特許 6230066 粒子線照射制御装置およびその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6230066

(24)【登録日】2017年10月27日

(45)【発行日】2017年11月15日

(54)【発明の名称】粒子線照射制御装置およびその制御方法

(51)【国際特許分類】

   A61N 5/10 20060101AFI20171106BHJP

【ＦＩ】

   A61N5/10 H

   A61N5/10 M

【請求項の数】9

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-63012(P2014-63012)

(22)【出願日】2014年3月26日

(65)【公開番号】特開2015-181854(P2015-181854A)

(43)【公開日】2015年10月22日

【審査請求日】2016年10月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】301032942

【氏名又は名称】国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100064414

【弁理士】

【氏名又は名称】磯野 道造

(74)【代理人】

【識別番号】100111545

【弁理士】

【氏名又は名称】多田 悦夫

(72)【発明者】

【氏名】森 慎一郎

(72)【発明者】

【氏名】水島 康太

(72)【発明者】

【氏名】古川 卓司

【審査官】 松浦 陽

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−１４３３２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０３５０８０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０８−２７６０２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｎ ５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

照射対象体の呼吸性移動を伴う動体標的に粒子線を照射するための粒子線照射制御装置であって、
前記粒子線のビームの照射中に呼吸性の移動を伴う動体標的の位置を監視するための呼吸同期装置と、
前記動体標的の移動位置の情報を予め取得し、前記移動位置の情報に基づいた判定を行うように構成され、前記動体標的が照射計画における照射領域に入ったと判定される場合にはビーム出射要求信号を出力し、前記動体標的がビーム照射可能な前記照射領域に入る直前であると判定される場合にはビーム出射直前予測信号を出力する照射制御装置と、
加速器と出射ビーム輸送ラインの出射用機器を制御し、前記ビーム出射要求信号のオン／オフに同期してビーム出射の開始または停止に切り替え、前記ビーム出射直前予測信号を受けた場合には前記出射用機器のビームの出射の準備を開始するように制御するビーム出射制御装置とを
備えることを特徴とする粒子線照射制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載の粒子線照射制御装置において、
前記ビームの出射を準備する制御は、前記ビームを出射するのに最も時間がかかる機器から開始される
ことを特徴とする粒子線照射制御装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の粒子線照射制御装置において、
前呼吸同期装置は、
前記照射対象体の外表面に取り付けられる被検出体と、
前記被検出体の移動を、被曝の害がない検出媒体の授受で検出する検出装置とを有して構成される
ことを特徴とする粒子線照射制御装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のうちの何れか一項に記載の粒子線照射制御装置において、
前記呼吸同期装置は、
前記ビームの照射中に移動する体内の前記動体標的の位置を監視するためのＸ線透視装置であり、
前記動体標的がその前記照射領域から離れている場合にはＸ線照射の時間間隔を通常のＸ線照射の時間間隔より長く設定し、また、前記動体標的が前記照射領域に近づいた場合にはＸ線照射の時間間隔を前記通常のＸ線照射の時間間隔に設定する
ことを特徴とする粒子線照射制御装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４の何れか一項に記載の粒子線照射制御装置において、
前記ビームの出射を準備する制御として行われる前記出射用機器の開閉またはオン／オフは、前記動体標的が移動する位置の時間変化率を用いて、前記ビームの照射に合うように制御される
ことを特徴とする粒子線照射制御装置。

【請求項6】

呼吸性移動を伴う動体標的に粒子線を照射し、呼吸同期装置と照射制御装置とビーム出射制御装置とを備える粒子線照射制御装置の制御方法であって、
前記呼吸同期装置は、前記粒子線のビームの照射中に呼吸性の移動を伴う動体標的の位置を監視し、
前記照射制御装置は、前記動体標的の移動位置の情報を前記呼吸同期装置により予め取得し、前記移動位置の情報に基づいた判定を行うように構成され、前記動体標的が照射計画における照射領域に入ったと判定される場合にはビーム出射要求信号を出力し、前記動体標的がビーム照射可能な前記照射領域に入る直前であると判定される場合にはビーム出射直前予測信号を出力し、
前記ビーム出射制御装置は、加速器と出射ビーム輸送ラインの出射用機器を制御し、前記ビーム出射要求信号のオン／オフに同期してビーム出射の開始または停止を切り替え、前記ビーム出射直前予測信号を受けた場合には前記出射用機器のビームの出射の準備を開始するように制御する
ことを特徴とする粒子線照射制御装置の制御方法。

【請求項7】

請求項６に記載の粒子線照射制御装置の制御方法において、
前記ビームの出射を準備する制御は、前記ビームを出射するのに最も時間がかかる機器から開始される
ことを特徴とする粒子線照射制御装置の制御方法。

【請求項8】

請求項６または請求項７に記載の粒子線照射制御装置の制御方法において、
前記呼吸同期装置は、
前記ビームの照射中に移動する体内の前記動体標的の位置を監視するためのＸ線透視装置であり、
前記動体標的がその前記照射領域から離れている場合にはＸ線照射の時間間隔を通常のＸ線照射の時間間隔より長く設定し、また、前記動体標的が前記照射領域に近づいた場合にはＸ線照射の時間間隔を前記通常のＸ線照射の時間間隔に設定する
ことを特徴とする粒子線照射制御装置の制御方法。

【請求項9】

請求項６から請求項８の何れか一項に記載の粒子線照射制御装置の制御方法において、
前記照射制御装置は、
前記ビームの出射を準備する制御として行われる前記出射用機器の開閉またはオン／オフを、前記動体標的が移動する位置の時間変化率を用いて、前記ビームの照射に合うように制御する
ことを特徴とする粒子線照射制御装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、動体標的をリアルタイムに監視し、選択的に動体標的に線量を与える粒子線照射制御装置およびその制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

加速器で高エネルギーまで加速した荷電粒子ビームを用いる粒子線照射では、粒子線のブラッグピークを用いることで、体表面付近の正常組織への線量を極力抑えながら、体内深くにある腫瘍に大きな線量を与えることが可能である。

【0003】

照射の標的が呼吸性移動を伴うような腫瘍の場合、照射中も標的が移動を行うため、標的周辺の正常組織にも余計な線量を与えてしまう可能性がある。そこで、昨今、標的周辺の正常組織への線量付与を抑えつつ標的腫瘍に線量を集中させるため、呼吸同期装置を用いて呼吸で動く標的の位置を監視しながら、標的が治療計画における位置とおおよそ一致する範囲に入ったときにのみ照射する方法が開発されている。

【0004】

一方、加速器からのビーム出射制御においては、照射システムからのビーム出射要求信号に同期してビーム出射の開始・停止を切り替える必要がある。長時間のビーム出射停止間には、ビームラインにあるビームシャッターを閉じたり、ビーム出射に関係する電磁石等の電源の出力電流・電圧をオフまたは変更したりする場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特表２００４−５３３８８９号公報

