多葉コリメータにおける改善、または多葉コリメータに関する改善
放射線治療装置用の多葉コリメータは、横方向に相隔てて並ぶ細長いリーフの少なくとも一つのアレイを備え、各リーフが駆動手段を介してリーフに接続されている関連するモータによって駆動されてリーフはその長手方向に伸長または収縮し、駆動手段はモータの少なくとも一部分が取り付けられるサブフレームを備え、サブフレームは横方向および長手方向に対して横断する方向に前記リーフアレイから離隔された位置に取り付けられ、長手方向に配設されている複数の送りネジを備え、各ネジはモータによって駆動され、またリーフに動作可能なように接続されてそのリーフを駆動する。これにより、空間効率が高まり、駆動システムをモジュール式にすることができる。サブフレーム上に取り付けられている複数のモータは、第一の長手方向端部に取り付けることができ、サブフレーム上に取り付けられているモータの残りは、第二の対向する長手方向端部に取り付けられる。アレイの縁にないこれらの送りネジは、好ましくは、同じ長手方向端部に取り付けられているモータによって駆動される一つの送りネジおよび対向する長手方向端部に取り付けられているモータによって駆動される第二の送りネジでいずれかの側部上で隣接する。この結果、モータはギャップと対で配列され、そのギャップの間にモータを取り付けるための空間が設けられる。モータの対は、必要なクリアランスが得られるように上下に重ねて配置することができるが、これは、送りネジがリーフから二つの間隔のうちの一つでサブフレーム内に取り付けられ、横方向に隣接する送りネジは交互する間隔で取り付けられることを意味している。送りネジは、サブフレームのボア内に取り付けることができる。代替リーフは、対応する下側サブフレームによって駆動されうる。駆動手段は、送りネジ上にネジ山付き部材をさらに備えることができる。これは、横方向に延在するラグを押しやって、リーフを駆動することができる。ラグは、リーフ縁上の陥凹部と係合しうる。これは、サブフレームの機械加工された溝内に保持することができ、溝は、支える必要がある荷重のオフセット性に照らしてラグを誘導するのを補助する非平行の側部とともに機械加工されうる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多葉コリメータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放射線治療装置は、電離放射線、通常はX線のビームまたは電子もしくは他の素粒子のビームを発生することを伴う。これは、患者の癌領域に向けて送られ、腫瘍細胞に対して有害な影響を及ぼして患者の症状の緩和をもたらすものである。一般に、線量が患者の腫瘍細胞内で最大になり、患者の正常細胞内で最小となるように放射線ビームの範囲を限定することが好ましく、こうすることで、治療効率が改善され、患者が被る副作用が軽減される。そのようなことを行うさまざまな方法が開発されている。
【０００３】
放射線量の範囲を限定する際の主要な構成要素の一つが、いわゆる「多葉コリメータ」（ＭＬＣ）である。これは、並べて一つのアレイの形に配置された多数の細長く薄いリーフ(葉)からなるコリメータである。各リーフは、その先端を放射線場内へ伸長し、また放射線場から引き出せるように長手方向に移動可能である。したがって、リーフ先端のアレイは、コリメータへの可変縁を画定するように位置決めすることができる。すべてのリーフは、放射線場を開くように引き出すことができるか、またはすべてのリーフは、放射線場を閉じるように伸長することができる。あるいは、一部のリーフを引き出し、一部のリーフを伸長して、動作限界の範囲内で、所望の形状を画定することができる。多葉コリメータは、通常、このようなアレイの二つのバンクからなり、各バンクはコリメータの両側から放射線場内に突き出ている。
【０００４】
ＭＬＣリーフバンク上のリーフは、何らかの形で駆動する必要がある。典型的には、これは、ギア付きの電気モータに接続された一連の送りネジによるものである。リーフには、送りネジが嵌入する小型繋留ナットを取り付け、電気モータは、リーフのすぐ後ろの取付け板に固定される。したがって、モータによって送りネジを回転すると、リーフの直線運動が生じる。リーフ駆動モータは、単一のリーフ厚さに比べて幅広になるのは避けられず、したがって、各リーフを駆動できるようにするためには、モータを図１に示されているような特定のパターンで取り付けなければならない。これは、隣接するＭＬＣリーフ12からなるアレイ用のハウジング10を示している。このアレイの背後では、モータマウント14がリーフ12の背後に置かれるようにボルト16を介してハウジング10の適所に固定される。各リーフ12用のモータ18が、モータマウント14に固定される。
【０００５】
各モータ18は、一般的に、チューブ状であり、したがって、一方の端からは（図１に示されているように）円形に見える。モータは、個別のリーフに比べて幅は広く、したがって、千鳥パターンで配置される。この例では、モータ18は、モータの中心が各リーフと揃うように四つのオフセットした列で配置される。この結果、したがって、送りネジナットは、さまざまな位置のうちの一つの位置でリーフに固定されなければならず、このことは（この場合には）四つの異なるリーフ形状を製造する必要があることを意味する。
【０００６】
図２に一般的に示されている、「ビーム変調装置」と呼ばれる代替システムでは、リーフは、ラックアンドピニオンシステムによって駆動される。ギアラック20は、リーフ22の上部または底部の中へ機械加工され、リークバンクの側部に固定されたモータ24によって駆動される。モータのピニオンギア26が、適当な長さのエクステンションシャフト28に装着され、これにより、駆動力を、作動させるべき適切なリーフに伝えることができる。
【０００７】
本発明者らによる先の特許出願の、特許文献１では、ビーム変調装置駆動システムに類似しているモジュール設計を説明している。この出願では、小型のギアとラックのシステムが取外し可能なモジュールに組み込まれる設計について説明している。直線運動は、ラックに付けられている溝を介してリーフに伝えられ、「テール」を取り付けたリーフを係合する。
【０００８】
駆動システムの選択は、リーフバンク内のリーフの量と厚さに左右される。例えば、ＭＬＣリーフバンクは、側部毎に40個のリーフを有し、リーフの平均の厚さは3.6mmである。リーフのこの厚さおよび量により、リーフのすぐ後ろにモータを配置して、リーフの中心を通る送りネジを介して作動させるという従来の解決方法が利用できる。
【０００９】
この設計における送りネジの直径は2.5mmに制限されているが、これが隣接するリーフに干渉せずにリーフ内に入ることができる最大の直径だからである。都合のよいことに、これが、標準ISO番手でもある。送りネジは、800g程度の重さのリーフを駆動しなければならず、特定のヘッド／ガントリー角度で、ネジ山単独によってリーフがつるされその全重量が支えられる。したがって、ネジ山の係合面積が小さいので、送りネジは高い摩擦荷重を受けることになり、許容される耐用年数を維持するように定期的に注油する必要がある。送りネジの性能は、リーフナットがモータに近いときに発生する可能性のあるホイッピング運動の悪影響も受け、この場合、送りネジの長い自由端は、回転とともに振動しうる。それに加えて、送りネジは、リーフが送りネジの遠位端へ押されたときに座屈荷重を受ける。送りネジがこのような運動をするため、ある程度の騒音も出る。
【００１０】
ビーム変調装置設計では、リーフバンクの分解能を高めるためにより薄いリーフを使用する。わずか1.75mmのこのリーフ厚さも駆動システムの選択に影響を及ぼす。ＭＬＣ上で使用されるような送りネジシステムは、直径1.5mmの送りネジを必要とするようであれば実現可能な解決手段とはならないし、リーフの移動距離が長ければ長いほど、送りネジが受けるホイッピングと座屈は増大する。高いアスペクト比を持つ送りネジも、製造するのが極端に困難であり、コストが非常にかかり、適切に支持されなかった場合破砕する可能性がある。それに加えて、必要なモータの数（側部毎に40個）は、そのサイズのせいでリーフの背後に取り付けることができない場合がある。
【００１１】
したがって、ビーム変調装置用の駆動システムは、ラックアンドピニオンシステムを組み込み、モータはリーフバンクのいずれかの側部、上部、および底部に配設されている。モータは、リーフバンクの側部に固定され、ピニオンは、10個の異なる長さを必要とするエクステンションシャフト上のモータから駆動され、それに加えて、千鳥配置のベアリングブロックが組み込まれ、エクステンションシャフトがそこに通されている。リーブバンクには8個のこのようなベアリングブロックが必要である。
【００１２】
モータは、リーフバンクの四つの側部に沿って分散されているため、モータの整備保守のためにバンクを取り外さなければならない。リーフバンクの取外しは、時間のかかる作業であり、リーフバンクが同じ位置に戻されない場合には放射線性能に問題が生じることもある。
【００１３】
ラックはタングステンリーフの上部または底部の中へ機械加工され、したがって、リーフの上部に位置決めされるベアリング面は、ラックに道を譲るようにオフセットされなければならない。これにより、ラックおよびベアリング面に対するリーフの上部／底部から8mmほどが失われるので、リーフの遮蔽効果が低下するという望ましくない効果が生じる。
【００１４】
ラックを円滑に動作させるために、ラックとピニオンとの間に、ある程度のクリアランスを維持しなければならない。したがって、リーフバンクを組み立てるときに80個のモータのそれぞれをチェックしなければならない。このクリアランスは、製造公差に応じて、リーフ毎に異なることがあり、またピニオンとモータギアボックスが摩耗し始めると望ましくないバックラッシュを生じることがある。このようなバックラッシュは、リーフの位置に関する精度に影響を及ぼす。
