技术领域
本发明涉及照射粒子射线以进行癌症治疗等的粒子射线治疗装置。
背景技术
在以癌症治疗为目的的放射线医疗领域中，正在开发利用了质子或重离子的癌症治疗装置即粒子射线治疗装置，建设利用粒子射线治疗装置进行治疗的设施。与X射线、γ射线等现有的放射线治疗相比，利用了质子或重离子等的粒子射线的治疗可以对癌症患部进行集中照射，可以不影响正常细胞地进行治疗。
近年来，在粒子射线治疗装置中，开发出可抑制对正常细胞的影响的扫描照射法、层叠原体照射法之类的高级三维照射法，并达到实用。高级三维照射法通过在照射过程中精细地切换射束条件，从而实施更为准确的剂量分布控制。
粒子射线治疗装置由具有用于按照治疗计划将规定的粒子射线照射于患者的照射设备的治疗室、及根据治疗室的粒子射线的要求来生成粒子射线并在规定的射束条件下输送至指定的治疗室的加速器构成。
此外，照射设备包含进行观测的剂量监视器系统，以向患者照射规定的剂量值的粒子射线。照射剂量是特别重要的治疗参数中的一种，因此，一般而言，在粒子射线治疗装置的剂量监视器系统中，通过使剂量监视器冗余化，来提高可靠性。
在现有的粒子射线治疗装置中，已知有以下技术：在质子射线通过的射束线设备中具备主剂量监视器和副剂量监视器以作为用于测定所照射的剂量的剂量监视器，从而进行双重化。(例如非专利文献1)。
现有技术文献
非专利文献
[非专利文献1]Medipolis癌症粒子射线治疗研究中心Web公开资料、粒子射线治疗的介绍“粒子射线治疗装置”5.使质子射线成型为目标形状的照射类设备(射束线设备)的4.剂量监视器、[平成26年5月14日检索]、互联网＜URL：http：//www.medipolis-ptrc.org/device_2.html＞
发明内容
发明所要解决的技术问题
剂量监视器通过检测由通过传感器部的射束所生成的电荷量，来测量通过的射束的剂量值。如上所述，剂量监视器承担着观测投放到患者的放射剂量的重要任务，通过多重化来提高可靠度，以避免因剂量监视器的故障而直接给患者带来严重危害。
一般而言，在具备2台剂量监视器的系统中，由在检测出治疗计划系统所计划的投放剂量值时进行射束切断的主剂量监视器、和在检测出比投放剂量值要大百分之几的保护用的切断剂量值时进行射束切断以防止主剂量监视器动作不良时的过度照射的副剂量监视器构成。
主剂量监视器和副剂量监视器除了所设定的剂量值和监视器传感器部的配置以外，在功能上是等效的，但主副功能通常是固定的。因此，只要主剂量监视器的功能没有问题，副剂量监视器检测出保护切断剂量值并进行切断的情况通常就不会发生。若万一出现在副剂量监视器的剂量检测功能或射束切断功能发生异常的期间内发生重叠主剂量监视器的故障的多重故障，则存在会引起可能立即导致过度照射的严重事态的问题。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种无需为了剂量监视器的动作健全性而另外进行验证、且无需追加的故障诊断功能的粒子射线治疗装置。
解决技术问题的技术方案
本发明的粒子射线治疗装置的特征在于，包括：加速器，该加速器利用同步加速器将粒子射线进行加速并射出；照射设备，该照射设备将从加速器射出的粒子射线照射至照射对象；第1剂量监视器和第2剂量监视器，该第1剂量监视器和第2剂量监视器检测从照射设备照射的粒子射线的剂量值；以及剂量监视器系统控制装置，该剂量监视器系统控制装置在每次照射时对第1剂量监视器和第2剂量监视器切换并分配第1功能和第2功能来进行控制，所述第1功能对与投放剂量值相对应的剂量值进行检测，所述第2功能对与切断剂量值相对应的剂量值进行检测。
发明效果
根据本发明，构成为利用剂量监视器系统控制装置，在每次照射时切换2台剂量监视器的功能，控制各自所对应的剂量监视器电路，从而可在治疗流程中进行2台剂量监视器的动作确认，而无需特别操作。此外，只要不同时发生故障，就必定能利用2次照射来检测、确定故障部位。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1中的粒子射线治疗装置的结构的结构图。
图2是表示本发明实施方式1中的粒子射线治疗装置的剂量监视器系统控制装置的动作步骤的流程图。
图3是表示本发明实施方式1中的粒子射线治疗装置的剂量监视器系统控制装置所进行的故障诊断的示例的图。
