JP2002119603A - 放射線源から治療エリアへ放射線を供給する方法 - Google Patents

放射線源から治療エリアへ放射線を供給する方法

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JP2002119603A JP2001248192A JP2001248192A JP2002119603A JP 2002119603 A JP2002119603 A JP 2002119603A JP 2001248192 A JP2001248192 A JP 2001248192A JP 2001248192 A JP2001248192 A JP 2001248192A JP 2002119603 A JP2002119603 A JP 2002119603A
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leaf
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leaves
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Ramon Alfredo Carvalho Siochi
アルフレッド カーヴァルホ シオチ レイモン
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Siemens Medical Systems Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い局部分解能で強度変調を達成し、放射線
治療中にクリティカルな境界部で発生する階段状ステッ
プ効果を低減する。 【解決手段】 マルチリーフコリメータを放射線源と治
療エリアとの間で位置決めして放射線の一部をブロック
し、その際にリーフを長手方向で第１の軸線に沿って延
在させて第１の治療フィールドが定められるように位置
決めし、放射線を第１の治療フィールドへ供給し、コリ
メータを中心軸線を中心として回転させ、リーフを第２
の治療フィールドが定められるように位置決めし、放射
線を第２の治療フィールドへ供給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マルチリーフコリ
メータを使用して放射線源から治療エリアへ放射線を供
給する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】放射線放射装置は一般に周知であり、例
えば患者を治療するための放射線診療装置として使用さ
れている。放射線治療装置は通常、治療処置中に水平方
向の回転軸線を中心として回転可能なガントリを有して
いる。このガントリにはリニアアクセラレータが配置さ
れており、治療用の高エネルギ放射ビームを形成する。
この高エネルギの放射ビームは例えば電子放射線であっ
てもよいし、またフォトンビーム（Ｘ線ビーム）であっ
てもよい。治療中は放射ビームはガントリの回転のアイ
ソセンタに横たわっている患者の領域に配向される。
【０００３】患者へ向かって照射される放射線を制御す
るためにプレート装置またはコリメータなどのビームシ
ールド装置が設けられており、この装置は典型的には放
射線源と患者との間の放射ビームのトラジェクトリ内に
設けられている。プレート装置の例としては４つのプレ
ートのセットがあり、これらのプレートは放射ビームに
対するアパーチャを定めるために使用される。コリメー
タはマルチリーフ（例えば比較的薄いプレートまたはロ
ッド）を含むビームシールド装置であり、典型的には対
向するリーフ対として配置されている。プレートは比較
的不透明な放射線を通さない材料から形成されており、
一般には相互に独立に位置決めして放射ビームの範囲を
定めることができる。
【０００４】ビームシールド装置は患者のゾーン上にフ
ィールドを定め、予め定められた放射線量が供給される
ようにする。通常の治療フィールドの形状は健常組織部
分を含む３次元の治療容積となり、このため腫瘍組織へ
与えられる線量が制限される。腫瘍組織へ送出される線
量は、照射を受ける健常組織の量を低下させるか健常組
織への線量を低下させれば増大する。放射線の腫瘍組織
周囲ないし腫瘍組織上方の健康な器官への送出を回避す
ることにより、腫瘍組織へ送出される線量が定められ
る。
【０００５】放射線治療装置による放射線の送出量は典
型的には腫瘍遺伝子学者によって予め指定されている。
その処方により、個々の容積とその容積に対して許容さ
れる放射レベルとが定められている。しかし放射線装置
を実際に操作するのは通常は専門医である。放射線放射
装置は腫瘍遺伝子学者によって予め指定された特殊な治
療を行うためにプログラミングされている。装置を治療
のためにプログラミングする際に、専門医は実際の放射
出力を考慮に入れて、プレート装置のアパーチャを基礎
として処方された放射線治療が標的の所望の深さで達成
されるように発生される線量を調整しなければならな
い。
【０００６】放射線治療専門医は最良のフィールド数お
よび強度レベルを求めて線量容積ヒストグラムを最適化
できるように努めており、これにより特定の容積へ送出
される放射線の累積レベルが規定される。典型的な最適
化エンジンによれば、線量容積ヒストグラムは腫瘍遺伝
子学者の処方を考慮して、または送出すべき線量の３次
元スペシフィケーションを考慮して最適化される。この
ような最適化エンジンでは、３次元容積は複数のセルに
