WO2016084218A1 - 粒子線照射設備 - Google Patents

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WO2016084218A1
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electromagnet
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beam irradiation
particle beam
orientation
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利宏 大谷
高明 岩田
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三菱電機株式会社
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    • H05H2277/00—Applications of particle accelerators
    • H05H2277/10—Medical devices

Definitions

  • This invention relates to a particle beam irradiation facility capable of accurately controlling the position and posture of an electromagnet used in a particle beam irradiation apparatus.
  • JP 2006-344466 (paragraph 0024, FIG. 2) JP 2006-302818 (paragraph 0025, FIG. 2) JP 2011-182987 A (paragraph 0032, FIG. 1)
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and includes not only the case where the accelerator of the particle beam irradiation apparatus and the treatment room exist on the same plane but also the case where they are arranged in a vertical relationship. Even so, an object of the present invention is to provide a particle beam irradiation facility that enables high-precision beam irradiation.
  • the particle beam irradiation facility includes a first electromagnet provided on the upstream side of the high energy beam irradiation system line, a second electromagnet provided on the downstream side of the high energy beam irradiation system line, Position information acquisition means for acquiring position information of the electromagnet and the second electromagnet, a storage unit that stores in advance the position information of the first electromagnet and the second electromagnet at the time of the first alignment as reference position information, a first Of the first electromagnet and the second electromagnet acquired by the position information acquisition means at the time of realignment based on the adjustment mechanism for adjusting the positions and postures of the electromagnet and the second electromagnet, and the reference position information stored in the storage unit From the position information, the displacement amount of the position and posture of the first electromagnet and the second electromagnet from the first alignment to the realignment is calculated, and the adjustment mechanism according to the displacement amount Is the position and orientation of the first electromagnet and a second electromagnet that includes a control
  • the reference position information of the first electromagnet provided upstream of the high energy beam irradiation system line and the second electromagnet provided downstream is stored in the storage unit in advance, At the time of alignment, by adjusting the position and posture of the first electromagnet and the second electromagnet based on the reference position information stored in the storage unit, even when the building is deformed due to seasonal fluctuations of the outside air temperature or crustal movements, The position and orientation of the electromagnet can be easily adjusted.
  • Embodiment 2 of this invention It is a perspective view which shows the external appearance of the particle beam irradiation equipment in Embodiment 2 of this invention. It is a block diagram which shows the structure of the particle beam irradiation equipment in Embodiment 3 of this invention. It is a perspective view which shows the external appearance of the particle beam irradiation equipment in Embodiment 3 of this invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a particle beam irradiation facility 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is an external view of an electromagnet 1 ⁇ / b> A for a particle beam irradiation apparatus provided with the particle beam irradiation facility 100.
  • the particle beam irradiation facility 100 includes a plurality of cameras 10 (as measurement units that are position information acquisition means for acquiring position information such as the position and posture of the electromagnet 1 (1A, 1B). 10-1, 10-2, ..., 10-n [n is an integer]), a storage unit 3 that stores position information of the electromagnet 1 (1A, 1B) at the time of installation of the particle beam irradiation apparatus as a reference position, a measurement position of the electromagnet 1 (1A, 1B) measured by the camera And a control unit 2 that acquires the reference position of the electromagnet 1 (1A, 1B) stored in the storage unit 3 and outputs control information, and an adjustment mechanism that adjusts the position and orientation of the electromagnet 1 based on control information from the control unit 2 It is comprised from the actuator 11 (11A, 11B).
  • a stereo camera is used for the camera 10 in order to measure the relative positions and postures of the first electromagnet 1A and the second electromagnet 1B at two separate positions.
  • a high-energy beam irradiation system (High-Energy Beam irradiation system)
  • the two main electromagnets 1 ⁇ / b> A and 1 ⁇ / b> B in the line (hereinafter referred to as “Transport, HEBT) system” do not fit within the field of view of one camera 10. For this reason, a device is required for the measurement using the camera 10.
  • the following method is used in order to solve the above-described problem of the camera field of view.
  • the main electromagnet 1A on the upstream side of the HEBT system line and the other main electromagnet 1B on the downstream side of the HEBT system line are measured.
  • the position of the target 12A (12A-1, 12A-2, 12A-3, 12A-4) provided on the electromagnet 1A is measured by one camera 10-1.
  • the position of the target 12B (12B-1, 12B-2, 12B-3, 12B-4) provided on the electromagnet 1B is measured by another camera 10-2.
  • the position and orientation of the electromagnet 1A are expressed on the coordinate system (x, y, z) of the camera 10-1, and the position and orientation of the electromagnet 1B are represented on the coordinate system (X, Y) of the camera 10-2. , Z) is only expressed above.
  • the relationship between the relative position and orientation of the electromagnet 1A and the electromagnet 1B is unknown.
  • FIG. 3 there are overlapping portions in the field of view of the camera 10-A and the camera 10-B2, and there are at least four (three in two dimensions) at different positions in the overlapping portion.
  • the coordinate conversion target 12M (12M-a, 12M-b, 12M-c, 12M-d) can be placed, the four targets 12M (12M-a, 12M-b, 12M-c, 12M-d)
  • the coordinate conversion formula from the coordinate system on the camera 10-A to the coordinate system on the camera 10-B can be obtained from the coordinate information on the camera 10-A and the coordinate information on the camera 10-B. it can.
  • the coordinate conversion formula from the coordinate system (x, y, z) on the camera 10-A to the coordinate system (X, Y, Z) on the camera 10-B has the following structure.
  • To confirm the coordinate conversion formula (1) is 12 unknown parameters T 11, ⁇ , T 33, O 1, ⁇ , it is necessary to obtain the O 3.
