WO2019163291A1 - 粒子線照射システムおよび照射計画装置 - Google Patents

粒子線照射システムおよび照射計画装置 Download PDF

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WO2019163291A1
WO2019163291A1 PCT/JP2018/048304 JP2018048304W WO2019163291A1 WO 2019163291 A1 WO2019163291 A1 WO 2019163291A1 JP 2018048304 W JP2018048304 W JP 2018048304W WO 2019163291 A1 WO2019163291 A1 WO 2019163291A1
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WO
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irradiation
target
particle beam
depth
charged particle
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Application number
PCT/JP2018/048304
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English (en)
French (fr)
Inventor
梅垣　菊男
祐介 藤井
林太郎 藤本
宮本　直樹
嵩祐 平山
伸一 清水
Original Assignee
株式会社日立製作所
国立大学法人北海道大学
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
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 irradiation system for irradiating a target with a particle beam such as a proton beam or a carbon beam, and an irradiation planning apparatus for creating an irradiation plan for the particle beam.
  • a particle beam irradiation system for irradiating a target with a particle beam such as a proton beam or a carbon beam
  • an irradiation planning apparatus for creating an irradiation plan for the particle beam.
  • Patent Document 1 discloses an accelerator for emitting a charged particle beam and a charge emitted from the accelerator.
  • the irradiation object is divided in the beam axis direction and corresponds to the size of each scan region
  • Beam intensity modulation means for supplying the irradiation dose by modulating the beam intensity from the accelerator, and each irradiation dose supplied by the charged particle beam modulated by the beam intensity modulation means, the displacement amount of the periodic fluctuation of the irradiation target is And means for scanning each scanning region during a gate period within a predetermined phase.
  • Patent Document 2 relates to an apparatus and method for irradiating a patient's ulcer tissue by means of an ion beam, a polarizing device that scans the ion beam in the slice direction and in the plane direction, and the depth direction and depth of the ion beam.
  • An ion beam control device for directional scanning is provided, and an electromagnetically driven ion destruction device is equipped with a depth scanning adaptive device that adapts to the ion beam range, which is faster than the accelerator energy control device.
  • the movement of the patient is monitored by motion detection means for detecting temporal and positional changes of the ulcer in the processing space, and the controller is adapted to change the temporal and positional changes of the location of the ulcer tissue in the processing space. Depth to adjust the polarization device, ion beam direction and ion beam range respectively when scanning ulcer tissue Controlling the direction adaptation device, it has been described.
  • Patent Document 3 discloses a charged particle irradiation system and an irradiation planning apparatus that can shorten the irradiation time (treatment time) and form a planned dose distribution in a particle beam irradiation system using a scanning irradiation method.
  • the system corrects the excitation current value of the scanning magnet based on the signal from the moving body tracking device, which is the target monitoring device, and irradiates the irradiation target with the charged particle beam, and the irradiation device based on the signal from the target monitoring device. It is described that gate irradiation for controlling irradiation start and irradiation stop of a charged particle beam to be irradiated is performed.
  • a method of irradiating a patient with cancer or the like with a charged particle beam is known.
  • a particle beam irradiation system that irradiates a particle beam generally includes a charged particle generator, a beam transport system, and a treatment room.
  • the charged particle beam accelerated by the charged particle beam generator reaches the irradiation device in the treatment room through the beam transport system, it is scanned by the scanning electromagnet there, so A dose distribution suitable for the shape of the affected area is formed.
  • Patent Document 1 discloses a method called gate irradiation.
  • Gate irradiation is a method of irradiating a particle beam when the target is in a predetermined position (exit permission range).
  • Patent Document 2 discloses a method called tracking irradiation.
  • the tracking irradiation is a method of changing the position of the charged particle beam in accordance with the movement of the target by changing at least one of the excitation amount of the scanning electromagnet and the thickness of the energy absorber.
  • Patent Document 3 discloses a method of combining gate irradiation as described in Patent Document 1 and tracking irradiation as described in Patent Document 2.
  • the thickness of the energy absorber is changed in accordance with the movement of the affected area, there is a problem that the charged particle beam is scattered by the energy absorber to increase the size of the charged particle beam. As the size of the charged particle beam increases, the penumbra increases and the uniformity of dose distribution deteriorates.
  • An object of the present invention is to provide a particle beam irradiation system and an irradiation plan capable of forming a dose distribution as planned in a particle beam irradiation system using a scanning irradiation method and reducing the irradiation time as compared with the conventional method. Is to provide a device.
  • the present invention includes a plurality of means for solving the above-described problems.
  • the present invention includes an accelerator that generates and emits a charged particle beam, and a scanning electromagnet that scans the charged particle beam.
  • Tracking the target to irradiate the target, and the target depth is calculated based on a signal from the target monitoring device, and the charged particle beam is calculated when the target depth is within a predetermined depth permission range.
  • a control device that performs gate irradiation, and the control device performs the tracking irradiation when the depth of the target measured by the target monitoring device is within the depth permission range. And wherein the door.
  • a dose distribution as planned can be formed, and the irradiation time can be shortened as compared with the conventional method.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall schematic configuration of a particle beam irradiation system.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an irradiation control device provided in the particle beam irradiation system.
  • FIG. 3A is a diagram showing a dose distribution in the depth direction obtained when a single particle beam is irradiated on the irradiation target
  • FIG. 3B is a dose in the depth direction obtained when a plurality of particle beams are irradiated on the irradiation target.
  • FIG. 4 is a diagram showing a dose distribution in the lateral direction obtained when a particle beam is irradiated on an irradiation target.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing irradiation parameters stored in the database.
  • the particle beam irradiation system of the present embodiment includes a charged particle beam generation apparatus 1, a beam transport system 2, a treatment room 17, a control system 7, and an irradiation planning apparatus 41.
  • the charged particle beam generator 1 is an apparatus that generates and emits a charged particle beam, and includes a linac 3 including an ion source and a preceding charged particle beam accelerator, and a synchrotron 4.
  • the synchrotron 4 has a high frequency application device 5 and an acceleration device 6.
  • the high-frequency application device 5 includes a high-frequency application electrode 8 and a high-frequency application power source 9 that are arranged on the orbit of the synchrotron 4.
  • the high frequency application electrode 8 and the high frequency application power source 9 are connected by a switch.
  • the acceleration device 6 includes a high-frequency acceleration cavity disposed in the orbit of the particle beam and a high-frequency power source that applies high-frequency power to the high-frequency acceleration cavity.
  • An exit deflector 11 connects the synchrotron 4 and the beam transport system 2.
  • the beam transport system 2 includes a beam path 12, a quadrupole electromagnet, and deflection electromagnets 13, 14, 15, and 16.
  • the beam path 12 is connected to an irradiation device 21 installed in the treatment room 17.
  • a substantially cylindrical gantry 18 is installed in the treatment room 17.
  • the gantry 18 is provided with deflection electromagnets 15 and 16 that are a part of the beam transport system 2, an irradiation device 21 that irradiates a target 26 with a charged particle beam, X-ray generators 35 and 36, and X-ray detectors 37 and 38.
  • a treatment bed called a couch 24 is installed inside the gantry 18 in order to install the irradiation target 25.
  • the gantry 18 has a structure that can be rotated by a motor.
  • the deflection electromagnets 15 and 16, the irradiation device 21, the X-ray generation devices 35 and 36, and the X-ray detectors 37 and 38 rotate with the rotation of the gantry 18.
  • the rotation of the gantry 18 and each device are linked to this movement, so that the irradiation target 25 can be irradiated with the particle beam from any direction within a plane perpendicular to the rotation axis of the gantry 18.
  • the irradiation device 21 provided in the gantry 18 includes scanning electromagnets 31 and 32, a position monitor 34, and a dose monitor 33 inside.
  • the irradiation device 21 includes two scanning electromagnets 31 and 32, and deflects the charged particle beam in two directions (X direction and Y direction) in a plane perpendicular to the traveling direction ( The target 26 is irradiated with the charged particle beam by changing the irradiation position.
  • the position monitor 34 measures the position of the particle beam and the spread of the particle beam.
  • the dose monitor 33 measures the amount of irradiated particle beam.
  • the first X-ray generator 35 and the second X-ray generator 36 are installed in the gantry 18 and generate fluoroscopic X-rays.
  • a flat panel type first X-ray detector 37 and a second X-ray detector 38 are installed at the tip of the irradiation port of the irradiation device 21.
  • the X-ray detector 37 detects an X-ray signal from the X-ray generator 35
  • the X-ray detector 38 detects an X-ray signal from the X-ray generator 36.
  • the target 26 is in the irradiation target 25, and a dose distribution that covers the target 26 is formed in the irradiation target 25 by irradiating the particle beam.
  • the irradiation target 25 is a person and the target 26 is a tumor.
  • control system 7 provided in the particle beam irradiation system of the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • the control system 7 shown in FIG. 1 includes a database 42 that is a storage device, a central control device 46, an accelerator control device 47, an irradiation control device 48, and a moving object tracking device 49.
  • the X-ray CT apparatus 40 is an apparatus that images the target 26 in the irradiation target 25, and has a function of creating a CT image for each phase of movement when the target 26 moves periodically.
  • a CT image for each respiratory phase of the irradiation target 25 can be acquired.
  • the irradiation planning apparatus 41 is an apparatus that creates an irradiation plan for irradiating the target 26 with a charged particle beam based on the CT image for each phase imaged by the X-ray CT apparatus 40. Details thereof will be described later.
  • the database 42 is connected to an irradiation planning device 41 connected to the X-ray CT apparatus 40, and records irradiation plan data necessary for irradiation created by the irradiation planning device 41.
  • the central controller 46 is connected to an accelerator controller 47, an irradiation controller 48, and a moving body tracking device 49.
  • the central controller 46 is connected to the database 42.
  • the central controller 46 receives data from the database 42 and controls the operation by transmitting necessary information to the accelerator controller 47, the irradiation controller 48, and the moving body tracking device 49.
  • the accelerator controller 47 is connected to the charged particle beam generator 1, the beam transport system 2, and the gantry 18 and controls them.
  • the irradiation controller 48 controls the scanning electromagnet power supply 48a that excites the scanning electromagnets 31 and 32 and processes signals from each monitor in the irradiation device 21. The detailed configuration will be described later.
