【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線治療装置に関し、特に種々の治療技法に適用可能で、かつ患者および術者に対する負担を大幅に軽減できる放射線治療装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子線加速器による放射線治療には、加速された電子をそのまま照射する電子線治療と、加速された電子を重金属でできたターゲットに当て、制動副射によって発生したＸ線を患部に照射して治療するＸ線治療の２種類がある。このような放射線治療装置は、電子加速器によって加速された電子線の方向を変える偏向電磁石と、真空を保持しながら電子線を通過させることの可能な真空窓と、電子線をＸ線に変換するターゲットと、電子線を散乱させる散乱箔（スキャッタリングフォイル）と、電子線とＸ線を絞り込む固定コリメータと、電子線及びＸ線の線量分布を照射面で一様にする平坦化フィルタを複数個備えたフィルタホルダと、電子線及びＸ線の線量を測定する透過線量計と、所望の照射野を形成する可変絞り装置から構成される照射ヘッドと、前記照射ヘッドを保持し、加速した電子線の発生源を収納するガントリーアームから構成される。
【０００３】
前記散乱箔で散乱された電子線やターゲットで変換されたＸ線は、散乱により広がりをもっているため、電子線及びＸ線に対して垂直な平面では線量分布は一様にならず、照射面の中心が最も高く、該照射面の中心から離れるほど低い線量分布となる。このような線量分布は、平坦化フィルタを用いることにより一様にすることが可能である。また、平坦化フィルタは、放射線のエネルギー値により形状が異なるため、例えば特開昭６０−７８６４号公報に開示されているように、前記放射線エネルギーごとに専用の平坦化フィルタを使い分けている。これに対して、電子線を走査することによって平坦化フィルタを使用せずに線量分布を一様にするものもある。これは、主として電子線及びＸ線のエネルギー（４〜２０ＭｅＶ程度）よりも高いエネルギー（５０ＭｅＶ程度）において使用される。
高いエネルギーの電子線は、散乱箔を用いても十分に散乱させることができない。
【０００４】
また平坦化フィルタを用いてＸ線の線量分布を一様にしようとしても、高エネルギーのＸ線が平坦化フィルタに衝突することにより発生する二次的な中性子線などの量が無視できないといった理由から、もはや平坦化フィルタを用いて線量分布を制御することができない。そこで、特開昭５６−５６７２号公報に開示されている複数の走査電磁石を用いて電子線を直接二次元的に走査することで照射面での線量分布を一様にする方法がとられる。この方法を用いた場合、電子線及びＸ線の平坦化フィルタだけでなく、電子線を散乱させる散乱箔も不要になる。
【０００５】
上記従来技術のいずれの方法においても、照射野を形成する絞り装置は全く同様の構成である。絞り装置は、ターゲット直下に置かれた円錐形の照射口を有する固定コリメータと、線量計の直下に置かれた可変絞り装置の組合せにより構成される。可変絞り装置は通常、固定コリメータに対して、照射ビーム軸を中心として回転可能な機構で支持される。
【０００６】
また照射ヘッドの特殊な機構の例としては、放射線の線源としてコバルト６０放射性同位元素を用いたコバルト照射装置などでは、照射ヘッドの首振り機構を使った振り子照射というものがあり、電子線加速器での首振り機構に関しては、例えば特開昭６０−２５９２７７号公報に開示されているものがある。
【０００７】
上記の放射線治療装置を用いて患部に放射線を照射して治療を行うものであるが、この照射方法には、従来の一般外部照射、多門照射、回転照射、全身照射、接線照射、打ち抜き照射、腔内照射、術中照射がある。このほかに、より精密な照射法として、多分割絞り装置による固定多門照射または連続回転照射（原体照射）、定位法照射（三次元集光照射）などがある。
【０００８】
ここで多分割絞り装置を用いた技法に関するものとして、打ち抜き照射について説明する。打ち抜き照射とは、図１３に示すような患部輪郭に囲まれた領域内に離島状の非照射領域がある場合、この領域を避けたドーナツ状の照射領域を形成する照射方法である。
【０００９】
多分割絞り装置では、患部輪郭に合わせた照射野を形成することはできるが、照射野内に非照射部位がある場合は、多分割絞り装置単独ではこの非照射部位を遮蔽することができない。そこで多分割絞りで患部輪郭に合わせた照射野を形成し、さらにシャドウトレイを照射ヘッドに装着し、それに非照射部位を遮蔽する鉛ブロックを取り付けて照射する方法が行われている。上記の他の照射法については、すでに技術的に確立され、一般的に実施されているため、説明は省略する。
【００１０】
また、最新の治療法としてＩＭＲＴ（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｔｈｅｒａｐｙ）がある。ＩＭＲＴによる治療法は、放射線を連続的に照射しながら、多分割絞り装置の各絞り板の位置と移動速度を、それぞれの対向する絞り板の対ごとに独立に変化させる方式（Ｄｙｎａｍｉｃ方式またはＳｌｉｄｉｎｇ Ｗｉｎｄｏｗ方式）、あるいは照射野を分割して、分割された照射野ごとに照射時間と照射野形状を断続的・段階的に変える方式（Ｓｔｅｐ ａｎｄ Ｓｈｏｏｔ方式）のいずれかにより、最終的に患部に照射される放射線の線量強度分布に対し、時間的・空間的に複雑で精密な強弱を意図的に付加しようとするものである。この治療法の目的は、限局された治療標的に、その部位に応じて適切な量の放射線を、所望の部位に所望の強度で短時間に照射することにより、治療精度と効率を飛躍的に向上させることにある。この治療法には当然、高精度の多分割絞り装置と、絞り装置の高度な位置・速度制御が必須となる。
【００１１】
多分割絞り装置の従来例として、マイクロマルチリーフコリメータと呼ばれる、小照射野（１０ｃｍ×１０ｃｍ程度）専用の絞り幅の狭い（２〜３ｍｍ程度の）多分割絞り装置がある。これは従来の絞り装置の補助的な装置として外付けで照射ヘッドに装着するものであり、ＩＭＲＴにも対応できるものがある。
【００１２】
また最新の照射技術として、体幹部の定位法治療における呼吸同期照射がある。これは肝臓や肺野等の主に呼吸などの体動によって位置が変動する部位に放射線治療を行う場合に、呼吸運動によって移動する照射対象部位の静止期間に同期させて、放射線を照射対象部位に照射することによって、照射対象部位の周辺組織への被曝線量を抑制しつつ、照射対象部位にのみ放射線を照射する照射方法である。この呼吸同期照射方法については、たとえば、「呼吸位相同調放射線照射法に関する研究」（大原 潔、他６名：日本医学放射線学会誌、第４７巻、第３号、Ｐ４８８〜４９６、１９８７年）に記載される放射線治療装置がある。また定位的放射線治療において、ガントリーアーム（照射ヘッド）の位置ずれを解消し、呼吸によるアイソセンターの変動を補正する手段として、たとえば特開平５−１８８１９９号公報に開示されているの定位的放射線治療装置がある。
【００１３】
【発明が解決しようとしている課題】
上記の従来技術における問題点と、放射線治療に対するニーズについて説明する。
（１）平坦化フィルタ
平坦化フィルタによって電子線及びＸ線が減弱される結果、フィルタを透過した電子線及びＸ線の線量率が低下する。線量率が低いと照射部位に所定の線量を照射する時間、すなわち患者を拘束する時間が長くなり、患者の負担を増加させるとともに、治療スループットも低下する。したがって、できるだけ高い線量率で照射することが望ましい。
【００１４】
（２）電子線走査
平坦化フィルタを使用しないので線量率を増加させることができるが、照射面における線量分布を一様にするためには、電子線を二次元的に均等に走査して照射する必要があり、これを制御する手段は複雑で高価なものとなる。
【００１５】
（３）絞り装置
現状の絞り装置による照射野は、定格治療距離において４０ｃｍ×４０ｃｍが形成可能な最大照射野寸法となっているので、患者の体幹部全域に照射するために、照射野をより広くとりたい場合（例えば４０ｃｍ×７０ｃｍ）がある。
しかし、現状の技術で上記（４０ｃｍ×４０ｃｍ）以上の照射野を形成しようとすると、平坦化フィルタを用いる場合は、全照射野の線量分布を一様にする平坦化フィルタを大型化する必要があり、その結果さらに線量率が下がってしまうことになる。
【００１６】
電子線を走査する場合は、電子線の走査範囲を広げるために電磁石の磁界をより強くする必要があるが、電磁石のコイルと電源の大型化を招く。また、平坦化フィルタ及び電子線走査いずれの場合においても、後述するように、絞り装置は最大照射野寸法に比例してさらに大型化する。このため現状では治療台を上下左右に大きく動かすなどの手段により、患者を線源位置から遠ざけることで照射野を拡大して対応している。しかし患者が床面から１７０ｃｍ以上の高所に置かれることから、患者に恐怖感を与えるといった問題があり、できれば患者を動かさずにできるだけ広い照射野を容易に形成できることが望ましい。
【００１７】
（４）照射ヘッドの首振り機構による振り子照射法
上記（３）のように、現状の絞り装置で照射野を広くするためには治療台を上下左右に動かさなければならないので、患者に負担を強いることになるので、患者を動かさずに広範囲に照射する手段として、照射ヘッドの首振り照射がある。
しかし、上記の従来の照射ヘッドは、該照射ヘッド内部に線源または電子線の発生源（加速器）を収納した低エネルギー専用の小型放射線治療装置であるので、低エネルギーから高エネルギーまでの広範な領域における治療に対応できる大型加速器を有する装置では、加速器を照射ヘッド内に収納することが困難であり、したがって首振り機構による振り子照射を実現することが困難であった。
【００１８】
（５）多分割絞り装置
絞り装置の他の問題として、多分割絞り装置の大きさの問題がある。多分割絞りは、前記の大照射野形成に関する要求に応じて照射野を大きくしようとすれば、当然最大照射野の寸法に比例して、絞り装置が大型化すると同時に、絞り板がその移動方向に長大化する。また絞り板には、照射野の中心をこえてオーバーラップする機能があり、接線照射やＩＭＲＴに用いる場合は、できるだけ広範な範囲で使用できることが望ましい。
【００１９】
しかしオーバーラップ範囲が大きいほど絞り板はさらに長大化する。その結果重量が増大して荷重支持が困難になり、絞り板の加工精度・位置精度を維持することが困難になる。また多分割絞り装置は、主に１０ｃｍ×１０ｃｍ以下程度の比較的小さい照射野において、患部形状に合わせた複雑な不整形照射野を形成することを目的としているが、患部形状をより正確に近似させようとすれば、分割された各絞り板の幅寸法をより狭いものにする必要があり、絞り板と支持部・駆動部の部品の製作が困難になる。また、絞りの分割数が増大する結果、これらの絞り板ごとに設けられる駆動源（モータなど）や位置検出手段（ポテンショメータ、エンコーダなど）の数量も増加して駆動部が大型化し、当然コストも著しく増大する。
【００２０】
一方、絞り装置が大型化すると、絞り装置を収納する照射ヘッドが大型化する。さらに照射ヘッドを支持するガントリーアームは、照射ヘッド重量によるガントリーアームの撓みを小さくするために、支持部材の構造強度を高める必要がある。その結果ガントリーアームの重量が増大し、装置がひたすら大型重量化する。
【００２１】
（６）ガントリーアームの大型化
ガントリーアームの回転を伴った照射法に関して、特に体幹部の定位法治療（三次元集光照射）においては、ビーム照射方向に対する患者の位置を様々な角度で設定し、ガントリーアームを患者の周囲で回転させる必要があるが、ガントリーアームや照射ヘッドが大きいと、患者と装置の衝突を回避するために、治療装置に対して患者位置を安全に設定できる範囲が狭い範囲に限定されてしまうことになる。すなわち安全性の面から治療可能範囲が限定されてしまうという不都合がある。したがってガントリーアームや照射ヘッドはできるだけ小さい方が望ましい。
【００２２】
（７）絞り装置の着脱
さらに従来の定位法では、円形または矩形の小照射野を形成する照射口を有する着脱式のコリメータを用いて照射しているが、ユーザーは、より分割の細かい不整形照射野での定位法の実施を要望している。
この要望に対して、従来の技術で述べたマイクロマルチリーフコリメータが用いられている。しかし、大照射野でのＸ線治療や電子線照射の場合などには、この絞り装置が不要となるため着脱交換が必要となる。絞り装置は重量物であるため、着脱は力作業であり、落下の危険が伴う。また着脱するたびに着脱による絞り位置ずれが発生するため、位置ずれの補正及び補正した結果を確認する作業が不可避である。この絞り装置の着脱に要する手間を省くために、絞り装置を照射ヘッドに収納し、全照射野に対して使用可能としたいという要望がある。
【００２３】
（８）多分割絞り装置による打ち抜き照射
多分割絞り装置のもう１つの問題として、従来の技術で述べた打ち抜き照射の問題がある。本来、多分割絞り装置は、従来のシャドウトレイと鉛ブロックを使用する方法に置き換わるために開発されたものであるが、多分割絞り装置単独では打ち抜き照射機能を実現できないことから、結局シャドウトレイと鉛ブロックを完全に廃止することはで きなかった。鉛ブロックは、患部形状に合わせてその都度製作しなければならず、また シャドウトレイと鉛ブロックの装着は手作業となる。ユーザーとしては、やはりこの鉛ブロック製作と、シャドウトレイと鉛ブロックの装着の手間を省いて治療時間を短縮したいという要望がある。
【００２４】
また、シャドウトレイや他の付属品を照射ヘッドに装着するということは、それだけ照射ヘッドと患者との間の距離（クリアランス）を狭めることになる。クリアランスが狭くなると、患者周辺での操作者の作業性が悪くなるとともに、装置と患者の衝突を回避して安全に治療できる範囲が狭くなって、患者位置設定範囲および治療可能範囲が縮小されることになり、前述した照射ヘッドの大型化による不都合さがより増大する結果となる。したがって照射ヘッドに装着する装置を極力なくすることが望ましい。
【００２５】
（９）放射線治療の精度
