WO2002070067A1 - Irradiateur - Google Patents

Description

明 細 書

放射線照射装置

技術分野

本発明に関する放射線照射装置は、 例えば、 医療分野にお いて、 人体の内部の病巣に対 して、 外部か ら放射線を照射す る治療に利用 される。

背景技術

医療分野ある いは工業分野で使用 される放射線照射装置が ある。 放射線照射装置は、 医療分野において、 患者の検査や 治療に使用 され、 工業分野において、 非破壊検査の 目 的で使 用 される。

医療分野において、 人体の深部にでき た病巣を治療する た めに、 その病巣を透過する よ う に外部か ら放射線、 例えば X 線、 を照射して病巣の細胞を死滅させる放射線治療がある。 放射線治療に用い られる放射線照射装置 と して、 図 3 に示す よ う な X線治療装置 5 1 がある。 この X線治療装置 5 1 は、 台座 5 2 と 、 多関節ロ ボ ッ ト アーム 5 3 と 、 ヘ ッ ド部 5 4 を 備えている。 台座 5 2 は、 床に固定される。 ロ ボ ッ ト アーム 5 3 は、 台座 5 2 とへ ッ ド部 5 4 を連結する。 へッ ド部 5 4 は、 X線照射 口 5 5 を先端に設けている。 X線治療装置 5 1 は、 図示 しない制御装置によ って制御 され、 X線照射口 5 5 を患者の病巣に向ける。

X線照射口 5 5 から 出射される X線は、 電子銃から タ ンダ ステ ンな どのターゲッ ト に電子を照射する こ と に よ って、 発 生させる。 放射線治療は、 X線透過撮影な どに用い られる X 線よ り 大き い出力の X線が必要である。 そ こで、 放射線治療 装置は、 大き い出力の X線を得るために、 マイ ク ロ波で電子 を加速する加速管を使用 し、 加速させた電子をタ ーゲッ ト に 当て る。

マイ ク ロ 波を供給するマイ ク ロ波源と して、 例えば、 マグ ネ ト ロ ン と ク ラ イ ス ト ロ ン力 S あ る。 マ グネ ト ロ ンは、 ク ラ イ ス ト ロ ン と 比較 して小型化 しやすいため、 X線治療装置 5 1 のへ ッ ド部 5 4 に搭載される マイ ク ロ波源と して利用 される。

X線の発生に必要な電子銃、 ターゲッ ト 、 加速管は、 加速 管を動作させるマイ ク ロ波源、 マイ ク ロ波源を動作させる ト ラ ンス な ど と と も に、 ヘ ッ ド部 5 4 に搭載される。 これ ら に 必要な電源ケーブルや制御ケープル、 及びターゲッ ト の水冷 却用 の配管な どは、 ロ ボ ッ ト アーム 5 3 を通 して設け られて いる。

X線治療装置 5 1 は、 主要部をヘッ ド部 5 4 に収めて、 そ れを ロ ボ ッ ト アーム ₅ 3 で動力、 してレ、る ので、 へ ッ ド部 5 4 と ロ ボッ ト アーム 5 3 をそれぞれ個別に開発する こ と ができ る と 言 う 利点がある。

と こ ろが、 X線を発生させる ための装置類がへ ッ ド部 5 4 に搭載される ので、 X線治療装置 5 1 は、 ロ ボ ッ ト アーム 5 3 の先端部に取 り 付け られたへ ッ ド部 5 4 が巨大、 かつ重い。 したがっ て、 X線治療装置 5 1 は、 治療をする際に患者に対 する稼動範囲が制約される。 ヘッ ド部 5 4 を支え る ロ ボ ッ ト アーム 5 3 は、 必然的に堅牢でかつ大型と なる ので、 ロ ボッ ト アームの動作が鈍く なる う えに、 正確な位置決めが難 し く なる。

また、 マ グネ ト ロ ンは、 マイ ク ロ 波の出力が小 さ い。 へ ッ ド部 5 4 に搭載するために小型のマ グネ ト ロ ンが採用する と X線治療装置 5 1 は、 大き い出力のマイ ク ロ波を得る こ と が でき ない。 したがって、 X線治療装置 5 1 は、 出力の大き い X線が得 られないので、 人体の奥深く にあ る病巣に対する治 療効果に限界が生じる。

