JP2015185455A - Charged particle beam irradiation system, and beam emission method for the same - Google Patents

Charged particle beam irradiation system, and beam emission method for the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charged particle beam irradiation system capable of suppressing generation of current ripples in an emission beam caused by a high-frequency voltage applied to an emission high-frequency electrode for increasing a betatron vibration amplitude of an ion beam, and of improving a dose rate.SOLUTION: A high-frequency voltage Fext applied to an emission high-frequency electrode is configured to satisfy the equation Fext=Fs+Fe by a high-frequency voltage (a supply high-frequency voltage) Fs applied so as to increase a vibration amplitude within a range not exceeding a stability limit and so that a beam circling in a synchrotron is not emitted to the outside of synchrotron, and a high-frequency voltage (an emission high-frequency voltage) Fe applied to emit from the synchrotron the circling beam dispersed to the vicinity of the stability limit 15 by the supply high-frequency voltage Fs. In addition, intensities of the supply high-frequency voltage Fs and the emission high-frequency voltage Fe are controlled by being arbitrarily combined depending on a target value of an ion beam current emitted to the outside of the synchrotron and its time change.

Description

本発明は、荷電粒子ビーム照射システムおよび荷電粒子ビーム出射方法に係り、特に、陽子または重イオンなどの荷電粒子ビーム（イオンビーム）を患部に照射してがんを治療する粒子線治療装置に適応するのに好適な荷電粒子ビーム照射システムおよび荷電粒子ビームの出射方法に関する。   The present invention relates to a charged particle beam irradiation system and a charged particle beam extraction method, and more particularly, to a particle beam therapy apparatus that treats cancer by irradiating an affected area with a charged particle beam (ion beam) such as protons or heavy ions. The present invention relates to a charged particle beam irradiation system and a charged particle beam extraction method suitable for the above.

がんの放射線治療として、陽子または重イオン等のイオンビームを患者の患部に照射して治療する粒子線治療が知られている。この治療に用いる粒子線治療装置は、イオンビーム発生装置、ビーム輸送系、および照射装置を備える。イオンビーム発生装置は、周回軌道に沿って周回するイオンビームを所望のエネルギーまで加速させるシンクロトロンやサイクロトロンを有する。   As radiotherapy for cancer, particle beam therapy is known in which an affected area of a patient is irradiated with an ion beam such as protons or heavy ions. The particle beam therapy apparatus used for this treatment includes an ion beam generator, a beam transport system, and an irradiation device. The ion beam generator includes a synchrotron and a cyclotron that accelerates an ion beam that circulates along a circular orbit to a desired energy.

シンクロトロンは、周回軌道に沿って周回するイオンビームに高周波電圧を印加して目標のエネルギーまで加速する高周波加速装置（加速空胴）、周回しているイオンビームのベータトロン振動振幅を増大させる出射用高周波電極、およびイオンビームを周回軌道から取り出す出射用デフレクターを備える（例えば、特許文献１）。目標エネルギーまで加速されたイオンビームをシンクロトロンからビーム輸送系へ出射する際、出射用高周波電極に高周波磁場または高周波電場（以下、高周波電圧と表記）を印加し、周回しているイオンビームの固有振動であるベータトロン振動振幅を増大させる（特許文献１）。ベータトロン振動振幅を効率良く増大させる高周波電圧として、複数の線スペクトル信号で構成される帯域制限高周波電圧が挙げられる（特許文献２）。ベータトロン振動振幅が増大したイオンビームは、安定限界外に移動し、シンクロトロンからビーム輸送系へ出射され、照射装置に輸送される。   A synchrotron is a high-frequency accelerator (acceleration cavity) that accelerates to a target energy by applying a high-frequency voltage to an ion beam that circulates along a circular orbit, and an emission that increases the betatron oscillation amplitude of the circulating ion beam. A high-frequency electrode for extraction, and a deflector for extraction that extracts the ion beam from the circular orbit (for example, Patent Document 1). When an ion beam accelerated to the target energy is emitted from the synchrotron to the beam transport system, a high-frequency magnetic field or a high-frequency electric field (hereinafter referred to as a high-frequency voltage) is applied to the extraction high-frequency electrode, and the characteristic of the circulating ion beam The betatron vibration amplitude which is vibration is increased (Patent Document 1). An example of a high-frequency voltage that efficiently increases the betatron oscillation amplitude is a band-limited high-frequency voltage composed of a plurality of line spectrum signals (Patent Document 2). The ion beam having an increased betatron oscillation amplitude moves outside the stability limit, is emitted from the synchrotron to the beam transport system, and is transported to the irradiation device.

照射装置は、上記イオンビーム発生装置から導かれたイオンビームを、患者の体表面からの深さ及び患部形状に合わせて整形して、治療用ベッド上の患者の患部に照射する。照射装置では、患部形状に合わせてビームを走査し照射するビームスキャニング法が注目されている。ビームスキャニング法には、スポットスキャニング照射法やラスタースキャニング照射法がある。   The irradiation device shapes the ion beam guided from the ion beam generator according to the depth from the patient's body surface and the shape of the affected part, and irradiates the affected part of the patient on the treatment bed. In the irradiation apparatus, attention is focused on a beam scanning method in which a beam is scanned and irradiated in accordance with the shape of an affected part. The beam scanning method includes a spot scanning irradiation method and a raster scanning irradiation method.

スポットスキャニング照射法では、患部をスポットと呼ばれる領域に分割し、治療計画によりスポット毎に付与する照射線量を設定する。スポットに照射される線量は、線量モニタにて逐次計測する。線量モニタで計測した照射線量が所定線量に到達すると、イオンビームの照射を停止する。イオンビームの照射停止後、走査電磁石の励磁量を次のスポット位置に対応した励磁量に変更し、イオンビームを照射する。このような走査と照射の繰り返しにより、患部平面方向の照射を実施する。また、患部平面方向の照射を完了したら、照射面の深さ方向を変更する。患部深さ方向の照射は、イオンビームの飛程を変更することで制御する。具体的には、照射装置に供給するイオンビームのエネルギーを変更することで実現できる。   In the spot scanning irradiation method, the affected area is divided into areas called spots, and an irradiation dose to be given to each spot is set according to a treatment plan. The dose irradiated to the spot is sequentially measured with a dose monitor. When the irradiation dose measured by the dose monitor reaches a predetermined dose, the ion beam irradiation is stopped. After stopping the ion beam irradiation, the excitation amount of the scanning magnet is changed to an excitation amount corresponding to the next spot position, and the ion beam is irradiated. By repeating such scanning and irradiation, irradiation in the plane of the affected area is performed. Further, when the irradiation in the affected area plane direction is completed, the depth direction of the irradiation surface is changed. Irradiation in the affected area depth direction is controlled by changing the range of the ion beam. Specifically, it can be realized by changing the energy of the ion beam supplied to the irradiation apparatus.

また、ラスタースキャニング照射法では、スポットスキャニング照射法とは異なり、照射経路に沿ってイオンビームを走査しながら照射する。このため、ラスタースキャニング照射法では、出射ビーム電流の時間構造を考慮してイオンビームの電流を低く設定し、患部平面方向に対して複数回に分けて走査し照射（以下、リペイント）することで、所定の線量一様度を担保しつつ、照射線量を満了させる。   In contrast to the spot scanning irradiation method, the raster scanning irradiation method performs irradiation while scanning the ion beam along the irradiation path. For this reason, in the raster scanning irradiation method, the ion beam current is set low in consideration of the time structure of the output beam current, and scanning is performed in multiple times in the plane of the affected area (hereinafter referred to as repainting). The irradiation dose is expired while ensuring a predetermined dose uniformity.

このように、ビームスキャニング法では、患部形状に合わせたイオンビームを照射するため、従来の散乱体照射法のように、患部形状に合わせた一様な吸収線量範囲（拡大ブラックピーク（Ｓｐｒｅａｄ−Ｏｕｔ Ｂｒａｇｇ Ｐｅａｋ）以下、ＳＯＢＰと表記）を形成するための散乱体（ＳＯＢＰフィルタ）や、ボーラス、コリメータ等の患部形状に合わせた患者固有具が不要となり、イオンビーム発生装置から照射装置に供給されるイオンビームを効率よく患部に照射することが可能である。   As described above, in the beam scanning method, since an ion beam that matches the shape of the affected area is irradiated, a uniform absorbed dose range (expanded black peak (Spread-Out) that matches the shape of the affected area as in the conventional scatterer irradiation method. Bragg Peak) (hereinafter referred to as SOBP) and scatterers (SOBP filters) and patient-specific tools such as boluses and collimators are not required and are supplied from the ion beam generator to the irradiation device. It is possible to efficiently irradiate the affected area with an ion beam.

イオンビーム発生装置としてシンクロトロンを利用する場合、照射装置に供給するイオンビームのエネルギーは、加速空胴に供給する高周波電圧の周波数と偏向電磁石の磁場強度により制御可能である。また、シンクロトロンから照射装置に供給するイオンビームの電流は、出射用高周波電圧の強度により制御可能である。スキャニングビーム走査法で要求されるスポット毎のイオンビームの照射制御は、出射用高周波電圧の印加および印加停止制御により実現できる。特に、スポットに対する照射線量が所定線量に到達した際にイオンビームの照射を停止する際には、シンクロトロンから出射するイオンビームを素早く停止させることで、照射線量の精度を高める必要がある。   When using a synchrotron as the ion beam generator, the energy of the ion beam supplied to the irradiation device can be controlled by the frequency of the high-frequency voltage supplied to the acceleration cavity and the magnetic field strength of the deflection electromagnet. The current of the ion beam supplied from the synchrotron to the irradiation device can be controlled by the intensity of the extraction high-frequency voltage. The irradiation control of the ion beam for each spot required in the scanning beam scanning method can be realized by applying and stopping application of the high frequency voltage for extraction. In particular, when the irradiation of the ion beam is stopped when the irradiation dose to the spot reaches a predetermined dose, it is necessary to increase the accuracy of the irradiation dose by quickly stopping the ion beam emitted from the synchrotron.

特許第２５９６２９２号公報Japanese Patent No. 2596292 特許第３０５３１７５号公報Japanese Patent No. 3053175

しかし、上記従来技術には次のような問題があった。ビームスキャニング法では、照射線量を高精度に制御するため、シンクロトロンから出射するビーム電流を高精度に制御する必要があるが、この際、出射ビーム電流には数１００Ｈｚから数ｋＨｚの低い周波数成分が電流リップルとして重畳されている。この低い周波数成分の電流リップルは、出射用高周波電極に印加する高周波電圧に含まれる周波数成分に起因するものであることが分かっている。例えば、特許文献２に記載されているように、ビームの出射に必要な高周波電圧として、複数の線スペクトルデータで構成された帯域制限高周波電圧を用いると、線スペクトルの間隔に対応した周波数成分の電流リップルが生じる。また、ビームの出射に必要な高周波電圧として、単一周波数を出力する正弦波発振器の出力周波数を掃引（周波数変調）し、ベータトロン振動振幅を増大する場合には、正弦波発振器の掃引周波数（変調周波数）に対応した周波数成分の電流リップルが生じる。   However, the above prior art has the following problems. In the beam scanning method, in order to control the irradiation dose with high accuracy, it is necessary to control the beam current emitted from the synchrotron with high accuracy. At this time, the emitted beam current has a low frequency component of several hundred Hz to several kHz. Is superimposed as a current ripple. It has been found that this low frequency component current ripple is caused by the frequency component contained in the high frequency voltage applied to the output high frequency electrode. For example, as described in Patent Document 2, when a band-limited high-frequency voltage composed of a plurality of line spectrum data is used as a high-frequency voltage necessary for beam emission, a frequency component corresponding to the interval between line spectra is used. Current ripple occurs. When the output frequency of a sine wave oscillator that outputs a single frequency is swept (frequency modulation) as the high-frequency voltage required for beam emission, and the betatron oscillation amplitude is increased, the sweep frequency of the sine wave oscillator ( A current ripple of a frequency component corresponding to the modulation frequency occurs.

この電流リップルは、出射用高周波電極に印加する高周波電圧の線スペクトル間隔に応じて、数１００μｓから数ｍｓの時間構造として現れる。スポットスキャニング照射法でのスポット照射時間は数ｍｓ前後であり、ラスタースキャニング照射法での患部平面の１回あたりのビーム走査時間は数１０ｍｓであるため、数１００μｓから数ｍｓの時間構造を有する電流リップルは無視できない。また電流リップルの強度は、出射用高周波電極に印加する高周波電圧の強度に応じて変化するため、従来のビーム出射制御法では電流リップル成分のみを抑制するのは困難である。   This current ripple appears as a time structure of several hundreds μs to several ms depending on the line spectrum interval of the high frequency voltage applied to the high frequency electrode for emission. The spot irradiation time in the spot scanning irradiation method is around several ms, and the beam scanning time per one time on the affected plane in the raster scanning irradiation method is several tens of ms. Therefore, a current having a time structure of several hundred μs to several ms. Ripple cannot be ignored. Further, since the intensity of the current ripple changes according to the intensity of the high-frequency voltage applied to the high-frequency electrode for emission, it is difficult to suppress only the current ripple component with the conventional beam emission control method.

このような低い周波数成分の電流リップルが重畳された場合、以下に示す二つの課題がある。一つ目は、低い線量を照射する場合、出射ビーム電流に重畳した電流リップルを独立に制御できないため、電流リップルに起因して照射される線量の制御が困難である。そのため、低い線量を照射する場合には、シンクロトロンから出射するビーム電流を予め低く設定し、電流リップルに起因して照射される線量を低く抑える必要がある。そのため、患部平面内の照射時間が掛かり、線量率が低下する課題が挙げられる。特に、ビームを走査しながら照射するラスタースキャニング照射法においては、出射ビーム電流に生ずる電流リップルの時間構造は、走査領域の線量分布に直接影響を及ぼす。そのため、出射ビーム電流を低く設定し、数１０〜数１００回のリペイントを実施する必要があり、線量率を向上する妨げとなる。   When such a low-frequency component current ripple is superimposed, there are the following two problems. First, when a low dose is irradiated, the current ripple superimposed on the output beam current cannot be controlled independently, so that it is difficult to control the dose irradiated due to the current ripple. Therefore, when irradiating a low dose, it is necessary to set the beam current emitted from the synchrotron low in advance and to keep the dose irradiated due to the current ripple low. Therefore, the irradiation time in an affected part plane takes time, and the subject that a dose rate falls is mentioned. In particular, in the raster scanning irradiation method in which the beam is irradiated while scanning, the time structure of the current ripple generated in the output beam current directly affects the dose distribution in the scanning region. Therefore, it is necessary to set the outgoing beam current low and perform repainting several tens to several hundreds times, which hinders improvement of the dose rate.

二つ目は、ビーム照射を停止する場合、ビーム停止指令に基づき出射用高周波電極への高周波電圧の印加を停止するが、ビーム停止指令の入力後から実際にビーム停止するまでの時間（以下、ビーム停止時間）は、高周波電圧の印加を停止したタイミングでの出射ビーム電流値に依存する。そのため、高周波電圧の印加を停止したタイミングでの出射ビーム電流が電流リップルのピーク値やボトム値に重なった場合、ビーム停止時間が変動する恐れがある。特にスポット毎に照射線量を管理しながら照射するスポットスキャニング照射法では、照射スポット毎にビームの出射、停止を繰り返すため、ビーム停止時間の変動によるスポット線量のばらつきは、線量分布の形成に影響する。そのため、出射ビーム電流を低く設定し、電流リップルの時間構造が生じた場合でもスポット線量のばらつきを抑制する必要があり、線量率を向上する妨げとなる。   Second, when stopping the beam irradiation, the application of the high-frequency voltage to the extraction high-frequency electrode is stopped based on the beam stop command, but the time from the input of the beam stop command to the actual beam stop (hereinafter, The beam stop time depends on the output beam current value at the timing when the application of the high-frequency voltage is stopped. Therefore, when the outgoing beam current at the timing when the application of the high-frequency voltage is stopped overlaps the peak value or the bottom value of the current ripple, the beam stop time may vary. In particular, in the spot scanning irradiation method in which irradiation is performed while managing the irradiation dose for each spot, the beam emission and stop are repeated for each irradiation spot, so the variation in spot dose due to fluctuations in beam stop time affects the formation of the dose distribution. . For this reason, it is necessary to suppress the variation of the spot dose even when the outgoing beam current is set low and the time structure of the current ripple occurs, which hinders the improvement of the dose rate.

