(57)【要約】放射線治療装置（１）は、放射線発生装置（４）が出射するＸ線（Ｒ１）がアイソセンタ（１３）で交差するように、放射線発生装置（４）を所定の半径の軌道に沿って移動させるガイド（９）と、アイソセンタ（１３）を通る傾倒軸（１１）中心にこのガイド（９）を回転させる支持部材（１２）とを備える。放射線発生装置（４）は、ガイド（９）と支持部材（１２）によって、球状面に沿って移動し、多方位からアイソセンタ（１３）に向けてＸ線（Ｒ１）を照射する。
2003018132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を出射する放射線発生装置と、
出射される放射線が１点で交差するようにアイソセンタを中心に前記放射線発生装置を所定の半径の軌道に沿って移動させるガイドと、
前記アイソセンタを通って前記軌道が形成する平面と平行に配置される傾倒軸を中心に前記ガイドを回転させる支持部材とを備える放射線治療装置。
【請求項２】
請求項１に記載の放射線治療装置において、
前記ガイドは、互いに交差する２つの回動軸を介して前記放射線発生装置を枢支する可動部材を備える。
【請求項３】
請求項１に記載の放射線治療装置において、
前記可動部材は、前記ガイドに設けられる少なくとも１対のレールに取付けられる。
【請求項４】
請求項１に記載の放射線治療装置において、
前記ガイドは、前記アイソセンタに対して正反対の方位から放射線を照射する範囲以上に前記放射線発生装置を移動させる移動範囲を有している。
【請求項５】
請求項１に記載の放射線治療装置において、
前記ガイドは、前記傾倒軸上の１か所で前記支持部材に支持される。
【請求項６】
請求項１に記載の放射線治療装置において、
前記ガイドは、前記傾倒軸上のアイソセンタの両側２か所で前記支持部材に支持される。
【請求項７】
請求項１に記載の放射線治療装置において、
前記ガイドは、円弧状に設けられ、前記アイソセンタを水平に通る傾倒軸で前記支持部材に枢支される。
【請求項８】
請求項１に記載の放射線治療装置において、
前記ガイドは、円弧状に設けられ、前記アイソセンタを鉛直に通る傾倒軸で前記支持部材に枢支される。
【請求項９】
請求項１に記載の放射線治療装置において、
前記ガイドは、環状に形成され、前記アイソセンタを水平に通る傾倒軸で前記支持部材に枢支される。
【請求項１０】
請求項１に記載の放射線治療装置において、
前記ガイドは、環状に形成され、前記アイソセンタを鉛直に通る傾倒軸で前記支持部材に枢支される。
【請求項１１】
請求項１に記載の放射線治療装置において、
前記支持部材は、前記アイソセンタよりも床に近い位置に取付けられる。
【請求項１２】
請求項１に記載の放射線治療装置において、
前記支持部材は、前記アイソセンタよりも天井に近い位置に取付けられる。
【請求項１３】
請求項５に記載の放射線治療装置は、
前記支持部材が前記ガイドを枢支する箇所に、前記傾倒軸を中心に前記ガイドを回転させる駆動装置を備える。
【請求項１４】
請求項６に記載の放射線治療装置は、
前記支持部材が前記ガイドを枢支する箇所の少なくとも１つに、前記傾倒軸を中心に前記ガイドを回転させる駆動装置を備える。
【請求項１５】
請求項２に記載の放射線治療装置において、
前記可動部材は、ガイドの外周側に取付けられたベルトを掴んで移動する駆動装置を備える。
【請求項１６】
請求項１に記載の放射線治療装置において、
前記放射線発生装置は、放射線を出射する窓の形状が変化する可変式コリメータを備える。
【請求項１７】
請求項１に記載の放射線治療装置は、
前記アイソセンタを含む範囲の放射線透過画像の情報を取得するイメージャをさらに備える。
【請求項１８】
請求項１７に記載の放射線治療装置において、
前記イメージャは、出射する放射線が前記アイソセンタで交差する放射線透過画像取得用の複数の放射線源と、これらの放射線源と対に設けられて前記放射線源から出射されて前記アイソセンタを通過した放射線をそれぞれ検出する検出器とを備える。
【請求項１９】
請求項１７に記載の放射線治療装置は、
前記イメージャで取得した情報を基に前記放射線発生装置を枢支する前記可動部材の２つの軸を制御する制御装置をさらに備える。
【請求項２０】
請求項１７に記載の放射線治療装置は、
前記放射線発生装置から出射される放射線の断面形状を変化させる可変式コリメータと、前記イメージャで取得した情報を基に前記可変式コリメータの前記窓の形状を変化させる制御装置とを備える。
【請求項２１】
請求項１７に記載の放射線治療装置において、
前記イメージャは、Ｘ線ＣＴスキャナである。
【請求項２２】
請求項１に記載の放射線治療装置は、
前記放射線発生装置に導波管を通してマイクロ波を供給するマイクロ波源を前記可動部材及び前記ガイドと離れた位置に備える。
【請求項２３】
請求項１に記載の放射線治療装置は、
前記アイソセンタを含む範囲に照射対象を位置決めする可動台をさらに備える。
【請求項２４】
請求項２３に記載の放射線装置において、
前記可動台は、照射対象を載せるスライドボードと、互いに直交する３つの軸に沿って前記スライドボードを移動させる駆動機構とを備える。
【請求項２５】
治療用放射線を出射する放射線発生装置と、
前記放射線発生装置を搭載した可動部材と、
前記可動部材を所望の向きに位置決めするマニピュレータと、
前記放射線発生装置から出射される前記治療用放射線の照射野を変化させる可変式コリメータと、
前記治療用放射線が照射される照射対象の３次元位置および３次元形状を検出する診断用イメージャと、
前記診断用イメージャによって検出された前記照射対象の３次元位置と３次元形状、及び前記照射対象に対する前記治療用放射線の照射角度を基に、前記可変式コリメータの出射口を、この出射口から出射される治療用放射線の照射野が前記３次元位置及び３次元形状を追尾するように制御する制御装置と、
前記照射対象を前記治療用放射線の照射野に位置決めする３軸直交型の位置決め装置とを備える放射線治療装置。
【請求項２６】
治療用放射線を出射する放射線発生装置と、
前記放射線発生装置を搭載した可動部材と、
患者を中心に前記可動部材を回転させるガントリと、
前記治療用放射線の照射野を変化させる可変式コリメータと、
前記治療用放射線が照射される照射対象の３次元位置及び３次元形状を検出する診断用イメージャと、
前記診断用イメージャによって検出された前記照射対象の３次元位置と３次元形状、及び前記照射対象に対する前記治療用放射線の照射角度を基に、前記可変式コリメータの出射口をこの出射口から出射される治療用放射線の照射野が前記３次元位置及び３次元形状を追尾するように制御する制御装置と、
前記照射対象を前記治療用放射線の照射野に位置決めする３軸直交型の位置決め装置とを備える放射線治療装置。
【請求項２７】
請求項２５に記載の放射線治療装置において、
前記可動部材は、前記治療用放射線の出射方向と交差する軸周りに回動する。
【請求項２８】
請求項２６に記載の放射線治療装置において、
前記可動部材は、前記治療用放射線の出射方向と交差する軸周りに回動する。
【請求項２９】
請求項２５に記載の放射線治療装置は、
前記放射線発生装置にマイクロ波を供給するマイクロ波源を前記可動部材と離して設け、前記マイクロ波源から前記放射線発生装置までマイクロ波を伝播する導波管を備える。
【請求項３０】
請求項２６に記載の放射線治療装置は、
前記放射線発生装置にマイクロ波を供給するマイクロ波源を前記可動部材と離して設け、前記マイクロ波源から前記放射線発生装置までマイクロ波を伝播する導波管を備える。
【請求項３１】
請求項２５に記載の放射線治療装置において、
前記診断用イメージャは、
出射される診断用Ｘ線が前記照射対象で互いに交差する複数のＸ線源と、
このＸ線源と対に設けられて前記照射対象を透過した前記診断用Ｘ線を検出する検出器と、
これらの検出器で検出された前記診断用Ｘ線を基に前記照射対象の３次元位置及び３次元形状を求める解析装置とを備える。
【請求項３２】
請求項２６に記載の放射線治療装置において、
前記診断用イメージャは、
出射される診断用Ｘ線が前記照射対象で互いに交差する複数のＸ線源と、
このＸ線源と対に設けられて前記照射対象を透過した前記診断用Ｘ線を検出する検出器と、
これらの検出器で検出された前記診断用Ｘ線を基に前記照射対象の３次元位置及び３次元形状を求める解析装置とを備える。
【請求項３３】
請求項２５に記載の放射線治療装置において、
前記診断用イメージャは、Ｘ線ＣＴスキャナである。
【請求項３４】
請求項２６に記載の放射線治療装置において、
前記診断用イメージャは、Ｘ線ＣＴスキャナである。
【請求項３５】
請求項２５に記載の放射線治療装置において、
前記制御装置は、前記診断用イメージャによって検出された前記照射対象の３次元位置及び３次元形状を基に、前記照射対象の前記放射線発生装置から見た投影面積に対応させて、前記可変式コリメータの出射口を変化させる。
【請求項３６】
請求項２６に記載の放射線治療装置において、
前記制御装置は、前記診断用イメージャによって検出された前記照射対象の３次元位置及び３次元形状を基に、前記照射対象の前記放射線発生装置から見た投影面積に対応させて、前記可変式コリメータの出射口を変化させる。
【請求項３７】
診断用イメージャの検出範囲内に位置決めされた患者の治療対象部位の３次元位置及び３次元形状を前記診断用イメージャで検出し、治療用放射線の照射角度と、前記診断用イメージャで検出された治療対象部位の３次元位置及び３次元形状とを基に、前記治療用放射線を通過させる可変式コリメータの出射口の位置及び形状を前記治療用放射線の照射方向から見た前記治療対象部位の投影断面積に対応させて連続的に変化させ、前記治療用放射線の照射野を前記治療対象部位に連続的に追尾させる治療用放射線の照射方法。
【請求項３８】
診断用イメージャを備える放射線治療装置の制御方法において、
前記診断用イメージャの検出範囲内に位置決めされた患者の治療対象部位の３次元位置及び３次元形状を前記診断用イメージャで検出し、
治療用放射線の照射角度と、前記診断用イメージャで検出された治療対象部位の３次元位置及び３次元形状とを基に、前記治療用放射線の照射野を前記治療対象部位に連続的に追尾させるべく前記治療用放射線を通過させる可変式コリメータの出射口の位置及び形状を前記治療用放射線の照射方向から見た前記治療対象部位の投影断面積に対応させて連続的に変化させる放射線治療装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、照射対象の回りを移動する放射線発生装置を備え、放射線を多方位から照射対象に照射する放射線治療装置に関する。
背景技術
例えば、放射線治療に用いられる放射線治療装置は、放射線を発生させる線形加速器と、この線形加速器から出射される放射線を多方位から照射対象に通過させる位置決め装置とを備える。
水平軸を中心に回転するガントリを位置決め装置として備える放射線治療装置がある。線形加速器は、ガントリの内部に配置される。放射線は、ガントリの端から回転中心に向けて出射される。この放射線治療装置は、ガントリを回転させ、放射線を出射する場合、放射線が１点で交差するので、アイソセントリック型と称される。照射対象は、アイソセンタに配置される。
また、多軸マニピュレータを位置決め装置として備える放射線治療装置がある。線形加速器は、多軸制御のマニピュレータのヘッドに取付けられる。この放射線治療装置は、マニピュレータを動かして、放射線を出射する場合、放射線が特定の１点で交差しないので、ノンアイソセントリック型と称される。照射対象は、マニピュレータの移動範囲内に配置される。
位置決め装置としてガントリを備えた放射線治療装置において、放射線の照射方位は、ガントリが回転することによって変化するのみである。したがって、ガントリが回転することによって変化する放射線の照射方位以外の方位から放射線を照射するために、照射対象は、ガントリの回転中心軸と異なる角度の軸を中心に回転しなければならない。
特に、放射線治療において、照射対象は、患者の体内にあるので、患者は、照射対象を回転させるためにアイソセンタを中心に回転されなければならない。この場合、鉛直軸を中心に回転させる場合を除き、患者は、アイソセンタを中心に傾けられるので、重力などの外的要因によって患者の姿勢や患部の形状は、変化してしまう。
位置決め装置として多軸制御のマニピュレータを備える放射線治療装置において、放射線の照射方位は、マニピュレータに備わった各軸をそれぞれ制御することで、照射対象を中心とする任意の角度に設定することができる。また、同じ照射方位であっても、マニピュレータの姿勢は、多様であり、１つに定まらない。マニピュレータの撓み及び各軸にかかる負荷は、姿勢ごとに異なるので、放射線を出射するヘッドは、精度よく位置決めされ難い。また、ヘッドの位置補整は、複雑であり、放射線の照射角度の再現性が乏しい。
したがって、これら従来の放射線治療装置では、精度よく放射線を照射することができないので、照射対象以外への放射線量が増加する。
そこで、放射線の照射対象を傾けることなく、多方位から放射線を照射することができるとともに、放射線の照射角度の再現性に優れる放射線治療装置が、切望されている。
発明の開示
本発明に係る放射線治療装置は、放射線発生装置とガイドと支持部材とを備える。放射線発生装置は、放射線を出射する。ガイドは、出射される放射線が１点で交差するようにアイソセンタを中心に放射線発生装置を所定の曲率半径の軌道に沿って移動させる。支持部材は、アイソセンタを通る傾倒軸を中心にガイドを回転させる。
本発明に係る放射線治療装置は、放射線発生装置の移動範囲を最大にするために、傾倒軸は、軌道が形成する平面と平行に配置するとよい。そして、ガイドは、傾倒軸上の１か所、またはアイソセンタの両側の傾倒軸上の２か所で支持部材に支持されることが好ましい。
本発明に係る放射線治療装置は、アイソセンタを外して照射対象に放射線を照射するために、互いに交差する２つの回動軸を介して放射線発生装置を枢支する可動部材をガイドに備えるとよい。放射線の照射角度の再現性を向上させるために、この可動部材は、ガイドに設けられた少なくとも１対のレールに取付けるとよい。