さ ら に、 マ グネ ト ロ ンは、 自 励発振に よ ってマイ ク ロ 波を 発生する ので、 出力が不安定であ る。 したがっ て、 X線の出 力 も不安定にな る。 さ ら に、 マ グネ ト ロ ンの装置寿命は、 ク ライ ス ト ロ ン と 比較 して短いので、 頻繁にへッ ド部 5 4 の メ ンテナンスが必要と なる。 マ グネ ト ロ ンは、 ク ライ ス ト ロ ン と 比較 して、 装置と しての信頼性が低い。

そこ で、 出力的に も安定 し、 かつ装置寿命の長いク ラ イ ス ト ロ ンをマイ ク ロ波源に採用する こ と が検討されている。 と こ ろが、 ク ライ ス ト ロ ンは、 マ グネ ト ロ ン と 比較 して装置が 大型である ため、 へッ ド部 5 4 に搭載するマ.イ ク 口 波源 と し て、 不向き である。

発明の開示

本発明に関する放射線照射装置は、 出力の大き い放射線を 照射でき 、 放射線を出射するへ ッ ド部が小型かつ軽量であ る こ と を 目 指す。

本発明の一実施形態に関する放射線照射装置は、 へッ ド部 を多軸制御で位置決めする位置決'め装置を備え、 放射線を発 生させるために直接関わる装置をヘッ ド部に搭載 し、 これ ら 以外の装置を放射線照射装置の基部に配置する。 へッ ド部が 小型化、 かつ軽量化される と と も に、 ヘッ ド部を位置決めす る装置が軽量化 される。

放射線が X線である場合、 X線を発生させる ために直接関 わる装置 と して、 電子銃と タ ーゲ ッ ト と加速器をヘッ ド部に 搭載する。 電子銃は、 電子を出射する。 ターゲッ ト は、 電子 を当て られる こ と によって、 X線を放射する。 加速器は、 電 子銃か ら 出射された電子をターゲ ッ ト にむけて加速させる。 加速器に動力 を供給する動力源は、 へッ ド部から離れて配置 される。 電子の加速には、 マイ ク ロ波を使用する。 マイ ク ロ 波は、 動力源 と して設け られるマイ ク ロ波源から供給される 位置決め装置は、 片持ち式のマニ ピュ レータ である。 マイ ク 口 波を伝播する ための導波管は、 マイ ク ロ波源か らへッ ド部 までマ - ピュ レータ に沿っ て設け られる。 装置寿命が長 く 、 出力が安定 した放射線を供給する ために、 放射線照射装置は . マイ ク ロ 波源 と して、 ク ライ ス ト ロ ンを使用する。 動力源 と して設け られるマイ ク 口波源を放射線照射装置の基部に配置 する と 、 へッ ド部が小型化かつ軽量化される ので、 マユ ピュ レータ にかかる負担が軽減され、 マニ ピュ レータ を軽量化す る こ と ができ る。

また、 放射線照射装置は、 位置決め装置を レールに沿っ て 移動可能に設ける こ と で、 へッ ド部の位置決めに必要な可動 連結部 （関節） と 導波管の屈曲部を減らすこ と ができ る。

図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明の一実施形態に関する放射線照射装置であ る X線治療装置を示す斜視図である。

図 2 は、 図 1 中の F 2 - F 2 で示すへッ ド部の断面図であ る。

図 3 は、 従来の X線治療装置を示す斜視図である。

発明を実施する ための最良の形態

本発明の一実施形態に関する放射線照射装置は、 図 1 に示 す X線治療装置 1 を例に説明 される。 動作の説明を理解 しや すく する ために、 X— Y— Z に よ る 3 軸直交座標 と 、 各軸を 中心に回転する u， V , w方向を適用する。