  • the moving body tracking device 49 is connected to the X-ray generators 35 and 36 and the X-ray detectors 37 and 38, and controls these operations.
  • the target monitoring device that measures the position of the target 26 includes X-ray generators 35 and 36, X-ray detectors 37 and 38, and a moving body tracking device 49.
  • the irradiation control device 48 of the control system 7 of the present embodiment corrects the excitation current value of the scanning electromagnets 31 and 32 based on the signal from the target monitoring device, and irradiates the target 26 with the charged particle beam, and target monitoring. Based on the signal from the apparatus, the depth of the target 26 is calculated, and when the depth of the target 26 is within a predetermined depth permission range, control necessary for performing irradiation with a gate that irradiates a charged particle beam is executed. To do.
  • the irradiation control device 48 performs the operation of each device in the system so as to perform the tracking irradiation when it is determined that the depth of the target 26 measured by the target monitoring device is within the depth permission range. Control. Details of the irradiation control device 48 will be described below with reference to FIG.
  • the irradiation control device 48 is connected to a position monitor 34 and a dose monitor 33 in the irradiation device, and controls these operations. Moreover, it is connected with the moving body tracking device 49 and the accelerator control device 47, and communicates with these devices.
  • the irradiation controller 48 includes a scanning electromagnet power supply 48a for exciting the scanning electromagnets 31 and 32, a depth table memory 48b, a depth permission range memory 48c, a position memory 48f, a dose memory 48h, a coordinate processing circuit 48d, an irradiation control circuit 48g, And a position monitoring circuit 48e.
  • the scanning electromagnet power supply 48a includes an additional current memory 48a2, an excitation current memory 48a3, and an electromagnet control circuit 48a1.
  • 3A and 3B the relationship between the depth of the target 26 and the energy of the particle beam when the surface of the irradiation target 25 in the particle beam irradiation system according to the present embodiment is used as a reference will be described.
  • 3A and 3B are diagrams in which the horizontal axis indicates the depth of the target 26 and the vertical axis indicates the dose of the particle beam.
  • FIG. 3A shows the dose distribution formed by a single energy particle beam in an irradiation object as a function of depth.
  • the peak in FIG. 3A is called a Bragg peak.
  • the position of the Bragg peak depends on the energy of the particle beam. Therefore, the position of the Bragg peak can be adjusted by adjusting the energy of the particle beam, and the particle beam of an appropriate dose can be irradiated to the desired depth of the target 26.
  • the target 26 has a thickness in the depth direction, but the Bragg peak is a sharp peak. Therefore, by irradiating several energy particle beams at an appropriate intensity ratio and superimposing the Bragg peaks, as shown in FIG. 3B, a uniform height having the same thickness as the target 26 in the depth direction is obtained. A dose region (SOBP) is formed.
  • SOBP dose region
  • the relationship between the lateral spread of the target 26 in the direction perpendicular to the beam axis (the direction of the XY plane) and the particle beam will be described.
  • the horizontal axis indicates the lateral extent of the target 26, and the vertical axis indicates the dose at the irradiation spot.
  • the direction perpendicular to the beam axis is called the transverse direction.
  • the particle beam After reaching the irradiation device 21, the particle beam is scanned by two scanning electromagnets 31 and 32 installed perpendicular to each other to reach a desired position in the lateral direction.
  • the lateral spread of the particle beam can be approximated by a Gaussian distribution shape. Therefore, by arranging Gaussian distributions at equal intervals and setting the distance therebetween to about the standard deviation of the Gaussian distribution, the added distribution has a uniform region as shown in FIG.
  • the Gaussian distribution dose distribution arranged in this way is called a spot.
  • a uniform irradiation field can be formed by the beam scanning in the horizontal direction by the scanning electromagnets 31 and 32 and the movement of the Bragg peak in the depth direction by changing the beam energy.
  • the unit of the irradiation field that is irradiated with the same energy and spreads in the horizontal direction by scanning the particle beam by the scanning electromagnets 31 and 32 is called a slice.
  • the irradiation planning device 41 determines irradiation parameters, depth table, depth permission range, gantry angle, and irradiation target position information necessary for irradiation before irradiating the target 26 with the particle beam.
  • FIG. 5 shows the structure of irradiation parameters.
  • the irradiation parameter determined by the irradiation planning device 41 is composed of N slices and N slice data.
  • a slice represents a set of spots irradiated with the same energy.
  • the slice data includes slice number i, energy Ei, spot number Ni, and Ni spot data.
  • the spot data includes a spot number j, an irradiation position (Xij, Yij), and a target irradiation amount Dij.
  • These irradiation parameters are determined by the following procedure, for example.
  • the irradiation object 25 is imaged in advance by the X-ray CT apparatus 40, and a CT image of the irradiation object 25 for n phases is created.
  • the X-ray CT apparatus 40 transmits the created CT image to the irradiation planning apparatus 41.
  • the irradiation planning device 41 displays the received image data on the screen of a display device (not shown).
  • the operator selects a CT image having a reference phase from the CT images for each phase. For example, when considering the movement of the target 26 due to respiration, the expiration phase is selected.
  • the operator designates a region to be irradiated so as to cover the target 26 on the selected CT image and a region (important organ) that is desired to suppress the irradiation of the particle beam as much as possible.
  • the irradiation planning device 41 determines and determines the installation position, gantry angle, and irradiation parameters of the irradiation object 25 that can form a dose distribution in the designated area.
  • the irradiation planning apparatus 41 determines the irradiation target installation position and the gantry angle based on the irradiation target information input by the operator, and then divides the target 26 (affected site) into a plurality of slices in the depth direction, and the necessary slices. The number N is determined.
  • the irradiation planning device 41 calculates an image projected on the X-ray detectors 37 and 38 when the irradiation target 25 is installed at the irradiation target installation position, and uses it as irradiation target position information. Moreover, the irradiation plan apparatus 41 calculates
  • the irradiation planning device 41 further determines the number of irradiation spots Ni, the spot number j, the irradiation position (Xij, Yij) of each spot, and the target irradiation amount Dij of each spot according to the shape of each slice. To do.
  • the irradiation planning device 41 calculates a dose distribution when the irradiation target 25 is irradiated with each determined value, and displays the calculated dose distribution on the display device.
  • the irradiation planning device 41 obtains a depth table in which the depth permission range, which is a condition for performing the tracking irradiation, and the depth information of the target 26 are used when performing the tracking irradiation and the gate irradiation.
  • the water equivalent thickness from the body surface to the shallow boundary of the target 26 is Wij on the path of the spot formed by the spot of spot number j of slice number i.
  • the depth permission range is registered for each spot and is set to Wij ⁇ ⁇ .
  • ⁇ is a constant, but may be a common value for all spots, or a different value may be used for each slice.
  • the depth table is determined using CT images of all phases. First, the position of the target 26 on the CT image is specified for each phase. Next, the difference from the target position at the reference phase is calculated for each phase. An amount obtained by projecting this difference in consideration of the irradiation direction of the particle beam is a correction amount for water equivalent thickness calculation tracked by the scanning electromagnets 31 and 32. By adding this correction amount for water equivalent thickness calculation to the irradiation position of each spot, the water equivalent thickness from the body surface on the spot path to the shallow boundary of the target 26 is obtained.
  • This table is calculated for all combinations of spots and phases, so that a table for each spot is obtained. That is, if the phase number is k, the water equivalent thickness from the body surface on the spot path at the phase k to the shallow boundary of the target 26 is the depth for the spot of the spot number j of the slice number i.
  • the table is Wijk.
  • the data of the depth table Wijk thus created is created for the number of gantry angles.
  • the data of the depth table Wijk created by the number of gantry angles also includes information on whether or not there is an important organ on the path.
  • the created irradiation parameters, gantry angle, irradiation target position information, depth permission range, and depth table Wijk are transmitted to the database 42 and recorded in the database 42.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a procedure for irradiating a particle beam by the particle beam irradiation system of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the details of a part of the procedure for irradiating the particle beam shown in FIG. 6, and
  • FIG. 8 is a flowchart showing the details of a part of the procedure for irradiating the particle beam by the conventional particle beam irradiation system. .
  • the central control unit 46 sets the installation position of the irradiation target 25, the gantry angle depth allowable range, the depth table Wijk, and the irradiation from the database 42. Receive parameters.
  • the central controller 46 transmits the energy information and gantry angle described in the irradiation parameter to the accelerator controller 47, and transmits the depth permission range, the depth table, and the irradiation parameter to the irradiation controller 48.
  • the accelerator controller 47 prepares excitation patterns for the scanning electromagnets 31 and 32 for emitting a charged particle beam having energy designated by the central controller 46.
  • the irradiation controller 48 sets the depth permission range, depth table Wijk, and irradiation parameters received from the central controller 46 in each memory. More specifically, the irradiation position is recorded in the position memory 48f, the target irradiation amount is recorded in the dose memory 48h, the depth permission range is recorded in the depth permission range memory 48c, and the depth table is recorded in the depth table memory 48b. Further, the excitation current values of the scanning electromagnets 31 and 32 obtained from the irradiation position and energy are recorded in the excitation current memory 48a3 of the scanning electromagnet power supply 48a.
  • the target 26 in the irradiation object 25 is seen through using the X-ray generators 35 and 36 and the X-ray detectors 37 and 38 in order to confirm that the irradiation object 25 is installed at the planned position. .
  • the fluoroscopic image and the image of the irradiation target position information are compared, and a deviation amount from the planned position is calculated. According to the deviation amount, the couch 24 is moved to adjust the position of the irradiation object 25.
  • the angle of the gantry 18 is set.
  • the accelerator controller 47 rotates the gantry 18 to the gantry angle described in the irradiation parameters.
  • the operator presses the irradiation start button on the console.
  • irradiation start button is pressed, irradiation is started according to the procedure shown in FIG.
  • the moving body tracking device 49 controls the X-ray generators 35 and 36 and the X-ray detectors 37 and 38 to start measuring the position of the target 26.
  • the moving body tracking device 49 controls the X-ray generators 35 and 36 to generate X-rays at a constant interval (for example, 30 Hz).
