JPH11501232A - 放射線治療設備のためのビーム経路コントロール及びセキュリティシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、放射線ビーム治療設備におけるビームパスセキュリティのための方法及び装置に関する。システムは、放射線ビーム制御システムを監視及び制御して、放射線照射事故につながる過誤パス状態及び多重パス状態に対する保護を与える。本方法の一形態は、ビームパス構成信号と、要求されたビーム構成に対応する信号とを比較して、パスの構成をチェックし、パス構成が単一であることをチェックする。コントローラのチェックは、ビーム制御システムの状態に適用される相補的ロジック通信パスを使用して行われる。オーバーヒート、通信リンクエラー、無断進入、多重パス状態のような可能性のあるエラー状態のいずれか１つが検出されると、ビームパス電源はディスエーブルされ、放射線ビームが治療室に送られることが回避される。

Description

【発明の詳細な説明】 放射線治療設備のためのビーム経路 コントロール及びセキュリティシステム 発明の技術分野 本発明は一般的に放射線治療設備のコントロール及びセキュリティシステムに 関する。詳細には、本発明は、陽子治療設備用のビーム経路コントロール及びセ キュリティシステムに関し、さらに患者、職員、及び装置に対する危険な状態を 制御、検知、及び回避するためのシステムに関する。 発明の背景 今日の放射線治療は、β線、γ線、Ｘ線及び高エネルギー陽子のような数タイ プの電離放射線を利用して、癌の広がりを防止及びコントロールするために悪性 組織に照射されている。特に陽子ビーム治療は近年、治療技術及び設備における 有効性に関して劇的に発展した。世界にある多くの陽子医療システムでは、陽子 加速器は元々物理的調査のために建設され、後に一部臨床試験及び治療に適用さ れるようになった。しかし、陽子ビーム治療の目下の利点は専用の臨床的基礎設 備の開発でよく認識 されている。そのような治療設備の１つとして、ロマリンダ大学医療センター(L oma Linda University Medical Center)に設けられた設備は、多数の治療室に治 療用の陽子ビームを送ることを目的として建設された。このようにすることによ って、患者の処理量が増加し、高額の治療費を下げることができる。設備の概要 及びその開発については、１９９２年発行のIntl．J．Radiation Oncology 第２ ２巻第２章第３８３ページから第３８９ページにJ.M.Slater等が記載した”The Proton Treatment Center at Loma Linda University Medical Center: Rationa le for and Description of its Development”に記載されているので、適宜参 照されたい。陽子ビーム装置及び設備のより詳細な説明は、F.T.Cole等による米 国特許第４，８７０，２８７号(発明の名称：”Multi-Station Proton Beam The rapy System”)に記載されているので、適宜参照されたい。 陽子放射線ビーム経路は、ビームの偏向及びフォーカスのために大きな高電界 電磁石を使用して操作する。ロマリンダの設備では、陽子ビームは一連の陽子シ ンクロトロンで生じ、ビーム経路によっていくつかのターゲットの内の任意の１ つに伝送される。陽子放射線の照射からの保護を保証するため、ビーム経路マグ ネットをモニ タ及びコントロールして、ビームが違う方向に向いたりタイミングがずれたりす ることを防止する必要がある。この目的のため、治療室選択の確認方法が採用さ れている。これにより選択された所望のパスの実行がビームの供給前に確認され る。選択確認の方法は米国特許５，２６０，５８１号に十分開示されているので 、適宜参照されたい。このような方法においては、放射線の過誤照射からの保護 が必要なことは明らかであるが、起こり得るすべての危険障害状態を検出するわ けではない。このようなマグネット群にはメガワットクラスの電力が必要とされ ることが多く、職員の接触に対する安全のために適切なセーフガードがとられな ければ、設備職員に致命的な危険を与えてしまう。したがって、マグネットの配 列を適切にしてタイミングも適切にすることに加えて、機械的、電気的及び温度 的破壊に対して適切な観測が行われるべきである。部品の障害が発生すると、い ずれかの観測により、高電力装置はディスエーブルされ、放射線ビームはいわゆ る”ビームダンプ”に向けられるべきである。これらの目標とする要求に適合さ せることは非常に重要な宿命であることは明らかである。 放射線治療のより広い関連において、治療のための必要な前提条件は偶発的な 放射線照射から患者及び職員を 保護することである。特に、陽子ビーム治療設備においては偶発的にビーム放射 線又は伝送に曝されることは、患者及び職員の安全性に対する主な脅威となる。 放射線の不注意の照射は例えば、ビームのターゲットミス又は放射線ビーム伝送 の不適切なタイミングによって起こることもある。それにも拘わらず、陽子ビー ム治療のための要求が増し、治療設備がより複雑になるので、例えば、ロマリン ダ大学医療センタでは、ビーム経路の安全性にコストがかかり、ビーム経路の安 全性を保証する試みが非常に重要となっている。 発明の概要 本発明に従った好ましい放射線治療設備は基本的には、放射線源と、複数の放 射線ビーム処置室と、及び放射線ビーム処置室のうちの選択された１つに放射線 ビームを向けるための複数のスイッチヤード及びビーム伝送システムとを備えて いる。このような処置設備に潜在する１つの問題は、パスの誤り又は複数のパス が作動することにより、偶発的に起こる放射線照射があり得ることである。従っ て、本発明の目的の１つは、偶発的な放射線照射、その他の危険状態から職員及 び設備を保護することである。 本発明の１態様によれば、放射線ビームセキュリティ 方法は、選択された処置室からのビームリクエスト信号をまず受信する。ビーム パス構成信号はビームリクエスト信号から引き出され、スイッチヤード及びビー ム伝送システムの構成を選択するために使用される。スイッチヤード及びビーム 伝送システムの構成は、スイッチヤード及びビーム伝送システムの構成が選択さ れた処置室への放射線ビーム伝送を可能とし且つ他の処置室へ伝送されないこと を確認するために、センシングされる。正しいシステム構成が確認されると、選 択された処置室へ放射線ビーム伝送が行われる。 利用できるビームパスが複数あるので、選択されたパスがアクティブであるこ とをチェックする必要があるが、それのみならず、他のビームパスが同時にアク ティブになっていないこともチェックするのが望ましい。本発明にかかる方法は 、センシング処理からスイッチヤード及びビーム伝送システム構成信号を引き出 すことにより上記の確認を行っている。スイッチヤード及びビーム伝送システム 構成信号は選択されたビームパス構成を表す信号と比較される。この比較は、選 択されたビームパス構成信号のすべてのエレメントがスイッチヤード及びビーム 伝送システム構成信号に含まれていることの確認が必然的に伴う。従って、選択 されたパスがアクティブであ ることが保証される。上記の比較はさらに、スイッチヤード及びビーム伝送構成 信号のすべてのエレメントが、選択されたビームパス構成信号に含まれているこ との確認を必然的に伴う。従って、他のパスがアクティブになっていないことが 保証される。 パス構成のセンシングに加えて、好ましいビーム経路コントロールセキュリテ ィシステムは、感電、装置のオーバーヒート及び通信リンク障害のような危険な 他の状況から職員及び装置を保護する。センシングは好ましくは、人間が電気負 荷に耐える部分に接触している（感電死の危険がある）可能性を検出することも 行う。さらに、センシングは、電気負荷に耐える部分によるオーバーヒートの検 出も行うのが望ましい。情報と信号処理段階を感知するための冗長通信パスを設 けることによって、通信障害は減少する。冗長通信パスが共通ロジックコンプリ メントであるときには、これらのロジック比較が通信リンク障害を判別する方法 となる。 本発明の他の形態によれば、放射線ビームセキュリティ用の装置は、ビームリ クエスト信号を選択された処置室から受信する手段と、前記ビームリクエスト信 号からビームパス構成信号を引き出す手段（例えば、デジタルシグナル通信ネッ トワークプロッセサ又はローカルデジ タルプロセッサ）とを備えている。前記装置は、選択されたビームパス構成信号 に基づいてスイッチヤード及びビーム伝送システムの構成を選択するための手段 も備えている。