(57)【要約】【課題】作製に多くの手順と時間を要し、かつ取り付け誤りを起こすコンペンセータに代わる製造が容易で安全な放射線照射装置用コンペンセータと、その製造装置、そしてそのコンペンセータを備えた放射線照射装置を提供する。【解決手段】繰り返し使用可能な直方形状の吸収体ブロックと非吸収体ブロックを自動で多層配置し、そのブロック透過後の放射線強度分布が所定の分布となるコンペンセータとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸収体ブロックと、非吸収体ブロックと、前記吸収体ブロックと前記非吸収体ブロックを充填するケースを備えた放射線照射用コンペンセータ。
【請求項２】
前記ブロックとして、立方体を用いた請求項１記載の放射線照射用コンペンセータ。
【請求項３】
前記ブロックとして、直方体を用いた請求項１記載の放射線照射用コンペンセータ。
【請求項４】
前記非吸収体ブロックが、中空構造である請求項１から請求項３のいずれか１項記載の放射線照射用コンペンセータ。
【請求項５】
前記非吸収体ブロックが、格子状構造体である請求項１から請求項４のいずれか１項記載の放射線照射用コンペンセータ。
【請求項６】
コンペンセータ形状データ入力手段と、吸収体ブロックと非吸収体ブロックの材料自動選別手段と、ブロック多層配置手段と、コンペンセータ作製モニタ・操作手段を備えたコンペンセータ製造装置。
【請求項７】
前記ブロック多層配置手段による配置結果と、前記コンペンセータ形状データ入力手段から入力したデータを比較照合するコンペンセータ形状比較照合手段と、その比較照合結果を出力する比較照合出力手段を備えた請求項６記載のコンペンセータ製造装置。
【請求項８】
前記吸収体ブロックと前記非吸収体ブロックの材料自動選別保管手段を備えた請求項６または請求項７記載のコンペンセータ製造装置。
【請求項９】
コンペンセータ形状データ入力手段と、吸収体ブロックと非吸収体ブロックの材料自動選別手段と、ブロック多層配置手段と、コンペンセータ作製モニタ・操作手段と、ブロック多層配置手段による配置結果と、前記コンペンセータ形状データ入力手段から入力したデータを比較照合するコンペンセータ形状比較照合手段と、その比較照合結果を出力する比較照合出力手段と、前記吸収体ブロックと前記非吸収体ブロックの材料自動選別保管手段を備えたことを特徴とするコンペンセータ製造装置。
【請求項１０】
放射線発生手段と、放射線照射野形成手段と、吸収体ブロックと非吸収体ブロックを含むコンペンセータの設置手段と、前記コンペンセータを放射線ビーム軸上に動かす移動手段を備えた放射線照射装置。
【請求項１１】
前記コンペンセータの設置手段として、所定のコンペンセータを所定の方向にのみ設置できる制約機構を備えた請求項１０に記載の放射線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、陽子線やＸ線またはガンマー線を用いた放射線照射装置のコンペンセータ（補償フイルタ）に係わり、立方体または直方体のブロックを多重層に配列した放射線照射用コンペンセータと、その製造装置、そしてそのコンペンセータを照射部に設置・移動できる手段を備えた放射線照射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図２１に、ＫａｎａｉらによりＭｅｄｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ．１０（３），Ｍａｙ／Ｊｕｎｅ．１９８３に発表された陽子線を用いる放射線治療装置の従来例を示す。図において、３９は陽子線ビーム、４０、４１はビームを散乱させてビームサイズを大きくするための散乱体、４２はビーム強度モニタ、４３はコンピュータ、４４は陽子ビームのエネルギーを一様に減衰させる水カラム、４５ａ，４５ｂはビーム幅を制限するマルチリーフコリメータ、４６はエネルギーを人体内の腫瘍の形状に合わせて減衰させるボーラスと呼ばれるコンペンセータであり、水と同様なエネルギー減衰をもたらすアクリル樹脂等で作成される。４７は人体、４８は人体内部の腫瘍等の照射ターゲット、４９は腫瘍の後方に位置する脊髄などの放射線に弱い臓器を示している。
【０００３】
図２１において、ボーラス４６は、照射ターゲット４８の最も深い位置の表面形状と同様な表面形状を有するように成型されている。陽子のような粒子線の場合、一般に表面より深い部分において放射線線量が大きくなる線量集中性を示すため、線量が一番大きくなる位置に腫瘍を配置して照射する必要がある。そのため、ボーラスを腫瘍の最も深い位置の表面形状と同様な表面形状を有するように成型することにより、腫瘍への線量を最大にできるとともに、腫瘍のすぐ後方にある脊髄４９に放射線を与えないように照射できるため、脊髄４９を保護することができる。
【０００４】
一方、Ｘ線のような電磁放射線の場合、線量は表面で高く、浸透深さとともに低くなる傾向を示す。そのため、Ｘ線を人体の多方向から腫瘍に照射するとともに、照射方向ごとにＸ線の強度分布の空間パターンをコンペンセータにより変化させて、腫瘍部分だけに高い吸収線量を与え、周囲の正常組織の受ける線量を副作用が起きない程度に低減する方法が用いられる。予め計算により求めたコンペンセータの厚さ分布に応じて金属ブロックを加工して、コンペンセータとして用いている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、陽子線を用いる場合、腫瘍形状に合わせたボーラスを用いる必要があるため、患者ごとに、さらに患者へ照射する方向ごとにボーラスを作製し、治療時に交換しなければならず、ボーラスの製造コストが高くつくとともに、治療に要する時間が長くなるという問題があった。そのため、正常組織に副作用を与えないための必須の照射方法である多方向照射を短時間で実行することができないという問題もあった。