【００１５】
特許文献１では、ビーム変調装置で生じる整備関連の問題の多くを軽減する取外し可能なモジュールについて説明している。しかし、これがラックアンドピニオンシステムを組み込むと、同様にバックラッシュを生じる。ＭＬＣラックアンドピニオンシステムは、元々、160リーフＭＬＣの周りに設計されたものであるが、リーフバンクの上側および下側の処理ヘッド内の利用可能な空間における制限さらにはヘッド直径全体に対する制約が、このタイプのアクチュエータを取り付ける際に問題となる。アクチュエータ内のギアラックは、リーフピッチと一致するように位置決めされ、動作中に、ラックは、放射線ビーム内に入り込み、ビーム性能に対し、特にピッチングに誤差がある場合に影響を及ぼしうる。また、アクチュエータモジュールは、多数の精密切断されたギアおよびラックを含めて、使用する部品点数が多く、このため生産コストが増大する。
【００１６】
したがって、リーフの厚さ／ピッチおよびモータのサイズは、リーフに駆動力を伝える方法に影響を及ぼし、好適な方法が得られた後（二つの実用的な駆動装置解決方法、送りネジとラックアンドピニオン）、設計は、摩耗、騒音、生産および組み立てコスト、バックラッシュ、および整備保守問題に関して固有の問題を抱えうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】英国特許出願公開第２４２３９０９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
したがって、本発明は、複雑な駆動装置設計および部品点数の多さ(リーフの数に比較して)に頼ることなく、より多くのリーフを駆動する潜在性を有する、従来の送りネジシステムに関連する問題の多くに対処する、コンパクトなＭＬＣアクチュエータを実現しようとするものである。これには、生産コストを下げ、組み立て時間を短縮するという利点がある。駆動メカニズムには、理想的には、タングステンリーフの遮蔽効果を低減したり、または放射線ビームに干渉することがあってはならない。モジュール設計は、駆動システムをリーフバンクから完全に取り外せるようにすることによって整備保守問題も改善する。
【００１９】
本発明のＭＬＣアクチュエータは、160リーフＭＬＣ上で使用するように設計されているが、もちろん、リーフの数が多い、または少ないＭＬＣにも適用することが可能である。駆動装置は、理想的には、以前のＭＬＣに比べてリーフを高速に移動することができ、これにより動的な治療行為の効果が高められ、幅が小さく、および／または限定されている全体的なヘッド高さの範囲内であっても駆動モータの直径10mmに比べてリーフのピッチが例えば1.5mmである、ＭＬＣに対して使用可能である。
【００２０】
リーフの上側（つまり、線源側）の幅は、リーフバンクの先細設計により、リーフの下側に比べて一般的には小さい。したがって、どのような設計も、理想的には、設計を複雑化することなく、また必要なコンポーネントの部品点数を増やすことなく、リーフ幅および利用可能な空間のこのような違いを吸収できるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
したがって、本発明は、横方向に相隔てて並ぶ細長いリーフの少なくとも一つのアレイを備え、各リーフが駆動手段を介してリーフに接続されている関連するモータによって駆動されてリーフはその長手方向に伸長または収縮し、駆動手段はモータの少なくとも一部分が取り付けられるサブフレームを備え、サブフレームは横方向および長手方向に対して横断する方向にリーフアレイから離隔された位置に取り付けられ、長手方向に配設されている複数の送りネジを備え、各ネジはモータによって駆動され、またリーフに動作可能なように接続されてそのリーフを駆動する、放射線治療装置用の多葉コリメータを実現する。
【００２２】
駆動モータをこのように取り付けることで、駆動モータを空間効率よく分散させることができ、また駆動システムをラックアンドピニオンギアを必要としないモジュール式とすることができる。
【００２３】
したがって、モータを空間効率の高い仕方で分散させることができるということを活かすために、サブフレーム上に取り付けられている複数のモータが、第一の長手方向端部に取り付けられ、サブフレーム上に取り付けられているモータの残り部分が、第二の対向する長手方向端部に取り付けられることが好ましい。アレイの縁にないこれらの送りネジは、好ましくは、同じ長手方向端部に取り付けられているモータによって駆動される一つの送りネジおよび対向する長手方向端部に取り付けられているモータによって駆動される第二の送りネジでいずれかの側部上で隣接する。この結果、モータはギャップと対で配列され、そのギャップの間にモータを取り付けるための空間が設けられる。モータの対は、必要なクリアランスが得られるように一方の上に他方を載せる形で配置することができるが、これは、送りネジがリーフから二つの間隔のうちの一つでサブフレーム内に取り付けられ、横方向に隣接する送りネジは交互する間隔で取り付けられることを意味している。送りネジは、サブフレームのボア内に取り付けることができる。
【００２４】
モータの残りが取り付けられる、上側アレイとは反対方向にリーフアレイから隔てられて並ぶ位置に取り付けられる、下側サブフレームを含めることによって、空間効率をさらに高めることができる。これは、リーフの傾斜が変化する結果として調節を必要とするリーフピッチを除き、（上側）サブフレームと一般的には似た方法で設計されうる。本発明者らは、リーフの半分がサブフレームから駆動され、別の半分は下側サブフレームから駆動されることが好ましいと考える。アレイ内の隣接リーフは、サブフレームと下側サブフレームから交互に駆動されうる。
【００２５】
これらのリーフは、好ましくは、機械加工されたガイド内に、長手方向の運動が可能なように取り付けられる。このガイドに（複数の）サブフレームを取り付けることができる。
【００２６】
このようにして、リーフの細長い縁からリーフが駆動される。このことは、リーフが実質的に放射線不透過性である第一の材料のフロントセクション、および駆動に使用されるテールセクションを備えることができる。
【００２７】
駆動手段は、送りネジ上にネジ山付き部材をさらに備えることができる。これは、横方向に延在するラグを押しやって、リーフを駆動することができる。ラグは、リーフ縁上の陥凹部と係合しうる。これは、サブフレームの機械加工された溝内に保持することができ、溝は、支える必要がある荷重のオフセット性に照らしてラグを誘導するのを補助する非平行の側部とともに機械加工されうる。
【００２８】
本発明の一実施形態は、例として付属の図面を参照しつつ説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】知られているＭＬＣ駆動配置構成のリーフ方向に沿った図面である。
【図２】知られているビーム変調装置を示す斜視図である。
【図３】本発明による単一のリーフを示す図である。
【図４】リーフの方向に沿った、本発明によるリーフ駆動部を示す図である。
【図５】本発明によるリーフ駆動部のバンクを示す図である。
【図６】バンクの単一の駆動モータの保持および取外しを示す図である。
【図７】ラグおよび関連するガイド溝に対する異なる縦断面を示す図である。
【図８】ラグおよび関連するガイド溝に対する異なる縦断面を示す図である。
【図９】ラグおよび関連するガイド溝に対する異なる縦断面を示す図である。
【図１０】ラグおよび関連するガイド溝に対する異なる縦断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
ラックアンドピニオン型システムの最小長に対する固有の制限は、モジュールの側部に取り付けられたモータの数量である。例えば、各モジュールが、40個のリーフを駆動するように設計されていると仮定すると、各モータが直径10mmであり（したがって）二重列内で14mmだけ離して並べられ、次いで、モジュールの長さは14×(40/2)、つまり、280mmに、リーフが移動すると予想される距離を加えた値にならなければならない。この距離に対しおおよそ70mmとすると、これにより、システムの全長は350mmである。最小全高は、モータの直径にラックの高さを加えた値、つまり、約32mmとなる。したがって、ラックアンドピニオンモジュールは、リーフバンク上に取り付けられると、治療ヘッドの直径を著しく増やすことになる。
【００３１】
本明細書で説明されているＭＬＣアクチュエータは、リーフに平行に進む送りネジを備える、つまり、送りネジは必要なリーフ移動距離よりわずかに長ければよいので、駆動モジュールの長さは全体的に短いことを特徴とする。したがって、モータを含むアクチュエータの全長は約200mmとし、高さは約24mmとすることができる。
【００３２】
しかし、これは、上記の問題に直面することになる、つまり、送りネジは、生産するのに経済的かつ動作中に十分に剛性なものとなるように最小限の直径を必要とする。個別のリーフ厚さがこの直径に近づくか、またはそれより小さいＭＬＣアレイでは、これにより、送りネジとこれらを駆動するモータの両方を収容する際に問題が生じる。
【００３３】
本明細書で説明されているＭＬＣアクチュエータは、駆動アセンブリから外へ突き出て、リーフと係合するラグを介して間接的にリーフを作動させる送りネジ駆動アセンブリを組み込んでいる。送りネジおよびラグは、ラグ（など）を収納し、駆動アセンブリ用の取付け部を備えるベアリングブロック内に機械加工されたガイド溝を通る。
【００３４】
