(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射ビーム（２０）を所与のビーム方向に提供する放射システム（１０）において使用するためのマルチリーフコリメータ（１２）であって、
複数の放射遮断リーフ（３２）の第１の層（３０）を含み、前記リーフ（３２）は隣接して位置づけられたリーフ（３２）の２つの対向する列を形成するように互いに隣接して配置され、かつリーフ（３２）の対向する端部間に放射ビーム整形フィールド（３６）を規定するようにビーム方向に対して横断方向である長さ方向（Ｙ）（３４）に可動であり、前記コリメータはさらに、
複数の放射遮断リーフ（４２）第２の層（４０）を含み、前記第２の層（４０）の前記リーフ（４２）は隣接して位置づけられたリーフ（４２）の２つの対向する列を形成するように互いに隣接して配置され、かつ前記第２の層（４０）のリーフ（４２）の対向する端部間に放射ビーム整形フィールド（４６）を規定するようにビーム方向に対して横断方向でありさらに前記長さ方向（Ｙ）（３４）に対して角度をつけられた交差方向（Ｘ）（４４）に可動であり、前記コリメータはさらに、
前記第１の層（３０）の前記リーフを長さ方向（Ｙ）（３４）に動かしかつ前記第２の層（４０）の前記リーフ（４２）を交差方向（Ｘ）（４４）に動かすためのアクチュエータ装置（３８、４８）を含み、前記第１の層（３０）および第２の層（４０）はビーム方向に重なり合う態様で順に配置され、
前記放射ビーム（２０）は前記第１の層（３０）および前記第２の層（４０）に対して傾斜している、マルチリーフコリメータ（１２）。
【請求項２】
間隙（５２）がビーム方向に対して横断方向にかつＸおよびＹ方向（３４、４４）を含む面に形成され、前記間隙（５２）の各々が予め定められたしきい値未満の量の放射を通す大きさを有する、請求項１に記載のマルチリーフコリメータ（１２）。
【請求項３】
前記交差方向（４４）が前記長さ方向に対して直交している、請求項１に記載のマルチリーフコリメータ（１２）。
【請求項４】
前記第１の層（３０）の前記リーフ（３２）および前記第２の層（４０）の前記リーフ（４２）が枠（５０）内に収められる、請求項１に記載のマルチリーフコリメータ（１２）。
【請求項５】
放射ビーム（２０）を前記所与のビーム方向で提供するための放射源（１９）を含む、請求項１に記載のマルチリーフコリメータ（１２）を備えた放射システム。
【請求項６】
前記放射ビーム（２０）によって照射された標的（３７）の像を映すための撮像装置（２５）を含む、請求項１に記載のマルチリーフコリメータ（１２）を備えた放射システム。
【請求項７】
いずれかのリーフ（３２、４２）が移動するのを監視し、かつ前記アクチュエータ装置（３８、４８）に前記リーフ（３２、４２）が動くのを止めるように信号を与える制御装置（５４）を含む、請求項１に記載のマルチリーフコリメータ（１２）。
【請求項８】
放射遮断リーフ（３２）の複数の前記第１の層（３０）を含む、請求項１に記載のマルチリーフコリメータ（１２）。
【請求項９】
放射遮断リーフ（４２）の複数の前記第２の層（４０）を含む、請求項１に記載のマルチリーフコリメータ（１２）。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
この発明は一般に、放射線治療中に用いて放射ビームの空間分布を整形および制御するための多層マルチリーフコリメータに関する。
発明の背景
従来の放射線治療中には、角度および強度の変化する放射ビームが患者の標的に向けられる。放射ビームの経路に位置する通常の組織および器官は安全のために考慮されなければならず、よって標的まで運ばれ得る用量は限定される。放射が標的に集中しかつ通常の組織では最小になるかまたは消えてなくなるように放射ビームを整形するための技術として多くのものが知られている。これらの技術の１つは、ビーム開口が、リーフと呼ばれる複数の放射遮断部を採用するマルチリーフコリメータを介して角度によってさまざまに変化する原体照射法（conformal radiation therapy）である。マルチリーフコリメータの各個々のリーフは独立して位置づけられ、これによってユーザは無限量の不規則に整形されたフィールドを作り出すことができる。この放射ビームは放射遮断コリメータリーフの対向するアレイの端部の間に向けられ、よってビームを所望の治療領域の形状にほぼ合うように整形し、かつ通常の組織および器官を遮蔽する。