【特許文献2】特開２０１１−３４８２３号公報

【特許文献3】特開２００９−４５１７０号公報

【特許文献4】特開２０１０−１５４８７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、ビーム出射停止状態からビーム出射を開始するためには、ある長さの出射準備時間がかかる。
ビームシャッターを出射停止間に閉じている場合は、一番時間がかかるシャッターを開くための駆動時間が出射準備時間となる。従来の動体標的照射では、ビーム出射開始のタイミングが予測できないため、ビーム出射要求信号から実際の出射開始までに出射準備時間分の遅れが生じており、結果として、必要な線量を照射するために１照射あたりの照射時間が長くなってしまうという課題があった。

【0007】

図１４は、従来の被照射対象者の呼吸波形、照射ゲート信号、ビームシャッターの開閉、ビーム照射中か否かの時間経過に対する関係を示す図である。図１４では、横軸に、時間経過を示し、縦軸に、被照射対象者の呼吸波形、照射ゲート信号、ビームシャッターの開閉、ビーム出射(照射)中か否かを示す。

【0008】

呼吸波形のｉ線より下方の時間帯を照射する時間とする。照射する時間は照射ゲート信号が「ＯＮ」時に相当する。ビームシャッターは「開」時にビーム照射が行われる。これがビーム照射中のＯＮ時である。

【0009】

図１４により、時刻ｔ１１に照射ゲート信号が「ＯＮ」となるが、ビームシャッターが「開」となり、照射開始が時刻ｔ１２となり、照射開始(ビーム照射中「ＯＮ」)までに(ｔ１２−ｔ１１)の時間遅れが生じる。

【0010】

つまり、従来方法では、照射ゲート信号が「ＯＮ」してから、ビームの粒子を加速する加速器・ビーム輸送系の出射準備（シャッター開動作など）が開始されるため、また、その出射準備が完了するまで出射は開始されないため、照射ゲート信号に対してビームを出すまでに時間遅れ((ｔ１２−ｔ１１)の時間遅れ)が生じてしまう。

【0011】

呼吸波形の４秒周期程度に対し、呼吸に同期する照射ゲート信号の幅は「〜１秒程度」であるので、出射準備にかかる時間が数百ミリ秒であったとしても、治療時間の遅延に影響してしまう。すなわち、呼吸１波形の照射時間「〜１秒程度」のうち出射準備の時間の「数百ミリ秒」が抜け落ちるので、呼吸１波形当たり「数百ミリ秒」の余分な時間線量を照射する時間が必要となる。そのため、計画した線量を照射する時間が延長されることとなっている。

【0012】

例えば、照射ゲート信号幅１秒のうち４００ミリ秒出射準備にかかるとする。この場合、６００ミリ秒の時間しか照射が行えない。照射時間１０分の線量の照射が必要な場合、照射ゲート信号幅１秒当たり６００ミリ秒の時間しか照射が行えないことが繰り返されるので、実照射時間１０分の線量を照射するのに、１７分近くかかることになる。

【0013】

そのため、被照射対象者は、照射用のベッドに必要な線量を照射する時間分の拘束を受けることになり、例えば、照射時間１０分で済むところ１７分の拘束を受けることとなり負担となる。また、照射する時間が延長されることにより、１日当たりの照射できる照射対象者の数が制限されることとなる。

【0014】

なお、本願に係わる公知文献として、特許文献１〜４がある。
特許文献１は、Ｘ線による放射線治療を対象としたものと推測され、ゲート信号発生装置で生じる回路的遅延（リレースイッチの動作時間による遅れなど）のみを考えているが、粒子線照射の場合はそれでは不十分で、照射ビームのオン、オフにかかわる遅延の方がはるかに長く、問題となる照射ビームの遅れに関して、具体的な解決方法を提示していない。

【0015】

特許文献２、３は、ミリ秒オーダーの非常に短時間なビーム遮断に関する技術であり、本願発明での呼吸同期照射のような秒のオーダーでの長時間遮断と照射再開に関する技術とは背景として考慮するべき事象が大きく異なる。

【0016】

特許文献４は、その目的は内部呼吸観測時の患者被曝を低減するためのものであり、そのための外部呼吸観測システムを併用した内部呼吸観測システムである。そのため、外部呼吸観測システムと内部呼吸観測システムとを兼用する必要があり、構成が複雑となりコスト増を招来する。

【0017】

本発明は上記実状に鑑み、粒子線を照射するのに必要な時間を短縮することが可能な粒子線照射制御装置および粒子線照射制御方法の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0018】

上記目的を達成するべく、第１の本発明に関わる粒子線照射制御装置は、照射対象体の呼吸性移動を伴う動体標的に粒子線を照射するための粒子線照射制御装置であって、前記粒子線のビームの照射中に呼吸性の移動を伴う動体標的の位置を監視するための呼吸同期装置と、前記動体標的の移動位置の情報を予め取得し、前記移動位置の情報に基づいた判定を行うように構成され、前記動体標的が照射計画における照射領域に入ったと判定される場合にはビーム出射要求信号を出力し、前記動体標的がビーム照射可能な前記照射領域に入る直前であると判定される場合にはビーム出射直前予測信号を出力する照射制御装置と、加速器と出射ビーム輸送ラインの出射用機器を制御し、前記ビーム出射要求信号のオン／オフに同期してビーム出射の開始または停止に切り替え、前記ビーム出射直前予測信号を受けた場合には前記出射用機器のビームの出射の準備を開始するように制御するビーム出射制御装置とを備えている。

【0019】

第２の本発明に関わる粒子線照射制御装置の制御方法は、第１の本発明の粒子線照射制御装置を制御する方法である。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、粒子線を照射するのに必要な時間を短縮することが可能な粒子線照射制御装置および粒子線照射制御方法を実現できる。
具体的には、動体標的へのビームの計画線量の照射のために必要な拘束時間内に従来存在していたタイムロスが少なくなることによって、照射を施せる人数が増えるという顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】実施形態の粒子線照射装置を用いて照射対象の腫瘍に粒子線を照射している状態を示す概念的上面図。

【図2】(ａ)はＬＥＤ発光体付きのカメラを示す斜視図、(ｂ)はＬＥＤ発光タイプの体表面マーカを示す斜視図。

【図3】粒子線照射装置Ｔの近くに設置されたＸ線透視式呼吸同期装置である２組のＸ線透視装置がある照射室を示す斜視図。

【図4】体表面マーカ式呼吸同期装置で取得した呼吸波形を示す波形図。

【図5】Ｘ線透視式呼吸同期装置で取得した標的腫瘍のＸ線写真情報を示す図。

【図6】制御装置Ｓの制御ブロック図。

【図7】粒子線照射装置の制御のタイムチャート。

【図8】粒子線照射装置Ｔの制御を示すフローチャート。

【図9】実施形態の効果を表す粒子線照射装置Ｔの制御のタイムチャート。

【図10】変形例１の粒子線照射装置の制御を示すフローチャート。

【図11】変形例１の時間経過に対する動的標的の位置の変化(呼吸波形)を示す図。

【図12】変形例２の粒子線照射装置を用いて照射対象の腫瘍に粒子線を照射している状態を示す概念的上面図。

【図13】変形例２の粒子線照射装置の制御のタイムチャート。

【図14】従来の被照射対象者の呼吸波形、照射ゲート信号、ビームシャッターの開閉、ビーム照射中か否かの時間経過に対する関係を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、実施形態の粒子線照射装置を用いて照射対象の腫瘍に粒子線を照射している状態を示す概念的上面図である。

