KR102273116B1 - 하전 입자 빔 조사 장치 - Google Patents

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다쿠지 후루카와
요우스케 하라
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비 닷 메디컬 아이엔씨.
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Abstract

종래의 하전 입자 빔 조사 장치에서는, 조사 노즐에 급전하기 위한 케이블에 기인하는 문제가 존재한다.
본 발명은 하전 입자 빔을 편향함으로써, 아이소센터로의 하전 입자 빔의 조사각을 연속적으로 바꾸는 수속 전자석과; 상기 수속 전자석의 유효 자장 영역의 출사 측의 형상을 따라 연속적으로 이동하는 조사 노즐로서, 상기 수속 전자석으로부터 출사한 하전 입자 빔은 상기 조사 노즐을 지나 상기 아이소센터에 조사되는, 상기 조사 노즐과; 상기 유효 자장 영역의 출사 측의 형상을 따르도록 마련된 급전 레일과; 서포트 부재를 개재하여 상기 조사 노즐에 고정된 집전 슈로서, 상기 급전 레일을 따라 슬라이딩하고, 상기 급전 레일로부터의 전력을 상기 조사 노즐에 공급하는 상기 집전 슈를 구비한 하전 입자 빔 조사 장치로서, 상기 집전 슈의 상기 급전 레일에 접촉하는 면은, 상기 급전 레일과 동일한 굽힘 반경 또는 상기 급전 레일의 평균 굽힘 반경을 갖고/갖거나, 상기 집전 슈는, 상기 급전 레일의 평탄한 측면에 접촉하면서, 상기 급전 레일을 따라 슬라이딩하는, 상기 하전 입자 빔 조사 장치를 제공한다.

Description

하전 입자 빔 조사 장치{CHARGED PARTICLE IRRADIATION APPARATUS}
본 발명은, 하전 입자 빔 조사 장치에 관한 것이다.
종래부터, 고에너지로 가속된 하전 입자 빔을 암 등의 악성 종양에 조사하여, 악성 종양을 치료하는 입자선 치료가 행하여지고 있다.
입자선 치료에서는 가속기에서 취출된 가는 하전 입자 빔을 주사 전자석에 의해 측방 방향으로 주사하고, 또한 병소를 빔 진행 방향의 각 층으로 구분하여, 3차원 조사를 가능하게 하는 스캐닝 조사법이 행하여지고 있다. 하전 입자의 가속기에서 취출된 하전 입자 빔을 치료실 내의 조사 표적에 수송하기 위해, 배분 전자석이나 수속(收束) 전자석 등을 포함하는 빔 수송계가 이용되고, 빔 수송계는 조사 표적 측의 말단에, 주사 전자석이나 에너지 변조 수단을 포함하는 조사 노즐을 구비한다.
특허문헌 1에 기재된 입자선 조사 장치에서는, 조사 표적에 대해 연속적으로 조사 각도를 선택할 수 있는 한편으로, 거대한 조사 장치를 회전시키기 위한 회전 갠트리가 필요해진다(특허문헌 1). 여기서, 입자선 치료에 이용하는 전자석이나 조사 장치 등의 기기는 대전류를 급전할 필요가 있고, 허용 전류가 큰 CV 케이블(가교 폴리에틸렌 절연 비닐 시스 케이블) 등의 전력 케이블이 사용된다. 이와 같은 케이블은 비교적 굵게 만들어져 있으며, 굵은 케이블은 굽힘 반경(곡률)이 커진다. 이들 굵은 케이블을 수 십~수 백 개 묶어 사용하는 경우에는, 케이블의 수용 스페이스를 넓게 취하지 않으면 안된다는 문제가 있다. 또한, 회전 갠트리는 시계 방향 및 반시계 방향으로 최대 180도 정도 회전하는 것이지만, 그에 맞추어 케이블류도 회전시킬 필요가 있고, 회전에 의한 케이블끼리의 뒤엉킴이나 마모 등의 손상의 문제가 있다.
특허문헌 2에는 회전 갠트리를 사용하지 않고, 임의의 각도에서 하전 입자 빔을 표적에 조사하는 하전 입자 빔 조사 장치가 개시된다.
종래의 하전 입자 빔 조사 장치에서, 대전류가 급전되는 조사 노즐 등이 이동하는 경우, 도 10에 나타내는 바와 같이 일반적으로는, 통전 상태인 채 이동할 수 있는 캡타이어 케이블 등이 이용된다. 그러나, 캡타이어 케이블 등의 케이블은 피복 부분이 매우 두꺼운 점에서 굽힘 반경이 커져, 장치 전체가 거대화되어 버리는 문제가 있다. 또한, 이와 같은 크고 굵은 케이블류가 환자의 시계에 들어오는 위치에 있어 이것이 움직이는 것을 치료 중인 환자가 보게 되어버리는 경우에는, 환자에게 심리적인 압박이나 불안을 생기게 하는 경우도 있다.
일본 특허출원공표 2013-505757호 일본 특허 제6387476호
상기에 감안하여, 본 발명은 조사 노즐을 작동시키기 위한 비교적 굵은 전력 공급 케이블을 사용하지 않고, 급전 레일로부터 조사 노즐에 전력이 공급되도록 구성된 하전 입자 빔 조사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에는 이하의 태양 〔1〕~〔8〕이 포함된다.
〔1〕
하전 입자 빔을 편향함으로써, 아이소센터로의 하전 입자 빔의 조사각을 연속적으로 바꾸는 수속 전자석과,
상기 수속 전자석의 유효 자장 영역의 출사 측의 형상을 따라 연속적으로 이동하는 조사 노즐로서, 상기 수속 전자석으로부터 출사한 하전 입자 빔은 상기 조사 노즐을 지나 상기 아이소센터에 조사되는, 상기 조사 노즐과,
상기 유효 자장 영역의 출사 측의 형상을 따르도록 마련된 급전 레일과,
서포트 부재를 개재하여 상기 조사 노즐에 고정된 집전 슈로서, 상기 급전 레일을 따라 슬라이딩하고, 상기 급전 레일로부터의 전력을 상기 조사 노즐에 공급하는 상기 집전 슈를 구비한 하전 입자 빔 조사 장치로서,
상기 집전 슈의 상기 급전 레일에 접촉하는 면은, 상기 급전 레일과 동일한 굽힘 반경 또는 상기 급전 레일의 평균 굽힘 반경을 갖고/갖거나,
상기 집전 슈는, 상기 급전 레일의 평탄한 측면에 접촉하면서, 상기 급전 레일을 따라 슬라이딩하는, 상기 하전 입자 빔 조사 장치.