依然として、送りネジがリーフより幅広であることは言うまでもなく、また通常であれば、モータの方が幅広である。したがって、各リーフは（一般的に）関連する駆動メカニズムの幅の数分の一程度しかない。これの別の見方では、横方向にアレイ状に並べられた駆動メカニズムは、リーフの一部しか駆動できない。したがって、多数のこのようなアレイは、各アレイからの駆動力がリーフに満足のゆく形で伝えることができる場合に、リーフのすべてを駆動することができる。したがって、送りネジ駆動装置をコンパクトな取外し可能なモジュール内に取り付けるために駆動メカニズムの特定のパターンが必要になる。
【００３５】
そこで、リーフへの駆動を複数の方法で分割して駆動メカニズムアレイを分散させることを選択した。第一に、リーフをその上縁またはその下縁から駆動することができる。これは、ＭＬＣアレイが、通常は、放射線源に最も近い上部と患者に最も近い底部とを有するものとして説明されている、慣例によって定められる。このような慣例は、ＭＬＣアレイが患者を中心として回転する放射線ヘッド内に取り付けられるので必要であり、したがって、使用時には、このアレイは、任意の向きを取りうる。そのため、上側サブフレームは、駆動メカニズムの半分を運び、他のすべてのリーフを駆動し、下側サブフレームは、残り半分を運び、残りのリーフを駆動することができる。次に、各サブフレームは、二列の送りネジを、上下に重ねて運ぶことができる。各送りネジに関連するラグは、対応する長さを持つことができる。これにより、モータ間に間隔が開けられ、これにより、横方向に隣接する送りネジを駆動することができる。最後に、送りネジは、もちろん、二つの端部を有し、いずれかから駆動することができる。したがって、各サブフレーム内の送りネジの半分は、前部（ビームから最も遠い距離にある端部として定義する）から駆動することができ、残り半分を後部（それに呼応する形で定義される）から駆動することができる。三つのこのような二分割により、23通りの組合せが可能になる、つまり、各状況的に同一の駆動手段が八つのリーフのうちの一つを駆動する。この分割は、以下のとおりとすることができる。
【００３６】
【表１】
【００３７】
ベアリングブロック内の送りネジ、ラグ、およびガイド溝の正確なパターンは、リーフの角度とピッチおよび駆動モータの必要な空間から導き出される。このようなパターンでも、駆動モータの軸をリーフの中心線に一致させ、直線運動を効率よく確実に伝えるようにできる。
【００３８】
駆動モータを駆動モジュールの前面と後面（上側サブフレームと下側サブフレーム）に取り付けることによって、駆動モータを取り付けるために必要な面積を二面に分散させることができる。これは、駆動メカニズムが二つのサイズのみでよいという点を活かして、部品点数を減らすものでもある。したがって、駆動システムは、二つのモジュール、側部毎に二つ、上側と下側とに分割される。これらのモジュールのそれぞれは、40個のモータ／送りネジ駆動装置を収納し、合計80個のリーフに対応できる。各モジュールは、前面に取り付けられた20個のモータと後面に取り付けられた20個のモータを有する。モータ／送りネジ駆動装置の取付けのための方法は、モジュール内の機械加工された溝のパターンに特に合うように考案されている。
【００３９】
この送りネジ設計は、アクメネジ形態の高精度機械加工送りネジを組み込んでいる。送りネジナットは、低摩擦プラスチック材料で射出成形され、これにより、注油なしでアセンブリを無音で動作させることができる。送りネジナットは、ラグ内に嵌入し、モータアセンブリを取り外すことによって簡単に交換することができる。
【００４０】
ラグの機械加工されたガイド溝は、平行でない側部とともに形成することもでき、ラグはそれに応じて造形加工される。したがって、ガイド溝に沿って見たときに、縦断面はシリンダー錠の鍵に似た形となりうる。これにより、ベアリングとして働き、送りネジナットからタングステンリーフの質量を動かす際に生じる側面荷重およびモーメント荷重を除去する、非垂直面が形成される。以前の設計では、これはナットの寿命に悪影響を及ぼす。送りネジは、このようにしても支持され、ホイッピングと座屈傾向の両方を低減する。ガイド溝縦断面は、溝の脚部内に「Ｖ」字型またはもみの木形状も備えることができ、これにより、鍵のベアリング表面積が増大し、摩擦が減少する。
【００４１】
ラグの下側部分は、駆動モジュールの下に露出されている。これらのセクションは、リーフ内の嵌合切欠き部を介してタングステンリーフの上部または底部内に係合する。これは小さく、ビームを整形する際には能動的ではないリーフの部分の中にあるので、ＭＬＣの遮蔽性能は、影響を受けない。
【００４２】
図３を参照すると、これは、単一のリーフおよび関連する駆動を示している。タングステン減衰部分100は、適切な分解能が得られるように横方向に比較的薄く、広い範囲にわたって移動できるように長手方向に長く、またビームの減衰が十分になされるようビーム方向に深い。減衰部分100の前縁102は、くっきりした半影部になるように一般的によく知られている方法で曲げられる。減衰部分100の後縁は、垂直であり、リーフの残り部分を構成する駆動部分104に連結されている。
【００４３】
駆動部分104は、一つの縁、この場合は上縁を有し、これは、ラグ108がぴったり嵌る陥凹部106を除き、減衰部分100の対応する縁と同一直線上にある。駆動部分104の対向する縁は、減衰部分100の対応する縁から戻され、デバイスの全重量を低減し、他方の側部の駆動メカニズムとの干渉を回避する。減衰および駆動部分の相対的配向を逆転することによって、リーフを上部縁（図示されているように）または底部縁から駆動することができることは理解されるであろう。
【００４４】
ラグ108は、駆動部分104の陥凹部106内にぴったり嵌るが、適所に固定されない。しかし、ラグ108は、一対のシリンダー110、112に取り付けられ、送りネジ114はこれらを通り、また送りネジナット116はこれらの間に固定される。したがって、送りネジ114が回転すると、ナット116は一方の方向に、または他方の方向に強制され、それと一緒にシリンダー110、112、ラグ108、駆動部分104、および減衰部分100を移動する。シリンダーは、送りネジナット116を保持する構造に剛性を与え、また、ホイッピングと座屈の両方を阻止するために送りネジ114の横方向の支持を行う。
【００４５】
最後に、送りネジ114の一方の端部において、送りネジを駆動するためにモータ118が備えられる。
【００４６】
したがって、駆動部分104および／またはモータ118／送りネジ114の向きを単純に逆転することで、上記分割のうちの二つを行うことができる。残りの第三の分割は、長いラグ108を置き換えることによって達成される。したがって、さまざまな駆動モータの空間的な分散は、きわめて少ない部品点数で達成される。
【００４７】
図４は、一方の端部からの一つのリーフバンクを示している。並べられている（つまり、横方向にアレイ状に並ぶ）リーフ100は、リーフガイド（図示せず）の中の上部および底部の縁のところで支持される。図４の左手側からリーフを数えると、奇数番号のリーフは、下縁から駆動され、偶数番号のリーフは、上縁から駆動されることがわかる。したがって、上側サブフレーム120は、偶数番号のリーフについて送りネジ、ラグ、モータなどを運び、下側サブフレーム122は、奇数番号のリーフについて送りネジ、ラグ、モータなどを運ぶ。リーフ100の発散性に関係する寸法問題とは別に、二つのサブフレームは機能的にも構造的にも同一である。
【００４８】
各サブフレーム内で、例えば、上側サブフレーム120内で、制御される第一の二つのリーフ（つまり、リーフ2および4）は、可変長のラグ108を介して、サブフレームを形成する他の形で中実のブロック内に機械加工されたガイド内を進む送りネジに接続される。これら二つのガイドは、モータ118を隔てるように異なる高さに配置される。
【００４９】
その後、次のリーフ（つまり、リーフ6）が、リーフ2と同じ上側レベルにある送りネジに接続される。十分な空間を設けるために、リーフ6に対するモータは、サブフレーム120の他方の端部に配置され、その他方の端部から関連する送りネジを駆動する。次いで、このパターンが続き、これにより、リーフ2と同じ仕方で駆動される次のリーフがリーフ10となる。
【００５０】
図５は、リーフバンクおよびリーフガイドが取り外された状態の一つのサブフレームを示している。モータ118のアレイが、ビームから遠い位置にある一方の端部のところに見え、モータ124の対向するアレイが、ビームに最も近い位置にある、他方の端部のところに見える。ラグ108は、ガイド溝126から突き出ているのがわかり、このサブアセンブリがリーフアレイの下（または上）で置き換えられるときに、これらのラグは、リーフ100の駆動部分104の陥凹部106内に突き出る。このようにして、駆動メカニズムは、整備、修理、または交換のために容易に取り外せる。
【００５１】
図６は、サブフレーム122上にモータ118がどのように保持されるかを示している。各モータは、モータ118の周囲の一部（全部ではなく）の周りの二つの対向する方向に外向きに突き出る一対のフランジを有する。思いがけなく、サブフレーム122の他方も端部から駆動される送りネジを収納するモータ118のいずれかの側部に一対のガイド溝126aおよび126bがある。したがって、これらの溝126aおよび126bの端部（少なくとも）は、空であり、したがって、トラス頭ネジ128aおよび128bは、それぞれ、これらの溝の端部内に適当に軽くたたき込んで、これらの溝126aおよび126bの端部内にねじ込むことができる。このようにして、フランジがトラス頭ネジの下に置かれるようにモータ118を回転し、次いでネジを締めることによって、モータ118は確実に保持される。モータ118を取り外すために、両方のネジを緩めて、モータを矢印130の方向に回し、フランジを移動してネジの頭から離し、モータを矢印132の方向に引き出すことができる。