【0023】

本発明の実施形態の制御装置(粒子線照射制御装置)Ｓが適用される粒子線照射装置Ｔは、典型的な粒子線照射装置である。粒子線照射装置Ｔは、電子を除去した陽子、炭素、シリコン、アルゴンなどの荷電粒子を高速に加速して陽子線、重粒子線の粒子線として、スキャニング照射などで照射対象の動的標的(患者の腫瘍)に所定線量照射する装置である。

【0024】

粒子線照射装置Ｔは、入射ビーム輸送ライン２Ａと、シンクロトロン１と、出射ビーム輸送ライン２Ｂとを具備している。
入射ビーム輸送ライン２Ａは、炭素などの原子から電子を除きイオン(荷電粒子)をシンクロトロン１に供給する。

【0025】

シンクロトロン１は、イオン(荷電粒子)を粒子線(陽子線、重粒子線)のビームとして周回させ、高エネルギーまで加速する。
出射ビーム輸送ライン２Ｂは、シンクロトロン１から取り出した粒子線のビームｂを照射対象に向けて輸送する。

【0026】

なお、実際の粒子線照射装置Ｔには、図１に示す機器に加え、シンクロトロン１の線量を測定するビームプロファイルモニタ、出射ビーム輸送ライン２Ｂの粒子線のビームｂの線量を測定するビームプロファイルモニタなどがあるが、図１では割愛している。

【0027】

粒子線照射装置Ｔの制御は、制御装置Ｓ(図６参照、詳細は後記)によって統括的に遂行される。制御装置Ｓは、コンピュータ、各種回路、つまりインターフェース回路、アクチュエータ回路、電源回路などで構成される。

【0028】

＜入射ビーム輸送ライン２Ａ＞
入射ビーム輸送ライン２Ａは、イオン源２ａと線形加速器２ｂと入射セプタム電磁石２ｃとを有している。
イオン源２ａでは、炭素、シリコン、アルゴンなどの原子から電子の一部を除去し、荷電粒子を創成する。
線形加速器２ｂでは、イオン源２ａで電子の一部が取り除かれた荷電粒子を加速し、炭素の薄膜を通して残りの電子を全部除去する。

【0029】

入射セプタム電磁石２ｃは、入射ビーム輸送ライン２Ａの上流を通過した入射ビーム(荷電粒子)をシンクロトロン１の周回軌道の向きに磁場による力によって偏向する。この際、入射セプタム電磁石２ｃは、入射ビームとシンクロトロン１の周回軌道を周回する蓄積ビームとの間をセプタム板や磁気シールドなどで区切り、シンクロトロン１を周回する蓄積ビームに影響を及ぼさないようにしている。

【0030】

＜シンクロトロン１＞
シンクロトロン１は、環状に構成され、粒子線のビームに付与する加速高周波電場の周期を粒子回転周期に同期させることにより、陽子や重粒子などの荷電粒子を高エネルギーまで加速する。そのため、シンクロトロン１は「加速器」に相当する。

【0031】

シンクロトロン１は、主要構成機器として、静電インフレクタ３ａと高周波加速空洞４と偏向電磁石５と四極電磁石６とキッカー電極７と、静電デフレクタ３ｂとを備えている。
静電インフレクタ３ａは、入射ビーム輸送ライン２Ａから送られるビーム(荷電粒子)を、電場によってシンクロトロン１の周回軌道に偏向させる。
高周波加速空洞４は、シンクロトロン１内の荷電粒子を加速または減速するための高周波電場を発生させる。

【0032】

具体的には、高周波加速空洞４は、制御装置Ｓにより、シンクロトロン１内に高周波電力を投入することにより、荷電粒子が加速ギャップ(図示せず)に差し掛かった際に、丁度加速または減速されるように高周波加速空洞４内に発生させる高周波電圧の位相と荷電粒子の位置とを同期させて、荷電粒子にエネルギーを供給する。これにより、荷電粒子にエネルギーが供給され、荷電粒子の加速または減速が行われる。

【0033】

偏向電磁石５は、シンクロトロン１内を進む粒子線のビームを周回軌道に保つための磁場を付与する。
四極電磁石６は、磁界の強弱により、シンクロトロン１の周回軌道上における粒子線のビームの広がりを収束させたり、当該ビームの狭まりを発散させる。

【0034】

キッカー電極７は、水平方向(図１の紙面方向)にベータトロン振動に共鳴する周波数変調および振幅変調された高周波電場を印加することで、シンクロトロン１を周回する粒子線のビームの幅を広げる。
静電デフレクタ３ｂは、キッカー電極７により広げられた粒子線を、出射ビーム輸送ライン２Ｂに入るように、電場により移動させる。

【0035】

その他、図示しないが、シンクロトロン１には、ビームのベータトロン振動の三次共鳴を励起し、位相空間上で安定周回領域と共鳴領域を分割・形成するセパラトリクス生成用六極電磁石や、クロマティシティ補正用六極電磁石が設けられる。

【0036】

＜シンクロトロン１からの粒子線の取り出し＞
図１に示すシンクロトロン１内の周回軌道を周回している多数の粒子(荷電粒子)は、水平方向(図１の紙面方向)または鉛直方向(図１の紙面に垂直方向)に振動しながら周回している。この振動をベータトロン振動といい、ベータトロン振動は、四極電磁石６などにより制御している。

【0037】

シンクロトロン１内の周回軌道を周回する粒子(荷電粒子)は、高周波加速空洞４によって加速され最大エネルギーに達する。その後、粒子線のビームにキッカー電極７を用いて高周波電場を印加することによりベータトロン振幅を増大させる。そして、振幅の増大した粒子(荷電粒子)の一部は、静電デフレクタ３ｂの電場により出射ビーム輸送ライン２Ｂへの軌道に導かれる。

【0038】

詳細には、シンクロトロン１内の粒子線のビームをシンクロトロン１外の出射ビーム輸送ライン２Ｂに向けて取り出すため、シンクロトロン１の管の中心付近に分布する粒子線のビームに、その周回軌道に対し水平方向にキッカー電極７で挟んで高周波電場を印加する。これにより、粒子線のビームサイズを水平方向(図１の紙面方向)に広げる。この粒子の出射は、シンクロトロン１内の周回軌道を進む粒子(荷電粒子)のベータトロン振動の共鳴を利用して行われる。

【0039】

すなわち、キッカー電極７は、シンクロトロン１の周回軌道を進むビームに対して、周回軌道に水平方向(図１の紙面方向)に、ベータトロン振動に共鳴する周波数変調および振幅変調された高周波電場を印加し、周回軌道を進む粒子線のビームの幅を広げる。これにより、粒子線のビームの一部を静電デフレクタ３ｂの電極間に入れる。
なお、高周波電場がオフのときには、この粒子のビームサイズの増加が止まるために、粒子線が静電デフレクタ３ｂから取り出されなくなるので、出射ビーム輸送ライン２Ｂへの照射を止めることが可能となる。
そして、静電デフレクタ３ｂの電極間に入れられた粒子(荷電粒子)の一部は、静電デフレクタ３ｂの電場により出射ビーム輸送ライン２Ｂへの軌道に導かれる。

