KR100897051B1 - 방사선 조사 장치 및 시준기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 조절 요소(7)를 갖는 조리개(5)와 모든 면으로부터 치료 대상물(4)에 시준기(1)가 한정하는 광선(2')이 향하게 하는데 사용되는 메커니즘에 의해, 광선을 한정하기 위한 고-에너지 광선(2)을 형성하는데 사용되고, 방사선 조사의 방향, 표면 영역, 강도 및 시간에 대한 매개변수는 제어 메커니즘에 의해 특정될 수 있는, 방사선 치료용 방사선 조사 장치와 시준기(1)에 관한 것이다.

동시에 기계공학기술과 관련된 비용과 노력, 연산 및 방사선 조사 시간을 낮게 유지하면서 정확한 3차원 방사선 조사 프로파일을 생성할 수 있다. 이것은 광 경로 내에 동축으로 배열되는 하나 이상의 추가 조리개(6)로서, 상기 조리개(5, 6)의 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')는 엇갈려서 그리고 축(11)을 중심으로 회전식으로 배열되고, 따라서 시준기(1)에 의해 한정되는 광선이 모서리의 개수가 모든 조리개(5, 6)의 리프의 수에 대응하는 다각형(12)의 단면을 나타내고, 따라서 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')에 의해 선형 조절 운동(13)이 이루어지며, 제어 메커니즘은 다수의 겹치고 접하는 방사선이 조사되는 공간(28)에 의해 불균일한 공간에 방사선이 조사되도록 하는 조리개에 의해 이루어진다.

조리개, 방사선, 시준기, 리프

Description

방사선 조사 장치 및 시준기{IRRADIATION DEVICE AND COLLIMATOR}

본 발명은 펑티폼(punctiform; 매우 작지만 미시적인 것은 아님) 방사원으로부터 진행되는 고-에너지 광선을 형성하는데 이용되고 치료 대상물 쪽으로 향하는 시준기를 갖는 방사선 조사(照射) 장치에 관한 것으로서, 이는 방사선 치료에 이용되는 특히 종양의 정위(stereotactic) 형태 방사선 요법에 이용되며, 따라서 시준기는 광선 시준을 위해 가변 개구를 제공하는 조절 요소를 갖는 조리개와, 시준기에 의해 제한되는 광선이 모든 면으로부터 치료 대상물에 도달하게 하는 메커니즘에 의해 실현되고, 따라서 방사선의 방향과, 표면 영역과, 강도 및 시간에 대한 매개변수는 방사 애플리케이션에 대한 3차원 방사량 프로파일이 이루어질 수 있는 방식으로 제어될 수 있다.

또한, 본 발명은 본질적으로 펑티폼 방사원으로부터 나오는 고-에너지 광선을 형성하는데 사용되고 치료 대상물쪽으로 향하며, 방사선 처리 특히 종양의 정위(stereotactic) 구조 방사선 요법의 기능을 하고, 따라서, 광선 시준기용 가변 개구를 제공하는 조절 요소를 갖는 조리개에 의해 실현되는 시준기에 관한 것이다.

고-에너지 광선을 제한하기 위한 시준기를 갖는 방사선 조사 장치는 무엇보다도 종양을 치료하는데 사용된다. 시준기는 또한 X-레이 장치와 같은 이미지 시스템에서도 사용된다. 이러한 상황에서, 시준기는 진단되거나 치료되는 영역 근처에서 건강한 조직을 가장 잘 보호할 수 있도록 그리고 조직에 피해가 가지 않도록 하거나 피해를 최소화할 수 있도록 광선을 제한하는데 사용된다.

애플리케이션은 진단 방사선과 치료 방사선으로 구별되어야 한다. 진단 방사선의 에너지는 가능하면 조직을 손상시키지 않도록 충분히 낮아야 한다. 이러한 광선은 의사가 종양의 위치와 그 주변 및 가능하면 신경과 같은 중요한 조직을 눈으로 확인할 수 있도록 예를 들어 방사선 조사 치료를 준비하는 중에 이미지 생성을 위해 사용될 뿐이다. 주변 조직은 눈으로 볼 수 있어야만 하기 때문에, 종양 외부의 일부 영역과 진단하는 다른 섹션도 또한 방사선에 노출되어야 한다. 대부분의 경우 종양 또는 진단되어야 하는 다른 영역들은 모양이 둥글기 때문에, 이미지 필드도 원형이어야 하고, X-선도 또한 조직에 해가 될 수 있기 때문에 물론 의사가 관심을 갖는 영역을 초과해서는 안된다. 그러나, 치료 방사선은 종양과 같은 병에 걸린 조직을 파괴할 수 있는 에너지 레벨을 가져야 한다. 따라서, 이러한 방사선은 또한 주변 조직을 파괴할 수 있다. 이러한 이유로, 광선을 병에 걸린 조직의 형상에 정확하게 제한시키도록 차단(shield)이 되어야 한다.

본 발명의 특수한 방사선 조사 장치와 시준기가 추구하는 목적이 되는 고-에너지 치료 광선을 가할 때, 주변 조직을 보호하는 것이 매우 중요하며, 이는 치료 후 환자의 삶의 질을 좌지우지하기 때문이다. 건강한 조직을 손상시키면서 방사선 을 조사함으로써 생기는 부작용을 완전히 배제할 수는 없는 것이지만, 기술적으로 실현할 수 있는 한 최소로 줄여야한다. 이것은 매우 중요하고 또한 X-선을 조사하는 것과 비교하여 짧은 시간만 노출되어도 매우 심각한 결과를 낳을 수 있기 때문에, 방사선 애플리케이션에 있어서 정확도를 증가시킨 방사선 조사 장치를 개발하는 것은 가능한 한 방사선 치료의 부정적인 부작용을 줄이기 위해 수십 년 동안 전문가들이 추구해온 것이다.

본래, 방사선 조사 장치와 이미지 장치에는 방사선 조사 필드의 모양이 아니라 크기를 제한할 수 있는 시준기가 장착되어 있다. 이것은, 이미지 생성 X-선과 관련하여, X-선은 오랫동안 노출된 후에만 해가 되고 이미지 작업을 위해서는 오랫동안 노출될 필요가 없기 때문에 또는 만일 환자가 매우 짧은 시간 동안 자주 X-선에 노출되는 경우에는, 환자에 대해 어떤 위험한 결과를 일으키는 것은 아니다. 특정 강도로 종양을 파괴하는데 필요한 일정 시간 동안 방사선이 가해져야 하기 때문에, 예를 들어 종양 조직을 파괴하기 위해 필요한 고-에너지 치료 방사선만이 광범위한 방사선 조사 영역에서 즉, 방사선에 노출되는 조직의 외부에서 건강한 조직을 손상시킬 것이다.

이러한 넓은 범위의 조사 영역은 종양 조직의 윤곽선의 이미지를 놓치거나 충분하지 않게 이미지화하는 것으로부터 유발되고 또한 방사선이 조사되는 영역의 경계에서 반암부(penumbrae)가 발생하는 것에서 기인하는데, 이것은 차단 물질이 광선과 평행하지 않고 따라서 특히 넓은 영역에 방사선이 비추어질 때 완전하게 차단할 수 없기 때문이다. 고-에너지 치료 광선의 경우, 이러한 반암부는 훨씬 더 큰 영역에 영향을 미치는데, 그 이유는 차단에 필요한 두께는 비교적 낮은 방사선 레벨을 갖는 X-선에 필요한 두께의 배수가 되기 때문이다. 또한, 많은 방사선 조사 장치들이 인접하는 차단 판 사이의 간극을 통해서 나오는 누출 방사선을 보여주고 있다.

광선의 크기만을 조절하는 시준기에 대하여 미국특허공보 US2,675,486에 따른 구모델을 예로 들 수 있다. 이 미국특허공보는 네 개의 광선 시준 블록이 장착되어 있는 고-에너지 광선을 위한 시준기에 관한 것으로서, 인접하는 측면에 의해 블록이 한 평면에 옮겨질 수 있고 따라서 크기가 다른 사각형 광선 시준을 얻을 수 있다. 그러나, 종양은 보통 사각형의 모양이 아니라 보통 둥근 모양이기 때문에, 모서리 부분에서 초과되는 광범위한 방사선 조사 영역은 매우 넓다. 또한, 넓은 방사선 조사 필드는 큰 반암부를 포함하게 되므로, 블록 시준기는 발산하는 광학 경로와 평행하게 배열되지 않는다.

이러한 이유로, 전문가들은 상기의 문제점들을 해소하려는 시도를 하고 있다.

상술한 유형의 시준기에 기초하여, 독일특허공보 DE 20 53 089 A1은 X-선 이미지화 작업의 필드에 대해 인접하는 삼각형들의 형태로 된 보호 구조를 사용하여, 이전의 사각형 광선 시준의 모서리에 의해 유발되는 약 30% 정도 초과되는 방사선을 피할 수 있도록 실제로 광선이 조사되는 영역의 모양에 더 가까워지는 거의 원형인 방사선 조사 필드를 이루기 위해 조리개 형태의 시준기 구조를 사용하는 것을 제시하고 있다. 방사선은 이미지화를 위한 X-선에 관한 것이지 훨씬 더 높은 에너 지를 갖는 광선을 가지고 치료용으로 방사선을 조사하는 것이 아니기 때문에, 나머지의 초과된 방사선 조사 영역과 암영부의 포메이션은 심각한 문제가 아니다. X-선에 사용되는 조리개 리프는 치료용 방사선 보다 훨씬 얇기 때문에, 조리개 유형의 시준기에 초점 부근에 위치된 조리개 리프를 제공하면 충분하며, 장치로부터 주변에 방사선이 방출되는 것을 막기 위해 이 조리개 리프는 X-선 광원의 양극 디스크의 평면에서 무한초점 광선을 방지함으로써 방사원에서 나오는 광선을 대충 시준한다. 둥근 조리개 필드에 시준하는 것으로써 광선은 충분히 제한되는데, 이것은 이미지화를 위한 방사선은 치료용 광선처럼 정확하게 제한되지 않기 때문이다. 결국, 의사가 주변 조직에 대하여 종양 위치에 접근할 수 있도록 이웃하는 조직도 또한 표시된다.

이온화를 이용하기 위해, 즉 이 경우 종양 치료에 적합한 고-에너지 광선을 이용하기 위해, 독일특허공보 DE 15 89 432 A1은 조리개 리프의 수에 따라 6각형, 8각형, 또는 사각형 구멍의 형태를, 즉 다각형을 형성할 수 있도록 한 평면에서 이동될 수 있는 인접하는 쐐기 모양의 방사선 차단 장치를 갖는 시준기를 사용하는 것을 제시하고 있다. 그러나, 이러한 유형의 시준기는 종양의 모양을 충분히 제시하고 있지 아니하며, 광경로의 방향으로 배열되지 아니한 조리개 리프의 전방 엣지에 의해 유발되는 반암부가 형성되는 것에 대한 해결책을 제시하고 있지 않다. 누출 방사선을 방지하는 것도 또한 충분하지 않다. 조리개 리프가 만나는 영역에 삽입 텅(tongue)이 제공될지라도, 이러한 텅은 너무 얇아서 인접하는 리프 사이의 간극을 통해 나오는 방사선을 효과적으로 차단하지 못한다. 광경로가 차단 물질의 경 계선에 대해 상당히 경사져 있는 넓은 방사선 조사 필드가 처리되는 경우에는, 반암부 영역도 상당히 넓을 것이다.

