KR100341511B1 - 충전된입자비임산란시스템을갖는방사선치료장치 - Google Patents

충전된입자비임산란시스템을갖는방사선치료장치 Download PDF

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KR100341511B1
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Abstract

방사선 치료장치가 입자비임을 발생시키기 위한 양자와 같은 충전된 입자들의 소스, 그리고 충전된 입자비임의 직경을 변경시키기 위한 산란포일을 포함한다. 상기 산란포일은 그 두께가 일정한 두께범위에서 균일하며 연속적으로 조정가능하도록 구성 된다.

Description

충전된 입자 비임 산란 시스템을 갖는 방사선 치료장치{CHARGED PARTICLE BEAM SCATTERING SYSTEM}
제 1 도는 충전된 입자 비임 치료시스템의 개략도.
제 2 도는 모터와 위치 제어유닛 그리고 첫번째 산란기의 부분적 개략적 평면도.
제 3 도는 첫번째 산란기의 한 쐐기를 설명하는 사시도.
제 4 도는 첫번째 산란기의 쐐기들을 도시한 제2도의 4-4선 부분단면도.
제 5 도는 회전식 원형 컨베이어내에 장착된 다수의 이차 산란 포일을 도시한 평면도.
제 6 도는 다수의 이차 산란포일을 도시하는 제5도의 6-6선 부분단면도.
제 7 도는 양자 비임 산란 시스템의 동작을 설명하는 흐름도.
제 8 도는 양자 비임 산란 시스템내 다양한 비임 프로파일을 설명하는 개략적 도면.
* 부호설명
10 : 제어실 컴퓨터 11 : 컴퓨터
12 : 내장 컴퓨터 14 : 제어기
16 : 소스 18 : 위치 제어유닛
20 : 첫번째 산란체 22 : 두번째 산란체
23 : 시준기 24 : 산란 시스템
26 : 입자 비임 28 : 둥근 덩어리
30 : 표적 32 : 확인 암호화기
34 : 모터 36,38 : 축
40 : 커플링 42 : 브래키트
46 : 쐐기 50,52 : 산란재료
56 : 위치 암호화기 58 : 나사선 섹션
60 : 비-나사선 섹션 62 : 말단
66 : 중앙단부 68 : 편평한 표면
70 : 비임경로 74 : 이동방향
78 : 중앙단부 80 : 비임 치료장치
82 : 높은 z 재료 84 : 낮은 z 재료
86 : 속이빈 부분 90 : 프레임
92 : 이차 산란포일 94 : 로드(봉)
112 : 시준기 118 : 양자의 비임
120 : 가우스 영향 프로파일
122 : 균일한 영향 프로파일
본 발명은 연속적으로 가변되는 산란 침투 방사선을 발생시키기 위해 스케터링(산란)을 사용하는 방사선 처리장치에 관한 것이며, 방사선을 환자의 치료부위로 향하게 하므로써 환자를 치료하는 방법에 관한 것이다.
종래 방사선 치료는 암을 치료하고 완화하는 수단으로 전자 비임과 엑스레이를 사용한다. 암의 위치에 방사선을 차별적으로 쬐는 것이 현재의 기술로는 불가능하기 때문에, 조직표면과 암 사이에 있는 건강한 조직이 높은 방사선에 노출되어 손상을 입게된다. 결과적으로 의사들은 건강한 조직으로의 바람직하지 않은 손상과 그에 따르는 부수적인 영향을 줄이기 위해 최적 투여량 이하의 방사선을 사용한다. 그러나, 여러 경우에서, 이는 바람직하지 않은 선택인 것으로 여겨진다.
양자치료는 암 치료에서 엑스레이와 전자비임을 대치할 수 있는 치료인 것으로 알려져왔다. 종래의 방사선 치료보다 훨씬 더 정밀함을 제공하므로써 표적부분으로 더욱더 효과적인 투여를 제공할 수 있다. 양자들은 이들이 신체내 특정 지점에 도달 할때까지 충분히 흡수되지 않고 신체 조직을 통과한다. 양자비임의 브래그피이크에 해당하는 이 특정 지점에서 양자 에너지가 릴리이스된다. 따라서, 양자비임의 브래그 피이크가 치료될 표적위치와 일치하는때, 표적위치가 가장 높은 방사선 집중을 받는다. 측면의 이차 스캐너는 거의 없으며, 따라서 주변의 건강한 조직들로는 거의 손상을 입히지 않는다. 단일 에너지 양자비임을 위한 브래그 피이크가 횐자내 특정위치에 집중되어질 비임에 의해 제공된 에너지를 허용하는 동안, 양자비임의 폭은 수 밀리미터에 달할 뿐이므로, 이는 특히 치료부위 체적이 크다면 종양과 같은 불규칙적인 형상의 3차원적인 치료부위 체적으로의 충분한 방사선 치료 투여를 전달하는데는 불충분하다.
