CN113457023B - 放射线治疗***及放射线治疗装置的运转方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种放射线治疗***及放射线治疗装置的运转方法，能够在不增大结构体的负担的情况下扩大对患者放射线的照射范围。具有：放射线源；旋转机构，支撑放射线源，以等中心为中心使放射线源旋转；治疗床，在等中心配置患者的治疗对象部位；摇头机构，配置在放射线源与旋转机构之间，使放射线源摆动，使放射线源照射的放射线的照射轴摆动；以及控制部，控制放射线源、旋转机构及摇头机构。控制部在利用摇头机构使放射线源的放射线的照射轴从等中心向预定的方向偏移了预定量的状态下进行保持，在保持摇头机构的状态的状态下从放射线源照射放射线，并且利用旋转机构使放射线源旋转。
Description
技术领域
本发明涉及放射线治疗装置，特别涉及具备将放射线的照射范围限制为所希望的形状的多叶准直器的放射线治疗装置。
背景技术
作为放射线治疗方法，使用将被称为线性加速器的直线加速器用作放射线源，对预先通过X射线CT装置、MRI装置等拍摄的患者的患部立体地从各种方向照射放射线的方法。
例如，已知有如下的强度调制放射线治疗(IMRT：调强放射治疗)：使用多叶准直器(MLC)，对从放射线源出射的放射线束的一部分进行遮蔽，一边对照射放射线的区域的放射线强度分布进行调制，一边对患部进行照射；以及强度调制旋转放射线治疗(旋转IMRT)，在该强度调制旋转放射线治疗中，使多叶准直器和放射线在患者的周围旋转。
另外，还已知有如下的图像感应放射线治疗(IGRT：Image-Guided Radiotherapy)法，其使用在放射线治疗装置上搭载有X射线摄像装置的装置，在照射放射线之前拍摄X射线图像，并与事先拍摄到的图像进行比较，由此调整基于事先拍摄到的图像而确定的X射线的照射位置。
在患部因呼吸运动等而移动的情况下，也有根据由X射线拍摄装置拍摄到的图像等求出患部的位置，利用万向架机构使放射线源的朝向倾斜，使放射线照射方向追随患部的位置的移动体跟踪照射法。
还已知有组合强度调制旋转放射线治疗(旋转IMRT)和图像感应放射线治疗(IGRT)，进而一边使搭载有患者的治疗床移动，一边进行螺旋照射的***特应法。
另一方面，为了扩大患者的放射线照射范围，在专利文献1中提出了通过使放射轴从相同位置的放射线源倾斜，对相邻的照射范围依次照射扇形射束的方法。另外，在专利文献2中提出了如下方法：一边照射放射线一边使放射线源的朝向变化，由此使照射区域移动，从而扩大放射线照射范围。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2008-173182号公报
专利文献2：日本特开2016-174674号公报
在放射线治疗装置中，期望扩大能够向患者照射放射线的范围，并且增大放射线的照射量。作为一个例子，在治疗在大肿瘤的周围的大范围分散有小肿瘤的患者时，能够在短时间内对各个肿瘤照射放射线，患者的优点大。
但是，在现有的放射线治疗装置中想要扩大放射线的照射范围时，需要将多张金属制的薄板以微小的间隙排列，使各自的薄板移动的多叶准直器(MLC)大型化，重量增加。当MLC的重量增加时，支撑其的结构产生挠曲，照***度降低。在使MLC与放射线源一起旋转的强度调制旋转放射线治疗、使MLC与放射线源一起以万向架摆动的移动体跟踪照射中，若MLC的重量增加，则摆动的控制响应性下降，且由于结构体的挠曲而精度降低。
另外，如专利文献1那样，通过使放射轴从相同位置的放射线源倾斜，对相邻的照射范围依次照射放射线的方法成为照射一个照射范围后，暂时停止放射线，通过万向架机构使放射线源朝向相邻的照射范围，再次照射放射线的处理，因此照射花费时间。另外，照射区域的重叠、间隙的精度依赖于万向架机构的放射轴的角度控制的精度。因此，相对于原本进行支撑放射线源和MLC的重量并使其摆动到正交二轴并追随移动体的动作的万向架机构，需要间歇地高精度地使旋转停止的动作，对万向架机构的要求变大。
