(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長さＬおよび幅Ｗを有し、放射線不透過性(radio opaque)であるブロッキング部分、
長さＬ’および幅Ｗ’を有する駆動部分であって、前記ブロッキング部分に接続されている駆動部分、ならびに、
電流供給源に動作可能に接続されている導電性コイルであって、長さＬ’の少なくとも一部分に沿って前記駆動部分に固定されており、通過する電流が第１の磁界を発生させる導電性(conductive)コイル
を各リーフが含む、ある移動の長さ(a length of travel)を有する複数のリーフ(leaves)と、
前記複数のリーフを支持するように構成されているリーフガイドと、
複数の固定磁石であって、それぞれの磁石は、少なくとも１つのリーフの前記駆動部分に隣接して位置決めされており、それぞれの固定磁石は、第２の磁界を有し、前記第２の磁界は、前記第１の磁界と関連して(in conjunction with)動作し、前記駆動部分に力を及ぼすように構成されている、複数の固定磁石と
を含む、マルチリーフコリメーター（ＭＬＣ: multi leaf collimator）。
【請求項２】
前記複数のリーフを含む第１の端部の組と、前記複数のリーフを含む第２の端部の組とを含む、請求項１に記載のＭＬＣ。
【請求項３】
第１のリーフ位置エンコーダーをさらに含む、請求項１に記載のＭＬＣ。
【請求項４】
第２のリーフ位置エンコーダーをさらに含む、請求項３に記載のＭＬＣ。
【請求項５】
前記ブロッキング部分の前記幅Ｗが、前記駆動部分の前記幅Ｗ’よりも大きい、請求項１に記載のＭＬＣ。
【請求項６】
リーフ運動の間の任意の所与の時間において前記複数の固定磁石に隣接するコイルの数が、おおよそ一定のままとなるように、前記複数の固定磁石（Ｌ”）のそれぞれの長さが選択されている、請求項５に記載のＭＬＣ。
【請求項７】
磁気駆動モジュールをさらに含み、前記磁気駆動モジュールが、
その中に延在する前記複数のリーフの第１のサブセットの前記駆動部分、および、前記複数の固定磁石の第１のサブセットを有する上側部分であって、前記第１のサブセットのそれぞれの固定磁石は、前記複数のリーフの前記第１のサブセットの前記駆動部分のそれぞれの側部に位置決めされている、上側部分と、
その中に延在する前記複数のリーフの第２のサブセットの前記駆動部分、および、前記複数の固定磁石の第２のサブセットを有する下側部分であって、前記第２のサブセットのそれぞれの固定磁石は、前記複数のリーフの前記第２のサブセットの前記駆動部分のそれぞれの側部に位置決めされている、下側部分と
を含み、
前記上側部分の中の固定磁石の前記第１のサブセットは、前記下側部分の中の固定磁石の前記第２のサブセットから水平方向にオフセットされており、
前記複数のリーフの前記第１のサブセットおよび第２のサブセットの中の前記駆動部分は、それぞれの隣接するリーフのための前記上側部分および前記下側部分の中に交互に(alternatingly)位置付けされている、請求項１に記載のＭＬＣ。
【請求項８】
前記上側部分の中の固定磁石の前記第１のサブセットが、前記下側部分の中の固定磁石の前記第２のサブセットから、おおよそ１つのリーフの厚さだけ水平方向にオフセットされている、請求項７に記載のＭＬＣ。
【請求項９】
治療用放射線ビームをコリメートするためのシステムであって、マルチリーフコリメーター（ＭＬＣ）とドライバーコンポーネントとを含み、前記マルチリーフコリメーター（ＭＬＣ）は、
長さＬおよび幅Ｗを有し、放射線不透過性であるブロッキング部分、
長さＬ’および幅Ｗ’を有する駆動部分であって、前記ブロッキング部分に接続されている駆動部分、ならびに、
電流供給源に動作可能に接続されている導電性コイルであって、前記長さＬ’の少なくとも一部分に沿って前記駆動部分に固定されており、通過する電流が第１の磁界を発生させる導電性コイル
を各リーフが含む、ある移動の長さを有する複数のリーフと、
前記複数のリーフを支持するように構成されているリーフガイドと、
複数の固定磁石であって、それぞれの磁石は、少なくとも１つのリーフの前記駆動部分に隣接して位置決めされており、それぞれの固定磁石は、第２の磁界を有し、前記第２の磁界は、前記第１の磁界と関連して動作し、前記駆動部分に力を及ぼすように構成されている、複数の固定磁石と
を含み、
前記ドライバーコンポーネントは、電流を前記コイルに方向付けし、それによって、所望の状態への前記複数のリーフの移動を引き起こす、システム。
【請求項１０】
マルチリーフコリメーター（ＭＬＣ）を制御するための、制御コンピュータにより実行される方法であって、
前記ＭＬＣのリーフに関する所望の状態を決定するステップであって、前記リーフは、電磁駆動システムを使用して移動させられる、ステップと、
移動の長さを有するリーフの、後退した（recessed）位置に配置された伝導コイルの磁界を起動するステップと、
前記リーフが前記所望の状態にない場合には、伝導コイルの磁界を修正して第２の磁界と相互作用させ、結果として前記リーフの上に力を生じさせ、前記リーフが移動することを引き起こすステップと、
移動の長さに沿ったいずれかの場所に、前記所望の状態に前記リーフを停止させるステップと
を含む、方法。
【請求項１１】
前記リーフが前記所望の状態にない場合には、第１の磁界を発生させるために、前記リーフのドライビング部分の中に存在している電磁コイルに電流を印加するステップであって、前記第１の磁界は、前記ドライビング部分のそれぞれの側部にある固定磁石の第２の磁界と関連して動作し、結果として前記ドライビング部分の上に力を生じさせ、前記リーフが移動することを引き起こす、ステップ
をさらに含む、請求項１０に記載の制御コンピュータにより実行される方法。
【請求項１２】
前記所望の状態に前記リーフを停止させるステップが、前記第１の磁界が前記第２の磁界と関連して動作し、結果として前記リーフの前記ドライビング部分にブレーキング力を生じさせるように、前記電磁コイルへの前記電流を修正することによってブレーキング力を加えるステップを含む、請求項１１に記載の制御コンピュータにより実行される方法。
【請求項１３】
長さＬおよび幅Ｗを有し、放射線不透過性であるブロッキング部分、
長さＬ’および幅Ｗ’を有する駆動部分であって、前記ブロッキング部分に接続されている駆動部分、ならびに、
前記駆動部分の中に位置決めされている永久磁石
を各リーフが含む、ある移動の長さを有する複数のリーフと、
前記複数のリーフを支持するように構成されているリーフガイドと、
複数の導電性コイルであって、少なくとも１つのコイルが、隣接するリーフの間に位置決めされており、電流供給源に接続されており、電流が前記少なくとも１つのコイルを通過するときに第１の磁界を発生させ、前記第１の磁界は、前記磁石によって発生させられる第２の磁界と相互作用し、前記駆動部分に力を及ぼす、複数の導電性コイルと
を含む、マルチリーフコリメーター（ＭＬＣ）。
【請求項１４】
前記ブロッキング部分の前記幅Ｗが、前記駆動部分の前記幅Ｗ’よりも大きい、請求項１３に記載のＭＬＣ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互参照
[0001]本出願は、非仮出願であり、２０１３年２月２６日に出願された米国仮出願第６１／７６９，５４９号の優先権を主張する。出願第６１／７６９，５４９号の内容は、参照により本明細書に組み込まれている。本明細書の中で述べられているすべての刊行物および特許出願は、それぞれの個々の刊行物または特許出願が、参照により組み込まれていることを具体的におよび個別に示されているかのように、同じ程度に参照により本明細書に組み込まれている。
【０００２】
[0002]本発明は、概して、放射線療法に関する。様々な点において、本発明は、高応答性のマルチリーフコリメーターに関し、また、治療用ビームの同時的なビームシェイピングおよび強度変調を含む、ビームシェイピング、強度変調、および、それらの組み合わせを利用する放射線療法を提供するための使用方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]強度変調放射線治療（一般的にＩＭＲＴと称される）は、患者に方向付けされるビーム強度を本質的に変化させる多数の放射線療法技法のための総称である。その変化は、空間的、時間的、または、その両方であることが可能である。
【０００４】
[0004]放射線療法において、線量、フルエンス、および強度の用語は、相互交換可能に紛らわしく使用されることがある。本説明および本出願の目的のために、これらの用語は、以下のように使用される。フルエンスは、放射線ビームに対して垂直の単位面積を横断する光子またはＸ線の数である。フルエンスレートは、単位時間当たりのフルエンスである。強度は、単位時間当たりに単位面積を横断するエネルギーである。フルエンスおよび強度は、患者の中に起こるものとは独立しており、より具体的には、線量ではない。線量は、組織に衝突する放射線に基づいて、組織によって吸収されるエネルギーの量である。放射線線量は、グレイ（Ｇｙ）の単位で測定され、それぞれのＧｙは、単位質量の組織の中に吸収されるエネルギーの固定量に相当する（たとえば、１ジュール／ｋｇ）。線量は、フルエンスと同じではないが、フルエンスが増加／減少するにしたがって増加／減少する。
【０００５】
[0005]放射線療法送達において、ビームアパーチャーは、一般的に、マルチリーフコリメーター（ＭＬＣ）によってセットされる。ＭＬＣを使用する１つのそのような方法は、放射線を形状決めする１つまたは複数のパターンを生成させることである。標的とマッチする単一の形状は、一般的に、コンフォーマル（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）送達と称される。より複雑な線量分布に関して、ＩＭＲＴが利用され得る。ＩＭＲＴでは、入射放射線が特定の外形にマッチするＭＬＣ形状を有しているというよりも、むしろ、ＭＬＣは、その代わりに、所望の強度変調および所望の３Ｄ線量分布を生成させるビーム形状のアレイを生成させるために使用される。
【０００６】
[0006]図１は、患者の中の標的へビームを通す従来のシェイピングＭＬＣ３１（たとえば、バリアン放射線療法システムの上で使用されているようなものなど）の等角図を図示している。対向するリーフの２つのバンク３３、３５において、それぞれのリーフ３７は、放射線フィールドを連続的に横切って位置決めされ得る。リーフの２つのバンクは、所望の形状にビーム３０をコリメートするように位置決めされている。それぞれのリーフ３７は、典型的に、所望のコリメーションを実現させるときにフレキシビリティーを提供するために、コリメーターの中間点を超えてトラベルすることが可能である。その構成は、全開しているリーフ状態（４１）、部分的に開いているリーフ状態（４３）、および、閉じているリーフ状態（４５）を図示している。
【０００７】
[0007]放射線療法の例では、それぞれのガントリー角度は、その特定のガントリー角度に関連付けされる１つのビームを有しており、ビーム３０は、次いで、ＭＬＣによって、複数の形状にコリメートされる。治療ビーム３０は、リーフ３７によって形成されたシェイピングアパーチャー４７を通過する。結果として生じるコリメートされたビームは、患者３８の中の標的１４の上へと続く。また、図１は、治療ビームが多くの異なるビームレット４９としてどのように可視化または概念化され得るかということ図示している。従来のシェイピングＭＬＣ３１のリーフ３７は、様々な位置へ移動させられ、特定の時間期間にわたり所望の形状またはアパーチャーを実現し、その特定のビームのためのフルエンスマップ５１を実現する。概念化されたビームレットの変調は、リーフを所望の位置へ順次的におよび単調に移動させることによって行われ、所望の形状またはアパーチャーを実現し、概念化されたビームレットが露出される時間が、そのビームレットの強度を制御するようになっている。本出願で使用されているように、および、放射線療法に関連して、単調は、アパーチャーの順序付けされたシーケンスを意味しており、シーケンスは、１つのアパーチャーからそれに続くアパーチャーへの連続したつながりによって決定付けられ、または、個々のリーフが、所与の一連のアパーチャーの間に、１つの方向にインクリメントする。換言すれば、アパーチャーのシーケンスは、より最適な治療送達を実現させるものによってではなく、ＭＬＣの機械的な制限によって決定付けされることとなる。シーケンスは、アパーチャー１から、次いで２、次いで３などと進むこととなり、１〜３から、次いで５、次いで２に戻ることとはならない。単一のコンフォーマル形状を使用するというよりもむしろ、ＭＬＣは、シーケンスの形状を送達する。任意の所与のガントリー位置において受ける放射線の正味量は、異なる形状が放射線の通過または遮断を可能にする程度に基づく。図１に見られるように、示されているＭＬＣ３１の形状は、フルエンスマップ５１のビームレット強度に直接的に対応していない。認識されることとなるように、示されているフルエンスマップは、その特定のガントリー角度に関してＭＬＣがとった複数の形状に対する強度の蓄積を示している。従来のシェイピングＭＬＣの共通の制限は、形状を画定しているリーフが比較的にゆっくりと移動するということである。多数の形状、または、大きいリーフ運動を必要とする形状を使用することは、より長い患者治療を結果として生じさせる可能性がある。同様に、リーフの速度は、送達コンポーネント（たとえば、ガントリー、カウチ、Ｘ線エネルギーなど）の同期運動を利用するなどのような、時間的制約のある治療を送達する従来のシェイピングＭＬＣの能力を制限する可能性がある。
