JP4602366B2

JP4602366B2 - マルチリーフコリメータ

Info

Publication number: JP4602366B2
Application number: JP2007043741A
Authority: JP
Inventors: 正浩中嶋; 達哉藤澤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2007-02-23
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2027-02-23
Also published as: JP2008206563A

Description

本発明は、標的の形状に合わせて放射線ビームの照射野を形成するマルチリーフコリメータに係り、詳しくは、リーフを送りネジを介し駆動する駆動手段を備えたマルチリーフコリメータに関する。

放射線ビーム（例えばＸ線、陽子線、及び電子線等）を照射対象の内部にある標的に照射する代表的な例としては、患者の体内にあるがん細胞（以下、患部という）に放射線を照射する場合が挙げられる。なお、この場合、照射対象が患者に相当し、標的が患部に相当する。放射線を患者体内の患部に対し照射する場合、放射線ビームの照射野（照射範囲）と患部形状が一致しないと、患部周辺の正常な部位にも放射線が照射されることになる。放射線が患部周辺の正常な部位に照射されると、その正常な部位に悪影響を与える可能性があるため、放射線ビームの照射野は患部に照らし合わせて精密に限定することが好ましい。

このような放射線ビームの照射野を形成する手段の１つとして、マルチリーフコリメータが知られている。マルチリーフコリメータは、例えば、複数のリーフと、複数のリーフのネジ穴にそれぞれ螺合した複数の送りネジ（スクリューネジ）と、複数の送りネジをそれぞれ回転させる複数のステッピングモータとを備えたものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−２５５７１８号公報（図３）

しかしながら、上記従来技術には以下のような課題が存在する。
マルチリーフコリメータは、リーフの厚みを薄くして枚数を多くし、これらリーフによるビームの照射野の分割数を増大させれば、ビームの照射野を患部形状にできる限り近づけることが可能である。ところが、送りネジをリーフのネジ穴に螺合させリーフを駆動する上記マルチリーフコリメータにおいて、リーフの厚みを薄くしようとすると、通常、送りネジの径を細くしなければならない。そして、この細い送りネジを高速回転させると、送りネジに大きな振れが生じて周辺の部品に接触する恐れがあった。そのため、送りネジの回転速度を抑える必要が生じ、リーフの駆動速度の低下がいなめなかった。

本発明の目的は、ビームの照射野の形状精度を高めつつ、リーフの高速駆動を図ることができるマルチリーフコリメータを提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、複数のリーフと、前記複数のリーフのネジ穴にそれぞれ螺合した複数の送りネジと、前記複数の送りネジを回転させる駆動手段とを有し、前記複数のリーフの配置に応じた放射線ビームの照射野を形成するマルチリーフコリメータにおいて、前記リーフは、リーフ本体部と、前記リーフ本体部と一体にかつ前記リーフ本体部より厚みが増すように形成され、前記ネジ穴を有するメネジ部と、前記メネジ部のネジ穴に螺合した前記送りネジの移動領域に対応して前記リーフ本体部に形成した貫通穴とを有し、互いに隣接する前記リーフのメネジ部及び貫通穴の位置を高さ方向に異ならせるとともに、互いに隣接する前記メネジ部の相対移動領域に対応して前記リーフ本体に溝を形成する。

本発明においては、リーフ本体部よりメネジ部の厚みを大きくするので、メネジ部のネジ穴に螺合する送りネジの径寸法を大きくすることができる。これにより、送りネジの回転速度を高めることができ、リーフの高速駆動を図ることができる。一方、メネジ部よりリーフ本体の厚みを薄くすることができる。また、互いに隣接するリーフのメネジ部及び貫通穴の位置を高さ方向に異ならせるとともに、互いに隣接するリーフのメネジ部の相対移動領域に対応してリーフ本体に溝を形成することにより、複数のリーフを厚み方向に隙間なく並べることができる。したがって、リーフの厚みを薄くして枚数を多くし、これらリーフによるビームの照射野の分割数を増大させることができ、ビームの照射野の形状精度を高めることができる。

（２）上記目的を達成するために、また本発明は、複数のリーフと、前記複数のリーフのネジ穴にそれぞれ螺合した複数の送りネジと、前記複数の送りネジを回転させる駆動手段とを有し、前記複数のリーフの配置に応じた放射線ビームの照射野を形成するマルチリーフコリメータにおいて、前記リーフは、リーフ本体部と、前記リーフ本体部より厚みが増すように形成されて前記リーフ本体部に取り付けられ、前記ネジ穴を有するメネジ部と、前記メネジ部のネジ穴に螺合した前記送りネジの移動領域に対応して前記リーフ本体部に形成した貫通穴とを有し、互いに隣接する前記リーフのメネジ部及び貫通穴の位置を高さ方向に異ならせるとともに、互いに隣接する前記リーフのメネジ部の相対移動領域に対応して前記リーフ本体に溝を形成する。