さらに、スイッチヤード及びビーム伝送システムの構成を検出し て、スイッチヤード及びビーム伝送システム構成が放射線を選択された処置室に のみ伝送する構成であることを確認するための手段がある。最終的には、上記の 確認に対応して放射線ビームを選択された処置室に供給するための手段がある。 本発明の他の形態によれば、多重化されたスイッチヤード及びビーム伝送シス テムを制御するための装置は、多重化されたスイッチヤード及びビーム伝送シス テムのエレメントを構成する複数のグループから構成され、各グループは他のグ ループとは異なる共通の機能特性を有している。装置はさらに、共通の機能特性 を有する各グループ用の専用コントローラを備えている。好ましくは、各グルー プは、複数の放射線ビームパスのそれぞれへの放射線の伝送に関する共通の機能 特性を有するエレメントで構成されている。さらに、好ましくは、各専用コント ローラは選択されたビームパスのために、各機能エレメントをアクティブにする ように作動する。 図面の簡単な説明 図１は、本発明が特に適する典型的な陽子ビーム治療設備の概略的斜視図であ る。 図２は、双極子スイッチコントロールシステムの簡略化したブロック図である 。 図３Ａ及び３Ｂは、スイッチヤードマグネットコントロールシステムの機能的 ブロック図である。 図４は、４５°ガントリーマグネットコントロールシステムの機能的ブロック 図である。 図５は、１３５°ガントリーマグネットコントロールシステムの機能的ブロッ ク図である。 図６は、双極子スイッチコントロールシステムの基本的フローチャートである 。 図７は、陽子ビームコントロールシステムの安全特性の簡単化したフローチャ ートである。 図８は、システムに使用されるコンプリメンタリ冗長ロジックの簡単化した概 略図である。 図９は、コンプリメンタリ冗長オプティカルカプラの概略図である。 好適な実施形態の詳細な説明 一般的に、本発明にかかるビーム経路のコントロール及びセキュリティシステ ムは、放射線源と放射線を方向付けすることができる複数のビーム配置とを備え ている 放射線治療設備に利用することができる。このような治療システムはCole等によ る米国特許第４，８７０，２８７号に十分開示されている。ここでは図１を参照 しつつ概略的に説明する。 図１に描かれているように、本発明を適用できる陽子ビーム治療システム１０ は、入射器９によって加速器１２に接続された陽子源１１を備えている。患者２ ２、固定ビームステーション４、又はリサーチビームステーション５等に高エネ ルギー陽子を運ぶビームトランスポートシステム１４に、陽子加速器１２は接続 されている。患者２２は、複数の治療ステーションから選択された治療ステーシ ョン内で、一定方向に保持されている。それぞれの治療ステーション１、２、及 び３において、ビームトランスポートシステム１４はガントリー１８を備えてい る。ガントリー１８は回転軸周りに回転してビームを伝送することにより、陽子 ビームを回転軸線上で受け取り、回転軸から離れたところに陽子ビームを伝送し 、陽子ビームを回転軸線に垂直で且つ交差する軌道に方向付けすることができる 。交差点は、テーブルのような患者支持台によって一定の方向に向けられて支持 された患者２２の内部にあるターゲット等角点２４に設けられる。このような配 置によりガントリーが回転すると、陽子ビ ームは、患者の治療の間伝送システム２０によって、幾分異なる角度でターゲッ ト等角点２４に運ばれる。 より詳細に説明すると、図示されている陽子ビーム治療システムの構成におい ては、慣用されている部品を利用し、組み合わせ、調整し、公知の荷電粒子ビー ムの伝送、加速、及び集中に関する技術に従って微調整され、加速システム及び 入射システムについて所望のパラメータ、及び性能についての仕様、パラメータ を達成している。例えば、米国特許第４，８７０，２８７号の付表Ｉ、付表II、 表I-VIIIに挙げられたものを参照されたい。これらに挙げられているように、陽 子源１０は、４０keVの陽子ビームを提供するデュオプラズマトロンイオン源と することができる。ビームは、ビームを無線周波数４重極リニア加速器(Radio-F requency Quadrupole linear accelerator)(RQF)に合わせるためのソレノイドレ ンズによって焦点に集められる。RQFは、１８０度ベンディングマグネット８及 びその後の入射器９を通過できるように陽子を１．７MeVに加速する。入射器９ は陽子ビームを加速器１２に打ち込む。加速器１２は、0.5秒以内に約２５０MeV にまでビームを加速できる陽子シンクロトロンである。従って、陽子シンクロト ロンは１周あたり約９０eVのエネルギーゲインを必要とする。ビームは、水平半 共 鳴出射又は”投射(spill)”によって、シンクロトロンから徐々に取り出される 。これによって、陽子ビームがビームトランスポート装置へ投射される。シンク ロトロンの詳細及びその操作は米国特許第４，８７０，２８７号により詳しく開 示されている。 図示されているビームトランスポートシステム１４は５つのスイッチングマグ ネットからなるスイッチヤード６も備えている。それぞれのスイッチングマグネ ットには２つの状態があり、オペレータの操作によって２つの状態の間を電気的 にスイッチングすることができる。例えば、第１の状態では、スイッチングマグ ネット１３は加速器１２から陽子ビームを受け取り、陽子ビームを曲げて後方の マグネットと治療ステーション１のガントリー１８に設けられたビームオプティ クス(beam optics)とに伝送する。第２の状態ではスイッチングマグネット１３ は陽子ビームを通過させてスイッチングマグネット１９に送り、スイッチングマ グネット１９が第１の状態にあれば陽子ビームを曲げて定常ビーム治療ステーシ ョン内のコンパーネントに陽子ビームを伝送する。スイッチングマグネット１９ も第２の状態にあれば、スイッチングマグネット１９は陽子ビームをスイッチン グマグネット１５に通す。スイッチングマグネット１３と同様に、 スイッチングマグネット１５も第１の状態にあるときには陽子ビームを曲げて治 療ステーション２のガントリー１８に関連するマグネット及びビームオプティク スに陽子ビームを伝送する。スイッチングマグネット１５は第２の状態にあると きには陽子ビームを通過させてスイッチングマグネット１７に送り、スイッチン グマグネット１７が第１の状態にあれば陽子ビームを曲げて治療ステーション３ のガントリー１８に関連するマグネット及びビームオプティクスに陽子ビームを 伝送する。スイッチングマグネット１７が第２の状態にあれば、スイッチングマ グネット１７は陽子ビームを通過させ、陽子ビームを曲げてリサーチステーショ ン５に向けるためのマグネット２１に陽子ビームを伝送する。 上述のように、ビームトランスポートシステム１４は、スイッチヤード６と、 治療ステーション１から３及びステーション４，５につながるビームトランスポ ート装置とを備えている。図１に示されているように、スイッチヤード６は、ス イッチマグネット１３，１５，１７，１９，２１及び中間４重極マグネットを備 えている。ビームは加速器１２を通過すると４つの４重極を通ってスイッチング マグネット１３に向けられる。スイッチングマグネット１３の概略的な機能につ いては上述の通りであ る。すべてのスイッチングマグネット実質的には同じ構造であり、その機能及び 制御も実質的には同じものである。従って、スイッチングマグネット１３につい てのみより詳細に説明する。スイッチングマグネット１３はSY45マグネットとも 呼ばれる４５°ベンディングマグネットを適用できる。SY45マグネットは、一定 の運動量（エネルギー）を持つ陽子のビームを４５°曲げる電磁石として構成さ れている。マグネットのコイル電流は陽子の運動量に対応して必要とされる電流 に正確に制御される。マグネットにあまりエネルギーが供給されていない時には 、陽子はマグネットのヨークに設けられたホールを通って後段の通電されたSY45 に向けて直進する。マグネットの制御は(i)直流電源をオンにすると共にデジタ ル化された電流を伝送する接触器を電源に取り付けて規定電流に調節できる電源 を必要とするか、(ii)接触器を開いて電源をオフにすることのいずれかによって 達成される。制御は、制御コンピュータが電源インターフェイスにデジタルコマ ンドを出力することにから始まる（これについては後述する。）。SY45マグネッ ト１３，１５，１７，１９，２１の構造、機能、及び制御は実質的には同じであ る。ここで開示されているように、信号パワーユニットは好ましくは、SY45マグ ネットの間でビーム形成リク エスト信号に対応してスイッチングされる。 ４５°ガントリーベンディングマグネット２３，２５，及び２７は、治療ステ ーション１，２，及び３にそれぞれ設けられているガントリー１８の遠位端側の ビームパス上に配置されている。４５°ガントリーベンディングマグネット２３ ，２５，及び２７はエネルギーが供給された時に陽子ビームを４５°曲げるよう に設計されている。G45とも呼ばれるガントリーマグネット２３，２５，及び２ ７は、実質的に同じ構造であり、機能及び制御も実質的には同じである。これら は好ましくは信号パワーユニットによって制御される。電力はG45マグネット間 でビームリクエスト信号に対応してスイッチングされる。 図１から明らかなように、G45マグネット２３，２５，２７の各々は各治療ス テーションのガントリー１８の付近に設けられたパス３５，３７，及び３９に沿 うように陽子ビームを偏向させる。ビームパス３５，３７，及び３９は、それぞ れ１３５°ガントリーベンディングマグネット２９，３１，及び３３（G135マグ ネットとも呼ぶ）に陽子ビームを伝送する。G135マグネットは、陽子ビームを１ ３５°で偏向し、ガントリー１８に設けられたビームデリバリシステム２０にビ ームを伝送する。G135マグネット２９，３１，及び３３の構造、機能、及び制御 は実質的には同じである。これらは好ましくはビーム形成信号に対応してG135マ グネットの間でスイッチングされる１つの電源によって給電される。 以下の説明は双極子スイッチ制御システムの基本的設計概念及び役割が開示さ れている。さらに所定の性能を得るための好ましい仕様と一般的な必要条件も開 示されている。 Ａ．基本的制御構造 陽子ビームの偏向及び制御システムを構成する電磁石アレイは図２に示されて いるような構成で制御される。一般的に、スイッチヤード及び偏向マグネットの 配列は制御システムに多重化される。マグネットの制御は様々なビームパスに対 応した機能、制御、及び位置に従って分類される。この形式でビーム経路マグネ ットを多重化することは単純で費用に対して効率がよく、しかも安全にビームの 形成及び制御を行うことができる。図２に示されているように、陽子ビーム制御 システムは基本的には双極子スイッチコントローラ(Dipole Switch Controller) (DSC)６０に接続された制御用コンピュータ５２を備えている。DSC６０はモニタ システム及び制御システムの中央部として機能する。DSC６０は双極子スイッチ 及び電源のインターフェイスA５４,B５６,及びC５８に接続さ れている。インターフェイスA５４は電源A６２に接続されており、電源A６２は 双極子スイッチA７２によってスイッチングされる出力部を備えている。双極子 スイッチは一般的にできるだけ多くの接続に高電流信号を割り当てることができ る多極スイッチである。双極子スイッチは、例えば、高電流の入力を複数の出力 接続部のいずれか１つに割り当てる複数のシリコン制御整流器(SCR)で構成する ことができる。同様に、インターフェイスB５６は電源B６４及び双極子スイッチ B７４に接続されており、インターフェイスC５８は双極子スイッチC７６に接続 された電源C６６に接続されている。電源６２、６４及び６６と、対応する各双 極子スイッチ７２、７４及び７６は所定の形式及び機能のマグネットが同一の電 源によって別々に給電されるようにビーム経路マグネットアレイを制御する構成 とされる。例えば、電源A６２は、双極子スイッチA７２の選択によりスイッチヤ ードマグネット１３，１５，１７，１９，及び２１のうちの任意の１つにエネル ギーを供給するように構成されている。同様に、電源B６４は、双極子スイッチB ７４の選択により４５°ガントリーマグネット２３，２５，及び２７のうちの任 意の１つにエネルギーを供給するように構成されている。さらに、１３５°ガン トリーマグネット２９，３１，及び ３３は電源C６６及び双極子スイッチC７６によって給電及び制御される。 ビームリクエストは制御コンピュータ５２によって与えられ、インターフェイ ス５１を介して双極子スイッチコントローラに伝送される。双極子スイッチコン トローラ６０は、ビームリクエストアドレスを、選択された双極子スイッチの位 置を示すデジタルコマンド信号にエンコードする。スイッチ命令はインターフェ イス５４、５６及び５８を介して伝送される。指示は電源及びスイッチの両方に 伝えられ、スイッチは予め選択された方向に接続され、各電源はイネーブルされ る。 前述の形式におけるビーム経路マグネットの方向及び操作は有益である。なぜ なら、各々の陽子ビームに対して実質的に同じ働きをするビーム経路マグネット には実質的に同じ操作状況が要求されることが多いからである。例えば、一般的 に４５°スイッチヤードマグネットは、同様な操作電力を必要とする。従って、 電源５２は４５°スイッチヤードマグネットのうちの任意の１つに給電する。同 様にして、電源６４は４５°ガントリーマグネットの内の任意の１つに給電し、 電源６６は１３５°ガントリーマグネットの内の任意の１つに給電する。構成を 多重化することにより、治療設備に必要とされる非常 に高額な電源の数を減らすことができる。第２に、上述の多重化構成によればモ ニタ及び制御に必要とされる部品の数を減らすことができる。これによると、パ ス１から５（３５から４２）は様々なスイッチ位置にデコードされ、双極子スイ ッチ７２，７４，及び７６に対する所望のスイッチ位置を同時に選択することに よってパスが選択される。例えば、パス３５は、マグネット1A(１３)、1B(２３) 、及び1C(２９)を組み合わせるように、双極子スイッチ７２，７４，及び７６に 対するスイッチ位置を選択することにより選択することができる。双極子スイッ チは大電流をスイッチング及び維持できるようにされる。これらは、好ましくは シリコン制御整流器(SCR)で構成される。SCRの構成及び動作は大電力機器の分野 ではよく知られている。 Ｂ．コントロールシステムの機能的概要 双極子スイッチコントロールシステムは、ユーザー又はコンピュータ制御監視 台からの陽子ビーム操縦コマンドを機械語に翻訳してシリコン整流器(SCR)に伝 送する。SCRは、種々のマグネット用電源から種々の双極子マグネットへ電流を 流すことによって、ビームを複数の伝送可能領域のうちのいずれか１つに向ける 。双極子スイッチコントロールシステムを設計する際にまず考慮すべきこ とは安全性である。一番優先すべきことは治療エリアの中及びその周囲における 職員の保護であり、第２に優先することは設備自体を不適切な操作状況又は破壊 的操作状況から保護することである。この開示により明らかにするように、これ らの優先事項は、予想される多くの危険に対して十分な安全性を提供するシステ ム及び関連するハードウェアによって達成される。従って、図２に関して説明し たように設定されたパスを選択することに加えて、センサー及び動作のネットワ ークが部品及びシステムの障害を検知するために機能する。双極子マグネット、 双極子スイッチ、電源、及び通信線に関するすべての状態情報は、図２の両方向 矢印で概略的に描かれているように、通信線５３，５５，５７によって双極子ス イッチコントローラ(DSC)６０に伝送される。 図３から図５により詳細に示されているように、双極子スイッチコントロール システムの本実施形態は、システムに起こりうるあらゆるエラーを検知できるよ うに設計されたシステム監視ネットワークを構成している。このようなエラーが 発生すると、双極子スイッチコントロールシステムはマグネット用電源をディス エーブルし、ビーム経路部品に障害が発生したときに、陽子ビームが伝送される ことを防止する。スイッチヤードマグネット の制御に関する機能的部分を説明する図３Ａから説明すると、システムの中央部 は、図２に関してすでに説明したように、システムコンピュータ５２，DSC６０ 、電源６２、及び双極子スイッチ７２を備えている。DSC６０及びコンピュータ ５２の間の２方向通信リンク６１は、パス選択信号、状態信号及び非常シャット ダウン信号のような信号を通す。制御コンピュータ５２はDSC６０及び選択確認 ボード(SVB)７０との通信のために両者に接続されている。選択確認ボード(SVB) ７０については、米国特許第５，２６０，５８１号に開示されており、ここでは 適宜参酌する。DSC６０は通信線７１を介して双極子スイッチの状態情報をSVB７ ０に供給し、今度はSVB７０がスイッチの状態情報の解析に基づいてセーフティ インターロック信号を提供する。DSC６０とビーム経路部品との間の基本的な通 信は双極子スイッチインターフェイス５４及び電源コントロールインターフェイ ス５９を介して行われる。