JP2012002772A

JP2012002772A - Depth-directional dose distribution measuring device, particle therapy apparatus, and particle beam irradiation device

Info

Publication number: JP2012002772A
Application number: JP2010140424A
Authority: JP
Inventors: Takuya Nomura; 拓也野村; Masahiro Tadokoro; 昌宏田所; Taisuke Takayanagi; 泰介高柳
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-06-21
Filing date: 2010-06-21
Publication date: 2012-01-05

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a depth-directional dose distribution measuring device capable of measuring the depth-directional dose distribution of particle beams even during the therapeutic radiation; and to provide a particle therapy apparatus and a particle beam irradiation device.SOLUTION: An irradiation field forming device 20 includes a multiple ionization chamber type detector 30 mounted on the upstream side of a collimator member 44b of a block collimator 45. The detector 30 has a structure installed with a shielding body 33 for continuously or gradually changing the range of the beam, and a plurality of ionization chambers 37 on the subsequent stage thereof, and constitutes the depth-directional dose distribution measuring device 39 along with a signal processor 31. Part of the particle beam which reaches the interior of the radiation field forming device 20 passes through a beam passage 48 to be applied to a patient 60, and part of the residual particle beam enters the multiple ionization chamber type detector 30 to generate an electric charge in the interior of the ionization chambers 37. The signal processor 31 acquires the depth-directional dose distribution based on the amount of electric charge generated in the interior of each ionization chamber 37.

Description

本発明は、粒子線の深さ方向線量分布測定装置、粒子線を加速し、照射する粒子線治療装置及び粒子線を照射対象に照射する粒子線照射装置に関する。 The present invention relates to a particle beam depth direction dose distribution measuring apparatus, a particle beam treatment apparatus for accelerating and irradiating a particle beam, and a particle beam irradiation apparatus for irradiating an irradiation object with a particle beam.

陽子線または重粒子線（炭素粒子線等）等の粒子線を加速器で加速し、この粒子線を用いて癌を治療する粒子線治療装置は、粒子線を癌の患部に照射する照射野形成装置を有する。粒子線は、荷電粒子ビーム或いはイオンビームとも呼ばれている。照射野形成装置は、粒子線を、患部の大きさに合せて粒子線の進行方向と直行する方向に拡大させる。これを照射野の拡大という。照射野の拡大法としては、散乱体法（非特許文献１）及びウォブラー法（特許文献１及び非特許文献１）がある。散乱体法とは、照射野形成装置のビーム経路に散乱体を設置し、粒子線を散乱体による散乱により拡大する方法である。他方、ウォブラー法とは、照射野形成装置に設けられた一対の走査用電磁石を用いて、粒子線を、円を描くように走査し、その粒子線を拡大する方法である。散乱体法とワブラー法を組み合わせて行なうこともある。照射野形成装置は、他に、エネルギー分布を広げて粒子線進行方向に飛程を広げるブラッグピーク拡大装置（例えば、レンジモジュレーションホイール及びリッジフィルタ）、粒子線のエネルギー（飛程）を最終照射エネルギー飛程に調整するファインディグレーダ、照射に不要な粒子線をカットするコリメータ、線量モニタ及びビーム位置モニタが設置されている。 A particle beam therapy system for accelerating a particle beam such as a proton beam or heavy particle beam (carbon particle beam, etc.) with an accelerator and treating cancer using this particle beam forms an irradiation field that irradiates the affected area of the cancer with the particle beam. Have the device. The particle beam is also called a charged particle beam or an ion beam. The irradiation field forming device expands the particle beam in a direction perpendicular to the traveling direction of the particle beam according to the size of the affected part. This is called expansion of the irradiation field. As a method for expanding the irradiation field, there are a scatterer method (Non-patent Document 1) and a wobbler method (Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). The scatterer method is a method in which a scatterer is installed in the beam path of the irradiation field forming device and the particle beam is expanded by scattering by the scatterer. On the other hand, the wobbler method is a method in which a particle beam is scanned in a circle using a pair of scanning electromagnets provided in the irradiation field forming apparatus, and the particle beam is enlarged. The scatterer method and the wobbler method may be combined. In addition, the irradiation field forming device has a Bragg peak expansion device (for example, a range modulation wheel and a ridge filter) that widens the energy distribution and expands the range in the particle beam traveling direction, and the particle beam energy (range) as the final irradiation energy. A fine degrader that adjusts to the range, a collimator that cuts particle beams unnecessary for irradiation, a dose monitor, and a beam position monitor are installed.

患部に照射する粒子線の深さ方向線量分布は、照射野形成装置に取り付けた水ファントム装置（特許文献２）で、治療照射の事前に測定することができる。線量検出器を水ファントム中で深さ方向に走査しながらビーム照射を多数回行なうことによって、深さ方向線量分布を測定する。 The dose distribution in the depth direction of the particle beam irradiated to the affected part can be measured in advance of treatment irradiation with a water phantom device (Patent Document 2) attached to the irradiation field forming device. The dose distribution in the depth direction is measured by performing beam irradiation many times while scanning the dose detector in the depth direction in the water phantom.

ビームの進行方向に高電圧電極と電荷集電極を交互に配置した構造の多層電離箱を用いて、深さ方向線量分布を治療照射の事前に測定することができる。この多層電離箱の場合、各深部での電荷収集電極からの信号を同時に処理することで、１回の照射で深さ方向線量分布を測定することができる（非特許文献２）。 The dose distribution in the depth direction can be measured in advance of treatment irradiation using a multilayer ionization chamber having a structure in which high voltage electrodes and charge collecting electrodes are alternately arranged in the beam traveling direction. In the case of this multilayer ionization chamber, the dose distribution in the depth direction can be measured by one irradiation by simultaneously processing the signals from the charge collecting electrodes in each deep part (Non-patent Document 2).

ビーム進行方向に積層した金属板を照射野形成装置内に設置し、患者に照射しないビームの一部を利用して、各積層板から得られる電荷量を計測することで、治療照射と同時にビームエネルギー（飛程）を測定することができる（特許文献３）。また前記装置を照射野形成装置内に設置して得られた結果から、エネルギー（飛程）を計測して、治療計画通りのエネルギー（飛程）で照射が行われていることを監視して、計画と異なる場合はビームを停止させる安全装置を構成することができる。 A metal plate laminated in the beam traveling direction is installed in the irradiation field forming device, and the amount of charge obtained from each laminated plate is measured using a part of the beam that is not irradiated to the patient. Energy (range) can be measured (Patent Document 3). In addition, from the result obtained by installing the device in the irradiation field forming device, the energy (range) is measured, and it is monitored that irradiation is performed with the energy (range) according to the treatment plan. If it is different from the plan, a safety device can be configured to stop the beam.

特開２０００−２０２０４７号公報JP 2000-202047 A 特開平１１−６４５３０号公報JP-A-11-64530 特開２００５−１２４８５２号公報JP 2005-124852 A

レビューオブサイエンティフィックインスツルメンツ６４巻８号(１９９３年８月)の第２０７６〜２０８６頁(REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS VOLUME ６４ NUMBER ８(AUGUST １９９３)Ｐ２０７６-２０８６)Review of Scientific Instruments Vol. 64, No. 8 (August, 1993), pp. 2076-2086 (REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS VOLUME 64 NUMBER 8 (AUGUST 1993) P2076-2086) Kaori Yajima, etc. 「Development of a multi-layer ionization chamber for heavy-ion radiotherapy」, Physics in Medicine and Biology, Vol.54(2009)107-114Kaori Yajima, etc. "Development of a multi-layer ionization chamber for heavy-ion radiotherapy", Physics in Medicine and Biology, Vol.54 (2009) 107-114

従来の水ファントム装置（特許文献２）による深さ方向線量分布の測定は、患部の治療を行なう前に、照射野形成装置出口のビーム経路に取り付けることにより行われる。深さ方向線量分布の測定終了後に、水ファントム装置は、治療用の粒子線を遮らないようにビーム経路より遠ざけられる。また深さ方向線量分布を測定するためには多数回の照射が必要である。このような従来技術は、治療照射中においては粒子線の深さ方向線量分布を測定することは不可能である。 The measurement of the dose distribution in the depth direction by the conventional water phantom device (Patent Document 2) is performed by attaching to the beam path at the exit of the irradiation field forming device before treating the affected area. After the measurement of the dose distribution in the depth direction, the water phantom device is moved away from the beam path so as not to block the therapeutic particle beam. Moreover, many times of irradiation are necessary to measure the dose distribution in the depth direction. Such a conventional technique cannot measure the dose distribution of the particle beam in the depth direction during treatment irradiation.