本発明に係る放射線治療装置において、ガイドは、アイソセンタに対して正反対の位置から放射線を照射する以上に放射線発生装置を移動させる移動範囲を有するとよい。
また、本発明に係る放射線治療装置において、ガイドは、円弧状に設けられ、アイソセンタを水平に通る傾倒軸あるいは鉛直に通る傾倒軸において支持部材で支持されるとよい。または、ガイドは、環状に設けられ、アイソセンタを水平に通る傾倒軸或いは鉛直に通る傾倒軸において支持部材で支持されてもよい。支持部材は、アイソセンタより床に近い位置に固定してもよいし、アイソセンタより天井に近い側に固定してもよい。
本発明に係る放射線治療装置は、支持部材がガイドを枢支する箇所に、傾倒軸を中心にガイドを回転させる駆動装置を備えることが好ましい。傾倒軸上のアイソセンタの両側の２か所ガイドを枢支する場合は、少なくとも一方に駆動装置を備えればよい。
本発明に係る放射線治療装置において、可動部材は、たとえば、ガイドの外周側に取付けられたベルトを掴んで移動する駆動装置を備える。
本発明に係る放射線治療装置において、放射線発生装置は、出射する放射線の断面形状を変化させるために、放射線を出射する窓の形状が変化する可変式コリメータを備えるとよい。
本発明に係る放射線治療装置は、アイソセンタに配置された照射対象を確認するために、さらに放射線透過画像の情報を取得する診断用イメージャを備えるとよい。
本発明に係る放射線治療装置において、診断用イメージャは、複数の放射線源とこれら放射線源と対で設けられる検出器とを少なくとも備える。照射対象の３次元位置及び形状を知るために、放射線源は、出射する放射線がアイソセンタで互いに交差するように配置されるとよい。検出器は、放射線源から出射されてアイソセンタを通過した放射線を検出する位置に配置されればよい。
本発明に係る放射線治療装置は、イメージャで確認された照射対象の位置に放射線発生装置から出射される放射線を向けるために、イメージャで取得した情報を基に放射線発生装置を枢支する可動部材の２つの軸を制御する制御装置を備えるとよい。
また、本発明に係る放射線治療装置は、イメージャで確認された照射対象の形状に放射線発生装置から出射される放射線の断面形状を合わせるために、イメージャで取得した情報を基に放射線が出射される可変式コリメータの窓の形状を変化させる制御装置を備えるとよい。
本発明に係る放射線治療装置において、取得される放射線透過画像の情報量をふやすために、イメージャは、Ｘ線ＣＴスキャナにするとよい。
本発明に係る放射線治療装置は、ガイドに搭載される放射線発生装置を軽量化するために、可動部材及びガイドと離れた位置にマイクロ波源を配置し、放射線発生装置に導波管を通してマイクロ波を供給するとよい。
本発明に係る放射線治療装置は、アイソセンタを含む範囲に照射対象を位置決めするために、さらに可動台を備えるとよい。この可動台は、照射対象を載せるスライドボードと、互いに直交する３つの軸に沿ってスライドボードを移動させる駆動機構とを備える。
本発明に係る放射線治療装置は、治療用放射線を出射する放射線発生装置と、前記放射線発生装置を搭載した可動部材と、前記可動部材を所望の向きに位置決めするマニピュレータと、前記放射線発生装置から出射される前記治療用放射線の照射野を変化させる可変式コリメータと、前記治療用放射線が照射される照射対象の３次元位置および３次元形状を検出する診断用イメージャと、前記診断用イメージャによって検出された前記照射対象の３次元位置と３次元形状、及び前記照射対象に対する前記治療用放射線の照射角度を基に、前記可変式コリメータの出射口を、この出射口から出射される治療用放射線の照射野が前記３次元位置及び３次元形状を追尾するように制御する制御装置と、前記照射対象を前記治療用放射線の照射野に位置決めする３軸直交型の位置決め装置とを備える。
本発明に係る放射線治療装置は、治療用放射線を出射する放射線発生装置と、前記放射線発生装置を搭載した可動部材と、患者を中心に前記可動部材を回転させるガントリと、前記治療用放射線の照射野を変化させる可変式コリメータと、前記治療用放射線が照射される照射対象の３次元位置及び３次元形状を検出する診断用イメージャと、前記診断用イメージャによって検出された前記照射対象の３次元位置と３次元形状、及び前記照射対象に対する前記治療用放射線の照射角度を基に、前記可変式コリメータの出射口をこの出射口から出射される治療用放射線の照射野が前記３次元位置及び３次元形状を追尾するように制御する制御装置と、前記照射対象を前記治療用放射線の照射野に位置決めする３軸直交型の位置決め装置とを備える。
本発明に係る治療用放射線の照射方法は、診断用イメージャの検出範囲内に位置決めされた患者の治療対象部位の３次元位置及び３次元形状を前記診断用イメージャで検出し、治療用放射線の照射角度と、前記診断用イメージャで検出された治療対象部位の３次元位置及び３次元形状とを基に、前記治療用放射線を通過させる可変式コリメータの出射口の位置及び形状を前記治療用放射線の照射方向から見た前記治療対象部位の投影断面積に対応させて連続的に変化させ、前記治療用放射線の照射野を前記治療対象部位に連続的に追尾させることによって行われる。
診断用イメージャを備える放射線治療装置の制御方法において、本発明の放射線治療装置の制御方法は、前記診断用イメージャの検出範囲内に位置決めされた患者の治療対象部位の３次元位置及び３次元形状を前記診断用イメージャで検出し、治療用放射線の照射角度と、前記診断用イメージャで検出された治療対象部位の３次元位置及び３次元形状とを基に、前記治療用放射線の照射野を前記治療対象部位に連続的に追尾させるべく前記治療用放射線を通過させる可変式コリメータの出射口の位置及び形状を前記治療用放射線の照射方向から見た前記治療対象部位の投影断面積に対応させて連続的に変化させる。
発明を実施するための最良の形態
本発明の第１の実施形態に係る放射線治療装置１について、図１及び図２を参照して説明する。図１に示す放射線治療装置１は、放射線発生装置４と、可変式コリメータ５と、マニピュレータ２と、可動台６と、診断用イメージャ７と、制御装置８とを備える。
放射線発生装置４は、治療用の放射線としてＸ線Ｒ１を出射する。このＸ線Ｒ１は、電子銃から発射された電子を加速器で加速させ、ターゲットに衝突させることで、発生する。
可変式コリメータ５は、放射線発生装置４の出射口に取付けられる。したがって、発生したＸ線Ｒ１は、可変式コリメータ５を通して出射される。図２に示すように、可変式コリメータ５は、２つのスライド群１９ａ，１９ｂを備えている。各スライド群１９ａ，１９ｂは、Ｘ線Ｒ１が出射されるＡ方向に対して直交するＳ方向に移動する多数のスライド２０ａ，２０ｂを備えている。スライド２０ａ，２０ｂは、Ａ方向及びＳ方向とそれぞれ直交するＷ方向に束ねられている。各スライド群１９ａ，１９ｂは、端部をＳ方向に突き合せて配置されている。スライド２０ａ，２０ｂは、Ｘ線Ｒ１を充分に吸収できる遮蔽厚さ及び材質、例えば比重の重い金属、具体的には、タングステンや鉛などを主成分に作られている。この可変式コリメータ５は、図１に示すように制御装置８によって制御され、スライド２０ａ，２０ｂの可動範囲内２１において、スライド群１９ａ，１９ｂの間に任意の断面形状の出射口２２を形成する。
マニピュレータ２は、図１に示すように、可動部材３と、ガイド９と、支持部材１２とを備えている。可動部材３は、互いに交差する２つの回動軸Ｃ，Ｄを介して放射線発生装置４を枢支している。回動軸Ｃ，Ｄは、放射線発生装置４から出射されるＸ線Ｒ１の出射方向と互いに直交するように配置される。回動軸Ｃは、放射線発生装置４を矢印Ｕ方向に傾け、回動軸Ｄは、放射線発生装置４を矢印Ｖ方向に傾ける。これにより、放射線発生装置４は、いわゆる首振り動作をする。また、可動部材３は、ガイドに支持されており、図示しない駆動装置によって、ガイド９に沿って移動する。
ガイド９は、円弧状に形成されている。ガイド９は、放射線発生装置４から出射されるＸ線Ｒ１が１点で交差するアイソセンタ１３を中心に、放射線発生装置４を所定の半径の軌道に沿って移動させる。また、ガイド９は、アイソセンタ１３に対して正反対の方位からＸ線Ｒ１を照射する範囲以上に放射線発生装置４を移動させる移動範囲を有している。つまり、ガイド９は、アイソセンタ１３を中心に放射線発生装置４を１８０°以上回転させることができる。
支持部材１２は、傾倒軸１１を中心にガイド９を回転させる。傾倒軸１１が水平に配置されることで、ガイド９は、いわゆるΩ形に配置される。傾倒軸１１は、放射線発生装置４がガイド９に沿って回動する回動軸１０とアイソセンタ１３において交差する。この場合、回動軸１０と傾倒軸１１は、放射線発生装置４の位置決め制御の観点から、互いに直交していることが好ましい。回動軸１０と傾倒軸１１を互いに直交するように配置すると、傾倒軸１１は、放射線発生装置４が移動する軌道が形成する平面と平行に配置されることとなる。また、この逆も同じである。
支持部材１２は、傾倒軸１１上のアイソセンタ１３の両側に配置され、床に固定される。また、２つ配置された支持部材１２の一方のガイド９を枢支する位置には、ガイド９を回転させる駆動装置としてサーボモータ１２ａが取付けられている。
ガイド９は、アイソセンタ１３から偏心して配置されている。そこで、傾倒軸１１に重心を配置するために、傾倒軸１１を中心としてガイド９と反対側に、カウンターウェイト１４を取付ける。ガイド９が傾いた状態でも重心の位置が傾倒軸１１上にあるので、サーボモータ１２ａにかかる負荷が軽減される。
以上のように、放射線治療装置１は、マニピュレータ２によって、アイソセンタ１３を中心とする球面上に放射線発生装置４を位置決めする。したがって、制御装置８は、極座標を使うと、放射線発生装置４の位置を制御しやすい。
また、放射線治療装置１は、回動軸Ｃ，Ｄを使って放射線発生装置４から出射されるＸ線Ｒ１の向きをアイソセンタ１３から外すことができる。つまり、放射線治療装置１は、アイソセンタ１３を中心に放射線発生装置４を位置決めし、アイソセンタ１３を外してＸ線Ｒ１の照射野をノンアイソセントリックに位置決めすることができる。
可動台６は、図１に示すように、放射線治療を必要とする患者Ｐを乗せるスライドボード６ａと、直交する３つの軸に沿ってスライドボード６ａを移動させる駆動機構６ｂを備える。可動台６は、患者Ｐの体軸Ｂをマニピュレータ２の傾倒軸１１と直交させる向きに配置される。可動台６は、照射対象として、患者Ｐの体内にある治療対象部位となる病巣Ｔを駆動機構６ｂによってアイソセンタ１３に位置決めできる。
診断用イメージャ７は、図１に示すように、Ｘ線源１５と検出器１６と解析装置１８とを備えている。Ｘ線源１５は、複数、本実施形態では２つ、の放射線源であって、出射するＸ線Ｒ２がアイソセンタ１３で交差するように配置される。検出器１６は、Ｘ線源１５と対で設けられ、アイソセンタ１３を中心として放射線源１５と点対称の位置に配置される。検出器１６は、アイソセンタ１３を中心とする検出範囲Ｍ内を通過したＸ線Ｒ２の情報を検出する。検出された情報は、解析装置１８に送られる。解析装置１８は、Ｘ線源１５と検出器１６の方位の情報及び送られてきたＸ線Ｒ２の情報を基に、検出範囲Ｍ内に位置決めされた病巣Ｔのアイソセンタ１３を基準とする３次元位置及び３次元形状を求める。また、放射線源１５と検出器１６の組は、互いの位置関係を保った状態で、アーム７ａに支持されている。アーム７ａは、アイソセンタ１３を通って傾倒軸１１と直交する軸１７を中心に、Ｘ線源１５と検出器１６を回動する。
制御装置８は、図１に示すように、マニピュレータ２、放射線発生装置４、可変式コリメータ５、可動台６、診断用イメージャ７にそれぞれ接続されており、それぞれが互いに接触しないためのソフトリミットを備えている。制御装置８は、診断用イメージャ７によって得られる病巣Ｔの３次元位置及び３次元形状の情報や、マニピュレータ２によって位置決めされる放射線発生装置４の位置や角度の情報を基に、放射線発生装置４から病巣ＴへのＸ線Ｒ１の照射投影断面形状を求める。制御装置８は、求められた照射投影断面形状を基に、可変式コリメータ５の出射光２２の形状を制御する。また、制御装置８は、図示しないモニタと操作盤を備えている。モニタは、診断用イメージャ７で検出したＸ線Ｒ２の情報を基に、検査範囲内Ｍの透過診断画像及び、病巣Ｔの３次元位置及び３次元形状を目視確認することができる。操作盤は、マニピュレータ２、放射線発生装置４、可変式コリメータ５、可動台６、診断用イメージャ７などを遠隔操作するために設けられる。
以上のように構成された放射線治療装置１の動作について説明する。放射線治療を施される病巣Ｔを持つ患者Ｐは、スライドボード６ａに寝かされる。可動台６は、予め実施された検査で判明している病巣Ｔをアイソセンタ１３の近傍に位置決めする。病巣Ｔは、検査範囲Ｍの内側に入るので、診断用イメージャ７で位置を確認され、必要に応じて可動台６を動かし、位置を微調整される。
事前に実施された検査によって決められた治療計画と、診断用イメージャ７によって得られた病巣Ｔ及びその周辺の情報を基に、放射線治療装置１は、病巣Ｔに照射するＸ線Ｒ１の照射野の形状及び照射角度などを設定される。
図２に示すように、病巣ＴがＴａからＴｂまで変形及び移動する場合、診断用イメージャ７によって、変形及び移動に対して充分に短い時間間隔で、アイソセンタ１３を中心とする検査範囲ＭのＸ線透過撮像を行なう。これによって、病巣Ｔの３次元位置及び３次元形状は、得られるＸ線Ｒ２の情報を基に、診断用イメージャ７の解析装置１８によって、追尾される。
解析装置１８によって追尾される病巣Ｔの３次元位置及び３次元形状と、このときのマニピュレータ２、放射線発生装置４、診断用イメージャ７の位置関係を基に、その都度制御装置８によって、放射線発生装置４から病巣Ｔへの照射投影断面形状が求められる。制御装置８は、移動及び変形するにつれてＴａからＴｂへ変化する病巣Ｔの照射投影断面形状に合わせて、Ｘ線Ｒ１の照射野が変化するように、可変式コリメータ５の出射口２２を２２ａから２２ｂへ変化させる。
