KR101316438B1 - 다중-필드 하전 입자 암 치료 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반적으로 고형암의 처치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 음 이온 비임 생성, 이온 비임 포커싱, 하전 입자 가속, 환자 회전, 및/또는 환자 레스퍼레이션으로 조정된 다중-필드 하전 입자 암 치료 방법 및 장치에 관한 것이다. 바람직하게는, 하전 입자 치료는 부분적으로 부동화되고 재 위치설정가능한 위치에서 환자에게 수행된다. 양자 전달은 바람직하게는 하전 입자 비임 주입, 가속 및/또는 타겟팅 방법 및 장치의 제어를 경유하여 환자 레스퍼레이션과 조화되는 것이 바람직하다.

Description

다중-필드 하전 입자 암 치료 방법 및 장치 {MULTI-FIELD CHARGED PARTICLE CANCER THERAPY METHOD AND APPARATUS}

본 발명은 일반적으로 고형암(solid cancers)의 처치(treatment)에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 선택적으로 비임 주입, 가속, 추출, 레스퍼레이션(respiration), 및/또는 타켓팅(targeting) 방법 및 장치를 조합하여 사용되는 다중-필드 하전 입자 암 치료(therapy) 시스템에 관한 것이다.

암

종양은 비정상적인 질량의 조직이다. 종양에는 양성 또는 악성이 있다. 양성 종양은 국부적으로 성장하지만 신체의 다른 부위로 확산하지 않는다. 양성 종양이 정상 조직을 눌러 치환되기 때문에 양성 종양은 양성 종양의 확산 때문에 문제를 일으킨다. 양성 종양은 두개골과 같은 한정된 위치에서 위험하다. 악성 종양은 신체의 다른 구역을 침해할 수 있다. 전이는 정상적인 조직을 침해에 의해 확산되고 먼 조직으로 확산되는 암이다.

암 처치( treatment )

수 개의 형태의 방사선 치료은 근접 치료, 종래의 전자기 X-레이 치료, 및 양자 치료를 포함하는 암 처치를 위해 존재한다. 각각이 아래에서 더 설명된다.

근접 치료는 체내 주입 방사선 소스를 사용하는 방사선 치료이다. 이러한 처치에서, 암 전문의는 방사성 물질을 종양에 직접 또는 종양에 매우 근접하게 주입한다. 방사성 소스는 또한 자궁 경부와 같은 신체 공동 내에 배치된다.

전자기 방사를 사용하는 종래의 암 처치의 두 번째 형태는 X-레이 및 감마 레이를 이용하는 처치를 포함한다. X-레이는 질병을 진단하도록 낮은 선량을 이용하거나 암을 처치하도록 많은 선량을 이용하는 높은-에너지, 이온화, 전자기 방사선이다. X-레이 또는 뢴트겐 레이는 30 PHz 내지 30 EHz의 범위의 주파수에 대응하는 10 내지 0.01 나노미터(nm)의 범위의 파장을 구비한 전자기 방사선의 형태이다. X-레이는 주로 진단 방사선 사진술을 위해 이용된다. X-레이는 이온화 방사선의 하나의 형태이며 위험할 수 있다. 감마 레이는 또한 전자기 방사선의 형태이고 전자-양전자 소멸 또는 방사성 붕괴와 같은 하위-원자 입자의 상호 작용에 의해 생산되는 주파수에 있다. 전자기 스펙트럼에서, 감마 레이는 일반적으로 가장 높은 에너지를 가지는 것으로서, 가장 높은 주파수, 약 10 피코미터 아래와 같은 가장 짧은 파장을 가지는 전자기 방사선으로서 특정된다. 감마 레이는 약 100 keV 이상의 에너지를 가지는 높은 에너지 광자로 이루어진다. X-레이는 통상적으로 암 종양을 처치하기 위해 이용된다. 그러나, X-레이가 대상 조직의 근처에 최고 선량의 방사선을 축적(deposit)하여 X-레이가 조직 내로 투과할 때 X-레이는 기하급수적으로 적은 방사선을 전달하기 때문에, X-레이는 암 조직의 처치에 대해 최적이 아니다. 이는 많은 양의 방사선이 종양의 외부로 전달되는 것을 초래한다. 감마 레이도 유사한 한계를 가진다.

암 처치의 세 번째 형태는 양자를 사용한다. 양자 치료 시스템은 일반적으로 빔 발생기, 가속기, 및 양자가 환자의 신체 내의 종양으로 전달되는 복수의 처치실로 결과적인 가속 양자를 이동시키기 위한 비임 전달 시스템을 포함한다.

양자 치료는 대상 종양 위로, 입자 가속기로 가속화된 양자와 같은, 효과적인 이온화 입자를 향하도록 함으로써 작동된다. 이러한 입자는 세포의 DNA를 손상시켜 궁극적으로 세포들을 파괴시킨다. 손상된 DNA를 회복시키기 위한 암 세포의 감소된 능력 및 높은 속도의 분할 때문에, 암 세포는 자신의 DNA 상의 공격에 특히 취약하다.

암 세포의 상대적으로 큰 크기로 인해, 양자는 조직 내로 X-레이 또는 감마 레이보다 들 용이하게 확산되며 매우 작은 측면 분산이 있다. 따라서, 양자 비임은 주변 조직에 대한 많은 측면 손상 없이 종양 형태에 초점을 유지한다. 주어진 에너지의 모든 양자는 브래그 피크(Bragg peak)에 의해 한정된, 소정의 범위를 가지며, 조사량 전달 대 조직 비율은 입자의 범위의 단지 마지막 수 밀리미터에 걸쳐 최대이다. 투과 깊이는 입자의 에너지에 종속되고, 이는 입자가 양자 가속기에 의해 가속된 속도에 직접 관련된다. 양자의 속도는 가속기의 최대 비율로 조정가능하다. 따라서 종양이 위치되는 조직 내의 최대 깊이에서 양자 비임에 의한 세포 손상에 초점을 맞추는 것이 가능하다. 브래그 피크 앞에 위치된 조직은 소정의 감소된 조사량을 수용하고 브래그 피크 다음에 위치된 조직은 아무것도 수용하지 않는다.

싱크로트론( Synchrotron )

본 발명과 관련된 특허를 여기서 요약한다.

양자 비임 치료 시스템

로마(Loma) 린다(Linda) 대학 메디컬 센터의 F. 콜(Cole)의 "멀티-스테이션 양자 비임 치료 시스템"인 미국 특허 제 4,870,287호(1989년 9월 26일)는 단일 양자 소스 및 가속기로부터 복수의 환자 처치실들 중 선택된 처치실로 양자 비임을 선택적으로 발생시키고 운반하기 위한 양자 비임 치료 시스템을 설명한다.

비임 형성

C. 존스톤(Johnstone)의 "레이저 제어식 양자 비임 방사선 사용을 위한 방법 및 장치"인, 미국 특허 제 5,760,395호(1998년 6월 2일)는 H 비임 및 레이저를 생성하는 가속기를 가지는 양자 비임 방사선 사용 시스템를 설명한다. 레이저 및 H^- 비임은 중성 비임을 형성하도록 조합된다. 광 분리 모듈은 중성 비임으로부터 양자 비임을 형성하는 스크리핑 호일을 추가로 이용한다.

T. 이케구치(Ikeguchi) 등의 " 비임 스태빌라이저를 구비한 싱크로트론 방사선 소스"인 미국 특허 제 5,177,448호(1993년 1월 5일)는 굽힘 섹션/진공 챔버 내부에 배치되는 낮은 광 탈착 출력(yield)을 가지는 재료로 제조되고 하전 입자 비임의 수명을 연장하기 위한 비임 흡수기를 가지는 싱크로트론 방사선 소스를 설명한다.

주입

K. 히라모토(Hiramoto) 등의 "가속기 시스템"인 미국 특허 제 4,870,287호(1989년 9월 26일)는 방사성 동위원소 생산 장치 또는 싱크로트론 내로 사전-가속기에 의해 가속된 이온 비임을 도입하기 위한 선택 전자석을 가지는 가속기 시스템을 설명한다.

K. 히라모토 등의 "원형 가속기, 원형 가속기의 하전 입자의 주입 방법, 및 원형 가속기의 하전 입자의 주입을 위한 장치"인, 미국 특허 제 5,789,875호(1998년 8월 4일) 및 K. 히라모토 등의 "원형 가속기, 원형 가속기의 하전 입자의 주입 방법, 및 원형 가속기의 하전 입자의 주입을 위한 장치"인 미국 특허 제 5,600,213호(1997년 2월 4일) 모두 주입 비임이 덕트의 기하학적 중심에 대한 높이 및 폭을 가지는 진공 덕트 내로 많은 개수의 하전 입자를 주입하기 위한 방법 및 장치를 설명한다.

가속기/싱크로트론

H. 다나카(Tanaka) 등의 "하전 입자 가속기"인, 미국 특허 제 7,259,529호(2007 년 8 월 21일)는 제 1 기간에 인가되는 고정형 자기장 및 하전 입자의 짧은 고 출력 가속을 제공하기 위한 정기적 제 2 가속 기간을 구비한 두 개의 기간 가속 프로세스를 가지는 하전 입자 가속기를 설명한다.

T. 하버러(Haberer) 등의 "이온 비임 치료 시스템 및 시스템 작동을 위한 방법"인, 미국 특허 제 6,683,318호(2004년 1월 27일)는 이온 비임 치료 시스템 및 이 시스템을 작동하기 위한 방법을 설명한다. 이온 비임 시스템은 에지 포커싱 효과로부터 초래되는 병렬 스캐닝 모드에서 초래되는 마지막 휨 전자석 앞에 위치되는 수직 편향 시스템 및 수평 편향 시스템을 가지는 갠트리를 이용한다.

V. 쿨리쉬(Kulish) 등의 "유도 진동형 EH-가속기"인, 미국 특허 제 6,433,494호(2002년 8월 13일)는 하전 입자의 비임의 가속을 위한 유도 진동형 EH-가속기를 설명한다. 이 장치는 전자석 진동 시스템으로 이루어지고, 전자석 진동 시스템의 전자석용 구동 시스템은 약 100 KHz 내지 10 GHz의 주파수 범위 내에서 작동하는 무선-주파수(RF) 진동기의 형태로 제조된다.

K. 사이토(Saito) 등은 "무선-주파수 가속화 시스템 및 무선-주파수 가속화 시스템이 제공된 링 타입 가속기"인, 미국 특허 제 5,917,293호(1999년 6월 29일)는 자기 코어 그룹으로 결합되는 루프 안테나 및 루프 안테나에 연결된 임피던스 조정 수단을 가지는 무선-주파수 가속화 시스템을 설명한다. 상대적인 낮은 전압은 임피던스 조정 수단으로 인가되어 작은 구조의 조정 수단을 허용한다.

J. 히로타(Hirota) 등의 "개별적으로 여기된 자기 코어를 갖는 이온 빔 가속화 장치"인, 미국 특허 제 5,661,366호(1997년 8월 26일)는 복수의 고 주파수 자기장 유도 유닛 및 자기 코어를 가지는 이온 비임 가속화 장치를 설명한다.

J. 히로타 등의 "충전 입자용 가속 장치"인, 미국 특허 제 5,168,241호(1992년 12월 1일)는 고 주파수 전력 소스 및 루프형 컨덕터를 가지는 가속 공동을 설명하며, 루프형 컨덕터는 입자로의 전력의 전달을 더 효율적으로 허용하는 디-튜닝 및/또는 일정한 커플링을 제어하도록 조합되는 제어부 하에서 작동한다.

진공 챔버

T. 고바리(Kobari) 등의 "진공 챔버의 내부 표면 처리를 위한 장치"인, 미국 특허 제 5,820,320호(1998년 10월 13일) 및 T. 고바리 등의 "챔버 및 진공 챔버의 내부 표면 취급을 처리하기 위한 방법 및 장치"인, 미국 특허 제 5,626,682호(1997년 5월 6일)는 모두 브로치를 구비한 진공 챔버의 표면으로 불활성 가스 또는 질소를 공급하기 위한 수단을 포함하는 진공 챔버의 내부면을 처리하기 위한 장치를 설명한다. 선택적으로, 브로치는 진공 챔버의 표면 상에

오염 물질을 해소하기 위한 진공 챔버로 낮은 알코올을 공급하기 위해 이용된다.

자석 모양

M. 다도코로(Tadokoro) 등의 "전자기 및 자기장 발생 장치"인, 미국 특허 제 6,365,894호(2002년 4월 2일) 및 M. 다도 코로 등의 "전자기 및 자기장 발생 장치"인 미국 특허 제 6,236,043호(2001년 5월 22일) 각각은 한 쌍의 자기 폴, 회수 요크, 및 여기 코일을 설명한다. 자기 폴의 내부는 각각 자기장 세기를 증가시키도록 복수의 공기 갭 스페이서를 가진다.

추출

T. 나카니시(Nakanishi) 등의 "하전-입자 비임 가속기, 하전-입자 비임 가속기를 이용하는 입자 비임 방사선 치료 시스템, 및 입자 비임 방사선 치료 시스템의 작동 방법" 인, 미국 특허 제 7,122,978호(2006년 10월 17일)는 공진의 안정된 구역 내의 하전 입자 비임의 베타트론(betatron) 진동의 진폭을 증가시키기 위한 RF-KO 유닛 및 공진의 안정 구역을 변화시키기 위한 추출 4극자 전자석 유닛을 가지는 하전 입자 비임 가속기를 설명한다. RF-KO 유닛은 순환하는 비임이 공진의 안정 구역의 경계를 넘지않는 주파수 범위 내에서 작동되고 추출 4극자 전자석이 비임 추출을 위해 요구된 시간 내에서 작동된다.

T. 하버러 등의 "무거운 이온 또는 양자에 대한 비임 추출 래스터 스캔 방사선 조사 장치를 제어하기 위한 방법 및 장치"인, 미국 특허 제 7,091, 478호(2006년 8월 15일)는 비임 에너지, 비임 포커싱, 및 모든 가속기 사이클에 대한 비임 세기에 대해 비임 추출 방사선 조사를 제어하기 위한 방법을 설명한다.

K. 히라모토 등의 "가속기 및 의료 시스템 및 가속기 및 의료 시스템의 작동 방법"인, 미국 특허 제 6,472,834호(2002년 10월 29일)는 편향 전자석, 하전 입자 비임을 순환시키기 위한 4극 전자석, 베타트론 진동의 공진의 안정 한계를 생성하기 위한 다중-극 전자석, 및 안정 한계의 외부로 비임을 이동시키도록 고 주파수 전자기장을 비임으로 인가하기 위한 고 주파수 소스를 가지는 순환 타입 가속기를 설명한다. 고 주파수 소스는 복수의 교류 전류(AC) 신호의 총 신호를 발생하며 복수의 교류 전류 신호의 순간 주파수는 시간에 대해 변화되며 시간에 대한 복수의 교류 전류 신호의 평균 값은 상이하다. 시스템은 총 신호를 전극을 경유하여 비임으로 인가한다.

K. 히라모토 등의 "싱크로트론 타입 가속기 및 싱크로트론 타입 가속기를 채용하는 의료 처치 시스템"인, 미국 특허 제 6,087,670호(2000년 7월 11일) 및 K. 히라모토 등의 "싱크로트론 타입 가속기 및 싱크로트론 타입 가속기를 채용하는 의료 처치 시스템"인, 미국 특허 제 6,008,499호(1999년 12 월 28일)은 고 주파수 전자기장을 하전 입자 비임 순환으로 적용하기 위해 그리고 공진의 안정 한계 위의 수준으로 입자 비임의 베타트론 진동의 진폭을 증가시키기 위해 순환 궤도 상에 배치되는 고 주파수 인가 유닛을 가지는 싱크로트론 가속기를 설명한다. 부가적으로, 비임 방출, 4극 발산 전자석이 (1) 제 1 편향기에 대해 하류부; (2) 편향 전자석에 에 대해 상류부; (3) 편향 전자석에 대해 하류부; 및 (4) 제 2 편향기에 대해 상류부에 배치된다.

K. 히라모토 등의 "원형 가속기 및 원형 가속기에서 하전-입자 비임을 추출하기 위한 방법 및 장치"인, 미국 특허 제 5,363,008호(1994년 11월 8일)에는 (1) 베타트론(betatron) 진동 공진의 영향에 의해 비임의 변위를 증가시키고; (2) 공진을 위한 안정성 한계 내에서 초기 베타트론 진동을 가지는 입자의 베타트론 진동 진폭을 증가시키고; 및 (3) 공진 안정성 한계를 초과하여 공진의 안정성 한계를 초과하는 입자를 추출하도록 배치되는 하전-입자 비임을 추출하기 위한 원형 가속기를 설명한다.

K. 히라모토 등의 "가속기로부터 하전 입자 추출 방법, 및 입자 궤도 변화에 의해 상기 방법을 수행할 수 있는 가속기"인, 미국 특허 제 5,285,166호(1994년 2월 8일)는 하전 입자 비임을 추출하는 방법을 설명한다. 휨 전자석 및 6부분으로된 부품보다 큰 다극 부품을 가지는 자석에 의해 유지되는 하전 입자의 평형 궤도는 하전 입자의 튠(tune)을 변경하도록 이러한 자석들이 아닌 가속기의 구성 요소에 의해 변화된다.

운반/스캐닝 제어

K. 마쓰다 등의 "입자 비임 조사 장치, 처치 플랜 유닛, 및 입자 비임 조사 방법"인, 미국 특허 제 7,227,161호(2007년 6월 5일), K. 마쓰다 등의 "입자 비임 조사 처치 플랜 유닛, 및 입자 비임 조사 방법"인 미국 특허 제 7,122,811호(2006년 10월 17일) 및 K. 마쓰다 등의 "입자 비임 조사 장치, 처치 플랜 유닛 및 입자 비임 조사 방법"(2006년 9월 5일)은 각각 이온 비임의 출력을 중단시키고, 스캐닝 전자석의 제어에 의해 조사 위치를 변경하고, 그리고 처치 플랜 정보를 기초로 하여 처치를 다시 초기화하는 스캐닝 제어기를 가진 입자 비임 조사 장치를 설명한다.

T. 노리미네(Norimine) 등의 "입자 치료 시스템 장치"인 미국 특허 제 7,060,997호(2006년 6월 13일); T. 노리미데 등의 "입자 치료 시스템 장치"인 제 6,936,832호 (2005년 8월 30일) 및 T. 노리미네 등의 "입자 치료 시스템 장치"인 6,774,383호(2004년 8월 10일)은 각각 제 1 및 제 2 비임 위치 모니터에 의해 제어되는 싱크로트론 다음의 하전 입자 비임 경로에 배치되는 제 1 조종 자석 및 제 2 조종 자석을 가지는 입자 치료 시스템을 설명한다.

K. 모리야마 등의 "입자 비임 치료 시스템"인, 미국 특허 제 7,012,267호(2006년 3월 14일)는 환자로의 이온 비임의 전달을 위한 준비가 완료되었다는 것을 표시하는 준비 신호에 대한 수동 입력을 설명한다.

H. 하라다 등의 "조사 장치 및 조사 방법"인, 미국 특허 제 6,984,835호(2006년 1월 10일)는 다중판 조준기의 이용에 의해 복수의 조사에 의해 형성된 중복 영역을 가지는 위치 제어기를 이용하는, 조사 필드 장치의 성능을 강화하지 않고, 균일한 조사량 분배를 할 수 있는 큰 조사 필드를 가지는 조사 방법을 설명한다. 시스템은 타겟의 전체 표면에 걸쳐 평평하고 균일한 선량 분포를 제공한다.

H. 아키야마 등의 "스캐닝 전자석 전원을 가지는 하전 입자 비임 조사 장비"인, 미국 특허 제 6,903,351호(2005년 6월 7일); H. 아키야마 등의 "스캐닝 전자석 전원을 가지는 하전 입자 비임 조사 장비"인, 미국 특허 6,900,436호(2005년 5월 31일); 및 H. 아키야마 등의 "스캐닝 전자석 전원을 가지는 하전 입자 비임 조사 장비"인, 미국 특허 제 6,881,970호(2005년 4월 19일)는 모두 하전 입자 비임을 편향시키기 위해 스캐닝 전자석으로 전압을 인가하기 위한 전원 및 조사 대상물의 균일한 조사를 더욱 정밀하게 허용하는 스캐닝 전자석을 제어하기 위한 맥동 부품 없이 제 2 전원을 설명한다.

K. 아메미야(Amemiya) 등의 "가속기 시스템 및 의료 가속기 시설"인, 미국 특허 제 6,800,866호(2004년 10월 5일)는 저 전력 소모로 작동될 수 있는 넓은 이온 비임 제어 전류 범위를 가지며 긴 유지 보수 간격을 가지는 가속기 시스템을 설명한다.

A. 돌린스키(Dolinskii) 등의 "이온-광학 시스템을 구비한 갠트리"인, 미국 특허 제 6,476,403호(2002년 11월 5일)는 회전 축선을 중심으로 이온 비임을 편향하기 위한 3개의 휨 전자석 및 이온 소스를 포함하는 이온-광학 시스템용 갠트리를 설명한다. 복수의 4극자는 또한 수평면 및 수직면에서 상이한 이미턴스를 구비한 이온 비임 및 충분한 수색성 비임 운반을 형성하도록 비임 경로를 따라 제공된다. 또한, 두 개의 스캐닝 자석은 비임을 지향시키도록 제 2 휨 전자석과 제 3 휨 전자석 사이에 제공된다.

H. 아키야마 등의 "하전 입자 비임 조사 장치"인, 미국 특허 제 6,218,675호(2001년 4월 17일)는 복수의 스캐닝 전자석 및 복수의 스캐닝 전자석들 중 두 개의 스캐닝 전자석 사이의 4극자 전자석을 포함하는 하전 입자 비임으로 타겟을 조사하기 위한 하전 입자 비임 조사 장치를 설명한다.

K. 마쓰다 등의 "하전 입자 비임 조사 시스템 및 이의 방법"인, 미국 특허 제 6,087,672호(2000년 7월 11일)는 타겟의 얇은 구역에 대응하는 영역 내의 하전 입자 비임의 일부를 차폐하기 위한 차폐 요소를 구비한 릿지 필터(ridge filter)를 가지는 하전 입자 비임 조사 시스템을 설명한다.

P. 영 등의 "하전-입자 비임을 위한 래스터 스캔 제어 시스템"인, 미국 특허 제 5,017,789호(1991년 5월 21일)는 하전 입자 비임이 관통하는 노즐을 포함하는 하전-입자 비임 전달 시스템과 함께 이용하기 위한 래스터 스캔 제어 시스템을 설명한다. 노즐은 프로그램가능한 래스터 제너레이터 및 타겟에서 원하는 래스터 스캔 패턴을 따라 비임을 조종하는 스위핑 자기장을 발생하도록 협동하는 신속하고 느린 스위프 스캔 전자석을 포함한다.

비임 형상 제어

M. 야나기사와(Yanagisawa) 등의 "입자 비임 조사 시스템 및 방사선 필드 형성 장치를 조정하는 방법"인, 미국 특허 제 7,154,107호(2006년 12월 26일) 및 M. 야나기사와 등의 "입자 비임 조사 시스템 및 방사선 필드 형성 장치를 조정하는 방법"인, 미국 특허 제 7,049,613호(2006년 5월 23일)는 각각 확산 보정기 및 범위 변조 휠을 가지는 입자 치료 시스템을 설명한다. 확산 보정기 및 범위 변조 휠의 움직임은 이온 비임 및 경계 영역(penumbra) 제어와 병에 걸린 신체 부분으로 보다 균일한 선량 분배를 초래하는 확산 강도의 크기를 조정한다.

T. 하버러 등의 "종양 조사의 영역 내의 이온 비임 스폿의 크기를 적용하기 위한 장치 및 방법"인, 미국 특허 제 6,859,741호(2005년 2월 22일)는 종양 조사에서 이온 비임의 크기를 적용하기 위한 장치 방법 및 장치를 설명한다. 이온 비임 스폿의 크기를 결정하기 위한 4극 자석은 이온 비임 스폿의 크기를 결정하는 래스터 스캐닝 자석의 바로 앞에 배치된다. 이 장치는 이온 비임 스폿 크기를 추가로 제어하도록 전류 보정 값을 얻기 위한 제어 루프를 포함한다.

K. 마쓰다 등의 "하전 입자 조사 장치 및 하전 입자 조사 장치의 작동 방법"인, 미국 특허 제 5,986,274호(1999년 11월 16일)는 스캐닝 전자석에 의해 발생되는 자기장의 세기 및 방향과 관계없이 스캐터러의 중앙을 통과하는 하전 입자 비임의 중앙을 제어하도록 4극 전자석 및 편향 전자석의 자기장의 제어를 이용하여 하전 입자 비임의 조사 필드의 경계부에서 측방 선량 감퇴를 감소시킬 수 있는 하전 입자 조사 장치를 설명한다.

K. 히라모토 등의 "하전 입자 비임 장치 및 하전 입자 비임 장치의 작동을 위한 방법"인, 미국 특허 제 5,969,367호(1999년 10월 19일)는 하전 입자 비임이 스폿 위치를 변화시키도록 인가되는 방사선 선량의 중복을 허용하는 가우스 분포에서 초래되는 스캐터러에 의해 확대되는 하전 입자 비임 장치를 설명한다.

M. 모여스 등의 "하전 입자 비임 확산 시스템"인 미국 특허 제 5,440,133호 (1995년 8월 8일)는 하전 입자 비임의 직경 변화를 위한 입자 비임 및 확산 호일 생산을 위한 방사선 처치 장치를 설명한다.

C. 누난(Nunan)의 "방사선 치료 기계용 다중판 조준기"인, 미국 특허 제 4,868,844호(1989년 9월 19일)는 직사각형 조사 필드를 형성하도록 가동되는 복수의 중금속 판 바아로 형성된 다중판 조준기를 가지는 방사선 치료 기계를 설명한다.

R. 마겐(Maughan) 등의 "가변 방사선 조준기"인 미국 특허 제 4,754,147호(1988년 6월 28일)는 비임 축선 둘레에 위치되는, 로드 상에 놓이는 방사선 비임의 단면을 세이핑하기 위한 가변 조준기를 설명한다.

처치실 선택

J. 나우만(Naumann) 등의 "비임 할당 장치 및 의료 입자 가속기용 비임 할당 방법"인, 미국 특허 제 7,351,988호 (2008년 4월 1일)는 조정 유닛, 스위칭 로직, 모니터링 유닛, 및 안전 유출 중단 시스템을 구비한 시퀀스 제어부를 가지는 의료 입자 가속기용 비임 할당 장치를 설명한다.

K. 모리야마(Moriyama) 등의 "입자 비임 치료 시스템"인, 미국 특허 제 7,319,231호(2008년 1월 15일)는 처치 비임의 제 1-컴(come), 제 1-서브식(served) 제어를 허용하는 조사 준비 신호를 구비한 복수의 처치실에 대한 비임 서버 시스템을 설명한다.

K. 모리야마 등의 "입자 비임 치료 시스템"인, 미국 특허 제 7,262,424호(2007년 8월 28일)은 복수의 처리실들 중 하나로 이온 비임의 전달을 제어하도록 처리실로부터의 정보를 이용하는 입자 비임 치료 시스템을 설명한다.

I. 모건 등의 "다중 타겟, 다중 에너지 방사성 동위 원소 생산"인, 미국 특허 제 6,444,990호(2002년 9월 3일)는 유입 경로 및 다중 키커 자석를 가지는 입자 비임 운반 경로를 설명하며, 여기에서 입자 비임 내의 결과 상의 주어진 킥커 자석의 전환은 대응하는 방으로 지향된다.

M. 다까나까(Takanaka) 등의 "비임 공급 장치"인, 미국 특허 제 5,349,198호(1994년 9월 20일)는 입자 또는 방사선 비임을 처치실로 공급하기 위한 비임 공급 장치를 설명하며, 여기에서 이 시스템은 회전가능한 비임 운반 장치 및 회전가능한 편향 전자석의 회전 축선 둘레에 배치되는 복수의 비임 이용실을 포함한다.

비임 에너지/강도

M. 야나기사와 등의 "하전 입자 치료 시스템, 범위 변조 휠 장치, 및 범위 변조 휠 장치 설치 방법"인, 미국 특허 제 7,355,189호(2008년 4월 8일) 및 야나기 사와 등의 "하전 입자 치료 시스템, 범위 변조 휠 장치 및 범위 변조 휠 장치 설치 방법"인, 미국 특허 제 7,053,389호(2008년 5월 30일)은 모두 범위 변조 휠을 가지는 입자 치료 시스템을 설명한다. 이온 비임은 범위 변조 휠을 통과하여 범위 변조 휠의 복수의 계단식 두께에 대응하는 복수의 에너지 레벨을 초래한다.

M. 야나기사와 등의 "입자 비임 조사 시스템 및 방사선 장치 조정 방법"인, 미국 특허 제 7,297,967호(2007년 11월 20일); M. 야나기사와 등의 "입자 비임 조사 시스템 및 방사선 장치 조정 방법"인, 미국 특허 제 7,071,479호(2006년 7월 4일); M. 야나기사와 등의 "입자 비임 조사 시스템 및 방사선 장치 조정 방법"인, 미국 특허 제 7,026,636호(2006년 4월 11일); 및 M. 야나기사와 등의 "입자 비임 조사 시스템 및 방사선 장치 조정 방법"인 미국 특허 제6,777,700호(2004년 8월 17일)는 모두 확산 장치, 범위 조정 장치 및 정점 유포 장치를 설명한다. 확산 장치 및 범위 조정 장치는 서로 조합되어 비임 축선을 따라 이동한다. 유포 장치는 이온 비임 확산의 각도를 조정하도록 축선을 따라 독립적으로 이동한다. 조합하면, 장치는 병든 조직에 대한 방사선 선량 분포의 균일도의 정도를 증가한다.

A. 슬리스키(Sliski) 등의 "방사선 치료 비임 형성을 위한 프로그램가능한 입자 스캐터러"인, 미국 특허 제 7,208,748호(2007년 4월 24일)는 미리결정된 방식으로 확산 각도 및 비임 범위를 조절하기 위해 입자 비임 내로 배치되는 유체의 프로그램가능한 경로 길이를 설명한다. 하전 입자 비임 스캐터러/범위 조절기는 입자 비임 경로 내에 마주하는 벽들을 가지는 유체 저장부 및 조직 내의 미리결정된 깊이에서 미리결정된 확산 브래그 피크를 생성하도록 프로그램가능한 제어기의 제어 하에서 유체 저장부의 벽들 사이의 거리를 조정하기 위한 구동부를 포함한다. 비임 확산 및 조절은 타겟된 미리결정된 3차원 부피 내에 선량을 방사하기 위해 종양의 처치 동안 연속적으로 그리고 동적으로 조정된다.

M. 다도코로(Tadokoro) 등의 "입자 치료 시스템"인, 미국 특허 제 7,247,869호(2007년 7월 24일) 및 미국 특허 제 7,154,108호(2006년 12월 26일)는 각각 암 조직의 조사 동안 하전 입자 비임의 에너지를 측정할 수 있는 입자 치료 시스템을 설명한다. 이 시스템은 한 쌍의 조준기, 에너지 감지기, 및 신호 처리 유닛 사이의 비임 통로를 포함한다.

G. 크래프트(Kraft) 등의 "이온 비임 스캐너 시스템 및 작동 방법"인, 미국 특허 제 6,891,177호(2005년 5월 10일)는 스캐닝되도록 타겟 부피를 위한 기계적 정렬 시스템을 가지는 이온 비임 스캐닝 시스템을 설명하며 이 이온 비임 스캐닝 시스템은 타겟 부피의 부피 요소의 깊이-진동식 스캐닝을 초래하는 에너지 흡수 수단의 횡방향 변위 및 선형 모터에 의한 이온 비임의 깊이 조절을 허용한다.

G. 하트만 등의 "방사선 선량의 분포를 모니터링함으로써 이온 비임 치료 시스템 작동을 위한 방법"인, 미국 특허 제 6,736,831호(2004년 5월 18일)는 등각점(isocentre)을 둘러싸는 영역을 조사하여 스캐닝하는 그리드 스캐너를 가지는 이온 비임 치료 시스템의 작동을 위한 방법을 설명한다. 동심의 구역의 다양한 위치에서 그리드 스캐너 장치의 횡방향 선량 분포 및 깊이 선량 분포 모두 측정되고 평가된다.