照射野形成装置内にビーム進行方向に積層した金属板を設置し、患者に照射されないビームの一部を利用して、各積層板から得られる電荷量を計測しエネルギー（飛程）を計測する方法（特許文献３）では、治療照射中におけるビームエネルギーは測定できるが、その出力信号はビームの最大飛程近傍に集中するため、深さ方向線量分布の測定を行なうことはできない。 A metal plate laminated in the beam traveling direction is installed in the irradiation field forming device, and a part of the beam not irradiated to the patient is used to measure the amount of charge obtained from each laminated plate and measure the energy (range). In the method (Patent Document 3), the beam energy during the treatment irradiation can be measured, but the output signal is concentrated in the vicinity of the maximum range of the beam, so the dose distribution in the depth direction cannot be measured.

多層電離箱（非特許文献２）は、１回の照射で深さ方向線量分布が測定できるが、有感領域（空気層）を確保しつつ電極を積層する構造であるため、ビーム進行方向の寸法が大きくなる。そのため照射野形成装置内に設置することは困難である。 The multi-layer ionization chamber (Non-Patent Document 2) can measure the dose distribution in the depth direction with a single irradiation, but has a structure in which electrodes are stacked while ensuring a sensitive region (air layer). The dimensions increase. Therefore, it is difficult to install in the irradiation field forming apparatus.

本発明の第１の目的は、治療照射中においても粒子線の深さ方向線量分布を測定できる深さ方向線量分布測定装置、粒子線治療装置及び粒子線照射装置を提供することにある。 A first object of the present invention is to provide a depth direction dose distribution measuring device, a particle beam therapy device, and a particle beam irradiation device capable of measuring a dose distribution in the depth direction of a particle beam even during treatment irradiation.

また、本発明の第２の目的は、前記深さ方向線量分布測定装置を使用し、得られた結果をビームインターロックとして使用する、安全性の高い粒子線治療装置を提供することにある。 A second object of the present invention is to provide a highly safe particle beam therapy system using the depth direction dose distribution measuring apparatus and using the obtained result as a beam interlock.

上記した目的を達成する本発明の特徴は、粒子線照射装置が、粒子線の一部を通過させるコリメータと、コリメータの上流側に配置され、コリメータを通過しない残りの粒子線の少なくとも一部を入射するビーム入射部を有する深さ方向線量分布検出器とを備え、深さ方向線量分布検出器の検出結果に基づいて入射した粒子線の深さ方向の線量分布を算出する演算処理装置を設けたことにある。 A feature of the present invention that achieves the above-described object is that a particle beam irradiation apparatus includes a collimator that passes a part of the particle beam, and at least a part of the remaining particle beam that is disposed upstream of the collimator and does not pass through the collimator. A depth direction dose distribution detector having an incident beam incident portion, and provided with an arithmetic processing unit for calculating a dose distribution in the depth direction of the incident particle beam based on the detection result of the depth direction dose distribution detector That is.

上記深さ方向線量分布検出器は、粒子線の飛程を連続的又は段階的に減衰する遮蔽体と、遮蔽体の後方かつ飛程の減衰量が変化する方向に配列された複数の電荷収集電極を有する電離箱型電荷量検出器とを有し、上記演算処理装置が電離箱型電荷量検出器の複数の電荷収集電極からの出力を信号処理することにより、粒子線のエネルギー（飛程）と同時に、粒子線の深さ方向の線量分布を測定することができる。また、得られた分布からＳＯＢＰ幅及び飛程を算出することができる。 The depth direction dose distribution detector includes a shield that attenuates the particle beam range continuously or stepwise, and a plurality of charge collectors arranged behind the shield and in a direction in which the range attenuation changes. An ionization chamber type charge quantity detector having an electrode, and the arithmetic processing unit performs signal processing on the output from the plurality of charge collection electrodes of the ionization chamber type charge quantity detector. At the same time, the dose distribution in the depth direction of the particle beam can be measured. In addition, the SOBP width and range can be calculated from the obtained distribution.

上記した深さ方向線量分布検出器は、遮蔽材として質量阻止能の大きな材料を選び、遮蔽対中における単位長さ辺りの粒子線エネルギー損失を大きくし、電離箱型電荷量検出器に至るまでの深さ方向の間隔を小さくする。このようにすることで照射野形成装置内に設置可能な大きさにすることができる。 In the depth direction dose distribution detector described above, a material having a large mass stopping power is selected as the shielding material, the particle beam energy loss per unit length in the shielding pair is increased, and the ionization chamber type charge amount detector is reached. Reduce the distance in the depth direction. By doing so, the size can be set in the irradiation field forming apparatus.

本発明は、コリメータによって遮られる粒子線の一部をビーム入射部に入射させて粒子線の深さ方向線量分布を測定するため、コリメータで形成されるビーム通路を通過した粒子線を照射対象（例えば、患者）に照射しながら粒子線の深さ方向線量分布を測定することができる。 In the present invention, a part of the particle beam blocked by the collimator is incident on the beam incident part and the dose distribution in the depth direction of the particle beam is measured. Therefore, the particle beam that has passed through the beam path formed by the collimator is irradiated ( For example, the dose distribution in the depth direction of the particle beam can be measured while irradiating the patient).

好ましくは、コリメータの上流側に配置されたビーム入射部をコリメータに取り付ける。これにより、ビーム入射部をコリメータと一緒に移動させることができ、粒子線照射装置の構成を単純化できる。 Preferably, a beam incident portion arranged on the upstream side of the collimator is attached to the collimator. Thereby, a beam incident part can be moved with a collimator, and the structure of a particle beam irradiation apparatus can be simplified.

好ましくは、治療計画で設定した深さ方向線量分布（或いはＳＯＢＰ幅及び飛程）と、深さ方向線量分布測定装置で測定した深さ方向線量分布（或いはＳＯＢＰ幅及び飛程）の偏差が、予め設定した許容値を超えるとき、粒子線発生装置からの粒子線の出射を停止させる安全装置を備える。粒子線の照射対象への照射中に、万が一、深さ方向線量分布が変化した場合に、上記安全装置の機能によって照射対象への粒子線の照射を直ちに停止することができる。上記の安全装置を設けることによって、治療計画と異なる深さ方向線量分布で粒子線を照射することを防止できる。 Preferably, the deviation between the dose distribution in the depth direction (or SOBP width and range) set in the treatment plan and the dose distribution in the depth direction (or SOBP width and range) measured by the depth direction dose distribution measurement device is A safety device is provided for stopping the emission of the particle beam from the particle beam generator when a preset allowable value is exceeded. If the dose distribution in the depth direction changes during the irradiation of the particle beam irradiation target, the irradiation of the particle beam to the irradiation target can be stopped immediately by the function of the safety device. By providing the safety device described above, it is possible to prevent the particle beam from being irradiated with a dose distribution in the depth direction different from the treatment plan.

本発明によれば、粒子線を照射しながら粒子線の深さ方向線量分布を測定することができる。 According to the present invention, the dose distribution in the depth direction of a particle beam can be measured while irradiating the particle beam.

また、測定した深さ方向線量分布が計画した線量分布と異なる場合は、インターロックを作動させ、ビームを停止させる。これによって、安全性の高い粒子線治療装置を提供することができる。 If the measured dose distribution in the depth direction is different from the planned dose distribution, the interlock is activated to stop the beam. Thereby, a highly safe particle beam therapy system can be provided.

本発明の一実施の形態である粒子線治療装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a particle beam therapy system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態である粒子線治療装置の照射野形成装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the irradiation field formation apparatus of the particle beam therapy apparatus which is one embodiment of this invention. 図１のブロックコリメータ部材及び深さ方向線量分布検出器の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the block collimator member and depth direction dose distribution detector of FIG. ブロックコリメータに入射する直前のビーム強度分布を示し、その分布中で深さ方向検出器及びブロックコリメータ部材に入射するビームの範囲と、ビーム通路を通過するビームの範囲を示した図である。It is the figure which showed the beam intensity distribution just before injecting into a block collimator, and the range of the beam which injects into a depth direction detector and a block collimator member in the distribution, and the range of the beam which passes a beam path | route. 遮蔽体の厚さを連続で変化させた場合の深さ方向線量分布測定器の概略図である。It is the schematic of the dose distribution measuring device in the depth direction at the time of changing the thickness of a shield continuously. 深さ方向線量分布測定装置において各電離箱から電荷量を検出した後の信号処理フローを示す図である。It is a figure which shows the signal processing flow after detecting the electric charge amount from each ionization chamber in a depth direction dose distribution measuring apparatus.

