JPH10501151A - 放射線処理用位置決め装置及び放射線処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 放射線治療装置は、フォーカスボリューム上に集中する制御可能な放射線ビームを有し、照射されるべき対象物が、コンピュータの電子的な制御の下で、時間の変更に応じて、また、放射線にさらされる割合を変化させるために、フォーカスボリュームに対して移動可能に位置決めされ得る。コンピュータは、処理ターゲットに対して決定された放射線照射量分布に応じて、フォーカスボリューム放射線ビームサイズ、強度、及び処理ターゲットの補助領域がさらされる時間を制御する。放射線ビームのサイズ、強度及びターゲット領域におけるフォーカスボリュームの停止時間は、始めに、特定の処理領域をボリューム要素、即ち、ヴァクスエルに分割し、各ヴァクスエルの処理領域の生物学的特性を割り当てることによって決められる。次いで、この生物学的特性を提供するために各ヴァクスエルに照射されるエネルギ堆積が計算される。最後に、各ヴァクスエルに照射されるエネルギー堆積から、特定のヴァクスエルにおけるフォーカスボリュームの停止時間が決定され得る。停止時間が決められると、コンピュータが、各ヴォクスエルに対して必要な放射線を照射するために十分な時間だけ、フォーカスボリュームを処理ターゲット内に位置させるように、モータを制御して、フォーカスボリュームに対して患者を移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】 放射線処理用位置決め装置及び放射線処理方法発明の分野 本発明は、電離放射線のよって、患者を処理する方法及び装置に関する。本発 明を実施する場合、患者は、処理中、電離放射線源に対して移動される。処理中 に患者を移動することによって、ターゲットボリュームの外側の領域に照射され る放射線を最小にすること、及び、処理平面内において、ターゲットボリューム の内側と外側との様々な領域の生物学的特性を考慮することの両方が可能になる 。発明の背景 電離放射線に組織がさらされると、さらされた細胞が殺傷されることは公知で ある。しかし、簡便な放射線処理の工程では、疾病組織に加えて普通の組織の重 要なボリュームが、放射線の危険水準にさらされる。 先行技術では、健康な組織が電離放射線にさらされる量を最小にするために幾 つかの方法が使用されている。例えば、腫瘍に複数の方向から放射線を向ける装 置が使用されている。このような装置では、各々の放射線源から放射する電離放 射線の量が、組織を破壊するのに必要な量より小さい。正確に言えば、複数の放 射源からの放 射線ビームが集中するところで、放射線レベルが組織破壊水準に達して組織を破 壊する。複数の放射線ビームの中心の集中点は、ここでは「フォーカスポイント 」と称する。フォーカスポイントを取り囲む放射線領域を、ここでは、「フォー カスボリューム」と称する。フォーカスボリュームの大きさは、交差するビーム の大きさを変更することによって変更され得る。 このような放射線装置のうちの一つは、ガンマ・ナイフ(GAMMA KNIFE)(Elekta Instruments S.A.)という名前で販売されており、十分な数の電離放射線源を有 する電離放射線シールドを備えている。放射線は複数のチャネルを通過し、放射 線の全てが、放射線シールド内の凹部にある共通のフォーカスポイントに導かれ る。このようなシステムは、米国特許明細書第4,780,898号で参照、説明される 。通常リナック(Lincac)（線形加速器）と呼ばれるもう一つのシステムは、電離 放射線源を有し、この電離放射線源は、フォーカスポイントの周囲を円周状に移 動して、フォーカスボリュームを通る電離放射線の一連のビームを照射する。患 者の頭部における処理ターゲットの位置を決める固定装置内に固定された患者の 頭部は、上述のフォーカスポイントと一致する位置に処理ターゲットを位置決め するシステムによって固定される。 これら放射線装置のフォーカスボリュームにおける電離放射線の強度は、装置 の個々の独立したビームから生じる放射線と比較すると強い。フォーカスボリュ ームの 外側の領域は、十分な電離放射線の量より少ない量の放射線を受ける。従って、 健康な領域を避けつつ、疾病組織は処理され得る。 一般的に、フォーカスボリュームは球形である。これは、複数の放射線ビーム 断面の交差点が、フォーカスポイントから等距離の各点に、球形の一定の放射線 密度を形成するためである。この結果、疾病組織ボリュームの形が、実質的に球 形でない時には、疾病組織の幾つかの領域が十分な放射線を受けられず、また、 健康な組織の他の領域が非常に多くの放射線を受けてしまう。すなわち、フォー カスボリューム内の放射線感度の多様性が考慮され得ない。疾病組織の全てのボ リュームが完全に放射線領域にさらされることを保証するためには、フォーカス ボリュームの範囲内の健康な組織を損傷する放射線照射量の放射線を照射しなけ ればならない。 フォーカスボリュームのサイズを減少させたり、また、手動で何回も患者を再 位置決めするこよによって、高い電離放射線照射量を受ける健康な組織のボリュ ームを減少させることが可能になり、様々なフォーカスボリュームが様々な位置 で全ての疾病組織ボリュームをカバーすることになる。