JPH10155922A - 放射線治療装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 呼吸同期照射治療において、初期段階に発生
する放射線ビームの病巣に体する照射位置精度を向上
し、病巣部周辺の正常組織への被曝を低減できる放射線
治療装置を提供する。 【解決手段】 呼吸同期回路１０と、ビーム軌道変更制
御回路１１と、遅延回路１５と、ビーム軌道変更制御回
路１１へ照射許可／禁止の信号を出力する照射許可／禁
止信号出力回路１６とにより構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被治療体の病巣に
高エネルギーの電子ビームまたは放射線ビームを照射し
て治療を行う電子加速器を用いる放射線治療装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】放射線治療においては、病巣部周辺の正
常組織の被曝を極力抑えつつ、病巣にのみ電子ビーム、
放射線ビームを照射することが肝要である。その意味
で、呼吸同期照射法を用いることは有意義である。ここ
で呼吸同期照射法とは、呼吸運動によって移動する病巣
の静止期間に同期させて、上記ビームを病巣に照射する
方法である。呼吸同期照射法によれば、病巣の移動する
範囲を全て含むように照射野を広く設定して照射する一
般的な照射法に比べてより理想的な放射線治療を行い得
る。

【０００３】従来、このような呼吸同期照射法について
は、「呼吸位相同調放射線照射法に関する研究」（大原
潔、他６名：日本医学放射線学会雑誌、第４７巻、第３
号、Ｐ４８８〜４９６、１９８７年）に記載されている
ものがある。これは、加速用電位を励起するマイクロ波
発信器、例えばマグネトロンやクライストロンをＯＮ／
ＯＦＦ制御して呼吸同期間欠照射を行うものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】電子加速器内で加速さ
れた電子ビームは、治療用ビームとして取り出され、こ
のビームをＸ線ビームに変換するためのＸ線源に入射
し、Ｘ線として患者病巣部に照射される。

【０００５】治療用ビームが、このＸ線源に入射する位
置や方向が変化すると、照射位置も変化する。これを防
止するために、治療装置では、この治療用ビームがＸ線
源に入射する位置や方向を制御する制御部を設けてい
る。しかし、Ｘ線源に入射する位置や方向は、治療用ビ
ームの電流の大きさに依存するため、この電流が変化す
ると照射位置も変化する。

【０００６】この電流の変化は、特にオペレータが照射
オンのボタンを押下した直後、つまり電子ビームの電流
値が定常状態に至るまでの初期段階では、電子銃の加熱
の遅れにより、電流値が小さいため、電子ビームが安定
せず、したがって照射位置がふらついて不安定になる。
このため、照射されるＸ線ビームの位置は、目標とする
病巣部の位置を正確に捉えることができず、病巣部周辺
の正常な組織にＸ線を当てることになりかねない。

【０００７】このように、オペレータが照射オンのボタ
ンを押下した直後は、電子ビームの電流値が定常状態に
至るまでの時遅れを発生するために上記のようなことが
懸念されるが、先の提案ではこの点についての検討がな
されていなかった。

【０００８】本発明の目的は、呼吸同期照射治療におい
て、初期段階に発生する放射線ビームの病巣に対する照
射位置精度を向上して、病巣部周辺の正常組織への被曝
を低減する放射線治療装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、被治療体の
病巣に高エネルギーの電子ビーム又は放射線ビームを照
射して治療を行う放射線治療装置において、オペレータ
が照射ボタンを押下（照射オン）してから一定時間遅ら
せる遅延手段と、前記被治療体の呼吸状態を検出し呼吸
運動によって前記病巣の移動と静止期間に同期した信号
を発生する呼吸同期信号発生手段と、前記遅延手段の出
力と前記呼吸同期信号発生手段の出力から前記照射オン
からの一定時間後に前記病巣の静止期間に同期して照射
許可信号を出力しそれ以外の期間には照射禁止信号を出
力する照射許可／禁止信号発生手段と、前記ビームを、
前記照射許可／禁止信号発生手段から照射禁止信号が出
力されている期間は治療時の正規の軌道から外して所定
のビームストッパ部に衝突させ、照射許可信号が出力さ
れている期間は治療時の正規の軌道に戻すビーム軌道変
更制御手段とを設けることにより達成される。

