JP2015179586A - 荷電粒子線治療装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】荷電粒子線治療装置の稼働効率を高める。
【解決手段】荷電粒子線治療装置は、荷電粒子を加速する加速器と、加速器から出射された荷電粒子線を被照射体に対して照射する照射部と、加速器から出射された荷電粒子線に異常が生じたか否かを検出する異常検知部と、加速器内で放電が生じたか否かを検出する放電検知部と、照射部からの荷電粒子線の照射を制御する制御部とを備える。制御部は、(A)異常検知部が異常を検知した場合に照射部からの荷電粒子線の出射を停止させる制御と、(B)放電検知部が放電を検知していた場合、制御Aにおいて照射部からの荷電粒子線の出射を停止させた後に、照射部からの荷電粒子線の出射を再開させる制御とを実行する。
【選択図】図5
【解決手段】荷電粒子線治療装置は、荷電粒子を加速する加速器と、加速器から出射された荷電粒子線を被照射体に対して照射する照射部と、加速器から出射された荷電粒子線に異常が生じたか否かを検出する異常検知部と、加速器内で放電が生じたか否かを検出する放電検知部と、照射部からの荷電粒子線の照射を制御する制御部とを備える。制御部は、(A)異常検知部が異常を検知した場合に照射部からの荷電粒子線の出射を停止させる制御と、(B)放電検知部が放電を検知していた場合、制御Aにおいて照射部からの荷電粒子線の出射を停止させた後に、照射部からの荷電粒子線の出射を再開させる制御とを実行する。
【選択図】図5
Description
本発明は、荷電粒子線治療装置に関する。
特許文献1は、荷電粒子線(ラインスキャニングビーム)を照射する照射部と、当該荷電粒子線を走査する走査電磁石と、走査電磁石の動作を制御する制御部とを備える荷電粒子線治療装置を開示している。
上記のような荷電粒子線治療装置においては、照射対象に対する荷電粒子線の照射中に、荷電粒子線の照射位置が目標位置から大きくずれたり、荷電粒子線が急に消失したりするなどの異常が発生する場合がある。このような異常が発生したことが検知されると、荷電粒子線治療装置は荷電粒子線の照射を中断する。荷電粒子線の照射を再開するためには、異常発生の原因が判明するまで作業員が荷電粒子線治療装置を点検しなければならず、復旧作業に時間を要していた。
そこで、本開示は、稼働効率を高めることが可能な荷電粒子線治療装置を説明する。
本開示の一つの観点に係る荷電粒子線治療装置は、荷電粒子を加速する加速器と、加速器から出射された荷電粒子線を被照射体に対して照射する照射部と、加速器から出射された荷電粒子線に異常が生じたか否かを検出する異常検知部と、加速器内で放電が生じたか否かを検出する放電検知部と、照射部からの荷電粒子線の照射を制御する制御部とを備え、制御部は、(A)異常検知部が異常を検知した場合に照射部からの荷電粒子線の出射を停止させる制御と、(B)放電検知部が放電を検知していた場合、制御Aにおいて照射部からの荷電粒子線の出射を停止させた後に、照射部からの荷電粒子線の出射を再開させる制御とを実行する。
本開示の一つの観点に係る荷電粒子線治療装置では、制御部が、(A)異常検知部が異常を検知した場合に照射部からの荷電粒子線の出射を停止させる制御と、(B)放電検知部が放電を検知していた場合、制御Aにおいて照射部からの荷電粒子線の出射を停止させた後に、照射部からの荷電粒子線の出射を再開させる制御とを実行する。そのため、異常検知部が検知した異常が放電である場合には、荷電粒子線治療装置からの荷電粒子線の照射が一旦中断された後に、自動的に再開される。従って、放電の発生の場合には、作業員が荷電粒子線治療装置を検査する必要がない。よって、稼働効率を高めることが可能となる。
放電検知部は、加速器内で生じたアーク放電を検知するアークセンサであってもよい。
放電検知部は、加速器内で生じたアーク放電の光を検知するカメラであってもよい。
