放射線治療装置
【課題】
放射線治療における治療野が移動する場合でも、放射線照射ヘッドに連動して
動作するリアルタイム・イメージャにより、放射線照射ヘッドを邪魔することな
くリアルタイムに治療野の状態をモニタする。
【解決手段】
放射線照射ヘッド１０と、Ｘ線源７７と、センサアレイ７８とを具備する放射
線治療装置を用いる。ここで、放射線照射ヘッド１０は、患者４の患部５へ治療
用放射線３ａを照射する。Ｘ線源７７は、患者４の患部５に診断用Ｘ線３ｂを照
射する。センサアレイ７８は、患者４を透過した診断用Ｘ線３ｂの透過Ｘ線を検
出して、診断画像データとして出力する。そして、センサアレイ７８及びＸ線源
７７が、放射線照射ヘッド１０の移動に連動して動く。
放射線治療における治療野が移動する場合でも、放射線照射ヘッドに連動して
動作するリアルタイム・イメージャにより、放射線照射ヘッドを邪魔することな
くリアルタイムに治療野の状態をモニタする。
【解決手段】
放射線照射ヘッド１０と、Ｘ線源７７と、センサアレイ７８とを具備する放射
線治療装置を用いる。ここで、放射線照射ヘッド１０は、患者４の患部５へ治療
用放射線３ａを照射する。Ｘ線源７７は、患者４の患部５に診断用Ｘ線３ｂを照
射する。センサアレイ７８は、患者４を透過した診断用Ｘ線３ｂの透過Ｘ線を検
出して、診断画像データとして出力する。そして、センサアレイ７８及びＸ線源
７７が、放射線照射ヘッド１０の移動に連動して動く。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線治療装置に関し、定位放射線治療に用いる放射線治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線を用いた癌や腫瘍を治療する放射線治療装置が知られている。定位多軌道で照射する三次元照射放射線治療装置としては、ラジオサージェリ治療装置、リニアック治療装置等が知られている（非特許文献１及び２参照）。
ここで、定位多軌道照射とは、小病巣に対して多方向から放射線を集中的に照射して治療効果を上げると共に、周囲組織の被曝量を最小限に抑える放射線治療法である。原発性良性脳腫瘍、大きさが３ｃｍ以下の単発の転移性脳腫瘍、手術操作が難しい頭蓋底転移のような脳内の小病変、あるいは動脈奇形や静脈奇形などの治療にその威力が発揮されている。
【０００３】
ラジオサージェリ治療装置は、治療装置に固定された一つ又は複数の放射線照射ユニットから、細い放射線ビームを、特に高い精度で特定の小領域に集中的に照射する。放射線照射ユニットとしては、ガンマ線源やリニアックを用いる。
ラジオサージェリ治療装置では、定位放射線照射用固定具である精密位置決め／患部固定治具を用いて、患者の頭蓋骨等の患部又はその周辺部を機械的に固定する。そして、このフレームを位置決め用の座標基準治具として、Ｘ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）やＭＲＩ等を用いて診断画像を取得し、患部の正確な位置及び形状を割り出す。そして、一つ又は複数の放射線照射ユニットと、これをコリメートして空間の小領域に治療用放射線を集中させるコリメート機構から構成される照射装置へ、このフレームのままで患者を機械的に固定する。これにより、上記小領域に照射野を機械的に精密に合わせて、精密な定位照射を行っている。
【０００４】
ラジオサージェリ治療装置では、事前に撮影された診断画像に基づいて、治療用の放射線（Ｘ線）を照射している。すなわち、患部をリアルタイムで観察する診断用のＸ線システム（Ｘ線発生装置−イメージディテクタ）を備えず、患部をリアルタイムで観察しながら放射線を照射してはいない。
【０００５】
リニアック治療装置では、大型のガントリが設置面に対して平行な１軸周りに３６０度回転することにより、アイソセントリックな照射治療を行っている。これに加えて、治療用ベッドの上下及び水平面内での２次元の移動及び同水平面内での回転を加えることにより、多様な照射が可能となっている。
【０００６】
リニアック治療装置では、高速の位置制御はできない。そのため、心鼓動による移動のような高速に移動する治療野へのリアルタイムの追従照射は出来ない。また、照射中の照射野のモニタ手段としては、治療用Ｘ線の透過線によるライナックグラフィを用いている。治療用Ｘ線は、透過性が強く散乱線も多いため、照射野のリアルタイムモニタ用の画質は高くない。
【０００７】
リニアック治療装置では、患部に取り付けたマーカを、診断用のＸ線システムで追尾し、患部の位置を推定し、推定された位置と照射野とが重なった場合に放射線を照射する方法（動体追跡照射）もある。ここで、診断用のＸ線システムは、天井に取り付けられた診断用のＸ線発生装置と、リニアック治療装置の下部に取り付けられたイメージディテクタとで構成される。この方法では、現実の患部の位置をリアルタイムで把握して、現実の患部の位置と照射野とが重なるように追尾しながら放射線を照射する、ということはしていない。
Ｘ線発生装置は、天井に固定されているため、イメージディテクタとの距離が大きい。また、リニアック治療装置本体の回転により、イメージディテクタが本体の影に入り、Ｘ線発生装置からの診断用のＸ線がイメージディテクタに届かない場合がある。それに備えて、Ｘ線発生装置を多目に天井に取り付け、使用可能な２台をその中から選択して使用している。更に、イメージディテクタは、透過ビーム（被検体を透過した治療ビーム）や散乱ビーム（被検体に散乱された治療ビーム）の向かう領域内に設置されている。
【０００８】
関連する技術として、特表平６−５０２３３０号公報（国際出願番号：ＰＣＴ／ＵＳ９１／０７６９６）及び特表平８−５０４３４７号公報（国際出願番号：ＰＣＴ／ＵＳ９３／１１８７２）に、定位固定外科用装置及び方法が開示されている。
【０００９】
この定位固定外科用装置（特許文献１及び２参照）の一つは、電子リニアックをアイソセントリックに駆動する装置であり、産業用の汎用ロボットアームの先端に電子リニアックを備えている。この装置は、６自由度ロボットアームの自在な移動能力により、本質的にノンアイソセントリックな照射治療が可能である。
患部の正確な形状や位置は、事前に、Ｘ線ＣＴやＭＲＩ等により、頭蓋骨や胸部といったランドマーク的な体組織や患部付近に埋め込んだマーカ（例示：患部に埋め込んだ小型の金プレート）に関連付けて割り出す。そして、定位固定外科用装置は、治療照射時に、異なる目視線を持つ２台の診断用のＸ線システムにより、ランドマークの動きを監視して照準を補正しつつ、治療ビームの精密な照射を行う。照準の補正時間に１〜２秒、照射時間に０．５秒〜１秒かけている。
【００１０】
この２台の診断用のＸ線システムのうち、Ｘ線発生装置は、天井にしっかり固定されている。透過Ｘ線を受光するイメージレシーバ（イメージディテクタ）は、ベッドの下部に配設されている。すなわち、Ｘ線発生装置は、イメージディテクタとの距離が大きい。また、リニアック治療装置本体の回転により、イメージディテクタが本体の影に入り、Ｘ線発生装置からの診断用のＸ線がイメージディテクタに届かない場合がある。一方、イメージレシーバは、治療ビームの照射装置とはベッドを挟んで反対側にある。すなわち、イメージレシーバは、透過ビーム（被検体を透過した治療ビーム）や散乱ビーム（被検体に散乱された治療ビーム）の向かう領域内に設置されている。
【００１１】
上記定位固定外科用装置（特許文献１及び２参照）の他の一つは、電子リニアックをガントリに沿って駆動する装置であり、ガントリに２台の診断用のＸ線システム（Ｘ線発生装置−イメージレシーバ）と、電子リニアックとを備えている。電子リニアックを、水平方向の１軸のまわりだけでなく、鉛直方向の１軸のまわりに回転させることにより、３次元的な照射を行うことが出来る。ただし、照射方式は、アイソセントリックである。
この定位固定外科用装置においても、患部の正確な形状や位置は、事前に、Ｘ線ＣＴ等により、ランドマーク的な体組織や患部付近に埋め込んだマーカに関連付けて割り出す。そして、治療照射時に、異なる目視線を持つ２台の診断用のＸ線システムにより、ランドマークの動きを監視して照準を補正しつつ、治療ビームの精密な照射を行う。照準の補正時間に１〜２秒、照射時間に０．５秒〜１秒かけている。
【００１２】
この２台の診断用のＸ線システムは、電子リニアックが設置されているガントリに設置されている。同様に、Ｘ線発生装置は、電子リニアック側のガントリに、電子リニアックから離れて設置されている。また、イメージレシーバは、被検体を挟んでＸ線発生装置と反対側のガントリに設置されている。すなわち、イメージレシーバは、透過ビーム（被検体を透過した治療ビーム）や散乱ビーム（被検体に散乱された治療ビーム）の向かう領域内に設置されている。
【００１３】
一般に、患者の患部は、治療中にも動いている。特に、頚部から下では、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常時動いている。例えば、患者が横になるだけで、体が徐々に扁平になっていく。また、周期的な動作である呼吸や心鼓動は、周期的であるにもかかわらず、それに伴う各臓器の動きは毎回同じ経路を通るとは限らない。
照射対象の動きをリアルタイムに正確に捉えようとすれば、最も速い動きの一つである心鼓動は、１〜２回／秒である。従って、リアルタイムに正確な診断画像を得るためには、３０画像／秒程度の画像撮影技術が必要といわれている。そして、照射対象をリアルタイムに正確に追尾し、放射線を照射しようとすれば、１／３０秒毎に正確に放射線照射ヘッドを照射対象へ向けることが必要である。また、追尾に関し、高画質な診断画像を得るためには、診断用のＸ線システムのイメージディテクタに対する治療用の放射線（Ｘ線）の影響をなくすことが重要である。
【００１４】
リアルタイムに治療野の状態をモニタすることが可能な技術が望まれている。診断用のＸ線システムのイメージディテクタに対する治療用の放射線（Ｘ線）の影響をなくすことが可能な技術が求められている。放射線の治療野が移動する場合でも、治療野を追従しながら放射線を照射することが可能な技術が求められている。治療効果を高めながら患者に対する放射線照射の負担を軽減することが可能な技術が望まれている。
【００１５】
【非特許文献１】西臺武弘著、「放射線治療物理学」、株式会社文光堂、２００１年２月２６日、ｐ．９５−１５３
【非特許文献２】平岡真寛、笹井啓資、井上俊彦編著、「放射線治療マニュアル」、株式会社中外医学社、２００１年４月１０日、ｐ．１９−６３
【特許文献１】特表平６−５０２３３０号公報（国際出願番号：ＰＣＴ／ＵＳ９１／０７６９６）（第５〜６頁、図１〜図３）
【特許文献２】特表平８−５０４３４７号公報（国際出願番号：ＰＣＴ／ＵＳ９３／１１８７２）（第２０〜２６頁、図５〜図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従って、本発明の目的は、放射線の照射治療中においても、リアルタイムに治療野の状態をモニタすることが可能な放射線治療装置を提供することである。
【００１７】
また、本発明の他の目的は、診断用のＸ線システムのイメージディテクタに対する治療用の放射線（Ｘ線）の影響をなくすことが可能な放射線治療装置を提供することである。
【００１８】
本発明の更に他の目的は、放射線治療における治療野が移動する場合でも、治療野を追従しながら放射線を照射することが可能な放射線治療装置を提供することである。
【００１９】
本発明の別の目的は、１回転軸周りの照射や、アイソセントリック照射だけでなく、広範囲の領域から迅速な照準合わせを行い放射線照射を実施することが可能な放射線治療装置を提供することである。
【００２０】
本発明の更に別の目的は、放射線の照射を正確に行い、治療効果を高めながら患者に対する負担を軽減することが可能な放射線治療装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
以下に、［発明の実施の形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００２２】
従って、上記課題を解決するために、本発明の放射線治療装置は放射線照射ヘッド（１０）と、Ｘ線源（３７、７７）と、センサアレイ（３８、７８）とを具備する。
放射線照射ヘッド（１０）は、被検体（４）の治療野（５）へ治療用放射線（３ａ）を照射する。Ｘ線源（３７、７７）は、被検体（４）の治療野（５）に診断用Ｘ線（３ｂ）を照射する。センサアレイ（３８、７８）は、被検体（４）を透過した診断用Ｘ線（３ｂ）の透過Ｘ線を検出して、診断画像データとして出力する。
そして、センサアレイ（３８、７８）は、放射線照射ヘッド（１０）の移動に連動して動く。
センサアレイ（３８、７８）と放射線照射ヘッド（１０）の連動した動作により、センサアレイ（３８、７８）は、放射線照射ヘッド（１０）の影になることなく、透過Ｘ線を検出することができる。また、放射線照射ヘッド（１０）の強力な放射線（Ｘ線）を受光することが無い。ただし、連動には、センサアレイ（３８、７８）と放射線照射ヘッド（１０）とが同じ向きに、同じ距離又は同じ角度を保って動く場合や、所定の規則に従って互いに干渉しないように動く場合、一方の動作に基づいて、所定の条件を満たしたときに他方が動作する場合などが含まれる。なお、治療用放射線（３ａ）は、Ｘ線を含む。
【００２３】
また、本発明の放射線治療装置は、Ｘ線源（３７、７７）が、センサアレイ（３８、７８）の動きに連動して動く。
放射線照射ヘッド（１０）に連動するセンサアレイ（３８、７８）と、Ｘ線源（３７、７７）との連動した動作により、センサアレイ（３８、７８）は透過Ｘ線を、適切な位置で受光することが出来る。
【００２４】
また、本発明の放射線治療装置は、センサアレイ（３８、７８）が、放射線照射ヘッド（１０）の近傍に設けられている。
近傍に設けられているので、センサアレイ（３８、７８）を放射線照射ヘッド（１０）に連動させ易い。また、放射線照射ヘッド（１０）の強力な放射線（Ｘ線）を受光することが無い。
【００２５】
また、本発明の放射線治療装置は、センサアレイ（３８、７８）が、放射線照射ヘッド（１０）を挟んで両側に設けられている。
片側ではなく、両側にバランスして配置されているので、放射線照射ヘッド（１０）と連動させ易い。また、構造的に安定である。
【００２６】
また、本発明の放射線治療装置は、Ｘ線源（３７、７７）及びセンサアレイ（３８、７８）の各々とアイソセンタ（５ａ）との距離が、放射線照射ヘッド（１０）とアイソセンタ（５ａ）との距離よりも小さい。
Ｘ線源（３７、７７）及びセンサアレイ（３８、７８）が、被検体（４）に近いところで診断画像の撮影を行うので、撮影画像の画質が向上する。また、Ｘ線源（３７、７７）及びセンサアレイ（３８、７８）と放射線照射ヘッド（１０）とが機械的に干渉し難い。
【００２７】
また、本発明の放射線治療装置は、Ｘ線源（３７、７７）とセンサアレイ（３８、７８）とが、アイソセンタ（５ａ）に対して対称の位置にある。
対称の位置にあるので、被検体（４）の良好な診断画像を得ることが出来る。
【００２８】
また、本発明の放射線治療装置は、放射線照射ヘッド（１０）が、Ｃ型ガントリ（８９）、Ω型ガントリ（９）、Ｌ型ガントリ（図示されず）及びロボットアーム（図示されず）のいずれか一つに移動可能に設けられている。
Ｃ型ガントリ（８９）及びΩ型ガントリ（９）は、放射線照射ヘッド（１０）が移動する軌道（図示されず）を備える。Ｌ型ガントリ（図示されず）及びロボットアーム（図示されず）は、放射線照射ヘッド（１０）を保持して動く。
上記各項の構成は、放射線照射ヘッド（１０）、Ｘ線発生装置（３７、７７）やセンサアレイ（３８、７８）を保持するガントリやロボットアームの種類にかかわらず適用できる。
【００２９】
また、本発明の放射線治療装置には、放射線照射ヘッド（１０）が、放射線照射ヘッド（１０）が移動する軌道を備えるＯ型ガントリ（６９）に移動可能に設けられている。
Ｏ型ガントリ（６９）は、ガントリの強度や構造が安定しており、より高精度の動作を行うことが出来る。そして、放射線照射ヘッド（１０）、Ｘ線発生装置（３７、７７）やセンサアレイ（３８、７８）をバランスして配置することが出来る。
【００３０】
更に、本発明の放射線治療装置は、Ｘ線源（図示されず）とセンサアレイは、Ｏ型ガントリの環の内側に設けられている。
環状のガントリの内側に各構成を設けることが出来、重量の偏りが少なく、構造が安定的である。
【００３１】
更に、本発明の放射線治療装置は、制御部（８０）と、画像処理部（３１）とを更に具備する。ただし、診断画像データに基づいて、治療野（５）のその診断画像を生成する。
放射線照射ヘッド（１０）は、Ｏ型ガントリ（６９）に移動可能に接続され、ヘッド首振り機構（１３１、１３２）を備えている。ここで、ヘッド首振り機構（１３１、１３２）は、放射線照射ヘッド（１０）から出射される治療用放射線（３ａ）が、治療野（５）の動きに追従するように放射線照射ヘッド（１０）を首振りさせる。
制御部（８０）は、その診断画像と、放射線照射ヘッド（１０）の位置と、放射線照射ヘッド（１０）の首振り状態とに基づいて、放射線照射ヘッド（１０）の照射野（５’）が治療野（５）を追尾するように、ヘッド首振り機構（１３１、１３２）の制御を行う。そして、ヘッド首振り機構（１３１、１３２）の制御後に、放射線照射ヘッド（１０）から治療用放射線（３ａ）を照射するように放射線照射ヘッド（１０）の制御を行う。
ヘッド首振り機構（１３１、１３２）により、放射線照射ヘッド（１０）は、算出された移動する患部（５）の位置へ、迅速かつ正確に治療放射線（３ａ）の照射を行うことが出来る。
【００３２】
更に、本発明の放射線治療装置は、制御部（８０）が、治療野（５）を示すその診断画像上の予め指定されたパターンに基づいて、その診断画像内の治療野（５）の座標としての第１座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を算出する。また、放射線照射ヘッド（１０）の位置と放射線照射ヘッド（１０）の首振り状態とに基づいて、照射野（５’）の座標としての第２座標（ｘ、ｙ、ｚ）を算出する。そして、第１座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と第２座標（ｘ、ｙ、ｚ）とに基づいて、照射野（５’）へ治療野（５）が含まれるように、ヘッド首振り機構（１３１、１３２）の制御を行う。
時々刻々変動する治療野（５）の位置を、リアルタイムで取得した診断画像を用いて把握し、適切な放射線照射ヘッド（１０）での追尾を行うことが出来、患部（５）に対して正確な治療放射線（３ａ）の照射を行うことが出来る。
【００３３】
更に、本発明の放射線治療装置は、制御部（８０）が、所定の時間間隔毎に、ヘッド首振り機構（１３１、１３２）の制御及び放射線照射ヘッド（１０）の制御を行う。
時間間隔を定めることにより、患部（５）の動きの速さに応じて、適切に追尾することが出来る。
【００３４】
更に、本発明の放射線治療装置は、ヘッド首振り機構（１３１、１３２）が、放射線照射ヘッド（１０）を互いに直交する二つの軸（Ｓ１、Ｓ２）の各々の周りで首振りさせる。
ジンバル機構を用いることにより、放射線照射ヘッド（１０）の照射野（５’）は、確実に所定の範囲を捕らえることが出来る。
【００３５】
更に、本発明の放射線治療装置は、放射線照射ヘッド（１０）をＯ型ガントリ（６９）に沿って移動させるヘッド周回移動機構（７０）を更に具備する。
放射線照射ヘッド（１０）は、Ｏ型ガントリ（６９）に沿って３６０°回転することが出来る。
【００３６】
更に、本発明の放射線治療装置は、Ｏ型ガントリ（６９）を、鉛直軸（Ｊ１）の周りに回転するガントリ回転機構（７２）を更に具備する。
放射線照射ヘッド（１０）は、鉛直軸（Ｊ１）の周りに回転するＯ型ガントリ（６９）により、球状にその位置を移動でき、あらゆる角度から、被検体（４）へ治療放射線（３ａ）を照射できる。
【００３７】
更に、本発明の放射線治療装置は、マイクロ波発生装置（２０）と、導波路（５１）とを更に具備する。
ただし、マイクロ波発生装置（２０）は、マイクロ波を発生する。導波路（５１）は、一端をマイクロ波発生装置（２０）に、他端を放射線照射ヘッド（１０）に接続し、そのマイクロ波を放射線照射ヘッド（１０）へ導波する。
マイクロ波発生装置（２０）を放射線照射ヘッド（１０）の外に配置しており、放射線照射ヘッド（１０）の質量及び大きさを低減することが出来る。
【００３８】
更に、本発明の放射線治療装置は、そのマイクロ波が、Ｃバンドに属する。
そして、放射線照射ヘッド（１０）は、そのマイクロ波で電子線を加速する加速管（１１０）を備える。
高周波のＣバンドのマクロ波を用いているので、加速管（１１０）の大きさを低減でき、放射線照射ヘッド（１０）の質量及び大きさを低減することが出来る。
【００３９】
更に、本発明の放射線治療装置は、そのマイクロ波が、Ｘバンドに属する。
そして、放射線照射ヘッド（１０）は、そのマイクロ波で電子線を加速する加速管（１１０）を備える。
高周波のＸバンドのマクロ波を用いているので、加速管（１１０）の大きさを低減でき、放射線照射ヘッド（１０）の質量及び大きさを低減することが出来る。
【００４０】
本発明の放射線治療装置は、放射線照射ヘッド（１０）を、１軸もしくは２軸の方向にアイソセントリックに移動して位置決めする機構（９／２８、６９／７２、８９／７２）に加えて、放射線照射ヘッド（１０）を１軸もしくは２軸の方向に小角回転運動（首振り）させる機構（１３１、１３２）を追加することにより、擬似的にノンアイソセントリックな照射が可能となる。不定形な照射野（５’）への対応や、照射野（５’）の移動に対する追従で求められるノンアイソセントリックな成分は、照射野（５’）で５０ｍｍ以下である。放射線源とアイソセントリックな照射野（５’）の距離ＳＡＤとしては、通常の電子リニアックの場合に、８０ｃｍ〜１００ｃｍの値である。ＳＡＤが１００ｃｍの場合、放射線照射ヘッド（１０）に要求される小角回転運動（首振り）角度は、約３度である。この運動によるＳＡＤの変化は、０．２％であり、ＳＡＤの変化による治療用放射線（３ａ）のビームの直径の変化は無視できる範囲である。また、放射線照射ヘッド（１０）の慣性中心を軸としてこの回転運動を行うように機構上の工夫をすることにより、駆動機構への負担の軽減を図ることが出来る。放射線照射ヘッド（１０）の回転軸周りのモーメントと同じモーメントのダミーウェイトを、回転方向と逆に駆動することにより、小角回転運動（首振り）に伴う反力を相殺することも可能である。
【００４１】
Ｘ線発生装置（３７、７７）やイメージディテクタ（３８、７８）を有するイメージャ（３０）と、放射線照射ヘッド（１０）とが機械的に干渉しないように、放射線照射ヘッド（１０）とイメージャ（３０）とが連動して動作する。そして、イメージャ（３０）は、被検体（４）に近いところで診断画像の撮影を行うので、撮影画像の画質が向上する。イメージャ（３０）と上記機構が共通の位置座標を持つようにする。また、イメージャ（３０）の画像取り込みタイミングと、治療用放射線（３ａ）の照射タイミングを時分割で実施するようにタイミング制御することにより、治療用放射線（３ａ）のイメージャ（３０）への影響を防止して、治療照射中でも、リアルタイムで治療野の画像をモニタすることが出来る。その際、イメージディテクタ（３８、７８）は、放射線照射ヘッド（１０）側に有るので、放射線照射ヘッド（１０）の治療用放射線（３ａ）の影響を受けることがない。
【００４２】
モニタ画像（ディスプレイ）の中で、治療野画像について、適切なアルゴリズムで画像追尾を行い、これに追従して上記小角回転運動（首振り）を制御することにより、移動する治療野への追従照射治療が可能となる。
【００４３】
更に、適切なマンマシンインタフェイス及び安全機構を装備することにより、安全性・信頼性の高い放射線治療装置の実現が可能になる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明の放射線治療装置では、放射線の照射治療中においても、Ｘ線ヘッド（放射線照射ヘッド）に連動して動作するリアルタイム・イメージャ（Ｘ線システム）により、Ｘ線ヘッド（放射線照射ヘッド）を邪魔することなくリアルタイムに治療野の状態をモニタすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明である放射線治療装置の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
【００４６】
（実施例１）
本発明である放射線治療装置の第１の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
図１〜図２は、本発明である放射線治療装置の第１の実施の形態における構成を示す正面図及び断面図である。図により、一部省略して表示している。座標２００は、図１〜図２におけるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する３次元直交座標を示す。
放射線治療装置６Ａは、治療用ベッドシステム７、Ｘ線ヘッド１０、支持フレーム６７−１、支持フレーム６７−２、Ｏ型ガントリ６９、従動導波管系６１、マイクロ波発生装置２０、リアルタイム・イメージャ７４を備えている。
【００４７】
治療用ベッドシステム７は、ベッド駆動システム７−１、治療用ベッド７−２及び患者固定装置７−３を備える。
治療用ベッド７−２は、放射線治療を施す患者４を載せ、装置内の所定の位置へ移動する。患者固定装置７−３は、患者４を治療用ベッド７−２に固定する。ベッド駆動システム７−１は、内蔵された駆動機構により、治療用ベッド７−２
をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸方向に移動可能である。そして、ベッド駆動システム７−１は、システム制御装置８０（後述）の制御により、リアルタイム・イメージャ（７４）の撮影画像データに基づいて、治療野となる患部５がアイソセンタ５ａに位置するように治療用ベッド７−２の位置を調整可能である。治療用ベッド７−２及び患者固定装置７−３には、リアルタイム・イメージャ（７４）の画像診断機器の使用に適した材質及び形状が選択される。
【００４８】
Ｏ型ガントリ６９は、リング周回移動機構７０、Ｏ型駆動リング７１−１及び７１−２、ガントリ回転機構７２、上部支持機構８２を含む。
【００４９】
Ｏ型ガントリ６９（本体）は、治療用ベッド７−２の周囲を囲むように設けられ、矩形形状の断面を有する管を円環状にしたリングである。ガントリ回転機構７２上に、水平面（ＸＹ平面）に対して直立するように設置されている。そして、円の中心が、アイソセンタ５ａとなるように治療用ベッド７−２及びＸ線ヘッド１０を配設する。
【００５０】
ガントリ回転機構７２は、基礎部７２−１、回転部７２−２及び駆動部７２−３を備える。基礎部７２−１は、底面（床面等）に固定的に設けられている。回転部７２−２は、基礎部７２−１上に回転可能に設けられ、Ｏ型ガントリ６９を固定的に保持する。駆動部７２−３は、回転部７２−２（及びその上のＯ型ガントリ６９）を回転させる。すなわち、鉛直方向（Ｚ軸方向）の軸である第１回転軸Ｊ１のまわりに、図のＩ１のように、搭載されたＯ型ガントリ６９を回転させる。ただし、第１回転軸Ｊ１は、Ｏ型ガントリ６９の形成する円の直径と重なり、円の中心（アイソセンタ５ａ）を通る。
【００５１】
Ｏ型駆動リング７１−１及び７１−２は、Ｏ型ガントリ６９と概ね同様の内径及び外径を有するリングである。それぞれ、Ｏ型ガントリ６９の形成する円と同軸かつ平行で、Ｏ型ガントリ６９を挟むように、Ｏ型ガントリ６９に対して回転可能に設けられている。Ｏ型ガントリ６９の成す平面に垂直で、第１回転軸Ｊ１に垂直かつアイソセンタ５ａを通る第２回転軸Ｊ２のまわりに、図のＩ２のように、Ｏ型ガントリ６９に対して回転する。このとき、Ｏ型駆動リング７１−１及び７１−２は、リング周回移動機構７０を介して一体で回転する。
リング周回移動機構７０は、Ｏ型ガントリ６９と移動可能に、Ｏ型駆動リング７１−１及び７１−２と固定的に接続されている。Ｏ型駆動リング７１−１及び７１−２を、図のＩ２のように、Ｏ型ガントリ６９に沿って周回移動させる。リング周回移動機構７０は、Ｏ型駆動リング７１−１及び７１−２を含んでいても良い。リング周回移動機構７０は、ラック・アンド・ピニオン方式やベルト方式などを採用することが出来る。
【００５２】
上部支持機構８２は、基礎部８２−１及び回転部８２−２を備える。基礎部８２−１は、上部（天井等）に固定的に設けられている。回転部８２−２は、基礎部８２−１の下に回転可能に設けられ、Ｏ型ガントリ６９を上から固定的に保持する。すなわち、ガントリ回転機構７２による第１回転軸Ｊ１のまわり回転を、Ｏ型ガントリ６９の上部で支えている。
【００５３】
Ｏ型ガントリ６９は、第１回転軸Ｊ１のまわりを、１６０°回転することが出来る。また、Ｏ型駆動リング７１−１及び７１−２は、Ｏ型ガントリ６９上を３６０°回転することが出来る。すなわち、Ｏ型駆動リング７１−１及び７１−２に固定されているもの（Ｘ線ヘッド１０他（後述））は、アイソセンタ５ａを中心とした九分の八球（８／９球殻）を描くように運動する。
Ｏ型ガントリ６９、リング周回移動機構７０、Ｏ型駆動リング７１−１及び７１−２、ガントリ回転機構７３は、例えば、ステンレス鋼のように剛性の大きい材料で造られる。Ｏ型ガントリ６９（本体）は、幅２００〜４００ｍｍ、厚み１００〜２００ｍｍ、アイソセンタ５ａからの半径１２００〜２０００ｍｍである。
【００５４】
Ｘ線ヘッド１０は、照射野５’（患部５）に治療用Ｘ線３ａを照射する放射線照射ヘッドである。治療用Ｘ線３ａを出射する小型電子リニアックを備える。Ｏ型ガントリ６９に、Ｏ型駆動リング７１、支持フレーム６７−１（後述）及び支持フレーム６７−２（後述）を介して移動可能に取り付けられている。支持フレーム１０２を備える。
【００５５】
支持フレーム１０２は、第１首振り機構１３１、第２首振り機構１３２を含む。
第１首振り機構１３１は、Ｘ線ヘッド１０をＯ型ガントリ６９上で、第１首振り軸Ｓ１の周りでＲ１のように揺動（回転運動）させる機構である。第１首振り軸Ｓ１は、Ｘ線ヘッド１０が首振りしたときの慣性が小さくなるように、Ｘ線ヘッド１０の慣性中心をほぼ通る軸上又はその近傍に設けられている。
第２首振り機構１３２は、Ｘ線ヘッド１０をＯ型ガントリ６９上で、第２首振り軸Ｓ２の周りでＲ２のように揺動（回転運動）させる機構である。第２首振り軸Ｓ２は、Ｘ線ヘッド１０が首振りしたときの慣性が小さくなるように、Ｘ線ヘッド１０の慣性中心をほぼ通る軸上又はその近傍に設けられている。詳細は後述する。