以上のように、放射線治療装置１は、アイソセンタ１３を中心に放射線発生装置４を任意の半径の軌道に沿って移動させるガイド９と、アイソセンタ１３を通る傾倒軸１１を中心にガイド９を回転させる。したがって、放射線治療装置１は、アイソセンタ１３を中心とする任意の球面上に放射線発生装置４を位置決めする。したがって、アイソセンタ１３に配置された病巣Ｔなどの照射対象を動かすことなく、立体的に多方位からＸ線Ｒ１を照射することができる。
また、放射線治療装置１は、診断用イメージャ７を備えているので、病巣Ｔが放射線治療中に移動及び変形しても、病巣Ｔの位置及び形状を追尾し、Ｘ線Ｒ１を照射することができる。病巣Ｔを追尾する場合、実際に稼動する部分は、可変式コリメータ５のスライド２０ａ，２０ｂである。放射線治療装置１は、マニピュレータ２や放射線発生装置４を動かすことなく、病巣Ｔの移動及び変形に対してＸ線Ｒ１の照射野を追尾させる。したがって、放射線治療装置１は、病巣Ｔの小刻みなあるいは素早い移動や変形に対しても追尾応答性が良く、精度の良い追尾を行なうことができる。
また、放射線治療装置１は、治療中に得られる診断用イメージャ７の情報に基づいて病巣Ｔの位置及び形状にＸ線Ｒ１の照射野を適宜調節することができるので、照射対象以外の部位に対して不必要な放射線量を少なくすることができる。放射線治療装置１は、Ｘ線Ｒ１を連続的に病巣Ｔに対して照射することができるので、治療時間を短縮することができる。その結果、患者Ｐへの負担は、低減される。
なお、病巣Ｔが治療中に動く原因として、心鼓動、呼吸運動、蠕動運動などが考えられる。これら生理運動による動きは、体軸Ｂに沿う方向への移動量の方が大きい。そこで、可変式コリメータ５は、スライド２０ａ，２０ｂを束ねたＷ方向を体軸Ｂに沿う方向に合わせて取付ける。病巣Ｔの動きに対してＸ線Ｒ１の照射野で追尾可能な範囲は、スライド２０ａ，２０ｂを束ねる量を増やすことで、広くなる。
なお、可動部材３に搭載する放射線発生装置４の重量を軽減するために、マイクロ波発生装置、例えばクライストロンをマニピュレータ２の基部に設置し、このクライストロンから導波管を使用して放射線発生装置４に内蔵される加速器にマイクロ波を供給してもよい。その具体的な例を第２の実施形態において説明する。
本発明の第２の実施形態に係る放射線治療装置について、図３から図６を参照して説明する。なお、第１の実施形態の放射線治療装置１と同じ構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図３に示す放射線治療装置４１は、図１の放射線治療装置１と同様に、水平にアイソセンタ１３を通る傾倒軸１１を中心にガイド９を回転させる。ガイド９は、アイソセンタ１３の両側で支持部材１２に支持される。すなわち放射線治療装置４１は、両側支持のΩ形である。
放射線治療装置４１は、マイクロ波を供給するマイクロ波源３６を放射線発生装置４と離れた位置に配置した点が、図１に示す放射線治療装置１と異なる。この他、可変式コリメータや診断用イメージャは、図示されていないが、放射線治療装置１と同様に装備してもよい。
マイクロ波源３６から放射線発生装置４の近傍までのマイクロ波の供給は、導波管３７ａ，３７ｂ，３７ｃとロータリーＲＦカプラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃを通して行われる。放射線発生装置４の周辺の導波管３７ｄ，３７ｅの配置は、図４から図６を参照して説明する。放射線治療装置４１のその他の部分は、図１に示す放射線治療装置１と同様であるので、図３において簡略して図示している。
図３に示すマイクロ波源３６は、支持部材１２の近傍に配置されている。マイクロ波源３６として、例えばクライストロンやマグネトロンなどが使用される。導波管３７ａは、図３に示すように、マイクロ波源３６から支持部材１２の中を通って傾倒軸１１上まで配管される。支持部材１２とガイド９の間の回転部分は、図示されないロータリーＲＦカプラで連結される。
ガイド９から放射線発生装置４の近傍までの間の導波管３７ｂ，３７ｃは、放射線発生装置４が移動したときにアイソセンタ１３に配置される患者Ｐと干渉しないために、迂回して配置される。図３において、導波管３７ｂ，３７ｃの両端は、回動軸１０と平行な軸を中心に回転するロータリーＲＦカプラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃで連結され、放射線発生装置４が移動する平面と平行な面に沿って移動する。なお、図３において、ガイド９と放射線発生装置４との間は、２つの導波管３７ｂ，３７ｃで繋がれているが、これよりも多数の導波管で繋がれていてもよい。
導波管３７ｃの放射線発生装置４側の端部に取付けられたロータリーＲＦカプラ３８ｃの回転軸は、図４または図５に示すように可動部材３の回動軸Ｄと同軸上に配置する。こうすることで、放射線発生装置４が回動軸Ｄを中心に回転する場合、導波管３７ｂ，３７ｃ及びロータリーＲＦカプラ３８ｂが動かない。したがって、ロータリーＲＦカプラ３８ｃは、回動軸Ｄと同軸上に配置されなくても、放射線治療装置４１の動作に、支障をきたさない。
回動軸Ｃを中心に放射線発生装置４を回動させるために、図６に示すように、ロータリーＲＦカプラ３８は、導波管３７ｄに接続される。導波管３７ｄは、放射線発生装置４の周りを迂回して、回動軸Ｃを中心に回転するロータリーＲＦカプラ３８ｄに接続されている。ロータリーＲＦカプラ３８ｄは、導波管３７ｅを介して放射線発生装置４に接続される。
以上の構成により、マイクロ波は、マイクロ波源３６から導波管３７ａ、図示されないロータリーＲＦカプラ、ロータリーＲＦカプラ３８ａ、導波管３７ｂ、ロータリーＲＦカプラ３８ｂ、導波管３７ｃ、ロータリーＲＦカプラ３８ｃ、導波管３７ｄ、ロータリーＲＦカプラ３８ｄ、導波管３７ｅの順番に伝播され、放射線発生装置４に供給される。なお、回動軸Ｃの回転角度が充分に小さく設定されている場合、導波管３７ｄ，３７ｅ、ロータリーＲＦカプラ３８ｄの代わりに、フレキシブル導波管でロータリーＲＦカプラ３８ｃから放射線発生装置４に直接接続してもよい。
図５に示すように、ガイド９と可動部材３との間には、スライドユニット４２を備えている。スライドユニット４２は、ガイド９に固定されるレール４３と可動部材３に固定されるスライダ４４を備えている。レール４３は、図６に示すように回動軸１０を中心とする同心円状に形成されている。レール４３は、図５に示すように一対、本実施形態では両側面に１つずつ、取付けられている。スライダ４４は、図４に示すように同じレール４３に複数取付けられる。スライダ４４は、循環する転動体を有したベアリングの一種である。転動体がレール４３とスライダ４４の間に隙間なしで配置されるので、可動部材３は、滑らかに移動することができる。
可動部材３は、図５及び図６に示すように駆動装置４５を備えている。駆動装置４５は、図６に示すベルト４６及び走行プーリ４７と、図５に示すモータ４８とを備える。走行ベルト４６は、ガイド９の外周面と平行して設けられたブラケット４９の外周に回しかけられている。走行ベルト４６は、図６に示すように複数並べられた走行プーリ４７の間をジグザグに通り抜ける。走行プーリ４７は、走行ベルト４６の張力を調節するために、走行ベルト４６の厚さ方向に移動することができる。走行プーリ４７の一つは、可動部材３に固定されたモータ４８と駆動ベルト５０で連結されている。走行プーリ４７は、モータ４８よって回転されると、走行ベルト４６を掴んで送り出す。これにより、可動部材３は、レール４３に沿って移動する。
なお、駆動装置４５は、ベルト４６を掴んで移動するベルト駆動であるので、位置決め精度をよくするために、インダクトシンなどの位置測定センサを併用するとよい。また、駆動装置４５は、ラック・アンド・ピニオンなどであってもよい。
また、可動部材３は、サーボモータ５１とサーボモータ５２を備えている。サーボモータ５１は、回動軸Ｃ上に配置され、直接或いは減速器を介して、放射線発生装置４をオシレートさせる。サーボモータ５２は、回動軸Ｄと平行な位置に配置され、ベルト駆動によって、放射線発生装置４をオシレートさせる。放射線発生装置４がマニピュレータ２によって任意の位置に位置決めされた状態で、サーボモータ５１を作動させると、回動軸Ｃを中心に放射線発生装置４と導波管３７ｅが回転する。同様にサーボモータ５２を作動させると、回動軸Ｄを中心に回動軸Ｃごと放射線発生装置４、導波管３７ｅ、ロータリーＲＦカプラ３８ｄ、及び導波管３７ｄが回転する。
第２の実施形態に係る放射線治療装置４１によれば、マイクロ波源３６を放射線発生装置４から離して別置にしたので、放射線発生装置４が軽量化される。したがって、放射線治療装置４１は、装置全体の撓みが小さく、かつ各駆動装置にかかる負担が軽減される。そして、放射線発生装置４の位置決め精度が向上する。
本発明の第３の実施形態に係る放射線治療装置６１について、図７、図４、図５、図６を参照して説明する。なお、第１及び第２の実施形態の放射線治療装置１，４１と同じ構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図７に示す放射線治療装置６１は、図３に示す放射線治療装置４１と同様に、水平にアイソセンタ１３を通る傾倒軸１１を中心にガイド９を回転させる。また、マイクロ波源３６は、放射線発生装置４と離して床に設置されている。ガイド９は、アイソセンタ１３の両側で支持部材１２に支持される。すなわち放射線治療装置６１は、両側支持のΩ形である。
放射線治療装置６１は、図３に示す放射線治療装置４１と支持部材１２の配置が異なる。支持部材１２は、天井に固定され、マニピュレータ２を天井から吊り下げるように保持している。支持部材１２を通る導波管３７ａは、一旦天井まで上げた後、傾倒軸１１上の図示されないロータリーＲＦカプラまで配管される。なお、導波管３７ａは、天井まで上げずに、支持部材１２の途中から挿入してもよい。
以上のように構成された放射線治療装置６１は、支持部材１２が天井に固定されているので、放射線治療に先駆けて行われる準備作業などを行ないやすい。また、床の上を有効に利用することができる。
なお、作業性を改善し、床の上を有効に利用する点においては、支持材１２は、アイソセンタ１３を水平に通る面よりも天井に近い位置に取付けられていればよい。また、放射線治療装置６１は、使用しない場合、支持部材１２によって天井側に引っ込められるようにしてもよい。
本発明の第４の実施形態に係る放射線治療装置７１について、図８、図４、図５、図６を参照して説明する。なお、第１から第３の実施形態における放射線治療装置１，４１，６１と同じ構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図８に示す放射線治療装置７１は、図３の放射線治療装置４１と同様に、水平にアイソセンタ１３を通る傾倒軸１１を中心にガイド９を回転する。また、放射線治療装置７１は、図３に示す放射線治療装置４１がアイソセンタ１３の両側でガイド９が支持部材１２に支持されていることに対し、アイソセンタ１３を通る傾倒軸１１上の１か所で支持部材１２がガイド９を支持していることが他の実施形態と異なる。すなわち、放射線治療装置７１は、片持ち式のΩ形である。
放射線治療装置７１は、支持部材１２がガイド９を片側で支持しているので、支持部材１２から遠い位置に放射線発生装置４が移動すると、ガイド９が撓む。放射線治療装置７１は、放射線発生装置４をガイド９に沿って移動し、ガイド９を傾倒することで、アイソセンタ１３に対する放射線の照射角度が決まる。つまり、放射線治療装置７１において、アイソセンタ１３に対する照射角度は、回動軸１０と傾倒軸１１の回転角度に関する２つの変数によって、決定される。また、放射線治療装置７１は、照射角度に対して１対１に照射位置が決まる。任意の照射角度についてガイド９に生じる撓みには、再現性があるので、容易に補正することができる。したがって、放射線治療装置７１は、精度よくかつ再現性よく放射線発生装置４を位置決めし、Ｘ線Ｒ１を照射することができる。また、放射線治療装置７１は、片側支持であるので、両側支持の放射線治療装置に比べて小さい。
本発明の第５の実施形態に係る放射線治療装置８１について、図９、図４、図５、図６を参照して説明する。なお、第１から第４の実施形態における放射線治療装置１，４１，６１，７１と同じ構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図９に示す放射線治療装置８１は、図１、図３、図７、図８に示す放射線治療装置と同様に、水平にアイソセンタ１３を通る傾倒軸１１を中心にガイド９を回転させる。ガイド９は、図８に示す放射線治療装置７１と同様に、片持ち支持である。また、支持部材１２は、図７に示す放射線治療装置６１と同様に、天井に固定されている。そして、マイクロ波源３６は、放射線発生装置４と離して床に設置されている。すなわち、放射線治療装置８１は、天井から吊り下げられた片持ち式のΩ形である。
放射線治療装置８１は、放射線治療装置１や放射線治療装置４１と同じ機能を発揮するとともに、放射線治療装置６１と放射線治療装置７１の利点をそれぞれ兼ね備える。
本発明の第６の実施形態に係る放射線治療装置９１について、図１０、図４、図５、図６を参照して説明する。なお、第１から第５の実施形態における放射線治療装置１，４１，６１，７１，８１と同じ構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図１０に示す放射線治療装置９１は、鉛直にアイソセンタ１３を通る傾倒軸１１を中心にガイド９を回転させる。ガイド９は、傾倒軸１１上のアイソセンタ１３の両側となる天井と床に設けられた支持部材１２で支持される。したがって、円弧状のガイド９は、いわゆるＣ形に配置される。