また、Ｘ線の場合においては、陽子線と同様な問題に加え、金属ブロックを用いるため、加工が容易でなく、さらに重いため、取り扱いが不便であるという問題があった。また、陽子線のボーラス、Ｘ線の金属ブロックによるコンペンセータの作製は、通常、数値制御コンピュータと切削機による削り加工を行なっており、コンペンセータ１個当たりの加工時間が２０分〜４０分と長くなる不便と、加工によりボーラス材料や金属の削り屑や削りによる有害ガスが発生するなどの問題があり、かつ、コンペンセータ作製を行なう専用の工作室を設ける必要があった。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、医療廃棄物や有害ガスを発生することなく精度の良いコンペンセータを短時間に容易に作製できる製造方法、及びその製造装置、そしてそのコンペンセータを備えた放射線照射装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解消するため、本発明の放射線照射用コンペンセータは、吸収体ブロックと、非吸収体ブロックを配列してケースに充填したものである。
【０００８】
また、前記吸収体ブロックと前記非吸収体ブロックは、立方体を用いることができる。
【０００９】
また、前記吸収体ブロックと前記非吸収体ブロックは、直方体を用いることができる。
【００１０】
また、前記非吸収体ブロックは、中空構造としたものを用いることができる。
【００１１】
また、前記非吸収体ブロックは、格子状構造体としたものを用いることができる。
【００１２】
本発明に係わる放射線照射用コンペンセータの製造装置は、コンペンセータ形状データ入力手段と、吸収体ブロックと非吸収体ブロックの材料自動選別手段と、ブロック多層配置手段と、コンペンセータ作成モニタ・操作手段を設けたものである。
【００１３】
また、前記放射線照射装置用コンペンセータの製造装置は、前記ブロック多層配置手段による配置結果と、前記コンペンセータ形状データ入力手段から入力したデータを比較照合するコンペンセータ形状比較照合手段と、その比較照合結果を出力する比較照合出力手段を設けることができる。
【００１４】
また、前記放射線照射装置用コンペンセータの製造装置は、前記吸収体ブロックと前記非吸収体ブロックを自動選別して別々に保管できる材料自動選別保管手段を設けることができる。
【００１５】
本発明に係わる放射線照射装置用コンペンセータの製造装置は、コンペンセータ形状データ入力手段と、吸収体ブロックと非吸収体ブロックの材料自動選別手段と、ブロック多層配置手段と、コンペンセータ作成モニタ・操作手段と、ブロック多層配置手段による配置結果と前記コンペンセータ形状データ入力手段から入力したデータを比較照合するコンペンセータ形状比較照合手段と、その比較照合結果を出力する比較照合出力手段と、前記吸収体ブロックと前記非吸収体ブロックの材料自動選別保管手段を設けたものである。
【００１６】
本発明に係わる放射線照射装置は、放射線発生手段と、放射線照射野形成手段と、吸収体ブロックと非吸収体ブロックを含むコンペンセータの設置手段と、前記コンペンセータを放射線ビーム軸上へ動かす移動手段を備えたものである。
【００１７】
また、前記放射線照射装置は、所定のコンペンセータを所定の方向のみに設置できる制約機構を設けることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。
【発明の実施の形態１】図１は本発明の実施の形態１に係るＸ線用コンペンセータの模式図である。図１において、１はコンペンセータ、２は吸収体ブロック、３は非吸収体ブロックを示している。
【００１９】
図１において、コンペンセータ１は、吸収体ブロック２と非吸収体ブロック３を多層状に積み重ねた直方体構造となっており、予め計算された吸収体の３次元配列形状に従い、吸収体ブロックを重ね合わせ、コンペンセータ内部の吸収体以外の部分を非吸収体ブロックで充填して、コンペンセータ全体を直方体状に組み立てたものとなっている。
【００２０】
よって、吸収体配列形状は吸収体ブロックの積み重ねによるもので、放射線治療計画で与えられるコンペンセータ形状を正確に成型でき、かつ、吸収体ブロック間には空気層は殆どなく，さらに、非吸収体による放射線吸収は吸収体に比べ非常に少なく、吸収体ブロック材料の比重と厚みで放射線量の減弱が支配され、様々な形を吸収体ブロックの配列で容易に成型できる効果がある。
【００２１】
また、コンペンセータ１個当たりの作製時間が２０分〜４０分かかる従来の削り加工に比べ、本発明の方法は、ブロックの積み重ねで作製できるため、コンペンセータ１個当たりの作製時間が、５分〜１０分と短く、かつ、金属削り屑や有害ガスの発生がなく、コンペンセータ作製用の工作室も不要となるなどの効果がある。
【００２２】
図２は、前記コンペンセータ１の収納方法を示す模式図で、前記コンペンセータ１を直方体ケースに収納し、上下に蓋をしてコンペンセータとして使用するもので、１は前記コンペンセータ、４はケース本体、５ａは上蓋、５ｂは下蓋、６はケースの番号と方向を特定するケース外面に設けた溝機構を示している。
【００２３】
吸収体ブロックとしては、コンペンセータの高さを低くするため、比重が大きい、タングステン、鉛、鉄、及びその他合金などが好まれるが、加工性とコスト面から、タングステンなどの重金属とプラスティック材料との混合物で成型加工したものが好ましい。また、比重が１１以上の材料を用いることが好ましい。
【００２４】
吸収体ブロックの物理的寸法は、照射する対象物の大きさ、および線源からコンペンセータ位置までの距離と線源から治療中心であるアイソセンタまでの距離の比、及びコンペンセータの照射野分解能等により最適な値を選ぶことが必要であり、図３に示す立方体あるいは近似的立方体である吸収体２の形状を基本とし、その一辺の長さは３ｍｍ〜２０ｍｍであることが望ましい。また、２ａや２ｂなどの直方体状の吸収体ブロックでの組み合わせでもよい。
【００２５】
