放射線治療 1-14 リニアックの各部はどうつながっているの？
装置名ではなく、「仕事のつながり」で振り返る
装置編では、リニアックを一つの黒い箱として覚えるのではなく、内部の部品を一つずつ分けて見てきました。
最後は、それらをもう一度つなぎ直します。
重要なのは、
前の部品から何を受け取り、何をして、次の部品へ何を渡すのか
です。
図１は、第２章以降で扱ってきた内容を１本の流れへ戻した模式図です。
① 電子銃｜最初の電子を送り出す
リニアックの出発点は電子銃（electron gun）です。
加熱したcathodeからthermionic emissionによって電子を取り出し、電場で加速管方向へ引き出します。
ここではまだ治療用の高エネルギー電子ではありません。
電子銃の役割は、
「加速に使う電子を必要なタイミングで供給する」
ことです。
② RF発生装置＋加速管｜電子へエネルギーを与える
電子を治療に使えるMeV領域まで高めるのがaccelerating waveguideです。
magnetronまたはklystronなどで高周波電力を用意し、加速管内にRF electric fieldを作ります。
電子が適切なRF phaseで空洞を通過すると、電場から運動エネルギーを受け取ります。
ここで、
RF＝エネルギーを渡す側
電子＝エネルギーを受け取る側
という関係でした。
③ ベンディングマグネット｜治療ヘッド方向へ電子を運ぶ
高エネルギーリニアックでは、加速管を出た電子を治療ヘッドへ向けるためにbending magnetを使います。
磁場は理想的には電子の運動エネルギーを増やす装置ではなく、進行方向を曲げます。
さらに光学系と組み合わせることで、必要なmomentum rangeの電子を選択しながらターゲットまたはelectron exitへ輸送します。
ここまでが、
電子を供給する → 加速する → 必要な方向へ運ぶ
部分です。
④ ここでＸ線と電子線に分かれる
治療ヘッドへ到達した電子は、使用する治療ビームによって進路が分かれます。
Ｘ線モード
高エネルギー電子をＸ線ターゲットへ当てます。
原子核の電場で電子が減速・偏向され、運動エネルギーの一部がbremsstrahlung X-raysとして放出されます。
MV領域では前方方向に強い角度分布を持つため、そのままでは中心軸付近の強度が高くなります。
電子線モード
ターゲットを電子ビーム経路から外し、加速した電子を治療ビームとして利用します。
散乱箔または磁気走査で細い電子ビームを広げ、アプリケータで患者近くの照射野を整えます。
分岐点
Ｘ線治療：電子 → ターゲット → Ｘ線へ変換
電子線治療：電子のまま患者へ届ける
⑤ 一次コリメータ｜最大の広がりを決める
Ｘ線モードでは、ターゲットから前方へ広がったＸ線のうち臨床で使う最大範囲をprimary collimatorで固定的に制限します。
ここではまだ患者ごとの照射野は作りません。
一次コリメータは、
「この治療ヘッドから使用するＸ線の最大角度範囲」
を決める部品でした。
⑥ FF／FFF｜開放野の強度分布をどう扱うか
従来のFFビームでは、中心が厚いflattening filterを通すことで中心軸側のＸ線をより強く減弱させ、基準条件で比較的平坦なビームを作ります。
FFFでは通常のflattening filterを使用せず、中心軸が高いピーク状プロファイルを残したまま利用します。
FFFでは高い線量率を設定しやすく、head scatterも低下する傾向があります。
ここで学んだ重要な点は、
FFとFFFは単に「フィルタの有無」だけでなく、スペクトルや線量率、散乱特性まで変わる
ということでした。
⑦ モニタ線量計｜照射中のビームを監視する
患者へ向かうビームはtransmission monitor chamberを通ります。
monitor chamberは、
MU
dose rate
beam balance
backup monitoring
などを担い、設定MUに到達すると照射を終了します。
患者へ線量を届ける装置だからこそ、通常はprimary／secondaryの独立した監視系を持ちます。
⑧ jawとMLC｜患者ごとの照射野をつくる
一次コリメータで決めた最大範囲の内側を、可動式のcollimatorで患者ごとの形へ整えます。
jaw
大きな長方形・非対称照射野を作る
MLCの外側を遮蔽する
装置によってはMLCへtrackingする
MLC
多数の細いleafで複雑な形を作る
IMRT／VMATでは照射中にもleafを動かしてfluenceを変調する
transmission、leaf-end、tongue-and-grooveなどの線量学的特性を持つ
メーカーによって役割分担は異なり、
TrueBeam系：４jaw＋MLCという代表構成
Elekta Agility：MLC＋１対のY diaphragm
という違いも確認しました。
⑨ ガントリ・コリメータ・寝台｜ビームと患者を同じ基準へ合わせる
最後に、作ったビームを患者のどこへ、どの方向から届けるかを決めます。
gantry：患者の周囲を回り、ビーム入射方向を変える
collimator：beam axis周りに照射野形成装置を回す
treatment couch：患者位置をisocenterへ合わせる
理想的には、これらの回転軸は共通のisocenterを基準にします。
実機では完全な一点にならないため、mechanical isocenterとradiation isocenterの一致をQAで管理します。
ここまでを「動詞」で覚える
部品名を並べるだけだと忘れやすいので、動詞で整理します。
この動詞の流れを説明できれば、装置内部の順番を丸暗記するより応用が利くと思います。
「装置が動く」と「治療が成立する」は別
リニアックは、電子を加速して放射線を出せれば完成ではありません。
臨床では、
設定した出力が正しい
beam qualityが安定している
jaw／MLC位置が正しい
gantry／couch／isocenterが許容範囲内
imagingと治療座標が一致している
interlockが正常に作動する
ことまで確認する必要があります。
これらは、日常・定期QAとして管理します。
つまり、
装置の構造を理解することと
その構造が正しく機能していることを確認すること
はセットです。
メーカーが違っても、役割へ戻れば整理できる
TrueBeamとVersa HDでは、
electron gun
RF source
accelerating waveguide
bending system
target system
FFF implementation
jaw／MLC構造
monitor／control system
などに違いがあります。
しかし、部品名や構造が違っても、
電子を供給する
加速する
輸送する
Ｘ線へ変換する／電子を広げる
ビームを監視する
照射野を整形する
患者へ向ける
という機能に戻れば比較できます。
この考え方は、新しい装置や別メーカーのリニアックを学ぶときにも使えます。
装置編はここで一区切り
第１章では「各装置が何をしているの？」から始めました。
そこから、電子銃、加速管、RF、ベンディングマグネット、ターゲット、FF／FFF、電子線、コリメータ、MLC、monitor chamber、gantry／couchまでをつないできました。
装置編で最終的に目指したのは、
部品名を知っている状態ではなく、治療ビームが患者へ届くまでを自分の言葉で説明できる状態
です！
ここまでの内容を土台にすると、次に線量測定、PDD／TPR、電子線のR50、MU、IMRT／VMATの線量学、QAなどを学んだときに、「どの装置部品の特性を見ているのか」が結び付きやすくなります。
