KR100960823B1 - 하전입자선 조사장치 - Google Patents

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다카시 오기노
가즈히로 노무라
도시키 다치카와
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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
고쿠리츠간센터 소쵸
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Abstract

과제는, 원하는 부위에서의 조사(照射)위치 확인이 가능한 하전(荷電)입자선 조사(照射)장치를 제공하는 것이다.
해결수단은, 피(被)조사체(51)의 둘레로 회전 가능하게 된 하전입자선 조사부(1)를 가지는 조사실(照射室)(103)을 구비하고, 피조사체(51)에서 생성된 소멸γ(감마)선을 검출하는 검출부(30)를, 하전입자선 조사부(1)의 회전중심축(X)이 뻗어 있는 방향으로 이동 가능하게 한다.
이에 의하여, 검출부(30)를 X축 방향으로 이동시킴으로써, 검출부(30)가 하전입자선 조사부(1) 회전의 방해가 되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 피조사체의 조사실(103)에의 반입, 반출시에 검출부(30)가 방해되지 않는다. 또한, 원하는 부위의 위치확인을 할 수 있다. 또한, 피조사체의 크기에 맞추어 검출부(30)를 X축 방향으로 이동시킬 수도 있으므로, 검출부(30)에 의한 검출범위의 확대가 가능하게 된다.
하전입자선, 조사장치, 조사실, 소멸γ선, PET 카메라

Description

하전입자선 조사장치{Irradiation apparatus of charged particle ray}
본 발명은, 하전(荷電)입자선이 조사(照射)되는 피(被)조사체의 둘레로 회전 가능한 하전입자선 조사부를 가지는 조사실(室)을 구비한 하전입자선 조사장치에 관한 것이다.
종래, 하전입자선을 조사하는 하전입자선 조사장치로서, 예컨대 양자선(陽子線)을 조사하여 종양을 치료하는 양자선 치료장치가 알려져 있다. 이와 같은 종양의 치료에서는, 종양의 형상이나 위치에 따라서, 절대선량(線量), 선량분포, 조사위치 등의 조사계획을 세우고, 이 조사계획대로 따라서 정밀도 좋게 하전입자선의 조사를 행할 필요가 있다. 양자선을 환자에게 조사할 경우에는, 중요 장기, 뇌간(腦幹), 시(視)신경, 척수 등에의 조사를 피하기 위하여, 조사위치의 정밀도는 특히 중요하다. 그리고, 이와 같은 종양치료에 적용되는 양자선 치료장치는, 환자 둘레로 회전 가능한 양자선 조사부를 가지는 조사실(회전 갠트리)를 구비함으로써, 양자선 조사부 이동의 자유도가 향상되고 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
[특허문헌 1] 일본국 특허공개 평11-047287호 공보
최근, 하전입자선을 조사하는 하전입자선 조사장치에서는, 조사된 하전입자선이 피조사체의 어느 위치에 조사되었는지를 검출하는 것이 요구되고 있다. 따라서, PET(Positron Emission Tomography) 카메라를 이용하여, 피조사체에 조사된 하전입자선과 피조사체 내의 원자핵과의 핵반응에 의하여 생성된 포지트론(positron) 방출핵으로부터의 소멸γ선을 검출하여, 하전입자선의 조사위치를 검출하는 기술이 개발되어 있다. 그러나, 이 기술에서는, PET 카메라가 고정되어, 특정 부위의 위치확인밖에 할 수 없었기 때문에, 원하는 부위의 위치확인이 요구되고 있다.
본 발명은, 이와 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 원하는 부위에서의 조사위치 확인이 가능한 하전입자선 조사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 하전입자선 조사장치는, 하전입자선이 조사되는 피조사체의 둘레로 회전 가능한 하전입자선 조사부를 가지는 조사실을 구비한 하전입자선 조사장치에 있어서, 피조사체를 끼워서 양측에 배치되어, 피조사체에서 생성된 소멸γ 선을 검출하는 한 쌍의 검출부를 구비하고, 하전입자선 조사부의 회전중심축이 뻗어 있는 방향을 X축 방향이라 하고, 검출부는, X축 방향으로 이동 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
이와 같이 구성된 하전입자선 조사장치에 의하면, 피조사체 둘레로 회전 가능하게 된 하전입자선 조사부를 가지는 조사실을 구비하고, 피조사체에서 생성된 소멸γ선을 검출하는 검출부가, 하전입자선 조사부의 회전중심축이 뻗어 있는 방향인 X축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 이에 의하여, 검출부를 X축 방향으로 이동시킴으로써, 검출부가 하전입자선 조사부 회전의 방해가 되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 피조사체의 조사실에의 반입, 반출시에 검출부가 방해되지 않는다. 또한, 원하는 부위의 위치확인을 할 수 있다. 또한, 피조사체의 크기에 맞추어 검출부를 X축 방향으로 이동시킬 수도 있으므로, 검출부에 의한 검출범위의 확대가 가능하게 된다.