非吸収体ブロックとしては、非吸収体内での放射線吸収を少なくすることにより、コンペンセータ透過後の被照射体内での線量分布精度を向上させ、かつ、被照射体の表面線量を軽減できることから、比重が小さい材料を用いることが好ましい。よって、被照射体が人体の場合、非吸収体ブロック材料の比重は人体組織の比重１より低いことが必要であり、比重０．０５ないし０．４、特に好ましくは、０．１ないし０．２の材料が良く、例えば発泡ポリエチレン、発泡ウレタン、または発泡ポリスチレンなどの発泡材料が適している。また、ウレタン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステル、アクリル、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、なども非吸収体として用いることができる。
【００２６】
非吸収体ブロックの形状は、その外形が吸収体ブロックと同じ形状寸法とし、図３の３、３ａ、３ｂ、３ｃに示すような形状のものを使用できる。図３において３は、内部に非吸収体材料を空気層などの巣がないように完全充填した立方体ブロックで、この形状を用いる場合は、充填された非吸収体部分で放射線エネルギー吸収が生じるため、用いる材料の比重が低い発泡ウレタンなどが好ましい。
【００２７】
３ａ、３ｂ、３ｃは、３の形態から立方体各面または内部を中空にしたもので、中空部分で放射線吸収が無視できるため、比重が１に近いポリカーボネートやアクリル、ポリエチレン等を非吸収体材料として用いることができる。３ａは箱型のもので、この形態の場合は、その壁厚は０．１ｍｍ〜０．２ｍｍで成型することが好ましい。また、３ｂは格子形状の形態のもので、３ｃは立方体の内部を取り除き、かつ外壁面を円形状に取り除いたものである。
【００２８】
本来、図１のコンペンセータの非吸収体部分は、放射線吸収を最小にするため、空気とすることが望ましい。しかしながら、吸収体ブロックのみで配列したコンペンセータでは、その吸収体ブロックを精度良く配列し、かつ、その形態を維持する必要があり、吸収体を接着するか補助具で保持することが必要となるが、接着による固定や補助具で保持するには手間がかかり、かつ、配列精度が悪くなることや、分解が手作業となり時間がかかる問題がある。従って、本発明では、吸収体以外の部分を放射線吸収の少ない非吸収体ブロックで配列した後、全体をケースに入れることにより、吸収体ブロックの配列構造に関わらずコンペンセータを同一形状の直方体とすることができる。
【００２９】
なお、使用後はコンペンセータを構成している材料をケースから取り出し、吸収体ブロックと非吸収体ブロックに別々に保管箱に移し変えることで再生使用する。
【００３０】
【発明の実施の形態２】本発明に係るコンペンセータ製造装置について説明する。図４は、本発明に係るコンペンセータ製造装置のブロック図で、図５はコンペンセータ製造装置の多層配置機構を示した模式図、図６はコンペンセータ製造装置の動作フローチャートである。図４において、７は吸収体ブロックと非吸収体ブロックを各々別々に収納保管するコンペンセータ材料保管手段、８はコンペンセータ材料を吸収体ブロックと非吸収体ブロックに選別するコンペンセータ材料自動選別手段、９は吸収体ブロックと非吸収体ブロックを配列するブロック多層配置手段、１０は９の吸収体ブロックと非吸収体ブロックの配列中に、配列結果と入力データ形状パターンの比較照合と比較照合結果出力を行うコンペンセータ形状比較照合・比較照合出力手段、１１は外部で予め生成されたコンペンセータ配列データ入力を行うコンペンセータ形状データ入力手段、１２はコンペンセータ配列データ入力とコンペンセータ作製操作のモニタと操作を行うコンペンセータ作製モニタ・操作手段である。
【００３１】
次に、その動作を図６のフローチャートを用いて説明する。前記コンペンセータ製造装置によるコンペンセータ作製は、１２のコンペンセータ作製モニタ・操作手段を用い、以下の手順で作製を行う。前記コンペンセータ製造装置の主機能は、コンペンセータ作製モードと材料自動選別・収納モードがあり、電源投入しシステム立ち上げ（ステップ１）を行った後、モード選択が行える。コンペンセータ作製モード選択（ステップ２）を行った後、コンペンセータ形状データ入力（ステップ３）を行う。新規にデータ入力する場合は、外部装置の指定を行いオンラインか又はフロッピーデイスク等のメディアを介しオフラインでデータを入力できるが、既にデータ入力済である場合は、ハードデイスクに保存されているデータファイルを指定し、コンペンセータ形状データを読み込む（ステップ３）。
【００３２】
次に、入力したデータのヘッダー情報であるＩＤ番号、氏名等の基本データが作製対象のＩＤであることを確認し、コンペンセータ形状データをコンペンセータ配列データに変換する（ステップ４）。変換が終了後、照射門数とコンペンセータ作製数を確認し、コンペンセータ作製開始キーを押下することにより１門目のコンペンセータ配列データが、ブロック多層配置手段へ転送され（ステップ５）、ブロック多層配置手段により１門目のコンペーセータの配列動作が開始される（ステップ６）。
【００３３】
配列動作中には、各層の吸収体ブロックと非吸収体ブロックの配列結果をモニタに表示し、コンペンセータ形状比較照合手段により入力した形状データの配列パターンとの比較照合が行われ（ステップ７）、照合一致している場合には、配列対象層番号の更新を行い（ステップ１２）次層の配列動作へと処理が進み（ステップ６）、最終層の配列動作まで繰り返し配列が行われる。
【００３４】
照合結果が不一致の場合には、比較照合出力手段により不一致であった配列結果パターンと入力形状データパターンをモニタにエラー表示（ステップ１３）し、再配列（リトライ）するか、配列動作を中止するかの選択を行う（ステップ１４）。配列のリトライ処理を選択した場合、リセット処理により照合不一致であった配列層のブロックを除去（ステップ１５）した後、再度同じ層の配列動作（ステップ６）に戻り前記手順で再配列を行う。一方、リトライ処理を行わない場合は、ステップ１５と同様にリセット処理と配列途中のコンペンセータを除去し（ステップ１６）、システム立ち上げ後のモード選択へ戻る。
