JP4537716B2

JP4537716B2 - 放射線治療装置

Info

Publication number: JP4537716B2
Application number: JP2004010393A
Authority: JP
Inventors: 和彦辻田
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp; Toshiba Medical Systems Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2004-01-19
Filing date: 2004-01-19
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2024-01-19
Also published as: US20050185766A1; JP2005198945A; US7242750B2; CN1644227B; CN1644227A

Description

本発明は、例えば悪性腫瘍などの疾患の治療に供される放射線治療装置に係り、特に放射線の照射範囲を設定するための多分割絞り装置を備えた放射線治療装置に関する。

放射線治療装置に備えられる多分割絞り装置は、タングステンなどの重金属から成る複数枚のリーフを密に隣接させた集合体とし、この集合体を一対として放射線源からの放射線の照射方向に配置され、放射線源を中心に含む同心円上を円弧状の軌道面に沿って互いに接近、離反するように駆動されるようになっている。そして、各リーフを駆動するための従来の駆動手段は、各リーフの外側端面に形成した歯に駆動歯車を噛み合わせ、この駆動歯車がシャフトを介してモータに連結された構成となっている（例えば、特許文献１参照。）。そして、各リーフを放射線の照射範囲すなわち、被検体の治療範囲に合わせて接近、離反させる必要があることから、この駆動手段はリーフ毎に設けなければならないものである。
特開２００２−２５３６８６公報（第３頁、図１２）

ところで、従来の多分割絞り装置では、厚み約３ｍｍのリーフを４０枚程度隣接させた集合体として形成されている。このリーフの厚みを薄くして枚数を増やすことにより、放射線の照射範囲をより治療範囲に近似させることが可能となるが、各リーフを駆動するための駆動歯車や、駆動歯車とモータとを連結するためのシャフトが必須となるため、リーフの厚みを薄くすることは極めて困難であった。また、構造上装置が大型化し重量も増すという問題もあった。

さらに、歯車機構にはバックラッシがつきものであり、そのためリーフの移動制御の精度を低下させることとなって、放射線の照射範囲を設定する際にリーフの位置にずれが生じてしまい、放射線の照射範囲を正確に設定することができず、被検体の正常組織に放射線を照射してしまうおそれがあるという問題もあった。前出の特許文献１は、バックラッシを除去するための歯車機構を提供したものであるが、そのためには構造が複雑化し装置が大型化することは否めなかった。

本発明は、このような問題を解決しようとしてなされたものである。

上記課題を解決するため、本発明の放射線治療装置は、放射線を発生する放射線発生源
と、前記放射線発生源から放射された放射線を遮り、前記放射線の照射範囲を設定するた
めの複数のリーフを備えた多分割絞り装置と、電気信号を出力する駆動信号出力手段と、
前記リーフ上であって、前記放射線発生源に対して反対側の面に接するように取り付けら
れ、前記駆動信号出力手段から出力された電気信号に基づいて圧電変換部材で超音波振動
を発生し、前記各リーフを超音波振動により個別に駆動する駆動装置とを備えることを特
徴とする。

上記課題を解決する手段の項にも示したとおり、本発明の特許請求の範囲に記載する各請求項の発明によれば、次のような効果を奏する。

１．リーフを圧電変換部材によってダイレクトに駆動するので、リーフへの駆動機構が簡素化、小型化される。よって、従来よりもリーフの厚みを薄くして枚数を増やすことが可能となり、放射線の照射範囲をより治療範囲に近似させることができる。

２．リーフの駆動に歯車機構が介在しないので、バックラッシュが生じることがなく、従ってリーフの停止位置の誤差を改善し、照射範囲の設定精度を向上することができる。

以下、本発明に係る放射線治療装置の一実施の形態について、図１ないし図９を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係る放射線治療装置の使用状態を示した外観図であり、先ず、この図を参照して、放射線治療装置の概略的な構成について説明する。

放射線治療装置は、大別すると、放射線源からの放射線を被検体へ照射する放射線照射装置１０と、被検体Ｐを載置して放射線の照射部位の位置決めをする治療台２０とから構成されている。

放射線照射装置１０は、床に据付られている固定架台１１と、固定架台１１に回転可能に支持された回転架台１２と、回転架台１２の一端から延びた先端部に設けられた照射ヘッド１３と、照射ヘッド１３に組み込まれた絞り装置１４とを有している。そして、回転架台１２は固定架台１１の水平な回転中心軸Ｈの周りに、略３６０度にわたって回転可能であり、絞り装置１４も、放射線の照射軸Ｉの周りに回転可能となっている。なお、回転架台１２の回転中心軸Ｈと放射線の照射軸Ｉとの交点をアイソセンタ（isocenter）ＩＣと称している。また、回転架台１２は、放射線の固定照射はもとより、それ以外の各種の照射態様例えば、回転照射、振子照射、間欠照射などに対応した回転が可能なように構成されている。