以下、本発明の一実施の形態を図面を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の一実施の形態である粒子線治療装置の概略構成図である。本実施の形態の粒子線治療装置１は、粒子線発生装置２、ビーム輸送系１９及び照射ノズル装置である照射野形成装置２０を備える。粒子線発生装置２は、イオン源(図示せず)、前段加速器（例えば直線加速器）８及びシンクロトロン２３を有する。イオン源で発生したイオン（例えば、陽子または炭素イオン）は前段加速器８で加速される。本実施の形態は、具体的には陽子線を粒子線として用いる陽子線治療装置である。前段加速器８から出射された粒子線は加速器であるシンクロトロン２３に入射される。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a particle beam therapy system according to an embodiment of the present invention. The particle beam therapy system 1 of the present embodiment includes a particle beam generator 2, a beam transport system 19, and an irradiation field forming device 20 that is an irradiation nozzle device. The particle beam generator 2 includes an ion source (not shown), a pre-stage accelerator (for example, a linear accelerator) 8 and a synchrotron 23. Ions (for example, protons or carbon ions) generated in the ion source are accelerated by the pre-accelerator 8. Specifically, the present embodiment is a proton beam therapy apparatus that uses a proton beam as a particle beam. The particle beam emitted from the front stage accelerator 8 is incident on a synchrotron 23 which is an accelerator.

シンクロトロン２３は、偏向電磁石５及び四極電磁石６等の電磁石、高周波加速空胴７、入射セプタム電磁石９、静電インフレクタ１０、高周波電源１１、スイッチ１２，１３、高周波印加装置１４、静電デフレクタ１５、出射セプタム電磁石１６を有している。前段加速器８から出射された粒子線は入射セプタム電磁石９及び静電インフレクタ１０を通ってシンクロトロン２３に入射される。 The synchrotron 23 includes an electromagnet such as a deflecting electromagnet 5 and a quadrupole electromagnet 6, a high-frequency accelerating cavity 7, an incident septum electromagnet 9, an electrostatic inflector 10, a high-frequency power source 11, switches 12, 13, a high-frequency applying device 14, and an electrostatic deflector. 15 and an exit septum electromagnet 16. The particle beam emitted from the front stage accelerator 8 is incident on the synchrotron 23 through the incident septum electromagnet 9 and the electrostatic inflector 10.

シンクロトロン２３に入射した粒子線は、シンクロトロン２３において、高周波加速空胴７から印加される高周波電力によってエネルギーを与えられて加速される。シンクロトロン２３内を周回する粒子線のエネルギーが設定されたエネルギーまでに高められた後、加速器制御装置３からの出射指令に基づいてスイッチ１２が閉じられる。高周波電源１１からの高周波電力が、スイッチ１２，１３を介して高周波印加装置１４に導かれ、高周波印加装置１４から周回する粒子線に高周波が印加される。スイッチ１３はインターロック装置４により開閉するスイッチで、照射条件成立で閉となる。シンクロトロン２３において安定限界内で周回している粒子線は、この高周波の印加によって安定限界外に移行し、静電デフレクタ１５、出射セプタム電磁石１６を通ってシンクロトロン２３から出射される。粒子線の出射の際には、シンクロトロン２３に設けられた四極電磁石６及び偏向電磁石５等の電磁石に導かれる電流が設定値に保持され、安定限界もほぼ一定に保持されている。加速器制御装置３からの出射停止指令に基づいてスイッチ１２及びインターロック装置４の停止指令に基づいてスイッチ１３を開き、高周波印加装置１４への高周波電力の印加を停止することによって、シンクロトロン２３からの粒子線の出射が停止される。 The particle beam incident on the synchrotron 23 is accelerated by being given energy by the high frequency power applied from the high frequency acceleration cavity 7 in the synchrotron 23. After the energy of the particle beam circulating in the synchrotron 23 is increased to the set energy, the switch 12 is closed based on the emission command from the accelerator controller 3. The high frequency power from the high frequency power supply 11 is guided to the high frequency application device 14 via the switches 12 and 13, and the high frequency is applied to the particle beam circulating from the high frequency application device 14. The switch 13 is opened and closed by the interlock device 4 and is closed when the irradiation condition is established. The particle beam that circulates within the stability limit in the synchrotron 23 moves outside the stability limit by the application of the high frequency, and is emitted from the synchrotron 23 through the electrostatic deflector 15 and the emission septum electromagnet 16. When the particle beam is emitted, the current guided to the electromagnets such as the quadrupole electromagnet 6 and the deflection electromagnet 5 provided in the synchrotron 23 is held at the set value, and the stability limit is also kept almost constant. From the synchrotron 23 by opening the switch 13 based on the stop command of the switch 12 and the interlock device 4 based on the emission stop command from the accelerator control device 3 and stopping the application of the high frequency power to the high frequency application device 14. The particle beam emission is stopped.

シンクロトロン２３から出射された粒子線は、ビーム輸送系１９を経て照射野形成装置２０に達する。ビーム輸送系１９の一部である偏向電磁石１８を有する逆Ｕ字部及び照射野形成装置２０は、回転ガントリー（図示せず）に設置される。粒子線は、照射野形成装置２０から治療台（ベッド）６２に乗っている患者６０の患部６１に照射される。ビーム輸送系１９にはビームを遮断するビームシャッタ１７を設置する。ビームシャッタ１７はシャッタ制御装置２１で開閉され、開閉指令はインターロック装置４から発行される。粒子線を照射野形成装置２０から患部６１に照射しているときには、ビームシャッタ１７は開いている。 The particle beam emitted from the synchrotron 23 reaches the irradiation field forming device 20 through the beam transport system 19. The inverted U-shaped portion having the deflection electromagnet 18 and the irradiation field forming device 20 which are a part of the beam transport system 19 are installed in a rotating gantry (not shown). The particle beam is irradiated from the irradiation field forming device 20 to the affected part 61 of the patient 60 on the treatment table (bed) 62. The beam transport system 19 is provided with a beam shutter 17 for blocking the beam. The beam shutter 17 is opened and closed by the shutter control device 21, and an opening / closing command is issued from the interlock device 4. When the particle beam is irradiated from the irradiation field forming apparatus 20 to the affected part 61, the beam shutter 17 is open.

本実施の形態に用いられる照射野形成装置２０の詳細構成を図１に基づいて説明する。照射野形成装置２０は、ビーム輸送系１９の逆Ｕ字部の先端に取り付けられる。照射野形成装置２０は、レンジモジュレーションホイール（以下RMW）４１と二重散乱体４２を有する照射野形成装置である。粒子線進行方向の上流側より順次、RMW４１、二重散乱体４２、レンジシフタ４３、ブロックコリメータ４５、ボーラス４６及び患者コリメータ４７を配置する。深さ方向線量分布検出器（複数電離箱型検出器）３０はブロックコリメータ４５の上流側に配置されてブロックコリメータ４５に取り付けられている。 A detailed configuration of the irradiation field forming apparatus 20 used in the present embodiment will be described with reference to FIG. The irradiation field forming device 20 is attached to the tip of the inverted U-shaped portion of the beam transport system 19. The irradiation field forming device 20 is an irradiation field forming device having a range modulation wheel (hereinafter RMW) 41 and a double scatterer 42. The RMW 41, the double scatterer 42, the range shifter 43, the block collimator 45, the bolus 46, and the patient collimator 47 are sequentially arranged from the upstream side in the particle beam traveling direction. The depth direction dose distribution detector (multiple ionization chamber detector) 30 is arranged on the upstream side of the block collimator 45 and attached to the block collimator 45.

