JP2005237694A - 放射線治療用ボーラスの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放射性廃棄物を大幅に削減でき、且つ、セットアップ時間を短縮することができる放射線治療用ボーラスの製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】変形可能なビニール製カバー６３を有するビニール製容器５６内にポリエチレン球５４及び空気６０を封入した上で、そのビニール製容器５６を鋳型装置５５の押圧ピン７１により外部から押圧して治療対象の患部に対応した形状に成型し、押圧した状態で真空ポンプ６５を用いてビニール製容器５６内の空気６０を排出し、排出後に電磁弁６７を閉塞してビニール製容器５６を成型された患部に対応した形状に固定し、ボーラス２０を構成する。
【選択図】 図１１

Description

本発明は荷電粒子線等の放射線を患部に照射して治療を行う放射線治療装置に用いられる放射線治療用ボーラスの製造方法及び製造装置に関わる。

がん治療等に利用される放射線治療装置では、従来、患部の深さ形状に放射線の飛程を合わせる飛程補償装置（ボーラス又はコンペンセータとも称される。以下、ボーラスと記載する。）として、樹脂材料や鑞等を切削したものを用いてきた。このボーラスは患部の形状毎、放射線の照射方向毎に用意する必要があり、一般に放射線治療では、患者毎に平均３個程度のボーラスが製作される。したがって、例えば年間３０００人の治療を行う施設では年間９０００個のボーラスの切削加工が必要となり、多大な時間、及びコストを必要としていた。

このような背景から、型成形用フレーム内に格子状に配設された多数のピンを治療計画情報から決定される患部形状に基づき進退させて患部の底面に対応した形状の型を形成し、この型と型成形用フレームによって囲まれるスペース内に水性ゲル、寒天、シリコン等を注入して硬化させることによりボーラスを製造する方法が提唱されている（例えば、特許文献１参照。）。この従来技術によれば、ボーラス成形用型を簡易迅速に形成可能であり、ボーラスの製造に要する時間、コストの低減を図ることを可能としている。一方で、有底の中空容器の上部に積層造形法により患部の底面に対応した形状に形成された蓋を装着し、容器の内部空間に水等の液体を注入してボーラスを構成する方法が提唱されている（例えば、特許文献２参照。）。この従来技術によれば、有底の中空容器については再利用可能であり、容器の上部に装着する蓋部分のみ形成及び交換すればよいため、ボーラス製造に要する時間、コストの低減を図ることを可能としている。

特公平６−３４８３５号公報 特開２００１−３４６８９２号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の従来技術では使用後のボーラスは放射性廃棄物となり、また上記特許文献２記載の従来技術では有底の中空容器については再利用可能なものの患部に対応した形状に形成された蓋部分については放射性廃棄物となるため、その廃棄物処理には多大な時間及びコストを必要とする。また、前述したように、標的（患者，患部）が変わる毎、照射方向が変わる毎に形状の異なるボーラスが必要であり、上記従来技術ではその都度ボーラスを交換する必要があることから、その交換作業に手間がかかり、放射線治療におけるセットアップ時間の遅延化の大きな要因となっていた。

本発明の目的は、放射性廃棄物を大幅に削減でき、且つ、セットアップ時間を短縮することができる放射線治療用ボーラスの製造方法及び製造装置を提供することにある。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、変形可能な容器内に固体状物質及び流体状物質を封入した上で、その容器を外部より押圧して治療対象の患部に対応した形状に成型し、押圧した状態で容器に設けた出入孔から流体状物質を排出し、排出後に出入孔を閉塞して容器を成型された患部に対応した形状に固定することによって、放射線治療用ボーラスを構成することにある。このようにして成型したボーラスは、使用後には出入孔から容器内に流体状物質を流入させて容器形状の固定を解除し、再び上記手順を繰り返して別の形状に成型することが可能である。したがって、本発明によれば、容器やその内部に封入される固体状及び流体状物質の寿命の範囲内でボーラス全体を繰り返し再利用することが可能であり、放射性廃棄物を大幅に削減することができる。また、本発明のボーラス製造装置を照射装置内に設けることにより、患者や照射方向が変わる毎に必要であったボーラスの交換作業が不要となるので、照射のための機器セットアップ時間を短縮することができる。その結果、１治療室における単位時間当たりの治療人数を増加することができる。

本発明によれば、放射性廃棄物を大幅に削減でき、且つ、セットアップ時間を短縮することができる。

本発明の好適な一実施形態である粒子線治療装置を、図１を用いて説明する。本実施形態の粒子線治療装置（放射線治療装置）１は、荷電粒子ビーム発生装置（放射線発生装置）２及び照射野形成装置１５を備える。荷電粒子ビーム発生装置２は、イオン源（図示せず），前段加速器３及びシンクロトロン４を有する。イオン源で発生したイオン（例えば、陽子イオン（または炭素イオン））は前段加速器（例えば直線加速器）３で加速される。前段加速器３から出射されたイオンビームはシンクロトロン４に入射される。このイオンビームは、シンクロトロン４で、高周波加速空胴５から印加される高周波電力によってエネルギーを与えられて加速される。シンクロトロン４内を周回するイオンビームのエネルギーが設定されたエネルギーまでに高められた後、出射用の高周波印加装置６から高周波がイオンビームに印加される。安定限界内で周回しているイオンビームは、この高周波の印加によって安定限界外に移行し、出射用デフレクタ１３を通ってシンクロトロン４から出射される。イオンビームの出射の際には、シンクロトロン４に設けられた四極電磁石７及び偏向電磁石８等の電磁石に導かれる電流が設定値に保持され、安定限界もほぼ一定に保持されている。高周波印加装置６への高周波電力の印加を停止することによって、シンクロトロン４からのイオンビームの出射が停止される。

