WO2013027263A1 - ビームデータ処理装置及び粒子線治療装置 - Google Patents

Abstract

　照射スポットにおいて荷電粒子ビームの位置異常が発生した場合にも荷電粒子ビームの照射位置を検出することを目的とする。　ビームデータ処理装置（１１）は、位置モニタ（４）から出力される複数のアナログ信号を、デジタル信号に変換する複数のチャネルデータ変換部（２１）と、これにより処理された電圧情報に基づいて、ビーム位置を計算する位置サイズ処理部（２３）と、ビーム位置を判定し、位置異常信号を生成する異常判定処理部（２４）と、ビームが照射スポットに停留中に複数回のデジタル信号変換処理を実行するように、複数の変換部（２１）を制御する統括制御部（２２）と、を備え、変換部（２１）は、複数のＡＤ変換器（３３）と、アナログ信号を分配するデマルチプレクサ（３２）と、ＡＤ変換器により処理されたデジタル信号を切り替えて位置サイズ処理部（２３）に出力するマルチプレクサ（３４）と、を有する。

Description

ビームデータ処理装置及び粒子線治療装置

　この発明は、医療用や研究用に用いられる粒子線治療装置に関し、特にスポットスキャニングやラスタースキャニングといった走査型の粒子線治療装置における粒子線ビームの位置やサイズのデータ処理に関する。

　一般に粒子線治療装置は、荷電粒子ビームを発生するビーム発生装置と、ビーム発生装置につながれ、発生した荷電粒子ビームを加速する加速器と、加速器で設定されたエネルギーまで加速された後に出射される荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、ビーム輸送系の下流に設置され、荷電粒子ビームを照射対象に照射するための粒子線照射装置とを備える。粒子線照射装置には大きく、荷電粒子ビームを散乱体で散乱拡大し、拡大した荷電粒子ビームを照射対象の形状にあわせて照射野を形成するブロード照射方式と、照射対象の形状に合わせるように、細いペンシル状のビームを走査して照射野形成するスキャニング照射方式（スポットスキャニング、ラスタースキャニング等）とがある。

　ブロード照射方式は、コリメータやボーラスを用いて患部形状に合う照射野を形成する。患部形状に合う照射野を形成し、正常組織への不要な照射を防いでおり、最も汎用的に用いられている、優れた照射方式である。しかし、患者ごとにボーラスを製作したり、患部に合わせてコリメータを変形させたりする必要がある。

　一方、スキャニング照射方式は、コリメータやボーラスが不要といった自由度の高い照射方式である。しかし、患部以外の正常組織への照射を防ぐこれら部品を用いないため、ブロード照射方式以上に高いビーム照射位置精度が要求される。

　特許文献１には、照射位置を変えるときに荷電粒子ビームを停止させないラスタースキャニング照射方式において、荷電粒子ビームの走査途中で収集された電荷と走査完了時に収集された電荷とが正確に区別されないことが主因となってビーム位置測定の精度が低下するという問題を解決することを目的とした粒子線治療装置のビーム位置モニタが開示されている。特許文献１のビーム位置モニタは、荷電粒子ビームの電離作用で生じる収集電荷を収集する収集電極（位置モニタのセンサ部に相当する）と、収集電荷を利用してビーム位置を特定するためのビーム位置演算を行う信号処理回路を備える。信号処理回路は、収集電極における電流出力をＩ／Ｖ変換した電圧信号を生成するＩ／Ｖ変換器と、この電圧信号の入力を受けて収集電荷に関するデジタル信号を生成するデジタル信号生成回路と、停止照射点（スポットスキャニング照射方式の照射スポットに相当する）から次の停止照射点に走査される荷電粒子ビームが非走査状態（停止照射点に停留している状態）で生成される信号をタイミング信号として受信するタイミング信号送受信部と、タイミング信号送受信部がタイミング信号を受信したタイミングで、デジタル信号生成回路により生成された収集電荷に関するデジタル信号の入力を受けて、入力を受けた収集電荷に関するデジタル信号を用いてビーム位置演算部とを有する。

特開２０１０－６０５２３号公報（０００８段から００１１段、図７）

　特許文献１に開示された発明においては、荷電粒子ビームが走査されていない非走査状態で生成される信号のタイミングで、被検体に設定された停止照射点において荷電粒子ビームが走査停止して照射された照射位置を１回のみ計算することはできるものの、停止照射点における照射中に複数回の照射位置計算を行わないために、荷電粒子ビームが動いて許容範囲を外れるような場合であっても、その外れた照射位置を検出できない問題が生じる。特許文献１のビーム位置モニタを備えた粒子線治療装置に、照射位置の異常時に荷電粒子ビームの照射を停止する機能があったとしも、１つの停止照射点におけるデータ収集タイミング後の異常に対して異常検出信号を生成することができず、速やかに荷電粒子ビームの照射を停止することができない問題が生じる。

　本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、照射スポットにおいて荷電粒子ビームの照射中に荷電粒子ビームの位置異常が発生した場合にも荷電粒子ビームの照射位置を検出し、荷電粒子ビームの位置異常を示す異常検出信号を生成することができるビームデータ処理装置を得ることを目的とする。

　本発明のビームデータ処理装置は、荷電粒子ビームの通過位置を複数の検出チャネルにより検出する位置モニタから出力される複数のアナログ信号を、アナログ信号毎にデジタル信号に変換する複数のチャネルデータ変換部と、複数のチャネルデータ変換部により処理された電圧情報に基づいて、位置モニタにおける荷電粒子ビームの通過位置であるビーム位置を計算する位置サイズ処理部と、荷電粒子ビームの目標位置及び位置許容値に基づいてビーム位置が許容範囲にあるかを判定し、ビーム位置が許容範囲にないと判定した場合に位置異常信号を生成する異常判定処理部と、荷電粒子ビームが照射スポットに停留中に複数回のデジタル信号変換処理を実行するように、複数のチャネルデータ変換部を制御する統括制御部と、を備える。チャネルデータ変換部は、複数のＡＤ変換器と、ＡＤ変換器毎にアナログ信号を異なるタイミングにて分配するデマルチプレクサと、ＡＤ変換器によりＡＤ変換処理されたデジタル信号を異なるタイミングにて切り替えて位置サイズ処理部に出力するマルチプレクサと、を有する。

　本発明のビームデータ処理装置によれば、位置モニタの検出チャネル毎に、複数のＡＤ変換器を備え、荷電粒子ビームが照射スポットに停留中に複数のＡＤ変換器を、時間をずらして動作させるので、照射スポットにおいて荷電粒子ビームの照射中に荷電粒子ビームの位置異常が発生した場合にも荷電粒子ビームの照射位置を検出し、荷電粒子ビームの位置異常を示す異常検出信号を生成することができる。

本発明の実施の形態１によるビームデータ処理装置の構成を示す図である。 図１のビームデータ処理装置を備えた粒子線照射装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１による粒子線治療装置の概略構成図である。 図１のビームデータ処理装置の動作を説明するタイミング図である。 図１の統括制御部の動作を説明するタイミング図である。 図１の位置サイズ処理部の動作を説明するフローチャートである。 図１の異常判定処理部の動作を説明するフローチャートである。

