JP5311566B2

JP5311566B2 - 放射線照射システム

Info

Publication number: JP5311566B2
Application number: JP2009080857A
Authority: JP
Inventors: 卓司古川; 拓稲庭; 眞二佐藤; 敏之白井; 耕司野田
Original assignee: National Institutes For Quantum Science and Technology
Current assignee: National Institutes For Quantum Science and Technology
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2029-03-30
Also published as: JP2010227464A

Description

本発明は、放射線照射システムに関し、特に三次元スキャニング法によって放射線を照射する放射線照射システムに関する。

近年、陽子線、重粒子線等といった放射線を用いた放射線治療（粒子線治療）が注目されている。放射線治療は、放射線の照射エネルギを調節することによって、被照射体（人体）の深層にある、予め設定された照射領域に対して選択的に放射線を照射することによって、照射領域以外の正常な組織における障害の発生を低減することができる治療法である。

かかる放射線治療における放射線の照射法に一つに、三次元スキャニング法がある（例えば、特許文献１参照）。三次元スキャニング法を用いた放射線照射システムは、加速器から出射された細い粒子線を拡大することなく、被照射体の照射領域を当該粒子線の進行方向に対して垂直平面方向及び深さ方向の三次元方向にスキャンし、複雑な形状の照射領域を塗りつぶすように放射線を照射する。

特開２００６−０８７６４９号公報

しかしながら、従来の放射線照射システムは、放射線の照射位置を変更する装置（例えば、電磁石）の性能によって、線量の制約を受けている。すなわち、照射される放射線の線量を大きくすることができないため、照射時間を短縮することは困難であった。

本発明は、前記した問題を解決すべく創案されたものであり、放射線の照射時間を短縮することが可能な放射線照射システムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の放射線照射システムは、放射線出射装置から出射された放射線の照射位置を変更する照射位置変更装置と、前記放射線の線量をモニタリングする線量モニタリング装置と、モニタリングされた前記線量に基づいて前記照射位置変更装置を制御する制御装置と、を備える放射線照射システムであって、前記制御装置は、モニタリングされた前記線量に基づいて前記照射位置変更装置を制御する照射位置制御部と、前記放射線の照射位置と、当該照射位置において照射すべき線量と、が関連付けて記憶される記憶部と、を備え、前記照射位置制御部は、モニタリングされた前記線量に基づいて、一の照射位置における線量を積算する線量積算部と、前記照射位置変更装置から照射位置変更完了信号を取得する照射位置変更完了信号取得部と、一の照射位置において、前記線量積算部によって積算された線量が前記記憶部に記憶された前記照射すべき線量に達し、かつ、前記照射位置変更完了信号が取得されない場合に、制御渋滞であると判定し、制御渋滞であると判定された後に前記照射位置変更完了信号が取得された場合に、制御渋滞が解消されたと判定する制御渋滞判定部と、前記照射位置変更装置へ照射位置変更開始信号を出力することによって、前記照射位置変更装置を制御して照射位置を変更させる照射位置変更開始信号出力部と、を備え、制御渋滞であると判定された場合には、前記線量積算部は、前記線量モニタリング装置によってモニタリングされた線量を、次の照射位置における線量として積算し、前記照射位置変更開始信号出力部は、制御渋滞が解消されたと判定された際に、前記次の照射位置に関する照射位置変更開始信号を出力することを特徴とする。

従来の放射線照射システムにおいては、照射位置変更完了信号が取得されていない状態において制御装置が照射位置変更開始信号を出力すると、電磁石用電源が異常判定を行うことによってシステム全体が停止していた。そのため、照射位置変更完了信号が取得されるまでに積算された線量が照射すべき線量に達しないように、荷電粒子ビームの線量が抑えられていた。これに対し、本発明の放射線照射システムは、制御渋滞という概念を採用することにより、照射位置変更完了信号が取得されていない状態においても線量の積算を行うことができるので、荷電粒子ビームの線量を大きくし、照射時間を短縮することができる。

また、前記制御装置は、前記放射線出射装置を制御する放射線出射制御部と、制御渋滞であると判定された回数と制御渋滞が解消されたと判定された回数との差が所定回数に達したか否かを判定する制御渋滞回数判定部と、をさらに備え、制御渋滞であると判定された回数と制御渋滞が解消されたと判定された回数との差が所定回数に達したと判定された場合に、前記放射線出射制御部は、前記放射線出射装置からの放射線の出射を停止させる構成であってもよい。

