WO2018207244A1 - 粒子線治療装置 - Google Patents

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WO2018207244A1
WO2018207244A1 PCT/JP2017/017478 JP2017017478W WO2018207244A1 WO 2018207244 A1 WO2018207244 A1 WO 2018207244A1 JP 2017017478 W JP2017017478 W JP 2017017478W WO 2018207244 A1 WO2018207244 A1 WO 2018207244A1
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WO
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particle beam
screen monitor
charged particle
monitor
electromagnets
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PCT/JP2017/017478
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English (en)
French (fr)
Inventor
由希子 山田
高明 岩田
Original Assignee
株式会社日立製作所
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy

Definitions

  • the present invention relates to a particle beam therapy apparatus for irradiating an affected area such as cancer with a charged particle beam such as a proton beam or a carbon ion beam.
  • a particle beam therapy system is installed at an accelerator that accelerates a charged particle beam, a beam transport system that transports a charged particle beam that is emitted after being accelerated to the energy set by the accelerator, and a downstream side of the beam transport system. And a particle beam irradiation apparatus for irradiating the irradiation target with the charged particle beam.
  • the first irradiation method scatters and expands a charged particle beam with a scatterer, forms an irradiation field by matching the expanded charged particle beam with the shape of the irradiation target, and applies to the entire affected area of the patient who is the irradiation target.
  • the second irradiation method is a scanning irradiation method (spot scanning method, raster scanning method, etc.) in which a thin pencil beam is scanned to an arbitrary position by a scanning electromagnet so as to match the shape of the irradiation target. .
  • the wobbler method in which a charged particle beam is simultaneously rotated in the X and Y directions by a rotating magnetic field to flatten the irradiation field, is charged by two wobbler electromagnets in the X and Y directions.
  • a particle beam is scanned at high speed along a circular orbit.
  • Patent Document 1 includes an accelerator system for accelerating a charged particle beam and a beam transport system for transporting a high energy beam emitted from the accelerator system to an irradiation position.
  • the beam transport system includes at least one steering electromagnet;
  • a particle beam therapy system (particle beam therapy apparatus) provided with at least one beam position monitor corresponding to this is disclosed.
  • the particle beam therapy system (particle beam therapy apparatus) of Patent Document 1 drives (excites) a steering electromagnet so as to correct the beam position from the detection result of the beam position monitor.
  • Patent Document 2 a plurality of profile monitors are provided in a beam transport device (beam transport system) that transports an ion beam (charged particle beam) accelerated by an accelerator to a scatterer irradiation method irradiation device (particle beam irradiation device).
  • a particle beam therapy system (particle beam therapy apparatus) provided is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses a plurality of profile monitors in a beam transport apparatus (beam transport system) that transports an ion beam (charged particle beam) accelerated by an accelerator to an irradiation apparatus (particle beam irradiation apparatus) of a scanning irradiation method.
  • a particle beam therapy system including one profile monitor in the irradiation apparatus.
  • the particle beam therapy system (particle beam therapy system) of Patent Document 2 drives (excites) a quadrupole electromagnet so as to correct the beam size from the beam size detected by the profile monitor.
  • the particle beam therapy system disclosed in Patent Document 1 beam irradiation is performed in a state where a detachable beam position monitor is installed at an irradiation position at the time of test irradiation, which is irradiation at a preparation stage different from actual irradiation.
  • the particle beam therapy system of Patent Document 1 is based on the premise that the fluctuation of the beam position is periodic with reproducibility, and the steering electromagnet is used to eliminate the periodic fluctuation of the beam position during the test irradiation.
  • the exciting current value is supplied in accordance with the position fluctuation cycle, the periodic exciting current value is acquired, and the periodic exciting current value is stored.
  • the particle beam therapy system of Patent Document 1 supplies a periodic excitation current stored with the beam position monitor removed during actual irradiation to a steering electromagnet. That is, the particle beam therapy system of Patent Literature 1 performs feedforward control during actual irradiation.
  • Patent Document 2 discloses an example in which a quadrupole electromagnet is driven (excited) so as to correct the beam size from the beam sizes detected by a plurality of profile monitors, but charging at a target irradiation position (isocenter) is disclosed. It is not disclosed that the excitation current of the steering electromagnet is adjusted in consideration of the incident angle of the particle beam.
  • the particle beam therapy system of Patent Document 1 does not include two beam position monitors downstream from the scanning electromagnet provided in the nozzle. Also, the particle beam therapy system of Patent Document 2 does not include two profile monitors downstream of the scanning electromagnet provided in the irradiation apparatus.
  • the particle beam therapy systems of Patent Document 1 and Patent Document 2 are not provided with two monitors downstream of the scanning electromagnet for measuring the charged particle beam position, and the charged particle beam is incident on the downstream side of the scanning electromagnet. Since the angle is not known accurately, the accuracy of the charged particle beam position at the target irradiation position (isocenter) is poor.
  • the incident angle of the charged particle beam at a position as close as possible to the target irradiation position (isocenter). Can be used to adjust the beam position of the charged particle at the target irradiation position (isocenter) with higher accuracy.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and measures the beam position of the charged particles at two positions downstream of the scanning electromagnet that scans the charged particle beam, and supports the adjustment of the beam axis.
  • An object of the present invention is to realize a particle beam therapy system provided with a beam adjusting device.
  • the particle beam therapy system includes an accelerator system for accelerating a charged particle beam, a beam transport system for transporting a charged particle beam accelerated by the accelerator system, and a scanning electromagnet for the charged particle beam transported by the beam transport system.
  • a particle beam irradiation apparatus that scans and irradiates an irradiation object, a beam adjustment apparatus that supports adjustment of a beam axis that is an axis of a traveling direction of a charged particle beam in the particle beam irradiation apparatus when not scanned by a scanning electromagnet, and Is provided.
  • the beam transport system includes two x-direction steering electromagnets that deflect a charged particle beam in the x-direction perpendicular to the traveling direction, two y-direction steering electromagnets that deflect the traveling particle and the y-direction perpendicular to the x-direction, and 2 A steering electromagnet power source for supplying an exciting current to each of the two x-direction steering electromagnets and the two y-direction steering electromagnets.
  • the beam adjustment device is arranged to be movable in a direction crossing the beam axis on the downstream side of the scanning electromagnet of the particle beam irradiation device, and detects a beam position of the charged particle beam by light emission, and the first screen monitor A second screen monitor, which is detachably disposed at the distal end of the particle beam irradiation apparatus close to the irradiation target on the downstream side and detects the beam position of the charged particle beam by light emission, and the beams of the first screen monitor and the second screen monitor Two cameras each for observing the light emitting surface, and a beam adjustment calculator for calculating values of excitation currents of the two x-direction steering electromagnets and the two y-direction steering electromagnets.
  • the beam adjustment computer is a first beam position that is a beam position of the charged particle beam in the first screen monitor and a beam position of the charged particle beam that is in the second screen monitor based on the image signals output from the two cameras.
  • the excitation current values of the two x-direction steering electromagnets and the two y-direction steering electromagnets are calculated so that the two beam positions exist on the reference beam trajectory passing through the isocenter that is the target irradiation position.
  • the particle beam therapy system includes a charged particle beam in a first screen monitor movably disposed downstream of a scanning electromagnet and a second screen monitor detachably disposed at a tip of the particle beam irradiation apparatus.
  • the actual beam axis can be made to coincide with the beam axis set in the particle beam therapy system with high accuracy, and the irradiation accuracy can be improved as compared with the conventional case.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a particle beam therapy system according to Embodiment 1 of the present invention. It is a block diagram which shows the structure of the particle beam irradiation apparatus of FIG. 1 in the case of a treatment. It is a block diagram which shows the structure of the particle beam irradiation apparatus of FIG. 1 in the case of beam axis adjustment. It is an enlarged view which shows the engaging part of the snout of FIG. 3, and a screen monitor holder. It is a figure explaining the position adjustment of the screen monitor of the upstream with respect to arrangement
  • positioning change apparatus It is a figure explaining position adjustment of an arrangement change device. It is a figure explaining the position adjustment of the downstream screen monitor. It is a figure which shows the screen monitor of an upstream.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a particle beam therapy system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing the configuration of the particle beam irradiation apparatus of FIG. 1 during treatment.
  • FIG. 3 is a configuration diagram showing the configuration of the particle beam irradiation apparatus of FIG. 1 when adjusting the beam axis.
  • FIG. 4 is an enlarged view showing an engaging portion between the snout of FIG. 3 and the screen monitor holder.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the position adjustment of the upstream screen monitor with respect to the arrangement changing device
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the position adjustment of the arrangement changing device.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the position adjustment of the downstream screen monitor.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a particle beam therapy system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing the configuration of the particle beam irradiation apparatus of FIG. 1 during treatment.
  • FIG. 8 is a diagram showing an upstream screen monitor
  • FIG. 9 is a diagram showing a camera image of the upstream screen monitor.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a screen monitor and a camera image on the downstream side.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a procedure for adjusting the steering electromagnet.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a method for calculating the steering angle of the steering electromagnet, and
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the steering angle of the steering electromagnet.
  • FIG. 14 is a functional block diagram of a beam adjustment computer that executes the procedure of FIG. 11, and
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a hardware configuration of the beam adjustment computer.
  • the particle beam therapy system 100 circulates an incident system 1 including an ion source (not shown), an injector 11, quadrupole electromagnets 12a and 12b, and a charged particle beam 44 emitted from the injector 11.
  • An accelerator system 2 which is a synchrotron or the like for accelerating to a required energy while being charged, a beam transport system 3 for transporting a charged particle beam 44 accelerated to a required energy by the accelerator system 2 to the particle beam irradiation apparatus 4, and a charge
  • a particle beam irradiation device 4 for irradiating a particle beam 44 with an affected area 43 (irradiation target) of a patient 42 to form an irradiation field, an incident system 1, an accelerator system 2, a beam transport system 3, and a particle beam irradiation device 4.
  • An irradiation control device 5 to be controlled and a beam adjustment device 18 that supports the adjustment of the beam axis of the particle beam irradiation device 4 are provided.
  • the beam axis that is supported by the beam adjusting device 18 is an axis in the traveling direction of the charged particle beam 44 when the particle beam irradiation device 4 is not scanned by the scanning electromagnets 25x and 25y.
  • a charged particle beam 44 generated by an injector 11 is incident on an accelerator system 2 such as a synchrotron, where it is accelerated to a required energy.
  • the charged particle beam 44 accelerated by the accelerator system 2 is emitted from the deflecting electromagnet 20 for emission to the beam transport system 3, and the beam trajectory is adjusted via various electromagnets described later and is transported to the particle beam irradiation apparatus 4.
  • the affected part 43 (irradiation target) of the patient 42 is irradiated by the particle beam irradiation device 4.
  • the beam transport system 3 includes a plurality of quadrupole electromagnets 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h, 22i, and 22j that adjust the beam size of the charged particle beam 44, and steering electromagnets 23a and 23b that correct the beam trajectory.
  • the particle beam irradiation device 4 includes scanning electromagnets 25x and 25y, a layout changing device 28 including a plurality of scatterers (not shown) and a screen monitor 30, vacuum ducts 26, 27a, and 27c, and a snout 39. .
  • the particle beam irradiation apparatus 4 includes, for example, a dose monitor, a ridge filter, a range shifter, a position monitor, a block collimator, a multi-leaf collimator, a compensation filter, and a patient collimator.
  • the arrangement changing device 28 includes other components in addition to the screen monitor 30.
  • the arrangement changing device 28 includes a screen monitor 30, a vacuum duct 27 b, a support bar 54 connected to the screen monitor 30, and a drive unit 55 that drives the support bar 54.
  • the support bar 54 and the driving device 55 are a screen monitor moving device 52 that moves the screen monitor 30.
  • the drive device 55 moves the support bar 54 by compressed air.
  • Scanning electromagnets 25x and 25y are electromagnets that expand the irradiation field, for example, scanning electromagnets.
  • the beam traveling direction in which the charged particle beam 44 travels is the s direction
  • the beam axis in which the charged particle beam 44 travels is the s axis (axis in the s direction).
  • the scanning electromagnet 25x scans the charged particle beam 44 in a direction perpendicular to the s axis (x direction)
  • the scanning electromagnet 25y scans the charged particle beam 44 in a direction perpendicular to the s axis and x axis (y direction).
  • a scatterer (not shown) is made of lead or the like and scatters the charged particle beam 44.
  • a ridge filter (not shown) is made of aluminum or the like, and expands the width of the Bragg peak according to the thickness of the irradiation target (affected part 43).
  • a range shifter (not shown) changes the energy of the charged particle beam 44 and changes the range of the charged particle beam 44.
  • a dose monitor (not shown) detects the dose of the charged particle beam 44.
  • a position monitor (not shown) detects beam information through which the charged particle beam 44 scanned by the scanning electromagnets 25x and 25y passes. Based on the beam information, the passing position (center of gravity position) and size of the charged particle beam 44 are calculated by a data processing device (not shown).
  • the irradiation control device 5 starts irradiation of the charged particle beam 44 based on treatment plan data created by a treatment planning device (not shown). When the dose measured by the dose monitor reaches the target dose, the irradiation control device 5 Stop.
  • a block collimator limits the beam range perpendicular to the beam axis of the charged particle beam 44.
  • a multi-leaf collimator includes a leaf unit composed of a plurality of leaf plates and a leaf drive mechanism that drives each of the leaf plates.
  • the irradiation field (planar shape) perpendicular to the beam axis of the charged particle beam 44 is changed to an affected part shape. Adjust to almost match.
  • a compensation filter (not shown) adjusts the energy of the charged particle beam 44 so as to match the depth shape (distal shape) of the irradiation target (affected part 43).
  • a patient collimator (not shown) adjusts the irradiation field (planar shape) perpendicular to the beam axis adjusted by the multi-leaf collimator so as to match the affected part shape with high accuracy.
  • the small-sized affected part 43 may be adjusted so that the irradiation field (planar shape) perpendicular to the beam axis is matched to the affected part shape by using a block collimator and a patient collimator without using a multi-leaf collimator.
