加速器射出的荷電粒子光束予以遮斷的快門，但只要能控制到達照射裝置200之光束量的話並不限於此。 　　例如，遮斷器155，亦可為將從加速器射出的荷電粒子光束，予以導向至與往照射裝置200的經路不同之經路用的偏向電磁鐵，或是產生電場用的電極等。
四極電磁鐵160a至160d，是使荷電粒子光束穩定地通過從加速器100到照射裝置200為止的經路，並以在照射位置使荷電粒子光束成為目的之光束徑的方式，來使荷電粒子光束收束或發散用的電磁鐵。偏向電磁鐵180，是使荷電粒子光束偏向，來將荷電粒子光束從加速器100導引至照射裝置200用的電磁鐵。補正電磁鐵170a至170d，是補正從加速器100到照射裝置200為止之荷電粒子光束之軌道用的電磁鐵。
照射裝置200，是設置在治療室，將以加速器100所加速過的荷電粒子光束照設置腫瘤等之患部用的裝置。照射裝置200，具備劑量顯示器210。劑量顯示器210，是檢測出照射至患部的荷電粒子光束之強度。
加速器控制裝置300，是控制使荷電粒子光束加速之加速器100用的裝置。以下，針對加速器控制裝置300的詳細構造進行說明。
圖2是表示第1實施形態之加速器控制裝置300之構造的方塊圖。加速器控制裝置300，具備：時序控制部310、高頻電力用模式記憶部320、電源用模式記憶部330、高頻電力控制部340、電源控制部350、斬波器控制部360、射入器控制部370、射出器控制部380、遮斷器控制部390。
時序控制部310、高頻電力控制部340、電源控制部350、斬波器控制部360、射入器控制部370、射出器控制部380、及遮斷器控制部390，是藉由硬體來實現。作為該硬體，舉例有：FPGA(Field-Programmable Gate Array)、LSI(Large Scale Integration)、及ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等。
又，加速器控制裝置300，亦可具備：CPU(Central Processing Unit)等之處理器、將處理器所實行的程式予以儲存的程式記憶體。此情況時，以處理器實行儲存在程式記憶體的程式，藉此來實現時序控制部310、高頻電力控制部340、電源控制部350、斬波器控制部360、射入器控制部370、射出器控制部380、及遮斷器控制部390亦可。
時序控制部310，是控制荷電粒子光束射入至加速器100的時序，並且控制從加速器100射出荷電粒子光束的時序。
如圖2所示般，時序控制部310，在將荷電粒子光束射入至加速器100內之旋繞軌道的情況，是將光束射入訊號S11輸出至射入器控制部370。射入器控制部370，是因應由時序控制部310所輸入的光束射入訊號S11，來對設在加速器100的射入器110供給射入用電力S12。射入器110，是在由射入器控制部370供給有射入用電力S12時，將荷電粒子光束射入至加速器100內的旋繞軌道。
且，時序控制部310，在將荷電粒子光束從加速器100內的旋繞軌道射出的情況，是將光束射出訊號S13輸出至射出器控制部380。射出器控制部380，是因應由時序控制部310所輸入的光束射出訊號S13，來對設在加速器100的射出器150供給射出用電力S14。射出器150，是在由射出器控制部380供給有射出用電力S14時，從加速器100內的旋繞軌道將荷電粒子光束朝向照射裝置200射出。
時序控制部310，是控制將荷電粒子光束予以遮斷之遮斷器155的動作時序，並且控制用來調整射入至加速器100的荷電粒子光束之量的斬波器115的動作時序。
如圖2所示般，時序控制部310，在調整由射入器110所射入之荷電粒子光束之量的情況，是將斬波器脈衝訊號S9輸出至斬波器控制部360。斬波器控制部360，是在由時序控制部310所輸入的斬波器脈衝訊號S9為ON的期間，對設在加速器100的斬波器115供給斬波器用電力S10。斬波器115，是在由斬波器控制部360供給有斬波器用電力S10時，使由射入器110所射入的荷電粒子光束通過。另一方面，斬波器115，在沒有由斬波器控制部360供給斬波器用電力S10的情況，是遮斷由射入器110所射入的荷電粒子光束。
又，斬波器控制部360，是在斬波器脈衝訊號S9為ON的期間，對斬波器115供給斬波器用電力S10，在斬波器脈衝訊號S9為OFF的期間，不對斬波器115供給斬波器用電力S10，但並不限於此。例如，斬波器控制部360，是在斬波器脈衝訊號S9為ON的期間，不對斬波器115供給斬波器用電力S10，在斬波器脈衝訊號S9為OFF的期間，對斬波器115供給斬波器用電力S10亦可。
且，時序控制部310，在將由射出器150所射出的荷電粒子光束予以遮斷的情況，是對遮斷器控制部390輸出遮斷器驅動訊號S15。遮斷器控制部390，是在由時序控制部310所輸入的遮斷器驅動訊號S15為ON的期間，對遮斷器155供給遮斷器用電力S16。遮斷器155，在由遮斷器控制部390供給有遮斷器用電力S16時，將由射出器150所射出的荷電粒子光束予以遮斷。另一方面，遮斷器155，在沒有由遮斷器控制部390供給遮斷器用電力S16的情況，是使由射出器150所射出的荷電粒子光束通過。