【００５２】
この配置構成において、各ネジは、二つモータを、一方の側部に一つ、他方の側部に一つというように保持する。これでも、個別のモータを取り外せるが、それは、依然として、いずれかの側部のモータが他方の側部に一つのネジによって保持されるからである。これは、一般的に、各モータに単一のフランジと単一の留めネジを備えることよりも好ましく、これを行うことが可能であり、各ネジが一つのモータを保持するだけであるとしても、モータの保持を一般的には弱める。
【００５３】
もちろん、例示されている二つより多い送りネジとモータのさらなる層も考えられる。この場合、複雑さが増すことでコストが増えるけれども、モータ間隔とリーフ厚さとの比をまだ高くすることができる。
【００５４】
図７から図１０は、ラグ108およびラグがスライドするガイド溝126に対する代替の縦断面を示す。図７は、根部分134が拡大されている、最も単純なオプション、サブフレーム122内に形成された側部が平行なガイド溝126を示している。送りネジ114は、拡大された根部分134に置かれ、送りネジナット116によって囲まれている。ラグ108は、サブフレーム122から外へ、ガイド溝126に沿って、送りネジナット116から伸長し、リーフ100の駆動部分104と係合する。この配置構成は、明らかに最も製造しやすいものである。しかし、リーフ100の質量中心がラグ108の駆動直線に沿ってオフセットされるという事実があるにも関わらず、そこでリーフ100を支持するためにラグ108が必要になる。これにより、ガイド溝126の平面内でラグ108を回そうとする回転モーメントがラグ108上に生じる。これにより、ラグ108、送りネジナット116、および送りネジ114上に不均一な摩耗パターンが生じ、これは、駆動メカニズムの長期性能に対し有害であると思われる。
【００５５】
したがって、図８は、これを緩和するようにこの設計に加えた調整を示している。ラグ108は、もはや平行な側部を持たないが、その長さ方向に沿った道筋の途中にある一方の側部への段136を備える。ラグ108の厚さは、この段を通るときも同じであり、つまり、一方の側部の外向きの出っ張り138は、他方の側部の対応する陥凹部140と一致する。一致する形成部が、外向きの出っ張りを受け入れ、陥凹部内に突き出るようにガイド溝126内に構成される。
【００５６】
平坦でない表面をラグ108に付け、対応する形状をガイド溝126に付けることによって、ガイド溝126内のラグ108の回転が阻止される。回転しないようにラグ108を支持するには、出っ張り138および陥凹部140とガイド溝126内の対応する形成物との相互作用を利用する。これらの領域にはある程度の注油をすると有益であり、グラファイトのコーティングが好適である。
【００５７】
図８に示されている配置構成は、単純で直接的な構成であり、この概念を例示している。実際、出っ張りと陥凹部は、ラグ108／ガイド溝126の高さ方向に沿った他の場所に配置することも可能であり、および／または複数のそのような形成物が存在するように複製することも可能である。複数のこのような形成物を設ける場合、これらは同じ方向に向き付けることが可能であるか、または代替方向または混合方向などの異なる方向に向き付けることも可能である。
【００５８】
図９は、他の変更形態を示している。この配置構成では、ラグ108は、一方の側部に一対の隣接する出っ張り142、144を有し、他方の側部に同じものがある。対応する陥凹部が、ガイド溝126内に形成される。この配置構成は、図８のものと比べて対称的であるという利点を有し、また、ラグ108を細くして弱めてしまうのを回避するものとなっている。
【００５９】
図１０は、他の代替形態を示している。陥凹部146のパターンは、ラグ108の両側に形成され、この場合、各側部に四つの陥凹部があり、二つの陥凹部を一つのグループとして二つのグループにまとめられる。対応する出っ張りが、ガイド溝126の内面に設けられる。
【００６０】
上述の形状は、ワイヤ放電加工などの方法によって必要なスケールで形成されうる。
【００６１】
もちろん、本発明の範囲から逸脱することなくさまざまな変更を上述の実施形態に加えることができることは理解されるであろう。
【符号の説明】
【００６２】
2，4，6 リーフ
10 ハウジング
12 ＭＬＣリーフ
14 モータマウント
16 ボルト
18 モータ
20 ギアラック
22 リーフ
24 モータ
26 モータのピニオンギア
28 エクステンションシャフト
100 タングステン減衰部分
102 前縁
104 駆動部分
106 陥凹部
108 ラグ
110、112 一対のシリンダー
114 送りネジ
116 送りネジナット
118 モータ
120 上側サブフレーム
122 下側サブフレーム
126a，126b 一対のガイド溝
128a，128b トラス頭ネジ
130、132 矢印
134 根部分
136 段
138 外向きの出っ張り
140 陥凹部
144 送りネジ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多葉コリメータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放射線治療装置は、電離放射線、通常はX線のビームまたは電子もしくは他の素粒子のビームを発生することを伴う。これは、患者の癌領域に向けて送られ、腫瘍細胞に対して有害な影響を及ぼして患者の症状の緩和をもたらすものである。一般に、線量が患者の腫瘍細胞内で最大になり、患者の正常細胞内で最小となるように放射線ビームの範囲を限定することが好ましく、こうすることで、治療効率が改善され、患者が被る副作用が軽減される。そのようなことを行うさまざまな方法が開発されている。
【０００３】
放射線量の範囲を限定する際の主要な構成要素の一つが、いわゆる「多葉コリメータ」（ＭＬＣ）である。これは、並べて一つのアレイの形に配置された多数の細長く薄いリーフ(葉)からなるコリメータである。各リーフは、その先端を放射線場内へ伸長し、また放射線場から引き出せるように長手方向に移動可能である。したがって、リーフ先端のアレイは、コリメータへの可変縁を画定するように位置決めすることができる。すべてのリーフは、放射線場を開くように引き出すことができるか、またはすべてのリーフは、放射線場を閉じるように伸長することができる。あるいは、一部のリーフを引き出し、一部のリーフを伸長して、動作限界の範囲内で、所望の形状を画定することができる。多葉コリメータは、通常、このようなアレイの二つのバンクからなり、各バンクはコリメータの両側から放射線場内に突き出ている。
【０００４】
ＭＬＣリーフバンク上のリーフは、何らかの形で駆動する必要がある。典型的には、これは、ギア付きの電気モータに接続された一連の送りネジによるものである。リーフには、送りネジが嵌入する小型繋留ナットを取り付け、電気モータは、リーフのすぐ後ろの取付け板に固定される。したがって、モータによって送りネジを回転すると、リーフの直線運動が生じる。リーフ駆動モータは、単一のリーフ厚さに比べて幅広になるのは避けられず、したがって、各リーフを駆動できるようにするためには、モータを図１に示されているような特定のパターンで取り付けなければならない。これは、隣接するＭＬＣリーフ12からなるアレイ用のハウジング10を示している。このアレイの背後では、モータマウント14がリーフ12の背後に置かれるようにボルト16を介してハウジング10の適所に固定される。各リーフ12用のモータ18が、モータマウント14に固定される。
【０００５】
各モータ18は、一般的に、チューブ状であり、したがって、一方の端からは（図１に示されているように）円形に見える。モータは、個別のリーフに比べて幅は広く、したがって、千鳥パターンで配置される。この例では、モータ18は、モータの中心が各リーフと揃うように四つのオフセットした列で配置される。この結果、したがって、送りネジナットは、さまざまな位置のうちの一つの位置でリーフに固定されなければならず、このことは（この場合には）四つの異なるリーフ形状を製造する必要があることを意味する。
【０００６】
図２に一般的に示されている、「ビーム変調装置」と呼ばれる代替システムでは、リーフは、ラックアンドピニオンシステムによって駆動される。ギアラック20は、リーフ22の上部または底部の中へ機械加工され、リークバンクの側部に固定されたモータ24によって駆動される。モータのピニオンギア26が、適当な長さのエクステンションシャフト28に装着され、これにより、駆動力を、作動させるべき適切なリーフに伝えることができる。
【０００７】
本発明者らによる先の特許出願の、特許文献１では、ビーム変調装置駆動システムに類似しているモジュール設計を説明している。この出願では、小型のギアとラックのシステムが取外し可能なモジュールに組み込まれる設計について説明している。直線運動は、ラックに付けられている溝を介してリーフに伝えられ、「テール」を取り付けたリーフを係合する。
【０００８】
駆動システムの選択は、リーフバンク内のリーフの量と厚さに左右される。例えば、ＭＬＣリーフバンクは、側部毎に40個のリーフを有し、リーフの平均の厚さは3.6mmである。リーフのこの厚さおよび量により、リーフのすぐ後ろにモータを配置して、リーフの中心を通る送りネジを介して作動させるという従来の解決方法が利用できる。
【０００９】