따라서 지정된 표적부위 체적으로 최대의 균일한 방사선 치료를 정확하게 반복적으로 전달하게될 방사선 치료장치가 요구되고 있다.
본 발명은 필드 균일함을 유지하면서 파편(spill to spill) 에너지 추출을 사용하는 깊이있는 투약 테일러링을 허용하는 충전된 입자들을 위한 신규한 산란시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예는 시간에 따라 변화하는 세기와 에너지를 가지는 충전된 입자들의 비임을 발생시키는 충전된 입자들의 소스를 포함한다. 한 산란포일이 입자비임의 직경을 변경시키기 위한 입자비임의 경로내에 놓이며, 이에 의해서 표적체적을 커버한다.
산란포일의 비임 인터셉트부는 일정한 범위의 두께를 통해 계속해서 조절가능한 균일한 두께를 제공한다. 산란 시스템은 첫번째와 두번째 산란체들로 구성된다. 첫번째 산란체는 한쌍의 평행하고 대향된 테이페 웨지 (점점 가늘어지는 쐐기)로 이루어 진다. 이들 쐐기들은 산란을 발생시키지만 에너지를 변경시키지 않는(즉, 그 범위를 크게 변경시키지 않는) 원자번호가 큰 원자들을 포함하는 높은 z 재료(예를 들면 납, 금,...)들로 만들어진다. 각 슬라이드들은 레일들과 축들상에서전후로 활주하며 모터와 위치 제어유닛에 의해 제어되어 쐐기들의 동등한 부분들이 비임 인터셉트 부분에서 겹쳐지도록 한다.
두번째 산란체는 회전식 원형 콘베이어상에 장착되며 첫번째 산란체로부터 하류의 위치에서 입자비임의 경로를 인터셉트한다. 두번째 산란포일은 높은 z 재료와 낮은 z 재료 모두로 만들어진다. 낮은 z 재료(가령 탄소로 만들어진 플라스틱)은 많은 산란을 발생시키지 않으나 에너지를 줄이는 낮은 원자번호 원자들을 포함한다. 높은 원자번호 재료는 대략 가우스 형상인 단면 프로파일을 갖는다. 낮은 원자번호 재료는 높은 원자번호 재료를 둘러싸며, 바의 그 아래에서, 대략 가우스 형상인 교미 프로파일을 가지는 중공의 파내어진 부분을 가진다.
본 발명은 소스에서 비임내 입자에너지를 조절하는 제어기를 포함한다. 또한, 종양의 불규칙한 3차원 형상으로 구성된 환자의 시준기와 둥근 덩어리가 비임의 전파축으로부터 입자의 방사상 거리의 함수로서 입자비임내 입자의 침투범위를 변경시키도록 사용 된다.
이같은 산란 시스템의 동작중에 양자가 소스, 입자가속기 (대표적으로는 싱크로트론)에 의해 발생되며 첫번째 산란기상으로 충돌된다. 쐐기에 의해 산란된 뒤에 양자비임은 거의 가우스 영향력 프로파일을 가진다. 따라서, 첫번째 산란기는 필요한 총 산란의 일만을 제공하며, 나머지는 두번째 산란기에 의해 제공된다. 두번째 산란기로부터의 비임은 균일한 범위와 균일한 영향 프로파일 모두로 환자의 위치에서 폭이 넓다.
제1도에서, 본 발명의 바람직한 실시예에서 제어실 컴퓨터(10)는 내장 컴퓨터(12)와 제어기(14)와 직접 통신한다. 제어기(14)와 내장 컴퓨터(12)는 적절한 신호를 소스(16)와 모터 그리고 위치 제어유닛(18) 각각으로 전송한다. 모터와 위치 제어유닛(18)은 다음으로 첫번째 산란기(20)의 위치를 제어한다. 첫번째 산란기(20)는 두번째 산란기(22)와 조화하여 산란 시스템(24)의 한가지 실시예를 만든다. 이같은 산란시스템은 소스 (16)에 의해 방출된 입자들의 한 비임을 산란시킨다. 마지막으로 입자들의 결과적인 비임(25)은 환자의 시준기(23)에 의해 형성되며 둥근덩어리(28)에 의해 부분적으로 흡수되고 환자내에 위치한 특정 표적(30) 지역에 충돌된다.
