粒子線照射系統及其運轉方法
粒子線照射系統及其運轉方法
【專利摘要】本發明提供一種粒子線照射系統及其運轉方法，其在短時間內實現同步加速器的出射射束能量的變更控制的多級出射控制運轉中，在中斷了離子束的照射的情況下在短時間內實現運轉周期的更新，提高劑量率。構成同步加速器(13)的設備的控制數據由初始加速控制數據(701)、多個出射控制數據(702)、將多個出射控制數據之間連接的多個能量變更控制數據(705)以及與多個出射控制數據對應的多個減速數據(706)構成，并且設置患部位置檢測單元(35)和出射許可判定單元(354)，判定透視圖像信息所示的標記(352)的位置是否包含在射束照射允許范圍(353)內，在包含的情況下，出射許可判定單元(354)向聯鎖系統(60)輸出許可射束出射的出射許可判定信號(355)。
【專利說明】粒子線照射系統及其運轉方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種利用了質子、重離子等帶電粒子束(離子束)的適合于粒子線治療的粒子線照射系統，特別涉及能夠短時間地實現射束能量的變更控制和運轉周期的更新的粒子線照射系統及其運轉方法。
【背景技術】
[0002]作為癌的放射線治療，已知向患者的癌的患部照射質子或重離子等離子束來進行治療的粒子線治療。作為離子束照射法，有掃描照射法。
[0003]作為在采用同步加速器作為離子束產生裝置的情況下短時間地實現在該掃描照射法中要求的射束能量的變更控制的控制方法，有專利文獻1、專利文獻2以及非專利文獻2所公開的、通過離子同步加速器在一次的運轉周期內實現多個能量的離子束的照射的多級出射控制運轉。
[0004]另外，作為向由于患者的呼吸等生理活動患部隨著時間移動的呼吸移動性臟器進行照射的射束照射法，有專利文獻3和專利文獻4所記載的照射法。
[0005]在掃描照射法中，通過控制照射的離子束的能量，來實現向患部的深度方向的照射野(以下記載為層)的照射控制。因此，為了提高應用了掃描照射法時的劑量率，需要短時間實現從離子束產生裝置供給的離子束的能量變更。另外，在掃描照射法中，需要控制與患部的大小(從體表面開始的深度)對應地照射的射束能量，因此需要對照射的每個患者或照射的每個患部控制照射的射束的能量組合。
[0006]在采用同步加速器作為離子束產生裝置的情況下，將入射、加速、出射、減速這樣的一連串的運轉作為一次的運轉周期來控制。如掃描照射法那樣，在重復實施離子束的能量變更控制時，同步加速器需要更新運轉周期，因此存在花費能量的變更時間的問題。作為其對策，公開了專利文獻1和非專利文獻2所示的在一次的運轉周期內出射多個能量的射束的多級出射運轉。例如，在非專利文獻2中，準備將能夠通過同步加速器照射的全部能量范圍合并為一個的運轉控制數據，只用照射射束的能量來延長平頂從而出射射束，由此能夠通過一次的運轉控制向患部照射所照射的全部能量的射束。并且，能夠通過一次的運轉控制照射全部能量的射束，因此同步加速器能夠始終根據相同的運轉控制數據實現照射，因此，具有粒子線治療系統的同步加速器的運轉控制簡單的效果。
[0007]但是，為了有效地實現專利文獻1和非專利文獻2所示的運轉控制，要求同步加速器的積蓄射束電荷量是對于在一次的運轉周期中向患部照射的全部能量的照射足夠的電荷量。
[0008]例如，在同步加速器的加速控制時因某種的原因沒有得到治療照射所需要的積蓄射束電荷量的情況下，在預先設定的照射能量范圍的途中，同步加速器內的積蓄射束電荷量枯竭。在同步加速器內的積蓄射束電荷量枯竭的情況下，需要中斷離子束的照射，從出射控制轉移到減速控制，更新同步加速器的運轉控制。在應用了將能夠通過同步加速器照射的全部的能量范圍合并為一個的運轉控制數據作為同步加速器的運轉控制數據的情況下，為了保證設定值的連續性，無法從該出射能量直接轉移到減速控制。因此，需要更新從該出射能量到減速控制之間的能量變更控制數據。可以列舉用于從該出射能量轉移到減速控制的時間，來作為使劑量率降低無法縮短治療時間的主因之一。同樣存在以下的問題，即在構成粒子線治療裝置的設備中產生異常，中斷了離子束照射的情況下，也無法從該出射能量直接轉移到減速控制。
[0009]另外，在應用將能夠通過同步加速器照射的全部的能量范圍合并為一個的運轉控制數據的情況下，在與患部的厚度相符的吸收劑量范圍(擴展布拉格峰(Spread-Out BraggPeak)，以下記載為S0BP)窄的照射條件下，存在相對于射束的照射時間，對于射束照射沒有幫助的無用時間，即從同步加速器的入射射束能量到照射開始能量為止的控制時間以及從照射結束能量到減速結束能量為止的控制時間的比例變多的傾向，因此無法在短的運轉周期內進行希望的能量范圍的射束照射，也可以將它列舉為使劑量率降低無法縮短治療時間的主因之一。S0BP對所照射的每個患者和患部不同，因此需要選擇形成規定的S0BP所需要的照射能量來作為同步加速器的運轉控制數據，進行與該選擇出的照射能量對應的運轉控制數據的更新控制。
[0010]在專利文獻2中，表示了以下的加速器的控制裝置，其具備:磁場基準產生部，其對于在加速器的磁場線圈中進行勵磁的線圈電流，輸出與經過時間對應的磁通密度信息；電流基準變換部，其求出產生與磁通密度信息對應的磁場的線圈電流。另外，表示了以下的控制方法，即通過組合4種模式(初始上升模式、減少模式、增加模式、結束模式)來輸出磁場基準產生部所輸出的磁通密度信息，由此在一次的運轉周期內實現多個能量的射束的出射。根據專利文獻2，能夠組合4種磁通密度模式，在一次的運轉周期內出射多個能量的離子束。根據該功能，能夠選擇形成規定的S0BP所需要的照射能量，但另一方面，預先將選擇并輸出4種模式的定時寫入到定時控制裝置中，因此，與專利文獻1和非專利文獻2同樣地，無法解決以下的問題，即在中斷離子束的照射的情況下，無法從該出射能量直接轉移到減速控制，如果不更新從該出射能量到減速控制之間的能量變更控制數據，則無法轉移到減速控制(在專利文獻2中所述的結束|吳式)。
[0011]另外，在對呼吸移動性臟器應用掃描照射法時，需要以下的控制，即檢測由于患者的生理活動造成的患部的移動，在判定為射束照射位置包含在患部的照射區域中的情況下進行照射。這時，在輸出表示射束照射位置包含在患部的照射區域中的出射許可控制信號，并且為同步加速器的出射條件的設定完成的狀態的情況下，實施從同步加速器出射射束的控制，由此能夠針對呼吸移動性臟器提高射束照射精度。即，通過根據出射許可控制信號從同步加速器出射射束，能夠針對呼吸移動性臟器提高射束照射精度。
[0012]在這樣的向呼吸移動性臟器的射束照射控制中，在根據出射許可信號從同步加速器出射射束時，如專利文獻3所示那樣，出射許可控制信號的輸出停止并且使同步加速器轉移到減速控制，接著，實施下一個照射所需要的射束的加速和出射條件設定。當出射許可控制信號的輸出停止，并且轉移到減速控制時，即使剩余有在同步加速器內環繞的射束也進行減速，因此存在在同步加速器內環繞的射束的利用效率低的問題。
[0013]在專利文獻4中，表示了為了提高作為專利文獻3的問題的在同步加速器內環繞的射束的利用效率，不在出射許可信號的輸出停止的同時轉移到減速控制，而是在預先設定的待機時間的期間，在停止了射束出射控制的狀態下保持運轉控制。如果在該待機時間的期間再次輸出出射許可控制信號，則實施射束出射控制，由此具有提高在同步加速器內環繞的射束的利用效率的效果。
[0014]但是，在多級出射控制運轉時根據出射許可控制信號從同步加速器出射射束的情況下，即使根據專利文獻4所示的出射許可控制信號的輸出停止而停止射束出射控制并轉移到待機控制，在超過規定的待機時間的情況下，也需要轉移到減速控制。因此，沒有表示出怎樣實現在多級出射控制運轉中要求的能量變更控制等。
[0015]另外，在同步加速器內環繞的射束不充分的情況下轉移到減速控制時，與專利文獻1、專利文獻2、以及非專利文獻2同樣地，沒有解決以下的問題，即在中斷了離子束的照射的情況下，無法從該出射能量直接轉移到減速控制，如果不更新從該出射能量到減速控制之間的能量變更控制數據，則無法轉移到減速控制。
[0016]專利文獻1:專利第4873563號公報
[0017]專利文獻2:日本特開2011-124149號公報
[0018]專利文獻3:專利第2921433號公報
[0019]專利文獻4:日本特開2013-111406號公報
[0020]非專利文獻1:原子能設備和方法的物理研究A624號(2010年9月)的第33?38 頁(Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A624 (2010)33 ?38)
【發明內容】
[0021]本發明的目的在于，提供一種粒子線照射系統及其運轉方法，其在短時間內實現同步加速器的出射射束能量的變更控制的多級出射控制運轉中，以短的運轉周期進行希望的能量范圍的射束照射，提高劑量率。
[0022]本發明的另一個目的在于，提供一種粒子線照射系統及其運轉方法，其在短時間內實現同步加速器的出射射束能量的變更控制的多級出射控制運轉中，在中斷了離子束照射的情況下在短時間內實現運轉周期的更新，提高劑量率。
[0023]本發明的另一個目的在于，提供一種粒子線照射系統及其運轉方法，其在短時間內實現同步加速器的出射射束能量的變更控制的多級出射控制運轉中，實現了檢測由于患者的生理活動造成的患部的移動，在判定為射束照射位置包含在患部的照射區域中的情況下進行照射的控制，提高劑量率以及射束照射精度。
[0024]為了解決上述問題，例如采用權利要求書中記載的結構。
[0025]本發明包含多個解決上述問題的手段，如果列舉其中一個例子，則具備:同步加速器，其將離子束加速后進行出射；照射裝置，其照射從該同步加速器出射的上述離子束；檢測單元，其檢測因患者的生理活動造成的患部的移動；出射許可判定單元，其根據來自該檢測單元的輸出值，輸出出射許可判定信號；控制裝置，通過一個以上的初始加速控制數據、出射多個能量的離子束的多個出射控制數據、將上述多個出射控制數據之間連接的多個能量變更控制數據、與上述多個出射控制數據對應的多個減速控制數據構成構成上述同步加速器的設備的運轉控制數據，通過組合這些控制數據來進行多個能量的射束的出射控制，上述控制裝置根據從上述出射許可判定單元輸出的出射許可判定信號，實施從上述同步加速器的射束出射控制。
[0026]由此，能夠短時間實現從同步加速器出射的射束能量的變更控制。另外，在多級出射控制運轉中從哪個能量都能夠迅速地轉移到減速控制，由此能夠在中斷了離子束的照射的情況下短時間內實現運轉周期的更新，提高劑量率縮短治療時間。并且，通過根據出射許可判定信號實施從同步加速器的射束出射控制，能夠提高向呼吸移動性臟器的射束照射精度。
[0027]另外，更詳細的說，本發明具有以下這樣的特征。
[0028]例如，上述控制裝置在從上述同步加速器的射束出射控制時，根據從上述出射許可判定單元輸出的出射許可判定信號，用同一能量實施多次的射束出射控制。
[0029]另外，上述出射許可判定單元在上述檢測單元檢測出上述患部位于出射許可范圍內時，輸出上述出射許可判定信號，在上述患部不位于出射許可范圍內時，不輸出上述出射許可判定信號。
[0030]由此，即使檢測到因患者的生理活動造成的患部的移動而中斷射束照射，也能夠再開始同一能量的射束照射，高效地執行射束照射。
[0031]另外，上述控制裝置具備:定時系統，其輸出用于對構成上述同步加速器的設備的控制定時進行管理的多個控制定時信號；以及電源控制裝置，其控制構成上述同步加速器的設備，將構成上述運轉控制數據的上述初始加速控制數據、上述多個出射控制數據、上述多個能量變更控制數據以及上述多個減速控制數據存儲在上述電源控制裝置中，上述電源控制裝置輸入從上述定時系統輸出的上述多個控制定時信號，根據這些控制定時信號，選擇并更新上述初始加速控制數據、上述多個出射控制數據、上述多個能量變更控制數據以及上述多個減速控制數據。
[0032]另外，還具備射束量檢測單元，其檢測上述同步加速器內的積蓄射束量，上述控制裝置接受從上述出射許可判定單元輸出的出射許可判定信號的輸入，在對上述同步加速器的運轉控制設定出射條件，并且輸入了出射許可判定信號時指令射束出射控制，在停止了上述出射許可判定信號時，根據從上述射束量檢測單元輸入的上述同步加速器內的積蓄射束量的檢測結果、照射中的能量的射束照射是否完成的判定結果，判定是進行待機以便在再次輸出了出射許可判定信號時能夠進行該能量的射束出射，還是轉移到能量變更控制以便能夠照射下一個能量的射束、還是轉移到減速控制，對上述定時系統輸出與前面判定出的各個控制對應的控制指令。
[0033]另外，上述控制裝置還具備聯鎖系統，其輸出將射束從入射到上述同步加速器的射束能量加速到初級的出射能量的初始加速指令、在上述同步加速器中進行初始加速乃至在能量變更后設定出射條件的照射準備開始指令、表示在上述同步加速器中出射條件的設定完成的照射待機指令、根據從上述出射許可判定單元輸出的出射許可判定信號和上述同步加速器的出射條件設定狀態輸出的射束出射指令、停止向上述患部的射束照射的照射停止指令、根據向上述患者照射的離子束的照射經過信息而輸出的能量變更指令、根據構成包含上述同步加速器和上述照射裝置的粒子線照射系統的設備的狀態而輸出的減速控制指令以及表示完成了照射的照射完成指令，上述定時系統根據從上述聯鎖系統輸出的上述初始加速指令、上述照射準備開始指令、上述照射待機指令、上述照射停止指令、上述能量變更指令以及上述減速控制指令，從上述多個控制定時信號中選擇并輸出對應的控制定時信號。
[0034]另外，上述電源控制裝置進行控制，以便在輸入了從上述定時系統輸入的上述多個定時信號中的減速控制開始定時信號時，從多個減速控制數據中選擇與出射控制完成時的能量對應的減速控制數據，轉移到減速控制。
[0035]由此，在同步加速器內的積蓄射束量不足而中斷了離子束的照射的情況下，能夠直接轉移到減速控制，短時間內實現運轉周期的更新。
[0036]并且，上述聯鎖系統還在構成包含上述同步加速器和上述照射裝置的粒子線照射系統的設備發生了異常的情況下，輸出上述減速控制指令，上述電源控制裝置進行控制，以便在從上述定時系統輸入了上述減速控制開始定時信號時，在更新了當前的控制數據后，從上述多個減速控制數據中選擇與該更新控制結束后的達到能量對應的減速控制數據，轉移到減速控制。
[0037]由此，在構成粒子線照射系統的設備發生異常而中斷了離子束的照射的情況下，也能夠直接轉移到減速控制，短時間并且安全地實現運轉周期的更新。
[0038]另外，上述聯鎖系統在某個能量的出射控制完成后存在下一個目標能量的情況、或在初始加速控制結束后和能量變更控制結束后達到的能量和下一個目標能量不一致的情況下，輸出能量變更指令，上述定時系統在輸入了上述能量變更指令時，從上述多個控制定時信號中選擇輸出能量變更控制定時信號，上述電源控制裝置進行控制，以便在輸入了上述能量變更控制定時信號時，從上述多個能量變更控制數據中選擇與上述某個能量或達到能量對應的能量變更控制數據，轉移到能量變更控制。
[0039]由此，在不進行射束出射而進行能量變更的情況下，可以不進行出射控制數據的更新控制(出射條件設定控制以及出射條件解除控制)，因此能夠實現短時間的能量變更控制，提高劑量率。
[0040]另外，構成上述運轉控制數據的上述初始加速控制數據、上述多個出射控制數據、上述多個能量變更控制數據、以及上述多個減速控制數據由向構成上述同步加速器的設備直接賦予的控制量即電流/電壓的時序數據構成。
[0041]由此，不需要參數的變更計算，能夠簡化設備結構和控制單元。
[0042]另外，為了達到上述目的，上述控制裝置具備:存儲裝置，其將控制數據作為模塊數據進行存儲，所述控制數據包含構成上述運轉控制數據的上述初始加速控制數據、上述多個出射控制數據、上述多個能量變更控制數據以及上述多個減速控制數據，能夠進行與假定的多個患者的照射條件對應的全部能量的射束出射；以及電源控制裝置，其控制構成上述同步加速器的設備，上述控制裝置在照射準備時賦予了特定的患者的照射條件時，從存儲在上述存儲裝置中的模塊數據中選擇相應的控制數據來存儲在上述電源控制裝置中，構成上述運轉控制數據。
[0043]由此，沒有對射束照射不起作用的浪費時間(從同步加速器的入射射束能量到照射開始能量為止的控制時間以及從照射結束能量到減速結束能量為止的控制時間)，因此能夠以短的運轉周期進行希望的能量范圍的射束照射，提高劑量率縮短治療時間，并且能夠檢測因患者的生理活動造成的患部的移動，實現在判定為射束照射位置包含在患部的照射區域中的情況下進行照射的控制。
[0044]根據本發明，在短時間內實現同步加速器的出射射束能量的變更控制的多級出射控制運轉中，能夠以短的運轉周期進行希望的能量范圍的射束照射，提高劑量率縮短治療時間。
[0045]另外，根據本發明，在短時間內實現同步加速器的出射射束能量的變更控制的多級出射控制運轉中，能夠在中斷了離子束的照射的情況下，短時間內實現運轉周期的更新，提高劑量率縮短治療時間。
[0046]另外，根據本發明，在短時間內實現同步加速器的出射射束能量的變更控制的多級出射控制運轉中，通過檢測因患者的生理活動造成的患部的移動，實現在判定為射束照射位置包含在患部的照射區域中的情況下進行照射的控制，能夠提高劑量率以及射束照射精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0047]圖1是表示作為本發明的一個優選實施例的粒子線照射系統的結構的圖。
[0048]圖2是表示作為本發明的一個實施例的基于掃描照射法的照射裝置的結構的圖。
[0049]圖3是表示作為本發明的一個實施例的構成同步加速器的多個設備的控制數據的結構的圖。
[0050]圖4是表示作為本發明的一個實施例的實現多級出射運轉的控制系統(控制裝置)的結構和各裝置間的信息傳送的圖。
[0051]圖5是表示作為本發明的一個實施例的開始多級出射運轉之前的照射準備流程的圖。
[0052]圖6是表示作為本發明的一個實施例的多級出射運轉時的控制流程(狀態轉移)的圖。
[0053]圖7A是表示作為本發明的一個實施例的通過圖3所示的控制數據的組合進行的多級出射運轉時的控制數據的輸出例的圖。
[0054]圖7B是表示作為本發明的一個實施例的通過圖3所示的控制數據的組合進行的多級出射運轉時的控制數據的輸出例子的圖。
[0055]圖8是表示作為本發明的一個實施例的在通過圖3所示的控制數據的組合進行的多級出射運轉時實施向呼吸移動性臟器的照射時的控制數據的輸出例子的圖。
[0056]圖9是表示現有的同步加速器的運轉順序的圖。
【具體實施方式】
[0057]以下，使用【專利附圖】
【附圖說明】本發明的實施方式。
[0058]圖1是表示作為本發明的一個優選實施例的粒子線照射系統的結構的圖。
[0059]本實施例的粒子線照射系統1如圖1所示具備離子束產生裝置11、射束輸送裝置14、照射野形成裝置(帶電粒子束的照射裝置，以下稱為照射裝置)30。
[0060]射束輸送裝置14將離子束產生裝置11和配置在治療室內的照射裝置30連接起來。
[0061]離子束產生裝置11具備離子源(未圖示)、前級加速器12以及同步加速器13。離子源與前級加速器12連接，前級加速器12與同步加速器13連接。前級加速器12將通過離子源產生的離子束10加速到能夠入射到同步加速器13的能量。通過前級加速器12加速后的離子束10a入射到同步加速器13。
