JP2014000210A - 放射線治療システム - Google Patents

Abstract

【課題】放射線治療において、患者の拘束時間を短縮し、装置のコストパフォーマンスを向上させることが可能な放射線治療システムを提供する。
【解決手段】天板３１には被検体が載置される。放射線源５３は、被検体の体軸回りに回転するように構成され、被検体に対して放射線を照射する。コリメータ５４は、放射線源と一体的に回転され、被検体の所定範囲の外側に放射線が通り抜けるのを防止する。放射線吸収体６０は、天板３１とコリメータ５４との間に移動可能に配置され、放射線源５３と一体的に回転され、所定範囲内における被検体の一部に向けて照射される放射線を吸収することにより、被検体上に一部を含む放射線が照射されない非照射領域を設ける。第１移動手段は、放射線吸収体の位置を移動させる。制御手段７３０は、放射線源の回転角度に応じて非照射領域に一部が含まれるように第１移動手段を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、放射線治療システムに関する。

従来の放射線治療システムでは、被検体が載置される天板と、被検体の体軸回りに回転するように構成され、放射線を照射する放射線源と、放射線源と一体的に回転され、放射線が被検体の患部に照射され、患部外には照射されないように開口を生成するコリメータ（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）とを有している。ここで、放射線には、例えば、Ｘ線、電子線、中性子線、陽子線、又は、重粒子線が含まれる。なお、コリメータを絞りという場合がある。

近年、コリメータとして、複数の可動リーフにより複雑な患部の形状に対応した線量分布を形成することができるマルチリーフコリメータ（Ｍｕｌｔｉ−Ｌｅａｆ−Ｃｏｌｌｏｍａｔｏｒ：ＭＬＣ）が多く用いられている。

放射線の照射方向が変わると、その方向からの患部の外形が変わるため、放射線源の回転角度に応じて、コリメータの開口形状を変化させ、放射線が開口を通って照射される被検体上の所定範囲を患部の外形に合わせる必要がある。放射線照射治療システムでは、所定範囲の位置及び大きさなどに応じて放射線の照射量を調整し、患部の全部を消滅させ、又は患部の大きさを縮小させる。

コリメータの開口形状を工夫し、また、照射角度を工夫することにより、被検体の一部を含む放射線が照射されない領域である非照射領域を設けるようにして、被ばくを極力回避している。それにより、治療後の被検体の生活の質（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｌｉｆｅ：ＱＯＬ）が確保される。ここで、「被検体の一部」の一例としては、正常な眼球などの組織を含む。

放射線治療においては、頭部内の患部を所定範囲とし、所定範囲内に正常な眼球を含む非照射領域が設けられるときがある。

特開２００２−３４５９８２号公報

図１４は、従来例において、所定範囲内に非照射領域が設けられる場合、コリメータ５４の開口形状を変化させたときの図である。図１４にコリメータ５４の開口形状を“Ｃ１１”、“Ｃ１２”で示し、所定範囲を“Ｒ１”、“Ｒ１１”、“Ｒ１２”で示し、非照射領域を“Ａ１”で示す。

図１４に示すように、所定範囲Ｒ１内に非照射領域Ａ１が設けられる場合に、第１回目において、コリメータ５４の開口形状を“Ｃ１１”にすることにより、所定範囲を“Ｒ１１”にして、放射線を照射する。第２回目において、コリメータ５４の開口形状を“Ｃ１２”にすることにより、所定範囲を“Ｒ１２”にして、放射線を照射する。このように放射線の照射を２回に分割することにより、所定範囲Ｒ１１、Ｒ１２を組み合わせて、所定範囲Ｒ１内に非照射領域Ａ１を設けることが可能となる。

しかし、放射線の照射を２回に分割して実施する必要があるため、放射線の治療において、患者の拘束時間が長くなるとともに、装置のコストパフォーマンスを低下させる。

図１５は、従来例において、所定範囲内に非照射領域が設けられる場合、Ｘ線管である放射線源５３の回転角度に応じてコリメータ５４の開口形状を変化させたときの図である。

図１５に、放射線源５３の回転角度を“θ１”、“θ２”、“θ３”で示し、放射線源５３の回転角度に応じた所定範囲を“Ｒ１”、“Ｒ１１”、“Ｒ１２”で示し、放射線源５３の回転角度θ２に応じた所定範囲を“Ｒ２”、“Ｒ２１”、“Ｒ２２”で示し、放射線源５３の回転角度θ３に応じた所定範囲を“Ｒ３”、“Ｒ３１”、“Ｒ３２”で示す。
回転角度θ１のとき、所定範囲Ｒ１１、Ｒ１２を組み合わせることにより所定範囲Ｒ１が設けられる。また、回転角度θ２のとき、所定範囲Ｒ２１、Ｒ２２を組み合わせることにより所定範囲Ｒ２が設けられる。さらに、回転角度θ３のとき、所定範囲Ｒ３１、Ｒ３２を組み合わせることにより所定範囲Ｒ３が設けられる。

図１５に示すように、所定範囲内に非照射領域が設けられる場合、放射線源５３の一つの回転角度につき、放射線の照射を２回に分割して実施する必要があるため、放射線治療において、患者の拘束時間がさらに長くなるとともに、装置のコストパフォーマンスをさらに低下させるという問題点があった。

この実施形態は、上記の問題を解決するものであり、放射線治療において、患者の拘束時間を短縮し、装置のコストパフォーマンスを向上させることが可能な放射線治療システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、実施形態の放射線治療システムは、天板、放射線源、コリメータ、第１移動手段、放射線吸収体、及び、制御手段を有する。天板には被検体が載置される。放射線源は、被検体の体軸回りに回転するように構成され、被検体に対して放射線を照射する。コリメータは、放射線源と一体的に回転され、被検体の所定範囲の外側に放射線が通り抜けるのを防止する。放射線吸収体は、天板とコリメータとの間に移動可能に配置され、放射線源と一体的に回転され、所定範囲内における被検体の一部に向けて照射される放射線を吸収することにより、被検体上に一部を含む放射線が照射されない非照射領域を設ける。第１移動手段は、放射線吸収体の位置を移動させる。制御手段は、放射線源の回転角度に応じて非照射領域に一部が含まれるように第１移動手段を制御する。