【0040】

出射ビーム輸送ライン２Ｂには、出射セプタム電磁石２ｄと、ビームシャッター２ｓと、ビーム照射ポート２Ｂ１とが備わっている。
出射セプタム電磁石２ｄは、出射輸送ライン２Ｂに入った粒子線のビーム(荷電粒子)を磁界による力(ローレンツ力)によって出射ビーム輸送ライン２Ｂに沿った方向に偏向する。
出射セプタム電磁石２ｄ下流のビームシャッター２ｓは、出射ビーム輸送ライン２Ｂを進むビームをアルミニウム、鉛などのシャッターで遮断する。なお、シャッターは圧縮空気の空気圧などで開閉(稼動)される。ビームシャッター２ｓの駆動源は油圧、モータなどでもよく、限定されない。

【0041】

ビームシャッター２ｓの下流には、ビーム照射ポート２Ｂ１が設置され、ビーム照射ポート２Ｂ１により、照射室において照射対象(治療台上の患者の腫瘍)に、取り出した粒子線(陽子線や重粒子線)のビームｂを照射する。

【0042】

ところで、上述の粒子線照射装置Ｔがビームｂを照射する照射対象(照射台上の照射対象体(患者)の動体標的(腫瘍))は、呼吸によって移動する肺や肝臓などにある。
そのため、照射対象の位置は、呼吸同期装置Ｋ１、Ｋ２によって測定される。つまり、照射対象である体幹部の動体標的の位置(腫瘍位置)は呼吸同期装置Ｋ１、Ｋ２により明らかにされる。

【0043】

＜呼吸同期装置＞
呼吸同期装置は、体表面マーカ式呼吸同期装置Ｋ１またはＸ線透視式呼吸同期装置Ｋ２が使用される。

【0044】

＜体表面マーカ式呼吸同期装置Ｋ１＞
体表面マーカ式呼吸同期装置Ｋ１は、照射対象者の体表面に、下記のＬＥＤ発光体Ｋ１ｂまたはＬＥＤ光反射体(被検出体)を貼り付け(設置し)、ＬＥＤ発光体Ｋ１ｂやＬＥＤ光反射体の位置をカメラでモニタ(監視)する。

【0045】

図２は、体表面マーカ式呼吸同期装置の例を示す図であり、図２(ａ)は、ＬＥＤ発光体付きのカメラを示す斜視図であり、図２(ｂ)は、ＬＥＤ発光タイプの体表面マーカを示す斜視図である。
図２(ａ)に示すＬＥＤ発光体付きのカメラＫ１ａは、照射対象者の体表面に貼り付けた(設置した)ＬＥＤ光反射タイプの体表面マーカ(図示せず)と組み合わせて使用する。
図２(ｂ)に示すＬＥＤ発光体Ｋ１ｂは、ＬＥＤ発光タイプの体表面マーカであり、ＬＥＤ発光体Ｋ１ｂを用いる場合は、カメラ側はＬＥＤ発光体付きではないものを使用する。

【0046】

体表面マーカ式呼吸同期装置Ｋ１により、照射対象者の呼吸による体表面マーカ、ＬＥＤ発光体Ｋ１ｂなどを貼り付けた体表面Ｃｓの移動を測定することができ、体表面の呼吸性移動の検出信号を出力できる。

【0047】

＜Ｘ線透視式呼吸同期装置Ｋ２＞
図３は、粒子線照射装置Ｔの近くに設置されたＸ線透視式呼吸同期装置である２組のＸ線透視装置がある照射室を示す斜視図である。
Ｘ線透視式呼吸同期装置Ｋ２は、２組のＸ線透視装置Ｋ２ａ、Ｋ２ｂによって、呼吸によって移動する動体標的(照射対象)の位置を算出し、ビームｂの照射可能な許容領域に入る直前(後記の照射予測領域)であることを予測する。

【0048】

Ｘ線透視装置Ｋ２ａは、Ｘ線を出すＸ線管(X-ray tube)ａ１と、Ｘ線管ａ１からのＸ線を検出する動的平面検出器(Dinamic Flat Panel Detector)ａ２とを備える。
Ｘ線透視装置Ｋ２ｂは、Ｘ線を出すＸ線管(X-ray tube)ｂ１と、Ｘ線管ｂ１からのＸ線を検出する動的平面検出器(Dinamic Flat Panel Detector)ｂ２とを備える。

【0049】

図３に示す照射室Ｒには、粒子線照射装置Ｔのビーム照射ポート２Ｂ１であって水平方向にビームｂを照射する水平ビーム照射ポートＢ１ａと、ビーム照射ポート２Ｂ１であって鉛直方向にビームｂを照射する鉛直ビーム照射ポートＢ１ｂとが配置されている。
照射室Ｒの天井近くに設置された鉛直ビーム照射ポートＢ１ｂの両脇には、動的平面検出器ａ２と動的平面検出器ｂ２とが設置されている。
照射室Ｒの床Ｒ１には、動的平面検出器ａ２に向けて(図３の矢印α１)Ｘ線を出すＸ線管ａ１と、動的平面検出器ｂ２に向けて(図３の矢印β１)Ｘ線を出すＸ線管ｂ１とが、設置されている。

【0050】

上記構成により、Ｘ線透視式呼吸同期装置Ｋ２では、照射対象者の動体標的(照射対象)を、Ｘ線管ａ１と動的平面検出器ａ２との間かつＸ線管ｂ１と動的平面検出器ｂ２との間に配置する。そして、Ｘ線管ａ１とＸ線管ｂ１とからそれぞれＸ線を出し、該Ｘ線を、動体標的(照射対象)を透過させて動的平面検出器ａ２、ｂ２とでそれぞれ検出することにより、動体標的(照射対象)の位置を３次元的に検出して検出信号を出力することができる。

【0051】

上述の呼吸同期装置である体表面マーカ式呼吸同期装置Ｋ１およびＸ線透視式呼吸同期装置Ｋ２によって、照射対象者の呼吸によって移動する動体標的(照射対象)の位置を検出して、各照射対象者の呼吸移動特性を取得することが可能である。
ここで、Ｘ線透視式呼吸同期装置Ｋ２は、後記する予測制御の応用によって、特許文献４と異なり、内部呼吸観測システム単体の使用においても、照射対象者の被曝の低減を可能にできる。

【0052】

具体的には、内部呼吸観測のためにＸ線を照射する時間間隔を照射領域と動的標的の位置との距離によって変える。つまり、動的標的の位置が照射領域から遠く離れている場合にはＸ線の照射間隔を通常よりも長くし、動的標的の位置が照射領域に近づいたときにＸ線の照射間隔を通常の周期に戻すことで、照射対象者の被曝を抑えることができる。

