JP2003225315A - 放射線発生装置及び放射線エネルギー検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 医療用ライナックにおいては、出力放射線量
および照射野内における線量分布については線量モニタ
ーによって治療中にリアルタイムでモニターすることが
可能であるが、深さ方向の線量分布に影響を与える放射
線のエネルギーについては治療中にリアルタイムでモニ
ターする手段はなかった。 【解決手段】 放射線エネルギーが変化するとビーム軸
上とその周辺部の照射野内における線量分布が変化する
ことを利用し、ビーム軸上に配置された電極（８）とそ
の周囲にビーム軸に対称に配置された線量分布監視用電
極（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）によって線量の比を監視
し、予め測定によって決定した線量比と放射線エネルギ
ー変化の関係を用いて放射線エネルギーの現在値を算出
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば医療用ラ
イナック等の放射線発生装置に係り、特に出力放射線の
エネルギーの分布を検出し、人体に対する放射線量を制
御することができる放射線発生装置及び放射線エネルギ
ー検出器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】医療用ライナック等の放射線発生装置を
用いて放射線治療を実施する場合、人体に与えられる
（吸収される）放射線量は、医療用ライナックからの出
力放射線量、放射線ビーム（以下「ビーム」という）の
ビーム軸に垂直な面内における放射線量の分布、及び放
射線のエネルギーによって決定付けられる。通常、出力
放射線量とは、基準となる一点（ビーム軸上で、放射線
源から定められた距離であって、定められた人体組織の
深さ（＝定格治療距離）にある点）において、人体組織
に与えられる吸収線量を意味し、放射線発生装置の出力
を評価する基準となっている。

【０００３】しかし、医療用ライナックから出力される
放射線は放射状に広がっているので、放射線発生装置の
出力を精度よく評価するためには、ビーム軸上のある一
点の放射線量だけではなく、放射線が照射される領域内
（照射野）における放射線量の分布も把握する必要があ
る。さらに、人体に照射された放射線は人体内部を透過
する際、人体に放射線を与えながら徐々に減衰していく
ので、深さ方向にも線量の分布ができる。従って、人体
に与えられる放射線量を見積もるには、厳密には深さ方
向の線量分布も考慮する必要がある。そして、この深さ
方向の線量分布は、放射線のエネルギーによって決定付
けられている。

【０００４】上記の人体に吸収される放射線量を治療中
に直接測定することはできない。この直接測定に代わ
り、医療用ライナックは、放射線量をリアルタイムでモ
ニターする線量モニターを備える。線量モニターは平行
平板電離箱で構成される。図７にその概略の構成を示
す。図において高圧電極１、３と出力放射線量検出用電
極２がひとつの平行平板電離箱を形成している。

【０００５】高圧電極１、３に出力放射線量検出用電極
２が挟まれて配置されているのは、検出用電極２の位置
的な変位を補正するためである。また、このような構成
とすることにより、電極間隔を広げることなく電離箱の
有効体積を大きくすることができ、検出信号を大きくす
ることができる。電極間隔を広げても有効体積は大きく
なるが、電極間の電界強度が弱くなるので電離したイオ
ンが電極に収集されるまえに再結合する割合が大きくな
り、検出性能が劣化する。

【０００６】この線量モニターを用いて出力放射線量を
モニターする手順を以下に説明する。治療に先だち、例
えば水等の組織等価物質（放射線に対する特性が人体組
織と等価な物質）をとりつけた標準線量計（各放射線治
療施設の基準となる線量計）を上記の定格治療距離に配
置し、出力放射線量及び分布を測定しておく。この測定
は、実際の放射線治療時には、測定することができない
人体に吸収される放射線量及び分布をあらかじめ見積も
るものである。

【０００７】一方、ライナックのヘッド部に組み込まれ
ている線量モニターによりライナック出力口での放射線
量及び分布も測定しておく。この線量モニターにより検
出される放射線量は、上記標準線量計により測定される
定格治療距離における放射線量とは異なる量となる。し
かし、線量率やエネルギーが限られた範囲内では、両放
射線量は比例関係を示す。また、分布も同様の傾向を示
す。従って、線量モニターで測定した放射線量を、定格
治療距離における放射線量を示すよう校正することによ
り、線量モニターによる出力放射線量の測定が可能とな
る。

