JP5225440B2 - 回転照射型粒子線医療装置のきしみ音の低減方法 - Google Patents

Description

この発明は、がん治療等で使用される粒子線医療装置、特に、患者周りに回転自在に照射可能な回転照射型粒子線医療装置のきしみ音の低減方法に関するものである。

近年、がん治療を目的とした放射線医療装置では陽子や重イオンを用いたがん治療装置の開発や建設が進められている。周知のとおり、陽子や重イオン等を用いた粒子線治療はＸ線、ガンマ線等の従来の放射線治療に比べて、がん患部に集中的に照射することができ、正常細胞に影響を与えずに治療することが可能である。
粒子線医療装置には、患者に対して任意の方向から照射するために回転照射装置（回転ガントリ）が設けられる場合が多い。回転ガントリは粒子線照射部を３６０度回転させ、患者に対して任意の回転角度から荷電粒子ビームを照射できるように構成されている。

例えば、図４は特許文献１に示された従来の回転照射装置を示す構成図である。（ａ）は主要部の側面断面図であり、（ｂ）は（ａ）の移動床部分の正面断面図である。回転照射装置は、一端側が建屋の壁３０に支持され、内部に治療用ベッド３１を備えた固定胴３２と、粒子線照射部３３を支持する回転胴３４と、この回転胴３４の内側にあって、回転胴３４の回転にかかわらず固定胴３２から見て静止状態を保つガイドレール支持胴３５と、固定胴３２とガイドレール支持胴３５との間に配設され、その上部を貫通する粒子線照射部３３と共に円周方向に移動する屈曲自在な無端状の移動床３６とで構成されている。

移動床３６は、固定胴３２とガイドレール支持胴３５の各対向面に設けられたガイドレール３２ａ，３５ａに沿って粒子線照射部３３の回転と同期して移動するが、下側は常に水平なアクセスフロアが形成されるようになっている。
回転胴３４の回転に係わらず、固定胴３２側から見てガイドレール支持胴３５を静止状態に保つように、電動シリンダ３７を固定胴３２の上部に配設し、係止ロッド３７aを作動させ、ガイドレール支持胴３５側に設けた係合穴３５ｃに挿入して係止するロック機構を備えている。

図４（ｂ）に示すように、回転胴３４の端部には、回転胴支持リング３４ａが設けられており、この回転胴支持リング３４ａの外周面が架台の上に設けられた２個のサポートローラ３８によって支えられ、このサポートローラ３８を駆動装置（図示せず）により駆動させることで回転胴３４を自在に回転させるようになっている。なお、回転胴３４の他端側もほぼ同様に構成されている。

特開２００１−１２９１０３号公報（第３頁、図１，図４）

特許文献１に示すように、回転ガントリは、粒子線照射部３３の他に、回転ガントリに導入された荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送機器（図示せず）等が搭載され、その内部にはガイドレール支持胴３５や、治療台を収容する固定胴が配置されるので、全体として相当な大きさと重量（例えば、回転胴部直径５ｍ、重量１５０トン以上）を有している。回転ガントリの全荷重を、回転胴支持リング３４ａのサポートローラ３８部で支持しているので、回転胴支持リング３４ａ及びサポートローラ３８は、この荷重を支えて支障なく回転駆動できるような構造と強度を備えている必要がある。特に、回転胴支持リング３４ａは他の部分より強度を要するので、回転胴３４とは別部材とし、両者をボルト締めによって固定するのが、製造上やコスト上から一般的である。
ところが、ボルト締め構造とした場合、上記のように巨大な大きさと重量のため、回転ガントリを回転させたとき、ボルト締めによる接合部に僅かな緩みが生じても、きしみ音が発生する場合があり、きしみ音によって患者及び操作者に不安感を与えるという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、回転ガントリの回転胴（本願のフレーム）側と回転胴支持リング（本願の軸受リング）とをボルトにより締結した場合でも、きしみ音の発生を抑制した回転照射型粒子線医療装置のきしみ音の低減方法を提供することを目的とする。

