JP7506508B2 - Charged particle beam irradiation system and charged particle beam irradiation method - Google Patents

Charged particle beam irradiation system and charged particle beam irradiation method Download PDF

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Description

本発明は、荷電粒子線照射システム、及び荷電粒子線照射方法に関する。 The present invention relates to a charged particle beam irradiation system and a charged particle beam irradiation method.

従来、患者の患部に荷電粒子線を照射することによって治療を行う荷電粒子線照射システムとして、例えば、特許文献１に記載された装置が知られている。特許文献１に記載の荷電粒子線照射システムでは、荷電粒子線を照射部からスキャニング方式によって照射している。すなわち、照射部は、走査電磁石で走査することで患部に対する荷電粒子線の照射位置を移動させながら、照射を行う。 Conventionally, as a charged particle beam irradiation system that treats a patient's affected area by irradiating the affected area with a charged particle beam, for example, the device described in Patent Document 1 is known. In the charged particle beam irradiation system described in Patent Document 1, the charged particle beam is irradiated from the irradiation unit by a scanning method. In other words, the irradiation unit irradiates the affected area while moving the irradiation position of the charged particle beam relative to the affected area by scanning with a scanning electromagnet.

特開２０１７－２０９３７２号公報JP 2017-209372 A

ここで、走査電磁石は、その走査速度（励磁周波数）に応じて、渦電流などの影響によって磁束密度が変わる。従って、走査速度によっては、実際の荷電粒子線の走査位置と、予め計画した走査位置との間で誤差が生じる。これに対し、荷電粒子線の走査位置を測定して、当該測定結果をフィードバックすることで、走査位置を補正する方法が採用される場合がある。しかしながら、当該方法では、走査速度が高くなる場合に、フィードバックに遅れが生じることで、走査位置の誤差を十分に補正できない場合がある。 The magnetic flux density of the scanning electromagnet changes depending on the scanning speed (excitation frequency) due to the influence of eddy currents, etc. Therefore, depending on the scanning speed, an error occurs between the actual scanning position of the charged particle beam and the pre-planned scanning position. In response to this, a method may be adopted in which the scanning position of the charged particle beam is measured and the measurement results are fed back to correct the scanning position. However, with this method, when the scanning speed is high, a delay occurs in the feedback, and the error in the scanning position may not be sufficiently corrected.

そこで本発明は、荷電粒子線の走査速度によらず、走査位置の精度を高めることができる、荷電粒子線照射システム、及び荷電粒子線照射方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a charged particle beam irradiation system and a charged particle beam irradiation method that can improve the accuracy of the scanning position regardless of the scanning speed of the charged particle beam.

上記課題を解決するため、本発明に係る荷電粒子線照射システムは、 被照射体に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射システムであって、走査電磁石で荷電粒子線を走査することで、被照射体に対して荷電粒子線を照射する照射部と、被照射体に対するスキャンパターン情報に対応する走査電磁石への電流指令値を、走査電磁石により生じる磁場の掃引速度に基づいて設定する設定部と、を備える。 In order to solve the above problems, the charged particle beam irradiation system according to the present invention is a charged particle beam irradiation system that irradiates an irradiated object with a charged particle beam, and includes an irradiation unit that irradiates the irradiated object with the charged particle beam by scanning the charged particle beam with a scanning electromagnet, and a setting unit that sets a current command value for the scanning electromagnet corresponding to scan pattern information for the irradiated object based on the sweep speed of the magnetic field generated by the scanning electromagnet.

この荷電粒子線照射システムは、スキャンパターン情報に対応する走査電磁石への電流指令値を設定する設定部を備える。従って、設定部は、荷電粒子線のスキャンパターンを実現できるように、走査電磁石への電流指令値を設定することができる。ここで、設定部は、磁場の掃引速度に基づいて走査電磁石への電流指令値を設定する。すなわち、荷電粒子線を高速でスキャンすることによって磁場の掃引速度が速くなる場合であっても、設定部は、当該掃引速度の影響を考慮した上で、走査電磁石への電流指令値を設定することができる。そのため、走査電磁石は、走査速度が速い場合であっても、スキャンパターンと、実際の走査位置との間のずれを抑制した状態で、荷電粒子線の走査を行うことができる。以上により、荷電粒子線の走査速度によらず、走査位置の精度を高めることができる。 This charged particle beam irradiation system includes a setting unit that sets a current command value for the scanning electromagnet corresponding to the scan pattern information. Therefore, the setting unit can set a current command value for the scanning electromagnet so as to realize the scan pattern of the charged particle beam. Here, the setting unit sets a current command value for the scanning electromagnet based on the sweep speed of the magnetic field. That is, even if the sweep speed of the magnetic field becomes fast by scanning the charged particle beam at high speed, the setting unit can set a current command value for the scanning electromagnet after taking into account the effect of the sweep speed. Therefore, even if the scanning speed is fast, the scanning electromagnet can perform scanning with the charged particle beam while suppressing the deviation between the scan pattern and the actual scanning position. As a result, the accuracy of the scanning position can be improved regardless of the scanning speed of the charged particle beam.

設定部は、スキャンパターンを走査電磁石の励磁パターンに変換する変換テーブルによって、走査電磁石への電流指令値を設定し、変換テーブルは、走査電磁石の励磁の周波数に応じた情報を有していてよい。これにより、設定部は、変換テーブルを用いることで、励磁の掃引速度を考慮した電流指令値を設定できる。 The setting unit sets a current command value for the scanning electromagnet using a conversion table that converts the scan pattern into an excitation pattern for the scanning electromagnet, and the conversion table may have information corresponding to the excitation frequency of the scanning electromagnet. This allows the setting unit to set a current command value that takes into account the excitation sweep speed by using the conversion table.

本発明に係る荷電粒子線照射方法は、走査電磁石で荷電粒子線を走査することで、被照射体に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射方法であって、被照射体に対するスキャンパターン情報に対応する走査電磁石への電流指令値を、走査電磁石により生じる磁場の掃引速度に基づいて設定する設定工程と、を備える。 The charged particle beam irradiation method according to the present invention is a charged particle beam irradiation method for irradiating an irradiated object with a charged particle beam by scanning the charged particle beam with a scanning electromagnet, and includes a setting step for setting a current command value for the scanning electromagnet corresponding to scan pattern information for the irradiated object based on the sweep speed of the magnetic field generated by the scanning electromagnet.

この荷電粒子線照射方法によれば、上述の荷電粒子線照射システムと同様な作用・効果を得ることができる。 This charged particle beam irradiation method can achieve the same effects and benefits as the charged particle beam irradiation system described above.

本発明によれば、荷電粒子線の走査速度によらず、走査位置の精度を高めることができる、荷電粒子線照射システム、及び荷電粒子線照射方法を提供することができる。 The present invention provides a charged particle beam irradiation system and a charged particle beam irradiation method that can improve the accuracy of the scanning position regardless of the scanning speed of the charged particle beam.