この方法は、疾病組織ボ リューム及び形状と、高い放射線照射量を受けるボリュームとの間の一致性を高 くするが、疾病組織を効果的にカバーするために選択されたフォーカスボリュー ムサイズに対して十分な回数だけ患者を手動で再位置決めするのに必要な時間 のために、非常に長い処理時間が必要になり不合理である。さらに、手動での再 位置決めは、健康な組織への放射線を増大させるという失敗を招く可能性がある 。 健康な組織への照射を最小限にするための第二の可能な手段は、独立したビー ムサイズ及び強度を可変させることであり、それにより、フォーカスボリューム の形状が、疾病組織ボリュームにより正確に一致するように変化させられ得る。 特殊な形をした疾病組織ボリュームを処理するのに適した放射線照射量分布を見 つけるための、放射線医療チームにより求められるべき照射ビームサイズ及び強 度の多数の可能性のある組合せに関しては、ビームサイズ及び強度を選択する時 の放射線治療チームの経験が、放射線処理の効果において重要なファクタとなる 。 さらなる解決法は、処理領域上に電離放射線のフォーカスボリュームを照射す ることを含む。このような技術は、例えば、「逆放射線治療計画のためのアルゴ リズム実験証明、放射線治療及び腫瘍学」１７（１９９０）３５９〜３６８頁に 記述されている。この技術によれば、固定されたフォーカスポイントに対して患 者を移動させることは非現実的である。この結論は、「原子力研究に対するスイ ス学会でのπ中間子応用のための治療計画及び放射線吸収量測定装置、放射線と 環境の生物物理学」１６（１９７９）２０５〜２０９頁を基礎としており、これ は、π中間子生成における患者の力学的移動が実現 可能でないことを、論証するために報告されている。 このように、先行技術は、照射量分布を対象物内の処理領域に厳密に一致させ る対象物の放射線処理を提案しているが、その方法は、放射線操作者の熟練度及 び経験に依存しており、手動での再位置決め中に失敗が生じる可能性があり、及 び／又は長い処理時間が必要とされる。これらの先行技術と対比すると、本発明 では、フォーカスボリュームに対するターゲット領域の位置決め及び再位置決め を自動化することによって、手動での失敗の危険を排除し、より小さいフォーカ スボリュームを使用することを可能にし、それにより、放射線領域とターゲット ボリュームとの間の一致性を改善し、様々なフォーカスボリュームに試行錯誤し て近似させる必要性を減少し、処理計画が短縮される。加えて、先行術とは対称 的に、本発明では、放射線源に対して対象物を力学的に移動させることが可能に なり、ターゲットボリュームの内側及び外側の両方の放射線感度のような組織細 胞特性に基づいて放射線堆積を調節する割合で患者を動かすことによって、疾病 組織ボリューム及び形状への局部的な照射の一致性を増大させることが可能にな る。発明の要約 本発明は、その位置が、電離放射線源に対しては固定されたまま維持されるが 、放射線照射されるべき対象物に対しては移動可能なフォーカスボリュームを有 する医 療放射線処理方法及び装置を提供するものである。本発明を実施する場合、対象 物は電離放射線源のフォーカスボリュームに対して動かされ、対象物内の複数の 補助領域が、変化する停止時間に対する変化する放射線強度にさらされる。力学 的移動は、放射線照射量分布を提供するためのコンピュータ制御式位置決め装置 によってガイドされる。放射線照射量分布は、放射線にさらされるべき様々の組 織の生物学的反応と、ターゲットボリュームの形状との両方を考慮した所望の放 射線照射量分布と正確に一致する。フォーカスボリュームのサイズ及び形状は、 放射線処理をより最適化するために、対象物の動きと共働して変化され得る。 フォーカスボリュームのサイズ、強度、及びターゲット領域におけるフォーカ スボリュームの停止時間は、始めに、特定のターゲットボリュームをボリューム 要素、即ち、ヴォクスエル(voxel)に分割することによって決定される。その後 、処理ボリュームの生物学的特性が各ヴォクスエルに割り当てられる。次いで、 疾病組織を簡単に制御できる確率が、生物学的特性に基づいて各ヴォクスエルに 対して計算される。その後、この腫瘍を簡単に制御できる確率を提供するために 必要とされる各ヴォクスエルへのエネルギ堆積が計算される。最後に、各ヴォク スエルへのエネルギ堆積照射から、特定のヴォクスエルにおけるフォーカスボリ ュームの停止時間が決められる。停止時間が決められると、フォーカスボリュー ム に対する対象物の位置決めに必要な移動の順序を決めることが可能になり、これ により、各ヴォクスエルに対して必要な放射線が照射される。 本発明の方法を実施するためには、患者をフォーカスポイントに対して力学的 に位置決めすることが可能な装置が使用される。この装置では、複数のモータ制 御で、必要な時間に応じてターゲットボリュームをフォーカスポイントに対して 移動し、かつ位置決めする動きを得るためにコンピュータが使用される。