放射線治療装置
【課題】患部の変動に追従して照射範囲を制御することができる具体的構成を実現し、これによって照射精度を高めることができる放射線治療装置を提供する。
【解決手段】患者３の患部３ａに例えばイオンビームを照射する粒子線治療装置１において、ビーム発生装置４と、患者コリメータ２３、患者ボーラス２４、これら患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４を移動させる駆動装置２６を有し、ビーム発生装置４からのイオンビームを患部３ａ形状に形成して照射する照射野形成装置６と、患部３ａの変動を検出する患部検出装置７と、この患部検出装置７の検出結果に応じて照射野形成装置６の駆動装置２６を駆動制御する制御システム８とを備える。
【解決手段】患者３の患部３ａに例えばイオンビームを照射する粒子線治療装置１において、ビーム発生装置４と、患者コリメータ２３、患者ボーラス２４、これら患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４を移動させる駆動装置２６を有し、ビーム発生装置４からのイオンビームを患部３ａ形状に形成して照射する照射野形成装置６と、患部３ａの変動を検出する患部検出装置７と、この患部検出装置７の検出結果に応じて照射野形成装置６の駆動装置２６を駆動制御する制御システム８とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、患者の患部に放射線を照射して治療を施す放射線治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
患者の患部に放射線（例えば陽子線や重粒子線等のイオンビームまたはＸ線等）を照射して治療を施す放射線治療装置が知られている。例えばイオンビームを照射する粒子線治療装置は、ビーム発生装置と、このビーム発生装置で発生したイオンビームを輸送するビーム輸送系と、このビーム輸送系に接続された照射野形成装置とを備えている。ビーム発生装置は、シンクロトロン等の加速器でイオンビームを加速して設定エネルギー（例えば２５０ＭｅＶ）まで高めた後、ビーム輸送系に出射する。照射野形成装置は、回転ガントリーによって照射方向が決められ、ビーム輸送系からのイオンビームを患部形状に形成して照射する。
【０００３】
粒子線治療の計画段階においては、患者の患部を例えばＸ線ＣＴ装置等の画像診断装置によって得られるＣＴ画像から計測し、これに基づいてイオンビームの照射条件（照射方向、照射範囲、及び照射時間等）を計画する。このとき重要なのは、患者の正常組織への照射を極力抑えつつ、患部組織に大きな線量を集中させることである。ところが、患者の呼吸運動等の体動によって、患部の位置や形状が変化することがしばしある。
【０００４】
そこで、放射線治療の高精度化を目的として、患者の呼吸運動等の体動によって生じる患部の回転や位置変化を検出する検出装置が提唱されている（例えば、特許文献１参照）。この検出装置は、体内の患部に例えば３つの角速度検出器を設け、これら角速度検出器からの検出信号を受信する受信器を体外に設け、この受信器で受信した検出信号に基づいて患部の回転変位（回転角度）を演算する。また、体内の患部に例えば１つの送信器を設け、この送信器からの波動信号を受信して送信する例えば４つの送受信器を体表面に設け、これら送受信器からの波動信号をそれぞれ受信する例えば４つの受信器を体外に設け、これら受信器で受信した波動信号に基づいて患部に設けた送信器の位置変化を演算する。そして、演算した送信器の位置変化から患部の回転変位を差し引き、患部の平行移動による変位を演算する。このようにして得られた患部の回転や位置変化等に基づいて放射線の照射条件を決定し、これに基づいて加速器のエネルギー、照射範囲の大きさ、回転ガントリーの位置・方向、及び治療ベットの位置・方向を制御する。
【０００５】
【特許文献１】特許第３３０４４４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術には以下のような課題が存在する。
すなわち、上記特許文献１記載の従来技術においては、患部に角速度検出器や送信器等を設けて患部の変動（時間的な位置変化）を検出する検出装置が開示されているものの、この検出装置の検出結果に対応して放射線の照射範囲を制御する具体的な構成が明示されていない。
【０００７】
本発明は、上記の事柄に基づいてなされたものであり、その目的は、患部の変動に追従して放射線の照射範囲を制御することができる具体的構成を実現し、これによって照射精度を高めることができる放射線治療装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、患者の患部に放射線を照射する放射線治療装置において、放射線発生装置と、コリメータ及びこのコリメータを移動させる駆動装置を有し、前記放射線発生装置からの放射線を患部形状に形成して照射する照射野形成装置と、患部の変動を検出する患部検出手段と、前記患部検出手段の検出結果に応じて前記照射野形成装置の駆動装置を駆動制御する制御手段とを備える。
【０００９】
本発明においては、患者の呼吸運動等の体動による患部の変動を患部検出手段で検出する。そして、この患部検出手段の検出結果に応じて、制御手段は、照射野形成装置の駆動装置を駆動制御してコリメータを移動させる。詳細には、例えば患部が横方向に平行移動した場合は、放射線の進行方向に対し垂直な方向にコリメータを移動させ、放射線の照射範囲を平行移動させる。また、例えば患部が回転移動した場合は、放射線の進行方向を回転軸としてコリメータを回転させ、放射線の照射範囲を回転移動させる。これにより、変動する患部と放射線の照射範囲を一致させることが可能である。このように本発明においては、患部の変動に追従して放射線の照射範囲を制御することができる具体的構成を実現し、これによって照射精度を高めることができる。
【００１０】
（２）上記目的を達成するために、また本発明は、患者の患部に放射線を照射する放射線治療装置において、放射線発生装置と、コリメータ、ボーラス、これらコリメータ及びボーラスを移動させる駆動装置を有し、前記放射線発生装置からの放射線を患部形状に形成して照射する照射野形成装置と、患部の変動を検出する患部検出手段と、前記患部検出手段の検出結果に応じて前記照射野形成装置の駆動装置を駆動制御する制御手段とを備える。
【００１１】
（３）上記（２）において、好ましくは、前記照射野形成装置の駆動装置は、前記コリメータ及びボーラスを一体として移動させる駆動機構を有する。
【００１２】
（４）上記（１）〜（３）のいずれかにおいて、好ましくは、記照射野形成装置の駆動装置は、前記コリメータ又は／及びボーラスを、放射線の進行方向に対し垂直な方向に移動させる平行駆動機構を有する。
【００１３】
（５）上記（１）〜（３）のいずれかにおいて、また好ましくは、前記照射野形成装置の駆動装置は、前記コリメータ又は／及びボーラスを、放射線の進行方向を軸心として回転させる回転駆動機構を有する。
【００１４】
（６）上記（１）〜（５）のいずれかにおいて、好ましくは、前記患部検出手段で検出した患部の変動が所定の設定範囲から外れたときに、放射線の照射を停止する照射停止手段をさらに備える。
【００１５】
例えば患部の変動が大きすぎる場合、これに対応してコリメータ又はボーラスを移動させて放射線の照射範囲を制御しても、照射精度が低くなることがある。そこで本発明では、患部検出手段で検出した患部の変動が所定の設定範囲から外れたときに、照射停止手段で放射線の照射を停止する。これにより、放射線の照射精度をさらに高めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、患部の変動に追従して放射線の照射範囲を制御することができる具体的構成を実現し、これによって照射精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の放射線治療装置の好適な一実施形態である粒子線治療装置を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態による粒子線治療装置の全体構成を表す概略図であり、図２は、本実施形態による粒子線治療装置に備えられる照射野形成装置の詳細構造を関連装置とともに表す概略図である。
【００１８】
これら図１及び図２において、粒子線治療装置１は、治療ベット２に固定された患者３の患部３ａにイオンビーム（例えば陽子線）を照射するものであり、ビーム発生装置４（放射線発生装置）と、このビーム発生装置４で発生したイオンビームを輸送するビーム輸送系５と、このビーム輸送系５に接続され、イオンビームを患部３ａ形状に形成して照射する照射野形成装置６と、患者３の呼吸運動等の体動による患部３ａの変動を検出する患部検出装置７と、この患部検出装置７の検出結果に応じてビーム照射を制御する制御システム８とを備えている。