シンクロトロン４から出射されたイオンビームは、ビーム輸送系９を経て照射装置である照射野形成装置（放射線照射装置）１５に達する。ビーム輸送系９の一部である逆Ｕ字部１０及び照射野形成装置１５は、回転可能なガントリー（図示せず）に設置される。逆Ｕ字部１０は偏向電磁石１１を有する。イオンビームは、照射野形成装置１５から治療台（ベッド）５９に乗っている患者６１の患部６２（例えば癌や腫瘍の発生部位。図２参照。）に照射される。

本実施形態に用いられる照射野形成装置１５の詳細構成を図２に基づいて説明する。照射野形成装置１５は、二重散乱体方式の照射野形成装置である。照射野形成装置１５は、逆Ｕ字部１０に取り付けられるケーシング１６を有し、ケーシング１６内に、イオンビーム進行方向（ビーム軸ｍ方向）の上流側より順次、レンジモジュレーションホイール（以下、ＲＭＷという）装置１７，散乱体装置１８，飛程調整装置１９，ボーラス２０、及びコリメータ２２を配置する。

ＲＭＷ装置１７は、ＲＭＷ２４，ＲＭＷ２４を回転駆動するモータ２５、及びＲＭＷ２４とモータ２５を支持するＲＭＷ支持部材２６を有する。ＲＭＷ２４の詳細構造を図３に示す。この図３に示すように、ＲＭＷ２４は、回転軸２７，回転軸２７と同心円に配置された円筒部材２８、及び回転軸２７に取り付けられＲＭＷ２４の半径方向に伸びた複数の翼（本実施形態では３枚、翼部）２９を有している。これらの翼２９はその周方向における幅が径方向外側に行くほど広くなるように（すなわち円筒部材２８側が回転軸２７側よりも広くなるように）形成されており、径方向外側の端部は円筒部材２８の内周面に取り付けられている。また、ＲＭＷ２４の周方向における翼２９，２９の間には、それぞれ開口３０が形成されている。すなわち、１つのＲＭＷ２４には３枚の翼２９の相互間に形成された開口３０が３つ存在する。これら開口３０も周方向における幅が径方向外側に行くほど広くなるように形成されている。

上記各翼２９は、ＲＭＷ２４の周方向において階段状に配置された複数の平面領域３１（すなわち平面領域３１は、例えば階段において足を乗せる平面に相当する。）を有しており、ビーム進行方向におけるＲＭＷ２４の底面から各平面領域３１までの各厚みが異なっている（ＲＭＷ２４の底面から各平面領域３１までのレベルが異なる）。ここでは、１つの平面領域３１の部分におけるその厚みを、平面領域部分の厚みという。すなわち、翼２９は、周方向において翼２９の両側に位置する開口３０からビーム進行方向における最も厚みの厚い翼頂部２９Ａに位置する平面領域３１に向かって各平面領域部分の厚みが増加するように形成されている。各平面領域３１は回転軸２７から円筒部材２８に向かって延びており、その周方向における幅も径方向外側に行くほど広くなっている。

以上のようなＲＭＷ２４の構成により、ＲＭＷ２４を通過したイオンビームは、通過する平面領域部分の厚みに応じて複数のエネルギー成分を有し、ＳＯＢＰが拡大されてビーム進行方向（すなわち患者６１の患部６２の深さ方向）における照射線量を一様にする。

図２に戻り、ＲＭＷ２４のビーム進行方向上流側（ＲＭＷ２４の底面側）には散乱補償体（散乱補償装置）３４が一体的に結合して設けられている。図４はこの散乱補償体３４の概略構造を示すＲＭＷ２４の翼２９の断面図（図３中IV-IV断面に相当）である（なお、図３では散乱補償体３４は図示省略している）。図４に示すように、散乱補償体３４は翼２９の平面領域部分の厚みに応じてビーム進行方向における厚さが段階的に変わるように形成されており、翼２９の最も厚みの厚い翼頂部２９Ａに対応する領域では最も厚みが薄く（すなわち厚さ０）、開口３０の領域に対応する領域では最も厚みが厚くなっている。この散乱補償体３４は、比較的散乱強度の大きい（すなわち比較的比重の重い）材料によって構成されており、ＲＭＷ２４におけるイオンビームの散乱量を補償する機能を有する。すなわち、本実施形態のように、ＲＭＷ２４をビーム進行方向における上流側に配置した場合、ＲＭＷ２４のビーム進行方向における厚さ分布（平面領域部分の厚み）の違いによって生じるイオンビームの散乱量の差異により、照射目標でのビーム進行方向に直交する方向における線量分布の均一性が低下するが、上述したように散乱補償体３４がＲＭＷ２４の各平面領域部分の厚みの大小関係と反対の厚みを有する構成となっていることから、各平面領域部分におけるビームの散乱量が一様化され、上記不具合は解消される（実際には、下流側の散乱体装置１８，飛程調整装置１９による散乱を考慮した上で、照射目標でのビーム進行方向に直交する方向における線量分布が均一となるように各平面領域部分における散乱量が調整される）。なお、本実施形態では、散乱補償体３４とＲＭＷ２４とがイオンビームのビームサイズを拡大する第１散乱体としての役目も果たしている。したがって、散乱補償体３４及びＲＭＷ２４を通過したイオンビームは、ブラッグピークを拡大されると共に、散乱によりビーム進行方向と直交する方向に広げられる。

図２に戻り、散乱補償体３４及びＲＭＷ２４はＲＭＷ支持部材２６によって回転可能に支持され、またこれら散乱補償体３４及びＲＭＷ２４を回転駆動するモータ２５はその下方において同様にＲＭＷ支持部材２６によって支持される。このＲＭＷ支持部材２６はケーシング１６に固定される。

