(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子銃、線形加速器及びターゲットからなる治療用放射線発生部と同治療用放射線発生部を首振りさせるジンバル機構を有する照射ヘッドと、
この照射ヘッドを予め定めた球面座標上で支持し且つ移動させる支持移動機構と、
前記照射ヘッドに供給すべきマイクロ波を発生する、静止位置に配置されるマイクロ波発振器と、
一端部が前記マイクロ波発振器に電磁気的に接続され、他端部が前記線形加速器に電磁気的に接続される導波管部とを具備する放射線治療装置において、
前記ジンバル機構に搭載される前記導波管部の導波管と、前記マイクロ波発振器からの前記導波管部の導波管とを、フレキシブル導波管により連結したことを特徴とする放射線治療装置。
【請求項２】
前記照射ヘッド内に位置する前記導波管部に設けられるＲＦ窓から前記線形加速器までの導波管部内部と、前記電子銃と前記線形加速器と前記ターゲットとを内装する容器内とを真空排気する真空ポンプを具備する請求項１の放射線治療装置。
【請求項３】
前記真空ポンプは、前記照射ヘッド内に配置される請求項２の放射線治療装置。
【請求項４】
前記照射ヘッド内に位置する前記導波管部に設けられるＲＦ窓から前記マイクロ波発振器までの導波管部に電気絶縁ガスが充填される請求項１乃至３いずれかの放射線治療装置。
【請求項５】
前記導波管部は第１の前記球面座標に従う第２の球面座標で移動する手段を備える請求項１乃至４いずれかの放射線治療装置。
【請求項６】
前記導波管部は、導波管及びロータリＲＦカプラを含む請求項１乃至５いずれかの放射線治療装置。
【請求項７】
前記導波管部のうち少なくとも一つは、ベンド導波管を含む請求項１乃至６いずれかの放射線治療装置。
【請求項８】
前記導波管部のうち少なくとも一つは、フレキシブル導波管を含む請求項１乃至７いずれかの放射線治療装置。
【請求項９】
前記ロータリＲＦカプラは、一端側に導波管が接続される第１筒体と、この第１筒体と同一の軸芯を持ち前記第１筒体の他端側に一端側が回転可能に組み合わされ且つ他端側に別の導波管が接続される第２筒体とを含む請求項６の放射線治療装置。
【請求項１０】
前記ロータリＲＦカプラは、内部の真空及び前記電気絶縁ガスのうち少なくとも一方をシールする磁気シールを含む請求項６又は９いずれかの放射線治療装置。
【請求項１１】
前記照射ヘッドをアイソセンタを中心に回転させるアイソセントリック回転機構と、
前記アイソセントリック回転機構により前記照射ヘッドが所定角回転した位置で前記照射ヘッドの首振りを行う疑似ノンアイソセントリック回転機構とを更に具備する請求項１乃至１０いずれかの放射線治療装置。
【請求項１２】
前記照射ヘッドは、少なくとも直行する２軸方向に首振りさせるジンバル機構を具備する請求項１１の放射線治療装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、腫瘍部を定位多軌道照射法により放射線治療する等に好適な放射線治療装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放射線治療法の一つに、患部に対し多方向から放射線を集中照射して治療効果を上げると共に患部の周囲組織は被曝量が最小限に抑制され得る定位多軌道照射法がある。
【０００３】
この定位多軌道照射法は、原発性良性脳腫瘍部、大きさが３ｃｍ以下の単発の転移性脳腫瘍部、手術が難しい頭蓋底転移のような脳内の小病変部、動脈奇形部又は静脈奇形部等の如き患部の治療に有効とされている。
【０００４】
かかる定位多軌道照射法が実施可能な放射線治療装置として、従来、位置決め手段を用いて照射ヘッドを患部に対して位置合せした後に放射線を照射するものが知られているが、医者又は補助者が照射野を直接見て病巣の位置を確認した上で放射線を照射するものではないので、放射線の高精度照射は望めない。
【０００５】
これに対し、特表平６−５０２３３０号公報及び特表平８−５０４３４７号公報には、Ｘ線ＣＴ装置の回転ドラム内にリニアアクセラレータを組込むことで、放射線治療装置をＸ線ＣＴ装置と組み合わせた構成が開示されている。この構成では照射野の画像を確認しながら放射線の照射を行うことが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの装置は、リニアアクセラレータをＸ線ＣＴ装置の回転ドラム内に組み込んだ構造であることから、１回転軸周りの照射に止まると共にアイソセントリック照射のみに限られている。
【０００７】
本発明の目的は、優れた治療性能を有する放射線治療装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、電子銃、線形加速器及びターゲットからなる治療用放射線発生部と同治療用放射線発生部を首振りさせるジンバル機構を有する照射ヘッドと、この照射ヘッドを予め定めた球面座標上で支持し且つ移動させる支持移動機構と、前記照射ヘッドに供給すべきマイクロ波を発生する、静止位置に配置されるマイクロ波発振器と、一端部が前記マイクロ波発振器に電磁気的に接続され、他端部が前記線形加速器に電磁気的に接続される導波管部とを具備する放射線治療装置において、前記ジンバル機構に搭載される前記導波管部の導波管と、前記マイクロ波発振器からの前記導波管部の導波管とを、フレキシブル導波管により連結したことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１〜図３に示すように、本実施形態に係る放射線治療装置６は、患者４を載置する天板８を有する寝台７と、患者４に設定され得る照射野５に治療用放射線を照射する照射ヘッド１０と、患部である照射野５の断層画像を取得するＸ線ＣＴ装置３０とを備える。
【００１０】
天板８は寝台７に内蔵された駆動機構により寝台長手方向（Ｘ軸方向）と寝台幅方向（Ｙ軸方向）と寝台上下方向（Ｚ軸方向）との３軸に移動可能である。また、天板８は画像取得装置の撮影画像データに基づいて患部である照射野５がアイソセンタ５ａに位置するように、システム制御装置８０により統合制御された天板８により位置が調整されるようになっている（図９参照）。天板８は、Ｘ線ＣＴ装置やＰＥＴ（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置等の画像取得装置に適した材質及び形状が選定される。
【００１１】
照射ヘッド１０は、傾倒軸２６による（Ｇ１）回転、周回移動機構６８および第１及び第２の首振り機構１３１，１３２によりアイソセンタ５ａを中心とする上半部後方の二分の一球（１／２球）の範囲内で任意の照射位置がとれるようにガイドレール９に可動に支持されている。周回移動機構６８は、図２に示すように照射ヘッド１０をガイドレール９に沿って周回移動（Ｈ１）させるものであり、ラック・アンド・ピニオン方式やベルト方式を採用することができる。図１０と、図１１（ａ）〜（ｄ）に示すように第１の首振り機構１３１は照射ヘッド１０を第１の軸Ｓ１まわりに首振り動作させるサーボモータを備え、第２の首振り機構１３２は照射ヘッド１０を第２の軸Ｓ２まわりに首振り動作させるサーボモータを備えている。
【００１２】
また、照射ヘッド１０は、図２に示す導波管系１１のロータリＲＦカプラ１６に首振り可能に連結される。図１１（ａ）に示すジンバル機構上の導波管５１及びロータリＲＦカプラ５０によりマイクロ波発生源７０（クライストロン）に接続されている。