【００３５】
最終層の配列が完了後、コンペンセータをケースに収納し、門番号を更新し（ステップ１０）、最終門であるか否かをチェックし（ステップ１１）、最終門でない場合は、ステップ５から前記と同様の手順で次門のコンペンセータ作製が行われ、最終門のコンペンセータ作製を完了して作製モード終了となる。
【００３６】
次に、材料自動選別・収納モードの動作について説明する。本モードを選択する（ステップ１７）と、コンペンセータ材料が投入済か否かが、モニタに表示される。コンペンセータを構成している吸収体ブロックと非吸収体ブロックをコンペンセータ材料自動選別手段部に投入（ステップ１８）した後、材料自動選別動作開始キーの押下により選別動作が開始し（ステップ１９）、吸収体ブロックと非吸収体ブロックに別々に選別した後、コンペンセータ保管手段部に保管する（ステップ２０）。
【００３７】
次に、図６のフローチャートを実現するためのコンペンセータ製造装置のブロック多層配置機構を、図５の模式図を用いて説明する。図５において、１は前記コンペンセータ、２は前記吸収体ブロック、３は前記非吸収体ブロック、４は前記コンペンセータ１のケース、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅはピストン、１４はブロック列移動器、１５は光学センサー、１６はコンペンセータ層、１７はケースに収納されたコンペンセータを示している。
【００３８】
図５において、吸収体ブロック２は、１３ｂのピストンで左方向の吸収体と非吸収体合成部へ押し出され、３の非吸収体ブロックは１３ａのピストンで左側非吸収体転送部へ押し出されるようになっている。入力したコンペンセータ形状データから得られたコンペンセータの各層各列の配列パターンに対応し、吸収体ブロックの必要な部分は、１３ｅのピストンで上方へ、非吸収体ブロックの必要な部分は、１３ｄのピストンで下方へ押し出した後、１３ｃのピストンで吸収体ブロックと非吸収体ブロックを合体配合させ、配列完了した１列分ブロックを、コンペンセータ収納ケース４の挿入口前に押し出して移動させる。
【００３９】
なお、非吸収体ブロック移動用ピストン１３ａ、１３ｃは、ピストンのような機械的移動方法の他、空気圧による押し出しでもよい。配列完了後の１列分ブロックは、その配列パターンが入力データパターンと一致しているかをブロック列移動器１４の近くに設けられた１５の光学センサーでチェックし、配列一致を確認した後、１４のブロック列移動器によりコンペンセータ収納ケース４に移動する。
【００４０】
なお、光学センサーとしては、吸収体ブロックと非吸収体ブロックにＬＥＤ光源を当て、その反射でブロック色を見分け配列を認識する方式が安価で望ましいが、レーザー光源による方式やＣＣＤカメラによるパターン認識でも配列認識が可能である。
【００４１】
コンペンセータの１層分の配列が完了すると、ブロック保持部の水平レベルを１段分移動させ、次層の配列動作を前記工程で最終層配列まで繰り返し行い、配列が完了後、多層配列したコンペンセータをコンペンセータ収納ケース４に収納しコンペンセータ１７が完成となる。また、次門のコンペンセータの作製が前記と同様の工程で行なわれ、最終門のコンペンセータ作製が完了して作製モードが終了となる。
【００４２】
なお、本発明に係るコンペンセータ製造装置の実施例は、図４の構成で説明したが、コンペンセータ形状データ入力手段１１、材料自動選別手段８とブロック多層配置手段９、及びコンペンセータ作製モニタ・操作手段１２のみでの構成とするか、また、その構成に１０のコンペンセータ形状比較照合手段と比較照合出力手段やコンペンセータ材料保管手段７を含めた構成でも、前記コンペンセータ１７の作製が行える。
【００４３】
【発明の実施の形態３】次に、本発明のコンペンセータを用いた放射線照射装置の動作を、図を用いて説明する。図７〜図９は、放射線照射装置のコンペンセータ設置手段と移動手段の模式図、図１０〜図１３は、所定のコンペンセータを所定の方向に設置するための制約機構を示す模式図、図１４〜図２０は、放射線照射装置の放射線発生手段と照射野形成手段、及びコンペンセータによる線量分布制御の模様と、照射方法を示す模式図である。
【００４４】
図７は、放射線照射用コンペンセータの設置手段の模式図で、図７において、１８はコンペンセータ収納部、１７はケースに収納されたコンペンセータを示している。人体の悪性腫瘍を対象とした放射線治療では、一般的には最大７門照射でほとんどの症例の治療に対応できるものとされており、本発明では、コンペンセータを最大７個同一円周上に設置したものとした。なお、前記コンペンセータ収納部１８は、放射線照射装置の放射線照射部に装着して使用する。
【００４５】
図８は、放射線照射用コンペンセータの移動方法を示す模式平面図、図９は模式断面図である。図８、図９において、１７は前記コンペンセータ、１８は前記コンペンセータ収納部、１９はコンペンセータ設定中心、２０は移動機構、２１は回転駆動台、２２はコンペンセータ装着ケースを示す。
【００４６】
次に、コンペンセータの移動動作について説明する。図８において１９は、照射に使用するコンペンセータを設定するコンペンセータ設定中心位置で、照射装置のビーム軸に一致するようになっている。コンペンセータの装着場所は、２２のコンペンセータ装着ケースで、２１の回転駆動台上にＦ１からＦ７まで最大７箇所設けている。コンペンセータは、照射対象物の治療計画に基づき、照射に必要なコンペンセータをＦ１から順番に装着し、２０の移動機構により装着されたコンペンセータを回転し、照射で使用するコンペンセータ中心をコンペンセータ設定中心１９に設定して放射線照射を行う。なお、Ｆ０は、照射装置のコリメータ光照射野を透過させ、被照射体に投影することで放射線ビーム軸と被照射体の位置を確認するための窓で、コンペンセータを装着せずに使用する。
