JP2014147451A - 粒子線治療装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転ガントリの回転に伴い巻き取り又は繰り出されるケーブルにより誘発されるトラブルを未然に防止する粒子線治療装置を提供する。
【解決手段】粒子線治療装置１０は、回転ガントリ１４に設けられた複数の機器の各々に一端が接続するケーブル２１と、回転ガントリ１４に同軸に設けられるとともにケーブル２１の束を巻回させるスプール２０と、回転ガントリ１４を収容する建屋１５側に設けられるとともにケーブル２１の束の他端が接続するターミナルブロック２３と、このターミナルブロック２３からスプール２０に巻回されるまでにおけるケーブル２１の束を個別に仕切るセパレータ３０と、を備えている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、回転ガントリを有する粒子線治療装置に関する。

炭素イオン等の粒子線ビームを患者の患部（がん）に照射して治療を行う粒子線治療が広く実施されている。
この粒子線治療では、大型回転機構（以下、回転ガントリと称す）の内部に形成される治療室内にて、治療用ベッド上に横たわっている患者に対してイオンビームを照射し治療するものである。

この回転ガントリは一般に大型構造物であり、建屋床面に対して水平な回転軸を中心として低速（一分間に一回転程度）で回転するものである。
この回転ガントリには、粒子線ビーム照射を実行するための電磁石や電装機器等といった外部から電力や制御信号の供給を必要とする機器が、多数設けられている。
これら機器に接続される電源線や制御線は多数にわたり、超電導電磁石を用いた装置の場合、約４００本の配線や配管が必要となる。

これらの配線や配管は、種類や用途等に応じてグループされて所定の本数毎に束ねられたケーブルを形成する。
このケーブルは、回転ガントリ上の各機器に一端が接続されて、スプールに巻回された状態を経て、建屋側に設けられたターミナルブロックに他端が接続されている。
そして、このケーブルは、巻き取り、繰り出しを行う回転時の重量バランスを考慮して、スプールに巻回されている（例えば、特許文献１）。

特開平１０−３３００３７号公報

回転ガントリを有する粒子線治療装置においては、スプールからターミナルブロックにわたるケーブルに一定量の弛みを具備させて、その巻き取り及び繰り出しを円滑にする必要がある。
しかし、このケーブルの弛みは、鉛直方向に長く形成されるために、ケーブルの振れや外乱により各ケーブルが絡まることが懸念される。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、回転ガントリの回転に伴い巻き取り又は繰り出されるケーブルにより誘発されるトラブルを未然に防止する粒子線治療装置を提供することを目的とする。

本発明に係る粒子線治療装置において、粒子線ビームを照射する照射ノズルとこの照射ノズルに粒子線ビームを導くビーム輸送系とが設けられた回転ガントリと、前記回転ガントリに設けられた複数の機器の各々に一端が接続するケーブルと、前記回転ガントリに同軸に設けられるとともに前記ケーブルの束を巻回させるスプールと、前記回転ガントリを収容する建屋側に設けられるとともに前記ケーブルの束の他端が接続するターミナルブロックと、前記ターミナルブロックから前記スプールに巻回されるまでにおける前記ケーブルの束を個別に仕切るセパレータと、を備えることを特徴とする。

本発明により、回転ガントリの回転に伴い巻き取り又は繰り出されるケーブルが誘発するトラブルを未然に防止する粒子線治療装置が提供される。

本発明の実施形態に係る粒子線治療装置の側面断面図。 実施形態に係る粒子線治療装置に適用されるスプールの部分断面図。 （Ａ）は、第１実施形態に係る粒子線治療装置の正面断面図、（Ｂ）は、その水平断面図。 （Ａ）は、第２実施形態に係る粒子線治療装置の正面断面図、（Ｂ）は、その水平断面図。 （Ａ）は、第３実施形態に係る粒子線治療装置の正面断面図、（Ｂ）は、その発展例。 （Ａ）は、第４実施形態に係る粒子線治療装置の正面断面図、（Ｂ）は、その発展例。 第５実施形態に係る粒子線治療装置の正面断面図。 第６実施形態に係る粒子線治療装置の部分正面図。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように実施形態に係る粒子線治療装置１０は、粒子線ビーム１１を照射する照射ノズル１２とこの照射ノズル１２に粒子線ビーム１１を導くビーム輸送系１３とが設けられた回転ガントリ１４と、この回転ガントリ１４に設けられた複数の機器の各々に一端が接続するケーブル２１（図３）と、回転ガントリ１４に同軸に設けられるとともにケーブル２１の束を巻回させるスプール２０と、回転ガントリ１４を収容する建屋１５側に設けられるとともにケーブル２１の束の他端が接続するターミナルブロック２３（図３）と、このターミナルブロック２３からスプール２０に巻回されるまでにおけるケーブル２１の束を個別に仕切るセパレータ３０と、を備えている。