  • the moving body tracking device 49 calculates the position (target coordinates) of the target 26 using the images acquired from the X-ray detectors 37 and 38, and transmits the target coordinates to the coordinate processing circuit 48d.
  • a marker such as a metal sphere is inserted in advance in the vicinity of the target 26, and instead of measuring the position of the target 26, the position of the marker may be measured. Good. Since the marker is easily reflected in the fluoroscopic image, the position of the target 26 can be measured with high accuracy. In addition, when measuring the position of the target 26 directly without a marker, the effect that the effort which inserts a marker can be saved is acquired.
  • an acceleration signal is transmitted from the central controller 46 to the accelerator controller 47.
  • the accelerator controller 47 accelerates the particle beam by controlling the ion source, linac 3 and synchrotron 4 (step S202).
  • the particle beam generated in the ion source is accelerated by the linac 3 and is incident on the synchrotron 4.
  • the incident particle beam is accelerated to the energy E1 for applying the high frequency from the acceleration device 6 and irradiating the first slice number.
  • an acceleration completion signal is transmitted from the accelerator controller 47 to the irradiation controller 48.
  • step S203 the irradiation control device 48 that has received the acceleration completion signal prepares for spot irradiation. Details of the processing in step S203 will be described with reference to FIG.
  • the irradiation control circuit 48g in the irradiation control device 48 receives the acceleration completion signal, the irradiation control circuit 48g transmits a spot setting signal to the coordinate processing circuit 48d, the position monitoring circuit 48e, and the electromagnet control circuit 48a1.
  • step S203A3 it is determined whether or not the referenced Wijk is within the depth permission range Wij ⁇ ⁇ (step S203A3).
  • the process proceeds to step S203A4, and the irradiation control circuit 48g determines whether or not an important organ is present on the particle beam passage route from the body surface to the target 26 ( Step S203A4).
  • the emission permission signal is continuously transmitted to the irradiation control circuit 48g until the depth goes out of the depth permission range.
  • step S203A3 if it is not determined in step S203A3 that it is within the permitted range or if it is determined in step S203A4 that an important organ exists, the process returns to step S203A1.
  • the coordinate processing circuit 48d transmits the latest target coordinates to the position monitoring circuit 48e. Further, the coordinate processing circuit 48d calculates an additional current value from the latest target coordinates and the irradiation energy, and records the calculated additional current value in the additional current memory 48a2 of the scanning electromagnet power supply 48a.
  • the electromagnet control circuit 48a1 excites the scanning electromagnets 31 and 32 with an excitation current value obtained by controlling the scanning electromagnet power supply 48a.
  • the electromagnet control circuit 48a1 transmits an electromagnet setting completion signal to the irradiation control circuit 48g of the irradiation controller 48.
  • These current values are set for both the scanning electromagnet 32 corresponding to the X axis and the scanning electromagnet 31 corresponding to the Y axis.
  • the irradiation control circuit 48g transmits an extraction start signal to the accelerator control device if the extraction permission signal is still received when the electromagnet setting completion signal is received (step S203A5). On the other hand, if the irradiation control circuit 48g has not received the extraction permission signal when receiving the electromagnet setting completion signal, the irradiation control circuit 48g waits to receive the extraction permission signal again. A spot reset signal is transmitted to the position monitoring circuit 48e and the electromagnet control circuit 48a1.
  • the coordinate processing circuit 48d When receiving the spot reset signal, the coordinate processing circuit 48d transmits the latest target coordinates to the position monitoring circuit 48e, and transmits an additional current value corresponding to the latest coordinates to the additional current memory 48a2 of the scanning electromagnet power supply 48a.
  • the irradiation control circuit 48g repeats the same operation until it receives the emission permission signal when it receives the electromagnet setting completion signal.
  • the irradiation control circuit 48g receives the emission permission signal when it receives the electromagnet setting completion signal, and when it is determined that there is no important organ on the path of the particle beam from the body surface to the target 26, the accelerator controller 47 An emission start signal is transmitted to.
  • the accelerator control device 47 controls the high frequency application device 5 to apply a high frequency to the particle beam.
  • the particle beam to which the high frequency is applied passes through the output deflector 11, passes through the beam path 12, and reaches the irradiation device 21 in the treatment room 17.
  • the particle beam is scanned by the scanning electromagnets 31 and 32 in the irradiation device 21, passes through the position monitor 34 and the dose monitor 33, reaches the irradiation target 25, and gives a dose to the target 26 (step S204).
  • the amount of particle beam reaching the target 26 is detected by the dose monitor 33 and counted by the irradiation control circuit 48g.
  • the irradiation control circuit 48g compares the count of the signal from the dose monitor 33 with the value of the dose memory 48h. When the count reaches the target dose recorded in the dose memory 48h, an irradiation stop signal is sent to the accelerator controller 47. Output.
  • the accelerator control device 47 that has received the extraction stop signal controls the high frequency application device 5 to stop the high frequency application and stop the extraction.
  • the irradiation control circuit 48g transmits a spot completion signal to the position monitoring circuit 48e.
  • the position monitoring circuit 48e adds the target coordinates received from the coordinate processing circuit 48d and the value of the irradiation position recorded in the position memory 48f, calculates the difference between the position detected by the position monitor 34, and the difference is less than the threshold value. Make sure that
  • a deceleration signal is transmitted from the central controller 46 to the accelerator controller 47 (step S206).
  • the accelerator control device 47 that has received the deceleration signal decelerates the particle beam, and enters a state where a new particle beam can enter from the linac 3.
  • the coordinate processing circuit receives the target coordinates from the moving body tracking device at a constant cycle (step S203P1), and the latest received target coordinates are within the emission permission range. (Step S203P2), when it is determined that it is within the permitted range, the process proceeds to step S204P that executes spot irradiation, and when it is not determined that it is within the permitted range, the process is performed. It returns to S203P1.
  • a rectangular parallelepiped emission permission range is determined when an irradiation plan is created. Then, whether or not the tracking irradiation is executed is determined based on whether or not the coordinates of the target acquired in parallel with the irradiation are within a predetermined emission permission range.
  • the target depth does not always change from the time of the irradiation plan creation to the actual irradiation.
  • the position of the target measured at the time of irradiation is not limited to the high accuracy as planned, and there is room for further improvement in irradiation accuracy for the first time by the present inventors' investigation. It became clear.
  • the tracking irradiation is performed when it is determined that the depth of the target 26 acquired in parallel with the irradiation is equivalent to a predetermined depth permission range. Therefore, the irradiation accuracy can be kept high and the depth allowable range can be widened. For this reason, it is possible to secure a long irradiation time and to shorten the treatment time.
  • Dose distribution as planned can be formed in a short time by irradiation carried out by the above procedure.
  • the particle beam irradiation system of the present embodiment described above includes the charged particle beam generator 1 that generates and emits a charged particle beam, and scanning electromagnets 31 and 32 that scan the charged particle beam.
  • a target monitoring device including an irradiation device 21 that irradiates the target 26, X-ray generation devices 35 and 36, X-ray detectors 37 and 38 that measure the position of the target 26, and a moving body tracking device 49, and a signal from the target monitoring device
  • the depth of the target 26 is calculated by correcting the excitation current value of the scanning electromagnets 31 and 32 based on the above and calculating the depth of the target 26 based on the tracking irradiation that irradiates the target 26 with the charged particle beam and the signal from the target monitoring device.
  • control system 7 that performs gate irradiation for irradiating a charged particle beam when the value is within a predetermined allowable depth range.
  • the control system 7 includes a target 26 measured by the target monitoring device. And it performs tracking irradiation when the depth is within the depth permitted range.
  • the irradiation plan apparatus 41 which produces the irradiation plan for irradiating the target 26 with a charged particle beam of a present Example scans a charged particle beam based on the signal from the target monitoring apparatus which measures the position of the target 26.
  • the depth of the target 26 is calculated based on the tracking irradiation for irradiating the target 26 with the charged particle beam by correcting the excitation current values of the electromagnets 31 and 32 and the signal from the target monitoring device.
  • a depth table in which the depth information of the target 26 is recorded is used in advance when performing gate irradiation for irradiating a charged particle beam when the depth is within the allowable depth range.
  • the amount of excitation of the scanning electromagnets 31 and 32 can be corrected to irradiate the target 26 with the particle beam as planned.
  • the particle beam can be irradiated to the target depth as planned by stopping the irradiation of the particle beam. Therefore, in the particle beam irradiation system based on the scanning irradiation method, the time during which the particle beam can be irradiated can be lengthened compared to the conventional case, and the irradiation time (treatment time) can be shortened.
  • the depth of the target 26 is not necessarily changed between the time when the irradiation plan is created and before the actual irradiation, but the depth of the target 26 acquired at the time of irradiation as in this embodiment.
  • the depth is the water equivalent thickness from the body surface of the irradiation target 25 having the target 26 to the target 26, even when the range of the particle beam changes due to the change of the water equivalent thickness to the target 26. Since the tracking irradiation is executed under the condition (timing) in which the water equivalent thickness is equal, the dose distribution as planned can be formed in a short time, and the treatment can be completed in a shorter time.
  • control system 7 does not perform the tracking irradiation even when the depth of the target 26 is within the depth allowable range when the important organ is on the path of the charged particle beam. Since it is possible to suppress the irradiation of the particle beam with respect to the organ, it is possible to suppress the itch that causes an undesirable event to the important organ due to the irradiation of the particle beam.
  • the positional relationship between the position of the target 26 and the surface of the irradiation target 25 is obtained in advance, and the target 26 is based on the signal on the surface of the irradiation target 25. It is possible to determine the depth of the gate and perform gate control and tracking control.
  • a monitoring monitor different from the target monitoring device for example, a measuring device capable of measuring the movement of the body surface position, such as a laser distance meter or a stereo camera.
  • the emission permission signal is output when the depth of the target 26 measured in real time is within the depth permission range.
  • the method for specifying the position of the target 26 is not limited to X-rays, and electromagnetic waves and ultrasonic waves can be used.
  • the depth of the target 26 uses a value measured in real time using other information such as a body surface position. Is possible. Also in this case, the emission permission signal is output when the depth of the target 26 measured in real time is within the depth permission range.