図３Ａにより詳細に示されているように、図２の２方 向通信リンク５３は、DSC６０と、双極子スイッチインターフェイス５４、電源 コントロールインターフェイス５９，双極子スイッチ７２，及び双極子マグネッ トのそれぞれとの間で通信される信号で構成される。前述のように、DSC６０は ビームパス形成信号を双極子スイッチ インターフェイス５４に伝送する。本実施形態では、ビームリクエスト信号８０ は、例えば、ビームパスアドレス信号、アドレスパリティ信号、パスイネーブル 信号又はストローブ信号により構成される。双極子スイッチの状態は双極子スイ ッチ７２ないの各SCR（図示せず）に配置された電流、電圧モニタによってモニ タされる。これらの電流及び電圧は、それぞれSCRの電流、電圧を示す信号８３ 及び８４としてDSC６０に供給される。SCRは、好ましくは、オーバーヒートの可 能性を示す信号８８をDSC６０に出力する温度センサを備えている。DSCは、好ま しくは、通信中に起こり得るエラー状況を示すパス選択エラー信号及びパリティ エラー信号をも受信する。 パスの選択過程及び状態を示す信号に関して、DSC６０は通信リンク９０を介 して、電源コントロールインターフェイス５９に電源をディスエーブル又はエネ ルギー供給するために信号を与える。パスの選択が（DSCによって）実行され、 （SVBによって）確認されると、出力イネーブル信号がインターフェイス５９に 伝送される。多くの障害状況の内のいずれか１つが検出されると、インターロッ ク信号が伝送され、電源がディスエーブルされる。電源コントロールインターフ ェイス５９は通信リンク９０を介して現在電力を供給していることをSDCに示す 出力状 態信号を戻す。非常事態には、３つの電源すべてをディスエーブルするシャット トリップ信号によってシャットダウンが実行される。さらに、DSCは電源接触器 信号及びゲート信号からなる状態信号を電源から受け取る。 図２に関してすでに説明したように、双極子スイッチ７２はSCR配列によって 構成されている。図３Ａに示されているように、SCRスイッチは、電源６２によ って供給された電力を、太線１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５で示さ れた複数のパス電流バスの内のいずれか１つに流す。パス電流バス１０１，１０ ２，１０３，１０４，及び１０５は図３Ｂ上に示されているマグネットに繋がっ ている。従って、電源からの電流はパス１から５のいずれかに流され、パスのそ れぞれが図３Ｂに示されている各双極子マグネットに繋がっている。マグネット は共通のリターンバス１００を共有している。電流バス１００から１０５はスイ ッチヤードマグネットのいずれか１つに必要とされるエネルギーの電流を運ぶ。 バス１００から１０５は高電流をマグネットに流すので、オーバーヒートの可能 性が問題となり、そのため、図３Ａに示されているバス温度センサ１０６が設け られる。温度情報は、DSCブレイクアウト７８によってDSC６０のエラー検出回路 にバス温度信号として供給される。双極子マ グネットもそれぞれ温度センサを備えており、図３Ｂでは温度センサ１０７，１ ０８，１０９，１１０，及び１１１で示されている。マグネット温度情報はマグ ネット温度信号としてDSCブレイクアウト７８に供給される。起こり得るオーバ ーヒートに対する別の保護として、電流の流れているマグネットに対する冷却剤 の流量を感知する冷却流量モニタを備えていてもよい。冷却流量モニタの信号は 流量センサ信号としてDSC６０に供給される。また、操作時においては、職員は スイッチヤードマグネットエリアのような潜在的に危険なエリアへの進入を禁止 される。このようなエリアへの無断進入はドアインターロック９５で感知され、 ドアインターロック９５はDSC６０に供給される信号を出力する。バス温度、マ グネット温度及び流量センサ情報はDSCブレイクアウトPCB７８として言及したDS Cの一部に供給される。DSCブレイクアウトPCB７８からのコマンドはリンク９７ を介してDSC６０の主要部に供給され、バス温度、マグネット温度、流量センサ 、及び無断進入情報を含む多くの障害状況のいずれか１つを報告する。これらの エラーに対応して、DSC６０は電源をディスエーブルするインターロック信号を 電源インターフェイス５９に送る。 図３Ａ及び図３Ｂと実質的に類似しているが、図４は 双極子スイッチコントローラ６０と、パス１から３に繋がる４５°ガントリーマ グネットの制御に関する部品との間の関係を示す機能ブロック図である。図３Ａ 及び図３Ｂに示された４５°スイッチヤードマグネットのための状態及び制御シ ステムと同様に、４５°ガントリーマグネットは双極子スイッチコントローラ６ ０によって制御及びモニタされる。操作時には、双極子スイッチコントローラ６ ０はアドレス信号、パリティ信号及びイネーブル信号をスイッチインターフェイ スに供給し、スイッチインターフェイスは電力を電源６４から適切なパスバス１ １３，１１４，又は１１５に供給するように双極子スイッチに指示する。双極子 スイッチ７４のSCRは、電流信号８３及び電圧信号８４によってモニタされる。 電源６４は上述のように電流パスの実行が確認され次第イネーブルされる。温度 エラー、通信エラー又はパス選択エラーが発生すると、電源６４をディスエーブ ルするインターロック信号が電源インターフェイス６８から送られる。 図４に概略的に描かれた機能的部品及び関係と同様に、図５は１３５°ガント リーマグネットコントロール及びモニタシステムに関する類似部品を示している 。DSC６０は双極子スイッチインターフェイス５８及び電源インタ ーフェイス６８の両者との通信のためにこれらに接続されている。スイッチイン ターフェイス及び電源インターフェイス６８はそれぞれ双極子スイッチ７６及び 電源６６と通信する。双極子スイッチ７６は、電流バス１２１，１２２，及び１ ２３を介して、電力を電源６６から複数の１３５°ガントリーマグネットの内の 任意の１つに送るように接続されている。１３５°ガントリーマグネットは共通 のリターンバス１２４を共有している。温度センサ１２５は電流バス１２１から １２４のそれぞれに接続されている。さらに、マグネット温度センサ１２６は１ ３５°ガントリーマグネット２９，３１，及び３３に接続されている。 図５に示されているシステムの操作は図３及び図４に示されているシステムの 操作と類似している。スイッチインターフェイス５８はDSC６０からパスアドレ ス信号とパス選択信号を受け取ってデコードし、さらにその情報を双極子スイッ チ７６に伝える。選択された双極子スイッチ位置に対応するパス選択が確認され ると、電源イネーブル信号が電源６６に供給される。DSC６０に与えられる状態 信号は、双極子スイッチ、電流バス、及びマグネットからの温度センサ信号と、 ある種の検出回路及び相補的冗長ロジックチェック（後述する）からの通信エラ ー信号とを含む。スイッチの状態は、双極子スイッチの各SCRに関する電流及び 電圧情報を伝える双極子スイッチセンサ信号８３及び８４によって伝えられる。 温度センサ信号とその他のエラー感知信号は、DSCブレイクアウトPCB７８を介し てDSC６０に供給される。信号の内のいずれか１つがアクティブになると、DSCは セイフティインターロック信号を通じてシステムの一部又は全部のシャットダウ ンを開始する。 好適なビーム経路コントロールシステムの基本的な実施形態の簡単なフローチ ャートが図６に示されている。リモート又はローカルプロセスコントロール１３ ０により、ユーザーはパスリクエストアクション１３２を行う。パスリクエスト アクション１３２は、図２，３，４及び５に関してすでに示したように、エンコ ードされたパスアドレス信号及びパスリクエスト信号をDSC６０に伝送すること により行う。パスリクエスト信号はDSC６０に受け取られ、処理ブロック１３４ で、ビームパス０から５に対応する個々のスイッチ位置のアドレスにデコードさ れる。パス０はヌルパスを示し、パス１から５は図１に関してすでに概略的に示 されたパスに対応している。DSC６０に受信されデコードされたパスリクエスト 信号は、判別ブロック１３６で示すようにエラー及び状態のチェッ クを開始する。エラー状況がある場合には、パスリクエストはパスリクエスト拒 否ブロック１３８に行きすべてのスイッチをそのままにして処理ブロック１４０ の状態チェックを行う。システム状態及びエラー状況がユーザーに届き、これに よって、処理ブロック１４２及び１４４で示される適切なアクション及びリセッ ト機能が実行される。エラー状況から復帰して双極子スイッチコントローラがリ セットされると、ユーザーは上述のようなパスリクエストを再び自由に出すこと ができるようになる。