実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１によるビームデータ処理装置の構成を示す図である。図２は本発明の実施の形態１によるビームデータ処理装置を備えた粒子線照射装置の構成を示す図であり、図３は本発明の実施の形態１による粒子線治療装置の概略構成図である。図３において、粒子線治療装置５１は、ビーム発生装置５２と、ビーム輸送系５９と、粒子線照射装置５８ａ、５８ｂとを備える。ビーム発生装置５２は、イオン源（図示せず）と、前段加速器５３と、シンクロトロン５４とを有する。粒子線照射装置５８ｂは回転ガントリ（図示せず）に設置される。粒子線照射装置５８ａは回転ガントリを有しない治療室に設置される。ビーム輸送系５９の役割はシンクロトロン５４と粒子線照射装置５８ａ、５８ｂの連絡にある。ビーム輸送系５９の一部は回転ガントリ（図示せず）に設置され、その部分には複数の偏向電磁石５５ａ、５５ｂ、５５ｃを有する。

　イオン源で発生した陽子線等の粒子線である荷電粒子ビームは、前段加速器５３で加速され、加速器であるシンクロトロン５４に入射される。荷電粒子ビームは、所定のエネルギーまで加速される。シンクロトロン５４から出射された荷電粒子ビームは、ビーム輸送系５９を経て粒子線照射装置５８ａ、５８ｂに輸送される。粒子線照射装置５８ａ、５８ｂは荷電粒子ビームを照射対象１５（図２参照）に照射する。

　ビーム発生装置５２で発生され、所定のエネルギーまで加速された荷電粒子ビーム１は、ビーム輸送系５９を経由し、粒子線照射装置５８へと導かれる。図２において、粒子線照射装置５８は、荷電粒子ビーム１に垂直な方向であるＸ方向及びＹ方向に荷電粒子ビーム１を走査するＸ方向走査電磁石２及びＹ方向走査電磁石３と、位置モニタ４と、線量モニタ５と、線量データ変換器６と、ビームデータ処理装置１１と、走査電磁石電源７と、粒子線照射装置５８を制御する照射管理装置８とを備える。照射管理装置８は、照射制御計算機９と照射制御装置１０とを備える。線量データ変換器６は、トリガ生成部１２と、スポットカウンタ１３と、スポット間カウンタ１４とを備える。なお、荷電粒子ビーム１の進行方向はＺ方向である。

　Ｘ方向走査電磁石２は荷電粒子ビーム１をＸ方向に走査する走査電磁石であり、Ｙ方向走査電磁石３は荷電粒子ビーム１をＹ方向に走査する走査電磁石である。位置モニタ４は、Ｘ方向走査電磁石２及びＹ方向走査電磁石３で走査された荷電粒子ビーム１が通過するビームにおける通過位置（重心位置）やサイズを検出する。線量モニタ５は、荷電粒子ビーム１の線量を検出する。照射管理装置８は、図示しない治療計画装置で作成された治療計画データに基づいて、照射対象１５における荷電粒子ビーム１の照射位置を制御し、線量モニタ５で測定され、線量データ変換器６でデジタルデータに変換された線量が目標線量に達すると荷電粒子ビーム１を停止する。走査電磁石電源７は、照射管理装置８から出力されたＸ方向走査電磁石２及びＹ方向走査電磁石３への制御入力（指令）に基づいてＸ方向走査電磁石２及びＹ方向走査電磁石３の設定電流を変化させる。

　ここでは、粒子線照射装置５８のスキャニング照射方式を、荷電粒子ビーム１の照射位置を変えるときに荷電粒子ビーム１を停止させないラスタースキャニング照射方式であり、スポットスキャニング照射方式のようにビーム照射位置がスポット位置間を次々と移動していく方式として説明する。スポットカウンタ１３は、荷電粒子ビーム１のビーム照射位置が停留している間の照射線量を計測するものである。スポット間カウンタ１４は、荷電粒子ビーム１のビーム照射位置が移動している間の照射線量を計測するものである。トリガ生成部１２は、ビーム照射位置が停留している間に、ビームデータ処理装置１１が位置モニタ４の新たなデータを取得する開始信号を生成するものである。

　図１において、ビームデータ処理装置１１は、位置モニタ４のＸチャネル信号を処理するＸデータ処理部１６と、位置モニタ４のＹチャネル信号を処理するＹデータ処理部１７とを備える。Ｘデータ処理部１６はＸチャネル信号線１８を介して位置モニタ４に接続され、Ｙデータ処理部１７はＹチャネル信号線１９を介して位置モニタ４に接続される。Ｘチャネル信号線１８及びＹチャネル信号線１９は、複数のチャネルデータ変換部２１の個数分の信号線を含む。Ｘデータ処理部１６及びＹデータ処理部１７は、同じ構成である。Ｘデータ処理部１６を例に、説明する。Ｘデータ処理部１６は、位置モニタ４の複数のＸチャネル信号数に対応する複数のチャネルデータ変換部２１と、統括制御部２２と、位置サイズ処理部２３と、異常判定処理部２４と、データメモリ２５とを備える。なお、図１において、チャネルデータ変換部２１は２つのみ示し、２つのチャネルデータ変換部２１ａ、２１ｎの間を複数の点を表示し、途中のチャネルデータ変換部２１を省略した。また、Ｘチャネル信号線１８及びＹチャネル信号線１９は、図が複雑にならないように、それぞれ図１において太線１本で示した。

　位置モニタ４は、メッシュ状にセンサ部が張り巡らされており、多数の検出チャネル（Ｘ方向、Ｙ方向の各チャネル）を有している。これら多数のチャネルはアナログ信号として電流信号を出力する。位置モニタ４のＸｃｈ（Ｘチャネル）のアナログ信号は、それぞれＸデータ処理部１６における位置モニタ４のチャネルデータ変換部２１ａから２１ｎに接続され、Ｙｃｈ（Ｙチャネル）のアナログ信号は、それぞれＹデータ処理部１７における位置モニタ４のチャネルデータ変換部２１ａから２１ｎに接続される。Ｘｃｈは粒子線照射装置５８のＸ方向に対応し、Ｙｃｈは粒子線照射装置５８のＹ方向に対応する。

　チャネルデータ変換部２１ａは、位置モニタ４から出力される電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換器３１と、この電流電圧変換器３１から出力される電圧信号を複数のＡＤ変換器（アナログデジタル変換器）３３に分配するデマルチプレクサ３２と、デマルチプレクサ３２により分配された電圧信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換処理を行う複数のＡＤ変換器３３、例えば５つのＡＤ変換器３３ａから３３ｅと、複数のＡＤ変換器３３ａから３３ｅによりＡＤ変換処理された信号を切り替えて出力するマルチプレクサ３４とを備える。なお、図１において、ＡＤ変換器３３は３つのみ示し、２つのＡＤ変換器３３ｂ、３３ｅの間を複数の点を表示し、途中のＡＤ変換器３３を省略した。