第１の実施形態に係る放射線治療システムの構成ブロック図。 放射線照射装置の構成ブロック図。 コリメータを示す図。 第１移動手段の正面図。 図４のＡ−Ａ線断面図。 放射線源が所定角度に回転されたときの放射線吸収体を、体軸に直交する平面上に表した図。 放射線源が所定角度に回転されたときのリーフブロックを、体軸に直交する平面上に表した図。 患部の位置、眼球の中心位置を求めてから放射線を照射するまでの一連の動作を示すフローチャート。 眼球の中心位置を求めるときの一連の動作を示すフローチャート。 第２の実施形態に係る第１移動手段の正面図。 放射線源が所定角度に回転されたときの放射線吸収体を、体軸に直交する平面上に表した図。 第１移動手段を示す図。 仮想の枢支軸と実際の枢支軸との位置関係を概念的に示す図。 従来例において、コリメータの開口形状を変化させたときの図。 従来例において、放射線源の回転角度に応じてコリメータの開口形状を変化させたときの図。

［第１の実施形態］
放射線治療システム１の第１実施形態について各図を参照して説明する。図１は放射線治療システム１の構成ブロック図である。

図１に示すように、放射線治療システム１は、例えば、患部を撮影することにより取得された画像データを基に照射計画を生成し、照射計画に基づいて、患部に向けて放射線を照射させるものである。

以下の説明において、照射計画では、頭部内の患部に向けて放射線を照射させる所定範囲が定められる。また、所定範囲のうち、正常な眼球に向けて照射される放射線を吸収することにより、被検体上に眼球を含む放射線を照射させない非照射領域が定められるものとする。なお、照射計画を治療計画という場合がある。

また、被検体の体軸に直交する水平方向をＸ方向、上下方向をＹ方向、被検体の体軸方向をＺ方向という場合がある（図２、図３参照）。また、放射線源５３から体軸に直角をなすように下ろした直線の軸を放射軸という場合がある。さらに、放射軸の方向をＲ方向、体軸に直交する平面に沿いかつＲ方向に直交する方向をＳ方向または第１軸方向という場合がある（図２、図３参照）。なお、Ｓ方向または第１軸方向は、放射線源５３の回転軌跡における回転位置での接線の方向でもある。

放射線治療システム１は、コンソール１０、撮像装置２０、寝台装置３０、治療計画装置４０、及び、放射線照射装置５０を有している。以下、寝台装置３０、放射線照射装置５０、撮像装置２０、コンソール１０、治療計画装置４０の順に説明する。

〔寝台装置３０〕
図１に示すように、寝台装置３０は、基台（図示省略）と、天板３１と、寝台コントローラ３２とを有する。天板３１は、被検体が載置されるもので、基台に対してＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に移動可能に、かつ、Ｙ方向に傾動可能に、かつ、垂直軸回りに回転可能に配置されている。天板３１に載置された被検体の頭部は、固定手段（図示省略）を用いて天板３１に対して固定される。

寝台コントローラ３２は、照射計画に基づく、コンソール１０の制御を受けて、天板３１をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向のいずれか一以上の方向に移動させるとともに、Ｙ方向に傾動させ、さらに、垂直軸回りに回転させる。

寝台装置３０は、撮像装置２０により被検体を撮影するとき、及び、放射線照射装置５０により患部を放射線治療するときの両方に兼用されるが、別々の専用であってもよい。いずれにおいても、放射線治療時に基準とする位置と撮影時に基準とした位置とが一致するように、天板３１上に載置された被検体の位置合わせが行われる。位置合わせの方法としては種々の公知技術を用いればよい。例えば、眼球の位置を基準に行えばよい。

〔放射線照射装置５０〕
放射線照射装置５０について図２を参照して簡単に説明する。図２は、放射線照射装置５０の構成ブロック図である。

放射線照射装置５０は、アーム部５１、放射線源５３、コリメータ５４、高電圧供給装置７４０、第１移動手段７１０、第２移動手段７２０、回転駆動機構７５０、及び、照射コントローラ７３０を有している。コリメータ５４の治療実行コントローラ１７及び／または照射コントローラ７３０を制御手段という場合がある。

（アーム部５１）
図２に示すように、アーム部５１は、回転可能に架台（図示省略）に軸支されている。回転駆動機構７５０は、照射計画に基づく制御手段からの制御情報を受けて、アーム部５１を回転させることで、放射線源５３を所定の回転角度に回転させる。

アーム部５１の先端部にはヘッド５２が設けられている。ヘッド５２の内部には、放射線源５３、絞りブロック５７、マルチリーフコリメータ５５、及び、放射線吸収体６０等（後述する）が順に天板３１の方へ並べられて配設されている。
放射線治療においては、放射線源５３が体軸回りに回転するように、すなわち、アーム部５１の回転軸と体軸とが一致するように、寝台コントローラ３２により、天板３１の位置及び傾きが調整される。

（放射線源５３）
放射線源５３は、アーム部５１が回転すると、被検体の体軸回りに回転するように構成され、高電圧供給装置７４０から供給された管電圧に応じて放射線を発生させる。放射線源５３から照射される放射線は、放射軸を中心にしてＳ方向及びＺ方向に広がるビーム光である。

（コリメータ５４）
図３はコリメータ５４を示す図である。図２及び図３に示すように、コリメータ５４は、マルチリーフコリメータ５５及び絞りブロック５７を有し、アーム部５１が回転すると、放射線源５３と一体的に回転するように構成される。

この実施形態では、所定範囲の内部に非照射領域が設けられる場合、患者の拘束時間を短縮し、装置のコストパフォーマンスを向上させるために、次のように、コリメータ５４と放射線吸収体６０等とを使い分ける。すなわち、所定範囲を画成する手段として、コリメータ５４が用いられ、コリメータ５４の開口形状が患部の外形に合わせられる。一方で、所定範囲の内部に非照射領域を設ける手段として、放射線吸収体６０等が用いられる。放射線吸収体６０等の詳細については、後述する。

