JP4301117B2 - Multi-leaf collimator - Google Patents
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Description
この発明は、マルチリーフコリメータに関し、粒子線によるがん治療における照射野を規制するマルチリーフコリメータで、リーフを薄板状にして分解能を向上しながら駆動に必要なアクチュエータを大幅に削減でき、駆動機構の簡素化やコスト低減などを図ることができるようにしたものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a multi-leaf collimator, which is a multi-leaf collimator that regulates an irradiation field in cancer treatment using particle beams, and can significantly reduce the number of actuators required for driving while improving resolution by making the leaf thin. Simplification and cost reduction can be achieved.
近年、がんの治療に陽子線や素粒子線などの粒子線を用いた治療が行われており、加速器で作られた粒子線ビームを、照射野形成装置でがん患部の形状に加工して照射するようにしている。 In recent years, treatments using particle beams such as proton beams and elementary particle beams have been carried out for cancer treatment, and the particle beam produced by the accelerator is processed into the shape of the cancer affected area using an irradiation field forming device. To irradiate.
この照射野形成装置では、加速器から出た粒子線ビームを次のような操作を行ってがん患部の形状にする。 In this irradiation field forming apparatus, the particle beam emitted from the accelerator is subjected to the following operation to form a cancerous part.
まず、加速器から出た粒子線ビームをワブラ電磁石により振動させてドーナツ状にし、次いで、散乱体により、ドーナツ状のビームをより平坦なビームにする。 First, the particle beam emitted from the accelerator is vibrated by a wobbler electromagnet into a donut shape, and then the donut-shaped beam is made flatter by a scatterer.
そして、レンジシフタによりエネルギレベルを調整し、線量のピークががん患部に合うように調整するとともに、リッジフィルタによりビームに厚みを持たせる。 Then, the energy level is adjusted by a range shifter so as to adjust the dose peak so as to match the cancer affected area, and the beam is thickened by the ridge filter.
最後に、加工されたビームをコリメータによりがん患部の形状に合わせるようにして加工が完了する。 Finally, the processing is completed by matching the processed beam with the shape of the cancer affected area using a collimator.
このような加工されたビームをがん患部の形状に合わせる操作を行うため、コリメータが用いられており、そのひとつにマルチリーフコリメータがある。 A collimator is used to perform an operation for matching such a processed beam to the shape of the cancerous part, and one of them is a multi-leaf collimator.
このマルチリーフコリメータは、例えば特許文献1の従来技術に開示されているものを図5に示すように、粒子線Bを遮蔽できる素材の薄い板状のリーフ1を縦に配置して横に多数枚並べるようにするとともに、横に並べられた1対のリーフ1同士を相対向させて粒子線Bと交差(通常は、直交)させて配置する。
As shown in FIG. 5, for example, the multi-leaf collimator disclosed in the prior art of
そして、対向する各リーフ1同士の間隔とその位置を駆動機構で調整することで形成される間の空間2をビームBの照射部分とするとともに、これ以外のリーフ1部分でビームBを遮蔽し、多数のリーフ1の位置を変えることでがん患部の輪郭形状を再現するようにしている。
Then, the
このようなマルチリーフコリメータでは、薄板状のリーフをそれぞれ往復駆動して位置決めする必要があり、その駆動機構として、特許文献2には、図6に示すように、各リーフ1ごとに独立した駆動機構を設ける場合として、リーフ1の上端面にラック3を設け、各リーフ1のラック3に対応してこれとかみ合う各ピニオン4を各モータ5で駆動することで往復させるようにしたものが開示されている。
In such a multi-leaf collimator, it is necessary to reciprocate and position each thin plate-like leaf, and as a driving mechanism,
また、特許文献3には、図7に示すように、複数のリーフ1に対して共通の駆動手段と、この駆動手段の駆動力を複数のリーフ1に対して同時に伝達可能かつ各リーフ1で遮断可能としたものが開示され、具体的には、たとえば右側の各リーフ1では、各リーフ1のコ字状の切り欠き部の下面にそれぞれラック3を取り付け、1台のモータ5で駆動される長いピニオン4を複数のラック3と噛み合わせることができるようにするとともに、各リーフ1をそれぞれシリンダ6で昇降できるようにし、所定位置まで移動させたところで上昇させることでピニオン4とラック3との噛み合いを外ずして動力の伝達を遮断して停止させ、さらに、複数のリーフ1全体をブレーキ板7で押えることでそれぞれの位置を保持できるようにしてある。なお、左側の各リーフでは、ラックを切り欠き部の上面に取り付け、各リーフを下降させることで噛み合いを外すようにしてある。
このようなマルチリーフコリメータを用いて必要な照射野を再現する場合、リーフの厚さと隣接するリーフ間の隙間、すなわちピッチによってアイソセンタ上に投影される照射像の輪郭の精度が影響を受けることからリーフの厚さが薄い方が良く、通常、薄いリーフを多数並べてマルチリーフコリメータを構成するようにしている。 When reproducing the necessary irradiation field using such a multi-leaf collimator, the accuracy of the outline of the irradiation image projected on the isocenter is affected by the thickness of the leaf and the gap between adjacent leaves, that is, the pitch. It is better that the thickness of the leaf is thin. Usually, a multi-leaf collimator is configured by arranging a large number of thin leaves.