また、センサアレイ７８Ａを保持する保持フレーム７６Ａ、及び、センサアレイ７８Ｂを保持する保持フレーム７６Ｂを固定的に保持する。
【００５６】
支持フレーム６７−１は、一方の側を、Ｏ型駆動リング７１−１に、他方の側を支持フレーム１０２に固定的に接続している。支持フレーム６７−２は、一方の側を、Ｏ型駆動リング７１−２に、他方の側を支持フレーム１０２において、支持フレーム１０２と支持フレーム６７−１との接続部に対向する側に固定的に接続している。
すなわち、支持フレーム６７−１及び支持フレーム６７−２は、Ｘ線ヘッド１０をＯ型ガントリ６９の内周側に保持している。そして、Ｏ型駆動リング７１−１及び７１−２のリング周回移動機構７０による回転に従って、支持フレーム１０２に保持されたＸ線ヘッド１０とともに回転する。
【００５７】
リアルタイム・イメージャ７４は、被検体４の治療野に弱いファンビームＸ線である診断用Ｘ線３ｂを２方面（Ｘ線源７７Ａ、７７Ｂ）から照射して、その透過像を検出（センサアレイ７８Ａ、７８Ｂ）する。そして、検出されたデータを画像処理する（イメージャ信号処理装置３１）ことによりコンピュータ画面上に治療野５の３次元断層診断画像を表示させる。リアルタイム・イメージャ７４は、システム制御装置８０により制御される。リアルタイム・イメージャ７４は、通常のＸ線カメラを構成する２組のＸ線源７７Ａ、７７Ｂ及びセンサアレイ７８Ａ、７８Ｂのセット、Ｘ線源７７Ａ、７７Ｂを保持する保持部６８、センサアレイ７８Ａ、７８Ｂを保持する保持フレーム７６Ａ、７６Ｂを具備する。
【００５８】
保持部６８（−１及び−２）は、一方の側をＯ型駆動リング７１−１及び７１−２に固定的に保持されている。また、他方の側を、第１回転軸Ｊ１と第２回転軸Ｊ２とが形成する平面を挟んで、その両側にそれぞれＸ線源７７Ａ及び７７Ｂを、アイソセンタ５ａを狙うように保持している。更に、頂部に、被検体４を透過した治療用Ｘ線３ａを吸収する保護板７５を備える。そして、Ｘ線ヘッド１０の動き（Ｏ型駆動リング７１−１及び７１−２の動き）に連動して、Ｘ線源７７Ａ、７７Ｂを動かす。
【００５９】
保持フレーム７６Ａは、一方の側を、Ｘ線ヘッド１０（支持フレーム１０２）の一方の側面から下側へ延びる。他方の側は、センサアレイ７８Ａが接続されている。
同様に、保持フレーム７６Ｂは、一方の側を、Ｘ線ヘッド１０（支持フレーム１０２）の他方の側面から下側へ延びる。他方の側は、センサアレイ７８Ｂが接続されている。
【００６０】
Ｘ線源７７Ａ及びＸ線源７７Ｂは、保持部６８に設けられている。第１回転軸Ｊ１と第２回転軸Ｊ２とが形成する平面を挟んで互いに反対の側にある。センサアレイ７８Ａ及びアイソセンタ７８Ｂも、同様である。２方向から診断用Ｘ線３ｂを照射して診断画像を得るので、患者４の体内における各部位の動きを迅速かつ正確に把握することが出来る。
また、リアルタイム・イメージャ７４とＯ型駆動リング７１−１及び７１−２、Ｏ型ガントリ６９とは、機械的に密に結合されており、共通の座標基準を持つ。
【００６１】
センサアレイ７８Ａは、保持フレーム７６Ａの一端に設けられている。Ｘ線ヘッド１０の近傍であるが、Ｘ線ヘッド１０から照射される治療用Ｘ線３ａの経路を妨害しないように配置されているので、Ｘ線ヘッド１０の強力なＸ線の影響を受けずに済む。そして、そのセンサ側受光面の中央部からの垂線がアイソセンタ５ａを向き、その延長線上にＸ線源７７Ａが配置される。同様に、センサアレイ７８Ｂは、保持フレーム７６Ｂの一端に設けられている。Ｘ線ヘッド１０の近傍であるが、Ｘ線ヘッド１０から照射される治療用Ｘ線３ａの経路を妨害しないように配置されているので、Ｘ線ヘッド１０の強力なＸ線の影響を受けずに済む。そして、そのセンサ側受光面の中央部からの垂線がアイソセンタ５ａを向き、その延長線上にＸ線源７７Ｂが配置される。
【００６２】
センサアレイ７８Ａ、７８Ｂは、被検体４を透過した診断用Ｘ線３ｂを受信（受光）する。被検体４が配置される診断用スペースを取り囲むアイソセンタ５ａを中心とする円の円周上に固定して配置され、多数の長高感度ＣｄＴｅセンサを備え、０．５ｍｍの分解能を有している。また、診断用Ｘ線３ｂの照射時間は、１ショット当たり０．００２５〜０．０１秒である。
【００６３】
Ｘ線源７７Ａ、７７Ｂ及びセンサアレイ７８Ａ、７８Ｂの各々とアイソセンタ５ａとの距離は、Ｘ線ヘッド１０とアイソセンタ５ａとの距離よりも小さい。すなわち、Ｘ線源及びセンサアレイは、患者５に近いので、診断画像の画質が向上する。また、Ｘ線ヘッド１０の、Ｏ型ガントリ６９上での可動範囲を広くとることが出来る。
【００６４】
センサアレイ７８Ａ表面の中央部からのアイソセンタ５ａを通る垂線と、センサアレイ７８Ｂ表面の中央部からのアイソセンタ５ａを通る垂線とが成す角は、２０°〜９０°であることが好ましい。より好ましくは、４０°〜６０°である。これは、Ｘ線ヘッド１０、Ｘ線源７７Ａ及びＸ線源７７Ｂが、相互に影響を及ぼし合わずに、それぞれが正確に動作し、十分な精度を有する診断画像も得られる条件に基づいて設定される。
【００６５】
リアルタイム・イメージャ７４のＸ線発生制御装置の出力側には、電源及びＸ線源７７Ａ、７７Ｂ内のアノード、カソード、グリット電極がそれぞれ接続されている。システム制御装置８０からＸ線発生指令信号がＸ線発生制御装置に向けて出力されると、その指令に基づいて、Ｘ線発生制御装置は、電源から電子銃駆動回路への給電動作を制御する。これに応じてＸ線源７７Ａ、７７Ｂ内のカソードから電子線が放射され、グリット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、電子線がグリット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２次Ｘ線が発生し、窓に取り付けられたコリメータを介して、患者４に向けて扇状の治療用Ｘ線３ｂが放射される。
【００６６】
センサアレイ７８Ａ、７８Ｂ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、プリアンプ、メインアンプを介して画像信号ディジタイザ及びデータ収録装置に送られて、診断画像データとして収録される。診断用Ｘ線３ｂによる撮像、データ収録等は、システム制御装置８０により制御される。収録された診断画像データは、データ収録装置からイメージャ信号処理装置３１（後述）へ出力され、イメージャ信号処理装置３１でデータ処理される。処理されたデータは、患部５の診断画像としてシステム制御装置８０のディスプレイ上に再生表示される。
【００６７】
上記の３軸の駆動（Ｉ１、Ｉ２）により、Ｘ線ヘッド１０は、アイソセンタ５ａを中心とする８／９球殻上でアイソセントリックな動き（Ｘ線ヘッド１０はアイソセンタ５ａを向く）が可能となる。更に、上記の２軸の駆動（Ｒ１、Ｒ２）により、Ｘ線ヘッド１０は、８／９球殻上で擬似的にノンアイソセントリックな動き（Ｘ線ヘッド１０はアイソセンタ５ａ周辺近傍の３次元の領域５ｂ（図１参照）内の所望の点を向く）が可能となる。この擬似ノンアイソセントリック動作は、Ｘ線ヘッド１０の慣性中心周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較して各段に素早い動きを行うことが出来る。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出来る。
【００６８】
マイクロ波発生装置２０は、クライストロン（図示されず）を含み、クライストロン方式でマイクロ波を発生する。そして、導波路に関わるサーキュレータ２１及びダミーロード２２を有し、従動導波管系６１を介して、Ｘ線ヘッド１０へ電子加速用のマイクロ波を供給する。ここでは、Ｃバンド（５．６ＧＨｚ）のマイクロ波を供給する。マイクロ波発生装置２０は、システム制御装置８０に制御される。
【００６９】
従動導波管系６１は、マイクロ波発生装置２０で発生したマイクロ波を、Ｘ線ヘッド１０へ供給する導波路である。リンクアーム６２−１、関節部６４ａ、リンクアーム６２−２、関節部６４ｂ、リンクアーム６３、関節部６４ｃ、リンクアーム６５、関節部６６、Ｘ線ヘッド１０を互いに連結してリンク機構を形成している。関節部６４ａは、第１回転軸Ｊ１方向の軸のまわりに、関節部６４ｂ、関節部６４ｃ及び関節部６６は、第２回転軸Ｊ２方向の軸のまわりにそれぞれ回転可能である。なお、リンク先端のＸ線ヘッド１０は、Ｏ型駆動リング７１−１の運動により、Ｏ型ガントリ６９に沿ってスライドし、また、第１首振り機構１３１により関節部６６周りに首振りされる。
そして、関節部６４ａ、６４ｂ、６４ｃ及び６６は、マイクロ波を軸回転で伝えるロータリＲＦカプラ５０（後述）を含む。リンクアーム６２−１、６２−２、６３及び６５は、導波管５１（後述）を含み、関節部６４ａ〜６４ｃ、６６により、電磁気的に連通している。マイクロ波発生装置２０で発生したマイクロ波は、関節部６４ａ−リンクアーム６２−関節部６４ｂ−リンクアーム６３−関節部６４ｃ−リンクアーム６５−関節部６６を介して、Ｘ線ヘッド１０へ供給される。
【００７０】
図１に示すＳＡＤ（Ｓｏｕｒｃｅ Ａｘｉｓ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）は、アイソセンタ５ａからＸ線ヘッド１０内のターゲット１２１（後述）までの距離に相当する。本実施例では、基準となるＳＡＤを８０〜１００ｃｍに設定している。
【００７１】
次に、図３及び図４を参照しながらＸ線ヘッド１０について詳細に説明する。
【００７２】
図３は、本発明の放射線治療装置に適用されるＸ線ヘッド１０の構成を示す図である。図３（ａ）は、全体図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡＡ断面図、図３（ｃ）は、ＢＢ断面図である。
Ｘ線ヘッド１０は、４ＭｅＶ〜１０ＭｅＶの電子エネルギを有する治療用Ｘ線３ａを発生する小型の電子リニアックを備える。Ｏ型ガントリ６９に支持フレーム１０２等を介して可動支持されている。それと共に、従動導波管系６１の関節部６６（ロータリＲＦカプラ）に首振り可能に連結されている。
【００７３】
Ｘ線ヘッド１０は、ヘッドカバー１０１でＸ線ヘッド１０の本体部が覆われ、本体部の先端側に放射線を放射するための出射部１２０が取り付けられている。ヘッド本体部を覆うヘッドカバー１０１内には、電気回路／冷却水回路１１６、加速管１１０、ＲＦ窓５２、導波管５１、ロータリＲＦカプラの一部５０Ｂ、排気管１０７、イオンポンプ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。
【００７４】
加速管１１０の尾部の絶縁ガラス１０３から外部電源（図示されず）に接続されたケーブル（図示されず）がヘッドカバー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。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。
カソード１０５とアノード１０６との間はイオンポンプ１１２に連通する排気管１０７により排気される。排気される空間は、電子銃１０４から加速管１１０へ続き、更に加速管１１０から出射部１２０へ続いている。イオンポンプ１１２は、加速管１１０に直結しているため、加速管１１０の真空度を常に高真空に保つことが出来、安定した電子線を、安定的に加速することが可能である。そして、それにより、治療用Ｘ線３ａを安定的に出力することが可能となる。
絶縁ガラス１０３から加速管１１０の先端までの長さは約３６０ｍｍである。この大きさは、従来用いられている加速管の１／３程度に大幅に小型化、かつ軽量化されている。これは、従来使用されているＳバンドのマイクロ波ではなく、高周波数（高エネルギー）のＣバンド（５．６ＧＨｚ）のマイクロ波を用いているからである。
【００７５】
図４は、図３（ｃ）の電子銃１０４及び加速管１１０近傍の拡大図である。
電子銃１０４のアノード１０６の中央孔は、加速管１１０のバンチャ空洞１０９に連通している。加速管１１０の内部には、更に、電子ビーム通過用の中央孔を有する複数の加速空洞１１１ｂが繋がって配置されている。加速管１１０は、バンチャ空洞１０９及び複数の加速空洞１１１ｂの中央孔１１１ｃに、電子銃１０４から出射された電子線を通過させながらマイクロ波により加速させ、高エネルギの電子ビームとして、Ｘ線ターゲット１２１に衝突させる。加速空洞１１１ｂ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にそれぞれ連通している。左右一対の側方排気管１０８は、排気管１０７経由でイオンポンプ１１２接続されて真空排気される。
【００７６】
図３を参照して、加速管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及びロータリＲＦカプラ５０Ａ、５０Ｂ（−従動導波管系６１−）を経由してマイクロ波発生装置２０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、マイクロ波を加速管１１０へ導入させる入口である。
【００７７】
出射部１２０は、ヘッドカバー１０１で覆われたＸ線ヘッド１０の本体部の先端に設けられている。ターゲット１２１、冷却板１２２、１次コリメータ１２３、フラットニングフィルタ１２４を備える。電子銃１０４から加速管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んでいる。そして、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。
【００７８】
ターゲット１２１は、高エネルギの加速電子の入射により、制動輻射Ｘ線を出射する。制動Ｘ線の放射時に発生する熱による熱損傷を受けないように、ターゲット冷却板１２２が取り付けられている。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又はこれらの合金を用いる。
【００７９】
一次コリメータ１２３は、タングステンなどのような放射線に対する遮蔽性に優れ、かつ熱中性子の発生の少ない材料でつくられている。ターゲット１２１からのＸ線を、所定のビーム幅に絞ってフラットニングフィルタ１２４に導く。
【００８０】
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持つ治療用Ｘ線３ａとする。
【００８１】
更に、出射部１２０の先端側にはニ次コリメータ１２５及び線量計測用の電離箱１２６が取り付けられている。ニ次コリメータ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ような遮蔽性の高い材料で作られている。フラットニングフィルタ１２４からのＸ線を所定のビーム幅に絞った治療用Ｘ線３ａを、電離箱１２６に導く。このニ次コリメータ１２５は、一次コリメータ１２３の端面部に着脱可能にねじ込まれている。
【００８２】
電離箱１２６は、通過するＸ線の線量を計測する。ニ次コリメータ１２５の先端に取り付けられ、所定の成分のガスが封入されている。そして、放電電荷を検出する検出回路（図示されず）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の入力信号に基づいてＸ線ヘッド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。
【００８３】
本発明の放射線治療装置６では、Ｘ線ヘッド１０は、全長が５００〜６００ｍｍ、幅５００ｍｍ、深さ３００ｍｍと小さく、重量６０〜８０ｋｇと軽量化もされていながら、高いエネルギーである４ＭｅＶ〜１０ＭｅＶの電子エネルギを有する治療用Ｘ線３ａを発生することが可能である。これは、高周波数（高エネルギー）のＣバンド（５．６ＧＨｚ）のマイクロ波を用いているため加速管１１０が小型軽量であること、加速管１１０が小さいため電子線を偏向させる偏向磁石及びその関連機器が不要であること、マイクロ波を発生させる装置（マイクロ波発生装置２０）をＸ線ヘッド１０の外側に配置していること、などの理由による。すなわち、全体の重量が軽量化されていること、及び、全体の大きさが小型化されていることで、Ｘ線ヘッド１０を少ない力で、俊敏かつ迅速に所望の場所へ移動させることが可能となる。
また、更に高周波数のＸバンドのマイクロ波を用いて加速可能な加速管を用いれば、更に小型・軽量化することが可能である。その場合、マイクロ波の周波数に合わせて各機器の設計を変更する（例示：従動導波管系６１の各構成の寸法や、加速管１１０の加速空洞１１１ｂ等の寸法を変更する）ことにより、実施可能である。
【００８４】
次に、図５〜図６を参照して、Ｘ線ヘッド１０の２軸の首振り機構について詳しく説明する。
【００８５】
図５は、支持フレーム１０２に支持されたＸ線ヘッド１０を示す斜視図である。
図５に示すように、Ｘ線ヘッド１０のヘッドヘッドカバー１０１は、ジンバル構造を有する支持フレーム１０２に支持されている。支持フレーム１０２は、Ｘ線ヘッド１０の慣性中心を含む第１首振り軸Ｓ１及び第２首振り軸Ｓ２が通る位置座標に取り付けられている。そして、第１首振り機構１３１により、第１首振り軸Ｓ１のまわりをＲ１のように揺動する。同様に、第２首振り機構１３２により、第２首振り軸Ｓ２のまわりをＲ２のように揺動する。
【００８６】
図６は、支持フレームの２軸の首振り機構の構成を示す図である。図６（ａ）は全体、図６（ｂ）はＳ１首振り駆動用サーボモータ１３１ｂ、図６（ｃ）は、関節部６６、図６（ｄ）は、Ｓ２首振り駆動用サーボモータ１３２ｂ、図６（ｅ）は、一対のロータリＲＦカプラ５０Ａと５０Ｂを示す。
図６（ａ）に示すように、支持フレーム１０２には、従動導波管系６１の関節部６６（ロータリＲＦカプラ）、及び、Ｓ１首振り駆動用サーボモータ１３１ｂが、第１首振り軸Ｓ１に沿って、対向する２辺にそれぞれ取り付けられている。同様に、一対のロータリＲＦカプラ５０Ａと５０Ｂ、及び、Ｓ２首振り駆動用サーボモータ１３２ｂが、第２首振り軸Ｓ２に沿って、前述の２辺と異なる対向する２辺にそれぞれ取り付けられている。
【００８７】
図６（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、従動導波管系６１の関節部６６（ロータリＲＦカプラ）は、支持フレーム１０２の一方の側の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１３１ｂの駆動軸１３１ａが第１首振り軸Ｓ１と重なるようにフレーム１０２の対向長辺の中央に取り付けられている。そして、Ｓ１首振り駆動用サーボモータ１３１ｂは、支持フレーム６７−２に固定支持されている。サーボモータ駆動軸１３１ａを回転駆動させると、第１首振り軸Ｓ１まわりにＸ線ヘッド１０がＲ１のように首振りする。
【００８８】
図６（ａ）、（ｄ）及び（ｅ）に示すように、一対のロータリＲＦカプラ５０Ａ、５０Ｂは支持フレーム１０２の一方の側の短辺の中央に取り付けられ、これと向き合うようにＳ２首振り駆動用サーボモータ１３２ｂの駆動軸１３２ａが第２首振り軸Ｓ２と重なるように支持フレーム１０２の対向短辺の中央に取り付けられている。そして、Ｓ２首振り駆動用サーボモータ１３２ｂ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、駆動軸１３２ａは、軸受け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、Ｓ２ドライブ軸周りにＸ線ヘッド１０が首振りする。
【００８９】
図６（ａ）に示すように、従動導波管系１１の各リンクアーム６３、６５内には、導波管５１が設けられ、各関節部６４、６６内には、ロータリＲＦカプラ５０が設けられ、更に一対のロータリＲＦカプラ５０Ａ、５０Ｂを通って、Ｘ線ヘッド１０内の加速管１１０にマイクロ波が導入されるようになっている。
【００９０】
次に、図７〜図９を参照して、マイクロ波を伝達する導波路の関節部分であるロータリＲＦカプラについて説明する。
【００９１】
図７は、ロータリＲＦカプラ５０を内部に有する関節部の構成を示す図である。図７では、関節部６４ｃを代表として示しているが、関節部６４ａ、関節部６４ｂ、関節部６６、一対のロータリＲＦカプラ５０Ａ、５０Ｂについても同様である。
図７に示すように、リンクアーム６３、６５の中には、導波管５１が設けられ、関節部６４ａ〜６４ｃ、６６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。
【００９２】
図８は、図７で示すロータリＲＦカプラ５０の構成の詳細を示す斜視図である。
図８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。そして、ロータリＲＦカプラ５０は、導波路５５ａの加速用のマイクロ波を軸回転で導波路５５ｂへ伝える。
【００９３】
図９（ａ）は、図８のロータリＲＦカプラ５０の詳細を示す断面図である。図９（ｂ）は、ロータリＲＦカプラ５０内のマイクロ波のモードの一例を示す。
図９（ａ）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、軸受け５８、λ／４波長チョーク５９に取り囲まれた回転スペースに連通し、この中を図９（ｂ）に例示するような管内モード（電気力線２ａ（２ｂ））でマイクロ波が導かれる。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、地上に固定されたクライストロン等のマイクロ波発生装置２０から、移動するＸ線ヘッド１０へ加速用のマイクロ波を円滑に供給することが出来る。
【００９４】
次に、本発明の放射線治療装置の実施の形態の制御システムについて説明する。
【００９５】
図１０は、本発明の放射線治療装置の実施の形態の制御システムを示すブロック図である。
本実施例の制御システムは、治療用ベッドシステム７、Ｘ線ヘッドシステム８、リアルタイムイメージャ７４、イメージャ信号処理装置３１、マイクロ波発生装置２０、システム制御装置８０、システムユーティリティ９０を備える。実質的にはシステム制御装置８０が全体を統括して制御するシステム構成となる。
【００９６】
システム制御装置８０は、システム制御計算機を備え、コンピュータプログラムとしての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ース（ＧＵＩ）、インターロックアルゴリズムを含み、治療計画データベース、トレンド記録データベース、治療データベースを搭載している。また、システムモニタ（ディスプレイ）、入出力装置及びＢＩＴを含み、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。
【００９７】
治療計画データベースは、医師が立てる治療計画に関する情報としての治療計画情報を格納している。治療計画情報は術前に行われる種々の検査に基づくものである。治療計画情報は、患者属性情報、患者画像情報、吸収線量情報、治療線量情報、患部位置情報等を互いに関連付けている。
ただし、患者属性情報は、患者４の氏名、生年月日等を示す。患者画像情報は、患者４のＸ線断層画像を示す。吸収線量情報は、患部５に対する放射線（Ｘ線）の吸収線量、その照射方法（回数、１回の吸収線量、照射方向（ルート））等を示す吸収線量設定に関する。治療線量情報は、患部５に対する放射線（Ｘ線）の治療線量、その照射方法（回数、１回の治療線量、照射方向（ルート））等を示す治療線量設定に関する。患部位置情報は、患部５の位置に関する。患部５の位置は、後述の定義領域５−１であっても良い。
【００９８】
トレンド記録データベースは、照射治療の実績に関する照射実績情報を格納している。照射実績情報は、治療の際に実際に照射した放射線（Ｘ線）に関するものである。照射実績情報は、患者属性情報、積算治療線量、積算吸収線量、照射方向（ポータル数）毎の治療線量、推定吸収量、目標座標（患部５における照射目標の座標）及び機械座標（実際に照射を行った照射野５’の座標）、等を互いに関連付けている。
【００９９】
治療データベースは、物質の種類、物質の厚みと放射線（Ｘ線）の吸収量との関係を示す放射線吸収量曲線、等を互いに関連付けて格納している。
【０１００】
システム管理アルゴリズムは、各アルゴリズム、ＧＵＩ、システムモニタ（ディスプレイ）、入出力装置及びＢＩＴ等のシステム制御装置８０全体を統括制御する。
【０１０１】
治療計画アルゴリズムは、治療計画データベース（患者４のＸ線断層画像、吸収線量情報）と治療データベース（物質毎の放射線吸収量曲線）とに基づいて、治療線量情報（照射方向（ルート）毎のＸ線の治療線量、積算の治療線量）等を算出する。そして、ディスプレイに表示し、医師の確認を受ける。医師は、必要に応じて、照射方向やＸ線の吸収線量等を変化させて、所望の治療線量情報となるようにする。医師の確認後、治療計画データベースへ格納する。
【０１０２】
治療管理アルゴリズムは、治療計画データベースの治療計画情報及び／又は画像追尾アルゴリズムからのＸ線ヘッド１０の首振り量に基づいて、Ｘ線ヘッド１０が所定の方向へ向くようにＸ線ヘッドシステム８を制御する。
また、治療中にイメージャ信号処理装置３１、Ｘ線ヘッドシステム８、画像追尾アルゴリズム等から得られる照射実績情報をトレンド記録データベースへ格納する。
【０１０３】
画像追尾アルゴリズムは、イメージャ信号処理装置３１から得られる追尾用画像データに基づいて、患部５の座標を算出する。また、Ｘ線ヘッドシステム８から得られる各種データに基づいて、Ｘ線ヘッド１０の照射野５’の座標を求める。そして、患部５の座標と、照射野５’の座標とに基づいて、Ｘ線ヘッド１０の首振り量を算出する。
【０１０４】
インターロックアルゴリズムは、所定の条件が満たされた場合において、治療用Ｘ線３ａや診断用Ｘ線３ｂを緊急停止させる。所定の条件は、緊急停止ボタンが押された場合、照射野５’と患部５とが予め設定された距離以上に離れた場合、患者４に対する治療線量及び吸収線量の少なくとも一方が、それぞれに対して予め設定された許容値を超えた場合、治療用Ｘ線３ａを照射する際に診断用Ｘ線３ｂを停止する場合、診断用Ｘ線３ｂを照射する際に治療用Ｘ線３ａを停止する場合、等である。
【０１０５】
リアルタイムイメージャ７４で検出されたＸ線透過データは、イメージャ信号処理装置３１内の画像再構成アルゴリズムにより診断画像に再構成され、システム制御装置８０に送信される。これにより画像診断が治療中にリアルタイムで生成され、医師はシステム制御装置８０の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出来る。
【０１０６】
マイクロ波発生装置２０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、従動導波管系６１を介して、Ｘ線ヘッド１０に接続され、加速管１１０にマイクロ波を供給する供給源である。
【０１０７】
Ｘ線ヘッドシステム８は、Ｘ線ヘッド１０、アイソセントリック駆動機構（Ｏ型ガントリ６９、リング周回移動機構７０、ガントリ回転機構７２を含む）、及び、首振り駆動機構（第１首振り機構１３１、第２首振り機構１３２及びロータリＲＦカプラ５０を含む）を備える。アイソセントリック駆動機構及び首振り駆動機構は、それぞれに対応した各ドライバ（アイソセントリック駆動ドライバ及び首振り駆動ドライバ）を介して、システム制御部８０に接続され、アイソセントリック照射時におけるＸ線ヘッド１０のアイソセントリック駆動機構、及び、擬似アイソセントリック照射時におけるＸ線ヘッド１０の２軸の首振り駆動機構がそれぞれ制御される。
【０１０８】
次に、本発明である放射線治療装置の第１の実施の形態の動作について、添付図面を参照して説明する。
【０１０９】
まず、位置較正を行う。位置較正は、受光面の中心部がアイソセンタ５ａと重なり、受光面が水平となるように設置されるＣＣＤカメラ６０と、電子リニアックに模してＸ線ヘッド１０内に設置されたレーザ発信器とを用いて行う。そして、レーザの受光点とアイソセンタ５ａとのずれを補正値とする。
【０１１０】
上記位置較正の方法により、短時間にＯ型ガントリ６９のような大きな機械工作物における、工作時の歪み、自重等によるたわみ、取り付け時の応力等による位置ずれを精度良く補正することができ、位置精度を向上させることが可能となる。本実施例の場合、位置分解能を２０μｍ程度にすることが可能となった。
このような位置較正は、放射線治療装置６の設置時及び定期点検時に実施する。ただし、所定の使用回数毎、放射線治療毎に行っても良い。
【０１１１】
次に、本発明の放射線治療装置の実施の形態の動作における、各動作の時間のタイミングについて説明する。
図１１は、本発明の放射線治療装置の実施の形態の動作におけるタイミングチャートである。図１１（ａ）は、診断画像を処理する動作のタイミング、図１１（ｂ）は、処理後の診断画像に基づく画像追尾計算及びＸ線ヘッド１０の首振り動作のタイミング、そして、図１１（ｃ）は、治療Ｘ線の照射のタイミングをそれぞれ示している。
【０１１２】
（０）時間ｔ０以前
まず、放射線治療装置６のメインスイッチをＯＮにすると、治療用ベッドシステム７、Ｘ線ヘッドシステム８、リアルタイム・イメージャ７４、マイクロ波発生装置２０、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。治療用ベッドシステム７が作動して、患者４が治療用ベッド７−２とともに、治療エリア内に移動し、リアルタイム・イメージャ７４を作動させて患部５が治療装置のアイソセンタ５ａに一致するように治療用ベッド７−２を動かして位置合わせをする。このアイソセントリック位置合わせ完了後、リアルタイム・イメージャ７４によるリアルタイム画像診断とＸ線ヘッド１０による放射線治療とを開始する。
【０１１３】
（１）ステップＳ２−１：時間ｔ０〜ｔ１
通常Ｘ線のカメラ（リアルタイム・イメージャ７４）は、診断用Ｘ線発生ユニットから診断用Ｘ線３ｂを照射野５’に照射する。そして、センサアレイで、そのＸ線透過データを診断画像データとして検出する。被爆を最小限とするため、診断用Ｘ線３ｂの照射時間は、ｔ０〜ｔ１に限定する。
【０１１４】
（２）ステップＳ２−２：時間ｔ１〜ｔ２
検出された診断画像データは、透過Ｘ線量に比例した電流信号に変換され、プリアンプ、メインアンプを介して画像信号ディジタイザ及びデータ収録装置に取り込まれる。
【０１１５】
（３）ステップＳ２−３：時間ｔ２〜ｔ３
収録された診断画像データは、データ収録装置からイメージャ信号処理装置３１へ出力される。そして、イメージャ信号処理装置３１の画像再構成アルゴリズムを用いて演算処理され、追尾用画像データに変換される。追尾用画像データは、放射線治療装置６Ａの座標系の各座標点（Ｘｉ、Ｙｉ、Ｚｉ）、（ｉ＝１〜ｎ：ｎはデータ数）での診断画像を示すデータである。追尾用画像データは、システム制御装置８０へ出力される。