ブロックコリメータ４５は、一対のコリメータ部材４４ａ，４４ｂを有する。コリメータ部材４４ａ，４４ｂは鉛またはタングステン等の粒子線を遮蔽する放射線遮蔽材で作られている。コリメータ部材４４ａ，４４ｂは、ビーム中心軌道に垂直な面に配置され、コリメータ部材４４ａ，４４ｂの端部がビーム中心軌道４９で接触するようになっている。またコリメータ部材４４ａ，４４ｂは駆動装置５５ａ，５５ｂによってビーム中心軌道に垂直な面上で駆動される。コリメータ部材４４ａ及びコリメータ部材４４ｂが、互いに離反する方向に移動した場合には、それらの間に形成される間隙、すなわちビーム通路４８が拡大される。逆に、コリメータ部材４４ａ及びコリメータ部材４４ｂが、互いに接近する方向に移動した場合には、ビーム通路４８が狭められる。ビーム通路４８の幅は患部６１の大きさによって調節される。 The block collimator 45 has a pair of collimator members 44a and 44b. The collimator members 44a and 44b are made of a radiation shielding material that shields particle beams such as lead or tungsten. The collimator members 44 a and 44 b are arranged on a plane perpendicular to the beam center trajectory, and the end portions of the collimator members 44 a and 44 b are in contact with each other at the beam center trajectory 49. The collimator members 44a and 44b are driven on a plane perpendicular to the beam center trajectory by the driving devices 55a and 55b. When the collimator member 44a and the collimator member 44b are moved away from each other, the gap formed between them, that is, the beam path 48 is enlarged. On the other hand, when the collimator member 44a and the collimator member 44b are moved in directions approaching each other, the beam passage 48 is narrowed. The width of the beam passage 48 is adjusted according to the size of the affected part 61.

深さ方向線量分布検出器３０の構成を、ブロックコリメータ部材及び深さ方向線量分布検出器の縦断面図である図３を用いて説明する。 The configuration of the depth direction dose distribution detector 30 will be described with reference to FIG. 3 which is a longitudinal sectional view of the block collimator member and the depth direction dose distribution detector.

深さ方向線量分布検出器３０は深さ方向線量分布測定装置３９の一部を構成している。深さ方向線量分布測定装置３９は深さ方向線量分布検出器３０と、信号処理装置３１と高圧電源３２とで構成されている。深さ方向線量分布検出器３０はコリメータ４５の上流側でコリメータ部材４４に取り付けられ、コリメータ４５を通過しない残りの粒子線の少なくとも一部を入射するビーム入射部３０ａを有し、入射した粒子線の深さ方向の線量分布を検出する。 The depth direction dose distribution detector 30 constitutes a part of the depth direction dose distribution measuring device 39. The depth direction dose distribution measuring device 39 includes a depth direction dose distribution detector 30, a signal processing device 31, and a high voltage power supply 32. The depth direction dose distribution detector 30 is attached to the collimator member 44 on the upstream side of the collimator 45, and has a beam incident part 30a for injecting at least a part of the remaining particle beam that does not pass through the collimator 45. The dose distribution in the depth direction is detected.

深さ方向線量分布検出器３０は、ビームの進行方向３６に対して階段状に厚さを変化させ、ビームの飛程を段階的に減衰する遮蔽体３３と、遮蔽体３３の下流（遮蔽体３３の後方）かつ飛程の減衰量が変化する方向（図示左右方向）に配列された複数の小型の電離箱（電離箱型電荷量検出器）３７とから構成される。ビーム入射部３０ａは遮蔽体３３のビームが入射する面によって構成されている。遮蔽体３３は検出器を小型化するため、阻止能の大きな真鍮を材料に選んだ。この遮蔽体３３は鉛又はタングステン等の阻止能の大きな材料で代用することが可能である。また電離箱３７の下流側にも遮蔽体を配置し、粒子線の進行方向３６に対し遮蔽体の厚さの和が検出器全体で均一となる構造とした。各電離箱３７はビームの進行方向３６に対して上流側に高圧電極３４、下流側に信号電極３５が配置されている。電離箱３７の内部は大気で満たされている。コリメータ部材４４ｂが深さ方向線量分布検出器３０の下流側に配置されているため、もし、深さ方向線量分布検出器３０を通過する粒子線があった場合でも、その粒子線はコリメータ部材４４ｂで完全に遮蔽できる。 The depth direction dose distribution detector 30 changes the thickness stepwise with respect to the traveling direction 36 of the beam, and attenuates the beam range stepwise, and downstream of the shield 33 (the shield). 33) and a plurality of small ionization chambers (ionization chamber type charge amount detectors) 37 arranged in the direction in which the range attenuation changes (in the horizontal direction in the figure). The beam incident part 30a is constituted by a surface on which the beam of the shield 33 is incident. In order to reduce the size of the detector, the shield 33 is made of brass with a large stopping power. The shield 33 can be replaced with a material having a large stopping power such as lead or tungsten. Further, a shield is also arranged on the downstream side of the ionization chamber 37 so that the sum of the thicknesses of the shields in the traveling direction 36 of the particle beam is uniform throughout the detector. Each ionization chamber 37 is provided with a high voltage electrode 34 on the upstream side and a signal electrode 35 on the downstream side with respect to the beam traveling direction 36. The inside of the ionization chamber 37 is filled with air. Since the collimator member 44b is disposed on the downstream side of the depth direction dose distribution detector 30, even if there is a particle beam passing through the depth direction dose distribution detector 30, the particle beam is not collimated by the collimator member 44b. Can be completely shielded.

信号処理装置３１は、アナログ信号処理装置６５及びデジタル信号処理装置６６を有する。各電荷収集電極３５は、配線６３にてそれぞれアナログ信号処理装置６５に接続される。アナログ信号処理装置６５は、それぞれの電荷収集電極３５ごとに増幅器（図示せず）を有している。配線６３は電荷収集電極３５と該当する増幅器を接続している。各増幅器はデジタル信号処理装置６６に接続され、量子化される。 The signal processing device 31 includes an analog signal processing device 65 and a digital signal processing device 66. Each charge collection electrode 35 is connected to an analog signal processing device 65 by a wiring 63. The analog signal processing device 65 has an amplifier (not shown) for each charge collection electrode 35. The wiring 63 connects the charge collecting electrode 35 and the corresponding amplifier. Each amplifier is connected to a digital signal processor 66 and quantized.

図２に戻り、本実施の形態において、照射制御装置５１、RMW駆動制御装置５２、レンジシフタ駆動制御装置５３、ブロックコリメータ駆動制御装置５４を含む制御システム５８を備える。信号処理装置３１内のデジタル信号処理装置６６は図２に示すように安全装置であるインターロック装置４に接続される。インターロック装置４は、シャッタ制御装置２１及びスイッチ１３に接続される。 Returning to FIG. 2, in the present embodiment, a control system 58 including an irradiation control device 51, an RMW drive control device 52, a range shifter drive control device 53, and a block collimator drive control device 54 is provided. The digital signal processing device 66 in the signal processing device 31 is connected to the interlock device 4 which is a safety device as shown in FIG. The interlock device 4 is connected to the shutter control device 21 and the switch 13.

次に、本実施の形態の粒子線治療装置の動作を説明する。 Next, the operation of the particle beam therapy system according to the present embodiment will be described.

照射野形成装置２０に対する患者６０の位置決め前に、照射制御装置５１は、治療計画装置５０から患者６０に対する治療計画情報（照射野サイズ（照射野情報）、飛程（飛程情報）、ＳＯＢＰ幅（ＳＯＢＰ幅情報）等）を入力し、メモリ５９に記憶させる。これらの治療計画情報は、粒子線の照射条件を現している。照射制御装置５１は、治療計画情報に基づいて照射条件情報より必要な厚みの二重散乱体４２及びレンジシフタ４３をそれぞれ選定する。粒子線の入射エネルギーが大きくなる程、厚みの厚い二重散乱体４２が選定され、要求される飛程が短い程、厚みの厚いレンジシフタ４３が選定される。それぞれの駆動制御装置が、選定された二重散乱体４２及びレンジシフタ４３を、ビーム経路（ビーム中心軌道４９）まで移動させる。これにより、二重散乱体４２及びレンジシフタ４３がビーム中心軌道４９上に配置される。ＲＭＷ４１は照射中回転しており、ＲＭＷの回転角度に応じてビームをＯＮ／ＯＦＦすることによりＳＯＢＰを形成する。 Before positioning the patient 60 with respect to the irradiation field forming device 20, the irradiation control device 51 performs treatment plan information (irradiation field size (irradiation field information), range (range information)), SOBP width from the treatment planning device 50 to the patient 60. (SOBP width information) etc.) is input and stored in the memory 59. These treatment plan information represents the irradiation conditions of the particle beam. The irradiation control device 51 selects the double scatterer 42 and the range shifter 43 having a necessary thickness based on the irradiation condition information based on the treatment plan information. As the incident energy of the particle beam increases, the thick double scatterer 42 is selected, and as the required range is shorter, the thick range shifter 43 is selected. Each drive control device moves the selected double scatterer 42 and range shifter 43 to the beam path (beam center trajectory 49). As a result, the double scatterer 42 and the range shifter 43 are arranged on the beam center trajectory 49. The RMW 41 rotates during irradiation, and forms an SOBP by turning on / off the beam according to the rotation angle of the RMW.

