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技術 粒子線医療装置

出願人 株式会社東芝東芝エネルギーシステムズ株式会社
発明者 衣笠邦彦北川希代彦瀧口裕司前田和孝
出願日 2017年10月27日 (1年11ヶ月経過) 出願番号 2017-207832
公開日 2019年5月23日 (4ヶ月経過) 公開番号 2019-076650
状態 未査定
技術分野 放射線治療装置
主要キーワード 直線力 空洞体 水平床 牽引ブラケット 全周回転 精神的圧迫感 閉軌道 照射ポート
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年5月23日)のものです。
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図面 (10)

課題

移動床に設けられた機器に接続されるケーブル配線を工夫することにより、回転動作の安定性に優れる粒子線医療装置を提供する。

解決手段

粒子線医療装置10は、ビーム19の照射ポート18を胴体に固定させた状態で軸回転するガントリ15と、このガントリ15の内側に設けられ複数の板材11を相互に屈曲自在に環状結合して成り静止系から固定されるベッド24の少なくとも一部を収容し照射ポート18を貫通させた状態でガントリ15とともに周回転する移動床12と、この移動床12に固定された機器25に接続されガントリ15を貫通してその外側に配線されるケーブル31と、軸回転する際にガントリ15の内側に配線されるケーブル31の長さを調整する調節部30と、を備える。

概要

背景

陽子炭素イオン等の粒子線ビーム患者患部がん)に照射して治療を行う粒子線治療が広く実施されている。このような粒子線治療の一つとして、大型回転機構(以下、ガントリと称す)に内部形成された治療室内において、治療ベッド上に横臥させた患者を位置決めし、粒子線ビームを照射するというものがある。

このようなガントリを備えた粒子線医療装置は、ガントリに固定された照射ポートを回転させたり治療室内で治療ベッドを変位させたりすることにより、患者の患部に任意の方向から粒子線ビームを照射させる。
そして、ガントリ内部に形成される治療室は、ガントリの回転位置とは無関係に、床面が水平フラット状でその他の面がガントリの内周に沿うアーチ状をとるD文字断面の移動床により形成されている。

照射ポートを全周回転させながらも、水平フラット床面とアーチ面が維持される移動床で治療室が形成されることにより、この治療室の内部空間における技師の作業性の向上や、治療ベッドに横臥する患者の精神的圧迫感の低減が図られる。

概要

移動床に設けられた機器に接続されるケーブル配線を工夫することにより、回転動作の安定性に優れる粒子線医療装置を提供する。粒子線医療装置10は、ビーム19の照射ポート18を胴体に固定させた状態で軸回転するガントリ15と、このガントリ15の内側に設けられ複数の板材11を相互に屈曲自在に環状結合して成り静止系から固定されるベッド24の少なくとも一部を収容し照射ポート18を貫通させた状態でガントリ15とともに周回転する移動床12と、この移動床12に固定された機器25に接続されガントリ15を貫通してその外側に配線されるケーブル31と、軸回転する際にガントリ15の内側に配線されるケーブル31の長さを調整する調節部30と、を備える。

目的

本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、移動床に設けられた機器に接続されるケーブルの配線を工夫することにより、回転動作の安定性に優れる粒子線医療装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

ビーム照射ポート胴体に固定させた状態で軸回転するガントリと、前記ガントリの内側に設けられ、複数の板材を相互に屈曲自在に環状結合して成り、静止系から固定されるベッドの少なくとも一部を収容し、前記照射ポートを貫通させた状態で前記ガントリとともに周回転する移動床と、前記移動床に固定された機器に接続され、前記ガントリを貫通してその外側に配線されるケーブルと、前記軸回転する際に、前記ガントリの内側に配線される前記ケーブルの長さを調整する調節部と、を備えることを特徴とする粒子線医療装置