【０００８】
[0008]従来のバイナリーＭＬＣ６１が、図２に示されている。バイナリーＭＬＣ６１は、２つのバンク６５、６７の中に配置されている複数のリーフ６３を有している。リーフのそれぞれのバンクは、ビームに対して閉位置または開位置にリーフを位置決めすることによって、治療スライスを形成させるために使用されている。図２に示されているように、リーフは、協調して働くことが可能であり、両方とも開いているか（Ａ）、両方とも閉まっているか（Ｂ）、または、１つのリーフだけが開いている／閉まっている（Ｃ）こととなる。
【０００９】
[0009]バイナリーＭＬＣは、トモセラピーのＨｉ−Ａｒｔ（登録商標）放射線療法システム、および、Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ治療システムの中で使用される。従来のバイナリーＭＬＣ治療システムでは、患者は、デュアルバンクバイナリーコリメーターを使用してヘリカル治療を患者に送達するために回転している放射線源を通って移動させられる。代替的に、患者は、Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃシステムによって行われるように、デュアルバンクバイナリーコリメーターによって、その後に続く別の２つのスライスの治療に関してインデックスを付けられる（ｉｎｄｅｘｅｄ）。デュアルバンクバイナリーコリメーターのリーフは、十分な速度で移動し、リーフの順序付けまたは位置決めが、任意の個々のリーフの任意の以前のまたは将来の位置（バイナリーコリメーターに関して開いているかまたは閉じている）によって著しく影響を受けることとならないようになっている。別の言い方をすれば、リーフ速度は十分であり、ＭＬＣのメカニクスが、放射線療法治療またはフラクション（ｆｒａｃｔｉｏｎ）の送達に関して、任意の所与の時間におけるリーフ位置の決定に過度に影響を与えないようになっている。したがって、従来のシェイピングＭＬＣとは対照的に、それぞれのリーフは、プランニングソフトウェアによる概念化を必要としないビームレットを画定し、すなわち、リーフが開いている時間の量が、そのビームレットに関する強度を直接的に制御する。
【００１０】
[0010]両方の従来のＭＬＣ（シェイピングおよびバイナリー）に関して、それぞれのビームレットは、フルエンスを有しており、組み合わせられたすべてのフルエンスは、ビームのためのフルエンスマップを形成する。それぞれのガントリー角度に関するフルエンスマップ、または、すべてのビームに関するフルエンスマップは、治療計画へと組み合わせられ、最適化される。従来のシェイピングＭＬＣの例は、シェイピングＭＬＣを使用する体積的な強度変調の根底にある概念、および、バイナリーＭＬＣの根底にある概念を図示するために提供され、離散的なガントリー角度における直接的な強度変調の根底にある概念を図示している。フラクション当たりに少ない時間で、より精密で理論的により良好な線量の一致を提供するために、より複雑な治療計画および送達は、ガントリー運動、カウチ運動、可変ガントリー速度、可変ＭＵなどを含むことが可能である。送達ソフトウェアを介して、治療送達デバイスの動作を支配するのは治療計画である。送達システム（ガントリー、線形加速器、ＭＬＣ、カウチなど）の物理的な性能は、送達システムによる送達に関してそれが生成および最適化することができる計画のタイプにおいて、治療プランニングソフトウェアを制限または制約する。
【００１１】
[0011]治療プランニングシステムおよびソフトウェア（集合的にプランニングシステムと称される）は、本出願の焦点ではないが、しかし、認識されることとなるように、放射線によって患者を治療するために一体化されている。放射線療法治療は、治療計画によって支配され、治療計画は、典型的に、プランニングシステムを使用して、医師または物理学者（単独でまたは集合的に「計画者」）によって発生させられる。計画者は、典型的に、診断用３Ｄイメージ（任意のＰＥＴ、ＣＴ、ＭＲの組み合わせが使用され得るが、典型的にはＣＴ）を使用し、標的構造体、および、任意の近くの危険構造体またはリスク臓器（ＯＡＲ）を画定または輪郭決めすることとなる。次いで、計画者は、標的構造体への送達のための放射線の量、および、ＯＡＲに許容されることとなる放射線の量を決定する。治療プランニングソフトウェアは、インバースプランニングおよび送達デバイスの物理的な性能を使用して、治療計画を発生させることとなる。次いで、計画者は、計画を評価し、それが臨床的な目的に合っているかどうかということ、および、したがって、患者への送達に関する計画を承認することとなるかどうかということを決定する。計画の送達は、複数の治療セッションまたはフラクションにおいて行われる。
【００１２】
[0012]従来のＭＬＣ、および、それらから結果として生じる治療パラダイムは、着実に進歩している、より高性能のコンフォーマル放射線療法治療を提供した。しかし、より進歩した治療用ビームのシェイピングおよび変調に対する要求が存在しているままであり、それによって、治療プランニングソフトウェアが発展することを可能にし、さらにより精密な計画の送達を可能にする。放射線療法技法の上記の概要によって見られるように、放射線療法の送達のための１つの重要なコンポーネントは、コリメーターである。マルチリーフコリメーターが存在しているが、個々のリーフまたはリーフのグループの速度および制御は、より進歩した同時にシェイピングおよび変調するビームパターンを実現するには不十分である。必要とされるものは、改善されたマルチリーフコリメーター設計であり、それは、より進歩した放射線治療計画の速度および位置制御要件を満たすのに十分に応答性が良く、それによって、新しい治療パラダイムを可能にする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本願発明の一実施例は、例えば、電磁作動式のマルチリーフコリメーターに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
[0013]本発明の実施形態は、マルチリーフコリメーター（ＭＬＣ）を提供する。これらの実施形態は、あるトラベルの長さを有する複数のリーフを有する。それぞれのリーフは、近位端部と、遠位端部と、長さＬおよび幅Ｗを有する放射線不透過性の遠位ブロッキング部分と、長さＬ’および幅Ｗ’を有する近位駆動部分と、近位駆動部分に固定され、電流供給源に動作可能に接続されている１つまたは複数の導電性コイルとを有しており、導電性コイルを通過する電流は、第１の磁界を発生させる。また、これらの実施形態のＭＬＣは、複数のチャネルを備えるリーフガイドを有しており、複数のチャネルは、互いにおおよそ平行に隣接して配置されており、複数のリーフのそれぞれの少なくとも一部分は、前記チャネルのそれぞれの中へスライド式に配置されており、また、これらの実施形態のＭＬＣは、近位駆動部分に隣接して位置決めされている複数の静止磁石を有しており、それぞれの静止磁石は、第２の磁界を有し、第２の磁界は、コイルから生じる第１の磁界と関連して動作し、近位駆動部分に力を及ぼすように構成されている。いくつかの実施形態では、ＭＬＣは、リーフのデュアル対向バンクを有することとなり、他の実施形態は、駆動部分のそれぞれの側部に静止磁石を有することとなる。
【００１５】
[0014]また、本発明の実施形態は、マルチリーフコリメーター（ＭＬＣ）によって治療用放射線ビームをコリメートするための方法を含む。これらの実施形態は、ＭＬＣの１つまたは複数のリーフに関する所望の状態を決定するステップを含むことが可能であり、１つまたは複数のリーフは、電磁駆動システムを使用して移動させられ、１つまたは複数のリーフが所望の状態にない場合には、磁界が修正され、結果として１つまたは複数のリーフに力を生じさせ、１つまたは複数のリーフが移動することを引き起こし、最後に、リーフは、所望の状態または位置に停止させられる。リーフが所望の状態にない場合には、さらなる実施形態は、第１の磁界を発生させるために、リーフのドライビング部分の中に存在している電磁コイルに電流を印加し、第１の磁界は、ドライビング部分のそれぞれの側部にある静止磁石から生じる第２の磁界と関連して動作し、それは、結果として前記ドライビング部分に力を生じさせ、リーフが移動することを引き起こす。
【００１６】
[0015]一実施形態では、本発明は、複数のリーフと、複数のリーフを支持するように構成されているリーフガイドと、複数の静止磁石とを含むマルチリーフコリメーター（ＭＬＣ）を提供する。複数のリーフは、あるトラベルの長さを有しており、それぞれのリーフは、長さＬおよび幅Ｗを有し、放射線不透過性であるブロッキング部分と、長さＬ’および幅Ｗ’を有する駆動部分であって、ブロッキング部分に接続されている駆動部分と、電流供給源に動作可能に接続されている導電性コイルであって、長さＬ’の少なくとも一部分に沿って駆動部分に固定されており、通過する電流が第１の磁界を発生させる導電性コイルとを含む。静止磁石のそれぞれは、少なくとも１つのリーフの駆動部分に隣接して位置決めされており、それぞれの静止磁石は、第２の磁界を有し、第２の磁界は、第１の磁界と関連して動作し、駆動部分に力を及ぼすように構成されている。
【００１７】
[0016]別の実施形態では、本発明は、治療用放射線ビームをコリメートするためのシステムを提供する。システムは、マルチリーフコリメーター（ＭＬＣ）と、複数のリーフを支持するように構成されているリーフガイドと、複数の静止磁石と、ドライバーコンポーネントとを含む。ＭＬＣは、あるトラベルの長さを有する複数のリーフを含み、それぞれのリーフは、長さＬおよび幅Ｗを有し、放射線不透過性であるブロッキング部分と、長さＬ’および幅Ｗ’を有する駆動部分であって、ブロッキング部分に接続されている駆動部分と、電流供給源に動作可能に接続されている導電性コイルであって、長さＬ’の少なくとも一部分に沿って駆動部分に固定されており、通過する電流が第１の磁界を発生させる導電性コイルとを含む。静止磁石のそれぞれは、少なくとも１つのリーフの駆動部分に隣接して位置決めされており、それぞれの静止磁石は、第２の磁界を有し、第２の磁界は、第１の磁界と関連して動作し、駆動部分に力を及ぼすように構成されている。ドライバーコンポーネントは、電流をコイルに方向付けし、それによって、所望の状態への複数のリーフの移動を引き起こす。
【００１８】
[0017]さらなる実施形態では、本発明は、マルチリーフコリメーター（ＭＬＣ）を提供し、マルチリーフコリメーター（ＭＬＣ）は、あるトラベルの長さを有する複数のリーフを有し、それぞれのリーフは、長さＬおよび幅Ｗを有するブロッキング部分であって、放射線不透過性であるブロッキング部分と、長さＬ’および幅Ｗ’を有する駆動部分であって、ブロッキング部分に接続されている駆動部分とを含み、リーフの少なくとも１つは、少なくとも５０ｃｍ／ｓの速度で移動することができる。
【００１９】
[0018]さらなる実施形態では、本発明は、複数のリーフと、複数のリーフを支持するように構成されているリーフガイドと、複数の導電性コイルとを含むマルチリーフコリメーター（ＭＬＣ）を提供する。複数のリーフは、あるトラベルの長さを有し、それぞれのリーフは、長さＬおよび幅Ｗを有し、放射線不透過性であるブロッキング部分と、長さＬ’および幅Ｗ’を有する駆動部分であって、ブロッキング部分に接続されている駆動部分と、駆動部分の中に位置決めされている永久磁石とを含む。少なくとも１つのコイルは、隣接するリーフの間に位置決めされており、電流供給源に接続されており、電流が少なくとも１つのコイルを通過するときに第１の磁界を発生させ、第１の磁界は、磁石によって発生させられる第２の磁界と相互作用し、駆動部分に力を及ぼす。
