JP5551107B2 - 荷電粒子線照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、被照射体に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射装置に関するものである。

荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射装置は、例えば陽子線を患者の腫瘍部に照射してがん治療を行う放射線治療装置に使用されている。このような放射線治療装置としては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１に記載の放射線治療装置は、被検体の体表に照射される放射線を発生させる放射線発生部と、この放射線発生部から照射された放射線の照射野を決定するマルチリーフコリメータと、このマルチリーフコリメータの開口部を介して被検体の体表に可視光線を照射する可視光源とを備えている。

特開平７−２５５７１８号公報

放射線治療装置においては、上記従来技術のように光源から出射される光によりコリメータの開口部を介して被検体を照らし、その時に被検体に生じる影からコリメータの開口部の形状を事前に確認することがある。この場合には、被検体に対して平行光を照射する必要がある。しかし、上記従来技術では、可視光源から出射されてハーフミラーで反射された光（反射光）が広がって被検体に照射されるため、被検体に写るコリメータの開口部の縁部の影がぼやけてしまい、コリメータの開口部の正確な形状が得られないという問題が発生する。

本発明の目的は、被照射体に写る光からコリメータの開口部の正確な形状を得ることができる荷電粒子線照射装置を提供することである。

本発明は、被照射体に荷電粒子線を照射する照射部と、照射部から照射される荷電粒子線の照射範囲を設定するコリメータとを備えた荷電粒子線照射装置において、コリメータの開口部に対して光を照射するための複数の光源部と、照射部とコリメータとの間に配置され、複数の光源部から出射された光をそれぞれコリメータの開口部に向けて反射させる複数の凹面鏡と、複数の凹面鏡を荷電粒子線の照射軸に対して進退方向に移動させる駆動部とを備え、光源部は、凹面鏡で反射される光の照射範囲外において凹面鏡の焦点位置に配置されており、複数の凹面鏡は、複数の光源部から出射された光をそれぞれコリメータの開口部に対して平行光となるように反射させることを特徴とするものである。

このように本発明の荷電粒子線照射装置においては、照射部から被照射体に荷電粒子線を照射する前に、複数の光源部から複数の凹面鏡を介してコリメータの開口部に対して光を照射し、その時に被照射体に写る光（影）によってコリメータの開口部の形状を確認する。具体的には、駆動部によって照射部から照射される荷電粒子線の照射領域まで複数の凹面鏡を移動させ、その状態で複数の光源部から光を出射させる。すると、各光源部から出射された光は、対応する凹面鏡で反射されてコリメータの開口部に向かうようになる。このとき、各凹面鏡で反射された光は平行光となるため、被照射体に写るコリメータの開口部の縁部の影がぼやけることが無い。また、光源部は凹面鏡で反射される光の照射範囲外に配置されているので、光源部の影が被照射体に写ることも無い。これにより、被照射体に写る光からコリメータの開口部の形状を正確に得ることができる。

好ましくは、凹面鏡は、複数の凹面鏡で反射された各平行光の断面積の合計がコリメータの開口部の面積よりも大きくなるような寸法を有している。この場合には、コリメータの開口部の面積にかかわらず、各凹面鏡で反射された平行光がコリメータの開口部全体を通過することになるので、被照射体に写る光からコリメータの開口部の形状をより正確に得ることができる。

また、好ましくは、コリメータは、被照射体毎に製作され、被照射体の照射目標物の形状及び寸法に合った開口部を有する被照射体コリメータと、被照射体コリメータと照射部との間に配置され、形状及び寸法が可変の開口部を有するマルチリーフコリメータとを有し、複数の凹面鏡は、複数の光源部から出射された光をそれぞれ反射させることにより、当該光をマルチリーフコリメータの開口部を通過させて被照射体コリメータの開口部に照射させる。被照射体コリメータは、例えば荷電粒子線照射装置の筐体に対して着脱可能となっている。この場合、被照射体コリメータの使用時に、被照射体に対応する被照射体コリメータが筐体に取り付けられることになる。このとき、複数の凹面鏡で反射された光をマルチリーフコリメータの開口部を通過させて被照射体コリメータの開口部に対して照射し、その時に被照射体に写る影の形状と例えば予め画像や写真に取り込んでおいた照射目標物（患部）の形状とを比較することにより、被照射体コリメータが筐体に正しく取り付けられているか否かを確認することができる。

