JPH10155921A - 放射線治療装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １パルス当たりの線量を測定しこの測定量を
帰還して該線量を一定に制御して安定した電子線を照射
できる放射線治療装置を提供する。 【解決手段】 上記課題は、マイクロ波を発生するマイ
クロ波発生部からのマイクロ波に生成される電場を胴内
に発生し、電子銃からの電子線を打ち込んで該電場によ
って前記電子線を円軌道運動させて加速するマイクロト
ロン１と、この加速電子線を搬送する電子線搬送系２
と、この搬送した加速電子線を患者に照射するガントリ
ー３と、ガントリー３からの加速電子線の照射線量を検
出する透過型線量計４と、マイクロトロン１と電子線搬
送系２とガントリー３の電子線量を制御するフィラメン
ト電源制御部１７と、前記入力部は所定の照射線量の線
量率を設定入力する設定線量率入力部１９と、前記装置
制御部は前記設定入力した照射線量率と前記線量計測系
からの照射線量を比較するＣＰＵ３８を備とを備えたこ
とで解決される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロトロンを
有する放射線治療装置に係り、特に前記マイクロトロン
から照射する電子線の照射線量を一定に保つとともに、
マイクロ波の反射波を監視して反射波のエネルギーが前
記マイクロトロンを破損したりすることを未然に防いで
安定した動作ができるマイクロトロンを備えた放射線治
療装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来の放射線治療装置のブロッ
ク図である。図７に示す様に、従来の線量率制御装置
は、照射線量率を装置に入力する設定線量率入力部１９
と、照射前にあらかじめ設定される設定線量率３６に応
じてパルスビームの繰返し周波数を決めるパルスビーム
の繰返し周波数制御部１８と、前記パルスビームの繰返
し周波数制御部１８が出力するパルスビームの繰返し周
波数で動作するトリガーパルス信号に同期して、カソー
ド６及びマイクロ波発生装置８に高圧パルス信号２８を
供給する高圧パルス発生装置１３と、高圧パルス発生装
置１３からの高圧パルス信号２８をさらに昇圧する高圧
パルストランス１１と、電子をマイクロ波電場で加速す
る加速空洞７と、加速空洞７にマイクロ波２４を供給す
るマイクロ波発生装置８と、加速空洞７に加速用電子を
供給するカソード６で構成されている。

【０００３】次に上記従来装置の動作について説明す
る。照射が開始されると、パルスビームの繰返し周波数
制御部１８は、設定線量率入力部１９からの設定線量率
３６に応じた、ある一定の周期をもつトリガーパルス信
号３７を高圧パルス発生装置１３に送る。高圧パルス発
生装置１３はトリガーパルス信号３７に同期した高圧パ
ルス信号２８を高圧パルストランス１１で昇圧してマイ
クロ波発生装置８とカソード６に送る。マイクロ波発生
装置８とカソード６は、高圧パルス信号２８が印加され
ている間だけ動作し、マイクロ波発生装置８はマイクロ
波２４を、カソード６は加速用電子であるカソード電流
２２を、それぞれマイクロトロン内の加速空洞７に供給
する。そして、カソード６から加速空洞７へ放出された
電子は、加速空洞７内でマイクロ波２４がつくるマイク
ロ波電場４５により加速される。

【０００４】マイクロトロン１で加速される電子は連続
ビームではなく、図８の様にトリガーパルス信号３７に
より、高圧パルス信号２８が印加されている時だけ加速
されるパルスビームである。線量率は、パルスビームの
繰返し周波数と１パルスビーム当たりの線量に比例して
おり、線量率をＤＲ、パルスビームの繰返し周波数をＰ
ＲＦ、１パルス当たりの線量をＤＰＰとすれば、 ＤＲ＝ＰＲＦ×ＤＰＰ×ｋ （１） となる関係式が成り立つ。ｋは変換係数であり、照射す
るエネルギーに依存する。