又，遮斷器控制部390，是在遮斷器驅動訊號S15為ON的期間，對遮斷器155供給遮斷器用電力S16，在遮斷器驅動訊號S15為OFF的期間，不對遮斷器155供給遮斷器用電力S16，但並不限於此。例如，遮斷器控制部390，是在遮斷器驅動訊號S15為ON的期間，不對遮斷器155供給遮斷器驅動訊號S15，在遮斷器驅動訊號S15為OFF的期間，對遮斷器155供給遮斷器驅動訊號S15亦可。
於加速器控制裝置300，透過網路連接有計算機400。在操作者將高頻電力用模式S3及電源用模式S4輸入至計算機400時，計算機400，是將所輸入的高頻電力用模式S3及電源用模式S4送訊至加速器控制裝置300。加速器控制裝置300，在從計算機400接收高頻電力用模式S3及電源用模式S4時，是將所接收的高頻電力用模式S3記憶在高頻電力用模式記憶部320，並將所接收的電源用模式S4記憶在電源用模式記憶部330。又，計算機400，亦可對射出器控制部380的動作邏輯設定必要的設定值，或對時序控制部310的動作邏輯設定必要的設定值。
此處，高頻電力用模式S3，是表示電力指令模式的資料，該電力指令模式是用來控制供給至設在高頻加速腔140之複數個電極的電力。具體而言，高頻電力用模式S3，是含有：對施加於設在高頻加速腔140的複數個電極的電壓之振幅下達指令的電壓指令值之集合、對施加於該複數個電極的電壓之頻率下達指令的頻率指令值之集合，以特定的順序來實行(輸出)(作為電壓指令值S5來讀取)。
且，電源用模式S4，是表示電流指令模式的資料，該電流指令模式是用來控制供給至設在加速器100的複數個偏向電磁鐵130a至130d的電流。亦即，電源用模式S4，是對供給至設在加速器100的複數個偏向電磁鐵130a至130d的電流下達指令的電流指令值之集合，以特定的順序來實行(輸出)(作為電流指令值S7來讀取)。
時序控制部310，是將重置訊號S1與定時訊號S2，予以輸出至高頻電力用模式記憶部320。重置訊號S1，是進行重置用的訊號，藉此從高頻電力用模式S3之最初的資料來生成電壓指令值S5(從最初的資料讀取)。定時訊號S2，是進行更新之際所使用的同步訊號，藉此從高頻電力用模式S3的下一個資料來生成電壓指令值S5(從下一個資料讀取)。
且，時序控制部310，亦將重置訊號S1與定時訊號S2，輸出至電源用模式記憶部330。重置訊號S1，亦為進行重置用的訊號，藉此從電源用模式S4之最初的資料來生成電流指令值S7(從最初的資料讀取)。定時訊號S2，亦為進行更新之際所使用的同步訊號，藉此從電源用模式S4的下一個資料來生成電流指令值S7(從下一個資料讀取)。
圖3，是表示第1實施形態之電源用模式S4之一例的圖。在圖3所示的電源用模式S4，橫軸表示時間，縱軸表示用來控制從電源控制部350供給至偏向電磁鐵130a至130d之電流的電流指令值。亦即，圖3所示的電源用模式S4，是從圖中最左的電流指令值(最初的電流指令值)讀取來作為電流指令值S7。且，在每次輸入定時訊號S2時使下一個(靠右邊的)電流指令值依序被讀取來作為電流指令值S7。又，若電流指令值增大的話，可使供給至偏向電磁鐵130a至130d的電流增大，若電流指令值減少的話，可使供給至偏向電磁鐵130a至130d的電流減少。
詳細待留後述，但圖3所示的電源用模式S4，是使電流指令值增大至電流指令值A1為止，之後，減少至電流指令值A2、電流指令值A3、・・・、電流指令值An的模式。此處，若重置訊號S1輸入至電源用模式記憶部330的話，會強制從電源用模式S4之最初的電流指令值(圖3之最左的電流指令值)來依序實行。
具體而言，電源控制部350，是累計定時訊號S2的輸入次數，而從電源用模式記憶部330讀取出與累計值對應的電流指令值S7。電源控制部350，是將從電源用模式記憶部330讀取出的電流指令值S7所對應的電流S8，供給至偏向電磁鐵130a至130d。電源控制部350，是每次從時序控制部310輸入有定時訊號S2時，就重複該動作。
在重置訊號S1所輸出之時序附近的電源用模式S4，是表示相當於荷電粒子光束之射入等級之能量的電流指令值。在該電流指令值輸出至電源控制部350之際，若時序控制部310將光束射入訊號S11予以輸出至射入器控制部370的話，射入器控制部370，是對射入器110供給射入用電力S12。若對射入器110供給有射入用電力S12的話，從離子源(未圖示)輸出有荷電粒子光束，且射入器110將荷電粒子光束予以加速至射入能量為止。