  • the water equivalent thickness from the body surface of the irradiation target 25 to the target 26 is used as the depth, but an index other than the water equivalent thickness can be used.
  • the distance from the body surface of the irradiation target 25 to the target 26 can be used instead of the water equivalent thickness.
  • the gate irradiation condition At least one of the depth, the water equivalent thickness from the body surface of the irradiation target 25 to the target 26, or the distance from the body surface of the irradiation target 25 to the target 26 is the gate irradiation condition.
  • the depth information acquisition method of the target 26 can be increased, and the depth determination accuracy is improved. And redundancy can be ensured.
  • the depth of the target 26 is from the body surface of the irradiation target 25 to the boundary on the shallow side of the target 26.
  • the boundary on the deep side of the target 26 or an arbitrary point inside the target 26 is used. Can be any distance up to.
  • the coordinate processing circuit 48d transmits new information for each spot. This is because the time for irradiating one spot is as short as several milliseconds, and the distance that the target 26 moves during that time can be substantially ignored. However, the excitation current value can be changed in accordance with the position of the target 26 by updating the additional current memory 48a2 while irradiating one spot. When the irradiation time of one spot is long, it is effective to change the excitation current value even during spot irradiation.
  • the coordinate processing circuit 48d controls the emission permission timing and the additional current value based on the coordinates of the target 26 received from the moving body tracking device 49.
  • the coordinate processing circuit 48d can predict the position of the target 26 using the coordinates of the target 26 received from the moving body tracking device 49. By predicting the position, it is possible to avoid the delay of the emission permission timing and the additional current value due to the processing time of the control system 7. Further, by predicting, the emission permission timing and the additional current value can be controlled in a cycle shorter than the X-ray imaging cycle, and the irradiation time can be further shortened.
  • the scanning electromagnet power supply 48a can update the excitation amount at a constant cycle regardless of the emission permission state.
  • the coordinate processing circuit 48d updates the additional current memory 48a2 at a cycle equivalent to the cycle for updating the excitation amount.
  • This cycle can be equivalent to the cycle in which the coordinate information is sent from the moving object tracking device 49. Further, this cycle can be made shorter than the cycle in which the coordinate information is transmitted from the moving body tracking device 49 by using the coordinates predicted based on the coordinate information transmitted from the moving body tracking device 49.
  • the additional current value is transmitted to the scanning electromagnet power supply 48a, and scanning is always performed in accordance with the movement of the target 26, until the particle beam is emitted after the emission permission signal is transmitted. Can be shortened.
  • the spot scanning for stopping the emission of the particle beam for each spot has been described as an example.
  • the present invention can also be applied to the raster scanning and the line scanning that do not stop the emission of the particle beam.
  • the gantry 18 that rotates 360 degrees has been described as an example.
  • the present invention can be similarly applied to a particle beam irradiation apparatus that does not have a gantry that rotates 180 degrees. it can.
  • the accelerator of the charged particle beam generator 1 is a synchrotron
  • various accelerators of a cyclotron type or a synchrocyclotron type can be used as the accelerator.
  • the emission indicates that the beam is emitted from the cyclotron toward the transport system.

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Abstract

標的２６の位置を計測する標的監視装置と、標的監視装置からの信号に基づき走査電磁石３１，３２の励磁電流値を補正して荷電粒子ビームを標的２６に照射する追尾照射、および標的監視装置からの信号に基づき標的２６の深さを演算し、標的２６の深さが予め定めた深さ許可範囲内にあるとき荷電粒子ビームを照射するゲート照射を行う制御システム７と、を備え、制御システム７は、標的監視装置によって計測した標的２６の深さが深さ許可範囲内にあるときに追尾照射を行う。これにより、スキャニング照射法による粒子線照射システムにおいて、計画通りの線量分布を形成することができ、かつ従来の手法に比べて照射時間を短縮することができる。

Description

粒子線照射システムおよび照射計画装置
　本発明は、陽子線や炭素線等の粒子線を標的に照射する粒子線照射システムや、その粒子線の照射計画を作成する照射計画装置に関する。
　照射時間を短縮し、照射対象に対する時間の負荷を軽減させるだけでなく、照射精度を向上させることを目的として、特許文献１には、荷電粒子ビームを出射する加速器と、加速器から出射された荷電粒子ビームを周期変動する照射対象に複数回スキャニング照射する照射装置と、を有する粒子線照射システムにおいて、照射対象をビーム軸方向に分割して層状に形成される各スキャン領域の大きさに対応する照射線量を、加速器からのビーム強度を変調させて供給させるビーム強度変調手段と、ビーム強度変調手段によって変調された荷電粒子ビームにより供給される各照射線量を、照射対象の周期変動の変位量が所定位相内にあるゲート期間に、各スキャン領域に対してスキャニング照射させる手段と、を備える、ことが記載されている。