【０００５】従来の線量率制御（主にＸ線の場合）は、
設定線量率３６に応じてこのパルスビームの繰返し周波
数を変更することで線量率を変更している。設定線量率
入力部１９から設定線量率３６が入力されると、パルス
ビームの繰返し周波数制御部１８は、この設定線量率３
６に応じてパルスビームの繰返し周波数を決定する。設
定線量率をＤＲｓ、設定繰返し周波数をＰＲＦｓとする
と、設定繰返し周波数は式（１）より次の式 ＰＲＦｓ＝ＤＲｓ／（ＤＰＰ×ｋ） （２） で求められる。従来技術においては式（２）の１パルス
当たりの照射線量ＤＰＰは据付け調整時及び定期点検時
に調整されるだけで、通常使用時においては調整するこ
とがなかった。そして、線量率制御は、１パルス当たり
の照射線量ＤＰＰは一定と想定し、パルスビームの繰返
し周波数を、設定線量率に応じて、ある一つの値に設定
することで線量率を変更していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
放射線治療装置の１パルス当たりの線量は、様々な放射
線の照射モードのそれぞれについて調整しなければなら
ず煩雑であったので、放射線治療装置の据付け時又は定
期点検時にしか調整されず通常使用時においては調整す
ることがなかったから、マイクロトロンの使用により次
第にその胴内に打ち出されたマイクロ波の信号レベルが
増大する現象により実際の１パルス当たりの線量が変化
し、設定した線量率と異なってきてしまうという問題が
あった。

【０００７】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的は、１パルス当たりの線量
を測定しこの測定量を帰還して該線量を一定に制御する
ことにより、１パルス当たりの線量が変動することを防
ぎ、安定した電子線を照射できる放射線治療装置を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、加熱された
カソード部に高圧を印加して得る電子線をマイクロ波に
よって加速するマイクロトロンと、この加速された電子
線の照射線量を検出する線量率計測系と、前記マイクロ
トロンを制御する装置制御部と、この装置制御部に前記
マイクロトロンの制御データを入力する入力部を具備し
た放射線治療装置において、前記入力部は該加速電子線
の設定線量率を入力する設定線量率入力部を備え、前記
装置制御部は前記線量率計測系で検出した線量率が前記
設定線量率となるように、前記カソード部からの電子線
の量を制御することで達成される。

【０００９】また、前記装置制御部は、前記マイクロ波
の反射波を検出する反射マイクロ波検出部と、この反射
マイクロ波の大きさに応じて前記電子線の量を制御して
もよい。また、前記装置制御部は、前記反射マイクロ波
の許容信号レベルを記憶する許容信号レベル記憶部と、
前記反射マイクロ波検出部から検出した反射マイクロ波
の信号レベルが前記許容信号レベル以上となったとき、
前記加速電子線の照射を停止若しくは中断してもよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の放射線治療装置の実施の
一形態について図面を参照して説明する。図１は本発明
の放射線治療装置の線量率制御装置の一実施の形態を示
すブロック図である。

【００１１】ここで示す放射線治療装置は、放射線治療
装置に線量率を設定する設定線量率入力部１９と、ガン
トリー３の照射ヘッド内にあって照射線量を検出するた
めの透過型線量計４と、設定線量率入力部４から送られ
てくる設定線量率信号３６に応じてパルスビームの繰返
し周波数を決定し高圧パルス発生装置１３にパルスビー
ムの繰返し周波数を持つトリガーパルス信号３７を送る
パルスビームの繰返し周波数制御部１８と、パルスビー
ムの繰返し周波数制御部１８からのトリガーパルス信号
３７に同期した高圧パルス信号２８をマイクロトロン１
に供給する高圧パルス発生装置１３と、高圧パルス発生
装置１３からの高圧パルス信号２８をさらに昇圧し、カ
ソード６とマイクロ波発生装置８に印加するための高圧
パルストランス１１と、加速空洞７に加速用電子である
カソード電流２２を供給するカソード６と、カソードを
熱電子２３で加熱するフィラメント５と、電子加速用マ
イクロ波２４を加速空洞７に供給するマイクロ波発生装
置８と、マイクロ波発生装置８からのマイクロ波２４を
加速空洞まで導くための導波管９と、カソードから放出
された電子をマイクロ波発生装置８からのマイクロ波電
場で加速する加速空洞７と、加速空洞７においてマイク
ロ波電場による電子加速がうまくいかず、マイクロ波２
４のエネルギーが電子加速のために利用されないため導
波管９に戻ってくるマイクロ波（反射波）を検出するた
めの反射波検出用アンテナ１２と、反射波検出用アンテ
ナ１２からの反射波モニター信号３０をサンプリング
し、直流信号に変換する反射波信号検出部１５と、カソ
ード６から加速空洞７へ放出されるカソード電流２２を
検出するためのカレントトランス１０と、カレントトラ
ンス１０からのカソード電流モニター信号２９をサンプ
リングして直流信号に変換するカソード電流検出部１４
と、フィラメント５にフィラメント電流２６を供給する
フィラメント電源１６と、透過型線量計４の透過型線量
計信号３５から照射線量、照射線量率を検出する線量計
測部２０と、線量計測部２０からの線量率信号３４によ
りフィラメント電源１６を制御するフィラメント電源制
御部１７で構成されている。