【００１９】
ビーム発生装置４は、イオン源９と、このイオン源９からのイオンを加速する前段加速器（例えば直線加速器）１０と、この前段加速器１０から入射されたイオンビームをさらに加速するシンクロトロン１１とを有する。シンクロトロン１１のビーム周回軌道上には、高周波加速空洞１２及び高周波印加装置１３が設置されている。加速空洞１２には、高周波電力を供給する第１高周波電源（図示せず）が接続され、高周波印加装置１３には、開閉スイッチ１４（照射停止手段）を介し第２高周波電源１５が接続されている。
【００２０】
そして、前段加速器１０からシンクロトロン１１に入射されたイオンビームは、高周波加速空洞１２内で発生する高周波電磁場によって加速され、設定エネルギー（例えば２５０ＭｅＶ程度）まで高められる。そして、開閉スイッチ１４が閉じ状態となって第２高周波電源１５からの高周波電力が高周波印加装置１３に供給されると、安定限界内で周回しているイオンビームに高周波印加装置１３から高周波電場が印加される。これにより、イオンビームが安定限界外に移行し、出射用デフレクタ１６からビーム輸送系５に出射されるようになっている。
【００２１】
ビーム輸送系５の一部である逆Ｕ字状のビーム輸送装置１７及びこれに接続された照射野形成装置６は、回転ガントリー１８に設置されており、この回転ガントリー１８によって患者３の周囲を回転するようになっている。これにより、患者３の患部３ａに対し複数の方向から照射可能としている。
【００２２】
照射野形成装置６は、回転ガントリー１８に取り付けられたケーシング１９を有し、ケーシング１９内にはビーム進行方向（図２中下方向）の上流側より順次、第１散乱体２０、第２散乱体２１、リッジフィルタ２２、患者コリメー２３、及び患者ボーラス２４が配置されている。第１散乱体２０、第２散乱体２１、及びリッジフィルタ２２は、イオンビームの照射範囲（言い換えれば、線量分布）を径方向及び進行方向に拡大するためのものであり、患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４は、イオンビームの照射範囲を患部３ａ形状に整形するためのものである。なお、本実施形態では、患者コリメータ２３を患者ボーラス２４の上流側に配置しているが、下流側に配置してもよい。
【００２３】
第１散乱体２０及び第２散乱体２１は、イオンビームの照射範囲を径方向（言い換えれば、ビーム進行方向に対し垂直な方向）に拡大するものである。第１散乱体２０は、イオンビームのエネルギー損失量に対しビーム散乱量が大きな材料（原子番号の大きな物質、例えば鉛等）からなる板部材で構成されており、イオンビームの径方向の線量分布を正規分布状に拡大するようになっている。なお、第１散乱体２０は、例えば複数種類の材料で構成されてもよく、また例えば複数の板部材をビーム進行方向に重ね合わせてもよい。
【００２４】
第２散乱体２１は、例えば２重リング構造であり、イオンビームのエネルギー損失量に対しビーム散乱角が大きな物質（原子番号の大きな物質、例えば沿等）からなる円盤部２１ａと、この円盤部２１ａの外周側に設けられ、イオンビームのエネルギー損失量に対しビーム散乱角が小さな物質（原子番号の小さば物質、例えば樹脂等）からなるリング部２１ａとで構成されている。また、イオンビームのエネルギー損失量が等しくなるように、円盤部２１ａの厚み寸法が比較的短く、リング部２１ｂの厚み寸法が比較的長くなっている。これにより、第１散乱体２０によって正規分布状に拡大していたイオンビームの径方向の線量分布を、一様に拡大するようになっている。なお、第２散乱体２１は、２重リング構造に代えて、例えば径方向に向かって段階的に材料の割合を変える構造としてもよく、また例えば径方向に向かって厚み寸法を滑らかに変化する構造等としてもよい。
【００２５】
リッジフィルタ２２は、イオンビームのエネルギー分布幅を広げて、患部３ａの深さ方向（図２中上下方向）の線量分布を一様に拡大する、いわゆる拡大ブラッグピーク形成装置である。このリッジフィルタ２２は、複数の楔型構造を有し、ビーム入射位置に応じてイオンビームが透過する厚み寸法が異なっている。これにより、ビーム入射位置に応じてエネルギー損失量が異なるため、複数のエネルギー成分を持つイオンビームが形成される。その結果、患部３ａに照射されると異なる深さのブラッグピークが複数形成され、全体として患部３ａの深さ方向に一様な線量分布を形成するようになっている。なお、本実施形態では、拡大ブラッグピーク形成装置として、リッジフィルタ２２を用いたが、これに代えて、例えば周方向に厚み寸法が段階的に変化するレンジモジュレーションホイール等を用いてもよい。
【００２６】
患者コリメータ２３は、イオンビームを遮蔽する遮蔽体で構成され、この遮蔽体には患部３ａの横方向（言い換えれば、ビーム進行方向に対し垂直な方向）形状に対応する貫通穴が形成されている。これにより、イオンビームの照射範囲を患部３ａの横方向形状に合わせて整形するようになっている。
【００２７】
患者ボーラス２４は、例えば樹脂製のブロック体が掘削加工されたものであり、ビーム入射位置に応じて厚み寸法が変化している。これにより、ビーム入射位置毎にビーム飛程が調整され、イオンビームの到達深度を患部３ａの深さ形状に合わせるようになっている。
【００２８】
ここで本実施形態の大きな特徴として、患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４は、ビーム進行方向に近接するように配置され例えば円筒状の支持体２５に固定されている。そして、この支持体２５を、すなわち患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４を一体として移動させる駆動装置２６が設けられている。
【００２９】
本実施形態の駆動装置２６は、ビーム進行方向に対し垂直な第１の方向（図２中左右方向）に支持体２５を移動させる第１の平行駆動機構２７と、ビーム進行方向に対し垂直かつ前記第１の方向に直交する第２の方向（図２中紙面に対し垂直方向）に支持体２５を移動させる第２の平行駆動機構（図示せず）と、ビーム進行方向を回転軸として支持体２５を回転させる回転駆動機構２８とを有する。
【００３０】
第１の平行駆動機構２７は、上記第１の方向に延在され軸心廻りに回転可能に設けられたボールネジ２９と、このボールネジ２９の一方側（図２中右側）端部に固着されたギヤ３０と、このギヤ３０に噛み合うギヤ３１ａを備えたモータ３１と、ボールネジ２９が貫通し螺合されたスライド３２とで構成されている。スライド３２の下側には、円環状のレール部材３３を介し支持体２５がビーム進行方向を回転軸として回動可能に設けられている。そして、モータ３１の回転動力がギヤ３１ａ，３２を介し伝達されてボールネジ２９が一方側又は反対側に回転すると、スライド３２及び支持体２５がボールネジ２９の軸方向一方側（図２中左側）又は他方側（図２中右側）に移動するようになっている。
【００３１】
第２の平行駆動機構は、詳細を図示しないが、例えば第１の平行駆動機構２７と同様、上記第２の方向（言い換えれば、ボールネジ２９の軸方向に直交する方向）に延在され軸心廻りに回転可能に設けられたボールネジと、このボールネジをギヤを介し回転させるモータと、前記ボールネジに螺合されたスライダ等で構成されている。そして、例えば第１の平行駆動機構２７全体（詳細には、ボールネジ２９及びモータ３１）を、ビーム進行方向に対し垂直な第２の方向に移動させるようになっている。
【００３２】
回転駆動機構２８は、支持体２５の外周側に設けられたギヤ３４と、上記第１の平行駆動機構２７のスライド３２に固定され、ギヤ３４に噛み合うギヤ３５ａを備えたモータ３５とで構成されている。そして、モータ３５の回転動力がギヤ３５ａ，３４を介し伝達されて、支持体２５がビーム進行方向を回転軸として一方側又は反対側に回転するようになっている。
【００３３】
患部検出装置７は、例えば２方向から患者３の患部３ａに向けてＸ線をそれぞれ照射するＸ線発生装置３６Ａ，３６Ｂと、患部３ａに照射されたＸ線をそれぞれ受信し、患部３ａ周辺のＸ線透視画像をそれぞれ取得するＸ線受信機３７Ａ，３７Ｂとで構成されている。Ｘ線受信機３７Ａ，３７Ｂで取得したＸ線透視画像は、制御システム８に送信される。
【００３４】
制御システム８は、照射制御装置３８、平行駆動制御装置３９、及び回転駆動制御装置４０を有する。なお、照射制御装置３８、平行駆動制御装置３９、及び回転駆動制御装置４０を個々に設けず、それらの各機能を制御システム８が発揮するように構成してもよい。
