JP4981940B2 - 粒子線照射装置 - Google Patents
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Description
図1はこの発明の基礎となる技術における走査式照射をする粒子線照射装置を示す構成図である。粒子線照射装置は、荷電粒子ビーム1を所望の運動エネルギーを有する荷電粒子ビーム1に加速する加速器11、荷電粒子ビーム1を輸送するビーム輸送ダクト2、荷電粒子ビーム1を走査するスキャニング電磁石(走査電磁石)3、ビームを取出すビーム取出し窓4、及び、スキャニング電磁石3へ指令値を送るスキャニング制御器10などから構成されている。ビーム輸送ダクト2を有するビーム輸送系には、偏向電磁石、ビームモニタ、遮蔽電磁石、ビームダンパ、照射路偏向電磁石などが設けられている。発明の基礎になる技術における粒子線照射装置は、スキャニング制御器10にビーム照射位置座標空間7からスキャニング電磁石指令値空間6への逆写像数式モデルを有するものである。換言すれば、スキャニング制御器10には目標ビーム照射位置座標に対して、それを実現するスキャニング電磁石3の指令値の推定値を生成する逆写像手段9を有している。
X方向スキャニング電磁石への指令値Ia(=電流値,ヒステリシスを考慮して補正計算した電流値や設定磁場強度等)。
Y方向スキャニング電磁石への指令値Ib(=電流値,ヒステリシスを考慮して補正計算した電流値や設定磁場強度等)。
加速器への運動エネルギー指令値Eb
以上のキャリブレーションにより多項式の各係数を求めた後、本照射を実施する。まずスキャニング電磁石3aへのビーム入射点がキャリブレーション時から変動していないことを、ビーム輸送ダクト1に設けられたビームモニタ(図示しない)により確認する。この時ビーム入射点が変動していることが認められた場合には、前記キャリブレーション手順を再度行い、各係数を再び求めればよい。
図6は実施の形態1における粒子線照射装置を示す構成図である。発明の基礎となる技術では、逆写像数式モデルを2入力2出力として捉えたが、実施の形態1では、図6,数式5(後述)に示すように、逆写像数式モデルを目標照射位置座標からなる3入力3出力とした。以下の数式5に3入力3出力、最高次数=2の場合の多項式モデルを示す。
X方向スキャニング電磁石への指令値Ia(=電流値,ヒステリシスを考慮して補正計算した電流値や設定磁場強度等)。
Y方向スキャニング電磁石への指令値Ib(=電流値,ヒステリシスを考慮して補正計算した電流値や設定磁場強度等)。
加速器への運動エネルギー指令値Eb
このように、スキャニング制御器10における逆写像数式モデルを目標照射位置座標からなる3入力3出力としたので、スキャニング電磁石3への指令値と荷電粒子ビーム1の運動エネルギー指令値を一度に求めることができ、XYとZとの干渉項の影響をも考慮して指令値を生成するので、より高精度なビーム位置制御を実現できる。また、ファンビーム効果やコーンビーム効果に依存する照射位置座標の変動も考慮された高精度なビーム照射位置を実現できる。また、照射対象における荷電粒子ビームの目標照射位置座標から、その照射を実現するスキャニング電磁石の指令値及び荷電粒子ビームの運動エネルギーの指令値を生成する逆写像モデルとして、変換テーブルを用意して、照射対象における荷電粒子ビームの目標照射位置座標から、前記変換テーブルを使用して生成した前記指令値により前記スキャニング電磁石及び荷電粒子ビームの運動エネルギーを制御して荷電粒子ビームを走査し照射対象に照射するようにしてもよい。
図7は実施の形態2における粒子線照射装置を示す構成図である。31はビーム輸送系に設けられた最終偏向電磁石で、Y方向スキャニング電磁石3bより上流に配置され、荷電粒子ビームをA,B、C経路に偏向する。発明の基礎となる技術の図1では、スキャニング電磁石3が最下流にある単純な場合を示したが、特許文献1の粒子線照射装置のように、スキャニング電磁石(スキャニング電磁石,ワブラー電磁石)の下流に偏向電磁石があるような場合や、特許文献2の粒子線照射装置のように、偏向電磁石をうまく利用してスキャニング電磁石を省略したものがある。かような構成例にもこの発明を適用することができ、むしろ、これらの場合は、指令値座標空間6からビーム照射位置座標空間7への正写像がより複雑になるため、この発明の効果は大きい。