本発明の一実施形態に係る荷電粒子線照射システムを示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram showing a charged particle beam irradiation system according to an embodiment of the present invention. 図１の荷電粒子線照射システムの照射部付近の概略構成図である。2 is a schematic configuration diagram of the vicinity of an irradiation unit of the charged particle beam irradiation system of FIG. 1. 腫瘍に対して設定された層を示す図である。FIG. 1 shows layers set for a tumor. 制御部のうち、走査電磁石の制御に関わる構成要素を示したブロック構成図である。2 is a block diagram showing components of a control unit that are involved in controlling a scanning electromagnet. FIG. 走査電磁石によって走査された荷電粒子線の様子を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing a state of a charged particle beam scanned by a scanning electromagnet; 変換テーブルを作成するときの工程を示す工程図である。FIG. 4 is a process diagram showing a process for creating a conversion table. 走査電磁石を制御するときの処理内容を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing the processing contents when controlling a scanning electromagnet. 走査電磁石を静的な条件及び動的な条件で磁場測定したときの測定結果を示すグラフである。11 is a graph showing the measurement results when a magnetic field is measured under static and dynamic conditions of a scanning electromagnet. 比較例に係る荷電粒子線照射システムの制御部を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a control unit of a charged particle beam irradiation system according to a comparative example.

以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る荷電粒子線照射システムについて説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, a charged particle beam irradiation system according to one embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawings. Note that in the description of the drawings, the same elements are given the same reference numerals, and duplicated descriptions will be omitted.

図１は、本発明の一実施形態に係る荷電粒子線照射システム１を示す概略構成図である。荷電粒子線照射システム１は、放射線療法によるがん治療等に利用されるシステムである。荷電粒子線照射システム１は、イオン源装置で生成した荷電粒子を加速して荷電粒子線として出射する加速器３と、荷電粒子線を被照射体へ照射する照射部２と、加速器３から出射された荷電粒子線を照射部２へ輸送するビーム輸送ライン２１と、を備えている。照射部２は、治療台４を取り囲むように設けられた回転ガントリ５に取り付けられている。照射部２は、回転ガントリ５によって治療台４の周りに回転可能とされている。なお、加速器３、照射部２、及びビーム輸送ライン２１の更に詳細な構成については、後述する。 Figure 1 is a schematic diagram showing a charged particle beam irradiation system 1 according to one embodiment of the present invention. The charged particle beam irradiation system 1 is a system used for cancer treatment by radiation therapy, etc. The charged particle beam irradiation system 1 includes an accelerator 3 that accelerates charged particles generated by an ion source device and emits them as a charged particle beam, an irradiation unit 2 that irradiates an irradiated body with the charged particle beam, and a beam transport line 21 that transports the charged particle beam emitted from the accelerator 3 to the irradiation unit 2. The irradiation unit 2 is attached to a rotating gantry 5 that is provided so as to surround the treatment table 4. The irradiation unit 2 can be rotated around the treatment table 4 by the rotating gantry 5. The accelerator 3, the irradiation unit 2, and the beam transport line 21 will be described in more detail later.

図２は、図１の荷電粒子線照射システム１の照射部付近の概略構成図である。なお、以下の説明においては、「Ｘ軸方向」、「Ｙ軸方向」、「Ｚ軸方向」という語を用いて説明する。「Ｚ軸方向」とは、荷電粒子線Ｂの基軸ＡＸが延びる方向であり、荷電粒子線Ｂの照射の深さ方向である。なお、「基軸ＡＸ」とは、後述の走査電磁石５０で偏向しなかった場合の荷電粒子線Ｂの照射軸とする。図２では、基軸ＡＸに沿って荷電粒子線Ｂが照射されている様子を示している。「Ｘ軸方向」とは、Ｚ軸方向と直交する平面内における一の方向である。「Ｙ軸方向」とは、Ｚ軸方向と直交する平面内においてＸ軸方向と直交する方向である。 Figure 2 is a schematic diagram of the charged particle beam irradiation system 1 in Figure 1 near the irradiation unit. In the following description, the terms "X-axis direction", "Y-axis direction", and "Z-axis direction" are used. The "Z-axis direction" is the direction in which the base axis AX of the charged particle beam B extends, and is the depth direction of irradiation of the charged particle beam B. The "base axis AX" is the irradiation axis of the charged particle beam B when it is not deflected by the scanning electromagnet 50 described below. Figure 2 shows the charged particle beam B being irradiated along the base axis AX. The "X-axis direction" is one direction in a plane perpendicular to the Z-axis direction. The "Y-axis direction" is a direction perpendicular to the X-axis direction in a plane perpendicular to the Z-axis direction.

まず、図２を参照して、本実施形態に係る荷電粒子線照射システム１の概略構成について説明する。荷電粒子線照射システム１はスキャニング法に係る照射装置である。なお、スキャニング方式は特に限定されず、ラインスキャニング、ラスタースキャニング、スポットスキャニング等を採用してよい。図２に示されるように、荷電粒子線照射システム１は、加速器３と、照射部２と、ビーム輸送ライン２１と、制御部７と、治療計画装置９０と、記憶部９５と、を備えている。 First, referring to FIG. 2, a schematic configuration of the charged particle beam irradiation system 1 according to this embodiment will be described. The charged particle beam irradiation system 1 is an irradiation device related to the scanning method. The scanning method is not particularly limited, and line scanning, raster scanning, spot scanning, etc. may be adopted. As shown in FIG. 2, the charged particle beam irradiation system 1 includes an accelerator 3, an irradiation unit 2, a beam transport line 21, a control unit 7, a treatment planning device 90, and a memory unit 95.

加速器３は、荷電粒子を加速して予め設定されたエネルギーの荷電粒子線Ｂを出射する装置である。加速器３として、例えば、サイクロトロン、シンクロサイクロトロン、ライナック等が挙げられる。なお、加速器３として予め定めたエネルギーの荷電粒子線Ｂを出射するサイクロトロンを採用する場合、エネルギー調整部２０（図１参照）を採用することで、照射部２へ送られる荷電粒子線のエネルギーを調整（低下）させることが可能となる。この加速器３は、制御部７に接続されており、供給される電流が制御される。加速器３で発生した荷電粒子線Ｂは、ビーム輸送ライン２１によって照射部２へ輸送される。ビーム輸送ライン２１は、加速器３と、エネルギー調整部２０と、照射部２と、を接続し、加速器３から出射された荷電粒子線を照射部２へ輸送する。 The accelerator 3 is a device that accelerates charged particles and emits a charged particle beam B of a preset energy. Examples of the accelerator 3 include a cyclotron, a synchrocyclotron, and a linac. When a cyclotron that emits a charged particle beam B of a preset energy is used as the accelerator 3, the energy adjustment unit 20 (see FIG. 1) can be used to adjust (reduce) the energy of the charged particle beam sent to the irradiation unit 2. The accelerator 3 is connected to the control unit 7, and the current supplied thereto is controlled. The charged particle beam B generated by the accelerator 3 is transported to the irradiation unit 2 by the beam transport line 21. The beam transport line 21 connects the accelerator 3, the energy adjustment unit 20, and the irradiation unit 2, and transports the charged particle beam emitted from the accelerator 3 to the irradiation unit 2.