状態のチェック及びエラーのブロック１３６に戻って、も しエラーがない場合には、パスリクエストはパス選択処理ブロック１４６に進み 、適切な双極子スイッチの配置が各双極子スイッチインターフェイス及び誤り／ マルチパスエラー検出器１６２に送られる。スイッチが選択されると、双極子ス イッチのSCRから出たスイッチ状態情報が誤り／マルチパス検出器１６２に送ら れる。パスエラーが検出されない場合には、電力を双極子マグネットに送ること を許可するコマンドが電力イネーブル／ディスエーブル処理に送られる。これは 電源１５０から双極子スイッチ１４８を介して双極子マグネット１５２に延びる 太い矢印で示されている。パスエラーが検出された場合には、信号は電力イネー ブル機能１６６を除去して マグネットがパワーアップすることを防ぐエラー判別器１６４に送られる。マル チパス及び誤りパスの検出に加えて、他のセーフガードとしてピット状態モニタ リングがある。セーフティインターロックは後段のガントリーエリアのいずれか に進入するとトリガされる。無断進入状態が検出されると、信号がエラー及び状 態判別器１６４に伝送され、これが非常電源シャットダウン機能１６６をトリガ し、これによって、適切なマグネット電力供給が禁止される。さらに、上述のよ うに双極子マグネット電流バスの位置及び双極子スイッチに設けられた温度セン サ１５６はオーバーヒート検出器に情報を供給する。もしオーバーヒート状態に なると、電源イネーブル機能１６６がはずされる。さらに、通信インターフェイ スエラー及びパラレル相補リンク障害がパスアドレスとアドレスパリティとを比 較することによってモニタリングされている。エラーがある場合には、以後のパ ス選択は中止される。選択エラー状況ではさらに、適切な電力供給もディスエー ブルされる。Ｃ．身体保護の必要条件 典型的な陽子ビーム治療設備の操作中においては、人体に対する２つの脅威が 存在すると考えられている。１つ目はターゲットミス又はタイミングミスで伝送 された ビームによる陽子照射であり、２つ目は潜在的に危険な電位と偶々接触すること による感電死である。 本発明の双極子スイッチコントロールシステムは誤った又は複数のビームパス がアクティブになることに対するセーフガードを提供する。複数のパス又は間違 ったパスがアクティブになるのを防止するため、双極子スイッチ７２，７４，７ ６に設けられている各SCRには別々に電流及び電圧センサが取り付けられている 。電流及び電圧センサは、双極子スイッチコントロールシステムの各SCRの状態 を決定するために使用される。SCRスイッチの特性が、電気ノイズ又は疑似パル スによって誤ってオン状態になったり、予期せずにオンになったりするかもしれ ない。このようなことはビームが誤ったパス又は複数のパスに伝送されることに 繋がる。双極子スイッチコントロールシステムの好ましい実施形態は、図７Ａ及 び７Ｂの簡略化したフローダイヤグラムに示されているように、双極子スイッチ の測定された状態と、選択パスに対応する双極子スイッチの状態とを連続的に比 較することによって、誤ったパス及び複数のパスがアクティブになることを防止 している。まず、図７Ａを参照して、パス選択及び確認の処理がパスリクエスト １７０により始まる。典型的には治療室の１つにいるオペレータによってコン ピュータ制御のもとに開始される。パスリクエストは図７Ａの処理ブロック１７ ２で示されるように各双極子スイッチの状態に対応する一組のデジタル信号にデ コードされる。第１の判別処理ブロック１７４では、さらに現在のパスがアクテ ィブかどうかも考慮してパスリクエストの拒否が決定される。もしパスが電流的 にアクティブであれば、ブロック１８０で示されているように、パスリクエスト は拒否され、処理制御は処理ブロック１８２で示されている停止／リセットルー チンに進む。どのパスも電流的にアクティブでない場合には、職員及び患者に危 険な種々の障害状況に応じて、判別ブロック１７６でパスリクエストの拒否が決 定される。判別ブロック１７６で例えば、致死的な電力が使用されているエリア へ無許可の進入があった場合には、ブロック１７８で示されているようにパス障 害状況となる。ブロック１７８で示されるように、設備のユーザーはロックアウ ト又は特定のパスが選択されないようにすることができる。もし障害状況がある と決定された場合には、パスリクエストは拒否され、処理は上述のように停止／ リセットルーチンへ進む。障害がなかったときには、処理ブロック１８４で示さ れているようにパスが選択される。選択は例えば、適切な電気信号を各双極子ス イッチに送ることによ り行われる。パス選択情報はシステムのモニタリング用としてブロック１７３で 示されている状態バッファにも送られ、治療中における他のパスリクエストを阻 止する。 上述のSCR電流電圧センサは各SCRの状態をモニタする。センサからの情報は処 理ブロック１８６で表現され、スイッチ状態バッファ１８８に進み、電流Ｉ及び 電圧Ｖの両方の情報を示す。双極子スイッチの各SCRの電流及び電圧状態は、処 理ブロック１７３でロジックとしてのＡＮＤがとられて、どのスイッチがアクテ ィブなのかが決定される。処理ブロック２７３からの情報はどのSCRスイッチが アクティブなのかを示し、正しいパスの決定用として後段に進む。同様に、各SC Rの電流及び電圧状態は、処理ブロック１７１に示されているように、ロジック としてのＯＲがとられてどのSCRが導通しているのかを決定する。この情報は誤 ったパス又は複数のパス状態を決定するために使用される。図７Ｂを参照して、 処理ブロック１７１によって判別された導通状態のSCR配列は処理ブロック１７ ５で所望のパスと比較され、正しいパスのみがアクティブでありその他のパスは アクティブになっていないことが確認される。処理ブロック１７３で示されたア クティブ状態のSCRは処理ブロック１７７で所望のパスと比較され、陽子の流れ が許可される前に必要なマグネ ットのすべてに給電されていることが確認される。後者の操作は、選択確認の方 法として言及される。この選択確認は本実施形態においては、双極子スイッチコ ントローラとの通信を維持したままで実行される。ここで開示されている双極子 スイッチコントロールシステムは、米国特許第５，２６０，５８１号（適宜参照 されたい。）に開示されている選択確認処理の動作と相補的な動作を行うことを 認識されたい。特に、選択及び確認の方法は、陽子の伝送がイネーブルされる前 に所望のビーム配置が満たされるということを保証する。換言すれば、この好適 なスイッチコントロールシステムはスイッチ状態の操作を行って、所望のスイッ チ以外のスイッチがアクティブにならないことを保証する。さらに、ここに開示 された双極子スイッチコントロールシステムは、誤り若しくは多重エラーが発生 したときに双極子マグネット電源のようなビーム伝送部品が給電することをディ スエーブルする。従って、この好適な実施形態は選択確認処理と相俟って所望の パスが選択されしかも所望のパスのみが選択されることを保証するように動作す る。 処理ブロック１７５及び１７４からの情報は、それぞれ判別ブロック１８３及 び１８１を通る。判別ブロック１８３では、多重パスのチェックが行われる。パ ス障害 が検出されないときは、イネーブル信号は処理ブロック１８５に進む。同様に、 判別ブロック１８１では正しいパスのチェックが行われ、対応するイネーブル信 号は処理ブロック１８５に送られる。処理ブロック１８５は、AND論理で構成さ れ、正しいパスが選択され且つ多重パスがない場合に、ビームイネーブル信号が アクティブになる。ビームイネーブル信号は判別ブロック１８７に進む。判別ブ ロック１８７は、障害判別処理で構成される。判別ブロック１８７で障害が検出 されなければ、処理ブロック１８９で陽子ビームはイネーブルされる。一方、種 々の障害状態の内のいずれかがある場合、例えば、誤ったパス若しくは複数のパ ス選択、スイッチ温度１９２、マグネット温度１９４、ピット進入１９６，又は インターフェイスエラー１９８がある場合には、処理ブロック１９０に示されて いるように、陽子ビームリクエストは拒否される。 SCRは電流が流れる限りラッチされたオン状態を持続する特性を有するので、D SCは先の選択パスに電流が流れていると判別される限り、パス選択を許可しない 。好ましくは、判別のしきい値よりも低い残留電流を零に落とすことができるよ うに、タイムディレイ回路を設ける。ディレイタイムは、典型的には約８秒であ る。すべての電 流及び電圧センサがオフとなり、電源からのすべての出力信号がオフになるまで は開始しない。 