このため、各リーフごとの駆動機構を、ラックとモータおよびピニオンとで構成したものでは、リーフの枚数と同数のモータを並べて設置しなければならず、大きなスペースおよび多大なコストを必要とするという問題がある。 For this reason, if the drive mechanism for each leaf is composed of a rack, a motor, and a pinion, the same number of motors as the number of leaves must be installed side by side, which requires a large space and a large cost. There's a problem.
一方、1つの駆動機構で複数のリーフを駆動し、所定位置で駆動力の伝達を昇降シリンダで遮断し、すべてのリーフの駆動停止後、1つのブレーキ板で保持するものでは、一台のモータで全てのリーフを駆動できるもののそれぞれのリーフごとに昇降用のシリンダが必要で、このためのスペースや多大なコストが必要になるという問題がある。 On the other hand, one drive mechanism drives a plurality of leaves, the transmission of driving force is blocked by a lifting cylinder at a predetermined position, and after stopping the driving of all the leaves, it is held by one brake plate. However, although all the leaves can be driven, a lift cylinder is required for each leaf, and there is a problem that a large space and cost are required for this purpose.
また、1つのブレーキ板で全てのリーフを保持する場合の保持力が摩耗などの影響でそれぞれのリーフごとに個体差が生じ易く、極端な場合には、リーフの位置ずれが生じたり、保持不能となるリーフが生じる可能性がある。 In addition, when holding all the leaves with one brake plate, the holding force tends to vary from leaf to leaf due to wear and other factors. In extreme cases, the leaf may be misaligned or cannot be held. The leaf which becomes becomes may occur.
さらに、リーフの位置を1つのモータと同軸のエンコーダで行うようにしており、複数のリーフの1つに位置ずれが生じてもそのずれ量を知ることが難しく、位置ずれ自体を修正することも難しいという問題もある。 Furthermore, the position of the leaf is performed by an encoder that is coaxial with one motor, and even if a positional deviation occurs in one of the leaves, it is difficult to know the amount of deviation, and the positional deviation itself can be corrected. There is also the problem that it is difficult.
この発明は、かかる従来技術の有する課題に鑑みてなされたもので、リーフを薄板状にして分解能を向上しながら駆動に必要な機器を削減し、駆動機構の簡素化やコスト低減などを図ることができ、高精度に照射野を形成することが容易にできるマルチリーフコリメータを提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and reduces the number of devices required for driving while improving the resolution by reducing the leaf shape to reduce the drive mechanism and reduce the cost. Therefore, an object of the present invention is to provide a multi-leaf collimator that can easily form an irradiation field with high accuracy.
上記従来技術が有する課題を解決するため、この発明の請求項1記載のマルチリーフコリメータは、照射方向に交差させて相対向し複数のリーフの対向間隔を調整して照射野を形成するマルチリーフコリメータにおいて、前記照射野の形状に外側面が形成された粒子線を透過し得るならい部材と、前記複数のリーフそれぞれに設けられ当該各リーフの先端面を前記ならい部材に押し付ける押し付け手段と、前記複数のリーフ全体を全開位置に位置させるリーフ開放手段とからなることを特徴とするものである。
In order to solve the above-described problems of the prior art, a multi-leaf collimator according to
このマルチリーフコリメータによれば、照射野の形状に合わせて作ったならい部材の外側面にバネなどで構成した押し付け手段を備えた各リーフの先端を押し付けることで簡単に照射野を調整できるようにし、リーフ開放手段で全てのリーフを一括して開放できるようにし、アクチュエータを極力削減して機構を簡素化するようにしている。 According to this multi-leaf collimator, the irradiation field can be easily adjusted by pressing the tip of each leaf equipped with a pressing means composed of a spring or the like to the outer surface of the member to be made in accordance with the shape of the irradiation field. The leaf opening means allows all the leaves to be opened at once, and the mechanism is simplified by reducing the number of actuators as much as possible.
