放射线治疗装置 |
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| 申请号 | CN201010263943.5 | 申请日 | 2010-08-25 | 公开(公告)号 | CN101991919B | 公开(公告)日 | 2015-02-25 |
| 申请人 | 株式会社东芝; 东芝医疗系统株式会社; | 发明人 | 桥本照雄; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种放射线 治疗 装置，所述放射线治疗装置具备屏蔽来自放射线源的放射线的放射线 光圈 装置，将从上述放射线源放射的放射线的照射区域限制在治疗对象部，其特征在于，上述放射线光圈装置具备：由在圆弧状的轨道面具有齿形的多个薄片体形成的一对光圈 块 体、与上述多个薄片体的各轨道面齿形 啮合 ，独立驱动上述各薄片的多个驱动 齿轮 、与上述多个驱动齿轮结合，为了上述各薄片体总是向关闭方向移动而向上述驱动齿轮施加 力 的多个恒 载荷 重 弹簧 、与上述多个薄片体的各薄片体结合的多个金属线、抵抗上述多个恒载荷重弹簧产生的力，为了上述各薄片体向打开方向移动而独立卷绕上述多个金属线的多个卷绕装置。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种放射线治疗装置，所述放射线治疗装置具备屏蔽来自放射线源的放射线的放射线光圈装置，将从上述放射线源放射的放射线的照射区域限制在治疗对象部，其特征在于，上述放射线光圈装置 |
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| 说明书全文 | 放射线治疗装置技术领域背景技术[0003] 放射线治疗装置具有向被检查体照射放射线的照射单元部。照射单元部具备为了仅对被检查体的治疗部位，例如，恶性肿瘤部进行放射线照射而设定放射线照射区域的照射光圈装置(radiationcollimator)。为了降低对被检查体的放射线损害，希望照射光圈装置所形成的放射线照射区域尽可能近似治疗部位的形状。通常，照射光圈装置由沿放射线轴设置在接近放射线源一侧的一对上部光圈体块和与上部光圈体块相比设在远离放射线源一侧的一对下部光圈体块构成。下部光圈体块以沿照射轴与上部光圈体块正交并重叠的方式配置。 [0004] 一对上部光圈体块以放射线照射轴为中心相向地配置，在将放射线源包含在中心的同心圆上，向沿圆弧状的轨道面(X方向)相互接近或离开的方向被驱动。一对下部光圈体块也以放射线照射轴为中心相向地配置，以在将放射线源包含在中心的同心圆上，沿与相对于上部光圈体块的移动方向(X方向)正交的方向(Y方向)的圆弧状的轨道面相互接近或离开的方式移动。下部光圈体块的每一个形成将多个薄片体紧密接触排列的多分割光圈体块。 [0005] 构成多分割光圈体块的各薄片体具有与放射线照射轴相向的圆弧状的轨道面，在该轨道面上切出螺纹齿形。驱动齿轮与该螺纹齿形啮合，驱动齿轮被紧固在轴前端。轴由作为驱动源的马达经蜗轮等驱动力传递机构来驱动。为了检测齿轮驱动量，配置电位计、编码器等检测器，以检测信息为基础，由控制装置将构成下部光圈体块的各薄片体设定在希望的位置。 [0006] 这样，以往的照射光圈装置使一对上部光圈体块以在X方向相互相向地接近或离开的方式移动，且使构成一对下部光圈体块的各块的多个薄片体分别个别地在与X方向正交的Y方向相互接近或离开的方式移动，据此，形成近似不规则的治疗部位形状的放射线照射区域。 [0007] 但是，以往的照射光圈装置为使各薄片体个别移动，而使用将马达的旋转经各种齿轮和轴向各薄片体传递的驱动力传递机构。这样，在将各种齿轮组合来使用的驱动力传递机构中，各齿轮上产生的背隙叠加。因此，以往的照射光圈装置难以正确地控制各薄片体的位置。 [0008] 再有，包括用于驱动各薄片体的马达在内的驱动力传递机构存在必须相对于薄片体的移动轴平行或直角地设置马达的限制。