JP5419483B2 - 回転照射型粒子線医療装置 - Google Patents

Description

この発明は、がん治療等で使用される粒子線医療装置、特に、患者周りに回転自在に照射可能な回転照射型粒子線医療装置に関するものである。

がん治療を目的とした放射線医療装置として、陽子や重イオン等を用いた粒子線治療はＸ線、ガンマ線等の従来の放射線治療に比べて、がん患部に集中的に照射することができ、正常細胞に影響を与えずに治療することが可能である。すなわち、陽子や炭素イオン等の荷電粒子線は媒体内でエネルギーによって決まる飛程を持ち、入射からほぼ一様に線量を付与しながら、飛程終端の直前でブラッグピークと呼ばれる線量付与の極大が生じるので、これをがんに一致させることにより、治療効果を向上させることが可能となった。
粒子線医療装置には、患者に対して任意の方向から照射するために回転照射装置（回転ガントリ）が設けられる場合がある。回転ガントリは粒子線照射部を３６０度回転させ、患者に対して任意の回転角度から荷電粒子ビームを照射できるように構成されている。

がん治療用の回転照射型粒子線医療装置では、通常、患部に照射されるビームを病巣の下部形状に応じたエネルギー分布に成形するためのボーラスが用いられている。
このような従来の回転照射型粒子線医療装置として、例えば、ビームを複数方向から照射するため、治療計画装置で予め求められた患部の下部形状に応じて、各照射方向に対応したボーラスを作製しておき、これを照射装置に設けた回転テーブルに設置して切替えて使用する技術が提案されている。回転テーブルの回転軸とビームの軌道中心は偏芯しているので、回転テーブルを回転させることにより、ボーラスを入れ替えてビームの軌道上に配置させ、これによって複数の照射方向に対応したビームのエネルギー分布が形成できるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２２４２３０号公報（第４頁、図２）

特許文献１に示すような従来の粒子線医療装置のボーラス切替機構では、回転テーブルを使用するため、患者近接部の構造物の体格が大きくなり、十分に患部に照射ノズルを近づけることができないという問題点があった。また、このように回転テーブルを回転させる方式では構造が複雑となるためメンテナンス性が悪く、また駆動にモータを使用するため、操作音がうるさいという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、ボーラスの切換方法と駆動方法を改善し、ボーラス取付部のコンパクト化を図り、照射ノズルを患者に接近させた場合にも作業空間を十分確保できる回転照射型粒子線医療装置を得ることを目的とする。

この発明に係る回転照射型粒子線医療装置は、加速器で加速された粒子線を導入して治療台上の患者に照射する照射装置と、照射装置が搭載され、照射装置と共に治療台の周りに回転する回転フレームとを備え、回転フレームを回転させることにより複数の照射方向から照射可能に構成された回転照射型粒子線医療装置において、照射装置には、照射する粒子線の分布を調整するために、患者の病巣に合わせ、照射方向に対応して作製された複数個のボーラスが、照射装置の先端側に設けられ、かつ照射装置の先端側には回転フレームの回転軸方向に複数個のボーラスの駆動機構が配置されており、複数個のボーラスは、駆動機構により回転フレームの回転軸方向にスライド可能に取り付けられ、照射方向が変えられたとき、変えられた照射方向に対応するボーラスに切替えられ、照射装置の先端側は、回転フレームの回転軸の軸線と直交方向に移動可能となっており、患者に接近させて照射できるようにしたものである。

この発明の回転照射型粒子線医療装置によれば、照射装置には、照射する粒子線の分布を調整するために、患者の病巣に合わせ、照射方向に対応して作製された複数個のボーラスが照射装置の先端側に設けられ、かつ照射装置の先端側には回転フレームの回転軸方向に複数個のボーラスの駆動機構が配置されており、複数個のボーラスを、駆動機構により回転フレームの回転軸方向にスライド可能に取り付けて、照射方向によってその照射方向に対応するボーラスに切替えて、照射装置の先端側を、回転フレームの回転軸の軸線と直交方向に移動可能とし、患者に接近させて照射できるようにしたので、ボーラスの切替え機構部の占有する領域を小さくでき、また、スライドによる制限領域はスライド方向のみとなって機構部がコンパクト化されるため、医師又は作業者のアクセス空間を広く確保でき、治療作業の自由度が増す。