この発明に係る回転照射型粒子線医療装置のきしみ音の低減方法は、粒子線を照射する照射装置が搭載され、治療台上の患者に対して粒子線を照射するように、照射装置と共に治療台の周りに回転する円筒状のフレームと、フレームの両端部に設けられた軸受リングと、軸受リングを支持して回転駆動させる駆動装置と、フレームの両端部に固着され、軸受リングを取り付けるためのフランジと、を有する回転照射型粒子線医療装置のきしみ音の低減方法であって、楔対偶からなるスペーサをフランジの外周と軸受けリングの内周側との隙間に挿入するステップと、外側から一方の楔を打ち込んでスライドさせるステップと、を含むものである。

この発明の回転照射型粒子線医療装置のきしみ音の低減方法によれば、フレームの両端部に固着されたフランジと軸受リングとの固定部において、楔対偶からなるスペーサをフランジの外周と軸受けリングの内周側との隙間に挿入するステップと、外側から一方の楔を打ち込んでスライドさせるステップと、を含むようにしたので、スペーサによって隙間が埋められて、軸受リングとフランジとが径方向にずれるのを防止することができるため、ずれによって接合面が摩擦して発生するきしみ音を抑制することができる。このため、治療中の患者や操作者に不安感を与えるのを防止できる。

この発明の実施の形態１による回転照射型粒子線医療装置の回転ガントリ部を示す図で、（ａ）は回転軸に沿う方向に見た側面断面図、（ｂ）は回転軸に垂直な方向から回転ガントリを観察した正面図である。 図１のＡ部の詳細断面図である。 図２の部分詳細図で、（ａ）は図２のａ部詳細断面図、（ｂ）は図２のｂ部の詳細断面図である。 従来の粒子線治療用回転照射室を示す図で、（ａ）は主要部の側面断面図、（ｂ）は（ａ）の移動床部の正面断面図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１の回転照射型粒子線医療装置を図に基づいて説明する。図１（ａ）は回転照射型粒子線医療装置の回転ガントリ全体を、回転ガントリの回転軸に沿う方向に見た側面断面図、図１（ｂ）は回転軸に垂直な方向から回転ガントリを観察した正面図である。また、図２は図１のＡ部の詳細断面図、図３（ａ）は図２のａ部詳細断面図、図３（ｂ）は図２のｂ部の詳細断面図である。

先ず、図１によって全体の構成を説明する。回転ガントリは、円筒状のフレーム１と、その両端部に固着したフランジ２，３に取り付けられた、入射側の軸受リング４及び照射側の軸受リング５と、照射側の軸受リング５の内径側に設けられた補強リング６と、入射側の軸受リング４を支持するローラ７ａ及び駆動モータ７ｂを有する入射側の駆動装置７と、照射側の軸受リング５を支持するローラ８ａ及びブレーキ８ｂ等を有する照射側の駆動装置８と、３６０度回転する回転ガントリ内へ配線及び配管を供給するケーブルスプール９と、回転ガントリに導入された荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送機器１０と、輸送された荷電粒子ビームを患者の照射患部にあわせて整形して照射する照射装置１１と、を備えている。

一方、回転ガントリに対して、建屋１２側には、固定床１３が建屋１２に支持固定されており、その上には患者を乗せる治療台１４がフレーム１内へ出し入れ可能に設置されている。固定床１３、治療台１４、及びそれらを覆うように設けられた固定胴（図示せず）等で固定部１５を構成している。

フレーム１内には、フレーム１の内面に固着されたガイドリング１６に転動ローラ１７を介して回転自在に支持され、フレーム１の回転に同期して同じ角度だけ逆回転する静止リング１８が設けられている。その駆動は、静止リング１８に設けられた駆動モータ１９により行われる。静止リング１８はフレーム１に対して相対的に回転するが、固定部１５から見るとフレーム１が回転しても常に静止しているように見える。
静止リング１８には、固定床１３とほぼ同じ高さで、照射装置１１の回転を妨げないように、照射装置１１が通過するときに開閉する開閉式の移動床２０が設けられている。

