KR100327821B1

KR100327821B1 - 정위뇌수술방사선외과수술및방사선요법용장치및방법

Info

Publication number: KR100327821B1
Application number: KR1019950702344A
Authority: KR
Inventors: 조셉지.데프
Original assignee: 프랭크제이.로다토; 애큐레이인크.
Priority date: 1992-12-10
Filing date: 1993-12-07
Publication date: 2002-07-03
Also published as: CA2151493A1; WO1994013205A1; JPH08504347A; DE69333449T2; US5427097A; EP0673227A4; JP3810431B2; EP0673227A1; KR950703890A; EP0673227B1; AU3417797A; AU5742694A; AU699475B2; DE69333449D1

Abstract

본발명에는 타겟 영역을 통과하는 빔을 따라 적어도 간헐적으로 지향하는 정위 뇌수술 방사선 외과 수술용 및/또는 방사선 요법용 방사선 빔에 의하여 환자 몸속의 특정 타겟 영역 상에서 정위 뇌수술 방사선 외과 수술 및/또는 방사선 요법을 실행하는 기술이 개시되어 있다. 예시된 하나의 특정 빔 발생 장치 20은 적어도 3차원에서 움직일 수 있는 로보트 팔 46에 의해 운반된다. 본발명에 개시된 일실시예에 따르면, 빔 경로를 횡단하는 미리 정해진 비원형 및 비선형 경로를 따라 로보트 팔 46 및 빔 발생 장치 20을 움직이고 동시에 상기 빔 경로는 상기 타겟 영역 내로 지향되도록 하기 위한 수단 (12, 12' 및 부호가 참조되지 않은 기계적 수단)이 제공된다. 이러한 방법으로, 정위 뇌수술 방사선 외과 수술용 및/또는 방사선 요법용 빔은 비구면 타겟 영역을 한정하도록 상기 횡단 경로를 따라 특정 치료 지점으로부터 상기 타겟 영역을 관통하도록 지향될 수 있다.

Description

정위 뇌수술 방사선 외과 수술 및 방사선 요법용 장치 및 방법

본 발명은 일반적으로 근처의 일정한 기준점을 포함하는 주변 영역에 대해 특정한 타겟의 위치를 나타내는 미리 얻어진 데이터를 이용하여 환자 몸 속의 상기 특정 타겟 영역 상에서 정위 뇌수술 방사선 외과 수술 및/또는 방사선 요법을 실행하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은 본 발명에 합체되어 참조되고, 1990년 10월 19일 존.알.아들러 명의로 출원되어 함께 계류중인 미국 특허출원번호 제07/600,501호에 개시된 방법 및 장치를 상당히 개량한 것이다.

정위 뇌수술 방사선 외과 수술이라는 용어는 방사선 빔이 타겟 영역, 즉, 특정한 볼륨의 세포 조직, 특히 회사성(壞死性)의 잘 알려진 종양 조직을 표시하는데 사용되는 수술용 절차를 말한다. 전형적으로, 정위 뇌수술 방사전 외과 수술에서는 2000 내지 3000 래드(rad)의 방사선량을 필요로 한다. 정위 뇌수술 방사선 요법이라는 용어는 비회사성의 치료 목적용으로 타겟 영역에 적용되는 것을 말한다. 후자의 경우에 사용되는 방사선량은 전형적으로 예를 들어 200 내지 300 래드 사이로 회사성 조사량(照射量)보다 한차수 낮은 크기이다. 타겟 영역은 의도된 목적용의 필요 방사선량으로 치료될 수 특정한 볼륨의 특정 구조를 의미한다. 타겟 영역은 또한 예를 들어 조사량을 나타낼 수도 있다.

이하 명백히 설명되는 바와 같이, 본 발명의 여러 가지 특징은 정위 뇌수술 방사선 외과 수술 및 방사선 요법 양자에 동일하게 적용될 수 있다. 그러나, 설명의 편의상, 정위 뇌수술 방사선 외과 수술이라는 용어는 본 발명 명세서 및 특허청구범위 모두에 있어서 정위 뇌수술 방사선 외과 수술 및 방사선 요법 양자 모두를 지칭하는 것으로 사용된다. 따라서, 예를 들어, 본 발명에서 인용되는 방사선 외과 수술용 빔은 그러한 외과 수술용 빔은 물론 방사선 요법용 빔을 지칭하는 것을 포함한다.

상기 언급한 바와 같이, 함께 계류중인 아들러의 특허출원은 본 발명에 참조되어 합체되어 있다. 이하 상세히 설명되는 바와 같이, 아들러 특허출원에 개시되어 있는 각 정위 뇌수술 방사선 외과 수술용 장치는, 예를 들어 기존의 뼈구조 또는 삽입된 기준점과 같은 근처의 일정한 기준점을 포함하는 주변 영역에 대해 타겟의 위치를 나타내는 예를 들어 3차원의 매핑(mapping:寫像) 데이터와 같은 미리 얻어진 기준 데이터를 이용하여 환자 몸속의 특정 타겟 영역 상에서 정위 뇌수술 방사선 외과 수술을 실행하도록 설계되어 있다. 이러한 수술법의 절차에 따르면, 정위 뇌수술 방사선 외과 수술용 방사선 빔을 타겟 영역 내로 지향하게 하기 위한 수단이 제공된다. 이러한 방사선 외과 수술용 방사선 빔이 타겟 영역내로 정확하게 지향되도록 하기 위해서, 실제로는 타겟을 찾아내기 위한 빔인 수많은 진단용 방사선 빔이 타겟 영역의 주변 영역 내로 관통하도록 지향되고, 이러한 진단용 방사선 빔으로부터 얻어지는 정보는 방사선 외과 수술용 방사선 빔을 타겟 영역 내로 정확하게 조준하기 위해 미리 얻어진 기준과 함께 사용된다. 이러한 전반적인 절차는 의도된 목적용으로는 상당히 만족스럽지만, 본 발명은 여기에 상당한 개량을 제공한다.

이하 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명에는 정위 뇌수술 방사선 외과용 수술(또는 방사선 요법)을 환자 몸속의 특정 타겟 영역, 특히 전형적인 구형의 타겟 영역과 대비하여 모양이 불규칙한 타겟 영역 상에서 실행하기 위한 장치가 개시되어 있다. 본 발명에 따라 설계된 장치는 방사선 외과 수술용 방사선 빔 발생 수단 및 빔조준 수단을 사용한다. 빔조준 수단은 바람직한 실시예에 있어서 로봇 팔을 포함하여, 방사선 외과 수술용 빔이 빔 경로를 따라 타겟 영역을 통과하도록 하는 방법으로 상기 빔 발생 수단을 지지하는 역할을 한다.

본 발명의 특징에 따르면, 본 발명에 개시된 방사선 외과 수술용 장치는 빔조준 수단이 타겟 영역 내로 지향되는 빔경로를 미리 정해진 비원형 및 비직선 경로를 따라 횡단하여 움직이도록 하는 수단을 포함한다. 이러한 방법으로, 방사선 외과 수술용 빔은 특정한 비구형(非球形) 타겟 영역을 한정하기 위해 비원형 및 비직선 경로를 따라 특정 치료 지점으로부터 타겟 영역을 통과하도록 할 수 있다. 본 발명의 실제 실시예에 있어서, 이러한 미리 정해진 비원형 및 비선형 횡단 경로는 상기 비구형 타겟 영역이 특정 타원체 모양 내에 있도록 선정된 특정 나선 경로이다. 이러한 방법으로, 불규칙한 모양의 종양은 개략적이긴 하지만 전체적으로 불규칙한 모양의 종양을 둘러싼 타겟 영역 또는 조사량 윤곽선(contour)을 제공함으로써 지금까지 가능했던 것보다 좀 더 효과적으로 치료될 수 있다. 과거에는, 이러한 모양의 종양에 대해서는 많은 경우 종양의 크기에 비해 필요 이상으로 좁거나 넓은 영역을 커버하는 연속적인 구형 조사량 윤곽선이 제공되었다.

본 발명에 개시된 바람직하고 실제 작동하는 본 발명 장치의 실시예에 있어서, 본 발명의 빔조준 수단은 상기 언급한 비원형 및 비선형 횡단 경로를 따르기 위해 적어도 3차원 내에서 자유롭게 움직이는 로봇 팔을 포함한다. 그 결과, 본 발명의 두 번째 특징에 따르면 환자를 보호하기 위하여 본 발명 장치에는, 로봇 팔이 의도한 비원형, 비선형 횡단 경로로부터 이탈하는 경우에, 로봇 팔의 모든 움직임을 자동으로 정지시키고 방사선 외과 수술용 빔을 자동으로 꺼주기 위한 빔 조준 장치 및 그 로봇 팔과는 분리된 별도의 비상 정지 수단이 제공된다.