여기에서, 검출부는, X축 둘레로 회전 가능하게 되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 검출부는 피조사체 둘레로 회전 가능하게 되어, 검출부 이동의 자유도가 향상되므로, 소형화된 검출부(예컨대 PET 카메라)를 이용하여 조사위치의 3차원 측정을 행할 수 있다.
또한, 검출부는, 하전입자선 조사부의 회전에 추종하여 회전하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 하전입자선 조사부에서 조사된 하전입자선과, 검출부와의 위치관계를 유지하면서, 조사위치의 계측을 행할 수 있다.
또한, 검출부는, 하전입자선 조사부와 일체로서 회전하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 하전입자선 조사부를 회전시키기 위한 회전 구동부를 이용하여, 검출부를 회전시킬 수 있으므로, 검출부를 회전시키기 위하여, 별로의 회전 구동부를 설치할 필요가 없다.
또한, 검출부는, 서로 접근하는 방향으로 이동 가능하게 되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 피조사체를 끼워서 양측에 배치된 검출부를 서로 접근하는 방향으로 이동시킴으로써, 검출부를 피조사체에 가까이하여 조사위치의 측정을 행할 수 있어, 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, X축 방향과 직교하는 방향을 Y축 방향이라 하고, 검출부는, Y축 둘레로 회전 가능하게 되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 검출부 이동의 자유도가 한층 향상되어, 여러 방향으로부터 조사위치의 측정을 행할 수 있으므로, 측정 정밀도를 한층 향상시킬 수 있다. 또한, 검출부를 Y축 방향으로 뻗어 있는 소정의 축 둘레로 회전시켜 검출부의 위치를 바꿀 수 있으므로, 예컨대, 검출부가 세로로 긴 형상일 경우, 검출부의 길이방향을 X축 방향을 따르도록 배치함으로써, 검출부의 X축 방향으로의 이동을 용이하게 행할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의한 하전입자선 조사장치에 의하면, 검출부를 X축 방향으로 이동시킬 수 있으므로, 검출부가 하전입자선 조사부 회전의 방해가 되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 피조사체의 조사실에의 반입, 반출시에 검출부가 방해되지 않는다. 또한, 피조사체의 크기에 맞추어 검출부를 X축 방향으로 이동시킬 수도 있으므로, 원하는 부위에 있어서의 조사위치의 확인이 가능하게 된다.
이하, 본 발명에 의한 하전입자선 조사장치의 적합한 제1 실시예에 대하여 도 1∼도 5를 참조하면서 설명한다. 다만, 도면의 설명에 있어서, 동일 또는 상당한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다. 본 실시예에서는, 하전입자선 조사장치를 양자선(陽子線) 치료장치로 하였을 경우에 대하여 설명한다.
도 1∼도 3에 나타내는 바와 같이, 양자선 치료장치(100)는, 환자(피조사체)(51) 체내의 종양(조사 목표물)(P)에 대하여 양자선(하전입자선)을 조사하는 장치이다.
이 양자선 치료장치(100)는, 회전 갠트리(gantry)(103)(조사실)에 장착되어 치료대(재치(載置)대)(105)의 둘레로 회전 가능하게 된 양자선 조사부(하전입자선 조사부)(1)를 구비하고 있다.
이 양자선 조사부(1)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 양자선의 조사방향(A)으로 순서대로 배열되어, 양자선 빔을 순서대로 통과시켜서 빔을 정형(整形)하는 산란체(散亂體)(5), 릿지(ridge) 필터부(7), 파인딩 레이더(finding radar)(9), 블럭 콜리메이터(collimator)(11), 볼루스(bolus)(13), 멀티 리프 콜리메이터(15), 장치 각 부의 구동을 제어하는 조사 제어부(17)를 구비하고 있다.
이 양자선 조사부(1)에는, 양자선 발생부로서 기능하는 사이클로트 론(cyclotron)(3)에서 발생한 양자선이 수송장치를 통하여 보내진다. 그리고, 보내진 가느다란 양자선을, 예컨대 두께 몇 ㎜의 납으로 이루어지는 산란체(빔 확대부)(5)를 통과시킴으로써, 조사방향(A)에 직교하는 방향으로 퍼짐을 갖게 하여, 광폭 빔으로 확대한다.