粒子線ビーム１１は、図示略のイオン源で発生したイオン（重粒子あるいは陽子イオン）を直線加速器で加速し、さらに円形加速器に入射して設定エネルギーまでに高めることにより生成される。
ビーム輸送系１３は、回転ガントリ１４と一体回転するように設けられ、粒子線ビーム１１の軌道を９０°曲げて、照射ノズル１２から患者１６に照射するものである。

回転ガントリ１４は、内側に治療スペースが形成される円筒形状を有している。
この回転ガントリ１４は、その両縁端２７ａ，２７ｂに外接する複数のロータ２８（２８ａ，２８ｂ）に重量が支えられ、これらロータ２８の回転駆動により回転軸（Ｚ軸）周りに回転する。
患者１６に対して周方向の任意の位置から粒子線ビーム１１を照射させるために、回転ガントリ１４の実際の回転範囲は、±１８５°程度である。

移動制御部１７は、例えば多関節ロボット等で構成され、その先端部分には、患者１６を横臥させるベッド１８が設けられている。
これにより、ベッド１８は、所望する位置及び方向に設定されるように治療スペースの内部を移動する。
なお、これらロータ２８及び移動制御部１７は、建屋１５側に設置された架台１９に固定されている。

この粒子線治療装置１０は、回転ガントリ１４の内側の治療スペースの所定の位置及び方向に、患者１６を横臥させたベッド１８を設定し、粒子線ビーム１１を照射する。
粒子線ビーム１１は、患者１６の体内を通過する際に運動エネルギーを失って速度を低下させるとともに、速度の二乗にほぼ反比例する抵抗を受けてある一定の速度まで低下すると急激に停止する。

そして、粒子線ビーム１１の停止点近傍では、ブラッグピークと呼ばれる高エネルギーが放出される。
粒子線治療により、このブラッグピークを患者１６の患部に合わせることにより、正常な組織の障害を少なくしつつ治療を行うことができる。

このように、回転ガントリ１４の内側及び外側には、電力を消費したり電子信号により制御されたりする複数の機器が設けられている。
これら複数の機器の各々には、図示を省略しているが、ケーブル２１の一端が接続されている。
そして、これらケーブル２１の束は、回転ガントリ１４に同軸に設けられたスプール２０に巻回したのちに、重力方向に垂れ下がって弛みを維持した状態で、ターミナルブロック２３（図３）に、他端が接続される。

これらケーブル２１は、電力供給ライン、信号ライン、冷媒供給ラインといった複数の電線及び配管がグループ化して構成されている。
また、重力方向に垂れ下がって形成されるケーブル２１の弛みは、その曲率半径が許容値よりも小さくならないように、ターミナルブロック２３の配置等といった設計上の配慮がなされている。

スプール２０は、回転ガントリ１４の縁端２７ｂに、回転軸Ｚと同軸に設けられており、その中心をビーム輸送系１３が貫通している。
図２に示すように、スプール２０の外周面には、ケーブル２１の太さに対応した幅の保持溝２２が設けられている。この保持溝２２には、複数（図面では二本）のケーブル２１が積層した状態で巻回されている。

このように複数のケーブル２１を積層させてスプール２０に巻回することにより、このスプール２０の回転軸Ｚ方向の長さを小さく設定することができる。
そして、ケーブル２１の束は、スプール２０の下方に形成されるケーブルピット２９において、自重により垂直方向に垂れ下がり、途中でＵ字状に反転し、その他端がターミナルブロック２３に接続する。

セパレータ３０は、第１実施形態において、ケーブルピット２９の内側に設けられている。
そして、このセパレータ３０は、ターミナルブロック２３からスプール２０に巻回されるまでにおけるケーブル２１の束を個別に仕切っている。
なお図示において、セパレータ３０は、並列に配置された平板を例示しているが、複数の棒材を組み合わせて構成することもできる。
これにより、ケーブル２１の上下動に伴って発生する水平方向の揺れを抑制することができる。