【００２０】
[0019]本発明の新規な特徴は、以下に続く特許請求の範囲の中に特殊性とともに記載されている。本発明の特徴および利点のより良好な理解は、例示目的の実施形態を記載する以下の詳細な説明を参照することによって得られることとなり、例示目的の実施形態の中には、本発明の原理が利用され、その添付図面が以下に示される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】[0020]患者の中の標的に代表的な線量を提供するために使用されている従来のシェイピングＭＬＣを図示する図である。
【図２】[0021]従来のバイナリーＭＬＣの下から上を見た図である。
【図３】[0022]図３に図示されている放射線療法治療システムの中で使用され得る離散的なバイナリーマルチリーフコリメーターの斜視図である。
【図４】[0023]例示的なコンピューター制御スキームのブロック図である。
【図５】[0024]図５Ａは、離散的なバイナリーマルチリーフコリメーターの一部としての動作の結果として、開いた状態の代表的なリーフの移動を図示している。  図５Ｂは、離散的なバイナリーマルチリーフコリメーターの一部としての動作の結果として、部分的に開いた状態の代表的なリーフの移動を図示している。  図５Ｃは、離散的なバイナリーマルチリーフコリメーターの一部としての動作の結果として、部分的に開いた状態の代表的なリーフの移動を図示している。  図５Ｄは、離散的なバイナリーマルチリーフコリメーターの一部としての動作の結果として、閉じた状態の代表的なリーフの移動を図示している。
【図６】[0025]離散的なバイナリーマルチリーフコリメーターのためのフルエンスおよびリーフ制御スキームのフローチャートである。
【図７】[0026]例示的な高応答性のＭＬＣの等角図である。
【図８】[0027]図７のＭＬＣの磁気駆動モジュールの１つの端部の等角端面図である。
【図９】[0028]フレックス回路およびリーダーの一部分が除去されている、磁石ガイドモジュールの中の第１のリーフバンクの近寄った拡大斜視図である。
【図１０】[0029]リーフ同士の間の静止磁石配置を示すためにカバーが除去されている、磁石ガイドモジュールの端部の図である。
【図１１】[0030]図７の内側リーフガイドおよび開口部の上から下を見た図である。
【図１２】[0031]例示的な直線的なリーフガイドの斜視図である。
【図１３Ａ】[0032]図１１のガイドの端部の図であり、それらのそれぞれのガイドチャネルの中のリーフのブロッキング部分の端部の図を示す図である。
【図１３Ｂ】[0032]図１１のガイドの端部の図であり、それらのそれぞれのガイドチャネルの中のリーフのブロッキング部分の端部の図を示す図である。
【図１４】[0033]例示的な湾曲したリーフガイドの斜視図である。
【図１５】[0034]電磁気的に制御される高応答性のマルチリーフコリメーターの中の例示的なリーフのための例示的な制御システムのダイアグラムである。
【図１６】[0035]例示的なリーフの側面図である。
【図１７】[0036]例示的なＭＬＣの中に位置決めされているような例示的なリーフペアの斜視図である。
【図１８】[0037]例示的なリーフの中のコイル巻線の断面図である。
【図１９】[0038]離散的なバイナリーＭＬＣのための例示的なリーフ配置を図示する図である。
【図２０】[0039]電磁気的に制御される離散的なバイナリーＭＬＣを使用してリーフを位置決めするための例示的な方法を図示する図である。
【図２１Ａ】[0040]電磁作動式のマルチリーフコリメーターの中で使用される様々なリーフ位置決めシナリオのための代表的な駆動電流スキームを図示する図である。
【図２１Ｂ】[0040]電磁作動式のマルチリーフコリメーターの中で使用される様々なリーフ位置決めシナリオのための代表的な駆動電流スキームを図示する図である。
【図２１Ｃ】[0040]電磁作動式のマルチリーフコリメーターの中で使用される様々なリーフ位置決めシナリオのための代表的な駆動電流スキームを図示する図である。
【図２２】[0041]図７に示されているようなリーフパワードライブの等角図である。
【図２３Ａ】[0042]ガントリーベースの放射線療法治療システムの斜視図である。
【図２３Ｂ】[0042]ロボットベースの放射線療法システムの斜視図である。放射線源およびコリメーションデバイスがロボットアームの上に装着されている、放射線療法システムを図示している。
【図２４】[0043]図２３Ａおよび図２３Ｂの放射線療法治療システムの概略図である。
【図２５】[0044]図２３Ａおよび図２３Ｂの放射線療法治療システムの中で使用されるソフトウェアプログラムの概略ダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
[0045]本発明の任意の実施形態が詳細に説明される前に、本発明は、その用途において、以下の説明の中に記載されているか、または、以下の図面の中に図示されている、構造の詳細およびコンポーネントの配置に限定されないということが理解されるべきである。本発明は、他の実施形態であることが可能であり、また、様々な方式で実践または実施され得る。また、本明細書で使用されている用語表現および専門用語は、説明の目的のためのものであり、限定するものとしてみなされるべきではないということが理解されるべきである。「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、または「有する」、および、本明細書でのその変形例の使用は、その後に列挙されている項目およびその均等物、ならびに追加的な項目を包含することを意味している。そうでないことを特定または限定されていなければ、「装着されている」、「接続されている」、「支持されている」、および「連結されている」の用語、ならびにその変形例は、広い意味で使用されており、直接的および間接的の両方の装着、接続、支持、および連結を包含する。さらに、「接続されている」および「連結されている」は、物理的なまたは機械的な接続または連結に制限されない。
【００２３】
[0046]上側、下側、下向きに、上向きに、後方に、底部、前面、後面などのような、方向の参照が、図面を説明する際に本明細書でなされている可能性があるが、これらの参照は、便宜上のために、（通常に見られるように）図面に対してなされている。これらの方向は、文言通りにとられることを意図しておらず、または、本発明をいずれかの形態に限定することを意図していない。加えて、「第１の」、「第２の」、および「第３の」などのような用語は、説明の目的のために本明細書で使用されており、相対的な重要性または重大性を表示または暗示することを意図していない。
【００２４】
[0047]加えて、本発明の実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、および電子的なコンポーネントまたはモジュールの両方を含み、それは、議論の目的のために、コンポーネントの大部分はハードウェアの中に単独で実装されているかのように、図示および説明されている可能性があるということが理解されるべきである。しかし、この詳細な説明を読むことに基づいて、当業者は、少なくとも一実施形態において、本発明の電子的なベースの態様がソフトウェアの中に実装され得るということを認識することとなる。そのように、複数のハードウェアおよびソフトウェアベースのデバイス、ならびに、複数の異なる構造的コンポーネントは、本発明を実装するために利用され得るということが留意されるべきである。そのうえ、後に続く段落に説明されているように、図面に図示されている特定の機械的な構成は、本発明の実施形態を例証することを意図しており、また、他の代替的な機械的な構成が可能であるということを意図している。
【００２５】
[0048]本発明の一実施形態では、および、図３に図示されている一実施形態では、放射線変調デバイス３４は、電磁作動式のＭＬＣ６２を含み、ＭＬＣ６２は、強度変調を提供するために、位置ごとに移動するための動作可能な複数のリーフ６６を含む。リーフ６６は、最小に開いた位置と最大に開いた位置との間の任意の位置に移動することが可能であり、リーフの順序付けまたは位置決めが、任意の個々のリーフの任意の以前の位置または将来の位置（バイナリーコリメーターに関しては開いているかまたは閉じている）によって、著しく影響を受けることとならないように、十分な速度を有することが可能である。別の言い方をすれば、リーフ速度が十分であり、放射線療法治療またはフラクションの送達に関して、任意の所与の時間において、ＭＬＣのメカニクスがリーフ位置の決定に過度に影響を与えないようになっている。リーフ６６が、全開、全閉から、または、より詳細に以下に説明されているように開と閉との間の任意の位置まで、制御可能に移動させられるようにするために、それぞれのリーフ６６は、モーターなどのようなアクチュエーター（示されていないが、より完全に下記に説明されている）または磁気駆動装置によって独立して制御される。アクチュエーターは、コンピューター７４および／または制御装置によって、適切に制御され得る。
【００２６】
[0049]図４は、放射線変調システムの中の例示的な制御コンピューターのブロック図である。この特定の実施形態では、制御コンピューターは、治療計画を受信することとなり、計画の送達を制御することとなる。認識されることとなるように、多くの異なる構成が、この目的を達成するために使用され得り、これは、単に１つの例である。放射線変調システム２００は、制御コンピューター２１０、ビーム供給源２３０、マルチリーフコリメーター（ＭＬＣ）２４０、ガントリー２５０、および患者支持器２６０を含む。制御コンピューター２１０は、プロセッサー２１２、メモリー２１４、変調器エンジン２１６、リーフ位置エンジン２１８、ユーザーインターフェース２２０、ガントリーエンジン２２２、および患者支持器エンジン２２４を含む。いくつかの実施形態では、制御コンピューターは、いくつかのプロセッサー、別々のコンピューティングデバイスを実装され得り、そうでなければ、分散され得る。
【００２７】
[0050]プロセッサー２１２は、メモリー２１４の中に格納されているプログラムをロードおよび実行することが可能である。メモリー２１４の上に格納されているプログラムは、ガントリー制御、ジョー制御、患者支持器制御、および、治療計画を管理することに関わる他の機能性を含む、本明細書で説明されている機能性を実施するために実行され得る。
【００２８】
[0051]変調器エンジン２１６は、治療計画にしたがって患者に放射線送達するために、リーフ運動およびジョー運動のすべてまたは一部分を制御することが可能であり、リーフの位置に関する情報を処理し、所望の位置にリーフを移動させるドライバーへ送信するための信号を発生させ、または、患者への治療計画の適正な送達を確実にするために他のコンポーネントを制御することが可能である。所望の線量が送達されることを確実にするために、変調器エンジン２１６は、ガントリーエンジン、リーフ位置エンジン、および患者支持器エンジンから、ガントリー位置、リーフ位置、および患者支持器位置の情報をそれぞれ受信する。変調器エンジン２１６は、位置情報を使用し、また、治療計画にしたがって、特定のセットの治療パラメーター（たとえば、ガントリー位置および／または速度、リーフ位置、ならびに、患者支持器位置および／または速度）に関して必要な投与量のために要求される強度変調を制御することが可能である。変調器エンジンは、個々のリーフまたはリーフのグループの移動のための制御シーケンスを提供し、所望のアパーチャーを形成させ、または、治療計画にしたがった形状のビームレットを変調させる。加えてまたは代替的に、１つまたは複数のジョーもまた、ビームシェイピング、強度変調、もしくはそれらの組み合わせを支援して、開けられるか、閉められるか、または、再位置決めされ得る。別の態様では、変調器エンジンは、個々のリーフ、リーフのグループ、および１つまたは複数のジョーに関する離散的な位置情報を提供し、これらのコンポーネントを維持するか、または独立して移動させ、所望のビーム形状またはコリメーションを急速に生成させ、体積的なおよび直接的な強度変調の組み合わせを用いる治療を可能にする。リーフ位置決め移動およびジョー位置決め移動は、特定のガントリー位置もしくは速度、患者位置もしくは速度、または、個々の患者の療法のための他の特定の要因に対応する、治療計画の中の所望のセッティングにしたがって実施され得る。変調器エンジン２１６は、ソフトウェアとして実装され得り、それは、メモリー２１４の中に格納されており、プロセッサー２１２、または、プロセッサー２１２の外部の回路もしくはロジックによって実行可能である。
