JP6969009B2

JP6969009B2 - 陽子線治療装置用安全インターロックの論理構造及び実現方法

Info

Publication number: JP6969009B2
Application number: JP2020543018A
Authority: JP
Inventors: 雲涛宋; 漢升馮; 実李; 静張; 海林曹; 守元王; 柱李; 言信朱; 新俊朱; 偉張; 春琳葉
Original assignee: Institute of Plasma Physics of CAS
Current assignee: Institute of Plasma Physics of CAS
Priority date: 2018-02-05
Filing date: 2018-11-28
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2038-11-28
Also published as: CN108287519A; JP2021508898A; WO2019148951A1; CN108287519B

Description

本発明は、安全インターロックシステムに関し、特に陽子線治療用の安全インターロック論理構造に関し、具体的には、陽子線治療装置用安全インターロックの論理構造及び実現方法に関する。

安全インターロックシステムは、陽子線治療装置制御システムにおける重要な構成部分である。陽子線治療装置の安全インターロックシステムは、安全システムとインターロックシステムを含み、各サブシステム間に保護システム及び故障処理の連動メカニズムを構築し、リスクを最大限に予防、回避し、陽子線治療装置の各安全インターロックサブシステム（例えば、ＲＦシステム、真空システム、イオン源システム等）の保護論理関係を保証し、安全インターロックシステムの故障リスクに対応する保護論理を確保し、人、装置及び環境の安全保護を一括で提供する。

陽子線治療装置の安全インターロックは、プログラマブルロジックコントローラＰＬＣにより構築することができ、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）により実現することもできる。異なる実現方法は、それぞれ独自の利点と欠点がある。例えば、（１）プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）は安全機能を有さず、冗長システムに作製される必要がある一方、プログラマブルロジックコントローラＰＬＣは専用の安全モジュールを有するので冗長システムに作製される必要ない。（２）プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）は、開発サイクルが長く、回路基板をカスタマイズする必要がある一方、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）は、統一基準であり、カスタマイズする必要がない。（３）また、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）の応答時間はｎｓオーダーに達することができ、応答時間が一定である一方、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）の応答時間はμｓオーダーであり、応答時間が一定ではなく、この欠点を克服するために、ＮＩ社のＣｏｍｐａｃｔＲＩＯモジュールを使用した。ＣｏｍｐａｃｔＲＩＯモジュールは、ＦＰＧＡ処理が内蔵され、緊急処理が必要なイベントに迅速に対応可能である。研究開発時間、コスト、応答時間、安全性などの総合的に評価したところ、陽子線治療装置の安全インターロックシステムの論理構造は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯにより実現される。

本発明は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯに基づく陽子線治療装置用の安全インターロックの論理構造を提供することを目的とする。この２つの方式により安全インターロックシステム全体を構築する。１つ目はリアルタイムのハードワイヤード構造であり、安全インターロックサブシステムを迅速に制御することができる。２つ目はネットワークトポロジー構造であり、装置稼働状態を検出する作用を奏する。２つの方式で並行して処理することにより、応答時間の要求を満たすだけでなく、モニタリングの役割も果たすことができる。

本発明の目的は、以下の技術的解決策により実現することができる。
本発明によれば、ハードワイヤード構造及びネットワークトポロジー構造を含む陽子線治療装置用安全インターロックの論理構造であって、前記ハードワイヤード構造及びネットワークトポロジー構造は、第１安全インターロックシステム、第２安全インターロックシステム、第１治療室及び第２治療室を含み、各安全インターロックシステム及び治療室の構成部分は、
ホスト、安全ＰＬＣ１、安全ＰＬＣ２及び交換機を含む第１安全インターロックシステムと、
交換機、安全ＰＬＣ１及びリモート安全ＰＬＣ２を含む第２安全インターロックシステムと、
交換機、安全ＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯを含む第１治療室と、
交換機、安全ＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯを含む第２治療室と、
を含む陽子線治療装置用安全インターロックの論理構造が提供される。