[0062]同步加速器13具備:高頻加速裝置(加速空腔)17，其向沿著環繞軌道進行環繞的離子束10b施加高頻電壓，加速到目標的能量；出射用高頻電極20a，其增大環繞的離子束的電子感應加速器振動振幅；以及出射用偏轉器20b，從環繞軌道取出離子束。
[0063]入射到同步加速器13的射束10b通過施加給高頻加速空腔17的加速高頻電壓被賦予了能量，由此加速到希望的能量。這時，與離子束10b的環繞能量的增加相符地，提高偏向電磁鐵18、四極電磁鐵19等的磁場強度以及施加到加速空腔17的高頻電壓的頻率，使得在同步加速器13內環繞的離子束10b的環繞軌道固定。
[0064]在將離子束10b加速到希望的能量后，通過出射條件的設定控制來控制四極電磁鐵19以及六極電磁鐵(未圖示)的勵磁量，由此使能夠出射環繞射束10b的條件(環繞射束的穩定限界條件)成立。
[0065]在出射條件設定控制結束后，向出射用高頻電極20a施加出射高頻電壓，增大在同步加速器13內環繞的射束10b的電子感應加速器振動振幅。由于該電子感應加速器振動振幅的增大，超過穩定限界條件的環繞射束10b從同步加速器13出射到射束輸送裝置14，輸送到照射裝置30。從同步加速器13的射束出射控制通過高頻開關21的開/關控制，能夠高速地實現施加到出射用高頻電極20a的高頻電壓。
[0066]在從同步加速器13的射束出射控制結束后，通過出射條件的解除控制來控制四極電磁鐵19以及六極電磁鐵(未圖示)的勵磁量，由此解除在設定出射條件時形成的環繞射束10b的穩定限界條件。
[0067]在出射條件的解除控制完成后，降低偏向電磁鐵18、四極電磁鐵19等的磁場強度以及施加到加速空腔17的高頻電壓的頻率，由此使在同步加速器13內環繞的離子束10b減速，轉移到下一個運轉周期。
[0068]照射裝置30與從患者36的體表面開始的深度和患部形狀相符地控制通過上述射束輸送裝置14引導的離子束10c，向治療床上的患者36的患部37照射。照射裝置30基于掃描照射法。掃描照射法具有以下特征:由于直接向患部37照射離子束10d所以離子束10d的利用效率高，與現有的散射體照射法相比，能夠進行與患部形狀相匹配的離子束10d的照射。
[0069]向患部的深度方向的射束距離調整通過變更離子束的能量，實現向希望的患部的照射。特別在掃描照射法中，通過在調整在同步加速器13內環繞的離子束10b的能量后出射，使離子束的距離與患部37的深度相符，因此在向患者的照射治療中要求多次的能量的變更控制。
[0070]另外，作為向患部平面方向的射束照射方法，具有點掃描照射法、光柵掃描照射法坐寸。
[0071]點掃描照射法在患部的照射平面上分割為被稱為點的劑量管理區域，在對每個點停止掃描直到達到所設定的照射劑量為止照射射束后停止射束，移動到下一個照射點位置。這樣，點掃描照射法是對每個點更新照射開始位置的照射法。
[0072]另外，光柵掃描照射法與點掃描照射法同樣地設定劑量管理區域，但不對每個點停止射束掃描，而是在掃描路徑上一邊掃描一邊照射射束。因此，通過降低每次的照射劑量，實施重復多次地進行照射的重繪照射，由此提高照射劑量的均勻度。這樣，光柵掃描照射法是對每個掃描路徑更新照射開始位置的照射法。
[0073]此外，在點掃描法中，也可以與光柵掃描法同樣地進行控制，將在對一個點位置的一次照射中提供的照射劑量設定得低，多次掃描照射平面，由此達到最終的照射劑量。
[0074]在圖2中表示照射裝置30的結構。照射裝置30具有掃描電磁鐵32a、32b。掃描電磁鐵32a、32b與患部形狀相符地在患部平面上掃描射束。另外，照射裝置30具有測量向患者照射的射束10d的照射劑量的劑量監視器31、射束形狀監視器(未圖示)，通過它們逐次地確認所照射的射束10d的劑量強度、射束形狀。通過掃描電磁鐵32掃描的射束10d通過準直儀34與患者36的患部37相符地形成照射野。
[0075]另外，在患部37是呼吸移動性臟器的情況下，為了高精度地向患部37照射射束，要求檢測患部37的移動，進行只在患部37位于規定的位置的情況下進行照射的控制。
[0076]因此，如圖2所示，設置患部位置檢測單元35和出射許可判定單元354。另外，設置在患部37附近確定患部位置的標記352，通過透視圖像取得單元351檢測該標記352。將通過該透視圖像取得單元351取得的透視圖像信息輸入到出射許可判定單元354，判定透視圖像信息所示的標記352的位置是否包含在射束照射允許范圍353內。在透視圖像信息所示的標記352的位置包含在射束照射允許范圍353內的情況下，出射許可判定單元354向聯鎖系統60輸出許可射束出射的出射許可判定信號355。另外，在透視圖像信息所示的標記352的位置不包含在射束照射允許范圍353內的情況下，無法許可射束出射，因此出射許可判定單元354不輸出出射許可判定信號355。
[0077]設置這樣的患部位置檢測單元35和出射許可判定單元354，根據出射許可判定信號355實施從同步加速器13的射束出射控制，由此能夠實現只在患部37的位置位于規定的位置的情況下照射射束的控制。
[0078]返回到圖1，本實施例的粒子線照射系統1具備控制系統100(控制裝置)。
[0079]控制系統100由加速器控制裝置40、綜合控制裝置41、治療計劃裝置43、存儲裝置42、照射控制裝置44、定時系統50、聯鎖系統60、電源控制裝置45、積蓄射束量測量單元151、出射許可判定單元354構成。
[0080]加速器控制裝置40控制離子束產生裝置11和射束輸送裝置14。綜合控制裝置41綜合控制粒子線照射系統1整體。治療計劃裝置43計劃向患者的射束照射條件。存儲裝置42存儲通過治療計劃裝置43計劃的信息、作為離子束產生裝置的同步加速器13和射束輸送裝置14的控制信息等。照射控制裝置44控制構成照射裝置30的設備和向患部37照射的離子束10d的照射劑量，并且根據通過劑量監視器31逐次測量出的劑量測量數據311，計算各劑量管理區域中的累計劑量，根據該累計劑量和向患部照射的目標劑量，求出剩余照射劑量。定時系統50實現構成同步加速器13的設備的同步控制。聯鎖系統60為了保證患者36的安全而與綜合控制裝置41相獨立。電源控制裝置45控制構成同步加速器13的各設備的電源46。積蓄射束量測量單元151制作與使用積蓄射束量檢測單元15測量出的同步加速器13內的積蓄射束量有關的數據(積蓄射束量測量數據152)。
[0081]存儲裝置42也可以作為綜合控制裝置41的一部分而在綜合控制裝置41中具備。
[0082]電源46是構成同步加速器13的多個設備的電源的總稱。在圖1中，作為多個設備的電源表示出偏向電磁鐵18的電源46B、四極電磁鐵19的電源46Q、高頻加速空腔17的電源46F以及出射用高頻電極20a的電源46E。
[0083]電源控制裝置45也與電源46同樣地，是與多個設備的電源對應的多個電源控制裝置的總稱。在圖1中，表示出電源46B的控制裝置45B、電源46Q的控制裝置45Q、電源46F的控制裝置45F、以及電源46E的控制裝置45E。
[0084]在此，使用各文獻的記載說明本發明人等研究的事項。
[0085]在圖9中表示現有的同步加速器13的運轉時序。同步加速器13在一次的運轉周期中實施加速、出射、減速這樣的一連串的控制。在出射控制的前后，必須進行出射條件設定以及出射條件解除這樣的、出射同步加速器內的離子束所需要的出射條件設定控制、出射控制結束后的出射條件解除控制。
[0086]在現有的同步加速器13的運轉控制中，在電源控制裝置45的存儲器中準備有與一連串的控制對應的控制數據作為模式數據，電源控制裝置45根據從對構成同步加速器13的設備的控制定時進行管理的定時系統50輸出的定時信號51，更新控制數據。
[0087]如圖9所示，同步加速器13在一次的運轉周期中，控制從加速到減速，因此為了變更出射的離子束10c的能量，需要在出射控制結束后轉移到減速控制，使剩余射束減速后，更新運轉周期。另外，在更新運轉周期后再次加速離子束10b，由此實現向希望的能量的變更控制。
[0088]因此，在現有的同步加速器13的運轉控制中，在離子束10b的能量變更時間中花費與一次的運轉周期大致相同的時間，因此治療時間變長，存在提高劑量率方面的問題。
[0089]在專利文獻1中，表示了在一次的運轉周期內實現多個能量的離子束的出射的、離子同步加速器的多級出射控制運轉。通過這樣的多級出射控制運轉，能夠實現掃描照射法中的能量變更時間的縮短。
[0090]另外，在專利文獻2中，表示了以下的運轉，即與從離子同步加速器出射的多個能量對應地，預先準備由能量變更控制和出射控制構成的階段性的運轉控制數據(非專利文獻2的34頁、圖2)，延長與出射的離子束能量對應的出射控制部的運轉控制數據的平坦部(非專利文獻2的35頁、圖3)。
[0091]如非專利文獻2所記載的那樣，在應用了預先準備能夠進行多個能量的出射的運轉控制數據作為模式數據的控制的情況下，在完成全部照射所需要的離子束量已經積蓄在同步加速器中的情況下，具有能夠在一次的運轉周期中完成全部的能量的照射的效果，但在完成全部照射所需要的離子束量沒有積蓄在同步加速器中的情況下，在離子束量枯竭的時刻實施減速控制后，需要更新運轉周期而再次實施離子束10b的入射和加速。這時，在從離子束枯竭的能量的出射控制轉移到減速控制時，需要考慮運轉控制數據的連續性，因此需要更新在離子束10b枯竭的能量之后存儲的全部能量變更控制的運轉控制數據，無法根據該運轉控制數據直接轉移到減速控制。因此，存在同步加速器13的運轉周期的更新花費時間的問題。在構成粒子線照射系統1的設備發生了異常的情況下，也同樣地存在無法直接根據該運轉控制數據轉移到減速控制的問題。
[0092]另外，在專利文獻2中，表示出以下的加速器的控制裝置，其具備:磁場基準產生部，其針對在加速器的磁場線圈中勵磁的電流，輸出與經過時間對應的磁通密度信息；電流基準變換部，其求出產生與磁通密度信息對應的磁場的線圈電流，其中，表示了以下的控制方法，即通過組合4種模式(初始上升模式、減少模式、增加模式、結束模式)地輸出磁場基準產生部輸出的磁通密度信息，來實現在一次的運轉周期內出射多個能量的射束。
[0093]根據專利文獻2，能夠組合4種磁通密度模式，在一次的運轉周期內出射多個能量的離子束，但另一方面，預先將選擇同步加速器的運轉控制數據指示這些4種模式的組合順序的定時信號寫入到定時控制裝置中，因此為了保證設定值的連續性，無法直接從該出射能量轉移到減速控制。因此，在射束枯竭時以及設備異常時間，無法迅速地成為減速控制，因此，同步加速器的運轉周期的更新花費時間。另外，電流基準變換器一邊逐次地計算偏向電磁鐵和四極電磁鐵的勵磁電流一邊逐次地輸出，因此需要在每次變更模式時變更計算參數，還存在設備結構和控制單元變得復雜的問題。
[0094]在專利文獻3和專利文獻4中，記載了以下的射束出射控制方法，即為了在患部37是呼吸移動性臟器的情況下也高精度地照射射束，根據檢測因患部37的生理活動造成的患部37的移動的結果，從同步加速器13出射射束。
[0095]在專利文獻3中，在控制從同步加速器13的射束出射時檢測到患部37的移動的情況下，在停止射束出射控制后轉移到減速控制，接著實施下一個照射所需要的射束的加速和出射條件設定。如果在出射許可控制信號的輸出停止同時轉移到減速控制，則在同步加速器內環繞的射束即使有剩余也減速，因此存在無法實施本發明所希望的在運轉周期內通過環繞射束的能量變更進行的多級出射控制運轉。
[0096]另外，在專利文獻4中，不與出射許可控制信號的輸出停止同時地轉移到減速控制，轉移到一定期間的待機狀態，在待機狀態后再次輸入了出射許可信號的情況下，再次開始射束出射，由此與專利文獻3相比能夠改善射束利用效率，但在該情況下，如果超過待機時間，則也轉移到減速控制，因此與專利文獻3同樣地，無法實現在運轉周期內通過環繞射束的能量變更進行的多級出射控制運轉，無法改善在同步加速器內環繞的射束的利用效率低的問題。
[0097]本發明涉及在離子同步加速器中在一次的運轉周期內能夠出射多個能量的離子束的多級出射控制運轉，根據本發明，能夠提供一種離子同步加速器，其能夠實現射束能量的變更控制和運轉周期的更新以及在患部37是呼吸移動性臟器的情況下也能夠高精度地進行射束照射。以下，進行詳細的說明。
[0098]首先，使用圖3?圖8說明作為本發明的特征的、多級出射運轉時的控制數據構造和使用了該控制數據的運轉順序。
[0099]圖3是表示構成同步加速器的多個設備的控制數據的結構的圖，作為設備的控制數據的代表例子，表示了偏向電磁鐵18的勵磁電流。實際上，如非專利文獻1所示那樣，準備了與照射的射束的能量數對應的級數的數據，但在本實施例中以3級進行說明。另外，在本實施例中，表示出從低能量到高能量按順序照射射束那樣的運轉控制數據，但在從高能量到低能量按順序照射射束的情況下，也能夠得到同樣的效果。
[0100]圖4是表示作為本發明的特征的實現多級出射運轉的控制系統100 (控制裝置)的結構和各裝置之間的信息傳送的圖。圖5是表示開始多級出射運轉之前的照射準備流程的圖。圖6是表示多級出射運轉時的控制流程(狀態轉移)的圖。圖7A和圖7B是表示基于圖3所示的控制數據的組合進行的多級出射運轉時的控制數據的輸出例子的圖。圖8是表示在多級出射運轉時實施向呼吸移動性臟器的照射時的控制數據的輸出例子的圖。
[0101]如圖3所示，構成同步加速器的設備(在圖示的例子中為偏向電磁鐵18)的運轉控制數據70由初始加速控制數據701a(以下用701代表)、用于出射多個能量(在圖示的例子中為3種能量Ea、Eb、Ec)的離子束的多個出射控制數據702a?702c (以下用702代表)、將多個出射控制數據702之間連接起來的多個能量變更控制數據705ab、705bc(以下用705代表)、與多個出射控制數據702對應的多個減速控制數據706a?706c (以下用706代表)構成。
[0102]出射控制數據702由用于設定從同步加速器13出射射束所需要的運轉條件的出射條件設定數據703a?703c (以下用703代表)、用于在從同步加速器13的射束出射停止后為了變更環繞射束的能量或轉移到減速控制而解除出射條件的出射條件解除數據704a?704c (以下用704代表)構成。
[0103]多個減速控制數據706構成為將與多個出射控制數據702各自的出射能量對應的值作為初始值，將與同步加速器13的入射能量對應的值作為最終值。由此，在中斷了離子束的照射的情況下，能夠從出射能量直接轉移到減速控制。
[0104]通過組合這些控制數據701、702、705，進行多個能量的射束的出射控制。并且，通過具有與多個出射能量對應的減速控制數據706，從哪個出射能量都能迅速地轉移到減速控制。
[0105]作為向對應的設備直接賦予的控制量即電流/電壓的時序數據，分別準備這些控制數據 701、702、705、706。
[0106]例如，如果是偏向電磁鐵18的控制數據，則由對產生規定的偏向磁場強度時需要的偏向電磁鐵電源46B設定的勵磁電流和電壓(未圖不)的時序數據來構成。
[0107]另外，將這些控制數據701、702、705、706存儲在存儲裝置42中。在存儲裝置42中，將包含圖3所示的控制數據，能夠進行與假定的所有患者的照射條件對應的全部能量的射束出射的控制數據作為模塊數據進行存儲。
[0108]例如，在設為與假定的多個患者的照射條件對應的出射能量數是100的情況下，將100個初始加速控制數據701、100個出射控制數據702、99個能量變更控制數據705、100個減速控制數據706作為模塊數據存儲在存儲裝置42中。在照射準備時，在賦予了特定的患者的照射條件時，綜合控制裝置41從存儲在存儲裝置42中的控制數據中選擇相應的數據，存儲在電源控制裝置45中。
[0109]此外，也可以將能夠進行全部能量的射束出射的模塊數據存儲在綜合控制裝置41的內部存儲裝置中。
[0110]運轉控制數據70的控制數據分別與從定時系統50輸出的定時信號51關聯。
[0111]本實施例的定時信號51由加速控制開始定時信號511、出射條件設定定時信號512、出射控制待機定時信號513、出射條件解除定時信號514、能量變更控制定時信號515、減速控制開始定時信號516、減速控制結束定時信號517構成。
[0112]如果向電源控制裝置45輸入了定時信號51，則電源控制裝置45選擇與定時信號51關聯的控制數據，根據選擇出的控制數據的初始地址開始數據的更新。
[0113]使用圖3說明針對定時信號51的輸入的運轉控制數據70的更新控制。
[0114]電源控制裝置45根據加速控制定時信號511的輸入，更新從入射能量(Einj)到初級的出射能量(Ea)的初始加速控制數據701a來加速射束。
[0115]根據出射條件設定定時信號512的輸入，更新出射條件設定數據703a。
[0116]在射束出射控制時,通過固定值控制偏向電磁鐵18、四極電磁鐵19、六極電磁鐵(未圖示)的勵磁量和施加到高頻加速空腔17的高頻電壓，由此實現穩定的射束出射，因此根據出射控制待機定時信號513的輸入，停止出射條件設定數據703a的更新，直到輸入出射條件解除定時信號514為止進行待機。關于從同步加速器13的射束出射，根據出射許可判定信號355的輸入將高頻開關21閉合，由此向出射用高頻電極20a供給出射用高頻電壓。
[0117]在射束出射控制結束后，轉移到減速或能量變更控制的情況下，為了解除出射條件，根據出射條件解除定時信號514的輸入開始更新出射條件解除數據704a。
[0118]聯鎖系統60直到出射條件解除數據704a的更新結束為止，根據同步加速器13內的積蓄射束量的檢測結果152、當前的能量下的目標劑量和照射劑量之間的差分所示的剩余照射劑量，選擇輸出能量變更控制定時信號515和減速控制開始定時信號516中的哪個。根據聯鎖系統60的選擇結果，向定時系統50指示能量變更控制定時信號515或減速控制開始定時信號516的輸出。
[0119]將構成運轉控制數據70的各控制數據設為相同的值，以便能夠連續地連接出射條件解除數據704的結束值和轉移到下一個照射能量的能量變更控制數據705的開始值(例如圖3的704a的結束值和705ab的開始值)、以及出射條件解除數據704的結束值和減速到入射能量的加速控制數據的開始值(例如圖3的704a的結束值和706a的開始值)。
[0120]通過實現這樣的基于定時信號51的輸入的運轉控制，能夠容易地實現與定時信號51的輸入對應的運轉控制數據70的變更和更新。
[0121]另外，在實施上述多級出射運轉時，聯鎖系統60根據從加速器控制裝置40輸出的射束能量信息402、從照射控制裝置44輸出的能量變更要求信號443、減速控制要求信號444、照射完成信號445、從電源控制裝置45輸出的表不設備健全性的狀態信息452、基于積蓄射束量檢測單元15的積蓄射束量測量數據152、以及基于患部位置檢測單元35的出射許可判定信號355，輸出聯鎖控制指令61。
[0122]在該聯鎖控制指令61中，包含初始加速指令611、照射準備指令612、照射待機指令613、照射停止指令614、能量變更指令615、減速控制指令616、以及照射完成指令617。