好まし い実施例では、位置決め装置は、放射線装置に固定された懸架装置に取り付けら れ、二つの電子制御式モータ組立体を介してＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向に移動可 能にされる。図面の簡単な説明 第１図は、本発明による放射線処理システムを示す。 第２図は、本発明による放射線処理システムを使用するコンピュータプログラ ムのフローチャートを示す。 第３図は、本発明による放射線処理装置に使用するのに適した調節器を示す。 第４図は、本発明による放射線処理装置に使用するのに適した調節器の変形例 を示す。 第５図は、本発明による放射線源に対して位置決め装置を移動するための懸架 装置を示す。 第６図は、第５図のVI−VI断面図である。発明の詳細な説明 第１図は、本発明による放射線処理方法を実行するのに便利な放射線処理シス テムを示す。特に、第１図は、電子制御式位置決め装置１０５及び電離放射線装 置１１０を有する放射線処理装置１０３の各部分の配置を示し、装置１０３は処 理される対象物の選択部分に制御された放射線を照射する。電子制御式位置決め 装置を、生物学的放射線反応特性に基づく個々のヴォクスエル(voxel)に対する 放射線照射量の計算値と組み合わせて使用することで、第１図に示した放射線処 理システムが、フォーカスポイントに対して対象物を移動させることによる対象 物の放射線処理を力学的に制御することが可能になる。特に、第１図の放射線処 理システムは、対象物に吸収される放射線が、処理されるべき各組織の所望の生 物学的反応と関係がある所望の放射線照射量と同じになるように実時間における 個々のヴォクスエルへの放射線照射を最適化する。 第１図に示された入力データシステム１５０は、患者のような対象物の内部の 処理ボリュームの三次元幾何学座標の生成及び／又は記憶を行うシステムを有す る。また、このシステムは、処理されるべきターゲットボリューム及び周辺組織 の生物学的反応のモデルの生成及び／又は記憶を行う。入力データシステム１５ ０は処理ボリュームデータをホストコンピュータシステム１００に送信する。 入力データシステム１５０は、例えば、処理ボリュームと、サブボリュームの 生物学的特性を表すデータを有する処理ボリュームのサブボリュームとの三次元 座標を記憶する一般的なコンピュータグラフィックスシステムから成る。 ホストコンピュータ１００は、第２図に示されているようなコンピュータプロ グラムによって、このデータを一連のモータ制御、放射線ビームサイズ、及び放 射線ビームエネルギ出力制御信号に変換する。ホストコンピュータは、ワイヤ１ ３０を介して放射線制御信号を放射線ユニット１１０の放射線調節器４５に送信 し、処理ボリュームに照射するために放射線源から発生する放射線ビームのサイ ズ及び強度を制御する。 放射線ユニット１１０は、一本、二本、又はそれ以上の放射線ビームを放射す る放射線源と、調節器４５のような放射線ビームサイズを制御する手段とを備え ている。放射線処理装置の放射線源は、放射線から有効なフォーカスボリューム を得る種々の一般的な電離放射線源の何れかから成り得る。フォーカスボリュー ムは、典型的には、放射線源から発生する多数（二つから数百）の放射線ビーム を交差させることによって形成される。ビームの中心線は放射線源に関する固定 点に向けられる。フォーカスボリュームは交差する放射線ビームの各々の放射線 密度の（交差する放射線ビームのボリュームを越える）総和である。また、一つ の放射線ビームの中心線を、多 数の異なる角度（典型的には２〜３６０）から固定点に向けることによって有効 なフォーカスボリュームが形成され得る。このような技術は、線形加速器型放射 線ユニットでは普通に用いられている。 また、ホストコンピュータ１００は、ワイヤ１２０を介してモータ制御信号を 、第１、第２、及び第３のモータ組立体の各々に送信する。これら組立体は、各 々モータ２１、２２、及び２５を有し、電子制御式位置決め装置１０５の中に設 けられている。第１及び第２モータ組立体は、第１組立体のモータ２１、２２、 及び２５が常に第２組立体のモータ２１、２２、及び２５と同じ距離だけ正確に 移動するように共働する。第１及び第２モータ組立体は、各々フィードバックシ ステム１７０に接続される。前記フィードバックシステム１７０は、第１モータ 組立体におけるモータ２１，２２，２５の移動距離と第２モータ組立体における モータ２１，２２，２５の移動距離とを比較する。共働するモータ２１、２２、 又は２５の対の移動距離が異なる場合（例えば、その差が0.2mmより大きい場合 ）、エラー検知フィードバックシステム１７０がフィードバックエラー信号を発 生し、ワイヤ１８０を介してこの信号をホストコンピュータシステム１００に送 信し、全てのモータの移動と放射線照射とを終了させる。コンピュータシステム が、フィードバック信号に基づいてモータの移動及び放射線照射を終了させると 、その後、モータは再び調節され得、また、処 理が再び開始され得る。また、フィードバックシステム１７０は、フォーカスボ リュームを形成する放射線調節器によって得られるビームサイズを監視すること により、放射線強度を監視する。ビームサイズは、各ビームに対する放射線調節 器４５を通してホストコンピュータ１００により制御される。