상기 설명한 특징 이외에도, 본 발명에 개시된 장치는 방사선 외과 수술용 빔이 방사선 외과 수술 중 실질적으로 실시간으로 어떤 지점에서도 타겟 영역 내로 정확하게 지향되도록 보장해 주는 독특한 절차를 포함한다. 앞에서 인용한 아들러 특허출원에 개시된 장치와 같이, 본 발명에 개시된 장치에는 근처의 일정한 기준점을 포함하는 주변 영역에 대해 타겟 영역의 위치를 나타내는 미리 얻어진 기준 데이터가 제공된다. 본 발명에 개시된 장치는 또한 아들러의 장치와 마찬가지로 실시간으로 타겟 영역의 위치를 결정하기 위하여, 미리 얻어진 기준 데이터와 비교되는 실시간 위치 데이터를 얻기 위해, 다수의 진단 또는 타겟 위치를 찾아내기 위한 방사선 빔을 이용한다. 그러나, 이하 더욱 상세히 기술되는 바와 같이, 본 발명에 개시된 장치는 본 발명 장치가 빠르면서도 믿을만한 방법으로 작동하도록 해주는 독특하고 특별한 일시적인 순서에 따라 이러한 타겟의 위치를 찾아내는 절차를 실행한다.

이하 본 발명은 도면과 함께 더욱 상세하게 기술된다.

제1도는 상기 인용한 계류중인 아들러의 특허출원에 기술된 장치의 일실시예를 등거리면으로 예시한 도면이다.

제2도는 아들러 장치의 진단 X-선 영상 및 가속기의 초점 특성을 개략적으로 예시한 도면이다.

제3도는 제1도와 유사한 도면으로 상기 아들러의 특허출원에 기술된 장치의 또 다른 실시예를 예시한 도면이다.

제4도는 아들러 장치 및 된 발명에 따라 설계된 본 발명 장치 양자에 따른 시스템 블록도를 개략적으로 예시한 도면이다.

제5도는 제3도와 유사한 도면으로 제3도에 나타낸 것에 본 발명의 특징이 합체되도록 변형시킨 장치의 일부로, 구체적으로 로봇 팔이 미리 정해진 횡단 경로를 따르는 움직임을 벗어나는 경우 제3도에 도시된 장치의 일부분을 구성하는 로봇팔의 전체 움직임을 자동으로 정지시키기 위한 장치를 예시한 도면이다.

제6도는 제5도에 도시된 비상 정지 특징에 대응하는 블록도를 개략적으로 예시한 도면이다.

제7도 및 제8도는 제3도에 예시된 바와 같은 장치의 로봇 팔이 비구형 타겟 영역, 좀 더 구체적으로는 타원체 모양인 타겟 영역을 제공하기 위하여 비원형 및 비선형 경로, 구체적으로는 나선 경로를 따라 움직이는 방법을 개략적으로 예시한 도면이다.

제9도는 본 장치가 본 발명에 따라 일시적으로 작동되는 방법을 개략적으로 예시한 도면이다.

여러 도면을 통해 구성 부품이 참조번호에 의해 표시되는 것처럼 먼저 본 발명의 일실시예에 따라 설계되고 일반적으로 참조번호 10으로 표시된 정위 뇌수술 방사선 외과 수술용 장치를 예시하는 제1도에 관하여 자세히 살펴본다. 앞에서 지적한 바와 같이, 본 발명은 앞서 인용한 아들러 특허출원에 기술된 정위 뇌수술 방사선 외과 수술용 장치를 매우 많이 개량한 것이다. 따라서, 이러한 장치(10)를 구성하는 대부분의 구성부품들은 아들러 특허출원의 제1도에 예시된 장치의 대응 구성부품들과 동일하다. 본 발명의 여러 가지 특징을 좀 더 충분히 이해하기 위해서 이러한 대응 구성부품들이 먼저 논의될 것이다.

제1도에 예시된 바와 같이, 전체 장치(10)는 예를 들어 마이크로프로세서(12)와 같은 데이터 프로세서, 또는 디스크 또는 저장장치(13; 제4도)와 같은 보조장치 내의 데이터 저장 메모리를 포함한다. 마이크로프로세서(12) 또는 저장 장치(13)는 그 내부에 적어도 생물체, 즉, 환자(14)의 일부분의 3차원 매핑을 저장한다. 만일 이 저장 장치(13)가 존재하는 경우, 통상은 디지털 형태로 되어 있는 3차원 매핑 데이터는 일반적으로 비교 목적으로 마이크로프로세서(12) 내로 적재된다. 매핑은 선택적으로 조사되는 환자 몸속의 타겟 영역(18)을 포함하고 또한 그 타겟 영역(18) 보다 더 큰 매핑 영역(16; 제2도 참조)을 포함한다. 제2도의 매핑 영역(16)은 기본적으로 환자(14)의 두개골 부분(15)으로 뼈의 구조는 정렬기준 역할을 하도록 존재한다. 필요한 경우에는, 3개 이상의 기점(19)이 주입되는 데, 이 경우 정렬 기준으로 반드시 뼈 구조를 이용할 필요는 없다. 이것은 뇌를 치료하는 데 행해질 수 있지만, 특히 신체의 뼈가 거의 없는 영역에도 바람직하고 또한 필요하다.

3차원 매핑은 종래의 기술로 얻어질 수 있다. 예를 들어, CAT 스캔(CT)이 이러한 영상을 얻는 데 사용되거나 또는 자기 공명 영상법(MRI)이 이러한 매핑을 얻는 데 사용될 수 있다. 잘 알려진 바와 같이, CT나 컴퓨터 단층촬영법은 X-선 빔의 차등적 흡수의 측정을 통하여 동작되고 푸리에 변환에 의한 결과 데이터를 처리한다. MRI는 3차원 매핑을 위해 핵자기공명 성질을 이용한다. 나아가, 데이터는 디지털화된 형태로 이용 가능하여 메모리 장치(13) 및/또는 마이크로프로세서(12) 내에 쉽게 저장될 수 있다.

가동될 때 타겟 영역(18)이 회사(懷死)되도록 해주기에 충분한 세기의 집속된 외과 수술용 이온화 빔을 방출하는 빔장치(20)가 제공된다. 다른 이온화 방사선들이 이용가능한 것처럼 비록 다른 이온화 방사선 소스가 사용될 수 있다 하더라도, 이용가능한 빔장치 중의 하나로는 바람직하게는 선형가속기 특성을 갖는 X-선 선형 가속기이다. 이러한 X-선 선형가속기는 상업적으로 이용가능하다. 이것은 또한 일리노이주 스프링필드 소재의 찰스씨. 토마스사가 발행한 에이.이.존즈 및 제이.알.커닝햄 공저 "방사선 물리"책의 제5판 제5쇄를 포함한 수많은 교과서에 기술되어 있다. 전력 공급장치, 변조기, 및 전력 튜브에 의해 발생된 고주파는 도파관(22)을 경유하여 가속기(20) 내로 공급된다. 이 고주파의 속도는 고주파가 튜브를 통과할 때마다 증가한다.

전자는 2미터 길이의 튜브 내에서 예를 들어 6메가 전자볼트(Mev)의 에너지를 얻는다. 이러한 전자는 X-선이 원하는 방향으로 집속된 빔내에서 발생되는 타겟상에 충돌한다. 이러한 장치는 예를 들어 배리안(Varian)을 포함한 여러 제조업자들로부터 입수가 가능하다. 상대적으로 크기가 작고 무게가 덜 나가기 때문에 선호되는 X-선 선형가속기는 캘리포니아주 산타클라라 소재 쉔버그 방사선 회사에 의해 제조되어 MINAC이라는 상표명으로 시장에서 판매되고 있다.

스위치, 예를 들어 제어 콘솔(24) 상의 스위치(23)의 오퍼레이터를 가동시키면, 빔장치(20)가 가동된다.

