WO2016158126A1 - 荷電粒子線治療装置 - Google Patents

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WO2016158126A1
WO2016158126A1 PCT/JP2016/055820 JP2016055820W WO2016158126A1 WO 2016158126 A1 WO2016158126 A1 WO 2016158126A1 JP 2016055820 W JP2016055820 W JP 2016055820W WO 2016158126 A1 WO2016158126 A1 WO 2016158126A1
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charged particle
particle beam
dose
unit
measurement unit
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幸生 熊田
井上　淳一
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住友重機械工業株式会社
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    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1064—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for adjusting radiation treatment in response to monitoring
    • A61N5/1065—Beam adjustment

Definitions

  • the present invention relates to a charged particle beam therapy apparatus.
  • a charged particle beam therapy apparatus described in Patent Document 1 is known as a charged particle beam therapy apparatus that performs treatment by irradiating an irradiated body with a charged particle beam.
  • the charged particle beam therapy system described in Patent Document 1 irradiates one layer set with respect to an irradiated object while scanning the charged particle beam according to a predetermined scanning pattern.
  • the charged particle beam treatment apparatus completes irradiation of the charged particle beam to one layer, the charged particle beam energy is changed, and the charged particle beam is changed according to the scanning pattern set for the next layer with respect to the next layer. Irradiate while scanning the line.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a charged particle beam therapy apparatus capable of measuring a dose of a charged particle beam at a high response speed.
  • a charged particle beam therapy apparatus includes an accelerator that accelerates charged particles and emits a charged particle beam, an irradiation unit that irradiates an irradiated body with the charged particle beam, and charged particles emitted from the accelerator.
  • a beam transport line for transporting the beam to the irradiation unit, a first dose measuring unit provided in the irradiation unit for measuring a first dose of the charged particle beam, and a second of the charged particle beam provided in the beam transport line.
  • a second dose measuring unit that measures the dose of the first dose measuring unit, and a response frequency of the second dose measuring unit is higher than a response frequency of the first dose measuring unit.
  • the first dose measurement unit is provided in the irradiation unit and can measure the first dose of the charged particle beam.
  • the second dose measuring unit is provided in the beam transport line and can measure the second dose of the charged particle beam.
  • the response speed (response frequency) of the second dose measurement unit is higher than the response speed (response frequency) of the first dose measurement unit.
  • the first dose measuring unit can measure the dose of the charged particle beam immediately before the irradiated object is irradiated.
  • the second dose measurement unit can measure the dose of the charged particle beam in the beam transport line at a higher response speed (response frequency) than the first dose measurement unit.
  • the dose of the charged particle beam can be measured at a high response speed by the second dose measuring unit.
  • the dose of the charged particle beam can be measured at a high response speed while performing the scanning irradiation while scanning the charged particle beam at a high speed.
  • the first dose measurement unit and the second dose measurement unit include a pair of electrodes facing each other in a space filled with gas, and a pair of And a distance between the pair of electrodes in the first dose measurement unit may be smaller than a distance between the pair of electrodes in the second dose measurement unit. Accordingly, the response frequency of the second dose measuring unit can be increased with a simple configuration that only reduces the distance between the pair of electrodes.
  • a low-pass filter that cuts data related to a frequency higher than a predetermined set frequency among data measured by the first dose measurement unit;
  • the high-pass filter that cuts data relating to a frequency lower than a predetermined set frequency among the data measured by the second dose measurement unit, the signal output from the low-pass filter, and the output from the high-pass filter
  • An ion source control unit that controls the operation of an ion source that supplies ions to the accelerator based on a combined signal obtained by adding the signals may be further included.
  • the measurement precision in a low frequency area can be improved using a low pass filter.
  • the measurement precision in a high frequency area can be improved using a high pass filter.
  • the ion source control unit controls the operation of the ion source based on a combined signal obtained by adding the signal output from the low-pass filter and the signal output from the high-pass filter. Therefore, the ion source can be controlled based on the measurement result with high measurement accuracy in a wide band from the region where the frequency of the charged particle beam is high to the region where it is low.
  • the charged particle beam therapy system further includes an energy adjustment unit that is provided in the beam transport line and adjusts the energy of the charged particle beam, and the second dose measurement unit includes the energy adjustment unit. It may be provided on the upstream side.
  • the second dose measuring unit can measure the dose of the charged particle beam in a high energy state before being adjusted by the energy adjusting unit. Therefore, the measurement accuracy of the second dose measurement unit can be improved.
  • the dose of a charged particle beam can be measured with a high response speed.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a charged particle beam irradiation apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a main part of the charged particle beam therapy system according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the dose measuring unit.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which the irradiated object is virtually sliced.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating a charged particle beam irradiation apparatus according to a modification.
  • upstream and downstream mean upstream (accelerator side) and downstream (patient side) of the emitted charged particle beam, respectively.
  • the charged particle beam therapy apparatus 1 is an apparatus used for cancer treatment or the like by radiation therapy.
  • the charged particle beam therapy system 1 includes an accelerator 11 that accelerates charged particles and emits a charged particle beam, an irradiation nozzle 12 (irradiation unit) that irradiates an object to be irradiated with charged particles, and a charge emitted from the accelerator 11.
  • a beam transport line 13 transport line that transports the particle beam to the irradiation nozzle 12, a second dose measuring unit 33 that is provided in the beam transport line 13 and measures the dose of the charged particle beam, and a beam transport line 13.
  • a degrader (energy adjusting unit) 18 that reduces the charged particle beam energy to adjust the range of the charged particle beam, a plurality of electromagnets 25 provided in the beam transport line 13, and a plurality of electromagnets 25.
  • the electromagnet power supply 27 provided correspondingly and the control part 30 which controls the charged particle beam therapy apparatus 1 whole are provided.
  • a cyclotron is used as the accelerator 11.
  • the present invention is not limited to this, and other sources that generate charged particle beams such as a synchrotron (details will be described later with reference to FIG. 5), a synchrocyclotron, A linac or the like may be used.
  • the charged particle beam treatment apparatus 1 irradiates the tumor (irradiated body) of the patient P on the treatment table 22 with the charged particle beam emitted from the accelerator 11.
  • a charged particle beam is obtained by accelerating charged particles at high speed, and includes, for example, a proton beam and a heavy particle (heavy ion) beam.
  • the charged particle beam therapy apparatus 1 according to the present embodiment performs irradiation of a charged particle beam by a so-called scanning method, and virtually divides (slices) an irradiated object in the depth direction, and slices a plane (layer). Each time, a charged particle beam is irradiated to the irradiation range on the layer.
  • irradiation method by the scanning method for example, there are a spot type scanning irradiation and a raster type scanning irradiation.
  • Spot-type scanning irradiation is an irradiation range in one layer. Once irradiation to one spot is completed, irradiation of the beam (charged particle beam) is stopped once, and after preparation for irradiation to the next spot is completed, to the next spot This is a method of performing irradiation.
  • the raster scanning irradiation is a method in which the irradiation range in one layer is continuously irradiated without stopping the irradiation halfway.
