KR20120041109A - 하전입자선 조사장치, 하전입자선 조사방법 및 하전입자선 조사프로그램 - Google Patents

하전입자선 조사장치, 하전입자선 조사방법 및 하전입자선 조사프로그램 Download PDF

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KR20120041109A
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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 하전입자선의 조사량을 정밀도 좋게 제어한다.
[해결수단] 하전입자선 조사장치(100)는, 하전입자선(R)을 피조사물(52) 상에서 주사하는 주사자석(3)과, 주사자석(3)에 의하여 피조사물 상에서 주사되는 하전입자선(R)의 주사라인(L) 상의 각 목표 주사위치에 있어서의 하전입자선(R)의 조사량을 설정하는 조사량 설정부(10)와, 설정된 조사량에 근거하여, 목표 주사위치 각각에 있어서의 하전입자선의 목표 주사속도를 설정하는 주사속도 설정부(11)를 구비한다.

Description

하전입자선 조사장치, 하전입자선 조사방법 및 하전입자선 조사프로그램{Irradiation apparatus of charged particle ray, irradiation method of charged particle ray, and program for irradiation of charged particle ray}
본 발명은, 하전입자선 조사장치, 하전입자선 조사방법 및 하전입자선 조사프로그램에 관한 것이다.
종래, 피(被)조사물(예컨대 환자 체내의 종양)에 양자선 등의 하전입자선을 조사(照射)하여, 피조사물에 치료를 실시하기 위한 하전입자선 조사장치가 알려져 있다. 이러한 장치에 관한 기술로서, 예컨대 특허문헌 1에는, 피조사물에의 하전입자선의 조사량을 조정하기 위하여, 하전입자선의 빔(beam) 강도를 변조하는 것이 기재되어 있다.
일본 특허공개공보 2000-354637호
여기서, 하전입자선의 빔 강도는 불안정한 것이므로, 이를 정확히 변조시키는 것은 어렵다. 이로 인하여, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이 빔 강도를 제어량으로 하여 하전입자선의 조사량을 조정하는 기법에서는, 조사량을 정밀도 좋게 제어하는 것이 불가능하다는 문제가 있었다.
또한, 하전입자선 조사장치의 적용분야에서는, 예컨대 환자 체내의 종양의 방사선치료 등, 피조사물의 주위에 하전입자선을 조사하지 않고, 피조사물에만 하전입자선을 조사하는 것이 바람직하기 때문에, 하전입자선을 고정밀도로 원하는 피조사물에 조사할 수 있는 것이 요구되고 있다.
본 발명은, 상기의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 하전입자선의 조사량을 정밀도 좋게 제어할 수 있는 하전입자선 조사장치, 하전입자선 조사방법 및 하전입자선 조사프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 예의연구를 거듭한 결과, 하전입자선의 조사량을 정밀도 좋게 제어함에는, 하전입자선의 주사(走査)속도가 영향을 주고 있는 것을 발견하였다.
따라서, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 관한 하전입자선 조사장치는, 피조사물에 하전입자선을 조사하는 하전입자선 조사장치로서, 피조사물에 조사되는 하전입자선을 주사하는 주사수단과, 주사수단에 의하여 피조사물 상에 주사되는 하전입자선의 주사라인 상의 복수의 목표 주사위치 각각에 있어서의 하전입자선의 조사량을 설정하는 조사량 설정수단과, 조사량 설정수단에 의하여 설정된 조사량에 근거하여, 목표 주사위치 각각에 있어서의 하전입자선의 목표 주사속도를 설정하는 주사속도 설정수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
마찬가지로, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 관한 하전입자선 조사방법은, 피조사물에 하전입자선을 조사하는 하전입자선 조사방법으로서, 주사수단에 의하여 피조사물 상에 주사되는 하전입자선의 주사라인 상의 복수의 목표 주사위치 각각에 있어서의 하전입자선의 조사량을 설정하는 조사량 설정단계와, 조사량 설정단계에 있어서 설정된 조사량에 근거하여, 목표 주사위치 각각에 있어서의 하전입자선의 목표 주사속도를 설정하는 주사속도 설정단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
마찬가지로 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 관한 하전입자선 조사프로그램은, 피조사물에 하전입자선을 조사하는 하전입자선 조사프로그램으로서, 주사수단에 의하여 피조사물 상에 주사되는 하전입자선의 주사라인 상의 복수의 목표 주사위치 각각에 있어서의 하전입자선의 조사량을 설정하는 조사량 설정기능과, 조사량 설정기능에 의하여 설정된 조사량에 근거하여, 목표 주사위치 각각에 있어서의 하전입자선의 목표 주사속도를 설정하는 주사속도 설정기능을 컴퓨터에 실현시키는 것을 특징으로 한다.