また、前記制御装置は、前記放射線出射装置を制御する放射線出射制御部と、制御渋滞中に前記線量モニタリング装置によってモニタリングされた線量である制御渋滞中線量を積算し、積算された前記制御渋滞中線量が所定値に達したか否かを判定する制御渋滞中線量判定部と、をさらに備え、積算された前記制御渋滞中線量が所定値に達したと判定された場合に、前記放射線出射制御部は、前記放射線出射装置からの放射線の出射を停止させる構成であってもよい。

本発明によれば、放射線の照射時間を短縮することができる。

本発明の実施形態に係る粒子線照射システムを模式的に示す図である。本発明の実施形態に係る照射系を模式的に示す図である。本発明の実施形態に係る粒子線照射システムを示すブロック図である。記憶部に記憶された照射パラメータファイルの一例を示す図である。本発明の実施形態に係る放射線照射システムの第一の動作例を説明するための図であり、（ａ）は時刻と荷電粒子ビームの照射位置との関係を示すグラフ、（ｂ）は時刻と制御渋滞回数判定部のカウンタとの関係を示すグラフ、（ｃ）は時刻と荷電粒子ビームの線量の積算位置との関係を示すグラフ、（ｄ）は時刻と積算位置における荷電粒子ビームの線量Ｉとの関係を示すグラフ、（ｅ）は時刻と制御渋滞中における荷電粒子ビームの線量Ｉ_Ｘとの関係を示すグラフである。本発明の実施形態に係る放射線照射システムの第二の動作例を説明するための図であり、（ａ）は時刻と荷電粒子ビームの照射位置との関係を示すグラフ、（ｂ）は時刻と制御渋滞回数判定部のカウンタとの関係を示すグラフ、（ｃ）は時刻と荷電粒子ビームの線量の積算位置との関係を示すグラフ、（ｄ）は時刻と積算位置における荷電粒子ビームの線量Ｉとの関係を示すグラフ、（ｅ）は時刻と制御渋滞中における荷電粒子ビームの線量Ｉ_Ｘとの関係を示すグラフである。本発明の実施形態に係る放射線照射システムの第三の動作例を説明するための図であり、（ａ）は時刻と荷電粒子ビームの照射位置との関係を示すグラフ、（ｂ）は時刻と制御渋滞回数判定部のカウンタとの関係を示すグラフ、（ｃ）は時刻と荷電粒子ビームの線量の積算位置との関係を示すグラフ、（ｄ）は時刻と積算位置における荷電粒子ビームの線量Ｉとの関係を示すグラフ、（ｅ）は時刻と制御渋滞中における荷電粒子ビームの線量Ｉ_Ｘとの関係を示すグラフである。本発明の実施形態に係る放射線照射システムの第四の動作例を説明するための図であり、（ａ）は時刻と荷電粒子ビームの照射位置との関係を示すグラフ、（ｂ）は時刻と制御渋滞回数判定部のカウンタとの関係を示すグラフ、（ｃ）は時刻と荷電粒子ビームの線量の積算位置との関係を示すグラフ、（ｄ）は時刻と積算位置における荷電粒子ビームの線量Ｉとの関係を示すグラフ、（ｅ）は時刻と制御渋滞中における荷電粒子ビームの線量Ｉ_Ｘとの関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。同様の部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る放射線照射システム１は、三次元スキャニング法によって放射線を照射するシステムであり、加速器１０と、ビーム輸送系２０と、照射系３０と、制御装置４０と、を備える。

＜加速器及びビーム輸送系＞
加速器１０は、放射線の一例である荷電粒子ビームＢを加速して出射する。ビーム輸送系２０は、加速器１０から出射された荷電粒子ビームＢを輸送する。これら加速器１０及びビーム輸送系２０の組み合わせが、特許請求の範囲における「放射線出射装置」の一例である。

＜照射系＞
照射系３０は、ビーム輸送系２０によって輸送された荷電粒子ビームＢを被照射体（人体）５０の照射対象５１（例えば、腫瘍部）に照射する。図２及び図３に示すように、照射系３０は、照射位置変更装置３１と、線量モニタリング装置３２と、エネルギ調整装置３３と、を備える。

