KR101083604B1 - 하전입자선 조사장치 - Google Patents

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Abstract

[과제] 와블러법 및 스캐닝법의 쌍방에 의하여 하전입자선을 조사(照射)할 수 있는 하전입자선 조사장치를 제공한다.
[해결수단] 하전입자선 조사장치(1)는, 하전입자선(R)을 주사(走査)하기 위한 주사 전자석(3a, 3b)과, 하전입자선(R)을 와블러법으로 조사하기 위한 와블러 조사수단(5)과, 하전입자선(R)을 스캐닝법으로 조사하기 위한 스캐닝 조사수단(6)과, 와블러 조사수단(5) 및 스캐닝 조사수단(6)을 제어하는 제어장치(7)를 구비하고 있다. 하전입자선 조사장치(1)에서는, 제어장치(7)에 의하여, 와블러 조사수단(5) 또는 스캐닝 조사수단(6) 중 어느 한쪽을 작동시킴과 함께, 다른 쪽을 하전입자선(R)의 조사가 방해되지 않도록 퇴피(退避)상태로 한다. 따라서, 와블러법에 의한 조사 및 스캐닝법에 의한 조사 각각을, 그 한쪽이 다른 쪽에 악영향을 미치게 하지 않고 실현할 수 있다.
와블러법, 스캐닝법, 하전입자선, 주사 전자석, 와블러 조사수단, 스캐닝 조사수단, 제어장치

Description

하전입자선 조사장치{Irradiation apparatus of charged particle ray}
본 발명은, 하전입자선을 피(被)조사물에 조사하는 하전입자선 조사장치에 관한 것이다.
종래의 하전입자선 조사장치로서는, 하전입자선을 주사(走査)하기 위한 주사 전자석과, 하전입자선을 와블러(wobbler)법으로 조사하기 위한 와블러 조사수단을 구비한 것이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 이와 같은 와블러법에 의한 하전입자선 조사장치에서는, 하전입자선을 주사 전자석으로 원을 그리도록 주사하여 확산시켜, 확산된 하전입자선을 피조사물의 형상을 따라서 정형(整形)하여 조사한다.
또한, 종래의 하전입자선 조사장치로서, 하전입자선을 주사하기 위한 주사 전자석과, 하전입자선을 스캐닝법으로 조사하기 위한 스캐닝 조사수단을 구비한 것도 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 2 참조). 이와 같은 스캐닝법에 의한 하전입자선 조사장치에서는, 주사 전자석으로 하전입자선을 피조사물 상에서 주사하면서 조사 한다.
[특허문헌 1] 일본국 특허공개 평11-028252호 공보
[특허문헌 2] 일본국 특허공개 제2006-034701호 공보
여기서, 상술한 각종의 하전입자선 조사장치는, 기능상 각각 독립된 장치가 되어, 와블러법에 의한 조사 또는 스캐닝법에 의한 조사 중 한쪽만이 가능하다. 따라서, 상술한 하전입자장치에서는, 조사의 자유도가 낮다는 문제가 있다.
그래서, 본 발명은, 와블러법 및 스캐닝법의 쌍방에 의하여 하전입자선을 조사할 수 있는 하전입자선 조사장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 관한 하전입자선 조사장치는, 하전입자선을 피조사물에 조사하는 하전입자선 조사장치로서, 하전입자선을 주사하기 위한 주사 전자석과, 하전입자선을 와블러법으로 조사하기 위한 와블러 조사수단과, 하전입자선을 스캐닝법으로 조사하기 위한 스캐닝 조사수단과, 와블러 조사수단과 스캐닝 조사수단을 제어하는 제어수단을 구비하며, 제어수단은, 와블러 조사수단 또는 스캐닝 조사수단 중 어느 한쪽을 작동시킴과 함께, 다른 쪽을 하전입자선의 조사가 방해되지 않도록 퇴피(退避)상태로 하는 것을 특징으로 한다.
이 하전입자선 조사장치에서는, 제어수단에 의하여 와블러 조사수단 또는 스캐닝 조사수단 중 어느 한쪽이 작동됨과 함께, 다른 쪽이 하전입자선의 조사를 방해하지 않도록 퇴피상태가 된다. 즉, 예컨대, 하전입자선을 와블러법으로 조사하는(이하, 「와블러 조사」라 함) 경우, 하전입자선이 주사 전자석에 의하여 원을 그리도록 주사되어서 확산된다. 그리고, 제어수단에서 와블러 조사수단이 작동되어, 예컨대 하전입자선이 피조사물의 형상을 따라서 정형됨과 함께, 제어수단에서 스캐닝 조사수단이 퇴피상태가 된다. 한편, 하전입자선을 스캐닝법으로 조사하는(이하, 「스캐닝 조사」라 함) 경우, 피조사물 상에 있어서 하전입자선이 주사 전자석으로 주사된다. 이때, 제어수단에서 스캐닝 조사수단이 작동되어, 예컨대 하전입자선이 수속(收束)됨과 함께, 제어수단에서 와블러 조사수단이 퇴피상태가 된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 와블러법에 의한 조사 및 스캐닝법에 의한 조사의 각각을, 그 한쪽이 다른 쪽에 악영향을 미치게 하지 않고 실현할 수 있어, 와블러법 및 스캐닝법의 쌍방으로 하전입자선을 조사하는 것이 가능하게 된다.