〔2〕
상기 수속 전자석, 상기 급전 레일 및 상기 집전 슈는 포트 커버에 내포되어 있지만, 상기 조사 노즐의 전부 또는 일부는 상기 포트 커버 밖에 위치하는, 〔1〕에 기재된 하전 입자 빔 조사 장치.
〔3〕
하전 입자 빔을 편향함으로써, 아이소센터로의 하전 입자 빔의 조사각을 연속적으로 바꾸는 수속 전자석과,
상기 수속 전자석의 유효 자장 영역의 출사 측의 형상을 따라 연속적으로 이동하는 조사 노즐로서, 상기 수속 전자석으로부터 출사한 하전 입자 빔은 상기 조사 노즐을 지나 상기 아이소센터에 조사되는, 상기 조사 노즐과,
상기 유효 자장 영역의 출사 측의 형상을 따르도록 마련된 급전 레일과,
서포트 부재를 개재하여 상기 조사 노즐에 고정된 집전 슈로서, 상기 급전 레일을 따라 슬라이딩하고, 상기 급전 레일로부터의 전력을 상기 조사 노즐에 공급하는 상기 집전 슈
를 구비한 하전 입자 빔 조사 장치로서,
상기 집전 슈는 복수의 집전부를 포함하고,
상기 집전부 각각의 상기 급전 레일에 접촉하는 면은, 상기 급전 레일과 동일한 굽힘 반경 또는 상기 급전 레일의 평균 굽힘 반경을 갖는, 상기 하전 입자 빔 조사 장치.
〔4〕
상기 서포트 부재와 상기 집전 슈와의 사이에 부세 수단이 마련되고, 상기 부세 수단에 의해 상기 집전 슈에 일정한 하중이 가해지도록 구성되어 있는, 〔1〕~〔3〕 중 어느 한 항에 기재된 하전 입자 빔 조사 장치.
〔5〕
상기 유효 자장 영역의 출사 측의 형상을 따르도록 마련된 구동 레일과,
상기 서포트 부재를 개재하여 상기 조사 노즐에 고정되고, 상기 조사 노즐이 상기 구동 레일에 지지되면서 상기 구동 레일을 따라 연속적으로 이동할 수 있도록 구성된 구동부
를 더 구비하고,
상기 급전 레일로부터 상기 집전 슈를 개재하여 상기 구동부에 전력이 공급되는 〔1〕~〔4〕 중 어느 한 항에 기재된 하전 입자 빔 조사 장치.
〔6〕
상기 수속 전자석은, 하전 입자 빔의 경로를 사이에 두도록 배치된 코일 쌍을 구비하고,
상기 코일 쌍은 전류를 입력하면, 하전 입자 빔의 진행 방향(X축)에 직교하는 방향(Z축)으로 자장이 향한 유효 자장 영역을 생성하도록 구성되어 있으며, 여기서 X축과 Z축의 양쪽에 직교하는 축을 Y축으로 하고,
XY면에서,
편향 기점(Q)에서 X축에 대한 편향각(φ)으로 편향하고, 상기 유효 자장 영역에 입사한 하전 입자 빔은, 상기 유효 자장 영역에 의해 편향되어, X축에 대한 조사각(θ)으로 상기 조사 노즐을 지나 상기 아이소센터에 조사되며,
상기 유효 자장 영역의 하전 입자 빔의 출사 측의 경계 위의 임의의 점(P2)은 상기 아이소센터로부터 등거리(r1)의 위치에 있고,
상기 유효 자장 영역의 하전 입자 빔의 입사 측의 경계 위의 점(P1)과 상기 점(P2)은, 반경(r2) 및 중심각(θ+φ)의 원호 위에 있으며,
상기 편향 기점(Q)과 상기 점(P1)과의 사이의 거리(R)는 상기 편향 기점(Q)과 상기 아이소센터와의 사이의 거리를 L로 하면, 관계식 (4):
Figure 112021023084891-pat00001
를 충족시키는, 〔1〕~〔5〕 중 어느 한 항에 기재된 하전 입자 빔 조사 장치.
〔7〕
상기 수속 전자석은 제1 코일 쌍 및 제2 코일 쌍을 구비하고,
상기 제1 코일 쌍 및 제2 코일 쌍은, 하전 입자 빔의 경로를 사이에 두도록 그리고 Y축 방향으로 늘어서도록 배치되고,
상기 제1 코일 쌍 및 상기 제2 코일 쌍은, 생성하는 유효 자장 영역의 자장의 방향이 서로 반대가 되도록 구성되어 있는, 〔6〕에 기재된 하전 입자 빔 조사 장치.
〔8〕
하전 입자 빔을 생성하는 가속기로부터의 하전 입자 빔을, 상기 편향 기점(Q)에서 10도 이상의 편향각(φ)으로 편향하는 배분 전자석을 더 구비한 〔6〕 또는 〔7〕에 기재된 하전 입자 빔 조사 장치.
본 발명의 일 실시형태에 따른 하전 입자 빔 조사 장치에서는, 조사 노즐을 작동시키기 위한 비교적 굵은 전력 공급 케이블을 사용하지 않고, 급전 레일로부터 조사 노즐에 전력이 공급되는 구성이기 때문에, 굽힘 반경이 크고 굵은 케이블의 수용 스페이스의 문제나, 케이블의 취급에 의한 케이블의 손상 문제 등을 해소 내지 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 하전 입자 빔 조사 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 수속 전자석의 개략 구성도이다.
도 3은 유효 자장 영역의 형성을 설명하기 위한 도이다.
도 4는 하전 입자 빔 조사 장치의 개략 구성도이다.
도 5는 하전 입자 빔 조사 장치의 조사 노즐 측의 정면도 및 측면도이다.
도 6은 조사 노즐과 급전 시스템의 개략 구성 단면도이다.
도 7은 집전 슈의 접촉면의 형상을 설명하기 위한 도이다.
도 8은 집전 슈의 복수의 집전부의 형상을 설명하기 위한 도이다.
도 9는 하전 입자 빔 조사 장치의 제어 시스템의 블록도이다.
도 10은 종래 기술의 하전 입자 빔 조사 장치를 설명하기 위한 도이다.
본 발명의 일 실시형태는 수속 전자석의 유효 자장 영역의 출사 측의 형상을 따라 연속적으로 이동하고, 아이소센터로 하전 입자 빔(입자선이라고도 함)을 조사하는 조사 노즐과, 상기 조사 노즐에 전력을 공급하는 급전 시스템을 구비한 하전 입자 빔 조사 장치(10)에 관한 것이다.
<하전 입자 빔 조사 장치(10)>
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 하전 입자 빔 조사 장치(10)의 개략 구성도이다. 하전 입자 빔 조사 장치(10)는 수속 전자석(40) 및 조사 노즐(100)을 구비한다. 하전 입자 빔 조사 장치(10)는 가속기(20) 및 하전 입자 빔 수송계(30)를 더 구비하고 있어도 된다. 조사 노즐(100)은 환자를 싣는 치료대가 구비된 치료실 내에 배치된다.