一方、治療台２０は、アイソセンタＩＣを中心とする円弧に沿って、矢印Ｇ方向に所定角度範囲にわたって回転可能に床に設置されている。そして、治療台２０の上部には、上部機構２１に支持された被検体Ｐを載置する天板２２が設けられている。この上部機構２１は、天板２２を矢印ｅで示す前後方向と、矢印ｆで示す左右方向に移動させる機構を備えている。

また、上部機構２１は、昇降機構２３に支持されている。この昇降機構２３は、例えばリンク機構で構成されるもので、矢印ｄで示す上下方向にそれ自体が昇降することによって、上部機構２１および天板２２を所定範囲だけ昇降させるものである。さらに、昇降機構２３は、下部機構２４に支持されている。この下部機構２４は、アイソセンタＩＣから距離Ｌ離れた位置を中心として、矢印Ｆで示す方向に昇降機構２３を回転させる機構を備えている。よって、昇降機構２３とともに、上部機構２１および天板２２が矢印Ｆ方向に所定角度回転可能である。

なお、治療に際して被検体Ｐの位置決めや絞り装置１４による照射野の設定などは、医師などの医療スタッフＤによって行われる。

ところで、放射線治療を実施する際には、悪性腫瘍などの治療部位にのみ放射線を集中的に照射して、正常組織にダメージを与えないようにすることが必要である。そのため、正常組織に極力放射線を照射しないように、照射野を規制するための絞り装置１４が、放射線の照射軸Ｉの周りに回転可能に、照射ヘッド１３に組み込まれている。

この絞り装置１４の一実施の形態を図２ないし図４に示してあるので、次に、これらの図を参照して絞り装置１４の詳細を説明する。なお、図２および図３は、絞り装置１４を構成する第１、第２の絞り体を互いに直交する方向から見た説明図であり、図４は、第２の絞り体を平面的に見た説明図である。

絞り装置１４は、タングステンなどの重金属から成る第１の絞り体１４０と、第２の絞り体１４１との通常２種類の絞り体が、放射線源Ｓからの放射線の照射方向に重なるように設けられるとともに、各絞り体１４０、１４１は、図２および図３にそれぞれ符号１４０Ａ、１４０Ｂ、１４１Ａ、１４１Ｂを付して示してあるように、対をなすように分割されている。

そして、放射線源Ｓに近い側に設けられる第１の絞り体１４０Ａ、１４０Ｂは、図２に示すように、円弧状の軌道面を有する単体として構成され、放射線源Ｓを中心に含む同心円上を円弧状の軌道面に沿って矢印Ｘの方向へ移動して、互いに接近、離反するように、歯車機構を介してモータの動力を伝達する駆動装置１４２Ａ、１４２Ｂによって駆動されるようになっている。

一方、放射線源Ｓから遠い側に設けられる第２の絞り体１４１Ａ、１４１Ｂも、図３に示されているように円弧状の軌道面を有し、放射線源Ｓを中心に含む同心円上を円弧状の軌道面に沿って、第１の絞り体１４０Ａ、１４０Ｂに対して直交する方向、すなわち、矢印Ｙの方向に移動して、互いに接近、離反するように設けられている。ただし、第２の絞り体１４１Ａ、１４１Ｂは、図２にも概略が示され、図４に詳細を示すように、複数のリーフ１４１Ａ１〜１４１Ａｎ、１４１Ｂ１〜１４１Ｂｎを密に隣接させた集合体として構成した多分割絞り装置である。なおリーフ１４１Ａ１〜１４１Ａｎ、１４１Ｂ１〜１４１Ｂｎは、もちろん重金属で形成されている。

この第２の絞り体１４１Ａ、１４１Ｂの各リーフ１４１Ａ１〜１４１Ａｎ、１４１Ｂ１〜１４１Ｂｎは、円弧状の軌道面を有し、各リーフ１４１Ａ１〜１４１Ａｎ、１４１Ｂ１〜１４１Ｂｎの先端に設けられたステータＳＴＡ１〜ＳＴＡｎ、ＳＴＢ１〜ＳＴＢｎと、このステータＳＴＡ１〜ＳＴＡｎ、ＳＴＢ１〜ＳＴＢｎに夫々信号線ＬＡ１〜ＬＡｎ、ＬＢ１〜ＬＢｎを介して所定の高周波電圧を供給する高周波信号発生部ＧＡ１〜ＧＡｎ、ＧＢ１〜ＧＢｎとから成る駆動装置１４３Ａ１〜１４３Ａｎ、１４３Ｂ１〜１４３Ｂｎによって、各別に円弧状の軌道面に沿って移動可能に駆動されるようになっている。ただし、第２の絞り体１４１Ａ、１４１Ｂを構成する各リーフ１４１Ａ１〜１４１Ａｎ、１４１Ｂ１〜１４１Ｂｎを駆動する駆動装置１４３Ａ１〜１４３Ａｎ、１４３Ｂ１〜１４３Ｂｎは、第１の絞り体１４０Ａ、１４０Ｂを駆動する駆動装置１４２Ａ、１４２Ｂとは、その動作原理が根本的に異なっている（その詳細は後述する。）。