또한, 와블러 조사수단 및 스캐닝 조사수단을 장착하는 하우징을 구비하며, 와블러 조사수단은, 하전입자선을 피조사물의 형상을 따라서 정형하는 하전입자선 정형유닛을 가지고, 스캐닝 조사수단은, 하전입자선의 도달 깊이를 조정하는 도달 깊이 조정유닛을 가지며, 하전입자선 정형유닛 및 도달 깊이 조정유닛은, 하우징에 대하여 서로 갈아끼움 가능하게 되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 하전입자선을 조사할 때, 하전입자선 정형유닛 및 도달 깊이 조정유닛을 서로 갈아끼움으로써, 와블러 조사와 스캐닝 조사의 쌍방을 실현할 수 있다. 또한, 이와 같이, 하전입자선 정형유닛 및 도달 깊이 조정유닛이 서로 갈아끼움 가능하게 되어 있기 때문에, 이들을 하전입자선 조사장치에 항상 탑재해 두는 것이 불필요하게 되어, 하전입자선 조사장치의 소형화가 가능하게 된다.
이때, 하전입자선 정형유닛이 하우징에 장착되었을 때에 ON 또는 OFF가 되는 제1 스위치와, 도달 깊이 조정유닛이 하우징에 장착되었을 때에 ON 또는 OFF가 되는 제2 스위치 중 적어도 한쪽을 구비하며, 제어수단은, 제1 및 제2 스위치의 상태에 근거하여 주사 전자석을 제어하는 것이 바람직하다. 이 경우, 하우징에 장착된 유닛을 제1 및 제2 스위치로 식별할 수 있어, 와블러 조사와 스캐닝 조사를 서로 전환할 때의 오조작이나 오동작을 방지하는 것(소위 인터록(interlock))이 가능하게 된다.
또한, 와블러 조사수단은, 형상 가변(可變)인 개구부가 형성되어 상기 개구부에 하전입자선을 통과시켜서 하전입자선의 평면 형상을 정형하는 콜리메이터를 가지며, 제어수단은, 스캐닝 조사수단을 작동시킬 때, 조사방향의 상류측으로 콜리메이터를 이동시킴과 함께, 콜리메이터의 개구부를 확대시키는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 스캐닝 조사시, 넓은 조사야(照射野)를 확보할 수 있어, 콜리메이터를 적절하게 퇴피상태로 하는 것이 가능하게 된다.
또한, 와블러 조사수단은, 하전입자선의 선량(線量) 분포를 조정하는 필터를 가지고, 필터에는, 하전입자선을 그대로 통과시키는 통과부가 형성되어 있으며, 제어수단은, 스캐닝 조사수단을 작동시킬 때, 하전입자선이 통과부를 통과하도록 필터를 이동시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 스캐닝 조사시, 필터를 이동시켜서 하전입자선을 통과부에 통과시킴으로써, 필터를 퇴피상태로 할 수 있다.
또한, 와블러 조사수단은, 주사 전자석의 하류측에 배치되어 하전입자선을 확산시키는 산란체(散亂體)를 가지며, 하전입자선이 통과하는 경로 중 산란체보다 상류측은, 진공으로 밀봉되어 있는 경우가 있다. 스캐닝 조사에서는, 하전입자선을 수속시켜서 조사하므로, 하전입자선의 경로를 진공으로 밀봉하는 것이 바람직하다. 이는, 하전입자선의 경로를 진공으로 하면, 하전입자선의 확산을 억제할 수 있기 때문이다. 한편, 와블러 조사에서는, 하전입자선을 확산시켜서 조사하므로, 상기한 바와 같이 와블러 조사수단이 산란체를 가지는 경우가 있다. 여기서, 통상, 산란체는, 그 크기(두께) 등의 구조상의 점에서 진공 중에 배치하는 것이 곤란하기 때문에, 대기 중에 배치되는 것이 일반적이다. 그래서, 본 발명에서는, 주사 전자석의 하류측에 산란체를 배치하여, 이 산란체보다 상류측의 하전입자선의 경로를 진공으로 밀봉하고 있다. 이에 의하여, 와블러 조사시에는 산란체로 하전입자선을 확산할 수 있으며, 또한 스캐닝 조사시에는 하전입자선의 확산을 억제할 수 있다.
본 발명에 따르면, 와블러법 및 스캐닝법의 쌍방에 의하여 하전입자선을 조사하는 것이 가능하게 된다.