상기 산란체(5)로부터의 양자선 빔은, 환자(51) 체내의 종양(P)의 두께(조사방향(A)의 길이)에 대응하여 양자선의 에너지 깊이로 분포를 갖게 하기 위한 릿지 필터부(피크 조정 필터부)(7)에 입사된다. 이 릿지 필터부(7)는, 계단 형상으로 두께가 변화되는 금속막대가 발(簾) 형상으로 늘어놓아져 이루어지는 필터(7a)를 복수개 가지고 있으며, 그들 복수의 필터(7a)는, 금속막대 형상의 차이에 의하여 서로 다른 양자선의 확대 브래그 피크(이하 「SOBP」라고 함)를 형성시킨다. 그리고, 릿지 필터부(7)는, 조사 제어부(17)의 제어에 의하여 구동되어, 상기 복수의 필터(7a) 내에서 적절히 선택된 필터를 양자선의 통과위치에 삽입하는 기구를 가지고 있다. 이 구성에 의하여, 릿지 필터부(7)는, 양자선을 통과시키는 필터(7a)를 선택적으로 변경 가능하여, 양자선의 SOBP의 피크 폭을 조정할 수 있다.
이 릿지 필터부(7)를 통과한 양자선은, 치료대상인 환자 체내(51)의 종양(P)의 깊이에 따라서 빔의 에너지를 조정하여, 최대 도달깊이를 조정하기 위한 파인딩 레이더(빔 에너지 조정부)(9)에 입사된다. 이 파인딩 레이더(9)는, 예컨대 2개의 쐐기 형상을 한 대향하는 아크릴 블럭(9a, 9b)으로 구성되어, 조사 제어부(17)의 제어에 의하여 상기 블럭(9a, 9b)의 중첩 방식을 조절함으로써, 양자선이 통과하는 부분의 두께를 연속적으로 변화시킬 수 있다. 양자선은, 통과한 물질의 두께에 따 라서 에너지를 잃어, 환자(51) 체내에 있어서 도달하는 깊이가 변하므로, 이 파인딩 레이더(9)의 조절에 의하여, 양자선의 SOBP의 위치를, 환자(51) 체내에 있어서의 종양(P)의 깊이방향(조사방향(A))의 위치에 맞출 수 있다.
이 파인딩 레이더(9)를 통과한 양자선 빔은, 양자선의 평면 형상(조사방향(A)으로부터 본 형상)을 개략 정형(整形)하기 위한 블럭 콜리메이터(11)에 입사된다. 후술하는 멀티 리프 콜리메이터(15)에 추가하여, 여기에서, 블럭 콜리메이터(11)에 의한 정형을 행하고 있는 것은, 환자의 가까이에서 블럭 콜리메이터(11)에 의한 2차 방사선이 발생하지 않도록 하기 위해서이다.
이 블럭 콜리메이터(11)를 통과한 양자선은, 예컨대 수지(樹脂)제의 부정형필터인 볼루스(보상(補償)필터)(13)에 입력되어, 종양(P) 최대깊이의 단면 형상과 조직의 불균일성에 관한 보정이 행하여진다. 이 볼루스(13)의 형상은, 종양의 윤곽선과, 예컨대 X선 CT의 데이터로부터 구하여지는 주변 조직의 전자밀도에 근거하여, 산출된다. 이와 같은 볼루스(13)를 이용함으로써, 양자선 빔의 가장 먼 부분(최대 도달깊이의 부분)의 입체 형상이, 종양(P)의 최대 깊이부분의 형상에 맞추어 정형되므로 종양(P)에 대한 선량(線量) 집중성을 더욱 높일 수 있다.
이 볼루스(13)를 통과한 양자선 빔은, 멀티 리프 콜리메이터(형상 가변 콜리메이터)(15)에 입사된다. 멀티 리프 콜리메이터(15)는, 황동제(製)로 폭 수 ㎜인 다수의 빗살을 가지는 2개의 선 차단부(15a, 15b)가, 상기 빗살의 선단을 중심에서 서로 돌출시키도록 배열되어 구성되고 있다. 그리고, 조사 제어부(17)의 제어에 의하여, 선 차단부(15a, 15b)가, 다수의 상기 빗살 각각을 길이방향으로 진퇴시킴으 로써, 멀티 리프 콜리메이터(15)는, 양자선 빔이 통과하는 개구(開口)(15c)의 위치 및 형상을 변화시킬 수 있다.
멀티 리프 콜리메이터(15)를 통과한 양자선 빔은, 상기 개구(15c)의 형상에 대응하는 윤곽으로 잘려지므로, 멀티 리프 콜리메이터(15)는, 개구(15c)의 형상을 변화시킴으로써, 입사하는 양자선 빔의 원하는 평면 위치 및 평면 형상을 잘라낼 수 있다. 이와 같이 원하는 평면 위치에 있어서 원하는 평면 형상으로 잘라낸 양자선 빔은, 치료용 양자선으로서 환자(51)에게 조사된다. 그리고, 멀티 콜리메이터(15) 개구(15c)의 평면 위치 및 평면 형상을 변화시켜 조사영역의 위치를 순차 수평방향(조사방향(A)에 직교하는 방향)으로 이동하면서 조사를 반복함으로써, 종양(P) 전체에 양자선 빔을 조사한다.