Y. 존젠(Jongen)의 "입자 비임으로 타겟 부피를 처치하기 위한 방법 및 이 방법을 실행하는 장치"인, 미국 특허 제 6,717,162호(2004년 4월 6일)는 타겟 부피를 향하는 좁은 스폿을 입자 비임으로부터 생산하는 방법으로서, 스폿 스위핑 속도 및 입자 비임 강도가 동시에 변화되는 것을 특징으로 하는 방법을 설명한다.

G. 크래프트 등의 "종양 조직을 조사하기 위한 장치"인, 미국 특허 제 6,710,362호(2004년 3월 23일)는 종양 조직을 조사하는 방법 및 장치를 설명하며, 이 장치는 이온 비임 방향 및 이온 비임 범위 둘다를 조정하는 양자 비임의 깊이-방향 적용을 위한 양자 비임 경로 내에 전자기적으로 구동되는 이온-브레이킹 장치를 가진다.

K. 마쓰다 등의 "하전 입자 비임 조사 장치"인, 미국 특허 제 6,617,598호(2003년 9월 9일)는 필터 요소들 각각의 통과된 위치들 사이의 차이에 따라 생산된 상이한 에너지를 가지는 3개의 이온 비임 부품을 포함하는 확장 장치를 통하여 브래그 피크가 통과함으로써 브래그 피크의 깊이 방향으로의 폭을 증가시키는 하전 입자 비임 조사 장치를 설명한다.

H. 스텔저(Stelzer) 등의 "이온 비임용 이온 챔버 및 이온 비임의 강도를 모니터링하기 위한 방법"인, 미국 특허 제 6,437,513호(2002 년 8 월 20일)는 이온 치료 비임의 강도를 모니터링하는 방법 및 이온 비임용 이온 챔버를 설명한다. 이온 챔버는 챔버 하우징, 비임 유입 윈도우, 비임 유출 윈도우 및 카운팅 가스로 채워진 챔버 부피를 포함한다.

H. 아키야마 등의 "하전-입자 비임 조사 방법 및 시스템"인, 미국 특허 제 6,433,349호(2002년 8월 13일) 및 H. 아키야마 등의 "하전-입자 비임 조사 방법 및 시스템"인, 미국 특허 제 6,265,837호(2001년 7월 24일)는 하전-입자 비임의 강도를 제어하기 위한 강도 제어기 및 입자의 에너지를 변화를 위한 체인저를 포함하는 하전 입자 비임 조사 시스템을 설명한다.

Y. 푸(Pu)의 "하전 입자 비임 조사 장치 및 하전 입자 비임 조사 방법"인, 미국 특허 6,034,377호(2000년 3월 7일)는 에너지 디그레이더를 가지는 하전 입자 비임 조사 장치를 설명하며, (1) 길이를 가지는 원통형 부재; 및 (2) 회전 축선 둘레의 원주 방향으로 벽 두께의 분배로서, 벽의 두께는 방사선 비임의 에너지 저하를 결정하는, 벽 두께의 분배를 포함한다.

선량( dosage )

K. 마쓰다 등의 "입자 비임 조사 시스템"인, 미국 특허 제 7,372,053호(2007년 11월 27일)는 조사 장치로부터 이온 비임의 출력을 중단하는, 중단 신호의 이용을 통하여 조사 대상물에서 더욱 균일한 선량 분배를 보장하는 입자 비임 조사 시스템을 설명한다.

H. 사카모토(Sakamoto) 등의 "방사선 처치 플랜 시스템 및 방법"인, 미국 특허 제 7,054,801호(2006년 5월 30일)는 노출 구역을 복수의 노출 구역으로 분리하고 원하는 구역으로 평면 조사 노출을 얻기 위해 방사선 처리 조건을 플랜하도록 조사 시뮬레이션을 이용하는 방사선 노출 시스템을 설명한다.

G. 하트만 등의 "이온 비임 치료 시스템의 계산된 방사선 선량을 확인하는 방법"인, 미국 특허 제 6,799,068호(2004년 9월 28일)는 팬텀(phantom) 및 계산된 방사선 선량과 팬텀 사이의 불일치를 포함하는 이온 비임 치료 시스템의 계산된 선량의 확인을 위한 방법을 설명한다.

H. 브랜드 등의 "이온 비임 치료 시스템의 방사선 제어를 모니터링하기 위한 방법"인, 미국 특허 제 6,614,038호(2003년 9월 2일)는 스캐너 자석의 스캔 데이터 세트, 제어 컴퓨터 매개 변수, 측정 센서 매개 변수, 및 원하는 현재 값이 영구적으로 저장되는 이온 비임 치료 시스템의 계산된 조사 제어 유닛을 체킹하는 방법을 설명한다.

T. 칸 등의 "물 팬텀 타입 선량 분포 결정 장치"인, 미국 특허 제 6,207,952호(2001년 3월 27일)는 가장자리까지 물로 채워진, 폐쇄형 물 탱크를 포함하는 물 팬텀 타입 선량 분포 장치를 설명하며 이 폐쇄형 물 탱크는 방사선 치료 전에 방사선의 실제 선량 분포를 결정하도록 이용되는 삽입식 센서를 가진다.

안전성

K. 모리야마 등의 "입자 비임 치료 시스템"인, 미국 특허 제 7,345,292호(2008년 3월 18일)는 가속기 내에서 이온 비임의 발생을 위한 준비가 완료되고 비임 운반 시스템 내의 이온 비임의 운반을 위한 준비가 완료되었는지를 확인하는 안전 장치를 설명한다. 준비 정보를 디스플레이하는 준비 상태 디스플레이 유닛은 부가적으로 제공된다.

C. 쳉(Cheng) 등의 "방사선 치료 환경에서 기구의 운동을 위한 경로 플랜 및 충돌 회피"인, 미국 특허 제 7,280,633호(2007년 10 월 9일)은 방사선 치료 시스템의 부품을 포함하는, 대상물의 위치 및 배향을 측정하는 외부 측정 장치를 포함하는 환자 위치설정 시스템을 설명한다. 위치설정 시스템은 또한 방사선 치료 시스템의 작동 안전성을 개선하도록 직원 또는 이물질에 의한 치료 시스템의 활성 영역 내로의 침입을 모니터링한다.

K. 모리야마 등의 "입자 비임 치료 시스템"인, 미국 특허 제 7,173,264호(2007년 2월 6일)는 선택되지 않은 처치실의 잘못된 하류부 조사를 방지하도록 셔터의 그룹을 가지는 입자 비임 치료 시스템을 설명한다.

E. 바두라(Badura) 등의 "이온 비임 치료 시스템의 비임 발생 및 비임 가속 수단을 체크하기 위한 방법"인, 미국 특허 제 6,745,072호(2004년 6월 1일)은 이온 비임 치료 시스템의 비임 발생 수단 및 비임 가속 수단을 체크하는 방법을 설명하며, 여기서 이온의 타입, 이온 비임 에너지, 이온 비임 강도, 가속기의 차단, 및 종결되는 추출을 위한 수단이 체크된다.

E. 바두라 등의 "이온 비임 치료 시스템 내의 비임 방향 체킹을 위한 방법"인, 미국 특허 제6,639,234호(2003년 10월 28일)는 이온 비임 치료 시스템의 비임 안내 체크 방법을 설명하며, 여기에서 중복 수단이 (1) 추출의 종결; 및 (2) 종결의 확인을 위해 이용된다.

E. 바두라 등의 "비임 위치을 모니터링하는 이온 비임 치료 시스템 작동 방법"인, 미국 특허 제 6,600,164호(2003년 7월 29일)는 비임을 등각점(isocentre)으로 비임을 지향시키는 비임 스캐너 장치를 포함하는 이온 비임 치료 시스템의 작동을 위한 방법을 설명하며, 여기서 등각점의 구역은 모니터링되고 비임 프로파일의 절반치 폭을 기초로 하는 허용값으로부터의 이탈시 수행되는 간섭으로 평가된다.

E. 바두라 등의 "이온 비임 치료 시스템의 비상 스위치-오프를 모니터링하는 방법"인, 미국 특허 제6,597,005호(2003년 7월 22일)는 이온 비임 치료 시스템의 비상 차단을 체크하는 방법을 설명한다.

B. 브리턴(Britton) 등의 "방사선 처치 시설을 위한 비임라인 제어 및 안전 시스템"인, 미국 특허 제 5,895,926호(1999년 4월 20일)는 방사선 비임 처치 설비에서 비임라인 안전을 위한 방법 및 장치가 설명된다. 에러의 감지시, 비임라인 전원이 부작동된다.

T. 나카니시(Nakanishi) 등의 "입자 비임 조사 장치"인, 미국 특허 제 5,818,058호(1998년 10월 6일)는 조사 축선에 대해 대칭으로 배치되는, 방사선 차폐를 위한 차폐부를 가지는 입자 비임 조사 필드를 설명한다.

B. 브리턴 등의 "방사선 처치 시설을 위한 비임라인 제어 및 안전 시스템"인, 미국 특허 제 5,585,642호(1996년 12월 17일)는 컴플리멘터리(complimentary) 중복 로직 소통 경로를 이용하여 요청된 비임 구성에 대응하는 비임 경로 구성 신호를 비교하는 방사선 비임 처치 시설에서의 비임라인 안전을 위한 방법 및 장치를 설명한다. 에러의 감지시, 비임 전원은 부작동된다.

D. 레시나(Lesyna) 등의 "방사선 비임 치료 시스템에서 처리실 선택 확인 방법"인, 미국 특허 제 5,260,581호(1993년 11월 9일)는 가속기로부터 처리실로 비임 이동의 경로를 제어하는 스위치야드로부터 비임 경로 구성 신호와 처치실 요청 신호를 비교하는 방사선 비임 치료 시스템에서의 처리실 선택 확인 방법을 설명한다.

측정

V. 바시키로프(Bashkirov) 등의 "단일 이온 감지를 기초로 하는 나노도시미터(nanodosimeter)"인, 미국 특허 제 7,081,619호(2006년 7월 25일) 및 V. 바시키로프 등의 "단일 이온 감지를 기초로 하는 나노도시미터"인, 미국 특허 제 6,787,771호(2004년 9월 7일)는 모두 통공 개구를 통과하고 민감한 가스 부피를 통과하고, 감지기에 도달하는 양의 이온을 감지하기 위한 나노도시미터 장치를 설명한다. 본 발명은 샘플 내의 핵산을 손상시키도록 방사선 노출을 측정하기 위한 나노도시미터의 이용을 포함한다.

G. 하트만 등의 "등각점을 체크하는 방법 및 이온 비임 치료 시스템의 환자-위치설정 장치"인, 미국 특허 제 6,670,618호(2003년 12 월 30일)는 그리드 스캐너 장치 및 구형 팬텀을 이용하여 이온 비임의 등각점을 체크하는 방법을 설명한다. 예정된 한계치로부터 공간적 중앙 지점의 출발시, 이온 비임 시스템은 유지되어야 한다.

M. 워포드(wofford) 등의 "다중리프 시준기의 자동 측정을 위한 시스템 및 방법"인, 미국 특허 제 6,322,249호(2001년 11월 27일)는 시준기의 리프를 이동하고, 리프와 라인들 사이의 거리가 미리 결정된 측정과 개략적으로 동일한지를 결정하고, 시준기 특정 카운트로 미리 결정된 측정과 관련됨으로써 방사선 치료 장치를 측정하기 위한 시스템 및 방법을 설명한다.

D. 레그(Legg) 등의 "치료 방사선 전달 시스템의 표준화 및 측정"인, 미국 특허 제 5,511,549호(1996년 4월 30일)는 방사선 치료 전달 시스템의 표준화 및 선량 측정을 위한 방법을 설명한다. 장점은 복수의 전달 시스템을 포함하는 양자 치료 설비를 위해 특별히 중요하다. 이 방법은 규정된 처치가 초기 처리 플랜과 관련된 스테이션에서 뿐만 아니라 어떠한 이용가능한 전달 스테이션에서도 정확하게 관리되는 것을 허용한다.

조사를 시작/중지

K. 히라모토 등의 "하전 입자 비임 장치와 하전 입자 비임 장치의 작동 방법"인, 미국 특허 제 6,316,776호(2001년 11월 13일)는 하전 입자 비임이 위치되고, 시작되고, 중단되고 반복적으로 재 위치되는 하전 입자 비임 장치를 설명한다. 잔여 입자는 충분한 전하가 이용가능한 경우 새로운 입자를 공급하지 않고 가속기에서 이용된다.

K. 마쓰다 등의 "원형 가속기 제어를 위한 방법 및 장치"인, 미국 특허 제 6,462,490호(2002년 10월 8일)가 방사된 하전 입자의 타이밍을 조정하기 위한 원형 가속기용 제어 방법 및 장치를 설명한다. 클록 펄스는 하전 입자 스트림의 전달 후 중지되고, 조사되는 물체의 상태를 기초로하여 다시 시작된다.

갠트리( Gantry )

T. 야마시타(Yamashita) 등의 "회전 조사 장치"인, 미국 특허 제 7,381,979호(2008년 6월 3일)는 전방 링 및 후방 링을 가지는 회전 갠트리를 설명하며, 각각의 링은 방사상 지지 장치를 가지며, 여기서 방사상 지지 장치는 선형 가이드를 가진다. 이 시스템은 회전가능한 몸체의 회전 축선의 방향으로 회전가능한 몸체의 운동을 제한하기 위한 추력 지지 장치를 가진다.

T. 야마시타 등의 "입자 비임 치료 시스템의 회전 갠트리"인, 미국 특허 제 7,372,053호(2008년 5월 13일)는 조사 처치 동안 갠트리의 신속한 운동, 제동, 및 중단을 허용하는 공기 제동 시스템에 의해 지지되는 회전 갠트리를 설명한다.

M. 야나기사와(Yanagisawa) 등의 "의료 하전 입자 조사 장치"인, 미국 특허 제 6,992,312호(2006년 1월 31일); M. 야나기사와 등의 "의료 하전 입자 조사 장치 "인, 미국 특허 제 6,979,832호(2005년 12월 27일); 및 M. 야나기사와 등의 "의료 하전 입자 방사선 장치"인, 미국 특허 제 6,953,943호(2005년 10월 11일)는 모두 상방 및 수평 방향으로부터 조사할 수 있는 장치를 설명한다. 갠트리는 회전 축선에 대해 회전할 수 있고 여기서 방사선 필드 형성 장치는 편향되게 배치되어, 조사의 축선이 회전 축선 보다 상이한 위치를 통과하도록 한다.

H. 캐에르처(Kaercher) 등의 "입자 비임의 등각점 안내를 위한 등속 갠트리 장치 및 등속 갠트리 장치를 건설하기 위한 방법"인, 미국 특허 제 6,897,451호(2005년 5월 24일)는 횡방향 종방향 축선 둘레로 회전될 수 있는 입자 비임의 등각점 안내를 위한 등속 갠트리 장치를 설명한다.

G. 크래프트 등의 "종양 조직을 조사하기 위한 이온 비임 시스템"인, 미국 특허 제 6,730,921호(2004년 5월 4일)는 수평으로 배치된 환자 소파에 대해 다양한 조사 각도로 종양 조직을 조사하기 위한 이온 비임 시스템을 설명하며 여기에서 환자 소파는 중앙 축선을 중심으로 회전가능하고 리프팅 메카니즘을 가진다. 이 시스템은 수평 방향에 대해 ±15도 까지 중앙 이온 비임 편향을 가진다.

M. 파블로빅(Pavlovic)의 "갠트리 시스템 및 갠트리 시스템을 작동하기 위한 방법"인, 미국 특허 제 6,635,882호(2003년 10월 21일)는 자유롭게 결정가능한 유효 처치 각도로부터 타겟 상으로 이온 비임을 조정 및 정렬하기 위한 갠트리 시스템을 설명한다. 이온 비임은 갠트리 축선 둘레에 0 내지 360도의 조정가능한 각도및 갠트리 회전 축선에 대해 충분한 회전으로 회전될 때 조사의 콘을 제공하는 갠트리 회전 축선으로부터 45 내지 90도의 각도로 타겟 상에 정렬된다.

탐지기

E.베르데르만(Berdermann) 등의 "입자 비임을 감지하기 위한 감지기 및 감지기의 생산 방법"인, 미국 특허 제 7,274,025호(2007년 9월 25일)는 감지기 및 감지기를 제조하는 방법을 설명한다. 감지기는 크리스탈 반도체 다이아몬드판 및 세라믹 판 기질 상에 배치된 알루미늄 금속 코팅을 포함한다.

가동 환자

N. 리그니(Rigney) 등의 "방사선 치료 시스템을 위한 외부 측정 및 대상물 조정을 하는 환자 정렬 시스템"인 미국 특허 제 7,199,382호(2007년 4월 3일)는 방사선 치료 시스템의 가동 부품의 위치 측정을 얻는 다중 외부 측정 장치를 포함하는 방사선 치료 시스템을 위한 환자 정렬 시스템을 설명한다. 이 정렬시스템은 방사선 비임으로 상기 환자를 더욱 정밀하게 기록하도록 정정 위치설정 피드백을 제공하도록 외부 측정을 이용한다.

Y. 무라마쓰(Muramatsu) 등의 "의료 입자 조사 장치"인, 미국 특허 제 7,030,396호(2006년 4월 18일); Y. 무라마쓰 등의 "의료 입자 조사 장치"인, 미국 특허 제 6,903,356호(2005년 6월 7일); 및 Y. 무라마쓰 등의 "의료 입자 조사 장치"인, 미국 특허 제 6,803,591호(2004년 10월 12일)는 모두 회전 갠트리, 회전 갠트리에 대해 회전할 수 있도록 갠트리 내에 위치되는 고리형 프레임, 프레임이 갠트리와 함게 회전하는 것을 방지하는 반-상호관련 메카니즘, 및 갠트리가 회전하는 동안 실질적으로 레벨 바닥으로 자유롭게 이동하도록 하는 방식으로 프레임과 결합된 가요성 이동 플로어를 가지는 의료 입자 조사 장치를 설명한다.

H. 노나카(Nonaka) 등의 "방사선 치료를 위한 회전하는 방사선 챔버"인, 미국 특허 제 5,993,373호(1999년 11월 30일)는 자유롭고 가요적인 방식으로 연결되는 일련의 다중 판으로 구성된 수평의 가동 플로어를 설명하며, 여기에서 가동 플로어는 방사선 비임 조사 섹션의 회전과 동시에 이동된다.

레스퍼레이션( Respiration )

K. 마쓰다의 "조사 영역의 이동을 고려하는 방사성 비임 조사 방법 및 장치"인, 미국 특허 제 5,538,494호(1996년 7월 23일)는 브리딩(breathing) 및 심장 박동과 같은, 물리적 작용에 의해 병든 부분이 변경되는 위치의 경우에서 조차 조사를 가능하게 하는 방법 및 장치를 설명한다. 초기에, 병든 신체 부분의 위치 변경 및 환자의 물리적 행위가 동시에 측정되고 이들 사이의 관계가 함수로서 한정된다. 방사선 치료는 함수에 따라 수행된다.

환자 위치설정

Y. 나가미네(Nagamine) 등의 "환자 위치설정 장치 및 환자 위치설정 방법"인, 미국 특허 제 7,212,609호(2007년 5월 1일) 및 Y. 나가미네 등의 "환자 위치설정 장치 및 환자 위치설정 방법"인, 미국 특허 제 7,212,608호(2007년 5월 1일)는 패턴 일치를 이용하여 현 환자 위치의 현 X-레이 이미지와 기준 X-레이 이미지의 비교 영역을 비교하는 환자 위치설정 시스템을 설명한다.

D. 밀러(Miller) 등의 "모듈형 환자 지지 시스템"인, 미국 특허 제 7,173,265호(2007년 2월 6일)는 몰딩가능한 포옴 크레이들과 같은, 하나 이상의 부동 장치 및 모듈식으로 확장가능한 환자 포드를 포함하는 환자 지지 시스템을 가지는 방사선 처치 시스템을 설명한다.

K. 가토(Kato) 등의 "가속기를 포함하는 다중-리프 시준기 및 의료 시스템"인, 미국 특허 제 6,931,100호(2005년 8월 16일); K. 가토 등의 "가속기를 포함하는 다중-리프 시준기 및 의료 시스템"인, 미국 특허 제 6,823,045호(2004년 11월 23일); K. 가토 등의 "가속기를 포함하는 다중-리프 시준기 및 의료 시스템"인, 미국 특허 제 6,819,743호(2004년 11월 16일) 및 K. 가토 등의 "가속기를 포함하는 다중-리프 시준기 및 의료 시스템"인, 미국 특허 제 6,792,078호(2004년 9월 14일)은 모두 조사 치료를 위한 환자의 위치설정 시간을 줄이기 위해 이용되는 리프 판의 시스템을 설명한다. 모터 구동력은 피니온 기어를 통하여 동시에 복수의 리프 판으로 전달된다. 이 시스템은 또한 한자를 위치시키도록 상부 및 하부 가이드 및 상부 및 하부 공기 실린더를 이용한다.

컴퓨터 제어

A. 벨로우소프(Beloussov) 등의 "양자 비임 치료 시스템을 위한 구성 관리 및 검색 시스템"인, 미국 특허 제 7,368,740호(2008년 5월 6일); A. 벨로우소프 등의 "양자 비임 치료 시스템을 위한 구성 관리 및 검색 시스템"인, 미국 특허 제 7,084,410호(2006년 8월 1일); 및 A. 벨로우소프 등의 "양자 비임 치료 시스템을 위한 구성 관리 및 검색 시스템"인, 미국 특허 제 6,822,244호(2004년 11월 23일)는 모두 데이터 및 구성 매개변수가 단일 지점 실패가 데이터베이스에서 발생되는 경우 접근가능한 것을 보장하도록 작동의 다양한 모드에 대해 소프트웨어 제어식 시스템을 준비하도록 권한을 가진 사용자에 의해 용이하게 변형되는 처치 구성 매개변수를 가지는 다중-처리기 소프트웨어 제어식 양자 비임 시스템을 설명한다.

J. 히로타(Hirota) 등의 "얻어진 작동 패턴을 이용하여 자동적으로 작동되는 가속기"인 미국 특허 제 5,698,954호(1997년 12월 16일)는 작동 패턴으로부터 나오는 제어로 가속기 바디의 모든 부품의 제어 타이밍 및 제어의 양을 결정하기 위한 메인 제어기를 설명한다.

이미징

P. 아다미(Adamee) 등의 "하전 입자 비임 장치 및 하전 입자 비임 장치의 작동을 위한 방법"인, 미국 특허 제 7,274,018호(2007년 9월 25일) 및 P. 아다미 등의 "하전 입자 비임 장치와 하전 입자 비임 장치의 작동을 위한 방법"인, 미국 특허 제 7,045,781호(2006년 5월 16일)는 대상물의 직렬 및/또는 병렬 이미징을 위해 구성된 하전 입자 비임 장치를 설명한다.

K. 히라모토 등의 "이온 비임 치료 시스템 및 이 시스템의 소파 위치설정 시스템"인, 미국 특허 제 7,193,227 (2007년 3월 20일)는 회전 갠트리와 관련하여 이동하는 X-레이 이미징 시스템을 가지는 이온 비임 치료 시스템을 설명한다.

C. 무어러(Maurer) 등의 "지점 및 표면의 가중 조합을 사용하여 물리적 공간에 이미지 등록을 위한 장치 및 방법"인, 미국 특허 제 6,560,354호(2003년 5월 6일)는 다른 신체 부분이 상이한 중량이 주어지는, 환자의 신체 상에 취해진 물리적 측정에 대해 기록된 X-레이 컴퓨터식 토모그래피(tomography)의 프로세스를 설명한다. 중량은 변형 기능이 수술적 또는 정위적 절차를 보조하기 위해 이용되는, 강성 바디 변형 공정을 결정하도록 반복적 기록 프로세스에서 이용된다.

M. 블레어(Blair) 등의 "양자 비임 디지털 이미징 시스템"인, 미국 특허 제 5,825,845호(1998년 10월 20일)는 바디의 구역을 통하여 X-레이 비임을 생산할 수 있는 처치 비임 라인 내로 가동되는 X-레이 소스를 가지는 양자 비임 디지털 이미징 시스템을 설명한다. 환자 배향 이미지 및 선택된 구체화에 대해 마스터 프리스크립션 이미지에서의 등각성에서의 비임의 중앙의 상대적인 위치들의 비교에 의해, 타겟 등각성에 대응하는 최상 비임 중앙을 형성하기 위해 환자의 이동의 방향 및 양이 결정된다.

S. 니시하라(Nishihara) 등의 "치료 장치"인, 미국 특허 제 5,039,867호(1991년 8월 13일)가 제 1 거리가 제 1 이미지를 기초로하여 결정되고 제 2 거리가 제 2 이미지를 기초로 하여 결정되고, 환자가 제 1 및 제 2 거리를 기초로 하여 치료 비임 조사 위치로 이동되는 치료 비임 위치 설정을 위한 방법 및 장치를 설명한다.

양자 및 중성자 치료/입자 선택

L. 달(Dahl) 등의 "무거운 이온 암 치료 시설에 사용되는 이온을 생성 및 선택하기위한 장치"인 미국 특허 제 6,809,325호(2004년 10월 26일)는 무겁고 가벼운 이온 을 발생하기 위한 사이클로트론 공진 이온 소스 및 각각의 이온 소스의 하류부에 하나의 동위 원소 구성의 무거운 이온 종들을 선택하기 위한 선택 수단을 포함하는 무거운 이온 암 치료 시설에 이용되는 이온을 발생, 추출, 및 선택하기 위한 장치를 설명한다.

J. 슬레이터(Slater) 등의 "시스템 및 다중 입자의 치료를 위한 방법"인, 미국 특허 5,866,912호(1999년 2월 2일)는 양자가 양자와 중성자의 소스를 생성하는 베릴륨 중성자 소스를 통과하는, 양자 비임 치료 시스템을 설명한다.

문제점

종양으로 조사 에너지의 정확하고 정밀한 전달에 대한 요구가 본 발명의 기술 분야에 있다. 더욱 상세하게는, 효율적으로 음 이온 비임을 발생하고, 이온 비임을 포커싱하고, 이온 비임을 하전 입자 비임으로 전환하고, 하전 입자 비임을 가속하고, 입자 치료 비임에 대해 사람을 부동/재생산적으로 위치설정, 및/또는 종양으로 하전 입자 비임을 타켓팅에 대한 요구가 존재하였다.

본 발명은 고형암의 처치를 위한 방법 및 장치를 포함한다. 일 실시예에서, 본 발명은 음 이온 비임 생성, 이온 비임 포커싱, 하전 입자 가속도, 환자 회전, 및/또는 환자 레스퍼레이션과 조화된 다중-필드 하전 입자 암 치료 방법 및 장치에 관한 것이다. 바람직하게는 하전 입자 치료는 부분적으로 부동 및 재위치가능한 위치에서 환자 상에 수행된다. 양자 전달은 바람직하게는 하전 입자 비임 주입, 가속, 및/또는 타켓팅 방법 및 장치의 제어를 경유한 환자 레스퍼레이션에 대한 타이밍이다.

도 1은 하전 입자 비임 치료 시스템의 부품 연결을 보여주며,
도 2는 하전 입자 치료 시스템을 도시하며,
도 3은 이온 비임 발생 시스템을 도시하며,
도 4는 음 이온 비임 소스를 도시하며,
도 5는 이온 비임 포커싱 시스템을 도시하며,
도 6a 내지 도 6d는 음 이온 비임 경로를 중심으로 포커싱 전극을 도시하며,
도 7a는 음 이온 비임 경로 진공 시스템을 도시하며, 도 7b는 지지 구조물을 도시하며, 도 7c는 호일을 도시하며,
도 8은 입자 비임 치료 제어 흐름도이며,
도 9는 싱크로트론의 직선 및 방향 변경 섹션을 도시하며,
도 10은 싱크로트론의 굽힘 자석을 도시하며,
도 11은 굽힘 자석의 사시도를 제공하며,
도 12는 굽힘 자석의 단면을 도시하며,
도 13은 굽힘 자석의 단면을 도시하며,
도 14a는 RF 가속기를 도시하며 도 14b는 RF 가속기 부시스템이며,
도 15는 자기장 제어 시스템이며,
도 16은 (A) 정면도 및 (B) 평면도로부터 환자 위치설정 시스템을 도시하며,
도 17은 X-레이 및 양자 비임 선량 분포를 제공한다.
도 18a 내지 도 18e는 포커스 조사의 깊이 및 제어된 스캐닝을 도시하며,
도 19는 다중-필드 조사를 도시하며,
도 20은 다중-필드 방사의 이용에 의해 선량 효율 강화를 도시하며,
도 21은 다중-필드 방사 실시의 두 개의 방법을 제공하며,
도 22는 반-수직 환자 위치설정 시스템을 도시하며,
도 23은 착석 환자 위치설정 시스템의 일 예를 도시하며,
도 24는 눕힘 환자 위치설정 시스템을 도시하며,
도 25는 헤드 제한 시스템을 도시하며,
도 26은 핸드 및 헤드 지지부를 도시한다.

본 발명은 일반적으로 고형암의 처치에 관한 것이다.

일 실시예에서, 하전 입자 비임 암 치료 시스템은 환자의 고형 종양을 처치하기 위해 이용된다.

또 다른 실시예에서, 본 발명은 다중-필드 하전 입자 암 치료 방법 및 장치에 관한 것이다.

또 다른 실시예에서, 환자 위치설정 방법 및 장치가 암을 처치하는 다중-축선 하전 입자 비임 또는 양자 비임 방사선 치료 방법 및 장치와 관련하여 이용된다. 환자 위치설정 시스템은 양자 비임이 타켓팅 시스템을 이용하여 종양을 스캔할 수 있는 존 내로 환자를 이동 및/또는 회전하기 위해 이용된다. 환자 위치설정 시스템은 반-수직, 착석 또는 눕힘 위치설정 시스템과 같은, 환자의 운동을 제한하기 위해 이용된 시스템과 관련하여 선택적으로 이용된다.

또 다른 실시예에서, 하전 입자 비임 가속 및 추출 방법 및 장치는 악성 종양의 하전 입자 비임 방사선 치료와 관련하여 이용된다. 특히, 신규한 싱크로트론 전환 자석은 싱크로트론의 전체 크기를 최소화하고, 엄격하게 제어된 양자 비임을 제공하고, 요구된 자기장의 크기를 바로 감소시키고, 요구되는 작동 전력을 바로 감소시키고, 및 싱크로트론으로부터 양자를 추출하는 과정 동안 조차 싱크로트론 내의 양자의 계속적인 가속을 허용하기 위해 이용된다.

또 다른 실시예에서, 다중-필드 하전 입자 암 치료로서 인용되는, 조합식 회전/래스터 방법 및 장치를 가지는 하전 입자 암 치료 시스템이 설명된다. 이 시스템은 다중 방향으로부터 종양 조사를 초래하기 위해 회전하는 환자에 대해 고정된 배향 양자 소스를 이용한다. 이 시스템은 선택된 종양 부피 또는 조사된 슬라이스 내의 피크 양자 비임 에너지를 전달하도록 제어된 에너지 양자 조사로 다수의 방향으로부터 층-방향 종양 조사를 조합한다. 선택적으로, 주어진 각도로부터 조사를 위해 선택된 종양 부피는 종양의 말단 부분이다. 이러한 방식으로, 유입 브래그 피크 에너지는 종양을 중심으로 원주방향으로 퍼져서 건강한 조직에 대한 손상을 최소화하고 피크 양자 에너지는 효율적이고 정확하고 그리고 정밀하게 종양으로 전달된다.

또 다른 실시예에서, 하전 입자 암 치료 시스템을 이용하여, 종양으로 효율적인 방사선 선량 전달을 위한 방법 및 장치가 설명된다. 방사선은 종양 내로 유입 지점을 통하여 전달되고 브래그 피크 에너지는 유입 지점으로부터 종양의 말단 또는 먼 측부로 타겟팅된다. 유입 지점으로부터 종양의 말단 측부로 브래그 피크 에너지의 전달은 다중 회전 방향으로부터 반복된다. 각각의 조사 방향으로부터 종양의 먼 측부를 타겟팅하는 에너지 레벨로 다중-필드 조사 공정은 종양으로 균일하고 효율적인 하전 입자 방사선 선량 전달을 제공한다. 바람직하게는, 하전 입자 치료는 하전 입자 비임 주입, 가속, 추출, 및/또는 타겟팅 방법 및 장치의 제어를 경유하여 환자 레스퍼레이션으로 타이밍된다.