各ビームパス及び治療エリアには１又は２以上の非常シャットダウン”マッシ ュルーム”スイッチが設けられている。これらのスイッチはいずれも機械的及び 電気的にラッチされる。スイッチの作動により、障害が除去されるまでパスが選 択されないようになっている。シャットダウンが要求されたときにパスがアクテ ィブであるときは、パスの供給をオフラインにするために、電源インターロック 障害が確認される。障害はスイッチが機械的に復帰するまで、若しくはラッチが コンピュータ又はローカルリセットによりクリアされるまでラッチされる。ビー ム伝送システムのある部分のテスト又はメンテナンスを可能にするため、各パス にはマニュアルロックアウトスイッチが設けられている。このスイッチを操作す ることにより、スイッチをノーマルポジションに戻すまでローカルスイッチ及び リモートスイッチの両方を殺すことができる。問題となっているパスだけがディ スエーブルされ、他のパスは使用できる。 高電力装置との偶発的接触を防止するために、双極子スイッチは電源の覆いの 内部に配置され、供給アクセスインターロックシステムから保護される。ピット 安全許 可を転送するとそのピットに関連するガントリーパスは選択されない。障害はリ モートリセット又はローカルリセットにより許可が復帰し且つラッチがクリアさ れるまで、ラッチされる。Ｄ．設備保護の必要条件 双極子スイッチ及び双極子マグネットの主な脅威は、過電流又は冷却不良によ って生じる過度の熱であると考えられる。本実施形態では、双極子スイッチ内に は、スイッチ７２に５つ、スイッチ７４及び７６のそれぞれに３つずつで計１１ 個のSCRがある。各SCRには１又は２以上の温度感知スイッチ、好ましくはクリク ソン（商標）タイプ(Klixon type)の温度感知スイッチが取り付けられている。 それぞれの双極子スイッチ内のクリクソンは好ましくは直列に結線され、SCRが オーバーヒートするとスイッチがオフになるが、他の２つのスイッチはオフにな らない。クリクソンは好ましくはDSCから光学的に隔離されている。任意の双極 子スイッチ温度センサの作動によりすべての双極子スイッチ及び電源がオフにな るが、他のスイッチに接続された部分のパスはそのままであり、オフになったス イッチに関連するパス以外のパスはディスエーブルされない。温度障害は、SCR が冷却されリセット信号によってラッチがクリアされるまで、ラッチされ る。 双極子マグネットの熱損傷を防止するために、ビーム伝送システムの各双極子 マグネットには、１又は２以上のクリクソンスイッチが取り付けられている。マ グネットクリクソンはパス及び双極子スイッチに応じて２通りに分類される。ス イッチ７２上のパス１（ガントリー１）の２つの４５°マグネットのためのクリ クソンは直列に結線され、スイッチ７４上のパス１の２つの４５°マグネットも 同様に結線され、スイッチ７６のマグネットも同様に結線される。温度スイッチ のいずれかが開くと、そのマグネットに関連する電源及び双極子スイッチのみが ディスエーブルされ、他はそのままにされる。従って、そのパス上の他のマグネ ット（もしあれば）は作動し続ける。固定ビーム室用パス（パス４）及び測定室 用パス（パス５）のみが、マグネットクリクソンの作動によって全面的にディス エーブルされる。これらのパスのすべてのマグネットは、スイッチ７２及び電源 ６２によって給電されるからである。クリクソンは好ましくはDSC６０から光学 的に隔離される。双極子マグネット温度センサが作動すると、マグネットに給電 する電源をディスエーブルするように電源インターロック回路が働く。関連する パス内の他のマグネット又は電源は影響を受けない。 障害は、アクセス違反が除去され且つコンピュータ又はローカルリセットによっ てラッチがクリアされるまで、ラッチされる。DSC内には５つまでの流量センサ スイッチの入力に対して供給があり、さらに重複して安全性を確保できる。流量 障害は、影響のあるパスについてはピット安全違反と同様のロジック効果を有す る。Ｅ．信頼性の必要条件 DSC設計のさらに好ましい態様は、フェイルセイフ機能、テスト機能、及び全 状態の報告機能を有している。すべてのDSC入出力回路はフェイルセイフで設計 されている。これは通信線の１カ所の障害であってもDSCによって検出されずに エラー状況が進行することはないということを意味する。有線通信システムにお いてもっとも起こりやすい障害には、通常、コネクタが合わなくなったり、異常 ストレスによる線路破壊や、挿入媒体の切断又は摩耗によるショート、コネクタ ピンの腐食等、物理システム自体の機械的劣化がある。予防的安全ガードは、信 号が欠落すると自動的にエラー状況をDSCに示すように設計された制御及びエラ ー報告信号を有している。図８に示されているように、フェイルセイフ通信リン クの概略的な機能表示は、ゲート動作を有しており、データ信号は相補ロジック によってゲートされる。デジタルデータ信号 ２００は、相補的なユニティゲート２０２及び２０４に並列に供給される。ユニ ティゲート２０２のアウトプット２０１は、インプットデータ２００に等しい。 ユニティゲートコンプリメント２０４は、入力信号２００に対して補集合となる 信号２０３を発生させる。信号２０１及び２０３は排他的論理和ゲートのような ロジックゲート２１０に供給される。ロジックゲート２１０はリンク状態信号２ ０５を発生させる。リンク状態２０５がハイであれば、リンクは使用できるよう になり、リンク状態２０５がローであれば、リンクは障害を有する。上述のコン プリメンタリ冗長ロジックは、温度スイッチ、電流及び電圧センサのような単一 通信リンク等、種々のミス感知信号配置に適用することができ、これにより通信 を冗長にさせることができる。この手法は、パス選択、マルチパス若しくは誤っ たパスの検出、オーバーヒートの検出、及び通信検出のような自己診断装置にお いて作動する他の相補的信号を発生させるために使用することもできる。図８に 示されているようなコンプリメンタリ冗長ロジックの実行及び使用により、潜在 的な単一通信ミスを回避できる。それらは、また種々の機能レベルで冗長な自己 診断機能をもたらし、コスト的に有利な方法でシステムの信頼性を向上する。 上述のコンプリメンタリ冗長機能特性は、好適にはフォルトクリティカルセン サリンクの信頼性を高めるために適用することができる。例えば、電気及び熱セ ンサリンクのような障害クリティカル信号にデュアルオプティカルアイソレータ を採用する。図９に示されているように、センサ等により発生したデータ信号２ ２１は、識別信号２２３及びコンプリメント信号２２５を発生させる素子２２０ 及び２２２に送られる。信号２２３及びそのコンプリメント２２５はデータリン ク２２４に送られる。インプット信号２２３及び２３５は好ましくはデータリン クの出力が反対の極性となるようにしてデータリンク２２４に別々に接続される 。このため、１の出力がハイ状態であれば、他の出力はロー状態になり、すべて の入力の組み合わせに対して相補的な信号を発生する。データリンク２２４から 出たコンプリメンタリ信号２２７及び２２９はロジックゲート２２８に供給され る。ロジックゲート２２８の出力信号２３５はリンク状態信号として働く。デー タ信号２３３及びコンプリメント２３１は、さらなる信頼性及び状態モニタリン グのために真値及び補値の形態で実行される他のDSCオペレーションへ進む。 DSCアドレスラインのように”障害”状態（後述する）がない信号に特別なエ ラー検出回路が使用される。この 回路構成は、部分的または全面的な通信障害を検知及び報告することができる。 さらに、ドモルガン等価パラレル回路がサーマルパスに使用される。これがなけ れば電気部品の１点障害が潜在的な致命的な状態を隠すことを妨げるシステムの 冗長さが存在しなくなる。 DSCのすべての入力回路は、コンピュータ制御のもとに自己診断するためにオ ープンされる通常のクローズドリレーコンタクトを少なくとも１つ備えている。 自己診断ができることは、デバッグ処理において非常に価値があり、電源投入ル ーチン及び日常又は使用前テストプログラムに組み込まれたときには、セーフテ ィクリティカルボードの信頼性を確立する点において重要な長所となる。この目 的のために、好ましくは、将来の拡張のために用意される追加リレーと共に、３ ０個の４重極ダブルスローリレーが使用される。DSCボードに対するすべての入 力は状態ビットとしてホストコンピュータに利用できる。本実施形態においては 、全部で１４０ビットの状態情報が利用できる。これらのビットの内の８ビット は主要な障害を示し、連続的に利用できる。２次的な状態を示す残りの１３２ビ ットは、ホストの制御下で８ビットごとに１バイトとして多重化される。将来の 拡張のために別の数ビットが用意されている。すべてのエラー情報はDS Cでラッチされ、オペレータ又は中央コンピュータの障害分析プログラムによる チェックのためにホールドされる。状態の部分集合は発光ダイオード(LED)によ ってDSCのフロントパネル上に表示される。 本発明は、その思想及び本質的特徴から離れない他の形態で実施することもで きる。上述の実施形態はすべての点において単に説明したものであり、本発明を 制限するものではないと理解されたい。従って、本発明の思想は、上述の説明に よってではなく、添付の請求の範囲によって示されるものである。請求の範囲と 等価な意味及び範囲内においてなされるあらゆる変更は、本発明の思想に包含さ れるべきものである。