このようなシステムの一例はハンジンガー（Huntzinger）に発行された米国特許第５，１６６，５３１号であり、これは放出された放射ビームを整形するために放射放出ヘッドの中心軸の周りに位置づけられたマルチリーフコリメータの配置について記載している。このコリメータは並んだ細長い放射遮断コリメータリーフの２つの対向するアレイを含む。各対向アレイの各リーフはビームの中心軸へ向けてまたは軸から離れて長さ方向に動かすことができ、よって放射ビームが通過する所望の形状を規定する。しかしながら、隣接するリーフはリーフ間の放射漏れを最小にするために隙間なく並んで位置づけられなければならないので、摩擦が本質的な問題であり、これによりあるリーフのセット位置を維持したまま隣のリーフを再位置づけすることが複雑になるが、このような再位置づけは原体照射法においては頻繁に要求されるものである。隣接するリーフ間の嵌め合いをより緩くすることによって隣接するリーフ間の摩擦を減じると、その結果隣接するリーフ間の空間を通して容認しがたい放射漏れが生じてしまう。一方、隣接するリーフ間のリーフの嵌め合いを隙間なく維持し、隣接するリーフの接触領域に潤滑層を設けることもまた、コリメータリーフの高密度と比べて潤滑層の密度の低さが容認しがたい量の放射漏れを引起こしてしまうので、許容可能な解決策とはいえない。
ヤオ（Yao）に発行された米国特許第５，５９１，９８３号（この開示をここに引用により援用する）は、この摩擦の問題を複数の細長い放射遮断リーフの第１および第２の層を含むコリメータを提供することによって解決しようと試みる。各層のリーフは近接して位置するリーフの２つの対向する列を形成するように互いに隣接して配置され、長さ方向（Ｙ）に動くことができるが、これは一般にビームの方向に対して横断方向であり、よってリーフの対向する端部間に放射ビーム整形フィールドを規定する。これらの層は１つずつ順に重ねてビーム方向に配置され、一般にビーム方向に対して横断方向でありかつ長さ方向（Ｙ）に対して直交する横方向（Ｘ）にずらされるので、第１および第２の層の隣接するリーフ間の空間は、それぞれ第２および第１の層のそれぞれ上および下に位置づけられる。
ヤオ方式の１つの欠点は、不規則な形状の標的は２層のリーフではうまく覆えないことである。さらに、ビーム方向のリーフの全体の厚さはかなり大きい。
マルチリーフコリメータに関する他の特許文献は、コード（Coad）に発行された米国特許第４，２３３，５１９号、ミルキャンプス(Milcamps）に発行された第４，５３４，０５２号、ブラーム（Brahme）に発行された第４，６７２，２１２号、ブロッサーら（Blosser et al.）に発行された第４，７３９，１７３号、モーガンら（Maughan et al.）に発行された第４，７５４，１４７号、パスティールら（Pastyr et al.）に発行された第４，７９４，６２９号、ヌナン（Nunan）に発行された第４，８６８，８４３号および第４，８６８，８４４号、スパンら（Span et al.）に発行された第５，０１２，５０６号、バーテルメスら（Barthelmes et al.）に発行された第５，１６５，１０６号、アドラー（Adler）に発行された第５，２０７，２２３号、パスティール（Pastyr）に発行された第５，３４３，０４８号、スワードロフら（Swerdloff et al.）に発行された第５，３５１，２８０号、デップ（Depp）に発行された第５，４２７，０９７号、ユら（Yu et al.）に発行された第５，４３８，９９１号、スワードロフら（Swerdloff et al.）に発行された第５，４４２，６７５号、およびシューら（Shiu et al.）に発行された第５，５５５，２８３号を含む。