分解され、各セルについて施すべき個々の放射レベルが
定められる。最適化エンジンの出力は強度マップであ
り、これはマップ内の各セルでの強度を変更することに
より求められる。強度マップはフィールド数を指定して
おり、このフィールド数が各セルで最適化な強度レベル
を定める。フィールドを静的または動的に変更して、フ
ィールドの種々のポイントで異なる累積線量を受けるよ
うにすることができる。放射線がこの強度マップに相応
に発生される場合、各セルでの累積線量または線量様式
ヒストグラムは可能な限り処方に近似する。
【０００７】治療容積を形成する手法はより詳細には腫
瘍組織の形状を鉛合金ブロックによって定め、ソリッド
ジョーブロックを治療中に運動させ、放射ビームにより
治療容積上方を走査させ、マルチリーフコリメータを用
いて不規則な形状のフィールドを腫瘍組織の形状に概略
的に相応させる手段に関する。マルチリーフコリメータ
は横方向に並べられて長く延びた放射線ブロックコリメ
ータリーフの２つの対向アレイを含む。各リーフは長手
方向でビームの中心軸線に向かって運動可能、または中
心軸線から離れる方向で運動可能であり、これにより放
射ビームが通過することによって所望の形状が定められ
る。マルチリーフコリメータは多くのコンフォーマルア
ーク治療の分野で、ブロックを形成するのに必要なコス
トおよび時間を低減するために、ますます鉛合金ブロッ
クに置き換えられるようになってきている。ただし、コ
ンフォーマル形状がマルチリーフコリメータを使用して
も適切に達成されないため、いまだにブロックの使用を
要求する治療ケースが存在する。これはリーフ面エッジ
に対して垂直でないフィールドエッジに沿って発生する
“階段状ステップ”効果に起因するものである。照射容
積の境界部で波打った線量パターンが発生すると、リー
フがステッピングして不規則な形状を形成してしまう。
このような分布は重要な構造部に隣接するフィールドエ
ッジや隣接する所期の付加的なフィールドでは許容され
ない。
【０００８】このような“階段状ステップ”効果を低減
する１つの手法として治療線量を複数の強度フィールド
へ分割し、各強度フィールドを発生する間に患者を支持
している台をずらすことが挙げられる。ただし台を動か
すと所期のアイソセンタまでも動いてしまうことから、
これは望ましくないことが多い。
【０００９】可能な別の解決手法としてより薄いリーフ
を備えたコリメータを提供することが挙げられる。ただ
し付加的なリーフを要求するハードウェアは高価でしか
もシステムの重量を増大させ、治療ヘッドと患者との間
のクリアランスをも低下させる。またシステムの信頼性
ないし寿命も低下しかねない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題はしたが
って、高い局部分解能で強度変調を達成し、放射線治療
中にクリティカルな境界部で発生する階段状ステップ効
果を低減することである。またその際に現行のマルチリ
ーフコリメータのリーフ幅を変更や放射線治療中に患者
を移動させずに済むようにする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この課題は、マルチリー
フコリメータを放射線源と治療エリアとの間で位置決め
して放射線の一部をブロックし、その際にマルチリーフ
コリメータのリーフを長手方向で第１の軸線に沿って延
在させて第１の治療フィールドが定められるように位置
決めし、放射線を第１の治療フィールドへ供給し、マル
チリーフコリメータを少なくとも一部のリーフを含む平
面に対してほぼ垂直に延在する中心軸線を中心として回
転させ、リーフを第２の治療フィールドが定められるよ
うに位置決めし、放射線を第２の治療フィールドへ供給
する方法により解決される。
【００１２】
【発明の実施の形態】１つの実施形態では、リーフが長
手方向で第１の軸線に対してほぼ垂直な第２の軸線に沿
って延在するまでコリメータを回転する。リーフを長手
方向で運動させて付加的な治療フィールドを形成するこ
とができる。処方された放射線量は有利には種々の治療
フィールドの間で均等に分配される。
【００１３】本発明の方法によれば、さらに治療エリア
を複数のセルに分割し、各セルが定められた治療強度レ
ベルを有するようにする。セルはグループ化されて複数
のマトリクスを形成し、各マトリクスはコリメータリー
フ幅にほぼ等しい寸法を少なくとも１ヶ所有する。各マ
トリクスはオフセット０゜のコリメータとオフセット９
０゜のコリメータによる放射線送出のための直交マトリ
クスへ分解される。
【００１４】以上従来技術の欠点と本発明の利点とを簡
単に説明した。他の特徴、利点、本発明の実施例は本発
明の説明、図、および特許請求の範囲から当業者に明ら
かとなるであろう。
【００１５】
【実施例】図１〜図１６を通して同じ参照番号は同じ素
子ないし部材を示している。
【００１６】以下の説明は当業者が本発明を理解し使用
することができるように特許出願明細書およびその要件
のコンテクストにおいて示すものである。個々の実施例
に対する種々の修正は当業者にとって明らかであり、本
発明における基本的な概念を他の実施例に適用すること
もできる。したがって本発明はここで示した実施例には
限定されず、明細書内で説明した広義の範囲内で理解さ
れたい。
【００１７】図１によれば、本発明の放射線治療装置が
概略的に参照番号２０で示されている。放射線治療装置
２０は（図示しない）ビームシールド装置を治療ヘッド
２４内に有しており、制御ユニットをハウジング２６内