同样地，在专利文献2的技术中，需要一边照射放射线一边使放射线源的放射轴的朝向以恒定的速度高精度地变化，因此对支撑放射线源和MLC的重量的万向架机构的要求大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够在不增大对结构体的负担的情况下扩大放射线向患者的照射范围的放射线治疗***。
为了实现所述目的，本发明的放射线治疗装置具有：放射线源；旋转机构，其支撑放射线源，以等中心为中心使放射线源旋转；治疗床，其在等中心配置患者的治疗对象部位；摇头机构，其配置在放射线源与旋转机构之间，使放射线源摆动，使放射线源照射的放射线的照射轴摆动；以及控制部，其控制放射线源、旋转机构以及摇头机构。控制部在利用摇头机构使放射线源的放射线的照射轴在从等中心向预定的方向偏移了预定量的状态下进行保持，在保持摇头机构的状态的状态下从放射线源照射放射线，并且利用旋转机构使放射线源旋转。
本发明的效果如下。
根据本发明，通过摇头机构使照射轴在从等中心向预定的方向偏移了预定量的状态下进行保持，在该状态下使旋转机构旋转，因此不会增大对摇头机构及旋转机构等结构体的负担，能够扩大对患者的放射线的照射范围。
附图说明
图1是本发明的实施方式的放射线治疗***10的方框图。
图2是实施方式的放射线治疗装置20的立体图。
图3是表示图2的放射线治疗装置20内的摇头机构301的概略结构的说明图。
图4是图3的放射线照射装置24的剖视图。
图5是表示实施方式的放射线治疗***的动作的流程图。
图6是表示实施方式的放射线治疗***的动作的流程图。
图7是表示图4的多叶准直器60的叶组70G的结构例的立体图。
图8(a-1)和(a-2)在实施方式的放射线照射装置中，是表示第一和第二照射方向701、703和照射范围702、704的说明图，(b-1)和(b-2)是表示比较例的照射方向和照射范围的说明图。
图9(a)是表示由实施方式的放射线照射装置的第一及第二照射方向的射束照射的线量分布和它们的合计线量分布的说明图，(b)是表示由比较例的射束照射的线量分布的说明图。
图10是表示利用实施方式的放射线照射装置的第一及第二照射方向的射束照射的线量分布和它们的合计线量分布的说明图。
图11是表示实施方式的放射线照射装置的照射范围的重叠的说明图。
图12是表示将实施方式的放射线照射装置的第一照射方向在半径方向上错开的情况下的照射范围的说明图。
图13是对比较例的照射范围进行表示的说明图。
图14是表示将实施方式的放射线照射装置的第一照射方向在半径方向及旋转轴方向上错开的情况下的照射范围的说明图。
图15是说明将实施方式的放射线照射装置的第二照射方向在半径方向及旋转轴方向上错开的情况下的照射范围的说明图。
图16是在以在实施方式的放射线照射装置的照射范围中包含等中心的方式使照射方向在半径方向上错开的情况下，表示在等中心附近线量分布比周围大的情况的说明图。
图中：10—放射线治疗***，11—治疗计划装置，12—控制装置，20—放射线治疗装置，21—环形框，22—旋转环，23—传感器阵列，24—放射线照射装置，25—旋转轴，26A、26B—射线源，27A、27B—传感器阵列，28—治疗床，29—治疗床驱动装置，50—放射线源，51—电子束加速装置，52X—射线靶，53—1次准直器，53h—通孔，54—平板滤波器，54a—突起，55—次准直器，55h—通孔，60—多准直器，B—患者，C0—等中心，C1—旋转轴，C2—旋转轴，S0—电子束治疗用放射线。
具体实施方式
对本发明的一个实施方式的放射线治疗***进行说明。
＜放射线治疗***的装置结构＞
首先，对本实施方式的放射线治疗***的装置结构进行说明。
如图1所示，放射线治疗***10具备治疗计划装置11、控制装置(控制部)12以及放射线治疗装置20。