【００２９】
[0052]リーフ位置エンジン２１８は、磁気作動式のＭＬＣ２４０の中の１つまたは複数のリーフの移動および位置を制御および監視することが可能である。リーフ位置エンジン２１８は、ロジック、回路、またはソフトウェアとして実装され得り、それは、メモリー２１４の中に格納されており、プロセッサー２１２によってロードおよび実行される。
【００３０】
[0053]ユーザーインターフェース２２０は、テキスト、グラフィカルコンテント、および、ユーザーのための出力メカニズムを通して提供されることとなる他のコンテントを提供することが可能である。いくつかの実施形態では、ユーザーインターフェース２２０は、放射線変調システムの現在の状況、治療状況および進捗、ならびに他の情報をユーザーに提供するインタラクティブグラフィカルインターフェースを提供する。ガントリーエンジン２２２は、ガントリー２５０の位置を制御および監視することが可能である。ガントリー位置は、変調器エンジン２１６、プロセッサー２１２、および、制御コンピューター２１０の他の部分に提供され得る。ガントリーエンジン２２２は、ロジック、回路、またはソフトウェアとして実装され得り、それは、メモリー２１４の中に格納されており、プロセッサー２１２によってロードおよび実行される。
【００３１】
[0054]ビーム供給源２３０は、患者を治療するために使用される治療用放射線ビームを提供することが可能である。ビームは、線形加速器から発生させられる光子ビームであるか、または、患者に治療を提供するために当技術分野で知られている他の粒子ビーム（たとえば、陽子ビーム）であることが可能である。
【００３２】
[0055]磁気作動式のＭＬＣ２４０は、リーフ２４２を含み、また、制御コンピューター２１０によって制御され、リーフ位置を調節し、リーフ運動を提供することが可能である。リーフ位置制御および作動の追加的な詳細は、下記に説明されている。ガントリー２５０は、治療の間に患者の周りを移動する。ガントリー２５０の位置は、制御コンピューター２１０のガントリーエンジン２２２によって制御および監視される。患者支持器２６０（および、その上の患者）の位置は、患者支持器エンジン２２４によって制御および監視され得る。
【００３３】
[0056]本発明の実施形態による磁気作動式のＭＬＣは、過去の従来のＭＬＣ（シェイピングおよびバイナリー）とは異なり、ガントリー回転／移動、カウチ運動、標的運動、または、それらの任意の組み合わせの間に、離散的なガントリー位置の間に放射線を送達するために、ビームフィールドを横切る放射線強度を変調させるためにより多くの制御を可能にする。本発明の実施形態は、従来のシェイピングＭＬＣなどのように、開と閉との間の一連の位置に沿ってコリメーターのリーフを移動させることを可能にし、また、リーフの順序付けまたは位置決めが、任意の個々のリーフの任意の以前の位置または将来の位置（バイナリーコリメーターに関しては開いているかまたは閉じている）によって、著しく影響を受けることとならないように、十分な速度を備える。別の言い方をすれば、リーフ速度が十分であり、放射線療法治療またはフラクションの送達に関して、任意の所与の時間において、ＭＬＣのメカニクスがリーフ位置の決定に過度に影響を与えないようになっている。この性能は、アパーチャーを非単調に修正または変化させる能力を可能にし、それによって、従来のＭＬＣではこれまで可能にされなかった新しい治療のパラダイムを可能にする。上記に説明されているように、従来の放射線療法マシンは、比較的に遅く移動するリーフを備えるマルチリーフコリメーターを使用し、特定の所望の形状にビームを形状付けし、このように、体積的な強度変調を生成させてきた。
【００３４】
[0057]図５Ａ〜図５Ｄは、本発明の実施形態による、磁気的に作動されるコリメーターの中のリーフを示しており、リーフは、全開位置（状態１、図５Ａ）または全閉位置（状態４、図５Ｄ）にある。図５Ｂおよび図５Ｃは、本発明の実施形態による、磁気的に作動されるコリメーターの中のリーフを示しており、状態３（図５Ｃ）にあるリーフは、２０％放射線透過（すなわち、２０％開位置）を可能にし、状態２（図５Ｂ）にあるリーフは、７０％透過を可能にし、または、７０％開位置にある。繰り返しになるが、離散的な形状のバイナリーＭＬＣの高応答性のリーフは、十分な速度で、全開および全閉の一連に沿って所望の位置を実現するものであり、放射線療法治療またはフラクションの送達に関して、任意の所与の時間において、ＭＬＣのメカニクスがリーフ位置の決定に過度に影響を与えないようになっている。
【００３５】
[0058]図５Ａ〜図５Ｄを参照すると、リーフは、十分な速度で、ｘのスタート位置から−ｙおよび＋ｙの最大量の任意の位置に移動することが可能であり、放射線療法治療またはフラクションの送達に関して、任意の所与の時間において、ＭＬＣのメカニクスがリーフ位置の決定に過度に影響を与えないようになっており、それは、その他では、１つの位置または状態から別の位置または状態へスナップする（ｓｎａｐ）１つまたは複数のリーフの能力と本明細書で称され得る。＋ｙ、−ｙのサイズに寄与する従来のシェイピングＭＬＣの限界は、回転モーターまたはリーフスクリューによって駆動されるリーフであり、回転モーターまたはリーフスクリューは、リーフが移動させられ得る速度を制限する。コリメーターが別の状態と比べて１つの状態のままである時間の量に加えて、１つの状態から別の状態へスナップする、本発明の実施形態による、離散的な形状のバイナリーコリメーターの能力は、治療フラクションの過程にわたって放射線強度を変調させる能力の向上を可能にする。
【００３６】
[0059]本明細書で説明されている、提案されているＭＬＣシステムおよび方法は、強度変調、体積的な強度変調、および直接的な強度変調のそれぞれのタイプの利益の多くを活用することが可能である。リーフの速い速度に起因して、この技術は、バイナリーＭＬＣの「スナップアクション」の利益を有している。そのうえ、個々のリーフは、正確に制御され得り、また、中間場所へ迅速に移動すること、および、中間場所で迅速に停止することが可能であるので、それぞれのリーフは、サブビームレットまたは複数の強度レベルを生成させるために使用され得る。これは、単一列スタイルの構成に適用され得り、単一列スタイルの構成では、それぞれのリーフが、１セットのビームレットをカバーし、または、ビームレットが２つ以上のリーフによって画定される場所に、対向するデュアルバンクリーフ構成が構築され得る。したがって、この構成は、伝統的なＭＬＣの体積強度変調の態様を有しているが、バイナリーコリメーターと同様に、ビームレットを直接的に強度変調させる能力を備えている。実際に、それぞれのリーフは、十分な速度で、多数の磁気的に作動されるもののいずれかに迅速に送られ得り、放射線療法治療またはフラクションの送達に関して、任意の所与の時間において、ＭＬＣのメカニクスがリーフ位置の決定に過度に影響を与えないようになっている。したがって、任意の２Ｄパターンが、非常に迅速に生成され得る。結果として生じるＭＬＣは、バイナリーＭＬＣの速度および簡単さの利益を有することが可能であるが、従来のシェイピングＭＬＣのフレキシビリティーおよび２Ｄビームシェイピングを備えており、したがって、磁気作動式のＭＬＣの名がある。
【００３７】
[0060]図６は、本発明の実施形態による、磁気作動式のＭＬＣを利用する放射線療法を送達させるための例示的な方法５００を図示している。方法５００は、以下の初期の患者セットアップ（たとえば、オンラインイメージ（随意的に、ＭＶＣＴを利用する）をプランニングイメージとともに登録すること、および、必要であれば、患者支持器を調節し、放射線送達のために患者を適正に整合させること）を開始させるということが理解されるべきである。フルエンスマップは、計画（ステップ５１０）にしたがって決定または発生させられ、その合計が、治療フラクションを作り出す。治療フラクションのための放射線送達は、患者に関する治療計画の受け取り、または、患者に関する治療計画へのアクセスによって開始させられる。放射線送達を開始させることは、ガントリーの初期位置、マルチリーフコリメーターの中の初期リーフ位置、ビームの一次的なおよび二次的なコリメーションのための（それぞれの）初期ジョー位置、ならびに、当業者に知られている他の初期アクションを決定およびセッティングすることを含むことが可能である。この方法は、６自由度のロボットに装着された線形加速器（たとえば、図２３Ｂを参照）などのような、放射線療法の送達のための他のプラットフォームに対して使用され得るということが当業者によって認識されることとなる。
【００３８】
[0061]この実施形態では、治療計画からのフルエンスマップが、コリメーションシーケンス、たとえば、リーフ位置、および、リーフがそのような位置にいる時間を決定する（ステップ５２０）。フルエンスマップは、フルエンスマップの強度プロファイルを実現するために必要な一連のリーフ状態を決定付ける。その後に、適当な制御信号が、制御コンピューターによってリーフアクチュエーターに送られ、治療計画にしたがって、すなわち、フルエンスマップを実現するために所望の時間にわたって、所望のリーフ位置へ、リーフを移動させる。リーフドライバーは、制御信号を受信し、そのビームのために計画されたフルエンスマップにしたがって命令されたリーフ移動を伝え、このプロセスが、必要に応じて、それぞれのリーフまたはリーフのグループのために繰り返され、そのビームまたはガントリー角度に関するフルエンスマップを実現する。治療フラクションは、複数のガントリー角度において複数のビームを送達することを含み、送達されるフルエンスマップの合計が、治療フラクションを作り出すようになっている。磁気作動式のＭＬＣのアパーチャーに加えて、他の治療システムコンポーネントが変化させられ得るということが認識されるべきである（たとえば、動的なガントリー運動、カウチ運動、可変の出力、またはサーボリニアック（ｓｅｒｖｏ  ｌｉｎａｃ）出力など）。この説明は、本発明を限定することなく、本発明のＭＬＣの任意の１つの使用または態様に議論の焦点を合わせるために、ＭＬＣを取り出している。
【００３９】
[0062]ステップ５２０において、コリメーターの状態（すなわち、ビームまたはアパーチャー形状）が対応しているか、または、フルエンスマップの送達の中の任意の特定のポイントにおいて変化させられる必要があるかということが決定される。当業者によって認識されることとなるように、この決定は、治療計画によって進められることとなり、また、本明細書で説明されているように達成されるリーフ位置決めを介して実施されることとなる。それぞれのリーフの位置が決定され、次いで、コリメーター状態からの位置と比較される（ステップ５３０）。リーフが適切な位置にない場合には、所望の位置に到達するまで駆動信号が提供される（ステップ５３５）。リーフが所望の位置にある場合には（ステップ５３０に対する回答が「はい」である）、次に、ステップ５４０において、正しい期間または所望の期間にわたって、正しい位置にリーフがあるかどうかを決定する。リーフが所望の期間にわたって位置決めされていなかった場合には、リーフを駆動しないか、または、代替的に、保持信号をリーフアクチュエーターに送る（ステップ５４５）。リーフが所望の期間にわたって適切な位置にあった場合には、次にシステムは、フルエンスマップまたは治療計画にしたがって、そのリーフを別の位置に移動させることが可能である。ステップ５５０において、システムは、次のリーフを見て、それが、（ステップ５３０〜５４５にしたがって）適切な位置に所望の期間にわたってあるかどうかを決定する。所望のコリメーター状態に関してすべてのリーフが完了した後に（ステップ５５０に対する回答が「いいえ」である）、次に、それにしたがって、別の状態を実現するためにリーフを調節する（ステップ５５５に対する回答が「はい」である）。別の状態が存在しない場合には（ステップ５５５に対する回答が「いいえ」である）、フルエンスマップまたは治療計画のこの部分の送達が完了される。次のガントリー角度において送達する別のフルエンスマップが存在する場合には（ステップ５６０に対する回答が「はい」である）、方法は、方法５００のステップにしたがってリーフ位置を評価／調節するために、ステップ５１０に戻る。別の治療フルエンスマップが存在しない場合には（ステップ５６０に対する回答が「いいえ」である）、治療／フラクションは終了する（ステップ５６５）。