具体实施方式
实施方式1
图1是表示本发明实施方式1中的粒子射线治疗装置的结构的图。如图1所示，加速器1和治疗室2构成实施方式1的粒子射线治疗装置100。加速器1的射束的射出由射束控制装置3进行控制。在治疗室2中存在作为照射对象的患者201和照射设备202，照射设备202由照射控制装置4进行控制。剂量监视器系统5为构成照射设备202的部件。
剂量监视器系统5由包括2个样式的作为第1剂量监视器的剂量监视器50和作为第2剂量监视器的剂量监视器51、作为剂量监视器50和剂量监视器51的各控制电路的剂量监视器电路52、53、以及一个剂量监视器系统控制装置54构成。
剂量监视器系统5的剂量监视器50和剂量监视器51分别连接到剂量监视器电路52和剂量监视器电路53。剂量监视器电路52和剂量监视器电路53分别与剂量监视器系统控制装置54和射束控制装置3相连接，剂量监视器系统控制装置54还与照射控制装置4及射束控制装置3相连接。
接着，对加速器1和治疗室2的基本动作进行说明。图1中，作为由入射器10的离子源11产生的离子(例如氢离子、碳离子)的集合的粒子射线利用入射器10的前级直线加速器12接受预加速，并被加速至规定的动能。接受预加速后的粒子射线通过低能量射束输送系统的真空管道13，并且，一边利用电磁体14～20进行偏转、收敛和发散、轨道修正，一边被引导至同步加速器21。
同步加速器21中，电磁体22(22a、22b、22c、22d)设定成使得粒子射线在同步加速器21内采用环绕轨道，反复接受高频加速空洞23所形成的加速电场。粒子射线由高频加速空洞23的加速电场反复加速，其动能随加速而变高。随着动能变高，粒子射线的偏转等所需的磁场强度发生变化，因此，构成同步加速器21的电磁体22(22a、22b、22c、22d)等加速器设备的运转参数根据时间而变化。
同步加速器21中的粒子射线达到规定的动能，在能取出粒子射线的时刻利用射出装置24将粒子射线送出到高能量射束输送系统。导入至高能量射束输送系统的粒子射线由于偏转电磁体25～27等的作用而被适当地引导至治疗室2。
虽未图示，但在具有旋转机架的高能量射束输送系统的情况下，将旋转机架设定为规定角度，输送粒子射线。构成加速器的各子系统包括射束监视器，利用该射束监视器来适当观测粒子射线的状态。
输送至治疗室2的粒子射线经过由未图示的摆动电磁铁或扫描电磁铁、散射体、脊形过滤器、多叶准直器、物块等照射设备所进行的朝与粒子射线的前进轴垂直的方向的扫描、散射、动量的分散、校准、补偿等过程，设定成使得固定于患者台203的患者201的患部形状及吸收剂量的峰值位置与患部深度相一致的状态，达到对患者201的剂量投放。
对患者201投放的粒子射线的量由照射设备202中包含的剂量监视器系统5来进行观测，进行粒子射线照射直至投放剂量达到规定的剂量值。粒子射线照射按照治疗计划来进行，治疗计划包含至少一个照射条件，该照射条件包含粒子射线的射束条件、照射设备的设定及照射剂量值。
在一个治疗计划包含多个照射条件、且该照射条件中包含的射束条件存在2种以上的情况下，在投放了对应于某一个射束条件的照射条件中所设定的照射剂量之后，切换加速器的设定以与下一射束条件对应，在下一照射条件下开始照射。重复该动作，直至投放了治疗计划所包含的所有照射条件中所设定的照射剂量。
接着，参照图1，说明从基于本实施方式1中的粒子射线治疗装置100的治疗计划的照射准备到照射完成为止的一连串动作。首先，照射控制装置4控制设备，以对照射设备202及剂量监视器系统5设定基于治疗计划的参数。
对于剂量监视器系统5，向剂量监视器系统控制装置54发送投放剂量值，同时发送保护切断剂量值。接收到该投放剂量值和保护切断剂量值的剂量监视器系统5对2个样式的剂量监视器电路52、53分别设定投放剂量值和保护切断剂量值，并通知照射控制装置4设定完成。
从包含剂量监视器系统5的所有照射设备202接收到设定通知的照射控制装置4开始照射。随着照射开始，从加速器1向治疗室2输送射束，通过包含剂量监视器系统5的照射设备202，向患者201照射射束。射束通过剂量监视器系统5时，剂量监视器50、51将所通过的射束的电化量作为监视器信号传送到剂量监视器电路52、53。