本発明の目的は、シンクロトロンからイオンビームの出射制御を実施する際、周回しているイオンビームのベータトロン振動振幅を増大させる出射用高周波電極に印加する高周波電圧に起因する出射ビームの電流リップルの発生を抑制し、線量率を向上できる荷電粒子ビーム照射システムおよびそのビーム出射方法を提供することにある。   It is an object of the present invention to provide an output beam current ripple caused by a high-frequency voltage applied to an extraction high-frequency electrode that increases the betatron oscillation amplitude of the circulating ion beam when performing ion beam extraction control from a synchrotron. It is an object of the present invention to provide a charged particle beam irradiation system and its beam extraction method that can suppress the occurrence of the above and improve the dose rate.

上記の目的を実現する本発明の特徴は、シンクロトロンに設けられた出射用高周波電極に印加する高周波電圧として、シンクロトロン内を周回するビームをシンクロトロン外に出射されないように、安定限界を超えない範囲で振動振幅を増大させるための第１高周波電圧（供給用高周波電圧）と、この第１高周波電圧（供給用高周波電圧）で安定限界を超えない範囲で振動振幅を増大させた周回ビームを安定限界を越えさせてシンクロトロン外に出射するための第２高周波電圧（出射用高周波電圧）で構成される高周波電圧を印加する点にある。また、この第１高周波電圧（供給用高周波電圧）および第２高周波電圧（出射用高周波電圧）の強度を、シンクロトロン外に出射されるイオンビーム電流の目標値およびその時間変化に応じて適宜組み合わせて制御する。具体的には、第１高周波電圧（供給用高周波電圧）の強度により周回ビームの振動振幅が増大する速度、すなわち出射させるイオンビームの供給速度を制御し、第２高周波電圧（出射用高周波電圧）の強度により出射ビーム電流の強度とその時間変化、つまり、最終的にシンクロトロンから出射されるイオンビーム量を制御する。   A feature of the present invention that realizes the above object is that the high-frequency voltage applied to the high-frequency electrode for emission provided in the synchrotron exceeds the stability limit so that the beam circulating in the synchrotron is not emitted outside the synchrotron. A first high-frequency voltage (supply high-frequency voltage) for increasing the vibration amplitude within a range, and a circular beam whose vibration amplitude is increased within a range not exceeding the stability limit with the first high-frequency voltage (supply high-frequency voltage). A high-frequency voltage composed of a second high-frequency voltage (outgoing high-frequency voltage) for emission outside the synchrotron beyond the stability limit is applied. Further, the strengths of the first high-frequency voltage (supply high-frequency voltage) and the second high-frequency voltage (extraction high-frequency voltage) are appropriately combined according to the target value of the ion beam current emitted outside the synchrotron and its change over time. Control. Specifically, the second high-frequency voltage (extraction high-frequency voltage) is controlled by controlling the speed at which the vibration amplitude of the circulating beam increases, that is, the supply speed of the ion beam to be emitted, according to the strength of the first high-frequency voltage (supply high-frequency voltage). The intensity of the output beam current and its change over time, that is, the amount of ion beam finally output from the synchrotron are controlled by the intensity of.

このように出射用高周波電極に印加する高周波電圧を、シンクロトロン内を周回するビームをシンクロトロン外に出射されないように、安定限界を超えない範囲で振動振幅を増大させる第１高周波電圧（供給用高周波電圧）と、シンクロトロンからビームを出射させるための第２高周波電圧（出射用高周波電圧）とに機能を分けて印加することで、高周波電圧に電流リップルの原因となる第１高周波電圧（供給用高周波電圧）を構成する低い周波数成分が含まれていても、第２高周波電圧（出射用高周波電圧）で周回ビームを安定限界を越えさせてシンクロトロン外に出射させるため、出射ビーム電流に発生する電流リップルを抑制できる。また、電流リップルの発生を抑制できるため、出射制御時のビーム電流を高められ、線量率を向上できる。更に、ビーム電流の目標値と時間変化に応じて２つの高周波電圧の強度を制御してビームを出射するため、効率良いビーム出射制御および高精度なビーム出射制御を実現することができる。   As described above, the high-frequency voltage applied to the emission high-frequency electrode is the first high-frequency voltage (for supply) that increases the vibration amplitude within a range not exceeding the stability limit so that the beam circulating in the synchrotron is not emitted outside the synchrotron. A high frequency voltage) and a second high frequency voltage (radiation high frequency voltage) for emitting a beam from the synchrotron are separately applied to the first high frequency voltage (supply) causing current ripple to the high frequency voltage. Generated in the output beam current because the second high-frequency voltage (extraction high-frequency voltage) causes the circulating beam to exit the synchrotron beyond the stability limit even if it contains a low frequency component. Current ripple can be suppressed. Moreover, since generation | occurrence | production of a current ripple can be suppressed, the beam current at the time of radiation | emission control can be raised, and a dose rate can be improved. Furthermore, since the beam is emitted by controlling the intensity of the two high-frequency voltages according to the target value of the beam current and the change with time, efficient beam emission control and highly accurate beam emission control can be realized.

上記のような特徴を示すため、第１高周波電圧（供給用高周波電圧）は複数の周波数成分で構成される帯域制限高周波電圧を用いて生成し、第２高周波電圧（出射用高周波電圧）は第１高周波電圧とは異なる周波数範囲に設定して印加する。   In order to show the above features, the first high-frequency voltage (supply high-frequency voltage) is generated using a band-limited high-frequency voltage composed of a plurality of frequency components, and the second high-frequency voltage (extraction high-frequency voltage) is the first 1 Applied to a frequency range different from the high frequency voltage.

また、正弦波発振器の周波数を掃引し周波数変調された高周波電圧を用いることで第１高周波電圧（供給用高周波電圧）を生成し、複数の周波数成分で構成される帯域制限高周波電圧の周波数範囲と信号強度を、シンクロトロン内を周回するビームが安定限界を超えないように設定することで、単一周波数を出力する正弦波発振器の出力周波数を掃引（周波数変調）し、ベータトロン振動振幅を増大する場合においても、正弦波発振器の掃引周波数（変調周波数）に対応した周波数成分の電流リップルが生じることを抑制することができる。   In addition, a first high-frequency voltage (supply high-frequency voltage) is generated by sweeping the frequency of the sine wave oscillator and using a frequency-modulated high-frequency voltage, and a frequency range of a band-limited high-frequency voltage composed of a plurality of frequency components By setting the signal intensity so that the beam circulating in the synchrotron does not exceed the stability limit, the output frequency of the sinusoidal oscillator that outputs a single frequency is swept (frequency modulation), and the betatron oscillation amplitude is increased. Even in this case, it is possible to suppress a current ripple having a frequency component corresponding to the sweep frequency (modulation frequency) of the sine wave oscillator.

また、上記した第１高周波電圧（供給用高周波電圧）と、第２高周波電圧（出射用高周波電圧）の強度を組み合わせて出射ビーム電流を制御するが、いずれか一方だけの印加では周回ビームを出射できない特徴がある。そのため、上記した第１高周波電圧（供給用高周波電圧）と、第２高周波電圧（出射用高周波電圧）の強度の組み合わせにより、照射方式に適応したビーム電流制御が実現できる。   The intensity of the first high-frequency voltage (supply high-frequency voltage) and the intensity of the second high-frequency voltage (extraction high-frequency voltage) are combined to control the output beam current. There are features that cannot be done. Therefore, beam current control adapted to the irradiation method can be realized by combining the intensity of the first high-frequency voltage (supply high-frequency voltage) and the second high-frequency voltage (extraction high-frequency voltage).

例えば、出射ビーム電流を高く照射したい場合には、第１高周波電圧（供給用高周波電圧）の強度を高く印加した状態で、第２高周波電圧（出射用高周波電圧）の強度を調整することで、所望の高い出射ビーム電流となる制御が容易に実現できる。また、出射ビーム電流を低く照射したい場合には、第１高周波電圧（供給用高周波電圧）の強度を低く印加した状態で、第２高周波電圧（出射用高周波電圧）の強度を調整することで、出射ビーム電流の高精細な制御が容易に実現できる。   For example, when it is desired to irradiate the output beam current high, by adjusting the intensity of the second high-frequency voltage (output high-frequency voltage) while applying a high intensity of the first high-frequency voltage (supply high-frequency voltage), Control to achieve a desired high output beam current can be easily realized. In addition, when it is desired to irradiate the output beam current at a low level, the intensity of the second high-frequency voltage (radiation high-frequency voltage) is adjusted while the intensity of the first high-frequency voltage (supply high-frequency voltage) is low. High-definition control of the output beam current can be easily realized.

また、いずれか一方の高周波電圧のみ印加した場合には周回ビームを出射できない特徴を活かし、粒子線治療システムを構成する機器に異常が生じた場合には、これら２つの高周波電圧のうち少なくともいずれか一方の高周波電圧の印加を停止することでビームを安定に停止することができ、粒子線治療システムでのビーム停止に関する安全制御系統の冗長性が増す。   Further, when only one of the high frequency voltages is applied, the feature that the circular beam cannot be emitted is utilized. When an abnormality occurs in the apparatus constituting the particle beam therapy system, at least one of these two high frequency voltages is used. By stopping the application of one high-frequency voltage, the beam can be stably stopped, and the redundancy of the safety control system related to the beam stop in the particle beam therapy system is increased.

さらに、上記した第１高周波電圧（供給用高周波電圧）の強度と、第２高周波電圧（出射用高周波電圧）の強度の組み合わせにより出射ビーム電流の制御が可能なことから、前記の２つの高周波電圧の強度の両方もしくはいずれか一方に対して、高周波電圧の強度を補正することで出射ビーム電流制御フィードバック制御を適用することができる。   Further, since the emission beam current can be controlled by the combination of the intensity of the first high-frequency voltage (supply high-frequency voltage) and the intensity of the second high-frequency voltage (emission high-frequency voltage), the two high-frequency voltages can be controlled. The output beam current control feedback control can be applied by correcting the intensity of the high-frequency voltage with respect to both or one of the intensities.

例えば、周回ビームの利用効率を高めるため、第１高周波電圧（供給用高周波電圧）の強度を周回ビームの電荷量の変化に応じて補正することにより、第２高周波電圧（出射用高周波電圧）の印加により出射するビームの供給効率を高めることで、ビーム出射効率を高められる。また、第２高周波電圧（出射用高周波電圧）の強度を出射されたビーム電流量の変化に応じて補正することにより、第２高周波電圧（出射用高周波電圧）の印加により出射するビームの時間ごとの微調整を行うことができる。   For example, in order to increase the utilization efficiency of the circular beam, the intensity of the first high-frequency voltage (supply high-frequency voltage) is corrected in accordance with the change in the charge amount of the circular beam, so that the second high-frequency voltage (extraction high-frequency voltage) The beam emission efficiency can be increased by increasing the supply efficiency of the beam emitted by the application. Further, by correcting the intensity of the second high-frequency voltage (extraction high-frequency voltage) according to the change in the amount of the emitted beam current, every time the beam is emitted by applying the second high-frequency voltage (extraction high-frequency voltage). Can be fine-tuned.

本発明によれば、シンクロトロンからイオンビームの出射制御を実施する際、周回しているイオンビームのベータトロン振動振幅を増大させる出射用高周波電極に印加する高周波電圧に起因する出射ビームの電流リップルの発生を抑制し、線量率を向上させることができる。   According to the present invention, when performing extraction control of an ion beam from a synchrotron, the current ripple of the output beam caused by the high-frequency voltage applied to the output high-frequency electrode that increases the betatron oscillation amplitude of the circulating ion beam Can be suppressed and the dose rate can be improved.

また、本発明によれば、効率良いビーム出射制御および高精度なビーム出射制御が実現できる。   Moreover, according to the present invention, efficient beam extraction control and highly accurate beam extraction control can be realized.

本発明を適用した第１実施例の荷電粒子ビーム照射システムの構成の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a structure of the charged particle beam irradiation system of 1st Example to which this invention is applied. 本発明を適用した第１実施例の特徴である出射用高周波電極に印加する高周波電圧の印加方法を示す図である。It is a figure which shows the application method of the high frequency voltage applied to the radiation | emission high frequency electrode which is the characteristics of 1st Example to which this invention is applied. 本発明を適用した第１実施例の特徴である供給用高周波電圧の強度と出射用高周波電圧の強度の組み合わせによる出射ビーム電流の平均値の変化をシミュレーションにて得られた結果の一例を示す図である。The figure which shows an example of the result obtained by the simulation about the change of the average value of the emitted beam current by the combination of the intensity | strength of the supply high-frequency voltage and the intensity | strength of the output high-frequency voltage which is the characteristics of 1st Example to which this invention is applied It is. 本発明を適用した第１実施例を実現する出射制御装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the radiation | emission control apparatus which implement | achieves 1st Example to which this invention is applied. 本発明を適用した第１実施例を実現する出射ビームエネルギーと出射制御装置の制御指令値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the output beam energy which implement | achieves 1st Example to which this invention is applied, and the control command value of an extraction control apparatus. 本発明を適用した第１実施例を実現する出射ビームエネルギーと出射ビーム電流および、出射制御装置の強度指令値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the emitted beam energy which implement | achieves 1st Example to which this invention is applied, an emitted beam current, and the intensity | strength command value of an emission control apparatus. 本発明を適用した第１実施例のビーム出射制御時のタイミングチャートを示す図である。It is a figure which shows the timing chart at the time of the beam emission control of 1st Example to which this invention is applied. 本発明を適用した第２実施例の荷電粒子ビーム照射システムの構成の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a structure of the charged particle beam irradiation system of 2nd Example to which this invention is applied. 本発明を適用した第２実施例を実現する出射制御装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the radiation | emission control apparatus which implement | achieves 2nd Example to which this invention is applied. 本発明を適用した第２実施例のビーム出射制御時のタイミングチャートを示す図である。It is a figure which shows the timing chart at the time of the beam emission control of 2nd Example to which this invention is applied. 従来の出射用高周波電極に印加する高周波電圧の印加方法を示す図である。It is a figure which shows the application method of the high frequency voltage applied to the conventional radiation | emission high frequency electrode. 従来法での出射ビーム停止時のビーム電流を示す図である。It is a figure which shows the beam current at the time of the outgoing beam stop by a conventional method. 従来法での出射ビーム停止時のビーム電流を示す図である。It is a figure which shows the beam current at the time of the outgoing beam stop by a conventional method.

以下に本発明の荷電粒子ビーム照射システムおよびそのビーム出射方法の実施形態を、図面を用いて説明する。   Embodiments of a charged particle beam irradiation system and a beam extraction method thereof according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

＜第１実施例＞
本発明の荷電粒子ビーム照射システムおよびそのビーム出射方法の第１実施例を、図１乃至図６を用いて説明する。 <First embodiment>
A first embodiment of a charged particle beam irradiation system and a beam extraction method thereof according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図１は、本発明の好適な一実施例である荷電粒子ビーム照射システムの構成を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a charged particle beam irradiation system according to a preferred embodiment of the present invention.

本実施例の荷電粒子ビーム照射システム１は、図１に示すように、イオンビーム発生装置１１、ビーム輸送装置１４、照射装置３０を備えている。   As shown in FIG. 1, the charged particle beam irradiation system 1 according to the present embodiment includes an ion beam generator 11, a beam transport device 14, and an irradiation device 30.

ビーム輸送装置１４は、イオンビーム発生装置１１と治療室内に配置される照射装置３０を連絡する。   The beam transport device 14 communicates the ion beam generator 11 and the irradiation device 30 disposed in the treatment room.

イオンビーム発生装置１１は、イオン源（図示せず）、前段加速器１２およびシンクロトロン１３を備える。イオン源は前段加速器１２に接続され、前段加速器１２はシンクロトロン１３に接続される。前段加速器１２は、イオン源で発生したイオンビーム１０をシンクロトロン１３に入射可能なエネルギーまで加速する。前段加速器１２で加速されたイオンビーム１０ａは、シンクロトロン１３に入射される。   The ion beam generator 11 includes an ion source (not shown), a pre-accelerator 12 and a synchrotron 13. The ion source is connected to the front stage accelerator 12, and the front stage accelerator 12 is connected to the synchrotron 13. The front-stage accelerator 12 accelerates the ion beam 10 generated by the ion source to energy that can be incident on the synchrotron 13. The ion beam 10 a accelerated by the front stage accelerator 12 is incident on the synchrotron 13.

