JP2006081800A

JP2006081800A - 多段マルチリーフコリメータ及び放射線治療装置

Info

Publication number: JP2006081800A
Application number: JP2004271066A
Authority: JP
Inventors: Yukimasa Aoki; 幸昌青木; Haruo Tamaso; 春夫玉祖
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2006-03-30

Abstract

【課題】従来、照射野設定が装置操作者の経験・技量に依存することから、回転可能なマルチリーフコリメータの回転角度を最適化することが出来ないという問題点があった。
【解決手段】ビーム照射方向に間隔をおき各々が複数リーフでなるリーフ群が同一平面内に対向配置され、ビーム垂直の方向の照射目標に対する照射野を任意形成する第１及び第２のマルチリーフコリメータ４，５と、このコリメータ４，５をビーム光軸方向の共通軸廻りに互いに回転する回転手段とを備え、コリメータ４，５のリーフ群がビーム照射目標に外接または内接する位置で各々形成するそれぞれの照射野が重複して形成するビーム照射野の面積を計算し、回転手段により設定される任意の回転位置におけるビーム照射野の面積を比較し、上記内接の場合にはその面積最小となる回転位置を、また、上記外接の場合にはその面積最大となる回転位置を最適回転角として計算するようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は放射線治療装置の照射野を患部の形状に合わせるためのマルチリーフコリメータ及びそれを用いた放射線治療装置に関するものである。

図１１は特公平７−６７４９１号公報に示された従来の装置の構成図であり、図において（１９）は荷電粒子ビームの照射方向及びその中心軸、（４）は第１のマルチリーフコリメータ、（５）は第２のマルチリーフコリメータ、（９）は患者である。

次に動作について説明する。患者の患部形状、放射線の照射線量を制限すべき注意臓器（ＯＡＲ）の位置関係等から計画標的体積（ＰＴＶ）及び照射方向を決め、照射方向から見た計画標的体積の形状に合わせるようにマルチリーフコリメータのリーフ位置を決める。第１のマルチリーフコリメータ（４）及び第２のマルチリーフコリメータ（５）のリーフ位置及び第２のマルチリーフコリメータ（５）の回転角度は治療計画装置に入力して線量分布及び照射線量を計算する。治療計画装置で決められたマルチリーフのリーフ位置データは放射線治療装置に転送されコリメータに内蔵された制御装置により設定される。第１のマルチリーフコリメータ（４）及び第２のマルチリーフコリメータ（５）によりＸ線の照射野は計画標的体積にあわせるように制限され照射される。Ｘ線照射野を小さくするには、装置操作者が経験に基づき、回転可能なマルチリーフコリメータ（５）の回転角度を何回か変えて治療計画を行って照射野を求め、その中から最少面積の回転角度を選択するという方法が取られていた。

特公平７−６７４９１号

従来の多段型マルチリーフコリメータは以上のように構成されているので、照射野の設定が装置操作者の経験・技量に依存することから、回転可能なマルチリーフコリメータの回転角度を最適化することが出来ないという問題点があった。

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、回転可能な多段マルチリーフコリメータの回転角度を最適化し、患部形状に自動的にマルチリーフコリメータの回転角度及びリーフ位置の設定を行う装置を得ることを目的としており、さらにこの装置を放射線治療装置に組み込むことにより正常組織への被曝を低減できる治療方法を提供することを目的とする。

請求項１に係る多段マルチリーフコリメータは、ビームの照射方向に間隔をおき配置されるとともに、各々が複数個のリーフでなるリーフ群が同一平面内に対向配置され、上記ビームに垂直な方向のビーム照射目標に対する照射野を任意に形成する第１及び第２のマルチリーフコリメータと、この第１及び第２のマルチリーフコリメータを上記ビームの光軸方向の共通な軸廻りに互いに回転する回転手段と、上記第１及び第２のマルチリーフコリメータのリーフ群が上記ビーム照射目標に外接または内接する位置で各々形成する第１及び第２の照射野が重複して形成するビーム照射野の面積を計算する照射野面積計算手段と、上記回転手段により設定される任意の回転位置における上記ビーム照射野の面積を比較し、上記内接の場合にはその面積最小となる回転位置を最適回転角として、また、上記外接の場合にはその面積最大となる回転位置を最適回転角として計算する最適回転角計算手段とを備えたことを特徴とするものである。