発明の概要
この発明は、互いに交差する非平行層を有する多層マルチリーフコリメータを提供しようとするものである。たとえば、第１の層はビーム方向に対して一般に横断方向である長さ方向（Ｙ）に可動であり、よってリーフの対向する端部間に放射ビーム整形フィールドを規定する、放射遮断リーフを採用する。この第１の層の上方に位置づけられたリーフの第２の層はビーム方向に対して一般に横断方向である交差方向（Ｘ）に可動であり、よってリーフの対向する端部間に放射ビーム整形フィールドを規定し、交差方向（Ｘ）は長さ方向（Ｙ）に対して一般に直交である、放射遮断リーフを採用する。これに代えて、第１および第２の層は９０°以外の角度で互いに対して角度をつけることができる。交差層の間にＸ−Ｙ面の間隙が形成されるが、これらの間隙は無視できる程度の安全な量の放射しか通さないほど十分小さい。従来技術とは違って、いかなる不規則な形状の標的も２層のリーフによって正確に覆うことができる。さらに、ビーム方向のリーフの全体の厚さは従来技術のものよりも著しく小さい。
こうしてこの発明の好ましい実施例に従って、放射システムにおいて用いられるマルチリーフコリメータが提供される。このコリメータは、所与のビーム方向に放射ビームを提供し、複数の放射遮断リーフの第１の層を含み、リーフは隣接して位置づけられたリーフの２つの対向する列を形成するように互いに隣接して配置され、かつリーフの対向する端部の間に放射ビーム整形フィールドを規定するようにビーム方向に対して一般に横断方向である長さ方向（Ｙ）に可動であり、前記コリメータはさらに複数の放射遮断リーフの第２の層を含み、第２の層のリーフは隣接して位置づけられたリーフの２つの対向する列を形成するように互いに隣接して配置されかつビーム方向に対して一般に横断方向である交差方向（Ｘ）に可動でありかつ第２の層のリーフの対向する端部間に放射ビーム整形フィールドを規定するように長さ方向（Ｙ）に対して角度をつけられ、前記コリメータはさらに第１の層のリーフを長さ方向（Ｙ）に動かしかつ第２の層のリーフを交差方向（Ｘ）に動かすためのアクチュエータ装置を含み、第１および第２の層はビーム方向に重なり合う態様で互い違いに配置される。
この発明の好ましい実施例に従うと、一般にビーム方向に対して横断方向にかつ一般にＸおよびＹ方向の面に間隙が形成され、間隙の各々は予め定められたしきい値未満の放射量しかそこを通さない。
さらにこの発明の好ましい実施例に従うと、交差方向は一般に長さ方向に対して直交である。
またさらにこの発明の好ましい実施例に従うと、第１の層のリーフおよび第２の層のリーフは枠内に収められる。
さらにこの発明の好ましい実施例に従うと、所与のビーム方向に放射ビームを提供するための放射源が提供される。放射ビームによって照射された標的の像を映すために撮像装置もまた提供され得る。
この発明の好ましい実施例に従うと、リーフのいずれかが移動するのを監視しかつアクチュエータ装置にリーフの動きを止めるように信号を与える光学制御装置が提供される。
このマルチリーフコリメータは複数の第１の層の放射遮断リーフおよび／または複数の第２の層の放射遮断リーフを含み得る。
【図面の簡単な説明】
この発明は後の詳細な説明を図面と共に参照することにより完全に理解かつ認識されるであろう。
図１は、この発明の好ましい実施例に従って構築されかつ動作する放射システムの略図である。
図２は、この発明の好ましい実施例に従って構築されかつ動作する図１の放射システムのマルチリーフコリメータの複数の放射遮断リーフの第１の層を簡略化した上面図である。
図３は、図１の放射システムのマルチリーフコリメータの複数の放射遮断リーフの第２の層の簡略上面図である。
図４は、図１の放射システムのマルチリーフコリメータの隣接する放射遮断リーフの簡略図である。