シンクロトロン１３は、周回軌道に沿って周回するイオンビーム１０ｂに高周波電圧を印加して目標のエネルギーまで加速する高周波加速装置（加速空胴）１９、周回しているイオンビームのベータトロン振動振幅を増大させる出射用高周波電極１６ａ、およびイオンビームを周回軌道から取り出す出射用デフレクター１６ｂを備える。   The synchrotron 13 is a high-frequency accelerator 19 (acceleration cavity) that applies a high-frequency voltage to the ion beam 10b that circulates along a circular orbit and accelerates to a target energy, and a betatron oscillation amplitude of the circulating ion beam. The output high-frequency electrode 16a to be increased and the output deflector 16b for extracting the ion beam from the circular orbit are provided.

シンクロトロン１３に入射されたビーム１０ｂは、高周波加速空胴１９に印加した加速高周波電圧によりエネルギーを付与されることで、所望のエネルギーまで加速される。この際、シンクロトロン１３内を周回するイオンビーム１０ｂの周回軌道が一定となるように、イオンビーム１０ｂの周回エネルギーの増加に合わせて偏向電磁石１８ａ、四極電磁石１８ｂ等の磁場強度および加速空胴１９に印加する高周波電圧の周波数を高める。   The beam 10 b incident on the synchrotron 13 is accelerated to a desired energy by being given energy by an acceleration high-frequency voltage applied to the high-frequency acceleration cavity 19. At this time, the magnetic field strength and the acceleration cavity 19 of the deflection electromagnet 18a, the quadrupole electromagnet 18b, etc. are adjusted in accordance with the increase of the orbital energy of the ion beam 10b so that the orbit of the ion beam 10b orbiting around the synchrotron 13 is constant. The frequency of the high-frequency voltage applied to is increased.

所望のエネルギーまで加速されたイオンビーム１０ｂは、出射準備制御により、四極電磁石１８ｂおよび六極電磁石（図示せず）の励磁量により周回ビーム１０ｂが出射可能な条件（周回ビームの安定限界１５）を成立させる。出射準備制御が終了後、出射制御装置２０から高周波電圧（Ｆｅｘｔ）を高周波増幅器１７で増幅した後に、出射用高周波電極１６ａに印加し、シンクロトロン１３内を周回するビーム１０ｂのベータトロン振動振幅を増大させる。このベータトロン振動振幅の増大により、安定限界１５（図２）を超えた周回ビーム１０ｂはシンクロトロン１３から高エネルギービーム輸送系１４に出射される。シンクロトロン１３からのビーム出射制御は、出射制御装置２０によって出射用高周波電極１６ａに印加する高周波電圧により、ビーム出射（高周波電圧（Ｆｅｘｔ）の印加）およびビーム停止（高周波電圧（Ｆｅｘｔ）の停止）を制御することで行う。   The ion beam 10b accelerated to a desired energy is subjected to extraction preparation control under conditions that allow the orbiting beam 10b to be emitted by the excitation amounts of the quadrupole electromagnet 18b and the hexapole electromagnet (not shown) (orbital beam stability limit 15). Establish. After the exit preparation control is finished, a high frequency voltage (Fext) is amplified from the exit control device 20 by the high frequency amplifier 17 and then applied to the exit high frequency electrode 16a, and the betatron oscillation amplitude of the beam 10b circulating around the synchrotron 13 is set. Increase. Due to the increase of the betatron oscillation amplitude, the circular beam 10b exceeding the stability limit 15 (FIG. 2) is emitted from the synchrotron 13 to the high energy beam transport system 14. Beam emission control from the synchrotron 13 is performed by beam emission (application of a high-frequency voltage (Fext)) and beam stop (stop of the high-frequency voltage (Fext)) by a high-frequency voltage applied to the emission high-frequency electrode 16a by the emission control device 20. It is done by controlling.

シンクロトロン１３から出射されたビーム１０ｃは、高エネルギービーム輸送系１４により照射装置３０に輸送される。照射装置３０では、患者に照射するビーム１０ｄの照射線量を計測する線量モニタ３１にて、照射するビーム１０ｄの線量強度を逐次確認し、走査電磁石３２で患部形状に合わせてビーム１０ｄを走査する。また、患部深さ方向のビーム飛程変更は、シンクロトロン１３で加速するビーム１０ｂのエネルギーを変更して出射することで、患部形状に合わせた照射野を形成する。   The beam 10 c emitted from the synchrotron 13 is transported to the irradiation device 30 by the high energy beam transport system 14. In the irradiation apparatus 30, the dose monitor 31 that measures the irradiation dose of the beam 10 d irradiated to the patient sequentially confirms the dose intensity of the beam 10 d to be irradiated, and the scanning electromagnet 32 scans the beam 10 d according to the shape of the affected area. Further, the beam range in the affected area depth direction is changed by changing the energy of the beam 10b accelerated by the synchrotron 13 and emitted, thereby forming an irradiation field that matches the shape of the affected area.

次に、本発明の特徴の１つである高周波電圧（Ｆｅｘｔ）の印加方法について、図２を用いて、従来法を示す図１０，図１１Ａ，図１１Ｂと比較しながら説明する。図２は本実施例の特徴である出射用高周波電極に印加する高周波電圧の印加方法を示す図、図１０は従来の出射用高周波電極に印加する高周波電圧の印加方法を示す図である。   Next, a method of applying a high frequency voltage (Fext), which is one of the features of the present invention, will be described using FIG. 2 in comparison with FIGS. 10, 11A, and 11B showing the conventional method. FIG. 2 is a diagram showing a method of applying a high-frequency voltage applied to the output high-frequency electrode, which is a feature of this embodiment, and FIG. 10 is a diagram showing a conventional method of applying a high-frequency voltage applied to the output high-frequency electrode.

シンクロトロン１３内のビーム１０ｂは、設計軌道の周囲をベータトロン振動しながら周回している。シンクロトロン１３一周当たりのベータトロン振動数はチューン（ν）と呼ばれ、ビームのチューン（νｂｅａｍ）は集群化したイオンビーム１０ｂの運動量幅に応じて幅（Δν）を持つ。   The beam 10b in the synchrotron 13 circulates around the design trajectory with betatron oscillation. The betatron frequency per revolution of the synchrotron 13 is called tune (ν), and the beam tune (νbeam) has a width (Δν) according to the momentum width of the clustered ion beam 10b.

図１０に示すように、従来のビーム出射制御法では、チューンの幅Δνに対応した周波数範囲（Δｆ）の出射用高周波電圧（Ｆｅ）を印加することで、周回するイオンビーム１０ｂの振動振幅を増大し、安定限界１５を超えさせることでビームを出射していた。この際の出射用高周波電極１６ａに印加する高周波電圧の中心周波数（ｆｃ）および周波数幅（Δｆ）は、それぞれ、下記の（１）式と（２）式とで示される。   As shown in FIG. 10, in the conventional beam extraction control method, the oscillation amplitude of the circulating ion beam 10b is adjusted by applying an extraction high-frequency voltage (Fe) in a frequency range (Δf) corresponding to the tune width Δν. The beam was emitted by increasing and exceeding the stability limit 15. The center frequency (fc) and frequency width (Δf) of the high-frequency voltage applied to the emission high-frequency electrode 16a at this time are expressed by the following equations (1) and (2), respectively.

Figure 2015185455
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Figure 2015185455
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ここで、ｆｒｅｖはイオンビーム１０ｂの周回周波数であり、νｍａｘ，νｍｉｎは、それぞれチューンの幅（Δν）の最大値と最小値を示している。ここで、出射用高周波電極１６ａに印加する高周波電圧（Ｆｅｘｔ）は、出射用高周波電圧（Ｆｅ）のみであった。また、出射ビームの電流は、出射用高周波電圧（Ｆｅ）の強度（Ｖｅ）で制御していた。   Here, frev is the circulating frequency of the ion beam 10b, and νmax and νmin respectively indicate the maximum value and the minimum value of the tune width (Δν). Here, the high frequency voltage (Fext) applied to the output high-frequency electrode 16a was only the output high-frequency voltage (Fe). Further, the current of the outgoing beam was controlled by the intensity (Ve) of the outgoing high frequency voltage (Fe).

図１１Ａおよび図１１Ｂは、従来法での出射ビーム停止時のビーム電流を示す図である。前述したように、ビームスキャニング法では、照射線量を高精度に制御するために、シンクロトロンから出射するビーム電流を高精度に制御する必要があるが、出射用高周波電極に印加する高周波電圧に含まれる周波数成分に起因して、出射ビーム電流には数１００Ｈｚから数ｋＨｚの低い周波数成分が電流リップル（Ｉｒｉｐ）として重畳されている。   11A and 11B are diagrams showing beam currents when the outgoing beam is stopped in the conventional method. As described above, in the beam scanning method, in order to control the irradiation dose with high accuracy, it is necessary to control the beam current emitted from the synchrotron with high accuracy, but this is included in the high frequency voltage applied to the high frequency electrode for emission. Due to the frequency component generated, a low frequency component of several hundred Hz to several kHz is superimposed on the outgoing beam current as a current ripple (Irip).

上述したように、従来法では、出射用高周波電極１６ａに印加する高周波電圧（Ｆｅｘｔ）の印加停止によりビーム出射を高速に停止することはできる。しかし、この際、図１１Ａに示したように、ビーム出射停止指令時の出射ビーム電流（Ｉｏｆｆ）が電流リップル（Ｉｒｉｐ）のピークにあった場合には、ビーム停止後に出射される線量（Ｑｏｆｆ）が多くなる。同様に、図１１Ｂに示したように、ビーム出射停止時に出射ビーム電流（Ｉｏｆｆ）が電流リップル（Ｉｒｉｐ）のボトムにあった場合には、ビーム停止後に出射される線量（Ｑｏｆｆ）が少なくなる。このように、従来の出射制御方法では、ビーム停止時の出射ビーム電流（Ｉｏｆｆ）が電流リップル（Ｉｒｉｐ）のピークとボトムの違いによって、ビーム停止指令後の線量（Ｑｏｆｆ）が変動してしまうとの問題があった。   As described above, in the conventional method, the beam emission can be stopped at a high speed by stopping the application of the high-frequency voltage (Fext) applied to the high-frequency electrode 16a for emission. However, at this time, as shown in FIG. 11A, when the output beam current (Ioff) at the time of the beam extraction stop command is at the peak of the current ripple (Irip), the dose (Qoff) output after the beam stop Will increase. Similarly, as shown in FIG. 11B, when the emission beam current (Ioff) is at the bottom of the current ripple (Irip) when the beam emission is stopped, the dose (Qoff) emitted after the beam is stopped decreases. As described above, in the conventional extraction control method, the emission beam current (Ioff) at the time of beam stop varies depending on the difference between the peak and the bottom of the current ripple (Irip) and the dose (Qoff) after the beam stop command changes. There was a problem.

一方、本発明では、図２に示すように、出射用高周波電極１６ａに印加する高周波電圧（Ｆｅｘｔ）として、シンクロトロン内を周回するビームをシンクロトロン外に出射されないように、安定限界を超えない範囲で振動振幅を増大するように印加する高周波電圧（供給用高周波電圧）（Ｆｓ）と、供給用高周波電圧（Ｆｓ）により安定限界１５近傍まで拡散された周回ビームをシンクロトロン１３からビームを出射するために印加する高周波電圧（出射用高周波電圧）（Ｆｅ）とで構成する（Ｆｅｘｔ＝Ｆｓ＋Ｆｅ）。   On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 2, the high-frequency voltage (Fext) applied to the emission high-frequency electrode 16a does not exceed the stability limit so that the beam circulating in the synchrotron is not emitted outside the synchrotron. A high-frequency voltage (supply high-frequency voltage) (Fs) applied so as to increase the vibration amplitude in the range and a circular beam diffused to the vicinity of the stability limit 15 by the supply high-frequency voltage (Fs) are emitted from the synchrotron 13 In order to achieve this, it is composed of a high-frequency voltage (high-frequency voltage for emission) (Fe) (Fext = Fs + Fe).

本発明では、高周波電圧印加前の周回ビーム分布１０１に対して、供給用高周波電圧（Ｆｓ）を印加することにより、安定限界１５を超えない範囲で周回ビーム分布を広げる（図２の分布１０３）。この供給用高周波電圧（Ｆｓ）の印加により広がった周回ビーム分布１０３に対する出射用高周波電圧（Ｆｅ）の印加により、周回ビームが安定限界１５を超えるように広がり（図２の分布１０２）、シンクロトロン１３を周回するビーム１０ｂがシンクロトロン１３の外に出射される。   In the present invention, by applying the supply high-frequency voltage (Fs) to the circulating beam distribution 101 before the application of the high-frequency voltage, the circulating beam distribution is expanded within a range not exceeding the stability limit 15 (distribution 103 in FIG. 2). . By applying the outgoing high frequency voltage (Fe) to the circulating beam distribution 103 spread by the application of the supply high frequency voltage (Fs), the circulating beam spreads to exceed the stability limit 15 (distribution 102 in FIG. 2), and the synchrotron A beam 10 b that circulates around the beam 13 is emitted outside the synchrotron 13.

ここで、供給用高周波電圧（Ｆｓ）は、ビーム１０ｂをシンクロトロン１３外に出射するために印加するのではなく、出射用高周波電圧（Ｆｅ）により出射するビームを供給するために印加する。   Here, the supply high-frequency voltage (Fs) is not applied to emit the beam 10b to the outside of the synchrotron 13, but is applied to supply a beam emitted by the emission high-frequency voltage (Fe).

そのため、従来のビーム出射制御法と異なり、供給用高周波電圧（Ｆｓ）として印加する高周波電圧に電流リップル（Ｉｒｉｐ）の原因となる周波数成分が含まれていても、出射ビーム電流に直接影響を及ぼさない。つまり、出射用高周波電極１６ａに印加する高周波電圧を、供給用高周波電圧（Ｆｓ）と出射用高周波電圧（Ｆｅ）に機能を分離して印加することで、高周波電圧に電流リップル（Ｉｒｉｐ）の原因となる低い周波数成分が含まれていても、出射ビーム電流の時間構造に影響を及ぼすことはない。   Therefore, unlike the conventional beam extraction control method, even if the high frequency voltage applied as the supply high frequency voltage (Fs) includes a frequency component that causes current ripple (Irip), the output beam current is directly affected. Absent. That is, by applying the high-frequency voltage applied to the output high-frequency electrode 16a separately to the supply high-frequency voltage (Fs) and the output high-frequency voltage (Fe), the cause of the current ripple (Irip) in the high-frequency voltage Even if a low frequency component is included, the temporal structure of the outgoing beam current is not affected.

これにより、従来の出射制御法で課題となっていた出射ビーム電流の電流リップルの発生を抑制でき、出射ビーム電流を高められることにより線量率を向上できる。   Thereby, generation | occurrence | production of the current ripple of the outgoing beam current which was a subject by the conventional outgoing control method can be suppressed, and the dose rate can be improved by increasing the outgoing beam current.

また、供給用高周波電圧（Ｆｓ）は、周回するイオンビーム１０ｂのチューン（νｂｅａｍ）の中心周波数νｓ近傍に印加し、安定限界１５を超えさせない範囲でベータトロン振動振幅を増大させる。つまり、周回するイオンビーム１０ｂのチューンの幅（Δν）に対して狭い範囲（Δνｓ＜Δν）に印加する。本実施例では、供給用高周波電圧の中心周波数（ｆｃｓ）は、イオンビーム１０ｂの周回周波数（ｆｒｅｖ）と周回するイオンビーム１０ｂのチューン（νｂｅａｍ）の中心周波数νｓを乗じたものとした（下記（３）式参照）。   The supply high-frequency voltage (Fs) is applied in the vicinity of the center frequency νs of the tune (νbeam) of the circulating ion beam 10 b to increase the betatron oscillation amplitude within a range not exceeding the stability limit 15. That is, it is applied in a narrow range (Δνs <Δν) with respect to the tune width (Δν) of the circulating ion beam 10b. In the present embodiment, the center frequency (fcs) of the supply high-frequency voltage is obtained by multiplying the circulation frequency (frev) of the ion beam 10b and the center frequency νs of the tune (νbeam) of the ion beam 10b that circulates (the following ( 3) Refer to equation).