このとき、好ましくは、マルチリーフコリメータの開口部を撮像する撮像部を更に備え、撮像部は、複数の凹面鏡と共に移動可能となるように設けられている。この場合には、駆動部によって照射部から照射される荷電粒子線の照射領域まで撮像部を複数の凹面鏡と共に移動させ、その状態で撮像部によりマルチリーフコリメータの開口部を撮像する。このとき、各光源部から出射された光によりマルチリーフコリメータの開口部が照らされるので、マルチリーフコリメータの開口部の鮮明な画像が得られる。従って、マルチリーフコリメータの開口部の画像から、マルチリーフコリメータの開口部の正確な形状を得ることができる。

本発明によれば、被照射体に写る光からコリメータの開口部の正確な形状を得ることができる。

本発明に係る荷電粒子線照射装置の一実施形態を備えた荷電粒子線治療装置を示す斜視図である。 図１に示した荷電粒子線治療装置の概略構成図である。 図２に示したコリメータ形状確認ユニットを駆動制御系と共に示す構成図である。 図２に示したコリメータ形状確認ユニットが形状確認位置及び退避位置にある状態を示す概略図である。 従来一般の凹面鏡と図４に示した凹面鏡との構成の違いを比較して示す図である。

以下、本発明に係る荷電粒子線照射装置の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係る荷電粒子線照射装置の一実施形態を備えた荷電粒子線治療装置を示す斜視図であり、図２は、図１に示した荷電粒子線治療装置の概略構成図である。各図において、荷電粒子線治療装置１は、例えば患者（被照射体）Ａの体内の患部である腫瘍部（照射目標物）Ｂに対して荷電粒子線Ｐを照射して、がん治療を行う装置である。荷電粒子線としては、例えば陽子線や重粒子線等が挙げられる。

荷電粒子線治療装置１は、治療台２を取り囲むように設けられた回転ガントリ３と、この回転ガントリ３に取り付けられ、回転ガントリ３によって治療台２の回りを回転可能な荷電粒子線照射装置４とを備えている。

また、荷電粒子線治療装置１は、サイクロトロン（加速器）５を更に備えている。サイクロトロン５は、回転ガントリ３から離れた位置に設置され、イオン源（図示せず）で生成された荷電粒子線を加速させて出射する。サイクロトロン５から出射された荷電粒子線は、ビーム輸送系（図示せず）を介して荷電粒子線照射装置４に供給される。なお、サイクロトロン５は、回転ガントリ３と一体的に回転させることも可能である。

荷電粒子線照射装置４は、荷電粒子線Ｐの照射方向に順に配置された散乱体６、リッジフィルタ７、マルチリーフコリメータ８及び患者コリメータ（被照射体コリメータ）２０を有している。散乱体６、リッジフィルタ７及びマルチリーフコリメータ８は、荷電粒子線照射装置４の筐体４ａに取り付けられている。

散乱体６は、鉛板等で形成され、サイクロトロン５から供給された荷電粒子線を幅広いビームに拡大させるものである。リッジフィルタ７は、散乱体６により拡大された荷電粒子線の線量分布を調整するものである。具体的には、リッジフィルタ７は、患者Ａの体内の腫瘍部Ｂの厚さ（照射方向の長さ）に対応するように荷電粒子線に拡大ブラッグピーク（ＳＯＢＰ）を与える。このような散乱体６及びリッジフィルタ７は、荷電粒子線Ｐを照射する照射部を構成している。

