JP2005308700A

JP2005308700A - 粒子線照射用コンペンセータ、コンペンセータ製造装置およびコンペンセータ製造方法

Info

Publication number: JP2005308700A
Application number: JP2004148396A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Tanaka; 守田中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-04-16
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】作製に多くの手順と時間を要するコンペンセータに代わる製造が容易な粒子線照射装置用コンペンセータと、その製造装置、そしてその製造方法を提供する。
【解決手段】シート状材料をレーザ加工により高速にくり抜き加工して積層してコンペンセータを構成する。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

本発明は、陽子線や炭素線を始めとする粒子線を用いた照射装置のコンペンセータ（補償フイルタまたはボーラスとも呼ばれる）に係わり、レーザでくり抜き加工したシート状材料を積層した粒子線照射用コンペンセータと、コンペンセータの製造装置と、コンペンセータの製造方法に関するものである。

図７に、ＫａｎａｉらによりＭｅｄｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ．１０（３），Ｍａｙ／Ｊｕｎｅ．１９８３に発表された陽子線を用いる放射線治療装置の従来例を示す。図において、３９は陽子線ビーム、４０、４１はビームを散乱させてビームサイズを大きくするための散乱体、４２はビーム強度モニタ、４３はコンピュータ、４４は陽子ビームのエネルギーを一様に減衰させる水カラム、４５ａ，４５ｂはビーム幅を制限するマルチリーフコリメータ、４６はエネルギーを人体内の腫瘍の形状に合わせて減衰させるボーラスと呼ばれるコンペンセータであり、水と同様なエネルギー減衰をもたらすアクリル樹脂等で作成される。４７は人体、４８は人体内部の腫瘍等の照射ターゲット、４９は腫瘍の後方に位置する脊髄などの放射線に弱い臓器を示している。

図７において、ボーラス４６は、照射ターゲット４８の最も深い位置の表面形状と同様な表面形状を有するように成型されている。陽子線のような粒子線の場合、一般に表面より深い部分において放射線線量が大きくなる線量集中性を示すため、線量が一番大きくなる位置に腫瘍を配置して照射する必要がある。そのため、ボーラスを腫瘍の最も深い位置の表面形状と同様な表面形状を有するように成型することにより、腫瘍への線量を最大にできるとともに、腫瘍のすぐ後方にある脊髄４９に放射線を与えないように照射できるため、脊髄４９を保護することができる。

発明が解決しようとする課題

しかしながら、陽子線を用いる場合、腫瘍形状に合わせたボーラスを用いる必要があるため、患者ごとに、さらに患者へ照射する方向ごとにボーラスを作製し、治療時に交換しなければならず、ボーラスの製造コストが高くつくとともに、治療に要する時間が長くなるという問題があった。そのため、正常組織に副作用を与えないための必須の照射方法である多方向照射を短時間で実行することができないという問題もあった。また、陽子線のボーラスの作製は、通常、数値制御コンピュータと切削機による削り加工を行っており、コンペンセータ１個当たりの加工時間が２０分〜４０分と長くなる問題があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、精度の良い粒子線用コンペンセータと、前記コンペンセータを短時間に容易に作製できる製造装置、及びその製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

上記課題を解消するため、本発明の粒子線照射用コンペンセータは、くり抜かれたシート状材料を積層した構造体と前記構造体の支持手段を備えたことを特徴とする。

また、前記構造体の支持手段として、積層したシート状材料を互いに接着したことを特徴とする。

また、前記構造体の支持手段として、積層したシート状材料を互いに溶着したことを特徴とする。

また、前記構造体の支持手段として、積層したシート状材料を箱体内部に配置したことを特徴とする。

上記課題を解消するため、本発明の粒子線照射用コンペンセータ製造装置は、コンペンセータ形状データ入力手段と、コンペンセータ材料の供給手段と、コンペンセータ材料のレーザ加工手段と、加工したコンペンセータ材料の取り出し手段と、取り出したコンペンセータ材料の組み立て手段を備えたことを特徴とする。

また、前記コンペンセータ材料として、シート状材料を用いたことを特徴とする。

また、前記コンペンセータ材料の組み立て手段として、シート状材料を積層する手段を含むことを特徴とする。

また、前記積層手段として積層するシート面が照射ビーム軸と近似的に直交することを特徴とする。

本発明に係わる粒子線照射用コンペンセータの第１の製造方法は、コンペンセータ形状データを入力する第１のステップと、コンペンセータ材料を供給する第２のステップと、コンペンセータ材料をレーザ加工する第３のステップと、加工したコンペンセータ材料を取り出す第４のステップと、取り出したコンペンセータ材料を組み立てる第５のステップを備えたことを特徴とする。

