JP4188501B2 - 放射線照射方法と放射線照射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線出力装置に関しており、また特に放射線出力装置からの放射線照射を良好に制御することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
放射線出力装置は一般に公知であり、放射線治療例えば患者の治療に使用されている。通例放射線治療装置はガントリーを有しており、このガントリーは治療中に水平回転軸の周りに旋回することができる。ガントリーには直線加速器が配置されており、この直線加速器が治療のために高エネルギー放射線ビームを形成する。この高出力放射線ビームは、電子放射線または光子（Ｘ線）ビームとすることができる。治療中は、放射線ビームは、ガントリーの回転の回転中心にいる患者の１領域に供給される。
【０００３】
放射線治療装置による照射は通例、腫瘍専門の医師によって処方および承認がなされ、治療士によって行われる。典型的な治療では、装置のプログラミングを治療士が行い、放射線ビームを既知かつ選定した一定のレートすなわち単位時間当たりのモニタ単位数（例えばＭＵ／分）で照射する。ここでモニタ単位数とは一般に、選定した校正目盛りでの線量単位のことをいう。選択した時間区間で照射された総線量を例えば１０ミリ秒毎に監視することによって、所望の総線量が供給された時点を検出し、治療を終了させる。しかしながら総線量はわずかに上回ることがある。なぜならサンプリング点は通例、所望の総線量照射の終了時点に正確に発生しないからである。放射線がわずかでも超過することは、極めて好ましくないことである。
【０００４】
通例の治療では必要な放射線治療は行われるものであり、それゆえ処方された総線量を照射する過程に改良を行うことは一層望ましいことである。このため、所望の総線量を良好に制御し正確に、モニタ単位数の端数の精度で供給する方法と装置が必要である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、放射線出力装置による放射線治療中に、正確な放射線照射を行う方法および装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明により、放射線治療装置と、この放射線治療装置に接続された治療処理ユニットとを有する放射線放射システムを制御して放射線治療中に一層正確な放射線照射を得る方法において、放射治療時間に伴って変化する線量率値および相当する累積線量を決定するテーブルを中央処理ユニットによって治療処理ユニットに供給し、前記放射線出力装置から放射される放射線の線量率を、線量率の前記テーブルを使用して制御することを特徴とする放射線照射方法と、この方法を実施する装置と構成することとによって解決される。
【０００７】
【発明の実施の形態と効果】
本発明は、放射線出力装置による放射線治療中に正確な放射線照射を行うことのできる方法と装置とを提供する。本発明の方法およびこの方法を実施するための装置では、累積された線量に対する線量率値のテーブルが、放射線出力装置の治療ユニットに提供され、放射線出力装置から放射される放射線の線量率はこの線量率テーブルを用いて制御される。この制御にはさらに、サンプリング点における累積線量を検出することと、この累積線量を所望の総線量と比較することとが含まれている。この線量率は、線量率値テーブルと検出された累積線量に基づいて調整される。しかも線量率は、累積線量が所望の総線量に近づくにつれて減少させられる。累積線量は、モニタ単位の端数を含むことができる。
【０００８】
本発明により直接的な技術によって、重大かつコストのかかるハードウェア装置の変更および／または再設計を必要とせずに、放射線照射の正確な制御を達成することができる。さらに線量率を減少させることによって、治療装置による放射線照射の制御の精度が格段に高くなる。この線量率の減少では、サンプリング周期毎に累積されるモニタ単位の数を相応に減少させている。本発明の上記および別の利点を図面を用いて以下詳しく説明する。
【０００９】
【実施例】
本発明は、放射線照射方法および装置を改良してより高い精度と制御を達成することに関する。以下の説明は、通常の知識を有する当業者が本発明を実施して使用できるようにするためのものであり、特許明細書およびその要件との関連において記載したものである。有利な実施形態の種々の変更は、当業者には明らかであり、ここの一般原理は別の実施形態にも適用することができる。以下では本発明を主に、患者の照射野にＸ線放射線を照射する装置であって、この照射野を、少なくとも１つの移動可能な、放射線源のからのビーム路にあるプレートを使用して制限する装置について説明する。これは例を示すためのものである。したがって本発明はここに示した実施形態に制限されるべきでなく、ここに示した原理と機能に見合う最大範囲とすべきである。