  • Equation 1 is used for each of the coordinate conversion targets 12M (12M-a, 12M-b, 12M-c, and 12M-d), the result is a problem of solving simultaneous equations consisting of four equations. If these four expressions are combined into one using matrix expression, they can be expressed as follows.
  • the superscript T indicates a transposed matrix
  • the main electromagnet 1A on the upstream side of the HEBT system line and the HEBT Even when another main electromagnet 1B on the downstream side of the system line is in a different level of the building, the relative positions and postures of the electromagnet 1A and the electromagnet 1B can be measured.
  • the storage unit 3 is configured by a storage medium such as a hard disk, a removable disk, or a memory, and position information such as the position and posture of the electromagnet 1 measured by the camera 10 when the particle beam irradiation apparatus is installed (at the time of initial alignment). Store as a reference position.
  • the control unit 2 acquires position information such as the position and orientation of the electromagnet 1 (1A, 1B) at the time of the first alignment by the camera 10 and stores it in the storage unit 3 as a reference position. Further, the control unit 2 acquires position information such as the position and orientation of the electromagnet 1 (1A, 1B) at the time of realignment by the camera 10 and compares it with the position information of the electromagnet 1 as the reference position taken out from the storage unit 3. Then, the amount of displacement associated with the deformation of the building is calculated, and the actuator 11 is controlled according to the control information such as the calculated amount of displacement to adjust the position and orientation of the electromagnet 1.
  • the control unit 2 can be realized by a general-purpose computer system or the like (for example, a personal computer).
  • the actuator 11 is mounted on the mount 14 (14A-1, 14A-2, 14B-1, 14B-2) of the electromagnet 1. As shown in FIG. 2, the actuator 11A (11B) has a vertical direction (11A (B) -1, 11A (B) -2, 11A (B) -3) and a horizontal direction (11A (B) -4, 11A. (B) -5) Mounted in a total of 3 directions (6 degrees of freedom) in 2 directions. Actuator 11 (11A, 11B) is driven according to control information from the control unit 2.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the particle beam irradiation facility 100.
  • the control unit 2 of the particle beam irradiation facility 100 uses the camera 10 (10-1, 10-2,..., 10-n) to electromagnet 1 (1A, 1B) Measure the positions of the four targets 12A-1, 12A-2, 12A-3, 12A-4 on the surface.
  • the position and orientation of the electromagnet 1 (1A, 1B) are calculated from the obtained position coordinate data, and position information at the time of the first alignment is acquired (step S51).
  • the control unit 2 causes the storage unit 3 to store the position information of the electromagnet 1 (1A, 1B) acquired in step S51 during the initial alignment as the position information of the reference position of the electromagnet 1 (1A, 1B). (Step S52).
  • Step S52 At this time, even if the main electromagnet 1A on the upstream side and the electromagnet 1B on the downstream side are separated, by using a plurality of cameras 10-1, 10-2,..., 10-n, Position where coordinate conversion targets 12M-1, 12M-2,..., 12M- (n-1) are placed at positions where the fields of view of adjacent cameras overlap, and the coordinate axes of electromagnet 1A and electromagnet 1B are aligned. By setting it as information, it becomes position information as a relative reference position.
  • the control unit 2 uses the camera 10 (10-1, 10-2,..., 10-n)
  • the positions of the four targets 12A-1, 12A-2, 12A-3, 12A-4 on the electromagnet 1 (1A, 1B) are measured again.
  • the position and orientation of the electromagnet 1 (1A, 1B) are calculated from the obtained position coordinate data, and position information at the time of realignment is acquired (step S53).
  • step S53 when the position information at the time of realignment of the electromagnet 1 (1A, 1B) is acquired in step S53, the control unit 2 extracts the position information of the reference position from the storage unit 3, and realigns the electromagnet 1 (1A, 1B).
  • the displacement amount is calculated by comparing the positional information of the hour with the positional information of the reference position (step S54). At this time, even when the electromagnet 1A and the electromagnet 1B are separated from each other, by using a plurality of cameras 10-1, 10-2,.
  • the coordinate conversion targets 12M-1, 12M-2,..., 12M- (n-1) placed at positions where the fields of view of adjacent cameras overlap are measured, and the coordinate axes of the electromagnet 1A and the electromagnet 1B are aligned.
  • the relative positional relationship between the electromagnet 1A and the electromagnet 1B is compared with the reference position, so that the amount of displacement can be obtained with high accuracy.
  • the control unit 2 performs the vertical actuators (11A-1, 11A-2, 11A-3, 11B) of the electromagnet 1 (1A, 1B). ⁇ 1, 11B-2, 11B-3) and the actuators in the horizontal direction (11A-4, 11A-5, 11B-4, 11B-5), output control information such as drive amount to instruct the drive.
  • the position and orientation of the electromagnet 1 (1A, 1B) are adjusted.
  • the control unit 2 uses the camera 10 (10-1, 10-2,..., 10-n) during the initial alignment.
  • the acquired position information of the electromagnet 1 (1A, 1B) is stored in the storage unit 3 as the position information of the reference position, and the camera 10 (10-1) is re-aligned based on the position information of the reference position stored in the storage unit 3. 10-2,..., 10-n), the displacement amount is acquired from the position information of the electromagnet 1 (1A, 1B). Even in this case, the position and posture of the electromagnet can be easily adjusted.
  • the relative position information is obtained using the plurality of cameras 10 (10-1, 10-2,..., 10-n)
  • the main position on the upstream side in the HEBT system line Even when the electromagnet and the electromagnet on the downstream side are separated, for example, at different levels of the building, the relative position and orientation of the electromagnet can be adjusted with high accuracy and high accuracy. Accurate beam irradiation can be realized.