また、本発明に係わる粒子線照射用コンペンセータの第２の製造方法は、コンペンセータ材料を供給する第１のステップと、コンペンセータ形状データを入力する第２のステップと、コンペンセータ材料をレーザ加工する第３のステップと、加工したコンペンセータ材料を取り出す第４のステップと、取り出したコンペンセータ材料を組み立てる第５のステップを備えたことを特徴とする。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。

発明の実施の形態１

図１は本発明の実施の形態１に係る粒子線用コンペンセータの模式図である。図１において、１はくり抜かれたシート状材料を積層した構造体であり、２はくり抜かれた空隙部分を示している。また、８は照射する粒子線ビームであり、矢印の向きが前記ビームの入射方向を示している。

図１において、シート状材料としては、水とほぼ密度が等しい材料を用いる。たとえば厚さが１ｍｍないし１０ｍｍのアクリル材が適するが、より好ましい厚さは３ｍｍないし８ｍｍである。

図１の構造体１は、くり抜かれたシート状材料を接着または溶着することにより形成できる。また、図示しない箱体内に積み上げることによっても実現できる。図１の場合、粒子線ビーム８は鉛直上方から到来するため、シート間に微小な空気層が存在した場合でも、粒子線は所定の人体深さで停止する。

コンペンセータ１個当たりの作製時間が２０分〜４０分かかる従来の削り加工に比べ、本発明の方法は、くり抜き加工したシートの積み重ねで作製できるため、コンペンセータ１個当たりの作製時間が、５分〜１０分と短くなるなどの効果がある。

図２は、コンペンセータ１の他の構成を示す模式図で、図１との違いはシート面と粒子線ビーム８の進行方向が平行になる点である。その結果、シート間の微小な空気層を介して粒子線ビームの一部がコンペンセータ材料を通過せず直接人体に入射される。コンペンセータで体内の到達距離を調節されていない高エネルギー粒子線が混入すると、腫瘍より深い位置の正常組織が損傷する問題が生じる可能性がある。これを回避するためには、図１のようにシートの面を照射ビーム方向と近似的に直交方向に積層するか、あるいは図２において、シート間を完全に接着または溶着して空気層の混入を完全に排除すればよい。

なお、コンペンセータ材料としてアクリルが好ましいと説明したが、他の例としては比重が１に近いポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレンを始めとする各種樹脂を使うことができる。

発明の実施の形態２

本発明に係るコンペンセータ製造装置について説明する。図３は、本発明に係るコンペンセータ製造装置のブロック図で、図４はより詳細な装置の構成例を示す図である。図３のコンペンセータ製造装置は、コンペンセータ形状データ入力手段３と、コンペンセータ材料の供給手段７と、コンペンセータ材料のレーザ加工手段４と、加工したコンペンセータ材料の取り出し手段５と、取り出したコンペンセータ材料の組み立て手段６を備えている。図４において、コンペンセータ形状データ入力手段３としてコンペンセータ製造制御用計算機１１を用いている。コンペンセータ製造制御用計算機１１は、本発明実施時に組み合わせて用いる放射線治療計画装置１０内で計算された患者ごとのコンペンセータ形状データをネットワーク経由で読み込む。図４では、アクリルシート１５が縦方向に積まれており、コンペンセータ製造制御用計算機１１の制御命令に従い、コントローラ１２とアクチュエータ１３、１４により１枚ずつ加工位置に移送される。アクチュエータ１３は水平移動、アクチュエータ１４は垂直移動に用いる。ベルトコンベヤー１６に一旦移動した加工前のアクリルシートは、レーザ加工装置１７から照射されるレーザビーム１８により、患者ごとに異なるコンペンセータ形状データに基づき、層ごとに１枚１枚くり抜き加工される。加工後のアクリルシート１９は上が開いている箱体２０に順次落下・格納され、最終的に所望のコンペンセータ１を構成することができる。

