(57)【要約】回転式ガントリと種々の位置及びクリアランスを放射線治療用途のために提供する関節式ロボットアーム付きイメージング装置とを有する放射線治療用臨床処置機械が説明される。本発明の一態様によると、第１及び第２のロボットアームが回転式ガントリにピボット運動可能に取り付けられ、ロボットアームが回転式ガントリから独立して動くのを可能にする。
2006501933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動スタンドと、
前記駆動スタンドにピボット運動可能に結合された回転式ガントリと、
前記回転式ガントリに結合された第１アームと、
前記第１アームのソース端部に結合されたイメージングソースと、
前記回転式ガントリに結合された第２アームと、
前記第２アームのイメージング端部に結合されたイメージ検出器と、
を備え、
前記第１アーム、前記第２アーム、前記イメージングソース及び前記イメージング検出器のうちの少なくとも一つが、その結合点においてピボット運動可能に結合されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記第１アームと前記第２アームが、前記回転式ガントリから独立して運動することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１アームと前記第２アームが、引込み位置からイメージング位置まで延びることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１アームと前記第２アームが、引込み位置からイメージング位置まで横方向に旋回することを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記第１アームと前記第２アームが、引込み位置からイメージング位置まで下向きに旋回することを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記イメージングソースが、ガントリに対しイメージャとは異なる距離にあり、前記イメージングソースが、前記イメージ検出器をターゲットとするようにピボット運動方向に位置決めされ、前記イメージ検出器が、前記イメージングソースからのイメージングビームを捕捉するようにピボット運動方向に位置決めされることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記イメージ検出器が、標的体情報を提供することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記標的体情報に基づき処置用ビームを位置決めするためのコンピュータを更に含むことを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記イメージングソースの機械的屈曲と前記イメージャの機械的屈曲を是正するための機械的屈曲フィードバック制御コンポーネントを有するコンピュータを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
第１アームと、第２アームとを、標的体データを受け取るための回転式ガントリ上で位置決めして、前記第１アームがクリアランス位置から位置決めされるようにし、
前記標的体情報に基づき、処置用ビームのための処置位置を決定し、
前記処置用ビームを前記処置位置に動かした後に該処置用ビームを適用する、
段階を含むことを特徴とする医療処置を遂行するための方法。
【請求項１１】
前記第１アーム及び前記第２アームを位置決めする前記段階は、前記第２アーム上のイメージングソースからの放射線を受け取るように前記第１アーム上のイメージング検出器を位置決めする段階を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記標的体データが、前記イメージ検出器により受け取られた放射線に基づくことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記位置決め段階は、高い解像度が得られるまで前記第１アーム及び前記第２アームを伸ばす段階を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記位置決め段階は、より大きな視野のコンピュータ断層写真のために前記第１アーム及び前記第２アームを伸ばす段階を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記位置決め段階は、機械的屈曲を矯正する段階を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記標的体情報が、該標的体から離れる方向の内部断片の動きに基づくことを特徴する請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１アーム及び前記第２アームを位置決めする前記段階が、第１及び第２の放射線源から放射線を受け取るように前記第１アーム上のイメージング検出器を位置決めする段階を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記決定段階が、生成された実際の情報に基づくことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