  • the beam irradiation is continuously performed for the irradiation range in one layer. Therefore, the raster scanning irradiation is different from the spot scanning irradiation, and the irradiation range is not composed of a plurality of spots.
  • irradiation is performed by raster scanning irradiation.
  • the present invention is not limited to this, and the irradiation may be performed by spot scanning irradiation.
  • the irradiation nozzle 12 is attached to the inside of a rotating gantry 23 that can rotate 360 degrees around the treatment table 22, and can be moved to an arbitrary rotational position by the rotating gantry 23.
  • the irradiation nozzle 12 includes a converging electromagnet 19, a scanning electromagnet 21, a first dose measuring unit 31, and a vacuum duct 28.
  • the scanning electromagnet 21 is provided in the irradiation nozzle 12.
  • the scanning electromagnet 21 scans a charged particle beam in the X direction on a plane that intersects the charged particle beam irradiation direction, and a Y direction that intersects the X direction on a plane that intersects the charged particle beam irradiation direction.
  • the first dose measuring unit 31 measures the dose of the charged particle beam before irradiation (details will be described later).
  • the beam transport line 13 has a vacuum duct 14 through which a charged particle beam passes.
  • the inside of the vacuum duct 14 is maintained in a vacuum state, and the charged particles constituting the charged particle beam being transported are suppressed from being scattered by air or the like.
  • the beam transport line 13 includes an ESS (EnergyEnSelection System) 15 for selectively extracting charged particle beams having an energy width narrower than a predetermined energy width from charged particle beams having a predetermined energy width emitted from the accelerator 11. , A BTS (Beam Transport System) 16 that transports a charged particle beam having an energy width selected by the ESS 15 while maintaining energy, and a GTS (Gantry) that transports a charged particle beam from the BTS 16 toward the rotating gantry 23. Transport System) 17.
  • ESS ElectronicgyEnSelection System
  • the degrader 18 adjusts the range of the charged particle beam by reducing the energy of the charged particle beam passing therethrough. Since the depth from the patient's body surface to the tumor that is the subject to be irradiated varies from patient to patient, it is necessary to adjust the range, which is the depth of the charged particle beam, when irradiating the patient with a charged particle beam. is there.
  • the degrader 18 adjusts the energy of the charged particle beam emitted from the accelerator 11 with a constant energy so that the charged particle beam appropriately reaches the irradiated object at a predetermined depth in the patient. .
  • Such energy adjustment of the charged particle beam by the degrader 18 is performed for each layer obtained by virtually slicing the irradiated object. For example, as shown in FIG. 4, the irradiated object G is virtually sliced into a plurality of layers L. When scanning of a charged particle beam is completed in one layer L (drawing a scanning line SL), scanning of the charged particle beam is performed in another layer L adjacent
  • a plurality of electromagnets 25 are provided in the beam transport line 13 and adjust the charged particle beam so that the charged particle beam can be transported in the beam transport line 13 by a magnetic field.
  • a converging electromagnet 19 for converging the beam diameter of the charged particle beam being transported and a deflection electromagnet 20 for deflecting the charged particle beam are employed.
  • the converging electromagnet 19 and the deflecting electromagnet 20 may be referred to as an electromagnet 25 without distinction.
  • a plurality of electromagnets 25 are provided on the downstream side of the degrader 18 in at least the beam transport line 13. However, in the present embodiment, the electromagnet 25 is also provided upstream of the degrader 18.
  • a converging electromagnet 19 as the electromagnet 25 is also provided on the upstream side of the degrader 18 in order to converge the beam diameter of the charged particle beam before energy adjustment by the degrader 18.
  • the total number of electromagnets 25 can be flexibly changed depending on the length of the beam transport line 13 or the like, and is, for example, about 10 to 40. Although only a part of the electromagnet power supplies 27 are shown in FIG. 1, the same number as the electromagnets 25 is actually provided.
  • the ESS 15 is provided with a degrader 18, a converging electromagnet 19, and a deflection electromagnet 20.
  • the BTS 16 is provided with a converging electromagnet 19
  • the GTS 17 is provided with a converging electromagnet 19 and a deflection electromagnet 20.
  • the degrader 18 is provided in the ESS 15 between the accelerator 11 and the rotating gantry 23 as described above. More specifically, the degrader 18 is provided on the accelerator 11 side (upstream side) with respect to the rotating gantry 23 in the ESS 15.
  • the electromagnet power source 27 generates a magnetic field of the electromagnet 25 by supplying a current to the corresponding electromagnet 25.
  • the electromagnet power supply 27 can set the strength of the magnetic field of the corresponding electromagnet 25 by adjusting the current supplied to the corresponding electromagnet 25.
  • the electromagnet power supply 27 adjusts the current supplied to the electromagnet 25 in accordance with a signal from the control unit 30.
  • the electromagnet power supply 27 is provided so as to correspond to each electromagnet 25 one to one. That is, the same number of electromagnet power supplies 27 as the number of electromagnets 25 are provided.
  • the electromagnet power supply 27 has a storage unit 27a that stores parameters of the electromagnet 25 corresponding to each layer.
  • the relationship between the depth of each layer of the irradiated object and the current supplied to the electromagnet 25 is as follows. That is, the energy of the charged particle beam necessary for irradiating the charged particle beam to each layer is determined from the depth of each layer, and the amount of energy adjustment by the degrader 18 is determined. Here, when the energy of the charged particle beam changes, the strength of the magnetic field required to deflect and converge the charged particle beam also changes. Therefore, the current supplied to the electromagnet 25 is determined so that the strength of the magnetic field of the electromagnet 25 becomes a strength corresponding to the amount of energy adjustment by the degrader 18.
  • FIG. 2 shows the accelerator 11, the 1st dose measurement part 31, the 2nd dose measurement part 33, the beam transport line 13, and the control part 30 are shown among the charged particle beam therapy apparatuses 1. Yes.
  • ESS15, BTS16, and GTS17 are collectively shown as one block.
  • FIG. 2 shows an ion source 32 that supplies ions to the accelerator 11.
  • the dose measuring units 31 and 33 are constituted by ionization chambers. Specifically, the dose measuring units 31 and 33 are generated between a pair of electrodes 42 and 43 facing each other in the space of the box 41 filled with gas (air, nitrogen, etc.) and the pair of electrodes 42 and 43. And a measurement unit 44 that measures current.
  • the electrodes 42 and 43 are made of, for example, a thin metal plate such as copper, and the opposing surfaces are covered with films 42a and 43a.
  • a power source is connected between the electrodes 42 and 43, and a high-voltage electric field is applied.
  • the charged particle beam collides with the molecules of the gas body, and the gas body is ionized. Since an electric field is applied between the electrodes 42 and 43, the ionized electrons e ⁇ are collected on one electrode 43 and the ions i + are collected on the high voltage electrode 42.
  • the number of electrons e ⁇ and ions i + that are ionized is proportional to the dose of the charged particle beam that passes through. Accordingly, the charged particle beam dose is measured by the current value measured by the measuring unit 44.