이하, 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에 있어서 동일 또는 상당요소에는 동일부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 관한 하전입자선 조사장치의 사시도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 하전입자선 조사장치(1)는, 치료대(11)를 둘러싸도록 설치된 회전 갠트리(12)에 장착되어, 이 회전 갠트리(12)에 의하여 치료대(11)의 둘레로 회전 가능하게 되어 있다.
도 2는, 도 1의 하전입자선 조사장치의 와블러 조사시의 개략 구성도, 도 3은, 도 1의 하전입자선 조사장치의 스캐닝 조사시의 개략 구성도이다. 도 2, 3에 나타내는 바와 같이, 하전입자선 조사장치(1)는, 환자(13)의 체내의 종양(피조사물)(14)에 대하여, 와블러법 및 스캐닝법의 쌍방의 조사방법을 사용하여 하전입자선(R)을 조사하는 것이다. 하전입자선(R)이란, 전하를 가진 입자를 고속으로 가속한 것이며, 예컨대 양자선, 중입자(중이온)선 등을 들 수 있다. 여기서, 와블러법은, 브로드빔법이라고도 칭해진다.
도 2, 3에 나타내는 바와 같이, 하전입자선 조사장치(1)는, 사이클로트론(2), 주사 전자석(3a, 3b), 모니터(4a, 4b), 와블러 조사수단(5), 스캐닝 조사수단(6) 및 제어장치(7)를 구비하고 있다.
사이클로트론(2)은, 하전입자선(R)을 발생시키는 발생원이다. 이 사이클로트론(2)은, 제어장치(7)에 접속되어 있어, 공급되는 전류가 제어된다. 주사 전자석(3a, 3b)은, 제어장치(7)로부터 공급되는 전류에 따라서 자장(磁場)을 변화시켜, 통과하는 하전입자선(R)을 주사한다. 주사 전자석(3a)은, X 방향으로 하전입자선(R)을 주사하고, 주사 전자석(3b)은, Y 방향으로 하전입자선(R)을 주사한다. 이들 주사 전자석(3a, 3b)은, 하전입자선(R)의 조사축(이하, 단순히 「조사축」이라 함)에 있어서 사이클로트론(2)의 하류측에 이 순서로 배치되어 있다.
모니터(4a)는, 하전입자선(R)의 빔 위치를 감시하고, 모니터(4b)는, 하전입 자선(R)의 선량의 절대값과 하전입자선(R)의 선량 분포를 감시한다. 각 모니터(4a, 4b)는, 감시한 감시정보를 제어장치(7)로 출력한다. 모니터(4a)는, 조사축에 있어서 사이클로트론(2)의 하류측이자 주사 전자석(3a)의 상류측에 배치되어 있다. 모니터(4b)는, 조사축에 있어서 주사 전자석(3b)의 하류측에 배치되어 있다.
와블러 조사수단(5)은, 하전입자선을 와블러법으로 조사하기 위한 것이며, 하우징(8)에 장착되어 지지되어 있다. 이 와블러 조사수단(5)은, 산란체(21), 리지필터(22), 파인 디그레이더(fine degrader; 23) 및 다엽 콜리메이터(24)를 가지고 있다.
산란체(21)는, 통과하는 하전입자선을, 조사축과 직교하는 방향으로 퍼지는 폭이 넓은 빔으로 확산한다. 이 산란체(21)는, 판 형상을 보이며, 예컨대 두께 수 ㎜의 납으로 형성되어 있다. 산란체(21)는, 조사축에 있어서 주사 전자석(3b)의 하류측이자 모니터(4b)의 상류측에 배치되어 있다. 또한, 산란체(21)는, 스캐닝 조사시, 제어장치(7)의 제어로 조사축으로부터 떨어지도록 이동하여, 하전입자선(R)이 통과하지 않는 상태가 된다(도 3 참조). 즉, 산란체(21)는, 스캐닝 조사시에 있어서, 하전입자선(R)의 조사를 방해하지 않는 상태인 퇴피상태가 된다.
리지필터(22)는, 하전입자선(R)의 선량 분포를 조정하는 것이다. 구체적으로는, 리지필터(22)는, 환자(13)의 체내의 종양(14)의 두께(조사방향의 길이)에 대응하도록, 하전입자선(R)에 확대 블랙피크(SOBP)를 부여한다.
도 4는, 도 2의 Ⅳ-Ⅳ를 따른 리지필터의 단면도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 리지필터(22)는, 스테이지(22a)에 복수의 필터부(22b)가 매트릭스 형상으로 설치되어 구성되어 있다. 이들 필터부(22b)는, 계단 형상으로 두께가 변화하는 금속막대가 발(簾) 형상으로 나열되어 이루어지며, 다른 SOBP를 금속막대 형상의 상이에 의하여 형성한다. 이 스테이지(22a)에는, 하전입자선(R)에 SOBP를 부여하지 않고 하전입자선(R)을 그대로 통과시키는 개구인 블랭크부(통과부)(22c)가 설치되어 있다. 그리고, 리지필터(22)는, 제어장치(7)의 제어로 이동되어, 하전입자선(R)을 통과시키는 필터부(22b)가 선택적으로 변경된다. 이에 의하여, 하전입자선(R)에 있어서의 SOBP의 피크 폭 및 위치를 조정할 수 있다.