제1도 및 제2도에 예시된 바와 같이, 매핑 영역(16)을 관통하는 제1 및 제2 진단 혹은 타겟 위치 탐지용 빔(26 및 28)을 통과시키기 위한 수단이 제공되고, 이들 빔은 매핑 영역의 정사영(正射影)을 충분히 제공하도록 측면으로 확장되어 있다. 제1 및 제2 진단빔(26 및 28)은 서로에 대해 0 °가 아닌 알려진 각도를 이루고 있다. 제1도 및 제2도에 예시된 특정 실시예에 있어서, 양 빔(26 및 28)은 서로 직교한다. 그러나, 각도가 0 °가 아닌 이상 어떠한 각도라도 사용될 수 있다. 각 빔(26 및 28)은 각각 진단 X-선 발생 장치(30 및 32)에 의해 발생된다. 제1도 및 제2도의 영상 수신기(34 및 36) 각각 및 영상 증폭기는 빔(26 및 28)을 수신하여 그 결과적인 전기 신호를, 필요한 경우에는 증폭하여, 마이크로프로세서(12)로 보내는 데 마이크로프로세서에서는 그 신호들이 3차원 매핑과 비교된다.

제4도에 도시된 바와 같이, 영상 수신기(34 및 36)는 마이크로프로세서(12)에 연결된다. 영상 수신기(34 및 36)는 스스로 디지털 신호를 제공할 수 있거나, 또는 아날로그/디지탈 컨버터(A/D Convertor)가 마이크로프로세서의 일부로 또는 결합하여 함께 존재할 수 있으며, 이렇게 하여 매핑 영역(16)의 서로 상이한 두개의 평면 영역을 나타내는 영상 수신기(34 및 36)에 의해 검지되는 영상은매핑영역(16)의 (디지털 형태로 된) 3차원 매핑과 디지털 형태로 비교될 수 있다. 종래의 기하하적인 계산 방법을 이용하면, 조사될 타겟 영역(18)의 정확한 위치를 완전히 알 수 있게 된다.

가동중일 때 집속된 빔이 타겟 영역(18)상으로 연속적으로 초점이 맞추어지는 방법으로 타겟 영역(18)의 위치를 실시간으로 나타내주는 데이터에 대응하여 요구되는 빔장치(20) 및 환자(14)의 상대적인 위치를 조정하기 위한 수단이 제공된다. 제1도에 예시된 특정 실시예에 있어서, 빔장치 및 환자의 상대적 위치를 조정하기 위한 수단은 제 2도의 화살표로 예시된 바와 같이, 빔장치(20), 진단 X-선 발생기(30 및 32), 및 영상 수신기(34 및 36)가 동작 테이블(38)을 하강 및 상승시키고 이 테이블을 축(42)에 대해 회전시키고 또한 길이 방향으로 연장되는 축에 대하여 동작 테이블(38)의 상부(44)를 기울어지게 하기 위한 종래의 장치와 함께 장착되는, 받침대(40)를 포함한다. 받침대(40)와 환자(14)의 상대적 위치의 광범위한 조정은, 환자에 대하여 360° 만큼 빔장치(20)를 회전시킴에 따라, 집속된 빔이 통과하는 건강한 세포조직이 변화되는 동안에도, 집속된 빔이 계속해서 타겟 영역 상에 초점이 맞추어지도록 해준다. 이전의 장치는 약 180° 정도만 회전되도록 제한된다. 일반적으로, 환자(14)를 움직이지 않도록 유지하고 받침대(40)를 움직이는 것이 바람직하다.

상기 장치(10)에 대한 논의는 대응하는 아들러 장치(아들러 출원의 제1도)와 공통되는 장치의 구성 부품과 관련이 있다. 장치(10)에 대한 본 출원인의 개량 사항을 논의하기 전에, 제3도에 예시되고 또한 일반적으로 참조번호 10' 로 표시된또 다른 정위 뇌수술 방사선 외과 수술용 장치에 대해 설명하기로 한다. 이 특수한 장치는 아들러 특허출원의 제3도에 예시된 정위 뇌수술 방사선 외과 수술용 장치와 여러 가지 면에서 대응된다. 상기한 장치(10)의 경우와 마찬가지로, 장치(10')와 아들러 장치간의 유사성은 본 발명출원인에 의해 제공되는 여러 가지 개량 사항 전에 논의될 것이다. 그러나, 처음에는 장치(10')와 제1도에 예시된 장치 사이의 주요한 한가지 차이점은 전자는 받침대(40)를 사용하지 않으며 또한 동작 테이블(138)을 움직일 필요가 없다는 점이다. 오히려, 다음에서 알 수 있는 바와 같이, 장치(10')의 일부를 구성하고 있는 빔 발생 장치는 적어도 3차원에서 움직일 수 있는 로봇 팔 수단에 의해 지지된다.

좀더 구체적으로 설명하기 위해 제3도로 돌아가면, 6개의 운동 축과 6개의 자유도(3개의 병진운동 및 3개의 회전운동)를 갖는 프로세서 제어가능한 로봇 팔 기계장치(46)에 의해 지지되고 위치되는 빔 장치 또는 빔 발생기(120)를 포함하는 장치(10')가 도시되어 있으며, 이렇게 함으로써 빔 발생기는 환자의 몸의 길이 방향 또는 측 방향을 따라 상하로 환자의 몸에 대해 자유롭게 움직일수 있게 된다. 이러한 로봇 팔의 기계 장치는, 예를 들어 캘리포니아주 산타페 스프링스 소재 GMF 로보틱스사로부터 상업적으로 입수 가능하며, 또한 S-420F라는 명칭으로 판매되고 있다. 기타 이러한 쉽게 입수 가능한 로봇 팔의 기계장치는 산호세 및 신시네티 밀리크론 소재 어뎁트 로보틱스사로부터 입수가 가능한다. 이러한 기계장치를 이용하면, 집속된 이온화된 방사선 빔인 방사선 빔은 실질적으로 어느 원하는 방향에서도 치료부위, 즉 타겟 영역 상에 도달될 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 실시예는집속된 빔이 선행 기술 장치의 경우보다 훨씬 짧은 시간 동안에 건강한 세포조직의 어떤 특정 영역을 통과하는 것을 가능하게 한다.

제3도 실시예에서 매핑 영역(18)을 관통하도록 제1 및 제2 진단 빔(126 및 128)을 통과시키기 위한 수단은 예를 들어 천정(도시되지 않음)에 영구적인 장착될 수 있는 한쌍의 X-선 발생기(130 및 132)의 특성을 갖다. 적절한 영상 수신기(134 및 136)는 환자 몸속의 매핑 영역(16)내에 각각 제1 및 2 투영도의 제1 및 제2 영상을 표시하는 전기적 영상을 발생시키도록 한다. 이러한 전기적 영상은, 영상 자체가 이미 디지털이 아닌 경우에는 A/D 컨버터를 통과하도록 하여, 비교 작업이 행해지는 마이크로프로세서(12)로 보내진다. 그 후 빔 장치(120)의 위치가 그 장치에 의해 발생된 집속된 외과 수술용 빔이 조사될 타겟 영역(18)상에 초점이 맞추어지는 것을 보장하도록 조정되게 해주는 기계장치를 포함하는 로봇 팔의 기계 장치의 전체 동작 위치를 제어하기 위한 마이크로프로세서(12)에 원격 연장선 역할을 하는 (기계 장치 46용 제어기인) 제2 마이크로프로세서(12')에 의해 신호가 발생된다. 제3도에 있어서, 제어기(12')는 실제 실시예에 있어서 전체 기계장치(46)의 일부를 구성하기 때문에, 프로세서 혹은 제어기(12')는 프로세서(12)로부터 독립되어 구별되도록 도시되어 있다. 그러나, 제어기는 프로세서(12)에 직접 합체될 수도 있다. 따라서, 제4도의 블록도에 있어서, 제어기(12')는 컴퓨터나 프로세서(12)의 일부로 또는 (제3도의 로봇 팔 기계장치(46)인) LINAC 조종기(46)의 일부 중 어느 하나로 기술될 수 있다.