以上のような装置自体の問題とは別に、放射線治療の精度に関する本質的な問題として、呼吸動などによる患者の体動の問題がある。装置側の精度が向上しても、体動によって照射部位が移動すると、正確な線量分布を得ることができなくなる。特に高精度を要求される体幹部の定位法照射やＩＭＲＴにおいては、この体動の問題を解決できなければ、いくら装置の精度を向上させても、患部での照射精度を保証することができないため、これらの照射方法の存在意義が問われることになる。
この問題に対応する手段として、従来の技術で述べた呼吸同期照射方法がある。
しかし放射線を間欠照射するため、治療に必要な線量を照射対象部位に照射するためには、長時間患者を拘束する必要があり、患者にとって大きな負担となっていた。この観点からも線量率を高めて治療時間を短縮する必要がある。
【００２６】
（１０）治療時間の短縮
治療時間を短縮するために、照射対象部位を自動的に追跡しながら、連続照射することが望まれている。この要望に対して、定位法においては、照射ヘッド先端に装着した照射コリメータに照射対象部位を追跡させて照射する装置がすでに考案されているが、ＩＭＲＴを含む全ての照射法に対応できる装置はいまだ出現していない。
【００２７】
（１１）患部の位置決め
一方、患部の位置決め精度において本質的な問題となるのが、治療装置と治療計画装置（透視撮影用シミュレーター、ＣＴシミュレーターなど）との間で患者が移動することによって生じる、患部の位置ずれである。通常、治療計画装置と治療装置は別室に設置され、それぞれの専用室で治療計画と治療が行われる。患者は、まず治療計画室の治療計画装置で患部位置を確認したあと、治療計画装置のレーザーポインターで指示された皮膚上に、照射部位を示すマーカーが手書きされる。続いて患者は治療室に移動し、皮膚
マーカーを基準にして位置決めされて治療を受けるが、治療時に位置決めする基準がこの皮膚マーカーであるため、移動に伴って体内の患部の位置がずれていても確認することができない。このため、治療用放射線による透視画像をとって照射位置を確認する手段があるが、この透視画像の画質は、治療計画装置で得られる透視画像の画質よりも劣っていて精度を保証するものではない。
【００２８】
この問題に対応する手段として、患者の移動をなくして患部の位置ずれを防止するために、治療計画装置と治療装置を同一室内に対向して設置し、治療台を共用化する構成例がある。この構成では、治療計画装置で患部の位置決めを行った後、患者を載せたまま治療台の天板を１８０゜回転させて治療装置側に患者を移動し、そのまま継続して治療を実施する。また、この手段をさらに発展させたものとして、治療装置のガントリーアームと治療計画装置のガントリーアームを一体化して、同一の治療台上で治療計画から治療までを継続して行うことにより、患者の移動を完全に撤廃する方法も考案されている。しかし、このように患者の移動を撤廃しても、治療装置側で患部をアイソセンターに正確に合わせるためには、治療台天板を上下前後左右に微調整する必要があるため、結局は一時的に患者を動かすことになり、患者移動に伴う患部のずれは完全には解消されない。
【００２９】
本発明は、以上に述べた問題を解決するためになされたもので、以下のことが可能な放射線治療装置を提供することを目的とする。
（ａ）広い照射野から微細な不整形照射野まで形成可能で、かつ照射野全域においてあらゆる技法に適用可能な絞り装置とする。
（ｂ）絞り装置、照射ヘッド、ガントリーアームを小型化する。
（ｃ）電子線及びＸ線の線量率を増加させて、照射時間を短縮する。
（ｄ）患者の体動に対して常に最適位置に照射できるようにする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、以下の手段により達成される。
先ず、上記目的のうち（ａ）を解決する手段として、請求項１に記載の発明は、照射ヘッド内に偏向電磁石と、真空窓と、ターゲットと、円錐状コリメータと平坦化フィルタと、線量計と、可変絞り装置を収納する。電子線の発生源と偏向電磁石を真空ロータリージョイントで結合し、照射ヘッド内において、平坦化フィルタで電子線及びＸ線の線量分布を照射面において一様にする。また、電子線ビームの進行方向と直行する方向に、偏向電磁石と真空窓とターゲットと円錐状コリメータと線量計と可変絞り装置を、仮想線源位置を通る軸を中心にして機械的に首振り回転する手段を設ける。さらに、これらを照射ヘッド首振り回転角度に対応して制御する手段とを設ける。
【００３１】
この構成において、電子線の発生源から出射された電子線は、真空ロータリージョイントを通過して、照射ヘッド内の偏向電磁石に入射する。偏向電磁石を通過して出射された電子線は、真空窓を通り、ターゲット位置に置かれた散乱箔で拡散された電子線として照射されるか、あるいはターゲットでＸ線に変換されて照射される。ターゲットの直下には円錐状コリメータがあり、電子線及びＸ線を円錐状に絞る。円錐状コリメータを通過した電子線またはＸ線は、線種及びエネルギーごとに異なる平坦化フィルタによって、照射面における線量分布が一様化され、可変絞り装置で所望の照射野に絞られて照射される。
【００３２】
前記照射ヘッドは、真空ロータリージョイントにより、電子線の発生源から出射された電子線のビーム中心軸を中心として首振り回転可能であり、したがってビームを照射しながら照射ヘッドを首振り回転させれば、照射ヘッドから射出される電子線またはＸ線は、電子線の発生源から出射された電子線のビーム中心軸に対して垂直な方向に機械的に走査される。この結果、従来の絞り装置において、照射ヘッド首振り回転角度に応じて、首振り方向に所望の大きさの照射野を形成することができる。
【００３３】
次に上記目的のうち（ａ）、（ｂ）を解決する手段として、照射ヘッド内に偏向電磁石と、真空窓と、ターゲットと、スリット状コリメータと平坦化フィルタと、線量計と、可変絞り装置を収納する。電子線の発生源と偏向電磁石を真空ロータリージョイントで結合し、照射ヘッド内において、平坦化フィルタで電子線及びＸ線の線量分布を照射面において一様にする。また、電子線ビームの進行方向と直行する方向に、偏向電磁石と真空窓とターゲットとスリット状コリメータと線量計と可変絞り装置を、仮想線源位置を通る軸を中心にして機械的に首振り回転する手段を設けることにより、真空窓を通過した電子線またはターゲットで発生したＸ線をスリット状に絞って走査する。さらに、これらを照射ヘッド首振り回転角度に対応して制御する手段とを設ける。
【００３４】
この構成において、偏向電磁石を通過して出射された電子線は、真空窓を通り、ターゲット位置に置かれた散乱箔で拡散された電子線として照射されるか、あるいはターゲットでＸ線に変換されて照射される。ターゲットの直下には、上記の構成における円錐状コリメータの代わりにスリット状コリメータがあり、電子線及びＸ線をスリット状に絞る。スリット状コリメータを通過した電子線またはＸ線は、線種及びエネルギーごとに異なる平坦化フィルタによって、照射面における線量分布が一様化され、可変絞り装置で所望の照射野に絞られて照射される。従来の平坦化フィルタの形状は、円錐状コリメータに合わせた回転体形状であるが、この構成における平坦化フィルタは、スリット状コリメータの形状に合わせた板状とすることができる。したがって平坦化フィルタは従来よりも小型化され、より多種類の平坦化フィルタを収納することができる。
【００３５】
上記目的のうち（ｃ）を解決する手段として、請求項２に記載の発明は、照射ヘッド内に走査電磁石と、偏向電磁石と、真空窓と、ターゲットと、スリット状コリメータと線量計と可変絞り装置を収納する。電子線の発生源と偏向電磁石を真空ロータリージョイントで結合し、照射ヘッド内において、走査電磁石で電子線をビーム進行方向に走査する。また、電子線の走査方向と直行する方向に、偏向電磁石と真空窓と走査電磁石とターゲットとスリット状コリメータと線量計と可変絞り装置を機械的に首振り回転する手段を設ける。さらに、これらを照射ヘッド首振り回転角度に対応して制御する手段とを設ける。
【００３６】
この構成では、偏向電磁石には走査電磁石が取り付けられ、電子線の進行方向に電子線を走査する。偏向電磁石を通過して射出された電子線は、真空窓を通り、ターゲット位置に置かれた空孔を通ってそのまま電子線として照射されるか、あるいはターゲットでＸ線に変換されて照射される。ターゲットの直下にはスリット状コリメータがあり、電子線及びＸ線をスリット状に絞る。スリット状コリメータを通過した電子線またはＸ線は、可変絞り装置で所望の照射野に絞られて照射される。スリット状コリメータの長手方向は電子線の走査方向と一致しており、走査電磁石の制御手段によって、スリット長手方向の線量分布が一様になるよう、電子線が連続的に走査される。スリットの幅は、スリット幅方向の線量分布の一様度が、規定された許容範囲内に収まる範囲で連続的可変とすることができる。これらを収納した照射ヘッドは、請求項１の場合と同様に、真空ロータリージョイントにより、電子線の発生源から出射された電子線のビーム中心軸を中心として首振り回転可能であり、したがって、ビームを照射しながら照射ヘッドを回転させれば、照射ヘッドから出射される電子線またはＸ線は、電子線の発生源から射出された電子線のビーム中心軸を中心として機械的に走査される。走査電磁石による電子線の走査点の位置と、照射ヘッドの回転中心軸とを、ターゲットの仮想線源位置と一致させれば、照射ヘッドから照射される電子線またはＸ線は、仮想線源位置を中心（焦点）として直交二方向に拡散放射されることになる。これは、いわば電磁気的走査と機械的走査の複合走査である。電磁気的走査は一次元であるため、走査電磁石とその電源は１方向用のみ必要であり、二次元で走査する場合と比較して、線量分布を一様にする制御も簡単なものになる。また、電子線走査方式であるため、平坦化フィルタは不要であり、従ってエネルギー（平坦化フィルタの厚さ）によるが、従来の線量率を少なくとも２〜６倍程度高めることができる。
【００３７】
一方、首振り回転により、常に最大強度の電子線がターゲットに入射するので、首振り角度によらず、常に最大線量率で照射できる。したがって、請求項１の構成と比較して線量率が高まり、照射時間を短縮することができる。これは照射野寸法が小さいほど効果が大きくなり、定位法などのように小照射野で照射する場合に最適である。
上記可変絞り装置には、スリットを縦横に絞る二対のモノブロック状絞りを使用し、照射ヘッドの首振り回転角度に応じて、各絞りブロックの位置を制御する手段を設ける。
【００３８】
この構成の可変絞り装置とすることにより、照射ヘッド首振り回転角度に応じてスリットの寸法と形状を順次連続的に変化させることにより、モノブロック状絞り装置を用いて最終的に不整形照射野を形成することができる。
【００３９】
上記多分割絞り装置には、スリットの長手方向に分割された多分割絞りを設置し、モノブロック状絞りの場合と同様に、照射ヘッドの首振り回転角度に応じて、多分割絞りの各絞り板の位置を制御する手段を設ける。この絞り装置でも上記可変絞り装置と同様に不整形照射野を形成することができるが、この場合は患部の輪郭だけでなく、図１３に示すような、患部輪郭に囲まれた領域内に離島状の非照射領域がある場合、この領域を避けたドーナツ状の照射領域を形成することができる。これは打ち抜き照射と呼ばれる機能であり、従来技術で述べたように、従来はこの照射方法を実現するには、多分割絞り装置と外付けのシャドウトレイに取り付けた鉛ブロックとを併用する必要があった。しかし、本発明ではシャドウトレイと鉛ブロックを用いずに打ち抜き照射できるので、シャドウトレイと鉛ブロックを完全に廃止できる。
【００４０】
上記目的のうち（ｄ）を解決する手段として、請求項５、６に記載の発明は、電子線の進行方向に対して、線源位置を中心とする円弧状に可変絞り装置及び／又は多分割絞り装置を移動可能とする手段を設けて照射ヘッドの首振り回転と連動させ、患者の体動を監視して照射対象部位の位置情報を検出する手段と、これに追跡して絞り装置の位置を制御する手段とを設ける。このにように構成することによって、多分割絞り装置をスリット長手方向に、線源を中心として円弧状に揺動させるとともに、これと直交する首振り回転と組み合わせることで、多分割絞り装置の照射野中心軸を、線源を通り、アイソセンター以外の点を通る直線上に自由に移動させることができる。一方、患者の体動を検知する手段を用いて検出した位置情報をもとにして患部の位置座標を決定し、これに追従して多分割絞り装置を動かせば、多分割絞り装置の照射や中心軸は、患者の体動で移動した患部を常に追跡することができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を、図を参照して説明する。
図１は本発明の第一の実施例における放射線治療装置全体の構成図を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、図２は図１における照射ヘッドの側面図、図３はその正面図を示す。図１において、治療台９に寝載された患者４の体軸と水平な軸５にガントリアーム７を架台８に回転可能に支持し、図２に示す電子線の発生源からの電子ビーム１を照射ヘッド６の線源１０に導き、この線源から電子線又はＸ線を患者４の患部に照射する。照射ヘッド６は首振り動作可能な機構を備えており、この機構による照射ヘッドの首振り動作と前記ガントリアーム７の回転動作により患者の治療部位（アイソセンタ３）に適切に電子線又はＸ線が照射されるように図示省略の制御手段により線量が制御される。なお、２は電子線又はＸ線の照射ビーム軸である。
【００４２】
図２、図３において、ガントリーアーム７にある電子線の発生源１１は、ガントリーアームの回転軸５（図１（ａ））と平行に置かれ、その射出口は真空ロータリージョイント２２を介して照射ヘッド６内の偏向電磁石１３ａに接続されている。偏向電磁石１３ａは、電流を制御することによって、電子線のエネルギーごとに磁場強度を変えることができる。偏向電磁石１３ａ、１３ｂと、その下部にある真空窓１４と、ターゲット１５と、円錐状コリメータ１６ａと平坦化フィルタ１７ａと、線量計１８ａと、可変絞り装置１９、２０は照射ヘッド６内に収納され、真空ロータリージョイント２２を介して、首振り回転可能なように軸受２１で支持され、ガントリーアーム７側に固定されたモータ（図示省略）とこれに付随する歯車機構（図示省略）で回転する。回転式エンコーダが内蔵されたモータ、または歯車機構に直接噛合させた外付けのエンコーダやポテンショメータ（図示省略）を使い、これらから得られた位置・速度信号により照射ヘッドの首振り角度と首振り回転速度を制御する。