に有しており、このハウジングは概略的に参照番号３０
で示された治療プロセスユニットに接続されている。放
射線治療装置はさらにガントリ３６を有しており、この
ガントリは治療中、軸線Ａを中心として回転ないし旋回
可能である。治療ヘッド２４はともに運動可能なように
ガントリ３６に固定されており、リニアアクセラレータ
はガントリ内部に配置され、治療に使用される高エネル
ギの放射を形成する。リニアアクセラレータから放射さ
れる放射線はほぼ軸線Ｒに沿って延在する。電子、光
子、または他の検出可能な放射線が治療に利用される。
治療中、放射ビームは対象Ｐ（例えば治療を受けるべき
患者）のゾーンＺ上にフォーカシングされる。治療すべ
きゾーンはガントリ３６の回転軸線Ａ、治療台３８の回
転軸線Ｔ、および放射ビーム軸線Ｒの交点によって定め
られるアイソセンタの個所に位置する。回転可能なガン
トリ３６により異なるビーム角度ないし異なる放射分布
が得られ、その際にも患者を動かさなくてよい。
【００１８】治療プロセスユニット３０は放射線治療装
置２０への情報入力、例えば放射強度および治療位置な
どの入力や、治療のモニタリングデータの出力に使用さ
れる。プロセスユニット３０はヴィジュアルディスプレ
イモニタ４０などの出力装置およびキーボード４２など
の入力装置を含む。治療プロセスユニット３０は典型的
には専門医によって操作され、これら専門医が腫瘍遺伝
子学者によって処方された実際の放射線治療を管理す
る。専門医はキーボード４２を用いて患者に与えるべき
放射線量を定めるデータをプロセスユニット３０へ入力
する。データは他の入力装置、例えばデータ記憶装置な
どを介して入力してもよい。種々のタイプのデータを治
療前または治療中にディスプレイモニタ４０のスクリー
ンに表示することができる。
【００１９】図２には放射線治療装置２０のブロック図
が示されており、治療プロセスユニット３０の一部がよ
り詳細に示されている。電子ビーム５０が電子アクセラ
レータ内で形成されることが概略的に参照番号５２で示
されている。電子アクセラレータ５２は電子銃５４、導
波体５６、真空エンベロープまたはガイドマグネット５
８を有している。トリガ装置６０はインジェクタトリガ
信号を形成し、この信号をインジェクタ６２へ供給す
る。インジェクタトリガ信号に基づいてインジェクタ６
２はインジェクタパルスを形成し、これをアクセラレー
タ５２内の電子銃５４へ供給して電子ビーム５０を形成
する。電子ビーム５０は加速され、導波体５６によって
案内される。このために（図示されない）高周波源が設
けられており、この高周波源により電磁場を導波体５６
に印加するための無線周波数信号が形成される。インジ
ェクタ６２によって射出され電子銃５４から放出された
電子は導波体５６内の電磁場によって加速され、電子銃
５４の対向側の端部から出射されて電子ビーム５０を形
成する。電子ビーム５０はその後ガイドマグネット５８
に入射し、そこからウィンドウ６４を通って軸線Ｒに沿
って案内される。電子モードで散乱フォイル６６（光子
モードではターゲット）を通過した後、ビーム５０はシ
ールドブロック７０の通過路６８を通過し、電子モード
の第２の散乱フォイル７２に達する（光子モードでは散
乱フィルタに達する）。ビームは次に線量検出のための
測定チャンバ７４を通過する。
【００２０】概略的に参照番号８０で示されたビームシ
ールド装置はビーム５０の経路内に設けられており、治
療フィールド８１を定める（図２、図３を参照）。ビー
ムシールド装置８０は複数の対向プレートまたは対向リ
ーフ８２ａ−ｉ、８４ａ−ｉを有しているが、図２では
簡単化のためにそのうち２つしか示していない。図３に
はマルチリーフコリメータのリーフ８２ａ−ｉ、８４ａ
−ｉが放射線源と患者との間に取り付けられ、位置決め
されて電子ビーム５０の範囲を規定し治療フィールドを
定めることが示されている（リーフはリーフ対８２ａ、
８４ａ；８２ｂ、８４ｂ；．．．；８２ｉ、８４ｉを形
成している）。リーフ８２ａ−ｉ、８４ａ−ｉは典型的
には１ｃｍ幅を有し、放射線に対してほぼ不透過性であ
るので、健常組織を放射線から保護することができる。
【００２１】リーフ８２ａ−ｉ、８４ａ−ｉは軸線Ｒに
対してほぼ垂直な方向へ駆動ユニット８６（図２におい
てプレート８２ａに対してのみ示されている）を介して
運動可能であり、照射野のサイズを変更することができ
る。治療フィールド上の放射線分布は必ずしも均一でな
くてよい（すなわち１つの領域が他の領域よりも高く照
射されることもある）。駆動ユニット８６はプレート８
２ａに接続された電気モータを有しており、このモータ
はモータコントローラ９０によって制御される。位置セ
ンサ９２、９４がそれぞれプレート８２ａ、８４ａに接
続されており、プレートの位置をセンシングする。駆動
ユニット８６はプレート８２ａを治療フィールドの内部
または外部へ駆動し、これにより所望のフィールド形状
を形成する。
【００２２】モータコントローラ９０は線量制御ユニッ
ト９６に接続されている。このユニットは線量計測コン
トローラを有しており、このコントローラは放射ビーム
の設定値を形成して等線量曲線を得るために中央処理ユ
ニット２８に接続されている（図２を参照）。放射ビー
ムの出力は測定チャンバ７４で測定される。設定値と実
際値との間の差に応じて、線量制御ユニット９６は信号
をトリガ装置６０へ供給し、このトリガ装置は周知の手
段でパルス反復周波数を変更して放射ビーム出力の設定
値と実際値との間の差が最小化されるようにする。患者