【0053】

＜照射予測領域＞
図４は、体表面マーカ式呼吸同期装置Ｋ１で取得した呼吸波形を示す波形図である。図４の横軸は時間ｔを示し、縦軸は(呼吸による)移動量を示す。
呼吸波形ｋは、時間ｔの経過に従って、振幅を繰り返す。照射領域閾値ｋ１(図４中の太破線)から下の領域が、照射計画で定めた照射対象に、粒子線照射装置Ｔによるビームｂを照射する領域の照射領域Ｃ１である。

【0054】

照射対象者の呼吸波形ｋを取得することにより、予め粒子線照射装置Ｔによるビームｂの照射直前(詳細は後記)である照射予測領域閾値ｋ２(図４中の細破線)で示す照射予測領域Ｃ２(照射予測領域閾値ｋ２と照射領域閾値ｋ１との間の領域)を予測することができる。

【0055】

図５は、Ｘ線透視式呼吸同期装置で取得した標的腫瘍のＸ線写真情報を示す図である。
図５に示すＸ線写真情報Ｊの複数枚のＸ線写真に照射対象である標的腫瘍Ｃが映されている。
標的腫瘍Ｃ中のＣ１(図５中太実線で示す)が照射領域であり、Ｃ２(図５中破線で示す)が、照射領域Ｃ１に近いことを示す照射予測領域である。なお、図５では、照射領域Ｃ１の中心Ｃ１０にビームｂが照射された場合を示している。
標的腫瘍Ｃの照射領域Ｃ１の全体にビームｂが照射されることになる。

【0056】

＜制御装置Ｓ＞
図６は、制御装置Ｓの制御ブロック図である。なお、本実施形態では、呼吸同期装置としてＸ線透視式呼吸同期装置Ｋ２を用いる場合を説明する。
制御装置Ｓは、粒子線照射装置Ｔ(図１参照)を直接制御するビーム出射制御システムＴｓと、呼吸性移動に伴う制御を行う呼吸移動粒子線照射制御装置Ｓ０とを備える。
呼吸移動粒子線照射制御装置Ｓ０は、粒子線照射装置Ｔを照射対象に計画した線量を照射する制御するものであり、Ｘ線透視システムＳ１と照射制御システムＳ２とを有する。

【0057】

Ｘ線透視システムＳ１は、Ｘ線透視式呼吸同期装置Ｋ２を制御する。
照射制御システムＳ２は、Ｘ線透視システムＳ１からの出力信号に基づき、ビーム出射直前予測信号とビーム出射要求信号とを、ビーム出射制御システムＴｓに出力する。
ビーム出射制御システムＴｓは、照射制御システムＳ２に従って、シンクロトロン１のキッカー電極７および静電デフレクタ３ｂにビームｂの出射信号を出力する。キッカー電極７は、出射信号に従って、高周波電場をオンして、ビームｂを静電デフレクタ３ｂを介して出射ビーム輸送ライン２Ｂに向けて出射する。
また、ビーム出射制御システムＴｓは、ビームシャッター２ｓに開閉信号(開閉指令)を出力する。ビームシャッター２ｓは、当該開閉信号(開閉指令)に従って、シャッター(図示せず)を開閉する。

【0058】

＜粒子線照射装置Ｔのタイミングチャート＞
次に、呼吸移動粒子線照射制御装置Ｓ０よる粒子線照射装置Ｔの制御について説明する。
図７は、粒子線照射装置の制御のタイムチャートである。図７の横軸は(経過)時間を示し、縦軸にビーム出射要求信号、ビーム出射直前予測信号、ビームシャッター２ｓの開閉、キッカー電極７による高周波電場の印加(印加時を「ＯＮ」で示し、非印加時を「Ｏｆｆ」で示す)、ビームｂが実際に出射中であることを表す「ビーム出射中」を示す。

【0059】

照射制御システムＳ２は、Ｘ線透視式呼吸同期装置Ｋ２などの呼吸同期装置から、呼吸により変化する照射対象の位置情報(位置情報信号)が入力される。
照射制御システムＳ２は、実際の照射前に予め照射対象の位置情報により、照射対象の標的腫瘍の移動情報(図５参照)を取得して、ビームｂの照射領域Ｃ１と、照射領域Ｃ１に近いことを示すビームｂの照射予測領域Ｃ２との情報を作成する。

【0060】

実際の照射に際して、照射制御システムＳ２は、呼吸同期装置による照射対象の標的腫瘍の移動情報(位置情報信号)により、ビームｂが照射予測領域Ｃ２(図５参照)に入った際には、ビーム出射直前予測信号をビーム出射制御システムＴｓに出力する(図７の時刻ｔ１)。

【0061】

そして、照射制御システムＳ２は、呼吸同期装置による照射対象の標的腫瘍の移動情報(位置情報信号)により、ビームｂが照射領域Ｃ１(図５参照)に入った際には、ビーム出射要求信号をビーム出射制御システムＴｓに出力する(図７の時刻ｔ２〜ｔ３)。

【0062】

ここで、照射制御システムＳ２は、ビーム出射要求信号を発生する際には、まず、照射領域Ｃ１(図５参照)に入った情報を取得する。次いで、照射制御システムＳ２は、その他、ビームｂを照射対象に対して移動するスキャニングのマグネットが所定の電流になっているか、必要な機器が入っているか、ビームｂのエネルギーを調整するレンジシフターが正しい枚数入っているかなどのビームｂを照射するに際して必要な条件が揃っているかなどを判定する。そして、照射制御システムＳ２は、異常がないことを確認後、ビームｂを出射するためのビーム出射要求信号を出力する。

【0063】

なお、呼吸同期装置に体表面マーカ式呼吸同期装置Ｋ１を用いる場合には、実際の照射前に予め照射対象の位置情報により、図４に示す呼吸波形ｋを作成する。
実際の照射に際して、照射制御システムＳ２は、呼吸同期装置の体表面マーカ式呼吸同期装置Ｋ１による照射対象の標的腫瘍の移動情報(位置情報信号)により、ビームｂが照射予測領域閾値ｋ２(図４参照)に入った際には、ビーム出射直前予測信号をビーム出射制御システムＴｓに出力する(図７の時刻ｔ１)。

【0064】

そして、照射制御システムＳ２は、呼吸同期装置の体表面マーカ式呼吸同期装置Ｋ１による照射対象の標的腫瘍の移動情報(位置情報信号)により、ビームｂが照射領域閾値ｋ１(図４参照)以下に入った際には、下記のようにして、ビーム出射要求信号をビーム出射制御システムＴｓに出力する(図７の時刻ｔ２〜ｔ３)。

【0065】

すなわち、照射制御システムＳ２は、ビーム出射要求信号を発生する際には、まず、標的腫瘍の位置が照射領域閾値ｋ１(図４参照)以下に入った情報を取得する。次いで、照射制御システムＳ２は、その他、スキャニングのマグネットが所定の電流になっているか、必要な機器が入っているか、レンジシフターが正しい枚数入っているかなどのビームｂを照射するに際して必要な条件が揃っているかなどを判定する。そして、照射制御システムＳ２は、異常がないことを確認後、ビームｂを出射するためのビーム出射要求信号を発生する。