このセパレータ３０が無い場合は、この水平方向の揺れによって、互いに積層されるケーブル２１が相互に干渉し、乱巻が発生し、スプール２０の保持溝２２に適切に格納されず、回転ガントリ１４の円滑な回転が阻害されるおそれがある。
また、設置当初、ケーブル２１の乱巻を防止するために、注意深く癖を取った後にケーブル２１をスプール２０に組み付けたとしても、ケーブル２１が本来持っている撚りが要因となり、回転駆動に伴って乱巻が誘発される可能性もある。
このような、回転ガントリ１４の回転に伴い巻き取り又は繰り出されるケーブル２１の特性により誘発されるトラブルは、セパレータ３０が搭載されることにより解消される。

（第２実施形態）
図４を参照して第２実施形態に係る粒子線治療装置を説明する。
第２実施形態に係る粒子線治療装置のスプール２０には、巻回方向が互いに逆方向である第１ケーブル２１ａの束と第２ケーブル２１ｂの束とが巻回し、第１ケーブル２１ａの他端は第１ターミナルブロック２３ａに接続し、第２ケーブル２１ｂの他端は第２ターミナルブロック２３ｂに接続している。
なお、図４において図３と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

このように構成されることにより、回転ガントリ１４が一方向に回転すると、第１ケーブル２１ａの束及び第２ケーブル２１ｂの束のうちいずれか一方が巻き取られて上昇して他方が繰り出されて下降する。
そして、回転ガントリ１４が反対方向に回転すると、この一方が繰り出されて下降して他方が巻き取られて上昇する。

これにより、ケーブル２１の重量を利用して、小さなトルクで回転ガントリ１４を回転駆動させることができる。
また、小さなブレーキ制動力により、回転ガントリ１４の回転を停止状態にすることができる。

図４（Ｂ）は、スプール２０の外周面をＺ軸方向に二つの領域に分けて、それぞれの領域に第１ケーブル２１ａの束及び第２ケーブル２１ｂの束を巻回させた例を示している。
図示を省略するが、スプール２０に対し、第１ケーブル２１ａ及び第２ケーブル２１ｂを、交互に巻回させる場合もある。

（第３実施形態）
図５を参照して第３実施形態に係る粒子線治療装置を説明する。
第３実施形態に係る粒子線治療装置のセパレータ３０は、互いに積層したケーブル２１（図２参照）を分岐する分岐部材３１を有している。
分岐部材３１は、例えば、自在に回転するようセパレータ３０に固定されるローラにより構成することができる。

ここで、図５（Ａ）は、第１実施形態（図３）から第３実施形態を実現した場合を示し、図５（Ｂ）は、第２実施形態（図４）から第３実施形態を実現した場合を示している。
なお、図５において図３と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

このように構成されることにより、一つの保持溝２２（図２）に積層された複数（図面では二本）のケーブル２１が、Ｕ字型に垂れ下がる姿勢が個別に設定される。
これにより、ケーブル２１が繰り出されたり巻き取られたりする際に、その乱巻をより効果的に予防することができる。

（第４実施形態）
図６を参照して第４実施形態に係る粒子線治療装置を説明する。
第４実施形態に係る粒子線治療装置のセパレータ３０（３０ａ，３０ｂ）は、スプール２０の外周面に近接して設けられている。
このセパレータ３０（３０ａ，３０ｂ）には、スプール２０の保持溝２２（図２）に積層したケーブル２１が繰り出される際に、これらを分岐する分岐部材３１が設けられている。

ここで、図６（Ａ）は、第１実施形態（図３）から第４実施形態を実現した場合を示し、図６（Ｂ）は、第２実施形態（図４）から第４実施形態を実現した場合を示している。
図６（Ｂ）の場合におけるセパレータ３０ａ，３０ｂは、二つに分離してスプール２０の両側に配置されることになる。
なお、図６において図３と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

これにより、セパレータ３０を、ケーブルピット２９よりも上方に設けることができるため、これまで述べてきた効果に加え、さらにケーブルピット２９の深さを浅く設定することができる。

（第５実施形態）
図７を参照して第５実施形態に係る粒子線治療装置を説明する。
第５実施形態に係る粒子線治療装置は、建屋１５側から支持されるとともにスプール２０から繰り出されたケーブル２１（２１ａ，２１ｂ）に外接する従動プーリ２４（２４ａ，２４ｂ）をさらに備えている。
なお、図７において図３と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

この従動プーリ２４は、スプール２０の直径のみを小さくした構成を有し、同様の保持溝（図２参照）を有している。この従動プーリ２４の直径は、使用するケーブル２１の直径の少なくとも１０倍が望ましい。
また、図７は、互いに逆方向に巻回される第１ケーブル２１ａの束と第２ケーブル２１ｂの束とを備える場合を示しているが、いずれか一方のみを備え、従動プーリ２４が片側のみ形成される場合も含まれる。

