JP2588480B2 - イントラオペラティブ電子ビーム治療装置及び設備 - Google Patents

イントラオペラティブ電子ビーム治療装置及び設備

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は概してイントラオペラティブ（intraoperati
ve）放射線治療，特に構造レトロフィットがほとんどな
い手術室内で使用可能な移動イントラオペラティブ電子
ビーム治療システムに関する。
背景技術 放射線は，手術箇所を通じて腫瘍に直接放射線の高局
所化ドーズを供給することによりさまざまな癌を治療す
るために長年使用されてきた。初期のイントラオペラテ
ィブ放射線処置方法は，放射線源としてＸ線を使用して
いた。最近になってイントラオペラティブ治療設備は，
処置領域を越えると急激に放射線強度が降下する均質な
放射線のドーズを与えることにより癌以外の組織をでき
るだけ該放射線にさらさないような高エネルギー電子ビ
ームを採用する。
典型的な，イントラオペラティブ電子ビーム治療（IO
EBT）方法において，外科医は患者の腫瘍のバルクを除
去してもいくらかの病細胞は残留する。随行する放射線
腫瘍学者がターゲット領域を処置するのに要求される電
子ビームのエネルギー及びフィールドサイズを選択す
る。その後，正常組織へのドーズが最小に維持された状
態で，単一の制癌（cancerocidal）放射線ドーズが腫瘍
箇所に与えられる。IOEBTは特に，骨肉腫，軟組織肉
腫，気管支（bronchogenic），婦人病（gynecologica
l），大腸結腸直腸（colorectal），膵臓及び胃癌の処
置の際に有効である。このIOEBTシステムの主な欠点
は，サイズと重量である。IOEBTシステムに関する医療
設備に有用な現機器は,5〜10トンのガントリーに載置さ
れた５〜20MeVで動作する大きな線形加速器であり，大
量の放射線用の特殊シールド及び耐重量床を有する手術
室を要求する。加速器自身の重量並びにIOEBT室用に特
殊シールド及び構造的支持を与えることの必要性は，各
IOEBTシステムが加速器の装着され特別にシールドされ
た一つのシアター内でしか使用されないことを事実上保
証する。この設備上のアプローチは病院にとって大きな
出費である。より重要なことは，医学的見地から，分離
されたシアターは患者の処置をさらに困難にする。
この場所的欠点は，手術中に患者を手術室から放射線
室まで移送する必要性，増加する感染の危険性，増加す
る麻酔要求，並びにひとつの手術に対して２つの部屋の
使用をあてがうためのOR及び放射線治療スケジュールの
増加する複雑さから生じる。
オルト電圧Ｘ線処置機器はIOEBTシステムより軽量で
あり必要なシールドも少ないので、IOEBTアプローチの
いくつかの論理的問題を避けることができる。しかし，
オルト電圧システムは処置時間が長く，非均一なドーズ
分布及び高い骨吸収をもたらす。これらの欠点がイント
ラオペラティブ処置方法としてオルト電圧の医療効果を
制限している。
発明の開示 要求されてきたのは，手術室への大規模な放射線シー
ルド及び構造的支持を不要とする１つ以上の手術室内で
使用されるIOEBTシステムである。本発明は，ひとつの
移送可能IOEBTシステムを共有する多重手術室を有する
外科手術設備を与えることにより，上記要求に答えるも
のである。本発明はまた可動機械支持体上に載置された
電子ビームを有する可動IOEBTシステムを与えることで
ある。該IOEBTシステムは十分軽量であるため，前もっ
て医療用機材に構造支持を加える必要もない。本発明の
IOEBTシステムは最小限の放射線シールドのみ要求す
る。
本発明による電子ビーム治療システムの好適実施例
は，線形加速器及び該線形加速器のヘッドハウジング内
に配置されたマイクロ波電源を含む。上記ハウジング
は，患者に関し正しい位置に電子ビームアプリケータチ
ューブを方向付ける可動支持体上に載置される。
図面の簡単な説明 図.1は本発明による電子ビームソースの好適実施例の
略示図である。
図.2（ａ）は可動支持体内に載置された加速器ヘッド
の正面図である。
図.2（ｂ）は図.2（ａ）の可動支持体内に載置された
加速器ヘッドの側面図である。
図.3は本発明が使用される病院設備のレイアウトの平
面図である。
発明を実施するための最良の形態 IOEBTシステムを手術環境内に配置する際には，多く
の相関する設計要素を考慮しなければならない。これら
の設計要素は（１）透過及びドーズ量の要求に一致する
よう十分な電子ビームエネルギーを与えること，（２）
加速器ヘッドのサイズ及び重量を最小化すること，