X線治療装置 1 は、 レール 2 、 設置台例えば台車 3 、 マイ ク ロ波源 4 、 マ ニ ピュ レータ 5 、 ヘッ ド部 6 を備えてレ、る。 レール 2 は、 X軸方向に設置されている。 台車 3 は、 X軸方 向に移動する よ う に、 レールの上に乗っている。 台車 3 は、 X線治療装置 1 の主電源、 マイ ク 口波源 4 やマ - ピュ レータ 5 及びへ ッ ド部 6 な どに電力 を供給する ための高圧電源を搭 載 してレ、る。 また、 台車 3 は、 レール 2 を走行する ための駆 動装置な どを備えている。 マイ ク ロ波源 4 は、 その側面に設 け られた ト ラ ニオン 7 に枢支されてお り 、 台車 3 と の間に設 け られた図示 しないサーボモータ に よ って V 方向に回動する マイ ク 口波源 4 は、 台車 3 に搭載された高圧電源と接続され てマイ ク ロ 波を発生する。 マグネ ト ロ ンま たはク ライ ス ト ロ ンがマイ ク ロ波源 4 と して用い られる。 マグネ ト ロ ン よ り 装 置寿命が長 く 、 出力が安定する ク ライ ス ト ロ ンを採用する こ と が好適である。 マニ ピュ レータ 5 は、 マイ ク ロ波源 4 の頂 部 4 a に、 w方向に回動する よ う に取 り 付け られている。 マ ニ ピユ レータ 5 は、 基部 5 a 、 第 1 アーム 5 b 、 第 2 アー ム 5 c 、 ヘ ッ ドマ ウ ン ト 5 d を備えてお り 、 それぞれ u方向に 回動可能に連結 されている。 ヘッ ドマ ウ ン ト 5 d は、 こ のへ ッ ドマ ゥ ン ト 5 d に対して回動可能にへッ ド部 6 が連結 され ている。 各連結部は、 制御装置 S に よ って制御 される図示 し ないサーボモータ が組み込まれている。 したがって、 マユ ピ ユ レータ 5 は、 へ ッ ド部 6 を患者 P の治療部に対 して位置決 めする こ と ができ る。

図 2 に示すよ う にヘッ ド部 6 は、 放射線発生装置と して例 えば X線発生装置 8 を内部に備えている。 X線発生装置 8 は、 電子銃 9 と 、 ターゲッ ト 1 0 と 、 加速器と して採用 された加 速管 1 1 を備えている。 電子銃 9 は、 ターゲ ッ ト 1 0 に向け て電子を出射する。 ターゲッ ト 1 0 に電子が当 る と 、 タ ーゲ ッ ト 1 0 は、 反対の面から X線を放射する。 加速管 1 1 は、 電子銃 9 と ターゲ ッ ト 1 0 の間に配置 され、 電子銃 9 か ら 出 射された電子をタ ーゲッ ト 1 0 に向けてマイ ク ロ波で加速す る。 タ ーゲ ッ ト 1 0 カゝら放射 された X線は、 ヘッ ド部 6 の端 部に設け られた X線照射口 1 5 力 ら 出 る。 また、 ヘッ ド部 6 は、 X線照射口 1 5 から放射された X線を絞る コ リ メ ータ 1 4 が端部に取付け られている。

加速管 1 1 で使用 されるマイ ク ロ 波は、 マ ニ ピ ュ レータ 5 の基部に設置されたマイ ク ロ波源 4 に よ っ て、 供給される。 で発振されたマイ ク ロ波は、 ヘ ッ ド部 6 の加速管 1 1 まで導 波管 1 2 に よ っ て伝播される。 導波管 1 2 は、 図 1 に示すよ う にマイ ク ロ 波源 4 力 らへッ ド部 6 までマ ニ ピュ レータ 5 に 沿って設け られる。 導波管 1 2 は、 マイ ク ロ 波源 4 の頂部 4 a と ロ ボ ッ ト アーム の 5 の基部 5 a 、 基部 5 a と 第 1 の ァー ム 5 b 、 第 1 の アーム ' 5 b と 第 2 のア ーム 5 c 、 第 2 のァー ム 5 c と へッ ドマ ウ ン ト 5 d 、 へ ッ ドマ ゥ ン ト 5 d とへ ッ ド 部 6 の各連結部に対応する位置にそれぞれ ロ ー タ リ R F ( Radio Frequency ) カ プラ 1 3 が設け ら れ、 マ ニ ピ ュ レー タ 5 と と も に屈曲する。

X線治療装置 1 は、 制御装置 S を台車と 離れた位置に備え る。 制御装置 S は、 患者 P の治療位置が設定される と 、 そ の 治療位置に X線を照射でき る よ う に、 マニ ピ ュ レータ 5 と 台 車 3 の各サーボモータ及び台車 3 の駆動装置を制御 し、 へッ ド部 6 の X線照射口 1 5 を治療位置に向けて位置決めする。 ヘッ ド部 6 が位置決め される と 、 制御装置 S は、 マイ ク ロ波 源 4 及び電子銃 9 を作動させる。 電子銃 9 か ら 出射された電 子は、 加速管 1 1 を通る 間にマイ ク ロ 波に よ っ て加速され、 ターゲ ッ ト 1 0 に当 る。 ターゲ ッ ト 1 0 は、 加速された電子 が当 る と 、 電子が当った側 と 反対の側から X線が放射される X線は、 コ リ メ ータ 1 4 によ っ て照射角度が細 く 絞られ、 患 者 P の治療位置に照射される。