マルチリーフコリメータ８は、患者Ａの体内の腫瘍部Ｂの形状に合わせて荷電粒子線Ｐの照射範囲（照射野）を設定するものである。具体的には、マルチリーフコリメータ８は、例えば真鍮製の多数のリーフからなる１対のリーフ群８ａ，８ｂを有している。リーフ群８ａ，８ｂは、互いに突き合わされるように配置されている。これらのリーフ群８ａ，８ｂ間には、荷電粒子線Ｐを通過させる開口部８ｃが形成されている。リーフ群８ａ，８ｂのリーフを個別に長手方向に進退させることで、開口部８ｃの位置、形状及び面積（寸法）を変化させることができる。なお、マルチリーフコリメータ８は、例えば患者Ａの体内の腫瘍部Ｂが大きい場合に使用される。

患者コリメータ２０は、マルチリーフコリメータ８の下方において荷電粒子線照射装置４の筐体４ａに着脱可能に取り付けられている。患者コリメータ２０は、マルチリーフコリメータ８と同様に、患者Ａの体内の腫瘍部Ｂの形状に合わせて荷電粒子線Ｐの照射範囲を設定するものである。患者コリメータ２０は、患者Ａ毎に製作され、患者Ａが変わるごとに交換される。患者コリメータ２０の開口部２０ａは、患者Ａの体内の腫瘍部Ｂに合った寸法及び形状を有している。マルチリーフコリメータ８が使用されるときは、患者コリメータ２０は筐体４ａから取り外される。なお、患者コリメータ２０が使用されるときは、マルチリーフコリメータ８の開口部８ｃを実際の腫瘍部Ｂよりも大きくする。

また、荷電粒子線照射装置４は、患者コリメータ２０の開口部２０ａに対して光を照射するための２つの光源部９を有している。光源部９は、例えばＬＥＤで構成され、可視光や紫外線等を出射する。

リッジフィルタ７とマルチリーフコリメータ８との間には、荷電粒子線Ｐの照射軸Ｑに対して進退可能なコリメータ形状確認ユニット１０が配置されている。コリメータ形状確認ユニット１０は、図２及び図３に示すように、例えば平板状の取付ブラケット１１を有している。なお、図３は、コリメータ形状確認ユニット１０をマルチリーフコリメータ８側から見た図である。

取付ブラケット１１の裏面には、各光源部９から出射された光をマルチリーフコリメータ８の開口部８ｃ及び患者コリメータ２０の開口部２０ａに向けて反射させる２枚の凹面鏡１２が取り付けられている。これらの凹面鏡１２は、図４に示すように、互いに接触した状態で並ぶように専用の取付台１３を介して取付ブラケット１１に取り付けられている。各凹面鏡１２は、湾曲した内側の曲面が患者コリメータ２０側（荷電粒子線Ｐの照射方向）を向いた状態から所定の角度だけ外側に傾くように配置されている。なお、凹面鏡１２は、湾曲した内側の曲面が鏡面仕上げ加工された放物面となっている。

上記の光源部９は、図４（ａ）に示すように、凹面鏡１２で反射される光の照射範囲Ｓ外において凹面鏡１２の焦点位置に配置されている。これにより、各光源部９から出射されて対応する凹面鏡１２で反射された光は、それぞれ平行光として患者コリメータ２０の開口部２０ａに向かうようになる。そして、その平行光は、患者コリメータ２０の開口部２０ａを通って患者Ａの体表に当たる。

このとき、２枚の凹面鏡１２は、患者コリメータ２０の開口部２０ａ全体を覆うように構成されている。つまり、凹面鏡１２は、２枚の凹面鏡１２で反射された各平行光の断面積の合計が患者コリメータ２０の開口部２０ａの面積よりも大きくなるような寸法を有している。これにより、各凹面鏡１２で反射された平行光は、患者コリメータ２０の開口部２０ａ全体を通過して患者Ａの体表に当たる。従って、患者Ａの体表に当たる光（影）から、患者コリメータ２０の開口部２０ａの形状が目視で分かるようになる。