【００１２】次に本発明の放射線治療装置の作用につい
て、図１乃至図５を用いて説明する。設定線量率入力部
１９で照射線量率が設定されると、設定線量率入力部１
９は、設定線量率信号３６をパルスビームの繰返し周波
数制御部１８に送る。パルスビームの繰返し周波数制御
部１８は、設定線量率信号３６を受け取ると次の式
（３）によりビームの繰返し周波数を算出する。 ＰＲＦｓ＝ＤＲｓ／（ＤＰＰｓ×ｋ） （３） ＰＲＦｓ；パルスビームの繰返し周波数 ＤＲｓ ；設定線量率 ＤＰＰｓ；１パルス当たりの目標線量 ｋ ；ＰＲＦｓ算出係数（エネルギーに依存する）

【００１３】ここで、ＤＰＰｓは、１パルス当たりの線
量の目標値であり、調整時及びメンテナンス時の調整に
より決まる。この１パルス当たりの線量は、以下に詳細
に述べるが、カソード電流の変化に応じて変化する。調
整時には、カソード電流をカソード電流可変範囲の中心
値に調整し、１パルス当たりの線量値を調整する。

【００１４】照射が開始されると、パルスビームの繰返
し周波数制御部１８は、上記（式３）にて算出した繰返
し周波数のトリガーパルス信号３７を高圧パルス発生装
置１３へ送る。高圧パルス発生装置１３は、前記トリガ
ーパルス信号３７に同期した高圧パルス信号２８を高圧
パルストランス１１で昇圧して、マイクロ波発生装置８
とカソード６に送り、高圧パルスが加わっている期間だ
けマイクロ波発生装置８を駆動しマイクロ波信号２４を
発生させるとともに、カソード６に加速用電子であるカ
ソード電流２２を放出させる。マイクロ波発生装置８か
ら出力されたマイクロ波２４は、導波管９を伝わり加速
空洞７へ送られ、カソードから放出された電子を、加速
空洞７内においてマイクロ波電場で加速する。加速され
た電子は、加速空洞７からマイクロトロン１内に出力さ
れる。加速空洞内からマイクロトロン１へ出力された電
子は、マイクロトロン１内の磁場の影響を受け、円軌道
を描き再度加速空洞７に戻る。

【００１５】そして、再度マイクロ波電場で加速され、
より大きなエネルギーを持ち、加速空洞７から出て行
く。より大きなエネルギーを持った電子は、エネルギー
増加にともない、磁場内でさらに大きな半径をもつ円軌
道を描き加速空洞に戻ってくる。この様にして、電子は
マイクロトロン１内の磁場中を円軌道を描きながら、加
速空洞７に入力するたびに加速空洞７内でマイクロ電場
で加速され、しだいに大きなエネルギーになる。

【００１６】マイクロトロンは、トリガパルス信号３７
に同期した高圧パルス信号２８が発生されている間だけ
上記の様にして電子を加速する。そして、線量率は加速
された電子ビームの１パルス当たりの線量と、前記トリ
ガパルス信号でしているマイクロトロンのパルスビーム
の繰返し周波数の積に比例する。