また、照射制御装置５１は、照射野情報に基づいてコリメータ部材４４ａ，４４ｂに対する第１移動指令をブロックコリメータ駆動制御装置５４に出力する。ブロックコリメータ駆動制御装置５４は、第１移動指令に基づいて駆動装置５５ａ，５５ｂを駆動し、コリメータ部材４４ａ，４４ｂを所定位置まで移動させる。このとき、コリメータ部材４４ａとコリメータ部材４４ｂの間に形成されるビーム通路４８は、患者６０に対する照射野サイズに対応した幅となる。深さ方向線量分布検出器３０も、コリメータ部材４４ｂと共に移動し、所定位置（粒子線通過領域のうち図４で破線よりも左側に位置する粒子線の通過領域と交差する位置）まで移動される。 In addition, the irradiation control device 51 outputs a first movement command for the collimator members 44a and 44b to the block collimator drive control device 54 based on the irradiation field information. The block collimator drive control device 54 drives the drive devices 55a and 55b based on the first movement command to move the collimator members 44a and 44b to a predetermined position. At this time, the beam path 48 formed between the collimator member 44 a and the collimator member 44 b has a width corresponding to the irradiation field size for the patient 60. The depth direction dose distribution detector 30 also moves together with the collimator member 44b and moves to a predetermined position (a position where the particle beam passage region intersects with the particle beam passage region located on the left side of the broken line in FIG. 4). .

その後、回転ガントリーが回転され、照射野形成装置２０のビーム中心軌道４９が所定の角度に合わされる。患者６０の患部６１が位置決めにより照射野形成装置２０のビーム中心軌道４９と一致させられる。これで、粒子線を患者６０に照射する準備が完了する。前述したように、前段加速器８からシンクロトロン２３に入射された粒子線はシンクロトロン２３から出射され、照射野形成装置２０に達する。このとき、ビームシャッタ１７は開いている。 Thereafter, the rotating gantry is rotated, and the beam center trajectory 49 of the irradiation field forming apparatus 20 is adjusted to a predetermined angle. The affected part 61 of the patient 60 is aligned with the beam center trajectory 49 of the irradiation field forming apparatus 20 by positioning. This completes the preparation for irradiating the patient 60 with the particle beam. As described above, the particle beam incident on the synchrotron 23 from the front stage accelerator 8 is emitted from the synchrotron 23 and reaches the irradiation field forming apparatus 20. At this time, the beam shutter 17 is open.

照射野形成装置２０において、粒子線は、ＲＭＷ４１によりＳＯＢＰが形成され、二重散乱体４２によりビーム中心軌道４９と直交する方向に広げられて、レンジシフタ４３により飛程が調整される。この粒子線の一部はビーム通路４８を通過する。ビーム通路４８を通過した粒子線は、ボーラス４６及び患者コリメータ４７を通過して、患部６１に照射される。このようにして、粒子線によって患部６１が治療される。 In the irradiation field forming apparatus 20, SOBP is formed by the RMW 41, the particle beam is spread in the direction orthogonal to the beam center trajectory 49 by the double scatterer 42, and the range is adjusted by the range shifter 43. Part of this particle beam passes through the beam path 48. The particle beam that has passed through the beam passage 48 passes through the bolus 46 and the patient collimator 47 and is irradiated to the affected part 61. In this way, the affected area 61 is treated with the particle beam.

ブロックコリメータ４５の上方に到達した残りの粒子線は、一部がコリメータ部材４４ａによって遮られ、残りが深さ方向線量分布検出器３０に入射される。深さ方向線量分布検出器３０は、患部に照射されない不要な粒子線を入射して粒子線の深さ方向線量分布を検出する。この状態を、図４を用いて説明する。ＲＭＷ４１、二重散乱体４２、レンジシフタ４３を通過した粒子線は、図４に実線で示されたビーム強度の分布を有する。この分布のうち、一対の破線間に形成された範囲内の粒子線は患部６１に照射される。図４で破線よりも右側に位置する部分の粒子線は、コリメータ部材４４ａに当って遮られる。図４で破線よりも左側に位置する部分の粒子線（不要な粒子線）は、深さ方向線量分布検出器３０に入射される。 Part of the remaining particle beam that has reached the upper side of the block collimator 45 is blocked by the collimator member 44 a, and the rest is incident on the depth direction dose distribution detector 30. The depth direction dose distribution detector 30 makes an unnecessary particle beam that is not irradiated to the affected area incident, and detects the depth direction dose distribution of the particle beam. This state will be described with reference to FIG. The particle beam that has passed through the RMW 41, the double scatterer 42, and the range shifter 43 has a beam intensity distribution shown by a solid line in FIG. Of this distribution, the particle beam within the range formed between the pair of broken lines is irradiated to the affected part 61. In FIG. 4, the part of the particle beam located on the right side of the broken line hits the collimator member 44a and is blocked. In FIG. 4, the part of the particle beam (unnecessary particle beam) located on the left side of the broken line is incident on the depth direction dose distribution detector 30.

深さ方向線量分布検出器３０に入射された粒子線（図４で破線よりも左側に位置する部分の粒子線）は遮蔽体３３に入射し、遮蔽体３３を通過した粒子線は、遮蔽体３３を通過した距離にしたがってエネルギーが減衰された後、電離箱３７を通過する。粒子線のエネルギーが大きい程、粒子線は進行方向（ビーム中心軌道４９の方向）に対して、より深い位置の電離箱３７に達する。電離箱３７に入射した粒子線は電離箱３７中の気体と衝突し、気体分子の外殻電子を電離する。高圧電極３４と電荷収集電極３５の間に形成された電界により前記電離電子は、電荷収集電極３５に向かって加速され、電荷として電荷収集電極３５に収集される。すなわち、粒子線が入射した電離箱３７からは、各電離箱中での粒子線のエネルギー損失量に応じた電荷が検出される。 The particle beam incident on the depth direction dose distribution detector 30 (part of the particle beam located on the left side of the broken line in FIG. 4) is incident on the shield 33, and the particle beam that has passed through the shield 33 is the shield. After the energy is attenuated according to the distance passed through 33, it passes through the ionization chamber 37. As the energy of the particle beam increases, the particle beam reaches the ionization chamber 37 at a deeper position in the traveling direction (the direction of the beam center trajectory 49). The particle beam incident on the ionization chamber 37 collides with the gas in the ionization chamber 37 and ionizes outer electrons of gas molecules. The ionized electrons are accelerated toward the charge collection electrode 35 by the electric field formed between the high-voltage electrode 34 and the charge collection electrode 35, and collected as charges on the charge collection electrode 35. That is, the charge corresponding to the energy loss amount of the particle beam in each ionization chamber is detected from the ionization chamber 37 in which the particle beam is incident.

前記深さ方向線量分布検出器３０は図５に示すように、遮蔽体７２の厚さを連続で変化させた構造とすることもできる。図５の実施の形態の場合、電荷量検出器は、高圧電極７３は連続な形状とし、電荷収集電極７４は高圧電極７３と平行になるように分割して配置した細長い電離箱７９から構成されている。図３の実施の形態と同様に、高圧電極７３は高圧電源７５に、電荷収集電極７４は信号処理装置７６のアナログ信号処理装置７７に接続され、検出した電荷量がデジタル信号処理装置７８で深さ方向線量分布に分布に変換される。深さ方向線量分布検出器７０と信号処理装置７６と高圧電源７５とで深さ方向線量分布測定装置８０が構成される。 The depth direction dose distribution detector 30 may have a structure in which the thickness of the shield 72 is continuously changed as shown in FIG. In the embodiment of FIG. 5, the charge amount detector is composed of an elongated ionization chamber 79 in which the high-voltage electrode 73 has a continuous shape and the charge collection electrode 74 is divided and arranged so as to be parallel to the high-voltage electrode 73. ing. As in the embodiment of FIG. 3, the high voltage electrode 73 is connected to the high voltage power source 75, and the charge collection electrode 74 is connected to the analog signal processing device 77 of the signal processing device 76, and the detected charge amount is deepened by the digital signal processing device 78. It is converted into a dose distribution in the vertical direction. The depth direction dose distribution detector 70, the signal processing device 76, and the high voltage power source 75 constitute a depth direction dose distribution measurement device 80.

