(57)【要約】  本発明は、エネルギの大きなビームを制限するビーム制限部材を有するコリメータ、および、このコリメータを備えた照射装置に関する。  機械的にコンパクトでありかつ計算コストおよび照射時間の小さな装置で正確な空間照射プロフィルを達成するには、ほぼ円形の断面を有するビームを計算の基礎としなければならない。本発明によれば、少なくとも１つの第２のアイリス絞りが光路に同軸に配置されており、各アイリス絞りのリーフが光軸を中心とした回転方向において相互にオフセットされ、コリメータによって制限されるビームが全アイリス絞りのリーフ数に相応する角数を有する多角形の断面を有するように各アイリス絞りが配置され、各リーフは直線状の調整運動を行うように構成されており、制御装置によって複数の照射空間が重畳および接触されることにより不規則な空間の照射が制御される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギビーム（２）を制限するコリメータ（１）が設けられており、ほぼ点状の放射線源（３）から処置対象物（４）へ配向されたビームがビーム処置、例えばがんの定位のコンフォメーション照射に用いられ、ここでコリメータ（１）は調整手段（７）を備え可変の絞りアパーチャ（８’，８"）を形成する第１のアイリス絞り（５）として構成されたビーム制限部材を有しており、さらに、コリメータ（１）によって制限されたビーム（２’）を処置対象物（４）へ全方向から配向可能な配向装置が設けられており、制御装置によってパラメータすなわち照射方向、照射面積、照射強度および照射時間が制御されてビーム印加の所定の空間線量プロフィルが達成される、
照射装置において、
少なくとも１つの第２のアイリス絞り（６）が光路に同軸に配置されており、各アイリス絞りの各リーフ（９〜９’’’’’）が光軸（１１）を中心とした回転方向において相互にオフセットされ、コリメータ（１）によって制限されるビーム（２’）が全アイリス絞りのリーフ数に相応する角数を有する多角形（１２）の断面を有するように各アイリス絞りが配置され、各リーフ（９〜９’’’’’）は等しい角度をなす複数の側面（１０）を有し、リーフの調整運動（１３）は両隣のリーフに接する側面どうしのなす角の角度２分線に対して垂直に直線状に行われ、制御装置は複数の照射空間（２８）を重畳および接触させることにより不規則な空間の照射を行うように構成されている
ことを特徴とする照射装置。
【請求項２】
アイリス絞りの調整手段は、各絞りアパーチャ（８〜８"）がビームを制限する際にビームダイバージェンスの全調整領域内で制御されるように構成されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
少なくとも２つのアイリス絞り（５，６）のリーフ数が等しく、光軸（１１）を中心とした回転方向で相応に角度オフセット（α）が行われ、アイリス絞りの調整手段（７）が各アイリス絞りのリーフに対して等しい調整距離（１４，１４’）を調整するように構成されていることにより、全調整領域内で等辺多角形（１２）の断面を有するビームが形成される、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
制御装置が種々の絞りアパーチャ（８〜８"）、空間内の放射線源（３）とコリメータ（１）との位置関係および所定の空間角度での配向に基づいて個々の印加を形成するように構成されており、一般に処置対象物の形状とは異なるほぼ円形の断面を有するビームで処置対象物（４）の限定部分のみを捕捉する個々のビーム印加の照射空間（２８）を複数組み合わせることにより処置対象物の一般に不規則な空間形状がシミュレートされ、部分的なものも含めた複数回の横方向および上下方向の重畳によって、処置対象物（４）の空間において照射空間を捕捉する個々のビーム印加が正確な境界で周囲組織よりも格段に高い設定強度により照射される、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
個々のビーム印加はそれぞれ所定の時間範囲内で不変のパラメータにより行われる、請求項４記載の装置。
【請求項６】
各リーフ（９〜９’’’’’）の側面（１０）を相互に押圧する力印加部材が設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
各リーフ（９〜９’’’’’）は遮蔽材料から成る遮蔽部材（１６）および支承部材（１７）から成り、支承部材（１７）は調整運動のためのリニアガイド（１８）のガイド部材（１８’）を有しており、遮蔽部材（１６）は支承部材（１７）上にばねにより支承されており、隣接するリーフの方向へ均等に押圧される、請求項６記載の装置。
【請求項８】
放射線源（３）およびコリメータ（１）を含む照射ヘッド（１５）がガントリに配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
放射線源（３）およびコリメータ（１）を含む照射ヘッド（１５）がロボットアームに配置されており、該ロボットアームは照射ヘッド（１５）を任意の空間位置へ移動できかつ任意の空間角度方向へ配向できるように構成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
コリメータ（１）は旋回運動のために制限された空間角度領域において球面状の経路上を全方向でオフセット可能であるように支承されており、ここで光軸（１１）はつねに放射線源（３）へ配向される、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１１】
各アイリス絞りに駆動機構（１９）が設けられている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１２】
制御装置は各絞りアパーチャ（８〜８"）をビームダイバージェンスに相応に制御する、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
各アイリス絞り（５，６）は唯一の駆動機構（１９）によって操作される、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１４】
唯一の調整機構は各絞りアパーチャ（８〜８"）をビームダイバージェンスに相応に形成する、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
各アイリス絞りのリーフ（９〜９’’’’’）はリニアガイド（１８）のガイド部材（１８"）を含む少なくとも１つの第１のガイドプレート（２１）によってガイドされる、請求項１から１４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１６】
カムディスク（２２）が各アイリス絞りのリーフ（９〜９’’’’’）に作用の点で結合されており、駆動機構（１９）により第１のガイドプレート（２１）とカムディスク（２２）との相対回転運動を介して各リーフの調整運動（１３）が行われる、請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
各アイリス絞りのリーフ（９〜９’’’’’）は対向する側で第２のガイドプレート（２１’）によってガイドされる、請求項１５または１６記載の装置。
【請求項１８】
駆動機構（１９）は２つのアイリス絞り（５，６）を操作するために２つのアイリス絞りのあいだにかみ合わされている、請求項１３から１７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１９】
駆動機構（１９）は第１のアイリス絞り（５）に配属されており、該駆動機構のカムを介して第２のアイリス絞り（６）を運動させビームダイバージェンスに相応に絞りアパーチャ（８〜８"）を形成する力伝達部材が設けられている、請求項１３から１８までのいずれか１項記載の装置。
【請求項２０】
調整手段（７）は駆動機構（１９）の複数の導力管に対して構成されている、請求項１３から１９までのいずれか１項記載の装置。
【請求項２１】
少なくとも１つの導力管が伝達機構（２０）に配属されており、ビームダイバージェンスに相応するように絞りアパーチャ（８〜８"）の比が形成される、請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
少なくとも１つの伝達機構（２０）は、コリメータ（１）を種々のビームダイバージェンスへ調整するために、交換可能またはオフセット可能な少なくとも１つの伝達素子を有している、請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
カムディスク（２２）は星形に配置されたカーブ状カム（２３）を有しており、該カーブ状カムは各リーフ（９〜９’’’’’）のボルト状カム（２４）上で運動する、請求項１６から２２までのいずれか１項記載の装置。
【請求項２４】
ボルト状カム（２４）はローラである、請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