≪照射位置変更装置≫
照射位置変更装置３１は、加速器１０から出射されてビーム輸送系２０によって輸送された荷電粒子ビームＢの照射位置を変更するための装置であり、図２及び図３に示すように、電磁石３１ａ，３１ｂと、電磁石用電源３１ｃと、を備える。
電磁石３１ａは、電磁石用電源３１ｃから供給される電力によって、荷電粒子ビームＢの進行方向（Ｚ軸方向）に垂直な平面におけるＸ軸方向に荷電粒子ビームＢを偏向させるためのものである。
電磁石３１ｂは、電磁石用電源３１ｃから供給される電力によって、荷電粒子ビームＢの進行方向（Ｚ軸方向）に垂直な平面においてＸ軸に垂直なＹ軸方向に荷電粒子ビームＢを偏向させるためのものである。
電磁石用電源３１ｃは、電源及び電源制御部を備えて構成されており、後記する制御装置４０の照射位置変更完了信号出力部４４ｄから出力された照射位置変更開始信号に基づいて、電磁石３１ａ，３１ｂに電力を供給し、荷電粒子ビームＢの照射位置（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）を所望の位置へ変更する。
また、電磁石用電源３１ｃは、荷電粒子ビームＢの照射位置を所望の位置へ変更し終えた際に、照射位置変更終了信号を後記する制御装置４０の照射位置変更完了信号取得部４４ｂへ出力する。

本実施形態において、電磁石用電源３１ｃの電源制御部は、図示しない電流センサによって測定された電磁石３１ａ，３１ｂの電磁石電流値を取得し、当該電磁石電流値が前記した所望の位置に相当する値になったときに、照射位置変更終了信号を出力する。なお、電源駆動部３１ｃの電源制御部には、電磁石３１ａ，３１ｂの電磁石電流値と荷電粒子ビームＢの照射位置との関係が予め記憶されており、電源駆動部３１ｃの電源制御部は、かかる関係を参照して、電磁石電流値が電磁石電流値が前記した所望の位置に相当する値になったか否かを判定する。

なお、照射位置変更装置３１は、図示しないビームモニタ部を電磁石３１ａ，３１ｂの下流側に備え、ビームモニタ部によってモニタリングされた荷電粒子ビームＢの照射位置が前記した所望の位置に対応する位置となったときに、照射位置変更終了信号を出力する構成であってもよい。なお、ビームモニタ部には、ビームモニタ部によってモニタリングされた荷電粒子ビームＢの照射位置と荷電粒子ビームＢの照射対象５１への照射位置との関係が予め記憶されており、電源駆動部３１ｃの電源制御部は、かかる関係を参照して、モニタリングされた荷電粒子ビームＢの照射位置が前記した所望の位置に対応する位置となったか否かを判定する。

≪線量モニタリング装置≫
線量モニタリング装置３２は、荷電粒子ビームＢの線量をモニタリングする装置である。モニタリングされた線量は、後記する制御装置４０の線量積算部４４ａへ出力される。

≪エネルギ調整装置≫
エネルギ調整装置３３は、Ｚ軸方向における荷電粒子ビームＢの停止位置を調整するとともに、荷電粒子ビームＢのエネルギを調整する装置である。本実施形態において、エネルギ調整装置３３は、図２及び図３に示すように、複数のエネルギ吸収体からなるレンジシフタ３３ａと、当該レンジシフタ３３ａを駆動するレンジシフタ駆動部３３ｂと、を備える。

＜制御装置＞
制御装置４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、入出力回路等から構成されており、機能部として、記憶部４１と、加速器制御部４２と、エネルギ制御部４３と、照射位置制御部４４と、を備える。

記憶部４１には、図４に示すような照射パラメータファイルが記憶されている。照射パラメータファイルは、照射位置に固有のスポットＮｏ．と、当該照射位置のＸ軸方向の座標と、当該照射位置のＹ軸方向の座標と、当該照射位置に照射すべき線量と、当該照射位置に照射される荷電粒子ビームＢのエネルギと、を関連付けて格納するファイルであり、Ｚ軸方向の座標ごとに設けられている。かかる照射パラメータファイルにおいて、例えばスポットＮｏ．１〜Ｎｏ．１２１７に対応する照射位置には、同じエネルギの荷電粒子ビームＢが異なる線量だけ照射されるように設定されている。

加速器制御部４２は、特許請求の範囲における「放射線出射制御部」の一例であり、加速器１０及びビーム輸送系２０の駆動をＯＮ／ＯＦＦ制御する。

エネルギ制御部４３は、記憶部４１に記憶された照射パラメータファイルを参照して、エネルギ調整装置３３のレンジシフタ駆動部３３ｂを制御することによって、照射位置に応じたエネルギが照射されるようにレンジシフタ３３ａを駆動させる。