  • Embodiment 2 FIG. In the first embodiment, the case where the position information at the time of realignment is acquired by the camera 10 is shown. However, in the second embodiment, the case where the position information is acquired by simulation is shown.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the particle beam irradiation facility 200 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 7 is an external view of an electromagnet for a particle beam irradiation apparatus provided with the particle beam irradiation facility 200.
  • the particle beam irradiation equipment 200 is replaced with the camera 10 ((10-1, 10-2,..., 10-n) which is a measurement unit in the first embodiment.
  • a deformation simulator 4 that is an analysis unit is provided, and the deformation simulator 4 performs a deformation simulation by, for example, a finite element analysis that models all buildings, devices, etc.
  • the control unit 2 measures the electromagnet 1 measured at the first alignment.
  • (1A, 1B) position information such as position and orientation is stored in the storage unit 3 in advance
  • the deformation simulator 4 calculates the deformation amount of the building and the device at the time of realignment, and is stored in the storage unit 3 As a result, position information at the time of realignment of the electromagnets 1 (1A, 1B) is acquired.
  • the deformation simulator 4 calculates the total deformation amount of the building, the apparatus, and the like at the time of realignment, and acquires position information, so that the main electromagnet 1A on the upstream side of the HEBT line and the HEBT line Even when another main electromagnet 1B on the downstream side is in a different level of the building, the relative positions and postures of the electromagnet 1A and the electromagnet 1B can be easily grasped, and the electromagnet 1A and the electromagnet 1B Since the relative positional relationship is compared with the reference position, the displacement amount can be obtained with high accuracy.
  • the control unit 2 stores the position information such as the measured position and orientation of the electromagnet 1 (1A, 1B) at the time of the first alignment. Since the displacement amount is acquired from the position information of the electromagnet 1 (1A, 1B) acquired by the deformation simulator 4 at the time of realignment based on the position information as the reference position stored in advance in the storage unit 3 and stored in the storage unit 3. Even when the building is deformed due to seasonal fluctuations in the outside air temperature or crustal movements, the position and posture of the electromagnet can be easily adjusted.
  • the deformation amount of the entire building and apparatus etc. is calculated using the deformation simulator 4, a position where the main electromagnet on the upstream side and the electromagnet on the downstream side in the HEBT system line are separated, for example, Even when the buildings are in different levels, the relative position and orientation of the electromagnets can be adjusted with high accuracy, and high-precision beam irradiation can be realized.
  • the position information at the time of realignment of the electromagnets 1 (1A, 1B) is acquired by the deformation simulator 4 at the time of realignment.
  • the present invention is not limited to this. By predicting the displacement of the electromagnet 1 (1A, 1B) based on the position information that is the reference position stored in the storage unit 3 at the time of the first alignment, it is possible to grasp the time when realignment is necessary, It is also possible to plan a realignment in advance.
  • Embodiment 3 In the first embodiment, the case where the position information at the time of realignment is acquired by the camera 10 is shown, but in the third embodiment, the case where the position information is acquired by a GPS receiver is shown.
  • FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the particle beam irradiation facility 300 according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 9 is an external view of an electromagnet 1 ⁇ / b> A for a particle beam irradiation apparatus including the particle beam irradiation facility 300.
  • the particle beam irradiation facility 200 receives a reception instead of the camera 10 (10-1, 10-2,..., 10-n) which is a measurement unit in the first embodiment.
  • a GPS receiver 5 is provided.
  • a GPS transmitter 13 13A, 13B
  • Three GPS transmitters 13 13A, 13B are provided on each of the electromagnets 1 (1A, 1B), determine their own positions by observing positions from a plurality of GPS satellites 50, and position information. Send.
  • the transmitted position information from the GPS transmitter 13 (13A, 13B) is received by the GPS receiver 5 installed at the origin in the building (for example, the center point of the synchrotron).
  • GPS reception viewed from the electromagnet 1 (1A, 1B) having each of the three GPS transmitters 13 (13A, 13B) by receiving position information transmitted from each of the three GPS transmitters 13 (13A, 13B)
  • the position of the machine 5 is determined. By calculating backward using the position of the GPS receiver 5 as the origin, the relative positions and orientations of the electromagnet 1A and the electromagnet 1B with respect to the GPS receiver 5 can be obtained.
  • the control unit 2 receives position information transmitted from the GPS transmitter 13 (13A, 13B) at the time of the first alignment by the GPS receiver 5, and uses the position of the GPS receiver 5 as an origin of the electromagnet 1 (1A, 1B). By calculating the position, orientation, etc., position information at the time of the first alignment is acquired. Similarly, at the time of realignment, the position information transmitted from the GPS transmitter 13 (13A, 13B) is received by the GPS receiver 5, and the electromagnet 1 (1A, 1B) is set with the position of the GPS receiver 5 as the origin. The position information at the time of realignment is acquired by calculating the position and the posture of.
  • the HEBT system line Even when the main electromagnet 1A on the upstream side and another main electromagnet 1B on the downstream side of the HEBT system line are in different levels of the building, the relative positions and postures of the electromagnet 1A and the electromagnet 1B Etc. can be easily grasped.
  • the control unit 2 uses the GPS receiver from the position information transmitted from the GPS transmitter 13 (13A, 13B) during the first alignment.
  • the position information of the electromagnet 1 (1A, 1B) acquired with the position of 5 as the origin is stored in the storage unit 3 as the position information of the reference position, and based on the position information of the reference position stored in the storage unit 3, Since the displacement amount is acquired from the position information transmitted from the GPS transmitter 13 (13A, 13B) from the position information of the electromagnet 1 (1A, 1B) acquired using the position of the GPS receiver 5 as the origin, Even when the building is deformed due to seasonal fluctuations in the temperature, crustal movements, etc., the position and orientation of the electromagnet can be easily adjusted.