【００３５】
照射制御装置３８にはメモリ４１が設けられており、このメモリ４１には、例えば患者３の身体情報やイオンビームの照射条件（詳細には、照射方向、照射範囲、及び照射時間等）等が予め記憶されている。照射制御装置３８は、メモリ４１に記憶された情報等を用いて、患部検出装置７から受信したＸ線透視画像を解析する。詳細には、例えば患者３の患部３ａ又はその近傍には予め目印となるもの（例えば金属球等）が埋設されており、メモリ４１に予め記憶された患部３ａと目印との位置関係を用いてＸ線透視画像を解析して、患部３ａの位置や形状及びその変化量を演算する。そして、患部３ａの変動に対応し最適な照射範囲（詳細には、正常組織への照射を極力抑えつつ、患部組織に大きな線量を集中させるような照射範囲）を形成するように、患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４の移動方向及びその移動量を演算し、それら演算結果を平行駆動制御装置３９及び回転駆動制御装置４０へそれぞれ出力するようになっている。
【００３６】
平行駆動制御装置３９は、照射制御装置３８から入力された患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４の平行移動方向及びその移動量に応じて駆動信号を生成し、第１の平行駆動機構２７のモータ３１及び第２の平行駆動機構のモータ（図示せず）にそれぞれ出力するようになっている。その結果、ビーム進行方向に対する垂直面内での患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４の位置を制御するようになっている。
【００３７】
回転駆動制御装置４０は、照射制御装置３８から入力された患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４の回転方向及び回転角度に応じて駆動信号を生成し、回転駆動機構２８のモータ３５に出力する。その結果、患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４の回転位置を制御するようになっている。
【００３８】
また、照射制御装置３８は、患部３ａの変動とメモリ４１に予め記憶された所定の設定範囲（詳細には、例えば患部３ａの変動が大きすぎて最適な照射範囲を得ることができない場合があり、それらの条件を範囲外として設定した範囲）とを比較判定し、患部３ａの変動が所定の設定範囲から外れたときには、停止信号を出力して開閉スイッチ１４を開き状態とする。これにより、高周波印加装置１３への電力供給が遮断されて、サイクロトロン１１からビーム輸送系５へのビーム出射が停止され、患部３ａへのビーム照射を停止するようになっている。
【００３９】
なお、上記において、患部検出装置７は、特許請求の範囲記載の患部の変動を検出する患部検出手段を構成する。また、制御システム８は、患部検出手段の検出結果に応じて照射野形成装置の駆動装置を駆動制御する制御手段を構成し、制御システム８及び開閉スイッチ１４は、患部検出手段で検出した患部の変動が所定の設定範囲から外れたときに、放射線の照射を停止する照射停止手段を構成する。
【００４０】
次に、本実施形態による粒子線治療装置１の動作を説明する。図３は、上記照射野形成装置６の動作の一例を説明するための概略図である。
【００４１】
まず治療ベッド２を移動して、初期状態にある患者３の患部３ａを照射野形成装置６のビーム軸と一致させる（図３（ａ）参照）。そして、例えばオペレータが操作盤（図示せず）から治療開始信号を入力すると、開閉スイッチ１４が閉じ状態となってシンクロトロン１１からビーム輸送系５にイオンビームが出射される。ビーム輸送系５を経て照射野形成装置６に達したイオンビームは、第１散乱体２０、第２散乱体２１、リッジフィルタ２２、患者コリメータ２３、及び患者ボーラス２４を通過することにより、患部３ａ形状に形成されて照射される。
【００４２】
これと同時に、患部検出装置６で患部３ａのＸ線透視画像を取得し、これを照射制御装置３８に出力する。照射制御装置３８は、メモリ４１に予め記憶された情報を用いてＸ線透視画像を解析し、患部３ａの位置や形状及びその変化量を演算する。そして、患部３ａの変動に対応し最適な照射範囲を形成するように、患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４の移動方向及びその移動量を演算し、それら演算結果を平行駆動制御装置３９及び回転駆動制御装置４０へそれぞれ出力する。
【００４３】
例えば図３（ｂ）に示すように患部３ａが横方向（図３（ｂ）中左側）に平行移動した場合は、照射制御装置３９で演算した患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４の移動方向及びその移動量を含む情報信号が平行駆動制御装置３９に入力され、平行駆動制御装置３９は第１の平行駆動機構２７のモータ３１に駆動信号を出力する。そして、モータ３１が駆動してボールネジ２９が回転し、ビーム進行方向に対し垂直な第１の方向に患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４が移動する。これにより、イオンビームの照射範囲を横方向に平行移動させることができ、変動する患部３ａに一致させることが可能となる。
【００４４】
また、例えば患部３ａが横方向に回転移動した場合は、照射制御装置３８で演算した患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４の回転方向及び回転角度を含む情報信号が回転駆動制御装置４０に入力され、回転駆動制御装置４０は回転駆動機構２８のモータ３５に駆動信号を出力する。そして、モータ３５が駆動し、ビーム進行方向を回転軸として患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４が回転する。これにより、イオンビームの照射範囲を回転移動させることができ、変動する患部３ａに一致させることが可能となる。
【００４５】
以上のように本実施形態においては、患部３ａの変動に追従してイオンビームの照射範囲を制御することができ、これによって照射精度を高めることができる。また、イオンビームの照射範囲を患部３ａの変動に追従させることにより、照射精度を高めつつ連続照射することができ、治療時間の短縮を図ることができる。
【００４６】
また本実施形態においては、患部検出装置７で検出した患部３ａの変動が所定の設定範囲から外れたときには、照射制御装置３８から停止信号を出力して開閉スイッチ１４を閉じ状態とし、患部３ａへのビーム照射を停止する。これにより、照射精度をさらに高めることができる。
【００４７】
なお、上記一実施形態においては、患部３ａの変動を検出する患部検出手段として、Ｘ線透視画像を取得する患部検出装置７を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば患部３ａに超音波を印加しその反射波を測定する方法、患部３ａに陽電子放出源を導入し消滅ガンマ線を測定する方法、患部３ａと連携して動く生体組織（例えば骨、横隔膜、胸盤、及び皮膚等）の位置を測定し、メモリ４１に予め記憶した患部１３ａと生体組織の位置関係を用いて得る方法等を用いてもよい。また、例えば呼吸パターンを模擬した信号に合わせて患者３が呼吸し、メモリ４１に予め記憶した患者３の呼吸位相と患部３ａの変動との関係から得る方法でもよい。これらの場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００４８】
また、上記一実施形態においては、駆動装置２６は、患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４を一体として移動させる平行駆動機構２７及び回転駆動機構２８を備えた構成を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４を別体としてそれぞれ移動させる駆動機構を備えた構成としてもよく、このような変形例を図４及び図５により説明する。
【００４９】
図４は、本変形例による照射野形成装置の詳細構造を関連装置とともに表す概略図であり、図５は、本変形例による照射野形成装置の動作の一例を説明するための概略図である。なお、これら図４及び図５において、上記一実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００５０】