또한, 이 양자선 조사부(1)는, 조사영역에 조사된 조사선량(線量)을 모니터하는 수단으로서, 선량 모니터(23)를 구비하고 있다. 선량 모니터(23)는, 파인딩 레이더(9)와 블럭 콜리메이터(11) 사이에 설치되어, 통과하는 양자선의 선량을 검지한다. 선량 모니터(23)는, 검지한 선량을 모니터 신호(s1)로서 조사 제어부(17)에 송신하고, 조사 제어부(17)는 모니터 신호(s1)에 근거하여 조사영역에 조사된 조사선량을 인식할 수 있다.
또한, 양자선 치료장치(100)에는, 환자(51)의 X선 투시화상을 취득하는 X선 촬영장치(X선 투시화상 취득수단)가 설치되어 있다. 이 X선 촬영장치는, X선 발생기, 환자(51)를 투과한 X선을 검출하는 X선 검출기를 구비하고 있다. 이들 X선 발생기 및 X선 검출기는, 회전 갠트리(103)에 고정되어, 환자(51) 둘레로 회전 가능 하게 되어 있다. 본 실시예에서는, 두 개의 X선 발생기를 구비하며, 이들 X선 발생장치는, 90도 다른 위치에 배치되어 있다. 또한, X선 발생기에 대향하는 위치에, X선 검출기가 배치되어 있다. X선 촬영장치는, X선 검출기에 의하여 검출된 데이터에 근거하여, 환자(51)의 X선 투시화상을 작성하여, 뼈, 금속마커(marker)를 검출하여 환자(51)의 위치를 측정할 수 있다.
여기에서, 양자선 치료장치(100)는, 회전 갠트리(103)에 장착되어 치료대(105)의 둘레로 회전 가능하게 된 한 쌍의 PET 카메라(검출기)(30)를 가지는 PET 장치(31)를 구비하고 있다. 즉, PET 카메라(30)는, 회전 갠트리(103)에 장착된 양자선 조사부(1)와 일체로서 X축 둘레로 회전 가능하게 되어 있다. PET 장치(31)는, PET 카메라(30) 외에, 도시하고 있지 않은 화상처리부, 기록부, 표시부 등을 구비하고 있다. 화상처리부는, PET 카메라(30)에 의하여 취득된 화상정보에 근거하여 화상처리를 행하여 PET 화상을 생성한다. 기록부는, 생성된 PET 화상 등을 기록한다. 생성된 PET 화상은, 표시부에 의하여 표시된다.
이 PET 카메라(30)는, 치료대(105) 위의 환자(51)의 양측에 배치되어, 소멸γ선을 검출하는 것이다. 구체적으로는, 환자(51)에게는 종양(P)에 집적되는 방사성 약제(예컨대, 11C 메티오닌(Methionin))가 투여(주입)되고, PET 카메라(30)는, 종양(P)(방사성 약제의 도달위치)으로부터 발생하는 소멸γ선을 검출한다. PET 장치(31)는, PET 카메라(30)에 의한 소멸γ선의 검출결과에 근거하여 종양(P)의 위치를 검출하는 조사목표위치 검출수단으로서 기능하는 것이다.
또한, PET 카메라(30)는, 환자(51)에게 조사된 양자선의 입사 양자핵과 종양(P) 내의 원자핵의 핵반응에 의하여 생성된 포지트론 방출핵으로부터의 소멸γ선을 검출할 수 있다. 또한, PET 장치(31)는, PET 카메라(30)에 의한 소멸γ선의 검출결과에 근거하여 실제로 조사된 양자선의 환자(51) 체내에 있어서의 도달위치를 검출하는 양자선(하전입자선) 도달위치 검출수단으로서 기능하는 것이다. 즉, PET 장치(31)는, 치료에서 이용하는 양자선의 입사 양자핵과 환자(51) 체내 속의 원자핵의 상호 핵반응에 의하여 체내 속에서 생성되는 포지트론 방출 핵종으로부터 소멸γ선을 계측하여 생성 핵종마다의 강도분포를 측정함으로써, 환자(51) 체내에 있어서의 실제의 양자선 도달위치를 검출할 수 있다.
PET 카메라(30)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 회전 갠트리(103)의 회전중심축(X)(이하, 「X축」이라 함) 방향으로 이동 가능하게 됨과 함께, X축과 직교하는 Y축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 한 쌍의 PET 카메라(30)를 각각 지지하는 PET 카메라 지지부(32)는, X축 방향으로 뻗어 있는 지지부재(33)와, 이 지지부재(33)를 따라서 X축 방향으로 이동하는 X축 방향 이동부재(34)와, 이 X축 방향 이동부재(34)의 선단부(34a)에 설치되어 Y축 방향으로 뻗어 있는 Y축 방향 뻗음 부재(35)와, 이 Y축 방향 뻗음 부재(35)를 따라서 Y축 방향으로 이동하는 Y축 방향 이동부재(36)를 가지고 있다. 그리고, PET 카메라(30)는, Y축 방향 이동부재(36)에 고정되어, 그 검출면(30a)이 서로 대향하도록 배치되어 있다.