照射部２は、患者１５の体内の腫瘍（被照射体）１４に対し、荷電粒子線Ｂを照射するものである。荷電粒子線Ｂとは、電荷をもった粒子を高速に加速したものであり、例えば陽子線、重粒子（重イオン）線、電子線等が挙げられる。具体的に、照射部２は、イオン源（不図示）で生成した荷電粒子を加速する加速器３から出射されてビーム輸送ライン２１で輸送された荷電粒子線Ｂを腫瘍１４へ照射する装置である。照射部２は、走査電磁石５０、四極電磁石８、プロファイルモニタ１１、ドーズモニタ１２、ポジションモニタ１３ａ，１３ｂ、コリメータ４０、及びディグレーダ３０を備えている。走査電磁石５０、各モニタ１１，１２，１３ａ，１３ｂ、四極電磁石８、及びディグレーダ３０は、収容体としての照射ノズル９に収容されている。このように、照射ノズル９に各主構成要素を収容することによって照射部２が構成されている。なお、四極電磁石８、プロファイルモニタ１１、ドーズモニタ１２、ポジションモニタ１３ａ，１３ｂ、及びディグレーダ３０は省略してもよい。 The irradiation unit 2 irradiates a tumor (irradiated object) 14 in the body of a patient 15 with a charged particle beam B. The charged particle beam B is a particle having an electric charge that is accelerated to a high speed, and examples of the charged particle beam B include a proton beam, a heavy particle (heavy ion) beam, and an electron beam. Specifically, the irradiation unit 2 is a device that irradiates the tumor 14 with a charged particle beam B that is emitted from an accelerator 3 that accelerates charged particles generated by an ion source (not shown) and transported by a beam transport line 21. The irradiation unit 2 includes a scanning electromagnet 50, a quadrupole electromagnet 8, a profile monitor 11, a dose monitor 12, position monitors 13a and 13b, a collimator 40, and a degrader 30. The scanning electromagnet 50, the monitors 11, 12, 13a, and 13b, the quadrupole electromagnet 8, and the degrader 30 are housed in an irradiation nozzle 9 as a container. In this way, the irradiation unit 2 is configured by housing each main component in the irradiation nozzle 9. The quadrupole electromagnet 8, profile monitor 11, dose monitor 12, position monitors 13a and 13b, and degrader 30 may be omitted.

走査電磁石５０として、Ｘ軸方向走査電磁石５０Ａ及びＹ軸方向走査電磁石５０Ｂが用いられる。Ｘ軸方向走査電磁石５０Ａ及びＹ軸方向走査電磁石５０Ｂは、それぞれ一対の電磁石から構成され（図５参照）、制御部７から供給される電流に応じて一対の電磁石間の磁場を変化させ、当該電磁石間を通過する荷電粒子線Ｂを走査する。Ｘ軸方向走査電磁石５０Ａは、Ｘ軸方向に荷電粒子線Ｂを走査し、Ｙ軸方向走査電磁石５０Ｂは、Ｙ軸方向に荷電粒子線Ｂを走査する。これらの走査電磁石５０は、基軸ＡＸ上であって、加速器３よりも荷電粒子線Ｂの下流側にこの順で配置されている。なお、走査電磁石５０は、治療計画装置９０で予め計画されたスキャンパターンで荷電粒子線Ｂが照射されるように、荷電粒子線Ｂを走査する。走査電磁石５０をどのように制御するかについては、後述する。 The scanning electromagnets 50 are an X-axis scanning electromagnet 50A and a Y-axis scanning electromagnet 50B. Each of the X-axis scanning electromagnet 50A and the Y-axis scanning electromagnet 50B is composed of a pair of electromagnets (see FIG. 5), and changes the magnetic field between the pair of electromagnets according to the current supplied from the control unit 7 to scan the charged particle beam B passing between the electromagnets. The X-axis scanning electromagnet 50A scans the charged particle beam B in the X-axis direction, and the Y-axis scanning electromagnet 50B scans the charged particle beam B in the Y-axis direction. These scanning electromagnets 50 are arranged in this order on the base axis AX and downstream of the accelerator 3 from the charged particle beam B. The scanning electromagnets 50 scan the charged particle beam B so that the charged particle beam B is irradiated in a scan pattern previously planned by the treatment planning device 90. How to control the scanning electromagnets 50 will be described later.

四極電磁石８は、Ｘ軸方向四極電磁石８ａ及びＹ軸方向四極電磁石８ｂを含む。Ｘ軸方向四極電磁石８ａ及びＹ軸方向四極電磁石８ｂは、制御部７から供給される電流に応じて荷電粒子線Ｂを絞って収束させる。Ｘ軸方向四極電磁石８ａは、Ｘ軸方向において荷電粒子線Ｂを収束させ、Ｙ軸方向四極電磁石８ｂは、Ｙ軸方向において荷電粒子線Ｂを収束させる。四極電磁石８に供給する電流を変化させて絞り量（収束量）を変化させることにより、荷電粒子線Ｂのビームサイズを変化させることができる。四極電磁石８は、基軸ＡＸ上であって加速器３と走査電磁石５０との間にこの順で配置されている。なお、ビームサイズとは、ＸＹ平面における荷電粒子線Ｂの大きさである。また、ビーム形状とは、ＸＹ平面における荷電粒子線Ｂの形状である。 The quadrupole electromagnets 8 include an X-axis quadrupole electromagnet 8a and a Y-axis quadrupole electromagnet 8b. The X-axis quadrupole electromagnets 8a and the Y-axis quadrupole electromagnets 8b focus the charged particle beam B in response to the current supplied from the control unit 7. The X-axis quadrupole electromagnets 8a focus the charged particle beam B in the X-axis direction, and the Y-axis quadrupole electromagnets 8b focus the charged particle beam B in the Y-axis direction. The beam size of the charged particle beam B can be changed by changing the current supplied to the quadrupole electromagnets 8 to change the focus (convergence amount). The quadrupole electromagnets 8 are arranged in this order on the base axis AX between the accelerator 3 and the scanning electromagnet 50. The beam size is the size of the charged particle beam B in the XY plane. The beam shape is the shape of the charged particle beam B in the XY plane.

プロファイルモニタ１１は、初期設定の際の位置合わせのために、荷電粒子線Ｂのビーム形状及び位置を検出する。プロファイルモニタ１１は、基軸ＡＸ上であって四極電磁石８と走査電磁石５０との間に配置されている。ドーズモニタ１２は、荷電粒子線Ｂの線量を検出する。ドーズモニタ１２は、基軸ＡＸ上であって走査電磁石５０に対して下流側に配置されている。ポジションモニタ１３ａ，１３ｂは、荷電粒子線Ｂのビーム形状及び位置を検出監視する。ポジションモニタ１３ａ，１３ｂは、基軸ＡＸ上であって、ドーズモニタ１２よりも荷電粒子線Ｂの下流側に配置されている。各モニタ１１，１２，１３ａ，１３ｂは、検出した検出結果を制御部７に出力する。 The profile monitor 11 detects the beam shape and position of the charged particle beam B for alignment during initial setup. The profile monitor 11 is disposed on the base axis AX between the quadrupole electromagnet 8 and the scanning electromagnet 50. The dose monitor 12 detects the dose of the charged particle beam B. The dose monitor 12 is disposed on the base axis AX downstream of the scanning electromagnet 50. The position monitors 13a and 13b detect and monitor the beam shape and position of the charged particle beam B. The position monitors 13a and 13b are disposed on the base axis AX downstream of the charged particle beam B from the dose monitor 12. Each monitor 11, 12, 13a, and 13b outputs the detection results to the control unit 7.