이러한 하전입자선 조사장치, 하전입자선 조사방법 및 하전입자선 조사프로그램에 의하면, 피조사물 상의 하전입자선의 복수의 목표 주사위치 각각에 있어서의 하전입자선의 조사량이 설정되면, 이 조사량에 근거하여, 각 목표 주사위치에 있어서의 하전입자선의 목표 주사속도가 설정된다. 하전입자선의 주사속도는, 종래, 하전입자선의 조사량의 제어량으로서 이용되고 있었던 빔 강도에 비하여, 안정시키는 것이 용이하기 때문에, 원하는 값으로 정확히 변조시키는 것이 가능하다. 따라서, 목표 주사속도를 하전입자선의 조사량을 조정하기 위한 제어량으로서 이용함으로써, 제어량을 원하는 값으로 정확히 변조시키는 것이 가능하여지고, 이 결과, 하전입자선의 조사량을 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
또한, 하전입자선 조사장치는, 목표 주사위치 및 목표 주사속도에 따라서, 하전입자선이 피조사물 상에서 주사되도록 주사수단을 제어하는 제어수단을 구비하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하여, 안정된 조정이 가능한 목표 주사속도를, 하전입자선의 조사량을 조정하기 위한 제어량으로서 이용함으로써, 제어량을 원하는 값으로 정확히 변조시키는 것이 가능하여지고, 이 결과, 하전입자선의 조사량을 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
또한, 하전입자선 조사장치는, 주사수단에 의하여 피조사물 상에 주사된 하전입자선의 주사위치 및 주사속도를 계측하는 계측수단을 구비하고, 제어수단은, 목표 주사위치와 계측수단에 의하여 계측된 주사위치와의 오차가 없어지도록, 또한, 목표 주사속도와 계측수단에 의하여 계측된 주사속도와의 오차가 없어지도록, 주사수단에의 제어입력을 조정하는 위치속도 피드백제어를 행하여, 주사수단을 제어하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하여, 하전입자선의 주사위치 및 주사속도에 근거하여 위치속도 피드백제어를 행하여 주사수단을 제어하므로, 목표 주사위치 및 목표 주사속도에의 추종성이 향상되어, 하전입자선의 조사량을 한층 더 고정밀도로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 하전입자선 조사장치는, 하전입자선의 빔 강도를 검지하는 빔 강도 검지수단을 더욱 구비하고, 제어수단은, 빔 강도 검지수단으로 검지된 빔 강도가 소정의 오차범위 밖으로 변동했을 경우에는, 그 변동을 상쇄하도록 주사수단에 의한 주사속도를 조정하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 하전입자선의 빔 강도가 변동했을 경우에도, 정확한 조사량에서의 하전입자선의 조사를 계속할 수 있다.
본 발명에 관한 하전입자선 조사장치, 하전입자선 조사방법 및 하전입자선 조사프로그램에 의하면, 하전입자선의 조사량을 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 한 실시형태에 관한 하전입자선 조사장치가 적용되는 하전입자선 치료장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는, 도 1의 하전입자선 조사장치를 나타내는 사시도이다.
도 3은, 하전입자선 조사장치의 제어계를 나타내는 도면이다.
도 4는, 주사제어부에 있어서의 위치?피드백제어를 나타내는 블록선도이다.
도 5는, 본 실시형태의 하전입자선 조사장치에 있어서 실행되는 처리를 나타내는 플로우차트이다.