  • the large-sized affected part 43 may be adjusted by using a block collimator and a multi-leaf collimator so that the irradiation field (planar shape) perpendicular to the beam axis matches the affected part shape without using a patient collimator.
  • the isocenter 48 is an irradiation center for irradiating the irradiation target (affected part 43) with the charged particle beam 44, and is a reference for beam axis adjustment.
  • the reference beam trajectory 45 is a beam trajectory through which the charged particle beam 44 passes through the isocenter 48 when not scanned by the scanning electromagnets 25x and 25y.
  • the drift line 47 is a range in the s direction in which the charged particle beam 44 from the upstream scanning electromagnet 25x to the isocenter 48 is scanned.
  • the screen monitor 30 is placed in a vacuum.
  • the vacuum duct 27 b is provided with a window 53 for observing the screen monitor 30, and the screen monitor 30 is photographed by the camera 56 from the window 53.
  • a dose monitor, a ridge filter, a range shifter, and a position monitor (not shown) are arranged on the upstream side of the beam from the ceiling 46, for example.
  • the snout 39 is a tip that houses a block collimator (not shown) and a multi-leaf collimator (not shown).
  • the screen monitor 30 is retracted to a position where the charged particle beam 44 does not hit.
  • the screen monitor 30 is moved to the retracted position by the screen monitor moving device 52.
  • a screen monitor 30a indicated by a broken line in FIG. 2 is the screen monitor 30 at the time of beam axis adjustment.
  • the screen monitor 30 is moved to the beam measurement position (position of the screen monitor 30a) by the screen monitor moving device 52.
  • Beam axis adjustment is performed when the particle beam therapy system 100 is started up and during maintenance work (maintenance).
  • the screen monitor 30 is moved from the retracted position shown in FIG. 2 to the beam measurement position by the screen monitor moving device 52.
  • a compensation filter and a patient collimator (not shown) arranged on the downstream side of the snout 39 during the treatment are moved away from the reference beam trajectory 45.
  • a screen monitor holder 59, a screen monitor 31, and a camera 57 are arranged downstream of the snout 39.
  • FIG. 3 shows an example in which the camera 56 that observes the screen monitor 30 is arranged at an angle that is obliquely shifted from the normal line perpendicular to the surface of the screen monitor 30.
  • FIG. 3 shows an example in which the camera 57 that observes the surface of the screen monitor 31 is arranged so as to be parallel to a normal line perpendicular to the surface of the screen monitor 31.
  • the screen monitor holder 59 includes a plurality of engaging portions 74 at the upstream end portion, and is engaged with and fixed to a plurality of engaging portions 71 provided at the lower end portion of the snow note 39.
  • the engaging portion 71 has a claw 72 protruding toward the screen monitor holder 59 side.
  • the claw 72 of the engaging portion 71 presses the engaging portion 74 toward the snout 39 from the downstream surface of the engaging portion 74, that is, the downstream surface 75.
  • the screen monitor holder 59 is fixed to the snout 39 at a position in the s direction parallel to the reference beam trajectory 45.
  • the outer peripheral surface 76 of the engaging portion 74 is in contact with the inner peripheral surface 73 of the opposing engaging portion 71.
  • the engaging portion 71 is an irradiation device engaging portion
  • the engaging portion 74 is a holder engaging portion.
  • the position adjustment method for the screen monitors 30 and 31 will be described.
  • the screen monitor 30 arranged inside the arrangement changing device 28 is positioned with respect to the arrangement changing device 28.
  • the screen monitor 30 is a rectangular (rectangular) plate-like light emitter, and as shown in FIG. 8, a reference mark 62 is provided at the center of each side, and a position reference line 63 connecting the reference marks 62 facing each other, 64 is provided.
  • FIG. 8 shows an example in which the outer shape of the screen monitor 30 is a square, and the position reference line 63 and the position reference line 64 are vertical. As shown in FIG.
  • the screen monitor 30 is positioned at a position where the center point of the screen monitor 30, for example, the intersection of the position reference line 63 and the position reference line 64 passes through the reference axis 65.
  • the arrangement changing device 28 is arranged so that the reference axis 65 coincides with the reference beam trajectory 45.
  • This position is the beam measurement position. Since the screen monitor 30 is moved by the screen monitor moving device 52 along the monitor moving line 60, the beam measurement position is adjusted by the screen monitor moving device 52 when adjusting the beam axis.
  • a broken line 61 is a line parallel to the position reference line 64.
  • FIG. 5 shows an example in which the reference axis 65 and the monitor movement line 60 intersect at an angle ⁇ , and the broken line 61 and the monitor movement line 60 intersect at an angle ⁇ . In FIG. 5, the angle ⁇ is 90 °.
  • the arrangement changing device 28 is arranged with reference to an apparatus reference position 50 and an isocenter 48 defined on the reference beam trajectory 45, for example.
  • the arrangement changing device 28 is positioned and fixed by matching the reference axis 65 and the reference beam trajectory 45 and aligning the reference in the s direction of the arrangement changing device 28 with the apparatus reference position 50 and the isocenter 48. Is done.
  • the reference in the s direction of the arrangement changing device 28 is, for example, the upstream surface 77 of the arrangement changing device 28 or the downstream surface 78 of the arrangement changing device 28.
  • the screen monitor 30 whose position has been adjusted is arranged at the beam measurement position or the retracted position by driving the screen monitor moving device 52 in accordance with a remote instruction from the user.
  • the screen monitor 30 is movably disposed on the downstream side of the scanning electromagnets 25x and 25y of the particle beam irradiation device 4. The screen monitor 30 is moved to the beam measurement position during beam axis adjustment, and is moved from the beam measurement position to the retracted position during treatment.
  • the screen monitor 31 is positioned with respect to the screen monitor holder 59 with respect to the apparatus reference position 50 and the isocenter 48.
  • the screen monitor 31 is configured in the same manner as the screen monitor 30.
  • the screen monitor 31 is a rectangular (rectangular) plate-shaped light emitter, and as shown in FIG. 10, a reference mark 62 is provided at the center of each side, and position reference lines 63 and 64 connecting the reference marks facing each other. Is provided.
  • FIG. 10 shows an example in which the outer shape of the screen monitor 31 is a square, and the position reference line 63 and the position reference line 64 are vertical.
  • the screen monitor 31 is positioned at a position where the center point of the screen monitor 31, for example, the intersection of the position reference line 63 and the position reference line 64 coincides with the isocenter 48 on the reference beam trajectory 45. More specifically, the screen monitor 31 has a center point of the screen monitor 31, for example, an intersection of the position reference line 63 and the position reference line 64, on the reference beam trajectory 45 within the screen monitor holder 59 fixed to the snout 39. It is positioned at a position coinciding with the isocenter 48.
  • the screen monitor 31 whose position is adjusted with respect to the screen monitor holder 59 is placed at the beam measurement position or the retracted position by a user's manual operation.
  • the screen monitor 31 is detachably disposed at the tip of the particle beam irradiation device 4 closest to the irradiation target (affected part 43), that is, downstream of the snow note 39.
  • the screen monitor 31 is mounted on the downstream side of the snow note 39 during beam axis adjustment, and is detached from the downstream side of the snow note 39 during treatment.
  • the screen monitor holder 59 is fixed to the snout 39 using a fitting method, that is, a method of fitting by the engaging portions 71 and 74. Therefore, when the screen monitor holder 59 is fixed to the snout 39 at the next beam axis adjustment, the screen monitor 31 is disposed at a predetermined position with respect to the apparatus reference position 50 and the isocenter 48.
  • step S001 the particle beam irradiation apparatus 4 is configured as shown in FIG.
  • the beam positions Pb and Pc on the screen monitors 30 and 31 are photographed with the camera in order from the upstream side, and the beam positions Pb and Pc are calculated (beam position calculation procedure). Since the screen monitor using the plate-like illuminant does not allow the charged particle beam to pass downstream, the screen monitor upstream of the screen monitor to be observed is moved from the reference beam trajectory 45 to the retracted position. When measuring the beam position Pb of the charged particle beam 44 on the screen monitor 30, the screen monitor 29 on the upstream side of the screen monitor 30 is moved to the retracted position.
  • the configuration of the screen monitors 29, 30, and 31, which are plate-like light emitters, will be described in detail.
  • the screen monitors 29, 30, and 31 include a substrate and an intensifying screen that is disposed on the upstream side of the substrate and emits light when the charged particle beam 44 hits.
  • intensifying screen intensifying screen PS-H manufactured by Fuji Film Medical can be used.
  • a beam emission 66 is generated on the screen monitor 30 as shown in FIG.
  • the beam emission 66 shows an example having a plurality of luminance contour lines.
  • the luminance contour line on the center side has higher luminance than the outer luminance contour line.
  • the beam emission 66 is captured by the camera 56, and the image signal sig 1 is transmitted to the beam adjustment computer 17.
  • the beam adjustment computer 17 includes a processor 91, a memory 92, and a monitor 93, and various functions are realized by the processor 91 executing programs stored in the memory 92.
  • the beam adjustment computer 17 displays the camera image of the screen monitor 30 on the monitor 93 of the beam adjustment computer 17 from the image signal sig1 as shown in FIG. Since the camera 56 is disposed at an angle that is obliquely shifted from the normal line perpendicular to the surface of the screen monitor 30, the outer shape of the screen monitor 30 is a rectangle contracted in the x direction.
  • the beam adjustment computer 17 calculates the gravity center of the luminance of the beam emission 66 from the camera image of the screen monitor 30, and calculates the luminance center of gravity as the beam position Pb.
  • the calculated beam position Pb is stored in the memory 92 of the beam adjustment computer 17.
  • the screen monitor 30 is moved to the retracted position (the position of the screen monitor 30 in FIG. 2) by driving the screen monitor moving device 52 according to a remote instruction from the user.
  • a beam emission 67 is generated on the screen monitor 31 as shown in FIG. 10 shows an example in which the beam emission 67 has a plurality of luminance contour lines, similar to the beam emission 66 of FIG.
  • the luminance contour line on the center side has higher luminance than the outer luminance contour line.
  • the beam emission 67 is captured by the camera 57, and the image signal sig2 is transmitted to the beam adjustment computer 17.
  • the beam adjustment computer 17 displays the camera image of the screen monitor 31 on the monitor 93 of the beam adjustment computer 17 from the image signal sig2 as shown in FIG. Since the camera 57 is arranged so as to be parallel to the normal line perpendicular to the surface of the screen monitor 31, the outer shape of the screen monitor 30 remains square.
  • the beam adjustment calculator 17 calculates the center of gravity of the luminance of the beam emission 67 from the camera image of the screen monitor 31, and calculates the center of gravity of the luminance as the beam position Pc.
  • the calculated beam position Pc is stored in the memory 92 of the beam adjustment computer 17.
  • step S002 the beam adjustment computer 17 calculates the slip angles ⁇ a , ⁇ b , ⁇ c , and ⁇ d of the steering electromagnets 23a, 23b, 23c, and 23d (slip angle calculation procedure).
  • slip angle calculation procedure A method of calculating the slip angles ⁇ a , ⁇ b , ⁇ c , and ⁇ d of the steering electromagnets 23a, 23b, 23c, and 23d will be described later.
  • step S003 the values of the excitation currents Ia, Ib, Ic, Id of the steering electromagnets 23a, 23b, 23c, 23d corresponding to the slip angles ⁇ a , ⁇ b , ⁇ c , ⁇ d calculated in step S002 are calculated.
  • Current value calculation procedure Specifically, the magnetic field B is calculated from the relationship angle ⁇ for each energy of the charged particle beam 44 from the relational expression of the magnetic field of the steering electromagnet, the energy of the charged particle beam, and the steering angle of the steering electromagnet.
  • the calculated magnetic field B is converted into an excitation current value I from the relational expression or conversion table of the steering electromagnet magnetic field and the excitation current value (excitation current value).
  • step S004 the values of the excitation currents Ia, Ib, Ic, and Id are set in the steering electromagnet power supplies 24a, 24b, 24c, and 24d of the steering electromagnets 23a, 23b, 23c, and 23d (current value setting procedure).
  • a method of calculating the slip angles ⁇ a , ⁇ b , ⁇ c , and ⁇ d of the steering electromagnets 23a, 23b, 23c, and 23d in the procedure of step S002, that is, the slip angle calculating procedure will be described.
  • Adjustment of the beam axis by the steering electromagnet usually adjusts the x direction and the y direction independently.
  • the steering electromagnets 23a and 23c are steering electromagnets for the x direction
  • the steering electromagnets 23b and 23d are steering electromagnets for the y direction. As shown in FIG.
  • the beam axis adjustment in the x direction or the beam axis in the y direction is performed by the two steering electromagnets 70a and 70b.
  • the two steering electromagnets 70a and 70b are the steering electromagnets 23a and 23c, respectively.
  • the two steering electromagnets 70a and 70b are the steering electromagnets 23b and 23d, respectively.
  • Dashed lines 81a, 81b, 81c, 81d are lines for indicating the sections R1, R2, R3 in FIG.
  • the broken lines 81a and 81b are lines that pass through the changing point of the beam trajectory in FIG. 13, and the broken line 81d is also a line that passes through the isocenter 48.
  • Beam transport of a charged particle beam is expressed using a transport matrix. Again, consider transport of the charged particle beam 44 using a transport matrix.
  • FIG. 12 shows a screen monitor 29, steering electromagnets 70a and 70b, and screen monitors 30 and 31 arranged on the reference beam trajectory 45.
  • the beam trajectory 68 is a beam trajectory of the charged particle beam 44 before beam axis adjustment.
  • the beam positions on the screen monitors 29, 30, and 31 before beam axis adjustment are Pa, Pb, and Pc, respectively.
  • the beam positions Pa, Pb, Pc are (s 1 , x 1 , y 1 ), (s 2 , x 2 , y 2 ), ( s 3 , x 3 , y 3 ).
  • the angle (x ′, y ′) at the position (x, y) is also used.
  • Prime ' represents the differentiation by s, that is, d / ds.
  • the beam axis adjustment in the x direction will be described.