散乱体装置１８は、散乱体１８Ａ及びこの散乱体１８Ａをケーシング１６から支持する支持部材１８Ｂを備えている。散乱体１８Ａは、例えば散乱強度が異なる材料で構成された二重リング構造となっており、径方向内側ほど散乱強度が大きく、径方向外側ほど散乱強度が小さくなるように構成されている。すなわち、入射されるイオンビームの径方向内側部分については大きく散乱し、径方向外側部分については小さく散乱する。これにより、第１散乱体としての散乱補償体３４及びＲＭＷ２４によりビーム進行方向と直交する方向における線量分布が正規分布状となるように広げられたイオンビームを、その径方向内側部分については大きく散乱すると共に径方向外側部分については小さく散乱することにより、ビーム中央部付近（ビーム軸ｍ付近）における線量分布を減少させ周縁部付近の線量を増大させて、ビーム進行方向と直交する方向における線量分布が一様となるように調整する。

飛程調整装置１９はイオンビームの飛程を調整するものであり、図５にその構造を示す。この図５に示すように、圧縮空気シリンダ４６、及び圧縮空気シリンダ４６内に設置されたピストン（図示せず）に連結されるピストンロッド４７を有する複数の吸収体操作装置４５を有する。これらの吸収体操作装置４５は支持枠４４に設置される。飛程調整装置１９は、ビーム進行方向（ビーム軸ｍ方向）における厚みが異なる吸収体４８Ａ〜４８Ｆを有する。これらの吸収体は、個々の吸収体操作装置４５に一個ずつ取り付けられる。各吸収体は、炭化水素等の原子番号の小さい物質を含む樹脂で構成される。電磁弁５２を有する圧縮空気配管５１が、各吸収体操作装置４５の圧縮空気シリンダ４６にそれぞれ接続される。各圧縮空気配管５１は圧縮空気供給装置（図示せず）に接続される。また、飛程調整装置１９の各吸収体操作装置４５は、それぞれリミットスイッチを備える。吸収体操作装置４５のリミットスイッチは、該当する吸収体が、その設定位置に達したことを検出する。なお、飛程調整装置として、対向して配置された２枚の楔板を有し、各楔板を移動させて重なり部の厚みを連続的に変化させる装置を用いてもよい。

図２に戻り、ボーラス２０は、治療患者６１の患部６２の最大深さに合わせてイオンビームの到達深度を調整するものであり、ビーム進行方向に直交する平面上の各位置における飛程を、照射目標である患部６２の深さ形状に合わせて調整するものである。このボーラス２０は、照射野形成装置１５内に設置されたボーラス成型装置２１によって成型される。図６は図２に示す照射野形成装置の先端（患者側端部）付近を拡大して示す図である。この図６に示すように、ボーラス成型装置２１は、ボーラス２０の成型を行う鋳型装置（成型装置）５５，鋳型装置５５で成型されたボーラス２０をビーム位置（図６に示すビーム軸ｍ上の位置）に移動させると共に、使用後にはビーム位置から成型位置（後述の図８に示す位置）に移動させる移動装置５７、及びボーラス２０内の減圧を行う圧力調整装置５８から概略構成されている。

ボーラス２０は、図７に示すように十分にたるみを有し自在に変形可能なビニール製カバー６３と底板４９とからなるビニール製容器（プラスチック製容器）５６内に、空気（流体状物質；流体；第２の物質）６０及び多数の微細なポリエチレン球（固体状物質；粒子状物質；第１の物質）５４が封入された構成となっている。ビニール製カバー６３の側面にはゴムネット５０が巻き付けられており、鋳型装置５５による成型が行われやすいように便宜が図られている。なお、ビニール製容器５６内に封入する粒子状物質としては、上記ポリエチレン球５４以外に、例えばポリウレタン、ポリスチロールにより構成した粒子を用いてもよい。すなわち、圧力を加えることで変形、或いは内包する流体量が変化する材料であればよい。また、粒子状物質は必ずしも球型である必要は無く、多角形状や繊維状であってもよい。要はビニール製容器５６内が減圧されて粒子状物質同士が接触した際に、摩擦が発生するか、又は絡み合うことによって、変形しにくくなる材料であればよい。また、例えば小麦粉やグルテンの様な自然由来物質もポリエチレン球５４の代わりに適用可能である。これら封入する材料の密度は水に近ければ好適である。また、ビニール製容器５６に出し入れする流体として、空気６０の代わりにその他の気体を用いてもよいし、水やアルコール等の液体を用いてもよい。また、ゲル状物質等の流体状物質でもよい。すなわち、ポリエチレン球５４等の粒子状物質を溶解せず、且つそれら粒子状物質間に入り込むことで粒子状物質間の摩擦を調整（低減）することが可能であればよい。なお、底板４９は例えばアクリルプレート等、イオンビームが透過した際に散乱が小さい物質で構成されており、この底板４９とビニール製カバー６３とは接着剤等により一体的に固定されている。また、本実施形態ではカバー６３としてビニール製カバーを用いているが、これに限定するものではなく、例えばポリイミド，ポリウレタン製等のカバーを用いてもよい。すなわち、変形可能なプラスチック製カバーであればよい。

ビニール製容器５６には出入孔６４が設けられる。圧力調整装置５８は、この出入孔６４を介してビニール製容器５６内の空気６０の排出を行う真空ポンプ（排出装置）６５，この真空ポンプ６５と出入孔６４とを接続するチューブ（流路）６６，このチューブ６６に設けられチューブ６６を連通・遮断可能な電磁弁（弁装置）６７，チューブ６６に設けられ空気６０は通すがポリエチレン球５４は通さないフィルタ６８、及びタンク６９を備えている。なお、チューブ６６は例えばビニール製の十分な長さを有する柔軟なチューブであり、移動装置５７によるボーラス２０の移動に追従して出入孔６４と真空ポンプ６５とを接続可能としている。

図８はボーラス成型装置２１の鋳型装置５５の詳細構造を示す図である。なお、この図８では煩雑防止のため押圧ピン７１を６本のみしか図示していないが、実際には例えば照射野径を２０ｃｍ×２０ｃｍ、押圧ピンの配列を１ｃｍ毎とした場合には４００本の押圧ピン７１が設けられる。また、この図８において、移動装置５７によるボーラス２０の移動方向（図８及び図６中左右方向）をＸ軸方向、ビーム進行方向（図８中上下方向）をＺ軸方向、これらＸ軸及びＺ軸のそれぞれに直角な方向（図８中紙面に垂直な方向）をＹ軸方向とする。