【手続補正書】 【提出日】１９９８年１月６日 【補正内容】 請求の範囲 １． 放射線源と、複数の放射線治療室と、前記放射線源を前記複数の放射線治 療室に接続する複数のパスとを備えている放射線ビーム治療システムのための放 射線ビームセキュリティを提供する装置であって、 第１の状態及び第２の状態を有する複数のスイッチと、 該複数のスイッチの状態を示す信号を出力する複数のセンサと、 該複数のセンサからの信号を受信すると共に、所望のビームパスを示す信号を 受信するスイッチコントローラとを備えており、 前記複数のスイッチは１又は２以上のスイッチからなる複数セットに分かれて おり、各スイッチセットは、１又は２以上のスイッチのうちのそれぞれが第１の 状態にあるときには、前記放射線を前記複数のパスのうちの１つに向け、 前記スイッチコントローラは、(i)所望のパスに対応する複数のスイッチから なる一組が第１の状態にあることを前記複数のセンサが示し、且つ、(ii)所望の パスに対応するスイッチセット以外のスイッチセットに含まれる複数のスイッチ が第２の状態にあることを前記複数のセンサが示したときに、放射線ビームを所 望のビームパスに沿わせて、前記放射線ビームを前記放射線治療室に伝送するよ うにされており、 前記スイッチコントローラは、所望のパスに沿ってビームが伝送されている間 、前記複数のセンサからの信号をモニタし、前記スイッチコントローラは、所望 のビームパスに対応するスイッチセット以外のスイッチセットに含まれる１又は ２以上のスイッチが第１の状態にあることを、前記複数のセンサが示すときには 、ビームの伝送を停止するようにされていることを特徴とする装置。 ２． 前記スイッチコントローラは、所望のビームパスに対応するスイッチセッ トに含まれる１又は２以上のスイッチが第２の状態にあることを前記複数のセン サが示すときには、ビームの伝送を停止するようにされていることを特徴とする 請求項１に記載の装置。 ３． 前記放射線ビームは陽子放射線ビームで構成され、前記複数のスイッチは 第 １の位置と第２の位置とを有するスイッチイングマグネットからなり、スイッチ ングマグネットは第１の位置にあるときには前記複数のパスの内の１つに沿うよ うに陽子ビームを送ることを特徴とする請求項１に記載の装置。 ４． 前記装置は、更に複数のマグネットに対応する複数の双極子スイッチを備 えており、該複数の双極子スイッチのそれぞれは、第１の位置と第２の位置を有 しており、スイッチングマグネットに給電してスイッチングマグネットの第１の 位置と第２の位置とを変えることを特徴とする請求項１に記載の装置。 ５． 複数のセンサが前記複数の双極子スイッチの状態を検出することを特徴と する請求項４に記載の装置。 ６． 前記複数の双極子スイッチはSCRスイッチからなることを特徴とする請求 項５に記載の装置。 ７． 前記装置は、更に治療室からのビームリクエスト信号を受信し且つ所望の ビームパスを示すスイッチコントローラへ信号を出力する中央コンピュータを備 えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。 ８． 前記中央コンピュータは、所望のビームパスを示すスイッチコントローラ へ信号を出力する前に、ビームリクエスト信号がエラー状態であるか否かを判別 することを特徴とする請求項７に記載の装置。 ９． 前記中央コンピュータは、同時に２以上のビーム治療室に放射線ビームを 向けるようになっている場合には、ビームリクエスト信号がエラー状態であると 判別し、ビームリクエスト信号がエラー状態である場合には、前記中央コンピュ ータは、所望のパスを示すスイッチコントローラへ信号を送信しないことを特徴 とする請求項７に記載の装置。 １０． 前記複数のセンサのうちの１又は２以上のセンサは、オーバーヒート状 態を判別するため、スイッチヤード及びビーム伝送システム内の電気負荷に耐え る部分の温度も検出し、前記中央コンピュータは、電気負荷に耐える部分の温度 を検出するための前記センサから信号を受信し、オーバーヒート状態にある場合 には、前記中央コンピュータがビームの伝送を拒否することを特徴とする請求項 ７に記載の装置。 １１． 前記複数のセンサのうちの１又は２以上のセンサは、前記スイッチヤー ド及びビーム伝送システム内の電気負荷に耐える部分に人間が接触している可能 性をも検出し、前記中央コンピュータは、人間が接触している可能性を検出する 前記センサからの信号を受信し、人間が接触している場合には、前記中央コンピ ュータがビームの伝送を拒否することを特徴とする請求項１０に記載の装置。 １２． 放射線源と、複数の放射線ビーム治療室と、選択されたビームパスを介 して放射線ビーム治療室の内の選択された１つに放射線を向けるための複数のビ ームパスからなる多重化されたスイッチヤード及びビーム伝送システムとを備え ている放射線ビーム治療システムにおいて、 （ａ）選択された治療室からビームリクエスト信号を受信するステップと； （ｂ）選択された治療室へのビームパスであって放射線ビーム用に選択されたビ ームパスを示すビームリクエスト信号からビームパス構成信号を導き出すステッ プと； （ｃ）該選択されたビームパス構成信号に従ってスイッチヤード及びビーム伝送 システムの構成を選択するステップと； （ｄ）スイッチヤード及びビーム伝送システムの構成を検出して、(i)スイッチ ヤード及びビーム伝送システムの構成が、前記選択されたビームパスを介して、 放射線ビームを前記選択された治療室に送る構成であること、及び(ii)スイッチ ヤード及びビーム伝送システムの構成が、複数のビームパスのうちの選択されて いないビームパスを介してビームが伝送されることがないような構成であること を確認するステップと； （ｅ）ステップ（ｄ）に応じて放射線ビームを前記選択された治療室に送るステ ッ プと； （ｆ）放射線が、前記選択された治療室に伝送されている間、前記スイッチヤー ド及びビーム伝送システムの構成を検出するステップと； （ｇ）(i)前記スイッチヤード及びビーム伝送システムの構成が、前記複数のビ ームパスのうちの選択されていないビームパスを介して放射線ビームを伝送する ような構成であること、又は(ii)前記スイッチヤード及びビーム伝送システムの 構成が、前記選択された治療室にビームを伝送しない構成となっていることのい ずれかを検出したときには、前記選択された治療室へのビームの伝送を中断する ステップとを備えていることを特徴とする放射線ビームセキュリティ方法。 １３． 前記ステップ（ｄ）が、 前記検出ステップからスイッチヤード及びビーム伝送システム構成信号を引き 出すステップと； スイッチヤード及びビーム伝送システム構成信号と前記ビームパス構成信号と を比較するステップと； スイッチヤード及びビーム伝送システム構成信号中に、ビームパス構成信号の 全てのエレメントが含まれていることを確認するステップと、 前記選択されたビームパス構成信号中に、スイッチヤード及びビーム伝送シス テム構成信号の全てのエレメントが含まれていることを確認するステップとを備 えていることを特徴とする請求項１２に記載の方法。 １４． ステップ（ｄ）の確認が行われていない場合には、ビームの伝送を拒否 するステップを更に備えていることを特徴とする請求項１３に記載の方法。 １５． スイッチヤード及びビーム伝送システム内の電気負荷に耐える部分の温 度を検出して、オーバーヒート状態を判別し、 オーバーヒート状態である場合にはビームの伝送を拒否するステップを更に備 えていうことを特徴とする請求項１２に記載の方法。 １６． スイッチヤード及びビーム伝送システム内の電気負荷に耐える部分に人 間か接触している可能性を検出し、 人間が接触している場合には、ビームの伝送を拒否することを特徴とする請求 項１２に記載の方法。 １７． 