２つのアイリス絞りは６つのリーフが回転方向で相互に３０°ずつオフセットされた位置を取るように配置されている、請求項１から２４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項２６】
ほぼ点状の放射線源（３）から処置対象物（４）へ配向されたビームがビーム処置、例えばがんの定位のコンフォメーション照射に用いられ、調整手段（７）を備え可変の絞りアパーチャ（８’，８"）を形成する第１のアイリス絞り（５）として構成されたビーム制限部材が設けられている、
エネルギビーム（２）を制限するコリメータ（１）において、
少なくとも１つの第２のアイリス絞り（６）が光路に同軸に配置されており、各アイリス絞りのリーフ（９〜９’’’’’）が光軸（１１）を中心とした回転方向において相互にオフセットされ、制限されるビーム（２’）が全アイリス絞りのリーフ数に相応する角数を有する多角形（１２）の断面を有するように各アイリス絞りが配置され、各リーフ（９〜９’’’’’）は等しい角度をなす複数の側面（１０）を有し、リーフの調整運動（１３）は両隣のリーフに接する側面どうしのなす角の角度２分線に対して垂直に直線状に行われる
ことを特徴とするコリメータ。
【請求項２７】
少なくとも２つのアイリス絞り（５，６）のリーフ数が等しく、光軸（１１）を中心とした回転方向で相応に角度オフセット（α）が行われ、アイリス絞りの調整手段（７）が各アイリス絞りのリーフに対して等しい調整距離（１４，１４’）を調整するように構成されていることにより、全調整領域内で等辺多角形（１２）の断面を有するビームが形成される、請求項２６記載のコリメータ。
【請求項２８】
各リーフ（９〜９’’’’’）を相互に押圧する力印加部材が設けられている、請求項２６または２７記載のコリメータ。
【請求項２９】
各リーフ（９〜９’’’’’）は遮蔽材料から成る遮蔽部材（１６）および支承部材（１７）から成り、支承部材（１７）は調整運動（１３）のためのリニアガイド（１８）のガイド部材（１８’）を有しており、遮蔽部材（１６）は支承部材（１７）上にばねにより支承されており、隣接するリーフの方向へ均等に押圧される、請求項２６から２８までのいずれか１項記載のコリメータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コリメータを備えており、ほぼ点状の放射線源から処置対象物へ配向されたビームがビーム処置、例えばがんの定位のコンフォメーション照射に用いられ、ここでコリメータは可変の絞りアパーチャを形成するための調整手段を備えた第１のアイリス絞りとして構成されたビーム制限部材を有している、照射装置に関する。ここでは、コリメータによって制限されたビームを全方位から処置対象物へ配向可能配向装置が設けられており、ビーム印加の所望の空間線量プロフィルを達成するために照射方向、照射面積、照射強度および照射時間などのパラメータを制御する制御装置が設けられている。
【０００２】
本発明はさらに、ほぼ点状の放射線源から処置対象物へ配向されたビームがビーム処置、例えばがんの定位のコンフォメーション照射に用いられ、調整手段を備え可変の絞りアパーチャを形成する第１のアイリス絞りとして構成されたビーム制限部材を有しているエネルギビームを制限するコリメータに関する。
【０００３】
エネルギビーム束を制限するコリメータを備えた照射装置は特にがんの処置に使用されている。同様に、コリメータを備えた画像形成装置、例えばX線照射装置も存在している。この場合、コリメータはビームを制限し、診断領域または処置領域に隣接する健康組織を良好にビームから保護し、障害を回避するかまたは最小限に抑圧するために用いられる。
【０００４】
ここでは診断用ビームと治療用ビームとが区別される。診断用ビームは組織で障害を引き起こさない小さいエネルギを有するように形成されなければならない。診断用ビームは、例えばがんおよびその周囲の照射処置にとってクリティカルな組織（例えば神経）の位置が処置の準備段階で医師に可視となるよう、画像形成のみに用いられる。周囲組織も可視にしなければならないので、がんまたはその他の診断すべき領域の外側の領域にもビームは照射される。がんまたはその他の診断すべき領域はたいていほぼ円形の形状をしているため、医師にとって関心のある領域よりわずかに小さい円形の結像野を捕捉するのが良い。なぜならX線ビームも組織に対して障害的であるからである。これに対して治療用ビームは患部組織、例えばがんを破壊するためにエネルギが大きい。したがって治療用ビームは周囲組織も破壊してしまうことがある。ゆえにビームを遮蔽し、患部組織の形状に合わせてできるだけ正確に制限しなければならない。
【０００５】
本発明の照射装置やコリメータで使用されるようなエネルギの大きな治療用ビームでは、周囲組織の保護が特に重要である。なぜならそのことに患者の処置後のライフクオリティが依存しているからである。健康組織を損なうこのような照射の副作用は完全には排除できないにしても、技術的に最小限度まで低減されなければならない。Ｘ線ビームよりもエネルギの大きなビームは短時間の照射でもきわめて重大な作用をもたらすという基本的な事実に相応して、医療技術分野では数十年前からこの問題への取り組みが行われている。正確なビーム印加を行える照射装置が開発され、治療用ビームの副作用も低減されてきている。
【０００６】
本来、コリメータを備えた照射装置およびコリメータを備えた画像形成装置は照射野の大きさは調整できたものの、照射野の形状は調整できなかった。画像形成のためのＸ線ビームでは、画像形成に不必要な長時間にわたって照射が行われたり、同じ患者が短い期間内にきわめて頻繁に照射を受けたりしないかぎり、患者に対する重大な侵害は発生しない。ただし、きわめてエネルギの大きな治療用ビームの照射、例えばがん組織を破壊するための照射は、患部組織が破壊される強度および時間で行われるため、照射を受けるべき患部領域の外側の過剰照射領域で、健康組織に障害を生じさせる。
【０００７】
こうした過剰照射領域は、一方では、患部組織の輪郭がコリメータによって充分にシミュレートされないことにより生じる。また他方では、特に大きな照射野で、遮蔽材料がビームに対して平行に配向されず、その厚さが完全に利用できなくなり、照射領域のビーム制限部に半影が発生することにより生じる。半影はエネルギの大きな治療用ビームでは多くの領域で生じる。なぜならエネルギの小さいＸ線ビームに比べて、数倍の厚さの遮蔽が必要となるからである。したがって多数の照射装置で隣接する遮蔽プレート間の空隙を抜けるリークビームが発生してしまう。
【０００８】
ビームの大きさしか調整できないコリメータの従来の構造の例は米国特許第２６７５４８６号明細書に記載されている。この刊行物はエネルギの大きなビームを制限するコリメータに関している。ここではコリメータは所定の平面において隣接する側面をオフセット可能なビーム制限ブロックを有しており、種々の大きさの四角形のビーム制限部を形成することができる。しかしこの手法では、がんが四角形ではなく丸みを帯びた形状を有するため、隅の部分に大きな過剰照射領域が生じてしまう。しかも照射野が大きい場合、ビーム制限ブロックは拡散する光路に平行に延在しなくなるので、大きな半影領域が生じる。
【０００９】
医療技術分野ではこの問題を解決しようとする努力がなされてきた。
【００１０】
Ｘ線画像形成に用いられる前述のタイプのコリメータが独国公開第２０５３０８９号明細書から公知である。ここでは隣接する複数の三角形の形状の遮蔽体が設けられており、アイリス状のコリメータによって照射領域の形状に相応するほぼ円形の照射野を得ることができる。これにより前述の四角形のビーム制限部で生じる過剰照射領域が約３０％低減される。残りの過剰照射領域および半影はさほど重大な問題とはならない。なぜならこのコリメータは、エネルギの大きな治療用ビームに対してではなく、画像形成のためのＸ線ビームに対して用いられるからである。Ｘ線ビームに対する絞りリーフは治療用ビームに対する絞りリーフよりも格段に薄いが、アイリス状のコリメータをともに用いれば、近焦点のリーフが放射線源から放射されたビームを粗く制限するのみでも充分である。これはＸ線源のアノードプレートの平面で非焦点ビームが遮断され、空間への放射が回避されるからである。画像形成のためのビームは、治療用ビームほど正確に制限されなくてよいので、円形の照射野を形成するのみで充分である。この場合、医師ががんの位置をこれに接する組織に対して判別できるようにするために、がんに接する組織も同様に結像されるからである。
【００１１】
独国公開第１５８９４３２号明細書では、がん処置用のイオンエネルギビームの使用に適したコリメータが提案されている。このコリメータは隣接する複数のくさび形の遮蔽体が所定の平面でオフセットされ、絞りリーフの数に相応する角数の多角形、例えば六角形、八角形または四角形のアパーチャが形成される。しかしこのコリメータはがんの形状のシミュレートを充分には行えず、また絞りリーフの前縁が光路の方向に配向されないため、半影を回避することができない。さらにリークビームも充分には阻止されない。絞りリーフはプレートの突き合わせ位置で重畳されているが、この突き合わせ位置では厚さが小さくなっているため、遮蔽作用が不充分となり、継ぎ目に生じた空隙を抜けるリークビームが発生してしまう。照射野が大きくなると、光路は遮蔽材料の制限部に対して斜めに延在するようになり、特に大きな半影が発生する。
