JPS6025977B2 - 放射線治療装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子を加速して被照射体に照射し治療を行なう
放射線治療装置に関するものである。

この装置は電子銃より発射された電子を加速管により加
速し、この加速管の先端に設けた偏向管にて前述の加速
された電子を偏向した後、重金属によるターゲットに衝
突させてＸ線等の放射線に変換し、この放射線を病巣に
照射することにより治療を行なう装置である。ところで
、加速管は加速エネルギーが大きくなる程、その全長が
長くなり、一方、治療装置の場合には患者毎に病巣の位
置等が異なり、しかも患者にとらせ得る体位も限られる
こと等から、加速管の電子の加速方向と放射線の照射方
向とを同一とすることができず、従って加速された電子
ビームを所定の方向へ偏向させる偏向マグネット（電磁
石）を必要とする。

そして、偏向された電子ビームは被照射物貝０ち、ター
ゲットに衝突させてＸ線に変換すると、このＸ線はター
ゲットの衝突点から放射状の漆布を成して前方に放射さ
れるのでこの放射線を患部に照射して治療に用いる。放
射線治療装置としては患部の大小によってこの放射線の
照射野を設定するために重金属ブロックによるコリメー
タを備えている。また照射野内の放射線の強度分布を均
一にして計画した通りの放射線照射を行なえるように、
ターゲットの下方にフラットニングフイルタを設置して
ある。第１図にこうした機能を有する従来の偏向マグネ
ットを用いた場合の放射線分布について示す。図におい
て、１は従来の偏向マグネットで電子ビームを偏向させ
る磁場を供給するポールピースである。２はこの偏向マ
グネット１の電子送出側出口近傍の電子走行路上に設け
られた重金属によるターゲット、３はこのターゲット２
の前方側に設けられたこのターゲット２により変換され
放射される放射線の強度分布を均一にするためのフラッ
トニングフィルタ、４はコリメータ、５は加速管で加速
され正常の軌道でもつて偏向マグネット１に入射する電
子ビー−ムである。

ここで、解析を簡単にするために第１図において、フラ
ットニングフイルタ３を取り除いた状態で説明する。

いま、電子の電荷をｅ、その質量をｍ、速度をｖ、偏向
マグネット１の磁束密度をＢとすると、偏向マグネット
１に入射した電子は曲率半径ｒ＝ｍ．ｖ／ｅ．Ｂの円軌
道を描いてマグネットー内を通り、偏向マグネット１の
終端に達するとその後は前記円軌道の接線方向に直進す
る。このとき、正規の軌道で設定されたエネルギーに等
しい電子ビームは６で示す軌道を描いて夕−ゲット２の
中央に衝突する。そのベクトルは照射野の真中を指すよ
うになっており、この場合、ターゲット２より約１仇の
距離にある照射野強度での放射野強度の分布は７で示す
如き状態となり、中心を頂点とする対称な分布となるが
ターゲット２に衝突して変換され放出される放射線であ
るためにどうしても円錐状に広がることから、中央部分
の強度が大きくなって一様にはならないで中心部に強度
が集中する形の分布となる。そこで、この種の放射線治
療装置では放射線の強度分布に合わせてその照射野内に
フラットニングフイルタ３を挿入し、このフラットニン
グフイルタ３により放射線透過度を変え透過後の強度分
布が一様なものとなるように設定している。

フラットニングフィルタ３を挿入した場合には曲線８で
示す様な均一な分布が得られる。しかしながら、このよ
うな分布が得られるのは電子が正規の軌道を通り、且つ
エネルギーも一様であった場合に限られるもので、正規
の軌道を通った場合において例えば入射した電子のエネ
ルギーが設定されたェネルギ−よりも高いものはそのエ
ネルギーにより電子ビームは破線９ａで示す軌道を通り
、ターゲット２の中央からずれた点に衝突し、これによ
って変換され発生する放射線の主軸のベクトルは破線１
０に示すように鏡斜する。