且，時序控制部310，是以比光束射入訊號S11還要稍微晚一點的時序，來將斬波器脈衝訊號S9輸出至斬波器控制部360。斬波器控制部360，是在由時序控制部310所輸入的斬波器脈衝訊號S9為ON的期間，對設在加速器100的斬波器115供給斬波器用電力S10。斬波器115，是在由斬波器控制部360供給有斬波器用電力S10時，使由射入器110所射入的荷電粒子光束通過。
通過斬波器115的荷電粒子光束，是射入至加速器100的旋繞軌道。之後，因應由電源用模式記憶部330所輸出的電流指令值S7、及由高頻電力用模式記憶部320所輸出的電壓指令值S5，來對荷電粒子光束賦予加速能量。藉此，荷電粒子光束，是在加速器100內旋繞，而逐漸加速。
對設在加速器100的四極電磁鐵120a至120h所賦予的電流，或對未圖示之其他的電磁鐵所賦予的電流值，均進行同樣的控制。通常，是因應由電源用模式記憶部330所輸出的電流指令值S7、及由高頻電力用模式記憶部320所輸出的電壓指令值S5，來反覆進行重置、射入、加速、減速。
電流指令值S7，並非直接表示荷電粒子光束之能量的大小。但是，電流指令值S7，是基於荷電粒子光束的能量(速度)來單純地決定的值，荷電粒子光束的能量較高的情況是有必要使供給至偏向電磁鐵130a至130d的電流變大。因此，圖2所示的電流指令值S7，亦可解釋成荷電粒子光束之能量的大小。
又，針對高頻電力控制部340亦同樣地，累計定時訊號S2的輸入次數，而從高頻電力用模式記憶部320讀取出與累計值對應的電壓指令值S5。高頻電力控制部340，是將與從高頻電力用模式記憶部320讀取出之電壓指令值S5相對應的電壓S6，施加於設在高頻加速腔140的複數個電極。高頻電力控制部340，是每次從時序控制部310輸入有定時訊號S2時，就重複該動作。
設在加速器100的電流值檢測部190，是檢測出在加速器100內旋繞之荷電粒子光束的電流值S17，並將所檢測出的電流值S17送訊至加速器控制裝置300。從電流值檢測部190所送訊的電流值S17，是輸入至時序控制部310。
另一方面，高頻電力控制部340，具備頻率檢測部341。頻率檢測部341，是檢測荷電粒子光束在加速器100內旋繞的頻率S18。例如，頻率檢測部341，是基於從高頻電力控制部340施加於高頻加速腔140的電壓之頻率，來檢測荷電粒子光束在加速器100內旋繞的頻率S18。頻率檢測部341，是將所檢測出的頻率S18輸出至時序控制部310。
時序控制部310，具備：電荷量算出部311、預射出控制部312、電荷量閾值表313(第1表)。電荷量算出部311，是將電流值檢測部190所檢測出的電流值S17，除以頻率檢測部341所檢測出的頻率S18，藉此算出荷電粒子光束的電荷量。
在藉由加速器100加速至一定能量為止的荷電粒子光束射出之後，有著荷電粒子光束的強度超過目標值的光束高峰之現象發生的情況。因此，預射出控制部312，是為了防止光束高峰的發生，而進行預射出。所謂的「預射出」，是指在遮斷器155關閉的狀態下，進行從加速器100內的旋繞軌道將荷電粒子光束朝向照射裝置200射出的動作。
圖4，是表示光束高峰發生之情況的遮斷器155之控制之一例的時序圖。例如，在電流指令值S7為A180時射出荷電粒子光束的情況，時序控制部310，是在電流指令值S7成為A180的時間點停止定時訊號S2。藉此，可使供給至偏向電磁鐵130a至130d的電流成為固定，故可使荷電粒子光束的能量成為固定。
在使荷電粒子光束的能量成為固定之後，時序控制部310，是對遮斷器控制部390輸出用來關閉遮斷器155的遮斷器驅動訊號S15。遮斷器控制部390，是在遮斷器驅動訊號S15為ON的期間，對遮斷器155供給遮斷器用電力S16。若對遮斷器155供給有遮斷器用電力S16的話，遮斷器155，是將從射出器150朝向照射裝置200之荷電粒子光束的經路予以遮斷。
在遮斷器155關閉之後，時序控制部310，到經過既定時間T為止，對射出器控制部380輸出用來將荷電粒子光束從加速器100內的旋繞軌道射出的光束射出訊號S13。射出器控制部380，是因應光束射出訊號S13，來對射出器150供給射出用電力S14。若對射出器150供給有射出用電力S14的話，射出器150，是從加速器100內的旋繞軌道將荷電粒子光束朝向照射裝置200射出。
但是，由於遮斷器155為關閉，故朝向照射裝置200射出的荷電粒子光束，是被遮斷器155給遮斷。如上述般，藉由進行預射出，而可防止發生有光束高峰的荷電粒子光束到達照射裝置200的情況。進行預射出直到經過既定時間T為止之後，時序控制部310，是停止光束射出訊號S13的輸出。藉此，射出器150，是停止荷電粒子光束的射出。
在荷電粒子光束的射出停止之後，時序控制部310，是停止遮斷器驅動訊號S15的輸出。藉此，遮斷器155從閉狀態移行至開狀態，而使從射出器150朝向照射裝置200之荷電粒子光束的經路被開放。之後，時序控制部310，是進行正式射出，故將光束射出訊號S13輸出至射出器控制部380，而從射出器150將荷電粒子光束射出至照射裝置200。