請求項2

請求項1に記載の粒子線医療装置において、円弧軌道及び直線軌道を有し、前記移動床の両端のうち少なくとも一端を摺動自在に係合するレールをさらに備え、前記移動床は、水平前記照射ポートが貫通する箇所の前記板材の結合が分断された、少なくとも二つの分割体からなり、前記機器は、前記分割体の各々に設けられ、前記レールに沿って前記分割体を走行させるものであることを特徴とする粒子線医療装置。

請求項3

請求項1又は請求項2に記載の粒子線医療装置において、前記調節部は、前記ケーブルが貫通する前記ガントリの位置に設けられ、このケーブルを収容するケーシングと、前記ケーブルの一部を、先端で保持するワイヤと、前記ケーシングに設けられ、前記ワイヤをその末端から巻回し、前記ワイヤの先端の変位に従って正/逆方向に回転するホイールと、を有することを特徴とする粒子線医療装置。

請求項4

請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の粒子線医療装置において、前記ケーブルは、複数の前記機器の各々に接続される複数のライン束ねて、被覆したものであることを特徴とする粒子線医療装置。

請求項5

請求項3に記載の粒子線医療装置において、前記ホイールの前記回転は、前記ワイヤを巻回する方向に弾性的に付勢されていることを特徴とする粒子線医療装置。

請求項6

請求項3に記載の粒子線医療装置において、前記ホイールの前記回転は、駆動制御されていることを特徴とする粒子線医療装置。

請求項7

請求項3に記載の粒子線医療装置において、前記ケーシングは、透明な部材で構成され、収容されている前記ケーブルの形状を視認できることを特徴とする粒子線医療装置。

技術分野

0001

本発明の実施形態は、ガントリを有する粒子線医療装置に関する。

背景技術

0002

陽子炭素イオン等の粒子線ビーム患者患部がん)に照射して治療を行う粒子線治療が広く実施されている。このような粒子線治療の一つとして、大型回転機構(以下、ガントリと称す)に内部形成された治療室内において、治療ベッド上に横臥させた患者を位置決めし、粒子線ビームを照射するというものがある。

0003

このようなガントリを備えた粒子線医療装置は、ガントリに固定された照射ポートを回転させたり治療室内で治療ベッドを変位させたりすることにより、患者の患部に任意の方向から粒子線ビームを照射させる。
そして、ガントリ内部に形成される治療室は、ガントリの回転位置とは無関係に、床面が水平フラット状でその他の面がガントリの内周に沿うアーチ状をとるD文字断面の移動床により形成されている。

0004

照射ポートを全周回転させながらも、水平フラット床面とアーチ面が維持される移動床で治療室が形成されることにより、この治療室の内部空間における技師の作業性の向上や、治療ベッドに横臥する患者の精神的圧迫感の低減が図られる。

先行技術

0005

特開平11−47287号公報
特開2001−353228号公報
特開2011−156263号公報

発明が解決しようとする課題

0006

この移動床に機器が設けられている場合、この機器に信号を入出力させるケーブル電力を供給させるケーブルは、ガントリに設けられた貫通孔を通過してその外側に伸びる。上述したように移動床はD文字断面を有しているために、移動床に設けられた機器の位置とガントリに設けられた貫通孔の位置との距離は、ガントリの回転角度に依存しており一定していない。

0007

このために、ガントリの回転とともにケーブルが連れ回りすると、移動床とガントリの隙間が狭くなるに従い、この隙間にケーブルの余長が発生し、ケーブルが絡まって破損したり、ガントリの安定回転を阻害したりするおそれがある。

0008

本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、移動床に設けられた機器に接続されるケーブルの配線を工夫することにより、回転動作の安定性に優れる粒子線医療装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

実施形態に係る粒子線医療装置において、ビームの照射ポートを胴体に固定させた状態で軸回転するガントリと、前記ガントリの内側に設けられ複数の板材を相互に屈曲自在に環状結合して成り静止系から固定されるベッドの少なくとも一部を収容し前記照射ポートを貫通させた状態で前記ガントリとともに周回転する移動床と、前記移動床に固定された機器に接続され前記ガントリを貫通してその外側に配線されるケーブルと、前記軸回転する際に前記ガントリの内側に配線される前記ケーブルの長さを調整する調節部と、を備えることを特徴とする。