ハードワイヤード構造において、第１安全インターロックシステムのＰＬＣ２、第２安全インターロックシステムのＰＬＣ１、第１治療室のＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯ、第２治療室のＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、それぞれ光ファイバにより機械室に接続されて伝送する。
トポロジー構造において、第１安全インターロックシステムのホスト、ＰＬＣ１、ＰＬＣ２はいずれも第１安全インターロックシステムに含まれる交換機に接続され、第２安全インターロックシステムの交換機は、第２安全インターロックシステムに含まれるＰＬＣ１に接続され、このＰＬＣ１はリモートＰＬＣ２に接続され、第１治療室のＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、それぞれ第１治療室に含まれる交換機に接続され、第２治療室のＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、それぞれ第２治療室に含まれる交換機に接続され、前記第１安全インターロックシステム、第２安全インターロックシステム、第１治療室、第２治療室のそれぞれに含まれる交換機は、いずれも光ファイバにより機械室に接続される。

各安全インターロックシステムと治療室の間には、いずれも直接接続されるハードワイヤード信号があり、安全ＰＬＣには光電変換が含まれ、安全インターロックシステムとの治療室の直接伝送は光ファイバ通信による。

第１安全インターロックシステム、第２安全インターロックシステム、第１治療室及び第２治療室は、環状のネットワークトポロジーを構成し、各システム又は治療室のいずれにも２経路の信号がある。

各安全インターロックシステム又は治療室において、安全ＰＬＣ、ＣｏｍｐａｃｔＲＩＯ、又はホストのイーサネット信号を交換機により光ファイバ信号に変換して伝送する。

第２安全インターロックシステムにおいて、リモート安全ＰＬＣ２中で採取したドットをインターフェースモジュール及びバスアダプタにより光ファイバ信号に変換し、さらに第２安全インターロックシステムの安全ＰＬＣ１に伝送し、安全ＰＬＣ１は採取した信号を処理し、セキュリティレベルＳＩＬ３を満たすために、リモート安全ＰＬＣ２から第２安全インターロックシステムに伝送するプロトコルは、Ｐｒｏｆｉｂｕｓプロトコルを採用する。

安全ＰＬＣは、二重冗長電源モジュール、安全ＣＰＵ、安全ＩＯモジュールを含み、サブシステムの安全インターロックを担当し、サブシステムの稼働状態をリアルタイムにモニタリングすることができ、安全ＰＬＣにアクセスされるのはデジタルハードワイヤード信号である。

ＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、治療室内の設備に接続され、高速信号取得と高速応答の機能を奏し、冗長電源モジュール、ＣＰＵ、プログラマブルロジックデバイス及び安全ＩＯモジュールを含む。

交換機は、安全ＰＬＣ、ＣｏｍｐａｃｔＲＩＯ及びホストを接続し、全てのサブシステムの信号は、光ファイバにより交換機に伝送され、交換機は産業用イーサネットによりホストに接続され、ホストインターフェースにより各安全インターロックサブシステムの稼働状況をモニタリングし、安全インターロックのログをチェックすることができる。

この論理構造の実現方法は以下のとおりである。各システムは、隣り合うシステムとデータ交換する必要がある。データ交換の方式には、ハードワイヤード信号及びネットワークの２種類がある。両者は優先順位で判断され、優先順位が高い方はハードワイヤード伝送を採用し、優先順位が低い方はネットワーク伝送を採用する。また、ハードウェアの本数が限られているので、比較的緊急の信号のみがハードワイヤード接続を採用する。

第２安全インターロックシステムがハードワイヤにより第１安全インターロックシステムに優先順位が最も高い信号を送信した場合、第１安全インターロックシステムの安全ＰＬＣ２がこの信号を受信した後、全ての従属設備をオフにし、交換機によりホストにこのときの状態を報告する。第２安全インターロックシステムが第１安全インターロックシステムにハードワイヤード信号を送信する際に、第２安全インターロックシステムは同様にネットワークトポロジーによりホストに信号を送信し、ホストへ現在の第２安全インターロックシステムの状態を伝え、ホストは自体の論理的判断に基づいて第１安全インターロックシステムの操作にエラーがあるか否かを検出し、操作にエラーがある場合、ホストインターフェース上でエラーを報告し、エラー指令を出し、エラーがない場合、いずれの操作も実行しない。

