(57)【要約】  マルチリーフコリメータは、電気モータ（Ｍ）を具備して移動可能に配置された複数の金属プレート（３）が設けられたガイドフレーム（１）を有している。これによって、電気モータ（Ｍ）でその都度個々の金属プレートを移動させることができる。電気モータ（Ｍ）は、電気機械式アクチュエータを備えた電気機械式回転モータ（Ｍ）であり、嵌合方式（form-fit principle）によって作動している。
2010538776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動可能に配置されている複数の金属プレート（３）が設けられたガイドフレーム（１）を有しており、
電気モータ（Ｍ）を用いて個々の金属プレート（３）を移動させるマルチリーフコリメータにおいて、
前記電気モータ（Ｍ）は、電気機械式アクチュエータを備え、嵌合方式（form-fit principle）によって動作する電気機械式回転モータ（Ｍ）であることを特徴とする、
マルチリーフコリメータ。
【請求項２】
前記電気機械式アクチュエータは、圧電アクチュエータ、電歪アクチュエータまたは磁歪アクチュエータから成る電気機械式アクチュエータのグループから選択される、請求項１記載のマルチリーフコリメータ。
【請求項３】
前記電気モータ（Ｍ）は、
少なくとも２つの電気機械式圧電アクチュエータ（７，８）と、
該電気機械式圧電アクチュエータのストロークによって回転変位運動を生じさせる内歯駆動リング（５）と、
該駆動リング（５）と噛合された外歯軸（６）
とから成り、
前記駆動リング（５）の変位運動によって前記軸（６）を回転させる、請求項２記載のマルチリーフコリメータ。
【請求項４】
複数の前記圧電アクチュエータ、前記駆動リングおよび前記軸は、モータハウジング内に配置されている、請求項２または３記載のマルチリーフコリメータ。
【請求項５】
前記圧電モータおよび前記金属プレートの軸は噛合システム（４）を有しており、前記軸（６）の回転運動が前記金属プレート（３）の直線運動に変換される、請求項２から４のいずれか１項記載のマルチリーフコリメータ。
【請求項６】
前記金属プレート（３）の位置決めを電気的に制御する、請求項１から５のいずれか１項記載のマルチリーフコリメータ。
【請求項７】
各金属プレート（３）は、位置を監視するために少なくとも１つの電気的なリニアトランスデューサと機械的に接続されている、請求項１から６のいずれか１項記載のマルチリーフコリメータ。
【請求項８】
前記金属プレートの位置決めは電気的に制御され、各金属プレートの少なくとも１つの電気的なリニアトランスデューサの信号が制御信号として使用される、請求項７記載のマルチリーフコリメータ。
【請求項９】
制御エレクトロニクスシステムが圧電モータから離れて配置されており、該制御エレクトロニクスシステムは、前記圧電モータよりもわずかな放射線量を有する領域内に配置される、請求項２から８のいずれか１項記載のマルチリーフコリメータ。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項記載のマルチリーフコリメータの作動方法において、
圧電モータの圧電アクチュエータの充電信号が、該圧電アクチュエータの機能を監視するために使用されることを特徴とする、
マルチリーフコリメータの作動方法。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか１項記載のマルチリーフコリメータの作動方法において、
個々の運動プロフィルによって、個別にも同時にも複数の金属プレートを運動させることを特徴とする、
マルチリーフコリメータの作動方法。
【請求項１２】
請求項１から９のいずれか１項記載のマルチリーフコリメータの作動方法において、
圧電アクチュエータ（７，８）は、相互に直角を成し長手方向で作動し、それぞれ正弦波電圧または余弦波電圧を用いて制御されることを特徴とする、