によって吸収される線量はコリメータプレート８２ａ、
８４ａの運動に依存する。中央処理ユニット２８はプロ
グラムの実行およびコリメータプレート８２ａ、８４ａ
の開放ないし閉鎖を制御して、所望の強度プロフィルに
相応する放射線を送出する。中央処理ユニット２８は例
えば米国特許第５７２４４０３号明細書に記載された他
の特徴を有していてもよく、そこに示された内容は引用
により本発明に組み込まれる。
【００２３】放射線治療装置は本発明の範囲から離れな
いかぎり、ここで説明し図示しているものと異なってい
てもよいと理解されたい。上述の治療装置２０は後述の
手法に相応する治療を行うために使用される装置の一例
である。
【００２４】以下に説明する本発明の方法は、マルチリ
ーフコリメータを操作して放射ビームの軸線Ｒを中心に
回転させた状態で放射線を治療エリアへ送出する方法に
関している。この軸線はマルチリーフコリメータの少な
くとも一部のリーフを含む平面に対してほぼ垂直に延在
する中心軸線に一致する（図１を参照）。本発明の方法
では第１の放射線治療をコリメータが第１の位置にある
状態で治療エリアへ適用し、その後コリメータを軸線Ｒ
を中心に回転させ、第２の放射線治療を適用する。リー
フの幅によって生じる階段状ステップ効果を低減するた
めに、放射線は２つ以上の個別の治療フィールドに対し
て送出される。すなわち第１の治療フィールドではコリ
メータがオフセット０゜の位置に配向され、第２の治療
フィールドではコリメータが第１の位置に対してほぼオ
フセット９０°の位置に配向される。コリメータのオフ
セット０°の配向は従来のマルチリーフコリメータによ
る放射線送出（すなわち軸線Ｒを中心とした回転を行わ
ない放射線送出）に対して最適なコリメータ方向を選択
するために使用されるプロシージャに相応に選択しても
よい。当業者に周知のBeamshaperなどのソフトウェア製
品を使用して最適なコリメータ配向を決定することもで
きる。後述するように、コリメータは有利には０°位置
に対してほぼ９０°回転されるが、本発明の範囲から外
れないかぎり、２つのコリメータの位置間にスペースを
設けて９０°以外の角度回転を行ってもよいし、またコ
リメータを２つ以上の角度配向で位置決めして放射線を
印加することもできる。
【００２５】後述の第１の方法では、各リーフの先頭エ
ッジが特定の位置で治療エリアの境界部に交差するよう
にリーフを位置決めする。第２の方法では、治療エリア
についての強度マップを定め、この強度マップに基づい
てリーフを位置決めする。後者の第２の方法は治療エリ
アの境界部が急峻な（傾斜の大きい）セクションや短い
セクション、または湾曲部に先鋭的な変化部分を有する
セクションを有する場合に有利である。
【００２６】図４には治療エリアＴと２つの異なる方向
で位置決めされたマルチリーフコリメータのリーフの一
部とが平面図で示されており、治療エリアの境界部が定
められている。リーフ１２０、１２２は長手方向でｙ軸
線に沿ってコリメータのオフセット０°の配向状態で延
在している（図４、図５を参照）。リーフ１２４、１２
６（図４の破線を参照）は長手方向でｘ軸線に沿ってコ
リメータのオフセット９０°の配向状態で延在している
（図４、図６を参照）。図４には標的エリアの境界部で
の分解能は放射を２つの異なるコリメータ方向で印加す
ることにより増大させることができる。リーフは長手方
向で運動し、一方コリメータはその間同じ方向にとどま
るので、分解能が増大する。図７、図８に示されている
ように、リーフ１２０、１２２、１２４、１２６はそれ
ぞれ、コリメータがオフセット０°の配向状態およびオ
フセット９０°の配向状態で位置決めされているときに
治療エリアＴの周囲エッジ（境界部）で交差する。破線
で示されているリーフは長手方向で第１の位置からオフ
セットされ、新たな治療フィールドを形成している。階
段状ステップ効果を低減するのに必要なリーフ位置の数
およびコリメータ方向の数は、どれだけ微細な輪郭が所
望されるか、またはどれだけ“スムーズな”輪郭が所望
されるかに依存している。複数の強度フィールドを使用
することにより放射が種々のコリメータ方向、種々のリ
ーフ長手方向位置で供給され、これにより所望の輪郭が
治療エリアＴの周囲エッジに沿って発生する。
【００２７】異なる治療フィールドに対してリーフ位置
を定める第１の方法では、治療エリアＴの周囲エッジに
対する各リーフの位置が治療を受ける治療フィールドの
数に基づいて定められる。治療フィールドが２ヶ所のみ
であれば、各リーフは各リーフの横方向のエッジ１３０
すなわち端面と治療エリアの境界部とがその中点（例え
ばリーフ幅の１／２の個所）で交差するように位置決め
される（図５、図６を参照）。このようにしてコリメー
タはまずオフセット０°の位置で各リーフが図５に示さ
れた治療エリア境界部の中点で交差するように位置決め
される。リーフが第１の治療フィールドを定めていると
きに放射線量の１／２が供給される。その後コリメータ
は中心軸線Ｒを中心として、リーフが元のリーフ位置に
ほぼ直交する位置へ延在するまで回転される（図６を参
照）。リーフはそれぞれ長手方向でｘ軸線に沿って、各
リーフがリーフエッジ１３０の境界部のほぼ中点で交差
するまで運動される。リーフが第２の治療フィールドを
定めるために位置決めされた状態で放射線量の残りの１
／２が供給される。
【００２８】３つの個別の治療フィールドが使用される
場合、１つのフィールドにはマルチリーフコリメータの
第１の配向状態で放射線が供給され、他の２つのフィー