発明の効果

0010

本発明の実施形態により、移動床に設けられた機器に接続されるケーブルの配線を工夫することにより、回転動作の安定性に優れる粒子線医療装置が提供される。

図面の簡単な説明

0011

本発明の実施形態に係る粒子線医療装置のX−Y断面図。
実施形態に係る粒子線医療装置のY−Z断面図。
実施形態に係る粒子線医療装置の外観を示す斜視図。
移動床及びトンネル構造体の部分の全体斜視図。
(A)(B)ケーブル長さ調整部の動作説明図。
移動床及びケーブル長さ調整部の動作説明図。
移動床及びケーブル長さ調整部の動作説明図。
移動床及びケーブル長さ調整部の動作説明図。
移動床及びケーブル長さ調整部の動作説明図。

実施例

0012

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図1は実施形態に係る粒子線医療装置10のX−Y断面図、図2はそのY−Z断面図を示している。図3は粒子線医療装置10の外観を示している。

0013

このように、粒子線医療装置10は、ビーム19の照射ポート18を胴体に固定させた状態で軸回転するガントリ15と、このガントリ15の内側に設けられ複数の板材11(図4参照)を相互に屈曲自在に環状結合して成り静止系21から固定されるベッド24の少なくとも一部を収容し照射ポート18を貫通させた状態でガントリ15とともに周回転する移動床12と、この移動床12に固定された機器25(25A,25B)に接続されガントリ15を貫通してその外側に配線されるケーブル31と、軸回転する際にガントリ15の内側に配線されるケーブル31の長さを調整しこのケーブル31の過剰張力又は弛みを解消させる調節部30(30A,30B)と、を備えている。

0014

さらに粒子線医療装置10は、水平床面及びアーチ天井を有しベッド24の少なくとも一部が収容される内部空間を有するトンネル構造体16と、ガントリの内側面15aに対しトンネル構造体16を回転変位させることによりガントリ15の軸回転とは無関係に静止系から見てトンネル構造体16を静止状態にする回転支持部57と、を備えている。

0015

図3に示すようにガントリ15は、一般に円筒形状を有する大型構造物であり、その両縁端外周面外接する複数の回転駆動部23の回転駆動により、回転軸(Z軸)周りに回転する。そしてガントリ15は、回転駆動部23を介して、基礎21(静止系)によりその重量が支えられている。
ガントリ15は、静止系に固定されたベッド24を内側に配置させビーム19の照射ポート18を胴体に固定させた状態で軸回転する。

0016

このガントリ15には、粒子線ビーム19の照射ポート18の他に、ビーム輸送系27、ビームの偏向電磁石28、その他の制御機器構造物が、多数設けられている。
粒子線ビーム19は、図示略のイオン源で発生したイオン重粒子あるいは陽子イオン)を直線加速器加速し、さらに円形加速器(図示略)に入射して設定エネルギーまでに高めることにより生成される。

0017

そして、円形加速器から出力された粒子線ビーム19は、ガントリ15と一体回転するように設けられたビーム輸送系(図示略)の回転軸Zの延長線上から入射する。
照射ポート18は、ガントリ15の内側に向かって挿入され、このガントリ15と共にベッド24の周囲を±180度回転する。
このようにビーム輸送系に入射した粒子線ビーム19は、その軌道が偏向電磁石28により曲げられて、照射ポート18からベッド24に横臥する患者に、360度の任意の方向から照射される。

0018

このベッド24は、建屋側の基礎(静止系)21に土台が固定されており、ガントリ15の内部を移動し、粒子線ビーム19の照射位置に、患者の患部を位置決めする。
粒子線ビーム19が患部に向かって照射されると、患者の体内を通過する際に運動エネルギーを失って速度を低下させるとともに、速度の二乗にほぼ反比例する抵抗を受けてある一定の速度まで低下すると急激に停止する。
そして、粒子線ビーム19の停止点近傍では、ブラッグピークと呼ばれる高エネルギーが放出される。このブラッグピークの放出位置が患部に一致するようベッド24の位置決めがなされているために、患部組織のみを死滅させ正常組織障害が少ない治療が実行される。