横断面が要求され た大きさより大きいか又は小さいビームを調節器が形成すると、エラー検知フィ ードバックシステム１７０がエラー信号をホストコンピュータに送信し、ホスト コンピュータは、患者を放射線処理装置のフォーカスポイントから離すように動 かす共働モータへの信号を発生する。代わりに、エラー検知フィードバックシス テム１７０が、放射線ビームサイズが正しくないことを検知した時に、フィード バックシステム１７０がホストコンピュータ１００にエラー信号を送信し、ホス トコンピュータが放射線源を遮断してもよい。 手動制御装置１６０は、手動制御式共働モータ２１、２２、及び２５を制御す る信号を発生するジョイスティック機構等から成る。これらの信号は、ホストコ ンピュータ１００を介してワイヤ１２０により、共働モータ２１、２２、２５の 両セットに送られる。モニタ１６５は、共働モータ２１、２２、及び２５に送ら れる信号に応答してフォーカスポイントに対して処理ボリュームが動かされた時 のフォーカスポイントと処理ボリュームとに対応する画像を表示する。 第２図は、本発明による放射線処理システムのコンピュータ１００で使用され るコンピュータプログラム２００を示している。このプログラムは、フォーカス ボリュームに対して対象物を自動的に移動させることにより、対象物の処理ボリ ュームの範囲内の放射線堆積を制御する。このコンピュータプログラムはモータ を制御する信号を発生し、これにより、モータは、ある場所に適当な放射線強度 を照射するのに十分な時間だけ、その場所に放射線フォーカスボリュームを留め るように対象物を移動する。始めに、処理ボリューム及び処理（及び周辺）ボリ ューム内の組織の生物学的特徴の３次元座標が生成され、それらはコンピュータ システムのステップ２０３に送られる。次いで、ステップ２０５で、処理ボリュ ームは、その最小ボリュームが放射線ビームの交差により得られるフォーカスボ リュームより小さいボリューム要素、即ち、ヴォクスエルに分割される。次いで 、ステップ２２０で、処理領域と結合した組織の放射線に対する生物学的反応が ヴォクスエルに割り当てられる。組織モデルを特定することにより、医師が、コ ンピュータで制御された放射線で、特定の放射線照射量に対して異なる反応を示 し得る様々なタイプの腫瘍を処理することが可能になる。 各ヴォクスエルに対する組織モデルが確立されると、コンピュータプログラム ２００は、ステップ２３０で、各ヴォクスエルに対して、そのヴォクスエルに対 する放 射線照射量に依存する生物学的反応を選び出す。この選択により、処理ボリュー ムに対する所望の放射線照射量分布Φ（ｒ）が得られる。このような生物学的反 応の特定の例では、各ヴァクスエルに対して、疾病組織の複雑化しない制御の最 大の確率（Ｐ＋）が選択される。（Ｐ＋）とは、放射線照射量及び組織モデルに 対する制御が致命的に複雑化することなく、特定の放射線量に対する組織固有の モデルの制御を達成する確率である。制御の確率に関するデータは、継続中の又 は予め実施された臨床研究に基づいてコンピュータプログラムに与えられる。各 ヴォクスエルに対して最大のＰ＋を選択することにより、疾病織制御用の最適放 射線分布が得られる。これは、選択された各Ｐ＋が関連放射線照射量を持つため である。代わりに、Ｐ＋を得るために、特定の放射線照射量に対する組織の特定 のモデルの、その組織モデルに対するその放射線照射量から不利な（必然性なし に致命的になるような）複雑化を招く確率を除いた制御の確率が確定され得る。 代替的に、放射線に対する組織の生物学的反応は、他の処理ボリュームに関連の ある処理ボリュームの場所に依存して選択され得る。さらに、様々な組織に対す る放射線照射量分布を生成する他の放射線に対する組織の生物学的反応が選択さ れ得る。これらの生物学的反応の選択により、治療医師は、様々なタイプの組織 及び様々な場所の組織に対する処理照射量においてより高い自由度が得られる。 ステップ２３０で、各ヴォクスエルに対する所望の放射線照射量Φ（ｒ）が得 られると、コンピュータプログラム２００は、個々のヴァクスエルが、必要な照 射量をどのように受けるか指定しなければならない。これには、何れか一つのヴ ォクスエルにフォーカスが合わせられた放射線ビームが、隣接するヴォクスエル に放射線の影響を及ぼすという問題がある。コンピュータプログラム２００は、 初めにステップ２４０でエネルギ堆積核Ｈ（ｒ，ｒ’）を決めることにより、こ の問題を解決する。前記エネルギ堆積核Ｈ（ｒ，ｒ’）は、点ｒ’で中心決めさ れたボリューム上にエネルギ照射をする毎に点ｒに与えられる特定のエネルギで ある。このプログラム２００は、Ｈ（ｒ，ｒ’）が空間的に独立であると見なし ている。すなわち、中心点ｒ’で中心決めされるフォーカスボリュームから点ｒ に及ぼされるエネルギーは、点ｒと中心点ｒ’との間の距離の単なる関数である 。この仮定の結果、照射量分布の計算値Ｄ（ｒ）が、同一ボリューム上のエネル ギー堆積核Ｈ（ｒ，ｒ’）の密度Ｆ（ｒ’）の積分として示され得る。この場合 、積分式は、Ｈ（ｒ，ｒ’）が決められたＤ（ｒ）あるいはＦ（ｒ’）の内１つ と、Ｆ（ｒ’）あるいはＤ（ｒ）のいずれか一方に対する通常の解析あるいは反 復技術によって解が与えられる。