또 다른 실시예에서, 반 수직한 환자 위치설정, 정렬, 및/또는 제어 방법 및 장치는 하전 입자, 또는 양자 비임, 악성 종양의 방사선 치료와 관련하여 이용된다. 환자 위치설정 제한 수단은 시트 지지부, 등 지지부, 머리 지지부, 팔 지지부, 무릎 지지부, 및 발 지지부 중 하나 또는 둘 이상을 포함하는 처치 위치에서 환자를 유지하기 위해 이용된다. 위치설정 제한 수단 중 하나 또는 둘 이상은 가동되거나 및/또는 신속 위치설정 및/또는 환자의 부동화를 위한 컴퓨터 제어 하에 있다. 이 시스템은 선택적으로 입자 비임 암 치료 시스템의 양자 비임 경로와 실질적으로 동일하게 배치되는 X-레이 비임을 이용한다. 발생된 이미지는 양자 비임 경로에 대해 미세한 튜닝 몸체 정렬, 종양을 정확하고 정밀하게 타겟팅하기 위해 양자 비임 경로를 제어하도록, 및/또는 시스템 확인 및 실증에서 이용가능하다.

추가의 실시예에서, 반-수직, 또는 착석 환자 위치설정, 정렬 및/또는 제어 방법 및 장치는 다중-축선 하전 입자, 또는 양자 비임, 악성 종양의 방사선 치료와 관련하여 이용된다. 환자 위치설정 제한 수단은 환자를 처치 위치로 유지하기 위해 이용된다. 환자 위치설정 제한 수단은 시트 지지부, 등 지지부, 머리 지지부, 팔 지지부, 무릎 지지부, 및 발 지지부 중 하나 이상을 포함한다. 위치설정 제한 수단 중 하나 또는 둘 이상은 가동되고 및/또는 환자의 부동화 및/또는 신속한 위치설정을 위한 컴퓨터 제어하에 있다.

또 다른 실시예에서, 환자 레스퍼레이션 또는 레스퍼레이션 모니터링 및/또는 제어 방법 및 장치가 다중-축선 하전 입자, 또는 양자 비임, 악성 종양의 방사선 치료와 관련하여 이용된다. 레스퍼레이션 모니터링 시스템은 환자가 브레쓰(breath) 제어가 요구될 때 환자의 정보를 제공하도록 환자에게 전달되는 피드백 신호 제어와 조합되는 브리딩 사이클 중에 있은지를 결정하도록 열 및/또는 힘 센서를 이용한다. 결과적인 브레쓰 제어는 종양 처치치료의 정밀도, 정확도, 및/또는 효율을 강화하도록 종양으로 전달되는 하전 입자와 타이밍된다(timing).

또 다른 실시예에서, 일반적으로 고형암의 처치에 관련된다. 더욱 상세하게는, 컴퓨터 제어식 환자 위치설정, 부동화, 및 재 위치설정 방법 및 장치는 환자 레스퍼레이션 패턴과 조화되고 추가로 하전 입자 비임 주입, 가속, 추출, 및/또는 타켓팅 방법 및 장치와 조합하는 다중-필드 하전 입자 암 치료와 관련하여 이용된다.

또 다른 실시예에서, 음 이온 소스 방법 및 장치는 악성 종양의 다중-축선 하전 입자 또는 양자 비임 조사 치료와 관련하여 이용되는 이온 비임 주입 시스템의 부분으로서 이용된다. 음 이온 소스는 바람직하게는 고온 플라즈마 챔버 내로 수소 가스의 주입을 위한 유입 포트를 포함한다. 하나의 케이스에서, 플라즈마 챔버는 자기장 배리어의 마주하는 측부 상의 저온 플라즈마 영역과 고온 플라즈마 챔버 사이의 자기장 배리어를 제공하는, 자기 재료를 포함한다. 추출 펄스는 음 이온 비임을 음 이온 비임 경로로 당기도록 음 이온 추출 전극으로 인가되며, 이는 제 1 부분 진공 시스템을 통하여, 이온 비임 포커싱 시스템을 통하여, 탠덤 가속기 내로 그리고 싱크로트론 내로 처리된다.

또 다른 실시예에서, 음 이온 비임 소스 진공 방법 및 장치는 악성 종양의 다중-축선 하전 입자 또는 양자 비임 조사 치료와 관련하여 이용되는, 이온 비임 주입 시스템의 일 부분으로서 이용된다. 음 이온 비임 소스는 싱크로트론의 진공 튜브로부터 진공 배리어에 의해 격리되는 진공 챔버를 포함한다. 음 이온 비임 소스 진공 시스템은 바람직하게는 제 1 펌프 터보 분자 펌프, 대형 홀딩 부피, 및 반-연속적 작동 펌프를 포함한다. 이온 비임 소스 진공 챔버를 단지 펌핑함으로서 그리고 홀딩 부피 내 또는 홀딩 부피에 대한 센서 판독을 기초로 하여 이온 비임 소스 진공을 단지 반-연속적으로 작동함으로써, 반-연속적 작동 펌프의 수명이 연장된다.

또 다른 실시예에서, 이온 비임 포커싱 방법 및 장치는 악성 종양의 다중-축선 하전 입자 또는 양자 비임 조사 치료와 관련하여 이용되는, 이온 비임 주입 시스템의 부분으로서 이용된다. 이온 비임 포커싱 시스템은 각각의 전극 쌍 중 하나의 전극이 전도성 메시와 같은, 전도성 경로를 구비한 이온 비임 경로를 부분적으로 차단하는 두 개 또는 세 개 이상의 전극을 포함한다. 주어진 전극 쌍에서, 제 1 전극 및 제 2 전극의 전도성 메시 사이로 형성되는 전기장 라인은 음 이온 비임을 포커싱하는 내측력을 제공한다. 다중의 이 같은 전극 쌍들은 다중의 음 이온 비임 포커싱 영역을 제공한다.

또 다른 실시예에서, 이온 비임 주입 시스템의 부분인, 탠덤 가속기 방법 및 장치는 악성 종양의 다중-축선 하전 입자 방사선 치료와 관련하여 이용된다. 음 이온 비임 소스는 바람직하게는 주입 시스템 진공 시스템 및 호일에 의해 분리된 싱크로트론 진공 시스템을 포함하며, 여기서 음 이온들은 양 이온으로 변환된다. 호일은 바람직하게는 주입 시스템 진공 챔버 내에 더 높은 부분 압력 및 싱크로트론 진공 챔버 내에 더 낮은 압력을 제공하는 진공 튜브의 에지로 직접적으로 또는 간접적으로 밀봉된다. 호일이 진공 챔버를 두 개의 압력 구역으로 물리적으로 분리함으로써 더 적은 및/또는 더 작은 펌프가 유입 수소 가스가 주입 부분 부피 시스템에 의해 개별적으로 포함되어 격리되는 공간으로 추출될 때 싱크로트론 내의 저압 시스템을 유지하는 것을 허용한다.

또 다른 실시예에서, 무선-주파수(RF) 가속기 방법 및 장치는 악성 종양의 다중-축선 하전 입자 조사 치료와 관련하여 이용된다. RF 신디사이저는 양자 비임 경로 내의 양자의 순환의 주기에 동기화되는 저압 RF 신호를 집적식 마이크로회로, 루프 및 코일의 세트로 제공하며 이 코일은 싱크로트론에서 양자 비임 경로를 원주방향으로 둘러싼다. 집적식 부품은 크기가 압축되고 가격이 감소된 포맷으로 양자 비임 경로 내의 양자로 가속 전압을 제공하도록 조합된다. 집적식 RF-증폭기 마이크로회로/가속 코일 시스템은 저 에너지 양자 비임에 대해 약 1 MHz로부터 고 에너지 양자 비임에 대해 약 15 MHz로 가동된다.

또 다른 실시예에서, 다중-필드 이미징 및 다중-필드 하전 입자 암 치료 방법 및 장치는 환자 레스퍼레이션을 모니터링 및/또는 제어하기 위해 이용되는 피드백 센서의 이용을 경유하여 환자 레스퍼레이션과 조정된다.

본 발명의 소정의 실시예와 조합하여 이용되는, 하전 입자 비임 암 치료 시스템의 하나 또는 둘 이상의 신규한 설계 피쳐들이 설명된다. 특히, 음 이온 소스, 이온 소스 진공 시스템, 이온 비임 포커싱 렌즈, 및 탠덤 가속기의 신규한 피쳐를 가지는 음 이온 비임 소스가 설명된다. 또한, 싱크로트론은 회전 자석 및 에지 포커싱 자석을 포함하며, 이는 싱크로트론의 전체 크기를 최소화하고, 엄격하게 제어된 양자 비임을 제공하고, 요구된 자기장의 크기를 직접 감소시키고, 요구된 작동 전력을 직접 감소시킨다. 이온 비임 소스 시스템 및 싱크로트론은 바람직하게는 환자 이미징 시스템 및 브레쓰 모니터링 센서 및 환자 위치설정 요소를 포함하는 환자 인터페이스와 컴퓨터 통합된다. 또한, 시스템은 가속 및/또는 타겟 방법 및 장치와 통합된다. 더욱 특별하게는, 싱크로트론의 하전 입자 스트림의 에너지 및 타이밍 제어는 환자 위치제어 및 종양 처치와 조정된다. 싱크로트론 제어 요소는 주변 건강한 조직에 대한 감소된 조직 손상으로 고형 종양의 효과적인 처치를 제공하기 위해 환자 위치설정의 엄격한 제어를 제공하는, 하전 입자 비임의 타이트한 제어를 허용한다. 또한, 시스템은 싱크로트론의 전체 크기를 감소시키고, 엄격하게 제어된 양자 비임을 제공하고, 요구된 자기장의 크기를 직접 감소시키고, 요구된 작동 전력을 직접 감소시키고, 싱크로트론으로부터 양자를 추출하는 공정 동안조차 싱크로트론 내의 양자의 연속적인 가속을 허용한다. 조합된, 시스템은 효율적이고, 정확하고 및 정밀한 비 확장성 종양 처치를 주변의 건강한 조직으로 최소 손상을 가지고 제공한다.

다양한 실시예에서, 하전 입자 암 치료 시스템은:

● 중앙 자기 부재 및 고 및 저 온도 플라즈마 구역을 분리하는 자기장을 가지는 주입 시스템;

● 직렬식 가속기 내의 호일의 플라즈마 발생 시스템 측부 상의 제 1 부분적 압력 구역 및 호일의 싱크로트론 측부 상의 제 2 하부 부분 압력 구역을 형성하는 이중 진공 시스템;

● 음 이온 비임과 축방향으로 크로싱하는 전도성 메시를 가지는 음 이온 비임 포커싱 시스템;

● 4개의 회전 섹션 및 4개의 직선형 섹션을 가지는 싱크로트론;

● 헥사폴 자석을 가지는 싱크로트론;

● 싱크로트론의 각각의 회전 섹션 내의 4개의 굽힘 자석;

● 다중 굽힘 자석을 감싸는 권선 코일;

● 각각의 회전 섹션 내에 베벨형 및 하전형 입자 포커싱인 복수의 굽힘 자석;

● 가속 코일에 대한 루프를 통하여 전류를 제공하는 집적식 RF-증폭기 마이크로회로;

● 다중-필드 이미징 및/또는 다중-필드 양자 치료를 허용하는 대상을 회전시키기 위한 회전가능한 플랫포옴;

● 종양에 대해 유입 브래그 피크 에너지 360도 분산하는 방사선 플랜;

● 위치설정, 부동화, 및 재위치설정 시스템;

● 레스퍼레이터리(respiratory) 센서;

● 아래 구성의 동시적 및 독립적 제어

○ 양자 비임 에너지;

○ x- 축선 양자 비임 제어;

○ y-축선 양자 비임 제어;

○ 환자 이동; 및

○ 환자 회전; 그리고

● 아래 구성 중 하나 또는 둘 이상에 대한 하전 입자 치료 타이밍 시스템

○ 환자 이동;

○ 환자 회전; 및

○ 환자 브리딩.

양자 치료

상대적으로 거대한 크기 때문에, 양자는 조직에서 X-레이 또는 감마 레이 보다 덜 용이하게 확산되고 매우 작은 측방향 분산이 있다. 여기서, 양자 비임 스테이는 주변 조직으로 많은 측면 손상 없이 종양 형상에 포커싱된다. 주어진 에너지의 모든 양자는 브래그 피크로 한정된 소정의 범위를 가지며 조직으로의 선량 전달 비율은 단지 입자의 범위의 마지막 수 밀리미터에 대해 최대이다. 관통 깊이는 입자의 에너지에 의존하며 이는 입자가 양자 가속기에 의해 가속되는 속도에 직접 관련된다. 양자의 속도는 가속기의 최대 평가(rating)에 대해 조정가능하다. 따라서 종양이 위치되는 조직 내의 깊이에서 양자 비임에 의한 세포 손상을 포커싱하는 것이 가능하다. 브래그 피크 앞에 위치된 조직은 약간의 감소된 선량을 수용하며 브래그 피크 다음에 위치된 조직은 아무것도 수용하지 못한다.

사이클론/싱크로트론

사이클론은 일정한 자기장 및 일정한-주파수 인가 전기장을 이용한다. 두 개의 필드 중 하나는 싱크로사이클론에서 변화된다. 이러한 두 가지 필드들 모두 싱크로트론에서 변화된다. 따라서, 싱크로트론은 특별한 타입의 주기적 입자 가속기이며 이 가속기 내에서 자기장이 입자들을 회전시켜 입자들이 순환하고 전기장이 입자들을 가속하기 위해 이용되도록 한다. 싱크로톤은 인가된 필드들을 이동하는 입자 비임으로 신중히 동기화된다.

입자가 에너지를 얻을 때 인가된 자기장을 적절히 증가시킴으로써, 하전 입자가 가속될 때 하전 입자 경로는 일정하게 유지되어, 입자를 위한 진공 컨테이너가 크고 얇은 원환체가 되는 것을 허용한다. 실제로, 라운드-원형 다각형의 형상의 원환체를 제공하는, 굽힘 자석과 소정의 회전 섹션 사이에 소정의 직선형 섹션을 이용하는 것이 더 용이하다. 사이클로트론 타입 장치의 디스크형 챔버와 달리 단순한 직선형 및 곡선형 파이프 세그먼트를 이용하는 큰 유효 반경의 경로는 따라서 구성된다. 형상은 또한 입자 비임을 굽히도록 다중 자석의 이용을 허용하고 요구한다.

주기적 가속기가 전달할 수 있는 최대 에너지는 통상적으로 자기장의 세기 및 입자 경로의 최소 반경/최대 곡률에 의해 제한된다. 사이클로트론에서, 최대 반경은 입자가 중앙에서 시작하여 외측으로 나선형이 될 때 상당히 제한되어, 이러한 전체 경로가 자체-지지 디스크-형상 진공형 챔버이어야 한다. 반경이 제한되기 때문에, 기계의 전력은 자기장의 세기에 의해 제한된다. 통상적인 전자석의 경우, 필드 세기는 코어의 포화에 의해 제한되는데, 이는 모든 자기적 영역이 필드와 정렬될 때 필드는 어떠한 실제적 크기로도 더 증가될 수 없기 때문이다. 단일 쌍의 자석의 배열이 또한 장치의 경제적 크기를 제한한다.

싱크로트론은 더 많이 작고 더 많이 타이트하게 포커싱된 자석에 의해 둘러싸인 좁은 비임 파이프를 이용하여 이러한 제한을 극복한다. 입자를 가속하기 위한 싱크로트론의 능력은 입자가 늘 가속되어도록 하전되어야 한다는 사실에 의해 제한되지만, 가속 하에서 하전 입자는 광자를 방출함으로써 에너지가 손실된다. 원 내에 비임 경로를 유지하기 위해 요구되는 측면 가속으로 손실된 에너지가 각각의 사이클에 부가된 에너지와 동일할 때 제한 비임 에너지가 도달한다. 더욱 강력한 가속기는 대 반경 경로를 이용하여 그리고 코너들 사이의 입자 비임을 가속하도록 더욱 다양하고 더욱 강력한 마이크로파 공동을 이용함으로써 제조된다. 전자와 같은, 더 가벼운 입자는 회전할 때 큰 부분의 에너지를 손실한다. 실제로 말하면, 전자/양전자 가속기의 에너지는 이러한 방사선 손실에 의해 제한되며, 반면 양자 또는 이온 가속기의 동력(dynamic)에서 중요한 역할을 하지 않는다. 이들의 에너지는 자석의 세기에 의해 그리고 비용에 의해 엄격히 제한된다.

하전 입자 비임 치료

본 서류를 통하여, 양자 비임, 수소 이온 비임, 또는 탄소 이온 비임과 같은 하전 입자 비임 치료 시스템이 설명된다. 여기서, 하전 입자 비임 치료 시스템은 양자 비임을 이용하여 설명된다. 그러나, 양자 비임으로 설명되고 제시된 양태는 양자 비임으로 제한하려는 의도가 아니며 예시적인 하전 입자 비임 시스템이다. 소정의 하전 입자 비임 시스템은 여기서 설명된 기술에 동일하게 적용가능하다.

지금부터 도 1을 참조하면, 하전 입자 비임 시스템(100)이 도시된다. 하전 입자 비임은 바람직하게는 주 제어기(110); 주입 시스템(120); 통상적으로 (1) 가속기 시스템(132) 및 (2) 추출 시스템(134)를 포함하는 싱크로트론(130); 스캐닝/타겟팅/전달 시스템(140); 환자 인터페이스 모듈(150), 디스플레이 시스템(160), 및/또는 이미징 시스템(170) 중 일부를 포함하는 다수의 부시스템을 포함한다.

하전 입자 비임 시스템(100)의 이용의 전형적인 방법이 제공된다. 주 제어기(110)는 양자를 환자의 종양으로 정확하고 정밀하게 전달하도록 부(sub)시스템들 중 하나 또는 둘 이상을 제어한다. 예를 들면, 주 제어기(110)는 이미징 시스템(170)으로부터 신체 및/또는 종양의 일 부분과 같은, 이미지를 얻는다. 주 제어기(110)는 또한 환자 인터페이스 모듈(150)로부터 위치 및/또는 타이밍 정보를 얻는다. 주 제어기(110)는 이어서 양자를 싱크로트론(130)으로 주입하도록 주입 시스템(120)을 선택적으로 제어한다. 싱크로트론은 통상적으로 적어도 가속기 시스템(132) 및 추출 시스템(134)을 포함한다. 주 제어기는 바람직하게는 양자 비임의 속도, 궤도, 및 타이밍을 제어함으로써와 같은, 가속기 시스템 내의 양자 비임을 제어한다. 주 제어기는 이어서 추출 시스템(134)을 통하여 가속기로부터 양자 비임의 추출을 제어한다. 예를 들면, 제어기는 추출 비임의 타이밍 및/또는 에너지를 제어한다. 제어기(110)는 또한 바람직하게는 스캐닝/타겟팅/전달 시스템(140)을 통하여 환자 인터페이스 모듈(150)로 양자 비임의 타켓팅을 제어한다. 환자의 이동 및 회전 위치와 같은, 환자 인터페이스 모듈(150)의 하나 또는 둘 이상의 부품은 바람직하게는 주 제어기(110)에 의해 제어된다. 또한, 디스플레이 시스템(160)의 디스플레이 요소는 바람직하게는 주 제어기(110)를 경유하여 제어된다. 디스플레이 스크린과 같은, 디스플레이는 통상적으로 하나 또는 둘 이상의 조작자 및/또는 하나 또는 둘 이상의 한자에게 제공된다. 일 실시예에서, 주 제어기(110)는 양자가 환자의 종양으로 최적 치료 방식으로 전달되도록, 모든 시스템으로부터 양자 비임의 전달 시간을 측정한다.

여기서, 주 제어기(110)는 하전 입자 비임 시스템(100)을 제어하는 단일 시스템, 하전 입자 비임 시스템(100)을 제어하는 복수의 부 시스템을 제어하는 단일 제어기, 또는 하전 입자 비임 시스템(100)의 하나 또는 둘 이상의 부-시스템을 제어하는 복수의 개별 제어기를 지칭한다.

지금부터 도 2를 참조하면, 하전 입자 비임 시스템(100)의 하나의 버젼의 예시적이고 전형적인 실시예가 제공된다. 개수, 위치, 및 상술된 타입의 부품은 사실상 예시적이고 비 제한적이다. 도시된 실시예에서, 주입 시스템(120) 또는 이온 소스 또는 하전 입자 비임 소스가 양자를 생성한다. 양자는 싱크로트론 내로, 통하여 그리고 외부로 작동하는 진공 튜브 내로 전달된다. 발생된 양자는 초기 경로(262)를 따라 전달된다. 4극자 자석 또는 주입 4극자 자석과 같은 포커싱 자석(230)은 양자 비임 경로를 포커싱하기 위해 이용된다. 4극자 자석은 포커싱 자석이다. 주입기 굽힘 자석(232)은 양자 비임을 싱크로트론(130)의 평면을 향하여 굽힘한다. 초기 에너지를 가지는 포커싱된 양자는 바람직하게는 주입 램버슨(Lamberson) 자석이 주입기 자석(240) 내로 도입된다. 통상적으로, 초기 비임 경로(262)는 상술된 바와 같이 싱크로트론(130)의 순환 평면을 벗어난 축선을 따른다. 주입기 굽힘 자석(232) 및 주입기 자석(240)은 양자를 싱크로트론(130)으로 이동하도록 조합된다. 주 굽힘 자석, 이중극 자석, 또는 순환 자석(250)은 순환하는 비임 경로(264)를 따라 양자를 회전시키기 위해 이용된다. 이중극 자석은 굽힘 자석이다. 주 굽힘 자석(250)은 초기 비임 경로(262)를 순환하는 비임 경로(264)로 굽힘된다. 이러한 예에서, 주 굽힘 자석(250) 또는 순환하는 자석은 순환하는 비임 경로(264)를 안정된 순환 비임 경로 내로 유지하도록 4개 세트의 4개 자석으로서 제시된다. 그러나, 소정의 개수의 자석 또는 세트의 자석은 순환 공정에서 단일 궤도 둘레로 양자를 이동시키도록 선택적으로 이용된다. 양자는 가속기(270)를 통과한다. 가속기는 순환하는 비임 경로(264) 내에서 양자를 가속한다. 양자가 가속될 때, 자석에 의해 인가된 필드가 증가된다. 특히, 가속기(270)에 의해 달성되는 양자의 속도는 싱크로트론의 중앙 지점 또는 구역(280)에 대해 양자의 안정된 순환을 유지하도록 주 굽힘 자석(250) 또는 순환 자석의 자기장과 동기화된다. 이때 개별 지점에서 가속기(270)/주 굽힘 자석(250) 조합은 원형 경로 또는 궤도에 양자를 유지하면서 순환하는 양자를 가속 및/또는 감속하기 위해 이용된다. 인플렉터/디플렉터 시스템(290)의 추출 요소는 양자를 싱크로트론(130) 내의 순환하는 비임 경로(264)로부터 제거하도록 램버슨 추출 자석(292)과 조합되어 이용된다. 디플렉터 부품의 하나의 예는 램버슨 자석이다. 통상적으로 디플렉터는 순환 평면으로부터 원형 평면 위와 같은 순환 평면의 축선에 이르는 양자를 제거한다. 추출 양자는 바람직하게는 스캐닝/타겟팅/전달 시스템(140)으로 운반 경로(268)를 따라 4극자 자석과 같이, 추출 포커싱 자석(235) 및 추출 굽힘 자석(237)을 이용하여 지향되거나 포커싱된다. 스캐닝 시스템(140) 또는 타켓팅 시스템의 두 개의 부품은 통상적으로 수직 제어부와 같은 제 1 축 제어부(142) 및 수평 제어부와 같은 제 2 축 제어부(144)를 포함한다. 일 실시예에서, 제 1 축 제어(142)는 약 100 mm의 수직 또는 양자 비임(268)의 y 축 스캐닝을 허용하고, 제 2 축 제어부(144)는 양자 비임(268)의 약 700 mm의 수평 방향 또는 X-축 스캐닝을 허용한다. 양자는 환자 인터페이스 모듈(150) 및 환자의 종양으로 제어부로 전달된다. 위에서 리스트된 요소들 모두는 선택적이고 다양한 순열 및 조합으로 이용될 수 있다. 위에서 리스트된 각각의 요소는 아래에서 추가로 설명된다.

이온 비임 발생 시스템

이온 비임 발생 시스템은 수소 음이온 또는 H^-비임과 같은 음 이온 비임을 발생하고; 바람직하게는 음 이온 비임을 포커싱하고; 음 이온 비임을 양자 또는 H⁺비임과 같은, 양 이온 비임으로 변환되며, 및 양 이온 비임(262)을 싱크로트론(130) 내로 주입한다. 이온 비임 경로의 부분은 바람직하게는 부분 진공 아래 있다. 각각의 이러한 시스템들은 아래에서 추가로 설명된다.

지금부터 도 3을 참조하면, 전형적인 이온 비임 발생 시스템(300)이 도시된다. 도시된 바와 같이, 이온 비임 발생 시스템(300)은 4개의 주요 부섹션; 음 이온 소스(310), 제 1 부분 진공 시스템(330), 광학 이온 비임 포커싱 시스템(350), 및 탠덤 가속기(390)를 가진다.

도 3을 참조하면, 음 이온 소스(310)는 바람직하게는 고온 플라즈마 챔버(314) 내로 수소 가스의 주입에 대해, 유입 포트(312)를 포함한다. 일 실시예에서, 플라즈마 챔버는 고온 플라즈마 챔버(314) 및 자기장 배리어의 마주하는 측부 상에 저온 플라즈마 영역 사이에 자기장(317)을 공급하는 자기 재료(316)를 포함한다. 추출 펄스는 음 이온 비임을 음 이온 비임 경로(319) 내로 당기도록 음 이온 추출 전극(318)으로 인가되고 이는 제 1 부분 진공 시스템(330)을 통하여 처리되고, 이온 비임 포커싱 시스템(350)을 통하여 그리고 직류식 가속기(390) 내로 처리된다.

도 3을 참조하면, 제 1 부분 진공 시스템(330)은 수소 가스 유입 포트(312)로부터 탠덤 가속기(390) 내의 호일(395)로 작동되는 폐쇄형 시스템이다. 호일(395)은 바람직하게는 진공 튜브(320)의 에지로 직접 또는 간접적으로 밀봉되어 호일(395)의 제 1 부분 진공 시스템(330) 측부 상에 유지되도록 약 10^-5 torr와 같은, 더 높은 압력 및 호일(390)의 싱크로트론 측부 상에 유지되도록 약 10^-7 torr와 같은 더 낮은 압력을 제공한다. 제 1 부분 진공 시스템(330)을 단지 펌핑함으로써 그리고 센서 판독을 기초로 하여 이온 비임 소스 진공을 단지 반-연속적으로 작동함으로써, 반-연속적 작동 펌프의 수명이 연장된다. 센서 판독은 아래에서 추가로 설명된다.

도 3을 참조하면, 제 1 부분 진공 시스템(330)은 바람직하게는 연속 작동 펌프 및/또는 터보 분자 펌프와 같은 제 1 펌프(332); 대형 홀딩 부피(334); 및 반-연속적으로 작동하는 펌프(336)를 포함한다. 바람직하게는, 펌프 제어기(340)는 대형 홀딩 부피(334) 내의 압력을 모니터링하는 압력 센서(342)로부터 신호를 수신한다. 대형 홀딩 부피(334) 내의 충분한 압력을 나타내는 신호에 따라, 펌프 제어기(340)는 액츄에이터(345)가 대형 홀딩 부피과 반-연속적 작동 펌프(336) 사이의 밸브(346)를 개방하도록 지시하고 반-연속적 작동 펌프가 작동되고 하전 입자 스트림에 대해 진공 라인(320)으로부터 대기 잔류 가스로 펌핑하도록 지시한다. 이러한 방식으로, 반-연속적 작동 펌프의 수명은 반-연속적으로 그리고 요구되는 대로 단지 작동에 의해 연장된다. 하나의 예에서, 반-연속적으로 작동하는 펌프(336)는 4시간 마다 5분과 같이 몇 시간마다 몇 분 작동되어, 펌프를 약 2,000 시간 내지 약 96,000 시간의 수명으로 연장한다.

추가로, 싱크로트론 진공 시스템으로부터 유입 가스를 고립시킴으로써, 터브 분자 펌프와 같은 싱크로트론 진공 펌프는 싱크로트론 진공 펌프가 다루는 더 적은 가스 분자를 가질 때 더 긴 수명에 걸쳐 작동될 수 있다. 예를 들면, 유입 가스는 주로 수소 가스이지만 질소 및 이산화탄소와 같은 불순물을 포함할 수 있다. 음 이온 소스 시스템(310), 제 1 부분 진공 시스템(330), 이온 비임 포커싱 시스템(350), 및 탠덤 가속기(390)의 음 이온 비임 측부 내의 유입 가스를 격리함으로써, 싱크로트론 진공 펌프는 싱크로트론(130)의 작동 효율을 증가시키는, 더 긴 수명으로 낮은 압력에서 작동될 수 있다.

도 3을 참조하면, 최적 이온 비임 포커싱 시스템(350)은 바람직하게는 두 개 또는 세 개 이상의 전극을 포함하며, 여기서 각각의 전극 쌍 중 하나의 전극은 전도성 메시와 같은, 전도성 경로(372)로 이온 비임 경로를 부분적으로 차단한다. 도시된 실시예에서, 3개의 이온 비임 포커싱 시스템 섹션, 두 개의 전극 이온 비임 포커싱 섹션(360), 제 1의 3 개의 전극 이온 비임 포커싱 섹션(370), 및 제 2의 3개의 전극 이온 비임 포커싱 섹션(380)이 도시된다. 주어진 전극 쌍에 대해, 제 1 전극과 제 2 전극의 전도성 메시 사이에 형성되는 전기장 라인은 음 이온 비임을 포커싱하는 내측력을 제공한다. 다중의 이 같은 전극 쌍들은 다중 음 이온 비임 포커싱 구역을 제공한다. 바람직하게는, 두 개의 전극 이온 포커싱 섹션(360), 제 1의 3 개의 전극 이온 포커싱 섹션(370), 및 제 2의 세 개의 전극 이온 포커싱 섹션(380)이 음 이온 소스 다음 및 탠덤 가속기 전에 배치되고 및/또는 이온 비임 경로를 따라 약 0.5, 1, 또는 2 미터의 공간을 커버한다. 이온 비임 포커싱 시스템은 아래에서 추가로 설명된다.

도 3을 참조하면, 직결 가속기(390)는 바람직하게는 탄소 호일과 같은, 호일(395)을 포함한다. 음 이온 비임 경로(319) 내의 음 이온은 양자와 같은 양 이온으로 변환되고, 초기 이온 비임 경로(262)가 초래된다. 호일(395)은 바람직하게는 음 이온 비임 경로(319)를 가지는 호일(395)의 측부 상에 유지되도록 약 10^-5 torr과 같은, 고압 및 양자 이온 비임 경로(262)를 가지는 호일(390)의 측부 상에 유지되도록 약 10^-7 torr과 같은 저압이 제공되는 진공 튜브(320)의 에지에 직접 또는 간접적으로 밀봉된다. 진공 챔버(320)를 두 개의 압력 구역으로 물리적으로 분리하는 호일(395)를 가지는 경우, 유입 수소 및 이 수소의 잔류물이 제 1 부분 진공 시스템(330)에 의해 개별적으로 포함되고 격리된 공간으로 추출될 때 더 적은 및/또는 더 작은 펌프를 가지는 시스템이 싱크로트론(130) 내에 저압 시스템을 유지하는 것을 허용한다.