標的体にイメージング放射線を放射するイメージングソースと、
前記イメージングソースから放射線を受け取るためのイメージング手段と、
前記イメージングソース及び前記イメージング手段を位置決めするための手段と、
を備え、前記位置決め手段は、結合点において前記イメージングソース及び前記イメージング手段にピボット運動可能に結合され、位置決めは、クリアランス位置とイメージング位置との間で移動させるものであることを特徴とする装置。
【請求項２０】
前記位置決め手段は、前記イメージング位置まで下方に前記イメージング手段を旋回させるものであることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記位置決め手段は、前記イメージング位置まで外向きに前記イメージング手段を旋回させるものであることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
前記位置決め手段は、より高い解像度を得るために、前記イメージング手段を引っ込めることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２３】
前記位置決め手段は、より大きなイメージ視野を得るために、前記イメージング手段を伸ばすことを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２４】
前記イメージングソースの機械的屈曲を矯正するためのコンピューティング手段をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２５】
駆動スタンドと、
前記駆動スタンドに対しピボット運動可能に結合された回転式ガントリと、
前記回転式ガントリに結合された第１アームと、
前記第１アームのソース端部に結合されたイメージングソースと、
前記回転式ガントリに結合された第２アームと、
前記第２アームのイメージング端部に結合された複数のイメージングソースと、
前記第１アームに結合され、複数のイメージングソースからの放射線を受け取るためのイメージング検出器と、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２６】
前記複数のイメージングソースのうちの第１のものが、キロボルト放射線源であることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記イメージング検出器が、複数のマルチエネルギーイメージャであることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項２８】
前記第１アームが、クリアランス位置からイメージング位置まで伸びることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に放射線医療に関する。本発明は、特に、イメージング装置を含む。
【背景技術】
【０００２】
放射線治療を実施するための技術は、放射線処置用ビームを患者の標的体（例えば、腫瘍）に焦点をあわせるための放射線治療の機器を利用する。こうした放射線処置用ビームは、メガボルトのＸ線といった、処置用放射線源からエミュレートする。Ｘ線源の主な目的は、標的体を治療するのに十分な放射線量を提供することである。加えて、前述の放射線治療機器は、標的体部分の分析を画像化するために利用される別のイメージング装置を利用することができる。イメージング装置は、キロボルトＸ線源といったイメージング放射線源を利用することができる。放射線イメージャ、すなわち放射線検出器は、放射線が患者の体を通過したあとに放射線を検知するためにも利用される。
【０００３】
Ｘ線源とイメージャを含むイメージング装置は、処置用放射線源を収容するガントリに設置することができる。そのような設計は、典型的には、処置領域の壁に設置される。その他の設計では、Ｘ線源とイメージャが、大直径のベアリング（例えば、シリンダー）内に設置され、患者は処置のためにその中に入らなければならないようにされている。
【０００４】
これらのガントリ設計においては、Ｘ線源とイメージャは、ガントリの動きに制限されることになる。すなわち、Ｘ線源とイメージャをガントリに取り付けるアームは、ガントリに剛に取り付けられるか、又は、ガントリに対して限られた範囲でのみ動くことができるように制限される。更に、特に、Ｘ線源とイメージャを収容するベアリング内において患者が処置を受けている場合に言えることであるが、それらは、技術者が患者への無制限のアクセスができるようにするために、「片付けた位置」に移動させるか、そこに留置する能力が限定されている。さらに、Ｘ線源とイメージャをガントリに取り付ける手法には融通性がなく、処置用コンポーネントがガントリの動きから独立して動くことを制限する。例えば、ガントリが特定の位置に回転されると、両方のコンポーネントもガントリと一緒に動き、これらのコンポーネントが位置することができる限られた位置により、システムの動きと患者のアクセス可能性を抑制するものとなる。したがって、この設計は、イメージングビームと処置用ビームの位置決めの融通性を制限する。
【０００５】