[0123]定時系統50根據從聯鎖系統60輸出的能量變更指令615，輸出能量變更定時信號515。另外，根據從聯鎖系統60輸出的照射準備指令612，輸出出射條件設定定時信號512。另外，根據從聯鎖系統60輸出的照射停止指令614，輸出出射條件解除定時信號514。另外，根據減速控制指令616，輸出減速控制開始定時信號516。并且，根據從出射許可判定單元353輸出的出射許可判定信號355，向高頻開關21輸出出射控制指令62，控制向出射用高頻電極20a的出射用高頻電壓的供給。
[0124]一并使用圖4和圖5說明使用圖3所示的構成同步加速器的設備的控制數據實施多級出射運轉時的照射準備流程。
[0125]首先，治療計劃裝置43將包含患者的治療所需要的照射條件等的治療計劃信息431登記到存儲裝置42中。綜合控制裝置41根據照射條件的設定信息，從存儲裝置42讀入照射條件421 (步驟S801)。
[0126]接著，綜合控制裝置41根據照射條件從存儲裝置42中選擇照射所需要的能量和各照射劑量、照射順序以及控制數據(步驟S802)。在存儲裝置42中，如上述那樣，將包含圖3所示的初始加速控制數據701、出射控制數據702、出射條件設定數據703、出射條件解除數據704、能量變更控制數據705、減速控制數據706，能夠進行與假定的所有患者的照射條件對應的全部能量的射束出射的控制數據存儲為模塊數據，綜合控制裝置41根據照射條件421選擇讀入控制數據701?706。
[0127]接著，綜合控制裝置41向定時系統50傳送照射所需要的能量信息、照射順序、以及與該能量對應的定時信號數據41 la (步驟S803)。
[0128]接著，定時系統50將從綜合控制裝置41傳送的照射所需要的能量信息、照射順序、以及與該能量對應的定時信號數據411a存儲在存儲器內(步驟S804)。綜合控制裝置41同樣向加速器控制裝置40和照射控制裝置44傳送照射所需要的能量信息、照射順序、以及與該能量對應的控制數據411b、411c (步驟S805)。其中，在向加速器控制裝置40傳送的控制數據411b中包含各設備的運轉控制數據(控制數據701?706)、與運轉控制數據對應的定時信號(定時信號511?517)，在向照射控制裝置44傳送的控制數據411c中包含各照射能量的照射順序和目標照射劑量。
[0129]接著，加速器控制裝置40向構成同步加速器13和射束輸送裝置14的設備的各電源控制裝置45，傳送各設備的運轉控制數據(控制數據701?706)、與運轉控制數據對應的定時信號(定時信號511?517)的數據401 (步驟S806)，電源控制裝置45將各設備的運轉控制數據、與運轉控制數據對應的定時信號的數據401存儲在存儲器內(步驟S807)。
[0130]然后，照射控制裝置44將各照射能量的照射順序和目標照射劑量存儲在存儲器內(步驟S808)。
[0131]接著，使用圖4和圖6說明使用圖3所示的構成同步加速器的設備的控制數據實施多級出射運轉時的照射流程。
[0132]如果從用戶向綜合控制裝置41輸入照射開始指令(未圖示)，則開始同步加速器13的運轉控制。
[0133]首先，綜合控制裝置41向定時系統50、加速器控制裝置40、照射控制裝置44，輸出表示同步加速器13的運轉周期的開始的控制開始指令412。定時系統50、加速器控制裝置40、照射控制裝置44根據控制開始指令412，設定目標能量(步驟S809)。
[0134]接著，聯鎖系統60在確認了設備的正常動作后，根據所設定的目標能量，輸出初始加速指令611。另外，定時系統50設定此后出射的射束的目標能量信息，加速器控制裝置40向各電源控制裝置設定目標能量。照射控制裝置44根據目標能量，設定該能量的各劑量管理區域的目標劑量值。
[0135]此外，在圖6中沒有表示，但設置有以下的功能，即在電源控制裝置45根據電源裝置46等設備的狀態信息452檢測出異常的情況下，聯鎖系統60停止射束的照射，使同步加速器13轉移到減速控制。
[0136]接著，定時系統50根據控制開始指令412，輸出加速控制開始定時信號511，電源控制裝置45開始初始加速控制數據701的更新(步驟S810)。
[0137]然后，加速器控制裝置40在初始加速控制結束的時刻，向聯鎖系統60輸出射束能量信息402。聯鎖系統60根據從加速器控制裝置40傳送的射束能量信息402，確認加速結束后的達到能量和目標能量是否一致(步驟S811)。
[0138]列舉以下的情況等，即在步驟S811中在初始加速控制結束后目標能量和達到能量不一致的情況下，在實施多級出射控制運轉時，在從初始加速能量實施了后述的能量變更控制后，根據積蓄射束量的枯竭或設備的異常等實施減速控制，然后再次通過能量變更控制后的能量實施射束照射。在這樣的加速結束后的達到能量和目標能量不一致的情況下，定時系統50輸出能量變更指令615，定時系統50向電源控制裝置45輸出能量變更控制定時信號515，電源控制裝置45實施能量變更控制數據705的更新(步驟S827)。
[0139]在步驟S811中加速結束后的達到能量和目標能量一致的情況下，聯鎖系統60根據積蓄射束量檢測單元15對積蓄射束量的測量值152，確認是否有為了照射下一個點而充分的積蓄射束量、積蓄射束量的剩余量(步驟S812)。如果積蓄射束量的剩余量充分(是的情況)，則聯鎖系統60向定時系統50輸出照射準備指令612，定時系統50向電源控制裝置45輸出出射條件設定定時信號512，電源控制裝置45開始出射條件設定數據703的更新(步驟S813)。與此相對，在步驟S812的判定中積蓄射束量的剩余量不充分時，處理前進到步驟S819。
[0140]接著，定時系統50與出射條件設定數據的更新完成相匹配地輸出出射控制待機定時信號513，結束電源控制裝置45中的出射條件設定數據703的更新，保存最終更新值。聯鎖系統60輸出照射待機指令613，根據從各電源控制裝置45輸出的設備的健全性、能量確認信號這樣的狀態信息452、同步加速器13內的積蓄射束量檢測單元15對于積蓄射束量的測量值152、以及從照射控制裝置44輸出的出射控制許可信號441等，判定射束的出射條件是否成立(步驟S814)。
[0141]在根據沒有積蓄射束照射所需要的射束量等，在步驟S814中判定為不成立(NG)的情況下，聯鎖系統60向定時系統50輸出照射停止指令614，從定時系統50向電源控制裝置45輸出出射條件解除定時信號514。電源控制裝置45更新出射條件解除數據704 (步驟S819)。在出射條件解除數據704的更新完成后，判定出射條件設定是否異常(步驟S820)。
[0142]現在，在步驟S814中射束的出射條件不成立，為了轉移到出射條件解除，判定為出射條件設定異常，聯鎖系統60輸出減速控制指令616，從定時系統50向電源控制裝置45輸出減速控制開始定時信號516。然后，在進行了射束的減速后，電源控制裝置45更新減速控制數據706(步驟S821)。
[0143]接著，定時系統50與減速控制數據的更新完成相匹配地輸出減速控制結束定時信號517，電源控制裝置45結束減速控制數據706的更新，保存最終更新值。
[0144]接著，聯鎖系統60確認全部層的照射是否完成(步驟S822)，在全部層的照射完成的情況下，輸出照射完成指令617，結束射束照射運轉。與此相對，在全部層的照射沒有完成的情況下，輸出初始加速指令611，從初始加速控制開始再次開始運轉(再次從步驟S809開始進行處理)。
[0145]在步驟S814中射束出射條件成立的情況下(0K的情況)，聯鎖系統60判定是否根據患部位置檢測單元35的檢測信號輸入了出射許可判定信號355、即判定是否實施射束出射控制(步驟S815)。
[0146]在判定為輸入了出射許可判定信號355,實施射束出射控制的情況下(是的情況)，聯鎖系統60輸出射束出射指令62，將高頻開關21閉合，由此向高頻電極20a施加出射用高頻電壓，來實施射束出射控制(步驟S816)。
[0147]與此相對，在沒有輸入出射許可判定信號355的情況下(否的情況)，繼續確認出射條件是否成立(步驟S823)。在出射條件成立的情況下(0K的情況)，處理返回到步驟S815，繼續等待出射許可判定信號355的輸入。另一方面，在沒有輸入出射許可判定信號355，出射條件不成立的情況下(NG的情況)，聯鎖系統60向定時系統50輸出照射停止指令614，從定時系統50向電源控制裝置45輸出出射條件解除定時信號514。電源控制裝置45更新出射條件解除數據704 (步驟S819)。
[0148]這樣，在出射條件成立(步驟S814為0K的情況)，出射條件繼續成立(步驟S823為0K的情況)情況下，采用根據出射許可判定信號的輸入(步驟S815為是的情況)實施射束出射控制(步驟S816)的運轉流程，由此如專利文獻4所示那樣，在出射許可判定信號的輸入停止后(步驟S815為否的情況)，不使用下一個出射許可判定信號的輸入待機計時器，通過簡單的控制就能夠重復進行同一能量下的射束出射控制。
[0149]在步驟S816中的射束出射控制中，通過設置在照射裝置30中的劑量監視器31逐次地測量照射射束的劑量測量數據311，照射控制裝置44計算各劑量管理區域中的累計劑量。在本實施例中，將劑量管理區域稱為點，將向點照射的累計劑量記載為點劑量。
[0150]這時，照射控制裝置44判定點劑量是否達到了目標劑量(以下稱為劑量滿足)(步驟S817)。在點劑量不滿足的情況下(否的情況)，處理返回到步驟S815，接著同步加速器13繼續進行射束出射控制(步驟S815、S816、以及823)。與此相對，在點劑量滿足的情況下(是的情況)，確認構成該能量下的照射區域的全部點劑量(以下稱為層內的劑量)是否滿足(步驟S818)。
[0151]在層內的劑量不滿足的情況下(否的情況)，確認是否有照射下一個點所充分的積蓄射束量、積蓄射束量的剩余量(步驟S824)。如果積蓄射束量的剩余量成分(是的情況)，則照射控制裝置44通過變更掃描電磁鐵31的勵磁量，變更射束照射位置(步驟S825)，繼續向下一個點照射射束。與此相對，在積蓄射束量的剩余量不充分時，處理前進到步驟S819，聯鎖系統60向定時系統50輸出照射停止指令614，從定時系統50向電源控制裝置45輸出出射條件解除定時信號514，電源控制裝置45更新出射條件解除數據704 (步驟 S819)。
[0152]在步驟S817中層內的劑量滿足的情況下(是的情況)，實施向下一層的照射，聯鎖系統60向定時系統50輸出照射停止指令614，從定時系統50向電源控制裝置45輸出出射條件解除定時信號514。電源控制裝置45更新出射條件解除數據704 (步驟S819)。另外，判定出射條件設定是否異常(步驟S820)。此次向出射條件解除的轉移不依存于出射條件設定是否異常(不是否)，因此，首先聯鎖系統60判定是否存在下一個目標能量數據(步驟S830)。在存在下一個目標能量的情況下，確認是否有向下一個點的照射所需要的積蓄射束量(步驟S826)。另一方面，在步驟S830中不存在下一個目標能量數據，即全部層的照射完成的情況下，聯鎖系統60輸出照射完成指令617，結束射束照射運轉。此外，步驟S830也可以在步驟S819和S820之間。
[0153]如果在步驟S826中積蓄射束量充分(是的情況)，聯鎖系統60向定時系統50輸出能量變更指令615，從定時系統50向電源控制裝置45輸出能量變更定時信號515。與此相對，在步驟S826中積蓄射束量的剩余量不充分時(否的情況)，聯鎖系統60輸出減速控制指令616，使處理前進到步驟S821 —方。
[0154]接著，電源控制裝置45更新能量變更數據705 (步驟S827)。
[0155]接著，加速器控制裝置40在能量變更結束的時刻，向聯鎖系統60輸出射束能量信息402。聯鎖系統60根據從加速器控制裝置40傳送的射束能量信息402，確認能量變更結束后的達到能量和目標能量是否一致(步驟S828)。
[0156]在步驟S828中能量變更結束后的達到能量和目標能量一致的情況下(是的情況)，聯鎖系統60向定時系統50輸出射準備指令612，定時系統50向電源控制裝置45輸出出射條件設定定時信號512，電源控制裝置45開始出射條件設定數據703的更新(步驟S813)。
[0157]與此相對，在步驟S828中加速結束后的達到能量和目標能量不一致的情況下，聯鎖系統60再次向定時系統50輸出能量變更指令615，定時系統50向電源控制裝置45輸出能量變更控制定時信號515，電源控制裝置45實施能量變更控制數據705的更新(步驟S827)。
[0158]在重復進行以上那樣的控制(步驟S813?步驟S820)后，聯鎖系統60向定時系統50輸出減速控制指令616，定時系統50向電源控制裝置45輸出減速控制定時信號512，電源控制裝置45開始減速控制數據703的更新(步驟S821)。
[0159]接著，在減速控制數據的更新完成后，確認全部層的照射是否完成(步驟S822)。在全部層的照射完成的情況下(是的情況)，結束同步加速器13的運轉控制。另外，在有未照射的層的情況下，聯鎖系統60在確認設備的正常動作后，變更目標能量，輸出初始加速指令611 (再次從步驟S809開始進行處理)。
[0160]接著，在圖7A和圖7B中表示作為本實施例的特征之一的多級出射運轉時的控制數據的輸出例子。在圖7A和圖7B中，表示使用圖3所示的運轉控制數據70的輸出例子，能夠在一次的運轉周期內出射的能量數是Ea、Eb、Ec這3種。
[0161]圖7A表示在一次的運轉周期中對3種(Ea、Eb、Ec)的全部能量的離子束進行出射控制的情況下的偏向電磁鐵的勵磁電流值的變化。圖7B表示在初始的運轉周期中出射2種(Ea、Eb)的能量的離子束后，由于積蓄離子束枯竭，轉移到減速控制來更新運轉周期，在下一個運轉周期中出射第3種(Ec)的離子束的情況下的偏向電磁鐵的勵磁電流值的變化。
[0162]一般，偏向電磁鐵的勵磁電流值和射束能量大致具有正比關系，因此圖7A和圖7B也能夠看作為多級出射運轉時的射束能量變化。
[0163]圖7A和圖7B所共通的是預先設定有與各控制數據701?706對應的定時信號511?517，根據各定時信號511?517的輸入，更新各控制數據701?706。
[0164]首先，使用圖7A說明多級出射控制的輸出例子。
[0165]電源控制裝置45在從定時系統50輸入了加速控制定時信號511時，選擇初始加速數據701，開始勵磁電流數據更新控制。
[0166]如果初始加速控制結束，貝U定時系統50向電源控制裝置45輸入出射條件設定定時信號512。電源控制裝置45輸出與初級的出射能量Ea對應的出射條件設定數據703a。
[0167]然后，根據出射控制待機定時信號513的輸入，電源控制裝置45保存最終更新值，實施出射控制。
[0168]如果出射控制完成，則定時系統50向電源控制裝置45輸出出射條件解除定時信號514，電源控制裝置45開始出射條件解除數據704a的更新輸出。
[0169]在出射條件解除數據704a的更新控制結束的同時，測量同步加速器13內的積蓄射束量。在確認了積蓄射束量滿足下一個能量的射束出射量的基礎上，定時系統50輸出能量變更控制定時信號515。電源控制裝置45選擇將當前的出射能量Ea和下一個出射能量Eb連接的能量變更控制數據705a，開始控制數據的更新輸出。
[0170]這以后，到最終的能量Ec的出射控制結束為止，重復進行上述的出射條件設定控制、出射控制、出射條件解除控制、能量變更控制。
[0171]在最終的能量Ec的出射條件解除數據704c的更新控制結束后，定時系統50輸出減速控制開始定時信號516。伴隨減速控制定時信號516的輸入，電源控制裝置45選擇與緊前的出射條件解除數據704c對應的減速控制數據706c，開始減速控制數據的更新輸出。
[0172]此外，在本實施例的減速控制中，進行從低能量到高能量出射射束的控制(Ea〈Eb〈Ec)，因此在減速控制中到最大能量(Einit)為止進行初始化勵磁。
[0173]與減速控制的結束相匹配，定時系統50輸出減速控制結束定時信號517,確認全部能量的出射控制是否完成。在全部能量的出射控制完成的情況下，結束同步加速器的運轉周期。
[0174]接著，如圖7B所示說明在多級出射運轉時更新運轉周期的情況。在此，圖中的符號與圖7A相同，說明圖7B中的第2個能量Eb的出射控制結束后。
[0175]在第2個能量Eb的出射控制結束的時刻，測量同步加速器13內的積蓄射束量。根據該測量結果，如果判定為由于射束的枯竭等積蓄在同步加速器13內的射束量無法滿足下一個射束出射量，則定時系統50輸出與結束了出射控制的能量對應的減速控制開始定時信號516。電源控制裝置45根據減速控制開始定時信號516的輸入，開始能夠與緊前的出射條件解除數據704b連續地連接的減速控制數據706b的更新控制。
[0176]與減速控制結束定時信號517的輸入相匹配，確認全部的能量的出射控制是否完成。在全部的能量的出射控制沒有完成的情況下，接著，在將目標能量從Eb變更為Ec的基礎上，再次輸出加速控制定時信號511。
[0177]根據加速控制定時信號511的輸入，開始初始加速控制數據701的更新。在初始加速控制結束后，將達到能量和目標能量進行比較。這時，初始加速控制數據701的達到能量是Ea，目標能量是Ec，因此需要進一步加速射束。因此，輸出能量變更控制定時信號515。電源控制裝置45根據能量變更控制定時信號515，更新能量變更數據705b，實施能量變更控制。在能量變更控制結束后，再次將達到能量和目標能量進行比較。能量變更控制后的達到能量是Eb，目標能量是Ec，因此接著輸出能量變更控制定時信號515，更新能量變更控制數據705bc。通過重復進行這樣的控制，將達到能量加速到與目標能量相同的Ec。然后，實施與上述所示的出射控制和加速控制相同的控制。
[0178]此外，與后述的圖8 (d)、8 (e)所示同樣地，也可以在為了達到Ec而進行加速時，使用直接從入射能量Einj加速到Ec為止的初始加速控制數據來加速射束。由此，能夠進一步縮短加速所需要的時間，能夠實現劑量率的進一步提高，能夠進一步縮短治療時間。
[0179]接著，在圖8中表示作為本實施例的特征的在多級出射運轉時實施向呼吸移動性臟器的照射時的控制數據的輸出例子。在圖8中，與圖7A和圖7B同樣地，表示使用了圖3所示的運轉控制數據70的輸出例子，在圖8中，假定向呼吸移動性臟器照射6種能量(Ea?Ef)的情況來記載。在本實施例中，能夠在一次的運轉周期內出射的能量數為3種，由能夠出射Ea、Eb、Ec的能量的射束的運轉控制數據70ac和能夠出射Ed、Ee、Ef的能量的射束的運轉控制數據70df構成。
[0180]圖8 (a)表示通過患部位置檢測單元35觀測到的患部位置檢測信號353的時間變化，圖8(b)表示出射許可判定信號355的輸出。圖8(b)的出射許可判定信號355在患部位置處于患部位置變化穩定的區域(圖8(a)所示的比虛線低的區域)中的情況下照射射束，由此實現向患部37的正確的照射。
[0181]圖8(c)表示從聯鎖系統60輸出的射束出射指令62。根據同步加速器13的出射條件的設定狀態、出射許可判定信號355，輸出射束出射指令62。
[0182]圖8(d)表示構成同步加速器13的偏向電磁鐵18的運轉控制數據70ac和70df，圖8(e)表示構成同步加速器的四極電磁鐵19的運轉控制數據70ac和70df。圖8 (e)所示的四極電磁鐵19的運轉控制數據與圖8(d)所示的偏向電磁鐵18的運轉控制數據不同，需要從同步加速器13的加速控制時的運轉條件轉移到出射控制時的運轉條件，因此通過出射條件設定703和出射條件解除704變更勵磁量。