【0066】

ビーム出射制御システムＴｓは、ビーム出射停止中に呼吸移動照射制御システムＳ０からビーム出射直前予測信号を受けると、ビームシャッター２ｓに開信号を出力し、出射ビーム輸送ライン２Ｂにあるビームシャッター２ｓを開ける(図７の時刻ｔ１)。ビーム出射直前予測信号をビームシャッター２ｓの開動作のトリガとしているのは、ビームｂを照射する際に一番時間がかかるのがビームシャッター２ｓの開動作であるからである。

【0067】

ここで、ビームシャッター２ｓではなく、ビーム出射停止中にビームｂの出射に関係する電磁石等の電源の出力電流・電圧を、ビームｂが出射しないように変更していた場合は、それをビームｂが出射開始できるように戻すことでもよい。このとき、非常に短時間でビームｂの出射状態に移行できる機器に関しては、最終的なビーム出射要求信号が送られてきてからビーム出射状態に切り替えることで、事前予測に誤差がある場合にもビームが出射されずに安全に制御できる。そのため、動作完了等に比較的時間のかかる機器から選択的にビーム出射準備を実施する方が望ましい。ここでは、ビームシャッター２ｓが比較的時間のかかる機器に相当する。

【0068】

その後、ビーム出射制御システムＴｓは、呼吸移動照射制御システムＳ０からビーム出射要求信号を受信すると(図７の時刻ｔ２)、シンクロトロン１のキッカー電極７に高周波電場を「ＯＮ」する信号を出力する。これにより、キッカー電極７は高周波電場を印加して(図７の時刻ｔ２)、ビームｂを外側に蹴りだして出射ビーム輸送ライン２Ｂに向けて出射し、ビーム出射許可が解除されるまで、つまり、ビーム出射要求信号が「Ｏｆｆ」されるまで(図７の時刻ｔ３)、ビーム出射を行う。
その後、ビーム出射要求信号が「Ｏｆｆ」されると(図７の時刻ｔ３)、キッカー電極７の高周波電場が「ＯＦＦ」される。
そして、出射ビーム輸送ライン２Ｂのビームシャッター２ｓの閉動作を開始する。

【0069】

以下、呼吸による照射対象(動的標的)の移動に応じて、上述と同様な動作が、図７のタイムチャートに従って繰り返される。
ビーム出射要求信号は、説明したとは別の照射制御システムを経由して送られてもよい。

【0070】

なお、加速器のシンクロトロン１からのビーム出射方法に関しては、キッカー電極７を用いる方法ではなく、高周波加速空洞４によるビームの加減速により出射する方法や、四極電磁石の磁場変更によりビームを不安定化させて出射する方法でもよい(詳細は後記)。

【0071】

上述の説明では、シンクロトロン１からビームｂを出射する方法として、キッカー電極７に高周波電場を印加する方法を一例として挙げているが、シンクロトロン１内にビームがある場合、キッカー電極７の高周波電場をオフにしてもビームが出射ビーム輸送ライン２Ｂに漏れてしまうことがあり得る。

【0072】

この原因の例として、ビーム停止中のシンクロトロン１に設置される電磁石の磁場変動に依ることなどがあるが、それを確実に防ぐためにビームシャッター２ｓを使うことが有効である（図１参照）。
つまり、キッカー電極７での高周波電場のオフでも基本的にはビームｂの遮断能力はあるものの、より確実にビームｂの漏れを防ぐためにビームシャッター２ｓを使っている。

【0073】

以上、まとめると、呼吸同期装置により取得する動体標的(照射対象)の位置情報を用いて、動体標的(照射対象)がビーム照射可能な許容領域(照射領域Ｃ１)に入る直前であることを予測することが可能となる。

【0074】

動体標的(照射対象)がビームｂの照射可能な許容領域に入る直前であることが予測されたとき(図４、図５参照)、呼吸同期装置の位置情報を基に照射制御システムＳ２からビーム出射制御システムＴｓにビーム出射直前予測信号が送られる。すると、ビーム出射制御システムＴｓはビームｂの出射準備を一部開始する。

【0075】

ここで行われるビーム出射準備では、動作完了等に比較的時間のかかる機器(ここでは、ビームシャッター２ｓを例示)から選択的に実施する。非常に短時間でビーム出射状態に移行できる機器(ここでは、キッカー電極７を例示)に関しては、ビーム出射要求信号が送られてきてからビーム出射状態に切り替える。
こうすることで、事前予測に誤差があってもビームが出射されずに、より安全に制御することが可能である。

【0076】

＜事前予測に誤差ある場合＞
次に、ビームｂの出射の事前予測に誤差ある場合について説明する。
予想されたタイミングより呼吸同期ゲート(ビーム出射要求信号)が遅かった場合と早かった場合とについて説明する。

【0077】

ａ)． 予想されたタイミングより呼吸同期ゲート(ビーム出射要求信号)が遅かった場合
図７に示すように、ビームシャッター２ｓは、ビーム出射直前予測信号を受けて開かれるが、ビーム出射要求信号（照射ゲート）がこない限り、キッカー電極７の高周波電場は印加されないので、ビームｂが取り出されてくることは基本的にはない。

【0078】

ただし、シンクロトロン１の電磁石(５、６、７など)の磁場変動などが生じてビームｂが漏れた場合は、ビームシャッター２ｓが開いているので照射対象者まで届いてしまう。しかしながら、誤差時間が短ければその危険性は非常に低く、また高い線量率で照射されるわけではないので時間が短い分、影響も少ない。

【0079】

ｂ)． 予想されたタイミングより呼吸同期ゲート(ビーム出射要求信号)が早かった場合
ビーム出射要求信号（照射ゲート）の立ち上がりに対して、出射準備完了が間に合わないため、ビームの出始めが、従来の図１１に示す時刻(ｔ１２−ｔ１１)のビーム出射遅れのように多少遅れてしまう。
しかし、照射対象者のずれた位置に照射してしまうわけではないので危険性はない。誤差時間分、従来のように、照射時間が延びてしまうが、誤差が小さければ、その影響も小さい。

【0080】

＜粒子線照射装置Ｔの制御フロー＞
次に、図８を用いて、粒子線照射装置Ｔの制御の流れについて説明する。図８は、粒子線照射装置Ｔの制御を示すフローチャートである。

【0081】

まず、キッカー電極７の高周波電場がＯＦＦされ、かつ、ビーム出射要求信号はＯＦＦされている(図８のＳ１０１)。これにより、照射対象者にビームｂが照射されない。
照射対象者が照射台に横たわり、体表面マーカ式呼吸同期装置Ｋ１、Ｘ線透視式呼吸同期装置Ｋ２などの呼吸同期装置での照射対象者の呼吸波形の測定が開始され、呼吸同期装置から照射制御システムＳ２に呼吸による照射対象の移動位置情報が出力され、照射制御システムＳ２は、照射対象の呼吸波形を取得する(Ｓ１０２)。

【0082】

照射制御システムＳ２は、照射対象の移動位置情報から取得した呼吸波形(図４参照)やＸ線写真情報(図５参照)などから、照射対象の標的腫瘍の照射領域Ｃ１と照射予測領域Ｃ２とを設定し(Ｓ１０３)、照射制御が開始される(Ｓ１０４)。