この図８に示すように、鋳型装置５５は多数の格子状に配列された押圧ピン７１と、片持ちフレーム７２上に設けられ各押圧ピン７１に対応する位置にピン孔７３をそれぞれ有する支持部材７４とを有しており、押圧ピン７１が外周面に有するおねじ構造とピン孔７３が内周面に有するめねじ構造とは螺合している。すなわち、押圧ピン７１を軸回りに回転させることにより押圧ピン７１をＺ軸方向に進退可能な構成となっており、押圧ピン７１の回転量を調節することでボーラス２０方向への押し込み量を調節可能とする。

これら押圧ピン７１の上部には、押圧ピン７１の上端部にリンク部７６を当接させて押圧ピン７１を回転駆動させる回転サーボモータ（モータ）７７と、この回転サーボモータ７７をＸ・Ｙ・Ｚ方向にそれぞれ移動させるＸ・Ｙ・Ｚ軸移動機構（モータ移動装置）７８Ａ，７８Ｂ，７８Ｃが配置される。Ｚ軸移動機構７８Ｃは、回転サーボモータ７７を支持する支持部材８０，この支持部材８０に設けられネジ孔（図示せず）を有する支持部材８１，この支持部材８１のネジ孔と螺合するボールネジ８２，このボールネジ８２の両端部を回転可能に支持する支持部材８３，この支持部材８３に取り付けられ、ボールネジ８２を回転駆動するＺ軸サーボモータ８４、及びボールネジ８２の一方側端部に連結されたエンコーダ８５を有している。さらに、このＺ軸移動機構７８Ｃは、支持部材８３を支持する支持部材８７，この支持部材８７に設けられネジ孔（図示せず）を有する支持部材８８，この支持部材８８のネジ孔と螺合するボールネジ８９，このボールネジ８９の両端部を回転可能に支持する支持部材９０，この支持部材９０に取り付けられ、ボールネジ８９を回転駆動するＸ軸サーボモータ９１、及びボールネジ８９の一方側端部に連結されたエンコーダ９２を有するＸ軸移動機構によって支持されている。さらにまた、このＸ軸移動機構７８Ａは、支持部材９０を支持する支持部材９４，この支持部材９４に設けられネジ孔（図示せず）を有する支持部材９５，この支持部材９５のネジ孔と螺合するボールネジ９６，このボールネジ９６の両端部を回転可能に支持し、立設フレーム９７に取り付けられた支持部材９８，この支持部材９８に取り付けられ、ボールネジ９６を回転駆動するＹ軸サーボモータ９９，支持部材９４の姿勢を立設フレーム９７と略平行に保つための車輪機構１００、及びボールネジ９６の一方側端部に連結されたエンコーダ（図示せず）を有するＹ軸移動機構によって支持されている。なお、上記サーボモータ７７，８４，９１，９９は交流サーボモータでも、直流サーボモータでも、又はステップモータでもよい。また、Ｘ・Ｙ・Ｚ軸移動機構７８Ａ，７８Ｂ，７８Ｃは上記したボールネジ機構に限らず、例えばラックピニオン機構であってもよい。

図６に戻り、移動装置５７は、ケーシング１６に設置された圧縮空気シリンダ１０２、及び圧縮空気シリンダ１０２内に設置されたピストン（図示せず）に連結されるピストンロッド１０３を有する。このピストンロッド１０３の先端にはボーラス２０（ビニール製容器５６）の底板４９が固定される。圧縮空気シリンダ１０２のロッド側及びボトム側には、それぞれ電磁弁（図示せず）を有する圧縮空気配管（図示せず）が接続され、この圧縮空気配管は圧縮空気供給装置（図示せず）に接続される。すなわち、ボトム側の電磁弁が開いた場合には圧縮空気シリンダ１０２のボトム側空気室（図示せず）に圧縮空気が供給され、シリンダは伸長する。一方、ロッド側の電磁弁が開いた場合には圧縮空気シリンダ１０２のロッド側空気室（図示せず）に圧縮空気が供給され、シリンダは縮短する。また、移動装置５７はリミットスイッチを備えており、このリミットスイッチは、ボーラス２０が設定位置（すなわち成型位置及びビーム位置）に達したことを検出する。なお、圧縮空気シリンダ１０２の代わりにモータを用いて移動装置５７を構成してもよい。

図２に戻り、コリメータ２２は、イオンビームをビーム進行方向と直交する平面方向に整形して照射野を患者６１の患部６２の形状に合わせてコリメートするためのものである。

本実施形態の粒子線治療装置は、照射制御装置（制御装置）１０５及び駆動制御装置１０６，１０７を含む制御システム３５を備える。治療計画装置３６は、治療する患者６１に対する治療計画情報（照射野サイズ，照射方向，飛程，入射エネルギー、及び予めＸ線ＣＴで撮像した患部６２を含む断層画像等）を記憶している。照射制御装置１０５は、治療計画装置３６から取り込んだ治療計画情報に基づき、散乱補償体３４及びＲＭＷ２４の種類，散乱体１８Ａの種類，飛程調整装置１９におけるイオンビームが通過する吸収体の厚さ（飛程調整装置厚さ）、及びボーラス形状情報等の照射条件情報を選択、作成し、メモリ１０９に記憶する。治療計画情報である飛程及び入射エネルギー等の各情報と、照射条件情報である散乱補償体３４及びＲＭＷ２４の種類，散乱体１８Ａの種類、及び飛程調整装置厚さ等との関係は、予め、計算あるいは実験により求めておく。なお、照射制御装置１０５，駆動制御装置１０６，１０７、及びメモリ１０９を個々に設けずに、制御システム３５が照射制御装置１０５，駆動制御装置１０６，１０７、及びメモリ１０９の各機能を発揮するように構成してもよい。

