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特開2017-29690コリメータ装置、これを用いた放射線治療システム、制御方法およびプログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2017-29690(P2017-29690A)
(43)【公開日】2017年2月9日
(54)【発明の名称】コリメータ装置、これを用いた放射線治療システム、制御方法およびプログラム
(51)【国際特許分類】
A61N 5/10 20060101AFI20170120BHJP
【ＦＩ】
A61N5/10 K
A61N5/10 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】34
(21)【出願番号】特願2016-111954(P2016-111954)
(22)【出願日】2016年6月3日
(31)【優先権主張番号】特願2015-149760(P2015-149760)
(32)【優先日】2015年7月29日
(33)【優先権主張国】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000006747
【氏名又は名称】株式会社リコー
(71)【出願人】
【識別番号】506118216
【氏名又は名称】株式会社アキュセラ
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】吉水 英毅
(72)【発明者】
【氏名】小出 博
(72)【発明者】
【氏名】山本 昌志
(72)【発明者】
【氏名】伊東 正顕
【テーマコード（参考）】
4C082
【Ｆターム（参考）】
4C082AA01
4C082AC02
4C082AE01
4C082AG08
4C082AG12
4C082AG24
4C082AG27
4C082AG51
4C082AJ02
4C082AP08
4C082AP12
4C082AR02
(57)【要約】
【課題】小型軽量な装置構成で高速に動体追跡しながら高精度の放射線照射を行う。【解決手段】電子線を発生する電子銃と、この発生された電子線を放射線に変換するターゲットとを有する放射線治療システムにおいて、ターゲット４を自身の内部に配置して放射線が外部に漏洩することを抑制する第１のコリメータと、この第１のコリメータ内に隙間を有した状態で配置され、放射線を自身の軸心方向に通過させる第２のコリメータとを備え、隙間を利用して第２のコリメータを搖動させる。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子線源から発生される電子線を放射線に変換するターゲットを内部に配置し、前記放射線が外部に漏洩することを抑制する第１のコリメータと、
前記第１のコリメータ内に隙間を有した状態で配置され、前記放射線を自身の軸心方向に通過させる第２のコリメータと、を備え、
前記第１のコリメータ内で前記第２のコリメータを搖動させる構成としたことを特徴とするコリメータ装置。
前記第１のコリメータ内に隙間を有した状態で配置され、前記放射線を自身の軸心方向に通過させる第２のコリメータと、を備え、
前記第１のコリメータ内で前記第２のコリメータを搖動させる構成としたことを特徴とするコリメータ装置。
【請求項2】
請求項１に記載のコリメータ装置において、
前記第２のコリメータ内に交換可能に配置される第３のコリメータ、
をさらに有することを特徴とするコリメータ装置。
前記第２のコリメータ内に交換可能に配置される第３のコリメータ、
をさらに有することを特徴とするコリメータ装置。
【請求項3】
請求項２に記載のコリメータ装置において、
前記第３のコリメータは、前記第２のコリメータの内部空間に嵌合し、前記第２のコリメータと一体的に搖動することを特徴とするコリメータ装置。
前記第３のコリメータは、前記第２のコリメータの内部空間に嵌合し、前記第２のコリメータと一体的に搖動することを特徴とするコリメータ装置。
【請求項4】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のコリメータ装置において、
前記第２のコリメータを２方向に搖動させるための駆動機構と、この駆動機構を制御する駆動機構制御手段と、を含んで成ることを特徴とするコリメータ装置。
前記第２のコリメータを２方向に搖動させるための駆動機構と、この駆動機構を制御する駆動機構制御手段と、を含んで成ることを特徴とするコリメータ装置。
【請求項5】
請求項４に記載のコリメータ装置において、
前記駆動機構制御手段は、前記第２のコリメータの軸心上に前記ターゲットが存在するように前記駆動機構の駆動制御を行うことを特徴とするコリメータ装置。
前記駆動機構制御手段は、前記第２のコリメータの軸心上に前記ターゲットが存在するように前記駆動機構の駆動制御を行うことを特徴とするコリメータ装置。
【請求項6】
請求項４に記載のコリメータ装置において、
前記第２のコリメータの基準位置からの変位量を検出する変位量検出手段を備え、
前記駆動機構制御手段は、前記変位量検出手段によって検出された変位量に基づいて前記駆動機構を制御することを特徴とするコリメータ装置。
前記第２のコリメータの基準位置からの変位量を検出する変位量検出手段を備え、
前記駆動機構制御手段は、前記変位量検出手段によって検出された変位量に基づいて前記駆動機構を制御することを特徴とするコリメータ装置。
【請求項7】
請求項６に記載のコリメータ装置において、
前記変位量検出手段は、前記２方向のうちの第１の方向に沿って配置される第１エンコーダと、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って配置される第２エンコーダの組を少なくとも１組有することを特徴とするコリメータ装置。
前記変位量検出手段は、前記２方向のうちの第１の方向に沿って配置される第１エンコーダと、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って配置される第２エンコーダの組を少なくとも１組有することを特徴とするコリメータ装置。
【請求項8】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のコリメータ装置において、
前記第２のコリメータと結合する部材上に設けた可視光レーザーの光軸を前記第２のコリメータの軸心と一致するように、装置外部に導く光学系を備えたことを特徴とするコリメータ装置。
前記第２のコリメータと結合する部材上に設けた可視光レーザーの光軸を前記第２のコリメータの軸心と一致するように、装置外部に導く光学系を備えたことを特徴とするコリメータ装置。
【請求項9】
請求項４〜７のいずれか一項に記載のコリメータ装置において、
前記駆動機構は、ボイスコイルモータを含むことを特徴とするコリメータ装置。
前記駆動機構は、ボイスコイルモータを含むことを特徴とするコリメータ装置。
【請求項10】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のコリメータ装置において、
放射線の線量および照射方向を計測するための線量計を放射線出射側に設けたことを特徴とするコリメータ装置。
放射線の線量および照射方向を計測するための線量計を放射線出射側に設けたことを特徴とするコリメータ装置。
【請求項11】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のコリメータ装置において、
前記第２のコリメータと当該第２のコリメータに付設される部品で形成されるスイング部の搖動の回転中心を当該スイング部の重心と略一致させたことを特徴とするコリメータ装置。
前記第２のコリメータと当該第２のコリメータに付設される部品で形成されるスイング部の搖動の回転中心を当該スイング部の重心と略一致させたことを特徴とするコリメータ装置。
【請求項12】
請求項１〜１１の内のいずれか一項に記載のコリメータ装置と、
Ｘ線を発生するＸ線管とこのＸ線を平面的に検出するＸ線検出器で形成される組を少なくとも２組と、
前記Ｘ線検出器の検出信号に基づいて、Ｘ線を減衰させるマーカーが予め埋め込まれた患部近傍の動きを求める演算処理手段と、
を備えたことを特徴とする放射線治療システム。
Ｘ線を発生するＸ線管とこのＸ線を平面的に検出するＸ線検出器で形成される組を少なくとも２組と、
前記Ｘ線検出器の検出信号に基づいて、Ｘ線を減衰させるマーカーが予め埋め込まれた患部近傍の動きを求める演算処理手段と、
を備えたことを特徴とする放射線治療システム。
【請求項13】
請求項１２に記載の放射線治療システムにおいて、
前記演算処理手段によって求められた、前記マーカーが埋め込まれた患部近傍の動きを示す情報に基づいて、前記第２のコリメータの搖動を制御することを特徴とする放射線治療システム。
前記演算処理手段によって求められた、前記マーカーが埋め込まれた患部近傍の動きを示す情報に基づいて、前記第２のコリメータの搖動を制御することを特徴とする放射線治療システム。
【請求項14】
電子線を発生する電子線源と、前記電子線を放射線に変換するターゲットと、前記ターゲットを内部に配置して前記放射線が外部へ漏洩することを抑制する第１のコリメータと、前記第１のコリメータ内に隙間を有した状態で配置され、前記放射線を自身の軸心方向に通過させる第２のコリメータと、前記第１のコリメータ内で前記第２のコリメータを搖動させる駆動機構と、この駆動機構を制御する駆動機構制御手段と、を有するＸ線ヘッドと、
ｎ軸（ｎは６以上）移動可能なアームを備えたマニピュレーターと、
を備え、
前記アームの先端部に前記Ｘ線ヘッドが接続されていることを特徴とする放射線治療システム。
ｎ軸（ｎは６以上）移動可能なアームを備えたマニピュレーターと、
を備え、
前記アームの先端部に前記Ｘ線ヘッドが接続されていることを特徴とする放射線治療システム。
【請求項15】
コリメータを制御する方法であって、
電子銃から発生される電子線を放射線に変換するターゲットを内部に配置して前記放射線が外部へ漏洩することを抑制する第１のコリメータの内部に、前記第１のコリメータとの間に隙間を有した状態で、前記放射線を自身の軸心方向に通過させる第２のコリメータを配置し、
前記第１のコリメータ内において前記第２のコリメータを前記放射線の目標照射位置に向けて搖動させる、
ことを特徴とする制御方法。
電子銃から発生される電子線を放射線に変換するターゲットを内部に配置して前記放射線が外部へ漏洩することを抑制する第１のコリメータの内部に、前記第１のコリメータとの間に隙間を有した状態で、前記放射線を自身の軸心方向に通過させる第２のコリメータを配置し、