接收到监视器信号的剂量监视器电路52、53利用预先校正后的程序来对监视器信号进行处理，换算成剂量值，从照射开始时刻起进行累积。若累积得到的剂量值达到设定的切断剂量值以上，则剂量监视器电路52、53对射束控制装置3输出切断信号来抑制射束照射，并且，向剂量监视器系统控制装置54发送表示照射到患者201的射束达到所设定的剂量值的切断状态通知和照射剂量值。
射束控制装置3同时将从剂量监视器电路52、53接收到切断指示这一情况通知给剂量监视器系统控制装置54。
从剂量监视器电路52、53接收到切断状态通知和照射剂量值的剂量监视器系统控制装置54向照射控制装置4发送照射剂量值。照射控制装置4确认接收到的照射剂量值满足投放剂量值这一情况，完成一连串照射。若照射剂量值小于投放剂量值，则由用户视状况来判断是否进行再次照射或者再次执行治疗计划。
接着，基于图2详细说明本实施方式1中表示发明特征的剂量监视器系统控制装置54的动作。首先，剂量监视器系统控制装置54从照射控制装置4接收投放剂量值和保护切断剂量值(S2001)。
接着，剂量监视器系统控制装置54控制剂量监视器电路52和剂量监视器电路53，使得对剂量监视器50和剂量监视器51中的任一方分配主剂量监视器A或副剂量监视器B的功能(S2002)。
但是，从下一次照射开始，以与上次所设定的功能不同的方式设定主剂量监视器A和副剂量监视器B，每次照射时对功能进行替换。此处，最初，设为剂量监视器50分配有主剂量监视器A的功能，剂量监视器51分配有副剂量监视器B的功能。
接着，剂量监视器系统控制装置54对于作为主剂量监视器A的剂量监视器50，为了检测作为第1功能的切断剂量值，而在控制剂量监视器50的剂量监视器电路52中将投放剂量值设定作为切断剂量值(S2003)。
另一方面，对于作为副剂量监视器B的剂量监视器51，为了检测作为第2功能的切断剂量值，而在控制剂量监视器51的剂量监视器电路53中将保护切断剂量值设定作为切断剂量值(S2004)。设定切断剂量值后的剂量监视器电路52、53将至此为止的累积剂量值清零，准备新的射束剂量值的累积。
完成对剂量监视器电路52、53设定切断剂量值之后，剂量监视器系统控制装置54向照射控制装置4通知设定完成(S2005)。接收到设定完成的照射控制装置4接收到其它装置的设定完成和用户的照射开始指示之后，开始射束照射(S2006)。
接收到射束照射开始指示的射束控制装置3对加速器1进行控制以射出射束，射束从加速器1输出，通过照射设备202而照射到患者201。利用射束照射，从作为主剂量监视器A的剂量监视器50输出监视器信号，在剂量监视器电路52中对剂量值进行累积。
在所有的设备和设备间通信正常的情况下，首先，作为主剂量监视器A的剂量监视器50的剂量监视器电路52中，若累积剂量值达到作为切断剂量值的投放剂量值，则从剂量监视器电路52向射束控制装置3输出切断指示。
其结果是，来自加速器1的射束输出停止，之后，不再从作为主剂量监视器A的剂量监视器50的剂量监视器电路52输出监视器信号，因此，作为副剂量监视器B的剂量监视器51的剂量监视器电路53不会输出切断信号。
同时，从射束控制装置3向剂量监视器系统控制装置54通知作为主剂量监视器A的剂量监视器50的剂量监视器电路52已输出切断信号这一情况。
在这种情况下，剂量监视器系统控制装置54判断为作为主剂量监视器A的剂量监视器50及剂量监视器电路52正常动作、且从射束控制装置3也有正常响应，将照射正常结束这一情况通知给照射控制装置4并结束。
但是，在此情况下，作为副剂量监视器B的剂量监视器51及剂量监视器电路53一概不参与切断动作，因此，不确认副剂量监视器B和与副剂量监视器B相关的通信的健全性。
在所有的设备与设备间通信正常结束之后，在以后的照射中，如上所述，以每次照射时与上次设定的功能不同的方式设定主剂量监视器A和副剂量监视器B，替换剂量监视器50和剂量监视器51的功能，同样地重复S2001～S2006。
此处，在下一次的照射中，剂量监视器51分配有主剂量监视器A的功能，剂量监视器50分配有副剂量监视器B的功能。因此，在下一次的照射中所有的设备与设备间通信正常结束的情况下，在作为主剂量监视器A的剂量监视器51及剂量监视器电路53中确认通信的健全性。