【００１２】
独国公開第１０３７０３５号明細書からも前述のタイプのコリメータが公知である。このコリメータはエネルギの大きな治療用ビームに対するものであり、斜線に沿って４つのビーム制限ブロックが２つの部分に分割される。当該の斜線は当該のブロックの内側面および次のブロックに接する端面の位置まで延在している。これにより各ブロックの主部および副部が相互にオフセット可能となる。こうして種々の輪郭を形成することができ、四角形のビーム制限部による過剰照射領域も低減される。しかしがんまたは他の照射すべき領域の形状のシミュレートはきわめて不充分となり、半影の問題も解決されない。またリークビームも隣接する複数の絞りリーフが相互にスワロウテイル式にガイドされる場合にしか遮断されない。
【００１３】
さらに、半影の問題の解決手段は独国公開第１５６４７６５号明細書から知られる。この刊行物も、所定の平面でオフセットされる４つの隣接したビーム制限ブロックを有する前述のタイプのコリメータを基礎としている。当該の刊行物では、シャープに制限された照射野、すなわち半影のない照射野を形成することが目的となっている。このために、ビーム制限ブロックを形成する端面が調整のたびに放射線源へ配向されるように、ブロックを旋回可能に支承することが提案されている。これによりつねにブロック材料の厚さ全体がビームの遮蔽に利用される。ただしコリメータは四角形の照射野しか形成しないので、やはり隅の部分に大きな過剰照射領域が発生してしまうのを甘受しなければならない。
【００１４】
リークビームの問題および半影の問題は仏国出願第２５２４６９０号明細書に示されている。ここでは、半影を阻止するために、所定の平面でオフセットされ、同時に複数の平面で回転する複数のプレートが設けられている。これにより段階的な角錐台状のビーム制限アパーチャが形成される。このようにすれば半影はほぼ回避される。また隣接するプレートの突き合わせ位置に種々の平面でウィンドウアパーチャが存在するようにしてリークビームが回避される。ただしこの手段は閉鎖状態では機能せず、放射線源そのものを遮断または遮蔽しなければならなくなる。このコリメータの第１の欠点は、角錐台状のビーム制限アパーチャを形成するために各プレートを全平面で相応にオフセットおよび回転しなければならないため、きわめて複雑な機構が必要となることである。さらに第２の欠点は、照射野のビーム制限部がプレート数に依存した角数を有する多角形にしかならず、がんの実際の輪郭に適合しないことである。機構が複雑であるので、四角形のビーム制限部を形成するには有利である。しかしがんの実際の輪郭からは大きく偏差してしまう。
【００１５】
がんの形状を良好にシミュレートし、相応の厚さの遮蔽材料で過剰照射領域を最小限に抑えるために、交換可能な固定のコリメータを使用する手法も提案されている。この場合、がん形状は種々の空間方向から捉えられ、照射のたびに複数の固定のコリメータが組み直されて、種々の方向から照射に利用される。このようにすれば正確な形状がシミュレートされ、ビーム制限部も正確に光路に適合化されるので、半影も発生しない。ただしこの手法では、たびたびコリメータを交換しなければならず時間がかかるうえ、高価な機器にかかる負荷が大きく、また照射後にはもはや使用されなくなる場合もあるのに多数のコリメータを製造しなければならないためコストもかかる。このために所定の患者に使用することが決まっている場合や、時間のかぎられている場合には利用できない。というのは、がんの形状は同じ患者であっても成長または退縮、形状変化などによって変化するからである。
【００１６】
コストを低減するために、複数の密接したリーフを運動させることによって位置を変化させ、がんの形状をシミュレートするマルチリーフコリメータが製造されている。第１にこうしたマルチリーフコリメータはほぼ任意の形状を迅速に形成することができるという利点を有するが、リーフごとに調整手段を備えたきわめて複雑な運動機構が必要となり、またリーフによって照射野を制限するたびに照射野が光路の軸線から離れてしまい、種々の大きさの半影が生じるという欠点がある。
【００１７】
こうした半影を回避するには、欧州特許第１１５３３９７号明細書で提案されているように、リーフに調整可能な前縁を設け、照射野が光路に対してつねに平行に調整されるようにする手段がある。ただしこのようにするとマルチリーフコリメータはさらに煩雑な機構を有することになる。
【００１８】
煩雑な機構を回避し、照射すべき面の形状をフレキシブルにするために、独国公開第１９９２２６５６号明細書では、コリメータアパーチャを備えた走査装置が提案されている。この装置は小さく、照射すべき対象物の照射すべき領域が充分な精度で照射される（第３図を参照）。この提案によれば、小さなコリメータアパーチャで大きな精度が得られ、半影の形成も阻止されるが、アパーチャが大きくなると走査に長い時間がかかる。走査を迅速に行うと必要な精度が得られなくなってしまう。複数の走査ビームから成るビーム束を形成する多孔プレートを用いても（第５図および第５図ａを参照）、満足のいく照射時間の短縮は達成されない。多孔プレートは照射面に対して固定されており、縁領域を正確に照射するためにはさらに小さなアパーチャを使用しなければならず、プレートの交換が必要になる。
【００１９】
高い精度を保ったまま走査速度を高めるために、独国特許第１０１５７５２３号明細書では、異なる大きさを有する複数のアパーチャを備えたコリメータを設け、これらのコリメータアパーチャを選択的に光路へ移動させることが提案されている。これは有利には、種々の大きさのアパーチャを備えた円形プレートを回転させるレボルバに似た機構によって行われる。しかしこんにちまで治療に用いられてきたエネルギビームは遮蔽に６ｃｍ〜１０ｃｍの材料厚さを必要とする。このようにするとコリメータがきわめて重くなるか、または、少数のアパーチャ、例えば３つのアパーチャしか用いることができなくなる。こうした制限があるうえ、不充分な材料厚さの遮蔽領域が生じないよう、使用されていないアパーチャをカバーする必要がある。したがってアパーチャを備えたプレートのほか、数ｃｍ厚さの遮蔽プレートも用いられる。このためコリメータはかなり重くなり、相応にガイド機構や駆動機構のコストも増大する。当該のコリメータの別の欠点として、上述した理由から少数のコリメータアパーチャしか利用できず、ビーム制限部のバリエーションが大幅に制限されている。特にアパーチャ数が制限されているため、種々の径のアパーチャを設け、これにより段階的な精細性を持たせたビーム束によってできるだけ大きな面積で照射すべき領域を処理することは不可能である。ビーム印加は所定の面の各ポイントについて数秒ずつ行われるので、固定の大きさのビーム束による面の走査は最適に調整された大きさの面の走査よりも時間がかかる。このことは特にビーム束が照射面積に対して細いときに顕著である。これにより全処置時間が増大する。このために固定されてしまう患者の不快さだけでなく、１つの機器で可能な処置数が低下し、機器の導入コストおよび運転コストが増大してしまうことは、経済的に重大な意味を有する。さらに縁領域の捕捉精度が制限されており、隣接する神経などの領域をクリティカルにしてしまう。
【００２０】
さらに欧州公開第０３８２５６０号明細書では冒頭に言及した形式の照射装置が提案されている。ここでは主として画像形成および照射処置のコンビネーションが記載されている。特にアイリス絞りを備え、アパーチャを可変に構成できるコリメータが提案されている。ただしビームの断面はアイリス絞りにより多角形に形成される。種々の方向からビームを印加する場合には、多角形、例えば六角形の断面を有するビームがつねに空間内で新たに配向される。このとき、空間角度に応じたビーム印加の計算には絞りアパーチャおよび照射時間を考慮しなければならない。ビーム印加の回数は唯一の照射処置においてもしばしば１００を超えるので、こうした多数の印加ビームについて定められた空間的照射プロフィルを得るための前述のパラメータの計算はきわめて複雑となる。多角形の断面を有するビームを打ち消し合わないように種々に配向すると、照射プロフィルに誤差が生じる。この誤差は多角形が円から離れるにつれて大きくなる。もちろんアイリス絞りには複数のリーフを設けることができ、これにより大きな不精確をまねかずに多角形を円形と見なして計算することができる。これにより計算が著しく簡単化され、計算容量および／または計算時間は許容可能な範囲にとどまる。しかし、１つの絞りを遮断するにも高い機械コストが発生し、リーフ数が所定数を超えると、各リーフの駆動部およびガイド部が空間的な遮断の限界に達する。
【００２１】
これに加えて、欧州公開第０３８２５６０号明細書に提案されている手段には別の問題が存在する。
【００２２】