ディグレーダ３０は、通過する荷電粒子線Ｂのエネルギーを低下させて当該荷電粒子線Ｂのエネルギーの微調整を行う。本実施形態では、ディグレーダ３０は、照射ノズル９の先端部９ａに設けられている。なお、照射ノズル９の先端部９ａとは、荷電粒子線Ｂの下流側の端部である。 The degrader 30 reduces the energy of the passing charged particle beam B to finely adjust the energy of the charged particle beam B. In this embodiment, the degrader 30 is provided at the tip 9a of the irradiation nozzle 9. The tip 9a of the irradiation nozzle 9 is the downstream end of the charged particle beam B.

コリメータ４０は、少なくとも走査電磁石５０よりも荷電粒子線Ｂの下流側に設けられ、荷電粒子線Ｂの一部を遮蔽し、一部を通過させる部材である。ここでは、コリメータ４０は、ポジションモニタ１３ａ，１３ｂの下流側に設けられている。コリメータ４０は、当該コリメータ４０を移動させるコリメータ駆動部５１と接続されている。 The collimator 40 is a member that is provided at least downstream of the scanning electromagnet 50 in the charged particle beam B, and blocks part of the charged particle beam B and allows the other part to pass through. Here, the collimator 40 is provided downstream of the position monitors 13a and 13b. The collimator 40 is connected to a collimator drive unit 51 that moves the collimator 40.

制御部７は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等により構成されている。この制御部７は、各モニタ１１，１２，１３ａ，１３ｂから出力された検出結果に基づいて、加速器３、走査電磁石５０、四極電磁石８、及びコリメータ駆動部５１を制御する。 The control unit 7 is composed of, for example, a CPU, a ROM, and a RAM. This control unit 7 controls the accelerator 3, the scanning magnet 50, the quadrupole magnet 8, and the collimator drive unit 51 based on the detection results output from each of the monitors 11, 12, 13a, and 13b.

また、荷電粒子線照射システム１の制御部７は、荷電粒子線治療の治療計画を行う治療計画装置９０、及び各種データを記憶する記憶部９５と接続されている。治療計画装置９０は、治療前に患者１５の腫瘍１４をＣＴ等で測定し、腫瘍１４の各位置における線量分布（照射すべき荷電粒子線の線量分布）を計画する。具体的には、治療計画装置９０は、腫瘍１４に対してスキャンパターンを作成する。治療計画装置９０は、作成したスキャンパターンを制御部７へ送信する。治療計画装置９０が作成したスキャンパターンでは、荷電粒子線Ｂがどのような走査経路をどのような走査速度で描くかが計画されている。 The control unit 7 of the charged particle beam irradiation system 1 is also connected to a treatment planning device 90 that performs treatment planning for the charged particle beam therapy, and a storage unit 95 that stores various data. The treatment planning device 90 measures the tumor 14 of the patient 15 using a CT or the like before treatment, and plans the dose distribution (the dose distribution of the charged particle beam to be irradiated) at each position of the tumor 14. Specifically, the treatment planning device 90 creates a scan pattern for the tumor 14. The treatment planning device 90 transmits the created scan pattern to the control unit 7. The scan pattern created by the treatment planning device 90 plans the scanning path and scanning speed of the charged particle beam B.

スキャニング法による荷電粒子線の照射を行う場合、腫瘍１４をＺ軸方向に複数の層に仮想的に分割し、一の層において荷電粒子線を治療計画において定めた走査経路に従うように走査して照射する。そして、当該一の層における荷電粒子線の照射が完了した後に、隣接する次の層における荷電粒子線Ｂの照射を行う。 When irradiating the tumor 14 with a charged particle beam using the scanning method, the tumor 14 is virtually divided into multiple layers in the Z-axis direction, and the charged particle beam is scanned and irradiated in one layer along a scanning path defined in the treatment plan. After irradiation of the charged particle beam in that layer is completed, irradiation of the charged particle beam B in the next adjacent layer is performed.

図２に示す荷電粒子線照射システム１により、スキャニング法によって荷電粒子線Ｂの照射を行う場合、通過する荷電粒子線Ｂが収束するように四極電磁石８を作動状態（ＯＮ）とする。 When the charged particle beam B is irradiated by the scanning method using the charged particle beam irradiation system 1 shown in FIG. 2, the quadrupole electromagnet 8 is activated (ON) so that the passing charged particle beam B is converged.

続いて、加速器３から荷電粒子線Ｂを出射する。出射された荷電粒子線Ｂは、走査電磁石５０の制御によって治療計画において定めたスキャンパターンに従うように走査される。これにより、荷電粒子線Ｂは、腫瘍１４に対してＺ軸方向に設定された一の層における照射範囲内を走査されつつ照射されることとなる。一の層に対する照射が完了したら、次の層へ荷電粒子線Ｂを照射する。 Then, the accelerator 3 emits a charged particle beam B. The emitted charged particle beam B is scanned according to a scan pattern defined in the treatment plan by the control of the scanning electromagnet 50. As a result, the charged particle beam B is irradiated while being scanned within an irradiation range in one layer set in the Z-axis direction relative to the tumor 14. When irradiation of one layer is completed, the next layer is irradiated with the charged particle beam B.

制御部７の制御に応じた走査電磁石５０の荷電粒子線照射イメージについて、図３（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。図３（ａ）は、深さ方向において複数の層に仮想的にスライスされた被照射体を、図３（ｂ）は、深さ方向から見た一の層における荷電粒子線の走査イメージを、それぞれ示している。 The image of the charged particle beam irradiation by the scanning electromagnet 50 in response to the control of the control unit 7 will be described with reference to Figures 3(a) and (b). Figure 3(a) shows an irradiated object virtually sliced into multiple layers in the depth direction, and Figure 3(b) shows a scanning image of the charged particle beam in one layer as viewed from the depth direction.

図３（ａ）に示すように、被照射体は照射の深さ方向において複数の層に仮想的にスライスされており、本例では、深い（荷電粒子線Ｂの飛程が長い）層から順に、層Ｌ１、層Ｌ２、…層Ｌｎ－１、層Ｌｎ、層Ｌｎ＋１、…層ＬＮ－１、層ＬＮとＮ層に仮想的にスライスされている。また、図３（ｂ）に示すように、荷電粒子線Ｂは、走査経路ＴＬに沿ったビーム軌道を描きながら、連続照射（ラインスキャニング又はラスタースキャニング）の場合は層Ｌｎの走査経路ＴＬに沿って連続的に照射され、スポットスキャニングの場合は層Ｌｎの複数の照射スポットに対して照射される。荷電粒子線Ｂは、Ｘ軸方向に延びる走査経路ＴＬ１に沿って照射され、走査経路ＴＬ２に沿ってＹ軸方向に僅かにシフトし、隣の走査経路ＴＬ１に沿って照射される。このように、制御部７に制御された照射部２から出射した荷電粒子線Ｂは、走査経路ＴＬ上を移動する。 As shown in FIG. 3(a), the irradiated object is virtually sliced into a plurality of layers in the irradiation depth direction, and in this example, the layer is virtually sliced into N layers, starting from the deepest layer (the range of the charged particle beam B is long), such as layer L 1 , layer L 2 , ... layer L n-1 , layer L n , layer L n+ 1 , ... layer L N -1 , and layer L N. Also, as shown in FIG. 3(b), the charged particle beam B is continuously irradiated along the scanning path TL of the layer L n in the case of continuous irradiation (line scanning or raster scanning), while drawing a beam trajectory along the scanning path TL, and is irradiated to a plurality of irradiation spots of the layer L n in the case of spot scanning. The charged particle beam B is irradiated along the scanning path TL1 extending in the X-axis direction, shifted slightly in the Y-axis direction along the scanning path TL2, and irradiated along the adjacent scanning path TL1. In this manner, the charged particle beam B emitted from the irradiation unit 2 controlled by the control unit 7 moves on the scanning path TL.

