JP4456045B2

JP4456045B2 - 粒子線照射用コンペンセータ及び粒子線照射用コンペンセータ製造装置

Info

Publication number: JP4456045B2
Application number: JP2005246617A
Authority: JP
Inventors: 正巳取越; 伸幸兼松; 秀之川上
Original assignee: National Institutes For Quantum Science and Technology; Apex Medical Inc
Current assignee: National Institutes For Quantum Science and Technology; Apex Medical Inc
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2005-08-26
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2025-08-26
Also published as: JP2007054537A

Description

本発明は、陽子線や炭素線等の粒子線を用いた粒子線治療装置とともに使用される粒子線照射用コンペンセータ及びその製造装置に関する。

図６には、下記非特許文献１に記載された陽子線を用いる放射線治療装置の従来例が示される。図６において、放射線治療装置から照射された陽子線ビーム３９は、散乱体４０、４１により散乱されてビームサイズが大きくされる。この陽子線ビーム３９は、ビーム強度モニタ４２により強度がモニタされ、装置の制御用のコンピュータ４３に強度データが入力される。また、陽子線ビーム３９は、水カラム４４によりエネルギーが一様に減衰され、マルチリーフコリメータ４５ａ，４５ｂによりビーム幅が制限される。さらに、陽子線ビーム３９は、コンペンセータ４６により、そのエネルギーが人体４７内の腫瘍等の照射ターゲット４８の形状に合わせて減衰される。このコンペンセータ４６は、水と同様なエネルギー減衰をもたらすアクリル樹脂等で構成される。

陽子線のような粒子線の場合、一般に表面より深い部分において放射線線量が大きくなる線量集中性を示すため、線量が一番大きくなる位置に腫瘍を配置して照射する必要がある。そこで、図６に示されるように、コンペンセータ４６を、照射ターゲット４８である腫瘍の最も深い位置の表面形状と同様な表面形状を有するように成型すれば、腫瘍への線量を最大にできるとともに、腫瘍のすぐ後方にある脊髄４９等の放射線に弱い臓器に放射線を当てないように放射線を照射でき、脊髄４９等を保護することができる。
ＭｅｄｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ．１０（３），Ｍａｙ／Ｊｕｎｅ．１９８３，Ｋａｎａｉｅｔａｌ．

しかし、上記従来の技術においては、照射ターゲット４８である腫瘍の形状に合わせたコンペンセータ４６を用いる必要があるため、患者ごとに、さらに患者へ照射する方向ごとにコンペンセータ４６を作製し、治療時に交換しなければならず、コンペンセータ４６の製造コストが高くなるとともに、治療に要する時間が長くなるという問題があった。また、正常組織に副作用を与えないための必須の照射方法である多方向照射を短時間で実行することができないという問題もあった。さらに、コンペンセータ４６の作製は、通常、数値制御コンピュータと切削機による削り加工により行っており、コンペンセータ４６の１個当たりの加工時間は４０分以上かかり、複雑な形状の場合には、４時間を超える長時間加工作業が必要とされるなどの問題があった。

本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、短時間に容易に作製できる精度の良い粒子線用コンペンセータ及びその製造装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、粒子線照射用コンペンセータであって、一部が切除されたシート状材料が積層され、且つ相互に固定されて、患者の腫瘍位置と形状に対応した空隙が形成されたことを特徴とする。

ここで、上記シート状材料は、パンチングにより一部が切除されたことを特徴とする。

また、上記積層されたシート状材料は、互いに接着または溶着されて固定されているのが好適である。

また、上記積層されたシート状材料は、箱体内部に配置されて固定されていてもよい。

また、上記積層されたシート状材料は、テープにより固定されていてもよい。

また、上記シート状材料は、積層された面が粒子線の照射方向と略直交する方向に積層されているのが好適である。

また、本発明は、粒子線照射用コンペンセータ製造装置であって、粒子線照射用コンペンセータの形状データを取得する形状データ取得手段と、粒子線照射用コンペンセータの材料を供給する材料供給手段と、前記材料をパンチング加工するパンチング加工手段と、加工済みの前記材料の形状を検査する形状検査手段と、前記検査済みの材料を組み立てる組立手段と、を備えたことを特徴とする。

また、上記材料としては、シート状材料を用いるのが好適である。

また、上記材料の組立手段は、前記シート状材料を積層する積層手段を含むことを特徴とする。

本発明によれば、一部が切除されたシート状材料を積層することにより粒子線照射用コンペンセータを形成するので、短時間に容易に作製することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。