この設計における送りネジの直径は2.5mmに制限されているが、これが隣接するリーフに干渉せずにリーフ内に入ることができる最大の直径だからである。都合のよいことに、これが、標準ISO番手でもある。送りネジは、800g程度の重さのリーフを駆動しなければならず、特定のヘッド／ガントリー角度で、ネジ山単独によってリーフがつるされその全重量が支えられる。したがって、ネジ山の係合面積が小さいので、送りネジは高い摩擦荷重を受けることになり、許容される耐用年数を維持するように定期的に注油する必要がある。送りネジの性能は、リーフナットがモータに近いときに発生する可能性のあるホイッピング運動の悪影響も受け、この場合、送りネジの長い自由端は、回転とともに振動しうる。それに加えて、送りネジは、リーフが送りネジの遠位端へ押されたときに座屈荷重を受ける。送りネジがこのような運動をするため、ある程度の騒音も出る。
【００１０】
ビーム変調装置設計では、リーフバンクの分解能を高めるためにより薄いリーフを使用する。わずか1.75mmのこのリーフ厚さも駆動システムの選択に影響を及ぼす。ＭＬＣ上で使用されるような送りネジシステムは、直径1.5mmの送りネジを必要とするようであれば実現可能な解決手段とはならないし、リーフの移動距離が長ければ長いほど、送りネジが受けるホイッピングと座屈は増大する。高いアスペクト比を持つ送りネジも、製造するのが極端に困難であり、コストが非常にかかり、適切に支持されなかった場合破砕する可能性がある。それに加えて、必要なモータの数（側部毎に40個）は、そのサイズのせいでリーフの背後に取り付けることができない場合がある。
【００１１】
したがって、ビーム変調装置用の駆動システムは、ラックアンドピニオンシステムを組み込み、モータはリーフバンクのいずれかの側部、上部、および底部に配設されている。モータは、リーフバンクの側部に固定され、ピニオンは、10個の異なる長さを必要とするエクステンションシャフト上のモータから駆動され、それに加えて、千鳥配置のベアリングブロックが組み込まれ、エクステンションシャフトがそこに通されている。リーブバンクには8個のこのようなベアリングブロックが必要である。
【００１２】
モータは、リーフバンクの四つの側部に沿って分散されているため、モータの整備保守のためにバンクを取り外さなければならない。リーフバンクの取外しは、時間のかかる作業であり、リーフバンクが同じ位置に戻されない場合には放射線性能に問題が生じることもある。
【００１３】
ラックはタングステンリーフの上部または底部の中へ機械加工され、したがって、リーフの上部に位置決めされるベアリング面は、ラックに道を譲るようにオフセットされなければならない。これにより、ラックおよびベアリング面に対するリーフの上部／底部から8mmほどが失われるので、リーフの遮蔽効果が低下するという望ましくない効果が生じる。
【００１４】
ラックを円滑に動作させるために、ラックとピニオンとの間に、ある程度のクリアランスを維持しなければならない。したがって、リーフバンクを組み立てるときに80個のモータのそれぞれをチェックしなければならない。このクリアランスは、製造公差に応じて、リーフ毎に異なることがあり、またピニオンとモータギアボックスが摩耗し始めると望ましくないバックラッシュを生じることがある。このようなバックラッシュは、リーフの位置に関する精度に影響を及ぼす。
【００１５】
特許文献１では、ビーム変調装置で生じる整備関連の問題の多くを軽減する取外し可能なモジュールについて説明している。しかし、これがラックアンドピニオンシステムを組み込むと、同様にバックラッシュを生じる。ＭＬＣラックアンドピニオンシステムは、元々、160リーフＭＬＣの周りに設計されたものであるが、リーフバンクの上側および下側の処理ヘッド内の利用可能な空間における制限さらにはヘッド直径全体に対する制約が、このタイプのアクチュエータを取り付ける際に問題となる。アクチュエータ内のギアラックは、リーフピッチと一致するように位置決めされ、動作中に、ラックは、放射線ビーム内に入り込み、ビーム性能に対し、特にピッチングに誤差がある場合に影響を及ぼしうる。また、アクチュエータモジュールは、多数の精密切断されたギアおよびラックを含めて、使用する部品点数が多く、このため生産コストが増大する。
【００１６】
したがって、リーフの厚さ／ピッチおよびモータのサイズは、リーフに駆動力を伝える方法に影響を及ぼし、好適な方法が得られた後（二つの実用的な駆動装置解決方法、送りネジとラックアンドピニオン）、設計は、摩耗、騒音、生産および組み立てコスト、バックラッシュ、および整備保守問題に関して固有の問題を抱えうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】英国特許出願公開第２４２３９０９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
したがって、本発明は、複雑な駆動装置設計および部品点数の多さ(リーフの数に比較して)に頼ることなく、より多くのリーフを駆動する潜在性を有する、従来の送りネジシステムに関連する問題の多くに対処する、コンパクトなＭＬＣアクチュエータを実現しようとするものである。これには、生産コストを下げ、組み立て時間を短縮するという利点がある。駆動メカニズムには、理想的には、タングステンリーフの遮蔽効果を低減したり、または放射線ビームに干渉することがあってはならない。モジュール設計は、駆動システムをリーフバンクから完全に取り外せるようにすることによって整備保守問題も改善する。
【００１９】
本発明のＭＬＣアクチュエータは、160リーフＭＬＣ上で使用するように設計されているが、もちろん、リーフの数が多い、または少ないＭＬＣにも適用することが可能である。駆動装置は、理想的には、以前のＭＬＣに比べてリーフを高速に移動することができ、これにより動的な治療行為の効果が高められ、幅が小さく、および／または限定されている全体的なヘッド高さの範囲内であっても駆動モータの直径10mmに比べてリーフのピッチが例えば1.5mmである、ＭＬＣに対して使用可能である。
【００２０】
リーフの上側（つまり、線源側）の幅は、リーフバンクの先細設計により、リーフの下側に比べて一般的には小さい。したがって、どのような設計も、理想的には、設計を複雑化することなく、また必要なコンポーネントの部品点数を増やすことなく、リーフ幅および利用可能な空間のこのような違いを吸収できるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
したがって、本発明は、横方向に相隔てて並ぶ細長いリーフの少なくとも一つのアレイを備え、各リーフが駆動手段を介してリーフに接続されている関連するモータによって駆動されてリーフはその長手方向に伸長または収縮し、駆動手段はモータの少なくとも一部分が取り付けられるサブフレームを備え、サブフレームは横方向および長手方向に対して横断する方向にリーフアレイから離隔された位置に取り付けられ、長手方向に配設されている複数の送りネジを備え、各ネジはモータによって駆動され、またリーフに動作可能なように接続されてそのリーフを駆動する、放射線治療装置用の多葉コリメータを実現する。
【００２２】
駆動モータをこのように取り付けることで、駆動モータを空間効率よく分散させることができ、また駆動システムをラックアンドピニオンギアを必要としないモジュール式とすることができる。
【００２３】
したがって、モータを空間効率の高い仕方で分散させることができるということを活かすために、サブフレーム上に取り付けられている複数のモータが、第一の長手方向端部に取り付けられ、サブフレーム上に取り付けられているモータの残り部分が、第二の対向する長手方向端部に取り付けられることが好ましい。アレイの縁にないこれらの送りネジは、好ましくは、同じ長手方向端部に取り付けられているモータによって駆動される一つの送りネジおよび対向する長手方向端部に取り付けられているモータによって駆動される第二の送りネジでいずれかの側部上で隣接する。この結果、モータはギャップと対で配列され、そのギャップの間にモータを取り付けるための空間が設けられる。モータの対は、必要なクリアランスが得られるように一方の上に他方を載せる形で配置することができるが、これは、送りネジがリーフから二つの間隔のうちの一つでサブフレーム内に取り付けられ、横方向に隣接する送りネジは交互する間隔で取り付けられることを意味している。送りネジは、サブフレームのボア内に取り付けることができる。
【００２４】
モータの残りが取り付けられる、上側アレイとは反対方向にリーフアレイから隔てられて並ぶ位置に取り付けられる、下側サブフレームを含めることによって、空間効率をさらに高めることができる。これは、リーフの傾斜が変化する結果として調節を必要とするリーフピッチを除き、（上側）サブフレームと一般的には似た方法で設計されうる。本発明者らは、リーフの半分がサブフレームから駆動され、別の半分は下側サブフレームから駆動されることが好ましいと考える。アレイ内の隣接リーフは、サブフレームと下側サブフレームから交互に駆動されうる。
【００２５】
これらのリーフは、好ましくは、機械加工されたガイド内に、長手方向の運動が可能なように取り付けられる。このガイドに（複数の）サブフレームを取り付けることができる。
【００２６】
このようにして、リーフの細長い縁からリーフが駆動される。このことは、リーフが実質的に放射線不透過性である第一の材料のフロントセクション、および駆動に使用されるテールセクションを備えることができる。
【００２７】
駆動手段は、送りネジ上にネジ山付き部材をさらに備えることができる。これは、横方向に延在するラグを押しやって、リーフを駆動することができる。ラグは、リーフ縁上の陥凹部と係合しうる。これは、サブフレームの機械加工された溝内に保持することができ、溝は、支える必要がある荷重のオフセット性に照らしてラグを誘導するのを補助する非平行の側部とともに機械加工されうる。