[0183]在此，能夠從同步加速器13進行射束出射控制的區域是在圖8(d)和圖8(e)中用虛線表示的區間，是從出射控制待機定時信號513到出射條件解除定時信號514的區間。
[0184]說明圖8(c)所示的射束出射指令62的輸出方法。根據以下所示的4個條件決定射束出射指令62。
[0185]分為出射許可判定信號355為0N并且沒有從出射控制待機定時信號513進入出射條件解除定時信號514的區間的區域(901(901a、901b、901c、901d、……))、出射許可判定信號355為OFF并且從出射控制待機定時信號513進入到出射條件解除定時信號514的區間的區域(902 (902a、902b……))、出射許可判定信號355為OFF并且沒有從出射控制待機定時信號513進入到出射條件解除定時信號514的區間的區域(903(903a、903b、……))、出射許可判定信號355為0N并且從出射控制待機定時信號513進入到出射條件解除定時信號 514 的區間的區域(904(904a、904b、904c、......))。
[0186]其中，只在出射許可判定信號355是0N，并且位于從出射控制待機定時信號513進入到出射條件解除定時信號514的區間的區域(904)之間時，作為射束出射指令62輸出射束0N。
[0187]在此，依照圖8所示的時序圖，說明射束出射指令62的輸出。
[0188]首先，向同步加速器13入射入射能量Einj的射束，更新初始加速數據701。通過初始加速數據的更新，射束能量達到Ea，更新出射條件設定數據703。直到出射條件設定數據703的更新完成為止，射束出射指令62為OFF(901a)。
[0189]接著，如果出射條件設定數據的更新被解除，則只在出射許可判定信號355為0N的區域中，射束出射指令62為ON(904a)。這時，在出射許可判定信號355為OFF的情況下，在同步加速器13內的積蓄射束量充分的情況和設備正常動作的情況下，能夠進行從同步加速器13的射束出射控制，因此同步加速器13的運轉成為待機狀態(902a)。出射許可判定信號355再次成為0N，射束出射指令62成為ON (904b)。
[0190]這樣，通過依照圖6所示的控制流程，在同步加速器13從出射控制待機定時信號513進入到出射條件解除定時信號514的區間的區域中，能夠根據出射許可判定信號355進行多次的射束出射控制。
[0191]如果層劑量滿足，則變更為與下一個層對應的射束能量Eb，因此實施出射條件解除、能量變更、出射條件設定。
[0192]如圖8(e)所示，在出射條件解除、能量變更、出射條件設定中，逐次變更四極電磁鐵18的勵磁量，由此在多級出射控制運轉時能夠不產生射束損失地高效地實現。
[0193]在從出射條件解除到出射條件設定的區間中，無法從同步加速器實施射束出射控制，因此如圖8(a)所示，即使出射許可判定信號355為0N，射束出射指令62也為OFF(901b)。
[0194]在同步加速器13的能量變更和出射條件設定完成后，在出射許可判定信號355為0N的區域中射束出射指令62為ON(904c)。
[0195]這時，在由于患者的生理現象等，在通過患部位置檢測單元35觀測到的患部位置產生瞬時的變動(圖8(a)的353a)的情況下，出射許可判定信號355瞬時地成為OFF。然后，如果患部37的位置恢復為射束照射允許范圍，則出射許可判定信號355成為0N，射束出射指令62也同步地變化(902b — 904d)。
[0196]這樣，通過依照圖6所示的控制流程，針對這樣的由于患者的生理現象等造成的患部位置的瞬時變動，也能夠實現穩定的射束照射。
[0197]然后，在實施將射束能量從Eb變更為Ec的控制(903a)后，射束出射指令62再次成為 0N(904e)。
[0198]在本實施例中，假定通過904e所示的射束出射控制，判定為當前的照射層的劑量變得滿足，并且不滿足下一個能量的射束照射所需要的積蓄射束量的情況，解除出射條件(704c)，實施減速控制(706c)。
[0199]然后，照射下一個照射能量Ed,因此從入射能量Einj到Ed為止,通過初始加速控制來加速射束(701d)，設定出射條件(703d)。其間，射束出射指令62的輸出始終為OFF(901c)。如果出射條件的設定完成，則在輸入了出射許可判定信號355的定時射束出射指令62再次成為0N(904f)。然后，同樣地進行將射束能量變更為射束能量Ee后的照射、射束能量Ef的照射、減速控制。
[0200]此外，在射束能量Eb、Ed、Ee、Ef之間積蓄射束量不滿足必要量時，也進行與上述從Ec到Ed的減速和加速控制相同的控制。
[0201]另外，使用了將射束能量從入射能量Einj直接加速到Ed的初始加速控制數據701d，但也可以與圖7B所示同樣地，通過從入射能量Einj直接加速到Ea的初始加速控制數據701a和Ea — Eb (705ab)、Eb — Ec (705bc)、Ec — Ed的組合來加速。但是，如果如圖8所示將射束能量從入射能量Einj直接加速到Ed，則能夠進一步縮短加速所需要的時間。
[0202]如上所述，在本實施方式中，作為構成同步加速器13的設備、其控制單元(控制系統100)，具備:選擇運轉控制數據70更新輸出到電源46的單元(電源控制裝置45);控制從同步加速器13的射束出射的單元(定時系統50);檢測在同步加速器13內環繞的射束量(積蓄射束量)的單元(積蓄射束量檢測單元15、積蓄射束量測量單元151);檢測向患部37照射的劑量的單元(劑量監視器31);根據向患部37照射的目標劑量和實際向患部37照射的劑量，求出剩余照射劑量的單元(照射控制裝置44);檢測因患者36的生理活動造成的患部37的移動的單元(患部位置檢測單元、透視圖像取得單元351);根據來自檢測該患部37的移動的單元的輸出值，輸出出射許可判定信號355的單元(出射許可判定單元354);根據出射許可判定信號355、同步加速器13內的積蓄射束量的檢測值、向患部照射的剩余照射剩余量、表示能夠從同步加速器13進行射束出射控制的狀態的出射準備完成信號445，切換同步加速器13的運轉控制的單元(聯鎖系統60)。
[0203]另外，在短時間內實現同步加速器的出射射束能量的變更控制的多級出射控制運轉中，控制數據701?706具有與多個能量對應的減速控制數據706，從哪個能量都能夠迅速轉移到減速控制，由此在同步加速器內的積蓄射束量不足而中斷了離子束的照射的情況下，能夠短時間實現運轉周期的更新，提高劑量率，縮短治療時間。
[0204]另外，在構成粒子線照射系統的設備發生異常，中斷了離子束的照射的情況下，也能夠從出射能量直接轉移到減速控制，短時間并且安全地實現運轉周期的更新。
[0205]并且，在因發生射束的枯竭等射束照射中斷原因而產生的減速控制結束后，在存在射束未照射的能量，更新運轉周期的情況下，在初始加速控制結束后或能量變更控制結束后的達到能量與下一個目標能量不一致的情況下，不進行出射控制數據的更新控制(出射條件設定控制和出射條件解除控制)，而是立即實施能量變更控制將達到能量加速到目標能量，因此，能夠實現短時間的能量變更控制，提高劑量率，縮短治療時間。
[0206]另外，構成運轉控制數據的控制數據701?706由直接向構成同步加速器13的設備提供的控制量即電流/電壓的時序數據構成，因此不需要進行參數的變更計算，能夠簡化設備結構和控制單元。
[0207]并且，將能夠進行與假定的全部患者的照射條件對應的全部能量的射束出射的控制數據作為模塊數據存儲在存儲裝置42中，綜合控制裝置41根據照射條件421選擇控制數據701?706存儲在電源控制裝置45中，構成運轉控制數據70，因此沒有對射束照射不起作用的浪費時間(從同步加速器13的入射射束能量到照射開始能量為止的控制時間、以及從照射結束能量到減速結束能量為止的控制時間)，因此能夠以短的運轉周期進行希望的能量范圍的射束照射，提高劑量率縮短治療時間。
[0208]另外，通過應用依照圖6所示的控制流程的控制，能夠在多級出射控制運轉時穩定地實現與呼吸移動性臟器的移動對應的射束照射。
[0209]此外，本發明并不限于上述實施方式，能夠進行各種變形、應用。為了容易理解地說明本發明，詳細說明了上述實施方式，但上述實施方式并不限于具備所說明的全部結構。
[0210]例如，說明了檢測標記352的方法作為患部37的檢測方法，但檢測患部37的方法并不限于此，既可以直接檢測患部37，也可以使用其他公知的方法。
[0211]附圖標記說明
[0212]1:粒子線照射系統；100:控制系統(控制裝置);10a、10b、10c、10d:射束；11:離子束產生裝置；12:前級加速器；13:同步加速器；14:射束輸送裝置；15:積蓄射束量檢測單元；151:積蓄射束量測量單元；152:積蓄射束量測量數據；16:高頻電極；17:高頻加速空腔；18:偏向電磁鐵；19:四極電磁鐵；20a:出射用高頻電極；20b:出射用偏轉器；21:高頻開關；30:照射裝置；31:劑量監視器；311:劑量測量數據；32:掃描電磁鐵；34:準直儀；
35:患部位置檢測單元；351:透視圖像取得單元；352:標記；353:患部位置檢測信號；354:出射許可判定單元；355:出射許可判定信號；36:患者；37:患部；371:患部位置檢測標記；38:出射許可判定單元；381:出射許可判定信號；40:加速器控制裝置；401:各設備的控制數據；402:目標能量達到信號；41:綜合控制裝置；411:控制數據；412:設備信息數據；42:存儲裝置；421:照射信息數據；43:治療計劃裝置；431:治療計劃信息；44:照射控制裝置；441:出射控制許可信號；442:劑量滿足信號；443:能量變更要求信號；444:減速控制要求信號；445:照射完成信號；45:電源控制裝置；451:電源控制指令值；452:狀態信息；46:電源；50:定時系統；51:定時信號；511:加速控制開始定時信號；512:出射條件設定定時信號；513:出射控制待機定時信號；514:出射條件解除定時信號；515:能量變更控制定時信號；516:減速控制開始定時信號；517:減速控制結束定時信號；60:聯鎖系統；61:聯鎖信號；611:初始加速指令；612:照射準備指令；613:照射待機指令；614:照射停止指令；615:能量變更指令；616:減速控制指令；617:照射完成指令；62:射束出射指令；70:運轉控制數據；701:初始加速控制數據；702:出射控制數據；703:出射條件設定數據；704:出射條件解除數據；705:能量變更控制數據；706:減速控制數據。
【權利要求】
1.一種粒子線照射系統，其特征在于，具備: 同步加速器，其將離子束加速后進行出射； 照射裝置，其照射從該同步加速器出射的上述離子束； 檢測單元，其檢測因患者的生理活動造成的患部的移動；出射許可判定單元，其根據來自該檢測單元的輸出值，輸出出射許可判定信號；以及控制裝置，通過一個以上的初始加速控制數據、出射多個能量的離子束的多個出射控制數據、將上述多個出射控制數據之間連接的多個能量變更控制數據、與上述多個出射控制數據對應的多個減速控制數據構成構成上述同步加速器的設備的運轉控制數據，通過組合這些控制數據來進行多個能量的射束的出射控制， 上述控制裝置根據從上述出射許可判定單元輸出的出射許可判定信號，實施從上述同步加速器的射束出射控制。
2.根據權利要求1所述的粒子線照射系統，其特征在于， 上述控制裝置在從上述同步加速器的射束出射控制時，根據從上述出射許可判定單元輸出的出射許可判定信號，用同一能量實施多次的射束出射控制。
3.根據權利要求2所述的粒子線照射系統，其特征在于， 上述出射許可判定單元在上述檢測單元檢測出上述患部位于出射許可范圍內時，輸出上述出射許可判定信號，在上述患部不位于出射許可范圍內時，不輸出上述出射許可判定信號。
4.根據權利要求1所述的粒子線照射系統，其特征在于， 上述控制裝置具備: 定時系統，其輸出用于對構成上述同步加速器的設備的控制定時進行管理的多個控制定時信號；以及 電源控制裝置，其控制構成上述同步加速器的設備， 將構成上述運轉控制數據的上述初始加速控制數據、上述多個出射控制數據、上述多個能量變更控制數據以及上述多個減速控制數據存儲在上述電源控制裝置中， 上述電源控制裝置輸入從上述定時系統輸出的上述多個控制定時信號，根據這些控制定時信號，選擇并更新上述初始加速控制數據、上述多個出射控制數據、上述多個能量變更控制數據以及上述多個減速控制數據。
5.根據權利要求4所述的粒子線照射系統，其特征在于， 還具備射束量檢測單元，其檢測上述同步加速器內的積蓄射束量， 上述控制裝置接受從上述出射許可判定單元輸出的出射許可判定信號的輸入，在對上述同步加速器的運轉控制設定出射條件，并且輸入了出射許可判定信號時指令射束出射控制， 在停止了上述出射許可判定信號時，根據從上述射束量檢測單元輸入的上述同步加速器內的積蓄射束量的檢測結果、照射中的能量的射束照射是否完成的判定結果，判定是進行待機以便在再次輸出了出射許可判定信號時能夠進行該能量的射束出射，還是轉移到能量變更控制以便能夠照射下一個能量的射束、還是轉移到減速控制，對上述定時系統輸出與前面判定出的各個控制對應的控制指令。
6.根據權利要求4所述的粒子線照射系統，其特征在于， 上述控制裝置還具備聯鎖系統，其輸出將射束從入射到上述同步加速器的射束能量加速到初級的出射能量的初始加速指令、在上述同步加速器中進行初始加速或者在能量變更后設定出射條件的照射準備開始指令、表示在上述同步加速器中出射條件的設定完成的照射待機指令、根據從上述出射許可判定單元輸出的出射許可判定信號和上述同步加速器的出射條件設定狀態輸出的射束出射指令、停止向上述患部的射束照射的照射停止指令、根據向上述患者照射的離子束的照射經過信息而輸出的能量變更指令、根據構成包含上述同步加速器和上述照射裝置的粒子線照射系統的設備的狀態而輸出的減速控制指令以及表示完成了照射的照射完成指令， 上述定時系統根據從上述聯鎖系統輸出的上述初始加速指令、上述照射準備開始指令、上述照射待機指令、上述照射停止指令、上述能量變更指令以及上述減速控制指令，從上述多個控制定時信號中選擇并輸出對應的控制定時信號。
7.根據權利要求4所述的粒子線照射系統，其特征在于， 上述電源控制裝置進行控制，以便在輸入了從上述定時系統輸入的上述多個定時信號中的減速控制開始定時信號時，從多個減速控制數據中選擇與出射控制完成時的能量對應的減速控制數據，轉移到減速控制。
8.根據權利要求6所述的粒子線照射系統，其特征在于， 上述聯鎖系統還在構成包含上述同步加速器和上述照射裝置的粒子線照射系統的設備發生了異常的情況下，輸出上述減速控制指令， 上述電源控制裝置進行控制，以便在從上述定時系統輸入了上述減速控制開始定時信號時，在更新了當前的控制數據后，從上述多個減速控制數據中選擇與該更新控制結束后的達到能量對應的減速控制數據，轉移到減速控制。
9.根據權利要求6所述的粒子線照射系統，其特征在于， 上述聯鎖系統在某個能量的出射控制完成后存在下一個目標能量的情況、或在初始加速控制結束后和能量變更控制結束后達到的能量和下一個目標能量不一致的情況下，輸出能量變更指令， 上述定時系統在輸入了上述能量變更指令時，從上述多個控制定時信號中選擇輸出能量變更控制定時信號， 上述電源控制裝置進行控制，以便在輸入了上述能量變更控制定時信號時，從上述多個能量變更控制數據中選擇與上述某個能量或達到能量對應的能量變更控制數據，轉移到能量變更控制。
10.根據權利要求1所述的粒子線照射系統，其特征在于， 構成上述運轉控制數據的上述初始加速控制數據、上述多個出射控制數據、上述多個能量變更控制數據、以及上述多個減速控制數據由向構成上述同步加速器的設備直接賦予的控制量即電流/電壓的時序數據構成。
11.根據權利要求1所述的粒子線照射系統，其特征在于， 上述控制裝置具備: 存儲裝置，其將控制數據作為模塊數據進行存儲，所述控制數據包含構成上述運轉控制數據的上述初始加速控制數據、上述多個出射控制數據、上述多個能量變更控制數據以及上述多個減速控制數據，能夠進行與假定的多個患者的照射條件對應的全部能量的射束出射；以及 電源控制裝置，其控制構成上述同步加速器的設備， 上述控制裝置在照射準備時賦予了特定的患者的照射條件時，從存儲在上述存儲裝置中的模塊數據中選擇相應的控制數據而存儲在上述電源控制裝置中，構成上述運轉控制數據。
12.—種粒子線照射系統，其特征在于，具備: 同步加速器，其將離子束加速后進行出射； 照射裝置，其照射從上述同步加速器出射的上述離子束； 檢測單元，其檢測因患者的生理活動造成的患部的移動； 出射許可判定單元，其根據來自該檢測單元的輸出值，輸出出射許可判定信號； 存儲裝置，其將能夠進行與假定的多個患者的照射條件對應的全部能量的射束出射的控制數據、即包含與多個能量的離子束對應的一個以上的初始加速控制數據、多個出射控制數據、多個能量變更控制數據、以及多個減速控制數據的控制數據作為模塊數據進行存儲； 電源控制裝置，其控制構成上述同步加速器的設備；以及 控制裝置，其在照射準備時，在賦予了特定的患者的照射條件時，從存儲在上述存儲裝置中的模塊數據中選擇相應的控制數據而存儲在上述電源控制裝置中，來構成構成上述同步加速器的設備的運轉控制數據， 上述控制裝置根據從上述出射許可判定單元輸出的出射許可判定信號，實施從上述同步加速器的射束出射控制。
13.一種粒子線照射系統的運轉方法，該粒子線照射系統具備: 同步加速器，其將離子束加速后進行出射； 照射裝置，其照射從上述同步加速器出射的上述離子束； 檢測單元，其檢測因患者的生理活動造成的患部的移動； 出射許可判定單元，其根據來自該檢測單元的輸出值，輸出出射許可判定信號， 所述粒子線照射系統的運轉方法的特征在于， 用初始加速控制數據、出射多個能量的離子束的多個出射控制數據、將上述多個出射控制數據之間連接的多個能量變更控制數據、與上述多個出射控制數據對應的多個減速控制數據構成構成上述同步加速器的設備的運轉控制數據，通過組合這些控制數據來進行多個能量的射束的出射控制，并且通過具有與上述多個能量對應的減速控制數據，無論從哪個能量都能夠快速地轉移到減速控制，并且根據從上述出射許可判定單元輸出的出射許可判定信號，實施從上述同步加速器的射束出射控制。
14.根據權利要求13所述的粒子線照射系統的運轉方法，其特征在于， 準備控制數據來作為模塊數據，該控制數據包含構成上述運轉控制數據的上述初始加速控制數據、上述多個出射控制數據、上述多個能量變更控制數據以及上述多個減速控制數據，能夠進行與假定的多個患者的照射條件對應的全部能量的射束出射， 在賦予了特定的患者的照射條件時，從上述模塊數據中選擇相應的控制數據來構成上述運轉控制數據。
【文檔編號】A61N5/10GK104338243SQ201410361612
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年7月25日 優先權日:2013年7月26日
【發明者】西內秀晶, 飛永晃司, 森山國夫, 野村拓也 申請人:株式會社日立制作所