照射位置制御部４４は、記憶部４１に記憶された照射パラメータファイルを参照して、電磁石用電源３１ｃを制御することによって、照射位置を所望の位置（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）と一致させるように電磁石３１ａ，３１ｂに電力を供給させる。照射位置制御部４４は、詳細な機能ブロックとして、線量積算部４４ａと、照射位置変更完了信号取得部４４ｂと、制御渋滞判定部４４ｃと、照射位置変更開始信号出力部４４ｄと、を備える。

線量積算部４４ａは、線量モニタリング装置３２から出力された線量に基づいて、一の照射位置における線量を積算する。

照射位置変更完了信号取得部４４ｂは、照射位置変更装置３１の電磁石用電源３１ｃから出力された照射位置変更完了信号を取得する。

制御渋滞判定部４４ｃは、一の照射位置において、照射位置変更完了信号が取得された後に、線量積算部４４ａによって積算された線量が記憶部４１に記憶された照射すべき線量に達した場合に、制御渋滞ではないと判定する。また、制御渋滞判定部４４ｃは、一の照射位置において、線量積算部４４ａによって積算された線量が記憶部４１に記憶された照射すべき線量に達し、かつ、照射位置変更完了信号が取得されない場合に、制御渋滞であると判定する。さらに制御渋滞判定部４４ｃは、制御渋滞であると判定された後に照射位置変更完了信号が取得された場合に、制御渋滞が解消されたと判定する。

照射位置変更開始信号出力部４４ｄは、制御渋滞ではないと判定された場合に、記憶部４１を参照し、次の照射位置に関する照射位置変更開始信号を出力する。また、照射位置変更開始信号出力部４４ｄは、制御渋滞が解消されたと判定された場合にも、記憶部４１を参照し、次の照射位置に関する照射位置変更開始信号を出力する。

ここで、線量積算部４４ａは、制御渋滞ではないと判定された場合に、次の照射位置における線量の積算を開始する。また、線量積算部４４ａは、制御渋滞であると判定された場合にも、制御渋滞が解消されて次の照射位置に関する照射位置変更開始信号の出力を待たずに、次の照射位置における線量の積算を開始する。

制御装置４０は、制御渋滞回数判定部４５と、制御渋滞中線量判定部４６と、をさらに備える。

制御渋滞回数判定部４５は、制御渋滞であると判定された回数と制御渋滞が解消されたと判定された回数との差が所定回数に達したか否かを判定する。制御渋滞であると判定された回数と制御渋滞が解消されたと判定された回数との差が所定回数に達したと判定された場合には、加速器制御部４２は、加速器１０及びビーム輸送系２０を停止させることによって、荷電粒子ビームＢの出射を停止させる。

制御渋滞中線量判定部４６は、制御渋滞中に線量モニタリング装置３２によってモニタリングされた線量である制御渋滞中線量を積算し、積算された制御渋滞中線量が所定値に達したか否かを判定する。積算された制御渋滞中線量が所定値に達したと判定された場合には、加速器制御部４２は、加速器１０及びビーム輸送系２０を停止させることによって、荷電粒子ビームＢの出射を停止させる。

＜第一の動作例＞
続いて、本発明の実施形態に係る放射線照射システム１の第一の動作例について、図５を参照して説明する。第一の動作例は、制御渋滞が発生しない場合を説明するための動作例である。なお、後記する各動作例において、照射位置ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３，ＳＰ４における荷電粒子ビームＢのエネルギは同じ値であり、時刻ｔ＝０において、荷電粒子ビームＢの照射位置は照射位置ＳＰ１に設定されているものとする。

まず、時刻ｔ＝０において、制御部４０の加速器制御部４２が、加速器１０及びビーム輸送系２０の駆動をＯＮにすることによって、加速器１０が荷電粒子ビームＢを出射し、ビーム輸送系２０が出射された荷電粒子ビームＢを輸送する。また、制御装置４０のエネルギ制御部４３が、記憶部４１の照射パラメータファイルを参照し、レンジシフタ駆動部３３ｂを制御することによって、照射位置ＳＰ１における荷電粒子ビームＢのエネルギを調整する。さらに、線量モニタリング装置３２が、荷電粒子ビームＢの線量をモニタリングして出力し、制御装置４０の線量積算部４４ａが、モニタリングされた線量を照射位置ＳＰ１（＝積算位置ＳＰ１）における線量Ｉとして積算し始める。