【００４３】
照射ヘッド６の首振り回転の中心軸は、ターゲット１５の仮想線源（焦点）位置１０を通るように設定する。同時に、電子線の発生源１１から出射された電子線のビーム軸１は、首振り回転軸受２１の回転中心を通り、該軸受の回転面に対して垂直になるように設定する。
【００４４】
また、第一の偏向電磁石１３ａの磁極面は、第一の偏向電磁石に入射する電子線１が、偏向電磁石１３ａの入射口の中心を通り、照射ヘッド６の首振り回転角度によらず常に該偏向電磁石の磁極面に対して平行に入射するように、該首振り回転軸受に対して垂直に設置する。したがって第一の偏向電磁石１３ａに入射する電子線１は、照射ヘッド６が首振り回転しても、常に偏向電磁石１３ａの磁力線に対して垂直に入射して所定の方向に偏向され、該偏向電磁石のの出射口に導かれる。
【００４５】
第二の偏向電磁石１３ｂは、入射する電子線のエネルギーごとに設定された一様磁場を形成する。第一の偏向電磁石１３ａで指定の方向に偏向された電子線の軌道は、第二の偏向電磁石１３ｂ内の一様磁場内で下向きに偏向され、真空窓１４を通ってターゲット１５を通過する。ターゲット１５は、電子線をそのまま通過させる空孔と、電子線をＸ線に変換する金属ターゲット（エネルギーの種類によって複数個）から構成される。
【００４６】
第一の実施例の場合は、ターゲット１５より下部にある絞り装置の構成は、円錐状コリメータ１６ａを用いた従来の装置と全く同様である。本実施例では可変絞り装置として、単体ブロック絞り１９ａと、多分割絞り装置２０ａを組み合わせて用いた構成例を示している。
【００４７】
この構成によれば、照射ヘッドの首振り回転角度に応じて、従来の絞り装置を用いて、より広い範囲にわたって所望の大きさの照射野を形成することができる。図４は、このように照射野を拡大した時の例で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。この図において、患者４を首振り回転方向に設置すれば、該患者の体軸方向に、従来よりも拡大した照射野を形成できる。
【００４８】
図５は本発明による放射線治療装置の第二の実施例における照射ヘッドの正面図である（側面図は図２と同じ）。第二の実施例では、ターゲット１５より下部にある絞り装置の構成において、第一の実施例における円錐状コリメータ１６ａと、円錐状コリメータに合わせた回転体形状の平坦化フィルタ１７ａの代わりに、スリット状コリメータ１６ｂと、スリット状コリメータに合わせた板状の平坦化フィルタ１７ｂを用いており、スリット幅方向の可変絞りの幅は、スリット寸法に合わせて短縮されたものになる。その他の構成は第一の実施例と同様である。この構成によれば、可変絞り装置をスリットの幅に合わせて小型化することができる。詳細については、後述の実施例で説明する。
【００４９】
図６は本発明による放射線治療装置の第三の実施例における照射ヘッドの側面図、図７はその正面図を示す。図６、図７において、ガントリーアーム７にある電子線の発生源１１は、ガントリーアームの回転軸５と平行に置かれ、その出射口は真空ロータリージョイント２２を介して照射ヘッド６内の偏向電磁石１３ａに接続されている。
【００５０】
偏向電磁石１３ａ、１３ｂとその下部にある絞り装置は、照射ヘッド６内に収納され、真空ロータリージョイント２２を介して、首振り回転可能なように軸受２１で支持され、ガントリーアーム７側に固定されたモータ（図示省略）とこれに付随する歯車機構（図示省略）で回転する。回転式エンコーダが内蔵されたモータ、または歯車機構に直接噛合させた外付けのエンコーダやポテンショメータ（図示省略）を使い、これらから得られた位置・速度信号により照射ヘッドの首振り角度と首振り回転速度を制御する。
【００５１】
走査電磁石１２ａ（１３ａ）による電子線の走査点位置と、照射ヘッド６の首振り回転の中心軸は、ターゲット１５の仮想線源（焦点）位置１０と一致するように設定する。
【００５２】
電子線の発生源１１から出射された電子線のビーム軸１は、首振り回転軸受２１の回転中心を通り、該軸受の回転面に対して垂直になるように設定する。
【００５３】
また、第一の偏向電磁石１３ａの磁極面は、該第一の偏向電磁石１３ａに入射する電子線が、該偏向電磁石の入射口の中心を通り、照射ヘッド６の首振り回転角度によらず常に偏向電磁石の磁極面に対して平行に入射するように、首振り回転軸受２１に対して垂直に設置する。したがって第一の偏向電磁石１３ａに入射する電子線は、照射ヘッド６が首振り回転しても、常に該偏向電磁石の磁力線に対して垂直に入射して所定の方向に偏向され、該偏向電磁石の出射口に導かれる。
【００５４】
本実施例では、第一の偏向電磁石１３ａは走査電磁石１２ａを兼用しており、入射する電子線のエネルギーごとに予め設定された範囲で電磁石の磁場を変化させることによって、電子線を指定の方向に拡散して走査しながら、第二の偏向電磁石１３ｂに搬送する。
【００５５】
ここでは図示していないが、第一の偏向電磁石１３ａ（走査電磁石１２ａ）は、２個一対で構成する場合がある。高エネルギーの電子線の場合は、ビームの収束性が比較的良好であるため、走査電磁石１２ａを１個のみで構成することが可能だが、低エネルギーの電子線の場合はビームの収束性が悪いため、該走査電磁石を１個だけで構成すると、走査された電子ビームが搬送途中で拡散してしまい、焦点１０で収束させることが困難になることがある。これに対応する方法として、走査電磁石を２個一対で構成し、２個のうち最初の走査電磁石で拡散させた電子線の軌道を、焦点１０で収束させるように２個目の走査電磁石で軌道を補正する方法がある。この方法は周知であるので、詳細な説明は省略する。
【００５６】
第二の偏向電磁石１３ｂは、入射する電子線のエネルギーごとに設定された一様磁場を形成する。第一の偏向電磁石１３ａで走査されて指定の方向に拡散された各電子線の軌道は、第二の偏向電磁石１３ｂ内の一様磁場内で同じ曲率の円弧を描きながら、仮想線源位置１０で交叉するように偏向され、真空窓１４を通ってターゲット１５を通過する。
【００５７】
仮想線源位置１０で電子線を交叉させるための軌道は、第一の偏向電磁石１３ａで発生させる磁場強度と出射側磁極端の形状、及び第二の偏向磁石１３ｂで発生させる磁場強度と入射側及び出射側磁極端の形状を組み合わせることにより、幾何学的に決定することができる。これも周知であるので、詳細な説明は省略する。
【００５８】
偏向電磁石１３ａ、１３ｂを通過して真空窓１４を通った電子線は、ターゲットに入射する。ターゲット１５は、電子線をそのまま通過させる空孔と、電子線をＸ線に変換する金属ターゲット（エネルギーの種類によって複数個）から構成される。
【００５９】
ターゲット１５の直下にあるスリット状コリメータ１６ｂを通過した電子線またはＸ線は、可変絞り装置で所望の照射野に絞られて照射される。スリット状コリメータ１６ｂの長手方向は電子線の走査方向と一致しており、走査電磁石の制御手段によって、スリット長手方向の線量分布が一様になるよう、電子線が連続的に走査される。
【００６０】
スリット状コリメータ１６ｂを通過した電子線またはＸ線は、平坦化フィルタを通過しないので、平坦化フィルタを使う場合よりも線量率を増加させることができる。またスリットの長手方向において電子線を走査する幅を可変とすれば、走査する幅が小さいほど、照射されるＸ線の線量率をさらに増加させることができる。すなわち小照射野ほど線量率を増加することができる可変絞り装置の構成については、他の実施例で後述する。
【００６１】
図８は本発明による放射線治療装置の第四の実施例における照射ヘッドの側面図、図９はその正面図で、走査電磁石の別構成の実施例である。第一と第二の偏向電磁石１３ａ、１３ｂの構成は図６、図７における構成と同様であるが、本実施例では第一の偏向電磁石１３ａでは走査を行わず、第二の偏向電磁石１３ｂの出射口から出て真空窓１４を通過した電子線を、ターゲット１５の直上に設置した走査電磁石１２ｂで走査するものである。
【００６２】
偏向電磁石１３ａ、１３ｂ内で電子線の走査を行わないので、偏向した電子線の軌道範囲を狭めることができ、この結果、第一、第二の偏向電磁石１３ａ、１３ｂを小型化することができる。また、電子線はエネルギーによらず同じ軌道を描くように磁場強度を設定できるので、偏向電磁石１３ｂの入射及び出射側の磁極端形状を単純化でき、補正用の偏向電磁石を用いなくても、低エネルギーから高エネルギーまでのすべての電子線を焦点（走査点）で収束させることが容易になる。
【００６３】
また、電子線を走査する範囲を、電子線軌道の中心軸に対して左右対称の均等なものにできるため、走査電磁石は極性のみが逆で左右同じ強度の磁場を形成すればよく、この結果、走査電磁石の磁場制御が容易になる。
【００６４】
さらに第一の偏向電磁石１３ａの磁場を走査電磁石１２ｂと組み合わせて制御することで、電子線ビームの焦点１０における収束性・走査点位置ズレを補正することもできる。
【００６５】
図６、図７、または図８、図９に示す可変絞り装置は、縦横二方向に配置された互いに直行する二対の単体ブロック状の絞り１９ａ、１９ｂで構成され、各絞り対はそれぞれスリット状コリメータ１６ａの縦と横の方向に対応し、絞りの装置の制御手段によって各単体ブロックを駆動するモータ（図示せず）などが独立に制御されて動作することで、所望の寸法の照射野形状を形成する。照射野形状は、照射ヘッドの首振り回転角度に対応して制御される。
【００６６】
次に、図１０を用いて照射ヘッド首振り回転と可変絞り装置の組合せ動作によって照射野を形成する方法を説明する。患部形状に対応する不整形の実照射野は、治療計画段階において、それぞれ所望の幅のスリットに分割される。このスリットの幅寸法は、可変絞り装置で形成される照射野の横方向寸法に対応し、スリットの長手方向寸法は、可変絞り装置で形成される照射野の縦方向寸法に対応する。電子線またはＸ線の照射は、図１０の左端から右端に（またはその逆方向に）向かって進行する。まず左端のスリット状照射野と、絞り装置で形成するスリット状照射野が一致するように、照射ヘッドの首振り回転角度と、絞り装置の各単体ブロック絞りの位置を設定する。このスリット状照射野内で所望の線量の電子線またはＸ線を照射する。次に隣のスリット状照射野の位置に対して、照射ヘッドの首振り回転角度と、絞り装置の各単体ブロック絞りの位置を設定し、所望の線量の電子線またはＸ線を照射する。この過程を左端から右隣の各スリット状照射野に対して（またはその逆方向に）順次繰り返し、最終的に全照射野に対する照射を完了する。この手順を列記すると以下のようになる。
【００６７】
（１）治療計画で患部形状に合わせて照射野を任意幅の複数スリットに分割し、スリットごとに照射する線量を決定する。
（２）左端のスリット状照射野に、絞り装置のスリット形状と、照射ヘッドの首振り回転角度を合わせる。
（３）照射を開始し、所望の線量を照射したら照射を停止する。
（４）右隣のスリット状照射野に、絞り装置のスリット形状と、照射ヘッドの首振り回転角度を合わせる。
（５）前記（３）、（４）の手順を繰り返し、右端のスリット状照射野に達したら終了する。
【００６８】
この手順はソフトウェアによって制御される。
この結果、単体ブロック絞りにより不整形の照射野が形成される。
また、従来のように多分割絞りの動作方向に合わせて、照射ビーム軸方向回りに照射ヘッドを回転しなくても任意形状の不整形照射野が形成できることから、照射ヘッド回転機構、駆動機構、回転部のケーブル処理機構、及び電源・制御手段は不要になる。
【００６９】
上記の照射過程は、分割されたスリットごとの照射野形状・位置の設定と、所定の線量の照射とを段階的に繰り返すことで達成されるが、照射野形状の設定精度・スリット内の線量分布状態によっては、スリット間の繋ぎ目で線量分布に不均一な部分が生じる場合がある。また、照射野の分割数（スリット状照射野の数）が多いほど照射時間が長くなる。そこで照射時間を短縮するために、以下の手順で照射することもできる。絞り装置の絞り幅を最小の一定幅に設定し、各スリット状照射野に対して、所望の線量を照射しながら、照射野の移動速度が一定になるように照射ヘッドの首振り回転を連続的に動かし、現在のスリット状照射野から次のスリット状照射野に移る瞬間に、絞り装置の縦方向寸法を変える。これを次々と隣接するスリット状照射野に対して繰り返せば、照射野全体にわたって所望の線量を連続して均等に照射することができる。
【００７０】
さらに、線量分布を均一にする方法として、一回の首振り回転による走査で全線量を照射するのではなく、全線量を整数で割った値を、一回の首振り回転による走査で照射する線量とし、全線量を割った整数回だけ首振り回転による走査を繰り返して照射する。全線量を整数で割ったときに端数が出た場合は、最後の一走査だけ、その端数を加えた線量を照射し、首振り回転の速度を端数の増加分だけ遅くすればよい。また一回の首振り走査の速度を速くするほど、照射時間は短縮される。
【００７１】
以上の手順を列記すると以下のようになる。
（１）治療計画で患部形状を任意幅の複数スリットに分割し、全線量を設定するとともに、線量率と首振り走査回数と首振り走査一回ごとに照射する線量を決定し、首振り走査一回で照射する線量を照射したときに、一回の首振り走査が同期して終了するように、一回ごとの首振り走査の速度を計算して設定する。
（２）絞り装置のスリット幅を最小スリット幅に合わせる。
（３）左端のスリット状照射野の最も左端に絞り装置のスリットの左端が合うように、照射ヘッドの首振り回転角度を合わせ、スリットの長手方向幅を合わせる。
（４）照射を開始し、同時に照射ヘッドの首振り回転を開始する。