追尾用画像データは、患部５の診断画像としてシステム制御装置８０のディスプレイ上に再生表示される。
【０１１６】
リアルタイム・イメージャ７４及びイメージャ信号処理装置３１は、時間ｔ３後の所定の時間経過後、再び時間ｔ０〜ｔ３のプロセスを繰り返す。図１１中、時間ｔ０〜ｔ３のプロセス＝時間ｔ１０〜ｔ１３、時間ｔ２０〜ｔ２３…のプロセスである。
【０１１７】
治療用Ｘ線３ａの直接線、漏洩線及び散乱線が、リアルタイム・イメージャ７４のセンサアレイ（検出器）に影響を与えないようにするため、少なくとも診断用Ｘ線３ｂを照射している時間ｔ０〜ｔ１においては、治療用Ｘ線３ａが照射されないように、Ｘ線ヘッド１０はインターロックされている。
【０１１８】
これらの診断画像処理（ステップＳ２−１〜Ｓ２−３）にかかる合計時間ｔ０〜ｔ３は、０．０１秒である。すなわち、診断画像処理の１サイクル時間は、０．０１秒である。これは、心鼓動等の速い動きに追従する上では充分なサンプルレートである。
【０１１９】
（４）ステップＳ２−４：時間ｔ３〜ｔ４
システム制御装置８０の画像追尾アルゴリズムを用いて、以下の画像追尾計算を行う。
追尾用画像データに基づいて、患部５の座標（放射線治療装置６の座標系での座標点（Ｘ、Ｙ、Ｚ））を抽出する。一方、リング周回移動機構７０、ガントリ回転機構７３、第１首振り機構１３１及び第２首振り機構１３２の位置（座標）、回転角等に基づいて、現在のＸ線ヘッド１０の照射野５’の座標（放射線治療装置６の座標系での座標点（ｘ、ｙ、ｚ））を算出する。そして、（１）２点間の距離Ｌ＝｜（Ｘ、Ｙ、Ｚ）−（ｘ、ｙ、ｚ）｜が予め設定された値Ｌ０２以下である場合、首振りを行わないこととし、（２）距離Ｌが予め設定された値Ｌ０１以上である場合、首振り量をθ０（患部５の座標方向の距離Ｌ０１に対応）とし、（３）Ｌ０２＜距離Ｌ＜Ｌ０１の場合、患部５の座標と照射野５’の座標とに基づいて、Ｘ線ヘッド１０の首振り量（θ１、θ２）を算出する。
【０１２０】
ただし、Ｘ線ヘッド１０の首振り量（θ１、θ２）は、Ｓ１首振りドライブ軸周りの微小変位角（首振り角）θ１（回転方向、回転角度の大きさ）及びＳ２首振りドライブ軸周りの微小変位角（首振り角）θ２（回転方向、回転角度の大きさ）である。
Ｌ０１は、時間ｔ４〜ｔ５の間にＸ線ヘッド１０が首振り可能な最大距離である。また、Ｌ０２は、患部５の座標点（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び照射野５’の座標点（ｘ、ｙ、ｚ）の算出の際に見込まれる誤差の値である。
【０１２１】
この患部５の移動（運動）の状態（座標点（Ｘ、Ｙ、Ｚ））は、システム制御装置８０のディスプレイ上に表示される。ただし、患部５だけでなく、その周辺の領域（例示：患部５を含む輪郭線５−２（後述））を同様に示しても良い。
【０１２２】
（５）ステップＳ２−５：時間ｔ４〜ｔ５
算出されたＸ線ヘッド１０の首振り量（θ１、θ２）に基づいて、システム制御装置８０の治療管理アルゴリズムにより、Ｘ線ヘッド１０の首振り量（θ１、θ２）を示す首振り駆動信号が、Ｘ線ヘッドシステム８へ出力される。
首振り駆動信号に基づいて、Ｘ線ヘッドシステム８のＸ線ヘッド首振り駆動ドライバにより、第１首振り機構１３１及び第２首振り機構１３２が駆動され、Ｘ線ヘッド１０が所望の方向へ向く。
システム制御装置８０は、時間ｔ５の後の時間ｔ１３から、再び時間ｔ３〜ｔ５のプロセスを繰り返す。図１１中では、時間ｔ３〜ｔ５のプロセス＝時間ｔ１３〜ｔ１５、時間ｔ２３〜ｔ２５…のプロセスである。
【０１２３】
これらの画像追尾計算及びＸ線ヘッド首振り（ステップＳ２−４〜Ｓ２−５）にかかる合計時間ｔ３〜ｔ５は、０．０１秒である。すなわち、画像追尾計算及びＸ線ヘッド首振りの１サイクル時間は、０．０１秒である。これは、心鼓動等の速い動きに追従する上では充分なレートである。
【０１２４】
第１首振り機構１３１のＳ１首振り駆動用サーボモータ１３１ｂ、及び、第２首振り機構１３２のＳ２首振り駆動用サーボモータ１３２ｂを駆動させている時間ｔ４〜ｔ５には、首振り角の誤動作の可能性があるため、治療用Ｘ線３ａが照射されないように、Ｘ線ヘッド１０はインターロックされ、安全性を確保するようにしている。
【０１２５】
（６）ステップＳ２−６：時間ｔ５〜ｔ６
システム制御装置８０のシステム管理アルゴリズムを用いて、時間ｔ５に治療用Ｘ線３ａの照射を指示ずる信号としての治療Ｘ線照射信号がＸ線ヘッド１０へ出力される。Ｘ線ヘッド１０のインターロックが解除され、患部５への治療用Ｘ線３ａの照射が開始される。治療用Ｘ線３ａの照射時間ｔ５〜ｔ６は、約０．００２５〜０．０１秒である。照射のデューティは、約５０％である。
システム制御装置８０は、時間ｔ６の後の時間ｔ１５から、再び時間ｔ５〜ｔ６のプロセスを繰り返す。図１１中では、時間ｔ５〜ｔ６のプロセス＝時間ｔ１５〜ｔ１６、時間ｔ２５〜ｔ２６…のプロセスである。
【０１２６】
この治療Ｘ線照射（ステップＳ２−６）にかかる合計時間ｔ５〜ｔ６は、０．０１秒である。すなわち、治療Ｘ線照射の１サイクル時間は、０．０１秒である。これは、心鼓動等の速い動きに追従する上では充分なレートである。
【０１２７】
ここで、Ｘ線ヘッド１０を首振りしながら治療Ｘ線３ａを照射する様子について、図面を参照して更に説明する。
図１２は、Ｘ線ヘッド１０による放射線治療の様子を示す斜視図である。Ｘ線ヘッド１０は、患部５へＸ線を照射する。
図１３及び図１４は、Ｘ線ヘッド１０を首振りしながら治療Ｘ線３ａを照射する様子を説明する図である。図１３は、図１２におけるＡ−Ａ断面、図１４は、図１２におけるＢ−Ｂ断面である。
照射野５’の移動に追従して照射するには、システム制御装置８０は、上記時間ｔ３〜ｔ４において、算出された患部５の位置（座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ））と、現在のＸ線ヘッド１０の照射野５’の座標（ｘ、ｙ、ｚ））とに基づいて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向における患部５の照射野５’からのシフト量ＤＶ１、ＤＶ２を算出する。そして、シフト量ＤＶ１、ＤＶ２に基づいて、所定の計算式を用いて、第１首振りドライブ軸Ｓ１及び第２首振りドライブ軸Ｓ２周りの移動による変位角θ１及びθ２をそれぞれ求める。
上記時間ｔ５〜ｔ６において、Ｘ線ヘッド１０を第１首振りドライブ軸Ｓ１の周りに変位角θ１、第２首振りドライブ軸Ｓ２の周りに変位角θ２だけ首振りさせる。そして、首振りを停止させると同時に、Ｘ線ヘッド１０から治療用Ｘ線３ａを出射する。
【０１２８】
以上のステップＳ２−１〜ステップＳ２−６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、Ｘ線ヘッド１０の照準が迅速かつ高応答に追従し、放射線（Ｘ線）を高精度に照射することが可能となる。すなわち、診断画像の処理時間を含めて０．０３秒以内にＸ線ヘッド１０を首振り動作させ、放射線（Ｘ線）を照射させることが出来、照射野（患部）の動きに対して迅速に追随させることが出来る。
【０１２９】
上記プロセスでは、ステップＳ２−４：時間ｔ３〜ｔ４において、ステップＳ２−５でＸ線ヘッド１０に首振りさせる角度を所定の大きさに制限している。これは、首振り角度が大きくなると、首振りにかかる時間が長くなり、その間に患部５が更に移動してしまう。その結果として、Ｘ線ヘッド１０の照射野５’の座標点（ｘ、ｙ、ｚ）が、患部５の座標点（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の位置から大きくずれてしまうからである。
Ｘ線ヘッド１０が追尾する患部５の早い動きは、呼吸及び心鼓動によるものである。この場合、患部５は、概ね同じ領域内（ただし、経路は必ずしも同じではない）で移動している。従って、一度、Ｘ線ヘッド１０の照射野５’の座標点（ｘ、ｙ、ｚ）と患部５の座標点（Ｘ、Ｙ、Ｚ）とが完全に一致しない場合があっても、その後一致させることは可能である。
【０１３０】
診断画像データの取得や画像追尾計算に異常が生じた場合には、その時点で治療用Ｘ線３ａの照射にインターロックをかけて照射を停止させ、安全性を確保する。本装置では、Ｘ線ヘッド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Ｘ線３ａの照射がなされるように設計されている。
そして、照射野５’の座標点（ｘ、ｙ、ｚ）と患部５の座標点（Ｘ、Ｙ、Ｚ）とのずれが、予め設定された値以上の場合、そのサイクルでは、ステップＳ２−６（時間ｔ５〜ｔ６）での治療用Ｘ線３ａの照射を行わない。
【０１３１】
また、システム制御装置８０は、必要に応じて、リング周回移動機構７０、ガントリ回転機構７２及び治療用ベッドシステム７を移動して、患部５にＸ線ヘッド１０の照準を合わせようにすることも可能である。
すなわち、システム制御装置８０は、時間ｔ３〜ｔ４において、患部５の座標と照射野５’の座標とに基づいて、Ｘ線ヘッド１０の首振り量（第１首振り機構１３１及び第２首振り機構１３２用）及び移動量（リング周回移動機構７０、ガントリ回転機構７３及び治療用ベッドシステム７用）を算出する。次に、時間ｔ４〜ｔ５において、Ｘ線ヘッド１０の首振り量及び移動量をＸ線ヘッドシステム８へ出力する。そして、第１首振り機構１３１、第２首振り機構１３２、リング周回移動機構７０、ガントリ回転機構７３及び治療用ベッドシステム７を移動して、患部５にＸ線ヘッド１０の照準を合わせる。
【０１３２】
治療用Ｘ線３ａの照射停止後、タイミングｔ５に診断用ビーム３ｂの照射を開始し、次の診断画像処理サイクルｔ５〜ｔ８に移行する。次いで、診断画像処理後のタイミングｔ３にＸ線ヘッド１０のインターロックが解除され治療ビーム３ａの照射が再開される。
【０１３３】
このようにして、診断画像処理サイクル（図１１中、０〜Ｔａ）：０．０１秒、画像追尾計算サイクル及びＸ線ヘッド首振りサイクル（図１１中、Ｔａ〜Ｔｂ）：０．０１秒、及び、治療Ｘ線照射サイクル（図１１中、Ｔｂ〜Ｔｃ）：０．０１秒の計０．０３秒のサイクルが繰り返される。すなわち、１／３０秒（＝０．０３３秒）よりも短い周期で正確に放射線照射ヘッドを照射対象へ向けることができ、患部（治療野）が心鼓動のような最も速い動きを有していても、照射対象をリアルタイムに正確に追尾し、放射線を照射することが出来る。
【０１３４】
次に、擬似ノンアイソセントリックな治療の手順について説明する。
図１５は、擬似ノンアイソセントリックな治療の手順をディスプレイの表示で示すフロー図である。
【０１３５】
（１）ステップＳ３−１
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。それらの治療計画は、治療計画データベースに格納される。
更に、医師は手術中において、本発明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出来る。
【０１３６】
（２）ステップＳ３−２
図１５（ａ）に示すように、リアルタイム・イメージャ７４及びイメージャ信号処理装置３１を用いて患部５及びその近傍領域の診断画像が再構成され、システム制御装置８０のディスプレイ上に再生表示される。
診断画像の再構成は、上記ステップＳ２−１〜ステップＳ２−３により行われる。ただし、この段階では、ステップＳ２−４〜ステップＳ２−６は行わない。
【０１３７】
（３）ステップＳ３−３
図１５（ｂ）に示すように、医師は、ディスプレイ上で患部５の各断面図を確認して、画像追尾のための照射野５’の輪郭線を定義する。ここで、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（治療計画データベース）、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。輪郭で定義された領域は、定義領域５−１であり、定義領域５−１は患部５を含む。定義領域５−１は、治療計画データベースに格納される。
治療計画アルゴリズムは、治療計画データベース（定義領域５−１を含む）と治療データベースとに基づいて、治療線量情報（照射方向（ルート）毎のＸ線の治療線量、積算の治療線量）等を算出する。そして、ディスプレイに表示し、医師の確認を受ける。医師は、必要に応じて、照射方向やＸ線の吸収線量等を変化させて、所望の治療線量情報となるようにする。医師の確認後、治療線量情報は、治療計画データベースへ格納する。
【０１３８】
（４）ステップＳ３−４
図１５（ｃ）に示すように、システム制御装置８０の画像追尾アルゴリズムにより、画像輪郭抽出を行う。すなわち、実際の患部５の診断画像と定義された定義領域５−１の輪郭線とのパターンマッチングを行い、輪郭線５−２として表示する（後述）。そして、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。
画像追尾は、上記ステップＳ２−４により行われる。従って、上記ステップＳ２−１〜ステップＳ２−４が繰り返し行われる。ただし、この段階では、ステップＳ２−５〜ステップＳ２−６は行わない。
【０１３９】
（５）ステップＳ３−５
図１５（ｄ）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、Ｘ線ヘッドシステム８をＡＲＭＥＤ状態にする。Ｘ線ヘッドシステム８は、照準をクロスヘアラインで照射ボリュームを赤色でディスプレイ上に表示する。そして、画像追尾と同時に、Ｘ線ヘッド１０の追尾（首振り）も行われる。画像及びＸ線ヘッド１０による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５’の移動と共に自動的に追従する。
Ｘ線ヘッド１０の追尾（首振り）は、上記ステップＳ２−５により行われる。従って、上記ステップＳ２−１〜ステップＳ２−５が繰り返し行われる。ただし、この段階では治療用Ｘ線３ａの放出は行わないので、ステップＳ２−６は行わない。
【０１４０】
（６）ステップＳ３−６
図１５（ｅ）に示すように、医師のトリガ操作で治療用Ｘ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、ディスプレイ上ではカウントダウンが開始される。その一方で、１回の照射の照射時間（ステップＳ２−６：時間ｔ５〜ｔ６）も決まっている。従って、短時間（時間ｔ５〜ｔ６）の照射を繰り返す間に、カウントが減少する。そして、最終的にゼロになると治療用Ｘ線３ａは自動的に停止する。治療用Ｘ線３ａの治療線量は、電離箱１２６により検出され、治療管理アルゴリズムへ出力される。
治療用Ｘ線３ａの照射は、上記ステップＳ２−６により行われる。従って、上記ステップＳ２−１〜ステップＳ２−６が繰り返し行われる。
また、治療管理アルゴリズムにより、治療中にイメージャ信号処理装置３１、Ｘ線ヘッドシステム８、画像追尾アルゴリズム等から得られる照射実績情報（の全部又は一部）が、ディスプレイ上に継続的に表示される。医師は、この照射実績情報（の全部又は一部）を確認しながら、トリガを引きつづけて照射を継続する。照射実績情報は、トレンド記録データベースへ格納する。
システム制御装置８０は、診断画像のサンプリング（追尾）、及び、治療用Ｘ線３ａの照射を高速に交互に続け、画像追尾と治療用Ｘ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Ｘ線３ａは停止するので、安全性は充分に確保される。
【０１４１】
（７）ステップＳ３−７
図１５（ｆ）に示すように、医師はマスターアームスイッチをＳＡＦＥ位置として、システムを安全な状態にし、Ｘ線ヘッド１０を次の照射位置へ移動させる。
この段階では、上記ステップＳ２−１〜ステップＳ２−３により行われる。そして、ステップＳ２−４〜ステップＳ２−６は行わない。
医師は、各ポータルにおける照射終了時と、一連の照射終了時に、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。すなわち、治療管理アルゴリズムにより、トレンド記録データベースからデータを読出し、累積線量及び１クール内の累積線量分布を画面に表示する。治療に関するデータは、トレンド記録データベース内の、患者４毎に作成される治療ファイル（照射実績情報を含む）に記憶される。
【０１４２】
ここで、ステップＳ３−４における実際の患部５の診断画像と定義領域５−１の輪郭線とのパターンマッチングする方法について、更に説明する。
図１６は、患部５と定義領域５−１とパターンマッチングによる輪郭線５−２との関係を示す図である。図１６（ａ）は、患部５と定義領域５−１との関係を示し、図１６（ｂ）〜（ｅ）は、患部５と輪郭線５−２との関係を示す。
【０１４３】
（１）ステップＳ４−１
医師は、図１６（ａ）のように、ディスプレイに描画可能なタッチペンで、あるいは、マウスのようなポインタで描画ツールの要領でディスプレイ上に定義領域５−１を示す。
（２）ステップＳ４−２
治療計画アルゴリズムは、ディスプレイ上に描かれた定義領域５−１と、ディスプレイ上の診断画像とに基づいて、定義領域５−１内の診断画像を抽出する。そして、その診断画像の形状、座標、明度分布を把握する。又は、図１６（ｂ）に示すような定義領域５−１の所定の割合（例示９０％）を占める明度範囲の形状を抽出することにより、その診断画像の形状、座標、明度分布を把握する。
（３）ステップＳ４−３
治療計画アルゴリズムは、定義領域５−１の範囲の形状、又は、所定の割合を示す明度範囲の形状について、その重心を求める。そして、ディスプレイ上に「＋」で表示する。例えば、定義領域５−１（図１６（ａ））の重心は、図１６（ｃ）のようになる。所定の割合を示す明度範囲（図１６（ｂ））の重心は、図１６（ｄ）のようになる。なお、図１６（ｅ）のように、単に定義領域５−１の中心だけ示しても良い。
以上により、パターンマッチングを終了する。
【０１４４】
ディスプレイ上において、定義領域５−１の範囲、又は、所定の割合を示す明度範囲を示す明度範囲を特定の色で表示し、その他は他の色で表示するという２値化表示を行うことも可能である。定義領域５−１等が判別しやすくすることが出来る。
【０１４５】
ただし、明度分布の把握は、以下のように行う。
図１７は、診断画像における明度分布の一例を示すグラフである。縦軸は明度、横軸は診断画像の位置である。
診断画像の定義領域５−１における、明度は、グラフからＬ１〜Ｌ２の範囲となることがわかる。従って、定義領域５−１の明度範囲は、Ｌ１〜Ｌ２となる。
また、定義領域５−１の所定の割合（例示９０％）を占める明度範囲とは、明度範囲Ｌ１〜Ｌ２のうち、定義領域５−１の所定の割合（例示９０％）の面積を占めるように選択された連続する明度範囲Ｌ３〜Ｌ４である。この場合、Ｌ２＝Ｌ４となる。
なお、同じ明度を示す他の位置は、定義領域５−１から離れているので、認識しない。
【０１４６】
本実施の形態の治療装置によれば、画像処理を含めて０．０２秒以内に放射線照射ヘッド（Ｘ線ヘッド１０）を高速首振り動作させ、照射野（患部）の動きに対して追従させることができるので、高精度に放射線を照射（照射時間０．０１秒）することが出来る。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出来るようになる。
【０１４７】
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元に予めＸ線ＣＴやＭＲＩ等で照射野の位置決めが出来るようにしておく。あるいは、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、もしくは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出来るような工夫を行う。また、Ｘ線ＣＴやＰＥＴでは、リアルタイムイメージングのために、高速のリアルタイム画像再構成計算を行う。
【０１４８】
本発明の放射線治療装置では、放射線の照射治療中においても、Ｘ線ヘッド（放射線照射ヘッド）に連動して動作するリアルタイム・イメージャ（Ｘ線システム）により、リアルタイムに治療野の状態をモニタすることが可能となる。
【０１４９】
また、本発明の放射線治療装置では、リアルタイム・イメージャ（Ｘ線システム）のセンサアレイ（イメージディテクタ）が、Ｘ線ヘッド（放射線照射ヘッド）側にあり、その動きに連動する。そのため、センサアレイに対する治療用の放射線（Ｘ線）の影響をなくすことが可能となる。
【０１５０】
また、Ｘ線源−センサアレイのセットは、Ｘ線ヘッド１０に対して、固定された位置関係を有しているので、診断画像を取得する制御演算にかかる負担や、リアルタイム・イメージャの動作にかかる負担を大幅に低減することが出来る。
また、センサアレイは、Ｘ線ヘッド側に取り付けられているので、非常に強力なＸ線である治療用Ｘ線３ａがセンサアレイに入射することがない。
【０１５１】
更に、本発明の放射線治療装置では、Ｏ型ガントリを用いている。そのため、Ｘ線ヘッド（放射線照射ヘッド）は、８／９球殻の非常に広い範囲で移動することができ、治療野に対して所望の角度から照射を行うことが可能となる。また、Ｏ型ガントリは、構造的に安定で、強度が高い。そのため、装置の歪みやイナーシャ等の問題が非常に少なく、Ｘ線ヘッドの位置合わせや、放射線照射の照準合わせを正確に実施することが出来る。
【０１５２】
加えて、ジンバル機構により、放射線治療における治療野が移動する場合でも、広範囲の領域から迅速な照準合わせを行い、治療野を迅速に追従しながら放射線を照射することが可能となる。
【０１５３】
そして、本発明の放射線治療装置は、放射線の照射を正確に行うことが出来るので、治療効果を高めながら放射線の照射量を低減できる。すなわち、患者に対する負担を軽減することが可能となる。
【０１５４】
（実施例２）
本発明である放射線治療装置の第２の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
図１８〜図１９は、本発明である放射線治療装置の第１の実施の形態における構成を示す正面図である。図により、一部省略して表示している。座標２００は、図１８〜図１９におけるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する３次元直交座標を示す。
放射線治療装置６Ｂは、治療用ベッドシステム７、Ｘ線ヘッド１０、支持フレーム６７−１、支持フレーム６７−２、Ｃ型ガントリ８９、従動導波管系６１、マイクロ波発生装置２０、リアルタイム・イメージャ３０を備えている。
【０１５５】
Ｃ型ガントリ８９は、ヘッド周回移動機構３３、ガントリ回転機構７２、上部支持機構８２を含む。
Ｃ型ガントリ８９（本体）は、治療用ベッド７−２の周囲を囲むように設けられ、矩形形状の断面を有する管を円環の一部を除いたＣ型状である。ガントリ回転機構７２上に、水平面（ＸＹ平面）に対して直立するように設置されている。そして、円（一部を除いてＣ型になる前の円、以下「仮想円」ともいう）の中心が、アイソセンタ５ａとなるように治療用ベッド７−２及びＸ線ヘッド１０を配設する。
【０１５６】
ガントリ回転機構７２及び上部支持機構８２は、Ｃ型ガントリ８９を対象としている他は実施例１と同様である。
ヘッド周回移動機構３３は、図１８のＨ３に示すように、Ｘ線ヘッド１０をＣ型ガントリ８９（本体）に沿ってＣ型ガントリ８９（本体）上を周回移動させる。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出来る。
配線３２は、Ｘ線ヘッド１０、リアルタイム・イメージャ３０及びヘッド周回移動機構３３に用いる制御用、電源用等の配線である。
【０１５７】
Ｃ型ガントリ８９は、第１回転軸Ｊ１のまわりを、３４０°回転することが出来る。また、ヘッド周回移動機構３３により、Ｘ線ヘッド１０他（後述）は、アイソセンタ５ａを中心としてＣ型ガントリ８９に沿って２４０°回転することが出来る。すなわち、Ｘ線ヘッド１０他（後述）は、約三分の二球（２／３球殻）を描くように運動する。
Ｃ型ガントリ８９や、ヘッド周回移動機構３３、ガントリ回転機構７２、上部支持機構８２は、例えば、ステンレス鋼のように剛性の大きい材料で造られる。Ｃ型ガントリ８９（本体）は、幅２００〜４００ｍｍ、厚み１００〜２００ｍｍ、アイソセンタ５ａからの半径８００〜１０００ｍｍである。
【０１５８】
Ｘ線ヘッド１０は、照射野５’（患部５）に治療用Ｘ線３ａを照射する放射線照射ヘッドである。治療用Ｘ線３ａを出射する小型電子リニアックを備える。Ｃ型ガントリ８９にヘッド周回移動機構３３を介して移動可能に取り付けられている。支持フレーム１０２（第１首振り機構１３１（後述）及び第２首振り機構１３２（後述）を含む）を備える。
【０１５９】
リアルタイム・イメージャ３０は、患者４の治療野５に弱いファンビームＸ線である診断用Ｘ線３ｂを２方面（Ｘ線源３７Ａ、３７Ｂ）から照射して、その透過像を検出（センサアレイ３８Ａ、３８Ｂ）する。そして、検出されたデータを画像処理する（イメージャ信号処理装置３１）ことによりコンピュータ画面上に治療野５の３次元断層診断画像を表示させる。リアルタイム・イメージャ３０は、システム制御装置８０により制御される。リアルタイム・イメージャ３０は、通常のＸ線カメラを構成する２組のＸ線源３７Ａ、３７Ｂ及びセンサアレイ３８Ａ、３８Ｂのセット、それらのセットを保持する保持フレーム３５Ａ、３５Ｂ、保持フレーム３６Ａ、３６Ｂを具備する。
【０１６０】
保持フレーム３５Ａ及び保持フレーム３６Ａは、一端をＸ線ヘッド１０の支持フレーム１０２（又はその周辺部材）に固定的に保持され、他端でそれぞれＸ線源３７Ａ及びセンサアレイ３８Ａを保持している。同様に、保持フレーム３５Ｂ及び保持フレーム３６Ｂは、一端をＸ線ヘッド１０の支持フレーム１０２（又はその周辺部材）に固定的に保持され、他端でそれぞれＸ線源３７Ｂ及びセンサアレイ３８Ｂを保持している。そして、Ｘ線ヘッド１０の動きに連動して、Ｘ線源３７Ａ、３７Ｂ及びセンサアレイ３８Ａ、３８Ｂのセットを動かすことが出来る。保持フレーム３５Ａ、３５Ｂ、保持フレーム３６Ａ、３６Ｂは、例えば、ステンレス鋼のように剛性の大きい材料で造られる。
【０１６１】
センサアレイ３８Ａは、Ｊ１軸を含む仮想円に垂直な平面を境として、一方側のＸ線ヘッド１０の近傍に配置されている。これにより、センサアレイ３８Ａが、Ｘ線ヘッド１０の強力なＸ線の影響を受けずに済む。そして、そのセンサアレイ側平面の中央部からの垂線がアイソセンタ５ａを向き、その延長線上にＸ線源３７Ａが配置される。同様に、センサアレイ３８Ｂは、Ｊ１軸を含む仮想円に垂直な平面を境として、他方側のＸ線ヘッド１０の近傍に配置されている。これにより、センサアレイ３８Ｂが、Ｘ線ヘッド１０の強力なＸ線の影響を受けずに済む。そのセンサ側平面の中央部からの垂線がアイソセンタ５ａを向き、その延長線上にＸ線源３７Ｂが配置される。
【０１６２】
センサアレイ３８Ａ、３８Ｂは、患者４を透過した診断用Ｘ線３ｂを受信（受光）する。患者４が配置される診断用スペースを取り囲むアイソセンタ５ａを中心とする円の円周上に固定して配置され、多数の長高感度ＣｄＴｅセンサを備え、０．５ｍｍの分解能を有している。また、Ｘ線の照射時間は、１ショット当たり０．０１秒である。
【０１６３】
Ｘ線源３７Ａ、３７Ｂ及びセンサアレイ３８Ａ、３８Ｂの各々とアイソセンタ５ａとの距離は、Ｘ線ヘッド１０とアイソセンタ５ａとの距離よりも小さい。Ｘ線源及びセンサアレイが患部５に近いので、診断画像の画質が向上する。また、Ｘ線ヘッド１０の、Ｃ型ガントリ８９上での可動範囲を広くとることが出来る。
【０１６４】
センサアレイ３８Ａ表面の中央部からのアイソセンタ５ａを通る垂線と、センサアレイ３８Ｂ表面の中央部からのアイソセンタ５ａを通る垂線とが成す角は、２０°〜９０°であることが好ましい。より好ましくは、４０°〜６０°である。これは、Ｘ線ヘッド１０、Ｘ線源３７Ａ及びＸ線源３７Ｂが、相互に影響を及ぼし合わずに、それぞれが正確に動作し、十分な精度を有する診断画像も得られる条件に基づいて設定される。
【０１６５】
Ｘ線源３７Ａ及びＸ線源３７Ｂは、Ｊ１軸を含む仮想円に垂直な平面を挟んで互いに反対の側にある。センサアレイ３８Ａ及びアイソセンタ３８Ｂも、同様である。これにより、患者４の体内における各部位の動きを迅速かつ正確に把握することが出来る。
また、リアルタイム・イメージャ３０とＣ型ガントリ８９とは、機械的に密に結合されており、共通の座標基準を持つ。
【０１６６】
その他の機能及び構成については、実施例１のリアルタイム・イメージャ７４と同様であるので、その説明を省略する。
【０１６７】
上記の３軸の駆動（Ｉ３、Ｈ３）により、Ｘ線ヘッド１０は、アイソセンタ５ａを中心とする２／３球殻上でアイソセントリックな動き（Ｘ線ヘッド１０はアイソセンタ５ａを向く）が可能となる。更に、上記の２軸の駆動（Ｒ１、Ｒ２）により、Ｘ線ヘッド１０は、２／３球殻上で擬似的にノンアイソセントリックな動き（Ｘ線ヘッド１０はアイソセンタ５ａ周辺近傍の３次元の首振り領域５ｂ（図１８参照）内の所望の点を向く）が可能となる。この擬似ノンアイソセントリック動作は、Ｘ線ヘッド１０の慣性中心周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較して各段に素早い動きを行うことが出来る。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出来る。
【０１６８】
治療用ベッドシステム７、支持フレーム１０２、マイクロ波発生装置２０及び従動導波管系６１は、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
【０１６９】
また、図３及び図４におけるＸ線ヘッド１０、図５及び図６におけるＸ線ヘッド１０の２軸の首振り機構、図７〜図９における、ロータリＲＦカプラについては、実施例１で説明した通りなので、その説明を省略する。
【０１７０】
次に、本発明の放射線治療装置の実施の形態の制御システムについて説明する。
【０１７１】
図１０は、本発明の放射線治療装置の実施の形態の制御システムを示すブロック図である。
本実施例の制御システムは、治療用ベッドシステム７、Ｘ線ヘッドシステム８、リアルタイムイメージャ３０、イメージャ信号処理装置３１、マイクロ波発生装置２０、システム制御装置８０、システムユーティリティ９０を備える。実質的にはシステム制御装置８０が全体を統括して制御するシステム構成となる。
ただし、リアルタイムイメージャがリアルタイムイメージャ３０であること、Ｘ線ヘッドシステム８のアイソセントリック駆動機構にＣ型ガントリ８９、ヘッド周回移動機構３３、ガントリ回転機構７２を含んでいることを除くと、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