図３に示すように、マルチリーフコリメータ５５は、多数のリーフブロック５６を有している。リーフブロック５６は、板形状を有し、放射線を遮蔽する素材（例えば、鉛、タングステン等）で組成されている。一対のリーフブロック５６の組がＺ方向に多数並べられている。一対のリーフブロック５６が、体軸と平行な線を中心として対称に配置さている。各リーフブロック５６はＳ方向に移動可能に構成されている。一対のリーフブロック５６を互いに接近させると、両者間に狭い隙間が形成され、互いに離間させると、両者間に広い隙間が形成される。

図３に示すように、絞りブロック５７は、一対設けられ、Ｚ方向に沿って並べられ、かつ、Ｚ方向に沿って移動可能に構成されている。一対の絞りブロック５７を互いに接近させると、両者間に狭い隙間が形成され、互いに離間させると、両者間に広い隙間が形成される。各絞りブロック５７は、一対のリーフブロックを互いに近接させたときの両者間の隙間を塞ぐように構成されている。

各リーフブロック５６により形成される隙間及び一対の絞りブロック５７により形成される隙間がコリメータ５４の開口となる。コリメータ５４は、マルチリーフコリメータ５５及び絞りブロック５７を開口形状を患部の外形に合わることにより、所定範囲を画成するように構成される。

（放射線吸収体６０）
図２に示すように、放射線吸収体６０は、天板３１とコリメータ５４との間に移動可能に配置され、アーム部５１が回転すると、放射線源５３及びコリメータ５４と一体的に回転されるように構成されている。

放射線吸収体６０は、「被検体の一部」に相当する左右の眼球に対応して一つずつ配置されている。各放射線吸収体６０は同じ構成をしており、以下に、放射線吸収体６０の一つを代表して説明する。

放射線源５３からの放射線を受けたときの放射線吸収体６０の影が左右の眼球にできるように配置構成されている。

放射線吸収体６０は、放射線を遮蔽する素材（例えば、鉛、タングステン等）で組成されている。放射線吸収体６０は、所定の厚みを有する円板状の部材である。なお、円板状の大きさは、眼球の標準的な形状及び大きさに応じて定めればよい。

放射線吸収体６０は、厚み方向で一部または全部がプレート６５の所定位置に埋め込まれるように配置されている。プレート６５は放射線透過性を有している。なお、放射線吸収体６０はプレート６５と一体的に移動可能に構成されていればよい。また、放射線吸収体６０が配置されるプレート６５の位置は、眼球の標準的な位置に応じて定めればよい。

放射線吸収体６０は、所定範囲内に向けて照射された放射線のうち、正常な眼球に向けて照射される放射線を吸収することにより、被検体上に眼球を含む放射線が照射されない非照射領域を設ける。

（第１移動手段７１０）
図４は第１移動手段７１０の正面図、図５は図４のＡ−Ａ線断面図である。図４及び図５に示すように、第１移動手段７１０は、放射線吸収体６０を含むプレート６５をＳ方向に案内する第１ガイド機構７１１、動力源であるモータ７１３、ピニオン７１４、及び、ラックギア７１５を有している。図５では、凸断面形状を有するガイドレールと凹断面形状を有するガイドレールとを嵌め合わせたものとして、第１ガイド機構７１１を概念的に示す。

図４及び図５において、上側にベース６４、中央にプレート６５、下側にプレート６５が配置されている。中央及び下側のプレート６５には放射線吸収体６０が設けられている。例えば、中央に配置された放射線吸収体６０及びプレート６５が左右の眼球の一方に対して設けられ、上側に配置された放射線吸収体６０及びプレート６５が左右の眼球の他方に対して設けられている。

中央のプレート６５及び下側のプレート６５をＺ方向に移動させるもの、中央のプレート６５を方向に移動させるもの、及び、下側のプレート６５をＳ方向に移動させるものとして、モータ７１３、ピニオン７１４、及びラックギア７１５がそれぞれ設けられている。ラックギア７１５は、中央のプレート６５の側壁部（Ｚ方向に沿った側壁部及びＳ方向に沿った側壁部）、並びに、下側のプレート６５の側壁部（Ｓ方向に沿った側壁部）にそれぞれ設けられている。

中央のプレート６５用のモータ７１３の動力がピニオン７１４を介してラックギア７１５に伝達されることで、中央のプレート６５及び放射線吸収体６０がＳ方向に一体的に移動する。下側のプレート６５用のモータ７１３の動力がピニオン７１４を介してラックギア７１５に伝達されることで、下側のプレート６５及び放射線吸収体６０がＳ方向に沿って一体的に移動する。

第１移動手段７１０は、照射計画に基づく、制御手段からの制御情報を受けて、中央のプレート６５上の放射線吸収体６０及び下側のプレート６５上の放射線吸収体６０をＳ方向上の所定の位置に移動させる。ここで、所定の位置とは、放射線源５３の回転角度に対応する放射線吸収体６０の位置である。

中央のプレート６５上の放射線吸収体６０及び下側のプレート６５上の放射線吸収体６０をＳ方向上の所定の位置に移動させるには、例えば、中央のプレート６５を移動させ、中央のプレート６５上の放射線吸収体６０を所定位置に移動させた後、下側のプレート６５を移動させ、下側のプレート６５上の放射線吸収体６０を所定位置に移動さればよい。

（放射線吸収体６０の位置を求める方法）
次に、放射線源５３の回転角度に対応する放射線吸収体６０の位置を求める方法について図６を参照して説明する。なお、左右の眼球に対応して放射線吸収体６０が設けられているが、放射線吸収体６０の位置を求める方法は、左右の眼球で違いがないため、説明の都合上、図６では、左側の眼球に対応して設けられる放射線吸収体６０のみを示し、右側の眼球に対応するものを省略している。

図６は、放射線源５３が所定角度に回転されたときの放射線吸収体６０を、体軸に直交する平面上に表した図である。図６に、体軸の位置を“Ｏ”、頭部を“ＨＤ”、眼球を“ＥＢ”、眼球の中心位置を“Ｅ”、Ｙ軸と直線ＯＥとの間の角度を“α”、放射線源５３の位置を“Ａ”、Ｙ軸と直線ＯＡとの間の角度である放射線源５３の回転角度を“θ”、直線ＯＡと放射線吸収体６０の移動軌跡（Ｓ方向）との交点を“Ｂ”、放射線吸収体６０の位置を“Ｃ”で示す。