  • the beam axis adjustment in the y direction is the same as the beam axis adjustment in the x direction.
  • the charged particle beam 44 during beam transportation is affected by a magnetic field by the equipment of the beam transport system 3 and the equipment of the particle beam irradiation apparatus 4, and the position and angle thereof change.
  • the charged particle beam 44 receives the action A by the magnetic field of the deflection electromagnet and the quadrupole electromagnet shown in FIG.
  • the charged particle beam 44 is subjected to the action B by the magnetic fields of the deflecting electromagnet and the quadrupole electromagnet shown in FIG. 1 and the magnetic fields of the scanning electromagnets 25x and 25y shown in FIG. .
  • the scanning electromagnets 25x and 25y are not excited with the excitation current, but there may be an influence due to a residual magnetic field or the like.
  • the charged particle beam 44 is subjected to the action C by equipment downstream from the screen monitor 30.
  • Actions A, B, and C can be expressed as transport matrices A, B, and C as shown in equations (1), (2), and (3), respectively.
  • the transport matrices A, B, and C can be obtained by calculation and are prepared in advance.
  • the relationship between the position and angle in the x direction on the screen monitor 29 and the position and angle in the x direction on the screen monitors 30 and 31 can be generally expressed as equations (4) and (5).
  • (x 1 , x ′ 1 ) is the position x 1 in the x direction on the screen monitor 29, the angle x ′ 1 in the x direction, that is, the position x 1 in the x direction at the beam position Pa on the beam trajectory 68, x is the direction of the angle x'1.
  • (X 2 , x ′ 2 ) is a position x 2 in the x direction on the screen monitor 30, an angle x ′ 2 in the x direction, that is, a position x 2 in the x direction at the beam position Pb on the beam trajectory 68 orbit. it is the angle x'2.
  • (X 3 , x ′ 3 ) is the position x 3 in the x direction on the screen monitor 31, the angle x ′ 3 in the x direction, that is, the position x 3 in the x direction at the beam position Pc on the beam trajectory 68, and the x direction it is the angle x'3.
  • the slip angle ⁇ 0 is an angle between the extension line 82a of the beam trajectory 69 of the charged particle beam incident on the steering electromagnet 70a and the beam trajectory 69 deflected by the steering electromagnet 70a.
  • the bevel angle ⁇ 1 is an angle between the extension line 82b of the beam trajectory 69 of the charged particle beam incident on the steering electromagnet 70b and the beam trajectory 69 (reference beam trajectory 45) deflected by the steering electromagnet 70b.
  • the beam trajectory is adjusted by the steering electromagnets 70a and 70b so that the beam trajectory 69 coincides with the reference beam trajectory 45 on the downstream side of the steering electromagnet 70b.
  • the coordinates S1, S2, and S3 are coordinates at which the broken lines 81a, 81b, and 81d intersect the s axis.
  • the beam position Pa of the charged particle beam 44 in the screen monitor 29 is adjusted on the reference beam trajectory 45.
  • the beam positions in the x direction measured by the screen monitors 30 and 31 are respectively expressed as ⁇ x 2 , and ⁇ x 3.
  • the beam positions ⁇ x 2 and ⁇ x 3 in the x direction are expressed with the point where the reference beam trajectory 45 passes through the screen monitors 30 and 31 as the origin.
  • the beam position ⁇ x 2 in the x direction can also be referred to as offset coordinates in the screen monitor 30 with reference to the reference beam trajectory 45.
  • the positions ⁇ x 2 and ⁇ x 3 including the slip angles ⁇ 0 and ⁇ 1 indicate the position changing action by the steering electromagnets 70a and 70b.
  • the angles ⁇ x ′ 2 and ⁇ x ′ 3 including the slip angles ⁇ 0 and ⁇ 1 indicate the angle changing action by the steering electromagnets 70a and 70b. Since the steering electromagnet 70a does not change the position in the x direction, the position changing action in the x direction by the steering electromagnet 70a is zero. Since steering magnet 70a is changed to kick angle theta 0 the angle of the x-direction, the angle changing action of the x-direction by the steering magnet 70a is theta 0.
  • the matrix of 2 rows and 1 column having 0 and ⁇ 0 as components is the action of the steering electromagnet 70a, that is, the position changing action in the x direction and the angle changing action in the x direction.
  • the matrix of 2 rows and 1 column having 0 and ⁇ 0 as components is the action of the steering electromagnet 70a, that is, the position changing action in the x direction and the angle changing action in the x direction.
  • it is (0, ⁇ 0 ).
  • the position changing action in the x direction by the steering electromagnet 70b is zero. Since steering magnet 70b is changed to kick angle theta 1 the angle of the x-direction, the angle changing action of the x-direction by the steering magnet 70b is theta 1.
  • the 2 ⁇ 1 matrix having 0 and ⁇ 1 as components is the action of the steering electromagnet 70b, that is, the position changing action in the x direction and the angle changing action in the x direction. When expressed in a vector format, it is (0, ⁇ 1 ).
  • equation (8) is obtained.
  • each component A 11 , A 12 , A 21 , A 22 , B 11 , B 12 , B 21 , B 22 , C 11 , C 12 , C 21 , C 22 of the transport matrix A, B, C. Can be obtained by calculation and is a known constant.
  • ⁇ x 2 and ⁇ x 3 are beam positions in the x direction measured by the screen monitors 30 and 31 and are known. Accordingly, the angles ⁇ 0 and ⁇ 1 can be calculated by solving the simultaneous statutory formula of the equation (8).
  • the beam adjustment computer 17 uses a program installed in the beam adjustment computer 17 to perform the beam position calculation unit 83, the slip angle calculation unit 84, the current value calculation unit 85, and the like shown in FIG. 14.
  • Each functional block of the current value setting unit 86 is configured.
  • the beam position calculation unit 83 is a functional block that executes the procedure of step S001
  • the slip angle calculation unit 84 is a functional block that executes the procedure of step S002.
  • the current value calculation unit 85 is a functional block that executes the procedure of step S003
  • the current value setting unit 86 is a functional block that executes the procedure of step S004.
  • the beam position calculation unit 83 calculates the gravity center of the luminance of the beam emission 66 by the charged particle beam 44 in the monitor image generated by the image signal sig1 of the screen monitor 30, and calculates the luminance gravity center of the beam emission 66 by the screen monitor 30. Is calculated as the beam position Pb of the charged particle beam 44 at.
  • the beam position calculation unit 83 calculates the barycenter of the luminance of the beam emission 67 by the charged particle beam 44 in the monitor image generated by the image signal sig2 of the screen monitor 31, and the barycenter of the luminance of the beam emission 67 is calculated on the screen. This is calculated as the beam position Pc of the charged particle beam 44 on the monitor 31.
  • the angle calculation unit 84 performs two x-direction steering operations so that the beam position Pb of the charged particle beam 44 on the screen monitor 30 and the beam position Pc of the charged particle beam 44 on the screen monitor 31 exist on the reference beam trajectory 45.
  • the deflection angles ⁇ a and ⁇ c that are the deflection angles of the steering electromagnets 23a and 23c, which are electromagnets, are calculated, respectively, and the deflection angles ⁇ b and ⁇ that are the deflection angles of the two steering electromagnets 23b and 23d, which are y-direction steering electromagnets. d is calculated.
  • Current value calculating section 85 steering magnets 23a, 23c of the kick angle theta a, theta steering magnets 23a based on the c, 23c of the excitation current Ia, calculates the value of Ic, further steering magnets 23b, kicking angle 23d theta b, calculated steering magnets 23b, 23d of the exciting current Ib, the value of Id on the basis of the theta d.
  • the current value setting unit 86 sets the values of the excitation currents Ia, Id, Ic, and Id calculated by the current value calculation unit 85 in the steering electromagnet power supplies 24a, 24b, 24c, and 24d.
  • the particle beam therapy system 100 includes two screen monitors 30 and 31 arranged on a drift line 47 from the scanning electromagnets 25x and 25y to the isocenter 48 during beam axis adjustment.
  • the beam positions Pb and Pc are measured, and the slip angles ⁇ a , ⁇ b , ⁇ c , and ⁇ d of the steering electromagnets 23a, 23b, 23c, and 24d disposed in the beam transport system 3 are calculated based on the beam positions Pb and Pc.
  • the actual beam axis of the particle beam irradiation apparatus 4 can be made to coincide with the reference beam axis (axis along the reference beam trajectory 45) set in the particle beam therapy apparatus 100 with high accuracy, which is higher than in the past. Irradiation accuracy can be improved.
  • the particle beam therapy system 100 uses the charged particle beam in the two screen monitors 30 and 31 disposed on the drift line 47 from the scanning electromagnets 25x and 25y to the isocenter 48 at the time of beam axis adjustment. 44, the beam positions Pb, Pc of the steering electromagnets 23a, 23b, 23c, 24d are measured so that the beam positions Pb, Pc exist on the reference beam trajectory 45 passing through the isocenter 48 that is the target irradiation position.
  • the values of the excitation currents Ia, Id, Ic and Id are calculated, and the steering angles of the steering electromagnets 23a, 23b, 23c and 24d arranged in the beam transport system 3 based on the values of the excitation currents Ia, Id, Ic and Id.
  • ⁇ a, ⁇ b, ⁇ c , ⁇ since adjusting the d, actual beam axis of the particle beam irradiation apparatus 4 is a particle beam therapy system 100 Can be matched to the precision constant criteria beam axis (the reference beam orbit 45 axis along the) can than conventional improving the irradiation accuracy.
  • the particle beam therapy system 100 uses two screen monitors 30 and 31 to measure the beam positions Pb and Pc of the charged particle beam 44.
  • the merit of using the screen monitors 30 and 31 will be described.
  • the screen monitors 30 and 31 have a simple structure including an intensifying screen arranged on a substrate, and are less expensive than a position monitor or a flatness monitor having a plurality of wires, so that the monitor can be easily adjusted. There is a merit that can be done.
  • the position monitor arranges a plurality of detection channels (wires) in gas to be ionized, and detects the passing position of the charged particle beam by the plurality of detection channels (wires).
  • the position monitor collects about 256 channels of data.
  • the flatness monitor has the same structure as the position monitor.
  • the flatness of the charged particle beam is measured by collecting data of about 30 channels.
  • the position monitor and the flatness monitor are connected to each detection channel with a signal cable, and are larger than the screen monitor, and installation adjustment and the like are complicated.
  • the flatness monitor is smaller than the position monitor, but because there are few detection channels, the passing position of the charged particle beam can be measured only with the accuracy of the number of detection channels, that is, the beam position can be determined with high accuracy like a screen monitor. It cannot be measured.
  • the screen monitors 30 and 31 have a simple structure and can measure the beam position with high accuracy.
  • the particle beam therapy system 100 includes the screen monitor 30 movably in a vacuum duct that maintains a part of the particle beam irradiation apparatus 4 in a vacuum, the particle beam irradiation apparatus is used for beam axis adjustment. Since the screen monitor 30 can be disposed on the reference beam trajectory 45 without breaking the vacuum of 4, preparation for beam position measurement by the screen monitor 30 can be facilitated. Further, since the position of the screen monitor 31 disposed on the downstream side of the drift line 47 at the time of beam axis adjustment is adjusted with respect to the screen monitor holder 59, if the screen monitor holder 59 is fixed to the snout 39, the device They are arranged at predetermined positions with reference to the reference position 50 and the isocenter 48. Preparation of beam position measurement by the screen monitor 31 disposed on the downstream side can be facilitated.
  • FIGS. 11 and 14 show an example of an adjustment procedure for adjusting the beam axis in the drift line 47 and an example of a functional block diagram of the beam adjustment computer.
  • FIG. 11 shows the beam axis in the drift line even in other adjustment procedures. Can be adjusted.
  • FIG. 16 is a flowchart showing another adjustment procedure for adjusting the beam axis in the drift line
  • FIG. 17 is a functional block diagram of a beam adjustment computer for executing the procedure of FIG.
  • steps S003 and S004 in the flowchart of FIG. 11 are replaced with steps S005 and S006. The different parts will be described below.
  • step S005 the values of the excitation currents Ia, Ib, Ic, Id of the steering electromagnets 23a, 23b, 23c, 23d corresponding to the slip angles ⁇ a , ⁇ b , ⁇ c , ⁇ d calculated in step S002, and charging Offset current values ⁇ Ia, ⁇ Ib which are differences between the initial current values of the steering electromagnets 23a, 23b, 23c, 23d when the beam emission of the particle beam 44 is observed and the calculated excitation currents Ia, Ib, Ic, Id. , ⁇ Ic, ⁇ Id are calculated (current value calculation procedure).
  • step S006 offset current values ⁇ Ia, ⁇ Ib, ⁇ Ic, ⁇ Id are set in the steering electromagnet power supplies 24a, 24b, 24c, 24d of the steering electromagnets 23a, 23b, 23c, 23d (current value setting procedure).
  • the steering electromagnet power supplies 24a, 24b, 24c, and 24d are offset currents set in the current value setting procedure to the initial current values of the steering electromagnets 23a, 23b, 23c, and 23d when the beam emission of the charged particle beam 44 is observed. Excitation currents Ia, Ib, Ic, and Id having values obtained by adding the values ⁇ Ia, ⁇ Ib, ⁇ Ic, and ⁇ Id are supplied to the respective steering electromagnets 23a, 23b, 23c, and 23d.
  • the Current calculation section 85 executes step S005 of FIG. 16, the steering electromagnets 23a, 23c of the excitation current Ia, the value of Ic is calculated on the basis of the steering magnet 23a, kick angle theta a to 23c, the theta c, further steering Based on the slip angles ⁇ b and ⁇ d of the electromagnets 23b and 23d, the values of the excitation currents Ib and Id of the steering electromagnets 23b and 23d are calculated.
  • the current value calculation unit 85 also includes initial current values of the steering electromagnets 23a, 23b, 23c, and 23d when the beam emission of the charged particle beam 44 is observed, and calculated excitation currents Ia, Ib, Ic, and Id.