検出された情報を相補型ロジックの冗長通信パスで伝送し、 前記相補型ロジック冗長通信パスを比較して通信リンク障害を判別し、 通信リンク障害がある場合には、ビームの伝送を拒否するステップを更に備え ていることを特徴とする請求項１２に記載の方法。 １８． 選択されたビームパスの構成を、相補型ロジック冗長通信パスによって 伝送し、 スイッチヤード及びビーム伝送システムの構成を、相補型ロジック冗長通信パ スによって伝送し、 それぞれの相補型ロジック冗長通信パスを比較して、通信リンク障害を判別し 、 通信リンク障害がある場合には、ビームの伝送を拒否するステップを更に備え ていることを特徴とする請求項１７に記載の方法。 １９． 前記相補型ロジック冗長通信パスの各々において、スイッチヤード及び ビーム伝送システム構成信号と選択されたパスの構成信号とを比較してビームパ スエラーを判別し、 ビームパスエラーがある場合には、ビームの伝送を拒否することを特徴とする 請求項１８に記載の方法。 ２０． スイッチヤード及びビーム伝送システムの構成を選択するステップは、 治療ビームを複数のパスに沿わせるためのスイッチ群のうち選択された一組を、 前記ビームリクエスト信号に対応して第１の状態にするステップを備えており、 これにより、前記治療ビームが、複数のパスのうちの選択されたパスを通って選 択されたビーム治療室へ向けられることを特徴とする請求項１２に記載の方法。 ２１． スイッチヤード及びビーム伝送システムの構成を検出するステップは、 複数のスイッチ群のうち選択された一組が第１の状態にあることを確認するス テップと、 選択された一組に属するスイッチ以外のスイッチが、前記複数のパスの１つに ビームを向けるものでないことを確認するステップとを備えていることを特徴と する請求項２０に記載の方法。 ２２． 選択された一組に属するスイッチ以外のスイッチの状態を検出する前記 ステップは、選択された一組に属するスイッチ以外のスイッチが第１の状態にあ るかどうかを検出するものであり、 前記中断ステップは、選択された一組に属するスイッチ以外のスイッチの１又 は２以上が第１の状態にあることが検出されると、ビームの伝送を中断するもの であることを特徴とする請求項２１に記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レシーナ デイヴィッド エー. アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92373 レッドランド ミルズ アベニュ ー 1310 (72)発明者 スラター ジョン ダヴリュー. アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92373 レッドランド エス．グローブ アベニュー 945

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 放射線源と、複数の放射線ビーム治療室と、放射線ビーム治療室の選択さ れた１つに放射線を向けるための多重化されたスイッチヤード及びビーム伝送シ ステムとを備えている放射線ビーム治療システムにおいて、 （ａ）選択された治療室からビームリクエスト信号を受信するステップと； （ｂ）該ビームリクエスト信号からビームパス構成信号を引き出すステップと； （ｃ）該選択されたビームパス構成信号に従ってスイッチヤード及びビーム伝送 システムの構成を選択するステップと； （ｄ）スイッチヤード及びビーム伝送システムの構成を検出して、スイッチヤー ド及びビーム伝送システムの構成が放射線ビームを前記選択された治療室のみに 伝送されるようになっていることを確認するステップと； （ｅ）ステップ（ｄ）に応じて放射線を前記選択された治療室に送るステップと を備えていることを特徴とする放射線ビームセキュリティ方法。 ２． 前記ステップ（ｄ）が、 （ｆ）前記検出ステップからスイッチヤード及びビーム 伝送システム構成信号を引き出すステップと； （ｇ）スイッチヤード及びビーム伝送システム構成信号と前記ビームパス構成信 号とを比較するステップと； （ｈ）スイッチヤード及びビーム伝送システム構成信号中に選択されたビームパ ス構成信号の各エレメントが含まれていることを確認するステップと、 （ｉ）前記選択されたビームパス構成信号中にスイッチヤード及びビーム伝送シ ステム構成信号の各エレメントが含まれていることを確認するステップとを備え ていることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３． ステップ（ｄ）の確認がない場合にはビームの伝送を拒否するステップを 更に備えていることを特徴とする請求項２記載の方法。 ４． 前記スイッチヤード及びビーム伝送システム内の電気負荷に耐える部分の 温度を検出してオーバーヒート状態を判別するステップを更に備えていることを 特徴とする請求項３記載の方法。 ５． 前記ビーム伝送システム及びスイッチヤード内の電気負荷に耐える部分に 人間が接触している可能性を検 出するステップと； 人間が接触している可能性がある場合にはビームの伝送を拒否するステップと をさらに備えていることを特徴とする請求項４記載の方法。 ６． 冗長通信パスによって検出された情報を伝送するステップを更に備えてい ることを特徴とする請求項５記載の方法。 ７． 前記冗長通信パスは相補的ロジックであることを特徴とする請求項６記載 の方法。 ８． 前記相補的ロジック冗長通信パスを比較して通信リンク障害を判別するス テップと： 通信リンク障害がある場合にはビームの伝送を拒否するステップとを更に備え ていることを特徴とする請求項７記載の方法。 ９． 前記選択されたビームパス構成信号を相補的ロジック冗長通信パスによっ て伝送するステップと； 前記スイッチヤード及びビーム伝送システム構成信号を相補的ロジック冗長通 信パスによって伝送するステッ プと； それぞれの相補的ロジック冗長通信パスを比較して通信リンク障害を判別する ステップと； 通信リンク障害がある場合にビームの伝送を拒否するステップとを更に備えて いることを特徴とする請求項２記載の方法。 １０． 前記相補的ロジック冗長通信パスのそれぞれにおいて、前記スイッチヤ ード及びビーム伝送システム構成信号と前記選択されたビームパス構成信号とを 比較してビームパスエラーを判別するステップと； ビームパスエラーがある場合にはビームの伝送を拒否するステップとを更に備 えていることを特徴とする請求項９記載の方法。 １１． 放射線源と、複数の放射線ビーム治療室と、放射線ビーム治療室の選択 された１つに放射線を向けるための多重化されたスイッチヤード及びビーム伝送 システムとを備えている放射線ビーム治療システムにおいて、 （ａ）選択された治療室からビームリクエスト信号を受信する手段と； （ｂ）該ビームリクエスト信号からビームパス構成信号 を引き出す手段と； （ｃ）該選択されたビームパス構成信号に従ってスイッチヤード及びビーム伝送 システム構成を選択する手段と； （ｄ）スイッチヤード及びビーム伝送システムの構成を検出して、スイッチヤー ド及びビーム伝送システムの構成が放射線ビームを前記選択された治療室のみに 伝送するようになっていることを確認する手段と； （ｅ）放射線を前記選択された治療室に送る手段とを備えていることを特徴とす る放射線ビームセキュリティのための装置。 １２． 放射線源と、複数の放射線ビーム治療室と、放射線ビーム治療室の選択 された１つに放射線を向けるための多重化されたスイッチヤード及びビーム伝送 システムとを備えている放射線ビーム治療システムにおいて、 前記多重化されたスイッチヤード及びビーム伝送システムのエレメントからな る複数のグループを備えており、各グループは他のグループとは異なる共通の機 能特性を有しており、 共通の機能特性を有する前記グループのそれぞれを制御するための専用のコン トローラを備えていることを特徴とする多重化されたスイッチヤード及びビーム 伝送シ ステムを制御するための装置。 １３． 前記グループの少なくとも１つはスイッチヤード双極子マグネットアレ イを備えており、該スイッチヤード双極子マグネットアレイは、前記放射線ビー ム処置室に対応する複数の放射線ビームパスの内の選択された１つに、陽子放射 線ビームを向ける専用コントローラによって、制御されることを特徴とする請求 項１２記載の装置。 １４． 前記グループの少なくとも１つは一組の双極子マグネットを備えており 、該双極子マグネットは、前記複数の放射線ビームパスのそれぞれに分配されて おり、前記複数の放射線ビームパスの内の選択された１つに陽子放射線ビームを 向ける専用コントローラによって制御されることを特徴とする請求項１３記載の 装置。