また、取付ブラケット１１の裏面には、図２及び図３に示すように、撮像カメラ（撮像部）１４及び遮蔽壁１５が各凹面鏡１２を挟むように取り付けられている。撮像カメラ１４は、例えばＣＣＤカメラで構成され、マルチリーフコリメータ８の開口部８ｃを撮像する。遮蔽壁１５は、鉛板等で形成され、放射線に弱い撮像カメラ１４を荷電粒子線Ｐから保護する。なお、遮蔽壁１５としては、例えば撮像カメラ１４を取り囲むような構造等としても良い。

取付ブラケット１１の両端部には、スライド部１６がそれぞれ設けられている。また、取付ブラケット１１の両側には、スライド部１６を貫通し、荷電粒子線Ｐの照射軸Ｑに対して垂直な方向に延びるガイドロッド１７がそれぞれ配置されている。ガイドロッド１７は、筐体４ａに固定されている。これにより、コリメータ形状確認ユニット１０は、各ガイドロッド１７に沿って、荷電粒子線Ｐの照射軸Ｑを含む照射領域Ｒに対応する形状確認位置（図３中の２点鎖線参照）と荷電粒子線Ｐの照射軸Ｑを含む照射領域Ｒから離れた退避位置との間で移動可能である。なお、コリメータ形状確認ユニット１０は、通常は図３及び図４（ｂ）に示すような退避位置にある。

また、荷電粒子線照射装置４は、図３に示すように、コリメータ形状確認ユニット１０を退避位置と形状確認位置との間で往復移動させる駆動部１８と、各光源部９、撮像カメラ１４及び駆動部１８と接続されたコントローラ１９とを更に有している。

駆動部１８は、エアーシリンダ、空気源及び電磁弁等から構成されている。この場合には、エアーシリンダのピストンが一方のスライド部１６と連結されることとなる。なお、駆動部１８としては、それ以外にも、ボールネジ及び電磁モータ等で構成しても良い。

コントローラ１９は、各光源部９及び駆動部１８を制御すると共に、撮像カメラ１４により取得されたマルチリーフコリメータ８の開口部８ｃの撮像画像を表示部（図示せず）に画面表示させる。

以上のように構成した荷電粒子線治療装置１において、患者コリメータ２０を使用する場合には、まず患者Ａの体内の腫瘍部Ｂに対して荷電粒子線Ｐを照射する直前に、コントローラ１９によって駆動部１８を制御することで、図４（ａ）に示すように、コリメータ形状確認ユニット１０を退避位置から形状確認位置に移動させる。

そして、その状態で、コントローラ１９によって各光源部９を制御することで、各光源部９から光を出射させる。このとき、マルチリーフコリメータ８の開口部８ｃは大きく開かれている。すると、各光源部９から出射された光は対応する凹面鏡１２で反射されて平行光となり、その平行光がマルチリーフコリメータ８の開口部８ｃ及び患者コリメータ２０の開口部２０ａを通って患者Ａの体表に到達する。

このとき、オペレータは、患者Ａの体表に写った影の形状と予め取得されている患者Ａの腫瘍部Ｂの写真や画像データとを比較することで、筐体４ａに対する患者コリメータ２０の取付方向の正否が分かるようになる。なお、患者Ａの体表に腫瘍部Ｂの形状を予め描いておいたり、或いは患者Ａの体表の適当な箇所にマーカーしておき、患者Ａの体表に写った影の形状と患者Ａの体表に描かれた形状やマーカー位置とを比較しても良い。

このように患者コリメータ２０の取付方向の正否を確認した後、各光源部９からの光の出射を終了し、コントローラ１９によって駆動部１８を制御することで、図４（ｂ）に示すように、コリメータ形状確認ユニット１０を形状確認位置から退避位置に移動させる。