　また、特許文献２には、患者の潰瘍組織をイオンビームの手段により照射する装置ならびに方法に関し、イオンビームを潰瘍組織のスライス方向および面方向スキャニングする偏光装置とイオンビームの深さ方向および深さ方向スキャニングのためのイオンビーム制御装置を有し、電磁気的に駆動するイオン破壊装置がイオンビームの範囲に適応する深さ方向スキャニング適応装置を備え、加速器のエネルギー制御装置より高速の深さ方向適応を有し、患者の動きは処理スペース内の潰瘍の時間的、位置的変化を検知する動き検知手段によりモニタされ、制御装置は、処理スペース内の潰瘍組織の場所の時間的、位置的変化における潰瘍組織のスキャニングの際、偏光装置とイオンビーム方向とイオンビーム範囲のそれぞれを調整する深さ方向適応装置を制御する、ことが記載されている。
　また、特許文献３には、スキャニング照射法による粒子線照射システムにおいて、照射時間（治療時間）を短縮しかつ計画通りの線量分布を形成することができる荷電粒子照射システムおよび照射計画装置として、制御システムは、標的監視装置である動体追跡装置からの信号に基づき走査電磁石の励磁電流値を補正して荷電粒子ビームを照射標的に照射する追尾照射と、標的監視装置からの信号に基づき照射装置から照射される荷電粒子ビームの照射開始と照射停止を制御するゲート照射とを行う、ことが記載されている。
特開２００８－１５４６２７号公報 特開２００４－５０４１２１号公報 特開２０１３－１９８５７９号公報
　癌などの患者に荷電粒子ビーム（粒子線）を照射する方法が知られている。このような粒子線を照射する粒子線照射システムは、一般的には荷電粒子発生装置とビーム輸送系と治療室とを備えている。
　スキャニング照射法を用いる粒子線照射システムでは、荷電粒子ビーム発生装置で加速された荷電粒子ビームはビーム輸送系を経て治療室の照射装置に達すると、そこで走査電磁石により走査されることで患者の体内で患部形状に適した線量分布を形成する。
　ところで、患部などの標的が呼吸などで移動すると、予め計画した線量分布を形成することが難しくなる。そこで計画通りの線量分布を形成する方法として、特許文献１はゲート照射と呼ばれる方法を開示している。ゲート照射は、標的が予め決めた位置（出射許可範囲）にある場合に粒子線を照射する方法である。
　また、特許文献２は追尾照射と呼ばれる方法を開示している。追尾照射は、走査電磁石の励磁量とエネルギー吸収体の厚みの少なくとも一方を変更することにより、標的の移動に合わせて荷電粒子ビームの位置を変更する方法である。
　特許文献３は、特許文献１に記載されたようなゲート照射と特許文献２に記載されたような追尾照射を組み合わせる方法を開示している。
　しかしながら、特許文献１に記載のようなゲート照射では、計画通りの線量分布を形成するためには出射許可範囲を小さくする必要がある。出射許可範囲を小さくするほど粒子線を標的に向けて出射できる時間は短くなり、照射時間（治療時間）が長くなるという課題がある。
　また、特許文献２に記載のような追尾照射では、走査電磁石の励磁量を変更して走査をする場合、標的が深さ方向へ移動する、或いは標的までの水等価厚が変化すると、計画した位置にブラッグピークを形成できず、計画した線量分布を形成することができないという課題がある。
　また、患部の移動に合わせてエネルギー吸収体の厚みを変更するため、エネルギー吸収体により荷電粒子ビームが散乱されて、荷電粒子ビームのサイズが大きくなるという課題がある。荷電粒子ビームのサイズが大きくなるとペナンブラが大きくなり、線量分布の一様度が悪化する。
　また、特許文献３に記載のゲート照射と追尾照射を組み合わせる手法では、計画通りの線量分布を短時間に照射することは可能である。しかしながら、予めビーム軸に対して垂直な方向にゲート範囲を設定するため、照射時間を短縮する余地がさらにあることが本発明者らの検討により明らかとなった。
　本発明の目的は、スキャニング照射法による粒子線照射システムにおいて、計画通りの線量分布を形成することができ、かつ従来の手法に比べて照射時間を短縮することができる粒子線照射システムおよび照射計画装置を提供することである。
　本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、荷電粒子ビームを生成して出射する加速器と、前記荷電粒子ビームを走査する走査電磁石を有しており、前記荷電粒子ビームを標的に照射する照射装置と、前記標的の位置を計測する標的監視装置と、前記標的監視装置からの信号に基づき前記走査電磁石の励磁電流値を補正して前記荷電粒子ビームを前記標的に照射する追尾照射、および前記標的監視装置からの信号に基づき前記標的の深さを演算し、前記標的の深さが予め定めた深さ許可範囲内にあるとき前記荷電粒子ビームを照射するゲート照射を行う制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記標的監視装置によって計測した前記標的の深さが前記深さ許可範囲内にあるときに前記追尾照射を行うことを特徴とする。
　本発明によれば、スキャニング照射法による粒子線照射システムにおいて、計画通りの線量分布を形成することができ、かつ従来の手法に比べて照射時間を短縮することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
本発明の粒子線照射システムの全体概略構成を示す図である。 本発明の粒子線照射システムに備えられる照射制御装置の構成を示すブロック図である。 照射対象に単一の粒子線を照射した場合に得られる深さ方向の線量分布を示す図である。 照射対象に複数の粒子線を照射した場合に得られる深さ方向の線量分布を示す図である。 照射対象に粒子線を照射した場合に得られる横方向の線量分布を示す図である。 データベースに記憶される照射パラメータを示す概念図である。 本発明の粒子線照射システムによって粒子線を照射する手順を示したフローチャートである。 本発明の粒子線照射システムによって粒子線を照射する手順の一部を示したフローチャートである。 従来の粒子線照射システムによって粒子線を照射する手順の一部を示したフローチャートである。
　以下、ゲート照射と走査電磁石による追尾照射とを実施する本発明の粒子線照射システムと、それに好適な照射計画装置の実施例について図１乃至図８を用いて説明する。
　最初に、粒子線照射システムや照射計画装置の構成について図１乃至図５を用いて説明する。図１は粒子線照射システムの全体概略構成を示す図である。図２は粒子線照射システムに備えられる照射制御装置の構成を示すブロック図面である。図３Ａは照射対象に単一の粒子線を照射した場合に得られる深さ方向の線量分布を示す図、図３Ｂは照射対象に複数の粒子線を照射した場合に得られる深さ方向の線量分布を示す図、図４は照射対象に粒子線を照射した場合に得られる横方向の線量分布を示す図である。図５はデータベースに記憶される照射パラメータを示す概念図である。
　図１に示すように、本実施例の粒子線照射システムは、荷電粒子ビーム発生装置１、ビーム輸送系２、治療室１７、制御システム７および照射計画装置４１を備えている。
　荷電粒子ビーム発生装置１は、荷電粒子ビームを生成して出射する装置であり、イオン源および前段荷電粒子ビーム加速装置から構成されるライナック３と、シンクロトロン４とを有する。シンクロトロン４は、高周波印加装置５、および加速装置６を有する。
　高周波印加装置５はシンクロトロン４の周回軌道に配置された高周波印加電極８および高周波印加電源９を備える。高周波印加電極８と高周波印加電源９はスイッチにより接続されている。加速装置６は粒子線の周回軌道に配置された高周波加速空洞および高周波加速空洞に高周波電力を印加する高周波電源を備える。出射用デフレクタ１１がシンクロトロン４とビーム輸送系２を接続する。
　ビーム輸送系２は、ビーム経路１２，四極電磁石，偏向電磁石１３，１４，１５，１６を有する。ビーム経路１２は、治療室１７内に設置された照射装置２１に接続されている。
　治療室１７内には、略筒状のガントリー１８が設置されている。
　ガントリー１８には、ビーム輸送系２の一部である偏向電磁石１５，１６、標的２６に荷電粒子ビームを照射する照射装置２１、Ｘ線発生装置３５，３６、Ｘ線検出器３７，３８が設置されている。ガントリー１８の内部には照射対象２５を設置するために、カウチ２４と呼ばれる治療用ベッドが設置される。
　ガントリー１８は、モーターにより回転可能な構造をしている。偏向電磁石１５，１６と照射装置２１、Ｘ線発生装置３５，３６、およびＸ線検出器３７，３８は、ガントリー１８の回転と共に回転する。このガントリー１８の回転および各機器がこの動きに連動することにより、照射対象２５に対してガントリー１８の回転軸に垂直な平面内のいずれの方向からも粒子線を照射することができる。
　ガントリー１８に備えられた照射装置２１は、走査電磁石３１，３２、位置モニタ３４、線量モニタ３３を内部に有する。本実施の粒子線照射システムは、照射装置２１が二台の走査電磁石３１，３２を備え、荷電粒子ビームを進行方向と垂直な面内の二つの方向（Ｘ方向，Ｙ方向）にそれぞれ偏向（走査）し、照射位置を変更することで荷電粒子ビームを標的２６に照射する。
　位置モニタ３４は、粒子線の位置と粒子線の広がりを計測する。線量モニタ３３は、照射された粒子線の量を計測する。
　第一のＸ線発生装置３５と第二のＸ線発生装置３６は、ガントリー１８に設置されており、透視用のＸ線を発生させる。照射装置２１の照射口先端部には、フラットパネル型の第一のＸ線検出器３７と第二のＸ線検出器３８が設置されている。Ｘ線検出器３７はＸ線発生装置３５からのＸ線の信号を検出し、Ｘ線検出器３８はＸ線発生装置３６からのＸ線の信号を検出する。
　照射対象２５内には標的２６があり、粒子線を照射することで標的２６を覆うような線量分布を照射対象２５内に形成する。ここで癌などの治療の場合は、照射対象２５は人であり標的２６は腫瘍である。
　本実施例の粒子線照射システムが備えている制御システム７について、図１を用いて説明する。
　図１に示す制御システム７は、記憶装置であるデータベース４２、中央制御装置４６、加速器制御装置４７、照射制御装置４８および動体追跡装置４９を備える。
　Ｘ線ＣＴ装置４０は照射対象２５内の標的２６を撮像する装置であり、標的２６が周期的に動くときその動きの位相毎にＣＴ画像を作成する機能を備えている。特に照射対象２５が人である場合は、照射対象２５の呼吸位相毎のＣＴ画像を取得可能に構成されている。
　照射計画装置４１は、Ｘ線ＣＴ装置４０によって撮像された位相毎のＣＴ画像を基にして標的２６へ荷電粒子ビームを照射するための照射計画を作成する装置である。その詳細は後述する。
　データベース４２はＸ線ＣＴ装置４０に接続された照射計画装置４１に接続されており、照射計画装置４１が作成した照射に必要な照射計画のデータを記録する。
　中央制御装置４６は、加速器制御装置４７、照射制御装置４８、および動体追跡装置４９に接続されている。また、中央制御装置４６は、データベース４２に接続されている。中央制御装置４６は、データベース４２からデータを受け取り、加速器制御装置４７、照射制御装置４８、および動体追跡装置４９に必要な情報を送信することでその動作を制御する。
