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技術 放射線照射方法と放射線照射装置

出願人 シーメンスメディカルソリューションズユーエスエーインコーポレイテッド
発明者 ランダルヴィタール
出願日 1999年6月17日 (20年9ヶ月経過) 出願番号 1999-171018
公開日 2000年1月25日 (20年2ヶ月経過) 公開番号 2000-024125
状態 特許登録済
技術分野 放射線治療装置
主要キーワード 照射率 出力放射線 デジタル線 遮蔽ブロック 治療士 トリガ装置 モータ制御器 プレート装置
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年1月25日)のものです。
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図面 (5)

課題

所望の総線量を極めて正確に供給し、モニタ単位の端数にまで及んで照射を制御する方法および装置を提供すること

解決手段

放射線出力装置による放射線治療中に正確な放射線照射を行う方法において、累積線量に対する線量率値のテーブルを、放射線治療用治療ユニットに供給し、前記放射線出力装置から放射される放射線の線量率を、線量率の前記テーブルを使用して制御することを特徴とする放射線照射方法と、この方法を実施する装置とを構成する。

概要

背景

放射線出力装置は一般に公知であり、放射線治療例えば患者治療に使用されている。通例放射線治療装置ガントリーを有しており、このガントリーは治療中に水平回転軸周り旋回することができる。ガントリーには直線加速器が配置されており、この直線加速器が治療のために高エネルギー放射線ビームを形成する。この高出力放射線ビームは、電子放射線または光子X線)ビームとすることができる。治療中は、放射線ビームは、ガントリーの回転の回転中心にいる患者の1領域に供給される。

放射線治療装置による照射は通例、腫瘍専門の医師によって処方および承認がなされ、治療士によって行われる。典型的な治療では、装置のプログラミングを治療士が行い、放射線ビームを既知かつ選定した一定のレートすなわち単位時間当たりのモニタ単位数(例えばMU/分)で照射する。ここでモニタ単位とは一般に、選定した校正目盛りでの線量単位のことをいう。選択した時間区間で照射された総線量を例えば10ミリ秒毎に監視することによって、所望の総線量が供給された時点を検出し、治療を終了させる。しかしながら総線量はわずかに上回ることがある。なぜならサンプリング点は通例、所望の総線量照射終了時点に正確に発生しないからである。放射線がわずかでも超過することは、極めて好ましくないことである。

通例の治療では必要な放射線治療は行われるものであり、それゆえ処方された総線量を照射する過程に改良を行うことは一層望ましいことである。このため、所望の総線量を良好に制御し正確に、モニタ単位の端数の精度で供給する方法と装置が必要である。

概要

所望の総線量を極めて正確に供給し、モニタ単位の端数にまで及んで照射を制御する方法および装置を提供すること

放射線出力装置による放射線治療中に正確な放射線照射を行う方法において、累積線量に対する線量率値のテーブルを、放射線治療用治療ユニットに供給し、前記放射線出力装置から放射される放射線の線量率を、線量率の前記テーブルを使用して制御することを特徴とする放射線照射方法と、この方法を実施する装置とを構成する。

目的

本発明の課題は、放射線出力装置による放射線治療中に、正確な放射線照射を行う方法および装置を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

放射線出力装置(11)による放射線治療中に、正確な放射線照射を行う方法において、累積線量に対する線量率値のテーブル(200)を、放射線治療用治療ユニット(100)に供給し、前記放射線出力装置(11)から放射される放射線の線量率を、線量率の前記テーブル(200)を使用して制御することを特徴とする放射線照射方法

