JP4889595B2 - 荷電粒子ビーム照射システム - Google Patents
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Description
また、走査電磁石のそのときの励磁電流指令値に対応する領域を計測領域として同定し、同定した計測領域の計測線量のみを選択してカウントすることで、モニタ平面の領域毎の積算線量を計測することにより、万一、二次元線量モニタのモニタ平面におけるビーム照射領域以外の領域でノイズ等による誤計測が発生したとしても、そのような誤計測による影響が排除され、精度の良い照射線量の計測が可能となる。
また、本発明の特徴は、前記照射領域判定装置は、前記モニタ平面の複数の領域のうち、前記走査電磁石のそのときの励磁電流指令値に対応するビーム照射領域の中心が位置する領域を中心計測領域として同定するとともに、前記中心計測領域の周辺に位置し前記ビーム照射領域の一部を構成する複数の領域を同時計測領域として同定し、前記線量カウンタ装置は、前記二次元線量モニタから入力した前記モニタ平面の領域毎の計測線量のうち、前記照射領域判定装置によって同定した前記中心計測領域および同時計測領域の計測線量を選択してカウントすることにある。
<実施の形態1>
図1は本発明の第1の実施の形態の荷電粒子ビーム照射システム(粒子線治療装置)の全体構成を示す図である。
つまり、計測領域222の中心位置(ここで、各計測領域222での中心位置は、(2na−a)/2で示される)からビーム中心がΔxだけ移動した場合、同時計測領域223aに対してさらに隣の同時計測領域223bを追加することで、所望の線量計測が可能となる。さらにビームが点Pから点Rの位置にΔx’だけ走査されると、同時計測領域223は、(Ax_i+1, Ay_j)を中心とした8つの同時計測領域に遷移する。この際の同時計測領域の遷移条件Δx’は、式2で示される。
走査電磁石202,202の励磁電流の更新に合わせて、ビーム中心位置が計測領域222の中心位置に対してΔxおよびΔx’の条件が成立した場合、同時計測領域223を変更する制御を実施することにより、治療照射中における各計測領域222に照射されるビームの照射量を適切に計測可能となる。
(3)照射領域判定部302は、モニタ平面の複数の領域のうち、走査電磁石202,202のそのときの励磁データ(励磁電流指令値)に対応するビーム照射領域の中心が位置する領域を中心計測領域222aとして同定するとともに、中心計測領域の周辺に位置しビーム照射領域の一部を構成する複数の領域を同時計測領域223として同定し、線量カウンタ装置304は、二次元線量モニタ212から入力したモニタ平面の領域毎の計測線量のうち、照射領域判定部302によって同定した中心計測領域222aおよび同時計測領域223の計測線量を選択してカウントする。
<実施の形態2>
本発明の第2の実施の形態を図8を用いて説明する。図8は、本実施の形態の荷電粒子ビーム照射システム(粒子線治療装置)における照射制御装置の構成を示す図である。
<実施の形態3>
本発明の第3の実施の形態を図9を用いて説明する。図9は、本実施の形態の荷電粒子ビーム照射システム(粒子線治療装置)における照射制御装置の構成を示す図である。
2…イオンビーム(荷電粒子ビーム)
3…前段加速器
4…低エネルギービーム輸送系
5…シンクロトロン(荷電粒子ビーム発生装置)
6…出射用高周波電極
7…電力増幅器
8…インターロック用スイッチ
9…出射ゲート用スイッチ
10…出射用高周波発振器
11…高エネルギービーム輸送系
12…回転ガントリー
13…出射装置
100…中央制御装置
200…照射野形成装置(ビーム照射装置)
202…走査電磁石
206…散乱体(ビーム径拡大装置)
208…リッジフィルタ(エネルギー分布拡大装置)
210…レンジシフタ
212…二次元線量モニタ
214…ボーラス
215…コリメータ
216…患者