【0083】

体表面マーカ(外部)または照射対象の標的腫瘍の標的の位置を、呼吸同期装置で測定し位置検出信号を、照射制御システムＳ２に出力する(Ｓ１０５)。
続いて、照射制御システムＳ２は、照射対象の標的腫瘍の照射領域Ｃ１内にビームｂの照射位置が入っているか否か判定する(Ｓ１０６)。

【0084】

照射対象の標的腫瘍の照射領域Ｃ１内にビームｂの照射位置が入っている場合(Ｓ１０６でＹＥＳ)、照射制御システムＳ２は、ビーム出射要求信号をＯＮとし、ビーム出射制御システムＴｓに出力し(Ｓ１０７)、後記のＳ１１１に移行する。

【0085】

一方、ビームｂの照射位置が照射対象の標的腫瘍の照射領域Ｃ１内に入っていないと判定された場合(Ｓ１０６でＮＯ)、キッカー電極７の高周波電場をＯＦＦし、かつ、ビーム出射要求信号をＯＦＦし(Ｓ１０８)、照射制御システムＳ２は、照射対象の標的腫瘍の照射予測領域Ｃ２内にビームｂの照射位置が入っているか否か判定する(Ｓ１０９)。

【0086】

照射対象の標的腫瘍の照射予測領域Ｃ２内にビームｂの照射位置が入っていないと判定された場合(Ｓ１０９でＮＯ)、照射制御システムＳ２は、ビームシャッター２ｓが開いているか否か判定する(Ｓ１１０)。

【0087】

ビームシャッター２ｓが開いていないと判定された場合(Ｓ１１０でＮＯ)、Ｓ１０５に移行する。
ビームシャッター２ｓが開いていると判定された場合(Ｓ１１０でＹＥＳ)、ビームシャッター２ｓを閉じる(Ｓ１１２)。その後、Ｓ１０５に移行する。

【0088】

Ｓ１０９で、照射対象の標的腫瘍の照射予測領域Ｃ２内にビームｂの照射位置が入っていると判定された場合(Ｓ１０９でＹＥＳ)、照射制御システムＳ２はビームシャッター２ｓが閉じているか否か判定する(Ｓ１１１)。
一方、ビームシャッター２ｓが閉じていると判定された場合(Ｓ１１１でＹＥＳ)、照射制御システムＳ２は、ビーム出射制御システムＴｓによりビームシャッター２ｓを開くように制御し(Ｓ１１３)、Ｓ１１４に移行する。

【0089】

一方、Ｓ１１１で、ビームシャッター２ｓが閉じていないと判定された場合(Ｓ１１１でＮＯ)、照射制御システムＳ２は、ビーム出射要求信号がＯＮか否か判定する(Ｓ１１４)。
ビーム出射要求信号がＯＮでないと判定された場合(Ｓ１１４でＮＯ)、Ｓ１０５に移行する。

【0090】

一方、ビーム出射要求信号がＯＮであると判定された場合(Ｓ１１４でＹＥＳ)、照射制御システムＳ２は、ビーム出射要求信号をＯＮとし、ビーム出射制御システムＴｓに出力する。すると、ビーム出射制御システムＴｓは、キッカー電極７の高周波電場をオンにし、ビームの照射が行われる(Ｓ１１６)。

【0091】

その後、照射制御システムＳ２は、照射対象の標的腫瘍の照射予測領域に必要な線量照射したか否かを、出射ビーム輸送ライン２Ｂに設置される不図示のビームプロファイルモニタの線量情報から判定する(Ｓ１１７)。

【0092】

照射対象の標的腫瘍の照射領域Ｃ１に必要な線量を照射していないと判定される場合(Ｓ１１７でＮＯ)、Ｓ１０５に移行する。
一方、照射対象の標的腫瘍の照射領域Ｃ１に必要な線量を照射したと判定される場合(Ｓ１１７でＹＥＳ)、ビーム出射要求信号をオフするとともに、キッカー電極７の高周波電場をＯＦＦし、ビームシャッター２ｓを閉じて(Ｓ１１８)、終了する。

【0093】

上記構成によれば、呼吸同期で照射する照射ゲートを事前に予測し、前もって出射準備を開始することができるので、図９に示すように、時間遅れなく時間効率よく照射を行うことができる。図９は、実施形態の効果を表す粒子線照射装置Ｔの制御のタイムチャートである。図９の横軸は(経過)時間を示し、縦軸に呼吸波形、照射ゲート信号(ビーム出射要求信号)、ビームシャッター２ｓの開閉、ビームｂが実際に出射中であることを表す「ビーム出射中」を示す。

【0094】

つまり、動体標的がビーム照射可能な許容領域(照射領域Ｃ１)に入る直前(照射予測領域Ｃ２)であることを予測し、ビーム出射開始の応答時間を早くすることが可能になる。
そのため、出射準備時間分の遅れをなくすことができ、かつ、照射ゲート信号に精確に応じたビームｂの照射を行える。よって、必要な線量を照射するために照射対象者の拘束時間を短縮でき、負担を軽減することができる。
従って、時間当たりより多くの照射対象者にビームｂの照射を行うことができる。つまり、照射対象者へのビームｂの計画線量の照射のために必要な拘束時間内に従来存在していたタイムロスが少なくなることによって、がん治療を施せる人数が増える。

【0095】

以上より、動体標的のビームｂの照射時にビームｂの出射開始のタイミングを事前に予測し、出射準備時間分の遅れをなくすことが可能な粒子線照射制御方法と粒子線照射制御装置を実現できる。

【0096】

＜＜変形例１＞＞
変形例１の粒子線照射装置は、実施形態では、照射対象の照射領域Ｃ１と照射予測領域Ｃ２とを閾値を用いて判定していたのを、呼吸波形の位置の時間変化率(傾き)の情報を用いて、ビームシャッター２ｓを開くこととしたものである。
その他の構成は、実施形態１と同様であるので、詳細な説明は省略する。

【0097】

図１０は、変形例１の粒子線照射装置の制御を示すフローチャートである。
変形例１の粒子線照射装置Ｔの制御は、図８に示す実施形態１の制御のステップＳ１１１とステップＳ１１４との間にあるステップＳ１１３に代えて、ステップＳ１１１ａ、１１３ａを追加したものであり、その他の変形例１の粒子線照射装置Ｔの制御は、実施形態１の図８に示す制御と同様であるから、ステップＳ１１１ａ、１１３ａ廻りの制御についてのみ説明する。

【0098】

図１０のＳ１１１で、ビームシャッター２ｓが閉じていると判定された場合(Ｓ１１１でＹＥＳ)、照射予測領域Ｃ２前後の照射対象の位置の時間変化率Δｍ＝ｙ１／ｔ１(図１１参照)から、ビームシャッター２ｓが開かれる最適な時間Δｔを演算する。つまり、時間Δｔとビームシャッター２ｓが開く時間との和を演算してビームシャッター２ｓが完全に開いた直後にビームｂが照射されるようにする(Ｓ１１１ａ)。図１１は、変形例１の時間経過に対する動的標的の位置の変化(呼吸波形)を示す図である。