【００４７】
図９は、図８の断面模式図で、移動機構２０が回転することにより２１の回転駆動台が回転し、コンペンセータ１７をコンペンセータ設定中心１９に設定している模式断面図を示している。
【００４８】
次に、コンペンセータを所定の方向に設置するための制約機構について、図１０〜図１３を用いて説明する。図１０は、２１の回転駆動台上に設けられたコンペンセータ装着ケース２２の平面図で、２３はコンペンセータ装着ケースの内側に設けられたコンペンセータ番号・方向識別用の突起機構である。一方、図１１〜図１３は、コンペンセータのコンペンセータ装着ケースへの装着例（３箇所）を示した模式図で、図１１はＦ１用コンペンセータの装着例、図１２はＦ４用コンペンセータの装着例で、図１３はＦ７用コンペンセータの装着例を示す。
【００４９】
図１１において、４ａはＦ１用コンペンセータで、６ａはコンペンセータ番号と方向を特定する前記識別溝、２２ａはＦ１用コンペンセータ装着ケースで、２３ａは前記コンペンセータ識別用の突起機構、図１２において、４ｂはＦ４用コンペンセータで、６ｂはコンペンセータ番号と方向を特定する前記識別溝、２２ｂはＦ４用コンペンセータ装着ケースで、２３ｂは前記コンペンセータ識別用の突起機構、図１３において、４ｃはＦ７用コンペンセータで、６ｃはコンペンセータ番号と方向を特定する前記識別溝、２２ｃはＦ７用コンペンセータ装着ケースで、２３ｃは前記コンペンセータ識別用の突起機構を示す。
【００５０】
図１０において、コンペンセータ番号・方向識別用の突起機構２３は、前記コンペンセータ装着ケース２２の内側の特定面に一定高さに設けており、挿入するコンペンセータの識別溝の方向と場所を一致させた場合のみ、コンペンセータを完全収納し蓋を被せることができる構造となっている。
【００５１】
図１１〜図１３は、コンペンセータの識別溝とコンペンセータ番号・方向識別用の突起機構の位置関係を、コンペンセータ別に示したもので、その位置がＦ１は右端に、Ｆ４が中心に、またＦ７は左端に変化していることがわかる。従って、Ｆ１用装着ケースにはＦ１コンペンセータのみ、Ｆ４用装着ケースにはＦ４コンペンセータのみ、とＦ７用装着ケースまで各ブロックは特定の装着ケースのみに装着可能で、Ｆ１〜Ｆ７までその突起機構と溝機構を、コンペンセータごとに位置を変えて設けることで、コンペンセータ番号と装着方向が一義的に決られるため、照射番号間違いや装着方向誤りを防ぐことができる。
【００５２】
次に、本発明によるコンペンセータを設置して照射に使用する放射線照射装置の放射線発生手段と照射野形成手段、及びコンペンセータによる線量分布制御の動作と照射方法を、図を用いて説明する。図１４〜図２０は、放射線照射装置の照射口にコンペンセータ収納部１８を搭載し放射線照射照射を行う場合の典型例を示しており、図１４〜図１６は、放射線照射野内にコンペンセータ１７が設置されていない状態での照射模様と、その線量強度分布の模式図を、図１７〜図１９は、放射線照射野内にコンペンセータ１７が設置されている状態での照射模様と、その線量強度分布の模式図を、図２０は照射装置の方向を変えて照射する模様の模式図である。
【００５３】
図１４〜図２０において、２４は放射線照射装置のガントリ固定部、２５は放射線照射装置の回転ガントリ、２６は被照射体である患者、２７は放射線照射時に患者を乗せる治療台天板、２８は治療台天板の駆動機構、２９は回転ガントリ２５の回転軸、３０は回転ガントリ２５から発生する放射線（ここではＸ線）の照射ビーム軸、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄはＸ線ビームのエッジ、３２は治療中心であるアイソセンタ、３３は患者体内の腫瘍、３４は放射線源であるターゲット、３５ａ、３５ｂは下側コリメータ、３６ａ、３６ｂは上側コリメータ、３７はＸ線のコンペンセータ透過前のＸ線強度分布、３８はＸ線のコンペンセータ透過後のＸ線強度分布を示している。
【００５４】
次に、コンペンセータを用いた放射線照射の動作について説明する。図１４は、回転ガントリ内のターゲット３４から発生したＸ線を２６の患者体内にある腫瘍３３に照射している模様を示す模式図である。Ｘ線やガンマー線などの医療用放射線を用いる放射線治療では、一般的にその吸収線量分布を癌と診断された患者体内の腫瘍の３次元形状に合致させる工夫が為されており、線源３４から発生するＸ線の照射野を、患者体内の腫瘍形状に合致させるため、３５ａ、３５ｂと３６ａ、３６ｂのコリメータで部分的に遮蔽することで、図１４の３１ａ、３１ｂ、図１５の３１ｃ、３１ｄのＸ線ビームエッジで示すような腫瘍形状に外接したＸ線フルエンスフィールド、いわゆる照射野を形成する。
【００５５】
図１５は、３０の治療ビーム軸上での患者体軸横断面図を図１４のＦ方向から表した模式図で、３１ｃ、３１ｄのＸ線ビームエッジで示すような腫瘍形状に外接したＸ線フルエンスフィールド、いわゆる照射野を形成するように３６ａ、３６ｂのコリメータ開度を設定する。
【００５６】
図１６は、図１５の治療対象である患者体内腫瘍位置とＸ線照射野およびＸ線強度分布を判り易く示した模式図で、図においての３１ｃと３１ｄの広がりを持つＸ線照射野内において、３７は患者体内を通過する前のＸ線線量強度分布で、照射部ターゲットと腫瘍３３の間にはコンペンセータが無いため、そのＸ線強度プロファイルは、照射部が出力したままの平坦な分布となる。
【００５７】
一方、図１７は、放射線照射野内にコンペンセータを設置し照射している模式図、図１８は、３０のＸ線ビーム軸上での患者体軸横断面図を図１７のＦ方向から表した模式図を示す。図１８においてターゲット３４から出力されたＸ線は、１７のコンペンセータを透過した後、患者体内の腫瘍３３に照射され、３１ｃ、３１ｄで示すような腫瘍形状に外接したＸ線照射野を形成するように３６ａ、３６ｂのコリメータ開度を設定する。