도 6은, 본 발명에 관한 하전입자선 조사프로그램의 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시형태에 대하여 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에 있어서 동일 또는 상당 요소에는 동일부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 1은, 본 발명의 한 실시형태에 관한 하전입자선 조사장치가 적용되는 하전입자선 치료장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는, 도 1의 하전입자선 조사장치를 나타내는 사시도이며, 도 3은, 하전입자선 조사장치의 제어계를 나타내는 도면이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 조사부(1)는, 하전입자선 조사장치(100)에 있어서, 치료대(105)를 에워싸도록 설치된 회전갠트리(103)에 장착되고, 이 회전갠트리(103)에 의하여 치료대(105)의 둘레로 회전 가능하게 되어 있다. 그리고, 치료대(105) 상에 위치된 환자 체내의 종양(52)(피조사물)에 대하여, 조사방향(A)으로 하전입자선(R)(도 3 참조)을 조사한다. 도 1에는 나타내어져 있지 않지만, 하전입자선 조사장치(100)는, 치료대(105) 및 회전갠트리(103)와는 떨어진 위치에, 하전입자를 가속하여 하전입자선(R)을 생성하는 사이클로트론을 구비하고, 하전입자선(R)을 수송하는 빔 수송계(빔 수송라인)를 통하여 사이클로트론과 조사부(1)를 연결하고 있다. 다만, 사이클로트론은 회전갠트리(103)로부터 떨어진 위치에 마련되지 않고, 회전갠트리(103)에 장착되어도 좋다. 또한, 사이클로트론이 아니라, 싱크로트론이나 싱크로 사이클로트론을 이용하여, 하전입자를 가속하여 하전입자선(R)을 생성하여도 좋다.
이 조사부(1)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 스캐닝방식에 의하여, 치료대(105) 상에 위치된 환자(51)의 체내의 종양(52)을 향하여 하전입자선(R)을 연속조사한다. 구체적으로는, 조사부(1)는, 종양(52)을 깊이방향(Z방향 또는 조사방향(A))으로 복수층으로 나누고, 각 층에 설정된 조사야(野, field)(F)에 있어서 주사라인(L)을 따라서 하전입자선(R)을 주사속도(V)로 주사하면서 연속조사(이른바, 래스터스캐닝 혹은 라인스캐닝)한다. 즉, 조사부(1)는, 종양(52)에 맞춘 3차원의 조사야를 형성하기 위하여, 종양(52)을 복수의 층으로 분할하고 이들 각 층의 각각에 대하여 평면스캐닝을 행한다. 이로써, 종양(52)의 3차원 형상에 맞추어 하전입자선(R)이 조사되는 것이 된다.
하전입자선(R)은, 전하를 가진 입자를 고속으로 가속한 것으로서, 하전입자선(R)으로서는, 예컨대 양자선, 중(重)립자(중이온)선, 전자선 등을 들 수 있다. 조사야(F)는, 예컨대 최대 200mm×200mm의 영역으로 이루어지고, 그 외형이 직사각형으로 되어 있다. 다만, 조사야(F)의 형상은, 다양한 형상으로 하여도 되고, 예컨대 종양(52)의 형상에 따른 형상으로 하여도 물론 된다. 주사라인(L)은, 하전입자선(R)을 조사할 예정선(가상선)이며, 상기 서술한 직사각형의 조사야(F)의 경우, 주사라인(L)은, 라인스캐닝을 예로 들면, 직사각형파 형상으로 뻗도록 하고 있다. 다만, 주사라인(L)은 직사각형파 형상에 한하지 않고, 소용돌이 형상 등이더라도 좋다. 요는, 주사라인(L)의 형상은, 조사야(F)를 빈틈없이 커버할 수 있는 형상이면 된다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 조사부(1)는, 하전입자선(R)의 조사방향(A)으로 차례로 배열되어, 빔 수송라인을 통하여 사이클로트론으로부터 입력된 하전입자선(R)이 발산되는 것을 억제하여 수속(收束)시키기 위한 4극 자석(2)과, 하전입자선(R)을 X방향과 Y방향으로 주사하는 주사자석(스캐닝 마그넷)(주사수단)(3)과, 조사한 하전입자선(R)의 선량(線量)(빔 강도)을 측정하는 선량 모니터(빔 강도 검지수단)(4)와, 하전입자선(R)을 조사하기 전후에 종양(52)의 위치?크기?형상을 확인하기 위하여 X선에 의하여 CT 화상을 촬영할 때에 X선을 조사하는 X선관(5)과, 조사야(F)의 빔(하전입자선)의 평탄 정도(빔이 도달한 깊이의 평탄 정도)를 측정하는 평탄 모니터(플랫니스 모니터)(6)와, 하전입자선(R)이 존재하는 X방향과 Y방향의 위치를 측정하는 빔 위치 모니터(계측수단)(7)를 구비하고 있다.