  • the current value setting unit 86 sets the offset current values ⁇ Ia, ⁇ Ib, ⁇ Ic, and ⁇ Id calculated by the current value calculation unit 85 in the steering electromagnet power supplies 24a, 24b, 24c, and 24d.
  • the offset current values ⁇ Ia, ⁇ Ib, ⁇ Ic, ⁇ Id are set in the steering electromagnet power supplies 24a, 24b, 24c, 24d, the difference from the steering electromagnet power supply when the particle beam therapy system 100 is started up, that is, the offset current value ⁇ Ia , ⁇ Ib, ⁇ Ic, and ⁇ Id, the offset current value change tendency can be known, and the scheduled date for performing maintenance work (maintenance) can be set appropriately.
  • the particle beam therapy system 100 includes the accelerator system 2 that accelerates the charged particle beam 44, the beam transport system 3 that transports the charged particle beam 44 accelerated by the accelerator system 2, and the beam.
  • the charged particle beam 44 transported by the transport system 3 is scanned by the scanning electromagnets 25x and 25y to irradiate the irradiation target (affected part 43), and the scanning electromagnets 25x and 25y in the particle beam irradiating device 4 are used.
  • a beam adjusting device 18 for assisting adjustment of a beam axis which is an axis in the traveling direction of the charged particle beam 44 when not scanned.
  • the beam transport system 3 deflects the charged particle beam 44 in two x-direction steering electromagnets (steering electromagnets 23a and 23c) that are perpendicular to the traveling direction and the y-direction perpendicular to the traveling direction and the x-direction.
  • Two y-direction steering electromagnets (steering electromagnets 23b and 23d), two x-direction steering electromagnets (steering electromagnets 23a and 23c), and two y-direction steering electromagnets (steering electromagnets 23b and 23d) are respectively excited currents Ia and Ic. , Ib, Id, steering electromagnet power supplies 24a, 24c, 24b, 24d.
  • the beam adjustment device 18 is arranged to be movable in the direction intersecting the beam axis on the downstream side of the scanning electromagnets 25x and 25y of the particle beam irradiation device 4, and detects the beam position of the charged particle beam 44 by light emission.
  • the charged particle beam is detachably disposed at the tip of the particle beam irradiation device 4 (snaught 39) near the irradiation target (affected part 43) on the downstream side of the screen monitor 30) and the first screen monitor (screen monitor 30).
  • the beam adjustment computer 17 is a first beam position (beam) which is a beam position of the charged particle beam 44 in the first screen monitor (screen monitor 30) based on the image signals sig1 and sig2 output from the two cameras 56 and 57.
  • Position Pb) and the second beam position (beam position Pc) which is the beam position of the charged particle beam 44 in the second screen monitor (screen monitor 31) is on the reference beam trajectory 45 passing through the isocenter 48 which is the target irradiation position.
  • the values of the excitation currents Ia, Ic, Ib and Id of the two x-direction steering electromagnets (steering electromagnets 23a and 23c) and the two y-direction steering electromagnets (steering electromagnets 23b and 23d) are calculated so as to exist.
  • the actual beam axis of the particle beam irradiation apparatus 4 is the reference beam axis (axis along the reference beam trajectory 45) set in the particle beam therapy system 100. Therefore, the irradiation accuracy can be improved as compared with the prior art.
  • the position reference lines 63 and 64 may be omitted.
  • the positions of the screen monitors 30 and 31 are adjusted as follows.
  • the user adjusts the position of the screen monitors 30 and 31 by displaying a camera image obtained by photographing the surfaces of the screen monitors 30 and 31 with the camera without directly viewing the surfaces of the screen monitors 30 and 31 with the naked eye
  • reference lines corresponding to the position reference lines 63 and 64 are displayed on the monitor screen. In this way, even when the screen monitors 30 and 31 do not have the position reference lines 63 and 64, the positions of the screen monitors 30 and 31 can be adjusted.
  • the beam adjustment calculator 17 calculates the center of gravity (luminance centroid) of the respective light emission 66 and 67 from the camera images of the screen monitors 30 and 31, and calculates the centroid (luminance centroid) of the luminance as the beam positions Pb and Pc.
  • the beam adjustment computer 17 is a distribution center (Gaussian distribution center) that is the center of the Gaussian distribution when fitting the contour lines (luminance contour lines) of the respective beam emission 66 and 67 from the camera images of the screen monitors 30 and 31 with the Gaussian distribution. ) And the distribution center may be calculated as the beam positions Pb and Pc.
  • the setting of the excitation currents Ia, Ib, Ic, Id in step S004 is not limited to the case where the beam adjustment computer 17 sets.
  • the values of the excitation currents Ia, Ib, Ic, and Id may be stored in a recording medium and set in the steering electromagnets 23a, 23b, 23c, and 23d via the recording medium. Further, the user may manually set the values of the excitation currents Ia, Ib, Ic, and Id to the steering electromagnets 23a, 23b, 23c, and 23d.
  • the setting of the offset current values ⁇ Ia, ⁇ Ib, ⁇ Ic, and ⁇ Id in step S006 is not limited to the case where the beam adjustment computer 17 sets them.
  • the offset current values ⁇ Ia, ⁇ Ib, ⁇ Ic, ⁇ Id may be stored in a recording medium and set to the steering electromagnets 23a, 23b, 23c, 23d via the recording medium. Further, the user may manually set the values of the excitation currents Ia, Ib, Ic, and Id to the steering electromagnets 23a, 23b, 23c, and 23d.
  • the screen monitor 31 is disposed on the isocenter 48.
  • the screen monitor 31 is not limited to the position coincident with the isocenter 48, and the downstream side of the isocenter 48 is located downstream of the snout 39 of the particle beam irradiation device 4. It may be near upstream.
  • the beam adjustment device 18 according to the first embodiment can be applied to the particle beam irradiation device 4 including the scanning electromagnet of the wobbler method.
  • the present invention can be combined with each other, or each component can be appropriately modified or omitted.

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Abstract

本発明は、ビーム軸の調整を支援するビーム調整装置を備えた粒子線治療装置を実現することを目的とする。　粒子線治療装置(100)は、粒子線照射装置(4)における、走査電磁石(25x,25y)により走査されない場合の荷電粒子ビーム(44)の進行方向の軸であるビーム軸の調整を支援するビーム調整装置(18)を備える。ビーム調整装置(18)は、走査電磁石(25x,25y)の下流側においてビーム軸と交わる方向に移動可能に配置された第一スクリーンモニタ(30)、及び粒子線照射装置(4)の先端部（スノート(39)）に着脱可能に配置された第二スクリーンモニタ(31)における荷電粒子ビーム(44)のビーム位置が、アイソセンタ(48)を通過する基準ビーム軌道(45)上に存在するように、２つのｘ方向ステアリング電磁石(23a,23c)、２つのｙ方向ステアリング電磁石(23b,23d)の励磁電流の値を算出するビーム調整計算機(17)を備える。

Description

粒子線治療装置
　本発明は、陽子線や炭素イオン線などの荷電粒子ビームを癌等の患部に照射して治療する粒子線治療装置に関するものである。