次に、図４～図８を参照して、走査電磁石５０の制御について説明する。図４は、制御部７のうち、走査電磁石５０の制御に関わる構成要素を示したブロック構成図である。図５は、走査電磁石５０によって走査された荷電粒子線Ｂの様子を示す模式図である。図６は、変換テーブルを作成するときの工程を示す工程図である。図７は、走査電磁石５０を制御するときの処理内容を示すフローチャートである。図８は、走査電磁石５０を静的な条件及び動的な条件で磁場測定したときの測定結果を示すグラフである。 Next, the control of the scanning electromagnet 50 will be described with reference to Figures 4 to 8. Figure 4 is a block diagram showing the components of the control unit 7 involved in the control of the scanning electromagnet 50. Figure 5 is a schematic diagram showing the state of the charged particle beam B scanned by the scanning electromagnet 50. Figure 6 is a process diagram showing the process for creating a conversion table. Figure 7 is a flowchart showing the processing content when controlling the scanning electromagnet 50. Figure 8 is a graph showing the measurement results when the magnetic field of the scanning electromagnet 50 is measured under static and dynamic conditions.

図４に示すように、制御部７は、スキャンパターン情報取得部４１と、変換テーブル取得部４２と、設定部４３と、出力部４４と、を備える。 As shown in FIG. 4, the control unit 7 includes a scan pattern information acquisition unit 41, a conversion table acquisition unit 42, a setting unit 43, and an output unit 44.

スキャンパターン情報取得部４１は、予め作成された荷電粒子線Ｂの被照射体に対するスキャンパターンを示すスキャンパターン情報を取得する。スキャンパターン情報取得部４１は、治療計画装置９０からスキャンパターン情報を取得する。本実施形態では、スキャンパターン情報は、荷電粒子線Ｂのエネルギーを示す情報と、荷電粒子線Ｂの走査位置を示す情報と、荷電粒子線Ｂの走査速度を示す情報と、を含む。 The scan pattern information acquisition unit 41 acquires scan pattern information that indicates a scan pattern of the charged particle beam B for the irradiated body, which has been created in advance. The scan pattern information acquisition unit 41 acquires the scan pattern information from the treatment planning device 90. In this embodiment, the scan pattern information includes information that indicates the energy of the charged particle beam B, information that indicates the scanning position of the charged particle beam B, and information that indicates the scanning speed of the charged particle beam B.

ここで、スキャンパターン情報について、図５を参照しながら説明する。図５は、走査電磁石５０によって走査された荷電粒子線Ｂの様子を示す模式図である。図５に示す荷電粒子線Ｂは、ある大きさのエネルギーを有しており、走査電磁石５０によって走査されることで、走査経路ＴＬに沿って照射されている。荷電粒子線Ｂのエネルギーを示す情報とは、走査電磁石５０を通過する荷電粒子線Ｂのエネルギーがどの程度の大きさであるかを示す情報である。走査電磁石５０が同じ磁場を発生したときでも、荷電粒子線Ｂのエネルギーの大小によって、荷電粒子線Ｂがどの程度曲がるかが変動する。例えば、図５において実線で示された荷電粒子線Ｂは、基軸ＡＸに対して角度θをなすように曲がっている。荷電粒子線Ｂのエネルギーが図５の実線で示す状態のものから変動する場合、荷電粒子線Ｂの曲がり量が変動し、角度θとは異なる角度で曲がる。従って、荷電粒子線Ｂのエネルギーが分かる場合、所望の曲がり量とするために、走査電磁石５０にどのような磁場を発生させればよいかを把握することができる。荷電粒子線Ｂの走査位置を示す情報とは、荷電粒子線Ｂの走査位置がどのような走査経路ＴＬを描くかを示す情報である。図５では、荷電粒子線Ｂの走査位置を示す情報として、Ｙ軸方向に延びる部分の走査経路ＴＬの一部が示されている。荷電粒子線Ｂの走査位置が分かる場合、走査電磁石５０の磁場をどのように制御すればよいかを把握できる。荷電粒子線Ｂの走査速度を示す情報とは、走査位置がどの程度の走査速度で走査経路ＴＬ上を移動するかを示す情報である。図５では、荷電粒子線Ｂが、ある走査位置Ｐ１からＹ軸方向の正側へ向かって走査速度Ｖ１で移動している。荷電粒子線Ｂの走査速度が分かる場合、例えば、ある走査位置Ｐ１から別の走査位置Ｐ２へ移動するのにどの程度の時間がかかるかを把握できる。従って、制御部７は、スキャンパターン情報を取得することで、走査経路ＴＬ上のそれぞれの箇所へ走査位置が到達するときの時刻（照射開始からカウントした時間）を把握することができる。 Here, the scan pattern information will be described with reference to FIG. 5. FIG. 5 is a schematic diagram showing the state of the charged particle beam B scanned by the scanning electromagnet 50. The charged particle beam B shown in FIG. 5 has a certain amount of energy, and is irradiated along the scanning path TL by being scanned by the scanning electromagnet 50. The information indicating the energy of the charged particle beam B is information indicating the amount of energy of the charged particle beam B passing through the scanning electromagnet 50. Even when the scanning electromagnet 50 generates the same magnetic field, the amount of bending of the charged particle beam B varies depending on the amount of energy of the charged particle beam B. For example, the charged particle beam B shown by the solid line in FIG. 5 is bent at an angle θ with respect to the base axis AX. When the energy of the charged particle beam B varies from that shown by the solid line in FIG. 5, the amount of bending of the charged particle beam B varies, and the charged particle beam B is bent at an angle different from the angle θ. Therefore, when the energy of the charged particle beam B is known, it is possible to know what kind of magnetic field should be generated in the scanning electromagnet 50 to obtain a desired amount of bending. The information indicating the scanning position of the charged particle beam B is information indicating what kind of scanning path TL the scanning position of the charged particle beam B draws. In FIG. 5, as information indicating the scanning position of the charged particle beam B, a part of the scanning path TL extending in the Y-axis direction is shown. When the scanning position of the charged particle beam B is known, it is possible to know how to control the magnetic field of the scanning electromagnet 50. The information indicating the scanning speed of the charged particle beam B is information indicating at what scanning speed the scanning position moves on the scanning path TL. In FIG. 5, the charged particle beam B moves from a certain scanning position P1 toward the positive side in the Y-axis direction at a scanning speed V1. When the scanning speed of the charged particle beam B is known, it is possible to know, for example, how long it takes to move from a certain scanning position P1 to another scanning position P2. Therefore, by acquiring the scan pattern information, the control unit 7 can determine the time (time counted from the start of irradiation) when the scanning position reaches each point on the scanning path TL.