도 2, 3으로 되돌아가서, 이 리지필터(22)는, 조사축에 있어서 산란체(21)의 하류측이자 모니터(4b)의 상류측에 배치되어 있다. 또한, 리지필터(22)는, 스캐닝 조사시, 제어장치(7)의 제어로 이동되어, 하전입자선(R)이 블랭크부(통과부)(22c)를 통과하도록 배치된다(도 3 참조). 즉, 리지필터(22)는, 스캐닝 조사시에 퇴피상태가 된다.
파인 디그레이더(23)는, 통과하는 하전입자선(R)의 에너지 손실을 변화시키켜, 환자(13)의 체내에 있어서의 하전입자선(R)의 도달 깊이를 조정한다. 구체적으로는, 파인 디그레이더(23)는, 서로 적층된 복수의 블록(23a)을 가지며, 이들의 겹치기 방식을 조절함으로써, 하전입자선(R)이 통과하는 두께를 변화시킨다. 이에 의하여, 하전입자선(R)은, 통과한 블록(23a)의 두께에 따라서 에너지를 잃어, 도달 깊이가 변화하게 된다.
이 파인 디그레이더(23)는, 조사축에 있어서 리지필터(22)와 모니터(4b) 사이에 배치되어 있다. 또한, 파인 디그레이더(23)는, 스캐닝 조사시, 제어장치(7)의 제어에 의하여 각 블록(23a)이 조사축으로부터 떨어지도록 이동되어, 하전입자선(R)이 블록(23a)을 통과하지 않는 상태가 된다(도 3 참조). 즉, 파인 디그레이더(23)는, 스캐닝 조사시에 퇴피상태가 된다.
다엽 콜리메이터(Multi Leaf Collimator : 이하, 「MLC」라 함)(24)는, 조사방향과 수직인 평면방향에 있어서의 하전입자선(R)의 형상(평면 형상)을 정형하는 것이며, 복수의 빗살을 포함하는 선 차단부(遮線部)(24a, 24b)를 가지고 있다. 선 차단부(24a, 24b)는, 서로 대향하여 진퇴(突合)하도록 배치되어 있으며, 이들 선 차단부(24a, 24b) 사이에는, 개구부(24c)가 형성되어 있다. 이 MLC(24)는, 개구부(24c)에 하전입자선(R)을 통과시킴으로써, 개구부(24c)의 형상에 대응하는 윤곽으로 하전입자선(R)을 잘라낸다.
또한, MLC(24)는, 조사축과 직교하는 방향으로 선 차단부(24a, 24b)를 진퇴시킴으로써, 개구부(24c)의 위치 및 형상을 변화하는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, MLC(24)는, 리니어 가이드(28)로 조사방향을 따라서 안내되고 있어, 조사방향을 따라서 이동 가능하게 되어 있다.
이 MLC(24)는, 조사축에 있어서 모니터(4b)의 하류측에 배치되어 있다. 또한, MLC(24)는, 스캐닝 조사시, 제어장치(7)의 제어에 의하여, 개구부(24c)가 확대됨과 함께 조사방향의 상류측으로 이동된다(도 3 참조). 여기에서의 MLC(24)에서는, 스캐닝 조사시에 있어서, 최대 개구면적이 되도록 개구부(24c)가 확대됨과 함께, 상류측의 이동한계까지 이동된다. 즉, MLC(24)는, 스캐닝 조사시에 퇴피상태가 된다.
또한, 와블러 조사수단(5)은, 스노트 홀더(하전입자선 정형유닛)(25)를 더욱 가지고 있다. 스노트 홀더(25)는, 와블러 조사시에 환자(13)마다 미리 작성되어 준비되는 것이다. 이 스노트 홀더(25)는, 조사방향에 있어서의 하우징(8)의 선단부(8a)에 탈착 가능하게 되며, 또한, 후술의 파인 디그레이더 홀더(32)와 서로 갈아끼움 가능하게 되어 있다. 스노트 홀더(25)는, 그 내부에 볼러스(bolus)(26)와 환자 콜리메이터(27)를 포함하고 있다.
볼러스(26)는, 하전입자선(R)의 최대 도달 깊이 부분의 입체형상을, 종양(14)의 최대 깊이 부분의 형상에 맞추어 정형한다. 이 볼러스(26)의 형상은, 예컨대, 종양(14)의 윤곽선과, X선 CT의 데이터로부터 구해지는 주변 조직의 전자밀도에 근거하여 산출된다. 볼러스(26)는, 조사축에 있어서 MLC(24)의 하류측에 배치되어 있다. 환자 콜리메이터(27)는, 하전입자선(R)의 평면 형상을 종양(14)의 평면 형상에 맞추어 최종적으로 정형하는 것이다. 이 환자 콜리메이터(27)는, 조사축에 있어서 볼러스(26)의 하류측에 배치되어 있어, MLC(24) 대신으로서 이용된다.