【００１０】これにより、オペレータが照射ボタンを押
下してから一定時間後に呼吸同期間欠照射が行われ、照
射禁止信号から照射許可信号への切り換わり（ビーム照
射立ち上がり時）においても、あるいはその逆の際（ビ
ーム照射立ち下がり時）においても、時遅れなく瞬時
に、かつ安定に切り換わり、呼吸同期間欠照射が安定に
行われる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。図１は、本発明による放射線治療装
置の一実施形態を示す構成図である。ここでは、本発明
をマイクロトロンに適用した場合を例示している。

【００１２】マイクロトロンは、電子を一様磁界中で円
運動させながら加速する加速器で、図１に示すように、
主に電磁石１、空胴共振器２、マグネトロン３、サーキ
ュレータ４、無反射終端５、電子銃６及びサーキュラト
リムコイル７からなる。

【００１３】上記マグネトロン３はマイクロ波を発生す
る。マイクロ波はサーキュレータ４を通過して空胴共振
器２に供給される。そこで消費されなかった一部分のマ
イクロ波は反射波となって戻ってくる。反射波はサーキ
ュレータ４で無反射終端５へ送られ、熱に変えられる。
このようなマイクロ波回路（空洞共振器２、マグネトロ
ン３、サーキュレータ４及び無反射終端５）によって、
空胴共振器２の内部に電界を励起する。

【００１４】電子銃６から放出された電子は、空胴共振
器２に入り空胴共振器２内の電界によって加速される。
加速された電子（電子ビーム９）は、電磁石１による一
様磁界中を円運動して空胴共振器２に戻り、再び加速さ
れる。電子ビーム９は、このような円運動と加速を、取
り出しパイプ８に至るまで繰り返し受ける。取り出しパ
イプ８は、磁気を遮蔽する鉄で作成されており、電子ビ
ーム９の円軌道の接線上に配置されて高エネルギの電子
ビーム９を外部へ取り出す。現実的には、各部品の精度
や組立時の精度等の影響により、電子ビーム９の円軌道
が傾いてしまう。そのための補正コイルとしてサーキュ
ラトリムコイル７が設けられ、このコイル７に適宜通電
することにより、電子ビーム９の円軌道を補正し、電子
ビーム９を取り出しパイプ８によって適正に外部へ取り
出せるようにする。補正の程度はコイル７への通電電流
により制御される。

【００１５】このようにして取り出した電子ビームを治
療用ガントリ側のＸ線源に照射して、被治療体の病巣部
へ前記照射許可信号に同期してＸ線を照射するものであ
る。

【００１６】図２は、治療用ガントリ側の概略構成図で
ある。支持部３１によって支持されて、被治療体３８の
周囲を矢印４３のように回転するガントリ３２と、ガン
トリ３２に支持された照射ヘッド４０と、被治療体３８
を寝載する治療台により構成される。ガントリ３２及び
照射ヘッド４０には、上記加速された電子ビーム９が取
り出しパイプ８から取り出され、治療用ビーム３３を搬
送する搬送路３４、前記治療用ビーム３３を偏向する偏
向マグネット３５、前記治療用ビーム３３出口部に設け
た真空窓３６、治療用ビーム３３の照射を受けてＸ線を
放射するＸ線源３７、Ｘ線源３７を支持する照射ヘッド
４０、放射Ｘ線を３段構成で絞る円錐コリメータ４１と
可動コリメータ４２、４３、円錐コリメータ４１と可動
コリメータ４２との間に設けたフィルタ４４と、フィル
タを透過した線量をモニタする線量モニタ４５より成
る。

【００１７】以上は従来装置と特に変わるところはな
い。本発明では、上述構成に加えて、呼吸同期回路１０
と、ビーム軌道変更制御回路１１と、遅延回路１５と、
ビーム軌道変更制御回路１１へ照射の許可と禁止の信号
を出力する照射許可／禁止信号出力回路１６とを備え
る。ここで、呼吸同期回路１０は、被治療体３８の呼吸
状態をセンサー１０ａにより検出し、その検出した信号
を呼吸情報信号１７として入力し、呼吸運動によって移
動する被治療体の病巣の静止期間（通常、呼気から吸気
の一時的に生じる呼吸停止期間）と病巣の移動期間に分
離した矩形波信号１８を出力するものである。また、遅
延回路１５は、オペレータが操作卓（図示せず）より照
射オンの操作ボタンを押下したときに発生する照射ＯＮ
信号１９を入力し、初期段階のビーム不安定期間に治療
用ビームを出力しないように、あらかじめ設定した時間
を計測し、計測中はビームの出力を停止する信号を出力
し、設定した時間の経過後にビームの出力を許可するビ
ーム出力許可停止信号２０を出力するものである。この
遅延回路は、図３に示すように各種動作を制御するＣＰ
Ｕ５１ａ、ＣＰＵ５１ａのプログラムを記憶するＲＯＭ
５１ｂ、ＣＰＵ５１ａのプログラムを動作させるのに必
要なＲＡＭ５１ｃ、入力／出力インターフェィス５１ｄ
からなるマイクロコンピュータ５１とこれを実行するソ
フトウェアで実現される。