但是，荷電粒子光束的能量較低(例如未達140[MeV])，且荷電粒子光束的電荷量較多(換言之，旋繞加速器100的荷電粒子光束的個數較多)的情況，有著即使遮斷荷電粒子光束進行預射出直到經過既定時間T為止，還是有發生光束高峰的情況。此情況時，如圖4所示般，藉由照射裝置200的劑量顯示器210，來檢測出荷電粒子光束的強度超過目標值之光束高峰的發生。因此，為了防止光束高峰的發生，預射出控制部312，有必要控制持續預射出的時間。
圖5，是表示第1實施形態之遮斷器155之控制之一例的時序圖。圖5中，閾值TH180，是電流指令值S7為A180的情況之荷電粒子光束之電荷量的閾值。預射出控制部312，是在荷電粒子光束的電荷量未達閾值TH180之前(經過時間Ta之前)持續進行預射出。藉此，即使是射出低能量之荷電粒子光束的情況，亦可防止光束高峰的發生。以下，具體說明預射出控制。
如前述般，電荷量算出部311，是將電流值檢測部190所檢測出的電流值S17，除以頻率檢測部341所檢測出的頻率S18，藉此算出荷電粒子光束的電荷量。具體而言，電荷量算出部311，是基於以下的式(1)，來算出荷電粒子光束的電荷量。
荷電粒子光束的電荷量[C]=電流值[A]/頻率[Hz]・・・式(1)
時序控制部310，是保持有電荷量閾值表313，該電荷量閾值表313是使荷電粒子光束的能量與荷電粒子光束的電荷量(光束電荷量)的閾值做關連對應。例如，電荷量閾值表313，是被記憶於設置在加速器控制裝置300之記憶體的表。
圖6，是表示第1實施形態之電荷量閾值表313之一例的圖。電荷量閾值表313，是使能量編號與光束電荷量的閾值做關連對應的表。具體而言，對能量編號1至200的各個，使閾值100[nC]至1[nC]做關連對應。又，能量編號1是430[MeV]、・・・、能量編號200是50[MeV]。電荷量閾值表313，是設定成荷電粒子光束的能量越低，則與該能量做關連對應的閾值越小。
時序控制部310的預射出控制部312，是從電荷量閾值表313取得與在加速器100內旋繞之荷電粒子光束的能量相對應的閾值。預射出控制部312，是基於電荷量算出部311所算出的電荷量與從電荷量閾值表313取得的閾值之比較，來控制遮斷器155的動作時序。
例如，時序控制部310，在當電荷量算出部311所算出的電荷量為從電荷量閾值表313取得之閾值以上的情況，是控制遮斷器155來遮斷荷電粒子光束。另一方面，時序控制部310，在當電荷量算出部311所算出的電荷量未達從電荷量閾值表313取得之閾值的情況，是控制遮斷器155使荷電粒子光束通過。
具體而言，在以對應A180的能量來射出荷電粒子光束的情況，預射出控制部312，是從電荷量閾值表313取得與A180的能量對應的閾值TH180。預射出控制部312，在當電荷量算出部311所算出的電荷量為閾值TH180以上的情況，是關閉遮斷器155來進行預射出。另一方面，預射出控制部312，是因應電荷量算出部311所算出的電荷量未達閾值TH180的情況，而結束預射出，且開放遮斷器155。預射出結束之後，時序控制部310，是進行用來對照射裝置200射出荷電粒子光束的正式射出。
如以上說明般，預射出控制部312，是使預射出持續到荷電粒子光束的電荷量成為未達閾值為止。藉此，即使是射出低能量之荷電粒子光束的情況，亦可防止光束高峰的發生。本實施形態中，如圖5所示般，照射裝置200的劑量顯示器210檢測不出光束高峰的發生。
圖6所示之光束電荷量的閾值，是在光束調整試驗中事先調整。在治療時，是基於調整過的閾值來進行預射出。例如，在加速器100旋繞之荷電粒子光束之電荷量的最高值假定為10[nC]。此時，如圖6所示般，將比10[nC]還極端地大的值(例如100[nC])作為對應高能量的閾值來設定亦可。藉此，高能量的荷電粒子光束射出的情況，是加速器100內之荷電粒子光束的電荷量已經變得低於閾值，故預射出控制部312，是不會使預射出的時間延長。因此，預射出控制部312，是進行預射出直到經過既定時間T之後，可將荷電粒子光束予以射出。
圖7，是表示第1實施形態之電荷量閾值表313之其他例的圖。如圖7所示般，電荷量閾值表313中，亦可設定有邊界能量編號。且，電荷量閾值表313中，亦可設定有：從能量編號1到邊界能量編號為止的光束電荷量閾值1、從邊界能量編號+1到能量編號200(最大值)為止的光束電荷量閾值2。
具體而言，圖7所示之例中，光束電荷量閾值(20[nC])是與能量編號1至180做關連對應，光束電荷量閾值(1[nC])是與能量編號181至200做關連對應。
圖8，是表示第1實施形態之電荷量閾值表313之其他例的圖。如圖8所示般，電荷量閾值表313中，亦可設定有邊界能量編號1及邊界能量編號2。且，電荷量閾值表313中，亦可設定有：從能量編號1到邊界能量編號1為止的光束電荷量閾值1、從邊界能量編號1+1到邊界能量編號2為止的光束電荷量閾值2、從邊界能量編號2+1到能量編號200(最大值)為止的光束電荷量閾值3。