前記第１のコリメータ内において前記第２のコリメータを前記放射線の目標照射位置に向けて搖動させる、
ことを特徴とする制御方法。
【請求項16】
電子銃から発生される電子線を放射線に変換するターゲットを内部に配置して前記放射線が外部へ漏洩することを抑制する第１のコリメータと、この第１のコリメータ内に隙間を有した状態で配置され、前記放射線を自身の軸心方向に通過させる第２のコリメータと、前記第１のコリメータ内で前記第２のコリメータを搖動させるための駆動機構とを備えた装置に、
前記放射線の目標照射位置を取得させる手順と、
前記第２のコリメータを前記目標照射位置に向けて駆動させる手順と、
を実現させることを特徴とする制御プログラム。
前記放射線の目標照射位置を取得させる手順と、
前記第２のコリメータを前記目標照射位置に向けて駆動させる手順と、
を実現させることを特徴とする制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は照射放射線のコリメータ装置とこれを用いた放射線治療システムに関する。
【背景技術】
【0002】
放射線（例えばＸ線）治療において、照射対象である患部にＸ線を照射する際に、癌細胞のような異常細胞に対してはＸ線を正確に照射する一方、正常細胞に対しては可能な限りＸ線を照射しないようにする必要がある。しかし、人間の体内に発生する癌の形状は様々なものがあり、また、Ｘ線照射対象である人間は生命体であるため、横臥状態等の安静時であっても微弱な体動（体が動くこと）がある。この体動は、肺、心臓などの内臓などの動き（呼吸、心拍など）に基づくものである。
【0003】
このような動く臓器に追随する「動体追跡」を行うための構成としては、Ｘ線を発生するＸ線発生部およびＸ線コリメータなどを動かすことによって、Ｘ線の照射野を患部体動に追随させるものが考えられていた。特許文献１には、「患者の患部を透過した透過Ｘ線を検出する線状検出器を移動させると共に、Ｘ線照射野を制限する可動コリメータを移動させ、透過Ｘ線を線状検出器の検出幅内に限定する放射線治療装置」が開示されている。特許文献２には、「斜め方向のスリット孔を持つ第１、第２の定位法（定位放射線治療法）用コリメータリーフを照射視野形成用コリメータに取り付け、この第１、第２の定位法用コリメータの移動によりスリット孔の交点で形成されるコリメート孔の位置制御を図るようにした定位的放射線治療装置」が開示されている。これらは、左右一対のコリメータを適切に移動制御して必要な照射野を得るようにした装置である。
【0004】
特許文献３には、「電子線の発生源と偏向電磁石とを真空ロータリージョイントで結合し、ターゲットやコリメータを備える照射ヘッドを保持するガントリーアームを含む装置であって、ガントリーアームの回転軸と平行で仮想線源位置を通る軸を中心にして上記照射ヘッドを首振り運動させる回転手段を設け、更に、電子線の進行方向に線源位置を中心とする円弧状に可変絞り装置を移動可能とする手段を備えた放射線治療装置」が開示されている。この装置によれば、ガントリーアームの回転軸と並行な軸を中心にして照射ヘッドが首振り回転運動すると共に、ガントリーアーム回転軸方向においてコリメータが移動するので、２方向において絞りが移動制御される。この結果、患者の体動に対しても適切にＸ線を照射することができる。
【0005】
特許文献４、特許文献５には、「治療用Ｘ線発生源が、互いに直交する２つの回転軸を備えた回転機構を介して支持台に固定され（ジンバル機構）、上記治療用Ｘ線発生源から出射されるＸ線が上記回転機構によって、その照射軸がアイソセンタに向くように指向制御され、また、上記治療用Ｘ線発生源はそれとは別に、位置決め機構を介して上記支持台に対して２軸方向に位置調整される放射線照射装置」が開示されている。この装置によれば、回転機構、位置決め機構の調整によって、Ｘ線の照射軸と支持台に固定されているコリメータの中心軸とがアイソセンタに指向制御されるので、患部形状に応じた放射線照射領域を設定した上で当該患部に放射線を照射することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献１、特許文献２に記載の装置によれば、左右一対のコリメータを単に１方向に移動制御するものであり、コリメータ移動の高速性や所要の照射野の形成精度等を考慮した装置とはなっていなかった。特許文献３に記載の装置によれば、電子線発生源が設けられたガントリーアームと、ターゲットやコリメータが設けられた照射ヘッドとを真空ロータリージョイントで結合しているので、機械系の「がたつき」等によるＸ線照射系の機械的不安定性は少なからず存在する。また、照射ヘッドを首振り運動させるための首振り運動中心位置と照射ヘッドにおけるコリメータの移動中心位置とが離れているため、所要の照射野を形成するためには非常に高精度な機械系精度が要求される。さらに、偏向電磁石、ターゲット、コリメータ等を含む照射ヘッドは重いので高速性の実現は難しい。以上のことを勘案するとこれらの従来技術によればたとえ２次元の首振りを行うにしても「動体追跡」を行うことは難しい。
【0007】
特許文献４、特許文献５に記載の装置によれば、治療用放射線を放射する治療用Ｘ線発生源全体がそのＸ線照射軸を２軸の周りに回動して指向角を制御することが可能な「ジンバル構造」で構成されており、装置規模が大きく装置の重量も非常に重い。このため指向角制御の高速性を実現するのは難しく動体追跡を高速に行うこと等が難しかった。
【0008】
本発明は、かかる従来の課題を解決するためになされたもので、高速に動体追跡しながら高精度の放射線照射を可能とするコリメータの構成とその適用技術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】
この目的を達成するために、コリメータ装置は、電子線源から発生される電子線を放射線に変換するターゲットを内部に配置して前記放射線が外部に漏洩することを抑制する第１のコリメータと、
前記第１のコリメータ内に隙間を有した状態で配置され、前記放射線を自身の軸心方向に通過させる第２のコリメータと、を備え、
前記第１のコリメータ内で前記第２のコリメータを搖動させることを特徴としている。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、高速に動体追跡しながら高精度の放射線照射が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】放射線治療システム１等を用いた処理手順概要の模式的説明図である。
【図2】Ｘ線ヘッド１００の主要部の模式的構成図である。
【図3】Ｘ線生成部の模式的構成図である。
【図4】首振り角度検出部３０の模式的構成図である。
【図5】首振り制御の制御部の基本ブロック図である。
【図6】首振り動作におけるＦＢ制御の説明図である。
【図7】首振り制御の制御部の詳細例のブロック図である。
【図8】Ｘ線ヘッド１００を組み込んだＸ線照射装置の正面図である。
【図9】Ｘ線ヘッド１００を組み込んだＸ線照射装置の斜視図である。
【図10】Ｘ線ヘッド１００を組み込んだＸ線照射装置の平面図ある。
【図12】上方向に首振り時のＸ−Ｘ断面図である。
【図13】下方向に首振り時のＸ−Ｘ断面図である。
【図14】首振り動作の説明図である。
【図15】放射線治療システムの外観の模式的な説明図である。
【図16】Ｘ線画像撮像原理およびＸ線透過画像の模式的な説明図である。
【図17】イメージャーの配置の説明図である。
【図18】Ｘ線照射位置決定のための新たな座標系を説明する図である。
【図19】エンコード方式の首振り角度検出器を用いる構成例を示す図である。
【図20】リニアエンコーダとボイスコイルモータの位置関係を示す図である。
【図21】リニアエンコーダの拡大図である。
【図22】リニアエンコーダのセンサ情報に基づく首振り角度の検出を説明する図である。
【図23】第３のコリメータを用いる構成例を示す図である。
【図24】第２のコリメータの内部に第３のコリメータを挿入した状態を示す図である。
【図25】首振り駆動制御を行う制御系のハードウェア構成図である。
【図26】コリメータの首振り動作制御の基本フローである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
実施形態の具体的な構成を説明する前に、本発明の特徴事項を簡単に説明する。（１）実施形態のコリメータ装置は、電子線源から発生される電子線を放射線に変換するターゲット（４）を内部に配置して前記放射線が外部に漏洩することを抑制する第１のコリメータ（１０）と、
前記第１のコリメータ（１０）内に隙間（ＯＰ）を有した状態で配置され、前記放射線を自身の軸心方向に通過させる第２のコリメータ（２０）と、を備え、
前記第１のコリメータ内で前記第２のコリメータを首振り動作させる。
【0013】
「電子線源」としては一般的な電子銃等を用いれば良い。電子線を加速管等を用いて加速して「ターゲット」に衝突させて、Ｘ線等の放射線を発生させる。この際、マグネトロン等で発生させた高周波電磁波を加速管に導入することによって電子線を加速する。
【0014】
第２のコリメータは、第１のコリメータの内壁との間に隙間を有した状態で第１のコリメータの内部に配置され、この隙間を利用して第２のコリメータを首振り動作させて対象物を走査（スキャン）するように放射線照射を行う。
【0015】
第２のコリメータは放射線を絞って所要の照射野を形成し、第１のコリメータは、発生した放射線が外部へ漏洩することを抑制する。しかも、コリメータ装置全体を首振り動作させるのではなく、第１のコリメータ内で第２のコリメータだけを首振り動作させるので高速な首振り動作が可能となる。この結果、患部体動に追従させて連続的にＸ線照射が可能になって高精度な動体追跡が可能となる。
【0016】
第２のコリメータの内部に交換可能に挿入される第３のコリメータを用いてもよい。第２のコリメータの内部に第３のコリメータを交換可能に入れ込むことで、照射野を所望の形状に調整または絞り込むことが可能である。第３のコリメータを第２のコリメータのコリメート空間に嵌合させることで、第２のコリメータの首振り運動にともなって、第３のコリメータは第２のコリメータと一体的にスイングする。（２）コリメータ装置は、前記第２のコリメータを２方向に首振り動作させるための駆動機構（２５）と、この駆動機構を制御する駆動機構制御手段と、を有する。この結果、所望の位置に照射野を形成することができる。駆動機構は、照射野の様々なパターンに対応可能となるため、第２のコリメータを少なくとも直交２方向に搖動させる構成とすることが好ましい。