また、図５の実施の形態ように、検出器７０をコリメータ部材の一部としてコリメータ部材４４ｂの端部に組み込む設置方法も可能である。この場合、検出器７０の粒子線７１に対する阻止能を、コリメータ部材４４ｂと同等以上にする必要がある。 Further, as in the embodiment of FIG. 5, an installation method in which the detector 70 is incorporated into the end of the collimator member 44b as a part of the collimator member is also possible. In this case, the stopping power of the detector 70 against the particle beam 71 needs to be equal to or higher than that of the collimator member 44b.

各電離箱３７（或いは電離箱７９；以下同）から検出された電荷量と深さ方向線量分布の関係は試験等により予め求められているものとする。例えば、予め水ファントムの線量計測器を用いて深さ方向線量分布計測を行い、同一の照射条件で深さ方向線量分布測定装置３９を用いて計測を行う。この試験結果に基づいて、電離箱３７で得られた電荷量を線量に換算するための校正情報、及び電離箱の位置（粒子線が通過した遮蔽体の厚み）を水中での深さ方向位置に換算するための校正情報を取得する。これらの校正情報は、デジタル信号処理装置６６のメモリ(図示せず)に記憶しておく。 It is assumed that the relationship between the amount of charge detected from each ionization chamber 37 (or ionization chamber 79; the same applies hereinafter) and the dose distribution in the depth direction is obtained in advance by testing or the like. For example, depth direction dose distribution measurement is performed in advance using a water phantom dose measurement device, and measurement is performed using the depth direction dose distribution measurement device 39 under the same irradiation conditions. Based on this test result, calibration information for converting the amount of charge obtained in the ionization chamber 37 into a dose, and the position of the ionization chamber (the thickness of the shield through which the particle beam has passed) in the depth direction position in water Get calibration information to convert to. Such calibration information is stored in a memory (not shown) of the digital signal processing device 66.

前記の各電離箱３７から電荷を検出した後の信号処理フローを図６に示す。各電離箱３７で発生した各電荷は、各配線６３を介して信号処理装置３１のアナログ信号処理装置６５内の該当する増幅器で増幅され、デジタル信号処理装置６６に伝えられる。デジタル信号処理装置６６は、上記のように予め求めてメモリに記憶しておいた校正情報（電荷量を線量に換算する校正情報及び電離箱の位置を深さ方向位置に換算する校正情報）に基づいて、粒子線が入射されたときに各電離箱３７が検出した電荷量から、粒子線の深さ方向線量分布を演算する。また、得られた分布からＳＯＢＰ幅及び飛程を算出する。 A signal processing flow after the charge is detected from each ionization chamber 37 is shown in FIG. Each electric charge generated in each ionization chamber 37 is amplified by a corresponding amplifier in the analog signal processing device 65 of the signal processing device 31 via each wiring 63 and transmitted to the digital signal processing device 66. The digital signal processing device 66 uses the calibration information (calibration information for converting the charge amount into dose and calibration information for converting the position of the ionization chamber into the depth direction position) previously obtained and stored in the memory as described above. Based on the charge amount detected by each ionization chamber 37 when the particle beam is incident, the dose distribution in the depth direction of the particle beam is calculated. Also, the SOBP width and range are calculated from the obtained distribution.

図６のデジタル信号処理装置６６内の図示左側は、深さ方向線量分布検出器３０の各電離箱３７の位置（横軸）と各電離箱で得られた電荷量（縦軸）との関係を示し、図示右側は、デジタル信号処理装置６６のメモリに記憶した上記校正情報に基づいて、その電離箱位置と電荷量から演算して求めた粒子線の深さ府置こう分布（深さ方向位置と線量との関係）を示している。このように事前に求めた校正情報をメモリに記憶しておくことで、このメモリ内の校正情報に基づいて、粒子線が入射されたときに各電離箱３７が検出した電荷量から、デジタル信号処理装置６６は、その粒子線の深さ方向線量分布を求めることができる。また、得られた分布からＳＯＢＰ幅及び飛程を算出できる。 6 shows the relationship between the position (horizontal axis) of each ionization chamber 37 of the depth direction dose distribution detector 30 and the charge amount (vertical axis) obtained in each ionization chamber. The right side of the figure shows the depth distribution of the particle beam (depth direction) calculated from the ionization chamber position and the amount of charge based on the calibration information stored in the memory of the digital signal processor 66. The relationship between position and dose). By storing the calibration information obtained in advance in the memory in this way, based on the calibration information in the memory, the digital signal can be obtained from the charge amount detected by each ionization chamber 37 when the particle beam is incident. The processing device 66 can obtain the dose distribution in the depth direction of the particle beam. In addition, the SOBP width and range can be calculated from the obtained distribution.

デジタル信号処理装置６６は、求めた深さ方向線量分布の情報を安全装置であるインターロック装置４に出力する。インターロック装置４は、粒子線を照射して治療を行っている患者６０に対する、治療計画装置５０からの深さ方向線量分布情報（分布、ＳＯＢＰ幅、飛程）を、偏差許容値と共に入力しており、この深さ方向線量分布情報とデジタル信号処理装置６６からの深さ方向線量分布測定情報とを比較する。インターロック装置４は深さ方向線量分布測定値が偏差許容値を超えている場合にスイッチ１３を開く。このため、高周波印加装置１４への高周波電力の印加が停止され、シンクロトロン２３からの粒子線の出射が強制的に停止される。また、インターロック装置４は、深さ方向線量分布測定値が偏差許容値を超えている場合に、シャッタ制御装置２１にシャッタ閉信号を出力する。シャッタ制御装置２１はシャッタ閉信号に基づいてビームシャッタ１７を閉じる。 The digital signal processing device 66 outputs information on the obtained dose distribution in the depth direction to the interlock device 4 that is a safety device. The interlock device 4 inputs the dose distribution information (distribution, SOBP width, range) in the depth direction from the treatment planning device 50 for the patient 60 who is performing treatment by irradiating the particle beam together with the deviation tolerance. The depth direction dose distribution information is compared with the depth direction dose distribution measurement information from the digital signal processing device 66. The interlock device 4 opens the switch 13 when the depth direction dose distribution measurement value exceeds the allowable deviation value. For this reason, the application of the high frequency power to the high frequency application device 14 is stopped, and the emission of the particle beam from the synchrotron 23 is forcibly stopped. Further, the interlock device 4 outputs a shutter close signal to the shutter control device 21 when the depth direction dose distribution measurement value exceeds the allowable deviation value. The shutter control device 21 closes the beam shutter 17 based on the shutter close signal.

インターロック装置４は深さ方向線量分布測定情報が偏差許容値以下の場合には、インターロック装置４はスイッチ１３を開かない。このため、シンクロトロン２３からの粒子線の出射が継続され、照射野形成装置２０から出射される粒子線が患者６０に照射される。ビームシャッタ１７は開いたままである。 The interlock device 4 does not open the switch 13 when the depth direction dose distribution measurement information is less than the allowable deviation value. For this reason, the emission of the particle beam from the synchrotron 23 is continued, and the patient 60 is irradiated with the particle beam emitted from the irradiation field forming device 20. The beam shutter 17 remains open.

本実施の形態は、ブロックコリメータ４５によって遮られる粒子線の一部を深さ方向線量分布検出器３０に入射させて粒子線の深さ方向線量分布を検出するため、ビーム通路４８を通過した粒子線を患者６０に照射しながら粒子線の深さ方向線量分布を測定することができる。また、粒子線を照射して患者６０を治療しているときで、粒子線の深さ方向線量分布測定情報が偏差許容値を超えた場合には、シンクロトロン２３からの粒子線の出射を停止することができる。これによって、偏差許容値を超える深さ方向線量分布の粒子線の患者６０への照射を回避することができる。 In the present embodiment, a part of the particle beam blocked by the block collimator 45 is incident on the depth direction dose distribution detector 30 to detect the depth direction dose distribution of the particle beam. The dose distribution in the depth direction of the particle beam can be measured while irradiating the patient 60 with the beam. Further, when the patient 60 is being treated by irradiating the particle beam and the dose distribution measurement information in the depth direction of the particle beam exceeds the deviation allowable value, the emission of the particle beam from the synchrotron 23 is stopped. can do. Thereby, irradiation of the patient 60 with a particle beam having a dose distribution in the depth direction exceeding the deviation allowable value can be avoided.