また、この発明のマルチリーフコリメータは、請求項1記載の構成に加え、前記ならい部材を粒子線の照射深さを規制するボーラスと兼用して構成したり、前記ならい部材への前記各リーフの接触を検出する接触検出手段を、前記各リーフの先端部及び/又は後端部に設けて構成することもできる。
Further, the multi-leaf collimator according to the present invention is configured in addition to the configuration according to
これらのマルチリーフコリメータによれば、ボーラスの形成の際外側面を加工するだけでならい部材を簡単に作成できるようになり、接触検出手段によって確実に照射野が設定できたかどうかを知ることができるようになる。 According to these multi-leaf collimators, it becomes possible to easily create a fake member simply by processing the outer surface when forming a bolus, and it is possible to know whether or not the irradiation field has been reliably set by the contact detection means. It becomes like this.
この発明の請求項1記載のマルチリーフコリメータによれば、粒子線を透過し得るならい部材の外側面を照射野の形状に合わせておき、このならい部材の外側面に各リーフの先端を押し付け手段で押しつけるようにしたので、特別な位置制御や位置の検出を行うことなく、リーフを押しつけるだけで簡単に照射野を調整することができる。
According to the multi-leaf collimator according to
また、リーフ開放手段で全てのリーフを一括して開放できるようにしたので、アクチュエータを極力削減してリーフの駆動機構を簡素化することができる。 In addition, since all the leaves can be opened at once by the leaf opening means, the number of actuators can be reduced as much as possible to simplify the leaf drive mechanism.
また、この発明の他のマルチリーフコリメータによれば、ボーラスの形成の際外側面を加工するだけでならい部材を簡単に作成することができ、接触検出手段によって確実に照射野が設定できたかどうかを知ることができる。 In addition, according to another multi-leaf collimator of the present invention, it is possible to easily create a flawless member simply by processing the outer surface during bolus formation, and whether the irradiation field can be reliably set by the contact detection means. Can know.
以下、この発明のマルチリーフコリメータの一実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図1はこの発明のマルチリーフコリメータの一実施の形態にかかり、(a)は右側のリーフの一部分を示す照射野形成状態の概略平面図、(b)はリーフの全開状態の概略平面図である。
Hereinafter, an embodiment of a multi-leaf collimator of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1A and 1B show an embodiment of a multi-leaf collimator according to the present invention. FIG. 1A is a schematic plan view of an irradiation field forming state showing a part of a right leaf, and FIG. 1B is a schematic plan view of a fully open state of the leaf. is there.
このマルチリーフコリメータ20では、粒子線を遮蔽できる素材の薄い板状のリーフ21を縦に配置して横に多数枚並べるようにするとともに、横に並べられたリーフ21同士を相対向させてあり(図では、対向する右側のリーフのみを示してある。)、対向する各リーフ21同士の間隔とその位置をならい駆動機構30で調整することで形成される間の空間(図では、リーフ左端部に形成される空間)をビームの照射部分となる照射野22とするとともに、これ以外のリーフ21部分でビームを遮蔽し、多数のリーフ21の位置(対向間隔)をならい駆動機構30でならわせて変えることでがん患部の輪郭形状に対応する照射野22を再現する。
In this multi-leaf collimator 20, a thin plate-
このマルチリーフコリメータ20のならい駆動機構30では、粒子線を照射すべき輪郭に対応した形状に外側面が形成されたならい部材31を備え、複数のリーフ21には、個別にリーフ21の先端をならい部材31に押し当てるための押し付け手段32が備えられ、ならい部材31に押しつけたリーフ21の全てを開放位置(全開位置)に押し戻すリーフ開放手段33を備えて構成される。
The
このならい駆動機構30のならい部材31は、相対向するリーフ21間に挟むように配置されてそのまま粒子線を照射することから、粒子線を透過し得る材料で作られ、その外側面31aが粒子線を照射すべき照射野の輪郭に対応した形状に形成してある。
The
したがって、このならい部材31は、例えばがんの放射線治療に用いる場合には、患者それぞれのがんの形状に合わせてその都度製作される。
Therefore, for example, when used for radiotherapy for cancer, the
なお、このならい部材31を、図2に示すように、粒子線の照射深さを規制するボーラス41と兼用するようにし、外側面31aを照射野の輪郭形状に加工し、内部に照射深さを調整する凹部41aを加工するようにすれば、これまでのボーラスの製作に外側面の加工を付加するだけで良く、容易かつ多大な製作工数の増大を招くことなくならい部材31を製作することができる。
As shown in FIG. 2, this
次に、このようなならい部材31に押し当てることで各リーフ21を位置決めするための押し付け手段32は、例えばマルチリーフコリメータ20のケース本体23に往復移動可能に装着された各リーフ21の後端面にガイドロッド21aを連結するとともに、ガイドロッド21aに沿って各リーフ21の後端面とケース本体23との間にバネ32aを装着して前方に押し出すように付勢することで構成してある。
Next, the pressing means 32 for positioning each
なお、この押し付け手段32は、ガイドロッド21aにバネ32aを装着して構成する場合に限らず、圧縮空気を利用したエアシリンダなどの流体圧シリンダなどで構成することも可能である。 Note that the pressing means 32 is not limited to the case where the spring 32a is attached to the guide rod 21a, but may be constituted by a fluid pressure cylinder such as an air cylinder using compressed air.