（３）上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記駆動手段は、前記複数の送りネジにそれぞれ同軸接続した複数の回転機である。

本発明によれば、ビームの照射野の形状精度を高めつつ、リーフの高速駆動を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。

図１は、本実施形態のマルチリーフコリメータを備えた放射線ビーム照射装置の全体システム構成を表す概念的構成図である。

この放射線ビーム照射装置は、制御装置２３の制御に基づき、シンクロトロン１０１で加速した荷電粒子ビーム等の放射線ビーム（以下適宜、ビームという）を回転照射装置１０２から出力して患者Ｋの患部にビームを照射するものであり、回転照射装置１０２は回転軸を中心に回転することによって複数の方向から患部にビームを照射可能となっている。なお、荷電粒子の加速手段として、シンクロトロン１０１の他に、サイクロトロンや直線型加速器、レーザ加速器などを用いてもよい。

（１）シンクロトロン１０１の構成及び動作
シンクロトロン１０１は、ビームに高周波の磁場及び電場（以下、高周波電磁場という）を印加することによりビームのベータトロン振動振幅を増加させる高周波印加装置１１１と、ビームの軌道を曲げる偏向電磁石１１２と、ビームのベータトロン振動を制御する四極電磁石１１３と、ビーム出射時の共鳴を励起するための六極電磁石１１４と、ビームにエネルギを与える、すなわちビームを加速する高周波加速空胴１１５と、ビームをシンクロトロン１０１に入射する入射器１１６と、ビームをシンクロトロン１０１から出射する出射用デフレクター１１７とを備えている。

制御装置２３が前段加速器１０４に出射指令を出力すると、前段加速器１０４はこれに従って低エネルギのビームを出射し、そのビームは、ビーム輸送系を介してシンクロトロン１０１の入射器１１６に導かれ、これによってシンクロトロン１０１に入射される。入射したビームは、偏向電磁石１１２により軌道が曲げられることによりシンクロトロン１０１内を周回する。このとき、ビームは、そのベータトロン振動の振動数が四極電磁石１１３の励磁量により適宜制御されることにより、シンクロトロン１０１内を安定に周回する。そして、その周回過程で、高周波加速空胴１１５からビームに高周波電場が印加されることにより、ビームにエネルギが与えられ、ビームは加速され、エネルギが増大する。シンクロトロン１０１内を周回するビームのエネルギがエネルギＥまで増加したら、高周波加速空胴１１５によるビームへのエネルギの付与を停止するとともに、四極電磁石１１３、六極電磁石１１４、及び高周波印加装置１１１による公知の制御によってビームの軌道勾配を変化させて共鳴によりベータトロン振動振幅を急激に増大させ、出射用デフレクター１１７によってビームをシンクロトロン１０１から出射させる。

以上のシンクロトロン１０１の動作において、制御装置２３は、治療計画装置（詳細は後述）２４から入力された患部の深さ位置に基づいて、所定の照射方向（通常は複数の方向から照射する）から患部に照射するビームのエネルギＥを決定する。また、シンクロトロン１０１においてビームをエネルギＥまで加速するために必要とされる、偏向電磁石１１２、四極電磁石１１３、高周波加速空胴１１５の各々に供給する電流値のパターン、及びエネルギＥのビームを出射するために必要とされる、高周波印加装置１１１、六極電磁石１１４に供給する電流値を計算する。計算された各電流値は、各装置毎にエネルギＥに対応させて制御装置２３内の記憶手段に記憶され、加速時や出射時に電源１０８或いは電源１０９に出力される。

（２）回転照射装置１０２の構成及び動作
シンクロトロン１０１から出射されたビームは、回転照射装置１０２に入力される。回転照射装置１０２は、偏向電磁石１２３、四極電磁石１２４、及び出射ノズル１２０を取り付けたガントリー１２２と、このガントリー１２２を所定の回転軸（図１参照）まわりに回転駆動するモータ１２１とを備えている。