　統括制御部２２は、複数のチャネルデータ変換部２１と、位置サイズ処理部２３と、異常判定処理部２４とを制御する。複数のチャネルデータ変換部２１は、それぞれデマルチプレクサ切替信号線２６、マルチプレクサ切替信号線２７、ＡＤ関連信号線２８を介して統括制御部２２に接続される。なお、デマルチプレクサ切替信号線２６及びマルチプレクサ切替信号線２７は、複数のチャネルデータ変換部２１の個数分の信号線を含む。ＡＤ関連信号線２８は、各ＡＤ変換器３３の個数分の信号線を含む。データＩＤ信号線２９（ＩＤ：ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）は、スポットＩＤデータ線とサブＩＤ通知信号線を含んでいる。統括制御部２２は、例えば、ビームデータ処理装置１１が位置モニタ４の新たなデータを取得する４つの開始信号である２５％線量満了信号ｓｉｇｂ１、５０％線量満了信号ｓｉｇｂ２、７５％線量満了信号ｓｉｇｂ３、１００％線量満了信号ｓｉｇｂ４を受信する。２５％線量満了信号ｓｉｇｂ１、５０％線量満了信号ｓｉｇｂ２、７５％線量満了信号ｓｉｇｂ３、１００％線量満了信号ｓｉｇｂ４は、それぞれ荷電粒子ビーム１が停留する照査スポットにおける荷電粒子ビーム１の線量が、目標線量に対して所定の割合になったことを示す割合線量満了信号である。デマルチプレクサ切替信号線２６、マルチプレクサ切替信号線２７、ＡＤ関連信号線２８は、図が複雑にならないように、図１において太線１本で示した。位置サイズ処理部２３は、データＩＤ信号線２９を介して統括制御部２２に接続される。データＩＤ信号線２９は、図が複雑にならないように、図１において太線１本で示した。また、太線で示した信号線は、複数の種類の信号が伝達される信号線である。

　位置サイズ処理部２３は、複数のチャネルデータ変換部２１によりＡＤ変換処理された電圧Ｖｉを受信し、各電圧Ｖｉに基づいて重心計算のようにビーム位置Ｐを計算する。また、位置サイズ処理部２３は、各電圧Ｖｉに基づいて標準偏差計算のようにビームサイズＳを計算する。ビームサイズＳは、１次元のガウス分布の１σに相当する長さである。Ｘデータ処理部１６の位置サイズ処理部２３は、Ｘ方向におけるビーム位置Ｐｘ及びビームサイズＳｘを計算し、Ｙデータ処理部１７の位置サイズ処理部２３は、Ｙ方向におけるビーム位置Ｐｙ及びビームサイズＳｙを計算する。位置サイズ処理部２３は、計算したビーム位置Ｐ及びビームサイズＳをデータメモリ２５に保存する。Ｘデータ処理部１６のデータメモリ２５にビーム位置Ｐｘ及びビームサイズＳｘが保存され、Ｙデータ処理部１７のデータメモリ２５にビーム位置Ｐｙ及びビームサイズＳｙが保存される。

　異常判定処理部２４は、荷電粒子ビーム１の照射前に照射制御装置１０から受信したプリセットデータＰＤに基づいて、ビーム位置Ｐ及びビームサイズＳに異常があるがどうか、すなわちビーム位置Ｐ及びビームサイズＳが許容できるか否かを判定する。異常判定処理部２４は、ビーム位置Ｐが許容できないと判定した場合に、位置異常信号ｓｉｇｅ１を照射制御装置１０に出力する。また、異常判定処理部２４は、ビームサイズＳが許容できないと判定した場合に、サイズ異常信号ｓｉｇｅ２を照射制御装置１０に出力する。Ｘデータ処理部１６の異常判定処理部２４は、位置異常信号ｓｉｇｅ１ｘ及びサイズ異常信号ｓｉｇｅ２ｘを出力し、Ｙデータ処理部１７の異常判定処理部２４は、位置異常信号ｓｉｇｅ１ｙ及びサイズ異常信号ｓｉｇｅ２ｙを出力する。

　Ｘデータ処理部１６及びＹデータ処理部１７の統括制御部２２は、それぞれ照射制御装置１０からスポットＩＤ、スポット間移動完了信号ｓｉｇａ、スポットＩＤストローブｓｂ１を受信し、ＡＤＣ処理異常信号ｓｉｇｅ３を照射制御装置１０に出力する。図１に示したＳＩＤは、スポットＩＤである。Ｘデータ処理部１６の統括制御部２２は照射制御装置１０にＡＤＣ処理異常信号ｓｉｇｅ３ｘを出力し、Ｙデータ処理部１７の統括制御部２２は照射制御装置１０にＡＤＣ処理異常信号ｓｉｇｅ３ｙを出力する。ＡＤＣ処理異常信号ｓｉｇｅ３は、チャネルデータ変換部２１の全てのＡＤ変換器３３ａから３３ｅが処理中の場合に出力される。例えば、全てのＡＤ変換器３３ａから３３ｅは、ＡＤＣ処理開始信号ｓｉｇｄ１を出力し、かつＡＤＣ処理終了信号ｓｉｇｄ２を出力していない場合に、次のデータ収集の開始指示を示すトリガ信号（ｓｉｇａ、ｓｉｇｂ１、ｓｉｇｂ２、ｓｉｇｂ３、ｓｉｇｂ４）を統括制御部２２が受信した際に、ＡＤＣ処理異常信号ｓｉｇｅ３は出力される。なお、スポットＩＤの符号はＳＩＤを用いるが、スポットＩＤと符号のＳＩＤを連続して表記する場合に、混乱しないようにスポットアイディーＳＩＤと表記することにする。

　Ｘデータ処理部１６及びＹデータ処理部１７の異常判定処理部２４は、それぞれ照射制御装置１０からプリセットデータＰＤ、プリセット値ストローブｓｂ２を受信し、位置異常信号ｓｉｇｅ１及びサイズ異常信号ｓｉｇｅ２を照射制御装置１０に出力する。

　Ｘデータ処理部１６及びＹデータ処理部１７の位置サイズ処理部２３は、荷電粒子ビーム１の照射完了後にそれぞれビーム位置Ｐ及びビームサイズＳの実績データｄａｔａ１を照射制御計算機９に出力する。なお、実績データｄａｔａ１には、後述するように位置異常やビームサイズ異常を示す情報を含んでいる。Ｘデータ処理部１６の位置サイズ処理部２３は照射制御装置１０に実績データｄａｔａ１ｘを出力し、Ｙデータ処理部１７の位置サイズ処理部２３は照射制御装置１０に実績データｄａｔａ１ｙを出力する。

　実施の形態１のビームデータ処理装置１１は、照射スポットにおいて荷電粒子ビーム１の照射中に荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常が発生した場合にも荷電粒子ビーム１の照射位置であるビーム位置Ｐや、荷電粒子ビーム１のビームサイズＳを検出し、荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常を示す異常検出信号を生成する。位置異常信号ｓｉｇｅ１は、荷電粒子ビーム１の位置異常を示す異常検出信号である。サイズ異常信号ｓｉｇｅ２は、荷電粒子ビーム１のサイズ異常を示す異常検出信号である。ビームデータ処理装置１１の動作を、タイミング図を用いて説明する。