Figure 2015185455
Figure 2015185455

また、供給用高周波電圧の周波数幅（Δｆｓ）は、供給用高周波電圧（Ｆｓ）のみでビームが出射されないように、（２）式に示されるΔνよりも狭い範囲（Δνｓ＜Δν）とする（下記（４）式参照）。   Further, the frequency width (Δfs) of the supply high-frequency voltage is set to a range (Δνs <Δν) narrower than Δν shown in the equation (2) so that the beam is not emitted only by the supply high-frequency voltage (Fs) ( (See the following formula (4)).

Figure 2015185455
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供給用高周波電圧の強度（Ｖｓ）は、供給用高周波電圧（Ｆｓ）のみ印加した際、周回するイオンビーム１０ｂが出射されず、出射用高周波電圧（Ｆｅ）を印加した際に出射されるように調整する。つまり、２つの高周波電圧がともに印加された状態とならないと周回するイオンビーム１０ｂが出射されない状態となるよう調整する。このような本発明の特徴を活かすことで、少なくともいずれかの高周波電圧の印加を停止することで、シンクロトロン１３からビーム輸送装置１４への出射を停止できる。このことから、荷電粒子ビーム照射システム１でのビーム停止に関する安全系インターロックの冗長性を高くできる。   The intensity (Vs) of the supply high-frequency voltage is such that when only the supply high-frequency voltage (Fs) is applied, the circulating ion beam 10b is not emitted but is emitted when the emission high-frequency voltage (Fe) is applied. adjust. That is, adjustment is made so that the circulating ion beam 10b is not emitted unless the two high-frequency voltages are applied. By utilizing such a feature of the present invention, the emission from the synchrotron 13 to the beam transport device 14 can be stopped by stopping the application of at least one of the high-frequency voltages. From this, the redundancy of the safety interlock regarding the beam stop in the charged particle beam irradiation system 1 can be increased.

次に、出射用高周波電圧（Ｆｅ）は、その中心周波数を安定限界１５と供給用高周波電圧（Ｆｓ）の間として印加することで、安定限界１５からシンクロトロン１３外にビームを出射する。この際、出射用高周波電圧（Ｆｅ）は、供給用高周波電圧（Ｆｓ）の印加により振動振幅が増大された周回ビーム１０ｂの拡散速度（ビーム出射速度）を速めることで、ビーム停止区間内にビームが出射されることを低減する。そのため、出射用高周波電圧（Ｆｅ）の中心周波数（ｆｃｅ）は、安定限界１５（νｒｅｓ）と供給用高周波電圧（Ｆｓ）の間（νｒｅｓ＜νｅ＜νｓ）に設定する（下記（５）式参照）。   Next, the high frequency voltage (Fe) for extraction emits a beam from the stability limit 15 to the outside of the synchrotron 13 by applying the center frequency between the stability limit 15 and the supply high frequency voltage (Fs). At this time, the emission high-frequency voltage (Fe) is increased within the beam stop period by increasing the diffusion speed (beam emission speed) of the circular beam 10b whose vibration amplitude is increased by applying the supply high-frequency voltage (Fs). Is reduced from being emitted. Therefore, the center frequency (fce) of the output high-frequency voltage (Fe) is set between the stability limit 15 (νres) and the supply high-frequency voltage (Fs) (νres <νe <νs) (see the following formula (5)) ).

Figure 2015185455
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また、出射用高周波電圧（Ｆｅ）の周波数幅（Δｆｅ）は、ビーム出射時間内およびビーム停止区間内に出射されてしまうビーム量を考慮しながら、出射用高周波電圧（Ｆｅ）の中心周波数（ｆｃｅ）に合わせて適切に調整する。この際、シンクロトロン１３から出射されたビーム１０ｃに出射用高周波電極１６ａに印加した高周波電圧の周波数成分に起因する電流リップルを生じないようにするには、出射用高周波電圧（Ｆｅ）の印加範囲となる周波数幅（Δｆｅ）を供給用高周波電圧（Ｆｓ）の印加範囲となる周波数幅（Δｆｓ）から分離することが望ましい。また、出射用高周波電圧の強度（Ｖｅ）は、出射ビーム電流（Ｉｅｘｔ）の制御パラメータとして働くため、求められる出射ビーム電流に応じて制御する。   Further, the frequency width (Δfe) of the extraction high-frequency voltage (Fe) is set to the center frequency (fce) of the extraction high-frequency voltage (Fe) while taking into account the amount of beam that is emitted within the beam extraction time and the beam stop period. ) To adjust appropriately. At this time, in order to prevent the current ripple caused by the frequency component of the high-frequency voltage applied to the output high-frequency electrode 16a in the beam 10c emitted from the synchrotron 13, the application range of the output high-frequency voltage (Fe) The frequency width (Δfe) is preferably separated from the frequency width (Δfs) that is the application range of the supply high-frequency voltage (Fs). Further, the intensity (Ve) of the outgoing high-frequency voltage functions as a control parameter for the outgoing beam current (Iext), and therefore is controlled according to the required outgoing beam current.

次に、本発明の特徴の１つである供給用高周波電圧の強度と出射用高周波電圧の強度の組み合わせによる出射ビーム電流の平均値の制御方法について説明する。図３に供給用高周波電圧の強度と出射用高周波電圧の強度の組み合わせによる出射ビーム電流の平均値の変化について、シミュレーションにて得られた結果を示す。図３において、供給用高周波電圧の強度および出射用高周波電圧の強度は、供給用高周波電圧の一番高い強度で規格化した数値で示しており、出射ビーム電流の平均値とは、図１１Ａおよび図１１Ｂにて示した電流リップル（Ｉｒｉｐ）を含む出射ビーム電流の平均値を示す。   Next, a method for controlling the average value of the output beam current by combining the intensity of the supply high-frequency voltage and the intensity of the output high-frequency voltage, which is one of the features of the present invention, will be described. FIG. 3 shows the results obtained by simulation for the change in the average value of the output beam current due to the combination of the intensity of the supply high-frequency voltage and the intensity of the output high-frequency voltage. In FIG. 3, the intensity of the supply high-frequency voltage and the intensity of the output high-frequency voltage are shown by numerical values normalized by the highest intensity of the supply high-frequency voltage, and the average value of the output beam current is shown in FIG. 11B shows an average value of the output beam current including the current ripple (Irip) shown in FIG. 11B.

まず、供給用高周波電圧の強度を一定とした場合、出射用高周波電圧の強度を変化させることで出射ビーム電流の平均値を制御できることが分かる。   First, when the intensity of the supply high-frequency voltage is constant, it can be seen that the average value of the output beam current can be controlled by changing the intensity of the output high-frequency voltage.

例えば、図３において、供給用高周波電圧の強度（図３の横軸）を０．６とした場合、出射用高周波電圧（各プロットの条件）を１．０〜８．０まで変化させると、出射ビーム電流の平均値（図３の縦軸）を０．２４〜０．８４の範囲で変化・制御することができる。同様に、供給用高周波電圧の強度（図３の横軸）を０．２とした場合も、出射用高周波電圧（各プロットの条件）を１．０〜８．０まで変化させると、出射ビーム電流の平均値（図３の縦軸）を０．０１〜０．１８の範囲で変化・制御することができる。   For example, in FIG. 3, when the intensity of the supply high-frequency voltage (horizontal axis in FIG. 3) is 0.6, the emission high-frequency voltage (conditions of each plot) is changed from 1.0 to 8.0. The average value of the outgoing beam current (vertical axis in FIG. 3) can be changed and controlled in the range of 0.24 to 0.84. Similarly, when the intensity of the supply high-frequency voltage (horizontal axis in FIG. 3) is 0.2, the output beam is changed by changing the output high-frequency voltage (conditions of each plot) from 1.0 to 8.0. The average value of the current (vertical axis in FIG. 3) can be changed and controlled in the range of 0.01 to 0.18.

このように、供給用高周波電圧の強度を適宜選択することにより、周回ビームの振動振幅が増大する速度を制御可能、すなわち出射可能なビームの供給速度の大小を選択可能であることが分かる。   Thus, it can be seen that the speed at which the vibration amplitude of the circulating beam increases can be controlled by appropriately selecting the intensity of the supply high-frequency voltage, that is, the supply speed of the beam that can be emitted can be selected.

つまり、供給用高周波電圧の強度を高めると、出射可能なビームの供給速度が高くできるため、出射用高周波電圧の印加による出射ビーム量が増加でき、しいては出射ビーム電流の平均値を高めることができる。このことは、図３において、出射用高周波電圧の値が一定として、供給用高周波電圧を高めの状態で変化させると、出射ビーム電流の平均値が大きく変化することからもわかる。   In other words, increasing the intensity of the supply high-frequency voltage can increase the supply speed of the beam that can be emitted, thereby increasing the amount of emitted beam due to the application of the emission high-frequency voltage, and thus increasing the average value of the emission beam current. Can do. This can also be seen from the fact that, in FIG. 3, when the value of the output high-frequency voltage is constant and the supply high-frequency voltage is changed in a high state, the average value of the output beam current changes greatly.

同様に、供給用高周波電圧の強度を低く抑えると、出射用高周波電圧の印加により出射可能なビームの供給速度を低下できるため、出射用高周波電圧の印加による出射ビーム量が減少し、しいては出射ビーム電流の平均値を低く抑えることができる。このことは、図３において、出射用高周波電圧の値が一定として、供給用高周波電圧を低めの状態で変化させても、出射ビーム電流の平均値は大きくは変化しないことからもわかる。   Similarly, if the intensity of the supply high-frequency voltage is kept low, the supply speed of the beam that can be emitted can be reduced by applying the emission high-frequency voltage, so that the amount of emitted beam due to the application of the emission high-frequency voltage is reduced. The average value of the outgoing beam current can be kept low. This can also be seen from the fact that the average value of the output beam current does not change greatly even if the value of the output high-frequency voltage is constant and the supply high-frequency voltage is changed in a lower state in FIG.

この際、供給用高周波電圧を高めすぎると、供給用高周波電圧のみでビームが出射されてしまう恐れがあるため、供給用高周波電圧の強度はあまり高めることはできない。そのため、ビーム出射電流の時間構造等の早い応答制御に対しては、出射用高周波電圧の強度の制御により実現できる。同様に、出射用高周波電圧を一定とした場合には、供給用高周波電圧を変化させることで出射ビーム電流の平均値を制御できることが分かる。   At this time, if the supply high-frequency voltage is excessively increased, the beam may be emitted only by the supply high-frequency voltage. Therefore, the strength of the supply high-frequency voltage cannot be increased so much. Therefore, quick response control such as the time structure of the beam extraction current can be realized by controlling the intensity of the extraction high-frequency voltage. Similarly, it can be seen that when the emission high-frequency voltage is constant, the average value of the emission beam current can be controlled by changing the supply high-frequency voltage.

このように、供給用高周波電圧と出射用高周波電圧の強度を、目標とするビーム電流の値やその時間変化に応じて適宜組み合わせることにより、出射ビーム電流を効率良く、かつ高精度に制御できることが分かる。   As described above, the output beam current can be controlled efficiently and with high accuracy by appropriately combining the intensity of the supply high-frequency voltage and the output high-frequency voltage according to the target beam current value and its time change. I understand.

また、図３によれば、供給用高周波電圧の強度により、出射ビーム電流の平均値の上限が規定されることが分かる。先に示したように、供給用高周波電圧が低い場合（例えば、図３の横軸が０．２の場合）、出射用高周波電圧の強度を高めても、供給用高周波電圧が高い場合（例えば、図３の横軸が０．６の場合）と比較して、出射ビーム電流の平均値が制限されてしまう。このことから、本実施形態では、出射用高周波電圧の強度制御に異常が起きた場合でも供給用高周波電圧の強度で規定された以上の出射ビーム電流が出力されることはない、との効果を奏する。   Also, according to FIG. 3, it can be seen that the upper limit of the average value of the outgoing beam current is defined by the strength of the supply high-frequency voltage. As described above, when the supply high-frequency voltage is low (for example, when the horizontal axis in FIG. 3 is 0.2), even if the intensity of the output high-frequency voltage is increased, the supply high-frequency voltage is high (for example, 3, the average value of the output beam current is limited as compared with the case where the horizontal axis of FIG. 3 is 0.6. Therefore, in this embodiment, even when an abnormality occurs in the intensity control of the output high-frequency voltage, the output beam current more than specified by the intensity of the supply high-frequency voltage is not output. Play.

次に、本発明の特徴の一つである出射用高周波電極１６ａに印加する高周波電圧（Ｆｅｘｔ）の制御方法について説明する。図４に出射制御装置の構成を示す。   Next, a method for controlling the high-frequency voltage (Fext) applied to the emission high-frequency electrode 16a, which is one of the features of the present invention, will be described. FIG. 4 shows the configuration of the emission control device.

出射制御装置２０は、供給用高周波電圧（Ｆｓ）の出力回路２０１と、出射用高周波電圧（Ｆｅ）の出力回路２０２と、これら二つの高周波電圧を合成する合成器２６と、合成器２６から出力される高周波電圧の高周波増幅器１７への伝送を制御する高周波スイッチ２７１，２７２およびこれらの高周波電圧の出力回路２０１，２０２の制御指令値を制御するコントローラ２８から構成される。コントローラ２８には、上位制御システム４０から出射ビームエネルギー情報Ｅｎと高周波電圧の制御設定値（ｆｃｓ，ｆｗｓ，ｆｄｉｖｓ，Ｖｓ,ｆｃｅ，ｆｗｅ，ｆｄｉｖｅ，Ｖｅ，Ｉｆｅ，Ｇｆｅ）が伝送される。   The output control device 20 includes an output circuit 201 for supply high-frequency voltage (Fs), an output circuit 202 for output high-frequency voltage (Fe), a combiner 26 that combines these two high-frequency voltages, and an output from the combiner 26. The high-frequency switches 271 and 272 that control the transmission of the high-frequency voltage to the high-frequency amplifier 17 and the controller 28 that controls the control command values of the output circuits 201 and 202 for these high-frequency voltages. Output light energy information En and high frequency voltage control set values (fcs, fws, fdivs, Vs, fce, fwe, fdiv, Ve, Ife, Gfe) are transmitted to the controller 28 from the host control system 40.

出射制御装置２０を構成する高周波スイッチ２５ｓ，２５ｅ，２５ｆｅ，２７１，２７２には、タイミングシステム５０およびインターロックシステム６０から制御信号が伝送される。タイミングシステム５０からは、ビーム出射制御区間を示すタイミング信号５１が出射制御装置２０の高周波スイッチ２７１に伝送される。インターロックシステム６０からは、粒子線治療システム１を構成する制御機器の健全性を確認した上でビーム出射制御指令６１が出射制御装置２０の高周波スイッチ２５ｓ，２５ｅ，２５ｆｅ，２７２に伝送される。   Control signals are transmitted from the timing system 50 and the interlock system 60 to the high frequency switches 25 s, 25 e, 25 fe, 271, and 272 constituting the emission control device 20. From the timing system 50, a timing signal 51 indicating a beam extraction control section is transmitted to the high frequency switch 271 of the extraction control device 20. From the interlock system 60, the beam extraction control command 61 is transmitted to the high-frequency switches 25s, 25e, 25fe, and 272 of the extraction control device 20 after confirming the soundness of the control equipment constituting the particle beam therapy system 1.

出射用高周波電極１６ａに印加する高周波電圧（Ｆｅｘｔ）は、供給用高周波電圧（Ｆｓ）および出射用高周波電圧（Ｆｅ）をそれぞれの出力回路２０１，２０２で生成し、生成した二つの高周波電圧（ＦｓおよびＦｅ）を合成器２６で合成した後、高周波増幅器１７で増幅したものである。   The high frequency voltage (Fext) applied to the output high-frequency electrode 16a is a supply high-frequency voltage (Fs) and an output high-frequency voltage (Fe) generated by the output circuits 201 and 202, and the generated two high-frequency voltages (Fs). And Fe) are synthesized by the synthesizer 26 and then amplified by the high-frequency amplifier 17.

供給用高周波電圧（Ｆｓ）および出射用高周波電圧（Ｆｅ）の出力回路２０１，２０２についてそれぞれ説明する。   The output high-frequency voltage (Fs) and output high-frequency voltage (Fe) output circuits 201 and 202 will be described.

