(57)【要約】【課題】放射線治療においては、癌組織にのみ放射線を照射することが理想的であるが、癌組織の周囲を取り囲む正常組織にも放射線があたることを避けることができず、正常組織の放射線被曝と放射線障害が引き起こされる。癌組織に大量の放射線を連続的に照射し、正常組織には間歇的にパルス状の放射線を照射することによって被曝量を軽減し、各パルス間の照射間歇期に正常組織の放射線障害から回復を起こさせ、効率的に放射線治療を行う。この際回転中心に照射標的領域が位置することが必須条件である。【解決手段】照射標的領域を回転中心とした連続的に回転する放射線発生装置（１、２）を使うことによって、回転中心領域には連続的に、領域外には間歇的なパルス状に放射線があたることになる。Ｘ線横断断層装置（３、４）で標的領域をモニターしながら、正確に標的領域が回転中心にくるようにベッドを移動する（６、９）。【選択図】        図１
2004243078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線治療において、患部の周囲の３６０度方向、または頭尾方向から連続的に回転照射を行う（図１）ことを目的に、リング型（図５）、または円筒型（図７）、または半球型の回転装置、または２個の回転リングの間に複数の支柱棒（１２）を橋渡しした回転装置（図８）に、粒子線発生装置、ガンマ線発生装置、あるいはＸ線発生装置（２）を備え付け、回転中心の領域に放射線の連続照射を行う回転型放射線治療装置。
【請求項２】
回転照射の中心が照射目標領域を含むことをモニターするために、請求項１の回転型放射線治療装置の回転体上に取り付けられた単数または複数個のＸ線横断断層撮影（ＣＴ）装置（３、４）。
【請求項３】
回転照射の標的が、請求項１の放射線治療装置の回転照射の中心にくるように、請求項２のＣＴ装置（３、４）を用いてモニターしながら、患者を載せたベッド（６）を３次元的に移動させる装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
医療用放射線治療に関する。
【０００２】
【従来の技術】
正常組織の放射線被曝をできるだけ少なくする目的で、患者の周囲から癌組織に向かって放射線をあてる方法（原体照射、ｃｏｎｆｏｒｍａｌ  ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ、例えばＹｉｎ，Ｆ．Ｆ．ｅｔ．ａｌ．，Ａ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ−ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  ｒａｄｉｏｓｕｒｇｅｒｙ（ＩＭＲＳ）ｆｏｒｓｐｉｎａｌ  ｔｕｍｏｒｓ，Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ２９，２８１５−２２，２００２）があるが、これは最大１０方向からであり、放射線の通過した正常組織の放射線の被曝量は高々１０分の１になるにすぎず、一度に大量の放射線を照射した場合は、放射線が通過した正常組織の放射線障害を避けることは必ずしも容易ではない。
【０００３】
工業用ロボットアームの先端に放射線発生装置を取り付け、患者の周囲から癌組織に向けて放射線照射を行う方法（Ｃｙｂｅｒ  Ｋｎｉｆｅ、Ｍｕｒｐｈｙ，例えばＭ．Ｊ．Ｔｈｅ  ａｃｃｕｒａｃｙ  ｏｆ  ｄｏｓｅ  ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ａｎ  ｉｍａｇｅ−ｇｕｉｄｅｄ  ｆｒａｍｅｌｅｓｓ  ｒａｄｉｏｓｕｒｇｅｒｙｓｙｓｔｅｍ，Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，２３，２０４３−９，１９９６）においては、癌組織の４π方向から放射線を照射することが可能であるが、その分割方向はたかだか１００方向であり、あらゆる角度から連続的に、大量の放射線照射をすることは、ロボットアームの構造上困難である。
【０００４】
分割照射法においては、通常６から８時間毎に一日２から３回、週５日、３から６週間にわたって照射を行う方法を用いるが、一般に正常組織の方が、癌組織よりも放射線に対する感受性が高く、また放射線障害からの回復の速度も癌組織の方が速いので、正常組織の放射線障害を、照射の目的である癌組織より軽くすることは困難である。