このとき、患者コリメータ２０が筐体４ａに正しい方向で取り付けられているときは、オペレータが照射指示スイッチ（図示せず）をＯＮとすることで、患者Ａの体内の腫瘍部Ｂに対して荷電粒子線Ｐが照射されることとなる。一方、患者コリメータ２０が筐体４ａに正しい方向で取り付けられていないときは、オペレータは、患者コリメータ２０を筐体４ａから一旦取り外し、患者コリメータ２０を筐体４ａに対して正しい向きとした状態で再び取り付ける。その後、オペレータが照射指示スイッチをＯＮとすることで、患者Ａの体内の腫瘍部Ｂに対して荷電粒子線Ｐが照射されることとなる。

また、マルチリーフコリメータ８を使用する場合には、まず患者Ａの体内の腫瘍部Ｂに対して荷電粒子線Ｐを照射する直前に、上記と同様にコリメータ形状確認ユニット１０を退避位置から形状確認位置に移動させ、その状態で各光源部９から光を出射させる。なお、患者コリメータ２０は使用しないので、筐体４ａから取り外されている。

そして、撮像カメラ１４により取得されたマルチリーフコリメータ８の開口部８ｃの撮像画像を入力し、その画像を画面表示させる。このとき、マルチリーフコリメータ８の開口部８ｃは各光源部９からの光によって照らされているので、開口部８ｃの鮮明な画像が得られる。従って、オペレータは、マルチリーフコリメータ８の開口部８ｃの撮像画像を見て、開口部８ｃの輪郭形状を確認する。

このとき、マルチリーフコリメータ８の開口部８ｃの輪郭形状が計画通りの形状になっているときは、各光源部９からの光の出射を終了し、上記と同様にコリメータ形状確認ユニット１０を形状確認位置から退避位置に移動させる。その後、患者Ａの体内の腫瘍部Ｂに対して荷電粒子線Ｐが照射されることとなる。

ところで、図５（ａ）に示すように、光源部９から出射された光を反射させる凹面鏡１２を１枚とした場合でも、凹面鏡１２で反射された光を平行光とすることができる。しかし、凹面鏡１２が１枚である場合には、光の照射範囲が広くなるほど大きな凹面鏡１２が必要となる。凹面鏡１２が大きくなるほど、凹面鏡１２は照射軸方向に大きく膨らむため、凹面鏡１２の厚みＤが大きくなる。このため、照射軸方向の配置スペースが狭い場合には、凹面鏡１２を取り付けることが困難になることがある。

また、凹面鏡１２が１枚である場合には、凹面鏡１２で反射される光の照射範囲内に光源部９を配置せざるを得ない。このため、凹面鏡１２で反射された光（平行光）が患者コリメータ２０の開口部２０ａを通って患者Ａの体表に当たったときには、光源部９の影が写ってしまう。

これに対し本実施形態では、図５（ｂ）に示すように、２枚の凹面鏡１２を互いに外側に傾けた状態で並べて配置すると共に、２つの光源部９を各凹面鏡１２の焦点位置に配置することで、各光源部９から出射された光をそれぞれ凹面鏡１２で反射させて平行光を作る構成としたので、凹面鏡１２が１枚である場合に比べて凹面鏡１２の厚みＤが抑えられる。これにより、凹面鏡１２の省スペース化が図られるため、照射軸方向の配置スペースが狭い場合でも、凹面鏡１２を取り付けることが可能となる。

また、２枚の凹面鏡１２を使用して平行光を作ることにより、各光源部９が凹面鏡１２で反射される光の照射範囲の外に配置されることとなる。従って、凹面鏡１２で反射された光（平行光）が患者コリメータ２０の開口部２０ａを通って患者Ａの体表に当たったときに、光源部９の影が写ることが無くなる。