【００１７】また、カソード６はフィラメント５からの
熱電子２３で加熱されている。フィラメント５とカソー
ド６間には、数キロボルトオーダの電圧が印加されてお
り、フィラメント５にフィラメント電流２３を流すとフ
ィラメント５からカソード６に熱電子２３が放出され
る。この熱電子２３により、カソード６は、加熱され
る。そして、カソード６に数キロ〜数十キロボルトの高
圧電圧を印加すると、カソード６から加速空洞７内に電
子が放出される。カソード６から放出される電子量（カ
ソード電流２２）は、カソード温度に依存しており、一
般に、カソード温度が高いほど多くの電子がカソード６
から放出される。

【００１８】よって、フィラメント５に流れるフィラメ
ント電流２２を変化させると、フィラメント５からカソ
ード６に放出される熱電子２３が変化し、カソード６の
温度が変化する。そして、カソード６から放出されるカ
ソード電流２２が変化するので、フィラメント電流２３
を制御することでカソード電流２２を制御することがで
きる。

【００１９】また、カソード電流２２と１パルス当たり
の線量は、一般に図３のような関係がある。図３は、カ
ソード電流と１パルス当たりの線量の関係を示すグラフ
である。１パルス当たりの線量は、カソード電流２２を
増加させると減少し、カソード電流２２を減少させると
増加する。しかし、図３に示すように、カソード電流２
２をあまり大きく変化させ、マイクロトロン１の安定加
速領域から外れてしまうと、電子がまったく加速されな
くなることが理解できる。

【００２０】そこでこのような安定加速領域をあらかじ
めデータとして入力しておき、その領域内でカソード電
流２２を制御してやれば、１パルス当たりの線量を制御
可能である。安定加速領域は、オペレータの手動で、フ
ィラメント電流２３を変化させることでカソード電流２
２を変化させて、線量率の状態を監視して、安定加速領
域をあらかじめ調査する方法と、コンピュータ等で、自
動でカソード電流２２の量をフィラメント電流２３を変
化させることで変更し、実際に照射される線量率を自動
的に調査して、安定領域を求める方法とが考えられる。

【００２１】以上の様にして求めた安定加速領域内にお
いて、フィラメント電流２３を制御することで、カソー
ド電流２２を制御してやれば、１パルス当たりの線量が
一定になるように制御することが可能である。

【００２２】次にフィラメント電源制御部１７について
説明する。図２は図１のフィラメント電源制御部の構成
例を示すブロック図である。

【００２３】フィラメント電源制御部１７は、フィラメ
ント電源１６の制御を行うため各種演算処理を行うＣＰ
Ｕ３８と、各種プログラム、データの記憶部であるメモ
リー３９と、設定線量率入力部１９からの設定線量率３
６を読込むための設定線量率入力インターフェース４１
と、線量計測部２０からの実際に照射されている線量率
信号３４を読込むための線量率入力インターフェース４
０と、カソード電流検出部１４で直流信号に変換したカ
ソード電流信号３１を読込むためのＡ／Ｄコンバータ４
２（Ａ／Ｄ１）と、反射波電流検出部１５で直流信号に
変換した反射波信号３２を読込むためのＡ／Ｄコンバー
タ４３（Ａ／Ｄ２）と、フィラメント電源１６を制御す
るためのＤ／Ａコンバータ４４（Ｄ／Ａ）と、その他周
辺機器（フィラメント電源とのインターフェースには、
シリアル通信、パラレル通信等、その他にも、一般的な
各種インターフェース）と接続するＡ／Ｄコンバータ群
（Ａ／Ｄ３）で構成されている。

【００２４】上記で構成されているフィラメント制御部
１７のＣＰＵ３８は、設定線量率３６を設定線量率入力
部１９から読込み、次の式（４）から1パルス当たりの
目標線量を算出する。 ＤＰＰｓ＝ＤＲｓ／（ＰＲＦｓ×ｋ） （４） ＤＰＰｓ；１パルス当たりの目標線量 ＤＲｓ ；設定線量率 ＰＲＦｓ；パルスビームの繰返し周波数 ｋ ；変換係数（放射線のエネルギーに依存する）