216a…患部
217…治療ベッド
219…走査電磁石電源
220…走査電磁石電源制御装置
222…計測領域
222a…中心計測領域
223,223a,223b…同時計測領域
300,300A,300B…照射制御装置
301…制御プロセッサ
302…照射領域判定部(照射領域判定装置)
303…照射管理部(第2照射管理装置)
304,304B…線量カウンタ装置
305…照射制御用メモリ装置(記憶装置)
306…比較器(第2照射管理装置)
307…カウンタ制御部(線量カウンタ装置)
308…比較器制御部(第2照射管理装置)
309,309A…AND回路(出力装置)
311…ビーム走査管理部(第1及び第2ビーム走査管理装置)
313,314…マルチプレクサ。
320…表示装置
Claims (16)
- 荷電粒子ビームを加速して出射する荷電粒子ビーム発生装置と、前記荷電粒子ビーム発生装置から出射された前記荷電粒子ビームを走査する走査電磁石を有し、この走査電磁石を通過した前記荷電粒子ビームを照射対象に照射するビーム照射装置とを備える荷電粒子ビーム照射システムにおいて、
前記ビーム照射装置に設けられ、前記走査電磁石により走査された荷電粒子ビームの走査範囲を複数の領域に分割したモニタ平面を有し、このモニタ平面の領域毎に独立して照射線量を測定可能な二次元線量モニタと、
前記二次元線量モニタの前記モニタ平面の領域毎に計測した線量を入力し、この計測線量を前記モニタ平面の領域毎に独立して積算して前記モニタ平面の領域毎に積算線量を計測し、前記モニタ平面の領域毎に計測した積算線量が前記モニタ平面の領域毎に予め設定した目標線量に到達するとビーム照射を停止する制御信号を出力し、前記目標線量に到達した領域へのビーム照射を停止させる照射制御装置とを備え、
前記照射制御装置は、前記走査電磁石のそのときの励磁電流指令値を入力して、前記モニタ平面の複数の領域のうち前記走査電磁石のそのときの励磁電流指令値に対応する領域を計測領域として同定し、前記二次元線量モニタから入力した前記モニタ平面の領域毎の計測線量のうち、同定した前記計測領域の計測線量のみを選択してカウントすることで、前記モニタ平面の領域毎の積算線量を計測することを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。 - 前記照射制御装置は、
前記二次元線量モニタから入力した前記モニタ平面の領域毎の計測線量を前記モニタ平面の領域毎にカウントする線量カウンタ装置と、
前記線量カウンタ装置によりカウントした線量を前記積算線量として前記モニタ平面の領域毎に保存する第1記憶部および前記モニタ平面の領域毎に前記目標線量を保存する第2記憶部を含む記憶装置と、
前記第1記憶部に保存した領域毎の積算線量を前記第2記憶部に保存した目標線量と比較し、前記積算線量が前記目標線量に到達したとき前記ビーム照射を停止する制御信号を出力する第1照射管理装置とを有することを特徴とする請求項1記載の荷電粒子ビーム照射システム。 - 前記照射制御装置は、
前記二次元線量モニタから入力した前記モニタ平面の領域毎の計測線量を前記モニタ平面の領域毎にカウントする線量カウンタ装置と、
前記線量カウンタ装置によりカウントした線量を前記積算線量として前記モニタ平面の領域毎に保存する第1記憶部および前記モニタ平面の領域毎に前記目標線量を保存する第2記憶部を含む記憶装置と、
前記走査電磁石のそのときの励磁電流指令値を入力し、前記モニタ平面の複数の領域のうち前記走査電磁石のそのときの励磁電流指令値に対応する領域を計測領域として同定する照射領域判定装置とを有し、
前記線量カウンタ装置は、前記二次元線量モニタから入力した前記モニタ平面の領域毎の計測線量のうち、前記照射領域判定装置によって同定した前記計測領域の計測線量のみを選択してカウントすることを特徴とする請求項1記載の荷電粒子ビーム照射システム。 - 前記照射領域判定装置は、前記モニタ平面の複数の領域のうち、前記走査電磁石のそのときの励磁電流指令値に対応するビーム照射領域の中心が位置する領域を中心計測領域として同定するとともに、前記中心計測領域の周辺に位置し前記ビーム照射領域の一部を構成する複数の領域を同時計測領域として同定し、