  • each electromagnet 1 (1A, 1B) is obtained using the GPS receiver 5 as the origin, the main electromagnet on the upstream side in the HEBT system line Even when the electromagnet on the downstream side is separated, for example, in different levels of the building, the relative position and orientation of the electromagnet can be adjusted with high accuracy and high accuracy. Beam irradiation can be realized.
  • the position and orientation of both the electromagnet 1A and the electromagnet 1B have been adjusted.
  • the present invention is not limited to this.
  • High-precision beam irradiation can be realized by adjusting either one of the electromagnet 1A and the electromagnet 1B so that the relative positions and postures thereof are maintained.
  • the electromagnet alignment is in a different level of the building, adjust the electromagnet on the upper floor that is susceptible to the expansion and contraction of the building without moving the electromagnet on the side close to the ground so that the relative position does not change. Is common.
  • the present invention can be freely combined with each other, or can be appropriately modified or omitted.

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Abstract

　粒子線照射設備１００では、制御部２は、最初のアライメント時に、カメラ１０（１０－１、１０－２、・・・、１０－ｎ）により取得した電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の位置情報を基準位置の位置情報として記憶部３に記憶させ、記憶部３に記憶する基準位置の位置情報に基づいて、再アライメント時にカメラ１０（１０－１、１０－２、・・・、１０－ｎ）により取得した電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の位置情報から変位量を取得する。

Description

粒子線照射設備
　この発明は、粒子線照射装置に用いられる電磁石を精度よく位置および姿勢等を制御することのできる粒子線照射設備に関するものである。
　従来の粒子線照射装置は、シンクロトロン等の加速器と治療室が同一平面上に存在することが一般的である。近年、粒子線照射装置の大型化に伴い、外気温の季節変動や地盤沈下等の地殻変動よる建屋の変形によりアライメントが狂い、照射ビームが所定の性能を満たさなくなるため、その対処として粒子線照射装置の使用においては季節ごとに運転パラメータを変更したり、定期的に電磁石等の位置および姿勢等の再調整を実施する必要が生じていた。粒子線照射装置の据え付け時に、アライメントする方法としては、予め建屋内もしくは装置上の基準点となる設定位置とのズレ量を算出してアライメントをすることが開示されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。一方で、病院などに隣接した狭隘な土地に粒子線照射施設を建設する場合に、加速器と治療室を上下の関係に配置する構造等が採用される傾向にある（例えば、特許文献３参照）。
特開２００６－３４４４６６号公報（段落００２４、図２） 特開２００６－３０２８１８号公報（段落００２５、図２） 特開２０１１－１８２９８７号公報（段落００３２、図１）
　加速器と治療室を上下関係に配置した場合には、建物の構造が複雑になり、季節間の温度変化などに起因する建物の変形が大きくなるという問題があった。特に、治療室の上部に加速器またはビーム輸送系装置を配置した場合、装置を設置したフロアが地盤改良もしくは杭打ちにより強化した建物基礎部から離れ、装置を設置したフロアの下部に治療室等の空間が存在するため、よりその変形が顕著であるという問題があった。また、ビーム輸送系装置においては、ビームの輸送を制御する電磁石が異なるフロアにそれぞれ設置されるため、電磁石の相対的な位置および姿勢を精度よく制御することが困難であるという問題があった。
　この発明は、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、粒子線照射装置の加速器等と治療室が同一平面上に存在する場合だけでなく、上下の関係に配置された場合であっても、高精度なビーム照射が可能となる粒子線照射設備を提供することを目的としている。
　この発明の粒子線照射設備は、高エネルギービーム照射系ラインの上流側に設けられた第１の電磁石と、高エネルギービーム照射系ラインの下流側に設けられた第２の電磁石と、第１の電磁石と第２の電磁石との位置情報を取得する位置情報取得手段と、最初のアライメント時の第１の電磁石と第２の電磁石の位置情報を基準位置情報として予め記憶する記憶部と、第１の電磁石および第２の電磁石の位置および姿勢を調整する調整機構と、記憶部に記憶する基準位置情報に基づいて、再アライメント時に位置情報取得手段により取得した第１の電磁石と第２の電磁石の位置情報から、最初のアライメント時から再アライメント時までの第１の電磁石および第２の電磁石の位置および姿勢の変位量を算出し、変位量に応じて調整機構により第１の電磁石および第２の電磁石の位置および姿勢を調整制御する制御部とを備えたものである。