本変形例の駆動装置２６’は、ビーム進行方向（図４中下方向）に対し垂直な第１の方向（図４中左右方向）に患者コリメータ２３を移動させる第１のコリメータ平行駆動機構４２と、ビーム進行方向に対し垂直な第２の方向（図４中紙面に対し垂直な方向）に移動させる第２のコリメータ平行駆動機構（図示せず）と、ビーム進行方向を回転軸として患者コリメータ２３を回転させるコリメータ回転駆動機構４３と、ビーム進行方向に対し垂直な第１の方向に患者ボーラス２４を移動させる第１のボーラス平行駆動機構４４と、ビーム進行方向に対し垂直な第２の方向に移動させる第２のボーラス平行駆動機構（図示せず）と、ビーム進行方向を回転軸として患者ボーラス２４を回転させるボーラス回転駆動機構４５とを有する。
【００５１】
また、本変形例の制御システム８’は、上記照射制御装置３８、コリメータ平行駆動制御装置４６、コリメータ回転駆動制御装置４７、ボーラス平行駆動制御装置４８、ボーラス回転駆動制御装置４９を有する。なお、照射制御装置３８、コリメータ平行駆動制御装置４６、コリメータ回転駆動制御装置４７、ボーラス平行駆動制御装置４８、及びボーラス回転駆動制御装置４９を個々に設けず、それらの各機能を制御システム８が発揮するように構成してもよい。
【００５２】
照射制御装置３８は、メモリ４１に記憶された情報等を用いて、患部検出装置７から受信したＸ線透視画像を解析し、患部３ａの位置や形状及びその変化量を演算する。そして、患部３ａの変動に対応し最適な照射範囲を形成するように、患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４の移動方向及びその移動量をそれぞれ演算し、それら演算結果をコリメータ平行駆動制御装置４６、コリメータ回転駆動制御装置４７、ボーラス平行駆動制御装置４８、及びボーラス回転駆動制御装置４９へそれぞれ出力する。
【００５３】
例えば患部３ａが初期状態（図５（ａ）参照）から横方向に平行移動した場合（図５（ｂ）参照）、照射制御装置３９は、照射野形成装置６のビーム入射点と患部３ａとを結ぶ直線上に患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４を配置するように、患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４の平行移動方向及びその移動量をそれぞれ演算する。そして、患者コリメータ２３の平行移動方向及びその移動量を含む情報信号がコリメータ平行駆動制御装置４６に出力され、コリメータ平行駆動制御装置４６が第１のコリメータ平行駆動機構４２のモータに駆動信号を出力し、ビーム進行方向に対し垂直な第１の方向に患者コリメータ２３を移動させる。また、患者ボーラス２４の平行移動方向及びその移動量を含む情報信号がボーラス平行駆動制御装置４８に出力され、ボーラス平行駆動制御装置４８が第１のボーラス平行駆動機構４４のモータに駆動信号を出力し、ビーム進行方向に対し垂直な第１の方向に患者ボーラス２３を移動させる。その結果、イオンビームの照射範囲を横方向に平行移動させることができ、変動する患部３ａに一致させることが可能となる。
【００５４】
また、例えば患部３ａが横方向に回転移動した場合、照射制御装置３８で演算した患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４の回転方向及び回転角度を含む情報信号がコリメータ回転駆動制御装置４７及びボーラス回転駆動制御装置４９にそれぞれ出力される。そして、コリメータ回転駆動制御装置４７はコリメータ回転駆動機構４３のモータに駆動信号を出力して、ビーム進行方向を回転軸として患者コリメータ２３を回転させ、ボーラス回転駆動制御装置４９はボーラス回転駆動機構４５のモータに駆動信号を出力して、ビーム進行方向を回転軸として患者ボーラス２４を回転させる。その結果、イオンビームの照射範囲を回転移動させることができ、変動する患部３ａに一致させることが可能となる。
【００５５】
以上のように構成された本変形例においても、上記一実施形態同様、患部３ａの変動に追従してイオンビームの照射範囲を制御することができ、これによって照射精度を高めることができる。
【００５６】
なお、上記一実施形態及び一変形例においては、駆動装置２６，２６’は、患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４を一体又は別体として、ビーム進行方向に対し垂直な方向に移動させる平行駆動機構及びビーム進行方向を回転軸として回転させる回転駆動機構を設けた構成を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４を一体又は別体としてビーム進行方向に移動させる駆動機構を設けてもよい。そして、この駆動機構によって患者コリメータ２３をビーム上流側に移動させれば、イオンビームの径方向の照射範囲は相似拡大し、反対にビーム下流側に移動させれば、イオンビームの径方向の照射範囲を相似縮小することが可能である。また、患者ボーラス２４をビーム上流側に移動させれば、イオンビームの到達深度の形状は相似拡大し、反対にビーム下流側に移動させれば、イオンビームの到達深度の形状は相似縮小することが可能である。また、例えば患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４を一体又は別体として傾斜させる駆動機構を設けてもよい。この駆動機構によって患者コリメータ２３を傾斜させると、傾斜方向一方側におけるイオンビームの径方向の照射範囲を縮小し、傾斜方向反対側におけるイオンビームの径方向の照射範囲を拡大することが可能である。また、患者ボーラス２４を傾斜させると、傾斜方向一方側におけるイオンビームの到達深度の形状を拡大し、傾斜方向反対側におけるイオンビームの到達深度の形状を縮小することが可能である。これらの変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態である粒子線治療装置の全体構成を表す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態である粒子線治療装置に備えられる照射野形成装置の詳細構造を関連装置とともに表す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態における照射野形成装置の動作の一例を説明するための概略図である。
【図４】本発明の一変形例である照射野形成装置の詳細構造を関連装置とともに表す概略図である。
【図５】本発明の一変形例における照射野形成装置の動作の一例を説明するための概略図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ 粒子線治療装置（放射線治療装置）
３ 患者
３ａ 患部
４ ビーム発生装置（放射線発生装置）
６ 照射野形成装置
７ 患部検出装置（患部検出手段）
８ 制御システム（制御手段、照射停止手段）
１４ 開閉スイッチ（照射停止手段）
２３ 患者コリメータ
２４ 患者ボーラス
２６ 駆動装置
２７ 第１の平行駆動機構
２８ 回転駆動機構
４２ 第１のコリメータ平行駆動機構
４３ コリメータ回転駆動機構
４４ 第１のボーラス平行駆動機構
４５ ボーラス回転駆動機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、患者の患部に放射線を照射して治療を施す放射線治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
患者の患部に放射線（例えば陽子線や重粒子線等のイオンビームまたはＸ線等）を照射して治療を施す放射線治療装置が知られている。例えばイオンビームを照射する粒子線治療装置は、ビーム発生装置と、このビーム発生装置で発生したイオンビームを輸送するビーム輸送系と、このビーム輸送系に接続された照射野形成装置とを備えている。ビーム発生装置は、シンクロトロン等の加速器でイオンビームを加速して設定エネルギー（例えば２５０ＭｅＶ）まで高めた後、ビーム輸送系に出射する。照射野形成装置は、回転ガントリーによって照射方向が決められ、ビーム輸送系からのイオンビームを患部形状に形成して照射する。
【０００３】
粒子線治療の計画段階においては、患者の患部を例えばＸ線ＣＴ装置等の画像診断装置によって得られるＣＴ画像から計測し、これに基づいてイオンビームの照射条件（照射方向、照射範囲、及び照射時間等）を計画する。このとき重要なのは、患者の正常組織への照射を極力抑えつつ、患部組織に大きな線量を集中させることである。ところが、患者の呼吸運動等の体動によって、患部の位置や形状が変化することがしばしある。
【０００４】