請求項2

サンプリング点(302)において累積線量を検出し、該累積線量を所望の総線量と比較する請求項1に記載の方法。

請求項3

前記線量率を、線量率値の前記テーブル(200)と、前記検出した累積線量に基づいて調整する請求項2に記載の方法。

請求項4

前記線量率を、前記累積線量が前記所望の総線量に近づくにつれて減少させる請求項3に記載の方法。

請求項5

累積線量は、モニタ単位の端数を含む請求項1に記載の方法。

請求項6

放射線出力装置(11)による放射線治療中に、正確な放射線照射を行う装置において、放射線治療装置(2)と、該放射線治療装置(2)に接続された治療処理ユニット(100)とを有し、該治療処理ユニット(100)は、放射線出力装置(11)から放射される放射線の線量率を、累積線量レベルに対応する線量率値のテーブル(200)を使用して制御することを特徴とする放射線照射装置

請求項7

前記治療処理ユニット(100)は、サンプリング点における累積線量を検出し、該累積線量を所望の総線量と比較する請求項6に記載の装置。

請求項8

治療処理ユニット(100)は線量率を、前記線量率値のテーブル(200)と、検出した前記累積線量とに基づいて調整する請求項7に記載の装置。

請求項9

治療処理ユニット(100)は線量率を、前記累積線量が前記所望の総線量に近づくにつれて時間周期毎にモニタ単位数を減少させることによって調整する請求項8に記載の装置。

請求項10

累積線量レベルは、モニタ単位の端数を含む請求項6に記載の装置。

技術分野

0001

本発明は、放射線出力装置に関しており、また特に放射線出力装置からの放射線照射を良好に制御することに関する。

背景技術

0002

放射線出力装置は一般に公知であり、放射線治療例えば患者治療に使用されている。通例放射線治療装置ガントリーを有しており、このガントリーは治療中に水平回転軸周り旋回することができる。ガントリーには直線加速器が配置されており、この直線加速器が治療のために高エネルギー放射線ビームを形成する。この高出力放射線ビームは、電子放射線または光子X線)ビームとすることができる。治療中は、放射線ビームは、ガントリーの回転の回転中心にいる患者の1領域に供給される。

0003

放射線治療装置による照射は通例、腫瘍専門の医師によって処方および承認がなされ、治療士によって行われる。典型的な治療では、装置のプログラミングを治療士が行い、放射線ビームを既知かつ選定した一定のレートすなわち単位時間当たりのモニタ単位数(例えばMU/分)で照射する。ここでモニタ単位とは一般に、選定した校正目盛りでの線量単位のことをいう。選択した時間区間で照射された総線量を例えば10ミリ秒毎に監視することによって、所望の総線量が供給された時点を検出し、治療を終了させる。しかしながら総線量はわずかに上回ることがある。なぜならサンプリング点は通例、所望の総線量照射終了時点に正確に発生しないからである。放射線がわずかでも超過することは、極めて好ましくないことである。

0004

通例の治療では必要な放射線治療は行われるものであり、それゆえ処方された総線量を照射する過程に改良を行うことは一層望ましいことである。このため、所望の総線量を良好に制御し正確に、モニタ単位の端数の精度で供給する方法と装置が必要である。

発明が解決しようとする課題

0005

本発明の課題は、放射線出力装置による放射線治療中に、正確な放射線照射を行う方法および装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0006

上記課題は本発明により、放射線出力装置による放射線治療中に正確な放射線照射を行う方法において、累積線量に対する線量率値のテーブルを、放射線治療用治療ユニットに供給し、前記放射線出力装置から放射される放射線の線量率を、線量率の前記テーブルを使用して制御することを特徴とする放射線照射方法と、この方法を実施する装置と構成することとによって解決される。

0007

本発明は、放射線出力装置による放射線治療中に正確な放射線照射を行うことのできる方法と装置とを提供する。本発明の方法およびこの方法を実施するための装置では、累積された線量に対する線量率値のテーブルが、放射線出力装置の治療ユニットに提供され、放射線出力装置から放射される放射線の線量率はこの線量率テーブルを用いて制御される。この制御にはさらに、サンプリング点における累積線量を検出することと、この累積線量を所望の総線量と比較することとが含まれている。この線量率は、線量率値テーブルと検出された累積線量に基づいて調整される。しかも線量率は、累積線量が所望の総線量に近づくにつれて減少させられる。累積線量は、モニタ単位の端数を含むことができる。