こんにち使用されているエネルギの大きな治療用ビーム、すなわち電力がメガボルト領域となるビームを遮蔽するには、遮蔽材料（多くの場合タングステン）に６ｃｍ〜１０ｃｍの厚さが必要である。このような厚さのリーフは特に多数使用される場合、上下にリーフを複数重畳することはできず、前掲した刊行物で提案されているような相互に接する側面を設けなければならなくなる。これにより側面の精細な処理が必要となり、またリークビームの原因となる空隙も生じる。独国公開第２０５３０８９号明細書に提案されているような空隙をカバーするプレートを設けることもできるが、特に多数のリーフが存在する場合には複雑さが増すし、充分な遮蔽のために相応に厚いプレートを用意することになるとさらなる空間も必要となる。
【００２３】
特に、こうしたアイリス絞りを使用する際に、全処置時間を大幅に短縮して種々の断面を有するビーム束を形成できることは利点となるが、他方で欠点も生じる。アイリス絞りのビーム制限面はアパーチャに対応するほか、リーフ間のスライド面となる。これは、ビーム制限面が光路に対してほぼ垂直または垂直から僅かに偏差して延在しなければならないことを意味する。遮蔽の際にリーフの厚さが６ｃｍ〜１０ｃｍである場合、ビームは広く開放されたアイリス絞りにおいてビーム束の外側領域へ大きく拡散し、部分的にしか遮蔽されず、材料の外側へ延在してしまう。絞りを通るビームにより、当該の領域が完全に遮蔽されるまで、上述したＨｏｆ型の半影が生じる。したがって冒頭に言及した形式の照射装置では、大きな副放射によって周囲組織が照射されてしまうが、これは医学的には許容できない。また縁領域を半影の小さいきわめて精細なビームで走査しなければならず、しかも大きな副放射によって生じる半影をできるだけ消去するために、ビームを相応に段階的に印加しなければならない。これにより計算コストおよび時間は倍増する。
【００２４】
欧州公開第０３８２５６０号明細書の照射装置の最大の欠点は、画像形成用のＸ線走査装置を使用するほか、治療用ビームの"走査運動"が使用されているものの、あらゆる空間角度から処置対象物に近似するビーム断面形状をアイリス絞りにより達成しようとする試みしか行われていないということである。したがって種々の空間角度からの個々のビーム印加が重畳されることはわかるが、独国公開第１９９２２６５６号明細書および独国特許第１０１５７５２３号明細書に示されているように走査時に個々のビーム印加を連続させることは記載されていない。これにより円形の照射空間が形成されるほか、図４に示されているような楕円形の断面を有する照射空間も形成されるが、処置対象物において一般的である不規則な空間は個々のビーム印加によってはカバーできない。
【００２５】
したがって本発明の課題は、冒頭に言及した形式の照射装置およびコリメータにおいて、できるかぎりコンパクトな機械的構造かつ小さな計算コストおよび照射時間を達成し、正確な空間的照射プロフィルによって周囲組織を最大限に保護できるようにすることである。
【００２６】
この課題は、少なくとも１つの第２のアイリス絞りが光路に同軸に配置されており、各アイリス絞りのリーフが光軸を中心とした回転方向において相互にオフセットされ、コリメータによって制限されるビームが全アイリス絞りのリーフ数に相応する角数を有する多角形の断面を有するように各アイリス絞りが配置され、各リーフは等しい角度をなす複数の側面を有し、リーフ調整の運動方向は両隣のリーフに接する側面どうしのなす角の角度２分線に対して垂直に直線状に延在し、制御装置は多数の照射空間を重畳および接触させることにより不規則な空間の照射を行うように構成されている本発明の装置により解決される。
【００２７】
またこの課題は、少なくとも１つの第２のアイリス絞りが光路に同軸に配置されており、各アイリス絞りのリーフが光軸を中心とした回転方向において相互にオフセットされ、制限されるビームが全アイリス絞りのリーフ数に相応する角数を有する多角形の断面を有するように各アイリス絞りが配置され、各リーフは等しい角度をなす複数の側面を有し、リーフ調整の運動方向は両隣のリーフに接する側面どうしのなす角の角度２分線に対して垂直に直線状に延在するように構成されている本発明のコリメータにより解決される。
【００２８】
本発明のコリメータの有利な実施形態として、コリメータを備えた照射装置について説明する。
【００２９】
本発明は種々の方向からビームを印加し、照射を受けるべき組織が周囲組織よりも集中的に照射されるようにする照射装置に基づいている。したがって患部組織は破壊され、周囲組織は保護される。本発明はさらに、処置対象物の形状をシミュレートせず、空間的に走査を行うタイプの照射装置および相応のコリメータに基づいている。ただしここでは照射時間を短縮するために種々の大きさのビーム束を使用している。したがって大きなビーム束によって処置対象物の大きな領域の処置が行われ、だんだんに細かくなるビーム束によって処置対象物の正確なシミュレーションが行われる。ここではビーム束が種々の方向からそのつど所定の時間にわたって印加されるか、または処置対象物の全面にわたって走査が行われて照射面がカバーされる。この場合、多くの照射空間が重畳され、また照射空間が接触または部分的な重畳により連続され、不規則な領域の処置に必要な強度を備えた線量プロフィルが達成される。したがって医学的に設定された空間的照射プロフィルが達成され、種々の強度プロフィルを印加することができる。処置領域に接する神経などの臨界的な領域は完全に保護される。
【００３０】
本発明の重要な要素として、照射装置およびコリメータに関して、調整可能なビーム制限を行うために、少なくとも２つのアイリス絞りが同軸で光路に配置される。このためには前述した従来技術の欠点を克服する構成が要求される。
【００３１】
まず必要となるのは、アイリス絞りにおいて、複数のリーフが相互に等しい角度をなす側面を有するということである。これにより第１のアイリス絞りにおいて相応の遮蔽材料の厚さが形成される。通常の遮蔽材料、例えばタングステンを用いる場合、ビームに必要な遮蔽部の厚さは６ｃｍ〜１０ｃｍである。もちろん、当該の厚さを複数のアイリス絞りに分割し、相互に重畳されたリーフがつねに当該の厚さを維持できるようにすることができる。
【００３２】
個別のビームを種々の方向から複数回印加し、処置対象物の全面にわたってビーム束をゆっくりと移動させる場合、角数の小さい多角形（例えば六角形）の形状を有するビームでは、設定された空間的照射プロフィルを達成するのに膨大な計算コストをかけなければならない。これは当該の多角形と頻繁に変化する方向とを計算に含める必要があるからである。これについて、本発明では、アイリス絞りのリーフが相互に回転方向においてオフセットされて配置され、コリメータによって制限されたビームが全コリメータのリーフ数に相応する角数を有する多角形の形状を有することが重要な特徴である。これにより、ビームを円にきわめて近似する多角形とし、これを円形と見なして計算を行うことができる。その際にも医学的な見地から設定された照射プロフィルに対して許容不能な偏差が発生しない。２つのアイリス絞りにより多角形が得られる。つまり各アイリス絞りの角数の２倍の角数を有する多角形が形成される。したがって多数のリーフを設けることなく多数の角を有する多角形を得ることができる。これにより運動機構、特にガイド機構および駆動機構が空間的に大きなスペースを占有しなくなる。また、簡単な構造のアイリス絞りを多数製造するほうが、複雑な構造のアイリス絞りを少数製造するよりもコスト上有利である。有利な実施形態によれば、６つのリーフを備えたアイリス絞りを２つ配置することにより、前述した目的を一般に充分満足する十二角形のビーム制限部を形成することができる。もちろんこの種のアイリス絞りを３つ設けて十八角形を形成したり、さらに多くのアイリス絞りを設けてさらに多くの角数の多角形を形成したりすることもできる。
【００３３】
また当該の装置によれば同時にリークビームの問題も解決される。前述のタイプのアイリス絞りでは、従来技術の説明で述べたように、絞りリーフの移動によって大なり小なりつねに空隙が発生し、リーフの絶対的な連続を達成することはできなかった。一般に、冷間溶接を排除しなければならないため、リーフの絶対的な連続には製造技術的に限界がある。また一般に、製造コストにおいても支払い限界が存在する。アイリス絞りのリーフを回転方向でオフセットすることにより、或るアイリス絞りの空隙から漏れるリークビームを別のアイリス絞りによって捕捉することができる。空隙が小さくなって大きなリークビームが発生しないので、リークビーム遮蔽のための遮蔽部の厚さは通常の１／２で充分となる。３つのアイリス絞りを設ければ遮蔽部の全厚さの２／３が得られる。
【００３４】
放射線源のビームは処置対象物に対して全方向から照射され、欧州公開第０３８２５６０号明細書に記載されているように、コリメータによってがんの形状が或る程度までシミュレートされるが、さらに、種々の大きさの多数の照射領域を部分的に重畳することにより所定の空間的照射プロフィルを形成しなければならない。このためには放射線源に対して複数のアイリス絞りから成るコリメータを配置し、各アイリス絞りを短時間で所定の空間位置へ移動させ、所定の空間角度へ配向させる必要がある。このことは段階的または連続的に行われる。こうした放射線源および遮蔽部、特にコリメータから成る照射ヘッドは、その重量および大きさが最小限度に保たれなければならない。このことは、仏国出願第２５２４６９０号明細書において提案されているような回転運動およびオフセット運動の組み合わせによる絞りリーフの複雑な調整過程が技術的にも経済的にも有効な解決手段にはならないことを意味する。