（３）加速器ヘッドのための機械支持体を載置し動かす
ための手段を与えること，及び（４）散乱放射線と同様
にシステムにより生成された一次Ｘ線に対して適宜シー
ルドを与えること，を含む。本発明の好適実施例は，従
来のＳバンド加速器を使用する代わりに電子ビームソー
スとしてＸバンドマイクロ波加速器を使用することによ
って，部分的にこれらの要求を満足する。好適実施例に
おいてＸバンド加速器の使用にもかかわらず，本発明は
通常医学治療システムで使用されるものと同様のＳバン
ド加速器を使って実行されることを理解されたい。短所
はユーザに課される重量の増加である。しかし，そのよ
うなユニットは病院の環境内で機能的である。好適Ｘバ
ンドユニットの加速器及びそのアプリケータヘッドは患
者への危険を最小にし，かつ調整時間を最短化して加速
器ヘッドを適正な位置に正確に配置するよう働く機械的
支持体上に載置されている。
装置はまた，加速器ヘッドまたは患者内のいずれかで
生成された一次光子を遮断するためのビームストッパー
を有する。該ビームストッパーは一次ビームのフィール
ドサイズと一致する。付加的室内シールドは外科手術チ
ームの完全のために必要であるが概してそれほど厳重な
シールド（導尿処置の最中に使用されるほど以上の）は
要求されない。
本発明のIOEBTシステムは与えられた室内で使用され
る。他に，単一のモジュレータが多くの手術室に対し使
用され，加速器ヘッド，その機械的支持体及び制御部材
が必要な部屋から部屋へ移動される。この点は後に図３
と関連して説明される。
本発明のIOEBTシステム用の好適電子ビームソースは,
6MeV及び9MeVで設定した状態で13MeVのピークビームエ
ネルギーで動作するＸバンド線形加速器である。図１に
示されるように，該電子ビームソースは，電子銃12,プ
レンバンチャ14,及びハウジング18の中央線に沿って配
置された連続の定在波キャビティ16を含む加速器ヘッド
10から成る。電子銃12は好適にはLitton M707である。
電子銃12のインジェクターカソードは40kVで動作し，非
常に小さな直径の放出表面を有する。このデザインは，
低エネルギー拡散を維持しながら，低エミッタンス及び
良好な捕獲効果を与える。インジェクターはまた放出電
流の正確な制御を可能にする非妨害グリッドを有する。
放出された電流の制御により，（１）出力ビーム信号の
モニター，及び（２）放出ドーズを安定させるべく放出
電流を加減し調節するためのフィードバック回路を使用
することが可能になる。
定在波キャビティ16のディメンジョンはビーム集群を
生成し，その結果エネルギー拡散が減少するよう変化す
る。ソレノイドまたは集束コイル20が，ビームを絞りか
つそれによって転送効率が改良され動作を最適化するべ
く，加速構造全体に配置される。ビーム出口でのチタン
窓44は加速器内部を真空に維持する。窓44はまたベリリ
ウムからも形成されうる。ビーム出口での薄い散乱ホイ
ル46が電子を拡散する。好適実施例において，電子はド
ーズ比最大10％のずれで20cm×20cmの処置領域全体に散
乱される。取り外し可能な処置コーンまたは応用チュー
ブ19が処置フィールドサイズを画成するべくビーム出口
領域で以下の散乱ホイル46に配置される。さまざまの異
なるサイズのアプリケータチューブは所望の処置に応じ
て使用される。
加速器を作動させるのに必要なマイクロ波パワーはCa
lifornia Tube Laboratory model VMX1100のようなマグ
ネトロン30により生成される。好適実施例において，マ
グネトロン30はピーク電力1.5MW,平均電力1.5KW,すなわ
ち0.001のデューティサイクルで動作することが可能で
ある。好適マグネトロンのパルス長は４マイクロ秒であ
り，パルス反復周波数は毎秒50から250パルスまで変化
する。
好適実施例において，システムは従来のモジュレータ
及びマグネトロン用にケーブル及びケーブルコネクタを
通じて3MWのピーク電力を生成するための水素サイラト
ロンスイッチングユニットを使用する電源（図示せず）
を採用する。マグネトロン30への電力は、ハウジング18
内に配置されたパルストランス32により８〜9kVから35k
Vへ変換される。マグネトロンからのマイクロ波電力は
パワースプリッタ36及びフェーズシフタ38を通じてプレ
バンチャ14へ転送される。主電力は４ポートのサーキュ
レータ34を通じて定在波キャビティ16へ結合される。加
速器に吸収されない電力は反射されかつ水冷のダミー負
荷39内でシャントされる。該ダミー負荷は負荷失敗の際
マグネトロンにより生成された電力のすべてを吸収する