散乱補償体３４及びＲＭＷ２４，散乱体１８Ａは複数種類準備されており、照射制御装置１０５によって治療計画情報に基づいて散乱補償体３４及びＲＭＷ２４，散乱体１８Ａが選定されると、例えばオペレータによってＲＭＷ支持部材２６及び支持部材１８Ｂに予め取り付けられる。

照射制御装置１０５は、治療計画情報に基づき選定した飛程調整装置厚み情報を、駆動制御装置１０６に対して、駆動指令信号と共に出力する。駆動制御装置１０６は、選定された吸収体の厚み情報に基づいて、その厚みになる吸収体（一枚または複数枚）を飛程調整装置１９内の吸収体４８Ａ〜４８Ｆの中から選定する。例えば、吸収体４８Ｅの厚みが吸収体厚み情報と一致した場合には吸収体４８Ｅが選定される。駆動制御装置１０６は、吸収体４８Ｅを操作するそれぞれの吸収体操作装置４５に接続された各圧縮空気配管５１の電磁弁５２を開く。該当する吸収体操作装置４５のシリンダ４６内に圧縮空気が供給され、吸収体４８Ｅはピストンロッド４７の移動により上記設定位置まで押し出される。残りの吸収体はイオンビームの通過位置から離れた場所に位置している。該当する吸収体が設定位置に達したとき、該当する各リミットスイッチの作動によって発生する各位置信号が駆動制御装置１０６に伝えられる。駆動制御装置１０６は、照射制御装置１０５に対して吸収体の移動完了情報を出力する。

また、照射制御装置１０５は、治療計画情報である断層画像情報からボーラス２０の形状情報を作成し、このボーラス形状情報を駆動指令信号と共に駆動制御装置１０７に出力してボーラス成型装置２１を制御する。この照射制御装置１０５によるボーラス形状情報の作成手順について、図９を用いて説明する。

図９において、オペレータは画像表示装置１１１を見ながら操作入力装置１１２を操作する。操作入力装置１１２からの操作入力は操作判定部１１５で判定される。オペレータは患部領域を特定するために、Ｘ線ＣＴで撮像した患部を含む断層画像を画像表示装置１１１に表示する。この断層画像は予め撮像されて治療計画装置３６に格納されている。断層画像（２次元）は患部の大きさにもよるが、通常４０枚程度で、予め位置座標が付されている。

オペレータが操作入力装置１１２から断層画像表示の操作入力を与えると、操作判定部１１５が画像データ取込部１１７に画像取込み指令を与える。画像データ取込部１１７は、治療計画装置３６から複数枚で構成される治療対象である患者６１のＸ線ＣＴの断層画像データを取込み、患部領域設定部１１６に送信する。

患部領域設定部１１６に入力された断層画像データは１枚ごとに表示制御部１１４によって画像表示装置１１１に表示される。オペレータは画像表示装置１１１に表示された断層画像に操作入力装置１１２から治療する患部領域、患者体表などを設定入力すると共にイオンビームの照射方向を決定して入力する。

患部領域設定部１１６において患部領域、患者体表、照射方向などの情報を付加された全ての断層画像データは、３次元データ作成部１１８に与えられる。３次元データ作成部１１８は入力した断層画像データに基づき人体の立体画像（３次元画像）を作成し、メモリ１０９に格納する。

座標変換部１２０は操作入力装置１１２からの操作指令により、メモリ１０９から３次元画像データを取込み、照射方向から見た患部６２の深さ方向の断面の外形２次元画像データを作成する。

水等価厚計算部１２１は患部６２の最深部までの水等価厚（体表面からの距離）を以下のようにして計算する。このことを図１０を用いて説明する。
図１０において、イオンビームの入射エネルギー，照射野径等から計算できる仮想的な粒子線源３７から患部６２へ向け放射状に複数の直線３８を引き仮想的なイオンビーム通路とする。水等価厚計算部１２１は、イオンビームの各通路３８に沿って体表３９から患部６２の深部末端（底面位置）までの点線で示す水等価厚４１をＸ線ＣＴにより測定されたＣＴ値（位置座標値）により計算する。図１０において点線で示した長さが計算された水等価厚に当たる。

図９に戻り、最大水等価厚探索部１２２は、水等価厚計算部１２１において計算された水等価厚の中で最大となる長さ、すなわち最大水等価厚４２を探索する。ボーラス水等価厚計算部１２３は、患部６２の底面位置の各点（ＸＹ座標で表される）における水等価厚と最大水等価厚４２との差４３を計算する。この差４３に、最大水等価厚４２及びイオンビームの入射エネルギー等から算出したボーラス２０の最小水等価厚７０を加えることにより、各底面位置（ＸＹ座標）におけるボーラス２０の水等価圧（Ｚ座標で表される）を算出する。

ボーラス形状データ作成部１２４は、Ｘ，Ｙ，Ｚ座標で表されるボーラス２０の各位置での水等価厚に基づき、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸サーボモータ９１，９９，８４及び回転サーボモータ７７の駆動量（回転量）を算出する。すなわち、各底面位置（ＸＹ座標）まで回転サーボモータ７７を移動するためのＸ，Ｙ，Ｚ軸サーボモータ９１，９９，８４の駆動量と、その位置におけるボーラス２０の水等価厚（Ｚ座標）を実現するための回転サーボモータ７７の駆動量（押圧ピン７１の押し込み量及びねじのピッチより算出される）を算出する。このようにして、ボーラス２０の形状情報が作成される。

照射制御装置１０５は、以上のようにして作成したボーラス形状情報を駆動制御装置１０７（正確にはモータ駆動制御部１２５（後述））に出力する。駆動制御装置１０７は、ボーラス成型装置２１のＸ，Ｙ，Ｚ軸サーボモータ９１，９９，８４及び回転サーボモータ７７の駆動制御を行うモータ駆動制御部（制御装置）１２５，真空ポンプ６５及び電磁弁６７の駆動制御を行うポンプ・弁駆動制御部１２６、及び圧縮空気シリンダ１０２の駆動制御を行うシリンダ駆動制御部１２７を有している。このような構成の駆動制御部１０７による駆動制御によって、ボーラス成型装置２１はボーラス２０の成型を行う。以下、このボーラス２０の成型手順について、図１１を用いて説明する。