請求項２に係る多段マルチリーフコリメータは、上記第１及び第２のマルチリーフコリメータが、それぞれの上記リーフ群を構成する上記リーフの配列方向が同一で、かつ、上記リーフが幅方向において上記ビームの照射方向に部分的に重なっていることを特徴とする請求項１に記載のものである。

請求項３に係る多段マルチリーフコリメータは、上記照射野面積計算手段が、予め設定されたステップ角毎に回転された上記第１及び第２のマルチリーフコリメータの照射野が重複して形成するビーム照射野の面積を計算するとともに、上記最適回転角計算手段が、上記ステップ角毎のビーム照射野の面積を比較し、その面積最小または最大となるステップ角度を最適回転角として算出することを特徴とする請求項１に記載のものである。

請求項４に係る多段マルチリーフコリメータは、上記第１及び第２のマルチリーフコリメータが、対向するリーフのエッジ辺が上記ビーム照射目標の輪郭周に接する位置を外接位置とし、上記エッジ辺の両端点が上記ビーム照射目標の輪郭内または輪郭周上となる位置を内接位置とし、ビーム照射目標に対する照射野を形成することを特徴とする請求項１に記載のものである。

請求項５に記載の放射線治療装置は、ビーム照射目標の画像データを得るＸ線ＣＴ装置と、電子線源からの電子線を受けビームを発生するターゲットと、上記Ｘ線ＣＴ装置により得られたビーム照射目標データを用い最適回転角を算出する最適回転角計算手段を有する請求項１から４のいずれか一項に記載の多段マルチリーフコリメータと、算出された上記最適回転角に基づき第１及び第２のマルチリーフコリメータの回転位置を制御するコリメータ制御手段と、上記ビーム照射目標データと上記第１及び第２のマルチリーフコリメータの回転位置に基づき上記ターゲットから発生するビーム照射目標に対するビームの線量分布及び照射線量を制御するビーム制御手段とを備えたことを特徴とするものである。

以上のように、この発明によれば回転可能な第１及び第２のマルチリーフコリメータの回転角度を最適化する計算機能を組み込んだので、最適な放射線治療の解が簡単でしかも精度よく得られる効果がある。

実施の形態．
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。図１は放射線治療装置のコリメータの一部と患者とを示す側面図、図２は正面図である。図１、図２において（１）は電子線、（２）はＸ線を発生させるためのターゲット、（３）はターゲット２で発生したＸ線（以下、適宜「ビーム」ともいう）である。このビームの線量分布、照射線量は、図示されていないビーム制御手段によりコントロールされる。（４）はＸ線（３）の照射野を限定するための１段目のマルチリーフコリメータ、（５）は同じくＸ線照射野を限定するための２段目のマルチリーフコリメータであり、１段目のマルチリーフコリメータ（４）及び２段目のマルチリーフコリメータ（５）は放射線治療装置のコリメータ（７）に内蔵されている。（１０）は患者（９）内のＸ線を照射する範囲を示す計画標的体積（ＰＴＶ：Planning Target Volume）、（１１）は患者（９）内にあるＸ線の照射に対する影響を受け易い注意臓器（ＯＡＲ：Organ at Risk）である。（１４）はマルチリーフコリメータ（４）及び（５）のリーフ位置及びマルチリーフコリメータの回転位置を制御するための制御装置である。マルチリーフコリメータの回転は、図示されていない回転手段によって行われる。（１５）は回転可能なマルチリーフコリメータの回転角度を最適化するための計算機である。以下に説明する照射野面積の計算機能、マルチリーフコリメータの最適回転位置の計算機能は、この計算機において実現される。