マルチリーフコリメータの作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線治療のための大型装置における機能を規定する部材であるマルチリーフコリメータ（ＭＬＣ）／マルチプレートコリメータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばガンマ、ｘ線または光放射線のようなｘ線放射源例えば直線加速装置によって生成される高エネルギ放射線は、可変絞りシステムによって遮蔽される。この可変絞りシステムは一般にタングステンプレートから成り、「ビーム成形」と呼ばれるビーム断面の成形が以下のようにして行われる。すなわち、例えば腫瘍のようなターゲット領域が最大量の放射線にさらされ、周囲の健全な組織は最小量の放射線にさらされるように成形される。ターゲット領域へのビーム断面の最良の調節を実現するために、マルチリーフコリメータは個々に調節できる複数例えば数１００の薄いプレートから成る。放射線治療装置中の放射線パスは、高エネルギ放射線を生成し放出する高エネルギ放射線源例えば直線加速装置から成る。最初に簡単な電気式可変ＸＹ絞りシステムによって、放射線パスにおける近接したマルチリーフコリメータが完全に照射されるように放射線パスが限定される。この場合、マルチリーフコリメータは、精確に予め定められた領域に照射されるようビーム断面の構造を形成する。
【０００３】
放射線治療の最適化問題は、健全な組織がさらされる放射線量を最小限に抑えることと、少なくとも有害限界値以下に維持することと同時にガン組織を意図的に有害な放射線量にさらすことである。それ故に、放射線治療のための方法はそれぞれ大きく異なっており、絶え間なく発展してきた。以下、ここで言及するに値する例を挙げておく：
−原体照射法（ＣＲＴ）
−強度変調放射線治療（ＩＭＲＴ）
−画像誘導放射線治療（ＩＧＲＴ）
−高精度の定位放射線治療（ＳＲＴ）および定位手術的照射（ＳＲＳ）
−利用可能になり次第であるが、例えば放射線量誘導放射線治療（ＤＧＲＴ）のような将来の先進的な適応型治療。
【０００４】
ここでの目的は、例えば動くターゲット領域に照射するような適用する帯域幅の拡張に基づく選択性を高めることと、例えば「スライディングウィンドウ（sliding window）」によるサービスインターバルの向上／延長および治療時間の短縮のような操作信頼性を高めることである。例えば、後者の方法は、健全な組織への放射線曝射を低減するだけでなく、大型装置のワークフローおよび効率性にも影響する。このことから、マルチリーフコリメータの要件は以下のとおりとなる：
−タングステンプレートの高い位置決め精度（従来のタイプは０．１ｍｍ）
−タングステンプレートの高い移動速度（従来のタイプは１８ｍｍ／ｓ）
−タングステンプレートの高い加速度（従来のタイプは３８ｍｍ／ｓ２）
−高い操作信頼性／保全間隔（ライフサイクルコスト）。
【０００５】
前側遊星歯車が設けられたＤＣモータは、例えばマルチリーフが１：２７５の減速比および最大０．４４ｒｐｓにおいて０．８４Ｎｍのトルクで駆動するように目下使用されている。このＤＣモータは、４０個のモータのタイプのグループで配置されており、斜歯ヘリカルピニオンを介してタングステンダイヤフラムを動かしている。２つのリニアポテンショメータが、位置を制御および監視するためにダイヤフラム毎に設けられている。位置決め精度は、０．２５ｍｍのプレート制御精度に対応するアイソセンタ内で０．５ｍｍである。
【０００６】
従来技術によれば、使用されてきたいわゆる「ステップアンドシュート（step and shoot）」法によって様々な空間方向からガン組織が照射される。したがって、このシステムはその都度新たな調節のために停止する。このような方法で、空間方向がずらされ、マルチリーフコリメータは、最適なビーム断面を生成するためにセットアップされ、予め定められた放射線量で照射される。次の位置にずらされ、マルチリーフコリメータは、再び最適なビーム断面を生成するためにセットアップされ、といった具合である。したがって、個々の照射のための追加のセットアップ時間に起因してきわめて長い治療時間がかかってしまう。
【０００７】
ここで目的とするのは、回転ガントリ／フレームと「スライディングウィンドウ」を有する動的に変化するマルチリーフコリメータとを用いて連続的に照射することである。次世代装置のためには、０．１０ｍｍ以上に基づくプレート位置決め精度を同時に改善しつつ、２０ｍｍ／ｓより高い調節速度が目的とされる。これらの要件は、制約がなく、または目下の駆動技術による最低限度に制限されるだけであるが、発揮するためにはコストがかかってしまう。
【０００８】