【專利摘要】本發明提供一種粒子線照射系統及其運轉方法，其在短時間內實現同步加速器的出射射束能量的變更控制的多級出射控制運轉中，在中斷了離子束的照射的情況下在短時間內實現運轉周期的更新，提高劑量率。構成同步加速器(13)的設備的控制數據由初始加速控制數據(701)、多個出射控制數據(702)、將多個出射控制數據之間連接的多個能量變更控制數據(705)以及與多個出射控制數據對應的多個減速數據(706)構成，并且設置患部位置檢測單元(35)和出射許可判定單元(354)，判定透視圖像信息所示的標記(352)的位置是否包含在射束照射允許范圍(353)內，在包含的情況下，出射許可判定單元(354)向聯鎖系統(60)輸出許可射束出射的出射許可判定信號(355)。
【專利說明】粒子線照射系統及其運轉方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種利用了質子、重離子等帶電粒子束(離子束)的適合于粒子線治療的粒子線照射系統，特別涉及能夠短時間地實現射束能量的變更控制和運轉周期的更新的粒子線照射系統及其運轉方法。
【背景技術】
[0002]作為癌的放射線治療，已知向患者的癌的患部照射質子或重離子等離子束來進行治療的粒子線治療。作為離子束照射法，有掃描照射法。
[0003]作為在采用同步加速器作為離子束產生裝置的情況下短時間地實現在該掃描照射法中要求的射束能量的變更控制的控制方法，有專利文獻1、專利文獻2以及非專利文獻2所公開的、通過離子同步加速器在一次的運轉周期內實現多個能量的離子束的照射的多級出射控制運轉。
[0004]另外，作為向由于患者的呼吸等生理活動患部隨著時間移動的呼吸移動性臟器進行照射的射束照射法，有專利文獻3和專利文獻4所記載的照射法。
[0005]在掃描照射法中，通過控制照射的離子束的能量，來實現向患部的深度方向的照射野(以下記載為層)的照射控制。因此，為了提高應用了掃描照射法時的劑量率，需要短時間實現從離子束產生裝置供給的離子束的能量變更。另外，在掃描照射法中，需要控制與患部的大小(從體表面開始的深度)對應地照射的射束能量，因此需要對照射的每個患者或照射的每個患部控制照射的射束的能量組合。
[0006]在采用同步加速器作為離子束產生裝置的情況下，將入射、加速、出射、減速這樣的一連串的運轉作為一次的運轉周期來控制。如掃描照射法那樣，在重復實施離子束的能量變更控制時，同步加速器需要更新運轉周期，因此存在花費能量的變更時間的問題。作為其對策，公開了專利文獻1和非專利文獻2所示的在一次的運轉周期內出射多個能量的射束的多級出射運轉。例如，在非專利文獻2中，準備將能夠通過同步加速器照射的全部能量范圍合并為一個的運轉控制數據，只用照射射束的能量來延長平頂從而出射射束，由此能夠通過一次的運轉控制向患部照射所照射的全部能量的射束。并且，能夠通過一次的運轉控制照射全部能量的射束，因此同步加速器能夠始終根據相同的運轉控制數據實現照射，因此，具有粒子線治療系統的同步加速器的運轉控制簡單的效果。
[0007]但是，為了有效地實現專利文獻1和非專利文獻2所示的運轉控制，要求同步加速器的積蓄射束電荷量是對于在一次的運轉周期中向患部照射的全部能量的照射足夠的電荷量。
[0008]例如，在同步加速器的加速控制時因某種的原因沒有得到治療照射所需要的積蓄射束電荷量的情況下，在預先設定的照射能量范圍的途中，同步加速器內的積蓄射束電荷量枯竭。在同步加速器內的積蓄射束電荷量枯竭的情況下，需要中斷離子束的照射，從出射控制轉移到減速控制，更新同步加速器的運轉控制。在應用了將能夠通過同步加速器照射的全部的能量范圍合并為一個的運轉控制數據作為同步加速器的運轉控制數據的情況下，為了保證設定值的連續性，無法從該出射能量直接轉移到減速控制。因此，需要更新從該出射能量到減速控制之間的能量變更控制數據。可以列舉用于從該出射能量轉移到減速控制的時間，來作為使劑量率降低無法縮短治療時間的主因之一。同樣存在以下的問題，即在構成粒子線治療裝置的設備中產生異常，中斷了離子束照射的情況下，也無法從該出射能量直接轉移到減速控制。
[0009]另外，在應用將能夠通過同步加速器照射的全部的能量范圍合并為一個的運轉控制數據的情況下，在與患部的厚度相符的吸收劑量范圍(擴展布拉格峰(Spread-Out BraggPeak)，以下記載為S0BP)窄的照射條件下，存在相對于射束的照射時間，對于射束照射沒有幫助的無用時間，即從同步加速器的入射射束能量到照射開始能量為止的控制時間以及從照射結束能量到減速結束能量為止的控制時間的比例變多的傾向，因此無法在短的運轉周期內進行希望的能量范圍的射束照射，也可以將它列舉為使劑量率降低無法縮短治療時間的主因之一。S0BP對所照射的每個患者和患部不同，因此需要選擇形成規定的S0BP所需要的照射能量來作為同步加速器的運轉控制數據，進行與該選擇出的照射能量對應的運轉控制數據的更新控制。
[0010]在專利文獻2中，表示了以下的加速器的控制裝置，其具備:磁場基準產生部，其對于在加速器的磁場線圈中進行勵磁的線圈電流，輸出與經過時間對應的磁通密度信息；電流基準變換部，其求出產生與磁通密度信息對應的磁場的線圈電流。另外，表示了以下的控制方法，即通過組合4種模式(初始上升模式、減少模式、增加模式、結束模式)來輸出磁場基準產生部所輸出的磁通密度信息，由此在一次的運轉周期內實現多個能量的射束的出射。根據專利文獻2，能夠組合4種磁通密度模式，在一次的運轉周期內出射多個能量的離子束。根據該功能，能夠選擇形成規定的S0BP所需要的照射能量，但另一方面，預先將選擇并輸出4種模式的定時寫入到定時控制裝置中，因此，與專利文獻1和非專利文獻2同樣地，無法解決以下的問題，即在中斷離子束的照射的情況下，無法從該出射能量直接轉移到減速控制，如果不更新從該出射能量到減速控制之間的能量變更控制數據，則無法轉移到減速控制(在專利文獻2中所述的結束|吳式)。
[0011]另外，在對呼吸移動性臟器應用掃描照射法時，需要以下的控制，即檢測由于患者的生理活動造成的患部的移動，在判定為射束照射位置包含在患部的照射區域中的情況下進行照射。這時，在輸出表示射束照射位置包含在患部的照射區域中的出射許可控制信號，并且為同步加速器的出射條件的設定完成的狀態的情況下，實施從同步加速器出射射束的控制，由此能夠針對呼吸移動性臟器提高射束照射精度。即，通過根據出射許可控制信號從同步加速器出射射束，能夠針對呼吸移動性臟器提高射束照射精度。
[0012]在這樣的向呼吸移動性臟器的射束照射控制中，在根據出射許可信號從同步加速器出射射束時，如專利文獻3所示那樣，出射許可控制信號的輸出停止并且使同步加速器轉移到減速控制，接著，實施下一個照射所需要的射束的加速和出射條件設定。當出射許可控制信號的輸出停止，并且轉移到減速控制時，即使剩余有在同步加速器內環繞的射束也進行減速，因此存在在同步加速器內環繞的射束的利用效率低的問題。
[0013]在專利文獻4中，表示了為了提高作為專利文獻3的問題的在同步加速器內環繞的射束的利用效率，不在出射許可信號的輸出停止的同時轉移到減速控制，而是在預先設定的待機時間的期間，在停止了射束出射控制的狀態下保持運轉控制。如果在該待機時間的期間再次輸出出射許可控制信號，則實施射束出射控制，由此具有提高在同步加速器內環繞的射束的利用效率的效果。
[0014]但是，在多級出射控制運轉時根據出射許可控制信號從同步加速器出射射束的情況下，即使根據專利文獻4所示的出射許可控制信號的輸出停止而停止射束出射控制并轉移到待機控制，在超過規定的待機時間的情況下，也需要轉移到減速控制。因此，沒有表示出怎樣實現在多級出射控制運轉中要求的能量變更控制等。
[0015]另外，在同步加速器內環繞的射束不充分的情況下轉移到減速控制時，與專利文獻1、專利文獻2、以及非專利文獻2同樣地，沒有解決以下的問題，即在中斷了離子束的照射的情況下，無法從該出射能量直接轉移到減速控制，如果不更新從該出射能量到減速控制之間的能量變更控制數據，則無法轉移到減速控制。
[0016]專利文獻1:專利第4873563號公報
[0017]專利文獻2:日本特開2011-124149號公報
[0018]專利文獻3:專利第2921433號公報
[0019]專利文獻4:日本特開2013-111406號公報
[0020]非專利文獻1:原子能設備和方法的物理研究A624號(2010年9月)的第33?38 頁(Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A624 (2010)33 ?38)
【發明內容】
[0021]本發明的目的在于，提供一種粒子線照射系統及其運轉方法，其在短時間內實現同步加速器的出射射束能量的變更控制的多級出射控制運轉中，以短的運轉周期進行希望的能量范圍的射束照射，提高劑量率。
[0022]本發明的另一個目的在于，提供一種粒子線照射系統及其運轉方法，其在短時間內實現同步加速器的出射射束能量的變更控制的多級出射控制運轉中，在中斷了離子束照射的情況下在短時間內實現運轉周期的更新，提高劑量率。
[0023]本發明的另一個目的在于，提供一種粒子線照射系統及其運轉方法，其在短時間內實現同步加速器的出射射束能量的變更控制的多級出射控制運轉中，實現了檢測由于患者的生理活動造成的患部的移動，在判定為射束照射位置包含在患部的照射區域中的情況下進行照射的控制，提高劑量率以及射束照射精度。
[0024]為了解決上述問題，例如采用權利要求書中記載的結構。
[0025]本發明包含多個解決上述問題的手段，如果列舉其中一個例子，則具備:同步加速器，其將離子束加速后進行出射；照射裝置，其照射從該同步加速器出射的上述離子束；檢測單元，其檢測因患者的生理活動造成的患部的移動；出射許可判定單元，其根據來自該檢測單元的輸出值，輸出出射許可判定信號；控制裝置，通過一個以上的初始加速控制數據、出射多個能量的離子束的多個出射控制數據、將上述多個出射控制數據之間連接的多個能量變更控制數據、與上述多個出射控制數據對應的多個減速控制數據構成構成上述同步加速器的設備的運轉控制數據，通過組合這些控制數據來進行多個能量的射束的出射控制，上述控制裝置根據從上述出射許可判定單元輸出的出射許可判定信號，實施從上述同步加速器的射束出射控制。
[0026]由此，能夠短時間實現從同步加速器出射的射束能量的變更控制。另外，在多級出射控制運轉中從哪個能量都能夠迅速地轉移到減速控制，由此能夠在中斷了離子束的照射的情況下短時間內實現運轉周期的更新，提高劑量率縮短治療時間。并且，通過根據出射許可判定信號實施從同步加速器的射束出射控制，能夠提高向呼吸移動性臟器的射束照射精度。
[0027]另外，更詳細的說，本發明具有以下這樣的特征。
[0028]例如，上述控制裝置在從上述同步加速器的射束出射控制時，根據從上述出射許可判定單元輸出的出射許可判定信號，用同一能量實施多次的射束出射控制。
[0029]另外，上述出射許可判定單元在上述檢測單元檢測出上述患部位于出射許可范圍內時，輸出上述出射許可判定信號，在上述患部不位于出射許可范圍內時，不輸出上述出射許可判定信號。
[0030]由此，即使檢測到因患者的生理活動造成的患部的移動而中斷射束照射，也能夠再開始同一能量的射束照射，高效地執行射束照射。
[0031]另外，上述控制裝置具備:定時系統，其輸出用于對構成上述同步加速器的設備的控制定時進行管理的多個控制定時信號；以及電源控制裝置，其控制構成上述同步加速器的設備，將構成上述運轉控制數據的上述初始加速控制數據、上述多個出射控制數據、上述多個能量變更控制數據以及上述多個減速控制數據存儲在上述電源控制裝置中，上述電源控制裝置輸入從上述定時系統輸出的上述多個控制定時信號，根據這些控制定時信號，選擇并更新上述初始加速控制數據、上述多個出射控制數據、上述多個能量變更控制數據以及上述多個減速控制數據。
[0032]另外，還具備射束量檢測單元，其檢測上述同步加速器內的積蓄射束量，上述控制裝置接受從上述出射許可判定單元輸出的出射許可判定信號的輸入，在對上述同步加速器的運轉控制設定出射條件，并且輸入了出射許可判定信號時指令射束出射控制，在停止了上述出射許可判定信號時，根據從上述射束量檢測單元輸入的上述同步加速器內的積蓄射束量的檢測結果、照射中的能量的射束照射是否完成的判定結果，判定是進行待機以便在再次輸出了出射許可判定信號時能夠進行該能量的射束出射，還是轉移到能量變更控制以便能夠照射下一個能量的射束、還是轉移到減速控制，對上述定時系統輸出與前面判定出的各個控制對應的控制指令。
[0033]另外，上述控制裝置還具備聯鎖系統，其輸出將射束從入射到上述同步加速器的射束能量加速到初級的出射能量的初始加速指令、在上述同步加速器中進行初始加速乃至在能量變更后設定出射條件的照射準備開始指令、表示在上述同步加速器中出射條件的設定完成的照射待機指令、根據從上述出射許可判定單元輸出的出射許可判定信號和上述同步加速器的出射條件設定狀態輸出的射束出射指令、停止向上述患部的射束照射的照射停止指令、根據向上述患者照射的離子束的照射經過信息而輸出的能量變更指令、根據構成包含上述同步加速器和上述照射裝置的粒子線照射系統的設備的狀態而輸出的減速控制指令以及表示完成了照射的照射完成指令，上述定時系統根據從上述聯鎖系統輸出的上述初始加速指令、上述照射準備開始指令、上述照射待機指令、上述照射停止指令、上述能量變更指令以及上述減速控制指令，從上述多個控制定時信號中選擇并輸出對應的控制定時信號。
[0034]另外，上述電源控制裝置進行控制，以便在輸入了從上述定時系統輸入的上述多個定時信號中的減速控制開始定時信號時，從多個減速控制數據中選擇與出射控制完成時的能量對應的減速控制數據，轉移到減速控制。
[0035]由此，在同步加速器內的積蓄射束量不足而中斷了離子束的照射的情況下，能夠直接轉移到減速控制，短時間內實現運轉周期的更新。
[0036]并且，上述聯鎖系統還在構成包含上述同步加速器和上述照射裝置的粒子線照射系統的設備發生了異常的情況下，輸出上述減速控制指令，上述電源控制裝置進行控制，以便在從上述定時系統輸入了上述減速控制開始定時信號時，在更新了當前的控制數據后，從上述多個減速控制數據中選擇與該更新控制結束后的達到能量對應的減速控制數據，轉移到減速控制。
[0037]由此，在構成粒子線照射系統的設備發生異常而中斷了離子束的照射的情況下，也能夠直接轉移到減速控制，短時間并且安全地實現運轉周期的更新。
[0038]另外，上述聯鎖系統在某個能量的出射控制完成后存在下一個目標能量的情況、或在初始加速控制結束后和能量變更控制結束后達到的能量和下一個目標能量不一致的情況下，輸出能量變更指令，上述定時系統在輸入了上述能量變更指令時，從上述多個控制定時信號中選擇輸出能量變更控制定時信號，上述電源控制裝置進行控制，以便在輸入了上述能量變更控制定時信號時，從上述多個能量變更控制數據中選擇與上述某個能量或達到能量對應的能量變更控制數據，轉移到能量變更控制。
[0039]由此，在不進行射束出射而進行能量變更的情況下，可以不進行出射控制數據的更新控制(出射條件設定控制以及出射條件解除控制)，因此能夠實現短時間的能量變更控制，提高劑量率。
[0040]另外，構成上述運轉控制數據的上述初始加速控制數據、上述多個出射控制數據、上述多個能量變更控制數據、以及上述多個減速控制數據由向構成上述同步加速器的設備直接賦予的控制量即電流/電壓的時序數據構成。
[0041]由此，不需要參數的變更計算，能夠簡化設備結構和控制單元。
[0042]另外，為了達到上述目的，上述控制裝置具備:存儲裝置，其將控制數據作為模塊數據進行存儲，所述控制數據包含構成上述運轉控制數據的上述初始加速控制數據、上述多個出射控制數據、上述多個能量變更控制數據以及上述多個減速控制數據，能夠進行與假定的多個患者的照射條件對應的全部能量的射束出射；以及電源控制裝置，其控制構成上述同步加速器的設備，上述控制裝置在照射準備時賦予了特定的患者的照射條件時，從存儲在上述存儲裝置中的模塊數據中選擇相應的控制數據來存儲在上述電源控制裝置中，構成上述運轉控制數據。
[0043]由此，沒有對射束照射不起作用的浪費時間(從同步加速器的入射射束能量到照射開始能量為止的控制時間以及從照射結束能量到減速結束能量為止的控制時間)，因此能夠以短的運轉周期進行希望的能量范圍的射束照射，提高劑量率縮短治療時間，并且能夠檢測因患者的生理活動造成的患部的移動，實現在判定為射束照射位置包含在患部的照射區域中的情況下進行照射的控制。
[0044]根據本發明，在短時間內實現同步加速器的出射射束能量的變更控制的多級出射控制運轉中，能夠以短的運轉周期進行希望的能量范圍的射束照射，提高劑量率縮短治療時間。
[0045]另外，根據本發明，在短時間內實現同步加速器的出射射束能量的變更控制的多級出射控制運轉中，能夠在中斷了離子束的照射的情況下，短時間內實現運轉周期的更新，提高劑量率縮短治療時間。
[0046]另外，根據本發明，在短時間內實現同步加速器的出射射束能量的變更控制的多級出射控制運轉中，通過檢測因患者的生理活動造成的患部的移動，實現在判定為射束照射位置包含在患部的照射區域中的情況下進行照射的控制，能夠提高劑量率以及射束照射精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0047]圖1是表示作為本發明的一個優選實施例的粒子線照射系統的結構的圖。
[0048]圖2是表示作為本發明的一個實施例的基于掃描照射法的照射裝置的結構的圖。
[0049]圖3是表示作為本發明的一個實施例的構成同步加速器的多個設備的控制數據的結構的圖。
[0050]圖4是表示作為本發明的一個實施例的實現多級出射運轉的控制系統(控制裝置)的結構和各裝置間的信息傳送的圖。
[0051]圖5是表示作為本發明的一個實施例的開始多級出射運轉之前的照射準備流程的圖。
[0052]圖6是表示作為本發明的一個實施例的多級出射運轉時的控制流程(狀態轉移)的圖。
[0053]圖7A是表示作為本發明的一個實施例的通過圖3所示的控制數據的組合進行的多級出射運轉時的控制數據的輸出例的圖。
[0054]圖7B是表示作為本發明的一個實施例的通過圖3所示的控制數據的組合進行的多級出射運轉時的控制數據的輸出例子的圖。
[0055]圖8是表示作為本發明的一個實施例的在通過圖3所示的控制數據的組合進行的多級出射運轉時實施向呼吸移動性臟器的照射時的控制數據的輸出例子的圖。
[0056]圖9是表示現有的同步加速器的運轉順序的圖。
【具體實施方式】
[0057]以下，使用【專利附圖】
【附圖說明】本發明的實施方式。
[0058]圖1是表示作為本發明的一個優選實施例的粒子線照射系統的結構的圖。
[0059]本實施例的粒子線照射系統1如圖1所示具備離子束產生裝置11、射束輸送裝置14、照射野形成裝置(帶電粒子束的照射裝置，以下稱為照射裝置)30。
[0060]射束輸送裝置14將離子束產生裝置11和配置在治療室內的照射裝置30連接起來。
[0061]離子束產生裝置11具備離子源(未圖示)、前級加速器12以及同步加速器13。離子源與前級加速器12連接，前級加速器12與同步加速器13連接。前級加速器12將通過離子源產生的離子束10加速到能夠入射到同步加速器13的能量。通過前級加速器12加速后的離子束10a入射到同步加速器13。