제4도는 제1도 또는 제3도의 장치를 제어하는 논리 동작을 시스템 블록도 형태로 예시하고 있다. 매핑영역(16)을 포함하는 3차원 매핑은 예를 들어 테이프 드라이브(tape drive;13)내의 테이프 상에 저장된다. 영상 수신기(34, 134 및 36, 136)로부터의 신호는 프로세서(12)로 보내진다. 제4도에 모두 나타낸 영상 수신기(34, 134 및 36, 136) 및/또는 진단 X-선 발생장치(30, 130 및 32, 132)를 원하는 시간 간격에 또는 오퍼레이터 명령에 따라 가동되도록 프로세서(12)로부터의 제어신호는 상기 영상 수신기 및/또는 진단 X-선 발생 장치로 보내진다. 프로세서(12)로부터의 신호는 로봇 팔 기계 장치(46)(실제로는 그 제어기(12'))또는 짐벌(40)로 보내져 프로세서(12)로 되돌아가는 위치 상태를 나타내는 짐벌(40) 또는 로봇 팔 기계 장치(46)의 반송 신호로 그 위치를 제어하게 된다. 빔 장치(20, 120)는 보통은 그 빔 장치가 타겟 영역(18)상에 제대로 초점이 맞는 경우에만 가동되고, 그렇지 않은 경우에는 통상 가동되지 않는다. 그러나, 타겟 영역이 아닌 부분의 세포조직의 방사선으로 인한 회사(懷死)를 배제하기 위해 환자(14)몸 속의 타겟 영역이 아닌 부분의 노출시간이 충분히 제한되는 한도 내에서는, 빔 발생 장치(20, 120)를 그대로 놓아두는 것이 가능하다. 집속된 빔은 어떤 방향으로부터도 타겟 영역상에 다시 목표물을 겨냥할 수 있으며, 따라서 여러 방향으로부터 조사되는 능력을 제공한다. 오퍼레이터 제어는 오퍼레이터 디스플레이(48)를 포함하는 오퍼레이터 제어 콘솔(24)에 의해 제공된다. 안전 내부 잠금장치(50)는 또한 프로세서(12) 및 필요한 경우에는 빔 장치(20, 120)의 동작을 중지시키기 위해 제공된다.

기본적으로, 영상 수신기(34, 134 및 36, 136)는 선정된 시간 간격에 의해일정 시간마다 분리되는 영상을 제공한다. 이러한 영상은 테이프 드라이브(13)로부터 프로세서(12)내로 일반적으로 전송된 CT 스캔과 프로세서(12)내에서 비교되고, 짐벌(40)또는 로봇 팔 기계장치(46)의 위치는 빔 장치(20,120)에 의해 발생된 집속된 빔의 초점을 환자 몸 속의 매핑영역(16)내에 있는 타겟 영역(18)상에 초점이 맞춰진 상태를 지속하는 동안 연속적으로 또는 단계적으로 움직일 수 있으며, 따라서 빔의 경로 상에 있는 모든 건강한 세포조직이 이온화된 방사선에 노출되는 범위를 최소화시킨다.

일반적으로, 본 발명의 장치 및 방법은 실질적으로 신체의 어느 부위에도 이용될 수 있다는 점을 유의하여야 한다. 타겟 영역(18)이 위치할 수 있는 필요한 표시기(marker)를 제공하기 위한 뼈가 없는 영역에서는, 인공 표적을 제공하기 위해 3개의 기준점을 삽입할 필요가 있다. 공간적 배향의 방향표시를 제공하도록 하는 형상으로 되어 있고, 그리고/또는 하나 또는 두 개의 부분적인 표적을 제공하기 위한 충분한 뼈가 존재하는 경우에는 또한 하나 또는 두 개의 기준점을 이용할 수 있다. 기준점을 사용하는 것은 그 기준점이 조사될 타겟 영역(18)을 찾기 위한 더 나은 또는 정확한 시스템을 제공할 수 있기 때문에, 충분한 뼈가 존재하는 신체 내의 지점의 경우에도 그 사용이 바람직할 수 있다.

지금까지는 함께 계류중인 아들러 특허출원에서 기술된 각각의 정위 뇌수술 방사선 외과 수술용 장치에 대응되는 범위까지 장치(10 및 12')를 기술하였으므로, 이하 본 발명에 따라 본 출원인에 의해 제공되는 장치에 대한 수많은 개량 사항에 대해 설명하고자 한다. 본 발명의 개량 사항은, (3) 장치(10')에 적용가능하고 또한 제 5도 및 제 6도에 예시되어 있는 비상 정지 수단, (b) 장치(10')에 특히 적용가능한 비구면 타겟 영역(18)을 형성하기 위한 특정테크닉, (c) 실질적으로 실시간으로 타겟 영역을 계속해서 찾기 위하여 방사선 외과 수술용 빔 및 진단용 타겟 위치 탐지 빔을 동작시키기 위한 독특한 일시적 절차를 포함한다. 상기 마지막 특징(c)은 장치 10 및 장치 10' 양자 모두에 적용가능하며, 또한 이와 관련되는 타이밍도가 제 9도에 도시되어 있다.

구체적으로, 제5도로 되돌아가면, 전체 장치(10')의 일부분을 형성하는 프로세서 제어가능 로봇 팔 기계장치(46)가 환자(136) 위의 빔 장치(120)를 지지하는 것이 도시되어 있다. 제3도에 예시된 전체 장치의 나머지 부분은 제5도에서는 명료화를 위해 생략되어 있다. 반면에, 장치(10')의 일부분을 형성하는 프로세서 제어가능 로봇 팔 기계장치(46)가 환자(136) 위의 빔 장치(120)를 지지하는 것이 도시되어 있다. 제3도에 예시된 전체 장치의 나머지 부분은 제5도에서는 명료화를 위해 생략되어 있다. 반면에, 장치(10')는 202로 표시된 바와 같이 그 자체가 적절한 수단에 의해 천정에 고정 장착되는 타우어(tower;200)상에 서로 이격된 관계로 고정 장착된 세 개의 장치 A, B, 및 C를 포함하는 것으로 제5도에 도시되어 있다. 이와 동시에, 서로 다른 형태의 세 개 또는 바람직하게는 그 이상의 장치(1, 2, 3, 기타)가 기계적으로 말하자면 전체 로봇 팔 기계 장치(46)의 일부를 구성하는 로봇 팔(206)의 연장부를 형성하는 빔 발생 장치(120)의 후방 몸체(204)상에 장착된다. A, B 및 C 장치 각각은 교대로 부호화된 적외선 펄스 신호를 전송하고 부호화된 초음파 펄스 신호를 다시 수신하는 전송기/수신기의 기능을 한다. 반면에, 각각의 장치(1, 2, 3, 기타)는 장치(A, B 및 C) 각각으로부터 특수하게 부호화된 적외선 펄스 신호를 수신하고, 부호화된 초음파 신호를 대응적으로 다시 전송하도록 특별히 설계된 수신기/전송기로서의 기능을 한다. 빔 발생 장치(120)의 정확한 위치 및 배향을 지속적으로 모니터하고, 따라서 방사선 외과 수술용 빔이 의도된 경로를 벗어나는 경우에는 그 빔 자신이 빔 발생장치(120)를 정지시키도록 기능하는 방법으로 이러한 다양한 장치는 서로 협력한다. 이러한 목적으로, 이하 그 이유가 명백해지는 바와 같이, 장치(10')는 이러한 후자의 8개 수신/송신 장치, 즉 몸체(204)의 전면에 장착된 장치(1, 2 및 3)와 몸체의 측면에 장착된 장치(4 및 5)와 몸체의 배면에 장착된 장치(6) 및 비록 제5도에는 도시되어 있지 않지만 몸체(204)의 대향 측면에 장착된 두 개의 추가적인 장치(7 및 8)가 제공된다.

장치 A, B 및 C, 그리고 장치 1 내지 8은 제 6도에 도식적으로 예시된 전체 비상 정치 장치(208)의 일부를 형성한다. 이하 제7도 및 제8도와 관련하여 기술되는 바와 같이, 본 발명의 장치(10')는, 빔 발생 장치(120) 및 빔이 빔 경로를 횡단하는 미리 정해진 3차원 경로를 따라 움직이도록 되어 있는, 본 발명의 두 번째 특징에 따르도록 설계되어 있다. 프로세서 제어 가능한 로봇 팔 기계 장치(46) 및 멀티프로세서 컴퓨터(12)는 상기 두 번째 특징을 달성하기 위해 서로 협력하도록 설계되어 있다. 그러나, 빔 발생 장치(120)가 그 경로를 벗어나도록 하는 컴퓨터 에러가 발생하는 경우, 환자는 이러한 상황 하에서 그 빔 발생 장치를 정지시키기 위한 백업 시스템(backup system)이 없는 경우 위험한 상태에 놓이게 된다. 장치 208이 이러한 백업 시스템의 기능을 한다.