　図４はビームデータ処理装置の動作を説明するタイミング図であり、図５は統括制御部の動作を説明するタイミング図である。図４のタイミング図は、１つの照射スポットにおいて５回、位置モニタ４のデータを収集し、データを収集する度にＡＤ変換処理されたデータに基づいてビーム位置Ｐ及びビームサイズＳを計算する例である。測定１から測定５は、それぞれのＡＤ変換処理とビーム位置Ｐ及びビームサイズＳの計算のタイミングを示している。ａｄｃを付した期間はＡＤ変換処理の期間を示しており、ｃを付した期間はビーム位置Ｐ及びビームサイズＳの計算期間を示している。５回のＡＤ変換処理を開始させるトリガ信号は、例えば、前述したように、スポット間移動完了信号ｓｉｇａ、２５％線量満了信号ｓｉｇｂ１、５０％線量満了信号ｓｉｇｂ２、７５％線量満了信号ｓｉｇｂ３、１００％線量満了信号ｓｉｇｂ４である。

　まず、照射管理装置８の照射制御装置１０から、粒子線治療装置５１の各装置にスキャン開始指令ｓｉｇｓ１が送信され、荷電粒子ビーム１の照射が開始される。照射制御装置１０からスポットアイディーＳＩＤ、スポットＩＤストローブｓｂ１及びプリセット値ストローブｓｂ２がビームデータ処理装置１１に送信される。ビームデータ処理装置１１の統括制御部２２は、スポットＩＤストローブｓｂ１の立ち上がりタイミングでスポットアイディーＳＩＤを取り込む。ビームデータ処理装置１１の異常判定処理部２４は、プリセット値ストローブｓｂ２の立ち上がりタイミングで予め取り込んでいるプリセットデータＰＤにおけるスポットアイディーＳＩＤに対応するデータを指定する。プリセットデータＰＤには、ビーム位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）の異常判定を行うための目標位置Ｐｄ（Ｐｄｘ，Ｐｄｙ）及び位置許容値ＡＰと、ビームサイズＳ（Ｓｘ，Ｓｙ）の異常判定を行うための目標ビームサイズＳｄ（Ｓｄｘ，Ｓｄｙ）及びサイズ許容値ＡＳが含まれる。

　照射制御装置１０は、ビーム発生装置５２にビームオン指令ｓｉｇｓ２を送信する。荷電粒子ビーム１はビーム発生装置５２からビーム輸送系５９を経由し、粒子線照射装置５８へと導かれる。照射制御装置１０は、初めのスポットアイディーＳＩＤ（図４の０００１）に対応するＸ方向走査電磁石２及びＹ方向走査電磁石３のへの指令の設定が完了したことを示すスポット間移動完了信号ｓｉｇａをビームデータ処理装置１１に送信する。初めのスポット間移動完了信号ｓｉｇａが送信される際には、統括制御部２２は、第１のＡＤ変換器３３ａに位置モニタ４のデータが入力されるようにデマルチプレクサ３２を切り替えており、かつ第１のＡＤ変換器３３ａの処理データが位置サイズ処理部２３に出力さるようにマルチプレクサ３４を切り替えている。測定１に示すように、初めのスポット間移動完了信号ｓｉｇａの立ち上がりからモニタ内の状態移行時間である計測遅延時間Ｔ２の後に、第１のＡＤ変換器３３ａはＡＤ変換処理を開始する。

　線量データ変換器６のトリガ生成部１２は、荷電粒子ビーム１の線量が当該スポットアイディーＳＩＤに対応する照射スポットにおける目標線量に対して、２５％線量満了、５０％線量満了、７５％線量満了、１００％線量満了になった場合に、それぞれ２５％線量満了信号ｓｉｇｂ１、５０％線量満了信号ｓｉｇｂ２、７５％線量満了信号ｓｉｇｂ３、１００％線量満了信号ｓｉｇｂ４を統括制御部２２に出力する。

　統括制御部２２は、後述するデマルチプレクサ手順により第１のＡＤ変換器３３ａのＡＤＣ処理開始信号ｓｉｇｄ１（図５参照）を受信すると、第２のＡＤ変換器３３ｂに位置モニタ４のデータが入力されるようにデマルチプレクサ３２を切り替える。その後に、統括制御部２２は、２５％線量満了信号ｓｉｇｂ１を受信すると、第２のＡＤ変換器３３ｂにＡＤＣ処理開始指令ｓｉｇｃ３を出力し、第２のＡＤ変換器３３ｂに対してＡＤ変換処理を開始するようにする。測定２に示すように、第２のＡＤ変換器３３ｂは、２５％線量満了信号ｓｉｇｂ１の立ち上がりからモニタ内の状態移行時間である計測遅延時間Ｔ２の後に、ＡＤ変換処理を開始する。同様に、統括制御部２２は、第２のＡＤ変換器３３ｂのＡＤＣ処理開始信号ｓｉｇｄ１、第３のＡＤ変換器３３ｃのＡＤＣ処理開始信号ｓｉｇｄ１、第４のＡＤ変換器３３ｄのＡＤＣ処理開始信号ｓｉｇｄ１を受信すると、それぞれ第３のＡＤ変換器３３ｃ、第４のＡＤ変換器３３ｄ、第５のＡＤ変換器３３ｅに位置モニタ４のデータが入力されるようにデマルチプレクサ３２を順次切り替える。デマルチプレクサ手順の終了後に、統括制御部２２は、５０％線量満了信号ｓｉｇｂ２、７５％線量満了信号ｓｉｇｂ３、１００％線量満了信号ｓｉｇｂ４を受信すると、それぞれ第３のＡＤ変換器３３ｃ、第４のＡＤ変換器３３ｄ、第５のＡＤ変換器３３ｅに、ＡＤＣ処理開始指令ｓｉｇｃ３を出力する。測定３から測定５に示すように、第３のＡＤ変換器３３ｃ、第４のＡＤ変換器３３ｄ、第５のＡＤ変換器３３ｅは、それぞれ５０％線量満了信号ｓｉｇｂ２、７５％線量満了信号ｓｉｇｂ３、１００％線量満了信号ｓｉｇｂ４の立ち上がりからモニタ内の状態移行時間である計測遅延時間Ｔ２の後に、ＡＤ変換処理を開始する。このように、遅れて到着する粒子を考慮して、ＡＤ変換処理開始を遅らせている。

　図４のカウンタ１及び２は、それぞれスポットカウンタ１３及びスポット間カウンタ１４のカウント期間（線量計測期間）を示している。各波形の上側（状態１）はカウント中を示し、各波形の下側（状態０）はカウント停止中を示す。図４の走査状態は、荷電粒子ビーム１の走査状態を示している。走査状態の上側（状態１）は照射スポットに停留中を示し、走査状態の下側（状態０）は次の照射スポットへ移動中を示す。スポットカウンタ１３は、荷電粒子ビーム１が次の照射スポットへの走査が開始されても、スポット遅延時間Ｔ１が経過するまで計測する。このスポット遅延時間Ｔ１は、Ｘ方向走査電磁石２及びＹ方向走査電磁石３に対する次の照射スポットへの走査制御が開始されるまでの制御遅れに相当する。

　統括制御部２２は、ＡＤ変換器３３ａから３３ｅのＡＤＣ処理開始信号ｓｉｇｄ１及びＡＤＣ処理終了信号ｓｉｇｄ２（図５参照）に基づいて、デマルチプレクサ３２及びマルチプレクサ３４を制御する。すなわち、統括制御部２２は、荷電粒子ビーム１が照射スポットに停留を開始した停留初期のビームデータ（測定１のデータ）及び線量が所定値に到達した際のビームデータ（測定２から５の各データ）を収集し、位置サイズ処理部２３にそのビームデータが送信されるようにデマルチプレクサ３２及びマルチプレクサ３４を制御する（データ収集手順）。それに続いて、収集したビームデータに基づいて位置サイズ処理部２３はビーム位置Ｐ及びビームサイズＳを計算する（位置サイズ計算手順）。