因此，即使欲增加构成光圈体块的薄片体，也不能在照射光圈装置内的有限的空间内增加包括马达在内的驱动力传递机构。 [0009] 另一方面，为了放射线防护，近年，对使放射线照射区域的形状近似治疗部位的形状的要求进一步增强。即，为了能够设定更近似治疗部位的不规则形状的放射线照射区域，需要使构成下部光圈体块的各薄片体的厚度更薄，且增加薄片体的片数。但是，如上所述，在照射单元的有限的空间中，确保增加仅薄片体的增加片数量的驱动力传递机构所具备的空间的自由度极低。因此，产生了要为了极细的放射线照射区域的设定而增加构成光圈体块的薄片体的片数，要配置增加的驱动力传递机构，必须使照射光圈装置大型这样的问题。 [0010] 在先技术文献 [0011] 日本特开2002-253686号公报。 发明内容[0012] 本发明的实施方式提供一种具备解决了上述问题的照射光圈装置的放射线治疗装置。即使增加了形成光圈体块的薄片体的片数，也能够在照射单元的有限的空间内确保配置各薄片体的驱动力传递机构的自由度。再有，通过做成将恒载荷弹簧固定在与设置在各薄片体的圆弧状轨道面上的齿型啮合，能够个别地移动各薄片体的驱动齿轮上的驱动力传递机构，能够消除将齿轮组合使用的驱动力传递机构上产生的背隙的影响。再有，通过在一对轴上保持多个将驱动齿轮固定的恒载荷弹簧，能够增加薄片体的数，提高放射线照射区域的设定精度，且防止对治疗部位以外的不必要的放射线照射，进行高精度的放射线治疗。另外，实施方式提供一种通过由恒载荷弹簧总是对各薄片体向关闭方向施加力，另一方面，经皮带轮对金属线进行马达卷绕，将各薄片体向打开方向移动，能够基本消除背隙，且飞越性地提高了照射单元的有限的空间内的马达配置的自由度的照射光圈装置。 [0013] 本发明的实施方式是具备屏蔽来自放射线源的放射线的放射线光圈装置，将从上述放射线源放射的放射线的照射区域限制在治疗对象部的放射线治疗装置。其特征在于，上述放射线光圈装置具备： [0014] 由在圆弧状的轨道面具有齿形的多个薄片体形成的一对光圈块体、 [0015] 与上述多个薄片体的各齿形啮合的驱动齿轮、 [0016] 与上述驱动齿轮结合，为了上述各薄片体总是向关闭方向移动而向上述驱动齿轮施加力的弹簧体、 [0017] 与上述多个薄片体的各薄片体结合的金属线、 [0018] 为了上述各薄片体向打开方向移动而拉拽上述金属线的驱动构件。 [0019] 基于本发明的实施方式的放射线光圈装置中，即使是在与各薄片体结合，将薄片体向打开方向移动的金属线万一被切断的情况下，因为通过弹簧体的作用，使薄片体总是向打开方向移动的力发挥作用，所以，不存在薄片体保持为打开的状态的情况，被检查体的安全得以确保。附图说明 [0020] 图1是表示基于本发明的实施方式的放射线治疗装置的使用状态的外观图。 [0021] 图2是实施方式的放射线治疗装置所具备的照射光圈装置的侧视图。 [0022] 图3是从与图2正交的方向看到的照射光圈装置的侧视图。 [0023] 图4是形成放射线照射区域的照射光圈装置的俯视图。 [0024] 图5是由图4的照射光圈装置形成的放射线照射区域的模式图。 [0025] 图6是基于实施方式的照射光圈装置中使用的薄片体和薄片体驱动机构的概观图。 [0026] 图7A是图6的恒载荷弹簧驱动机构部的放大图。 [0027] 图7B是图7A的恒载荷弹簧驱动机构部的A-A线剖视图。 [0028] 图8是图6的恒载荷弹簧的特性图。 [0029] 图9是使用恒载荷弹簧驱动多片薄片体的实施方式。 [0030] 图10是基于实施方式的驱动机构的立体图。表示与恒载荷弹簧结合的驱动齿轮分别相对于多片薄片体啮合的样子。 [0031] 图11是从下方看图10的驱动机构的立体图。 [0032] 图12是直接检测薄片体的位置的薄片体位置检测装置的实施方式。 [0033] 图13是实施方式的薄片体的外侧端面附近的剖视图。 [0034] 图14是形成在图13的薄片体的外侧端面的图案的一例。 [0035] 符号说明 [0036] 141m：薄片体；150：驱动齿轮；151：金属线；152：滑轮；153：卷绕马达；160：恒载荷弹簧；161：第一卷筒；162：第二卷筒；171：第一旋转轴；172：第二旋转轴具体实施方式 [0037] 图1表示放射线治疗装置的整体结构。放射线治疗装置100由将来自放射线源的放射线向被检查体P照射的放射线照射部分10、使载置被检查体P的顶板22移动，并进行放射线照射部位的定位的治疗台部分20、综合地控制放射线照射部分10及治疗台部分20的控制部分30构成。 [0038] 放射线照射部分10具有固定在放射线治疗室的底板面上的固定架台11、安装在固定架台11上且能够围绕固定架台11的水平旋转轴H遍及大致360度旋转的旋转架台12、安装在旋转架台12的前端且向被检查体P的患部照射放射线的照射单元13、组装在照射单元13内且可旋转的照射光圈装置14。照射光圈装置14围绕来自照射单元13的放射线照射轴I旋转。旋转架台12的旋转中心轴H和放射线照射轴I的交点是等深点(isocenter)IC。另外，旋转架台12能够固定地进行放射线照射，也可以进行例如与旋转照射、振子照射、间歇照射等对应的旋转。 [0039] 治疗台部分20能够沿以等深点IC为中心的圆弧，使底板面上的轴在箭头G方向遍及规定角度范围旋转。治疗台部分20由支撑顶板22的上部机构21、支撑上部机构21的升降机构23、支撑升降机构23的下部机构24构成。上部机构21使顶板22在长度方向(Y方向)和宽度方向(X方向)移动。升降机构23使上部机构21及顶板22在上下方向(D方向)仅在规定范围升降。下部机构24将等深点IC作为中心轴，在水平方向离开距离L的位置F，使升降机构23在水平方向(G方向)旋转。即，上部机构21及顶板22也随着升降机构23的旋转而在水平方向旋转规定角度。 [0040] 控制部分30具备操作部(未图示出)。医疗人员经操作部进行顶板22上的被检查体P的定位、由照射光圈装置14进行的放射线照射区域的设定等。 [0041] 照射光圈装置14可围绕放射线的照射轴I旋转地被组装在照射单元13。照射光圈装置14是以在放射线治疗时仅向恶性肿瘤等治疗部位照射放射线，对正常组织尽量不照射放射线的方式限制放射线照射区域的部件，由钨等重金属构成。 [0042] 图2是照射光圈装置14的Y轴方向截面。如图所示，照射光圈装置14由与放射线照射轴I相向的一对上部光圈体块140A、140B和一对下部的光圈体块141A、141B构成。一对上部光圈体块140A、140B设置在放射线源S侧。一对下部光圈体块141A、141B在一对上部光圈体块140A、140B的下部，以排列方向相互正交的方式配置。 [0043] 在相互相向地配置在放射线照射轴I方向的一对上部光圈体块140A、140B的下部面上，形成齿形状140A1、140B1，经驱动齿轮140A2、140B2，分别由驱动装置142A、142B沿以放射线源S为中心的圆弧状的轨道面，以向箭头X方向相互接近或离开的方式移动。在一对上部光圈体块140A、140B的下部，在放射线的照射轴I方向相互相向地配置着分别由多个薄片体141Am(m＝1～n)、141Bm(m＝1～n)构成的一对下部光圈体块141A、141B。 [0044] 图3是从图2的正交方向看到的照射光圈装置14的侧视图。与上部光圈体块140A、140B正交地配置的一对下部光圈体块141A、141B在放射线的照射轴I方向相互相向配置。在一对上部光圈体块140A、140B的下部面分别形成齿形状，经驱动齿轮150A、150B，分别由驱动装置143A、143B沿以放射线源S为中心的圆弧状的轨道面，以向箭头Y方向相互接近或离开的方式移动。如图2所示，一对下部光圈体块141A、141B是作为分别使多个薄片体141Am(m＝1～n)、141Bm(m＝1～n)紧密相邻的集合体而构成的多分割照射光圈体块。 [0045] 图4是一对多分割照射光圈体块的俯视图。在构成下部光圈体块141A、141B的各薄片体的轨道面上形成齿形。