비상 정치 장치(208)는 3개의 고정 장착된 장치(A, B 및 C)와 빔 발생 장치(120)와 함께 움직이도록 장착된 장치(1 내지 8)를 포함할 뿐만 아니라 제6도에 도시된 멀티프로세서 컴퓨터(12)를 포함한다. 로봇 팔(206)이 의도된 이동 경로를 따라 빔 발생 장치(120)를 움직이도록 함에 따라, 장치 A는 특수하게 부호화된 적외선 펄스 신호를 장치 1로 전송한다. 만일 장치 1이 장치 A의 시계(視界)에서 제 시간에 맞는 지점에 있는 경우 장치 1은 그 신호를 수신하고 그에 응답하여 장치 A에 의하여 수신되고 또한 그 순간에 장치 A에 대한 장치 1의 위치를 확립하기 위한 비행시간 정보를 이용하는 쉽게 제공될 수 있는 종래의 수단을 갖춘 컴퓨터(12)를 통하여 처리된 대응되는 부호화된 펄스 초음파 신호를 다시 전송한다. 그 후, 장치 A는 장치 2에만 독특한 부호화된 적외선 신호를 이용하여 장치 2와 협력하여 동일한 절차를 실행하고, 또한 그리고 나서, 장치 3, 장치 4 등도 장치 2와 마찬가지로 동일한 절차를 실행한다. 장치 A가(장치 B 및 장치 C는 꺼진 상태에서) 장치 1 내지 8과 전체적인 위치 모니터링 교신 절차를 실행한 다음, 장치 A는 장치 C와 함께 꺼지고, 장치 B가 동일한 절차를 실행하도록 되며, 그리고 나서는 (장치 A 및 장치 B가 꺼진 상태에서) 장치 C가 동일한 절차를 실행한다.

장치(A, B 및 C) 각각은 그 시계 내에 있는 장치(1 내지 8)만 교신할 수 있다. 전체 장치(208)의 경우에 있어서, 장치(1 내지 8)는, 로봇 팔(206)이 위치할 수 있는 어떠한 위치에서도 장치(1 내지 8) 중 적어도 3개의 장치가 동작중인 장치(A, B 또는 C)의 시계 내에 항상 있도록, 위치된다. 이러한 방법으로, 비상 정지장치(208)가 완전한 모니터링 사이클(하나의 완전한 A순서, B순서 및 C순서)을진행할 때, 빔 발생 장치 상의 적어도 세 점은 각 장치 A, B 및 C를 향해 위치된다. 적절하게 그리고 쉽게 제공될 수 있는 컴퓨터(12)내의 알고리즘에 의해, 이러한 위치 정보는 빔 발생 장치가 정말로 제시간에 정해진 지점에서 의도된 움직임 경로 상에 있는지 또는 그 의도된 경로로부터 벗어났는지의 여부를 결정하는데 사용된다. 만일 후자의 경우라면, 컴퓨터는 빔 발생 장치(120)를 자동으로 정지시키기 위하여, 즉, 적어도 자동으로 로봇 팔 기계 장치(46) 및 빔 발생 장치(120) 양자 모두와 내부적으로 연결된다. 이것은 로봇 팔 기계 장치(46) 및 의도된 경로를 따라 빔 발생 장치(120)를 안내하기 위한 중요한 수단으로 사용되는 로봇 팔 기계 장치의 제어기 또는 프로세서(12')간에 전적으로 독립적인 서보 피드백 관계(servo feedback relationship)에 의해 실행된다. 실제 실시예에 있어서, 장치(208)는, 그 장치(120)가 1cm/sec에서 5cm/sec의 속도로 움직일 때, A, B 및 C 모니터링 절차를 매초 3회 사이클링 함으로써 장치(120)가 움직이는 동안 장치(120)의 위치를 연속적으로 모니터한다.

특히 비상 정지 장치(208)에 대해서는, 본 발명은 고정 장착된 장치(A, B 및 C)와 움직일 수 있는 장치(1, 2, 3, 기타) 사이의 특정한 위치 관계에 제한되거나 장치(208)가 그 모니터링 절차를 일주하는 속도에만 제한되는 것은 아니라는 점을 유의하여야 한다. 나아가, 본 발명은 특정한 수의 장치 또는 본 발명에 사용된 특정 장치에만 제한되는 것도 아니다. 적절한 협력 장치는 본 발명의 개시 내용에 비추어 쉽게 제공될 수 있다. 실제 실시예를 실시하는 데 있어서, 장치(A, B 및 C) 각각과 장치(1, 2, 3, 기타) 각각은 리텍 어드밴스트 시스템즈사(Litek AdvancedSystems Ltd.)로부터 모델 번호 VS-110PRO로 캘리포니아주 로스앤젤레스에 소재한 상기 회사의 배포자인 셀레스코 트랜스듀서즈(Celesco Transducers)를 통해 구입할 수 있다.

비상 정지 장치(208)를 기술함에 있어서, 본 발명의 두 번째 특징, 구체적으로는 프로세서 제어가능한 로봇 팔 기계 장치(46)가 비구면 타겟 영역(18)을 만들어 내도록 빔 발생 장치(120)를 움직이도록 컴퓨터(12)에 의해 작동되는 특정한 방법을 예시하는 제7도 및 제8에 대해 설명하기로 한다. 다만 앞서 기술한 바와 같이, 장치(10')는 빔 발생 장치(120)가 로봇 팔 기계 장치(48)에 의해 멀티프로세서 컴퓨터에 의해 결정되고 또한 방사선 외과 수술용 빔의 경로를 횡단하는 미리 정해진 경로를 따라 움직일 수 있도록 설계되어 있으며, 동시에 빔 경로는 타겟 영역을 지향되도록 설계되어 있다. 지금까지 설계된 방사선 외과 수술용 장치에 있어서, 빔 발생 장치의 움직임은 장치가 경로를 따라 움직임에 따라 타겟 영역을 통과하도록 빔을 지향하도록 함으로써 구면 타겟 영역을 확립하도록 의도된 구면 상의 특정의 미리 정해진 호(arc: 弧)에만 제한되는 것이었다.

본 발명에 따르면, 멀티프로세서 컴퓨터(12)에는 빔 경로를 횡단하는 미리 정해진 비원형 및 비선형 경로를 따라 빔 발생 장치를 움직이도록 해주고 동시에 그 빔 경로는 타겟 영역 내로 지향되는 방법으로 로봇 팔 기계장치(46)를 동작시키는 알고리즘이 제공된다. 이러한 방법으로, 방사선 외과 수술용 빔은 비구면 타겟 영역을 한정하도록 비원형 및 비선형 경로를 따라 특정 치료 지점에서 타겟 영역을 통과하도록 지향되게 된다. 본 발명의 실시예를 실제로 실시함에 있어서,컴퓨터(12)에는 제7도에 예시한 바와 같이 빔 발생 장치가 구표면 상에 놓인 특정 나선 경로를 통하여 움직이도록 해주는 알고리즘이 제공된다. 상기 나선 경로는 일반적으로 구표면(212)상에서 210으로 표시되는 데 이 구표면(212)은 X, Y, Z 좌표축시스템의 원점에 중심(214)을 갖는다. 모양이 구형이라기보다는 다소 불규칙하고 다소 길게 연장되게 도시된 타겟 영역(18)은 중심점(214)을 둘러싼다.

실제 동작에 있어서, 빔 발생 장치(120)는 타겟 영역(18)내의 점(214)으로 빔을 계속 조준하면서 나선 경로(210)를 따라 움직이도록 되어 있다. 방사선 외과 수술용 빔은 예를 들어 치료 지점 TP1에서 출발하여 그 후 치료 지점 TP2, TP3등으로 움직여서 나선 경로를 통해 최종 치료 지점인 TPN까지 간헐적으로 움직인다. 빔 발생 장치는 그 방사선 외과 수술용 빔을 여러 치료 지점에서만 타겟 영역 내로 지향하게 하고, 또한 정지 지점에서도 동일하게 지향하게 한다. 치료 지점 사이에서 빔 발생 장치는 꺼진 상태로 있다. 이하 상세히 기술되는 특정 나선 경로(210)를 선택하고 또한 그 경로상의 특정 치료 지점을 선택함으로써, 빔 발생 장치는 모양이 타원체이고 제7도에 예시된 바와 같이 불규칙한 모양의 타겟영역(18)을 정확히 둘러싸고 있는 조사량 윤곽선 또는 타겟 영역(18')을 제공할 수 있게 된다. 구체적으로 볼 수 있는 바와 같이, 지점 214는 Z축을 따라 연장되는 장축과 X, Y축을 따라 연장되는 단축을 갖는 타원체의 대칭 중심에 있다. 타원체 모양의 조사량 윤곽선은 지금까지 구형 타겟 영역에 제한되었던 선행기술과 대비된다. 즉 선행기술은 불규칙하게 길게 연장된 영역(18)의 경우 이러한 전체 타겟 영역을 조사하기 위해서는 몇 개의 인접 구형 타겟 영역이 요구되었다.