수속 전자석(40)은 진공 용기에 내포되고, 하전 입자 빔이 통과하는 수속 전자석(40)의 유효 자장 영역은 진공으로 유지된다. 수속 전자석(40)의 진공 용기 (및 후술하는 구동 레일과 급전 레일)는 포트 커버(48)에 내포되어 있으며, 하전 입자 빔 조사 장치(10)의 사용 시에, 수속 전자석(40)이나 후술하는 급전 시스템(120)이 환자나 의료 스탭으로부터 보이지 않도록 되어 있다. 이로써, 입자선 치료 중의 환자의 심리적인 압박이나 부담을 저감함과 함께, 후술하는 급전 레일에 접촉 감전되는 사고 등을 방지하여, 안전성이 담보된다. 또한, 후술하는 조사 노즐(100)의 전부 또는 일부는 포트 커버(48) 밖에 위치하여, 입자선 치료 중의 환자로부터 보이는 위치에 있다.
가속기(20)는 하전 입자 빔을 생성하는 장치이며, 예컨대 싱클로트론, 사이클로트론, 또는 선형(線形) 가속기이다. 가속기(20)에서 생성된 하전 입자 빔은, 하전 입자 빔 수송계(30)를 통하여 수속 전자석(40)에 유도된다.
하전 입자 빔 수송계(30)에는, 하나 또는 복수의 하전 입자 빔 조정 수단(31), 진공 덕트(32), 배분 전자석(33), 및 부채형 진공 덕트(34) 등이 포함된다. 가속기(20), 하전 입자 빔 조정 수단(31) 및 배분 전자석(33)은, 진공 덕트(32)로 접속되고, 배분 전자석(33) 및 수속 전자석(40)은 부채형 진공 덕트(34)로 접속되어 있다. XY면(도 2 참조)에서의 부채형 진공 덕트(34)의 형상을 부채 형상으로 함으로써, 10도 이상의 편향각(φ)으로 편향된 하전 입자 빔이어도, 상기 진공 덕트 내를 통과할 수 있고, 직사각형상의 진공 덕트에 비해 소형화할 수 있어, 설치 스페이스를 저감할 수 있다.
하전 입자 빔은, 상류 측의 가속기(20)에서 생성되고, 감쇠를 피하거나 저감하기 위해 진공 덕트(32, 34) 내를 진행하여, 하전 입자 빔 조정 수단(31)에 의한 조정을 받으면서 하류 측의 수속 전자석(40)에 유도된다.
하전 입자 빔 조정 수단(31)에는, 하전 입자 빔의 빔 형상 및/또는 선량을 조정하기 위한 빔 슬릿, 하전 입자 빔의 진행 방향을 조정하기 위한 전자석, 하전 입자 빔의 빔 형상을 조정하기 위한 4극 전자석, 및, 하전 입자 빔의 빔 위치를 미세 조정하기 위한 스티어링 전자석 등이, 사양에 따라 적절히 포함된다.
하전 입자 빔의 배분 전자석(33)으로부터 아이소센터(O)(환자의 환부)까지의 경로는, 후술하는 조사각(θ)에 따라 다르다. 이 때문에, 하전 입자 빔이 받는 광학적 요소도 조사각(θ)에 따라 바뀌고, 아이소센터(O)에서의 하전 입자 빔의 빔 형상이 조사각(θ)에 따라 바뀌는 경우가 있다. 이에 대해서는, 예컨대, 수속 전자석(40)보다 상류 측에 마련된 하전 입자 빔 조정 수단(31)을 조사각(θ)마다 제어하고, 아이소센터(O)에서의 하전 입자 빔의 빔 형상이 적절해지도록 조정하도록 하여도 된다.
배분 전자석(33)은, 하전 입자 빔을 후술하는 편향각(φ)으로 연속적으로 편향하고, 수속 전자석(40)으로 하전 입자 빔을 출사하도록 구성되어 있다. 수속 전자석(40)은 아이소센터(O)로 향하는 하전 입자 빔의 조사각(θ)을 연속적으로 바꾸도록 구성되어 있다. 여기서, 본원과 동일한 출원인에 의한 선행특허(일본 특허 6364141호, 일본 특허 6387476호)의 내용은 참조에 의해 본원 명세서에 원용되지만, 배분 전자석(33) 및 수속 전자석(40)의 예에 대하여 이하에 간단하게 설명한다.
도 2(a)는 수속 전자석(40)의 개략 구성도이다. 도 2에서 하전 입자 빔의 진행 방향을 X축, 수속 전자석(40)이 생성하는 자장의 방향을 Z축, X축 및 Z축에 직교하는 방향을 Y축으로 한다. 수속 전자석(40)은, XY면에서, X축에 대한 편향각(φ)의 넓은 범위로부터 입사하는 하전 입자 빔을, 아이소센터(O)에 수속하도록 구성되어 있다. 또한, 도 2~3에서는 조사 노즐(100)은 생략하고, 설명을 간단하게 하기 위해, 아이소센터(O)를 XYZ 공간의 원점으로 하고, 상류 측(가속기 측)을 X축의 정(正)의 방향으로 하고 있다.
편향각(φ)의 범위는, -90도 초과~+90도 미만의 범위에 있고, 플러스(+Y축 방향)의 편향각 범위와 마이너스(-Y축 방향)의 편향각 범위는 차이가 있어도 된다(비대칭). 예컨대, 플러스 측의 최대 편향각(φ=φmax)을 10도, 15도, 20도, 25도, 30도, 35도, 40도, 45도, 50도, 60도, 70도, 80도, 및 85도 중 하나로 하고, 마이너스 측의 최대 편향각(φ=-φmax)을 -10도, -15도, -20도, -25도, -30도, -35도, -40도, -45도, -50도, -60도, -70도, -80도, 및 -85도 중 하나로서 하여도 된다.
수속 전자석(40)은, 1세트 이상의 코일 쌍을 구비하고, 해당 코일 쌍은, 하전 입자 빔의 진행 방향과 하전 입자 빔의 편향각(φ)의 확산 방향에 직교하는 방향(도 중 Z축 방향)을 향한 균일한 자장을 생성하고(유효 자장 영역(41a, 41b)), 하전 입자 빔의 경로를 사이에 두도록 배치되어 있다. 수속 전자석(40)의 1세트의 코일 쌍이 생성하는 유효 자장 영역은, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이 XY 평면에서 초승달 모양의 형상을 가지며, 그 상세에 대해서는 후술한다. 또한, 하전 입자 빔이 통과하는, 대향하는 코일 쌍 사이의 극간은(Z축 방향의 거리), XY면에서의 하전 입자 빔이 확산하는 범위에 비해 충분히 작기 때문에, 여기서는 하전 입자 빔의 Z축 방향의 확산에 대해서는 고려하지 않는다.