第１治療室がネットワークトポロジーにより第２安全インターロックシステムに優先順位が低い信号を送信した場合、優先順位が低い信号は一般的に状態量又は制御量が相対的に緊急信号に該当しないため、第２安全インターロックシステムは、この信号を受信した後、論理に基づいて対応する操作を実行し、実行した後の状態をネットワークトポロジーによりホストに送信し、第１治療室が第２安全インターロックシステムに信号を送信すると同時に、第１治療室もネットワークトポロジーによりホストに信号を送信し、ホストは信号を受信し、論理的判断して第２安全インターロックシステムが実行した結果が正しいか否かを検証する。エラーがある場合、ホストインターフェース上でエラーを報告するとともに、第２安全インターロックシステムにエラー指令を出し、エラーがない場合、いずれの操作も実行しない。

本発明は、従来技術に比べて以下の利点を有する。
１、本発明のプログラマブルロジックコントローラ（安全ＰＬＣ）及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、繰り返してコードを書くことができ、プログラムの最適化、アップグレード、及び製品のアップグレードは便利である。

２、本発明のプログラマブルロジックコントローラ（安全ＰＬＣ）及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは安全性を有し、システムの冗長化を省略することで、時間とコストが節約される。

３、本発明のプログラマブルロジックコントローラ（安全ＰＬＣ）及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯのプログラムはグラフィカルプログラミングを採用することにより、作業者のチェックが便利であり、システムのメンテナンスに有利である。

４、本発明において、安全インターロックのサブシステム故障の間はハードワイヤード接続を採用し、伝送経路には光ファイバ通信を採用することにより、伝送時間が短縮され、安全インターロックサブシステムの稼働状態を迅速に判断することができる。

５、本発明のネットワーク環状トポロジー構造は、ネットワークと光ファイバインターフェースを含み、ネットワーク、光ファイバにより中央制御室に取り付けられたホストに通信することにより、ホストは、安全インターロックサブシステムの稼働状態及び故障ログ情報を常にモニタリングすることができ、作業者のモニタリング、チェック及び分析が便利である。

６、本発明は、安全ＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯに含まれる二重冗長電源を使用することにより、システム電源のネットワーク通信、光ファイバ通信の信頼性が効果的に向上する。

当業者の理解を容易にするために、以下、図面を参照しながら本発明をさらに説明する。

本発明の陽子線治療装置用安全インターロックのハードワイヤード論理構造の模式図である。本発明の陽子線治療装置用安全インターロックのネットワーク論理構造の模式図である。

以下、実施例にて本発明の技術的解決策を明確かつ完全に説明する。説明される実施例は、すべての実施例ではなく、本発明の実施例の一部にすぎないことは明らかである。本発明の実施例に基づいて、創造的な作業なしに当業者によって得られる他のすべての実施例は、本発明の保護範囲内にあるものとする。

陽子線治療装置用安全インターロックの論理構造は、リアルタイムのハードワイヤード構造及びネットワークトポロジー構造を含む。図１−２に示すように、前記ハードワイヤード構造及びネットワークトポロジー構造は、第１安全インターロックシステム、第２安全インターロックシステム、第１治療室及び第２治療室を含む。
各安全インターロックシステム及び治療室の全ての構成部品について、（１）第１安全インターロックシステム１は、ホスト、安全ＰＬＣ１、安全ＰＬＣ２及び交換機を含み、（２）第２安全インターロックシステム２は、交換機、安全ＰＬＣ１及びリモート安全ＰＬＣ２を含み、（３）第１治療室１１は、交換機、安全ＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯを含み、（４）第２治療室１２は、交換機、安全ＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯを含む。