음 이온 소스

음 이온 소스(310)의 일 예가 본 명세서에서 추가로 설명된다. 지금부터 도 4를 참조하면, 전형적인 음 이온 소스 시스템(400)의 단면이 제공된다. 음 이온 비임(319)는 다중 스테이지에서 생성된다. 제 1 스테이지 동안, 수소 가스는 챔버 내로 주입된다. 제 2 스테이지 동안, 음 이온을 형성하도록 수소 가스에 대한 플라즈마를 형성하는, 제 1 고 전압 펄스의 인가에 의해 음 이온이 발생된다. 제 3 스테이지 동안, 자기장 필터가 플라즈마의 성분으로 적용된다. 제 4 스테이지 동안, 음 이온은 저온 플라즈마 구역으로부터 자기장 배리어 반대 측부 상에 제 2 고압 펄스의 인가에 의해 추출된다. 제 4 스테이지 각각이 아래에 추가로 설명된다. 챔버가 실린더의 단면으로 도시되었지만, 실린더는 단지 예시적이고 소정의 지오메트리가 아래에서 설명되는 바와 같이 자기 루프 제한 벽으로 적용된다.

제 1 스테이지에서, 수소 가스(440)는 유입 포트(312)를 통하여 고온 플라즈마 구역(490) 내로 주입된다. 주입 포트(312)는 진공 챔버(320) 요구조건을 유지하도록 진공 펌프 요구조건을 최소화하기 위해 약 1, 5, 또는 10 마이크로초 보다 작은 것과 같은, 짧은 시간 주기 동안 개방된다. 고온 플라즈마 구역은 부분 진공 시스템(330)에 의해 감소된 압력으로 유지된다. 수소 가스의 주입은 선택적으로 이미지 시스템(170) 정보 및 환자 위치설정 및 브레쓰 사이클에서의 주기와 같은, 환자 인터페이스 모듈(150) 정보에 반응하는 주 제어기(110)에 의해 제어된다.

제 2 스테이지에서, 고온 플라즈마 구역은 제 1 전극(422) 및 제 2 전극(424)을 가로질러 제 1 고압 펄스를 인가함으로써 생성된다. 예를 들면 5 kV 펄스는 제 2 전극(424)에 5 kV로 약 20 마이크로초동안 인가되고 제 1 전극(422)으로 약 0 kV가 인가된다. 챔버 내의 수소는 고온 플라즈마 구역(490)에서 붕괴되어 원자 수소(H⁰), 양자(H⁺), 전자(e^-), 및 수소 음이온(H^-)와 같은, 성분 부분이 된다. 고압 펄스의 일 예는 적어도 15 마이크로초의 기간 동안 적어도 4 킬로볼트의 펄스이다.

제 3 스테이지에서, 고온 플라즈마 구역(490)은 자기장(317)에 의해 또는 특정 실시예에서 자기장 배리어(430)에 의해 저온 플라즈마 구역(492)으로부터 적어도 부분적으로 분리된다. 고 에너지 전자는 자기장 배리어(430)를 통과하는 것을 제한한다. 이러한 방식으로, 자기장 배리어(430)는 음 이온 소스에서 존(A)과 존(B) 사이의 필터로서 작용한다. 바람직하게는, 자기 재료(316)의 일 예인, 중앙 자기 재료(410)는 고온 플라즈마 구역(490)의 중앙 축선을 따른 것과 같이, 고온 플라즈마 구역(490) 내에 배치된다. 바람직하게는, 제 1 전극(422) 및 제 2 전극(424)은 철과 같은 자기 재료로 이루어진다. 바람직하게는, 실린더 벽과 같은 고온 플라즈마 구역의 외벽(450)은 영구 자석, 철 재료 또는 철 기재 재료, 또는 페라이트 유전체 링 자석과 같은, 자기 재료로 이루어진다. 이러한 방식으로 자기장 루프는 중앙 자기 재료(410), 제 1 전극(422), 외부벽(450), 제 2 전극(424), 및 자기장 배리어(430)에 의해 생성된다. 다시, 자기장 배리어(430)는 고 에너지 전자가 자기장 배리어(430)를 통과하는 것을 제한한다. 저 에너지 전자는 저온 플라즈마 구역(492)에서 수소 음이온(H-)을 생성하도록, 원자 수소(H⁰)와 상호작용한다.

제 4 단계에서, 제 2 고압 펄스 또는 추출 펄스는 제 3 전극(426)에 인가된다. 제 2 고압 펄스는 제 1 고압 펄스의 인가의 나중 기간 동안 우선적으로 인가된다. 예를 들면, 약 25kV의 추출 펄스는 약 20 마이크로초의 제 1 생성 펄스의 약 마지막 5마이크로초 동안 인가된다. 제 2 예에서, 추출 펄스의 타이밍은 약 1, 3, 5, 또는 10 마이크로초 동안과 같은, 제 1 고압 펄스의 기간이 중복된다. 제 3 전극(426)과 제 2 전극(424) 사이의 약 20 kV의 잠재적 차이는 저온 플라즈마 구역(492)로부터 음 이온(H^-)을 추출하고 존(B)로부터 존(C)로 음 이온 비임(319)이 시작한다.

자기장 배리어(430)는 다수의 방식으로 선택적으로 생성된다. 코일을 이용하여 자기장 배리어(430)의 생성의 일 예가 제공된다. 이러한 예에서, 도 4와 관련하여 위에서 설명된 요소는 수 개의 차이가 유지된다. 첫째, 자기장은 코일을 이용하여 생성된다. 절연 재료는 바람직하게는 제 1 전극(422)와 실린더 벽(450) 사이 뿐만 아니라 제 2 전극(424)과 실린더 벽(450) 사이에 제공된다. 중앙 재료(410) 및/또는 실린더 벽(450)은 선택적으로 금속이다. 이러한 방식으로, 코일은 제 1 전극(422), 절연 재료, 외부벽(450), 제 2 전극(424), 자기장 배리어(430), 및 중앙 재료(410)를 통하여 자기장 루프를 생성한다. 필수적으로, 자기 재료(410)에 의한 자기장의 형성 대신 코일이 자기장을 발생한다. 자기장 배리어(430)는 상술된 바와 같이 작동된다. 일반적으로, 고온 플라즈마 구역(490)과 저온 플라즈마 구역(492) 사이에 자기장 배리어(430)을 형성하는 소정의 방식은 본 명세서에서 설명된 바와 같이 이온 비임 추출 시스템(400)으로 기능적으로 적용가능하다.

이온 비임 포커싱 시스템

지금부터 도 5를 참조하면, 이온 비임 포커싱 시스템(350)이 추가로 설명된다. 이러한 예에서, 3개의 전극이 이용된다. 이러한 예에서, 제 1 전극(510) 및 제 3 전극(530)은 둘다 음으로 하전되고 각각 음 이온 비임 경로(319)를 원주방향으로 둘러싸거나 적어도 부분적으로 둘러싸는 링 전극이다. 제 2 전극(520)은 양으로 하전되고 또한 음 이온 비임 경로는 적어도 부분적으로 그리고 바람직하게는 실질적으로 원주방향으로 둘러싸는 링 전극이다. 또한, 제 2 전극은 음 이온 비임 경로(319)를 통하여 형성되는 하나 또는 둘 이상의 전도성 경로(372)를 포함한다. 예를 들면, 전도성 경로는 와이어 메쉬, 전도성 그리드, 또는 제 2 전극을 가로질러 형성되는 일련의 실질적으로 평행한 전도성 라인이다. 이용 중, 전기장 라인은 양으로 하전된 전극의 전도성 경로로부터 음으로 하전된 전극으로 형성된다. 예를 들면, 이용 중, 전기장 라인(540)은 음으로 하전된 전극(510, 530)으로 음 이온 비임 경로(319) 내의 전도성 경로(372)로부터 형성된다. 음 이온 비임 경로의 두 개의 레이 추적 라인(550, 560)은 포커싱력을 설명하기 위해 이용된다. 제 1 레이 추적 라인(550)에서, 음 이온 비임은 지점(M)에서 제 1 전기장 라인과 만난다. 음 이온 비임(550) 내의 음으로 하전된 이온은 x-축선 성분 벡터(571)로 도시된, 전기장 라인(572) 까지 형성되는 힘과 만난다. x-축선 성분 힘 벡터(571)는 제 1 레이 추적 라인의 궤도를 지점(N)에서 제 2 전기장 라인과 만나는, 내측으로 포커싱된 벡터(552)로 변경한다. 다시, 음 이온 비임(552)은 내측으로 포커싱된 벡터(552)를 더 많은 내측으로 포커싱된 벡터(554)로 변경하는, X-축선 성분(573)을 가지는 내향력 벡터를 가지는 것으로 도시된, 전기장 라인(574) 까지 형성되는 힘과 만난다. 유사하게, 제 2 레이 추적 라인(560)에서, 음 이온 비임은 지점(O)에서 제 1 전기장 라인과 만난다. 음 이온 비임 내의 음으로 하전된 이온은 x-축선 력(575)을 구비한 힘 벡터를 가지는 것으로 도시된, 전기장 라인(576)까지 형성되는 힘과 만난다. 내향력 벡터(575)는 제 2 레이 추적 라인(560)의 궤도를 지점(P)에서 제 2 전기장 라인과 만나는 내측으로 포커싱된 벡터(562)로 변경한다. 다시, 음 이온 비임은 내측으로 포커싱된 벡터(562)를 더 많이 내측으로 포커싱된 벡터(564)로 변경하는, x-축선 성분(577)을 구비한 힘 벡터를 가지는 것으로 도시된다. 최종 결과는 음 이온 비임 상의 포커싱 효과이다. 힘 벡터들(572, 574, 576, 578) 각각은 선택적으로 음 이온 비임 경로의 3차원 포커싱을 초래하는 x 및/또는 y 힘 벡터 성분을 가진다. 당연히, 힘 벡터는 사실상 예시적이고, 다수의 전기장 라인이 만나서, 포커싱 효과가 통합 포커싱을 초래하는 각각의 마주침에서 관측된다. 이러한 예는 포커싱 효과를 설명하기 위해 이용된다.

도 5를 참조하면, 모든 다른 전극이 주어진 포커싱 섹션에서 양 또는 음으로 하전되는 음 이온 비임 경로를 포커싱하기 위해, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 또는 9개의 전극과 같이, 선택적으로 소정의 개수의 전극이 이용된다. 예를 들면, 3개의 포커싱 섹션이 선택적으로 이용된다. 한 쌍의 전극이 이용되며, 여기서 제 1 이온 포커싱 섹션(360)에서, 음 이온 비임 경로를 따라 만나는 제 1 전극이 음으로 하전되고 제 2 전극이 양으로 하전되어 음 이온 비임 경로의 포커싱을 초래한다. 제 2 이온 포커싱 섹션(370)에서, 두 쌍의 전극이 이용되며, 여기에서 음으로 하전된 이온 비임 경로(319)를 통하여 형성되는 전도성 메쉬를 구비한 통상의 양으로 하전된 전극이 이용된다. 따라서, 제 2 이온 포커싱 섹션(370)에서, 음 이온 비임 경로를 따라 만나는 제 1 전극은 음으로 하전되고 제 2 전극은 양으로 하전되어, 음 이온 비임 경로의 포커싱을 초래한다. 또한, 음 이온 비임 경로를 따라 이동하는, 제 2 이온 포커싱 섹션에서, 제 2 포커싱 효과는 제 2의 양으로 하전된 전극과 제 3의 음으로 하전된 전극 사이에서 관측된다. 이러한 예에서, 다시 3개의 전극을 가지는 제 3 이온 포커싱 섹션(380)이 이용되고, 제 3 이온 포커싱 섹션은 후술되는 바와 같이 제 2 이온 포커싱 섹션의 방식으로 작용한다.

지금부터 도 6을 참조하면, 이온 비임 포커싱 시스템(350) 내의 전극의 중앙 구역이 추가로 설명된다. 지금부터 도 6a를 참조하면, 음으로 하전된 링 전극(510)의 중앙 구역은 바람직하게는 전도성 재료가 없다. 지금부터 도 6b 내지 도 6d를 참조하면, 양으로 하전된 전극 링(520)의 중앙 구역은 바람직하게는 전도성 경로(372)를 포함한다. 바람직하게는, 전도성 경로(372) 또는 양으로 하전된 전극 링(520) 내의 전도성 재료는 영역의 1, 2, 5, 또는 10 퍼센트를 차단하고, 더욱 바람직하게는 음 이온 비임 경로(319)의 단면적의 약 5 퍼센트를 차단한다. 지금부터 도 6b를 참조하면, 하나의 선택은 전도성 메쉬이다. 지금부터 도 6b를 참조하면, 제 2 옵션은 음 이온 비임 경로(319)의 일 부분을 둘러싸는 양으로 하전된 전극 링(520)을 가로질러 실질적으로 병렬로 형성되는 일련의 전도성 라인(620)이다. 지금부터 도 6d를 참조하면, 제 3 옵션은 재료를 통하여 펀칭되는 홀을 구비한 음 이온 비임 경로의 단면적 모두를 덮는 호일(630) 및 금속 층을 가지는 것이며, 여기서 홀은 호일의 면적의 약 90 내지 99 퍼센트 및 더욱 바람직하게는 약 95퍼센트를 차지한다. 더욱 일반적으로, 한 쌍의 전극(510, 520)은 음 이온 비임(319) 내의 이온이 후술되는 바와 같이 전기장 라인을 통하여 이동할 때 음 이온 비임(319)으로 포커싱 힘 벡터를 제공하는 전기장 라인을 제공하도록 구성된다.

제 1 단면 직경(d₁)을 가지는 두 개의 전극 음 비임 이온 포커싱 시스템의 예에서, 음 이온은 제 2 단면 직경(d₂)로 포커싱되고, 여기서 d₁>d₂이다. 유사하게, 제 1 이온 비임 단면 직경(d₁)을 가지는 3개의 전극 음 비임 이온 포커싱 시스템의 예에서, 음 이온은 제 3 음 이온 비임 단면 지경(d₃)으로 제 3 전극 시스템을 이용하여 포커싱되고, 여기서 d₁>d₂이다. 전극 상의 동일한 전위에 대해, 3개의 전극 시스템은 두 개의 전극 시스템에 비해 더 조밀하고 더 강한 포커싱을 제공한다(d₃<d2).

다중-전극 이온 비임 포커싱 시스템의 아래 제공된 예에서, 전극은 링이다. 더욱 일반적으로, 전극은 음 이온 비임(319) 내의 이온이 아래에서 설명되는 바와 같이, 전기장 라인을 통하여 이동할 때 음 이온 비임으로 포커싱 힘 벡터를 제공하는 전기장 라인을 제공하기에 충분한 소정의 지오메트리이다. 예를 들면, 하나의 음의 링 전극은 선택적으로 음 이온 비임 탐침의 단면적의 외부 영역 주위에 2, 3, 4, 6, 8, 10개 또는 그 이상의 전극과 같은, 다수의 음으로 하전된 전극에 의해 대체된다. 일반적으로, 더 많은 전극이 더 빠르거나 더 높은 에너지 비임을 수렴 또는 발산하기 위해 요구된다.

또 다른 실시예에서, 상기 예에서 전극의 극성을 반대로 함으로써, 음 이온 비임이 발산하도록 한다. 따라서, 음 이온 비임 경로(319)는 전극 쌍들의 조합을 이용하여 선택적으로 포커싱 및/또는 확대된다. 예를 들면, 음 이온 비임 경로를 가로질러 메쉬를 가지는 전극이 음으로 된 경우, 이어서 음 이온 비임 경로는 디포커싱(defocus)된다. 여기서, 전극 쌍들의 조합은 제 1 쌍이 포커싱을 위한 양으로 하전된 메쉬를 포함하고 디포커싱을 위해 음으로 하전된 메쉬를 포함하는 것과 같이, 음 이온 비임 경로를 포커싱 및 디포커싱하기 위해 이용된다.

탠덤 가속기( Tandem Accelerator )

지금부터 도 7을 참조하면, 직결 가속기(390)가 추가로 설명된다. 탠덤 가속기는 일련의 전극(710, 711, 712, 713, 714, 715)을 이용하여 이온을 가속한다. 예를 들면, 음 이온 비임 경로에서, H^-와 같은, 음 이온은 음 이온 비임 소스(310)의 추출 전극(426), 또는 제 3 전극(426)의 전압에 대해 점차적으로 더 높은 전압을 가지는 일련의 전극을 이용하여 가속된다. 예를 들면, 직결 가속기(390)는 선택적으로 탠덤 가속기(390)의 추출 전극(426)의 25 kV로부터 호일(395) 근처의 약 525 kV의 범위의 전극을 가진다. 호일(395)을 통과할 때, 방정식 1을 따라, 음 이온(H^-)은 두 개의 전자를 잃어버려 양자(H⁺)를 형성한다.

H^- → H⁺ + 2e^- (방정식 1)

양자는 다수의 추가 전극(713, 714, 715)에서 적절한 전압을 이용하여 탠덤 가속기에서 추가로 가속된다. 양자는 이어서 아래에서 설명되는 바와 같이 싱크로트론(130) 내로 주입된다.

도 7을 참조하면, 탠덤 가속기(390) 내의 호일(395)이 추가로 설명된다. 호일(395)은 바람직하게는 두께가 약 30 내지 200 옹스트롬의 매우 얇은 탄소 박막이다. 호일 두께는 (1) 이온 비임을 차단하지 않고, (2) 양자 비임 경로(262)를 형성하도록 전자를 이송하여 양자를 생산하는 것을 허용하도록 설계된다. 호일(395)은 바람직하게는 지지 그리드와 같이, 지지 층(720)과 실질적으로 접촉한다. 지지 층(720)은 진공 차단 요소를 형성하도록 조합하기 위하여 호일(395)에 기계적 세기를 제공한다. 호일(395)은 질소, 이산화탄소, 수소, 및 다른 가스가 통과하는 것을 차단하여, 진공 배리어로서 작용한다. 일 실시예에서, 호일(395)은 바람직하게는 음 이온 비임 경로(319)를 가지는 호일(395)의 측부 상에 유지되도록 약 10^-5 torr와 같은, 더 높은 압력 및 양자 이온 비임 경로(262)를 가지는 호일(395)의 측부 상에 유지되도록, 약 10^-7 torr와 같은, 낮은 압력을 제공하는 진공 튜브(320)의 에지에 직접적으로 또는 간접적으로 밀봉된다. 진공 챔버(320)를 두 개의 압력 구역으로 물리적으로 분리하는 호일(395)를 가짐으로써 유입 수소 및 이의 잔류물이 제 1 부분 진공 시스템(330)에 의해 별도로 포함되고 격리된 공간으로 추출될 때 더 적은 및/또는 더 작은 펌프를 가지는 진공 시스템이 싱크로트론(130) 내에 낮은 압력 시스템을 유지하는 것을 허용한다. 호일(395) 및 지지 층(720)은 바람직하게는 부착 스크류(740)로 벽으로 압축된 금속, 플라스틱, 또는 세라믹 링(730)과 같은, 소정의 기계적 수단을 이용하여 압력 배리어를 형성하도록 탠덤 가속기(390)의 구조물(750) 또는 진공 튜브(320)로 부착된다. 호일(395)로 두 개의 진공 챔버 측부를 분리 및 밀봉하기 위한 소정의 기계적 수단은 이러한 시스템에 동일하게 적용가능하다. 지금부터 도 7b 및 도 7c를 참조하면, 지지 구조물(720) 및 호일(395)은 x-, y- 평면에서 개별적으로 볼 수 있다.

지금부터 도 8을 참조하면, 하전 입자 비임 시스템(100)의 이용의 또 다른 전형적인 방법이 제공된다. 주 제어기(110), 또는 하나 또는 둘 이상의 부-제어기는 환자의 종양으로 양자를 정확하고 정밀하게 전달하기 위한 하나 또는 둘 이상의 부시스템을 제어한다. 예를 들면, 주 제어기는 브레쓰할 때, 브레쓰하는 방법을 표시하는 메시지를 환자에게 보낸다. 주 제어기(110)는 온도 브레쓰 센서 또는 브리딩 사이클에서 대상이 어디에 있는가를 표시하는 힘 판독과 같은 환자 인터페이스 모듈로부터 센서 판독을 얻는다. 브레쓰 사이클에서 재생산가능하고 특정된 지점에서 조정되는 경우, 주 제어기는 이미징 시스템(170)으로부터 신체 및/또는 종양의 일 부분과 같은 이미지를 수집한다. 주 제어기(110)는 또한 환자 인터페이스 모듈(150)로부터 위치 및/또는 타이밍 정보를 얻는다. 주 제어기(110)는 이어서 음 이온 비임 소스(310) 내로 수소 가스를 주입하도록 주입 시스템(120)을 제어하고 음 이온 비임 소스(310)로부터 음 이온의 추출의 타이밍을 제어한다. 선택적으로, 주 제어기는 이온 비임 포커싱 렌즈 시스템(350)을 이용한 이온 비임 포커싱, 탠덤 가속기(390)로 양자 비임의 가속, 및/또는 싱크로트론(130) 내로 양자의 주입을 제어한다. 싱크로트론은 통상적으로 적어도 하나의 가속기 시스템(132) 및 추출 시스템(134)을 포함한다. 싱크로트론은 바람직하게는 선택적으로 주 제어기(110)에 의한 제어하에 있는, 전환 자석 및 에지 포커싱 자석 중 하나 또는 둘 이상을 포함한다. 메인 제어기는 바람직하게는 속도, 궤도, 및/또는 양자 비임의 타이밍을 제어함으로써와 같이, 가속기 시스템 내의 양자 비임을 제어한다. 주 제어기는 이어서 추출 시스템(134)을 통하여 가속기로부터 양자 비임의 추출을 제어한다. 예를 들면, 제어기는 추출된 비임의 타이밍, 에너지, 및/또는 강도를 제어한다. 주 제어기(110)는 또한 타겟팅/전달 시스템(140)을 통하여 환자 인터페이스 모듈(150)로 양자 비임의 타겟팅을 제어한다. 환자의 수직 위치, 환자의 회전 위치, 및 환자 의자 위치설정/안정화/부동화/제어 요소와 같은 환자 인터페이스 모듈(150)의 하나 또는 둘 이상의 부품은 바람직하게는 주 제어기(110)에 의해 제어된다. 또한, 디스플레이 시스템(160)의 디스플레이 요소는 바람직하게는 주 제어기(110)를 경유하여 제어된다. 디스플레이 스크린과 같은 디스플레이는 통상적으로 하나 또는 둘 이상의 조작자 및/또는 하나 또는 둘 이상의 환자에게 제공된다. 일 실시예에서, 주 제어기(110)는 모든 시스템으로부터 양자 비임의 전달 시간을 조절하여, 양자가 최적 치료 방식으로 환자의 종양으로 전달되도록 한다.

싱크로트론

여기서 용어 싱크로트론은 순환 경로에서 하전 입자 비임을 유지하는 시스템을 지칭하도록 이용되고; 그러나 에너지, 강도 및 추출 제어의 사이클로트론의 본래의 제한에도 불구하고 사이클로트론이 선택적으로 이용된다. 또한, 하전 입자 비임은 본 명세서에서 싱크로트론의 중앙 지점에 대한 원형 경로를 따라 순환하는것으로 본 명세서에서 설명한다. 순환 경로는 선택적으로 궤도 경로로서 지칭되지만, 궤도 경로는 완벽한 원형 또는 타원형을 지칭하지 않고, 차라리 중앙 지점 또는 구역(280) 둘레의 양자의 순환을 지칭한다.

순환 시스템

지금부터 도 9를 참조하면, 싱크로트론(130)은 바람직하게는 직선형 섹션(910)과 이온 비임 전환 섹션(920)의 조합을 포함한다. 따라서, 양자의 원형 경로는 싱크로트론 내에서 원형이 아니며, 차라리 라운드형 코너를 구비한 다각형이다.

하나의 전형적인 실시예에서, 가속기 시스템으로서도 지칭되는, 싱크로트론(130)은 4개의 직선형 요소 및 4개의 전환 섹션을 가진다. 직선 섹션(910)의 예는 인플렉터(240), 가속기(270), 추출 시스템(290) 및 편향기(292)를 포함한다. 4개의 직선형 섹션을 따라 4개의 이온 비임 전환 섹션(920)이 제공되며, 이는 또한 자석 섹션 또는 전환 섹션으로서 지칭된다. 전환 섹션이 아래에서 추가로 설명된다.

도 9를 참조하면, 전형적인 싱크로트론이 도시된다. 이러한 예에서, 초기 양자 비임 경로(262)를 따라 전달된 양자는 인플렉터(inflector; 240)로 순환 비임 경로 내로 굴곡되고 가속 후 편향기(292)를 경유하여 비임 운반 경로(268)로 추출된다. 이러한 예에서, 싱크로트론(130)은 4개의 직선형 부분(910) 및 4개의 굽힘 또는 전환 섹션(920)을 포함하며 4개의 전환 섹션 각각은 약 90도로 양자 비임이 전환하도록 하나 또는 둘 이상의 자석을 이용한다. 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 전환 섹션을 근접하게 이격하고 효과적으로 양자 비임을 전환하는 능력은 더 짧은 직선형 섹션을 초래한다. 더 짧은 직선형 섹션은 싱크로트론의 순환하는 비임 경로에서 포커싱 4극자의 이용 없이 싱크로트론 설계를 위해 허용한다. 순환하는 양자 비임 경로로부터의 포커싱 4극자의 제거는 더욱 간결한 설계를 초래한다. 이러한 예에서, 도시된 싱크로트론은 약 5 미터 직경 대 8 미터 및 순환하는 양자 비임 경로에서의 4극자 포커싱 자석을 이용하여 시스템을 위한 더 큰 단면적 직경을 가진다.

지금부터 도 10을 참조하면, 제 1 굽힘 또는 전환 섹션(920)의 부가 설명이 제공된다. 각각의 전환 섹션은 바람직하게는 2, 4, 6, 8, 10, 또는 12개의 자석과 같은, 다중 자석을 포함한다. 이러한 예에서, 제 1 전환 섹션(920)에서 4개의 전환 자석(1010, 1020, 1030, 1040)은 중요 원리를 설명하기 위해 이용되며, 이러한 중요 원리는 전환 섹션(920)에서의 자석의 개수와 관계없이 동일하다. 전환 자석(1010, 1020, 1030, 1040)은 특별한 타입의 주 굽힘 또는 순환 자석(250)이다.

물리적으로, 로렌츠 힘은 전자기장에 의한 점 전하 상의 힘이다. 로렌츠 힘은 전기장 항(term)이 포함되지 않은 자기장의 항의 방정식 2에 의해 주어진다.

F=q(v X B) (방정식 2)

방정식 2에서, F는 뉴턴의 힘이고; q는 쿨롱의 전기 전하이고; B는 테슬라의 자기장이고; 그리고 v는 초 당 미터의 입자의 순간 속도이다.

지금부터, 도 11을 참조하면, 단일 자석 굽힘 또는 전환 섹션(1010)의 일 예가 확대된다. 전환 섹션은 양자가 관통하여 순환하는 갭(1110)을 포함한다. 갭(1110)은 바람직하게는 평평한 갭이어서, 전기장이 더욱 균일하고, 규칙적이고 그리고 강한 갭(1110)을 가로지르는 것을 허용한다. 자기장은 갭(1110)으로 들어가서 자기장 입사 표면을 통하여 자기장 방출 표면을 통하여 갭(1110)으로부터 나온다. 갭(1110)은 두 개의 자석 반부 사이의 진공 튜브 내에 형성된다. 갭(1110)은 적어도 두 개의 매개변수로 제어된다: (1) 갭(1110)은 양자의 손실을 최소화하도록 가능한 크게 유지되고 (2) 갭(1110)은 자석 크기 및 자석 전원의 관련된 크기 및 전력 요구를 최소화하도록 가능한 작게 유지한다. 평평한 특성의 갭(1110)은 갭(1110)을 가로질러 압축되고 더욱 균일한 자기장을 허용한다. 갭 크기의 일 예는 약 5 내지 6 cm의 수평 비임 크기를 가진 약 2 cm의 수직 양자 비임 크기를 수용하도록 한다.

위에서 설명된 바와 같이, 더 큰 갭 크기는 더 큰 전원을 요구한다. 예를 들면, 갭(1110)의 수직 크기가 두 배가 되는 경우, 이에 의해 전원 요구는 약 4배 만큼 증가한다. 갭(1110)의 평탄성은 또한 중요하다. 예를 들면, 갭(1110)의 평평한 성질은 약 250 내지 약 330 MeV의 추출된 양자의 에너지로 증가된다. 더욱 특별하게는, 갭(1110)이 매우 평평한 표면인 경우, 이에 의해 철 자석의 자기장의 한계에 도달가능하다. 갭(1110)의 평평한 표면의 전형적인 정밀도는 약 5 미크론 보다 작은 폴리쉬(polish)이고 바람직하게는 약 1 내지 3 미크론의 폴리쉬를 구비한다. 표면에서의 비평탄성은 적용된 자기장에서의 불완전성을 초래한다. 폴리싱된 평평한 표면은 적용된 자기장의 불균일성을 덮는다.

도 11을 참조하면, 하전 입자 비임은 순간 속도(v)로 갭(1110)을 통하여 이동한다. 제 1 자기성 코일(1120) 및 제 2 자기성 코일(1130)은 각각 갭(1110)의 위 및 아래로 형성된다. 코일(1120, 1130)을 통하여 흐르는 전류는 자기장(B)을 초래하고, 단일 자석 전환 섹션(1010)을 통하여 흐른다. 이러한 예에서, 자기장(B)은 상방으로 형성되어, 하전 입자 비임을 싱크로트론의 중앙 지점을 향하여 내측으로 가압하는 힘을 초래하여, 하전 입자 비임을 아크 내에서 전환한다.

도 11을 참조하면, 광학 제 2 자석 굽힘 또는 전환 섹션(1020)의 일 부분이 도시된다. 코일(1120, 1130)은 통상적으로 제 1 자석 전환 섹션(1010)의 단부에서아 같은 자석의 단부에서 복귀 요소(1140, 1150), 또는 전환부(turn)를 가진다. 전환부(1140, 1150)가 발생된다. 공간은 전환 자석에 의해 커버되는 싱크로트론의 하나의 궤도에 대한 경로의 퍼센티지를 감소한다. 이는 양자가 전환되고 및/또는 포커싱되는 순환 경로의 양자를 초래하고 양자 경로가 디포커싱되는 순환 경로에서의 양자를 위해 허용한다. 따라서, 공간은 더 큰 싱크로트론을 초래한다. 따라서, 자석 전환 섹션(1160)들 사이의 공간은 바람직하게는 최소화된다. 제 2 전환 자석은 코일(1120, 1130)이 2, 3, 4, 5, 6개, 또는 그 이상의 자석과 같은 복수의 자석을 따라 선택적으로 형성되는 것을 설명하기 위해 이용된다. 다중 코일 섹션 자석을 가로질러 형성되는 코일(1120, 1130)은 두 개의 전환 섹션 자석이 전환부의 입체적 제한의 제거에 의해 서로 더 근접하게 공간적으로 위치되는 것을 허용하여, 두 개의 전환 섹션 자석들 사이의 공간(1160)을 감소시키고 및/또는 최소화한다.

지금부터 도 12 및 도 13을 참조하면, 단일 자석 굽힘 또는 전환 섹션(1010)의 두 개의 예시적인 90도 회전된 단면이 제시된다. 자석 조립체는 제 1 자석(1210) 및 제 2 자석(1220)을 가진다. 아래에서 설명된, 코일에 의해 유도된 자기장은 갭(1110)을 가로질러 제 1 자석(1210)과 제 2 자석(1220) 사이에 형성된다. 복귀 자기장은 제 1 요크(yoke; 1212) 및 제 2 요크(1222)를 통하여 형성된다. 복귀 요크의 조합된 단면적은 개략적으로 제 1 자석(1210) 또는 제 2 자석(1220)의 단면적이 된다. 하전 입자는 갭(1110) 내의 진공 튜브를 통하여 흐른다. 도시된 바와 같이, 양자는 갭(1110)을 통하여 도 12 내로 흐르고 벡터(B)로서 도시된 자기장은 힘(F)을 양자로 인가하여 양자를 도 12의 오른쪽으로 페이지 외부인 싱크로트론의 중앙을 향하여 가압한다. 자기장은 권선부를 이용하여 생성된다. 제 1 코일은 개별 권선부를 위한 와이어의 단면을 대표적으로 나타내도록 도 12의 채워진 영역으로서 도시되고 도 13에서 권선 코일로서 도시된 제 1 권선 코일(1250)을 구성한다. 제 2 권선 코일(160)을 구성하는 제 2 코일의 와이어는 유사하게 도시되어 나타난다. 공기 갭과 같은 격리 또는 집중 갭(1230, 1240)은 갭(1110)으로부터 철 기재 요크를 격리한다. 갭(1110)은 아래에서 설명되는 바와 같이, 갭(1110)을 가로질러 균일한 자기장을 형성하도록 개략적으로 평평하다.