ルドにはマルチリーフコリメータの第２の配向状態で放
射線が供給される。例えば第１の治療フィールドは図５
に示して上述したように２つの治療フィールドのケース
として放射線が供給される。その後コリメータが第２の
配向状態へ（例えば第１のコリメータ配向状態から９０
°回転された位置へ）回転され、放射線が２つの個別の
治療フィールドへ供給される。このときリーフは図８に
示されているように境界部に沿って２つの異なる点で交
差する。これについては後述する。
【００２９】４つの異なる治療フィールドが使用される
場合には、指定された数のモニタ単位の放射線が等しい
４つの線量へ分割され、全放射線量の１／４ずつがそれ
ぞれの治療フィールドへ供給される。図７、図８には２
つの治療フィールドに対して位置決めされたリーフが示
されており、それぞれコリメータがオフセット０°の位
置にあるときと、コリメータがオフセット９０°の位置
にあるときを示している。放射線はまずリーフ１２０、
１２２が治療エリアの境界部とリーフの横方向エッジ１
３０に沿った経路のほぼ１／３の点で交差する状態で供
給される（図７を参照）。その後リーフ１２０、１２２
は長手方向で（破線で示されているように）各リーフが
リーフの横方向エッジに沿った経路のほぼ２／３の点で
交差する状態で供給される。
【００３０】次式は所定数の治療フィールド数でのコリ
メータの配向に必要なリーフ位置の数を求めるために使
用される。すなわち ｍ＝ｎ／２（偶数個のフィールドに対して） ここでｎは治療フィールド数、ｍはコリメータ配向のた
めのリーフ位置数である。
【００３１】各フィールドへ供給される放射線の規定モ
ニタ単位量は１／ｎである。リーフと各位置の境界部と
の交差はリーフ幅の１／（ｍ＋１）倍のインターバルで
行われる。例えば１ｃｍ幅のリーフが使用され、放射線
が６個の治療フィールドにわたって供給される場合に
は、それぞれのコリメータ配向状態（すなわちオフセッ
ト０°の位置およびオフセット９０°の位置）に対する
リーフ位置の数は ｍ＝６／２＝３ となり、各リーフと境界部との間の交差は １／（３＋１）＝１／４ ×１ｃｍ のインターバルで行われる。このようにして交点はリー
フの横方向エッジ１３０に沿ったリーフ幅全体の１／
４、１／２、３／４（ｃｍ）となる。
【００３２】強度フィールドの数が奇数（すなわちｎ＝
２ｍ＋１）である場合、リーフに沿った点は一方のコリ
メータ位置ではリーフ幅の１／（ｍ＋１）倍のインター
バルで生じ、他方のコリメータ位置ではリーフ幅の１／
（ｍ＋２）倍のインターバルで生じる。オフセット０°
の位置が階段状ステップ効果を最小化するように既に最
適化されたコリメータ角を有する場合、多数のフィール
ドに放射線を供給する場合のコリメータ配向は有利には
オフセット９０°の位置で行われる。オフセット０°の
位置が最適化プロセス中に選択されなかった場合には、
有利には唯一の治療フィールドを用いるケースに最良に
適合するコリメータ配向状態が放射を受ける量の低い配
向状態として選択される。
【００３３】治療エリアＴが凹凸領域を有する場合、各
リーフ独自の交点が治療エリアの境界部に沿って生じる
ようにリーフを位置決めすることが困難である。治療エ
リアＴは図９、図１０の治療エリアの個所に破線で示さ
れているように２つ以上の個別領域へ分割される。治療
エリアの各セクションは独自の交点の集合を有してお
り、各セクションは治療エリアごとに指定された同数の
放射線モニタ単位数を受ける。治療フィールドは治療エ
リアの各セクションごとに個々に前述のように形成され
る。分割線はコリメータの配向状態に基づくので、治療
エリアＴはそれぞれの配向状態ごとに異なって分割され
る。分割ラインを定めるのに使用されるリーフは有利に
はこのラインからわずかにオフセットされ、このライン
に隣接してマージンが残るようにされる。これは分割ラ
インで発生しうるアンダドースを補正するために用いら
れる。図９、図１０に示されているように、分割ライン
はリーフの運動方向に対して垂直に位置決めされてい
る。これによりリーフがエッジに沿って位置決めされ、
ライン効果（すなわち接合部効果）に相応して発生する
分割ラインでのアンダドースが最小化される。これに代
えて分割ラインがリーフの運動方向に対して平行であ
り、かつリーフ側辺に沿って位置決めされる場合には、
アンダドースが発生しうる。リーフを分割ラインに対し
て垂直に運動させることができないため、アンダドース
は補正できない。分割ラインを定めるために使用される
リーフは有利にはこのラインからわずかにオフセットさ
れ、このラインに隣接してマージンが残るようにされ
る。このマージンは分割ラインで発生しうるアンダドー
スを補正するために用いられる。
【００３４】上述の方法は比較的小さな傾斜を有し、方
向変化の推移がスムーズな境界部を有する治療エリアに
対しては良好に機能するが、不規則な境界部を有する治
療エリアに対して有利のはグリッドを治療エリア上方に
配置し、複数の強度セルを治療エリア内に定めて適切な
リーフ位置を求める方法である。図１１に示されている
ようにグリッド９７は治療エリアＴの上方に配置され、
このとき矩形は２つの直交コリメータ方向のそれぞれの
リーフと同列に並ぶように配置される。グリッド９７の
セルは有利にはコリメータリーフの幅の分数（１／ｎ、
ｎは整数）に等しい長さを有する。セルの他の測辺はリ
ーフ幅の１／ｎのｎよりも小さい値または大きい値を有
しており、このことは後述する。例えば１ｃｍリーフ幅
のマルチリーフコリメータを使用する際には治療エリア