【０１７２】
次に、本発明である放射線治療装置の実施の形態の動作について、添付図面を参照して説明する。
【０１７３】
放射線治療装置の実施の形態の動作については、リアルタイムイメージャがリアルタイムイメージャ３０であること、Ｃ型ガントリ８９、ヘッド周回移動機構３３を用いている以外は、実施例１と同様（図１１〜図１７の説明を含む）であるので、その説明を省略する。
【０１７４】
本発明の放射線治療装置により、実施例１と同様の効果を得ることが可能となる。
【０１７５】
（実施例３）
次に、本発明である放射線治療装置の第３の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
図２０〜図２１は、本発明である放射線治療装置の第３の実施の形態における構成を示す正面図及び側面図である。図により、一部省略して表示している。座標２００は、図２０〜図２１におけるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する３次元直交座標を示す。
放射線治療装置６Ｃは、治療用ベッドシステム７、Ｘ線ヘッド１０、支持フレーム１０２、Ω型ガントリ９、従動導波管系１１、マイクロ波発生装置２０、支持台２９、リアルタイム・イメージャ３０を備えている。
【０１７６】
Ω型ガントリ９は、ガントリ傾動機構２８、ヘッド周回移動機構３３、配線３２とを含む。
Ω型ガントリ９は、治療用ベッド７−２より上半分の円弧状をなす半円リングを備え、治療用ベッド７−２を跨ぐように設けられている。ガントリ傾動軸２６は、半円の両端及び中心を結ぶＹ軸方向の軸であり、円の中心はアイソセンタ５ａと一致する。
【０１７７】
ガントリ傾動機構２８は、Ω型ガントリ９を傾動可能に支持している。ガントリ傾動機構２８は、Ω型ガントリ９をガントリ傾動軸２６の周りに、Ｚ軸正方向に直立する位置を０°として、＋６０°（Ｘ軸負方向に傾いた位置）〜−２１０°（Ｚ軸負方向に倒立する位置から更にＸ軸正方向に傾いた位置）の範囲内で、図２１のＧ１に示すように傾けることが出来る。すなわち、Ω型ガントリ９は、アイソセンタ５ａを中心とした四分の三球（３／４球殻）を描くように運動する。Ω型ガントリ９は、例えば、ステンレス鋼のように剛性の大きい材料で造られ、幅２００〜４００ｍｍ、厚み２０〜５０ｍｍ、アイソセンタ５ａからの半径８００〜１０００ｍｍである。
【０１７８】
ヘッド周回移動機構３３は、図２０のＨ１に示すように、Ｘ線ヘッド１０をΩ型ガントリ９に沿って、Ω型ガントリ９の半円弧上を周回移動させる。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出来る。
配線３２は、Ｘ線ヘッド１０、リアルタイム・イメージャ３０及び周回移動機構３３に用いる制御用、電源用等の配線である。
【０１７９】
上記の３軸の駆動（Ｇ１、Ｈ１）により、Ｘ線ヘッド１０は、アイソセンタ５ａを中心とする３／４球殻上でアイソセントリックな動き（Ｘ線ヘッド１０はアイソセンタ５ａを向く）が可能となる。更に、上記の２軸の駆動（Ｒ１、Ｒ２）により、Ｘ線ヘッド１０は、３／４球殻上で擬似的にノンアイソセントリックな動き（Ｘ線ヘッド１０はアイソセンタ５ａ周辺近傍の３次元の領域５ｂ（図２０参照）内の所望の点を向く）が可能となる。この擬似ノンアイソセントリック動作は、Ｘ線ヘッド１０の慣性中心周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較して各段に素早い動きを行うことが出来る。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出来る。
【０１８０】
従動導波管系１１は、マイクロ波発生装置２０で発生したマイクロ波を、Ｘ線ヘッド１０へ供給する導波路である。リンクアーム１２−１、関節部１４ａ、リンクアーム１２−２、関節部１４ｂ、リンクアーム１３、関節部１４ｃ、リンクアーム１５、関節部１６、Ｘ線ヘッド１０を互いに連結してリンク機構を形成している。関節部１４ａ、関節部１４ｂ、関節部１４ｃ、関節部１６は、Ｘ軸方向の軸の周りに回転可能である。なお、リンク先端のＸ線ヘッド１０は、ヘッド周回移動機構３３により、Ω型ガントリ９に沿ってスライドし、また、第１首振り機構１３１により関節部１６周りに首振りされる。
そして、関節部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び１６は、マイクロ波を軸回転で伝えるロータリＲＦカプラ５０（後述）を含む。リンクアーム１２−１、１２−２、１３及び１５は、導波管５１（後述）を含み、関節部１４ａ〜１４ｃ、１６により、電磁気的に連通している。マイクロ波発生装置２０で発生したマイクロ波は、関節部１４ａ−リンクアーム１２−関節部１４ｂ−リンクアーム１３−関節部１４ｃ−リンクアーム１５−関節部１６を介して、Ｘ線ヘッド１０へ供給される。
【０１８１】
治療用ベッドシステム７、支持フレーム１０２及びマイクロ波発生装置２０は、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
また、Ｘ線ヘッド１０及びリアルタイム・イメージャ３０は、実施例２と同様である。
【０１８２】
また、図３及び図４におけるＸ線ヘッド１０、図５及び図６におけるＸ線ヘッド１０の２軸の首振り機構、図７〜図９における、ロータリＲＦカプラについては、実施例１で説明した通りなので、その説明を省略する。
【０１８３】
次に、本発明の放射線治療装置の実施の形態の制御システムについて説明する。
【０１８４】
図１０は、本発明の放射線治療装置の実施の形態の制御システムを示すブロック図である。
本実施例の制御システムは、治療用ベッドシステム７、Ｘ線ヘッドシステム８、リアルタイムイメージャ３０、イメージャ信号処理装置３１、マイクロ波発生装置２０、システム制御装置８０、システムユーティリティ９０を備える。実質的にはシステム制御装置８０が全体を統括して制御するシステム構成となる。
ただし、Ｘ線ヘッドシステム８のアイソセントリック駆動機構にΩ型ガントリ９、ヘッド周回移動機構３３、ガントリ傾動機構２８を含んでいることを除くと、実施例２と同様であるので、その説明を省略する。
【０１８５】
次に、本発明である放射線治療装置の実施の形態の動作について、添付図面を参照して説明する。
【０１８６】
放射線治療装置の実施の形態の動作については、Ω型ガントリ９、ガントリ傾動機構２８を用いている以外は、実施例２と同様（図１１〜図１７の説明を含む）であるので、その説明を省略する。
【０１８７】
本発明の放射線治療装置により、実施例２と同様の効果を得ることが可能となる。
【０１８８】
（実施例４）
次に、本発明である放射線治療装置の第４の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
図２２は、本発明である放射線治療装置の第４の実施の形態における構成を示す斜視図である。図により、一部省略して表示している。座標２００は、図２２におけるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する３次元直交座標を示す。
放射線治療装置６Ｄは、治療用ベッドシステム７、Ｘ線ヘッド１０、支持フレーム１０２、Ω型ガントリ９、従動導波管系１１（図示されず）、マイクロ波発生装置２０（図示されず）、支持台２９、リアルタイム・イメージャ３０’を備えている。
本実施の形態の構成は、リアルタイム・イメージャ３０’が異なる以外は、実施例３と同様である。
【０１８９】
このリアルタイム・イメージャ３０’は、回転駆動機構３９、保持フレーム３５Ａ’、３５Ｂ’、保持フレーム３６Ａ’、３６Ｂ’、通常のＸ線カメラを構成する２組のＸ線源３７Ａ’、３７Ｂ’及びセンサアレイ３８Ａ’、３８Ｂ’のセットを具備する。
【０１９０】
保持フレーム３５Ａ’、３５Ｂ’は、それぞれ、その一端をＸ線源３７Ａ’、３７Ｂ’に、他端を回転駆動機構３９に接続している。同様に、保持フレーム３６Ａ’、３６Ｂ’は、それぞれ、その一端をセンサアレイ３８Ａ’、３８Ｂ’に、他端を回転駆動機構３９に接続している。
【０１９１】
センサアレイ３８Ａ’は、Ｘ線ヘッド１０のＹ軸方向の一方側の近傍に配置されている。そのセンサ側平面の中央部からの垂線がアイソセンタ５ａを向き、その延長線上にＸ線源３７Ａ’が配置される。同様に、センサアレイ３８Ｂ’は、Ｘ線ヘッド１０のＹ軸方向の他方側の近傍に配置されている。そのセンサ側平面の中央部からの垂線がアイソセンタ５ａを向き、その延長線上にＸ線源３７Ｂ’が配置される。
【０１９２】
回転駆動機構３９は、２組のＸ線源３７Ａ’、３７Ｂ’及び、センサアレイ３８Ａ’、３８Ｂ’のセットが所望の位置に来るように、アイソセンタ５ａを通りＸ軸と平行なリアルタイム・イメージャ回転軸Ｑを中心として保持フレーム３５Ａ’、３５Ｂ’及び保持フレーム３６Ａ’、３６Ｂ’を回転する。その際、２組のＸ線源３７Ａ’、３７Ｂ’及び、センサアレイ３８Ａ’、３８Ｂ’のセットが、Ｘ線ヘッド１０の動作の邪魔にならないように、Ｘ線ヘッド１０の動作に連動して、保持フレーム３５Ａ’、３５Ｂ’及び保持フレーム３６Ａ’、３６Ｂ’を回転する。
【０１９３】
２組のＸ線源３７Ａ’、３７Ｂ’及び、３８Ｂ’のセットは、互いに所定の角度を保持するように制御される。所定の角度は、センサアレイ３８Ａ’又はセンサアレイ３８Ｂ’−アイソセンタ５ａ−Ｘ線ヘッド１０の成す角は、６０度〜２０度である。より好ましくは、４５度〜３０度である。これは、Ｘ線ヘッド１０、Ｘ線源３７Ａ’及びＸ線源３７Ｂ’が、相互に影響を及ぼし合わずに、それぞれが正確に動作し、十分な精度を有する診断画像も得られる条件に基づいて設定される。
ただし、２組のＸ線源３７Ａ’、３７Ｂ’及び、センサアレイ３８Ａ’、３８Ｂ’のセットは、Ｘ線源−センサアレイのセットの目視線は互いに一致しないようにすれば、それぞれ独立に位置の制御を行っても良い。
【０１９４】
その他のリアルタイム・イメージャ３０’の構成及び動作は、リアルタイムイメージャ３０と同様であるので、その説明を省略する。
【０１９５】
本実施の形態の構成は、リアルタイム・イメージャ３０’が異なる以外は実施例３と同様であるので、その他の構成については、その説明を省略する。
【０１９６】
本実施の形態の動作は、リアルタイム・イメージャ３０’が異なる以外は、実施例３と同様である。従って、その説明を省略する。
【０１９７】
本発明の放射線治療装置により、実施例３と同様の効果を得ることが可能となる。
また、Ｘ線源−センサアレイのセットは、Ｘ線ヘッドとは別の機構に取り付けられているので、ガントリやＸ線ヘッドに対する負担が少ない。
【０１９８】
（実施例５）
本発明である放射線治療装置の第５の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
図２３は、本発明である放射線治療装置の第５の実施の形態における構成を示す斜視図である。図により、一部省略して表示している。座標２００は、図２３におけるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する３次元直交座標を示す。
放射線治療装置６Ｅは、治療用ベッドシステム７、Ｘ線ヘッド１０、支持フレーム１０２、Ω型ガントリ９、従動導波管系１１（図示されず）、マイクロ波発生装置２０（図示されず）、支持台２９、リアルタイム・イメージャ３０’を備えている。
本実施の形態の構成は、リアルタイム・イメージャ３０’’が異なる以外は、実施例３と同様である。
【０１９９】
Ω型ガントリ９は、ガントリ傾動機構２８、ヘッド周回移動機構３３、配線３２とを含む。
ガントリ傾動機構２８は、Ω型ガントリ９を傾動可能に支持している。ガントリ傾動機構２８は、Ω型ガントリ９をガントリ傾動軸２６の周りに、Ｚ軸正方向に直立する位置を０°として、０°〜−９０°（Ｚ軸負方向に倒立する位置から更にＸ軸正方向に傾いた位置）の範囲内で、図２３のＧ１’に示すように傾けることが出来る。すなわち、Ω型ガントリ９は、アイソセンタ５ａを中心とした四分の一球（１／４球殻）を描くように運動する。Ω型ガントリ９は、例えば、ステンレス鋼のように剛性の大きい材料で造られ、幅２００〜４００ｍｍ、厚み２０〜５０ｍｍ、アイソセンタ５ａからの半径８００〜１０００ｍｍである。
【０２００】
ヘッド周回移動機構３３及び配線３２は、実施例４と同様であるのでその説明を省略する。
【０２０１】
上記の３軸の駆動（Ｇ１’、Ｈ１）により、Ｘ線ヘッド１０は、アイソセンタ５ａを中心とする１／４球殻上でアイソセントリックな動き（Ｘ線ヘッド１０はアイソセンタ５ａを向く）が可能となる。更に、上記の２軸の駆動（Ｒ１、Ｒ２）により、Ｘ線ヘッド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（Ｘ線ヘッド１０はアイソセンタ５ａ周辺近傍の３次元の領域５ｂ（図２３参照）内の所望の点を向く）が可能となる。この擬似ノンアイソセントリック動作は、Ｘ線ヘッド１０の慣性中心周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較して各段に素早い動きを行うことが出来る。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出来る。
【０２０２】
このリアルタイム・イメージャ３０’’は、回転駆動機構３９Ａ’’−１、３９Ａ’’−２、３９Ｂ’’−１及び３９Ｂ’’−２と、それらの各々に搭載されたＸ線源３７Ａ’’−１、Ｘ線源３７Ａ’’−２、３７Ｂ’’−１及び３７Ｂ’’−２、保持フレーム３６Ａ’’、３６Ｂ’’、センサアレイ３８Ａ’’、３８Ｂ’’を具備する。
【０２０３】
保持フレーム３６Ａ’’、３６Ｂ’’は、それぞれ、その一端をＸ線ヘッド１０の支持フレーム１０２に、他端をそれぞれセンサアレイ３８Ａ’’、３８Ｂ’’に接続している。すなわち、保持フレーム３６Ａ’’、３６Ｂ’’は、センサアレイ３８Ａ’’、３８Ｂ’’をＸ線ヘッド１０に固定し、Ｘ線ヘッド１０に連動させる。センサアレイ９８Ａ又はセンサアレイ９８Ｂ−アイソセンタ５ａ−Ｘ線ヘッド１０の成す角は、９０度〜２０度である。より好ましくは、６０度〜３０度である。
【０２０４】
センサアレイ３８Ａ’’は、Ｘ線ヘッド１０のＹ軸方向の一方側の近傍に配置されている。そのセンサ側平面の中央部からの垂線がアイソセンタ５ａを向いている。同様に、センサアレイ３８Ｂ’は、Ｘ線ヘッド１０のＹ軸方向の他方側の近傍に配置されている。そのセンサ側平面の中央部からの垂線がアイソセンタ５ａを向いている。
【０２０５】
回転駆動機構３９Ａ’’−１、３９Ａ’’−２、３９Ｂ’’−１及び３９Ｂ’’−２は、床面に設けられている。それらの各々に搭載されたＸ線源３７Ａ’’−１、Ａ’’−２、３７Ｂ’’−１及び３７Ｂ’’−２から照射される診断用Ｘ線３ｂの向きを、所定のセンサアレイ３８Ａ’又は３８Ｂ’の向きとするように各Ｘ線源の姿勢を制御する。
【０２０６】
Ｘ線源３７Ａ’’−１、Ａ’’−２、３７Ｂ’’−１及び３７Ｂ’’−２の各々は、回転駆動機構３９Ａ’’−１、３９Ａ’’−２、３９Ｂ’’−１及び３９Ｂ’’−２上に設けられている。システム制御装置８０により、Ｘ線ヘッド１０の位置に基づいて、複数用意されたＸ線源（図２３では、Ｘ線源３７Ａ’’−１、Ａ’’−２、３７Ｂ’’−１及び３７Ｂ’’−２の４個）から最適な２つが選択される。ここで、最適な２つは、診断用Ｘ線３ｂが患部５を含むその周辺領域（アイソセンタ５ａ近傍）へ照射され、その透過Ｘ線がセンサアレイに達する、という条件を満たすものである。この最適なＸ線源の選択は、治療用Ｘ線３ａのポータル（照射方向）を変更する毎に行う（追尾動作においては、行わない）。また、選択された２組のＸ線源−センサアレイのセットは、その目視線は互いに一致しないように制御を行う。
【０２０７】
その他のリアルタイム・イメージャ３０’の構成及び動作は、リアルタイムイメージャ３０と同様であるので、その説明を省略する。
【０２０８】
本実施の形態の構成は、リアルタイム・イメージャ３０’が異なる以外は実施例３と同様であるので、その他の構成については、その説明を省略する。
【０２０９】
本実施の形態の動作は、リアルタイム・イメージャ３０’が異なる以外は、実施例３と同様である。従って、その説明を省略する。
【０２１０】
本発明の放射線治療装置により、実施例３と同様の効果を得ることが可能となる。
また、Ｘ線源−センサアレイのセットは、Ｘ線ヘッドとは別の機構に取り付けられているので、ガントリやＸ線ヘッドに対する負担が少ない。
【０２１１】
本発明によれば、放射線ヘッド部全体のアイソセントリックな動きに加えて、ヘッド部自体をその慣性中心等の適当な回転中心の周りに１軸または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のものが得られる。また、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。
【０２１２】
本発明によれば、非磁気型の精密検査装置により、治療野を確認しながら放射線の照射位置及び照射時間等の条件を高精度に制御することが出来る。このため、臓器自体に動きが無い頭部の治療に適用できることは勿論、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出来、放射線治療分野において、その用途を拡大することが可能となる。
【０２１３】
本発明によれば、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・高剛性の放射線ヘッド支持構造を採用することが出来、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、所要の効率的な治療が可能と成る。
【０２１４】
ノンアイソセントリックな照射治療に所要の自由度を遥かに越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。すなわち、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放射線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、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。
【０２１５】
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ていたが、本発明によれば、通常のＸ線カメラやＸ線ＣＴ、ＰＥＴ、ＤＳＡ等のイメージャで、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。
【０２１６】
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。
【０２１７】
本発明の実施の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・信頼性に優れた放射線治療が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０２１８】
【図１】本発明である放射線治療装置の第１の実施の形態における構成を示す正面図である。
【図２】本発明である放射線治療装置の第１の実施の形態における構成を示す側面図である。
【図３】本発明である放射線治療装置に適用されるＸ線ヘッドの構成を示す図である。ただし、（ａ）全体図、（ｂ）（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）（ａ）のＢＢ断面図である。
【図４】図３（ｃ）の電子銃及び加速管近傍の拡大図である。
【図５】支持フレームに支持されたＸ線ヘッドを示す斜視図である。
【図６】支持フレームの２軸の首振り機構の構成を示す図である。ただし、（ａ）全体、（ｂ）Ｓ１首振り駆動用サーボモータ、（ｃ）、関節部、（ｄ）Ｓ２首振り駆動用サーボモータ、（ｅ）ロータリＲＦカプラである。
【図７】ロータリＲＦカプラを内部に有する関節部の構成を示す図である。
【図８】図７で示すロータリＲＦカプラの構成の詳細を示す斜視図である。
【図９】（ａ）図９のロータリＲＦカプラの詳細を示す断面図である。（ｂ）ロータリＲＦカプラ内のマイクロ波のモードの一例を示す。
【図１０】本発明である放射線治療装置の実施の形態の制御システムを示すブロック図である。
【図１１】本発明である放射線治療装置の実施の形態の動作におけるタイミングチャートである。ただし、（ａ）診断画像を処理する動作のタイミング、（ｂ）処理後の診断画像に基づく画像追尾計算及びＸ線ヘッドの首振り動作のタイミング、（ｃ）治療Ｘ線の照射のタイミングである。
【図１２】Ｘ線ヘッドによる放射線治療の様子を示す斜視図である。
【図１３】Ｘ線ヘッドを首振りしながら治療Ｘ線を照射する様子を説明する図であり、図１２におけるＡ−Ａ断面を示す。
【図１４】Ｘ線ヘッドを首振りしながら治療Ｘ線を照射する様子を説明する図であり、図１２におけるＢ−Ｂ断面を示す。
【図１５】（ａ）〜（ｆ）擬似ノンアイソセントリックな治療の手順をディスプレイの表示で示すフロー図である。
【図１６】患部と定義領域とパターンマッチングによる輪郭線との関係を示す図である。ただし、（ａ）患部と定義領域との関係、（ｂ）〜（ｅ）患部と輪郭線との関係を示す。
【図１７】診断画像における明度分布の一例を示すグラフである。
【図１８】本発明である放射線治療装置の第２の実施の形態における構成を示す正面図である。
【図１９】本発明である放射線治療装置の第２の実施の形態における構成を示す側面図である。
【図２０】本発明である放射線治療装置の第３の実施の形態における構成を示す正面図である。
【図２１】本発明である放射線治療装置の第３の実施の形態における構成を示す側面図である。
【図２２】本発明である放射線治療装置の第４の実施の形態の構成を示す斜視図である。
【図２３】本発明である放射線治療装置の第５の実施の形態の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０２１９】
２、２ａ、２ｂ 電気力線
３ａ 治療用Ｘ線
３ｂ 診断用Ｘ線
４ 患者
５ 患部
５’ 照射野
５−１ 定義領域
５−２（ａ，ｂ，ｃ） 輪郭線
５ａ アイソセンタ
５ｂ 首振り領域
６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ 放射線治療装置
７ 治療用ベッドシステム
７−１ ベッド駆動システム
７−２ 治療用ベッド
７−３ 患者固定装置
８ Ｘ線ヘッドシステム
９ Ω型ガントリ
１０ Ｘ線ヘッド
１１、６１、 従動導波管系
１２、１３、１５、６２（−１〜２）、６３、６５ リンクアーム
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１６、６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６６ 関節部
２０ マイクロ波発生装置
２１ サーキュレータ
２２ ダミーロード
２６ ガントリ傾動軸
２８ ガントリ傾動機構
２９ 支持台
３０（’、’’）、７４ リアルタイム・イメージャ
３１ イメージャ信号処理装置
３２ 配線
３３ ヘッド周回移動機構
３５Ａ（’、’’）、３５Ｂ（’、’’）、３６Ａ（’、’’）、３６Ｂ（
’、’’）、７６Ａ、７６Ｂ 保持フレーム
３７Ａ（’）、３７Ｂ（’）、３７Ａ’’−１〜２、３７Ｂ’’−１〜２、
７７Ａ、７７Ｂ Ｘ線源
３８Ａ（’、’’）、３８Ｂ（’、’’）、７８Ａ、７８Ｂ センサアレ
イ
３９、３９Ａ’’−１〜２、３９Ｂ’’−１〜２ 回転駆動機構
５０、５０Ａ，５０Ｂ ロータリＲＦカプラ
５１ 導波管
５２ ＲＦ窓
５３、５４ フランジ継手
５５ａ、５５ｂ 導波路
５６、５７ 回転部材
５８ 軸受け
５９ λ／４波長チョーク
６７、６７−１、６７−２ 支持フレーム
６６ 関節部
６８（−１〜２） 保持部
６９ Ｏ型ガントリ
７０ リング周回移動機構
７１、７１−１、７１−２ Ｏ型駆動リング
７２ ガントリ回転機構
７２−１ 基礎部
７２−２ 回転部
７２−３ 駆動部
７３ ガントリ回転機構
７５ 保護板
７６、７６Ａ、７６Ｂ 保持フレーム
７７、７７Ａ、７７Ｂ Ｘ線源
７８、７８Ａ、７８Ｂ センサアレイ
８０ システム制御装置
８２ 上部支持機構
８２−１ 基礎部
８２−２ 回転部
８９ Ｃ型ガントリ
９０ システムユーティリティ
９５ 回転駆動機構
９９ 回転ドラム（治療用ガントリ）
１０１ ヘッドカバー
１０２ 支持フレーム
１０２ａ ブラケット
１０３ 絶縁ガラス
１０４ 電子銃
１０５ カソード
１０６ アノード
１０７、１０８ 排気管
１０９ バンチャ空洞
１１０ 加速管
１１１ａ サイドカップルキャビティ
１１１ｂ 加速空洞
１１１ｃ 中央孔
１１２ イオンポンプ
１１４ 高圧接続端子
１１６ 電気回路／冷却水回路
１１９ ターゲット排気室
１２０ 出射部
１２１ ターゲット
１２２ 冷却板
１２３ 一次コリメータ
１２４ フラットニングフィルタ
１２５ 二次コリメータ
１２６ 電離箱
１３１ 第１首振り機構
１３１ａ 駆動軸
１３１ｂ Ｓ１首振り駆動用サーボモータ
１３２ 第２首振り機構
１３２ａ 駆動軸
１３２ｂ Ｓ２首振り駆動用サーボモータ
１３３ 軸受け
２００ 座標
Ｓ１ 第１首振り軸
Ｓ２ 第２首振り軸
Ｒ１ 第１首振り方向
Ｒ２ 第２首振り方向
Ｊ１ 第１回転軸
Ｊ２ 第２回転軸
Ｉ１ Ｏ型ガントリ回転方向
Ｉ２ Ｏ型駆動リング回転方向
Ｉ３ Ｃ型ガントリ回転方向
Ｇ１ アークガイドレール移動方向
Ｈ１、Ｈ３ Ｘ線ヘッド移動方向
Ｑ リアルタイム・イメージャ回転軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線治療装置に関し、定位放射線治療に用いる放射線治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線を用いた癌や腫瘍を治療する放射線治療装置が知られている。定位多軌道で照射する三次元照射放射線治療装置としては、ラジオサージェリ治療装置、リニアック治療装置等が知られている（非特許文献１及び２参照）。
ここで、定位多軌道照射とは、小病巣に対して多方向から放射線を集中的に照射して治療効果を上げると共に、周囲組織の被曝量を最小限に抑える放射線治療法である。原発性良性脳腫瘍、大きさが３ｃｍ以下の単発の転移性脳腫瘍、手術操作が難しい頭蓋底転移のような脳内の小病変、あるいは動脈奇形や静脈奇形などの治療にその威力が発揮されている。
【０００３】
ラジオサージェリ治療装置は、治療装置に固定された一つ又は複数の放射線照射ユニットから、細い放射線ビームを、特に高い精度で特定の小領域に集中的に照射する。放射線照射ユニットとしては、ガンマ線源やリニアックを用いる。
ラジオサージェリ治療装置では、定位放射線照射用固定具である精密位置決め／患部固定治具を用いて、患者の頭蓋骨等の患部又はその周辺部を機械的に固定する。そして、このフレームを位置決め用の座標基準治具として、Ｘ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）やＭＲＩ等を用いて診断画像を取得し、患部の正確な位置及び形状を割り出す。そして、一つ又は複数の放射線照射ユニットと、これをコリメートして空間の小領域に治療用放射線を集中させるコリメート機構から構成される照射装置へ、このフレームのままで患者を機械的に固定する。これにより、上記小領域に照射野を機械的に精密に合わせて、精密な定位照射を行っている。
【０００４】
ラジオサージェリ治療装置では、事前に撮影された診断画像に基づいて、治療用の放射線（Ｘ線）を照射している。すなわち、患部をリアルタイムで観察する診断用のＸ線システム（Ｘ線発生装置−イメージディテクタ）を備えず、患部をリアルタイムで観察しながら放射線を照射してはいない。
【０００５】
リニアック治療装置では、大型のガントリが設置面に対して平行な１軸周りに３６０度回転することにより、アイソセントリックな照射治療を行っている。これに加えて、治療用ベッドの上下及び水平面内での２次元の移動及び同水平面内での回転を加えることにより、多様な照射が可能となっている。
【０００６】
リニアック治療装置では、高速の位置制御はできない。そのため、心鼓動による移動のような高速に移動する治療野へのリアルタイムの追従照射は出来ない。また、照射中の照射野のモニタ手段としては、治療用Ｘ線の透過線によるライナックグラフィを用いている。治療用Ｘ線は、透過性が強く散乱線も多いため、照射野のリアルタイムモニタ用の画質は高くない。
【０００７】
リニアック治療装置では、患部に取り付けたマーカを、診断用のＸ線システムで追尾し、患部の位置を推定し、推定された位置と照射野とが重なった場合に放射線を照射する方法（動体追跡照射）もある。ここで、診断用のＸ線システムは、天井に取り付けられた診断用のＸ線発生装置と、リニアック治療装置の下部に取り付けられたイメージディテクタとで構成される。この方法では、現実の患部の位置をリアルタイムで把握して、現実の患部の位置と照射野とが重なるように追尾しながら放射線を照射する、ということはしていない。
Ｘ線発生装置は、天井に固定されているため、イメージディテクタとの距離が大きい。また、リニアック治療装置本体の回転により、イメージディテクタが本体の影に入り、Ｘ線発生装置からの診断用のＸ線がイメージディテクタに届かない場合がある。それに備えて、Ｘ線発生装置を多目に天井に取り付け、使用可能な２台をその中から選択して使用している。更に、イメージディテクタは、透過ビーム（被検体を透過した治療ビーム）や散乱ビーム（被検体に散乱された治療ビーム）の向かう領域内に設置されている。
【０００８】
関連する技術として、特表平６−５０２３３０号公報（国際出願番号：ＰＣＴ／ＵＳ９１／０７６９６）及び特表平８−５０４３４７号公報（国際出願番号：ＰＣＴ／ＵＳ９３／１１８７２）に、定位固定外科用装置及び方法が開示されている。
【０００９】
この定位固定外科用装置（特許文献１及び２参照）の一つは、電子リニアックをアイソセントリックに駆動する装置であり、産業用の汎用ロボットアームの先端に電子リニアックを備えている。この装置は、６自由度ロボットアームの自在な移動能力により、本質的にノンアイソセントリックな照射治療が可能である。