【００１０】
図１は放射線出力装置１１を示している。この放射線出力装置１１は、プレート４とケーシング９内の制御ユニットとを使用する通常の設計の放射線治療装置２と、本発明にしたがって構成された治療処理ユニット１００とからなる。放射線治療装置２は、治療中に水平回転軸８の周りに旋回することのできるガントリー６を有している。プレート４は、ガントリー６の突出部に係止されている。治療に必要な高出力の放射線を発生させるために、直線加速器がガントリー６に配置されている。この直線加速器とガントリー６とから放射される放射線束の軸を参照符号１０で示す。電子、光子または検出可能な任意の放射線を治療に使用することができる。
【００１１】
治療中に放射線ビームは、対象物１３例えば治療を行う患者の領域１２に配向されている。この患者の回転中心はガントリー回転の回転中心と同じである。ガントリー６の回転軸８と、治療台１６の回転軸１４と、ビーム軸１０は有利にはすべて同じ回転中心で交わる。このような放射線治療装置の構成は、パンフレット「腫瘍の放射線治療用デジタル装置」、Siemens Medical Laboratories社、A91004-M2630-B358-01-4A00、１９９１年９月に概略的に記載されている。
【００１２】
図２は、放射線治療装置例２の一部分および治療処理ユニット１００の一部分をより詳しく示している。電子ビーム１は電子加速器２０内で形成される。加速器２０は電子銃２１と、導波管２２と、真空外囲器またはガイドマグネット２３とから成る。トリガ装置３は、入射器トリガ信号を形成し、この信号を入射器５に供給する。この入射器トリガ信号に基づいて、入射器５は入射器パルスを形成し、この入射器パルスが加速器２０内の電子銃２１に供給され、電子ビーム１が形成される。電子ビーム１は、導波管２２によって加速され案内される。この目的のために（図示しない）高周波（ＨＦ）源が設けられており、この高周波源が無線周波数（ＲＦ）信号を供給し、導波管２２に供給される電磁界を形成する。入射器５によって入射され電子銃２１によって放射された電子は、導波管２２内でこの電磁界によって加速されて、電子銃の反対側から電子ビーム１となって出力される。次に電子ビーム１はガイドマグネット２３に進入し、そこから軸１０に沿って窓７に案内されてこれを通過する。第１スキャッタリングフォイル１５通過後、このビームは遮蔽ブロック５０の通路５１を通り、第２スキャッタリングフォイル１７に達する。つぎにこのビームは測定室６０に送られる。この測定室６０で照射量が検出される。スキャッタリングフォイルが目標物によって置き換えられる場合には、放射線ビームはＸ線ビームである。さらにアパーチャプレート装置４は、１対のプレート４１と４２を有している。これは本発明に使用することのできるビーム遮蔽装置の１例にしかすぎない。当業者であれば判るように、本発明は別の構成にも有利に使用することができる。
【００１３】
プレート装置４は１対のアパーチャプレート４１および４２と、これらのプレートとは垂直に配置された（図示しない）付加的な１対のアパーチャプレートとから成る。照射野の大きさを変更するために、このアパーチャプレートは軸１０に関して、駆動ユニット４３によって移動することができる。図２ではプレート４１に対する駆動ユニット４３だけが示されている。駆動ユニット４３は、プレート４１と４２に結合された電気モータから成り、モータ制御器４０によって制御される。位置センサ４４および４５がプレート４１と４２にそれぞれ結合されており、これらのプレートの位置を検出する。
【００１４】
照射が行われる患者の領域は照射野と称される。公知のようにプレート４は出力された放射線を実質的に通さない。プレート４は、放射線源と患者との間に取り付けられ、照射野を限定する。身体の領域例えば健全な組織は、できる限り照射を受けないことが望ましく、有利にはまったく照射されないのが望ましい。少なくとも１つのプレートを移動できる場合に有利には、照射野全体での照射分布は一様である必要はない（１つの領域が他の領域よりも多く照射されてよい）。さらにガントリーは回転できるため、患者を回転することなく種々のビーム角と照射分布が可能である。中央治療処理装置ユニットすなわち制御ユニット１００（図１）は治療士を被曝から保護するために、通例放射線治療装置２とは別の部屋に配置されている。治療処理ユニット１００は、出力装置例えば少なくとも１つの表示装置すなわちモニタ７０と、入力装置例えばキーボード１９とを有する。しかしデータは、データ担体例えばデータ記憶装置から入力することも可能である。治療処理装置１００は通例腫瘍専門医師の処方に応じて、実際の放射線治療を行う治療士によって操作される。キーボード１９または他の入力装置を使用することによって治療士は、治療処理ユニット１００の制御ユニット７６に、患者に照射すべき放射線を定めるデータを、例えば腫瘍専門医師の処方に応じて入力する。プログラムは他の入力装置例えばデータ記憶装置を介して、データ伝送により入力することも可能である。モニタ７０の画面には、治療開始前および治療中の種々のデータを表示することができる。