供給用高周波電圧の出力回路２０１は、供給用高周波電圧（Ｆｓ）の中心周波数（ｆｃｓ）を出力する発振器２１ｓと、供給用高周波電圧（Ｆｓ）の周波数範囲（Δｆｓ）に基づく帯域制限信号を出力する帯域制限信号発生器２２ｓと、乗算器２３と、強度変調回路２４ｓおよび高周波スイッチ２５ｓで構成される。発振器２１ｓからは、コントローラ２８から設定される中心周波数（ｆｃｓ）となる正弦波信号を出力する。帯域制限信号発生器２２ｓは、コントローラ２８から設定されるスペクトル幅（ｆｗｓ）およびスペクトル間隔（ｆｄｉｖｓ）の設定値に基づき、複数の線スペクトル信号で構成される帯域制限信号を出力する。これら二つの出力信号を乗算器２３ｓに入力する。   The supply high-frequency voltage output circuit 201 outputs an oscillator 21s that outputs the center frequency (fcs) of the supply high-frequency voltage (Fs) and a band-limited signal based on the frequency range (Δfs) of the supply high-frequency voltage (Fs). The band limiting signal generator 22s, the multiplier 23, the intensity modulation circuit 24s, and the high frequency switch 25s. A sine wave signal having a center frequency (fcs) set by the controller 28 is output from the oscillator 21s. The band limit signal generator 22s outputs a band limit signal composed of a plurality of line spectrum signals based on the set values of the spectrum width (fws) and the spectrum interval (fdivs) set from the controller 28. These two output signals are input to the multiplier 23s.

乗算器２３ｓからは、中心周波数がｆｃｓ、スペクトル幅が２ｆｗｓの帯域制限高周波電圧が出力される。この際、帯域制限高周波発振器２２ｓから出力する高周波電圧の周波数幅は、乗算器２３ｓでの演算により二倍となる（ｆｃｓ±ｆｗｓ）。そのため、帯域制限高周波発振器２２ｓのスペクトル幅（ｆｗｓ）は、供給用高周波電圧（Ｆｓ）の周波数幅（Δｆｓ）の１／２となるように設定する。   The multiplier 23s outputs a band-limited high-frequency voltage having a center frequency of fcs and a spectrum width of 2fws. At this time, the frequency width of the high-frequency voltage output from the band-limited high-frequency oscillator 22s is doubled (fcs ± fws) by the calculation in the multiplier 23s. Therefore, the spectrum width (fws) of the band limited high-frequency oscillator 22s is set to be 1/2 of the frequency width (Δfs) of the supply high-frequency voltage (Fs).

本実施例では、複数の線スペクトラムで構成される帯域制限信号を用いているが、ホワイトノイズ発生装置（図示せず）の出力信号を供給用高周波電圧（Ｆｓ）の周波数範囲（Δｆｓ）のみ出力するバンドパスフィルタ（図示せず）を用いて生成しても良いし、帯域制限高周波発生器２２ｓおよび乗算器２３ｓを用いずに、正弦波発振器２１ｓの出力周波数を供給用高周波電圧（Ｆｓ）の周波数範囲（Δｆｓ）で掃引することで得られる、周波数変調された高周波電圧を用いても良い。しかし、供給用高周波電圧（Ｆｓ）と出射用高周波電圧（Ｆｅ）の機能を分離する上では、帯域制限信号の側波帯が広がらない、複数の線スペクトラムで構成される帯域制限信号が好適である。   In this embodiment, a band-limited signal composed of a plurality of line spectra is used, but an output signal of a white noise generator (not shown) is output only in the frequency range (Δfs) of the supply high-frequency voltage (Fs). The output frequency of the sine wave oscillator 21s may be the frequency of the supply high-frequency voltage (Fs) without using the band-limited high-frequency generator 22s and the multiplier 23s. A frequency-modulated high-frequency voltage obtained by sweeping in the frequency range (Δfs) may be used. However, in order to separate the functions of the supply high-frequency voltage (Fs) and the output high-frequency voltage (Fe), a band-limited signal composed of a plurality of line spectra that does not widen the sideband of the band-limited signal is suitable. is there.

以上の供給用高周波電圧（Ｆｓ）の周波数演算結果に対して、コントローラ２８から設定される供給用高周波電圧（Ｆｓ）の強度（Ｖｓ）を強度変調回路２４ｓで制御する。強度が制御された供給用高周波電圧（Ｆｓ）は高周波スイッチ２５ｓに送られ、インターロックシステム６０から出力されるビーム出射制御指令６１に基づき、高周波スイッチ２５ｓを制御する。ビーム出射時にはＲＦ信号を印加するため、高周波スイッチ２５ｓを閉じる。ビーム停止時にはＲＦ信号の印加を停止するため、高周波スイッチ２５ｓを開く。高周波スイッチ２５ｓを経て出力される供給用高周波電圧（Ｆｓ）は、合成器２６に入力される。   The intensity modulation circuit 24s controls the intensity (Vs) of the supply high-frequency voltage (Fs) set by the controller 28 with respect to the frequency calculation result of the supply high-frequency voltage (Fs). The supply high-frequency voltage (Fs) whose intensity is controlled is sent to the high-frequency switch 25 s, and the high-frequency switch 25 s is controlled based on the beam extraction control command 61 output from the interlock system 60. In order to apply an RF signal when the beam is emitted, the high frequency switch 25s is closed. In order to stop the application of the RF signal when the beam is stopped, the high frequency switch 25s is opened. The supply high-frequency voltage (Fs) output through the high-frequency switch 25 s is input to the synthesizer 26.

同様に、出射用高周波電圧（Ｆｅ）の出力回路２０２について説明する。出射用高周波電圧出力回路２０２の構成は供給用高周波電圧出力回路２０１とほぼ同じであるため、供給用高周波電圧出力回路２０１と異なる点について説明する。   Similarly, the output high-frequency voltage (Fe) output circuit 202 will be described. Since the configuration of the output high-frequency voltage output circuit 202 is substantially the same as that of the supply high-frequency voltage output circuit 201, differences from the supply high-frequency voltage output circuit 201 will be described.

正弦波発振器２１ｅは、コントローラ２８から出射用高周波電圧の中心周波数（ｆｃｅ）を設定し、帯域制限信号発生器２２ｅは、コントローラ２８から設定されるスペクトル幅（ｆｗｅ）およびスペクトル間隔（ｆｄｉｖｅ）の設定値に基づき、複数の線スペクトル信号で構成される帯域制限信号を出力する。この際、出射用高周波電圧（Ｆｅ）を１つの周波数の高周波電圧を用いる場合には、帯域制限信号発生器２２ｅから乗算器２３ｅまでの伝送線路上に用意したスイッチ２３１を開く。このスイッチ２３１により乗算器２３ｅへの帯域制限信号の入力を制御可能とし、出射用高周波電圧の周波数幅を一つの周波数の高周波信号と帯域制限高周波信号に容易に切り替えられる。   The sine wave oscillator 21e sets the center frequency (fce) of the output high-frequency voltage from the controller 28, and the band limit signal generator 22e sets the spectral width (fwe) and spectral interval (fdiv) set from the controller 28. Based on the value, a band limited signal composed of a plurality of line spectrum signals is output. At this time, when a high frequency voltage of one frequency is used as the output high frequency voltage (Fe), the switch 231 prepared on the transmission line from the band limit signal generator 22e to the multiplier 23e is opened. This switch 231 makes it possible to control the input of the band limiting signal to the multiplier 23e, and the frequency width of the output high frequency voltage can be easily switched between a high frequency signal of one frequency and a band limited high frequency signal.

本実施例では、供給用高周波電圧（Ｆｓ）と同様に、複数の線スペクトラムで構成される帯域制限信号を用いているが、ホワイトノイズ発生装置（図示せず）の出力信号を出射用高周波電圧（Ｆｅ）の周波数範囲（Δｆｅ）のみ出力するバンドパスフィルタ（図示せず）を用いて生成しても良いし、帯域制限高周波発生器２２ｅおよび乗算器２３ｅを用いずに、正弦波発振器２１ｅの出力周波数を出射用高周波電圧（Ｆｅ）の周波数範囲（Δｆｅ）で掃引しても良い。しかし、供給用高周波電圧（Ｆｓ）と出射用高周波電圧（Ｆｅ）の機能を分離する上では、帯域制限信号の側波帯が広がらない、複数の線スペクトラムで構成される帯域制限信号が好適である。   In the present embodiment, a band limiting signal composed of a plurality of line spectrums is used as in the case of the supply high-frequency voltage (Fs), but the output signal of the white noise generator (not shown) is used as the output high-frequency voltage. It may be generated using a bandpass filter (not shown) that outputs only the frequency range (Δfe) of (Fe), or without using the band-limited high-frequency generator 22e and the multiplier 23e, The output frequency may be swept within the frequency range (Δfe) of the outgoing high frequency voltage (Fe). However, in order to separate the functions of the supply high-frequency voltage (Fs) and the output high-frequency voltage (Fe), a band-limited signal composed of a plurality of line spectra that does not widen the sideband of the band-limited signal is suitable. is there.

なお、スポットスキャニング照射法では、今後、線量分布を高精度に制御するため、照射スポット毎に照射線量を細かく制御する強度変調照射（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｔｈｅｒａｐｙ，ＩＭＰＴ）への適用が求められる。ＩＭＰＴを実現しつつ線量率を向上可能とするため、本実施例では、出射用高周波電圧出力回路２０２内に出射用フィードバック制御部２４０ｅが設けられている。   In the future, the spot scanning irradiation method is required to be applied to intensity-modulated particle therapy (IMPT) for finely controlling the irradiation dose for each irradiation spot in order to control the dose distribution with high accuracy. In this embodiment, an extraction feedback control unit 240e is provided in the extraction high-frequency voltage output circuit 202 in order to make it possible to improve the dose rate while realizing the IMPT.

本実施例における出射ビーム電流フィードバック制御について図４を用いて説明する。   The outgoing beam current feedback control in this embodiment will be described with reference to FIG.

出射ビーム電流フィードバック制御は、出射用フィードバック制御部２４０ｅにおいて、照射装置３０に設置されている線量モニタ３１からの線量モニタ検出電流出力３１１をコントローラ２８から設定される目標電流設定値（Ｉｆｅ）の偏差に基づき出射用高周波電圧の強度（Ｖｅ）を補正することで実現する。   In the emission beam current feedback control, the deviation feedback control unit 240e outputs a dose monitor detection current output 311 from the dose monitor 31 installed in the irradiation apparatus 30 to a deviation of a target current set value (Ife) set from the controller 28. This is realized by correcting the intensity (Ve) of the outgoing high-frequency voltage.

具体的なフィードバック信号処理について以下に示す。   Specific feedback signal processing will be described below.

まず、出射用フィードバック制御部２４０ｅの偏差演算手段２４１ｅにて、入力した線量モニタ検出電流出力３１１とコントローラ２８から設定される目標電流設定値（Ｉｆｅ）の偏差を演算する。次に、フィードバック補正量演算手段２４２ｅにて、偏差演算手段２４１ｅにて演算された偏差信号とフィードバックゲイン（Ｇｆｅ）に基づき、フィードバック補正量を演算する。フィードバック補正量はビーム出射制御指令６１に基づいてフィードバック補正量の伝送を制御する高周波スイッチ２５ｆｅを経由し、フィードバック演算手段２４３ｅにて、フィードバック補正量演算手段２４２ｅより出力されるフィードバック補正量と出射用高周波電圧の強度設定データ（Ｖｅ）を加算する。フィードバック演算手段２４３ｅで演算された出射用高周波電圧の強度を強度変調回路２４ｅに設定することで、所望の出射ビーム電流を実現する。   First, the deviation between the input dose monitor detection current output 311 and the target current set value (Ife) set from the controller 28 is calculated by the deviation calculation means 241e of the output feedback control unit 240e. Next, the feedback correction amount calculation unit 242e calculates the feedback correction amount based on the deviation signal calculated by the deviation calculation unit 241e and the feedback gain (Gfe). The feedback correction amount passes through the high-frequency switch 25fe that controls transmission of the feedback correction amount based on the beam extraction control command 61, and the feedback correction amount output from the feedback correction amount calculation unit 242e and the output are output by the feedback calculation unit 243e. Intensity setting data (Ve) of the high frequency voltage is added. By setting the intensity of the outgoing high-frequency voltage calculated by the feedback calculating means 243e in the intensity modulation circuit 24e, a desired outgoing beam current is realized.

強度変調回路２４ｅで制御された出射用高周波電圧（Ｆｅ）は、高周波スイッチ２５ｅに送られ、インターロックシステム６０から出力されるビーム出射制御指令６１に基づき、高周波スイッチ２５ｅを制御する。ビーム出射時にはＲＦ信号を印加するため、高周波スイッチ２５ｅを閉じる。ビーム停止時にはＲＦ信号の印加を停止するため、高周波スイッチ２５ｅを開く。高周波スイッチ２５ｅを経て出力される出射用高周波電圧（Ｆｅ）は、合成器２６に入力される。合成器２６は、２つの高周波電圧（Ｆｓ，Ｆｅ）を合成する。合成された信号は、二つの高周波スイッチ２７１，２７２を経て高周波増幅器１７に出力される。   The high frequency voltage (Fe) for emission controlled by the intensity modulation circuit 24e is sent to the high frequency switch 25e and controls the high frequency switch 25e based on the beam extraction control command 61 output from the interlock system 60. Since the RF signal is applied when the beam is emitted, the high frequency switch 25e is closed. In order to stop the application of the RF signal when the beam is stopped, the high frequency switch 25e is opened. The outgoing high-frequency voltage (Fe) output through the high-frequency switch 25e is input to the synthesizer 26. The synthesizer 26 synthesizes two high-frequency voltages (Fs, Fe). The synthesized signal is output to the high frequency amplifier 17 through the two high frequency switches 271 and 272.

出射制御装置２０のコントローラ２８から各制御回路への制御設定値の管理方法について、図３，図４，図５Ａおよび図５Ｂを用いて説明する。   A method for managing control set values from the controller 28 of the emission control device 20 to each control circuit will be described with reference to FIGS. 3, 4, 5A and 5B.

供給用高周波電圧（Ｆｓ）および出射用高周波電圧（Ｆｅ）の制御設定値には、それぞれ正弦波発振器２１の中心周波数（ｆｃｓ，ｆｃｅ）、帯域制限信号のスペクトル幅（ｆｗｓ，ｆｗｅ）、スペクトル間隔（ｆｄｉｖｓ，ｆｄｉｖｅ）、強度（Ｖｓ，Ｖｅ）がある。これらは図５Ａおよび図５Ｂに示したように、シンクロトロン１３から出射するビームエネルギー情報（Ｅｎ）に関連付けられた状態で、コントローラ２８のメモリ（図示せず）に予め記憶しておく。   Control set values of the supply high-frequency voltage (Fs) and the output high-frequency voltage (Fe) include the center frequency (fcs, fce), the spectrum width (fws, fwe), and the spectrum interval of the band-limited signal, respectively. (Fdivs, fdiv) and intensity (Vs, Ve). These are stored in advance in a memory (not shown) of the controller 28 in a state associated with the beam energy information (En) emitted from the synchrotron 13 as shown in FIGS. 5A and 5B.

この際、コントローラ２８のメモリ（図示せず）には、供給用高周波電圧（Ｆｓ）および出射用高周波電圧（Ｆｅ）の制御設定値は、図５Ａおよび図５Ｂに示したように、中心周波数，帯域制限信号のスペクトル幅，スペクトル間隔と強度とは分けて記憶しておく。   At this time, the control set values of the supply high-frequency voltage (Fs) and the output high-frequency voltage (Fe) are stored in the memory (not shown) of the controller 28 as shown in FIG. 5A and FIG. The spectral width, spectral interval, and intensity of the band limited signal are stored separately.

供給用高周波電圧（Ｆｓ）および出射用高周波電圧（Ｆｅ）の制御設定値は、図５Ａに示したように、それぞれ正弦波発振器２１の中心周波数（ｆｃｓ，ｆｃｅ）、帯域制限信号のスペクトル幅（ｆｗｓ，ｆｗｅ）、スペクトル間隔（ｆｄｉｖｓ，ｆｄｉｖｅ）の組み合わせを保存する。   As shown in FIG. 5A, the control set values of the supply high-frequency voltage (Fs) and the output high-frequency voltage (Fe) are respectively the center frequency (fcs, fce) of the sine wave oscillator 21 and the spectrum width ( The combination of fws, fwe) and spectral interval (fdivs, fdiv) is stored.