エネルギー堆積核Ｈ（ｒ，ｒ）は公知であり、 また、積分式に対する入力である。これは、任意の一つのフォーカスボリューム に対する交差部分の複数の放射線ビー ムの物理的交差に係わるエネルギー分布が公知のためである。核は例えば、３６ ０度で、標準化したビーム断面を回転することでシミュレートされる。エネルギ ー堆積核Ｈは、ステップ２４０で、各ヴォクスエルに割当てられる。 全てのヴォクスエルに対してエネルギー堆積核が決められた後、放射線密度Ｆ （ｒ’）に対する解を繰り返し求めることによって、放射線照射量分布の計算値 Ｄ（ｒ）が決められる。すなわち、各ヴォクスエルに対して初期密度Ｆ０（ｒ’ ）が仮定され、それに各ヴォクスエルに対する堆積核が乗算され、その後、全て の処理ボリュームの合計が出される。その後、照射量分布の初期計算値Ｄ０（ｒ ）が、ステップ２５０で所望の放射線照射量Φ（ｒ）と比較され、エラーターム が発生される。仮定された初期密度には、エラータームの関数としてのＦ１（ｒ ’）が適合され、照射量分布の次項Ｄ１（ｒ）が計算される。この繰り返し処理 は、ｎ回繰り返した後の照射量分布の計算値Ｄｎ（ｒ）が所望値Φ（ｒ）に十分 に近づくまで続けられる。初期仮定密度は、処理領域に対して実質的に超過した 照射量を照射するために選択される。エラータームは、ビーム密度の減少を示す 。その結果、繰り返し計算が収束して、処理領域が受ける照射量が必要とされる 照射量より少なくならないことが保証される。この考えにより、処理領域の露照 射量が不足しないことが確実にされる。ステップ２５０を繰り返すと、その結 果、各ヴォクスエルに対する密度Ｆ（ｒ）により、特定の堆積核が任意の一つの ヴォクスエル上に留まるべき継続時間が明確にされる。典型的には、繰り返しは 、ｎ＝２００又はそれより前の時点で収束する。 任意の特定ヴォクスエルにおける特定の核の継続時間が得られると、コンピュ ータ１００は、（ステップ２７０で）制御信号を発生する。この制御信号は、調 節器４５と、共働モータ２１、２２及び２５の両セットとに送信される。調節器 ４５に送信された制御信号は、選択されたヴォクスエルの何れかに対する放射線 ビームサイズ、即ち、核サイズを調節する。共働モータ２１、２２及び２５に送 られた制御信号は、患者をフォーカスボリュームに対して移動させ、フォーカス ボリューム上での放射線エネルギ照射の任意の特定のヴォクスエルにおける継続 時間が、その特定のヴォクスエルに必要なビーム密度を照射するのに十分な長さ になるようにする。フォーカスボリュームに対するターゲットボリュームの移動 は、ターゲットボリュームが放射線にさらされている間、続けられ得、また、移 動速度は、適当な停止時間に合わせて減速され、また、加速され得る。選択的に 、移動は、フォーカスボリュームに対する多数の位置におけるターゲットボリュ ームの連続移動や、再配置から成り得る。この場合、放射線源は、ターゲットボ リュームが移動されている間は、パルスオフされ、また、ターゲットボリューム が固定されている間は、パルスオンされる。ここ で使用される、「連続移動」という用語は、ターゲットボリュームの移動の停止 、ターゲットボリュームへの照射、及びターゲットボリュームの再位置決めを意 味している。好ましい実施例では、フォーカスポイントは、この連続再位置決め が行われている間は、ターゲットボリュームを含む対象物の外側には移動しない 。 調節器４５に加えて共動モータ２１、２２及び２５は、放射線処理システムの フィードバックシステム１７０が、対向するモータのどちらかが同期して動いて いないこと、一つ又はそれ以上の放射線源から要求される放射線強度が得られて いないこと、又は調節器４５が要求されるビーム形状を形成していないことを検 知するまで、患者の中の放射線堆積を制御し続ける。これらの状態の何れかが生 じると、コンピュータプログラムは、ステップ２８０で、モータの動きを停止す る命令及び／又は放射線の照射を停止する命令を発生する。この時点で、プログ ラム２００は、ステップ２８５で、コンピュータ制御処理のまま処理を進めるか 、手動操作により処理を進めるかの何れかを使用者に判断させる。使用者がコン ピュータ制御に戻したい場合、ステップ２７０で、既に終了した処理の部分を考 慮して制御動作の新しいシーケンスを生成する。使用者が手動操作を要求した場 合、プログラムは、放射線処理システムの制御を解除し、手動制御１６０から共 動モータ２１、２２及び２５の両セットに信号を送信する。 上述の装置は、ガンマナイフ（Gamma Knife:商標）又はリナック(LINAC)放射 線処理システム、又は、重粒子ビームシステムのような、フォーカスボリューム へ電離放射線を照射する任意の放射線ユニット１１０に適応され得る。放射線照 射を制御するために、第３図に示すように、それを通して放射線が照射される一 つ又は複数のチャネルに放射線調節器４５が設けられ得る。放射線調節器４５は 、対向するリードプレート又はウェッジとして構成され、それらは、相対的に移 動可能で、開口からなる可変スリットを形成し、前記スリットで前記開口を通過 する放射線ビームの形状や強度を調節する。 