図４に戻り、変換テーブル取得部４２は、スキャンパターンを走査電磁石５０の励磁パターンに変換する変換テーブルを取得する。変換テーブル取得部４２は、予め作成されて記憶部９５に格納されている変換テーブルを当該記憶部９５から読み出すことによって、取得する。 Returning to FIG. 4, the conversion table acquisition unit 42 acquires a conversion table that converts the scan pattern into the excitation pattern of the scanning electromagnet 50. The conversion table acquisition unit 42 acquires the conversion table by reading from the storage unit 95 a conversion table that has been created in advance and stored therein.

変換テーブルは、走査電磁石５０を所定の条件で励磁して磁場測定を行い、当該磁場測定によって得られた測定結果に基づいて、作成される。本実施形態では、静的な条件だけではなく、動的な条件での磁場測定を行った結果を用いて、変換テーブルが作成される。静的な条件とは、時間の経過によらず、パラメータの値が特定のものに固定されるような条件である。具体的には、走査電磁石５０に流す励磁電流を特定の値に設定し、当該励磁電流を流したときにおける磁束密度と有効磁極長を測定する。当該測定が終わったら、励磁電流を他の値に設定して、同様な測定を行う。このような測定を、励磁電流毎に実行する。 The conversion table is created based on the results of magnetic field measurements obtained by exciting the scanning electromagnet 50 under specified conditions. In this embodiment, the conversion table is created using the results of magnetic field measurements under dynamic conditions, not just static conditions. Static conditions are conditions under which the parameter values are fixed to specific values regardless of the passage of time. Specifically, the excitation current flowing through the scanning electromagnet 50 is set to a specific value, and the magnetic flux density and effective magnetic pole length when this excitation current is flowing are measured. After this measurement is completed, the excitation current is set to another value and a similar measurement is performed. Such measurements are performed for each excitation current.

一方、動的な条件とは、時間の変化によって、パラメータの値が変化してゆくような条件である。具体的には、走査電磁石５０に流す励磁電流及び励磁周波数を特定の値に設定し、当該励磁周波数にて励磁電流を流したときにおける磁束密度と有効磁極長を測定する。当該測定では、走査電磁石５０に流される励磁電流が、設定した励磁周波数に従った波形を描く。従って、測定中の励磁電流は、時間の経過とともに変化する。測定が終わったら、励磁電流及び励磁周波数の少なくとも一方を他の値に設定して、同様な測定を行う。このような測定を、励磁電流毎に実行する。 On the other hand, dynamic conditions are conditions in which the parameter values change over time. Specifically, the excitation current and excitation frequency passed through the scanning electromagnet 50 are set to specific values, and the magnetic flux density and effective magnetic pole length are measured when the excitation current is passed at that excitation frequency. In this measurement, the excitation current passed through the scanning electromagnet 50 draws a waveform according to the set excitation frequency. Therefore, the excitation current during measurement changes over time. Once the measurement is completed, at least one of the excitation current and excitation frequency is set to another value and a similar measurement is performed. This type of measurement is performed for each excitation current.

上述の磁場測定によって得られた測定結果と条件とを紐づけたデータに基づいて、変換テーブルを作成する。このようにして作成された変換テーブルは、走査電磁石５０の励磁の周波数に応じた情報（磁束密度、有効磁極長）を有している。例えば、図８（ａ）では、静磁場における磁場分布の変化、及び動磁場における磁場分布の変化を示している。図８（ａ）のグラフの横軸は走査方向における位置を示し、縦軸は磁場の強さを示す。図８（ｂ）では、静磁場における有効磁極長の変化、及び動磁場における有効磁極長の変化を示している。図８（ｂ）のグラフの横軸は荷電粒子線の進行方向における位置を示し、縦軸は有効磁極長の強さを示す。図８に示すように、磁場測定の結果は、静的な条件と動的な条件とでは、互いにずれが生じる。このようなずれは、周波数が大きくなるほど大きくなる。このように、静的な条件だけではなく、動的な条件での磁場測定に基づく変換テーブルを作成することで、磁場の掃引速度を考慮した励磁パターンに変換することができる。 A conversion table is created based on data linking the measurement results and conditions obtained by the above-mentioned magnetic field measurement. The conversion table created in this way has information (magnetic flux density, effective magnetic pole length) according to the excitation frequency of the scanning electromagnet 50. For example, FIG. 8(a) shows the change in magnetic field distribution in a static magnetic field and the change in magnetic field distribution in a dynamic magnetic field. The horizontal axis of the graph in FIG. 8(a) indicates the position in the scanning direction, and the vertical axis indicates the strength of the magnetic field. FIG. 8(b) shows the change in effective magnetic pole length in a static magnetic field and the change in effective magnetic pole length in a dynamic magnetic field. The horizontal axis of the graph in FIG. 8(b) indicates the position in the traveling direction of the charged particle beam, and the vertical axis indicates the strength of the effective magnetic pole length. As shown in FIG. 8, the results of the magnetic field measurement are misaligned between static and dynamic conditions. Such a misalignment becomes larger as the frequency increases. In this way, by creating a conversion table based on magnetic field measurements under dynamic conditions as well as static conditions, it is possible to convert into an excitation pattern that takes into account the magnetic field sweep speed.

設定部４３は、スキャンパターン情報に対応する走査電磁石５０への電流指令値を設定する。設定部４３は、磁場の掃引速度に基づいて走査電磁石５０への電流指令値を設定する。設定部４３は、スキャンパターンを走査電磁石５０の励磁パターンに変換する変換テーブルによって、走査電磁石５０への電流指令値を設定する。設定部４３は、スキャンパターン情報取得部４１で取得されたスキャンパターン情報（エネルギー、走査位置、走査速度）を、変換テーブル取得部４２で取得された変換テーブルと照会させることによって、走査電磁石５０への電流指令値を設定する。 The setting unit 43 sets a current command value for the scanning electromagnet 50 corresponding to the scan pattern information. The setting unit 43 sets a current command value for the scanning electromagnet 50 based on the sweep speed of the magnetic field. The setting unit 43 sets a current command value for the scanning electromagnet 50 using a conversion table that converts the scan pattern into an excitation pattern of the scanning electromagnet 50. The setting unit 43 sets a current command value for the scanning electromagnet 50 by comparing the scan pattern information (energy, scanning position, scanning speed) acquired by the scan pattern information acquisition unit 41 with the conversion table acquired by the conversion table acquisition unit 42.