続いて、時刻ｔ＝ｔ_１において、積算された線量Ｉが照射位置ＳＰ１において照射すべき線量Ｉ_１に達すると、照射位置変更開始信号出力部４４ｄが、記憶部４１の照射パラメータファイルを参照し、照射位置変更開始信号を出力して電磁石用電源３１ｃを制御することによって、荷電粒子ビームＢの照射位置を照射位置ＳＰ２に移動させる。さらに、線量モニタリング装置３２が、荷電粒子ビームＢの線量をモニタリングして出力し、制御装置４０の線量積算部４４ａが、モニタリングされた線量を照射位置ＳＰ２（＝積算位置ＳＰ２）における線量Ｉとして積算し始める。

続いて、時刻ｔ＝ｔ_１１において、荷電粒子ビームＢの照射位置が照射位置ＳＰ２に移動し終えると、電磁石用電源３１ｃが、照射位置変更完了信号を出力し、制御装置４０の照射位置変更完了信号取得部４４ｂが、照射位置変更完了信号を取得する。

続いて、時刻ｔ＝ｔ_２において、積算された線量Ｉが照射位置ＳＰ２において照射すべき線量Ｉ_２に達すると、照射位置変更開始信号出力部４４ｄが、記憶部４１の照射パラメータファイルを参照し、照射位置変更開始信号を出力して電磁石用電源３１ｃを制御することによって、荷電粒子ビームＢの照射位置を照射位置ＳＰ３に移動させる。さらに、線量モニタリング装置３２が、荷電粒子ビームＢの線量をモニタリングして出力し、制御装置４０の線量積算部４４ａが、モニタリングされた線量を照射位置ＳＰ３（＝積算位置ＳＰ３）における線量Ｉとして積算し始める。

続いて、時刻ｔ＝ｔ_１２において、荷電粒子ビームＢの照射位置が照射位置ＳＰ３に移動し終えると、電磁石用電源３１ｃが、照射位置変更完了信号を出力し、制御装置４０の照射位置変更完了信号取得部４４ｂが、照射位置変更完了信号を取得する。

続いて、時刻ｔ＝ｔ_３において、積算された線量Ｉが照射位置ＳＰ３において照射すべき線量Ｉ_３に達すると、照射位置変更開始信号出力部４４ｄが、記憶部４１の照射パラメータファイルを参照し、照射位置変更開始信号を出力して電磁石用電源３１ｃを制御することによって、荷電粒子ビームＢの照射位置を照射位置ＳＰ４に移動させる。さらに、線量モニタリング装置３２が、荷電粒子ビームＢの線量をモニタリングして出力し、制御装置４０の線量積算部４４ａが、モニタリングされた線量を照射位置ＳＰ４（＝積算位置ＳＰ４）における線量Ｉとして積算し始める。

続いて、時刻ｔ＝ｔ_１３において、荷電粒子ビームＢの照射位置が照射位置ＳＰ４に移動し終えると、電磁石用電源３１ｃが、照射位置変更完了信号を出力し、制御装置４０の照射位置変更完了信号取得部４４ｂが、照射位置変更完了信号を取得する。

第一の動作例では、時刻ｔ＝ｔ_２，ｔ_３において制御渋滞は発生していないので、制御渋滞回数判定部４５におけるカウンタ値は常に０であり、制御渋滞中線量判定部４６における制御渋滞中線量も常に０である。

＜第二の動作例＞
続いて、本発明の実施形態に係る放射線照射システム１の第二の動作例について、図６を参照して説明する。第二の動作例は、制御渋滞が発生した場合を説明するための動作例である。

続いて、時刻ｔ＝ｔ_２において、積算された線量Ｉが照射位置ＳＰ２において照射すべき線量Ｉ_２に達すると、制御渋滞判定部４４ｃが、制御渋滞であると判定する。また、線量モニタリング装置３２が、荷電粒子ビームＢの線量をモニタリングして出力し、制御装置４０の線量積算部４４ａが、モニタリングされた線量を照射位置ＳＰ３（＝積算位置ＳＰ３）における線量Ｉとして積算し始める。さらに、制御渋滞回数判定部４５が、カウンタ値を１とし、制御渋滞中線量判定部４６が、制御渋滞中線量Ｉ_Ｘを積算し始める。