【０００５】
腫瘍周囲の正常組織にできうる限り放射線があたらないように、照射の目的部位に正確に放射線ビームが照射されていることをチェックする必要がある。そのために、生体の内外にマーカーを埋め込んでおいたり、または固定器具で体を固定する方法が採られているものの、照射装置とマーカーの位置関係から照射中にチェックすることが出来なかったり、また固定具に固定するのに時間がかかるなど、必ずしも使い勝手はよくない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
放射線療法の施行において、癌組織に対しては、大量の放射線を照射し、それを取り囲む周囲の正常組織に対しては、できうる限り照射線量を少なくする。
【０００７】
癌組織には連続的に放射線を照射し、癌組織を取り囲む周囲の正常組織に対してはパルス状に放射線を照射することによって、各パルス照射の合間に正常細胞の放射線障害からの回復を行わせる。
【０００８】
標的の癌組織（７）が請求項１の放射線治療装置から常に正確に照射されるためには、正確に標的領域と照射領域との位置関係を知る必要がある。
【０００９】
体動や呼吸によって標的の位置が移動した場合、標的の領域が常に照射装置の回転中心に来るように、患者の位置を移動する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
図１の概念図に示すように、回転体（１）に固定された放射線発生装置（２）を回転体（１）とともに回転させながら放射線照射を行うことにより、その回転中心にある癌組織（７）には、放射線発生装置（２）から連続的に放射線が照射されるが、中心領域から離れた点では間歇的なパルス状の放射線照射となる。
【００１１】
図２に示されるような腫瘤（７）が、体表面から深い位置にあり、請求項１の放射線発生装置（１）から照射される放射線の強度分布が、回転の接線方向の距離ρと入射角Φ（ｔ）の関数として、ｆ（Φ、ρ）で与えられるとき、回転の中心から極座標Ｐ（ｒ、θ）で与えられる点における１周期Ｔの間に受ける照射線量Ｄ（Ｔ）は次式で与えられる。
【００１２】
【数１】
2004243078.tif 000003
【００１３】
回転型の照射装置においては、放射線の強度や強度分布ばかりでなく、回転のスピード（入射角Φ）も時間の関数として変化させることが可能である。
【００１４】
一般に、照射装置からのビームの強度分布は複雑であり、照射線量はビームの広がり、照射陰影、吸収、散乱による影響を考慮しないといけないものの、最も簡単な一定の角度で回転する幅がｄで固定された矩形型の分布をもつビーム（図２）を考えると、ｆ（Φ、ρ）は次式で与えられる。
【００１５】
【数２】
2004243078.tif 000004
【００１６】
数２の条件の下で、数１の積分は次式で与えられる。
【００１７】
【数３】
2004243078.tif 000005
【００１８】
数３の式で与えられる値をグラフに描いたものが図３である。照射の回転中心から、ビームの幅ｄ離れたところで、照射線量は３分の１に、２ｄ離れたところで、６分の１に、３ｄ離れたところでは１０分の１に、それぞれ減少することが解る。
【００１９】
ビームの照射方向Φ（ｔ）によって、放射線ビームの強度、幅、直角方向の長さなどを変化させて、腫瘤に照射される線量を最適化することが出来るが、これはビームの形状や強度を、数１の式のｆ（Φ、ρ）に代入し積分を行うことによって、線量の数値評価を行うことが可能である。
【００２０】
請求項１の周期的に回転する放射線照射装置（２）を用いることにより、患者の周囲から回転しながら放射線を連続照射するので、癌周囲の正常組織に対しては間歇的なパルス照射となる。周囲の正常組織にはパルス状の放射線が照射されることになるので、各パルスとパルスの間の間歇期に正常細胞の放射線障害からの回復が起こる。
【００２１】
ｒ＜ｄ／２の領域では、連続的に放射線が照射されるが、ｒ＞ｄ／２の点では、照射を受ける時間と、ビームがそれる時間は半周期Ｔ／２の間では、それぞれ以下の２つの式で与えられる。
【００２２】
【数４】
2004243078.tif 000006
【００２３】
図４は回転中心よりｒ＞ｄ／２離れた点におけるパルス状に照射される部位での放射線強度の時間的変化を示す模式図であるが、照射を受ける時間（パルス幅）と距離の関係は図３と同様なグラフになり、回転中心からの距離が大きくなるほど、放射線による被曝量が減少すると同時に、各パルス照射の間の時間が長くなり、放射線障害からの回復が起きやすくなる（図４、点線）。