  • the distance between the pair of electrodes 42 and 43 in the second dose measurement unit 33 (the distance indicated by L1 in FIG. 3) is the distance between the pair of electrodes 42 and 43 in the first dose measurement unit 31 (L2 in FIG. 3). Smaller than the distance indicated by.
  • the first dose measurement unit 31 has a smaller distance between the pair of electrodes 42 and 43 than the second dose measurement unit 33 and can collect electrons in a short time. Therefore, the response speed (response frequency) of the second dose measurement unit 33 is higher than the response speed (response frequency) of the first dose measurement unit 31.
  • the distance between the pair of electrodes 42 and 43 in the first dose measuring unit 31 is set to 5 to 8 ⁇ m, and the response frequency is 1 kHz or less (or less).
  • the distance between the pair of electrodes 42 and 43 in the second dose measurement unit 33 is set to 4 ⁇ m or less, and the response frequency is 1 kHz or more (or less).
  • the “response frequency” is the number of times that a dose per unit time can be detected.
  • the control unit 30 has a function of controlling the entire charged particle beam therapy apparatus 1.
  • the control unit 30 controls the dose (intensity) of the charged particle beam irradiated to the irradiated object from the irradiation nozzle 12 based on the measurement results of the first dose measuring unit 31 and the second dose measuring unit 33.
  • the control unit 30 includes a low-pass filter 34, a high-pass filter 35, and an ion source control unit 36.
  • the low-pass filter 34 is electrically connected to the first dose measuring unit 31.
  • the low-pass filter 34 cuts data related to a frequency higher than a predetermined set frequency from the data measured by the first dose measuring unit 31.
  • the signal that has passed through the low-pass filter 34 is output to the ion source controller 36.
  • the set frequency of the low-pass filter 34 may be set to 1 kHz or less (or less).
  • the high pass filter 35 is electrically connected to the second dose measuring unit 33.
  • the high pass filter 35 cuts data related to a frequency lower than a predetermined set frequency from the data measured by the second dose measuring unit 33.
  • the signal that has passed through the high-pass filter 35 is output to the ion source controller 36.
  • the set frequency of the high-pass filter 35 may be set to 1 kHz or more (or less).
  • the ion source control unit 36 is electrically connected to the low pass filter 34, the high pass filter 35, and the ion source 32.
  • the ion source control unit 36 generates a combined signal obtained by adding the signal output from the low pass filter 34 and the signal output from the high pass filter 35.
  • the ion source control unit 36 controls (feedback control) the operation of the ion source 32 based on the generated composite signal. For example, the ion source control unit 36 determines whether the dose of the charged particle beam is in accordance with the treatment plan based on the synthesized signal.
  • the ion source control unit 36 determines that the charged particle beam dose is insufficient, the ion source control unit 36 increases the ion supply amount from the ion source 32, and determines that the charged particle beam dose is excessive. The amount of ion supply from the ion source 32 is reduced.
  • the irradiation of the charged particle beam was controlled in accordance with the movement of the irradiated object due to the patient's breathing or the like.
  • the movement of the patient or the irradiated object is detected by an X-ray CT, a laser measuring device, or the like, and the position where the charged particle beam is irradiated is adjusted according to the detected movement (movement amount).
  • the excitation amount of the scanning electromagnet for scanning the charged particle beam is adjusted. Since the movement of the irradiated object accompanying the breathing motion and the like changes with time, it is difficult to accurately adjust the irradiation position of the charged particle beam.
  • the first dose measuring unit 31 is provided in the irradiation nozzle 12 and can measure the first dose of the charged particle beam.
  • the second dose measuring unit 33 is provided in the beam transport line 13 and can measure the second dose of the charged particle beam. Further, the response speed (response frequency) of the second dose measurement unit 33 is higher than the response speed (response frequency) of the first dose measurement unit 31.
  • the first dose measuring unit 31 can measure the dose of the charged particle beam immediately before the irradiated object P is irradiated.
  • the second dose measurement unit 33 can measure the dose of the charged particle beam in the beam transport line 13 at a higher response speed (response frequency) than the first dose measurement unit 31. Accordingly, even when scanning irradiation is performed while scanning a charged particle beam at a high speed, the dose of the charged particle beam can be measured at a high response speed by the second dose measuring unit 33. As described above, the dose of the charged particle beam can be measured at a high response speed while performing the scanning irradiation while scanning the charged particle beam at a high speed.
  • the first dose measurement unit 31 an existing dose monitor used in a conventional charged particle beam therapy system can be used, and the second dose measurement unit 33 can be added thereto.
  • the low-frequency first dose measurement unit 31 and the high-frequency second dose measurement unit 33 it is possible to handle high-speed scanning irradiation while diverting existing equipment. it can.
  • the first dose measurement unit 31 and the second dose measurement unit 33 include a pair of electrodes 42 and 43 that face each other in a space filled with gas. , And a measurement unit 44 that measures a current generated between the pair of electrodes 42 and 43.
  • the distance between the pair of electrodes 42 and 43 in the first dose measurement unit 31 is smaller than the distance between the pair of electrodes 42 and 43 in the second dose measurement unit 33. Accordingly, the response frequency of the second dose measuring unit 33 can be increased with a simple configuration that only reduces the distance between the pair of electrodes 42 and 43.
  • a low-pass filter 34 that cuts data related to a frequency higher than a predetermined set frequency among the data measured by the first dose measurement unit 31;
  • a high-pass filter 35 that cuts data related to a frequency lower than a predetermined set frequency, a signal output from the low-pass filter 34, and a high-pass filter 35
  • an ion source control unit 36 that controls the operation of the ion source 32 that supplies ions to the accelerator 11 based on a combined signal obtained by adding together the signals output from.
  • the low-pass filter 34 is used to improve measurement accuracy in a low frequency area (area where the response speed is low).
  • the high-pass filter 35 can be used to improve the measurement accuracy in the high frequency region (the region with a high response speed).
  • the ion source control unit 36 controls the operation of the ion source 32 based on the combined signal obtained by adding the signal output from the low-pass filter 34 and the signal output from the high-pass filter 35.
  • the ion source 32 can be controlled based on a measurement result with high measurement accuracy in a wide band from a high frequency region to a low frequency region.
  • the second dose measuring unit 33 having a high response speed it is possible to measure the dose at a high response speed by newly installing the second dose measurement unit 33 having a high response speed.
  • the measurement accuracy in the low frequency region (the response speed is low) is low, and thus the dose measurement accuracy may be lowered. Therefore, the measurement result in the second dose measurement unit 33 is applied to the high pass filter 35 to cut the signal in the low frequency region.
  • the measurement result in the first dose measuring unit 31 is applied to the low-pass filter 34 to cut a signal in a high frequency region, and both are added. That is, by detecting the low frequency region, which is a weak point in the second dose measuring unit 33, on the first dose measuring unit 31 side, it is possible to detect a dose at a high response speed without reducing accuracy. Become.
  • the charged particle beam therapy system 1 further includes a degrader 18 that is provided in the beam transport line 13 and adjusts the energy of the charged particle beam.
  • the second dose measuring unit 33 is provided upstream of the degrader 18. Thereby, the second dose measuring unit 33 can measure the dose of the charged particle beam in a high energy state before being adjusted by the degrader 18. Therefore, the measurement accuracy of the second dose measurement unit 33 can be improved.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above.