具體而言，圖8所示之例中，光束電荷量閾值(10[nC])是與能量編號1至150做關連對應，光束電荷量閾值(2[nC])是與能量編號151至180做關連對應，光束電荷量閾值(1[nC])是與能量編號181至200做關連對應。
如圖7或圖8所示之例般，電荷量閾值表313，亦可含有用來區隔能量之範圍的邊界能量，對每個由邊界能量所區隔出來之能量的範圍，使荷電粒子光束之電荷量的閾值做關連對應。藉此，可刪減電荷量閾值表313的資料量。
圖9，是表示第1實施形態之遮斷器155之控制之其他例的時序圖。具體而言，圖9，是表示控制射出能量第1段(A1)之荷電粒子光束及能量第180段(A180)之荷電粒子光束的時序圖。
被射入器110給射入至加速器100的荷電粒子光束，是被加速器100給加速。若定時訊號S2到達與能量第1段(A1)相對應的累計值的話，時序控制部310，會停止定時訊號S2。藉此，使荷電粒子光束的能量保持在固定值(A1)。此時，荷電粒子光束的電荷量未達閾值TH1，故進行預射出直到經過既定時間T為止。預射出結束之後，進行能量第1段(A1)的正式射出。
若能量第1段(A1)的正式射出結束的話，時序控制部310，再次開始定時訊號S2的供給。若定時訊號S2到達與能量第180段(A180)相對應的累計值的話，時序控制部310，會停止定時訊號S2。藉此，使荷電粒子光束的能量保持在固定值(A180)。此時，荷電粒子光束的電荷量是比閾值TH180還大，故進行預射出直到經過既定時間Tp為止(直到荷電粒子光束的電荷量未達閾值TH180為止)。預射出結束之後，進行能量第180段(A180)的正式射出。
藉此，即使是在進行能量不同的複數個正式射出的情況，不論是哪個正式射出，均可防止光束高峰的發生。
如以上說明般，第1實施形態中，時序控制部310，是基於在加速器100內旋繞之荷電粒子光束的電流值，來控制遮斷器155的動作時序，該遮斷器是遮斷由加速器100所射出的荷電粒子光束。具體而言，時序控制部310，是基於由電流值檢測部190所檢測到的電流值，來算出荷電粒子光束的電荷量，並基於所算出之荷電粒子光束的電荷量，來控制遮斷器155的動作時序。藉此，即使是射出低能量之荷電粒子光束的情況，亦可防止光束高峰的發生。
(第2實施形態) 　　第1實施形態中，時序控制部310，是控制遮斷器155的動作時序，該遮斷器是遮斷由加速器100所射出的荷電粒子光束。相對於此，第2實施形態中，時序控制部310，除了遮斷器155之動作時序的控制之外，還控制用來驅動斬波器115的斬波器脈衝訊號之脈衝寬度。以下，針對第2實施形態進行詳細說明。
圖10，是表示第2實施形態之加速器控制裝置300之構造的方塊圖。圖10中，對於與圖2各部對應的部分附上相同符號，並省略說明。
時序控制部310，除了電荷量算出部311、預射出控制部312、電荷量閾值表313之外，還具備：脈衝寬度控制部314、脈衝寬度閾值表315(第2表)。脈衝寬度閾值表315，是被記憶於設置在加速器控制裝置300之記憶體的表。
脈衝寬度控制部314，是為了防止光束高峰的發生，而進行斬波器脈衝訊號S9的脈衝寬度控制。脈衝寬度控制部314，是進行脈衝寬度控制，藉此調整射入至加速器100內之旋繞軌道的荷電粒子光束之量。
圖11，是表示第2實施形態之遮斷器155及斬波器115之控制之一例的時序圖。圖11中，對於與圖5各部對應的部分附上相同符號，並省略說明。圖11，是以低能量(A180)來射出荷電粒子光束之情況的時序圖。
在以低能量(A180)射出荷電粒子光束的情況，光束高峰容易發生，故事先使荷電粒子光束的電荷量變小為佳。因此，斬波器控制部360，是基於從加速器100射出荷電粒子光束之際的荷電粒子光束之能量，來控制斬波器115，藉此調整射入至加速器100內之旋繞軌道的荷電粒子光束之量。
前述之圖5所示之例中，射入至加速器100內之旋繞軌道的荷電粒子光束之量較多，故需要長時間Ta的預射出。另一方面，在圖11所示之例中，脈衝寬度控制部314，是控制輸出至斬波器控制部360的斬波器脈衝訊號S9之脈衝寬度，藉此使射入至加速器100內之旋繞軌道的荷電粒子光束之量變少。藉此，使荷電粒子光束的電荷量變小，故可使預射出在短時間Tb結束。且，藉由使預射出所需的時間縮短，而可提升治療效率，可減輕對患者的負擔。
圖12，是表示第2實施形態之脈衝寬度閾值表315之一例的圖。脈衝寬度閾值表315，是使荷電粒子光束的能量與用來驅動斬波器115之斬波器脈衝訊號的脈衝寬度做關連對應的表。具體而言，對能量編號1至200的各個，使斬波器脈衝寬度40[μs]至10[μs]做關連對應。又，能量編號1是430[MeV]、・・・、能量編號200是50[MeV]。脈衝寬度閾值表315，是設定成荷電粒子光束的能量越低，則與該能量做關連對應的脈衝寬度越小。