도 2(b)는 수속 전자석(40)의 A-A선 단면도이다. 수속 전자석(40)은, 바람직하게는 적어도 2세트의 코일 쌍(44a, 44b)을 구비한다. 코일(44a, 44b)의 내부에는 각각 자극(폴)(45a, 45b)이 포함되고, 자극(45a, 45b)은 요크(46)가 접속되어 있다. 수속 전자석(40)에는 전원 장치(후술하는 전자석 제어부(142))가 접속되어 있으며, 전원 장치로부터 코일 쌍(44a, 44b)에 전류(여자(勵磁) 전류)가 공급됨으로써, 수속 전자석(40)이 여자하고, 유효 자장 영역(41a, 41b)(총칭하여 유효 자장 영역(41)이라고도 함)이 형성된다.
또한, 유효 자장 영역(41a)의 범위와 유효 자장 영역(41b)의 범위는, 차이가 있어도 된다(비대칭). 예컨대, 플러스(+Y축 방향)의 편향각(φ)의 범위와 마이너스 (-Y축 방향)의 편향각(φ)의 범위가 비대칭이면, 그에 따라 유효 자장 영역(41a, 41b)도 비대칭으로 형성함으로써, 사용되지 않는 유효 자장 영역을 삭감할 수 있고, 제조 코스트나 소비 전력을 저감할 수 있다.
배분 전자석(33)에 의해 편향되고, 수속 전자석(40)에 입사하는 하전 입자 빔의 편향각(φ)의 범위는 플러스의 최대 편향각(φ=φmax)에서 마이너스의 최대 편향각(φ=-φmax)의 범위이고, 플러스의 최대 편향각(φmax)은 10도 이상 90도 미만의 각도이며, 마이너스의 최대 편향각(-φmax)은 -90도 초과 -10도 이하의 각도이다. 편향각(φ) 및 후술하는 조사각(θ)은 XY면에서 X축에 대한 하전 입자 빔의 경로의 각도이다.
플러스의 편향각 범위(φ=0 초과~φmax)에서 입사한 하전 입자 빔은, 제1 코일 쌍(44a)의 유효 자장 영역(41a)에 의해 편향되고, 조사 노즐(100)을 지나 아이소센터(O)에 조사된다. 마이너스의 편향각 범위(φ=0 미만~-φmax)에서 입사한 하전 입자 빔은, 제2 코일 쌍(44b)의 유효 자장 영역(41b)에 의해 편향되고, 조사 노즐(100)을 지나 아이소센터(O)에 조사된다. 유효 자장 영역(41a)과 유효 자장 영역(41b)의 자장의 방향은 서로 반대의 방향이다. 또한, 배분 전자석(33)으로부터 편향각(φ)=0으로 수속 전자석(40)에 입사하는 하전 입자 빔은, 유효 자장 영역(41a, 41b) 중 어느 하나 또는 양 영역(41a, 41b)의 사이를 통과하고, 조사 노즐(100)을 통하여 아이소센터(O)에 수속한다.
수속 전자석(40)에 입사하는 하전 입자 빔의 편향각(φ)은, 배분 전자석(33)에 의해 제어된다. 배분 전자석(33)은 가속기(도시하지 않음)로부터 공급되는 하전 입자 빔의 진행 방향(도 중 X축)에 직교하는 방향(도 중 Z축)을 향한 자장을 생성하고, 통과하는 하전 입자 빔을 편향하는 전자석과, 해당 자장의 강도 및 방향을 제어하는 제어부를 구비한다(도시하지 않음). 배분 전자석(33)은, 후술하는 전자석 제어부(142)가 배분 전자석(33)의 자장의 강도 및 방향(Z축 방향)을 제어하는 것에 의해, XY면에서 하전 입자 빔을 편향하고, 편향 기점(Q)에서 편향각(φ)으로 편향한 하전 입자 빔을 수속 전자석(40)에 출사한다. 여기서, 편향 기점(Q)과 아이소센터(O)는 X축 위에 있다.
도 3을 참조하여 수속 전자석(40)의 유효 자장 영역(41a)을 형성하기 위한 계산식에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시형태에서는, Z축 방향으로의 하전 입자 빔의 편향은 고려하지 않기 때문에, XY면에서의 유효 자장 영역의 형성에 대하여 설명한다. 수속 전자석(40)의 유효 자장 영역(41a)에 대하여 설명하지만, 유효 자장 영역(41b)에 대해서도 유사하며, 설명은 생략한다.
먼저, 수속 전자석(40)의 하전 입자 빔의 출사 측(43)의 유효 자장 영역(41a)의 경계는 아이소센터(O)로부터 등거리(r1)의 위치에 있는 범위가 되도록 결정한다. 다음으로, 수속 전자석(40)의 하전 입자 빔의 입사 측(42)의 유효 자장 영역(41a)의 경계는, 후술하는 관계식 (1)~(5)에 기초하여, 아이소센터(O)로부터 소정의 거리 L의 위치에 있는 가상 상의 편향 기점(Q)에서 편향각(φ)으로 편향하고, 입사하는 하전 입자 빔이 아이소센터(O)에 수속하도록 정하여진다. 여기서, 가상상의 편향 기점(Q)은 배분 전자석(33)의 중심에서 하전 입자 빔이 편향각(φ)의 킥을 극단 거리의 사이에 받는다고 가정한 점이다.
편향각(φ)으로 수송되어 온 하전 입자 빔은, 입사 측(42)의 유효 자장 영역(41a)의 경계 위의 임의의(어느 하나의) 점(P1)으로부터 들어오고, 유효 자장 영역(41a) 내에서 굽힘 반경(r2)의 원 운동을 행하고(이 때의 중심각은 (φ+θ)가 됨), 출사 측(43)의 유효 자장 영역(41a)의 경계 위의 점(P2)로부터 나오며, 아이소센터(O)를 향하여 조사된다. 즉, 점(P1)과 점(P2)은 반경(r2) 및 중심각(φ+θ)의 원호 위에 있다.
XY면에서 아이소센터(O)를 원점으로 하는 XY 좌표계를 상정한다. 출사 측(43)의 점(P2)과 아이소센터(O)를 연결하는 직선과 X축이 이루는 각도를 조사각(θ)으로 하면, 입사 측(42)의 점(P1)의 좌표(x, y), 편향각(φ) 및 점(Q)과 점(P1)과의 사이의 거리(R)는, 이하의 관계식 (1)~(4)에서 구해진다.