【００４０】
[0063]治療フラクションの過程にわたって、リーフドライバーは、治療計画の全体を通して、様々なポイントにおいて制御信号を受信し、適当な時間の量にわたって適当な状態にコリメーターのリーフをセットする。１つの形態で、または、別の形態で、リーフドライバーおよび様々な状態のコリメーターを制御するのは、治療計画である。説明されているように、および、当業者によって認識されることとなるように、治療計画は、本発明の実施形態による磁気作動式のコリメーターの能力を利用するように開発されることとなり、従来のＭＬＣ（バイナリーＭＬＣまたはシェイピングＭＬＣのいずれか）のために計画が作成された場合よりも良好に変調された強度分布を送達するために、１つの状態から代替的な状態へスナップする。当業者によって認識されることとなるように、治療計画は、コリメーターのスナップ移動、ならびに、ガントリーの回転および患者支持器の移動の間に送達することを利用し、送達の強度を変調させる能力の向上を実現させることが可能である。離散的な形状のバイナリーＭＬＣの状態を変化させるために制御信号を提供した後に、または、状態変化が必要とされない場合には、方法は、治療計画の送達の中の次のポイントにループして戻る。ＭＬＣの中のそれぞれのリーフの位置を決定するプロセスが、順次説明される。方法５００のステップは、１つまたは複数のリーフに関して順次または並行して行われ得り、または、ここで、リーフのグループが一緒に移動させられるということが認識されるべきである。
【００４１】
[0064]単調なシーケンスの形状を使用する従来のシェイピングＭＬＣを用いる技法の性能は、最適化された治療計画の要件に対するよりも、従来のＭＬＣの応答性またはリーフ速度の制限の関数であることが多い。それとは対照的に、本明細書で説明されている磁気作動式のＭＬＣの実施形態の中のリーフ、およびビームレット制御は、治療計画によって求められるときに、順次的な移動または単調な移動にしたがうことが可能であるが、それに限定されない。個々のリーフ、リーフペア、またはビームレット制御は、移動が単調な形状に限定されない程度に制御されるが、むしろ、次の所望の状態に応答し、次の所望の状態が位置付けされ得る一連の場所に依存しない。換言すれば、任意の瞬間に、ＭＬＣ制御装置は、十分な速度で任意の位置にリーフを位置決めすることが可能であり、放射線療法治療またはフラクションの送達に関して、任意の所与の時間において、ＭＬＣのメカニクスがリーフ位置の決定に過度に影響を与えないようになっている。これは、より遅いリーフ速度に起因してやむを得ず所望の状態が順次的または単調である、従来のＭＬＣ制御スキームおよびＭＬＣ設計とは対照的である。
【００４２】
[0065]図７は、デュアルリーフバンクを有する例示的な磁気作動式のＭＬＣの等角図であり、領域３０２のそれぞれの側部にリーフバンクを１つ有しており、領域３０２の中に、放射線がコリメーションのために方向付けされる。この特定の実施形態では、リーフは、電磁気作用によって駆動される。リーフは、１対のリーフガイドモジュール３００（それぞれのリーフバンクに対して１つ）によって支持されており、１対のリーフガイドモジュール３００は、１対の電磁駆動モジュール４００の中の電磁駆動システムのコンポーネントによって駆動され、リーフのそれぞれのバンクのためのコリメーターのそれぞれの側部に１つの電磁駆動モジュール４００がある。本発明は、単一のバンクコリメーターに適用され得るが、デュアルバンクが好適な実施形態である。２パート式の支持フレーム９７Ａ、９７Ｂ（図８）が、磁気作動式のＭＬＣの長さに沿って走っており、また、リーフガイドモジュール３００および電磁駆動モジュール４００のそれぞれに取り付けられており、コンポーネントのそれぞれを支持し、他のコンポーネントに対するそれぞれの適正なアライメントを確実にする。磁気作動式のＭＬＣ２４０の追加的な詳細は、以下に続く図において明らかになることとなる。電磁駆動モジュール４００の詳細は、図８〜図１０および図１５〜図１８を参照して提供されている。リーフガイドモジュール３００の詳細は、図１２〜図１４を参照して提供されている。例示的なリーフパワーシステムの追加的な詳細は、図２１Ａ〜図２１Ｃおよび図２２を参照して提供されている。
【００４３】
[0066]図８は、図７の磁気作動式のＭＬＣ２４０の電磁駆動モジュール４００の１つの端部の等角端面図である。磁気駆動モジュール４００のこの図は、本発明の好適なデュアルバンクＭＬＣの１つのリーフバンクに関して、端部プレート４０３の中の上側および下側開口部４１５、４２５を示している。この図では、リーフ３４０の駆動部分３４１の遠位端部３４６が、上側および下側開口部４１５、４２５から突出している。静止磁石３９２が、リーフ３４０の駆動部分３４１のそれぞれの側部にあり、より徹底的に以下に議論されているように、リーフを移動させるためのリーフパワーシステムの一部としての役割を果たす。また、上側エンコーダーリーダー３６０および上側フレックス回路４６０と相互作用する上側リーフエンコーダー３３０が示されている（下側リーフエンコーダー、下側エンコーダーリーダー、および下側フレックス回路は示されていない）。図１６〜図１７を参照すると、駆動部分３４１の幅Ｗは、ブロッキング部分３４２の幅Ｗ’よりも小さくなっており、それぞれのリーフのための駆動部分３４１のそれぞれの側部に静止磁石３９２（図１０）を有している状態で、複数のリーフ３４０を互いに隣接してパッキングすることを促進させる。図１０を参照すると、駆動部分３４１（それは、上側開口部４１５から突出している）のそれぞれの側部にある静止磁石３９２は、駆動部分３４１のそれぞれの側部にある静止磁石３９２から、おおよそ１つのリーフの厚さだけ水平方向にオフセットされている（図９）。この実施形態において、リーフ３４０の幾何学形状および設置は、駆動部分３４１のそれぞれの側部にある磁石３９２と互いに隣接してリーフ３４０を効率的にパッキングすることを促進させる。当業者は、他の幾何学形状が、互いに隣接してリーフをパッキングするために利用可能であり、それは、本発明の範囲の中にあるということを認識することとなる。リーフおよびエンコーダーの設計および動作の実施形態が、図１５〜図１８および図２０に関してより詳細に以下に議論されている。
【００４４】
[0067]図９は、図８の電磁駆動モジュール４００の上側開口部４１５から突出しているリーフ３４０の駆動部分３４１の遠位端部３４６の拡大図であり、また、フレックス回路４６０およびエンコーダーリーダー３６０の一部分も示している。複数のリーフ駆動部分３４１が、断面図で示されている。駆動部分３４１を含む、リーフ３４０のコンポーネントの追加的な詳細は、図１５〜図１８および図２０に、より十分に以下に示されて説明されている。図９の図は、静止磁石３９２と並んでいるリーフ駆動セクション上側および下側部分３４１Ａ、３４１Ｂの配置を図示している。セクション３４１Ａ、３４１Ｂの水平方向の厚さは、より徹底的に以下に議論されているように、磁石３９２に対する所望の関係にリーフコイル３５０／巻線３４８を維持するために使用されている。代替的に、当業者は、コイルが、永久磁石の代わりとなることが可能であり、リーフに対して静止したままであり、また、永久磁石が、搭載されており、リーフとともに移動することが可能であるということを認識することとなる。
【００４５】
[0068]図１１は、図７の磁気作動式のＭＬＣ２４０の中央部分３０２の上から下を見た図であり、リーフガイド内側支持部３０１同士の間の様々な位置で、内側リーフガイド３０１、アパーチャー１０５０、および１４個のリーフペア（１０１０〜１０３９）を示している。１４個のリーフペアが示されているが、特定のシステムの設計要件にしたがって、より多くのまたはより少ないリーフペアが設けられ得る。１つの好適な実施形態では、６４個のリーフペアが存在し、別の実施形態では、９６個のリーフペアが存在し、さらなる別の実施形態では、３２個のリーフペアが存在する。明らかとなるように、放射線は、コリメーターのこのセクション３０２を通してコリメートされる。
【００４６】
[0069]図１１では、それぞれのリーフは、特定の位置に位置決めされ、特定のアパーチャーまたは形状１０５０を画定し、特定のアパーチャーまたは形状１０５０を放射線が通過することが可能であり、それは、本明細書で状態とも称される。リーフペア１０１０および１０１１から１０３８および１０３９は、本明細書で説明されている制御スキームおよびドライバーを使用して制御され、同時的な体積および強度変調を可能にする。代替的な態様では、１つまたは複数の制御可能なジョーが使用され、一次的なビームのコリメーションを提供し、一次的なビームのコリメーションは、内側縁部３０１ｉおよびフレーム９７Ａ、９７Ｂによって画定されている（すなわち、ジョーは、支持フレームＢとリーフペア１０１０／１０１１との間の開口スペース、および、支持フレームＡとリーフペア１０３８／１０３９との間の開口スペースをブロックすることとなる）。追加的にまたは代替的に、１つまたは複数のペアのジョーは、一次的なコリメートされたビームのサイズを、フレームサイズよりも小さくなるまで低減させるように調節され得る。
【００４７】
[0070]図１２は、磁気作動式のＭＬＣ２４０の例示的なリーフガイドモジュール３００の斜視図である。リーフガイドモジュール３００は、複数のリーフ３４０を受け入れるようにサイズ決めされた開口部３２１を有している。開口部３２１のサイズは、特定のＭＬＣ設計の中で使用されるリーフの数に基づいて変化する。複数のガイドチャネル３２２が、開口部の周りのガイドの上側表面および下側表面の上に設けられている。図１３Ａおよび図１３Ｂにおいて最も良好に見られるように、リーフ３４０の一部分は、複数のガイドチャネル３２２の中へのスライド式配置に適合されている。この実施形態では、リーフが所望の位置へ、および、所望の位置から移動させられるときに、ドライビング部分３４１が、ガイドチャネル３２２の長さのいくらかまたはすべてを占める可能性もあるが、主として、ブロッキング部分３４２がガイドチャネル３２２の中に着座している。図１３Ａは、図１２のリーフガイドモジュール３００の端部の図であり、それらのそれぞれのガイドチャネル３２２の中の７つのリーフ３４０のブロッキング部分３４２の端部の図を示している。好適な実施形態では、リーフ３４０は、参照数字３４１によって示されているように、さねはぎ継ぎの構造（図１３Ｂ）を有し、隣接するリーフ同士の間の漏出を防止することとなる。ガイドチャネル３２２の中でスライドするように適合および構成されているリーフブロッキング部分３４２の縁部部分３４２ａ、３４２ｂが存在している。
【００４８】
[0071]図１４は、例示的な湾曲したリーフガイドモジュール３００の斜視図である。リーフガイドモジュール３００のこの実施形態では、図１２のリーフガイド実施形態の実質的に垂直方向のアライメントとは対照的に、開口部３２１は、アーチ形の形状を有している。複数のリーフガイドチャネル３２２は、開口部３２１の周りの上側部分および下側部分の上のリーフガイドの中に設けられている。
【００４９】
[0072]図１５は、磁気作動式のＭＬＣ２４０のための例示的な制御システム４０１のダイアグラムである。この特定の磁気作動式のＭＬＣの実施形態では、リーフドライバーは、電磁駆動システム３２０である。この図は、電磁マルチリーフコリメーター２００の例示的なリーフ３４０を表している。制御システム４０１は、制御コンピューター２１０、ドライバー３２０、リーフ位置エンコーダー３３０、およびリーフ３４０を含むことが可能である。また、好ましくは、追加的なエンコーダー３６０が、特定のエンコーダーまたは位置決めシステム構成に応じて、２つの形態の位置フィードバックを提供するように使用され得る。リーフ３４０は、ドライビング部分３４１およびブロッキング部分３４２を有している。ブロッキング部分３４２は、治療用ビームをブロックするように、形状決めされ、適合され、および構成されており、放射線不透過性の材料、好ましくは、タングステンまたはタングステン合金から作製されており、幅が約２０〜７０ｍｍである。ブロッキング部分３４２に取り付けられているリーフドライビング部分３４１は、ブロッキング部分３４２、ならびに、巻線またはコイル３５０、および、必要とされるかまたは望まれる任意の追加的なコンポーネントのための構造的支持を提供する。図１５〜図１６に以前に述べられて示されたように、ブロッキング部分３４２の幅Ｗは、ドライビング部分の幅Ｗ’よりも大きく、ＭＬＣの中のリーフの効率的なパッキングを促進させる。
【００５０】