（３）第２のコリメータの軸心上に前記ターゲット（４）が存在する構成であることが好ましい。第２のコリメータの軸心上にターゲットが常時存在する構成となるので、患部への放射線の照射を正確に行うことが可能となる。たとえば、照射野形状、照射方向、照射線量等を所望のものにすることができる。
（４）コリメータ装置は、前記第２のコリメータの基準位置からの変位量を検出する変位量検出手段（３０Ａ、３０Ｂ）を備え、前記駆動機構制御手段は、この変位量検出手段によって検出された変位量に基づいて前記駆動機構を制御することもできる。ここに変位量は角度や距離等である。
【0017】
この構成によれば、駆動機構制御手段は、変位量検出手段によって検出された変位量に基づいて駆動機構を制御するので、第２のコリメータの基準位置からの変位量をフィードバックして首振り動作制御を安定に行うことができる。前記変位量検出手段としてオートコリメータやエンコーダセンサを用いることができる。（５）コリメータ装置は、前記第２のコリメータと結合されている適宜な部材上に設けられた可視光レーザーの光軸を前記第２のコリメータの軸心と一致させて放射線とともに可視光を装置外部に導く光学系を備えてもよい。この構成によれば、光学系で可視光レーザーの光軸を第２のコリメータの軸心と一致させて同軸のビームを装置外部に導くので、例えば赤色の可視光が、第２のコリメータの軸心を通って患部方向に照射される放射線の患部表面への入射位置を目視によって把握することが可能になる。
（６）前記駆動機構は、ボイスコイルモータ（１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ）を含んでもよい。この構成によれば、ボイスコイルモータを有する駆動機構が、第２のコリメータを首振り駆動するので、高速で高精度の首振り動作を行うことが可能となる。
（７）コリメータ装置では、放射線の線量および照射方向を計測するため線量計、例えばイオンチェンバ（２７）を前記第２のコリメータの放射線出射側に設けることもできる。この構成によれば、放射線の線量を計測するためのイオンチェンバを放射線出射側に設けているので、第２のコリメータが首振り動作しながら線量を計測することが可能となる。また、線量分布等を参照して放射線の照射方向を計測することも可能である。
（８）前記第２のコリメータとこれに付設される部品とで形成されるスイング部の首振り動作の回転中心を前記スイング部の重心と略一致させた構成とすることが好ましい。スイング部の首振り動作の回転中心とスイング部の重心とが略一致しているので、重力を含んだ加速度の作用によってスイング部が勝手に振れ回らなくなる。また、放射線治療装置を６軸マニピュレーターに搭載した場合において、この６軸マニピュレーターが動いたとしても、スイング部にはこの動きによる振れ回りが発生しにくくなる。なお、ここで「略一致」は完全に一致する場合でなくても含む趣旨であり、「付設される部品」とは例えば「駆動機構」、「変位量検出手段」、「イオンチェンバ」などである。
【0018】
また、前記第２のコリメータとこれに付設される部品とで形成されるスイング部の各部品の首振り回転中心の周りの慣性モーメントが均等になることも好ましい。この構成によれば、スイング部の各部品の首振り回転中心の周りの慣性モーメントが均等になるので、第２のコリメータを首振り動作する際の加速・減速時の加速トルク変動が少なくなり安定性が良くなる。ここで、付設される部品とは上記と同様である。（９）上述したコリメータ装置は放射線治療システムに適用可能である。この場合、放射線治療システムは、Ｘ線を発生するＸ線管とこのＸ線を平面的に検出するＸ線検出器の組を少なくとも２組用い、２個のＸ線検出器の検出信号に基づいて、Ｘ線を減衰させるマーカーが予め埋め込まれた患部近傍の動きを特定する。この構成によれば、２個のＸ線検出器の検出信号に基づいて、患部近傍の体動等を精度良く求めることが可能になる。
（１０）マーカーが埋め込まれた患部近傍の動きを示す情報に基づいて、コリメータ装置の駆動機構制御手段が前記駆動機構を制御することで、マーカーが埋め込まれた患部近傍の動きに動体追跡するようにして第２のコリメータを首振り駆動することができる。マーカーの動きに基づいて体動を検出する替わりに骨や臓器の動きを画像処理（輪郭抽出等）して体動検出を行うことも可能である。
（１１）本発明の他の態様では、放射線治療システムは、
電子線を発生する電子線源（２）と、前記電子線を放射線に変換するターゲット（４）と、前記ターゲット（４）を内部に配置して前記放射線が外部に漏洩することを抑制する第１のコリメータ（１０）と、前記第１のコリメータ内に隙間を有した状態で配置され、前記放射線を自身の軸心方向に通過させる第２のコリメータ（２０）と、前記第１のコリメータ（１０）内で前記第２のコリメータ（２０）を首振り動作させる首振り駆動機構（２５）と、この首振り駆動機構を制御する駆動機構制御手段と、を有するＸ線ヘッド（１００）と、ｎ軸（ｎは６以上）移動可能なアーム（２１０）を有するマニピュレーター（２００）と、を備え、前記アームの先端部に前記Ｘ線ヘッドが接続されている。
【0019】
この発明によれば、マニピュレーターは、Ｘ線ヘッドをその先端部に接続したアームを例えば６軸移動できるので、Ｘ線照射開始等にＸ線ヘッドを所望の位置に移動させることができる。多方向照射による健常組織への被ばくを低減できるので、治療回数が低減され治療効率が向上する。（１２）本発明の他の態様では、コリメータを制御する方法が提供される。この制御方法は、
電子銃から発生される電子線を放射線に変換するターゲットを内部に配置して前記放射線が外部へ漏洩することを抑制する第１のコリメータの内部に、前記第１のコリメータとの間に隙間を有した状態で、前記放射線を自身の軸心方向に通過させる第２のコリメータを配置し、
前記第１のコリメータ内において前記第２のコリメータを前記放射線の目標照射位置に向けて搖動させる。この発明にあっても、第１のコリメータ内において第２のコリメータを首振り動作させるので、患部体動に追従させて連続的にＸ線照射が可能になって高精度な動体追跡が可能となる。
（１３）本発明の他の態様によれば、電子銃（２）から発生される電子線を放射線に変換するターゲット（４）を自身の内部に配置して前記放射線が外部に漏洩することを抑制する第１のコリメータ（１０）と、この第１のコリメータ内に隙間を有した状態で配置され、前記放射線を自身の軸心方向に通過させる第２のコリメータ（２０）と、前記第１のコリメータ（１０）内で前記第２のコリメータ（２０）を首振り動作させるための駆動機構（２５）と、を備えた装置に、
前記駆動機構を制御する機能を実現させるためのプログラムが提供される。
【0020】
このプログラムによれば、第１のコリメータ内に隙間を有した状態で配置されて放射線を自身の軸心方向に通過させる第２のコリメータを走査する駆動機構を制御する「制御機能」を実現することができる。首振り動作させるのは第２のコリメータだけなので高速動作でき、この首振り動作によって照射対象物に対する照射エリアを所要の形状にしながら動体追跡が可能となる。
【0021】
実施形態等で発明の構成要素に付された符号は実施形態との整合性を明確にするためであり、権利範囲の広さを限定的にしたものでは無い。
【0022】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、実施形態の放射線治療システム１を用いた放射線治療手順の模式的説明図である。最初に図１を参照しつつ放射線治療概要を説明することによって、本発明の理解を容易にする。以下では放射線の一例としてＸ線を例にとり説明する。（放射線治療手順概要）
（Ａ）放射線治療を実施する患者Ｐの患部付近に単数または複数個の放射線を減衰させる材料のマーカー、例えば金マーカーＧを埋め込む。図中においては、便宜上、１個のマーカーのみを示している。金マーカーＧは、一例として、金（Au）を材料として製造される直径「１．５（mm）」程度の球体であり、Ｘ線はこの金マーカーＧで減衰されて透過できない。このことを利用してＸ線画像中で患部を特定する。（Ｂ）金マーカーＧの固定が確認された後、ＣＴ（Computer Tomography）装置によって、患者ＰのＣＴ撮影を行ってＣＴ画像データを得る。
（Ｃ）治療計画装置で上述のＣＴ画像データを基にした患者ＰのＸ線治療計画を作成する。具体的には、（Ｃ−１）オペレータ（医師等）により患部のＲＯＩ（Region Of Interest：注目画像領域）と目標とする線量分布とが入力され、（Ｃ−２）治療計画ソフトウエアによって、最適な照射方向と線量、及びＸ線ヘッド１００（本発明の主要部が含まれる）のターゲット移動パスを演算させる。患者Ｐの患部に対するＸ線照射方向・線量等を計画したものが「Ｘ線治療計画」である。
（Ｄ）オペレータは、放射線治療システム１の全体制御コンソールに、作成された治療計画データをダウンロードする。（Ｅ）カウチ１９０に患者Ｐを乗せて位置決めを行う。（Ｆ）オペレータは放射線治療システム１を操作し、治療用Ｘ線を患者Ｐに照射する。この時、Ｘ線は治療計画装置に従って、最適化された線量・方向でＸ線が照射される。具体的には、６軸マニピュレーター２００がＸ線ヘッド１００を指定された位置まで移動し、更に、「患者（患部）表面の動き・心臓の鼓動・呼吸の位相」のそれぞれを、不図示の「体表面監視カメラ・心臓鼓動監視装置・呼吸位相監視装置」のそれぞれで測定し、患部の動きを補償する制御の演算処理のデータとして使う。（Ｇ）治療は完了して、患者Ｐをカウチ１９０から降ろし、治療室から退出させる。以上の工程（Ａ）〜工程（Ｇ）がＸ線治療手順の概要である。
【0023】
上述した工程（Ｆ）において、Ｘ線の患部への照射時には患者Ｐの体動があるため、作成したＸ線治療計画通りにはＸ線は患部に照射されない。例えば患者Ｐに肺癌があり、この肺に存在する患部（肺癌部）に対してＸ線を照射する場合には、呼吸によって患部が変位するので患部に対する正確なＸ線照射にはならない。このため、実施形態では図２を参照して後述するように、Ｘ線ヘッド１００に含まれる第２のコリメータ（セカンダリコリメータ）２０を第１のコリメータ（プライマリコリメータ）１０内において、少なくとも、１方向又は直交する２方向（１次元又は２次元）で首振り運動させる。これにより、移動する患部に追従させながらＸ線を連続照射する。動体追跡を行えるので正確なＸ線照射が実現可能となる。
【0024】