この発明の実施の形態１による回転照射型粒子線医療装置の回転ガントリ部を示す概念図である。 この発明の実施の形態２による回転照射型粒子線医療装置の回転ガントリ部を示す概念図である。 粒子線医療装置の照射系の構成を説明する説明図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による回転照射型粒子線医療装置の回転ガントリ部の概念図であり、（ａ）は回転軸の軸方向に見た図を示し、（ｂ）は（ａ）の矢印ｂ方向から見た部分断面図を示している。また、図３は、粒子線医療装置の照射系の構成を説明する説明図である。

先ず、図３によって、粒子線医療装置の照射系の構成の概要から説明する。
粒子線医療装置の照射装置に送られてきた荷電粒子ビーム（以下、粒子線と略す）は、先ず、電磁石３１によってＸ方向，Ｙ方向同時に回転させて照射野を平坦化させ、散乱体３２によって更に散乱させて平坦度を上げ、次に、リッジフィルタ３３によってがんの治療厚さに合わせて粒子線のブラッグピークの幅（奥行き方向）を変化させ、レンジシフタ３４によってがんの深さに合わせて粒子線のエネルギーを吸収させ到達する距離を微調整し、次に、ブロックコリメータ３５により必要な範囲以外の粒子線を遮断し、可変コリメータ３６によって複数の可動リーフを移動させて粒子線をがんの形状（平面方向）に合わせて成形し、最後に、ボーラス３７によって、粒子線の飛程をがんの末端側（底部）の形状に合わせて調整する。
なお、図３では可変コリメータ３６とボーラス３７は、形状が理解しやすいように斜視図で表している。

次に、図１により、実施の形態１の回転照射型粒子線医療装置の構成について説明する。回転照射型粒子線医療装置の回転ガントリは、照射装置１が搭載された円筒状の回転フレーム２がローラ３によって回転可能に支持され、ローラ３を図示しない駆動装置によって回転させることで、３６０度回転できるように構成されている。照射装置１は、図３で説明した照射系の可変コリメータ３６までの構成機器が収納されており、先端側（出射側）に後述のボーラスが設けられている。この照射装置１に図示しない加速器で加速された粒子線を導入し、照射患部にあわせて整形して、治療台４上の患者５の患部に照射するようになっている。

照射装置１は、回転フレーム２を回転させることにより共に回転し、患者５の患部に対して複数の照射方向から照射することが可能となっている。図１では、（ａ）に示すように、照射装置１が垂直上方にある場合と、９０度回転させて水平方向にある場合の２方向を例示している。
またこの照射装置１は、回転フレーム２の回転軸の軸線と直交方向にも移動可能になっており、患者５に接近させて照射できるようになっている。

照射装置１の先端側の照射ノズル部に、図３で説明したボーラス３７に相当するボーラス６ａ，６ｂが設けられている。ボーラスは、例えば、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚さ１００ｍｍ程度のポリエチレンの直方体を用いて、照射方向から見た患者の病巣の深さ合わせて、すなわち、病巣の底面の形状に合わせて、３次元加工によって表面を窄設して凹状に形成している。ボーラスを透過した粒子線のエネルギーは、病巣の深さ方向の形状に対応して調整されることになる。
したがって、ボーラスは、患者ごとに患部の病巣に対応させて、粒子線治療計画装置によって予め作成される。

１つの病巣に対して複数方向から粒子線を照射して治療する場合は、粒子線の照射方向によって、その方向から見た病巣の下部形状が異なるので、照射方向に対応させて、複数個（照射方向の数だけ）のボーラスが用意される。
図１の場合は、照射方向を垂直方向と水平方向の２方向としているので、垂直方向用のボーラス（Ａ）６ａと、水平方向用のボーラス（Ｂ）６ｂとを２個設けている。この２個のボーラス６ａ，６ｂが、図１（ｂ）に示すように、回転フレーム２の回転軸の軸線方向に並べて同一平面上に配置されている。そして、回転軸方向にスライド可能に取り付けられ、スライドさせることによって、照射方向に対応して切替えられるように構成されている。

スライド機構としては、一般に知られている直動機構を使用すればよい。その直動機構にホルダ（図示せず）を固定しておき、ボーラスはそのホルダに予め収納しておく。スライドさせる駆動機構としては、例えば、エアシリンダ７を用いる。図１（ｂ）に示すように、エアシリンダ７を支持部材によって照射装置１の筐体側に固定しておき、そのロッドをホルダに連結することで、１個のエアシリンダ７の動作により、ボーラス（Ａ）６ａとボーラス（Ｂ）６ｂとを同時に駆動するように構成されている。