また、位置Ｅから直線ＯＡに直交するように下ろした線と直線ＯＡとの交点を“Ｄ”、直線ＥＤの長さを“ｌｄ”、 直線ＯＥの長さを“ｌｅ”で示す。それにより、ｌｄは、次の式で表される。

また、直線ＯＤの長さを“ｌｄ’”で示すと、ｌｄ’は、次の式で表される。

さらに、直線ＯＡの長さを“Ｌｏ”、 直線ＡＤの長さを“Ｌｄ”で示すと、Ｌｄは、次式で表される。

さらに、式（２）を用いて、次式で表される。

さらに、直線ＡＢの長さを“Ｌｂ”、交点Ｂからの放射線吸収体６０の位置までの距離である直線ＢＣの長さを“ｌｃ”で示すと、Ｌｂ、Ｌｄ、ｌｄ、ｌｃの関係は、次の式で表される。

式（５）からｌｃは、Ｌｂ、Ｌｄ、ｌｄを用いて次の式で表される。

さらに、式（１）、式（４）を用いて、次式で表される。

以上により、３次元画像データにより求められる既知の長さであるＬｏ、Ｌｂ、ｌｅ、及び既知の角度であるαを基に、放射線源５３の回転角度θ（照射計画により放射線源５３を回転制御する情報）に対応する放射線吸収体６０の位置（長さｌｃ）を求めることができる。なお、照射計画としては、求められた放射線吸収体６０の位置情報を含むものであってもよい。また、照射計画の一例としては、放射線源５３の回転角度θと放射線吸収体６０の位置情報（後述するコリメータ５４の位置情報を含む）とが対応付けられて記憶されたテーブルであってもよい。

図４及び図５に示すように、第１移動手段７１０は、さらに、プレート６５をＺ方向に沿って案内する第２ガイド機構７１２及び動力源であるモータ７１３を有している。中央のプレート６５用のモータ７１３の動力がピニオン７１４を介してラックギア７１５に伝達されることで、中央のプレート６５及び下側のプレート６５がＺ方向に沿って一体的に移動する。なお、Ｚ方向に沿う方向を第２軸方向という場合がある。図４では、凸断面形状を有するガイドレールと凹断面形状を有するガイドレールとを嵌め合わせたものとして、第２ガイド機構７１２を概念的に示す。

第１移動手段７１０は、照射計画に基づく、制御手段からの制御情報を受けて、中央のプレート６５及び下側のプレート６５を一体的に移動させることで、中央のプレート６５上の放射線吸収体６０及び下側のプレート６５上の放射線吸収体６０をＺ方向上の所定の位置に一体的に移動させる。なお、第１移動手段７１０に代えて、また、第１移動手段７１０と共に、寝台装置３０を用いて、天板３１をＺ方向上の所定の位置に移動させることで、中央のプレート６５上の放射線吸収体６０及び下側のプレート６５上の放射線吸収体６０をＺ方向上の所定の位置に一体的に移動させてもよい。なお、中央のプレート６５と下側のプレート６５とを相対移動するように構成してもよい。それにより、中央のプレート６５上の放射線吸収体６０と下側のプレート６５上の放射線吸収体６０とをＺ方向上の所定の位置に相対移動させることが可能となる。

第１移動手段７１０においては、第１ガイド機構７１１及び第２ガイド機構７１２により、放射線吸収体６０を含むプレートが放射軸に直交する平面内で２軸方向（第１軸方向（Ｓ方向）及び第２軸方向（Ｚ方向に沿う方向））に案内されることで、放射線吸収体６０を所定の位置に移動させることが可能となる。

以上の放射線吸収体６０の位置を求める方法により、照射計画に基づき制御手段が放射線照射装置５０に出力する制御情報（放射線源５３の回転角度に対応する非照射領域）を求めることができる。

（第２移動手段７２０）
図２及び図３に示すように、第２移動手段７２０は、照射計画に基づく、制御手段からの制御信号を受けて、各リーフブロック５６、及び、絞りブロック５７をＳ方向上の所定の各位置に移動させることにより、コリメータ５４の開口形状を変化させる。ここで、所定の位置とは、放射線源５３の回転角度に対応するコリメータ５４の位置（各リーフブロック５６、及び、絞りブロック５７の各位置）であって、放射線源５３の回転角度毎に変化する所定範囲の外形に合致する位置である。

（コリメータ５４の位置を求める方法）
次に、放射線源５３の回転角度に対応するコリメータ５４の位置（各リーフブロック５６、及び、絞りブロック５７の各位置）を求める方法について説明する。

（各リーフブロック５６の位置を求める方法）
先ず、放射線源５３の回転角度に対応する各リーフブロック５６の位置を求める方法について図７を参照して説明する。図７は、放射線源５３が所定角度に回転されたときのリーフブロック５６を、体軸に直交する平面上に表した図である。なお、一対のリーフブロック５６はＺ方向に沿って多数配置されているが、各リーフブロック５６の位置を求める方法は、その配置が異なることでは違いがないため、説明の都合上、図７では、一対のリーフブロック５６のみを示し、他のリーフブロック５６を省略している。

また、放射線は放射線源５３からＳ方向に広がって、一対のリーフブロック５６の間の隙間を通って患部の一端の位置から他端の位置までの区間に照射されるが、患部の端の位置に対応するようにリーフブロックの位置が定められることは、一対のリーフブロック５６で違いがないため、説明の都合上、図７では、一方のリーフブロック５６の位置を求める方法について代表して説明し、他方のリーフブロック５６の位置を求める方法については省略する。

図７に、体軸の位置を“Ｏ”、頭部を“ＨＤ”、患部を”Ｐ１”、患部の外縁の位置を“Ｋ”、Ｙ軸と直線ＯＫとの間の角度を“β”、放射線源５３の位置を“Ａ”、放射線源５３の回転角度を“θ”、リーフブロック５６の移動位置を“Ｆ”、直線ＯＡとリーフブロック５６の移動軌跡（Ｓ方向）との交点を“Ｇ”で示す。

また、直線ＯＡの長さを“Ｌｏ”、直線ＡＧの長さを“Ｌｇ”、直線ＦＧの長さを“ｌｆ”、直線ＯＫの長さを“ｌｋ”、直線ＯＡの延長線と、その延長線に対して位置Ｋから直角をなすように下した線との交点を“Ｍ”、直線ＫＭの長さを“ｌｍ”、直線ＯＭの長さを“Ｌｎ”で示す。