本実施の形態では、深さ方向線量分布検出器３０がコリメータ部材４４ｂに設置されているため、１つの駆動装置３９で深さ方向線量分布検出器３０及びコリメータ部材４４ｂの両方を移動できる。このため、深さ方向線量分布検出器３０及びコリメータ部材４４ｂのそれぞれに別々の駆動装置を設置する必要がないので、照射野形成装置の構成を単純化できる。 In the present embodiment, since the depth direction dose distribution detector 30 is installed on the collimator member 44b, both the depth direction dose distribution detector 30 and the collimator member 44b can be moved by one drive device 39. For this reason, since it is not necessary to install a separate driving device for each of the depth direction dose distribution detector 30 and the collimator member 44b, the configuration of the irradiation field forming device can be simplified.

深さ方向線量分布検出器３０を、コリメータ部材４４ｂから分離して、ブロックコリメータ４５の上流側に別に設置しても良い。この場合には、深さ方向線量分布検出器３０及びコリメータ部材４４ｂを別々に移動させる駆動装置をそれぞれ設置する必要がある。 The depth direction dose distribution detector 30 may be separated from the collimator member 44 b and installed separately on the upstream side of the block collimator 45. In this case, it is necessary to install a driving device for separately moving the depth direction dose distribution detector 30 and the collimator member 44b.

上記した実施の形態に用いた照射野形成装置２０は、回転ガントリーを有しない治療室でも使用することができる。例えば、目に粒子線を照射する照射野形成装置は、回転ガントリーに設置されていなく回転されない。このような眼球に生じた癌の治療に用いられる照射野形成装置に、前述の照射野形成装置２０を適用することができる。目の治療に用いられる照射野形成装置２０にも、シンクロトロン２３から出射された粒子線が導かれる。 The irradiation field forming apparatus 20 used in the above-described embodiment can also be used in a treatment room that does not have a rotating gantry. For example, an irradiation field forming apparatus for irradiating a particle beam to the eyes is not installed in a rotating gantry and is not rotated. The above-described irradiation field forming apparatus 20 can be applied to an irradiation field forming apparatus used for the treatment of cancer generated in such an eyeball. The particle beam emitted from the synchrotron 23 is also guided to the irradiation field forming apparatus 20 used for eye treatment.

本実施の形態の照射野形成装置２０は、SOBPの形成をRMW４１を用いて行なっているが、リッジフィルタを用いたSOBP形成方法においても同様な効果が得られる。また横方向（ビーム進行方向に対して垂直になる方向）の荷電粒子密度分布の平坦化は、本実施の形態では二重散乱体法で行なっているが、ワブラー法を用いる方法でも良い。 In the irradiation field forming apparatus 20 of the present embodiment, the SOBP is formed using the RMW 41, but the same effect can be obtained in the SOBP forming method using the ridge filter. Further, although the charged particle density distribution in the lateral direction (the direction perpendicular to the beam traveling direction) is flattened by the double scatterer method in this embodiment, a method using a wobbler method may be used.

本実施の形態における深さ方向線量分布測定装置３９は、シンクロトロンの替りにサイクロトロンを用いた粒子線治療装置にも適用することができる。サイクロトロンを用いた場合において、インターロック装置４は、深さ方向線量分布測定値が深さ方向線量分布偏差許容値を超えているとき、サイクロトロンに粒子線を入射するイオン源の電源のスイッチを開き、シャッタ制御装置２１にシャッタ閉信号を出力する。スイッチを開くことによってイオン源からの粒子線の出射が停止され、患者６０への粒子線の照射が停止される。イオン源の電源のスイッチを開くのは、サイクロトロンには高周波印加装置が設けられていないからである。 The depth direction dose distribution measuring apparatus 39 in the present embodiment can also be applied to a particle beam therapy apparatus using a cyclotron instead of a synchrotron. In the case of using the cyclotron, the interlock device 4 opens the switch of the power source of the ion source that injects the particle beam into the cyclotron when the depth direction dose distribution measurement value exceeds the depth direction dose distribution deviation allowable value. Then, a shutter close signal is output to the shutter control device 21. By opening the switch, the emission of the particle beam from the ion source is stopped, and the irradiation of the particle beam to the patient 60 is stopped. The reason why the power source switch of the ion source is opened is that the cyclotron is not provided with a high-frequency application device.

１…粒子線治療装置
２…粒子線発生装置
３…加速器制御装置
４…インターロック装置
５…偏向電磁石
６…四極電磁石
７…高周波加速空洞
８…前段加速器
９…入射セプタム電磁石
１０…静電インフレクタ
１１…高周波電源
１２，１３…スイッチ
１４…高周波印加装置
１５…静電デフレクタ
１６…出射セプタム電磁石
１７…ビームシャッタ
１８…偏向電磁石
１９…ビーム輸送系
２０…照射野形成装置
２１…シャッタ制御装置
２２…ガントリービーム輸送系
２３…シンクロトロン
３０…深さ方向線量分布検出器
３０ａ…ビーム入射部
３１…信号処理装置
３２…高圧電源
３３…遮蔽体
３４…高圧電極
３５…電荷収集電極
３６…粒子線
３７…電離箱
３９…深さ方向線量分布測定装置
４１…レンジモジュレーションホイール（ＲＭＷ）
４２…二重散乱体
４３…レンジシフタ
４４ａ，４４ｂ…ブロックコリメータ部材
４５…ブロックコリメータ
４６…ボーラス
４７…患者コリメータ
４８…ビーム通路
４９…ビーム中心軌道
５０…治療計画装置
５１…照射制御装置
５２…ＲＭＷ駆動制御装置
５３…レンジシフタ駆動制御装置
５４…ブロックコリメータ駆動制御装置
５５ａ，５５ｂ，５６，５７…駆動装置
５８…制御システム
５９…メモリ
６０…患者
６１…患部
６２…治療台
６３，６４…配線
６５…アナログ信号処理装置
６６…デジタル信号処理装置
７０…深さ方向線量分布検出器
７１…粒子線
７２…遮蔽体
７３…高圧電極
７４…電荷収集電極
７５…高圧電源
７６…信号処理装置
７７…アナログ信号処理装置
７８…デジタル信号処理装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Particle beam therapy apparatus 2 ... Particle beam generator 3 ... Accelerator control apparatus 4 ... Interlock apparatus 5 ... Deflection electromagnet 6 ... Quadrupole electromagnet 7 ... High frequency acceleration cavity 8 ... Pre-stage accelerator 9 ... Incident septum electromagnet 10 ... Electrostatic inflector DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... High frequency power supply 12, 13 ... Switch 14 ... High frequency application device 15 ... Electrostatic deflector 16 ... Outgoing septum electromagnet 17 ... Beam shutter 18 ... Deflection electromagnet 19 ... Beam transport system 20 ... Irradiation field forming device 21 ... Shutter control device 22 ... Gantry beam transport system 23 ... Synchrotron 30 ... Depth direction dose distribution detector 30a ... Beam incident part 31 ... Signal processor 32 ... High voltage power source 33 ... Shielding body 34 ... High voltage electrode 35 ... Charge collection electrode 36 ... Particle beam 37 ... Ionization chamber 39 ... Depth direction dose distribution measuring device 41 ... Range modulation wheel (RMW)
42 ... Double scatterer 43 ... Range shifter 44a, 44b ... Block collimator member 45 ... Block collimator 46 ... Bolus 47 ... Patient collimator 48 ... Beam path 49 ... Beam center trajectory 50 ... Treatment planning device 51 ... Irradiation control device 52 ... RMW drive Control device 53 ... Range shifter drive control device 54 ... Block collimator drive control device 55a, 55b, 56, 57 ... Drive device 58 ... Control system 59 ... Memory 60 ... Patient 61 ... Diseased part 62 ... Treatment table 63, 64 ... Wiring 65 ... Analog Signal processor 66 ... Digital signal processor 70 ... Depth distribution detector 71 ... Particle beam 72 ... Shield 73 ... High voltage electrode 74 ... Charge collection electrode 75 ... High voltage power supply 76 ... Signal processor 77 ... Analog signal processor 78. Digital signal processing apparatus

Claims

粒子線の飛程を連続的又は段階的に減衰する遮蔽体と、
前記遮蔽体の後方かつ飛程の減衰量が変化する方向に配列された複数の電荷収集電極を有する電離箱型電荷量検出器と、
前記遮蔽体に粒子線が入射したとき、前記遮蔽体による飛程の減衰量と前記電離箱型電荷量検出器の複数の荷電収集電極で検出した電荷量を基に、入射した粒子線の深さ方向の線量分布を求める演算処理装置とを備えることを特徴とする深さ方向線量分布測定装置。 A shield that attenuates the range of the particle beam continuously or stepwise;
An ionization chamber type charge amount detector having a plurality of charge collection electrodes arranged behind the shield and in a direction in which the range attenuation changes.
When a particle beam is incident on the shield, the depth of the incident particle beam is determined based on the range attenuation by the shield and the amount of charge detected by the plurality of charge collection electrodes of the ionization chamber type charge detector. A depth direction dose distribution measuring device comprising: an arithmetic processing unit for obtaining a dose distribution in the vertical direction.