독일특허공보 10 37 035 B도 또한 처음 언급한 공보에 기술된 유형의 시준기에 관한 것이며, 고-에너지 치료 광선을 위해서, 4개의 광선 시준 블록을 경사진 라인을 따라 두 부분으로 나누고, 따라서 이 라인이 내부면과 단부면(즉, 다음 블록에 접하는 면)이 만나는 지점까지 뻗어나가게 되는 것에 관한 것이다. 이것은 각각의 블록을 서로에 대해 이동될 수 있는 제1부분과 제2부분으로 나눈다. 이것은 다른 윤곽선이 형성되도록 하며, 사각형 방사선 시준기에 비하여 초과되는 방사선의 양을 감소시킨다. 이런식으로 종양의 형태 또는 방사선이 조사되는 다른 영역을 재구성하는 것은 적절하지 아니하며, 반암부 문제도 해결되지 않은 상태에 있게 된다. 방사선 누출 문제만 조리개 리프의 경계 영역 내의 상호간의 열장이음식 가이드에 의해 방지된다.

반암부 문제에 대한 한 해결책은 결국 독일특허공보 DE 15 64 765 A1에 기재되어 있다. 이 공보는 또한 각각 한 평면에서 이동될 수 있는 4개의 인접하는 방사선 제한 블록을 갖는 처음 언급한 것과 동일한 유형의 시준기로부터 출발한다. 이 시스템은 깨끗하게 윤곽선이 형성된 필드, 즉 반암부가 없는 영역을 이루는 것을 그 목적으로 하고 있다. 이를 위해, 회전고리로 회전되는 베어링과 방사선용 경계를 형성하는 가이드 단부가 각 세팅에서 방사원쪽으로 향하게 되도록 하는 메커니즘을 갖는 블록을 고안하는 것을 제시하고 있다. 이런식으로, 방사선은 완전히 블록의 물질에 의해 차단된다. 그러나, 이 시준기에 의해서는 오직 사각형 방사선 조 사 필드가 형성될 수 있고, 따라서 엣지에서 크게 벗어나는 방사 영역이 허용되어야만 한다.

누출 방사선의 문제와 반암부 문제는 모두 프랑스특허공보 FR 2 524 690 A에서 다루어지고 있다. 반암부를 방지하기 위해, 이 공보는 각각 한 평면에서 이동될 수 있고 동시에 방향을 바꿀 수 있는 인접하는 판을 이용하여, 다른 판들이 여러 평면에 배열되어 있고 따라서 피라미드 절단체 모양의 광선 시준 개구를 얻을 수 있는 것을 제시하고 있다. 이러한 구조로, 반암부가 형성되는 것이 상당히 방지될 수 있다. 각각의 개구들이 다른 평면에 있음으로 인해 인접하는 판들의 접촉지점이 더 이상 정렬되지 않기 때문에 누출 방사선도 방지된다. 그러나, 닫힌 상태에서, 정렬될 것이고, 따라서 방사원은 off 되거나 이 상태로 차단되어야 한다. 이러한 시준기의 단점은 피라미드 절단체 모양으로 광선 시준 개구를 달성하기 위해서 모든 평면에서 판들을 정확하게 이동시키고 동시에 방향을 바꾸는데 필요한 기계적인 구조가 복잡하다는 것이다. 이러한 해결책이 갖는 또 다른 단점은 방사용 시준 필드가 판의 수에 따라 다각형에 기초하여 형성될 수 있을 뿐이고, 실제 종양의 윤곽선은 정확하게 한정될 수 없다는 점이다. 복잡한 메커니즘 때문에, 사각형 광선 시준기가 더 선호될 것이다. 그러나, 이러한 형태는 종양의 실제 윤곽선과는 상당히 다르다.

종양의 모양을 이미지화하는 것을 개선하기 위해서, 특히 적절한 두께의 차단 물질을 이용할 때 과도하게 방사선을 사용하는 것을 최소로 하기 위해, 교환할 수 있는 고정된 시준기를 사용하게 된다. 이러한 기술에 의해, 종양의 모양이 상이 한 3차원 방향으로부터 캡쳐되지만, 상이한 방향으로부터 나오는 방사선에 사용할 수 있는 각각의 방사선 조사 치료에 대해 다수의 고정된 시준기를 생성할 필요가 있다. 이것은 정확하게 윤곽선을 형성하는 이점과 반암부가 발생하지 않도록 광경로에 정확하게 시준을 조절할 수 있는 가능성을 포함하고 있다. 이 단점은 시준기를 연속적으로 교환해야하는 복잡한 절차와, 비싼 장치를 오랫동안 사용해야하는 문제와, 나아가 각각의 방사선 조사 프로세스에 대해 다수의 시준기를 생성하는데 드는 비용의 문제를 포함하고 있다; 이러한 시준기는 한 명의 특정 환자에 대해 고안되고 또한 이 환자에 대해서도 매우 제한된 시간 프레임 내에서만 사용될 수 있기 때문에 더 이상 사용하기 어렵다; 이는 환자의 종양이 커지거나 퇴화하거나 변형되면서 계속 변하기 때문이다.

이러한 비용과 노력을 최소로 하기 위해, 작고 매우 가까이 인접하는 다수의 리프를 갖는 다중 리프 시준기가 나왔고, 따라서 리프를 조절함으로써 종양의 이미지를 측정할 수 있다. 처음에는, 이 다중 리프 시준기는 모든 형태의 모양에 대해 매우 빠르게 세팅될 수 있는 장점을 가지고 있다는 것을 알 수 있었지만, 각각의 리프에 대해 조절 요소를 갖는 기계적 구조는 상당한 단점이 되는 것이고, 광경로의 축으로부터 떨어진 거리에 따라 달라지고 리프에 의해 유발되는 방사선 조사 필드의 각 경계부에서 발생되는 다소 큰 반암부가 단점이 되고 있다.

유럽특허공보 EP 1 153 397 B1은 조절할 수 있는 전방 엣지를 리프에 제공함으로써 반암부가 발생하는 것을 방지하고, 따라서 특정 메커니즘에 의해 광경로가 평행하게 배열되는 것을 보장하는 것을 제시하고 있다. 그러나, 이것은 다중 리프 시준기의 기계적 구조를 훨씬 더 복잡하게 한다.

복잡한 메커니즘을 피하기 위해 나아가 방사선을 받는 표면의 모양에 있어서 융통성을 증가하기 위해, 독일특허공보 DE 199 22 656 A1은 정확하게 방사선이 비춰지는 대상물의 영역에 방사선을 조사하는데 충분히 작은 시준기 개구를 갖는 스캐닝 시스템을 제시하고 있다(도 3). 앞서 제시한 시준기 구멍은 충분히 작아서 반암부가 형성되는 것을 막을 수 있을지라도, 큰 조리개 개구 때문에 스캐닝 프로세스에 시간이 많이 소요되고, 스캐닝 프로세스가 더 빨리 종료될 수 있지만 요구되는 정확도에는 도달할 수 없다. 여러 스캐닝 광선을 생성하기 위해 다중-홀 판을 사용하면(도 5 및 도 5a) 시간 단축이 만족스럽지 못하게 된다. 다중-홀 판은 방사선을 받는 표면과 관련하여 유연하지 못하고, 가장자리 영역에 정확하게 방사선을 비추기 위해서는 더 작은 개구가 사용되어야만 한다. 즉, 판들이 교체되어야 한다.

매우 높은 수준의 정확도를 줄이지 않으면서 스캐닝 속도를 증가시키기 위해서, 독일특허공보 DE 101 57 523 C1은 원하는 광 경로에 도달할 수 있는 크기가 다른 다수의 시준기 개구를 갖는 시준기를 사용하는 것을 제시하고 있다. 이것은 바람직하게 다른 개구를 갖는 둥근 판을 돌리는 회전 터렛형 메커니즘에 의해 이루어진다. 오늘날 방사선 치료에서 가해지는 고-에너지 광선은 두께가 6 내지 10 cm인 차단 물질을 요구한다. 따라서 상당한 무게를 갖는 시준기가 되거나, 아니면 개구의 크기의 수가 예를 들어 3개의 구멍으로 제한되어야만 한다. 심지어 이러한 제한사항이 있는 경우에도, 충분하지 않은 물질의 두께에 의해 영역을 차단할 때 부족한 점을 피하기 위해 사용되지 않는 개구는 덮혀야 한다. 개구를 갖는 판과 별개 로, 이 시스템은 추가적인 차단 판을 요구하고, 또한 그 두께도 수 센티미터이어야 한다. 이러한 이유로, 시준기는 비교적 무겁고, 따라서 가이드와 구동부에 필요로하는 것을 가중시키게 된다. 상술한 이유들은 단지 몇 개의 한정된 시준기 개구만이 이용할 수 있고 따라서 광선 시준에 대한 가변성이 상당히 제한되기 때문에 이러한 시준기에 대해 단점을 추가하게 된다. 특히, 구멍의 수가 감소됨으로써 직경이 상이한 큰 개구를 이용할 수 있게 되고, 이러한 개구는 우선 방사선을 받게 되는 영역의 넓은 면을 처리하고 그 후 다른 등급의 작은 광선으로 주변 영역에 방사선을 비추도록 이용될 수 있다. 방사선 애플리케이션에 대한 노출 시간이 표면의 각 지점에 대해 수 초이므로, 고정된 광선 매개변수로 표면을 스캔하는 데에는 최상으로 조절할 수 있는 값에 의한 경우 보다 더 많은 시간이 든다. 특히, 이것은 광선이 방사선이 비춰지는 면에 대하여 일어날 수 있는 경우보다 더 좁은 경우에 적용된다. 따라서 총 치료 시간이 늘어나게 된다. 이는 움직이지 못하는 환자에게 불편할 뿐만 아니라 한 장치로 치료할 수 있는 치료의 숫자도 감소시키고, 따라서 이러한 장치를 구입하고 작동시키는 비용이 높다는 점을 고려할 때 경제적으로 매우 중요한 문제이다. 이와 별도로, 주변영역에서의 애플리케이션의 정확도는 제한되고, 이는 신경을 갖는 영역이 근처에 있는 경우 매우 중요한 문제가 된다.

결국, 유럽특허공보 EP 0 382 560 A1은 이 명세서의 시작부분에서 설명한 것과 동일한 유형의 방사선 조사 장치를 제시하고 있다. 이 공보는 주로 이미지화 및 방사선 조사 치료를 혼합한 것과 관련된다. 무엇보다도, 이 공보는 개구의 구조가 변하는 조리개를 갖는 시준기를 사용하는 것을 제시하고 있다. 그러나 조리개는 광 선에 대해 다각형 단면을 생성한다. 상이한 방향들로부터의 애플리케이션이 이루어지면 이러한 다각형 단면은 예를 들어 6각형 모양으로 변형되고, 따라서 3차원 방향이 계속 변하고 공간 각도와 개구 크기와 방사선 조사 기간과 관련하여 애플리케이션을 계산하는데 포함될 것이다. 이로써 매우 많은 수의 각각의 가해지는 방사선과 관련하여(이는 종종 하나의 단일 방사선 조사 세션에 대해 100 개 이상이 됨) 그리고 특정 3차원 방사선 조사 프로파일을 달성하는 것을 목적으로 하는 상술한 매개변수를 고려할 때, 매우 복잡하게 된다. 그러나 다각형 광선의 모양의 상이한 방향들이 제거되지 않고 허용되어도, 가해지는 방사선 조사 프로파일에 에러가 발생하게 된다. 이러한 에러는 다각형 모양이 원형 형태로부터 벗어나게 됨에 따라 증가하게 된다. 물론, 조리개에는 더 많은 리프가 장착될 수 있고, 따라서 부정확성을 크게 유발시키지 아니하면서 다각형이 원으로서 계산에 포함될 수 있다; 이것은 계산 프로세스를 상당히 단순화시키고 따라서 연산 능력 및/또는 연산 시간은 허용되는 범위 내에 유지될 수 있다. 그러나, 그 결과 하나의 조리개에 집중시키는 것은 엄청난 기계적인 노력을 요하게 되고, 따라서 각각의 리프에 대해 구동 메커니즘과 가이드 메커니즘을 포함하는 특정 수의 조리개로부터, 공간적 수용의 한계에 도달하게 된다.