前記線量カウンタ装置は、前記二次元線量モニタから入力した前記モニタ平面の領域毎の計測線量のうち、前記照射領域判定装置によって同定した前記中心計測領域および同時計測領域の計測線量を選択してカウントすることを特徴とする請求項3記載の荷電粒子ビーム照射システム。 - 前記照射制御装置は、
前記二次元線量モニタから入力した前記モニタ平面の領域毎の計測線量を前記モニタ平面の領域毎にカウントする線量カウンタ装置と、
前記線量カウンタ装置によりカウントした線量を前記積算線量として前記モニタ平面の領域毎に保存する第1記憶部および前記モニタ平面の領域毎に前記目標線量を保存する第2記憶部を含む記憶装置と、
前記走査電磁石のそのときの励磁電流指令値を入力し、前記モニタ平面の複数の領域のうち前記走査電磁石のそのときの励磁電流指令値に対応する領域を計測領域として同定する照射領域判定装置と、
前記第1記憶部に保存した領域毎の積算線量のうち、前記照射領域判定装置によって同定した前記計測領域の積算線量を選択して前記第2記憶部に保存した目標線量と比較し、前記積算線量が前記目標線量に到達したとき前記ビーム照射を停止する制御信号を出力する第1照射管理装置とを有することを特徴とする請求項1記載の荷電粒子ビーム照射システム。 - 前記照射領域判定装置は、前記モニタ平面の複数の領域のうち、前記走査電磁石のそのときの励磁電流指令値に対応するビーム照射領域の中心が位置する領域を中心計測領域として同定し、
前記第1照射管理装置は、前記第1記憶部に保存した領域毎の積算線量のうち、前記照射領域判定装置によって同定した前記中心計測領域の積算線量を選択して前記第2記憶部に保存した目標線量と比較し、前記積算線量が前記目標線量に到達したとき前記ビーム照射を停止する制御信号を出力することを特徴とする請求項5記載の荷電粒子ビーム照射システム。 - 前記照射制御装置は、
前記二次元線量モニタから入力した前記モニタ平面の領域毎の計測線量を前記モニタ平面の領域毎にカウントする線量カウンタ装置と、
前記線量カウンタ装置によりカウントした線量を前記積算線量として前記モニタ平面の領域毎に保存する第1記憶部および前記モニタ平面の領域毎に前記目標線量を保存する第2記憶部を含む記憶装置と、
前記走査電磁石のそのときの励磁電流指令値を入力し、前記モニタ平面の複数の領域のうち前記走査電磁石のそのときの励磁電流指令値に対応する領域を計測領域として同定する照射領域判定装置と、
前記第1記憶部に保存した領域毎の積算線量のうち、前記照射領域判定装置によって同定した前記計測領域の積算線量のみを選択して前記第2記憶部に保存した目標線量と比較し、前記積算線量が前記目標線量に到達したとき前記ビーム照射を停止する制御信号を出力する第1照射管理装置と、
前記第1記憶部に保存した領域毎の積算線量のうち、前記照射領域判定装置によって同定した前記計測領域の積算線量が前記第2記憶部に保存した前記目標線量に到達しているか否かを読み取り、積算線量が目標線量に到達している場合は前記ビーム照射を停止する制御信号を出力する第2照射管理装置と、
前記第1照射管理装置および第2照射管理装置の少なくとも一方が前記ビーム照射を停止する制御信号を出力するとき、前記荷電粒子ビーム発生装置に対してビーム出射OFF信号を出力する出力装置とを有することを特徴とする請求項1記載の荷電粒子ビーム照射システム。 - 前記照射領域判定装置は、前記モニタ平面の複数の領域のうち、前記走査電磁石のそのときの励磁電流指令値に対応するビーム照射領域の中心が位置する領域を中心計測領域として同定し、