図１に示すように、ハードワイヤード構造において、第１安全インターロックシステム１のＰＬＣ２、第２安全インターロックシステム２のＰＬＣ１、第１治療室１１のＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯ、第２治療室１２のＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、それぞれ光ファイバにより機械室に接続されて伝送する。

図２に示すように、ネットワークトポロジー構造において、第１安全インターロックシステム１のホスト、安全ＰＬＣ１及び安全ＰＬＣ２は、いずれも第１安全インターロックシステム１に含まれる交換機に接続され、第２安全インターロックシステム２の交換機は、第２安全インターロックシステム２に含まれる安全ＰＬＣ１に接続され、この安全ＰＬＣ１はリモート安全ＰＬＣ２に接続される。第１治療室１１の安全ＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、それぞれ第１治療室１１に含まれる交換機に接続される。第２治療室１２の安全ＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、それぞれ第２治療室１２に含まれる交換機に接続される。前記第１安全インターロックシステム１、第２安全インターロックシステム２、第１治療室１１、第２治療室１２のそれぞれに含まれる交換機は、いずれも光ファイバにより機械室に接続される。

ハードウェアの伝送経路：各安全インターロックシステムと治療室の間には、いずれも直接接続されるハードワイヤード信号があり、安全ＰＬＣモジュールには光電変換が含まれるため、システムと治療室の直接伝送は、光ファイバ通信による。各システム又は各治療室の間の距離が遠いので、ハードワイヤード信号により直接伝送すると減衰がある。一方、光ファイバは、信号が安定し、速度が速く、減衰が小さい。

光ファイバネットワークの伝送経路：第１安全インターロックシステム１、第２安全インターロックシステム２、第１治療室１１及び第２治療室１２は、環状のネットワークトポロジーを構成する。各システム又は治療室には、いずれも２経路の信号がある。これによって、１つの経路の光ファイバが切断された場合、ホストは、もう１つの経路の光ファイバによりローカルデバイスにアクセスすることができる。また、各システム又は各治療室の間の距離が遠いので、干渉防止能力を強化するために、産業用イーサネットを光ファイバ信号に変換して伝送する。各安全インターロックシステム又は治療室のいずれにおいても、安全ＰＬＣ、ＣｏｍｐａｃｔＲＩＯ又はホスト産業用イーサネット信号を交換機により光ファイバ信号に変換して伝送する必要がある。

第２安全インターロックシステム２において、制御領域全体が長く、ドット数が多いため、リモートＩＯが外部で接続される。リモート安全ＰＬＣ２中で採取したドットをインターフェースモジュール及びバスアダプタにより光ファイバ信号に変換し、さらに第２安全インターロックシステムの安全ＰＬＣ１に伝送し、安全ＰＬＣ１で採取した信号を処理する。また、セキュリティレベルＳＩＬ３を満たすために、リモート安全ＰＬＣ２から第２安全インターロックシステムに伝送するプロトコルは、Ｐｒｏｆｉｂｕｓプロトコルを採用する。

本発明に含まれる部品
安全機能安全ＰＬＣ
安全ＰＬＣ全体の構成には、二重冗長電源モジュール、安全ＣＰＵ、安全ＩＯモジュールが含まれる。安全機能安全ＰＬＣは、サブシステムに対する安全インターロックを担当し、サブシステムの稼働状態をリアルタイムにモニタリングする。安全ＰＬＣにアクセスされるのはデジタルハードワイヤード信号である。

安全機能ＣｏｍｐａｃｔＲＩＯ
安全機能ＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、治療室内の設備に接続され、高速信号取得と高速応答の機能を奏し、冗長電源モジュール、ＣＰＵ、プログラマブルロジックデバイス（ＦＰＧＡ）及び安全ＩＯモジュールを含む。

交換機
交換機は、安全機能安全ＰＬＣ、安全機能ＣｏｍｐａｃｔＲＩＯ、及びホストを接続することができる。全てのサブシステムの信号は、光ファイバにより交換機内に伝送され、交換機とホストは、産業用イーサネットにより接続され、ホストインターフェースにより各安全インターロックサブシステムの稼働状況をモニタリングし、安全インターロックのログをチェックすることができる。