加速器は、荷電粒子が間を通過する一対のチョッパ電極と、一対のチョッパ電極に電圧を印加する電源とを有し、制御部は、制御Aにおいて、異常検知部が異常を検知した場合に一対のチョッパ電極の少なくとも一方における電圧の大きさを制御することにより、照射部からの荷電粒子線の出射を停止させてもよい。
本開示に係る荷電粒子線治療装置によれば、稼働効率を高めることが可能となる。
本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
荷電粒子線治療装置1は、図1及び図2に示されるように、イオン源装置2と、加速器100と、ビーム輸送部3と、回転ガントリ52と、照射ノズル8(照射部)とを備える。加速器100は、イオン源装置2で生成された荷電粒子を加速して、荷電粒子線Rを作り出す加速器である。荷電粒子線治療装置1に用いられる加速器100としては、例えばサイクロトロン、シンクロトロン、シンクロサイクロトロン、ライナックなどが挙げられる。以下では、加速器100としてサイクロトロンを例にとって説明する。荷電粒子線Rは、電荷をもった粒子を高速に加速したものである。荷電粒子線Rとしては、例えば陽子線、重粒子(重イオン)線、電子線等が挙げられる。
加速器100から出射された荷電粒子線Rは、ビーム輸送部3を通り、治療台51上の患者50に照射される。ビーム輸送部3の周囲には、上流側(加速器100側)から下流側(治療台51側)に向かって、四極電磁石4と、ビーム位置モニタ6と、四極電磁石4と、走査電磁石5,5と、線量測定装置10とが設けられている。四極電磁石4、ビーム位置モニタ6、四極電磁石4、走査電磁石5,5、及び線量測定装置10は、ビーム輸送部3と共に、照射ノズル8(照射部)内に収容されている。
図1に示されるように、照射ノズル8は、治療台51を取り囲むように設けられた回転ガントリ52に取り付けられている。照射ノズル8は、回転ガントリ12によって治療台51の周りを回転可能である。照射ノズル8は、治療台51に寝かされた患者50(図2参照)の体内に存在する腫瘍TU(図2参照)などの被照射体に対して、荷電粒子線Rを照射する。
四極電磁石4は、加速器100からビーム輸送部3に出射された荷電粒子線Rが発散するのを抑え且つ収束させる。
走査電磁石5は、荷電粒子線RをX軸方向とY軸方向に走査する。そのため、照射ノズル8の先端部8aからは、スキャニング方式により、患者50の体内に存在する腫瘍TUに向けて、荷電粒子線Rが所定の照射ラインに沿って連続照射される。より具体的には、腫瘍TUを深さ方向(照射方向)において複数層に仮想的に分けた場合に、荷電粒子線Rは、腫瘍TUの各層に設定された照射野内において走査電磁石5により走査されつつ連続照射(いわゆるラスタースキャニングやラインスキャニング)される。荷電粒子線Rは、スキャニング方式で用いられるペンシルビームである。
ビーム位置モニタ6は、荷電粒子線RのX軸方向とY軸方向の照射位置を検出する。線量測定装置10は、治療台51上の患者50に照射される荷電粒子線Rの線量及び線量分布を測定する。
荷電粒子線治療装置1は、シャッタ装置11を備える。シャッタ装置11は、照射ノズル8の先端部8aの下流側に配置されている。シャッタ装置11は、遮断部材と、駆動部材とを有する(いずれも図示せず)。遮断部材は、荷電粒子線Rの進路を遮ることで荷電粒子線Rの照射を遮断する。駆動部材は、遮断部材が荷電粒子線Rの進路上に位置する遮断位置と、遮断部材が荷電粒子線Rの進路外に位置する退避位置との間で、遮断部材を移動させる。
荷電粒子線治療装置1は、制御部Cを備える。制御部Cは、CPU、ROM、RAM等を有する電子制御ユニットであり、荷電粒子線治療装置1を総合的に制御する。
続いて、加速器100の構成について、図3及び図4を参照しつつ説明する。加速器100は、図3に示されるように、コア110と、コイル112と、高周波発生装置114と、カメラ122とを備える。コア110は、互いに対向して主磁場を形成する一対の上ポール部110a及び下ポール部110bと、上ポール部110a及び下ポール部110bを磁気的に接続するヨーク部110cとを有する。上ポール部110a及び下ポール部110bは、内部が真空にされた真空箱(図示せず)内に位置している。