図５は、この発明の好ましい実施例に従った第１の層と第２の層との重なりを表わした簡略上面図であり、層は互いに直交している。
図６は、この発明の別の好ましい実施例に従って構築されかつ動作する放射システムの簡略上面図であり、複数の放射遮断リーフの第１の層と複数の放射遮断リーフの第２の層とを含む。
好ましい実施例の詳細な説明
ここで図１を参照すると、これはこの発明の好ましい実施例に従って構築されかつ動作するマルチリーフコリメータ１２が設置される放射システム１０を表わす。放射システム１０は従来のＬＩＮＡＣガントリー設計を有するものとして表わされるが、この発明のマルチリーフコリメータは、たとえば出願人／譲受人の米国特許出願番号第０８／７５３，８２２号（この開示はここで引用により援用する）のシステムなど、いかなる放射システム設計にも応用可能であるとわかっている。放射システム１０は、治療中に水平軸１６の周りで回転できるガントリ１４を含む。コリメータ１２はガントリ１４の伸張部１８にしっかりと固定される。伸張部１８は、リニアアクセラレータなどの放射源１９を含み、コリメータ１２の中心軸と一致する放射システム１０の中心軸から放出される放射ビーム２０を生成する。電子放射または光子放射（ガンマ放射）など、いかなる放射を用いてもよい。治療中、ビーム２０は治療されるべき患者２４内にありかつガントリ回転のアイソセンタ２２に置かれる標的上に照準を合わされる。ガントリ１４の軸１６、治療台２８の方位（azimuthal）回転軸２６、およびビーム２０はすべてアイソセンタ２２で交差する。
たとえばフルオロスコープまたは超音波装置のような撮像装置２５が放射ビーム２０によって照射された標的の像を映すために提供されるのが好ましい。特に、撮像装置２５を、閉ループの、ガントリ１４の位置を制御しかつコリメータ１２の機能を制御するためのフィードバック制御システム（図示せず）と組合せて用いることができる。
次に図２を参照すると、これはこの発明の好ましい実施例に従って構築されかつ動作するマルチリーフコリメータ１２の複数の放射遮断リーフ３２の第１の層３０（の上面図）を表わす。リーフ３２は互いに隣接して配置され、ビーム２０の方向すなわち図１の面に対して垂直に指す方向に対して一般に横断方向である長さ方向（Ｙ）３４で可動の、近接して位置づけられたリーフの２つの対向する列を形成し、かつリーフ３２の対向する端部の間に想像線で示される放射ビーム整形フィールド３６を規定するように配置される。
アクチュエータ装置３８には放射ビーム整形フィールド３６を制御可能に規定するように長さ方向３４に動くリーフ３２が設けられる。アクチュエータ装置３８は好ましくは各リーフ３２に専用のアクチュエータ３９を含む。アクチュエータ３９の一例は、各リーフ３２上に取付けられた歯跡（toothed track）またはフローティングナットに個別に係合するための個別に駆動するウォームギアである。これはたとえばリービットら（Leavitt et al.）に発行された米国特許第５，１６０，８４７号（この開示はここに引用により援用する）に記述された従来技術のリーフ駆動手段のようなものである。放射ビーム整形フィールド３６は照射されるべき標的３７の形状に可能なかぎりぴったりと適合するように調整される。
次に図３を参照すると、この発明の好ましい実施例に従って構築されかつ動作するマルチリーフコリメータ１２の複数の放射遮断リーフ４２の第２の層４０（の上面図）が同様に表わされる。リーフ４２は互いに隣接して配置され、よってビームの方向すなわち図１の面を垂直に指す方向に対して、一般に横断方向である交差方向（Ｘ）４４に可動である近接して位置づけられたリーフの２つの対向する列を形成し、またリーフ４２の対向する端部の間に想像線で示された放射ビーム整形フィールド４６を規定するように配置される。交差方向４４は図３には、長さ方向３４に対して一般に直交しているように示されるが、交差方向４４は長さ方向３４に対して９０°以外の何らかの任意の角度をなすこともできる。