Ｘ線照射時には、６軸マニピュレーター２００によってＸ線ヘッド１００を適切な位置まで３次元移動するとともに適切な方向に向け、Ｘ線ヘッド１００内の第２のコリメータ（セカンダリコリメータ）２０（図２等に図示）を首振り運動させる。６軸マニピュレーター２００のアーム２１０の先端部にはＸ線ヘッド１００が接続されている。アーム２１０は３軸方向への並進移動およびこの３軸周りの回転移動が可能であり、Ｘ線ヘッド１００を所望の位置まで移動させ、Ｘ線ヘッドから出射されるＸ線を所望の方向に向けることが可能である。６軸マニピュレータ２００の動作とＸ線ヘッド１００の位置は、制御装置１２０によって制御される。制御装置１２０は、全体制御部７０と、サブユニットコントローラー８０を含む。これらの制御動作については図７を参照して後述する。
【0025】
放射線治療システム１は、Ｘ線管５０ａ、５０ｂと、これに対応するＦＰＤ（Flat Panel Detector：フラットパネルディテクタ）６０ａ、６０ｂを含む。Ｘ線管５０ａ、５０ｂから放射されるマーカー位置検出用Ｘ線は、それぞれ対応するＦＰＤ６０ａ、６０ｂによって検出されディジタル信号に変換される。２組のＸ線管５０ａ、５０ｂからのそれぞれのＸ線放射方向が直交することが望ましいが、必須ではない。ＦＰＤ６０ａ、６０ｂのそれぞれのＸ線検出画像には、Ｘ線を減衰させる金マーカーＧの影ができる。例えば金マーカーＧの影の中心を画像処理等で求めてＣＴ画像情報と併せて患部の体動位置情報を算出し、この算出した体動位置情報に基づいて、第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）を首振り制御することで、照射野を体動に追従させる。なお、図１中の制御装置１２０は放射線治療システム１を動作制御するための制御装置を纏めて記載したもので６軸マニピュレーター２００の制御系も含んでいる。（Ｘ線ヘッド１００の構成）
図２はＸ線ヘッド１００のＸ線発生部と照射野形成部の主要部分の模式的な構成図である。Ｘ線ヘッド１００の少なくとも一部が、コリメータ装置１０１Ａを形成する。第１のコリメータ（プライマリコリメータ１０）は、一点鎖線で示す方向にその中心軸を有し、この軸心（中心軸）に対して対称な形状を呈している。第１のコリメータ（プライマリコリメータ１０）の軸心方向が、加速される電子線の進行方向となるように、加速管３、ターゲット４などが第１のコリメータ（プライマリコリメータ１０）内部に設けられている。加速管３やターゲット４の中心軸はプライマリコリメータ１０の軸心に一致する。第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）は、第１のコリメータ（プライマリコリメータ１０）内に隙間（ＯＰ）を有した状態で配置され、Ｘ線を自身の軸心方向に通過させる。図中、ターゲット４から紙面の横方向に延びる太線の矢印はＸ線の放射を示す。第１のコリメータ（プライマリコリメータ１０）、第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）、ターゲット４は、例えばタングステン（Ｗ）などの金属材料を用いて製造される。
【0026】
第２のコリメータ（セカンダリコメータ２０）の出射側には、Ｘ線線量を計測するための線量計、例えばイオンチェンバ２７が設けられている。また、第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）に結合されている適宜な部材上には、レーザー可視光（例えば赤色光）を出力する照準用レーザーユニット５が設けられている。照準用レーザーユニット５から発射されるレーザー可視光の進行方向は、ミラー６、ミラー７等の光学系によって、Ｘ線放射方向と重なるように設定されている。したがって、レーザー可視光が当たっている患部表面を観察すれば、Ｘ線の入射位置がわかる。
【0027】
可動部材ＭＶに設けられた首振り駆動機構２５が可動部材ＭＶを移動させ、可動部材ＭＶに接続された第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）を、矢印Ａで示した方向にスイングさせる。第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）の軸心上にターゲット４が存在する構成とする。例えば、ターゲット４を中心とする球面をもつ第１のコリメータ（プライマリコリメータ１０）の当該球面と、第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）が結合された可動部材ＭＶの間にベアリングを設ける。ベアリングは、例えば２自由度動作ができるように円弧状曲線運動軸受を２方向に備えた結合部材であり、可動部材ＭＶを保持するとともにターゲット４を回転中心とした第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）の円滑な首振り動作を可能とする。首振り駆動機構２５を駆動制御することで、患部への放射線の照射を正確に行うことが可能となる。また、変位量検出手段の一例として、首振り角度検出部３０Ａが設けられる。首振り角度検出部３０Ａは、基準位置からの第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）の首振り変位量（首振り角度）を検出して首振り角度情報として出力する。（首振り角度検出部３０Ａ）
図４は首振り角度検出部３０Ａの模式的構成図である。首振り角度検出部３０Ａは、検出ユニット３１と、反射ミラー３５を有する。反射ミラー３５はたとえば図２に示すように可動部材ＭＶ上に配置される。検出ユニット３１内の半導体レーザー３２から出力されるレーザー可視光はコリメータレンズ３４によって平行光にされてハーフミラー３６を透過し、反射ミラー３５によって反射され、再度ハーフミラー３６で反射される。この反射光は受光レンズ３７によって、ＣＣＤ等の受光素子３８上に結像される。図４では基準時（例えば第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）の首振り動作がされない場合）の光路を実線で示している。これに対して、首振り角度検出部３０が傾く即ち首振り動作がされると、点線で示す光路となって受光素子３８上での結像位置が移動する。
【0028】
具体的には、首振り角度検出部３０Ａがその基準角度から「α」だけ傾くと、点線で示す光路は実線で示す光路に対して「２α」傾き、受光素子３８上の結像位置が移動する。そして、信号処理部３９は、受光素子３８からの信号を処理して首振り角度検出部３０Ａの傾きを演算して首振り角度の情報を出力する。首振り角度検出部３０Ａの傾きに応じた受光素子３８上の結像位置等の情報を予めテーブル化しておいて、受信信号がテーブル化された情報に最も近いものに基づいて、首振り角度検出部３０Ａの傾き即ち第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）の首振り角度を検出・出力してもよい。この構成を用いると信号処理部３９のソフトウエア・ハードウエア構成が簡素になり好ましい。コリメータレンズ３４によって半導体レーザー３２から出力される光を平行光にしているため、反射ミラー３５の法線方向に検出ユニット３１が移動したとしても、受光素子３８の結像情報には影響が少ない光学系となっている。図８、図９および図１０に示すように、検出ユニット３１をブラケット１８０を介してＸ線ヘッドベース３００に固定し、反射ミラー３５を可動部材ＭＶ（図８のスイングベース１７０）上に設け、その他の光学系部材（半導体レーザー３２、コリメータレンズ３４、ハーフミラー３６、及び受光レンズ３７）とＣＣＤ系の受光素子３８をＸ線ヘッド１００の内蔵筐体上に設置する構成を取ることも可能である。後者の形態は首振り可動部が軽量にできるという利点がある。受光素子３８としてＣＣＤに替えてＣＭＯＳセンサを用いてもよい。
【0029】
図２に戻り、電子銃２（図３参照）から発射された電子線は、加速管３によって加速されてターゲット４に衝突し、この結果、電子線がＸ線に変換される。ターゲット４によって発生されたＸ線は、第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）によって照射エリアが絞られて、患部に対する所要の照射野を形成することが可能となる。さらに、第１のコリメータ（プライマリコリメータ１０）によって、ターゲット４によって発生されたＸ線が外部へ漏洩することを抑制できる。
【0030】
首振り駆動機構２５を駆動制御することによって、可動部材ＭＶが、矢印Ａで示した両方向（図面上下方向）に移動するので、第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）は図面上下方向に首振り動作を行う。基準位置からの首振り量である首振り変位量（首振り角度）は、首振り角度検出部３０によって検出される。検出された首振り変位量を例えばフィードバックして首振り動作を行うようにし、かつ制御動作の安定化を図っている。なお、図面上下方向の首振り動作（１次元動作、１方向動作）以外に図面の表裏方向にも可動部材ＭＶを動かすことによって、第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）を図面に対して垂直な方向（表裏方向）にも首振り動作を行うことが可能となる。
【0031】
つまり、第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）の２方向（２次元）での首振り動作が可能となる。この２次元首振り駆動は方向別に設けた首振り駆動機構で行うことも可能である。また、首振り変位量の検出・出力についても、一つの首振り角度検出部３０で行うことも可能であるし方向別に設けた検出部で行うことも可能である。首振り駆動機構２５として例えばボイスコイルモータを用いることで、高速・高精度の首振り動作を行うことが可能となる。以上に示すように、Ｘ線ヘッド１００は、電子銃２、加速管３、ターゲット４、照準用レーザーユニット５、第１のコリメータ（プライマリコリメータ１０）、第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）、首振り駆動機構２５、首振り角度検出部３０、Ｘ線ヘッド内コントローラー９０（図５参照）等を主要な構成要素として構成される。（Ｘ線発生部）
図３はＸ線ヘッド１００内で特に電子線の発生部と加速部とＸ線発生部の模式的な構成図である。電源・制御ユニット１０５は、所要の箇所に電源供給を行ったり、制御信号を与えたりする。電子銃２には電子銃駆動電力が供給されていて、イオンポンプ４５の駆動によってその内部が真空雰囲気とされる。加速管３は、その管内において、電子銃２が発射した電子線を加速する。加速管３内はイオンポンプ４３の動作によって真空雰囲気とされる。ステアリングコイル１１は電子線の加速方向を微調整するための磁界印加を行うためのコイルである。