そこで、放射線治療の高精度化を目的として、患者の呼吸運動等の体動によって生じる患部の回転や位置変化を検出する検出装置が提唱されている（例えば、特許文献１参照）。この検出装置は、体内の患部に例えば３つの角速度検出器を設け、これら角速度検出器からの検出信号を受信する受信器を体外に設け、この受信器で受信した検出信号に基づいて患部の回転変位（回転角度）を演算する。また、体内の患部に例えば１つの送信器を設け、この送信器からの波動信号を受信して送信する例えば４つの送受信器を体表面に設け、これら送受信器からの波動信号をそれぞれ受信する例えば４つの受信器を体外に設け、これら受信器で受信した波動信号に基づいて患部に設けた送信器の位置変化を演算する。そして、演算した送信器の位置変化から患部の回転変位を差し引き、患部の平行移動による変位を演算する。このようにして得られた患部の回転や位置変化等に基づいて放射線の照射条件を決定し、これに基づいて加速器のエネルギー、照射範囲の大きさ、回転ガントリーの位置・方向、及び治療ベットの位置・方向を制御する。
【０００５】
【特許文献１】特許第３３０４４４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術には以下のような課題が存在する。
すなわち、上記特許文献１記載の従来技術においては、患部に角速度検出器や送信器等を設けて患部の変動（時間的な位置変化）を検出する検出装置が開示されているものの、この検出装置の検出結果に対応して放射線の照射範囲を制御する具体的な構成が明示されていない。
【０００７】
本発明は、上記の事柄に基づいてなされたものであり、その目的は、患部の変動に追従して放射線の照射範囲を制御することができる具体的構成を実現し、これによって照射精度を高めることができる放射線治療装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、患者の患部に放射線を照射する放射線治療装置において、放射線発生装置と、コリメータ及びこのコリメータを移動させる駆動装置を有し、前記放射線発生装置からの放射線を患部形状に形成して照射する照射野形成装置と、患部の変動を検出する患部検出手段と、前記患部検出手段の検出結果に応じて前記照射野形成装置の駆動装置を駆動制御する制御手段とを備える。
【０００９】
本発明においては、患者の呼吸運動等の体動による患部の変動を患部検出手段で検出する。そして、この患部検出手段の検出結果に応じて、制御手段は、照射野形成装置の駆動装置を駆動制御してコリメータを移動させる。詳細には、例えば患部が横方向に平行移動した場合は、放射線の進行方向に対し垂直な方向にコリメータを移動させ、放射線の照射範囲を平行移動させる。また、例えば患部が回転移動した場合は、放射線の進行方向を回転軸としてコリメータを回転させ、放射線の照射範囲を回転移動させる。これにより、変動する患部と放射線の照射範囲を一致させることが可能である。このように本発明においては、患部の変動に追従して放射線の照射範囲を制御することができる具体的構成を実現し、これによって照射精度を高めることができる。
【００１０】
（２）上記目的を達成するために、また本発明は、患者の患部に放射線を照射する放射線治療装置において、放射線発生装置と、コリメータ、ボーラス、これらコリメータ及びボーラスを移動させる駆動装置を有し、前記放射線発生装置からの放射線を患部形状に形成して照射する照射野形成装置と、患部の変動を検出する患部検出手段と、前記患部検出手段の検出結果に応じて前記照射野形成装置の駆動装置を駆動制御する制御手段とを備える。
【００１１】
（３）上記（２）において、好ましくは、前記照射野形成装置の駆動装置は、前記コリメータ及びボーラスを一体として移動させる駆動機構を有する。
【００１２】
（４）上記（１）〜（３）のいずれかにおいて、好ましくは、記照射野形成装置の駆動装置は、前記コリメータ又は／及びボーラスを、放射線の進行方向に対し垂直な方向に移動させる平行駆動機構を有する。
【００１３】
（５）上記（１）〜（３）のいずれかにおいて、また好ましくは、前記照射野形成装置の駆動装置は、前記コリメータ又は／及びボーラスを、放射線の進行方向を軸心として回転させる回転駆動機構を有する。
【００１４】
（６）上記（１）〜（５）のいずれかにおいて、好ましくは、前記患部検出手段で検出した患部の変動が所定の設定範囲から外れたときに、放射線の照射を停止する照射停止手段をさらに備える。
【００１５】
例えば患部の変動が大きすぎる場合、これに対応してコリメータ又はボーラスを移動させて放射線の照射範囲を制御しても、照射精度が低くなることがある。そこで本発明では、患部検出手段で検出した患部の変動が所定の設定範囲から外れたときに、照射停止手段で放射線の照射を停止する。これにより、放射線の照射精度をさらに高めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、患部の変動に追従して放射線の照射範囲を制御することができる具体的構成を実現し、これによって照射精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の放射線治療装置の好適な一実施形態である粒子線治療装置を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態による粒子線治療装置の全体構成を表す概略図であり、図２は、本実施形態による粒子線治療装置に備えられる照射野形成装置の詳細構造を関連装置とともに表す概略図である。
【００１８】
これら図１及び図２において、粒子線治療装置１は、治療ベット２に固定された患者３の患部３ａにイオンビーム（例えば陽子線）を照射するものであり、ビーム発生装置４（放射線発生装置）と、このビーム発生装置４で発生したイオンビームを輸送するビーム輸送系５と、このビーム輸送系５に接続され、イオンビームを患部３ａ形状に形成して照射する照射野形成装置６と、患者３の呼吸運動等の体動による患部３ａの変動を検出する患部検出装置７と、この患部検出装置７の検出結果に応じてビーム照射を制御する制御システム８とを備えている。
【００１９】
ビーム発生装置４は、イオン源９と、このイオン源９からのイオンを加速する前段加速器（例えば直線加速器）１０と、この前段加速器１０から入射されたイオンビームをさらに加速するシンクロトロン１１とを有する。シンクロトロン１１のビーム周回軌道上には、高周波加速空洞１２及び高周波印加装置１３が設置されている。加速空洞１２には、高周波電力を供給する第１高周波電源（図示せず）が接続され、高周波印加装置１３には、開閉スイッチ１４（照射停止手段）を介し第２高周波電源１５が接続されている。
【００２０】
そして、前段加速器１０からシンクロトロン１１に入射されたイオンビームは、高周波加速空洞１２内で発生する高周波電磁場によって加速され、設定エネルギー（例えば２５０ＭｅＶ程度）まで高められる。そして、開閉スイッチ１４が閉じ状態となって第２高周波電源１５からの高周波電力が高周波印加装置１３に供給されると、安定限界内で周回しているイオンビームに高周波印加装置１３から高周波電場が印加される。これにより、イオンビームが安定限界外に移行し、出射用デフレクタ１６からビーム輸送系５に出射されるようになっている。
【００２１】
ビーム輸送系５の一部である逆Ｕ字状のビーム輸送装置１７及びこれに接続された照射野形成装置６は、回転ガントリー１８に設置されており、この回転ガントリー１８によって患者３の周囲を回転するようになっている。これにより、患者３の患部３ａに対し複数の方向から照射可能としている。
【００２２】
照射野形成装置６は、回転ガントリー１８に取り付けられたケーシング１９を有し、ケーシング１９内にはビーム進行方向（図２中下方向）の上流側より順次、第１散乱体２０、第２散乱体２１、リッジフィルタ２２、患者コリメー２３、及び患者ボーラス２４が配置されている。第１散乱体２０、第２散乱体２１、及びリッジフィルタ２２は、イオンビームの照射範囲（言い換えれば、線量分布）を径方向及び進行方向に拡大するためのものであり、患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４は、イオンビームの照射範囲を患部３ａ形状に整形するためのものである。なお、本実施形態では、患者コリメータ２３を患者ボーラス２４の上流側に配置しているが、下流側に配置してもよい。
【００２３】