回転照射装置１０２に入力されたビームは、まず偏向電磁石１２３により軌道が曲げられ、かつ四極電磁石１２４によってベータトロン振動が調節されて出射ノズル１２０に導かれる。出射ノズル１２０に導かれたビームは、まず走査電磁石２０１，２０２の磁極間を通過する。走査電磁石２０１，２０２には位相の９０度ずれた正弦波交流電流が電源２０１Ａ，２０２Ａより供給されており、走査電磁石２０１，２０２の磁極間を通過するビームは、走査電磁石２０１，２０２が発生する磁場によって、患部位置において円形に走査されるように偏向される。

走査電磁石２０１，２０２を通過したビームは、散乱体２０３により散乱されてビームの径が拡大された後、リッジフィルタ２０４Ａ（又は２０４Ｂ）を通過する。リッジフィルタ２０４Ａ（又は２０４Ｂ）はビームのエネルギを決められた割合で減衰させ、ビームのエネルギに患部の厚さに応じた分布をもたせる。ビームはその後、線量モニタ２０５により線量が計測された後、ボーラス２０６Ａ（又は２０６Ｂ）に入力されて患部の下部形状に応じたエネルギ分布とされ、さらにマルチリーフコリメータ２００により患部の水平方向形状に成形された後、患部に照射される。

ここで、前述したように、通常、ビームは管部に対し複数の方向から照射される。本実施形態は、一例として、２つの照射方向から照射する例を示しており、２つのリッジフィルタ２０４Ａ，２０４Ｂは、治療計画装置２４によって求められた患部の厚みに応じてそれら２つの照射方向各々に対して予め作製され、ボーラス２０６Ａ,２０６Ｂも、求められた患部の下部形状に応じて２つの照射方向各々に対して予め作製されたものである。作製されたリッジフィルタ２０４Ａ，２０４Ｂは回転テーブル２０４Ｃに設置され、ボーラス２０６Ａ，２０６Ｂは回転テーブル２０６Ｃに設置されている。このとき、回転テーブル２０６Ｃの回転軸とビームの軌道中心とは偏心しており、回転テーブル２０６Ｃを回転させることにより、ボーラス２０６Ａ若しくはボーラス２０６Ｂを入れ替わりにビームの軌道上に配置させ、これによって２つの照射方向の両方に対応したビームのエネルギ分布を形成できるようになっている。なお、回転テーブル２０４Ｃも回転テーブル２０６Ｃと同様の構成となっている。

そして、照射方向の設定あるいは変更の際には、制御装置２３からモータ１２１に照射方向に対応した傾斜角度信号が出力され、モータ１２１がガントリー１２２をその傾斜角度まで回転駆動し、回転照射装置１０２は当該照射方向から患部にビームを照射できる位置に移動される。さらに、制御装置２３は、回転テーブル２０４Ｃ，２０６Ｃの各々に対して、当該照射方向に対応するリッジフィルタ２０４Ａ（又は２０４Ｂ）及びボーラス２０６Ａ（又は２０６Ｂ）をビームの軌道上に配置するように指示信号を出力し、回転テーブル２０４Ｃ，２０６Ｃはこれに応じて回転する。

そしてこのとき、制御装置２３からコリメータコントローラ（リーフ位置制御計算機）２２に当該照射方向に対応する制御信号が出力され、コリメータコントローラ２２はこれに応じて、後述の図２に示すようにマルチリーフコリメータ２００に備えられた複数のリーフ（薄板状のブロック）４を突き合わせその空隙により当該照射方向から見た患部の水平方向形状に合致するビームの照射野（照射範囲）３を実現するように駆動制御する。これにより、ボーラス２０６Ａ（又は２０６Ｂ）を通過してマルチリーフコリメータ２００に到達したビーム（図２に示すビーム源２からのビーム照射領域）のうち、照射野３以外に向かう成分は複数のリーフ４により遮られ、不要な部位への照射を避けることができる。

（３）マルチリーフコリメータ２００の構成及び動作
図２は、上記マルチリーフコリメータ２００の全体構造を表す斜視図である。また、図３は、本実施形態のリーフの詳細構造を表す斜視図であり、図４は、本実施形態のマルチリーフコリメータの詳細構造を表す部分断面図である。

これら図２〜図４において、マルチリーフコリメータ２００は、複数のリーフ４と、これら複数のリーフ４のネジ穴８ａにそれぞれ螺合された複数の送りネジ５と、これら複数の送りネジ５にそれぞれ同軸接続された複数のモータ６（駆動手段）とを備えている。リーフ４は、２枚１組で互いに接近又は離間する方向にスライド可動に配設されており、それら複数組がビーム照射方向に対し垂直方向に並べられている。そして、各モータ６の駆動によって送りネジが回転し、その送りネジに螺合されたリーフが移動配置されて、患部形状に合わせたビームの照射野３を形成するようになっている。