前記第1照射管理装置は、前記第1記憶部に保存した領域毎の積算線量のうち、前記照射領域判定装置によって同定した前記中心計測領域の積算線量を選択して前記第2記憶部に保存した目標線量と比較し、前記積算線量が前記目標線量に到達したとき前記ビーム照射を停止する制御信号を出力し、
前記第2照射管理装置は、前記第1記憶部に保存した領域毎の積算線量のうち、前記照射領域判定装置によって同定した前記中心計測領域の積算線量が前記第2記憶部に保存した前記目標線量に到達しているか否かを読み取り、積算線量が目標線量に到達している場合は前記ビーム照射を停止する制御信号を出力することを特徴とする請求項7記載の荷電粒子ビーム照射システム。 - 前記第2照射管理装置は、前記モニタ平面の全ての領域で前記第1記憶部に保存した領域毎の積算線量が前記第2記憶部に保存した目標線量に到達したとき、エネルギー更新指令を出力するとともに、前記出力装置に前記ビーム照射を停止する制御信号を出力することを特徴とする請求項7又は8記載の荷電粒子ビーム照射システム。
- 前記第2照射管理装置は、前記第1記憶部に保存した領域毎の積算線量のうち、前記照射領域判定装置によって同定した前記計測領域の積算線量と前記第2記憶部に保存した目標線量との比較結果に応じて、前記出力装置に前記ビーム照射を指令する制御信号と前記ビーム照射を停止する制御信号のいずれかを出力するとともに、前記ビーム照射を指令する制御信号を出力したときは、前記照射領域判定装置によって同定される前記中心領域が次の領域に移動する時点より所定時間前に前記ビーム照射を停止する制御信号を出力することを特徴とする請求項8記載の荷電粒子ビーム照射システム。
- 前記記憶装置は、前記モニタ平面の領域毎に前記積算線量が前記目標線量に到達したことを記録する第3記憶部を更に含み、
前記第1照射管理部は、前記照射領域判定装置によって同定した前記計測領域の積算線量が前記第2記憶部に保存した目標線量に到達したとき、前記ビーム照射を停止する制御信号を出力すると同時に、前記積算線量が前記目標線量に到達したことを前記第3記憶装置に記録し、
前記第2照射管理装置は、前記第1記憶部に保存した領域毎の積算線量のうち、前記照射領域判定装置によって同定した前記計測領域の積算線量が前記第2記憶部に保存した前記目標線量に到達しているか否かを前記第3記憶装置から読み取ることを特徴とする請求項7〜10のいずれか1項記載の荷電粒子ビーム照射システム。 - 前記荷電粒子ビーム発生装置は、荷電粒子ビームが所望のエネルギーまで加速された後、ビーム出射開始指令により荷電粒子ビームを出射し、1回の加速動作により生成した荷電粒子ビームを出射可能な時間が経過すると、ビーム出射停止指令により荷電粒子ビームの出射を停止させるシンクロトロンであり、
前記照射制御装置は、
前記二次元線量モニタから入力した前記モニタ平面の領域毎の計測線量を前記モニタ平面の領域毎にカウントする線量カウンタ装置と、
前記線量カウンタ装置によりカウントした線量を前記積算線量として前記モニタ平面の領域毎に保存する第1記憶部および前記モニタ平面の領域毎に前記目標線量を保存する第2記憶部を含む記憶装置と、
前記走査電磁石のそのときの励磁電流指令値を入力し、前記モニタ平面の複数の領域のうち前記走査電磁石のそのときの励磁電流指令値に対応する領域を計測領域として同定する照射領域判定装置と、
前記第1記憶部に保存した領域毎の積算線量のうち、前記照射領域判定装置によって同定した前記計測領域の積算線量を選択して前記第2記憶部に保存した目標線量と比較し、前記積算線量が前記目標線量に到達したとき前記ビーム照射を停止する制御信号を出力する照射管理装置と、
前記ビーム出射開始指令およびビーム出射停止指令を入力し、このビーム出射開始指令およびビーム出射停止指令に同期して前記走査電磁石の励磁電流指令値の更新指令、走査制御開始指令および走査制御終了指令を出力する第1ビーム走査管理装置とを有することを特徴とする請求項1記載の荷電粒子ビーム照射システム。 - 前記照射制御装置は、