도 13을 참조하면, 단일 굽힘 또는 전환 자석의 단부들은 바람직하게는 베벨형(bevel)이다. 전환 자석(1010)의 거의 수직한 또는 직각의 에지는 점선(1374, 1384)으로 표시된다. 점선(1374, 1384)은 싱크로트론(280)의 중앙을 넘어 지점(1390)에서 교차한다. 바람직하게는, 전환 자석의 에지는 전환 자석(1010) 및 중앙(280)의 에지로부터 진행되는 제 1 라인(1372, 1382) 및 전환 자석 및 교차 지점(1390)의 동일한 에지로부터 진행되는 제 2 라인(1374, 1384)에 의해 형성된 각도 알파(α) 및 베타(β)에서 베벨형이다. 각도 알파는 효과를 설명하기 위해 이용되고 각도 알파의 설명은 각도 베타에 적용되지만, 각도 알파는 선택적으로 각도 베타와 상이하다. 각도 알파는 에지 포커싱 효과를 제공한다. 각도 알파에서 전환 자석(1010)의 에지를 베벨형으로 함으로써 양자 비임이 포커싱된다.

다중 전환 자석은 각각 싱크로트론(130) 내의 에지 포커싱 효과를 가지는 다중 자석 에지를 제공한다. 단지 하나의 전환 자석이 이용되는 경우, 이에 의해 비임은 단지 각도 알파에 대해 한번 포커싱되거나 각도 알파 및 각도 베타에 대해 두번 포커싱된다. 그러나, 더 작은 전환 자석을 이용함으로써, 더 많은 전환 자석이 싱크로트론(130)의 전환 섹션(920) 내로 조립된다. 예를 들면, 4개의 자석이 싱크로트론의 전환 섹션(920)에서 이용되는 경우 이에 의해 단일 전환 섹션에 대해 자석 당 두 개의 에지 8개의 가능한 에지 포커싱 효과 표면이 있다. 8개의 포커싱 표면은 더 작은 갭의 이용을 허용하는, 더 작은 단면 비임 크기를 형성한다.

전환 자석에서의 다중 에지 포커싱 효과의 이용은 작은 갭(1110) 뿐만 아니라, 더 작은 자석 및 더 작은 전원의 이용을 초래한다. 각각의 전환 섹션이 4개의 전환 자석을 가지고 각각의 전환 자석이 두 개의 포커싱 에지를 가지는 4개의 전환 섹션(920)을 가지는 싱크로트론(130)에 대해, 총 32개의 포커싱 에지가 싱크로트론(130)의 순환 경로 내의 양자의 각각의 궤도에 대해 존재한다. 유사하게, 2, 6, 또는 8개의 자석이 주어진 전환 섹션에서 이용되는 경우, 또는 2, 3, 5, 또는 6의 전환 섹션이 이용되는 경우, 이에 의해 에지 포커싱 표면의 개수가 방정식 3에 따라 확대 또는 수축된다.

(방정식 3)

여기서 TFE는 총 포커싱 에지의 개수이고, NTS는 전환 섹션의 개수이고, M은 자석의 개수이고, FE는 포커싱 에지의 개수이다. 자연적으로, 모든 자석이 베벨형이 되는 것이 필요한 것이 아니고 동일한 자석이 선택적으로 단지 하나의 에지 상에서 베벨형이 된다.

발명가는 다중의 더 작은 자석이 더 적은 큰 자석에 대해 유익하다는 결정을 하였다. 예를 들면, 16개의 작은 자석의 이용은 32개의 포커싱 에지를 형성하는 반면, 4개의 큰 자석의 이용은 단지 8개의 포커싱 에지를 형성한다. 더 많은 포커싱 에지를 가지는 싱크로트론의 이용은 포커싱하는 4극자 자석의 이용 없이 제조된 싱크로트론의 순환 경로를 초래한다. 모든 종래 기술의 싱크로트론은 싱크로트론의 순환 경로에서 4극자를 이용한다. 또한, 순환 경로에서 4극자의 이용은 싱크로트론의 순환 경로에서의 4극자의 이용을 필요로 한다. 따라서, 싱크로트론의 순환하는 경로에서의 4극자의 이용은 더 큰 직경, 더 큰 순환 비임 경로 길이, 및/또는 더 큰 환경을 가지는 싱크로트론을 초래한다.

여기서 설명된 시스템의 다양한 실시예에서, 싱크로트론은 아래의 소정의 조합을 가진다:

● 4개의 전환 섹션을 가지는 싱크로트론에서 하전 입자 비임의 전환의 90도 당 적어도 4개 및 바람직하게는 6, 8, 10개, 또는 그 이상의 에지 포커싱 에지;

● 싱크로트론 내의 하전 입자 비임의 궤도 당 적어도 약 16개 및 바람직하게는 24, 32개, 또는 그 이상의 에지 포커싱 에지;

● 전환 섹션 각각이 적어도 4개 및 바람직하게는 8개의 에지 포커싱 에지를 포함하는 단지 4개의 전환 섹션;

● 동일한 개수의 직선형 섹션 및 전환 섹션;

● 정확하게 4개의 전환 섹션;

● 전환 섹션 당 4개 이상의 포커싱 섹션;

● 싱크로트론의 순환하는 경로 내의 4극자 없음;

● 라운드형 코너의 직사각형 다각형 구성;

● 60 미터 보다 작은 원주;

● 60 미터 보다 작은 원주 및 32개의 에지 포커싱 표면; 및/또는

● 논(non)-4극자 자석이 에지 포커싱 에지를 포함하는, 싱크로트론의 원형 경로 당 약 8, 16, 24, 또는 32 개 중 어느 하나의 논(non)-4극자 자석.

평평한 갭 표면

갭 표면이 제 1 전환 자석(1010)에 대해 설명되었지만, 이 논의는 싱크로트론 내의 전환 자석 각각으로 적용된다. 유사하게, 갭(1110) 표면이 자기장 입사 표면(670)에 대해 설명되지만, 이 논의는 자기장 존재 표면(680)으로 선택적으로 인가된다.

도 12를 다시 참조하면, 제 1 자석(1210)의 입사 자기장 표면(1270)이 추가로 설명된다. 도 12는 스케일대로 작성한 것이 아니고 사실상 예시적이다. 입사표면(1270)의 마무리에서의 품질에 있어서 국부적 불완정성 또는 비균일성은 갭(1110)에 인가되는 자기장에서의 불균등성 또는 불완정성을 초래한다. 제 1 자석(1210)의 자기장 입사 표면(170) 및/또는 존재 표면(1280)은 바람직하게는 약 0 내지 3 미크론 마무리 폴리쉬내 또는 바람직하게는 약 10 미크론 마무리 폴리쉬 보다 적은 것과 같이 거의 평평하다. 매우 평평하게 됨으로써, 폴리싱된 표면은 갭(1110)에 걸친 인가된 자기장의 불균일성으로 덮힌다. 약 0, 1, 2, 4, 6, 8, 10, 15, 또는 20 미크론 마무리와 같은 매우 평평한 표면은 더 작은 갭 크기, 더 작은 인가된 자기장, 더 작은 전원, 및 양자 비임 단면적의 더 타이트한 제어를 허용한다.

지금부터 도 14a 및 도 14b를 참조하면, 무선-주파수(RF) 가속기 시스템과 같은, 가속기 시스템(270)이 추가로 설명된다. 가속기는 철 또는 페라이트 코일과 같은, 일련의 코일(1410 내지 1419)을 포함하며, 각각의 코일은 진공 시스템(320)의 원주위를 둘러싸고 코일을 통하여 양자 비임(264)이 싱크로트론(130) 내로 통과한다. 지금부터 도 14b를 참조하면, 제 1 코일(1410)이 추가로 설명된다. 표준 와이어(1430)의 루프는 제 1 코일(1410)에 대한 하나 이상의 회전을 완료한다. 루프는 마이크로회로(1420)에 부착된다. 도 14a를 다시 참조하면, 바람직하게는 주 제어기(110)에 연결되는 RF 신시사이저(1440)는 양자 비임 경로(264) 내의 양자의 순환의 기간에 동기화되는 저 전압 RF 신호를 제공한다. RF 신시사이저(1440), 마이크로회로(1420), 루프(1430), 및 코일(1410)은 조합되어 양자 비임 경로(264) 내의 양자로 가속 전압을 제공하도록 한다. 예를 들면, RF 신시사이저(1440)는 신호를 저 전압 RF 신호를 증폭하고 약 10 볼트와 같은, 가속 전압을 생성하는 마이크로회로(1420)로 송신한다. 단일 마이크로회로/루프/코일 조합을 위한 실제 가속 전압은 약 5, 10, 15,또는 20 볼트이지만, 바람직하게는 약 10 볼트이다. 바람직하게는, RF-증폭기 마이크로회로 및 가속 코일이 통합된다.

도 14a를 참조하면, 진공 튜브(320)를 둘러싸는 코일(1411 내지 1419)의 세트로서 도시된 바와 같이, 통합된 RF-증폭기 마이크로회로 및 도 14b에 제시된 가속 코일이 반복된다. 예를 들면, 주 제어기(130) 방향 하에서 RF-신시사이저(1440)는 RF-신호를 각각 코일(1410 내지 1419)로 연결되는 마이크로회로(1420 내지 1429)로 송신한다. 각각의 마이크로회로/루프/코일 조합은 각각 약 10 볼트와 같은 양자 가속 전압을 발생한다. 따라서, 한 세트의 5개의 코일 조합은 양자 가속에 대해 약 50 볼트를 생성한다. 바람직하게는, 약 5 내지 20 마이크로회로/루프/코일 조합이 이용되고 더욱 바람직하게는 약 9 또는 10 마이크로회로/루프/코일 조합이 가속기 시스템(270)에서 이용된다.

추가로 명백하게 설명하는 일 예로서, RF 신시사이저(1440)는 RF-신호를 싱크로트론(130)에 대한 양자의 순환의 주기와 동일한 주기로 한 세트의 마이크로회로/루프/ 코일 조합으로 송신하여, 양자 비임 경로(264)에서의 양자의 가속을 위해 약 100 볼트를 초래한다. 100 볼트는 저 에너지 양자 비임에 대해 약 1 MHz 내지 고 에너지 양자 비임에 대해 약 15 MHz와 같은, 주파수의 범위로 발생된다. RF-신호는 선택적으로 싱크로트론 순환 경로에 대한 양자의 순환의 주기의 정수 배로서 설정된다. 각각의 마이크로회로/루프/코일 조합은 가속 전압 및 주파수에 대해 선택적이고 독립적으로 제어된다.

각각의 마이크로회로/루프/코일 조합에서 RF-증폭기 마이크로회로 및 가속 코일의 통합은 3개의 상당한 장점을 초래한다. 첫 번째, 싱크로트론에 대해, 종래 기술은 가속 코일과 통합된 마이크로회로를 이용하지 않고 차리리 대응하는 세트의 코일로 전력을 제공하기 위해 한 세트의 긴 케이블을 이용한다. 긴 케이블은 고 주파수 RF 제어에 문제가 되는 임피던스/저항을 가진다. 결과적으로, 종래 기술의 시스템은 약 10 MHz 위와 같은, 고 주파수에서 작동가능하지 않다. 통합된 RF-증폭기 마이크로회로/가속 코일 시스템은 종래의 시스템에서 긴 케이블의 임피던스 및/또는 저항이 양자 가속에서 저급한 제어 또는 고장을 초래하는 약 10 MHz 위 및 심지어 15 MHz에서 작동가능하다. 두 번째, 저 주파수에서 작동하는 긴 케이블 시스템은 약 $50,000의 비용이 들고, 일체형 마이크로회로 시스템은 약 $1000의 비용이 들어, 긴 케이블 시스템이 50배 비싸다. 세 번째, RF-증폭기 시스템과 관련된 마이크로회로/루프/코일 조합은 간결하고 낮은 전력 소모 설계를 초래하여 위에서 설명된 바와 같이, 작은 공간에서 그리고 비용 효율적인 방식으로 양자 암 치료 시스템의 생산 및 이용을 허용한다.

지금부터 도 15를 참조하면, 일 예는 양자 펄스 전달의 전달 시간 및/또는 주기를 변화시키도록 피드백 루프(1500)를 이용하여 자기장 제어를 명확하게 하기 위해 이용된다. 하나의 케이스에서, 레스퍼레이션 센서(1510)는 대상의 브리딩 사이클을 감지한다. 레스퍼레이션 센서는 통상적으로 환자 인터페이스 모듈(150) 및/또는 주 제어기(110) 또는 주 제어기의 부 부품을 경유하여, 자기장 제어기(1520) 내의 알고리즘으로 정보를 송신한다. 알고리즘은 대상이 브레쓰의 마지막(bottom)과 같은, 브레쓰 사이클의 특별한 지점에 있을 때 예측 및/또는 측정한다. 자기장 센서(1530)는 싱크로트론(130)의 제 1 전환 자석(1010) 내와 같은, 주어진 자기장(1550)을 위한 자석 전원(1540)을 제어하는, 자기장 제어기로의 입력으로서 이용된다. 따라서 제어 피드백 루프는 선택된 에너지 레벨로 싱크로트론을 다이얼로 조정하고 브레쓰의 마지막과 같은, 시간에서 선택된 지점에서 원하는 에너지를 가진 양자를 전달하기 위해 이용된다. 더욱 특별하게는, 주 제어기는 추출과 조합된 싱크로트론 내로 주입하고 양자를 브레쓰 사이클에서 선택된 지점에서 종양으로 양자를 전달하는 방식으로 양자를 가속한다. 양자 비임의 강도는 또한 이러한 단계에서 주 제어기에 의해 선택가능하고 제어가능하다. 정정 코일에 대한 피드백 제어는 환자의 브레쓰 사이클에 연결되는 싱크로트론의 에너지 레벨의 급속한 선택을 허용한다. 이러한 시스템은 전류가 안정화되고 싱크로트론 전달이 고정된 주기로 초당 10 또는 20 사이클과 같은, 주기로 펄싱하는 시스템과 뚜렸하게 대비된다. 선택적으로, 피드 백 또는 자기장 설계는 추출 사이클이 환자의 변화하는 레스퍼레이션 속도와 일치하는 것을 허용한다.

종래의 추출 시스템은 자석이 사인파의 진폭 및 크기 모두에 대한 메모리를 가지고 있을 때 이러한 제어를 허용하지 않는다. 따라서, 종래의 시스템에서, 주파수를 변화하도록, 전류에서의 느린 변화가 이용되어야 한다. 그러나, 자기장 센서를 이용한 피드백 루프의 이용으로, 싱크로트론의 주파수 및 에너지 레벨가 신속하게 조정가능하다. 이러한 공정의 추가 보조는 추출 공정 동안 양자의 가속을 허용하는 신규한 추출 시스템의 이용이다.

환자의 위치 설정

지금부터 도 16을 참조하면, 환자는 바람직하게는 환자 인터페이스 모듈(150)의 환자 이동 및 회전 위치설정 시스템(1610) 상 또는 내에 위치된다. 환자 이동 및 환자 위치설정 시스템(1610)은 양자 비임이 후술되는 바와 같이 스캐닝 시스템(140) 또는 양자 타겟팅 시스템을 이용하여 종양을 스캐닝할 수 있는 존(zone) 내로 환자를 이동시키고 및/또는 환자를 회전시키기 위해 이용된다. 필수적으로, 환자 위치설정 시스템(1610)은 양자 비임 경로(268)의 중앙 근처에 종양을 배치하기 위해 환자의 큰 이동을 수행하고 양자 스캐닝 또는 타겟팅 시스템(140)은 종양(1620)을 타겟팅하는데 순간적인 비임 위치(265)의 미세한 이동을 수행한다. 설명하기 위해, 도 16a는 양자 스캐닝 또는 타겟팅 시스템(140)을 이용하여 스캔가능한 위치들(1640)의 범위 및 순간적인 양자 비임 위치(269)를 보여주는데, 여기에서 스캔가능한 위치들(1640)은 환자(1630)의 종양(1620)에 대한 것이다. 이러한 예에서, 스캔가능한 위치들은 x-및 y-축선을 따라 스캐닝되지만; 스캐닝은 후술되는 바와 같이 z-축선을 따라 선택적으로 동시에 수행된다. 이는 환자의 y-축선 이동이 약 1, 2, 3, 또는 4 피트의 조정과 같은, 신체의 스케일 상에 발생되며, 반면 양자 비임(268)의 스캔가능한 구역은 약 1, 2, 4, 6, 8, 10, 또는 12 인치의 구역과 같은, 신체의 일 부분을 커버한다. 환자 위치설정 시스템 및 이의 회전 및/또는 환자의 이동은 종양으로의 양자의 정밀하고 및/또는 정확한 전달을 형성하도록 양자 타켓팅 시스템과 조합한다.

도 16을 참조하면, 환자 위치설정 시스템(1610)은 디스크 또는 플랫포옴과 같은, 바닥 유닛(1612) 및 상부 유닛(1614)을 선택적으로 포함한다. 지금부터 도 16a을 참조하면, 환자 위치설정 유닛(1610)은 바람직하게는 양자 치료 비임(268)에 대한 환자의 수직 시프팅을 허용하도록 y-축선으로 조정가능(1616)하다. 바람직하게는, 환자 위치설정 유닛(1610)의 수직 운동은 분당 약 10, 20, 30, 또는 50 센티미터이다. 지금부터 도 16b를 참조하면, 환자 위치설정 유닛(1610)은 또한 바람직하게는 바닥 유닛(1612)의 중앙을 통하여 형성되는 y-축선을 중심으로 또는 종양(1620)을 통하여 형성되는 y-축선을 중심으로 하는 것과 같은, 회전 축선을 중심으로 회전가능(1617)하여, 양자 비임 경로(268)에 대한 환자의 회전 제어 및 위치설정을 허용하도록 한다. 바람직하게는, 환자 위치설정 유닛(1610)의 회전 운동은 분당 약 360도이다. 선택적으로, 환자 위치설정 유닛은 약 45, 90, 또는 180도를 회전한다. 선택적으로, 환자 위치설정 유닛(1610)은 분당 45, 90, 180, 360, 720, 또는 1080도의 속도로 회전한다. 위치설정 유닛(1617)의 회전은 두 개의 구별되는 시간(t₁ 및 t₂)에서 회전 축선을 중심으로 설명된다. 양자는 선택적으로 n 배로 종양(1620)으로 전달되며, 여기서 n 배의 각각은 회전 축선을 중심으로 환자(1617)의 회전에 의해 환자(1630)와 충돌하는 입사 양자 비임(269)의 상이한 상대적인 방향을 나타낸다.

후술되는 바와 같은 반-수직, 착석, 또는 눕힘 환자 위치설정 실시예들 중 어느 하나는 선택적으로 y-축선을 따라 이동가능하거나 회전 또는 y-축선을 중심으로 회전가능하다.

바람직하게는, 상부 및 바닥 유닛(1612, 1614)이 함께 움직여서, 상부 및 바닥 유닛이 동일한 속도로 회전하고 동일한 속도로 위치에서 이동한다. 선택적으로, 상부 및 바닥 유닛(1612, 1614)은 y-축선을 따라 독립적을 조정가능하여 상부와 바닥 유닛(1612, 1614) 사이의 거리에서의 차이를 허용하도록 한다. 상부 및 바닥 유닛(1612, 1614)을 이동시키기 위한 모터, 전원, 및 기계적 조립체는 바람직하게는 바닥 유닛(1612) 아래 및/또는 상부 유닛(1614) 위와 같은, 양자 비임 경로(269)의 외부에 위치된다. 이는 환자 위치설정 유닛(1610)이 바람직하게는 약 360도 회전가능하고 모터, 전원, 및 기계적 조립체가 양자 비임 경로(269) 내에 위치된 경우 양자와 간섭될 때 바람직하다.

양자 전달 효율

지금부터 도 17을 참조하면, X-레이 및 양자 조사 모두에 대한 상대적인 선량의 일반적인 분배가 제시된다. 도시된 바와 같이, X-레이는 목표가 된 조직의 표면 근처에 가장 높은 선량을 조사하고 이어서 조사된 선량은 조직 깊이의 함수로서 기하급수적으로 감소된다. 종양(1620)을 둘러싸는 연한 조직 층으로 과도한 손상이 일어날 때 표면 근처의 X-레이 에너지의 조사는 신체 내에 깊게 위치된 종양에 대해 비-이상적이며, 이는 통상적인 경우이다. 양자의 장점은 양자에 의해 횡단된 흡수기의 단위 경로 당 에너지 손실이 감소하는 입자 속도와 함께 증가할 때 양자가 운동 궤적(flight trajectory)의 마지막 근처의 양자의 에너지 대부분이 조사되어, 브래그 피크로서 본 명세서에서 지칭되는, 범위의 마지막 근처의 이온화에서의 급격한 최대치로 상승하게 된다. 더욱이, 양자의 운동 궤적이 양자의 초기 속도 또는 초기 운동 에너지를 증가 또는 감소시킴으로써 가변적이고, 이에 따라 최대 에너지에 대응하는 피크는 조직 내에서 가동된다. 따라서, 양자 투과 깊이의 z-축선 제어는 가속 공정에 의해 허용된다. 양자 선량-분배 특성의 결과로서, 방사선 암 전문의는 주변의 정상 조직으로의 선량을 최소화하면서 종양(1620)으로의 선량을 최적화할 수 있다.

브래그 피크 에너지 프로파일은 양자가 최대 투과 깊이까지 양자에 의해 투과되는 신체의 전체 길이를 가로질러 양자의 에너지를 전달하는 것을 보여준다. 결과적으로, 양자 비임이 종양과 충돌하기 전에 에너지가 브래그 피크 에너지 프로파일의 말단 부분에서 건강한 조직, 뼈, 및 다른 신체 구성으로 전달된다. 종양 전의 신체 내의 경로 길이가 짧을수록, 양자 전달 효율이 더 높아지며, 여기서 양자 전달 효율은 얼마나 많은 에너지가 환자의 건강한 부분에 대해 종양으로 전달되는가를 측정한다. 양자 전달 효율의 예는: (1) 비-종양 조직으로 전달되는 양자 에너지에 대한 종양으로 전달되는 양자 에너지의 비율; (2) 비-종양 조직 내의 양자 대 경로길이에서의 양자의 경로길이; 및/또는 (3) 건강한 신체 부분으로의 손상과 비교된 종양으로의 손상을 포함한다. 이러한 조치들 중 어느 하나는 선택적으로 신경 시스템 요소, 척추, 뇌, 눈, 심장, 또는 다른 기관과 같은 민감한 조직에 대한 손상에 의해 평가된다. 설명하기 위해, 환자가 치료 동안 y-축선을 중심으로 회전하는 눕힘 위치에 있는 환자를 위해, 심장 근처의 종양은 때때로 머리-대-심장 경로, 다리-대-심장 경로, 또는 히프-대-심장 경로를 통하여 작동되는 양자로 치료되며, 이는 양자가 모두 더 짧은 가슴-대-심장; 신체의 측면-대-심장, 또는 등-대-심장 경로를 통하여 모두 전달되는 착석 또는 반-수직 위치에 있는 환자에 비해 모두 비효율적이다. 특히, 눕힘 위치에 비해, 환자의 착석, 또는 반-수직 위치를 이용하여, 신체를 통하여 종양으로 더 짧은 경로길이가 높거나 향상된 양자 전달 효율을 초래하는 몸통 또는 머리에 위치된 조양으로 제공된다.

여기서 양자 전달 효율은 시간 효율 또는 싱크로트론 이용 효율로부터 개별적으로 분리되며, 이는 회전 입자 비임 장치가 종양 처리 작동 모드인, 시간의 분율인, 싱크로트론 이용 효율 또는 시간 효율로부터 개별적으로 설명된다.

깊이 타겟팅

지금부터 도 18a 내지 도 18e를 참조하면, 양자 비임의 x-축선 스캐닝이 도시되는 반면, 양자 비임의 z-축선 에너지가 종양(1620)의 일부분의 조사를 허용하도록 제어된 변화(1800)를 겪는다. 명료성을 위해, 수행되는 동시적 y-축선 스캐닝은 도시되지 않았다. 도 18a에서, 조사는 제 1 부분의 시작에서 순간적인 방사 비임 위치(29)로 시작한다. 지금부터 도 18b를 참조하면, 순간적인 방자 비임 위치는 제 1 부분의 단부에 있다. 중요하게는, 주어진 일 부분의 조사 동안, 방사 비임 에너지는 바람직하게는 계속적으로 제어되고 종양(1620) 앞의 티슈 질량 및 밀도에 따라 변화된다. 조직 밀도를 설명하기 위한 양자 비임 에너지의 변화는 이에 의해 비임 중단 지점, 또는 브래그 피크가 조직의 일 부분 내부에 남아 있도록 한다. 스캐닝 동안 또는 x-, y- 축선 스캐닝 동안 양자 비임의 변화가 가능하다. 도 18c, 도 18d, 및 도 18e는 제 2 부분의 중간, 제 3 부분을 통과하는 경로의 2/3, 및 주어진 방향으로부터 완성된 조사 후 각각에 있는 순간적인 양자 비임 위치를 보여준다. 이러한 접근을 이용하여, 종양(1620)으로, 지정된 종양의 부섹션으로, 또는 종양 층의 양자 조사 에너지의 제어되고, 정확하고 정밀한 전달이 달성된다. 건강한 조직으로 전달되는 양자 조사 에너지에 대해 종양으로 전달된 양자 조사 에너지의 비율로서 정의된 것으로서, 종양에 대한 양자 에너지의 축적(deposition)의 효율은 아래에서 추가로 설명된다.

다중-필드 조사

건강한 조직으로 전달된 양자 조사 에너지에 대한 종양(1620)으로 전달되는 양자 조사 에너지의 비율을 최대화함으로써 정의된 바와 같은, 종양(1620)에 대한 양자의 축적의 효율을 최대화하는 것이 바람직하다. 조사의 부-기간들 사이에서 약 90도로 신체를 회전시키는 것과 같이, 신체 내로 하나, 둘, 또는 세 개의 방향으로부터의 조사는 각각 하나, 둘, 또는 세 개의 건강한 조직 부피 내로 집중되는 브래그 피크의 말단 부분으로부터 양자 조사를 초래한다. 종양(1620)을 둘러싸는 건강한 부피 조직을 통하여 균일하게 브래그 피크의 말단 부분을 추가로 분배하는 것이 바람직하다.

다중-필드 조사는 복수의 유입 지점으로부터 신체 내로의 양자 비임 조사이다. 예를 들면, 환자(1630)는 회전하고 방사선 소스 지점이 일정하게 유지된다. 예를 들면, 환자(1630)는 360도를 통하여 회전되고 양자 치료는 강화된 양자 조사 효율을 형성하는 종양을 중심으로 원주방향으로 펼쳐지는 말단 조사를 초래하는 다수의 각도로부터 적용된다. 하나의 경우, 신체는 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 또는 35개의 위치보다 많게 회전되고 양자 조사는 각각의 회전 위치에 따라 발생된다. 환자의 회전은 바람직하게는 아래에서 설명되는, 환자 위치설정 시스템(1610) 및/또는 바닥 유닛(1612)을 이용하여 수행된다. 상대적으로 고정된 배향으로 전달 양자 비임(268)을 유지하면서 환자(1630)의 회전은 각각의 방향에 대한 새로운 시준기의 이용 없이 다중 방향으로부터 종양(1620)의 조사를 허용한다. 또한, 환자(1630)의 각각의 회전 위치에 대해 새로운 셋업이 요구되지 않을 때, 시스템은 환자의 재배치 또는 위치설정 없이 환자가 다중 방향으로부터 치료되는 것을 허용하여, 종양(1620)의 재생 시간을 최소화하여, 싱크로트론 효율을 증가시키고, 환자의 처리량을 증가시킨다.

환자는 선택적으로 바닥 유닛(1612) 상의 중앙에 위치되거나 종양(1620)이 선택적으로 바닥 유닛(1612)의 중앙에 위치된다. 환자가 바닥 유닛(1612)의 중앙에 위치되는 경우, 이에 의해 제 1 축선 제어 요소(142) 및 제 2 축선 제어 요소(144)가 종양(1620)의 회전 위치 변화의 중앙 축선으로부터의 벗어나는 것을 보상하도록 프로그래밍된다.

지금부터, 도 19a 내지 도 19e를 참조하면, 다중-필드 조사(1900)가 제시된다. 이러한 예에서, 5개의 환자 회전 위치가 도시되지만; 5개의 회전 위치는 신체가 각각의 위치에 따라 약 10도 회전하는, 약 36개의 회전 위치의 불연속 회전 위치이다. 지금부터 도 19a를 참조하면, 방사선 조사 비임 위치(269)의 범위는 제 1의 건강한 부피(1911)가 브래그 피크 에너지 조사 프로파일의 진입 또는 말단 부분에 의해 조사되는 양자 방사선 비임쪽의 환자(1630)로서 도시된, 제 1 신체 회전 위치로부터 도시된다. 지금부터 도 19b를 참조하면, 환자(1630)는 약 40도 회전하고 방사선 조사가 반복된다. 제 2 위치에서, 종양(1620)은 다시 소정의 크기의 방사선 에너지를 수용하고 제 2의 건강한 조직 부피(1912)가 브래그 피크 에너지의 더 작은 진입 또는 말단 부분을 수용한다. 지금부터 도 19c를 참조하면, 환자(1630)는 각각 모두 약 90, 130, 및 180도로 회전된다. 제 3, 제 4, 및 제 5 회전 위치 각각에 대해, 종양(1620)은 소정의 크기의 방사선 에너지를 수용하고, 제 3, 제 4, 및 제 5의 건강한 조직 부피(1913, 1914, 1915)는 각각 브래그 피크 에너지의 더 작은 진입 또는 말단 부분을 수용한다. 따라서, 양자 치료 동안 환자의 회전은 영역 1 내지 5(1911 내지 1915)로와 같이, 종양(1620)에 대해 분포되도록 전달된 양자 에너지의 말단 에너지의 분포를 초래하며, 반면 주어진 축선을 따라, 에너지의 적어도 약 75, 80, 85, 90, 또는 95 퍼센트가 종양(1620)으로 전달된다.

주어진 회전 위치에 대해, 종양의 모두 또는 일 부분이 조사된다. 예를 들면, 일 실시예에서, 종양(1620)의 말단 섹션 또는 말단 부분 만이 각각의 회전 위치에 따라 조사되며, 여기서, 말단 섹션은 양자 비임의 진입 지점으로부터 환자(1630) 내로의 가장 먼 섹션이다. 예를 들면, 환자(1630)가 양자 비임과 직면할 때 말단 섹션은 등 측부의 종양이고 환자(1630)가 양자 비임과 반대쪽에 있을 때 말단 섹션은 배 측부의 종양이다.

지금부터 도 20을 참조하면, 양자 소스가 정지되어 있고 환자(1630)이 회전되는, 다중-필드 조사(2000)의 제 2 예가 제시된다. 표시를 용이하게 하기 위해, 정지되어 있지만 스캐닝 양자 비임 경로(269)는 환자가 회전할 때 시간(t₁, t₂, t₃, ..., t_n, t_{n +1})에서, 가변 측부로부터 환자(1630)로 유입되는 것으로서 도시된다. 제 1시간(t₁)에서, 브래그 피크 프로파일의 말단부는 제 1의 건강한 조직 영역(2010)과 충돌한다. 환자는 회전하고 양자 비임 경로는 브래그 피크 프로파일의 말단부가 제 2의 건강한 조직 영역(2020)과 충돌하는 제 2 시간(t₂)에서 도시된다. 제 3 시간에서, 브래그 피크 프로파일의 말단부는 제 3의 건강한 조직 영역(2030)과 충돌한다. 이러한 회전 및 조사 공정은 n번 반복되고, 여기서 n은 4 보다 크고 바람직하게는 약 10, 20, 30, 100, 또는 300 보다 큰 양의 정수이다. 도시된 바와 같이, n^th의 건강한 조직 영역(2040)이 조사될 때 n^th 시간에서, 환자(1630)가 추가로 회전하는 경우, 스캐닝 양자 비임(269)은 척수 또는 눈과 같은 민감한 신체 구성(1650)과 충돌한다. 조사는 바람직하게는 민감한 신체 구성이 스캐닝 양자 비임(269) 경로로부터 회전할 때까지 중지된다. 민감한 신체 구성(1650)이 양자 비임 경로로부터 회전한 후 조사가 시간(t_{n +1})에서 다시시작하고 n_{th +1}의 건강한 조직 영역(2050)이 조사된다. 이러한 방식으로, 브래그 피크 프로파일은 항상 종양 내에 있으며, 브래그 피크 프로파일의 말단 구역은 종양(1620)을 중심으로 건강한 조직에 분배되며, 민감한 신체 구성(1650)은 최소의 양자 비임 방사선을 수용하거나 양자 비임 방사선을 수용하지 않는다.