アクチュエータ装置４８には、放射ビーム整形フィールド４６を制御可能に規定するように交差方向４４に動くリーフ４２が設けられる。アクチュエータ装置４８は、アクチュエータ装置３８について上で述べたように、各リーフ４２専用のアクチュエータ４９を含むのが好ましい。放射ビーム整形フィールド４６は標的３７の形状に可能なかぎりぴったりと適合するように調整される。しかしながら、図３から、標的３７の不規則な形状はリーフ４２単独ではうまく覆うことができず、これは米国特許第５，５９１，９８３号のシステムのような従来技術のシステムの欠点の１つである。図５を参照して後に述べるように、この発明の利点は層３０と層４０との重なりが標的３７をカバレージの解像度を向上させるのに役立つという点である。
リーフ３２および４２はタングステンなどの放射不浸透性材料で構成される。次に図４を参照して、リーフの各々はビーム２０の方向に対して横断方向である長さＬおよび幅Ｗと、一般にビーム２０の方向に沿っている厚さＴとによって特徴づけられる。各層３０および４０の隣接するリーフは空間Ｇによって分離され、層３０と層４０とは空間Ｆによって分離される。上述の寸法パラメータ、Ｌ、Ｗ、Ｔ、Ｇ、およびＦのすべては各個々のリーフまたは層について同じである場合もまた異なる場合もある。この発明の別の利点は、層３０および４０の独特な交差した重なりにより、米国特許第５，５９１，９８３号のような従来技術のシステムと比べてより小さい値のＴを採用することができ、したがって材料および製造において費用の節約が実現することである。
図１を再度参照すると、リーフ３２と４２との層３０および層４０はそれぞれ、枠５０内に収められる。
次に図５を参照すると、これはこの発明の好ましい実施例に従った第１および第２の層３０および４０の重なりを簡略化して表わした上面図であり、層３０と層４０とは互いに直交している。層３０および４０の重なりが標的３７のカバレージの解像度を向上させるのに役立つことがここからわかるかもしれない。一般にビーム方向２０に対して横断方向にかつ一般にＸおよびＹ方向、３４および４４の面に、間隙５２が形成される。間隙５２の各々の大きさは等しくても違っていてもよく、これらは工業安全基準（the safety standards of the industry）の範囲内で予め定められたしきい値未満の量の放射しかそこを通さない。さらに、ビーム２０が層３０および４０に対して厳密に直交ではなく層に対して傾斜している場合、間隙５２を通過する放射は一層少なくなるであろう。
この発明の好ましい実施例に従って、いずれかのリーフ３２または４２が移動するのを監視し、かつアクチュエータ装置３８および４８にそれぞれリーフ３２および４２の動きを止めるように信号を与える、光学制御装置５４が設けられる。光学制御装置５４はカメラ、ＣＣＤまたは等価物などの何らかの適切な光学機器を含み得る。
次に図６を参照すると、これはこの発明の別の好ましい実施例に従った第１および第２の層３０および４０の重なりを簡略に表わす上面図である。この発明は、複数の放射遮断リーフの第１の層３０を含み、簡明のためさらなる層についてはリーフが１つのみリーフ３２′として示され、また複数の放射遮断リーフの第２の層４０を含み、簡明のためさらなる層についてはリーフは１つのみリーフ４２′として示されることがわかる。上述したように、この発明は層３０と層４０との間の何らかの特定の角度に限定されることはない。
当業者には、この発明が上に特に示しかつ述べてきたものによって限定されないことがわかるであろう。むしろ、この発明の範囲は上述の特徴の組合せおよび部分的組合せの両方を含み、また前の説明を読むことにより当業者が考え得る従来技術にない修正および変形例も含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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