【００２８】
本発明の一実施形態は、例として付属の図面を参照しつつ説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】知られているＭＬＣ駆動配置構成のリーフ方向に沿った図面である。
【図２】知られているビーム変調装置を示す斜視図である。
【図３】本発明による単一のリーフを示す図である。
【図４】リーフの方向に沿った、本発明によるリーフ駆動部を示す図である。
【図５】本発明によるリーフ駆動部のバンクを示す図である。
【図６】バンクの単一の駆動モータの保持および取外しを示す図である。
【図７】ラグおよび関連するガイド溝に対する異なる縦断面を示す図である。
【図８】ラグおよび関連するガイド溝に対する異なる縦断面を示す図である。
【図９】ラグおよび関連するガイド溝に対する異なる縦断面を示す図である。
【図１０】ラグおよび関連するガイド溝に対する異なる縦断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
ラックアンドピニオン型システムの最小長に対する固有の制限は、モジュールの側部に取り付けられたモータの数量である。例えば、各モジュールが、40個のリーフを駆動するように設計されていると仮定すると、各モータが直径10mmであり（したがって）二重列内で14mmだけ離して並べられ、次いで、モジュールの長さは14×(40/2)、つまり、280mmに、リーフが移動すると予想される距離を加えた値にならなければならない。この距離に対しおおよそ70mmとすると、これにより、システムの全長は350mmである。最小全高は、モータの直径にラックの高さを加えた値、つまり、約32mmとなる。したがって、ラックアンドピニオンモジュールは、リーフバンク上に取り付けられると、治療ヘッドの直径を著しく増やすことになる。
【００３１】
本明細書で説明されているＭＬＣアクチュエータは、リーフに平行に進む送りネジを備える、つまり、送りネジは必要なリーフ移動距離よりわずかに長ければよいので、駆動モジュールの長さは全体的に短いことを特徴とする。したがって、モータを含むアクチュエータの全長は約200mmとし、高さは約24mmとすることができる。
【００３２】
しかし、これは、上記の問題に直面することになる、つまり、送りネジは、生産するのに経済的かつ動作中に十分に剛性なものとなるように最小限の直径を必要とする。個別のリーフ厚さがこの直径に近づくか、またはそれより小さいＭＬＣアレイでは、これにより、送りネジとこれらを駆動するモータの両方を収容する際に問題が生じる。
【００３３】
本明細書で説明されているＭＬＣアクチュエータは、駆動アセンブリから外へ突き出て、リーフと係合するラグを介して間接的にリーフを作動させる送りネジ駆動アセンブリを組み込んでいる。送りネジおよびラグは、ラグ（など）を収納し、駆動アセンブリ用の取付け部を備えるベアリングブロック内に機械加工されたガイド溝を通る。
【００３４】
依然として、送りネジがリーフより幅広であることは言うまでもなく、また通常であれば、モータの方が幅広である。したがって、各リーフは（一般的に）関連する駆動メカニズムの幅の数分の一程度しかない。これの別の見方では、横方向にアレイ状に並べられた駆動メカニズムは、リーフの一部しか駆動できない。したがって、多数のこのようなアレイは、各アレイからの駆動力がリーフに満足のゆく形で伝えることができる場合に、リーフのすべてを駆動することができる。したがって、送りネジ駆動装置をコンパクトな取外し可能なモジュール内に取り付けるために駆動メカニズムの特定のパターンが必要になる。
【００３５】
そこで、リーフへの駆動を複数の方法で分割して駆動メカニズムアレイを分散させることを選択した。第一に、リーフをその上縁またはその下縁から駆動することができる。これは、ＭＬＣアレイが、通常は、放射線源に最も近い上部と患者に最も近い底部とを有するものとして説明されている、慣例によって定められる。このような慣例は、ＭＬＣアレイが患者を中心として回転する放射線ヘッド内に取り付けられるので必要であり、したがって、使用時には、このアレイは、任意の向きを取りうる。そのため、上側サブフレームは、駆動メカニズムの半分を運び、他のすべてのリーフを駆動し、下側サブフレームは、残り半分を運び、残りのリーフを駆動することができる。次に、各サブフレームは、二列の送りネジを、上下に重ねて運ぶことができる。各送りネジに関連するラグは、対応する長さを持つことができる。これにより、モータ間に間隔が開けられ、これにより、横方向に隣接する送りネジを駆動することができる。最後に、送りネジは、もちろん、二つの端部を有し、いずれかから駆動することができる。したがって、各サブフレーム内の送りネジの半分は、前部（ビームから最も遠い距離にある端部として定義する）から駆動することができ、残り半分を後部（それに呼応する形で定義される）から駆動することができる。三つのこのような二分割により、23通りの組合せが可能になる、つまり、各状況的に同一の駆動手段が八つのリーフのうちの一つを駆動する。この分割は、以下のとおりとすることができる。
【００３６】
【表１】
【００３７】
ベアリングブロック内の送りネジ、ラグ、およびガイド溝の正確なパターンは、リーフの角度とピッチおよび駆動モータの必要な空間から導き出される。このようなパターンでも、駆動モータの軸をリーフの中心線に一致させ、直線運動を効率よく確実に伝えるようにできる。
【００３８】
駆動モータを駆動モジュールの前面と後面（上側サブフレームと下側サブフレーム）に取り付けることによって、駆動モータを取り付けるために必要な面積を二面に分散させることができる。これは、駆動メカニズムが二つのサイズのみでよいという点を活かして、部品点数を減らすものでもある。したがって、駆動システムは、二つのモジュール、側部毎に二つ、上側と下側とに分割される。これらのモジュールのそれぞれは、40個のモータ／送りネジ駆動装置を収納し、合計80個のリーフに対応できる。各モジュールは、前面に取り付けられた20個のモータと後面に取り付けられた20個のモータを有する。モータ／送りネジ駆動装置の取付けのための方法は、モジュール内の機械加工された溝のパターンに特に合うように考案されている。
【００３９】
この送りネジ設計は、アクメネジ形態の高精度機械加工送りネジを組み込んでいる。送りネジナットは、低摩擦プラスチック材料で射出成形され、これにより、注油なしでアセンブリを無音で動作させることができる。送りネジナットは、ラグ内に嵌入し、モータアセンブリを取り外すことによって簡単に交換することができる。
【００４０】
ラグの機械加工されたガイド溝は、平行でない側部とともに形成することもでき、ラグはそれに応じて造形加工される。したがって、ガイド溝に沿って見たときに、縦断面はシリンダー錠の鍵に似た形となりうる。これにより、ベアリングとして働き、送りネジナットからタングステンリーフの質量を動かす際に生じる側面荷重およびモーメント荷重を除去する、非垂直面が形成される。以前の設計では、これはナットの寿命に悪影響を及ぼす。送りネジは、このようにしても支持され、ホイッピングと座屈傾向の両方を低減する。ガイド溝縦断面は、溝の脚部内に「Ｖ」字型またはもみの木形状も備えることができ、これにより、鍵のベアリング表面積が増大し、摩擦が減少する。
【００４１】
ラグの下側部分は、駆動モジュールの下に露出されている。これらのセクションは、リーフ内の嵌合切欠き部を介してタングステンリーフの上部または底部内に係合する。これは小さく、ビームを整形する際には能動的ではないリーフの部分の中にあるので、ＭＬＣの遮蔽性能は、影響を受けない。
【００４２】
図３を参照すると、これは、単一のリーフおよび関連する駆動を示している。タングステン減衰部分100は、適切な分解能が得られるように横方向に比較的薄く、広い範囲にわたって移動できるように長手方向に長く、またビームの減衰が十分になされるようビーム方向に深い。減衰部分100の前縁102は、くっきりした半影部になるように一般的によく知られている方法で曲げられる。減衰部分100の後縁は、垂直であり、リーフの残り部分を構成する駆動部分104に連結されている。
【００４３】
駆動部分104は、一つの縁、この場合は上縁を有し、これは、ラグ108がぴったり嵌る陥凹部106を除き、減衰部分100の対応する縁と同一直線上にある。駆動部分104の対向する縁は、減衰部分100の対応する縁から戻され、デバイスの全重量を低減し、他方の側部の駆動メカニズムとの干渉を回避する。減衰および駆動部分の相対的配向を逆転することによって、リーフを上部縁（図示されているように）または底部縁から駆動することができることは理解されるであろう。
【００４４】
ラグ108は、駆動部分104の陥凹部106内にぴったり嵌るが、適所に固定されない。しかし、ラグ108は、一対のシリンダー110、112に取り付けられ、送りネジ114はこれらを通り、また送りネジナット116はこれらの間に固定される。したがって、送りネジ114が回転すると、ナット116は一方の方向に、または他方の方向に強制され、それと一緒にシリンダー110、112、ラグ108、駆動部分104、および減衰部分100を移動する。シリンダーは、送りネジナット116を保持する構造に剛性を与え、また、ホイッピングと座屈の両方を阻止するために送りネジ114の横方向の支持を行う。
【００４５】
最後に、送りネジ114の一方の端部において、送りネジを駆動するためにモータ118が備えられる。
【００４６】
したがって、駆動部分104および／またはモータ118／送りネジ114の向きを単純に逆転することで、上記分割のうちの二つを行うことができる。残りの第三の分割は、長いラグ108を置き換えることによって達成される。したがって、さまざまな駆動モータの空間的な分散は、きわめて少ない部品点数で達成される。