治疗计划装置11接收对患者B预先拍摄的三维图像数据，根据放射线治疗的内容制作应向患者B放射的放射线的性状(向患者B放射的放射线的线量、时间、角度、位置、放射区域等)作为治疗计划。进而，治疗计划装置11为了根据治疗计划的放射线的线量、时间、角度等照射放射线，向控制装置12输出后述的放射线源的摇头机构301的倾斜角度、旋转环22相对于环形框架21的旋转角度、旋转轴25、放射线照射装置24的照射时机等控制用参数值。
控制装置12基于从治疗计划装置11接收到的控制用参数值，控制放射线治疗装置20的动作。控制装置12构成为具备CPU和存储器，CPU读入并执行存储器中预先存储的程序，由此通过软件执行控制动作。
图2是表示放射线治疗装置20的概略结构的立体图。
如图2所示，放射线治疗装置20具备放射线照射装置24、旋转机构302、治疗床28和摇头机构301。旋转机构302支撑放射线源照射装置24，以等中心C0为中心使放射线源24旋转。治疗床28在等中心C0配置患者的治疗对象部位。摇头机构301配置在放射线照射装置24与旋转机构302之间，通过使放射线照射装置24摆动，使放射线照射装置24照射的放射线的照射轴摆动。
旋转机构302具备环形框架21和旋转环22。
环形框架21以中心轴C1大致朝向水平方向的方式配置。旋转环22是其外周面被环形框架21的内周面支撑且能够沿着环形框架21的内周面旋转的构造。旋转环22由旋转驱动机构(未图示)驱动，绕旋转中心轴C1转动。
在环形框架21的下端部21a的外周面一体地形成有朝向下方延伸的旋转轴25，该旋转轴25以能够以其铅垂的中心轴(旋转轴)C2为中心转动(回旋)的状态支撑于基台(未图示)。旋转驱动机构(未图示)使环形框架21绕旋转轴C2旋转。
如图3所示，放射线照射装置24搭载于万向架构造的摇头机构301，经由摇头机构301支撑于旋转环22。
在摇头机构301未动作的情况下，从放射线照射装置24放射的放射线Sr被调整为通过作为旋转环22的中心轴C1与环形框架21的旋转轴C2的交点的等中心C0。
放射线治疗装置20还具备传感器阵列23。传感器阵列23接受由放射线照射装置24放射并透过了等中心C0的周边的被摄体的放射线，生成该被摄体的透过图像。作为传感器阵列23，能够使用FPD(Flat Panel Detector：平板检测器)、X射线II(Image Intensifier：图像增强器)等。
另外，放射线治疗装置20具备拍摄用X射线源26A、26B和传感器阵列27A、27B。拍摄用X射线源26A、26B及传感器阵列27A、27B配置在旋转环22的内周侧，由旋转环22支撑。拍摄用X射线源26A、26B朝向等中心C0放射拍摄用X射线101。拍摄用X射线101是圆锥状的锥形束。传感器阵列27A、27B隔着等中心C0配置在与拍摄用X射线源26A、26B相对的位置，接收从拍摄用X射线源26A、26B放射并透过了等中心C0的周边的被摄体的拍摄用X射线101，生成该被摄体的透过图像。作为传感器阵列27A、27B，例如能够使用FPD、X射线II等。
治疗床驱动装置29由控制装置12控制，能够使治疗床28至少与旋转的中心轴C1并行地移动。
摇头机构301是搭载了放射线照射装置24的万向架构造，能够使放射线照射装置24以摇摆轴301a和倾斜轴301b这两轴为中心倾斜。摇摆轴301a是与旋转中心轴C1及旋转中心轴C2的任一个都垂直的轴。倾斜轴301b是与旋转中心轴C1平行的轴。
如图4所示，放射线照射装置24具备放射线源50、一次准直器53、平滑滤波器54、二次准直器55、以及多叶准直器(MLC)60。
这里，放射线源50是包括电子束加速装置51和X射线靶52的X射线源。电子束加速装置51将加速电子而生成的电子束S0向X射线靶52照射。X射线靶52由钨、钨合金等形成。当照射电子束S0时，X射线靶52释放放射线S1。
一次准直器53和二次准直器55由分别具备贯通孔53h、55h的X射线的遮蔽体(铅、钨等)构成，遮蔽放射线S1的一部分，照射通过了贯通孔53h、55h的放射线S1。