前記演算処理装置は、更に、前記線量分布からＳＯＢＰ幅及び飛程を求めることを特徴とする請求項１記載の深さ方向線量分布測定装置。 The depth direction dose distribution measuring apparatus according to claim 1, wherein the arithmetic processing unit further obtains an SOBP width and a range from the dose distribution.

粒子線発生装置と、この粒子線発生装置で生じた粒子線を照射対象に照射する粒子線照射装置とを備え、前記粒子線照射装置は前記粒子線の一部を通過させるコリメータを有する粒子線治療装置において、
前記粒子線照射装置内の前記コリメータの上流側に配置され、かつ前記コリメータを通過しない残りの粒子線の少なくとも一部を入射するビーム線入射部を有する深さ方向線量分布検出器と、
前記深さ方向線量分布検出器の検出結果に基づいて入射した粒子線の深さ方向の線量分布を算出する演算処理装置とを備えることを特徴とする粒子線治療装置。 A particle beam generator, and a particle beam irradiation device that irradiates an irradiation target with a particle beam generated by the particle beam generator, the particle beam irradiation device having a collimator that allows a part of the particle beam to pass therethrough In the treatment device,
A depth direction dose distribution detector, which is disposed upstream of the collimator in the particle beam irradiation apparatus and has a beam line incident part for injecting at least a part of the remaining particle beam not passing through the collimator;
A particle beam therapy system comprising: an arithmetic processing unit that calculates a dose distribution in the depth direction of an incident particle beam based on a detection result of the depth direction dose distribution detector.

前記深さ方向線量分布検出器は前記コリメータに取り付けられていることを特徴とする請求項３記載の粒子線治療装置。 The particle beam therapy system according to claim 3, wherein the depth direction dose distribution detector is attached to the collimator.

前記コリメータを前記深さ方向線量分布検出器と一緒に前記粒子線が通過するビーム経路と交差する方向に移動させる移動装置を更に備えることを特徴とする請求項３記載の粒子線治療装置。 The particle beam therapy system according to claim 3, further comprising a moving device that moves the collimator together with the depth direction dose distribution detector in a direction intersecting a beam path through which the particle beam passes.

前記深さ方向線量分布検出器は、
粒子線の飛程を連続的又は段階的に減衰する遮蔽体と、
前記遮蔽体の後方かつ飛程の減衰量が変化する方向に配列された複数の電荷収集電極を有する電離箱型電荷量検出器とを有することを特徴とする請求項３記載の粒子線治療装置。 The depth direction dose distribution detector is:
A shield that attenuates the range of the particle beam continuously or stepwise;
The ion beam therapy apparatus according to claim 3, further comprising an ionization chamber type charge amount detector having a plurality of charge collection electrodes arranged behind the shield and in a direction in which a range attenuation amount changes. .

前記演算処理装置は、前記遮蔽体に粒子線が入射したとき、前記遮蔽体による飛程の減衰量と前記電離箱型電荷量検出器の複数の電荷収集電極で検出した電荷量を基に、入射した粒子線の深さ方向の線量分布を求めることを特徴とする請求項３記載の粒子線治療装置。 The arithmetic processing unit, when a particle beam is incident on the shield, based on the range attenuation by the shield and the amount of charge detected by the plurality of charge collection electrodes of the ionization chamber type charge detector, 4. The particle beam therapy system according to claim 3, wherein a dose distribution in the depth direction of the incident particle beam is obtained.

前記演算処理装置は、更に、前記線量分布からＳＯＢＰ幅及び飛程を求めることを特徴とする請求項７記載の粒子線治療装置。 The particle beam therapy system according to claim 7, wherein the arithmetic processing unit further obtains an SOBP width and a range from the dose distribution.

治療計画で設定した深さ方向線量分布と、前記演算処理装置で求めた深さ方向線量分布との偏差が、予め設定した許容値を超えるとき、前記粒子線発生装置からの粒子線の出射を停止させる安全装置を更に備えることを特徴とする請求項７記載の粒子線治療装置。 When the deviation between the depth direction dose distribution set in the treatment plan and the depth direction dose distribution obtained by the arithmetic processing device exceeds a preset allowable value, the particle beam is emitted from the particle beam generator. 8. The particle beam therapy system according to claim 7, further comprising a safety device for stopping.

治療計画で設定したＳＯＢＰ幅及び飛程と、前記演算処理装置で求めたＳＯＢＰ幅及び飛程との偏差が、予め設定した許容値を超えるとき、前記粒子線発生装置からの粒子線の出射を停止させる安全装置を更に備えることを特徴とする請求項９記載の粒子線治療装置。 When the deviation between the SOBP width and range set in the treatment plan and the SOBP width and range determined by the arithmetic processing device exceeds a preset allowable value, the particle beam is emitted from the particle beam generator. The particle beam therapy system according to claim 9, further comprising a safety device for stopping.

粒子線発生装置から出射した粒子線を照射対象に照射する粒子線照射装置において、
前記粒子線の一部を通過させるコリメータと、
前記コリメータの上流側に配置され、かつ前記コリメータを通過しない残りの粒子線の少なくとも一部を入射するビーム入射部を有する深さ方向線量分布検出器とを備えることを特徴とする粒子線照射装置。 In the particle beam irradiation apparatus that irradiates the irradiation target with the particle beam emitted from the particle beam generator,
A collimator that passes a portion of the particle beam;
A particle beam irradiation apparatus comprising: a dose distribution detector in a depth direction, which is disposed upstream of the collimator and has a beam incident part for entering at least a part of the remaining particle beam that does not pass through the collimator. .

前記深さ方向線量分布検出器は、
粒子線の飛程を連続的又は段階的に減衰する遮蔽体と、
前記遮蔽体の後方かつ飛程の減衰量が変化する方向に配列された複数の電荷収集電極を有する電離箱型電荷量検出器とを有し、
前記遮蔽体に粒子線が入射したとき、前記遮蔽体による飛程の減衰量と前記電離箱型電荷量検出器の複数の電荷収集電極で検出した荷電量を基に、入射した粒子線の深さ方向の線量分布を求めることを特徴とする請求項１１記載の粒子線照射装置。 The depth direction dose distribution detector is:
A shield that attenuates the range of the particle beam continuously or stepwise;
An ionization chamber type charge amount detector having a plurality of charge collection electrodes arranged behind the shield and in a direction in which the range attenuation changes.
When a particle beam is incident on the shield, the depth of the incident particle beam is determined based on the range attenuation by the shield and the amount of charge detected by the plurality of charge collection electrodes of the ionization chamber charge detector. The particle beam irradiation apparatus according to claim 11, wherein a dose distribution in a vertical direction is obtained.

前記深さ方向線量分布検出器は前記コリメータに取り付けられていることを特徴とする請求項１１記載の粒子線照射装置。 The particle beam irradiation apparatus according to claim 11, wherein the depth direction dose distribution detector is attached to the collimator.

前記コリメータを前記深さ方向線量分布検出器と一緒に前記粒子線が通過するビーム経路と交差する方向に移動させる移動装置を更に備えることを特徴とする請求項１１記載の粒子線照射装置。 The particle beam irradiation apparatus according to claim 11, further comprising a moving device that moves the collimator together with the depth direction dose distribution detector in a direction intersecting a beam path through which the particle beam passes.