次に、ボーラス６ａ，６ｂの切替動作について説明する。
図１（ａ）に破線で示すように、照射装置１が患者５の垂直上方の位置にあるときは、ボーラス（Ａ）６ａが照射軸線上に位置するようにエアシリンダ７を制御する。そして、ボーラス（Ａ）６ａを用いて粒子線を患者５の患部に照射し治療を行った後、次に、回転フレーム２を９０度回転させて、照射装置１を実線で示すように水平方向に向ける。次に、エアシリンダ７を作動させて、ボーラス（Ｂ）６ｂが粒子線の照射軸線上に位置するようにスライド移動させる。そして、ボーラス（Ｂ）６ｂを用いて粒子線を照射し水平方向からの治療をする。
ボーラス６ａ，６ｂの切替操作は、図示しない制御装置からの指令により、予め設定されたプログラムに従って、回転フレーム２の回転に連動させて、遠隔操作により実施される。
なお、このとき、先に図３で説明した可変コリメータ３６のビーム貫通部の形状も、粒子線治療計画に従って、照射方向に合わせて変更される。

このように、ボーラスの切り替えを遠隔操作することにより、１回の照射治療において、作業者がボーラスを取り替えることなく複数方向からの照射が可能となり、一方向のみからの照射に比べてよりがん病巣の形状に合わせた精密な照射利用域の制御（いわゆる遠隔多門照射）が可能となる。また、人手によるボーラス切換が不要となり、エアシリンダにより短時間で切替えられるため、治療時間が短縮される。
背景技術の項で説明した特許文献１に示されたような、回転テーブルを用いて複数のボーラスを切り替える場合は、円板状の回転テーブル及びその操作部が占有する領域が広く、ボーラスが搭載された照射ノズルを患者に近づける際や、医師又は作業者が患者に近づく際に、制限される領域が大きい。

これに対して、本実施の形態では、ボーラス６ａ，６ｂの切換をスライド（直動）方式にし、且つ、スライド方向を回転フレーム２の回転軸方向としたので、駆動機構も回転軸方向に配置されることになり、この結果、制限領域はスライド方向のみとなるため、特に
、照射ノズルが水平方向にある場合は、垂直方向に駆動機構部が出っ張らないため、図１（ａ）に一点鎖線で示すように、照射ノズルをより患者に近づけることが可能となる。できるだけ患者に近づける方が粒子線の広がりが少なくなるので、照***度が上がる。
また、医師や作業者が患者にアクセスするスペースも広く確保でき、動きが楽になる。
更に、操作機構が直動機構で、その駆動機構をエアシリンダとしたので、モータによる回転駆動に比べて機構が簡単なため、制御が簡単となり、故障の割合も低くなる。また切替を速くでき、操作音も小さい。

なお、図１では照射装置１の照射位置は２方向の場合を示したが、更に照射位置を増やし、それに対応してボーラスを３個以上並べて配置しても良く、そうすれば、患部形状をより精密に制御する効果が得られる。
また、エアシリンダ７の取付方向は、図１（ｂ）では、照射装置１の筐体の右側（患者５の足側）としたが、左側としても良い。

以上のように、実施の形態１によれば、照射装置には、照射する粒子線の分布を調整するボーラスが、照射方向に対応して複数個設けられており、複数個のボーラスは、回転フレームの回転軸方向にスライド可能に取り付けられ、照射方向が変えられたとき、変えられた照射方向に対応するボーラスに切替えられるようにしたので、１回の照射治療において、作業者がボーラスを取り替えることなく、切替を短時間で行うことができ、治療時間を短縮することができる。
また、回転軸方向にスライド移動させてボーラスを切替えるようにしたので、ボーラスの切替え機構部の占有する領域を小さくでき、また、移動による制限領域はスライド方向のみとなって機構部がコンパクト化されるため、医師又は作業者のアクセス空間を広く確保でき、治療作業の自由度が増す。

また、複数個のボーラスは、回転フレームの回転軸方向に並べて同一平面上に配置し、同時に駆動して切替えるようにしたので、駆動機構部の出っ張りが少なくなり、照射ノズル部をより患者に近づけることが可能となって、照***度を上げることができる。

実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２による回転照射型粒子線医療装置の回転ガントリ部の概念図であり、（ａ）は回転軸の軸方向に見た図、（ｂ）は（ａ）の矢印ｂ方向から見た部分断面図である。実施の形態１の図１と同等部分は同一符号で示して説明は省略する。相違点は、複数のボーラスの配置及び駆動機構の構成であり、本実施の形態では、複数のボーラス（図２では２個の場合を示す）を、段積みとした点である。以下、図に基づいて説明する。