直線ＯＭと直線ＯＫとの間の角度∠ＫＯＭを“γ”とすると、γは、次の式で表される。

また、ｌｍ、Ｌｎは、次の式で表される。

さらに、三角形△ＡＫＭと三角形△ＡＦＧとは相似の関係にあるから、次の式が成り立つ。

したがって、ｌｆは、次の式で表される。

また、式（８）から（１０）により、ｌｆは、次の式で表される。

以上により、既知の長さであるＬｏ、Ｌｇ、ｌｋ、及び既知の角度であるβを基に、放射線源５３の回転角度θ（照射計画により放射線源５３を回転制御する情報）に対応するリーフブロック５６の位置（長さｌｆ）を求めることができる。

（絞りブロック５７の位置を求める方法）
次に、放射線源５３の回転角度に対応する絞りブロック５７の位置を求める方法について説明する。絞りブロック５７は、放射線源５３の回転角度に対応するＺ方向上の所定位置に移動される。

一対の絞りブロック５７のＺ方向上の位置（例えば、Ｚ１、Ｚ２）は、互いに最も接近した一対のリーフブロック５６の位置であって、コリメータ５４の開口の両端のＺ方向上の位置（例えば、ｚ１、ｚ２）に対応する。対応の一例としては、コリメータ５４の開口の両端の位置と、その位置に所定長さ（０を含む）を加算または減算することにより求められる絞りブロックの位置との対応である。その対応関係をｆ、ｇとする。

放射線源５３の回転角度に対応するリーフブロック５６の位置については、前述するように、既知の長さであるＬｏ、Ｌｂ、ｌｅ、及び既知の角度であるαを基に、放射線源５３の回転角度θから求めることができる。それにより、両端の位置（ｚ１、ｚ２）を求めることができる。

対応関係ｆ、ｇ、及び、両端の位置（ｚ１、ｚ２）を用いて、一対の絞りブロック５７の位置（例えば、Ｚ１、Ｚ２）は、次の式で表される。

すなわち、対応関係ｆ、ｇ及び求められた位置（ｚ１、ｚ２）を用いて、一対の絞りブロック５７の位置を求めることができる。

以上のコリメータ５４の位置を求める方法により、照射計画に基づき制御手段が放射線照射装置５０に出力する制御情報（放射線源５３の回転角度に対応する所定範囲）を求めることができる。

（制御手段）
制御手段は、照射計画に基づいて、放射線源５３の回転角度に対応するＳ方向上の所定の位置に放射線吸収体６０を移動させることにより、眼球が非照射領域に含まれるように第１移動手段７１０を制御する。

また、制御手段は、照射計画に基づいて、放射線源５３の回転角度に対応するＳ方向上の所定の各位置に各リーフブロック及び一対の絞りブロック５７を移動させることにより、放射線が照射される所定範囲を患部の外形に合致させるように第２移動手段７２０を制御する。

〔撮像装置２０〕
図１に示すように、撮像装置２０は、患者（被検体）の患部の治療部位を含む領域を撮影し、生データを生成するものであり、代表的な例としては、Ｘ線ＣＴ装置、ＭＲＩ（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｍａｇｉｎｇ）装置、Ｘ線装置等が挙げられる。

例えば、Ｘ線を照射し、回転軸回りに回転可能に構成されたＸ線源を有するＸ線ＣＴ装置には、寝台装置３０が用いられる。
被検体の撮影においては、Ｘ線源が被検体の体軸回りに回転するように、すなわち、回転軸と体軸とが一致するように、寝台コントローラ３２により、天板３１の位置及び傾きが調整される。

〔コンソール１０〕
図１に示すように、コンソール１０は、撮像装置２０、寝台装置３０、治療計画装置４０、及び、放射線照射装置５０の動作を制御する。コンソール１０は、画像処理部１１、画像記憶装置１２、入力部１３、表示部１４、所定範囲設定部１５、非照射領域設定部１６、治療実行コントローラ１７、を有している。

画像処理部１１は、撮像装置２０により生成された生データを基に投影データを生成し、さらに、投影データを基に２次元画像データ（スライスデータ）や３次元画像データ（ボリュームデータ）を生成する。

画像記憶装置１２は、画像処理部１１により生成された２次元画像データ及び３次元画像データを記憶する。２次元画像データ及び３次元画像データは、治療計画装置４０が、照射計画（例えば、放射線源５３の回転角度に対応する所定範囲及び非照射領域を作成するときに用いられる。所定範囲の一例としては、図７に示す位置Ｏから患部の外縁の位置Ｋまでの長さ“ｌｋ”、Ｙ軸と直線ＯＫとの間の角度“β”である。また、非照射領域の一例としては、図６に示す位置Ｏから眼球の中心位置Ｅまでの長さ“ｌｅ”、Ｙ軸と直線ＯＥとの間の角度“α”である。

所定範囲設定部１５は、照射計画に基づいて、放射線源５３の回転角度に対応するコリメータ５４の位置を求める。コリメータ５４の位置を求める方法の一例としては、前述する各リーフブロック５６の位置を求める方法、及び、絞りブロック５７の位置を求める方法による。

非照射領域設定部１６は、照射計画に基づいて、放射線源５３の回転角度に対応する放射線吸収体６０の位置を求める。放射線吸収体６０の位置を求める方法の一例としては、前述する放射線吸収体６０の位置を求める方法による。

照射計画に基づいて求められた各位置にコリメータ５４及び放射線吸収体６０が移動されるので、それぞれを移動させるまでの待ち時間が少なくて済み、ひいては、患者の拘束時間を短縮させることができる。

治療実行コントローラ１７は、所定範囲設定部１５及び非照射領域設定部１６により求められた所定範囲及び非照射領域に基づいて、放射線照射装置５０を制御する。

〔治療計画装置４０〕
治療計画装置４０は、計画生成部４１及び照射計画メモリ４２を有している。治療計画装置４０は、コンソール１０により生成された２次元画像データ及び３次元画像データを基に、患部の位置、患部の形状を求め、患部に照射すべき放射線や、そのエネルギー、及び、放射線が照射される所定範囲、及び、放射線が照射されない非照射領域を含む照射計画を生成する。照射計画では、放射線源５３の回転角度に対応して所定範囲及び非照射領域が定められる。