前述したシステムのその他の主要な欠点は、機械的屈曲の意図しない影響である。すなわち、Ｘ線源及び／又はイメージャのたわみを生じる重量が、イメージングビームと処置用ビームに位置不整合を引き起こすことになる。このような不整合は、標的体を処置用ビーム内に置く場合の意図しない誤差になり、健康な細胞の意図しない損傷、及び／又は、処置中における標的体に対する投与量の不足の原因となる。Ｘ線源を処置領域に適切に向けることは、標的体に適切な放射線を投与し、かつ、健康な細胞への放射線を最小にするために必要である。従来の放射線治療機器は、リアルタイムで機械的屈曲を認識し、処置用ビームを管理する前に修正を行うといった機能を持っていない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
回転式ガントリと放射線治療目的で種々の位置決め及びクリアランスを提供するための関節式ロボットアームを備えるイメージング装置を有する放射線治療用の臨床処置機械が説明される。本発明の一態様によれば、第１及び第２ロボットアームが回転式ガントリにピボット運動可能に取り付けられ、該ロボットアームが回転式ガントリとは独立に動くことを可能にする。
本発明は、以下の説明と、本発明の実施形態を示すために用いられる添付図面を参照することにより、最も良く理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下の説明においては、本発明を完全に理解できるようにするために、多くの特定の細部を示す。しかし、本発明は、これらの細部なしでも実施できることを理解されたい。他の例について言えば、本発明を不明瞭にしないために、周知の回路、構造及び技術は、詳細に説明されていはいない。
【０００８】
放射線治療臨床処置用機械は、回転式ガントリと、放射線治療目的で種々の位置決め及びクリアランスを達成するための関節式ロボットアームを備えるイメージング装置を有するものとして説明される。もっと具体的に述べると、イメージングソース及び信号イメージャの位置決め及び再位置決めを可能にし、患者に対する放射線治療を行うのに有用なイメージング情報を得るための配置及び位置整合について融通性を与えることができる、多くの関節式ロボットアームの設計形状が説明される。説明されるそれぞれの装置は、患者に対して自由なアクセスができるように、ロボットアームを伸ばしたり、引っ込めたりする能力を持つ。本発明の幾つかの実施形態における別の態様は、後述するように、ロボットアームをリアルタイムで種々位置決めすることは、さらに機械的屈曲を矯正することによって、標的体に対する目標付けが一層改善される結果となることを示している。このようにして、後述するように、関節式ロボットアームによる自由度の結果として、患者の画像形成が、多くの位置、方位、及び、方向により達成される。
【０００９】
以下の説明は、本発明が放射線写真画像形成技術を利用して、標的体を分析することを示しているが、本発明は放射線写真画像形成技術に限定されたものではないことを理解されたい。放射線エネルギー（例えば、超音波  ＲＦ、又は、光）を利用する他の形態の周知の画像形成技術を含む、その他の画像形成技術（例えば、ＣＴ、透視法、コンピュータによる薄片断層撮影等）もまた、当業者により利用できるが、ここでは、本発明を不明瞭にしないために、これらについては説明しない。
【００１０】
図１は、待機位置からイメージング位置に、又は、その逆に、横方向に旋回するロボットアームを持つイメージング装置を有する放射線治療用臨床処置機械の特定の実施形態を示している。図２は、待機位置からイメージング位置に、又は、その逆に、下向きに又は下から旋回するロボットアームを持つイメージング装置を有する放射線治療用臨床処置機械の一実施形態を示している。図３は、待機位置からイメージング位置に、又は、その逆に、旋回するロボットアームを持つイメージング装置を有する放射線治療用臨床処置機械の一実施形態を示している。詳細については後述するように、各々の設計は、機能、コスト、及び／又は、格納の点で種々の利点をえることを可能にする。
【００１１】
放射線治療用臨床処置機械（図１、２、３を参照）の好適な設計は、放射線治療用臨床処置機械２００の駆動スタンド２０３にピボット運動可能に取り付けられた回転式の、例えばオープンガントリ２０２を含む。このガントリ２０２は、中心線２１６の周りに３６０度回転２１５が可能である。それぞれのガントリ２０２はまた、一つ又はそれ以上の放射線源と一つ又はそれ以上のイメージャを有するものとすることができる。図１，２、３の各々は、大きなクリアランスを提供するために、回転式ガントリ２０２内に畳み込まれたイメージャ２１４を示している。イメージャ２１４は、引き出されて、患者の下側に位置させることができ（図示せず）、或いは、より特定的には、後述するように、処置用ビームを利用する患者の像形成を行うために、患者に対し処置用放射線源２１２とは反対側に置かれる。
【００１２】
図１Ａは、各々が回転式ガントリ２０２の底部におけるピボット点２４８と２４９に取り付けられた関節式ロボットアーム（２０５と２０７）を有する回転式オープンガントリ２０２の実施形態を示す斜視図である。アーム２０５の反対側の端部は、ソース端部２５１においてイメージングソース２０４にピボット運動可能に取り付けられている。アーム２０７の反対側の端部は、イメージング端部２５２においてイメージング検出器２０６にピボット運動可能に取り付けられている。イメージングに際しては、図１Ｂに示すように、ロボットアーム（２０５と２０７）は、定められた軌跡２７２に沿ってイメージング位置に向けて外向きに旋回する。
【００１３】