소스(16)는 방사선 치료처방을 위해 유용한 에너지로 충전된 이원자 입자들로 가속시키는 신크로트론과 같은 가속기를 포함 한다. 싱크로트론은 자장을 발생시키는 에너지 자석링을 포함한다. 특히 양자와 같은 입자들은 진공 튜브내 자석을 통과한다. 링내의 자장이 증가되는때, 순환하는 양자의 에너지가 또한 증가한다.
자장은 예정된 양자 비임 에너지에 해당되는 값에 도달할때까지 계속해서 증가한다. 이때에 자장이 일정하게 유지되며 양자가 싱크로트론으로부터 서서히 추출된다. 환자 치료를 위한 에너지 범위는 최소 70 MeV 에서 최대 250 MeV 에 달한다. 싱크로트론은 1/4초에 70 MeV 로 그리고 1/2초에 250MeV 로 양자를 가속시킬 수 있다. 양자들은 가우스 형상의 비임으로 싱크로트론으로부터 방출된다.
치료 계획 컴퓨터(11)는 개별적인 환자를 위해 필요한 특정 치료를 계획하고 환자 치료 중에 양자 비임 처방장치(80)에 의해 사용된 정보를 제공하도록 사용된다. 정보는 환자의 치료에서 사용된 방사선을 전달하기전에 치료계획 컴퓨터(11)로부터 제어실 컴퓨터(10)로 옮겨진다. 제어실 컴퓨터(10)에 의해 처리된 후에, 정보가 내장 컴퓨터(12)와 제어기(14)로 보내진다.
제어기(14)는 제어실 컴퓨터(10)로부터 보내진 신호를 수신하며, 바람직한 상응하는 양자 비임 에너지가 얻어질때까지 싱크로트론내 자석의 자장과 같은 다양한 가속기 파라미터를 조절한다. 따라서, 제어기(14)는 자석의 링을 통해 양자 가속을 증가시키거나 감소시키는 능력을 가진다. 또한, 제어기(14)는 소스(16)의 상태를 모니터하고 이같은 정보를 제어실 컴퓨터(10)로 보내며, 이 컴퓨터가 종국적으로 양자 비임 전달을 끈낼것인가를 결정하게 된다.
내장 컴퓨터(12)는 또한 제어실 컴퓨터로부터 명령을 수신하며 이같은 정보를 제2도에서 도시되며 첫번째 산란체(20)의 위치 정하기를 일차적으로 제어하는 모터 및 위치제어유닛(18)으로 직접 통하게 한다. 따라서, 내장 컴퓨터(12)의 기능은 모터 및 위치 제어유닛(18) 그리고 확인 암호화기(32)를 통해서 첫번째 산란체(20)의 위치를 계속해서 검사하는 것이다. 또한, 내장 컴퓨터(12)는 첫번째 산란체(20)가 적절하게 위치가 정해지지 않은때 제어실 컴퓨터(10)에 의해 환자의 치료를 종료하기 위한 능력을 가진다.
제2도는 모터와 위치 제어유닛(18) 그리고 첫번째 산란체(20)의 한 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 내장 컴퓨터(12)는 모터 및 위치 제어유닛(18) 그리고 확인 암호화기(32)와 직접 통하게 된다. 모터와 위치 제어유닛(18)은 내장 컴퓨터(12)로부터 정보를 수신하며 두 동일한 축(36,38)을 동시에 회전시키는 모터 (34)로 적적한 신호를 전송한다. 축(36,38)이 동일하기 때문에 다음의 설명은 첫번째 축(36)에 대하여만 설명하기로 한다. 커플링(40)은 브래키트(42)를 축(36)에 연결시킨다. 브래키트 (42)상에 장착된 쐐기(46)는 프레임(52)내에 수용된 산란재료 (50)로 만들어진다. 위치 암호화기(56)는 축(36)의 회전수를 통하여 첫번째 쐐기 (46)의 위치를 모니터하고 적절한 신호를 모터와 위치 제어유닛(18)으로 보낸다. 다음에, 모터와 위치 제어유닛(18)은 이같은 정보를 첫번째 산란체(20)의 위치가 바른가를 확인하는 내장 컴퓨터(12)로 릴레이한다. 위치 암호화기(56)와 유사한 확인 암호화기(32)는 축(38)의 회전수를 계산하므로써 두번째 쐐기(48)의 위치를 확인하며, 그러나 이같은 정보를 내장 컴퓨터(12)로 직접 릴레이시킨다.