제7도에 예시되어 있는 나선 경로(210)와 타원체 모양의 영역(18')은 나선 경로(210) 및 치료 지점 TP1, TP2 등을 확립하는 특정 알고리즘에 대해 필요한 위치 기준점을 제공하는 X, Y, Z 좌표축 내에서 기술된다. 이와 관련하여, 구(212)는 X, Y, Z축을 따라 제 8도에 다시 도시되어 있다. 또한, 반경 R은 중심점(214)과 빔 발생 장치(120)의 출력 지점(방사선 외과 수술용 빔이 최초로 발생되는 점) 사이의 방사선 외과 수술용 빔 경로를 나타낸다. 각도 θ 는 Z축과 빔 경로 R 사이의 각에 해당되며, 각도 φ는 X축과 빔 경로 R의 X-Y 평면상 정사영(正射影)간의 각으로 정의된다. 이러한 관계를 기초로 하여, 나선 경로 210은 다음의 식으로 정의될 수 있다.

Z_i= Rcosθ_i

X_i= Rsinθ_icosφ i

Y_i= Rsinθ_isinφ i

상기 열거한 각 식에 있어서, i는 그 곡선상의 특정 치료 지점에 해당된다. 이러한 치료 지점들은 타원체 타겟 영역을 원하는 대로 만들기 위하여 특허출원마다 일정하지 않을 수 있다. 본 발명의 특정 실시예에 있어서, 치료 지점들은 다음식에 의해 정해지며, 여기서 N은 전체 치료 지점의 수를 나타낸다.

위에서, 특정 나선 경로를 따라 빔 발생 장치를 움직임으로써 장치(10')가 특정 타원에 모양의 타겟 영역을 만들어 내는 방법을 구체적으로 기술하였으나, 본 발명은 이러한 특정 응용에만 제한되는 것은 아니라는 점을 이해하여야 한다. 빔 발생 장치는 본 발명에서 개시된 내용에 비추어 비구면 타겟 영역을 확립하기 위해 비원형, 비선형 경로를 따라 움직일 수 있도록 되어 있다. 어떠한 환자에 대해서도, 치료 부위의 체적의 모양(즉, 조사량 윤곽선 또는 타겟 영역) 및 방사선량(즉, 그 체적 내부에 전달될 조사량 분포)을 결정하는 것을 포함하는 치료 계획 방안의 수립된다. 예를 들어 곡선 210의 경우에는, 타원체 모양의 타겟 영역에 전달될 방사선량은 반경 R을 변화시키거나 또는 방사선 외과 수술용 빔의 세기를 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 대부분의 경우, 방사선 외과 수술용 빔의 그림자 성분을 최소화하기 위해서는 R을 최소화하는 것이 바람직하다. 치료지점 TP1, TP2 등을 변화시킴으로써, 타겟 영역의 타원체 모양은 변화될 수 있거나 또한 원하는 대로 만들 수 있다. 본 발명은 각 환자에 대해 최적의 치료계획 방안을 수립하기 위한 탄력적인 작업 툴(tool)로서의 기능을 한다.

지금까지는 장치(10')가 미리 정해진 비원형, 비선형 경로를 따라 로봇 팔을적절하게 움직임으로써 비구면 타겟 영역을 확립하도록 동작되는 방법과 로봇 팔이 별도의 비상 정지 장치에 의해 자동으로 정지될 수 있는 방법을 기술하였으며, 이하에서는 장치(10 및 10')가 그들의 빔 발생 장치(20, 120)가 지속적으로 타겟 영역을 지향되여 조준되는 것을 보장하기 위하여 작동되는 특정한 방법을 설명하기로 한다. 앞에서 시술한 바와같이, 각 장치(10, 10')는 근처의 일정한 기준점을 포함하는 주변 영역에 대해 타겟 영역의 위치를 나타내는 미리 얻어진 기준 데이터를 이용하여 환자 몸속의 특정 타겟 영역 상에서 정위 뇌수술 방사선 외과 수술을 실행한다. 이러한 장치는 또한 한 쌍의 진단 방사선 빔 또는 타겟 위치 탐지 빔을 이용하는 데, 이러한 용어들은 이하의 논의 내용에서 언급될 것이다. 이러한 빔들은 타겟 영역 및 기준점들을 포함하는 주변 영역을 통과하고, 주변 영역을 통과한 후에는 그 주변 영역 내의 기준점의 위치를 나타내는 데이터를 포함한다. 이러한 위치 데이터는 앞서 기술한 탐지기의 협력에 의해 수집되어 멀티프로세서 컴퓨터에 전달되는 데, 후자, 즉, 멀티프로세서는 각 기준점에 대해 타겟 영역의 위치를 결정하기 위해 상기 수집된 데이터를 각각의 비교를 하는 동안 미리 얻어진 기준 데이터와 비교한다. 방사선 외과 수술용 빔은 이러한 정보에 기초하여 실질적으로 실시간으로 타겟 영역 내로 정확하게 지향한다. 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 방사선 외과 수술용 빔이 항상 타겟 영역 내로 지향한다는 것을 보장하기 위해 단지 기술된 여러 단계는 제 9도에 예시된 치료기간(TREATMENT period)은 빔 발생 장치(20 또는 120)가 정지한 채로 그 빔이 진행하는 동안의 시간 간격을 말한다. 타겟 위치 탐지기간은 치료 기간과 치료 기간들 사이의 시간 간격을 말한다. 타겟 위치 탐지기간은 치료 기간과 치료 기간들 사이의 시간 간격을 말하는 것으로, 상기 타겟 위치 탐지기간은 타겟 위치 탐지 데이터를 발생하기 위하여 타겟 위치 탐지기가 켜진 상태로 있는 제 1부기간(副期間: subperiod)과, 타겟 위치 탐지 데이터가 미리 얻어진 기준 데이터와 비교되는 제 2부기간, 및 마지막으로 필요한 경우에는 빔 발생 장치가 최종 비교를 기초로 하여 빔이 타겟 내로 지향되는 것을 보장하도록 빔을 위치시키는 제 3부 기간을 포함한다. 구체적으로 타겟 위치 탐지기간을 이루는 제 1 부기간, 제 2 부기간 및 제 3 부기간은 서로 즉시 이어지고 또한 타겟 위치 탐지기간은 치료기간 다음에 즉시 이어진다. 타겟 위치 탐지기간동안, 빔 발생 장치는 하나의 치료 지점에서 다음 치료 지점으로의 횡방향 이동 경로를 따라 움직이도록 한다. 본 발명의 실시예를 실제로 실시함에 있어서, 각 치료기간은 그 지속 시간이 약 0.5초 내지 1초 사이에 있으며, 타겟 위치 탐지기간은 그 지속 시간이 약 1초 내지 2초 사이에 있다. 따라서, 빔 발생 장치(20 또는 120)는 전체 장치가 작동되는 동안 매 1초 또는 2초마다 켜지고 꺼진다.

비록 본 발명은 본 발명의 특정 실시예에 대하여 기술되어 있으나, 본 발명은 또 다른 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있으며, 또한 본 발명은 일반적으로 본 발명과 관련된 기술분야의 공지 또는 통사적인 실시 범위 내에 있는 본 발명 개시 내용을 벗어나는 것을 포함하고, 또한 지금까지 설명된 중요한 특징에 적용됨은 물론 본 발명의 범위 및 첨부되는 특허청구범위의 한계 내에 속하는 본 발명의 원리에 따라 본 발명을 변형, 사용, 또는 개변하는 것을 포함하는 것이다.