하나의 다중-필드 방사선 예에서, 6 미터 보다 작은 싱크로트론 링 직경을 구비한 입자 치료 시스템은 아래의 성능을 가진다:

● 약 360도를 통한 환자의 회전;

● 약 0.1 내지 10초 내의 추출 조사;

● 약 100 밀리미터의 수직 스캔;

● 약 700 밀리미터의 수평 스캔;

● 조사 동안 약 30 내지 330 MeV/초의 비임 에너지 변화;

● 양자 비임 에너지 변화와 관계없이 양자 비임 강도 변화;

● 종양에서 약 2 내지 20 밀리미터의 양자 비임 포커싱;

● 환자(1630)로의 양자 전달을 시작하는 시간으로부터 측정된 바와 같은 약 1, 2, 4, 또는 6 분 보다 작게 종양의 다중-필드 조사 완료.

지금부터 도 21을 참조하면, 두 개의 다중-필드 방사선 조사 방법(2100)이 설명된다. 제 1 방법에서, 주 제어기(110)는 환자(1630)의 위치를 회전시키고(2110) 후속적으로 종양(1620)을 조사한다(2120). 공정은 다중-필드 방사선 조사 플랜이 완료될 때까지 반복된다. 제 2 방법에서, 주 제어기(110)는 다중-필드 조사 플랜이 완료될 때까지 환자(1630) 내의 종양(1620)을 동시에 회전시켜 조사한다(2130). 더욱 특별하게는, 환자(1630)가 회전하는 동안, 양자 비임 조사가 발생한다.

본 명세서에서 설명되는 양자 스폿 초점의 3차원 스캐닝 시스템은 회전/래스터 방법과 조합된다. 이 방법은 다수의 방법으로부터 층간 종양 방사선 조사를 포함한다. 주어진 방사선 조사 슬라이스 동안, 양자 비임 에너지는 브래그 피크에 의해 한정되고, 항상 종양 내부 및 조사된 슬라이스 내부에 있는, 비임 중단 지점에서 초래하도록 종양의 전방의 조직의 밀도에 따라 연속적으로 변화된다. 신규한 방법은 현존 방법에 비해 주변의 건강한 조직 상의 가능한 부작용을 동시에 상당히 감소시키면서 종양 레벨에서 최대 유효 선량을 달성하도록, 항상 본 명세서에서 다중-필드 조사로 지칭되는 다수의 방향으로부터의 조사를 허용한다. 필수적으로, 다중-필드 조사 시스템은 종양에 도달하지 않는 조직 깊이에서 선량-분포를 분배한다.

양자 비임 위치 제어

현재, 널리 알려진 방사선 치료계는 펜슬 비임 스캐닝 시스템을 이용하여 형성되는 선량 필드의 방법을 이용한다. 확실한 대조시, 선택적 스폿 스캐닝 시스템 또는 조직 부피 스캐닝 시스템이 이용된다. 조직 부피 스캐닝 시스템에서, 비싸지 않고 정밀한 스캐닝 시스템을 이용하여, 운반 및 분배의 측면에서 양자 비임이 제어된다. 스캐닝 시스템은 비임의 직경이 약 1/2, 1, 2, 또는 3 밀리미터의 스폿 초점으로 포커싱되는, 활성 시스템이다. 초점은 두 개의 축선 사이에서 이동하고 동시에 양자 비임의 인가된 에너지를 변경하여, 3차원의 초점을 효과적으로 변경한다. 이 시스템은 바람직하게는 종양으로 양자 전달의 중간의 개별 모멘트 또는 사이클을 발생하는, 신체의 상술된 회전과 조합되어 적용가능하다. 선택적으로, 상술된 시스템에 의한 신체의 회전은 종양으로의 양자 전달과 연속적으로 그리고 동시에 발생한다.

예를 들면, 스폿은 수평방향으로 이동하고, 수직한 y-축선 아래로 이동하고, 이어서 수평 축선을 따라 복귀한다. 이러한 예에서, 전류는 하나 이상의 자석을 가지는 수직 스캐닝 시스템을 제어하기 위해 이용된다. 인가된 전류는 양자 비임의 수직 편향을 제어하도록 수직 스캐닝 시스템의 자기장을 변경한다. 유사하게, 수평 스캐닝 자석 시스템은 양자 비임의 수평 편향을 제어한다. 각각의 축선을 따른 운반의 정도는 주어진 깊이에서 종양 단면과 일치하도록 제어된다. 깊이는 양자 비임의 에너지를 변경함으로써 제어된다. 예를 들면, 양자 비임 에너지가 감소되어, 새로운 투과 깊이를 형성하도록 하고, 스캐닝 공정이 수평 및 수직 축선을 따라 반복되어 종양의 새로운 단면적을 커버한다. 조합하면, 3개의 제어 축선은 악성 종양의 전체 부피에 대한 양자 비임 초점의 스캐닝 또는 이동을 허용한다. 각각의 스폿에서의 시간 및 각각의 스폿에 대한 신체내로의 방향은 종양의 외부에서 충돌하는 에너지를 분배하면서 악성 종양의 부피의 각각의 부-부피에서 원하는 방사선 선량을 생산하도록 제어된다.

포커싱 비임 스폿 부피 치수는 바람직하게는 약 0.5, 1, 또는 2 밀리미터의 직경으로 타이트하게 제어되지만, 선택적으로 직경이 수 개의 센티미터가 된다. 바람직한 설계는 (1) 약 100 mm 크기의 수직 크기 및 약 200 Hz 까지의 주파수; 및 (2) 약 700 mm 크기의 수평 크기 및 약 1 Hz 까지의 주파수로, 두 개의 방향으로의 스캐닝을 허용한다.

이러한 예에서, 조직 내로 z-축선을 따라 이동하는 양자의 거리는 양자의 운동 에너지에 의해 제어된다. 이러한 좌표 시스템은 임의적이고 예시적이다. 양자 비임의 실제 제어는 두 개의 자석 시스템을 이용하는 3차원 공간내에서 그리고 양자 비임의 운동 에너지를 제어함으로써 제어된다. 특히, 시스템은 고형 종향의 조사에서의 x-, y-, 및 z-축선의 동시 조정을 허용한다. 다시 설명하면, 범위 변형 휠과 같은, x-,y-평면을 따른 스캐닝 및 이후의 양자의 에너지를 조정하는 대신, 시스템은 z-축선을 따른 이동을 허용하고 반면 x-및 또는 y-축선을 동시에 조정한다. 따라서, 종양의 방사 부분(slice)이 아닌, 종양은 3차원 동시 차원으로 선택적으로 조사된다. 예를 들면, 종양은 3차원으로 종양의 외부 에지 둘레가 조사된다. 이어서 종양은 종양의 내부 섹션의 외부 에지 둘레가 조사된다. 이러한 공정은 전체 종양이 조사될 때까지 반복된다. 외부 에지 조사는 바람직하게는 수직한 y-축선과 같은, 대상의 동시 회전과 결합된다. 이러한 시스템은 건강한 조직으로 전달된 양자 조사 에너지에 대한 종양으로 전달된 양자 조사 에너지의 비율로서 정의된 바와 같은, 종양으로의 양자의 축적의 최대 효율을 위해 허용한다.

조합된 경우, 시스템은 낮은 전원을 구비한 작은 공간 내의 하전 입자 비임 시스템의 다중-축선 제어를 허용한다. 예를 들면, 시스템은 각각의 자석이 싱크로트론의 각각의 전환 섹션에서 적어도 에지 포커싱 효과를 가지는 다중 자석을 이용한다. 싱크로트론의 순환하는 비임 경로에서의 다중 에지 포커싱 효과는 아래의 것을 가지는 싱크로트론을 생산한다:

● 약 50 미터 보다 작은 것과 같은, 작은 주변 시스템;

● 약 2 cm의 수직 양자 비임 크기;

● 감소된 캡 크기와 관련된 대응하여 감소된 전원 요구; 및

● z-축선 에너지의 제어.

결과는 3차원 스캐닝 시스템, x-,y-, 및 z-축선 제어이고 z-축선 제어가 싱크로트론 내에 있으며, 여기서, z-축선 에너지가 싱크로트론 내부의 추출 공정 동안 가변적으로 제어된다.

3-차원 스캐닝 제어로 종양으로 양자를 지향하기 위해 이용된 양자 스캐닝 또는 타켓팅 시스템(140)의 일 예가 제공되고, 여기에서 3-차원 스캐닝 제어는 이에서 설명된 바와 같이, x-, y-, 및 z-축선을 따른다. 제 4의 제어가능한 축선은 시간이다. 제 5의 제어가능한 축선은 환자 회전이다. 수직 축선에 대해 대상의 회전과 조합된, 다중-필드 조명 공정은 종양의 아직 조사되지 않은 양자가 바람직하게는 신체 내로 양자 유입점으로부터 양자의 추가 거리에서 조사된다. 이는 브래그 피트에 의해 한정된 바와 같이, 양자 전달의 가장 큰 퍼센티지를 양자 내로 형성하고 주변 건강한 티슈로의 손상을 최소화한다.

이미징 /X- 레이 시스템

여기서, X-레이 시스템은 이미징 시스템을 설명하기 위해 이용된다.

타이밍

X-레이는 바람직하게는 두어 이유에 대해 양자 치료로 대상을 치료하기 (1) 바로 전 또는 (2) 동시에 흡수된다. 첫째는, 아래에서 설명되는 바와 같이, 신체의 이동은 다른 신체 구성에 대해 신체 내의 종양의 국부적 위치를 변화한다. 환자 또는 대상(1630)이 X-레이를 흡수하고 이어서 양자 처치실로 신체를 이동하는 경우, 종양으로의 양자 비임의 정확한 정렬이 문제가 된다. 하나 또는 둘 이상의 X-레이를 이용한 종양(1620)으로의 양자 비임의 정렬은 양자 전달 시 또는 양자 전달 바로 전 수초 또는 수분 내에 그리고 통상적으로 고정된 위치 또는 부분적인 부동 위치인, 환자가 치료하는 신체 위치 내로 배치된 후가 최상으로 수행된다. 두번째로, 환자 위치설정 후 X-레이 흡수는 종양 및/또는 내장 위치와 같은 목표 위치로의 양자 비임 정렬의 확인을 위해 이용된다.

환자 부동화

환자의 종양으로 양자 비임의 정확하고 정밀한 전달은 아래를 요구한다:

(1) 양자 비임의 위치설정 제어 및 (2) 환자의 위치설정 제어. 아래에서 설명되는 바와 같이, 양자 비임은 약 0.5, 1, 2 밀리미터의 직경으로 알고리즘 및 자기장을 이용하여 제어된다. 이러한 섹션은 환자 이동의 결과로서 건강한 조직을 둘러싸지 않고 엄격하게 제어된 양자 비임이 목표 종양과 효율적으로 충돌하는 것을 보장하기 위하여 환자의 부분 부동화, 제한, 및/또는 정렬을 다룬다.

여기서, x-,y-, 및 z-축선 좌표 시스템 및 회전 축선은 양자 비임에 대한 환자의 배향을 설명하기 위하여 이용된다. z-축선은 환자로의 양자 비임의 깊이와 같은, 양자 비임의 이동을 나타낸다. 양자 비임의 이동의 z-축선을 환자에서 아래로 볼 때, x-축선은 환자를 가로질러 좌측 또는 우측으로 이동하는 것을 나타내고 y-축선은 환자를 상방 또는 하방 운동을 나타낸다. 제 1 회전 축선은 y-축선에 대한 환자의 회전이고 여기서 회전 축선, 바닥 유닛(1612) 회전 축선, 또는 y-축선의 회전(1617)을 나타낸다. 또한, 틸팅(tilt)은 x-축선에 대한 회전이고, 요잉(yaw)은 y-축선에 대한 회전이며, 롤링(roll)은 z-축선에 대한 회전이다. 이러한 좌표 시스템에서, 양자 비임 경로(269)는 선택적으로 소정의 방향으로 형성된다. 도시된 것으로서, 처치실을 통하여 형성되는 양자 비임 경로는 처치실을 통하여 수평방향으로 형성되는 것으로서 도시된다.

이러한 섹션에서, 위치설정 시스템의 3개의 예가 제공된다: (1) 반-수직 부분 부동화 시스템(2200); (2) 착석 부분 부동화 시스템(2300); (3) 눕힘 위치(2400). 하나의 부동화 시스템에 대해 설명된 요소는 작은 변화를 가지고 다른 부동화 시스템으로 적용된다. 예를 들면, 헤드레스트, 머리 지지부, 또는 머리 제한기는 기울어진 위치에 대해 제 1 축선을 따라, 앉아 있는 위치에 대해 제 2 축선을 따라, 그리고 눕힘 위치에 대해 제 3 축선을 따라 조정될 것이다. 그러나, 헤드레스트 자체는 각각의 부동 위치에 대해 유사하다.

수직한 환자 위치 설정/부동

지금부터 도 22를 참조하면, 반-수직 환자 위치설정 시스템(2200)은 바람직하게는 몸통 내의 종양의 양자 치료와 관련하여 이용된다. 환자 위치설정 및/또는 부동화 시스템은 양자 비임 치료 동안 환자의 이동을 제어 및/또는 제한한다. 제 1의 부분적 부동화 시스템에서, 환자는 양자 비임 치료 시스템 내에서 반-수직 위치에 위치된다. 도시된 바와 같이, 환자는 환자의 머리로부터 발까지 형성되는 축선에 의해 형성된 바와 같이 X-축선으로부터 각도(α), 약 45도로 기울어진다. 더욱 일반적으로, 환자는 y-축선으로부터 0도의 수직 위치에 완전히 서 있거나, z-축선을 향하여 y-축선으로부터 약 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 또는 65도 기울어지는 반-수직 위치(α)로 서 있게 된다.

환자를 처치 위치로 유지하기 위해 이용되는 환자 위치설정 제한 수단(2215)은 시트 지지부(2220), 등 지지부(2230), 머리 지지부(2240), 팔 지지부(2250), 무릎 지지부(2260), 및 발 지지부(2270) 중 하나 또는 둘 이상을 포함한다. 제한 수단은 선택적으로 또는 독립적으로 강성이거나 반-강성이다. 반-강성 재료의 예는 고 또는 저 밀도 포옴 또는 점성-탄성 포옴을 포함한다. 예를 들면, 발 지지부는 바람직하게는 강성이고 등 지지부는 바람직하게는 고 밀도 포옴 재료와 같은 반-강성이다. 위치설정 제한 수단(2215) 중 하나 또는 둘 이상은 가동 및/또는 환자의 신속 위치설정 및/또는 부동화를 위한 컴퓨터 제어하에 있다. 예를 들면, 시트 지지부(2220)는 바람직하게는 y-축선인, 시트 조정 축선(2222)을 따라 조정가능하며, 등 지지부(2230)는 바람직하게는 y-축선 요소로 z-축선 운동에 의해 지배되는, 등 지지부 축선(2232)을 따라 조정가능하며; 머리 지지부(2240)는 바람직하게는 y-축선 요소로 z-축선 운동에 의해 지배되는, 머리 지지 축선(2242)을 따라 조정가능하고; 팔 지지부(2250)는 바람직하게는 y-축선 요소로 z-축선 운동에 의해 지배되는, 팔 지지 축선(2252)을 따라 조정가능하고; 무릎 지지부(2260)는 바람직하게는 y-축선 요소로 z-축선 운동에 의해 지배되는, 무릎 지지 축선(2262)을 따라 조정가능하고, 발 지지부(2270)는 바람직하게는 z-축선 요소로 y-축선 운동에 의해 지배되는, 발 지지 축선(2272)을 따라 조정가능하다.

환자가 유입되는 양자 비임과 직면하지 않는 경우, 이에 의해 축을 따른 지지 요소의 운동의 설명이 변화되지만, 부동 요소는 동일하다.

광학 카메라(2280)는 환자 부동화 시스템으로 이용된다. 카메라는 환자/대상물(1630)을 촬영하여 비디오 이미지를 생성한다. 이미지는 하전 입자 비임 시스템의 하나 또는 둘 이상의 조작자에게 제공되어, 조작자가 대상이 움직였는지 또는 양자 치료 처치 절차를 종결하는 것이 바람직한 것인지를 결정하기 위한 안전 메카니즘을 허용한다. 비디오 이미지를 기초로 하여, 조작자는 양자 치료술을 일시 중지하거나 또는 종결할 수 있다. 예를 들면, 조작자가 대상이 움직이는 비디오 이미지를 관찰하고, 이어서 조작자는 양자 치료술을 종렬하거나 일시 중시할 선택권을 가진다.

선택적 비디오 디스플레이 또는 디스플레이 모니터(2290)가 환자에게 제공된다. 비디오 디스플레이는 선택적으로 조작자 지시, 시스템 지시, 처치 상태, 또는 엔터테인먼트들 중 어느 하나를 환자에게 제공한다.

환자 위치설정 제한 수단(2215), 카메라(2280), 및/또는 비디오 디스플레이(2290)는 바람직하게는 양자 전달 경로(268) 또는 순간적 양자 스캐닝 경로(269) 위 및 아래 장착된다.

브레쓰 제어는 선택적으로 비디오 디스플레이를 이용함으로써 수행된다. 환자가 브레쓰할 때, 신체의 내부 및 외부 구조가 절대적인 면 및 상대적인 면에서 모두 움직인다. 예를 들면, 흉강의 외부 및 내장은 모두 브레쓰로 절대적으로 움직인다. 또한, 신체의 외부 구역, 뼈, 지지 구조, 또는 또 다른 장기와 같은, 또 다른 신체 구성에 대한 내장의 상대적인 위치가 각각의 브레쓰로 움직인다. 따라서, 더욱 정확하고 정밀한 종양 타겟팅을 위해, 양자 비임은 바람직하게는 내부 구조 또는 종양의 위치가 각각의 브레쓰의 바닥 또는 상부에서와 같이 잘 한정되는 때에 지점으로 전달되는 것이 바람직하다. 비디오 디스플레이는 환자의 브리딩 사이클과 양자 비임 전달을 조정하는 것을 도와주기 위해 이용된다. 예를 들면, 비디오 디스플레이는 브레쓰 중지 상태, 브레쓰 상태, 다음의 브레쓰 중지가 요구될 때를 표시하는 카운트다운, 또는 브레쓰를 다시 시작할 때까지의 카운트다운과 같은 명령을 환자에게 선택적으로 디스플레이한다.

착석 환자 위치설정/ 부동화

제 2 부분적 부동화 실시예에서, 환자는 부분적으로 착석 위치(2300)로 제한된다. 착석 제한 시스템은 시트 지지부가 의자로 대체되고 무릎 지지부가 요구되지 않는 것을 제외하고, 상술되는 바와 같이, 반-수직 위치설정 시스템에서의 지지 구조물에 유사한 지지 구조물을 이용한다. 착석 제한 시스템은 일반적으로 상술되는 반-수직 실시예에서 설명된 조정가능한 지지부, y-축선에 대한 회전, 카메라, 비디오, 및 브레쓰 제어 매개변수를 보유한다.

지금부터, 도 23을 참조하면, 착석한 환자 반-부동화 시스템(2300)의 특별한 예가 제공된다. 착석 시스템은 바람직하게는 머리 및/또는 목 종양의 처치를 위해 이용된다. 도시된 바와 같이, 환자는 입자 치료를 위해 의자(2310) 상의 착석 위치에 위치된다. 환자는 머리 지지부(2240), 등 지지부(2230), 손 지지부(2250), 무릎 지지부(2260), 및 발 지지부(2270) 중 어느 하나를 이용하여 추가로 부동화된다. 지지부(2220, 2230, 2240, 2250, 2260, 2270)은 도시된 바와 같이 각각의 조정 축선(2222, 2232, 2242, 2252, 2262, 2272)을 가지는 것이 바람직하다. 의자(2310)는 상이한 환자 제한 시스템의 이용을 허용하기 위해 용이하게 제거되거나 반-수직 시스템과 같은, 새로운 환자 위치로 컴퓨터 제어 하에서 적용된다.

눕힘 환자 위치설정/ 부동화

제 3 부분 부동화 실시예에서, 환자는 눕힘 위치에서 부분적으로 제한된다. 눕힘 제한 시스템(2400)은 상술된 바와 같은, 착석 위치설정 시스템(2300) 및 반-수직 위치설정 시스템(2200)에서 이용된 지지 구조물과 유사하다. 눕힘 위치에서, 선택적 제한, 지지, 또는 부분적 부동화 요소는 머리 지지부(2240) 및 등 지지부, 엉덩이, 및 어깨(2230) 지지부 중 하나 또는 둘 이상을 포함한다. 지지부들은 바람직하게는 환자의 눕힘 위치에 대해 적절하게 회전되는 각각의 조정 축선을 가진다. 눕힘 위치 제한 시스템은 일반적으로 상술되는 반-수직 실시예에서 설명된 조정가능한 지지부, y-축선에 대한 회전부, 카메라, 비디오, 및 브레쓰 제어 매개변수를 보유한다.

지금부터 도 24를 참조하면, 환자가 처치를 위해 요구되는 약 1 내지 3 분의 기간 동안 서 있기 어려운 것과 같이, 환자가 매우 아플 때, 부분적으로 지지되는 시스템에서 근육 긴장에 의한 환자의 약간의 움직임을 초래할 수 있다. 이러한 및 유사한 상황에서, 지지 테이블(2420) 상의 눕힘 위치에서의 환자의 치료가 우선적으로 이용된다. 지지 테이블은 환자의 중량의 대부분을 지지하기 위한 수평 플랫포옴을 가진다. 바람직하게는, 수평 플랫포옴은 처치 플랫포옴으로부터 분리가능하다. 눕는 위치설정 시스템(2400)에서, 환자는 수평 위치에서 신체의 중량을 지지하기 위해 실질적으로 수평한 부분을 가지는, 플랫포옴(2410) 상에 위치된다. 후술되는 바와 같이, 선택적 핸드 그립이 이용된다. 일 실시예에서, 플랫포옴(2410)은 기계적 정지 또는 록킹 요소(2430) 및 정합 키이 요소(2435)를 이용하여 테이블(2420)에 대해 부착되며 및/또는 환자(1630)는 배치 요소(2460)에 대해 정렬 또는 위치된다.

또한, 상부 다리 지지부(2444), 하부 다리 지지부(2440), 및/또는 팔 지지부(2450) 요소는 선택적으로 흉부의 종양 처치를 위한 양자 비임 경로(269)의 외부의 팔 또는 다리를 각각 상승시키도록 또는 팔 또는 다리 내의 종양의 처치를 위해 양자 비임 경로(269) 내로 팔 또는 다리를 이동하도록 부가된다. 이는 상술된 바와 같이, 양자 전달 효율을 증가시킨다. 다리 지지부(2440, 2444) 및 팔 지지부(2450)은 각각 선택적으로 지지 축선 또는 아크(2442, 2446, 2452)를 따라 조정가능하다. 하나 또는 둘 이상의 다리 지지 요소는 후술되는 바와 같이 선택적으로 양자 비임 경로(269) 내로 다리를 위치시키도록 또는 양자 비임 경로(269)로부터 레그를 제거하도록 아크를 따라 조정가능하다. 팔 지지 요소는 바람직하게는 후술된 바와 같이 양자 비임 경로(269) 내로 팔을 위치설정하도록 또는 양자 비임 경로(269)로부터 팔을 제거하도록 아크를 따라 하나 이상의 팔 조정 축선을 따라 조정가능하다.

바람직하게는, 환자는 양자 비임 경로(268)의 외부 영역 또는 룸 내의 플랫포옴(2410) 상에 위치되고 처치실 또는 양자 비임 경로 영역 내로 움직이거나 슬라이딩된다. 예를 들면, 환자는 플랫포옴이고 테이블상에서 분리 및 위치설정 가능한 수송 침대, 여기서 수송 침대의 상부 상에서 처치실 내로 이동한다. 플랫포옴은 바람직하게는 수송 침대 또는 침대가 테이블 상으로 상승될 필요가 없도록 테이블 상으로 슬라이딩된다.

반-수직 환자 위치설정 시스템(2200) 및 착석 환자 위치설정 시스템(2300)은 바람직하게는 효율에 의해 머리 또는 몸통 내에 종양의 치료를 하기 위해 이용된다. 반-수직 환자 위치설정 시스템(2200), 착석 환자 위치설정 시스템(2300), 및 눕힘 환자 위치설정 시스템(2400)은 환자의 사지 내의 종양의 치료를 위해 모두 사용가능하다.

지지 시스템 요소

위치설정 제한 수단(2215)은 반-수직 위치설정 시스템(2200), 착석 위치설정 시스템(2300), 및 눕힘 위치설정 시스템(2400)에서 설명된 바와 같이, 환자를 위치설정하기 위해 이용되는 모든 요소를 포함한다. 바람직하게는, 위치설정 제한 수단 또는 지지 시스템 요소는 입자 비임 경로(269)를 방해하거나 중복되지 않는 위치에서 정렬된다. 그러나, 소정의 경우, 위치설정 제한 수단은 환자의 처치의 적어도 일 부분의 시간 동안 양자 비임 경로(269) 내에 있다. 예를 들면, 위치설정 제한 요소는 환자가 처치 동안 y-축선을 중심으로 회전되는 기간의 부분 동안 양자 비임 경로(269)에 머무를 수 있다. 위치설정 제한 수단 또는 지지 시스템 요소가 양자 비임 경로 내에 있는 경우 또는 기간 동안, 이에 의해 양자 비임 에너지의 상방 조정이 바람직하게는 적용되어, 양자 비임의 위치설정 제한 요소 임피던스를 오프셋하도록 양자 비임 에너지가 증가한다. 하나의 경우에서, 양자 비임 에너지는 위치설정 제한 시스템 요소의 기준 스캔 또는 y-축선을 중심으로 회전의 함수로서 위치설정 제한 요소의 기준 스캔의 세트 동안 결정된 위치설정 제한 요소 임피던스의 개별적 측정에 의해 증가된다.

명료성을 위해, 위치설정 제한 수단(2215) 또는 지지 시스템 요소는 여기서 반-수직 위치설정 시스템(2200)에 대해 설명되지만; 위치설정 요소 및 사실적 x-, y-,및 z-축선은 소정의 조합 시스템을 착석 위치설정 시스템(2300), 또는 눕힘 위치설정 시스템(2400)으로 맞추기 위해 조정가능하다.

머리 지지 시스템의 일 예는 사람 머리의 운동을 지지, 정렬, 및/또는 제한하기 위해 설명된다. 머리 지지 시스템은 바람직하게는 머리 뒤쪽 지지부, 머리 오른쪽 정렬 요소, 및 머리 왼쪽 정렬 요소 중 어느 하나를 포함한다. 머리 뒤쪽 지지 요소는 바람직하게는 머리를 맞추기 하기 위해 만곡되고, 선택적으로 z-축선을 따르는 것과 같은 머리 지지 축선을 따라 조정가능하다. 또한, 다른 환자 위치설정 구속과 같은, 머리 지지부는 바람직하게는 저 또는 고 밀도 포옴과 같은, 반-강성 재료로 제조되고, 플라스틱 또는 가죽과 같은 선택적 덮개를 가진다. 머리 오른쪽 정렬 요소 및 머리 왼쪽 정렬 요소 또는 머리 정렬 요소는 머리의 반-제한 운동에 또는 머리를 완전히 부동화하기 위해 주로 이용된다. 머리 정렬 요소는 바람직하게는 패드가 부착되고 평평하지만, 선택적으로 머리의 측부와 맞추기 위한 곡률 반경을 가진다. 우측 및 좌측 머리 정렬 요소는 바람직하게는 각각 머리의 측부들과 접촉하기 위해 이동 축선을 따라 가동된다. 양자 치료 동안 머리의 제한적 이동은 머리 또는 목 내의 종양을 타켓팅 및 치료할 때 중요하다. 머리 정렬 요소 및 머리 뒤쪽 지지 요소는 틸팅, 회전 또는 요잉, 롤링 및/또는 x-,y-,및 z-축선 좌표계에서 머리의 위치를 제한하기 위해 조합된다.

지금부터 도 25를 참조하면, 머리 지지 시스템(2500)의 또 다른 예는 머리 또는 목 내의 고형 조양의 양자 치료 동안 사람 머리(1602)의 운동을 위치설정 및/또는 제한하기 위해 설명된다. 이러한 시스템에서, 머리는 바람직하게는 머리 뒤쪽 지지 요소(2510)로 연결되거나 변위가능하게 연결되는, 1,2,3,4, 또는 그 이상의 스트랩 또는 벨트를 이용하여 제한되다. 도시된 예에서, 제 1 스트랩(2520)은 주로 z-축선을 따른 작동과 같이, 전방을 머리 지지 요소(2510)로 당겨지거나 위치설정된다. 바람직하게는 제 2 스트랩(2530)은 머리가 틸팅, 요잉, 롤링 또는 x-, y-, 및 z-축선 좌표계 상의 병진 이동식으로 이동을 방지하도록 제 1 스트랩(2520)과 관련하여 작동한다. 제 2 스트랩(2530)은 바람직하게는 (1) 이마(2532)에서 또는 이마에 대해; (2) 머리(2534)의 어느 한 측부 또는 양측부 상; 및/또는 (3) 지지 요소(2510)에서 또는 지지 요소(2510)에 대해 제 1 스트랩(2520)에 부착되거나 변위가능하게 부착된다. 제 3 스트랩(2540)은 바람직하게는 주로 z-축선을 따른 작동에 의해 지지 요소(2510)에 대해 대상의 아래턱을 배향한다. 제 4 스트랩(2550)은 바람직하게는 머리 지지 요소(2510) 및/또는 양자 비임 경로에 대해 아래턱을 유지하도록 주로 y-및 z-축선을 따라 작동한다. 제 3(2540) 스트랩은 바람직하게는 환자의 아래턱(2542)에서 또는 아래턱(2542)을 중심으로 이용 동안 제 4 스트랩(2550)으로 부착되거나 변위가능하게 부착된다. 제 2 스트랩(2530)은 지지 요소(2510)에서 또는 지지 요소에 대해 제 4 스트랩(2550)으로 선택적으로 연결된다(2536). 4개의 스트랩(2520, 2530, 2540, 2550)은 경로 및 상호연결부에서 설명된다. 스트랩들 중 어느 하나도 선택적으로 머리 둘레의 상이한 경로를 따라 머리를 선택적으로 유지하고 분리된 방식으로 서로를 연결한다. 당연히, 주어진 스트랩은 바람직하게는 단지 머리의 일 측부 상이 아니라 머리의 둘레로 작동한다. 스트랩들(2520, 2530, 2540, 및 2550) 중 어느 하나도 선택적으로 독립적으로 또는 조합하여 그리고 다른 스트랩과 치환되어 이용된다. 스트랩은 선택적으로 머리 지지 요소(2510)와 같은, 지지 요소를 경유하여 서로 직접 연결된다. 스트랩은 선택적으로 후크 및 루프 기술, 버클, 또는 패스너를 이용하여 머리 지지 요소(2510)로 부착된다. 일반적으로, 스트랩은 위치, 머리의 앞뒤 이동, 머리의 측부 이동, 틸팅, 요잉, 롤링, 및/또는 머리의 이동 위치를 제어하도록 조합된다.

스트랩은 바람직하게는 양자 전달에 대한 알려진 임피던스이어서 z-축선을 따른 피크 에너지 방출의 계산이 계산되도록 한다. 예를 들면, 브래그 피크 에너지의 조정은 양자 전달에 대한 스트랩의 느려지는 경향을 기초로하여 이루어진다.