【００５８】
図１９は、放射線照射装置から出力されたＸ線強度分布を、コンペンセータ１７の透過前と透過後で示した模式図で、コンペンセータ透過前では、コンペンセータが設置されていないプロファイル図１６の３７と同様に、平坦な分布となっているが、コンペンセータ透過後の分布３８は、コンペンセータの吸収体でＸ線吸収が起こり、患者体内透過前の分布が強度変調されている。
【００５９】
従って、コンペンセータ内の吸収体配列を腫瘍形状に対応して成型することにより、腫瘍内での線量強度を高くし、周囲の正常組織への線量強度を低くするようにＸ線量強度を制御できる。
【００６０】
また、図２０は、回転ガントリ２５を回転し図１７の下向き照射の状態から患者側面方向に回転した状態を示す模式図である。放射線治療では放射線を患者患部に対し複数の方向から照射することが一般的に行なわれており、図２０のように照射方向を図１７の位置から図２０の状態に変えて照射する場合は、ガントリ回転角度に対応して腫瘍形状に合ったコンペンセータ形状を設定する必要がある。本発明では、コンペンセータ収納部１８内のコンペンセータ回転駆動部を回転し、ガントリ回転角度に合ったコンペンセータを自動で移動させて放射線照射ビーム軸３０に設定できるため、複数のコンペンセータを使用した多門照射を容易に行える。
【００６１】
【発明の実施の形態４】次に、本発明の実施例について図面を用い説明する。図２２は、本発明によるコンペンセータ製造装置の他の実施例である。図２２において左図は、コンペンセータ形状データ入力手段と、ブロック配置手段と、コンペンセータ形状比較照合・比較照合出力手段と、コンペンセータ作製モニタ・操作手段を含む第１のユニットを右斜め前方から見た外観図で、図２２において右図は、コンペンセータ材料自動選別手段とコンペンセータ保管手段を含む第２のユニットを右斜め前方から見た外観図である。また、図２３は、自動選別動作を表す模式図、図２４は、コンペンセータ形状比較照合手段を表す模式図を示す。
【００６２】
図２２の左図において、５０はケース挿入口、５１はコンペンセータ取り出し口、５２は吸収体ブロック投入口、５３は非吸収体ブロック投入口である。
【００６３】
次に、前記第１のユニットであるコンペンセータ製造装置本体の動作について説明する。図２２の左図において１２は前記コンペンセータ作製モニタ・操作手段であり、本実施例ではコストが安価である汎用のパーソナルコンピュータを用いており、オペレータは、コンペンセータの作製指令と作製動作のモニタを、このパーソナルコンピュータを介して行える。また、コンピュータ本体内には、コンペンセータ形状データをオフラインで入力するフロッピーデイスクと、コンペンセータ形状データを保存するハードデイスクを内蔵している。
【００６４】
コンペンセータを作製するに当たり、予め１１のコンペンセータ形状データ入力手段によりコンペンセータ形状データを入力するが、新規にデータを入力する場合は、外部装置の指定を行いオンラインか又はフロッピーデイスク等のメディアを介しオフラインでデータを入力し、既にデータ入力済みである場合は、ハードデイスクに保存されているデータファイルを指定し、コンペンセータ形状データを読み込む。
【００６５】
コンペンセータ形状データを入力後、図２に示すコンペンセータケース４を５０のケース挿入口へ、吸収体ブロックは５２の吸収体ブロック投入口へ、非吸収体ブロックは５３の非吸収体ブロック投入口へ投入し、１２のコンペンセータ作製モニタ・操作手段によりコンペンセータ作製モードを起動することによりブロック配置手段９でコンペンセータのブロック配列動作が行われる。ブロック配列動作中は、１０のコンペンセータ形状比較照合・比較照合出力手段により配列形状の比較照合動作が行われ、その配列状態と比較照合結果は、コンペンセータ作製モニタ・操作手段１２のモニタに表示されるため、オペレータは配列状態を監視しながらコンペンセータの作製を行える。コンペンセータ作製が完了すると、ケースに充填されたコンペンセータが５１のコンペンセータ取り出し口に出力される。
【００６６】
次に、前記第２のユニットであるコンペンセータ材料自動選別保管ユニットの動作を、図２２を用い説明する。図２２の右図において、５４は吸収体ブロック・非吸収体ブロック投入口、５５は吸収体ブロック収納部、５６は非吸収体ブロック収納部、５７はコンペンセータ材料自動選別保管ユニットとコンペンセータ製造装置本体を電気的に接続する信号線である。コンペンセータを照射に使用した後、コンペンセータのケースに充填されている吸収体ブロックと非吸収体ブロックを取り出し、５４の吸収体ブロック・非吸収体ブロック投入口から８の材料自動選別手段に投入し、１２のコンペンセータ作製モニタ・操作手段で材料自動選別・収納モードを起動させることにより、吸収体ブロックと非吸収体ブロックが選別され、吸収体ブロックは５５の吸収体ブロック収納部へ、非吸収体ブロックは非吸収体ブロック収納部５６へ各々別々に収納される。なお、材料自動選別・収納モードの操作時のコンペンセータ作製モニタ・操作手段１２からの指令と制御信号は、５７の信号線を介して材料自動選別手段８に伝達される。
【００６７】
次に、コンペンセータ材料自動選別手段の実施例について、その吸収体ブロックと非吸収体ブロックの自動選別動作を、図２３を用い説明する。図２３において、５８は吸収体ブロック・非吸収体ブロック移動用ベルトコンベア、５９はブロワー、６０は非吸収体ブロック投入ガイドを示す。
【００６８】
５４の吸収体ブロック・非吸収体ブロック投入口に投入された吸収体ブロックと非吸収体ブロックは、吸収体ブロック・非吸収体ブロック移動用ベルトコンベア５８上に乗った状態で図中の左側へ搬送され、ベルトコンベア５８左端側から下側方向へ落下される。５９のブロワーは吸収体と非吸収体を分離するための手段であり、落下中の吸収体ブロック２と非吸収体ブロック３に強風を吹きつけることにより、比重の軽い非吸収体ブロック３のみを、５６の非吸収体収納箱に分離・収納することができる。この時、６０の非吸収体ブロック投入ガイドは、風力で飛ばされた非吸収体ブロック３を、受け止めて非吸収体収納箱５６に落下させるためのガイドである。比重の重たい吸収体は、ブロワー５９の風力により落下方向を変えることなく自然落下し、５５の吸収体収納箱に収納される。