【００２５】パルスビームの繰返し周波数は、パルスビ
ームの繰返し周波数制御部１８において、設定線量率３
６に応じて決定される。

【００２６】照射が開始されると、カソード６から、カ
ソード電流２２が放出される。このカソード電流２２
は、高圧パルストランス１１の出力に設置されたカレン
トトランス１０でモニターすることができる。このカソ
ード電流２２のモニター信号は、一般に図４の様な波形
信号である。図４は、カソード周辺の装置を示す図であ
る。この波形信号はカソード電流検出部で図５の様に波
形の中央部分をサンプリングされる。図５はカソード電
流のサンプリングの態様を示す図である。このサンプリ
ングされた信号は直流信号に変換されてフィラメント電
源制御部１７へ送られる。フィラメント電源制御部１７
は、この直流変換されたカソード電流信号３１をＡ／Ｄ
コンバータから読込み、カソード電流２２を把握する。

【００２７】フィラメント電源制御部１７のＣＰＵ３８
は、照射が開始されると、線量率計測部２０から送られ
てくる線量率信号３４を線量率入力インターフェース４
０から読込み、実際に照射されている線量率を把握す
る。そして、次の式（５）から実際の1パルス当たりの
線量を算出する。 ＤＰＰａ＝ＤＲａ／（ＰＲＦ×ｋ） （５） ＤＰＰａ；１パルス当たりの実線量 ＤＲａ ；実際の線量率 ＰＲＦ ；パルスビームの繰返し周波数 ｋ ；変換係数（放射線のエネルギーに依存する） ＣＰＵ３８は、この１パルス当たりの実線量と、式
（３）で求めた１パルス当たりの目標線量ＤＰＰｓから
式（６）の様なエラー信号εを計算する。 ε＝ＤＰＰｓ−ＤＰＰａ （６）

【００２８】そして、このεが０になるようにフィラメ
ント電源１６を制御し、フィラメント電流２６を制御す
ることで、フィラメント電流２６の変化に伴って変化す
るカソード電流２２を制御する。

【００２９】カソード電流検出部１４からくる直流変換
されたカソード電流信号３１は、カソード電流値がマイ
クロトロンの安定加速領域内にあることを確認するため
に用いられ、フィラメント電流変化によって変化するカ
ソード電流値を常時モニターしながら、安定加速領域内
においてフィラメント制御を行なう。そして、カソード
電流２２が安定領域から外れた場合、即座にフィラメン
ト電流２６を制御して、カソード電流２２を安定領域に
戻す。以上の様にして、実際に照射されている線量率の
フィードバック信号を利用して、フィラメント電流制御
でカソード電流制御を行い、カソード電流に依存する１
パルス当たりの線量を制御することで１パルス当たりの
線量を一定に保ち、線量率の安定化を図る。

【００３０】また、制御に利用する前記エラー信号を、
設定線量率と実際に照射されている線量率の差分から次
の式（７）の様にして求め、このエラー信号が０になる
ように制御を行なっても同様に制御可能である。 εｄ＝ＤＲｓ−ＤＲａ （７） ＤＲｓ；設定線量率 ＤＲａ；実際の線量率

【００３１】また、電子がマイクロトロン内加速空洞７
において安定して加速されているかどうかは、加速空洞
７からの反射波の状態を調べてもわかる。マイクロ波発
生装置８から導波管９を伝わり加速空洞７に送られるマ
イクロ波２４のエネルギーは、加速空洞７内で電子を加
速するために利用される。しかし、加速空洞７内におい
て電子加速がうまくいかず、マイクロ波エネルギーが電
子に吸収されないと、マイクロ波２４は、導波管９に戻
ってくる。この加速空洞７から戻ってくるマイクロ波が
反射波である。反射波は、通常図６の（Ａ）の様な中心
部分が凹形状をしている。