続いて、時刻ｔ＝ｔ_２１において、荷電粒子ビームＢの照射位置が照射位置ＳＰ２に移動し終えると、電磁石用電源３１ｃが、照射位置変更完了信号を出力し、制御装置４０の照射位置変更完了信号取得部４４ｂが、照射位置変更完了信号を取得する。また、制御渋滞判定部４４ｃが、制御渋滞が解消されたと判定する。さらに、制御渋滞回数判定部４５が、カウンタ値を０とし、制御渋滞中線量判定部４６が、制御渋滞中線量Ｉ_Ｘの積算を中断する。さらに、照射位置変更開始信号出力部４４ｄが、記憶部４１の照射パラメータファイルを参照し、照射位置変更開始信号を出力して電磁石用電源３１ｃを制御することによって、荷電粒子ビームＢの照射位置を照射位置ＳＰ３に移動させる。

続いて、時刻ｔ＝ｔ_２２において、荷電粒子ビームＢの照射位置が照射位置ＳＰ３に移動し終えると、電磁石用電源３１ｃが、照射位置変更完了信号を出力し、制御装置４０の照射位置変更完了信号取得部４４ｂが、照射位置変更完了信号を取得する。

第二の動作例では、時刻ｔ＝ｔ_２〜ｔ_２１の間に制御渋滞が発生しているので、時刻ｔ＝ｔ_２〜ｔ_２１の間において、制御渋滞回数判定部４５におけるカウンタ値は１となり、制御渋滞中線量判定部４６における制御渋滞中線量Ｉ_Ｘが積算される。

＜第三の動作例＞
続いて、本発明の実施形態に係る放射線照射システム１の第三の動作例について、図７を参照して説明する。第三の動作例は、制御渋滞が連続して発生した場合を説明するための動作例である。

続いて、時刻ｔ＝ｔ_３１において、荷電粒子ビームＢの照射位置が照射位置ＳＰ２に移動し終えると、電磁石用電源３１ｃが、照射位置変更完了信号を出力し、制御装置４０の照射位置変更完了信号取得部４４ｂが、照射位置変更完了信号を取得する。また、制御渋滞判定部４４ｃが、制御渋滞が解消されたと判定する。さらに、制御渋滞回数判定部４５が、カウンタ値を０とし、制御渋滞中線量判定部４６が、制御渋滞中線量Ｉ_Ｘの積算を中断する。さらに、照射位置変更開始信号出力部４４ｄが、記憶部４１の照射パラメータファイルを参照し、照射位置変更開始信号を出力して電磁石用電源３１ｃを制御することによって、荷電粒子ビームＢの照射位置を照射位置ＳＰ３に移動させる。

続いて、時刻ｔ＝ｔ_３において、積算された線量Ｉが照射位置ＳＰ３において照射すべき線量Ｉ_３に達すると、制御渋滞判定部４４ｃが、制御渋滞であると判定する。また、線量モニタリング装置３２が、荷電粒子ビームＢの線量をモニタリングして出力し、制御装置４０の線量積算部４４ａが、モニタリングされた線量を照射位置ＳＰ４（＝積算位置ＳＰ４）における線量Ｉとして積算し始める。さらに、制御渋滞回数判定部４５が、カウンタ値を１とし、制御渋滞中線量判定部４６が、制御渋滞中線量Ｉ_Ｘを積算し始める。

続いて、時刻ｔ＝ｔ_３２において、荷電粒子ビームＢの照射位置が照射位置ＳＰ３に移動し終えると、電磁石用電源３１ｃが、照射位置変更完了信号を出力し、制御装置４０の照射位置変更完了信号取得部４４ｂが、照射位置変更完了信号を取得する。また、制御渋滞判定部４４ｃが、制御渋滞が解消されたと判定する。さらに、制御渋滞回数判定部４５が、カウンタ値を０とし、制御渋滞中線量判定部４６が、制御渋滞中線量Ｉ_Ｘの積算を中断する。さらに、照射位置変更開始信号出力部４４ｄが、記憶部４１の照射パラメータファイルを参照し、照射位置変更開始信号を出力して電磁石用電源３１ｃを制御することによって、荷電粒子ビームＢの照射位置を照射位置ＳＰ４に移動させる。

第三の動作例では、時刻ｔ＝ｔ_２〜ｔ_３１,ｔ_３〜ｔ_３２の間に制御渋滞が発生しているので、時刻ｔ＝ｔ_２〜ｔ_２１,ｔ_３〜ｔ_３２の間において、制御渋滞回数判定部４５におけるカウンタ値は１となり、制御渋滞中線量判定部４６における制御渋滞中線量Ｉ_Ｘが積算される。