또한, 스노트 홀더(25)에는, 리미트 스위치(25a)가 설치되어 있다. 리미트 스위치(25a)는, 스노트 홀더(25)가 하우징(8)에 장착되었을 때, 하우징(8)의 설치구멍(8b)으로 진입됨으로써 ON이 된다. 또한, 리미트 스위치(25a)는, 제어장치(7)에 접속되어 있어, 스위치 정보를 제어장치(7)로 출력한다.
스캐닝 조사수단(6)은, 하전입자선을 스캐닝법으로 조사하기 위한 것이며, 와블러 조사수단(5)과 마찬가지로 하우징(8)에 장착되어 지지되어 있다. 이 스캐닝 조사수단(6)은, 수속체(31a, 3lb) 및 파인 디그레이더 홀더(도달 깊이 조정유 닛)(32)를 가지고 있다.
수속체(31a, 3lb)는, 예컨대 하전입자선(R)을 좁혀서 수속시키는 것이며, 여기서는, 전자석이 이용되고 있다. 수속체(31a)는, 조사축에 있어서 사이클로트론(2)과 모니터(4a) 사이에 배치되며, 수속체(3lb)는, 조사축에 있어서 모니터(4a)와 주사 전자석(3a) 사이에 배치되어 있다. 또한, 이들 수속체(31a, 3lb)는, 와블러 조사시, 제어장치(7)의 제어에 의하여 전류가 비공급이 되어 기능이 정지되어, 하전입자선(R)을 수속하지 않고 그대로 통과시킨다. 즉, 수속체(31a, 3lb)는, 와블러 조사시에 퇴피상태가 된다.
파인 디그레이더 홀더(32)는, 조사방향에 있어서의 하우징(8)의 선단부(8a)에 탈착 가능하게 되며, 또한, 상술한 스노트 홀더(25)과 서로 갈아끼움 가능하게 되어 있다. 이 파인 디그레이더 홀더(32)는, 그 내부에 파인 디그레이더(33)를 포함하고 있다.
파인 디그레이더(33)는, 통과하는 하전입자선(R)의 에너지 손실을 변화시켜, 환자(13)의 체내에 있어서의 하전입자선(R)의 최대 도달 깊이를 최종적으로 조정한다. 구체적으로는, 파인 디그레이더(33)는, 소정의 겹치기 방식으로 서로 적층된 복수의 블록(33a)을 가지고 있으며, 통과한 블록(33a)의 두께에 따라서 하전입자선(R)의 에너지를 잃게 하여, 하전입자선(R)의 최대 도달 깊이를 종양(14)의 최대 깊이 부분의 형상에 맞춘다. 여기서, 사이클로트론(2)과 수속체(31a)의 중간에 있어서 에너지 손실을 변화시키는 방법도 있으며, 이 경우에는, 파인 디그레이더(33)는 불필요하게 된다.
이 파인 디그레이더 홀더(32)에는, 리미트 스위치(32a)가 설치되어 있다. 리미트 스위치(32a)는, 파인 디그레이더 홀더(32)가 하우징(8)에 장착되었을 때, 하우징(8)의 설치구멍(8c)으로 진입됨으로써 ON이 된다. 또한, 리미트 스위치(32a)는, 제어장치(7)에 접속되어 있어, 스위치 정보를 제어장치(7)로 출력한다.
제어장치(7)는, 예컨대 CPU, ROM, 및 RAM 등에 의하여 구성되어 있다. 이 제어장치(7)는, 모니터(4a, 4b)로부터 출력된 감시정보, 및 리미트 스위치(25a, 32a)로부터 출력된 스위치 정보에 근거하여, 사이클로트론(2), 주사 전자석(3a, 3b), 와블러 조사수단(5) 및 스캐닝 조사수단(6)을 제어한다(자세히는, 후술).
또한, 하전입자선 조사장치(1)에서는, 하전입자선(R)이 통과하는 경로 중 산란체(21)보다 상류측이, 파이프(41)로 덮어져 밀봉되어 있어, 이 파이프(41) 속이, 진공으로 되어 있다. 여기서는, 예컨대 10-3[Pa]가 될 때까지 파이프(41) 속을 진공펌프(미도시)로 진공흡입하고 있다.
다음으로, 하전입자선 조사장치(1)를 이용하여, 환자(13)의 종양(14)에 대하여 하전입자선(R)을 조사하는 경우에 대하여 설명한다.
하전입자선 조사장치(1)에서는, 와블러 조사를 행하는 경우, 도 2에 나타내는 바와 같이, 먼저, 하우징(8)의 선단부(8a)에 스노트 홀더(25)를 장착한다. 그리고, 제어장치(7)에 의하여 와블러 조사수단(5)을 작동시킨다. 구체적으로는, 하전입자선(R)이 통과하도록 산란체(21)가 이동되며, 하전입자선(R)이 필터부(22b)를 통과하도록 리지필터(22)가 이동된다. 또한, 파인 디그레이더(23)의 블록(23a)이 조절되어서 그 두께가 소정 두께가 되며, MLC(24)의 선 차단부(24a, 24b)가 진퇴되어 개구부(24c)가 소정 형상이 된다. 이와 함께, 제어장치(7)에 의하여 수속체(31a, 3lb)가 퇴피상태가 된다.