0008

本発明により直接的な技術によって、重大かつコストのかかるハードウェア装置の変更および/または再設計を必要とせずに、放射線照射の正確な制御を達成することができる。さらに線量率を減少させることによって、治療装置による放射線照射の制御の精度が格段に高くなる。この線量率の減少では、サンプリング周期毎に累積されるモニタ単位の数を相応に減少させている。本発明の上記および別の利点を図面を用いて以下詳しく説明する。

0009

本発明は、放射線照射方法および装置を改良してより高い精度と制御を達成することに関する。以下の説明は、通常の知識を有する当業者が本発明を実施して使用できるようにするためのものであり、特許明細書およびその要件との関連において記載したものである。有利な実施形態の種々の変更は、当業者には明らかであり、ここの一般原理は別の実施形態にも適用することができる。以下では本発明を主に、患者の照射野X線放射線を照射する装置であって、この照射野を、少なくとも1つの移動可能な、放射線源のからのビーム路にあるプレートを使用して制限する装置について説明する。これは例を示すためのものである。したがって本発明はここに示した実施形態に制限されるべきでなく、ここに示した原理と機能に見合う最大範囲とすべきである。

0010

図1は放射線出力装置11を示している。この放射線出力装置11は、プレート4とケーシング9内の制御ユニットとを使用する通常の設計の放射線治療装置2と、本発明にしたがって構成された治療処理ユニット100とからなる。放射線治療装置2は、治療中に水平回転軸8の周りに旋回することのできるガントリー6を有している。プレート4は、ガントリー6の突出部に係止されている。治療に必要な高出力の放射線を発生させるために、直線加速器がガントリー6に配置されている。この直線加速器とガントリー6とから放射される放射線束の軸を参照符号10で示す。電子、光子または検出可能な任意の放射線を治療に使用することができる。

0011

治療中に放射線ビームは、対象物13例えば治療を行う患者の領域12に配向されている。この患者の回転中心はガントリー回転の回転中心と同じである。ガントリー6の回転軸8と、治療台16の回転軸14と、ビーム軸10は有利にはすべて同じ回転中心で交わる。このような放射線治療装置の構成は、パンフレット「腫瘍の放射線治療用デジタル装置」、Siemens Medical Laboratories社、A91004-M2630-B358-01-4A00、1991年9月に概略的に記載されている。

0012

図2は、放射線治療装置例2の一部分および治療処理ユニット100の一部分をより詳しく示している。電子ビーム1は電子加速器20内で形成される。加速器20は電子銃21と、導波管22と、真空外囲器またはガイドマグネット23とから成る。トリガ装置3は、入射器トリガ信号を形成し、この信号を入射器5に供給する。この入射器トリガ信号に基づいて、入射器5は入射器パルスを形成し、この入射器パルスが加速器20内の電子銃21に供給され、電子ビーム1が形成される。電子ビーム1は、導波管22によって加速され案内される。この目的のために(図示しない)高周波(HF)源が設けられており、この高周波源無線周波数(RF)信号を供給し、導波管22に供給される電磁界を形成する。入射器5によって入射され電子銃21によって放射された電子は、導波管22内でこの電磁界によって加速されて、電子銃の反対側から電子ビーム1となって出力される。次に電子ビーム1はガイドマグネット23に進入し、そこから軸10に沿って窓7に案内されてこれを通過する。第1スキャッタリングフォイル15通過後、このビームは遮蔽ブロック50の通路51を通り、第2スキャッタリングフォイル17に達する。つぎにこのビームは測定室60に送られる。この測定室60で照射量が検出される。スキャッタリングフォイルが目標物によって置き換えられる場合には、放射線ビームはX線ビームである。さらにアパーチャプレート装置4は、1対のプレート41と42を有している。これは本発明に使用することのできるビーム遮蔽装置の1例にしかすぎない。当業者であれば判るように、本発明は別の構成にも有利に使用することができる。

