JP2006081585A - マルチリーフコリメータ - Google Patents

Abstract

【課題】 薄板状のリーフの駆動機構をコンパクトにできるとともに、メインテナンスなども簡単にできるマルチリーフコリメータを提供すること。
【解決手段】 マルチリーフコリメータ２０のリーフ２１の往復移動方向と同軸上に駆動機構３０を設けるようにし、ひとつの駆動機構３０の幅を超える例えば４枚のリーフ２１ごとに、これらリーフ２１の４台の駆動機構３０をリーフ高さ方向に配置する。
これにより、薄いリーフ２１に、これ以上の幅を持つ駆動機構３０を設置しても１ユニットとしての駆動機構４０の設置に必要な幅および高さのスペースを確保できるようにしている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、マルチリーフコリメータに関し、粒子線によるがん治療における
照射野を規制するマルチリーフコリメータで、薄板状のリーフの駆動機構をコンパクトにできるとともに、メインテナンスなども簡単にできるようにしたものである。

近年、がんの治療に陽子線や素粒子線などの粒子線を用いた治療が行われており、加速器で作られた粒子線ビームを、照射野形成装置でがん患部の形状に加工して照射するようにしている。

この照射野形成装置では、加速器から出た粒子線ビームを次のような操作を行ってがん患部の形状にする。

まず、加速器から出た粒子線ビームをワブラ電磁石により振動させてドーナツ状にし、次いで、散乱体により、ドーナツ状のビームをより平坦なビームにする。

そして、レンジシフタによりエネルギレベルを調整し、線量のピークががん患部に合うように調整するとともに、リッジフィルタによりビームに厚みを持たせる。

最後に、加工されたビームをコリメータによりがん患部の形状に合わせるようにして加工が完了する。

このような加工されたビームをがん患部の形状に合わせる操作を行うため、コリメータが用いられており、そのひとつにマルチリーフコリメータがある。

このマルチリーフコリメータは、例えば特許文献1の従来技術に開示されているものを図５に示すように、粒子線Ｂを遮蔽できる素材の薄い板状のリーフ１を縦に配置して横に多数枚並べるようにするとともに、横に並べられた1対のリーフ１同士を相対向させる。

そして、対向する各リーフ１同士の間隔とその位置を駆動機構で調整することで形成される間の空間２をビームＢの照射部分とするとともに、これ以外のリーフ１部分でビームＢを遮蔽し、多数のリーフ１の位置を変えることでがん患部の輪郭形状を再現するようにしている。

ところが、それぞれのリーフ１の間に移動のための隙間３があると、この隙間３からビームＢが漏れ、健常な細胞に悪影響を与えることから、これを防止する必要がある。

その方法のひとつに、図６に示すように、リーフ４，５をビームＢの照射方向に２段配置し、上下のリーフ４，５を半ピッチずらして千鳥状に配置することで、上段のリーフ４の隙間を通過するビームＢを下段のリーフ５で遮蔽するようにすることが提案されている（特許文献１参照）。

また、上下２段にリーフを配置する同様なマルチリーフコリメータが特許文献２,３などにも開示されている。

このような上下２段のリーフを半ピッチずつずらしたマルチリーフコリメータでは、照射野の輪郭が、理論的には、１段のリーフを用いる場合のピッチに応じた精度になるのに比べ、半ピッチに応じた高精度（２倍）になると考えられる。

このようなマルチリーフコリメータでは、照射野を設定する場合に、薄板状のリーフをそれぞれ往復駆動して位置決めする必要があり、その駆動機構として、特許文献２には、図７(ａ)に示すように、リーフ４の上端面にラック６を設け、これとかみ合うピニオン７をモータ８で駆動することで往復動させるようにしたものが開示され、特許文献３には、同図(ｂ)に示すように、リーフ４の往復移動方向と同軸にモータ８を設け、その出力軸にカップリング９を介して送りねじ１０を連結し、この送りねじ１０にねじ込まれたナット１１をリーフ４に固定することで往復動するようにしたものが開示されている。
特公平７−６７４９１号公報 特開２００３−２１０５９５号公報 特開２００４−１６５６３号公報

このようなマルチリーフコリメータを用いて必要な照射野を再現する場合、リーフの厚さと隣接するリーフ間の隙間、すなわちピッチによってアイソセンタ上に投影される照射像の輪郭の精度が影響を受けることからリーフの厚さが薄い方が良く、薄いリーフを多数並べてマルチリーフコリメータを構成するようにしている。