지금부터 도 26을 참조하면, 머리 지지 시스템(2240)의 또 다른 예가 설명된다. 머리 지지부(2240)는 바람직하게는 표준 또는 어린이 크기의 머리에 맞추도록 만곡된다. 머리 지지부(2240)는 머리 지지 축선(2242)을 따라 선택적으로 조정가능하다. 또한, 다른 환자 위치설정 제한 수단과 같이, 머리 지지부는 바람직하게는 저 또는 고 밀도 포옴과 같은, 반-강성 재료로 제조되고 플라스틱 또는 고무와 같은, 선택적 덮개를 가진다.

상술된 머리 지지부, 머리 위치설정, 및 머리 부동화 시스템의 요소는 선택적으로 개별적으로 또는 조합하여 이용된다.

도 26을 참조하면, 팔 지지부(2250)의 일 예가 추가로 설명된다. 팔 지지부는 바람직하게는 환자의 손(1634)으로 좌측 및 우측 핸드 그립(2610, 2620)을 파지하는 환자(1630)의 동작을 통하여 환자(1630)의 상체와 정렬하기 위해 이용되는 좌측 핸드 그립(2610) 및 우측 핸드 그립(2620)을 가진다. 좌측 및 우측 핸드 그립(2610, 2620)은 바람직하게는 환자의 팔의 질량을 지지하는 팔 지지부(2250)로 연결된다. 좌측 및 우측 핸드 그립(2610, 2620)은 바람직하게는 반-강성 재료를 이용하여 제조된다. 좌측 및 우측 핸드 그립(2610, 2620)은 선택적으로 정렬을 보조하도록 환자의 손에 대해 형성된다. 좌측 및 우측 핸드 그립은 선택적으로 상술되는 바와 같이 전극을 가진다.

등 지지부의 일 예가 추가로 설명된다. 등 지지부는 바람직하게는 환자의 등을 지지하고 환자의 몸통의 측부상을 감싸지도록 만곡된다. 등 지지부는 바람직하게는 두 개의 강성-지지 부분, 우측부 및 좌측부를 가진다. 또한, 등 지지부는 상단부 및 바닥 단부를 가진다. 좌측부 및 우측부의 상단부들 사이의 제 1 거리는 바람직하게는 환자의 등의 상부를 맞추기 위해 조정가능하다. 좌측부 및 우측부의 바닥 단부들 사이의 제 2 거리는 바람직하게는 환자의 등의 하부 부분을 독립적으로 맞추기 위해 조정가능하다.

무릎 지지부의 일 예가 추가로 설명된다. 무릎 지지부는 바람직하게는 선택적으로 연결되거나 개별적으로 가동되는 좌측 무릎 지지부 및 우측 무릎 지지부를 가진다. 좌측 및 우측 무릎 지지부 모두 바람직하게는 표준 크기의 무릎으로 맞추기 위해 만곡된다. 좌측 무릎 지지부는 선택적으로 좌측 무릎 지지 축선을 따라 조정가능하고 우측 무릎 지지부는 우측 무릎 지지 축선을 따라 선택적으로 조정가능하다. 선택적으로, 좌측 및 우측 무릎 지지부는 무릎 지지 축선을 따라 연결되고 가동된다. 다른 환자 위치설정 제한 수단과 같이 좌측 및 우측 무릎 지지부 모두 바람직하게는 저 또는 고 밀도 포옴과 같은, 반-강성 재료로 제조되며, 플라스틱 또는 가죽과 같은 선택적 덮개를 가진다.

환자 브리딩 모니터링

바람직하게는, 환자의 브리딩 패턴이 모니터링된다. 대상 또는 환자(1630)가 브리딩할 때 신체의 많은 부분이 각각의 브레쓰로 움직인다. 예를 들면, 대상이 브리딩할 때 폐가 움직이고 상대적인 위치의 위, 신장, 간, 가슴 근육, 피부, 심장, 및 폐와 같은, 신체 내의 장기도 움직인다. 일반적으로, 몸통의 대 부분 또는 모든 부분은 각각의 브레쓰로 움직인다. 실제로, 발명가는 각각의 브레쓰로 몸통의 운동에 부가하여 다양한 운동이 또한 각각의 브레쓰로 머리 및 팔다리에서 존재한다는 것을 인정하였다. 양자가 우선적으로 종양으로 전달되고 주변조직으로 전달되지 않을 때 운동은 신체로 양자 선량의 전달로 고려되어야 한다. 운동은 따라서 종양이 비임 경로에 대해 머무르는 곳에서 애매하게 된다. 이러한 문제를 부분적으로 극복하도록, 양자는 우선적으로 일련의 브리딩 사이클의 각각의 동일한 지점에 전달된다.

초기에, 대상의 브리딩의 주기적인 패턴이 결정된다. 사이클은 관측되거나 측정된다. 예를 들면, X-레이 비임 조작자 또는 양자 비임 조작자는 대상이 브리딩할 때 또는 브레쓰들 사이에 있을 때를 관측할 수 있어 각각의 브레쓰의 주어진 기간으로 양자의 전달시를 관측할 수 있다. 선택적으로, 대상이 숨을 들이 마시고, 숨을 내쉬고, 및/또는 숨을 참도록 지시하고 양자는 명령 기간 동안 전달된다.

바람직하게는, 하나 또는 둘 이상의 센서가 개인의 브리딩 사이클을 결정하기 위해 이용된다. 레스퍼레이션 모니터링 시스템의 두 개의 예가 제공된다: (1) 열 모니터링 시스템 및 (2) 힘 모니터링 시스템.

다시 도 25를 참조하면, 열 브레쓰 모니터링 시스템의 제 1 예가 제공된다. 열 브레쓰 모니터링 시스템에서, 센서는 환자의 코 및/또는 입에 배치된다. 환자의 턱이 선택적으로 제한될 때, 위에서 설명된 바와 같이, 열 브레쓰 모니터링 시스템은 바람직하게는 환자의 코로 숨을 내쉬는 경로에 배치된다. 양자 치료와 열 센서 시스템 부품의 공간적 간섭을 회피하도록, 열 브레쓰 모니터링 시스템은 몸통 또는 팔다리에있는 종양을 처리할 때와 같이, 바람직하게는 종양의 치료가 머리 또는 목에 위치되지 않을 때 이용된다. 열 모니터링 시스템에서, 제 1 열 저항체(2570)는 환자의 브리딩 모니터링 사이클 및/또는 환자의 브리딩 사이클에서의 위치를 모니터링하기 위해 이용된다. 바람직하게는, 제 1 열 저항체(2570)는 환자의 코에 배치되어, 제 1 열 저항체(2570) 상으로 환자의 코를 통하여 숨을 내쉬는 환자가 숨을 내쉬는 것을 표시하여 제 1 열 저항체(2570)를 따뜻하게 하여 숨을 내쉬는 것을 표시한다. 바람직하게는, 제 2 열 저항체(2560)는 주위 온도 센서로서 작동한다. 제 2 열 저항체(2560)는 바람직하게는 환자의 숨을 내쉬는 경로 외부에 배치되지만 제 1 열 저항체(2570)와 동일한 국부적인 룸(room) 환경에 배치된다. 열 저항체(2570, 2560)으로부터의 전류와 같은, 발생된 신호는 바람직하게는 전압으로 변환되어 주 제어기(110) 또는 주 제어기의 부-제어기와 소통된다. 바람직하게는, 제 2 열 저항체(2560)는 환자의 브리딩 사이클의 더욱 정확한 기록을 생성하도록 열 저항체(2570, 2560)의 값들 사이의 차이를 계산함으로써와 같은, 제 1 열 저항체(2570)의 신호의 부분인 환경적 온도 등락을 조정하기 위해 이용된다.

다시 도 23을 참조하면, 모니터링 시스템의 제 2 예가 제공된다. 힘 브레쓰 모니터링 시스템의 일 예에서, 센서가 몸통에 배치된다. 예를 들면, 힘 계측기는 환자의 가슴에 변위가능하게 배치된다. 힘 센서 시스템 부품과 양자 치료의 공간적 간섭을 회피하도록, 힘 브레쓰 모니터링 시스템은 바람직하게는 머리, 목, 또는 팔다리 내에 위치된 종양을 처리할 때 이용된다. 힘 모니터링 시스템에서, 벨트 또는 스트랩(2350)은 환자의 각각의 브리딩 사이클에 따라 팽창 및 수축하는 환자의 몸통의 영역 둘레에 배치된다. 벨트(2350)는 바람직하게는 환자의 가슴에 대해 꽉 조이고 가요적이다. 힘 계측기(2352)는 벨트에 부착되고 환자 브레쓰 패턴을 감지한다. 힘 계측기(2352)로 인가된 힘은 브리딩 사이클의 기간과 관련된다. 힘 계측기(2352)로부터의 신호는 바람직하게는 주 제어기(110) 또는 주 제어기의 부-제어기와 소통된다.

레스퍼레이션 제어

일 실시예에서, 환자가 위치되고 대상의 브리딩(breathing) 또는 레스퍼레이션 사이클의 주기적 패턴이 결정될 때, 신호는 브리딩 주기를 더욱 정밀하게 제어하도록 디스플레이 모니터(2290)를 경유하는 것과 같이 선택적으로 환자에게 전달된다. 예를 들면, 디스플레이 스크린(2290)은 환자의 전방에 배치되고 메시지 또는 신호가 환자의 브레쓰(breath)를 참을 때 및 브리드(breathe)할 때 대상으로 지향되는 디스플레이 스크린(2290)으로 전달된다. 통상적으로, 레스퍼레이션 제어 모듈은 브리딩 센서들 중 하나 또는 둘 이상으로부터의 입력을 이용한다. 예를 들면, 입력은 다음 브레쓰 배출이 완료될 때를 결정하기 위해 이용된다. 브레쓰의 바닥에서, 제어 모듈은 브레스 참음 신호를 모니터상, 구두 신호에 의해, 디지털되고 자동적으로 발생된 음성 명령 또는 시각적 제어 신호를 경유하는 것과 같이 대상으로 표시한다. 바람직하게는, 디스플레이 모니터(2290)는 대상의 전방에 위치되고 디스플레이 모니터는 대상으로의 브리딩 명령을 디스플레이한다. 통상적으로, 대상은 약 1/2, 1, 2, 3, 5, 또는 10초와 같은, 짧은 기간 동안 환자의 브레쓰를 멈추도록 명령을 받는다. 브레쓰가 멈추지는 시간은 바람직하게는 약 1/2, 1, 2, 또는 3 초인, 종양으로의 양자 비임의 전달 시간으로 동기화된다. 브레쓰의 마지막(bottom)에서 양자의 전달이 바람직하지만, 양자는 선택적으로 완전한 흡입시와 같은, 브리딩 사이클에서 어떠한 지점에서도 전달된다. 브레쓰의 시작(top)에서의 전달 또는 환자가 깊게 흡입하고 브리딩에 의해 환자의 브레쓰를 멈추도록 명령을 받을 때, 제어 모듈은 브레쓰의 시작에서 흉강이 가장 커지고 일부 종양에 대해 종양과 주변 조직 사이의 거리가 최대화되거나 주변 조직이 증가된 부피의 결과로서 희박하게 할 때 선택적으로 수행된다. 따라서, 주변 주직에 충돌하는 양자가 최소화된다. 선택적으로, 디스플레이 스크린은 환자들이 수행하기 위해 막 요구받아야 하는 작업을 대상이 알도록 3, 2, 1과 같은 제 2 카운트 다운과 같이, 환자들이 자신의 브레쓰를 참으라고 요구받을 때를 대상에게 전달한다.

레스퍼레이션과 양자 비임 치료 동기화

일 실시예에서, 하전 입자 치료 및 바람직하게는 다중-필드 양자 치료가 조정되어 환자 레스퍼레이션을 모니터링 및/또는 제어하기 위해 이용되는, 상술되는, 레스퍼레이션 피드백 센서의 이용을 경유하여 환자 레스퍼레이션과 동기화된다. 바람직하게는, 하전 입자 치료는 부분적으로 부동화되고 재배치가능한 위치에 있는 환자에게 수행되고 종양(1620)으로의 양자 전달은 하전 입자 비임 주입의 제어, 가속, 추출 및/또는 타켓팅 방법 및 장치를 경유하여 환자 레스퍼레이션과 조화된다. 동기화는 환자 브리딩 사이클 동안 신체 구성의 상대적인 운동에 의한 위치의 애매함을 제거함으로써 양자 전달 정밀도를 강화한다.

제 2 실시예에서, X-레이 시스템은 양자 치료 비임에 의해 관측되는 바와 같은 동일한 배향으로 환자의 X-레이 이미지를 제공하기 위해 이용되고 X-레이 시스템 및 양자 치료 비임 모두가 환자의 레스퍼레이션과 동기화된다. 바람직하게는, 동기화된 시스템은 환자 브리딩과 조화된 X-레이를 제공하도록 음 이온 비임 소스, 싱크로트론, 및/또는 타겟팅 방법 및 장치와 관련하여 이용되며, 양자 비임 위치 확인 시스템을 이용하여 주변의 건강한 조직으로의 손상을 최소화하여 고형 악성 종양의 효과적이고, 정밀하고, 및/또는 정밀한 치료를 초래하는 환자 위치에 대한 타겟팅되고 제어된 에너지의 전달을 보장하도록 X-레이가 입자 비임 치료 조사 바로 전 및/또는 동시에 수집된다.

양자 전달 제어 알고리즘은 브레쓰의 초기에, 브레쓰의 마지막에, 및/또는 대상이 브레쓰를 참고있을 때와 같은, 각각의 브레쓰의 주어진 기간 내에 종양으로 양자의 전달을 동기화하기 위해 이용된다. 양자 전달 제어 알고리즘은 브리딩 제어 모듈과 바람직하게는 일체화된다. 따라서, 양자 전달 제어 알고리즘은 대상이 브리딩할 때, 레스퍼레이션 사이클에서 대상이 어디에 있는지, 및/또는 대상이 브레쓰를 참고 있을 때를 안다. 양자 전달 제어 알고리즘은 양자가 싱크로트론 내로 주입 및/또는 인플렉트(inflect)될 때, 상술된 바와 같이, RF 신호가 진동으로 유도되도록 인가될 때, 및 상술된 바와 같이 DC 전압이 싱크로트론으로부터 양자를 추출하도록 인가될 때를 제어한다. 통상적으로, 대상이 자신의 브레쓰를 참기전에 또는 양자 전달 시간을 위해 선택된 브리딩 사이클의 확인된 주기 전에 양자 전달 제어 알고리즘은 양자 인플렉션 및 후속하는 RF 유도 진동을 시작한다. 이러한 방식으로, 양자 전달 제어 알고리즘은 브리딩 사이클의 선택된 기간에 양자를 전달한다. 양자 전달 제어 알고리즘은 브리딩 사이클과 일치하거나, 대상의 브리딩 사이클을 명령하는 AC RF 신호로 선택적으로 설정된다.

상술된 하전 입자 치료 요소는 후술되는, 종양 치료 계획을 개발하고 실시하는, 조합 및/또한 치환으로 조합된다.

컴퓨터 제어식 환자 재위치설정

환자 위치설정 유닛 부품 의 하나 또는 둘 이상 및/또는 한자 위치 설정 제한 수단의 하나 또는 둘 이상은 바람직하게는 컴퓨터 제어하에 있다. 예를 들면, 컴퓨터는 환자 위치설정 요소(2215)를 이동하는 구동부로 연결된 일련의 모터 위치를 기록하는 것에 의한 것과 같이, 한자 위치설정 요소(2215)의 위치를 기록 또는 제어한다. 예를 들면, 환자는 환자 위치설정 제어 수단(2215)에 의해 초기에 위치되고 제한된다. 환자 위치설정 제한 수단의 각각의 위치는 주 제어기(110)에 의해, 주 제어기(110)의 부-제어기에 의해, 또는 개별 컴퓨터 제어기에 의해 기록되어 저장된다. 이어서, 환자가 최종 처리의 제어된 위치 내에 있는 동안, 이미징 시스템은 환자(1630) 내에 종양(1620)을 배치하기 위해 이용된다. 바람직하게는, 환자가 제어된 위치에 있을 때, 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 다중-필드 이미징이 수용된다. 이미징 시스템(170)은 MRI, X-레이, CT, 양자 비임 토모그래피(tomography), 등 중 하나 또는 둘 이상을 포함한다. 시간은 선택적으로 이미징 시스템(170)으로부터의 이미지가 분석되고 양자 치료 처치 계획이 고안되는 동안 이 지점에서 통과한다. 환자는 선택적으로 분, 시간, 또는 일일 수 있는 이러한 기간 동안 구속 시스템으로부터 나올 수 있다. 환자 위치설정 유닛 내로 초기 환자 배치 및 환자의 복귀시, 그리고 바람직하게는 그 후, 컴퓨터는 환자 위치설정 구속 수단을 기록된 위치로 복귀한다. 이러한 시스템은 멀티-필드 하전 입자 조사 처지 계획의 이미징 및 개발 동안 이용된 위치로 환자의 신속한 재위치설정을 허용하여, 환자 위치설정의 셋업 시간을 최소화하고 암 처치를 위해 하전 입자 비임 시스템(100)이 이용되는 시간을 최대화한다.

환자 위치설정의 재생성 및 부동화

일 실시예에서, 환자 위치설정 및 부동화 시스템을 이용하여, 종양(1620)에 대한 환자(1630)의 구역은 모터 구동형 환자 이동 및 회전 위치설정 시스템(1610) 및/또는 환자 위치설정 제한 수단(2215)를 이용하는 것과 같이, 재생성가능하게 위치설정되고 부동화된다. 예를 들면, (1) 반-수직 부분 부동화 시스템(2200); (2) 착석 부분 부동화 시스템(2300); 또는 (3) 눕힘 위치 시스템(2400)과 같은 상술된 위치설정 시스템들 중 하나가 양자 비임 경로(268)에 대해 환자(1630)의 종양(1620)을 위치설정하도록 환자 이동 및 회전 시스템(1610)과 조합하여 이용된다. 바람직하게는, 위치 및 부동화 시스템은 양자 비임 경로(268)에 대해 종양(1620)의 위치를 제어하고, 종양(1620)의 위치를 부동화하고, 환자(1630)가 조사 처치 계획의 개발 동안과 같이, 양자 비임 경로(268)로부터 이동된 후 양자 비임 경로(268)에 대해 종양(1620)을 재위치시키는 것을 촉진한다.

바람직하게는, 환자(1630)의 종양(1620)은 배향 상태 식으로 그리고 3-D 배치식으로 위치설정된다. 여기서, 3-D 배치는 x-, y-, 및 z-축선의 식으로 형성되고 배향 상태는 피치, 요잉, 및 롤링의 상태이다. 롤링은 z-축선에 대한 평면의 회전이고, 피치는 x-축선에 대한 평면의 회전이고, 요잉은 y-축선에 대한 평면의 회전이다. 틸팅은 롤링 및 피칭 모두를 설명하기 위해 이용된다. 바람직하게는, 부동화 시스템은 3개 이상 및 바람직하게는 4, 5, 또는 6개의 피치, 요잉, 롤링, x-축선 배치, y-축선 배치, 및 z-축선 배치의 식으로 양자 비임 경로(268)에 대한 종양(1620) 위치를 제어한다.

의자

환자 위치설정 및 부동화 시스템은 의자 위치설정 예를 이용하여 추가로 설명된다. 명료성을 위해, 어깨 내의 종양을 위치설정하고 부동화하는 경우가 의자 위치설정을 이용하여 설명된다. 반-수직 부동화 시스템(2200)을 이용하여, 환자는 일반적으로 시트 지지부(2220), 무릎 지지부(2260), 및/또는 발 지지부(2270)를 이용하여 위치된다. 어깨를 추가로 위치설정하기 위해, 등 지지부(2230) 내의 모터가 환자의 몸통에 대해 가압된다. 부가적인 팔 지지부(2250) 모터는 한자의 팔꿈치에 대해 하나의 방향으로 제 1 힘으로 가압하는 것과 같이 팔과 정렬되고 환자의 손목은 반대 방향으로 제 2 힘을 이용하여 위치설정된다. 이는 팔의 운동을 제한하며, 이는 어깨의 위치설정을 도운다. 선택적으로, 헤드 지지부는 목으로 인장을 가함으로써 쇼울더의 운동을 더 제한하도록 위치설정된다. 조합하면, 환자 위치설정 구속 수단(2215)은 적어도 3개의 방향으로 환자(1630)의 종양(1620)의 위치를 제어하고 바람직하게는 요잉, 롤링, 및 피칭 운동 면에서 뿐만 아니라 x-, y-, 및 z-축선 위치의 면에서 종양(1620)의 위치를 제어한다. 예를 들면, 환자 위치 설정 제한 수단은 종양(1620)을 위치설정하고 환자가 떨어지는 것을 방지하는 것과 같이, 종양의 이동을 방지한다. 선택적으로, 환자 위치설정 구속 수단(2215)의 하나 또는 둘 이상에서 센서는 인가된 힘을 기록한다. 하나의 경우, 시트 지지부는 중량을 감지하고 환자의 중량의 약 50, 60, 70, 또는 80 퍼센트와 같은, 환자의 중량의 일 부분을 지지하기 위해 힘을 인가한다. 제 2 경우, 목,팔, 및/또는 레그로 인가된 힘이 기록된다.

일반적으로, 환자 위치설정 및 부동화 시스템은 X-레이 비임 경로, 양자 비임 경로(268), 및/또는 이미징 비임 경로에 대해 종양(1620)의 위치를 정확하고 정밀하게 위치설정 및 제어하도록 환자(1630)로부터 운동 자유도를 제거한다. 또한, 자유도가 제거되면, 환자 위치설정 제한 수단의 각각의 대한 모터 위치들은 주 제어기(110)로 디지털로 기록되어 소통된다. 조사 처리 플랜이 생성되었을 때와 같이, 환자가 부동화 시스템으로부터 이동할 때, 환자(1630)는 조사 플랜이 실행되기 전에 정확하게 재 위치설정되어야 한다. 이를 수행하기 위해, 환자(1630)는 의자와 같은 일반적으로 위치설정 장치 내에 앉으며, 주 제어기는 모터 위치 신호 및 선택적으로 인가된 힘을 환자 위치설정 제한 수단(2215)의 각각을 제어하는 모터로 역으로 송신하고, 각각의 환자 위치설정 제한 수단(2215)은 각각의 기록된 위치로 역으로 자동적으로 이동한다. 따라서, 환자(1630)를 재-위치설정 및 재-부동화는 약 10, 30, 60, 또는 120초보다 작은 착석 시간으로부터 충분히 제어된 위치로 달성된다.

컴퓨터 제어식 및 자동화된 환자 위치설정 시스템을 이용하여, 환자는 철회된 환자 위치설정 구속 수단(2215) 모터 위치들을 이용하여 위처설정 및 부동화 시스템에서 재 위치설정되며; 환자(1630)는 양자 비임(268)에 대해 환자 이동 및 회전 시스템(1620)을 이용하여 이동 및 회전되며; 양자 비임(268)은 발생된 조사 처치 플랜을 따르는, 주 제어기(110)에 의한 순간적인 비임 위치(269)로 스캐닝된다.

비록 본 발명이 소정의 바람직한 실시예들을 참조하여 본 명세서에서 설명되었지만, 본 기술분야의 기술자는 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 본 명세서에서 제시된 것들이 다른 적용으로 대체될 수 있다는 것을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

Claims (74)

1. 환자의 종양의 하전 입자 암 치료를 위한 입자 비임 조사 장치로서,
   하전 입자 비임을 가속하는 싱크로트론(synchrotron);
   환자의 브리딩(breathing) 사이클을 모니터링하는 레스퍼레이션(respiration) 신호를 생성하는 레스퍼레이션 센서;
   환자를 홀딩하는 회전가능한 플랫포옴으로서, 환자의 조사 기간 동안 360도를 통하여 회전하는, 회전가능한 플랫포옴을 포함하며,
   상기 싱크로트론은 상기 브리딩 사이클 내의 설정점에서 상기 하전 입자 비임을 상기 종양으로 전달하도록 상기 레스퍼레이션 신호를 이용하며,
   상기 브리딩 사이클의 상기 설정점에서 상기 하전 입자 비임의 상기 전달은 상기 회전가능한 플랫포옴의 5개의 회전 위치보다 크게 발생되는,
   환자의 종양의 하전 입자 암 치료를 위한 입자 비임 조사 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 레스퍼레이션 센서는 상기 환자의 가슴에 교체가능하게 배치되는 힘 계측기를 포함하는,
   환자의 종양의 하전 입자 암 치료를 위한 입자 비임 조사 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 레스퍼레이션 센서는:
   상기 환자의 코에 근접하게 위치되는 제 1 열 저항체;
   상기 환자의 숨을 내쉬는 경로의 외부 및 상기 회전가능한 플랫포옴과 동일한 국부적 룸 환경 내 모두에 위치되는 제 2 열 저항체를 포함하며,
   상기 레스퍼레이션 신호는 상기 제 1 열 저항체 및 상기 제 2 열 저항체로부터의 판독들 사이의 차이를 이용하여 발생되는,
   환자의 종양의 하전 입자 암 치료를 위한 입자 비임 조사 장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 회전가능한 플랫포옴의 상부로 연결되며 상기 환자에 대한 브레쓰(beeath) 제어 명령을 디스플레이하는 디스플레이 스크린을 더 포함하는,
   환자의 종양의 하전 입자 암 치료를 위한 입자 비임 조사 장치.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 레스퍼레이션 신호는 상기 브레쓰 제어 명령을 발생하는데 이용되고 상기 브레쓰 제어 명령은 상기 환자가 숨을 멈춤 때에 대해 상기 디스플레이 스크린 상에 시작적 카운트다운을 포함하는,
   환자의 종양의 하전 입자 암 치료를 위한 입자 비임 조사 장치.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 브리딩 사이클의 상기 설정점에서 상기 하전 입자 비임의 상기 전달은 상기 회전가능한 플랫포옴의 20개의 회전 위치보다 크게 발생되며, 상기 하전 입자 비임의 유입 에너지가 상기 종양 주위에 원주 방향으로 분배되는,
   환자의 종양의 하전 입자 암 치료를 위한 입자 비임 조사 장치.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 하전 입자 비임의 상기 전달은 환자의 척수 또는 눈으로 상기 유입 에너지가 전달되지 않는,
   환자의 종양의 하전 입자 암 치료를 위한 입자 비임 조사 장치.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 싱크로트론 내로 양자를 주입하는 주입 시스템을 더 포함하며,
   상기 주입 시스템은:
   음 이온을 발생하는 음 이온 소스;
   진공관 내부의 음 이온 비임 경로를 따라 상기 음 이온을 포커싱(focusing)하는 이온 비임 포커싱 시스템;
   탠덤(tandem) 가속기; 및
   부분 진공 시스템 중 하나 이상을 포함하는,
   환자의 종양의 하전 입자 암 치료를 위한 입자 비임 조사 장치.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 음 이온 소스는:
   고온 플라즈마 챔버;
   상기 고온 플라즈마 챔버 내의 자기 재료로서, 상기 고온 플라즈마 챔버와 저온 플라즈마 구역 사이에 자기장 배리어를 제공하는, 자기 재료를 포함하는,
   환자의 종양의 하전 입자 암 치료를 위한 입자 비임 조사 장치.
   
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 이온 빔 포커싱 시스템은:
    상기 음 이온 비임 경로를 원주방향으로 둘러싸는 제 1 전극; 및
    전도성 메쉬로 상기 음 이온 비임 경로를 부분적으로 차단하는 제 2 전극을 포함하며,
    상기 전도성 메쉬와 상기 제 1 전극 사이에 전기장 라인이 형성되며,
    상기 전기장 라인은 상기 음 이온 비임 경로를 따라 상기 음 이온을 포커싱하는,
    환자의 종양의 하전 입자 암 치료를 위한 입자 비임 조사 장치.
    
11. 제 8 항에 있어서,
    상기 탠덤 가속기는 상기 음 이온 비임 경로 내에 탄소 호일을 포함하며, 상기 탄소 호일을 통하여 전달되는 상기 음 이온은 양자 비임 경로를 따라 양자로 변환되며, 상기 탄소 호일의 음 이온 비임 측과 상기 탄소 호일의 양자 비임 측 사이에 진공 배리어를 형성하도록 상기 탄소 호일이 상기 음 이온 비임을 원주방향으로 둘러싸는 벽으로 기계적으로 결합되는,
    환자의 종양의 하전 입자 암 치료를 위한 입자 비임 조사 장치.
    
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 부분 진공 시스템은:
    공기를 상기 진공 튜브로부터 홀딩 부피 내로 펌핑하는 터보 분자 펌프;
    상기 홀딩 부피 내의 압력을 감지하는 압력 센서;
    상기 압력 센서로부터 상기 압력을 수용하는 제어기로서, 상기 압력이 한계치와 교차할 때 액츄에이터가 밸브를 개방하도록 지시하는, 제어기; 및
    상기 홀딩 부피로부터 압력을 제거하는 반-연속 작동 펌프로서, 상기 액츄에이터가 상기 밸브를 개방 및 차단하면서 조화되게 작동되는, 반-연속 작동 펌프를 포함하는,
    환자의 종양의 하전 입자 암 치료를 위한 입자 비임 조사 장치.
    
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 싱크로트론은 4개의 전환 섹션을 포함하며, 상기 전환 섹션 각각은 상기 하전 입자=비임을 90도로 전환하는,
    환자의 종양의 하전 입자 암 치료를 위한 입자 비임 조사 장치.
    
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 4개의 전환 섹션 각각은 4개의 주 굽힘 자석을 포함하는,
    환자의 종양의 하전 입자 암 치료를 위한 입자 비임 조사 장치.
    
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 주 굽힘 자석 각각은 두 개의 베벨형 에지를 포함하며, 상기 두 개의 베벨형 에지의 각각은 상기 하전 입자 비임을 포커싱하는,
    환자의 종양의 하전 입자 암 치료를 위한 입자 비임 조사 장치.
    
16. 제 1 항에 있어서,
    상기 싱크로트론은 상기 싱크로트론 내의 상기 하전 입자 비임의 순환 경로의 단면 둘레에 원주방향으로 4극자 자석을 포함하지 않는,
    환자의 종양의 하전 입자 암 치료를 위한 입자 비임 조사 장치.
    
17. 제 1 항에 있어서,
    상기 싱크로트론은 60 미터보다 작은 원주 및 30개 이상의 에지 포커싱 표면을 포함하며, 하나의 에지 포커싱 표면이 주 굽힘 자석의 베벨형 에지를 포함하는,
    환자의 종양의 하전 입자 암 치료를 위한 입자 비임 조사 장치.
    
18. 제 1 항에 있어서,
    상기 싱크로트론은 단지 4개의 전환 섹션을 포함하며 상기 전환 섹션 각각은 4개 이상의 굽힘 자석을 포함하며, 상기 굽힘 자석 각각은 하나 이상의 포커싱 에지를 포함하는,
    환자의 종양의 하전 입자 암 치료를 위한 입자 비임 조사 장치.
    
19. 제 1 항에 있어서,
    상기 싱크로트론은:
    정확히 4개의 전환 섹션을 포함하며,
    상기 싱크로트론 내에 상기 하전 입자 비임의 순환 경로에 인접해서 4극자를 포함하지 않는,
    환자의 종양의 하전 입자 암 치료를 위한 입자 비임 조사 장치.
    
20. 환자의 종양의 하전 입자 비임 조사를 위한 방법으로서,
    싱크로트론으로 하전 입자 비임을 가속하는 단계;
    레스퍼레이션 센서로 브리딩 사이클를 모니터링하는 단계로서, 상기 레스퍼레이션 센서는 환자의 브리딩 사이클에 대응하는 레스퍼레이션 신호를 발생하는, 단계;
    환자를 홀딩하는 플랫포옴을 회전하는 단계로서,상기 플랫포옴은 환자의 조사 기간 동안 360도를 통하여 회전하는, 단계,
    상기 레스퍼레이션 신호를 이용하여, 상기 브리딩 사이클의 설정점에서 상기 하전 입자 비임을 종양으로 전달하는 단계를 포함하며,
    상기 브리딩 사이클의 설정점에서 상기 하전 입자 비임을 전달하는 단계는 상기 회전가능한 플랫포옴의 4개의 회전 위치들보다 많이 발생되는,
    환자의 종양의 하전 입자 비임 조사를 위한 방법.
    