Claims

소정 위치를 가지는 근처의 일정한 기준점을 포함하는 주변 영역에 대한 타겟 영역의 위치를 표시하고 타겟을 포함하는 특정 타겟 영역 상에서 정위 뇌수술 외과 수술을 실행하기 위한 장치에 있어서,

(a) 전달 기계 장치를 포함하는 방사선 빔 발생기와;

(b) 타겟 위치 탐지 빔을 발생시키는 수단과;

(c) 방사선 외과 수술용 방사선 빔을 상기 타겟 영역 내로 간헐적으로 지향시키는 제 1 수단과;

(d) 상기 타겟 위치 탐지 빔이 상기 주변 영역을 통과한 후에 상기 주변 영역내의 기준점의 위치를 나타내는 위치 데이터를 포함하도록, 다수의 타겟 위치 탐지 방사선 빔을 타겟 영역 및 기준점을 포함하는 주변 영역 내로 통과하도록 간헐적으로 지향시키는 제 2 수단과;

(e) (i) 상기 타겟 위치 탐지 빔으로부터의 상기 위치 데이터를 얻고, (ii) 이와 같이 얻어진 상기 위치 데이터를 미리 얻어진 상기 기준점 데이터와 간헐적으로 비교하고, (iii) 상기 각각의 간헐적인 비교로부터 각 비교의 결과로서 기준점의 위치에 대한 타겟 영역의 위치를 결정하기 위한:

상기 간헐적으로 지향되는 타겟 위치 탐지 빔에 응답하는 제 3 수단과;

(f) (i) 상기 방사선 외과 수술용 빔은 간헐적인 치료 기간 동안에만 상기 타겟 영역 내로 지향되고, 이와 교대로 상기 타겟 위치 탐지 빔은 간헐적인 타겟위치 탐지기간 동안에만 주변 영역을 관통하도록 지향되게 하고, (ii) 상기 각 타겟 위치 탐지기간 동안 상기 위치 탐지 빔으로부터 가장 최근에 얻어진 위치 데이터는 상기 타겟 위치 탐지기간 동안에 상기 위치 데이터를 상기 기준점 데이터와 비교하기 위하여 사용되어, 상기 기준점의 위치에 대한 타겟의 위치를 결정하기 위한:

상기 제 1 수단, 제 2 수단, 제 3 수단이 서로 협력하도록 작동시키는 제 4 수단과;

(g) 상기 각 타겟 위치 탐지기간 내에 작동가능하며, 상기 방사선 외과 수술용 빔이 상기 타겟 영역 내로 정확하게 지향되는 것을 보장하기 위하여 상기 타겟 위치 탐지기간 내에 상기 제 3 수단에 의해 결정된 타겟 영역의 위치에 응답하는 수단;을 포함하고,

상기 제 1 수단은, 방사선 외과 수술용 빔 경로가 상기 타겟 영역 내로 지향되는 동안 이와 동시에, 상기 방사선 외과 수술용 빔이 상기 빔 경로를 횡단하는 미리 정해진 경로를 따라 움직이도록 하는 수단을 포함하여, 상기 미리 정해진 경로를 따라 횡단하여 움직인 결과 상기 방사선 외과 수술용 빔이 건강한 세포 조직의 서로 다른 부위를 통과하여 지나가도록 하고;

상기 횡단 경로가 비원형, 비선형 경로가 되도록 제공하는 수단을 추가로 포함하여, 비원형, 비선형 경로에 따른 방사선 외과 수술용 빔의 움직임이 비구면 타겟 영역을 형성하게 되며;

상기 방사선 외과 수술용 빔은,

비원형, 비선형 횡단 경로에 따라 움직이도록 하는 수단은 방사선 빔 발생기의 전달 기계 장치를 운반하는 로봇 팔과: 방사선 외과 수술용 빔이 횡단 움직임 경로로부터 벗어나는 경우 방사선 외과 수술용 빔의 모든 움직임을 정지시키고 방사선 외과 수술용 빔을 끄기 위한 상기 제 1 수단과는 별개의 독립된 비상 정지 수단:을 포함하며;

상기 비상 정지 수단은,

로봇 팔 이외의 고정면에 장착된 신호 전송/수신을 위한 신호 전송/수신 수단과: 로봇 팔에 장착되어 로봇 팔의 시간에 따른 움직임에 따라 다른 위치를 가지면서, 상기 고정 장착된 신호 전송/수신 수단과 신호 교신을 행하는 움직일 수 있는 신호 전송/수신 수단과: 상기 고정 장착된 전송/수신 수단과 협력하여 주어진 시간에서의 로봇 팔 및 방사선 빔 발생기의 전달 기계 장치의 위치를 지속적으로 모니터링하는 수단:을 포함하며;

상기 고정 장착된 신호 전송/수신 수단은 다수의 제 1 장치를 포함하며 다수의 제 1 장치 각각은 부호화된 적외선 신호를 전송하는 수단과 부호화된 초음파 신호를 수신하는 수단을 포함하며, 상기 움직일 수 있는 신호 전송/수신 수단은 다수의 제 2 장치를 포함하며 다수의 제 2 장치 각각은 부호화된 초음파 신호를 전송하는 수단과 부호화된 적외선 신호를 수신하는 수단을 포함하는 것;

을 특징으로 하는 정위 뇌수술 외과 수술 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 각각의 간헐적인 치료 기간이 지난 후에 적어도 하나의 타겟 위치 탐지기간이 즉시 이어지도록 하는 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 정위 뇌수술 외과 수술 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 각각의 치료 기간은 지속 시간이 0.5 내지 1 초 사이이고 상기 각각의 타겟 위치 탐지기간은 지속 시간이 1.0 내지 2.0 초 사이가 되도록 하는 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 정위 뇌수술 외과 수술 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 미리 정해진 경로에 따라 방사선 외과 수술용 빔을 움직이기 위한 수단은 타겟 위치 탐지기간 동안만 작동되도록 하는 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 정위 뇌수술 외과 수술 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 횡단 경로는 상기 타겟 영역이 그 중심에 위치하는 원형 또는 부분적인 원형이 되도록 하는 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 정위 뇌수술 외과 수술 장치.
환자 몸 속의 특정 타겟 영역 상에 방사선 외과 수술을 실행하기 위한 장치에 있어서,

(a) 방사선 외과 수술용 방사선 빔을 발생시키는 수단:

(b) 상기 타겟 영역을 관통하는 빔 경로를 따라 상기 빔을 지향시키는 방법으로 상기 빔 발생 수단을 지지하는 빔 조준 수단:

(c) 방사선 외과 수술용 빔 경로가 상기 타겟 영역 내로 지향되는 동안 이와 동시에, 상기 빔 조준 수단이 상기 빔 경로를 횡단하는 미리 정해진 비원형, 비선형 경로를 따라 움직이도록 하는 수단으로서, 상기 방사선 외과 수술용 빔이 특정 치료 지점에서 타겟 영역을 관통하고 비원형, 비선형 경로를 따르도록 지향시킴으로서 비구면 타겟 영역을 형성하는 수단;

(d) 표면을 가지고 그 중심은 상기 타겟 영역 내에 위치하는 계산된 가상적인 구를 형성하는 수단과, 상기 빔이 발생되는 지점이 상기 가상적인 구 위에 항상 위치하는 횡단 경로를 따라 움직이도록 하는 방법으로 상기 빔 조준 수단을 움직이는 수단을 제공하는 수단;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 외과 수술 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 미리 정해진 경로는 다음의 식 :

Z_i= Rcosθ_i

X_i= Rsinθ_icosφ_i

Y_i= Rsinθ_isinφ_i

에 의해 정의되는 상기 구표면 상의 특정 나선 경로이고, 상기 식에서 R은 상기 구의 반경이고, X, Y 및 Z는 상기 구의 중심에 원점을 갖는 3차원 좌표시스템이며, θ는 상기 Z축과 상기 반경 R에 의해 정의되는 각이고, φ는 상기 X축과 상기 반경 R의 상기 X-Y 평면 내의 X-Y 성분에 의해 정의되는 각이고, i는 상기 나선 경로 상의 특정한 지점인 것을 특징으로 하는 방사선 외과 수술 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 빔 조준 수단이 정지해 있는 동안에만 특정 치료 지점에서 빔이 발생하도록, 상기 빔 조준 수단을 간헐적으로 나선 경로를 따라 움직이는 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 외과 수술 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 다수의 지점 i 는 상기 빔이 발생되는 나선형 경로 상에 위치하며, 그 위치는 다음의 식:

에 의해 정의되고, 상기 식에서 N은 상기 빔이 발생되는 지점의 전체 수와동일한 것을 특징으로 하는 방사선 외과 수술 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 빔 조준 수단이 상기 횡단 경로로부터 벗어나는 경우 방사선 외과 수술용 빔의 모든 움직임을 정지시키고 방사선 외과 수술용 빔을 끄기 위한 상기 빔 조준 수단과는 별개의 독립된 비상 정지 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 외과 수술 장치.
제 10 항에 있어서,