このようにして、ロボットアーム（２０５と２０７）は、位置決めとクリアランス形成のために伸びたり、引っ込んだりすることができる。更に、ソース端部２５１とイメージング端部２５２は、単一平面ピボット点からイメージングソース２０４とイメージング検出器２０６を３６０度にわたって回転させることができるボールジョイントまで、どんな数のピボット点を含むものであってもよい。このように、ロボットアーム（２０５と２０７）は、イメージング検出器２０６が、イメージングソース２０４から患者のイメージを受信するように、独立に関節運動して、該イメージング検出器２０６を位置整合状態にすることができる。
【００１４】
図１Ｂは機械２００の平面図で、図１Ｃはその側面図であって、ロボットアーム２０５及び２０７が、放射線源２０４とイメージャ２０６を、位置決め及びクリアランス形成のために位置させるように旋回する動きを示す。それぞれのアーム（２０５と２０７）はまた、アームの動きと位置決めのためのピボット点２６１と２６２を含む。また、図１Ｃは、それぞれのアーム２０５と２０７が、患者のクリアランスを最大にするために、ガントリ２０２の形状に順応する形に湾曲したものとすることができることを示す。
【００１５】
図２は、回転式ガントリ２０２の底部に取り付けられた関節式ロボットアーム（３０５と３０７）を有する回転式オープンガントリ２０２の一実施形態を示す斜視図である。アーム３０５は、ソース端部において放射線源２０４に固定取付けされている。アーム３０７は、イメージング端部３５２においてイメージャ２０６にピボット運動可能に取り付けられている。図２Ｃに示すように、イメージングに際しては、ロボットアーム３０５及び３０７は、運動平面（３５２）に沿って、イメージング位置まで下向きに旋回する。
【００１６】
このように、ロボットアームは（３０５と３０７）、位置決めとクリアランス形成のために、伸びたり、引っ込めたりすることができる。アーム３０５は、放射線源２０４に固定的に取り付けられているため、設計が簡単になり、したがって低コストになる。しかし、本発明の別の態様においては、アーム２０５は、放射線源２０４にピボット運動可能に取り付けることができる。更に、ソース端部３５１とイメージング端部は、単一平面ピボット点から、イメージングソース２０４及びイメージング検出器２０６の位置を３６０度の範囲で回転させることができるボールジョイントまで、どんな数のピボット点をもつものでもよい。したがって、ロボットアーム（３０５と３０７）は、独立して関節運動し、イメージングソース２０４を利用してイメージング検出器２０６が患者のイメージを受信できるようにするために、イメージング検出器２０６を位置整合状態にすることができる。
【００１７】
図２Ｂは機械２００の平面図、図２Ｃは側面図であって、放射線源２０４とイメージャ２０５を位置決めとクリアランス形成位置から動かすためのロボットアーム３０５と３０７の旋回の動きを示すものである。
【００１８】
図３Ａは、各々が回転式ガントリ２０２の中間部（４５２）におけるピボット点に取り付けられた関節式ロボットアーム（４０５と４０７）を有する回転式オープンガントリ２０２の一実施形態を示す斜視図である。アーム４０５は、ソース端部４５１において放射線源２０４にピボット運動可能に取り付けられている。
【００１９】
図３Ｂは機械２００の平面図、図３Ｃは機械２００の側面図であって、放射線源２０４とイメージャ２０６を位置決めするためのロボットアーム４０５と４０７の旋回の動きを示す。図３Ｂに示すように、ロボットアーム４０５及び４０７は、一平面内にある２つの独立した軸線に沿って、３つの点４７１、４７２、４７３においてピボット運動することができる。図３Ｃに示すように、イメージングに際しては、ロボットアーム４０５及び４０７は、調整可能なイメージング位置まで外向きに旋回する。
【００２０】
それぞれのピボット点２４８、２４９．２６１、２６２、３４８、３４９、４７１、４７２、４７３は、当業者によく知られている歯車及びモーターを含む摺動機構の組とすることができる。そのような関節運動の結果として、標的体を間に挟んで、イメージング検出器２０６を、イメージングソース２０４に位置整合状態に、かつ、イメージングソース２０４からある距離だけ離して置くことができるようになる。
【００２１】
したがって、関節式ロボットアームにより、イメージング検出器２０６及びイメージングソース２０４を、患者から種々異なる距離及び角度に置くための調節を行うことができる。このように、それぞれのロボットアームは、回転式ガントリ２０２の動き（又は、動きではないもの）から独立して及び／又はその動きと組み合わせて位置決めすることができる。
【００２２】
図４は、一実施形態にしたがって処置を行うために関節式ロボットアームを利用する例示的なプロセスフローを示している。ブロック５１０において、ロボットアームが、患者の腫瘍の形、サイズ、位置、又は、解剖ランドマーク又はその他のマークの位置といった、標的体情報を収集するように位置決めされる。ブロック５２０において、例えばコンピュータ内で標的体情報が捕捉され、保存される（詳細は後述）。この標的体情報に基づき、機械２００についての幾つかの適切な処置位置が、決定され、標的体に放射線処置用ビームが当てられる（ブロック５３０参照）。機械２００は、処置位置に動かされ（ブロック５４０参照）、処置用ビームが、標的体に適切な投与量で当てられる（ブロック５５０参照）。
【００２３】