또한, 유럽특허공보 EP 0 382 560 A1에 제시된 해결책은 다음과 같은 문제점을 더 보여준다:

오늘날 사용되는 메가 볼트 범위에 있는 에너지를 갖는 고-에너지 치료 방사선을 차단하기 위해, 차단 물질은 보통 텅스텐으로 제조되며 그 두께가 6 내지 10 cm 가 되어야 한다. 가능하면 많은 수의 리프가 사용되기 때문에, 이 리프의 두께에 의해서는, 리프를 한 층이 다른 층 위에 있는 다중층으로 형성할 수가 없다. 따라서, 리프에 상술한 여러가지 공보에서 제시된 인접하는 측면을 제공하는 것이 필요하다. 심지어 이러한 측면이 복잡하게 작동되는 경우에는, 작은 간극이 계속 유지되어 누출 방사선을 방출하게 된다. 이것은 독일특허공보 DE 20 53 089 A에서 제시된 간극을 덮는 텅에 의해 방지될 수 있지만, 필요한 리프의 수가 매우 많다는 점을 고려하면, 더 복잡하게 되고 설치 공간을 더 요구하게 되는데, 그 이유는 텅은 적절한 차단 성질을 보장하기 위해 적당히 두꺼워야 하기 때문이다.

이러한 유형의 조리개를 사용할 때 얻을 수 있는 큰 장점, 즉 상이한 단면 영역을 가지고 광선을 형성함으로써 총 방사선 조사 시간이 크게 감소되는 점은, 동시에 단점도 된다: 개구의 크기에 따라, 조리개의 광선 시준 영역은 동시에 각 리프 사이의 슬라이딩 표면이다. 이것은 약간의 편차만을 가지고 광경로에 수직으로 배열되어야만 한다는 것을 의미한다. 6 내지 10 cm의 두께를 갖는 리프로 차단을 하는 경우, 넓게 개방된 조리개는 외부 광선 영역의 광선이 상당히 발산하게 되는 효과를 가지게 되어 약간만 차단될 수 있고, 이는 광선이 부분적으로 물질 외부에 있기 때문이다. 개구를 완전히 통과하는 광선은 일종의 원광(halo)으로 즉 위에서 언급한 반암부로 둘러싸이게 되고, 이 반암부는 완전히 차단되는 영역까지 도달하게 된다. 이 문서의 시작부분에 기재된 유형의 방사선 조사 장치에 의해, 주변 조직에 더 큰 정도로 관련된 방사선을 조사하는 것이 허용되어야 하며(이것은 물론 의학적 관점에서는 허용되지 않는 것임) 또는 주변영역은 약간의 반암부만을 가진 매우 얇은 광선으로 스캔되어야 하고 또한 넓은 광선에 의해 가해지는 반암부를 가능하면 정확하게 다시 제거하도록 차츰 달라져야한다. 그러나, 이러한 절차는 처리하고 연산하는데 필요한 시간을 배가시키게 된다.

이미지 생성을 위해 X-선 스캐너를 이용하는 것과 별개로, 유럽특허공보 EP 0 382 560 A1에 따른 방사선 조사 장치의 가장 눈에 띄는 단점은, 이 장치가 치료 광선에 의한 한가지 유형의 "스캐닝 이동"을 언급하고 있는데, 이것은 공간 내의 각각의 각도로부터 대상물의 모양의 개략적인 이미지를 광선의 단면 형상에 의해 얻도록 조리개를 사용하려는 경우에만 구체적으로 표현된다는 점이다. 이것은 상이한 공간상의 각도로부터 개별적인 애플리케이션이 겹쳐지는 것을 의미하는 것이며, 독일특허공보 DE 199 22 656 A1 및 독일특허공보 DE 101 57 523 C1에 기재된 스캐닝 절차에 의해 수행되는 각각의 애플리케이션을 조합하는 것을 의미하는 것이 아니다. 이로써 둥근 방사선 조사 영역을 형성할 수 있고 또한 타원형 단면을 갖는 방사선 조사 영역을 형성할 수 있을 지라도(앞서 언급한 공보의 도 4에 도시된 것처럼), 보통 치료 대상물인 불균일한 영역은 이런식으로 각각의 애플리케이션을 조합함으로써 이루어질 수 없다.

따라서, 본 발명의 기본적인 목적은 기계적인 노력과 연산 및 방사선 조사에 필요한 시간을 최소로 유지하는 동시에 최대로 정확하게 그리고 주변 조직을 최대로 보호하면서 가해질 수 있는 3차원 방사선 조사 프로파일을 생성하기 위해 앞서 언급한 유형의 방사선 조사 장치와 시준기를 더 발전시키는 것이다.

본 발명에 의하면, 이러한 업무는 광 경로 내에 동축으로 배열된 하나 이상의 추가 조리개로서, 상기 조리개의 리프가 엇갈려서 그리고 축을 중심으로 회전식으로 배열되고, 따라서 시준기에 의해 한정되는 광선이 모서리의 개수가 모든 조리개의 리프의 수에 대응하는 다각형의 단면을 나타내고, 따라서 리프는 동일한 각도를 갖는 인접하는 측면을 구비하고, 조리개 리프의 조절 운동은 인접하는 조리개 리프들에 결합된 측면들의 각 이등분선에 수직하게 직선을 이루며, 제어 메커니즘은 다수의 겹치고 접하는 방사선이 조사되는 공간에 의해 불균일한 공간에 방사선이 조사되도록 하는 하나 이상의 추가 초리개에 의해 해결된다.

본 발명에 의하면, 이러한 업무는 광 경로 내에 동축으로 배열되는 하나 이상의 추가 조리개로서, 상기 조리개는 상기 조리개의 관련된 리프가 엇갈려서 그리고 축을 중심으로 회전식으로 배열되도록 위치되고, 따라서 시준기에 의해 한정되는 광선이 모서리의 개수가 모든 조리개의 리프의 수에 대응하는 다각형의 단면을 나타내고, 따라서 리프는 동일한 각도를 갖는 인접하는 측면을 구비하고, 조리개 리프의 조절 운동은 인접하는 조리개 리프들에 결합된 측면들의 각 이등분선에 수직하게 직선을 이루는 하나 이사의 추가 조리개에 의해 해결된다.

시준기에서의 보다 정교한 작업에 대해서는, 시준기에 관한 한 방사선 조사 장치에 대한 설명을 참고하도록 한다.

본 발명은 주변 조직 보다 더 높은 강도로 조직에 방사선을 조사하기 위해 상이한 방향들로부터 방사선을 가하는 조사 장치에 기초하고 있다. 이것은 건강한 조직은 보호하고 병에 걸린 조직은 파괴하기 위한 것이다. 또한 본 발명은 대응하는 시준기를 갖는 방사선 조사 장치에 관한 것으로서, 시준기는 치료 대상물의 모양을 나타내지 않지만, 일종의 3차원 스캐닝 프로세스를 사용하고, 이 스캐닝 프로세스는 그러나 방사선의 조사 시간을 줄이기 위해 크기가 다른 광선을 사용한다. 이 방법에 의하면 더 큰 광선으로 치료 대상물의 더 넓은 영역을 방사선으로 조사할 수 있고, 이어서 치료 대상물을 정확하게 추적하기 위해 점차적으로 작아지는 광선으로 조사를 할 수 있다. 광선은 미리 정해진 일정 시간동안 여러 상이한 방향들로부터 고정된 위치에 가해질 수 있거나, 방사선 조사 영역은 치료 대상물 위에서 이동될 수 있다. 이로써 방사선을 받는 다수의 3차원 영역이 겹쳐지게 될 뿐만 아니라, 이 영역들은 이어지거나 부분적으로 겹쳐지면서 이어지고, 따라서 불균일한 공간 내에서 치료하는데 필요한 강도에 따르는 방사선 조사량 프로파일에 도달할 수 있다. 이로써, 공간적인 방사선 조사 프로파일을 생성할 수 있고, 따라서 의학적 측면에서 필요한 만큼 상이한 강도 프로파일들이 가해질 수 있다. 주변에 있는 신경과 같은 중요한 영역은 완전히 피할 수 있다.

방사선 조사 장치와 시준기 모두와 관련하여 본 발명의 하나의 중요한 요소는 조절할 수 있는 광선을 제한하기 위해 광경로에 위치된 두 동축 조리개가 최소가 되는 것이다. 이 요소는 시작부분에 기재된 종래의 최신기술 시스템의 기술적인 문제를 해결하기 위해 좀 더 정밀성이 요구된다.

무엇보다도, 조리개 리프 측면은 동일한 각도를 갖는 인접하는 측면을 갖는 것이 필요하다. 이것은 필요한 차단 성능을 갖는 조리개를 구성하기 위한 선결조건이다. 보통, 이러한 광선의 차단 물질은 예를 들어 텅스텐으로 제조되며 그 두께가 6 내지 10 cm이다. 따라서, 이 물질이 다수의 조리개 위에 분배된다고 하여도, 리프는 하나가 다른 것 위에 놓여서 겹쳐지는 배열이 되기에는 너무 크다.

특히 상이한 방향들로부터 나오는 다수의 각 방사선이 가해질 때, 또한 광선이 느리게 치료 대상물 위에서 이동될 때, 심지어 광선이 비교적 적은 수의 모서리를 갖는 다각형인 경우, 예를 들어 6각형 모양인 경우에도, 그리고 이 다각형과 그 연속적으로 변하는 배열상태도 이러한 연산 프로세스에 포함되어야만 한다면, 미리 한정된 공간적인 방사선 조사 프로파일을 가하는 것은 받아들일 수 없을 정도로 높은 연산 시간을 요구하게 된다. 이러한 이유로, 본 발명의 중요한 특징은 조리개의 리프들이 이동되어 회전 방향으로 맞은편에 배열되고, 따라서 시준된 광선은 다각형 단면을 나타내고, 다각형의 모서리의 수는 모든 시준기의 조리개 리프의 수에 대응한다는 점이다. 이렇게 함으로써, 광선은 원 형태에 가까워지는 다각형에 의해 제한되고 따라서 미리 정해진 방사선 조사 프로파일에서 허용할 수 없을 정도로 벗어나지 아니하면서 원으로서 연산에 포함될 수 있고, 의학적 관점에서도 허용될 수 있다. 두 조리개를 사용함으로써 각각의 단일 조리개가 단독으로 가질 수 있는 모서리의 수가 두 배가 되는 다각형을 생성할 수 있다; 만일 조리개가 더 많이 사용된다면, 그에 따라 모서리의 수는 증가할 것이다. 이로써 기계적인 구조, 특히 필요한 구동부 및 가이드 내에서 수용되기 어려워질 수 있는 너무 많은 리프를 갖는 조리개를 필요로 하지 아니하면서, 매우 많은 수의 모서리를 갖는 다각형 모양이 생성될 수 있다. 또한, 훨씬 더 복잡한 구조로 된 조리개를 적게 사용하는 것보다 단순하게 구성된 조리개를 더 많이 생산하는 것이 비용면에서 더 효율적이다. 한 바람직한 구조에 대한 예는 6개의 리프를 갖는 조리개를 두 개 배열하는 것이며, 따라서 12개의 모서리를 갖는 광선 시준이 이루어지며 그 결과 일반적으로 특정 목적을 충족하게 된다. 물론 이러한 유형의 조리개를 3개 사용함으로써 18개의 모서리를 갖는 광선 시준도 또한 이루어질 수 있고, 이런식으로 계속하면 심지어는 훨씬 더 많은 모서리를 갖는 경우도 있을 수 있다.