0013

プレート装置4は1対のアパーチャプレート41および42と、これらのプレートとは垂直に配置された(図示しない)付加的な1対のアパーチャプレートとから成る。照射野の大きさを変更するために、このアパーチャプレートは軸10に関して、駆動ユニット43によって移動することができる。図2ではプレート41に対する駆動ユニット43だけが示されている。駆動ユニット43は、プレート41と42に結合された電気モータから成り、モータ制御器40によって制御される。位置センサ44および45がプレート41と42にそれぞれ結合されており、これらのプレートの位置を検出する。

0014

照射が行われる患者の領域は照射野と称される。公知のようにプレート4は出力された放射線を実質的に通さない。プレート4は、放射線源と患者との間に取り付けられ、照射野を限定する。身体の領域例えば健全組織は、できる限り照射を受けないことが望ましく、有利にはまったく照射されないのが望ましい。少なくとも1つのプレートを移動できる場合に有利には、照射野全体での照射分布は一様である必要はない(1つの領域が他の領域よりも多く照射されてよい)。さらにガントリーは回転できるため、患者を回転することなく種々のビーム角と照射分布が可能である。中央治療処理装置ユニットすなわち制御ユニット100(図1)は治療士を被曝から保護するために、通例放射線治療装置2とは別の部屋に配置されている。治療処理ユニット100は、出力装置例えば少なくとも1つの表示装置すなわちモニタ70と、入力装置例えばキーボード19とを有する。しかしデータは、データ担体例えばデータ記憶装置から入力することも可能である。治療処理装置100は通例腫瘍専門医師の処方に応じて、実際の放射線治療を行う治療士によって操作される。キーボード19または他の入力装置を使用することによって治療士は、治療処理ユニット100の制御ユニット76に、患者に照射すべき放射線を定めるデータを、例えば腫瘍専門医師の処方に応じて入力する。プログラムは他の入力装置例えばデータ記憶装置を介して、データ伝送により入力することも可能である。モニタ70の画面には、治療開始前および治療中の種々のデータを表示することができる。

0015

治療処理ユニット100に含まれる中央演算処理装置18は、処方された放射線治療の照射を入力するための入力装置例えばキーボード19と接続されており、さらにトリガ装置3を制御するために、所望の線量値を形成する照射量制御ユニット61と接続されている。トリガ装置3はパルス反復回数または別のパラメタを適切に調整して放射線出力を変更する。デジタル線量計装置は殊に有利であり、これによって中央演算処理装置18のデジタル出力をより容易に制御することができる。中央演算処理装置18は有利にも制御ユニット76を有しており、この制御ユニット76がメモリ77および結合回路78と協働して治療プログラムの実行を制御する。この結合回路78は有利にも、制御ユニット76からの信号とメモリ77からの信号とを受信し、結合して設定信号Sを形成する。この設定信号Sは本発明にしたがい、線量率制御ユニット61に対して線量率を定める。

0016

図3には、本発明にしたがい治療処理ユニット100を介して線量を調量する有利な手段が流れ図で示されている。本発明では有利にも、線量率値のテーブル治療処理ユニット100(ステップ200)に供給される。例えば、治療士は所定の治療セッションに対して使用する、メモリ77にあらかじめ記憶された所望の線量率を選択する。するとこの線量率は、治療セッション中にこの線量率テーブルを利用して、例えば制御ユニット76、メモリ77、結合回路78および線量制御ユニット61を介して制御される(ステップ202)。線量率テーブルは有利には線量率の一覧例えば線量率1〜線量率nから成っている。この一覧の個々の線量率は、相応の総線量値例えば39.5MU,40.0MU,40.1MUなどを有している。線量率を制御する際に有利には、選択したサンプリング時間において累積線量を検出する。その後この検出された累積線量を有利には、現在の治療セッションに対して照射すべき総線量と比較する。線量率は、この比較と線量率テーブルの相応の値とに基づいて調整される。線量率テーブルの個々の値は、治療セッションの個々の要求に依存している。これは当業者には公知のことである。