患部の正確な形状や位置は、事前に、Ｘ線ＣＴやＭＲＩ等により、頭蓋骨や胸部といったランドマーク的な体組織や患部付近に埋め込んだマーカ（例示：患部に埋め込んだ小型の金プレート）に関連付けて割り出す。そして、定位固定外科用装置は、治療照射時に、異なる目視線を持つ２台の診断用のＸ線システムにより、ランドマークの動きを監視して照準を補正しつつ、治療ビームの精密な照射を行う。照準の補正時間に１〜２秒、照射時間に０．５秒〜１秒かけている。
【００１０】
この２台の診断用のＸ線システムのうち、Ｘ線発生装置は、天井にしっかり固定されている。透過Ｘ線を受光するイメージレシーバ（イメージディテクタ）は、ベッドの下部に配設されている。すなわち、Ｘ線発生装置は、イメージディテクタとの距離が大きい。また、リニアック治療装置本体の回転により、イメージディテクタが本体の影に入り、Ｘ線発生装置からの診断用のＸ線がイメージディテクタに届かない場合がある。一方、イメージレシーバは、治療ビームの照射装置とはベッドを挟んで反対側にある。すなわち、イメージレシーバは、透過ビーム（被検体を透過した治療ビーム）や散乱ビーム（被検体に散乱された治療ビーム）の向かう領域内に設置されている。
【００１１】
上記定位固定外科用装置（特許文献１及び２参照）の他の一つは、電子リニアックをガントリに沿って駆動する装置であり、ガントリに２台の診断用のＸ線システム（Ｘ線発生装置−イメージレシーバ）と、電子リニアックとを備えている。電子リニアックを、水平方向の１軸のまわりだけでなく、鉛直方向の１軸のまわりに回転させることにより、３次元的な照射を行うことが出来る。ただし、照射方式は、アイソセントリックである。
この定位固定外科用装置においても、患部の正確な形状や位置は、事前に、Ｘ線ＣＴ等により、ランドマーク的な体組織や患部付近に埋め込んだマーカに関連付けて割り出す。そして、治療照射時に、異なる目視線を持つ２台の診断用のＸ線システムにより、ランドマークの動きを監視して照準を補正しつつ、治療ビームの精密な照射を行う。照準の補正時間に１〜２秒、照射時間に０．５秒〜１秒かけている。
【００１２】
この２台の診断用のＸ線システムは、電子リニアックが設置されているガントリに設置されている。同様に、Ｘ線発生装置は、電子リニアック側のガントリに、電子リニアックから離れて設置されている。また、イメージレシーバは、被検体を挟んでＸ線発生装置と反対側のガントリに設置されている。すなわち、イメージレシーバは、透過ビーム（被検体を透過した治療ビーム）や散乱ビーム（被検体に散乱された治療ビーム）の向かう領域内に設置されている。
【００１３】
一般に、患者の患部は、治療中にも動いている。特に、頚部から下では、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常時動いている。例えば、患者が横になるだけで、体が徐々に扁平になっていく。また、周期的な動作である呼吸や心鼓動は、周期的であるにもかかわらず、それに伴う各臓器の動きは毎回同じ経路を通るとは限らない。
照射対象の動きをリアルタイムに正確に捉えようとすれば、最も速い動きの一つである心鼓動は、１〜２回／秒である。従って、リアルタイムに正確な診断画像を得るためには、３０画像／秒程度の画像撮影技術が必要といわれている。そして、照射対象をリアルタイムに正確に追尾し、放射線を照射しようとすれば、１／３０秒毎に正確に放射線照射ヘッドを照射対象へ向けることが必要である。また、追尾に関し、高画質な診断画像を得るためには、診断用のＸ線システムのイメージディテクタに対する治療用の放射線（Ｘ線）の影響をなくすことが重要である。
【００１４】
リアルタイムに治療野の状態をモニタすることが可能な技術が望まれている。診断用のＸ線システムのイメージディテクタに対する治療用の放射線（Ｘ線）の影響をなくすことが可能な技術が求められている。放射線の治療野が移動する場合でも、治療野を追従しながら放射線を照射することが可能な技術が求められている。治療効果を高めながら患者に対する放射線照射の負担を軽減することが可能な技術が望まれている。
【００１５】
【非特許文献１】西臺武弘著、「放射線治療物理学」、株式会社文光堂、２００１年２月２６日、ｐ．９５−１５３
【非特許文献２】平岡真寛、笹井啓資、井上俊彦編著、「放射線治療マニュアル」、株式会社中外医学社、２００１年４月１０日、ｐ．１９−６３
【特許文献１】特表平６−５０２３３０号公報（国際出願番号：ＰＣＴ／ＵＳ９１／０７６９６）（第５〜６頁、図１〜図３）
【特許文献２】特表平８−５０４３４７号公報（国際出願番号：ＰＣＴ／ＵＳ９３／１１８７２）（第２０〜２６頁、図５〜図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従って、本発明の目的は、放射線の照射治療中においても、リアルタイムに治療野の状態をモニタすることが可能な放射線治療装置を提供することである。
【００１７】
また、本発明の他の目的は、診断用のＸ線システムのイメージディテクタに対する治療用の放射線（Ｘ線）の影響をなくすことが可能な放射線治療装置を提供することである。
【００１８】
本発明の更に他の目的は、放射線治療における治療野が移動する場合でも、治療野を追従しながら放射線を照射することが可能な放射線治療装置を提供することである。
【００１９】
本発明の別の目的は、１回転軸周りの照射や、アイソセントリック照射だけでなく、広範囲の領域から迅速な照準合わせを行い放射線照射を実施することが可能な放射線治療装置を提供することである。
【００２０】
本発明の更に別の目的は、放射線の照射を正確に行い、治療効果を高めながら患者に対する負担を軽減することが可能な放射線治療装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
以下に、［発明の実施の形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００２２】
従って、上記課題を解決するために、本発明の放射線治療装置は放射線照射ヘッド（１０）と、Ｘ線源（３７、７７）と、センサアレイ（３８、７８）とを具備する。
放射線照射ヘッド（１０）は、被検体（４）の治療野（５）へ治療用放射線（３ａ）を照射する。Ｘ線源（３７、７７）は、被検体（４）の治療野（５）に診断用Ｘ線（３ｂ）を照射する。センサアレイ（３８、７８）は、被検体（４）を透過した診断用Ｘ線（３ｂ）の透過Ｘ線を検出して、診断画像データとして出力する。
そして、センサアレイ（３８、７８）は、放射線照射ヘッド（１０）の移動に連動して動く。
センサアレイ（３８、７８）と放射線照射ヘッド（１０）の連動した動作により、センサアレイ（３８、７８）は、放射線照射ヘッド（１０）の影になることなく、透過Ｘ線を検出することができる。また、放射線照射ヘッド（１０）の強力な放射線（Ｘ線）を受光することが無い。ただし、連動には、センサアレイ（３８、７８）と放射線照射ヘッド（１０）とが同じ向きに、同じ距離又は同じ角度を保って動く場合や、所定の規則に従って互いに干渉しないように動く場合、一方の動作に基づいて、所定の条件を満たしたときに他方が動作する場合などが含まれる。なお、治療用放射線（３ａ）は、Ｘ線を含む。
【００２３】
また、本発明の放射線治療装置は、Ｘ線源（３７、７７）が、センサアレイ（３８、７８）の動きに連動して動く。
放射線照射ヘッド（１０）に連動するセンサアレイ（３８、７８）と、Ｘ線源（３７、７７）との連動した動作により、センサアレイ（３８、７８）は透過Ｘ線を、適切な位置で受光することが出来る。
【００２４】
また、本発明の放射線治療装置は、センサアレイ（３８、７８）が、放射線照射ヘッド（１０）の近傍に設けられている。
近傍に設けられているので、センサアレイ（３８、７８）を放射線照射ヘッド（１０）に連動させ易い。また、放射線照射ヘッド（１０）の強力な放射線（Ｘ線）を受光することが無い。
【００２５】
また、本発明の放射線治療装置は、センサアレイ（３８、７８）が、放射線照射ヘッド（１０）を挟んで両側に設けられている。
片側ではなく、両側にバランスして配置されているので、放射線照射ヘッド（１０）と連動させ易い。また、構造的に安定である。
【００２６】
また、本発明の放射線治療装置は、Ｘ線源（３７、７７）及びセンサアレイ（３８、７８）の各々とアイソセンタ（５ａ）との距離が、放射線照射ヘッド（１０）とアイソセンタ（５ａ）との距離よりも小さい。
Ｘ線源（３７、７７）及びセンサアレイ（３８、７８）が、被検体（４）に近いところで診断画像の撮影を行うので、撮影画像の画質が向上する。また、Ｘ線源（３７、７７）及びセンサアレイ（３８、７８）と放射線照射ヘッド（１０）とが機械的に干渉し難い。
【００２７】
また、本発明の放射線治療装置は、Ｘ線源（３７、７７）とセンサアレイ（３８、７８）とが、アイソセンタ（５ａ）に対して対称の位置にある。
対称の位置にあるので、被検体（４）の良好な診断画像を得ることが出来る。
【００２８】
また、本発明の放射線治療装置は、放射線照射ヘッド（１０）が、Ｃ型ガントリ（８９）、Ω型ガントリ（９）、Ｌ型ガントリ（図示されず）及びロボットアーム（図示されず）のいずれか一つに移動可能に設けられている。
Ｃ型ガントリ（８９）及びΩ型ガントリ（９）は、放射線照射ヘッド（１０）が移動する軌道（図示されず）を備える。Ｌ型ガントリ（図示されず）及びロボットアーム（図示されず）は、放射線照射ヘッド（１０）を保持して動く。
上記各項の構成は、放射線照射ヘッド（１０）、Ｘ線発生装置（３７、７７）やセンサアレイ（３８、７８）を保持するガントリやロボットアームの種類にかかわらず適用できる。
【００２９】
また、本発明の放射線治療装置には、放射線照射ヘッド（１０）が、放射線照射ヘッド（１０）が移動する軌道を備えるＯ型ガントリ（６９）に移動可能に設けられている。
Ｏ型ガントリ（６９）は、ガントリの強度や構造が安定しており、より高精度の動作を行うことが出来る。そして、放射線照射ヘッド（１０）、Ｘ線発生装置（３７、７７）やセンサアレイ（３８、７８）をバランスして配置することが出来る。
【００３０】
更に、本発明の放射線治療装置は、Ｘ線源（図示されず）とセンサアレイは、Ｏ型ガントリの環の内側に設けられている。
環状のガントリの内側に各構成を設けることが出来、重量の偏りが少なく、構造が安定的である。
【００３１】
更に、本発明の放射線治療装置は、制御部（８０）と、画像処理部（３１）とを更に具備する。ただし、診断画像データに基づいて、治療野（５）のその診断画像を生成する。
放射線照射ヘッド（１０）は、Ｏ型ガントリ（６９）に移動可能に接続され、ヘッド首振り機構（１３１、１３２）を備えている。ここで、ヘッド首振り機構（１３１、１３２）は、放射線照射ヘッド（１０）から出射される治療用放射線（３ａ）が、治療野（５）の動きに追従するように放射線照射ヘッド（１０）を首振りさせる。
制御部（８０）は、その診断画像と、放射線照射ヘッド（１０）の位置と、放射線照射ヘッド（１０）の首振り状態とに基づいて、放射線照射ヘッド（１０）の照射野（５’）が治療野（５）を追尾するように、ヘッド首振り機構（１３１、１３２）の制御を行う。そして、ヘッド首振り機構（１３１、１３２）の制御後に、放射線照射ヘッド（１０）から治療用放射線（３ａ）を照射するように放射線照射ヘッド（１０）の制御を行う。
ヘッド首振り機構（１３１、１３２）により、放射線照射ヘッド（１０）は、算出された移動する患部（５）の位置へ、迅速かつ正確に治療放射線（３ａ）の照射を行うことが出来る。
【００３２】
更に、本発明の放射線治療装置は、制御部（８０）が、治療野（５）を示すその診断画像上の予め指定されたパターンに基づいて、その診断画像内の治療野（５）の座標としての第１座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を算出する。また、放射線照射ヘッド（１０）の位置と放射線照射ヘッド（１０）の首振り状態とに基づいて、照射野（５’）の座標としての第２座標（ｘ、ｙ、ｚ）を算出する。そして、第１座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と第２座標（ｘ、ｙ、ｚ）とに基づいて、照射野（５’）へ治療野（５）が含まれるように、ヘッド首振り機構（１３１、１３２）の制御を行う。
時々刻々変動する治療野（５）の位置を、リアルタイムで取得した診断画像を用いて把握し、適切な放射線照射ヘッド（１０）での追尾を行うことが出来、患部（５）に対して正確な治療放射線（３ａ）の照射を行うことが出来る。
【００３３】
更に、本発明の放射線治療装置は、制御部（８０）が、所定の時間間隔毎に、ヘッド首振り機構（１３１、１３２）の制御及び放射線照射ヘッド（１０）の制御を行う。
時間間隔を定めることにより、患部（５）の動きの速さに応じて、適切に追尾することが出来る。
【００３４】
更に、本発明の放射線治療装置は、ヘッド首振り機構（１３１、１３２）が、放射線照射ヘッド（１０）を互いに直交する二つの軸（Ｓ１、Ｓ２）の各々の周りで首振りさせる。
ジンバル機構を用いることにより、放射線照射ヘッド（１０）の照射野（５’）は、確実に所定の範囲を捕らえることが出来る。
【００３５】
更に、本発明の放射線治療装置は、放射線照射ヘッド（１０）をＯ型ガントリ（６９）に沿って移動させるヘッド周回移動機構（７０）を更に具備する。
放射線照射ヘッド（１０）は、Ｏ型ガントリ（６９）に沿って３６０°回転することが出来る。
【００３６】
更に、本発明の放射線治療装置は、Ｏ型ガントリ（６９）を、鉛直軸（Ｊ１）の周りに回転するガントリ回転機構（７２）を更に具備する。
放射線照射ヘッド（１０）は、鉛直軸（Ｊ１）の周りに回転するＯ型ガントリ（６９）により、球状にその位置を移動でき、あらゆる角度から、被検体（４）へ治療放射線（３ａ）を照射できる。
【００３７】
更に、本発明の放射線治療装置は、マイクロ波発生装置（２０）と、導波路（５１）とを更に具備する。
ただし、マイクロ波発生装置（２０）は、マイクロ波を発生する。導波路（５１）は、一端をマイクロ波発生装置（２０）に、他端を放射線照射ヘッド（１０）に接続し、そのマイクロ波を放射線照射ヘッド（１０）へ導波する。
マイクロ波発生装置（２０）を放射線照射ヘッド（１０）の外に配置しており、放射線照射ヘッド（１０）の質量及び大きさを低減することが出来る。
【００３８】
更に、本発明の放射線治療装置は、そのマイクロ波が、Ｃバンドに属する。
そして、放射線照射ヘッド（１０）は、そのマイクロ波で電子線を加速する加速管（１１０）を備える。
高周波のＣバンドのマクロ波を用いているので、加速管（１１０）の大きさを低減でき、放射線照射ヘッド（１０）の質量及び大きさを低減することが出来る。
【００３９】
更に、本発明の放射線治療装置は、そのマイクロ波が、Ｘバンドに属する。
そして、放射線照射ヘッド（１０）は、そのマイクロ波で電子線を加速する加速管（１１０）を備える。
高周波のＸバンドのマクロ波を用いているので、加速管（１１０）の大きさを低減でき、放射線照射ヘッド（１０）の質量及び大きさを低減することが出来る。
【００４０】
本発明の放射線治療装置は、放射線照射ヘッド（１０）を、１軸もしくは２軸の方向にアイソセントリックに移動して位置決めする機構（９／２８、６９／７２、８９／７２）に加えて、放射線照射ヘッド（１０）を１軸もしくは２軸の方向に小角回転運動（首振り）させる機構（１３１、１３２）を追加することにより、擬似的にノンアイソセントリックな照射が可能となる。不定形な照射野（５’）への対応や、照射野（５’）の移動に対する追従で求められるノンアイソセントリックな成分は、照射野（５’）で５０ｍｍ以下である。放射線源とアイソセントリックな照射野（５’）の距離ＳＡＤとしては、通常の電子リニアックの場合に、８０ｃｍ〜１００ｃｍの値である。ＳＡＤが１００ｃｍの場合、放射線照射ヘッド（１０）に要求される小角回転運動（首振り）角度は、約３度である。この運動によるＳＡＤの変化は、０．２％であり、ＳＡＤの変化による治療用放射線（３ａ）のビームの直径の変化は無視できる範囲である。また、放射線照射ヘッド（１０）の慣性中心を軸としてこの回転運動を行うように機構上の工夫をすることにより、駆動機構への負担の軽減を図ることが出来る。放射線照射ヘッド（１０）の回転軸周りのモーメントと同じモーメントのダミーウェイトを、回転方向と逆に駆動することにより、小角回転運動（首振り）に伴う反力を相殺することも可能である。
【００４１】
Ｘ線発生装置（３７、７７）やイメージディテクタ（３８、７８）を有するイメージャ（３０）と、放射線照射ヘッド（１０）とが機械的に干渉しないように、放射線照射ヘッド（１０）とイメージャ（３０）とが連動して動作する。そして、イメージャ（３０）は、被検体（４）に近いところで診断画像の撮影を行うので、撮影画像の画質が向上する。イメージャ（３０）と上記機構が共通の位置座標を持つようにする。また、イメージャ（３０）の画像取り込みタイミングと、治療用放射線（３ａ）の照射タイミングを時分割で実施するようにタイミング制御することにより、治療用放射線（３ａ）のイメージャ（３０）への影響を防止して、治療照射中でも、リアルタイムで治療野の画像をモニタすることが出来る。その際、イメージディテクタ（３８、７８）は、放射線照射ヘッド（１０）側に有るので、放射線照射ヘッド（１０）の治療用放射線（３ａ）の影響を受けることがない。
【００４２】
モニタ画像（ディスプレイ）の中で、治療野画像について、適切なアルゴリズムで画像追尾を行い、これに追従して上記小角回転運動（首振り）を制御することにより、移動する治療野への追従照射治療が可能となる。
【００４３】
更に、適切なマンマシンインタフェイス及び安全機構を装備することにより、安全性・信頼性の高い放射線治療装置の実現が可能になる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明の放射線治療装置では、放射線の照射治療中においても、Ｘ線ヘッド（放射線照射ヘッド）に連動して動作するリアルタイム・イメージャ（Ｘ線システム）により、Ｘ線ヘッド（放射線照射ヘッド）を邪魔することなくリアルタイムに治療野の状態をモニタすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明である放射線治療装置の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
【００４６】
（実施例１）
本発明である放射線治療装置の第１の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
図１〜図２は、本発明である放射線治療装置の第１の実施の形態における構成を示す正面図及び断面図である。図により、一部省略して表示している。座標２００は、図１〜図２におけるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する３次元直交座標を示す。
放射線治療装置６Ａは、治療用ベッドシステム７、Ｘ線ヘッド１０、支持フレーム６７−１、支持フレーム６７−２、Ｏ型ガントリ６９、従動導波管系６１、マイクロ波発生装置２０、リアルタイム・イメージャ７４を備えている。
【００４７】
治療用ベッドシステム７は、ベッド駆動システム７−１、治療用ベッド７−２及び患者固定装置７−３を備える。
治療用ベッド７−２は、放射線治療を施す患者４を載せ、装置内の所定の位置へ移動する。患者固定装置７−３は、患者４を治療用ベッド７−２に固定する。ベッド駆動システム７−１は、内蔵された駆動機構により、治療用ベッド７−２
をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸方向に移動可能である。そして、ベッド駆動システム７−１は、システム制御装置８０（後述）の制御により、リアルタイム・イメージャ（７４）の撮影画像データに基づいて、治療野となる患部５がアイソセンタ５ａに位置するように治療用ベッド７−２の位置を調整可能である。治療用ベッド７−２及び患者固定装置７−３には、リアルタイム・イメージャ（７４）の画像診断機器の使用に適した材質及び形状が選択される。
【００４８】
Ｏ型ガントリ６９は、リング周回移動機構７０、Ｏ型駆動リング７１−１及び７１−２、ガントリ回転機構７２、上部支持機構８２を含む。
【００４９】
Ｏ型ガントリ６９（本体）は、治療用ベッド７−２の周囲を囲むように設けられ、矩形形状の断面を有する管を円環状にしたリングである。ガントリ回転機構７２上に、水平面（ＸＹ平面）に対して直立するように設置されている。そして、円の中心が、アイソセンタ５ａとなるように治療用ベッド７−２及びＸ線ヘッド１０を配設する。
【００５０】
ガントリ回転機構７２は、基礎部７２−１、回転部７２−２及び駆動部７２−３を備える。基礎部７２−１は、底面（床面等）に固定的に設けられている。回転部７２−２は、基礎部７２−１上に回転可能に設けられ、Ｏ型ガントリ６９を固定的に保持する。駆動部７２−３は、回転部７２−２（及びその上のＯ型ガントリ６９）を回転させる。すなわち、鉛直方向（Ｚ軸方向）の軸である第１回転軸Ｊ１のまわりに、図のＩ１のように、搭載されたＯ型ガントリ６９を回転させる。ただし、第１回転軸Ｊ１は、Ｏ型ガントリ６９の形成する円の直径と重なり、円の中心（アイソセンタ５ａ）を通る。
【００５１】
Ｏ型駆動リング７１−１及び７１−２は、Ｏ型ガントリ６９と概ね同様の内径及び外径を有するリングである。それぞれ、Ｏ型ガントリ６９の形成する円と同軸かつ平行で、Ｏ型ガントリ６９を挟むように、Ｏ型ガントリ６９に対して回転可能に設けられている。Ｏ型ガントリ６９の成す平面に垂直で、第１回転軸Ｊ１に垂直かつアイソセンタ５ａを通る第２回転軸Ｊ２のまわりに、図のＩ２のように、Ｏ型ガントリ６９に対して回転する。このとき、Ｏ型駆動リング７１−１及び７１−２は、リング周回移動機構７０を介して一体で回転する。
リング周回移動機構７０は、Ｏ型ガントリ６９と移動可能に、Ｏ型駆動リング７１−１及び７１−２と固定的に接続されている。Ｏ型駆動リング７１−１及び７１−２を、図のＩ２のように、Ｏ型ガントリ６９に沿って周回移動させる。リング周回移動機構７０は、Ｏ型駆動リング７１−１及び７１−２を含んでいても良い。リング周回移動機構７０は、ラック・アンド・ピニオン方式やベルト方式などを採用することが出来る。
【００５２】
上部支持機構８２は、基礎部８２−１及び回転部８２−２を備える。基礎部８２−１は、上部（天井等）に固定的に設けられている。回転部８２−２は、基礎部８２−１の下に回転可能に設けられ、Ｏ型ガントリ６９を上から固定的に保持する。すなわち、ガントリ回転機構７２による第１回転軸Ｊ１のまわり回転を、Ｏ型ガントリ６９の上部で支えている。
【００５３】
Ｏ型ガントリ６９は、第１回転軸Ｊ１のまわりを、１６０°回転することが出来る。また、Ｏ型駆動リング７１−１及び７１−２は、Ｏ型ガントリ６９上を３６０°回転することが出来る。すなわち、Ｏ型駆動リング７１−１及び７１−２に固定されているもの（Ｘ線ヘッド１０他（後述））は、アイソセンタ５ａを中心とした九分の八球（８／９球殻）を描くように運動する。
Ｏ型ガントリ６９、リング周回移動機構７０、Ｏ型駆動リング７１−１及び７１−２、ガントリ回転機構７３は、例えば、ステンレス鋼のように剛性の大きい材料で造られる。Ｏ型ガントリ６９（本体）は、幅２００〜４００ｍｍ、厚み１００〜２００ｍｍ、アイソセンタ５ａからの半径１２００〜２０００ｍｍである。
【００５４】
Ｘ線ヘッド１０は、照射野５’（患部５）に治療用Ｘ線３ａを照射する放射線照射ヘッドである。治療用Ｘ線３ａを出射する小型電子リニアックを備える。Ｏ型ガントリ６９に、Ｏ型駆動リング７１、支持フレーム６７−１（後述）及び支持フレーム６７−２（後述）を介して移動可能に取り付けられている。支持フレーム１０２を備える。
【００５５】
支持フレーム１０２は、第１首振り機構１３１、第２首振り機構１３２を含む。
第１首振り機構１３１は、Ｘ線ヘッド１０をＯ型ガントリ６９上で、第１首振り軸Ｓ１の周りでＲ１のように揺動（回転運動）させる機構である。第１首振り軸Ｓ１は、Ｘ線ヘッド１０が首振りしたときの慣性が小さくなるように、Ｘ線ヘッド１０の慣性中心をほぼ通る軸上又はその近傍に設けられている。
第２首振り機構１３２は、Ｘ線ヘッド１０をＯ型ガントリ６９上で、第２首振り軸Ｓ２の周りでＲ２のように揺動（回転運動）させる機構である。第２首振り軸Ｓ２は、Ｘ線ヘッド１０が首振りしたときの慣性が小さくなるように、Ｘ線ヘッド１０の慣性中心をほぼ通る軸上又はその近傍に設けられている。詳細は後述する。
また、センサアレイ７８Ａを保持する保持フレーム７６Ａ、及び、センサアレイ７８Ｂを保持する保持フレーム７６Ｂを固定的に保持する。
【００５６】
支持フレーム６７−１は、一方の側を、Ｏ型駆動リング７１−１に、他方の側を支持フレーム１０２に固定的に接続している。支持フレーム６７−２は、一方の側を、Ｏ型駆動リング７１−２に、他方の側を支持フレーム１０２において、支持フレーム１０２と支持フレーム６７−１との接続部に対向する側に固定的に接続している。
すなわち、支持フレーム６７−１及び支持フレーム６７−２は、Ｘ線ヘッド１０をＯ型ガントリ６９の内周側に保持している。そして、Ｏ型駆動リング７１−１及び７１−２のリング周回移動機構７０による回転に従って、支持フレーム１０２に保持されたＸ線ヘッド１０とともに回転する。
【００５７】
リアルタイム・イメージャ７４は、被検体４の治療野に弱いファンビームＸ線である診断用Ｘ線３ｂを２方面（Ｘ線源７７Ａ、７７Ｂ）から照射して、その透過像を検出（センサアレイ７８Ａ、７８Ｂ）する。そして、検出されたデータを画像処理する（イメージャ信号処理装置３１）ことによりコンピュータ画面上に治療野５の３次元断層診断画像を表示させる。リアルタイム・イメージャ７４は、システム制御装置８０により制御される。リアルタイム・イメージャ７４は、通常のＸ線カメラを構成する２組のＸ線源７７Ａ、７７Ｂ及びセンサアレイ７８Ａ、７８Ｂのセット、Ｘ線源７７Ａ、７７Ｂを保持する保持部６８、センサアレイ７８Ａ、７８Ｂを保持する保持フレーム７６Ａ、７６Ｂを具備する。
【００５８】
保持部６８（−１及び−２）は、一方の側をＯ型駆動リング７１−１及び７１−２に固定的に保持されている。また、他方の側を、第１回転軸Ｊ１と第２回転軸Ｊ２とが形成する平面を挟んで、その両側にそれぞれＸ線源７７Ａ及び７７Ｂを、アイソセンタ５ａを狙うように保持している。更に、頂部に、被検体４を透過した治療用Ｘ線３ａを吸収する保護板７５を備える。そして、Ｘ線ヘッド１０の動き（Ｏ型駆動リング７１−１及び７１−２の動き）に連動して、Ｘ線源７７Ａ、７７Ｂを動かす。
【００５９】
保持フレーム７６Ａは、一方の側を、Ｘ線ヘッド１０（支持フレーム１０２）の一方の側面から下側へ延びる。他方の側は、センサアレイ７８Ａが接続されている。
同様に、保持フレーム７６Ｂは、一方の側を、Ｘ線ヘッド１０（支持フレーム１０２）の他方の側面から下側へ延びる。他方の側は、センサアレイ７８Ｂが接続されている。
【００６０】
Ｘ線源７７Ａ及びＸ線源７７Ｂは、保持部６８に設けられている。第１回転軸Ｊ１と第２回転軸Ｊ２とが形成する平面を挟んで互いに反対の側にある。センサアレイ７８Ａ及びアイソセンタ７８Ｂも、同様である。２方向から診断用Ｘ線３ｂを照射して診断画像を得るので、患者４の体内における各部位の動きを迅速かつ正確に把握することが出来る。
また、リアルタイム・イメージャ７４とＯ型駆動リング７１−１及び７１−２、Ｏ型ガントリ６９とは、機械的に密に結合されており、共通の座標基準を持つ。
【００６１】
センサアレイ７８Ａは、保持フレーム７６Ａの一端に設けられている。Ｘ線ヘッド１０の近傍であるが、Ｘ線ヘッド１０から照射される治療用Ｘ線３ａの経路を妨害しないように配置されているので、Ｘ線ヘッド１０の強力なＸ線の影響を受けずに済む。そして、そのセンサ側受光面の中央部からの垂線がアイソセンタ５ａを向き、その延長線上にＸ線源７７Ａが配置される。同様に、センサアレイ７８Ｂは、保持フレーム７６Ｂの一端に設けられている。Ｘ線ヘッド１０の近傍であるが、Ｘ線ヘッド１０から照射される治療用Ｘ線３ａの経路を妨害しないように配置されているので、Ｘ線ヘッド１０の強力なＸ線の影響を受けずに済む。そして、そのセンサ側受光面の中央部からの垂線がアイソセンタ５ａを向き、その延長線上にＸ線源７７Ｂが配置される。
【００６２】
センサアレイ７８Ａ、７８Ｂは、被検体４を透過した診断用Ｘ線３ｂを受信（受光）する。被検体４が配置される診断用スペースを取り囲むアイソセンタ５ａを中心とする円の円周上に固定して配置され、多数の長高感度ＣｄＴｅセンサを備え、０．５ｍｍの分解能を有している。また、診断用Ｘ線３ｂの照射時間は、１ショット当たり０．００２５〜０．０１秒である。
【００６３】
Ｘ線源７７Ａ、７７Ｂ及びセンサアレイ７８Ａ、７８Ｂの各々とアイソセンタ５ａとの距離は、Ｘ線ヘッド１０とアイソセンタ５ａとの距離よりも小さい。すなわち、Ｘ線源及びセンサアレイは、患者５に近いので、診断画像の画質が向上する。また、Ｘ線ヘッド１０の、Ｏ型ガントリ６９上での可動範囲を広くとることが出来る。
【００６４】
センサアレイ７８Ａ表面の中央部からのアイソセンタ５ａを通る垂線と、センサアレイ７８Ｂ表面の中央部からのアイソセンタ５ａを通る垂線とが成す角は、２０°〜９０°であることが好ましい。より好ましくは、４０°〜６０°である。これは、Ｘ線ヘッド１０、Ｘ線源７７Ａ及びＸ線源７７Ｂが、相互に影響を及ぼし合わずに、それぞれが正確に動作し、十分な精度を有する診断画像も得られる条件に基づいて設定される。
【００６５】
リアルタイム・イメージャ７４のＸ線発生制御装置の出力側には、電源及びＸ線源７７Ａ、７７Ｂ内のアノード、カソード、グリット電極がそれぞれ接続されている。システム制御装置８０からＸ線発生指令信号がＸ線発生制御装置に向けて出力されると、その指令に基づいて、Ｘ線発生制御装置は、電源から電子銃駆動回路への給電動作を制御する。これに応じてＸ線源７７Ａ、７７Ｂ内のカソードから電子線が放射され、グリット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、電子線がグリット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２次Ｘ線が発生し、窓に取り付けられたコリメータを介して、患者４に向けて扇状の治療用Ｘ線３ｂが放射される。
【００６６】
センサアレイ７８Ａ、７８Ｂ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、プリアンプ、メインアンプを介して画像信号ディジタイザ及びデータ収録装置に送られて、診断画像データとして収録される。診断用Ｘ線３ｂによる撮像、データ収録等は、システム制御装置８０により制御される。収録された診断画像データは、データ収録装置からイメージャ信号処理装置３１（後述）へ出力され、イメージャ信号処理装置３１でデータ処理される。処理されたデータは、患部５の診断画像としてシステム制御装置８０のディスプレイ上に再生表示される。