[0062]同步加速器13具備:高頻加速裝置(加速空腔)17，其向沿著環繞軌道進行環繞的離子束10b施加高頻電壓，加速到目標的能量；出射用高頻電極20a，其增大環繞的離子束的電子感應加速器振動振幅；以及出射用偏轉器20b，從環繞軌道取出離子束。
[0063]入射到同步加速器13的射束10b通過施加給高頻加速空腔17的加速高頻電壓被賦予了能量，由此加速到希望的能量。這時，與離子束10b的環繞能量的增加相符地，提高偏向電磁鐵18、四極電磁鐵19等的磁場強度以及施加到加速空腔17的高頻電壓的頻率，使得在同步加速器13內環繞的離子束10b的環繞軌道固定。
[0064]在將離子束10b加速到希望的能量后，通過出射條件的設定控制來控制四極電磁鐵19以及六極電磁鐵(未圖示)的勵磁量，由此使能夠出射環繞射束10b的條件(環繞射束的穩定限界條件)成立。
[0065]在出射條件設定控制結束后，向出射用高頻電極20a施加出射高頻電壓，增大在同步加速器13內環繞的射束10b的電子感應加速器振動振幅。由于該電子感應加速器振動振幅的增大，超過穩定限界條件的環繞射束10b從同步加速器13出射到射束輸送裝置14，輸送到照射裝置30。從同步加速器13的射束出射控制通過高頻開關21的開/關控制，能夠高速地實現施加到出射用高頻電極20a的高頻電壓。
[0066]在從同步加速器13的射束出射控制結束后，通過出射條件的解除控制來控制四極電磁鐵19以及六極電磁鐵(未圖示)的勵磁量，由此解除在設定出射條件時形成的環繞射束10b的穩定限界條件。
[0067]在出射條件的解除控制完成后，降低偏向電磁鐵18、四極電磁鐵19等的磁場強度以及施加到加速空腔17的高頻電壓的頻率，由此使在同步加速器13內環繞的離子束10b減速，轉移到下一個運轉周期。
[0068]照射裝置30與從患者36的體表面開始的深度和患部形狀相符地控制通過上述射束輸送裝置14引導的離子束10c，向治療床上的患者36的患部37照射。照射裝置30基于掃描照射法。掃描照射法具有以下特征:由于直接向患部37照射離子束10d所以離子束10d的利用效率高，與現有的散射體照射法相比，能夠進行與患部形狀相匹配的離子束10d的照射。
[0069]向患部的深度方向的射束距離調整通過變更離子束的能量，實現向希望的患部的照射。特別在掃描照射法中，通過在調整在同步加速器13內環繞的離子束10b的能量后出射，使離子束的距離與患部37的深度相符，因此在向患者的照射治療中要求多次的能量的變更控制。
[0070]另外，作為向患部平面方向的射束照射方法，具有點掃描照射法、光柵掃描照射法坐寸。
[0071]點掃描照射法在患部的照射平面上分割為被稱為點的劑量管理區域，在對每個點停止掃描直到達到所設定的照射劑量為止照射射束后停止射束，移動到下一個照射點位置。這樣，點掃描照射法是對每個點更新照射開始位置的照射法。
[0072]另外，光柵掃描照射法與點掃描照射法同樣地設定劑量管理區域，但不對每個點停止射束掃描，而是在掃描路徑上一邊掃描一邊照射射束。因此，通過降低每次的照射劑量，實施重復多次地進行照射的重繪照射，由此提高照射劑量的均勻度。這樣，光柵掃描照射法是對每個掃描路徑更新照射開始位置的照射法。
[0073]此外，在點掃描法中，也可以與光柵掃描法同樣地進行控制，將在對一個點位置的一次照射中提供的照射劑量設定得低，多次掃描照射平面，由此達到最終的照射劑量。
[0074]在圖2中表示照射裝置30的結構。照射裝置30具有掃描電磁鐵32a、32b。掃描電磁鐵32a、32b與患部形狀相符地在患部平面上掃描射束。另外，照射裝置30具有測量向患者照射的射束10d的照射劑量的劑量監視器31、射束形狀監視器(未圖示)，通過它們逐次地確認所照射的射束10d的劑量強度、射束形狀。通過掃描電磁鐵32掃描的射束10d通過準直儀34與患者36的患部37相符地形成照射野。
[0075]另外，在患部37是呼吸移動性臟器的情況下，為了高精度地向患部37照射射束，要求檢測患部37的移動，進行只在患部37位于規定的位置的情況下進行照射的控制。
[0076]因此，如圖2所示，設置患部位置檢測單元35和出射許可判定單元354。另外，設置在患部37附近確定患部位置的標記352，通過透視圖像取得單元351檢測該標記352。將通過該透視圖像取得單元351取得的透視圖像信息輸入到出射許可判定單元354，判定透視圖像信息所示的標記352的位置是否包含在射束照射允許范圍353內。在透視圖像信息所示的標記352的位置包含在射束照射允許范圍353內的情況下，出射許可判定單元354向聯鎖系統60輸出許可射束出射的出射許可判定信號355。另外，在透視圖像信息所示的標記352的位置不包含在射束照射允許范圍353內的情況下，無法許可射束出射，因此出射許可判定單元354不輸出出射許可判定信號355。
[0077]設置這樣的患部位置檢測單元35和出射許可判定單元354，根據出射許可判定信號355實施從同步加速器13的射束出射控制，由此能夠實現只在患部37的位置位于規定的位置的情況下照射射束的控制。
[0078]返回到圖1，本實施例的粒子線照射系統1具備控制系統100(控制裝置)。
[0079]控制系統100由加速器控制裝置40、綜合控制裝置41、治療計劃裝置43、存儲裝置42、照射控制裝置44、定時系統50、聯鎖系統60、電源控制裝置45、積蓄射束量測量單元151、出射許可判定單元354構成。
[0080]加速器控制裝置40控制離子束產生裝置11和射束輸送裝置14。綜合控制裝置41綜合控制粒子線照射系統1整體。治療計劃裝置43計劃向患者的射束照射條件。存儲裝置42存儲通過治療計劃裝置43計劃的信息、作為離子束產生裝置的同步加速器13和射束輸送裝置14的控制信息等。照射控制裝置44控制構成照射裝置30的設備和向患部37照射的離子束10d的照射劑量，并且根據通過劑量監視器31逐次測量出的劑量測量數據311，計算各劑量管理區域中的累計劑量，根據該累計劑量和向患部照射的目標劑量，求出剩余照射劑量。定時系統50實現構成同步加速器13的設備的同步控制。聯鎖系統60為了保證患者36的安全而與綜合控制裝置41相獨立。電源控制裝置45控制構成同步加速器13的各設備的電源46。積蓄射束量測量單元151制作與使用積蓄射束量檢測單元15測量出的同步加速器13內的積蓄射束量有關的數據(積蓄射束量測量數據152)。
[0081]存儲裝置42也可以作為綜合控制裝置41的一部分而在綜合控制裝置41中具備。
[0082]電源46是構成同步加速器13的多個設備的電源的總稱。在圖1中，作為多個設備的電源表示出偏向電磁鐵18的電源46B、四極電磁鐵19的電源46Q、高頻加速空腔17的電源46F以及出射用高頻電極20a的電源46E。
[0083]電源控制裝置45也與電源46同樣地，是與多個設備的電源對應的多個電源控制裝置的總稱。在圖1中，表示出電源46B的控制裝置45B、電源46Q的控制裝置45Q、電源46F的控制裝置45F、以及電源46E的控制裝置45E。
[0084]在此，使用各文獻的記載說明本發明人等研究的事項。
[0085]在圖9中表示現有的同步加速器13的運轉時序。同步加速器13在一次的運轉周期中實施加速、出射、減速這樣的一連串的控制。在出射控制的前后，必須進行出射條件設定以及出射條件解除這樣的、出射同步加速器內的離子束所需要的出射條件設定控制、出射控制結束后的出射條件解除控制。
[0086]在現有的同步加速器13的運轉控制中，在電源控制裝置45的存儲器中準備有與一連串的控制對應的控制數據作為模式數據，電源控制裝置45根據從對構成同步加速器13的設備的控制定時進行管理的定時系統50輸出的定時信號51，更新控制數據。
[0087]如圖9所示，同步加速器13在一次的運轉周期中，控制從加速到減速，因此為了變更出射的離子束10c的能量，需要在出射控制結束后轉移到減速控制，使剩余射束減速后，更新運轉周期。另外，在更新運轉周期后再次加速離子束10b，由此實現向希望的能量的變更控制。
[0088]因此，在現有的同步加速器13的運轉控制中，在離子束10b的能量變更時間中花費與一次的運轉周期大致相同的時間，因此治療時間變長，存在提高劑量率方面的問題。
[0089]在專利文獻1中，表示了在一次的運轉周期內實現多個能量的離子束的出射的、離子同步加速器的多級出射控制運轉。通過這樣的多級出射控制運轉，能夠實現掃描照射法中的能量變更時間的縮短。
[0090]另外，在專利文獻2中，表示了以下的運轉，即與從離子同步加速器出射的多個能量對應地，預先準備由能量變更控制和出射控制構成的階段性的運轉控制數據(非專利文獻2的34頁、圖2)，延長與出射的離子束能量對應的出射控制部的運轉控制數據的平坦部(非專利文獻2的35頁、圖3)。
[0091]如非專利文獻2所記載的那樣，在應用了預先準備能夠進行多個能量的出射的運轉控制數據作為模式數據的控制的情況下，在完成全部照射所需要的離子束量已經積蓄在同步加速器中的情況下，具有能夠在一次的運轉周期中完成全部的能量的照射的效果，但在完成全部照射所需要的離子束量沒有積蓄在同步加速器中的情況下，在離子束量枯竭的時刻實施減速控制后，需要更新運轉周期而再次實施離子束10b的入射和加速。這時，在從離子束枯竭的能量的出射控制轉移到減速控制時，需要考慮運轉控制數據的連續性，因此需要更新在離子束10b枯竭的能量之后存儲的全部能量變更控制的運轉控制數據，無法根據該運轉控制數據直接轉移到減速控制。因此，存在同步加速器13的運轉周期的更新花費時間的問題。在構成粒子線照射系統1的設備發生了異常的情況下，也同樣地存在無法直接根據該運轉控制數據轉移到減速控制的問題。
[0092]另外，在專利文獻2中，表示出以下的加速器的控制裝置，其具備:磁場基準產生部，其針對在加速器的磁場線圈中勵磁的電流，輸出與經過時間對應的磁通密度信息；電流基準變換部，其求出產生與磁通密度信息對應的磁場的線圈電流，其中，表示了以下的控制方法，即通過組合4種模式(初始上升模式、減少模式、增加模式、結束模式)地輸出磁場基準產生部輸出的磁通密度信息，來實現在一次的運轉周期內出射多個能量的射束。
[0093]根據專利文獻2，能夠組合4種磁通密度模式，在一次的運轉周期內出射多個能量的離子束，但另一方面，預先將選擇同步加速器的運轉控制數據指示這些4種模式的組合順序的定時信號寫入到定時控制裝置中，因此為了保證設定值的連續性，無法直接從該出射能量轉移到減速控制。因此，在射束枯竭時以及設備異常時間，無法迅速地成為減速控制，因此，同步加速器的運轉周期的更新花費時間。另外，電流基準變換器一邊逐次地計算偏向電磁鐵和四極電磁鐵的勵磁電流一邊逐次地輸出，因此需要在每次變更模式時變更計算參數，還存在設備結構和控制單元變得復雜的問題。
[0094]在專利文獻3和專利文獻4中，記載了以下的射束出射控制方法，即為了在患部37是呼吸移動性臟器的情況下也高精度地照射射束，根據檢測因患部37的生理活動造成的患部37的移動的結果，從同步加速器13出射射束。
[0095]在專利文獻3中，在控制從同步加速器13的射束出射時檢測到患部37的移動的情況下，在停止射束出射控制后轉移到減速控制，接著實施下一個照射所需要的射束的加速和出射條件設定。如果在出射許可控制信號的輸出停止同時轉移到減速控制，則在同步加速器內環繞的射束即使有剩余也減速，因此存在無法實施本發明所希望的在運轉周期內通過環繞射束的能量變更進行的多級出射控制運轉。
[0096]另外，在專利文獻4中，不與出射許可控制信號的輸出停止同時地轉移到減速控制，轉移到一定期間的待機狀態，在待機狀態后再次輸入了出射許可信號的情況下，再次開始射束出射，由此與專利文獻3相比能夠改善射束利用效率，但在該情況下，如果超過待機時間，則也轉移到減速控制，因此與專利文獻3同樣地，無法實現在運轉周期內通過環繞射束的能量變更進行的多級出射控制運轉，無法改善在同步加速器內環繞的射束的利用效率低的問題。
[0097]本發明涉及在離子同步加速器中在一次的運轉周期內能夠出射多個能量的離子束的多級出射控制運轉，根據本發明，能夠提供一種離子同步加速器，其能夠實現射束能量的變更控制和運轉周期的更新以及在患部37是呼吸移動性臟器的情況下也能夠高精度地進行射束照射。以下，進行詳細的說明。
[0098]首先，使用圖3?圖8說明作為本發明的特征的、多級出射運轉時的控制數據構造和使用了該控制數據的運轉順序。
[0099]圖3是表示構成同步加速器的多個設備的控制數據的結構的圖，作為設備的控制數據的代表例子，表示了偏向電磁鐵18的勵磁電流。實際上，如非專利文獻1所示那樣，準備了與照射的射束的能量數對應的級數的數據，但在本實施例中以3級進行說明。另外，在本實施例中，表示出從低能量到高能量按順序照射射束那樣的運轉控制數據，但在從高能量到低能量按順序照射射束的情況下，也能夠得到同樣的效果。
[0100]圖4是表示作為本發明的特征的實現多級出射運轉的控制系統100 (控制裝置)的結構和各裝置之間的信息傳送的圖。圖5是表示開始多級出射運轉之前的照射準備流程的圖。圖6是表示多級出射運轉時的控制流程(狀態轉移)的圖。圖7A和圖7B是表示基于圖3所示的控制數據的組合進行的多級出射運轉時的控制數據的輸出例子的圖。圖8是表示在多級出射運轉時實施向呼吸移動性臟器的照射時的控制數據的輸出例子的圖。
[0101]如圖3所示，構成同步加速器的設備(在圖示的例子中為偏向電磁鐵18)的運轉控制數據70由初始加速控制數據701a(以下用701代表)、用于出射多個能量(在圖示的例子中為3種能量Ea、Eb、Ec)的離子束的多個出射控制數據702a?702c (以下用702代表)、將多個出射控制數據702之間連接起來的多個能量變更控制數據705ab、705bc(以下用705代表)、與多個出射控制數據702對應的多個減速控制數據706a?706c (以下用706代表)構成。
[0102]出射控制數據702由用于設定從同步加速器13出射射束所需要的運轉條件的出射條件設定數據703a?703c (以下用703代表)、用于在從同步加速器13的射束出射停止后為了變更環繞射束的能量或轉移到減速控制而解除出射條件的出射條件解除數據704a?704c (以下用704代表)構成。
[0103]多個減速控制數據706構成為將與多個出射控制數據702各自的出射能量對應的值作為初始值，將與同步加速器13的入射能量對應的值作為最終值。由此，在中斷了離子束的照射的情況下，能夠從出射能量直接轉移到減速控制。
[0104]通過組合這些控制數據701、702、705，進行多個能量的射束的出射控制。并且，通過具有與多個出射能量對應的減速控制數據706，從哪個出射能量都能迅速地轉移到減速控制。
[0105]作為向對應的設備直接賦予的控制量即電流/電壓的時序數據，分別準備這些控制數據 701、702、705、706。
[0106]例如，如果是偏向電磁鐵18的控制數據，則由對產生規定的偏向磁場強度時需要的偏向電磁鐵電源46B設定的勵磁電流和電壓(未圖不)的時序數據來構成。
[0107]另外，將這些控制數據701、702、705、706存儲在存儲裝置42中。在存儲裝置42中，將包含圖3所示的控制數據，能夠進行與假定的所有患者的照射條件對應的全部能量的射束出射的控制數據作為模塊數據進行存儲。
[0108]例如，在設為與假定的多個患者的照射條件對應的出射能量數是100的情況下，將100個初始加速控制數據701、100個出射控制數據702、99個能量變更控制數據705、100個減速控制數據706作為模塊數據存儲在存儲裝置42中。在照射準備時，在賦予了特定的患者的照射條件時，綜合控制裝置41從存儲在存儲裝置42中的控制數據中選擇相應的數據，存儲在電源控制裝置45中。
[0109]此外，也可以將能夠進行全部能量的射束出射的模塊數據存儲在綜合控制裝置41的內部存儲裝置中。
[0110]運轉控制數據70的控制數據分別與從定時系統50輸出的定時信號51關聯。
[0111]本實施例的定時信號51由加速控制開始定時信號511、出射條件設定定時信號512、出射控制待機定時信號513、出射條件解除定時信號514、能量變更控制定時信號515、減速控制開始定時信號516、減速控制結束定時信號517構成。
[0112]如果向電源控制裝置45輸入了定時信號51，則電源控制裝置45選擇與定時信號51關聯的控制數據，根據選擇出的控制數據的初始地址開始數據的更新。
[0113]使用圖3說明針對定時信號51的輸入的運轉控制數據70的更新控制。
[0114]電源控制裝置45根據加速控制定時信號511的輸入，更新從入射能量(Einj)到初級的出射能量(Ea)的初始加速控制數據701a來加速射束。
[0115]根據出射條件設定定時信號512的輸入，更新出射條件設定數據703a。
[0116]在射束出射控制時,通過固定值控制偏向電磁鐵18、四極電磁鐵19、六極電磁鐵(未圖示)的勵磁量和施加到高頻加速空腔17的高頻電壓，由此實現穩定的射束出射，因此根據出射控制待機定時信號513的輸入，停止出射條件設定數據703a的更新，直到輸入出射條件解除定時信號514為止進行待機。關于從同步加速器13的射束出射，根據出射許可判定信號355的輸入將高頻開關21閉合，由此向出射用高頻電極20a供給出射用高頻電壓。
[0117]在射束出射控制結束后，轉移到減速或能量變更控制的情況下，為了解除出射條件，根據出射條件解除定時信號514的輸入開始更新出射條件解除數據704a。
[0118]聯鎖系統60直到出射條件解除數據704a的更新結束為止，根據同步加速器13內的積蓄射束量的檢測結果152、當前的能量下的目標劑量和照射劑量之間的差分所示的剩余照射劑量，選擇輸出能量變更控制定時信號515和減速控制開始定時信號516中的哪個。根據聯鎖系統60的選擇結果，向定時系統50指示能量變更控制定時信號515或減速控制開始定時信號516的輸出。
[0119]將構成運轉控制數據70的各控制數據設為相同的值，以便能夠連續地連接出射條件解除數據704的結束值和轉移到下一個照射能量的能量變更控制數據705的開始值(例如圖3的704a的結束值和705ab的開始值)、以及出射條件解除數據704的結束值和減速到入射能量的加速控制數據的開始值(例如圖3的704a的結束值和706a的開始值)。
[0120]通過實現這樣的基于定時信號51的輸入的運轉控制，能夠容易地實現與定時信號51的輸入對應的運轉控制數據70的變更和更新。
[0121]另外，在實施上述多級出射運轉時，聯鎖系統60根據從加速器控制裝置40輸出的射束能量信息402、從照射控制裝置44輸出的能量變更要求信號443、減速控制要求信號444、照射完成信號445、從電源控制裝置45輸出的表不設備健全性的狀態信息452、基于積蓄射束量檢測單元15的積蓄射束量測量數據152、以及基于患部位置檢測單元35的出射許可判定信號355，輸出聯鎖控制指令61。
[0122]在該聯鎖控制指令61中，包含初始加速指令611、照射準備指令612、照射待機指令613、照射停止指令614、能量變更指令615、減速控制指令616、以及照射完成指令617。