지지부재(33)에는, Y축 방향에 있어서의 외측으로 확장되어 나오는 돌출부(33a)가 형성되고, 이 돌출부(33a)가 회전 갠트리(103)의 프레임(103a)(도 2 참 조)에 고정되어 있다. 또한, 지지부재(33)는, 회전 갠트리(103)의 배면패널(103b)의 배면측(도시의 우측)에 배치되어 있다. 지지부재(33) 및 X축 방향 이동부재(34)에는, X축 방향 이동부재(34)가 이동하는 방향을 안내하는 슬라이드 가이드(38)가 형성되어, X축 방향 이동부재(34)는, 슬라이드 가이드(38)를 통하여 X축 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 그리고, X축 방향 이동부재(34)는, 지지부재(33)에 고정된 에어 실린더(37)에 의하여 구동되어, X축 방향으로 왕복 운동 가능하게 되어 있다.
Y축 방향 뻗음 부재(35) 및 Y축 방향 이동부재(36)에는, 도 5에 나타내는 바와 같이, Y축 방향 이동부재(36)가 이동하는 방향을 안내하는 슬라이드 가이드(39)가 설치되어, Y축 방향 이동부재(36)는, 슬라이드 가이드(39)를 통하여 Y축 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 그리고, Y축 방향 이동부재(36)는, Y축 방향 뻗음 부재(35)에 고정된 모터(40)에 의하여 구동되어, Y축 방향으로 왕복 운동 가능하게 되어 있다.
모터(40)는, 그 출력축(41)이 X축 및 Y축에 직교하는 Z축 방향(도 5에 있어서의 상하방향)으로 뻗어 있도록 배치되어 있다. 출력축(41)은, 커플링(42)을 통하여, Z축 방향으로 뻗어 있는 구동축(43)에 접속되어 있다. 구동축(43)은, 한 쌍의 베어링(44)에 의하여 Y축 방향 뻗음 부재(35)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 구동축(43)의 한 쌍의 베어링(44) 사이에는, 기어(45)가 설치되어 있다. 또한, 구동축(43)의 커플링(42)과 반대측의 단부(端部)에는, 브레이크(46) 및, 퍼텐셔미터(potentiometer, 전위차계)(47)가 설치되어 있다.
또한, Y축 방향 이동부재(36)에는, 기어(45)와 맞물리는 래크(48)가 Y축 방향으로 형성되어 있다. 그리고, 모터(40)를 회전 구동함으로써, 기어(45) 및 래크(48)에 의하여 구동력이 전달되어, Y축 방향 이동부재(36)가 Y축 방향으로 왕복 운동한다. 이에 의하여, PET 카메라(30)를 환자(51)에 대하여 접근시킬 수 있다. 환자에게 접근시켜 PET 카메라(30)를 배치함으로써, 소멸γ선의 검출 정밀도가 향상된다.
이 PET 카메라(30)는, 회전 갠트리(103)의 배면패널(103b)보다 배면측에 수납 가능하게 되고, 계측시에는, 에어 실린더(37)에 의하여 구동되어, 환자(51)의 양측에 배치된다.
또한, 양자선 치료장치(100)는, 치료대(105)의 위치조정을 행하는 치료대 위치 제어부(재치대 제어부)를 가지고 있다. 그리고, 이 치료대 위치 제어부는, PET 장치(31)에 의하여 취득된 PET 화상, X선 촬영장치에 의하여 취득된 X선 투시화상에 근거하여, 치료대(105)의 위치를 제어하는 것으로서, 치료대(105) 위의 환자(51)의 종양(P)에 양자선이 조사되도록, 치료대(105)의 위치를 조정한다.
조사 제어부(17)는, 환자(51)의 종양(P)의 입체 형상에 근거하여 작성된 종양 맵(map)(목표물 맵)(19)에 격납된 정보를 참조하면서, 특히, 릿지 필터부(7), 파인딩 레이더(9), 및 멀티 리프 콜리메이터(15)의 동작을 제어하는 것이다. 또한, 여기에서는, 조사영역의 가장 먼 부분의 형상이, 종양의 최대깊이 부분의 복잡한 형상에 대응하여 정형되도록, 미리 준비된 볼루스(13)가, 원하는 위치에 세트되어 있다.
또한, 조사 제어부(17)는, PET 장치에 의하여 검출된 양자선의 도달위치에 따라서, 양자선의 빔 조정을 행한다. 즉, 조사 제어부(17)는, 환자(51) 체내에 있어서의 양자선의 실제 도달위치와 종양(P)의 위치가 일치하도록, 릿지 필터부(7), 파인딩 레이더(9), 및 멀티 리프 콜리메이터(15)의 동작을 제어하여 양자선의 빔을 조정한다.