＜第四の動作例＞
続いて、本発明の実施形態に係る放射線照射システムの第四の動作例について、図８を参照して説明する。第四の動作例は、制御渋滞が連続して発生した場合を説明するための他の動作例である。

続いて、時刻ｔ＝ｔ_３において、積算された線量Ｉが照射位置ＳＰ３において照射すべき線量Ｉ_３に達すると、制御渋滞判定部４４ｃが、さらに制御渋滞が発生したと判定する。また、線量モニタリング装置３２が、荷電粒子ビームＢの線量をモニタリングして出力し、制御装置４０の線量積算部４４ａが、モニタリングされた線量を照射位置ＳＰ４（＝積算位置ＳＰ４）における線量Ｉとして積算し始める。さらに、制御渋滞回数判定部４５が、カウンタ値を２とし、制御渋滞中線量判定部４６が、制御渋滞中線量Ｉ_Ｘを積算し続ける。

続いて、時刻ｔ＝ｔ_４１において、荷電粒子ビームＢの照射位置が照射位置ＳＰ２に移動し終えると、電磁石用電源３１ｃが、照射位置変更完了信号を出力し、制御装置４０の照射位置変更完了信号取得部４４ｂが、照射位置変更完了信号を取得する。また、制御渋滞判定部４４ｃが、最初の制御渋滞が解消されたと判定する。さらに、制御渋滞回数判定部４５が、カウンタ値を１とし、制御渋滞中線量判定部４６が、制御渋滞中線量Ｉ_Ｘの積算を継続する。さらに、照射位置変更開始信号出力部４４ｄが、記憶部４１の照射パラメータファイルを参照し、照射位置変更開始信号を出力して電磁石用電源３１ｃを制御することによって、荷電粒子ビームＢの照射位置を照射位置ＳＰ３に移動させる。

第四の動作例では、時刻ｔ＝ｔ_２以降に制御渋滞が継続して発生しているので、時刻ｔ＝ｔ_２以降において、制御渋滞回数判定部４５におけるカウンタ値は１以上となり、制御渋滞中線量判定部４６における制御渋滞中線量Ｉ_Ｘが積算される。

なお、第二〜第四の動作例において、制御渋滞回数判定部４５が、制御渋滞であると判定された回数と制御渋滞が解消されたと判定された回数との差（図６（ｂ）、図７（ｂ）、図８（ｂ）のカウンタ値に相当）が所定回数に達したか否かを判定し、制御渋滞であると判定された回数と制御渋滞が解消されたと判定された回数との差が所定回数に達したと判定された場合には、加速器制御部４２が、加速器１０及びビーム輸送系２０を停止させてもよい。かかる所定回数は、照射パラメータファイルの策定後にシミュレーションを行うことによって、荷電粒子ビームＢの線量分布が悪化しない回数に設定される。

また、第二〜第四の動作例において、制御渋滞中線量判定部４６が、制御渋滞中に線量モニタリング装置３２によってモニタリングされた線量である制御渋滞中線量Ｉ_Ｘを積算し、積算された制御渋滞中線量Ｉ_Ｘが所定値に達したか否かを判定し、積算された制御渋滞中線量Ｉ_Ｘが所定値に達したと判定された場合には、加速器制御部４２が、加速器１０及びビーム輸送系２０を停止させてもよい。かかる所定値は、照射パラメータファイルの策定後にシミュレーションを行うことによって、荷電粒子ビームＢの線量分布が悪化しない値に設定される。

従来の放射線照射システムにおいては、照射位置変更完了信号が取得されていない状態において制御装置が照射位置変更開始信号を出力すると、電磁石用電源が異常判定を行うことによってシステム全体が停止していた。そのため、照射位置変更完了信号が取得されるまでに積算された線量が照射すべき線量に達しないように、荷電粒子ビームの線量が抑えられていた。これに対し、本発明の実施形態に係る放射線照射システム１は、制御渋滞という概念を採用することにより、照射位置変更完了信号が取得されていない状態においても線量の積算を行うことができるので、荷電粒子ビームの線量を大きくし、照射時間を短縮することができる。すなわち、放射線照射システム１は、照射時間の短縮によって、患者負担を低減することができるとともに、臓器の位置及びサイズ変化に対するリスクを低減することができる。