よう設計されている。調整装置は一定のパルスレベルを
維持するべく使用される。
マグネトロン及び加速器の共鳴周波数はシステム動作
が最適化するよう一致する。これはステッパーモーター
40により駆動するチューナを有する調節可能マグネトロ
ンを使用することにより達成される。該ステッパーモー
ターは，加速器に印加された前方と反射電力との間の位
相変化を検出する自動周波数制御システム42により制御
され，その結果気温または負荷変動に関わりなく，最適
動作を維持するためのトラッキングシステムを形成す
る。
ビーム出口での転送チャンバー48はドーズ比及び全ド
ーズ量をモニターする。チャンバは制動放射Ｘ線の生成
を最小化するために，薄い金属でコーティングされたプ
ラスチックエレメント（好適にはKapton）から作られ
る。
好適実施例において，加速器ヘッドハウジング10は機
械的支持体またはＣ形アーム50に載置される。図２
（ａ）及び２（ｂ）に示されるように,C形アームは連続
の円弧にわたって電子ビームソースを統合する。好適実
施例において，加速器ヘッドハウジング10はＸ及びＺ軸
方向に±30゜回転し，垂直方向に25cm移動する。加速器
ヘッドの移動は，比例速度制御を有するジョイスティッ
ク（図示せず）により制御される。
Ｃ形アームは，散乱ホイル及びコリメータにより生成
される一次Ｘ線汚染を防ぐために加速器ヘッドハウジン
グ10の反対側に載置される。ビームストッパ52は鉛，タ
ングステン，または他のシールド材料から形成される。
ビームストッパの要求サイズは電子ビームの最大フィー
ルドサイズに依存する。好適実施例において，電子ビー
ムフィールドサイズは15cm×15cmに設定される。鉛ビー
ムストッパに対する好適ディメンジョンは，ほぼ厚さ20
cmで40cm×40cmである。
手術室から他の手術室への移動お容易にするために,C
形アーム50は車輪54のセットを有する。支持脚56のセッ
トは、ユニットが所望の位置にあるときＣ形アーム50ま
たは車輪54上にセットされたブレーキ機構を安定化する
べく下降可能である。
本発明のIOEBTシステムは手術室に付加された最小の
放射線シールドを要求する。たとえば，迷光放射から医
者を保護するべく，鉛ガラス窓を有する壁はIOEBTの動
作中患者から外科チームを分離する。ガラス窓によりビ
デオモニタを補って患者を視覚的にモニタできる。
好適実施例の変更は当業者にとって明白である。ま
た，加速器ヘッドは上記Ｃ形アーム内に載置される代わ
りに天井載置されうる。加速器ヘッドは部屋の天井に形
成されたトラックに沿って部屋から部屋へ移動可能であ
り，または各加速器ヘッドがひとつの部屋に与えられ
る。
図３は，手術台73及び74をそれぞれ有する２つの手術
室71及び72を示している。モジュレータ，電源75及び水
冷システム76は，建物の壁の中に配置されインターフェ
イス77及び78と接続される。図３において，本発明によ
るイントラオペラティブ装置80はルームインターフェイ
ス77に結合されたルーム71内に示される。点線で示され
ているのは，ルームインターフェイス78に結合されたル
ーム72内のイントラオペラティブ装置80である。これは
この手術シアター内での使用に対し，ルーム72内に移動
された場合ユニットがどのように配置されるかを示して
いる。
電子ビームソースは，電子ビーム散乱を形づくるため
のリードカットアウトを使った従来技術に従って修正さ
れる。さらに，加速器ビームエネルギーは，装置を単一
出力電源レベルで動作させることによって及び電子ビー
ムエネルギーを所望のレベルまで低下させるベリリウム
ボタンを使用することによって制御される。
本発明は患者のイントラオペラティブな処置に対し特
に有用であるが、Karposiの肉腫などの従来の外部放射
線治療に対しても効果的である。本発明の他の修正及び
変更は当業者にとって明らかである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハイネス、ステファン・イー アメリカ合衆国カリフォルニア州94501、 アラメダ、ナンバー・エー、リンカー ン・アベニュー2426 (72)発明者 バエス、ジェローム・エム アメリカ合衆国カリフォルニア州94941、 ミル・バレー、ラルストン・アベニュー 128 (72)発明者 ポラクツェク、マリー・エル・エム アメリカ合衆国カリフォルニア州94563、 オリンダ、レーム・ブラバード52

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】可動電子ビーム治療システムであって， ハウジングと， 電子ビームを生成するためのハウジング内に配置された