동시에, 이러한 배열구조에 의하면 누출 방사선의 문제도 해결된다: 상술한 유형의 조리개를 사용하는 것은, 도입부에서 이미 설명한 것처럼, 조리개 리프 사이의 경계부에서 다소 더 큰 간극의 문제가 있을 수 있는데, 그 이유는 표면이 절대적으로 매칭되는 것은 실제로 불가능하기 때문이다. 보통, 절대적인 표면 매칭의 한계는 기술적으로 실현될 수 있는 것보다 낮고, 이는 냉간-용접(cold-welding) 프로세스가 불가능하기 때문이다. 이와 별도로, 제조 비용도 또한 허용 범위 내에서 유지되어야만 한다. 조리개의 리프가 회전 방향으로 엇갈려 있기 때문에, 모든 누출되는 광선은 하나 이상의 추가 조리개에 의해 차단될 것이다. 누출 방사선이 작은 간극을 통해서 방출되는 것은 상당히 낮기 때문에, 차단을 위해서 물질의 두께의 절반만 있으면 될 것이다. 조리개가 세 개 사용되면, 심지어 전체 차단 두께의 2/3를 얻을 수 있다.

그러나 방사원으로부터 나오는 광선은 예를 들어 유럽특허공보 EP 0 382 560 A1에 기재된 것처럼 다소 정확하게 종양의 형상을 이미지화시키는 시준기에 의해서와 같이 모든 면으로부터 치료 대상물 쪽으로 향할 뿐만 아니라, 3차원 방사선 조사 프로파일도 생성될 것이고, 따라서 크기가 다른 많은 방사선 조사 영역들은 겹치거나 인접하거나 부분적으로 겹쳐지는 식으로 연결되어야 한다. 이것은 짧은 시간 동안 방사원이 3차원 영역 내에서 다양한 지점 쪽으로 향하게 할 수 있고, 따라서 공간적인 배열 뿐만 아니라 특정 공간 각도로 배열되는 것이 포함되어야만 하는, 여러 개의 조리개로 구성된 시준기가 장착된 시스템을 요구한다. 이것은 단계적으로 또는 연속적인 프로세스로 이루어질 수 있다. 방사원과 차단부 및 특히 시준기로 구성된 이러한 방사선 조사 헤드는 무게와 크기가 가능하면 작게 유지되어야 한다. 기술적인 측면과 경제적인 측면을 고려하면, 이것은 프랑스특허공보 FR 2 524 690 A에 제시된 것과 같이 방향전환 운동 및 이동 운동을 조합함으로써 이루어지는 조리개 리프의 복잡한 조절 메커니즘이 합리적인 해결책이 아니라는 것을 의미한다. 이러한 이유로, 본 발명은 조리개가 동일한 각도를 갖는 인접하는 측면을 구비하고, 따라서 리프의 조절 운동이 인접하는 조리개 리프의 측면의 각 이등분선에 선형으로 수직하게 수행되는 것을 제시하고 있다. 이는 직선 가이드 라인을 따라 각각의 조리개 리프가 간단하게 작동하고, 따라서 조리개의 모든 리프가 동시에 움직인다는 점에서 장점이 된다. 추가 조리개의 리프는 동시에 조절된다. 이는 단순한 구동 및 조절 요소를 실현하는데 도움이 되며, 가이드는 단순한 선형 구조로 구현될 수 있다. 특히, 구동부, 가이드부 및 조절 요소는 하나의 방사선 조사 헤드 내에 수용될 수 있고 동시에 이 방사선 조사 헤드는 3차원 영역 내에서 다른 위치로 쉽게 옮겨지고 배열되기에 충분히 작고 가볍게 유지되고, 이는 본 발명의 시스템에 반드시 필요한 것이다.

이런식으로, 상술한 내용은 합리적인 구조의 크기와 무게를 갖는 방사선 조사 장치로 해결될 수 있고, 이러한 요소들은 구동부의 크기와 필요한 구동 에너지와 제어속도에 영향을 미친다. 기술적인 노력과 컴퓨터 하드웨어 및 소프트웨어에 있어서 요구되는 사항이 감소되는 것과 별개로, 이러한 방법은 또한 무게와 에너지도 줄여준다. 특히, 방사선을 조사하는데 사용되지 않는 조절 및 연산 시간이 최소화될 수 있고, 따라서 치료하는데 필요한 전체적인 시간이 감소될 수 있다. 본 발명은 방사선을 가하는 동안 건강한 조직을 최대로 보호하면서 이러한 장점들을 결합할 수 있고 따라서 환자에 대해 일어날 수 있는 위험성이 더 줄어들 수 있다.

또한 여러 조리개 위에 차단 물질을 필요한 두께로 분포하는 것은 각 조리개 리프의 줄어든 구조상의 높이를 지지하며, 이렇게 함으로써 리프의 선형 가이드가 개선되고, 인접하는 리프 측면의 인접성이 개선되며, 특히 경사진 리프가 평행하지 않게 결합될 위험이 줄어든다.

또한 관련된 개구에 의해 광선을 시준하는 것이 전체 조절 범위 내에서 광선의 발산에 대응하도록 조리개의 조절 요소를 구성함으로써, 상술한 조리개의 동축 배열은 가장 간단하게 반암부가 발생하는 것을 줄이는데 도움이 된다. 이런식으로 차단은 광선의 발산에 대하여 등급이 달라지게 될 것이다. 시준기를 형성하는 조리개 리프와 관련하여, 방사원에 더 가까이 위치된 조리개 리프의 조절 거리는 더 멀리 있는 하나 이상의 조리개의 리프의 조절 거리보다 짧다. 그러나, 이러한 측정은 개구가 충분히 커서 상당한 광선의 발산이 제공되는 경우에만 필요할 것이다. 매우 작은 개구가 사용되는 때에는, 광선의 발산과 일어날 수 있는 반암부를 무시할 수 있다. 결과적으로 이러한 개구는, 더 넓은 광선을 갖는 더 넓은 영역을 이전에 치료한 후에 방사선이 조사되는 영역을 정확히 제한하기 위해서, 예를 들어 신경 주변과 같은 대부분의 임계 한계 범위에 대해 적합하다.

시준기의 설계는 바람직하게 두 개 이상의 조리개의 리프의 수가 동일함으로써 축을 중심으로 동일하게 회전하는 방향으로 조리개의 각 변위가 이루어지도록 하고 뿐만 아니라 원형에 가장 가까워지므로 조절 요소의 구조를 통해 등변 다각형의 단면이 형성되도록 하는 것을 포함한다. 관련된 조리개의 리프의 조절 거리와 각 조리개의 조절 거리는 전체 세팅 범위에서 광선의 발산에 따라 매칭되기 때문에, 광선은 그 크기에 상관없이 등변 다각형을 형성할 것이다.

바람직하게 개구의 크기와, 3차원 영역에서 방사원 및 시준기의 상이한 위치들과, 그리고 특정 공간상의 각도 배열이, 다수의 제한된 치료 대상물의 일부 공간을 캡쳐하는 단일 애플리케이션을 적절히 조합할 수 있도록, 제어장치가 설계되고, 따라서 비교적 정확한 경계 내에서 주변 조직에 가해지는 것보다 훨씬 더 높은 강도를 가지고 이 영역에 방사선을 조사할 수 있도록, 불균일한 공간 내의 모양은 주로 원형 광선의 단면에 의해 재생될 수 있다. 이것은 일종의 공간 스캐닝 프로세스에 의해 영향을 받고, 따라서 치료되는 일부 공간의 모양은 보통 전반적인 치료 대상물의 모양과 크게 다르고, 따라서 일정한 크기의 광선으로 표면에서 라인을 따라 대부분 수행되는 공통 스캐닝 표면과 비교할 때 여기에서의 스캐닝 프로세스는 특정 공간에 대하여 그리고 크기가 다른 광선 단면을 가지고 수행된다. 또한, 스캐닝인 라인을 따라 수행되는 것이 아니라 이전에 계산된 계획에 따라 크기가 다른 다수의 광선을 교착(interlacing)시켜서 이루어진다. 이러한 교착은, 단일 애플리케이션의 부분적으로 나란히 놓여있거나 겹쳐진 공간 세그먼트를 포함하는, 인접하는 위치와 겹치는 위치 모두를 의미한다. 단일 애플리케이션의 공간 크기가 다르기 때문에, 치료 대상물의 거의 항상 불균일한 공간 형태 모두가 특정 강도로 방사선을 받을 때까지 더 넓은 영역에 방사선을 조사하는 것을 가속화할 수 있고 또한 정확도를 증가시키면서 나머지 영역을 치료할 수 있다. 또한 이 방법에 의하면 불균일하게 형성되는 강도가 다른 방사선 조사 공간이 생성될 수 있다.

바람직하게, 이렇게 방사선을 가하는 것은 변하지 않는 매개변수를 가지고 특정 기간 동안 단일 애플리케이션을 이용하여 실행된다. 이는 애플리케이션 프로세스가 기계적인 조절 작용에 의해 방해를 받지아니하여 요구되는 허용오차를 보다 쉽게 측정할 수 있는 장점을 가지고 있다.

각각의 단일 애플리케이션이 사람의 몸 전체를 통과하는 원통형 영역을 캡쳐하는 방식으로 애플리케이션이 실현되는 것을 생각할 수 있다. 이러한 원통형 영역은 크기가 다르며 있을 수 있는 모든 방향으로부터 나오고 또한 치료 대상물의 영역 내에서 교차하고, 따라서 이 영역은 주변 조직에 가해지는 것보다 수 배가 되는 방사선 조사량에 노출될 것이다. 이것은 공간 내에서 상이하게 배열될 뿐만 아니라 배수로 공간을 점유하는 크기가 다른 수많은 실린더로 공간을 채우는 이미지에 대응한다. 특히, 나란히 놓여 있고 겹쳐지는 위치를 이렇게 조합함으로써 그리고 치료 대상물의 영역에서 이들을 조합함으로써, 방사선 조사 강도는 필요한 만큼 증가량될 것이고, 따라서 주변 조직은 가능한 한 영향을 받지 않는 상태를 유지하거나 적어도 재생할 수 있게 될 것이고, 반면에 종양과 같은 치료될 조직은 사라질 것이다. 따라서, 치료 대상물의 가장자리에서 신경과 같이 중요한 영역을 피할 수 있고, 그 결과 가능하면 직접적으로 이러한 영역에 방사선이 침범하지는 않게 될 것이다.

본 발명이 갖는 매우 유용한 특징은 조리개의 구조와 관련되어 있다. 이와 관련하여, 리프의 측면을 함께 가압하는 힘을 가함으로써 조리개 리프의 인접성이 최적화된다. 이것은 예를 들어 조리개 리프가 차단 물질로 이루어진 차단 요소와 지지 요소로 구성되어 있는 경우 이루어지며, 따라서 베어링 요소에는 조절 운동을 위한 선형 가이드 메커니즘의 가이드 요소가 제공되고, 지지 요소 상의 차단 요소는 스프링으로 지지되고, 그 결과 인접하는 조리개 리프의 방향으로 평등하게 가압될 것이다. 이러한 구조는 장점이 아주 많다: 측면이 항상 서로 균등하게 경계를 이루고 따라서 균등하지 않거나 거친 표면 상태에서만 간극이 생기기 때문에 정확한 표면 접촉이 보장된다. 적절한 표면 접촉은 어떤 치수상의 변화가 있는 경우에도 보장되고, 따라서 가격 상승 요인이 될 수 있는 정확하게 생산할 것을 요구하는 어떤 특별 요구사항이 필요 없게 된다. 이로써 방사선 조사 장치는 비용이 훨씬 절감될 수 있다. 또한 허용 오차를 벗어나게 되는 경우에도 조리개 및/또는 조절 메커니즘이 고장나는 것이 상당히 배제될 수 있다. 또한, 이러한 고장이 나중에, 예를 들어 마모나 오염 또는 작은 손상 내지 열팽창에 의해 일어날 가능성도 작다. 따라서, 생산 비용을 줄일 수 있을 뿐 아니라 장치의 기능적인 안전성도 크게 향상된다.