第３図は調節器４５の上部図を示す。特に、可動リードプレート６０は、可動 リードプレート７０を覆うように配置される。プレート６０は、プレート６０を 貫通する菱形開口部６２を有し、プレート７０は、プレート７０を貫通する菱形 開口部７２を有する。開口部６２及び７２は一カ所に集まって、プレート６０及 び７０の両方を通過する開口部６５を形成する。プレート６０及び７０の相対位 置により、放射線ビームが通過する開口部６５の大きさが決定される。開口部６ ５の大きさは、開口部６５を通過する放射線ビームの輪郭を決める。 第４図は、本発明に組み込むのに適した調節器の変形例を示している。第４図 に示された調節器は、放射線防御材料から成る対向する複数の羽根板の二つのセ ット８０及び８２から形成されている。また、羽根板は、照射 放射線のエネルギに依存して放射線の強度を選択的に送る放射線調節材料で形成 され得る。第１及び第２のセットの個々の羽根板は、放射線ビームの方向と実質 的に垂直な平面を形成する。羽根板の２つセットは、互いに、それらが放射線ビ ーム断面を形成するように合わせられる。羽根板は相互に移動可能であり、それ らが移動するにつれて、ビーム断面が調節され得る。例えば、羽根板８０（ａ） は、羽根板８２（ａ）に対して移動して開口８５の一部を形成し、また、羽根板 ８０（ｂ）は、羽根板８２（ｂ）に対して移動して開口８５の一部を形成する。 本発明を実施する際には、任意の適当な形状及びサイズの調節器が使用され得る 。 放射線ユニット１１０内の放射線源は、好ましくは、高エネルギ（ガンマ線や Ｘ線）フォトンや重荷電粒子を放出する電離放射線源から成る。 第５図及び第６図に示すように、患者の頭部６のような対象物は、電子制御式 位置決め装置１０５の範囲内で固定装置５に対して固定される。電子御装式位置 決め置１０５は、基部１７、懸架装置及び固定装置５を有する。固定装置５は放 射線装置に対して移動可能にされる。処理中、フレーム５が位置装置によって、 放射線ビームのフォーカスポイントＦがターゲットボリューム２８内に位置する ために必要な位置に移動される。フォーカスポイントは、複数の放射線ビームＳ の交差点に位置する。位置決め装置は、基部１７によって放射線装置に固定さ れる。懸架装置は、ブラケット１８によってベース１７に取り付けられ、固定装 置５を、水平面及び垂直面内で、即ち、３次元座標システム内で、放射線源及び フォーカスポイントＦに対して移動させる。この懸架装置は、相互に真っ直ぐに 向き合い、それらの長手方向に移動可能で、ブラケット１８のガイド９に摺動可 能に支持されている一組の水平ビーム８又は類似の部材を有する。 各ビーム８の外端部は、スクリュジャッキ手段１９を介して、ブラケット係合 部分に接合される。前記スクリュージャッキ手段１９はギア組立体２０を介して ビーム８の内側にある電子制御式モータ２１にリンク結合される。このモータ２ １は、第６図に示すように、スクリュジャッキ手段１９のスクリュ部品と平行で ある。モータ２１は、好ましくは、専用のコンピュータプログラムで作動するコ ンピュータ又は類似の装置（図示せず）によるＮＣ制御で操作される。両方のモ ータは２１は共動的に機能し、固定装置５をＸ軸方向に移動するモータ組立体を 形成する。 加えて、各ビーム８の内端部に隣接したビーム２３に、電子制御式モータ２２ が連結され、また、それにより支持されており、前記ビーム２３はスクリュージ ャッキ手段を取り囲み、モータ２２に連結されている。ビーム２３は互いにに平 行で対向して配置される。また、これらのモータ２２は、コンピュータのＮＣ制 御で電子的に制御され、また、操作され、固定装置をＺ軸方向に移動さ せるモータ組立体を形成するために共働する。 さらに、電子モータ２５は、各ビーム８における各ビーム２３を越えた内端部 に隣接するビーム２６に連結され、そのビーム２６によって支持されている。こ れらビーム２６は、相互に平行に、また互いに対向して配置されている。各ビー ム２６は、各スクリュジャッキ手段２４の静止部分に取り付けられ、また、ガイ ド（図示せず）によってガイドされる。さらに、スクリュジャッキ手段（図示せ ず）は、各モータ２５に連結される。また、これらモータ２５は、前記コンピュ ータ又は類似の装置によりＮＣ制御で電子的に制御され、かつ、操作され、また 、Ｙ軸方向に固定装置５を移動するように構成されたモータ組立体を形成するた めに共働する。スクリュジャッキ手段（図示せず）は、固定装置を懸架装置の定 位置に解放可能に固定するための取付手段２７を支持している。 本発明において、位置決め装置内に患者の頭部を固定する時に使用するのに適 した固定装置５は、例えば固定(stereotactic)フレームである。フレームは患者 の頭部に固定され、懸架装置に設けられる。フレームは、皮膚を貫通し、下にあ る骨の中を見る外科用ねじ込みドリルによって患者の頭部に固定され得る。代わ りに、固定装置５は、非侵入型で、及び／又はフレームを患者に再配置可能でき るものであり得る。 一組の共動モータ２１は、対向して配置され、同期し て作動する。