このため、ラック６とピニオン７とで構成した駆動機構では、リーフ４の枚数と同数のモータ８を並べて設置しなければならず、大きなスペースを必要とするという問題がある。

また、リーフ４の往復移動方向と同軸にモータ８を配置する場合には、リーフ４の厚さの範囲内にモータ８を配置する必要があり、設置スペースの確保が難しくフレキシブルシャフトでモータをオフセットしたり、リーフの厚さを厚くしてスペースを確保しなければならないという問題がある。

さらに、多数のリーフの駆動機構のうち中間部のリーフの駆動機構をメインテナンスしようとすると、個々の駆動機構が小さく手が入らないなどのため、端から取り外すなど大きく分解する必要があり、簡単にメインテナンスすることができないという問題もある。

この発明は、かかる従来技術の有する課題に鑑みてなされたもので、薄板状のリーフの駆動機構をコンパクトにできるとともに、メインテナンスなども簡単にできるマルチリーフコリメータを提供しようとするものである。

上記従来技術が有する課題を解決するため鋭意検討を重ねたところ、マルチリーフコリメータのリーフの往復移動方向と同軸上に駆動機構を設けるようにし、ひとつの駆動機構の幅を超える枚数のリーフごとに、これらリーフの駆動機構をリーフ高さ方向に配置することで、薄いリーフに、これ以上の幅を持つ駆動機構を設置しても駆動機構の設置に必要な幅および高さのスペースを確保できることを見出し、本願発明を完成したものである。

このような検討結果から完成したこの発明の具体的な構成は、以下の通りである。

すなわち、この発明の請求項１記載のマルチリーフコリメータは、マルチコリメータを構成する複数枚のリーフの往復移動方向と同軸上にそれぞれの駆動機構を設けるとともに、複数台の前記駆動機構を前記リーフの高さ方向に配置して構成したことを特徴とするものである。

このマルチリーフコリメータによれば、マルチリーフコリメータを構成する複数枚のリーフの往復移動方向と同軸上にそれぞれの駆動機構を設けるとともに、複数台の前記駆動機構を前記リーフの高さ方向に配置して構成するようにしており、薄いリーフに、これ以上の幅を持つ駆動機構を設置しても駆動機構をリーフ高さ方向にずらして配置することで、駆動機構の設置に必要な幅および高さのスペースを確保できるようにしている。

また、この発明の請求項２記載のマルチリーフコリメータは、請求項１記載の構成に加え、前記リーフの高さ方向に配置する駆動機構の台数を、当該台数の駆動機構で駆動されるリーフの枚数の合計幅内に当該１台の駆動機構を配置可能に構成したことを特徴とするものである。

このマルチリーフコリメータによれば、前記リーフの高さ方向に配置する駆動機構の台数を、当該台数の駆動機構で駆動されるリーフの枚数の合計幅内に当該１台の駆動機構を配置可能に構成しており、リーフの枚数の合計幅に比べて１台の駆動機構の幅が小さくなるようにして駆動機構をリーフ高さ方向に配置することで、薄いリーフに、これ以上の幅を持つ駆動機構を設置しても駆動機構の設置に必要な幅方向のスペースを確保しながらコンパクトにできるようになる。

さらに、この発明の請求項３記載のマルチリーフコリメータは、請求項１または２記載の構成に加え、前記１台の駆動機構が配置可能なリーフ枚数ごとに前記駆動機構を備える１ユニットとして着脱可能に連結して構成したことを特徴とするものである。

このマルチリーフコリメータによれば、前記１台の駆動機構が配置可能なリーフ枚数ごとに前記駆動機構を備える１ユニットとして着脱可能に連結して構成するようにしており、メインテナンスなどの際にもユニットごとに着脱できるようになり、ユニットの設置位置にかかわらず簡単にメインテナンスなどを行うことができるようになる。

また、この発明の請求項４記載のマルチリーフコリメータは、請求項１〜３のいずれかに記載の構成に加え、前記１ユニットを構成する前記リーフにそれぞれの駆動機構との干渉を防止する干渉防止部を設けて構成したことを特徴とするものである。

このマルチリーフコリメータによれば、前記１ユニットを構成する前記リーフにそれぞれの駆動機構との干渉を防止する干渉防止部を設けて構成するようにしており、ユニット化したリーフに干渉防止部を設けることでそれぞれの駆動機構との干渉を防止してコンパクトにできるようにしている。

この発明の請求項１記載のマルチリーフコリメータによれば、薄いリーフに、これ以上の幅を持つ駆動機構を設置しても駆動機構をリーフ高さ方向にずらして配置することで、駆動機構の設置に必要な幅および高さのスペースを確保することができ、駆動機構をコンパクトにすることができる。