【0032】
加速管３の端部（図面右側）近傍にはターゲット４が埋め込まれており、電子線が衝突するとＸ線を生成するので、このターゲット４は「電子線−Ｘ線」変換手段となる。発生されたＸ線は、首振り動作を行う第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）で所要の照射野にされるのは、先に説明した通りである。図３では、照準用レーザーユニット５から出力されるレーザー可視光をミラー６、７（図２参照）で導いて、Ｘ線軸（Ｘ線の進行方向中心軸）とレーザー光の光軸（レーザービームの中心軸）とが重なるようにしている様子を図示している。冷却水分配器１８０からの冷却水は、流量調整バルブでその供給量が調整されて所要の箇所に供給される。特にターゲット４、加速管３、マグネトロン４０、サーキュレータ４２等には温度が一定の冷却水が供給される。
【0033】
マグネトロン高電圧パルスがパルストランス１５４に供給されると、このパルストランス１５４の高電圧がヒータートランス１５６を介してマグネトロン４０に印加されて、マグネトロン４０は高周波電磁波を生成出力する。なお、イオンポンプ４６の動作によって、マグネトロン４０近傍は真空雰囲気とされている。
【0034】
マグネトロン４０によって生成出力された電磁波は、Ｅベンド、フレキシブル導波管、Ｈベンド、サーキュレータ４２、Ｈベンド、カプラ４４等の導波管デバイスを通り、ＲＦ窓１５を介して加速管３に導入される。ＡＦＣ位相検出部１５２は、カプラ４４の２端子を利用して導波デバイス内を導波される進行波と反射波の位相差を検出し、マグネトロン４０のキャビティに接続されているＡＦＣモータ駆動部１５０は、この検出された位相差に応じて、キャビティの大きさを制御して、発振周波数を変更制御する。この結果、ＡＦＣ（Auto Frequency Control）、つまり高周波電磁界の周波数偏移をフィードバックして周波数安定制御が行われる。
【0035】
加速管３内には、ＲＦ窓１５から高周波電磁波が導入されるとその管（tube）の中心軸に沿って加速に適した電場が形成され、電子線が加速される。電子銃２から出力される電子線は、加速管３内に生成される高周波電磁界によって加速されてターゲット４に衝突し、Ｘ線が生成される。なお、本出願人等が出願（共同出願）して公開された公開公報「特開2008−198522」には、このようなリニアック型のＸ線発生部の原理等について記載しており、ターゲット４に向けて発射する電子線のスポット径を１（mm）以下としターゲット４がＸ線案内孔（孔径0.6（mm）以下）を有するコリメータを備えた構成とすれば、高エネルギーでビームスポット径の小さなＸ線を発生できることを確認している。（制御系の構成）
図５はＸ線ヘッド１００の首振り制御の制御部の基本ブロック図、図６は、首振り制御の基本原理、図７は放射線治療システム１全体での首振り制御の概略ブロック図である。図５に示すように、第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）の２次元の首振り角を示す情報「θｘ，θｙ」が供給されると、Ｘ線ヘッド内コントローラー９０は、Ｘ軸方向首振り駆動機構９４、Ｙ軸方向首振り駆動機構９６に指令を与える。この結果、Ｘ軸方向首振り駆動機構９４、Ｙ軸方向首振り駆動機構９６のそれぞれは、第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）のＸ軸方向の首振り角、Ｙ軸方向の首振り角が「θｘ，θｙ」となるように駆動制御される。これが制御系の基本的な構成である。
【0036】
図６に示すように、Ｘ線ヘッド内コントローラー９０のボイスコイルモータドライバ９２が、生成された制御信号に応じてボイスコイルモータ１５０を制御することによって首振り動作が行われる。首振り角度検出部３０Ａによってこの首振り角度が検出され、この検出角度とサブユニットコントローラー８０から与えられた角度指令値とが比較されてその偏差を吸収するようにフィードバック制御される。この構成により制御の安定性が図られる。
【0037】
図７は放射線治療システム１の制御系の構成例である。全体制御部７０は、追尾コントローラー７１とタイミングコントローラー７２とを有する。タイミングコントローラー７２はシステム内の各デバイスの同期を取るための同期信号を生成し、６軸マニピュレーター２００、イメージャー６５、サブユニットコントローラー８０等に供給する。なお、イメージャー６５は、図１のＸ線管５０とＦＰＤ６０を１組としたもので（Ｘ線管50a，ＦＰＤ60aの組と、Ｘ線管50b，ＦＰＤ60bの組）、Ｘ線画像取得のためのデバイスである。追尾コントローラー７１は、６軸マニピュレーター２００からＸ線ヘッド１００の座標（x，y，z，yaw，roll，pitch）の供給を受ける。
【0038】
６軸マニピュレーター２００は、常にＸ線ヘッド１００をアイソセンタ（治療中心）に向けるように動作する。ここで座標系はアイソセンタを原点として平面上２方向にx、y軸をとり、鉛直方向にＺ軸をとる。「yaw」はz軸回りの回転量、「roll」はx軸回りの回転量、「pitch」はy軸回りの回転量である。また、追尾コントローラー７１は、イメージャー６５から照射ターゲットの座標（x，y，z）の供給を受ける。そして、サブユニットコントローラー８０は、追尾コントローラー７１から首振り角度設定情報（θｘ，θｙ）の供給を受けて、Ｘ線ヘッド１００に内蔵されるＸ線ヘッド内コントローラー９０に首振り角度設定情報（θｘ，θｙ）を供給する。（制御動作）
（１）全体制御部７０の追尾コントローラー７１は、６軸マニピュレーター２００から、Ｘ線ヘッド１００の座標（x，y，z，yaw，roll，pitch）を受け取る。追尾コントローラー７１はまた、イメージャー６５から、照射ターゲットの座標（x，y，z）を受け取る。追尾コントローラー７１は、受け取ったＸ線ヘッド１００の現在座標および照射ターゲット座標に基づいて、第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）のあるべき首振り角度を演算して求める。
（２）全体制御部７０の追尾コントローラー７１は、求めた首振り角度を首振り角度設定情報として、Ｘ線発生部のサブユニットコントローラー８０に送信する。サブユニットコントローラー８０は、受信した首振り角度設定情報をＸ線ヘッド１００内のＸ線ヘッド内コントローラー９０に送信する。
（３）Ｘ線ヘッド内コントローラー９０が首振り角度設定情報を受信し、フィードバック制御のための演算処理を行って、ドライバー回路を通してこれを首振り駆動機構２５に渡す。首振り駆動機構２５は、受け取った首振り角度設定情報に基づく首振り角度になるように第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）を駆動する。なお、図中、Ｘ線ヘッド１００内の「照射野形成部」は、第１のコリメータ（プライマリコリメータ１０）、第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）、首振り駆動機構２５等の照射野形成機能を有する部分である。
【0039】
以上の動作（１）〜（３）が繰り返されることによって、常にＸ線軸が照射ターゲットに向けられるのでたとえ体動があったとしても、コリメータ首振り動作によって患部への適切なＸ線照射が実現できる。図７の右下側に、患者Ｐの照射ターゲットＴ（照射目標である患部）が、基準コリメータ軸心から離れたとしても、コリメータ首振り動作（図面上下方向）によって、Ｘ線軸が追従する様子が太線で示されている。これらの一連の動作は、全体制御部７０のタイミングコントローラー７２が生成出力する同期信号に従ってリアルタイムに実行されるので、動体追跡を高速に行うことが可能である。（画像処理）
図１６及び図１７を参照して、イメージャー６５の画像処理動作を説明する。図１６（ａ）はＸ線透視撮影の原理図である。Ｘ線透過画像では、正常組織と癌患部とのコントラストの差がないため、癌患部を直接見ることができない。そこで、癌患部付近に直径１．５（mm）程度の金マーカーＧを挿入してこれを観測する。１組のＸ線管とＦＰＤ（Flat Panel Detector）とを、２組（Ｘ線管５０ａ、ＦＰＤ６０ａの組と、Ｘ線管５０ｂ、ＦＰＤ６０ｂの組）用意する。それぞれの組のＸ線管５０ａ、５０ｂからのＸ線軸（Ｘ線の進行方向中央軸）が直交するように設定するのが望ましいが、必ずしもこの例に限定されない。図１６（ｂ）は、ＦＰＤ６０ａ、６０ｂが検出したＸ線画像例である。これを解析処理することにより、ＦＰＤの座標系（（η、ξ）座標系）において金マーカーＧの中心座標を得ることができる。なお、ここでは２組のＸ線管とＦＰＤとを利用して画像処理を行う場合を例に取り説明するが、３組以上のＸ線管とＦＰＤとを利用してより高精度の画像処理を行うことも可能である。
【0040】
二つの画像の４個の座標(η１、ξ１)と(η２、ξ２)とに基づいて、金マーカーＧの中心の三次元座標（ｘ、ｙ、ｚ） を得ることができる。即ち、「（ｘ、ｙ、ｚ）＝ｆ（η１、ξ１ 、η２、ξ２）」となる。関数ｆを適切に決めて、最後はキャリブレーションにより調整を行えば、金マーカーＧの座標が精度良く計測できる。実際の治療で必要な情報は，金マーカーＧの座標ではなく、癌患部の座標であるが、金マーカーＧと癌患部との位置関係は、ＣＴ 画像を用いて予め治療計画で求めておくことにする。例えば、癌患部の座標（ｘ1、ｙ1、ｚ1）は、金マーカーＧの座標を（ｘ0、ｙ0、ｚ0）として、「ｘ1＝ｘ0＋ａ、ｙ1＝ｙ0＋ｂ、ｚ1＝ｚ0＋ｃ」等となる。
【0041】
以下にイメージャー６５を使用して金マーカーＧの座標（ターゲット座標）を求める演算アルゴリズムの一例について説明する。基本原理はＸ線管５０とＦＰＤ６０で構成されるイメージャー６５で得られるステレオ画像に基づいて位置座標を求めるものである。この演算アルゴリズムを決定するためには、Ｘ線管（５０ａ、５０ｂ）とＦＰＤ（６０ａ、６０ｂ）の配置が重要である。具体的には図１７に示すようにイメージャー６５を配置する。図１７（ａ）、（ｂ）に示すように治療室のアイソセンタＣを原点として、鉛直方向にz軸を取り、これに直交するようにx軸とy軸を取る。次に述べるパラメータが重要である。「直交性」：二組のＸ線管（５０ａ、５０ｂ）の焦点とＦＰＤ（６０ａ、６０ｂ）の中心を結ぶ直線であるＸ線軸を直交させることが望ましい。「平面対称性」：治療室座標系のｙｚ平面に対して対称である。「ＦＰＤの座標軸」：ＦＰＤ画像のη軸は軸一対のＸ線軸が成す平面と交叉するＦＰＤ面とし、ξ軸もＦＰＤ面にありη軸と直交する。「仰角」：軸一対のＸ線軸が成す平面と治療室座標のｘｙ平面のそれぞれの法線のなす角度をθとして、これを「イメージャー仰角」と称する。「拡大率」：Ｘ線管のＸ線発生点から金マーカーGまでと、Ｘ線管のＸ線発生点と金マーカーＧを結ぶ直線上にあるＦＰＤ面までの距離の比は「１：α」とする。これはＦＰＤ画面上での拡大率となる。直交性と平面対称性は必須ではないが望ましい。