設定部４３は、荷電粒子線Ｂのエネルギーと走査位置を把握しているため、当該エネルギーに係る荷電粒子線Ｂを所望の走査位置へ到達させるには、走査電磁石５０はどのような磁場を発生すればよいかを把握できる。そして、設定部４３は、そのような磁場を発生させるための走査電磁石５０の励磁電流を変換テーブルから取得できるため、電流指令値を決定することができる。更に、設定部４３は、荷電粒子線Ｂの走査速度も把握している。走査速度は、磁場の掃引速度（走査電磁石５０の励磁の周波数）と関係を有するパラメータであるため、設定部４３は、変換テーブルから、走査速度と対応する周波数に紐づけられた磁場を参照することができる。 The setting unit 43 knows the energy and scanning position of the charged particle beam B, and therefore can know what kind of magnetic field the scanning electromagnet 50 should generate in order to make the charged particle beam B associated with that energy reach the desired scanning position. The setting unit 43 can then obtain the excitation current of the scanning electromagnet 50 for generating such a magnetic field from the conversion table, and can determine the current command value. Furthermore, the setting unit 43 also knows the scanning speed of the charged particle beam B. Since the scanning speed is a parameter related to the sweep speed of the magnetic field (the excitation frequency of the scanning electromagnet 50), the setting unit 43 can refer to the magnetic field associated with the frequency corresponding to the scanning speed from the conversion table.

上述のように、設定部４３は、スキャンパターン情報に基づいて、走査経路ＴＬ上のそれぞれの箇所へ走査位置が到達するときの時刻（照射開始からカウントした時間）を把握している。設定部４３は、そのようなスキャンパターンを実現できるように、各時刻における走査電磁石５０への電流指令値（励磁パターン）を設定する。 As described above, the setting unit 43 knows the time (time counted from the start of irradiation) when the scanning position reaches each point on the scanning path TL based on the scan pattern information. The setting unit 43 sets the current command value (excitation pattern) for the scanning electromagnet 50 at each time so that such a scan pattern can be realized.

出力部４４は、設定部４３で設定した走査電磁石５０の電流指令値（励磁パターン）を走査電磁石５０の電源へ出力する。これによって、出力部４４は、治療計画装置９０によって作成されたスキャンパターンで荷電粒子線Ｂを走査できるように、設定した励磁パターンに従って走査電磁石５０を制御することができる。 The output unit 44 outputs the current command value (excitation pattern) of the scanning electromagnet 50 set by the setting unit 43 to the power supply of the scanning electromagnet 50. This allows the output unit 44 to control the scanning electromagnet 50 according to the set excitation pattern so that the charged particle beam B can be scanned with the scan pattern created by the treatment planning device 90.

次に、図６及び図７を参照して、本実施形態に係る荷電粒子照射方法について説明する。荷電粒子線照射方法を実行する前段階には、図６に示すように、変換テーブルを作成する工程が行われる。当該工程では、静的な条件及び動的な条件での磁場測定が行われる（ステップＳ１０）。次に、ステップＳ１０の磁場測定によって得られた測定結果の取得が行われる（ステップＳ１１）。次に、取得された測定結果を集計することで、変換テーブルの作成が行われる（ステップＳ１２）。ステップＳ１２で作成された変換テーブルは、記憶部９５に格納される。以上により、図６に示す工程が終了する。 Next, the charged particle irradiation method according to this embodiment will be described with reference to Figures 6 and 7. Prior to carrying out the charged particle beam irradiation method, a process of creating a conversion table is carried out as shown in Figure 6. In this process, magnetic field measurements are carried out under static and dynamic conditions (step S10). Next, the measurement results obtained by the magnetic field measurement in step S10 are acquired (step S11). Next, the acquired measurement results are compiled to create a conversion table (step S12). The conversion table created in step S12 is stored in the memory unit 95. This completes the process shown in Figure 6.

次に、図７に示す荷電粒子線照射方法の処理内容について説明する。図７に示す処理は、荷電粒子線治療の開始時において、制御部７で行われる。図７に示すように、制御部７のスキャンパターン情報取得部４１は、治療計画装置９０から、スキャンパターン情報を取得する（ステップＳ２０：スキャンパターン情報取得工程）。次に、制御部７の変換テーブル取得部４２は、記憶部９５に格納された変換テーブルを読み出すことによって取得する（ステップＳ２１）。次に、制御部７の設定部４３は、Ｓ２０で取得されたスキャンパターン情報に対応する走査電磁石５０への電流指令値を設定する（ステップＳ２２：設定工程）。当該工程では、設定部４３は、スキャンパターンを走査電磁石５０の励磁パターンに変換する。ステップＳ２２の設定工程では、磁場の掃引速度に基づいて走査電磁石５０への電流指令値を設定する。ここでは、設定部４３は、ステップＳ２１で取得した変換テーブルによって、走査電磁石５０への電流指令値を設定する。次に、出力部４４は、ステップＳ２２で設定した電流指令値を走査電磁石５０の電源へ出力することで、走査電磁石５０を設定した励磁パターンに従って制御する（ステップＳ２３）。以上により、図７に示す処理が終了する。 Next, the processing contents of the charged particle beam irradiation method shown in FIG. 7 will be described. The processing shown in FIG. 7 is performed by the control unit 7 at the start of the charged particle beam therapy. As shown in FIG. 7, the scan pattern information acquisition unit 41 of the control unit 7 acquires scan pattern information from the treatment planning device 90 (step S20: scan pattern information acquisition process). Next, the conversion table acquisition unit 42 of the control unit 7 acquires the conversion table by reading it out from the storage unit 95 (step S21). Next, the setting unit 43 of the control unit 7 sets a current command value to the scanning electromagnet 50 corresponding to the scan pattern information acquired in S20 (step S22: setting process). In this process, the setting unit 43 converts the scan pattern into an excitation pattern of the scanning electromagnet 50. In the setting process of step S22, a current command value to the scanning electromagnet 50 is set based on the sweep speed of the magnetic field. Here, the setting unit 43 sets a current command value to the scanning electromagnet 50 according to the conversion table acquired in step S21. Next, the output unit 44 outputs the current command value set in step S22 to the power supply of the scanning electromagnet 50, thereby controlling the scanning electromagnet 50 according to the set excitation pattern (step S23). This completes the process shown in FIG. 7.

次に、本実施形態に係る荷電粒子線照射システム１、及び荷電粒子線照射方法の作用・効果について説明する。 Next, the action and effect of the charged particle beam irradiation system 1 and the charged particle beam irradiation method according to this embodiment will be described.

まず、比較例に係る荷電粒子線照射システムについて、図９を参照して説明する。変形例に係る荷電粒子線照射システムでは、設定部４３は、磁場の掃引速度を考慮することなく、走査電磁石５０の電流指令値を設定する。また、変換テーブルを作成する際は、動的な条件では磁場測定を行わず、静的な条件での磁場測定の測定結果だけで変換テーブルを作成する。具体的には、図９に示すように、変換テーブルを作成するときは、励磁電流、磁束密度、及び有効磁極長だけを考慮しており、図４に示すように周波数というパラメータを考慮していない。従って、スキャンパターン情報も、エネルギー及び走査位置だけを含んでおり、図４に示すように速度というパラメータを考慮していない。 First, a charged particle beam irradiation system according to a comparative example will be described with reference to FIG. 9. In the charged particle beam irradiation system according to the modified example, the setting unit 43 sets the current command value of the scanning electromagnet 50 without considering the sweep speed of the magnetic field. In addition, when creating the conversion table, the magnetic field measurement is not performed under dynamic conditions, and the conversion table is created only from the measurement results of the magnetic field measurement under static conditions. Specifically, as shown in FIG. 9, when creating the conversion table, only the excitation current, magnetic flux density, and effective magnetic pole length are considered, and the parameter of frequency is not considered as shown in FIG. 4. Therefore, the scan pattern information also includes only the energy and the scanning position, and the parameter of speed is not considered as shown in FIG. 4.