　次のスポットアイディーＳＩＤ（図４の０００２）が照射制御装置１０からビームデータ処理装置１１送信されると、ビームデータ処理装置１１の統括制御部２２は、スポットＩＤストローブｓｂ１の立ち上がりタイミングでスポットアイディーＳＩＤを取り込み、上記のデータ収集手順及び位置サイズ計算手順を繰り返す。

　異常判定処理部２４は、位置サイズ処理部２３からビーム位置Ｐ及びビームサイズＳを受信し、プリセットデータＰＤに基づいて、ビーム位置Ｐ及びビームサイズＳが許容できるか否かを判定する。例えば、異常判定処理部２４は、測定１の２回目の計算結果に対してビーム位置Ｐが許容できないと判定し、位置異常信号ｓｉｇｅ１を照射制御装置１０に出力する。照射制御装置１０は、位置異常信号ｓｉｇｅ１を受信し、インターロック作動時間Ｔ３の経過後にビームオン指令ｓｉｇｓ２を解除する。ここで、ビームオン指令ｓｉｇｓ２を解除することは、ビームをオフにする指令を出すことに相当する。ビーム発生装置５２は、ビームオン指令ｓｉｇｓ２の解除信号を受けて、荷電粒子ビーム１を停止する。

　図５を用いて、統括制御部２２の動作を詳しく説明する。統括制御部２２は、デマルチプレクサ切替指令ｓｉｇｃ１、マルチプレクサ切替指令ｓｉｇｃ２、ＡＤＣ処理開始指令ｓｉｇｃ３、ＡＤＣ処理開始信号ｓｉｇｄ１、ＡＤＣ処理終了信号ｓｉｇｄ２を用いて、デマルチプレクサ３２、ＡＤ変換器３３、マルチプレクサ３４を制御する。図５は、５つのＡＤ変換器３３ａから３３ｅを制御するために、ＡＤ変換器３３毎に、デマルチプレクサ切替指令ｓｉｇｃ１、マルチプレクサ切替指令ｓｉｇｃ２、ＡＤＣ処理開始指令ｓｉｇｃ３、データＩＤ信号ｓｉｇｃ４、ＡＤＣ処理開始信号ｓｉｇｄ１、ＡＤＣ処理終了信号ｓｉｇｄ２を使用する例である。各信号名に付されたかっこ付きの数字は、測定１から測定５に対応したものである。測定１から測定５は、それぞれＡＤ変換器３３ａから３３ｅを使用して処理したものとして説明する。

　統括制御部２２は、照射制御計算機９から出力されたスキャン開始指令ｓｉｇｓ１を受信すると、第１のＡＤ変換器３３ａを動作せるために、デマルチプレクサ切替指令ｓｉｇｃ１（１）、マルチプレクサ切替指令ｓｉｇｃ２（１）、データＩＤ信号ｓｉｇｃ４（１）を出力する。デマルチプレクサ３２は、デマルチプレクサ切替指令ｓｉｇｃ１（１）を受信すると、電流電圧変換器３１の信号がＡＤ変換器３３ａに伝達されるように伝送経路を切り替える。マルチプレクサ３４は、マルチプレクサ切替指令ｓｉｇｃ２（１）を受信すると、ＡＤ変換器３３ａからのデータが位置サイズ処理部２３に伝達されるように伝送経路を切り替える。位置サイズ処理部２３及び異常判定処理部２４は、スポットアイディーＳＩＤとサブＩＤを通知する信号であるデータＩＤ信号ｓｉｇｃ４（１）を受信すると、電流電圧変換器３１から送られてくるデータのスポットアイディーＳＩＤとサブＩＤを記憶する。ここで、サブＩＤは照射スポットにおける何番目の測定に相当するかを示すものである。１つの照射スポットにおいて５回測定する場合は、サブＩＤは、例えば１から５とする。

　統括制御部２２は、照射制御装置１０から出力されたスポット間移動完了信号ｓｉｇａを受信すると、ＡＤＣ処理開始指令ｓｉｇｃ３（１）をＡＤ変換器３３ａに出力する。ＡＤ変換器３３ａは、ＡＤＣ処理開始指令ｓｉｇｃ３（１）を受信すると、計測遅延時間Ｔ２の後に、統括制御部２２にＡＤＣ処理開始信号ｓｉｇｄ１（１）を出力するともにＡＤ変換処理を開始する。

　統括制御部２２は、ＡＤ変換器３３ａからＡＤＣ処理開始信号ｓｉｇｄ１（１）を受信すると、デマルチプレクサ３２にデマルチプレクサ切替指令ｓｉｇｃ１（２）を出力する。デマルチプレクサ３２は、デマルチプレクサ切替指令ｓｉｇｃ１（２）を受信すると、電流電圧変換器３１の信号がＡＤ変換器３３ｂに伝達されるように伝送経路を切り替える。統括制御部２２は、線量データ変換器６から出力された２５％線量満了信号ｓｉｇｂ１を受信すると、ＡＤＣ処理開始指令ｓｉｇｃ３（２）をＡＤ変換器３３ｂに出力する。ＡＤ変換器３３ｂは、ＡＤＣ処理開始指令ｓｉｇｃ３（２）を受信すると、計測遅延時間Ｔ２の後に、統括制御部２２にＡＤＣ処理開始信号ｓｉｇｄ１（２）を出力するともにＡＤ変換処理を開始する。

　統括制御部２２は、２回目以降のデマルチプレクサ３２における伝送経路の切替を、前回のサブＩＤに対応するＡＤ変換器３３において電流電圧変換器３１からの信号受信が完了し、ＡＤ変換処理が開始されたことを示すＡＤＣ処理開始信号ｓｉｇｄ１を受信すると、次のサブＩＤに対応するＡＤ変換器３３に電流電圧変換器３１の信号が伝達されるように、伝送経路を切り替えるデマルチプレクサ切替指令ｓｉｇｃ１をデマルチプレクサ３２に出力する（デマルチプレクサ切替手順）。測定３から測定５においても、同様にデマルチプレクサ切替手順が行われる。図５において、最後のサブＩＤに対応するＡＤ変換器３３ｅからＡＤＣ処理開始信号ｓｉｇｄ１（５）を受信すると、統括制御部２２は、次のサブＩＤに対応するＡＤ変換器３３ａに電流電圧変換器３１の信号が伝達されるように、伝送経路を切り替えるデマルチプレクサ切替指令ｓｉｇｃ１（１）をデマルチプレクサ３２に出力する。