驱动齿轮啮合于各薄片体的齿形，通过分别由多个驱动装置143A1～143An、143B1～143Bn个别地驱动各驱动齿轮，多个薄片体141A1～141An、141B1～141Bn分别向希望的位置移动。 [0046] 即，照射光圈装置14使一对上部光圈体块140A、140B以放射线源S为中心轴，在X方向向相互接近或离开的方向移动，并且使一对下部多分割照射光圈体块141A、141B的各薄片体141A1～141An、141B1～141Bn分别个别地以放射线源S为中心轴在Y方向向相互接近或离开的方向移动，据此，形成希望的放射线照射区域U(图5)。图5表示由照射光圈装置14以近似于不规则的治疗部位的形状T的方式设定了放射线照射区域U的样子。 [0047] 为使放射线照射区域U的形状进一步近似不规则形状的治疗部位T，重要的是使下部光圈体块的各薄片体141A1～141An、141B1～141Bn与设定的放射线照射区域U的形状相吻合地更正确地个别移动。为此，要求除去包括与形成在各薄片体141A1～141An、141B1～141Bn的圆弧上端面的齿形啮合的各驱动齿轮在内的驱动机构的背隙和正确地检测各薄片体141A1～141An、141B1～141Bn的位置。 [0048] 图6表示对构成多分割照射光圈体块的薄片体141m(m＝1～n)进行驱动的基于本实施方式的驱动机构。薄片体141m的左端面141mb是图4所示的放射线照射区域形成端面。即，若薄片体141m的左端面141mb向图中左方向移动，一对相向的薄片体(未图示出)的右端面向相反方向(图中右方向)移动，则由一对光圈体块141m产生的放射线照射区域关闭得小。若薄片体141m和相向的薄片体141m反方向移动，则由一对光圈体块141m产生的放射线照射区域打开得大。 [0049] 如图6所示，各薄片体141m具有弯曲成圆弧状的轨道面，在其外侧端面141ma上形成齿形(未图示出)。驱动齿轮150与薄片体141m的外侧端面141ma上的齿形啮合。驱动齿轮150被同轴紧固在相对于薄片体141m总是在关闭方向施加恒定的力的恒载荷弹簧160的一个卷筒161上。 [0050] 图7A表示用于对驱动齿轮150施加恒定的力的恒载荷弹簧160的结构。恒载荷弹簧160具有不受行程影响，保持恒定的扭矩的特性。如图8的特性图所示，恒载荷弹簧160是将带状弹簧163卷绕在第一卷筒161，且用第二卷筒162向反转的方向卷绕带状弹簧163的部件。在将带状弹簧163向第二卷筒162卷绕的情况下，具有欲向第一卷筒161侧返回的旋转扭矩恒定，不因卷绕的弹簧163的长度(行程)而变化这样的特性。图8是表示该恒载荷弹簧的特性的图，横轴是卷绕的弹簧163的行程，纵轴是旋转扭矩。在恒载荷弹簧160的第一卷筒161的中心中空部可旋转地插入第一轴171。在第二卷筒162的中心中空部可旋转地插入第二轴172。第一旋转轴171和第二旋转轴172平行地配置。第一旋转轴171被固定于驱动齿轮150。 [0051] 图7B是图7A的A-A剖视图。如图7B所示，恒载荷弹簧的第一卷筒161是板上弹簧的一端同轴地紧固并卷绕在驱动齿轮150的中心中空部的构造。插入到被卷绕的第一卷筒161的中心中空部的第一轴171经轴承180可旋转地被保持。同样，第二轴172以滑动接触的方式被插入恒载荷弹簧160的第二卷筒162的中心中空部。即，恒载荷弹簧160由一对轴171、172保持，通过固定在恒载荷弹簧160的一个卷筒上的驱动齿轮150，薄片体141m总是在放射线照射区域的关闭方向被载荷。 [0052] 如图6所示，薄片体141m的右侧端面与金属线151结合。金属线151例如是钢琴线。金属线151经滑轮152卷绕在与马达153结合的轴上。若通过马达153的旋转，金属线151被卷绕，则通过同轴地固定在恒载荷弹簧160上的驱动齿轮150来抵抗对薄片体141m总是向关闭方向施加的力，薄片体141m向打开方向(图中右方向)适当移动。 [0053] 即，通过用卷绕马达153卷绕金属线151，使薄片体141m向希望的放射线照射区域的位置移动。在使薄片体141m向打开方向移动的情况下，也使驱动齿轮150相对于薄片体141m的齿形作用于关闭方向的力恒定，不变化。