  • the second dose measurement unit 33 is provided on the upstream side of the electromagnet provided on the beam transport line 13 on the most upstream side.
  • a position indicated by “33A” in FIG. 1 may be disposed at a position downstream of the most upstream electromagnet.
  • the second dose measuring unit 33 may be arranged at a position downstream of the degrader 18 as shown by “33B” in FIG.
  • an ionization chamber is applied as the second dose measurement unit 33 in the same manner as the first dose measurement unit 31.
  • any measurement device can be used as long as it can measure the dose. It may be adopted.
  • the first dose measuring unit 31 may employ a measuring instrument other than the ionization chamber.
  • the low-pass filter 34 is provided for the first dose measurement unit 31, and the high-pass filter 35 is provided for the second dose measurement unit 33.
  • either one or both filters may be omitted.
  • spot scanning irradiation may be performed.
  • spot type scanning irradiation when irradiating a certain spot, the beam is irradiated for a predetermined period of time. Since it is only necessary to detect the integrated value of the dose when irradiating the spot, there is a case where the response speed of dose detection does not have to be higher than a certain level even when high-speed irradiation is performed.
  • raster scanning irradiation since irradiation is performed while always scanning the beam, it is necessary to constantly detect the dose. Therefore, when performing high-speed scanning irradiation, it is necessary to detect the dose at high speed, and the merit of using the present invention is increased.
  • a synchrotron may be adopted as the accelerator 11 instead of the cyclotron.
  • An ion source 101 and a linac 102 which is a linear accelerator are provided upstream of the synchrotron 103. While the cyclotron emits a charged particle beam having a constant energy, the synchrotron can change the energy of the emitted charged particle beam. Therefore, as shown in FIG. 5, when a synchrotron is used as the accelerator 11, the degrader 18 for reducing and adjusting the energy of the charged particle beam can be omitted from the charged particle beam treatment apparatus.
  • SYMBOLS 1 Charged particle beam treatment apparatus, 11 ... Accelerator, 12 ... Irradiation nozzle (irradiation part), 13 ... Beam transport line, 31 ... 1st dose measurement part, 32 ... Ion source, 33 ... 2nd dose measurement part, 34 ... Low-pass filter, 35 ... High-pass filter, 36 ... Ion source control unit, 42, 43 ... Electrode, 44 ... Measurement unit.

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Abstract

第１の線量測定部３１は、照射ノズル１２内に設けられて荷電粒子線の第１の線量を測定することができ、第２の線量測定部３３は、ビーム輸送ライン１３に設けられて荷電粒子線の第２の線量を測定することができる。また、第２の線量測定部３３の応答周波数は、第１の線量測定部３１の応答周波数よりも高い。第１の線量測定部３１は、被照射体Ｐに照射される直前における荷電粒子線の線量を測定することができる。その一方、第２の線量測定部３３は、第１の線量測定部３１よりも高い応答周波数にて、ビーム輸送ライン１３での荷電粒子線の線量を測定することができる。これによって、高速でスキャニング照射を行う場合であっても、第２の線量測定部３３にて荷電粒子線の線量を測定することができる。

Description

荷電粒子線治療装置
　本発明は、荷電粒子線治療装置に関する。
　従来、被照射体に荷電粒子線を照射することによって治療を行う荷電粒子線治療装置として、例えば、特許文献１に記載された荷電粒子線治療装置が知られている。特許文献１に記載された荷電粒子線治療装置は、被照射体に対して設定された一の層に所定のスキャニングパターンに従って荷電粒子線を走査しながら照射する。荷電粒子線治療装置は、一の層に対する荷電粒子線の照射が完了すると、荷電粒子線のエネルギーを変更し、次の層に対して当該次の層に対して設定されたスキャニングパターンに従って荷電粒子線を走査しながら照射する。
国際公開ＷＯ２０１２／１２０６７７号明細書
　ここで、近年、荷電粒子線を高速で走査しながらスキャニング照射を行うことで被照射体に荷電粒子線を照射することが求められている。このように荷電粒子線を高速で走査しながらスキャニング照射を行うためには、荷電粒子線の線量（強度）を高い応答速度で測定する必要がある。ここで、引用文献１に記載の荷電粒子線治療装置は、荷電粒子線を被照射体へ照射する照射部に線量測定部が設けられていた。しかしながら、このような線量測定部では、高い応答速度で線量を測定することが難しいという問題があった。
　本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、高い応答速度で荷電粒子線の線量を測定できる荷電粒子線治療装置を提供することを目的とする。