[0073]リーフ位置エンコーダー３３０が、ドライビング部分３４１の上に存在している。ドライビング部分３４１の上のエンコーダー３３０の設置は、特定のリーフ設計考慮事項に応じて変化することとなる。取り付けられることが必要とされる追加的なコンポーネントの数およびタイプは、磁気作動式のＭＬＣの特定の設計に応じて変化することとなる。この特定の実施形態では、リーフドライビング部分３４１は、電磁ドライバー（たとえば、コイル）のために使用されるコンポーネントを含む。コイル３５０のサイズ、数、および配向は、磁気作動式のＭＬＣの実施形態で使用される静止磁石３９２のサイズ、設置、および強度などのような他の要因、コンポーネントに関して利用可能な寸法、ならびに他の要因に応じて変化することとなる。現在想定されているように、コイル３５０の数は変化することが可能であるが、電磁駆動モジュール４００および静止磁石３９２に露出されるコイル３５０の数は、ドライビング部分３４１に均一な力を加えるために、おおよそ一定のままである。代替的に、当業者は、コイルが、永久磁石の代わりとなることが可能であり、リーフに対して静止したままであり、また、永久磁石が、搭載されており、リーフとともに移動することが可能であるということを認識することとなる。
【００５１】
[0074]磁気作動式のＭＬＣ構成の中の個々のリーフ３４０は、電磁ドライバー３２０の要件に応じて修正され得るということが認識されるべきである。電磁ドライバーのこの例示的な実施形態では、リーフ３４０は、巻線３４８から作製されたコイル３５０を含むことが可能である（図１８）。制御コンピューター２１０は、使用される特定の位置システムに応じて、エンコーダー３６０／３３０から信号を受信する。いくつかの実施形態では、信号は、位置エンコーダー３３０によって獲得される位置データを示すことが可能である。制御コンピューター２１０は、受信した信号を処理し、リーフ３４０が所望の位置にあるかどうかを決定する。リーフ３４０の位置が変更される必要がある場合には、制御コンピューター２１０は、リーフの位置を変更するようにドライバー３２０に信号を送る。また、制御コンピューター２１０は、コイル３５０によって発生させられる磁界を駆動する制御信号を提供することが可能である。いくつかの実施形態では、制御コンピューター２１０は、コイルを通って流れる電流を調節することによって、強度を制御し、コイル３５０の磁界を活性化または非活性化させることが可能である。磁気駆動および制御の追加的な詳細は、図２０および図２１Ａ〜図２１Ｃを参照して本明細書で説明されている。１つの代替的な実施形態では、リーフの上の位置エンコーダー３３０、および、エンコーダー３６０に装着されているガイドは、両方とも制御ループの中へ給送され、リーフ位置の運動をより正確に制御する。１つの代替的な実施形態では、リーフの上の位置エンコーダー３３０、および、エンコーダー３６０に装着されているガイドは、二次的な位置検証の形態として、互いに対して比較され得る。さらなる別の代替的な実施形態では、制御装置は、リーフ位置制御のための制御入力として印加される電流トルクを使用することが可能である。
【００５２】
[0075]図１５および図２２を参照すると、ドライバー３２０は、制御コンピューター２１０から信号を受信し、電気的なドライブコネクター６０５（図７および図１５）からコイル３５０に電流を提供することが可能である。電流は、コイル３５０によって発生させられる磁界を結果として生じさせる。コイル３５０によって発生させられる磁界は、磁気駆動モジュール４００の中のドライビング部分３４１のそれぞれの側部にある永久磁石３９２と協調して作用し、制御されたリーフ移動を作り出す。永久磁石３９２は、コイル３５０に平行に配置され得る。いくつかの実施形態では、磁気駆動モジュール４００の中の永久磁石３９２は、コイル３５０の長さの少なくとも２倍であることが可能であり、磁石が、比較的に一定のドライビング力をドライビング部分３４１に加えることができるようになっている。磁気駆動モジュール４００の長さがどのようなものであっても、永久磁石３９２に隣接するコイルの数は、好ましくは、おおよそ一定のままであり、任意の所与の電流および磁気的な強度のために、おおよそ一定の力をドライビング部分３４１に加えるようになっている。コイル３５０は、少なくともリーフと同じ長さに延在することが可能であり、それは、リーフ全幅まで制御可能であるようになっている。コイル長さまたはコイルの数は、所望のリーフトラベルの量および所望の力によって影響を受け、リーフを移動させる。示されている実施形態は、好適な９個のコイルを示しているが、コイルの数は、特定の必要性に基づいて選択され得り、たとえば、３個または６個のコイルが使用され得る。コイルの数および永久磁石の長さを選択するときに、当業者は、多くの要因、リーフを移動させるために必要とされるパワー入力、および、２つを指定する（ｎａｍｅ）熱放散を考慮することとなる。たとえば、６ｃｍのリーフトラベルが望まれる場合には、静止磁石は、長さが６＋ｃｍであるべきであり（余分量はマージンのために設けられる）、コイルによって占められているスペースは、好ましくは、その長さの２倍、または１２＋ｃｍであることとなり、それが、リーフ運動の全体を通して、磁石に常に係合することを確実にする。コイル高さは、好ましくは、モーターをよりパワフルにまたは効率的にすることを可能にすることとなるスペースと同じ高さである。コイルおよび永久磁石から生じる磁界は、磁石およびリーフガイドトラックの中のリーフ３４０の移動を結果として生じさせ、コリメートされた開口中のアパーチャー（図１１を参照）の形状およびサイズを変化させることが可能である。第１の磁界は、ネオジムなどのような材料から作製された永久磁石、または、他の高密度の強力な永久磁石によって発生させられ得る。リーフがガイドを通して駆動されるときに、コイルおよび永久磁石から生じる磁界の強度は、一定であることが可能である。好適なリーフの実施形態では、コイルは、その熱的な特性、機械的な特性、および環境的な特性から選択される材料を用いてリーフに植え込まれている。以下の表１は、リーフ設計の３、６、および９コイルの実施形態に関して推定されるいくつかの仕様を提供しており、９リーフの実施形態は、少なくともおおよそ１ｍ／ｓにおいて、おおよそ８０ｍ／ｓ２の加速度で移動することが推定される（おおよそ０．２５ｍｓにわたるおおよそ２ｍ／ｓのピーク速度を有する台形加速度）。
【００５３】
【表１】
0006412020.tif 000002
[0076]図１６は、例示的なリーフの側面図である。リーフ３４０は、ドライビング部分３４１およびブロッキング部分３４２を含むことが可能である。ドライビング部分３４１は、ブロッキング部分３４２に接続されている近位端部と、遠位部分３４６とを含む。ドライビング部分は、任意の適切な寸法を有することが可能であるが、好ましくは、おおよそ１３５ｍｍｘ３５ｍｍである。また、この例示目的の実施形態では、ドライビング部分３４１は、コイル３５０を形成するために複数の巻線３４８を含むことが可能である。電流が、たとえば、電気的なドライブコネクター６０５（図７および図２２）によって、これらのコイルに印加されると、これらのコイルと、静止磁石によって生成されるフラックス密度との間の相互作用が、望まれる運動の方向に力を生み出す。コイル３５０は、ＡＷＧ銅ワイヤーなどのような導電性材料から構築され得る。ワイヤーの直径およびターンの数は、たとえば、当業者によって認識されることとなるように、他の特性の間で、所望のトルクの量に基づくことが可能である。代替的に、当業者は、コイルが、永久磁石の代わりとなることが可能であり、リーフに対して静止したままであり、また、永久磁石が、搭載されており、リーフとともに移動することが可能であるということを認識することとなる。
【００５４】
[0077]ブロッキング部分３４２は、ガイド構造体３００の中を移動するようにサイズ決めおよび形状決めされている（たとえば、図１２および図１３Ａを参照）。１つの態様では、ブロッキング部分３４２は、異なる材料から作製された複合構造体であることが可能である。この実施形態では、ブロッキング部分３４２は、第１の部分３７０および第２の部分３８０を含む。第１の部分３７０は、好ましくは、タングステンまたはその合金などのような、放射線不透過性の材料から作製されており、ブロッキング部分３４２のすべてまたはほとんどすべてを形成している。第２の部分３８０（放射線をブロックするのではなく、むしろ、リーフガイディング構造体またはモーター支持領域を通って移動することを意図している部分）は、好ましくは、より軽量のまたはより低密度の材料から作製され、リーフ質量（限定されないが、アルミニウムまたはステンレス鋼を含む）を最小化し、摩擦を低減させ、リーフ加速および減速のしやすさを促進させる。
【００５５】
[0078]図１７は、図１２のＭＬＣの磁気駆動およびリーフガイド構造体の中に配向されることとなるような例示的なリーフ３４０のペアの斜視図である。ブロッキング部分３４２は、ガイド構造体３００の中で移動するようにサイズ決めおよび形状決めされている。ブロッキング部分３４２のそれぞれの側部にあるガイドレール３４２Ａおよび３４２Ｂは、リーフガイド３００の中のチャネル３２２とスライド式に協働するように適合および構成されている。
【００５６】
[0079]図１８は、テーパー付きの断面を有するリーフ３４０の断面図であり、それは、ブロッキング部分３４２およびドライビング部分３４１の変化する厚さを結果として生じさせている。この図では、コイル巻線３４８から作製された１つのコイル３５０が、ドライビングセクション３４１の中に示されている。リーフのテーパー付きの断面形状に起因して、巻線３４８は、同じ数のターンを有しているが、利用可能なスペースに適応するように配置されている。
【００５７】
[0080]図１９は、例示的な離散的なバイナリーＭＬＣリーフ配置を図示している。中心線１０３０を有するコリメートされたフィールド１０４０が、１対のジョーまたは他のコリメーターデバイスによって提供されている（図３を参照）。例示目的の実施形態では、２つのリーフが、コリメートされたフィールド１０４０のシェイピングおよび変調のために、相補的なリーフペアを形成する。たとえば、リーフ１０１０および１０１１が、１つのリーフペアである。リーフ１０１８、１０１９が、別のリーフペアであり、リーフ１０２４、１０２５が、さらに別のリーフペアである。それぞれのペアの中のそれぞれのリーフは、フィールド１０４０の中のどこかに位置決めされ得る。リーフペアの中のそれぞれのリーフの内側縁部は、互いに向き合い、開口部を生成させることが可能であり、それぞれのリーフペアによって形成される開口部の収集が、アパーチャー１０５０を形成する。アパーチャー１０５０は、以前に説明された図１１のアパーチャーに対応しており、治療計画にしたがってセットされる。方法５００（図６）にしたがって、アパーチャー１０５０は、治療プランニングプロセスにおいて、放射線療法を患者に施す前に決定され、治療計画の送達の間の特定のポイントにおいて生じる。アパーチャー１０５０は、上記に説明されているように、たとえば、治療領域の三次元の形状、強度変調、フルエンス、および、治療体積の中のビームレットなどのような、多数の要因にしたがって変化することが可能である。本明細書で説明されている高応答性のＭＬＣの実施形態は、スナップ状態制御を提供することによって、単独で、または、同時の組み合わせで、体積および強度変調を実現する。
【００５８】
[0081]図２０は、電磁気的に駆動される離散的なバイナリーＭＬＣ（すなわち、ｅＭＬＣ）を使用するための例示的な方法である。ＭＬＣは、図６の方法５００において上記に説明されているように制御され、適当な電磁駆動信号が、電磁駆動システムの特定の実装形態に応じて、適切な位置にそれぞれのリーフを移動または保持するために使用される。したがって、図６の中でステップ５３０、５３５、５４０、および５４５で説明されている方法ステップは、リーフ移動を制御するために必要とされるような駆動信号、制御信号、および保持信号を提供することによって達成される。
【００５９】