21. 제 20 항에 있어서,
    상기 모니터링 단계는 상기 레스퍼레이션 신호를 발생하도록 환자의 가슴에 묶여진 힘 계측기의 이용을 포함하는,
    환자의 종양의 하전 입자 비임 조사를 위한 방법.
    
22. 제 20 항에 있어서,
    상기 모니터링하는 단계는:
    환자의 코에 근접하게 위치되는 제 1 열 저항체로 환자 브리딩을 감지하는 단계;
    환자의 숨을 내쉬는 경로의 외부 및 상기 플랫포옴과 동일한 국부적 룸 환경내 모두에 위치되는 제 2 열 저항체를 이용하여 룸 온도를 감지하는 단계를 포함하며,
    상기 레스퍼레이션 신호는 상기 제 1 열 저항체 및 상기 제 2 열 저항체로부터의 판독들 사이의 차이를 이용하여 발생되는,
    환자의 종양의 하전 입자 비임 조사를 위한 방법.
    
23. 제 20 항에 있어서,
    상기 플랫포옴의 상부 요소 상에 장착되는 디스플레이 스크린상에 브레쓰 제어 명령을 디스플레이하는 단계를 더 포함하는,
    환자의 종양의 하전 입자 비임 조사를 위한 방법.
    
24. 제 20 항에 있어서,
    상기 회전가능한 플랫포옴의 20개의 회전 위치보다 더 많이 상기 브리딩 사이클의 상기 설정점에서 상기 하전 입자 비임을 전달하는 단계로서, 상기 하전 입자 비임의 유입 에너지는 상기 종양을 둘레에 원주 방향으로 분포되는, 단계를 더 포함하는,
    환자의 종양의 하전 입자 비임 조사를 위한 방법.
    
25. 제 20 항에 있어서,
    상기 하전 입자 비임을 전달하는 단계는 환자의 척수 또는 눈으로 상기 유입 에너지를 전달하지 않는,
    환자의 종양의 하전 입자 비임 조사를 위한 방법.
    
26. 제 20 항에 있어서,
    주입 시스템으로 상기 싱크로트론 내로 양자를 주입하는 단계로서, 상기 주입 시스템은 음 이온 소스, 이온 비임 포커싱 시스템, 탠덤 가속기, 및 부분 진공 시스템을 포함하는, 단계,
    상기 음 이온 소스로 음 이온을 발생시키는 단계;
    상기 이온 비임 포커싱 시스템을 이용하여 진공 튜브 내부의 음 이온 비임 경로를 따라 상기 음 이온을 포커싱하는 단계; 및
    상기 음 이온을 상기 탠덤 가속기 내부에서 양자로 전환하는 단계를 더 포함하는,
    환자의 종양의 하전 입자 비임 조사를 위한 방법.
    
27. 제 26 항에 있어서,
    상기 음 이온 소스 내에, 고온 플라즈마 챔버 및 상기 고온 플라즈마 챔버 내부에 위치된 자기 재료를 이용하는 저온 플라즈마 구역 사이에 자기장 배리어를 제공하는 단계를 더 포함하는,
    환자의 종양의 하전 입자 비임 조사를 위한 방법.
    
28. 제 27 항에 있어서,
    상기 이온 비임 포커싱 시스템 내에 전기장 라인을 이용하여 상기 음 이온 비임 경로를 따라 상기 음 이온을 포커싱하는 단계를 더 포함하며,
    제 1 전극이 상기 음 이온 비임 경로를 원주방향으로 둘러싸고,
    제 2 전극이 전도성 메쉬로 상기 음 이온 비임 경로를 부분적으로 차단하며,
    상기 전기장 라인은 상기 전도성 메쉬와 상기 제 1 전극 사이로 형성되는,
    환자의 종양의 하전 입자 비임 조사를 위한 방법.
    
29. 하전 입자 방사선 치료로 이용하기 위한 음 이온 비임을 발생하기 위한 장치로서,
    자기 재료; 및 상기 자기 재료를 실질적으로 둘러싸는 고온 플라즈마 챔버를 포함하는 음 이온 소스를 포함하며,
    상기 고온 플라즈마 챔버는: 상기 고온 플라즈마 챔버의 제 1 단부에서 제 1 이온 발생 전극, 상기 고온 플라즈마 챔버의 제 2 단부에서 제 2 이온 발생 전극, 및 자기장 보유(carrying) 외벽을 포함하며,
    상기 제 1 이온 발생 전극과 상기 제 2 이온 발생 전극을 가로지르는 제 1 고압 펄스의 인가는 상기 고온 플라즈마 챔버내의 수소를 성분 부분으로 쪼개며,
    상기 자기 재료는 상기 제 1 이온 발생 전극을 통하여, 상기 자기장 보유 외벽을 통하여, 상기 제 2 이온 발생 전극을 통하여, 갭을 가로질러, 그리고 상기 자기 재료를 통하여 형성되는 자기장 루프를 형성하며,
    상기 자기장 루프는 상기 고온 플라즈마 챔버와 저온 플라즈마 구역 사이의 상기 갭을 가로질러 자성 배리어를 형성하며, 상기 자성 배리어는 성분 부분들의 부세트를 통과하며,
    저 에너지 전자는 상기 저온 플라즈마 지역 내에 수소 음이온을 생성하도록 원자 수소와 상호 작용하며,
    상기 제 2 이온 발생 전극 및 제 3 이온 발생 전극에 걸친 제 2 고압 펄스의 인가는 음 이온을 상기 음 이온 소스로부터 음 이온 비임 내로 추출하는,
    하전 입자 방사선 치료로 이용하기 위한 음 이온 비임을 발생하기 위한 장치.
    
30. 제 29 항에 있어서,
    상기 제 1 고 전압 펄스는 15 마이크로초 이상의 기간 동안 4 킬로볼트 이상의 펄스를 포함하는,
    하전 입자 방사선 치료로 이용하기 위한 음 이온 비임을 발생하기 위한 장치.
    
31. 제 30 항에 있어서,
    상기 제 2 고압 펄스는 상기 제 1 고압 펄스의 5 마이크로초 이상 중복하는 기간 동안 20킬로볼트 이상의 펄스를 포함하는,
    하전 입자 방사선 치료로 이용하기 위한 음 이온 비임을 발생하기 위한 장치.
    
32. 제 30 항에 있어서,
    상기 제 2 고압 펄스는 상기 제 1 고압 펄스의 3 마이크로초 이상 중복하는 기간 동안 20 킬로볼트 이상의 펄스를 포함하는,
    하전 입자 방사선 치료로 이용하기 위한 음 이온 비임을 발생하기 위한 장치.
    
33. 제 29 항에 있어서,
    음 이온 비임 포커싱 시스템을 더 포함하며,
    상기 음 이온 비임 포커싱 시스템은:
    상기 음 이온 비임을 원주방향으로 둘러싸는 제 1 포커싱 전극;
    상기 음 이온 비임을 적어도 부분적으로 차단하는 전도성 경로를 포함하는 제 2 포커싱 전극을 포함하며,
    전기장 라인이 상기 제 1 포커싱 전극과 상기 제 2 포커싱 전극 사이에 형성되며,
    상기 음 이온 비임 내의 상기 음 이온은 상기 음 이온 비임을 포커싱하는 상기 제 1 전기장 라인까지 형성되는 힘 벡터와 충돌하는,
    하전 입자 방사선 치료로 이용하기 위한 음 이온 비임을 발생하기 위한 장치.
    
34. 제 33 항에 있어서,
    상기 제 1 포커싱 전극은 음의 전하를 포함하며, 상기 제 2 포커싱 전극은 양의 전하를 포함하는,
    하전 입자 방사선 치료로 이용하기 위한 음 이온 비임을 발생하기 위한 장치.
    
35. 제 34 항에 있어서,
    상기 전도성 경로는:
    상기 음 이온 비임을 가로질러 실질적으로 평행하게 형성되는 일련의 전도성 라인;
    상기 음 이온 비임과 교차하는 전도성 그리드; 및
    상기 음 이온 비임과 교차하는 호일로서, 상기 음 이온 비임의 단면적의 90 퍼센트 이상의 조합된 면적을 가진 홀을 가지는, 호일 중 하나 이상을 포함하는,
    하전 입자 방사선 치료로 이용하기 위한 음 이온 비임을 발생하기 위한 장치.
    
36. 제 35 항에 있어서,
    상기 전도성 경로는 상기 음 이온 비임의 단면적의 10% 보다 작게 차단하는,
    하전 입자 방사선 치료로 이용하기 위한 음 이온 비임을 발생하기 위한 장치.
    
37. 제 29 항에 있어서,
    싱크로트론을 더 포함하며,
    상기 싱크로트론은:
    4개의 전환 섹션으로서, 상기 전환 섹션 각각은 상기 하전 입자 비임을 90도로 전환하는, 전환 섹션을 포함하며,
    상기 음 이온 비임은 양자 비임으로 변환하고,
    상기 양자 비임은 상기 싱크로트론 내로 주입되며,
    상기 싱크로트론은 상기 싱크로트론 내의 상기 하전 입자 비임의 순환 경로 주위에 4극자 자석을 포함하지 않는,
    하전 입자 방사선 치료로 이용하기 위한 음 이온 비임을 발생하기 위한 장치.
    
38. 하전 입자 방사선 치료로 이용하기 위한 음 이온 비임의 발생을 위한 방법으로서,
    자기 재료를 제공하는 단계;
    상기 자기 재료를 실질적으로 둘러싸는 고온 플라즈마 챔버를 제공하는 단계로서, 상기 고온 플라즈마 챔버는: 상기 고온 플라즈마 챔버의 제 1 단부에서 제 1 이온 발생 전극, 상기 고온 플라즈마 챔버의 제 2 단부에서 제 2 이온 발생 전극, 및 상기 고온 플라즈마 챔버를 원주 방향으로 둘러싸는 자기장 보유 외벽을 포함하는, 단계;
    상기 고온 플라즈마 챔버 내의 수소를 성분 부분들로 쪼개도록 상기 제 1 이온 발생 전극 및 상기 제 2 이온 발생 전극을 가로질러 제 1 고압 펄스를 인가하는 단계로서,
    상기 자기 재료는 상기 제 1 이온 발생 전극을 통하여, 상기 자기장 보유 외벽을 통하여, 상기 제 2 이온 발생 전극을 통하여, 갭을 가로질러 그리고 상기 자기 재료를 통하여 형성되는 자기장 루프를 생성하며,
    상기 자기장 루프는 상기 고온 플라즈마 챔버와 저온 플라즈마 구역 사이의 상기 갭을 가로질러 자성 배리어를 생성하며, 상기 자성 배리어는 상기 성분 부분들의 부세트를 통과하며,
    상기 저온 플라즈마 지역 내에 수소 음이온을 생성하도록 저 에너지 전자가 원자 수소와 상호작용하는, 단계; 및
    상기 제 2 이온 발생 전극 및 제 3 이온 발생 전극을 가로질러 제 2 고압 펄스를 인가하는 단계로서, 상기 제 2 고압 펄스는 음 이온을 상기 음 이온 소스로부터 음 이온 비임 내로 추출하는, 단계를 포함하는,
    하전 입자 방사선 치료로 이용하기 위한 음 이온 비임의 발생을 위한 방법.
    
39. 제 38 항에 있어서,
    상기 제 1 고압 펄스는 15 마이크로초 이상의 기간 동안 4 킬로볼트 이상의 펄스를 포함하는,
    하전 입자 방사선 치료로 이용하기 위한 음 이온 비임의 발생을 위한 방법.
    
40. 제 38 항에 있어서,
    상기 제 2 고압 펄스는 상기 제 1 고압 펄스의 5 마이크로초 이상 중복하는 기간 동안 20 킬로와트 이상의 펄스를 포함하는,
    하전 입자 방사선 치료로 이용하기 위한 음 이온 비임의 발생을 위한 방법.
    
41. 제 38 항에 있어서,
    상기 제 2 고압 펄스는 상기 제 1 고압 펄스의 3 마이크로초 이상 중복하는 기간 동안 20 킬로와트 이상의 펄스를 포함하는,
    하전 입자 방사선 치료로 이용하기 위한 음 이온 비임의 발생을 위한 방법.
    
42. 제 38 항에 있어서,
    상기 음 이온 비임을 원주방향으로 둘러싸는 제 1 포커싱 전극을 제공하는 단계;
    제 2 포커싱 전극을 제공하는 단계로서, 상기 제 2 포커싱 전극이 상기 음이온 이온 비임을 적어도 부분적으로 차단하는 전도성 경로를 포함하는, 단계;
    상기 제 1 포커싱 전극 및 상기 제 포커싱 전극을 가로질러 전기장을 인가하는 단계로서, 상기 제 1 포커싱 전극 및 상기 제 2 포커싱 전극 사이로 전기장 라인이 형성되는, 단계를 포함하며,
    상기 음 이온 비임은 상기 음 이온 비임을 포커싱하는 상기 전기장 라인까지 형성되는 힘 벡터와 만나는,
    하전 입자 방사선 치료로 이용하기 위한 음 이온 비임의 발생을 위한 방법.
    
43. 제 42 항에 있어서,
    상기 제 1 포커싱 전극은 음의 전하를 포함하며, 상기 제 2 포커싱 전극은 양의 전하를 포함하는,
    하전 입자 방사선 치료로 이용하기 위한 음 이온 비임의 발생을 위한 방법.
    
44. 제 43 항에 있어서,
    상기 전도성 경로는:
    상기 음 이온 비임을 가로질러 실질적으로 평행하게 형성되는 일련의 전도성 라인;
    상기 음 이온 비임과 교차하는 전도성 그리드; 및
    상기 음 이온 비임과 교차하는 호일로서, 상기 호일은 상기 음 이온 비임의 단면적의 90퍼센트 이상의 조합된 면적을 가지는 홀을 가지는, 호일 중 하나 이상을 포함하는,
    하전 입자 방사선 치료로 이용하기 위한 음 이온 비임의 발생을 위한 방법.
    
45. 제 44 항에 있어서,
    상기 전도성 경로는 상기 음이온 비임의 단면적의 10 퍼센트보다 작게 차단하는,
    하전 입자 방사선 치료로 이용하기 위한 음 이온 비임의 발생을 위한 방법.
    
46. 제 45 항에 있어서,
    싱크로트론을 제공하는 단계;
    상기 음 이온 비임을 호일에서 양자 비임으로 변환하는 단계; 및
    상기 양자 비임을 상기 싱크로트론 내로 주입하는 단계를 더 포함하며.
    상기 싱크로트론은 4개의 전환 섹션을 포함하며, 상기 전환 섹션 각각은 상기 하전 입자 비임을 90도로 전환하며,
    상기 싱크로트론은 상기 싱크로트론 내의 상기 하전 입자 비임의 순환 경로 주위에 4극자 자석을 포함하지 않는,
    하전 입자 방사선 치료로 이용하기 위한 음 이온 비임의 발생을 위한 방법.
    
47. 하전 입자 조사 장치의 부분으로서 단면적을 가지는 음 이온 비임 내의 음 이온을 포커싱하기 위한 장치로서,
    상기 음 이온 비임을 원주방향으로 둘러싸는 제 1 포커싱 전극;
    상기 음 이온 비임을 적어도 부분적으로 차단하는 전도성 경로를 포함하는 제 2 포커싱 전극을 포함하며,
    상기 제 1 포커싱 전극과 상기 제 2 포커싱 전극 사이에 제 1 전기장 라인이 형성되며,
    상기 음 이온은 상기 음 이온 비임을 포커싱하는 상기 제 1 전기장 라인까지 형성되는 힘 벡터와 만나는,
    음 이온 비임 내의 음 이온을 포커싱하기 위한 장치.
    
48. 제 47 항에 있어서,
    상기 제 1 포커싱 전극은 음의 전하를 포함하고, 상기 제 2 포커싱 전극은 양의 전하를 포함하는,
    음 이온 비임 내의 음 이온을 포커싱하기 위한 장치.
    
49. 제 48 항에 있어서,
    상기 전도성 경로는:
    상기 음 이온 비임을 가로질러 실질적으로 평행하게 형성되는 일련의 전도성 라인;
    상기 음 이온 비임과 교차하는 전도성 그리드; 및
    상기 음 이온 비임과 교차하는 호일로서, 상기 호일은 상기 음 이온 비임의 단면적의 90 퍼센트 이상의 조합된 면적을 가진 홀을 가지는, 호일 중 하나 이상을 포함하는,
    음 이온 비임 내의 음 이온을 포커싱하기 위한 장치.
    
50. 제 49 항에 있어서,
    상기 전도성 경로는 상기 음 이온 비임의 단면적의 10 퍼센트 보다 작게 차단하는,
    음 이온 비임 내의 음 이온을 포커싱하기 위한 장치.
    
51. 제 50 항에 있어서,
    상기 음 이온 비임을 원주방향으로 둘러싸는 제 3 포커싱 전극으로서, 상기 제 2 포커싱 전극이 상기 제 1 포커싱 전극과 상기 제 3 포커싱 전극 사이의 위치를 포함하는, 제 3 포커싱 전극을 더 포함하며,
    상기 제 3 포커싱 전극은 음의 전하를 포함하고,
    상기 제 3 포커싱 전극과 상기 제 2 포커싱 전극 사이에 제 2 전기장 라인이 형성되며,
    상기 음 이온은 상기 음 이온 비임을 포커싱하는 상기 제 2 전기장 라인까지 형성되는 힘 벡터와 만나는,
    음 이온 비임 내의 음 이온을 포커싱하기 위한 장치.
    
52. 제 47 항에 있어서,
    음 이온 소스를 더 포함하며,
    상기 음 이온 소스는:
    자기 재료; 및
    상기 자기 재료를 실질적으로 둘러싸는 고온 플라즈마 챔버를 포함하며,
    상기 고온 플라즈마 챔버는: 상기 고온 플라즈마 챔버의 제 1 단부에 있는 제 1 이온 발생 전극, 상기 고온 플라즈마 챔버의 제 2 단부에 있는 제 2 이온 발생 전극, 및 자기장 보유 외벽을 포함하며,
    상기 제 1 이온 발생 전극 및 상기 제 2 이온 발생 전극을 가로질러 제 1 고압 펄스의 인가에 의해 상기 고온 플라즈마 챔버 내의 수소를 성분 부분들로 쪼개며,
    상기 자기 재료는 상기 제 1 이온 발생 전극을 통하여, 상기 자기장 보유 외벽을 통하여, 상기 제 2 이온 발생 전극을 통하여, 갭을 가로질러, 그리고 상기 자기 재료를 통하여 형성되는 자기장 루프를 형성하며,
    상기 자기장 루프는 상기 고온 플라즈마 챔버와 저온 플라즈마 구역 사이의 상기 갭을 가로질러 자기 배리어를 형성하고, 상기 자기 배리어는 상기 성분 부분들의 부세트를 통과하며,
    상기 저온 플라즈마 구역 내의 수소 음이온을 형성하도록 저 에너지 전자가 원자 수소와 상호 작용하며,
    상기 제 2 이온 발생 전극 및 제 3 이온 발생 전극을 가로질러 제 2 고압 펄스의 인가에 의해 상기 음 이온 소스로부터 음 이온 비임으로 음 이온을 추출하는,
    음 이온 비임 내의 음 이온을 포커싱하기 위한 장치.
    
53. 제 52 항에 있어서,
    싱크로트론을 더 포함하며,
    상기 음 이온 비임은 베릴륨 탄소 박막을 이용하여 양자 비임으로 변환되고, 상기 베릴륨 탄소 박막은 30 내지 200 미크론 두께의 두께부를 포함하며,
    상기 양자 비임은 상기 싱크로트론 내로 주입되고,
    상기 싱크로트론은:
    4개의 전환 섹션으로서, 상기 전환 섹션 각각은 90로 양자 비임을 전환하는, 4개의 전환 섹션을 포함하며,
    상기 싱크로트론 내에 상기 양자 비임의 순환 비임을 중심으로 4극자 자석을 포함하지 않는,
    음 이온 비임 내의 음 이온을 포커싱하기 위한 장치.
    
54. 하전 입자를 가속하기 위한 장치로서,
    싱크로트론을 포함하며,
    상기 싱크로트론은 각각 하전 입자 비임을 90도로 전환하는 정확히 4개의 전환 섹션을 포함하며,
    상기 4개의 전환 섹션 각각은 16개의 개별 굽힘 자석을 제시하는 4개의 주 굽힘 자석을 포함하며,
    상기 개별 굽힘 자석은 상기 싱크로트론내에 32개 베벨형 에지를 제시하는 두 개의 베벨형 에지를 포함하며, 상기 32개의 베벨형 에지 각각은 상기 하전 입자 비임을 포커싱하는 기하학 형상을 포함하는,
    하전 입자를 가속하기 위한 장치.
    
    
55. 삭제
56. 삭제
57. 제 54 항에 있어서,
    상기 싱크로트론은:
    60 미터 보다 작은 원주를 포함하는,
    하전 입자를 가속하기 위한 장치.
    
    
58. 삭제
59. 제 54 항에 있어서,
    자기 재료; 및 상기 자기 재료를 실질적으로 둘러싸는 고온 플라즈마 챔버를 포함하는, 음 이온 소스를 더 포함하며,
    상기 고온 플라즈마 챔버는: 상기 고온 플라즈마 챔버의 제 1 단부에서 제 1 이온 발생 전극, 상기 고온 플라즈마 챔버의 제 2 단부에서 제 2 이온 발생 전극, 및 자기장 보유 외벽을 포함하며,
    상기 제 1 이온 발생 전극 및 상기 제 2 이온 발생 전극을 가로질러 제 1 고압 펄스의 인가에 의해 상기 고온 플라즈마 챔버 내의 수소를 성분 부분들로 쪼개며,
    상기 자기 재료는 상기 제 1 이온 발생 전극을 통하여, 상기 자기장 보유 외벽을 통하여, 상기 제 2 이온 발생 전극을 통하여, 갭을 가로질러, 및 상기 자기 재료를 통하여 형성되는 자기장 루프를 형성하며,
    상기 자기장 루프는 상기 고온 플라즈마 챔버와 저온 플라즈마 구역 사이의 상기 갭을 가로질러 자기 배리어를 생성하고, 상기 자기 배리어는 상기 성분 부분들의 부세트를 통과하며,
    상기 저온 플라즈마 구역 내에 수소 음이온을 생성하도록 저 에너지 전자가 원자 수소와 상호작용하고,
    상기 제 2 이온 발생 전극 및 제 3 이온 발생 전극을 가로질러 제 2 고압 펄스의 인가에 의해 음 이온을 상기 음 이온 소스로부터 상기 음 이온 비임 내로 추출하며,
    상기 음 이온 비임은 상기 하전 입자 비임으로 변환되어 상기 싱크로트론 내로 주입되는,
    하전 입자를 가속하기 위한 장치.
    
60. 제 59 항에 있어서,
    상기 음 이온 비임을 위한 포커싱 시스템을 더 포함하며,
    상기 포커싱 시스템은:
    상기 음 이온 비임을 원주방향으로 둘러싸는 제 1 포커싱 전극;
    상기 음 이온 비임을 적어도 부분적으로 차단하는 전도성 경로를 포함하는 제 2 포커싱 전극을 포함하며,
    상기 제 1 포커싱 전극과 상기 제 2 포커싱 전극 사이에 전기장 라인이 형성되며,
    상기 음 이온은 상기 음 이온 비임을 포커싱하는 상기 전기장 라인까지 형성되는 힘 벡터와 만나는,
    하전 입자를 가속하기 위한 장치.
    
61. 제 54 항에 있어서,
    음 이온 비임 포커싱 시스템을 더 포함하며,
    상기 포커싱 시스템은:
    상기 음 이온 비임을 원주방향으로 둘러싸는 제 1 포커싱 전극;
    상기 음 이온 비임을 적어도 부분적으로 차단하는 전도성 경로를 포함하는 제 2 포커싱 전극을 포함하며,
    상기 제 1 포커싱 전극과 상기 제 2 포커싱 전극 사이에 제 1 전기장 라인이 형성되며,
    상기 음 이온은 상기 음 이온 비임을 포커싱하는 상기 전기장 라인까지 형성되는 힘 벡터와 만나며,
    상기 음 이온 비임은 베릴륨 탄소 박막을 이용하여 양자 비임으로 변환되며, 상기 베릴륨 탄소 박막은 30 내지 200 미크론 두께의 두께부를 포함하며,
    상기 하전 입자 비임은 상기 양자 비임을 포함하며, 상기 양자 비임은 상기 싱크로트론 내로 주입되는,
    하전 입자를 가속하기 위한 장치.
    
62. 제 61 항에 있어서,
    상기 제 1 포커싱 전극은 음의 전하를 포함하며, 상기 제 2 포커싱 전극은 양의 전하를 포함하는,
    하전 입자를 가속하기 위한 장치.
    
63. 제 62 항에 있어서,
    상기 전도성 경로는 상기 음 이온 비임을 가로질러 실질적으로 평행하게 형성되는 일련의 전도성 라인;
    상기 음 이온 비임과 교차하는 전도성 그리드; 및
    상기 음 이온 비임과 교차하는 호일로서, 상기 호일은 상기 음 이온 비임의 단면적의 90 퍼센트 이상의 조합된 영역을 가지는 홀을 가지는, 호일 중 하나 이상을 포함하는,
    하전 입자를 가속하기 위한 장치.
    
64. 제 63 항에 있어서,
    상기 전도성 경로는 상기 음 이온 비임의 단면적의 10 퍼센트 보다 작게 차단하는,
    하전 입자를 가속하기 위한 장치.
    
65. 하전 입자 비임으로 환자의 종양의 암 치료를 위한 장치로서,
    싱크로트론;
    조사 기간 동안 회전하는 제 1 회전가능한 플랫포옴;
    상기 제 1 회전가능한 플랫포옴 상에 장착된 착석 부동화 시스템으로서, 상기 하전 입자 비임의 전달 동안 상기 종양의 운동을 제한하는, 착석 위치 부동화 시스템을 포함하며,
    상기 착석 위치 부동화 시스템은:
    모터 조정가능한 등 지지부;
    모터 조정가능한 머리 지지부;
    모터 조정가능한 팔 지지부; 및
    상기 등 지지부, 상기 머리 지지부, 및 상기 팔 지지부의 각각의 위치를 기록하는 구성되어진 모터 위치설정 시스템을 포함하며,
    상기 제 1 회전가능한 플랫포옴은 상기 싱크로트론에 의해 상기 종양으로 상기 하전 입자 비임의 전달 동안 10개 이상의 조사 위치로 회전하는,
    하전 입자 비임으로 환자의 종양의 암 치료를 위한 장치.
    
66. 제 65 항에 있어서,
    수직 축선 위치설정 시스템을 더 포함하며,
    상기 수직 축선 위치설정 시스템은 중력으로 정렬된 축선을 따라 상기 제 1 회전가능한 플랫포옴을 기계적으로 조정하는,
    하전 입자 비임으로 환자의 종양의 암 치료를 위한 장치.
    
67. 제 66 항에 있어서,
    상기 부동화 시스템은:
    수직으로부터 30 내지 60도 벗어난 각도로 환자의 몸통을 유지하는 반-수직 환자 부동화 시스템을 포함하며,
    상기 반-수직 환자 부동화 시스템은:
    모터 조정가능한 시트 지지부;
    모터 조정가능한 등 지지부;
    모터 조정가능한 머리 지지부; 및
    모터 조정가능한 팔 지지부를 더 포함하는,
    하전 입자 비임으로 환자의 종양의 암 치료를 위한 장치.
    
68. 제 67 항에 있어서,
    상기 시트 지지부, 상기 등 지지부, 상기 머리 지지부, 및 상기 팔 지지부의 각각의 위치를 기록하는 모터 위치설정 시스템을 더 포함하는,
    하전 입자 비임으로 환자의 종양의 암 치료를 위한 장치.
    
69. 하전 입자 비임으로 환자의 종양의 암 치료를 위한 장치로서,
    싱크로트론;
    조사 기간 동안 회전하는 제 1 회전가능한 플랫포옴으로서, 상기 싱크로트론에 의해 상기 종양으로 상기 하전 입자 비임의 전달 동안 10개 이상의 조사 위치로 회전하는 제 1 회전가능한 플랫포옴;
    상기 제 1 회전가능한 플랫포옴 상에 장착된 부동화 시스템으로서, 상기 하전 입자 비임의 전달 동안 상기 종양의 운동을 제한하는, 부동화 시스템;
    수직 축선 위치설정 시스템으로서, 중력으로 정렬된 축선을 따라 상기 제 1 회전가능한 플랫포옴을 기계적으로 조정하는 수직 축선 위치설정 시스템; 및
    레스퍼레이션 센서를 포함하며,
    상기 레스퍼레이션 센서는:
    상기 환자의 코 근처에 위치되는 제 1 열 저항체;
    상기 환자가 숨을 내쉬는 경로 외부 및 상기 제 1 회전가능한 플랫포옴과 동일한 국부적 룸 환경 내 모두에 위치되는 제 2 열 저항체를 포함하며,
    상기 제 1 열 저항체 및 상기 제 2 열 저항체로부터의 기록들 사이의 차이를 이용하여 상기 레스퍼레이션 신호가 발생되며,
    상기 싱크로트론은 상기 10개 이상의 조사 위치의 각각에서 상기 레스퍼레이션 신호의 설정된 시간 간격 동안 상기 하전 입자 비임을 전달하는,
    하전 입자 비임으로 환자의 종양의 암 치료를 위한 장치.
    
70. 삭제
71. 삭제
72. 하전 입자 비임으로 환자의 종양의 암 치료를 위한 장치로서,
    싱크로트론;
    조사 기간 동안 회전하는 제 1 회전가능한 플랫포옴으로서, 상기 싱크로트론에 의해 상기 종양으로 상기 하전 입자 비임의 전달 동안 10개 이상의 조사 위치로 회전하는 제 1 회전가능한 플랫포옴;
    상기 제 1 회전가능한 플랫포옴 상에 장착된 부동화 시스템으로서, 상기 하전 입자 비임의 전달 동안 상기 종양의 운동을 제한하는, 부동화 시스템; 및
    레스퍼레이션 센서를 포함하며,
    상기 부동화 시스템은 착석 위치 부동화 시스템을 포함하며,
    상기 착석 위치 부동화 시스템은:
    모터 조정가능한 등 지지부;
    모터 조정가능한 머리 지지부; 및
    모터 조정가능한 팔 지지부를 포함하며,
    상기 레스퍼레이션 센서는 사용중에 상기 환자의 가슴에 변위능하게 부착된 힘 계측기를 포함하는,
    하전 입자 비임으로 환자의 종양의 암 치료를 위한 장치.
    
73. 하전 입자 비임으로 환자의 종양의 암 치료를 위한 장치로서,
    싱크로트론;
    조사 기간 동안 회전하는 제 1 회전가능한 플랫포옴으로서, 상기 싱크로트론에 의해 상기 종양으로 상기 하전 입자 비임의 전달 동안 10개 이상의 조사 위치로 회전하는 제 1 회전가능한 플랫포옴;
    상기 제 1 회전가능한 플랫포옴 상에 장착된 부동화 시스템으로서, 상기 하전 입자 비임의 전달 동안 상기 종양의 운동을 제한하는, 부동화 시스템; 및
    눕힘 환자 부동화 시스템을 포함하며,
    상기 눕힘 환자 부동화 시스템은:
    상기 제 1 회전가능한 플랫포옴 상에 장착된 테이블; 및
    눕휨 플랫포옴으로서, 상기 테이블 상으로 미끄러지는 환자를 홀딩하는, 눕힘 플랫포옴을 포함하는,
    하전 입자 비임으로 환자의 종양의 암 치료를 위한 장치.
    
74. 제 65 항에 있어서,
    상기 제 1 회전가능한 플랫포옴 위에 위치되는 제 2 회전가능한 플랫포옴으로서, 상기 제 1 회전가능한 플랫포옴과 함께 회전하는, 제 2 회전가능한 플랫포옴; 및
    상기 제 2 회전가능한 플랫포옴으로 장착되는 디스플레이 스크린으로서, 상기 디스플레이 스크린은 레스퍼레이션 신호 명령을 디스플레이하는,
    하전 입자 비임으로 환자의 종양의 암 치료를 위한 장치.

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