ここで、照射すべき線量が小さい照射位置においては制御渋滞が発生しやすく、照射すべき線量が大きい照射位置においては制御渋滞が解消されやすい。照射すべき線量が小さい照射位置は、全ての照射位置における線量の加算によって生成される線量分布に与える影響が小さく、照射すべき線量が大きい照射位置は、全ての照射位置における線量の加算によって生成される線量分布に与える影響が大きい。本発明の実施形態に係る放射線照射システム１は、制御渋滞に関する情報を管理することによって、線量分布の悪化を防ぎつつ、システムの性能を最大限に活かした照射を実現することができる。

本発明の実施形態に係る放射線照射システムは、本願と同一の出願人によって出願されて公開された特開２００８−１３６５２３号公報に開示されているような、荷電粒子ビームの強度変調機能を有する加速器を備えるシステムに適用可能である。強度変調機能を有する加速器においては、その設定強度と実際の荷電粒子ビームの強度との間には、加速器の性能に依存したズレが生じるが、本発明を荷電粒子ビームの強度変調機能を有する加速器を備えるシステムに適用することによって、強度（線量）のズレに起因したシステムの停止を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について実施形態を参照して説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。例えば、加速器１０がエネルギ調整部を一体的に備えており、エネルギ制御部４３が加速器１０に一体的に設けられたエネルギ調整部を制御することによって荷電粒子ビームＢのエネルギを調整する構成であってもよい。

１放射線照射システム
１０加速器
２０ビーム輸送系
３０照射系
４０制御装置
４１記憶部
４２加速器制御部（放射線出射制御部）
４４照射位置制御部
４４ａ線量積算部
４４ｂ照射位置変更完了信号取得部
４４ｃ制御渋滞判定部
４４ｄ照射位置変更開始信号出力部
４５制御渋滞回数判定部
４６制御渋滞中線量判定部

Claims

放射線出射装置から出射された放射線の照射位置を変更する照射位置変更装置と、
前記放射線の線量をモニタリングする線量モニタリング装置と、
モニタリングされた前記線量に基づいて前記照射位置変更装置を制御する制御装置と、
を備える放射線照射システムであって、
前記制御装置は、
モニタリングされた前記線量に基づいて前記照射位置変更装置を制御する照射位置制御部と、
前記放射線の照射位置と、当該照射位置において照射すべき線量と、が関連付けて記憶される記憶部と、
を備え、
前記照射位置制御部は、
モニタリングされた前記線量に基づいて、一の照射位置における線量を積算する線量積算部と、
前記照射位置変更装置から照射位置変更完了信号を取得する照射位置変更完了信号取得部と、
一の照射位置において、前記線量積算部によって積算された線量が前記記憶部に記憶された前記照射すべき線量に達し、かつ、前記照射位置変更完了信号が取得されない場合に、制御渋滞であると判定し、制御渋滞であると判定された後に前記照射位置変更完了信号が取得された場合に、制御渋滞が解消されたと判定する制御渋滞判定部と、
前記照射位置変更装置へ照射位置変更開始信号を出力することによって、前記照射位置変更装置を制御して照射位置を変更させる照射位置変更開始信号出力部と、
を備え、
制御渋滞であると判定された場合には、
前記線量積算部は、前記線量モニタリング装置によってモニタリングされた線量を、次の照射位置における線量として積算し、
前記照射位置変更開始信号出力部は、制御渋滞が解消されたと判定された際に、前記次の照射位置に関する照射位置変更開始信号を出力する
ことを特徴とする放射線照射システム。
前記制御装置は、
前記放射線出射装置を制御する放射線出射制御部と、
制御渋滞であると判定された回数と制御渋滞が解消されたと判定された回数との差が所定回数に達したか否かを判定する制御渋滞回数判定部と、
をさらに備え、
制御渋滞であると判定された回数と制御渋滞が解消されたと判定された回数との差が所定回数に達したと判定された場合に、前記放射線出射制御部は、前記放射線出射装置からの放射線の出射を停止させる
ことを特徴とする請求項１に記載の放射線照射システム。
前記制御装置は、
前記放射線出射装置を制御する放射線出射制御部と、
制御渋滞中に前記線量モニタリング装置によってモニタリングされた線量である制御渋滞中線量を積算し、積算された前記制御渋滞中線量が所定値に達したか否かを判定する制御渋滞中線量判定部と、
をさらに備え、
積算された前記制御渋滞中線量が所定値に達したと判定された場合に、前記放射線出射制御部は、前記放射線出射装置からの放射線の出射を停止させる
ことを特徴とする請求項１に記載の放射線照射システム。