다만, 도 3에 나타내는 바와 같이, X방향 및 Y방향은, Z방향(조사방향(A))과 직교하고, 또한 서로 직교하는 2방향이며, 종양(52)의 조사야(F)가 이루는 평면상의 위치를 특정하는 2방향이다. 또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 주사자석(3)은, 하전입자선(R)의 X방향의 주사위치를 제어하기 위한 1조의 전자석(3a)과, Y방향의 주사위치를 조정하기 위한 1조의 전자석(3b)을 포함하여 구성된다. 빔 위치 모니터(7)는, 하전입자선(R)의 X방향의 주사위치를 검지하기 위한 그리드 와이어(7a)와, Y방향의 주사위치를 검지하기 위한 그리드 와이어(7b)를 포함하여 구성된다.
특히 본 실시형태에서는, 조사부(1)는, 조사야(F) 상의 주사라인(L)의 각 주사위치에 있어서, 하전입자선(R)의 조사량을 해당 주사위치에 있어서의 주사속도에 근거하여 조정하도록 구성되어 있다. 여기서, 본 실시형태에서는, 하전입자선(R)의 “조사량”은, 종양(52)에 조사되는 하전입자의 양을 의미하는 것으로서 사용된다.
이하, 도 3을 참조하여, 조사부(1)의 제어계에 대하여 설명한다. 도 3에는, 조사부(1)의 제어계로서, 조사부(1)의 주사자석(3)과, 빔 위치 모니터(7)가 나타나 있고, 또한 조사부(1)의 외부에 배치되어, 주사자석(3) 및 빔 위치 모니터(7)와 통신 가능하게 접속되는 제어장치(8)가 나타나 있다.
제어장치(8)는, 조사야(F)에 있어서의 하전입자선(R)의 주사라인(L) 상의 목표 주사위치마다 조사량을 결정하고, 이 결정된 조사량을 실현하기 위하여 주사궤도(목표 주사위치 및 목표 주사속도)를 결정한다. 그리고, 빔 위치 모니터(7)에 의하여 계측되는 하전입자선(R)의 주사궤도에 근거하여, 주사자석(3)의 위치?속도 피드백제어를 행한다.
제어장치(8)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 주사라인 설정부(9), 조사량 설정부(조사량 설정수단)(10), 주사속도 설정부(11), 및 주사제어부(제어수단)(12)를 구비하여 구성된다.
주사라인 설정부(9)는, 주사자석(3)에 의하여 종양(52) 상에서 주사되는 하전입자선(R)의 주사라인(L)을 설정한다. 보다 상세히는, 주사라인 설정부(9)는, 종양(52)의 조사야(F)의 형상에 따라서, 이 조사야(F)의 전체에 걸쳐서 하전입자선(R)이 조사되도록 주사라인(L)을 설정한다. 예컨대, 조사야(F)가 직사각형인 경우에는, 주사라인(L)은 직사각형파 형상으로 형성된다. 주사라인 설정부(9)는, 설정한 주사라인(L) 상에 복수의 목표 주사위치를 설정한다. 이 목표 주사위치는, 후술하는 주사제어부(12)에 의하여, 위치 피드백제어의 목표치로서 이용된다. 목표 주사위치는, 예컨대 주사라인(L) 상에 등간격으로 설정된다. 주사라인 설정부(9)는, 목표 주사위치의 정보를 조사량 설정부(10)에 송신한다.