発明の実施の形態３

以上のように、本発明のコンペンセータ製造装置は計算機内の制御プログラムの記述に従い、シーケンス制御されることになる。したがって、その製造方法をフローチャートで表現すれば、図５または図６になる。図５におけるコンペンセータ製造方法は、コンペンセータ形状データを入力する第１のステップ（３０）と、コンペンセータ材料を供給する第２のステップ（３１）と、コンペンセータ材料をレーザ加工する第３のステップ（３２）と、加工したコンペンセータ材料を取り出す第４のステップ（３３）と、取り出したコンペンセータ材料を組み立てる第５のステップ（３４）を備えている。具体的には、第１のステップで、図４におけるコンペンセータ製造制御用計算機１１は、本発明実施時に組み合わせて用いる放射線治療計画装置１０内で計算された患者ごとのコンペンセータ形状データをネットワーク経由で読み込む。第２のステップで、図４において縦方向に積まれたアクリルシート１５がコンペンセータ製造制御用計算機１１の制御命令に従い、コントローラ１２とアクチュエータ１３、１４により１枚ずつ加工位置に移送される。アクチュエータ１３は水平移動、アクチュエータ１４は垂直移動に用いる。第３のステップで、ベルトコンベヤー１６に移動した加工前のアクリルシートが、レーザ加工装置１７から照射されるレーザビーム１８により、患者ごとに異なるコンペンセータ形状データに基づき、層ごとに１枚１枚くり抜き加工される。第４のステップで、加工後のアクリルシート１９がさらにベルトコンベヤーで移動される。第５のステップで、たとえば、上が開いている箱体２０に順次落下・格納され、最終的に所望のコンペンセータ１を構成することができる。第５のステップとして、ここでは箱体への落下による積み上げ方式を述べたが、これ以外には、第４のステップで移送された各シートを図示しないシート接着装置またはシート溶着装置で固定・組み立てする方式を用いることができる。接着装置としては、たとえばスプレーガンによる吹きつけ方式を採用することができる。あるいは、アクリルシートのかわりに摂氏８０度ないし２００度程度に加温することにより接着性を発現する樹脂を用いれば簡便に組み立てることができる。このような熱接着性樹脂としてはポリエチレン系またはフッ素系などが市販されており、これらを採用することができる。

図６は図５と類似する第２のコンペンセータ製造方法を示している。図５との違いは、ステップ１とステップ２の実行順序が逆になっていることであり、他の動作は同一であるため、説明を省略する。

発明の効果

以上のように、請求項１記載の発明によれば、一部を切除したシート状材料を積層した構造体と前記構造体の支持手段を備えることで、精度の良いコンペンセータを安価かつ迅速に製作できる。

また、請求項目２記載の発明によれば前記構造体の支持手段として積層したシート状材料を互いに接着したことにより、多層状のコンペンセータを容易に作製できる。

また、請求項目３記載の発明によれば、前記構造体の支持手段として積層したシート状材料を互いに溶着したことにより、多層状のコンペンセータを容易に作製できる。

また、請求項目４記載の発明によれば前記構造体の支持手段として積層したシート状材料を箱体内に配置したので、多層状のコンペンセータを容易に作製できる。

また、請求項目５記載の発明によれば、コンペンセータ形状データ入力手段と、コンペンセータ材料の供給手段と、コンペンセータ材料のレーザ加工手段と、加工したコンペンセータ材料の取り出し手段と、取り出したコンペンセータ材料の組み立て手段を備えたので、高精度かつ加工時間が短い粒子線照射用コンペンセータ製造装置を提供できる。

また、請求項目６記載の発明によれば、前記コンペンセータ材料として、シート状材料を用いたので、レーザ加工を簡便に実施できる粒子線照射用コンペンセータ製造装置を提供できる。

また、請求項目７記載の発明によれば、前記コンペンセータ材料の組み立て手段として、シート状材料を積層する手段を採用することで、組み立て作業が効率的になる。

また、請求項目８記載の発明によれば、前記シート状材料を積層する手段として積層したシート面を照射ビーム軸と近似的に直交するように配置したので、粒子線の体内停止位置を高精度に設定できる。

また、請求項目９記載の発明によればコンペンセータ形状データを入力する第１のステップと、コンペンセータ材料を供給する第２のステップと、コンペンセータ材料をレーザ加工する第３のステップと、加工したコンペンセータ材料を取り出す第４のステップと、取り出したコンペンセータ材料を組み立てる第５のステップを備えた粒子線照射用コンペンセータ製造方法としたので、コンペンセータ製造を高精度かつ短時間で実施できる。