【０００８】図３において、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは
絶縁シート４上に形成された放射線量分布監視用電極で
ある。このような電極は、ビーム軸に対して対称な位置
に配置されている。この電極は、放射線量の分布を検出
し、かつその分布を制御するためのものである。電極５
ａ、５ｃが前後の放射線量分布検出用とすれば、電極５
ｂ、５ｄは左右の放射線量分布検出用に相当する。治療
に先だって、上記標準線量計等の測定器を用いて線量分
布を測定しながら照射野内における線量分布がビーム軸
からずれないようにビーム軌道が調整されているので、
通常状態では線量モニターの電極５ａ、５ｂ、５ｃ、５
ｄで検出される信号は等しくなる。

【０００９】治療中になんらかの原因で電極５ａ、５ｃ
または電極５ｂ、５ｄの検出信号に差違が生じた場合
は、照射野内の線量分布の異常として放射線の発生を停
止する等の安全策をとることができる。また、通常、医
療用ライナックでは、ステアリング磁石と呼ばれる電磁
石によってビーム軌道を前後および左右に変位させ、線
量分布を前後および左右に変化させることができる機能
を有している。従って、照射野内の線量分布の異常検出
をフィードバックし、ビーム軌道をコントロールし、ビ
ーム軸を中心とするビームの対称性を維持することによ
り、照射野内の線量分布を一定に保つシステムを構築す
ることができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上に述べてきたよう
に、照射野内における線量分布については、線量モニタ
ーによって治療中にリアルタイムでモニターし、ステア
リング磁石でビーム軌道を調整することにより一定にす
ることが可能である。しかし、ここでいう線量分布の一
定性は、ビーム軸に対する対称性をいい、厳密な意味で
の照射野内での均一な分布をいうものではない。また、
深さ方向の線量分布については何ら考慮されていなかっ
た。そしてこの深さ方向の線量分布に影響を与える放射
線のエネルギーについては、治療中にリアルタイムにモ
ニターされていなかった。その結果、人体に与えられる
放射線量を精度よく見積もれなかったという問題点があ
った。この発明は、このような問題を解決するためにな
されたものであり、従来装置ではできなかった治療中の
放射線エネルギーのモニターを可能とする放射線発生装
置及び放射線エネルギー検出器を提供することを目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る放射線発生装置は、放射線ビームの中央部の放射線量
を検出する第１の放射線検出器と、放射線ビームの周辺
部の放射線量を検出する第２の放射線検出器と、上記第
１の放射線検出器からの出力と第２の放射線検出器から
の出力との比較に基づき放射線ビームのエネルギーを制
御するビーム制御手段とを備えたものである。

【００１２】また、この発明の請求項２に係る放射線発
生装置は、上記第１の放射線検出器は放射線ビームのビ
ーム軸上に配置され、上記第２の放射線検出器は上記放
射線ビームの周辺部に複数個配置されているものであ
る。

【００１３】また、この発明の請求項３に係る放射線発
生装置は、上記複数個の第２の放射線検出器は上記ビー
ム軸に対し対称な位置に配置されているものである。

【００１４】また、この発明の請求項４に係る放射線発
生装置は、上記第１または第２の放射線検出器は、高圧
電極とこの高圧電極に対向配置された検出電極とで構成
される平行平板電離箱の構造を有するものである。

【００１５】また、この発明の請求項５に係る放射線発
生装置は、上記第１の放射線検出器の高圧電極と上記第
２の放射線検出器の高圧電極は、一枚の金属平板により
形成され、上記第１の放射線検出器の検出電極と上記第
２の放射線検出器の検出電極は、一枚の絶縁平板上に形
成された分離した金属部により形成されているものであ
る。