（５）左端から右端の各スリット状照射野にかけて、絞り装置のスリットが次のスリット状照射野の位置に達したら、順次絞り装置のスリットの長手方向幅を変える。
（６）絞りのスリットの右端が、全照射野の右端に達したら、走査方向を逆転させ、右端から左端にかけて（５）の手順を、左右逆方向について繰り返す。
（７）上記（５）、（６）の手順を繰り返し、全線量を照射したら、照射を終了し、同時に首振り走査を停止する。
【００７２】
この方法によれば、走査の開始時における立ち上がりの不安定さによる線量分布への影響を最小化することができ、得られる線量分布の均一さを改善することができる。またインターロックが作動することによって照射が途中で一時中断された場合に、中断した位置から残りの線量を再度照射するときにも、中断位置における、立ち上がりの不安定さによる線量分布への影響を最小化することができる。
【００７３】
また、この方法の場合、予め最小スリット幅を一定のものとし、照射ヘッド内のスリット状コリメータをこの幅に合わせておけば、図６、図７、または図８、図９においてスリット幅方向の単体ブロック絞り対を省略することができ、スリット長手方向の単体ブロック絞り対のみとなるため、絞り装置が小型・軽量化される。
【００７４】
図１１は本発明による放射線治療装置に多分割絞り装置を用いた第五の実施例による照射ヘッドの側面図、図１２はその正面図である。多分割絞り装置２０ｂは、スリットの長手方向に分割され、スリットの幅方向に動く多分割絞りブロック（片側のみ）２０ｂと、これと対向する方向にあって、多分割絞りとオーバーラップ可能となるように互いに上下に差を持たせた位置に置かれた１個の単体ブロック絞り１９ａと組合せで構成され、モータなどで駆動される（図示省略）。多分割絞り２０ｂと単体ブロック絞り１９ａは互いに動作方向において干渉しないため、完全にスリットが閉じた状態の照射野を形成できる。この構成によれば、多分割絞りブロック群を２セット対向させて対にする必要がなく、１セットの多分割絞りブロック群のみで多分割絞り装置を構成できる。
【００７５】
また、遮蔽する照射野の幅が、スリットの横幅方向であるため、絞り板の動作方向の長さと移動量を大幅に短縮できる。
多分割絞りと直行する方向に、スリットの長手方向の照射野を設定する一対の単体ブロック絞りを設置することもできるが、多分割絞りの分割数が多く、絞り板の幅が十分狭ければ、スリット長手方向の絞りは多分割絞りで代用できるので、スリット長手方向の単体プロック対を省略できる。図１１、図１２はこのスリット長手方向の単体ブロック絞り対を省略した場合を示している。
【００７６】
また、前記の第二の実施例と同様に、予め最小スリット幅を一定のものとし、照射ヘッド内のスリット状コリメータ１６ｂをこの幅に合わせておけば、単体ブロック絞り１９ｂを省略して、片側の多分割絞り２０ｂのみで絞り装置を構成することができる。したがって絞り装置は大幅に小型軽量化され、絞り装置を収納する照射ヘッドと、照射ヘッドを支持するガントリーアームも小型軽量化することができる。しかも照射ヘッドが小型化することにより、照射ヘッドと患者との距離も拡大されるので、クリアランスが大きくなって操作者の作業性が向上する。
【００７７】
さらに、装置と患者の衝突を回避して安全に治療できる範囲が拡大し、患者位置設定範囲および治療可能範囲が拡大されることにより、治療効果自体を向上させることができる。また、基本的に多分割絞りは、各絞り板がスリット状コリメータに対してスリット幅方向に出し入れされるだけで、結果として形成される照射野は、スリット幅寸法で完全に開いているか、または完全に閉じているかのいずれかの状態（ＯＮ／ＯＦＦ）のみ必要であり、絞り板の先端がスリット内の途中で停止している状態は必要ない。したがって、絞り板の位置の検出及び制御手段は、従来の多分割絞り装置で用いられていた手段（ポテンショメータ、エンコーダなど）に比べて格段に簡単で安価なもの（リミットスイッチなど）となり、位置確認が容易なことから安全性も向上する。
【００７８】
多分割絞りを用いた場合には、患部の輪郭だけでなく、図１３に示すような患部輪郭に囲まれた領域内に離島状の非照射領域がある場合、この領域を避けたドーナツ状の照射領域を形成することができる。したがって、従来の多分割絞り装置単独では不可能な打ち抜き照射が、シャドウトレイを併用せずに多分割絞り装置単独で可能となり、シャドウトレイを完全に廃止できる。
【００７９】
さらに、ＩＭＲＴに適用した場合は、分割されたスリット状照射野ごとに、各絞り板の開閉時間を絞り板ごとに制御して照射線量を制御する方法、あるいは首振り一走査ごとに照射野形状を変え、一走査ごとに照射する線量を制御することにより、従来のＤｙｎａｍｉｃ方式とＳｔｅｐ ａｎｄ Ｓｈｏｏｔ方式のいずれでも可能である。しかも、本発明の実施例では上記のような特徴があるので、従来の多分割絞り装置では形成できなかった複雑な線量分布を、首振り照射で拡大された照射野全面にわたって、安全かつ正確に、しかも安価に得ることができる。
【００８０】
図１４、図１５に本発明の放射線治療装置の第六の実施例による照射ヘッドの構成を示す。
この場合の絞り装置は、従来装置の絞り装置、あるいは本発明の第三又は第四のいずれの絞り装置でも構成可能である。
【００８１】
絞り装置は、照射ヘッドの首振り回転方向に対して直行する方向に、円弧軌道のレール２３（図の例では絞り装置側に固定）を有するリニアガイドなどの移動ユニット２４（図の例では照射ヘッド側に固定）で支持され、送りネジ機構などの手段を介してモータ（図示省略）などにより駆動され、エンコーダ（図示省略）などにより位置を検出する。患者の位置情報は、患者の体表面などを基準として位置決めされた、レーザー変位計などの手段により計測される。この計測および制御手段は周知あるので、その説明は省略する。
【００８２】
レール２３は線源１０を中心とする円弧形状であるため、これに支持された絞り装置は、線源１０を中心とする円弧状に揺動可能である。この絞りの揺動と、照射ヘッドの首振り回転とを組み合わせて、計測手段によって入手した患者位置情報に基づいてソフトウェアによって制御することにより、患者の体動に追従して、患部の中心に一致するように多分割絞りの中心を移動させ、連続して照射することができる。
【００８３】
一方、照射ビーム軸２をアイソセンター３以外の点に合わせることができる機能により、患者の位置に合わせて絞り装置の位置を修正することもできる。この機能を使えば、治療台上で最初に患者の位置決めをする際に、患部を必ずしもアイソセンター３に一致させる必要がなく、患者を治療台天板上で固定してから、患部の位置に絞り装置の中心（照射ビーム軸２）を合わせることができる。これは、治療台を共用して同一室内に治療装置と治療計画装置を設置した場合、あるいは治療装置のガントリーアームと治療計画装置のガントリーアームを一体化した場合などにおいて、治療計画装置で患部の位置決めを行った後で、同一治療台上に患者を載せたまま継続して治療を実施するときに、患部をアイソセンター位置に合わせるための、治療台天板上での患者移動が必要ないことを意味する。
【００８４】
この結果、患者移動に伴って生じる患部の位置ずれがなくなって治療精度が向上するとともに、移動に伴う不快感を患者に与えることがなくなる。また治療台による左右方向位置の微調整が必要なくなり、治療台の構造を簡略化できる。例えば、従来の治療用寝台よりも構造が簡単な、診断用寝台を使用することもできる。
【００８５】
さらに、従来はアイソセンターと患部の位置が一致するように患者を位置決めしていたため、患部が患者の正中軸から離れた位置にあると、治療台の左右動を使って天板を中央からシフトさせる必要があったが、本実施例によれば患者を天板中央に固定することができる。この結果、特に体幹部の定位法において、ガントリーアームに対する患者の相対的位置を、床面に対して平行に回転させる場合に、天板の左右シフトがなくなる分、治療装置と患者が衝突することなく安全に治療できる範囲が拡大される。
【００８６】
さらに、ガントリーアーム角度ごとに首振り回転と照射ヘッドの揺動を組み合わせて、ソフトウェアによって制御することにより、アイソセンター以外の任意の一点に対して、多門照射、回転照射、原体照射、三次元集光照射などのガントリーアーム回転を伴った照射を行うことも可能になる。
【００８７】
【発明の効果】
以上、本発明によって得られる効果をまとめると以下のようになる。
（１）照射ヘッドの首振り回転が可能になり、絞り装置の大きさによらずに、照射ヘッド首振り回転角度に応じて、所望の大きさの照射野を形成することができる。
【００８８】
（２）電子線走査方式であるため、平坦化フィルタを廃止でき、従って線量率を高めることができる。これは照射野寸法が小さいほど効果が大きくなり、定位法などのように小照射野で照射する場合に最適である。また電磁気的走査は一次元であるため、二次元で走査する場合と比較して、線量分布を一様にする制御は簡単なものになる。
【００８９】
（３）照射ヘッド首振り回転角度に応じてスリットの寸法と形状を順次連続的に変化させることにより、モノブロック状絞りで不整形照射野を形成することができる。また、従来のように多分割絞りの動作方向に合わせて、照射ビーム軸方向回りに照射ヘッドを回転しなくても任意形状の不整形照射野が形成できることから、照射ヘッド回転機構、駆動機構、回転部のケーブル処理機構、及び電源・制御手段を廃止できる。
【００９０】
（４）多分割絞り装置において、多分割絞りブロック群２セットを対向させて対にする必要がなく、１セットのみで構成できる。また、絞り板の動作方向の長さと移動量を大幅に短縮できる。この結果、多分割絞り装置は大幅に小型軽量化され、絞り装置を収納する照射ヘッドと、照射ヘッドを支持するガントリーアームも小型軽量化することができる。
【００９１】
（５）照射ヘッドを小型化することにより、照射ヘッドと患者との距離も拡大されるので、クリアランスが大きくなって操作者の作業性が向上する。さらに、装置と患者の衝突を回避して安全に治療できる範囲が拡大し、患者位置設定範囲および治療可能範囲が拡大されることにより、治療効果自体を向上させることができる。
【００９２】
（６）従来の多分割絞り装置単独では不可能な打ち抜き照射が、シャドウトレイを併用せずに多分割絞り装置単独で可能となり、シャドウトレイを完全に廃止できる。
【００９３】
（７）計測手段によって入手した患者位置情報に基づき、患者の体動に追従して、患部の中心に一致するように多分割絞りの中心を移動させ、連続して照射することができる。
治療台上で最初に患者の位置決めをする際に、患部を必ずしもアイソセンターに一致させる必要がなく、患者を治療台天板上で固定してから、患部の位置に絞り装置の中心を合わせることができる。この結果、患者移動に伴って生じる患部の位置ずれがなくなって治療精度が向上するとともに、移動に伴う不快感を患者に与えることがなくなる。また治療台による左右方向位置の微調整が必要なくなり、治療台の構造を簡略化できる。
【００９４】
（８）患者を天板中央に固定することができるので、特に体幹部の定位法において、ガントリーアームに対する患者の相対的位置を、床面に対して平行に回転させる場合に、天板の左右シフトがなくなる分、治療装置と患者が衝突することなく安全に治療できる範囲が拡大される。
【００９５】
（９）さらにガントリーアーム回転と首振り回転と照射ヘッドの揺動を組み合わせて、ソフトウェアによって制御することにより、アイソセンター以外の任意の一点に対して、回転照射、原体照射、三次元集光照射を行うことも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の放射線治療装置全体の構成図。
【図２】本発明による放射線治療装置の第一の実施例における照射ヘッドの側面図。
【図３】本発明による放射線治療装置の第一の実施例における照射ヘッドの正面図。
【図４】第一の実施例で照射野を拡大する時の患者設置例を示す図。
【図５】本発明による放射線治療装置の第二の実施例における照射ヘッドの正面図。
【図６】本発明による放射線治療装置の第三の実施例における照射ヘッドの側面図。
【図７】本発明による放射線治療装置の第三の実施例における照射ヘッドの正面図。
【図８】本発明による放射線治療装置の第四の実施例における照射ヘッドの側面図。
【図９】本発明による放射線治療装置の第四の実施例における照射ヘッドの正面図。
【図１０】本発明による照射野形成方法の説明図。
【図１１】本発明による放射線治療装置に多分割絞り装置を用いた第五の実施例による照射ヘッドの側面図。
【図１２】本発明による放射線治療装置に多分割絞り装置を用いた第五の実施例による照射ヘッドの正面図。
【図１３】打ち抜き照射における照射野形成の説明図。
【図１４】本発明による放射線治療装置の第六の実施例における照射ヘッドの側面図。
【図１５】本発明による放射線治療装置の第六の実施例における照射ヘッドの正面図。
【符号の説明】
１…電子ビーム、２…照射ビーム軸、３…アイソセンター、４…患者、５…水平回転軸、６…照射ヘッド、７…ガントリーアーム、８…架台、９…治療台、１０…線源、１１…電子線発生源、１２ａ，１２ｂ…走査電磁石、１３ａ，１３ｂ…偏向電磁石、１４…真空窓、１５…ターゲット、１６ａ…円錐状固定コリメータ、１６ｂ…スリット状固定コリメータ、１７ａ…平坦化フィルタ（回転体形状）、１７ｂ…平坦化フィルタ（板状）、１８ａ，１８ｂ…透過型線量計、１９ａ，１９ｂ…単体ブロック絞り、２０ａ，２０ｂ…多分割絞り、２１…首振り回転軸受、２２…真空ロータリージョイント、２３…円弧状レール、２４…移動ユニット[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a radiation therapy apparatus, and more particularly to a radiation therapy apparatus that can be applied to various treatment techniques and can greatly reduce the burden on patients and operators.