金属プレートを移動させる電気モータの使用に関わる問題は、ローターの高い慣性モーメントと高いローター速度ひいては高い回転エネルギであり、その結果として動特性が不十分になってしまうことである。したがって、金属プレートの運動方向のブレーキングまたは反転は、比較的長い遅延時間を伴う。高いローター速度を１０，０００ｒｐｍのタイプから６０ｒｐｍの典型的な出力速度に減速するために、電気モータは多段歯車も必要とする。不可避の歯車箱の隙間によって、付加的なセンサが実際に位置を検出する目的で使用されたとしても、出力の位置決め精度が制限される。
【０００９】
それ故に、本発明の基礎を成す課題は、従来技術で周知の位置決め精度を著しく高めたマルチリーフコリメータを提供することである。
【００１０】
前記課題は、独立請求項記載の特徴によって達成される。従属請求項には有利な実施形態が示されている。
【００１１】
図２による嵌合（form-fit）駆動電気機械式回転モータＭは、いっそう小さな慣性モーメントおよびわずかに蓄積された回転エネルギしか有さない。
【００１２】
有利には圧電モータＭとして図２に示した電気機械式モータを構成することである。その結果として、停止、加速および運動方向の反転のような運動のきわめて速い切り換えが実現可能となる。
【００１３】
歯車を設けず、駆動リングとモータ軸６をわずかに噛み合わせることによる嵌合動力伝達の結果、このようなモータはいっそう高い位置決め精度を実現する。その結果、リニアトランスデューサを必要とすることはない。
【００１４】
図２によるモータの場合、波状の回転運動を形成するために、相互に直角を成し長手方向で作動する少なくとも２つの圧電アクチュエータ７，８へ正弦波電圧および余弦波電圧がそのつど給電される。モータ軸６の精確な位置は、正弦波駆動電圧および余弦波駆動電圧の絶対位相の関数にある。それ故に、きわめてわずかな電子的なコストで位置をきわめて精確に制御し、統計的にも動的にも常に精確に移動させることができる。
【００１５】
以下に、本発明の実施形態を概略付図を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】金属プレート３を受入れる複数のガイド溝２が設けられたマルチリーフコリメータのガイドフレーム１を示した図
【図２】嵌合駆動圧電式回転モータＭの概略図および実際のモデルを示した図
【図３】歯部とヘリカル歯を示した図
【図４】ガイドフレーム１、複数のガイド溝２、金属プレート３およびモータＭから成るマルチリーフコリメータの完成図
【図５】図４に示した左右対称の２つの構造物の配置から成るマルチリーフコリメータの完成図
【図６】情報パス１０によって制御する制御コンピュータを示した図
【００１７】
図１には、金属プレート３を受入れる複数のガイド溝２が設けられたマルチリーフコリメータのガイドフレーム１が示されている。これらの金属プレートは、移動方向に配置されたガイド表面で歯部４を有しており、その歯部４に、ガイドフレームにおいて金属プレートを移動させるために電気駆動装置を係合することができる。
【００１８】
図２による嵌合駆動圧電式回転モータＭは、慣性モーメントをほとんど有さず、また回転エネルギをほとんど蓄積しない。したがって、図２に示した圧電モータＭは、停止、加速および運動方向の反転のような運動のきわめて速い切り替えを可能とする。
【００１９】
歯車を設けず、駆動リング５とモータ軸６をわずかに噛み合わせることによる嵌合動力伝達の結果、このようなモータはいっそう高い位置決め精度を実現する。その結果、リニアトランスデューサを必要とすることはない。
【００２０】
図２によるモータの場合、軸回転を生じさせるために、相互に直角を成し長手方向で作動する少なくとも２つの圧電アクチュエータ７，８に正弦波電圧および余弦波電圧がそのつど給電される。これによって駆動リング５は、嵌合するように、その駆動リング５の内面に沿って回転するモータ軸６に伴って回転運動させられる。
【００２１】
モータ軸６の精確な位置は、正弦波駆動電圧および余弦波駆動電圧の絶対位相の関数にある。それ故に、きわめてわずかな電子的なコストで位置をきわめて精確に制御し、統計的にも動的にも常に精確に移動させることができる。
【００２２】
金属プレート３の直線運動へのモータ軸６の回転運動の変換は、モータ軸に留め付けられ金属プレートの直線歯部に係合する歯車９によって行われる（図３参照）。歯車の歯溝を有効に最適化するために、対応する歯部は、例えば図３から図５に示したように、ヘリカル歯状（Helical teeth）であってもよい。
【００２３】