【００１８】図４は遅延時間を生成するソフトウェアの
フローチャートである。図４において、照射オン信号の
入力待ち（ステップ６０）をし、入力があった場合ソフ
トウェアタイマを発生させ（ステップ６１）、設定値と
比較しながら設定値に達するのを確認し（ステップ６
２）、設定値に達した場合にビームを取り出す許可を命
令（ステップ６３）して、マイクロコンピュータ５１か
らビーム取り出し許可信号を発生させるものである。ま
た、遅延回路の部分は、図５に示すように照射オン信号
とリレーオフ信号（ビーム出力禁止）の条件が整った場
合（６５）のみカウンタを作動（６６）し、設定値６７
とカウンタ値が比較器６８で比較されながら、その値が
等しくなった時点でリレーを作動（６９）し、リレーオ
ン信号とともにビーム出力許可信号を発生させるもので
も良い。次に、照射許可／禁止信号出力回路１６は、上
記呼吸同期回路１０より出力される矩形波信号１８と、
上記遅延回路１５より出力されるビーム出力許可停止信
号２０とを入力し、この両者の入力信号の論理積２５の
結果として照射許可／禁止信号２１（２１ａ、２１ｂ）
を出力するものである。また、ビーム軌道変更制御回路
１１は、加速された電子ビーム９を呼吸同期回路１０か
ら前記照射許可／禁止信号２１のうち照射禁止信号２１
ａが出力されている期間は治療時の正規の軌道から外し
てビームストッパ部１２に衝突させ、照射許可信号２１
ｂが出力されている期間は治療時の正規の軌道に戻すも
のである。また、ビーム軌道変更制御回路１１は、コイ
ル通電電流制御回路１１ａと上記サーキュラトリムコイ
ル７からなる。コイル通電電流制御回路１１ａは、加速
された電子ビーム９を照射許可／禁止信号出力回路１６
から照射禁止信号２１ａが出力されている期間はサーキ
ュラトリムコイル７の電流を増加させてその軌道を大き
く変え、取り出しパイプ８の所定位置に設定されたビー
ムストッパ部１２に衝突させて電子ビーム９の外部への
出力、すなわち治療用ビーム３３としての取り出しを止
め、照射許可信号２１ｂが出力されている期間はサーキ
ュラトリムコイル７の電流を元の低い値に戻し、電子ビ
ーム９を治療時の正規の軌道に戻して外部へ出力、すな
わち治療用ビーム３３として取り出すものである。

【００１９】次に、動作について図６を併用して説明す
る。通常治療時には、オペレータは操作卓より照射ボタ
ンを押下する。これにより、照射ＯＮ信号が出力され
る。照射ＯＮ信号により電子ビームが加速器内で加速さ
れる。

【００２０】一方、遅延回路には、この照射ＯＮ信号が
入力され図６（ａ）のようにビームはＯＮ状態となる。
遅延回路内では、ビームの不安定期間だけビーム出力を
停止する信号を模擬的に出力する（図６（ｂ））。ま
た、呼吸情報信号が図６（ｃ）のような呼気と吸気の正
弦波に近い信号を出力する。この信号を呼吸同期回路１
０に入力し、呼気側の病巣の静止する期間と吸気側の移
動する期間に分離した信号を出力する（図６（ｄ））。
この呼吸同期信号（図６（ｄ））と、遅延回路の信号
（図６（ｂ））の論理積をとって、呼吸同期信号の静止
期間と遅延信号の許可期間となっている場合のみ照射許
可信号２１ａを出力し、上記したように照射許可信号２
１ａの出力されている場合に治療用ビーム３３として取
り出して、病巣部へ照射し、それ以外は、取り出しパイ
プ８のビームストッパ部１２に衝突させて加速器外部へ
の出力を止めて治療用ビーム３３として取り出さないと
いう制御を行う。