　本発明の一側面に係る荷電粒子線治療装置は、荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器と、荷電粒子線を被照射体へ照射する照射部と、加速器から出射された荷電粒子線を照射部へ輸送するビーム輸送ラインと、照射部内に設けられて荷電粒子線の第１の線量を測定する第１の線量測定部と、ビーム輸送ラインに設けられて荷電粒子線の第２の線量を測定する第２の線量測定部と、を備え、第２の線量測定部の応答周波数は、第１の線量測定部の応答周波数よりも高い。
　本発明の一側面に係る荷電粒子線治療装置によれば、第１の線量測定部は、照射部内に設けられて荷電粒子線の第１の線量を測定することがでる。第２の線量測定部は、ビーム輸送ラインに設けられて荷電粒子線の第２の線量を測定することができる。また、第２の線量測定部の応答速度（応答周波数）は、第１の線量測定部の応答速度（応答周波数）よりも高い。第１の線量測定部は、被照射体に照射される直前における荷電粒子線の線量を測定することができる。その一方、第２の線量測定部は、第１の線量測定部よりも高い応答速度（応答周波数）にて、ビーム輸送ラインでの荷電粒子線の線量を測定することができる。これによって、荷電粒子線を高速で走査しながらスキャニング照射を行う場合であっても、第２の線量測定部にて荷電粒子線の線量を高い応答速度で測定することができる。以上によって、荷電粒子線を高速で走査しながらスキャニング照射を行いながらも、高い応答速度で荷電粒子線の線量を測定できる。
　また、本発明の他の側面に係る荷電粒子線治療装置において、第１の線量測定部、及び第２の線量測定部は、ガスが充填された空間内で対向する一対の電極と、一対の電極間で発生する電流を測定する測定部と、を備え、第１の線量測定部における一対の電極間の距離は、第２の線量測定部における一対の電極間の距離よりも小さくてよい。これによって、一対の電極間の距離を小さくするだけの簡単な構成にて、第２の線量測定部の応答周波数を高めることができる。
　また、本発明の他の側面に係る荷電粒子線治療装置において、第１の線量測定部で測定されたデータのうち、予め定められた設定周波数よりも高い周波数に係るデータをカットするローパスフィルタと、第２の線量測定部で測定されたデータのうち、予め定められた設定周波数よりも低い周波数に係るデータをカットするハイパスフィルタと、ローパスフィルタから出力された信号と、ハイパスフィルタから出力された信号とを足し合わせた合成信号に基づいて、加速器にイオンを供給するイオン源の動作を制御するイオン源制御部と、を更に備えてよい。これによって、応答速度（応答周波数）の低い第１の線量測定部については、ローパスフィルタを用いて周波数の低い領域（応答速度が低い領域）での測定精度を向上することができる。応答速度（応答周波数）の高い第２の線量測定部については、ハイパスフィルタを用いて周波数の高い領域（応答速度が高い領域）での測定精度を向上することができる。イオン源制御部は、ローパスフィルタから出力された信号と、ハイパスフィルタから出力された信号とを足し合わせた合成信号に基づいて、イオン源の動作を制御する。従って、荷電粒子線の周波数が高い領域から低い領域までの広い帯域において測定精度の高い測定結果に基づいてイオン源を制御することができる。
　また、本発明の他の側面に係る荷電粒子線治療装置において、ビーム輸送ラインに設けられ、荷電粒子線のエネルギーを調整するエネルギー調整部を更に備え、第２の線量測定部は、エネルギー調整部よりも上流側に設けられてよい。これによって、第２の線量測定部は、エネルギー調整部で調整される前の高いエネルギーの状態における荷電粒子線の線量を測定できる。従って、第２の線量測定部の測定精度を向上することができる。
　本発明によれば、高い応答速度で荷電粒子線の線量を測定できる。
図１は、本発明に係る荷電粒子線照射装置の一実施形態を示す概略構成図である。 図２は、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置の要部を示す概略構成図である。 図３は、線量測定部の概略構成図である。 図４は、被照射体を仮想的にスライスした様子を示す模式図である。 図５は、変形例に係る荷電粒子線照射装置を示す概略構成図である。
　以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、「上流」「下流」の語は、出射する荷電粒子線の上流（加速器側）、下流（患者側）をそれぞれ意味している。
　図１に示すように、荷電粒子線治療装置１は、放射線療法によるがん治療等に利用される装置である。荷電粒子線治療装置１は、荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器１１と、荷電粒子線を被照射体へ照射する照射ノズル１２（照射部）と、加速器１１から出射された荷電粒子線を照射ノズル１２へ輸送するビーム輸送ライン１３（輸送ライン）と、ビーム輸送ライン１３に設けられて荷電粒子線の線量を測定する第２の線量測定部３３と、ビーム輸送ライン１３に設けられ、荷電粒子線のエネルギーを低下させて荷電粒子線の飛程を調整するデグレーダ（エネルギー調整部）１８と、ビーム輸送ライン１３に設けられた複数の電磁石２５と、複数の電磁石２５のそれぞれに対応して設けられた電磁石電源２７と、荷電粒子線治療装置１全体を制御する制御部３０と、を備えている。本実施形態では、加速器１１としてサイクロトロンを採用するが、これに限定されず、荷電粒子線を発生させるその他の発生源、例えば、シンクロトロン（詳細は図５を用いて後述する）、シンクロサイクロトロン、ライナック等であってもよい。
　荷電粒子線治療装置１は、治療台２２上の患者Ｐの腫瘍（被照射体）に対して加速器１１から出射した荷電粒子線の照射を行う。荷電粒子線は電荷をもった粒子を高速に加速したものであり、例えば陽子線、重粒子（重イオン）線等がある。本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１は、いわゆるスキャニング法により荷電粒子線の照射を行うものであり、被照射体を深さ方向に仮想的に分割（スライス）し、スライス平面（層）毎に、層上の照射範囲に対して、荷電粒子線の照射を行う。
　なお、スキャニング法による照射方式として、例えばスポット式スキャニング照射、及び、ラスター式スキャニング照射がある。スポット式スキャニング照射は、一の層における照射範囲で、一のスポットへの照射が完了すると、一度ビーム（荷電粒子線）照射を止め、次のスポットへの照射準備が整った後に次のスポットへの照射を行う方式である。これに対し、ラスター式スキャニング照射は、一の層における照射範囲については、照射を途中で止めることなく、連続的にビーム照射を行う方式である。このように、ラスター式スキャニング照射は、一の層における照射範囲については連続的にビーム照射が行われるものである。従って、ラスター式スキャニング照射は、スポット式スキャニング照射と異なり、照射範囲は複数のスポットから構成されるものではない。以下では、ラスター式スキャニング照射により照射を行う例を説明するが、これに限定されず、スポット式スキャニング照射により照射を行う構成としてもよい。
　照射ノズル１２は、治療台２２の周りを３６０度回転可能な回転ガントリ２３の内側に取り付けられており、回転ガントリ２３によって任意の回転位置に移動可能とされている。照射ノズル１２は、収束電磁石１９、スキャニング電磁石２１、第１の線量測定部３１、真空ダクト２８を含んでいる。スキャニング電磁石２１は、照射ノズル１２の中に設けられている。スキャニング電磁石２１は、荷電粒子線の照射方向と交差する面においてＸ方向へ荷電粒子線を走査するＸ方向走査電磁石と、荷電粒子線の照射方向と交差する面においてＸ方向と交差するＹ方向へ荷電粒子線を走査するＹ方向走査電磁石と、を有している。また、スキャニング電磁石２１により走査された荷電粒子線はＸ方向及び／又はＹ方向へ偏向されるため、スキャニング電磁石よりも下流側の真空ダクト２８は、その径が下流側ほど拡大されている。第１の線量測定部３１は、照射前の荷電粒子線の線量を測定する（詳細は後述）。
　ビーム輸送ライン１３は、荷電粒子線が通る真空ダクト１４を有している。真空ダクト１４の内部は真空状態に維持されており、輸送中の荷電粒子線を構成する荷電粒子が空気等により散乱することを抑制している。