[0123]定時系統50根據從聯鎖系統60輸出的能量變更指令615，輸出能量變更定時信號515。另外，根據從聯鎖系統60輸出的照射準備指令612，輸出出射條件設定定時信號512。另外，根據從聯鎖系統60輸出的照射停止指令614，輸出出射條件解除定時信號514。另外，根據減速控制指令616，輸出減速控制開始定時信號516。并且，根據從出射許可判定單元353輸出的出射許可判定信號355，向高頻開關21輸出出射控制指令62，控制向出射用高頻電極20a的出射用高頻電壓的供給。
[0124]一并使用圖4和圖5說明使用圖3所示的構成同步加速器的設備的控制數據實施多級出射運轉時的照射準備流程。
[0125]首先，治療計劃裝置43將包含患者的治療所需要的照射條件等的治療計劃信息431登記到存儲裝置42中。綜合控制裝置41根據照射條件的設定信息，從存儲裝置42讀入照射條件421 (步驟S801)。
[0126]接著，綜合控制裝置41根據照射條件從存儲裝置42中選擇照射所需要的能量和各照射劑量、照射順序以及控制數據(步驟S802)。在存儲裝置42中，如上述那樣，將包含圖3所示的初始加速控制數據701、出射控制數據702、出射條件設定數據703、出射條件解除數據704、能量變更控制數據705、減速控制數據706，能夠進行與假定的所有患者的照射條件對應的全部能量的射束出射的控制數據存儲為模塊數據，綜合控制裝置41根據照射條件421選擇讀入控制數據701?706。
[0127]接著，綜合控制裝置41向定時系統50傳送照射所需要的能量信息、照射順序、以及與該能量對應的定時信號數據41 la (步驟S803)。
[0128]接著，定時系統50將從綜合控制裝置41傳送的照射所需要的能量信息、照射順序、以及與該能量對應的定時信號數據411a存儲在存儲器內(步驟S804)。綜合控制裝置41同樣向加速器控制裝置40和照射控制裝置44傳送照射所需要的能量信息、照射順序、以及與該能量對應的控制數據411b、411c (步驟S805)。其中，在向加速器控制裝置40傳送的控制數據411b中包含各設備的運轉控制數據(控制數據701?706)、與運轉控制數據對應的定時信號(定時信號511?517)，在向照射控制裝置44傳送的控制數據411c中包含各照射能量的照射順序和目標照射劑量。
[0129]接著，加速器控制裝置40向構成同步加速器13和射束輸送裝置14的設備的各電源控制裝置45，傳送各設備的運轉控制數據(控制數據701?706)、與運轉控制數據對應的定時信號(定時信號511?517)的數據401 (步驟S806)，電源控制裝置45將各設備的運轉控制數據、與運轉控制數據對應的定時信號的數據401存儲在存儲器內(步驟S807)。
[0130]然后，照射控制裝置44將各照射能量的照射順序和目標照射劑量存儲在存儲器內(步驟S808)。
[0131]接著，使用圖4和圖6說明使用圖3所示的構成同步加速器的設備的控制數據實施多級出射運轉時的照射流程。
[0132]如果從用戶向綜合控制裝置41輸入照射開始指令(未圖示)，則開始同步加速器13的運轉控制。
[0133]首先，綜合控制裝置41向定時系統50、加速器控制裝置40、照射控制裝置44，輸出表示同步加速器13的運轉周期的開始的控制開始指令412。定時系統50、加速器控制裝置40、照射控制裝置44根據控制開始指令412，設定目標能量(步驟S809)。
[0134]接著，聯鎖系統60在確認了設備的正常動作后，根據所設定的目標能量，輸出初始加速指令611。另外，定時系統50設定此后出射的射束的目標能量信息，加速器控制裝置40向各電源控制裝置設定目標能量。照射控制裝置44根據目標能量，設定該能量的各劑量管理區域的目標劑量值。
[0135]此外，在圖6中沒有表示，但設置有以下的功能，即在電源控制裝置45根據電源裝置46等設備的狀態信息452檢測出異常的情況下，聯鎖系統60停止射束的照射，使同步加速器13轉移到減速控制。
[0136]接著，定時系統50根據控制開始指令412，輸出加速控制開始定時信號511，電源控制裝置45開始初始加速控制數據701的更新(步驟S810)。
[0137]然后，加速器控制裝置40在初始加速控制結束的時刻，向聯鎖系統60輸出射束能量信息402。聯鎖系統60根據從加速器控制裝置40傳送的射束能量信息402，確認加速結束后的達到能量和目標能量是否一致(步驟S811)。
[0138]列舉以下的情況等，即在步驟S811中在初始加速控制結束后目標能量和達到能量不一致的情況下，在實施多級出射控制運轉時，在從初始加速能量實施了后述的能量變更控制后，根據積蓄射束量的枯竭或設備的異常等實施減速控制，然后再次通過能量變更控制后的能量實施射束照射。在這樣的加速結束后的達到能量和目標能量不一致的情況下，定時系統50輸出能量變更指令615，定時系統50向電源控制裝置45輸出能量變更控制定時信號515，電源控制裝置45實施能量變更控制數據705的更新(步驟S827)。
[0139]在步驟S811中加速結束后的達到能量和目標能量一致的情況下，聯鎖系統60根據積蓄射束量檢測單元15對積蓄射束量的測量值152，確認是否有為了照射下一個點而充分的積蓄射束量、積蓄射束量的剩余量(步驟S812)。如果積蓄射束量的剩余量充分(是的情況)，則聯鎖系統60向定時系統50輸出照射準備指令612，定時系統50向電源控制裝置45輸出出射條件設定定時信號512，電源控制裝置45開始出射條件設定數據703的更新(步驟S813)。與此相對，在步驟S812的判定中積蓄射束量的剩余量不充分時，處理前進到步驟S819。
[0140]接著，定時系統50與出射條件設定數據的更新完成相匹配地輸出出射控制待機定時信號513，結束電源控制裝置45中的出射條件設定數據703的更新，保存最終更新值。聯鎖系統60輸出照射待機指令613，根據從各電源控制裝置45輸出的設備的健全性、能量確認信號這樣的狀態信息452、同步加速器13內的積蓄射束量檢測單元15對于積蓄射束量的測量值152、以及從照射控制裝置44輸出的出射控制許可信號441等，判定射束的出射條件是否成立(步驟S814)。
[0141]在根據沒有積蓄射束照射所需要的射束量等，在步驟S814中判定為不成立(NG)的情況下，聯鎖系統60向定時系統50輸出照射停止指令614，從定時系統50向電源控制裝置45輸出出射條件解除定時信號514。電源控制裝置45更新出射條件解除數據704 (步驟S819)。在出射條件解除數據704的更新完成后，判定出射條件設定是否異常(步驟S820)。
[0142]現在，在步驟S814中射束的出射條件不成立，為了轉移到出射條件解除，判定為出射條件設定異常，聯鎖系統60輸出減速控制指令616，從定時系統50向電源控制裝置45輸出減速控制開始定時信號516。然后，在進行了射束的減速后，電源控制裝置45更新減速控制數據706(步驟S821)。
[0143]接著，定時系統50與減速控制數據的更新完成相匹配地輸出減速控制結束定時信號517，電源控制裝置45結束減速控制數據706的更新，保存最終更新值。
[0144]接著，聯鎖系統60確認全部層的照射是否完成(步驟S822)，在全部層的照射完成的情況下，輸出照射完成指令617，結束射束照射運轉。與此相對，在全部層的照射沒有完成的情況下，輸出初始加速指令611，從初始加速控制開始再次開始運轉(再次從步驟S809開始進行處理)。
[0145]在步驟S814中射束出射條件成立的情況下(0K的情況)，聯鎖系統60判定是否根據患部位置檢測單元35的檢測信號輸入了出射許可判定信號355、即判定是否實施射束出射控制(步驟S815)。
[0146]在判定為輸入了出射許可判定信號355,實施射束出射控制的情況下(是的情況)，聯鎖系統60輸出射束出射指令62，將高頻開關21閉合，由此向高頻電極20a施加出射用高頻電壓，來實施射束出射控制(步驟S816)。
[0147]與此相對，在沒有輸入出射許可判定信號355的情況下(否的情況)，繼續確認出射條件是否成立(步驟S823)。在出射條件成立的情況下(0K的情況)，處理返回到步驟S815，繼續等待出射許可判定信號355的輸入。另一方面，在沒有輸入出射許可判定信號355，出射條件不成立的情況下(NG的情況)，聯鎖系統60向定時系統50輸出照射停止指令614，從定時系統50向電源控制裝置45輸出出射條件解除定時信號514。電源控制裝置45更新出射條件解除數據704 (步驟S819)。
[0148]這樣，在出射條件成立(步驟S814為0K的情況)，出射條件繼續成立(步驟S823為0K的情況)情況下，采用根據出射許可判定信號的輸入(步驟S815為是的情況)實施射束出射控制(步驟S816)的運轉流程，由此如專利文獻4所示那樣，在出射許可判定信號的輸入停止后(步驟S815為否的情況)，不使用下一個出射許可判定信號的輸入待機計時器，通過簡單的控制就能夠重復進行同一能量下的射束出射控制。
[0149]在步驟S816中的射束出射控制中，通過設置在照射裝置30中的劑量監視器31逐次地測量照射射束的劑量測量數據311，照射控制裝置44計算各劑量管理區域中的累計劑量。在本實施例中，將劑量管理區域稱為點，將向點照射的累計劑量記載為點劑量。
[0150]這時，照射控制裝置44判定點劑量是否達到了目標劑量(以下稱為劑量滿足)(步驟S817)。在點劑量不滿足的情況下(否的情況)，處理返回到步驟S815，接著同步加速器13繼續進行射束出射控制(步驟S815、S816、以及823)。與此相對，在點劑量滿足的情況下(是的情況)，確認構成該能量下的照射區域的全部點劑量(以下稱為層內的劑量)是否滿足(步驟S818)。
[0151]在層內的劑量不滿足的情況下(否的情況)，確認是否有照射下一個點所充分的積蓄射束量、積蓄射束量的剩余量(步驟S824)。如果積蓄射束量的剩余量成分(是的情況)，則照射控制裝置44通過變更掃描電磁鐵31的勵磁量，變更射束照射位置(步驟S825)，繼續向下一個點照射射束。與此相對，在積蓄射束量的剩余量不充分時，處理前進到步驟S819，聯鎖系統60向定時系統50輸出照射停止指令614，從定時系統50向電源控制裝置45輸出出射條件解除定時信號514，電源控制裝置45更新出射條件解除數據704 (步驟 S819)。
[0152]在步驟S817中層內的劑量滿足的情況下(是的情況)，實施向下一層的照射，聯鎖系統60向定時系統50輸出照射停止指令614，從定時系統50向電源控制裝置45輸出出射條件解除定時信號514。電源控制裝置45更新出射條件解除數據704 (步驟S819)。另外，判定出射條件設定是否異常(步驟S820)。此次向出射條件解除的轉移不依存于出射條件設定是否異常(不是否)，因此，首先聯鎖系統60判定是否存在下一個目標能量數據(步驟S830)。在存在下一個目標能量的情況下，確認是否有向下一個點的照射所需要的積蓄射束量(步驟S826)。另一方面，在步驟S830中不存在下一個目標能量數據，即全部層的照射完成的情況下，聯鎖系統60輸出照射完成指令617，結束射束照射運轉。此外，步驟S830也可以在步驟S819和S820之間。
[0153]如果在步驟S826中積蓄射束量充分(是的情況)，聯鎖系統60向定時系統50輸出能量變更指令615，從定時系統50向電源控制裝置45輸出能量變更定時信號515。與此相對，在步驟S826中積蓄射束量的剩余量不充分時(否的情況)，聯鎖系統60輸出減速控制指令616，使處理前進到步驟S821 —方。
[0154]接著，電源控制裝置45更新能量變更數據705 (步驟S827)。
[0155]接著，加速器控制裝置40在能量變更結束的時刻，向聯鎖系統60輸出射束能量信息402。聯鎖系統60根據從加速器控制裝置40傳送的射束能量信息402，確認能量變更結束后的達到能量和目標能量是否一致(步驟S828)。
[0156]在步驟S828中能量變更結束后的達到能量和目標能量一致的情況下(是的情況)，聯鎖系統60向定時系統50輸出射準備指令612，定時系統50向電源控制裝置45輸出出射條件設定定時信號512，電源控制裝置45開始出射條件設定數據703的更新(步驟S813)。
[0157]與此相對，在步驟S828中加速結束后的達到能量和目標能量不一致的情況下，聯鎖系統60再次向定時系統50輸出能量變更指令615，定時系統50向電源控制裝置45輸出能量變更控制定時信號515，電源控制裝置45實施能量變更控制數據705的更新(步驟S827)。
[0158]在重復進行以上那樣的控制(步驟S813?步驟S820)后，聯鎖系統60向定時系統50輸出減速控制指令616，定時系統50向電源控制裝置45輸出減速控制定時信號512，電源控制裝置45開始減速控制數據703的更新(步驟S821)。
[0159]接著，在減速控制數據的更新完成后，確認全部層的照射是否完成(步驟S822)。在全部層的照射完成的情況下(是的情況)，結束同步加速器13的運轉控制。另外，在有未照射的層的情況下，聯鎖系統60在確認設備的正常動作后，變更目標能量，輸出初始加速指令611 (再次從步驟S809開始進行處理)。
[0160]接著，在圖7A和圖7B中表示作為本實施例的特征之一的多級出射運轉時的控制數據的輸出例子。在圖7A和圖7B中，表示使用圖3所示的運轉控制數據70的輸出例子，能夠在一次的運轉周期內出射的能量數是Ea、Eb、Ec這3種。
[0161]圖7A表示在一次的運轉周期中對3種(Ea、Eb、Ec)的全部能量的離子束進行出射控制的情況下的偏向電磁鐵的勵磁電流值的變化。圖7B表示在初始的運轉周期中出射2種(Ea、Eb)的能量的離子束后，由于積蓄離子束枯竭，轉移到減速控制來更新運轉周期，在下一個運轉周期中出射第3種(Ec)的離子束的情況下的偏向電磁鐵的勵磁電流值的變化。
[0162]一般，偏向電磁鐵的勵磁電流值和射束能量大致具有正比關系，因此圖7A和圖7B也能夠看作為多級出射運轉時的射束能量變化。
[0163]圖7A和圖7B所共通的是預先設定有與各控制數據701?706對應的定時信號511?517，根據各定時信號511?517的輸入，更新各控制數據701?706。
[0164]首先，使用圖7A說明多級出射控制的輸出例子。
[0165]電源控制裝置45在從定時系統50輸入了加速控制定時信號511時，選擇初始加速數據701，開始勵磁電流數據更新控制。
[0166]如果初始加速控制結束，貝U定時系統50向電源控制裝置45輸入出射條件設定定時信號512。電源控制裝置45輸出與初級的出射能量Ea對應的出射條件設定數據703a。
[0167]然后，根據出射控制待機定時信號513的輸入，電源控制裝置45保存最終更新值，實施出射控制。
[0168]如果出射控制完成，則定時系統50向電源控制裝置45輸出出射條件解除定時信號514，電源控制裝置45開始出射條件解除數據704a的更新輸出。
[0169]在出射條件解除數據704a的更新控制結束的同時，測量同步加速器13內的積蓄射束量。在確認了積蓄射束量滿足下一個能量的射束出射量的基礎上，定時系統50輸出能量變更控制定時信號515。電源控制裝置45選擇將當前的出射能量Ea和下一個出射能量Eb連接的能量變更控制數據705a，開始控制數據的更新輸出。
[0170]這以后，到最終的能量Ec的出射控制結束為止，重復進行上述的出射條件設定控制、出射控制、出射條件解除控制、能量變更控制。
[0171]在最終的能量Ec的出射條件解除數據704c的更新控制結束后，定時系統50輸出減速控制開始定時信號516。伴隨減速控制定時信號516的輸入，電源控制裝置45選擇與緊前的出射條件解除數據704c對應的減速控制數據706c，開始減速控制數據的更新輸出。
[0172]此外，在本實施例的減速控制中，進行從低能量到高能量出射射束的控制(Ea〈Eb〈Ec)，因此在減速控制中到最大能量(Einit)為止進行初始化勵磁。
[0173]與減速控制的結束相匹配，定時系統50輸出減速控制結束定時信號517,確認全部能量的出射控制是否完成。在全部能量的出射控制完成的情況下，結束同步加速器的運轉周期。
[0174]接著，如圖7B所示說明在多級出射運轉時更新運轉周期的情況。在此，圖中的符號與圖7A相同，說明圖7B中的第2個能量Eb的出射控制結束后。
[0175]在第2個能量Eb的出射控制結束的時刻，測量同步加速器13內的積蓄射束量。根據該測量結果，如果判定為由于射束的枯竭等積蓄在同步加速器13內的射束量無法滿足下一個射束出射量，則定時系統50輸出與結束了出射控制的能量對應的減速控制開始定時信號516。電源控制裝置45根據減速控制開始定時信號516的輸入，開始能夠與緊前的出射條件解除數據704b連續地連接的減速控制數據706b的更新控制。
[0176]與減速控制結束定時信號517的輸入相匹配，確認全部的能量的出射控制是否完成。在全部的能量的出射控制沒有完成的情況下，接著，在將目標能量從Eb變更為Ec的基礎上，再次輸出加速控制定時信號511。
[0177]根據加速控制定時信號511的輸入，開始初始加速控制數據701的更新。在初始加速控制結束后，將達到能量和目標能量進行比較。這時，初始加速控制數據701的達到能量是Ea，目標能量是Ec，因此需要進一步加速射束。因此，輸出能量變更控制定時信號515。電源控制裝置45根據能量變更控制定時信號515，更新能量變更數據705b，實施能量變更控制。在能量變更控制結束后，再次將達到能量和目標能量進行比較。能量變更控制后的達到能量是Eb，目標能量是Ec，因此接著輸出能量變更控制定時信號515，更新能量變更控制數據705bc。通過重復進行這樣的控制，將達到能量加速到與目標能量相同的Ec。然后，實施與上述所示的出射控制和加速控制相同的控制。
[0178]此外，與后述的圖8 (d)、8 (e)所示同樣地，也可以在為了達到Ec而進行加速時，使用直接從入射能量Einj加速到Ec為止的初始加速控制數據來加速射束。由此，能夠進一步縮短加速所需要的時間，能夠實現劑量率的進一步提高，能夠進一步縮短治療時間。
[0179]接著，在圖8中表示作為本實施例的特征的在多級出射運轉時實施向呼吸移動性臟器的照射時的控制數據的輸出例子。在圖8中，與圖7A和圖7B同樣地，表示使用了圖3所示的運轉控制數據70的輸出例子，在圖8中，假定向呼吸移動性臟器照射6種能量(Ea?Ef)的情況來記載。在本實施例中，能夠在一次的運轉周期內出射的能量數為3種，由能夠出射Ea、Eb、Ec的能量的射束的運轉控制數據70ac和能夠出射Ed、Ee、Ef的能量的射束的運轉控制數據70df構成。
[0180]圖8 (a)表示通過患部位置檢測單元35觀測到的患部位置檢測信號353的時間變化，圖8(b)表示出射許可判定信號355的輸出。圖8(b)的出射許可判定信號355在患部位置處于患部位置變化穩定的區域(圖8(a)所示的比虛線低的區域)中的情況下照射射束，由此實現向患部37的正確的照射。
[0181]圖8(c)表示從聯鎖系統60輸出的射束出射指令62。根據同步加速器13的出射條件的設定狀態、出射許可判定信號355，輸出射束出射指令62。
[0182]圖8(d)表示構成同步加速器13的偏向電磁鐵18的運轉控制數據70ac和70df，圖8(e)表示構成同步加速器的四極電磁鐵19的運轉控制數據70ac和70df。圖8 (e)所示的四極電磁鐵19的運轉控制數據與圖8(d)所示的偏向電磁鐵18的運轉控制數據不同，需要從同步加速器13的加速控制時的運轉條件轉移到出射控制時的運轉條件，因此通過出射條件設定703和出射條件解除704變更勵磁量。