また、請求項目１０記載の発明によれば、コンペンセータ材料を供給する第１のステップと、コンペンセータ形状データを入力する第２のステップと、コンペンセータ材料をレーザ加工する第３のステップと、加工したコンペンセータ材料を取り出す第４のステップと、取り出したコンペンセータ材料を組み立てる第５のステップを備えた粒子線照射用コンペンセータ製造方法としたので、コンペンセータ製造を高精度かつ効率的に実施できる。

本発明の実施の形態１に係るコンペンセータの模式図本発明の実施の形態１に係る他のコンペンセータの模式図本発明の実施の形態２に係るコンペンセータ製造装置のブロック図本発明の実施の形態２に係る、より詳細なコンペンセータ製造装置の構成例を示す図本発明の実施の形態２に係るコンペンセータ製造方法のフローチャート図本発明の実施の形態２に係わる第２のコンペンセータ製造方法のフローチャート図従来の陽子線照射装置での治療状態を示す模式図

符号の説明

１：くり抜かれたシート状材料を積層した構造体、２：くり抜かれた空隙部分、３：コンペンセータ形状データ入力手段、４：コンペンセータ材料のレーザ加工手段、５：加工したコンペンセータ材料の取り出し手段、６：取り出したコンペンセータ材料の組み立て手段、７：コンペンセータ材料の供給手段、８：粒子線ビーム、１０：放射線治療計画装置、１１：コンペンセータ製造制御用計算機、１２：コントローラ、１３，１４：アクチュエータ、１５：アクリルシート、１６：ベルトコンベヤー、１７：レーザ加工装置、１８：レーザビーム、１９：加工後のアクリルシート、２０：箱体、３０：コンペンセータ形状データを入力する第１のステップ、３１：コンペンセータ材料を供給する第２のステップ、３２：コンペンセータ材料をレーザ加工する第３のステップ、３３：加工したコンペンセータ材料を取り出す第４のステップ、３４：取り出したコンペンセータ材料を組み立てる第５のステップ、３９：陽子線ビーム、４０、４１：散乱体、４２：ビーム強度モニタ、４３：コンピュータ、４４：水カラム、４５ａ，４５ｂ：マルチリーフコリメータ、４６：ボーラス（コンペンセータ）、４７：人体、４８：人体内部の照射ターゲット、４９：放射線に弱い臓器。

Claims

一部を切除したシート状材料を積層した構造体と前記構造体の支持手段を備えた粒子線照射用コンペンセータ。
前記構造体の支持手段として、積層したシート状材料を互いに接着したことを特徴とする請求項１記載の粒子線照射用コンペンセータ。
前記構造体の支持手段として、積層したシート状材料を互いに溶着したことを特徴とする請求項１記載の粒子線照射用コンペンセータ。
前記構造体の支持手段として、積層したシート状材料を箱体内部に配置したことを特徴とする請求項１記載の粒子線照射用コンペンセータ。
コンペンセータ形状データ入力手段と、コンペンセータ材料の供給手段と、コンペンセータ材料のレーザ加工手段と、加工したコンペンセータ材料の取り出し手段と、取り出したコンペンセータ材料の組み立て手段を備えた粒子線照射用コンペンセータ製造装置。
前記コンペンセータ材料として、シート状材料を用いたことを特徴とする請求項５記載の粒子線照射用コンペンセータ製造装置。
前記コンペンセータ材料の組み立て手段として、シート状材料を積層する手段を含むことを特徴とする請求項５ないし６いずれかに記載の粒子線照射用コンペンセータ製造装置。
前記積層手段として積層したシート面が照射ビーム軸と近似的に直交することを特徴とする請求項７記載の粒子線照射用コンペンセータ製造装置。
コンペンセータ形状データを入力する第１のステップと、コンペンセータ材料を供給する第２のステップと、コンペンセータ材料をレーザ加工する第３のステップと、加工したコンペンセータ材料を取り出す第４のステップと、取り出したコンペンセータ材料を組み立てる第５のステップを備えたことを特徴とする粒子線照射用コンペンセータ製造方法。
コンペンセータ材料を供給する第１のステップと、コンペンセータ形状データを入力する第２のステップと、コンペンセータ材料をレーザ加工する第３のステップと、加工したコンペンセータ材料を取り出す第４のステップと、取り出したコンペンセータ材料を組み立てる第５のステップを備えたことを特徴とする粒子線照射用コンペンセータ製造方法。