イオン源装置2で生成された荷電粒子が導管2aを通じて加速器100の中心部に到達すると、導管2aの先端部に位置するインフレクタ2bによってその向きが上下方向から水平方向に屈曲される。次に、コア110及びコイル112が形成する磁場により、荷電粒子は、所定の軌道面(メディアンプレーン)に沿って円軌道(加速器100の中心部から外側に向かう渦巻き状の軌道)Tを描きながら旋回しつつ加速される(図4参照)。すなわち、真空箱内で、且つ、上ポール部110aと下ポール部110bとの間の領域は、荷電粒子の加速空間S(図3参照)として機能する。その後、荷電粒子の軌道Tがデフレクタ116や磁気チャンネル118によって微調整され、ビーム出口120を介して出射された荷電粒子線Rがビーム輸送部3に導入される(図4参照)。なお、イオン源装置2が加速器100の内部に配置されていてもよい。この場合、インフレクタ2b等は不要である。
図3に戻って、コイル112は、主磁場を形成するために用いられる。コイル112は、上ポール部110aの外周を囲むように配置された第1の部分と、下ポール部110bの外周を囲むように配置された第2の部分とを含む。第1及び第2の部分は、電気的に直列に接続されている。
高周波発生装置114は、例えば扇形状を呈する一対のディー電極114aと、一対のチョッパ電極114bとを有する。一対のディー電極114a及び一対のチョッパ電極114bはいずれも、上ポール部110aと下ポール部110bとの間、すなわち加速空間S内に配置されている。一対のディー電極114aは、軌道面を間において位置するように対向している。一対のチョッパ電極114bは、軌道面を間において位置するように対向していると共に、軌道面に垂直な方向から見て一対のディー電極114aの間に位置している(図3及び図4参照)。
ディー電極114aは、高周波電源(図示せず)に接続されている。高周波電源は、ディー電極114aに高周波の電力を供給して、ディー電極114aの間に一定の周期で電場の周期が入れ替わる交流電場(高周波電場)を発生させる。荷電粒子がディー電極114a間を通過するタイミングと高周波電場の周期とを同期させることにより、ディー電極114aを通過するごとに荷電粒子が加速される。
各チョッパ電極114bにはそれぞれ、電源114cが接続されている(図4参照)。1台の電源114cが各チョッパ電極114bに接続されていてもよい。電源114cは、例えば5kVの電圧を各チョッパ電極114bに印加する。電源114cとしては、高速応答可能な電源を用いてもよい。一方のチョッパ電極114bと電源114cとの間には、スイッチSWが配置されている。スイッチSWは、制御部Cからの制御信号に基づいてON/OFFが切り替えられる。スイッチSWが完全にOFFとなる場合、一対のチョッパ電極114b間における電圧の差が大きくなるので、一対のチョッパ電極114bの間を通過する荷電粒子が大きく曲げられる。そのため、加速器100から荷電粒子線Rが出射されなくなる。従って、制御部Cは、スイッチSWのON/OFFを切り替えることにより、加速器100からの荷電粒子線Rの出射状態、すなわち荷電粒子線RのON/OFFを制御する。
カメラ122は、図3に示されるように、加速器100(コア110)の外壁に設けられている。カメラ122は、上ポール部110a及びヨーク部110cを貫通して延びる貫通孔Hを通じて、加速器100の内部を撮像する。カメラ122は、図4に示されるように、撮像した加速器100内の状態を撮像データとして制御部Cに送信する。
続いて、荷電粒子線治療装置1の動作について、図5を参照しつつ説明する。まず、荷電粒子線治療装置1が動作を開始すると、制御部Cが加速器100の各部を制御して、加速器100から荷電粒子線Rを出射させる(ステップS10)。このとき、図4に示されるように、制御部Cは、ビーム位置モニタ6によって検出された荷電粒子線Rの照射位置のデータを、ビーム位置モニタ6から受信する(ステップS11)。