　また、ビーム輸送ライン１３は、加速器１１から出射された所定のエネルギー幅を有する荷電粒子線から所定のエネルギー幅よりも狭いエネルギー幅の荷電粒子線を選択的に取り出すＥＳＳ（Energy Selection System）１５と、ＥＳＳ１５によって選択されたエネルギー幅を有する荷電粒子線を、エネルギーが維持された状態で輸送するＢＴＳ（Beam Transport System）１６と、ＢＴＳ１６から回転ガントリ２３に向けて荷電粒子線を輸送するＧＴＳ（Gantry Transport System）１７と、を有している。
　デグレーダ１８は、通過する荷電粒子線のエネルギーを低下させて当該荷電粒子線の飛程を調整する。患者の体表から被照射体である腫瘍までの深さは患者ごとに異なるため、荷電粒子線を患者に照射する際には、荷電粒子線の到達深さである飛程を調整する必要がある。デグレーダ１８は、加速器１１から一定のエネルギーで出射された荷電粒子線のエネルギーを調整することにより、患者体内の所定の深さにある被照射体に荷電粒子線が適切に到達するように調整する。このようなデグレーダ１８による荷電粒子線のエネルギー調整は、被照射体を仮想的にスライスした層毎に行われる。例えば、図４に示すように、被照射体Ｇが複数の層Ｌに仮想的にスライスされる。一の層Ｌにおいて荷電粒子線のスキャニングが完了（走査ラインＳＬを描く）すると、当該層に隣接する他の層Ｌにおいて荷電粒子線のスキャニングが行われる。
　電磁石２５は、ビーム輸送ライン１３に複数設けられるものであり、磁場によってビーム輸送ライン１３で荷電粒子線を輸送することができるように、当該荷電粒子線の調整を行うものである。電磁石２５として、輸送中の荷電粒子線のビーム径を収束させる収束電磁石１９、及び荷電粒子線を偏向させる偏向電磁石２０が採用される。なお、以下では収束電磁石１９及び偏向電磁石２０を区別せずに電磁石２５と記載する場合がある。また、電磁石２５は、少なくともビーム輸送ライン１３のうちデグレーダ１８よりも下流側に複数設けられる。ただし、本実施形態では、電磁石２５は、デグレーダ１８よりも上流側にも設けられる。ここでは、電磁石２５として収束電磁石１９が、デグレーダ１８によるエネルギー調整前の荷電粒子線のビーム径を収束させるために、デグレーダ１８の上流側にも設けられている。電磁石２５の総数は、ビーム輸送ライン１３の長さ等により柔軟に変更が可能であり、例えば、１０～４０程度の数とされる。なお、図１中には電磁石電源２７が一部のみ記載されているが、実際には、電磁石２５の数と同数、設けられている。
　デグレーダ１８及び電磁石２５のビーム輸送ライン１３中における位置は特に限定されない。本実施形態では、ＥＳＳ１５には、デグレーダ１８、収束電磁石１９、及び偏向電磁石２０が設けられている。また、ＢＴＳ１６には収束電磁石１９が設けられており、ＧＴＳ１７には収束電磁石１９及び偏向電磁石２０が設けられている。なお、デグレーダ１８は、上述したように加速器１１と回転ガントリ２３との間であるＥＳＳ１５に設けられている。より詳細には、デグレーダ１８は、ＥＳＳ１５のうち回転ガントリ２３よりも加速器１１側（上流側）に設けられている。
　電磁石電源２７は、対応する電磁石２５に電流を供給することによって電磁石２５の磁界を生じさせる。電磁石電源２７は、対応する電磁石２５に供給する電流を調整することにより、対応する電磁石２５の磁場の強さを設定可能である。電磁石電源２７は、制御部３０からの信号に応じて電磁石２５に供給する電流を調整している。電磁石電源２７は、各電磁石２５それぞれに一対一で対応するように設けられている。すなわち、電磁石電源２７は、電磁石２５の数と同数、設けられている。また、電磁石電源２７は、各層に対応する電磁石２５のパラメータを記憶する記憶部２７ａを有している。
　被照射体の各層の深さと電磁石２５に供給される電流との関係は以下のとおりである。すなわち、各層の深さから、各層に荷電粒子線を照射するために必要な荷電粒子線のエネルギーが決まり、デグレーダ１８によるエネルギー調整量が決まる。ここで、荷電粒子線のエネルギーが変わると、当該荷電粒子線を偏向・収束するために必要な磁場の強さも変わることとなる。従って、電磁石２５の磁場の強さがデグレーダ１８によるエネルギー調整量に応じた強さとなるように、電磁石２５に供給される電流が決まる。
　次に、図２を参照して、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１の要部について説明する。図２では、荷電粒子線治療装置１のうち、加速器１１と、第１の線量測定部３１と、第２の線量測定部３３と、ビーム輸送ライン１３と、制御部３０と、が示されている。なお、図２では、ＥＳＳ１５、ＢＴＳ１６、ＧＴＳ１７は、一つのブロックとしてまとめて示されている。また、図２には、加速器１１にイオンを供給するイオン源３２が示されている。
　ここで、図３を参照し、第１の線量測定部３１及び第２の線量測定部３３の構成について詳細に説明する。線量測定部３１，３３は、電離箱によって構成される。具体的に、線量測定部３１，３３は、ガス（空気、窒素等）が充填された箱体４１の空間内で対向する一対の電極４２，４３と、一対の電極４２，４３間で発生する電流を測定する測定部４４と、を備える。
　電極４２，４３は、例えば銅などの金属薄板で構成されており、対向面がフィルム４２ａ，４３ａで覆われている。電極４２，４３間には電源が接続されており、高圧な電界が印加される。このような構成により、線量測定部３１，３３内を荷電粒子線が通過すると、荷電粒子線とガス体の分子が衝突して、ガス体が電離される。電極４２，４３間に電界が印加されているため、電離した電子ｅ－が一方の電極４３に、イオンｉ＋が高圧の電極４２に集極される。電離する電子ｅ－、イオンｉ＋の数は通過する荷電粒子線の線量に比例する。従って、荷電粒子線の線量は測定部４４で測定された電流値により測定される。
　第２の線量測定部３３における一対の電極４２，４３間の距離（図３においてＬ１で示す距離）は、第１の線量測定部３１における一対の電極４２，４３間の距離（図３においてＬ２で示す距離）よりも小さい。第１の線量測定部３１は、第２の線量測定部３３に比して一対の電極４２，４３間の距離が小さく、電子を短時間で集極できる。従って、第２の線量測定部３３の応答速度（応答周波数）は、第１の線量測定部３１の応答速度（応答周波数）よりも高い。第１の線量測定部３１における一対の電極４２，４３間の距離は、５～８μｍに設定され、応答周波数は１ｋＨｚ以下（又は未満）となる。第２の線量測定部３３における一対の電極４２，４３間の距離は、４μｍ以下に設定され、応答周波数は１ｋＨｚ以上（又は未満）となる。なお、「応答周波数」とは、単位時間あたりの線量を検出できる回数である。
　図２へ戻り、制御部３０は、荷電粒子線治療装置１全体の制御を行う機能を有している。制御部３０は、第１の線量測定部３１及び第２の線量測定部３３の測定結果に基づいて、照射ノズル１２から被照射体へ照射される荷電粒子線の線量（強度）を制御する。本実施形態では、制御部３０は、ローパスフィルタ３４と、ハイパスフィルタ３５と、イオン源制御部３６と、を備えている。
　具体的に、ローパスフィルタ３４は、第１の線量測定部３１と電気的に接続されている。ローパスフィルタ３４は、第１の線量測定部３１で測定されたデータのうち、予め定められた設定周波数よりも高い周波数に係るデータをカットする。また、ローパスフィルタ３４を通過した信号は、イオン源制御部３６へ出力される。なお、ローパスフィルタ３４の設定周波数は、１ｋＨｚ以下（又は未満）に設定してよい。
　ハイパスフィルタ３５は、第２の線量測定部３３と電気的に接続されている。ハイパスフィルタ３５は、第２の線量測定部３３で測定されたデータのうち、予め定められた設定周波数よりも低い周波数に係るデータをカットする。また、ハイパスフィルタ３５を通過した信号は、イオン源制御部３６へ出力される。なお、ハイパスフィルタ３５の設定周波数は、１ｋＨｚ以上（又は未満）に設定してよい。