【００１３】
第１の首振り機構１３１は、図２及び図１１（ａ）に示すように、照射ヘッド１０をガイドレール９上でロータリＲＦカプラ１６まわりに首振り（Ｓ１）させる機構である。ロータリＲＦカプラ１６は、照射ヘッド１０が首振りしたときの慣性力が小さくなるように、照射ヘッド１０の慣性中心をほぼ通る軸上に設けられている。
【００１４】
第２の首振り機構１３２は、図１及び図１１（ａ）に示すように、照射ヘッド１０をガイドレール９上でロータリＲＦカプラ５０Ａ，５０Ｂまわりに首振り（Ｓ２）させる機構である。ロータリＲＦカプラ５０Ａ，５０Ｂは、照射ヘッド１０が首振りしたときの慣性力が小さくなるように、照射ヘッド１０の慣性中心をほぼ通る軸上に設けられている。ちなみに、照射ヘッド１０は、全長が５００〜６００ｍｍ、幅５００ｍｍ×深さ３００ｍｍ、重量が６０〜８０ｋｇである。
【００１５】
ガイドレール９は、図２及び図３に示すように天板８より上半分の円弧状をなす半円リングからなり、天板８を幅方向に跨ぐように設けられている。このガイドレール９は、傾動機構により傾動可能に支持されている。傾動機構は、ガイドレール９を図２の傾動軸２６まわりに０°〜１８０°の範囲内で図１に示すように傾ける（Ｇ１）ものである。ガイドレール９は、例えばステンレス鋼のように剛性の大きい材料でつくられ、幅が２００〜４００ｍｍ、厚みが２０〜５０ｍｍ、アイソセンタ５ａからの半径が８００〜１０００ｍｍである。
【００１６】
上記の２軸の駆動（Ｇ１，Ｈ１）により照射ヘッド１０はアイソセンタ５ａを中心とする１／２球殻上でアイソセントリックな動きが可能になる。さらに、上記の２軸の駆動（Ｓ１，Ｓ２）により照射ヘッド１０は１／４球殻上で擬似的にノンアイソセントリックな動きが可能となる。この擬似ノンアイソセントリック動作は、照射ヘッド１０の慣性中心まわりの首振り運動であるため、アイソセントリック動作と比べて格段に素早い動きとなる。擬似ノンアイソセントリックな高応答性の迅速な追尾モーションにより、例えば心鼓動等の早い動きに対しても照射ヘッド照準を高応答かつ精密に追従させることが可能となる。
【００１７】
Ｘ線ＣＴ装置３０に、図１に示す画像取得装置傾射機構２０により所定角度に傾斜した（例えば垂直軸に対して２０°〜３０°の傾き）姿勢で支持されている。画像取得装置傾斜機構２０を駆動させると、Ｘ線ＣＴ装置３０は軸まわりに傾動（Ｋ１）し、画像取得用Ｘ線３ｂの照射角が変えられるようになっている。なお、Ｘ線ＣＴ装置３０とガイドレール９は機械的に密に結合されており、共通の座標基準を持つ。
【００１８】
Ｘ線ＣＴ装置３０がガイドレール９及び照射ヘッド１０が干渉しないように制御される。画像取得装置としてＸ線透視装置を用いる場合には、分解能やコントラストの点で問題があり、小型の金プレートを照射野の付近に埋め込んでマーカとしてこれを基準に照射野を標識する方がよい。
【００１９】
図２中に示すＳＡＤ（Source Axis Distance）は、アイソセンタ５ａから照射ヘッド内のターゲット１２１（図４（ａ）参照）までの距離に相当するものである。本実施形態では基準となるＳＡＤ１を８０ｃｍ〜１００ｃｍに設定している。
【００２０】
図６、図７及び図８に示すように照射野の移動に追従して照射するには、画像データから得られるシフト量ＤＶ１，ＤＶ２と所定の算式とを用いてＳ１首振りドライブ軸まわりの微小変位角θ１とＳ２首振りドライブ軸まわりの微小変位角θ２とをそれぞれ求める。該演算結果に従って首振り機構１３１，１３２の駆動をそれぞれ制御し、照射ヘッド１０を微小変位角θ１および微小変位角θ２の分だけ高速首振りさせる。これにより頚部以下の呼吸や心鼓動、蠕動や膀胱内の尿量等、臓器の運動や状態の影響を受けて動く腫瘍等の患部５に対して照射ヘッド１０の照準が迅速かつ高応答に追随し、放射線を高精度に照射することが可能となる。
【００２１】
図２中の符号１４ａ〜１４ｃ，１６は、加速用マイクロ波を軸回転で伝えるロータリＲＦカプラ５０を内部に有する導波管系である。図１２に示すように、リンクアーム１３，１５のなかには導波管５１が設けられ、関節部１４ａ〜１４ｃ，１６内のロータリＲＦカプラ５０により導波管５１が電磁気的に連通している。図１３に示すように、ロータリＲＦカプラ５０はフランジ継手５３，５４により導波管５１の各々に接続されている。符号２１はサーキュレータ、２２はダミーロードである。
【００２２】
また、図１４に示すように、導波管５１の導波路５５ａ，５５ｂはロータリＲＦカプラ５０の回転部材５６，５７に取り囲まれた回転スペースに連通し、この中を管内モード２ａ（２ｂ）でマイクロ波が導かれるようになっている。なお、図中にて符号５８は軸受を示し、符号５９はλ／４波長チョークを示す。このようなロータリＲＦカプラ５０と導波管５１との組み合わせにより、床等に固定されたクライストロン等の加速マイクロ波源７０から移動する照射ヘッド１０へ加速用のマイクロ波を円滑に供給することができる。
【００２３】
導波管系１１は、第１の関節部１４ａ、第１のアーム１２、第２の関節部１４ｂ、第２のアーム１３、第３の関節部１４ｃ、第３のアーム１５、第４の関節部１６、照射ヘッド１０を互いに連結してなるリンク機構である。第１の関節部１４ａのみがＹ軸に沿って設けられ、第２〜第４の関節部１４ｂ，１４ｃ，１６はそれぞれＸ軸に沿って設けられている。なお、リンク先端の照射ヘッド１０は、周回移動機構６８によりガイドレール９に沿ってスライドし、また、第１の首振り機構１３１により第４の関節部１６まわりに首振りされるようになっている。
【００２４】
システム制御装置８０は、Ｘ線ＣＴ装置３０から照射野５のＣＴ断層診断画像データが入力されると、このデータに基づいて周回移動機構６８、レール傾動機構、天板８の駆動をそれぞれ制御することにより、アイソセンタ５ａにある照射野５に照射ヘッド１０の照準を合わせる。
【００２５】
さらに、照射野５が動いた場合には、システム制御装置８０はＸ線ＣＴ装置３０からの入力データに基づいて画像追尾のための演算を行い、その演算結果に基づいて第１及び第２の首振り機構１３１，１３２の動作をそれぞれ制御して照射ヘッド１０を首振りさせる。なお、照射ヘッド１０の首振り動作中はインターロックがはたらいて放射線が照射されないようになっているので、近傍部位の被曝量は最小限に抑えられる。
【００２６】
なお、本実施形態では検査装置としてＸ線ＣＴ装置３０を放射線治療装置と組合せた場合について説明したが、本発明はこれのみに限定されることなく、Ｘ線透視装置、特殊な用途ではＰＥＴ（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）等の他の非磁気型画像取得装置を放射線治療装置と組合せることが可能である。
【００２７】
通常型のＸ線透視装置の場合には、異なる目視線をもつ２つ以上のカメラが必要である。また、コントラストの低い軟部組織等はイメージングできないため、骨組織等のコントラストの高いランドマークをもとに予めＸ線ＣＴ装置やＭＲＩ等で照射野の位置決めができるようにしておくか、小型の金プレート等を照射野付近に埋め込んでマーカとするか、若しくはＤＳＡ（Digital Subtraction Angiography）のように造影剤や差分画像処理により画像強調できるような工夫が必要となる。また、Ｘ線ＣＴ装置やＰＥＴではリアルタイムイメージングが必要であり、高速のリアルタイム画像再構成計算が必要となる。