次に、本発明の特徴部であるフレーム１と軸受リング４，５の接合部の詳細について、図２及び図３を参照しながら説明する。なお、図２は照射側の軸受リング５の近傍であるが、入射側もほぼ同じである。照射側を代表して説明するが、相違点があるときは随時説明を加える。
フレーム１の照射側端部には、軸受リング５を取り付けるためのフランジ３が溶接等で一体に固着されている。フレーム１とフランジ３の材料は、通常の炭素鋼板である。軸受リング５は、例えば、鍛造により製造される硬度の高い鍛鋼品を使用し、更に、焼き入れ処理等により表面を硬化している。外径はフランジ３の外径よりも大きな外径を有しており、フランジ３との当接面側には、フランジ３が嵌合可能な段差部５ａが形成されている。すなわち、段差部５ａは、内径がフランジ３の外径より若干大きく、深さがフランジ３の厚さとほぼ同程度の凹部である。軸受リング５の外周面が、駆動装置８のローラ８ａとの接触面となる。

段差部５ａにフランジ３が嵌め込まれ、軸受リング５とフランジ３とがボルト・ナット２１によりボルト締めされて固定されている。更に、フランジ３の外周面３ａと段差部５ａの内周面５ｂとの間に形成される隙間（図３（ａ）参照）の全周に亘り、複数個のスペーサ２２がほぼ均等間隔で挿入されて、フランジ３に軸受リング５が強固に固着されている。
スペーサとしては、例えば、図２，３に示すように、２個の楔２２ａ，２２ｂを逆向きにして傾斜面どうしを重ね合わせ、傾斜方向へスライドさせて重ね代を変えることで重ねた厚さが調整可能な、一対の楔からなる楔対偶２２としている。材料は鋼材とするのがよい。

実際の組立においては、楔対偶２２を隙間に挿入し、外側から一方の楔２２ａを打ち込んでスライドさせることで，重ねた厚さが厚くなり、隙間が埋められて強固に固定される。更に、緩み止めのために、楔２２ａとフランジ３とを溶接部２３で溶接して固着させている。楔対偶２２のどちらの楔を溶接しても良いが、先に説明したように、軸受リング５は硬質で溶接に不向きな材料が使用されているので、図３（ａ）に示すように組み合わせて、楔２２ａをフランジ３側に溶接するのがよい。
なお、楔対偶２２は、隙間の周方向の全周に亘って、ボルト部を避けてボルト間にほぼ均等間隔で挿入されている。

入射側の軸受リング４と照射側の軸受リング５とを比較した場合、回転ガントリの重心は中心より照射側にあるので、荷重は、照射側の軸受リング５の方に大きく掛かる。そこで、軸受リング５側には、更に、軸受リング５の内径側に、強度を補強するための補強リング６が設け設けられている。補強リング６の材料は一般の炭素鋼でよい。
補強リング６は、フランジ３にボルト・ナット２４によりボルト締めされて固定されると共に、軸受リング５と同様に、補強リング６の外周面６ａと軸受リング５の内周面５ｃとの間に形成される隙間に複数個のスペーサ２２が挿入されている（図３（ｂ）参照）。スペーサ２２は、フランジ３と軸受リング５との隙間に挿入したものと同様に、２個の楔２２ａ，２２ｂを組み合わせた楔対偶２２である。また、緩み止めのために、楔２２ａと補強リング６とを溶接部２３で溶接して固着している。

なお、図２，図３では、スペーサとして、鋼板の一面側に傾斜面を有する片傾斜の楔を２個重ねて楔対偶２２としたが、両面に傾斜面を有する楔を重ねて構成しても良い。また、楔対偶とせずに、単体の楔を用いて、隙間の全周に亘り、複数箇所に打ち込んで挿入しても良い。但し、その場合は楔と打ち込まれる相手側との接触面が線接触に近くなるので、楔対偶と比較すれば、隙間を埋める効果はやや弱くなる。
また、楔を溶接によって固定したが、必ずしも溶接は必要ではなく、強固に打ち込んで固定するだけでも良い。
また、補強リング６は、回転ガントリの大きさや構造によっては、設けない場合もあり、逆に、必要に応じて入射側の軸受リング４の内径側に設けてもよい。