さらに、陽子線治療環境の過酷な電磁環境及び放射線環境に適用するために、前記プログラマブルロジックコントローラ（安全ＰＬＣ）及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、電磁放射防止の能力を有する。

さらに、陽子線治療装置の安全設計要求を満たすために、前記プログラマブルロジックコントローラ（安全ＰＬＣ）及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、安全性機能を有し、配線はセキュリティレベルＳＩＬ３を満たす。

さらに、陽子線治療の時間応答を満たすために、安全インターロックサブシステムの間の故障システムはハードワイヤで接続され、伝送経路において光ファイバにより伝送する。

さらに、陽子線治療装置のモニタリング作用を満たすために、各安全インターロックサブシステムの間は、環状のネットワークトポロジー構造を採用し、スムーズな伝送経路を保証する。

さらに、陽子線治療装置の安全インターロックシステムにおけるハードウェア設備の電源の安定を保証するために、前記電源モジュールは、二重冗長構造を採用し、商用電源及びバックアップ電源モジュールから構成される。

各システムは、隣り合うシステムとデータ交換する必要がある。データ交換の方式には、ハードワイヤード信号及びネットワークの２種類がある。両者は優先順位で判断され、優先順位が高い方はハードワイヤード伝送を採用し、優先順位が低い方はネットワーク伝送を採用する。また、ハードウェアの本数が限られているので、比較的緊急の信号のみがハードワイヤード接続を採用する。第２安全インターロックシステム２がハードワイヤにより第１安全インターロックシステム１に優先順位が最も高い信号を送信した場合、第１安全インターロックシステム１の安全ＰＬＣ２がこの信号を受信した後、全ての従属設備をオフにし、交換機によりホストにこのときの状態を報告する。第２安全インターロックシステム２が第１安全インターロックシステム１にハードワイヤード信号を送信する際に、第２安全インターロックシステム２は同様にネットワークトポロジーによりホストに信号を送信し、ホストへ現在の第２安全インターロックシステム２の状態を伝え、ホストは自体の論理的判断に基づいて第１安全インターロックシステム１の操作が間違っているか否かを検出し、操作が間違っている場合、ホストインターフェース上でエラーを報告し、エラー指令を出し、間違っていない場合、いずれの操作も実行しない。

第１治療室１１がネットワークトポロジーにより第２安全インターロックシステム２に優先順位が低い信号を送信した場合、優先順位が低い信号は一般的に状態量又は制御量が相対的に緊急信号に該当しないため、第２安全インターロックシステム２は、この信号を受信した後、論理に基づいて対応する操作を実行し、実行した後の状態をネットワークトポロジーによりホストに送信し、第１治療室１１が第２安全インターロックシステム２に信号を送信すると同時に、第１治療室１１もネットワークトポロジーによりホストに信号を送信し、ホストは信号を受信し、論理的判断して第２安全インターロックシステム２が実行した結果が正しいか否かを検証する。エラーがある場合、ホストインターフェース上でエラーを報告するとともに、第２安全インターロックシステム２にエラー指令を出し、エラーがない場合、いずれの操作も実行しない。

上述した本発明の好ましい実施例は本発明を説明するためのものに過ぎない。好ましい実施例は、すべての詳細を詳細に説明するものではなく、本発明を説明された特定の実施例のみに限定するものでもない。本明細書の内容に基づいて多くの修正及び変化を行うことができる。本明細書は、当業者が本発明をよく理解して使用できるように、本発明の原理および実際の用途をよりよく説明するためにこれらの実施例を選択し、具体的に説明している。本発明は、特許請求の範囲、それらの全範囲及び同等物によってのみ制限される。

本発明は、２つの方式により安全インターロックシステム全体を構築することにより、安全インターロックサブシステムを迅速に制御することができ、装置稼働状態を検出する作用を奏することができる。２つの方式で並行して処理することにより、応答時間の要求を満たすだけでなく、モニタリングの役割も果たすことができる。