第３図、第４図、第５図はマルチリーフコリメータ（４）、及び（５）をターゲット（２）側から見た平面図であり、第１のマルチリーフコリメータ（４）は複数個のリーフからなる１対のリーフ群（４ａ）及び（４ｂ）から構成されており、同様に第２のマルチリーフコリメータ（５）は複数個のリーフからなる１対のリーフ群（５ａ）及び（５ｂ）から構成されている。図に示すように、各リーフは細長い矩形状金属片でありビームを遮断する特性を有する。以下、リーフ先端部をエッジと呼ぶ。リーフ群はこのリーフを複数個並べて構成されている。第２のマルチリーフコリメータ（５）は第１のマルチリーフコリメータ（４）に対して回転可能であり、第３図は回転角度θ＝０°の場合、第４図はθ＝９０°の場合、第５図は０°＜θ＜９０°の場合を示している。第３〜第５図のそれぞれの場合において、第１及び第２のマルチリーフコリメータは、ビーム照射目標である標的治療体積（１０）に「外接」するように照射野を形成している。ここで、「外接」とは、第１及び第２のマルチリーフコリメータが、その対向するリーフのエッジ辺が標的治療体積（１０）の輪郭周に接する位置を外接位置とするものである。

次に基本動作原理について説明する。第１図は放射線治療装置（治療計画装置部及び照射装置部を含む全体システムをいう）のターゲット、マルチリーフコリメータ及び患者の患部位置を示した側面図で、患者の患部形状等から決めた計画標的体積（１０）の形状に合わせるようにマルチリーフコリメータのリーフ位置を決めている。第２図は放射線治療装置のターゲット、マルチリーフコリメータ及び患者の患部位置を示した正面図である。第１図、第２図、第４図において、第１のマルチリーフコリメータ（４）及び第２のマルチリーフコリメータ（５）によりＸ線の照射野は制限され計画標的体積（１０）にあわせるように夫々のマルチリーフコリメータのリーフ群（４ａ）、（４ｂ）、（５ａ）、（５ｂ）の位置が制御装置（１４）により設定される。

第６図、第７図、および第８図は直径４ｃｍの計画標的体積に対する１ｃｍ幅マルチリーフコリメータ２段の場合のリーフ位置を示したもので、マルチリーフコリメータのリーフは計画標的体積（１０）をターゲットから見たときのアイソセンタ面での形状、即ち直径４ｃｍの円に接するように配置してあり、回転可能な第２のマルチリーフコリメータ（５）の回転角度をコリメータ（７）に固定された第１のマルチリーフコリメータ（４）に対して夫々０°、４５°、９０°に設定してある。このときアイソセンタ面での直径４ｃｍの円の面積は１２.５７ｃｍ^２、第１のマルチリーフコリメータ（４）及び第２のマルチリーフコリメータ（５）によって制限されたビーム照射野の面積は夫々１４.９３ｃｍ^２、１３.２２ｃｍ^２、１４.１４ｃｍ^２となり、計画標的体積（１０）を放射線治療装置のターゲットから見たアイソセンタ面での面積（上記１２．５７ｃｍ^２）より夫々１８.８％、５.２％、１２.５％大きくなっている。

ここで、「ビーム照射野」とは、第１のマルチリーフコリメータが形成する第１の照射野と第２のマルチリーフコリメータが形成する第２の照射野とが重複して形成する照射野であって、ビームが照射目標に向かい実質的に通過する領域である。第１の照射野及び第２の照射野は、それぞれのリーフ群外辺により形成される多角形の形状を有する。よって、その重複部分である「ビーム照射野」も多角形の形状となる。このビーム照射野の形状は多角形の頂点の座標により特定される。従って、ビーム照射野の面積は、例えば「座標面積計算」等の通常の多角形面積の計算アルゴリズムの手法によって計算することが可能である。