Figure 112021023084891-pat00002
여기서 유효 자장 영역(41a)에는 균일한 자속 밀도(B)의 자장이 생기고 있으며, 하전 입자 빔의 운동량을 p(대략 가속기에 의존하는), 전하를 q로 하면, 자장 중에서 편향되는 하전 입자 빔의 굽힘 반경(r2)은 식 (5)로 나타난다.
Figure 112021023084891-pat00003
상기 관계식 (1)~(5)에 기초하여, 수속 전자석(40)의 코일 쌍(44a) 및 자극(45a)의 형상 및 배치를 조정하고, 코일 쌍(44a)에 흐르는 전류를 조정함으로써, 유효 자장 영역(41a)의 경계의 형상을 조정할 수 있다. 즉, 출사 측(43)의 유효 자장 영역(41a)의 경계 위의 임의의 점(P2)과 아이소센터(O)와의 사이의 거리가 등거리(r1)가 되도록 경계를 정하고, 유효 자장 영역(41a)의 자속 밀도(B)를 조정하여 식 (5)에서 r2를 정하며, 입사 측(42)의 유효 자장 영역(41a)의 경계 위의 점(P1)과 편향 기점(Q)과의 사이의 거리(R)가 식 (4)의 관계를 갖도록, 입사 측(42)의 유효 자장 영역(41a)의 경계를 정한다. 식 (3)의 φ의 극댓값이 최대 편향각(φmax)이 된다. 또한, 한정되는 것은 아니지만, 편향 기점(Q)을 통과하는 하전 입자 빔이 수속 전자석(40)에 따른 편향을 받지 않아도 아이소센터(O)에 수속하도록, 편향 기점(Q), 수속 전자석(40) 및 아이소센터(O)의 배치를 조정해 두면, 장치 구성을 보다 심플하게 할 수 있기 때문에 바람직하다.
상기와 같이 하여 구해지는 수속 전자석(40)의 유효 자장 영역(41a, 41b)의 경계는, 하전 입자 빔을 아이소센터(O)에 수속시키기 위한 이상적인 형상이다. 또한, 실제로는 이 이상적인 형상으로부터의 편차나 자장 분포의 불균일성이 있다고 해도, 수속 전자석(40)의 여자량(자속 밀도(B))을 편향각(φ)마다 미리 미세 조정하고, 그 정보를 전원 장치(예컨대 조사 제어부(121))에 기억시켜 두고, 편향각(φ)과 수속 전자석(40)의 전류량이 연동하도록 그들을 제어함으로써, 하전 입자 빔을 아이소센터(O)에 맞춰 편향시킬 수 있다. 또한, 사전에 자장 분포의 불균일성을 예측할 수 있는 경우에는, 수속 전자석(40)의 코일 쌍(44a, 44b) 및 자극(45a, 45b)의 형상 및 배치를 보정함으로써, 하전 입자 빔의 궤도를 미세 조정하는 것도 가능하다.
<조사 노즐(100)>
하전 입자 빔 조사 장치(10)의 조사 노즐(100)에 대하여 설명한다.
도 4는, 하전 입자 빔 조사 장치(10)의 하류 측, 즉 배분 전자석(33), 부채형 진공 덕트(34), 수속 전자석(40)의 유효 자장 영역(41(41a, 41b)) 및 조사 노즐(100)을 확대한 모식도이다.
조사 노즐(100)은, 하전 입자 빔을 이용한 치료 등이 행해지는 치료실 내에 위치하고, XY면에서 유효 자장 영역(41)의 출사 측(43)의 형상(경계 형상)에 따르도록 연속적으로 이동한다. 유효 자장 영역(41)의 출사 측(43)으로부터 아이소센터(O)를 향하는 하전 입자 빔은 조사 노즐(100) 내를 통과하고, 조사 노즐(100)에 의해 하전 입자 빔의 진행 방향 등이 미세 조정된다.
조사 노즐(100)은, 주사 전자석(101), 빔 모니터(102), 및 에너지 변조 수단 (103)을 구비한다. 주사 전자석(101)은 흐르는 전류량이나 전류의 방향을 조정함으로써, 조사 노즐(100)로부터 출사하는 하전 입자 빔의 진행 방향을 미세 조정하고, 비교적 좁은 범위 내에서 하전 입자 빔을 스캔(주사) 가능하게 한다. 빔 모니터(102)는 하전 입자 빔을 감시하고, 선량 모니터나 빔의 위치 및 평탄도를 계측한다. 에너지 변조 수단(103)은, 하전 입자 빔의 에너지를 조정하여 하전 입자 빔의 환자 내에 도달하는 깊이를 조정한다. 에너지 변조 수단(103)은, 예컨대 레인지 모듈레이터, 산란체, 릿지 필터, 환자 콜리메이터, 환자 보러스, 애플리케이터, 또는 이들 조합이다.
<급전 시스템(120)>
도 5~도 9를 이용하여 조사 노즐(100)로의 급전 시스템(120)에 대하여 설명한다.
도 5(a)는 환자 측에서 본 하전 입자 빔 조사 장치(10)의 정면도이며, 도 5 (b)는 그 측면도이다. 도 6은 급전 시스템(120), 조사 노즐(100), 및 포트 커버 (48)의 단면을 위에서 본 개요도이다.
급전 시스템(120)은 조사 노즐(100)에 고정된 서포트 부재(121)에 마련된 구동부(122) 및 집전 슈(123)와, 조사 노즐(100)을 수속 전자석(40)의 유효 자장 영역(41)의 출사 측(43)의 형상을 따라 이동시키기 위한 구동 레일(124)과, 집전 슈(123)를 개재하여 조사 노즐(100) 및 구동부(122)에 전력을 공급하는 급전 레일(125)을 포함한다.
급전 레일(125)은 단락(短絡)이나 누전을 방지하기 위해, 포트 커버(48) 내에 절연 부재(126)를 개재하여 고정되어 있다. 또한, 구동 레일(124) 및 급전 레일(125)의 개수는 도시한 개수로 한정되는 것이 아니라, 각각 1개 이상 마련되어 있으면 된다.