以上のように本実施形態にあっては、２つの光源部９から出射された光を患者コリメータ２０の開口部２０ａに向けてそれぞれ反射させる２枚の凹面鏡１２を荷電粒子線Ｐの照射軸Ｑに対して進退可能に設けると共に、２つの光源部９を各凹面鏡１２の焦点位置に配置することで、各凹面鏡１２で反射された光が広がらずに平行光となるようにしたので、患者コリメータ２０の開口部２０ａの縁部の影が患者Ａの体表にぼやけて写ることが無い。また、上記のように光源部９は凹面鏡１２で反射される光の照射範囲の外に配置されているので、光源部９の影が患者Ａの体表に写ることも無い。これにより、患者Ａの体表に写る影から、患者コリメータ２０の開口部２０ａの正確な形状を得ることができる。その結果、上述したように例えば患者Ａの体表に写る影と予め画像や写真に取り込んでおいた患者Ａの腫瘍部Ｂの形状とを比較することで、患者コリメータ２０が筐体４ａに正しく取り付けられているかどうかを正確に把握することが可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、光源部９及び凹面鏡１２を２つずつ設ける構成としたが、光源部９及び凹面鏡１２の数としてはそれぞれ３つ以上あっても良い。

また、上記実施形態では、患者コリメータ２０の開口部２０ａに向けて光を照射し、患者Ａの体表に写った光（影）から当該開口部２０ａの形状を確認するようにしたが、マルチリーフコリメータ８の開口部８ｃに向けて光を照射し、患者Ａの体表に写った光から当該開口部８ｃの形状を確認することも可能である。

さらに、上記実施形態の荷電粒子線照射装置４では、マルチリーフコリメータ８及び患者コリメータ２０の両方が具備されているが、マルチリーフコリメータ８及び患者コリメータ２０の少なくとも一方が備わっていれば良く、必ずしも両コリメータを配置可能となっている必要はない。

４…荷電粒子線照射装置、６…散乱体（照射部）、７…リッジフィルタ（照射部）、８…マルチリーフコリメータ、８ｃ…開口部、９…光源部、１２…凹面鏡、１４…撮像カメラ（撮像部）、１８…駆動部、２０…患者コリメータ（被照射体コリメータ）、２０ａ…開口部、Ａ…患者（被照射体）、Ｂ…腫瘍部（照射目標物）、Ｐ…荷電粒子線、Ｑ…照射軸。

Claims (4)

1. 被照射体に荷電粒子線を照射する照射部と、前記照射部から照射される荷電粒子線の照射範囲を設定するコリメータとを備えた荷電粒子線照射装置において、
   前記コリメータの開口部に対して光を照射するための複数の光源部と、
   前記照射部と前記コリメータとの間に配置され、前記複数の光源部から出射された光をそれぞれ前記コリメータの開口部に向けて反射させる複数の凹面鏡と、
   前記複数の凹面鏡を前記荷電粒子線の照射軸に対して進退方向に移動させる駆動部とを備え、
   前記光源部は、前記凹面鏡で反射される光の照射範囲外において前記凹面鏡の焦点位置に配置されており、
   前記複数の凹面鏡は、前記複数の光源部から出射された光をそれぞれ前記コリメータの開口部に対して平行光となるように反射させることを特徴とする荷電粒子線照射装置。
2. 前記凹面鏡は、前記複数の凹面鏡で反射された各平行光の断面積の合計が前記コリメータの開口部の面積よりも大きくなるような寸法を有していることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線照射装置。
3. 前記コリメータは、前記被照射体毎に製作され、前記被照射体の照射目標物の形状及び寸法に合った開口部を有する被照射体コリメータと、前記被照射体コリメータと前記照射部との間に配置され、形状及び寸法が可変の開口部を有するマルチリーフコリメータとを有し、
   前記複数の凹面鏡は、前記複数の光源部から出射された光をそれぞれ反射させることにより、当該光を前記マルチリーフコリメータの開口部を通過させて前記被照射体コリメータの開口部に照射させることを特徴とする請求項１または２記載の荷電粒子線照射装置。
4. 前記マルチリーフコリメータの開口部を撮像する撮像部を更に備え、
   前記撮像部は、前記複数の凹面鏡と共に移動可能となるように設けられていることを特徴とする請求項３記載の荷電粒子線照射装置。

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