　一般に、粒子線治療装置は、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側に設置され、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。
　粒子線治療装置における照射方法には、大きく分けて２つある。第一の照射方法は、荷電粒子ビームを散乱体で散乱させて拡大し、拡大した荷電粒子ビームを照射対象の形状に合わせて照射野を形成し、照射対象である患者の患部全体に対してビームを一斉に照射するブロード照射法である。第二の照射方法は、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電磁石により任意の位置に走査して照射する走査式照射法（スポットスキャニング法、ラスタースキャニング法等）である。また、いくつかあるブロード照射法の内、荷電粒子ビームを回転磁場でＸ方向、Ｙ方向同時に回転させて照射野を平坦化させるワブラー法では、Ｘ方向、Ｙ方向の２台のワブラー電磁石で荷電粒子ビームを円軌道に沿って高速に走査する。
　特許文献１には、荷電粒子ビームを加速する加速器系と、この加速器系から出射された高エネルギービームを照射位置まで輸送するビーム輸送系とからなり、ビーム輸送系に少なくとも１個のステアリング電磁石とこれに対応する少なくとも１個のビーム位置モニタを備えた粒子線治療システム（粒子線治療装置）が開示されている。特許文献１の粒子線治療システム（粒子線治療装置）は、ビーム位置モニタの検出結果からビーム位置を補正するようにステアリング電磁石を駆動（励磁）している。
　特許文献２には、加速器にて加速されたイオンビーム（荷電粒子ビーム）を散乱体照射法の照射装置（粒子線照射装置）に輸送するビーム輸送装置（ビーム輸送系）に複数のプロファイルモニタを備えた粒子線治療システム（粒子線治療装置）が開示されている。また、特許文献２には、加速器にて加速されたイオンビーム（荷電粒子ビーム）をスキャニング照射法の照射装置（粒子線照射装置）に輸送するビーム輸送装置（ビーム輸送系）に複数のプロファイルモニタを備え、かつ照射装置に１つのプロファイルモニタを備えた粒子線治療システム（粒子線治療装置）が開示されている。特許文献２の粒子線治療システム（粒子線治療装置）は、プロファイルモニタにて検出されたビームサイズからビームサイズを補正するように四極電磁石を駆動（励磁）している。
国際公開ＷＯ２０１３／０６９０９０Ａ１（０００８段、００１１段～００１４段、００３４段～００３９段、図１、図１０） 特開２０１１－２０６２３７号公報（００２４段～００３０段、００６４段～００７１段、図１、図８）
　特許文献１に開示された粒子線治療システムにおいては、実照射と異なる準備段階における照射である、試験照射の際に、着脱自在のビーム位置モニタを照射位置に設置した状態でビーム照射をする。特許文献１の粒子線治療システムは、ビーム位置の変動が再現性のある周期的のものであるという前提のもと、試験照射の際においてビーム位置の周期的な変動を無くすようにステアリング電磁石の励磁電流値を位置変動の周期に合わせて供給し、その周期的励磁電流値を取得し、この周期的励磁電流値を保存する。特許文献１の粒子線治療システムは、実照射の際にビーム位置モニタを取り外した状態で保存した周期的励磁電流をステアリング電磁石に供給するようにしている。すなわち、特許文献１の粒子線治療システムは、実照射の際にフィードフォワード制御をしている。
　また、特許文献２には、複数のプロファイルモニタにて検出されたビームサイズからビームサイズを補正するよう四極電磁石を駆動（励磁）する例が開示されているものの、目標照射位置（アイソセンタ）における荷電粒子ビームの入射角度を十分に考慮してステアリング電磁石の励磁電流を調整することは開示されていない。
　特許文献１の粒子線治療システムは、ノズル内に設けられた走査電磁石より下流に２個のビーム位置モニタを備えていない。また、特許文献２の粒子線治療システムも、照射装置に設けられた走査電磁石より下流に２個のプロファイルモニタを備えていない。特許文献１及び特許文献２の粒子線治療システムは、いずれも荷電粒子のビーム位置を測定するモニタを走査電磁石より下流に２個備えておらず、走査電磁石の下流側への荷電粒子ビームの入射角度が正確に分からないので、目標照射位置（アイソセンタ）における荷電粒子のビーム位置の精度が劣る。
　目標照射位置（アイソセンタ）における荷電粒子のビーム位置を高精度に調整するには、すなわち照射装置の実際のビーム軸が粒子線治療装置に設定されたビーム軸に高精度に一致させるためには、荷電粒子ビームを走査する走査電磁石の下流側の２箇所において荷電粒子のビーム位置を測定することが必要である。また、荷電粒子ビームの入射角度を十分に考慮して目標照射位置（アイソセンタ）における荷電粒子のビーム位置を調整するには、できる限り目標照射位置（アイソセンタ）に近い位置における荷電粒子ビームの入射角度を用いる方が、目標照射位置（アイソセンタ）における荷電粒子のビーム位置を高精度に調整することができる。
　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、荷電粒子ビームを走査する走査電磁石の下流側の２箇所において荷電粒子のビーム位置を測定し、ビーム軸の調整を支援するビーム調整装置を備えた粒子線治療装置を実現することを目的とする。
　本発明に係る粒子線治療装置は、荷電粒子ビームを加速する加速器系と、加速器系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、ビーム輸送系で輸送された荷電粒子ビームを走査電磁石により走査して照射対象に照射する粒子線照射装置と、粒子線照射装置における、走査電磁石により走査されない場合の荷電粒子ビームの進行方向の軸であるビーム軸の調整を支援するビーム調整装置と、を備える。ビーム輸送系は、荷電粒子ビームをその進行方向に垂直なｘ方向に偏向する２つのｘ方向ステアリング電磁石と、進行方向及びｘ方向に垂直なｙ方向に偏向する２つのｙ方向ステアリング電磁石と、２つのｘ方向ステアリング電磁石、２つのｙ方向ステアリング電磁石のそれぞれに励磁電流を供給するステアリング電磁石電源と、を備える。ビーム調整装置は、粒子線照射装置の走査電磁石の下流側においてビーム軸と交わる方向に移動可能に配置され、荷電粒子ビームのビーム位置を発光により検出する第一スクリーンモニタと、第一スクリーンモニタの下流側で照射対象に近い粒子線照射装置の先端部に、着脱可能に配置され、荷電粒子ビームのビーム位置を発光により検出する第二スクリーンモニタと、第一スクリーンモニタ、第二スクリーンモニタのビーム発光面をそれぞれ観測する２つのカメラと、２つのｘ方向ステアリング電磁石、２つのｙ方向ステアリング電磁石の励磁電流の値を算出するビーム調整計算機と、を備える。ビーム調整計算機は、２つのカメラから出力された画像信号に基づいた、第一スクリーンモニタにおける荷電粒子ビームのビーム位置である第一ビーム位置及び第二スクリーンモニタにおける荷電粒子ビームのビーム位置である第二ビーム位置が、目標照射位置であるアイソセンタを通過する基準ビーム軌道上に存在するように、２つのｘ方向ステアリング電磁石、２つのｙ方向ステアリング電磁石の励磁電流の値を算出する。
　本発明に係る粒子線治療装置は、走査電磁石の下流側に移動可能に配置された第一スクリーンモニタ、及び粒子線照射装置の先端部に着脱可能に配置された第二スクリーンモニタにおける荷電粒子ビームのビーム位置が、アイソセンタを通過する基準ビーム軌道上に存在するように、２つのｘ方向ステアリング電磁石、２つのｙ方向ステアリング電磁石の励磁電流の値を算出するビーム調整装置を備えたので、照射装置の実際のビーム軸が粒子線治療装置に設定されたビーム軸に高精度に一致させることができ、従来よりも照射精度を向上することができる。
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。 治療の際における、図１の粒子線照射装置の構成を示す構成図である。 ビーム軸調整の際における、図１の粒子線照射装置の構成を示す構成図である。 図３のスノートとスクリーンモニタホルダとの係合部を示す拡大図である。 配置変更装置に対する上流側のスクリーンモニタの位置調整を説明する図である。 配置変更装置の位置調整を説明する図である。 下流側のスクリーンモニタの位置調整を説明する図である。 上流側のスクリーンモニタを示す図である。 上流側のスクリーンモニタのカメラ画像を示す図である。 下流側のスクリーンモニタ及びカメラ画像を示す図である。 ドリフトラインにおけるビーム軸を調整する調整手順を示すフローチャートである。 ステアリング電磁石のけり角の計算方法を説明する図である。 ステアリング電磁石のけり角を説明する図である。 図１１の手順を実行するビーム調整計算機の機能ブロック図である。 ビーム調整計算機のハードウェア構成を示す図である。 ドリフトラインにおけるビーム軸を調整する他の調整手順を示すフローチャートである。 図１６の手順を実行するビーム調整計算機の機能ブロック図である。
実施の形態１．
　図１は本発明の実施の形態１による粒子線治療装置の概略構成図である。図２は、治療の際における、図１の粒子線照射装置の構成を示す構成図である。図３は、ビーム軸調整の際における、図１の粒子線照射装置の構成を示す構成図である。図４は、図３のスノートとスクリーンモニタホルダとの係合部を示す拡大図である。図５は配置変更装置に対する上流側のスクリーンモニタの位置調整を説明する図であり、図６は配置変更装置の位置調整を説明する図である。図７は、下流側のスクリーンモニタの位置調整を説明する図である。図８は上流側のスクリーンモニタを示す図であり、図９は上流側のスクリーンモニタのカメラ画像を示す図である。図１０は、下流側のスクリーンモニタ及びカメラ画像を示す図である。図１１は、ステアリング電磁石の調整手順を示すフローチャートである。図１２はステアリング電磁石のけり角の計算方法を説明する図であり、図１３はステアリング電磁石のけり角を説明する図である。図１４は図１１の手順を実行するビーム調整計算機の機能ブロック図であり、図１５はビーム調整計算機のハードウェア構成を示す図である。
　実施の形態１の粒子線治療装置１００は、イオン源（図示せず）、入射器１１、四極電磁石１２ａ、１２ｂ等からなる入射系１と、入射器１１から出射された荷電粒子ビーム４４を周回させながら必要なエネルギーまで加速させるシンクロトロン等である加速器系２と、この加速器系２により必要なエネルギーまで加速された荷電粒子ビーム４４を粒子線照射装置４に輸送するビーム輸送系３と、荷電粒子ビーム４４を患者４２の患部４３（照射対象）にあわせて照射野を形成して照射する粒子線照射装置４と、入射系１、加速器系２、ビーム輸送系３、粒子線照射装置４を制御する照射制御装置５と、粒子線照射装置４のビーム軸の調整を支援するビーム調整装置１８を備えている。ビーム調整装置１８が調整支援するビーム軸は、粒子線照射装置４における、走査電磁石２５ｘ、２５ｙにより走査されない場合の荷電粒子ビーム４４の進行方向の軸である。
　図１において、入射器１１で発生した荷電粒子ビーム４４は、シンクロトロン等の加速器系２に入射され、ここで必要なエネルギーまで加速される。加速器系２で加速された荷電粒子ビーム４４は、出射用偏向電磁石２０からビーム輸送系３へと出射され、後述する各種電磁石を経由してビーム軌道が調整されて粒子線照射装置４に輸送され、粒子線照射装置４により患者４２の患部４３（照射対象）に照射される。ビーム輸送系３は、荷電粒子ビーム４４のビームサイズを調整する複数の四極電磁石２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ、２２ｇ、２２ｈ、２２ｉ、２２ｊ、ビーム軌道を補正するステアリング電磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、ビームの方向を偏向する偏向電磁石２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、荷電粒子ビーム４４のビーム位置を検出するスクリーンモニタ２９、ステアリング電磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄに励磁電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄを供給し、各励磁電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄをそれぞれ制御するステアリング電磁石電源２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを備えている。ビーム調整装置１８は、ビーム調整計算機１７と、粒子線照射装置４に配置されるスクリーンモニタ３０、３１の表面、すなわち荷電粒子ビーム４４により発光する発光面をそれぞれ観測するように配置されるカメラ５６、５７とを備える。ステアリング電磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄは、荷電粒子ビーム４４を偏向してビーム軌道を補正する。
　粒子線照射装置４は、走査電磁石２５ｘ、２５ｙと、複数の散乱体（図示せず）及びスクリーンモニタ３０を備えた配置変更装置２８と、真空ダクト２６、２７ａ、２７ｃと、スノート３９とを備える。また、粒子線照射装置４は、図示はしないが、例えば、線量モニタと、リッジフィルタと、レンジシフタと、位置モニタと、ブロックコリメータと、マルチリーフコリメータと、補償フィルタと、患者コリメータとを備える。配置変更装置２８は、スクリーンモニタ３０以外にも他の構成物を備える。配置変更装置２８は、スクリーンモニタ３０と、真空ダクト２７ｂと、スクリーンモニタ３０に接続された支持棒５４と、支持棒５４を駆動する駆動装置５５とを備える。支持棒５４と、駆動装置５５は、スクリーンモニタ３０を移動するスクリーンモニタ移動装置５２である。例えば、駆動装置５５は、圧縮空気により支持棒５４を移動させる。
　走査電磁石２５ｘ、２５ｙは、照射野を拡大する電磁石であり、例えばスキャニング電磁石である。荷電粒子ビーム４４が進行するビーム進行方向はｓ方向であり、荷電粒子ビーム４４が進行するビーム軸はｓ軸（ｓ方向の軸）である。走査電磁石２５ｘは荷電粒子ビーム４４をｓ軸に垂直な方向（ｘ方向）に走査し、走査電磁石２５ｙは、荷電粒子ビーム４４をｓ軸及びｘ軸に垂直な方向（ｙ方向）に走査する。図示しない散乱体は、鉛などで構成され、荷電粒子ビーム４４を散乱させる。図示しないリッジフィルタは、アルミニウムなどで構成され、照射対象（患部４３）の厚さに応じて、ブラッグピークの幅を拡大する。図示しないレンジシフタは、荷電粒子ビーム４４のエネルギーを変更し、荷電粒子ビーム４４の飛程を変更する。図示しない線量モニタは、荷電粒子ビーム４４の線量を検出する。図示しない位置モニタは、走査電磁石２５ｘ、２５ｙで走査された荷電粒子ビーム４４が通過するビーム情報を検出する。このビーム情報に基づいて、図示しないデータ処理装置により荷電粒子ビーム４４の通過位置（重心位置）やサイズが演算される。照射制御装置５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、荷電粒子ビーム４４の照射を開始し、線量モニタで測定された線量が目標線量に達すると荷電粒子ビーム４４を停止する。
　図示しないブロックコリメータは、荷電粒子ビーム４４のビーム軸に垂直なビーム範囲を制限する。図示しないマルチリーフコリメータは、複数のリーフ板からなるリーフ部とリーフ板のそれぞれを駆動するリーフ駆動機構で構成され、荷電粒子ビーム４４のビーム軸に垂直な照射野（平面形状）を患部形状にほぼ合うように調整する。図示しない補償フィルタは、照射対象（患部４３）の深さ形状（ディスタル形状）に合うように荷電粒子ビーム４４のエネルギーを調整する。図示しない患者コリメータは、マルチリーフコリメータで調整されたビーム軸に垂直な照射野（平面形状）を患部形状に高精度に合わせるように調整する。なお、小さなサイズの患部４３には、マルチリーフコリメータを用いずに、ブロックコリメータと患者コリメータでビーム軸に垂直な照射野（平面形状）を患部形状に合わせるように調整する場合もある。また、大きなサイズの患部４３には、患者コリメータを用いずに、ブロックコリメータとマルチリーフコリメータでビーム軸に垂直な照射野（平面形状）を患部形状に合わせるように調整する場合もある。