図のように、ボーラス（Ａ）６ａと、ボーラス（Ｂ）６ｂとが、照射装置１の照射ノズル部に、回転フレーム２の回転軸方向に対して直交方向に段積みされている。ボーラス６ａ，６ｂは、治療計画に従って、予め、患者の病巣と照射位置に対応して製作されたものである。ボーラス（Ａ）６ａは垂直方向からの粒子線に対応し、ボーラス（Ｂ）６ｂは水平方向からの粒子線に対応するものであり、各ボーラス６ａ，６ｂは図示しないホルダに収納され、スライド機構によって回転軸の軸線方向にスライド可能に構成されている。図２（ｂ）に示すように、駆動は、照射装置１の筐体側に固定したエアシリンダ７によって、各ボーラス６ａ，６ｂ毎に個別に行うようになっている。

次に、ボーラスの切替動作について説明する。
照射装置１が患者の垂直上方にある状態では、図２（ｂ）に示すように、ボーラス（Ａ）６ａが照射軸線上に位置するようにエアシリンダ７を駆動し、ボーラス（Ｂ）６ｂは照射軸線上から外れる位置に退避させている。次に、回転フレーム２を９０度回転させて、照射装置１を（ａ）の実線で示すように水平方向に向け、水平向から照射する場合は、ボーラス（Ａ）６ａを退避させ、ボーラス（Ｂ）６ｂを照射軸線上に位置するように、各エアシリンダ７を操作する。
なお、図２では照射位置を２方向としたが、更に照射方向を増やし、それに対応してボーラスの個数を増やしても良い。

以上のように、実施の形態２によれば、複数個のボーラスは、回転フレームの回転軸に対して直交方向に段積みして配置され、個別に駆動して切替えるようにしたので、回転軸方向の機構部の出っ張りが、実施の形態１の場合よりも少なくなり、医師又は作業者のアクセス空間が広くなり、治療作業の自由度が増す。
また、同形状のものを積み重ねて構成できるので製作が容易となり、照射方向を増やした場合に、段数を変えることによりボーラスの個数を容易に追加できる。
更に、エアシリンダはボーラスに対して個別に設けているので、実施の形態１の場合と比較して小容量のものでよく、制御も簡単となる。

１ 照射装置 ２ 回転フレーム
３ ローラ ４ 治療台
５ 患者 ６ａ ボーラス（Ａ）
６ｂ ボーラス（Ｂ） ７ エアシリンダ
３１ 電磁石 ３２ 散乱体
３３ リッジフィルタ ３４ レンジシフタ
３５ ブロックコリメータ ３６ 可変コリメータ
３７ ボーラス。

Claims (3)

1. 加速器で加速された粒子線を導入して治療台上の患者に照射する照射装置と、前記照射装置が搭載され、前記照射装置と共に前記治療台の周りに回転する回転フレームとを備え、前記回転フレームを回転させることにより複数の照射方向から照射可能に構成された回転照射型粒子線医療装置において、
   前記照射装置には、照射する前記粒子線の分布を調整するために、前記患者の病巣に合わせ、前記照射方向に対応して作製された複数個のボーラスが、前記照射装置の先端側に設けられ、かつ前記照射装置の先端側には前記回転フレームの回転軸方向に前記複数個のボーラスの駆動機構が配置されており、
   複数個の前記ボーラスは、前記駆動機構により前記回転フレームの回転軸方向にスライド可能に取り付けられ、前記照射方向が変えられたとき、変えられた照射方向に対応する前記ボーラスに切替えられ、
   前記照射装置の先端側は、前記回転フレームの回転軸の軸線と直交方向に移動可能となっており、患者に接近させて照射できるようにしたことを特徴とする回転照射型粒子線医療装置。
2. 請求項１記載の回転照射型粒子線医療装置において、
   複数個の前記ボーラスは、前記回転軸方向に並べて同一平面上に配置され、同時に駆動されて切替えられるようにしたことを特徴とする回転照射型粒子線医療装置。
3. 請求項１記載の回転照射型粒子線医療装置において、
   複数個の前記ボーラスは、前記回転軸方向に対して直交方向に段積みして配置され、個別に駆動されて切替えられるようにしたことを特徴とする回転照射型粒子線医療装置。

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