次に、制御部Cは、ビーム位置モニタ6から受信した照射位置のデータに基づいて、荷電粒子線治療装置1に異常が発生したか否かを判断する(ステップS12)。ここでは、荷電粒子線Rの照射位置と目標位置との差、すなわち照射位置のずれ量が所定の閾値以上となったような場合に、異常が発生したと判断される。より具体的には、照射対象(患者50の体内に存在する腫瘍TU)に対する荷電粒子線Rの照射中に、荷電粒子線Rの照射位置が目標位置から大きくずれたり、荷電粒子線Rが急に消失したりするなどの場合に、異常が発生したと判断される。なお、ビーム位置モニタ6以外のモニタ(例えば、照射ノズル8内に設けられた線量モニタ)からの信号に基づいて、異常が発生したか否かを判断してもよい。
制御部Cは、ステップS12において異常が発生していないと判断すると、ステップS10に戻って、荷電粒子線Rの照射を加速器100に継続させる。一方、制御部Cは、ステップS12において異常が発生したと判断すると、加速器100からの荷電粒子線Rの照射を停止させる(ステップS13)。具体的には、制御部Cは、スイッチSWをOFFに切り替えてもよいし、シャッタ装置11の駆動部材を制御して荷電粒子線Rの進路上に遮断部材を位置させてもよい。なお、ビーム輸送部3にシャッタ装置を設け、制御部Cが、当該シャッタ装置の駆動部材を制御して荷電粒子線Rの進路上に遮断部材を位置させてもよい。この結果、加速器100から荷電粒子線Rが出射されなくなる。
ところで、放電は、加速器100内において確率的に発生する不確かな現象であり、ある条件のもとで確定的に発生する現象ではない。そのため、放電を完全になくすことは困難である。従って、制御部Cは、放電を含む異常の発生を検出した場合には異常の原因によらず一律に加速器100からの荷電粒子線Rの照射を停止させ(ステップS13)、その後に、異常の原因が放電によるものであるか否かを判断する(ステップS14)。具体的には、制御部Cは、カメラ122から受信した撮像データを画像処理して、異常が発生したときに加速器100内において発光が生じていたか否かを判断する。加速器100内において発光が生ずるのは加速器100内の電極(例えばディー電極114a)から放電が発生した場合であるので、カメラ122が加速器100内における発光を撮像していた場合には、制御部Cは異常の原因が放電であると判断できる。
制御部Cは、ステップS14において異常の原因が放電であると判断すると、作業員による荷電粒子線治療装置1の点検を要しないので、ステップS10に戻って、加速器100からの荷電粒子線Rの出射を自動的に再開させる。異常の原因が放電の場合に荷電粒子線治療装置1の点検を要しない理由は、加速器100内で放電が発生したとしても加速器100内の部品に故障が生ずる虞がほとんどないことと、加速器100からの荷電粒子線Rの出射を自動的に再開しても荷電粒子線Rの照射に影響がほとんど生じないこととによる。
一方、制御部Cは、ステップS14において異常の原因が放電でないと判断すると、加速器100を含む荷電粒子線治療装置1の部品に異常が発生している可能性があり、異常の原因を作業員が突き止める必要があるので、加速器100からの荷電粒子線Rの照射を停止させたままとする。こうして、荷電粒子線治療装置1の動作が停止する。その後、作業員は、荷電粒子線治療装置1を点検して運転の再開が可能であると判断すると、起動スイッチを物理的に操作して荷電粒子線治療装置1の運転を再開させる。
以上のような本実施形態では、制御部Cは、ビーム位置モニタ6から受信した照射位置のデータに基づいて荷電粒子線治療装置1に異常が発生したことを判断した場合、加速器100からの荷電粒子線Rの照射を停止させる(ステップS13)。さらに、制御部Cは、当該異常の原因が放電であると判断すると、加速器100からの荷電粒子線Rの出射を自動的に再開させる。従って、放電の発生の場合には、作業員による荷電粒子線治療装置1の検査を要せずして、荷電粒子線Rの照射が自動的に再開される。よって、稼働効率を高めることが可能となる。