방사원과 시준기로 구성된 방사선 조사 헤드는 다른 위치들로부터 치료 대상물에 방사선을 조사시킬 수 있는 받침대 위에 위치될 수 있다. 그러나, 바람직하게, 방사원과 시준기를 포함하는 방사선 조사 헤드는 방사선 조사 헤드를 3차원 영역 내의 모든 위치로 이동시키고 모든 각도로 배열시키는 로봇 아암에 장착된다. 종래의 받침대 위에 배열된 방사선 조사 헤드과 비교할 때, 로봇 아암을 사용함으로써 훨씬 더 많은 자유도로 공간 내에 위치를 잡고 배열할 수 있는 장점을 얻을 수 있다. 받침대 위에 장착되는 경우, 방사선 조사 헤드는 치료 대상물이 놓이는 중앙부 주위를 회전한다. 환자의 위치가 약간 변하기만 해도 추가로 변경이 발생하고, 따라서 치료 대상물의 다른 위치에 초점이 맞추어질 수 있다. 이와 비교하여, 로봇 아암은 중심에 초점이 맞추어질 필요가 없고, 이는 모든 좌표와 공간적인 배열에 대해 또는 이들을 조합한 것에 대해 방향이 설정될 수 있기 때문이며, 따라서 유일한 제약사항은 로봇 아암의 특별한 구조가 되는 것인데, 그러나 이는 위치를 조정함에 있어서 받침대에 의해 받는 제약사항 보다 훨씬 작은 것이다. 따라서, 로봇 아암은 조절에 있어서 훨씬 더 큰 자유도를 제공하고, 그래서 단일 애플리케이션에 의해 요구되는 크기가 다른 일부 공간이 다중으로 인접하고, 겹치고, 교착될 수 있어 그 사용을 최적화하고, 신경과 같은 중요한 영역을 더 잘 피할 수 있다.

광선의 위치를 매우 빠르고 정확하게 스캐닝할 수 있도록, 시준기에는 구 표면을 갖는 트랙이 설치될 수 있고, 따라서 시준기는 정해진 공간상의 각도 범위 내에서 축회전 운동을 위해 모든 방향으로 이동될 수 있고, 축은 항상 방사원 쪽으로 향해야 한다. 구표면을 갖는 가이드에 시준기를 설치하는 것은 독일특허공보 DE 101 57 523 C1에 공개되어 있고, 이것은 여기에서 참고로 포함된다. 틀림없이 이러한 구조는 받침대 또는 로봇 아암과 결합될 수 있고, 따라서 이 가이드 시스템에 의해 더 작은 범위 내에서 그리고 받침대나 로봇 아암에 의해 더 큰 범위 내에서 제어 운동이 이루어질 수 있다.

방사선 조사 장치의 구조는 각각의 조리개에 구동 메커니즘이 설치되어 있는 것을 포함할 수 있다. 그러면, 제어 장치의 구조는 광선의 발산에 따라 관련된 개구를 조절하도록 제공될 수 있다. 이것은 방사원에 대한 상이한 거리를 충족시키기 위해 조리개를 갖는 시준기가 다른 유형의 방사선 조사 장치에 설치되도록 공급되는 경우 유용할 것이다. 제어 장치는 개구가 어떻게 작용하는지를 정의하기 위해 사용될 수 있다. 이런 식으로, 프로그램 구성에 의해 광선의 발산에 있어서 적절한 차이값이 고려될 수 있다. 다른 대안으로서, 조리개는 하나의 단일 구동 메커니즘에 의해 작동될 수 있다. 이 경우, 제어 메커니즘은 광선의 발산에 따라 관련된 개구를 조절할 수 있다. 이것은 노력이 덜 들고, 발생할 수 있는 프로그래밍 에러를 배제시킬 수 있다. 이러한 대안은 조리개를 갖는 시준기가 영구적으로 방사 장치 내의 동일한 방사원에 할당되는 경우에 특히 유용하다.

한 변형된 구조는 각각의 조리개의 리프가 선형 가이드 메커니즘의 하나의 가이드 요소를 포함하는 하나 이상의 가이드 판으로 제어되는 것을 특징으로 한다. 선형 가이드 메커니즘의 다른 가이드 요소는 조리개 리프에, 예를 들어 상술한 지지 요소에 위치될 수 있다. 조리개 리프는 조리개 리프와 상호작용하는 캠 디스크에 의해서 그리고 가이드 판과 캠 디스크 사이에서의 상대적인 회전 운동에 의해 조리개 리프의 조절 운동을 일으키는 구동 메커니즘에 의해서 작동될 수 있다. 이런 식으로, 캠 디스크의 조절 운동은 모든 조리개 리프가 동시에 움직이게 할 것이다. 보통 가이드 판은 장착되어 고정되며, 구동부는 회전을 위해 캠 디스크에 할당될 것이다.

조리개 리프가 기울어지는 것을 막기 위해, 반대편에 있는 추가 가이드 판에 의해서 각각의 조리개 리프를 움직이는 것도 유용하다.

두 조리개가 사용된다면, 구동부는 두 조리개 사이에 결합되어 이 위치로부터 양쪽 조리개를 작동시킬 수 있다. 물론 이것은 조리개 리프에 대한 조절 운동을 전달함으로써 개구가 광선의 발산에 따라 항상 크기가 달라진다는 것을 의미한다. 예를 들어, 이것은 조리개의 세팅을 위해 조절 거리가 달라지게 하는 힘을 전달하는 상이한 지레장치를 가지고 힘 전달 요소의 상이한 구조에 의해 실현될 수 있다. 한 가지 더 있을 수 있는 가능성은 구동부를 하나의 조리개에 할당하는 것이고 또한 핀에 의해 다른 조리개를 작동시키는 것이며, 따라서 예를 들어 캠 디스크와 같은 힘 전달 요소는 광선의 발산을 충족시키기 위해 적절한 개구를 제공한다.

물론, 조절 요소의 구조는 또한 구동부에 의한 다수의 힘 전달을 허용할 수 있다. 이 경우, 기어 장치는 광선의 발산과 관련하여 개구의 구멍에 영향을 미치는 하나 이상의 힘 전달 요소에 할당된다. 이것은 기어의 전달 요소를 교환하거나 수정함으로써 시준기를 상이한 정도의 광선의 발산에 맞출 수 있는 기능을 제공한다. 이것은 나중에 방사선 조사 장치에 본 발명에 따른 시준기가 장착된다면 매우 유리하다. 예를 들어 기어 휠 또는 한 쌍의 기어의 교환에 의해 세팅이 실현될 수 있다.

캠 디스크에는 조리개 리프의 볼트형 핀을 작동시키는 별 모양으로 배열된 캠 곡선부가 제공될 수 있다. 부드럽게 작동될 수 있도록 일반적으로 핀은 롤러 형태로 되어 있는 것이 유용하다.

방사선 조사 장치에 대한 한가지 변형예는 회전 방향으로 30°만큼 이격 되어 있는 두 개의 조리개로서 6개의 리프를 갖는 조리개를 사용한다. 이것은 원 모양과 충분히 비슷하게 되는 12각형을 제공하고, 따라서 수많은 단일 애플리케이션에 대한 연산이 관련된 방사선 조사 공간의 원형 단면에 기초할 수 있다.

몇 가지 바람직한 구조의 변형예만 있지만, 물론 일반적인 12각형도 4개의 리프를 갖는 조리개 3개를 서로 위에 배열함으로써 이루어질 수 있고, 조리개 리프의 수와 조리개의 수를 다르게 선택할 수도 있다.

이하 주요 구조 및 변형 디자인의 예를 보여주는 도면과 함께 본 발명을 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 방사선 조사 장치의 단면을 나타내는 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따른 시준기의 작동원리를 설명하는 개략도이다.

도 3a, 도3b, 도 3c는 본 발명에 따른 조리개의 기능을 설명하는 레이아웃 원리를 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 방사선 조사 장치를 가지고 방사하는 원리를 나타내 는 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 시준기의 구조에 대한 사시도이다.

도 6은 도 5의 시준기에 대한 평면도이다.

도 7은 구동 및 기어 메커니즘을 갖는 조리개를 나타내는 도면이다.

도 8은 두 조리개 사이에 있는 구동 메커니즘을 갖는 본 발명에 따른 시준기에 대한 다른 구조의 예를 나타내는 도면이다.

도 9는 본 발명에 따른 시준기용 조리개의 리프(leaf)에 대한 매우 바람직한 구조를 나타내는 도면이다.

[도면부호 목록]

1: 시준기 2: 광선

2': 시준기에 의해 제한되는 광선(본질적으로 원형 광선 단면)

3: 방사원 4: 치료 대상물

5: 조리개 6: 추가 조리개

7: 인접 요소 8, 8', 8'': 개구

8': 제1 조리개(5)의 개구 8'': 제2 조리개(6)의 개구

9, 9', 9'', 9''', 9'''',9''''': 6개의 리프를 갖는 조리개의 리프

10: 측면 11: 축

12: 다각형(시준기로 형성됨) 13: 화살표: 선형 조절 운동

14: 조절 거리 15: 방사선 조사 헤드

16: 조리개 리프의 차단 요소 17: 조리개의 지지 요소

18: 선형 가이드 18': 조리개 리프의 가이드 요소

18'': 가이드 판의 가이드 요소 19: 구동 메커니즘

20: 기어 메커니즘 21: 가이드 판

21': 추가 가이드 판 22: 캠 디스크

23: 캠 곡선부, 별 모양 24: 볼트형 핀, 바람직하게 롤러

25: 측면(10) 사이의 각 이등분선

26: 차단 요소와 지지 요소 사이의 스프링

27: 선시준기

28: 방사선 조사 공간, 부분적인 공간

29: 중요 조직(예를 들어, 신경) 30: 지지 요소

31: 나사 32: 피니언 기어 휠용 고정장치

33: 핀(24)용 고정 나사산 34: 핀(24)용 관통 슬롯

35: 피니언 기어 휠 36: 제1 피니언

37: 제2 피니언 38: 이중 화살표: 스프링 운동 방향

39: 차단 요소의 후방면 40: 가이드

α: 축(11)에 대한 회전방향으로의 조리개의 변위

도 1은 본 발명에 따른 방사선 조사 장치의 개략적인 사시도이다. 이 도면은 본 발명에 따른 방사원(3)과 시준기(1)를 포함하는 방사선 조사 헤드(15)를 보여준 다. 이 도면에서 다른 공간 위치로 방사선 조사 헤드(15)를 이동시키는데 이용되는 구조는 볼 수 없다. 이 구조는 치료 대상물, 특히 종양에 모든 면으로부터 광선을 조사할 수 있도록 방사선 조사 헤드(15)를 등각점(iso-center)쪽으로 향하게 하는 받침대(gantry)로 이루어질 수 있다. 이러한 받침대가 사용되는 경우, 등각점에 대한 포커싱은 기계적인 구조에 따라 달라지며, 환자 즉 치료 대상물(4)을 이동시킴으로써만 변화가 일어날 수 있다. 하나의 등각점 쪽으로 향하게 하는 대신, 본 발명은 방사선 조사 헤드(15)가 모든 공간 좌표에 대해 방향이 설정될 수 있게 하는 로봇 아암에 장착되고 또한 로봇 아암의 기계적인 구조에 의해 허용되는 한 모든 각도로 공간 내에 배열될 수 있도록 장착되는, 변형된 구조를 제시하고 있다. 이로써 자유도가 훨씬 더 커지고, 다른 처리 위치들에 훨씬 빨리 도달할 수 있다.