【００３５】
本発明によれば、複数の絞りリーフは相互に等しい角度をなす側面を有しており、所定の絞りリーフの調整運動は両隣の絞りリーフに接する側面どうしのなす角の角度２分線に対して垂直に直線状に行われる。これにより各アイリス絞りの絞りリーフは直線状のガイド部上を単純に運動するだけとなり、同じアイリス絞りの全ての絞りリーフを同時に運動させることができるという利点が得られる。１つまたは複数の別のアイリス絞りに対して絞りリーフの調整運動は同時に行われる。これにより駆動機構および調整機構が簡単化され、ガイド機構は単純なリニアガイドとして構成される。これにより、駆動機構、ガイド機構および調整機構を照射ヘッドに収容し、充分に小さく軽量な装置を実現することができる。ここで、コストの増大なく上述した装置の種々の空間位置への移動および種々の方向への配向が達成される。これらのことは本発明の装置に特徴的な利点である。
【００３６】
このようにして適切な大きさおよび重量で従来技術の問題点を解決できる照射装置が実現される。装置全体の大きさおよび重量が小さく保たれるので、駆動機構の大きさ、必要な駆動エネルギおよび調整速度なども容易に最適化できる。このようにして技術コスト、コンピュータハードウェアコストや、重量およびエネルギのコストが節約される。特に照射に対して不要な調整時間および計算時間がかからず、全処置時間が低減される。本発明のこうした利点は、ビーム印加の際に健康組織をできるだけ保護し、患者に対するリスクをいっそう低減することにつながる。
【００３７】
遮蔽材料に必要な厚さを複数のアイリス絞りに分割することにより、個々の絞りリーフの構造寸法を相応に低減でき、リニアガイドによって良好にガイドできるという利点が得られる。このとき、絞りリーフの側面の重畳または接触が改善され、特に絞りリーフの傾動による非平行の重畳の危険が低減される。
【００３８】
前述したようにアイリス絞りを光路に同軸に配置すれば簡単に半影を低減することができる。これはアイリス絞りの調整手段を、各アパーチャが制限されるビームのダイバージェンスの全調整領域内に入るように構成することにより行われる。このようにすれば、ビームダイバージェンスに相応に段階的に遮蔽することができる。このとき、コリメータを形成するアイリス絞りでは、放射線源に近い側の１つまたは複数のアイリス絞りのリーフの調整距離のほうが放射線源から遠い側の１つまたは複数のアイリス絞りのリーフの調整距離よりも短くなるようにする。ただしこの手段は、絞りアパーチャが重要なビームダイバージェンスの発生する大きさにセットされている場合には必要ない。ビームダイバージェンスおよびこれに起因する半影は絞りアパーチャがきわめて小さい場合には無視できる程度のものとなる。したがってこの手段は、あらかじめ幅広のビームで大きな領域を処置した後、特にクリティカルな境界領域、例えば神経に接する領域について照射領域の境界を正確に保持しなければならないケースに適している。
【００３９】
有利には、コリメータは、少なくとも２つのアイリス絞りのリーフ数が等しく、光軸を中心とした回転方向において相応に角度オフセットが行われ、アイリス絞りの調整手段が等辺多角形の断面を有するビームを形成するように構成されている。なぜなら多角形が円に近似するにつれて有利となるからである。アイリス絞りの各リーフに対して等しい調整距離を形成し、相応に各アイリス絞りの調整距離をビームダイバージェンスが全調整領域内に入るように適合化すると、ビームの大きさにかかわらず等辺多角形のビームを形成することができる。
【００４０】
有利には、制御装置は種々のアパーチャ、所定の空間における放射線源とコリメータとの位置関係および所定の空間角度での配向状態に基づいて、ほぼ円形の断面を有するビーム、すなわち処置対象物の形状とは一般に異なる形状を有するビームで処置対象物の限定部分を照射空間として捉え、個々の照射空間を組み合わせることにより、処置対象物の不規則な空間形状がシミュレートされ、境界が正確に維持され、処置領域が周囲組織よりも格段に高い設定強度で照射される。このとき、処置対象物の形状から一般に各照射空間はいちじるしく偏差するが、線ごとに均等な大きさのビームを面状に掃引していく公知の走査法とは異なり、種々の大きさの断面のビームが使用され、線ごとではなく、あらかじめの計算にしたがって多数のビームが空間的に重畳される。こうした重畳は横方向にも上下方向にも行うことができ、その際に個々のビームを部分的に横方向または上下方向に重畳してもよい。個々のビーム印加による照射空間の大きさが種々に異なることにより、大きな領域を迅速に照射し、残りの領域を徐々に細かくしながら処理することができる。したがってほぼつねに不規則な形状を有する処置対象物も設定された強度で精細に照射される。この場合、不規則な形状を種々の強度で照射することもできる。
【００４１】
有利には、個々のビーム印加はそれぞれ所定の時間範囲で不変のパラメータにより行われる。有利には、ビーム印加中は機械的な調整過程は行われず、必要なトレランスは良好に維持される。
【００４２】
ビーム印加は、ビーム印加のたびに人体の全体を覆う円筒状の領域が捉えられるように行われる。種々の大きさを有する円筒状のビームは、空間の可能な全方向から到来し、処置対象物の領域で交差し、そこで処置すべき組織および周囲組織の双方に対して線量の整数倍で作用する。したがって種々の大きさの複数の円筒状ビームを用いて空間を充填する場合、空間方向の全てをカバーできるだけでなく、所定の空間を多重にカバーすることもできる。処置対象物の領域において横方向の重畳および上下方向の重畳、またはその組み合わせを用いることにより、照射強度を必要な量まで高め、一方で周囲組織が損なわれないように保つことができる。例えば処置すべきがん組織のみを殺して周囲組織を少なくとも再生可能にすることができる。相応に、処置対象物の縁に接する神経などのクリティカルな領域を保護し、ビームが直接に当たらないようにすることもできる。
【００４３】
本発明の特に有利な実施形態はアイリス絞りの構造に関する。ここで、特に良好なリーフの配置を達成するために、各リーフの側面を相互に押圧する力印加部材（Kraftbeaufschlagen）が設けられている。この装置は例えば、各リーフが遮蔽材料から成る遮蔽部材および支承部材から成り、支承部材が調整運動のためのリニアガイドのガイド部材を有しており、遮蔽部材が支承部材上にばねにより支承されて、隣接するリーフの方向へ均等に押圧されるように実現される。このようにすれば多数の利点が得られる。まず、各面がつねに正確に接触するようになる。なぜなら側面がつねに平坦に連続し、空隙は各面が不均一であるかまたは表面が粗い場合にしか発生しなくなるからである。こうした良好な面の接触は所定の寸法差がある場合にも保証され、製造時に精度に対して高度な要求が課されて価格が高騰することもない。こうして照射装置を低コストに製造できるようになる。さらに、絞りおよび／または調整機構のクランプは所定の許容差が存在する場合にも発生しない。こうした後発的なクランプは例えば摩擦、汚れ、小傷または熱膨張などがあってもほとんど発生しない。これにより照射装置は安価に製造でき、しかも格段に確実に動作するようになる。
【００４４】
放射線源およびコリメータを含む照射ヘッドはガントリに配置することができる。これにより処置対象物を種々の方向から照射することができる。有利には、放射線源およびコリメータを含む照射ヘッドがロボットアームに配置されており、このロボットアームは照射ヘッドを任意の空間位置および任意の空間角度方向へ移動できるように構成されている。この手段は、照射ヘッドをガントリに配置する公知の手段に比べて、空間内の照射ヘッドの位置および方向を格段に多様に定めることができるという利点を有する。ガントリでは照射ヘッドは処置対象物を位置決めするためのセンタを中心として回転する。この場合、センタが処置対象物の種々の位置に来るように患者の位置を変更しないとさらなるバリエーションは得られない。これに対して、ロボットアームの場合、そもそもセンタに合わせて配向を行う必要がない。なぜならロボットアームは任意の空間座標および空間内の任意の方向へ駆動できるからである。ロボットアームの構成ではガントリに比べて位置に関する制限が格段に小さくなる。したがって調整の自由度はきわめて大きい。これにより個々の処置の異なる大きさの部分空間が上述した多様な横方向、上下方向および内外方向で最適に重畳され、しかも神経などのクリティカルな領域は良好に保護される。
【００４５】