本実施形態のリーフ４は、リーフ本体部７と、このリーフ本体部７と一体にかつリーフ本体部７より厚みが増すように形成され、ネジ穴８ａを有する直方体状のメネジ部８とを有している。リーフ本体部７には、メネジ部８のネジ穴８ａに螺合された送りネジ５の移動領域に対応して貫通穴７ａが形成されており、送りネジ５がリーフ本体部７に干渉しないようになっている。そして、互いに隣接するリーフ４のメネジ部８及び貫通穴７ａの位置を高さ方向に異ならせる（本実施形態では、図４に示すように２つの高さ位置に交互に配置する）とともに、互いに隣接するリーフ４のメネジ部８の相対移動領域に対応してリーフ本体部７の両側側面に溝７ｂが形成されている。なお、リーフ本体部７の溝７ｂの深さは、メネジ部８の厚み方向の突出長さ以上になっている。

以上のように構成された本実施形態においては、リーフ本体部７よりメネジ部８の厚みを大きくするので、メネジ部８のネジ穴８ａに螺合する送りネジ５の径寸法を大きくすることができる。これにより、送りネジ５の回転速度を高めることができ、リーフ４の高速駆動を図ることができる。一方、メネジ部８よりリーフ本体部７の厚みを薄くすることができる。また、互いに隣接するリーフ４のメネジ部８及び貫通穴７ａの位置を高さ方向に異ならせるとともに、互いに隣接するリーフ４のメネジ部８の相対移動領域に対応してリーフ本体部７に溝７ｂを形成することにより、複数のリーフ４を厚み方向に隙間なく並べることができる。したがって、リーフ４の厚みを薄くして枚数を多くし、これらリーフ４によるビームの照射野の分割数を増大させることができ、ビームの照射野の形状精度を高めることができる。

また本実施形態においては、送りネジ５の移動領域に対応してリーフ本体部７に貫通穴７ａを形成することにより、リーフ本体部７の長さ方向においてメネジ部８及び送りネジ５を重ねて配置することができる。これにより、例えばリーフ本体部から延在するように金具等を取り付け、この金具のネジ穴に送りネジを螺合させてリーフを駆動する構成とは異なり、送りネジ５やモータ６をリーフ４の長さ方向や、下方、左右に大きく張り出さないように配置することができる。また、隣接する送りネジ５に同軸接続されたモータ６の位置を高さ方向に異ならせることができ、モータ６を干渉しないように配置することができる。したがって、装置全体の小型化を図ることができる。

また、メネジ部を隣接するリーフ４のメネジ部８の相対移動領域に対応してリーフ本体部７に溝７ｂを形成するので、例えば溝７ｂに代えて貫通穴を形成するような場合と比べ、リーフ４の構造強度を高めることができる。

次に、本発明の他の実施形態を図５〜図７により説明する。本実施形態は、リーフ本体部及びメネジ部を別体に形成して取り付けた実施形態である。

図５は、本実施形態のマルチリーフコリメータを構成するリーフの詳細構造を表す斜視図であり、図６は、分解斜視図である。図７は、本実施形態のマルチリーフコリメータの詳細構造を表す部分断面図である。なお、上記一実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施形態のリーフ１０は、リーフ本体部１１及びメネジ部１２を別体として形成し、リーフ本体部１１の切欠き１１ａの端部側にメネジ部１２を取り付けている。直方体状のメネジ部１２の厚み方向両側（図中左側・右側）には、上下方向に延びたフランジ１２ａが形成されており、フランジ１２ａには貫通穴１２ｂが形成されている。リーフ本体部１１には、メネジ部１２の貫通穴１２ｂに対応する貫通穴１１ｂが形成されている。そして、メネジ部１２の貫通穴１２ｂ及びリーフ本体部１１の貫通穴１１ｂに丸棒１３を挿通することにより、メネジ部１２がリーフ本体部１１に固定される。このとき、リーフ本体部１１とメネジ部１２で形成される貫通穴１４（リーフ本体部１１の切欠き１１ａの一部）は、メネジ部１２のネジ穴１２ｃに螺合された送りネジ５の移動領域に対応するものであり、送りネジ５がリーフ本体部１１に干渉しないようになっている。