照射制御装置１０５が駆動制御装置１０７のシリンダ駆動制御部１２７に対してボーラス２０を成型位置に移動する駆動指令を出力すると、シリンダ駆動制御部１２７は移動装置５７の圧縮空気シリンダ１０２のロッド側に接続される圧縮空気配管の電磁弁を開く。これにより、シリンダ１０２のロッド側空気室へ圧縮空気が供給され、シリンダ１０２が縮短する。圧縮空気シリンダ１０２が成型位置に達したとき、リミットスイッチの作動によって発生する位置信号がシリンダ駆動制御部１２７に伝えられる。シリンダ駆動制御部１２７は、照射制御装置１０５に対してボーラス２０の成型位置への移動完了情報を出力する。さらに、照射制御装置１０５がポンプ・弁駆動制御部１２６に対してボーラス２０の減圧を解除する駆動指令を出力すると、ポンプ・弁駆動制御部１２６は圧力調整装置５８の電磁弁６７を開く。これにより、ボーラス２０（ビニール製容器５６）内に空気６０が流入し、ポリエチレン球５４同士の摩擦が減少してポリエチレン球５４同士の相対位置変動が許容される状態（言い換えれば、ポリエチレン球５４がビニール製容器５６内を自由に移動可能な状態）となる（状態１）。

次に、照射制御装置１０５がモータ駆動制御部１２５に対して駆動指令と共にボーラス形状情報を出力すると、モータ駆動制御部１２５は入力されたボーラス形状情報に基づき鋳型装置５５の各モータ（回転サーボモータ７７，Ｘ軸サーボモータ９１，Ｙ軸サーボモータ９９、及びＺ軸サーボモータ８４）を駆動する。これにより、回転サーボモータ７７は各ＸＹ座標に移動され、その座標において押圧ピン７１を所定の量回転駆動してボーラス２０を当該ＸＹ座標におけるＺ座標となるように押し込む。同様にして、全てのＸＹ座標における押圧ピン７１の回転駆動（押し込み）を行い、ボーラス２０を押圧する。なお、このときの回転サーボモータ７７の移動量は、各移動機構（Ｘ軸移動機構７８Ａ，Ｙ軸移動機構７８Ｂ、及びＺ軸移動機構７８Ｃ）に設けたエンコーダ８５，９２からの検出信号により、モータ駆動制御部１２５及び照射制御装置１０５にフィードバックされる。またこのとき、前述したようにビニール製容器５６のビニール製カバー６３の側面にはゴムネット５０（図１１では図示省略）が巻き付けられているため、ビニール製容器５６内の圧力が増幅され、ビニール製カバー６３の上面は押圧ピン７１に密着する。回転サーボモータ７７による全押圧ピン７１の回転駆動（押し込み）が終了したら、押圧完了信号がモータ駆動制御部１２５に伝えられる。モータ駆動制御部１２５は、照射制御装置１０５に対してボーラス２０の押圧完了情報を出力する（状態２）。

押圧完了情報を入力された照射制御装置１０５は、ポンプ・弁駆動制御部１２６に対してボーラス２０の減圧を開始する駆動指令を出力する。これにより、ポンプ・弁駆動制御部１２６は真空ポンプ６５を起動すると共にチューブ６６の電磁弁６７を開き、ボーラス２０内の空気６０を排出する。なおこのとき、ポリエチレン球５４はフィルタ６８によって堰き止められるため、タンク６０側には排出されないようになっている。そして、例えばチューブ６６の電磁弁６７よりボーラス２０側に設けられた図示しない圧力計により、ボーラス２０のビニール製容器５６内の圧力が所定の圧力まで減圧されたことが検出されると、圧力計の検出信号がポンプ・弁駆動制御装置１２６に伝えられ、減圧完了情報として照射制御装置１０５に出力される。これにより、照射制御装置１０５がポンプ・弁駆動制御部１２６に対してボーラス２０の減圧を停止する駆動指令を出力すると、ポンプ・弁駆動制御部１２６は真空ポンプ６５を停止すると共に電磁弁６７を閉じる。真空ポンプ６５が停止するとポンプ停止により発生する停止信号がポンプ・弁駆動制御部１２６に伝えられる。ポンプ・弁駆動制御部１２６は、照射制御装置１０５に対してボーラス２０の成型完了情報を出力する（状態３）。

成型完了情報を入力された照射制御装置１０５は、モータ駆動制御部１２５に対してボーラス２０への押圧を解除する駆動指令を出力する。これにより、モータ駆動制御部１２５は鋳型装置５５の各モータ（回転サーボモータ７７，Ｘ軸サーボモータ９１，Ｙ軸サーボモータ９９、及びＺ軸サーボモータ８４）を駆動し、回転サーボモータ７７を各ＸＹ座標に移動して、その座標における押圧ピン７１を押し込むときと反対方向に回転駆動して引き上げる。このとき、ボーラス２０のビニール製カバー６３内は減圧されておりポリエチレン球５４同士の摩擦が増大して相対位置変動が抑制された状態となっているため、押圧ピン７１が引き上げられても、ボーラス２０は押圧された形状に固定されたままとなる。同様にして、全てのＸＹ座標における押圧ピン７１の引き上げを終了したら、押圧解除完了信号がモータ駆動制御部１２５に伝えられる。モータ駆動制御部１２５は、照射制御装置１０５に対してボーラス２０の押圧解除情報を出力する（状態４）。

なお、ここではボーラス２０への押圧の解除を回転サーボモータ７７を用いて押圧ピン１本１本に対して行うようにしたが、例えば別にＺ軸方向の駆動機構を設けて鋳型装置５５全体をボーラス２０より離れる方向に移動させることにより、１度に押圧解除を行うようにしてもよい。