実施の形態1において、多項式の係数(未知パラメータ)の求め方として、最小二乗法について説明した。この多項式の係数(未知パラメータ)の求め方において、重み付け最小二乗法を用いてもよい。この重み付け最小二乗法とは、多項式の係数(未知パラメータ)を求めるもとのデータ(キャリブレーション時の実データ)において、各データに重みをつけて計算するものである。例えば、キャリブレーションの試し照射を行う際、何らかの理由により(例えば電気的ノイズ等)、信頼性の低いデータが得られる場合がある。この場合、信頼性の低いデータには0に近い重みをかけることによって、このデータの影響を抑えることができる。
また、照射対象をいくつかのエリアに分割して、それぞれのエリアごとに多項式の未知パラメータを求めても良い。この場合、あるエリアAの多項式を計算する場合、キャリブレーションの試し照射の実データにおいてエリアAに属するデータは重み1を、エリアAに属さないデータは0に近い重みをかけて計算することによって、より実現象に近い、すなわち高精度な照射を実現することができる。
Claims (2)
- 制御器で加速器とスキャニング電磁石とを制御して前記加速器からの荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線照射装置において、
前記スキャニング電磁石は、X方向スキャニング電磁石と、前記X方向スキャニング電磁石の走査方向と直交する方向に走査するY方向スキャニング電磁石とを有し、
前記制御器は、照射対象における荷電粒子ビームの目標照射位置座標から、その照射を実現する前記X方向スキャニング電磁石を励磁するためのX方向指令値,及び前記Y方向スキャニング電磁石を励磁するためのY方向指令値をそれぞれ生成する逆写像数式モデルを有し、
前記逆写像数式モデルは、前記目標照射位置座標を表す変数を含む多項式であり、
前記多項式に含まれる未知の係数は、前記X方向とY方向スキャニング電磁石に予め設定した複数組のX方向とY方向指令値を入力すると共に、前記加速器に予め設定した複数の運動エネルギー指令値を入力して、荷電粒子ビームを制御し、実際に照射されたそれぞれの照射位置座標の実データに対して、一部のデータに低い重み付けをする重み付け最小二乗法により求め、信頼性を向上させるようにしたことを特徴とする粒子線照射装置。 - 制御器で加速器とスキャニング電磁石とを制御して前記加速器からの荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線照射装置において、
前記スキャニング電磁石は、X方向スキャニング電磁石と、前記X方向スキャニング電磁石の走査方向と直交する方向に走査するY方向スキャニング電磁石とを有し、
前記制御器は、照射対象における荷電粒子ビームの目標照射位置座標から、その照射を実現する前記X方向スキャニング電磁石を励磁するためのX方向指令値,及び前記Y方向スキャニング電磁石を励磁するためのY方向指令値をそれぞれ生成する逆写像数式モデルを有し、
前記逆写像数式モデルは、前記目標照射位置座標を表す変数を含む多項式であり、
前記多項式に含まれる未知の係数を求めるにあたっては、
前記照射対象を複数のエリアに分割し、それぞれのエリア毎の前記多項式に含まれる未知の係数を、
前記X方向とY方向スキャニング電磁石に予め設定した複数組のX方向とY方向指令値を入力すると共に、前記加速器に予め設定した複数の運動エネルギー指令値を入力して、荷電粒子ビームを制御し、実際に照射されたそれぞれの照射位置座標の実データに対して、当該エリアに属する実データの重みが当該エリアに属さない実データの重みよりも大きい重み付けをする重み付け最小二乗法により求めるようにしたことを特徴とする粒子線照射装置。
Priority Applications (1)
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JP2010057521A JP4981940B2 (ja) | 2010-03-15 | 2010-03-15 | 粒子線照射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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