【００２４】
標的領域を含む複数の断層像を得ることが可能なＣＴ装置（３、４）により、放射線が標的に正確に照射されていることを、連続的にモニターする。
【００２５】
請求項１の放射線照射装置（２）による回転照射の中心を、ＣＴ装置（３、４）の断層像でモニターし、患者が横たわっているベッド（６）を上下、左右、頭尾方向に、遠隔操作により、手動または自動で移動させ、照射部位を確認しながら照射を行う。
【００２６】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図５は，最も簡単な装置の例である。回転リング（１）は下の図（図５ｂ）にある固定リング（８）または固定器具に支えられ、ボールベアリングなどの滑車装置により回転する。
【００２７】
回転リング（１）上に固定された、放射線発生装置（２）はリングの回転とともに、患者の周囲を連続的に回転し、リング（１）の回転中心にある、ベッド（６）に横たわった患者の腫瘍に対し放射線が連続回転照射される。
【００２８】
回転リング（１）に取り付けられたＣＴ装置（３、４）は、患者の周囲を回転リング（１）とともに回転することによって、回転中心に位置する照射領域のＸ線横断断層画像（ＣＴ画像）を得ることができ、照射領域をモニターすることが可能である。
【００２９】
患者の照射目標領域（腫瘍組織）をリング（１）の回転中心に持ってくるために、駆動装置（９）によって、ベッド（６）を上下、左右、頭尾方向に移動する。
【００３０】
図５においては、リングの回転面はベッド（６）に垂直な面であり、このベッドに垂直な面が必ずしも最適な放射線の入射角とは限らない。図６は、リング（１）を傾け、入射方向を斜めにする装置の模式図である。傾斜軸を２方向にとることにより、任意の入射角を選ぶことができ、標的領域外の正常組織の放射線被曝を軽減することが可能となる。
【００３１】
図７は、図５と図６に示された回転リング（１）の代わりに回転する内筒（１０）とそれを支える外筒（１１）を用いた装置である。照射目標をモニターするＣＴ装置（３、４）は内筒（１０）の壁に固定されており、放射線発生装置（２）は、その放射線の照射角度をＣＴ装置（３、４）の断層面の中心に向かうように保ちながら、内筒（１０）の内壁に取り付けられたレールの上をＺ方向（頭尾方向）に移動しながら放射線の連続回転照射を行う。
【００３２】
回転リング（１）の代わりに回転する円筒（１０）を用いることにより、構造的に簡単で機械的に安定するばかりでなく、治療放射線の入射角度を頭尾方向に振ることにより、放射線被曝を避けることが望ましい正常組織の放射線障害を軽減することが可能となる。
【００３３】
図７の円筒を用いる代わりに、２個の回転リング（１）の間を固定した金属のパイプ（１２）、または棒で繋ぎ、そのパイプ上に放射線発生装置（２）を図６と同じようにＺ方向に移動させて、患者の腫瘍組織に連続的に放射線照射を行う。この装置は、構造が簡単で、保守点検は簡素化が可能になるものの、機械的強度に問題が発生するおそれがある。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は，以上に説明したような原理で構成されており，以下に記載されるような効果を奏する。
【００３５】
本発明においては，回転照射の中心よりｒ＜ｄ／２の距離（ｄはビームの幅を表す）、すなわちビーム幅の半分以内の距離では連続的に放射線照射を受ける。
【００３６】
数３より、ｒ＞ｄ／２離れた点においては、図３で示されるように、照射の中心部より低い線量で照射され、また数４で与えられた放射線ビームのパルスが外れる時間帯に、放射線障害からの回復が起こるので、標的領域外の正常組織には重篤な放射線障害を与えることなく、ビーム幅の半分以内の距離にある照射領域に連続的に大量の放射線を照射することが可能である。
【００３７】
ＣＴ装置（３、４）を用いて標的領域をモニターし、ベッド（６）を移動する装置（９）を使って、標的領域を照射の中心に移動することにより、マーカーや固定器具を使用することなく、短時間にかつ非侵襲的に、放射線照射の位置合わせを行うことができる。
【００３８】
放射線の照射中にもＣＴ装置（３、４）を用いてモニターすることにより、患者の体の移動や呼吸性の移動による照射部位のずれを補正することが出来る。