[0082]図２０は、電磁マルチリーフコリメーター（ｅＭＬＣ）を利用した放射線療法を送達するための例示的な方法を図示している。現在の治療計画のための線量を送達するための放射線治療が、治療計画にしたがって開始させられる。治療計画の送達の中の任意の特定のポイントにおいて、ｅＭＬＣの状態が、治療計画から得られる。ｅＭＬＣの現在の状態が所望の状態にマッチするかどうかということが決定される。はいの場合には、同じ質問が再び尋ねられる、治療計画の中の次のポイントまで、治療は進行する。ｅＭＬＣの現在の状態が所望の状態または計画された状態と同じでない場合には、適当な信号が制御装置に送られ、適当なリーフを異なる位置にスナップさせ、所望の状態を実現させる。ｅＭＬＣの現在の状態が所望の状態であるかどうかという決定がなされる、治療計画の中の次のポイントまで、この所望の状態が維持される。治療計画にしたがって、ｅＭＬＣの状態が変化させられることとなる場合には、磁界制御信号が提供され、適当なリーフを所望の位置にスナップさせ、所望の状態を実現させる。図１５を参照すると、磁界制御信号が、最初に、制御コンピューター２１０によってドライバー３２０に送られる。ドライバー３２０は、制御信号を受信し、１つまたは複数のコイルに電流を提供し、関係するリーフの特定のコイルの中に磁界を生成させる。コイルによって発生させられる磁界は、コイルおよびリーフの近位の永久磁石の磁界と協働し、リーフを所望の方向に移動させる。随意的に、プロセスは、ＭＬＣの中のリーフのために繰り返される。
【００６０】
[0083]図２０は、本明細書で説明されている電磁制御システム４０１を使用してリーフを位置決めするための例示的な方法１２００を図示している。示されているステップは、図６および方法５００において上記に説明されているような全体のＭＬＣおよび治療計画の一部である。方法１２００は、電磁ＭＬＣ制御スキーム（図６を参照）を使用してリーフを移動させるための方法５００においてなされる決定に対応している。所望のリーフ位置は、上記のステップ５１０、５２０にあるような治療計画にしたがって、たとえば、および、限定されないが、ガントリー位置、患者位置、または、所望のフルエンスマップに基づいて決定される。
【００６１】
[0084]フィールドシェイピングのための現在のリーフ位置および所望のリーフ位置が、ステップ１２２０において比較される。方法５００のステップ５３０（図６を参照）において尋ねられた質問「リーフが適切な位置にあるか？」に回答するために、比較が使用される。それぞれのリーフに関する現在のリーフ位置は、フレックス回路およびエンコーダーリードヘッドによって制御コンピューターに提供される信号によって決定され得る（たとえば、図８および図１５）。それぞれのリーフに関する所望の場所は、上記のステップ５１０、５２０に関して議論されているように決定され得る。ステップ１２３０において、リーフが移動させられるべきであるかどうかについての決定がなされる。リーフの現在の位置がリーフの所望の位置を満足しない場合には、リーフが移動させられる。リーフが移動させられる必要がない場合には、プロセスは、ステップ１２８０へ続き、そこで、必要な場合には、残りのリーフが移動させられる。
【００６２】
[0085]リーフが移動させられる必要がある場合には、ステップ１２４０において、電流がリーフコイルに印加される。電流は、図１５のドライバー３２０によって印加され、ドライバー３２０は、制御コンピューター２１０から制御信号を受信する（図３および図４を参照）。リーフに印加される電流は、変化することが可能である。第１に、リーフの移動を開始させ、静止している間のリーフと、リーフに接触している任意の物体との間の摩擦に打ち勝つために必要とされるレベルまで、電流が上昇することが可能である。
【００６３】
[0086]ステップ１２５０において、リーフが所望の位置の近くにあるかどうかについての決定がなされる。電流がリーフコイルに印加され、リーフが位置を変化させると、リーフ位置は、フレックス回路およびエンコーダーリードヘッドによって検出され得る。「所望の位置の近くの」リーフ位置は、ある位置であり、その位置において、リーフの移動を減速させるために制動電流が印加され得り、所望の位置、好ましくは、所望の位置のおおよそ±１０ミクロン以内に、リーフが停止することとなるようになっている。制動電流は、コイルへの電流を低減させ、それによって、コイルの磁界を低減させることを含むことが可能であり、コイルの磁界は、ドライビング部分に及ぼされる力の量を低減させることとなり、リーフ速度を低減させるように摩擦が作用することとなる。代替的に、コイルへの電流が、コイルの１つまたは複数の中で逆転させられ、反対側の磁界を生成させることが可能であり、永久磁石のフィールドに協働する反対側の磁界が、摩擦との組み合わせで、ブレーキング力として作用することとなる。代替的に、ガイドからの通常の摩擦に加えて、物理的なブレーキング力が印加され得る。当業者は、ブレーキング力の多くの異なる形態が、本発明の範囲を逸脱することなく適用され得るということ、および、これらは、単に少しの例であるということを認識することとなる。当業者によって認識されることとなるように、ブレーキング力が印加されるポイントは、システム構成および制御システムダイナミックのものに依存することとなり、また、検出される位置が、ブレーキングが適用されることとなる位置でない場合には、方法はステップ１２４０に戻る。検出される位置が所望のブレーキング位置の近くである場合には、制動電流は、ステップ１２６０において、リーフコイルに印加され得り、リーフが、所望の位置のおおよそ±１０ミクロン以内で、運動を停止させることとなるようになっている。
【００６４】
[0087]ステップ１２７０において、リーフが所望の位置にあるかどうかについての決定がなされる。リーフが所望の位置にない場合には、図２０の方法１２００は、ステップ１２６０に戻り、ステップ１２６０において、リーフが運動し続けている場合には、制動電流がコイルに印加され（代替的に、より大きいまたはより小さいブレーキング力を加える（該当する場合には））、または、リーフが運動中でないかもしくは十分に迅速に移動していない場合には、１２４０に戻り、適正な方向にリーフ運動を開始させるかもしくは加速させる。リーフが所望の位置にある場合には、現在のリーフに関する位置変化は完了しており、必要な場合には、残りのリーフ位置が変化させられる（ステップ１２８０）。図２０の方法は、並行して、および、順次、移動するリーフに適用することが可能であるということが認識されることとなる。その後、ｅＭＬＣの状態を調節することは、追加的なシーケンスのためのステップ５５５および５６０、ならびに、方法５００によるフルエンスマップのフラクションにしたがって進行する。
【００６５】
[0088]図２１Ａ、図２１Ｂ、および図２１Ｃは、電磁作動式のマルチリーフコリメーターの中で使用される様々なリーフ位置決めシナリオに関する代表的な駆動電流スキームを図示している。
【００６６】
[0089]図２１Ａは、高パワーバーストモードに関する電流パルスを図示している。この制御モードは、図２０のリーフ移動方法に関連して説明されることとなる。このモードでは、リーフ制御システムは、１つの位置から別の位置へ可能な限り急速にリーフを移動させるように駆動させられる。リーフ作用のこのモードでは、システムは、位置というよりも時間に基づいて、短パルスの最大駆動電流を印加することが可能である。このスキームの１つの態様では、リーフ駆動システムは、位置センサーからの入力に関することなく、オープンループスキームドライビング電流で動作することが可能である。図２０のリーフ位置決め方法の観点から、ｅＭＬＣコリメーターの状態が変化させられることを必要とする場合には、これらの高電流パルスは、ｅＭＬＣのリーフを駆動するか、ブレーキングするか、または保持するかのいずれかの一部であると考慮され得る。換言すれば、高パルス急速移動モードでは、駆動制御信号は、可能な限り急速にリーフを移動させる。
【００６７】
[0090]図２１Ａに戻ると、この駆動電流プロファイルは、また平均駆動電流（ｘ）よりも何倍も大きいピーク駆動電流をシステムがどのように提供することができるかということを図示している。１つの態様では、リーフ制御システムの中のピーク駆動電流は、平均駆動電流ｘの５０倍、７５倍、または、さらには１００倍である。それとは対照的に、従来のシステムは、平均ピーク電流の単に約２倍のピーク電流で動作する。
【００６８】
[0091]図２１Ｂは、図２０のリーフ移動方法に関連して説明されることとなるリーフ位置決めの間の正確な移動のための例示的な駆動制御スキームを図示している。この制御スキームは、図２０に説明されている位置決めおよびブレーキングを実現するために使用され得る。リーフが所望の移動で運動中であるか（たとえば、加速、定常状態速度、減速）、または、所望の位置を保持しているか（すなわち、移動がない）を位置フィードバックシステムが示すと、リーフに電流を印加するプロセス（ステップ１２４０）が変化することとなる。これらの異なる状態にあるリーフに関する電流デマンドは異なる。たとえば、保持局面の間に、リーフ制御システムは、リーフ位置を維持するために保持電流を提供する。「保持局面」電流レベルは、リーフの速度を加速または維持するために必要とされるものとは異なることとなる傾向がある。このプロセスは、保持ステップの間の位置決めシステムの精密さ、および、所望の程度の位置決め精度に応じて、非常に小さいスケールで、ステップ１２３０、１２４０、および１２５０の多くのサイクルを含むことが可能である。
【００６９】
[0092]図２１Ｃは、二次的な位置センサーとして駆動電流を使用することを図示している。この図は、位置に関する予測器（上側グラフ）として使用される相電流ドライブ（下側グラフ）を図示している。このように、リーフを駆動するために使用される相電流は、リーフ位置インジケーターに対する二次的な位置決めインジケーターとして、位置制御システム中でチェックされ得る（すなわち、システムによって使用されるリーフ位置エンコーダーまたは他の位置決めシステム−図１３および図２２を参照）。
【００７０】
[0093]図２２は、図７の磁石ガイドモジュール４００とリーフ支持モジュール３０３との間に位置決めされている例示的なリーフドライバー回路の等角図である。パワードライブモジュール６００は、フレックスコネクター６１０を備えるドライブコネクター６０５を含み、フレックスコネクター６１０は、リーフ３４０の上のパワーコネクターまたはパワーピックアップ６１５とスライド式に電気的接触をするように延在している。パワーピックアップ６１５は、リーフドライビング部分３４１の上の電気コネクターを介して、１つまたは複数のコイル３５０の巻線３４８に電流を提供する。パワーは、ブラシ付き（ｂｒｕｓｈｅｄ）タイプの接続によって、または、フレックスからコイルへの直接的なワイヤリングもしくはいくつかの中間コネクターのいずれかを備えるフレキシブル回路によって、提供され得り、それは、当業者によって認識されることとなる。
【００７１】
[0094]図２１Ａおよび図２１Ｂの特定の例が図示しているように、高応答性のリーフ制御システムの実施形態は、個々のリーフ位置決め解決策を提供し、ＩＭＲＴ位置解決策および（必要とされる場合には）ＶＭＲＴ位置解決策の両方を、単独で、または、リーフベーシス（ｂａｓｉｓ）によるリーフの上の組み合わせで、提供するように適合および構成されている。結果として、磁気作動式のＭＬＣは、本発明の実施形態によれば（ｅＭＬＣは１つのそのような実施形態である）、改善された送達のコンフォーマリティーおよび速度を備える新しい治療アプローチを可能にする。
【００７２】
[0095]図２３Ａは、本発明の実施形態によるＭＬＣを利用して放射線療法を患者１４に提供することができる放射線療法治療システム１０を図示している。放射線療法治療システム１０は、ガントリー１８を含む。ガントリー１８は、放射線モジュール２２を支持することが可能であり、放射線モジュール２２は、放射線のビーム３０を発生させるために動作可能な放射線源２４および線形加速器２６を含むことが可能である。図面に示されているガントリー１８は、リングガントリーであり、すなわち、それは、全３６０°の円弧にわたって延在し、完全なリングまたは円形を生成させているが、他のタイプの装着配置を用いることも可能である。たとえば、Ｃ字タイプ、部分的なリングガントリー、またはロボットアームなどのような、非リング形状のガントリーが使用され得る。また、放射線モジュール２２を患者１４に対して様々な回転位置および／または軸線方向の位置に位置決めすることが可能な任意の他のフレームワークを用いることも可能である。加えて、放射線源２４は、ガントリー１８の形状にしたがわない経路の中をトラベルすることが可能である。たとえば、図示されているガントリー１８が概して円形形状であっても、放射線源２４は、非円形経路の中をトラベルすることが可能である。放射線療法治療は、光子ベースの放射線療法、小線源療法、電子ビーム療法、陽子、中性子、または粒子療法、または、他のタイプの治療療法を含むことが可能である。また、放射線モジュール２２は、放射線ビーム３０を修正または変調させるために動作可能な変調システム２００を含むことが可能である。変調デバイス２００は、放射線ビーム３０の変調を提供し、放射線ビーム３０を患者１４に向けて方向付けする。具体的には、放射線ビーム３０は、患者の一部分に向けて方向付けされる。本発明の実施形態による放射線変調システムは、より詳細に上記に説明されている。