これにより、ケーブル２１は、回転軸Ｚから離れた場所まで中継されてから鉛直方向に繰り出される。このために、スプール２０の外径を小さく設定しても、ケーブル２１がロータ２８に干渉することを回避することができる。
さらに、スプール２０の外径を小さく設定することにより、ケーブル２１の繰り出し量を低減させることができ、ケーブルピット２９の深さをさらに浅く設定でき、回転ガントリ１４の回転駆動トルクを小さくすることができる。

（第６実施形態）
図８を参照して第６実施形態に係る粒子線治療装置を説明する。
第６実施形態に係る粒子線治療装置は、第１ケーブル２１ａに外接する第１従動プーリ２４ａと、第２ケーブル２１ｂに外接する第２従動プーリ２４ｂとを連動させるベルト２６をさらに備えている。
なお、図８において図７と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

このように構成されることにより、例えば、回転ガントリ１４が時計方向へ回転して第１ケーブル２１ａが繰り出されると、第１従動プーリ２４ａで発生したトルクは、ベルト２６を介して第２従動プーリ２４ｂに伝達される。
第１ケーブル２１ｂの巻き取りは、この第２従動プーリ２４ｂのサポートを得ることができるために、回転ガントリ１４を回転駆動させるロータ２８の発生トルクを低減できる。

以上述べた少なくともひとつの実施形態の粒子線治療装置によれば、回転ガントリから建屋側に伸びるケーブルの束が、空間においてセパレータにより個別に仕切られるために、回転に伴い巻き取り又は繰り出されるケーブルにより誘発されるトラブルを未然に防止することができる。

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、置き換え、変更、組み合わせ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同様に、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ものである。

１０…粒子線治療装置、１１…粒子線ビーム、１２…照射ノズル、１３…ビーム輸送系、１４…回転ガントリ、１５…建屋、１６…患者、１７…移動制御部、１８…ベッド、１９…架台、２０…スプール、２１（２１ａ，２１ｂ）…ケーブル、２１ａ…第１ケーブル、２１ｂ…第２ケーブル、２２…保持溝、２３（２３ａ，２３ｂ）…ターミナルブロック、２３ａ…第１ターミナルブロック、２３ｂ…第２ターミナルブロック、２４（２４ａ，２４ｂ）…従動プーリ、２４ａ…第１従動プーリ、２４ｂ…第２従動プーリ、２６…ベルト、２７（２７ａ，２７ｂ）…縁端、２８（２８ａ，２８ｂ）…ロータ、２９…ケーブルピット、３０（３０ａ，３０ｂ）…セパレータ、３１…分岐部材。

Claims (6)

1. 粒子線ビームを照射する照射ノズルとこの照射ノズルに粒子線ビームを導くビーム輸送系とが設けられた回転ガントリと、
   前記回転ガントリに設けられた複数の機器の各々に一端が接続するケーブルと、
   前記回転ガントリに同軸に設けられるとともに前記ケーブルの束を巻回させるスプールと、
   前記回転ガントリを収容する建屋側に設けられるとともに前記ケーブルの束の他端が接続するターミナルブロックと、
   前記ターミナルブロックから前記スプールに巻回されるまでにおける前記ケーブルの束を個別に仕切るセパレータと、を備えることを特徴とする粒子線治療装置。
2. 請求項１に記載の粒子線治療装置において、
   前記スプールには、巻回方向が互いに逆方向である第１ケーブルの束と第２ケーブルの束とが巻回し、
   第１ケーブルの他端は第１ターミナルブロックに接続し、
   第２ケーブルの他端は第２ターミナルブロックに接続している粒子線治療装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の粒子線治療装置において、
   前記スプールには、前記ケーブルの太さに対応した幅の保持溝が設けられ、
   前記保持溝には、複数の前記ケーブルが積層した状態で巻回され、
   前記セパレータには、互いに積層した前記ケーブルを分岐する分岐部材を有する粒子線治療装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の粒子線治療装置において、
   前記セパレータは、前記スプールの外周面に近接して設けられている粒子線治療装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の粒子線治療装置において、
   前記建屋側から支持されるとともに前記スプールから繰り出された前記ケーブルに外接する従動プーリをさらに備える粒子線治療装置。
6. 請求項５に記載の粒子線治療装置において、
   前記第１ケーブルに外接する第１従動プーリと、前記第２ケーブルに外接する第２従動プーリとを連動させるベルトをさらに備える粒子線治療装置。

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