　次に、マルチプレクサ切替手順について説明する。ＡＤ変換器３３ａは、ＡＤ変換処理が終了すると、ＡＤＣ処理終了信号ｓｉｇｄ２（１）を統括制御部２２に出力する。統括制御部２２は、ＡＤＣ処理終了信号ｓｉｇｄ２（１）を受信すると、マルチプレクサ３４にマルチプレクサ切替指令ｓｉｇｃ２（２）を出力するともに、位置サイズ処理部２３及び異常判定処理部２４にデータＩＤ信号ｓｉｇｃ４（１）を出力する。マルチプレクサ３４は、マルチプレクサ切替指令ｓｉｇｃ２（２）を受信すると、第２のＡＤ変換器３３ｂからのデータが位置サイズ処理部２３に伝達されるように伝送経路を切り替える。位置サイズ処理部２３及び異常判定処理部２４は、データＩＤ信号ｓｉｇｃ４（２）を受信すると、次に送られてくるデータのスポットアイディーＳＩＤとサブＩＤを記憶する。

　マルチプレクサ切替手順についてまとめる。統括制御部２２は、ＡＤＣ処理終了信号ｓｉｇｄ２を受信すると、マルチプレクサ３４に次のサブＩＤに対応するマルチプレクサ切替指令ｓｉｇｃ２を出力するとともに、位置サイズ処理部２３及び異常判定処理部２４に次のサブＩＤに対応するデータＩＤ信号ｓｉｇｃ４を出力する。測定３から測定５においても、同様にデマルチプレクサ切替手順が行われる。

　次に、２番目のスポットアイディーＳＩＤ（図４の０００２）に対応する照査スポットにおける動作を説明する。前述したように、照射制御装置１０から２番のスポット間移動完了信号ｓｉｇａのパルスが出力する前に、デマルチプレクサ３２は、統括制御部２２から出力されたデマルチプレクサ切替指令ｓｉｇｃ１（１）を受けて、電流電圧変換器３１の信号がＡＤ変換器３３ａに伝達されるように伝送経路を既に切り替えている。統括制御部２２は、照射制御装置１０から出力されたスポット間移動完了信号ｓｉｇａを受信すると、ＡＤＣ処理開始指令ｓｉｇｃ３（１）をＡＤ変換器３３ａに出力する。ＡＤ変換器３３ａは、ＡＤＣ処理開始指令ｓｉｇｃ３（１）を受信すると、計測遅延時間Ｔ２の後に、統括制御部２２にＡＤＣ処理開始信号ｓｉｇｄ１（１）を出力するともにＡＤ変換処理を開始する。これ以降の動作は前述した通りである。

　位置サイズ処理部２３の動作を、フローチャートを用いて説明する。図６は、位置サイズ処理部の動作を説明するフローチャートである。ステップＳＴ０１にて、位置サイズ処理部２３は、スポットアイディーＳＩＤ及びサブＩＤを受信する。ステップＳＴ０２にて、各チャネルデータ変換部２１からＡＤ変換処理された電圧Ｖｉを受信する。ステップＳＴ０３にて、各電圧Ｖｉを所定の割合ｗｉに変換する。割合ｗｉは、ビーム位置Ｐを重心計算のように計算する際の重みに相当する。

　ステップＳＴ０４にて、位置サイズ処理部２３は、ビーム位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）を式（１）、式（２）を用いて、重心計算のように計算する。Ｘデータ処理部１６の位置サイズ処理部２３はビーム位置Ｐｘを計算し、Ｙデータ処理部１７の位置サイズ処理部２３はビーム位置Ｐｙを計算する。
　Ｐｘ＝Σ（ｗｉｘ×Ｘｉ）／Σｗｉｘ　　　・・・（１）
　Ｐｙ＝Σ（ｗｉｙ×Ｙｉ）／Σｗｉｙ　　　・・・（２）
　ここで、Ｘｉは位置モニタ４のＸチャネルｉのＸ座標であり、Ｙｉは位置モニタ４のＹチャネルｉのＹ座標である。ｗｉｘはＸチャネルｉの電圧Ｖｉから変換された上記割合であり、ｗｉｙはＹチャネルｉの電圧Ｖｉから変換された上記割合である。

　ステップＳＴ０４にて、ビーム位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）の計算が完了したら、位置サイズ処理部２３は計算したビーム位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）を異常判定処理部２４に送信する。ステップＳＴ０５にて、位置サイズ処理部２３は、スポットアイディーＳＩＤ及びサブＩＤ毎にビーム位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）をデータメモリ２５に保存する。

　ステップＳＴ０６にて、位置サイズ処理部２３は、ビームサイズＳ（Ｓｘ，Ｓｙ）を式（３）、式（４）を用いて、標準偏差計算のように計算する。
　Ｓｘ＝ｓｑｒ（Σｗｉｘ×（Ｘｉ－Ｐｘ）^２）／Σｗｉｘ）　・・・（３）
　Ｓｙ＝ｓｑｒ（Σｗｉｙ×（Ｙｉ－Ｐｙ）^２）／Σｗｉｙ）　・・・（４）
　ここで、ｓｑｒはルート計算する関数である。ｎは、Ｘチャネル及びＹチャネルにおける計算対象の総計である。

　ステップＳＴ０６にて、ビームサイズＳ（Ｓｘ，Ｓｙ）の計算が完了したら、位置サイズ処理部２３は計算したビームサイズＳ（Ｓｘ，Ｓｙ）を異常判定処理部２４に送信する。ステップＳＴ０７にて、位置サイズ処理部２３は、スポットアイディーＳＩＤ及びサブＩＤ毎にビームサイズＳ（Ｓｘ，Ｓｙ）をデータメモリ２５に保存する。

　異常判定処理部２４の動作を、フローチャートを用いて説明する。図７は、異常判定処理部の動作を説明するフローチャートである。ステップＳＴ１１にて、異常判定処理部２４は、スポットアイディーＳＩＤ及びサブＩＤを受信する。ステップＳＴ１２にて、位置サイズ処理部２３からビーム位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）を受信する。

　ステップＳＴ１３にて、位置サイズ処理部２３は、位置異常があるかどうかを判定する。すなわち、ビーム位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）と目標位置Ｐｄ（Ｐｄｘ，Ｐｄｙ）との差ΔＰの絶対値が、位置許容値ＡＰより大きいかを判定する。差ΔＰの絶対値が位置許容値ＡＰより大きい場合は、位置異常信号ｓｉｇｅ１を照射制御装置１０に送信する。Ｘデータ処理部１６の異常判定処理部２４は位置異常信号ｓｉｇｅ１ｘを照射制御装置１０に送信し、Ｙデータ処理部１７の異常判定処理部２４は位置異常信号ｓｉｇｅ１ｙを照射制御装置１０に送信する。

　ステップＳＴ１４にて、位置サイズ処理部２３からビームサイズＳ（Ｓｘ，Ｓｙ）を受信する。ステップＳＴ１５にて、位置サイズ処理部２３は、ビームサイズ異常があるかどうかを判定する。すなわち、ビームサイズＳ（Ｓｘ，Ｓｙ）と目標ビームサイズＳｄ（Ｓｄｘ，Ｓｄｙ）との差ΔＳの絶対値が、サイズ許容値ＡＳより大きいかを判定する。差ΔＳの絶対値がサイズ許容値ＡＳより大きい場合は、サイズ異常信号ｓｉｇｅ２を照射制御装置１０に送信する。Ｘデータ処理部１６の異常判定処理部２４はサイズ異常信号ｓｉｇｅ２ｘを照射制御装置１０に送信し、Ｙデータ処理部１７の異常判定処理部２４はサイズ異常信号ｓｉｇｅ２ｙを照射制御装置１０に送信する。