平滑滤波器54具有由铝等形成的圆锥形的突起54a，配置在一次准直器53的贯通孔53h的出口侧。平滑滤波器54使放射线S1的与放射线S1的放射方向垂直的面内的线量分布均匀。
通过经由一次准直器53、平滑滤波器54、二次准直器55，具有同样的强度分布的放射线S2入射到多叶准直器60。多叶准直器60通过控制装置12接受控制来限制放射线S2的照射场。
如图7所示，多叶准直器60是使屏蔽放射线的材质(铅、钨等)的多个叶(薄板)70在厚度方向上排列而成的叶组70G对置两组，并将叶70的主平面与放射线的照射轴大致平行地配置的结构。在控制装置12的控制下，驱动部使各叶向遮挡放射线的照射轴的方向突出或后退，由此能够限制放射线S2的照射区域，或者对照射场内的放射线的线量分布进行调制。
＜放射线治疗***的动作＞
以下，说明在本实施方式的放射线***中，在对患者照射放射线来进行治疗时，以照射范围扩张模式进行治疗的动作。
在照射范围扩张模式中，控制装置12通过摇头机构301使放射线的照射轴Sc以从等中心C0向预定的方向偏移了预定量的状态保持，在保持摇头机构的状态的状态下从放射线源照射放射线，并且利用旋转机构302使放射线源50(放射线照射装置24)旋转。
首先，如图5的流程所示，治疗计划装置11取入对患者B预先拍摄的治疗计划用的三维图像数据(步骤501)。治疗计划装置11通过图像处理对三维图像进行区域提取，或者从用户受理区域的特定，由此设定应照射放射线的区域、应回避的区域等关心区域(步骤502)。接着，治疗计划装置11从用户接收应该对每个关心区域照射的放射线的线量、容许的最大放射线线量等治疗计划所需的信息(步骤503)，将向患者B放射的放射线的线量、时间、角度、位置、放射区域等制作为治疗计划。进而，还考虑放射线治疗装置的照射线量率、各机械动作轴的动作范围来进行最优化计算，通过计算求出能够用放射线治疗装置照射且满足各关心区域的放射线线量制约的最佳放射线的强度分布(步骤505)。另外，此时的各机械动作轴选择利用MLC的各叶驱动轴、旋转环22绕旋转中心轴C1的转动、环形框架21绕旋转轴C2的旋转等。
在该步骤504、505中，治疗计划装置11通过摇头机构301决定使放射线的照射轴Sc从等中心C0偏离的量和方向，在保持该摇头机构301的状态的状态下从放射线源50照射放射线的同时，还计算用于通过旋转机构302使放射线源50(放射线照射装置24)旋转的控制信号的参数值、和用于实现此时的最佳放射线的强度分布的MLC60的各叶的开闭动作的控制信号的参数值。
治疗计划装置11将所求出的治疗计划的结果显示于用户(步骤506)。
控制装置12接收为了治疗计划装置11为了实现治疗计划而计算出的控制信号的参数值，控制摇头机构301、旋转环22的旋转角度、MLC60的叶的开闭，由此如以下那样对患者照射放射线。
具体而言，如图6的流程的步骤601那样，控制装置12使摇头机构301的摇摆轴301a和/或倾斜轴301b旋转，将放射线照射装置24的放射线照射轴Sc设定为从等中心C0错开预定量的第一照射方向701，在保持该状态的状态下，一边从放射线源50照射放射线，一边通过旋转机构302使放射线源50(放射线照射装置24)旋转预定的角度范围(在此为360度)(步骤601)。此时，在旋转的同时，控制装置12使MLC60动作，使放射线束产生强度分布。
由此，例如如图8(a-1)所示，在通过摇摆轴301a的旋转将第一照射方向701设定在中心轴C1上的情况下，如图8(a-2)所示，向圆筒形状的照射范围702照射放射线。
接着，如步骤602那样，控制装置12使摇头机构301的摇摆轴301a和/或倾斜轴301b旋转，将放射线照射装置24的放射线照射轴Sc设定为从等中心C0错开预定量的第二照射方向701，在保持该状态的状态下，一边从放射线源50照射放射线，一边利用旋转机构302使放射线源50(放射线照射装置24)旋转预定的角度范围(在此为360度)(步骤602)。此时，在旋转的同时，控制装置12使MLC60动作，使放射线束产生强度分布。此时，旋转机构中的旋转在与第一照射相反的方向的情况下能够进一步缩短时间。或者，在螺旋扫描式的情况下，也可以一边以旋转机构在与第一照射相同的方向上旋转一边设定在第二照射方向701上进行旋转。