[0183]在此，能夠從同步加速器13進行射束出射控制的區域是在圖8(d)和圖8(e)中用虛線表示的區間，是從出射控制待機定時信號513到出射條件解除定時信號514的區間。
[0184]說明圖8(c)所示的射束出射指令62的輸出方法。根據以下所示的4個條件決定射束出射指令62。
[0185]分為出射許可判定信號355為0N并且沒有從出射控制待機定時信號513進入出射條件解除定時信號514的區間的區域(901(901a、901b、901c、901d、……))、出射許可判定信號355為OFF并且從出射控制待機定時信號513進入到出射條件解除定時信號514的區間的區域(902 (902a、902b……))、出射許可判定信號355為OFF并且沒有從出射控制待機定時信號513進入到出射條件解除定時信號514的區間的區域(903(903a、903b、……))、出射許可判定信號355為0N并且從出射控制待機定時信號513進入到出射條件解除定時信號 514 的區間的區域(904(904a、904b、904c、......))。
[0186]其中，只在出射許可判定信號355是0N，并且位于從出射控制待機定時信號513進入到出射條件解除定時信號514的區間的區域(904)之間時，作為射束出射指令62輸出射束0N。
[0187]在此，依照圖8所示的時序圖，說明射束出射指令62的輸出。
[0188]首先，向同步加速器13入射入射能量Einj的射束，更新初始加速數據701。通過初始加速數據的更新，射束能量達到Ea，更新出射條件設定數據703。直到出射條件設定數據703的更新完成為止，射束出射指令62為OFF(901a)。
[0189]接著，如果出射條件設定數據的更新被解除，則只在出射許可判定信號355為0N的區域中，射束出射指令62為ON(904a)。這時，在出射許可判定信號355為OFF的情況下，在同步加速器13內的積蓄射束量充分的情況和設備正常動作的情況下，能夠進行從同步加速器13的射束出射控制，因此同步加速器13的運轉成為待機狀態(902a)。出射許可判定信號355再次成為0N，射束出射指令62成為ON (904b)。
[0190]這樣，通過依照圖6所示的控制流程，在同步加速器13從出射控制待機定時信號513進入到出射條件解除定時信號514的區間的區域中，能夠根據出射許可判定信號355進行多次的射束出射控制。
[0191]如果層劑量滿足，則變更為與下一個層對應的射束能量Eb，因此實施出射條件解除、能量變更、出射條件設定。
[0192]如圖8(e)所示，在出射條件解除、能量變更、出射條件設定中，逐次變更四極電磁鐵18的勵磁量，由此在多級出射控制運轉時能夠不產生射束損失地高效地實現。
[0193]在從出射條件解除到出射條件設定的區間中，無法從同步加速器實施射束出射控制，因此如圖8(a)所示，即使出射許可判定信號355為0N，射束出射指令62也為OFF(901b)。
[0194]在同步加速器13的能量變更和出射條件設定完成后，在出射許可判定信號355為0N的區域中射束出射指令62為ON(904c)。
[0195]這時，在由于患者的生理現象等，在通過患部位置檢測單元35觀測到的患部位置產生瞬時的變動(圖8(a)的353a)的情況下，出射許可判定信號355瞬時地成為OFF。然后，如果患部37的位置恢復為射束照射允許范圍，則出射許可判定信號355成為0N，射束出射指令62也同步地變化(902b — 904d)。
[0196]這樣，通過依照圖6所示的控制流程，針對這樣的由于患者的生理現象等造成的患部位置的瞬時變動，也能夠實現穩定的射束照射。
[0197]然后，在實施將射束能量從Eb變更為Ec的控制(903a)后，射束出射指令62再次成為 0N(904e)。
[0198]在本實施例中，假定通過904e所示的射束出射控制，判定為當前的照射層的劑量變得滿足，并且不滿足下一個能量的射束照射所需要的積蓄射束量的情況，解除出射條件(704c)，實施減速控制(706c)。
[0199]然后，照射下一個照射能量Ed,因此從入射能量Einj到Ed為止,通過初始加速控制來加速射束(701d)，設定出射條件(703d)。其間，射束出射指令62的輸出始終為OFF(901c)。如果出射條件的設定完成，則在輸入了出射許可判定信號355的定時射束出射指令62再次成為0N(904f)。然后，同樣地進行將射束能量變更為射束能量Ee后的照射、射束能量Ef的照射、減速控制。
[0200]此外，在射束能量Eb、Ed、Ee、Ef之間積蓄射束量不滿足必要量時，也進行與上述從Ec到Ed的減速和加速控制相同的控制。
[0201]另外，使用了將射束能量從入射能量Einj直接加速到Ed的初始加速控制數據701d，但也可以與圖7B所示同樣地，通過從入射能量Einj直接加速到Ea的初始加速控制數據701a和Ea — Eb (705ab)、Eb — Ec (705bc)、Ec — Ed的組合來加速。但是，如果如圖8所示將射束能量從入射能量Einj直接加速到Ed，則能夠進一步縮短加速所需要的時間。
[0202]如上所述，在本實施方式中，作為構成同步加速器13的設備、其控制單元(控制系統100)，具備:選擇運轉控制數據70更新輸出到電源46的單元(電源控制裝置45);控制從同步加速器13的射束出射的單元(定時系統50);檢測在同步加速器13內環繞的射束量(積蓄射束量)的單元(積蓄射束量檢測單元15、積蓄射束量測量單元151);檢測向患部37照射的劑量的單元(劑量監視器31);根據向患部37照射的目標劑量和實際向患部37照射的劑量，求出剩余照射劑量的單元(照射控制裝置44);檢測因患者36的生理活動造成的患部37的移動的單元(患部位置檢測單元、透視圖像取得單元351);根據來自檢測該患部37的移動的單元的輸出值，輸出出射許可判定信號355的單元(出射許可判定單元354);根據出射許可判定信號355、同步加速器13內的積蓄射束量的檢測值、向患部照射的剩余照射剩余量、表示能夠從同步加速器13進行射束出射控制的狀態的出射準備完成信號445，切換同步加速器13的運轉控制的單元(聯鎖系統60)。
[0203]另外，在短時間內實現同步加速器的出射射束能量的變更控制的多級出射控制運轉中，控制數據701?706具有與多個能量對應的減速控制數據706，從哪個能量都能夠迅速轉移到減速控制，由此在同步加速器內的積蓄射束量不足而中斷了離子束的照射的情況下，能夠短時間實現運轉周期的更新，提高劑量率，縮短治療時間。
[0204]另外，在構成粒子線照射系統的設備發生異常，中斷了離子束的照射的情況下，也能夠從出射能量直接轉移到減速控制，短時間并且安全地實現運轉周期的更新。
[0205]并且，在因發生射束的枯竭等射束照射中斷原因而產生的減速控制結束后，在存在射束未照射的能量，更新運轉周期的情況下，在初始加速控制結束后或能量變更控制結束后的達到能量與下一個目標能量不一致的情況下，不進行出射控制數據的更新控制(出射條件設定控制和出射條件解除控制)，而是立即實施能量變更控制將達到能量加速到目標能量，因此，能夠實現短時間的能量變更控制，提高劑量率，縮短治療時間。
[0206]另外，構成運轉控制數據的控制數據701?706由直接向構成同步加速器13的設備提供的控制量即電流/電壓的時序數據構成，因此不需要進行參數的變更計算，能夠簡化設備結構和控制單元。
[0207]并且，將能夠進行與假定的全部患者的照射條件對應的全部能量的射束出射的控制數據作為模塊數據存儲在存儲裝置42中，綜合控制裝置41根據照射條件421選擇控制數據701?706存儲在電源控制裝置45中，構成運轉控制數據70，因此沒有對射束照射不起作用的浪費時間(從同步加速器13的入射射束能量到照射開始能量為止的控制時間、以及從照射結束能量到減速結束能量為止的控制時間)，因此能夠以短的運轉周期進行希望的能量范圍的射束照射，提高劑量率縮短治療時間。
[0208]另外，通過應用依照圖6所示的控制流程的控制，能夠在多級出射控制運轉時穩定地實現與呼吸移動性臟器的移動對應的射束照射。
[0209]此外，本發明并不限于上述實施方式，能夠進行各種變形、應用。為了容易理解地說明本發明，詳細說明了上述實施方式，但上述實施方式并不限于具備所說明的全部結構。
[0210]例如，說明了檢測標記352的方法作為患部37的檢測方法，但檢測患部37的方法并不限于此，既可以直接檢測患部37，也可以使用其他公知的方法。
[0211]附圖標記說明
[0212]1:粒子線照射系統；100:控制系統(控制裝置);10a、10b、10c、10d:射束；11:離子束產生裝置；12:前級加速器；13:同步加速器；14:射束輸送裝置；15:積蓄射束量檢測單元；151:積蓄射束量測量單元；152:積蓄射束量測量數據；16:高頻電極；17:高頻加速空腔；18:偏向電磁鐵；19:四極電磁鐵；20a:出射用高頻電極；20b:出射用偏轉器；21:高頻開關；30:照射裝置；31:劑量監視器；311:劑量測量數據；32:掃描電磁鐵；34:準直儀；
35:患部位置檢測單元；351:透視圖像取得單元；352:標記；353:患部位置檢測信號；354:出射許可判定單元；355:出射許可判定信號；36:患者；37:患部；371:患部位置檢測標記；38:出射許可判定單元；381:出射許可判定信號；40:加速器控制裝置；401:各設備的控制數據；402:目標能量達到信號；41:綜合控制裝置；411:控制數據；412:設備信息數據；42:存儲裝置；421:照射信息數據；43:治療計劃裝置；431:治療計劃信息；44:照射控制裝置；441:出射控制許可信號；442:劑量滿足信號；443:能量變更要求信號；444:減速控制要求信號；445:照射完成信號；45:電源控制裝置；451:電源控制指令值；452:狀態信息；46:電源；50:定時系統；51:定時信號；511:加速控制開始定時信號；512:出射條件設定定時信號；513:出射控制待機定時信號；514:出射條件解除定時信號；515:能量變更控制定時信號；516:減速控制開始定時信號；517:減速控制結束定時信號；60:聯鎖系統；61:聯鎖信號；611:初始加速指令；612:照射準備指令；613:照射待機指令；614:照射停止指令；615:能量變更指令；616:減速控制指令；617:照射完成指令；62:射束出射指令；70:運轉控制數據；701:初始加速控制數據；702:出射控制數據；703:出射條件設定數據；704:出射條件解除數據；705:能量變更控制數據；706:減速控制數據。
【權利要求】
1.一種粒子線照射系統，其特征在于，具備: 同步加速器，其將離子束加速后進行出射； 照射裝置，其照射從該同步加速器出射的上述離子束； 檢測單元，其檢測因患者的生理活動造成的患部的移動；出射許可判定單元，其根據來自該檢測單元的輸出值，輸出出射許可判定信號；以及控制裝置，通過一個以上的初始加速控制數據、出射多個能量的離子束的多個出射控制數據、將上述多個出射控制數據之間連接的多個能量變更控制數據、與上述多個出射控制數據對應的多個減速控制數據構成構成上述同步加速器的設備的運轉控制數據，通過組合這些控制數據來進行多個能量的射束的出射控制， 上述控制裝置根據從上述出射許可判定單元輸出的出射許可判定信號，實施從上述同步加速器的射束出射控制。
2.根據權利要求1所述的粒子線照射系統，其特征在于， 上述控制裝置在從上述同步加速器的射束出射控制時，根據從上述出射許可判定單元輸出的出射許可判定信號，用同一能量實施多次的射束出射控制。
3.根據權利要求2所述的粒子線照射系統，其特征在于， 上述出射許可判定單元在上述檢測單元檢測出上述患部位于出射許可范圍內時，輸出上述出射許可判定信號，在上述患部不位于出射許可范圍內時，不輸出上述出射許可判定信號。
4.根據權利要求1所述的粒子線照射系統，其特征在于， 上述控制裝置具備: 定時系統，其輸出用于對構成上述同步加速器的設備的控制定時進行管理的多個控制定時信號；以及 電源控制裝置，其控制構成上述同步加速器的設備， 將構成上述運轉控制數據的上述初始加速控制數據、上述多個出射控制數據、上述多個能量變更控制數據以及上述多個減速控制數據存儲在上述電源控制裝置中， 上述電源控制裝置輸入從上述定時系統輸出的上述多個控制定時信號，根據這些控制定時信號，選擇并更新上述初始加速控制數據、上述多個出射控制數據、上述多個能量變更控制數據以及上述多個減速控制數據。
5.根據權利要求4所述的粒子線照射系統，其特征在于， 還具備射束量檢測單元，其檢測上述同步加速器內的積蓄射束量， 上述控制裝置接受從上述出射許可判定單元輸出的出射許可判定信號的輸入，在對上述同步加速器的運轉控制設定出射條件，并且輸入了出射許可判定信號時指令射束出射控制， 在停止了上述出射許可判定信號時，根據從上述射束量檢測單元輸入的上述同步加速器內的積蓄射束量的檢測結果、照射中的能量的射束照射是否完成的判定結果，判定是進行待機以便在再次輸出了出射許可判定信號時能夠進行該能量的射束出射，還是轉移到能量變更控制以便能夠照射下一個能量的射束、還是轉移到減速控制，對上述定時系統輸出與前面判定出的各個控制對應的控制指令。
6.根據權利要求4所述的粒子線照射系統，其特征在于， 上述控制裝置還具備聯鎖系統，其輸出將射束從入射到上述同步加速器的射束能量加速到初級的出射能量的初始加速指令、在上述同步加速器中進行初始加速或者在能量變更后設定出射條件的照射準備開始指令、表示在上述同步加速器中出射條件的設定完成的照射待機指令、根據從上述出射許可判定單元輸出的出射許可判定信號和上述同步加速器的出射條件設定狀態輸出的射束出射指令、停止向上述患部的射束照射的照射停止指令、根據向上述患者照射的離子束的照射經過信息而輸出的能量變更指令、根據構成包含上述同步加速器和上述照射裝置的粒子線照射系統的設備的狀態而輸出的減速控制指令以及表示完成了照射的照射完成指令， 上述定時系統根據從上述聯鎖系統輸出的上述初始加速指令、上述照射準備開始指令、上述照射待機指令、上述照射停止指令、上述能量變更指令以及上述減速控制指令，從上述多個控制定時信號中選擇并輸出對應的控制定時信號。
7.根據權利要求4所述的粒子線照射系統，其特征在于， 上述電源控制裝置進行控制，以便在輸入了從上述定時系統輸入的上述多個定時信號中的減速控制開始定時信號時，從多個減速控制數據中選擇與出射控制完成時的能量對應的減速控制數據，轉移到減速控制。
8.根據權利要求6所述的粒子線照射系統，其特征在于， 上述聯鎖系統還在構成包含上述同步加速器和上述照射裝置的粒子線照射系統的設備發生了異常的情況下，輸出上述減速控制指令， 上述電源控制裝置進行控制，以便在從上述定時系統輸入了上述減速控制開始定時信號時，在更新了當前的控制數據后，從上述多個減速控制數據中選擇與該更新控制結束后的達到能量對應的減速控制數據，轉移到減速控制。
9.根據權利要求6所述的粒子線照射系統，其特征在于， 上述聯鎖系統在某個能量的出射控制完成后存在下一個目標能量的情況、或在初始加速控制結束后和能量變更控制結束后達到的能量和下一個目標能量不一致的情況下，輸出能量變更指令， 上述定時系統在輸入了上述能量變更指令時，從上述多個控制定時信號中選擇輸出能量變更控制定時信號， 上述電源控制裝置進行控制，以便在輸入了上述能量變更控制定時信號時，從上述多個能量變更控制數據中選擇與上述某個能量或達到能量對應的能量變更控制數據，轉移到能量變更控制。
10.根據權利要求1所述的粒子線照射系統，其特征在于， 構成上述運轉控制數據的上述初始加速控制數據、上述多個出射控制數據、上述多個能量變更控制數據、以及上述多個減速控制數據由向構成上述同步加速器的設備直接賦予的控制量即電流/電壓的時序數據構成。
11.根據權利要求1所述的粒子線照射系統，其特征在于， 上述控制裝置具備: 存儲裝置，其將控制數據作為模塊數據進行存儲，所述控制數據包含構成上述運轉控制數據的上述初始加速控制數據、上述多個出射控制數據、上述多個能量變更控制數據以及上述多個減速控制數據，能夠進行與假定的多個患者的照射條件對應的全部能量的射束出射；以及 電源控制裝置，其控制構成上述同步加速器的設備， 上述控制裝置在照射準備時賦予了特定的患者的照射條件時，從存儲在上述存儲裝置中的模塊數據中選擇相應的控制數據而存儲在上述電源控制裝置中，構成上述運轉控制數據。
12.—種粒子線照射系統，其特征在于，具備: 同步加速器，其將離子束加速后進行出射； 照射裝置，其照射從上述同步加速器出射的上述離子束； 檢測單元，其檢測因患者的生理活動造成的患部的移動； 出射許可判定單元，其根據來自該檢測單元的輸出值，輸出出射許可判定信號； 存儲裝置，其將能夠進行與假定的多個患者的照射條件對應的全部能量的射束出射的控制數據、即包含與多個能量的離子束對應的一個以上的初始加速控制數據、多個出射控制數據、多個能量變更控制數據、以及多個減速控制數據的控制數據作為模塊數據進行存儲； 電源控制裝置，其控制構成上述同步加速器的設備；以及 控制裝置，其在照射準備時，在賦予了特定的患者的照射條件時，從存儲在上述存儲裝置中的模塊數據中選擇相應的控制數據而存儲在上述電源控制裝置中，來構成構成上述同步加速器的設備的運轉控制數據， 上述控制裝置根據從上述出射許可判定單元輸出的出射許可判定信號，實施從上述同步加速器的射束出射控制。
13.一種粒子線照射系統的運轉方法，該粒子線照射系統具備: 同步加速器，其將離子束加速后進行出射； 照射裝置，其照射從上述同步加速器出射的上述離子束； 檢測單元，其檢測因患者的生理活動造成的患部的移動； 出射許可判定單元，其根據來自該檢測單元的輸出值，輸出出射許可判定信號， 所述粒子線照射系統的運轉方法的特征在于， 用初始加速控制數據、出射多個能量的離子束的多個出射控制數據、將上述多個出射控制數據之間連接的多個能量變更控制數據、與上述多個出射控制數據對應的多個減速控制數據構成構成上述同步加速器的設備的運轉控制數據，通過組合這些控制數據來進行多個能量的射束的出射控制，并且通過具有與上述多個能量對應的減速控制數據，無論從哪個能量都能夠快速地轉移到減速控制，并且根據從上述出射許可判定單元輸出的出射許可判定信號，實施從上述同步加速器的射束出射控制。
14.根據權利要求13所述的粒子線照射系統的運轉方法，其特征在于， 準備控制數據來作為模塊數據，該控制數據包含構成上述運轉控制數據的上述初始加速控制數據、上述多個出射控制數據、上述多個能量變更控制數據以及上述多個減速控制數據，能夠進行與假定的多個患者的照射條件對應的全部能量的射束出射， 在賦予了特定的患者的照射條件時，從上述模塊數據中選擇相應的控制數據來構成上述運轉控制數據。
【文檔編號】A61N5/10GK104338243SQ201410361612
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年7月25日 優先權日:2013年7月26日
【發明者】西內秀晶, 飛永晃司, 森山國夫, 野村拓也 申請人:株式會社日立制作所
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