実施形態１．
図１には、本発明の実施の形態１に係る粒子線照射用コンペンセータの斜視図が示される。図１において、構造体１００は、シート状材料１を積層して構成されており、各シート状材料１には、くり抜かれた空隙部分２が形成されている。この構造体１００には、粒子線ビーム９が照射される。図の矢印の向きが粒子線ビーム９の入射方向を示している。ここで、上記空隙部分２は、各シート状材料１を各々決められた順番と方向で積層すると、患者の腫瘍位置と形状に対応した形状の空隙１０１が構造体１００の内部に形成されるように各シート状材料１に形成されている。なお、上記空隙１０１が形成された構造体１００が、本発明にかかる粒子線照射用コンペンセータに相当する。

上記シート状材料１としては、水とほぼ密度が等しい材料を用いる。例えば、厚さが１ｍｍないし１０ｍｍのアクリル材が適するが、より好ましい厚さは３ｍｍないし５ｍｍである。

また、上記構造体１００は、シート状材料１を積層し、これらを接着または溶着することにより固定して形成される。また、図示しない箱体内に積み上げることによっても実現できる。図１の場合、粒子線ビーム９は鉛直上方から到来し、積層されたシート状材料１の面に略直交する方向に入射するため、シート間に微小な空気層が存在した場合でも、粒子線ビーム９が空気層から漏洩することがなく、粒子線ビーム９を所定の人体深さで正確に停止させることができる。

本実施形態にかかる粒子線照射用コンペンセータである構造体１００の１個当たりの作製時間は、５分から１５分であり、従来の削り加工が４０分から４時間以上かかるのに比べ、大幅に作製時間の短縮を図ることができる。

図２には、本実施形態にかかる粒子線照射用コンペンセータの他の例の斜視図が示される。図２において、図１との違いは、シート状材料１の各シート面と粒子線ビーム９の進行方向が平行になる点である。その結果、各シート間の微小な空気層を介して粒子線ビーム９の一部が直接人体に入射される可能性がある。もし粒子線照射用コンペンセータで体内の到達距離を調節されていない高エネルギー粒子線が混入すると、腫瘍より深い位置の正常組織が損傷する可能性がある。これを回避するために、図２の例においては、シート状材料１の各シート間を完全に接着または溶着するか、薄いプラスチックテープにより固定して空気層の混入を完全に排除すればよい。

なお、シート状材料１としては、上述したようにアクリルが好ましいが、他の例としては、比重が１に近いポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン等の各種樹脂を使用することができる。

実施形態２．
図３には、本発明の実施の形態２に係る粒子線照射用コンペンセータ製造装置の構成例のブロック図が示される。また、図４には、粒子線照射用コンペンセータ製造装置の機器構成例が示される。さらに、図５には、上記粒子線照射用コンペンセータ製造装置の制御プログラムのフローが示される。

図３において、粒子線照射用コンペンセータ製造装置は、粒子線照射用コンペンセータの形状データを入力するための形状データ取得手段３と、粒子線照射用コンペンセータを構成する各セグメント形状の材料となるシート状材料１をパンチング加工手段５に供給する材料供給手段４と、シート状材料１をパンチング加工するためのパンチング加工手段５と、加工済みのシート状材料１の形状を検査するための形状検査手段６と、検査済みのシート状材料１を取り出すための取出手段７と、取り出したシート状材料１を組み立てる組立手段８と、を備えている。

次に、上記粒子線照射用コンペンセータ製造装置の動作について図４及び図５を用いて説明する。図４において、制御用計算機１１は粒子線照射用コンペンセータ製造装置の動作を制御し、また操作モニタとしても機能する。

また、放射線治療計画装置１０は、患者ごとに決まる粒子線照射用コンペンセータの形状に基づき、構造体１００を形成するために積層される各シート状材料１の形状データを算出する。この形状データは、各シート状材料１に形成される空隙部分２の形状に関するデータである。

制御用計算機１１は、放射線治療計画装置１０が算出した各シート状材料１の形状データを取得する。この形状データの取得は、例えば制御用計算機１１がネットワーク経由で放射線治療計画装置１０から読み込むことにより行うことができる（図５のＳ１）。この場合、制御用計算機１１は、図３に示された形状データ取得手段３として機能している。