由此，例如在如图8(a-1)那样将第二照射方向703错开的方向设定为与第一照射方向701相反的方向(旋转轴C1的负方向)的情况下，如图8(a-2)所示，向圆筒形状的照射范围704照射放射线。
按照治疗计划将其重复N次(步骤603)。
由此，与如比较例那样使放射线源50朝向放射线照射轴Sc朝向等中心C0旋转的情况下形成的照射范围705相比，在本实施方式中，能够照射至照射范围702和703的合计的范围。因此，能够有效地扩大放射线的照射范围。
另外，在本实施方式的所述动作中，如果使重量大的MLC60和放射线源50所保持的摇头机构301暂且朝向第一照射方向701或第二照射方向702，则在保持该朝向的状态下通过旋转机构302进行旋转即可，摇头机构301的负担小。因此，不易产生由摇头机构301的挠曲等引起的照***度的降低，能够高精度地向患部照射放射线。
另外，如图8(a-1)所示，能够以第一照射方向701的放射线束的照射范围702及第二照射方向703的放射线束的照射范围704(即，放射线的扩散角的角度范围)分别包含等中心C0的方式设定治疗计划。在该情况下，产生照射范围702与照射范围703重合的范围。通过在该重合的范围内通过MLC 60产生所希望的线量分布，能够将照射范围702和703的合计的照射范围的线量分布设计为期望的分布。
例如，如图9(a)所示，通过将照射范围702与703重合的范围的各个线量分布设计为在旋转轴C1方向上逐渐减小和渐增，能够使旋转轴C1方向的合计的线量分布平坦。由此，与使放射线的照射轴Sc与图9(b)的比较例的等中心C0一致的情况同样地，即使在使平坦的线量分布扩大后的照射范围内也能够如图9(a)那样得到。
另外，如图10所示，通过使照射范围702与703重合的范围的旋转轴C1方向的线量分布的渐减和渐增的程度变化，也能够使在等中心C0周围合计的线量比周围多。由此，能够对位于等中心的肿瘤照射比周围多的线量。
即，如图11所示，在照射范围702、703重合的范围705中，能够产生复杂的线量分布。
＜在旋转机构302的旋转半径方向上扩展照射范围的例子＞
在所述的图8～图11中，示出了在旋转轴C1的方向上扩展照射范围的例子，但在本实施方式中，也能够在旋转半径方向上扩展照射范围。
具体而言，如图12所示，控制装置12使摇头机构301的倾斜轴301b旋转，使放射线照射轴Sc向与旋转轴C1及旋转轴C2正交的轴C3的方向偏移，设定第一照射方向701。在保持该状态的状态下，一边从放射线源50照射放射线，一边通过旋转机构302使放射线源50(放射线照射装置24)旋转预定的角度范围(在此为360度)(步骤601)。此时，在旋转的同时，控制装置12使MLC60动作，使放射线束产生强度分布。
由此，如图12所示，向圆筒形状的照射范围801照射放射线。图12的照射范围801与作为比较例的图13那样放射线照射轴Sc与等中心C0一致的情况下的照射范围802相比，半径成为2倍，照射范围被扩展。另外，摇头机构301的负担较小，因此不易产生摇头机构301的挠曲等引起的照***度的降低，能够高精度地向患部照射放射线。
＜将照射范围向旋转机构302的旋转轴方向和旋转半径方向扩展的例子＞
如图14所示，控制装置12也可以使摇头机构301的摇摆轴301a和倾斜轴301b双方旋转，使放射线照射轴Sc向旋转轴C1以及轴C3的方向偏移，设定第一照射方向701。在保持该状态的状态下，一边从放射线源50照射放射线，一边通过旋转机构302使放射线源50(放射线照射装置24)旋转预定的角度范围(在此为360度)(步骤601)。此时，在旋转的同时，控制装置12使MLC60动作，使放射线束产生强度分布。
由此，如图14所示，向圆筒形状的照射范围803照射放射线。图14的照射范围803在半径方向上扩展了照射范围。