は５ｍｍ×５ｍｍのセルまたは２ｍｍ×５ｍｍのセルに
分割される。これとは異なるリーフ幅を有するリーフを
使用する場合には他のグリッド寸法も可能である。
【００３５】治療エリアＴ内部に配置された全てのセル
がそれぞれのコリメータ配向状態で処方の線量の１／２
を受ける。これらのセルは図１１では“１”で示されて
いる。治療エリアＴの完全な外部に配置されたセルは放
射線を受けない。これらのセルは図１１では“０”で示
されている。治療エリアＴの境界部のセルは完全な放射
またはゼロ放射のいずれかを受けるが、これはそのセル
がどの程度治療エリア内に入っているかに依存する。１
つのセルの５０％以上の部分が治療エリア内に位置する
場合にはそのセルは完全な放射を受け、それ以下の部分
しか治療エリア内にない場合にはそのセルは放射を受け
ない。
【００３６】図１２には１ｃｍ×１ｃｍの複数のマクロ
セル１００（実線で示されたセル）が４つの５ｍｍ×５
ｍｍのマイクロセル１０２（破線で示されたセル）へ分
割される様子が示されている。５ｍｍ×５ｍｍのマイク
ロセル１０２はマクロセル１００を２つの直交する強度
マップ、すなわち一方は分解能５ｍｍ×１０ｍｍ、他方
は分解能１０ｍｍ×５ｍｍのマップへ変換するのに使用
される。強度マップを４つの５ｍｍ×５ｍｍのマイクロ
セル１０２へ分割するプロセスの例は Siochiによる１
９９９年１月２０日付米国特許出願第０９／２３４３６
４号明細書に記載されている。この明細書の内容は引用
により完全に本発明に組み込まれている。５ｍｍ×５ｍ
ｍのマイクロセル１０２をグループ化することにより、
５ｍｍ×５ｍｍの分解能のフィールドの治療に対して図
３に示された１ｃｍのリーフを有するマルチリーフコリ
メータを使用することができる。
【００３７】図１３には５ｍｍ×５ｍｍのマイクロセル
１０６、１０８、１１０、１１２から成る強度マップか
ら形成されたマトリクスの実施例が概略図で示されてい
る。各マイクロセル１０６、１０８、１１０、１１２は
放射線治療を行うべきフィールド内のそれぞれのセクシ
ョンである。各マイクロセル１０６、１０８、１１０、
１１２内の番号０、１、１、２はそれぞれフィールド内
部の位置に対する放射線強度を表しており、モニタ単位
ｍｕまたは相対モニタ単位強度（例えば１×１０２ｍ
ｕ）で示されている。強度マップに対して５ｍｍ×５ｍ
ｍの分解能を発生させるために、マトリクス１０４は２
つの直交マトリクス１１６、１１８へ分解され、これら
はそれぞれ１ｃｍ×５ｍｍの分解能と５ｍｍ×１ｃｍの
分解能とを有している。１ｃｍ幅のリーフを有するマル
チリーフコリメータはここで５ｍｍ×５ｍｍの分解能を
有する強度マップを発生させるのに使用される。例えば
図１４に示されているように配置されたリーフ対９７、
９８は図１３のマトリクス１１６に示された強度マップ
を発生させるのに使用される。放射線量（例えば１ｍ
ｕ）がマトリクス１０４のマイクロセル１０８、１１２
に相応するフィールドへ印加される。その後コリメータ
はほぼ９０゜回転され、マトリクス１１８に示されてい
る強度マップを図１５に示されたリーフ位置で発生させ
る。コリメータが９０゜回転されると、所定の放射線量
（例えば１ｍｕ）がマトリクス１０４のマイクロセル１
１０、１１２に相応するフィールドへ印加される。２回
の放射線印加の結果として、２ｍｕの線量がマイクロセ
ル１１２に相応するフィールドへ、１ｍｕの線量がマイ
クロセル１０８、１１０に相応するフィールドへ加えら
れ、マイクロセル１０６に相応するフィールドには放射
線は印加されない。このようにマトリクス１０４を直交
マトリクス１１６、１１８へ分解することにより、５ｍ
ｍ×５ｍｍの分解能の治療が１ｃｍ幅のコリメータリー
フを使用して行われたことになる。
【００３８】強度マップは２つの直交マップが規定され
るように分解され、一方ではオフセット０°のコリメー
タセッティングで適用される０°マップ、他方でこれに
直交するコリメータセッティングで適用される９０°マ
ップが形成される。以下の説明では、オリジナルの入力
強度マップをマクロマトリクスとし、マクロマトリクス
内の４つのマイクロセルのグループをマイクロマトリク
ス（またはマトリクス）と定義する。強度マップを直交
するマップへ分解するために、マイクロマトリクス（マ
トリクス）１００の各列の垂直グラジエントをそれぞれ
相互に等しくし、かつこのマイクロマトリクスの各行の
水平グラジエントを相互に等しくしなければならない
（図１２を参照）。これにより１ｃｍ×１ｃｍのエリア
が１つのコリメータセッティングの１つのリーフ対とこ
れに直交するコリメータセッティングの他のリーフ対と
の交点の下方に生じる。例えば水平グラジエントがセル
１０２（図１２を参照）を有するマイクロマトリクスに
対して等しい場合、次式 ｂ−ａ＝ｄ−ｃ が成り立つ。ここでａ，ｂ，ｃ，ｄは図１２のマイクロ
マトリクス１０２の位置に相応する強度値である。同様
に、垂直グラジエントが等しい場合、次式 ｃ−ａ＝ｄ−ｂ が成り立つ。
【００３９】上述の条件にそぐわない強度マップ（すな
わち各行の水平グラジエントが等しくない強度マップま
たは各列の垂直グラジエントが等しくない強度マップ）
を水平グラジエントの等しい強度マップおよび垂直グラ
ジエントの等しい強度マップへ変換する方法は、１９９
９年１２月８日付の米国特許出願第０９４５７６０１号
明細書に記載されている。この明細書は引用により本明
細書に組み込まれる。強度マップを幾つかに分解するこ
とにより、２つの直交マップが形成される。１９９９年