[0002]
[Prior art]
Radiation therapy using an electron beam accelerator involves electron beam therapy in which accelerated electrons are directly irradiated, and X-rays generated by braking secondary irradiation are applied to the affected area by applying the accelerated electrons to a target made of heavy metal. There are two types of X-ray therapy. Such a radiation therapy apparatus converts a direction of an electron beam accelerated by an electron accelerator into a bending electromagnet, a vacuum window through which an electron beam can pass while maintaining a vacuum, and converts an electron beam into an X-ray. A plurality of targets, a scattering foil for scattering electron beams, a fixed collimator for narrowing down the electron beams and X-rays, and a plurality of flattening filters for uniformizing the dose distribution of the electron beams and X-rays on the irradiation surface. Equipped with a filter holder, a transmission dosimeter for measuring the dose of electron beams and X-rays, an irradiation head composed of a variable diaphragm device for forming a desired irradiation field, and an electron beam holding and accelerating the irradiation head It consists of a gantry arm that stores the source of the eruption.
[0003]
Since the electron beam scattered by the scattering foil and the X-ray converted by the target are spread due to the scattering, the dose distribution is not uniform on a plane perpendicular to the electron beam and the X-ray, and the irradiation surface has The center is the highest, and the farther from the center of the irradiation surface, the lower the dose distribution. Such a dose distribution can be made uniform by using a flattening filter. Further, since the shape of the flattening filter varies depending on the energy value of the radiation, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60-7864, a dedicated flattening filter is used for each radiation energy. On the other hand, there is a method in which a dose distribution is made uniform by scanning an electron beam without using a flattening filter. This is mainly used at an energy (about 50 MeV) higher than the energy of electron beams and X-rays (about 4 to 20 MeV).
High-energy electron beams cannot be sufficiently scattered even by using a scattering foil.
[0004]
In addition, even if an attempt is made to make the dose distribution of X-rays uniform by using a flattening filter, the amount of secondary neutron rays generated by the collision of high-energy X-rays with the flattening filter cannot be ignored. Therefore, the dose distribution can no longer be controlled using the flattening filter. Therefore, a method has been adopted in which a plurality of scanning electromagnets disclosed in JP-A-56-5672 are used to directly two-dimensionally scan an electron beam to make the dose distribution on an irradiation surface uniform. When this method is used, not only a flattening filter for electron beams and X-rays but also a scattering foil for scattering electron beams becomes unnecessary.
[0005]
In any of the above prior art methods, the aperture device for forming the irradiation field has exactly the same configuration. The aperture device is composed of a combination of a fixed collimator having a conical irradiation port located directly below the target and a variable aperture device located immediately below the dosimeter. The variable aperture device is usually supported by a mechanism that can rotate about the irradiation beam axis with respect to the fixed collimator.
[0006]
An example of a special mechanism of the irradiation head is a pendulum irradiation using a swinging mechanism of an irradiation head in a cobalt irradiation apparatus using a cobalt 60 radioisotope as a radiation source, and an electron beam accelerator. For example, there is a swing mechanism disclosed in JP-A-60-259277.
[0007]
The treatment is performed by irradiating the affected part with radiation using the above-mentioned radiation therapy apparatus.This irradiation method includes conventional general external irradiation, multiport irradiation, rotation irradiation, whole body irradiation, tangential irradiation, punching irradiation, There are intracavitary and intraoperative irradiation. In addition, as more precise irradiation methods, there are fixed multi-port irradiation or continuous rotation irradiation (conformal irradiation) using a multi-segment stop device, and stereotactic irradiation (three-dimensional focusing irradiation).
[0008]
Here, punching irradiation will be described as a technique related to the technique using the multi-segment stop device. Punching irradiation is an irradiation method that forms a donut-shaped irradiation region avoiding a non-irradiation region in the form of an isolated island in the region surrounded by the contour of the affected part as shown in FIG.
[0009]
The multi-segment stop device can form an irradiation field in accordance with the contour of the affected area, but when there is a non-irradiation part in the irradiation field, the non-irradiation part cannot be shielded by the multi-segment stop device alone. Therefore, a method has been used in which an irradiation field is formed in accordance with the contour of a diseased part by a multi-segmented diaphragm, a shadow tray is mounted on an irradiation head, and a lead block for shielding a non-irradiated part is attached thereto. The other irradiation methods described above have already been technically established and are generally practiced, and thus description thereof will be omitted.
[0010]
In addition, there is IMRT (Intensity Modulated Radiation Therapy) as the latest treatment method. In a treatment method using IMRT, the position and the moving speed of each diaphragm plate of the multi-segment diaphragm device are independently changed for each pair of opposed diaphragm plates while continuously irradiating radiation (Dynamic method or sliding method). Window system) or a method of dividing the irradiation field and changing the irradiation time and irradiation field shape intermittently and stepwise for each of the divided irradiation fields (Step and Shot method). It is intended to intentionally add complex and precise strength in time and space to the dose intensity distribution of the irradiated radiation. The aim of this treatment is to irradiate a localized treatment target with an appropriate amount of radiation at a desired intensity in a short time at a desired site, thereby dramatically improving treatment accuracy and efficiency. To improve it. Naturally, this treatment method requires a high-precision multi-segment diaphragm device and sophisticated position / speed control of the diaphragm device.
[0011]
As a conventional example of the multi-segment stop device, there is a multi-segment stop device having a narrow stop width (about 2 to 3 mm) dedicated to a small irradiation field (about 10 cm × 10 cm) called a micro multi-leaf collimator. This is an auxiliary device attached to the irradiation head as an auxiliary device of the conventional diaphragm device, and some of them can correspond to IMRT.
[0012]
The latest irradiation technology includes respiratory-gated irradiation in stereotaxic treatment of the trunk. This is because when performing radiation therapy on a part whose position fluctuates mainly due to body movements such as the liver and lung field, such as respiration, the radiation is irradiated in synchronization with the rest period of the irradiation target moving by respiratory movement. This is an irradiation method of irradiating only the irradiation target site with radiation while suppressing the exposure dose to the surrounding tissue of the irradiation target site. This respiratory-gated irradiation method is described, for example, in "Study on Respiratory Phase Synchronized Radiation Irradiation Method" (Kiyoshi Ohara, et al .: Journal of the Japan Society for Medical Radiology, Vol. 47, No. 3, P488-496, 1987). There is a radiotherapy device described. In stereotactic radiotherapy, a stereotactic radiotherapy disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-188199 is a means for resolving positional deviation of a gantry arm (irradiation head) and correcting isocenter fluctuation due to respiration. There is a device.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
The problems in the above-described conventional technology and needs for radiotherapy will be described.
(1) Flattening filter
As a result of the attenuation of the electron beam and the X-ray by the flattening filter, the dose rate of the electron beam and the X-ray transmitted through the filter decreases. When the dose rate is low, the time for irradiating the irradiation site with the predetermined dose, that is, the time for restraining the patient becomes longer, increasing the burden on the patient and reducing the treatment throughput. Therefore, it is desirable to irradiate at the highest possible dose rate.
[0014]
(2) Electron beam scanning
Since a flattening filter is not used, the dose rate can be increased.However, in order to make the dose distribution on the irradiation surface uniform, it is necessary to scan the electron beam evenly two-dimensionally for irradiation. Is complicated and expensive.
[0015]
(3) Aperture device
The irradiation field of the current diaphragm device has a maximum irradiation field size of 40 cm × 40 cm that can be formed at the rated treatment distance. Therefore, in order to irradiate the entire trunk of the patient, it is necessary to increase the irradiation field ( For example, there is 40 cm × 70 cm).
However, if it is desired to form an irradiation field of (40 cm × 40 cm) or more by the current technology, when a flattening filter is used, it is necessary to increase the size of the flattening filter that makes the dose distribution of the entire irradiation field uniform. And as a result, the dose rate will be further reduced.
[0016]
When scanning with an electron beam, it is necessary to further increase the magnetic field of the electromagnet in order to widen the scanning range of the electron beam, but this increases the size of the coil and power supply of the electromagnet. In both cases of the flattening filter and the electron beam scanning, as described later, the aperture device is further increased in size in proportion to the maximum irradiation field size. Therefore, at present, the irradiation field is enlarged by moving the patient away from the radiation source position by moving the treatment table up, down, left, and right. However, since the patient is placed at a height of 170 cm or more from the floor, there is a problem of giving a fear to the patient. If possible, it is desirable to be able to easily form a radiation field as large as possible without moving the patient.
[0017]
(4) Pendulum irradiation method using a swing mechanism of the irradiation head
As described in (3) above, in order to widen the irradiation field with the current diaphragm device, the treatment table must be moved up, down, left, and right, which imposes a burden on the patient. As means for irradiating, there is swing irradiation of the irradiation head.
However, the above-mentioned conventional irradiation head is a small-sized radiotherapy apparatus dedicated to low energy in which a radiation source or an electron beam generation source (accelerator) is housed inside the irradiation head, so that it has a wide range from low energy to high energy. In an apparatus having a large accelerator capable of coping with a treatment in a region, it is difficult to store the accelerator in the irradiation head, and thus it is difficult to realize pendulum irradiation by a swing mechanism.
[0018]
(5) Multi-segment stop device
Another problem with the aperture device is the size of the multi-segment aperture device. If the multi-segment diaphragm is to increase the irradiation field in response to the requirement for the formation of the large irradiation field, the diaphragm device is naturally enlarged in proportion to the size of the maximum irradiation field, and at the same time, the diaphragm plate is moved in the moving direction. To be long. Also, the aperture plate has a function of overlapping beyond the center of the irradiation field, and when used for tangential irradiation or IMRT, it is desirable that the diaphragm can be used in the widest possible range.
[0019]
However, the aperture plate becomes longer as the overlap range becomes larger. As a result, the weight increases, and it becomes difficult to support the load, and it becomes difficult to maintain the processing accuracy and the positional accuracy of the aperture plate. In addition, the multi-segment diaphragm device aims at forming a complicated irregular shaped irradiation field according to the shape of the affected part, mainly in a relatively small irradiation field of about 10 cm × 10 cm or less, but more accurately approximates the affected part shape. In this case, it is necessary to reduce the width of each of the divided aperture plates, which makes it difficult to manufacture the components of the aperture plate and the support / drive unit. In addition, as a result of the increase in the number of aperture divisions, the number of drive sources (motors, etc.) and position detection means (potentiometers, encoders, etc.) provided for each of these aperture plates also increases, so that the size of the drive unit increases, and of course the cost also increases. Increase significantly.
[0020]
On the other hand, when the aperture device is increased in size, the irradiation head that houses the aperture device is also increased in size. Further, in the gantry arm supporting the irradiation head, it is necessary to increase the structural strength of the support member in order to reduce the bending of the gantry arm due to the weight of the irradiation head. As a result, the weight of the gantry arm is increased, and the apparatus is simply increased in size.
[0021]
(6) Larger gantry arm
Regarding the irradiation method with rotation of the gantry arm, especially in stereotactic treatment of the trunk (three-dimensional focused irradiation), the position of the patient with respect to the beam irradiation direction is set at various angles, and the gantry arm is placed around the patient. It is necessary to rotate, but if the gantry arm and irradiation head are large, the range where the patient position can be safely set with respect to the treatment device is limited to a narrow range to avoid collision between the patient and the device. Become. That is, there is an inconvenience that the range of treatment is limited in terms of safety. Therefore, it is desirable that the gantry arm and the irradiation head be as small as possible.
[0022]
(7) Attaching and detaching the diaphragm device
Furthermore, in the conventional localization method, irradiation is performed using a detachable collimator having an irradiation port that forms a small circular or rectangular irradiation field. We request implementation.
In response to this demand, the micro multi-leaf collimator described in the related art is used. However, in the case of X-ray therapy or electron beam irradiation in a large irradiation field, the aperture device is not required, and thus attachment and detachment replacement is required. Since the squeezing device is a heavy object, attaching and detaching the squeezing device is a forceful operation, and involves a risk of falling. In addition, since the aperture position shifts due to the attachment / detachment every time the attachment / detachment is performed, it is inevitable to correct the position shift and confirm the corrected result. In order to save the time and effort required for attaching and detaching the diaphragm device, there is a demand that the diaphragm device be housed in an irradiation head and used in all irradiation fields.
[0023]
(8) Punching irradiation by multi-segment stop device
As another problem of the multi-segment stop device, there is a problem of punch irradiation described in the related art. Originally, the multi-segment aperture device was developed to replace the conventional method using a shadow tray and a lead block.However, since the multi-segment aperture device alone cannot realize the punching irradiation function, the Lead blocks could not be completely abolished. Lead blocks must be manufactured each time according to the shape of the affected area, and the mounting of the shadow tray and lead blocks is manual. Users also want to shorten the treatment time by eliminating the trouble of manufacturing the lead block and mounting the shadow tray and the lead block.
[0024]
In addition, mounting the shadow tray and other accessories on the irradiation head reduces the distance (clearance) between the irradiation head and the patient. When the clearance is reduced, the workability of the operator around the patient is deteriorated, and the range in which the collision between the device and the patient can be safely performed is narrowed, and the patient position setting range and the treatable range are reduced. As a result, the inconvenience due to the above-mentioned increase in the size of the irradiation head is further increased. Therefore, it is desirable to minimize the number of devices mounted on the irradiation head.