0019

図4は、移動床12及びトンネル構造体16の部分を抽出して示す図である。移動床12を構成する板材11の各々は、長手方向におけるたわみ剛性が大きくかつ軽量であることが望まれる。そして複数の板材11が、その側縁部において屈曲自在に相互結合している。

0020

そして移動床12は、その一部に設けた開口に、照射ポート18を貫通させることにより、ガントリ15の回転に同期して移動床12を回転させることができる。
この環状に形成された移動床12の両端には、円弧及び直線からなる閉軌道を有する第1レール13A及び第2レール13Bが、摺動自在に係合している。
これにより、移動床12の内部空間は、フラット水平床とアーチで囲まれたトンネル形状を形成し、この移動床12は、トンネル形状を静止させたまま回転軸Z周りに回転することが可能になる。

0021

この移動床12は、後述するトンネル構造体16の存在により、治療室の空間が十分に確保されるので、回転軸方向(Z軸方向)に広くとる必要はない。このために、軽量でかつ機械剛性を高く設計できるので、移動床12の回転運動をスムーズにかつ静音性を維持した状態で実施することができる。

0022

第1レール13Aは、ベッド24を固定した基礎21の垂直壁面(静止系)の開口に一端が接続された空洞体53の他端に、支持されている。
なお、第1レール13Aの基礎21からの支持は、図示した方法に限定されることはない。例えば、ガントリ15の内周面に対し回転自在に設けられた支持部(図示略)に第1レール13Aを固定し、この支持部が基礎21の垂直壁面(静止系)60に支持されることにより、第1レール13Aが間接的に静止系に支持されるようにしてもよい。

0023

第2レール13Bは、断面形状がこの第2レール13Bの形状に略一致するトンネル構造体16の周縁に固定されている。そして2レール13Bは、照射ポート18を挟むように第1レール13Aに対向配置され移動床12の他端に係合している。
第1レール13Aと第2レール13Bの間隔は、両者に挟まれる照射ポート18の幅よりも若干広めであればよい。
これにより、ガントリ15とともに回転する移動床12において、回転軸(Z軸)方向の寸法を控えめにすることで、重量の削減と機械剛性の向上とを両立させることができる。

0024

トンネル構造体16において、第2レール13Bの反対側には、開口を塞ぐようにパネル51が設けられている。そしてこのパネル51は、ガントリ15の回転軸Zに一致して自在に回動する回転支持部57の回転軸52に支持されている。
なお、トンネル構造体16は、必須の構成要素ではなく、代わりに移動床12をパネル51まで拡張して代替させてもよい。

0025

回転支持部57は、ガントリの内側面15aに固定されるスタンド56からトンネル構造体16を軸支する回転軸52を回転変位させる。これによりガントリ15の回転変位に依存すること無く、フラットな床面が常に水平を保つように、トンネル構造体16は静止系に対し静止する。

0026

回転支持部57は、静止系においてその回転軸52が、ガントリ15とは逆方向に回転変位する。その結果、回転支持部57がガントリ15の内側面15aに固定されることで、静止系から見て照射ポート18が周回している場合でも、トンネル構造体16を静止状態に保つことができる。

0027

さらに回転支持部57には、その自重を鉛直方向においてサポートするサポート部材26が設けられている。このサポート部材26の一端はトンネル構造体16又はパネル51に固定され、その他端はガントリの内側面15aに無摩擦接触しその周方向に回転する。なお回転支持部57の回転軸52は、モータ等により駆動回転させる場合の他に、自由回転するものであってもよい。

0028

本実施形態において回転支持部57は、回転軸52とスタンド56とから成るものを例示して説明したが、特に限定されるものではなく、ガントリの内側面15aに対し相対的に回転変位する移動床12及びトンネル構造体16を支持することができるものであれば、適宜採用される。