　アイソセンタ４８は、荷電粒子ビーム４４を照射対象（患部４３）に照射する照射中心であり、ビーム軸調整の基準である。基準ビーム軌道４５は、走査電磁石２５ｘ、２５ｙにより走査されていない場合における荷電粒子ビーム４４がアイソセンタ４８を通過するビーム軌道である。ドリフトライン４７は、上流側の走査電磁石２５ｘからアイソセンタ４８までの荷電粒子ビーム４４が走査されるｓ方向の範囲である。
　スクリーンモニタ３０は真空中に配置されている。真空ダクト２７ｂにはスクリーンモニタ３０を観察する窓５３が設けられており、この窓５３からスクリーンモニタ３０をカメラ５６により撮影する。図示しない、線量モニタ、リッジフィルタ、レンジシフタ、位置モニタは、例えば天井４６よりビームの上流側に配置される。スノート３９は、図示しないブロックコリメータ、図示しないマルチリーフコリメータを収納する突端である。
　図２に示すように、荷電粒子ビーム４４を照射対象（患部４３）に照射する治療の際には、スクリーンモニタ３０は荷電粒子ビーム４４が当たらない位置に退避される。すなわち、治療の際には、スクリーンモニタ３０はスクリーンモニタ移動装置５２により退避位置に移動されている。図２の破線で示したスクリーンモニタ３０ａは、ビーム軸調整の際におけるスクリーンモニタ３０である。ビーム軸調整の際には、スクリーンモニタ３０はスクリーンモニタ移動装置５２によりビーム測定位置（スクリーンモニタ３０ａの位置）に移動される。
　図３を用いて、ビーム軸調整の際の粒子線照射装置４を説明する。ビーム軸調整は、粒子線治療装置１００の立ち上げの際と、保守作業（メンテナンス）の際に行われる。スクリーンモニタ３０は、図２に示した退避位置からスクリーンモニタ移動装置５２によりビーム測定位置に移動されている。治療の際にスノート３９の下流側に配置されていた図示しない補償フィルタ及び患者コリメータは、基準ビーム軌道４５から離れた位置に移動されている。補償フィルタ及び患者コリメータの代わりに、スノート３９の下流側にスクリーンモニタホルダ５９、スクリーンモニタ３１、カメラ５７が配置されている。また、スクリーンモニタ３１の表面を観測するカメラ５６が、配置変更装置２８の窓５３の近くに配置されている。図３では、スクリーンモニタ３０を観測するカメラ５６は、スクリーンモニタ３０の表面に垂直な法線から斜めにずれた角度で配置された例を示した。また、図３では、スクリーンモニタ３１の表面を観測するカメラ５７は、スクリーンモニタ３１の表面に垂直な法線に平行になるように配置された例を示した。
　スクリーンモニタホルダ５９は、上流側の端部に複数の係合部７４を備えており、スノート３９の下端部に設けられた複数の係合部７１に係合されて、固定されている。係合部７１はスクリーンモニタホルダ５９側に突き出た爪７２を有している。係合部７１の爪７２は、係合部７４の下流側の面、すなわち下流面７５から、係合部７４をスノート３９側に押圧している。これにより、スクリーンモニタホルダ５９は、基準ビーム軌道４５に平行なｓ方向の位置がスノート３９に対して固定される。また、係合部７４の外周面７６は、対向する係合部７１の内周面７３に接触している。これにより、スクリーンモニタホルダ５９は、基準ビーム軌道４５に垂直なｘ方向及びｙ方向の位置がスノート３９に対して固定される。係合部７１は照射装置係合部であり、係合部７４はホルダ係合部である。
　スクリーンモニタ３０、３１の位置調整方法を説明する。配置変更装置２８の内部に配置されるスクリーンモニタ３０は、配置変更装置２８に対して位置決めされている。スクリーンモニタ３０は、四角形（方形）の板状の発光体であり、図８に示すように、各辺の中央に基準印６２が設けられ、互いに対向する基準印６２を結ぶ位置基準線６３、６４が設けられている。図８では、スクリーンモニタ３０の外形が正方形であり、位置基準線６３と位置基準線６４とが垂直である例を示した。図５に示すように、スクリーンモニタ３０は、スクリーンモニタ３０の中心点、例えば位置基準線６３と位置基準線６４との交点が基準軸６５を通過する位置に位置決めされる。後述するように、この基準軸６５が基準ビーム軌道４５に一致するように配置変更装置２８は配置される。この位置がビーム測定位置である。スクリーンモニタ３０は、モニタ移動線６０に沿ってスクリーンモニタ移動装置５２により移動するので、ビーム軸調整の際に、ビーム測定位置はスクリーンモニタ移動装置５２により調整される。破線６１は位置基準線６４に平行な線である。図５では、基準軸６５とモニタ移動線６０とが角度βで交わり、破線６１とモニタ移動線６０とが角度αで交わっている例を示した。なお、図５では、角度βは９０°である。
　図６に示すように、配置変更装置２８は、例えば、基準ビーム軌道４５上に定められた装置基準位置５０とアイソセンタ４８を基準にして配置される。具体的には、基準軸６５と基準ビーム軌道４５とを一致させ、配置変更装置２８のｓ方向の基準と装置基準位置５０とアイソセンタ４８とを合わせることにより、配置変更装置２８は位置決めされて固定される。配置変更装置２８のｓ方向の基準は、例えば、配置変更装置２８の上流側の面７７、又は配置変更装置２８の下流側の面７８である。位置調整されたスクリーンモニタ３０は、ユーザーの遠隔指示によるスクリーンモニタ移動装置５２の駆動により、ビーム測定位置又は退避位置に配置される。スクリーンモニタ３０は、粒子線照射装置４の走査電磁石２５ｘ、２５ｙの下流側に移動可能に配置される。スクリーンモニタ３０は、ビーム軸調整の際にビーム測定位置に移動され、治療の際にビーム測定位置から退避位置に移動される。
　図７に示すように、スクリーンモニタ３１は、装置基準位置５０及びアイソセンタ４８を基準にして、スクリーンモニタホルダ５９に対して位置決めさている。スクリーンモニタ３１は、スクリーンモニタ３０と同様に構成されている。スクリーンモニタ３１は、四角形（方形）の板状の発光体であり、図１０に示すように、各辺の中央に基準印６２が設けられ、互いに対向する基準印を結ぶ位置基準線６３、６４が設けられている。図１０では、スクリーンモニタ３１の外形が正方形であり、位置基準線６３と位置基準線６４とが垂直である例を示した。スクリーンモニタ３１は、スクリーンモニタ３１の中心点、例えば位置基準線６３と位置基準線６４との交点が基準ビーム軌道４５上のアイソセンタ４８と一致する位置に位置決めされる。より具体的には、スクリーンモニタ３１は、スノート３９に固定されたスクリーンモニタホルダ５９内で、スクリーンモニタ３１の中心点、例えば位置基準線６３と位置基準線６４との交点が基準ビーム軌道４５上のアイソセンタ４８と一致する位置に位置決めされる。
　スクリーンモニタホルダ５９に対して位置調整されたスクリーンモニタ３１は、ユーザーの手動操作により、ビーム測定位置又は退避位置に配置される。スクリーンモニタ３１は、照射対象（患部４３）に最も近い粒子線照射装置４の先端部、すなわちスノート３９の下流側に、着脱可能に配置される。スクリーンモニタ３１は、ビーム軸調整の際にスノート３９の下流側に装着され、治療の際にスノート３９の下流側から離脱される。
　スクリーンモニタホルダ５９は、嵌合方式、すなわち係合部７１、７４により嵌合する方式を用いて、スノート３９に固定される。このため、次回のビーム軸調整の際に、スクリーンモニタホルダ５９をスノート３９に固定すれば、スクリーンモニタ３１は、装置基準位置５０及びアイソセンタ４８を基準にした所定の位置に配置される。
　次に、ドリフトライン４７におけるビーム軸を調整する調整手順を説明する。ドリフトライン４７におけるビーム軸を調整する際に、粒子線照射装置４は図３に示すように構成される。ステップＳ００１にて、スクリーンモニタ３０、３１におけるビーム位置Ｐｂ、Ｐｃを上流側から順番にカメラで撮影し、ビーム位置Ｐｂ、Ｐｃを算出する（ビーム位置算出手順）。板状の発光体を用いたスクリーンモニタは、この下流側に荷電粒子ビームを通過させないので、観測対象のスクリーンモニタより上流側のスクリーンモニタは基準ビーム軌道４５から退避位置に移動されている。スクリーンモニタ３０における荷電粒子ビーム４４のビーム位置Ｐｂを測定する際は、スクリーンモニタ３０より上流側のスクリーンモニタ２９が退避位置に移動されている。
　板状の発光体であるスクリーンモニタ２９、３０、３１の構成を詳しく説明する。スクリーンモニタ２９、３０、３１は、基板と、基板の上位流側に配置された、荷電粒子ビーム４４が当たると発光する増感紙を備えている。例えば、増感紙は、富士フィルムメディカル製の増感紙ＰＳ－Ｈを用いることができる。基準ビーム軌道４５上に配置されたスクリーンモニタ３０に荷電粒子ビーム４４が照射されると、図８に示すようにスクリーンモニタ３０上にビーム発光６６が生じる。図８において、ビーム発光６６は、複数の輝度等高線を有する例を示した。中央側の輝度等高線は、外側の輝度等高線よりも輝度が高い。ビーム発光６６はカメラ５６で撮影され、画像信号ｓｉｇ１がビーム調整計算機１７に送信される。ビーム調整計算機１７は、プロセッサ９１、メモリ９２、モニタ９３を備えており、プロセッサ９１がメモリ９２に記憶されたプログラムを実行することにより、各種の機能を実現する。ビーム調整計算機１７は画像信号ｓｉｇ１から図９に示すように、スクリーンモニタ３０のカメラ画像をビーム調整計算機１７のモニタ９３に表示する。カメラ５６はスクリーンモニタ３０の表面に垂直な法線から斜めにずれた角度で配置されているので、スクリーンモニタ３０の外形はｘ方向に縮んだ長方形になっている。ビーム調整計算機１７は、スクリーンモニタ３０のカメラ画像からビーム発光６６の輝度の重心を計算し、この輝度の重心をビーム位置Ｐｂとして算出する。算出したビーム位置Ｐｂは、ビーム調整計算機１７のメモリ９２に記憶される。
　その後、ユーザーの遠隔指示によるスクリーンモニタ移動装置５２の駆動により、スクリーンモニタ３０は退避位置（図２におけるスクリーンモニタ３０の位置）に移動される。基準ビーム軌道４５上に配置されたスクリーンモニタ３１に荷電粒子ビーム４４が照射されると、図１０に示すようにスクリーンモニタ３１上にビーム発光６７が生じる。図１０において、図８のビーム発光６６と同様に、ビーム発光６７は、複数の輝度等高線を有する例を示した。中央側の輝度等高線は、外側の輝度等高線よりも輝度が高い。ビーム発光６７はカメラ５７で撮影され、画像信号ｓｉｇ２がビーム調整計算機１７に送信される。ビーム調整計算機１７は画像信号ｓｉｇ２から図１０に示すように、スクリーンモニタ３１のカメラ画像をビーム調整計算機１７のモニタ９３に表示する。カメラ５７はスクリーンモニタ３１の表面に垂直な法線に平行になるように配置されているので、スクリーンモニタ３０の外形は正方形のままになっている。ビーム調整計算機１７は、スクリーンモニタ３１のカメラ画像からビーム発光６７の輝度の重心を計算し、この輝度の重心をビーム位置Ｐｃとして算出する。算出したビーム位置Ｐｃは、ビーム調整計算機１７のメモリ９２に記憶される。
　ステップＳ００２にて、ビーム調整計算機１７は、ステアリング電磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄのけり角θａ、θｂ、θｃ、θｄを算出する（けり角算出手順）。ステアリング電磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄのけり角θａ、θｂ、θｃ、θｄを算出する方法は後述する。
　ステップＳ００３にて、ステップＳ００２で算出したけり角θａ、θｂ、θｃ、θｄに応じたステアリング電磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄの励磁電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄの値を算出する（電流値算出手順）。具体的には、ステアリング電磁石の磁場、荷電粒子ビームのエネルギー、ステアリング電磁石のけり角の関係式から、荷電粒子ビーム４４のエネルギー毎のけり角θから磁場Ｂを算出する。算出された磁場Ｂを、ステアリング電磁石の磁場、励磁電流の値（励磁電流値）の関係式又は変換テーブルから、励磁電流の値Ｉに変換する。
　ステップＳ００４にて、ステアリング電磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄのそれぞれのステアリング電磁石電源２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄに、励磁電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄの値を設定する（電流値設定手順）。
　ステップＳ００２の手順、すなわちけり角算出手順における、ステアリング電磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄのけり角θａ、θｂ、θｃ、θｄを算出する方法を説明する。ステアリング電磁石によるビーム軸の調整は、通常ｘ方向とｙ方向を独立に調整する。例えば、ステアリング電磁石２３ａ、２３ｃはｘ方向用のステアリング電磁石であり、ステアリング電磁石２３ｂ、２３ｄはｙ方向用のステアリング電磁石である。図１２に示したように、２つのステアリング電磁石７０ａ、７０ｂによりｘ方向のビーム軸調整又はｙ方向のビーム軸調整を行う。ｘ方向のビーム軸調整を行う場合は、２つのステアリング電磁石７０ａ、７０ｂは、それぞれステアリング電磁石２３ａ、２３ｃである。同様に、ｙ方向のビーム軸調整を行う場合は、２つのステアリング電磁石７０ａ、７０ｂは、それぞれステアリング電磁石２３ｂ、２３ｄである。破線８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄは、図１２の区間Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を示すための線である。なお、破線８１ａ、８１ｂは、図１３におけるビーム軌道の変化点を通過する線であり、破線８１ｄはアイソセンタ４８を通過する線でもある。
　荷電粒子ビームのビーム輸送は、輸送行列を用いて表現される。ここでも、輸送行列を用いて、荷電粒子ビーム４４のビーム輸送を考える。図１２には、基準ビーム軌道４５上に配置された、スクリーンモニタ２９、ステアリング電磁石７０ａ、７０ｂ、スクリーンモニタ３０、３１を示した。ビーム軌道６８は、ビーム軸調整前の荷電粒子ビーム４４のビーム軌道である。スクリーンモニタ２９、３０、３１におけるビーム軸調整前のビーム位置は、それぞれＰａ、Ｐｂ、Ｐｃである。ビーム位置は、ｓ座標、ｘ座標、ｙ座標で表せるので、ビーム位置Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃは、それぞれ、（ｓ１、ｘ１、ｙ１）、（ｓ２、ｘ２、ｙ２）、（ｓ３、ｘ３、ｙ３）と表せる。輸送行列を用いたビーム輸送では、位置（ｘ、ｙ）における角度（ｘ´、ｙ´）も用いる。プライム´は、ｓによる微分、すなわちｄ／ｄｓを表している。