因此，能够大致完全除去驱动齿轮150的背隙。 [0054] 因马达153的卷绕而产生的薄片体141m向打开方向的移动量由控制部分30(图1)与相对于薄片体141m的位置和被检查体的治疗部位形状T设定的放射线照射区域U相应地控制。 [0055] 如图4所示，一对下部光圈体块141A、141B分别由多片薄片体141A1～141An、141B1～141Bn构成。因此，为了由使用了恒载荷弹簧的驱动机构使所有的薄片体个别移动，而由一对旋转轴171、172对在Y方向以规定间隔配置的多个恒载荷弹簧160进行保持。 在实施例中，对多个恒载荷弹簧160进行保持的一对轴171、172在X方向设置多组。 [0056] 图9是在下部光圈体块的各薄片体141m的驱动机构设置了四组旋转轴的实施方式。与第一组的旋转轴171a、172a卡合的恒载荷弹簧160a的驱动齿轮150a例如与第一薄片体1411啮合，被保持在同为第一组的旋转轴171a、172a上的其它的多个驱动齿轮例如与第五薄片体1415、第十薄片体14110(均未图示出)的各齿形啮合。同样，与第二组旋转轴171b、172b卡合的多个恒载荷弹簧160b的驱动齿轮150b与第二薄片体1412的齿形啮合，被保持在第二组的旋转轴上的其它的驱动齿轮例如与第六薄片体1416、第十一薄片体14111的齿形啮合。下面同样，被保持在第三组旋转轴171c、172c的多个恒载荷弹簧160c的驱动齿轮150c例如与第三薄片体1413、第七薄片体1417、第十二薄片体14112的齿形啮合。与第四组的旋转轴171d、172d卡合的多个恒载荷弹簧160d的驱动齿轮150d例如与第四薄片体 1414、第八薄片体1418、第十三薄片体14113的齿形啮合。 [0057] 这样，通过在少数组的轴171、172上，使固定于多个恒载荷弹簧160上的多个驱动齿轮150与在X方向紧密接触配置的多个薄片体141m卡合，能够个别地进行驱动。因此，即使在照射单元13内的有限的空间内，也能使薄片体141m的片数增加，驱动多个薄片体141m。 [0058] 图10是从斜上方看图9的薄片体驱动机构的立体图。图11是从下方看图10的薄片体驱动机构的立体图。图10、11均表示下部光圈体块141A、141B的一种。在实施例中，在四组的一对旋转轴171a、172a至171d、172d上分别保持着多个恒载荷弹簧。例如，在第一组的一对旋转轴171a、172a上保持的多个恒载荷弹簧1601、1602、---16011上所固定的驱动齿轮1501、1502、---15011与各薄片体1411、1412、---14111的齿形啮合，分别被个别驱动。在实施例中，在第二组的一对旋转轴171b、172b上，在X方向保持着十一个恒载荷弹簧1601、1602、---16011，在第三组及第四组的一对旋转轴171c、172c及171d、172d上，分别在X方向保持着九个恒载荷弹簧1601、1602、---1609。这样，在一对旋转轴上，保持适当的数的恒载荷弹簧160，且在Y方向相互配置成锯齿状，据此，能够在小的空间排列多个薄片体141m，个别地移动。 [0059] 用于形成近似于治疗部位形状T的放射线照射区域U(图5)的薄片体141m的开闭移动是通过控制部分30执行基于马达153的金属线卷绕控制。图12表示薄片体141m的位置检测装置210的结构。图13是薄片体141m的外侧端部141ma的局部剖视图。如图12所示，在薄片体141m的圆弧状的外侧端面141ma形成齿形141mb，紧固在恒载荷弹簧160的第一卷筒161上的驱动齿轮150与该齿形141mb啮合。如图13所示，在薄片体的外侧端面141ma的厚度方向具有形成齿形141mb的部分和没有形成齿形141mb的部分。在没有形成齿形141mb的部分，沿Y方向，即，薄片体141m的移动方向，固定着图14所示那样的光照射图案200。 [0060] 如图12所示，从光照射部211向固定着图案200的薄片体141m的外侧端面141ma的定点Fx照射光。