　ステップＳＴ１６にて、異常判定処理部２４は、位置異常やビームサイズ異常があると判定した場合は、スポットアイディーＳＩＤ及びサブＩＤ毎に位置異常やビームサイズ異常を示す情報をデータメモリ２５に保存する。

　実施の形態１のビームデータ処理装置１１は、荷電粒子ビーム１が照射スポットに停留している際に、複数回、荷電粒子ビーム１の照射位置ＰやビームサイズＳを検出することができる。ビームデータ処理装置１１は、荷電粒子ビーム１の照射位置ＰやビームサイズＳを検出する度に、荷電粒子ビームの位置異常やサイズ異常があるかどうかを判定することができる。したがって、荷電粒子ビーム１が照射スポットに停留している際に、複数回、荷電粒子ビーム１の照射位置ＰやビームサイズＳを検出し、検出の度に荷電粒子ビームの位置異常やサイズ異常があるかどうかを判定するので、荷電粒子ビーム１が照射スポットに停留して照射中に、荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常が発生した場合にも、荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常を判定することができる。

　ビームデータ処理装置１１は、荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常が発生した場合に、位置異常を示す位置異常信号ｓｉｇｅ１やサイズ異常を示すサイズ異常信号ｓｉｇｅ２を照射管理装置８の照射制御装置１０に送信する。また、ビームデータ処理装置１１は、次のデータ収集の開始指示を示すトリガ信号（ｓｉｇａ、ｓｉｇｂ１、ｓｉｇｂ２、ｓｉｇｂ３、ｓｉｇｂ４）を受信した際に、チャネルデータ変換部２１の全てのＡＤ変換器３３ａから３３ｅが処理中の場合（ＡＤ変換処理異常の場合）に、ＡＤＣ処理異常信号ｓｉｇｅ３を照射制御装置１０に送信する。照射制御装置１０は、荷電粒子ビーム１の照射中に荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常やＡＤ変換処理異常が発生した場合に、それぞれ位置異常信号ｓｉｇｅ１やサイズ異常信号ｓｉｇｅ２やＡＤＣ処理異常信号ｓｉｇｅ３をビームデータ処理装置１１から受信して、緊急停止処理であるインターロック処理を行うことができる。

　実施の形態１のビームデータ処理装置１１は、位置モニタ４のチャネル毎に、複数のＡＤ変換器３３を備えるように構成したので、複数のＡＤ変換器３３を、時間をずらして動作させることができる。したがって、１回のＡＤ変換処理に時間がかかる場合でも、１つの照射スポットにおけるデータ収集、ＡＤ変換処理を、複数回行うことができる。また、ビームデータ処理装置１１は、複数のＡＤ変換器３３を、時間をずらして動作させることができるので、チャネル毎に１つのＡＤ変換器３３のみを有するものに比べて、処理中のＡＤ変換器３３の処理が完了する前からデータ収集を開始することができる。したがって、ＡＤ変換器３３の処理時間に制約を受けた粒子線治療の治療計画を作成しなくてもよく、１回の治療照射がより短時間に終了するような治療計画を作成することができる。すなわち、治療時間を短くすることができる。

　実施の形態１の粒子線照射装置５８は、ビームデータ処理装置１１を備えるので、荷電粒子ビーム１の照射中に荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常やＡＤ変換処理異常が発生した場合に、それぞれ位置異常信号ｓｉｇｅ１やサイズ異常信号ｓｉｇｅ２やＡＤＣ処理異常信号ｓｉｇｅ３をビームデータ処理装置１１から受信して、緊急停止処理であるインターロック処理を行うことができる。したがって、粒子線照射装置５８は、荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常やＡＤ変換処理異常が発生して場合に、短時間で荷電粒子ビーム１の照射を停止することができる。

　実施の形態１の粒子線治療装置５１は、ビームデータ処理装置１１を備えるので、荷電粒子ビーム１の照射中に、荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常やＡＤ変換処理異常が発生した場合に、それぞれ位置異常信号ｓｉｇｅ１やサイズ異常信号ｓｉｇｅ２やＡＤＣ処理異常信号ｓｉｇｅ３をビームデータ処理装置１１から受信して、緊急停止処理であるインターロック処理を行うことができる。したがって、粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常やＡＤ変換処理異常が発生して場合に、短時間で荷電粒子ビーム１の照射を停止することができる。

　以上のように実施の形態１のビームデータ処理装置１１によれば、荷電粒子ビーム１の通過位置を複数の検出チャネルにより検出する位置モニタ４から出力される複数のアナログ信号を、アナログ信号毎にデジタル信号に変換する複数のチャネルデータ変換部２１と、複数のチャネルデータ変換部２１により処理された電圧情報に基づいて、位置モニタ４における荷電粒子ビーム１の通過位置であるビーム位置Ｐを計算する位置サイズ処理部２３と、荷電粒子ビーム１の目標位置Ｐｄ及び位置許容値ＡＰに基づいてビーム位置Ｐが許容範囲にあるかを判定し、ビーム位置Ｐが許容範囲にないと判定した場合に位置異常信号ｓｉｇｅ１を生成する異常判定処理部２４と、荷電粒子ビーム１が照射スポットに停留中に複数回のデジタル信号変換処理を実行するように、複数のチャネルデータ変換部２１を制御する統括制御部２２と、を備え、チャネルデータ変換部２１は、複数のＡＤ変換器３３と、ＡＤ変換器３３毎にアナログ信号を異なるタイミングにて分配するデマルチプレクサ３２と、ＡＤ変換器３３によりＡＤ変換処理されたデジタル信号を異なるタイミングにて切り替えて位置サイズ処理部２３に出力するマルチプレクサ３４と、を有するので、複数のＡＤ変換器３３を、時間をずらして動作させることができ、照射スポットにおいて荷電粒子ビーム１の照射中に荷電粒子ビーム１の位置異常が発生した場合にも荷電粒子ビーム１の照射位置Ｐを検出し、荷電粒子ビーム１の位置異常を示す異常検出信号を生成することができる。

　実施の形態１の粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム１を発生させ、この荷電粒子ビーム１を加速器５４で加速させるビーム発生装置５２と、加速器５４により加速された荷電粒子ビーム１を輸送するビーム輸送系５９と、ビーム輸送系５９で輸送された荷電粒子ビーム１を照射対象１５に照射する粒子線照射装置５８と、を備え、粒子線照射装置５８は、照射対象１５に照射する荷電粒子ビーム１を走査する走査電磁石２、３と、走査電磁石２、３で走査された荷電粒子ビーム１の状態を演算処理するビームデータ処理装置１１を有する。実施の形態１の粒子線治療装置５１によれば、粒子線治療装置５１のビームデータ処理装置１１は、荷電粒子ビーム１の通過位置を複数の検出チャネルにより検出する位置モニタ４から出力される複数のアナログ信号を、アナログ信号毎にデジタル信号に変換する複数のチャネルデータ変換部２１と、複数のチャネルデータ変換部２１により処理された電圧情報に基づいて、位置モニタ４における荷電粒子ビーム１の通過位置であるビーム位置Ｐを計算する位置サイズ処理部２３と、荷電粒子ビーム１の目標位置Ｐｄ及び位置許容値ＡＰに基づいてビーム位置Ｐが許容範囲にあるかを判定し、ビーム位置Ｐが許容範囲にないと判定した場合に位置異常信号ｓｉｇｅ１を生成する異常判定処理部２４と、荷電粒子ビーム１が照射スポットに停留中に複数回のデジタル信号変換処理を実行するように、複数のチャネルデータ変換部２１を制御する統括制御部２２と、を備え、チャネルデータ変換部２１は、複数のＡＤ変換器３３と、ＡＤ変換器３３毎にアナログ信号を異なるタイミングにて分配するデマルチプレクサ３２と、ＡＤ変換器３３によりＡＤ変換処理されたデジタル信号を異なるタイミングにて切り替えて位置サイズ処理部２３に出力するマルチプレクサ３４と、を有するので、複数のＡＤ変換器３３を、時間をずらして動作させることができ、荷電粒子ビーム１の照射中に荷電粒子ビーム１の位置異常やサイズ異常が発生した場合に、位置異常信号ｓｉｇｅ１やサイズ異常信号ｓｉｇｅ２をビームデータ処理装置１１から受信して、緊急停止処理であるインターロック処理を行うことができる。