【0042】
癌患部位置をｘアッパーバー、ｙアッパーバーおよびｚアッパーバーとすると次式（１）のように表される。
【0043】
また、治療室座標系における金マーカーＧの座標（x，y，z）とＦＰＤ座標系［(η１、ξ１)，(η２、ξ２)］の関係は、座標の回転行列（Ｒｘ、Ｒｚ）と拡大率αとで次式（２）のように表される。
【0044】
【数1】
【0045】
【数2】
【0046】
【数3】
【0047】
【数4】
【0048】
【数5】
【0049】
【数6】
【0050】
さて、Ｘ線ヘッドにおけるＸ線発生点（ターゲット４）の座標を（ｘｓ、ｙｓ、ｚｓ）とする。また極座標系を（ｒ、θ、φ）とすると、以下の変換式が成立する。ただし、「ｒ」は、ＳＡＤと称される量であり治療中は一定値である。「θ」は、仰角ではない。
【0051】
【数7】
【0052】
【数8】
【0053】
【数9】
【0054】
なお、回転角θrollは、Ｘ線ヘッド１００の座標（ｘ、ｙ、ｚ、yaw、roll、pitch）により決定される。
【0055】
【数10】
（Ｘ線照射装置）
図８〜図１１はＸ線ヘッド１００を組み込んだＸ線照射装置の構成を示す。図８はＸ線照射装置の正面図、図９は斜視図、図１０は平面図、図１１は図８のＸ−Ｘ断面図である。Ｘ線照射装置は図２、３等を参照して説明したＸ線ヘッド１００をＸ線ヘッドベース３００内に装着している。このＸ線ヘッドベース３００は、大略、内部中空の筒状の形状を成していて、この筒状体の一方（Ｘ線出射側）の先端側にはこの一端を閉塞するように第１のコリメータ（プライマリコリメータ１０）が詰め込まれて装着されている。この第１のコリメータ（プライマリコリメータ１０）の軸心上には、電子銃２（図３参照）から発射される電子線をＸ線に変換するターゲット４が設けられていて、基準となるＸ線軸が第１のコリメータ（プライマリコリメータ１０）の軸心と一致する構成となっている。
【0056】
Ｘ線ヘッドベース３００の外周面には、第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）を少なくとも直交２方向で首振り駆動制御するための４台のボイスコイルモータ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄが、それぞれ円周上でその円周の四分の１ずつ（対応する円の中心角を９０度ずつ）ずらして設けられている。ボイスコイルモータ１５０ａ〜１５０ｄは、図２の首振り駆動機構２５の一例である。また、このＸ線ヘッドベース３００の外周面から伸びるように設けられたブラケット１８０の先端部には首振り角度検出部３０Ａの検出ユニット３１（図２参照）が固定接続されている。検出ユニット３１に対向するスイングベース１７０（図２の可動部材ＭＶ）の外表面位置には図４の平面反射ミラー３５が固着されている。
【0057】
ボイスコイルモータ１５０ａの先端部（Ｘ線出射側）には適宜の部材を介して照準用レーザーユニット５が設けられ、この照準用レーザーユニット５から出力されるレーザー可視光は、ミラー７等で構成される光学系でＸ線軸と重なるようにされている。かくして、Ｘ線照射先はレーザー可視光を目視することで確認可能である。更に、ミラー７と第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）との間のスイングベース１７０の外面側には適宜の部材によってイオンチェンバ２７が固定設置されているので、放射線の線量や照射方向等の計測を容易に行うことが可能である。
【0058】
図９において、第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）と結合されたスイングベース１７０と中間部材１５２間に円弧状曲線運動軸受１５１ａと１５１ｂを設ける。また前記中間部材１５２と第１のコリメータ（プライマリコリメータ１０）上にある取付けベース１５３間に前記軸受と直交する方向に向く円弧状曲線運動軸受け１５１ｃと１５１ｄを設ける（ただし、１５１ｄは図９の斜視図では見えない。この構成によって、スイングベース１７０がスムースに首振り動作できる。（首振り駆動機構）
次に、図１１乃至図１３を参照して首振り駆動機構について説明する。図１１乃至図１３は、図８のＸ−Ｘ断面図である。なお、図１１乃至図１３においては、理解容易化のためにコリメータ１０、２０等には敢えて斜線を付しておらず、電子銃２、加速管３等は省略されている。図１１には２つのボイスコイルモータ１５０ａ、１５０ｄの模式的な構成が示されており、いずれのボイスコイルモータ１５０ａ〜１５０ｄも同一の構造を有している。ボイスコイルモータ１５０は、その内部が空洞部ＳＰとなっているコイル支柱１５５が先頭に延びていて、その根元にはボビン１６１が接続されている。ボビン１６１には導電線が巻回されてコイルが形成されている。ボビン１６１の外側には適宜の間隔で２個の円環状のコイルスペーサ１６０を配置して、これらスペーサ１６０間とこれより外側（図面左右側）に導電線（図中黒丸で図示）が巻回され、３個のコイル１６６が形成されている。なお中間にあるコイルと外側２つのコイル１６６は巻き方向が逆になっている。
【0059】
ボイスコイルモータ１５０の磁気回路は、Ｘ線ヘッドベース３００の外側に固定される。この磁気回路として、ボビン１６１内側には磁界を生成する円筒状のマグネット１６５が２個設けられ、このマグネット１６５間とそれぞれのマグネット１６５の外側（図面左右側）には円筒状の内側ヨークが形成され、ボビン１６１の外側には筒状の外側ヨーク１５７が形成される。なおマグネット１６５の磁極は、接している内側ヨーク方向に存在し、二つのマグネットが向き合う磁極は同じ極性（一方がＳの場合他方もＳ）となる。このことにより内側ヨークと外側ヨーク１５７間の空隙部には磁束が通り、この空隙部にあるコイルとこの磁束が鎖交し、コイルに電流が流れることで「力」が生成される。外側ヨーク１５７と内側ヨーク１５６（ａ）はボイスコイルモータの底部で磁性体のベース部材１５８で結合されている。なお、図１１乃至図１３におけるＣ１、Ｃ２、Ｃ３はボイスコイルモータ１５０内の隙間を示している。更に、第１のコリメータ（プライマリコリメータ１０）および第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）の先端には、正面視が自動車ハンドルに類似した形状のスイングベース１７０が配置されている。このスイングベース１７０は、コイル支柱１５５に連結されていると共に、その中心部が適宜の部材を介して、第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）と連結されている。
【0060】
かかる構成によって、或る方向（以下「正方向」とも記す）に電流が流れるとマグネット１６５で生成される磁界と相まってフレミングの左手の法則によって図面右方向にコイル支柱１５５が動く。或る方向とは逆の方向（以下「逆方向」とも記す）に電流が流れるとコイル支柱１５５は図面左側に動く。互いに向き合うボイスコイルモータ１５０ａと１５０ｄに電流を正方向と逆方向に流すことによってコイル支柱１５５を両方向矢印で示すように図面の左右方向に動かす。その結果、スイングベース１７０が図面上下方向に動き果、第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）の首振り動作が行われる。なお、スイングベース１７０は第１のコリメータ（プライマリコリメータ１０）の球面上にある図示しないベアリング（図９における２自由度動作ができるように円弧状曲線運動軸受を２方向に備えた結合部材）で結合されて、首振り動作が可能な構成となっている。
【0061】
図１２は第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）を図面上方にスイングする動作を示している。ボイスコイルモータ１５０ａ、ボイスコイルモータ１５０ｄのそれぞれに対して、逆方向、正方向の電流を供給すると、それぞれ図面左向き（矢印ＤＡ方向）、図面右向き（矢印ＤＢ方向）にコイル支柱１５５が動く結果、スイングベース１７０が上向きに動き、その結果、第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）が上方に動くことになる。
【0062】
図１３は第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）を図面下方にスイングする動作を示している。ボイスコイルモータ１５０ａ、ボイスコイルモータ１５０ｄのそれぞれに対して、正方向、逆方向の電流を供給すると、それぞれ図面右向き（矢印ＤＢ方向）、図面左向き（矢印ＤＡ方向）にコイル支柱１５５が動く結果、スイングベース１７０が下向きに動き、その結果、第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）が下方に動くことになる。以上の通り、第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）を図面上下方向にスイング動作させることが可能である。
【0063】
図１４は４個のボイスコイルモータ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄで第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）を首振り動作させる模式的説明図である。図８と並べて参照すると分かるように、図１２、図１３の状態は図１４（ａ）、図１４（ｂ）の状態に対応する。図１４（ａ）に示すように、ボイスコイルモータ１５０ａ、１５０ｄによりスイングベース１７０を動かす力をＶＤＡ（図では「ベクトル」状に記載）となり、ボイスコイルモータ１５０ｂ、１５０ｃによりスイングベース１７０を動かす力をＶＤＢとすると合力はＶ１となり上向きの力が働く。一方、４個のモータに対する供給電流を逆転して、ボイスコイルモータ１５０ａ、１５０ｄによりスイングベース１７０を動かす力をＶＤＤとし、ボイスコイルモータ１５０ｂ、１５０ｃによりスイングベース１７０を動かす力をＶＤＣとすると合力はＶ２となり下向きの力が働く。この結果、図１４（ａ）、図１４（ｂ）で示すように、モータ駆動を行うと第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）を上下方向にスイングできる。このスイング量調整は各モータへの供給電流を調整することによって行われる。