【００２８】
次に、図４（ａ）〜（ｃ）、図５及び図１０、図１１（ａ）〜（ｄ）を参照しながら照射ヘッド１０について詳しく説明する。
【００２９】
照射ヘッド１０は、４ＭｅＶ〜１０ＭｅＶの電子エネルギを有し、治療用のＸ線３ａを発生する小型の電子リニアックからなり、アイソセンタ５ａを中心とする上半後部の１／２球殻の範囲内で三次元移動して多方向から放射線を照射できるように、ガイドレール９に可動支持されるとともに、導波管系１１のロータリＲＦカプラ１６に首振り可能に連結されたものである。
【００３０】
照射ヘッド１０は、カバー１０１で本体部が覆われ、本体部の先端側に放射線を出射するための出射部１２０が取り付けられている。照射ヘッド本体部を覆うカバー１０１内には電気回路／冷却水回路１１６、加速器１１０、ＲＦ窓５２、導波管５１、ロータリＲＦカプラの一部５０Ｂ、排気管１０７、真空ポンプ１１２、ターゲット排気室１１９、ターゲット１２１、冷却板１２２が設けられている。
【００３１】
加速器尾部の絶縁碍子１０３から外部電源に接続されたケーブル（図示せず）がカバー１０１内に導入され、電子銃１０４のカソード１０５に接続されている。このカソード１０５と向き合ってアノード１０６が配置されている。カソード１０５とアノード１０６との間は真空ポンプ１１２に連通する排気管１０７により排気されるようになっている。電子銃１０４の電源はシステム制御装置８０により制御されるものである。なお、電子銃１０４から加速器１１０に続き、さらに加速器１１０から出射部１２０に続いている。なお、絶縁碍子１０３から加速器１１０の先端までの長さは約３６０ｍｍである。
【００３２】
図５に示すように、電子銃１０４のアノード１０６の中央孔は加速器１１０のバンチャ空洞１０９に連通している。加速器１１０は、電子銃１０４から出射された電子線を加速させ、高エネルギの電子ビームをＸ線ターゲット１２１に衝突させるものである。加速器１１０の内部には電子ビーム通過用の中央孔を有する加速空胴１１１ｂがつながって配置されている。加速空胴１１１ｂはサイドカップルキャビティ１１１ａを介して左右一対の側方排気管１０８にそれぞれ連通し、左右一対の側方排気管１０８は真空ポンプ１１２に接続されて真空排気されるようになっている。すなわち、加速器１１０の内部は側方のサイドカップルキャビティ１１１ａおよび側方排気管１０８を介して真空ポンプ１１２により真空排気されるものである。
【００３３】
加速器１１０には導波管５１が連通している。導波管５１はセラミック製のＲＦ窓５２およびロータリＲＦカプラ５０Ａ，５０Ｂを経由してマイクロ波発振器７０に連通している。ＲＦ窓５２は、導波管５１内に封入されたＳＦ6ガスの漏洩を防ぐとともに、マイクロ波を加速器１１０へ導入させる入口である。なお、マイクロ波発振器７０は出力安定性に優れたクライストロン方式のものである。マイクロ波発振器７０の電源回路はシステム制御装置８０に接続されている。
【００３４】
出射部１２０は、カバー１０１で覆われた照射ヘッド本体部の先端に設けられ、Ｘ線ターゲット１２１、ターゲット冷却板１２２、一次コリメータ１２３、フラットニングフィルタ１２４を備えている。電子銃１０４から加速器１１０を経てフラットニングフィルタ１２４に至るまでは電子ビームの光軸に沿って直列に並び、加速された電子線はターゲット排気室１１９を通って出射部１２０のターゲット１２１に入射するようになっている。
【００３５】
Ｘ線ターゲット１２１は、高エネルギの加速電子が入射して制動ふく射Ｘ線を出射するものであるため熱損傷を受けやすく、その対策として冷却板１２２が取り付けられ、冷却されている。なお、ターゲット１２１にはタングステン、タンタル等の高融点金属単体またはこれらの合金を用いる。
【００３６】
一次コリメータ１２３は、タングステンなどの放射線に対する遮蔽性に優れ、かつ熱中性子発生の少ない材料でつくられ、ターゲット１２１からのＸ線をフラットニングフィルタ１２４に導くものである。
【００３７】
フラットニングフィルタ１２４は、ターゲット１２１から出射されるＸ線の強度を平均化して均一なドーズ分布をもつ治療用放射線３ａとするためのものである。
【００３８】
さらに、出射部１２０の先端側には二次コリメータ１２５および線量計測用電離箱１２６が取り付けられている。二次コリメータ１２５は、治療用のＸ線３ａが透過できないタングステンなどの遮蔽性の高い材料でつくられ、中空部を通って線量計測用電離箱１２６に治療用放射線３ａが送られるようになっている。この二次コリメータ１２５は一次コリメータ１２３の端面部に着脱可能にネジ込まれている。
【００３９】
線量計測用電離箱１２６は、二次コリメータ１２５の先端に取り付けられ、所定成分のガスが封入された電離箱であり、放電電荷を検出する検出回路（図示せず）が接続されている。この検出回路はシステム制御装置８０の入力側に接続されている。システム制御装置８０は、線量計測用電離箱１２６からの入力信号に基づいて照射ヘッド１０から出射されるＸ線の線量を算出し、患者４が受ける治療用ドーズデータとしてメモリに保存するようになっている。
【００４０】
次に、図９を参照して本実施形態装置の制御システムについて説明する。
【００４１】
本実施形態装置の制御システムは、天板８、照射ヘッド１０、Ｘ線ＣＴ装置３０、信号処理装置３１、マイクロ波発振器７０、システム制御装置８０、システムユーティリティ９０からなり、システム制御装置８０が全体を統括して制御するシステム構成となっている。
【００４２】
システム制御装置８０は、システム制御計算機、システム管理アルゴリズム、画像追尾アルゴリズム、治療計画アルゴリズム、治療管理アルゴリズム、グラフィカルユーザインターフェイス、治療データベース、インターロックアルゴリズム及びシステムモニタを含むものであり、これを中心として他のシステムブロックがそれぞれ接続され、入出力信号のやりとりがなされるようになっている。
【００４３】
Ｘ線ＣＴ装置３０は、信号処理装置３１を経由してシステム制御装置８０に接続されている。これにより画像診断が治療中にリアルタイムでなされ、医師はコンピュータディスプレイ上に表示された診断画像を観ながら治療を行うことができるようになっている。
【００４４】
マイクロ波発振器７０は、クライストロンモジュレータ・アンド・リニアックシステム制御装置、クライストロン及びＲＦドライバを具備している。クライストロンは、導波管系１１を介して照射ヘッド１０に接続され、加速器１１０にマイクロ波を供給する供給源にあたる。
【００４５】
照射ヘッド１０のアイソセントリック駆動機構および首振り駆動機構の各ドライバはシステム制御装置８０に接続され、アイソセントリック照射時における照射ヘッド１０の周回駆動６８および擬似ノンアイソセントリック照射時における照射ヘッド１０の２軸首振り駆動がそれぞれ制御されるようになっている。
【００４６】
次に、図１０〜図１１および図６〜図８を参照して照射ヘッドの２軸の首振り機構について詳しく説明する。
【００４７】
図１０に示すように、照射ヘッドカバー１０１のジンバル構造の支持フレーム１０２に支持されている。支持フレーム１０２は照射ヘッド１０の慣性中心を含むＳ１軸およびＳ２軸が通る位置座標に取り付けられている。
【００４８】