配置在薄片体141m的附近的摄像部212对包括图案200上的定点Fx在内的区域进行摄像，取得定点图像。光照射部211例如由发光二极管等构成，摄像部212例如由CCD照相机等构成。摄像部212的输出向移动量演算部213供给。该移动量演算部213没有必要配置在薄片体141m的附近，可以设置在控制部30。 [0061] 图14表示图案200的一个例子。图案200是将例如大约0.5mm见方的区域网格状地分成16份，形成了分割区域的角部的格子之一用黑色表示的特定花样200a1～200a5的图案。异常花样除上色以外，也可以是例如与其它的分割区域相比，均匀地深挖的花样，或刻设了孔粗的槽的花样。 [0062] 若从光照射部211向薄片体141m的外侧端面141ma的定点Fx照射光，则该光照亮图案200的一部分。定点Fx处于不影响薄片体141m的位移的位置，具有规定的面积。光照射部211其设置位置及照射方向被固定，且将定点Fx设定在薄片体141m的外周侧的圆弧面方向，设定成包括刻设了图案200的区域的一部分。 [0063] 摄像部212以在薄片体141m的外周侧的圆弧面方向，按一定间隔对包括图案200上的定点Fx在内的区域进行摄像的方式设定。摄像部212随着时间推移，接收从定点Fx反射的光，按一定间隔取得定点图像。在定点图像中存在刻设在薄片体141m上的图案200的一部分。移动量演算部213特别指定图案200中所含的异常花样200a的位置，从由摄像部212捕捉的异常花样200a的随时间推移的错位，演算薄片体141m的移动量。 [0064] 移动量演算部213对随着薄片体141m的移动按照时间序列取得的多个定点图像进行解析，取得薄片体141m的移动量。因为若薄片体141m移动，则固定在薄片体141m上的图案200也一起移动，所以，在按照时间序列取得的多个定点图像上，在包括特定花样200a在内的图案200上，定点Fx的位置相对地变化。因此，移动量演算部213在按照时间序列取得的多个定点图像上，识别定点Fx的相对于图案200的相对的位置，判断其位置的错位，据此，薄片体位置检测装置210能够检测薄片体141m的移动量，即，位置。 [0065] 希望不依赖薄片体141m的位移量的多少，使特定花样200a的一部分或全部存在于定点图像内。因此，希望形成在薄片体141m上的图案200的大小尽可能小。在实施方式中，为使特定花样200a成为比摄像部212摄像的区域小的区域，使图案200的一个单位为大约0.5mm见方，形成异常花样200a。 [0066] 根据本实施方式的放射线治疗装置，因为相对于薄片体不断地向关闭方向和打开方向施加张力，所以，能够提高放射线照射区域的设定精度，且能够大致消除因驱动齿轮而产生的背隙。因此，能够防止向正常组织的放射线照射。再有，因为在照射光圈装置内的有限空间内具有配置通过金属线使多个薄片体独立移动的马达的自由度，所以，能够得到薄片数增加了的高精度的放射线治疗装置。即使在将薄片体向打开方向拉拽的金属线万一被切断的情况下，因为通过恒载荷弹簧的作用，使薄片体向关闭方向移动，所以，不存在薄片体保持为打开的状态的情况，被检查体的安全得以确保。 [0067] 在本实施方式中，因为在一对旋转轴上固定多个恒载荷弹簧，使驱动力作用于仅这个数量的薄片体，所以，与以往的放射线治疗装置相比，能够大幅降低使驱动齿轮旋转的轴的数。再有，因为能够将与薄片体结合的金属线经滑轮恰当地导入照射单元内的空余部位，所以，卷绕马达的配置的自由度飞跃性地提高。因此，能够在照射单元内的无用空间部分配置多个卷绕马达，能够增加薄片体的片数，能够进一步高精度地设定放射线照射区域。 [0068] 根据本实施方式，能够非接触地检测薄片体的位移、位置，能够降低因背隙的影响、齿形轮的磨损造成的位移或位置检测误差。因此，能够与背隙无关地高精度地检测薄片体的位置，能够更切实地设定放射线照射区域。 |
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