축(36,38)은 나사선 섹선(58)과 비-나사선 섹션(60)으로 구성된 원통형 로드로 구성된다. 각 축(36,38)의 나사선 섹션(58)은 외부의 연속된 나사선 리브 또는 나사선으로 조각된다. 축방향 길이의 유닛마다 나사선의 수로 측정된 나사선의 피치는 양축 (36,38)에서 동일하다. 첫번째 축(36)의 말단(62)은 위치 암호화기(56)내로 연장되며, 두번째 축(38)의 말단(64)은 확인 암호화기(32)내로 연장된다. 두 축(36,38)의 중앙단부(66)는 모터(34)내로 연장된다.
각 축(36,38)은 각 회전을 위해 각각의 커플링(40)으로 정해진 선형이동을 제공하도록 정확하게 만들어진다. 따라서, 각 축(36,38)상에서의 나선형의 나사선이 모터(34)로부터 커플링 (40)의 선형이동내로 똑같이 변환시키며, 커플링의 선형 이동은 쐐기(46,48)들을 조화하여 이동시킨다. 모터와 위치 제어유닛 (18)은 모터(34) 회전을 제어하여 쐐기(46,48)의 동등한 섹션들이 겹쳐지도록 하며, 이에 의해서 제4도에서 도시된 바와 같이 비임 인터셉트 위치(70)에서 균일한 쐐기 두께를 제공한다.
제3도에서, 이같은 실시예에 대하여 각 쐐기(46)(48)는 5개의 납짝한 또는 편평한 표면(68)을 포함한다. 세개의 표면(68a,68b, 68c)은 형상이 4개의 변을 갖거나 장방형이며, 각 변은 인접한 면과 90도를 형성하고, 두개의 표면(68d)(68e)은 3개의 변을 갖거나 삼각형이며, 각 삼각형 형상표면은 하나의 90도 각을 갖는다. 두개의 장방형 형상표면(68b)(68c)은 서로 직각을 이루며, 한 표면(68c)이 본원 명세서에서는 평행한 표면(68c)로 지정된 이동방향(74)에 평행한 평면내에 있고, 다른 표면(68d)은 본원 명세서에서는 직교의 표면(68b)으로 지정된 이동방향(74)에 직교인 평면내에 있다. 나머지 장방형 형상의 표면(68a)은 경사진 평면을 형성하며 본원 명세서에서 경사표면(68a)으로 지정된다. 본 실시예를 위하여 그리고 모든 목적을 위해 경사진 수단은 쐐기의 이동방향(74)과 관련한다. 각 쐐기는 납과 같은 높은 z 재료들로 만들어진다. 높은 z-재료로는 산란을 발생시키나 입자의 에너지를 변경시키지 않는 원자번호가 큰 원자들이 있다.
제4도에서는, 쐐기(46,48)가 이들의 경사진 표면(68a)이 반대 방향으로 연장되도록 위치한다. 첫번째 쐐기(46)의 평행표면 (68c)은 두번째 쐐기(48)의 평행표면(68c)과 평행을 이루며 놓인다. 따라서 쐐기(46,48)들을 포함하는 이들 평면들은 쐐기(46,48)들의 이동방향(74)과 평행하다. 일정한 두께의 공극(72)이 첫번째 쐐기(46)와 두번째 쐐기(45) 사이에서 연장 된다. 이들 쐐기(46,48)들은 전체 비임 인터럽트부(70)가 동일하고 균일한 두께의 공극(72)과 산란재료(50)을 갖도록 정렬된다. 따라서, 쐐기(46,48)들은 충돌하지 않고 이들의 전체 길이에서 이동된다.
다시 제2도에서, 각 커플링(40)은 축위로 커플링이 장착되는 바의 그와 같은 축의 나사선 섹션 전 길이에서 이동한다. 나사선 섹션(58)은 쐐기의 경사지지 않은 장방형표면(68c) 길이보다 길어서 커플링(40)이 축(36,38)의 나사선 끝(76)에 위치하는때, 쐐기(46,48)가 이들이 겹쳐지지 않고 어떠한 산란재료(50)도 비임경로내에 오지않게 위치하여지도록 된다. 쐐기가 이같은 위치에 있는때, 첫번째 산란체(20)에서는 어떠한 산란도 일어나지 않는다. 반대로, 프레임(52)이 비임경로내에는 있지 않으나 이에 인접한때, 가장 두꺼운 산란재료(52)가 비임경로내에 있게된다. 이같은 위치에서, 커플링(40)은 축(36,38)의 나사선이 있는 중앙단부(78)에 위치한다. 이같은 특정구성이 첫번째 산란체(20)에서 가장 많은 산란을 발생시킨다. 커플링(40)이 축(36,38)의 나사선부상의 중간위치에 있게되는때 비임경로내에 중간크기의 산란재료가 있으며, 결과적으로 양자비임의 중간크기의 산란이 있게된다. 쐐기 형의 첫번째 산란체(20) 때문에, 산란재료(50) 두께의 무한한 선택이 가능하다. 이 선택과는 무관하게 비임 인터셉트부(70)내의 재료(50)의 혼합두께는 균일할 것이다. 첫번째 산란체(20)의 이같은 정렬과 구성 때문에, 첫번째 산란체(20)의 비임 인터셉트부(70)로부터 출력되는 모든 비임이 산란의 크기와는 무관하게 기본적으로 가우스 형상을 나타낼 것이다.