上記のように構成した回転照射型粒子線医療装置の動作と、軸受リング部の作用について説明する。
先ず、全体の動作の概要から説明する。回転ガントリに導入された荷電粒子ビームは、偏向電磁石や四極電磁石などよりなるビーム輸送機器１０によって照射装置１１まで輸送され、照射装置１１で患者の照射患部の形状にあわせて整形された後に照射される。
患者は治療台１４の上に固定されて位置決めが行われており、所定の照射患部に荷電粒子ビームが照射される。治療台１４は、患者の照射患部が照射位置であるアイソセンタに一致するように動作させる必要があるため、通常は上下左右、前後、回転など多軸の位置決め動作が可能となっている。

回転ガントリは、駆動装置７，８により、ローラ７ａ，８ａを介して軸受リング４，５を回転させることで、フレーム１と共にビーム輸送機器１０及び照射装置１１が回転し、患者に対して３６０度自在な方向からビームを照射することを可能とするもので、患者が仰向けの状態のまま様々な方向からビームを照射することができる。
このとき、治療を行う医者もしくは放射線技師などが、常に患者に近づいて作業ができるように、回転ガントリの回転角度に係わらず、常に水平を保ったアクセスフロアが必要となる。そこで、フレーム１内に配置した静止リング１８の下部側に開閉可能に設けられた移動床２０を、先に説明したように固定床１３側に向けてスライドさせ、固定床１３とほぼ同じ高さのアクセスフロアを形成する。

次に、軸受リングの取付部の作用について説明する。
回転ガントリの全荷重は、フレーム１両端部の軸受リング４，５によって、駆動装置７，８のローラ７ａ，８ａ部で支持されて、回転軸を中心に回転する。回転ガントリの大きさは、例えば、軸受リングの直径が５ｍ、重量が１５０トンを越えるものがあり、このため、製作上や現地への輸送制限などの色々な制約から、フレームと軸受リングとは一体で製作するのは困難なため、上述のように別体で製作した後に組み合わせて使用される。
また、軸受リングは、ローラとの間で接触しながら常に全荷重を支えているので、その荷重に耐えられるだけの強度を必要とするため、鍛鋼品のような高硬度の材料を使用し，且つ熱処理等を施している。従って、溶接には不向きであるため、フレームとはフランジを介してボルト締めにより固定する構成を採用している。

軸受リング４，５の外周面は、ローラ７ａ，８ａとの接触面となっているので、その面はボルト面としては使えないため、ボルト締めとする場合、ボルトの挿入方向は回転軸の軸方向と平行になる。ボルトは、例えば、上記のような直径の静止リングであれば、１面につきＭ３６のボルトを１００本程度使用して締め付けている。このように多数の大きなボルトで強固に固定していても、回転稼働中に締め付けの僅かな緩みが生じてくると、フレーム１のフランジ２，３と軸受リング４，５とが径方向にずれて摩擦が起こり接触面できしみ音が発生する場合がある。回転ガントリは共鳴し易い構造となっているので、僅かなきしみ音でも内部に共鳴して大きな不快音となって、治療中の患者や医者及び操作者に不快感を与えることになる。

そこで、本実施の形態のように、フランジと軸受リング部の隙間にスペーサとして楔対偶２２を打ち込んで挿入することで、隙間を埋めて径方向のずれを防止することができ、きしみ音の発生を抑制できる。
更に、軸受リング５の内周側に補強リング６を設ける場合は、上記と同様に、楔対偶２２の挿入によって、フランジ３と補強リング６との接触面が径方向にずれるのを防止でき、この部分でのきしみ音の発生を抑制できる。