【００６７】
上記の３軸の駆動（Ｉ１、Ｉ２）により、Ｘ線ヘッド１０は、アイソセンタ５ａを中心とする８／９球殻上でアイソセントリックな動き（Ｘ線ヘッド１０はアイソセンタ５ａを向く）が可能となる。更に、上記の２軸の駆動（Ｒ１、Ｒ２）により、Ｘ線ヘッド１０は、８／９球殻上で擬似的にノンアイソセントリックな動き（Ｘ線ヘッド１０はアイソセンタ５ａ周辺近傍の３次元の領域５ｂ（図１参照）内の所望の点を向く）が可能となる。この擬似ノンアイソセントリック動作は、Ｘ線ヘッド１０の慣性中心周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較して各段に素早い動きを行うことが出来る。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出来る。
【００６８】
マイクロ波発生装置２０は、クライストロン（図示されず）を含み、クライストロン方式でマイクロ波を発生する。そして、導波路に関わるサーキュレータ２１及びダミーロード２２を有し、従動導波管系６１を介して、Ｘ線ヘッド１０へ電子加速用のマイクロ波を供給する。ここでは、Ｃバンド（５．６ＧＨｚ）のマイクロ波を供給する。マイクロ波発生装置２０は、システム制御装置８０に制御される。
【００６９】
従動導波管系６１は、マイクロ波発生装置２０で発生したマイクロ波を、Ｘ線ヘッド１０へ供給する導波路である。リンクアーム６２−１、関節部６４ａ、リンクアーム６２−２、関節部６４ｂ、リンクアーム６３、関節部６４ｃ、リンクアーム６５、関節部６６、Ｘ線ヘッド１０を互いに連結してリンク機構を形成している。関節部６４ａは、第１回転軸Ｊ１方向の軸のまわりに、関節部６４ｂ、関節部６４ｃ及び関節部６６は、第２回転軸Ｊ２方向の軸のまわりにそれぞれ回転可能である。なお、リンク先端のＸ線ヘッド１０は、Ｏ型駆動リング７１−１の運動により、Ｏ型ガントリ６９に沿ってスライドし、また、第１首振り機構１３１により関節部６６周りに首振りされる。
そして、関節部６４ａ、６４ｂ、６４ｃ及び６６は、マイクロ波を軸回転で伝えるロータリＲＦカプラ５０（後述）を含む。リンクアーム６２−１、６２−２、６３及び６５は、導波管５１（後述）を含み、関節部６４ａ〜６４ｃ、６６により、電磁気的に連通している。マイクロ波発生装置２０で発生したマイクロ波は、関節部６４ａ−リンクアーム６２−関節部６４ｂ−リンクアーム６３−関節部６４ｃ−リンクアーム６５−関節部６６を介して、Ｘ線ヘッド１０へ供給される。
【００７０】
図１に示すＳＡＤ（Ｓｏｕｒｃｅ Ａｘｉｓ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）は、アイソセンタ５ａからＸ線ヘッド１０内のターゲット１２１（後述）までの距離に相当する。本実施例では、基準となるＳＡＤを８０〜１００ｃｍに設定している。
【００７１】
次に、図３及び図４を参照しながらＸ線ヘッド１０について詳細に説明する。
【００７２】
図３は、本発明の放射線治療装置に適用されるＸ線ヘッド１０の構成を示す図である。図３（ａ）は、全体図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡＡ断面図、図３（ｃ）は、ＢＢ断面図である。
Ｘ線ヘッド１０は、４ＭｅＶ〜１０ＭｅＶの電子エネルギを有する治療用Ｘ線３ａを発生する小型の電子リニアックを備える。Ｏ型ガントリ６９に支持フレーム１０２等を介して可動支持されている。それと共に、従動導波管系６１の関節部６６（ロータリＲＦカプラ）に首振り可能に連結されている。
【００７３】
Ｘ線ヘッド１０は、ヘッドカバー１０１でＸ線ヘッド１０の本体部が覆われ、本体部の先端側に放射線を放射するための出射部１２０が取り付けられている。ヘッド本体部を覆うヘッドカバー１０１内には、電気回路／冷却水回路１１６、加速管１１０、ＲＦ窓５２、導波管５１、ロータリＲＦカプラの一部５０Ｂ、排気管１０７、イオンポンプ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。
【００７４】
加速管１１０の尾部の絶縁ガラス１０３から外部電源（図示されず）に接続されたケーブル（図示されず）がヘッドカバー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。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。
カソード１０５とアノード１０６との間はイオンポンプ１１２に連通する排気管１０７により排気される。排気される空間は、電子銃１０４から加速管１１０へ続き、更に加速管１１０から出射部１２０へ続いている。イオンポンプ１１２は、加速管１１０に直結しているため、加速管１１０の真空度を常に高真空に保つことが出来、安定した電子線を、安定的に加速することが可能である。そして、それにより、治療用Ｘ線３ａを安定的に出力することが可能となる。
絶縁ガラス１０３から加速管１１０の先端までの長さは約３６０ｍｍである。この大きさは、従来用いられている加速管の１／３程度に大幅に小型化、かつ軽量化されている。これは、従来使用されているＳバンドのマイクロ波ではなく、高周波数（高エネルギー）のＣバンド（５．６ＧＨｚ）のマイクロ波を用いているからである。
【００７５】
図４は、図３（ｃ）の電子銃１０４及び加速管１１０近傍の拡大図である。
電子銃１０４のアノード１０６の中央孔は、加速管１１０のバンチャ空洞１０９に連通している。加速管１１０の内部には、更に、電子ビーム通過用の中央孔を有する複数の加速空洞１１１ｂが繋がって配置されている。加速管１１０は、バンチャ空洞１０９及び複数の加速空洞１１１ｂの中央孔１１１ｃに、電子銃１０４から出射された電子線を通過させながらマイクロ波により加速させ、高エネルギの電子ビームとして、Ｘ線ターゲット１２１に衝突させる。加速空洞１１１ｂ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にそれぞれ連通している。左右一対の側方排気管１０８は、排気管１０７経由でイオンポンプ１１２接続されて真空排気される。
【００７６】
図３を参照して、加速管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及びロータリＲＦカプラ５０Ａ、５０Ｂ（−従動導波管系６１−）を経由してマイクロ波発生装置２０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、マイクロ波を加速管１１０へ導入させる入口である。
【００７７】
出射部１２０は、ヘッドカバー１０１で覆われたＸ線ヘッド１０の本体部の先端に設けられている。ターゲット１２１、冷却板１２２、１次コリメータ１２３、フラットニングフィルタ１２４を備える。電子銃１０４から加速管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んでいる。そして、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。
【００７８】
ターゲット１２１は、高エネルギの加速電子の入射により、制動輻射Ｘ線を出射する。制動Ｘ線の放射時に発生する熱による熱損傷を受けないように、ターゲット冷却板１２２が取り付けられている。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又はこれらの合金を用いる。
【００７９】
一次コリメータ１２３は、タングステンなどのような放射線に対する遮蔽性に優れ、かつ熱中性子の発生の少ない材料でつくられている。ターゲット１２１からのＸ線を、所定のビーム幅に絞ってフラットニングフィルタ１２４に導く。
【００８０】
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持つ治療用Ｘ線３ａとする。
【００８１】
更に、出射部１２０の先端側にはニ次コリメータ１２５及び線量計測用の電離箱１２６が取り付けられている。ニ次コリメータ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ような遮蔽性の高い材料で作られている。フラットニングフィルタ１２４からのＸ線を所定のビーム幅に絞った治療用Ｘ線３ａを、電離箱１２６に導く。このニ次コリメータ１２５は、一次コリメータ１２３の端面部に着脱可能にねじ込まれている。
【００８２】
電離箱１２６は、通過するＸ線の線量を計測する。ニ次コリメータ１２５の先端に取り付けられ、所定の成分のガスが封入されている。そして、放電電荷を検出する検出回路（図示されず）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の入力信号に基づいてＸ線ヘッド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。
【００８３】
本発明の放射線治療装置６では、Ｘ線ヘッド１０は、全長が５００〜６００ｍｍ、幅５００ｍｍ、深さ３００ｍｍと小さく、重量６０〜８０ｋｇと軽量化もされていながら、高いエネルギーである４ＭｅＶ〜１０ＭｅＶの電子エネルギを有する治療用Ｘ線３ａを発生することが可能である。これは、高周波数（高エネルギー）のＣバンド（５．６ＧＨｚ）のマイクロ波を用いているため加速管１１０が小型軽量であること、加速管１１０が小さいため電子線を偏向させる偏向磁石及びその関連機器が不要であること、マイクロ波を発生させる装置（マイクロ波発生装置２０）をＸ線ヘッド１０の外側に配置していること、などの理由による。すなわち、全体の重量が軽量化されていること、及び、全体の大きさが小型化されていることで、Ｘ線ヘッド１０を少ない力で、俊敏かつ迅速に所望の場所へ移動させることが可能となる。
また、更に高周波数のＸバンドのマイクロ波を用いて加速可能な加速管を用いれば、更に小型・軽量化することが可能である。その場合、マイクロ波の周波数に合わせて各機器の設計を変更する（例示：従動導波管系６１の各構成の寸法や、加速管１１０の加速空洞１１１ｂ等の寸法を変更する）ことにより、実施可能である。
【００８４】
次に、図５〜図６を参照して、Ｘ線ヘッド１０の２軸の首振り機構について詳しく説明する。
【００８５】
図５は、支持フレーム１０２に支持されたＸ線ヘッド１０を示す斜視図である。
図５に示すように、Ｘ線ヘッド１０のヘッドヘッドカバー１０１は、ジンバル構造を有する支持フレーム１０２に支持されている。支持フレーム１０２は、Ｘ線ヘッド１０の慣性中心を含む第１首振り軸Ｓ１及び第２首振り軸Ｓ２が通る位置座標に取り付けられている。そして、第１首振り機構１３１により、第１首振り軸Ｓ１のまわりをＲ１のように揺動する。同様に、第２首振り機構１３２により、第２首振り軸Ｓ２のまわりをＲ２のように揺動する。
【００８６】
図６は、支持フレームの２軸の首振り機構の構成を示す図である。図６（ａ）は全体、図６（ｂ）はＳ１首振り駆動用サーボモータ１３１ｂ、図６（ｃ）は、関節部６６、図６（ｄ）は、Ｓ２首振り駆動用サーボモータ１３２ｂ、図６（ｅ）は、一対のロータリＲＦカプラ５０Ａと５０Ｂを示す。
図６（ａ）に示すように、支持フレーム１０２には、従動導波管系６１の関節部６６（ロータリＲＦカプラ）、及び、Ｓ１首振り駆動用サーボモータ１３１ｂが、第１首振り軸Ｓ１に沿って、対向する２辺にそれぞれ取り付けられている。同様に、一対のロータリＲＦカプラ５０Ａと５０Ｂ、及び、Ｓ２首振り駆動用サーボモータ１３２ｂが、第２首振り軸Ｓ２に沿って、前述の２辺と異なる対向する２辺にそれぞれ取り付けられている。
【００８７】
図６（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、従動導波管系６１の関節部６６（ロータリＲＦカプラ）は、支持フレーム１０２の一方の側の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１３１ｂの駆動軸１３１ａが第１首振り軸Ｓ１と重なるようにフレーム１０２の対向長辺の中央に取り付けられている。そして、Ｓ１首振り駆動用サーボモータ１３１ｂは、支持フレーム６７−２に固定支持されている。サーボモータ駆動軸１３１ａを回転駆動させると、第１首振り軸Ｓ１まわりにＸ線ヘッド１０がＲ１のように首振りする。
【００８８】
図６（ａ）、（ｄ）及び（ｅ）に示すように、一対のロータリＲＦカプラ５０Ａ、５０Ｂは支持フレーム１０２の一方の側の短辺の中央に取り付けられ、これと向き合うようにＳ２首振り駆動用サーボモータ１３２ｂの駆動軸１３２ａが第２首振り軸Ｓ２と重なるように支持フレーム１０２の対向短辺の中央に取り付けられている。そして、Ｓ２首振り駆動用サーボモータ１３２ｂ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、駆動軸１３２ａは、軸受け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、Ｓ２ドライブ軸周りにＸ線ヘッド１０が首振りする。
【００８９】
図６（ａ）に示すように、従動導波管系１１の各リンクアーム６３、６５内には、導波管５１が設けられ、各関節部６４、６６内には、ロータリＲＦカプラ５０が設けられ、更に一対のロータリＲＦカプラ５０Ａ、５０Ｂを通って、Ｘ線ヘッド１０内の加速管１１０にマイクロ波が導入されるようになっている。
【００９０】
次に、図７〜図９を参照して、マイクロ波を伝達する導波路の関節部分であるロータリＲＦカプラについて説明する。
【００９１】
図７は、ロータリＲＦカプラ５０を内部に有する関節部の構成を示す図である。図７では、関節部６４ｃを代表として示しているが、関節部６４ａ、関節部６４ｂ、関節部６６、一対のロータリＲＦカプラ５０Ａ、５０Ｂについても同様である。
図７に示すように、リンクアーム６３、６５の中には、導波管５１が設けられ、関節部６４ａ〜６４ｃ、６６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。
【００９２】
図８は、図７で示すロータリＲＦカプラ５０の構成の詳細を示す斜視図である。
図８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。そして、ロータリＲＦカプラ５０は、導波路５５ａの加速用のマイクロ波を軸回転で導波路５５ｂへ伝える。
【００９３】
図９（ａ）は、図８のロータリＲＦカプラ５０の詳細を示す断面図である。図９（ｂ）は、ロータリＲＦカプラ５０内のマイクロ波のモードの一例を示す。
図９（ａ）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、軸受け５８、λ／４波長チョーク５９に取り囲まれた回転スペースに連通し、この中を図９（ｂ）に例示するような管内モード（電気力線２ａ（２ｂ））でマイクロ波が導かれる。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、地上に固定されたクライストロン等のマイクロ波発生装置２０から、移動するＸ線ヘッド１０へ加速用のマイクロ波を円滑に供給することが出来る。
【００９４】
次に、本発明の放射線治療装置の実施の形態の制御システムについて説明する。
【００９５】
図１０は、本発明の放射線治療装置の実施の形態の制御システムを示すブロック図である。
本実施例の制御システムは、治療用ベッドシステム７、Ｘ線ヘッドシステム８、リアルタイムイメージャ７４、イメージャ信号処理装置３１、マイクロ波発生装置２０、システム制御装置８０、システムユーティリティ９０を備える。実質的にはシステム制御装置８０が全体を統括して制御するシステム構成となる。
【００９６】
システム制御装置８０は、システム制御計算機を備え、コンピュータプログラムとしての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ース（ＧＵＩ）、インターロックアルゴリズムを含み、治療計画データベース、トレンド記録データベース、治療データベースを搭載している。また、システムモニタ（ディスプレイ）、入出力装置及びＢＩＴを含み、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。
【００９７】
治療計画データベースは、医師が立てる治療計画に関する情報としての治療計画情報を格納している。治療計画情報は術前に行われる種々の検査に基づくものである。治療計画情報は、患者属性情報、患者画像情報、吸収線量情報、治療線量情報、患部位置情報等を互いに関連付けている。
ただし、患者属性情報は、患者４の氏名、生年月日等を示す。患者画像情報は、患者４のＸ線断層画像を示す。吸収線量情報は、患部５に対する放射線（Ｘ線）の吸収線量、その照射方法（回数、１回の吸収線量、照射方向（ルート））等を示す吸収線量設定に関する。治療線量情報は、患部５に対する放射線（Ｘ線）の治療線量、その照射方法（回数、１回の治療線量、照射方向（ルート））等を示す治療線量設定に関する。患部位置情報は、患部５の位置に関する。患部５の位置は、後述の定義領域５−１であっても良い。
【００９８】
トレンド記録データベースは、照射治療の実績に関する照射実績情報を格納している。照射実績情報は、治療の際に実際に照射した放射線（Ｘ線）に関するものである。照射実績情報は、患者属性情報、積算治療線量、積算吸収線量、照射方向（ポータル数）毎の治療線量、推定吸収量、目標座標（患部５における照射目標の座標）及び機械座標（実際に照射を行った照射野５’の座標）、等を互いに関連付けている。
【００９９】
治療データベースは、物質の種類、物質の厚みと放射線（Ｘ線）の吸収量との関係を示す放射線吸収量曲線、等を互いに関連付けて格納している。
【０１００】
システム管理アルゴリズムは、各アルゴリズム、ＧＵＩ、システムモニタ（ディスプレイ）、入出力装置及びＢＩＴ等のシステム制御装置８０全体を統括制御する。
【０１０１】
治療計画アルゴリズムは、治療計画データベース（患者４のＸ線断層画像、吸収線量情報）と治療データベース（物質毎の放射線吸収量曲線）とに基づいて、治療線量情報（照射方向（ルート）毎のＸ線の治療線量、積算の治療線量）等を算出する。そして、ディスプレイに表示し、医師の確認を受ける。医師は、必要に応じて、照射方向やＸ線の吸収線量等を変化させて、所望の治療線量情報となるようにする。医師の確認後、治療計画データベースへ格納する。
【０１０２】
治療管理アルゴリズムは、治療計画データベースの治療計画情報及び／又は画像追尾アルゴリズムからのＸ線ヘッド１０の首振り量に基づいて、Ｘ線ヘッド１０が所定の方向へ向くようにＸ線ヘッドシステム８を制御する。
また、治療中にイメージャ信号処理装置３１、Ｘ線ヘッドシステム８、画像追尾アルゴリズム等から得られる照射実績情報をトレンド記録データベースへ格納する。
【０１０３】
画像追尾アルゴリズムは、イメージャ信号処理装置３１から得られる追尾用画像データに基づいて、患部５の座標を算出する。また、Ｘ線ヘッドシステム８から得られる各種データに基づいて、Ｘ線ヘッド１０の照射野５’の座標を求める。そして、患部５の座標と、照射野５’の座標とに基づいて、Ｘ線ヘッド１０の首振り量を算出する。
【０１０４】
インターロックアルゴリズムは、所定の条件が満たされた場合において、治療用Ｘ線３ａや診断用Ｘ線３ｂを緊急停止させる。所定の条件は、緊急停止ボタンが押された場合、照射野５’と患部５とが予め設定された距離以上に離れた場合、患者４に対する治療線量及び吸収線量の少なくとも一方が、それぞれに対して予め設定された許容値を超えた場合、治療用Ｘ線３ａを照射する際に診断用Ｘ線３ｂを停止する場合、診断用Ｘ線３ｂを照射する際に治療用Ｘ線３ａを停止する場合、等である。
【０１０５】
リアルタイムイメージャ７４で検出されたＸ線透過データは、イメージャ信号処理装置３１内の画像再構成アルゴリズムにより診断画像に再構成され、システム制御装置８０に送信される。これにより画像診断が治療中にリアルタイムで生成され、医師はシステム制御装置８０の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出来る。
【０１０６】
マイクロ波発生装置２０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、従動導波管系６１を介して、Ｘ線ヘッド１０に接続され、加速管１１０にマイクロ波を供給する供給源である。
【０１０７】
Ｘ線ヘッドシステム８は、Ｘ線ヘッド１０、アイソセントリック駆動機構（Ｏ型ガントリ６９、リング周回移動機構７０、ガントリ回転機構７２を含む）、及び、首振り駆動機構（第１首振り機構１３１、第２首振り機構１３２及びロータリＲＦカプラ５０を含む）を備える。アイソセントリック駆動機構及び首振り駆動機構は、それぞれに対応した各ドライバ（アイソセントリック駆動ドライバ及び首振り駆動ドライバ）を介して、システム制御部８０に接続され、アイソセントリック照射時におけるＸ線ヘッド１０のアイソセントリック駆動機構、及び、擬似アイソセントリック照射時におけるＸ線ヘッド１０の２軸の首振り駆動機構がそれぞれ制御される。
【０１０８】
次に、本発明である放射線治療装置の第１の実施の形態の動作について、添付図面を参照して説明する。
【０１０９】
まず、位置較正を行う。位置較正は、受光面の中心部がアイソセンタ５ａと重なり、受光面が水平となるように設置されるＣＣＤカメラ６０と、電子リニアックに模してＸ線ヘッド１０内に設置されたレーザ発信器とを用いて行う。そして、レーザの受光点とアイソセンタ５ａとのずれを補正値とする。
【０１１０】
上記位置較正の方法により、短時間にＯ型ガントリ６９のような大きな機械工作物における、工作時の歪み、自重等によるたわみ、取り付け時の応力等による位置ずれを精度良く補正することができ、位置精度を向上させることが可能となる。本実施例の場合、位置分解能を２０μｍ程度にすることが可能となった。
このような位置較正は、放射線治療装置６の設置時及び定期点検時に実施する。ただし、所定の使用回数毎、放射線治療毎に行っても良い。
【０１１１】
次に、本発明の放射線治療装置の実施の形態の動作における、各動作の時間のタイミングについて説明する。
図１１は、本発明の放射線治療装置の実施の形態の動作におけるタイミングチャートである。図１１（ａ）は、診断画像を処理する動作のタイミング、図１１（ｂ）は、処理後の診断画像に基づく画像追尾計算及びＸ線ヘッド１０の首振り動作のタイミング、そして、図１１（ｃ）は、治療Ｘ線の照射のタイミングをそれぞれ示している。
【０１１２】
（０）時間ｔ０以前
まず、放射線治療装置６のメインスイッチをＯＮにすると、治療用ベッドシステム７、Ｘ線ヘッドシステム８、リアルタイム・イメージャ７４、マイクロ波発生装置２０、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。治療用ベッドシステム７が作動して、患者４が治療用ベッド７−２とともに、治療エリア内に移動し、リアルタイム・イメージャ７４を作動させて患部５が治療装置のアイソセンタ５ａに一致するように治療用ベッド７−２を動かして位置合わせをする。このアイソセントリック位置合わせ完了後、リアルタイム・イメージャ７４によるリアルタイム画像診断とＸ線ヘッド１０による放射線治療とを開始する。
【０１１３】
（１）ステップＳ２−１：時間ｔ０〜ｔ１
通常Ｘ線のカメラ（リアルタイム・イメージャ７４）は、診断用Ｘ線発生ユニットから診断用Ｘ線３ｂを照射野５’に照射する。そして、センサアレイで、そのＸ線透過データを診断画像データとして検出する。被爆を最小限とするため、診断用Ｘ線３ｂの照射時間は、ｔ０〜ｔ１に限定する。
【０１１４】
（２）ステップＳ２−２：時間ｔ１〜ｔ２
検出された診断画像データは、透過Ｘ線量に比例した電流信号に変換され、プリアンプ、メインアンプを介して画像信号ディジタイザ及びデータ収録装置に取り込まれる。
【０１１５】
（３）ステップＳ２−３：時間ｔ２〜ｔ３
収録された診断画像データは、データ収録装置からイメージャ信号処理装置３１へ出力される。そして、イメージャ信号処理装置３１の画像再構成アルゴリズムを用いて演算処理され、追尾用画像データに変換される。追尾用画像データは、放射線治療装置６Ａの座標系の各座標点（Ｘｉ、Ｙｉ、Ｚｉ）、（ｉ＝１〜ｎ：ｎはデータ数）での診断画像を示すデータである。追尾用画像データは、システム制御装置８０へ出力される。
追尾用画像データは、患部５の診断画像としてシステム制御装置８０のディスプレイ上に再生表示される。
【０１１６】
リアルタイム・イメージャ７４及びイメージャ信号処理装置３１は、時間ｔ３後の所定の時間経過後、再び時間ｔ０〜ｔ３のプロセスを繰り返す。図１１中、時間ｔ０〜ｔ３のプロセス＝時間ｔ１０〜ｔ１３、時間ｔ２０〜ｔ２３…のプロセスである。
【０１１７】
治療用Ｘ線３ａの直接線、漏洩線及び散乱線が、リアルタイム・イメージャ７４のセンサアレイ（検出器）に影響を与えないようにするため、少なくとも診断用Ｘ線３ｂを照射している時間ｔ０〜ｔ１においては、治療用Ｘ線３ａが照射されないように、Ｘ線ヘッド１０はインターロックされている。
【０１１８】
これらの診断画像処理（ステップＳ２−１〜Ｓ２−３）にかかる合計時間ｔ０〜ｔ３は、０．０１秒である。すなわち、診断画像処理の１サイクル時間は、０．０１秒である。これは、心鼓動等の速い動きに追従する上では充分なサンプルレートである。
【０１１９】
（４）ステップＳ２−４：時間ｔ３〜ｔ４
システム制御装置８０の画像追尾アルゴリズムを用いて、以下の画像追尾計算を行う。
追尾用画像データに基づいて、患部５の座標（放射線治療装置６の座標系での座標点（Ｘ、Ｙ、Ｚ））を抽出する。一方、リング周回移動機構７０、ガントリ回転機構７３、第１首振り機構１３１及び第２首振り機構１３２の位置（座標）、回転角等に基づいて、現在のＸ線ヘッド１０の照射野５’の座標（放射線治療装置６の座標系での座標点（ｘ、ｙ、ｚ））を算出する。そして、（１）２点間の距離Ｌ＝｜（Ｘ、Ｙ、Ｚ）−（ｘ、ｙ、ｚ）｜が予め設定された値Ｌ０２以下である場合、首振りを行わないこととし、（２）距離Ｌが予め設定された値Ｌ０１以上である場合、首振り量をθ０（患部５の座標方向の距離Ｌ０１に対応）とし、（３）Ｌ０２＜距離Ｌ＜Ｌ０１の場合、患部５の座標と照射野５’の座標とに基づいて、Ｘ線ヘッド１０の首振り量（θ１、θ２）を算出する。
【０１２０】
ただし、Ｘ線ヘッド１０の首振り量（θ１、θ２）は、Ｓ１首振りドライブ軸周りの微小変位角（首振り角）θ１（回転方向、回転角度の大きさ）及びＳ２首振りドライブ軸周りの微小変位角（首振り角）θ２（回転方向、回転角度の大きさ）である。
Ｌ０１は、時間ｔ４〜ｔ５の間にＸ線ヘッド１０が首振り可能な最大距離である。また、Ｌ０２は、患部５の座標点（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び照射野５’の座標点（ｘ、ｙ、ｚ）の算出の際に見込まれる誤差の値である。
【０１２１】
この患部５の移動（運動）の状態（座標点（Ｘ、Ｙ、Ｚ））は、システム制御装置８０のディスプレイ上に表示される。ただし、患部５だけでなく、その周辺の領域（例示：患部５を含む輪郭線５−２（後述））を同様に示しても良い。
【０１２２】
（５）ステップＳ２−５：時間ｔ４〜ｔ５
算出されたＸ線ヘッド１０の首振り量（θ１、θ２）に基づいて、システム制御装置８０の治療管理アルゴリズムにより、Ｘ線ヘッド１０の首振り量（θ１、θ２）を示す首振り駆動信号が、Ｘ線ヘッドシステム８へ出力される。
首振り駆動信号に基づいて、Ｘ線ヘッドシステム８のＸ線ヘッド首振り駆動ドライバにより、第１首振り機構１３１及び第２首振り機構１３２が駆動され、Ｘ線ヘッド１０が所望の方向へ向く。
システム制御装置８０は、時間ｔ５の後の時間ｔ１３から、再び時間ｔ３〜ｔ５のプロセスを繰り返す。図１１中では、時間ｔ３〜ｔ５のプロセス＝時間ｔ１３〜ｔ１５、時間ｔ２３〜ｔ２５…のプロセスである。
【０１２３】
これらの画像追尾計算及びＸ線ヘッド首振り（ステップＳ２−４〜Ｓ２−５）にかかる合計時間ｔ３〜ｔ５は、０．０１秒である。すなわち、画像追尾計算及びＸ線ヘッド首振りの１サイクル時間は、０．０１秒である。これは、心鼓動等の速い動きに追従する上では充分なレートである。
【０１２４】
第１首振り機構１３１のＳ１首振り駆動用サーボモータ１３１ｂ、及び、第２首振り機構１３２のＳ２首振り駆動用サーボモータ１３２ｂを駆動させている時間ｔ４〜ｔ５には、首振り角の誤動作の可能性があるため、治療用Ｘ線３ａが照射されないように、Ｘ線ヘッド１０はインターロックされ、安全性を確保するようにしている。
【０１２５】
（６）ステップＳ２−６：時間ｔ５〜ｔ６
システム制御装置８０のシステム管理アルゴリズムを用いて、時間ｔ５に治療用Ｘ線３ａの照射を指示ずる信号としての治療Ｘ線照射信号がＸ線ヘッド１０へ出力される。Ｘ線ヘッド１０のインターロックが解除され、患部５への治療用Ｘ線３ａの照射が開始される。治療用Ｘ線３ａの照射時間ｔ５〜ｔ６は、約０．００２５〜０．０１秒である。照射のデューティは、約５０％である。
システム制御装置８０は、時間ｔ６の後の時間ｔ１５から、再び時間ｔ５〜ｔ６のプロセスを繰り返す。図１１中では、時間ｔ５〜ｔ６のプロセス＝時間ｔ１５〜ｔ１６、時間ｔ２５〜ｔ２６…のプロセスである。
【０１２６】
この治療Ｘ線照射（ステップＳ２−６）にかかる合計時間ｔ５〜ｔ６は、０．０１秒である。すなわち、治療Ｘ線照射の１サイクル時間は、０．０１秒である。これは、心鼓動等の速い動きに追従する上では充分なレートである。
【０１２７】
ここで、Ｘ線ヘッド１０を首振りしながら治療Ｘ線３ａを照射する様子について、図面を参照して更に説明する。
図１２は、Ｘ線ヘッド１０による放射線治療の様子を示す斜視図である。Ｘ線ヘッド１０は、患部５へＸ線を照射する。
図１３及び図１４は、Ｘ線ヘッド１０を首振りしながら治療Ｘ線３ａを照射する様子を説明する図である。図１３は、図１２におけるＡ−Ａ断面、図１４は、図１２におけるＢ−Ｂ断面である。
照射野５’の移動に追従して照射するには、システム制御装置８０は、上記時間ｔ３〜ｔ４において、算出された患部５の位置（座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ））と、現在のＸ線ヘッド１０の照射野５’の座標（ｘ、ｙ、ｚ））とに基づいて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向における患部５の照射野５’からのシフト量ＤＶ１、ＤＶ２を算出する。そして、シフト量ＤＶ１、ＤＶ２に基づいて、所定の計算式を用いて、第１首振りドライブ軸Ｓ１及び第２首振りドライブ軸Ｓ２周りの移動による変位角θ１及びθ２をそれぞれ求める。