【００１５】
治療処理ユニット１００に含まれる中央演算処理装置１８は、処方された放射線治療の照射を入力するための入力装置例えばキーボード１９と接続されており、さらにトリガ装置３を制御するために、所望の線量値を形成する照射量制御ユニット６１と接続されている。トリガ装置３はパルス反復回数または別のパラメタを適切に調整して放射線出力を変更する。デジタル線量計装置は殊に有利であり、これによって中央演算処理装置１８のデジタル出力をより容易に制御することができる。中央演算処理装置１８は有利にも制御ユニット７６を有しており、この制御ユニット７６がメモリ７７および結合回路７８と協働して治療プログラムの実行を制御する。この結合回路７８は有利にも、制御ユニット７６からの信号とメモリ７７からの信号とを受信し、結合して設定信号Ｓを形成する。この設定信号Ｓは本発明にしたがい、線量率制御ユニット６１に対して線量率を定める。
【００１６】
図３には、本発明にしたがい治療処理ユニット１００を介して線量を調量する有利な手段が流れ図で示されている。本発明では有利にも、線量率値のテーブル治療処理ユニット１００（ステップ２００）に供給される。例えば、治療士は所定の治療セッションに対して使用する、メモリ７７にあらかじめ記憶された所望の線量率を選択する。するとこの線量率は、治療セッション中にこの線量率テーブルを利用して、例えば制御ユニット７６、メモリ７７、結合回路７８および線量制御ユニット６１を介して制御される（ステップ２０２）。線量率テーブルは有利には線量率の一覧例えば線量率１〜線量率ｎから成っている。この一覧の個々の線量率は、相応の総線量値例えば３９．５ＭＵ，４０．０ＭＵ，４０．１ＭＵなどを有している。線量率を制御する際に有利には、選択したサンプリング時間において累積線量を検出する。その後この検出された累積線量を有利には、現在の治療セッションに対して照射すべき総線量と比較する。線量率は、この比較と線量率テーブルの相応の値とに基づいて調整される。線量率テーブルの個々の値は、治療セッションの個々の要求に依存している。これは当業者には公知のことである。
【００１７】
例えば、治療セッションに対する所望の総線量がモニタ単位数の端数を有する場合例えば４０．１ＭＵの場合には、治療セッション中の個々のサンプリング点で例えば１０ミリ秒毎に、照射されたモニタ単位数の総数が４０．１ＭＵと比較される。その次に必要であれば線量率を調整する。照射率は有利には、総線量が所望の総線量に近づくにつれて減少して調整される。したがって上記の例で、照射線量が３９ＭＵに達すると、線量率は有利にもテーブルの値にしたがって変更され、これによって例えば次のサンプリング点では総線量は４０ＭＵになる。次に線量率は必要であればさらに調整されて、例えば次のサンプリング点では総線量は４０．０５ＭＵになる。これが所望の総線量が照射されるまで続けられる。したがって目標値へのアプローチ幅は極めて細かくなり、所望の総線量がより正確に、モニタ単位の端数を含めて照射される。
【００１８】
図４は、所望の総線量が２４０ＭＵであり、サンプリングが約０．５秒間隔で行われる例の場合に、線量率に対する従来の階段状の手段（プロット３００）と、本発明によって修正された線量調量手段（プロット４００）とを比較する線図である。従来の手段では、毎分５００ＭＵの線量率が使用されている。プロット３００上の菱形で示された個々のサンプリング点３０２では、累積されたモニタ単位数値が所望の値２４０ＭＵと比較される。線量率が毎分５００ＭＵであり、所望の総線量が２４０ＭＵである場合には、総線量値には２８．８秒で到達するはずである。しかしサンプリング点の間隔が０．５秒毎である場合には、目盛り２８．５秒で記録された値は所望の線量を下回り、また目盛り２９秒では所望の線量を上回ってしまう。この治療が終わるのは、実際に所望したよりも多くの放射線が照射されてしまった後である。
【００１９】