X線治療装置 1 は、 決め られた X線照射位置か ら計画され た X線量を照射する と 、 ヘッ ド部 6 を次に決め られた X線照 射位置に動かす。 治療位置に対 して多方位か ら X線を照射す るために、 X線治療装置 1 は、 制御装置 S に よ って設定され た治療位置を中心にヘッ ド部 6 を動かす。 そ して、 X線治療 装置 1 は、 照射する X線が治療位置を透過する よ う に、 へッ ド部 6 の位置及び角度を変えて X線の照射を繰 り 返す。

以上の よ う に、 本実施形態に関する X線治療装置 1 は、 電 子銃 9 、 ターゲッ ト 1 0 、 加速管 1 1 をへッ ド部 6 に搭載 し、 マイ ク ロ 波源 4 、 ト ラ ンス 、 電源装置な どをマニ ピュ レータ 5 の基部 5 a に配置 した。 すなわち、 X線治療装置 1 は、 X 線発生に直接関わる機器をヘッ ド部 6 に搭載 し、 それ以外の 機器をマニ ピ ュ レータ 5 の基部 5 a に配置 した。 したがっ て、 ヘッ ド部 6 が小型化、 かつ軽量化 される。 X線治療装置 1 は、 へッ ド部 6 が小 さ レ、 ので、 患者 P の治療部を治療する と き 、 へッ ド部 6 に対する 可動範囲の制約が減る。 ま た、 患者 P は、 大き な装置が間近で動 く こ と に よ る心理的負担が軽減される c X線治療装置 1 は、 ヘッ ド部 6 が軽量化されたこ と によ って、 それを支持するマニ ピュ レー タ も軽量化、 かつ簡素化する こ と ができ る。 したがって、 X線治療装置 1 は、 動作をよ り 俊 敏に、 かつ正確に制御する こ と ができ る。 なお、 へッ ド部 6 を小型軽量化する代わ り に出力の大き い加速管を設ける こ と で、 X線の出力 を大き く して も よい。

また、 X線治療装置 1 は、 マイ ク ロ 波源 4 をヘッ ド部 6 か ら離 してマニ ピュ レータ 5 の基部 5 a 側に設けてレ、る ので、 へッ ド部 6 の可動範囲およびマニ ピュ レータ 5 の動作を制約 する こ と 無 く 、 出力の大きいマイ ク ロ波源 4 を設ける こ と 力 S でき る。 X線治療装置 1 は、 マイ ク ロ波源 4 と してク ラ イ ス ト 口 ンを採用 しているので、 安定 した出力のマイ ク 口波が得 られる。 そ して、 X線治療装置 1 は、 こ のマイ ク ロ波に よ つ て加速 される電子がターゲッ ト 1 0 に当たっ て発生する X線 の出力 も安定する ので、 信頼性の高い放射線照射装置と する こ と ができ る。 ま た、 ク ライ ス ト ロ ンは、 マ グネ ト ロ ン と 比 較して装置寿命が長いので、 放射線照射装置 と しての稼動率 が向上する。

X線治療装置 1 は、 台車 3 が レ ー ル 2 に沿っ て X方向に移 動可能、 かつマイ ク 口波源 4 に設け られた ト ラ -オン 7 が中 V方向に回動可能である。 X線治療装置 1 は、 マニ ピユ レ一 タ 5 以外の部分に 自 由度を設けている ので、 へッ ド部 6 の位 置決めに必要なマ ニ ピ ュ レータ 5 に要求 される 自 由度 （回転 軸） 数を減らすこ と ができ る。 X線治療装置 1 は、 マニ ピュ レータ 5 の連結部 （関節部） を減 らすこ と ができ る ので、 マ - ピュ レ ータ 5 に沿って設け られてい る導波管 1 2 の屈曲部 に設け られる ロ ータ リ R F 力 ブラ 1 3 を減らすこ と ができ る。 したがって、 X線治療装置 1 の マ ニ ピ ュ レ ータ 5 が簡素にな る。