【００６９】
次に、本発明のコンペンセータ製造装置実施例におけるコンペンセータ形状比較照合手段の比較照合方法について、図２４を用い説明する。図２４において、６１はコンペンセータ形状比較照合手段の制御部、６２は光学センサー１５が検知した反射信号を増幅する増幅器、６３はセンサー駆動用モータのドライブ装置、６４はセンサー駆動モータ、６５は光学センサー１５が非吸収体を認識した信号レベル、６６は光学センサー１５が非吸収体を認識した信号レベルを示している。
【００７０】
１５の光学センサーから出力される光源を、配列された吸収体ブロック２と非吸収体ブロック３の表面に当て、その反射信号レベルを検知することにより、吸収体と非吸収体を判別し、その配列パターンを認識することができる。本実施例では、吸収体ブロックが検知された信号をデジタルレベルで１、非吸収体ブロックが検知された信号をデジタルレベルで０と表している。コンペンセータ形状比較照合を行う場合、６１の制御部からセンサー駆動指令をセンサー駆動用のドライブ装置６３へ送る。ドライブ装置６３は、制御部６１からのセンサー駆動指令により６４のセンサー駆動モータを駆動し、光学センサー１５をブロック配列軸方向に移動させる。また光学センサー１５の移動と並行して、制御部６１は、光学センサー１５が検知したブロック毎の反射信号を６２の増幅器で増幅し、その信号レベルをデジタル信号に変換することで反射信号をブロック毎に検知し、ブロック配列パターンを認識する。
【００７１】
以上のように、本発明によれば、立方体または直方体形状の吸収体ブロックと非吸収体ブロックを多層状に重ね合わせることで、患者体内の腫瘍形状と治療装置回転角度に対応した精度の良いコンペンセータを短時間で容易に製作でき、治療装置のガントリ回転角度に応じてコンペンセータを照射野内に選択的に設定することにより、腫瘍形状に合致した線量強度分布を得るとともに、腫瘍内Ｘ線分布を均一にでき、精度のよい治療を行える。
【００７２】
本実施の形態ではＸ線用の放射線照射装置について述べたが、陽子線やカーボンなどの重粒子の放射線照射装置でも、放射線吸収体として金属による吸収体の代わりに水または樹脂を用いれば、同様の効果が得られる。
【００７３】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の発明によれば、成型をせず繰り返し使用可能な直方体形状の吸収体ブロックと非吸収体ブロックを３次元的に重ね合わせケースに充填することで、精度の良いコンペンセータを安価で容易に製作できる。また、金属削り屑や有害ガスの発生がなく、コンペンセータ作製用の工作室も不要となるなどの効果がある。
【００７４】
また、請求項目２記載の発明によれば、コンペンセータを構成する吸収体ブロックと非吸収体ブロックを立方体形状とすることで、多層形状のコンペンセータを容易に作製できる。
【００７５】
また、請求項目３記載の発明によれば、コンペンセータを構成する吸収体ブロックと非吸収体ブロックを直方体形状とすることで、多層形状のコンペンセータを容易に作製できる
【００７６】
また、請求項目４記載の発明によれば、非吸収体ブロックの一部を中空にすることにより、非吸収体によるＸ線吸収量を低下することができ、精度の高いＸ線強度分布を得られ、かつ患者体表面での散乱線を低下できる。
【００７７】
また、請求項目５記載の発明によれば、非吸収体ブロックを格子形状とすることで、請求項目４と同様に非吸収体によるＸ線吸収量を低下することができ吸収体のみによる精度の高いＸ線強度分布を得られ、かつ患者体表面での散乱線を低下できる。
【００７８】
また、請求項目６記載の発明によれば、入力したコンペンセータ形状データを元に、吸収体ブロックと非吸収体ブロックを自動で選別し、計画で与えられた配列に多重層状に積み上げてコンペンセータを製作できるため、手作業が無く容易にコンペンセータを作製できる。
【００７９】
また、請求項目７記載の発明によれば、コンペンセータの製造過程において、吸収体ブロックと非吸収体ブロックの配列が入力された配列になっているかを比較照合し、かつ、照合結果を出力し表示できるため、配列誤りを防ぐことにより安全で正確な照射が行える。
【００８０】
また、請求項目８記載の発明によれば、吸収体ブロックと非吸収体ブロックを自動選別し保管できるため、コンペンセータ材料の分離作業を短時間で容易に行える。
【００８１】
また、請求項目９記載の発明によれば、コンペンセータ材料の選別と保管、及びコンペンセータ形状データ入力からコンペンセータ作製と配列形状の比較照合まで自動で行えることにより、複数のコンペンセータの作製を安価で容易に行える。
【００８２】
また、請求項目１０記載の発明によれば、吸収体ブロックと非吸収体ブロックで構成されるコンペンセータを複数個収納し、放射線照射装置の照射口に装着し、任意のコンペンセータを電動駆動で照射ビーム中心軸に配置できるため、コンペンセータによる多方向照射を短時間に行える。
【００８３】
また、請求項目１１記載の発明によれば、コンペンセータを特定の場所に特定方向のみでしか装着できないため、コンペンセータの取り付け誤りを防ぎ安全な照射が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るコンペンセータの模式図
【図２】本発明の実施の形態１に係るコンペンセータがケースに収納されている模式図
【図３】本発明の実施の形態１に係る吸収体ブロックと非吸収体ブロックの形状を示す模式図
【図４】本発明の実施の形態２に係るコンペンセータ製造装置のブロック図