また同様に低いものは破線９ｂで示す軌道を通ることに
なる。そのためにターゲット２上の終点の位置とコリメ
ータ４によって決る照射野は、ずれてしまうと共に放射
線の主軸のベクトルが煩斜することによって、放射線強
度分布は１０１に示すように非対称なものとなる。従っ
てこれをフラットニングフィルタ３に通すと１０２に示
すように図示右端側が極端に強い不均一な分布となり、
しかも照射野も変動する。一般に加速管から放出される
電子ビームの持つエネルギーは単一ではなく、少しずつ
異なるエネルギーを持つものを含む。

即ち、エネルギースペクトルを持つ。従って、従釆の代
表的な偏向方式である前贋マグネット及びメインマグネ
ット偏向方式のもので０は次のような欠点を持つ。

第２図は２つの偏向マグネットを直列に設ける前贋マグ
ネット方式を示すものであり、加速器１１から発射され
た電子ビーム１２は２つの偏向マグネット１３，１４に
よって直角に偏向されて被照射物１５に焦点を結ぶ。

加速器１１から出る電子ビームは前述したように単一の
ェネルギ−ではなく、少しずつ違ったエネルギーをもっ
たものが含まれている。そして中心エネルギーより小さ
いものは偏向角のやや小さい軌道１６、大きいものはや
や大きい軌道１７をとって、被照射物１５上の同一点に
入射する。このように、前暦マグネット方式では、異な
るエネルギーのビームを被照射物に焦点を綻ばせること
はできるが、中心エネルギー以外は被照射物に対し垂直
に入射せずエネルギー毎に異なる角度で入射する欠点が
ある。次に第３図に示すメインマグネット方式では加速
器１１から発射された電子ビーム１２は２７００にわた
って偏向させる偏向マグネット１８によって直角方向に
偏向され、被照射物１５に入射させる。すると中心エネ
ルギーより小さいものは回転半径の小なる軌道１６、大
きいものは回転半径の大なる軌道１７を辿った後、直角
下方向に放出される。従って、この方式では上記前贋マ
グネット方式の持つ欠点は無く、異なったエネルギーの
ものも被照射物１５に垂直に入射させることができる反
面、平行ビームとして放出されることから前層マグネッ
ト方式の利点である焦点を結ばせることができない。従
って、いずれの方式にあっても均一な線質のＸ線を放出
できない欠点がある。

本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、従来の偏向
方式の欠点を除き、種々のエネルギーを持つ電子ビーム
であっても被照射物上に焦点を結ばせることができ、且
つ被照射物に対して垂直に入射するように偏向させるこ
とができるようにした放射線治療装置を提供することを
目的とする。

以下、本発明の一実施例について第４図〜第９図を参照
しながら説明する。始めに本発明の原理について説明す
る。

前層マグネット方式の偏向理論は次に示す如くである。

即ち、第４図に示すように同一規格のコア形のマグネッ
トＭＧ１，ＭＧ２を距離１だけ離して配置する。そして
、これらマグネットＭＧ１，ＭＧ２は一定磁束密度Ｂｏ
なる互いに逆向きの磁界を与える。またマグネットＭＧ
１，ＭＧ２の幅はＤとする。今、一定磁束密度Ｂｏなる
磁束中にさらされるエネルギーＥなる電子を考えてみる
。