以上のように構成された本実施形態においても、上記一実施形態同様、フランジ本体部１１よりメネジ部１２の厚みを大きくするので、メネジ部１２のネジ穴１２ｃに螺合する送りネジ５の径寸法を大きくすることができる。これにより、送りネジ５の回転速度を高めることができ、リーフ１０の高速駆動を図ることができる。一方、メネジ部１２よりリーフ本体部１１の厚みを薄くすることができる。また、互いに隣接するリーフ１０のメネジ部１２及び貫通穴１４の位置を高さ方向に異ならせる（本実施形態では、図７に示すように２つの位置に交互に配置する）とともに、互いに隣接するリーフ１０のメネジ部１２の相対移動領域に対応してリーフ本体１１の両側側面に溝１１ｃを形成することにより、複数のリーフ１０を厚み方向に隙間なく並べることができる。したがって、リーフ１０の厚みを薄くして枚数を多くし、これらリーフ１０によるビームの照射野の分割数を増大させることができ、ビームの照射野の形状精度を高めることができる。

また、上記一実施形態同様、装置全体の小型化を図ることができる。また、例えば溝１１ｃに代えて貫通穴を形成するような場合と比べ、リーフ１０の構造強度を高めることができる。

また、本実施形態においては、リーフ本体部１１及びメネジ部１２を別体として形成するので、上記一実施形態のようにリーフ本体部１１及びメネジ部１２を一体として形成する場合に比べ、切削加工代を削減しコスト低減を図ることができる。

なお、上記実施形態においては、互いに隣接するリーフのメネジ部及び貫通穴の位置が高さ方向に異なるように、２つの位置に交互に配置した構造を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば３つ以上の位置に順番に配置するような構造としてもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。

本発明のマルチリーフコリメータの一実施形態を備えた放射線ビーム照射装置の全体システム構成を表す概念的構成図である。本発明のマルチリーフコリメータの一実施形態の全体構造を表す斜視図である。本発明のマルチリーフコリメータの一実施形態を構成するリーフの詳細構造を表す斜視図である。本発明のマルチリーフコリメータの一実施形態の詳細構造を表す部分断面図である。本発明のマルチリーフコリメータの他の実施形態を構成するリーフの詳細構造を表す斜視図である。本発明のマルチリーフコリメータの他の実施形態を構成するリーフの詳細構造を表す分解斜視図である。本発明のマルチリーフコリメータの他の実施形態の詳細構造を表す部分断面図である。

符号の説明

３照射野
４リーフ
５送りネジ
６モータ（駆動手段）
７リーフ本体部
７ａ貫通穴
７ｂ溝
８メネジ部
８ａネジ穴
１０リーフ
１１リーフ本体部
１１ｃ溝
１２メネジ部
１２ｃネジ穴
１４貫通穴
２００マルチリーフコリメータ

Claims

複数のリーフと、前記複数のリーフのネジ穴にそれぞれ螺合した複数の送りネジと、前記複数の送りネジを回転させる駆動手段とを有し、前記複数のリーフの配置に応じた放射線ビームの照射野を形成するマルチリーフコリメータにおいて、
前記リーフは、リーフ本体部と、前記リーフ本体部と一体にかつ前記リーフ本体部より厚みが増すように形成され、前記ネジ穴を有するメネジ部と、前記メネジ部のネジ穴に螺合した前記送りネジの移動領域に対応して前記リーフ本体部に形成した貫通穴とを有し、
互いに隣接する前記リーフのメネジ部及び貫通穴の位置を高さ方向に異ならせるとともに、互いに隣接する前記リーフのメネジ部の相対移動領域に対応して前記リーフ本体に溝を形成したことを特徴とするマルチリーフコリメータ。
複数のリーフと、前記複数のリーフのネジ穴にそれぞれ螺合した複数の送りネジと、前記複数の送りネジを回転させる駆動手段とを有し、前記複数のリーフの配置に応じた放射線ビームの照射野を形成するマルチリーフコリメータにおいて、
前記リーフは、リーフ本体部と、前記リーフ本体部より厚みが増すように形成されて前記リーフ本体部に取り付けられ、前記ネジ穴を有するメネジ部と、前記メネジ部のネジ穴に螺合した前記送りネジの移動領域に対応して前記リーフ本体部に形成した貫通穴とを有し、
互いに隣接する前記リーフのメネジ部及び貫通穴の位置を高さ方向に異ならせるとともに、互いに隣接する前記リーフのメネジ部の相対移動領域に対応して前記リーフ本体に溝を形成したことを特徴とするマルチリーフコリメータ。
請求項１又は２記載のマルチリーフコリメータにおいて、前記駆動手段は、前記複数の送りネジにそれぞれ同軸接続した複数の回転機であることを特徴とするマルチリーフコリメータ。