第１散乱体２０及び第２散乱体２１は、イオンビームの照射範囲を径方向（言い換えれば、ビーム進行方向に対し垂直な方向）に拡大するものである。第１散乱体２０は、イオンビームのエネルギー損失量に対しビーム散乱量が大きな材料（原子番号の大きな物質、例えば鉛等）からなる板部材で構成されており、イオンビームの径方向の線量分布を正規分布状に拡大するようになっている。なお、第１散乱体２０は、例えば複数種類の材料で構成されてもよく、また例えば複数の板部材をビーム進行方向に重ね合わせてもよい。
【００２４】
第２散乱体２１は、例えば２重リング構造であり、イオンビームのエネルギー損失量に対しビーム散乱角が大きな物質（原子番号の大きな物質、例えば沿等）からなる円盤部２１ａと、この円盤部２１ａの外周側に設けられ、イオンビームのエネルギー損失量に対しビーム散乱角が小さな物質（原子番号の小さば物質、例えば樹脂等）からなるリング部２１ａとで構成されている。また、イオンビームのエネルギー損失量が等しくなるように、円盤部２１ａの厚み寸法が比較的短く、リング部２１ｂの厚み寸法が比較的長くなっている。これにより、第１散乱体２０によって正規分布状に拡大していたイオンビームの径方向の線量分布を、一様に拡大するようになっている。なお、第２散乱体２１は、２重リング構造に代えて、例えば径方向に向かって段階的に材料の割合を変える構造としてもよく、また例えば径方向に向かって厚み寸法を滑らかに変化する構造等としてもよい。
【００２５】
リッジフィルタ２２は、イオンビームのエネルギー分布幅を広げて、患部３ａの深さ方向（図２中上下方向）の線量分布を一様に拡大する、いわゆる拡大ブラッグピーク形成装置である。このリッジフィルタ２２は、複数の楔型構造を有し、ビーム入射位置に応じてイオンビームが透過する厚み寸法が異なっている。これにより、ビーム入射位置に応じてエネルギー損失量が異なるため、複数のエネルギー成分を持つイオンビームが形成される。その結果、患部３ａに照射されると異なる深さのブラッグピークが複数形成され、全体として患部３ａの深さ方向に一様な線量分布を形成するようになっている。なお、本実施形態では、拡大ブラッグピーク形成装置として、リッジフィルタ２２を用いたが、これに代えて、例えば周方向に厚み寸法が段階的に変化するレンジモジュレーションホイール等を用いてもよい。
【００２６】
患者コリメータ２３は、イオンビームを遮蔽する遮蔽体で構成され、この遮蔽体には患部３ａの横方向（言い換えれば、ビーム進行方向に対し垂直な方向）形状に対応する貫通穴が形成されている。これにより、イオンビームの照射範囲を患部３ａの横方向形状に合わせて整形するようになっている。
【００２７】
患者ボーラス２４は、例えば樹脂製のブロック体が掘削加工されたものであり、ビーム入射位置に応じて厚み寸法が変化している。これにより、ビーム入射位置毎にビーム飛程が調整され、イオンビームの到達深度を患部３ａの深さ形状に合わせるようになっている。
【００２８】
ここで本実施形態の大きな特徴として、患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４は、ビーム進行方向に近接するように配置され例えば円筒状の支持体２５に固定されている。そして、この支持体２５を、すなわち患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４を一体として移動させる駆動装置２６が設けられている。
【００２９】
本実施形態の駆動装置２６は、ビーム進行方向に対し垂直な第１の方向（図２中左右方向）に支持体２５を移動させる第１の平行駆動機構２７と、ビーム進行方向に対し垂直かつ前記第１の方向に直交する第２の方向（図２中紙面に対し垂直方向）に支持体２５を移動させる第２の平行駆動機構（図示せず）と、ビーム進行方向を回転軸として支持体２５を回転させる回転駆動機構２８とを有する。
【００３０】
第１の平行駆動機構２７は、上記第１の方向に延在され軸心廻りに回転可能に設けられたボールネジ２９と、このボールネジ２９の一方側（図２中右側）端部に固着されたギヤ３０と、このギヤ３０に噛み合うギヤ３１ａを備えたモータ３１と、ボールネジ２９が貫通し螺合されたスライド３２とで構成されている。スライド３２の下側には、円環状のレール部材３３を介し支持体２５がビーム進行方向を回転軸として回動可能に設けられている。そして、モータ３１の回転動力がギヤ３１ａ，３２を介し伝達されてボールネジ２９が一方側又は反対側に回転すると、スライド３２及び支持体２５がボールネジ２９の軸方向一方側（図２中左側）又は他方側（図２中右側）に移動するようになっている。
【００３１】
第２の平行駆動機構は、詳細を図示しないが、例えば第１の平行駆動機構２７と同様、上記第２の方向（言い換えれば、ボールネジ２９の軸方向に直交する方向）に延在され軸心廻りに回転可能に設けられたボールネジと、このボールネジをギヤを介し回転させるモータと、前記ボールネジに螺合されたスライダ等で構成されている。そして、例えば第１の平行駆動機構２７全体（詳細には、ボールネジ２９及びモータ３１）を、ビーム進行方向に対し垂直な第２の方向に移動させるようになっている。
【００３２】
回転駆動機構２８は、支持体２５の外周側に設けられたギヤ３４と、上記第１の平行駆動機構２７のスライド３２に固定され、ギヤ３４に噛み合うギヤ３５ａを備えたモータ３５とで構成されている。そして、モータ３５の回転動力がギヤ３５ａ，３４を介し伝達されて、支持体２５がビーム進行方向を回転軸として一方側又は反対側に回転するようになっている。
【００３３】
患部検出装置７は、例えば２方向から患者３の患部３ａに向けてＸ線をそれぞれ照射するＸ線発生装置３６Ａ，３６Ｂと、患部３ａに照射されたＸ線をそれぞれ受信し、患部３ａ周辺のＸ線透視画像をそれぞれ取得するＸ線受信機３７Ａ，３７Ｂとで構成されている。Ｘ線受信機３７Ａ，３７Ｂで取得したＸ線透視画像は、制御システム８に送信される。
【００３４】
制御システム８は、照射制御装置３８、平行駆動制御装置３９、及び回転駆動制御装置４０を有する。なお、照射制御装置３８、平行駆動制御装置３９、及び回転駆動制御装置４０を個々に設けず、それらの各機能を制御システム８が発揮するように構成してもよい。
【００３５】
照射制御装置３８にはメモリ４１が設けられており、このメモリ４１には、例えば患者３の身体情報やイオンビームの照射条件（詳細には、照射方向、照射範囲、及び照射時間等）等が予め記憶されている。照射制御装置３８は、メモリ４１に記憶された情報等を用いて、患部検出装置７から受信したＸ線透視画像を解析する。詳細には、例えば患者３の患部３ａ又はその近傍には予め目印となるもの（例えば金属球等）が埋設されており、メモリ４１に予め記憶された患部３ａと目印との位置関係を用いてＸ線透視画像を解析して、患部３ａの位置や形状及びその変化量を演算する。そして、患部３ａの変動に対応し最適な照射範囲（詳細には、正常組織への照射を極力抑えつつ、患部組織に大きな線量を集中させるような照射範囲）を形成するように、患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４の移動方向及びその移動量を演算し、それら演算結果を平行駆動制御装置３９及び回転駆動制御装置４０へそれぞれ出力するようになっている。
【００３６】
平行駆動制御装置３９は、照射制御装置３８から入力された患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４の平行移動方向及びその移動量に応じて駆動信号を生成し、第１の平行駆動機構２７のモータ３１及び第２の平行駆動機構のモータ（図示せず）にそれぞれ出力するようになっている。その結果、ビーム進行方向に対する垂直面内での患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４の位置を制御するようになっている。
【００３７】
回転駆動制御装置４０は、照射制御装置３８から入力された患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４の回転方向及び回転角度に応じて駆動信号を生成し、回転駆動機構２８のモータ３５に出力する。その結果、患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４の回転位置を制御するようになっている。
【００３８】
また、照射制御装置３８は、患部３ａの変動とメモリ４１に予め記憶された所定の設定範囲（詳細には、例えば患部３ａの変動が大きすぎて最適な照射範囲を得ることができない場合があり、それらの条件を範囲外として設定した範囲）とを比較判定し、患部３ａの変動が所定の設定範囲から外れたときには、停止信号を出力して開閉スイッチ１４を開き状態とする。これにより、高周波印加装置１３への電力供給が遮断されて、サイクロトロン１１からビーム輸送系５へのビーム出射が停止され、患部３ａへのビーム照射を停止するようになっている。