【００２１】このようにすることにより、ビームが不安
定な時に患者病巣へ照射されることがない。したがっ
て、電子ビームのビーム電流値が定常となるまでの不安
定期間は、治療用ビームとしてのビーム取り出しを制限
し、ビームが定常となる安定した直後から呼吸同期照射
による治療用ビームの取り出しを行う制御手段により、
取り出された治療用ビームのふらつきがなくなり、かつ
治療用ビームの照射中に照射されたビームの位置が極端
に変化することがなくなる。

【００２２】ビーム軌道変更制御回路１１の主構成をな
すコイル通電電流制御回路１１ａは、照射許可／禁止信
号出力回路１６からの照射禁止信号２１ａの出力期間
中、サーキュラトリムコイル７の電流を増加させる（図
６（ｆ）参照）。

【００２３】これにより電子ビーム９は、その軌道が大
きく変わり取りだしパイプ８のビームストッパ部１２に
衝突し、外部への出力が止められる（図６（ｇ）参
照）。

【００２４】電子ビーム９のエネルギは、ビームストッ
パ部１２への電子ビーム衝突時に消費、吸収される。照
射許可／禁止信号出力回路１６の信号が照射禁止信号２
１ａから照射許可信号２１ｂに変化すると、コイル通電
電流制御回路１１ａはサーキュラトリムコイル７の電流
を元の低い値に戻す（図６（ｆ）参照）。これにより、
電子ビーム９は、治療時の正規の軌道に戻されて外部へ
出力され（図６（ｇ）参照）、病巣照射に供される。

【００２５】この動作は照射許可信号２１ｂの出力期間
中、継続される。照射許可／禁止信号出力回路１６から
の信号が照射許可信号２１ｂから照射禁止信号２１ａに
変化すると、コイル通電電流制御回路１１ａはサーキュ
ラトリムコイル７の電流を再び増加させ（図６（ｆ）参
照）、電子ビーム９の軌道を再度大きく変え、電子ビー
ム９をビームストッパ部１２に衝突させて外部への出力
を止める（図６（ｇ）参照）。

【００２６】以下、このような動作を繰り返し、呼吸同
期間欠照射が行われる。なお、ビームストッパ部１２へ
の電子ビーム９の衝突により発生する熱は、取りだしパ
イプ８の壁面を冷却する水冷手段により取り除かれる
が、電子ビーム９の衝突が１箇所に集中することはその
箇所を溶融させるおそれがある点から好ましいことでは
ない。

【００２７】この場合は、電子ビーム９をビームストッ
パ部１２に衝突させるときに、その衝突箇所をビーム軌
道変更制御回路１１（コイル通電電流制御回路１１ａ）
によって適宜変動させ、ビーム電流９の１箇所への衝突
の集中を避ければよく、これによれば、局所的な温度上
昇が防止されてビームストッパ部１２が長寿命化され、
耐久信頼性が増す。

【００２８】これは、具体的には照射禁止信号２１ａの
出力期間中のサーキュラトリムコイル７の電流値（高レ
ベル電流値）を一定値ではなく、若干変動するようコイ
ル通電電流制御回路１１ａで制御することによりなされ
る。図６（ｆ）中の照射禁止信号２１ａの出力期間中の
電流値の凹凸はその一例を表している。ここでは、単な
る凹凸ではなく鋸歯状に変動させているが、これは電子
ビーム９がビームストッパ部１２面上を走査して行き、
電子ビーム９の衝突箇所がビームストッパ部１２面上で
平均化され、局所的な温度上昇が効率よく防止されるよ
うにするためである。

【００２９】なお、上述実施例では、本発明をマイクロ
トロンに適用した場合について述べたが、これのみに限
定されることはなく、他の放射線治療装置、例えばリニ
アック（ライナック）等にも適用できることは勿論であ
る。

【００３０】図７に本発明をリニアックに適用した場合
の一例の要部を示す構成図で、この図７において、３１
は加速管、３２、３３は偏向用電磁石である。その他、
図７において図１と同一符合は同一又は相当部分を示
す。なお、偏向用電磁石３３はコイル通電電流制御回路
１１ａとでビーム軌道偏向制御回路１１を構成する。