　なお、異常判定処理部２４にて計算するビーム位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）と目標位置Ｐｄ（Ｐｄｘ，Ｐｄｙ）との差ΔＰを、位置フィードバック情報として照射制御装置１０に送信することもできる。照射制御装置１０は、位置フィードバック情報に基づいて荷電粒子ビーム１の位置の制御を行ってもよい。このようにすることで、位置異常判定に至らない位置ずれを補正することができる。

　また、図６のフローチャートにおいて、ビーム位置Ｐを計算してからビームサイズＳを計算する例で説明したが、２つの演算部によりビーム位置Ｐ及びビームサイズＳを並列処理するようにしてもよい。この場合、図７のフローチャートにおいて、ビーム位置Ｐ及びビームサイズＳのうち早く到達したデータの判定（位置異常判定、サイズ異常判定）を行うようにしてもよい。

１…荷電粒子ビーム、２…Ｘ方向走査電磁石、３…Ｙ方向走査電磁石、４…位置モニタ、５…線量モニタ、１１…ビームデータ処理装置、１５…照射対象、２１、２１ａ、２１ｎ…チャネルデータ変換部、２２…統括制御部、２３…位置サイズ処理部、２４…異常判定処理部、３２…デマルチプレクサ、３３、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ…ＡＤ変換器、３４…マルチプレクサ、５１…粒子線治療装置、５２…ビーム発生装置、５４…シンクロトロン、５８、５８ａ、５８ｂ…粒子線照射装置、５９…ビーム輸送系、Ｐ、Ｐｘ、Ｐｙ…ビーム位置、Ｐｄ、Ｐｄｘ、Ｐｄｙ…目標位置、ＡＰ…位置許容値、Ｓ、Ｓｘ、Ｓｙ…ビームサイズ、Ｓｄ、Ｓｄｘ、Ｓｄｙ…目標ビームサイズ、ＡＳ…サイズ許容値、ｓｉｇａ…スポット間移動完了信号、ｓｉｇｂ１…２５％線量満了信号、ｓｉｇｂ２…５０％線量満了信号、ｓｉｇｂ３…７５％線量満了信号、ｓｉｇｂ４…１００％線量満了信号、ｓｉｇｃ３…ＡＤＣ処理開始指令、ｓｉｇｄ１…ＡＤＣ処理開始信号、ｓｉｇｄ２…ＡＤＣ処理終了信号、ｓｉｇｅ１…位置異常信号、ｓｉｇｅ２…サイズ異常信号。

Claims (6)

1. 　加速器により加速され、走査電磁石で走査された荷電粒子ビームの状態を演算処理するビームデータ処理装置であって、
   前記荷電粒子ビームの通過位置を複数の検出チャネルにより検出する位置モニタから出力される複数のアナログ信号を、前記アナログ信号毎にデジタル信号に変換する複数のチャネルデータ変換部と、
   前記複数のチャネルデータ変換部により処理された電圧情報に基づいて、前記位置モニタにおける前記荷電粒子ビームの通過位置であるビーム位置を計算する位置サイズ処理部と、
   前記荷電粒子ビームの目標位置及び位置許容値に基づいて前記ビーム位置が許容範囲にあるかを判定し、前記ビーム位置が許容範囲にないと判定した場合に位置異常信号を生成する異常判定処理部と、
   前記荷電粒子ビームが照射スポットに停留中に複数回のデジタル信号変換処理を実行するように、前記複数のチャネルデータ変換部を制御する統括制御部と、を備え、
   前記チャネルデータ変換部は、複数のＡＤ変換器と、前記ＡＤ変換器毎に前記アナログ信号を異なるタイミングにて分配するデマルチプレクサと、前記ＡＤ変換器によりＡＤ変換処理された前記デジタル信号を異なるタイミングにて切り替えて前記位置サイズ処理部に出力するマルチプレクサと、を有することを特徴とするビームデータ処理装置。
2. 　前記位置サイズ処理部は、前記複数のチャネルデータ変換部により処理された電圧情報に基づいて、前記位置モニタを通過する前記荷電粒子ビームのビームサイズを計算し、
   前記異常判定処理部は、前記荷電粒子ビームの目標ビームサイズ及びサイズ許容値に基づいて前記ビームサイズが許容範囲にあるかを判定し、前記ビームサイズが許容範囲にないと判定した場合にサイズ異常信号を生成することを特徴とする請求項１記載のビームデータ処理装置。
3. 　前記統括制御部は、前記荷電粒子ビームを前記目標位置に走査する前記走査電磁石への指令の設定が完了したことを示すスポット間移動完了信号と前記荷電粒子ビームが停留する照査スポットにおける前記荷電粒子ビームの線量が目標線量に対して所定の割合になったことを示す割合線量満了信号とを受信する度に、異なる前記ＡＤ変換器に対して前記ＡＤ変換器処理を開始するＡＤＣ処理開始指令を出力することを特徴とする請求項１または２に記載のビームデータ処理装置。
4. 　前記統括制御部は、前記複数のＡＤ変換器の１つが前記ＡＤ変換処理を開始したことを示すＡＤＣ処理開始信号を受信する度に、処理を実行していない他の前記ＡＤ変換器に前記アナログ信号が伝達されるように前記デマルチプレクサの伝送経路を切り替えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のビームデータ処理装置。
5. 　前記統括制御部は、前記複数のＡＤ変換器の１つが前記ＡＤ変換処理を終了したことを示すＡＤＣ処理終了信号を受信する度に、次にＡＤ変換処理が終了する予定の前記ＡＤ変換器からのデータが前記位置サイズ処理部に伝達されるように前記マルチプレクサの伝送経路を切り替えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のビームデータ処理装置。
6. 　荷電粒子ビームを発生させ、この荷電粒子ビームを加速器で加速させるビーム発生装置と、前記加速器により加速された荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、前記ビーム輸送系で輸送された荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線照射装置と、を備え、
   前記粒子線照射装置は、前記照射対象に照射する荷電粒子ビームを走査する走査電磁石と、前記走査電磁石で走査された荷電粒子ビームの状態を演算処理するビームデータ処理装置を有し、
   前記ビームデータ処理装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のビームデータ処理装置であることを特徴とする粒子線治療装置。

Images