【００３９】
なお、上記において、患部検出装置７は、特許請求の範囲記載の患部の変動を検出する患部検出手段を構成する。また、制御システム８は、患部検出手段の検出結果に応じて照射野形成装置の駆動装置を駆動制御する制御手段を構成し、制御システム８及び開閉スイッチ１４は、患部検出手段で検出した患部の変動が所定の設定範囲から外れたときに、放射線の照射を停止する照射停止手段を構成する。
【００４０】
次に、本実施形態による粒子線治療装置１の動作を説明する。図３は、上記照射野形成装置６の動作の一例を説明するための概略図である。
【００４１】
まず治療ベッド２を移動して、初期状態にある患者３の患部３ａを照射野形成装置６のビーム軸と一致させる（図３（ａ）参照）。そして、例えばオペレータが操作盤（図示せず）から治療開始信号を入力すると、開閉スイッチ１４が閉じ状態となってシンクロトロン１１からビーム輸送系５にイオンビームが出射される。ビーム輸送系５を経て照射野形成装置６に達したイオンビームは、第１散乱体２０、第２散乱体２１、リッジフィルタ２２、患者コリメータ２３、及び患者ボーラス２４を通過することにより、患部３ａ形状に形成されて照射される。
【００４２】
これと同時に、患部検出装置６で患部３ａのＸ線透視画像を取得し、これを照射制御装置３８に出力する。照射制御装置３８は、メモリ４１に予め記憶された情報を用いてＸ線透視画像を解析し、患部３ａの位置や形状及びその変化量を演算する。そして、患部３ａの変動に対応し最適な照射範囲を形成するように、患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４の移動方向及びその移動量を演算し、それら演算結果を平行駆動制御装置３９及び回転駆動制御装置４０へそれぞれ出力する。
【００４３】
例えば図３（ｂ）に示すように患部３ａが横方向（図３（ｂ）中左側）に平行移動した場合は、照射制御装置３９で演算した患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４の移動方向及びその移動量を含む情報信号が平行駆動制御装置３９に入力され、平行駆動制御装置３９は第１の平行駆動機構２７のモータ３１に駆動信号を出力する。そして、モータ３１が駆動してボールネジ２９が回転し、ビーム進行方向に対し垂直な第１の方向に患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４が移動する。これにより、イオンビームの照射範囲を横方向に平行移動させることができ、変動する患部３ａに一致させることが可能となる。
【００４４】
また、例えば患部３ａが横方向に回転移動した場合は、照射制御装置３８で演算した患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４の回転方向及び回転角度を含む情報信号が回転駆動制御装置４０に入力され、回転駆動制御装置４０は回転駆動機構２８のモータ３５に駆動信号を出力する。そして、モータ３５が駆動し、ビーム進行方向を回転軸として患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４が回転する。これにより、イオンビームの照射範囲を回転移動させることができ、変動する患部３ａに一致させることが可能となる。
【００４５】
以上のように本実施形態においては、患部３ａの変動に追従してイオンビームの照射範囲を制御することができ、これによって照射精度を高めることができる。また、イオンビームの照射範囲を患部３ａの変動に追従させることにより、照射精度を高めつつ連続照射することができ、治療時間の短縮を図ることができる。
【００４６】
また本実施形態においては、患部検出装置７で検出した患部３ａの変動が所定の設定範囲から外れたときには、照射制御装置３８から停止信号を出力して開閉スイッチ１４を閉じ状態とし、患部３ａへのビーム照射を停止する。これにより、照射精度をさらに高めることができる。
【００４７】
なお、上記一実施形態においては、患部３ａの変動を検出する患部検出手段として、Ｘ線透視画像を取得する患部検出装置７を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば患部３ａに超音波を印加しその反射波を測定する方法、患部３ａに陽電子放出源を導入し消滅ガンマ線を測定する方法、患部３ａと連携して動く生体組織（例えば骨、横隔膜、胸盤、及び皮膚等）の位置を測定し、メモリ４１に予め記憶した患部１３ａと生体組織の位置関係を用いて得る方法等を用いてもよい。また、例えば呼吸パターンを模擬した信号に合わせて患者３が呼吸し、メモリ４１に予め記憶した患者３の呼吸位相と患部３ａの変動との関係から得る方法でもよい。これらの場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００４８】
また、上記一実施形態においては、駆動装置２６は、患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４を一体として移動させる平行駆動機構２７及び回転駆動機構２８を備えた構成を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４を別体としてそれぞれ移動させる駆動機構を備えた構成としてもよく、このような変形例を図４及び図５により説明する。
【００４９】
図４は、本変形例による照射野形成装置の詳細構造を関連装置とともに表す概略図であり、図５は、本変形例による照射野形成装置の動作の一例を説明するための概略図である。なお、これら図４及び図５において、上記一実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００５０】
本変形例の駆動装置２６’は、ビーム進行方向（図４中下方向）に対し垂直な第１の方向（図４中左右方向）に患者コリメータ２３を移動させる第１のコリメータ平行駆動機構４２と、ビーム進行方向に対し垂直な第２の方向（図４中紙面に対し垂直な方向）に移動させる第２のコリメータ平行駆動機構（図示せず）と、ビーム進行方向を回転軸として患者コリメータ２３を回転させるコリメータ回転駆動機構４３と、ビーム進行方向に対し垂直な第１の方向に患者ボーラス２４を移動させる第１のボーラス平行駆動機構４４と、ビーム進行方向に対し垂直な第２の方向に移動させる第２のボーラス平行駆動機構（図示せず）と、ビーム進行方向を回転軸として患者ボーラス２４を回転させるボーラス回転駆動機構４５とを有する。
【００５１】
また、本変形例の制御システム８’は、上記照射制御装置３８、コリメータ平行駆動制御装置４６、コリメータ回転駆動制御装置４７、ボーラス平行駆動制御装置４８、ボーラス回転駆動制御装置４９を有する。なお、照射制御装置３８、コリメータ平行駆動制御装置４６、コリメータ回転駆動制御装置４７、ボーラス平行駆動制御装置４８、及びボーラス回転駆動制御装置４９を個々に設けず、それらの各機能を制御システム８が発揮するように構成してもよい。
【００５２】
照射制御装置３８は、メモリ４１に記憶された情報等を用いて、患部検出装置７から受信したＸ線透視画像を解析し、患部３ａの位置や形状及びその変化量を演算する。そして、患部３ａの変動に対応し最適な照射範囲を形成するように、患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４の移動方向及びその移動量をそれぞれ演算し、それら演算結果をコリメータ平行駆動制御装置４６、コリメータ回転駆動制御装置４７、ボーラス平行駆動制御装置４８、及びボーラス回転駆動制御装置４９へそれぞれ出力する。
【００５３】
例えば患部３ａが初期状態（図５（ａ）参照）から横方向に平行移動した場合（図５（ｂ）参照）、照射制御装置３９は、照射野形成装置６のビーム入射点と患部３ａとを結ぶ直線上に患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４を配置するように、患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４の平行移動方向及びその移動量をそれぞれ演算する。そして、患者コリメータ２３の平行移動方向及びその移動量を含む情報信号がコリメータ平行駆動制御装置４６に出力され、コリメータ平行駆動制御装置４６が第１のコリメータ平行駆動機構４２のモータに駆動信号を出力し、ビーム進行方向に対し垂直な第１の方向に患者コリメータ２３を移動させる。また、患者ボーラス２４の平行移動方向及びその移動量を含む情報信号がボーラス平行駆動制御装置４８に出力され、ボーラス平行駆動制御装置４８が第１のボーラス平行駆動機構４４のモータに駆動信号を出力し、ビーム進行方向に対し垂直な第１の方向に患者ボーラス２３を移動させる。その結果、イオンビームの照射範囲を横方向に平行移動させることができ、変動する患部３ａに一致させることが可能となる。