このように回転可能な第２のマルチリーフコリメータ（５）の回転角度により照射野の面積が変化しており、この照射野の面積が最小となる回転角度を求めて設定することにより患部の回りにある正常組織への放射線の照射線量を低減させることが出来る。上記説明では、簡単のために０°＜θ＜９０°の間で、θ＝０°、４５°、９０°の３角度での面積計算の場合を説明した。通常は、３６０°全周または任意の角度領域にわたり所定の角度ピッチ（δθ、例えば数度から数十度程度）でビーム照射野の面積計算を行い（照射野面積計算機能）、その中から最小となる面積に対応する回転角を最適回転角として選択する（最適回転角計算機能）。簡易な方法としては、例えば、回転角度ごとにビーム照射野面積を計算し、「回転角度」−「ビーム照射野面積」のデータテーブルを作成し、そのデータ中から最小面積に対応する回転角度を選べばよい。

また、マルチリーフコリメータのリーフ位置を計画標的体積に対し内接させ回転可能な第２のマルチリーフコリメータを回転させると同様に照射野の大きさが変化する。このとき照射野が最大となるように回転可能な第２のマルチリーフコリメータの回転角度を設定すると、計画標的体積の外側である患部以外の組織には放射線を照射せずに計画標的体積内の照射領域を最大にできることにより、過去に放射線治療を実施した部位の近傍に発生した悪性腫瘍に対し治療効果を最大にすることが可能になる。ここで、「内接」とは、第１及び第２のマルチリーフコリメータが、その対向するリーフのエッジ辺の両端点が標的治療体積（１０）の輪郭内または輪郭周上となる位置を内接位置とするものである。なお、この「内接」の場合には、照射野面積が最大となる場合を選択する点が上記「外接」の場合と相違する点に注意を要する。この相違は上記説明のとおり、ビーム照射の目的が異なることに起因するものである。従って、「内接」の場合の最適回転角の選択では、回転角度ごとにビーム照射野面積を計算し、「回転角度」−「ビーム照射野面積」のデータテーブルを作成し、そのデータ中から最大面積に対応する回転角度を選べばよい。

治療計画装置（１７）ではＸ線ＣＴ装置で得られた画像データから計画標的体積及び注意臓器を求め照射方向を決定し計算機（１５）を経由または他の計算機を経由して制御装置（１４）にパラメータが送付される。（１６）及び（１７）はデータ転送用のケーブルである。この時、計算機（１５）で計画標的体積の形状から最適な第２のマルチリーフコリメータ（５）の回転角度を求め、その結果をコリメータ（７）に内蔵された制御装置（１４）に転送し、マルチリーフコリメータ（５）の回転角度、リーフ群（４ａ）、（４ｂ）、（５ａ）、（５ｂ）のリーフ位置を設定し放射線治療を行う。また、治療計画装置（１７）にも送付し線量分布、照射線量の計算を行うことができる。この計算結果に基づいて、ビーム制御手段が実際に照射される場合の線量分布及び照射線量のビームの制御を行う。

なお、上記実施例ではマルチリーフコリメータをコリメータ（７）に固定された第１のマルチリーフコリメータと回転可能な第２のマルチリーフコリメータの２段マルチリーフコリメータについて示したが、固定されたマルチリーフコリメータまたは回転可能なマルチリーフコリメータが複数段設置されていても上記実施の形態１と同様の効果を奏する。

第９図、第１０図は第１のマルチリーフコリメータに対し、第２のマルチリーフコリメータのリーフ位置をリーフ幅の半分の寸法だけずらせて配置させたものであり、第１０図は回転可能な第２のマルチリールコリメータ（５）の回転角度θを０°と４５°に回転させたものである。このようなマルチリーフコリメータも同様に、第２の回転可能なマルチリーフコリメータ（５）の回転角度を計算機（１５）により最適化することにより正常組織への線量を少なくすることが可能になる。

また、上記実施例では回転可能な第２のマルチリーフコリメータ（５）の回転角度の最適化を別置きの計算機（１５）で実施するものを示したが、制御装置（１４）に内蔵された計算機で実施しても同様の効果が得られる。

さらに、上記実施例では回転可能な第２のマルチリーフコリメータ（５）の回転角度の最適化を計算機（１５）で実施するものを示したが、この計算機能のプログラムを別置きの治療計画装置にインストールし、この治療計画装置で実施しても同様の効果が得られる。