이어서, 사이클로트론(2)으로부터 하전입자선(R)을 발생시킨다. 발생된 하전입자선(R)은, 주사 전자석(3a, 3b)에 의하여 원을 그리도록 주사되어서 확산된 후, 리지필터(22), 파인 디그레이더(23), MLC(24), 볼러스(26) 및 환자 콜리메이터(27)에 의하여 정형 및 조정된다. 이에 의하여, 종양(14)의 형상을 따른 동일 조사야로 종양(14)에 하전입자선(R)이 조사되게 된다.
여기서, 스노트 홀더(25)를 하우징(8)에 장착하였을 때는, 리미트 스위치(25a)가 ON이 되어, 제어장치(7)에 의하여 스캐닝 조사수단(6)이 퇴피상태인지의 여부가 판정된다. 퇴피상태라고 판정된 경우, 예컨대 사인파의 파형을 가지는 전류가 주사 전자석(3a, 3b)에 공급되어, 상술한 바와 같이 사이클로트론(2)으로부터 하전입자선(R)이 발생되는 한편, 퇴피상태가 아니라고 판정된 경우, 주사 전자석(3a, 3b)으로의 전류의 공급이 행하여지지 않는다.
또한, 리미트 스위치(25a)가 ON일 때, 제어장치(7)에 의하여 주사 전자석(3a, 3b)이 제어된다. 구체적으로는, 주사 전자석(3a, 3b)에 공급되는 전류가 와블러 조사 모드가 되어, 상술한 바와 같이 하전입자선(R)이 원을 그리도록 주사된다.
또한, 하전입자선 조사장치(1)에서는, 스캐닝 조사를 행하는 경우, 도 3에 나타내는 바와 같이, 먼저, 하우징(8)의 선단부(8a)에 파인 디그레이더 홀더(32)를 장착한다. 그리고, 제어장치(7)에 의하여 와블러 조사수단(5)을 작동시킨다. 구체적으로는, 통과하는 하전입자선(R)이 수속하도록 수속체(31a, 3lb)가 작동상태(ON)가 된다. 이와 함께, 제어장치(7)에 의하여 와블러 조사수단(5)이 퇴피상태가 된다. 여기서, 상술한 바와 같이, 사이클로트론(2)과 수속체(31a)의 중간에서 에너지 손실을 변화시키는 방법에서는, 파인 디그레이더 홀더(32)의 장착은 불필요하게 된다.
이어서, 사이클로트론(2)으로부터 하전입자선(R)을 발생시킨다. 발생한 하전입자선(R)은, 주사 전자석(3a, 3b)으로 종양(14) 상에서 주사됨과 함께, 리지필터(22)의 블랭크부(22c)를 통과하여, 파인 디그레이더(33)에서 하전입자선(R)의 최대 도달 깊이가 조정된다. 이에 의하여, 하전입자선(R)은, 종양(14) 상에서 주사되면서 조사되게 된다.
여기서, 파인 디그레이더 홀더(32)를 하우징(8)에 장착하였을 때는, 리미트 스위치(32a)가 ON이 되어, 제어장치(7)에 의하여 와블러 조사수단(5)이 퇴피상태인지의 여부가 판정된다. 퇴피상태라고 판정된 경우, 예컨대 직사각형파 또는 삼각파의 파형을 가지는 전류가 주사 전자석(3a, 3b)에 공급되어, 상술한 바와 같이 사이클로트론(2)으로부터 하전입자선(R)이 발생된다. 한편, 퇴피상태가 아니라고 판정된 경우, 주사 전자석(3a, 3b)으로의 전류의 공급이 행하여지지 않는다.
또한, 리미트 스위치(32a)가 ON일 때, 제어장치(7)에 의하여 주사 전자석(3a, 3b)이 제어된다. 구체적으로는, 주사 전자석(3a, 3b)에 공급되는 전류가 스캐닝 조사 모드가 되어, 상술한 바와 같이 하전입자선(R)이 종양(14) 상에서 주사 된다.