　この発明によれば、高エネルギービーム照射系ラインの上流側に設けられた第１の電磁石と下流側に設けられた第２の電磁石との基準位置情報を予め記憶部に記憶しておき、再アライメント時に、記憶部に記憶する基準位置情報に基づいて第１の電磁石および第２の電磁石の位置および姿勢を調整することで、外気温の季節変動や地殻変動等により建屋の変形した場合でも、容易に電磁石の位置および姿勢等を調整することができる。
この発明の実施の形態１における粒子線照射設備の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１における粒子線照射設備の外観を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１における粒子線照射設備による調整方法を説明する図である。 この発明の実施の形態１における粒子線照射設備による位置情報の取得を説明する図である。 この発明の実施の形態１における粒子線照射設備による位置および姿勢の制御方法を説明するフロー図である。 この発明の実施の形態２における粒子線照射設備の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２における粒子線照射設備の外観を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３における粒子線照射設備の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３における粒子線照射設備の外観を示す斜視図である。
実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１における粒子線照射設備１００の構成を示すブロック図である。図２は、粒子線照射設備１００を備えた粒子線照射装置用の電磁石１Ａの外観図である。
　図１および図２に示すように、粒子線照射設備１００は、電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の位置および姿勢等の位置情報を取得する位置情報取得手段である測定部としての複数のカメラ１０（１０－１、１０－２、・・・、１０－ｎ
[ｎは整数]）、粒子線照射装置の据え付け時の電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の位置情報を基準位置として記憶する記憶部３、カメラ１０で測定した電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の測定位置と記憶部３に記憶する電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の基準位置を取得し制御情報を出力する制御部２、制御部２からの制御情報により電磁石１の位置および姿勢を調整する調整機構としてのアクチュエータ１１（１１Ａ、１１Ｂ）から構成される。
　カメラ１０には、２つの離れた位置にある第１の電磁石１Ａおよび第２の電磁石１Ｂの相対的な位置および姿勢を計測するために、ステレオカメラを用いる。ただし、加速器と照射室とが建屋の異なる階層にあるような粒子線照射装置の場合、高エネルギービーム照射系（High-Energy　Beam　
Transport、以下ＨＥＢＴ）系と称す）ライン中の２か所の主要な電磁石１Ａと電磁石１Ｂは、１つのカメラ１０の視野に収まりきらない。このため、カメラ１０を用いる計測には工夫が必要である。
　この発明の実施の形態１では、上述のカメラ視野の問題を解決するため、以下の方法を用いた。ＨＥＢＴ系ラインの上流側にある主要な電磁石１Ａと、ＨＥＢＴ系ラインの下流側にある別の主要な電磁石１Ｂとを計測することとする。１台のカメラ１０－１によって電磁石１Ａ上に設けられたターゲット１２Ａ（１２Ａ－１、１２Ａ－２、１２Ａ－３、１２Ａ－４）の位置を測定する。次に、別のカメラ１０－２によって電磁石１Ｂ上に設けられたターゲット１２Ｂ（１２Ｂ－１、１２Ｂ－２、１２Ｂ－３、１２Ｂ－４）の位置を測定する。ただし、このままでは電磁石１Ａの位置および姿勢はカメラ
１０－１が有する座標系（ｘ，ｙ，ｚ）上で表現され、電磁石１Ｂの位置および姿勢はカメラ１０－２が有する座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）上で表現されたに過ぎない。電磁石１Ａと電磁石１Ｂとの相対的な位置および姿勢の関係はわからない。
　そこで、図３に示すように、カメラ１０－Ａとカメラ１０－Ｂ２との視野に重複部分が存在し、その重複部分内の異なった位置に少なくとも４つ（２次元ならば３つ）からなる座標変換用ターゲット１２Ｍ（１２Ｍ－ａ、１２Ｍ－ｂ、１２Ｍ－ｃ、１２Ｍ－ｄ）を置くことができれば、４つのターゲット１２Ｍ（１２Ｍ－ａ、１２Ｍ－ｂ、１２Ｍ－ｃ、１２Ｍ－ｄ）についてのカメラ１０－Ａ上の座標の情報と、カメラ１０－Ｂ上の座標の情報とから、カメラ１０－Ａ上の座標系からカメラ１０－Ｂ上の座標系への座標変換式を求めることができる。
　具体的には、以下のとおりである。
　カメラ１０－Ａ上の座標系（ｘ，ｙ，ｚ）からカメラ１０－Ｂ上の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）への座標変換式は、次式の構造を有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　座標変換式（１）を確定するには、１２個の未知パラメータＴ11、・・、Ｔ３３、Ｏ１、・・、Ｏ３を求める必要がある。
　座標変換用ターゲット１２Ｍ（１２Ｍ－ａ、１２Ｍ－ｂ、１２Ｍ－ｃ、１２Ｍ－ｄ）のそれぞれについて数式１を用いれば、４つの式からなる連立方程式を解く問題に帰着される。その４つの式を、行列表現を使って１つにまとめれば、以下のように表現できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　また、測定誤差等を考慮し、４つ以上のターゲットを用いて座標変換を求める場合は、最小二乗法により求めることが考えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　ただし、上付きのＴは、転置行列であることを示す。
　カメラ１０－Ａとカメラ１０－Ｂとの視野に重複部分が存在しない場合は、図４に示すように、複数のカメラを別途用意し、カメラ１０－１からカメラ１０－ｎまで少しずつ視野の重複部分が存在するように数珠つなぎにすることが考えられる。隣り合うカメラの視野が重複する位置にそれぞれ４つのターゲットからなる座標変換用ターゲット１２Ｍ－１、１２Ｍ－２、・・・、１２Ｍ－（ｎ－１）を置いて測定し、それぞれのカメラの座標系の座標変換から、最終的にはカメラ１０－１上の座標系（ｘ１，ｙ１，ｚ１）からカメラ１０－ｎ上の座標系（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）への座標変換式を求めることができる。