これに対し、照射時の出射ビーム電流の目標値（ＩＥｎ）に対応した供給用高周波電圧（Ｆｓ）および出射用高周波電圧（Ｆｅ）の強度設定値（Ｖｓ，Ｖｅ）は、図５Ｂに示したように、強度設定値の時間変化情報を含めたパターンデータとして用意する。これらの強度設定値（Ｖｓ，Ｖｅ）のパターンデータの組み合わせをコントローラ２８のメモリにて記憶する。   On the other hand, intensity setting values (Vs, Ve) of the supply high-frequency voltage (Fs) and the output high-frequency voltage (Fe) corresponding to the target value (IEn) of the output beam current at the time of irradiation are shown in FIG. 5B. Thus, it prepares as pattern data including the time change information of an intensity setting value. A combination of pattern data of these intensity setting values (Vs, Ve) is stored in the memory of the controller 28.

ここで、図５Ａおよび図５Ｂに分けて記憶する理由を説明する。図５Ａに示した高周波電圧の中心周波数（ｆｃｓ，ｆｃｅ）、帯域制限信号のスペクトル幅（ｆｗｓ，ｆｗｅ）、スペクトル間隔（ｆｄｉｖｓ，ｆｄｉｖｅ）の組み合わせは、エネルギー（Ｅｎ）毎に最適な条件を決定することができる。これに対し、照射時の出射ビーム電流の目標値（ＩＥｎ＿ｍ）は、同一エネルギーにおいても複数種類求められるため、供給用高周波電圧（Ｆｓ）および出射用高周波電圧（Ｆｅ）の強度パターンデータ（Ｖｓ，Ｖｅ）の組み合わせは、各エネルギー（Ｅｎ）とビーム照射法を考慮して出射ビーム電流（ＩＥｎ＿ｍ）の目標値に応じて選択できるようにするためである。このことは、図３に示したシミュレーション結果からも推定できる。   Here, the reason for storing in FIG. 5A and FIG. 5B will be described. The combination of the center frequency (fcs, fce), the spectrum width (fws, fwe) of the band-limited signal, and the spectrum interval (fdivs, fdiv) shown in FIG. 5A determines the optimum condition for each energy (En). can do. On the other hand, since a plurality of target values (IEn_m) of the output beam current at the time of irradiation are obtained even at the same energy, intensity pattern data (Vs, Fs) of the supply high-frequency voltage (Fs) and the output high-frequency voltage (Fe) The combination of Ve) is to enable selection according to the target value of the output beam current (IEn_m) in consideration of each energy (En) and the beam irradiation method. This can also be estimated from the simulation results shown in FIG.

図３に示したように、ある出射ビーム電流の平均値を満足する供給用高周波電圧（Ｆｓ）および出射用高周波電圧（Ｆｅ）の強度の組み合わせ（Ｖｓ，Ｖｅ）は一意に決まらない。   As shown in FIG. 3, the combination (Vs, Ve) of the intensity of the supply high-frequency voltage (Fs) and the output high-frequency voltage (Fe) satisfying an average value of a certain output beam current is not uniquely determined.

例えば、図３において、出射ビーム電流の平均値を０．６（ａ．ｕ．）としたい場合には、出射用高周波電圧（Ｆｅ）の大小にかかわらず供給用高周波電圧（Ｆｓ）の強度は０．５以上であることが求められる。この時の供給用高周波電圧（Ｆｓ）および出射用高周波電圧（Ｆｅ）の強度の組み合わせ（Ｖｓ，Ｖｅ）は、図３から、（０．６２，２．０）（０．５３，３．０）（０．５，４．０）（０．４５，６．０）（０．４２，８．０）のいずれかが選択可能であることが判る。   For example, in FIG. 3, when the average value of the output beam current is set to 0.6 (au), the intensity of the supply high-frequency voltage (Fs) regardless of the size of the output high-frequency voltage (Fe) is It is required to be 0.5 or more. The combination (Vs, Ve) of the intensity of the supply high-frequency voltage (Fs) and the output high-frequency voltage (Fe) at this time is (0.62, 2.0) (0.53, 3.0) from FIG. ) (0.5, 4.0) (0.45, 6.0) (0.42, 8.0) can be selected.

このことからは、出射ビーム電流の平均値をある値に制御しようとした場合、供給用高周波電圧（Ｆｓ）の強度（Ｖｓ）が高くなるとともに、出射用高周波電圧（Ｆｅ）の強度（Ｖｅ）は低くなる関係がある。このような関係に基づくと、図３に示したシミュレーション結果においては、所望の出射ビーム電流を実現する供給用高周波電圧（Ｆｓ）と出射用高周波電圧（Ｆｅ）の強度の組み合わせ（Ｖｓ，Ｖｅ）は複数あるため、ビーム照射法に応じて選択することが効果的であることが判る。   From this, when the average value of the output beam current is controlled to a certain value, the intensity (Vs) of the supply high-frequency voltage (Fs) increases and the intensity (Ve) of the output high-frequency voltage (Fe). Has a lower relationship. Based on such a relationship, in the simulation result shown in FIG. 3, the combination of the intensity of the supply high-frequency voltage (Fs) and the output high-frequency voltage (Fe) (Vs, Ve) that realizes a desired output beam current. It can be seen that it is effective to select according to the beam irradiation method.

一例として、以下にスポットスキャニング照射法とラスタースキャニング照射法での２つの高周波電圧の強度（Ｖｓ，Ｖｅ）の選択方法を以下に示す。   As an example, a method for selecting two high-frequency voltage intensities (Vs, Ve) in the spot scanning irradiation method and the raster scanning irradiation method will be described below.

まず、スポットスキャニング照射法の場合には、強度変調照射を実施することを考慮すると、線量率を高めるために照射スポットに対する線量に応じて出射ビーム電流を変更することが考えられる。そのため、出射ビーム電流の変更幅を考慮し、出射用高周波電圧の強度（Ｖｅ）の変更による出射ビーム電流の変化が高い条件を選択する。例えば、先に示した図３の例であれば出射ビーム電流の平均値を０．６（ａ．ｕ．）としたい場合（０．５，４．０）を選択し、図５Ｂの例であればエネルギーＥ１に対応する出射ビーム電流ＩＥ１＿１を実現する（Ｖｓ，Ｖｅ）の組み合わせとして（Ｖｓ＿ＩＥ１＿１ａ，Ｖｅ＿ＩＥ１＿１ａ）を選択する（ここで、Ｖｓ＿ＩＥ１＿１ａ＞Ｖｓ＿ＩＥ１＿１ｂ＞Ｖｓ＿ＩＥ１＿１ｃ＞Ｖｓ＿ＩＥ１＿１ｄおよびＶｅ＿ＩＥ１＿１ａ＜Ｖｅ＿ＩＥ１＿１ｂ＜Ｖｅ＿ＩＥ１＿１ｃ＜Ｖｅ＿ＩＥ１＿１ｄとする）。   First, in the case of the spot scanning irradiation method, in consideration of performing intensity-modulated irradiation, it is conceivable to change the emission beam current according to the dose to the irradiation spot in order to increase the dose rate. Therefore, in consideration of the change width of the output beam current, a condition is selected in which the change of the output beam current due to the change of the intensity (Ve) of the output high-frequency voltage is high. For example, in the example of FIG. 3 shown above, (0.5, 4.0) is selected when the average value of the outgoing beam current is to be 0.6 (au), and the example of FIG. If there is, (Vs_IE1_1a, Ve_IE1_1a) and (Vs_IE1_1a> Vs_IE1_1_1_E1 <1e1 <1e1 <E1e1 <E1e1 <E1 <1e1 <E1e1 <E1e1 <E1e1 <E1e1 <E1e1 <E1e1 <E1e1 <e1> To do).

また、ラスタースキャニング照射法の場合には、照射制御中の目標ビーム電流は一定で制御し、リペイント処理を想定して低い出射ビーム電流で照射する。そのため、出射ビーム電流の変更幅よりも出射用高周波電圧の変動に対する出射ビーム電流の変化量を考慮し、供給用高周波電圧の強度（Ｖｓ）が低い条件を選択する。例えば、図３の例であれば（０．２，４．０）を選択し、図５Ｂの例であれば（Ｖｓ＿ＩＥ１＿１ｄ，Ｖｅ＿ＩＥ１＿１ｄ）を選択する。   In the case of the raster scanning irradiation method, the target beam current during irradiation control is controlled to be constant, and irradiation is performed with a low emission beam current assuming repainting. For this reason, a condition in which the intensity (Vs) of the supply high-frequency voltage is low is selected in consideration of the amount of change in the output high-frequency voltage with respect to the change in the output high-frequency voltage than the change width of the output beam current. For example, in the example of FIG. 3, (0.2, 4.0) is selected, and in the example of FIG. 5B, (Vs_IE1_1d, Ve_IE1_1d) is selected.

治療計画情報４３１は、治療計画装置４３において患者毎に作成されたものが記憶装置（データベース）４２に保存されている。照射治療運転の開始時に統括制御装置４１は治療計画情報４３１を記憶装置４２から取り出して上位制御システム４０に伝送し、上位制御システム４０はその治療計画情報４３１をコントローラ２８に伝送する。治療計画情報４３１には出射ビームエネルギー情報（Ｅｎ）およびビーム電流情報（ＩＥｎ＿ｍ）が含まれており、コントローラ２８はその出射ビームエネルギー情報（Ｅｎ）およびビーム電流情報（ＩＥｎ＿ｍ）に基づき、コントローラ２８のメモリ内に記憶した制御設定値（ｆｃｓ，ｆｗｓ，ｆｄｉｖｓ，Ｖｓ,ｆｃｅ，ｆｗｅ，ｆｄｉｖｅ，Ｖｅ）を読み出し、各制御回路へ制御設定値を出力する。   The treatment plan information 431 created for each patient in the treatment plan device 43 is stored in the storage device (database) 42. At the start of irradiation treatment operation, the overall control device 41 extracts the treatment plan information 431 from the storage device 42 and transmits it to the host control system 40, and the host control system 40 transmits the treatment plan information 431 to the controller 28. The treatment plan information 431 includes exit beam energy information (En) and beam current information (IEn_m), and the controller 28 determines the controller 28 based on the exit beam energy information (En) and beam current information (IEn_m). The control setting values (fcs, fws, fdivs, Vs, fce, fwe, fdiv, Ve) stored in the memory are read, and the control setting values are output to each control circuit.

次に出射制御時の制御タイミングを図６に示すタイミングチャートを用いて説明する。図６はスポットスキャニング照射法を想定したビーム出射法のタイミングチャートである。本図の説明では、基本的なビーム出射に関する部分（図６の（ａ）（ｂ））を説明した後、本発明の特徴を示す部分（図６の（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ））を説明する。   Next, the control timing at the time of emission control will be described using the timing chart shown in FIG. FIG. 6 is a timing chart of the beam extraction method assuming the spot scanning irradiation method. In the explanation of this figure, after explaining the parts related to basic beam emission ((a) and (b) in FIG. 6), the parts showing the features of the present invention ((c), (d) and (e) (in FIG. 6). f)) will be described.

シンクロトロン１３の出射制御区間は、加速制御の終了後、四極電磁石や六極電磁石の励磁量を調整し、出射条件を設定完了後からビーム出射制御を終了し、出射条件を解除するまでの区間であり、タイミングシステム５０から出力されるタイミング信号５１で規定される。図６（ａ）に出射制御区間を示しており、タイミング信号５１は出射制御区間でＯＮ、出射停止区間でＯＦＦを出力する。図６（ｂ）に照射スポットへビームを照射するビーム出射制御指令６１を示している。出射制御区間において、各照射スポットへの線量が満了するまでビームを出射（ＯＮ）し、線量満了に到達したタイミングでビーム照射を停止（ＯＦＦ）する。照射装置３０はビーム停止を確認した後、次の照射スポット位置へ走査電磁石３２を走査する（図示せず）。走査電磁石３２の走査が完了後、再び照射スポットの線量が満了するまでビームを照射する。このような制御を繰り返すことで、照射エリアの照射スポットを順次満了させる。   The extraction control section of the synchrotron 13 is the section from the end of acceleration control to the adjustment of the excitation amount of the quadrupole electromagnet or the hexapole electromagnet until the completion of beam extraction control after the completion of setting the extraction conditions and the cancellation of the extraction conditions. And is defined by a timing signal 51 output from the timing system 50. FIG. 6A shows the emission control section, and the timing signal 51 outputs ON in the emission control section and OFF in the emission stop section. FIG. 6B shows a beam emission control command 61 for irradiating the irradiation spot with a beam. In the emission control section, the beam is emitted (ON) until the dose to each irradiation spot expires, and the beam irradiation is stopped (OFF) at the timing when the dose has expired. After confirming the beam stop, the irradiation device 30 scans the scanning electromagnet 32 to the next irradiation spot position (not shown). After the scanning electromagnet 32 is scanned, the beam is irradiated again until the irradiation spot dose expires. By repeating such control, irradiation spots in the irradiation area are sequentially expired.

図６（ｃ）〜（ｆ）に本発明の特徴である、スポットスキャニング照射法を想定した供給用高周波電圧（Ｆｓ）の時間変化を示す。説明を容易にするため、照射スポット毎に１〜５の符号を割り振っている。   FIGS. 6C to 6F show changes over time in the supply high-frequency voltage (Fs) assuming the spot scanning irradiation method, which is a feature of the present invention. For ease of explanation, 1 to 5 are assigned to each irradiation spot.

まず、図６（ｃ）に示したように、出射ビーム電流（Ｉｅｘｔ）の目標ビーム電流（Ｉｆｅ）を照射スポット毎に設定する。   First, as shown in FIG. 6C, the target beam current (Ife) of the outgoing beam current (Iext) is set for each irradiation spot.

このときの供給用高周波電圧（Ｆｓ）は、図５Ｂを用いて説明したように、所望の出射ビーム電流（Ｉｅｘｔ）を実現するような供給用高周波電圧の強度と出射用高周波電圧の強度の組み合わせ（Ｖｓ，Ｖｅ）に応じて、図６（ｄ）に示したように、照射スポット毎に強度変調回路２４ｓに設定する。   The supply high-frequency voltage (Fs) at this time is a combination of the intensity of the supply high-frequency voltage and the intensity of the output high-frequency voltage that realizes a desired output beam current (Iext) as described with reference to FIG. 5B. According to (Vs, Ve), as shown in FIG. 6D, the intensity modulation circuit 24s is set for each irradiation spot.

また、出射用高周波電圧（Ｆｅ）は、図４を用いて説明したように、出射ビーム電流フィードバック制御により、出射用高周波電圧（Ｆｅ）の強度（Ｖｅ）を補正した値を照射スポット毎に強度変調回路２４ｅに設定する（図６（ｅ））。   Further, as described with reference to FIG. 4, the output high-frequency voltage (Fe) is a value obtained by correcting the intensity (Ve) of the output high-frequency voltage (Fe) by the output beam current feedback control for each irradiation spot. The modulation circuit 24e is set (FIG. 6 (e)).

以上のような制御により、目標ビーム電流値（Ｉｆｅ）と一致した出射ビーム電流（Ｉｅｘｔ）の出射を実現する（図６（ｆ））。   By the control as described above, the emission beam current (Iext) corresponding to the target beam current value (Ife) is emitted (FIG. 6F).

本実施例において、供給用高周波電圧（Ｆｓ）の強度（Ｖｓ）は、出射制御装置２０の運転制御を容易にするため、目標ビーム電流値（Ｉｆｅ）は図６（ｃ）に示すように３種類（Ｉｆｅ１〜Ｉｆｅ３）であるのに対して、供給用高周波電圧（Ｆｓ）の強度（Ｖｓ）は図６（ｄ）に示すように２種類の設定値（Ｖｓ１，Ｖｓ２）で対応している。   In this embodiment, the intensity (Vs) of the supply high-frequency voltage (Fs) is 3 to make the target beam current value (Ife) 3 as shown in FIG. In contrast to the types (Ife1 to Ife3), the strength (Vs) of the supply high-frequency voltage (Fs) corresponds to two set values (Vs1, Vs2) as shown in FIG. .

ここで、目標ビーム電流値（Ｉｆｅ）での出射を実現する供給用高周波電圧（Ｖｓ）の組み合わせに関して、図３を用いながら説明する。   Here, the combination of the supply high-frequency voltage (Vs) for realizing the emission at the target beam current value (Ife) will be described with reference to FIG.