また、この発明の請求項２記載のマルチリーフコリメータによれば、リーフの枚数の合計幅に比べて１台の駆動機構の幅が小さくなるようにして駆動機構をリーフ高さ方向に配置することで、薄いリーフに、これ以上の幅を持つ駆動機構を設置しても駆動機構の設置に必要な幅方向のスペースを確保することができると同時に、コンパクトにすることができる。

さらに、この発明の請求項３記載のマルチリーフコリメータによれば、メインテナンスなどの際にもユニットごとに着脱することができ、ユニットの設置位置にかかわらず簡単にメインテナンスなどを行うことができる。

また、この発明の請求項４記載のマルチリーフコリメータによれば、ユニット化したリーフに干渉防止部を設けることでそれぞれの駆動機構との干渉を防止してコンパクトにすることができる。

以下、この発明のマルチリーフコリメータの一実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１および図２はこの発明のマルチリーフコリメータの一実施の形態にかかり、図１は組立状態の1ユニット分の駆動機構の概略斜視図、図２は分解状態のリーフと送りナットの概略斜視図である。

このマルチリーフコリメータ２０では、粒子線Ｂを遮蔽できる素材の薄い板状のリーフ２１を備え、縦に配置して横に多数枚並べてリーフコリメータブロック２２が構成され、このリーフコリメータブロック２２同士を相対向させて配置してある。

そして、対向する各リーフ２１同士の間隔とその位置を調整することで形成される間の空間をビームの照射野とするとともに、この照射野以外のリーフ２１部分でビームを遮蔽し、多数のリーフ２１の位置を変えることで、がん患部の輪郭形状を再現するため駆動機構３０を備えている。

このマルチリーフコリメータ２０では、１枚のリーフ２１の往復移動方向と同軸上に１台ずつの駆動機構３０が設けられるとともに、複数枚のリーフ２１ごと、図示例では、４枚のリーフごとの４台の駆動機構３０をリーフ２１の高さ方向に配置してあり、これら４台分の駆動機構３０を１ユニットとして駆動機構４０が構成してある。

そして、それぞれの駆動機構３０およびこれを複数台で構成した１ユニットの駆動機構４０はそれぞれ同一の構成としてある。

この１ユニットを構成する駆動機構４０は、リーフ２１の４枚の合計幅内に１台の駆動機構３０の全幅が入るように構成してあり、４台の駆動機構３０を上下に配置してその合計高さがリーフ２１の１枚の高さ以内に入るように構成してある。

マルチリーフコリメータ２０では、各リーフ２１は図示しないガイド機構の所定ピッチに形成されたガイド溝に沿って往復移動されるようになっており、これにより各リーフ２１のピッチが規制されるようにしてある。

１ユニットの駆動機構４０は、図１に示すように、上下に長い取付板４１を備え、４枚のリーフ２１の幅に対応するとともに、リーフ２１の高さに対応する大きさに形成してある。

この取付板４１には、上下に等間隔でリーフ２１の往復移動方向と同軸上に平行な４本の送りねじ４２が配置されてベアリングを介して回転可能に取り付けてある。

４本の送りねじ４２に送りナット４３がねじ込まれ、リーフ２１の基端部に突き出すように形成した干渉防止部としての固定部２１ｂに送りナット４３の側面が当てられてボルトで取り付けられ、送りねじ４２を回転することで、送りナット４３を介してリーフ２１を往復移動できるようにしてある。

このような送りナット４３とリーフ２１の固定部２１ｂがそれぞれ干渉せずに配置できるようにするため、図２に示すように、リーフ２１として干渉防止部となる固定部２１ｂの位置が異なる２種類の形状のものが用意され、上下および中間のそれぞれ２つを反転させて用いることで、上下に４つの干渉防止部となる固定部２１ｂを配置して送りナット４３を取り付けるようにしている。

このような送りねじ４２を駆動するため取付板４１の外側にモータ取付板４４が間隔をあけて設けられ、上下に４台のモータ４５が取り付けられ、その出力軸にカップリング４６を介して送りねじ４２が連結してある。

このように４台の駆動機構３０を１つのユニットとして構成した駆動機構４０は、取付板４１を介してマルチリーフコリメータ２０の図示しない本体に上下のボルトで取り付けられ、必要なリーフ２１の枚数に応じて複数ユニットが横に並べて取り付けられると共に、リーフ２１が対向するよう複数のユニット４０が設置される。

また、マルチリーフコリメータブロックを上下に配置する場合には、同様にして、下段のリーフについても１ユニットの駆動機構４０が横に並べて本体に取り付けられるとともに、リーフが対向するように複数のユニット４０が取り付けられる。