押圧解除情報を入力された照射制御装置１０５が、駆動制御装置１０７のシリンダ駆動制御部１２７に対してボーラス２０をビーム位置に移動する駆動指令を出力すると、シリンダ駆動制御部１２７は移動装置５７の圧縮空気シリンダ１０２のボトム側に接続される圧縮空気配管の電磁弁を開く。これにより、シリンダ１０２のボトム側空気室へ圧縮空気が供給され、シリンダ１０２が伸長する。圧縮空気シリンダ１０２が伸長してボーラス２０がビーム位置に達すると、リミットスイッチの作動によって発生する位置信号がシリンダ駆動制御部１２７に伝えられる。シリンダ駆動制御部１２７は、照射制御装置１０５に対してボーラス２０のビーム位置への移動完了情報を出力する。

以上の準備が完了した後、治療台５９を移動して患者６１の患部６２の中心を照射野形成装置１５のアイソセンタと一致させ、治療開始となる。オペレータは、操作盤（図示せず）から治療開始信号を入力する。その治療開始信号を取り込んだ加速器制御装置（図示せず）の作用によって、所望のエネルギーにまで加速されたイオンビームがシンクロトロン４から出射される。

イオンビームは、照射野形成装置１５に達し、照射野形成装置１５内でビーム軸ｍに沿って進行する。すなわち、散乱補償体３４及びＲＭＷ２４でビーム進行方向における放射線量の分布の平坦化が図られる（ＳＯＢＰが拡大される）と共に、これら散乱補償体３４及びＲＭＷ２４の第１散乱体としての機能によりビーム進行方向と直交する方向に対して円錐状に拡大される。その後、散乱体装置１８の散乱体１８Ａを通過してビーム進行方向に直交する方向における線量分布を平坦化され、飛程調整装置１９の各吸収体を通過してエネルギーを減少されて、イオンビームの体内における飛程が調整される。飛程調整装置１９を通過したイオンビームはボーラス成型装置２１で成型されたボーラス２０を通過し、その飛程をビーム進行方向における患部６２の形状に合わせて調整される。その後、イオンビームは、コリメータ２２を通過することによりビーム進行方向に直交する方向におけるビーム形状が患部６２の形状となるようにコリメートされ、治療する患部領域に集中した高線量領域を形成しつつ、患部６２に照射される。

以上のような構成である本実施形態によれば、以下のような作用が得られる。すなわち、本実施形態においては、変形可能なビニール製カバー６３を有するビニール製容器５６内にポリエチレン球５４及び空気６０を封入した上で、ビニール製カバー６３を鋳型装置５５の押圧ピン７１により外部から押圧して治療対象の患部に対応した形状に成型し、押圧した状態で真空ポンプ６５を用いてビニール製容器５６内の空気６０を排出し、排出後に電磁弁６７を閉塞してビニール製容器５６を成型された患部に対応した形状に固定し、ボーラス２０を構成する。使用後には、電磁弁６７を開いてビニール製容器５６内に空気を流入させ、容器形状の固定を解除し、再び上記手順を繰り返して別の形状に成型することが可能である。すなわち、従来、患者や患部、又は照射方向が変わる毎にボーラスを交換し、使用後のボーラスについてはその全部又は一部が放射性廃棄物となっていたのに対し、本実施形態によれば、上記手順によってビニール製容器５６及びポリエチレン球５４の寿命の範囲内でボーラス２０全体を繰り返し再利用することが可能であるので、放射性廃棄物を大幅に削減することができる。

また、本実施形態のようにボーラス成型装置２１を照射野形成装置１５内に設けることにより、機器のセットアップの際に行っていたボーラスの交換作業が不要となる。これにより、放射線治療における機器セットアップ時間を短縮することができる。その結果、１治療室における単位時間当たり（例えば１年）の治療人数を増加することができる。

なお、以上説明してきた実施形態では、Ｘ・Ｙ・Ｚ軸移動機構７８Ａ，７８Ｂ，７８Ｃを用いて１台の回転サーボモータ７７を移動させつつ各押圧ピン７１を上下動させるようにしたが、これに限らない。すなわち、複数台（例えば矩形状に４台）の回転サーボモータ７７を設置し、これらをＸ・Ｙ・Ｚ軸移動機構７８Ａ，７８Ｂ，７８Ｃを用いて移動させつつ一度に複数本（上記の例では４本）の押圧ピン７１を回転駆動させるようにしてもよい。これにより、押圧ピン７１の押し込み及び引き上げに要する時間が短縮され、さらなるセットアップ時間の短縮を図ることができる。また、さらに回転サーボモータ７７の台数を増やし、鋳型装置５５の全面の押圧ピン７１について一度に回転駆動するようにしてもよい。これにより、さらなるセットアップ時間の短縮を図ることが可能である。

また、上記実施形態では、ボーラス成型装置２１を照射野形成装置１５の内部に設置したが、これに限らず、照射野形成装置１５の外部にボーラス成型装置単体として設けてもよい。その際、例えばベッド５９が設置される治療室（図示せず）内に設け、治療している横でボーラスを成型するようにしてもよいし、また別にボーラス成型室を設けるようにしてもよい。この場合には、ボーラスの交換作業が必要となるので、上記実施形態に比べセットアップ時間の短縮効果はやや劣るものの、放射性廃棄物を大幅に削減できる点については同様の効果を得ることができ、さらにボーラス２０の移動装置５７を不要とすることができる。

またさらに、上記実施形態では、本発明を荷電粒子線を照射して治療を行う粒子線治療装置に適用した場合について説明したが、これに限らず、Ｘ線、γ線等の他の放射線を用いて治療を行う放射線治療装置にも適用可能である。