図１１Ａに示すように、支持フレーム１０２には、導波管系１１のロータリＲＦカプラ１６、一対のロータリＲＦカプラ５０Ａ，５０Ｂ、Ｓ１首振り駆動用サーボモータ１３１、Ｓ２首振り駆動用サーボモータ１３２がそれぞれ各辺に取り付けられている。
【００４９】
導波管系１１のロータリＲＦカプラ１６は支持フレーム１０２の一方側長辺の中央に取り付けられ、これと向き合うようにＳ１首振り駆動用サーボモータ１３１の駆動軸１３１ａがフレーム１０２の対向長辺の中央に取り付けられている（図１１Ｂ参照）。サーボモータ駆動軸１３１ａを回転駆動させると、図８に示すようにＳ１ドライブ軸まわりに照射ヘッド１０が首振りするようになっている。
【００５０】
また、一対のロータリＲＦカプラ５０Ａ，５０Ｂは支持フレーム１０２の一方側短辺の中央に取り付けられ（図１１（ｄ）参照）、これと向き合うようにＳ２首振り駆動用サーボモータ１３２の駆動軸１３２ａがフレーム１０２の対向短辺の中央に取り付けられている（図１１Ｃ参照）。すなわち、サーボモータ１３２の本体は支持フレーム側のブラケット１０２ａに固定支持され、モータ駆動軸１３２ａは軸受１３３を介して支持フレーム１０２に回転可能に支持されている。サーボモータ駆動軸１３２ａを回転駆動させると、図７に示すように、Ｓ２ドライブ軸まわりに照射ヘッド１０が首振りするようになっている。
【００５１】
図１１Ａに示すように、導波管系１１の各リンクアーム１３，１５内には導波管５１が設けられ、各関節部１４，１６内にはロータリＲＦカプラ５０が設けられ、さらに一対のロータリＲＦカプラ５０Ａ，５０Ｂを通って照射ヘッド内の加速器１１０にマイクロ波が導入されるようになっている。
【００５２】
図６〜図８に示すように、画像診断データから得られるシフト量ＤＶ１，ＤＶ２と所定の算式とを用いてＳ１首振りドライブ軸まわりの微小変位角θ１とＳ２首振りドライブ軸まわりの微小変位角θ２とをそれぞれ求め、その演算結果に従って首振り機構１３１，１３２の駆動をそれぞれ制御し、照射ヘッド１０を微小変位角θ１および微小変位角θ２の分だけ高速首振りさせる。そして、首振り動作中に照射ヘッド１０から放射線を出射する。これにより頚部以下の呼吸や心鼓動、蠕動や膀胱内の尿量等、臓器の運動や状態の影響を受けて動く腫瘍等の患部５に対しても照射ヘッド１０の照準が迅速かつ高応答に追随する。ちなみに、診断画像の処理時間を含めて０．１秒以内に照射ヘッド１０を高速で首振り動作させることができ、照射野（患部）の動きに対して迅速に追随させることができる。
【００５３】
次に、図１５のタイミングチャートを参照しながら本実施形態の放射線治療装置の動作について、特に治療用放射線の直接線、漏洩線及び散乱線の画像取得装置検出器への影響を防止し、イメージングと治療用放射線の照射の時分割リアルタイムを実現する方法を説明する。
【００５４】
先ず放射線治療装置６のメインスイッチをＯＮすると、治療用寝台システム７、照射ヘッド１０、Ｘ線ＣＴ装置３０、マイクロ波発振器７０、システム制御装置８０、システムユーティリティ９０の電源がそれぞれ待機状態となる。治療用寝台システム７が作動して患者４が天板８とともに治療エリア内に移動し、画像取得装置を作動させて患部５が治療装置のアイソセンタ５ａに一致するように天板８を動かせて位置合わせする。このアイソセントリック位置合わせ完了後、Ｘ線ＣＴ装置３０によるリアルタイム画像診断と照射ヘッド１０による放射線治療とを開始する。
【００５５】
図１５中の時間ｔ０において、Ｘ線ＣＴ装置３０は、照射野５に向けて画像取得用Ｘ線３ｂの照射を開始する。その透過像を図１５に示す時間ｔ０〜ｔ１において取得画像として検出する。なお、被曝を最小限度とするため画像取得用Ｘ線３ｂの照射時間も時間ｔ０〜ｔ１の間に限定する。また、少なくとも画像取得用Ｘ線３ｂを照射している時間ｔ０〜ｔ１において、治療用放射線３ａの直接線、漏洩線及び散乱線が検出器に影響を与えないようにするため、照射ヘッド１０は、治療用放射線３ａを出射しないようにインターロックされている。
【００５６】
検出された取得画像は、時間ｔ１〜ｔ２において取り込まれる（収録される）。取り込まれた取得画像の追尾画像データなどの情報は、時間ｔ２〜ｔ３において信号処理装置３１やシステム制御装置８０で処理され、処理画像をディスプレイ上に表示される。また、この画像追尾計算の結果、処理された情報は、位置補正データとして、首振り機構１３１，１３２に送られる。そして、時間ｔ０〜ｔ３までと同じ画像取得から画像処理までのサイクルが、時間ｔ３以降、繰返される。
【００５７】
時間ｔ３〜ｔ５にかけて次の画像検出と画像取り込みが行なわれている間に、首振り機構１３１，１３２の首振りサーボは、位置補正データとして送られてきた画像追尾計算の結果を基に、微小首振り角θ１及びθ２、駆動される。首振り機構１３１，１３２を駆動させている時間ｔ３〜ｔ５の間、治療用放射線３ａを照射しないように、照射ヘッド１０は、安全性を考慮してインターロックされている。
【００５８】
首振り機構１３１，１３２が停止する時間ｔ５において、照射ヘッド１０のインターロックは、解除され、治療用放射線３ａは、照射されはじめる。治療用放射線３ａの照射時間は、次に首振り機構１３１，１３２が駆動されるまでの、時間ｔ５〜ｔ６である。また、この時間ｔ５〜ｔ６と同期して、時間ｔ３〜ｔ５の間に取得された取得画像の追尾画像データの画像追尾計算が実行される。時間ｔ６において、３回目の画像検出と２回目の首振りサーボ駆動が開始され、２回目の画像追尾計算と１回目の治療用放射線３ａの照射が完了する。
【００５９】
治療用放射線３ａの照射停止後、時間ｔ６に画像取得用Ｘ線３ｂの照射を開始し、時間ｔ６から始まる次の取得画像処理サイクルに移行する。時間ｔ０から３回目の画像取り込み後のタイミングｔ８に照射ヘッド１０のインターロックが解除され、２回目の治療用放射線３ａの照射が再開される。
【００６０】
このように、画像処理のサイクルと首振り及び照射のサイクルとは、互いにオーバーラップしている。ある画像処理のサイクルの間に行なわれる首振りヘッドの駆動及び治療用放射線３ａの照射を行うサイクルは、この画像処理のサイクルの１つ前に行なわれた画像処理のサイクルの情報に基づいて行なわれる。
【００６１】
なお、心鼓動などの早い動きに追従する場合、画像検出の開始から、照射ヘッド１０を首振りさせて、治療用放射線３ａを照射し終わるまでの時間ｔ０〜ｔ６は、０．１秒以内が一つの目安とされている。そこで、図１５に示すタイムチャートは、画像処理の１サイクル及び首振り及び照射の１サイクルをそれぞれ０．０５秒とした場合を示している。したがって、図１５に示すタイムチャート中の時間は、一例であって、これ以外の時間間隔で実施されてもよい。
【００６２】
また、画像取得や画像追尾計算に異常が生じた場合、その時点で治療用放射線３ａの照射を停止するようにインターロックをかけ、安全性を向上させる。なお、本実施形態の放射線治療装置６では、照射ヘッド１０の首振り及び位置決めが正常に行われたことを確認してから治療用放射線３ａの照射がなされるよう構成されている。
【００６３】
このように本実施形態の放射線治療装置６において、画像検出のサイクル、画像取込のサイクル、画像追尾計算のサイクル、それに基づくヘッド首振り制御のサイクル、治療用放射線３ａの照射のサイクルが繰返され、寝台の１／２球殻の位置から照射野５への追従照射による治療が行われる。
【００６４】
次に、図１５及び図１６を参照して本発明の擬似ノンアイソセントリック型放射線治療装置を用いた治療の手順について説明する。