　このように、複数のカメラ１０（１０－１、１０－２、・・・、１０－ｎ）を用いて座標系を合わせることで、ＨＥＢＴ系ラインの上流側にある主要な電磁石１Ａと、ＨＥＢＴ系ラインの下流側にある別の主要な電磁石１Ｂとが建屋の異なる階層にあるような場合でも、電磁石１Ａと電磁石１Ｂとの相対的な位置および姿勢等を計測することができる。
　記憶部３は、ハードディスク、リムーバブルディスク、メモリなどの記憶媒体によって構成され、粒子線照射装置の据え付け時（最初のアライメント時）に、カメラ１０により測定した電磁石１の位置および姿勢等の位置情報を基準位置として記憶する。
　制御部２は、最初のアライメント時の電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の位置および姿勢等の位置情報をカメラ１０により取得し、記憶部３に基準位置として記憶させる。また、制御部２は、再アライメント時の電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の位置および姿勢等の位置情報をカメラ１０により取得し、記憶部３から取り出した基準位置としての電磁石１の位置情報と比較して、建物の変形等に伴う変位量等を計算し、算出された変位量等の制御情報に応じてアクチュエータ１１を制御し電磁石１の位置および姿勢を調整する。制御部２は、汎用的なコンピュータシステム等（例えばパーソナルコンピュータ）で実現することができる。
　アクチュエータ１１は、電磁石１の架台１４（１４Ａ－１、１４Ａ－２、１４Ｂ－１、１４Ｂ－２）に搭載される。図２に示すように、アクチュエータ１１Ａ（１１Ｂ）は、垂直方向（１１Ａ（Ｂ）－１、１１Ａ（Ｂ）－２、１１Ａ（Ｂ）－３）および水平方向（１１Ａ（Ｂ）－４、１１Ａ（Ｂ）－５）２方向の合計３方向（６自由度）分搭載される。アクチュエータ１１
（１１Ａ、１１Ｂ）は、制御部２からの制御情報に従い駆動する。
　次に、この発明の実施の形態１における粒子線照射設備１００の動作について図５を用いて説明する。図５は、粒子線照射設備１００の動作を示すフロー図である。
　図５に示すように、まず最初のアライメント時に、粒子線照射設備１００の制御部２は、カメラ１０（１０－１、１０－２、・・・、１０－ｎ）により、電磁石１（１Ａ、１Ｂ）上にある４つのターゲット１２Ａ－１、１２Ａ－２、１２Ａ－３、１２Ａ－４の位置を測定する。得られた位置座標のデータから、電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の位置および姿勢等を算出し、最初のアライメント時の位置情報を取得する（ステップＳ５１）。
　続いて、ステップＳ５１で取得した電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の最初のアライメント時の位置情報を、制御部２は、電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の基準位置の位置情報として記憶部３に記憶させる（ステップＳ５２）。このとき、上流側にある主要な電磁石１Ａと下流側にある電磁石１Ｂが離れた位置にある場合でも、複数のカメラ１０－１、１０－２、・・・、１０－ｎを用いることにより、隣り合うカメラの視野が重複する位置に座標変換用ターゲット
１２Ｍ－１、１２Ｍ－２、・・・、１２Ｍ－（ｎ－１）を置いて測定し、電磁石１Ａおよび電磁石１Ｂの座標軸を合わせた位置情報とすることで、相対的な基準位置としての位置情報となる。
　そして、外気温の季節変動や地殻変動等による建屋の変形により、再度、アライメントをする場合、制御部２は、カメラ１０（１０－１、１０－２、・・・、１０－ｎ）により、電磁石１（１Ａ、１Ｂ）上にある４つのターゲット１２Ａ－１、１２Ａ－２、１２Ａ－３、１２Ａ－４の位置を再度測定する。得られた位置座標のデータから、電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の位置および姿勢等を算出し、再アライメント時の位置情報を取得する（ステップＳ５３）。
　次いで、ステップＳ５３で電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の再アライメント時の位置情報を取得すると、制御部２は、記憶部３から基準位置の位置情報を取り出し、電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の再アライメント時の位置情報と基準位置の位置情報とを比較して変位量を算出する（ステップＳ５４）。このとき、電磁石１Ａと電磁石１Ｂが離れた位置にある場合でも、最初のアライメント時の場合と同様に、複数のカメラ１０－１、１０－２、・・・、１０－ｎを用いることにより、隣り合うカメラの視野が重複する位置に置いてある座標変換用ターゲット１２Ｍ－１、１２Ｍ－２、・・・、１２Ｍ－（ｎ－１）を測定し、電磁石１Ａおよび電磁石１Ｂの座標軸を合わせた相対的な位置情報とすることで、電磁石１Ａと電磁石１Ｂの相対的な位置関係として基準位置と比較するため、高精度に変位量を得ることができる。
　最後に、得られた電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の変位量に基づき、制御部２は、電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の垂直方向のアクチュエータ（１１Ａ－１、１１Ａ－２、１１Ａ－３、１１Ｂ－１、１１Ｂ－２、１１Ｂ－３）および水平方向のアクチュエータ（１１Ａ－４、１１Ａ－５、１１Ｂ－４、１１Ｂ－５）のそれぞれに駆動量等の制御情報を出力して駆動を指示し、電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の位置および姿勢等を調整する。
　以上のように、この発明の実施の形態１における粒子線照射設備１００では、制御部２は、最初のアライメント時に、カメラ１０（１０－１、１０－２、・・・、１０－ｎ）により取得した電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の位置情報を基準位置の位置情報として記憶部３に記憶させ、記憶部３に記憶する基準位置の位置情報に基づいて、再アライメント時にカメラ１０（１０－１、１０－２、・・・、１０－ｎ）により取得した電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の位置情報から変位量を取得するようにしたので、外気温の季節変動や地殻変動等により建屋の変形した場合でも、容易に電磁石の位置および姿勢等を調整することができる。