このような押し付け手段32を備えたそれぞれのリーフ21の対向する対向面にならい部材31を挟むようにすることで、各リーフ21は自動的にならい部材31に押し付けられ、各リーフ21の位置制御などを必要とせず、簡単に照射野22を調整することができる。
Each
このならい駆動機構30では、各リーフ21を開放位置(全開位置)にするためのリーフ開放手段33として、各リーフ21のガイドロッド21aの端部にフランジ部21bが設けられ、このフランジ部21bの内側に開放板33aが配置されてガイドロッド21aが貫通して摺動可能となっており、開放板33aに開放駆動用の流体圧シリンダ33bのロッド33cが連結してある。
In this follow-up
したがって、図1(b)に示すように、リーフ開放機構33の流体圧シリンダ33bのロッド33cを押し出すように伸張することで、各リーフ21の位置にかかわらずフランジ部21bをバネ32aに抗して一斉に押し戻すことができ、全てのリーフ21を開放位置にすることができる。
Therefore, as shown in FIG. 1B, the flange portion 21b resists the spring 32a regardless of the position of each
このように構成したマルチリーフコリメータ20のならい駆動機構30では、次のようにして各リーフ21を操作・位置決めして照射野を設定する。
In the following
まず、各リーフ21を開放位置に保持するため、リーフ開放手段33の流体圧シリンダ33bのロッド33cを押し出すように伸張して、各リーフ21の位置にかかわらずフランジ部21bをバネ32aに抗して一斉に押し戻し、全てのリーフ21を開放位置に保持する。
First, in order to hold each
次に、マルチリーフコリメータ20のケース本体23の所定位置にならい部材31をセットする。
この後、各リーフ21に共通のリーフ開放手段33の流体圧シリンダ33bのロッド33cを縮めてリーフ21をフリーな状態とし、各リーフ21の押し付け手段32のバネ32aによってならい部材31に押し付けるようにする。
Next, the
Thereafter, the rod 33c of the fluid pressure cylinder 33b of the leaf opening means 33 common to each
これにより、各リーフ21の先端面がそれぞれならい部材31の外側面31aに押し当てられて照射野22が形成される。
Thereby, the front end surface of each
このならい部材31をボーラス41と兼用するようにした場合には、図2(b)示すように、ボーラス41の外側面をならい部材31として機能させると同時に、凹部41aで粒子線の照射深さを規制することができる。
When this
こののち、粒子線を照射し、ならい部材31のほか側面31aの輪郭形状に沿った照射野22でがん患部に照射するようにする。なお、この粒子線を照射する場合には、ならい部材31を介して照射することから、照射源での照射強さをならい部材31での減少を考慮した強さにするようにする。
Thereafter, the particle beam is irradiated, and the cancer affected area is irradiated by the
こうして照射が終了した後は、リーフ開放手段33の流体圧シリンダ33bのロッド33cを伸張して開放板33aを介して全てのリーフ21を押し戻すようにして全開位置にし、すべてのリーフ21を開放位置に保持する。
After the irradiation is completed in this way, the rod 33c of the fluid pressure cylinder 33b of the leaf opening means 33 is extended to push back all the
このようなマルチリーフコリメータ20のならい駆動機構30によれば、ならい部材31を用い、これに押し付け手段32でそれぞれのリーフ21を押し付けるようにするだけで照射野22を形成することができ、駆動系を簡素化することができるとともに、位置検出などの必要もなく、制御系も簡単となる。
According to the
また、駆動機構30の設置スペースも小さくでき、装置をコンパクトにしてコスト低減を図ることもできる。
In addition, the installation space for the
さらに、全てのリーフを一つのリーフ開放手段33で開放できるので、リーフ21を全開位置にすることも簡単にでき、そのための機構も簡素化することができる。
Furthermore, since all the leaves can be opened by one leaf opening means 33, the
また、ならい部材31を照射深さを規制するボーラス41とを兼用することで、ボーラス41の製作と同時に、外側面を加工することでならい部材を製作することができ、製作工数を極力削減することができる。
Further, by using the
このようなマルチリーフコリメータ20のならい駆動機構30では、各リーフ21が確実にならい部材31の外側面31aに押し付けられて接触する必要がある。
そこで、このならい部材31へのリーフ21の接触を検出する接触検出手段50が設けられる。
In the
Therefore, contact detection means 50 for detecting the contact of the
この接触検出手段50としては、例えば図3に示すように、各リーフ21の先端部に形成した凹部に球状の接触子51をバネ52で前方に突き出すように装着し、接触子51の背部にON−OFFスイッチ53を設けるようにする。