보통 방사원(3) 뒤에, 시준기(1)의 차단 영역을 지나갈 수 없도록 광선(2)을 묶는 선시준기(27)가 있다. 본 발명의 주요 특징은 실제로 시준기(1)이며, 이 시준기는 적어도 두 개의 조리개(5, 6)로 구성되어 있고, 이 조리개는 방사원(3)에 대해 동축으로 배치되어 있다. 축(11)은 점선으로 표시되어 있고, 광선(2)이 시준기(1)에 의해 어떻게 제한을 받는지를 볼 수 있다.

따라서 시준된 광선(2')은 치료 대상물(4)의 영역 내에서 미리 정해진 방사선 조사 공간(28)을 형성한다. 이것은 바람직하게 광선(2')의 단면이 다각형(12)을 형성하도록 광선(2')을 시준화기 위해, 광선(도면에 매우 과장되어 표시됨)의 발산에 따라 조리개(5, 6)의 개구(8', 8'')의 상이한 구멍 크기에 의해 영향을 받고, 상기 다각형의 모서리의 수는 모든 시준기(5, 6)의 조리개 리프의 수에 대응한다. 이하 도 2에서 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 시준기(1)의 기능상의 원리를 설명한다. 도시된 조리개(5, 6)는 6개의 리프를 갖는 조리개(5, 6)이며, 따라서 6각형 개구(8', 8'')가 이루어진다.

축(11)을 중심으로 회전하는 방향으로 30°의 각도 α만큼 조리개(5, 6)를 이동 배치함으로써, 한 6각형의 모서리들은 다른 6각형의 직선 중심에 정확하게 중심이 놓이게 된다. 이런식으로 다각형(12)이 생성되고, 다각형의 모서리의 수는 모든 조리개의 리프의 수에 대응하게 된다. 광선(2)의 발산 때문에, 제1 조리개(5)의 개구(8')는 제2 조리개(6)의 개구(8'') 보다 훨씬 작고, 따라서 광선(2')의 단면은 12각형의 모양을 가지게 된다. 따라서, 방사선이 조사되는 공간(28)도 또한 12각형의 모양이되고, 따라서 그 단면은 원의 형태에 가까워지거나 3차원 형상의 실린더에 가까워지고, 따라서 애플리케이션의 계산에 사용될 수 있다. 광선의 발산 때문에, 방사선이 조사되는 공간(28)의 단면은 개구(8', 8'')의 구멍 크기 보다 더 크게 될 것이다. 보통 사용되는 광선(2')과 비교하여, 개구(8', 8'')와 다각형(12)은 도면에 확대되어 제공된다.

본 발명에 의하면, 두 개의 조리개(5, 6)만 사용하는 대신 추가로 조리개를 사용할 수 있고, 리프의 개수가 다른 조리개를 사용하는 것도 고려할 수 있다. 그러나, 이 경우 등변 다각형(12)을 다시 얻도록 각도 변위 α가 다르게 선택되어야만 한다. 물론, 모든 조리개는 똑같은 수의 리프를 가져야 하는데, 이는 그렇지 않을 경우 등변 다각형(12)을 얻을 수 없기 때문이다.

도 3a, 도 3b, 및 도 3c는 본 발명에 의한 조리개(5, 6)의 기능적인 원리를 보여주고 있다. 도 3a는 닫힌 상태의 조리개(5, 6)를 나타내며, 도 3b는 작은 개구(8)를 갖는 상태를 나타내며, 도 3c는 조리개(8)가 최대로 개방된 상태를 보여준다.

도시된 조리개(5, 6)에는 6개의 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')가 제공되며, 따라서 도면은 차단 요소(16)를 보여주기만 한다. 닫힌 상태에서, 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')의 측면(10)은 도 3a에 도시된 것처럼 6각형의 대각선을 형성하도록 위치되어 있다. 조리개(5, 6)가 열리면, 도 3a에서 만나는 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')의 내부 점들은 조리개 리프(9')에 대하여 도 3c에 도시된 것처럼 축(11)에서 출발하여 외부로 뻗어나가는 조절 거리(14)를 따라 움직여야 한다. 이와 같은 조절 거리(14)는 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')가 도면 부호 13으로 표시된 화살표의 방향으로 즉 도 3c에 점선으로 표시된 (측면(10)에 대하여) 각 이등분선(25)에 수직하는 방향으로 직선 이동을 한다. 틀림없이, 모든 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')는 정확하게 동일한 직선 조절 이동(13)을 할 것이다. 이렇게 동시에 일어나는 조절 이동(13)을 실제로 구현하기 위한 예가 변형예로서 기술된다.

본 발명의 주요 특징은 간단하고 직선으로 이루어지는 제어 이동(13)이며, 이는 개구의 세팅에 의해 매우 쉽게 이루어질 수 있다. 예를 들어, 조리개(5, 6)는 구동 메커니즘(19)에 의해 작동될 수 있고, 심지어 하나의 구동 메커니즘(19)만으로도 모든 조리개(5, 6)를 정확히 위치시킬 수도 있다. 이것은 비교적 간단한 구조 의 조절 요소(7)가 부피와 무게가 거의 없는 방사선 조사 헤드(15)를 사용하는 것을 제공하며, 이 방사선 조사 헤드는 구조의 크기가 적당히 작은 로봇 아암에 의해 다루어지는데 적합하다. 이것은 다른 공학 분야에서 이미 적용되는 로봇 아암을 사용할 수 있기 때문에 매우 중요하다. 이것은 비용이 많이 드는 특별한 구조를 피할 수 있게 하고 또한 방사선 조사 장치가 비교적 저렴한 비용으로 실현될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 방사선 조사 장치에 의해 방사가 이루어지는 원리를 설명한다. 방사선 조사 장치의 작동 원리의 결정적인 특징 중 하나는, 방사선이 조사되는 공간(28)의 윤곽선이 치료 대상물(4), 즉 종양의 윤곽선에 대응하는 식으로 시준기(1)가 광선(2')을 제한하지 않지만, 치료 대상물(4)의 윤곽선은 다수의 단일 애플리케이션의 방사선이 조사되는 공간(28)을 조합함으로써 그려지고, 따라서 각 애플리케이션은 원에 가까운 다각형(12) 형태의 단면을 갖는 시준기(1)에 의해 제한되는 광선(2')을 포함한다는 점이다. 도 4는 이러한 단일 애플리케이션이 어떻게 조합되는지를 간단히 보여준다. 도 4는 중요한 조직(tissue), 예를 들어 신경조직(29) 바로 옆에 위치되어 있는 치료 대상물(4), 예를 들어 종양을 보여준다. 이 경우, 주변 조직에 가해지는 방사량이 가능하면 낮은 상태에서 치료 대상물(4)이 최대 방사량으로 노출되도록 광선(2')이 가해져야만 하며, 이는 중요한 조직(29)이 직접 가해지는 방사선 조사 광선에 대하여 보호되어야하기 때문이다. 이를 위해, 상이한 개구가 상이한 단일 애플리케이션으로 바디를 통과하는 거의 원통형 모양의 부분적인 공간(28)에 광선을 조사하도록 사용된다. 우선, 이러한 부분적인 공간(28)은 중요한 조직(29)에 직접 포커싱되지 않는다. 주변 조직과 관련하여, 여러 방향에서 나오는 이러한 단일 애플리케이션은 교차하지 아니하여야 하며, 따라서 주변 조직은 치료 대상물(4) 보다 상당히 낮은 양의 방사선에 노출된다.

도 4는 치료 대상물(4) 내의 다중 조사량을 얻기 위해 도면의 평면에 평행하는 애플리케이션(방사선이 조사되는 공간(28)의 축(11)은 점선으로 표시됨)과 도면의 평면에 수직하는 애플리케이션(방사선이 조사되는 공간(28)의 축(11)은 십자표시로 표시됨)이 어떻게 사용될 수 있는지를 매우 간단하게 보여주고 있다. 이러한 간결한 도면에 따르면, 치료 대상물(4) 내의 방사 강도는 물론 매우 낮을 것이다; 따라서, 이러한 애플리케이션은 치료 대상물(4) 내의 방사선 조사 강도가 상당히 더 높도록 수행되어야 한다. 이것은 도면의 평면에 수직하게 또한 평행하게 방사 애플리케이션을 이용함으로써 뿐만 아니라 모든 있을 수 있는 공간상 각도로부터의 방사 애플리케이션에 의해 이루어진다. 이러한 조건에서, 주변 조직은 조직이 재생할 수 있도록 매우 작은 방사량에 노출되도록 하면서, 또는 불가피하게 산란되는 광선과 떨어져서 중요 조직이 거의 방사선에 노출되지 않도록 하면서, 치료 대상물(4)을 예를 들어 종양 조직을 파괴할 수 있는 적절한 방사량에 노출시킬 수 있다.

다수의 단일 애플리케이션에 의해 모든 면으로부터 방사선이 조사되는 다수의 겹쳐지는 부분적인 공간(28)이 필요하다는 것을 고려하면, 필요한 연산 작용이 매우 복잡해지는 것을 상상할 수 있다. 연산이 조사되는 공간(28)의 단면을 나타내고 또한 원형에 가까워져서 원 또는 3차원 영역에서 실린더로서 계산될 수 있는 다각형(12)에 기초하게 될 수 없다면, 그 절차의 복잡성은 곧 경제적인 성공 가능성 을 초과하게 될 것이다. 이러한 복잡성은 고려되는 다각형으로부터 초래되며, 만일 광선(2')의 단면이 4각형 또는 6각형을 나타내고 나아가 이러한 다각형이 각 애플리케이션에 대해 다른 위치에 있게 되면, 연산은 다각형 뿐만 아니라 그 특정 방향도 고려해야만 할 것이다. 광선 방향이 무수히 많다는 것을 고려하면, 필요한 연산 능력과 연산 시간은 경제적 측면에서 합리적인 노력에 의해 다루어질 수 없다. 이러한 이유로, 본 발명은 적어도 두 개의 동축 조리개를 배치하는 것에 기초하는데, 이러한 배치는 관련 다각형(12)의 광선(2')의 단면이 정확한 광선 프로파일을 형성함에 있어서 허용될 수 없는 부정확성을 유발하지 않고 실린더와 같이 단일 애플리케이션의 방사선이 조사되는 공간(28)을 다룰 수 있도록 되어야 하는 전제조건을 제공한다. 반면에, 본 발명은 구조적으로 매우 간단하고 매우 많은 조리개 리프가 제공되어 원하는 모양의 다각형(12)이 즉시 형성될 수 있는 조리개에 의해 실현될 수 있는 것보다 더 쉽게 제어할 수 있는 기계적인 구조를 갖는 조리개(5, 6)를 사용하도록 한다.