上記時間ｔ５〜ｔ６において、Ｘ線ヘッド１０を第１首振りドライブ軸Ｓ１の周りに変位角θ１、第２首振りドライブ軸Ｓ２の周りに変位角θ２だけ首振りさせる。そして、首振りを停止させると同時に、Ｘ線ヘッド１０から治療用Ｘ線３ａを出射する。
【０１２８】
以上のステップＳ２−１〜ステップＳ２−６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、Ｘ線ヘッド１０の照準が迅速かつ高応答に追従し、放射線（Ｘ線）を高精度に照射することが可能となる。すなわち、診断画像の処理時間を含めて０．０３秒以内にＸ線ヘッド１０を首振り動作させ、放射線（Ｘ線）を照射させることが出来、照射野（患部）の動きに対して迅速に追随させることが出来る。
【０１２９】
上記プロセスでは、ステップＳ２−４：時間ｔ３〜ｔ４において、ステップＳ２−５でＸ線ヘッド１０に首振りさせる角度を所定の大きさに制限している。これは、首振り角度が大きくなると、首振りにかかる時間が長くなり、その間に患部５が更に移動してしまう。その結果として、Ｘ線ヘッド１０の照射野５’の座標点（ｘ、ｙ、ｚ）が、患部５の座標点（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の位置から大きくずれてしまうからである。
Ｘ線ヘッド１０が追尾する患部５の早い動きは、呼吸及び心鼓動によるものである。この場合、患部５は、概ね同じ領域内（ただし、経路は必ずしも同じではない）で移動している。従って、一度、Ｘ線ヘッド１０の照射野５’の座標点（ｘ、ｙ、ｚ）と患部５の座標点（Ｘ、Ｙ、Ｚ）とが完全に一致しない場合があっても、その後一致させることは可能である。
【０１３０】
診断画像データの取得や画像追尾計算に異常が生じた場合には、その時点で治療用Ｘ線３ａの照射にインターロックをかけて照射を停止させ、安全性を確保する。本装置では、Ｘ線ヘッド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Ｘ線３ａの照射がなされるように設計されている。
そして、照射野５’の座標点（ｘ、ｙ、ｚ）と患部５の座標点（Ｘ、Ｙ、Ｚ）とのずれが、予め設定された値以上の場合、そのサイクルでは、ステップＳ２−６（時間ｔ５〜ｔ６）での治療用Ｘ線３ａの照射を行わない。
【０１３１】
また、システム制御装置８０は、必要に応じて、リング周回移動機構７０、ガントリ回転機構７２及び治療用ベッドシステム７を移動して、患部５にＸ線ヘッド１０の照準を合わせようにすることも可能である。
すなわち、システム制御装置８０は、時間ｔ３〜ｔ４において、患部５の座標と照射野５’の座標とに基づいて、Ｘ線ヘッド１０の首振り量（第１首振り機構１３１及び第２首振り機構１３２用）及び移動量（リング周回移動機構７０、ガントリ回転機構７３及び治療用ベッドシステム７用）を算出する。次に、時間ｔ４〜ｔ５において、Ｘ線ヘッド１０の首振り量及び移動量をＸ線ヘッドシステム８へ出力する。そして、第１首振り機構１３１、第２首振り機構１３２、リング周回移動機構７０、ガントリ回転機構７３及び治療用ベッドシステム７を移動して、患部５にＸ線ヘッド１０の照準を合わせる。
【０１３２】
治療用Ｘ線３ａの照射停止後、タイミングｔ５に診断用ビーム３ｂの照射を開始し、次の診断画像処理サイクルｔ５〜ｔ８に移行する。次いで、診断画像処理後のタイミングｔ３にＸ線ヘッド１０のインターロックが解除され治療ビーム３ａの照射が再開される。
【０１３３】
このようにして、診断画像処理サイクル（図１１中、０〜Ｔａ）：０．０１秒、画像追尾計算サイクル及びＸ線ヘッド首振りサイクル（図１１中、Ｔａ〜Ｔｂ）：０．０１秒、及び、治療Ｘ線照射サイクル（図１１中、Ｔｂ〜Ｔｃ）：０．０１秒の計０．０３秒のサイクルが繰り返される。すなわち、１／３０秒（＝０．０３３秒）よりも短い周期で正確に放射線照射ヘッドを照射対象へ向けることができ、患部（治療野）が心鼓動のような最も速い動きを有していても、照射対象をリアルタイムに正確に追尾し、放射線を照射することが出来る。
【０１３４】
次に、擬似ノンアイソセントリックな治療の手順について説明する。
図１５は、擬似ノンアイソセントリックな治療の手順をディスプレイの表示で示すフロー図である。
【０１３５】
（１）ステップＳ３−１
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。それらの治療計画は、治療計画データベースに格納される。
更に、医師は手術中において、本発明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出来る。
【０１３６】
（２）ステップＳ３−２
図１５（ａ）に示すように、リアルタイム・イメージャ７４及びイメージャ信号処理装置３１を用いて患部５及びその近傍領域の診断画像が再構成され、システム制御装置８０のディスプレイ上に再生表示される。
診断画像の再構成は、上記ステップＳ２−１〜ステップＳ２−３により行われる。ただし、この段階では、ステップＳ２−４〜ステップＳ２−６は行わない。
【０１３７】
（３）ステップＳ３−３
図１５（ｂ）に示すように、医師は、ディスプレイ上で患部５の各断面図を確認して、画像追尾のための照射野５’の輪郭線を定義する。ここで、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（治療計画データベース）、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。輪郭で定義された領域は、定義領域５−１であり、定義領域５−１は患部５を含む。定義領域５−１は、治療計画データベースに格納される。
治療計画アルゴリズムは、治療計画データベース（定義領域５−１を含む）と治療データベースとに基づいて、治療線量情報（照射方向（ルート）毎のＸ線の治療線量、積算の治療線量）等を算出する。そして、ディスプレイに表示し、医師の確認を受ける。医師は、必要に応じて、照射方向やＸ線の吸収線量等を変化させて、所望の治療線量情報となるようにする。医師の確認後、治療線量情報は、治療計画データベースへ格納する。
【０１３８】
（４）ステップＳ３−４
図１５（ｃ）に示すように、システム制御装置８０の画像追尾アルゴリズムにより、画像輪郭抽出を行う。すなわち、実際の患部５の診断画像と定義された定義領域５−１の輪郭線とのパターンマッチングを行い、輪郭線５−２として表示する（後述）。そして、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。
画像追尾は、上記ステップＳ２−４により行われる。従って、上記ステップＳ２−１〜ステップＳ２−４が繰り返し行われる。ただし、この段階では、ステップＳ２−５〜ステップＳ２−６は行わない。
【０１３９】
（５）ステップＳ３−５
図１５（ｄ）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、Ｘ線ヘッドシステム８をＡＲＭＥＤ状態にする。Ｘ線ヘッドシステム８は、照準をクロスヘアラインで照射ボリュームを赤色でディスプレイ上に表示する。そして、画像追尾と同時に、Ｘ線ヘッド１０の追尾（首振り）も行われる。画像及びＸ線ヘッド１０による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５’の移動と共に自動的に追従する。
Ｘ線ヘッド１０の追尾（首振り）は、上記ステップＳ２−５により行われる。従って、上記ステップＳ２−１〜ステップＳ２−５が繰り返し行われる。ただし、この段階では治療用Ｘ線３ａの放出は行わないので、ステップＳ２−６は行わない。
【０１４０】
（６）ステップＳ３−６
図１５（ｅ）に示すように、医師のトリガ操作で治療用Ｘ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、ディスプレイ上ではカウントダウンが開始される。その一方で、１回の照射の照射時間（ステップＳ２−６：時間ｔ５〜ｔ６）も決まっている。従って、短時間（時間ｔ５〜ｔ６）の照射を繰り返す間に、カウントが減少する。そして、最終的にゼロになると治療用Ｘ線３ａは自動的に停止する。治療用Ｘ線３ａの治療線量は、電離箱１２６により検出され、治療管理アルゴリズムへ出力される。
治療用Ｘ線３ａの照射は、上記ステップＳ２−６により行われる。従って、上記ステップＳ２−１〜ステップＳ２−６が繰り返し行われる。
また、治療管理アルゴリズムにより、治療中にイメージャ信号処理装置３１、Ｘ線ヘッドシステム８、画像追尾アルゴリズム等から得られる照射実績情報（の全部又は一部）が、ディスプレイ上に継続的に表示される。医師は、この照射実績情報（の全部又は一部）を確認しながら、トリガを引きつづけて照射を継続する。照射実績情報は、トレンド記録データベースへ格納する。
システム制御装置８０は、診断画像のサンプリング（追尾）、及び、治療用Ｘ線３ａの照射を高速に交互に続け、画像追尾と治療用Ｘ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Ｘ線３ａは停止するので、安全性は充分に確保される。
【０１４１】
（７）ステップＳ３−７
図１５（ｆ）に示すように、医師はマスターアームスイッチをＳＡＦＥ位置として、システムを安全な状態にし、Ｘ線ヘッド１０を次の照射位置へ移動させる。
この段階では、上記ステップＳ２−１〜ステップＳ２−３により行われる。そして、ステップＳ２−４〜ステップＳ２−６は行わない。
医師は、各ポータルにおける照射終了時と、一連の照射終了時に、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。すなわち、治療管理アルゴリズムにより、トレンド記録データベースからデータを読出し、累積線量及び１クール内の累積線量分布を画面に表示する。治療に関するデータは、トレンド記録データベース内の、患者４毎に作成される治療ファイル（照射実績情報を含む）に記憶される。
【０１４２】
ここで、ステップＳ３−４における実際の患部５の診断画像と定義領域５−１の輪郭線とのパターンマッチングする方法について、更に説明する。
図１６は、患部５と定義領域５−１とパターンマッチングによる輪郭線５−２との関係を示す図である。図１６（ａ）は、患部５と定義領域５−１との関係を示し、図１６（ｂ）〜（ｅ）は、患部５と輪郭線５−２との関係を示す。
【０１４３】
（１）ステップＳ４−１
医師は、図１６（ａ）のように、ディスプレイに描画可能なタッチペンで、あるいは、マウスのようなポインタで描画ツールの要領でディスプレイ上に定義領域５−１を示す。
（２）ステップＳ４−２
治療計画アルゴリズムは、ディスプレイ上に描かれた定義領域５−１と、ディスプレイ上の診断画像とに基づいて、定義領域５−１内の診断画像を抽出する。そして、その診断画像の形状、座標、明度分布を把握する。又は、図１６（ｂ）に示すような定義領域５−１の所定の割合（例示９０％）を占める明度範囲の形状を抽出することにより、その診断画像の形状、座標、明度分布を把握する。
（３）ステップＳ４−３
治療計画アルゴリズムは、定義領域５−１の範囲の形状、又は、所定の割合を示す明度範囲の形状について、その重心を求める。そして、ディスプレイ上に「＋」で表示する。例えば、定義領域５−１（図１６（ａ））の重心は、図１６（ｃ）のようになる。所定の割合を示す明度範囲（図１６（ｂ））の重心は、図１６（ｄ）のようになる。なお、図１６（ｅ）のように、単に定義領域５−１の中心だけ示しても良い。
以上により、パターンマッチングを終了する。
【０１４４】
ディスプレイ上において、定義領域５−１の範囲、又は、所定の割合を示す明度範囲を示す明度範囲を特定の色で表示し、その他は他の色で表示するという２値化表示を行うことも可能である。定義領域５−１等が判別しやすくすることが出来る。
【０１４５】
ただし、明度分布の把握は、以下のように行う。
図１７は、診断画像における明度分布の一例を示すグラフである。縦軸は明度、横軸は診断画像の位置である。
診断画像の定義領域５−１における、明度は、グラフからＬ１〜Ｌ２の範囲となることがわかる。従って、定義領域５−１の明度範囲は、Ｌ１〜Ｌ２となる。
また、定義領域５−１の所定の割合（例示９０％）を占める明度範囲とは、明度範囲Ｌ１〜Ｌ２のうち、定義領域５−１の所定の割合（例示９０％）の面積を占めるように選択された連続する明度範囲Ｌ３〜Ｌ４である。この場合、Ｌ２＝Ｌ４となる。
なお、同じ明度を示す他の位置は、定義領域５−１から離れているので、認識しない。
【０１４６】
本実施の形態の治療装置によれば、画像処理を含めて０．０２秒以内に放射線照射ヘッド（Ｘ線ヘッド１０）を高速首振り動作させ、照射野（患部）の動きに対して追従させることができるので、高精度に放射線を照射（照射時間０．０１秒）することが出来る。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出来るようになる。
【０１４７】
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元に予めＸ線ＣＴやＭＲＩ等で照射野の位置決めが出来るようにしておく。あるいは、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、もしくは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出来るような工夫を行う。また、Ｘ線ＣＴやＰＥＴでは、リアルタイムイメージングのために、高速のリアルタイム画像再構成計算を行う。
【０１４８】
本発明の放射線治療装置では、放射線の照射治療中においても、Ｘ線ヘッド（放射線照射ヘッド）に連動して動作するリアルタイム・イメージャ（Ｘ線システム）により、リアルタイムに治療野の状態をモニタすることが可能となる。
【０１４９】
また、本発明の放射線治療装置では、リアルタイム・イメージャ（Ｘ線システム）のセンサアレイ（イメージディテクタ）が、Ｘ線ヘッド（放射線照射ヘッド）側にあり、その動きに連動する。そのため、センサアレイに対する治療用の放射線（Ｘ線）の影響をなくすことが可能となる。
【０１５０】
また、Ｘ線源−センサアレイのセットは、Ｘ線ヘッド１０に対して、固定された位置関係を有しているので、診断画像を取得する制御演算にかかる負担や、リアルタイム・イメージャの動作にかかる負担を大幅に低減することが出来る。
また、センサアレイは、Ｘ線ヘッド側に取り付けられているので、非常に強力なＸ線である治療用Ｘ線３ａがセンサアレイに入射することがない。
【０１５１】
更に、本発明の放射線治療装置では、Ｏ型ガントリを用いている。そのため、Ｘ線ヘッド（放射線照射ヘッド）は、８／９球殻の非常に広い範囲で移動することができ、治療野に対して所望の角度から照射を行うことが可能となる。また、Ｏ型ガントリは、構造的に安定で、強度が高い。そのため、装置の歪みやイナーシャ等の問題が非常に少なく、Ｘ線ヘッドの位置合わせや、放射線照射の照準合わせを正確に実施することが出来る。
【０１５２】
加えて、ジンバル機構により、放射線治療における治療野が移動する場合でも、広範囲の領域から迅速な照準合わせを行い、治療野を迅速に追従しながら放射線を照射することが可能となる。
【０１５３】
そして、本発明の放射線治療装置は、放射線の照射を正確に行うことが出来るので、治療効果を高めながら放射線の照射量を低減できる。すなわち、患者に対する負担を軽減することが可能となる。
【０１５４】
（実施例２）
本発明である放射線治療装置の第２の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
図１８〜図１９は、本発明である放射線治療装置の第１の実施の形態における構成を示す正面図である。図により、一部省略して表示している。座標２００は、図１８〜図１９におけるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する３次元直交座標を示す。
放射線治療装置６Ｂは、治療用ベッドシステム７、Ｘ線ヘッド１０、支持フレーム６７−１、支持フレーム６７−２、Ｃ型ガントリ８９、従動導波管系６１、マイクロ波発生装置２０、リアルタイム・イメージャ３０を備えている。
【０１５５】
Ｃ型ガントリ８９は、ヘッド周回移動機構３３、ガントリ回転機構７２、上部支持機構８２を含む。
Ｃ型ガントリ８９（本体）は、治療用ベッド７−２の周囲を囲むように設けられ、矩形形状の断面を有する管を円環の一部を除いたＣ型状である。ガントリ回転機構７２上に、水平面（ＸＹ平面）に対して直立するように設置されている。そして、円（一部を除いてＣ型になる前の円、以下「仮想円」ともいう）の中心が、アイソセンタ５ａとなるように治療用ベッド７−２及びＸ線ヘッド１０を配設する。
【０１５６】
ガントリ回転機構７２及び上部支持機構８２は、Ｃ型ガントリ８９を対象としている他は実施例１と同様である。
ヘッド周回移動機構３３は、図１８のＨ３に示すように、Ｘ線ヘッド１０をＣ型ガントリ８９（本体）に沿ってＣ型ガントリ８９（本体）上を周回移動させる。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出来る。
配線３２は、Ｘ線ヘッド１０、リアルタイム・イメージャ３０及びヘッド周回移動機構３３に用いる制御用、電源用等の配線である。
【０１５７】
Ｃ型ガントリ８９は、第１回転軸Ｊ１のまわりを、３４０°回転することが出来る。また、ヘッド周回移動機構３３により、Ｘ線ヘッド１０他（後述）は、アイソセンタ５ａを中心としてＣ型ガントリ８９に沿って２４０°回転することが出来る。すなわち、Ｘ線ヘッド１０他（後述）は、約三分の二球（２／３球殻）を描くように運動する。
Ｃ型ガントリ８９や、ヘッド周回移動機構３３、ガントリ回転機構７２、上部支持機構８２は、例えば、ステンレス鋼のように剛性の大きい材料で造られる。Ｃ型ガントリ８９（本体）は、幅２００〜４００ｍｍ、厚み１００〜２００ｍｍ、アイソセンタ５ａからの半径８００〜１０００ｍｍである。
【０１５８】
Ｘ線ヘッド１０は、照射野５’（患部５）に治療用Ｘ線３ａを照射する放射線照射ヘッドである。治療用Ｘ線３ａを出射する小型電子リニアックを備える。Ｃ型ガントリ８９にヘッド周回移動機構３３を介して移動可能に取り付けられている。支持フレーム１０２（第１首振り機構１３１（後述）及び第２首振り機構１３２（後述）を含む）を備える。
【０１５９】
リアルタイム・イメージャ３０は、患者４の治療野５に弱いファンビームＸ線である診断用Ｘ線３ｂを２方面（Ｘ線源３７Ａ、３７Ｂ）から照射して、その透過像を検出（センサアレイ３８Ａ、３８Ｂ）する。そして、検出されたデータを画像処理する（イメージャ信号処理装置３１）ことによりコンピュータ画面上に治療野５の３次元断層診断画像を表示させる。リアルタイム・イメージャ３０は、システム制御装置８０により制御される。リアルタイム・イメージャ３０は、通常のＸ線カメラを構成する２組のＸ線源３７Ａ、３７Ｂ及びセンサアレイ３８Ａ、３８Ｂのセット、それらのセットを保持する保持フレーム３５Ａ、３５Ｂ、保持フレーム３６Ａ、３６Ｂを具備する。
【０１６０】
保持フレーム３５Ａ及び保持フレーム３６Ａは、一端をＸ線ヘッド１０の支持フレーム１０２（又はその周辺部材）に固定的に保持され、他端でそれぞれＸ線源３７Ａ及びセンサアレイ３８Ａを保持している。同様に、保持フレーム３５Ｂ及び保持フレーム３６Ｂは、一端をＸ線ヘッド１０の支持フレーム１０２（又はその周辺部材）に固定的に保持され、他端でそれぞれＸ線源３７Ｂ及びセンサアレイ３８Ｂを保持している。そして、Ｘ線ヘッド１０の動きに連動して、Ｘ線源３７Ａ、３７Ｂ及びセンサアレイ３８Ａ、３８Ｂのセットを動かすことが出来る。保持フレーム３５Ａ、３５Ｂ、保持フレーム３６Ａ、３６Ｂは、例えば、ステンレス鋼のように剛性の大きい材料で造られる。
【０１６１】
センサアレイ３８Ａは、Ｊ１軸を含む仮想円に垂直な平面を境として、一方側のＸ線ヘッド１０の近傍に配置されている。これにより、センサアレイ３８Ａが、Ｘ線ヘッド１０の強力なＸ線の影響を受けずに済む。そして、そのセンサアレイ側平面の中央部からの垂線がアイソセンタ５ａを向き、その延長線上にＸ線源３７Ａが配置される。同様に、センサアレイ３８Ｂは、Ｊ１軸を含む仮想円に垂直な平面を境として、他方側のＸ線ヘッド１０の近傍に配置されている。これにより、センサアレイ３８Ｂが、Ｘ線ヘッド１０の強力なＸ線の影響を受けずに済む。そのセンサ側平面の中央部からの垂線がアイソセンタ５ａを向き、その延長線上にＸ線源３７Ｂが配置される。
【０１６２】
センサアレイ３８Ａ、３８Ｂは、患者４を透過した診断用Ｘ線３ｂを受信（受光）する。患者４が配置される診断用スペースを取り囲むアイソセンタ５ａを中心とする円の円周上に固定して配置され、多数の長高感度ＣｄＴｅセンサを備え、０．５ｍｍの分解能を有している。また、Ｘ線の照射時間は、１ショット当たり０．０１秒である。
【０１６３】
Ｘ線源３７Ａ、３７Ｂ及びセンサアレイ３８Ａ、３８Ｂの各々とアイソセンタ５ａとの距離は、Ｘ線ヘッド１０とアイソセンタ５ａとの距離よりも小さい。Ｘ線源及びセンサアレイが患部５に近いので、診断画像の画質が向上する。また、Ｘ線ヘッド１０の、Ｃ型ガントリ８９上での可動範囲を広くとることが出来る。
【０１６４】
センサアレイ３８Ａ表面の中央部からのアイソセンタ５ａを通る垂線と、センサアレイ３８Ｂ表面の中央部からのアイソセンタ５ａを通る垂線とが成す角は、２０°〜９０°であることが好ましい。より好ましくは、４０°〜６０°である。これは、Ｘ線ヘッド１０、Ｘ線源３７Ａ及びＸ線源３７Ｂが、相互に影響を及ぼし合わずに、それぞれが正確に動作し、十分な精度を有する診断画像も得られる条件に基づいて設定される。
【０１６５】
Ｘ線源３７Ａ及びＸ線源３７Ｂは、Ｊ１軸を含む仮想円に垂直な平面を挟んで互いに反対の側にある。センサアレイ３８Ａ及びアイソセンタ３８Ｂも、同様である。これにより、患者４の体内における各部位の動きを迅速かつ正確に把握することが出来る。
また、リアルタイム・イメージャ３０とＣ型ガントリ８９とは、機械的に密に結合されており、共通の座標基準を持つ。
【０１６６】
その他の機能及び構成については、実施例１のリアルタイム・イメージャ７４と同様であるので、その説明を省略する。
【０１６７】
上記の３軸の駆動（Ｉ３、Ｈ３）により、Ｘ線ヘッド１０は、アイソセンタ５ａを中心とする２／３球殻上でアイソセントリックな動き（Ｘ線ヘッド１０はアイソセンタ５ａを向く）が可能となる。更に、上記の２軸の駆動（Ｒ１、Ｒ２）により、Ｘ線ヘッド１０は、２／３球殻上で擬似的にノンアイソセントリックな動き（Ｘ線ヘッド１０はアイソセンタ５ａ周辺近傍の３次元の首振り領域５ｂ（図１８参照）内の所望の点を向く）が可能となる。この擬似ノンアイソセントリック動作は、Ｘ線ヘッド１０の慣性中心周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較して各段に素早い動きを行うことが出来る。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出来る。
【０１６８】
治療用ベッドシステム７、支持フレーム１０２、マイクロ波発生装置２０及び従動導波管系６１は、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
【０１６９】
また、図３及び図４におけるＸ線ヘッド１０、図５及び図６におけるＸ線ヘッド１０の２軸の首振り機構、図７〜図９における、ロータリＲＦカプラについては、実施例１で説明した通りなので、その説明を省略する。
【０１７０】
次に、本発明の放射線治療装置の実施の形態の制御システムについて説明する。
【０１７１】
図１０は、本発明の放射線治療装置の実施の形態の制御システムを示すブロック図である。
本実施例の制御システムは、治療用ベッドシステム７、Ｘ線ヘッドシステム８、リアルタイムイメージャ３０、イメージャ信号処理装置３１、マイクロ波発生装置２０、システム制御装置８０、システムユーティリティ９０を備える。実質的にはシステム制御装置８０が全体を統括して制御するシステム構成となる。
ただし、リアルタイムイメージャがリアルタイムイメージャ３０であること、Ｘ線ヘッドシステム８のアイソセントリック駆動機構にＣ型ガントリ８９、ヘッド周回移動機構３３、ガントリ回転機構７２を含んでいることを除くと、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
【０１７２】
次に、本発明である放射線治療装置の実施の形態の動作について、添付図面を参照して説明する。
【０１７３】
放射線治療装置の実施の形態の動作については、リアルタイムイメージャがリアルタイムイメージャ３０であること、Ｃ型ガントリ８９、ヘッド周回移動機構３３を用いている以外は、実施例１と同様（図１１〜図１７の説明を含む）であるので、その説明を省略する。
【０１７４】
本発明の放射線治療装置により、実施例１と同様の効果を得ることが可能となる。
【０１７５】
（実施例３）
次に、本発明である放射線治療装置の第３の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
図２０〜図２１は、本発明である放射線治療装置の第３の実施の形態における構成を示す正面図及び側面図である。図により、一部省略して表示している。座標２００は、図２０〜図２１におけるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する３次元直交座標を示す。
放射線治療装置６Ｃは、治療用ベッドシステム７、Ｘ線ヘッド１０、支持フレーム１０２、Ω型ガントリ９、従動導波管系１１、マイクロ波発生装置２０、支持台２９、リアルタイム・イメージャ３０を備えている。
【０１７６】
Ω型ガントリ９は、ガントリ傾動機構２８、ヘッド周回移動機構３３、配線３２とを含む。
Ω型ガントリ９は、治療用ベッド７−２より上半分の円弧状をなす半円リングを備え、治療用ベッド７−２を跨ぐように設けられている。ガントリ傾動軸２６は、半円の両端及び中心を結ぶＹ軸方向の軸であり、円の中心はアイソセンタ５ａと一致する。
【０１７７】
ガントリ傾動機構２８は、Ω型ガントリ９を傾動可能に支持している。ガントリ傾動機構２８は、Ω型ガントリ９をガントリ傾動軸２６の周りに、Ｚ軸正方向に直立する位置を０°として、＋６０°（Ｘ軸負方向に傾いた位置）〜−２１０°（Ｚ軸負方向に倒立する位置から更にＸ軸正方向に傾いた位置）の範囲内で、図２１のＧ１に示すように傾けることが出来る。すなわち、Ω型ガントリ９は、アイソセンタ５ａを中心とした四分の三球（３／４球殻）を描くように運動する。Ω型ガントリ９は、例えば、ステンレス鋼のように剛性の大きい材料で造られ、幅２００〜４００ｍｍ、厚み２０〜５０ｍｍ、アイソセンタ５ａからの半径８００〜１０００ｍｍである。
【０１７８】
ヘッド周回移動機構３３は、図２０のＨ１に示すように、Ｘ線ヘッド１０をΩ型ガントリ９に沿って、Ω型ガントリ９の半円弧上を周回移動させる。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出来る。
配線３２は、Ｘ線ヘッド１０、リアルタイム・イメージャ３０及び周回移動機構３３に用いる制御用、電源用等の配線である。
【０１７９】
上記の３軸の駆動（Ｇ１、Ｈ１）により、Ｘ線ヘッド１０は、アイソセンタ５ａを中心とする３／４球殻上でアイソセントリックな動き（Ｘ線ヘッド１０はアイソセンタ５ａを向く）が可能となる。更に、上記の２軸の駆動（Ｒ１、Ｒ２）により、Ｘ線ヘッド１０は、３／４球殻上で擬似的にノンアイソセントリックな動き（Ｘ線ヘッド１０はアイソセンタ５ａ周辺近傍の３次元の領域５ｂ（図２０参照）内の所望の点を向く）が可能となる。この擬似ノンアイソセントリック動作は、Ｘ線ヘッド１０の慣性中心周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較して各段に素早い動きを行うことが出来る。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出来る。
【０１８０】
従動導波管系１１は、マイクロ波発生装置２０で発生したマイクロ波を、Ｘ線ヘッド１０へ供給する導波路である。リンクアーム１２−１、関節部１４ａ、リンクアーム１２−２、関節部１４ｂ、リンクアーム１３、関節部１４ｃ、リンクアーム１５、関節部１６、Ｘ線ヘッド１０を互いに連結してリンク機構を形成している。関節部１４ａ、関節部１４ｂ、関節部１４ｃ、関節部１６は、Ｘ軸方向の軸の周りに回転可能である。なお、リンク先端のＸ線ヘッド１０は、ヘッド周回移動機構３３により、Ω型ガントリ９に沿ってスライドし、また、第１首振り機構１３１により関節部１６周りに首振りされる。
そして、関節部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び１６は、マイクロ波を軸回転で伝えるロータリＲＦカプラ５０（後述）を含む。リンクアーム１２−１、１２−２、１３及び１５は、導波管５１（後述）を含み、関節部１４ａ〜１４ｃ、１６により、電磁気的に連通している。マイクロ波発生装置２０で発生したマイクロ波は、関節部１４ａ−リンクアーム１２−関節部１４ｂ−リンクアーム１３−関節部１４ｃ−リンクアーム１５−関節部１６を介して、Ｘ線ヘッド１０へ供給される。
【０１８１】
治療用ベッドシステム７、支持フレーム１０２及びマイクロ波発生装置２０は、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
また、Ｘ線ヘッド１０及びリアルタイム・イメージャ３０は、実施例２と同様である。
【０１８２】
また、図３及び図４におけるＸ線ヘッド１０、図５及び図６におけるＸ線ヘッド１０の２軸の首振り機構、図７〜図９における、ロータリＲＦカプラについては、実施例１で説明した通りなので、その説明を省略する。
【０１８３】
次に、本発明の放射線治療装置の実施の形態の制御システムについて説明する。
【０１８４】
図１０は、本発明の放射線治療装置の実施の形態の制御システムを示すブロック図である。
本実施例の制御システムは、治療用ベッドシステム７、Ｘ線ヘッドシステム８、リアルタイムイメージャ３０、イメージャ信号処理装置３１、マイクロ波発生装置２０、システム制御装置８０、システムユーティリティ９０を備える。実質的にはシステム制御装置８０が全体を統括して制御するシステム構成となる。
ただし、Ｘ線ヘッドシステム８のアイソセントリック駆動機構にΩ型ガントリ９、ヘッド周回移動機構３３、ガントリ傾動機構２８を含んでいることを除くと、実施例２と同様であるので、その説明を省略する。