두번째 산란체(22)와 조화하여 첫번째 산란기(20)는 제1도에서 도시된 바와 같은 산란 시스템의 한 실시예를 포함한다. 산란 시스템에 필수적이 아닌 두번째 산란체(22)는 양자비임 치료장치 (80)에서 정상적인 동작조건하에서 전형적으로 바람직하다. 산란시스템(24)의 두번째 산란기(22)에 대한 한 실시예가 제5도에 도시된다. 이같은 실시예를 위해, 바퀴-형상의 두번째 산란기(22)가 다수의 이차 산란 포일(92)을 수용하는 원통형 형상의 프레임(90)으로 구성된다. 로드(봉)(84)가 바퀴형상을 하는 두번째 산란기(22)의 중앙에 위치한다. 이 봉(94)은 양자비임 처방 장치(80)에서 두번째 산란기(22)를 장착하도록 사용된다. 이차의 산란포일(92)은 서로로부터 그리고 로드(94)로부터 같은 거리에 위치한다. 각 이차 산란포일(92)은 높은 z 재료(82)과 낮은 z 재료(84) 모두로 만들어진다. 제6도에서, 높은 z 재료 (82)은 실질적으로 가우스 형상인 단면 프로파일을 가지며 낮은 z 재료(84)의 속이 빈 부분(86)내에 배치된다. 낮은 z 재료(84)(가령 탄소로 만들어진 플라스틱)은 많은 산란을 발생시키지 않으나 양자비임내 양자 각각의 에너지를 줄이는 낮은 원자 번호 원자를 담고있다. 속이빈 부분(86)은 높은 z 재료(82)의 가우스 형상 프로파일에 해당하는 실질적으로 가우스 형상인 표면을 가진다. 이차 산란 포일(92)로부터 비임형상(즉, 에너지 분산 프로파일) 또는 산란체의 양을 변경시키기 위해, 이차 산란체(22)가 로드(94) 둘레에서 회전되어 각기 다른 이차 산란포일(92)이 양자 비임(26)의 경로내에 위치하도록 한다. 따라서, 제5도는 이차 산란체의 한 실시예이나, 6개의 이차 산란포일로 구성되는 이차 산란체와 같은 다른 적절한 형태의 이차 산란체가 어떤 응용에서는 적절할 수도 있다.
다수의 양자비임 산란구성을 얻기위해, 각 이차 산란포일(92)은 높은 z 재료(82)과 낮은 z 재료(84)의 각기 다른 구성을 가진다. 가령, 이차 산란포일(92)의 한가지 구성은 커다란 가우스 형상의 높은 z 재료(82)을 포함할 수 있는 반면에, 또다른 구성은 작은 가우스 형상의 z 재료(82)을 포함할 수 있다. 높은 z재료(84)의 양을 변경시키는 것외에도, 낮은 z 재료(92)의 속이 비어있는 부분이 또한 그 크기가 변경될 수 있기도 하다. 가령, 낮은 z 재료(82)의 한가지 구성은 큰 가우스 형상의 속이빈 부분을 포함할 수 있으며, 반면에 또다른 구성은 작은 가우스 형상의 속이 빈 부분을 포함할 수도 있을 것이다. 선택적으로, 낮은 z 재료(82)과 높은 z 재료(84)의 타입은 다양한 산란 분산 구성을 얻을 수 있도록 변경될 수 있다. 가령, 사용자는 한가지 이차 산란포일(92)을 위해 높은 z 재료(84)로서 금을 선택하고 또다른 이차 산란포일(92)을 위해 높은 z 재료(84)로서 납을 선택할 수 있다. 따라서, 낮은 z 재료(82)과 높은 z 재료(84)의 형상, 크기 및 타입은 다양한 양자 비임 산란구성을 얻기 위해 변경될 수 있다.