なお、 本実施形態において、 導波管 1 2 は、 マニ ピユ レ一 タ 5 に沿わせて剥き 出 しで配置されている が、 マニ ピユ レ一 タ 5 の 中 に収納 して設ける と 、 外観が簡素化される の でよ い。 また、 患者に対 して医療行為を行な う と き に問題がないので あれば、 マ ニ ピ ュ レータ 5及びそれに伴 う 導波管 1 2 の屈曲 または回動箇所は、 本実施形態の も の よ り も多 く て も少な く ても よ い。 ま た、 加速器の動力源は、 マ ニ ピ ュ レータ 5 の途 中に設け られて も よ い。 マ ニ ピ ュ レータ 5 の基部または設置 台 3 は、 床に固定 して も よい。

ま た 、 X 線 治 療 装 置 1 は 、 X 線 C T ( C omputed To mo graphy ) 装置 と 並べて配置 し、 各制御系統を連係 さ せ る と 、 X線 C T装置で治療位置を特定 した後、 患者 P を動か さずに X線治療装置 1 で治療する こ と ができ る。 そ して、 X 線治療装置 1 は、 放射線治療をするための X線を よ り 正確に 照射する こ と ができ る よ う になる。

産業上の利用可能性

本発明に関する放射線照射装置は、 医療分野において、 放 射線治療装置や X線透過診断装置 と して利用でき る と と も に、 工業分野において、 非破壊検査で使用 される放射線源と して 利用する こ と ができ る。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 放射線を出射する放射線発生装置と 、 こ の放射線発生装 置を搭載 したへッ ド部 と 、 前記放射線が放射線照射対象に照 射される よ う に前記へッ ド部を位置決めする位置決め装置 と 、 前記へッ ド部 と 離 して配置されて前記放射線を発生させる動 力を前記放射線発生装置に供給する動力源 と を備える放射線 照射装置。

2 . 電子を出射する電子銃と 、 前記電子が当 った と き に X線 を放射する ターゲ ッ ト と 、 前記電子銃 と 前記タ ーゲ ッ ト の間 に配置されて電子を加速させる加速器と 、 電子銃 と ターゲ ッ ト と加速器を収容するヘッ ド部 と 、 前記 X線が放射線照射対 象に照射される よ う に前記へッ ド部を放射線照射対象に対 し て位置決めする位置決め装置と 、 前記へ ッ ド部 と 離れて配置 されて前記加速器に動力を供給する動力源 と を備える放射線 照射装置。

3 . 請求項 2 に記載の放射線照射装置において、 前記位置決 め装置は、 片持ち式のマニ ピュ レータ であっ て、 前記へッ ド 部を多軸制御で位置決めする。

4 . 電子銃から 出射された電子を加速器で加速 してターゲ ッ ト に当て放射線を発生させる放射線発生装置を収容 したへ ッ ド部 と 、 こ のヘッ ド部が先端に取 り 付け られて多軸制御 され て動作するマニ ピュ レータ と 、 前記へッ ド部か ら離れて設け られて前記加速器に動力を供給する加速器動力源 と を備えた 放射線照射装置。

5 . 電子銃から 出射された電子をマイ ク ロ 波で加速してタ ー ゲッ ト に当て X線を発生 させる X線発生装置を収容 したへッ ド部 と 、 こ のヘッ ド部が先端側に取 り 付け られて多軸制御 さ れて動作するマユ ピュ レータ と 、 前記へッ ド部か ら離れて設 け られたマイ ク ロ波源と 、 こ のマイ ク ロ波源か ら前記 X線発 生装置にマイ ク 口 波を供給する導波管 と を備えた放射線照射 装置。

6 . 請求項 5 に記載の放射線照射装置において、 前記マイ ク 口波源は、 前記マユ ピユ レータ の基部側に配置されている。

7 . 請求項 5 に記載の放射線照射装置において、 前記マイ ク 口波源は、 ク ラ イ ス ト ロ ンである。

8 . 請求項 5 に記載の放射線照射装置において、 前記マ - ピ ュ レータ は、 レールに沿って移動可能に設け られている。

9 . 請求項 5 に記載の放射線照射装置において、 前記マニ ピ ユ レータ は、 回動 自在な複数の連結部を備え、 先端部に前記 へッ ド部を搭載する片持ち式である。

1 0 . 請求項 5 に記載の放射線照射装置において、 前記導波 管は、 マ ニ ピ ュ レータ に沿っ て設け られてレヽる。

1 1 . 請求項 5 に記載の前記放射線照射装置は、 医療用であ る。