しかし本発明によれば上記のような好ましからざる余分な放射線照射は回避される。プロット４００で示したように線量率は治療セッション中全般に渡って変更される。プロット４００上で四角形で示した個々のサンプリング点４０２に対して、所望の総線量が、その点までに照射された累積線量と比較される。図示のようにほとんどの照射時間に対して線量率はかなり高く、かなり一定に増加している。これは治療持続時間を短く維持することに役立っている。しかし所定のサンプリング点では照射された線量は選定した範囲内で、所望の総線量に十分近づいており、上記の線量率テーブルによって設定したように線量率が減少している（例えばプロット４００上のサンプリング点４０４）。線量率が減少するのに伴い、次のサンプリング点までの累積線量の変化は有利にも、先行のサンプリング点にかなり近くなっている。このようにして所望の線量を必要以上に上回ることはなくなる。なぜなら放射線照射の最後の数秒において線量率が減少することによって、累積されたモニタ単位数の変化率は減少し、より正確な放射線照射、モニタ単位数の端数にまでおよぶ正確な照射が行われるからである。
【００２０】
本発明を上記の実施形態にしたがって説明したが、当業者にはこの実施形態の種々の変形が可能であり、しかもこれらの変形は本発明の範囲内にあることは明らかであろう。したがって当業者であれば本発明の請求項の範囲から逸脱することなく種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による治療制御卓を含む放射線治療装置の概略図である。
【図２】図１の放射線治療装置の処理ユニット、制御ユニットおよびビーム発生装置の部分を示すブロック図である。
【図３】本発明の有利な実施形態によるモニタ単位の端数を放射線照射する過程を示す流れ図である。
【図４】本発明による放射線照射と従来技術による放射線照射とを比較する例をプロットした線図である。
【符号の説明】
１ 電子ビーム
２ 放射線治療装置
３ トリガ装置
４ プレート
５ 入射器
６ ガントリー
８ 回転水平軸
９ ケーシング
１０ 放射線束
１１ 放射線出力装置
１２ ゾーン
１５，１７ スキャッタリングフォイル
１６ 治療台
１８ 中央演算処理装置
１９ キーボード
２０ 加速器
２１ 電子銃
２２ 導波管
２３真空外囲器
４０ モータ制御器
４１，４２ アパーチャプレート
４４，４５ 位置センサ
６０ 測定室
６１ 線量制御ユニット
７０ モニタ
７６ 制御ユニット
７７ メモリユニット
７８ 結合回路
１００ 治療処理ユニット

Claims (10)

1. 放射線治療装置（２）と、当該の放射線治療装置（２）に接続された治療処理ユニット（１００）とを有する放射線出力装置（１１）を制御して放射線治療中に一層正確な放射線照射を得る方法において、
   放射治療時間に伴って変化する線量率値および相当する累積線量を決定するテーブル（２００）を中央処理ユニット（１８）によって治療処理ユニット（１００）に供給し、
   前記放射線出力装置（１１）から放射される放射線の線量率を、線量率の前記テーブル（２００）を使用して制御することを特徴とする、
   放射線出力装置を制御する方法。
2. サンプリング点（３０２）において累積線量を検出し、該累積線量を所望の総線量と比較する
   請求項１に記載の方法。
3. 前記線量率を、線量率値の前記テーブル（２００）と、前記検出した累積線量に基づいて調整する
   請求項２に記載の方法。
4. 前記線量率を、前記累積線量が前記所望の総線量に近づくにつれて減少させる
   請求項３に記載の方法。
5. 累積線量をモニタ単位数の小数点第１位の精度で調整する、
   請求項１に記載の方法。
6. 放射線出力装置（１１）による放射線治療中に、正確な放射線照射を行う装置において、
   放射線治療装置（２）と、該放射線治療装置（２）に接続された治療処理ユニット（１００）とを有し、
   該治療処理ユニット（１００）により、放射治療時間に伴って変化する線量率値および相当する累積線量を決定するテーブル（２００）が使用されて放射線出力装置（１１）から放射される放射線の線量率が制御されることを特徴とする
   放射線照射装置。
7. 前記治療処理ユニット（１００）は、サンプリング点における累積線量を検出し、該累積線量を所望の総線量と比較する
   請求項６に記載の装置。
8. 治療処理ユニット（１００）は線量率を、前記線量率値のテーブル（２００）と、検出した前記累積線量とに基づいて調整する
   請求項７に記載の装置。
9. 治療処理ユニット（１００）は線量率を、前記累積線量が前記所望の総線量に近づくにつれて時間周期毎にモニタ単位数を減少させることによって調整する
   請求項８に記載の装置。
10. 累積線量レベルがモニタ単位数の小数点第１位の精度で調整される、
    請求項６に記載の装置。

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