本発明の好適な一実施形態である粒子線治療装置の構成図である。 図１の照射野形成装置の縦断面図である。 ＲＭＷの構造を示す斜視図である。 図３のIV−IV断面における断面図である。 図２の飛程調整装置の縦断面図である。 図２に示す照射野形成装置の先端部分の拡大図である。 ボーラスの内部構成及び圧力調整装置の構成を表す図である。 図２のボーラス成型装置の要部構成を表す側面図である。 図２の照射制御装置の機能のうち、ボーラス形状情報の作成に係わる機能を示す機能ブロック図である。 ボーラス形状情報の作成方法を説明するための図である。 ボーラスの成型手順を示す図である。

符号の説明

１ 粒子線治療装置（放射線治療装置）
２ 荷電粒子ビーム発生装置（放射線発生装置）
１５ 照射野形成装置（放射線照射装置）
５４ ポリエチレン球（固体状物質；粒子状物質；第１の物質）
５５ 鋳型装置（成型装置）
５６ ビニール製容器（プラスチック製容器）
５７ 移動装置
６０ 空気（流体状物質；流体；第２の物質）
６４ 出入孔
６５ 真空ポンプ（排出装置）
６６ チューブ（流路）
６７ 電磁弁（弁装置）
７１ 押圧ピン
７４ 支持部材
７７ 回転サーボモータ（モータ）
７８Ａ，７８Ｂ，７８Ｃ Ｘ・Ｙ・Ｚ軸移動機構（モータ移動装置）
１２５ モータ駆動制御部（制御装置）

Claims (16)

1. 変形可能な容器内に固体状物質及び流体状物質を封入し、
   前記容器を外部より押圧して治療対象の患部に対応した形状に成型し、
   押圧した状態で前記容器に設けた出入孔から前記流体状物質を排出し、
   前記出入孔を閉塞して前記容器の形状を前記成型された患部に対応した形状に固定することを特徴とする放射線治療用ボーラスの製造方法。
2. 変形可能なプラスチック製容器内に粒子状物質及び流体を封入し、
   前記プラスチック製容器を外部より押圧して治療対象の患部に対応した形状に成型し、
   押圧した状態で前記プラスチック製容器に設けた出入孔から前記流体を排出し、
   前記出入孔を閉塞して前記プラスチック製容器の形状を前記成型された患部に対応した形状に固定することを特徴とする放射線治療用ボーラスの製造方法。
3. 変形可能な容器内に第１の物質及び第２の物質を封入し、
   前記容器を外部より押圧して治療対象の患部に対応した形状に成型し、
   押圧した状態で、前記容器から前記第２の物質を排出して前記容器の内部圧力を減圧し、前記第１の物質間の摩擦を利用して前記第１の物質間の相対位置変動を抑制することにより、前記容器の形状を前記成型された患部に対応した形状に固定することを特徴とする放射線治療用ボーラスの製造方法。
4. 前記容器を、治療対象の患部に対応した形状に固定した後に放射線進行位置に移動し、使用後には成型を行う成型位置に移動することを特徴とする請求項１記載の放射線治療用ボーラスの製造方法。
5. 前記出入孔を開放して前記容器内に前記流体状物質を流入させることにより、前記容器形状の固定を解除することを特徴とする請求項１記載の放射線治療用ボーラスの製造方法。
6. 前記容器内に前記第２の物質を流入させて前記第１の物質間の摩擦を低減することにより、前記容器形状の固定を解除することを特徴とする請求項３記載の放射線治療用ボーラスの製造方法。
7. 前記容器の押圧は、格子状に配列された多数の押圧ピンを有する成型装置が前記押圧ピンを前記容器に対しそれぞれ所定の距離押し込むことにより行われることを特徴とする請求項６記載の放射線治療用ボーラスの製造方法。
8. 前記成型装置による押圧ピンの押し込みは、治療対象である患者の治療計画情報を基に定められる患部形状情報に応じて行われることを特徴とする請求項７記載の放射線治療用ボーラスの製造方法。
9. 固体状物質及び流体状物質を封入した変形可能な容器と、
   前記容器を外部より押圧して治療対象の患部に対応した形状に成型する成型装置と、
   前記流体状物質を前記容器に設けた出入孔から排出する排出装置と、
   前記排出装置と前記出入孔とを接続する流路と、
   前記流路に設けられ、前記流路を連通・遮断可能な弁装置と
   を備えたことを特徴とする放射線治療用ボーラスの製造装置。
10. 前記容器を放射線進行位置に移動すると共に、使用後には前記成型装置で成型を行うための成型位置に移動する移動装置を備えたことを特徴とする請求項９記載の放射線治療用ボーラスの製造装置。
11. 前記成型装置は、格子状に配列され、前記容器に対して進退可能に支持された多数の押圧ピンを有していることを特徴とする請求項１０記載の放射線治療用ボーラスの製造装置。
12. 前記押圧ピンはこの押圧ピンを支持する支持部材が有するめねじ構造に螺合するおねじ構造を有しており、且つ、前記成型装置は前記押圧ピンを回転駆動させるためのモータを備えたことを特徴とする請求項１１記載の放射線治療用ボーラスの製造装置。
13. 前記成型装置は、前記モータを前記格子状に配列された押圧ピンのうちの所定の押圧ピンに対応する位置に移動させるモータ移動装置を備えたことを特徴とする請求項１２記載の放射線治療用ボーラスの製造装置。
14. 治療対象である患者の治療計画情報を基に定められる患部形状情報に応じ、前記モータ移動装置及び前記モータを制御する制御装置を備えたことを特徴とする請求項１３記載の放射線治療用ボーラスの製造装置。
15. 請求項９乃至請求項１４のいずれかに記載の放射線治療用ボーラスの製造装置を備えたことを特徴とする放射線照射装置。
16. 放射線を発生する放射線発生装置と、
    請求項９乃至請求項１４のいずれかに記載の放射線治療用ボーラスの製造装置を有し、前記放射線発生装置から放出された放射線を照射対象に照射する放射線照射装置とを備えたことを特徴とする放射線治療装置。

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