特に、モータが、固定(stereotactic)フレームを同時に同じ距離だ け動かせない時は、一組の共働モータ２１に連結されたエラー検知フィードバッ クシステム１７０（図示せず）が、固定(stereotactic)フレームの位置(orienta tion)が正しくないという信号をコンピュータに送信し、固定(stereotactic)フ レームの位置(orientation)を再び合わせることができるように固定(stereotact ic)を移動するプログラムを停止させる。 患者の治療に対する個人専用のコンピュータプログラムは、各モータ組立体２ １、２１；２２、２２；及び２５，２５の動きを制御する。この場合、固定(ste reotactic)装置５及び患者の頭部６は、ヘルメット１７の範囲内でＸ軸、Ｙ軸、 及びＺ軸方向に動かされ、処理ターゲット２８の様々な部分が、前記プログラム に従って様々な時間でフォーカスポイントＦの位置に連続的に位置決めされる。 各モータ組立体における両方のモータの動きは、コンピュータによってお互いに 対して断続的にチェックされ、一つのモータの動きが、各々の共働モータの動き と異なると、コンピュータが停止信号を発信して、処理が一時停止される。コン ピュータ操作は、高度な信頼性を与え、また、要求されれば、コンピュータプロ グラムの適当な時点で、処理を停止し、その後で、処理を再開することさえ可能 にする。 本発明は、特定の実施例に対して図示され、説明されているが、本発明の概念 及び範囲から外れることのない 形状や細部に関する変更が可能であることは当業者に理解される。特に、照射さ れる対称物を放射線源に対して移動することを可能にする制御式移動手段は、任 意のものが用いられ得る。

【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項 【提出日】１９９５年１０月３１日 【補正内容】 請求の範囲 １．十分な数の放射線源と、放射線シールド内の凹みにある共通のフォーカス ポイント(F)に向けられた対応するチャネルとを有する放射線シールド(2)を備え たガンマナイフ（商標）のような放射線処理装置の範囲内で患者の頭部(6)を位 置決めする装置であって、 位置決め装置が、 放射線シールドにおけるチャネルと対応する数で、かつ対応する位置で、それ を通過して伸びるチャネルを有するヘルメット(7)と、 放射線処理装置に隣接して固定された静止基部(13)に沿って移動可能な寝台組 立体(14)と、 寝台組立体上にヘルメットを堅固に固定し、それにより、それを放射線シール ド内の凹みの中に導入することを可能にするブラケット装置(18)と、 その中で患者の頭部が固定される固定装置(5)とを有し、 ターゲットが前記フォーカスポイントと一致する位置に移動され得るように、 前記固定装置(5)がヘルメットに対して固定されるようにされた 位置決め装置において、 前記固定装置(5)が、ブラケット装置(18)に固定された懸架装置(8,19-27)にク ランプされ、かつ、コンピュータ又は類似の装置によって操作される三つの電子 制御 式モータ組立体(21,21,:22,22,:25,25)を介してＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向に移 動可能にされ、 処理ターゲット(28)の様々な部分が、前記コンピュータの制御の下で、個々の 時間で、そして個々の割合で、フォーカスポイント(F)内に連続的に、又は断続 的に位置決めされるようにしたことを 特徴とする位置決め装置。 ２．各モータ組立体(21,21;22,22,;25,25)が、一組の共働モータを有し、 各組立体における第１モータ(21,22,25)を固定装置(5)の第１の側部に配置し 、 第２モータ(21,22,25)を固定装置(5)の対向する側部に配置したことを 特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 ３．モータ(21,21;22,22,;25,25)が、ＮＣ制御により制御され、 各モータ組立体におけるモータの動きが相互の動きに対してチェックされ、 各共働モータの動きと異なる動きのモータがある場合、前記コンピュータによ り停止信号が発生されることを 特徴とする請求の範囲第２項に記載の装置。 ４．懸架装置(8,19-27)が、水平の、又は選択的に垂直のビーム(8)を介してブ ラケット装置(18)に連結され、 前記ビーム(8)が相互に一直線にされ、また、それらの長手方向に対して移動 可能にされ、 各ビーム(8)の外端部(15)が、モータ組立体(21,21;22,22;25,25)の各モータ(2 1,22,25)によって進められ、また、 各ビーム(8)の内端部が、他のモータ組立体のモータのモータを指示すること を 特徴とする請求の範囲第１項〜第４項の何れか一項に記載の装置。 ５．各ビーム(8)の外端部(15)が、モータ駆動式スクリュージャッキ手段(19) を介してブラケット(18)の関連部分に連結され、 各ビーム(8)が、ブラケット装置(18)の各ガイド(9)に摺動可能に支持されてい ることを 特徴とする請求の範囲第４項に記載の装置。 ６．