【００３９】
本発明により、患者は少数回の分割照射で、周囲の正常組織に重篤な放射線障害を与えることなく、短期間で悪性腫瘍の治療量に十分な大量の放射線を腫瘍組織に対して照射することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】患者の癌組織（７）を中心として、放射線発生装置（２）が点線で示される回転体（１）とともに回転し、その回転の中心領域に集中的に放射線照射を行う。回転体（１）に固定されたＣＴ装置（３、４）もまた患者の周囲を回転することによってＣＴ画像データーの収集が行われる。ＣＴ画像により照射の標的領域の位置をチェックし、患者のベッド（６）を（ｘ，ｙ，ｚ）方向に移動し、連続的に位置の修正を行うことにより、標的領域に大量の放射線を連続的に照射することができる。標的領域周囲の正常組織にあたる放射線は間歇的なパルス状の放射線照射となるので、被曝線量が軽減されると同時に、各放射線パルスの間の照射のとぎれる時間帯に放射線障害からの回復が起こり、正常組織の障害が軽減される。
【図２】腫瘍組織（７）を中心に、放射線がその周囲からｆ（Φ，ρ）の強度分布を持ったビームで照射されると、点Ｐ（ｒ、θ）における照射線量は数１で与えられ、照射線量と距離の関係は、近似的に図３で表される。照射の時間的な変化も、数４と図４で示されるようなパルス状の照射となる。
【図３】放射線ビームが理想的な矩形型分布を持つとの仮定の下で、回転の中心領域（ｒ＜ｄ／２）の線量を１としたとき、中心からの距離（横軸、単位はビームの幅ｄ）における線量を表したグラフである。
【図４】パルス状の放射線照射。縦軸は放射線強度を、横軸は時間を表す。パルスとパルスの間隔はリングの回転の半周期（Ｔ／２）で、パルスの幅とそれぞれのパルスの間の時間間隔は数４で与えられる。点線で示された曲線は、正常細胞の障害と、障害からの回復による正常細胞数の変化を示す模式図である。
【図５】簡単なリング型の回転照射。回転リング（１）は下図（ｂ）のような外部に固定されたリング（８）に支えられて内側を回転しながら、放射線を放射線発生装置（２）からリングの回転中心に向かって放射線を照射する。モニターするために設けられたＣＴ装置（３、４）もリング（１）に固定され、照射部位のＣＴ像を得る。患者が横たわっているベッド（６）はベッドの移動装置（９）により、上下、左右、頭尾方向に移動し、常に照射の標的部位が常にリング（１）の回転中心に来るようにする。
【図６】図５に示した装置では常に照射は患者の体軸に直角方向になってしまうので、リングを傾けることによって、重要臓器の被曝を避けることができるようにする。
【図７】円筒状の回転装置では、内筒（１０）は外筒（１１）により支えられ、ボールベアリングなどの滑車装置により回転する。放射線発生装置（２）は内筒（１０）の内壁に設けられたレールの上を頭尾方向に移動することによって、任意の入射角度を選ぶことができ、重要臓器の被曝を避けることができる。
【図８】図７の円筒の代わりに、２つの回転リング（１）の間をパイプ（１２）または棒で固定し、その上に放射線発生装置（２）およびＣＴ装置（３、４）を取り付け、放射線治療を行うとともにＣＴ像によって照射部位の位置を連続的にモニターする。
【符号の説明】
１    回転リング
２    放射線発生装置
３    Ｘ線横断断層像（ＣＴ画像）を得るためのＸ線発生装置
４    ＣＴ画像用のＸ線検出器
５    振動を避けるための放射線発生装置のカウンターバランス
６    ベッド
７    患者の体内にある腫瘍（標的領域）
８    回転リングを支えるための外枠
９    ベッドを上下、左右、頭尾方向へ移動するため駆動装置
１０  内筒
１１  内筒を支えるための外筒
１２  ２つの回転リングを固定し、放射線発生装置と横断断層撮影装置を取り付けるためのパイプまたは金属棒
【図１】
2004243078.tif 000007
【図２】
2004243078.tif 000008
【図３】
2004243078.tif 000009
【図４】
2004243078.tif 000010
【図５】
2004243078.tif 000011
【図６】
2004243078.tif 000012
【図７】
2004243078.tif 000013
【図８】
2004243078.tif 000014