この電子は＆なる磁束中で曲率半径ｒｏ：ｒ。

＝３．３６ノＥ（Ｅ十１．０２）／Ｂ。 ・・・・・
・【１）の円軌道を運動することとなるから第４図にお
いて１対のマグネットではその偏位ｈ，、はｈ．＝ｒ。

−ノｒよ−ｄ２ ……｛２１射出角
のまｏニねｎ‐１（ｄ／ノｒ。

２一が） ……（３ｌの偏向をうけることにな
る。

したがって、前瞳マグネット全体での偏位日はＨ＝水，
十ｌｔａｎ８＝２（ｒ。

ーノｒ。２−ら）十ｌｄ／ノｒ。

２一ｄ２ ．．・…■と表わすことができ、この様繁‘
４｝式の偏位を受ける。

第５図に第【４｝式の与える偏位と曲率半径の曲線を示
した。

次にメインマグネット方式においては第６図に示すよう
に電子ビームがａなる額斜角で入射し、また放出させる
ようにマグネットの入、出面に頃斜を持たせ、マグネッ
ト内で電子ビームの入射角に対いまぼ直角方向に偏向し
て放出するマグネットＭＧ３を用いるが、このマグネッ
トＭＧ３の入射ビームと放出ビームが交叉しないように
第５図に示す如く上端部から電子ビームを入射させ、マ
グネットＭＧ３内でほぼ９００偏向させた後下端側から
放出させるようにする。

このようにした場合において、マグネットＭＧ３内に一
定磁束密度Ｂなる磁束を発生させると、このＢなる密度
磁束にさらにされるエネルギーＥの電子は曲率半径ｒｏ
はｒ。

＝３．３６ノＥ（Ｅ十１．０２）／Ｂなる円軌道上を運
動するが、第７図の如く入射角０で入射した電子は放出
角８で射出する。

その際、入射位置と放出位置との距離ＤはＤ＝公。

ｓｉ〆８ ……■で与えら
れる。従って電子ビームのマグネットＭＧ３内での偏向
角２８が一定であるとするならば第７図に示す如くＤは
曲率半径ｒｏに対して直線となる。即ち、電子ビームの
ェネルギ−の大少に応じてマグネットＭＧ３に対する入
射位置に変えればｒｏとＤは比例関係にあるために放射
位置を揃えることができ、しかもメインマグネット方式
では電子ビームの持つエネルギーの大少により偏向軌跡
の曲率のみが変化することから放出角度も皆等しくなる
。

前述したように、前層マグネット方式では電子ビームの
持つエネルギーの大小によ、そのエネルギーの４・なる
ものは大きく偏向され、また大なるものは小さく偏向さ
れることから、前贋マグネット方式で偏向を加えた後に
メインマグネット方式で最終的な偏向を行なえば、エネ
ルギーの大なるものはメインマグネットの上端側に、ま
た小なるものは中心寄りに入射され、従って、最終的に
は同一放出位直から同一放出角で電子ビームの放出を行
なうことができ被照射物に焦点を結ばせることができる
。

第８図は本発明の一実施例を示す概略構成図であり、図
中２１は蚤子ビ−ムを加速する加速管、２２，２３は同
一規格で構成され且つ互いに逆方向の磁束を発生するコ
ア形の偏向マグネットであり、これらは前記加速管２１
から加速させて放出される電子ビームを次々に偏向して
放出できるよう適宜なる距離１をおいて並設してある。

即ち、前述の前直マグネット方式を構成させてある。そ
して、この偏向マグネット２２，２３により偏向されて
放出された電子ビームＥＢを更に９０ｏ程度偏向するた
めに後段側の偏向マグネット２３の電子ビーム放出側に
メインマグネット方式で用いる偏向マグネット２４を設
けてある。２５はこの偏向マグネット２４により偏向さ
れて放出された電子ビームＥＢをＸ線変換するターゲッ
ト等の被照射物である。

このような構成によれば加速器２１から放出された電子
ビームＥＢは前層マグネット方式である偏向マグネット
２２，２３によってエネルギーの大きさに対応して平行
に分散される。

分散された電子ビームＥＢはメインマグネット方式の偏
向マグネット２４によりそれぞれのエネルギーに応じた
曲率半径で９ｏｏ偏向されて集東され、被照射物２５に
垂直に入射される。即ち、電子ビームＥＢはそのエネル
ギーが中心エネルギーより少さし、ものは軌道Ｌａ、大
きいものは軌道Ｌｂを通って同一点に集東し、しかも互
いに平行となる。理論的根拠をもう少し詳細に説明する
。