１２月８日付の米国特許出願第０９４５７６０２号明細
書に記載されているような最適化方法が使用されると、
最短の放射線治療時間を生じる分解が見出され、全治療
時間が最小化され、例えば放射線治療装置の寿命が増大
する。
【００４０】異なる分解能が要求される場合には、強度
マップを５ｍｍ×５ｍｍ以外の寸法を有するマイクロセ
ルへ分解することもできる。例えば各マクロセルは９つ
のマイクロセルへ分割することもでき、この場合には強
度マップは１ｃｍ×１／３ｃｍの分解能と１／３ｃｍ×
１ｃｍの分解能を有する２つの直交強度マップとして形
成される（例えば上掲の米国特許出願第０９／２３４３
６４号明細書を参照）。また１ｃｍ幅以外のリーフを備
えたマルチリーフコリメータを使用することもでき、相
応にマイクロセルの寸法はリーフ幅の１／ｎ倍となる。
ここでｎは正の整数（例えば２または３）である。
【００４１】図１６は強度変調を行うマルチリーフコリ
メータを用いて放射線治療フィールドを形成するプロセ
スを示したフローチャートである。ステップ２００でグ
リッド９７が治療エリアＴの上方に配置される（図１１
〜図１６を参照）。上述したようにグリッド９７は有利
にはマルチリーフコリメータのリーフ幅の分数（１／
ｎ、ｎは整数）に等しい測辺を有するセルを含む。ステ
ップ２０２でセルがグループ化され、マトリクスが形成
される。ステップ２０３でマトリクスは米国特許出願第
０９／４５７６０１号明細書に記載されているようにフ
ィルタリングされる。各マトリクスは直交マトリクスへ
分解される（ステップ２０４）。コリメータは中心軸線
Ｒを中心として最適なオフセット０°の位置へ回転され
る（ステップ２０６）。コリメータがオフセット０°の
位置へ達すると、リーフが長手方向で運動し第１の治療
フィールドが規定される（ステップ２０８）。所定の放
射線量の１／２が第１の治療フィールドへ印加される
（ステップ２１０）。その後コリメータはビーム軸線Ｒ
を中心としてほぼ９０゜回転され（ステップ２１２）、
リーフが長手方向で第２の治療フィールドを規定するよ
うに位置決めされる（ステップ２１４）。ここでリーフ
が第２の治療フィールドに対して位置決めされた状態
で、放射線量の残りの１／２が印加される（ステップ２
１６）。所望に応じて図１３に示されているようなマト
リクスを分解し、付加的な治療フィールドが規定される
ようにリーフを位置決めしてもよい。
【００４２】本発明を図示の実施例に則して説明した
が、当業者は本発明の範囲内でこれらの実施例に種々の
変更を加えることができる。したがって上述の説明およ
び添付図に含まれている全ての事項は単に例示に過ぎず
何ら限定を意味するものではないと理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による放射線治療装置および治
療コンソールと、治療のために治療装置内に横たわって
いる患者とを示す図である。
【図２】図１の放射線治療装置の部分を示すブロック図
である。
【図３】図１の放射線治療装置での治療に対して位置決
めされたマルチリーフコリメータのリーフを示す平面図
である。
【図４】第１の位置に位置決めされたマルチリーフコリ
メータのリーフの一部を示す平面図であり、破線で第２
の位置に位置決めされたコリメータのリーフが示されて
いる。
【図５】オフセット０゜の位置に位置決めされたマルチ
リーフコリメータの平面図である。
【図６】オフセット９０゜の位置に位置決めされた図５
のマルチリーフコリメータの平面図である。
【図７】治療エリアの境界部で交差する２つのリーフを
示した平面図であり、破線で第２の位置に位置決めされ
たリーフが示されている。
【図８】コリメータがオフセット０゜の位置から破線で
示された第２の位置へ回転された場合の治療エリアの境
界部で交差する２つのリーフを示した平面図である。
【図９】２つのセクションに分割された治療エリアにコ
リメータがオフセット０゜の位置に配向された状態で放
射線を送出する様子を示した平面図である。
【図１０】図９の２つのセクションに分割された治療エ
リアにコリメータがオフセット９０゜の位置に配向され
た状態で放射線を送出する様子を示した平面図である。
【図１１】治療エリア内のセルを定めるために治療エリ
ア上方に配置されたグリッドを有する治療エリアの平面
図である。
【図１２】強度マップ内に配置された図１１のセルを示
す概略図である。
【図１３】オフセット０゜マトリクス成分とオフセット
９０゜マトリクス成分とに分解されたマトリクスを示す
図である。
【図１４】図１３のオフセット０゜のマトリクスで指定
された線量を印加するための対向リーフ対を示す平面図
である。
【図１５】図１３のオフセット９０゜のマトリクスで指
定された線量を印加するための対向リーフ対を示す平面
図である。
【図１６】強度マップを治療エリアに対して定め、放射
線を治療エリアへ送出するプロセスを示すフローチャー
トである。
【符号の説明】
２０ 放射線治療装置 ２４ 治療ヘッド ２６ ハウジング ２８ 中央処理ユニット ３０ 治療プロセスユニット ３６ ガントリ ３８ 治療台 ４０ ディスプレイモニタ ４２ キーボード ５０ 電子ビーム ５２ 電子アクセラレータ ５４ 電子銃 ５６ 導波体 ５８ ガイドマグネット ６０ トリガシステム ６２ インジェクタ ６４ ウィンドウ ６８ 通過部 ７０ シールドブロック ７２ 散乱フォイル ７４ 測定チャンバ ８０ ビームシールド装置 ８２ａ〜ｉ、８４ａ〜ｉ リーフ