【００４７】
図４は、一方の端部からの一つのリーフバンクを示している。並べられている（つまり、横方向にアレイ状に並ぶ）リーフ100は、リーフガイド（図示せず）の中の上部および底部の縁のところで支持される。図４の左手側からリーフを数えると、奇数番号のリーフは、下縁から駆動され、偶数番号のリーフは、上縁から駆動されることがわかる。したがって、上側サブフレーム120は、偶数番号のリーフについて送りネジ、ラグ、モータなどを運び、下側サブフレーム122は、奇数番号のリーフについて送りネジ、ラグ、モータなどを運ぶ。リーフ100の発散性に関係する寸法問題とは別に、二つのサブフレームは機能的にも構造的にも同一である。
【００４８】
各サブフレーム内で、例えば、上側サブフレーム120内で、制御される第一の二つのリーフ（つまり、リーフ2および4）は、可変長のラグ108を介して、サブフレームを形成する他の形で中実のブロック内に機械加工されたガイド内を進む送りネジに接続される。これら二つのガイドは、モータ118を隔てるように異なる高さに配置される。
【００４９】
その後、次のリーフ（つまり、リーフ6）が、リーフ2と同じ上側レベルにある送りネジに接続される。十分な空間を設けるために、リーフ6に対するモータは、サブフレーム120の他方の端部に配置され、その他方の端部から関連する送りネジを駆動する。次いで、このパターンが続き、これにより、リーフ2と同じ仕方で駆動される次のリーフがリーフ10となる。
【００５０】
図５は、リーフバンクおよびリーフガイドが取り外された状態の一つのサブフレームを示している。モータ118のアレイが、ビームから遠い位置にある一方の端部のところに見え、モータ124の対向するアレイが、ビームに最も近い位置にある、他方の端部のところに見える。ラグ108は、ガイド溝126から突き出ているのがわかり、このサブアセンブリがリーフアレイの下（または上）で置き換えられるときに、これらのラグは、リーフ100の駆動部分104の陥凹部106内に突き出る。このようにして、駆動メカニズムは、整備、修理、または交換のために容易に取り外せる。
【００５１】
図６は、サブフレーム122上にモータ118がどのように保持されるかを示している。各モータは、モータ118の周囲の一部（全部ではなく）の周りの二つの対向する方向に外向きに突き出る一対のフランジを有する。思いがけなく、サブフレーム122の他方も端部から駆動される送りネジを収納するモータ118のいずれかの側部に一対のガイド溝126aおよび126bがある。したがって、これらの溝126aおよび126bの端部（少なくとも）は、空であり、したがって、トラス頭ネジ128aおよび128bは、それぞれ、これらの溝の端部内に適当に軽くたたき込んで、これらの溝126aおよび126bの端部内にねじ込むことができる。このようにして、フランジがトラス頭ネジの下に置かれるようにモータ118を回転し、次いでネジを締めることによって、モータ118は確実に保持される。モータ118を取り外すために、両方のネジを緩めて、モータを矢印130の方向に回し、フランジを移動してネジの頭から離し、モータを矢印132の方向に引き出すことができる。
【００５２】
この配置構成において、各ネジは、二つモータを、一方の側部に一つ、他方の側部に一つというように保持する。これでも、個別のモータを取り外せるが、それは、依然として、いずれかの側部のモータが他方の側部に一つのネジによって保持されるからである。これは、一般的に、各モータに単一のフランジと単一の留めネジを備えることよりも好ましく、これを行うことが可能であり、各ネジが一つのモータを保持するだけであるとしても、モータの保持を一般的には弱める。
【００５３】
もちろん、例示されている二つより多い送りネジとモータのさらなる層も考えられる。この場合、複雑さが増すことでコストが増えるけれども、モータ間隔とリーフ厚さとの比をまだ高くすることができる。
【００５４】
図７から図１０は、ラグ108およびラグがスライドするガイド溝126に対する代替の縦断面を示す。図７は、根部分134が拡大されている、最も単純なオプション、サブフレーム122内に形成された側部が平行なガイド溝126を示している。送りネジ114は、拡大された根部分134に置かれ、送りネジナット116によって囲まれている。ラグ108は、サブフレーム122から外へ、ガイド溝126に沿って、送りネジナット116から伸長し、リーフ100の駆動部分104と係合する。この配置構成は、明らかに最も製造しやすいものである。しかし、リーフ100の質量中心がラグ108の駆動直線に沿ってオフセットされるという事実があるにも関わらず、そこでリーフ100を支持するためにラグ108が必要になる。これにより、ガイド溝126の平面内でラグ108を回そうとする回転モーメントがラグ108上に生じる。これにより、ラグ108、送りネジナット116、および送りネジ114上に不均一な摩耗パターンが生じ、これは、駆動メカニズムの長期性能に対し有害であると思われる。
【００５５】
したがって、図８は、これを緩和するようにこの設計に加えた調整を示している。ラグ108は、もはや平行な側部を持たないが、その長さ方向に沿った道筋の途中にある一方の側部への段136を備える。ラグ108の厚さは、この段を通るときも同じであり、つまり、一方の側部の外向きの出っ張り138は、他方の側部の対応する陥凹部140と一致する。一致する形成部が、外向きの出っ張りを受け入れ、陥凹部内に突き出るようにガイド溝126内に構成される。
【００５６】
平坦でない表面をラグ108に付け、対応する形状をガイド溝126に付けることによって、ガイド溝126内のラグ108の回転が阻止される。回転しないようにラグ108を支持するには、出っ張り138および陥凹部140とガイド溝126内の対応する形成物との相互作用を利用する。これらの領域にはある程度の注油をすると有益であり、グラファイトのコーティングが好適である。
【００５７】
図８に示されている配置構成は、単純で直接的な構成であり、この概念を例示している。実際、出っ張りと陥凹部は、ラグ108／ガイド溝126の高さ方向に沿った他の場所に配置することも可能であり、および／または複数のそのような形成物が存在するように複製することも可能である。複数のこのような形成物を設ける場合、これらは同じ方向に向き付けることが可能であるか、または代替方向または混合方向などの異なる方向に向き付けることも可能である。
【００５８】
図９は、他の変更形態を示している。この配置構成では、ラグ108は、一方の側部に一対の隣接する出っ張り142、144を有し、他方の側部に同じものがある。対応する陥凹部が、ガイド溝126内に形成される。この配置構成は、図８のものと比べて対称的であるという利点を有し、また、ラグ108を細くして弱めてしまうのを回避するものとなっている。
【００５９】
図１０は、他の代替形態を示している。陥凹部146のパターンは、ラグ108の両側に形成され、この場合、各側部に四つの陥凹部があり、二つの陥凹部を一つのグループとして二つのグループにまとめられる。対応する出っ張りが、ガイド溝126の内面に設けられる。
【００６０】
上述の形状は、ワイヤ放電加工などの方法によって必要なスケールで形成されうる。
【００６１】
もちろん、本発明の範囲から逸脱することなくさまざまな変更を上述の実施形態に加えることができることは理解されるであろう。
【符号の説明】
【００６２】
2，4，6 リーフ
10 ハウジング
12 ＭＬＣリーフ
14 モータマウント
16 ボルト
18 モータ
20 ギアラック
22 リーフ
24 モータ
26 モータのピニオンギア
28 エクステンションシャフト
100 タングステン減衰部分
102 前縁
104 駆動部分
106 陥凹部
108 ラグ
110、112 一対のシリンダー
114 送りネジ
116 送りネジナット
118 モータ
120 上側サブフレーム
122 下側サブフレーム
126a，126b 一対のガイド溝
128a，128b トラス頭ネジ
130、132 矢印
134 根部分
136 段
138 外向きの出っ張り
140 陥凹部
144 送りネジ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
横方向に相隔てて並ぶ細長いリーフの少なくとも一つのアレイを備え、各リーフが駆動手段を介してリーフに接続されている関連するモータによって駆動されて前記リーフはその長手方向に伸長または収縮し、前記駆動手段は前記モータの少なくとも一部分が取り付けられるサブフレームを備え、前記サブフレームは前記横方向および前記長手方向に対して横断する方向に前記リーフアレイから離隔された位置に取り付けられ、長手方向に配設されている複数の送りネジを備え、各ネジはモータによって駆動され、またリーフに動作可能なように接続されてそのリーフを駆動する、放射線治療装置用の多葉コリメータ。
【請求項２】
前記サブフレーム上に取り付けられている複数のモータは、第一の長手方向端部のところに取り付けられ、残りは、第二の対向する長手方向端部のところに取り付けられる請求項１に記載の多葉コリメータ。
【請求項３】
前記送りネジは、同じ長手方向端部に取り付けられているモータによって駆動される一つの送りネジおよび対向する長手方向端部に取り付けられているモータによって駆動される第二の送りネジによっていずれかの側部上で隣接する請求項２に記載の多葉コリメータ。
【請求項４】
前記送りネジは、前記リーフから二つの間隔のうちの一つで前記サブフレーム内に取り付けられ、横方向に隣接する送りネジは交互する間隔で取り付けられる請求項１から３のいずれか一項に記載の多葉コリメータ。