このような駆動機構４０を備えたマルチリーフコリメータ２０によれば、マルチコリメータ２０を構成する複数枚、例えば４枚のリーフ２１の往復移動方向と同軸上にそれぞれの駆動機構３０を設けるとともに、４台の駆動機構３０をリーフ２１の高さ方向に配置して構成したので、薄いリーフ２１に、これ以上の幅を持つ駆動機構３０を設置しても各駆動機構３０をリーフ２１の高さ方向にずらして配置することで、４台の駆動機構３０の設置に必要な幅および高さのスペースを確保することができ、1ユニットとしての駆動機構４０をコンパクトにすることができる。

さらに、このマルチリーフコリメータ２０によれば、１台の駆動機構３０が配置可能なリーフ２１の枚数である４枚ごとに４台の駆動機構３０を備えて１ユニットの駆動機構４０として着脱可能に取付板４１で連結して構成したので、メインテナンスなどの際にも１ユニットとして取付板４１ごと本体から着脱することができ、ユニットの設置位置にかかわらず簡単に取り外してメインテナンスなどを行うことができる。

また、このマルチリーフコリメータ２０によれば、１ユニットを構成する４枚のリーフ２１にそれぞれの駆動機構３０との干渉を防止する干渉防止部としての固定部２１ｂを位置を変えて設けるようにしたので、ユニット化したリーフ２１の干渉防止部としての固定部２１ｂによってそれぞれの駆動機構３０と他の３台の駆動機構３０との干渉を防止してコンパクトにすることができる。

なお、上記実施の形態では、各駆動機構３０のモータ４５の幅に対応して４枚のリーフ２１を１ユニットトして駆動機構４０を構成するようにしたが、モータ４５など各駆動機構３０の幅によってさらに少ないリーフ枚数ごとやさらに多いリーフ枚数ごとに１ユニットの駆動機構４０を構成するようにしても良い。

次に、このようなユニット化した駆動機構４０を適用するマルチリーフコリメータ２０として好適なリーフの配置などについて説明する。

このマルチリーフコリメータ２０では、例えば図３および図４に示すように、複数のリーフ２１で構成されるリーフコリメータブロック２２を上下２段に配置して構成してあり、上下のリーフ２１、２１ａにより形成されるアイソセンタ２３上での照射像２４，２４ａが半ピッチずつずれるように上下のリーフピッチｐ１、ｐ２を異なるものとしてある。

なお、ここで、リーフのピッチとは、隣接するリーフの中心間の距離をいい、照射像のピッチは、リーフによるアイソセンタ上での隣接する照射像の中心間の距離をいう。

すなわち、照射線である粒子線のビームＢは、ワブラ電磁石を頂点Ｏとする円錐状となるため、図３に示すように、上段のリーフ２１が遮蔽した照射像２４は下段のリーフ２１ａが遮蔽した照射像２４ａよりも大きくなるが、ワブラ電磁石の頂点Ｏからの距離に応じて上段のリーフ２１のピッチｐ１に比べて下段のリーフ２１ａのピッチｐ２を大きくとることで、それぞれのリーフ２１，２１ａによる照射像２４（大きさＡ１），２４ａ（大きさＡ２）がアイソセンタ２３上で同じ大きさＡ１＝Ａ２となるようにしてある。

また、このマルチリーフコリメータ２０では、上段のリーフ２１と下段のリーフ２１ａは、リーフ２１同士およびリーフ２１ａ同士の対向面間では、図４（ａ）に示すように、下段のリーフ２１ａを上段のリーフ２１よりも円錐状のビームの広がりおよび規制すべき照射像２４，２４ａの大きさＡ１，Ａ２に応じて外側に位置させ、図４(ｂ)に示した従来例のように、ビームＢが平行に照射されるとした場合の上下のリーフ４，５を同一位置に配置し、上段のリーフ４で形作られた照射像６の外側を下段のリーフ５でさえぎることがないようにしてある。

このように構成したマルチリーフコリメータ２０では、ワブラ電磁石の中心Ｏから円錐状に放出されたビームＢは、上段のリーフ２１と下段のリーフ２１ａにより遮蔽され、対向するリーフ２１同士およびリーフ２１ａ同士の間隔と位置とを調整することでがん患部の形状に対応した空間形に形作られる。