0029

移動床12は、照射ポート18が貫通する箇所の板材11の結合が分断された、少なくとも二つの分割体17A,17Bからなる。そして各々の分割体17A,17Bは、レール13の閉軌道を互いに独立に走行させるための駆動機器25(25A,25B)として備えている。

0030

そのような駆動機器25A,25Bとしては、具体的にラック・アンドピニオン機構を採用することができる。この場合、ピニオンとよばれる小口径の円形歯車を回転させるモータが、分割体17を構成する板材11に設けられている。そして、第1レール13A及び第2レール13Bの少なくとも一方に、歯切りをしたラックを設ける。このラックとピニオンを組み合わせピニオンに回転力を加えると、ラックの長手方向への直線力に変換され、移動床12の分割体17は、レール13の閉軌道に沿って移動することになる。

0031

駆動機器25A,25Bとしては、ラック・アンド・ピニオン機構に限定されることはなく、分割体17A,17Bをレール13の閉軌道に対し、それぞれ独立に走行させることができるものであれば適宜採用することができる。

0032

図5に基づいてケーブル長さ調整部30の構成を説明する。図5(A)は移動床に固定された駆動機器25が調整部30に近接したときのケーブル31の状態を示し、図5(B)は駆動機器25が調整部30から離れたときのケーブル31の状態を示している。

0033

調節部30は、ケーブル31が貫通するガントリの位置に設けられこのケーブル31を折り返して収容するケーシング32と、このケーシング32の内部においてケーブル31の一部を先端に設けられた牽引ブラケット35で保持するワイヤ33と、ケーシング32に設けられワイヤ33をその末端から巻回し牽引ブラケット35の変位に従って正/逆方向に回転するホイール36と、を有する。
駆動機器25の接続側とは反対側のケーブル31は、固定部37においてケーシング32の側周壁を貫通した状態で固定され、ケーシング32の外側に案内される。

0034

ホイール36は、その回転が、ワイヤ33を巻回する方向(ケーブル31を引き込む方向)に弾性的に付勢されている。これにより駆動機器25が調節部30の開口に近づくときは、図5(A)に示すように、ケーブル31は牽引ブラケット35に引き込まれてケーシング32の内部に収容される。
他方で、駆動機器25が調節部30の開口から遠ざかるときは、図5(B)に示すように、ケーブル31は牽引ブラケット35の付勢力に逆らってケーシング32の外部に引き出される。なおケーブル31の引き出し方向は、任意とすることができる。

0035

ホイール36の他の実施例として、駆動制御されるモータを接続して、ホイール36の回転を駆動制御してもよい。
このように調節部30が構成されることによって、軸回転するガントリ15の内側に配線されるケーブル31の長さが調整され、ケーブル31の過剰な張力や弛みを解消させることができる。

0036

実施形態において駆動機器25は、移動床12を構成する分割体17A,17Bを走行させる駆動機器を例示しているが、特に限定はない。駆動機器25は、移動床12に設けられたセンサアクチュエータ等の機器である場合もある。

0037

また移動床12に複数の駆動機器25が設けられている場合もあり、この場合、ケーブル31は、複数の駆動機器25の各々に接続される複数のライン(図示略)を一本に束ねて、被覆して構成される。このようにケーブル31を構成するラインは、駆動機器25に電力を供給するものであったり、センサ等の検出信号やアクチュエータの制御信号伝送するものであったりする。
またケーシング31を、透明な部材で構成し、収容されているケーブル31の形状を外部から視認できるようにしてもよい。

0038

図6図7図8図9を参照して、移動床12及びケーブル長さ調整部30(30A,30B)の動作を説明する。
回転する移動床12のフラット水平床面は、隙間を発生させず、行き来する技師の安全を確保する必要がある。