この発明の実施例による多段マルチリーフコリメータを示す側面図である。この発明の実施例による多段マルチリーフコリメータを示す正面図である。この発明の実施例による多段マルチリーフコリメータの回転角度０°の場合の平面図である。この発明の実施例による多段マルチリーフコリメータの回転角度０°＜θ＜９０°の場合の平面図である。この発明の実施例による多段マルチリーフコリメータの回転角度９０°の場合の平面図である。この発明の実施例による直径４ｃｍの標的体積に対する多段マルチリーフコリメータの回転角度０°の場合の平面図である。この発明の実施例による直径４ｃｍの標的体積に対する多段マルチリーフコリメータの回転角度４５°の場合の平面図である。この発明の実施例による直径４ｃｍの標的体積に対する多段マルチリーフコリメータの回転角度９０°の場合の平面図である。この発明の他の実施例による多段マルチリーフコリメータの回転角度０°の場合の平面図である。この発明の他の実施例による多段マルチリーフコリメータの回転角度４５°の場合の平面図である。従来の多段マルチリーフコリメータを示す側面図である。

符号の説明

４第１のマルチリーフコリメータ、５第２のマルチリーフコリメータ、１４制御装置、１５計算機。

Claims

ビームの照射方向に間隔をおき配置されるとともに、各々が複数個のリーフでなるリーフ群が同一平面内に対向配置され、上記ビームに垂直な方向のビーム照射目標に対する照射野を任意に形成する第１及び第２のマルチリーフコリメータと、この第１及び第２のマルチリーフコリメータを上記ビームの光軸方向の共通な軸廻りに互いに回転する回転手段と、上記第１及び第２のマルチリーフコリメータのリーフ群が上記ビーム照射目標に外接または内接する位置で各々形成する第１及び第２の照射野が重複して形成するビーム照射野の面積を計算する照射野面積計算手段と、上記回転手段により設定される任意の回転位置における上記ビーム照射野の面積を比較し、上記内接の場合にはその面積最小となる回転位置を最適回転角として、また、上記外接の場合にはその面積最大となる回転位置を最適回転角として計算する最適回転角計算手段とを備えたことを特徴とする多段マルチリーフコリメータ。
上記第１及び第２のマルチリーフコリメータは、それぞれの上記リーフ群を構成する上記リーフの配列方向が同一で、かつ、上記リーフが幅方向において上記ビームの照射方向に部分的に重なっていることを特徴とする請求項１に記載の多段マルチリーフコリメータ。
上記照射野面積計算手段は、予め設定されたステップ角毎に回転された上記第１及び第２のマルチリーフコリメータの照射野が重複して形成するビーム照射野の面積を計算するとともに、上記最適回転角計算手段は、上記ステップ角毎のビーム照射野の面積を比較し、その面積最小または最大となるステップ角度を最適回転角として算出することを特徴とする請求項１に記載の多段マルチリーフコリメータ。
上記第１及び第２のマルチリーフコリメータは、対向するリーフのエッジ辺が上記ビーム照射目標の輪郭周に接する位置を外接位置とし、上記エッジ辺の両端点が上記ビーム照射目標の輪郭内または輪郭周上となる位置を内接位置とし、ビーム照射目標に対する照射野を形成することを特徴とする請求項１に記載の多段マルチリーフコリメータ。
ビーム照射目標の画像データを得るＸ線ＣＴ装置と、電子線源からの電子線を受けビームを発生するターゲットと、上記Ｘ線ＣＴ装置により得られたビーム照射目標データを用い最適回転角を算出する最適回転角計算手段を有する請求項１から４のいずれか一項に記載の多段マルチリーフコリメータと、算出された上記最適回転角に基づき第１及び第２のマルチリーフコリメータの回転位置を制御するコリメータ制御手段と、上記ビーム照射目標データと上記第１及び第２のマルチリーフコリメータの回転位置に基づき上記ターゲットから発生するビーム照射目標に対するビームの線量分布及び照射線量を制御するビーム制御手段とを備えたことを特徴とする放射線治療装置。