급전 시스템(120)에서, 구동 레일(124) 및 급전 레일(125)은, 수속 전자석(40)을 내포하는 진공 용기가 내포된 포트 커버(48) 내에, XY면에서 수속 전자석(40)의 유효 자장 영역(41)의 출사 측(43)의 형상을 따르도록 마련되어 있다. 여기서 "유효 자장 영역(41)의 출사 측(43)의 형상을 따르도록"이란, 하전 입자 빔 조사 장치(10)에서 사용되는 어느 조사각(θ)에서도, 유효 자장 영역(41)의 출사 측(43)으로부터 아이소센터(O)로 향하는 하전 입자 빔이 조사 노즐(100) 내를 통과할 수 있도록 구성되어 있으면 되지만, 바람직하게는 XY면에서 구동 레일(124) 및 급전 레일(125)이 유효 자장 영역(41)의 출사 측(43)의 형상과 동일 또는 상사(相似)하도록 형성되어 있다. XY면에서 급전 레일(125)을 유효 자장 영역(41)의 출사 측(43)의 형상과 동일 또는 상사하도록 형성함으로써, 조사 노즐(100)이 구동 범위 내의 어느 위치에 있을 때에도, 집전 슈(123)와 급전 레일(125)과의 사이의 접촉 저항의 변화를 억제하여, 안정적인 전력 공급이 얻어지는 점에서 바람직하다.
도 6(a)는 급전 레일(125)이 구동 레일(124)의 내측에 위치하는 태양을 나타내고, 도 6(b)는 구동 레일(124)이 급전 레일(125)의 내측에 위치하는 태양을 나타낸다. 본 발명에서는 어느 형태이어도 되지만, 도 6(b)에 나타내는 태양은, 비교적 무거운 조사 노즐(100)이 구동부(122)의 근처에 위치되기 때문에, 조사 노즐(100)의 이동에 수반하는 서포트 부재(121)에 가하여지는 모멘트의 영향을 저감할 수 있다.
또한, 도 6에서는 XZ면에서 급전 레일(125)의 단면은 평상으로 되어 있지만, 집전 슈(123)와의 접촉성을 향상시키기 위해, 집전 슈(123) 측으로 만곡하고 있어도 된다. 또한, 도 6(c)에 나타내는 바와 같이, 집전 슈(123)가 급전 레일(125)의 평탄한 측면을 사이에 두도록 구성되어도 된다. 이 구성에 의해, 평탄한 집전 슈(123)의 면과 평탄한 급전 레일(125)의 측면과의 접촉이 높게 유지되면서, 집전 슈(123)는 급전 레일(125)을 따라 슬라이딩할 수 있다.
구동부(122)는, 서포트 부재(121)를 개재하여 조사 노즐(100)에 고정되고, 조사 노즐(100)이 구동 레일(124)에 지지되면서 구동 레일(124)을 따라 연속적으로 이동할 수 있도록 구성된 구동 모터 및 구동 기구를 구비한다.
수속 전자석(40)의 유효 자장 영역(41)의 출사 측(43)으로부터 나온 하전 입자 빔은, 직선적으로 진행한다. 그 때문에, 유효 자장 영역(41)으로부터 나온 하전 입자 빔이 조사 노즐(100)의 입사단(중심 위치)에 입사됨으로써, 하전 입자 빔의 감쇠가 가장 억제되고, 조사 노즐(100) 내에서의 하전 입자 빔의 조정이 용이해지도록, 조사 노즐(100)을 구성하여 두면 된다. 그리고, XY면에서 조사 노즐(100)을 유효 자장 영역(41)의 출사 측(43)의 형상을 따라 이동시킴으로써, 유효 자장 영역(41)으로부터 나온 하전 입자 빔이 조사 노즐(100)의 입사단에 입사하는 것은 용이해져, 하전 입자 빔의 감쇠를 피하거나 또는 저감할 수 있다.
집전 슈(123)는, 서포트 부재(121)를 개재하여 조사 노즐(100)에 고정되어 있으며, 급전 레일(125)을 따라 슬라이딩(급전 레일(125)에 접촉하면서 이동할 수 있는 것)하고, 급전 레일(125)로부터의 전력을 조사 노즐(100)이나 구동부(122)에 공급한다. 조사 노즐(100)이 이동 중 또는 정지 중의 어느 경우이더라도, 집전 슈(123)는 급전 레일(125)로부터 전력의 공급을 안정적으로 받을 수 있다. 급전 레일(125)로부터 집전 슈(123)에 공급되는 전력은, 조사 노즐(100)의 주사 전자석(101), 빔 모니터(102) 및 에너지 변조 수단 (103)의 작동이나, 구동부(122)의 작동에 사용된다.
여기서, 도 7에 나타내는 바와 같이, 급전 레일(125)에 접하는 집전 슈(123)의 접촉면(123a)은, XY면(및/또는 XZ면 및/혹는 YZ면)에서의 급전 레일(125)의 굽힘 반경과 동일(본 발명에서 "동일"에는 ±10% 내에서 상이하는 경우도 포함됨) 또는 급전 레일(125)의 평균 굽힘 반경을 갖도록 구성하면 된다. 예컨대, XY면에서, 급전 레일(125)이 조사 노즐(100)의 구동 범위 내의 어느 부분에서도 동일한 굽힘 반경을 갖는 경우에는, 집전 슈(123)의 접촉면(123a)을, 급전 레일(125)의 굽힘 반경과 동일한 굽힘 반경을 갖도록 구성하면 된다. 집전 슈(123)와 급전 레일(125)과의 접촉 면적이 작은 곳(예컨대 접점 등)에서는 접촉 저항이 비교적 커지고, 그에 따른 열 발생도 발생하기 쉬워진다. 그러나 집전 슈(123)의 접촉면(123a)을 급전 레일(125)의 굽힘 반경과 동일한 굽힘 반경을 갖도록 구성하는 것에 의해, 접촉 저항에 의한 열 발생의 영향을 해소 또는 저감할 수 있다.
또한, 집전 슈(123)와 서포트 부재(121)와의 사이에, 집전 슈(123)에 일정한 하중을 가하여 두는 부세 수단(도시하지 않음)을 마련하도록 하여도 된다. 해당 부세 수단은, 예컨대 판 스프링과 코일 스프링을 이중 구조로 한 것으로, 조사 노즐(100)의 이동에 수반하지 않는, 급전 레일(125)을 슬라이딩하는 집전 슈(123)에 일정한 하중이 가해지도록 하면 된다. 또한, 급전 레일(125)과 집전 슈(123)와의 사이의 간섭을 저감하는 부세 수단은, 집전 슈(123)에 마련하는 것이 아니라, 급전 레일(125) 측(예컨대 절연 부재(126)와 포트 커버(48)의 고정구와의 사이)에 마련하고, 급전 레일(125)을 집전 슈(123) 측에 일정의 하중으로 부세하여, 급전 레일(125)을 슬라이딩하는 집전 슈(123)에 일정한 하중이 가해지도록 해도 된다. 여기서 일정한 하중이란, 항상 동일한 하중이 가해지고 있는 경우로 한정되지 않고, 급전 레일(125)로부터 집전 슈(123)로의 전력 공급이 안정적으로 행하여지는 정도로 하중이 가해지고 있는 것을 의미한다.