マイクロ波源３６は、放射線発生装置４と離して床に設置される。マイクロ波は、導波管３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ，３７ｅとロータリーＲＦカプラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄを通して天井側から放射線発生装置４に供給される。なお、床側からマイクロ波を供してもよい。
第１の実施形態における放射線治療装置１に代表されるようなΩ形のガイド９は、サーボモータ１２ａの負担を軽減するために、重力が作用する環境下において、カウンターウェイト１４を必要とする。これに対して、放射線治療装置９１において、ガイド９が回転する場合、ガイド９の重心は、水平に移動する。また、ガイド９が停止している場合、サーボモータ１２ａに負荷がかからない。したがって、放射線治療装置９１は、ガイド９にカウンターウェイト１４を取付けなくてもよい。
放射線治療装置９１において、放射線発生装置４は、患者Ｐの下まで回り込むようになるので、回動軸１０は、床から高い位置に設けられる。可動台６が高くせり上がることで、患者Ｐによっては不安感を抱くことがある。そこで、マニピュレータ２が設置された床よりも高い位置に第２の床９２を設け、そこに可動台６を設置する。マイクロ波源３６は、第２の床９２よりも下に配置されてもよい。
支持部材１２が、天井と床に配置されるので、放射線治療装置９１は、周辺領域を有効に利用できる。また、放射線治療装置９１は、鉛直方向に配置された天井と床の支持部材１２でガイド９の鉛直方向の荷重を支持するので、ガイド９の撓みが少ない。
本発明の第７の実施形態に係る放射線治療装置１０１について、図１１、図４、図５、図６を参照して説明する。なお、第１から第６の実施形態における放射線治療装置１，４１，６１，７１，８１，９１と同じ構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図１１に示す放射線治療装置１０１は、図１０に示す放射線治療装置９１と同様に、鉛直にアイソセンタ１３を通る傾倒軸１１を中心にガイド９を回転させる。放射線治療装置１０１は、ガイド９を床側に設けられた支持部材１２で支持し、放射線発生装置４にマイクロ波を床側から供給する点が、図１０に示す放射線治療装置９１と異なる。すなわち、図１０に示す放射線治療装置９１が、両側支持のＣ形であることに対し、図１１に示す放射線治療装置１０１は、床側支持のＣ形である。
放射線治療装置１０１は、片側支持であるので、放射線発生装置４が支持部材１２から遠い天井側に移動したとき、ガイド９は、撓む。マニピュレータ２によって放射線発生装置４がアイソセンタ１３に対して任意の照射角度に位置決めされる場合、照射角度は、回動軸１０と傾倒軸１１の回転角度に関する２つの変数によって１対１に決定される。
これに対し、ガイド９の撓みは、放射線発生装置４がガイド９に沿って移動する場合に変化し、ガイド９が傾倒軸１１を中心に回転する場合には変化しない。つまり、ガイド９の撓みに関する補正は、回動軸１０を中心に移動する放射線発生装置４の回転角度に関してのみ行なえばよい。
したがって、放射線治療装置１０１は、ガイド９に生じる撓みを用意に補正することができ、位置決め精度がよい。また、第２の床を適度な高さに設けることで、放射線治療装置１０１を使用しない場合、放射線発生装置４、支持部材１２、マイクロ波源３６、及び導波管やロータリーＲＦカプラによるマイクロ波伝達経路などを第２の床面よりも下に隠すことができる。
本発明の第８の実施形態に係る放射線治療装置１１１について、図１２、図４、図５、図６を参照して説明する。なお、第１から第７の実施形態における放射線治療装置１，４１，６１，７１，８１，９１，１０１と同じ構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図１２に示す放射線治療装置１１１は、図１０及び図１１に示す放射線治療装置９１，１０１と同様に、鉛直にアイソセンタ１３を通る傾倒軸１１を中心にガイド９を回転させる。放射線治療装置１１１は、ガイド９を天井側に設けられた支持部材１２で支持する点が、放射線治療装置１０１と異なる。また、放射線治療装置１１１において、放射線発生装置４は、放射線治療装置９１と同様に、天井側を回してマイクロ波が供給される。つまり、放射線治療装置１１１は、天井側支持のＣ形である。
放射線治療装置１１１は、放射線治療装置１０１と同様に片側支持である。したがって、放射線発生装置４がガイド９に沿って移動することでガイド９が撓むが、放射線治療装置１０１と同じ理由により、放射線治療装置１１１は、補正を容易に行なうことができる。また、放射線治療装置１１１は、天井から吊り下げられているので、第２の床上での周辺領域を有効に利用することができる。
本発明の第９の実施形態に係る放射線治療装置１２１について、図１３を参照して説明する。なお、第１から第８の実施形態における放射線治療装置１，４１，６１，７１，８１，９１，１０１，１１１と同じ構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図１３に示す放射線治療装置１２１は、マニピュレータ１２２、放射線発生装置４、可動台６、診断用イメージャ、及び制御装置８を備える。マニピュレータ１２２は、可動部材１２３、ガイド１２９及び支持部材１２を備える。診断用イメージャは、放射線源１５と検出器１６の組を複数組、本実施形態では２組、備える。
可動部材１２３とガイド１２９は、環状に設けられている。可動部材１２３は、ガイド１２９の内側に組みつけられている。可動部材１２３とガイド１２９との間には、図５に示すスライドユニット４２が組み込まれる。可動部材１２３は、回動軸１０を中心に回転する。
放射線発生装置４と放射線源１５と検出器１６は、可動部材１２３の内側に配置される。放射線発生装置４は、Ｘ線Ｒ１の出射方向と互いに交差する回動軸Ｃ，Ｄによって可動部材１２３に支持される。放射線発生装置４は、各回動軸Ｃ，Ｄを中心に、Ｕ方向及びＶ方向に回動する。放射線発生装置４から出射されるＸ線Ｒ１が回動軸１０と直角に交わる点をアイソセンタ１３とする。
支持部材１２は、水平にアイソセンタ１３を通る傾倒軸１１を中心にガイド１２９を回転させる。その結果、放射線治療装置１２１は、球状面の任意の位置に放射線発生装置４を位置決めし、アイソセンタ１３を中心に多方位からＸ線Ｒ１を照射することができる。支持部材１２は、傾倒軸１１上の２か所となるガイドの両外側に配置され、床に固定される。したがって、この放射線治療装置１２１は、水平に両側が支持されたＯ形である。
各放射線源１５は、アイソセンタ１３でＸ線Ｒ２が交差するように配置される。そして、放射線源１５は、検出されるＸ線Ｒ２が放射線発生装置４から出射されるＸ線Ｒ１に干渉されないために、放射線発生装置４から離れた位置に取付けられる。検出器１６は、対となる放射線源１５から出射されたＸ線Ｒ２を検出する位置に取付けられる。また、アイソセンタ１３を中心とする放射線発生装置４と対称の位置には、Ｘ線Ｒ１を遮断するために、ビームストッパ１２４を取付ける。放射線発生装置４と検出器１６は、検出器１６の検出面を除いて、フード１２５で覆われる。放射線源１５とビームストッパ１２４は、フード１２６で覆われる。
また、放射線発生装置４は、マニピュレータ１２２と離して配置されたマイクロ波源３６からマイクロ波を供給される。マイクロ波は、導波管３７ｐ，３７ｑ，３７ｒとロータリーＲＦカプラ３８ｐ，３８ｑ，３８ｒ，３８ｓ，３８ｔを通して放射線発生装置４の近傍まで伝達される。なお、ロータリーＲＦカプラ３８ｐは、アイソセンタ１３を通る軸上に配置される。放射線発生装置４の近傍の導波管及びロータリーＲＦカプラについては、図４から図６に示す配置と同じであるので、説明を省略する。
以上のように構成された放射線治療装置１２１は、ガイド１２９および可動部材１２３が環状に形成されている。したがって、放射線発生装置４をガイドに沿って移動させたときにガイド１２９に生じる変形が少ないので、簡単な補正で放射線発生装置４を精度よく位置決めすることができる。また、第１から第８の実施形態の放射線治療装置と同様に、放射線治療装置１２１は、患者Ｐの姿勢を変えることなく、多方位からＸ線Ｒ１を照射することができる。さらに、放射線治療装置１２１は、照射対象を診断用イメージャで確認し、アイソセンタ１３から外れた照射対象にも回動軸Ｃ，Ｄを中心に放射線発生装置４の照射方向を変え、Ｘ線Ｒ１を照射することができる。可動部材１２３の任意の位置にバランサーウェイトを取付けて、放射線発生装置４などが取付けられることで偏心している可動部材１２３の重心をアイソセンタ１３に設定することで、可動部材１２３に取付けられる駆動装置にかかる負担を軽減することができる。
本発明の第１０の実施形態に係る放射線治療装置１３１について、図１４を参照して説明する。なお、第１から第９の実施形態における放射線治療装置１，４１，６１，７１，８１，９１，１０１，１１１，１２１と同じ構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図１４に示す放射線治療装置１３１は、鉛直にアイソセンタ１３を通る回動軸１０を中心にガイド１２９を回転させる。放射線治療装置１３１は、この点が図１３に示す放射線治療装置１２１と異なる。支持部材１２は、天井と床にそれぞれ配置されるとともに、サーボモータ１２ａを備えている。すなわち、放射線治療装置１３１は、鉛直に両側が支持されたＯ形である。
傾倒軸１１が鉛直方向に配置されるので、放射線発生装置４が移動しても、ガイド１２９を面外方向に変形させる荷重が働かない。したがって、放射線治療装置１３１は、ガイド１２９の面内方向の変形について補正を行なうことで、精度よくＸ線Ｒ１を患部Ｔに照射することができる。
本発明の第１１の実施形態に係る放射線治療装置１４１について、図１５を参照して説明する。なお、第１から第１０の実施形態における放射線治療装置１，４１，６１，７１，８１，９１，１０１，１１１，１２１，１３１と同じ構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図１５に示す放射線治療装置１４１は、ガイド１２９を床側の１か所で支持している点が図１４に示す放射線治療装置１３１と異なる。すなわち、放射線治療装置１４１は、鉛直方向に床側で支持するＯ形である。
放射線治療装置１４１は、天井側の支持部材がないので、天井の補強工事を行なわなくても設置することができる。
本発明の第１２の実施形態に係る放射線治療装置１５１について、図１６を参照して説明する。なお、第１から第１１の実施形態における放射線治療装置１，４１，６１，７１，８１，９１，１０１，１１１，１２１，１３１，１４１と同じ構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図１６に示す放射線治療装置１５１は、図１４及び図１５の放射線治療装置１３１，１４１と比較して、ガイド１２９を天井側の１か所で支持する点が異なる。すなわち、放射線治療装置１５１は、鉛直方向に天井側で支持するＯ形である。放射線治療装置１５１において、マニピュレータ１２２は、天井から吊り下げるように配置され、支持部材１２よりもガイド１２９などの重心が下にある。したがって、放射線治療装置１５１は、静止状態で安定しやすい。
本発明の第１３の実施形態に係る放射線治療装置３１について、図１７を参照して説明する。なお、第１から第１２の実施形態における放射線治療装置１，４１，６１，７１，８１，９１，１０１，１１１，１２１，１３１，１４１，１５１と同じ構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図１７に示す放射線治療装置３１は、ガントリ３２と、放射線発生装置４と、可変式コリメータ５と、可動部６と、診断用イメージャ７とを備える。ガントリ３２は、回転軸３３を中心に回転するドラム３４と、このドラム３４を支持するフレーム３５を備えている。なお、ドラム３４は、可動部材の一形態である。ドラム３４は、放射線発生装置４と診断用イメージャ７の放射線源１５及び検出器１６とを所定の配置で搭載している。また、ドラム３４の中空部は、回転軸３３に沿う方向に患者Ｐを乗せた可動台６のスライドボード６ａを挿入できる大きさを有している。
放射線発生装置４は、回転軸３３に向かってＸ線Ｒ１を出射するように回動軸Ｃ，Ｄに支持されている。回動軸Ｃ，Ｄは、互いに直交するように配置され、放射線発生装置４を回転軸３３に沿う方向Ｕ、及び回転軸３３を横切る方向Ｖにそれぞれ回動させる。すなわち放射線発生装置４は、回動軸Ｃ，Ｄによって、いわゆる首振り動作ができる。
放射線発生装置４は、マイクロ波源３６を可動部材３から離して配置している。マイクロ波は、導波管３７，３７ｄ及びロータリーＲＦカプラ３８ｐ，３８ｃを通して供給される。また、放射線発生装置４は、可変式コリメータ５が取付けられており、制御装置８によって制御されている。
放射線源１５は、検出器１６と対をなし、出射するＸ線Ｒ２が回転軸３３上のアイソセンタ１３で互いに交差するように配置される。放射線源１５は、ドラム３４に固定されて、放射線発生装置４とともに回転するので、照射野を互いに遮ることはない。
以上のように構成された第１３の実施形態の放射線治療装置３１は、患者Ｐを可動台６に乗せ、ドラム３４内にスライドボード６ａごと挿入する。医師または放射線技師は、患者Ｐの病巣Ｔを診断用イメージャ７によって確認しながら位置決めする。ガントリ３２のドラム３４の位置、放射線発生装置４の首振り角度、及び診断用イメージャ７によって得られる病巣Ｔの３次元位置及び３次元形状を基に、可変式コリメータ５は、制御装置８に制御され、病巣Ｔの動きに対して、Ｘ線Ｒ１の照射野を追尾させる。
放射線治療装置３１は、放射線治療中の病巣Ｔの３次元位置及び３次元形状に対してＸ線Ｒ１の照射野を追尾させるので、病巣Ｔが放射線治療中に移動する場合にも精度の良くＸ線Ｒ１を照射することができる。つまり、放射線治療装置３１は、放射線治療中に移動する病巣Ｔに連続してＸ線Ｒ１を照射することができるとともに、健全な部分に対する不要な放射線量を低減することができる。