特定の実施形態においては、図１、２、３の形状設計が、イメージング放射線源２０４が、イメージング検出器２０６に標的体データを提供するために、第１の軸線に沿って第１のエネルギーレベルの放射線を放射し、標的体を放射することを可能にする。イメージング検出器２０６からの標的体データは、治療力のある放射線を標的体に当て、かつ、確認情報を処置イメージング検出器２１４に提供するために、第２の軸線に沿って、第２のエネルギーレベルの放射線を射出するように、処置用放射線源２１２を導くことができる。
【００２４】
一般的に、イメージャは、ある放射線エネルギー範囲において高品質の像形成を行い、その他の放射線エネルギー範囲において低品質の像形成を行うことができる。第１のエネルギーレベルは、例えば、キロボルトのエネルギー範囲であり(ｋＶ)、第２のエネルギーレベルは、例えば、メガボルトのエネルギー範囲である(ＭＶ)。放射線源２１２は、一般的に、４から２５のメガボルト範囲で、電子ビームを生成して、処置が行われている患者の標識体に電子又はＸ線を当てることができる。イメージング検出器２１４は、標的体が十分に放射線照射されたことの証明として十分な、メガボルト放射線からの放射線グラフィック情報を表示することができる。
【００２５】
イメージング検出器２０６は、ｋＶレンジのＸ線を受けて、標的体の大きさ、形状、及び、位置に関して、より正確な標的体データを提供することができる。ＭＶ放射線の代りとなるｋＶエネルギーにより繰り返し行われるＸ線照射を行えば、例えば、ダイナミック・マルチリーフ・コリメーターにより、かつ、標的体情報をＭＶ放射線源に提供することにより、ビーム成形の連続的な調整を指導して、標的誤差を減少させることができる。
【００２６】
一実施形態においては、標的体の定義が、イメージング放射線源２０４により与えられた後、イメージング検出器２０６及びイメージング放射線源２０４は、それぞれのロボットアームにより、クリアランス形成のために引っ込められる。ガントリ２０２は、標的体２０２の定義に基づき、放射線源２１２からの処置用ビームを管理する位置に回転される。
【００２７】
標的体情報の正確さは、標的体のマーカーとして内部シードを置くことにより改善することができる。これらのマーカーの設置は、ニードル・バイオプシーを実施することにより遂行することができる。この手順は、通常は、治療を計画するための腫瘍等級情報を得るために利用される。このマーカーは、イメージング検出器２０６のために、マーカーがなければ認知するのが難しい細胞について、より高いコントラストを提供することができる。内部シードを利用することにより、標的体の、及び／又は、標的体縁部のより正確な位置判定をもたらすものとなる。シードは、標的から離れて、標的の位置、及び／又は、標的の動きを求めることができる位置に置けばよい。標的体データは、放射線治療中に標的体に関する位置情報を強めるための解剖学上の目印となる定義を提供するために保存され、呼び出される。
【００２８】
処置用ベンチ（図せず）は、患者を（及び、標的体を）放射線源２０４、２１２、及びイメージ検出器２０６と２１４の作動範囲内に置くことができるように、ガントリ２０２に隣接して設置される。一実施形態においては、ベンチは、標的体に基づき、患者、したがって標的体を位置決め及び再位置決めするために多数の平面内でに移動させることができる。
【００２９】
図５は、一実施形態による処置を行うための関節式ロボットアームを使用するプロセスフローを示している。ブロック６１０においては、ロボットアームは、患者の腫瘍の形状、大きさ、位置、又は、例えば解剖学的目印その他の目印の位置といった、標的体に関する情報を集めるように位置決めされる。ブロック６２０においては、標的体情報が、例えばコンピュータにより捕捉され、保存される（詳細は、後述）。前述のとおり、標的体情報は、標的体を直接イメージングすることにより、及び／又は、マーカーをイメージングすることにより捕捉される。したがって標識が正しい位置にあるときに、処置用ビームが、位置決めされ、当てられる（ブロック６４０参照）か、或いは、処置用ビーム及び／又は患者が腫瘍の動きを追跡するために動いている間に、処置用ビームが位置決めされ、標的体に当てられる（ブロック６５０参照）。
【００３０】
特定の実施形態においては、標的体データは、汎用又は専用目的のコンピューターシステムに送られ、保存される。コンピューターシステムは、直接又はネットワーク接続を介してガントリ２０２に、及び幾つかの翻訳可能な機器（放射線源２０４と２１２、及び、イメージャ２０６と２１４）、そしてまた、処置用ベンチ２１８に結合することができる。一実施形態においては、コンピューターシステムのソフトウェアは、イメージング検出器２０６により提供されるデジタルイメージデータに基づき、標的体の表示を生成することができる。予め決められた治療プラン、及び／又は、イメージングデータにしたがって、選択された放射位置から標的体に対する照射を行うことができる。コンピュータの制御ソフトウェアは、放射線治療用臨床処置機械２００を作動させて、例えば、前述の装置２０２，２０４、２０６、２１２及び２１４を、回転させたり移動させたりして、標的体に合わせて成形された処置用ビームに整列する位置に標的体を位置決めするために利用することができる。
【００３１】