　加速器制御装置４７は、荷電粒子ビーム発生装置１、ビーム輸送系２およびガントリー１８に接続され、これらを制御する。
　照射制御装置４８は、走査電磁石３１，３２を励磁する走査電磁石電源４８ａの制御と照射装置２１内の各モニタからの信号を処理する。その詳細な構成については後述する。
　動体追跡装置４９はＸ線発生装置３５，３６、Ｘ線検出器３７，３８に接続されており、これらの動作を制御する。
　本実施例においては、標的２６の位置を計測する標的監視装置は、Ｘ線発生装置３５，３６、Ｘ線検出器３７，３８、動体追跡装置４９から構成される。
　本実施例の制御システム７の照射制御装置４８は、標的監視装置からの信号に基づき走査電磁石３１，３２の励磁電流値を補正して荷電粒子ビームを標的２６に照射する追尾照射と、標的監視装置からの信号に基づき標的２６の深さを演算し、標的２６の深さが予め定めた深さ許可範囲内にあるとき荷電粒子ビームを照射するゲート照射とを行うために必要な制御を実行する。本実施例では、照射制御装置４８は、標的監視装置によって計測した標的２６の深さが深さ許可範囲内にあると判定されたときに追尾照射を行うようにシステム内の各機器の動作を制御する。以下、照射制御装置４８の詳細について図２を用いて説明する。
　図２に示すように、照射制御装置４８は照射装置内の位置モニタ３４、線量モニタ３３に接続されており、これらの動作を制御する。また、動体追跡装置４９および加速器制御装置４７と接続されており、これらの機器と通信する。
　照射制御装置４８は、走査電磁石３１，３２を励磁する走査電磁石電源４８ａ、深さテーブルメモリ４８ｂ、深さ許可範囲メモリ４８ｃ、位置メモリ４８ｆ、線量メモリ４８ｈ、座標処理回路４８ｄ、照射制御回路４８ｇ、および位置監視回路４８ｅを備えている。
　走査電磁石電源４８ａは、追加電流メモリ４８ａ２、励磁電流メモリ４８ａ３、および電磁石制御回路４８ａ１を備えている。
　図３Ａおよび図３Ｂを用いて、本実施例による粒子線照射システムにおける照射対象２５の表面を基準とした場合の標的２６の深さと粒子線のエネルギーとの関係について説明する。図３Ａおよび図３Ｂは、横軸が標的２６の深さ、縦軸が粒子線の線量を示す図である。
　図３Ａは、単一エネルギーの粒子線が照射対象内に形成する線量分布を深さの関数として示している。図３Ａにおけるピークをブラッグピークと称する。ブラッグピークの位置は粒子線のエネルギーに依存する。そのため、粒子線のエネルギーを調整することでブラッグピークの位置を調整でき、標的２６の所望の深さに適切な線量の粒子線を照射することができる。
　標的２６は深さ方向に厚みを持っているが、ブラッグピークは鋭いピークである。このため、いくつかのエネルギーの粒子線を適切な強度の割合で照射し、ブラッグピークを重ね合わせることで、図３Ｂに表すように深さ方向に標的２６と同じ厚みを持った一様な高線量領域（ＳＯＢＰ）を形成する。
　図４を用いて、ビーム軸に垂直な方向（ＸＹ平面の方向）の標的２６の横方向の広がりと粒子線の関係について説明する。図４では、横軸に標的２６の横方向の広がりを、縦軸に照射スポットにおける線量を示す。ビーム軸に垂直な方向を横方向と呼ぶ。
　粒子線は照射装置２１に達した後、互いに垂直に設置された二台の走査電磁石３１，３２によって走査されることで横方向の所望の位置へと到達する。粒子線の横方向の広がりはガウス分布形状で近似することができる。そのため、ガウス分布を等間隔で配置し、その間の距離をガウス分布の標準偏差程度にすることで、図４に示すように、足し合わされた分布は一様な領域を有するものとなる。このように配置されるガウス分布状の線量分布をスポットと呼ぶ。粒子線を走査して複数のスポットを等間隔に配置することで、図４に示すような横方向に一様な線量分布を形成することができる。
　以上により、走査電磁石３１，３２による横方向へのビーム走査と、ビームエネルギー変更による深さ方向へのブラッグピークの移動により均一な照射野を形成することができる。なお、同一のエネルギーで照射され、走査電磁石３１，３２による粒子線の走査により横方向へ広がりを持つ照射野の単位をスライスと呼ぶ。
　図１に戻り、照射計画装置４１は、粒子線を標的２６に照射する前に、照射に必要な照射パラメータ、深さテーブル、深さ許可範囲、ガントリー角度および照射対象位置情報を決定する。図５に照射パラメータの構造を示す。
　図５に示すように、照射計画装置４１で決定される照射パラメータはスライス数ＮとＮ個のスライスデータにより構成される。スライスは、同一のエネルギーで照射するスポットの集合を表す。スライスデータはスライス番号ｉ、エネルギーＥｉ、スポット数ＮｉおよびＮｉ個のスポットデータを含む。スポットデータはスポット番号ｊ、照射位置（Ｘｉｊ，Ｙｉｊ）、目標照射量Ｄｉｊを含む。これらの照射パラメータは例えば次のような手順により決定される。
　計画前に、予めＸ線ＣＴ装置４０にて照射対象２５を撮影し、ｎ個の位相に対する照射対象２５のＣＴ画像を作成する。Ｘ線ＣＴ装置４０は作成したＣＴ画像を照射計画装置４１に送信する。
　照射計画装置４１は、受け取った画像データを表示装置（図示省略）の画面上に表示する。オペレータは位相毎のＣＴ画像から基準となる位相のＣＴ画像を選択する。例えば呼吸による標的２６の移動を考える場合、呼気位相を選択する。
　オペレータは、選択したＣＴ画像上で標的２６を覆うように照射したい領域や、粒子線が照射されることを極力抑制したい領域（重要臓器）を指定する。照射計画装置４１は、指定された領域に線量分布を形成できるような照射対象２５の設置位置、ガントリー角度、照射パラメータを求めて決定する。
　すなわち、照射計画装置４１は、オペレータが入力した照射対象情報に基づいて照射対象設置位置とガントリー角度を決定後、標的２６（患部）を深さ方向の複数のスライスに分割し、必要となるスライス数Ｎを決定する。
　照射計画装置４１は、照射対象設置位置に照射対象２５を設置したとき、Ｘ線検出器３７，３８に投影される画像を計算し、それを照射対象位置情報とする。また、照射計画装置４１はそれぞれのスライス（スライス番号ｉ）の深さに応じた照射に適したイオンビームのエネルギーＥｉを求める。
　照射計画装置４１は、さらに、各スライスの形状に応じてイオンビームを照射する照射スポットの数Ｎｉ，スポット番号ｊ，各スポットの照射位置（Ｘｉｊ，Ｙｉｊ），各スポットの目標照射量Ｄｉｊを決定する。
　照射計画装置４１は、決定した各値により照射対象２５を照射したときの線量分布を求め、求めた線量分布を表示装置に表示する。
　次に、照射計画装置４１は、追尾照射とゲート照射を行う際に用いる、追尾照射を行う条件である深さ許可範囲と、標的２６の深さ情報が記録された深さテーブルを求める。
　スライス番号ｉのスポット番号ｊのスポットが形成するスポットの経路上において、体表から標的２６の浅い側の境界までの水等価厚をＷｉｊとする。深さ許可範囲はスポット毎に登録され、Ｗｉｊ±δとする。ここでδは定数であるが、全てのスポットに対して共通の値としてもよいし、スライス毎に異なる値を用いてもよい。
　深さテーブルは全ての位相のＣＴ画像を用いて決定する。最初に位相毎にＣＴ画像上の標的２６の位置を特定する。次に基準となる位相での標的位置との差分を位相毎に計算する。この差分を粒子線の照射方向を考慮して投影した量が走査電磁石３１，３２により追尾される水等価厚演算用補正量である。この水等価厚演算用補正量を各スポットの照射位置に足すことで、スポット経路上における体表から標的２６の浅い側の境界までの水等価厚を求める。
　この計算を全てのスポットと位相の組み合わせに対して計算することで、スポット毎のテーブルとする。すなわち、位相の番号をｋとすれば、スライス番号ｉのスポット番号ｊのスポットに対して、位相ｋでのスポット経路上の体表から標的２６の浅い側の境界までの水等価厚を深さテーブルＷｉｊｋとする。
　こうして作成する深さテーブルＷｉｊｋのデータはガントリー角度の数だけ作成される。
　更には、ガントリー角度の数だけ作成される深さテーブルＷｉｊｋのデータには、経路上に重要臓器が存在するか否かの情報も含める。
　作成された照射パラメータや、ガントリー角度、照射対象位置情報、深さ許可範囲、および深さテーブルＷｉｊｋはデータベース４２へ送信され、データベース４２において記録される。
　＜照射手順＞　
　以上の手順により作成した照射パラメータ、深さ許可範囲、深さテーブルＷｉｊｋ、照射対象設置情報およびガントリー角度を使用して照射対象２５に線量分布を形成する手順について図６乃至図８を用いて以下説明する。図６は本発明の粒子線照射システムによって粒子線を照射する手順を示したフローチャートである。図７は図６に示す粒子線を照射する手順の一部の詳細を示したフローチャート、図８は従来の粒子線照射システムによって粒子線を照射する手順の一部の詳細を示したフローチャートである。
　オペレータが中央制御装置４６に接続されたコンソール上の照射準備開始ボタンを押すと、中央制御装置４６はデータベース４２から照射対象２５の設置位置、ガントリー角度深さ許可範囲、深さテーブルＷｉｊｋ、および照射パラメータを受信する。
　中央制御装置４６は、照射パラメータに記載されたエネルギーの情報とガントリー角度を加速器制御装置４７に送信し、深さ許可範囲、深さテーブル、および照射パラメータを照射制御装置４８に送信する。
　加速器制御装置４７では、中央制御装置４６から指定されたエネルギーの荷電粒子ビームを出射するための各走査電磁石３１，３２の励磁パターンを準備する。
　照射制御装置４８では、中央制御装置４６から受信した深さ許可範囲、深さテーブルＷｉｊｋ、照射パラメータを各メモリに設定する。より具体的には、照射位置を位置メモリ４８ｆに、目標照射量を線量メモリ４８ｈに、深さ許可範囲を深さ許可範囲メモリ４８ｃに、深さテーブルを深さテーブルメモリ４８ｂに記録する。また、照射位置とエネルギーから求めた各走査電磁石３１，３２の励磁電流値を走査電磁石電源４８ａの励磁電流メモリ４８ａ３に記録する。
　照射対象２５をカウチ２４の上に乗せ、固定する。
　照射対象２５の固定後は、計画した位置に設置されていることを確認するため、Ｘ線発生装置３５，３６とＸ線検出器３７，３８を用いて照射対象２５内の標的２６を透視する。透視した画像と照射対象位置情報の画像とを比較し、計画位置からのずれ量を算出する。そのずれ量に従い、カウチ２４を移動して照射対象２５の位置を調整する。
　照射対象２５をカウチ２４に対して位置調整した後は、ガントリー１８の角度を設定する。オペレータが中央制御装置４６に接続されたコンソール上のガントリー回転ボタンを押すと、加速器制御装置４７は照射パラメータに記載されたガントリー角度までガントリー１８を回転させる。
　ガントリー１８の回転完了後、オペレータはコンソール上の照射開始ボタンを押す。照射開始ボタンが押されると図６に示す手順に従って照射が開始される。
　図６に示すように、最初に、エネルギー番号ｉ＝１、スポット番号ｊ＝１のスポットから照射を開始する（ステップＳ２０１）。動体追跡装置４９はＸ線発生装置３５，３６とＸ線検出器３７，３８を制御して標的２６の位置の計測を開始する。加速器制御装置４７は荷電粒子ビーム発生装置１を制御してエネルギー番号ｉ＝１のエネルギーＥ１に粒子線を加速する。