본 발명에 의한 조리개의 배열구조는, 제1 조리개(5)의 인접하는 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''',9''''')를 통해 새는 방사선이 추가 조리개(6)에 의해 완전히 막히게 될 수 있는 것을 피하는 각도 변위에 의해 이점을 추가로 제공한다. 또한, 이러한 유형의 두 조리개(5, 6)를 사용하는 것은 광선(2')의 발산이 전체 제어 영역에서 고려되도록 개구(8', 8'')를 설정하는 간단한 기술을 제공한다. 이것은 애플리케이션이 진행되는 동안 직경이 큰 광선(2')으로 치료 대상물(4)의 넓은 영역을 캡쳐해서 전체적인 처리 시간을 상당히 줄이기 위해 조리개의 개구(8', 8'')가 도 4에 도시된 것처럼 활짝 개방되어 있는 경우에 매우 중요하다.

특히, 직경이 큰 광선(2')을 가할 때, 동일한 개구(8',8'')를 사용하면, 상이한 개구(8', 8'')를 도 1에서 볼 수 있듯이 광선(2')의 발산에 적합하게 세팅함으로써 감소될 수 있는 더 큰 반영부(半影部, penumbrae)가 일어나는 것을 유발할 수 있을 것이다. 이러한 영향은 두 개 이상의 조리개(5, 6)를 광경로에 적용하면 더 강화될 수 있고, 이는 반영부가 형성되는 것이 사용되는 조리개(5, 6)의 수와 함께 1/2, 1/3 또는 1/4로 감소되기 때문이다.

도 4에 도시된 매우 단순화된 도면은 어떻게 크기가 다른 여러가지 광선(2')이 치료 대상물(4)의 완전히 불규칙한 공간 내에서 방사량을 증가시키는데 사용될 수 있는지를 설명한다. 모든 면에서 나오는 적절히 겹쳐지는 광선을 통해서, 치료 대상물(4)은 이 도면에 도시된 것보다 더 많은 방사량에 노출될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 방사 장치에 대한 다른 구조의 예를 사시도로 보여주고 있다. 위에서 설명한 유형의 개구(8', 8'')를 제공하기 위해서, 두 조리개(5, 6)가 서로의 상부에 동축으로 위치되어 있다. 관련된 조리개(5, 6)의 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')의 구조는 도 9에 대해 기술된 배열에 따른다. 이는 위에서 구멍을 통해 볼 수 있는 내부 차단 요소(16)와 윤곽선에서 볼 수 있는 외부 지지 요소(17)로 구성되어 있다. 조리개(5, 6)의 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')는 바람직하게는 롤러 유형의 볼트형 구동 핀(24)에 의해서 작동되고, 상기 핀은 캠 디스크(22)의 캠 곡선부(23)에 의해 작동된다. 캠 곡선부(23)는 별모양으로 배열되어 있고, 따라서 각 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')의 각각의 볼트형 구동 핀(24)은 이러한 캠 곡선부(23)에 할당되어 있다. 볼트형 핀(24)은 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')에 조절 운동을 전달하도록 가이드판(21)의 관통 슬롯(34)을 통과하여 지나간다. 각 조리개(5, 6)의 바닥면에는 추가 가이드판(21')이 제공되며, 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')도 또한 선형 가이드(18)와 함께 정렬되어 튼튼한 가이드 구조체를 이루어 특히 리프가 기울어지는 것을 방지한다. 선형 가이드(18)는 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''') 위의 가이드 요소(18')와, 가이드 요소(18')와 상호 작용하는 가이드판(21) 위에 위치되어 있고 또한 이에 대응하여 추가 가이드판(21') 위에 위치된 가이드 요소(18'')로 이루어져 있다(도 7 및 도 9 참고).

캠 디스크(22)의 상부면에는 예를 들어 피니언 기어 휠(35)과 같은 구동 메커니즘에 대한 고정장치(32)가 제공된다(도 7 참고). 제2 조리개의 바닥면은 또한 피니언 기어 휠(35)에 할당될 수 있고, 또는 한 조리개(5)의 제어 운동이 다른 조리개(6)에 전달될 수 있도록 하는 제어 메커니즘이 두 조리개(5, 6) 사이에 위치될 수 있다. 조리개(5)의 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')의 바닥면에서 힘 전달 요소의 도움으로 조절 운동이 발휘될 수 있다. 조리개(5, 6)의 개구(8', 8'')가 광선(2)의 발산을 충족하는 크기로 조절되도록 전달 비율을 정하는 것이 유용하다. 이것은 예를 들어 제2 조리개(6)에 대한 캠 디스크(22) 내부에 도달하는 조리개(5)의 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')에 위치된 핀에 의해 이루어질 수 있고, 따라서 핀은 핀의 이동 방향에 대각선으로 위치된 홈에 결합되고, 필요한 전달 비 율은 요구되는 경사도에 의해 이루어진다.

도 6은 도 5에 따른 시준기(1)의 평면도이다. 이 도면에서는 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')를 포함하는 볼트형 핀(24)이 도면부호 13으로 표시된 화살표가 가리키는 것처럼 조리개 리프에 대한 조절 방향으로 움직일 수 있도록 캠 디스크(22)의 캠 곡선부(23)가 어떻게 작동하는지를 볼 수 있다. 모든 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')의 조절 운동(13)은 도 3c에 도시된 것처럼 수행된다. 이러한 조절 운동(13)은 가이드판(21) 또는 추가 가이드판(21')의 관통 슬롯(34)을 통해 뻗어나오는 볼트형 핀(24)에 의해서 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')에 전달된다. 관통 슬롯(34)의 모양을 보여주기 위해, 상부 관통 슬롯(34)은 도면에서 점선으로 표시되어 있다. 관련된 캠 곡선부(23)에 적절하게 매칭되어, 모든 6개의 통과 슬롯(34)이 대응하여 작동된다.

개구(8)의 영역에서, 제1 조리개(5)의 개구(8')와 조리개(6)의 개구(8'')를 둘 다 볼 수 있고, 개구(8', 8'')의 한계를 형성하는 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')의 측면(10)의 부분들도 볼 수 있다. 상부면에서, 피니언 기어 휠(35)용 고정장치(32)를 볼 수 있다.

도 7은 구동 메커니즘(19)과 기어 메커니즘(20)을 갖는 조리개(5)를 나타낸다. 이 도면은 도 5와 기본적으로 일치하지만, 두 조리개(5, 6) 중 하나만을 도시하고 있다는 점에서 상이하다. 이 도면에서, 피니언 기어 휠(35)은 조절 운동을 하기 위해 고정장치(32)를 갖는 캠 디스크(22)에 부착되어 있다. 구동 메커니즘(19)에서 출발하여, 기어 메커니즘(20)의 제1 피니언(36)은 피니언 기어 휠(35)에 도달 하고, 샤프트의 도움으로 제2 조리개(6)(도면에 도시되지 아니함)에 할당된 추가 피니언 기어 휠(35)에 구동력을 전달하는 제2 피니언(37)이 위치되어 있다. 이러한 유형의 기어 메커니즘(20)에서, 피니언(36, 37)과 피니언 기어 휠(35)을 이빨 수가 상이한 다른 것과 교체함으로써 각 조리개(5, 6)의 전달이 간단히 바뀔 수 있다. 이런식으로, 시준기(1)는 상이한 발산 광선을 가지고 다른 방사선 조사 장치에 쉽게 적용될 수 있다.

또한 도 7은 조리개(5)의 개구가 도 5에서처럼 최대 크기로 열려있지 아니하므로 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')의 지지 요소(17)에 대한 선형 가이드(18)를 더 잘 보여주고 있다. 여기에서 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')의 가이드 요소(18')가 가이드판(21')의 가이드 요소(18'')를 따라 어떻게 움직이는지를 볼 수 있다. 그러나 똑같은 원리가 상부 가이드판(21)에도 적용될지라도, 이것은 추가 가이드판(21') 에서만 볼 수 있다.

도 8은 두 조리개(5, 6) 사이에 위치된 구동 메커니즘(19)을 갖는 본 발명에 의해 정의되는, 시준기(1)의 변형된 구조에 대한 추가적인 예를 나타낸다. 이러한 변형예에 의해, 하나의 단일 피니언 기어 휠(35)이 두 캠 디스크(22) 사이에 위치되며, 두 캠 디스크의 각각은 조리개(5, 6) 중 하나에 할당되어 있다. 다시, 피니언(이 도면에 도시 안됨)은 조절 운동을 위한 기어 메커니즘(20)을 이루도록 구동 메커니즘(19)을 이용하여 피니언 기어 휠(35)에 결합된다. 이 경우, 피니언 기어 휠(35)은 두 조리개(5, 6)에 대하여 동일한 조절 운동을 수행하고, 광선(2)의 발산에 따라 두 조리개(5, 6)에 대해 달라지는 조절 거리(14)는 조리개(5, 6) 각각에 대하여 다르게 형성되는 캠 디스크(22)의 캠 곡선부(23)의 도움으로 실현되어야만 하며, 관통 슬롯(34)의 경사도는 다르게 형성된다. 이와 달리, 이 상황에서는, 심지어 조리개(5, 6)의 조절 각도가 동일한 경우에도 볼트형 핀(24)에 상이한 조절 거리가 전달된다는 것을 의미한다. 이것은, 광선의 발산에 응하는 조리개(5, 6)의 개구(8, 8')에 대한 전달 비율이 이루어지도록 상이한 지레 장치를 작동시킴으로써, 상이한 거리에 대해서 조리개(5, 6)의 핀(24)을 이동시키기 위해 크기가 다른 캠 디스크(22)를 사용함으로써 이루어질 수 있다. 다른 모든 도면부호는 상술한 것과 동일한 부분을 나타낸다.

도 9는 본 발명에 따른 시준기(5, 6)에 특히 적합한 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')의 구조를 나타낸다. 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')에는 지지 요소(30)에 의해 지지 요소(17)에 장착되는 차단 요소(16)가 제공된다. 이 지지 요소(30)에는 가이드(40)가 장착되고(차단 요소(16)에서 볼 수 있고, 이 보이는 지지 요소(30)에 대해 상보적인 홈이 지지 요소(17)에 위치되어 있음), 스프링(26)과 나사(31)가 제공되고, 따라서 도면부호 38로 표시된 이중 화살표의 방향으로 스프링이 움직일 수 있어서 차단 요소(16)는 스프링 유형의 지지부를 갖는 지지 요소(17)에 안착된다. 이러한 구성에 의하여, 모든 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')의 차단 요소(16)의 측면은 항상 서로에 대해 편평하게 놓여 있게 된다. 지지부(30)는 차단 요소(16)의 후방면(39)에 위치된다. (이 위치를 나타내기 위해, 이 후방면(39)은 조리개 리프(9)에 대해 도 3c에 도시되어 있다.) 도 9와 도 3c을 보면, 각 이등분선(25)의 방향으로 조리개 리 프(9)에 가해지는 스프링 힘이 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')의 방향으로 뻗어나가는 두 개의 동일한 힘으로 나누어지는 것을 알 수 있다. 똑같은 원리가 각각의 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')에 적용된다. 차단 요소(16)의 크기는 광선(2)에 맞추어지며, 따라서 심지어 조리개(5, 6)가 닫히는 경우에도 전체 광선이 차단된다(도 3a 참고). 광선(2)은 선시준기(27)에 의해 제한된다(도 1 참고).

조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')의 지지 요소(17)에는 가이드판(21)과 추가 가이드판(21')의 가이드 요소(18'')와 상호 작용하는 두 가이드 요소(18')가 제공된다. 이 가이드 요소(18') 중 적어도 하나에는 구동 메커니즘(19)에 연결되도록 하는 캠 디스크(22)를 사용하여, 가이드판(21, 21')의 관통 슬롯(34)을 통과하는 핀(24)을 위한 고정 나사산(thread)(33)이 제공된다.