또한, 도 8에 나타내는 바와 같이, 집전 슈(123)가 복수의 집전부(123b)를 포함하도록 해도 된다. 이때, 각 집전부(123b)와 서포트 부재(121)와의 사이에 부세 수단(123c)을 마련하도록 해도 된다. 이로써, 급전 레일(125)의 굽힘 반경이 조사 노즐(100)의 구동 범위 내에서 완전히 균일하지 않은 경우이더라도, 집전 슈(123)를 유연하게 급전 레일(125)의 형상을 따르도록 급전 레일(125)에 안정적으로 접촉시킬 수 있다. 또한, 급전 레일(125)에 접촉하는 각 집전부(123b)의 접촉면이, 급전 레일(125)과 동일한 굽힘 반경(또는 급전 레일(125)의 평균 굽힘 반경)을 갖도록 구성하면 더욱 바람직하다.
도 9는, 조사 노즐(100), 배분 전자석(33), 수속 전자석(40) 및 급전 시스템(120)의 제어 시스템(140)에 관한 블록도이다.
제어 시스템(140)은, 조사 제어부(141), 전자석 제어부(142), 스캐닝 제어부(143), 조사 노즐 구동 제어부(144) 및 급전 제어부(145)를 포함한다.
조사 제어부(141)는, 하전 입자 빔이 조사되는 표적마다 미리 정해진 처방 선량을 감시하고, 전자석 제어부(142), 스캐닝 제어부(143) 및 조사 노즐 구동 제어부(144)를 제어하는 상위의 제어부이다. 전자석 제어부(142)는 배분 전자석(33) 및 수속 전자석(40)을 제어하여 하전 입자 빔의 편향각(φ)(및 조사각(θ))을 조정한다. 스캐닝 제어부(143)는 조사 노즐(100)의 주사 전자석(101)을 제어하는 지령을 급전 제어부(145)에 보낸다. 조사 노즐 구동 제어부(144)는 구동부(122)를 제어하여 조사 노즐(100)의 이동을 제어하는 지령을 급전 제어부(145)에 보낸다. 급전 제어부(145)는 상위의 스캐닝 제어부(143) 및 조사 노즐 구동 제어부(144)로부터의 지령에 기초하여, 주사 전자석(101) 및 구동부(122)로의 급전을 제어하여, 주사 전자석(101) 및 구동부(122)를 작동한다.
조사 제어부(141)는 미리 설정된, 아이소센터(O)(환부)에 조사해야 할 하전 입자 빔의 방향(조사각(θ))에 따라, 전자석 제어부(142) 및 조사 노즐 구동 제어부(144)에 지령을 보낸다. 지령을 받은 전자석 제어부(142)는, 배분 전자석(33)(및/또는 수속 전자석(40))에 흐르는 전류를 조정하고, 수속 전자석(40)으로부터 출사되는 하전 입자 빔의 조사각(θ)이 미리 설정된 조사각이 되도록 조정한다. 또한, 해당 지령을 받은 조사 노즐 구동 제어부(144)는, 하전 입자 빔의 조사 개시 전에, 구동부(122)를 구동하고, 수속 전자석(40)으로부터 출사되는 하전 입자 빔이 조사 노즐(100)의 입사단(중심)을 통과하도록 조사 노즐(100)을 이동시킨다.
환부에 대하여 하전 입자 빔을 조사하고 있는 동안, 조사 제어부(141)는, 조사 노즐(100)의 빔 모니터(102)로부터의 정보(하전 입자 빔의 위치나 폭, 선량 등의 정보)를 받고, 환부로의 하전 입자 빔의 조사가 적절한지 여부를 판단하여, 피드백 제어를 행하도록 하여도 된다. 예컨대, 빔 모니터(102)로부터의 정보에 기초하여 하전 입자 빔의 방향(조사각(θ))이 환부에 대하여 미리 설정된 방향에 비해 적절하지 않은 경우는, 전자석 제어부(142)(및/또는 스캐닝 제어부(143))를 제어하여, 조사각(θ)을 미세 조정(및/또는 소정 범위 내에서의 하전 입자 빔의 주사 전자석(101)에 의한 스캔에서의 미세 조정)한다. 또한, 하전 입자 빔의 조사량이 환부에 미리 설정된 값에 대하여 적절하지 않은 경우는, 조사 노즐(100)의 에너지 변조 수단(103) 및/또는 하전 입자 빔 조정 수단(31) 등에 의해, 환부에 닿는 하전 입자 빔의 조사량이 조정되도록 하여도 된다.
상기와 같이, 본 실시형태에 따른 하전 입자 빔 조사 장치(10)로는, 조사 노즐(100)을 위한 비교적 굵은 전력 공급 케이블은 사용되지 않고, 급전 레일(125)로부터 조사 노즐(100)로 전력이 공급된다. 그 때문에, 굽힘 반경이 크고 굵은 케이블의 수용 스페이스나, 취급에 의한 케이블의 손상의 문제는 생기지 않는다. 또한, 급전 레일(125)은 포트 커버(48) 내에 마련되어 있기 때문에, 입자선 치료를 받는 환자로부터는 시인할 수 없는 점에서, 환자의 심리적인 압박이나 불안 등의 문제를 해소 내지 저감할 수 있다. 또한, 집전 슈(123)의 접촉면(123a)의 형상을, 급전 레일(125)의 굽힘 반경과 동일(본 발명에서 "동일"에는 ±10% 내에서 상이하는 경우도 포함됨) 굽힘 반경을 갖도록 구성함으로써, 접촉 저항을 저감하고 열 발생 문제를 해소 내지 저감할 수 있으며, 안정적인 전력 공급이 가능해진다. 또한, 집전 슈(123)를 복수의 집전부(123b)를 포함하도록 구성함으로써, 조사 노즐(100)이 이동하는 경우이더라도, 보다 더 급전 레일(125)의 형상에 추종하여 접촉을 계속하여, 안정적인 전력 공급이 가능해진다. 이때, 집전 슈(123)(또는 집전부(123b))와 서포트 부재(121)와의 사이에 부세 수단(123c)를 마련해 두면 더욱 좋다.
상기에서 설명되는 치수, 재료, 형상, 구성 요소의 상대적인 위치 등은, 본 발명이 적용되는 장치의 구조 또는 다양한 조건에 따라 변경된다. 설명에 이용한 특정 용어 및 실시형태에 한정되는 것은 의도하지 않으며, 당업자라면 다른 동등한 구성 요소를 사용할 수 있고, 상기 실시형태는, 본 발명의 취지 또는 범위에서 벗어나지 않는 한, 다른 변형 및 변경도 가능하다. 또한, 본 발명의 하나의 실시형태에 관련하여 설명한 특징을, 비록 명확하게 전술하고 있지 않아도, 다른 형태와 함께 이용하는 것도 가능하다.