　また、動体追跡装置４９はＸ線発生装置３５，３６を制御して一定の間隔（例えば３０Ｈｚ）でＸ線を発生させる。動体追跡装置４９はＸ線検出器３７，３８から取得した画像を用いて標的２６の位置（標的座標）を算出し、標的座標を座標処理回路４８ｄに送信する。
　なお、標的２６の位置を特定し易くするため、予め標的２６の付近に金属製の球などのマーカを刺入しておき、標的２６の位置を計測する代わりにマーカの位置を計測してもよい。マーカはＸ線透視画像に写り易いため、精度よく標的２６の位置を計測することができる。なお、マーカなしで標的２６の位置を直接計測する場合は、マーカを刺入する手間を省くことができる、との効果が得られる。
　次いで、中央制御装置４６から加速器制御装置４７へ加速信号が送信される。加速器制御装置４７はイオン源、ライナック３、シンクロトロン４を制御して粒子線を加速する（ステップＳ２０２）。イオン源において発生した粒子線はライナック３により加速されシンクロトロン４へ入射される。入射された粒子線は加速装置６から高周波を印加され第一のスライス番号を照射するためのエネルギーＥ１まで加速される。粒子線の加速が完了すると加速器制御装置４７から照射制御装置４８へ加速完了信号が送信される。
　次いで、加速完了信号を受信した照射制御装置４８はスポットの照射準備を実施する（ステップＳ２０３）。このステップＳ２０３の処理の詳細について図７を参照して説明する。
　照射制御装置４８内の照射制御回路４８ｇは、加速完了信号を受信すると、照射制御回路４８ｇは座標処理回路４８ｄ、位置監視回路４８ｅ、電磁石制御回路４８ａ１に向けてスポット設定信号を送信する。
　座標処理回路４８ｄは、スポット設定信号を受信すると、深さ許可範囲メモリ４８ｃと深さテーブルメモリ４８ｂからｉ＝１，ｊ＝１のスポットの深さ許可範囲と深さテーブルＷｉｊｋを読み出す（ステップＳ２０３Ａ２）。前提として、座標処理回路４８ｄは、動体追跡装置４９から標的座標を一定の周期で受信しており（ステップＳ２０３Ａ１）、受信した最新の標的座標が最も近い位相ｋに対するＷｉｊｋを標的２６の深さとして参照する。
　その上で、参照したＷｉｊｋが深さ許可範囲Ｗｉｊ±δの中にあるか否かを判定する（ステップＳ２０３Ａ３）。許可範囲内であると判定されたときはステップＳ２０３Ａ４へ処理を進め、照射制御回路４８ｇは、体表面から標的２６までの粒子線の通過経路上に重要臓器が存在するか否かを判定する（ステップＳ２０３Ａ４）。重要臓器が存在しないと判定されたときは深さが深さ許可範囲の外に出るまで出射許可信号を照射制御回路４８ｇに送信し続ける。
　これに対し、ステップＳ２０３Ａ３において許可範囲内であると判定されなかったときやステップＳ２０３Ａ４において重要臓器が存在すると判定されたときは処理をステップＳ２０３Ａ１に戻す。
　また、座標処理回路４８ｄは、最新の標的座標を位置監視回路４８ｅに送信する。更には、座標処理回路４８ｄは、最新の標的座標と照射するエネルギーとから追加電流値を計算して、走査電磁石電源４８ａの追加電流メモリ４８ａ２に計算した追加電流値を記録する。
　位置監視回路４８ｅは、座標処理回路４８ｄから標的座標を受信し、ｉ＝１，ｊ＝１のスポットの標的座標として記録する。
　電磁石制御回路４８ａ１は、追加電流メモリ４８ａ２に記録された追加電流値と励磁電流メモリ４８ａ３に記録されたｉ＝１，ｊ＝１のスポットに対応する励磁電流値との和を計算し、その和を励磁電流値とする。電磁石制御回路４８ａ１は、走査電磁石電源４８ａを制御して求めた励磁電流値で走査電磁石３１，３２を励磁する。電磁石制御回路４８ａ１は、走査電磁石電源４８ａの電流値の設定が完了すると照射制御装置４８の照射制御回路４８ｇに電磁石設定完了信号を送信する。なお、これらの電流値の設定はＸ軸に対応する走査電磁石３２とＹ軸に対応する走査電磁石３１の両方に対して実施される。
　照射制御回路４８ｇは、電磁石設定完了信号を受信したときに出射許可信号を未だに受信していれば加速器制御装置に対し出射開始信号を送信する（ステップＳ２０３Ａ５）。それに対し、照射制御回路４８ｇは、電磁石設定完了信号を受信したときに出射許可信号を受信していない場合、再び出射許可信号を受信するのを待ち、出射許可信号を受信すると座標処理回路４８ｄ、位置監視回路４８ｅおよび電磁石制御回路４８ａ１に対しスポット再設定信号を送信する。
　座標処理回路４８ｄはスポット再設定信号を受信すると、最新の標的座標を位置監視回路４８ｅに送信し、最新の座標に対応する追加電流値を走査電磁石電源４８ａの追加電流メモリ４８ａ２に送信する。
　位置監視回路４８ｅはスポット再設定信号を受信すると座標処理回路４８ｄから受信した標的座標をｉ＝１，ｊ＝１の標的座標として記録し直す。
　電磁石制御回路４８ａ１はスポット再設定信号を受信すると、座標処理回路４８ｄが上書きした最新の追加電流値とｉ＝１，ｊ＝１の励磁電流値との和を走査電磁石に設定する。電磁石制御回路４８ａ１は設定が完了すると電磁石設定完了信号を照射制御回路４８ｇに送信する。
　照射制御回路４８ｇは電磁石設定完了信号を受信したときに出射許可信号を受信するまで同様の動作を繰り返す。
　照射制御回路４８ｇは電磁石設定完了信号を受信したときに出射許可信号を受信するとともに、体表面から標的２６までの粒子線の通過経路上に重要臓器が無いと判定されたときには、加速器制御装置４７へ出射開始信号を送信する。
　次いで、出射開始信号を受信した加速器制御装置４７は高周波印加装置５を制御して粒子線に高周波を印加する。高周波を印加された粒子線は出射用デフレクタ１１を通過し、ビーム経路１２を通過して治療室１７内の照射装置２１に達する。粒子線は照射装置２１内の走査電磁石３１，３２により走査され、位置モニタ３４および線量モニタ３３を通過して照射対象２５内に到達し、標的２６に線量を付与する（ステップＳ２０４）。
　標的２６に到達した粒子線の量は線量モニタ３３で検出され、照射制御回路４８ｇでカウントされる。照射制御回路４８ｇは線量モニタ３３からの信号のカウントと線量メモリ４８ｈの値を比較し、カウントが線量メモリ４８ｈに記録されている目標照射量に達すると加速器制御装置４７に対して出射停止信号を出力する。
　出射停止信号を受信した加速器制御装置４７は高周波印加装置５を制御して高周波の印加を停止し、出射を停止する。また、照射制御回路４８ｇは位置監視回路４８ｅへスポット完了信号を送信する。位置監視回路４８ｅは座標処理回路４８ｄから受信した標的座標と位置メモリ４８ｆに記録されている照射位置の値を足し合わせ、位置モニタ３４により検出した位置との差を算出し、差が閾値以下になっていることを確認する。
　次いで、同一スライスに存在するスポットの中に照射が完了していないスポットがあるか否かを判定する（ステップＳ２０５）。未完了のスポットがあると判定された場合、すなわちスポット番号ｊがｊ＜Ｎｉの場合、ｊ＋１番目のスポットを照射するため、ステップＳ２０３に処理を戻す。これに対し、同一スライスのスポットを全て照射したと判定された場合、すなわちｊ＝Ｎｉの場合は、ステップＳ２０６に処理を進める。
　次いで、中央制御装置４６から加速器制御装置４７に減速信号を送信する（ステップＳ２０６）。減速信号を受信した加速器制御装置４７は粒子線を減速させ、ライナック３から新たな粒子線を入射できる状態になる。
　次いで、照射が完了していないレイヤーがあるか否かを判定する（ステップＳ２０７）。本ステップにおいて、未完了のレイヤーがあると判定された場合、すなわちｉ＜Ｎのときは、ｉ＋１番目のレイヤーを照射するためステップＳ２０２に処理を戻す。これに対し、全てのレイヤーの照射が完了したと判定された場合、すなわちｉ＝Ｎの場合は、処理をステップＳ２０８に進め、照射完了となる。
　ここで、比較のために、図６に示すステップＳ２０３に相当する上述の特許文献３でのステップの詳細について図８を用いて説明する。
　図８に示すように、従来技術では、座標処理回路は、動体追跡装置から標的座標を一定の周期で受信しており（ステップＳ２０３Ｐ１）、受信した最新の標的座標が出射許可範囲の中にあるか否かを判定（ステップＳ２０３Ｐ２）して、許可範囲内であると判定されたときはスポット照射を実行するステップＳ２０４Ｐへ処理を進め、許可範囲内であると判定されなかったときは処理をステップＳ２０３Ｐ１に戻している。
　このような従来技術では、照射計画の作成時に直方体形状の出射許可範囲が決定されている。その上で、照射と並行して取得する標的の座標が予め定めた出射許可範囲内にあるか否かで追尾照射が実行されるか否かが判定されている。
　しかしながら、必ずしも、照射計画作成時から実際に照射するまでの間に標的の深さが変化しないとは限られない。このため、特許文献３に記載の技術では、上述のように垂直な方向にゲート範囲を設定することに対する照射時間を短縮する余地があるとの課題に加えて、照射時に計測される標的の位置が出射許可範囲内にあっても、照射位置の深さが計画時と高精度に一致しているとは限られず、更なる照射精度向上の余地があることが本発明者らの検討により初めて明らかとなった。このような従来技術においては、標的の座標が予め定めた出射許可範囲内にあるか否かで追尾照射を実行するか否かを判定する限り、照射精度を高く保つためには出射許可範囲の深さ方向を狭くとる必要があり、更なる治療時間の短縮の余地があることも初めて明らかとなった。
　これに対し、上述の図７に示す本実施例のように、照射時に取得する標的２６の深さ情報が深さ許可範囲であるか否かによるゲート照射を行う場合、照射計画作成時から実際に照射するまでの間に標的２６の深さが変化したとしても、照射と並行して取得する標的２６の深さが、予め定めた深さ許可範囲と等価であると判断されたときには追尾照射を実行することができるため、照射精度を高く保つことができるとともに、深さ許可範囲を広くとることができるようになる。このため、照射可能な時間を長く確保することができ、治療時間の短縮を図ることが可能となる。
　以上の手順により実施される照射により、短時間に計画通りの線量分布を形成することができる。
　次に、本実施例の効果について説明する。
　上述した本実施例の粒子線照射システムは、荷電粒子ビームを生成して出射する荷電粒子ビーム発生装置１と、荷電粒子ビームを走査する走査電磁石３１，３２を有しており、荷電粒子ビームを標的２６に照射する照射装置２１と、標的２６の位置を計測するＸ線発生装置３５，３６、Ｘ線検出器３７，３８、動体追跡装置４９からなる標的監視装置と、標的監視装置からの信号に基づき走査電磁石３１，３２の励磁電流値を補正して荷電粒子ビームを標的２６に照射する追尾照射、および標的監視装置からの信号に基づき標的２６の深さを演算し、標的２６の深さが予め定めた深さ許可範囲内にあるとき荷電粒子ビームを照射するゲート照射を行う制御システム７と、を備え、制御システム７は、標的監視装置によって計測した標的２６の深さが深さ許可範囲内にあるときに追尾照射を行うものである。
　また、本実施例の標的２６へ荷電粒子ビームを照射するための照射計画を作成する照射計画装置４１は、標的２６の位置を計測する標的監視装置からの信号に基づき荷電粒子ビームを走査する走査電磁石３１，３２の励磁電流値を補正して荷電粒子ビームを標的２６に照射する追尾照射、および標的監視装置からの信号に基づき標的２６の深さを演算し、標的２６の深さが予め定めた深さ許可範囲内にあるとき荷電粒子ビームを照射するゲート照射を行う際に用いる、標的２６の深さ情報が記録された深さテーブルを予め作成するものである。