治療計画装置４０では、照射計画を生成する際に、コンソール１０により生成された２次元画像データ及び３次元の画像データとの比較を行う。すなわち、２次元画像データ及び３次元の画像データにおける比較点と、照射計画における比較点とを一致させる。

２次元画像データ及び３次元の画像データにおける比較点の一例としては、Ｘ線源の回転軸とＸ線源から回転軸に下ろした直線との交点が挙げられる。照射計画における比較点の一例としては、体軸と放射軸との交点が挙げられる。治療計画装置４０、これらの比較点を一致させた上で、照射計画を生成する。

（動作）
次に、放射線治療における一連の動作について図８及び図９を参照して説明する。図８は患部の位置、形状、眼球の中心位置を求めてから放射線を照射するまでの一連の動作を示すフローチャートである。なお、この放射線治療では、頭部内に患部があって、眼球を含む放射線が照射されない非照射領域が所定範囲内に設けられる場合について説明するが、所定範囲内に非照射領域が設けられない場合については、以下に示す工程において、眼球の中心位置や非照射領域を求める工程が省略され、また、放射線吸収体６０を用いる工程が省略されることはいうまでもない。放射線吸収体６０が用いられないときは、放射線吸収体６０は、コリメータ５４の開口により絞られた放射線の所定範囲の外の位置に退避して置かれる。

図８に示すように、放射線治療においては、先ず、患部の位置、形状、及び、眼球の中心位置を求める（Ｓ１０１）。

患部の位置、形状を求めるには、コンソール１０により生成された２次元画像データ及び３次元画像データを基に、患部の位置、患部の形状を求める。

眼球の中心位置を求める方法について図９を参照して説明する。図９は、眼球の中心位置を求めるときの一連の動作を示すフローチャートである。

図９に示すように、眼球の中心位置を求めるには、先ず、２次元画像データに基づいて、３次元画像データを作成する（Ｓ２０１）。

次に、眼球の中心位置を探索する（Ｓ２０２）。その探索には、３次元画像データを基に作られたアキシャル画像（体軸に対して直交する断層画像）が用いられる。アキシャル画像において、眼球の画素値が２ｃｍ以上続く領域の中央位置を求める。求められた中央位置のＸ座標、Ｙ座標の値を例えば“ｘ１、ｙ１”とする。次に、Ｘ座標、Ｙ座標“ｘ１、ｙ１”におけるサジタル画像（体軸に対して平行な断層画像）を用いて、眼球の画素値が２ｃｍ以上続く領域の中央値を求める。求められた中央位置のＺ座標を例えばｚ１とする。このようにして、眼球の中心位置（ｘ１、ｙ１、ｚ１）を決定する（Ｓ２０３）。

以上のように、患部の位置、患部の形状、及び、眼球の中心位置を求めた後に、照射計画の作成をする（Ｓ１０２）。照射計画では、患部の位置、形状に基づき所定範囲を求め、眼球の中心位置に基づき非照射領域を求める。

次に、照射の準備をする（Ｓ１０３）。例えば、Ｘ線管電圧、ＭＵ値（病巣投与線量［Ｇｙ］）、照射位置（放射線源５３の回転角度を含む）、所定範囲に基づくコリメータ５４の位置、非照射領域に基づく放射線吸収体６０の位置を設定する。

次に、コンソール１０から放射線照射装置５０に対して放射線源５３の回転角度を指示する（Ｓ１０４）。

次に、アーム部５１を回転させることで、放射線源５３を所定の回転角度に回転させる（Ｓ１０５）。

次に、ステップＳ１０３で求めたコリメータ５４の位置に基づいて、コリメータ５４を移動させる（Ｓ１０６）。それにより、コリメータ５４の開口形状を患部の外形に合わることができ、所定範囲を画成することができる。また、ステップＳ１０３で求めた放射線吸収体６０の位置に基づいて、放射線吸収体６０を含むプレート６５を移動させる（Ｓ１０６）。それにより、所定範囲内に非照射領域を設けることができる。

次に、放射線の照射を実行する（Ｓ１０７）。それにより、放射線源５３からの放射線を受けたときの放射線吸収体６０の影が左右の眼球にできるようになる。そして、全ての照射位置（放射線源５３の回転角度）における放射線の照射が終了するまで、ステップＳ１０４からステップＳ１０７を繰り返す。

以上に、第１の実施形態に係る放射線治療システム１を説明した。第１の実施形態に係る放射線照射装置５０は、放射線吸収体６０を含むプレート６５をＳ方向上の所定の位置に移動することにより、患部に向けて照射される放射線が眼球に照射されずに、所定範囲内に非照射領域が設けられるように構成されたものである。

この構成により、所定範囲内に非照射領域が設けられる場合、放射線源５３の一つの回転角度につき、放射線の照射を１回だけ実施すれば済むため、放射線治療において、患者の拘束時間を短縮させることが可能となる。さらに、拘束時間が短縮するので、装置のコストパフォーマンスを向上させることが可能となる。

［第２の実施形態］
次に、放射線治療システム１の第２実施形態について図１０を参照して説明する。図１０は第１移動手段７１０の正面図である。第２実施形態においては、第１実施形態と異なる構成について主に説明し、同じ構成についてはその説明を省略する。

第１の実施形態では、放射線吸収体６０を含むプレート６５をＳ方向に沿って案内する第１ガイド機構７１１を設け、放射線吸収体６０をＳ方向に移動させることで、放射線源５３の回転角度に応じて非照射領域に被検体の一部（例えば、眼球）が含まれるようにした。これに対して、第２実施形態では、図１０に示すように、放射線吸収体６０、第１移動手段７１０、放射線源５３の回転角度に対応する放射線吸収体６０の位置を求める方法、及び、制御手段が第１実施形態と異なる。以下、異なる点を順に説明する。

（放射線吸収体６０）
図１０に示すように、放射線吸収体６０は、球体状の部材である。放射線吸収体６０は、放射線を遮蔽する素材（例えば、鉛、タングステン等）で組成されている。放射線吸収体６０は、球体状の大きさが眼球の標準的な形状及び大きさに応じて定めればよい。また、放射線吸収体６０が配置される位置は、眼球の標準的な位置に応じて定めればよい。