このような比較例に係る荷電粒子線照射システムでは、走査速度によっては、実際の荷電粒子線の走査位置と、予め計画した走査位置との間で誤差が生じる。従って、比較例に係る荷電粒子線照射システムは、荷電粒子線の走査位置を測定して、当該測定結果をフィードバックすることで、走査位置を補正する。しかしながら、当該方法では、走査速度が高くなる場合に、フィードバックに遅れが生じることで、走査位置の誤差を十分に補正できないという問題がある。 In such a comparative charged particle beam irradiation system, depending on the scanning speed, an error occurs between the actual scanning position of the charged particle beam and the pre-planned scanning position. Therefore, the comparative charged particle beam irradiation system measures the scanning position of the charged particle beam and corrects the scanning position by feeding back the measurement results. However, this method has the problem that when the scanning speed increases, a delay occurs in the feedback, making it impossible to sufficiently correct the error in the scanning position.

これに対し、本実施形態に係る荷電粒子線照射システム１は、スキャンパターン情報に対応する走査電磁石５０への電流指令値を設定する設定部４３を備える。従って、設定部４３は、予め作成された荷電粒子線Ｂのスキャンパターンを実現できるように、走査電磁石５０への電流指令値を設定することができる。ここで、設定部４３は、磁場の掃引速度に基づいて走査電磁石５０への電流指令値を設定する。すなわち、荷電粒子線Ｂを高速でスキャンすることによって磁場の掃引速度が速くなる場合であっても、設定部４３は、当該掃引速度の影響を考慮した上で、走査電磁石５０への電流指令値を設定することができる。そのため、走査電磁石５０は、走査速度が速い場合であっても、予め作成されたスキャンパターンと、実際の走査位置との間のずれを抑制した状態で、荷電粒子線Ｂの走査を行うことができる。以上により、荷電粒子線Ｂの走査速度によらず、走査位置の精度を高めることができる。 In contrast, the charged particle beam irradiation system 1 according to the present embodiment includes a setting unit 43 that sets a current command value for the scanning electromagnet 50 corresponding to the scan pattern information. Therefore, the setting unit 43 can set a current command value for the scanning electromagnet 50 so as to realize a scan pattern of the charged particle beam B created in advance. Here, the setting unit 43 sets a current command value for the scanning electromagnet 50 based on the sweep speed of the magnetic field. That is, even if the sweep speed of the magnetic field becomes faster by scanning the charged particle beam B at high speed, the setting unit 43 can set a current command value for the scanning electromagnet 50 after taking into consideration the effect of the sweep speed. Therefore, even if the scanning speed is high, the scanning electromagnet 50 can perform scanning of the charged particle beam B while suppressing the deviation between the scan pattern created in advance and the actual scanning position. As a result, the accuracy of the scanning position can be improved regardless of the scanning speed of the charged particle beam B.

設定部４３は、スキャンパターンを走査電磁石５０の励磁パターンに変換する変換テーブルによって、走査電磁石５０の電流指令値を設定し、変換テーブルは、走査電磁石５０の励磁の周波数に応じた情報を有している。これにより、設定部４３は、変換テーブルを用いることで、励磁の掃引速度を考慮した電流指令値を設定できる。 The setting unit 43 sets the current command value of the scanning electromagnet 50 using a conversion table that converts the scan pattern into the excitation pattern of the scanning electromagnet 50, and the conversion table has information corresponding to the excitation frequency of the scanning electromagnet 50. As a result, the setting unit 43 can use the conversion table to set a current command value that takes into account the excitation sweep speed.

本実施形態に係る荷電粒子線照射方法は、走査電磁石５０で荷電粒子線Ｂを走査することで、被照射体に対して荷電粒子線Ｂを照射する荷電粒子線照射方法であって、被照射体に対するスキャンパターン情報に対応する走査電磁石５０への電流指令値を、走査電磁石５０により生じる磁場の掃引速度に基づいて設定する設定工程と、を備える。 The charged particle beam irradiation method according to this embodiment is a charged particle beam irradiation method in which a charged particle beam B is irradiated onto an irradiated object by scanning the charged particle beam B with a scanning electromagnet 50, and includes a setting step of setting a current command value for the scanning electromagnet 50 corresponding to scan pattern information for the irradiated object based on the sweep speed of the magnetic field generated by the scanning electromagnet 50.

この荷電粒子線照射方法によれば、上述の荷電粒子線照射システム１と同様な作用・効果を得ることができる。 This charged particle beam irradiation method can provide the same effects and advantages as the charged particle beam irradiation system 1 described above.

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。 The present invention is not limited to the above-described embodiments.

例えば、上述の実施形態に係る荷電粒子線照射システムは、走査位置の精度を高めることができるため、比較例のようなフィードバック制御を不要としてもよいが、当該フィードバック制御も行ってもよい。 For example, the charged particle beam irradiation system according to the above-described embodiment can improve the accuracy of the scanning position, so feedback control as in the comparative example may not be necessary, but such feedback control may also be performed.

また、上述の変換テーブルの作成方法などは一例にすぎず、他の方法で変換テーブルを採用してもよい。 The above-mentioned method of creating the conversion table is merely an example, and the conversion table may be created in other ways.

１…荷電粒子線照射システム、２…照射部、４１…スキャンパターン情報取得部、４３…設定部、５０…走査電磁石。 1...charged particle beam irradiation system, 2...irradiation unit, 41...scan pattern information acquisition unit, 43...setting unit, 50...scanning electromagnet.

Claims (2)

被照射体に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射システムであって、
走査電磁石で前記荷電粒子線を走査することで、前記被照射体に対して前記荷電粒子線を照射する照射部と、
前記被照射体に対するスキャンパターン情報に対応する前記走査電磁石への電流指令値を、前記走査電磁石により生じる磁場の掃引速度に基づいて設定する設定部と、を備える、荷電粒子線照射システム。 A charged particle beam irradiation system for irradiating a target object with a charged particle beam, comprising:
an irradiation unit that irradiates the irradiation target with the charged particle beam by scanning the charged particle beam with a scanning electromagnet;
a setting unit that sets a current command value for the scanning electromagnet corresponding to scan pattern information for the irradiation target based on a sweep speed of a magnetic field generated by the scanning electromagnet. 前記設定部は、前記スキャンパターンを前記走査電磁石の励磁パターンに変換する変換テーブルによって、前記走査電磁石への前記電流指令値を設定し、
前記変換テーブルは、前記走査電磁石の励磁の周波数に応じた情報を有している、請求項１に記載の荷電粒子線照射システム。 the setting unit sets the current command value for the scanning electromagnet using a conversion table that converts the scan pattern into an excitation pattern of the scanning electromagnet;
2. The charged particle beam irradiation system according to claim 1, wherein the conversion table has information corresponding to an excitation frequency of the scanning electromagnet.
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