【００６５】
放射線治療においては医師が治療計画を立てる。その治療計画は術前に行われる種々の検査に基づくものであるが、さらに医師は手術中において本発明の装置を用いることにより患部の病巣を直接的にリアルタイムで画像診断することにより高精度で確実性の高い放射線治療を行うことができる。
【００６６】
図１６の（ａ）に示すように、Ｘ線ＣＴ装置３０のみを用いて照射野５及びその近傍領域の診断画像を構成する。システム画面で治療野５の各断面図を確認して、画像追尾のための輪郭線を定義する。治療開始に先立って照射野５のマッピングは終了しており、これを参考に複数のスライスで照射野５の輪郭を定義する。
【００６７】
図１６の（ｂ）に示すように、放射線治療装置の画像追尾システムが、実際の照射野５の画像の輪郭抽出を行い、定義された輪郭線とのパターンマッチングを行って画像追尾を開始する。医師は画像追尾状況を目視で確認する。
【００６８】
図１６の（ｃ）に示すように、画像追尾が安定した後に、医師はマスターアームスイッチ（Master Arm SW）を操作して、システムをARMED状態にする。システムは照準をクロスヘアラインで照射ボリュームを赤色で画像上に表示する。画像追尾が継続しているため、照準及び照射ボリュームは照射野の移動とともに自動的に追従する。
【００６９】
図１６の（ｄ）に示すように、医師のトリガ操作で治療用放射線３ａの照射を開始する。治療計画の段階で予定の照射時間は決まっており、画面上ではカウントダウンが開始され、カウントゼロ（時刻ｔ４）になると治療用放射線は自動的に停止する。画面上には線量分布が継続的に表示され、医師はこれを確認しながらトリガを引き続けて照射を継続する。システムは画像のサンプリング、治療用放射線の照射を高速に交互に続け、画像追尾と治療用放射線の照射とをリアルタイムで継続する。カウントダウンがゼロになる前であっても、医師がトリガを離せば、そのタイミングで直ちに治療用放射線は停止するので、安全性は十分に確保される。
【００７０】
図１６の（ｅ）に示すように、医師はマスターアームスイッチ（Master Arm SW）をSAFE位置としてシステムを安全な状態にし、照射ヘッド１０を次の照射位置へ移動させる。各ポータルにおける照射終了後と一連の照射終了後に医師は累積被曝線量の総計にあたるトータルドウズ（Total Dose）を確認する。累積線量および１クール内の累積線量分布が画面に表示され、患者毎に作成される治療ファイルに記憶される。
【００７１】
本実施形態の治療装置によれば、画像処理時間を含めて０．１秒以内に照射ヘッドを高速首振り動作させ、照射野（患部）の動きに対して追随させることができるので、高精度に放射線を照射することができる。このように患部の動きに対応して高応答かつ高精度にノンアイソセントリック照射することが可能であるので、頚部以下の呼吸や心鼓動、蠕動や膀胱内の尿量等、臓器の運動や状態の影響を受けて腫瘍等の照射対象が移動する部位を治療対象とすることができるようになる。
【００７２】
本実施形態によれば、照射ヘッド部全体のアイソセントリックな動きに加えて、照射ヘッド部自体をその慣性中心等の適当な回転中心のまわりに１軸又は２軸の首振り動作することにより、擬似的にノンアイソセントリックな照射治療が可能となり、その効果は完全にノンアイソセントリックな照射治療装置に対して全く遜色の無いレベルものが得られる。また、所要の首振り角は、約３°（±１．５°）であり、呼吸や心鼓動による照射野の移動に対応して高速に追従可能である。
【００７３】
本実施形態によれば、剛性の点で問題の多い片持型のロボットアームと異なり、高強度・高剛性の照射ヘッド支持構造を採用することができ、高い絶対精度を機械的に保証することが可能となる。このため、ロボットアームを使用して所要の位置決め精度を確保する場合に必要となるティーチングが不要となり、
効率的な治療が可能となる。
【００７４】
ノンアイソセントリックな照射治療に所要の自由度を遙かに超える過剰な自由度を持つ汎用の産業用ロボットアームを適用するのは患者の安全性の点で問題がある。即ち、ロボットアームの誤動作等の事故の際に、ロボットアームもしくはその先端の照射ヘッドが患者に接触して、患者に対して外傷的な危害が及ぶ可能性がある。これに対して、本実施形態では、照射ヘッド支持機構及び照射ヘッド自体が機械的に可動範囲が制限されており、患者に対する絶対的な安全性が確保できる。
【００７５】
従来技術では、照射治療中に照射野をリアルタイムに監視することができず、推定に基づく照射を余儀なくされたが、本発明によれば、通常のＸ線透視装置や、Ｘ線ＣＴ装置、ＰＥＴ、ＤＳＡ等の画像取得装置で、照射治療中に照射野をリアルタイムで監視することが可能となり、信頼性・安全性の高い照射治療が可能となる。
【００７６】
また、リアルタイムに得られる上記の照射野画像を基にして画像追尾を行い、移動する照射野への追従照射が可能となる。
【００７７】
本発明の実施形態に示される医師とのマンマシン・インタフェイスにより、安全性・信頼性に優れた確実な放射線治療が可能となる。
【００７８】
（第２の実施形態）
次に、図１７および図１８を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００７９】
本実施形態の装置６Ａでは、回転ドラム（治療用ガントリ）９９上に治療用の照射ヘッド１０、画像取得用Ｘ線源（ＣＴ用Ｘ線管）９７およびセンサアレイ９８を搭載している。すなわち、装置全体構造としては、上記第１実施形態の回転型のＸ線ＣＴ装置３０のドラム部の上に照射ヘッド１０を装備した構造としている。回転ドラム（治療用ガントリ）９９の回転中心はアイソセンタ５ａとされている。照射ヘッド１０は、４ＭｅＶ〜１０ＭｅＶの電子リニアックからなり、図示のように２軸（Ｓ１，Ｓ２）に首振りでき、これらの首振り動作によってドラム回転軸周りにノンアイソセントリックな照射が可能である。なお、Ｓ２軸の首振りには、ドラムの回転に伴う照準角度補正も含める必要がある。一方、Ｓ１軸の首振りに関しての照準角度補正は不要である。
【００８０】
画像取得用Ｘ線源９７およびセンサアレイ９８は照射ヘッド１０と干渉を生じない箇所にそれぞれ取り付けられ、画像取得用Ｘ線源９７とセンサアレイ９８とは互いに向き合っている。検出用のＸ線センサアレイ９８はマルチ配列（Multi row）タイプの多列センサである。なお、Ｘ線ＣＴ装置やＰＥＴではリアルタイムイメージングが必要であり、高速のリアルタイム画像再構成計算処理が必要となる。
【００８１】
（第３の実施形態）
次に、図１９を参照して本発明の第３の実施形態について説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００８２】
本実施形態の装置６Ｂでは、回転ドラム（治療用ガントリ）９９上に照射ヘッド１０、通常のＸ線透視装置を構成する２組のＸ線源９７Ａ，９７Ｂ及びセンサアレイ９８Ａ，９８Ｂのセットが装備されている。すなわち、上記第２実施形態とは異なり、回転ドラム９９にはＸ線ＣＴ装置用のＸ線源とセンサアレイが装備されているのではなく、本実施形態では通常のＸ線透視装置を構成する２組のＸ線源９７Ａ，９７Ｂ及びセンサアレイ９８Ａ，９８Ｂを装備しており、Ｘ線透視装置のセットの目視線は互いに一致しないようになっている。これにより患者４の体内のランドマーク若しくは微小の金プレート等のマーカのＸ線透視画像を２軸方向について取得し、患部位置の動きを把握するようにしている。なお、Ｘ線透視画像の画像強調方式としては、造影剤を用いてＤＳＡのような画像処理を行う方式も考えられる。