다시 제1도를 보면, 양자 비임 치료시스템은 환자의 시준기 (23)와 둥근덩어리(28)를 포함한다. 환자의 시준기(23)는 잡합금으로 만들어진 두꺼운판 그리고 표적(30)의 구성과 부합하기 위해 비임의 단면형상을 하는 원둘레를 가지는 구로 구성된다. 잘 알려진 바와 같이, 둥근 덩어리(28)와 같은 덩어리는 환자의 종양 및 해부의 불규칙적인 3차원 형상에 따라 구성되는 대개 플라스틱인 재료 덩어리이다.
둥근 덩어리(28)는 비임의 전파축으로부터 입자들의 방사상 거리 함수로서 입자비임(26)내 입자들의 침투범위를 변경시키도록 사용된다. 둥근덩어리(28) 출현한 뒤에, 입자(26)들의 비임은 환자의 종양위치인 표적(30)에 충돌한다.
양자 광선 치료시스템의 동작이 제7도에서 가장 잘 도시된다. 특정환자는 여러가지 파라미터 조합으로 이루어지는 순차적 세그먼트에서 양자 비임치료를 받을 수 있으며 이들 세그먼트들은 따로따로 떨어져 있거나(이들 사이에 시간 간격을 두고) 연속적 이다. 어떤 정해진 치료에서도, 한 세그먼트에서 다음 세그먼트로 변경되는 파라미터들은 비임범위, 산란체 두께, 필드반경 그리고 양자비임 에너지를 포함한다. 비임범위는 환자내로의 양자비임 침투깊이를 언급하는 것이며, 치료에 따라 이는 변화할 수 있다. 산란체 두께는 비임(26)이 하기에서 "비임 인터셉트 부분 "(70)이라 불리는 산란재료(50)를 인터셉트하는 위치에서의 첫번째 산란체(20)의 두께를 말하는 것이다. 필드반경은 특정치료를 위해 환자의 특정부위 깊이에서의 양자비임의 반경을 말하는 것이다. 양자비임 에너지는 환자의 표적위치에서 특정 부위 깊이에 도달하기 위해 요구되는 양자 에너지를 말하는 것이다. 이같은 정보, 비임범위, 산란체 두께, 필드반경 그리고 양자 비임 에너지는 양자비임 치료처리 각 세그먼트에 대하여 결정된다. 따라서, 가령, 치료계획 컴퓨터가 활동블럭(96)에서 도시된 바와 같은 특정 표적 체적위치에 대하여 요구되는 바람직한 비임반경과 비임 침투범위를 결정한다. 치료 계획 컴퓨터(11)는 이들값들을 가지며, 앞서 저장된 표를 사용하여 활동블럭(98)에서 도시된 바와 같이 치료의 각 세그먼트에 대하여 요구되는 산란기 두께와 양자비임 에너지를 얻기 위해 이들을 기입한다. 다음에 이같은 정보가 제어실 컴퓨터(10)로 보내지며, 치료중에 제어기(14)와 내장 컴퓨터 (12)로 이들값들을 릴레이하여 적절한 신호가 활동블럭(100)에서 도시된 바와 같이 소스(16)로부터 방출된 에너지와 첫번째 산란체(20)의 두께 각각을 조정하도록 보내진다. 다음에, 소스(16)로부터의 에너지와 첫번째 산란체(20)의 위치가 확인되며, 만약 올바르지 않다면, 활동블럭(104)에서 도시된 바와 같이 치료가 종료된다. 그러나, 비임 에너지와 산란체 위치가 올바르다면, 비임은 가능하게되며 치료 세그먼트가 활동블럭 (106)에서 도시된 바와 같이 표적으로 전달된다. 세그먼트가 전달된 후, 활동블럭(108)에서 도시된 바와 같이 시스템은 추가의 세그먼트가 있는가를 검사한다. 만약 추가의 세그먼트가 존재한다면, 다음 세그먼트에 대한 적절한 값들이 회수되며 처리가 반복된다. 그러나, 만약 어떠한 추가의 세그먼트도 존재하지 않는다면, 활동블럭(110)에서 도시된 바와 같이 치료가 종료된다.