10 하전 입자 빔 조사 장치
20 가속기
30 하전 입자 빔 수송계
31 하전 입자 빔 조정 수단
32 진공 덕트
33 배분 전자석
34 부채형 진공 덕트
40　수속 전자석
41(41a, 41b) 유효 자장 영역　
42 입사 측
43 출사 측
44(44a, 44b) 코일　
45 자극
46 요크
48 포트 커버
100 조사 노즐
101 주사 전자석
102 빔 모니터
103 에너지 변조 수단
120 급전 시스템　
121 서포트 부재
122 구동부
123 집전 슈
124 구동 레일
125 급전 레일
126 절연 부재
140 제어 시스템
141 조사 제어부
142 전자석 제어부
143 스캐닝 제어부
144 조사 노즐 구동 제어부
145 급전 제어부

Claims (8)

  1. 하전 입자 빔을 편향함으로써, 아이소센터로의 하전 입자 빔의 조사각을 연속적으로 바꾸는 수속(收束) 전자석과,
    상기 수속 전자석의 유효 자장 영역의 출사 측의 형상을 따라 연속적으로 이동하는 조사 노즐로서, 상기 수속 전자석으로부터 출사한 하전 입자 빔은 상기 조사 노즐을 지나 상기 아이소센터에 조사되는, 상기 조사 노즐과,
    상기 유효 자장 영역의 출사 측의 형상을 따르도록 마련된 급전 레일과,
    서포트 부재를 개재하여 상기 조사 노즐에 고정된 집전 슈로서, 상기 급전 레일을 따라 슬라이딩하고, 상기 급전 레일로부터의 전력을 상기 조사 노즐에 공급하는 상기 집전 슈
    를 구비한 하전 입자 빔 조사 장치로서,
    상기 집전 슈의 상기 급전 레일에 접촉하는 면은, 상기 급전 레일과 동일한 굽힘 반경 또는 상기 급전 레일의 평균 굽힘 반경을 갖고/갖거나,
    상기 집전 슈는, 상기 급전 레일의 평탄한 측면에 접촉하면서, 상기 급전 레일을 따라 슬라이딩하는, 하전 입자 빔 조사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수속 전자석, 상기 급전 레일 및 상기 집전 슈는 포트 커버에 내포되어 있지만, 상기 조사 노즐의 전부 또는 일부는 상기 포트 커버 밖에 위치하는, 하전 입자 빔 조사 장치.
  3. 하전 입자 빔을 편향함으로써, 아이소센터로의 하전 입자 빔의 조사각을 연속적으로 바꾸는 수속 전자석과,
    상기 수속 전자석의 유효 자장 영역의 출사 측의 형상을 따라 연속적으로 이동하는 조사 노즐로서, 상기 수속 전자석으로부터 출사한 하전 입자 빔은 상기 조사 노즐을 지나 상기 아이소센터에 조사되는, 상기 조사 노즐과,
    상기 유효 자장 영역의 출사 측의 형상을 따르도록 마련된 급전 레일과,
    서포트 부재를 개재하여 상기 조사 노즐에 고정된 집전 슈로서, 상기 급전 레일을 따라 슬라이딩하고, 상기 급전 레일로부터의 전력을 상기 조사 노즐에 공급하는 상기 집전 슈를 구비한 하전 입자 빔 조사 장치로서,
    상기 집전 슈는 복수의 집전부를 포함하고,
    상기 집전부 각각의 상기 급전 레일에 접촉하는 면은, 상기 급전 레일과 동일한 굽힘 반경 또는 상기 급전 레일의 평균 굽힘 반경을 갖는, 하전 입자 빔 조사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 서포트 부재와 상기 집전 슈와의 사이에 부세 수단이 마련되고, 상기 부세 수단에 의해 상기 집전 슈에 일정한 하중이 가해지도록 구성되어 있는, 하전 입자 빔 조사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유효 자장 영역의 출사 측의 형상을 따르도록 마련된 구동 레일과
    상기 서포트 부재를 개재하여 상기 조사 노즐에 고정되고, 상기 조사 노즐이 상기 구동 레일에 지지되면서 상기 구동 레일을 따라 연속적으로 이동할 수 있도록 구성된 구동부를 더 구비하고,
    상기 급전 레일로부터 상기 집전 슈를 개재하여 상기 구동부에 전력이 공급되는, 하전 입자 빔 조사 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수속 전자석은, 하전 입자 빔의 경로를 사이에 두도록 배치된 코일 쌍을 구비하고,
    상기 코일 쌍은, 전류를 입력하면, 하전 입자 빔의 진행 방향(X축)에 직교하는 방향(Z축)으로 자장이 향한 유효 자장 영역을 생성하도록 구성되어 있으며, 여기서 X축과 Z축의 양쪽에 직교하는 축을 Y축으로 하고,
    XY면에서,
    편향 기점(Q)에서 X축에 대한 편향각(φ)으로 편향하고, 상기 유효 자장 영역에 입사한 하전 입자 빔은, 상기 유효 자장 영역에 의해 편향되어, X축에 대한 조사각(θ)으로 상기 조사 노즐을 지나 상기 아이소센터에 조사되며,
    상기 유효 자장 영역의 하전 입자 빔의 출사 측의 경계 위의 임의의 점(P2)은, 상기 아이소센터로부터 등거리(r1)의 위치에 있고,
    상기 유효 자장 영역의 하전 입자 빔의 입사 측의 경계 위의 점(P1)과 상기 점(P2)은, 반경(r2)과 중심각(θ+φ)의 원호 위에 있으며,
    상기 편향 기점(Q)과 상기 점(P1)과의 사이의 거리(R)는, 상기 편향 기점(Q)과 상기 아이소센터와의 사이의 거리를 L로 하면, 관계식 (4)을 충족시키는, 하전 입자 빔 조사 장치
    Figure 112021070158503-pat00004
    .
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수속 전자석은, 제1 코일 쌍 및 제2 코일 쌍을 구비하고,
    상기 제1 코일 쌍 및 제2 코일 쌍은, 하전 입자 빔의 경로를 사이에 두도록 그리고 Y축 방향으로 늘어서도록 배치되고,
    상기 제1 코일 쌍 및 상기 제2 코일 쌍은, 생성하는 유효 자장 영역의 자장의 방향이 서로 반대가 되도록 구성되어 있는, 하전 입자 빔 조사 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    하전 입자 빔을 생성하는 가속기로부터의 하전 입자 빔을, 상기 편향 기점(Q)에서 10도 이상의 편향각(φ)으로 편향하는 배분 전자석을 더 구비한 하전 입자 빔 조사 장치.
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