【００８３】
照射ヘッド１０は、４ＭｅＶ〜１０ＭｅＶの電子リニアックからなり、図示のように２軸（Ｓ１，Ｓ２）に首振りでき、これらの首振り動作によってドラム回転軸周りにノンアイソセントリックな照射が可能である。なお、Ｓ２軸の首振りには、ドラムの回転に伴う照準角度補正も含める必要がある。一方、Ｓ１軸の首振りに関しての照準角度補正は不要である。
【００８４】
（第４実施形態）
次に、図２０〜図２８を参照して本発明の第４実施形態に係る放射線治療装置を説明する。
【００８５】
図２０に示すように、本実施形態の放射線治療装置は、治療室２００側に配置される要素と、隔壁２０１により治療室２００から隔離された操作室２０２に配置される要素とからなる。
【００８６】
治療室２００に配置される要素は、支持移動機構２１０と、この支持移動機構２１０により予め定めた第１球面座標上で支持され且つ移動する照射ヘッド２２０と、マイクロ波発振器２３０と、照射ヘッド２２０内の治療用放射線発生部２２１にマイクロ波発振器２３０で発生させたマイクロ波電力を伝送するマイクロ波伝送系である固定導波管部２４０、移動導波管部２５０及びヘッド内導波管部２６０と、寝台部２７０とである。
【００８７】
操作室２０２に配置される要素は、システム制御卓２８０である。
【００８８】
支持移動機構２１０は、治療室２００の床に固定される一対の基台２１１，２１２と、この基台２１１，２１２に設けられた一対の傾動機構２１３，２１４と、照射ヘッド２２０を支持且つ移動させるための半円弧状軌道が形成されたガイドレール２１５と、一対のウエイト２１６，２１７とを含む。すなわち、ガイドレール２１５の中間部に前記軌道２１５Ａが形成されると共にその両端２１５Ｂ１，２１５Ｂ２は、基台２１１，２１２に設けた傾動機構２１３，２１４により支持される。傾動機構２１３，２１４を駆動することにより、アイソセンタ３００を中心に符号３０１に示す方向にガイドレール２１５は回転駆動される。
【００８９】
照射ヘッド２２０は、電子銃、加速器、ターゲット、コリメータ、真空ポンプ等からなる治療用放射線発生部２２１と、ラック・アンド・ピニオン、ベルト及びプーリ等の機構により照射ヘッド２２０を軌道２１５Ａに沿って符号３０２に示す方向に周回移動させる周回移動機構２２２と、治療用放射線発生部２２１を符号３０３に示す直行２方向に首振りさせるジンバル機構２２３とを有する。ここに、傾動機構２１３，２１４及び周回移動機構２２２の動作により、照射ヘッド２２０を、アイソセンタ３００をアイソセントリック回転させることができる。また、後述するジンバル機構２２３の動作は、照射ヘッド２２０を疑似ノンアイソセントリックな回転をさせることができる。
【００９０】
マイクロ波発振器２３０は、クライストロンの如きマイクロ波電子管からなる。このマイクロ波発振器２３０、マイクロ波伝送系及び治療用放射線発生部２２１は、従来の小型電子リニアックの如き放射線治療装置では回転体である照射ヘッドを含むガントリ内に一体化されて組み込まれているものがあったが、本実施形態の放射線治療装置においては、重量物であるマイクロ波発振器２３０を治療室２００の床に設置することで、軽量化された照射ヘッドを実現している。このような軽量化された照射ヘッド２２０であることと、特徴的な支持移動機構２１０との組合せにより、照射ヘッド２２０を、治療室２００の空間上で規定される球面座標系上での任意位置への移動を可能としている。
【００９１】
移動導波管部２５０は、第１，第２直線形導波管２５１，２５２と、第１，第２，第３ロータリＲＦカプラ２５３，２５４，２５５を含むパンタグラフ機構であり、固定導波管部２４０とヘッド内導波管部２６０とを連結する。すなわち、同種の第１，第２，第３ロータリＲＦカプラ２５３，２５４，２５５のうち、代表として第２ロータリＲＦカプラ２５４を第１，第２直線形導波管２５１，２５２を含めて、図２１を参照して説明する。
【００９２】
図２１において、第２ロータリＲＦカプラ２５４は、一端側に第１直線導波管２５１が接続される第１筒体２５４Ａと、この第１筒体２５４Ａと同一の軸芯を持ち第１筒体２５４Ａの他端側に一端側がベアリング２５４Ｃを介して回転可能に組み合わされ且つ他端側に第２直線導波管２５２が接続される第２筒体２５４Ｂとを含む。尚、第１，第２筒体２５４Ａ，２５４Ｂの軸心方向と、第１，第２直線導波管２５１，２５２の伸長方向とは直角である。
【００９３】
また、第１，第２筒体２５４Ａ，２５４Ｂの開口部には、２つの開口を形成してなる帯域フィルタ板２５４Ｄが設けられている。さらに第１筒体２５４Ａと第２筒体２５４Ｂとの間には磁性シール機構２５４Ｅが設けられている。この磁性シール機構２５４Ｅは気密封止のためＯリングに代わるものであり、一対の電磁石２５４Ｅ１，２５４Ｅ２により磁性流体２５４Ｅ３を挟みこんだ構造である。このような磁性シール機構２５４Ｅを第１筒体２５４Ａと第２筒体２５４Ｂとの間に設けていることにより、従来のような劣化に伴う定期交換を必要とするＯリングに比べて、保守管理の面で有利である。
【００９４】
このような第２ロータリＲＦカプラ２５４及び第１，第２直線形導波管２５１，２５２によれば、第１直線導波管２５１の伸長方向から伝送されたマイクロ波電力は、第２ロータリＲＦカプラ２５４の入口で直角に曲げられて、出口で再度直角に曲げられて第２直線導波管２５２の伸長方向に伝送される。また、第２ロータリＲＦカプラ２５４の第１筒体２５４Ａ，第２筒体２５４Ｂは互いに回転可能であるので、第１，第２筒体２５４Ａ，２５４Ｂに直角に接続された第１直線導波管２５１と第２直線導波管２５２とを互いに異なる方向に回転させることができる。
【００９５】
従って、移動導波管部２５０は、第２ロータリＲＦカプラ２５４に一端部が接続された第１直線導波管２５１の他端部を、第２ロータリＲＦカプラ２５４と同様の構造を有しガイドレール２１５の端部に固定された第１ロータリカプラ２５３に接続し、第２ロータリＲＦカプラ２５４に一端部が接続された第２直線導波管２５２の他端部を、第２ロータリＲＦカプラ２５４と同様の構造を有し照射ヘッド２２０に固定された第３ロータリＲＦカプラ２５５に接続しているので、照射ヘッド２２０の移動に伴って、第１，第２，第３ロータリＲＦカプラ２５３，２５４，２５５それぞれの第１，第２筒体２５４Ａ，２５４Ｂが回転して第１，第２直線導波管２５１，２５２を、第２ロータリＲＦカプラ２５４を中心に開閉することができる。これは、第１，第２直線形導波管２５１，２５２と、第１，第２，第３ロータリＲＦカプラ２５３，２５４，２５５とを含む移動導波管部２５０が、パンタグラフ機構であることを示している。
【００９６】
また、図２２は、２つのロータリＲＦカプラ２５４，２５４′と、５本の導波管とを用いて、曲がった伝送経路を形成する例を示している。この例では、図２１と同様のロータリＲＦカプラ２５４及び直線導波管２５６，２５７と、これと同様のロータリＲＦカプラ２５４′及び直線導波管２５６′，２５７′とを、ベンド形導波管２５８により連結した構成である。
【００９７】
このように、図２１に示すロータリＲＦカプラ２５４及び複数の導波管の組を複数製作し、これらをベンド形導波管により連結することにより、曲がった伝送経路を容易に形成することができる。