加速管２１より放出されたエネルギースペクトルを持つ
電子ビームＥＢの中心エネルギーをＥｃとし、このＥｃ
のエネルギーを持つ電子ビームに対する前直マグネット
方式のマグネット２２，２３による偏位をＨｃ、メイン
マグネット方式のマグネット２４における電子ビームの
入射及び放出位置間距離を比とすると、任意のエネルギ
ーに対する各々の値を日、Ｄとしたときに常に日一日ｃ
＝Ｄｃ−Ｄ …・・・■なる関
係が成立するならば第８図に示す如くエネルギー幅を持
つ電子ビームＥＢを一点に集東させることができる。

しかし、実際は第５図及び第７図に示すが如く、日はｒ
に対しある曲線で変化し、Ｄはｒに対し直線で変化する
。

しかもｒは第ｍ式に示す如くｒｑゾＥ（Ｂ＋１．０２）
であって、エネルギーに対し直線関係ではない。ところ
が実用上においては、有効エネルギー幅は中心エネルギ
ーの９０％〜１０５％が好ましく、しかもビーム焦点は
ある有効値内であればよい。

しかも、このエネルギー範囲内ではｒ広Ｅとみなせる。
そこで、一様磁場の仮定で日一日ｏ、Ｄｏ−Ｄ、の計算
を示すと第９図の如くなる。条件として前層マグネット
方式において１＝９０仇、ｄ；３５弧、ｒ＝１３０仇、
メインマグネット方式においてｒ＝４０のである。すな
わち、９０％〜１０５％のエネルギー範囲では±１の以
内の焦点を結ばせることが可能となる。このように、前
道マグネット方式でエネルギー別に電子ビームを分けた
後、メインマグネット方式でそれぞれのエネルギーに応
じた曲率で９００偏向させるようにしたので、エネルギ
ースペクトルを持つ電子ビームであっても９００偏向後
は一点に篤東させることができ、しかも互いに同一放出
角で放出できることから、この偏向後の電子ビームをタ
ーゲット等の被照射物に照射するとその入射電子ビーム
は同一角度で一点に集中するために直線的な強度分布の
Ｘ線が得られ従って、フィルタ等を通すことによって均
質なＸ線を容易に得られる放射線治療装置を提供するこ
とができる尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に
限定することなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜
変形して実施し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の基本的な偏向マグネットを用いた装置と
その単一エネルギーが異なる時の放射線分布を示す図、
第２図は前層マグネット方式を説明するための図、第３
図はメインマグネット方式を説明するための図、第４図
は前層マグネット方式の偏向理論を説明するための図、
第５図はその偏位と曲率半径の関係を示す図、第６図は
メインマグネット方式の偏向理論を説明するための図、
第７図はそのマグネットにおける偏向の関係を示す図、
第８図は本発明の一実施例を示す図、第９図は本装置に
おける電子ビームのエネルギーのかたよりに対する偏向
の度合いと入射放出位置間距離の変動を示す図である。 ２１・・・・・・加速管、２２，２３，２４・・・・・
・偏向マグネット、ＥＢ・・・・・・電子ビーム。第１
図 第２図 第３図 第６図 第ム図 第５図 第８図 第７図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 加速管にて加速されたエネルギースペクトルを有す
   る電子ビームを偏向マグネツトにより偏向集束させて治
   療に用いる放射線を得るようにした放射線治療装置にお
   いて、前記電子ビームをエネルギーに応じて異なる偏向
   角で複数に分離するための第１の磁界を発生する第１の
   偏向手段とこの第１の偏向手段にて分離された各電子ビ
   ームを互いに平行な状態に偏向するための前記第１の磁
   界と逆向きの第２の磁界を発生する第２の偏向手段とか
   らなる前置マグネツトを前段に、この前置マグネツトを
   前段に、この前置マグネツトから出射される各電子ビー
   ムが入射されるとともに該各電子ビームの分離方向に対
   して傾斜した入射面および出射面を有し、低いエネルギ
   ーの電子ビーム程、軌道長が短くなるようにした入射電
   子ビーム偏向集束用の主マグネツトを後段に配置して前
   記偏向マグネツトを構成したことを特徴とする放射線治
   療装置。