이상, 본 실시예의 하전입자선 조사장치(1)에서는, 하전입자선(R)을 조사할 때에, 와블러 조사수단(5) 또는 스캐닝 조사수단(6) 중 어느 한쪽이 작동됨과 함께, 다른 쪽이 하전입자선(R)의 조사가 방해되지 않도록 퇴피상태가 된다. 따라서, 하전입자선 조사장치(1)에 따르면, 와블러 조사 및 스캐닝 조사의 각각을, 그 한쪽이 다른 쪽에 악영향을 미치게 하지 않고 실현할 수 있어, 와블러법 및 스캐닝법의 쌍방에 의하여 하전입자선(R)을 조사하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 하전입자선 조사장치(1)에 있어서의 조사의 자유도를 높일 수 있다. 또한, 와블러 조사 및 스캐닝 조사의 각각으로 주사 전자석(3a, 3b)을 겸용할 수 있으며, 따라서, 이들 각 조사를 적절하게 행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 하전입자선 조사장치(1)는, 상술한 바와 같이, 스노트 홀더(25) 및 파인 디그레이더 홀더(32)가, 하우징(8)에 대하여 서로 갈아끼움 가능하게 구성되어 있다. 그 때문에, 하전입자선(R)을 조사할 때, 스노트 홀더(25) 및 파인 디그레이더 홀더(32)를 서로 갈아끼움으로써, 와블러 조사와 스캐닝 조사의 쌍방을 실현할 수 있다. 또한, 이와 같이, 스노트 홀더(25) 및 파인 디그레이더 홀더(32)가 서로 갈아끼움 가능하게 구성되어 있기 때문에, 이들을 하전입자선 조사장치(1)에 항상 탑재해 두는 것이 불필요하게 되어, 하전입자선 조사장치(1)의 소형화가 가능하게 된다.
또한, 하전입자선 조사장치(1)에서는, 상술한 바와 같이, 스노트 홀더(25)에 리미트 스위치(25a)가 설치되어 있으며, 파인 디그레이더 홀더(32)에 리미트 스위 치(32a)가 설치되어 있다. 그리고, 제어장치(7)는, 이들 리미트 스위치(25a, 32a)의 스위치 정보에 근거하여, 주사 전자석(3a, 3b)을 제어한다. 더하여, 제어장치(7)는, 이와 같은 스위치 정보에 근거하여, 와블러 조사수단(5) 또는 스캐닝 조사수단(6)의 퇴피상태를 판정한다. 이에 의하여, 홀더(25, 32) 중 어느 쪽이 하우징(8)에 장착되어 있는지를 식별하여, 와블러 조사와 스캐닝 조사를 서로 전환할 때의 오조작이나 오동작을 방지하는 것(소위 인터록)이 가능하게 된다. 그 결과, 의도하지 않은 조사방법으로 하전입자선(R)이 조사되는 것을 억지할 수 있어, 하전입자선 조사장치(1)의 안전성을 높일 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 스캐닝 조사시, MLC(24)의 개구부(24c)가 확대됨과 함께, 이 MLC(24)가 조사방향의 상류측으로 이동된다. 이와 같이 MLC(24)를 퇴피상태로 함으로써, 스캐닝 조사시에 넓은 조사야를 확보할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 리지필터(22)에는, 하전입자선(R)을 그대로 통과시키는 블랭크부(22c)가 형성되어 있다. 따라서, 스캐닝 조사시, 제어장치(7)에서 리지필터(22)를 제어하여, 하전입자선(R)이 블랭크부(22c)를 통과하도록 리지필터(22)를 이동시킴으로써, 리지필터(22)를 적절하게 퇴피상태로 할 수 있다.
그런데, 스캐닝 조사에서는, 하전입자선(R)을 수속시켜서 조사하므로, 하전입자선(R)의 경로를 진공으로 밀봉하는 것이 바람직하다. 이는, 하전입자선(R)의 경로를 진공으로 하면, 하전입자선(R)의 확산을 억제할 수 있기 때문이다. 한편, 와블러 조사에서는, 하전입자선(R)을 확산시켜서 조사하므로, 와블러 조사수단(5)이 산란체(21)를 가지고 있다. 이 산란체(21)는, 그 두께방향으로 볼륨이 있어, 크 기 등의 구조상의 점에서 진공 중에 배치하는 것이 곤란하기 때문에, 대기 중에 배치되는 것이 일반적이다. 그래서, 하전입자선 조사장치(1)에서는, 상술한 바와 같이, 주사 전자석(3a, 3b)의 하류측에 산란체(21)를 배치하여, 이 산란체(21)보다도 상류측의 하전입자선(R)의 경로를 진공으로 밀봉하고 있다. 이에 의하여, 와블러 조사시에는 산란체(21)로 하전입자선(R)을 확산할 수 있으며, 또한 스캐닝 조사시에는 하전입자선(R)의 확산을 억제할 수 있다. 그 결과, 스캐닝 조사시의 주사 전자석(3a, 3b)에 있어서는, 확산하고 있지 않은 상태에서 하전입자선(R)을 주사할 수 있어, 스캐닝 조사를 고정밀도화하는 것이 가능하게 된다.