【図５】本発明の実施の形態２に係るコンペンセータ製造装置のブロック多層配置機構の模式図
【図６】本発明の実施の形態２に係わるコンペンセータ製造装置の作製動作フローチャート図
【図７】本発明の実施の形態３に係るコンペンセータ収納部の模式図
【図８】本発明の実施の形態３に係るコンペンセータ設置手段と移動方法を示す模式図
【図９】本発明の実施の形態３に係るコンペンセータ設置手段の模式断面図
【図１０】本発明の実施の形態３に係るコンペンセータ収納ケース３の模式図
【図１１】本発明の実施の形態１と形態３に係るコンペンセータＦ１とＦ１用コンペンセータ収納ケースの、コンペンセータ番号・方向識別用の機構と、その収納方法を、示す模式図
【図１２】本発明の実施の形態１と形態３に係るコンペンセータＦ４とＦ４用コンペンセータ収納ケースの、コンペンセータ番号・方向識別用の機構と、その収納方法を示す模式図
【図１３】本発明の実施の形態１と形態３に係るコンペンセータＦ７とＦ７用コンペンセータ収納ケースのコンペンセータ番号・方向識別用の機構と、その収納方法を示す模式図
【図１４】本発明の本発明の実施の形態３に係る照射方法を示す図で、コンペンセータが放射線ビーム軸上に設定されていない状態を示す模式図
【図１５】図１４のＸ線ビーム軸上での患者患部断面を示す模式図
【図１６】図１５における腫瘍とＸ線照射野の設定状態、及びＸ線の線量強度を示す模式図
【図１７】本発明の本発明の実施の形態３に係る照射方法を示す図で、コンペンセータは放射線ビーム軸上に設定されている状態を示す模式図
【図１８】図１７のＸ線ビーム軸上での患者断面図を示す模式図
【図１９】図１８における腫瘍とＸ線照射野の設定状態、及びコンペンセータ透過前後でのＸ線の線量強度を示す模式図
【図２０】図１７の状態から放射線照射装置のガントリが回転し、患者側面から照射している状態を示す模式図
【図２１】従来の陽子線照射装置での治療状態を示す模式図
【図２２】コンペンセータ製造装置本体とコンペンセータ材料自動選別保管装置を、斜め前方から見た外観図
【図２３】コンペンセータ材料自動選別保管装置の、自動選別動作を表す模式図
【図２４】コンペンセータ形状比較照合手段を表す模式図
【符号の説明】
１  コンペンセータ、２  吸収体ブロック、３  非吸収体ブロック、４  ケース本体、５  ケース上蓋、６  ケース下蓋、７  コンペンセータ材料保管手段、８コンペンセータ材料自動選別手段、９  ブロック多層配置手段、１０  コンペンセータ形状比較照合手段・比較照合出力手段、１１  コンペンセータ形状データ入力手段、１２  コンペンセータ作製モニタ・操作手段、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ  ピストン、１４  ブロック列移動器、１５  光学センサー、１６  コンペンセータ層、１７  ケースに収納されたコンペンセータ、１８コンペンセータ収納部、１９  コンペンセータ設定中心位置、２０  移動機構、２１  回転駆動台、２２  コンペンセータ装着ケース、２３  コンペンセータ番号・方向識別機構、２４  ガントリ固定部、２５  ガントリ回転部、２６  患者、２７  治療台天板、２８  天板駆動機構、２９  ガントリの回転軸、３０  放射線の照射ビーム軸、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄはＸ線フルエンス、３２  アイソセンタ、３３  腫瘍、３４  ターゲット、３５ａ，３５ｂ  下側コリメータ、３６ａ，３６ｂ  上側コリメータ、３７  Ｘ線のコンペンセータ透過前のＸ線強度分布、３８  コンペンセータ透過後のＸ線強度分布、５０  ケース挿入口、５１  コンペンセータ取り出し口、５２  吸収体ブロック投入口、５３  非吸収体ブロック投入口、５４  吸収体ブロック・非吸収体ブロック投入口、５５  吸収体ブロック収納部、５６  非吸収体ブロック収納部、５７  電気的信号線、５８  吸収体ブロック・非吸収体ブロック移動用ベルトコンベア、５９  ブロワー、６０  非吸収体ブロック投入ガイド、６１  コンペンセータ形状比較照合手段の制御部、６２  増幅器、６３  ドライブ装置、６４  センサー駆動モータ、６５  光学センサーが非吸収体を認識した信号レベル、６６  光学センサーが吸収体を認識した信号レベル
【図１】
2005037214.tif 000003
【図２】
2005037214.tif 000004
【図３】
2005037214.tif 000005
【図４】
2005037214.tif 000006
【図５】
2005037214.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005037214.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005037214.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2005037214.tif 000013
【図１２】
2005037214.tif 000014
【図１３】
2005037214.tif 000015
【図１４】
2005037214.tif 000016
【図１５】
2005037214.tif 000017
【図１６】
2005037214.tif 000018
【図１７】
2005037214.tif 000019
【図１８】
2005037214.tif 000020
【図１９】
2005037214.tif 000021
【図２０】
2005037214.tif 000022
【図２１】
2005037214.tif 000023
【図２２】
2005037214.tif 000024
【図２３】
2005037214.tif 000025
【図２４】
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