【００５４】
また、例えば患部３ａが横方向に回転移動した場合、照射制御装置３８で演算した患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４の回転方向及び回転角度を含む情報信号がコリメータ回転駆動制御装置４７及びボーラス回転駆動制御装置４９にそれぞれ出力される。そして、コリメータ回転駆動制御装置４７はコリメータ回転駆動機構４３のモータに駆動信号を出力して、ビーム進行方向を回転軸として患者コリメータ２３を回転させ、ボーラス回転駆動制御装置４９はボーラス回転駆動機構４５のモータに駆動信号を出力して、ビーム進行方向を回転軸として患者ボーラス２４を回転させる。その結果、イオンビームの照射範囲を回転移動させることができ、変動する患部３ａに一致させることが可能となる。
【００５５】
以上のように構成された本変形例においても、上記一実施形態同様、患部３ａの変動に追従してイオンビームの照射範囲を制御することができ、これによって照射精度を高めることができる。
【００５６】
なお、上記一実施形態及び一変形例においては、駆動装置２６，２６’は、患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４を一体又は別体として、ビーム進行方向に対し垂直な方向に移動させる平行駆動機構及びビーム進行方向を回転軸として回転させる回転駆動機構を設けた構成を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４を一体又は別体としてビーム進行方向に移動させる駆動機構を設けてもよい。そして、この駆動機構によって患者コリメータ２３をビーム上流側に移動させれば、イオンビームの径方向の照射範囲は相似拡大し、反対にビーム下流側に移動させれば、イオンビームの径方向の照射範囲を相似縮小することが可能である。また、患者ボーラス２４をビーム上流側に移動させれば、イオンビームの到達深度の形状は相似拡大し、反対にビーム下流側に移動させれば、イオンビームの到達深度の形状は相似縮小することが可能である。また、例えば患者コリメータ２３及び患者ボーラス２４を一体又は別体として傾斜させる駆動機構を設けてもよい。この駆動機構によって患者コリメータ２３を傾斜させると、傾斜方向一方側におけるイオンビームの径方向の照射範囲を縮小し、傾斜方向反対側におけるイオンビームの径方向の照射範囲を拡大することが可能である。また、患者ボーラス２４を傾斜させると、傾斜方向一方側におけるイオンビームの到達深度の形状を拡大し、傾斜方向反対側におけるイオンビームの到達深度の形状を縮小することが可能である。これらの変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態である粒子線治療装置の全体構成を表す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態である粒子線治療装置に備えられる照射野形成装置の詳細構造を関連装置とともに表す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態における照射野形成装置の動作の一例を説明するための概略図である。
【図４】本発明の一変形例である照射野形成装置の詳細構造を関連装置とともに表す概略図である。
【図５】本発明の一変形例における照射野形成装置の動作の一例を説明するための概略図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ 粒子線治療装置（放射線治療装置）
３ 患者
３ａ 患部
４ ビーム発生装置（放射線発生装置）
６ 照射野形成装置
７ 患部検出装置（患部検出手段）
８ 制御システム（制御手段、照射停止手段）
１４ 開閉スイッチ（照射停止手段）
２３ 患者コリメータ
２４ 患者ボーラス
２６ 駆動装置
２７ 第１の平行駆動機構
２８ 回転駆動機構
４２ 第１のコリメータ平行駆動機構
４３ コリメータ回転駆動機構
４４ 第１のボーラス平行駆動機構
４５ ボーラス回転駆動機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の患部に放射線を照射する放射線治療装置において、
放射線発生装置と、
コリメータ及びこのコリメータを移動させる駆動装置を有し、前記放射線発生装置からの放射線を患部形状に形成して照射する照射野形成装置と、
患部の変動を検出する患部検出手段と、
前記患部検出手段の検出結果に応じて前記照射野形成装置の駆動装置を駆動制御する制御手段とを備えたことを特徴とする放射線治療装置。
【請求項２】
患者の患部に放射線を照射する放射線治療装置において、
放射線発生装置と、
コリメータ、ボーラス、これらコリメータ及びボーラスを移動させる駆動装置を有し、前記放射線発生装置からの放射線を患部形状に形成して照射する照射野形成装置と、
患部の変動を検出する患部検出手段と、
前記患部検出手段の検出結果に応じて前記照射野形成装置の駆動装置を駆動制御する制御手段とを備えたことを特徴とする放射線治療装置。
【請求項３】
前記照射野形成装置の駆動装置は、前記コリメータ及びボーラスを一体として移動させる駆動機構を有する請求項２記載の放射線治療装置。
【請求項４】
前記照射野形成装置の駆動装置は、前記コリメータ又は／及びボーラスを、放射線の進行方向に対し垂直な方向に移動させる平行駆動機構を有する請求項１乃至３のいずれかに記載の放射線治療装置。
【請求項５】
前記照射野形成装置の駆動装置は、前記コリメータ又は／及びボーラスを、放射線の進行方向を回転軸として回転させる回転駆動機構を有する請求項１乃至３のいずれかに記載の放射線治療装置。
【請求項６】
前記患部検出手段で検出した患部の変動が所定の設定範囲から外れたときに、放射線の照射を停止する照射停止手段をさらに備えた請求項１乃至５のいずれかに記載の放射線治療装置。
【請求項１】
患者の患部に放射線を照射する放射線治療装置において、
放射線発生装置と、
コリメータ及びこのコリメータを移動させる駆動装置を有し、前記放射線発生装置からの放射線を患部形状に形成して照射する照射野形成装置と、
患部の変動を検出する患部検出手段と、
前記患部検出手段の検出結果に応じて前記照射野形成装置の駆動装置を駆動制御する制御手段とを備えたことを特徴とする放射線治療装置。
【請求項２】
患者の患部に放射線を照射する放射線治療装置において、
放射線発生装置と、
コリメータ、ボーラス、これらコリメータ及びボーラスを移動させる駆動装置を有し、前記放射線発生装置からの放射線を患部形状に形成して照射する照射野形成装置と、
患部の変動を検出する患部検出手段と、
前記患部検出手段の検出結果に応じて前記照射野形成装置の駆動装置を駆動制御する制御手段とを備えたことを特徴とする放射線治療装置。
【請求項３】
前記照射野形成装置の駆動装置は、前記コリメータ及びボーラスを一体として移動させる駆動機構を有する請求項２記載の放射線治療装置。
【請求項４】
前記照射野形成装置の駆動装置は、前記コリメータ又は／及びボーラスを、放射線の進行方向に対し垂直な方向に移動させる平行駆動機構を有する請求項１乃至３のいずれかに記載の放射線治療装置。
【請求項５】
前記照射野形成装置の駆動装置は、前記コリメータ又は／及びボーラスを、放射線の進行方向を回転軸として回転させる回転駆動機構を有する請求項１乃至３のいずれかに記載の放射線治療装置。
【請求項６】
前記患部検出手段で検出した患部の変動が所定の設定範囲から外れたときに、放射線の照射を停止する照射停止手段をさらに備えた請求項１乃至５のいずれかに記載の放射線治療装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−３７６２９（Ｐ２００７−３７６２９Ａ）
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２２２６６８（Ｐ２００５−２２２６６８）
【出願日】平成１７年８月１日（２００５．８．１）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月１日（２００５．８．１）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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