まず、図６における目標ビーム電流（Ｉｆｅ）の設定値は、図３においてＩｆｅ１＝０．１，Ｉｆｅ２＝０．３，Ｉｆｅ３＝０．６とする。次に、目標ビーム電流の範囲（Ｉｆｅ１〜Ｉｆｅ３）を満たす供給用高周波電圧（Ｆｓ）の強度（Ｖｓ）は、図３より、Ｖｓ１＝０．４（Ｉｆｅ＝０．１〜０．５７），Ｖｓ２＝０．５（Ｉｆｅ＝０．１〜０．５７）となる。この２種類の設定値（Ｖｓ１＝０．４，Ｖｓ２＝０．５）を目標ビーム電流値の出力値に応じて切り替え、目標ビーム電流値の細かな制御を出射用高周波電圧（Ｆｅ）の強度の調整で実現する。   First, the set values of the target beam current (Ife) in FIG. 6 are Ife1 = 0.1, Ife2 = 0.3, and Ife3 = 0.6 in FIG. Next, the intensity (Vs) of the supply high-frequency voltage (Fs) satisfying the target beam current range (Ife1 to Ife3) is Vs1 = 0.4 (Ife = 0.1 to 0.57), as shown in FIG. Vs2 = 0.5 (Ife = 0.1 to 0.57). These two kinds of setting values (Vs1 = 0.4, Vs2 = 0.5) are switched according to the output value of the target beam current value, and fine control of the target beam current value is performed with the intensity of the high frequency voltage for extraction (Fe). It is realized by adjusting.

具体的な動作について、図６を用いて説明する。ここでは、本発明の特徴を分かりやすく説明するため、照射スポットを示す符号（１〜５）を示して説明する。   A specific operation will be described with reference to FIG. Here, in order to explain the characteristics of the present invention in an easy-to-understand manner, reference numerals (1 to 5) indicating irradiation spots are shown and described.

図６において、目標ビーム電流（Ｉｆｅ）の変化を見ると、第１スポット（ｃ１）でＩｆｅ２、第２スポット（ｃ２）でＩｆｅ３と増加し、第３スポット（ｃ３）でＩｆｅ１と低くなる。その後、第４スポット（ｃ４）でＩｆｅ２、第５スポット（ｃ５）でＩｆｅ３と増加する。   In FIG. 6, when the change of the target beam current (Ife) is seen, it increases to Ife2 at the first spot (c1), Ife3 at the second spot (c2), and decreases to Ife1 at the third spot (c3). Then, it increases to Ife2 at the fourth spot (c4) and Ife3 at the fifth spot (c5).

まず第１スポット（ｃ１）から第２スポット（ｃ２）に掛けてＩｆｅは増加するため、供給用高周波電圧（Ｆｓ）の強度（Ｖｓ）はＶｓ２を選択して、出射用高周波電圧（Ｆｅ）の強度（Ｖｅ）を変更することで対応する。第３スポットでは目標ビーム電流値がＩｆｅ１まで低下するため、第２スポット（ｃ２）から第３スポット（ｃ３）に掛けては供給用高周波電圧（Ｆｓ）の強度（Ｖｓ）をＶｓ２からＶｓ１に切り替える。第４スポット（ｃ４）の目標ビーム電流（Ｉｆｅ２）は、供給用高周波電圧（Ｆｓ）の強度（Ｖｓ）がＶｓ１でもＶｓ２でも出射用高周波電圧（Ｆｅ）の強度（Ｖｅ）により制御可能であるため、時間応答性に優れる出射用高周波電圧（Ｆｅ）の強度を上昇させる（ｅ３→ｅ４）。最後に第５スポット（ｃ５）の目標ビーム電流（Ｉｆｅ３）に対応するため、供給用高周波電圧（Ｆｓ）の強度（Ｖｓ）をＶｓ１からＶｓ２に切り替える。このように、供給用高周波電圧（Ｆｓ）の強度データ（Ｖｓ）を複数種類で切り替えて制御する場合、それぞれの供給用高周波電圧（Ｆｓ）の強度データ（Ｖｓ）で対応可能な目標ビーム電流値（Ｉｆｅ）が重複するように選択することで、出射用高周波電圧（Ｆｅ）の強度（Ｖｅ）の切り替え回数を削減することができる。   First, Ife increases from the first spot (c1) to the second spot (c2), the intensity (Vs) of the supply high-frequency voltage (Fs) is selected as Vs2, and the output high-frequency voltage (Fe) This can be done by changing the strength (Ve). Since the target beam current value decreases to Ife1 at the third spot, the intensity (Vs) of the supply high-frequency voltage (Fs) is switched from Vs2 to Vs1 from the second spot (c2) to the third spot (c3). . The target beam current (Ife2) of the fourth spot (c4) can be controlled by the intensity (Ve) of the outgoing high-frequency voltage (Fe) regardless of whether the intensity (Vs) of the supply high-frequency voltage (Fs) is Vs1 or Vs2. Then, the strength of the high frequency voltage for output (Fe) having excellent time response is increased (e3 → e4). Finally, in order to correspond to the target beam current (Ife3) of the fifth spot (c5), the intensity (Vs) of the supply high-frequency voltage (Fs) is switched from Vs1 to Vs2. As described above, when the intensity data (Vs) of the supply high-frequency voltage (Fs) is switched and controlled by a plurality of types, the target beam current value that can be handled by the intensity data (Vs) of each supply high-frequency voltage (Fs). By selecting so that (Ife) overlaps, the number of times of switching the intensity (Ve) of the outgoing high-frequency voltage (Fe) can be reduced.

以上のような制御を実施することで、図６（ｆ）に示したように、出射ビーム電流を高速に停止し、かつ出射ビーム電流の電流リップルの発生を抑制することができる。また、出射開始時のスパイク電流波形の発生を抑制することができる、との効果も奏する。   By performing the control as described above, as shown in FIG. 6F, it is possible to stop the emission beam current at a high speed and suppress the generation of the current ripple of the emission beam current. In addition, there is an effect that generation of a spike current waveform at the start of extraction can be suppressed.

さらに、照射スポット毎にビームをＯＮ／ＯＦＦしながら照射するスポットスキャニング照射法において、出射ビーム電流フィードバック制御を適用することで、出射ビーム電流を高速に停止し、かつ出射ビーム電流の電流リップルの発生を抑制するとともに、線量率を向上できる。なお、このことはラスタースキャニング照射法においても同様のことが言える。   Furthermore, in the spot scanning irradiation method in which the beam is irradiated while turning on / off each irradiation spot, the output beam current feedback control is applied to stop the output beam current at a high speed and generate a current ripple of the output beam current. Can be suppressed and the dose rate can be improved. The same can be said for the raster scanning irradiation method.

＜第２実施例＞
本発明の荷電粒子ビーム照射システムおよびそのビーム出射方法の第２実施例を図７乃至図９を用いて説明する。 <Second embodiment>
A second embodiment of the charged particle beam irradiation system and beam extraction method according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図７は、本発明の好適な第２実施例である荷電粒子ビーム照射システムの構成を示す図であり、図８は、本発明の第２実施例であるビーム出射制御法を実現する出射制御装置の構成を示す図である。   FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a charged particle beam irradiation system that is a second preferred embodiment of the present invention, and FIG. 8 is an emission control that realizes a beam emission control method that is the second embodiment of the present invention. It is a figure which shows the structure of an apparatus.

本実施例を示す構成は実施例１とほぼ同じであるため、実施例１と異なる点について説明する。   Since the configuration of the present embodiment is almost the same as that of the first embodiment, differences from the first embodiment will be described.

本実施例の荷電粒子ビーム照射システムは、出射用高周波電圧（Ｆｅ）の強度制御、線量モニタ３１からの線量モニタ検出電流出力３１１に基づくフィードバック制御に加えて、供給用フィードバック制御部２４０ｓを設け、供給用高周波電圧（Ｆｓ）の強度制御に対して出射ビーム電流フィードバック制御を実施する。そのために、供給用高周波電圧（Ｆｓ）の供給用フィードバック制御部２４０ｓでは、シンクロトロン１３の周回ビーム電荷量モニタ９のモニタ出力値（Ｑｓｔｏｒｅ）に基づいたフィードバック制御を実施する。これにより、周回ビーム電荷量に応じて供給用高周波電圧を制御し、出射用高周波電圧（Ｆｅ）で出射するビームの安定な供給を実現する。   The charged particle beam irradiation system of the present embodiment is provided with a feedback control unit 240s for supply in addition to the intensity control of the extraction high-frequency voltage (Fe) and the feedback control based on the dose monitor detection current output 311 from the dose monitor 31. The emission beam current feedback control is performed for the intensity control of the supply high-frequency voltage (Fs). For this purpose, the supply feedback control unit 240s for the supply high-frequency voltage (Fs) performs feedback control based on the monitor output value (Qstore) of the circulating beam charge monitor 9 of the synchrotron 13. Thus, the supply high-frequency voltage is controlled in accordance with the amount of circular beam charge, and stable supply of the beam emitted by the emission high-frequency voltage (Fe) is realized.

第１実施例と同様に、出射用高周波電圧（Ｆｅ）は、供給用高周波電圧（Ｆｓ）が振動振幅を増大した周回ビームを出射する。そのため、出射用高周波電圧（Ｆｅ）における出射ビーム電流フィードバック制御は、実施例１と同様に、所望の出射ビーム電流を高精度かつ安定に制御するために適用する。これに対して、供給用高周波電圧（Ｆｓ）は、安定限界内に周回ビームの振動振幅を増大する目的で印加している。   Similar to the first embodiment, the high frequency voltage for emission (Fe) emits a circular beam in which the supply high frequency voltage (Fs) has an increased vibration amplitude. Therefore, the emission beam current feedback control in the emission high-frequency voltage (Fe) is applied to control the desired emission beam current with high accuracy and stability, as in the first embodiment. On the other hand, the supply high-frequency voltage (Fs) is applied for the purpose of increasing the oscillation amplitude of the circulating beam within the stability limit.

ここで、ビーム出射制御の経過に伴い、周回ビーム電荷量は減少するとともに、周回ビームの分布は徐々に小さくなるため、周回ビームと安定限界と距離が相対的に離れていく。そのため、供給用高周波電圧（Ｆｓ）による周回ビームの振動振幅を増大する効率が徐々に低下する。そこで、周回ビーム電荷量モニタ９によってモニタしているシンクロトロン１３内の周回ビーム電荷量のモニタ出力値（Ｑｓｔｏｒｅ）に基づいたフィードバック制御を適用する。これにより、ビーム出射制御の経過に伴う周回ビームの分布の縮小に応じて供給用高周波電圧（Ｆｓ）の強度を変化させて周回ビームの振動振幅を増大する効率を高められる。   Here, as the beam extraction control progresses, the amount of the circulating beam charge decreases and the distribution of the circulating beam gradually decreases, so that the distance between the circulating beam and the stability limit is relatively increased. Therefore, the efficiency of increasing the vibration amplitude of the circulating beam by the supply high-frequency voltage (Fs) gradually decreases. Therefore, feedback control based on the monitor output value (Qstore) of the circulating beam charge in the synchrotron 13 monitored by the circulating beam charge monitor 9 is applied. As a result, the efficiency of increasing the oscillation amplitude of the circulating beam by changing the intensity of the supply high-frequency voltage (Fs) according to the reduction of the distribution of the circulating beam with the progress of the beam extraction control can be enhanced.

具体的には、周回ビーム電荷量に応じて供給用高周波電圧（Ｆｓ）の強度（Ｖｓ）を補正する。なお、出射用フィードバック制御部２４０ｅに関しては、第１実施例と同じ構成、制御である。   Specifically, the intensity (Vs) of the supply high-frequency voltage (Fs) is corrected according to the amount of the circular beam charge. The emission feedback control unit 240e has the same configuration and control as the first embodiment.

供給用フィードバック制御部２４０ｓでは、偏差演算手段２４１ｓにて、入力した電荷量モニタ９の検出出力Ｑｓｔｏｒｅとコントローラ２８から設定される目標電流設定値（Ｉｆｓ）の偏差を演算する。次に、フィードバック補正量演算手段２４２ｓにて、偏差演算手段２４１ｓにて演算された偏差信号とフィードバックゲイン（Ｇｆｓ）に基づき、フィードバック補正量を演算する。フィードバック補正量はビーム出射制御指令６１に基づいてフィードバック補正量の伝送を制御する高周波スイッチ２５ｆｓを経由し、フィードバック演算手段２４３ｓにて、フィードバック補正量演算手段２４２ｓより出力されるフィードバック補正量と供給用高周波電圧の強度設定データ（Ｖｓ）を加算する。フィードバック演算手段２４３ｓで演算された供給用高周波電圧の強度を強度変調回路２４ｓに設定する。   In the supply feedback control unit 240 s, a deviation between the input detection output Qstore of the charge amount monitor 9 and the target current set value (Ifs) set by the controller 28 is calculated by the deviation calculating means 241 s. Next, the feedback correction amount calculation unit 242s calculates the feedback correction amount based on the deviation signal calculated by the deviation calculation unit 241s and the feedback gain (Gfs). The feedback correction amount passes through the high-frequency switch 25fs that controls transmission of the feedback correction amount based on the beam extraction control command 61, and the feedback correction amount output from the feedback correction amount calculation unit 242s is supplied by the feedback calculation unit 243s. Add high-frequency voltage intensity setting data (Vs). The intensity of the supply high-frequency voltage calculated by the feedback calculation means 243s is set in the intensity modulation circuit 24s.

強度変調回路２４ｓで制御された供給用高周波電圧（Ｆｓ）は、高周波スイッチ２５ｓに送られ、インターロックシステム６０から出力されるビーム出射制御指令６１に基づき、高周波スイッチ２５ｓを制御する。ビーム出射時にはＲＦ信号を印加するため、高周波スイッチ２５ｓを閉じる。ビーム停止時にはＲＦ信号の印加を停止するため、高周波スイッチ２５ｓを開く。高周波スイッチ２５ｓを経て出力される供給用高周波電圧（Ｆｓ）は、出射用高周波電圧（ｆｅ）と共に合成器２６に入力される。合成器２６は、２つの高周波電圧（Ｆｓ，Ｆｓ）を合成する。合成された信号は、二つの高周波スイッチ２７１，２７２を経て高周波増幅器１７に出力される。   The supply high-frequency voltage (Fs) controlled by the intensity modulation circuit 24 s is sent to the high-frequency switch 25 s and controls the high-frequency switch 25 s based on the beam extraction control command 61 output from the interlock system 60. In order to apply an RF signal when the beam is emitted, the high frequency switch 25s is closed. In order to stop the application of the RF signal when the beam is stopped, the high frequency switch 25s is opened. The supply high-frequency voltage (Fs) output through the high-frequency switch 25s is input to the combiner 26 together with the output high-frequency voltage (fe). The synthesizer 26 synthesizes two high-frequency voltages (Fs, Fs). The synthesized signal is output to the high frequency amplifier 17 through the two high frequency switches 271 and 272.

このような構成による制御によっても、出射用高周波電圧（Ｆｅ）で出射するビーム供給を安定かつ効率良く実現できる。   Also by the control with such a configuration, it is possible to stably and efficiently realize the beam supply emitted by the high frequency voltage (Fe) for emission.

図９は、本発明を適用した第２実施例のビーム出射制御時のタイミングチャートを示しており、本実施例の特徴を分かりやすく説明するため、ラスタースキャニング照射法を想定している。   FIG. 9 shows a timing chart at the time of beam extraction control of the second embodiment to which the present invention is applied, and a raster scanning irradiation method is assumed for easy understanding of the features of this embodiment.

図９において、出射制御区間において常にビームを出射（ＯＮ）し、線量満了に到達したタイミングで次の照射スポット位置へ走査電磁石３２を走査する（図示せず）。この際、スポットスキャニング照射法のように、次の照射スポット位置へ移動する際にビーム出射を停止（ＯＦＦ）しない。走査電磁石３２の走査が完了後、再び照射スポットの線量が満了するまでビームを照射する。このような制御を繰り返すことで、照射エリアの照射スポットを順次満了させる。   In FIG. 9, the beam is always emitted (ON) in the emission control section, and the scanning electromagnet 32 is scanned to the next irradiation spot position at the timing when the dose has expired (not shown). At this time, unlike the spot scanning irradiation method, the beam emission is not stopped (OFF) when moving to the next irradiation spot position. After the scanning electromagnet 32 is scanned, the beam is irradiated again until the irradiation spot dose expires. By repeating such control, irradiation spots in the irradiation area are sequentially expired.

図９（ｄ）にラスタースキャニング照射法での周回ビーム電荷量の時間変化を示し、図９（ｅ）に本発明の特徴である、供給用高周波電圧の強度（Ｖｓ）の時間変化を示す。   FIG. 9D shows the time change of the circulating beam charge amount in the raster scanning irradiation method, and FIG. 9E shows the time change of the intensity (Vs) of the supply high-frequency voltage, which is a feature of the present invention.