このような第１の絞り体１４０Ａ、１４０Ｂを、Ｘ方向に互いに接近、離反するように移動させるとともに、第２の絞り体１４１Ａ、１４１Ｂの各リーフ１４１Ａ１〜１４１Ａｎ、１４１Ｂ１〜１４１Ｂｎを、それぞれ個別にＹ方向に互いに接近、離反するように移動させることを組合せることによって、図５に示すような、治療部位の形状Ｔに近似させた不規則形状の照射野Ｕが形成される。

次に、第２の絞り体１４１Ａ、１４１Ｂを構成する各リーフ１４１Ａ１〜１４１Ａｎ、１４１Ｂ１〜１４１Ｂｎを駆動する駆動装置１４３Ａ１〜１４３Ａｎ、１４３Ｂ１〜１４３Ｂｎについて詳細に説明する。
図６は、リーフ１４１Ａ１とリーフ１４１Ｂ１に対する駆動装置１４３Ａ１、１４３Ｂ１の概略を示したものである。すなわち、各リーフ１４１Ａ１、１４１Ｂ１の端面には、それぞれステータＳＴＡ１、ＳＴＢ１が圧力を加えて強く密に接触させられている。このステータＳＴＡ１、ＳＴＢ１は後述するが、金属部材ＭＡ１、ＭＢ１と弾性体ＥＬＡ１、ＥＬＢ１および圧電変換部材ＣＥＡ１、ＣＥＢ１
から形成されている。なお、この圧電変換部材ＣＥＡ１、ＣＥＢ１は、例えば圧電セラミックのように、高周波の電気信号を受けて超音波振動を発生するものであり、超音波振動子としても知られている。そして、圧電変換部材ＣＥＡ１、ＣＥＢ１は、高周波信号発生部ＧＡ１、ＧＢ１にそれぞれ信号線ＬＡ１、ＬＢ１を介して接続され、高周波の電気信号が供給されるようになっている。

ここで、リーフ１４１とその駆動装置１４３を平面的に展開した図７を参照して、本発明の主要部を更に説明する。なお、リーフ１４１Ａ１〜１４１Ａｎ、１４１Ｂ１〜１４１Ｂｎおよび駆動装置１４３Ａ１〜１４３Ａｎ、１４３Ｂ１〜１４３Ｂｎについても同様である。

先ずリーフ１４１の端面に圧接されているステータＳＴについて説明する。

リーフ１４１の端面に圧力を加えて強く密に接触させられているステータＳＴは、
圧電変換部材ＣＥと金属部材Ｍとの間に弾性体ＥＬを挟んでサンドイッチ状に一体化したものとして形成されており、その金属部材Ｍの表面がリーフ１４１の外側端面に直接接触させられている。さらに、金属部材Ｍのリーフ１４１に直接接触する側には、リーフ１４１の幅に交叉する方向に櫛歯のように多数の溝ｔが切られている。そして、圧電変換部材１４１には図示しない電極が取り付けられ、この電極に信号線Ｌを介して高周波信号発生部Ｇからの高周波の電気信号が供給されるものである。

次に、このように構成されたものの動作を図８を参照して説明する。なお、図８において図７と同一部分には同一符号を付してある。

圧電変換部材ＣＥに高周波信号発生部Ｇからの所定の高周波電圧が供給されると、圧電変換部材ＣＥは電歪現象により超音波振動を発生する。この発生した超音波振動はステータＳＴの金属部材Ｍをたわませながら連続的に一方向へ進んでいく。すなわち、海面の波がうねりながら一方向へ進むように、圧電変換部材ＣＥに発生した超音波振動がステータＳＴをたわませる。

従って、ステータＳＴに圧接されているリーフ１４１の面には、うねっている波の頭が当る部分と当らない部分とができる。そして、このときリーフ１４１の面に接触している波の頭（頂点）では、その接触点上に楕円運動が生じており、この楕円運動の軌跡はステータＳＴ上を進む波とは逆の方向を描いており、同時に、ステータＳＴ上を進む波とは異なる縦型の楕円運動となっている。よって、リーフ１４１は、その楕円運動の影響を受けて、ステータＳＴ上を進む波とは逆方向へ突き動かされるようにして進むことになる。