　イオン源制御部３６は、ローパスフィルタ３４、ハイパスフィルタ３５及びイオン源３２と電気的に接続されている。イオン源制御部３６は、ローパスフィルタ３４から出力された信号と、ハイパスフィルタ３５から出力された信号とを足し合わせた合成信号を生成する。また、イオン源制御部３６は、生成した合成信号に基づいて、イオン源３２の動作を制御（フィードバック制御）する。例えば、イオン源制御部３６は、合成信号に基づいて荷電粒子線の線量が治療計画に従っているか否かを判定する。イオン源制御部３６は、荷電粒子線の線量が不足していると判定した場合は、イオン源３２からのイオン供給量を増加させ、荷電粒子線の線量が過剰であると判定した場合は、イオン源３２からのイオン供給量を減少させる。
　次に、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１の作用効果について説明する。
　ここで、従来の荷電粒子線治療装置においては、患者の呼吸等による被照射体の動きに合わせて荷電粒子線の照射を制御していた。例えば、Ｘ線ＣＴやレーザ測定器等により患者や被照射体の動きを検知し、検知した動き（移動量）に応じて荷電粒子線を照射する位置を調整する。荷電粒子線を照射する位置を調整する際には、荷電粒子線を走査するための走査電磁石の励磁量を調整する。呼吸動作等に伴う被照射体の動きは時間とともに変化するため、正確に荷電粒子線の照射位置を調整することは困難であった。よって、上述のように患者の呼吸に同期させて荷電粒子線を制御する場合、制御が複雑になってしまうという問題がある。一方、照射タイミングを呼吸に同期させる制御を行わない場合、患者が呼吸を止めている間に荷電粒子線を照射することが考えられる。しかしながら、スキャニング照射に時間がかかる場合、患者が何度も息を止めなくてはならず、患者への負担が大きくなる場合がある。従って、荷電粒子線治療装置で治療を行っている間の患者への負担を低減することが求められていた。このような患者への負担を低減するために、スキャニング照射を高速化することが求められていた。それに伴い、荷電粒子線の線量を高い応答速度で測定することが求められていた。
　そこで、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１によれば、第１の線量測定部３１は、照射ノズル１２内に設けられて荷電粒子線の第１の線量を測定することができ、第２の線量測定部３３は、ビーム輸送ライン１３に設けられて荷電粒子線の第２の線量を測定することができる。また、第２の線量測定部３３の応答速度（応答周波数）は、第１の線量測定部３１の応答速度（応答周波数）よりも高い。第１の線量測定部３１は、被照射体Ｐに照射される直前における荷電粒子線の線量を測定することができる。その一方、第２の線量測定部３３は、第１の線量測定部３１よりも高い応答速度（応答周波数）にて、ビーム輸送ライン１３での荷電粒子線の線量を測定することができる。これによって、荷電粒子線を高速で走査しながらスキャニング照射を行う場合であっても、第２の線量測定部３３にて荷電粒子線の線量を高い応答速度で測定することができる。以上によって、荷電粒子線を高速で走査しながらスキャニング照射を行いながらも、高い応答速度で荷電粒子線の線量を測定できる。
　また、第１の線量測定部３１としては、従来の荷電粒子線治療装置で用いられている既存のドーズモニタを流用し、そこへ第２の線量測定部３３を付加することができる。また、低周波用の第１の線量測定部３１と高周波用の第２の線量測定部３３とで役割を分けることで、既存の設備を流用しつつ、高速のスキャニング照射にも対応することができる。
　また、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１において、第１の線量測定部３１、及び第２の線量測定部３３は、ガスが充填された空間内で対向する一対の電極４２，４３と、一対の電極４２，４３間で発生する電流を測定する測定部４４と、を備える。第１の線量測定部３１における一対の電極４２，４３間の距離は、第２の線量測定部３３における一対の電極４２，４３間の距離よりも小さい。これによって、一対の電極４２，４３間の距離を小さくするだけの簡単な構成にて、第２の線量測定部３３の応答周波数を高めることができる。
　また、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１において、第１の線量測定部３１で測定されたデータのうち、予め定められた設定周波数よりも高い周波数に係るデータをカットするローパスフィルタ３４と、第２の線量測定部３３で測定されたデータのうち、予め定められた設定周波数よりも低い周波数に係るデータをカットするハイパスフィルタ３５と、ローパスフィルタ３４から出力された信号と、ハイパスフィルタ３５から出力された信号とを足し合わせた合成信号に基づいて、加速器１１にイオンを供給するイオン源３２の動作を制御するイオン源制御部３６と、を更に備えている。これによって、応答速度（応答周波数）の低い第１の線量測定部３１については、ローパスフィルタ３４を用いて周波数の低い領域（応答速度が低い領域）での測定精度を向上し、応答速度（応答周波数）の高い第２の線量測定部３３については、ハイパスフィルタ３５を用いて周波数の高い領域（応答速度が高い領域）での測定精度を向上することができる。イオン源制御部３６は、ローパスフィルタ３４から出力された信号と、ハイパスフィルタ３５から出力された信号とを足し合わせた合成信号に基づいて、イオン源３２の動作を制御するため、荷電粒子線の周波数が高い領域から低い領域までの広い帯域において測定精度の高い測定結果に基づいてイオン源３２を制御することができる。
　また、応答速度の速い第２の線量測定部３３を新設することで、高い応答速度で線量を測定することが可能となる。しかしながら、応答速度の高い第２の線量測定部３３では、周波数の低い領域（応答速度が低い領域）での測定精度が低いため、線量の測定精度が下がってしまう可能性がある。従って、第２の線量測定部３３での測定結果をハイパスフィルタ３５にかけて、低い周波数領域での信号をカットする。また、第１の線量測定部３１での測定結果をローパスフィルタ３４にかけて高い周波数領域での信号をカットし、両者を足し合わせる。すなわち、第２の線量測定部３３における弱点である低周波数領域の検出を第１の線量測定部３１側で行うことで、精度を低下させることなく高い応答速度で線量を検出することが可能となる。
　また、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１において、ビーム輸送ライン１３に設けられ、荷電粒子線のエネルギーを調整するデグレーダ１８を更に備えている。第２の線量測定部３３は、デグレーダ１８よりも上流側に設けられている。これによって、第２の線量測定部３３は、デグレーダ１８で調整される前の高いエネルギーの状態における荷電粒子線の線量を測定できる。従って、第２の線量測定部３３の測定精度を向上することができる。
　本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
　例えば、本実施形態においては、第２の線量測定部３３は、ビーム輸送ライン１３に設けられる電磁石の中で最も上流側に設けられるものより上流側に設けられていた。これに代えて、例えば図１において「３３Ａ」に示す位置のように、最も上流側の電磁石よりも下流側の位置に配置してよい。また、例えば図１において「３３Ｂ」に示す位置のように、デグレーダ１８より下流側の位置に第２の線量測定部３３を配置してもよい。
　また、上述の実施形態では、第２の線量測定部３３として、第１の線量測定部３１と同様に電離箱を適用したが、線量を測定できるものであればどのような方式による測定器を採用してもよい。また、第１の線量測定部３１も電離箱以外の方式による測定器を採用してもよい。
　また、上述の実施形態では、第１の線量測定部３１に対してローパスフィルタ３４を設け、第２の線量測定部３３に対してハイパスフィルタ３５を設けた。これに代えて、何れか一方、または両方のフィルタを省略してもよい。
　また、上述の実施形態では、ラスター式スキャニング照射による例を示したが、スポット式スキャニング照射を行ってもよい。ただし、スポット式スキャニング照射の場合は、あるスポットに照射する際はそのスポットに所定時間ビームを滞留させて照射を行う。そのスポットに照射する際の線量の積算値のみを検知できれば良いため、高速照射する場合であっても、線量検出の応答速度が一定以上高くなくても良い場合がある。これに対し、ラスター式スキャニング照射の場合は、常時ビームを走査しながら照射を行うため、常時線量を検知する必要がある。従って、高速のスキャニング照射を行う場合には、高速に線量を検知する必要が生じ、本発明を用いるメリットが大きくなる。