（第１移動手段７１０）
図１０に示すように、第１移動手段７１０は、放射線源５３から体軸に直角をなすように下ろした直線の軸である放射軸上に配置され、体軸と平行な枢支軸６６と、枢支軸６６を軸として回転するように配置され、枢支軸６６に対し近接／離間する方向に放射線吸収体６０を案内する直進ガイド６９と、を有している。これらの第１移動手段７１０を構成する部品は、放射線透過性を有している。

枢支軸６６は、回転軸または軸受け部材の一方により構成されている。直進ガイド６９は、長尺形状を有する棒状のガイドレールと、その長手方向に沿って移動可能なスライダとから構成されている。ガイドレールの基端部に回転軸または軸受け部材の他方が設けられている。スライダに放射線吸収体６０が設けられている。

枢支軸６６及び直進ガイド６９は、放射線透過性を有している。放射線源５３の回転角度に応じて、放射線吸収体６０を枢支軸６６回りに回転させ、及び／または、枢支軸６６に対し近接／離間する方向に移動させ、放射軸を含む体軸に直交する平面内で放射線吸収体６０を２軸方向に案内することにより、放射線吸収体６０を所定の位置に移動させることが可能となる。第１移動手段７１０は、照射計画に基づく、制御手段からの制御情報を受けて、放射線吸収体６０を所定の位置に移動させる。

（放射線吸収体６０の位置を求める方法）
次に、放射線源５３の回転角度に対応する放射線吸収体６０の位置を求める方法について図１１を参照して説明する。なお、説明の都合上、図１１では、左側の眼球に対応して設けられる放射線吸収体６０のみを示し、右側の眼球に対応するものを省略していることは、第１実施形態と同様である。

図１１は、放射線源５３が所定角度に回転されたときの放射線吸収体６０を、体軸に直交する平面上に表した図である。図１１に、体軸の位置を“Ｏ”、頭部を“ＨＤ”、眼球を“ＥＢ”、眼球の位置を“Ｅ”、Ｙ軸と直線ＯＥとの間の角度を“α”、放射線源５３の位置を“Ａ”、放射線源５３の回転角度を“θ”、放射線吸収体６０の位置を“Ｈ”で示す。
ここで、説明を簡単にするため、枢支軸６６が直線ＯＡ（放射軸）上に配置されているものとする。直線ＯＡ上の枢支軸６６の位置を“Ｊ”で示す。

さらに、直線ＯＡの長さを“Ｌｏ”、直線ＡＪの長さを“Ｌｊ”、直線ＯＥの長さを“ｌｅ”、直線ＨＪの長さを“ｌｈ”で示す。

眼球を含む非照射領域が設けられるためには、三角形ΔＡＯＥと三角形ΔＡＪＨが相似形であることが条件となる。
それにより、次の関係式が成り立つ。

Ｌｏ：Ｌｊ＝ｌｅ：ｌｈ
また、長さｌｈは、次の式で表される。

また、直線ＯＡ（放射軸）と直線ＯＥとの間の角度を∠ＡＯＥ、直線ＯＡと直線ＨＪとの間の角度を∠ＡＪＨとすると、∠ＡＯＥ及び∠ＡＪＨは、次の式で表される。

以上により、既知の長さであるＬｏ、Ｌｊ、ｌｅ、及び既知の角度であるαを基に、放射線源５３の回転角度θ（照射計画により放射線源５３を回転制御する情報）に対応する放射線吸収体６０の位置（位置Ｊにおける角度α＋θ、位置Ｊからの距離ｌｈ）を求めることができる。

上記の説明では、眼球を含む非照射領域が設けられるように、三角形ΔＡＯＥと三角形ΔＡＪＨが相似形であることが条件とした。そこで、枢支軸６６が直線ＯＡ（放射軸）上に配置されているものとした（仮想の枢支軸６６）。実際に、枢支軸６６は直線ＯＡ上に配置されていない。しかし、仮想の枢支軸６６と実際の枢支軸６６との位置関係がわかっているので、既知の長さ及び既知の角度を基に、放射線源５３の回転角度θに対応する放射線吸収体６０の位置を求めることができる。

仮想の枢支軸６６と実際の枢支軸６６との位置関係について、図１２及び図１３を参照して説明する。図１２は、枢支軸６６が直線ＯＡ上に配置されていない第１移動手段７１０を示す図、図１３は、仮想の枢支軸６６と実際の枢支軸６６との位置関係を概念的に示す図である。

図１２では、実際の枢支軸６６の配置の一例を示したものであるが、三角形ΔＡＯＥと三角形ΔＡＪＨが相似形になるように、実際の枢支軸６６が配置されることはいういまでもない。図１２では、仮想の枢支軸６６の位置を“Ｊ”、実際の枢支軸６６の位置を“Ｐ”、放射線吸収体６０の位置を“Ｈ”で示す。

図１２に示すように、実際の枢支軸６６は、一対の支持ロット６８に沿って移動可能に配置されている。一対の支持ロット６８は、直線ＯＡ（Ｒ方向）と平行になるように、マルチリーフコリメータ５５（ＭＣＬ）の本体である絞り本体６７に設けられている。直進ガイド６９は、放射軸（Ｒ方向の軸）を含む体軸に直交する平面内において、枢支軸６６を軸として回転するように構成されている。直進ガイド６９はガイドレール及びスライダを有し、ガイドレールに沿って移動可能なスライダに放射線吸収体６０が設けられている。なお、仮想の枢支軸６６と実際の枢支軸６６との位置関係は、一対の支持ロット６８に移動可能な各枢支軸６６について同じであるため、一方の枢支軸６６についての位置関係を代表して説明し、他方の枢支軸６６についての位置関係の説明を省略する。

図１３に、支持ロット６８に沿って移動する実際の枢支軸６６の軌跡とその軌跡に対し直角をなすように位置Ａから下ろした直線との交点を“Ａ’”、軌跡上の実際の枢支軸６６の位置を“Ｐ”、で示す。軌跡とその軌跡に対し直角をなすように位置Ｈから下ろした直線との交点を“Ｑ”、直線ＯＡとその直線ＯＡに対し直角をなすように位置Ｈから下ろした直線との交点を”Ｔ”で示す。また、直線ＡＡ’の長さを“ｌａ”、直線ＰＡ’の長さを“Ｌｐ”、直線ＨＪの長さを“ｌｈ”、直線ＨＰの長さを“ｌｑ”で示す。さらに、角度∠ＨＰＱを“δ”で示す。