接下来，如图15所示，控制装置12使摇头机构301的摇摆轴301a和倾斜轴301b双方旋转，使放射线照射轴Sc向旋转轴C1以及轴C3的方向偏移，设定第二照射方向702。第二照射方向702是摇头机构301的摇摆轴301a的旋转方向与图14的情况相反的方向。在保持该状态的状态下，一边从放射线源50照射放射线，一边通过旋转机构302使放射线源50(放射线照射装置24)旋转预定的角度范围(在此为360度)(步骤602)。此时，在旋转的同时，控制装置12使MLC60动作，使放射线束产生强度分布。
由此，如图15所示，向半径方向扩张了两倍的圆筒形状的照射范围804照射放射线。
另外，在图12、图14、图15的例子中，是通过摇头机构301错开的照射范围701、702均不包含等中心C0的结构，但当然也可以如图16所示那样设定为照射范围701包含等中心C0。在该情况下，在旋转机构302使放射线源50旋转360度的情况下，在等中心C0及其附近，照射范围702为双重，因此等中心C0附近A的合计线量比周围B大。因此，与图10所示的合计线量分布同样地，能够对位于等中心C0的肿瘤A照射比周围B多的线量。
在该情况下，由于摇头机构301的负担小，因此不易产生由摇头机构301的挠曲等引起的照***度的降低，能够高精度地向患部照射放射线。
Claims (9)
1.一种放射线治疗***，其特征在于，
具有：放射线源；旋转机构，其支撑所述放射线源，以等中心为中心使所述放射线源旋转；治疗床，其在所述等中心配置患者的治疗对象部位；摇头机构，其配置在所述放射线源与所述旋转机构之间，使所述放射线源摆动，使所述放射线源照射的放射线的照射轴摆动；以及控制部，其控制所述放射线源、所述旋转机构以及所述摇头机构，
所述控制部具备照射范围扩张模式，在该照射范围扩张模式中，在利用所述摇头机构使所述放射线源的放射线的照射轴在从所述等中心向预定的方向偏移了预定量的状态下进行保持，在保持所述摇头机构的状态的状态下从所述放射线源照射放射线，并且利用所述旋转机构使所述放射线源旋转。
2.根据权利要求1所述的放射线治疗***，其特征在于，
所述控制部以在从所述放射线源照射的放射线的扩展角的范围内包含所述等中心的方式设定利用所述摇头机构的所述放射线的照射轴从所述等中心的偏移量。
3.根据权利要求1所述的放射线治疗***，其特征在于，
所述控制部使所述照射轴从所述等中心偏移的方向包含所述旋转机构的旋转的半径方向的成分。
4.根据权利要求1所述的放射线治疗***，其特征在于，
所述控制部使所述照射轴从所述等中心偏移的方向包含所述旋转机构的旋转轴方向的成分，
所述控制部使所述照射轴从所述等中心向所述旋转轴方向的正方向偏移，在该状态下利用所述旋转机构使所述放射线源旋转之后，使所述照射轴从所述等中心向所述旋转轴方向的负方向偏移，在该状态下利用所述旋转机构使所述放射线源旋转。
5.根据权利要求1所述的放射线治疗***，其特征在于，
在所述放射线源的被检测体侧之间配置有多叶准直器，该多叶准直器一边与所述放射线源一起通过所述旋转机构旋转，一边遮挡从所述放射线源照射的放射线的一部分。
6.根据权利要求2所述的放射线治疗***，其特征在于，
包含所述等中心的区域的放射线的照射线量比其外侧的照射线量大。
7.根据权利要求1所述的放射线治疗***，其特征在于，
通过所述摇头机构使所述放射线源的放射线的照射轴从所述等中心偏离的量由治疗计划装置决定。
8.根据权利要求1所述的放射线治疗***，其特征在于，
所述摇头机构搭载使其追踪患部的位置的万向架构造。
9.一种放射线治疗装置的运转方法，其特征在于，
利用放射线源的摇头机构使所述放射线源的放射线的照射轴从等中心向预定的方向偏移预定量，
实施照射范围扩张模式，在该照射范围扩张模式中，在保持所述偏移的状态的状态下，一边从所述放射线源照射放射线，一边利用旋转机构使所述放射线源旋转。
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