脈衝寬度控制部314，是從脈衝寬度閾值表315取得脈衝寬度，該脈衝寬度是與從加速器100射出荷電粒子光束之際的荷電粒子光束之能量相對應。斬波器控制部360，是基於由脈衝寬度控制部314所取得的脈衝寬度，來控制斬波器115的動作時序。
例如，斬波器控制部360，是基於由脈衝寬度控制部314所取得的脈衝寬度，來控制對斬波器115供給斬波器用電力S10的時間。具體而言，斬波器控制部360，在斬波器脈衝寬度為10[μs]的情況，是使斬波器用電力S10的供給時間成為10[μs]。
如以上說明般，脈衝寬度控制部314，是根據從加速器100射出荷電粒子光束之際的荷電粒子光束之能量，來控制用來驅動斬波器115的斬波器脈衝寬度。具體而言，脈衝寬度控制部314，在從加速器100射出荷電粒子光束之際的荷電粒子光束之能量較小的情況，是使斬波器脈衝寬度變小，藉此使射入至加速器100內之旋繞軌道的荷電粒子光束之量變少。藉此，可縮短預射出所需的時間。
圖13，是表示第2實施形態之脈衝寬度閾值表315之其他例的圖。如圖13所示般，脈衝寬度閾值表315中，亦可設定有邊界能量編號。且，脈衝寬度閾值表315中，亦可設定有：從能量編號1到邊界能量編號為止的斬波器脈衝寬度1、從邊界能量編號+1到能量編號200(最大值)為止的斬波器脈衝寬度2。
具體而言，圖13所示之例中，斬波器脈衝寬度(30[μs])是與能量編號1至180做關連對應，斬波器脈衝寬度(10[μs])是與能量編號181至200做關連對應。
圖14，是表示第2實施形態之脈衝寬度閾值表315之其他例的圖。如圖14所示般，脈衝寬度閾值表315中，亦可設定有邊界能量編號1及邊界能量編號2。且，脈衝寬度閾值表315中，亦可設定有：從能量編號1到邊界能量編號1為止的斬波器脈衝寬度1、從邊界能量編號1+1到邊界能量編號2為止的斬波器脈衝寬度2、從邊界能量編號2+1到能量編號200(最大值)為止的斬波器脈衝寬度3。
具體而言，圖14所示之例中，斬波器脈衝寬度(30[μs])是與能量編號1至100做關連對應，斬波器脈衝寬度(20[μs])是與能量編號101至180做關連對應，斬波器脈衝寬度(10[μs])是與能量編號181至能量編號200做關連對應。
如圖13或圖14所示之例般，脈衝寬度閾值表315，亦可含有用來區隔能量之範圍的邊界能量，對每個由邊界能量所區隔出來之能量的範圍，使斬波器脈衝寬度做關連對應。藉此，可刪減脈衝寬度閾值表315的資料量。
如以上說明般，第2實施形態中，時序控制部310，是從脈衝寬度閾值表315取得脈衝寬度，該脈衝寬度是與從加速器100射出荷電粒子光束之際的荷電粒子光束之能量相對應。斬波器控制部360，是基於由時序控制部310所取得的脈衝寬度，來控制斬波器115的動作時序。藉此，可防止光束高峰的發生，並可縮短預射出所需的時間。
(第3實施形態) 　　第1實施形態及第2實施形態的時序控制部310，是基於在加速器100內旋繞之荷電粒子光束的電流值來算出荷電粒子光束的電荷量，並基於所算出之荷電粒子光束的電荷量來控制遮斷器155的動作時序。相對於此，第3實施形態的時序控制部310，並沒有算出荷電粒子光束的電荷量，而是基於在加速器100內旋繞之荷電粒子光束的電流值(光束電流)，來控制遮斷器155的動作時序。以下，針對第3實施形態進行詳細說明。
圖15，是表示第3實施形態之加速器控制裝置300之構造的方塊圖。圖15中，對於與圖10各部對應的部分附上相同符號，並省略說明。
本實施形態中，時序控制部310並沒有算出荷電粒子光束的電荷量，故不具備電荷量算出部311。且，高頻電力控制部340，不具備頻率檢測部341。另一方面，時序控制部310，除了預射出控制部312、脈衝寬度控制部314、及脈衝寬度閾值表315之外，還具備電流值閾值表316(第3表)。電流值閾值表316，是被記憶於設置在加速器控制裝置300之記憶體的表。
圖16，是表示第3實施形態之電流值閾值表316之一例的圖。電流值閾值表316，是使能量編號與光束電流的閾值做關連對應的表。具體而言，對能量編號1至200的各個，使閾值50[mA]至0.5[mA]做關連對應。又，能量編號1是430[MeV]、・・・、能量編號200是50[MeV]。電流值閾值表316，是設定成荷電粒子光束的能量越低，則與該能量做關連對應的閾值越小。
時序控制部310，是從電荷量閾值表316取得與在加速器100內旋繞之荷電粒子光束的能量相對應的閾值。且，時序控制部310的預射出控制部312，是基於在加速器100內旋繞之荷電粒子光束的電流值與從電流值閾值表316所取得的閾值之比較，來控制遮斷器155的動作時序。
例如，時序控制部310，在當電流值檢測部190所檢測出的電流值為從電流值閾值表316取得之閾值以上的情況，是控制遮斷器155來遮斷荷電粒子光束。另一方面，時序控制部310，在當電流值檢測部190所檢測出的電流值未達從電流值閾值表316取得之閾值的情況，是控制遮斷器155使荷電粒子光束通過。