【0064】
図１４（ｃ）は、図１４（ａ）に示す状態において、ボイスコイルモータ１５０ａ、１５０ｄの供給電流方向を逆転した状態である。図１４（ｃ）に示すように、ボイスコイルモータ１５０ｂ、１５０ｃによりスイングベース１７０を動かす力をＶＤＦとし、ボイスコイルモータ１５０ａ、１５０ｄによりスイングベース１７０を動かす力をＶＤＥとすると合力はＶ３となり右向きの力が働く。一方、図１４（ｄ）は、図１４（ａ）に示す状態において、ボイスコイルモータ１５０ｂ、１５０ｃの供給電流方向を逆転した状態である。図１４（ｄ）に示すように、ボイスコイルモータ１５０ａ、１５０ｄによりスイングベース１７０を動かす力がＶＤＧとなり、ボイスコイルモータ１５０ｂ、１５０ｃによりスイングベース１７０を動かす力をＶＤＨとすると合力はＶ４となり左向きの力が働く。この結果、図１４（ｃ）、図１４（ｄ）のようにモータ駆動を行うと、第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）を左右方向にスイングできる。このスイング量調整は各モータへの供給電流を調整することによって行われる。以上のような、モータ制御は、首振り角度設定情報（θｘ、θｙ）を受け取ったＸ線ヘッド内コントローラー９０が行うように構成されている。ボイスコイルモータの他の形態として、コイルとマグネットを各１個で構成しても良い。この場合、図１１における外側ヨーク１５７と内側ヨーク１５６（ａ）を結合するベース部材１５８もヨーク材で形成され、ボイスコイルモータ開放端側の内側ヨーク１５６（ｃ）と外側ヨーク１５７間の空隙部を通る磁路と鎖交する位置にボビン上の１個のコイルが形成される構成を取る（図１１において内側ヨーク１５６（ｂ）が存在しない形態である）。なお、ボイスコイルモータは、可動部が傾斜される（図１２、図１３参照）ことが許容されるので本実施形態のように構成すればリンク機構が不要となり振動問題を回避でき安定に駆動することができる。したがって、ピエゾアクチュエータ等のリニアモータを首振り駆動機構として採用する場合は高精度なリンク機構と組み合わせれば良い。（寸法、装置外観等）
上述のように、各ボイスコイルモータ１５０ａ〜１５０ｄの電流の向きと大きさを調整することによって、第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）を３６０度全方向に「3(deg)」スイングできる。また、図８、図９、図１０で示すＸ線照射装置の大きさは縦方向最大２５０（mm）、横方向最大２５０（mm）、奥行き方向最大２００（mm）、重量約６（kg）であり現段階で小型化を達成している。
【0065】
図１５は、放射線治療システム１の外観図である。この図では、Ｘ線管５０ａとＦＤＰ６０ａのセット、及びＸ線管５０ｂとＦＤＰ６０ｂのセットは省略されているが、Ｘ線管５０ａ、５０ｂ、ＦＤＰ６０ａ、６０ｂの配置構成とイメージャーとしての機能は、図１６と図１７を参照して「画像処理」の項目で説明したとおりである。患者Ｐはカウチ１９０に載り、Ｘ線治療を受ける。その際、６軸マニピュレーター２００がＸ線ヘッド１００を所要の位置まで移動させる。これらの制御は制御装置で行われる。図１５に示すように、図８乃至図１０でその外観を説明したＸ線ヘッド１００を含む装置が、６軸マニピュレーター２００のアームに搭載できる程度の大きさや重さになっている。なお、第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）とこれに付設される部品（首振り角度検出部３０等）とで成るスイング部の首振り動作の回転中心をスイング部重心とを略一致させた構成とすると、スイング部が勝手に振れ回らなくなる等の理由で好ましい。（変形例１）
図１９〜図２２は、変位量検出手段の別の構成例として、首振り角度検出器３０Ｂを示す。図４の光学系を用いた首振り角度検出器３０Ａに替えて、エンコーダ方式の首振り角度検出器３０Ｂを用いてもよい。図１９は、首振り角度検出器３０Ｂの一部であるリニアエンコーダ３０３の正面図、図２０は、ボイスコイルモータ１５０ａ〜１５０ｄとリニアエンコーダ３０３の位置関係を示す斜視図である。図２０に示すように、首振り角度検出器３０Ｂは、セカンダリコリメータ２０の首振りの方向であるＸ軸とＹ軸の各々に沿って配置される少なくとも１組のリニアエンコーダ３０３を含む。図２０の例では、首振り角度検出器３０Ｂは４つのリニアエンコーダ３０３ａ〜３０３ｄ（適宜、「リニアエンコーダ３０３」と総称する）を有し、リニアエンコーダ３０３ｂと３０３ｄはＸ軸に沿って、リニアエンコーダ３０３ａと３０３ｃはＹ軸に沿って配置される。リニアエンコーダ３０３ａと３０３ｂで１つの組を形成し、リニアエンコーダ３０３ｃと３０３ｄでもう１つの組を形成する。いずれか一方の組を用いることで基準位置からのセカンダリコリメータ２０のＸ方向及びＹ方向の変位量（首振り角度）を検出できるが、２組用いることで装置の信頼性が向上する。
【0066】
図１９に戻って、各リニアエンコーダ３０３は、リニアスケール３０１とエンコーダセンサ３０２を有する。リニアスケール３０１は、首振り原点すなわちＸ線発生源であるターゲット４の位置をＸ軸またはＹ軸と平行にリニアエンコーダ３０３の配置面まで並進させたときの位置Ｓを中心に、半径Ｒの円弧を描くスケーラ面を有する。エンコーダセンサ３０２は、リニアスケール３０１の円弧状のスケーラ面と対向する位置にセンサ面を有する。ボイスコイルモータ１５０ａ〜１５０ｄによる第２のコリメータ２０の首振り運動によって、エンコーダセンサ３０２はリニアスケール３０１から一定の距離を保ったまま円弧運動し、リニアスケール３０１に対して相対的に変位する。
【0067】
図２１は、リニアエンコーダ３０３の拡大図である。リニアスケール３０１の円弧状のスケーラ面３０１ｆに一定間隔のスケールが形成されている。スケールの間隔すなわち単位距離は、リニアスケール３０１の分解能と相関する。エンコーダセンサ３０２で読み取られたスケーラ面３０１ｆの位置情報は、分解能と曲率半径Ｒで決まる角度情報を表わす。
【0068】
リニアエンコーダ３０３の種類として、磁気式または光学式のエンコーダを使用できる。磁気式の場合は、たとえばスケーラ面３０１ｆにＳ極とＮ極のマイクロ磁石を交互に配置し、エンコーダセンサ３０２の磁気センサで相対的な変位量を検出する。光学式の場合は、たとえば、スケーラ面３０１ｆに反射面と吸収面と交互に配置し、エンコーダセンサ３０２の光センサで相対的な変位量を検出する。磁気式エンコーダは埃、油などに対する環境ロバスト性に優れている。環境がよい場合は、コストの低い光学式反射エンコーダを用いることができる。
【0069】
図２２は、エンコーダセンサ３０２で読み取られた情報に基づく首振り角度の検出を説明する図である。リニアスケール３０１の単位距離Δｄは、スケーラ面３０１ｆの曲率半径Ｒを用いて単位角度へ変換することができる。Δｄ＝Ｒ×ｓｉｎθであり、θが小さいときはｓｉｎθ≒Δθと近似できる。必要とされる分解能は、患部のサイズ、照射Ｘ線のスポット径等に応じて、ナノメータ（ｎｍ）オーダーから数百ミクロンまで適宜決定される。エンコーダセンサ３０２で読み取られた位置情報を角度に変換することで、首振り角度θが得られる。
【0070】
Ｘ軸に沿って配置されるリニアエンコーダ３０３ｂ、３０３ｄの出力は、Ｙ軸回りの首振り角度θｙを表わす。Ｙ軸に沿って配置されるリニアエンコーダ３０３ａ、３０３ｃの出力は、Ｘ軸回りの首振り角度θｘを表わす首振り角度（θｘ，θｙ）の検出用に、リニアエンコーダの組を２組用いることで、センサ自体の異常の検出が可能であり、また、センサ故障時にバックアップが可能になる。なお、リニアエンコーダ３０３を用いた首振り角度検出器３０Ｂで検出される首振り角度（θｘ、θｙ）は、図６のフィードバック制御に用いられる（θ'ｘ，θ'ｙ）に相当する。
【0071】
２組のリニアエンコーダの組は、すべて同じ種類のリニアエンコーダ３０３を用いてもよいし、１組を磁気式のリニアエンコーダ、他の１組を光学式のリニアエンコーダとしてもよい。また、１組のリニアエンコーダ３０３を、図４の首振り角度検出器３０Ａと組み合わせて用いてもよい。
【0072】
リニアエンコーダ３０３の出力タイプとして、インクリメンタルタイプとアブソリュートタイプがある。インクリメンタルタイプでは電源のＯＦＦ−ＯＮごとに原点決めの動作が必要になる。アブソリュートタイプは位置情報を記録してあるためその必要はない。いずれの出力タイプも使用可能である。
【0073】
ボイスコイルモータ１５０ａ〜１５０ｄと、リニアエンコーダ３０３ａ〜３０３ｄの位置関係としては、図２０のように対向するボイスコイルモータ１５０同士を結ぶ対角線に対して、リニアエンコーダ３０３を４５度傾けて配置してもよい。この場合は、首振り方向の基準となるＸ軸とＹ軸が、ボイスコイルモータ１５０ａ〜１５０ｄの対角線に対して４５度傾き、リニアエンコーダ３０３ａ〜３０３ｄがＸ軸またはＹ軸と平行に設置される。この配置は装置の小型化に有利である。
【0074】
リニアエンコーダ３０３ａ〜３０３ｄを、ボイスコイルモータ１５０ａ〜１５０ｄの対角線と平行に配置する構成も可能である。この場合は、ボイスコイルモータ１５０ａ〜１５０ｄの可動軸が、首振り方向の基準となるＸ軸、Ｙ軸に一致し、リニアエンコーダ３０３による位置−角度変換が単純化され、より高精度の制御が期待できる。（変形例２）
図２３及び図２４は、コリメータの変形例として、第３のコリメータ３１０を用いたコリメータ装置１０１Ｂを示す。第１のコリメータ（プライマリコリメータ）１０の内部に隙間ＯＰを持たせて第２のコリメータ（セカンダリコリメータ）２０Ａを首振り動作可能に配置する点は、図２と同様である。図２３では、第２のコリメータ２０Ａの内部に、第３のコリメータ３１０を交換可能に挿入して、照射野を変更可能にする。患部の位置、大きさによっては照射Ｘ線のビーム径が狭く絞られていることが望ましい場合がある。また、患部の位置、大きさに応じてビーム径を適宜選択、変更できることが望ましい。第３のコリメータ３１０は、このような照射野の調整を実現する。
【0075】