　また、図５に示すように、加速器１１として、サイクロトロンに代えてシンクロトロンを採用してもよい。シンクロトロン１０３の上流には、イオン源１０１と、直線加速器であるライナック１０２と、が設けられている。サイクロトロンは出射する荷電粒子線のエネルギーが一定であるのに対し、シンクロトロンは出射する荷電粒子線のエネルギーを変更することができる。従って、図５に示すように、加速器１１としてシンクロトロンを採用した場合には、荷電粒子線治療装置から、荷電粒子線のエネルギーを低下させて調整するためのデグレーダ１８を省略することができる。
　１…荷電粒子線治療装置、１１…加速器、１２…照射ノズル（照射部）、１３…ビーム輸送ライン、３１…第１の線量測定部、３２…イオン源、３３…第２の線量測定部、３４…ローパスフィルタ、３５…ハイパスフィルタ、３６…イオン源制御部、４２，４３…電極、４４…測定部。

Claims (4)

  1. 　荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器と、
    　前記荷電粒子線を被照射体へ照射する照射部と、
    　前記加速器から出射された前記荷電粒子線を前記照射部へ輸送するビーム輸送ラインと、
    　前記照射部内に設けられて前記荷電粒子線の第１の線量を測定する第１の線量測定部と、
    　前記ビーム輸送ラインに設けられて前記荷電粒子線の第２の線量を測定する第２の線量測定部と、を備え、
    　前記第２の線量測定部の応答周波数は、前記第１の線量測定部の応答周波数よりも高い、荷電粒子線治療装置。
  2. 　前記第１の線量測定部、及び前記第２の線量測定部は、
    　　ガスが充填された空間内で対向する一対の電極と、
    　　前記一対の電極間で発生する電流を測定する測定部と、を備え、
    　前記第１の線量測定部における前記一対の電極間の距離は、前記第２の線量測定部における前記一対の電極間の距離よりも小さい、請求項１に記載の荷電粒子線治療装置。
  3. 　前記第１の線量測定部で測定されたデータのうち、予め定められた設定周波数よりも高い周波数に係るデータをカットするローパスフィルタと、
    　前記第２の線量測定部で測定されたデータのうち、予め定められた設定周波数よりも低い周波数に係るデータをカットするハイパスフィルタと、
    　前記ローパスフィルタから出力された信号と、前記ハイパスフィルタから出力された信号とを足し合わせた合成信号に基づいて、前記加速器にイオンを供給するイオン源の動作を制御するイオン源制御部と、を更に備える、請求項１又は２に記載の荷電粒子線治療装置。
  4. 　前記ビーム輸送ラインに設けられ、前記荷電粒子線のエネルギーを調整するエネルギー調整部を更に備え、
    　前記第２の線量測定部は、前記エネルギー調整部よりも上流側に設けられる、請求項１～３の何れか一項に記載の荷電粒子線治療装置。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200140278A (ko) * 2018-04-12 2020-12-15 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤 하전입자선치료장치
CN114177542B (zh) * 2020-09-15 2024-06-11 西安大医集团股份有限公司 放射治疗中的剂量控制方法、装置、控制器、系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005124852A (ja) * 2003-10-24 2005-05-19 Hitachi Ltd 粒子線治療装置
JP5022902B2 (ja) * 2004-09-16 2012-09-12 サザン イノヴェーション インターナショナル プロプライアトリー リミテッド 検出器出力データ内の個別信号分離装置および方法
JP5174005B2 (ja) * 2006-03-28 2013-04-03 ハンプトン ユニバーシティ 適切な生物学的重み付けをしたハドロン治療計画
JP5463509B2 (ja) * 2010-02-10 2014-04-09 株式会社東芝 粒子線ビーム照射装置及びその制御方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE0301508D0 (sv) * 2003-05-23 2003-05-23 Goergen Nilsson Method for pre treatment verification in intensity modulates radiation therapy
US7394082B2 (en) * 2006-05-01 2008-07-01 Hitachi, Ltd. Ion beam delivery equipment and an ion beam delivery method
CN100496386C (zh) * 2006-12-29 2009-06-10 成都川大奇林科技有限责任公司 精确放射治疗计划系统
JP2008173182A (ja) * 2007-01-16 2008-07-31 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 放射線照射方法および放射線治療装置制御装置
CN104324449B (zh) * 2009-08-27 2017-04-12 三菱电机株式会社 粒子射线照射装置及粒子射线治疗装置
EP2483908A1 (fr) * 2009-10-01 2012-08-08 Ion Beam Applications S.A. Dispositif et methode pour le controle en ligne d'un faisceau energetique
WO2012014671A1 (ja) * 2010-07-28 2012-02-02 住友重機械工業株式会社 中性子線照射装置及び中性子線照射装置の制御方法
JP5670126B2 (ja) * 2010-08-26 2015-02-18 住友重機械工業株式会社 荷電粒子線照射装置、荷電粒子線照射方法及び荷電粒子線照射プログラム
JP5645159B2 (ja) 2010-10-08 2014-12-24 独立行政法人放射線医学総合研究所 ビーム測定装置およびその測定方法、ビーム輸送システム
CN103338819B (zh) * 2011-03-08 2015-12-02 三菱电机株式会社 粒子射线治疗装置及粒子射线治疗装置的照射剂量设定方法
US8854048B2 (en) 2011-03-10 2014-10-07 Mitsubishi Electric Corporation Sensitivity correction method for dose monitoring device and particle beam therapy system
US9539443B2 (en) * 2013-03-29 2017-01-10 Microbeam Therapy, Llc. Safety methods and apparatus for low dose-rate radiation for medical and veterinary therapies

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005124852A (ja) * 2003-10-24 2005-05-19 Hitachi Ltd 粒子線治療装置
JP5022902B2 (ja) * 2004-09-16 2012-09-12 サザン イノヴェーション インターナショナル プロプライアトリー リミテッド 検出器出力データ内の個別信号分離装置および方法
JP5174005B2 (ja) * 2006-03-28 2013-04-03 ハンプトン ユニバーシティ 適切な生物学的重み付けをしたハドロン治療計画
JP5463509B2 (ja) * 2010-02-10 2014-04-09 株式会社東芝 粒子線ビーム照射装置及びその制御方法

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