また、第１から第１３の実施形態において、診断用イメージャ７をＣＴスキャナとすると、精細な病巣Ｔの３次元位置及び３次元形状を得ることができるので、Ｘ線Ｒ１の照射野を精度よく病巣Ｔに対して追尾させることができる。
第２から第８の実施形態において、イメージャ及び可変式コリメータを図示していないが、第１の実施形態のようにイメージャと可変式コリメータを備え、Ｘ線Ｒ１の照射対象である病巣Ｔを確認するとともに、病巣Ｔを照射野で追尾するように制御することができる。
本発明に係る放射線治療装置は、診断用イメージャと可変式コリメータを備える場合、放射線治療中の治療対象部位の３次元位置及び３次元形状を診断用イメージャで検出し、治療対象部位の３次元位置と３次元形状及び治療用放射線の照射角度を基に制御装置で可変式コリメータを制御する。これによって、放射線治療装置は、治療用放射線の照射野を治療対象部位に追尾させる。したがって、放射線治療装置は、移動及び変形する治療対象部位に対して精度よく放射線の照射野を追尾させることができる。
診断用イメージャをＸ線ＣＴスキャナとすることで、本発明に係る放射線治療装置は、精細な治療対象部位の３次元位置及び３次元形状を得ることができる。したがって、治療用放射線の照射野を精度よく治療対象部位に対して追尾させることができる。
また、本発明に係る放射線治療装置の制御方法は、診断用イメージャの検出範囲内に位置決めされた患者の治療対象部位の３次元位置及び３次元形状を前記診断用イメージャで検出し、治療用放射線の照射角度と、前記診断用イメージャで検出された治療対象部位の３次元位置及び３次元形状とを基に、前記治療用放射線の照射野を前記治療対象部位に連続的に追尾させるべく、前記治療用放射線を通過させる可変式コリメータの出射口の位置及び形状を前記治療用放射線の照射方向から見た前記治療対象部位の投影断面積に対応させて連続的に変化させる。したがって、移動及び変形する治療対象部位に対して精度よく放射線の照射野を追尾させて治療できる。
また、上記第１から第１３の実施形態において、イメージャと可変式コリメータを備える放射線治療装置は、放射線治療中においても、患者の治療対象部位を確認し、その位置及び形状に合わせて照射野の形状を変えることができる。したがって、放射線治療装置は、照射対象部位以外への放射線の照射を抑制するとともに、放射線量の分布を調節し、精密な照射治療をすることもできる。
また、上述の実施形態で説明した本発明にかかる放射線治療装置は、循環器系や消化器系、及びその周辺など、心鼓動、呼吸運動、蠕動運動などによって常に動く部位であっても、イメージャによって治療対象部位を確認し、その治療対象部位を追尾するように放射線の照射野を可変式コリメータによって変化させることができる。したがって、放射線治療時間が短縮されるので、患者への負担が軽減される。
また、本発明に係る放射線治療装置は、患者を動かすことなく治療用放射線の照射角度を変えることができるとともに、照射対象の病巣を追尾することができるので、患者に不快感を与えることが少ない。
本発明の第１４の実施形態に係る放射線治療装置１６１について、図１８から図２６を参照して説明する。
図１８〜図２０に示すように、本実施形態に係る放射線治療装置１６１は、患者２０４を載置するスライドボードとしての天板２０８を有する寝台２０７と、患者２０４に設定され得る照射野２０５に治療用放射線を照射する照射ヘッド２１０と、患部である照射野２０５の断層画像を取得するＸ線ＣＴ装置２３０とを備える。
図１８において、天板２０８は、寝台２０７に内蔵された図示しないＸ−Ｙ駆動機構により寝台長手方向、ここではＸ軸方向と寝台幅方向、ここではＹ軸方向との２軸に移動可能である。また、天板２０８は図示しないＴＶカメラの撮影画像に基づいて患者２０４の照射野２０５がアイソセンタ２０５ａに位置するように、図示しないコンピュータシステムにより位置制御されるようになっている。さらに、天板２０８は、画像取得装置であるＸ線ＣＴ装置２３０又はＰＥＴ（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置等に適合した材質及び形状が選定されている。符号２０３ｂは、Ｘ線ＣＴ装置２３０による画像取得用Ｘ線（画像取得用放射線）である。符号２２０は、Ｘ線ＣＴ装置２３０を図示Ｋ１方向に傾斜させる傾斜機構である。
以後、寝台長手方向をＸ軸方向とし、寝台幅方向をＹ軸方向とし、寝台上下方向をＺ軸方向としている。ここに、患者２０４は、天板２０８の寝台長手方向に体軸が沿うように天板２０８上に載置される。また、Ｘ軸及びＹ軸方向は水平方向であり、Ｚ軸方向は垂直方向である。
照射ヘッド２１０は、周回移動機構２６８及び首振り機構２６９を介してアークガイドレール２０９に可動に支持され、治療用放射線２０３ａを照射する。この周回移動機構２６８及び首振り機構２６９により、照射ヘッド２１０は、アイソセンタ２０５ａを中心とする１／２球の範囲内で任意の照射位置に位置決めされる。
周回移動機構２６８は、図１９に示すように、照射ヘッド２１０をアークガイドレール２０９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。また、照射ヘッド２１０には、導波管系２１１，２１５の第４の関節部２１６が連結されている。尚、照射ヘッド２１０は、詳細は後述する図２１に示すように、照射ヘッド２１０は、導波管系２１１を構成する導波管路２５０，２５１，２５２を介してクライストロンの如きマイクロ波発振器２７０に電磁気的に接続されている。首振り機構２６９は、図１９に示すように照射ヘッド２１０をアークガイドレール２０９上にて第４関節部２１６まわりに首振り（Ｈ２）させる。なお、照射ヘッド２１０は、全長が８００〜１０００ｍｍ、本体の外径が３００〜５００ｍｍである。
アークガイドレール２０９は、図１９及び図２０に示すように天板２０８より上半分の円弧状をなす半円リングからなり、天板２０８を幅方向に跨ぐように設けられている。このアークガイドレール２０９は、モータ２２１Ａ，２２１Ｂ及びボールスクリュウ２２２からなる傾動機構及び一対のシリンダ機構２２８により可動に支持されている。傾動機構は、アークガイドレール２０９を図１９の傾動軸２２６まわりに０°〜１８０°の範囲内で図１８に示すように傾動する（Ｇ１）。アークガイドレール２０９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。
一対のシリンダ機構２２８は、図１９に示すようにアークガイドレール２０９の左右両下端部をそれぞれ支持し、アークガイドレール２０９をＺ軸方向に昇降（Ｇ２）させる。なお、両シリンダ機構２２８は動作が同期するように位置制御手段であるコンピュータ２６２により制御されている。
上述したように、本実施形態では、アークガイドレール２０９の傾動（Ｇ１）と、照射ヘッド２１０の周回移動（Ｈ１）とにより、照射ヘッド２１０は、アイソセンタ２０５ａを中心とする１／２球上でアイソセントリックな動きが可能になる。また、アークガイドレール２０９の昇降（Ｇ２）と照射ヘッド２１０の首振り（Ｈ２）とにより、照射ヘッド２１０は、アイソセンタ２０５ａを中心とする１／２球から外れた位置でノンアイソセントリックな動きが可能となる。
Ｘ線ＣＴ装置２３０は、ドーナツ状真空槽を備え、当該真空槽内に、同心円上配置した多数のＸ線発生ユニットを内蔵している。ここに、真空槽は中央開口を有し、該開口は診断用スペースに用いられる。すなわち、診断用スペースに患者２０４が天板２０８と共に出し入れされる。
本実施形態のＸ線ＣＴ装置２３０は非磁気型画像取得装置である。本実施形態のＸ線ＣＴ装置２３０は、Ｘ線源及び検出器が静止している所謂第５世代の装置であり、詳細は後述する。なお、本実施形態のＸ線ＣＴ装置２３０に代えて、Ｘ線源及び検出器が回転する第３世代のＸ線ＣＴ装置、Ｘ線源が回転し検出器が静止している第４世代のＸ線ＣＴ装置等も使用することができる。
本実施形態のＸ線ＣＴ装置２３０は、図１８に示す画像取得装置傾斜機構２２０により例えばＺ軸に対して２０°〜３０°の傾斜した姿勢で支持され得る。傾斜機構２２０を駆動させると、Ｘ線ＣＴ装置２３０は傾動（Ｋ１）し、画像取得用Ｘ線２０３ｂ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２３０とアークガイドレール２０９は機械的に密に結合されており、共通の座標基準を有するが、Ｘ線ＣＴ装置２３０は、アークガイドレール２０９及び照射ヘッド２１０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ＣＴ装置２３０に代えてＸ線透視装置を用いる場合は、分解能やコントラストがＸ線ＣＴ装置２３０より劣るので、例えば小型金プレートを照射野の付近に埋め込んで、該プレートを透視画像に写し込む。これにより、プレートの画像をマーカとし、該マーカを基準に照射野を標識することにより、位置決めの精度を確保することができる。
なお、画像取得装置としては、上述したＸ線ＣＴ装置やＸ線透視装置の他に、ＰＥＴを採用することができる。さらに、磁気型画像取得装置としてＭＲＩ装置も採用することができる。
図１８に示すＳＡＤ（Ｓｏｕｒｃｅ  Ａｘｉｓ  Ｄｉｓｔａｎｃｅ）は、アイソセンタ２０５ａから照射ヘッド２１０内のターゲット３１０（図２１参照）までの距離に相当するものである。本実施形態ではＳＡＤを８０ｃｍに設定している。
また、本実施形態では、図１９に示すように、アイソセンタ２０５ａからノンアイソセンタ２０５ｂへのシフト量ＤＶ１と、下式とをコンピュータ２６２により位置決め演算し、該演算結果に従ってノンアイソセンタ２０５ｂに対しＸ線を照射を行う際のアークガイドレール２０９の駆動（Ｇ１，Ｇ２）及び照射ヘッド２１０の駆動（Ｈ１，Ｈ２）を制御する。
Ｈ１＝θ１                                            ．．．（１）
Ｈ２＝θ１−ａｒｃｔａｎ（（ｒ  ｓｉｎθ１−ＤＶ１）／（ｒ  ｃｏｓθ１））                                        ．．．（２）
Ｇ１＝０                                              ．．．（３）
Ｇ２＝ｚ                                              ．．．（４）
但し、
θ１：アークガイドレール２０９のアイソセンタ垂直軸方向からの回転角
ｒ：アークガイドレール９の曲率半径（アイソセンタ２０５ａから照射ヘッド２１０の首振り中心までの距離）
ｚ：アイソセンタ２０５ａから垂直方向ずれ量
図１９において、導波管系２１１の関節部２１４ａ〜２１４ｃ，２１６は、加速用マイクロ波を軸回転で伝えるロータリーＲＦカプラ２５０を内部に有する。
また、図２２に示すように、導波管系２１１の中には、導波管２５１，２５２が設けられ、該導波管２５１，２５２は、関節部２１４ａ〜２１４ｃ内のロータリーＲＦカプラ２５０により電磁気的に連通している。
さらに、図２３に示すように、ロータリーＲＦカプラ２５０は、フランジ継手２５３，２５４により導波管２５１，２５２の各々に接続されている。なお、符号２５５ａ，２５５ｂは、導波管２５１，２５２の導波路である。
また、図２４に示すように、導波管２５１，２５２の導波路２５５ａ，２５５ｂは、ロータリーＲＦカプラ２５０の回転部材２５６，２５７に取り囲まれた回転スペースに連通し、該回転スペースに電界（ベクトル又はモード）が形成され、マイクロ波が伝播する。なお、図中にて符号２５８は軸受を示し、符号２５９はλ／４波長チョークを示す。このようなロータリーＲＦカプラ２５０と導波管２５１，２５２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の如きマイクロ波発振器から、移動する照射ヘッド２１０へ、加速用マイクロ波を円滑に供給することができる。
図１９に示すように、導波管系２１１は、その一端が第１の関節部２１４ａを介してアークガイドレール２０９の端部に固定され、他端が第４の関節部２１６を介して照射ヘッド２１０に連結してなるリンク機構である。
導波管系２１１は、アークガイドレール２０９の端部に固定された第１の関節部２１４ａと、この第１の関節部２１４ａに一端が回転可能に連結された第１の導波管２１２と、この第１の導波管２１２の他端が連結された第２の関節部２１４ｂと、この第２の関節部２１４ｂに一端が連結された第２の導波管２１３と、この第２の導波管２１３の他端が連結された第３の関節部２１４ｃと、この第３の関節部２１４ｃに一端が連結された第３の導波管２１５と、この第３の導波管２１５の他端が連結され且つ照射ヘッド２１０に連結してなる第４の関節部２１６とからなる。
ここに、第１の関節部２１４ａのみがＹ軸に沿って設けられ、第２〜第４の関節部２１４ｂ，２１４ｃ，２１６はそれぞれＸ軸に沿って設けられている。
次に、Ｘ線ＣＴ装置２３０について詳細に説明する。
Ｘ線ＣＴ装置２３０は、患者２０４の如き被検体の照射野２０５に、扇状Ｘ線である画像取得用Ｘ線２０３ｂを多方面から照射して透過Ｘ線を検出して、該検出データを画像処理することによりコンピュータ画面上に照射野２０５の断層像を表示させる。
本実施形態のＸ線ＣＴ装置２３０は、所謂第５世代装置と称されるものであり、診断用スペースである中央開口を有する図示しないドーナツ状真空槽を有する。真空槽の内部には、排気ポートを介して真空ポンプにより真空排気される。真空槽内には、外周寄りの同心円上に配列された図示しない多数のＸ線発生ユニットと、該多数のＸ線発生ユニットに対応して内周寄りの同心円上に配列された図示しない多数のセンサアレイとが設けられている。これらのＸ線発生ユニットとセンサアレイとは、Ｘ軸方向にシフトして配置され、画像取得用Ｘ線２０３ｂは真空槽の半径に対して前傾する方向に扇状に照射される。このため、扇状の画像取得用Ｘ線２０３ｂは、Ｘ線照射側のセンサアレイに遮られることなく、診断用スペースに在る患者２０４を透過し、該透過Ｘ線は反対側のセンサアレイで検出することができる。