0039

そこで、分割体17A,17Bを移動させる駆動機器25A,25Bは、フラット水平床面に分割体のエッジ14A,14Bが位置する場合、このエッジ14A,14Bが照射ポート18か、もしくは互いに当接するように設定し、フラット水平床面に隙間が生じないように制御される。他方で、アーチ天井に位置するエッジ14A,14Bは、隙間を形成し、アーチ側に形成される移動床12の開口からガントリ15の内側面15aが露見することを許容する。

0040

その結果、図6図7図8図9に示すように、照射ポート18の回転位置によって、機器25A,25Bと対応する調節部30A,30Bとの距離も変化する。

0041

図6に示すように、ガントリ15の回転角度を0度に設定し、照射ポート18をベッド24の真上に位置させる場合を検討する。このときは、水平床面において分割体のエッジ14A,14Bを互いに当接させることで、床面に開口を生じさせることなく、移動床12の水平フラット床面が形成される。
このとき、機器25A,25Bは共に水平床面に位置し、ケーブル31A,31Bは共に調節部30A,30Bから半分程引き出された状態となる。

0042

更に、図7に示すように、ガントリ15の回転角度を45度に設定し、照射ポート18をベッド24の斜め上方に位置させる場合を検討する。このときも、水平床面において分割体のエッジ14A,14Bを互いに当接させることで、床面に開口を生じさせることなく、移動床12の水平フラット床面が形成される。
このとき、一方の機器25Aは水平床面に位置し、対応するケーブル31Aは調節部30Aから回転中心に向かってほぼ全て引き出された状態となる。他方の機器25Bはアーチ天井に位置し、対応するケーブル31Bは調節部30Bにほぼ収容された状態となる。

0043

次に、図8に示すように、ガントリ15の回転角度を+135度に設定し、照射ポート18をベッド24の斜め下方に位置させる場合を検討する。このときは、分割体のエッジ14A,14Bは照射ポート18の側に当接させることで、開口を生じさせることなく、移動床12の水平フラット床面が形成される。
このとき、機器25A,25Bは共にアーチ天井に位置し、一方のケーブル31Aは調節部30Aにほぼ収容された状態となり、他方のケーブル31Bは調節部30Bからほぼ全て引き出され周方向に沿って配置された状態となる。

0044

更に図9に示すように、ガントリ15の回転角度180度に設定し、照射ポート18をベッド24の真下に位置させる場合を検討する。このときも、照射ポート18と分割体のエッジ14A,14Bとを当接させることで、照射ポート18の両側に開口を生じさせることなく、移動床12の水平フラット床面が形成される。
このとき、機器25A,25Bは共にアーチ天井に位置し、ケーブル31A,31Bは共に調節部30A,30Bから周方向に沿ってほぼ全て引き出された状態となる。

0045

なお、上述した、照射ポート18、分割体17A,17B、機器25A,25B及び調整部30A,30Bの位置関係は、例示的に示したものである。このためレール13の円弧軌道及び直線軌道の長さや照射ポート18の寸法によっても、これらの関係は適宜変更される。また、上述の例では、ガントリ15が一方向に180度の範囲で回転する場合を述べたが、ガントリ15は、反対方向にも180度の範囲で回転させることもできる。

0046

以上述べた少なくともひとつの実施形態の粒子線医療装置によれば、移動床に設けられた機器に接続されるケーブルの、ガントリ内側における配線長さを調整することにより、回転動作の安定性を向上させることが可能となる。

0047

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

0048

10…粒子線医療装置、11…板材、12…移動床、13(13A,13B)…レール、14A,14B…エッジ、15…ガントリ、16…トンネル構造体、17(17A,17B)…分割体、18…照射ポート、19…粒子線ビーム、21…基礎、23…回転駆動部、24…ベッド、25(25A,25B)…機器(駆動機器)、26…サポート部材、27…ビーム輸送系、28…偏向電磁石、30A…調節部、30(30A,30B)…調整部、31(31A,31B)…ケーブル、32…ケーシング、33…ワイヤ、35…牽引ブラケット、36…ホイール、37…固定部、51…パネル、52…回転軸、53…空洞体、56…スタンド、57…回転支持部。

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