【００３１】この例では、リニアックの加速管３１と偏
向用電磁石３２との間に呼吸同期間欠照射のための偏向
用電磁石３３を設け、これをコイル通電電流制御回路１
１ａでＯＮ／ＯＦＦ制御するものである。

【００３２】すなわち、コイル通電電流制御回路１１ａ
は、照射許可／禁止信号出力回路１６からの照射禁止信
号２１ａの出力期間中、偏向用電磁石３３をＯＮ（通
電）し、加速管３１からの電子ビーム９の軌道を治療時
の正規の軌道から外してビームストッパ部１２に衝突さ
せて外部への出力を止める。電子ビーム９のエネルギ
は、ビームストッパ部１２への電子ビーム衝突時に消
費、吸収される。

【００３３】また、照射許可／禁止信号出力回路１６か
らの信号が照射禁止信号２１ａから照射許可信号２１ｂ
に変化したときには、コイル通電電流制御回路１１ａは
偏向用電磁石３３をＯＦＦ（電流遮断）し、電子ビーム
９の軌道を治療時の正規の軌道に戻して外部へ出力させ
る。この動作は照射許可信号２１ｂの出力期間中、継続
される。

【００３４】照射許可／禁止信号出力回路１６からの信
号が照射許可信号２１ｂから照射禁止信号２１ａに変化
したときには、コイル通電電流制御回路１１ａは偏向用
電磁石３３をＯＮ（通電）し、加速管３１からの電子ビ
ーム９の軌道を再度ビームストッパ部１２側に外し、電
子ビーム９をビームストッパ部１２に衝突させて外部へ
の出力を止める。

【００３５】以下、このような動作を繰り返し、呼吸同
期間欠照射を行わせる。図７の例においても、ビームス
トッパ部１２としては、耐熱性が高く、制動放射線発生
の少ないグラファィト等が用いられることや偏向用電磁
石３３のＯＮ（通電）時の電流を僅かに変化させてビー
ムストッパ部１２に対するビーム電流９の１箇所への衝
突の集中を避けるようにすることは図１に例示のものと
同様である。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、呼吸同期照射治療にお
いて、初期段階に発生する放射線ビームの病巣に体する
照射位置精度が向上し、病巣部周辺の正常組織への被曝
を最低限に抑制できるため、その治療の信頼性と安全性
が高くなり、副作用の少ない、有効な治療が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の呼吸同期照射ビーム制御の構成図であ
る。

【図２】本発明の治療用ガントリ側の概略構成図であ
る。

【図３】本発明の遅延回路の構成図である。

【図４】本発明の遅延のステップを表す図である。

【図５】本発明の遅延回路の他の実施例図である。

【図６】本発明のビーム制御構成回路の各部信号波形を
示す図である。

【図７】本発明の他の実施例図である。

【符号の説明】

７ サーキュラトリムコイル １０ 呼吸同期回路 １１ ビーム軌道変更制御回路 １１ａ コイル通電電流制御回路 １５ 遅延回路 １６ 照射許可／禁止信号出力回路 ２１ 照射許可／禁止信号 ３３ 治療用ビーム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高エネルギーの電子ビームを放射線ビー
   ムに変換しこれを被治療体の病巣に照射して治療を行う
   放射線治療装置において、オペレータが照射ボタンを押
   下（照射オン）してから前記電子ビーム出力を一定時間
   遅らせる遅延手段と、前記被治療体の呼吸状態を検出し
   呼吸運動によって前記病巣の移動と静止期間に同期した
   信号を発生する呼吸同期信号発生手段と、前記遅延手段
   の出力と前記呼吸同期信号発生手段の出力から前記照射
   オンからの一定時間後に前記病巣の静止期間に同期して
   照射許可信号を出力しそれ以外の期間には照射禁止信号
   を出力する照射許可／禁止信号発生手段と、前記電子ビ
   ームを前記照射許可／禁止信号発生手段から照射禁止信
   号が出力されている期間は治療時の正規の軌道から外
   し、照射許可信号が出力されている期間は治療時の正規
   の軌道に戻すビーム軌道変更制御手段とを設けて成る放
   射線治療装置。