차단 요소(16)와 지지 요소(17)를 포함하는 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')의 구조에 대한 특징은 위에서 설명하였다. 즉, 허용 오차 내에서 벗어나는 경우에도 모든 면(10)을 위치시킬 수 있다는 것이다. 이것은, 물론 단지 하나의 있을 수 있는 구성 모델이다. 차단 요소(16)와 지지 요소(17) 사이에 탄성 물질을 배열하는 것과 같이 다른 구조로 된 변형예도 또한 고려될 수 있다.

이러한 설명은 수많은 있을 수 있는 본 발명의 구조에 대한 변형예 중 하나를 묘사하는 것일 뿐이다: 틀림없이 구동 메커니즘과 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')는 다른 방법으로 구성될 수도 있다. 예를 들어 나선형 곡선부에서 볼트형 핀(24)을 가이드 하는 것과 같이 다른 유형의 선형 가이드도 또한 고려될 수 있다. 이미 위에서 언급한 것처럼, 두 개 이상의 조리개(5, 6)가 사용될 수 있고, 또한 개수가 다른 리프를 갖는 조리개를 사용할 수도 있다. 본 발명의 핵심이 되는 본질은, 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')사이에서 나오는 누출 방사선을 최소로 줄이면서, 비교적 짧은 처리기간 동안 앞서 설명한 정확한 방사 애플리케이션이 이루어지도록, 제한된 수의 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')에 의해서도 원 모양에 매우 가까워지는 다각형(12)을 이룰 수 있도록 적어도 두 개의 조리개(5, 6)가 배열되어 있다는 점이다.

Claims (29)

1. 펑티폼(puntiform) 방사원(3)으로부터 나아가며 치료 대상물(4) 쪽으로 향하는 고-에너지 광선(2)을 형성하는데 사용되는 시준기(1)를 갖는 방사선 조사 장치로서, 종양의 정위 구조 방사선 치료와 같은 방사선 치료에 사용되고, 상기 시준기(1)는 광선의 시준을 위한 가변 개구(8, 8')를 제공하도록 조절 요소(7)를 갖는 조리개(5)와, 시준기(1)에 의해 한정되는 광선(2')이 모든 면으로부터 치료 대상물(4) 쪽으로 향하도록 하는데 이용되는 메커니즘에 의해 실현되고, 방사선 애플리케이션에 대한 3차원 방사선 조사량 프로파일이 이루어질 수 있도록 방사선의 방향과 표면 영역과 강도 및 시간에 대한 매개변수가 제어될 수 있는, 방사선 조사 장치에 있어서,

   하나 이상의 조리개(6)가 추가로 광 경로 내에 동축으로 배열되고, 상기 조리개(5, 6)의 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')가 엇갈려서 그리고 축(11)을 중심으로 회전식으로 배열되고, 따라서 시준기(1)에 의해 한정되는 광선(2')이 모서리의 개수가 모든 조리개(5, 6)의 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')의 수에 대응하는 다각형(12)의 단면을 나타내고, 따라서 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')는 동일한 각도를 갖는 인접하는 측면(10)을 구비하고, 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')의 조절 운동(13)은 인접하는 조리개 리프들에 결합된 측면(10)들의 각 이등분선(25)에 수직하게 직선을 이루며, 제어 메커니즘은 다수의 겹치고 접하는 방사선이 조사되는 공간(28)에 의해 불균일한 공간에 방사선이 조사되도록 하는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 조리개(5, 6)의 상기 조절 요소(7)는 관련되는 개구(8, 8', 8'')에 의한 광선의 시준이 총 조절 범위 내에서 광선(2')의 발산에 대응하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 장치.
3. 제1항에 있어서,

   두 개 이상의 조리개(5, 6)의 동일한 수의 리프에 의해 축(11)을 중심으로 동일한 회전 방향으로 조리개의 각 변위(α)가 이루어지고, 조리개(5, 6)의 조절 요소(7)의 구조는 관련되는 조리개(5, 6)의 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')에 대해 동일한 조절 거리(14, 14')를 가지고, 따라서 광선(2')의 등변 다각형(12) 단면이 모든 설정 범위에 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제어 메커니즘은 상이한 개구(8, 8', 8'')를 사용함으로써 또한 3차원 영역에서 방사원(3)과 시준기(1)의 위치를 조정하고 공간 내에 특정 각도로 배열함으로써 상이한 단일 애플리케이션을 생성하고, 치료 대상물(4)의 제한된 부분적인 공간(28)만을 캡쳐하고 치료 대상물(4)의 형상과 상이한 주로 원형 광선 단면(2')을 갖는 단일 애플리케이션의 다수의 방사선 조사 공간(2)을 조합하는 것이 치료 대상물(4)의 불균일한 모양을 추적하기 위해 이용될 수 있고, 부분적으로만 인접하고 겹치는 방사선 조사 공간을 포함하는 다수의 인접하고 겹치는 방사선 조사 공간이 단일 애플리케이션에 의해 치료 대상물(4)의 영역 내에서 방사선을 받아서, 비교적 정확한 경계선 내에서 주변 조직에 가해지는 강도보다 훨씬 더 높게 미리 정해진 강도로 치료 대상물(4)에 방사선이 조사될 수 있는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 단일 애플리케이션은 특정 기간동안 매개변수가 바뀌지 아니하는 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   힘이 가해져서 상기 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')의 측면(10)들이 서로 가압되는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 장치.
7. 제6항에 있어서,

   조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')는 차단 물질로 이루어진 차단 요소(16)와 지지 요소(17)로 구성되어 있고, 상기 지지 요소(17)에는 조절 운동(13)을 위한 선형 가이드 메커니즘(18)의 가이드 요소(18')가 제공되고, 상기 지 지 요소(17) 상의 상기 차단 요소(16)는 스프링으로 지지되어 인접하는 조리개 리프의 쪽으로 균등하게 가압되는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 장치.
8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   방사선 조사 헤드(15)는 방사원(3)과 시준기(1)를 포함하고 받침대에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 장치.
9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   방사선 조사 헤드(15)는 방사원(3)과 시준기를 포함하고, 방사선 조사 헤드(15)를 공간 내의 모든 위치와 각도로 배열시킬 수 있는 구조를 갖는 로봇 아암에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 장치.
10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 시준기(1)는 구표면을 갖는 트랙에 설치되어, 한정된 공간상의 각도 범위 내에서 회전 운동에 대해 모든 방향으로 이동될 수 있고, 따라서 축(11)은 항상 방사원(3) 쪽으로 향해야 하는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 장치.
11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

    각각의 조리개(5, 6)에는 구동 메커니즘(19)이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 장치.
12. 제11항에 있어서,

    제어 메커니즘이 광선(2')의 발산에 따라 관련된 개구(8, 8', 8'')를 조절하는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 장치.
13. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

    조리개(5, 6)는 하나의 단일 구동 메커니즘(19)으로 작동되는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 장치.
14. 제13항에 있어서,

    제어 메커니즘은 광선(2')의 발산에 따라 관련된 개구(8, 8', 8'')를 작동시키는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 장치.
15. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

    각각의 조리개(5, 6)의 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')는 선형 가이드 메커니즘(18)의 한 가이드 요소(18'')를 포함하는 하나 이상의 가이드 판(21)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 장치.
16. 제15항에 있어서,

    캠 디스크(22)는 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')와 상호작용 하고, 구동 메커니즘(19)은 가이드 판(21)과 캠 디스크(22) 사이에서의 상대적인 회전 운동에 의해 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')의 조절 운동(13)이 일어나게 하는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 장치.
17. 제15항에 있어서,

    각 조리개(5, 6)의 상기 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')는 또한 추가 가이드 판(21')에 의해 반대편에서 가이드 되는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 장치.
18. 제13항에 있어서,

    상기 구동 메커니즘(19)은 두 조리개(5, 6) 사이로부터 두 조리개(5, 6)를 모두 작동시키기 위해 두 조리개(5, 6) 사이에 결합되는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 장치.
19. 제14항에 있어서,

    상기 구동 메커니즘(19)은 조리개(5)에 할당되고, 다른 조리개(6)는 핀에 의해 작동되고, 힘을 전달하는 요소는 광선(2')의 발산을 충족시키도록 관련된 개구(8, 8', 8'')를 작동시키는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 장치.
20. 제13항에 있어서,

    조절 요소(7)는 구동 메커니즘(19)에 다수의 힘을 가할 수 있는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 장치.
21. 제20항에 있어서,

    하나 이상의 힘이 기어 메커니즘(20)에 할당되어, 광선(2')의 발산을 충족시키는 개구(8, 8', 8'')의 관계가 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 장치.
22. 제21항에 있어서,

    시준기(1)를 상이한 광선 발산에 맞출 수 있도록 하나 이상의 기어 메커니즘(20)에 하나 이상의 교환될 수 있거나 조절될 수 있는 전달 요소가 제공되는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 장치.
23. 제16항에 있어서,

    상기 캠 디스크(22)에는 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')의 볼트형 핀(24)을 작동시킬 수 있는 별 모양으로 배열된 캠 곡선부(23)가 제공되는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 장치.
24. 제23항에 있어서,

    상기 볼트형 핀(24)은 롤러 형태인 것을 특징으로 하는 방사선 조사 장치.
25. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

    6개의 리프로 이루어진 두 개의 조리개(5, 6)가 회전 방향으로 30°의 각도만큼 변위를 가지고 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 장치.
26. 펑티폼(puntiform) 방사원(3)으로부터 나아가며 치료 대상물(4) 쪽으로 향하는 고-에너지 광선을 형성하는데 사용되는 시준기(1)로서, 종양의 정위 구조 방사선 치료와 같은 방사선 치료에 사용되고, 상기 시준기(1)는 광선의 시준을 위한 가변 개구(8, 8')를 제공하도록 조절 요소(7)를 갖는 조리개(5)에 의해 실현되는 시준기에 있어서,

    하나 이상의 조리개(6)가 추가로 광 경로 내에 동축으로 배열되고, 상기 조리개(5, 6)는 상기 조리개(5, 6)의 관련된 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')가 엇갈려서 그리고 축(11)을 중심으로 회전식으로 배열되도록 위치되고, 따라서 시준기(1)에 의해 한정되는 광선(2')이 모서리의 개수가 모든 조리개(5, 6)의 리프의 수에 대응하는 다각형(12)의 단면을 나타내고, 따라서 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')는 동일한 각도를 갖는 인접하는 측면(10)을 구비하고, 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')의 조절 운동(13)은 인접하는 조리개 리프들에 결합된 측면(10)들의 각 이등분선(25)에 수직하게 직선을 이루는 것을 특징으로 하는 시준기.
27. 제26항에 있어서,

    두 개 이상의 조리개(5, 6)의 동일한 수의 리프에 의해 축(11)을 중심으로 동일한 회전 방향으로 조리개의 각 변위(α)가 이루어지고, 조리개(5, 6)의 조절 요소(7)의 구조는 관련되는 조리개(5, 6)의 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')에 대해 동일한 조절 거리(14, 14')를 포함하고, 따라서 광선(2')의 등변 다각형(12) 단면이 모든 설정 범위에 형성되는 것을 특징으로 하는 시준기.
28. 제26항에 있어서,

    힘이 가해져서 상기 조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')가 서로 가압되는 것을 특징으로 하는 시준기.
29. 제26항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,

    조리개 리프(9, 9', 9'', 9''', 9'''', 9''''')는 차단 물질로 이루어진 차단 요소(16)와 지지 요소(17)로 구성되어 있고, 상기 지지 요소(17)에는 조절 운동(13)을 위한 선형 가이드 메커니즘(18)의 가이드 요소(18')가 제공되고, 상기 지지 요소(17) 상의 상기 차단 요소(16)는 스프링으로 지지되어 인접하는 조리개 리프 쪽으로 균등하게 가압되는 것을 특징으로 하는 시준기.

Images