　このように、ビーム軸と垂直な方向への標的２６の移動に対しては走査電磁石３１，３２の励磁量を補正することで計画通りの標的２６の位置へ粒子線を照射することができ、標的２６の深さが計画した深さから一定以上異なる場合には粒子線の照射を停止することで粒子線を計画通りの標的２６の深さへ照射することができる。従って、スキャニング照射法による粒子線照射システムにおいて、従来に比べて粒子線を照射することができる時間を長くすることができ、照射時間（治療時間）を短くすることができる。
　そのうえ、上述のように、必ずしも照射計画作成時から実際に照射するまでの間に標的の深さが変化しないとは限られないが、本実施例のように照射時に取得する標的２６の深さ情報が深さ許可範囲であるか否かによるゲート照射を行うことによって、照射可能な時間を長く確保した上で照射精度を高く保つことができ、治療時間の短縮を図ることが可能である、との効果も奏する。
　また、深さは、標的２６を有する照射対象２５の体表面から標的２６までの水等価厚とするため、標的２６までの水等価厚が変化することで粒子線の飛程が変化する場合でも水等価厚が等しくなる条件（タイミング）で追尾照射が実行されるため、短時間に計画通りの線量分布を形成することができ、より短時間での治療完了が可能となる。
　更に、制御システム７は、重要臓器が荷電粒子ビームの通過経路上に存在するときは、標的２６の深さが深さ許可範囲内にあるときであっても追尾照射は行わないことで、重要臓器に対する粒子線の照射を抑制することができるため、粒子線の照射によって重要臓器に対して好ましくない事象が生じる憾みを抑制することができる。
　＜その他＞　
　なお、本発明は上記の実施例に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。
　例えば、標的２６の位置を照射中に計測する方法について説明したが、標的２６の位置と照射対象２５の表面との位置関係を予め求めておき、照射対象２５の表面の信号に基づいて標的２６の深さを求め、ゲート制御と追尾制御を実施することができる。体表位置は、標的監視装置とは別の監視モニタ、例えばレーザー距離計やステレオカメラ等、体表位置の動きを計測することが可能な計測機器を用いることが望ましい。この場合も、上述の実施例と同様に、リアルタイムに計測した標的２６の深さが深さ許可範囲の中にあることで出射許可信号を出力するものとする。
　また、標的２６の位置を特定する方法はＸ線に限られず、電磁波や超音波を用いることができる。
　また、上述の実施例では深さテーブルを治療前に予め作成する手法について記述したが、標的２６の深さは、体表位置などの他の情報を用いてリアルタイムに計測した値を使用することが可能である。この場合も、リアルタイムに計測した標的２６の深さが深さ許可範囲の中にあることで出射許可信号を出力するものとする。
　また、上述の実施例では、深さとして照射対象２５の体表面から標的２６までの水等価厚を用いたが、水等価厚以外の指標を用いることができる。例えば標的２６の周りが水として近似できるような場合には、照射対象２５の体表面から標的２６までの距離を水等価厚の替わりに用いることもできる。
　また、上述の実施例では、ゲート照射の基準として、標的２６の深さのみについて記載したが、標的２６の絶対位置、照射対象２５の体表面から標的２６までの距離、照射対象２５の体表面から標的２６までの水等価厚のうち、少なくともいずれか一つ以上を単独、あるいは組み合わせて照射の可否判定に用いることができる。
　このように、ゲート照射の条件として、深さと、照射対象２５の体表面から標的２６までの水等価厚、または照射対象２５の体表面から標的２６までの距離と、のうち少なくとも一方がそれぞれの許可範囲内にあるときに追尾照射を実施することで、標的２６に対する粒子線の照射時間をより長く確保することができ、治療時間の更なる短縮が可能となる。
　また、照射対象２５の体表面の位置の監視を、標的監視装置とは別の監視モニタを用いることにより、標的２６の深さ情報の取得方法を増やすことができ、深さの判断精度の向上や冗長性を確保することができる。
　また、上述の実施例では、標的２６の深さが照射対象２５の体表面から標的２６の浅い側の境界までとしたが、標的２６の深い側の境界、あるいは標的２６の内側の任意の点までの距離のいずれかとすることができる。
　また、上述の実施例において、座標処理回路４８ｄはスポット毎に新しい情報を送信するものとした。これは、ひとつのスポットを照射する時間は数ｍｓｅｃと小さく、その間に標的２６が動く距離は実質的に無視できるためである。しかしながら、ひとつのスポットを照射している最中も追加電流メモリ４８ａ２を更新して標的２６の位置に合わせて励磁電流値を変更することができる。ひとつのスポットの照射時間が長いような場合、スポット照射中も励磁電流値を変更することが有効である。
　また、上述の実施例では、座標処理回路４８ｄが動体追跡装置４９から受信する標的２６の座標により、出射許可タイミングと追加電流値を制御するものとした。しかし、座標処理回路４８ｄは動体追跡装置４９から受信した標的２６の座標を用いて標的２６の位置を予測するものとすることができる。位置を予測することにより、制御システム７の処理時間による出射許可タイミングと追加電流値の遅れを回避することができる。また、予測することでＸ線撮影周期より短い周期で出射許可タイミングと追加電流値を制御することができ、照射時間の更なる短縮を図ることが可能である。
　また、上述の実施例では、出射許可状態になった後に走査電磁石３１，３２を走査する方法が記載されている。しかしながら、走査電磁石電源４８ａは出射許可状態に関係なく一定の周期で励磁量を更新することができる。この場合、励磁量を更新する周期と同等の周期で座標処理回路４８ｄが追加電流メモリ４８ａ２を更新することが望ましい。この周期は、動体追跡装置４９から座標情報が送られてくる周期と同等とすることができる。また、この周期は、動体追跡装置４９から送信される座標情報を基に予測した座標を使用することで、動体追跡装置４９から座標情報が送信される周期より短い周期とすることもできる。
　このように出射許可状態ではないときも追加電流値を走査電磁石電源４８ａに送信し、常に標的２６の移動に合わせて走査することで、出射許可信号が送信されてから粒子線が出射されるまでの時間を短縮することができる。
　また、上述の実施例ではスポット毎に粒子線の出射を停止するスポットスキャニングを例に説明したが、粒子線の出射を停止しないラスタースキャニングおよびラインスキャニングにも本発明を適用することができる。
　また、上述の実施例では３６０度回転するガントリー１８を例に説明したが、本発明は１８０度回転するガントリー、或いはガントリーがない粒子線照射装置に対しても同様に本発明を適用することができる。
　また、荷電粒子ビーム発生装置１の加速器がシンクロトロンの場合を例に説明したが、加速器はサイクロトロン型やシンクロサイクロトロン型の様々な加速器を用いることができる。例えばサイクロトロンの場合は、出射はサイクロトロンから輸送系へ向けてビームが出ることを表す。
１…荷電粒子ビーム発生装置（加速器）
７…制御システム（制御装置）
１７…治療室
２１…照射装置
２５…照射対象
２６…標的
３１，３２…走査電磁石
３５，３６…Ｘ線発生装置（標的監視装置）
３７，３８…Ｘ線検出器（標的監視装置）
４０…Ｘ線ＣＴ装置
４１…照射計画装置
４２…データベース
４６…中央制御装置
４７…加速器制御装置
４８…照射制御装置
４８ａ…走査電磁石電源
４８ａ１…電磁石制御回路
４８ａ２…追加電流メモリ
４８ａ３…励磁電流メモリ
４８ｂ…深さテーブルメモリ
４８ｃ…深さ許可範囲メモリ
４８ｄ…座標処理回路
４８ｅ…位置監視回路
４８ｆ…位置メモリ
４８ｇ…照射制御回路
４８ｈ…線量メモリ
４９…動体追跡装置（標的監視装置）

Claims (8)

  1. 　荷電粒子ビームを生成して出射する加速器と、
    　前記荷電粒子ビームを走査する走査電磁石を有しており、前記荷電粒子ビームを標的に照射する照射装置と、
    　前記標的の位置を計測する標的監視装置と、
    　前記標的監視装置からの信号に基づき前記走査電磁石の励磁電流値を補正して前記荷電粒子ビームを前記標的に照射する追尾照射、および前記標的監視装置からの信号に基づき前記標的の深さを演算し、前記標的の深さが予め定めた深さ許可範囲内にあるとき前記荷電粒子ビームを照射するゲート照射を行う制御装置と、を備え、
    　前記制御装置は、前記標的監視装置によって計測した前記標的の深さが前記深さ許可範囲内にあるときに前記追尾照射を行う
    　ことを特徴とする粒子線照射システム。
  2. 　請求項１に記載の粒子線照射システムにおいて、
    　前記深さは、前記標的を有する照射対象表面から前記標的までの水等価厚、または前記照射対象表面から前記標的までの距離、のいずれかである
    　ことを特徴とする粒子線照射システム。
  3. 　請求項１に記載の粒子線照射システムにおいて、
    　前記ゲート照射は、前記深さと、前記標的を有する照射対象表面から前記標的までの水等価厚、または前記照射対象表面から前記標的までの距離と、のうち少なくとも一方がそれぞれの許可範囲内にあるとき、前記追尾照射を実施する
    　ことを特徴とする粒子線照射システム。
  4. 　請求項２に記載の粒子線照射システムにおいて、
    　前記照射対象表面の位置の監視は、前記標的監視装置とは別の監視モニタを用いる
    　ことを特徴とする粒子線照射システム。
  5. 　請求項３に記載の粒子線照射システムにおいて、
    　前記照射対象表面の位置の監視は、前記標的監視装置とは別の監視モニタを用いる
    　ことを特徴とする粒子線照射システム。
  6. 　請求項１に記載の粒子線照射システムにおいて、
    　前記標的の深さ情報が記録された深さテーブルを予め作成する照射計画装置を更に備えた
    　ことを特徴とする粒子線照射システム。
  7. 　請求項１に記載の粒子線照射システムにおいて、
    　前記制御装置は、重要臓器が前記荷電粒子ビームの通過経路上に存在するときは、前記標的の深さが前記深さ許可範囲内にあるときであっても前記追尾照射は行わない
    　ことを特徴とする粒子線照射システム。
  8. 　標的へ荷電粒子ビームを照射するための照射計画を作成する照射計画装置であって、
    　前記標的の位置を計測する標的監視装置からの信号に基づき前記荷電粒子ビームを走査する走査電磁石の励磁電流値を補正して前記荷電粒子ビームを前記標的に照射する追尾照射、および前記標的監視装置からの信号に基づき前記標的の深さを演算し、前記標的の深さが予め定めた深さ許可範囲内にあるとき前記荷電粒子ビームを照射するゲート照射を行う際に用いる、前記標的の深さ情報が記録された深さテーブルを予め作成する
    　ことを特徴とする照射計画装置。
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