図４には、ガイドフレーム１、複数のガイド溝２、金属プレート３および圧電モータＭから成るマルチリーフコリメータの完成図が示されており、この種のマルチリーフコリメータには、そのつど金属プレート３を動かす圧電モータが設けられている。図４に示したように、圧電モータＭは、反力を受けるためにガイドフレーム１に直接留め付けられている。しかしながら、これらの圧電モータＭは、キャリアフレームに留め付けられ、完全なサブシステムとして組み立てられていてもよく、この場合の完全なサブシステムは、その側でマルチリーフコリメータのガイドフレームまたはハウジングに接続されている。
【００２４】
図５には、図４に示した左右対称の２つの構造物の配置から成るマルチリーフコリメータの完成図が示されている。図５に示したマルチリーフコリメータは、径Ａ×Ｂの窓範囲で、金属プレート幅による横方向解像度と金属プレートの位置精度による縦方向解像度とを有するビーム断面を成形することができる。
【００２５】
嵌合圧電モータの高い絶対精度によって、複雑な制御プロセスが不要となり、その結果として制御の問題は単純なモータ制御だけとなる。
【００２６】
図６によれば、参照符号１３により制御コンピュータが示されており、このコンピュータは、治療プランに従って、情報パス１０を介したターゲット領域のデータと情報パス１２を介した放射源の遅れ角とを受け取る。コンピュータ１３は、ビーム形状を調節する目的で、個々の金属プレートの最適位置を算出するために、このデータを使用する。各金属プレートひいては各圧電モータＭに対する目標値は、コンピュータ１３からデータバスを介してモータ制御装置１４へデジタル形式またはアナログ形式で送出される。各モータ制御装置１４は、対応する圧電モータＭに対する必要なアナログ制御信号を算出する目標値を使用する。アナログのモータ制御信号は、モータ制御装置１４から、圧電モータＭを駆動するための制御電源を給電するラインドライバ１５へ送出される。これらのアナログのモータ制御信号は、長さＬのラインを介してマルチリーフコリメータの圧電モータＭへ送出される。調整ループがなく、モータ制御信号は、圧電アクチュエータの場合殊に高電圧振幅の場合には高出力を有するので、圧電モータＭと制御電子回路１３，１４，１５のコンポーネントを接続するラインを比較的長く設計することができる。これにより、電子システムを放射源から遠く離して配置することができ、その結果、耐用年数、信頼性およびサービスインターバルが著しく向上する。
【００２７】
マルチリーフコリメータは、位置を監視するために、各金属プレート３上に例えばリニアポテンショメータのような機械的に接続されている少なくとも１つの電気的なリニアトランスデューサを備えてもよい。
【図１】
2010538776.tif 000003
【図２】
2010538776.tif 000004
【図３】
2010538776.tif 000005
【図４】
2010538776.tif 000006
【図５】
2010538776.tif 000007
【図６】
2010538776.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月27日(2010.5.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
マルチリーフコリメータは、位置を監視するために、各金属プレート３上に例えばリニアポテンショメータのような機械的に接続されている少なくとも１つの電気的なリニアトランスデューサを備えてもよい。有利には、電気機械式アクチュエータは、圧電アクチュエータ、電歪アクチュエータまたは磁歪アクチュエータから成る電気機械式アクチュエータのグループから選択される。また、有利には、電気モータＭは、少なくとも２つの電気機械式圧電アクチュエータ７，８とこの電気機械式圧電アクチュエータのストロークによって回転変位運動を誘発させることができる内歯駆動リング５とこの駆動リング５と噛合可能な外歯軸６とから成り、駆動リング５の変位運動によってこの軸６を回転させることができる。好適には、複数の圧電アクチュエータ、駆動リングおよび外歯軸は、モータハウジング内に配置されている。また、好適には、金属プレートの位置決めは電気的に制御され、各金属プレートの少なくとも１つの電気的なリニアトランスデューサの信号が制御信号として使用される。
【国際調査報告】
2010538776.tif 000009
2010538776.tif 000010