【請求項５】
前記送りネジは、前記サブフレーム内のボア内に取り付けられる請求項１から４のいずれか一項に記載の多葉コリメータ。
【請求項６】
前記モータの残りが取り付けられる、上側アレイとは反対方向に前記リーフアレイから隔てられて並ぶ位置に取り付けられる、下側サブフレームをさらに備える請求項１から５のいずれか一項に記載の多葉コリメータ。
【請求項７】
前記下側サブフレーム上に取り付けられている複数のモータは、第一の長手方向端部のところに取り付けられ、残りは、第二の対向する長手方向端部のところに取り付けられる請求項６に記載の多葉コリメータ。
【請求項８】
前記送りネジは、同じ長手方向端部に取り付けられているモータによって駆動される一つの送りネジおよび対向する長手方向端部に取り付けられているモータによって駆動される第二の送りネジによっていずれかの側部上で隣接する請求項７に記載の多葉コリメータ。
【請求項９】
前記送りネジは、前記リーフから二つの間隔のうちの一つで前記サブフレーム内に取り付けられ、横方向に隣接する送りネジは交互する間隔で取り付けられる請求項６から８のいずれか一項に記載の多葉コリメータ。
【請求項１０】
前記下側サブフレームの前記送りネジは、前記サブフレーム内のボア内に取り付けられる請求項６から９のいずれか一項に記載の多葉コリメータ。
【請求項１１】
前記リーフの半分は、前記サブフレームから駆動され、別の半分は、前記下側サブフレームから駆動される請求項６から８のいずれか一項に記載の多葉コリメータ。
【請求項１２】
前記アレイ内の隣接するリーフは、前記サブフレームから、また前記下側サブフレームから、交互に駆動される請求項１１に記載の多葉コリメータ。
【請求項１３】
前記リーフは、機械加工されたガイド内に取り付けられ、これにより長手方向運動が可能になる請求項１から１２のいずれか一項に記載の多葉コリメータ。
【請求項１４】
前記サブフレームは、前記ガイド上に取り付けられる請求項１３に記載の多葉コリメータ。
【請求項１５】
前記下側サブフレームは、前記ガイド上に取り付けられる請求項６から１２のいずれか一項に従属する請求項１３に記載の多葉コリメータ。
【請求項１６】
前記リーフは、その細長い縁から駆動される請求項１から１５のいずれか一項に記載の多葉コリメータ。
【請求項１７】
前記リーフは、実質的に放射線不透過性である第一の材料のフロントセクション、および駆動に使用されるテールセクションを備える請求項１６に記載の多葉コリメータ。
【請求項１８】
前記駆動手段は、前記送りネジ上のネジ山付き部材をさらに備える請求項１から１７のいずれか一項に記載の多葉コリメータ。
【請求項１９】
前記ネジ山付き部材は、横方向に伸長するラグを押しやって前記リーフを駆動する請求項１８に記載の多葉コリメータ。
【請求項２０】
前記ラグは、前記リーフ縁上の陥凹部と係合する請求項１９に記載の多葉コリメータ。
【請求項２１】
前記ラグは、前記サブフレーム内の機械加工された溝内に保持される請求項１９または請求項２０に記載の多葉コリメータ。
【請求項２２】
前記溝は、非平行の側部を有する請求項２１に記載の多葉コリメータ。
【請求項２３】
図３以降の付属の図を参照しつつ、および/または図３以降の付属の図に例示されているように、本明細書で実質的に説明されている放射線治療装置用の多葉コリメータ。
【請求項１】
横方向に相隔てて並ぶ細長いリーフの少なくとも一つのアレイを備え、各リーフが駆動手段を介してリーフに接続されている関連するモータによって駆動されて前記リーフはその長手方向に伸長または収縮し、前記駆動手段は前記モータの少なくとも一部分が取り付けられるサブフレームを備え、前記サブフレームは前記横方向および前記長手方向に対して横断する方向に前記リーフアレイから離隔された位置に取り付けられ、長手方向に配設されている複数の送りネジを備え、各ネジはモータによって駆動され、またリーフに動作可能なように接続されてそのリーフを駆動する、放射線治療装置用の多葉コリメータ。
【請求項２】
前記サブフレーム上に取り付けられている複数のモータは、第一の長手方向端部のところに取り付けられ、残りは、第二の対向する長手方向端部のところに取り付けられる請求項１に記載の多葉コリメータ。
【請求項３】
前記送りネジは、同じ長手方向端部に取り付けられているモータによって駆動される一つの送りネジおよび対向する長手方向端部に取り付けられているモータによって駆動される第二の送りネジによっていずれかの側部上で隣接する請求項２に記載の多葉コリメータ。
【請求項４】
前記送りネジは、前記リーフから二つの間隔のうちの一つで前記サブフレーム内に取り付けられ、横方向に隣接する送りネジは交互する間隔で取り付けられる請求項１から３のいずれか一項に記載の多葉コリメータ。
【請求項５】
前記送りネジは、前記サブフレーム内のボア内に取り付けられる請求項１から４のいずれか一項に記載の多葉コリメータ。
【請求項６】
前記モータの残りが取り付けられる、上側アレイとは反対方向に前記リーフアレイから隔てられて並ぶ位置に取り付けられる、下側サブフレームをさらに備える請求項１から５のいずれか一項に記載の多葉コリメータ。
【請求項７】
前記下側サブフレーム上に取り付けられている複数のモータは、第一の長手方向端部のところに取り付けられ、残りは、第二の対向する長手方向端部のところに取り付けられる請求項６に記載の多葉コリメータ。
【請求項８】
前記送りネジは、同じ長手方向端部に取り付けられているモータによって駆動される一つの送りネジおよび対向する長手方向端部に取り付けられているモータによって駆動される第二の送りネジによっていずれかの側部上で隣接する請求項７に記載の多葉コリメータ。
【請求項９】
前記送りネジは、前記リーフから二つの間隔のうちの一つで前記サブフレーム内に取り付けられ、横方向に隣接する送りネジは交互する間隔で取り付けられる請求項６から８のいずれか一項に記載の多葉コリメータ。
【請求項１０】
前記下側サブフレームの前記送りネジは、前記サブフレーム内のボア内に取り付けられる請求項６から９のいずれか一項に記載の多葉コリメータ。
【請求項１１】
前記リーフの半分は、前記サブフレームから駆動され、別の半分は、前記下側サブフレームから駆動される請求項６から８のいずれか一項に記載の多葉コリメータ。
【請求項１２】
前記アレイ内の隣接するリーフは、前記サブフレームから、また前記下側サブフレームから、交互に駆動される請求項１１に記載の多葉コリメータ。
【請求項１３】
前記リーフは、機械加工されたガイド内に取り付けられ、これにより長手方向運動が可能になる請求項１から１２のいずれか一項に記載の多葉コリメータ。
【請求項１４】
前記サブフレームは、前記ガイド上に取り付けられる請求項１３に記載の多葉コリメータ。
【請求項１５】
前記下側サブフレームは、前記ガイド上に取り付けられる請求項６から１２のいずれか一項に従属する請求項１３に記載の多葉コリメータ。
【請求項１６】
前記リーフは、その細長い縁から駆動される請求項１から１５のいずれか一項に記載の多葉コリメータ。
【請求項１７】
前記リーフは、実質的に放射線不透過性である第一の材料のフロントセクション、および駆動に使用されるテールセクションを備える請求項１６に記載の多葉コリメータ。
【請求項１８】
前記駆動手段は、前記送りネジ上のネジ山付き部材をさらに備える請求項１から１７のいずれか一項に記載の多葉コリメータ。
【請求項１９】
前記ネジ山付き部材は、横方向に伸長するラグを押しやって前記リーフを駆動する請求項１８に記載の多葉コリメータ。
【請求項２０】
前記ラグは、前記リーフ縁上の陥凹部と係合する請求項１９に記載の多葉コリメータ。
【請求項２１】
前記ラグは、前記サブフレーム内の機械加工された溝内に保持される請求項１９または請求項２０に記載の多葉コリメータ。
【請求項２２】
前記溝は、非平行の側部を有する請求項２１に記載の多葉コリメータ。
【請求項２３】
図３以降の付属の図を参照しつつ、および/または図３以降の付属の図に例示されているように、本明細書で実質的に説明されている放射線治療装置用の多葉コリメータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２０１１−５１８０１２（Ｐ２０１１−５１８０１２Ａ）
【公表日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５０５３６４（Ｐ２０１１−５０５３６４）
【出願日】平成２０年４月２１日（２００８．４．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／００３１８３
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１２９８１７
【国際公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【出願人】（５１０２８０５５６）エレクタ・アーベー・（ペーウーベーエル） (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２１日（２００８．４．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／００３１８３
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１２９８１７
【国際公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【出願人】（５１０２８０５５６）エレクタ・アーベー・（ペーウーベーエル） (1)
【Ｆターム（参考）】
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