[0025]
(9) Accuracy of radiation therapy
Apart from the above-mentioned problems of the apparatus itself, there is a problem of body movement of a patient due to respiratory movement or the like as an essential problem relating to the accuracy of radiation treatment. Even if the accuracy on the device side is improved, if the irradiation site moves due to body movement, an accurate dose distribution cannot be obtained. Especially in stereotaxic irradiation or IMRT of the trunk, which requires high accuracy, if this body movement problem cannot be solved, no matter how much the accuracy of the device is improved, the irradiation accuracy in the affected area cannot be guaranteed. Therefore, the significance of these irradiation methods is questioned.
As means for addressing this problem, there is a respiratory-gated irradiation method described in the related art.
However, in order to irradiate radiation intermittently, it is necessary to restrain the patient for a long time in order to irradiate the dose required for the treatment to the irradiation target site, which is a heavy burden on the patient. From this viewpoint, it is necessary to increase the dose rate and shorten the treatment time.
[0026]
(10) Reduction of treatment time
In order to shorten the treatment time, it is desired to continuously irradiate while automatically tracking the irradiation target site. In response to this request, in the localization method, a device has been devised that makes the irradiation collimator attached to the tip of the irradiation head track and irradiate the irradiation target site. However, devices that can handle all irradiation methods including IMRT are available. Has not yet appeared.
[0027]
(11) Positioning of affected area
On the other hand, an essential problem in the positioning accuracy of the affected part is displacement of the affected part caused by movement of the patient between the treatment apparatus and the treatment planning apparatus (a fluoroscopic simulator, a CT simulator, etc.). . Normally, the treatment planning device and the treatment device are installed in separate rooms, and treatment planning and treatment are performed in respective dedicated rooms. The patient first confirms the position of the affected part with the treatment planning device in the treatment planning room, and then writes a marker indicating the irradiation site on the skin indicated by the laser pointer of the treatment planning device. The patient is then moved to the treatment room where the skin
Although the skin is positioned based on the marker and undergoes treatment, the skin marker is the basis for positioning at the time of treatment, and therefore cannot be confirmed even if the position of the diseased part in the body is shifted due to movement. For this reason, there is a means for confirming the irradiation position by taking a fluoroscopic image by therapeutic radiation, but the image quality of this fluoroscopic image is inferior to the image quality of the fluoroscopic image obtained by the treatment planning apparatus, and does not guarantee the accuracy. Absent.
[0028]
As a means to cope with this problem, there is a configuration example in which a treatment planning device and a treatment device are installed facing each other in the same room and the treatment table is shared in order to prevent displacement of the affected part by eliminating movement of the patient. . In this configuration, after the affected part is positioned by the treatment planning device, the patient's top is rotated by 180 ° while the patient is placed on the treatment table, and the patient is moved to the treatment device side, and the treatment is continuously performed as it is. Further, as a further development of this means, by integrating the gantry arm of the treatment device and the gantry arm of the treatment planning device and continuously performing treatment from treatment treatment to treatment on the same treatment table, the patient can be treated. Methods have been devised to completely eliminate travel. However, even if the movement of the patient is abolished in this way, it is necessary to finely adjust the treatment table top and bottom, front and rear, and left and right in order for the treatment device to accurately align the affected part with the isocenter. The patient is moved, and the displacement of the affected part due to the movement of the patient is not completely eliminated.
[0029]
The present invention has been made to solve the problems described above, and has as its object to provide a radiotherapy apparatus capable of performing the following.
(A) A diaphragm device that can be formed from a wide irradiation field to a fine irregular irradiation field, and is applicable to all techniques in the entire irradiation field.
(B) Reduce the size of the aperture device, irradiation head, and gantry arm.
(C) The irradiation time is shortened by increasing the dose rate of the electron beam and the X-ray.
(D) Irradiation to the optimal position can always be performed for the patient's body movement.
[0030]
[Means for Solving the Problems]
The above object is achieved by the following means.
First, as means for solving the above-mentioned object (a), the invention according to claim 1 provides a deflection electromagnet, a vacuum window, a target, a conical collimator, a flattening filter, a dosimeter in an irradiation head. And a variable aperture device. The source of the electron beam and the bending electromagnet are connected by a vacuum rotary joint, and in the irradiation head, the dose distribution of the electron beam and the X-ray is made uniform on the irradiation surface by a flattening filter. In addition, the bending electromagnet, vacuum window, target, conical collimator, dosimeter, and variable diaphragm device are mechanically swung about the axis passing through the virtual source position in the direction perpendicular to the direction of travel of the electron beam. A means for rotating is provided. Further, means for controlling these in accordance with the irradiation head swing rotation angle is provided.
[0031]
In this configuration, the electron beam emitted from the source of the electron beam passes through the vacuum rotary joint and enters the deflection electromagnet in the irradiation head. The electron beam emitted through the bending electromagnet passes through a vacuum window and is irradiated as an electron beam diffused by a scattering foil placed at a target position, or is converted to X-rays at a target and irradiated. . Immediately below the target is a conical collimator, which converges electron beams and X-rays conically. The electron beam or X-ray that has passed through the conical collimator is uniformed in the dose distribution on the irradiation surface by a flattening filter that varies depending on the type and energy of the beam, and is radiated to a desired irradiation field by a variable diaphragm device. You.
[0032]
The irradiation head can be swiveled and rotated around the beam center axis of the electron beam emitted from the source of the electron beam by the vacuum rotary joint, so that the irradiation head can be swung and rotated while irradiating the beam. The electron beam or X-ray emitted from the irradiation head is mechanically scanned in a direction perpendicular to the beam center axis of the electron beam emitted from the source of the electron beam. As a result, in the conventional diaphragm device, it is possible to form an irradiation field of a desired size in the swing direction according to the irradiation head swing rotation angle.
[0033]
Next, as means for solving the above objects (a) and (b), a deflection electromagnet, a vacuum window, a target, a slit collimator and a flattening filter, a dosimeter, and a variable diaphragm device are provided in an irradiation head. To store. The source of the electron beam and the bending electromagnet are connected by a vacuum rotary joint, and in the irradiation head, the dose distribution of the electron beam and the X-ray is made uniform on the irradiation surface by a flattening filter. In addition, the bending electromagnet, vacuum window, target, slit collimator, dosimeter, and variable aperture device are mechanically swung about the axis passing through the virtual source position in the direction perpendicular to the direction of travel of the electron beam. By providing a rotating means, an electron beam passing through a vacuum window or an X-ray generated by a target is narrowed down and scanned. Further, means for controlling these in accordance with the irradiation head swing rotation angle is provided.
[0034]
In this configuration, an electron beam emitted through the bending electromagnet passes through a vacuum window and is irradiated as an electron beam diffused by a scattering foil placed at a target position, or converted into an X-ray at a target. Irradiated. Immediately below the target, there is a slit-shaped collimator instead of the conical collimator in the above configuration, which narrows the electron beam and the X-ray into a slit shape. The electron beam or X-ray that has passed through the slit-shaped collimator is uniformed in dose distribution on the irradiation surface by a flattening filter that varies depending on the type and energy of the beam, and is radiated by being squeezed to a desired irradiation field by a variable diaphragm device. You. The shape of the conventional flattening filter is a rotating body shape adapted to the conical collimator, but the flattening filter in this configuration can be a plate shape adapted to the shape of the slit-shaped collimator. Therefore, the flattening filter is smaller than in the past, and can accommodate more types of flattening filters.
[0035]
As means for solving the above object (c), the invention according to claim 2 provides a scanning electromagnet, a bending electromagnet, a vacuum window, a target, a slit collimator, a dosimeter, and a variable diaphragm in an irradiation head. Store the device. An electron beam source and a bending electromagnet are connected by a vacuum rotary joint, and the scanning electromagnet scans the electron beam in the beam traveling direction in the irradiation head. Further, there is provided a means for mechanically swinging and rotating the deflection electromagnet, the vacuum window, the scanning electromagnet, the target, the slit collimator, the dosimeter, and the variable aperture device in a direction perpendicular to the electron beam scanning direction. Further, means for controlling these in accordance with the irradiation head swing rotation angle is provided.
[0036]
In this configuration, a scanning electromagnet is attached to the bending electromagnet, and scans the electron beam in the traveling direction of the electron beam. The electron beam emitted after passing through the bending electromagnet passes through a vacuum window and passes through a hole placed at the target position and is irradiated as it is as an electron beam, or is converted into X-rays at the target and irradiated. . A slit collimator is provided directly below the target, and narrows an electron beam and an X-ray into a slit. The electron beam or X-ray that has passed through the slit-shaped collimator is radiated by being narrowed down to a desired irradiation field by a variable diaphragm device. The longitudinal direction of the slit collimator coincides with the scanning direction of the electron beam, and the electron beam is continuously scanned by the control means of the scanning electromagnet so that the dose distribution in the longitudinal direction of the slit becomes uniform. The width of the slit can be made continuously variable within a range in which the uniformity of the dose distribution in the slit width direction falls within a prescribed allowable range. The irradiation head containing these can be swiveled about the beam center axis of the electron beam emitted from the source of the electron beam by the vacuum rotary joint, as in the case of the first aspect. When the irradiation head is rotated while irradiating the electron beam, the electron beam or the X-ray emitted from the irradiation head is mechanically scanned around the beam center axis of the electron beam emitted from the source of the electron beam. If the position of the scanning point of the electron beam by the scanning magnet and the rotation center axis of the irradiation head are made to coincide with the virtual source position of the target, the electron beam or X-ray emitted from the irradiation head will be at the virtual source position. Is radiated diffusely in two orthogonal directions with respect to the center (focal point). This is a composite scan of electromagnetic scanning and mechanical scanning. Since electromagnetic scanning is one-dimensional, a scanning electromagnet and its power supply are required only for one direction, and control for making the dose distribution uniform is easier than in the case of two-dimensional scanning. In addition, because of the electron beam scanning method, a flattening filter is not required, and therefore, the conventional dose rate can be increased by at least about 2 to 6 times depending on the energy (the thickness of the flattening filter).
[0037]
On the other hand, since the electron beam having the maximum intensity always enters the target due to the swinging rotation, the irradiation can always be performed at the maximum dose rate regardless of the swinging angle. Therefore, the dose rate is increased and the irradiation time can be shortened as compared with the configuration of the first aspect. This is more effective as the irradiation field size is smaller, and is most suitable for irradiation in a small irradiation field such as a localization method.
The variable aperture device uses two pairs of monoblock apertures that narrow the slits vertically and horizontally, and is provided with a unit that controls the position of each aperture block according to the swinging rotation angle of the irradiation head.
[0038]
With the variable aperture device having this configuration, the size and shape of the slit are sequentially and continuously changed in accordance with the rotation angle of the irradiation head swinging, so that the irregular irradiation field is finally formed using the monoblock aperture device. Can be formed.
[0039]
In the above-mentioned multi-segment diaphragm device, a multi-segment diaphragm which is divided in the longitudinal direction of the slit is installed, and in the same manner as in the case of the monoblock-shaped diaphragm, each diaphragm of the multi-segment diaphragm according to the swinging rotation angle of the irradiation head. Means are provided for controlling the position of the plate. Even with this diaphragm device, an irregular irradiation field can be formed in the same manner as the above-mentioned variable diaphragm device. In this case, not only the contour of the diseased part but also a remote island in the region surrounded by the diseased part contour as shown in FIG. When there is a non-irradiated region in the shape of a donut, a donut-shaped irradiated region avoiding this region can be formed. This is a function called punching irradiation. As described in the related art, conventionally, in order to realize this irradiation method, it is necessary to use a multi-segmented aperture device and a lead block attached to an external shadow tray. there were. However, according to the present invention, since the punch irradiation can be performed without using the shadow tray and the lead block, the shadow tray and the lead block can be completely eliminated.
[0040]
As means for solving (d) of the above objects, the invention according to claims 5 and 6 is characterized in that the variable aperture device and / or the multiple diaphragms are formed in an arc shape centering on the source position with respect to the traveling direction of the electron beam. A means for moving the divided aperture device is provided, which is linked with the swinging rotation of the irradiation head, monitors the body movement of the patient and detects the position information of the irradiation target site, Means for controlling the position. With such a configuration, the multi-segment diaphragm device is swung in an arc shape around the source in the longitudinal direction of the slit, and combined with a swinging rotation orthogonal to the slit, the irradiation of the multi-segment diaphragm device is performed. The field center axis can be freely moved on a straight line passing through the source and passing a point other than the isocenter. On the other hand, if the position coordinates of the affected part are determined based on the position information detected using the means for detecting the body movement of the patient and the multi-segment diaphragm device is moved in accordance with the determined position coordinates, the irradiation of the multi-segment diaphragm device can be performed. The central axis can always track the affected part that has moved due to the movement of the patient.
[0041]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIGS. 1A and 1B show the configuration of the entire radiotherapy apparatus according to the first embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a side view, FIG. 1B is a front view, FIG. 2 is a side view of the irradiation head in FIG. Shows a front view thereof. In FIG. 1, a gantry arm 7 is rotatably supported on a gantry 8 on a shaft 5 which is horizontal to a body axis of a patient 4 placed on a treatment table 9 and an electron beam 1 from an electron beam source shown in FIG. Is guided to the radiation source 10 of the irradiation head 6, and the affected part of the patient 4 is irradiated with an electron beam or X-ray from the radiation source. The irradiation head 6 is provided with a mechanism capable of oscillating operation, and an electron beam or an X-ray is appropriately applied to a treatment site (isocenter 3) of a patient by the oscillating operation of the irradiation head and the rotating operation of the gantry arm 7 by this mechanism. The dose is controlled by control means (not shown) so that the irradiation is performed. Reference numeral 2 denotes an electron beam or X-ray irradiation beam axis.