ビームの旋回運動をきわめて迅速かつ正確に行うために、旋回運動用のコリメータは制限された空間角度領域で球面状の経路の上を全方向でオフセットできるように支承されており、ここでその軸線はつねに放射線源へ配向される。コリメータをこうした球面状の経路上に支承することは独国特許第１０１５７５２３号明細書に説明されている。もちろんコリメータをガントリまたはロボットアームに組み合わせることもできる。したがって調整運動は経路に沿って小さな範囲で行うこともできるし、ガントリまたはロボットアームによって大きな範囲で行うこともできる。
【００４６】
照射装置は、各アイリス絞りに駆動機構が設けられるように構成される。この場合、制御装置は各アパーチャをビームダイバージェンスに相応に制御する。これは、アイリス絞りを備えたコリメータを放射線源までの距離の異なる種々の照射装置で使用する際に有利である。制御装置により各絞りアパーチャの相互のオフセット量が調整される。これはそのつど異なるビームダイバージェンスを考慮したプログラミングにより行われる。これに代えて、各アイリス絞りが唯一の駆動機構によって操作されるように構成してもよい。この場合には、調整機構が各アパーチャをビームダイバージェンスに相応に移動させる。この手法は手間が少なく、プログラミングエラーも生じない。したがってこの手段は、アイリス絞りを備えたコリメータが照射装置において放射線源に固定に配属される場合に特に有利である。
【００４７】
有利な実施形態では、各アイリス絞りのリーフはリニアガイドのガイド部材を含む少なくとも１つの第１のガイドプレートによってガイドされる。リニアガイドの別のガイド部材は絞りリーフの例えば上述した支承部材の位置に設けられる。絞りリーフの操作のために各アイリス絞りのリーフは作用の点でカムディスクに結合されており、駆動機構により第１のガイドプレートとカムディスクとの相対回転運動を介して各リーフの調整運動が行われる。このようにしてカムディスクの調整運動により全ての絞りリーフが同時に運動される。一般にガイドプレートは固定に配置され、カムディスクの回転駆動機構はカムディスクに配属される。
【００４８】
絞りリーフの傾動を確実に排除するために、有利には、各アイリス絞りのリーフは対抗する側でも第２のガイドプレートによってガイドされる。
【００４９】
２つのアイリス絞りが設けられている場合、駆動機構が２つのアイリス絞りを操作するために２つのアイリス絞りの間にかみ合わされている。このことは、絞りリーフの調整運動が場合によりビームダイバージェンスに相応に変換され、絞りアパーチャがつねに異なる大きさとなることを意味する。このことは例えば、異なる力伝達部材（Kraftuebertragungselement）を用いて力の伝達比を表す梃子長さを変更し、絞りリーフに対して種々の調整距離を形成することにより達成される。別の実施形態によれば、駆動機構は第１のアイリス絞りに配属されており、この駆動機構を介して第２のアイリス絞りも運動される。力伝達部材、例えばカムディスクが運動され、ビームダイバージェンスに相応するアパーチャの作用が形成される。
【００５０】
もちろん、調整手段を駆動機構の複数の導力管（Krafteinleitungen）に対して構成してもよい。その場合、少なくとも１つの導力管は伝達機構に配属されており、ビームダイバージェンスに相応するアパーチャの比が形成される。これは、コリメータを種々のビームダイバージェンスへ調整するための交換可能または調節可能な伝達素子によって可能となる。特に有利には、照射装置にあとから本発明のコリメータを設けることができる。調整は例えば歯車または歯車対の交換によって行われる。
【００５１】
カムディスクは星形に配置されたカーブ状カムを有しており、このカーブ状カムは各リーフのボルト状カム上で運動する。ボルト状カムは有利には相応の運動支援を行うローラとして構成されている。
【００５２】
照射装置の有利な実施形態によれば、２つのアイリス絞りの各６つのリーフが回転方向で相互に３０°ずつオフセットされた位置を取るように配置されている。このようにすれば円に充分に近似する正十二角形を形成し、個々のビームの印加について計算を行う際に、照射空間の円形断面を基礎とすることができる。
【００５３】
有利には選択された数のリーフ、例えば４枚リーフのアイリス絞りを３つ設け、正十二角形を形成してもよい。もちろん他のリーフ数および絞り数を選択することも可能である。
【００５４】
本発明を以下に図示の実施例に則して説明する。図１には本発明の照射装置の概略的な断面図が示されている。図２には本発明のコリメータの動作の概略図が示されている。図３のａ〜ｃには本発明の照射装置またはコリメータに設けられるアイリス絞りの動作の概略図が示されている。図４には本発明の照射装置によるビーム印加の基本図が示されている。図５には本発明のコリメータの第１の実施例の斜視図が示されている。図６には図５のコリメータの平面図が示されている。図７には駆動機構および伝達機構を備えたアイリス絞りの斜視図が示されている。図８には２つのアイリス絞り間に駆動機構を備えた本発明のコリメータの第２の実施例の斜視図が示されている。図９には本発明のコリメータのアイリス絞りに対する有利なリーフの構成の斜視図が示されている。
【００５５】
図１には本発明の照射装置の概略的な断面図が示されている。図示されているのは、放射線源３および本発明のコリメータ１を含む照射ヘッド１５である。照射ヘッド１５を種々の空間位置へ運動させる装置は図示されていない。ここでは当該の技術分野で公知のガントリが設けられており、照射ヘッド１５はそのアイソセンタへ配向されている。これにより処置対象物４、例えばがんに対して全方位から照射を行うことができる。こうしたガントリが使用される場合、アイソセンタへの配向は配向機構によって制限され、患者ひいては処置対象物４をオフセットしないかぎり変更することができない。したがって本発明では照射ヘッド１５にロボットアームを設け、アイソセンタへの配向を行うかわりに、ロボットアーム機構によって全ての空間座標への移動および全ての空間角度方向への配向を可能にしている。この場合、従来技術よりも格段に多くの自由度が達成され、種々の処置位置までの移動が格段に迅速となる。
【００５６】
放射線源３には通常のようにプレコリメータ２７が配属されており、ビーム束としてのビーム２がコリメータ１の遮蔽領域を通過しないように制御される。本発明の中心的な要素は、少なくとも２つのアイリス絞り５，６から成り、放射線源３に対して同軸に配置されたコリメータ１である。図１では光軸１１は一点鎖線で示されている。ここからわかる通り、ビーム２はコリメータ１によって制限され、制限されたビーム２’により所定の照射空間２８が処置対象物４の領域に形成される。有利には、アイリス絞り５，６の絞りアパーチャ８’，８"はそれぞれ異なっており、実線で示されているビームダイバージェンスを考慮してビーム２’が制限される。これによりビーム断面Ｔは全コリメータ５，６の絞りリーフ数に相応する角数を有する多角形１２の形状となる。このことを図２に即して詳細に説明する。
【００５７】
図２には本発明のコリメータ１の動作を説明するための概略的な断面図が示されている。図２の実施例は、六角形の絞りアパーチャ８’，８"を形成する６つのリーフを備えたアイリス絞り５，６に基づいている。光軸１１を中心とした回転方向でアイリス絞り５，６を角度αすなわち３０°ずつオフセットすることにより、第１の六角形の頂点が第２の六角形の辺の中央に来る。このようにして全アイリス絞りのリーフ数に相応する角数を有する多角形１２が形成される。ビームダイバージェンスのために第１のアイリス絞り５の絞りアパーチャ８’は第２のアイリス絞り６の絞りアパーチャ８"よりもはるかに小さく、これによりビームの断面Ｔは正十二角形１２の形状となる。こうして照射空間２８は十二角形となり、その断面が円に近似するかまたはその空間形状が円筒に近似するので、ビーム印加の計算の際には円形または円筒形と見なすことができる。照射空間２８の断面はもちろんビームダイバージェンスにより絞りアパーチャ８’，８"よりも大きい。絞りアパーチャ８’，８"および多角形は通常使用されるビーム２’に比べて拡大されて図示されている。
【００５８】
本発明によれば、２つのアイリス絞り５，６に加えてさらに別のアイリス絞りを設けてもよいし、また、リーフ数の異なるアイリス絞りを設けてもよい。その場合、等辺多角形１２が得られるように別の角度オフセット量αを選定しなければならない。等辺多角形を形成するには、各アイリス絞りのリーフ数は等しくなければならない。
【００５９】
図３のａ〜ｃには本発明で設けられるアイリス絞りの動作を説明するための基本図が示されている。図３のａにはアイリス絞りの閉鎖状態が示されており、図３のｂにはアイリス絞りの絞りアパーチャが小さく開放された状態が示されており、図３のｃには絞りアパーチャの最大開放状態が示されている。
【００６０】
図示のアイリス絞り（５または６）は６つの絞りリーフ９〜９’’’’’を有しているが、そのうち遮蔽部材１６のみが示されている。閉鎖状態では絞りリーフ９〜９’’’’’はそれぞれ側面１０によって接しているが、図では上部の辺のみが見えている。当該の辺は図３のａに示されているように六角形の対角線となっている。このようなアイリス絞りが開放されると、図３のａでは一点に集まっていた絞りリーフ９〜９’’’’’の内頂点が光軸１１の点から外側へ向かって図３のｃに示されているように調整距離１４だけ移動する。当該の調整距離１４は、絞りリーフ９〜９’’’’’が矢印１３の方向への直線運動、すなわち図３のｃのリーフ９の２つの側面１０のなす角について一点鎖線で示された角度２分線２５に垂直に延在する方向への直線運動を行うことによって達成される。その際に、全ての絞りリーフ９〜９’’’’’は等距離の直線状の調整運動１３を正確に同時に行わなければならない。同時の調整運動１３を実現する手段の実施例を以下に説明する。