次に、図４では、パンチング加工前のシート状材料１が縦方向に積まれており、制御用計算機１１の制御命令に従い、材料ローダー制御部１２と水平移動アクチュエータ１３、垂直移動アクチュエータ１４により１枚ずつ材料ホルダー２１の装着位置に移送される。ホルダードライブ部２０は、パンチ加工駆動制御部／形状検査制御部１６の指令に基づき、材料ホルダー２１に保持された加工対象のシート状材料１を１枚単位でパンチング台座１９に移動させる（図５のＳ２）。ここで、制御用計算機１１、材料ローダー制御部１２、水平移動アクチュエータ１３、垂直移動アクチュエータ１４、ホルダードライブ部２０及び材料ホルダー２１が、図３に示された材料供給手段４として機能している。

パンチング台座１９に移動したシート状材料１は加工対象ワークとなり、パンチ加工駆動制御部／形状検査制御部１６からのパンチドライブ信号により、パンチ位置走査駆動部１７が２次元平面上の指定位置に移動し、パンチ刃型１８を下側に駆動して加工対象ワークとなったシート状材料１の打ち抜きを行う。打ち抜きが終わるとパンチ位置走査駆動部１７がパンチ刃型１８を次の指定位置へ移動させ、上記同様に打ち抜き動作を行う。このようにして、放射線治療計画装置１０から制御用計算機１１が取得した形状データに規定されたパンチ加工工数分の移動と打ち抜きを繰り返し行うと、シート状材料１の打ち抜き動作が完了し、所望の形状の空隙部分２がシート状材料１に形成される（図５のＳ３）。ここで、パンチ加工駆動制御部／形状検査制御部１６、パンチ位置走査駆動部１７及びパンチング台座１９が、図３に示されたパンチング加工手段５として機能している。打ち抜き１回のサイズはパンチ刃型１８の抜型の縦横のサイズで決まるが、そのサイズの一方は製作する粒子線照射用コンペンセータの分解能と一致させ、通常は３ｍｍから１０ｍｍとし、もう一方のサイズは分解能より大きくして５ｍｍから３０ｍｍ程度とする。なお、パンチング方法としては加工時間が短くなるタレットパンチングが好ましく、シート状材料１のパンチング加工と構造体１００を形成するためのシート状材料１の接着や溶着等の工程を含めて約１５分で粒子線照射用コンペンセータの製作が行える。

パンチング加工が完了したシート状材料１は、ホルダードライブ部２０によりシート置台２３に移送され、検査位置にセットされる。パンチング加工済みのシート状材料１は、ＣＣＤカメラ２４で撮像され、シート状材料１の全体形状を撮像した画像データがパンチ加工駆動制御部／形状検査制御部１６に送られる。パンチ加工駆動制御部／形状検査制御部１６は、上記画像データにより表されるシート状材料１に形成された空隙部分２の形状と放射線治療計画装置１０で作成された当該空隙部分２の計画形状との比較を行う（図５のＳ４）。ここで、パンチ加工駆動制御部／形状検査制御部１６、シート置台２３及びＣＣＤカメラ２４が、図３に示された形状検査手段６として機能している。この比較の結果、形状の差が一定の範囲内である場合には、ホルダードライブ部２０が、パンチング加工済みのシート状材料１を合格品としてシート置台２３から取り出す（図５のＳ５）。ここで、上記ホルダードライブ部２０が、図３に示された取出手段７として機能している。取り出されたシート状材料１は、ホルダードライブ部２０がコンペンセータブロックケース２６に収納し、シート状材料１を積層する。これにより、構造体１００が組み立てられる（図５のＳ６）。なお、各シート状材料１は、前述したように接着、溶着等により固定されてもよい。ここで、ホルダードライブ部２０及びコンペンセータブロックケース２６が、図３に示された組立手段８として機能している。この場合、ホルダードライブ部２０が、本発明にかかる、シート状材料１を積層する積層手段に相当する。

なお、加工後のシート状材料１に形成された空隙部分２の形状と計画形状との差が一定の範囲を超えている場合には、加工済みシート状材料１は不合格品として不良品収納箱２７に投入され、同一構造体１００のためのパンチング再加工が行われる。

以上に説明した本発明によれば、一部を切除したシート状材料１を積層し、接着等により固定して構造体１００を構成することで、精度の良いコンペンセータを安価かつ迅速に製作できる。