    線形加速器を含む電子ビームソースであって，前記電子
    ビームソース及び前記線形加速器は生成電子ビームが前
    記加速器内の電子進行方向と同一直線上に前記線形加速
    器から出力されるように配置されるところの電子ビーム
    ソースと， 前記電子ビームソースにより生成された電子ビームを方
    向付けるための，前記ハウジングに付随するアプリケー
    タ手段と， 前記アプリケータ手段が前記線形加速器ビームと同一直
    線上の経路内の前記電子ビームソースにより生成された
    電子ビームを患者の所定の位置に方向付けるように，前
    記ハウジングを位置調整するための手段と， 前記ハウジング及び前記位置調整手段を一緒に第１の場
    所から第２の場所へ簡単に移動するための手段と， から成る装置。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の可動電子ビーム治療装置
    であって，前記線形加速器はＸバンドである， ところの装置。
  3. 【請求項３】請求項２に記載の可動電子ビーム治療装置
    であって，前記電子ビームソースがさらにハウジング内
    に配置されたマイクロ波ソースから成る， ところの装置。
  4. 【請求項４】請求項３に記載の可動電子ビーム治療装置
    であって，前記電子ビームソースがさらにハウジング内
    に配置されたパルストランスを含む， ところの装置。
  5. 【請求項５】請求項２に記載の可動電子ビーム治療装置
    であって，前記位置調整手段が第１軸の回りにハウジン
    グを回転させるための手段から成る， ところの装置。
  6. 【請求項６】請求項５に記載の可動電子ビーム治療装置
    であって，前記位置調整手段がさらに第２軸の回りにハ
    ウジングを回転させるための手段から成る， ところの装置。
  7. 【請求項７】請求項６に記載の可動電子ビーム治療装置
    であって，前記位置調整手段がさらに患者に対し垂直方
    向にハウジングを移動させるための手段から成る， ところの装置。
  8. 【請求項８】請求項７に記載の可動電子ビーム治療装置
    であって，前記位置調整手段がＣ形アームから成る， ところの装置。
  9. 【請求項９】請求項８に記載の可動電子ビーム治療装置
    であって，さらに前記Ｃ形アームに載置されたビームス
    トッパから成る， ところの装置。
  10. 【請求項１０】請求項２に記載の可動電子ビーム治療装
    置であって，前記移動手段が車輪付きマウントから成
    る， ところの装置。
  11. 【請求項１１】請求項２に記載の可動電子ビーム治療装
    置であって，さらに電源及び該電源を電子ビームソース
    へ結合するための手段から成る， ところの装置。
  12. 【請求項１２】請求項11に記載の可動電子ビーム治療装
    置であって，前記結合手段が第１の場所の第１コネクタ
    及び第２の場所の第２コネクタから成る， ところの装置。
  13. 【請求項１３】請求項１に記載の可動電子ビーム治療装
    置であって，前記線形加速器はＳバンドである， ところの装置。
  14. 【請求項１４】電子ビーム治療装置であって， 電子ビーム治療により患者を処置するのに適当な複数の
    ロケーションと， 請求項１に従う可動電子ビーム治療装置と， 電子ビームソースをいくつかのロケーションに移動する
    ための手段と， 電子ビームソースをユーティリティソースへ結合するた
    めの各ロケーションでの手段と， から成る装置。
  15. 【請求項１５】請求項14に記載の電子ビーム治療設備で
    あって，前記電子ビーム治療装置はハウジング及び該ハ
    ウジング内に配置された電子ビームソースから成り，前
    記電子ビームソースのための電源としての各ルーム内の
    前記手段もまた冷却装置から成る， ところの設備。
  16. 【請求項１６】請求項15に記載の電子ビーム治療設備で
    あって，さらに電子ビームソースにより生成された電子
    ビームを方向付けるためのハウジング上のアプリケータ
    手段，及び前記アプリケータ手段が電子ビームソースに
    より生成された電子ビームを患者の所定の場所に方向付
    けるようにハウジングを位置調整するための手段とから
    成る， ところの設備。
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