【００３２】しかし、加速空洞７内で電子加速が十分さ
れず反射波が増加すると、図６の（Ｂ）の様に真ん中の
凹みが盛り上がった形状になる。この反射波の真ん中部
分をサンプリングし、直流信号に変換することで、反射
波の量を計測することができる。

【００３３】カソード電流が安定加速領域から大きく変
化した場合、電子が十分に加速されなかったり、サンプ
リングした反射波信号が増加する。この反射波信号の発
生を認識することで、カソード電流を制御すると、線量
率を利用して制御するよりも、より早く加速異常を認識
することが可能であり、線量率変動より早く対応するこ
とが可能になる。

【００３４】また、このような反射波の発生は導波管９
およびマイクロ波発生装置８などのマイクロ波の発生系
を破損する固有周波数になるおそれがある。これを防止
するため、反射波信号が増大する場合は、パルスビーム
の繰返し周波数制御部１８にトリガーパルス停止信号４
７を送り、パルスビームの繰返し周波数制御部１８から
高圧パルス発生装置１３に送られるトリガーパルス３７
を一旦停止し、マイクロトロン１の電子加速を一旦中断
する。カソード電流２２が安定加速領域の中心値周辺に
なるようにに流れているフィラメント電流値に一旦戻
し、再度トリガーパルス３７を再開させ、照射を開始す
ることで、マイクロ波系の反射波による破損を未然に防
止し、かつ装置を一旦完全に停止させることなく復帰で
きるから、従来の放射線治療装置で反射波による不具合
が生じたときに装置全体を停止することなく連続して電
子線を照射することが可能になる。

【００３５】

【発明の効果】本発明は、上述した構成を有し、それぞ
れの構成が作用するので、１パルス当たりの線量を測定
しこの測定量を帰還して該線量を一定に制御することに
より、１パルス当たりの線量が変動することを防ぎ、安
定した電子線を照射できる放射線治療装置を提供すると
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】本発明の制御部の一実施例を示すブロック図で
ある。

【図３】カソード電流と１パルス当たりの線量の関係を
示すグラフである。

【図４】カソード周辺の装置を示す図である。

【図５】カソード電流のサンプリングの態様を示す図で
ある。

【図６】正常加速時の反射波信号と加速が十分でない時
の反射波信号を示す図である。

【図７】従来装置のブロック図である。

【図８】パルスビームの様子を示した図である。

【符号の説明】

４０ 線量率入力インターフェース ４１ 設定線量率入力インターフェース ４２ カソード電流信号読込み用Ａ／Ｄコンバータ ４３ 反射波信号読込み用Ａ／Ｄコンバータ ４４ フィラメント電源制御用Ｄ／Ａコンバータ ４５ フィラメント電源監視用Ａ／Ｄコンバータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱されたカソード部に高圧を印加して
   得る電子線をマイクロ波によって加速するマイクロトロ
   ンと、この加速された電子線の照射線量を検出する線量
   率計測系と、前記マイクロトロンを制御する装置制御部
   と、この装置制御部に前記マイクロトロンの制御データ
   を入力する入力部を具備した放射線治療装置において、
   前記入力部は該加速電子線の設定線量率を入力する設定
   線量率入力部を備え、前記装置制御部は前記線量率計測
   系で検出した線量率が前記設定線量率となるように、前
   記カソード部からの電子線の量を制御することを特徴と
   する放射線治療装置。
2. 【請求項２】 前記装置制御部は、前記マイクロ波の反
   射波を検出する反射マイクロ波検出部と、この反射マイ
   クロ波の大きさに応じて前記電子線の量を制御すること
   特徴とする請求項１に記載の放射線治療装置。
3. 【請求項３】 前記装置制御部は、前記反射マイクロ波
   の許容信号レベルを記憶する許容信号レベル記憶部と、
   前記反射マイクロ波検出部から検出した反射マイクロ波
   の信号レベルが前記許容信号レベル以上となったとき、
   前記加速電子線の照射を停止若しくは中断することを特
   徴とする請求項２に記載の放射線治療装置。