また、シート状材料１の一部をパンチングにより切除して空隙部分２を形成したことにより、多層状の構造体１００の材料を短時間で容易に作製できる。

また、構造体１００は、積層したシート状材料１を互いに接着または溶着して形成したことにより、多層状の粒子線照射用コンペンセータを容易に作製できる。

また、構造体１００は、箱体であるコンペンセータブロックケース２６内に配置して形成してもよく、多層状の粒子線照射用コンペンセータを容易に作製できる。

また、構造体１００は、積層したシート状材料１をテープで固定してもよく、多層状の粒子線照射用コンペンセータを容易に作製できる。

また、シート状材料１の積層面を照射ビーム軸と略直交するように配置することにより、粒子線の体内停止位置を高精度に設定できる。

また、形状データ取得手段３と、材料供給手段４と、パンチング加工手段５と、形状検査手段６と、組立手段８を備えることにより、高精度かつ加工時間が短い粒子線照射用コンペンセータ製造装置を提供できる。

また、構造体１００の材料として、シート状材料１を用いたので、パンチング加工を簡便に実施できる粒子線照射用コンペンセータ製造装置を提供できる。

また、粒子線照射用コンペンセータの組立手段として、シート状材料１を積層する手段を採用することで、組み立て作業が効率的になる。

本発明の実施形態１に係る粒子線照射用コンペンセータの斜視図である。本発明の実施形態１に係る他の粒子線照射用コンペンセータの斜視図である。本発明の実施形態２に係る粒子線照射用コンペンセータ製造装置のブロック図である。本発明の実施形態２に係る、粒子線照射用コンペンセータ製造装置のより詳細な機器構成例を示す図である。本発明の実施形態２に係る粒子線照射用コンペンセータ製造方法のフロー図である。従来の陽子線照射装置を使用した治療状態を示す説明図である。

符号の説明

１シート状材料、２空隙部分、３形状データ取得手段、４材料供給手段、５パンチング加工手段、６形状検査手段、７取出手段、８組立手段、９粒子線ビーム、１０放射線治療計画装置、１１制御用計算機、１２材料ローダー制御部、１３水平移動アクチュエータ、１４垂直移動アクチュエータ、１６パンチ加工駆動制御部／形状検査制御部、１７パンチ位置走査駆動部、１８パンチ刃型、１９パンチング台座、２０ホルダードライブ部、２１材料ホルダー、２３シート置台、２４ＣＣＤカメラ、２６コンペンセータブロックケース、２７不良品収納箱、３９陽子線ビーム、４０、４１散乱体、４２ビーム強度モニタ、４３コンピュータ、４４水カラム、４５ａ，４５ｂマルチリーフコリメータ、４６コンペンセータ、４７人体、４８照射ターゲット、４９脊髄、１００構造体、１０１空隙。

Claims

一部が切除されたシート状材料が積層され、且つ相互に固定されて、患者の腫瘍位置と形状に対応した空隙が形成され、前記シート状材料には、積層されることで前記空隙を形成する空隙部分が、パンチングにより形成されていることを特徴とする粒子線照射用コンペンセータ。
前記積層されたシート状材料は、互いに接着されて固定されていることを特徴とする請求項１または請求項１記載の粒子線照射用コンペンセータ。
前記積層されたシート状材料は、互いに溶着されて固定されていることを特徴とする請求項１または請求項１記載の粒子線照射用コンペンセータ。
前記積層されたシート状材料は、箱体内部に配置されて固定されていることを特徴とする請求項１記載の粒子線照射用コンペンセータ。
前記積層されたシート状材料は、テープにより固定されていることを特徴とする請求項１または請求項１記載の粒子線照射用コンペンセータ。
前記シート状材料は、積層された面が粒子線の照射方向と略直交する方向に積層されたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項記載の粒子線照射用コンペンセータ。
粒子線照射用コンペンセータの形状データを取得する形状データ取得手段と、
粒子線照射用コンペンセータのシート状材料を供給する材料供給手段と、
前記シート状材料をパンチング加工するパンチング加工手段と、
加工済みの前記シート状材料の形状を検査する形状検査手段と、
前記検査済みのシート状材料を組み立てる組立手段と、
を備え、
前記パンチング加工手段は、前記シート状材料に、積層されることで患者の腫瘍位置と形状に対応した空隙を形成する空隙部分を、前記パンチング加工により形成する
ことを特徴とする粒子線照射用コンペンセータ製造装置。
前記材料の組立手段は、前記シート状材料を積層する積層手段を含むことを特徴とする請求項７記載の粒子線照射用コンペンセータ製造装置。