0017

例えば、治療セッションに対する所望の総線量がMUの端数を有する場合例えば40.1MUの場合には、治療セッション中の個々のサンプリング点で例えば10ミリ秒毎に、照射されたMUの総数が40.1MUと比較される。その次に必要であれば線量率を調整する。照射率は有利には、総線量が所望の総線量に近づくにつれて減少して調整される。したがって上記の例で、照射線量が39MUに達すると、線量率は有利にもテーブルの値にしたがって変更され、これによって例えば次のサンプリング点では総線量は40MUになる。次に線量率は必要であればさらに調整されて、例えば次のサンプリング点では総線量は40.05MUになる。これが所望の総線量が照射されるまで続けられる。したがって目標値へのアプローチ幅は極めて細かくなり、所望の総線量がより正確に、モニタ単位の端数を含めて照射される。

0018

図4は、所望の総線量が240MUであり、サンプリングが約0.5秒間隔で行われる例の場合に、線量率に対する従来の階段状の手段(プロット300)と、本発明によって修正された線量調量手段(プロット400)とを比較する線図である。従来の手段では、毎分500MUの線量率が使用されている。プロット300上の菱形で示された個々のサンプリング点302では、累積されたMU値が所望の値240MUと比較される。線量率が毎分500MUであり、所望の総線量が240MUである場合には、総線量値には28.8秒で到達するはずである。しかしサンプリング点の間隔が0.5秒毎である場合には、目盛り28.5秒で記録された値は所望の線量を下回り、また目盛り29秒では所望の線量を上回ってしまう。この治療が終わるのは、実際に所望したよりも多くの放射線が照射されてしまった後である。

0019

しかし本発明によれば上記のような好ましからざる余分な放射線照射は回避される。プロット400で示したように線量率は治療セッション中全般に渡って変更される。プロット400上で四角形で示した個々のサンプリング点402に対して、所望の総線量が、その点までに照射された累積線量と比較される。図示のようにほとんどの照射時間に対して線量率はかなり高く、かなり一定に増加している。これは治療持続時間を短く維持することに役立っている。しかし所定のサンプリング点では照射された線量は選定した範囲内で、所望の総線量に十分近づいており、上記の線量率テーブルによって設定したように線量率が減少している(例えばプロット400上のサンプリング点404)。線量率が減少するのに伴い、次のサンプリング点までの累積線量の変化は有利にも、先行のサンプリング点にかなり近くなっている。このようにして所望の線量を必要以上に上回ることはなくなる。なぜなら放射線照射の最後の数秒において線量率が減少することによって、累積されたMUの変化率は減少し、より正確な放射線照射、MUの端数にまでおよぶ正確な照射が行われるからである。

0020

本発明を上記の実施形態にしたがって説明したが、当業者にはこの実施形態の種々の変形が可能であり、しかもこれらの変形は本発明の範囲内にあることは明らかであろう。したがって当業者であれば本発明の請求項の範囲から逸脱することなく種々の変更が可能である。

図面の簡単な説明

0021

図1本発明による治療制御卓を含む放射線治療装置の概略図である。
図2図1の放射線治療装置の処理ユニット、制御ユニットおよびビーム発生装置の部分を示すブロック図である。
図3本発明の有利な実施形態によるモニタ単位の端数を放射線照射する過程を示す流れ図である。
図4本発明による放射線照射と従来技術による放射線照射とを比較する例をプロットした線図である。

--

0022

1電子ビーム
2放射線治療装置
3トリガ装置
4プレート
5入射器
6ガントリー
8 回転水平軸
9ケーシング
10放射線束
11放射線出力装置
12ゾーン
15,17スキャッタリングフォイル
16治療台
18中央演算処理装置
19キーボード
20加速器
21電子銃
22導波管
23真空外囲器
40モータ制御器
41,42アパーチャプレート
44,45位置センサ
60測定室
61 線量制御ユニット
70モニタ
76制御ユニット
77メモリユニット
78結合回路
100治療処理ユニット

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