여기서, 하전입자선 조사장치(1)에 있어서의 스캐닝법으로서는, 조사영역이 스폿 형상이 되도록 하전입자선(R)을 조사하는 스폿 스캐닝법, 하전입자선(R)을 지그재그로 주사하면서 연속조사하는 래스터 스캐닝법, 하전입자선(R)을 평행하게 주사하면서 연속조사하는 라인 스캐닝법 등을 들 수 있다. 본 실시예와 같이 사이클로트론(2)을 채용하면, 하전입자선(R)이 연속적으로 발생되기 때문에, 스캐닝법으로서는, 래스터 스캐닝법 또는 라인 스캐닝법이 바람직하다. 싱크로트론을 채용하면, 하전입자선(R)이 단속(펄스)적으로 발생되기 때문에, 스캐닝법으로서는 스폿 스캐닝법이 바람직하다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 실시예에서는, 각 홀더(25, 32)에 리미트 스위치(25a, 32a)를 각각 설치하였지만, 리미트 스위치(25a, 32a) 중 어느 한쪽만을 설치하여도 좋다. 또한, 리미트 스위치(25a, 32a)는, 홀더(25, 32)가 하 우징(8)에 장착되었을 때에 ON이 되는 것이지만, 장착되었을 때에 OFF가 되는 것이더라도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, 리지필터(22)에 블랭크부(22c)를 통과부로서 설치하였지만, 이 통과부는, 하전입자선(R)을 실질적으로 그대로 통과(투과)시키는 것이라면 필터 등이더라도 좋다.
도 1은, 본 발명의 하나의 실시예에 관한 하전입자선 조사장치의 사시도이다.
도 2는, 도 1의 하전입자선 조사장치의 와블러 조사시의 개략 구성도이다.
도 3은, 도 1의 하전입자선 조사장치의 스캐닝 조사시의 개략 구성도이다.
도 4는, 도 2의 Ⅳ-Ⅳ를 따른 리지필터의 단면도이다.
*부호의 설명*
1 : 하전입자선 조사장치
3a, 3b : 주사 전자석
5 : 와블러 조사수단
6 : 스캐닝 조사수단
7 : 제어장치(제어수단)
8 : 하우징
14 : 피조사물
21 : 산란체
22 : 리지필터(필터)
22c : 블랭크부(통과부)
24 : MLC(콜리메이터)
24c : 개구부
25 : 스노트 홀더(하전입자선 정형유닛)
25a : 리미트 스위치(제1 스위치)
32 : 파인 디그레이더 홀더(도달 깊이 조정유닛)
32a : 리미트 스위치(제2 스위치)
R : 하전입자선

Claims (6)

  1. 하전입자선을 피(被)조사물에 조사(照射)하는 하전입자선 조사장치로서,
    상기 하전입자선을 주사(走査)하기 위한 주사 전자석과,
    상기 하전입자선을 와블러(wobbler)법으로 조사하기 위한 와블러 조사수단과,
    상기 하전입자선을 스캐닝법으로 조사하기 위한 스캐닝 조사수단과,
    상기 와블러 조사수단과 상기 스캐닝 조사수단을 제어하는 제어수단을 구비하며,
    상기 와블러 조사수단은, 상기 하전입자선을 확산시키는 산란체(散亂體)와, 상기 하전입자선의 선량(線量) 분포를 조정하는 필터(filter)와, 상기 하전입자선의 평면 형상을 정형하는 콜리메이터(collimator)를 구비하고,
    상기 스캐닝 조사수단은, 상기 하전입자선을 수속시키는 수속체(收束體)를 구비하며,
    상기 제어수단은, 상기 하전입자선을 와블러법으로 조사할 경우에는 상기 와블러 조사수단을 작동시킴과 함께 상기 수속체를 상기 하전입자선의 조사가 방해되지 않도록 퇴피(退避)상태로 하고, 상기 하전입자선을 스캐닝법으로 조사할 경우에는 상기 스캐닝 조사수단을 작동시킴과 함께 상기 산란체와 상기 필터와 상기 콜리메이터를 상기 하전입자선의 조사가 방해되지 않도록 퇴피(退避)상태로 하는 것을 특징으로 하는 하전입자선 조사장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 와블러 조사수단 및 상기 스캐닝 조사수단을 장착하는 하우징(筐體)을 구비하며,
    상기 와블러 조사수단은, 상기 하전입자선을 상기 피조사물의 형상을 따라서 정형(整形)하는 하전입자선 정형유닛을 가지고,
    상기 스캐닝 조사수단은, 상기 하전입자선의 도달 깊이를 조정하는 도달 깊이 조정유닛을 가지며,
    상기 하전입자선 정형유닛 및 상기 도달 깊이 조정유닛은, 상기 하우징에 대하여 서로 갈아끼움 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 하전입자선 조사장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 하전입자선 정형유닛이 상기 하우징에 장착되었을 때에 ON 또는 OFF가 되는 제1 스위치와, 상기 도달 깊이 조정유닛이 상기 하우징에 장착되었을 때에 ON 또는 OFF가 되는 제2 스위치 중 적어도 한쪽을 구비하며,
    상기 제어수단은, 상기 제1 및 제2 스위치의 상태에 근거하여 상기 주사 전자석을 제어하는 것을 특징으로 하는 하전입자선 조사장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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