【００９８】
次に図２３を参照して、照射ヘッド２２０と移動導波管部２５０との関係を説明する。すなわち、図２０においてアイソセンタ３００を規定したとき、照射ヘッド２２０は、支持移動機構２１０により治療室２００の空間上で規定される球面座標系上での任意位置への移動を可能としている。この球面座標系を図２３において、Ｐ１（ｒ１，θ１，φ１）で示すことができる。この場合、ｒ１は、アイソセンタ３００とターゲットとの間の距離とする。また、移動導波管部２５０の第３ロータリＲＦカプラ２５５は、照射ヘッド２２０が球面座標系Ｐ１（ｒ１，θ１，φ１）で移動すると、この座標系に応動してＰ２（ｒ２，θ２，φ２）で示す球面座標系上での移動が行われる。ｒ２は、アイソセンタ３００と第３ロータリＲＦカプラ２５５の軸心との間の距離とする。
【００９９】
このように本実施形態の放射線治療装置によれば、照射ヘッド２２０が移動する球面座標系Ｐ１に従って移動導波管部２５０を球面座標系Ｐ２上で移動することができ、移動導波管部２５０の動きを照射ヘッド２２０の動きに追従させることができる。
【０１００】
次に、固定導波管部２４０について説明する。すなわち、固定導波管部２４０は、移動導波管部２５０で用いた直線形導波管と同様の導波管、図２４に示す両端にフランジ２４１，２４２が設けられたＥベント形導波管２４３、図２５に示す両端にフランジ２４４，２４５が設けられたＨベント形導波管２４５、移動導波管部２５０で用いたロータリＲＦカプラ２５３，２５４，２５５と同様のロータリカプラを含み、マイクロ波発振器２３０と移動導波管部２５０とを連結する。図２０において、固定導波管部２４０は、マイクロ波発振器２３０の出力端から基台２１２内を通ってガイドレール２１５の端部２１５Ｂ２に設けた第１ロータリＲＦカプラ２５３に接続されている。
【０１０１】
次に、図２６（ａ）及び（ｂ）を参照して、照射ヘッド２２０及びヘッド内導波管部２６０について説明する。照射ヘッド２２０は、図２０で説明したように、治療用放射線発生部２２１、周回移動機構２２２、ジンバル機構２２３を有すると共にヘッド内導波管部２６０を付設している。なお、図２６（ａ）及び（ｂ）においては、図面に周回移動機構２２２は現れない。ジンバル機構２２３のフレーム２２３Ａに直行２方向に首振りさせるサーボ機構２２３Ｂ，２２３Ｃが設けられており、周回移動機構で位置決めされた位置で、フレーム２２３Ａ全体を首振りさせる。フレーム２２３Ａには、電子銃２２１Ａ，Ｃバンド定在波線形加速器の如き加速器２２１Ｂ，ターゲット２２１Ｃ，コリーメータ２２１Ｄ及び加速器２２１Ｂに連結される真空ポンプ２２１Ｅが搭載されている。
【０１０２】
このような治療用放射線発生部２２１は、電子銃２２１Ａから発射した電子線を加速器２２１Ｂより加速して、該加速した電子線をターゲット２２１Ｃに衝突させて放射線を発生させ、また該放射線をコリーメータ２２１Ｄで成形して、治療用放射線を照射ヘッド２２０から図示しない患者に照射する。また。
【０１０３】
上記において加速器２２１Ｂにはヘッド内導波管部２６０が接続されている。このヘッド内導波管部２６０は、ＲＦ窓２６２を内部に有しつ且つ一端側が加速器２２１Ｂに接続されたロータリＲＦカプラ２６１を有する。このロータリＲＦカプラ２６１の他端側には、ベンド形導波管２６３が接続されている。ＲＦ窓２６２を内部に有するロータリＲＦカプラ２６１及びベンド形導波管２６３は、ジンバル機構２２３のフレーム２２３Ａに搭載されている。
【０１０４】
ここにＲＦ窓２６２から加速器２２１Ｂまでの導波管部２６２Ａと、電子銃２２１Ａと、加速器２２１Ｂと、ターゲット２２１とによる空間は真空ポンプ２２１Ｅにより真空引きされる。また、ＲＦ窓２６２からマイクロ波発振器２３０までのヘッド内導波管部２６０、固定導波管部２４０及び移動導波管部２５０の内部は、ＳＦ６ガス等の電気絶縁ガスが、０．１〜０．２ＭＰａＧの圧力で充填されている。
【０１０５】
また、周回移動機構側には、導波管２６５，２６６，２６７が設けられ、導波管２６７は移動導波管部２５０の第３ロータリＲＦカプラ２５５に接続されている。ここにジンバル機構２２３のフレーム２２３Ａに搭載されたベンド形導波管２６３と、周回移動機構側に設けられた導波管２６５とは、詳細を図２７に示すフランジ２６４Ａ，２６４Ｂを有するフレキシブル導波管２６４により連結されている。なお、図２４，図２５，図２７におけるフランジは、図２８に示すフランジ２６８を用いることができる。なお、ヘッド内導波管部２６０においても、曲った伝送路を構成する場合には、図２４に示す両端にフランジ２４１，２４２が設けられたＥベント形導波管２４３、図２５に示す両端にフランジ２４４，２４５が設けられたＨベント形導波管２４５を用いることができる。
【０１０６】
図２０に示す、寝台部２７０は、患者２７２を載置しつつＺ方向（垂直方向）と、Ｘ，Ｙ方向（水平方向）とのうち少なくとも一方に移動する天板２７１を有する。この天板２７１の移動は、寝台部２７０に備わる図示しない移動機構により行われる。
【０１０７】
図２０に示す、システム制御卓２８０は、傾動機構２１３，２１４、照射ヘッド２２０の治療用放射線発生部２２１、周回移動機構２２２、ジンバル機構２２３、マイクロ波発振器２３０及び寝台部２７０を、自動又は手動により々制御する。
【０１０８】
以上のように構成された本実施形態の放射線治療装置によれば、次のよう効果がある。すなわち、重量物であるマイクロ波発振器２３０を治療室２００の床に設置して軽量化された照射ヘッド２２０を実現し且つ特徴的な支持移動機構２１０との組合せにより、照射ヘッド２２０を、治療室２００の空間上で規定される球面座標系Ｐ１上での任意位置に移動することが可能となる。
【０１０９】
また、本実施形態の放射線治療装置によれば、照射ヘッド２２０が移動する球面座標系Ｐ１に従って移動導波管部２５０を球面座標系Ｐ２上で移動することができ、移動導波管部２５０の動きを照射ヘッド２２０の動きに追従させることができ、任意の位置における照射ヘッド２２０に対しマイクロ波電力を容易に供給することができる。
【０１１０】
さらに、移動導波管部２５０は、第１，第２直線形導波管２５１，２５２と、第１，第２，第３ロータリＲＦカプラ２５３，２５４，２５５とによりパンタグラフ機構を構成しているので、第２ロータリＲＦカプラ２５４を中心に第１直線形導波管２５１と第２直線形導波管２５２とを容易に開閉し且つ移動量を吸収することができ、患者２７２への干渉を未然に防止とすることができる。
【０１１１】
また、固定導波管部２４０及びヘッド内導波管部２６０は、直線形導波管と共にＥベント形導波管２４３、Ｈベント形導波管２４５、ロータリＲＦカプラ２５３，２５４，２５５と同様のロータリＲＦカプラを用いて構成しているので、曲がった伝送路を最短距離で形成することができ、小型化に寄与するものとなる。
【０１１２】
さらに、ロータリＲＦカプラ２５４の第１筒体２５４Ａと第２筒体２５４Ｂとの間には磁性シール機構２５４Ｅを設けていることにより、従来のＯリングに比べて、摩耗に伴うリーク発生を抑制することができ、また劣化に伴う交換サイクルを延ばすことができる。
【０１１３】