ラスタースキャニング照射法では、出射ビーム電流（Ｉｅｘｔ）を一定に制御するため、周回ビーム電荷量は一定勾配で減少する。そのため、図９（ｅ）に示すように、供給用高周波電圧（Ｆｓ）の強度（Ｖｓ）を、周回ビーム電荷量モニタ９のモニタ出力値（Ｑｓｔｏｒｅ）の減少に応じて、徐々に高めていく。   In the raster scanning irradiation method, since the outgoing beam current (Iext) is controlled to be constant, the circulating beam charge amount decreases with a constant gradient. For this reason, as shown in FIG. 9E, the intensity (Vs) of the supply high-frequency voltage (Fs) is gradually increased in accordance with the decrease in the monitor output value (Qstore) of the circulating beam charge amount monitor 9. .

このような制御を適用することでも、出射するビームの供給を安定かつ効率良く実現でき、周回ビーム電荷量を効率良く利用できる。   By applying such control, the supply of the outgoing beam can be realized stably and efficiently, and the circulating beam charge amount can be used efficiently.

＜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。上述の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るものではない。 <Others>
In addition, this invention is not restricted to said Example, A various deformation | transformation and application are possible. The above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.

１…荷電粒子ビーム照射システム、
９…周回ビーム電荷量モニタ、
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ…ビーム、
１１…イオンビーム発生装置、
１２…前段加速器、
１３…シンクロトロン、
１４…ビーム輸送装置、
１５…安定限界、
１５ａ…シンクロトロン振動による安定限界の変動範囲、
１６ａ…出射用高周波電極、
１６ｂ…出射用デフレクター、
１７…高周波増幅器、
１８…偏向電磁石、
１９…四極電磁石、
２０…出射制御装置、
２０１…供給用高周波電圧出力回路、
２０２…出射用高周波電圧出力回路、
２１ｓ，２１ｅ，２１ｍ…正弦波発振器、
２２ｓ，２２ｅ…帯域制限信号発生器、
２３ｓ，２３ｅ…乗算器、
２３１…スイッチ、
２４ｓ，２４ｅ，２４ｍ…振幅変調器、
２４０ｓ…供給用フィードバック制御部、
２４０ｅ…出射用フィードバック制御部、
２４１ｅ，２４１ｓ…偏差演算手段、
２４２ｅ，２４２ｓ…フィードバック補正量演算手段、
２４３ｅ，２４３ｓ…フィードバック演算手段、
２５ｓ，２５ｅ，２５ｆｅ，２５ｆｓ，２７１，２７２…高周波スイッチ、
２６…合成器、
２７１，２７２…高周波スイッチ、
２８…コントローラ、
３０…照射装置、
３１…線量モニタ、
３１１…線量計測データ、
３２…走査電磁石、
３４…コリメータ、
３６…患者、
４０…加速器制御装置、
４１…統括制御装置、
４２…記憶装置、
４３…治療計画装置、
４３１…治療計画情報、
５０…タイミングシステム、
５１…タイミング信号、
６０…インターロックシステム、
６１…ビーム出射制御指令、
６２…供給用高周波電圧の事前印加区間、
１００…制御システム（制御装置）、
１０１…高周波電圧印加前の周回ビーム分布、
１０２…供給用高周波電圧印加時の周回ビーム分布、
１０３…出射用高周波電圧印加時の周回ビーム分布、
１０４…単一高周波電圧印加時の周回ビーム分布。 1 ... charged particle beam irradiation system,
9 ... orbital beam charge monitor,
10a, 10b, 10c, 10d ... beam,
11 ... Ion beam generator,
12 ... Pre-stage accelerator,
13 ... Synchrotron,
14 ... Beam transport device,
15 ... Stability limit,
15a: Fluctuation range of stability limit due to synchrotron vibration,
16a ... high frequency electrode for emission,
16b: Deflector for emission,
17 ... High frequency amplifier,
18 ... deflection magnet,
19: Quadrupole electromagnet,
20... Emission control device,
201... High frequency voltage output circuit for supply,
202... High frequency voltage output circuit for emission,
21s, 21e, 21m ... sine wave oscillator,
22s, 22e ... Band-limited signal generator,
23s, 23e ... multiplier,
231 ... switch,
24s, 24e, 24m ... amplitude modulator,
240 s ... feedback control unit,
240e ... Output feedback control unit,
241e, 241s ... deviation calculating means,
242e, 242s ... feedback correction amount calculation means,
243e, 243s ... feedback calculation means,
25s, 25e, 25fe, 25fs, 271, 272 ... high frequency switch,
26. Synthesizer,
271, 272 ... high frequency switch,
28 ... Controller,
30 ... Irradiation device,
31 ... Dose monitor,
311 ... Dosimetry data,
32 ... Scanning magnet,
34 ... Collimator,
36 ... patient,
40. Accelerator control device,
41 ... Overall control device,
42 ... Storage device,
43 ... treatment planning device,
431 ... treatment plan information,
50 ... Timing system,
51. Timing signal,
60 ... Interlock system,
61 ... Beam extraction control command,
62 ... pre-applied period of supply high-frequency voltage,
100 ... Control system (control device),
101 ... Circumferential beam distribution before high frequency voltage application,
102 ... Circumferential beam distribution when applying high-frequency voltage for supply,
103. Circulating beam distribution when applying a high frequency voltage for emission,
104: Circulating beam distribution when a single high-frequency voltage is applied.

Claims (13)

イオンビームを加速して出射するシンクロトロンと、前記シンクロトロンから出射された前記イオンビームを照射する照射装置とを有する荷電粒子ビーム照射システムにおいて、
前記シンクロトロンに設けられた出射用高周波電極に印加する高周波電圧として、前記シンクロトロン内を周回するビームが前記シンクロトロン外に出射されないように、安定限界を超えない範囲で振動振幅を増大させるための第１高周波電圧と、前記第１高周波電圧で安定限界を超えない範囲で振動振幅を増大させた周回ビームを安定限界を越えさせて前記シンクロトロン外に出射するための第２高周波電圧とで構成される高周波電圧を印加する出射制御装置を備え、
前記出射制御装置は、前記イオンビーム電流の目標値およびこの目標値の時間変化に応じて、前記第１高周波電圧および前記第２高周波電圧の強度を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。 In a charged particle beam irradiation system having a synchrotron that accelerates and emits an ion beam, and an irradiation device that irradiates the ion beam emitted from the synchrotron,
To increase the vibration amplitude within a range that does not exceed the stability limit so that the beam that circulates inside the synchrotron is not emitted outside the synchrotron as a high-frequency voltage applied to the emission high-frequency electrode provided in the synchrotron And a second high-frequency voltage for emitting a circular beam whose vibration amplitude is increased within a range that does not exceed the stability limit at the first high-frequency voltage to exceed the stability limit and to be emitted outside the synchrotron. Comprising an emission control device for applying a configured high frequency voltage;
The extraction control device controls the intensity of the first high-frequency voltage and the second high-frequency voltage in accordance with a target value of the ion beam current and a change with time of the target value. . 請求項１に記載の荷電粒子ビーム照射システムにおいて、
前記出射制御装置は、
複数の周波数成分で構成される帯域制限高周波電圧を用いて前記第１高周波電圧を生成し、前記帯域制限高周波電圧の周波数範囲と信号強度を、前記シンクロトロン内を周回するビームが安定限界を超えないように設定することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。 The charged particle beam irradiation system according to claim 1,
The emission control device includes:
The first high-frequency voltage is generated using a band-limited high-frequency voltage composed of a plurality of frequency components, and the frequency of the band-limited high-frequency voltage and the signal intensity exceed the stability limit. A charged particle beam irradiation system characterized in that it is set so as not to exist. 請求項１に記載の荷電粒子ビーム照射システムにおいて、
前記出射制御装置は、
正弦波発振器の周波数を掃引し周波数変調された高周波電圧を用いて前記第１高周波電圧を生成し、複数の周波数成分で構成される帯域制限高周波電圧の周波数範囲と信号強度を、前記シンクロトロン内を周回するビームが安定限界を超えないように設定することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。 The charged particle beam irradiation system according to claim 1,
The emission control device includes:
The first high-frequency voltage is generated using a frequency-modulated high-frequency voltage by sweeping the frequency of a sine wave oscillator, and the frequency range and signal strength of a band-limited high-frequency voltage composed of a plurality of frequency components are set in the synchrotron The charged particle beam irradiation system is characterized in that it is set so that the beam that circulates does not exceed the stability limit. 請求項１に記載の荷電粒子ビーム照射システムにおいて、
前記出射制御装置は、
１つ以上の周波数成分で構成される高周波電圧を用いて前記第２高周波電圧を生成し、この高周波電圧の周波数範囲を前記第１高周波電圧とは異なる周波数範囲に設定し、前記高周波電圧の強度を求められる出射ビーム電流に応じて制御することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。 The charged particle beam irradiation system according to claim 1,
The emission control device includes:
The second high frequency voltage is generated using a high frequency voltage composed of one or more frequency components, the frequency range of the high frequency voltage is set to a frequency range different from the first high frequency voltage, and the strength of the high frequency voltage is set. The charged particle beam irradiation system is controlled according to the required outgoing beam current. 請求項１に記載の荷電粒子ビーム照射システムにおいて、
前記出射制御装置は、
前記第１高周波電圧の強度により、前記シンクロトロンを出射させる前記イオンビームの供給速度を制御し、
前記第２高周波電圧の強度により、前記シンクロトロンから出射する前記イオンビーム量を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。 The charged particle beam irradiation system according to claim 1,
The emission control device includes:
Controlling the supply speed of the ion beam for emitting the synchrotron according to the intensity of the first high-frequency voltage;
A charged particle beam irradiation system, wherein the amount of the ion beam emitted from the synchrotron is controlled by the intensity of the second high-frequency voltage. 請求項１に記載の荷電粒子ビーム照射システムにおいて、
前記出射制御装置は、
ビーム出射制御指令に基づきビーム出射およびビーム停止を実施するよう、前記第１高周波電圧と前記第２高周波電圧とのうち少なくともいずれか一方の印加と停止を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。 The charged particle beam irradiation system according to claim 1,
The emission control device includes:
Charged particle beam irradiation, wherein application and stop of at least one of the first high-frequency voltage and the second high-frequency voltage are controlled so that beam extraction and beam stop are performed based on a beam extraction control command system. 請求項１に記載の荷電粒子ビーム照射システムにおいて、
前記シンクロトロンから出射された出射ビーム電流を検出するビームモニタを更に備え、
前記出射制御装置は、前記ビームモニタで検出された出射ビーム電流値に基づいて前記第２高周波電圧の強度を補正する第２高周波電圧フィードバック制御部を更に備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。 The charged particle beam irradiation system according to claim 1,
A beam monitor for detecting an output beam current emitted from the synchrotron;
The emission control apparatus further includes a second high-frequency voltage feedback control unit that corrects the intensity of the second high-frequency voltage based on an output beam current value detected by the beam monitor. system. 請求項１に記載の荷電粒子ビーム照射システムにおいて、
前記シンクロトロン内を周回するビーム電荷量を検出する電荷量モニタを更に備え、
前記出射制御装置は、前記電荷量モニタで検出された前記ビーム電荷量に基づいて前記第１高周波電圧の強度を補正する第１高周波電圧フィードバック制御部を更に備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。 The charged particle beam irradiation system according to claim 1,
A charge amount monitor for detecting the amount of beam charge circulating in the synchrotron;
The emission control device further includes a first high-frequency voltage feedback control unit that corrects the intensity of the first high-frequency voltage based on the beam charge amount detected by the charge amount monitor. Irradiation system. 請求項１に記載の荷電粒子ビーム照射システムにおいて、
前記出射制御装置は、
照射対象を複数の照射領域に分割して形成されたスポット毎に前記イオンビームを照射する際は、前記イオンビームを照射経路に沿って走査しながら照射する際に比べて前記第１高周波電圧の強度を高く印加した状態で前記第２高周波電圧の強度を調整し、
前記イオンビームを照射経路に沿って走査しながら照射する際は、照射対象を複数の照射領域に分割して形成されたスポット毎に前記イオンビームを照射する際に比べて前記第１高周波電圧の強度を低く印加した状態で前記第２高周波電圧の強度を調整することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。 The charged particle beam irradiation system according to claim 1,
The emission control device includes:
When irradiating the ion beam for each spot formed by dividing an irradiation target into a plurality of irradiation regions, the first high-frequency voltage is higher than when irradiating while scanning the ion beam along the irradiation path. Adjusting the strength of the second high-frequency voltage in a state where the strength is applied high;
When irradiating the ion beam while scanning along the irradiation path, the first high-frequency voltage is higher than when irradiating the ion beam for each spot formed by dividing the irradiation target into a plurality of irradiation regions. A charged particle beam irradiation system, wherein the intensity of the second high-frequency voltage is adjusted with a low intensity applied. イオンビームを加速して出射するシンクロトロンと、前記シンクロトロンから出射された前記イオンビームを照射する照射装置とを有する荷電粒子ビーム照射システムのビーム出射方法において、
前記シンクロトロンに設けられた出射用高周波電極に印加する高周波電圧として、前記シンクロトロン内を周回するビームが前記シンクロトロン外に出射されないように、安定限界を超えない範囲で振動振幅を増大させるための第１高周波電圧と、前記第１高周波電圧で安定限界を超えない範囲で振動振幅を増大させた周回ビームを安定限界を越えさせて前記シンクロトロン外に出射するための第２高周波電圧とで構成される高周波電圧であって、前記イオンビーム電流の目標値とこの目標値の時間変化とに応じてその強度が制御された前記第１高周波電圧および前記第２高周波電圧とで構成される高周波電圧を印加することでビームを出射することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システムのビーム出射方法。 In a beam extraction method of a charged particle beam irradiation system having a synchrotron that accelerates and emits an ion beam, and an irradiation device that irradiates the ion beam emitted from the synchrotron,
To increase the vibration amplitude within a range that does not exceed the stability limit so that the beam that circulates inside the synchrotron is not emitted outside the synchrotron as a high-frequency voltage applied to the emission high-frequency electrode provided in the synchrotron And a second high-frequency voltage for emitting a circular beam whose vibration amplitude is increased within a range that does not exceed the stability limit at the first high-frequency voltage to exceed the stability limit and to be emitted outside the synchrotron. A high-frequency voltage configured by the first high-frequency voltage and the second high-frequency voltage, the intensity of which is controlled in accordance with a target value of the ion beam current and a change with time of the target value. A beam emission method for a charged particle beam irradiation system, wherein a beam is emitted by applying a voltage. 請求項１０に記載の荷電粒子ビーム照射システムのビーム出射方法において、
前記第１高周波電圧の強度によって前記シンクロトロンを出射させる前記イオンビームの供給速度を制御し、前記第２高周波電圧の強度によって前記シンクロトロンから出射する前記イオンビーム量を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システムのビーム出射方法。 In the beam extraction method of the charged particle beam irradiation system according to claim 10,
The supply speed of the ion beam for emitting the synchrotron is controlled by the intensity of the first high-frequency voltage, and the amount of the ion beam emitted from the synchrotron is controlled by the intensity of the second high-frequency voltage. A beam extraction method for a charged particle beam irradiation system. 請求項１０に記載の荷電粒子ビーム照射システムのビーム出射方法において、
前記シンクロトロンから出射された出射ビーム電流をモニタし、この出射ビーム電流のモニタ値に基づいて前記第２高周波電圧の強度を補正することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システムのビーム出射方法。 In the beam extraction method of the charged particle beam irradiation system according to claim 10,
A beam emission method for a charged particle beam irradiation system, wherein an emission beam current emitted from the synchrotron is monitored, and the intensity of the second high-frequency voltage is corrected based on a monitor value of the emission beam current. 請求項１０に記載の荷電粒子ビーム照射システムのビーム出射方法において、
前記シンクロトロンを周回するビーム電荷量をモニタし、この周回ビーム電荷量のモニタ値に基づいて前記第１高周波電圧の強度を補正することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システムのビーム出射方法。 In the beam extraction method of the charged particle beam irradiation system according to claim 10,
A beam extraction method for a charged particle beam irradiation system, wherein a beam charge amount circulating around the synchrotron is monitored, and an intensity of the first high-frequency voltage is corrected based on a monitor value of the circulation beam charge amount.
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