さらに、真空槽内にはビームリミッタ、電子銃駆動回路、画像信号ディジタイザなどが配置されている。Ｘ線発生ユニットから出射された扇状Ｘ線２０３ｂは、コリメータにより絞られ、さらにビームリミッタにより照射位置での幅に規定される。
センサアレイは、診断用スペースを取り囲む円周上に稠密に固定して配置され、多数個の超高感度ＣｄＴｅセンサからなるものであり、０．５ｍｍの分解能を有している。ちなみに、画像取得時における１ショットの撮像幅は約８０ｍｍである。また、Ｘ線の照射時間は１ショット当たり０．０１秒である。
図示しないＸ線発生制御装置には図示しないデータ収録装置が接続されており、コンピュータ２６２からＸ線発生指令信号が入力される。センサアレイで検出されたＸ線透過データは、透過Ｘ線量に比例した電流信号に変換され、図示しないプリアンプ及びメインアンプを介して図示しないディジタイザ及び図示しないデータ収録装置に送られて収録されるようになっている。データ収録のタイミングはコンピュータ２６２からのＸ線発生指令信号によって制御される。収録されたデータは、データ収録装置から図示しない信号処理装置に出力され、信号処理装置でデータ処理される。処理されたデータは、照射野２０５の断層像として図示しないディスプレイ上に再生表示される。
一方、Ｘ線発生制御装置の出力側には電源及びＸ線発生ユニット内の図示しないアノード、カソード、ゲートアレイのグリッド電極がそれぞれ接続されている。コンピュータ２６２からＸ線発生指令信号がＸ線発生制御装置に向けて出されると、その指令に基づいてＸ線発生制御装置は図示しない電源から図示しない電子銃駆動回路への給電動作を制御すると共に、ゲートアレイのなかから撮影部位に適したグリッド電極を選択する。これに応じてＸ線発生ユニット内のいずれかのカソードから電子線が出射され、選択したグリッド電極に印加したマイナスのバイアス電圧が解除されてゼロ電位となり、電子線がグリッド電極の孔を通過してアノードに入射する。アノードに電子線が入射すると、アノードから二次Ｘ線が発生し、窓に取付けたコリメータを介して患者２０４に向けて扇状の画像取得用Ｘ線２０３ｂが出射されるようになっている。
コンピュータ２６２は、Ｘ線ＣＴ装置２３０から照射野２０５の透過Ｘ線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２６８、首振り機構２６９、傾斜機構２２０の駆動をそれぞれ制御することにより照射ヘッド２１０の位置と向きとを微調整し、アイソセンタ２０５ａ又はノンアイソセンタ２０５ｂにある照射野２０５に対して照射ヘッド２１０の照準を合わせて狙いをつけさせる。
次に、図２１を参照して照射ヘッド２１０について詳しく説明する。
本実施形態の照射ヘッド２１０は、電子を４ＭｅＶ〜２０ＭｅＶのエネルギーに加速し、治療用放射線２０３ａを発生するものであり、放射線治療装置１６１の照射ヘッドとして機能する。この照射ヘッド２１０は、放射線に対して遮蔽性のある外装ケース３０１で外側を覆われ、この外装ケース３０１内に電子銃３０３、加速管３０５、集束コイル３０９、Ｘ線ターゲット３１０、フラットニングフィルタ３１２、集束管３１３を備えている。
外装ケース３１０の尾端には絶縁キャップ３０２が被せられ、この絶縁キャップ３０２を介して電源２６４に接続されたケーブル３０４がケース３０１内に導入され、電子銃３０３に接続されている。なお、電子銃３０３の電源２６４はコンピュータ２６２により出力が制御されるようになっている。
電子銃３０３からフラットニングフィルタ３１２までは電子ビームの中心軸に沿って直列に配置されている。電子銃３０３から加速管３０５に続き、さらに加速管３０５から集束管３１３に続いている。
加速管３０５には導波管２５１が連通している。導波管２５１はマイクロ波発振器２７０に連通すると共に、真空ポンプ２７１にも連通している。このため、加速管３０５の内部は導波管２５１を介してポンプ２７１により真空排気される。なお、真空ポンプ２７１に分岐して連通する導波管２５１の主路にはセラミック窓２７２が嵌め込まれ、マイクロ波発振器２７０からセラミック窓２７２までの導波管内に封入されたＳＦ６ガスを遮断して漏洩を防ぐと共に、マイクロ波のみを通過させるようにしている。
マイクロ波発振器２７０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２７０の電源回路は、コンピュータ２６２に接続されている。電子銃３０３は、真空ポンプ２７１により真空排気されるチャンバ内に設けられたフィラメント（カソード）を備えている。
電子銃３０３が収納されたチャンバに連通連続して加速管３０５が設けられ、電子銃３０３から出射された電子線が加速されるようになっている。加速管３０５の内部は複数の仕切３０６で仕切られ、複数の加速室３０７が形成されている。仕切３０６の中央には電子ビーム通過孔３０６ａが開口している。各加速室３０７の外周にはコイル３０８がそれぞれ巻き付けられ、コイル３０８はコンピュータ２６２により動作を制御される電源回路に接続されている。
加速管３０５に連続して集束管３１３が設けられている。集束管３１３には集束コイル３０９、Ｘ線ターゲット３１０、フラットニングフィルタ３１２がこの順に取付けられている。集束コイル３０９は加速管３０５で加速された電子をＸ線ターゲット３１０に向けて絞り込むものである。
Ｘ線ターゲット３１０は、高エネルギーの加速電子が入射して制動輻射Ｘ線を出射するものであるため、流路３１１ａを有する水冷ジャケット３１１が取付けられ、熱損傷を防ぐために強制冷却されるようになっている。なお、ターゲット３１０にはタングステン、モリブデン、タンタル等の単体金属またはこれらの合金を用いることが好ましい。
フラットニングフィルタ３１２は、金属でつくられ、ターゲット３１０から出射されるＸ線の強度を平均化してほぼ均一なエネルギー密度をもつ治療用放射線２０３ａとするためのものである。
さらに、外装ケース３０１の外側にはコリメータ３１４及び線量計測管３２０が取付けられている。コリメータ３１４は外装ケース３０１の先端にねじ込まれ、集束管３１３に連通する中空部を有している。コリメータ３１４は治療用の放射線２０３ａが透過できない鉛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管３２０にＸ線２０３ａが送られるようになっている。
線量計測管３２０は、ガスが封入された電離箱からなり、放射線通過時に発生する電離したガスの電荷量を検出して、放射線の線量を計測する。
次に、図２５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。
本実施形態の放射線治療装置は、治療用寝台システム２０７，２０８、照射ヘッド２１０、Ｘ線ＣＴ装置２３０、信号処理装置２３１、マイクロ波発振器２７０、システム制御装置２８０、システムユーティリティ２９０からなる制御システムを有する。システム制御装置２８０が全体を統括して制御する。
システム制御装置２８０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、システムモニタ及びＢＩＴを含む。システム制御装置２８０が制御システムの全体を統括し、他のブロックとの間で入出力信号のやりとりがなされる。
Ｘ線ＣＴ装置２３０は、信号処理装置２３１を経由してシステム制御装置２８０に接続されていることにより、放射線治療中に、Ｘ線ＣＴ装置２３０による画像取得がリアルタイムでなされ、医師はディスプレイ上に表示された画像を観ながら治療を行うことができる。
マイクロ波発振器２７０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。加速管３０５にマイクロ波を供給する供給源であるクライストロンは、導波管系２１１を介して照射ヘッド２１０に接続されている。
照射ヘッド２１０のアイソセントリック駆動機構及び首振り駆動機構の各ドライバはシステム制御装置２８０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２１０の周回移動駆動及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２１０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。
また、上記実施形態では、１／２球殻からの放射線の照射について説明したが、Ｘ線ＣＴ装置２３０よりもさらに小型化した画像取得装置を照射ヘッド２１０に内包できるようにユニット化することにより、さらに上半球全体からの照射が可能となることが見込まれる。
次に、図２６を参照して本発明の装置を用いた治療方法について説明する。
放射線治療においては、医師が治療計画を立てる。こ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。さらに医師は手術中において本実施形態の放射線治療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取得する。この画像取得により、高精度で確実性の高いの放射線治療を行うことができる。
図２６の（ａ）に示すように、Ｘ線ＣＴ装置２３０のみを用いて照射野２０５及びその近傍領域の取得画像を得る。システム画面で照射野２０５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２０５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２０５の輪郭を定義する。
図２６の（ｂ）に示すように、放射線治療装置の画像追尾システムにより、実際の照射野２０５の画像の輪郭抽出を行う。この抽出した輪郭と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。
図２６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画像上に表示すると共に、また照射ボリュームを赤色で同じ画像上に表示する。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。
図２６の（ｄ）に示すように、医師のトリガ操作で治療用放射線２０３ａ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、この表示された線量分布を医師は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２０３ａの照射を高速に交互に続け、画像追尾と治療ビーム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２０３ａは停止するので、安全性は十分に確保される。
図２６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２１０を次の照射位置へ移動させる。医師は、各ポータルにおける照射終了時と一連の照射終了後に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。累積線量及び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。
以上のように本実施形態によれば、放射線の照射位置及び照射時間等の条件を、Ｘ線ＣＴ装置２３０により照射野を確認しながら高精度に制御することができる。このため、臓器自体に動きがない頭部の治療に適用できることは勿論のこと、心臓や肺などの動きのある臓器の小病巣に対しても放射線を正確に照射することができ、放射線治療の分野において用途が拡大することが大いに期待される。
また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。
従来、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、本実施形態の放射線治療装置では、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。
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、本実施形態の放射線治療装置によれば、Ｘ線透視装置、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。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。
また本実施形態の放射線治療装置によれば、医師とのマンマシンインタフェイスが図られるので、安全性・信頼性に優れた確実な放射線治療が可能となる。
本発明の第１５の実施形態に係る放射線治療装置１６２について、図１８〜図２６と同一部分には同一符号を付した図２７〜図４２を参照して説明する。なお、図２７〜図２９は図１８〜図２０に相当し、図３５は図２５に相当し、図３８〜図３９は図２２〜図２３に相当し、図４２は図２６に相当するので、これら図において重複部分の説明は省略する。
本実施形態の照射ヘッド１０００は、図２７〜図２９及び図３７Ａ〜図３７Ｄに示すように、周回移動機構２６８及び第１及び第２の首振り機構１３１０，１３２０によりアークガイドレール２０９に支持されている。周回移動機構２６８及び第１及び第２の首振り機構１３１０，１３２０は、アイソセンタ２０５ａを中心とする二分の一球（１／２球）の範囲内で任意の照射位置に、照射ヘッド１０００を位置決めする。
周回移動機構２６８は、ラック・アンド・ピニオン方式、ベルト方式等により照射ヘッド１０００をアークガイドレール２０９に沿って周回移動（Ｈ１）させる。
第１の首振り機構１３１０は、図３７Ａ〜図３７Ｄに示すように、サーボモータを備え、照射ヘッド１０００をアークガイドレール２０９上でロータリーＲＦカプラ２１６の第１の軸Ｓ１まわりに首振り動作させる。また、この場合、ロータリーＲＦカプラ２１６は、照射ヘッド１０００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１０００の慣性中心をほぼ通る軸上に設けられている。