懸架装置(8,19-27)に固定装置(5)を解放又は固定するように、ビームを相 互に近づく方向に、又は相互に離れる方向に進めるために、ビーム(8)に対応す るモータ(21,21)を反対方向に駆動可能に構成したことを 特徴とする請求の範囲第４項又は第５項に記載の装置。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 な放射線を照射するために十分な時間だけ、フォーカス ボリュームを処理ターゲット内に位置させるように、モ ータを制御して、フォーカスボリュームに対して患者を 移動させる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．放射線ユニットに対するフォーカスポイントの位置を決め、 固定装置に対して対象物を固定し、 前記固定装置を懸架システムに結合し、 前記懸架システムによって、前記放射線ユニットに対して前記固定装置の位置 を固定して、前記対象物の位置を決め、 前記懸架システムによって、前記フォーカスポイントに対して前記固定装置を 移動させて、前記対象物を前記放射線ユニットからの放射線にさらす ことから成ることを 特徴とする対象物を選択的に照射する方法。 ２．前記対象物を移動しながら、前記対象物を放射線にさらすことから成るこ とを 特徴とする請求の範囲第１項に記載の対象物を選択的に照射する方法。 ３．前記放射線ユニットの放射線を調節して、前記放射線ユニットのフォーカ スボリュームを調することから成ることを 特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の対象物に選択的に照射する方 法。 ４．前記放射線ユニットの放射線源を調節して、前記放射線ユニットのフォー カスボリュームを調節すること から成ることを 特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の対象物に選択的に照射する方 法。 ５．前記対象物が移動されている間にフォーカスポイントが前記対象物の内側 に留まるように、前記対象物が、前記移動の間、フォーカスポイントに対する位 置を保つことを 特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の対象物に選択的に照射する方 法。 ６．前記対象物の処理領域を複数のヴォクスエルに分割し、 前記複数のヴォクスエルに対して放射線に対する生物学的反応を選択し、 前記生物学的反応を生じさせるために前記ヴォクスエルの各々に対応する放射 線照射量を決め、 前記ヴォクスエルの各々に対応する放射線照射量が前記ヴォクスエルの各々に 堆積するのに十分な時間だけ、前記対象物を前記フォーカスポイントに対する場 所に維持することを 特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の対象物に選択的に照射する方 法。 ７．前記ヴォクスエルの各々に対応する前記放射線照射量が、隣接するヴォク スエルに対応する放射線照射量に関連して決められることを 特徴とする請求の範囲第６項に記載の対象物に選択的 に照射する方法。 ８．前記対象物が移動されている間、前記フォーカスポイントが前記対象物の 内側に留まるように、前記対象物を、前記移動の間に、フォーカスポイントに関 する位置に維持することを 特徴とする請求の範囲第２項に記載の対象物に選択的に照射する方法。 ９．対象物にフォーカスボリュームによる照射を行う放射線ユニットと、 懸架システムによって前記放射線ユニットに結合された固定装置とを有し、 前記固定装置が、前記放射線ユニットにより照射されるべき対象物を固定し、 前記懸架システムが、前記固定装置を対象物を放射線にさらすために移動し、 及び／又は、同時に前記対象物を放射線にさらすことを 特徴とする放射線装置。 １０．前記懸架システムに固定され、前記懸架システムを制御するコンピュー タを有し、 前記懸架システムが、前記コンピュータから送信される信号に応答して、前記 固定装置を、対象物を放射線にさらすために移動し、及び／又は、同時に前記対 象物を前記放射線ユニットからの放射線にさらすことを 特徴とする請求の範囲 第９項に記載の放射線装置。 １１．前記コンピュータが前記放射線ユニットに接続 され、 前記コンピュータが前記放射線ユニットに、前記放射線ユニットから生じる放 射線ビームの少なくとも一つを調節するための信号を送信することを 特徴とする請求の範囲第１０項に記載の放射線装置。 １２．前記コンピュータが前記放射線ユニットに接続され、 前記コンピュータが前記放射線ユニットに、前記放射線ユニットの放射線源を 調節するための信号を送信することを 特徴とする請求の範囲第１０項に記載の放射線装置。 １３．前記放射線ユニット、前記懸架システム、及び前記コンピュータに接続 されたエラー検知装置を有し、 前記懸架システムが、前記懸架システムによって受信されるコンピュータから の信号による指示通りに固定装置を移動させない時を前記エラー検知装置が検知 し、 前記コンピュータから送信される信号による指示通りに前記放射線ユニットビ ームが調節されない時を前記エラー検知装置が検知し、 前記エラー検知装置がエラーを検知した時に、前記コンピュータにエラー信号 を送信することを 特徴とする請求の範囲第１１項に記載の放射線装置。