다음으로, 이와 같이 구성된 양자선 치료장치(100)를 이용한 양자선 조사방법(하전입자선 조사방법)에 대하여 설명한다.
양자선 치료장치(100)를 사용하지 않고 있을 때에는, PET 카메라(30)는, 배면패널(103b)의 배면측에 수납된 상태로 되어 있다. 여기에서는, 하나의 예로서, 뇌종양 환자에 대한 양자선 치료에 대하여 설명한다. 우선, 회전 갠트리(103) 내의 치료대(105) 위에 환자(51)를 눕힌다. 환자(51)의 길이방향이, X축 방향을 따르도록 배치되어 있다. 다음으로, 환자(51)에게 11C 메티오닌을 투여하여(S1), 뇌종양에 11C 메티오닌이 집적되는 것을 기다린다(S2). 이어서, 뇌종양에 집적된 11C 메티오닌으로부터 방출되는 소멸γ선을 PET 카메라(30)에 의하여 측정한다(제1 검출공정, S3). 이때, 에어 실린더(37)를 구동하여, PET 카메라(30)를 X축 방향으로 이동시켜서 환자(51)의 양측에 배치하고, 모터(40)를 구동하여 PET 카메라(30)를 Y축 방향으로 이동시켜, PET 카메라(30) 끼리의 간격을 조절한다. 3차원 화상측정을 행할 경우에는, 회전 갠트리(103)를 회전시켜, 소멸γ선의 계측을 행한다.
다음으로, PET 카메라(30)에 의한 측정결과에 근거하여, PET 화상을 작성하여 뇌종양의 위치를 검출한다(조사 목표위치 검출공정, S4). 이어서, X선 촬영장치에 의하여 투시촬영을 행하여 환자(51)의 X선 화상을 작성하여(X선 투시화상 취득 공정), 뼈 및 금속마커의 위치를 확인한다. 여기서, PET 촬영 및 X선 촬영의 순서를 바꿔 넣어도 좋고, 교대로 복수 회 촬영을 행하여도 좋다. 또한, 필요에 따라, 회전 갠트리(103)를 회전시켜, X선 발생기, X선 검출기의 위치를 바꾼다.
다음으로, PET 화상과 X선 화상에 근거하여, 조사계획을 세운다(S6). 여기에서는, 조사계획으로서, 예컨대, 절대선량(線量), 선량 분포, 환자(51)의 위치 등을 결정한다. 이어서, 결정된 조사계획에 근거하여, 치료대(105)의 위치조정을 행하여(재치대 위치조정공정, S7), 환자(51)를 적절한 위치에 배치한다.
다음으로, 결정된 조사계획에 따라 빔 조정을 행하고, 필요에 따라 회전 갠트리(103)를 회전시켜서, 양자선 조사부(1)의 위치를 변경하여, 종양을 향하여 양자선을 1회 조사한다(S8). 그리고, 조사된 양자선과 환자(51) 체내의 원자핵의 핵반응에 의하여 생성된 포지트론 방출핵으로부터의 소멸γ선을 PET 카메라(30)로 측정한다(제2 검출공정, S9). 이때, PET 카메라(30) 끼리가 서로 접근되도록 Y축 방향으로 이동시켜서, PET 카메라(30)를 환자(51)에 가까이하여, 소멸γ선의 검출을 행한다. 또한, PET 카메라(30)를 회전시켜서 측정을 행하여도 좋다. 이어서, PET 카메라(30)에 의한 측정결과에 근거하여, PET 화상을 작성하여 환자(51) 체내에 있어서의 양자선의 도달위치를 검출하여, 실제 조사영역를 확인한다(하전입자선 도달위치 검출공정, S10).
다음으로, 실제로 조사된 양자선의 환자(51) 체내에 있어서의 도달위치와, 조사계획에 의한 조사 목표위치(종양의 위치)를 비교하여, 위치 어긋남이 있을 경우에는, 양자선이 조사 목표위치의 허용범위 내에 조사되도록 빔의 조정을 행한다(빔 조정공정, S11). 빔 조정 종료 후, 양자선을 조사한다(S12). 다만, 다시, S8∼S11을 행하여도 좋다.
이와 같은 양자선 치료장치(100)에 의하면, 회전 갠트리(103)에 PET 카메라(30)가 설치되고, 이 PET 카메라(30)에 의하여, 조사된 양자선의 입사 양자핵과 종양 내의 원자핵의 핵반응에 의하여 생성되는 포지트론 방출핵으로부터의 소멸γ선을 계측할 수 있으므로, 실제로 조사된 양자선의 도달위치를 확인할 수 있다. 즉, 치료 중에 양자선을 조사하면서 양자선의 도달위치를 검출할 수 있다. 또한, 회전 갠트리(103)에 PET 카메라(30)가 고정되어 있으므로, 회전 갠트리(103)의 회전에 맞추어, PET 카메라(30)를 환자(51) 둘레로 회전시킬 수 있어, 양자선을 조사한 직후에 소멸γ선의 측정을 행할 수 있다. 또한, PET 카메라(30) 이동의 자유도가 향상됨과 함께, 소형화된 PET 카메라(30)를 이용하여 3차원 측정을 행할 수 있어, PET 카메라(30)용의 별도의 회전 구동부를 설치할 필요도 없다. 또한, PET 카메라(30)가 양자선 조사부(1)에 동기(同期)하여 회전하므로, PET 카메라(30)와 양자선 조사부(1)의 회전방향에 있어서의 위치관계를 유지하면서, 소멸γ선의 검출을 행하는 것이 가능하게 되어 있다.