양자 지임 자료 시스템내 다양한 위치에서 양자 비임 에너지 분산의 형상이 제8도에 도시된다. 양자는 가속기에 의해 발생되며 쐐기의 바로 상류에 위치하는 비임 시준기(112)를 통과한다. 시준기(112)로부터 나오는 양자의 비임(114)은 좁은 단면폭을 가진다. 시준기(112)를 나오자마자, 비임(114)이 첫번째 산란체 (20)의 비임 인터셉트부분을 통과한다. 첫번째 산란체(20)의 비임 인터셉트부분(70)은 양자비임(114) 전면적에서 균일한 두께의 재료를 갖는다. 첫번째 산란체(20)의 특별한 구조와 재료 구성 때문에, 산란된 양자의 비임(118)이 거의 가우스 영향 프로파일 (120)을 갖는다. 따라서, 첫번째 산란체(20)는 비임(114) 직경을 증가시켰으나 비임 세기는 전 비임 면적에서 균일하지 않다. 비임(118)의 또다른 산란은 두번째 산란체(22)를 통과하는 결과로 일어난다. 두번째 산란체(22)의 특정한 디자인과 재료구성으로 인해, 비임(118)의 프로파일은 넓혀지며 균일한 범위와 균일한 영향 프로파일(122)을 가진다. 따라서, 양자 비임의 직경은 비임의 균일함을 유지하면서 치료 필드의 상당한 부분을 커버하도록 확장되었다.
다시 제1도에서, 양자 비임 치료 시스템의 동작중에, 오퍼레이터는 환자의 종양 3차원 형상에 해당하는 둥근 덩어리(28)를 양자 비임 치료장치내로 올려놓는다. 둥근덩어리 (28)는 두번째 산란체(22)와 환자/표적(30) 사이에 위치한다. 산란 두께와 양자 비임 에너지는 다양한 치료 세그먼트 각각에 대하여 치료 계획 컴퓨터로부터 얻어진다. 다음에 이같은 정보가 내장 컴퓨터(12)와 제어기(14)로 적재된다.
제어기 (14)는 적절한 양자 비임 에너지가 달성될때까지 소스(16)를 조절한다. 이 시간중에, 내장 컴퓨터(12)는 모터와 위치 제어유닛(18)으로 적절한 신호를 보내며 쐐기(46,48)의 위치를 적절히 정하고 확인하도록 한다. 적절한 위치란 첫번째 산란체(20)의 비임 인터셉트부분(70)내 필요한 두께에 해당한다. 따라서, 모터와 위치 제어유닛(18)은 적절히 위치하여진 바람직한 두께가 달성될때까지 첫번째 산란체(20)를 조절한다.
다음에, 소스(16)와 모터 그리고 위치 제어유닛(18)은 제어기 (14)와 내장 컴퓨터(12) 각각으로 신호를 되보낸다. 만약 적절한 비임 에너지와 산란체 두께가 달성되지 않는다면, 내장 컴퓨터(12)와 제어기(14)가 치료를 끝내기 위해 제어실 컴퓨터 (10)로 한 신호를 보낸다. 그러나 내장 컴퓨터(12)와 제어기(14)로부터의 신호가 소스(10)가 적절한 에너지 레벨에 있고 쐐기(46,48)가 적절하게 위치한다는 정보에 해당한다면, 양자비임이 가능하게되며 치료가 시작된다.
첫번째 치료 세그먼트를 전달한 뒤에, 양자 비임 치료시스템은 비임 에너지와 첫번째 산란체 두께를 적절하게 조정하며, 만약 필요하다면, 다음 치료 세그먼트가 시작될 수 있다. 모든 세그먼트가 전달된 뒤에, 치료가 종료되며 양자 비임이 불능이게 된다.

Claims (23)

  1. 충전된 한 입자비임을 제공하는 충전된 입자들의 소스, 그리고 입자비임의 직경을 변경시키기 위해 입자비임의 경로내에 오는 산란포일을 포함하며,
    상기 비임이 한 비임 인터셉트부분에서 상기 산란포일을 인터 셉트하고,
    상기 산란포일이 입자의 에너지를 변화시키지 않고 빔의 단면영역을 변화시키는 높은 z 재료로 구성되고,
    상기 산란포일이 비임 인터셉트부분에서의 상기 두께가 일정 두께범위에서 연속적으로 조정 가능하도록 구성되고, 산란포일의 두께가 상기 일정두께 범위에서 비임 인터셉트부분에서 균일함을 특징으로 하는 충전된 입자 비임 산란시스템을 갖는 방사선 치료장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 비임내에 입자들의 에너지를 조정하기 위한 제어기를 더욱 더 포함함을 특징으로 하는 방사선 치료장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 비임의 세기를 조정하기 위한 제어기는 더욱더 포함함을 특징으로 하는 방사선 치료장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제어기가 상기 산란포일의 상류위치에서 상기 비임내 입자들의 에너지를 변경시킴을 특징으로 하는 방사선 치료장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제어기가 상기 소스로 연결되어 상기 소스에서 상기 비임내 입자의 에너지를 변경시키도록함을 특징으로 하는 방사선 치료장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 산란포일의 