　また、複数のカメラ１０（１０－１、１０－２、・・・、１０－ｎ）を用いて相対的な位置情報を取得するようにしたので、ＨＥＢＴ系ライン中の上流側にある主要な電磁石と下流側にある電磁石が離れた位置、例えば、建屋の異なる階層にあるような場合でも、電磁石の相対的な位置および姿勢等を一定に保った状態で精度よく調整することができ、高精度なビーム照射が実現可能となる。
実施の形態２．
　実施の形態１では、再アライメント時の位置情報をカメラ１０により取得する場合について示したが、実施の形態２では、シミュレーションにより取得する場合について示す。
　図６は、この発明の実施の形態２における粒子線照射設備２００の構成を示すブロック図である。図７は、粒子線照射設備２００を備えた粒子線照射装置用の電磁石の外観図である。
　図６および図７に示すように、粒子線照射設備２００は、実施の形態１における測定部であるカメラ１０（（１０－１、１０－２、・・・、１０－ｎ）の代わりに、解析部である変形シミュレータ４を備える。変形シミュレータ４は、例えば、建屋及び装置等をすべてモデル化した有限要素解析により変形シミュレーションを実施する。制御部２は、最初のアライメント時に、測定した電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の位置および姿勢等の位置情報を記憶部３に予め記憶させておき、再アライメント時に変形シミュレータ４により建屋及び装置等の変形量を算出し、記憶部３に記憶する基準位置としての位置情報に基づき、電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の再アライメント時の位置情報を取得する。
　このように、変形シミュレータ４により、再アライメント時の建屋及び装置等の全体の変形量を算出し位置情報を取得することで、ＨＥＢＴ系ラインの上流側にある主要な電磁石１Ａと、ＨＥＢＴ系ラインの下流側にある別の主要な電磁石１Ｂとが建屋の異なる階層にあるような場合でも、電磁石１Ａと電磁石１Ｂとの相対的な位置および姿勢等を容易に把握でき、電磁石１Ａと電磁石１Ｂの相対的な位置関係として基準位置と比較するため、高精度に変位量を得ることができる。
　粒子線照射設備２００のその他の構成および動作については、図１および図５に示す実施の形態１の粒子線照射設備１００の構成および動作と同様であり、同一の部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。
　以上のように、この発明の実施の形態２における粒子線照射設備２００では、制御部２は、最初のアライメント時に、測定した電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の位置および姿勢等の位置情報を記憶部３に予め記憶させ、記憶部３に記憶する基準位置としての位置情報に基づき、再アライメント時に変形シミュレータ４により取得した電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の位置情報から変位量を取得するようにしたので、外気温の季節変動や地殻変動等により建屋の変形した場合でも、容易に電磁石の位置および姿勢等を調整することができる。
　また、変形シミュレータ４を用いて建屋及び装置等の全体の変形量を算出するようにしたので、ＨＥＢＴ系ライン中の上流側にある主要な電磁石と下流側にある電磁石が離れた位置、例えば、建屋の異なる階層にあるような場合でも、電磁石の相対的な位置および姿勢等を一定に保った状態で精度よく調整することができ、高精度なビーム照射が実現可能となる。
　なお、この実施の形態２においては、再アライメント時に、変形シミュレータ４により電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の再アライメント時の位置情報を取得するようにしたが、これに限るものではない。最初のアライメント時に、記憶部３に記憶する基準位置である位置情報に基づき、電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の変位量を予測することで、再アライメントが必要となる時期を把握することもでき、予め再アライメントの計画を立てることも可能となる。
実施の形態３．
　実施の形態１では、再アライメント時の位置情報をカメラ１０により取得する場合について示したが、実施の形態３では、ＧＰＳ受信機により取得する場合について示す。
　図８は、この発明の実施の形態３における粒子線照射設備３００の構成を示すブロック図である。図９は、粒子線照射設備３００を備えた粒子線照射装置用の電磁石１Ａの外観図である。
　図８および図９に示すように、粒子線照射設備２００は、実施の形態１における測定部であるカメラ１０（１０－１、１０－２、・・・、１０－ｎ）の代わりに、受信部であるＧＰＳ受信機５を備える。また、実施の形態１におけるターゲット１２（１２Ａ、１２Ｂ）の代わりに、送信部であるＧＰＳ送信機１３（１３Ａ、１３Ｂ）を備える。ＧＰＳ送信機１３（１３Ａ、１３Ｂ）は、電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の上にそれぞれ３点ずつ設けられ、それぞれ複数のＧＰＳ衛星５０からの位置等を観測して自分の位置を決定し位置情報を送信する。送信されたＧＰＳ送信機１３（１３Ａ、１３Ｂ）からの位置情報は、建物内の原点（例えば、シンクロトロンの中心点）に設置されたＧＰＳ受信機５で受信する。各３点のＧＰＳ送信機１３（１３Ａ、１３Ｂ）から発信された位置情報を受信することによって各３点のＧＰＳ送信機１３（１３Ａ、１３Ｂ）をもつ電磁石１（１Ａ、１Ｂ）からみたＧＰＳ受信機５の位置が決まる。ＧＰＳ受信機５の位置を原点として逆算すれば、ＧＰＳ受信機５を基準としたときの電磁石１Ａと電磁石１Ｂとの相対的な位置および姿勢等を求めることができる。
　制御部２は、最初のアライメント時にＧＰＳ送信機１３（１３Ａ、１３Ｂ）から送信される位置情報をＧＰＳ受信機５により受信し、ＧＰＳ受信機５の位置を原点として電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の位置および姿勢等を算出することで、最初のアライメント時の位置情報を取得する。また、再アライメント時も、同様に、ＧＰＳ送信機１３（１３Ａ、１３Ｂ）から送信される位置情報をＧＰＳ受信機５により受信し、ＧＰＳ受信機５の位置を原点として電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の位置および姿勢等を算出することで、再アライメント時の位置情報を取得する。