第２の首振り機構１３２０は、図３７Ａ〜図３７Ｄに示すように、サーボモータを備え、照射ヘッド１０００をロータリーＲＦカプラ５００Ａ，５００Ｂの第２の軸Ｓ２まわりに首振り動作させる。ロータリーＲＦカプラ５００Ａ，５００Ｂは、照射ヘッド１０００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１０００の慣性中心をほぼ通る軸上に設けられている。ちなみに、本実施形態の照射ヘッド１０００は、全長が５００〜６００ｍｍ、幅５００ｍｍ×深さ３００ｍｍ、重量が６０〜８０ｋｇである。
また、照射ヘッド１０００は、導波管系２１１のロータリーＲＦカプラ２１６に首振り可能に連結される。図３７Ａに示すジンバル機構上の導波管５１０及びロータリーＲＦカプラ５００によりマイクロ波発振器２７０に接続されている。
上記２軸の駆動（Ｇ１，Ｈ１）により、照射ヘッド１０００は、アイソセンタ２０５ａ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２軸の駆動（Ｓ１，Ｓ２）により、照射ヘッド１０００は、１／２球殼上で、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１０００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。
本実施形態において、照射野の移動に追従して照射するには、図３２、図３３及び図３４に示すように、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とを演算し、該演算結果に従って首振り機構３３１，３３２の駆動をそれぞれ制御し、照射ヘッド１０００を微小変位角θ１及び微小変位角θ２の分だけ高速首振りさせる。これにより呼吸、心鼓動、蠕動、膀胱内の尿量等の動きを伴う腫瘍等の頚部下の患部２０５に対し、照射ヘッド１０００の照準が迅速かつ高応答に追随させることが可能となり、放射線の高精度照射が実現される。ちなみに、本実施形態の放射線治療装置においては、取得画像の処理時間を含めて０．１秒以内に照射ヘッド１０００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。
また、図４０Ａに示すように、導波管５１０の導波路５５０ａ，５５０ｂはロータリーＲＦカプラ５００の回転部材５６０，５７０に取り囲まれた回転スペースに連通し、このなかを図４０Ｂに例示するような管内モードでマイクロ波が導かれる。
システム制御装置２８０は、画像取得装置としてのＸ線ＣＴ装置２３０から照射野２０５の断層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２６８、傾動機構、寝台２０７の駆動をそれぞれ制御することにより、アイソセンタ２０５ａにある照射野２０５に照射ヘッド１０００の照準を合わせる。
さらに、照射野２０５が動いた場合には、システム制御装置２８０はＸ線ＣＴ装置２３０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１３１０，１３２０の動作をそれぞれ制御して照射ヘッド１０００を首振りさせる。なお、照射ヘッド１０００の首振り動作中はインターロックが作動して放射線の照射は禁止されるので、近傍部位の被曝量は最小限に抑えられる。
次に、本実施形態の照射ヘッド１０００の詳細を説明する。
照射ヘッド１０００は、図３０Ａ〜図３０Ｃ及び図３６に示すように、ヘッド本体部をカバー１０１０で覆い、該ヘッド本体部の先端側に放射線を出射するための出射部１２００が取付けられている。ヘッド本体部を覆うカバー１０１０内には、電気回路／冷却水回路１１６０、加速管１１００、ＲＦ窓５２０、導波管５１０、ロータリーＲＦカプラの一部５００Ｂ、排気管１０７０、イオンポンプ１１２０、ターゲット排気室１１９０、ターゲット１２１０、冷却板１２２０が設けられている。また、加速管１１００の尾部の絶縁碍子１０３０から外部電源に接続された図示しないケーブルがカバー１０１０内に導入され、電子銃１０４０のカソード１０５０に接続されている。このカソード１０５０と向き合ってアノード１０６０が配置されている。カソード１０５０とアノード１０６０との間は、イオンポンプ１１２０に連通する排気管１０７０により排気される。電子銃１０４０の電源は、システム制御装置２８０により制御される。なお、電子銃１０４０は、加速管１１００から出射部１２００に続いている。また、絶縁碍子１０３０から加速管１１００の先端までの長さは、約３６０ｍｍである。
図３１に示すように、電子銃１０４０のアノード１０６０の中央孔は、加速管１１００のバンチャ空洞１０９０に連通している。加速管１１００は、電子銃１０４０から出射された電子線を加速させ、高エネルギーの電子ビームをＸ線ターゲット１２１０に衝突させる。加速管１１００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１１１０ｂが配置されている。加速空胴１１１０ｂは、サイドカップルキャビティ１１１０ａを介して左右一対の側方排気管１０８０にそれぞれ連通している。左右一対の側方排気管１０８０は、イオンポンプ１１２０に接続される。これにより左右一対の側方排気管１０８０は、イオンポンプ１１２０によって真空排気される。すなわち、加速管１１００の内部は、側方サイドカップルキャビティ１１１０ａ及び側方排気管１０８０を介してイオンポンプ１１２０により真空排気される。
加速管１１００には導波管５１０が連通している。導波管５１０はセラミック製のＲＦ窓５２０及びロータリーＲＦカプラ５００Ａ，５００Ｂを経由してマイクロ波発振器２７０に連通している。ＲＦ窓５２０は、導波管５１０内に封入されたＳＦ６ガスの漏洩を防ぐとともに、マイクロ波を加速管１１００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２７０の電源回路はシステム制御装置２８０に接続されている。
出射部１２００は、カバー１０１０で覆われたヘッド本体部の先端に設けられ、Ｘ線ターゲット１２１０、ターゲット冷却板１２２０、一次コリメータ１２３０、フラットニングフィルタ１２４０を備えている。電子銃１０４０から加速管１１００を経てフラットニングフィルタ１２４０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１１９０を通って出射部１２００のターゲット１２１０に入射するようになっている。
Ｘ線ターゲット１２１０は、高エネルギーの加速電子が入射して制動ふく射Ｘ線を出射する。このためＸ線ターゲット１２１０は、熱損傷を受け易い。この熱対策として、冷却板１２２０によりＸ線ターゲット１２１０を冷却する。なお、ターゲット１２１０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ている。
一次コリメータ１２３０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１２１０からのＸ線をフラットニングフィルタ１２４０に導くものである。
フラットニングフィルタ１２４０は、ターゲット１２１０から出射される放射線（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２０３ａとするためのものである。
さらに、出射部１２００の先端側には二次コリメータ１２５０及び線量計測用電離箱１２６０が取付けられている。二次コリメータ１２５０は、治療用放射線２０３ａ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１２６０に治療用放射線２０３ａが送られるようになっている。この二次コリメータ１２５０は一次コリメータ１２３０の端面部に着脱可能にネジ込まれている。
線量計測用電離箱１２６０は、二次コリメータ１２５０の先端に取付けられ、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図示しない検出回路が接続されている。この検出回路はシステム制御装置２８０の入力側に接続されている。システム制御装置２８０は、線量計測用電離箱１２６０からの入力信号に基づいて照射ヘッド１０００から出射される治療用放射線の線量を算出し、患者２０４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。
次に、図３５を参照して本実施形態の放射線治療装置の制御システムについて説明する。
本実施形態装置の制御システムは、寝台２０８、照射ヘッド１０００、Ｘ線ＣＴ装置２３０、信号処理装置２３１、マイクロ波発振器２７０、システム制御装置２８０、システムユーティリティ２９０からなり、システム制御装置２８０が全体を統括して制御する。
システム制御装置２８０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、システムモニタ及びＢＩＴを含む。
Ｘ線ＣＴ装置２３０は、信号処理装置２３１を経由してシステム制御装置２８０に接続されている。これにより画像取得が治療中にリアルタイムでなされ、医師はディスプレイ上に表示された取得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。
マイクロ波発振器２７０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。加速管１１００にマイクロ波を供給するクライストロンは、導波管系２１１を介して照射ヘッド１０００に接続される。
照射ヘッド１０００のアイソセントリック駆動機構及び首振り駆動機構の各ドライバは、システム制御装置２８０に接続され、アイソセントリック照射時には、周回移動機構２６８が制御され、また擬似ノンアイソセントリック照射時には、２軸首振り機構１３１０，１３２０が制御される。
次に、本実施形態における首振り機構について、図３２〜図３４と、図３６、図３７Ａ〜図３７Ｄとを参照して詳細に説明する。
図３６に示すように、本実施形態の照射ヘッド１０００は、ヘッドカバー１０１０のジンバル構造支持フレーム１０２０に支持されている。支持フレーム１０２０は照射ヘッド１０００の慣性中心を含むＳ１軸及びＳ２軸が通る位置座標に取付けられている。
図３７Ａに示すように、支持フレーム１０２０には導波管系２１１のロータリーＲＦカプラ２１６、一対のロータリーＲＦカプラ５００Ａ，５００Ｂ、サーボモータからなるＳ１首振り機構１３１０、サーボモータからなるＳ２首振り機構１３２０がそれぞれ各辺に取付けられている。
図３７Ｂに示すように、導波管系２１１のロータリーＲＦカプラ２１６は支持フレーム１０２０の一方側長辺の中央に取付けられ、これと向き合うようにＳ１首振り機構１３１０の駆動軸１３１０ａがフレーム１０２０の対向長辺の中央に取付けられている。駆動軸１３１０ａを回転駆動させると、図３４に示すようにＳ１ドライブ軸まわりに照射ヘッド１０００が首振りするようになっている。
図３７Ｄに示すように、一対のロータリーＲＦカプラ５００Ａ，５００Ｂは支持フレーム１０２０の一方側短辺の中央に取付けられている。
図３７Ｃに示すように、一対のロータリーＲＦカプラ５００Ａ，５００Ｂに向き合うようにＳ２首振り機構１３２０の駆動軸１３２０ａが、支持フレーム１０２０の対向短辺の中央に取付けられている。すなわち、Ｓ２首振り機構１３２０の本体は、支持フレーム１０２０側のブラケット１０２０ａに固定支持され、駆動軸１３２０ａは、軸受１３３０を介して支持フレーム１０２０に回転可能に支持されている。駆動軸１３２０ａを回転駆動させると、図３３に示すように、Ｓ２ドライブ軸まわりに照射ヘッド１０００が首振りする。
図３７Ａに示すように、導波管系２１１の各リンクアーム２１３，２１５内には導波管５１０が設けられている。各関節部２１４，２１６内には、ロータリーＲＦカプラ５００が設けられている。一対のロータリーＲＦカプラ５００Ａ，５００Ｂを通って照射ヘッド内の加速管１１００に、マイクロ波が導入される。
次に、本実施形態の放射線と治療装置１６２の動作、特に、治療用放射線の直接線、漏洩線及び散乱線の検出器への影響を防止し、画像取得用Ｘ線の照射と治療用放射線の照射とのリアルタイム時分割処理を実現する方法を、図４１に示すタイミングチャートを参照して説明する。
先ず放射線治療装置１６２のメインスイッチをＯＮすると、治療用寝台システム２０７，２０８、照射ヘッド１０００、Ｘ線ＣＴ装置２３０、マイクロ波発振器２７０、システム制御装置２８０、システムユーティリティ２９０の電源がそれぞれ待機状態となる。天板２０８が移動して患者２０４を治療エリア内に移動させる。このとき、Ｘ線ＣＴ装置２３０及び／又は寝台２０７を移動させて、患部２０５がアイソセンタ２０５ａに一致するように位置合わせする。このアイソセントリック位置合わせ完了後、Ｘ線ＣＴ装置２３０によるリアルタイム画像取得と、照射ヘッド１０００による放射線治療とを開始する。
図４１中の時間ｔ０において、Ｘ線ＣＴ装置２３０は、照射野２０５に向けて画像取得用Ｘ線２０３ｂの照射を開始する。その透過像を図４１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２０３ｂ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２０３ｂを照射している時間ｔ０〜ｔ１において、治療用放射線２０３ａ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１０００は、治療用放射線２０３ａを出射しないようにインターロックされている。