[0042]
2 and 3, the electron beam source 11 in the gantry arm 7 is placed in parallel with the rotation axis 5 of the gantry arm (FIG. 1A), and its emission port is provided via a vacuum rotary joint 22. It is connected to a bending electromagnet 13a in the irradiation head 6. By controlling the current, the bending electromagnet 13a can change the magnetic field strength for each energy of the electron beam. The deflection electromagnets 13a and 13b, the vacuum window 14 thereunder, the target 15, the conical collimator 16a, the flattening filter 17a, the dosimeter 18a, and the variable diaphragm devices 19 and 20 are housed in the irradiation head 6. The gantry arm 7 is rotatably supported by a bearing 21 via a vacuum rotary joint 22, and is rotated by a motor (not shown) fixed to the gantry arm 7 side and a gear mechanism (not shown) attached thereto. Using a motor with a built-in rotary encoder, or an external encoder or potentiometer (not shown) directly meshed with the gear mechanism, the oscillating angle and oscillating rotation of the irradiation head based on the position and speed signals obtained from these. Control the speed.
[0043]
The central axis of the swinging rotation of the irradiation head 6 is set so as to pass through the virtual source (focal point) position 10 of the target 15. At the same time, the beam axis 1 of the electron beam emitted from the electron beam source 11 is set to pass through the center of rotation of the oscillating rotary bearing 21 and to be perpendicular to the rotation surface of the bearing.
[0044]
In addition, the magnetic pole surface of the first bending electromagnet 13a is such that the electron beam 1 incident on the first bending electromagnet passes through the center of the entrance of the bending electromagnet 13a and is always irrespective of the swinging rotation angle of the irradiation head 6. It is installed perpendicularly to the oscillating rotary bearing so as to be incident parallel to the magnetic pole surface of the bending electromagnet. Therefore, the electron beam 1 incident on the first deflection electromagnet 13a is always incident perpendicular to the magnetic field lines of the deflection electromagnet 13a and is deflected in a predetermined direction even if the irradiation head 6 is swung. Is guided to the exit port.
[0045]
The second bending electromagnet 13b forms a uniform magnetic field set for each energy of the incident electron beam. The trajectory of the electron beam deflected in the designated direction by the first bending electromagnet 13a is deflected downward in a uniform magnetic field in the second bending electromagnet 13b, and passes through the target 15 through the vacuum window 14. The target 15 is composed of holes through which the electron beam passes as it is, and metal targets (a plurality of them depending on the type of energy) for converting the electron beam into X-rays.
[0046]
In the case of the first embodiment, the configuration of the diaphragm device below the target 15 is exactly the same as the conventional device using the conical collimator 16a. This embodiment shows an example of a configuration in which a single block diaphragm 19a and a multi-segment diaphragm 20a are used in combination as a variable diaphragm.
[0047]
According to this configuration, it is possible to form an irradiation field of a desired size over a wider range using a conventional diaphragm device in accordance with the swinging rotation angle of the irradiation head. FIGS. 4A and 4B show an example in which the irradiation field is enlarged in this manner. FIG. 4A is a front view and FIG. 4B is a side view. In this figure, if the patient 4 is installed in the swinging rotation direction, it is possible to form an irradiation field in the body axis direction of the patient that is larger than that of the conventional irradiation field.
[0048]
FIG. 5 is a front view of the irradiation head in the second embodiment of the radiotherapy apparatus according to the present invention (the side view is the same as FIG. 2). In the second embodiment, in the configuration of the diaphragm device below the target 15, instead of the conical collimator 16a of the first embodiment and the flattening filter 17a in the form of a rotating body adapted to the conical collimator, a slit is used. A flat collimator 16b and a plate-shaped flattening filter 17b adapted to the slit collimator are used, and the width of the variable diaphragm in the slit width direction is reduced in accordance with the slit dimensions. Other configurations are the same as in the first embodiment. According to this configuration, the size of the variable aperture device can be reduced according to the width of the slit. Details will be described in an embodiment described later.
[0049]
FIG. 6 is a side view of an irradiation head in a third embodiment of the radiotherapy apparatus according to the present invention, and FIG. 7 is a front view thereof. 6 and 7, the electron beam source 11 in the gantry arm 7 is placed in parallel with the rotation axis 5 of the gantry arm, and its emission port is connected to a deflection electromagnet in the irradiation head 6 via a vacuum rotary joint 22. 13a.
[0050]
The deflecting electromagnets 13a and 13b and the diaphragm devices located below the deflecting electromagnets 13a and 13b are housed in the irradiation head 6 and supported by a bearing 21 via a vacuum rotary joint 22 so as to be swiveled and fixed to the gantry arm 7 side. The motor (not shown) and the associated gear mechanism (not shown) rotate. Using a motor with a built-in rotary encoder, or an external encoder or potentiometer (not shown) directly meshed with the gear mechanism, the oscillating angle and oscillating rotation of the irradiation head based on the position and speed signals obtained from these. Control the speed.
[0051]
The position of the scanning point of the electron beam by the scanning electromagnet 12a (13a) and the central axis of the swinging rotation of the irradiation head 6 are set so as to coincide with the virtual source (focal point) position 10 of the target 15.
[0052]
The beam axis 1 of the electron beam emitted from the electron beam source 11 is set so as to pass through the center of rotation of the oscillating rotary bearing 21 and to be perpendicular to the rotation surface of the bearing.
[0053]
In addition, the magnetic pole surface of the first bending electromagnet 13a is such that the electron beam incident on the first bending electromagnet 13a always passes through the center of the entrance of the bending electromagnet and does not depend on the swinging rotation angle of the irradiation head 6. The deflection electromagnet is installed perpendicularly to the oscillating rotary bearing 21 so as to be incident parallel to the magnetic pole surface of the bending electromagnet. Therefore, the electron beam incident on the first deflection electromagnet 13a is always incident perpendicularly to the magnetic field lines of the deflection electromagnet and is deflected in a predetermined direction even if the irradiation head 6 is swung. Guided to the exit.
[0054]
In the present embodiment, the first bending electromagnet 13a also serves as the scanning electromagnet 12a, and changes the magnetic field of the electromagnet in a predetermined range for each energy of the incident electron beam, so that the electron beam is directed in a specified direction. While being diffused and scanned, and conveyed to the second bending electromagnet 13b.
[0055]
Although not shown here, the first bending electromagnet 13a (scanning electromagnet 12a) may be configured as a pair of two. In the case of a high-energy electron beam, since the beam convergence is relatively good, it is possible to configure only one scanning electromagnet 12a. However, in the case of a low-energy electron beam, the beam convergence is poor. Therefore, if only one scanning electromagnet is used, the scanned electron beam may be scattered in the course of transport, making it difficult to converge at the focal point 10. As a method corresponding to this, two scanning electromagnets are configured as a pair, and the trajectory of the electron beam diffused by the first scanning electromagnet among the two is adjusted by the second scanning electromagnet so as to converge at the focal point 10. There is a method of correcting. Since this method is well known, a detailed description is omitted.
[0056]
The second bending electromagnet 13b forms a uniform magnetic field set for each energy of the incident electron beam. The trajectory of each electron beam scanned and diffused in the designated direction by the first bending electromagnet 13a draws an arc of the same curvature in a uniform magnetic field in the second bending electromagnet 13b, and the virtual source position 10 And crosses the target 15 through the vacuum window 14.
[0057]
The trajectory for crossing the electron beam at the virtual source position 10 is determined by the magnetic field strength generated by the first bending electromagnet 13a and the shape of the exit magnetic pole, and the magnetic field strength generated by the second bending magnet 13b and the incidence side. And the shape of the exit-side pole tip can be determined geometrically. Since this is also well known, detailed description is omitted.
[0058]
The electron beam passing through the bending windows 13 and 13b and passing through the vacuum window 14 enters the target. The target 15 is composed of holes through which the electron beam passes as it is, and metal targets (a plurality of them depending on the type of energy) for converting the electron beam into X-rays.
[0059]
The electron beam or the X-ray that has passed through the slit collimator 16b immediately below the target 15 is radiated by being narrowed down to a desired irradiation field by a variable diaphragm device. The longitudinal direction of the slit collimator 16b coincides with the scanning direction of the electron beam, and the electron beam is continuously scanned by the control means of the scanning electromagnet so that the dose distribution in the longitudinal direction of the slit becomes uniform.
[0060]
Since the electron beam or the X-ray that has passed through the slit collimator 16b does not pass through the flattening filter, the dose rate can be increased as compared with the case where the flattening filter is used. If the width of scanning the electron beam in the longitudinal direction of the slit is variable, the smaller the width of scanning, the more the dose rate of the irradiated X-ray can be increased. That is, the configuration of the variable aperture device capable of increasing the dose rate for a smaller irradiation field will be described later in another embodiment.
[0061]
FIG. 8 is a side view of an irradiation head in a fourth embodiment of the radiotherapy apparatus according to the present invention, and FIG. 9 is a front view of the irradiation head, showing another embodiment of the scanning electromagnet. The configuration of the first and second deflection electromagnets 13a and 13b is the same as the configuration in FIGS. 6 and 7, but in this embodiment, the first deflection electromagnet 13a does not perform scanning, and the second deflection electromagnet 13b The electron beam that has exited from the exit port and passed through the vacuum window 14 is scanned by the scanning electromagnet 12b provided immediately above the target 15.
[0062]
Since the scanning of the electron beam is not performed in the bending electromagnets 13a and 13b, the trajectory range of the deflected electron beam can be narrowed. As a result, the first and second deflection electromagnets 13a and 13b can be downsized. . Further, since the magnetic field strength can be set so that the electron beam follows the same trajectory regardless of the energy, the shape of the magnetic pole at the entrance and exit sides of the deflection electromagnet 13b can be simplified, and without using a deflection electromagnet for correction. It becomes easy to focus all the electron beams from low energy to high energy at the focal point (scanning point).
[0063]
Further, since the scanning range of the electron beam can be made symmetrical with respect to the center axis of the electron beam trajectory, the scanning electromagnet only needs to form a magnetic field having the same strength in the left and right directions with only the opposite polarity. In addition, magnetic field control of the scanning electromagnet is facilitated.
[0064]
Further, by controlling the magnetic field of the first bending electromagnet 13a in combination with the scanning electromagnet 12b, it is possible to correct the convergence of the electron beam at the focal point 10 and the deviation of the scanning point position.
[0065]
The variable aperture device shown in FIG. 6, FIG. 7, or FIG. 8, FIG. 9 is composed of two pairs of single block apertures 19a, 19b arranged in two vertical and horizontal directions and orthogonal to each other. Corresponding to the vertical and horizontal directions of the shape collimator 16a, the motor (not shown) for driving each unit block is independently controlled and operated by the control means of the aperture device, so that the irradiation field of a desired size is obtained. Form a shape. The shape of the irradiation field is controlled in accordance with the rotation angle of the irradiation head.
[0066]
Next, a method of forming an irradiation field by a combined operation of the irradiation head swing rotation and the variable aperture device will be described with reference to FIG. The irregular shaped actual irradiation field corresponding to the affected part shape is divided into slits each having a desired width in the treatment planning stage. The width dimension of the slit corresponds to the horizontal dimension of the irradiation field formed by the variable aperture device, and the longitudinal dimension of the slit corresponds to the vertical dimension of the irradiation field formed by the variable aperture device. The irradiation of the electron beam or the X-ray proceeds from the left end to the right end in FIG. 10 (or in the opposite direction). First, the swing rotation angle of the irradiation head and the position of each single block stop of the stop device are set so that the slit-like irradiation field at the left end matches the slit-like irradiation field formed by the stop device. A desired dose of electron beam or X-ray is irradiated in this slit-shaped irradiation field. Next, with respect to the position of the adjacent slit-shaped irradiation field, the swinging angle of the irradiation head and the position of each single block stop of the stop device are set, and a desired dose of electron beam or X-ray is irradiated. This process is sequentially repeated for each slit-shaped irradiation field on the right side from the left end (or in the opposite direction), and finally irradiation for all irradiation fields is completed. This procedure is listed below.
[0067]
(1) In a treatment plan, an irradiation field is divided into a plurality of slits having an arbitrary width in accordance with the shape of an affected part, and the dose to be irradiated is determined for each slit.
(2) The slit shape of the diaphragm device and the swing angle of the irradiation head are adjusted to the slit-shaped irradiation field at the left end.
(3) Start irradiation, and stop irradiation when a desired dose is irradiated.
(4) The slit shape of the aperture device and the swing angle of the irradiation head are adjusted to the slit-shaped irradiation field on the right side.
(5) The procedure of (3) and (4) is repeated, and the process ends when the slit-shaped irradiation field at the right end is reached.
[0068]
This procedure is controlled by software.
As a result, an irregular irradiation field is formed by the single block aperture.
In addition, since an irregularly shaped irradiation field having an arbitrary shape can be formed without rotating the irradiation head around the irradiation beam axis direction in accordance with the operation direction of the multi-segment stop as in the related art, the irradiation head rotating mechanism, the driving mechanism, The cable processing mechanism of the rotating section and the power supply / control means are not required.
[0069]
The above irradiation process is achieved by setting the irradiation field shape and position for each of the divided slits and repeating irradiation of a predetermined dose stepwise. Depending on the distribution state, a non-uniform dose distribution may occur at the joint between the slits. In addition, the irradiation time becomes longer as the number of divisions of the irradiation field (the number of slit irradiation fields) increases. Therefore, in order to shorten the irradiation time, irradiation can be performed in the following procedure. The aperture width of the aperture device is set to the minimum constant width, and while irradiating the desired dose to each slit-shaped irradiation field, the swinging rotation of the irradiation head is continuously performed so that the moving speed of the irradiation field becomes constant. The vertical dimension of the diaphragm device is changed at the moment of moving from the current slit irradiation field to the next slit irradiation field. By repeating this for successive slit-shaped irradiation fields one after another, a desired dose can be continuously and uniformly irradiated over the entire irradiation field.
[0070]
Furthermore, as a method of making the dose distribution uniform, instead of irradiating the entire dose in one scan with a swing rotation, irradiate the value obtained by dividing the total dose by an integer with a scan with one swing rotation. Irradiation is performed by repeating scanning by swiveling rotation by an integral number of times that is the total dose divided by the total dose. If a fraction is found when the total dose is divided by an integer, a fractional dose is applied only in the last scan, and the speed of the swinging rotation may be reduced by the increased fraction. The irradiation time is shortened as the speed of one swing scan is increased.
[0071]
The above procedures are listed below.