よって、ステータＳＴを固定しリーフ１４１を移動可能としておけば、ステータＳＴに例えば右方向に進む波が生じていれば、リーフ１４１に接触した波の各頂点には左方向の楕円回転が生じ、この左方向の楕円回転運動に引きずられてリーフ１４１はステータＳＴに対して左方向へ移動することになる。勿論、ステータＳＴに左方向へ進む波を生じさせれば、リーフ１４１はステータＳＴに対して右方向へ移動することになる。このように、ステータＳＴの圧電変換部材ＣＥに供給する高周波電圧を制御することによって、リーフ１４１の進退方向を自由に制御することが可能となる。

なお、リーフ１４１に直接接触する側のステータＳＴの金属部材Ｍに、櫛歯のように多数の溝ｔが切られているが、これは、楕円運動の振幅を大きくしたり、磨耗の緩和を図ったりするためのものである。

なお、本発明は上述の実施例に限らず要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態をとることが可能である。例えば、リーフ１４１の外側端面にステータＳＴを圧接するものとして説明したが、リーフ１４１の内側端面にステータＳＴを圧接してもリーフ１４１を駆動することができることは言うまでもない。

以上詳述したように本発明によれば、次のような種々の作用効果を発揮する。

１．リーフを、圧電変換部材を主体とするステータによってダイレクトに駆動するので、リーフを駆動するための機構が簡素化、小型化される。よって、従来よりもリーフの厚みを薄くして枚数を増やすことが可能となり、放射線の照射範囲をより治療範囲に近似させることができる。

すなわち、絞り装置１４の大きさが同じであるとして、第２の絞り体１４１Ａ、１４１Ｂについて、従来の枚数の少ない厚いリーフと本発明による枚数の多い薄いリーフとで形成される放射線の照射範囲を、図９に対比させて示す。図９（ａ）に示す従来の枚数の少ない厚いリーフでは、病巣Ｆの形状に照射範囲を近似させようとしても、かなりの隙間（不必要な放射線の照射域）が出来てしまうが、これに対して図９（ｂ）に示す本発明により枚数の多い薄いリーフとすれば、病巣Ｆの形状に照射範囲をかなり近似させることができるので、不必要な放射線の照射域が軽減されることが明らかである。

３．無段階に速度をコントロールすることができるので、高精度な速度制御および位置制御が可能であり、リーフの停止位置精度が向上する。また、作動音も少なく静粛なので、医療用装置として好適である。

４．リーフとステータの金属部材とは、強く圧接されているので、圧電変換部材への高周波電圧の供給を停止（すなわち電源を遮断）した後も、保持力を持ち続けるというブレーキ作用を発揮する。よって、一旦リーフの位置を決めるとその位置を保持し、隣接するリーフ間の干渉も防止されるので、照射範囲の設定精度が向上する。

放射線治療装置の使用状態を示した外観図である。本発明に係る放射線治療装置に備えられている絞り装置の説明図である。図２に直交する方向から見た絞り装置の説明図である。図２、図３に示されている第２の絞り体を平面的に見た説明図である。絞り装置によって形成される照射野の説明図である。本発明に係る放射線治療装置の絞り装置における、リーフを駆動するための駆動装置の要部を示した説明図である。図６の一部を拡大してより詳細に示した説明図である。本発明において使用する駆動装置の動作原理を説明するために示した説明図である。本発明の効果の１つを従来との比較で説明した説明図である。

符号の説明

１４１リーフ
１４３駆動装置
ＣＥ圧電変換部材
ＥＬ弾性体
Ｇ高周波信号発生部
Ｌ信号線
Ｍ金属部材
ＳＴステータ

Claims

放射線を発生する放射線発生源と、
前記放射線発生源から放射された放射線を遮り、前記放射線の照射範囲を設定するため
の複数のリーフを備えた多分割絞り装置と、
電気信号を出力する駆動信号出力手段と、
前記リーフ上であって、前記放射線発生源に対して反対側の面に接するように取り付け
られ、前記駆動信号出力手段から出力された電気信号に基づいて圧電変換部材で超音波振
動を発生し、前記各リーフを超音波振動により個別に駆動する駆動装置とを備え、
を備えることを特徴とする放射線治療装置。
前記駆動装置は、前記放射線の照射範囲よりもアイソセンタから遠い位置に設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の放射線治療装置。
前記リーフは互いに隣接するように設けられたことを特徴とする請求項１または２のい
ずれか１項に記載の放射線治療装置。
前記駆動装置は、前記リーフと接する面に前記リーフの幅に交叉する方向に溝を備えた
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載の放射線治療装置。
前記駆動装置は、
前記多分割絞り装置の各リーフの端面に圧接された金属部材と、
この金属部材と一体となるように、該金属部材の前記リーフに圧接された面との反対側
の面に設けられた圧電変換部材と
を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか1項に記載の放射線治療装置。