【0099】

続いて、ビームシャッター２ｓを照射予測領域Ｃ２に入って時間Δｔ後に開き、ビームシャッター２ｓが完全に開かれた直後に、ビームｂが照射領域Ｃ１に入るように制御する(Ｓ１１３ａ)。その後、図１０のＳ１１４に移行する。

【0100】

上記構成によれば、照射対象の動体標的の位置の時間変化率(傾き)Δｍの情報を用いてビームシャッター２ｓを開く時間Δｔを演算し、ビームシャッター２ｓを開くタイミングを微調整することで、呼吸波形ｋの周期ごとのばらつきや照射対象の動体標的の周期ごとのばらつきに対して誤差を少なくすることができる。

【0101】

＜＜変形例２＞＞
変形例２の粒子線照射装置２Ｔは、ビームｂの照射を行うかを、実施形態のビームシャッター２ｓに代えて、偏向電磁石２ｈを用いることとしたものである。
図１２は、変形例２の粒子線照射装置を用いて照射対象の腫瘍に粒子線を照射している状態を示す概念的上面図である。

【0102】

粒子線照射装置２Ｔは、出射ビーム輸送ライン２Ｂに、ビーム照射ポート２Ｂ１に向かうビームｂを出射しないように偏向させる偏向電磁石２ｈを用いている。
出射ビーム輸送ライン２Ｂ近くには、偏向電磁石２ｈにより偏向させたビームｂを吸収するビームダンプ２ｕを設置している。

【0103】

図１３は、変形例２の粒子線照射装置の制御のタイムチャートである。図１３の横軸は(経過)時間を示し、縦軸にビーム出射要求信号、ビーム出射直前予測信号、偏向電磁石の電流値のＯＮ／ＯＦＦ、キッカー電極７による高周波電場の印加(印加時を「ＯＮ」で示し、非印加時を「ＯＦＦ」で示す)、ビームが実際に出射中であることを表す「ビーム出射中」を示す。

【0104】

照射制御システムＳ２は、図１３に示すように、通常、ビーム出射制御システムＴｓにより偏向電磁石２ｈの電流値がＯＮされ、ビームｂが偏向されてビームダンプ２ｕに吸収され、ビーム照射ポート２Ｂ１からビームｂが照射されないように制御されている。
そして、時刻ｔ１１で、照射制御システムＳ２からビーム出射直前予測信号が発せられると、ビーム出射制御システムＴｓにより偏向電磁石２ｈの電流値がＯＦＦされる。

【0105】

その後、時刻ｔ１２で、照射制御システムＳ２からビーム出射要求信号が発せられる(ＯＮされる)と、ビーム出射制御システムＴｓによりキッカー電極７にてシンクロトロン１内を進むビームに高周波電場を印加して、出射ビーム輸送ライン２Ｂへ向けて出射させる。これにより、ビームｂが出射される(時刻ｔ１２〜ｔ１３)。

【0106】

その後、ビーム出射要求信号がＯＦＦされると(時刻ｔ１３)、照射制御システムＳ２によりビーム出射制御システムＴｓを介して、キッカー電極７の高周波電場がＯＦＦされて、ビームｂの出射が停止される。そして、偏向電磁石２ｈの電流値がＯＮされて、ビーム照射ポート２Ｂ１からビームｂが出射されないようにする。

【0107】

上記構成によれば、偏向電磁石２ｈが、ビーム出射直前予測信号により、ＯＦＦされるので、時間遅れなくビームｂを照射対象の動的腫瘍に照射することができる。

【0108】

＜＜その他の実施形態＞＞
シンクロトロン１を周回する粒子は中心軌道の周りを振動しながら進み、これは「ベータトロン振動」と呼称される。シンクロトロン１内でのビームの幅は、このベータトロン振動の振幅によって決まる。
また、シンクロトロン１の１周あたりに何回振動するかを「ベータトロン振動数」と呼ぶ。ベータトロン振動数は通常、シンクロトロン１内の四極電磁石６によって制御することができる。

【0109】

ベータトロン振動数がある条件を満たすと、ベータトロン振動の振幅が発散する。つまり、ビームサイズが非常に広がることになる。この現象を「共鳴」と呼ぶ。
前記したように、シンクロトロン１からのビームｂの取り出しにはこのベータトロン振動との共鳴が用いられる。共鳴によってベータトロン振動の振幅が一気に大きくし、シンクロトロン１の外に取り出すことができる。
四極電磁石６の磁場強度によってベータトロン振動数を変えることができる。

【0110】

１．そこで、実施形態のビームシャッター２ｓに代えて、シンクロトロン１内の四極電磁石６の励磁電流値を変えることで、ビームｂがシンクロトロン１から取り出されないように（または、取り出されにくく）制御したり、または、取り出されるように制御する構成としてもよい。

【0111】

２．また、多極電磁石（セパラトリクス生成用六極電磁石や、クロマティシティ補正用六極電磁石などの六極電磁石、八極電磁石など）は、ベータトロン振動数に対してベータトロン振動の振幅依存性をもたせることができる。ベータトロン振動の振幅が大きい粒子が共鳴条件に近づくようにすると、高周波電場によってある程度ベータトロン振動の振幅を広げられたときに共鳴条件を満たすようにできる。共鳴を満たした粒子のベータトロン振動の振幅はどんどん大きくなるため、最終的にシンクロトロン１の外に取り出される。

【0112】

そのため、実施形態のビームシャッター２ｓに代えて、多極電磁石の励磁電流値を変えることでも、ビームｂがシンクロトロン１から取り出されないように（または、取り出されにくく）制御したり、または、取り出されるように制御する構成としてもよい。

【0113】

３．前記実施形態では、照射対象者の他表面に取り付けられる光検出体と、光の授受で光検出体の呼吸性移動を検出する検出装置(カメラ)とを有する呼吸同期装置を例示して説明したが、光以外の音波、電磁波、電界、磁界など、被曝が害とならない検出媒体を用いた被検出体と検出装置とをもつ呼吸同期装置を使用してもよいことは勿論である。

【0114】

以上、本発明の種々の実施形態を述べたが、その説明は典型的であることを意図している。従って、本発明の範囲内で様々な修正と変更が可能である。すなわち、本発明の具体的形態は発明の趣旨を変更しない範囲において変更可能である。

【符号の説明】

【0115】

１ シンクロトロン(加速器)
２Ｂ 出射ビーム輸送ライン
２ｓ ビームシャッター(出射用機器、最も時間がかかる機器)
２ｈ 偏向電磁石(出射用機器)
Ｃ１ 照射領域(動体標的)
Ｃ２ 照射予測領域(照射領域に入る直前)
Ｋ１ｂ ＬＥＤ発光体(被検出体)
Ｋ１ａ カメラ(検出装置)
Ｋ２ Ｘ線透視式呼吸同期装置(Ｘ線透視装置)
Ｓ 制御装置(粒子線照射制御装置)
Ｓ１ Ｘ線透視システム(呼吸同期装置)
Ｓ２ 照射制御システム(照射制御装置)
Δｔ 時間変化率
Ｔｓ ビーム出射制御システム(ビーム出射制御装置)

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】