(1) Divide the affected part shape into multiple slits of arbitrary width in the treatment plan, set the total dose, determine the dose rate, the number of head scans, and the dose to be irradiated for each head scan, and perform head scan. The speed of each swing scan is calculated and set so that one swing scan ends synchronously when a single irradiation dose is applied.
(2) Adjust the slit width of the diaphragm device to the minimum slit width.
(3) Adjust the swing angle of the irradiation head so that the left end of the slit of the aperture device is aligned with the left end of the slit-shaped irradiation field at the left end, and adjust the longitudinal width of the slit.
(4) The irradiation is started, and at the same time, the swinging rotation of the irradiation head is started.
(5) From the left end to the right end of each slit-shaped irradiation field, when the slit of the aperture device reaches the position of the next slit-shaped irradiation field, sequentially change the longitudinal width of the slit of the aperture device.
(6) When the right end of the aperture slit reaches the right end of the entire irradiation field, the scanning direction is reversed, and the procedure of (5) is repeated from the right end to the left end in the left and right opposite directions.
(7) The procedure of (5) and (6) is repeated to irradiate all the doses, and then the irradiation is terminated and the swing scan is stopped at the same time.
[0072]
According to this method, it is possible to minimize the influence on the dose distribution due to the instability of rising at the start of scanning, and to improve the uniformity of the obtained dose distribution. In addition, if the irradiation is temporarily interrupted halfway due to the interlock operation, and the remaining dose is re-irradiated from the interrupted position, the effect on the dose distribution due to instability of the rise at the interrupted position is also observed. Can be minimized.
[0073]
In the case of this method, if the minimum slit width is fixed in advance and the slit collimator in the irradiation head is adjusted to this width, the slit width direction in FIG. 6, FIG. 7, or FIG. Since the single-block aperture pair can be omitted and only the single-block aperture pair in the longitudinal direction of the slit is used, the aperture device can be reduced in size and weight.
[0074]
FIG. 11 is a side view of an irradiation head according to a fifth embodiment using a multi-segment stop device in the radiation therapy apparatus according to the present invention, and FIG. 12 is a front view thereof. The multi-segment stop device 20b is divided in the longitudinal direction of the slit and moves in the width direction of the slit. As described above, is combined with one single block diaphragm 19a placed at a position vertically different from each other, and is driven by a motor or the like (not shown). Since the multi-segment stop 20b and the single-block stop 19a do not interfere with each other in the operation direction, an irradiation field with a completely closed slit can be formed. According to this configuration, it is not necessary to make two sets of the multi-segment stop block groups facing each other, and the multi-segment stop device can be constituted by only one set of the multi-segment stop block groups.
[0075]
Further, since the width of the irradiation field to be shielded is in the width direction of the slit, the length and the moving amount of the diaphragm plate in the operation direction can be significantly reduced.
In the direction orthogonal to the multi-segment stop, a pair of single block stops for setting the irradiation field in the longitudinal direction of the slit can be installed.However, if the number of divisions of the multi-segment stop is large and the width of the stop plate is sufficiently small, Since the diaphragm in the longitudinal direction of the slit can be replaced by a multi-segment diaphragm, a single block pair in the longitudinal direction of the slit can be omitted. FIGS. 11 and 12 show the case where the single block aperture pair in the longitudinal direction of the slit is omitted.
[0076]
Further, similarly to the second embodiment, if the minimum slit width is fixed in advance and the slit collimator 16b in the irradiation head is adjusted to this width, the single block aperture 19b is omitted and one side is omitted. The diaphragm device can be constituted only by the multi-segment diaphragm 20b. Therefore, the aperture device is significantly reduced in size and weight, and the irradiation head that accommodates the aperture device and the gantry arm that supports the illumination head can also be reduced in size and weight. In addition, since the distance between the irradiation head and the patient is increased by reducing the size of the irradiation head, the clearance is increased and the workability of the operator is improved.
[0077]
Further, the range in which the apparatus can be safely treated by avoiding collision with the patient is expanded, and the patient position setting range and the treatable range are expanded, so that the therapeutic effect itself can be improved. Also, basically, the multi-segmented aperture is such that each aperture plate is only moved in and out of the slit collimator in the slit width direction, and the resulting irradiation field is completely open in the slit width dimension, or It is necessary only to be in any state (ON / OFF) of whether or not it is completely closed, and it is not necessary that the tip of the aperture plate is stopped halfway in the slit. Therefore, the means for detecting and controlling the position of the diaphragm plate is much simpler and less expensive (such as a limit switch) than the means (a potentiometer, an encoder, etc.) used in the conventional multi-segment diaphragm device, and the position confirmation is performed. The safety is also improved because of the ease of performing
[0078]
In the case where the multi-segment aperture is used, not only the contour of the affected part but also a non-irradiated area in the form of an isolated island in a region surrounded by the contour of the affected part as shown in FIG. An irradiation area can be formed. Therefore, the punching irradiation which cannot be performed by the conventional multi-segment stop device alone can be performed by the multi-segment stop device alone without using the shadow tray, and the shadow tray can be completely eliminated.
[0079]
Furthermore, when applied to IMRT, a method of controlling the irradiation dose by controlling the opening / closing time of each aperture plate for each divided slit-shaped illumination field, or an irradiation field shape for each scan of head swing By changing the dose and controlling the irradiation dose for each scan, both the conventional Dynamic method and the Step and Shot method are possible. Moreover, since the embodiment of the present invention has the above-described features, a complicated dose distribution that cannot be formed by the conventional multi-segment stop device can be safely and accurately applied over the entire irradiation field enlarged by swinging irradiation. In addition, it can be obtained at low cost.
[0080]
14 and 15 show the configuration of an irradiation head according to a sixth embodiment of the radiotherapy apparatus of the present invention.
In this case, the aperture device can be constituted by a conventional aperture device or any of the third and fourth aperture devices of the present invention.
[0081]
The diaphragm device is provided with a moving unit 24 such as a linear guide having an arc-shaped orbiting rail 23 (fixed to the diaphragm device side in the illustrated example) in a direction perpendicular to the swinging rotation direction of the irradiation head (irradiation in the illustrated example). And is driven by a motor (not shown) through means such as a feed screw mechanism, and the position is detected by an encoder (not shown). The position information of the patient is measured by means such as a laser displacement meter positioned with reference to the patient's body surface or the like. Since the measurement and control means are well known, a description thereof will be omitted.
[0082]
Since the rail 23 has an arc shape centered on the radiation source 10, the aperture device supported by the rail 23 can swing in an arc shape centered on the radiation source 10. By controlling the software based on the patient position information obtained by the measuring means, combining the swinging of the aperture and the swinging rotation of the irradiation head, it follows the patient's body movement and matches the center of the affected area. As a result, the center of the multi-segment stop can be moved so as to irradiate continuously.
[0083]
On the other hand, the function of aligning the irradiation beam axis 2 to a point other than the isocenter 3 allows the position of the diaphragm device to be corrected in accordance with the position of the patient. If this function is used, when positioning the patient on the couch for the first time, the affected part does not necessarily need to be aligned with the isocenter 3, and the patient is fixed on the couch top and then moved to the position of the affected part. The center of the aperture device (irradiation beam axis 2) can be aligned. This is because the treatment plan and the gantry arm of the treatment planning device are integrated in the same room by sharing the treatment table, or when the gantry arm of the treatment device and the gantry arm of the treatment planning device are integrated. After positioning, when performing continuous treatment with the patient on the same couch, the patient does not need to be moved on the couch top to adjust the affected part to the isocenter position. Means
[0084]
As a result, the displacement of the affected part caused by the movement of the patient is eliminated, the treatment accuracy is improved, and the patient is not discomforted by the movement. Further, fine adjustment of the horizontal position by the treatment table is not required, and the structure of the treatment table can be simplified. For example, a diagnostic couch having a simpler structure than a conventional treatment couch may be used.
[0085]
Conventionally, the patient was positioned so that the position of the affected area coincided with that of the isocenter.If the affected area was away from the patient's median axis, the top was shifted from the center using the left and right movement of the treatment table. According to this embodiment, the patient can be fixed to the center of the top plate. As a result, when the relative position of the patient with respect to the gantry arm is rotated in parallel with the floor surface, particularly in the torso localization method, the treatment device and the patient collide because the left and right shift of the top plate is eliminated. And the range that can be safely treated is expanded.
[0086]
In addition, by controlling the software by combining the swing rotation and the swing of the irradiation head for each gantry arm angle, multiple points irradiation, rotation irradiation, conformal irradiation, three-dimensional It is also possible to perform irradiation accompanied by rotation of the gantry arm such as focused irradiation.
[0087]
【The invention's effect】
The effects obtained by the present invention are summarized as follows.
(1) The irradiation head can be swung, and an irradiation field having a desired size can be formed according to the irradiation head swivel angle regardless of the size of the aperture device.
[0088]
(2) Because of the electron beam scanning method, the flattening filter can be eliminated, and thus the dose rate can be increased. This is more effective as the irradiation field size is smaller, and is most suitable for irradiation in a small irradiation field such as a localization method. Further, since electromagnetic scanning is one-dimensional, control for making the dose distribution uniform is simpler than in the case of two-dimensional scanning.
[0089]
(3) By changing the size and shape of the slits sequentially and continuously according to the rotation angle of the irradiation head swing, an irregular irradiation field can be formed by a monoblock-shaped diaphragm. In addition, since an irregularly shaped irradiation field of an arbitrary shape can be formed without rotating the irradiation head around the irradiation beam axis direction in accordance with the operation direction of the multi-segment stop as in the conventional case, the irradiation head rotating mechanism, the driving mechanism, The cable processing mechanism of the rotating section and the power supply / control means can be eliminated.
[0090]
(4) In the multi-segment aperture device, it is not necessary to make two sets of the multi-segment aperture block groups facing each other, and it is possible to configure only one set. Further, the length and the moving amount of the diaphragm plate in the operation direction can be greatly reduced. As a result, the size of the multi-segment stop device can be significantly reduced in size and weight, and the irradiation head that houses the stop device and the gantry arm that supports the irradiation head can also be reduced in size and weight.
[0091]
(5) Since the distance between the irradiation head and the patient is increased by reducing the size of the irradiation head, the clearance is increased and the workability of the operator is improved. Further, the range in which the device can be safely treated by avoiding collision with the patient is expanded, and the range in which the patient position can be set and the range in which treatment can be performed are expanded, so that the therapeutic effect itself can be improved.
[0092]
(6) Punching irradiation, which cannot be performed by the conventional multi-segment stop device alone, can be performed by the multi-segment stop device alone without using the shadow tray, and the shadow tray can be completely eliminated.
[0093]
(7) Based on the patient position information obtained by the measurement means, the center of the multi-segment stop can be moved so as to coincide with the center of the affected part, following the patient's body movement, and continuous irradiation can be performed.
When positioning the patient on the couch for the first time, the affected area does not necessarily need to be aligned with the isocenter.The patient should be fixed on the couch top, and then the center of the squeezing device should be aligned with the affected area. Can be. As a result, the displacement of the affected part caused by the movement of the patient is eliminated, the treatment accuracy is improved, and the patient is not discomforted by the movement. Further, fine adjustment of the horizontal position by the treatment table is not required, and the structure of the treatment table can be simplified.
[0094]
(8) Since the patient can be fixed to the center of the tabletop, especially when the patient's relative position with respect to the gantry arm is rotated in parallel with the floor surface in the torso localization method, the left and right sides of the tabletop are Since the shift is eliminated, the range in which the treatment can be safely performed without collision between the treatment device and the patient is expanded.
[0095]
(9) By controlling the software by combining the rotation of the gantry arm, the rotation of the swinging head, and the swing of the irradiation head, rotation irradiation, original irradiation, and three-dimensional focusing can be performed on any point other than the isocenter. Irradiation can also be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an entire radiotherapy apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a side view of the irradiation head in the first embodiment of the radiotherapy apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a front view of an irradiation head in the first embodiment of the radiotherapy apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an example of setting a patient when an irradiation field is enlarged in the first embodiment.
FIG. 5 is a front view of an irradiation head in a second embodiment of the radiation therapy apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is a side view of an irradiation head in a third embodiment of the radiation therapy apparatus according to the present invention.
FIG. 7 is a front view of an irradiation head in a third embodiment of the radiation therapy apparatus according to the present invention.
FIG. 8 is a side view of an irradiation head in a fourth embodiment of the radiation therapy apparatus according to the present invention.
FIG. 9 is a front view of an irradiation head in a fourth embodiment of the radiation therapy apparatus according to the present invention.
FIG. 10 is an explanatory view of the irradiation field forming method according to the present invention.
FIG. 11 is a side view of an irradiation head according to a fifth embodiment using a multi-segment stop device in the radiation therapy apparatus according to the present invention.
FIG. 12 is a front view of an irradiation head according to a fifth embodiment using a multi-segment stop device in the radiation therapy apparatus according to the present invention.
FIG. 13 is an explanatory diagram of irradiation field formation in punch irradiation.
FIG. 14 is a side view of an irradiation head in a sixth embodiment of the radiation therapy apparatus according to the present invention.
FIG. 15 is a front view of an irradiation head in a sixth embodiment of the radiation therapy apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electron beam, 2 ... Irradiation beam axis, 3 ... Isocenter, 4 ... Patient, 5 ... Horizontal rotation axis, 6 ... Irradiation head, 7 ... Gantry arm, 8 ... Stand, 9 ... Treatment table, 10 ... Source, 11: electron beam source, 12a, 12b: scanning electromagnet, 13a, 13b: deflection electromagnet, 14: vacuum window, 15: target, 16a: conical fixed collimator, 16b: slit fixed collimator, 17a: flattening filter ( Rotating body shape), 17b: Flattening filter (plate shape), 18a, 18b: Transmission dosimeter, 19a, 19b: Single block aperture, 20a, 20b: Multi-segment aperture, 21: Swing rotary bearing, 22: Vacuum Rotary joint, 23: arc-shaped rail, 24: moving unit