このとき、下段のリーフ２１ａを上段のリーフ２１より、図４（ａ）に示すように、リーフ２１ａの移動方向に、ある距離分だけ外側に位置決めする。

また、下段のリーフ２１ａのピッチｐ２は上段のリーフ２１のピッチｐ１より大きくしてあるので、(従来のマルチリーフコリメータでは下段のリーフ４が作る照射像７は上段のリーフ３が作る照射像６よりも大きくなるが、)上段のリーフ２１と下段のリーフ２１ａそれぞれで形作られるビームは照射像２４，２４ａはアイソセンタ２３上で同じ大きさＡ1＝Ａ２となって照射像２４，２４ａを形作る。

そして、上段のリーフ２１と下段のリーフ２１ａは照射像２４，２４ａがこの照射像で半ピッチずれるように配置してあるため、照射像の輪郭の精密さは１段の場合に比べ向上し、２倍の精度となる。

なお、マルチリーフコリメータでのリーフの基本構成は、同一厚さのリーフ２１，２１ａを用いてそれぞれのピッチｐ１，ｐ２を変えるだけでなく、ピッチｐ１，ｐ２およびリーフ２１，２１ａの厚さを変えるようにして照射像上で、半ピッチなど所定ピッチずれるようにしても良い。

また、コリメータブロック２２，２２ａを上下２段で構成する場合に限らず、さらに多段にしても良く、この場合にはその段数分の１ずつ照射像上でピッチがずれるようにすれば、一層輪郭精度を向上することができる。

このようなリーフの配置を持つマルチリーフコリメータ２０によれば、照射ビームが円錐状になる場合でもアイソセンタ２３上の照射像で半ピッチずれた輪郭形状を得ることができ、照射野の形状精度を向上することができる。

そして、このようなリーフ２１,２１ａの駆動機構として上記ユニット化した駆動機構４０を用いることで、コンパクト化を図るとともに、メンテナンスなどを簡単に行うことが可能となる。

なお、上記実施の形態では、リーフ２１の形状としては、平板状のものを横に並べるとともに、上下に千鳥状に配置する場合を例に説明したが、これに限らず１段だけのリーフの場合にも同様に適用できる。

また、1段または複数段の各リーフの形状は、平板状とする場合に限らず、迷路状(ラビリンス形状やコルゲーション構造など)のリーフにも同様に適用することができる。

この発明のマルチリーフコリメータの一実施の形態にかかる組立状態の1ユニット分の駆動機構の概略斜視図である。 この発明のマルチリーフコリメータの一実施の形態にかかる分解状態のリーフと送りナットの概略斜視図である。 この発明のマルチリーフコリメータを２段のリーフコリメータブロックで構成した一実施の形態にかかる照射線の軸直角方向からリーフコリメータブロックの片側のリーフ端面を見た場合の説明図およびアイソセンタ上での照射像のずれの説明図である。 この発明のマルチリーフコリメータを２段のリーフコリメータブロックで構成した一実施の形態にかかるリーフコリメータブロックの側面から見た（図３の紙面直角方向から両側のリーフを見た）場合を従来例（b）と比較して示す説明図である。 従来の１段のリーフコリメータの側面図および平面図である。 従来の２段のリーフコリメータの側面図および平面図である。 従来のリーフコリメータの駆動機構の説明図である。

符号の説明

２０ マルチリーフコリメータ
２１，２１ａ 上下のリーフ
２１ｂ リーフの固定部（干渉防止部）
２２，２２ａ 上下リーフコリメータブロック
２３ アイソセンタ
２４，２４ａ 照射像
ｐ１、ｐ２ 上下のリーフピッチ
Ａ１、Ａ２ 上下のリーフの照射像の大きさ
Ｏ ワブラ電磁石の頂点
３０ １台ずつの駆動機構
４０ １ユニットとしての駆動機構
４１ 取付板
４２ 送りねじ
４３ 送りナット
４４ モータ取付板
４５ モータ
４６ カップリング

Claims (4)

1. マルチコリメータを構成する複数枚のリーフの往復移動方向と同軸上にそれぞれの駆動機構を設けるとともに、複数台の前記駆動機構を前記リーフの高さ方向に配置して構成したことを特徴とするマルチリーフコリメータ。
2. 前記リーフの高さ方向に配置する駆動機構の台数を、当該台数の駆動機構で駆動されるリーフの枚数の合計幅内に当該１台の駆動機構を配置可能に構成したことを特徴とする請求項１記載のマルチリーフコリメータ。
3. 前記１台の駆動機構が配置可能なリーフ枚数ごとに前記駆動機構を備える１ユニットとして着脱可能に連結して構成したことを特徴とする請求項１または２記載のマルチリーフコリメータ。
4. 前記１ユニットを構成する前記リーフにそれぞれの駆動機構との干渉を防止する干渉防止部を設けて構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマルチリーフコリメータ。
   
   

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