또한, PET 카메라(30)는, X축 방향으로 이동 가능함과 함께, 회전 갠트리(103)의 배면패널(103b)의 배면측에 수납 가능하게 되어 있다. 이와 같이 PET 카 메라(30)를 X축 방향으로 이동시킴으로써, PET 카메라(30)에 의한 검출범위를 확대할 수 있다. 또한, PET 카메라(30)를 적당히 이동시킴으로써, PET 카메라(30)가 양자선 조사부(1) 회전의 방해가 되지 않는다. 또한, 환자(51)의 회전 갠트리(103) 내에의 반입, 반출시에 PET 카메라(30)가 방해되지 않는다. 또한, 피조사체의 크기에 맞추어, PET 카메라(30)를 이동시킬 수도 있으므로, 원하는 부위의 조사위치의 확인이 용이하게 된다.
또한, PET 카메라(30)가 환자(51)를 끼워 넣는 방향(Y축 방향)으로 이동 가능하여, PET 카메라(30) 간의 거리를 임의로 바꾸는 것이 가능하게 되어 있으므로, PET 카메라(30)를 Y축 방향으로 환자(51)에게 접근시킴으로써, 소멸γ선의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 종래, 예컨대 뇌종양의 방사선 치료에서는, 환자의 위치결정을 고정밀도로 실현하기 위하여, 환자의 두부(頭部)를, 고정도구를 이용하여 고정하고 있었기 때문에, 환자에게 있어서 큰 부담이 되고 있었다. 본 발명에 의한 양자선 조사장치 및 양자선 조사방법에서는, 조사실 내에 있어서, 환자(51)를 치료대(105)에 눕힌 상태에서 PET 카메라(30)를 이용하여 종양의 위치확인을 행할 수 있으며, 종양위치와 실제로 조사된 양자선의 도달위치의 위치 어긋남을 수정하여, 적절한 위치에 환자(51)를 위치결정할 수 있다. 이에 의하여, 환자의 위치결정을 높은 정밀도로 행할 수 있기 때문에, 환자 고정의 간소화가 도모되어, 환자에의 부담을 경감할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 관련되는 양자선 치료장치에 대하여, 도 7 및 도 8을 참조하면서 설명한다. 이 제2 실시예의 양자선 치료장치가 제1 실시예의 양자선 치료장치(100)와 다른 점은, 제2 실시예의 PET 카메라(60)는 더욱 Y축 둘레로 회전 가능한 점, 및 PET 카메라(60) 검출면(60a)의 형상이 다른 점이다.
PET 카메라(60)를 지지하는 PET 카메라 지지부(61)는, Y축 방향 이동부재(36) 내측의 단부(36a)에 PET 카메라(60)를 고정하는 카메라 고정부(62)를 구비하고 있다. 이 카메라 고정부(62)에는, PET 카메라(60)를 회전 구동하는 모터(63)가 장착되어 있다. 이 모터(63)는, 그 출력축(64)이 Y축 방향을 따라서 배치되어 있다. 그리고, 모터(63)의 출력축(64)에 PET 카메라(60)가 접속되어 Y축 둘레로 회전 가능하게 되어 있다.
PET 카메라(60)의 검출면(60a)은, 원호 형상으로 만곡되며, 한 쌍의 검출면(60a)은 서로 대향하여 배치되어 있다. PET 카메라(60)는, 수납시, 및 X축 방향으로의 이동시에는, 그 길이방향이 X축 방향을 따르도록 배치된다(도 7에 나타내는 상태). 또한, γ선의 계측시에는, PET 카메라(60)는, 원호의 중심축이 X축 방향과 평행하게 되도록 배치된다. 여기서, X축 방향과 평행하게 되지 않는 위치에서 PET 카메라(60)의 회전을 정지시켜, 다양한 각도에서의 측정도 가능하다.
이와 같이 구성하여도 제1 실시예의 양자선 치료장치(100)와 마찬가지 효과를 얻을 수 있으며, 추가하여, PET 카메라(60)가 Y축 둘레로 회전 가능하기 때문에, PET 카메라(60) 이동의 자유도가 한층 향상되어, 여러 방향으로부터 조사위치의 측정을 행할 수 있어, 측정 정밀도의 향상이 도모되고 있다.