【００１６】また、この発明の請求項６に係る放射線エ
ネルギー検出器は、放射線ビームの中央部の放射線量を
検出する第１の放射線検出器と、放射線ビームの周辺部
の放射線量を検出する第２の放射線検出器と、上記第１
の放射線検出器からの出力と第２の放射線検出器からの
出力との相対的な大きさを比較する比較手段とを備え、
この比較結果に基づき放射線ビームのエネルギーを検出
するものえある。

【００１７】

【発明の実施の形態】この発明に係わる放射線発生装置
は、線量モニター部にビーム軸上およびその周囲にビー
ム軸に対して対称に配置された一群の線量分布監視用電
極を有しており、これらの電極によって治療中の線量分
布を監視することができ、かつ検出されたビーム軸に垂
直な面内の線量分布の変化からエネルギーの現在値を算
出する機能を持たせたものである。

【００１８】上記のとおり、治療に先だって標準線量計
等の測定器を用いて線量分布を測定しながら照射野内に
おける線量分布が均一になるようにビーム軌道が調整さ
れているが、ビーム軌道が変化した場合には線量分布に
傾きが生じる。その結果、ビーム軸に対称に配置された
二つの電極で検出される信号に差違が生じる。これに対
し、放射線のエネルギーが変動した場合には、ビーム中
心軸上とその周囲との線量に差違が生じ、エネルギーが
高くなるとビーム中心軸上の線量が高くなる傾向を持っ
ている。

【００１９】その結果、ビーム中心軸上の電極とその周
囲に配置された電極の間で検出される信号に差違が生じ
る。この信号の差違とエネルギー変化の関係を予め測定
によって決定しておけば、治療中にはこの信号の差違に
よってエネルギーを知ることができる。

【００２０】また、この発明に係わる放射線発生装置で
は、算出したエネルギーの現在値が予め標準線量計等の
測定器を用いて線量分布を測定した時点のエネルギーと
異なる場合には、加速管内で加速されるビームエネルギ
ーを自動的に変化させ、放射線のエネルギーを補正する
機能を持たせたものである。

【００２１】実施の形態１．以下、この発明の実施の形
態を図１によって説明する。図において、６はライナッ
ク本体の放射線発生部、７はライナックヘッド部に組み
込まれた線量モニターを示している。線量モニターは、
線量分布監視用の電極として、ビーム軸上の電極８と、
その周囲にビーム軸に対して対称に配置された電極５
ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを有しており、図１ではこの様子
を拡大して示している。

【００２２】線量分布監視用の各電極の検出信号を、そ
れぞれＤ８（ビーム軸上の電極８からの信号）、Ｄ５
ａ、Ｄ５ｂ、Ｄ５ｃ、Ｄ５ｄ（ビーム軸に対して対称に
配置された電極５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄからの信号）と
すると、治療に先だって標準線量計等の測定器を用いて
線量分布を測定しながら照射野内における線量分布が均
一になるようにビーム軌道およびエネルギーが調整され
ているので、このような正常状態では以下のように各検
出信号は等しくなる。 Ｄ８＝Ｄ５ａ＝Ｄ５ｂ＝Ｄ５ｃ＝Ｄ５ｄ この正常状態において、上記標準線量計等の測定器を用
いて深さ方向の線量分布が測定される。この深さ方向の
線量分布の一例を図２に示す。図において、横軸は放射
線量の分布を、縦軸は被照射体の表面からの深さを示
す。一般には表面からある一定の深さのところで放射線
の吸収量は最大となりその後減衰する。治療計画ではこ
の線量分布に基づいて、体内に存在する患部に与えられ
る線量が計算される。

【００２３】周囲電極の検出信号Ｄ５ａ、Ｄ５ｃまたは
Ｄ５ｂ、Ｄ５ｄの間に差違が生じた場合は、均一に調整
されていた線量分布に傾きが生じていることを示してい
る。この様子の一例を図３に示す。図３に示すようにビ
ームの対称性が崩れた場合にこのような信号の差異が生
じる。このような場合はステアリング磁場をコントロー
ルしてビーム軌道を変化させ、これらの検出信号の差違
を０とする機能を有している。図１において、１４はス
テアリング磁石を、１０は線量分布の傾きを検出してス
テアリング磁場にフィードバックする制御部を示す。ス
テアリング磁場制御部の機能によって周囲電極の検出信
号Ｄ５ａ、Ｄ５ｃおよびＤ５ｂ、Ｄ５ｄは等しくなり、
線量の分布に方向による傾きがなければ以下の関係が保
たれる。 Ｄ５ａ＝Ｄ５ｂ＝Ｄ５ｃ＝Ｄ５ｄ