一実施形態においては、コンピュータは、２つの異なる放射方向位置において生成されたイメージデータを合成して、標的体の立体的表現にすることができる。立体的表現は、標的体の位置又は解剖学的構造、及び／又は、マーカーといったそれと関連付けられた実体部分の位置を３Ｄで決めることができる。したがって、ビームを標的体に向けることが可能になる。
【００３２】
関節運動可能な設計とロボットアームの動きは（２０５、２０７、３０５、３０７、４０５、４０７）、ロボットアームの独立した位置決めを与えて、処置プロセスを改善する。例えば、ロボットアームは、（ロボットの動きにより）、放射線源とイメージャの間の距離を拡大するように位置させることができる。すなわち、標的体の分析や治療を実施している間に、放射線源２０４とイメージングユニット２０６の間の通常の距離を拡大することができる（例えば、放射線源とイメージャの間の距離を約１５０ｃｍにする）。距離を拡大する能力は、患者又は機械のクリアランスのについての異なる必要性に対処するものとなり、かつ、異なる画像解像力及び画像視野範囲を可能にする。
【００３３】
ロボットアームは、静止アームを利用するものよりも、高い解像力をもたらすように位置決めされる。例えば、ロボットアームは、標的体の高解像力像形成を行うために、イメージャ２０６と放射線源２０４の間の距離を短くするように動かすことができる（約１３０ｃｍまで）。
【００３４】
ロボットアームは、また、処置を実施する標的体とは別の場所からデータを収集するために位置決めすることができる。この実施形態においては、イメージングソース２０４と検出器２０６の一方又は両方が、同一中心位置から縦方向にオフセットされ、したがって、同一中心位置（及び、標的体）から離れる方向の内部的部分運動をモニターするようにすることができる。例えば、ソース及び検出器は、胸部上部、又は、腹部下部胸壁を処置している間に患者の呼吸と関連する胸壁又は横隔膜の動きを監視できる位置に位置決めすることができる。この動きの情報は、処置が進行する間に、処置ビームのタイミング又は位置を制御するために利用することができる。十分な運動が行われる実施形態においては、イメージングソース及びイメージング検出器は縦方向に、かつ、ガントリから縦方向のいずれの位置にでも、オフセットさせることができ、前述したように、互いの方向に向かって伸びたり、互いに離れるように引っ込んだりすることができる。
【００３５】
ロボットアームはまた、ガントリからの距離が等しくない位置に置くことができる。イメージング工程に更なる融通性を提供するためには、ガントリから不等距離に離れて配置される方が有益であろう。例えば、ガントリから９０ｃｍ離れたところにイメージング検出器を位置決めする第１アームは、ガントリから１３０ｃｍのところにある第２アーム上のイメージングソースからの放射線を検知するようにする。このことは、取得されるイメージのタイプについての融通性を付加する。例えば、ある場合においては、このことは、同一中心部分のイメージングと、例えば横隔膜といった同一中心位置から離れた関心ある別の場所のイメージングを同時に行うことを可能にする。
【００３６】
この場合、いずれの実施形態においても、例えばイメージング検出器とイメージングソースが、第１のイメージのための第１の相対的位置にあり、次いで、第２のイメージのために、第１の位置から角度方向に離れた第２の相対的位置にあるようにするために、第１アーム及び第２アームを、再度位置決めすることができる。このようにして、標的体の立体的な表現が、３Ｄで標的位置を求めるために生成される。このことは、一方又は両方のアーム上の１又はそれ以上のピボット点の動きにより達成される。一実施形態においては、一つのピボット点、例えば、イメージングソースに最も近いピボット点、及び／又は、イメージング検出器に最も近いピボット点に、摺動機構を利用することができる。
【００３７】
ロボットアームは、拡大された視野のＣＴを得るように伸び位置に置くことができる。例えば、イメージャは、ソースの軸線の中心に有効なイメージャスクリーンの縁部があるように、横方向にオフセットすることができる。コンピュータは、大視野円錐状ビームのコンピュータ断層写真（ＣＢＣＴ）を記述するために、これらの位置の組合せを利用することができる。このようにして、比較的小さなイメージャを使用して像を３Ｄで形成することが可能なるが、これは、この大きさのイメージャでは他の場合には容易には得られないものである。更に、標的体周りに一回転させると、イメージャは、典型的には、該イメージャが得ることのできる大きさの約２倍の大きさで完全な標的体の画像を取得することができる。
【００３８】
一実施形態においては、イメージングソース２０４は、扇形Ｘ線ビームを利用して、又は、体積情報が作成される円錐状Ｘ線ビームを利用することにより、ＣＴ単一スライス、又は多層ＣＴ画像をえるために標的体の周りで回転させることができる。幾つかの実施形態においては、アームは、ガントリを動かす必要なく、イメージ検出器及びイメージソースが、標的体周りに少なくとも部分的に回転して、ＣＴの再構成を取得するように動くことができる。また、部分的データセットが、標的体の特定の角度において取得された、限られた数のイメージから取得される場合には、前に取得された標的体情報の助けをかりて、十分な情報を取得し、関心ある解剖学的部位の３次元再構成を形成することができる。結果として、放射線源２０５Ｘ線から像形成することにより、健康な細胞を傷つける危険を効果的に除きながら、治癒力のあるＸ線をいずれの角度からも標的体に正確に指向させる標的情報を提供することができる。更に、イメージング放射線源２０４及び検出器２０６は、動いている内部解剖学的部位のリアルタイムの、又は、疑似リアルタイムの螢光透視像を形成するため、連続的に、又は、パルス方式で作動させることができる。この螢光透視像は、処置される解剖学的部位の運動を追跡するための情報を提供するのにも利用される。一般的に知られているように、正常な呼吸、又は、望まない任意の、又は、任意でない患者の動きが、そのような運動の原因となる。次いで、この運動追跡情報は、処置パラメータを調整するため、標的体を処置用ビームにより追跡するため、及び／又は、処置されようとしている解剖学的部位が、処置用ビーム内の意図された位置にあるように処置用ビームを断接するゲート切換えのために、使用される。