　ここでは、ｘ方向のビーム軸調整を説明する。なお、ｙ方向のビーム軸調整も、ｘ方向のビーム軸調整と同様である。ビーム輸送中の荷電粒子ビーム４４は、ビーム輸送系３の機器及び粒子線照射装置４の機器により磁場の作用を受け、位置及び角度が変化する。ステアリング電磁石７０ａとステアリング電磁石７０ｂとの間の区間Ｒ１では、図１に示した偏向電磁石、四極電磁石の磁場により荷電粒子ビーム４４は作用Ａを受ける。ステアリング電磁石７０ｂとスクリーンモニタ３０との間の区間Ｒ２では、図１に示した偏向電磁石、四極電磁石の磁場と、図２の走査電磁石２５ｘ、２５ｙ等の磁場により荷電粒子ビーム４４は作用Ｂを受ける。なお、ビーム軸調整の際には走査電磁石２５ｘ、２５ｙを励磁電流で励磁することはないが、残留磁場等による影響がある場合もある。スクリーンモニタ３０とスクリーンモニタ３１との間の区間Ｒ３では、スクリーンモニタ３０より下流側の機器により、荷電粒子ビーム４４は作用Ｃを受ける。作用Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれ式（１）、式（２）、式（３）のように、輸送行列Ａ、Ｂ、Ｃと表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　輸送行列Ａ、Ｂ、Ｃは、計算により求めることができ、事前に用意してある。スクリーンモニタ２９におけるｘ方向の位置及び角度と、スクリーンモニタ３０、３１におけるｘ方向の位置及び角度との関係は、一般的に数式（４）、（５）のように表せる。ここで、（ｘ１、ｘ´１）は、スクリーンモニタ２９におけるｘ方向の位置ｘ１、ｘ方向の角度ｘ´１、すなわちビーム軌道６８軌道上のビーム位置Ｐａにおけるｘ方向の位置ｘ１、ｘ方向の角度ｘ´１である。（ｘ２、ｘ´２）は、スクリーンモニタ３０におけるｘ方向の位置ｘ２、ｘ方向の角度ｘ´２、すなわちビーム軌道６８軌道上のビーム位置Ｐｂにおけるｘ方向の位置ｘ２、ｘ方向の角度ｘ´２である。（ｘ３、ｘ´３）は、スクリーンモニタ３１におけるｘ方向の位置ｘ３、ｘ方向の角度ｘ´３、すなわちビーム軌道６８軌道上のビーム位置Ｐｃにおけるｘ方向の位置ｘ３、ｘ方向の角度ｘ´３である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　次に、図１２のステアリング電磁石７０ａ、７０ｂのけり角θ０、θ１の算出方法を説明する。けり角θ０は、図１３に示すように、ステアリング電磁石７０ａに入射する荷電粒子ビームのビーム軌道６９における延長線８２ａと、ステアリング電磁石７０ａで偏向されたビーム軌道６９との角度である。けり角θ１は、ステアリング電磁石７０ｂに入射する荷電粒子ビームのビーム軌道６９における延長線８２ｂと、ステアリング電磁石７０ｂで偏向されたビーム軌道６９（基準ビーム軌道４５）との角度である。図１３に示すように、ステアリング電磁石７０ｂより下流側で、ビーム軌道６９が基準ビーム軌道４５に一致するように、ステアリング電磁石７０ａ、７０ｂによりビーム軌道が調整される。なお、座標Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、破線８１ａ、８１ｂ、８１ｄがｓ軸と交わる座標である。
　ビーム輸送系３のビーム軸調整は、上流側から下流側に順番に調整するので、スクリーンモニタ２９における荷電粒子ビーム４４のビーム位置Ｐａは基準ビーム軌道４５上に調整されている。ｘ方向の位置ｘ１、ｙ方向の位置ｙ１は、共にゼロ、すなわちｘ１＝０、ｙ１＝０である。このように、スクリーンモニタ２９における荷電粒子ビーム４４のビーム位置Ｐａが基準ビーム軌道４５上に調整されている状態において、スクリーンモニタ３０、３１により測定されたｘ方向のビーム位置を、それぞれΔｘ２、Δｘ３とする。ｘ方向のビーム位置Δｘ２、Δｘ３は、スクリーンモニタ３０、３１における基準ビーム軌道４５が通過する点を原点として表したものである。また、ｘ方向のビーム位置Δｘ２は、基準ビーム軌道４５を基準にしたスクリーンモニタ３０におけるオフセット座標ということもできる。ｘ方向のビーム位置Δｘ３は、基準ビーム軌道４５を基準にしたスクリーンモニタ３１におけるオフセット座標ということもできる。ステアリング電磁石７０ａ、７０ｂのけり角θ０、θ１を調整して、スクリーンモニタ３０、３１におけるｘ方向のビーム位置が各スクリーンモニタ３０、３１の中央を通るようにするので、Δｘ２＝０、Δｘ３＝０にする必要がある。つまり、スクリーンモニタ３０、３１のビーム位置に対して、それぞれ－Δｘ２の作用、－Δｘ３の作用が生じるように、ステアリング電磁石７０ａ、７０ｂのけり角θ０、θ１を調整すればよい。
　一般的な式（４）、式（５）を用いると、けり角θ０、θ１を含む位置及び角度、すなわち（－Δｘ２、－Δｘ´２）、（－Δｘ３、－Δｘ´３）は式（６）、式（７）のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　けり角θ０、θ１を含む位置－Δｘ２、－Δｘ３は、ステアリング電磁石７０ａ、７０ｂによる位置変更作用を示している。けり角θ０、θ１を含む角度－Δｘ´２、－Δｘ´３は、ステアリング電磁石７０ａ、７０ｂによる角度変更作用を示している。ステアリング電磁石７０ａはｘ方向の位置を変更しないので、ステアリング電磁石７０ａによるｘ方向の位置変更作用は０である。ステアリング電磁石７０ａはｘ方向の角度をけり角θ０に変更するので、ステアリング電磁石７０ａによるｘ方向の角度変更作用はθ０である。式（６）、式（７）において、０及びθ０を成分とする２行１列の行列は、ステアリング電磁石７０ａの作用、すなわち、ｘ方向の位置変更作用及びｘ方向の角度変更作用であり、ベクトル形式で表現すれば、（０、θ０）である。
　ステアリング電磁石７０ｂはｘ方向の位置を変更しないので、ステアリング電磁石７０ｂによるｘ方向の位置変更作用は０である。ステアリング電磁石７０ｂはｘ方向の角度をけり角θ１に変更するので、ステアリング電磁石７０ｂによるｘ方向の角度変更作用はθ１である。式（６）、式（７）において、０及びθ１を成分とする２行１列の行列は、ステアリング電磁石７０ｂの作用、すなわち、ｘ方向の位置変更作用及びｘ方向の角度変更作用であり、ベクトル形式で表現すれば、（０、θ１）である。
　式（６）における－Δｘ２と式（７）における－Δｘ３を展開すれば、式（８）のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　前述したように、輸送行列Ａ、Ｂ、Ｃの各成分Ａ１１、Ａ１２、Ａ２１、Ａ２２、Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ２１、Ｂ２２、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１、Ｃ２２は、計算により求めることができ、既知の定数である。Δｘ２、Δｘ３は、スクリーンモニタ３０、３１により測定されたｘ方向のビーム位置であり、既知である。したがって、式（８）の連立法定式を解くことにより、けり角θ０、θ１が算出できる。
　ビーム調整計算機１７は、図１１の調整手順を実行する際に、ビーム調整計算機１７に搭載されたプログラムにより、図１４に示すビーム位置算出部８３、けり角算出部８４、電流値算出部８５、電流値設定部８６の各機能ブロックを構成する。ビーム位置算出部８３はステップＳ００１の手順を実行する機能ブロックであり、けり角算出部８４はステップＳ００２の手順を実行する機能ブロックである。電流値算出部８５はステップＳ００３の手順を実行する機能ブロックであり、電流値設定部８６はステップＳ００４の手順を実行する機能ブロックである。ビーム位置算出部８３は、スクリーンモニタ３０の画像信号ｓｉｇ１により生成されたモニタ画像における、荷電粒子ビーム４４によるビーム発光６６の輝度の重心を計算し、このビーム発光６６の輝度の重心をスクリーンモニタ３０における荷電粒子ビーム４４のビーム位置Ｐｂとして算出する。また、ビーム位置算出部８３は、スクリーンモニタ３１の画像信号ｓｉｇ２により生成されたモニタ画像における、荷電粒子ビーム４４によるビーム発光６７の輝度の重心を計算し、このビーム発光６７の輝度の重心をスクリーンモニタ３１における荷電粒子ビーム４４のビーム位置Ｐｃとして算出する。
　けり角算出部８４は、スクリーンモニタ３０における荷電粒子ビーム４４のビーム位置Ｐｂ及びスクリーンモニタ３１における荷電粒子ビーム４４のビーム位置Ｐｃが、基準ビーム軌道４５上に存在するように、２つのｘ方向ステアリング電磁石であるステアリング電磁石２３ａ、２３ｃの偏向角度であるけり角θａ、θｃをそれぞれ算出し、更に２つのｙ方向ステアリング電磁石であるステアリング電磁石２３ｂ、２３ｄの偏向角度であるけり角θｂ、θｄをそれぞれ算出する。
　電流値算出部８５は、ステアリング電磁石２３ａ、２３ｃのけり角θａ、θｃに基づいてステアリング電磁石２３ａ、２３ｃの励磁電流Ｉａ、Ｉｃの値を算出し、更にステアリング電磁石２３ｂ、２３ｄのけり角θｂ、θｄに基づいてステアリング電磁石２３ｂ、２３ｄの励磁電流Ｉｂ、Ｉｄの値を算出する。電流値設定部８６は、電流値算出部８５により算出された励磁電流Ｉａ、Ｉｄ、Ｉｃ、Ｉｄの値を、ステアリング電磁石電源２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄに設定する。
　実施の形態１の粒子線治療装置１００は、ビーム軸調整の際に走査電磁石２５ｘ、２５ｙからアイソセンタ４８までのドリフトライン４７に配置された、２つのスクリーンモニタ３０、３１において、荷電粒子ビーム４４のビーム位置Ｐｂ、Ｐｃを測定し、このビーム位置Ｐｂ、Ｐｃに基づいてビーム輸送系３に配置されたステアリング電磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２４ｄのけり角θａ、θｂ、θｃ、θｄを調整するので、粒子線照射装置４の実際のビーム軸が粒子線治療装置１００に設定された基準ビーム軸（基準ビーム軌道４５に沿った軸）に高精度に一致させることができ、従来よりも照射精度を向上することができる。
　また、実施の形態１の粒子線治療装置１００は、ビーム軸調整の際に走査電磁石２５ｘ、２５ｙからアイソセンタ４８までのドリフトライン４７に配置された、２つのスクリーンモニタ３０、３１において、荷電粒子ビーム４４のビーム位置Ｐｂ、Ｐｃを測定し、このビーム位置Ｐｂ、Ｐｃが、目標照射位置であるアイソセンタ４８を通過する基準ビーム軌道４５上に存在するように、ステアリング電磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２４ｄの励磁電流Ｉａ、Ｉｄ、Ｉｃ、Ｉｄの値を算出し、この励磁電流Ｉａ、Ｉｄ、Ｉｃ、Ｉｄの値に基づいてビーム輸送系３に配置されたステアリング電磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２４ｄのけり角θａ、θｂ、θｃ、θｄを調整するので、粒子線照射装置４の実際のビーム軸が粒子線治療装置１００に設定された基準ビーム軸（基準ビーム軌道４５に沿った軸）に高精度に一致させることができ、従来よりも照射精度を向上することができる。
　実施の形態１の粒子線治療装置１００は、荷電粒子ビーム４４のビーム位置Ｐｂ、Ｐｃを測定するために、２つのスクリーンモニタ３０、３１を用いている。スクリーンモニタ３０、３１を用いるメリットを述べる。スクリーンモニタ３０、３１は、基板に配置された増感紙を備えた簡単な構造であり、複数のワイヤを備えた位置モニタや平坦度モニタに比べて、安価であり、モニタの調整が容易に行えるメリットがある。位置モニタは、電離するガス中に複数の検出チャネル（ワイヤ）を配置し、荷電粒子ビームの通過位置を複数の検出チャネル（ワイヤ）により検出する。位置モニタは、２５６チャンネル程度のデータを収集する。平坦度モニタは、位置モニタと同様の構造であり、ブロード照射法において、荷電粒子ビームの平坦度を３０チャンネル程度のデータを収集して測定する。位置モニタや平坦度モニタは、検出チャネル毎に信号ケーブルが接続され、スクリーンモニタに比べて大型であり、設置調整等が複雑である。平坦度モニタは位置モニタに比べれば小型であるが、検出チャネルが少ないので、荷電粒子ビームの通過位置は検出チャネル数の精度でしか測定できず、すなわちスクリーンモニタのように高精度でビーム位置を測定することはできない。スクリーンモニタ３０、３１は、位置モニタや平坦度モニタと異なり、簡単な構造で、高精度にビーム位置を測定することができる。
　実施の形態１の粒子線治療装置１００は、粒子線照射装置４の一部を真空に維持する真空ダクト中に移動可能にスクリーンモニタ３０を備えたので、ビーム軸調整の際に粒子線照射装置４の真空をやぶることなく、基準ビーム軌道４５上にスクリーンモニタ３０を配置できるので、スクリーンモニタ３０によるビーム位置測定準備が容易にできる。また、ビーム軸調整の際にドリフトライン４７の下流側に配置されるスクリーンモニタ３１は、スクリーンモニタホルダ５９に対して位置調整されているので、スクリーンモニタホルダ５９をスノート３９に固定すれば、装置基準位置５０及びアイソセンタ４８を基準にした所定の位置に配置される。下流側に配置されるスクリーンモニタ３１によるビーム位置測定準備が容易にできる。
　図１１、図１４に、ドリフトライン４７におけるビーム軸を調整する調整手順、ビーム調整計算機の機能ブロック図の一例を図１１に示したが、他の調整手順であっても、ドリフトラインにおけるビーム軸を調整することができる。図１６はドリフトラインにおけるビーム軸を調整する他の調整手順を示すフローチャートであり、図１７は図１６の手順を実行するビーム調整計算機の機能ブロック図である。図１６のフローチャートは、図１１のフローチャートのステップＳ００３、Ｓ００４が、ステップＳ００５、Ｓ００６に代わったものである。以下に、異な部分を説明する。
　ステップＳ００５にて、ステップＳ００２で算出したけり角θａ、θｂ、θｃ、θｄに応じたステアリング電磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄの励磁電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄの値、及び荷電粒子ビーム４４のビーム発光を観測した際のステアリング電磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄの初期電流値と算出された励磁電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄの値との差であるオフセット電流値ΔＩａ、ΔＩｂ、ΔＩｃ、ΔＩｄを算出する（電流値算出手順）。なお、荷電粒子ビーム４４のビーム発光を観測した際の初期電流値は、荷電粒子ビーム４４のビーム発光を観測した際の現在の励磁電流値である。ステップＳ００６にて、ステアリング電磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄのそれぞれのステアリング電磁石電源２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄに、オフセット電流値ΔＩａ、ΔＩｂ、ΔＩｃ、ΔＩｄを設定する（電流値設定手順）。
　ステアリング電磁石電源２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄは、荷電粒子ビーム４４のビーム発光を観測した際のステアリング電磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄの初期電流値に、電流値設定手順にて設定されたオフセット電流値ΔＩａ、ΔＩｂ、ΔＩｃ、ΔＩｄを加えた電流値の励磁電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄを、それぞれのステアリング電磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄに供給する。
　図１６のステップＳ００５を実行する電流値算出部８５は、ステアリング電磁石２３ａ、２３ｃのけり角θａ、θｃに基づいてステアリング電磁石２３ａ、２３ｃの励磁電流Ｉａ、Ｉｃの値を算出し、更にステアリング電磁石２３ｂ、２３ｄのけり角θｂ、θｄに基づいてステアリング電磁石２３ｂ、２３ｄの励磁電流Ｉｂ、Ｉｄの値を算出する。また、電流値算出部８５は、荷電粒子ビーム４４のビーム発光を観測した際のステアリング電磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄの初期電流値と算出された励磁電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄの値との差であるオフセット電流値ΔＩａ、ΔＩｂ、ΔＩｃ、ΔＩｄを算出する。電流値設定部８６は、電流値算出部８５により算出されたオフセット電流値ΔＩａ、ΔＩｂ、ΔＩｃ、ΔＩｄを、ステアリング電磁石電源２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄに設定する。
　オフセット電流値ΔＩａ、ΔＩｂ、ΔＩｃ、ΔＩｄをステアリング電磁石電源２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄに設定する場合は、粒子線治療装置１００の立ち上げの際のステアリング電磁石電源との差、すなわちオフセット電流値ΔＩａ、ΔＩｂ、ΔＩｃ、ΔＩｄが分かるので、オフセット電流値の変化傾向が分かり、保守作業（メンテナンス）を行う予定日を適切に設定可能になる。