以上、実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、加速器100内における放電の発生を判断するためにカメラ122を用いていたが、カメラ122の代わりに、アークセンサ124を用いてもよい。アークセンサ124は、図6に示されるように、加速器100(コア110)内に配置される。加速器100内における荷電粒子の変動に伴い周囲の電場が変化するので、アークセンサ124では当該電場の変化を検出し、制御部Cではアークセンサ124からの信号に基づいて放電が発生したか否かを判断する。カメラ122及びアークセンサ124を併用して、加速器100内における放電の発生を検知してもよい。
上記実施形態では、制御部CがスイッチSWを制御して、チョッパ電極114bに接続されたスイッチSWを切り替えることにより荷電粒子線RのON/OFFを制御したが、制御部Cがシャッタ装置11を制御して、シャッタ装置11の遮断部材を遮断位置と退避位置との間で移動させることにより荷電粒子線RのON/OFFを制御してもよい。
1…荷電粒子線治療装置、6…ビーム位置モニタ、8…照射ノズル、100…加速器、114b…チョッパ電極、114c…電源、122…カメラ、124…アークセンサ、C…制御部、R…荷電粒子線、SW…スイッチ。
Claims (4)
- 荷電粒子を加速する加速器と、
前記加速器から出射された荷電粒子線を被照射体に対して照射する照射部と、
前記加速器から出射された荷電粒子線に異常が生じたか否かを検出する異常検知部と、
前記加速器内で放電が生じたか否かを検出する放電検知部と、
前記照射部からの前記荷電粒子線の照射を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
(A)前記異常検知部が異常を検知した場合に前記照射部からの荷電粒子線の出射を停止させる制御と、
(B)前記放電検知部が放電を検知していた場合、前記制御Aにおいて前記照射部からの荷電粒子線の出射を停止させた後に、前記照射部からの荷電粒子線の出射を再開させる制御とを実行する、荷電粒子線治療装置。 - 前記放電検知部は、前記加速器内で生じたアーク放電を検知するアークセンサである、請求項1に記載の荷電粒子線治療装置。
- 前記放電検知部は、前記加速器内で生じたアーク放電の光を検知するカメラである、請求項1又は2に記載の荷電粒子線治療装置。
- 前記加速器は、荷電粒子が間を通過する一対のチョッパ電極と、前記一対のチョッパ電極に電圧を印加する電源とを有し、
前記制御部は、前記制御Aにおいて、前記異常検知部が異常を検知した場合に前記一対のチョッパ電極の少なくとも一方における電圧の大きさを制御することにより、前記照射部からの荷電粒子線の出射を停止させる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の荷電粒子線治療装置。
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Cited By (3)
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WO2018042539A1 (ja) * | 2016-08-31 | 2018-03-08 | 三菱電機株式会社 | 円形加速器 |
WO2018173240A1 (ja) * | 2017-03-24 | 2018-09-27 | 株式会社日立製作所 | 円形加速器 |
WO2019198211A1 (ja) * | 2018-04-12 | 2019-10-17 | 住友重機械工業株式会社 | 荷電粒子線治療装置 |
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2014
- 2014-03-19 JP JP2014055979A patent/JP2015179586A/ja active Pending
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