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２３１やシステム制御装置２８０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１３１０，１３２０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。
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１３１０，１３２０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１３１０，１３２０を駆動させている時間ｔ３〜ｔ５の間、治療用放射線２０３ａを照射しないように、照射ヘッド１０００は、安全性を考慮してインターロックされている。
首振り機構１３１０，１３２０が停止する時間ｔ５において、照射ヘッド１０００のインターロックは、解除され、治療用放射線２０３ａは、照射されはじめる。治療用放射線２０３ａの照射時間は、次に首振り機構１３１０，１３２０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２０３ａの照射が完了する。
治療用放射線２０３ａの照射停止後、時間ｔ６に画像取得用Ｘ線２０３ｂの照射を開始し、時間ｔ６から始まる次の画像処理の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１０００のインターロックが解除され、２回目の治療用放射線２０３ａの照射が再開される。
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２０３ａの照射を行なうサイクルは、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。
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１０００を首振りさせて、治療用放射線２０３ａ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４１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４１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。
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２０３ａ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１６２では、照射ヘッド１０００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２０３ａの照射がなされるよう構成されている。
このように本実施形態の放射線治療装置１６２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２０３ａの照射のサイクルが繰返され、寝台２０７の１／２球殻の位置から照射野２０５への追従照射による治療が行われる。
上述した本実施形態の放射線治療装置１６２の治療方法は、図４２の（ａ）〜（ｅ）にて示される。この図４２は、図２６と同様なので説明は省略する。
上述した本実施形態の放射線治療装置１６２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１０００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、高精度な放射線の照射を実現することができる。
このように本実施形態の放射線治療装置１６２は、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、呼吸、心鼓動、蠕動、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頚部以下の部位を治療対象とすることができる。
本発明の第１６の実施形態に係る放射線治療装置１６３について、図４３及び図４４を参照して説明する。なお、図４３及び図４４において、先の図と重複する部分は、同じ符号を付してその説明は省略する。
本実施形態の放射線治療装置１６３は、回転ドラム２９９上に、照射ヘッド１０００、Ｘ線ＣＴ装置のＸ線管である画像取得用Ｘ線源２９７及びセンサアレイ２９８を搭載した構成であり、第３世代Ｘ線ＣＴ装置等のドラム部上に、照射ヘッド１０００を装備した構造としている。回転ドラム２９９の回転中心は、アイソセンタ２０５ａとされている。照射ヘッド１０００は、４ＭｅＶ〜１０ＭｅＶの放射線を発生する線形加速器を搭載し、図示のように２軸（Ｓ１，Ｓ２）の首振り機構を有し、これらの首振り機構による動作によって、回転ドラム２９９の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、回転ドラム２９９の回転に伴う照準角度補正も含める必要があるが、Ｓ１軸の首振りに関しての照準角度補正は不要である。
画像取得用Ｘ線源２９７及びセンサアレイ２９８は、照射ヘッド１０００と干渉を生じない回転ドラム２９９上に所定箇所にそれぞれ取付けられ、画像取得用Ｘ線源２９７とセンサアレイ２９８とは互いに向き合っている。センサアレイ２９８はＭｕｌｔｉ  Ｌａｗタイプの多列センサである。
次に、本発明の第１７の実施形態に係る放射線治療装置１６４について、図４５を参照して説明する。なお、図４５において、先の図と重複する部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態の放射線治療装置１６４は、回転ドラム２９９上に、照射ヘッド１０００と、Ｘ線源２９７Ａ，２９７Ｂ及びセンサアレイ２９８Ａ，２９８Ｂが装備されている。このＸ線源２９７Ａとセンサアレイ２９８Ａとのセットと、Ｘ線源２９７Ｂとセンサアレイ２９８ＢとのセットとはそれぞれＸ線透視装置として機能する。２つのＸ線透視装置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２０４の体内のランドマーク又は微小金プレート等のマーカを写し込んだＸ線透視画像を２軸方向について取得することができ、患部位置の動きを把握可能としている。なお、Ｘ線透視画像の画像強調方法としては、造影剤を用いてＤＳＡのような画像処理を行うことも可能である。なお、照射ヘッド１０００は、第１６の実施形態で説明した放射線治療装置１６３の照射ヘッド１０００と同様である。
産業上の利用可能性
本発明によれば、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は、本発明の第１の実施形態に係る放射線治療装置を示す斜視図である。
図２は、図１の放射線治療装置の可変式コリメータと診断用イメージャを部分的に抽出し、照射対象との位置関係を示す斜視図である。
図３は、本発明の第２の実施形態に係る放射線治療装置を示す斜視図である。
図４は、図３の放射線治療装置において、放射線発生装置と可動部材の周辺を示す上面図である。
図５は、図３の放射線治療装置において、放射線発生装置と可動部材の周辺を示す側面図である。
図６は、図３の放射線治療装置において、放射線発生装置と可動部材の周辺を示す正面図である。
図７は、本発明の第３の実施形態に係る放射線治療装置を示す斜視図である。
図８は、本発明の第４の実施形態に係る放射線治療装置を示す斜視図である。
図９は、本発明の第５の実施形態に係る放射線治療装置を示す斜視図である。
図１０は、本発明の第６の実施形態に係る放射線治療装置を示す斜視図である。
図１１は、本発明の第７の実施形態に係る放射線治療装置を示す斜視図である。
図１２は、本発明の第８の実施形態に係る放射線治療装置を示す斜視図である。
図１３は、本発明の第９の実施形態に係る放射線治療装置を示す斜視図である。
図１４は、本発明の第１０の実施形態に係る放射線治療装置を示す斜視図である。
図１５は、本発明の第１１の実施形態に係る放射線治療装置を示す斜視図である。
図１６は、本発明の第１２の実施形態に係る放射線治療装置を示す斜視図である。
図１７は、本発明の第１３の実施形態に係る放射線治療装置を示す斜視図である。
図１８は、本発明の第１４の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である。
図１９は、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である。
図２０は、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である。
図２１は、同実施形態の放射線治療装置における照射ヘッドの部分断面図である。
図２２は、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ーＲＦカプラを示す斜視図である。
図２３は、同実施形態の放射線治療装置におけるロータリーＲＦカプラ及び導波管を示す斜視図である。
図２４は、同実施形態の放射線治療装置におけるロータリーＲＦカプラを説明する図である。
図２５は、同実施形態に係る放射線治療装置のブロック図である。
図２６は、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である。
図２７は、本発明の第１５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である。
図２８は、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である。
図２９は、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である。
図３０Ａ、図３０Ｂ及び図３０Ｃは、夫々本発明の第１５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す。図３０Ｂは、図３０ＡにおけるＸＩＩＩＢ−ＸＩＩＩＢに沿う断面図である。図３０Ｃは、図３０ＡにおけるＸＩＩＩＣ−ＸＩＩＩＣに沿う断面図である。
図３１は、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加速管を示す構成図である。
図３２は、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３３は、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３２におけるＸＶＩ−ＸＶＩに沿う部分断面図である。
図３４は、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３２におけるＸＶＩＩ−ＸＶＩＩに沿う部分断面図である。
図３５は、本発明の第１５実施形態に係る放射線治療装置のブロック図である。
図３６は、本発明の第１５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である。
図３７Ａ〜Ｄは、同実施形態における首振り機構を示し、図３７Ａは導波管と首振り機構及び駆動モータを示す斜視図である。図３７Ｂは、図３７ＡにおけるＸＸＢ−ＸＸＢに沿う断面図である。図３７Ｃは、図３７ＡにおけるＸＸＣ−ＸＸＣに沿う断面図である。図３７Ｄは、図３７ＡにおけるＸＸＤ−ＸＸＤに沿う断面図である。
図３８は、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ーＲＦカプラを示す斜視図である。
図３９は、同実施形態の放射線治療装置におけるロータリーＲＦカプラ及び導波管を示す斜視図である。
図４０Ａ，図４０Ｂは、夫々同実施形態の放射線治療装置におけるロータリーＲＦカプラを説明する図である。
図４１は、同実施形態における動作を示すタイミングチャートである。
図４２は、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である。
図４３は、本発明の第１６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である。
図４４は、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である。
図４５は、本発明の第１７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である。
【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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【図２９】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３６】
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【図３５】
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【図３７Ａ】
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【図３７Ｂ】
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【図３７Ｃ】
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【図３７Ｄ】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０Ａ】
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【図４０Ｂ】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【国際調査報告】
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