Claims

ハードワイヤード構造及びネットワークトポロジー構造を含む陽子線治療装置用安全インターロックの論理構造であって、
前記ハードワイヤード構造及びネットワークトポロジー構造は、第１安全インターロックシステム、第２安全インターロックシステム、第１治療室及び第２治療室を含み、各安全インターロックシステム及び治療室の構成部分は、
ホスト、安全ＰＬＣ１、安全ＰＬＣ２及び交換機を含む第１安全インターロックシステムと、
交換機、安全ＰＬＣ１及びリモート安全ＰＬＣ２を含む第２安全インターロックシステムと、
交換機、安全ＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯを含む第１治療室と、
交換機、安全ＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯを含む第２治療室と、
を含み、
ハードワイヤード構造において、第１安全インターロックシステムの安全ＰＬＣ２、第２安全インターロックシステムの安全ＰＬＣ１、第１治療室の安全ＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯ、第２治療室の安全ＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、それぞれ光ファイバにより機械室に接続されて伝送し、
ネットワークトポロジー構造において、第１安全インターロックシステムのホスト、安全ＰＬＣ１、安全ＰＬＣ２はいずれもケーブルにより第１安全インターロックシステムに含まれる交換機に接続され、第２安全インターロックシステムの交換機は、ケーブルにより第２安全インターロックシステムに含まれる安全ＰＬＣ１に接続され、この安全ＰＬＣ１は光ファイバによりリモート安全ＰＬＣ２に接続され、第１治療室の安全ＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、それぞれケーブルにより第１治療室に含まれる交換機に接続され、第２治療室の安全ＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、それぞれケーブルにより第２治療室に含まれる交換機に接続され、前記第１安全インターロックシステム、第２安全インターロックシステム、第１治療室、第２治療室のそれぞれに含まれる交換機は、いずれも光ファイバにより機械室に接続され、
前記第１安全インターロックシステムの安全ＰＬＣ１及び安全ＰＬＣ２、前記第２安全インターロックシステムの安全ＰＬＣ１及びリモート安全ＰＬＣ２、前記第１治療室の安全ＰＬＣ及び前記第２治療室の安全ＰＬＣは、二重冗長電源モジュール、安全ＣＰＵ、安全ＩＯモジュールを含み、
各治療室において、安全ＰＬＣ、ＣｏｍｐａｃｔＲＩＯのイーサネット信号を交換機により光ファイバ信号に変換して伝送し、
前記第１治療室又は第２治療室がネットワークトポロジーにより前記機械室を介して前記第２安全インターロックシステムに信号を送信し、前記第２安全インターロックシステムは、この信号を受信した後、論理に基づいて対応する操作を実行し、実行した後の状態をネットワークトポロジーにより前記ホストに送信し、前記第１治療室又は第２治療室は前記第２安全インターロックシステムに信号を送信すると同時に、ネットワークトポロジーにより前記ホストにも信号を送信し、前記ホストは信号を受信し、論理的判断して前記第２安全インターロックシステムが実行した結果が正しいか否かを検証し、エラーがある場合、ホストインターフェース上でエラーを報告するとともに、前記第２安全インターロックシステムにエラー指令を出し、エラーがない場合、いずれの操作も実行せず、
前記第２安全インターロックシステムがハードワイヤにより前記機械室を介して前記第１安全インターロックシステムに信号を送信し、前記第１安全インターロックシステムの安全ＰＬＣ２がこの信号を受信した後、全ての従属設備をオフにし、前記交換機により前記ホストにこのときの状態を報告し、前記第２安全インターロックシステムは前記第１安全インターロックシステムにハードワイヤード信号を送信すると同時に、ネットワークトポロジーにより前記ホストに信号を送信し、前記ホストへ現在の第２安全インターロックシステムの状態を伝え、前記ホストは自体の論理的判断に基づいて前記第１安全インターロックシステムの操作にエラーがあるか否かを検出し、操作にエラーがある場合、ホストインターフェース上でエラーを報告し、エラー指令を出し、エラーがない場合、いずれの操作も実行しないことを特徴とする陽子線治療装置用安全インターロックの論理構造。