なお、フランジと軸受リング又は補強リングの固定部分以外の構成に関しては、図１の構成に限定するものではない。例えば、フレーム内に配設した静止リングは、従来技術の項で説明した図４のように、固定胴側からロッドを突出して係止する構成でも良い。また、移動床も、図４のように照射装置と共に回転して移動するものでも良い。

以上のように、実施の形態１の回転照射型粒子線医療装置によれば、フレームの両端部に固着したフランジを軸受リングの段差部に嵌め込み、ボルト締めにより軸受リングとフランジとを固定すると共に、フランジの外周面と段差部の内周面とで形成される隙間の全周に亘り複数個のスペーサを挿入したので、スペーサによって隙間が埋められて、軸受リングとフランジとが径方向にずれるのを防止することができるため、ずれによって接合面が摩擦して発生するきしみ音を抑制することができる。このため、治療中の患者や操作者に不安感を与えるのを防止できる。

また、軸受リングの内径側に補強リングを設け、ボルト締めにより補強リングとフランジとを固定すると共に、補強リングの外周面と軸受リングの内周面とで形成される隙間の全周に亘り複数個のスペーサを挿入したので、回転リングの強度を上げるために補強リングを設けた場合でも、補強リングとフランジとが径方向にずれるのを防止することができるため、上記の効果に加えて、補強リング部で、ずれによって発生するきしみ音も抑制することができる。

また、スペーサは、２個の楔を逆向きにして傾斜面どうしを重ね合わせ、傾斜方向へスライドさせて重ね代を変えることで重ねた厚さが調整可能な楔対偶としたので、隙間に挿入される楔対偶は面接触で強固に固定されるため、大きな径方向の荷重に耐えることが可能となり、軸受リングとフランジ、又は補強リングとフランジが径方向にずれるのを効果的に防止することができる。

更にまた、楔対偶のうちの一方の楔は、フランジ又は補強リングに溶接により固着したので、長期間の使用でもスペーサ部が緩むことが無い。

１ フレーム ２，３ フランジ
３ａ フランジ３の外周面 ４，５ 軸受リング
５ａ 段差部 ５ｂ 段差部５ａの内周面
５ｃ 軸受リング５の内周面 ６ 補強リング
６ａ 補強リング６の外周面 ７，８ 駆動装置
７ａ，８ａ ローラ ７ｂ 駆動モータ
８ｂ ブレーキ ９ ケーブルスプール
１０ ビーム輸送機器 １１ 照射装置
１２ 建屋 １３ 固定床
１４ 治療台 １５ 固定部
１６ ガイドリング １７ 転動ローラ
１８ 静止リング １９ 駆動モータ
２０ 移動床 ２１，２４ ボルト・ナット
２２ 楔対偶（スペーサ） ２２ａ，２２ｂ 楔
２３ 溶接部。

Claims (3)

1. 粒子線を照射する照射装置が搭載され、治療台上の患者に対して前記粒子線を照射するように、前記照射装置と共に前記治療台の周りに回転する円筒状のフレームと、
   前記フレームの両端部に設けられた軸受リングと、
   前記軸受リングを支持して回転駆動させる駆動装置と、
   前記フレームの両端部に固着され、前記軸受リングを取り付けるためのフランジと、を有する回転照射型粒子線医療装置のきしみ音の低減方法であって、
   楔対偶からなるスペーサを、前記フランジの外周と前記軸受けリングの内周側との隙間に挿入するステップと、
   外側から一方の楔を打ち込んでスライドさせるステップと、
   を含むことを特徴とする回転照射型粒子線医療装置のきしみ音の低減方法。
2. 請求項１に記載の回転照射型粒子線医療装置のきしみ音の低減方法において、
   さらに、緩み止めのため、前記一方の楔と前記フランジとを溶接するステップを含むことを特徴とする回転照射型粒子線医療装置のきしみ音の低減方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の回転照射型粒子線医療装置のきしみ音の低減方法において、
   前記楔対偶は、前記隙間の周方向の全周に亘って、ボルト部を避けてボルト間にほぼ均等間隔で挿入されていることを特徴とする回転照射型粒子線医療装置のきしみ音の低減方法。

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