【００６１】
本発明によれば、単純な直線状の調整運動１３により、絞りアパーチャの調整が低コストで可能である。例えばアイリス絞りは駆動機構１９によって操作可能であるか、または全てのアイリス絞りが駆動機構１９に基づいて正しい絞りアパーチャ位置へ移動される。こうした単純な調整手段７により照射ヘッド１５の容積および重量はロボットアームでの作業に適するようになる。また全体として大きな構造寸法も要しない。このことは他の技術分野で使用されているロボットアームに装置を把持させる場合に特に重要である。これにより高価な特別の製造プロセスが回避され、照射装置を低コストに実現可能となる。
【００６２】
図４には本発明の照射装置によるビーム印加を説明するための基本図が示されている。照射装置の動作にとって重要なのは、コリメータ１によってビームが制限されて照射空間２８の輪郭が処置対象物４、例えばがんの輪郭に相応するのではなく、個別のビームによる照射空間が複数組み合わされて処置対象物４の輪郭に相応するということである。ここでは印加のたびにコリメータ１によって制限されるビーム束の断面Ｔが円にほぼ近似する多角形１２の形状を有する。図４には、こうした個別のビームが組み合わされる様子が簡単化されて示されている。図示されているのは処置対象物４、例えばがんであり、その直接近傍にはクリティカル領域２９、例えば神経が存在している。このような場合、ビーム２’の印加は処置対象物４が最大線量を受け、周囲組織への照射が最小限の線量となり、クリティカル領域２９が直接の照射からできるだけ保護されるように行われる。このために、個々のビームが、人体を通過する近似に円筒形の照射空間２８の形状で、種々に絞りアパーチャ８を通して照射される。さしあたり各照射空間２８がクリティカル領域２９に直接に入射してはならない。残りの周囲組織については多数の方向から到来する個別のビームができるだけ交差しないようにする。これにより周囲組織は処置対象物４の領域より格段に小さいビーム負荷しか受けない。
【００６３】
図４には、きわめて簡単にではあるが、一点鎖線で示されている光軸１１の向きにおけるビーム印加と、これに垂直な、×印で示されている光軸１１の向きにおけるビーム印加とにより、処置対象物４に対する線量の増幅が達成されることが示されている。図４のような簡単な図示では、処置対象物４における照射強度が不足しているように見える。したがって、処置対象物４の照射強度がさらに高められるようにさらなるビーム印加が行われる。これは、図示されているように１平面に対して水平または垂直にビーム印加が行われるだけでなく、全空間方向からビーム印加を行うことにより達成される。これはクリティカル領域２９への照射を幾何学的に排除することが不可能であり、制限部を設けて保護しなければならないことを意味する。当該の条件のもとで、処置対象物４、例えばがん組織が破壊されるだけのきわめて強い線量を受け、周囲組織は再生可能となる僅かなビームしか受けないようにすることができる。クリティカル領域は不可避の僅かな散乱ビームのほか全くビームを受けないか、きわめて僅かな照射しか受けないようにすることができる。
【００６４】
個々のビーム印加によって全方向から照射される部分空間２８を必要な線量が得られるように重畳するには、きわめて複雑な演算を前提とする。照射空間２８の断面として円に近似する多角形１２を基礎にできない場合、つまりこの断面を円形と見なして、またはこの空間を円筒形と見なして計算できない場合、この手段はきわめて煩雑となって不経済である。この複雑性は、ビーム２’の断面を四角形または六角形の多角形とし、ビーム印加のたびに配向状態を変更し、当該の多角形と配向状態との双方を考慮しなければならないことに由来する。さらに、複数の方向からビームが入射する場合、通常のコンピュータ容量および計算時間では計算を経済的に行えない。本発明では、少なくとも２つの同軸のアイリス絞りを配置することにより、ビーム２’の断面を多角形１２とし、個々のビーム印加による照射空間を円筒形として処理することを前提としている。この場合には正確なビームプロフィルの形成を阻む不正確性を甘受しなくてよい。また本発明によれば、従来よりもきわめて簡単な機構で制御できるアイリス絞りを使用して、絞りリーフの数に基づいて所望の形状の多角形を迅速に形成することができる。
【００６５】
ここで、本発明のアイリス絞りの配置によれば、第１のアイリス絞り５の絞りリーフ９〜９’’’’’の相互に接する側面を抜けるリークビームが第２のアイリス絞り６によって完全に捕捉されるという別の利点も達成される。また、２つのアイリス絞り５，６を使用する際に、それぞれの絞りアパーチャ８’，８"がビームダイバージェンスの全調整領域内で計算されるように絞りアパーチャを調整することができる。このことは、アイリス絞りの絞りアパーチャ８’，８"が大きく開放され、図４に示されているように大きな直径のビーム束によって１回のビーム印加で処置対象物４の大きな領域が捉えられるようにする場合に特に重要となる。このようにすれば処置時間が大幅に短縮される。
【００６６】
ビーム束２’が大きな直径を有する場合、絞りアパーチャ８’，８"が等しければ大きな半影が発生する。これは図１に示されているようなビームダイバージェンスＴに適合化された種々の絞りアパーチャ８’，８"によって低減される。この効果は２つより多くのアイリス絞りが光路に配置される場合にさらに増幅される。なぜならアイリス絞りの個数に応じて半影は１／２，１／３または１／４へ低減されるからである。
【００６７】
図４には本発明の原理を説明するための簡単な図が示されている。ここでは異なる大きさの複数のビーム束Ｔによって処置対象物４の完全に不規則な空間において線量が高められている。全方向から到来するビーム束が相応に重畳される場合、処置対象物４において、図示のケースよりも格段に大幅に線量を増大することができる。
【００６８】
図５には本発明の照射装置の実施例の斜視図が示されている。２つのアイリス絞り５，６が同軸で上下に配置されており、絞りアパーチャ８’，８"が上述したように形成されている。各アイリス絞り５，６の絞りリーフ９〜９’’’’’の構造については図９に即して後述する。絞りリーフは絞りアパーチャを通して可視となっている内部の遮蔽部材１６とその周囲に位置する外部の支承部材１７とから成る。２つのアイリス絞り５，６の絞りリーフ９〜９’’’’’の操作は、有利にはローラとして構成されたボルト状カム２４がカムディスク２２のカーブ状カム２３によって操作されることにより行われる。カーブ状カム２３は星形に配置されており、各カーブ状カム２３が各絞りリーフ９〜９’’’’’のボルト状カム２４に１つずつ対応している。ボルト状カム２４はガイドプレート２１の把持スロット３４を通して把持され、絞りリーフ９〜９’’’’’の調整運動が伝達される。各アイリス絞りの下側に第２のガイドプレート２１’が配置されており、この第２のガイドプレートを介して絞りリーフ９〜９’’’’’はリニアガイド１８によってガイドされ、傾動のない安定したガイドが達成される。リニアガイド１８は絞りリーフ９〜９’’’’’に配置された第１のガイド部材１８’と、これと共働する第１のガイドプレート２１および第２のガイドプレート２１’に配置された第２のガイド部材１８"とから成る（図７および図９を参照）。
【００６９】
カムディスク２２の表面には駆動機構（例えば図７に示されている駆動用歯車３５）に対する固定部材３２が設けられている。このとき第２のアイリス絞り６を駆動用歯車３５の下面に対応させるか、または、２つのアイリス絞り５，６間に調整機構を配置して、第１のアイリス絞り５の調整運動を第２のアイリス絞り６へ伝達することができる。その際には、アイリス絞り５の各絞りリーフ９〜９’’’’’の下面には調整運動を伝達する力伝達部材を設けることができる。有利には、２つのアイリス絞り５，６によってビームダイバージェンスに相応する絞りアパーチャ８’，８"が形成されるように力の伝達比が定められる。例えば第１のアイリス絞り５の各絞りリーフ９〜９’’’’’のピンが第２のアイリス絞り６に対するカムディスク２２によって把持され、ピンの運動方向に対して斜めに延在する溝を介して斜めの運動が形成され、斜めの位置により必要な力の伝達比が得られる。
【００７０】
図６には図５のコリメータ１を上から見た平面図が示されている。ここでは、カムディスク２２のカーブ状カム２３がローラ２４に対して作用し、これに接続された絞りリーフ９〜９’’’’’が矢印１３で示されている絞りリーフの調整運動の方向へ運動することが見て取れる。絞りリーフ９〜９’’’’’は図３のｃに示した調整運動１３を行う。絞りリーフ９〜９’’’’’の調整運動は、ボルト状カム２４が第１のガイドプレート２１または第２のガイドプレート２１’の把持スロット３４により把持されることにより行われる。把持スロット３４による把持の様子は図の上部の把持スロットについて破線で示されている。カーブ状カム２３上にそれぞれオフセットされて配置された６つの把持スロットも相応に把持に用いられる。