其结果是，利用每次照射时替换2台剂量监视器50、51的主副功能的结构，可在治疗流程中进行2台剂量监视器的动作确认，而无需特别操作。此外，只要不同时发生故障，就必定能利用2次照射来检测、确定故障部位。
此外，由于交替使用2台剂量监视器50、51，因此，将射束切断动作时的2台剂量监视器的剂量值进行比较，在测量剂量值相同或测量剂量值之差在阈值以下的情况下，判断切断能力的异常，在测量剂量值之差超过阈值的情况下，判断测量能力的异常，从而也能兼有故障诊断功能，可促使用户尽早进行故障确认及纠正处置。
另一方面，若作为主剂量监视器A的剂量监视器50或剂量监视器电路52中发生异常而无法将切断信号输出到射束控制装置3，则作为副剂量监视器B的剂量监视器51的剂量监视器电路53检测出累积剂量值达到保护切断剂量值这一情况，向射束控制装置3输出切断信号。
剂量监视器系统控制装置54从作为副剂量监视器B的剂量监视器51的剂量监视器电路53接收切断动作的通知，从射束控制装置3接收表示有来自剂量监视器电路53的切断的指示的通知。
由此，剂量监视器系统控制装置54可明确作为主剂量监视器A的剂量监视器50或剂量监视器电路52发生异常、但作为副剂量监视器B的剂量监视器51或剂量监视器电路53正常动作这一情况，并向照射控制装置通知异常。
另一方面，在作为主剂量监视器A的剂量监视器50及剂量监视器电路52正常动作、但从剂量监视器电路52到射束控制装置3的通信路径发生异常的情况下，存在从剂量监视器电路52向剂量监视器系统控制装置54发出的切断动作的通知，但从射束控制装置3没有表示存在剂量监视器电路52的切断指示的通知。但是，由于射束正常停止，因此，也没有作为副剂量监视器B的剂量监视器51的剂量监视器电路53的切断动作通知。
这样，对于剂量监视器系统控制装置54，判断有无主剂量监视器A和副剂量监视器B的剂量监视器电路52、53的切断动作的通知和来自射束控制装置3的切断动作指示的通知(S2007)，对剂量监视器系统5与射束控制装置3之间的通信状态的健全性实施故障诊断(S2008)。
图3中示出对于剂量监视器系统控制装置54的、主剂量监视器A和副剂量监视器B的剂量监视器电路52、53的切断动作的通知和来自射束控制装置3的切断动作指示的通知的有无条件所对应的故障诊断的信息的一例。图3所示的故障诊断的信息例如预先保存在剂量监视器系统控制装置54内的存储部等中。
剂量监视器系统控制装置54基于图3所示的故障诊断的信息，根据有无主剂量监视器A和副剂量监视器B的剂量监视器电路52、53的切断动作的通知和来自射束控制装置3的切断动作指示的通知，可判断剂量监视器系统5中有无异常(S2009)。在判断为有异常的情况下，向照射控制装置4发送诊断结果(S2010)，可将具体故障状态无延迟地通知给用户。
如上所述，在本发明实施方式1中的粒子射线治疗装置中，构成为利用剂量监视器系统控制装置54，每次照射时切换2台剂量监视器50、51的主副功能，控制各自对应的剂量监视器电路，因此，可在治疗流程中进行2台剂量监视器的动作确认，而无需特别操作。此外，只要不同时发生故障，就必定能利用2次照射来检测、确定故障部位。
此外，由于不仅可缩短治疗以外的确认操作时间，改善粒子射线治疗装置的使用效率，而且只要2台剂量监视器不同时发生故障，就必定能检测1台剂量监视器的故障，因此，可防止过度照射，而无需追加特别的故障诊断装置。
此外，由于交替使用2台剂量监视器50、51，因此，将射束切断动作时的2台剂量监视器的剂量值进行比较，在测量剂量值相同或测量剂量值之差在阈值以下的情况下，判断切断能力的异常，在测量剂量值之差超过阈值的情况下，判断测量能力的异常，从而也能兼有故障诊断功能，可促使用户尽早进行故障确认及纠正处置。
此外，利用剂量监视器系统控制装置54，基于预先保存的故障诊断的信息，根据有无主剂量监视器A和副剂量监视器B的剂量监视器电路52、53的切断动作的通知和来自射束控制装置3的切断动作指示的通知，判断剂量监视器系统5中有无异常及故障状态，因此，能将更具体的故障状态无延迟地通知给用户。
另外，本发明在其发明范围内可对实施方式进行适当变形、省略。
标号说明
1 加速器
3 射束控制装置
21 同步加速器
50 剂量监视器
51 剂量监视器
52 剂量监视器电路
53 剂量监视器电路
54 剂量监视器系统控制装置
100 粒子射线治疗装置
202 照射设备