【００３９】
ここに説明されるイメージャ及び放射線源を有するロボットアームを位置決めするための配置は、関節式ロボットアームをガントリ上に設けることの幾つかの位置及び利点を述べるに過ぎず、本発明は、説明された位置に限定されるものではないことを理解されたい。さらに、関節式ロボットアームの様々な実施形態が、２次元（例えば、平面上のピボット点）、３次元（ボールジョイント）又は摺動機構のいずれかによるピボット点の様々な組み合わせ、及び、その他の位置決め及びクリアランス形成のための周知技術により達成可能であることを認識されたい。更なる例として、ソース及び検出器は、層状断層写真技術を実行するために、ほぼ平行な面内で反対方向に移動させることができる。
【００４０】
本発明の実施形態は、イメージ検出器又はイメージングソースのいずれかを含む複数のアームを有するものとして説明されているが、別の実施形態においては、各々のアームは、ソース及び／又はイメージ検出器のいずれか、又は両方を持つことができることを理解されたい。イメージングソース及びイメージング検出器は、アーム上のどの位置にも設置できる。例えば、２つのイメージングソース及び２つのイメージング検出器を有する実施形態においては、両方のアームが各々の一つを持つようにし、２つのイメージング検出器を両方のアーム上の処置ソースに最も近い配置に設置し、２つのイメージングソースをそれぞれのアームの最も低い配置に設置することができる。このように、処置中に像形成が行われる用途において、処置用ビームからの後方散乱放射線がイメージング検出器により検知される量を減少させることができる。利用されるイメージ検出器及びイメージングソースの数は、簡潔さ、コスト、及び多様性に基づいて定められる。
【００４１】
一実施形態において、ガントリ２０２に取り付けられたアームは、２つのイメージング検出器を有するものとすることができる。この２つの検出器は、一又はそれ以上のイメージングソースからの放射線を受け取るようにすることができる。例えば、イメージングソース及び検出器は、前述されたように、患者の周りに半径方向にオフセットさせ、標的体の立体的表示を生成するためのデータをコンピュータに提供するようにすることができる。ここで、イメージング検出器は、ガントリに対してイメージングソースとは異なる距離にあるようにすることができる。したがって、イメージング検出器及びイメージングソースの両者は、検出器がイメージングソースの放射線を受け取ることができるように、ある角度だけ回転させられる。
【００４２】
他の実施形態においては、一つのアームが単一のイメージング検出器を有し、このイメージング検出器が一つ又はそれ以上のイメージングソースからの放射線を受け取るようにすることができる。例えば、この単一のイメージング検出器が、単一のソースからの放射線を受け取る場合には、イメージング検出器及び／又はイメージングソースは、種々の位置及び角度からの放射線を受け取るためには、再位置決めをすることになる。それによって、前述したように、標的体の立体的表示を生成するための標的体データが提供されることになる。更に、一つのアーム上の単一のイメージング検出器は、他方のアーム上にある２つの間隔をもって配置された放射線源（交互にパルス状作動するものとすることができる）からの放射線を捕捉するようにすることができる。この場合にも、イメージング検出器が、位置決めされ、角度づけられたとき、イメージング検出器は、標的体の立体的表示を生成するための標的体データを提供することになる。
【００４３】
一実施形態においては、単一のソース／検出器対からのイメージが、処置中に例えばイメージャ２１４からとられたイメージとともに使用されて、立体的表示を形成する。更に別の実施形態においては、イメージ検出器は、多数のエネルギーソースからのイメージング情報を受け取ったり、捕捉したりすることができる多エネルギー・イメージングユニットとすることができる。例えば、エネルギーのうちの一つは、メガボルトＸ線エネルギーのソースとし、他方は、キロボルトＸ線エネルギーのソースとし、これらソースの両方が、それぞれ高品質証明イメージング及び高品質標的体イメージングのために多エネルギー・イメージングユニットを交互に活性化するようにすることができる。
【００４４】