前記走査電磁石の励磁電流指令値が更新される都度、前記第1記憶部に保存した領域毎の積算線量のうち、前記照射領域判定装置によって同定した前記計測領域の次にビーム照射を行う領域の積算線量が前記第2記憶部に保存した前記目標線量に到達しているか否かを読み取り、積算線量が目標線量に到達している場合は、前記照射領域判定装置によって同定した前記計測領域から最短の目標線量に到達していない領域を探査し、この領域に対応する励磁電流指令値の更新指令を出力しかつ前記ビーム照射を停止する制御信号を出力する第2ビーム走査管理装置と、
前記照射管理装置および第2ビーム走査管理装置の少なくとも一方が前記ビーム照射を停止する制御信号を出力するとき、前記荷電粒子ビーム発生装置に対してビーム出射OFF信号を出力する出力装置とを更に有することを特徴とする請求項12記載の荷電粒子ビーム照射システム。 - 前記照射制御装置は、
前記二次元線量モニタから入力した前記モニタ平面の領域毎の計測線量を前記モニタ平面の領域毎にカウントする線量カウンタ装置であって、前記モニタ平面の分割領域数よりも少ない数のカウンタを有する線量カウンタ装置と、
前記線量カウンタ装置によりカウントした線量を前記積算線量として前記モニタ平面の領域毎に保存する第1記憶部および前記モニタ平面の領域毎に前記目標線量を保存する第2記憶部を含む記憶装置と、
前記走査電磁石のそのときの励磁電流指令値を入力し、前記モニタ平面の複数の領域のうち前記走査電磁石のそのときの励磁電流指令値に対応する領域を計測領域として同定する照射領域判定装置と、
前記第1記憶部に保存した領域毎の積算線量のうち、前記照射領域判定装置によって同定した前記計測領域の積算線量のみを選択して前記第2記憶部に保存した目標線量と比較し、前記積算線量が前記目標線量に到達したとき前記ビーム照射を停止する制御信号を出力する照射管理装置と、
前記二次元線量モニタから入力した前記モニタ平面の領域毎の計測線量のうち前記照射領域判定装置によって同定した前記計測領域に対応する計測線量を選択して前記線量カウンタ装置のカウンタに送信する第1マルチプレクサと、
前記線量カウンタ装置のカウンタによりカウントした線量を、前記第1記憶部のメモリ領域のうち前記照射領域判定装置によって同定した前記計測領域に対応するメモリ領域に送信し保存する第2マルチプレクサとを有することを特徴とする請求項1記載の荷電粒子ビーム照射システム。 - 前記ビーム照射装置は、
前記荷電粒子ビーム発生装置から出射された前記荷電粒子ビームのビーム径を前記モニタ平面の前記複数の領域の分割幅よりも拡大するビーム径拡大装置と、
前記荷電粒子ビーム発生装置から出射された前記荷電粒子ビームに複数のエネルギー領域を形成し、深さ方向に形成される複数のブラッグピークを重ね合わせることで、深さ方向に一様な線量分布を形成するエネルギー分布拡大装置とを更に有し、
前記照射制御装置は、
前記二次元線量モニタから入力した前記モニタ平面の領域毎の計測線量を前記モニタ平面の領域毎にカウントする線量カウンタ装置と、
前記線量カウンタ装置によりカウントした線量を前記積算線量として前記モニタ平面の領域毎に保存する第1記憶部および前記モニタ平面の領域毎に前記目標線量を保存する第2記憶部を含む記憶装置と、
前記第1記憶部に保存した領域毎の積算線量を前記第2記憶部に保存した目標線量と比較し、前記積算線量が前記目標線量に到達したとき前記ビーム照射を停止する制御信号を出力する第1照射管理装置と、
前記モニタ平面の全ての領域で前記第1記憶部に保存した領域毎の積算線量が前記第2記憶部に保存した目標線量に到達したとき、エネルギー更新指令を出力する第2照射管理装置とを有することを特徴とする請求項1記載の荷電粒子ビーム照射システム。 - 前記モニタ平面の領域毎の計測線量を表示する表示装置を更に備えることを特徴とする請求項1記載の荷電粒子ビーム照射システム。
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