また、ヘッド内導波管部２６０におけるジンバル機構２２３に搭載されるベンド形導波管２６３と、周回移動機構側に設けられた導波管２６５とは、フレキシブル導波管２６４により連結しているので、ジンバル機構２２３によりベンド形導波管２６３を含む治療用放射線発生部２２１が首振り動作により微少角変位しても、この首振り動作の伴う治療用放射線発生部２２１の位置ずれは容易にフレキシブル導波管２６４により吸収することができる。これにより、治療用放射線発生部２２１に所定のマイクロ波電力を供給しつつジンバル機構２２３により、照射ヘッド２２０を円滑に疑似ノンアイソセントリック回転させることが可能となる。
【０１１４】
さらに、本実施形態の放射線治療装置においては、マイクロ波発振器２３０と加速器２２１Ｂとの間におけるマイクロ波伝送系において、マイクロ波を利用する部分である加速器２２１Ｂの近傍にＲＦ窓２６２を設けているので、真空にする必要がある部分は、ＲＦ窓２６２から加速器２２１Ｂまでの導波管部２６２Ａと、電子銃２２１Ａと、加速器２２１Ｂと、ターゲット２２１とによる、加速器２２１Ｂの近傍の狭い空間だけとなるので、真空ポンプ２２１Ｅは小容量のものを用いることができ、照射ヘッド２２０の小型化且つ軽量化に大きく寄与する。また、真空にする必要がある部分が加速器２２１Ｂの近傍の狭い空間であるので高真空度到達が達成され放電リスクが軽減される。さらに、真空にする必要がある部分が加速器２２１Ｂの近傍の狭い空間であるので真空漏れの発生頻度は低減され得る。
【０１１５】
また、ＲＦ窓２６２からマイクロ波発振器２３０までのマイクロ波伝送系、つまりヘッド内導波管部２６０、固定導波管部２４０及び移動導波管部２５０の内部は、ＳＦ６ガス等の電気絶縁ガスが、０．１〜０．２ＭＰａＧの圧力で充填されているので、マイクロ波伝送系内の内圧により、マイクロ波伝送系の保全能力が向上する。
【０１１６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、ジンバル機構により、導波管を含み電子銃、線形加速器及びターゲットからなる治療用放射線発生部が首振り動作により微少角変位しても、この首振り動作の伴う治療用放射線発生部の位置ずれは容易にフレキシブル導波管により吸収することができ、これにより、治療用放射線発生部に所定のマイクロ波電力を供給しつつジンバル機構により、照射ヘッドを円滑に回転させることが可能となり、優れた治療性能を有する放射線治療装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る放射線治療装置を寝台軸に直交する方向から見た構成図。
【図２】同実施形態の放射線治療装置を寝台軸方向から見た構成図。
【図３】同実施形態の放射線治療装置による放射線治療を説明する斜視図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る放射線治療装置における照射ヘッドを示し、（ａ）は正面から見た部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＩＶＢ−ＩＶＢに沿う断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＩＶＣ−ＩＶＣに沿う断面図。
【図５】同実施形態の放射線治療装置における照射ヘッドに備わる超小型Ｃ−Ｂａｎｄ加速器を示す構成図。
【図６】同実施形態の放射線治療装置による擬似ノンアイソセントリックで放射線治療を行う際の照射ヘッド及び患者を示す斜視図。
【図７】同実施形態の放射線治療装置による擬似ノンアイソセントリックで放射線治療を行う際の照射ヘッドの首振り動作の一例を説明するものであって、図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩに沿う部分断面図。
【図８】同実施形態の放射線治療装置による擬似ノンアイソセントリックで放射線治療を行う際の照射ヘッドの首振り動作の他例を説明するものであって、図５におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿う部分断面図。
【図９】同実施形態に係る放射線治療装置のブロック図。
【図１０】同実施形態に係る放射線治療装置の照射ヘッドを示す斜視図。
【図１１】図１１は同実施形態における首振り機構を示し、（ａ）は導波管と首振り機構及び駆動モータを示す斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＸＩＢ−ＸＩＢに沿う断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＸＩＣ−ＸＩＣに沿う断面図、（ｄ）は（ａ）におけるＸＩＤ−ＸＩＤに沿う断面図。
【図１２】同実施形態の放射線治療装置における導波管系及びロータリＲＦカプラを示す斜視図。
【図１３】同実施形態の放射線治療装置におけるロータリＲＦカプラ及び導波管を示す斜視図。
【図１４】同実施形態の放射線治療装置におけるロータリＲＦカプラを説明する図。
【図１５】同実施形態における動作を示すタイミングチャート。
【図１６】同実施形態における放射線治療の操作手順を、モニタ画面の変化で示す図。
【図１７】本発明の第２実施形態に係る放射線治療装置を、寝台軸の方向から見た構成図。
【図１８】同実施形態に係る放射線治療装置を、寝台軸の方向から見た構成図。
【図１９】本発明の第３実施形態に係る放射線治療装置を、寝台軸の方向から見た構成図。
【図２０】本発明の第４実施形態に係る放射線治療装置を示す斜視図。
【図２１】同実施形態におけるロータリＲＦカプラの断面図。
【図２２】同実施形態におけるロータリＲＦカプラ及び導波管を組み合わせた伝送系を示す図。
【図２３】同実施形態における照射ヘッドに係る球面座標系と移動導波管部に係る球面座標系との関係を示す図。
【図２４】同実施形態におけるＥベンド形導波管を示す図。
【図２５】同実施形態におけるＨベンド形導波管を示す図。
【図２６】同実施形態における照射ヘッドを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図。
【図２７】同実施形態におけるフレキシブル導波管を示す図。
【図２８】同実施形態におけるフランジを示す図。
【符号の説明】
２００…治療室
２０１…隔壁
２０２…操作室
２１０…支持移動機構
２１１，２１２…基台
２１３，２１４…傾動機構
２１５…ガイドレール
２１５Ａ…軌道
２１６，２１７…ウエイト
２２０…照射ヘッド
２２１…治療用放射線発生部
２２２…周回移動機構
２２３…ジンバル機構
２３０…マイクロ波発振器
２４０…固定導波管部
２５０…移動導波管部
２６０…ヘッド内導波管部
２７０…寝台部
２８０…システム制御卓
【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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【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１３】
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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２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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