各安全インターロックシステムと治療室の間には、いずれも機械室を介して接続されるハードワイヤード構造があり、安全ＰＬＣには光電変換が含まれ、安全インターロックシステムとの治療室の直接伝送は光ファイバ通信によることを特徴とする請求項１に記載の陽子線治療装置用安全インターロックの論理構造。
各安全インターロックシステムにおいて、安全ＰＬＣ又はホストのイーサネット信号を交換機により光ファイバ信号に変換して伝送することを特徴とする請求項１に記載の陽子線治療装置用安全インターロックの論理構造。
前記ＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、治療室内の設備に接続され、高速信号取得と高速応答の機能を奏し、冗長電源モジュール、ＣＰＵ、プログラマブルロジックデバイス及び安全ＩＯモジュールを含むことを特徴とする請求項１に記載の陽子線治療装置用安全インターロックの論理構造。
前記交換機は、安全ＰＬＣ、ＣｏｍｐａｃｔＲＩＯ及びホストを接続し、前記第１安全インターロックシステム、前記第２安全インターロックシステム、前記第１治療室及び前記第２治療室の信号は、光ファイバにより交換機に伝送され、交換機は産業用イーサネットによりホストに接続され、ホストインターフェースにより前記第１安全インターロックシステム、前記第２安全インターロックシステムの稼働状況をモニタリングし、安全インターロックのログをチェックすることを特徴とする請求項１に記載の陽子線治療装置用安全インターロックの論理構造。
前記論理構造の実現方法は以下のとおりであり、
各システムは、隣り合うシステムとデータ交換する必要があり、データ交換の方式には、ハードワイヤード信号及びネットワークトポロジーの２種類があり、両者は優先順位で判断され、優先順位が高い方はハードワイヤード伝送を採用し、優先順位が低い方はネットワークトポロジー伝送を採用し、ハードウェアの本数が限られているので、比較的緊急の信号のみがハードワイヤード接続を採用し、
前記各システムは、前記第１安全インターロックシステム、前記第２安全インターロックシステム、前記第１治療室及び前記第２治療室を含むことを特徴とする請求項１に記載の陽子線治療装置用安全インターロックの論理構造。
第２安全インターロックシステムがハードワイヤにより第１安全インターロックシステムに優先順位が最も高い信号を送信した場合、第１安全インターロックシステムの安全ＰＬＣ２がこの信号を受信した後、全ての従属設備をオフにし、交換機によりホストにこのときの状態を報告し、第２安全インターロックシステムが第１安全インターロックシステムにハードワイヤード信号を送信する際に、第２安全インターロックシステムは同様にネットワークトポロジーによりホストに信号を送信し、ホストへ現在の第２安全インターロックシステムの状態を伝え、ホストは自体の論理的判断に基づいて第１安全インターロックシステムの操作にエラーがあるか否かを検出し、操作にエラーがある場合、ホストインターフェース上でエラーを報告し、エラー指令を出し、エラーがない場合、いずれの操作も実行せず、
第１治療室がネットワークトポロジーにより第２安全インターロックシステムに優先順位が低い信号を送信した場合、優先順位が低い信号は一般的に状態量又は制御量が相対的に緊急信号に該当しないため、第２安全インターロックシステムは、この信号を受信した後、論理に基づいて対応する操作を実行し、実行した後の状態をネットワークトポロジーによりホストに送信し、第１治療室が第２安全インターロックシステムに信号を送信すると同時に、第１治療室もネットワークトポロジーによりホストに信号を送信し、ホストは信号を受信し、論理的判断して第２安全インターロックシステムが実行した結果が正しいか否かを検証し、エラーがある場合、ホストインターフェース上でエラーを報告するとともに、第２安全インターロックシステムにエラー指令を出し、エラーがない場合、いずれの操作も実行しないことを特徴とする請求項６に記載の陽子線治療装置用安全インターロックの論理構造。