如以上說明般，預射出控制部312，是使預射出持續到荷電粒子光束的電流值成為未達閾值為止。藉此，可防止光束高峰的發生。且，由於不需要電荷量算出部311及頻率檢測部341，故可使加速器控制裝置300低成本化。
圖17，是表示第3實施形態之電流值閾值表316之其他例的圖。如圖17所示般，電流值閾值表316中，亦可設定有邊界能量編號。且，電流值閾值表316中，亦可設定有：從能量編號1到邊界能量編號為止的光束電流閾值1、從邊界能量編號+1到能量編號200(最大值)為止的光束電流閾值2。
具體而言，圖17所示之例中，光束電流閾值(10[mA])是與能量編號1至180做關連對應，光束電流閾值(0.5[mA])是與能量編號181至200做關連對應。
圖18，是表示第3實施形態之電流值閾值表316之其他例的圖。如圖18所示般，電流值閾值表316中，亦可設定有邊界能量編號1及邊界能量編號2。且，電流值閾值表316中，亦可設定有：從能量編號1到邊界能量編號1為止的光束電流閾值1、從邊界能量編號1+1到邊界能量編號2為止的光束電流閾值2、從邊界能量編號2+1到能量編號200(最大值)為止的光束電流閾值3。
具體而言，圖18所示之例中，光束電流閾值(5[mA])是與能量編號1至150做關連對應，光束電流閾值(1[mA])是與能量編號151至180做關連對應，光束電流閾值(0.25[mA])是與能量編號181至200做關連對應。
如圖17或圖18所示之例般，電流值閾值表316，亦可含有用來區隔能量之範圍的邊界能量，對每個由邊界能量所區隔出來之能量的範圍，使荷電粒子光束之電流值的閾值做關連對應。藉此，可刪減電流值閾值表316的資料量。
根據以上說明的至少一個實施形態，加速器控制裝置300，具有高頻電力控制部340、時序控制部310。高頻電力控制部340，是對加速器100供給用來加速荷電粒子光束的高頻電力。時序控制部310，是基於在加速器100內旋繞之荷電粒子光束的電流值，來控制遮斷器155的動作時序，該遮斷器是遮斷由加速器100所射出的荷電粒子光束。藉此，即使是射出低能量之荷電粒子光束的情況，亦可防止光束高峰的發生。
雖說明了本發明的幾個實施形態，但該等之實施形態，是作為例子來提示者，並不意圖限定發明的範圍。該等實施形態，可用其他各式各樣的形態來實施，在不超脫發明之主旨的範圍，可進行各種的省略、置換、變更。該等實施形態或其變形，是包含於發明的範圍或主旨，同樣地，亦包含於申請專利範圍所記載的發明和與其均等的範圍。
10‧‧‧粒子束治療裝置
100‧‧‧加速器
110‧‧‧射入器
115‧‧‧斬波器
120‧‧‧四極電磁鐵
130‧‧‧偏向電磁鐵
140‧‧‧高頻加速腔
150‧‧‧射出器
155‧‧‧遮斷器
160‧‧‧四極電磁鐵
170‧‧‧補正電磁鐵
180‧‧‧偏向電磁鐵
190‧‧‧電流值檢測部
200‧‧‧照射裝置
210‧‧‧劑量顯示器
300‧‧‧加速器控制裝置
310‧‧‧時序控制部
311‧‧‧電荷量算出部
312‧‧‧預射出控制部
313‧‧‧電荷量閾值表
314‧‧‧脈衝寬度控制部
315‧‧‧脈衝寬度閾值表
316‧‧‧電流值閾值表
320‧‧‧高頻電力用模式記憶部
330‧‧‧電源用模式記憶部
340‧‧‧高頻電力控制部
341‧‧‧頻率檢測部
350‧‧‧電源控制部
360‧‧‧斬波器控制部
370‧‧‧射入器控制部
380‧‧‧射出器控制部
390‧‧‧遮斷器控制部
400‧‧‧計算機
圖1是表示第1實施形態之粒子束治療裝置10之全體構造的方塊圖。 　　圖2是表示第1實施形態之加速器控制裝置300之構造的方塊圖。 　　圖3是表示第1實施形態之電源用模式S4之一例的圖。 　　圖4是表示光束高峰發生之情況的遮斷器155之控制之一例的時序圖。 　　圖5是表示第1實施形態之遮斷器155之控制之一例的時序圖。 　　圖6是表示第1實施形態之電荷量閾值表313之一例的圖。 　　圖7是表示第1實施形態之電荷量閾值表313之其他例的圖。 　　圖8是表示第1實施形態之電荷量閾值表313之其他例的圖。 　　圖9是表示第1實施形態之遮斷器155之控制之其他例的時序圖。 　　圖10是表示第2實施形態之加速器控制裝置300之構造的方塊圖。 　　圖11是表示第2實施形態之遮斷器155及斬波器115之控制之一例的時序圖。 　　圖12是表示第2實施形態之脈衝寬度閾值表315之一例的圖。 　　圖13是表示第2實施形態之脈衝寬度閾值表315之其他例的圖。 　　圖14是表示第2實施形態之脈衝寬度閾值表315之其他例的圖。 　　圖15是表示第3實施形態之加速器控制裝置300之構造的方塊圖。 　　圖16是表示第3實施形態之電流值閾值表316之一例的圖。 　　圖17是表示第3實施形態之電流值閾值表316之其他例的圖。 　　圖18是表示第3實施形態之電流值閾值表316之其他例的圖。

Claims (15)