【００７１】
絞りアパーチャの領域では、第１のアイリス絞り５の絞りアパーチャ８’も第２のアイリス絞り６の絞りアパーチャ８"も見えている。ここでは絞りリーフ９〜９’’’’’の各側面が絞りアパーチャの形状を形成している。上方には駆動用歯車３５のための固定部材３２が見える。
【００７２】
図７には駆動機構１９および伝達機構２０を備えたアイリス絞り５が示されている。この図７では図５と同様に２つのアイリス絞りの一方のみが示されている。ここでは、カムディスク２２上に駆動用歯車３５が固定部材３２を介して取り付けられており、これにより調整運動が行われる。駆動機構１９が伝達機構２０の第１のピニオン３６へ接続されており、この第１のピニオンが駆動用歯車３５にかみ合わされており、さらにこれに第２のピニオン３７がかみ合わされており、シャフトを介して図示されていない第２のアイリス絞り６に配属された駆動用歯車３５へ駆動力が伝達される。伝達機構２０がこのように構成される場合、各アイリス絞りに対する伝達比を容易に変更することができる。ピニオン３６，３７および駆動用歯車３５を別の歯数の歯車と置換すればよいからである。このようにコリメータ１は他の照射装置の他のビームダイバージェンスに容易に適合可能である。
【００７３】
図７ではさらに、絞りリーフ９〜９’’’’’の支承部材１７に対するリニアガイド１８が見えている。これは図５とは異なってアパーチャが最大位置まで開放されていないからである。このように、絞りリーフ９〜９’’’’’のガイド部材１８’はガイドプレート２１’のガイド部材１８"へ向かって運動する。この図では第２のガイドプレート２１’しか見えていないが、上方の第１のガイドプレート２１もこれに相応する。
【００７４】
図８には２つのアイリス絞り５，６のあいだに駆動機構１９を備えた本発明のコリメータ１の別の実施例が示されている。ここでは、唯一の駆動用歯車３５がそれぞれアイリス絞り５，６に配属された２つのカムディスクのあいだに設けられている。この場合にも、駆動機構１９を介して図示されていないピニオンが駆動用歯車３５へかみ合わされて伝達機構２０を形成しており、これにより調整運動が行われる。このとき駆動用歯車３５は２つのアイリス絞りに同じ調整運動を行わせるので、各アイリス絞り５，６に対してビームダイバージェンスに相応に異なる調整距離１４を形成しなければならない。これは各アイリス絞りに対するカムディスク２２のカーブ状カム２３および／または把持スロット３４の斜度が異なって構成されることにより実現される。各アイリス絞りのボルト状カム２４に対して異なる方向に同一の調整角で異なる調整距離が形成される。例えば異なる大きさのカムディスク２２がアイリス絞りのボルト状カム２４を種々の梃子により種々の幅で運動させ、アイリス絞り５，６の絞りアパーチャ８’，８"の作用に対してビームダイバージェンスに相応する伝達比を形成することができる。その他の、前述の実施例に相応する参照番号を付した要素は先述した要素と同様である。
【００７５】
図９には、本発明のコリメータ用の絞りリーフ９〜９’’’’’の特に有利な実施例が示されている。絞りリーフ９〜９’’’’’は遮蔽部材１６と軸受部材３０を介してこれを支承する支承部材１７とを有する。ガイド部材４０を備えた軸受部材３０はばね２６を介してねじ３１によって固定されている。ここで遮蔽部材１６の個所に見えている軸受部材３０に対して相補的な切欠が支承部材１７に存在している。これにより両方向矢印３８で示されたばね作用が生じ、遮蔽部材１６がばねを介して支承部材１７上に支持される。このように、全ての絞りリーフ９〜９’’’’’の遮蔽部材が相互にそれぞれの側面１０によってつねに平坦に接する。軸受部材３０は遮蔽部材１６の後面３９に配置されている。なお後面３９が絞りリーフ９のいずれの個所に位置しているかは図３のｃからわかる。図９および図３のｃの双方を見ると、絞りリーフ９に作用するばね力が絞りリーフ９’，９’’’’’の方向の２つの等しい力成分に分割され、角度２分線２５の方向へ作用することがわかる。相応のことが他の絞りリーフ９’〜９’’’’’にも当てはまる。遮蔽部材１６の大きさは、図３のaに示されているようなアイリス絞りの閉鎖状態で全ビームが遮蔽されるように定められる。ビーム２は図１に示されたプレコリメータ２７を介して相応に制限されている。
【００７６】
絞りリーフ９〜９’’’’’の支承部材１７は２つのガイド部１８’を支承しており、この２つのガイド部１８’と第１のガイドプレート２１および第２のガイドプレート２１’の２つのガイド部１８"とが共働する。少なくとも１つのガイド部１８’はボルト状カム２４に対する固定ねじ３３を有しており、この固定ねじは第１のガイドプレート２１または第２のガイドプレート２１’の把持スロット３４を通り、カムディスク２２を介して駆動機構１９に接続される。
【００７７】
遮蔽部材１６および支承部材１７を備えた絞りリーフ９〜９’’’’’の構成の重要な意義、すなわちトレランス偏差があるにもかかわらず全側面についてつねに平坦な接触が達成されるという点が示されている。もちろん、遮蔽部材１６と支承部材１７とのあいだに弾性材料の装置を設けた他の実施例も可能である。
【００７８】
本発明の有利な実施例を図に即して説明したが、他の形状を有する絞りリーフ９〜９’’’’’および駆動機構を構成することもできる。リニアガイドを前述の場合と異なるように構成することもできる。カムディスク２２に別の形状、例えばボルト状カム２４を螺旋状にガイドするための形状を与えてもよい。上述したように、２つ以上のアイリス絞りを配置することもできる。絞りリーフ数の異なるアイリス絞りを使用することもできる。本発明にとって重要なのは、少なくとも２つのアイリス絞りを配置し、制限されたリーフ数にもかかわらず円にきわめて近似する多角形１２を形成することである。これにより短い処置時間で正確なビーム印加が可能となり、絞りリーフ間を抜けるリークビームを最小化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の照射装置の概略的な断面図である。
【図２】本発明のコリメータの動作の概略図である。
【図３】本発明の照射装置またはコリメータに設けられるアイリス絞りの動作の概略図である。
【図４】本発明の照射装置によるビーム印加の基本図である。
【図５】本発明のコリメータの第１の実施例の斜視図である。
【図６】図５のコリメータの平面図である。
【図７】駆動機構および伝達機構を備えたアイリス絞りの斜視図である。
【図８】２つのアイリス絞り間に駆動機構を備えた本発明のコリメータの第２の実施例の斜視図である。
【図９】本発明のコリメータのアイリス絞りに対する有利なリーフの構成の斜視図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  コリメータ、  ２  ビーム、  ２’  コリメータを通って制限されたビーム（ほぼ円形の断面を有するビーム）、  ３  放射線源、  ４  処置対象物、  ５  第１のアイリス絞り、  ６  第２のアイリス絞り、  ７  調整手段、  ８〜８"  絞りアパーチャ、  ８’  第１のアイリス絞りのアパーチャ、  ８"  第２の  アイリス絞りのアパーチャ、  ９〜９'''''  ６つのリーフ、  １０  側面、  １１  光軸、  １２  コリメータによって形成される多角形、  １３  矢印：直線状の調整運動、  １４  調整距離、  １５  照射ヘッド、  １６  絞りリーフの遮蔽部材、  １７  絞りリーフの支承部材、  １８  リニアガイド、  １８’  絞りリーフのガイド部材、  １８"  ガイドプレートのガイド部材、  １９  駆動機構、  ２０  伝達機構、  ２１  第１のガイドプレート、  ２１’  第２のガイドプレート、  ２２  カムディスク、  ２３  星形に配置されたカーブ状カム、  ２４  ボルト状カム（有利にはローラ）、  ２５  側面の角度１／２の位置、  ２６  遮蔽部材と支承部材とのあいだのばね、  ２７  プレコリメータ、  ２８  照射される空間（部分空間）、  ２９  クリティカル組織（例えば神経）、  ３０  軸受部材、  ３１  ねじ、  ３２  駆動機構の歯車用の固定部材、  ３３  ボルト状部材用の固定孔、  ３４  ボルト状部材用のスリット、  ３５  駆動機構の歯車、  ３６  第１のピニオン、  ３７  第２のピニオン、  ３８  二重矢印：ばねの運動方向、  ３９  遮蔽部材の後面、  ４０  ガイド部材、  α  光軸を中心とした回転方向でのアイリス絞りのオフセット量
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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