直線ＨＱの長さは、長さｌａから直線ＨＴの長さを減じたものであるから、これらの関係は、次の式で表される。

また、直線Ａ’Ｑの長さと直線ＡＴの長さは等しいことから、これらの関係は、次の式で表される。

既知の長さであるｌａ、ｌｈ、Ｌｐ、Ｌｊ、及び既知の角度であるα、並びに、放射線源５３の回転角度θを上式（１９）、（２０）に代入すれば、未知の長さであるｌｑ、及び、未知の角度であるγを求めることができる。すなわち、放射線源５３の回転角度θに対応する放射線吸収体６０の位置を求めることができる。

以上のように、実際の枢支軸６６が直線ＯＡ上に配置されてなくても、仮想の枢支軸６６と実際の枢支軸６６との位置関係、及び、既知の長さ及び既知の角度を基に、放射線源５３の回転角度θ（照射計画により放射線源５３を回転制御する情報）に対応する放射線吸収体６０の位置を求めることができる。

（制御手段）
制御手段は、枢支軸６６及び直進ガイド６９を用い、照射計画に基づいて、放射線吸収体６０を枢支軸６６に対し接近／離間する方向に移動させ、及び／または枢支軸６６回りに回転させることにより、放射線源５３の回転角度に応じて非照射領域に被検体の一部（正常な眼球）が含まれるように第１移動手段７１０を制御する。

第２実施形態においても、所定範囲内に非照射領域が設けられない場合には、眼球の中心位置や非照射領域を求める工程が省略され、また、放射線吸収体６０を用いる工程が省略されることはいうまでもない。放射線吸収体６０が用いられないときは、放射線吸収体６０は、例えば、直進ガイド６９のスライドから外され、コリメータ５４の開口により絞られた放射線の所定範囲の外の位置に退避して置かれる。放射線吸収体６０が用いられるとき、スライドに装着される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるととともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 放射線治療システム
１０ コンソール
１１ 画像処理部
１２ 画像記憶装置
１３ 入力部
１４ 表示部
１５ 所定範囲設定部
１６ 非照射領域設定部
１７ 治療実行コントローラ（制御手段）
２０ 撮像装置
３０ 寝台装置
３１ 天板
３２ 寝台コントローラ
４０ 治療計画装置
４１ 計画生成部
４２ 照射計画メモリ
５０ 放射線照射装置
５１ アーム部
５２ ヘッド
５３ 放射線源
５４ コリメータ
５５ マルチリーフコリメータ
５６ リーフブロック
５７ 絞りブロック
６０ 放射線吸収体
６４ ベース
６５ プレート
６６ 枢支軸
６７ 絞り本体
６８ 支持ロット
６９ 直進ガイド
７１０ 第１移動手段
７１１ 第１ガイド機構
７１２ 第２ガイド機構
７１３ モータ
７１４ ピニオン
７１５ ラックギア
７２０ 第２移動手段
７３０ 照射コントローラ（制御手段）
７４０ 高電圧供給装置
７５０ 回転駆動機構

Claims (6)

1. 被検体が載置される天板と、
   被検体の体軸回りに回転するように構成され、被検体に対して放射線を照射する放射線源と、
   前記放射線源と一体的に回転され、被検体の所定範囲の外側に放射線が通り抜けるのを防止するコリメータと、
   前記天板と前記コリメータとの間に移動可能に配置され、前記放射線源と一体的に回転され、前記所定範囲内における被検体の一部に向けて照射される放射線を吸収することにより、前記被検体上に前記一部を含む放射線が照射されない非照射領域を設ける放射線吸収体と、
   前記放射線吸収体の位置を移動させる第１移動手段と、
   前記放射線源の回転角度に応じて前記非照射領域に前記一部が含まれるように前記第１移動手段を制御する制御手段と、
   を有すること、
   を特徴とする放射線治療システム。
2. 前記制御手段による前記第１移動手段の制御は、前記放射線源の前記回転角度に対応して、前記放射線吸収体の位置を求め、前記求められた位置になるよう制御すること、
   を特徴とする請求項１に記載の放射線治療システム。
3. 前記放射線吸収体は、所定の厚みを有する円板状の部材であり、
   前記第１移動手段は、前記放射線吸収体を含むプレートを、体軸に直交する平面に沿いかつ前記放射線源から前記体軸に直角をなすように下ろした直線と略直交する方向である第１軸方向に案内する第１ガイド機構を有し、
   前記制御手段は、前記第１ガイド機構を用いて前記放射線吸収体を前記第１軸方向に移動させることにより、前記放射線源の前記回転角度に応じて前記非照射領域に前記一部が含まれるように前記第１移動手段を制御すること、
   を特徴とする請求項２に記載の放射線治療システム。
4. 前記第１移動手段は、さらに、前記プレートを前記体軸方向に沿って案内する第２ガイド機構を有すること、
   を特徴とする請求項３に記載の放射線治療システム。
5. 前記放射線吸収体は、球体状の部材であり、
   前記第１移動手段は、前記放射線源から前記体軸に直角をなすように下ろした直線上に配置され、前記体軸と平行な枢支軸と、前記枢支軸を軸として回転するように配置され、前記枢支軸に対し接離する方向に前記放射線吸収体を案内する直進ガイドと、を有し、
   前記制御手段は、前記枢支軸及び前記直進ガイドを用いて、前記放射線吸収体を前記接離する方向に移動させ、及び／または前記枢支軸回りに回転させることにより、前記放射線源の前記回転角度に応じて前記非照射領域に前記一部が含まれるように前記第１移動手段を制御すること、
   を特徴とする請求項２に記載の放射線治療システム。
6. 前記コリメータを移動させることにより、前記所定範囲の外形を変化させる第２移動手段をさらに有し、
   前記制御手段は、前記コリメータを前記放射線源の前記回転角度に対応する位置に移動させるように前記第２移動手段を制御すること、
   を特徴とする請求項２に記載の放射線治療システム。

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