본 발명은, 상기 제1 실시예 및 제2 실시예(이하, 「상기 실시예」라 함)에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시예에서는, PET 카메라가 X축 둘레로 회전 가능한 구성으로 되어 있지만, X축 둘레로 회전하지 않는 구성이라도 좋고, 그 외의 방향으로 회전 가능한 구성으로 하여도 좋다. 또한, PET 카메라가 서로 접근하는 방향으로 이동 가능한 구성으로 되어 있지만, PET 카메라는 서로 접근하는 방향으로 이동하지 않는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 에어 실린더, 모터를 이용하여, PET 카메라를 이동시키고 있지만, 유압 실린더, 리니어 모터 등 그 외의 구동장치를 이용하여 PET 카메라를 이동시켜도 좋다. 또한, PET 카메라의 X축 방향의 이동, Y축 방향의 이동은, 직선 형상으로 이동하지 않아도 좋고, 곡선 형상, 원호 형상으로 이동하여도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, PET 카메라는, 회전 갠트리에 장착되어, 양자선 조사부와 일체로서 X축 둘레로 회전 가능하게 되어 있지만, PET 카메라는 회전 갠트리 및 양자선 조사부와 일체로서 회전하지 않아도 좋다. 예컨대, PET 카메라를 회전 구동시키기 위한 구동장치를 별도로 설치하여, 회전 갠트리 및 양자선 조사부의 회전에 추종하도록 PET 카메라를 회전시켜도 좋고, 회전 갠트리 및 양자선 조사부의 회전과 관계없이 PET 카메라를 회전시켜도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, X선 장치를 구비하여, X선 촬영을 실시하고 있지만, X선 촬영을 생략하여도 좋다. 또한, 상기 실시예에서는, 방사성 약제를 메티오닌으로 하고 있지만, 조사 목표물에 따라서, 그 외의 방사성 약제를 적용하여도 좋 다. 또한, 상기 실시예에서는, 조사실에 있어서 방사성 약제를 이용한 PET 검사를 실시하고 있지만, 다른 장소에서 실시된 데이터를 이용하여, 피조사체의 위치결정을 행하여도 좋다. 또한, 상기 실시예에서는, 뇌종양에 대하여, 설명하고 있지만, 그 외의 종양에 대하여 적용하여도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, 양자선을 조사하는 양자선 조사장치에 본 발명을 적용하고 있지만, 본 발명은, 탄소선(線) 조사장치 등의 다른 하전입자선 조사장치에도 적용이 가능하다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 관련되는 양자선 치료장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는, 도 1에 나타내는 양자선 치료장치의 단면도이다.
도 3은, 도 1 중의 양자선 조사부를 구성하는 각 요소를 나타내는 도이다.
도 4는, 도 1 중의 PET 카메라, 및 PET 카메라 지지부를 나타내는 평면도이다.
도 5는, 도 4의 V－V에서 본 도면이다.
도 6은, 본 발명의 실시예에 관련되는 양자선 조사방법의 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 7은, 본 발명의 제2 실시예에 관련되는 양자선 치료장치의 PET 카메라, 및 PET 카메라 지지부를 나타내는 평면도이다.
도 8은, 도 7의 VIII－VIII에서 본 도면이다.
*부호의 설명*
1 : 양자선 조사부(하전입자선 조사부)
17 : 조사 제어부
30 : PET 카메라(검출부)
51 : 환자(피조사체)
100 : 양자선 치료장치
103 : 회전 갠트리(조사실)
105 : 치료대(재치대)
P : 종양(조사 목표물)
X : X축 방향
Y : Y축 방향

Claims (6)

  1. 하전입자선이 조사되는 피조사체의 둘레로 회전 가능한 하전입자선 조사부를 가지는 조사실을 구비한 하전입자선 조사장치에 있어서,
    상기 피조사체를 끼워서 양측에 배치되어, 상기 피조사체에서 생성된 소멸γ선을 검출하는 한 쌍의 검출부를 구비하고,
    상기 하전입자선 조사부의 회전중심축이 뻗어 있는 방향을 X축 방향으로 하고,
    상기 검출부는, 상기 X축 방향으로 이동 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 하전입자선 조사장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 검출부는, 상기 X축 둘레로 회전 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 하전입자선 조사장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 검출부는, 상기 하전입자선 조사부의 회전에 추종(追從)하여 회전하는 것을 특징으로 하는 하전입자선 조사장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 검출부는, 상기 하전입자선 조사부와 일체로서 회전하는 것을 특징으로 하는 하전입자선 조사장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출부는, 서로 접근하는 방향으로 이동 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 하전입자선 조사장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 X축 방향과 직교하는 방향을 Y축 방향으로 하고,
    상기 검출부는, 상기 Y축 둘레로 회전 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 하전입자선 조사장치.
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