두께를 조정하는 한 내장 컴퓨터를 더욱 더 포함함을 특징으로 하는 방사선 치료장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 산란포일이 한 쌍의 쐐기를 포함하는 첫번째 산란체를 포함하며, 상기 장치가 상기 산란포일의 두께를 변경시키기 위해 상기 쐐기를 이동시키도록 연결된 내장컴퓨터(embedded computer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 산란포일이 각각 하나의 테이퍼를 가지는 한쌍의 쐐기를 포함하는 첫번째 산란체로 구성됨을 특징으로 하는 방사선 치료장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 쐐기가 높은 z 재료로 이루어짐을 특징으로 하는 방사선 치료장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 테이퍼의 방향으로 상기 쐐기 각각을 상대적으로 움직이기 위한 구동기를 포함함을 특징으로 하는 방사선 치료장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 비임내 입자들의 에너지를 조정하기 위해 상기 제어기에 연결된 제어실 컴퓨터를 더욱더 포함하며, 상기 제어실 컴퓨터가 상기 구동기에 연결되어 상기 비임내 입자들의 에너지 변경에 응답하여 상기 쐐기의 위치를 조정하여 상기 비임 직경이 일정하게 유지되도록 함을 특징으로 하는 방사선 치료장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 산란포일의 두께를 제어하는 내장 컴퓨터를 더욱더 포함함을 특징으로 하는 방사선 치료장치.
  13. 제 2 항에 있어서, 상기 입자비임의 경로내 첫번째 산란체 하류의 위치에 배치된 두번째 산란체를 더욱더 포함함을 특징으로 하는 방사선 치료장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 두번째 산란체가 낮은 z 재료와 높은 z 재료 모두로 구성되며, 상기 두번째 산란체가 회전식 원형 콘베이어상에 장착된 다수의 두번째 산란체중 하나임을 특징으로 하는 방사선 치료장치.
  15. 제 14항에 있어서, 제어기가 상기 산란포일 모두의 상류위치에서 상기 비임의 입자들의 에너지를 변경시킴을 특징으로 하는 방사선 치료장치.
  16. 제 1 항에 있어서, 하나의 구멍이 있는 환자 시준기를 더욱더 포함하며, 상기 구멍이 표적으로 향하는 비임의 측면형상을 하는 원주위를 가짐을 특징으로 하는 방사선 치료장치.
  17. 제 1 항에 있어서, 광선의 전파축으로부터 입자의 방사상 거리함수로서 임자비임내 입자들의 침투범위를 변경시키도록 구성된 둥근덩어리를 포함함을 특징으로 하는 방사선 치료장치.
  18. 제 14항에 있어서, 상기 산란포일이 전파축에 직각인 평면에서 균일한 영향을 갖는 한 비임을 발생시키도록 구성됨을 특징으로 하는 방사선 치료장치.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 충전된 입자들이 기본적으로 양자들로 구성됨을 특징으로 하는 방사선 치료장치.
  20. 선택된 치료필드에 적용하기 위해 충전된 입자의 빔 단면을 연장하는 방법에 있어서,
    시간에 따라 변화하는 에너지를 가지는 충전된 입자의 비임을 발생시키고,
    상기 선택된 치료필드의 상당부분을 커버하도록 하는 단면적을 가지는 확장된 비임을 제공하도륵 상기 충전된 입자의 적어도 일부를 산란시키기 위해 높은 z 재료를 사용하며, 상기 산란단계가 높은 z 재료로 비임의 방향을 정하는 단계를 포함하고, 그리고
    선택된 처리필드상의 확장된 비임의 단면크기가 상기의 변화와는 무관하도록 상기 충전된 입자의 비임 에너지 변화에 따라 상기 산란을 제어하며, 상기 제어하는 단계가 높은 z 재료의 균일한 두께를 유지하면서 일정한 두께범위 내에서 높은 z 재료의 두께를 조정하는 단계를 더 포함하며, 상기 높은 z 물질이 상기 충전된 입자의 빔에 의해 인터셉트됨을 특징으로 하는 치료방법.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 확장된 비임이 전체 선택된 치료필드를 커버함을 특징으로 하는 치료방법.
  22. 제 20항에 있어서, 상기 발생단계가 양자의 비임을 발생시킴을 포함함을 특징으로 하는 치료방법.
  23. 제 20항에 있어서, 상기 확장된 비임이 추가의 산란재료를 통과하도록 추가의 산란재료를 포함하는 회전식 원형 콘베이어를 회전시키는 단계를 더욱 더 포함함을 특징으로 하는 치료방법.
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