상기 비상 정지 수단은 로봇 팔을 추가로 포함하며,

로봇 팔 이외의 고정면에 장착된 신호 전송/수신을 위한 신호 전송/수신 수단과: 로봇 팔에 장착되어 로봇 팔의 시간에 따른 움직임에 따라 다른 위치를 가지면서, 상기 고정 장착된 신호 전송/수신 수단과 신호 교신을 행하는 움직일 수 있는 신호 전송/수신 수단과: 상기 고정 장착된 전송/수신 수단과 협력하여 주어진 시간에서의 로봇 팔 및 방사선 외과 수술용 빔 발생 수단의 위치를 지속적으로 모니터링하는 수단:을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 외과 수술 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 고정·장착된 신호 전송/수신 수단은 다수의 제 1 장치를 포함하며 다수의 제 1 장치 각각은 부호화된 적외선 신호를 전송하는 수단과 부호화된 초음파신호를 수신하는 수단을 포함하며, 상기 움직일 수 있는 신호 전송/수신 수단은 다수의 제 2 장치를 포함하며 다수의 제 2 장치 각각은 부호화된 초음파 신호를 전송하는 수단과 부호화된 적외선 신호를 수신하는 수단을 포함하는; 것을 특징으로 하는 방사선 외과 수술 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 방사선 외과 수술용 빔 발생 수단은, 상기 빔이 상기 횡단 경로를 따라 움직이는 동안 환자의 일정한 임계 영역 내로는 지향되지 않도록 제어되는 간헐적인 방법으로, 방사선 외과 수술용 빔을 발생시키는 것을 특징으로 하는 방사선 외과 수술 장치.
환자 몸 속의 특정 타겟 영역 내에서 방사선 외과 수술을 실행하기 위한 장치에 있어서,

(a) 방사선 외과 수술용 방사선 빔을 발생시키는 수단과;

(b) 상기 타겟 영역을 통과하는 빔 경로를 따라 빔을 지향시키는 방법으로 빔 발생 수단을 지지하는 로봇 팔을 포함하는 수단과;

(c) 상기 빔 경로가 타겟 영역 내로 지향되는 동안 이와 동시에, 상기 빔 경로를 횡단하는 미리 정해진 경로를 따라 로봇 팔 및 방사선 외과 수술용 빔을 움직이는 수단과;

(d) 상기 로봇 팔이 상기 횡단 경로로부터 벗어나는 경우 자동적으로 로봇팔의 모든 움직임을 정지시키고 상기 빔을 끄는 상기 로봇 팔을 포함하는 수단과는 별개의 독립적인 비상 정지 수단;을 포함하고,

상기 비상 정지 수단은,

로봇 팔 이외의 고정면에 장착된 신호 전송/수신을 위한 신호 전송/수신 수단과: 로봇 팔에 장착되어 로봇 팔의 시간에 따른 움직임에 따라 다른 위치를 가지면서, 상기 고정 장착된 신호 전송/수신 수단과 신호 교신을 행하는 움직일 수 있는 신호 전송/수신 수단과: 상기 고정 장착된 전송/수신 수단과 협력하여 주어진 시간에서의 로봇 팔 및 방사선 외과 수술용 빔 발생 수단의 위치를 지속적으로 모니터링하는 수단:을 포함하며;

상기 고정 장착된 신호 전송/수신 수단은 다수의 제 1 장치를 포함하며 다수의 제 1 장치 각각은 부호화된 적외선 신호를 전송하는 수단과 부호화된 초음파 신호를 수신하는 수단을 포함하며, 상기 움직일 수 있는 신호 전송/수신 수단은 다수의 제 2 장치를 포함하며 다수의 제 2 장치 각각은 부호화된 초음파 신호를 전송하는 수단과 부호화된 적외선 신호를 수신하는 수단을 포함하는;

것을 특징으로 하는, 방사선 외과 수술 장치.
근처의 일정한 기준점을 포함하는 주변 영역에 대한 타겟 영역의 위치를 표시하는 미리 얻어진 기준 데이터를 이용하여 소정 위치의 특정 타겟 영역으로 방사선 빔을 간헐적으로 발생시키는 장치를 제어하는 방법에 있어서,

타겟 위치 탐지 빔이 주변 영역을 통과한 후에 다수의 타겟 위치 탐지기간을제공하는 주변 영역 내의 기준점의 위치를 나타내는 위치 데이터를 포함하도록, 다수의 타겟 위치 탐지 방사선 빔을 타겟 영역 및 기준점을 포함하는 주변 영역내로 이를 통과하도록 간헐적으로 지향시키는 단계와;

상기 간헐적으로 지향되는 타겟 위치 탐지 빔에 대응하여, 타겟 위치 탐지 빔으로부터 위치 데이터를 얻고, 이와 같이 얻어진 위치 데이터를 미리 얻어진 기준 데이터와 간헐적으로 비교하고, 간헐적인 각각의 비교로부터 각 비교의 결과로서 상기 기준점의 위치에 대한 타겟 영역의 위치를 결정하는 단계와;

상기 단계들이 서로 협력하도록 하여 (i) 상기 방사선 외과 수술용 빔이 상기 간헐적인 치료 기간 동안에만 타겟 영역 내로 지향되도록 하고, 이와 교대로 상기 타겟 위치 탐지 빔은 상기 간헐적인 위치 탐지기간 동안에만 주변 영역을 통과하도록 지향되도록 하며, (ii) 상기 각 타겟 위치 탐지기간 동안 상기 위치 탐지 빔으로부터 가장 최근에 얻어진 위치 데이터를 기준 데이터와 비교하여, 기준점에 대한 타겟의 위치를 결정하는 단계와;

상기 타겟 위치 탐지기간 동안 및 그 기간 동안 가장 최근에 결정된 타겟 영역의 위치에 응답하여, 방사선 외과 수술용 빔이 정확히 상기 영역 내로 지향되도록 보장하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치 제어 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 각각의 간헐적인 치료 기간이 지난 후에 타겟 위치 탐지기간 중 하나가즉시 이어지는 것을 특징으로 하는 장치 제어 방법.
특정한 타겟 영역을 향하여 방사선 빔이 발생되도록 제어하는 방법에 있어서,

방사선 외과 수술용 방사선 빔을 빔 발생 장치에 의해 특정 지점에 발생시키는 단계와;

상기 타겟 영역을 통과하는 빔 경로를 따라 상기 빔을 지향시키는 방법으로 상기 빔 발생 장치를 지지하는 단계와;

상기 빔 경로가 상기 타겟 영역 내로 지향되는 동안 이와 동시에, 상기 빔 발생 장치가 상기 빔 경로를 횡단하는 미리 정해진 비원형, 비선형 경로를 따라 움직이도록 하여, 상기 방사선 외과 수술용 빔이 특정 지점에서 타겟 영역을 관통하고 비원형, 비선형 경로를 따르도록 지향시키는 단계와;

표면을 가지고 그 중심은 상기 타겟 영역 내에 위치하는 계산된 가상적인 구를 형성하고, 상기 타겟 영역 내에 중심을 가지는 상기 가상적인 구 위에 항상 위치하는 횡단 경로를 따라 상기 빔이 발생되는 지점이 움직이도록 하는 방법으로 빔 발생 장치를 움직이는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 빔 발생 제어 방법.
제 17 항에 있어서,

상기 미리 정해진 경로는 다음의 식:

Z_i= Rcosθ_i

X_i=Rsinθ_icosφ_i

Y_i=Rsinθ_isinφ_i

에 의해 정의되는 상기 구표면 상의 특정 나선 경로이고, 상기 식에서 R은 상기 구의 반경이고, X, Y 및 Z는 상기 구의 중심에 원점을 갖는 3차원 좌표시스템이며, θ는 상기 Z축과 상기 반경 R에 의해 정의되는 각이고, φ는 상기 X축과 상기 반경 R의 상기 X-Y 평면 내의 X-Y 성분에 의해 정의되는 각이고, i는 상기 나선 경로 상의 특정한 지점이 되도록 하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 빔 발생 제어 방법.
제 18 항에 있어서,

상기 나선 경로를 따라 빔 발생 장치를 간헐적으로 움직이고, 상기 빔 발생 수단이 정지해 있는 동안에만 그 위치에서 빔을 발생하도록 하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 빔 발생 제어 방법.
제 19 항에 있어서,

상기 빔이 발생되는 나선형 경로 상에 위치하는 상기 다수의 지점 i 는 다음의 식:

에 의해 정의되고, 상기 식에서 N은 상기 빔이 발생되는 지점의 전체 수와 동일한 것을 특징으로 하는 방사선 빔 발생 제어 방법.