【００７３】
[0096]変調デバイス３４は、図３および図７〜図１９に図示されているように、コリメーションデバイス４２を含むことが可能である。コリメーションデバイス４２は、１セットのジョー４６を含み、１セットのジョー４６は、単独で、または、一次的なコリメーターと組み合わせて、アパーチャー５０のサイズを画定および調節し、放射線ビーム３０がアパーチャー５０を通過し、一次的なコリメーションを提供することが可能である。ジョー４６は、上側ジョー５４および下側ジョー５８を含む。上側ジョー５４および下側ジョー５８は、アパーチャー５０のサイズを調節するように移動可能である。
【００７４】
[0097]図２３Ｂは、ロボットアームの上に装着された放射線源および変調デバイスを有する放射線システム７００の実施形態を図示している。放射線システム７００は、本明細書で説明されている放射線システム１０と同様である。図２３Ｂは、放射線モジュール２２と同様に放射線モジュール７２０を含み、たとえば、線形加速器を含み、変調デバイスの実施形態は、ロボットアーム７４６の上に装着されている。ロボットアーム７４６は、コンピューター制御装置７４の制御の下で、６軸運動で移動し、自由に、および、患者の身体の周りに６自由度で、上下に、患者に沿って長手方向に、または、患者に沿って水平方向に、放射線源７２０を位置決めする。また、示されているのは、１対の室内型の診断イメージングデバイス７３０、７３２であり、１対の室内型の診断イメージングデバイス７３０、７３２は、１つまたは複数のイメージングビーム７２６、７３２を患者１４および適当なイメージレシーバー７３４、７３６に向けて方向付けする。図２３Ｂに図示されているものと同様の放射線システムが、Ａｃｃｕｒａｙ、Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ  ｏｆ  Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ、ＣａｌｉｆｏｒｎｉａからＣｙｂｅｒ  Ｋｎｉｆｅ（登録商標）製品ラインの下で市販されている。このタイプの放射線治療システムの追加的な詳細は、Ｊｏｈｎ  Ｒ．Ａｄｌｅｒによる１９９３年５月４日に発行された「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＰＥＲＦＯＲＭＩＮＧ  ＳＴＥＲＥＯＴＡＸＩＣ  ＳＵＲＧＥＲＹ」という表題の米国特許第５，２０７，２２３号；Ｆｅｉｃｈｔｎｅｒらによる１９９５年７月４日に発行された「３−ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬ  ＲＡＤＩＡＴＩＯＮ  ＤＯＳＩＭＥＴＥＲ」という表題の米国特許第５，４３０，３０８号；Ｗｏｎｇらによる２００６年５月１６日に発行された「ＲＡＤＩＯＳＵＲＧＥＲＹ  Ｘ−ＲＡＹ  ＳＹＳＴＥＭ  ＷＩＴＨ  ＣＯＬＬＩＳＩＯＮ  ＡＶＯＩＤＡＮＣＥ  ＳＵＢＳＹＳＴＥＭ」という表題の米国特許第７，０４６，７６５Ｂ２号；Ａｌｌｉｓｏｎらによる２００７年９月４日に発行された「ＷＯＲＫＳＰＡＣＥ  ＯＰＴＩＭＩＺＡＴＩＯＮ  ＦＯＲ  ＲＡＤＩＡＴＩＯＮ  ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ  ＤＥＬＩＶＥＲＹ  ＳＹＳＴＥＭ」という表題の米国特許第７，２６６，１７６Ｂ２号；および、Ｋｕｄｕｖａｌｌｉらによって２００７年６月２９日に出願され、現在、公開番号第ＵＳ−２００９−０００３９７５−Ａ１号で２００９年１月１日に公開された「ＲＯＢＯＴＩＣ  ＡＲＭ  ＦＯＲ  Ａ  ＲＡＤＩＡＴＩＯＮ  ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ  ＳＹＳＴＥＭ」という表題の米国特許出願第１１／８２４，０８０号に説明されている。
【００７５】
[0098]図２４〜図２５では、コンピューター７４は、様々なソフトウェアプログラムおよび／または通信アプリケーションを走らせるためのオペレーティングシステムを含む。とりわけ、コンピューター７４は、放射線療法治療システム１０と通信するように動作するソフトウェアプログラム９０を含むことが可能である。コンピューター７４は、プロセッサー、Ｉ／Ｏインターフェース、およびストレージデバイス、または、メモリー、キーボード、マウス、モニターなどのような、典型的なハードウェアを含むことが可能である。コンピューター７４は、他のコンピューターおよび放射線療法治療システム１０とネットワークで結ばれ得る。他のコンピューターは、追加的なおよび／または異なるコンピュータープログラムおよびソフトウェアを含むことが可能であり、本明細書で説明されているコンピューター７４と同一である必要はない。コンピューター７４および放射線療法治療システム１０は、ネットワーク９４と通信することが可能である（図２４）。また、コンピューター７４および放射線療法治療システム１０は、データベース９８およびサーバー１０２と通信することが可能である。ソフトウェアプログラム９０は、サーバー１０２の上にも存在し得るということが留意される。また、コンピューターと図２４に示されているシステムとの間の通信は、任意のバージョンの医療におけるデジタルイメージングおよび通信（ＤＩＣＯＭ）プロトコル、および／または、他の必要とされるプロトコルを通して行うことが可能である。ＤＩＣＯＭは、ＮＥＭＡによって開発された国際通信規格であり、それは、医療用機器の異なるピースの間で医療用イメージ関連データを伝送するために使用されるフォーマットを規定している。ＤＩＣＯＭ  ＲＴは、放射線療法データに特有の規格を表している。
【００７６】
[0099]図２５は、ソフトウェアプログラム９０の概略図である。ソフトウェアプログラム９０は、放射線療法治療プロセスの機能を実施するために互いに通信する複数のモジュールを含む。様々なモジュールは、放射線療法を患者１４に計画および送達するために互いに通信するように適合されている。
【００７７】
[00100]ソフトウェアプログラム９０は、以前に説明されたように、医療従事者によってシステム１０に入力されたデータに基づいて、患者１４のための治療計画を発生させるように動作可能な治療計画モジュール１０６を含む。データは、患者１４の少なくとも一部分の１つまたは複数のイメージ（たとえば、プランニングイメージおよび／または事前治療イメージ）を含む。治療計画モジュール１０６は、治療を複数のフラクションに分離し、医療従事者からの入力に基づいて、それぞれのフラクションまたは治療のための放射線線量を決定する。また、治療計画モジュール１０６は、計画者によって描かれた輪郭に基づいて、標的３８および周囲の危険構造体に関して、予期される放射線線量を決定する。複数の標的３８が存在し、同じ治療計画の中に含まれ得る。
【００７８】
[00101]また、ソフトウェアプログラム９０は、患者位置決めモジュール１１０を含み、患者位置決めモジュール１１０は、一般的に患者セットアップと称される、プランニングＣＴイメージを伴うオンラインＣＴイメージ（好ましくは、ＭＶＣＴイメージ）の記録に基づいて、ガントリー１８のアイソセンターまたは特定の治療フラクションに関する他の基準に対して患者１４を位置決めおよび整合させるように動作可能である。他の患者セットアップ手順が、十分に当業者の常識の範囲内にあるということが認識されることとなる。イメージ登録は、患者位置決めモジュール１１０にオフセットを提供し、患者位置決めモジュール１１０は、治療送達の前に、カウチ８２を移動させ、治療送達システムに対して患者を整合させるように、駆動システム８６に命令し、代替的に、患者１４は、新しい位置に手動で移動させられ得り、または、カウチ８２は、手動で調節され得る。また、患者位置決めモジュール１１０は、治療計画にしたがって、治療の間にカウチ８２の移動を制御することが可能である。当業者によってよく知られているように、ロボットで装着されるシステムでは、オフセットは、患者の中の所望の場所に放射線を送達するようにロボットに指図するために使用され得る。
【００７９】
[00102]また、ソフトウェアプログラム９０は、患者１４のオンラインイメージを獲得するために動作可能なイメージモジュール１１４を含むことが可能である。イメージモジュール１１４は、治療が始まる前に、治療の間に、および治療後に、所望のプロトコルにしたがって、患者１４のイメージを獲得するように、ＣＴイメージングデバイスなどのような、搭載されているイメージデバイスに命令することが可能である。他のイメージングデバイスが、患者１４の事前治療イメージを獲得するために使用され得り、たとえば、それは、非定量的ＣＴ、ＭＲＩ、ＰＥＴ、ＳＰＥＣＴ、超音波、透過イメージング、Ｘ線透視法、および、ＲＦベースのローカライゼーションなどである。獲得されたイメージは、患者１４の登録のために使用され得る。
【００８０】
[0100]また、ソフトウェアプログラム９０は、治療計画モジュール１０６および治療最適化モジュール１１８を含むことが可能である。好ましくは、これらの２つのモジュールは、ソフトウェア製品として含まれ、その出力は、患者にとって最適化された治療計画であり、それは、臨床専門家によって最終的に承認され、患者に放射線を送達するための治療送達システムに命令を提供する。治療送達モジュール１２２は、入力として治療計画を使用し、患者への放射線の送達を制御およびガイドする。以前に説明されたように、治療計画は、それに限定されないが、リーフ位置、ジョー位置、ガントリー角度および角速度、ならびにカウチ速度を提供することを含むこととなる。
【００８１】
[0101]再び図２３Ａを参照すると、また、放射線療法治療システム１０は、放射線ビーム３０を受けるために動作可能な検出器７８、たとえば、キロボルト検出器またはメガボルト検出器を含むことが可能である。また、線形加速器２６および検出器７８は、患者１４のＣＴイメージを発生させるために、コンピューター断層撮影（ＣＴ）システムとして動作することが可能である。線形加速器２６は、患者１４の中の標的３８に向けて放射線ビーム３０を放出する。標的３８および周囲の組織は、放射線のいくつかを吸収または減衰させる。検出器７８は、線形加速器２６が周りを回転するときに異なる角度から吸収された放射線の量を検出または測定し、その情報は、患者の身体組織および臓器のイメージ、好ましくは、当技術分野で知られているような３ＤＣＴイメージを発生させるために、処理または再構築される。また、イメージは、骨、軟部組織、および血管を図示することが可能である。ＣＴイメージは、メガボルトエネルギーまたはキロボルトエネルギーを送達する線形加速器２６を用いて獲得され得る。代替的なガントリーシステムは、円錐ビームＣＴイメージの獲得を可能にすることができる。当業者によって認識されることとなるように、診断用Ｘ線エネルギー（典型的に、Ｋｖエネルギー）の他の供給源が、ガントリーの上に位置付けされ、Ｍｖ治療用供給源から分離されていることが可能である。
【００８２】
[0102]また、放射線療法治療システム１０は、カウチ８２（図２３Ａに図示されている）などのような、患者１４を支持する患者支持器を含むことが可能である。カウチ８２は、ｘ、ｙ、またはｚ方向に、少なくとも１つの軸線８４に沿って移動するが、また、ピッチ、ロール、およびヨーを制御する能力を含むことも可能である。以前に説明されたように、制御システムは、治療計画にしたがってカウチ速度を制御し、所望の強度変調を実現することが可能である。患者支持器システムは、当技術分野でよく知られており、ここでさらに説明はしない。
【００８３】
[0103]本発明の様々な特徴および利点が、以下の特許性の範囲に記載されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
0006412020.tif 000005
【図４】
0006412020.tif 000006
【図５】
0006412020.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４】
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【図２５】
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