第２のコリメータ２０Ａは、第３のコリメータ３１０の挿入を想定して、図２のセカンダリコリメータ２０とは異なる形状を有する。第２のコリメータ２０と２０Ａに共通する機能は、第１のコリメータ１０の内壁との間の隙間ＯＰを利用して首振り運動する機能である。第２のコリメータ２０Ａは第３のコリメータと一体となって、軸方向にＸ線を通過させる機能、照射野を形成する機能、及び第２のコリメータ２０Ａの外形形状と第１のコリメータ１０の形状とで漏れ線量を低減する機能を果たす。照射野形成の機能は主として第３のコリメータにより実現される。
【0076】
第２のコリメータ２０Ａは、第３のコリメータ３１０を受け取ることができ、かつ第１のコリメータ１０の内部で首振り運動ができる形状を有する。一例として、第２のコリメータ２１０の外壁はなだらかな曲線を描いて、隙間ＯＰ内での円滑な搖動と、安定したＸ線遮蔽効果を実現する図２４は、第３のコリメータ３１０の挿入例を示す図である。図２４（ａ）の第３のコリメータ３１０Ａと、図２４（ｂ）の第３のコリメータ３１０Ｂは、その外形形状は同じであるが、コリメート空間３００１の径が異なる。図２４（ａ）のコリメート空間３００１の径は、図２４（ｂ）のコリメート空間３００１の径よりも小さく、Ｘ線照射ビームをより絞り込むことができる。第２のコリメータ２０Ａの内部に第３のコリメータ３１０Ａまたは３１０Ｂを交換可能に挿入することで、所望のビーム径が得られる。
【0077】
第３のコリメータ３１０Ａ、３１０Ｂは、第２のコリメータ２０Ａの出力端２００２まで挿入され、第２のコリメータ２０Ａと一体となって搖動する。第１のコリメータ１０内部での首振り運動自体は、第２のコリメータ２０Ａが行う。第３のコリメータ３１０は第２のコリメータ２０Ａの内部の空間に嵌合し、結果的に第２のコリメータ２０Ａと一体となって首振り運動を行う。この構成により、第２のコリメータ２０Ａの首振り運動を妨げることなく、照射野を簡便に変更することができる。
【0078】
なお、第３のコリメータを用いない場合に、異なる照射野を有する第２のコリメータを複数用意して、第２のコリメータを交換可能にする構成も可能である。（制御系のハードウェア構成と処理フロー）
図２５は、制御系のハードウエア構成図である。制御装置１２０は、プロセッサ１２０１と、メモリ１２０２と、入出力インタフェース１２０３を有し、これらはバス１２０５で相互に接続されている。Ｘ線ヘッド内コントローラー９０は、プロセッサ９０１と、メモリ９０２と、入出力インタフェース９０３を有し、これらはバス９０５で相互に接続されている。図２５では、制御装置１２０とＸ線ヘッド内コントローラー９０は別々のハードウェアとして描かれているが、ひとつの制御ボード上にＳｏＣ（System on Chip）とメモリチップを配置して単一のハードウェアで実現してもよい。
【0079】
制御装置１２０の、プロセッサ１２０１は制御装置１２０の全体動作を制御するとともに、各種の演算を行う。メモリ１２０２は、基本入出力プログラムや演算プログラムを記憶するＲＯＭ（read only memory）と、プロセッサ１２０１のワークエリアとして使用されるＲＡＭ（random access memory）を含む。入出力インタフェース１２０３は、外部機器との間の接続インタフェースを含み、必要に応じて所定のプロトコルで動作する通信装置を含んでもよい。入出力インタフェース１２０３は、６軸マニピュレータ２００からロボット座標、すなわち現在のＸ線ヘッドの座標（x, y, z, yaw, roll, pitch）を受け取り、メモリ１２０２に格納する。また、イメージャー６５（図７参照）から金マーカーの座標または金マーカー座標に基づいて計算された照射ターゲット（患部）の座標を受け取り、メモリ１２０２に格納する。プロセッサ１２０１は、メモリ１２０２から座標情報を読み出して、第２のコリメータ２０（または２０Ａ）の首振り角度を計算し、入出力インタフェース１２０３により首振り角度指示をＸヘッド内コントローラー９０に供給する。
【0080】
Ｘ線ヘッド内コントローラー９０のプロセッサ９０１は、Ｘ線ヘッド内コントローラー９０の全体動作を制御するとともに、各種の演算を行う。メモリ９０２は、基本入出力プログラムや演算プログラムを記憶するＲＯＭ（read only memory）と、プロセッサ１２０１のワークエリアとして使用されるＲＡＭ（random access memory）を含む。入出力インタフェース９０３は、外部機器との間の接続インタフェースを含み、必要に応じて所定のプロトコルで動作する通信装置を含んでもよい。入出力インタフェース９０３は、制御装置１２０から首振り角度指示を受け取って、メモリ９０２に格納する。入出力インタフェース９０３は、首振り角度検出器３０Ａあるいは３０Ｂから第２のコリメータ２０（または２０Ａ）現在の首振り角度の検出値を受け取って、メモリ９０２に格納する。プロセッサ９０１は、メモリ９０２から首振り角度指示と首振り角度の検出値を読み出して、首振り駆動量を算出し、入出力インタフェース９０３から首振り駆動信号を出力する。
【0081】
制御装置１２０とＸ線ヘッド内コントローラー９０をひとつの制御ボードで実現する場合は、制御ボードを６軸マニピュレータ２００の本体内に配置して、直接ロボット位置座標（Ｘ線ヘッドの位置座標）を取得してもよい。また、制御ボードと、首振り駆動機構２５や首振り角度検出器３０Ａ（または３０Ｂ）との間を信号線で接続して、駆動電流やセンサ出力の入出力を行ってもよい。
【0082】
図２６は、放射線治療システム１の基本的な処理フローを示す。まず、６軸マニピュレータ２００のロボット座標（x, y, z, yaw, roll, pitch）と、金マーカーの座標（x, y, z）を取得する（Ｓ１１）。金マーカーの座標に替えて、イメージャー６５によって算出された患部の座標（x, y, z）を取得してもよい。後者の場合は、制御装置１２０で患部座標の計算を行う必要はない。
【0083】
次に、取得した座標情報に基づいて、第２のコリメータ２０（または２０Ａ）の首振り角度（θｘ，θｙ）を算出し、これを角度指令としてＸ線ヘッド１００に与える（Ｓ１２）。首振り角度の算出については、図１８を参照して説明したとおりである。
【0084】
与えられた首振り角度と、検出された首振り角度のフィードバック情報に基づいて、首振り駆動機構２５を制御して、第２のコリメータを第１のコリメータの内部で駆動する（Ｓ１３）。照射終了命令があるまでＳ１１〜Ｓ１３を繰り返す（Ｓ１４）。
【0085】
図２６の処理は、プロセッサ１２０１及びまたは９０１が、メモリ１２０２及び／またはメモリ９０２に記録されたプログラムを実行することにより行われてもよい。単一の制御ボードを用いる場合は、制御ボード上のマイクロプロセッサがＲＯＭ等の記憶媒体に記録されたプログラムを実行してもよい。
【0086】
図２７は、図２６のステップＳ１３の処理の具体例を示すスローチャートである。たとえば、Ｘ線ヘッド内コントローラー９０は、メモリ９０２から制御目標角度（θｘ，θｙ）を読み出す（Ｓ２１）。この制御目標角度（θｘ，θｙ）は制御装置１２０から与えられ、メモリ９０２に記憶されたものであってもよいし、制御装置１２０とＸ線ヘッド内コントローラー９０をひとつの制御ボードで形成する場合は、制御ボード上のプロセッサで算出され、ボード上のメモリに記憶されたものであってもよい。
【0087】
Ｘ線ヘッド内コントローラー９０は、首振り角度検出器３０Ａまたは３０Ｂからセンサ値を取得し（Ｓ２２）、現在の首振り角度（θ'ｘ，θ'ｙ）を計算する（Ｓ２３）。ステップＳ２１と、ステップＳ２２及びＳ２３は順不同であり、同時に行われてもよい。また、現在の首振り角度（θ'ｘ，θ'ｙ）の算出を首振り角度検出器３０Ａまたは３０Ｂで行って、Ｘ線ヘッド内コントローラー９０に入力する構成としてもよい。
【0088】
Ｘ線ヘッド内コントローラー９０は、首振り角度の目標値と現在値を比較し、ボイスコイルモータ１５０ａ〜１５０ｄの電流値（Ｉｘ，Ｉｙ）を計算し（Ｓ２４）、決定した電流値（Ｉｘ，Ｉｙ）をコイル電流として出力する（Ｓ２５）。ボイスコイルモータ１５０ａ〜１５０ｄの各々は、それぞれ与えられたコイル電流により第２のコリメータを駆動する。この与える。放射線の照射が完了するまで、Ｓ２１〜Ｓ２５を繰り返す（Ｓ２６）。
【0090】
以上説明してきたように、本発明の実施形態によれば、第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０又は２０Ａ）は、第１のコリメータ（プライマリコリメータ１０）内に隙間（ＯＰ）を有した状態で配置される。第１のコリメータ（プライマリコリメータ１０）内で隙間（ＯＰ）を利用して、第２のコリメータ（セカンダリコリメータ２０）のみを首振り動作させて対象物を走査して放射線照射を行うので、首振り動作が高速に行える。この結果、患部の体動に追従させて連続的にＸ線照射が可能になり、忠実な動体追跡が可能となる。例えば１回又は複数回のスイング毎にスイング角度を徐々増加させたり減少させたりして複雑な２次元形状の患部に対するＸ線照射を行うことも可能である。
【0091】
また、本発明にあっては、そのハードウエア、ソフトウエアにおける構成において様々な変形を施すことができ、この変形も本発明の要旨を満たす限り、本発明に包含されるものである事は言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【0092】
本発明は、複雑な形状の患部を有する患者に対する放射線治療、構造物の非破壊検査装置などに広く利用することができる。
【符号の説明】
【0093】
１ 放射線治療システム２ 電子銃
３ 加速管
４ ターゲット
５ 照準用レーザーユニット
６ ミラー
７ ミラー
１０ プライマリコリメータ（第１のコリメータ）
２０、２０Ａ セカンダリコリメータ（第２のコリメータ）
２５ 首振り駆動機構
２７ イオンチェンバ
３０、３０Ａ，３０Ｂ 首振り角度検出部
５０ａ、５０ｂ Ｘ線管
６０ａ、６０ｂ ＦＰＤ（フラットパネルディテクタ）
９０ Ｘ線ヘッド内コントローラー
１００ Ｘ線ヘッド
１０１Ａ、１０１Ｂ コリメータ装置
１２０ 制御装置
１５０、１５０ａ〜１５０ｄ ボイスコイルモータ
２００ ６軸マニピュレーター
２１０ アーム
３０１ リニアスケール
３０２ エンコーダセンサ
３０３ リニアエンコーダ
３１０ 第３のコリメータ
【先行技術文献】
【特許文献】
【0094】
【特許文献1】特開平５−２５３３０９号公報（第２−３頁、第２図）
【特許文献2】特開平５−３３７２０７号公報（第３−４頁、第３図）
【特許文献3】特開２００４−６５８０８号公報（第１５−１６頁、第１４図）
【特許文献4】特開２００７−２６７９７１号公報（第９−１２頁、第７図）
【特許文献5】特開２００３−１７５１１７号公報（第５−６頁、第１０−第１１図）