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4C082 AA01 AC02 AC06 AE02 AE03 AG24 AG52 AN02

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マルチリーフコリメータ（８０）を使用
    して放射線源から治療エリア（Ｔ）へ放射線を供給する
    方法において、 マルチリーフコリメータを放射線源と治療エリアとの間
    で位置決めして放射線の一部をブロックし、その際にマ
    ルチリーフコリメータのリーフ（１２０、１２２）を長
    手方向で第１の軸線（Ｙ）に沿って延在させて第１の治
    療フィールドが定められるように位置決めするステップ
    と、 放射線を第１の治療フィールドへ供給するステップと、 マルチリーフコリメータを少なくとも一部のリーフを含
    む平面に対してほぼ垂直に延在する中心軸線（Ｒ）を中
    心として回転させるステップと、 リーフ（１２４、１２６）を第２の治療フィールドが定
    められるように位置決めするステップと、 放射線を第２の治療フィールドへ供給するステップとを
    有する、ことを特徴とする放射線源から治療エリアへ放
    射線を供給する方法。
  2. 【請求項２】 マルチリーフコリメータ（８０）を回転
    させるステップで、リーフが長手方向で第１の軸線
    （Ｙ）に対してほぼ垂直な第２の軸線（Ｘ）に沿って延
    在するまでコリメータを回転させる、請求項１記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 放射線を第１の治療フィールドへ供給す
    るステップで規定の放射線量の１／２を供給し、放射線
    を第２の治療フィールドへ供給するステップで規定の放
    射線量の残りの１／２を供給する、請求項１記載の方
    法。
  4. 【請求項４】 リーフを位置決めするステップで治療エ
    リアの周囲エッジと各リーフの横方向エッジ（１３０）
    の中点とを交差させる、請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 さらに長手方向にリーフ（１２０、１２
    ２）を運動させて第３の治療フィールドを定めるステッ
    プと、放射線を該第３の治療フィールドへ供給するステ
    ップとを有する、請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 リーフ（１２４、１２６）を位置決めし
    て第２の治療フィールドを定めるステップで、標的エリ
    アの周囲エッジと各リーフの横方向エッジ（１３０）と
    をリーフ幅の１／３倍だけリーフの長手方向エッジから
    間隔を置いた位置で交差させる、請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 リーフを運動させて第３の治療フィール
    ドを定めるステップで標的エリアの周囲エッジとリーフ
    の横方向エッジ（１３０）とをリーフ幅の２／３倍だけ
    長手方向のリーフエッジから間隔を置いた位置で交差さ
    せる、請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 放射線を第１の治療フィールドへ供給す
    るステップ、放射線を第２の治療フィールドへ供給する
    ステップ、および放射線を第３の治療フィールドへ供給
    するステップで規定の放射線量の１／３をそれぞれの治
    療フィールドへ供給する、請求項５記載の方法。
  9. 【請求項９】 さらに治療エリアを所定の治療強度レベ
    ルを有する複数のセル（１０２）へ分割するステップ
    と、セルをグループ化して複数のマトリクス（１１４）
    を形成し、各マトリクスがコリメータリーフ幅にほぼ等
    しい寸法を少なくとも１ヶ所有するステップと、各マト
    リクスを直交マトリクス（１１６、１１８）へ分解する
    ステップとを有する、請求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】 放射線をリーフ幅の１／２倍の分解能
    で供給する、請求項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】 完全に治療エリア内に位置する各セル
    （１０２）に０より大きい強度レベルを割り当て、完全
    に治療エリアの外側に位置する各セルに強度レベル０を
    割り当てる、請求項９記載の方法。
  12. 【請求項１２】 治療エリア内に１／２以上の領域を有
    する各セル（１０２）に０より大きい強度レベルを割り
    当て、治療エリア内に１／２より少ない領域しか有さな
    い各セルに強度レベル０を割り当てる、請求項９記載の
    方法。
  13. 【請求項１３】 コリメータリーフは１ｃｍ幅を有し、
    セルはほぼ１ｃｍ×５ｍｍである、請求項９記載の方
    法。
  14. 【請求項１４】 さらに治療エリアを２つ以上のセクシ
    ョンへ分割し、その際に治療エリアをリーフの移動方向
    に対してほぼ垂直に延在するラインに沿って分割するス
    テップを有する、請求項１記載の方法。
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