【００２４】一般に、電子ビームが医療用ライナックで
使用されているターゲット等の金属に衝突した場合に発
生する制動Ｘ線の線量分布は、電子ビームのエネルギー
が高くなるほど前方への指向性が強くなる傾向にある。
そして、平坦化フィルターと呼ばれる円錐形の金属によ
ってビーム中心部の線量を減衰させることによって照射
野面内の線量分布を均一にしている（図４（ａ））。し
かし、例えば電子ビームのエネルギーが通常状態より高
くなると、前方への指向性がさらに強くなるので、線量
分布はビーム軸付近が高くなる（図４（ｂ））。一方、
電子ビームのエネルギーが通常状態より低くなると、前
方への指向性が弱くなるので、線量分布はビーム軸付近
が低くなる（図４（ｃ））。

【００２５】したがって、ビーム軸上電極と周囲電極の
検出信号Ｄ８とＤ５ａ（＝Ｄ５ｂ＝Ｄ５ｃ＝Ｄ５ｄ）の
間に差違が生じた場合は、放射線のエネルギーに差違が
生じたと判断することができる。そして、予めエネルギ
ーの変化と検出信号の比（＝Ｄ５ａ／Ｄ８）の関係を実
測によって決定しておけば、Ｄ５ａ／Ｄ８の値によって
エネルギーを知ることができる。 Ｅ＝Ｅ０＋ｆ（Ｄ５ａ／Ｄ８） Ｅ ：治療中の放射線エネルギー Ｅ０ ：通常時の放射線エネルギー（治療前にあらかじ
め測定） ｆ(Ｘ)：Ｄ５ａ／Ｄ８とエネルギー変化の関数、実測に
よって求める

【００２６】図５は、上記関数ｆ(Ｘ)の概略を示すグラ
フである。Ｄ５ａ／Ｄ８＝１の場合（ビーム軸上電極と
周囲電極の検出信号が等しい場合）には、ｆ（１）＝０
となり、Ｅ＝Ｅ０となる。したがって、治療中の放射線
エネルギーは治療前に測定された通常時の放射線エネル
ギーと同じである。Ｄ５ａ／Ｄ８＜１の場合（周囲電極
の検出信号がビーム軸上電極の検出信号より低い場合）
には、ｆ（１）＜０となり、Ｅ＜Ｅ０となる。したがっ
て、治療中の放射線エネルギーは治療前に測定された通
常時の放射線エネルギーより低い。Ｄ５ａ／Ｄ８＞１の
場合（周囲電極の検出信号がビーム軸上電極の検出信号
より高い場合）には、ｆ（１）＞０となり、Ｅ＞Ｅ０と
なる。したがって、治療中の放射線エネルギーは治療前
に測定された通常時の放射線エネルギーより高い。この
関係によって線量分布監視用電極の検出信号からエネル
ギーを算出する手段が、図１における９に示すブロック
である。

【００２７】実施の形態２．次に、実施の形態２につい
て図６を用いて説明する。図２において、１１は電子ビ
ームを加速する加速管（共振空洞とも呼ばれる）に加速
電界を形成するためのマイクロ波増幅管であるクライス
トロン、１２はクライストロンに印加電圧（具体的には
クライストロンのカソード電極への印加電圧）を供給す
るクライストロン電源である。上記クライストロンで増
幅されたマイクロ波が加速管に入力されて加速管中に加
速電界が形成される。１３は算出したエネルギーが通常
状態と異なっている場合にクライストロン印加電圧にフ
ィードバックするブロックを示している。