【０１８５】
次に、本発明である放射線治療装置の実施の形態の動作について、添付図面を参照して説明する。
【０１８６】
放射線治療装置の実施の形態の動作については、Ω型ガントリ９、ガントリ傾動機構２８を用いている以外は、実施例２と同様（図１１〜図１７の説明を含む）であるので、その説明を省略する。
【０１８７】
本発明の放射線治療装置により、実施例２と同様の効果を得ることが可能となる。
【０１８８】
（実施例４）
次に、本発明である放射線治療装置の第４の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
図２２は、本発明である放射線治療装置の第４の実施の形態における構成を示す斜視図である。図により、一部省略して表示している。座標２００は、図２２におけるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する３次元直交座標を示す。
放射線治療装置６Ｄは、治療用ベッドシステム７、Ｘ線ヘッド１０、支持フレーム１０２、Ω型ガントリ９、従動導波管系１１（図示されず）、マイクロ波発生装置２０（図示されず）、支持台２９、リアルタイム・イメージャ３０’を備えている。
本実施の形態の構成は、リアルタイム・イメージャ３０’が異なる以外は、実施例３と同様である。
【０１８９】
このリアルタイム・イメージャ３０’は、回転駆動機構３９、保持フレーム３５Ａ’、３５Ｂ’、保持フレーム３６Ａ’、３６Ｂ’、通常のＸ線カメラを構成する２組のＸ線源３７Ａ’、３７Ｂ’及びセンサアレイ３８Ａ’、３８Ｂ’のセットを具備する。
【０１９０】
保持フレーム３５Ａ’、３５Ｂ’は、それぞれ、その一端をＸ線源３７Ａ’、３７Ｂ’に、他端を回転駆動機構３９に接続している。同様に、保持フレーム３６Ａ’、３６Ｂ’は、それぞれ、その一端をセンサアレイ３８Ａ’、３８Ｂ’に、他端を回転駆動機構３９に接続している。
【０１９１】
センサアレイ３８Ａ’は、Ｘ線ヘッド１０のＹ軸方向の一方側の近傍に配置されている。そのセンサ側平面の中央部からの垂線がアイソセンタ５ａを向き、その延長線上にＸ線源３７Ａ’が配置される。同様に、センサアレイ３８Ｂ’は、Ｘ線ヘッド１０のＹ軸方向の他方側の近傍に配置されている。そのセンサ側平面の中央部からの垂線がアイソセンタ５ａを向き、その延長線上にＸ線源３７Ｂ’が配置される。
【０１９２】
回転駆動機構３９は、２組のＸ線源３７Ａ’、３７Ｂ’及び、センサアレイ３８Ａ’、３８Ｂ’のセットが所望の位置に来るように、アイソセンタ５ａを通りＸ軸と平行なリアルタイム・イメージャ回転軸Ｑを中心として保持フレーム３５Ａ’、３５Ｂ’及び保持フレーム３６Ａ’、３６Ｂ’を回転する。その際、２組のＸ線源３７Ａ’、３７Ｂ’及び、センサアレイ３８Ａ’、３８Ｂ’のセットが、Ｘ線ヘッド１０の動作の邪魔にならないように、Ｘ線ヘッド１０の動作に連動して、保持フレーム３５Ａ’、３５Ｂ’及び保持フレーム３６Ａ’、３６Ｂ’を回転する。
【０１９３】
２組のＸ線源３７Ａ’、３７Ｂ’及び、３８Ｂ’のセットは、互いに所定の角度を保持するように制御される。所定の角度は、センサアレイ３８Ａ’又はセンサアレイ３８Ｂ’−アイソセンタ５ａ−Ｘ線ヘッド１０の成す角は、６０度〜２０度である。より好ましくは、４５度〜３０度である。これは、Ｘ線ヘッド１０、Ｘ線源３７Ａ’及びＸ線源３７Ｂ’が、相互に影響を及ぼし合わずに、それぞれが正確に動作し、十分な精度を有する診断画像も得られる条件に基づいて設定される。
ただし、２組のＸ線源３７Ａ’、３７Ｂ’及び、センサアレイ３８Ａ’、３８Ｂ’のセットは、Ｘ線源−センサアレイのセットの目視線は互いに一致しないようにすれば、それぞれ独立に位置の制御を行っても良い。
【０１９４】
その他のリアルタイム・イメージャ３０’の構成及び動作は、リアルタイムイメージャ３０と同様であるので、その説明を省略する。
【０１９５】
本実施の形態の構成は、リアルタイム・イメージャ３０’が異なる以外は実施例３と同様であるので、その他の構成については、その説明を省略する。
【０１９６】
本実施の形態の動作は、リアルタイム・イメージャ３０’が異なる以外は、実施例３と同様である。従って、その説明を省略する。
【０１９７】
本発明の放射線治療装置により、実施例３と同様の効果を得ることが可能となる。
また、Ｘ線源−センサアレイのセットは、Ｘ線ヘッドとは別の機構に取り付けられているので、ガントリやＸ線ヘッドに対する負担が少ない。
【０１９８】
（実施例５）
本発明である放射線治療装置の第５の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
図２３は、本発明である放射線治療装置の第５の実施の形態における構成を示す斜視図である。図により、一部省略して表示している。座標２００は、図２３におけるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する３次元直交座標を示す。
放射線治療装置６Ｅは、治療用ベッドシステム７、Ｘ線ヘッド１０、支持フレーム１０２、Ω型ガントリ９、従動導波管系１１（図示されず）、マイクロ波発生装置２０（図示されず）、支持台２９、リアルタイム・イメージャ３０’を備えている。
本実施の形態の構成は、リアルタイム・イメージャ３０’’が異なる以外は、実施例３と同様である。
【０１９９】
Ω型ガントリ９は、ガントリ傾動機構２８、ヘッド周回移動機構３３、配線３２とを含む。
ガントリ傾動機構２８は、Ω型ガントリ９を傾動可能に支持している。ガントリ傾動機構２８は、Ω型ガントリ９をガントリ傾動軸２６の周りに、Ｚ軸正方向に直立する位置を０°として、０°〜−９０°（Ｚ軸負方向に倒立する位置から更にＸ軸正方向に傾いた位置）の範囲内で、図２３のＧ１’に示すように傾けることが出来る。すなわち、Ω型ガントリ９は、アイソセンタ５ａを中心とした四分の一球（１／４球殻）を描くように運動する。Ω型ガントリ９は、例えば、ステンレス鋼のように剛性の大きい材料で造られ、幅２００〜４００ｍｍ、厚み２０〜５０ｍｍ、アイソセンタ５ａからの半径８００〜１０００ｍｍである。
【０２００】
ヘッド周回移動機構３３及び配線３２は、実施例４と同様であるのでその説明を省略する。
【０２０１】
上記の３軸の駆動（Ｇ１’、Ｈ１）により、Ｘ線ヘッド１０は、アイソセンタ５ａを中心とする１／４球殻上でアイソセントリックな動き（Ｘ線ヘッド１０はアイソセンタ５ａを向く）が可能となる。更に、上記の２軸の駆動（Ｒ１、Ｒ２）により、Ｘ線ヘッド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（Ｘ線ヘッド１０はアイソセンタ５ａ周辺近傍の３次元の領域５ｂ（図２３参照）内の所望の点を向く）が可能となる。この擬似ノンアイソセントリック動作は、Ｘ線ヘッド１０の慣性中心周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較して各段に素早い動きを行うことが出来る。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出来る。
【０２０２】
このリアルタイム・イメージャ３０’’は、回転駆動機構３９Ａ’’−１、３９Ａ’’−２、３９Ｂ’’−１及び３９Ｂ’’−２と、それらの各々に搭載されたＸ線源３７Ａ’’−１、Ｘ線源３７Ａ’’−２、３７Ｂ’’−１及び３７Ｂ’’−２、保持フレーム３６Ａ’’、３６Ｂ’’、センサアレイ３８Ａ’’、３８Ｂ’’を具備する。
【０２０３】
保持フレーム３６Ａ’’、３６Ｂ’’は、それぞれ、その一端をＸ線ヘッド１０の支持フレーム１０２に、他端をそれぞれセンサアレイ３８Ａ’’、３８Ｂ’’に接続している。すなわち、保持フレーム３６Ａ’’、３６Ｂ’’は、センサアレイ３８Ａ’’、３８Ｂ’’をＸ線ヘッド１０に固定し、Ｘ線ヘッド１０に連動させる。センサアレイ９８Ａ又はセンサアレイ９８Ｂ−アイソセンタ５ａ−Ｘ線ヘッド１０の成す角は、９０度〜２０度である。より好ましくは、６０度〜３０度である。
【０２０４】
センサアレイ３８Ａ’’は、Ｘ線ヘッド１０のＹ軸方向の一方側の近傍に配置されている。そのセンサ側平面の中央部からの垂線がアイソセンタ５ａを向いている。同様に、センサアレイ３８Ｂ’は、Ｘ線ヘッド１０のＹ軸方向の他方側の近傍に配置されている。そのセンサ側平面の中央部からの垂線がアイソセンタ５ａを向いている。
【０２０５】
回転駆動機構３９Ａ’’−１、３９Ａ’’−２、３９Ｂ’’−１及び３９Ｂ’’−２は、床面に設けられている。それらの各々に搭載されたＸ線源３７Ａ’’−１、Ａ’’−２、３７Ｂ’’−１及び３７Ｂ’’−２から照射される診断用Ｘ線３ｂの向きを、所定のセンサアレイ３８Ａ’又は３８Ｂ’の向きとするように各Ｘ線源の姿勢を制御する。
【０２０６】
Ｘ線源３７Ａ’’−１、Ａ’’−２、３７Ｂ’’−１及び３７Ｂ’’−２の各々は、回転駆動機構３９Ａ’’−１、３９Ａ’’−２、３９Ｂ’’−１及び３９Ｂ’’−２上に設けられている。システム制御装置８０により、Ｘ線ヘッド１０の位置に基づいて、複数用意されたＸ線源（図２３では、Ｘ線源３７Ａ’’−１、Ａ’’−２、３７Ｂ’’−１及び３７Ｂ’’−２の４個）から最適な２つが選択される。ここで、最適な２つは、診断用Ｘ線３ｂが患部５を含むその周辺領域（アイソセンタ５ａ近傍）へ照射され、その透過Ｘ線がセンサアレイに達する、という条件を満たすものである。この最適なＸ線源の選択は、治療用Ｘ線３ａのポータル（照射方向）を変更する毎に行う（追尾動作においては、行わない）。また、選択された２組のＸ線源−センサアレイのセットは、その目視線は互いに一致しないように制御を行う。
【０２０７】
その他のリアルタイム・イメージャ３０’の構成及び動作は、リアルタイムイメージャ３０と同様であるので、その説明を省略する。
【０２０８】
本実施の形態の構成は、リアルタイム・イメージャ３０’が異なる以外は実施例３と同様であるので、その他の構成については、その説明を省略する。
【０２０９】
本実施の形態の動作は、リアルタイム・イメージャ３０’が異なる以外は、実施例３と同様である。従って、その説明を省略する。
【０２１０】
本発明の放射線治療装置により、実施例３と同様の効果を得ることが可能となる。
また、Ｘ線源−センサアレイのセットは、Ｘ線ヘッドとは別の機構に取り付けられているので、ガントリやＸ線ヘッドに対する負担が少ない。
【０２１１】
本発明によれば、放射線ヘッド部全体のアイソセントリックな動きに加えて、ヘッド部自体をその慣性中心等の適当な回転中心の周りに１軸または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のものが得られる。また、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。
【０２１２】
本発明によれば、非磁気型の精密検査装置により、治療野を確認しながら放射線の照射位置及び照射時間等の条件を高精度に制御することが出来る。このため、臓器自体に動きが無い頭部の治療に適用できることは勿論、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出来、放射線治療分野において、その用途を拡大することが可能となる。
【０２１３】
本発明によれば、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・高剛性の放射線ヘッド支持構造を採用することが出来、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、所要の効率的な治療が可能と成る。
【０２１４】
ノンアイソセントリックな照射治療に所要の自由度を遥かに越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。すなわち、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放射線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、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。
【０２１５】
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ていたが、本発明によれば、通常のＸ線カメラやＸ線ＣＴ、ＰＥＴ、ＤＳＡ等のイメージャで、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。
【０２１６】
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。
【０２１７】
本発明の実施の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・信頼性に優れた放射線治療が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０２１８】
【図１】本発明である放射線治療装置の第１の実施の形態における構成を示す正面図である。
【図２】本発明である放射線治療装置の第１の実施の形態における構成を示す側面図である。
【図３】本発明である放射線治療装置に適用されるＸ線ヘッドの構成を示す図である。ただし、（ａ）全体図、（ｂ）（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）（ａ）のＢＢ断面図である。
【図４】図３（ｃ）の電子銃及び加速管近傍の拡大図である。
【図５】支持フレームに支持されたＸ線ヘッドを示す斜視図である。
【図６】支持フレームの２軸の首振り機構の構成を示す図である。ただし、（ａ）全体、（ｂ）Ｓ１首振り駆動用サーボモータ、（ｃ）、関節部、（ｄ）Ｓ２首振り駆動用サーボモータ、（ｅ）ロータリＲＦカプラである。
【図７】ロータリＲＦカプラを内部に有する関節部の構成を示す図である。
【図８】図７で示すロータリＲＦカプラの構成の詳細を示す斜視図である。
【図９】（ａ）図９のロータリＲＦカプラの詳細を示す断面図である。（ｂ）ロータリＲＦカプラ内のマイクロ波のモードの一例を示す。
【図１０】本発明である放射線治療装置の実施の形態の制御システムを示すブロック図である。
【図１１】本発明である放射線治療装置の実施の形態の動作におけるタイミングチャートである。ただし、（ａ）診断画像を処理する動作のタイミング、（ｂ）処理後の診断画像に基づく画像追尾計算及びＸ線ヘッドの首振り動作のタイミング、（ｃ）治療Ｘ線の照射のタイミングである。
【図１２】Ｘ線ヘッドによる放射線治療の様子を示す斜視図である。
【図１３】Ｘ線ヘッドを首振りしながら治療Ｘ線を照射する様子を説明する図であり、図１２におけるＡ−Ａ断面を示す。
【図１４】Ｘ線ヘッドを首振りしながら治療Ｘ線を照射する様子を説明する図であり、図１２におけるＢ−Ｂ断面を示す。
【図１５】（ａ）〜（ｆ）擬似ノンアイソセントリックな治療の手順をディスプレイの表示で示すフロー図である。
【図１６】患部と定義領域とパターンマッチングによる輪郭線との関係を示す図である。ただし、（ａ）患部と定義領域との関係、（ｂ）〜（ｅ）患部と輪郭線との関係を示す。
【図１７】診断画像における明度分布の一例を示すグラフである。
【図１８】本発明である放射線治療装置の第２の実施の形態における構成を示す正面図である。
【図１９】本発明である放射線治療装置の第２の実施の形態における構成を示す側面図である。
【図２０】本発明である放射線治療装置の第３の実施の形態における構成を示す正面図である。
【図２１】本発明である放射線治療装置の第３の実施の形態における構成を示す側面図である。
【図２２】本発明である放射線治療装置の第４の実施の形態の構成を示す斜視図である。
【図２３】本発明である放射線治療装置の第５の実施の形態の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０２１９】
２、２ａ、２ｂ 電気力線
３ａ 治療用Ｘ線
３ｂ 診断用Ｘ線
４ 患者
５ 患部
５’ 照射野
５−１ 定義領域
５−２（ａ，ｂ，ｃ） 輪郭線
５ａ アイソセンタ
５ｂ 首振り領域
６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ 放射線治療装置
７ 治療用ベッドシステム
７−１ ベッド駆動システム
７−２ 治療用ベッド
７−３ 患者固定装置
８ Ｘ線ヘッドシステム
９ Ω型ガントリ
１０ Ｘ線ヘッド
１１、６１、 従動導波管系
１２、１３、１５、６２（−１〜２）、６３、６５ リンクアーム
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１６、６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６６ 関節部
２０ マイクロ波発生装置
２１ サーキュレータ
２２ ダミーロード
２６ ガントリ傾動軸
２８ ガントリ傾動機構
２９ 支持台
３０（’、’’）、７４ リアルタイム・イメージャ
３１ イメージャ信号処理装置
３２ 配線
３３ ヘッド周回移動機構
３５Ａ（’、’’）、３５Ｂ（’、’’）、３６Ａ（’、’’）、３６Ｂ（
’、’’）、７６Ａ、７６Ｂ 保持フレーム
３７Ａ（’）、３７Ｂ（’）、３７Ａ’’−１〜２、３７Ｂ’’−１〜２、
７７Ａ、７７Ｂ Ｘ線源
３８Ａ（’、’’）、３８Ｂ（’、’’）、７８Ａ、７８Ｂ センサアレ
イ
３９、３９Ａ’’−１〜２、３９Ｂ’’−１〜２ 回転駆動機構
５０、５０Ａ，５０Ｂ ロータリＲＦカプラ
５１ 導波管
５２ ＲＦ窓
５３、５４ フランジ継手
５５ａ、５５ｂ 導波路
５６、５７ 回転部材
５８ 軸受け
５９ λ／４波長チョーク
６７、６７−１、６７−２ 支持フレーム
６６ 関節部
６８（−１〜２） 保持部
６９ Ｏ型ガントリ
７０ リング周回移動機構
７１、７１−１、７１−２ Ｏ型駆動リング
７２ ガントリ回転機構
７２−１ 基礎部
７２−２ 回転部
７２−３ 駆動部
７３ ガントリ回転機構
７５ 保護板
７６、７６Ａ、７６Ｂ 保持フレーム
７７、７７Ａ、７７Ｂ Ｘ線源
７８、７８Ａ、７８Ｂ センサアレイ
８０ システム制御装置
８２ 上部支持機構
８２−１ 基礎部
８２−２ 回転部
８９ Ｃ型ガントリ
９０ システムユーティリティ
９５ 回転駆動機構
９９ 回転ドラム（治療用ガントリ）
１０１ ヘッドカバー
１０２ 支持フレーム
１０２ａ ブラケット
１０３ 絶縁ガラス
１０４ 電子銃
１０５ カソード
１０６ アノード
１０７、１０８ 排気管
１０９ バンチャ空洞
１１０ 加速管
１１１ａ サイドカップルキャビティ
１１１ｂ 加速空洞
１１１ｃ 中央孔
１１２ イオンポンプ
１１４ 高圧接続端子
１１６ 電気回路／冷却水回路
１１９ ターゲット排気室
１２０ 出射部
１２１ ターゲット
１２２ 冷却板
１２３ 一次コリメータ
１２４ フラットニングフィルタ
１２５ 二次コリメータ
１２６ 電離箱
１３１ 第１首振り機構
１３１ａ 駆動軸
１３１ｂ Ｓ１首振り駆動用サーボモータ
１３２ 第２首振り機構
１３２ａ 駆動軸
１３２ｂ Ｓ２首振り駆動用サーボモータ
１３３ 軸受け
２００ 座標
Ｓ１ 第１首振り軸
Ｓ２ 第２首振り軸
Ｒ１ 第１首振り方向
Ｒ２ 第２首振り方向
Ｊ１ 第１回転軸
Ｊ２ 第２回転軸
Ｉ１ Ｏ型ガントリ回転方向
Ｉ２ Ｏ型駆動リング回転方向
Ｉ３ Ｃ型ガントリ回転方向
Ｇ１ アークガイドレール移動方向
Ｈ１、Ｈ３ Ｘ線ヘッド移動方向
Ｑ リアルタイム・イメージャ回転軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｏ型ガントリと、
前記Ｏ型ガントリに移動可能に設けられ、被検体の治療野へ治療用放射線を照射する放射線照射ヘッドと、
前記Ｏ型ガントリに移動可能に設けられ、前記被検体の前記治療野に診断用Ｘ線を照射するＸ線源と、
前記Ｏ型ガントリに移動可能に設けられ、前記被検体を透過した前記診断用Ｘ線の透過Ｘ線を検出して、診断画像データとして出力するセンサアレイと
を具備し、
前記センサアレイは、前記放射線照射ヘッドを挟んで対象な位置に設けられ、前記Ｏ型ガントリ上を前記放射線照射ヘッドの移動に連動して動き、
前記Ｘ線源は、前記センサアレイの動きに連動して動く
放射線治療装置。
【請求項２】
前記放射線ヘッドと前記Ｘ線源と前記センサアレイとは、前記Ｏ型ガントリの環の内側に設けられている
請求項１に記載の放射線治療装置。
【請求項３】
前記センサアレイは、前記放射線照射ヘッドの近傍に設けられている
請求項１又は２に記載の放射線治療装置。
【請求項４】
前記センサアレイは、前記放射線照射ヘッドを挟んで両側に設けられている
請求項３に記載の放射線治療装置。
【請求項５】
前記放射線照射ヘッドを前記Ｏ型ガントリに沿って移動させるヘッド周回移動機構を更に具備する
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の放射線治療装置。
【請求項６】
前記Ｘ線源及び前記センサアレイの各々とアイソセンタとの距離は、前記放射線照射ヘッドとアイソセンタとの距離よりも小さい
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の放射線治療装置。
【請求項７】
前記Ｘ線源と前記センサアレイとが、アイソセンタに対して対称の位置にある
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の放射線治療装置。
【請求項８】
制御部と、
前記診断画像データに基づいて、前記治療野の前記診断画像を生成する画像処理部と
を更に具備し、
前記放射線照射ヘッドは、前記Ｏ型ガントリに移動可能に接続され、前記放射線照射ヘッドから出射される前記治療用放射線が、前記治療野の動きに追従するように前記放射線照射ヘッドを首振りさせるヘッド首振り機構を備え、
前記制御部は、前記診断画像と、前記放射線照射ヘッドの位置と、前記放射線照射ヘッドの首振り状態とに基づいて、前記放射線照射ヘッドの照射野が前記治療野を追尾するように、前記ヘッド首振り機構の位置制御を行い、前記ヘッド首振り機構の位置制御後に、前記放射線照射ヘッドから前記治療用放射線を照射するように前記放射線照射ヘッドの制御を行う
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の放射線治療装置。
【請求項９】
前記制御部は、
前記治療野を示す前記診断画像上の予め指定された画像パターンに基づいて、
前記診断画像内の前記治療野の座標としての第１座標を算出し、
前記放射線照射ヘッドの位置と前記放射線照射ヘッドの首振り状態とに基づいて、前記照射野の座標としての第２座標を算出し、
前記第１座標と前記第２座標とに基づいて、前記照射野へ前記治療野が含まれるように、前記ヘッド首振り機構の位置制御を行う
請求項８に記載の放射線治療装置。
【請求項１０】
前記制御部は、所定の時間間隔毎に、前記ヘッド首振り機構の位置制御及び前記放射線照射ヘッドの制御を行う
請求項８又は９に記載の放射線治療装置。
【請求項１１】
前記ヘッド首振り機構は、前記放射線照射ヘッドを互いに直交する二つの軸の各々の周りで首振りさせる
請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の放射線治療装置。
【請求項１２】
前記Ｏ型ガントリを、鉛直軸の周りに回転するガントリ回転機構を更に具備する
請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の放射線治療装置。
【請求項１３】
前記Ｏ型ガントリが、Ｃ型ガントリ、Ω型ガントリ、Ｌ型ガントリのいずれか一つに置き換えられている
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の放射線治療装置。
【請求項１４】
マイクロ波を発生するマイクロ波発生装置と、
一端を前記マイクロ波発生装置に、他端を前記放射線照射ヘッドに接続し、前記マイクロ波を前記放射線照射ヘッドへ導波する導波路と
を更に具備する
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の放射線治療装置。
【請求項１５】
前記マイクロ波は、Ｃバンドに属し、
前記放射線照射ヘッドは、前記マイクロ波で電子線を加速する加速管を備える
請求項１４に記載の放射線治療装置。
【請求項１６】
前記マイクロ波は、Ｘバンドに属し、
前記放射線照射ヘッドは、前記マイクロ波で電子線を加速する加速管を備える
請求項１４に記載の放射線治療装置。
【請求項１】
Ｏ型ガントリと、
前記Ｏ型ガントリに移動可能に設けられ、被検体の治療野へ治療用放射線を照射する放射線照射ヘッドと、
前記Ｏ型ガントリに移動可能に設けられ、前記被検体の前記治療野に診断用Ｘ線を照射するＸ線源と、
前記Ｏ型ガントリに移動可能に設けられ、前記被検体を透過した前記診断用Ｘ線の透過Ｘ線を検出して、診断画像データとして出力するセンサアレイと
を具備し、
前記センサアレイは、前記放射線照射ヘッドを挟んで対象な位置に設けられ、前記Ｏ型ガントリ上を前記放射線照射ヘッドの移動に連動して動き、
前記Ｘ線源は、前記センサアレイの動きに連動して動く
放射線治療装置。
【請求項２】
前記放射線ヘッドと前記Ｘ線源と前記センサアレイとは、前記Ｏ型ガントリの環の内側に設けられている
請求項１に記載の放射線治療装置。
【請求項３】
前記センサアレイは、前記放射線照射ヘッドの近傍に設けられている
請求項１又は２に記載の放射線治療装置。
【請求項４】
前記センサアレイは、前記放射線照射ヘッドを挟んで両側に設けられている
請求項３に記載の放射線治療装置。
【請求項５】
前記放射線照射ヘッドを前記Ｏ型ガントリに沿って移動させるヘッド周回移動機構を更に具備する
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の放射線治療装置。
【請求項６】
前記Ｘ線源及び前記センサアレイの各々とアイソセンタとの距離は、前記放射線照射ヘッドとアイソセンタとの距離よりも小さい
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の放射線治療装置。
【請求項７】
前記Ｘ線源と前記センサアレイとが、アイソセンタに対して対称の位置にある
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の放射線治療装置。
【請求項８】
制御部と、
前記診断画像データに基づいて、前記治療野の前記診断画像を生成する画像処理部と
を更に具備し、
前記放射線照射ヘッドは、前記Ｏ型ガントリに移動可能に接続され、前記放射線照射ヘッドから出射される前記治療用放射線が、前記治療野の動きに追従するように前記放射線照射ヘッドを首振りさせるヘッド首振り機構を備え、
前記制御部は、前記診断画像と、前記放射線照射ヘッドの位置と、前記放射線照射ヘッドの首振り状態とに基づいて、前記放射線照射ヘッドの照射野が前記治療野を追尾するように、前記ヘッド首振り機構の位置制御を行い、前記ヘッド首振り機構の位置制御後に、前記放射線照射ヘッドから前記治療用放射線を照射するように前記放射線照射ヘッドの制御を行う
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の放射線治療装置。
【請求項９】
前記制御部は、
前記治療野を示す前記診断画像上の予め指定された画像パターンに基づいて、
前記診断画像内の前記治療野の座標としての第１座標を算出し、
前記放射線照射ヘッドの位置と前記放射線照射ヘッドの首振り状態とに基づいて、前記照射野の座標としての第２座標を算出し、
前記第１座標と前記第２座標とに基づいて、前記照射野へ前記治療野が含まれるように、前記ヘッド首振り機構の位置制御を行う
請求項８に記載の放射線治療装置。
【請求項１０】
前記制御部は、所定の時間間隔毎に、前記ヘッド首振り機構の位置制御及び前記放射線照射ヘッドの制御を行う
請求項８又は９に記載の放射線治療装置。
【請求項１１】
前記ヘッド首振り機構は、前記放射線照射ヘッドを互いに直交する二つの軸の各々の周りで首振りさせる
請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の放射線治療装置。
【請求項１２】
前記Ｏ型ガントリを、鉛直軸の周りに回転するガントリ回転機構を更に具備する
請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の放射線治療装置。
【請求項１３】
前記Ｏ型ガントリが、Ｃ型ガントリ、Ω型ガントリ、Ｌ型ガントリのいずれか一つに置き換えられている
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の放射線治療装置。
【請求項１４】
マイクロ波を発生するマイクロ波発生装置と、
一端を前記マイクロ波発生装置に、他端を前記放射線照射ヘッドに接続し、前記マイクロ波を前記放射線照射ヘッドへ導波する導波路と
を更に具備する
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の放射線治療装置。
【請求項１５】
前記マイクロ波は、Ｃバンドに属し、
前記放射線照射ヘッドは、前記マイクロ波で電子線を加速する加速管を備える
請求項１４に記載の放射線治療装置。
【請求項１６】
前記マイクロ波は、Ｘバンドに属し、
前記放射線照射ヘッドは、前記マイクロ波で電子線を加速する加速管を備える
請求項１４に記載の放射線治療装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２００６−２１０４６（Ｐ２００６−２１０４６Ａ）
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１９６６５０（Ｐ２００５−１９６６５０）
【出願日】平成１７年７月５日（２００５．７．５）
【分割の表示】特願２００２−２６６１３３（Ｐ２００２−２６６１３３）の分割
【原出願日】平成１４年９月１１日（２００２．９．１１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月５日（２００５．７．５）
【分割の表示】特願２００２−２６６１３３（Ｐ２００２−２６６１３３）の分割
【原出願日】平成１４年９月１１日（２００２．９．１１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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