  1. 一種加速器控制裝置，具備：高頻電力控制部，是對加速器供給用來加速荷電粒子光束的高頻電力：以及時序控制部，是基於在前述加速器內旋繞之前述荷電粒子光束的電流值，來控制遮斷器的動作時序，該遮斷器是遮斷由前述加速器射出的前述荷電粒子光束。
  2. 如請求項1所述之加速器控制裝置，其進一步具備：頻率檢測部，是檢測前述荷電粒子光束在前述加速器內旋繞的頻率；以及電荷量算出部，是將在前述加速器內旋繞之前述荷電粒子光束的前述電流值，除以前述頻率檢測部所檢測出的頻率，藉此算出前述荷電粒子光束的電荷量，前述時序控制部，是基於由前述電荷量算出部所算出的前述電荷量，來控制前述遮斷器的動作時序。
  3. 如請求項2所述之加速器控制裝置，其中，前述時序控制部，是保持有第1表，該第1表是使前述荷電粒子光束的能量與前述荷電粒子光束的電荷量的閾值做關連對應，從前述第1表取得與在前述加速器內旋繞之前述荷電粒子光束的能量相對應的前述閾值，基於由前述電荷量算出部所算出的前述電荷量與從前述第1表所取得的前述閾值之比較，來控制前述遮斷器的動作時序。
  4. 如請求項3所述之加速器控制裝置，其中，前述時序控制部，當前述電荷量算出部所算出的前述電荷量為從前述第1表取得之前述閾值以上的情況，是控制前述遮斷器來遮斷前述荷電粒子光束，當前述電荷量算出部所算出的前述電荷量未達從前述第1表取得之前述閾值的情況，是控制前述遮斷器來使前述荷電粒子光束通過。
  5. 如請求項3或4所述之加速器控制裝置，其中，前述第1表，含有用來區隔能量之範圍的邊界能量，對每個由前述邊界能量所區隔出來之能量的範圍，使前述荷電粒子光束之電荷量的前述閾值做關連對應。
  6. 如請求項3或4所述之加速器控制裝置，其中，前述第1表，是設定成前述荷電粒子光束的能量越低，則與該能量做關連對應的前述閾值越小。
  7. 如請求項1或2所述之加速器控制裝置，其進一步具備：斬波器控制部，其控制斬波器，該斬波器是用來調整射入至前述加速器的前述荷電粒子光束之量，前述時序控制部，是保持有第2表，該第2表是使前述荷電粒子光束的能量與用來驅動前述斬波器之脈衝訊號的脈衝寬度做關連對應，從前述第2表取得：與從前述加速器射出前述荷電粒子光束之際之前述荷電粒子光束的能量相對應的前述脈衝寬度，前述斬波器控制部，是基於由前述時序控制部所取得的前述脈衝寬度，來控制前述斬波器的動作時序。
  8. 如請求項7所述之加速器控制裝置，其中，前述第2表，含有用來區隔能量之範圍的邊界能量，對每個由前述邊界能量所區隔出來之能量的範圍，使前述脈衝寬度做關連對應。
  9. 如請求項7所述之加速器控制裝置，其中，前述第2表，是設定成前述荷電粒子光束的能量越低，則與該能量做關連對應的前述脈衝寬度越小。
  10. 如請求項1所述之加速器控制裝置，其中，前述時序控制部，是保持有第3表，該第3表是使前述荷電粒子光束的能量與前述荷電粒子光束的電流值的閾值做關連對應，從前述第3表取得與在前述加速器內旋繞之前述荷電粒子光束的能量相對應的前述閾值，基於在前述加速器內旋繞之前述荷電粒子光束的電流值與從前述第3表取得的前述閾值之比較，來控制前述遮斷器的動作時序。
  11. 如請求項10所述之加速器控制裝置，其中，前述時序控制部，當在前述加速器內旋繞之前述荷電粒子光束的前述電流值為從前述第3表取得之前述閾值以上的情況，是控制前述遮斷器來遮斷前述荷電粒子光束，當在前述加速器內旋繞之前述荷電粒子光束的前述電流值未達從前述第3表取得之前述閾值的情況，是控制前述遮斷器來使前述荷電粒子光束通過。
  12. 如請求項10或11所述之加速器控制裝置，其中，前述第3表，含有用來區隔能量之範圍的邊界能量，對每個由前述邊界能量所區隔出來之能量的範圍，使前述荷電粒子光束之電流值的前述閾值做關連對應。
  13. 如請求項10或11所述之加速器控制裝置，其中，前述第3表，是設定成前述荷電粒子光束的能量越低，則與該能量做關連對應的前述閾值越小。
  14. 一種加速器控制方法，是控制使荷電粒子光束加速之加速器的加速器控制方法，使高頻電力控制部對前述加速器供給用來加速前述荷電粒子光束的高頻電力，使時序控制部基於在前述加速器內旋繞之前述荷電粒子光束的電流值，來控制遮斷器的動作時序，該遮斷器是遮斷由前述加速器射出的前述荷電粒子光束。
  15. 一種粒子束治療裝置，具備：加速器，是使荷電粒子光束加速；高頻電力控制部，是對前述加速器供給用來加速前述荷電粒子光束的高頻電力；射出器，是射出被前述加速器給加速過的前述荷電粒子光束；遮斷器，是遮斷被前述射出器給射出來的前述荷電粒子光束；電流值檢測部，是檢測在前述加速器內旋繞之前述荷電粒子光束的電流值；以及時序控制部，是基於由前述電流值檢測部所檢測出的前述電流值，來控制前述遮斷器的動作時序。
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