　以上のように、実施の形態１の粒子線治療装置１００は、荷電粒子ビーム４４を加速する加速器系２と、加速器系２により加速された荷電粒子ビーム４４を輸送するビーム輸送系３と、ビーム輸送系３で輸送された荷電粒子ビーム４４を走査電磁石２５ｘ、２５ｙにより走査して照射対象（患部４３）に照射する粒子線照射装置４と、粒子線照射装置４における、走査電磁石２５ｘ、２５ｙにより走査されない場合の荷電粒子ビーム４４の進行方向の軸であるビーム軸の調整を支援するビーム調整装置１８と、を備える。ビーム輸送系３は、荷電粒子ビーム４４をその進行方向に垂直なｘ方向に偏向する２つのｘ方向ステアリング電磁石（ステアリング電磁石２３ａ、２３ｃ）と、進行方向及びｘ方向に垂直なｙ方向に偏向する２つのｙ方向ステアリング電磁石（ステアリング電磁石２３ｂ、２３ｄ）と、２つのｘ方向ステアリング電磁石（ステアリング電磁石２３ａ、２３ｃ）、２つのｙ方向ステアリング電磁石（ステアリング電磁石２３ｂ、２３ｄ）のそれぞれに励磁電流Ｉａ、Ｉｃ、Ｉｂ、Ｉｄを供給するステアリング電磁石電源２４ａ、２４ｃ、２４ｂ、２４ｄと、を備える。ビーム調整装置１８は、粒子線照射装置４の走査電磁石２５ｘ、２５ｙの下流側においてビーム軸と交わる方向に移動可能に配置され、荷電粒子ビーム４４のビーム位置を発光により検出する第一スクリーンモニタ（スクリーンモニタ３０）と、第一スクリーンモニタ（スクリーンモニタ３０）の下流側で照射対象（患部４３）に近い粒子線照射装置４の先端部（スノート３９）に、着脱可能に配置され、荷電粒子ビーム４４のビーム位置を発光により検出する第二スクリーンモニタ（スクリーンモニタ３１）と、第一スクリーンモニタ（スクリーンモニタ３０）、第二スクリーンモニタ（スクリーンモニタ３１）のビーム発光面をそれぞれ観測する２つのカメラ５６、５７と、２つのｘ方向ステアリング電磁石（ステアリング電磁石２３ａ、２３ｃ）、２つのｙ方向ステアリング電磁石（ステアリング電磁石２３ｂ、２３ｄ）の励磁電流Ｉａ、Ｉｃ、Ｉｂ、Ｉｄの値を算出するビーム調整計算機１７と、を備える。ビーム調整計算機１７は、２つのカメラ５６、５７から出力された画像信号ｓｉｇ１、ｓｉｇ２に基づいた、第一スクリーンモニタ（スクリーンモニタ３０）における荷電粒子ビーム４４のビーム位置である第一ビーム位置（ビーム位置Ｐｂ）及び第二スクリーンモニタ（スクリーンモニタ３１）における荷電粒子ビーム４４のビーム位置である第二ビーム位置（ビーム位置Ｐｃ）が、目標照射位置であるアイソセンタ４８を通過する基準ビーム軌道４５上に存在するように、２つのｘ方向ステアリング電磁石（ステアリング電磁石２３ａ、２３ｃ）、２つのｙ方向ステアリング電磁石（ステアリング電磁石２３ｂ、２３ｄ）の励磁電流Ｉａ、Ｉｃ、Ｉｂ、Ｉｄの値を算出する。実施の形態１の粒子線治療装置１００は、上記の構成により、粒子線照射装置４の実際のビーム軸が粒子線治療装置１００に設定された基準ビーム軸（基準ビーム軌道４５に沿った軸）に高精度に一致させることができ、従来よりも照射精度を向上することができる。
　なお、スクリーンモニタ３０、３１に位置基準線６３、６４が設けられている例を示したが、この位置基準線６３、６４がない場合でも構わない。スクリーンモニタ３０、３１に位置基準線６３、６４がない場合には次のように、スクリーンモニタ３０、３１の位置を調整する。ユーザーがスクリーンモニタ３０、３１の表面を直接肉眼で見ずに、スクリーンモニタ３０、３１の表面をカメラで撮影したカメラ画像をモニタに映して、スクリーンモニタ３０、３１の位置を調整する際に、スクリーンモニタ３０、３１の基準印６２に基づいてモニタ画面上に位置基準線６３、６４に相当する基準線を表示する。このようにすれば、スクリーンモニタ３０、３１に位置基準線６３、６４がない場合でも、スクリーンモニタ３０、３１の位置を調整することができる。
　ビーム調整計算機１７は、スクリーンモニタ３０、３１のカメラ画像からそれぞれのビーム発光６６、６７の輝度の重心（輝度重心）を計算し、この輝度の重心（輝度重心）をビーム位置Ｐｂ、Ｐｃとして算出する例を説明したが、この例に限らない。ビーム調整計算機１７は、スクリーンモニタ３０、３１のカメラ画像からそれぞれのビーム発光６６、６７の輝度の等高線（輝度等高線）をガウス分布でフィッティングした場合のガウス分布の中心である分布中心（ガウス分布中心）を計算し、この分布中心をビーム位置Ｐｂ、Ｐｃとして算出しても構わない。
　ステップＳ００４における励磁電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄの値の設定は、ビーム調整計算機１７が設定する場合に限らない。励磁電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄの値を記録媒体に保存して、記録媒体を介してステアリング電磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄに設定してもよい。また、励磁電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄの値をユーザーが手動でステアリング電磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄに設定してもよい。同様に、ステップＳ００６におけるオフセット電流値ΔＩａ、ΔＩｂ、ΔＩｃ、ΔＩｄの設定は、ビーム調整計算機１７が設定する場合に限らない。オフセット電流値ΔＩａ、ΔＩｂ、ΔＩｃ、ΔＩｄを記録媒体に保存して、記録媒体を介してステアリング電磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄに設定してもよい。また、励磁電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄの値をユーザーが手動でステアリング電磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄに設定してもよい。
　また、スクリーンモニタ３１がアイソセンタ４８上に配置された例で説明したが、アイソセンタ４８に一致した位置に限らず、アイソセンタ４８の下流側でも、粒子線照射装置４のスノート３９の下流でアイソセンタ４８に近い上流側であってもよい。粒子線照射装置４がスキャニング電磁石を備える例で説明したが、実施の形態１のビーム調整装置１８は、ワブラー法の走査電磁石を備える粒子線照射装置４に適用することができる。また、本発明は、その発明の範囲内において、各構成物を組み合わせたり、各構成物を適宜、変形、省略することが可能である。
　２…加速器系、３…ビーム輸送系、４…粒子線照射装置、１７…ビーム調整計算機、１８…ビーム調整装置、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ…ステアリング電磁石、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ…ステアリング電磁石電源、２５ｘ、２５ｙ…走査電磁石、２８…配置変更装置、３０、３１…スクリーンモニタ、４３…患部（照射対象）、４４…荷電粒子ビーム、４５…基準ビーム軌道、４８…アイソセンタ、５６、５７…カメラ、５９…スクリーンモニタホルダ、７１…係合部（照射装置係合部）、７２…爪、７４…係合部（ホルダ係合部）、８３…ビーム位置算出部、８４…けり角算出部、８５…電流値算出部、θａ、θｂ、θｃ、θｄ…けり角、Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄ…励磁電流、ΔＩａ、ΔＩｂ、ΔＩｃ、ΔＩｄ…オフセット電流値、ｓｉｇ１、ｓｉｇ２…画像信号、Ｐｂ、Ｐｃ…ビーム位置、１００…粒子線治療装置

Claims (12)

  1. 　荷電粒子ビームを加速する加速器系と、前記加速器系により加速された前記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前記荷電粒子ビームを走査電磁石により走査して照射対象に照射する粒子線照射装置と、前記粒子線照射装置における、前記走査電磁石により走査されない場合の前記荷電粒子ビームの進行方向の軸であるビーム軸の調整を支援するビーム調整装置と、を備え、
    前記ビーム輸送系は、前記荷電粒子ビームをその進行方向に垂直なｘ方向に偏向する２つのｘ方向ステアリング電磁石と、前記進行方向及び前記ｘ方向に垂直なｙ方向に偏向する２つのｙ方向ステアリング電磁石と、２つの前記ｘ方向ステアリング電磁石、２つの前記ｙ方向ステアリング電磁石のそれぞれに励磁電流を供給するステアリング電磁石電源と、を備え、
    前記ビーム調整装置は、
    前記粒子線照射装置の前記走査電磁石の下流側において前記ビーム軸と交わる方向に移動可能に配置され、前記荷電粒子ビームのビーム位置を発光により検出する第一スクリーンモニタと、
    前記第一スクリーンモニタの下流側で前記照射対象に近い前記粒子線照射装置の先端部に、着脱可能に配置され、前記荷電粒子ビームのビーム位置を発光により検出する第二スクリーンモニタと、
    前記第一スクリーンモニタ、前記第二スクリーンモニタのビーム発光面をそれぞれ観測する２つのカメラと、
    ２つの前記ｘ方向ステアリング電磁石、２つの前記ｙ方向ステアリング電磁石の前記励磁電流の値を算出するビーム調整計算機と、を備え、
    前記ビーム調整計算機は、
    ２つの前記カメラから出力された画像信号に基づいた、前記第一スクリーンモニタにおける前記荷電粒子ビームのビーム位置である第一ビーム位置及び前記第二スクリーンモニタにおける前記荷電粒子ビームのビーム位置である第二ビーム位置が、目標照射位置であるアイソセンタを通過する基準ビーム軌道上に存在するように、２つの前記ｘ方向ステアリング電磁石、２つの前記ｙ方向ステアリング電磁石の前記励磁電流の値を算出することを特徴とする粒子線治療装置。
  2. 　前記ビーム調整計算機により構成された電流値算出部は、
    ２つの前記カメラから出力された前記画像信号に基づいて、前記第一ビーム位置及び前記第二ビーム位置を計算し、
    前記第一ビーム位置及び前記第二ビーム位置が、前記基準ビーム軌道上に存在するように、２つの前記ｘ方向ステアリング電磁石、２つの前記ｙ方向ステアリング電磁石の前記励磁電流の値を算出することを特徴とする請求項１記載の粒子線治療装置。
  3. 　前記ビーム調整計算機により構成されたビーム位置算出部は、
    前記第一スクリーンモニタの前記画像信号により生成された第一モニタ画像及び前記第二スクリーンモニタの前記画像信号により生成された第二モニタ画像における、それぞれの前記荷電粒子ビームによるビーム発光の輝度の重心である輝度重心を計算し、
    前記第一モニタ画像における前記輝度重心を、前記第一スクリーンモニタにおける前記第一ビーム位置として算出するとともに、
    前記第二モニタ画像における前記輝度重心を、前記第二スクリーンモニタにおける前記第二ビーム位置として算出することを特徴とする請求項２記載の粒子線治療装置。
  4. 　前記ビーム調整計算機により構成されたビーム位置算出部は、
    前記第一スクリーンモニタの前記画像信号により生成された第一モニタ画像及び前記第二スクリーンモニタの前記画像信号により生成された第二モニタ画像における、それぞれの前記荷電粒子ビームによるビーム発光の輝度等高線をガウス分布でフィッティングした場合のガウス分布の中心である分布中心を計算し、
    前記第一モニタ画像における前記分布中心を、前記第一スクリーンモニタにおける前記第一ビーム位置として算出し、
    前記第二モニタ画像における前記分布中心を、前記第二スクリーンモニタにおける前記第二ビーム位置として算出することを特徴とする請求項２記載の粒子線治療装置。
  5. 　前記ビーム調整計算機により構成されたけり角算出部は、
    前記第一スクリーンモニタにおける前記荷電粒子ビームの前記第一ビーム位置及び前記第二スクリーンモニタにおける前記荷電粒子ビームの前記第二ビーム位置が、前記基準ビーム軌道上に存在するように、２つの前記ｘ方向ステアリング電磁石、２つの前記ｙ方向ステアリング電磁石の偏向角度であるけり角をそれぞれ算出し、
    前記電流値算出部は、前記けり角算出部により算出された前記けり角に基づいて、２つの前記ｘ方向ステアリング電磁石、２つの前記ｙ方向ステアリング電磁石の前記励磁電流の値を算出することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。
  6. 　前記ビーム位置算出部は、
    前記第一スクリーンモニタにおける前記荷電粒子ビームの前記第一ビーム位置と前記基準ビーム軌道との差である第一オフセット座標、及び前記第二スクリーンモニタにおける前記荷電粒子ビームの前記第二ビーム位置と前記基準ビーム軌道との差である第二オフセット座標を算出することを特徴とする請求項３または４に記載の粒子線治療装置。
  7. 　前記ビーム調整計算機により構成されたけり角算出部は、
    前記第一スクリーンモニタにおける前記荷電粒子ビームの前記第一オフセット座標、及び前記第二スクリーンモニタにおける前記荷電粒子ビームの第二オフセット座標が、ゼロになるように、２つの前記ｘ方向ステアリング電磁石、２つの前記ｙ方向ステアリング電磁石の偏向角度であるけり角をそれぞれ算出し、
    前記電流値算出部は、前記けり角算出部により算出された前記けり角に基づいて、２つの前記ｘ方向ステアリング電磁石、２つの前記ｙ方向ステアリング電磁石の前記励磁電流の値を算出することを特徴とする請求項６記載の粒子線治療装置。
  8. 　前記電流値算出部は、
    前記ｘ方向ステアリング電磁石の前記けり角に基づいて算出された、前記励磁電流の値と、前記荷電粒子ビームの発光を観測した際の前記ｘ方向ステアリング電磁石の前記励磁電流の値と差である前記励磁電流のオフセット値と、
    前記ｙ方向ステアリング電磁石の前記けり角に基づいて算出された、前記励磁電流の値と、前記荷電粒子ビームの発光を観測した際の前記ｙ方向ステアリング電磁石の前記励磁電流の値と差である前記励磁電流のオフセット値と、を算出し、
    前記ステアリング電磁石電源は、
    ２つの前記ｘ方向ステアリング電磁石、２つの前記ｙ方向ステアリング電磁石のそれぞれの前記オフセット値が、それぞれにおける現在の前記励磁電流の値に加えられた電流値の前記励磁電流を、対応する２つの前記ｘ方向ステアリング電磁石、２つの前記ｙ方向ステアリング電磁石のそれぞれに供給することを特徴とする請求項７記載の粒子線治療装置。
  9. 　前記粒子線照射装置は、前記第一スクリーンモニタを移動する配置変更装置を備え、
    前記荷電粒子ビームの前記ビーム軸を調整する際に、前記第一スクリーンモニタが前記配置変更装置により前記基準ビーム軌道上に配置されることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。
  10. 　前記第二スクリーンモニタは、スクリーンモニタホルダに設置され、
    前記スクリーンモニタホルダは、前記荷電粒子ビームの前記ビーム軸を調整する際に、前記粒子線照射装置の前記先端部に配置されることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。
  11. 　前記スクリーンモニタホルダは、前記粒子線照射装置の前記先端部に設けられた複数の照射装置係合部に係合する複数のホルダ係合部を有し、
    前記照射装置係合部は、前記ホルダ係合部における前記荷電粒子ビームの進行方向の下流側の面に接触する爪を有することを特徴とする請求項１０記載の粒子線治療装置。
  12. 　前記第一スクリーンモニタ及び前記第二スクリーンモニタは、表面が四角形であり、
    前記第一スクリーンモニタ及び前記第二スクリーンモニタの各辺の中央に、基準印が設けられたことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。
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