【００２８】クライストロンへの印加電圧を増加する
と、マイクロ波出力が増加し、加速管の加速電界が増加
する。この加速電界の増加によって電子ビームのエネル
ギーが増加し、上記ビーム線量分布の中心部の線量が増
加する（上記Ｄ５ａ／Ｄ８が減少する）。このようにク
ライストロンの印加電圧を調整することにより、放射線
エネルギーが常に一定になるように加速電子ビームのエ
ネルギーをコントロールすることができる。上記クライ
ストロン印加電圧の増減により加速電界の強弱が決ま
る。加速管の加速電界をこの例では電子ビームエネルギ
ーをコントロールするためにクライストロン印加電圧に
フィードバックする例を示したが、クライストロン発振
源であるＲＦ発振器の出力にフィードバックしてもよ
い。

【００２９】

【発明の効果】この発明によれば、従来装置ではできな
かった治療中の放射線エネルギーのモニターが可能とな
るので、治療に先だって標準線量計等の測定器を用いて
測定された深さ方向の線量分布と同じ線量分布が人体に
与えられていることが確認できるので、従来装置よりも
信頼性の高い放射線治療を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１における放射線発生
装置の説明図である。

【図２】 この発明の説明図であり、深さ方向の放射線
量分布を示す説明図である。

【図３】 この発明の説明図であり、線量モニターによ
る照射野内の検出信号を示す説明図である。

【図４】 この発明の説明図であり、照射野内の放射線
量分布の説明図である。

【図５】 この発明の説明図であり、検出信号の比とエ
ネルギー変化の関係を示す説明図である。

【図６】 この発明の実施の形態２における放射線発生
装置の説明図である。

【図７】 従来の放射線発生装置の説明図である。

【符号の説明】

１ 高圧電極、 ２ 出力線量検出用電極、 ３ 高圧
電極、 ４ 出力線量率検出用電極、 ５ａ、５ｂ、５
ｃ、５ｄ 放射線量分布監視用電極、 ６ 放射線発生
部、 ７ 線量モニター、 ８ビーム軸上電極（線量分
布監視用）、９ エネルギー算出部、 １０ ステアリ
ング磁石（STC）コントロール部、１１ クライストロ
ン（KLY）、 １２ クライストロン（KLY）電源、 １
３クライストロン（KLY）印加電圧コントロール部、
１４ ステアリング磁石（STC）。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射線ビームの中央部の放射線量を検出
   する第１の放射線検出器と、放射線ビームの周辺部の放
   射線量を検出する第２の放射線検出器と、上記第１の放
   射線検出器からの出力と第２の放射線検出器からの出力
   との比較に基づき放射線ビームのエネルギーを制御する
   ビーム制御手段とを備えたことを特徴とする放射線発生
   装置。
2. 【請求項２】 上記第１の放射線検出器は放射線ビーム
   のビーム軸上に配置され、上記第２の放射線検出器は上
   記放射線ビームの周辺部に複数個配置されていることを
   特徴とする請求項１に記載の放射線発生装置。
3. 【請求項３】 上記複数個の第２の放射線検出器は上記
   ビーム軸に対し対称な位置に配置されていることを特徴
   とする請求項２に記載の放射線発生装置。
4. 【請求項４】 上記第１または第２の放射線検出器は、
   高圧電極とこの高圧電極に対向配置された検出電極とで
   構成される平行平板電離箱の構造を有することを特徴と
   する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線発生
   装置。
5. 【請求項５】 上記第１の放射線検出器の高圧電極と上
   記第２の放射線検出器の高圧電極は、一枚の金属平板に
   より形成され、上記第１の放射線検出器の検出電極と上
   記第２の放射線検出器の検出電極は、一枚の絶縁平板上
   に形成された分離した金属部により形成されていること
   を特徴とする請求項４に記載の放射線発生装置。
6. 【請求項６】 放射線ビームの中央部の放射線量を検出
   する第１の放射線検出器と、放射線ビームの周辺部の放
   射線量を検出する第２の放射線検出器と、上記第１の放
   射線検出器からの出力と第２の放射線検出器からの出力
   との相対的な大きさを比較する比較手段とを備え、この
   比較結果に基づき放射線ビームのエネルギーを検出する
   放射線エネルギー検出器。