更に、機械２００は、放射線源及びイメージングユニットの機械的屈曲を矯正して、イメージ品質を改善するものであることも認識されたい。放射線源及びイメージャの重量のために、イメージングビームは位置不整合状態を生じ、誤差の原因となる。一実施形態においては、ガントリを３６０度回転しながら、既知の位置にある一組のマーカーに通してＸ線ビームを照射し、イメージにおける縦方向及び横方向の変位を測定して理想的位置との差を求めることにより、イメージャソースの安定性が定義される。同様に、アーム内のいずれかのジョイントにおける望ましくない遊び又は動きが、そのジョイントに組み合わされた機構内に設けられた適切なセンサー（例えば、エンコーダ又は電位差計）により直接計測される。上述の情報のいずれか又は両方が、フィードバック制御システムにより利用され、下向きに垂れた放射線源及びイメージ検出器を、イメージング中にリアルタイムで適切に位置整合させる。
【００４５】
このように、関節式ロボットアームを有する回転式オープンガントリを持つ放射線治療用臨床処置機械が、説明されてきた。そのようなロボットアームは、患者への腫瘍放射線治療の効果的な管理のための種々の位置決め及びクリアランス形成をもたらすものであることが分かる。関節式ロボットアームは、独立に、及び／又は、回転式ガントリとともに作動する。更に、機械は、処置用ビームを管理する前に、リアルタイムで機械的屈曲を検知したり矯正したりするロジックを含む。したがって、より正確な治療と、健康な細胞が標的にされるのを最小にするために、より良いイメージを提供する。
【００４６】
本発明の範囲を逸脱することなく、図４及び図５に示す方法において、これより多い工程又はこれより少ない工程をもつようにすることができ、ここに示され、説明されているブロックの配置において、特定の順番は意味がないことを理解されたい。図４及び図５に関連して説明されている方法は、機械で実行可能な指令（例えば、ソフトウェア）として実施できることも認識されたい。その指令は、この指令によりプログラムされた汎用又は専用のプロセッサーに上述の作動を遂行させるために利用することができる。代替的に、この作動は、該作動を実行するための配線付きロジックを含む特定のハードウェアコンポーネントにより、又は、プログラムされたコンピュータコンポーネントとカスタム化されたハードウェアコンポーネントの組み合わせにより、遂行することができる。この方法は、該方法を遂行するためにコンピュータ（又はその他の電子機器）をプログラムするのに利用される指令が格納された機械読み取り可能媒体を含むコンピュータプログラム製品として提供することができる。本明細書の目的のために、機械読み取り可能媒体という用語は、機械による実行のための指令のシーケンスを格納し、又はコード化することができ、機械が本発明の方法のいずれをも遂行できるようにする媒体のいずれをも含むものと理解すべきである。したがって、機械読み取り可能媒体という用語は、固形メモリー、光磁気ディスク、及び、搬送波信号を含むが、それだけに限定されものではないと理解すべきである。更には、当業界では、ソフトウェアについて、一つの形又は他の形（例えば、プログラム、手順、プロセス、アプリケーション、モジュール、ロジック）により、作動、又は、結果を生じさせるものとして説明することが普通である。そのような表現は、コンピュータによるソフトウェアの実行が、コンピュータプロセッサにより作動の遂行又は結果の生成を生じさせる、ということの単なる短縮した表現にすぎない。
【００４７】
特定の図示した実施形態について説明してきたが、一つの実施形態の幾つかの部分は、一又はそれ以上の他の実施形態の幾つかの部分と組み合わせで利用できることを理解されたい。したがって、種々の設計によるコンポーネントをもつ図示実施形態は、コスト、簡潔性、及び、多様性といった様々な要因に基づき、互換的に使用することができる。一例として、一実施形態においては、一つのアームが、他のアームよりも多くのピボット点を持つようにすることができる。例えば、イメージング検出器がイメージングソースよりも多くの関節を持つように構成することが望ましい場合があるであろう。これは、機能及びコストの目的を満たす場合における融通性を高めるものとなる。
【００４８】
本発明を幾つかの実施形態に関連して説明してきたが、当業者は、本発明が説明された実施の形態のみに限定されないことを認識するであろう。例えば、放射線治療装置が示されているが、本発明は、前述のようにイメージングを遂行することが望ましいあらゆる用途において利用することができる。本発明の方法及び装置は、添付した請求項の範囲内で、修正及び変更を加えて実施することができる。したがって、この説明は、本発明を限定するものではなく、説明として理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】クリアランス位置からイメージング位置まで横方向に旋回するロボットアームを持つイメージング機器を有する放射線治療用臨床処置機械の一実施形態を示す。
【図２】クリアランス位置からイメージング位置まで下向きに旋回するロボットアームを持つイメージング機器を有する放射線治療用臨床処置機械の一実施形態を示す。
【図３】クリアランス位置からイメージング位置に旋回するロボットアームを持つイメージング機器を保有する放射線治療用臨床処置機械の特定の実施形態を示している。
【図４】処置を行うための関節式ロボットアームを使用するプロセスフローの一実施形態を示す。
【図５】一実施形態による処置を行うための関節式ロボットアームを使用するプロセスフローを示す。
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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