　このように、ＧＰＳ送信機１３（１３Ａ、１３Ｂ）から送信される位置情報から、ＧＰＳ受信機５の位置を原点として電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の位置情報を取得することで、ＨＥＢＴ系ラインの上流側にある主要な電磁石１Ａと、ＨＥＢＴ系ラインの下流側にある別の主要な電磁石１Ｂとが建屋の異なる階層にあるような場合でも、電磁石１Ａと電磁石１Ｂとの相対的な位置および姿勢等を容易に把握できる。
　粒子線照射設備３００のその他の構成および動作については、図１および図５に示す実施の形態１の粒子線照射設備１００の構成および動作と同様であり、同一の部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。
　以上のように、この発明の実施の形態３における粒子線照射設備３００では、制御部２は、最初のアライメント時に、ＧＰＳ送信機１３（１３Ａ、１３Ｂ）から送信される位置情報から、ＧＰＳ受信機５の位置を原点として取得した電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の位置情報を基準位置の位置情報として記憶部３に記憶させ、記憶部３に記憶する基準位置の位置情報に基づいて、再アライメント時にＧＰＳ送信機１３（１３Ａ、１３Ｂ）から送信される位置情報から、ＧＰＳ受信機５の位置を原点として取得した電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の位置情報から変位量を取得するようにしたので、外気温の季節変動や地殻変動等により建屋の変形した場合でも、容易に電磁石の位置および姿勢等を調整することができる。
　また、ＧＰＳ受信機５を用いてＧＰＳ受信機５の位置を原点として各電磁石１（１Ａ、１Ｂ）の位置情報を取得するようにしたので、ＨＥＢＴ系ライン中の上流側にある主要な電磁石と下流側にある電磁石が離れた位置、例えば、建屋の異なる階層にあるような場合でも、電磁石の相対的な位置および姿勢等を一定に保った状態で精度よく調整することができ、高精度なビーム照射が実現可能となる。
　なお、上記実施の形態１～３においては、電磁石１Ａと電磁石１Ｂの両方の位置および姿勢等を調整するように説明したが、これに限るものではない。電磁石１Ａと電磁石１Ｂとの相対的な位置および姿勢が保たれるように、いずれか一方を調整することでも高精度なビーム照射の実現が可能となる。電磁石のアライメントは、建屋の異なる階層にあるような場合、地面に近い側の電磁石を動かさずに建屋の伸縮の影響を受けやすい上方の階の電磁石のみを相対位置が変わらないように調整するのが一般的である。
　また、この発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
　１、１Ａ、１Ｂ　電磁石、２　制御部、３　記憶部、４　解析部、　５　ＧＰＳ受信機、１０、１０－１、１０－２、・・、１０－ｎ　カメラ、１１、１１Ａ、１１Ａ－１、１１Ａ－２、１１Ａ－３、１１Ａ－４、１１Ａ－５、１１Ｂ、１１Ｂ－１、１１Ｂ－２、１１Ｂ－３、１１Ｂ－４、１１Ｂ－５　アクチュエータ、１２、１２Ａ、１２Ａ－１、１２Ａ－２、１２Ａ－３、１２Ａ－４、１２Ｂ、１２Ｂ－１、１２Ｂ－２、１２Ｂ－３、１２Ｂ－４　ターゲット、１３、１３Ａ、１３Ａ－１、１３Ａ－２、１３Ａ－３、１３Ｂ、１３Ｂ－１、１３Ｂ－２、１３Ｂ－３　ＧＰＳ送信機、１００、２００、３００　粒子線照射設備。

Claims (6)

  1. 　高エネルギービーム照射系ラインの上流側に設けられた第１の電磁石と、
    　前記高エネルギービーム照射系ラインの下流側に設けられた第２の電磁石と、
    　前記第１の電磁石と前記第２の電磁石との位置情報を取得する位置情報取得手段と、
    　最初のアライメント時の前記第１の電磁石と前記第２の電磁石の位置情報を基準位置情報として予め記憶する記憶部と、
    　前記第１の電磁石および前記第２の電磁石の位置および姿勢を調整する調整機構と、
    　前記記憶部に記憶する基準位置情報に基づいて、再アライメント時に前記位置情報取得手段により取得した前記第１の電磁石と前記第２の電磁石の位置情報から、最初のアライメント時から再アライメント時までの前記第１の電磁石および前記第２の電磁石の位置および姿勢の変位量を算出し、前記変位量に応じて前記調整機構により前記第１の電磁石および前記第２の電磁石の位置および姿勢を調整制御する制御部と
    　を備えた粒子線照射設備。
  2. 　前記制御部は、前記第１の電磁石または前記第２の電磁石のいずれか一方の位置および姿勢を調整することで、前記第１の電磁石と前記第２の電磁石との相対的な位置および姿勢を制御することを特徴とする請求項１に記載の粒子線照射設備。
  3. 　前記位置情報取得手段は、複数のステレオカメラからなり、前記ステレオカメラは、隣り合うステレオカメラの視野角が重なるように並べられ、前記視野角に配置された少なくとも４つのターゲットの位置座標に基づき、前記隣り合うステレオカメラの位置座標を変換して座標系を一致させて、前記第１の電磁石と前記第２の電磁石との位置情報を取得することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の粒子線照射設備。
  4. 　前記位置情報取得手段は、変形シミュレータからなり、前記変形シミュレータを用いて記第１の電磁石および前記第２の電磁石の位置情報を計算により取得することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の粒子線照射設備。
  5. 　前記位置情報取得手段は、ＧＰＳ送信機とＧＰＳ受信機からなり、前記ＧＰＳ送信機は前記第１の電磁石および前記第２の電磁石にそれぞれ少なくとも３つ配置され、前記ＧＰＳ受信機は、１つのみ配置され、前記ＧＰＳ送信機から送信された前記第１の電磁石および前記第２の電磁石の位置情報を取得し、前記制御部は、前記ＧＰＳ受信機により受信した位置情報から前記ＧＰＳ受信機の位置を基準として前記第１の電磁石および前記第２の電磁石の位置および姿勢の変位量を算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の粒子線照射設備。
  6. 　前記第１の電磁石および前記第２の電磁石は、それぞれ建屋の異なる階層に設置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の粒子線照射設備。
    　
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