As the contact detecting means 50, for example, as shown in FIG. 3, a spherical contact 51 is mounted in a recess formed at the tip of each
これにより、ならい部材31にリーフ21が接触すると、接触検出手段50の接触子51がバネ52に抗して押し込まれ、ON−OFFスイッチ53がONとなってこれを検出することができる。
Thereby, when the
また、接触検出手段50としては、図4に示すように、リーフ21の後端部に同様の凹部を形成してリーフ21のガイドロッド21a先端部に接触子54をバネ55で前方に突き出すように付勢しておき、接触子54の背部にON−OFFスイッチ56を設けるようにする。なお、バネ55は押し付け手段32のバネ32aに比べて弱いバネとしてある。
Further, as shown in FIG. 4, the contact detecting means 50 is formed such that a similar concave portion is formed at the rear end portion of the
これにより、ならい部材31がリーフ21に接触するまでは、押し付け手段32のバネ32aによってリーフ21が前方に押され、ならい部材31にリーフ21が接触すると、接触検出手段50の接触子54がバネ55に抗して押し込まれ、ON−OFFスイッチ56がONとなってこれを検出することができる。
Thus, the
このような接触検出手段50を設けることで、簡単にリーフ21とならい部材31との接触を検出することができ、各リーフ21の位置を検出する場合に比べ、簡単に検出することができ、特にエンコーダなどで検出する場合に比べ信号線を削減できるとともに伝送距離の制限を緩和することもできる。
By providing such a contact detection means 50, it is possible to easily detect the contact between the
なお、この接触検出手段は、ON−OFFスイッチで構成する場合に限らず、他の圧力センサなどで構成することもでき、しかもリーフの先端部または後端部のいずれかだけでなく、両方に設けるようにしても良く、一層信頼性を向上することができる。 The contact detection means is not limited to the ON / OFF switch, but can be constituted by other pressure sensors, and not only at the front end or the rear end of the leaf but also at both. It may be provided, and the reliability can be further improved.
上記実施の形態では、リーフ21の配置など構成についての説明は省略したが、なんら限定するものでなく、ラビリンス構造による一列配置や、多層配置、柱状配置など何れのマルチリーフコリメータにも適用できるものである。
In the above embodiment, the description of the configuration such as the arrangement of the
20 マルチリーフコリメータ
21 リーフ
21a ガイドロッド
21b フランジ部
22 照射野
23 ケース本体
30 ならい駆動機構
31 ならい部材
31a 外側面
32 押し付け手段
32a バネ
33 リーフ開放手段
33a 開放板
33b 流体圧シリンダ
33c ロッド
41 ボーラス
41a 凹部
50 接触検出手段
51,54 接触子
52,55 バネ
53、56 ON−OFFスイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20
Claims (3)
前記照射野の形状に外側面が形成された粒子線を透過し得るならい部材と、前記複数のリーフそれぞれに設けられ当該各リーフの先端面を前記ならい部材に押し付ける押し付け手段と、前記複数のリーフ全体を全開位置に位置させるリーフ開放手段とからなることを特徴とするマルチリーフコリメータ。 In a multi-leaf collimator that crosses the irradiation direction and opposes each other and adjusts the facing interval of a plurality of leaves to form an irradiation field,
A member capable of transmitting a particle beam having an outer surface formed in the shape of the irradiation field; a pressing means provided on each of the plurality of leaves to press the tip surface of each leaf against the member; and the plurality of leaves A multi-leaf collimator comprising leaf opening means for positioning the whole in a fully open position.
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