조사량 설정부(10)는, 주사라인 설정부(9)에 의하여 설정된 주사라인(L) 상의 각 목표 주사위치에 있어서의 하전입자선(R)의 조사량을 결정한다. 하전입자선(R)의 조사량은, 조사부(1)의 오퍼레이터의 입력조작에 의하여 취득하여도 되고, 종양의 증상이나 조사야(F)의 심도 등의 여러 조건에 따라서, 주어진 데이터베이스 등을 참조하여 설정하여도 된다. 조사량 설정부(10)는, 각 목표 주사위치에 있어서의 하전입자선(R)의 조사량을 설정하면, 이 정보를 주사속도 설정부(11)에 송신한다.
주사속도 설정부(11)는, 조사량 설정부(10)에 의하여 설정된 조사량에 근거하여, 목표 주사위치 각각에 있어서의 하전입자선(R)의 목표 주사속도를 설정한다. 하전입자선(R)의 빔 강도가 일정한 경우, 하전입자선(R)의 조사량과 주사속도 사이에는 일의(一意)적인 대응관계가 있으므로, 주사속도 설정부(11)는, 예컨대 조사량과 주사속도를 대응시킨 테이블을 보관하여 두고, 주어진 조사량에 따른 주사속도를 선택하여, 목표 주사속도로서 설정한다. 여기에서는, 주어진 조사량이 클수록 목표 주사속도를 느리게 설정하고, 주어진 조사량이 작을수록 목표 주사속도를 빠르게 설정하면 된다. 주사속도 설정부(11)는, 설정한 목표 주사속도를, 목표 주사위치와 대응시켜서 목표 주사궤도로서, 주사제어부(12)에 송신한다.
주사제어부(12)는, 목표 주사궤도(목표 주사위치 및 목표 주사속도)를 따라서, 하전입자선(R)이 종양(52) 상에서 주사되도록 주사자석(3)을 제어한다. 주사제어부(12)는, 구체적으로는, 주사자석(3)의 자력을 조정하는 전류를 발생하는 전원(도시하지 않음)에 대하여 주사자석의 제어입력으로서 송신하는 전류강도를, 위치?속도 피드백제어한다. 보다 상세히는, 목표 주사위치와 빔 위치 모니터(7)에 의하여 계측된 실제의 하전입자선(R)의 주사위치와의 오차가 없어지도록, 또한, 목표 주사속도와 빔 위치 모니터(7)에 의하여 계측된 실제의 하전입자선(R)의 주사속도와의 오차가 없어지도록, 위치?속도 피드백제어를 행하여, 주사자석(3)에의 제어입력(전원의 전류강도)을 조정한다.
여기서, 도 4를 참조하여, 주사제어부(12)에 있어서의 위치?피드백제어의 상세를 설명한다. 도 4는, 주사제어부(12)에 있어서의 위치?피드백제어를 나타내는 블록선도이다. 도 4에 있어서 파선으로 에워싼 영역이, 주사제어부(12)의 처리와 대응하고 있다.
먼저, 도 4의 블록(12a)에 나타내는 바와 같이, 시각 t에 있어서의 목표 주사속도 Vref(t)와, 빔 위치 모니터(7)에 의하여 계측된 한 단계 전인 시각 t-1에 있어서의 주사속도 V(t-1)과의 차분에 상수 k를 곱하고, 다음의 수학식 1과 같이 시각 t의 주사속도 V(t)를 산출한다. 다만, 주사속도 V(t-1)은, 예컨대 블록(12d)에 나타내는 바와 같이, 빔 위치 모니터(7)에 의하여 계측된 한 단계 전인 시각 t?1에 있어서의 하전입자선(R)의 주사위치 P(t-1)을, 시각 t에 대하여 1차 미분하여 도출할 수 있다.
Figure pat00001
다음으로, 도 4의 블록(12b)에 나타내는 바와 같이, 수학식 1에서 산출한 주사속도 V(t)에 시간폭 Δt(시각 t와 t-1의 차분)를 곱하고, 다음의 수학식 2와 같이 시각 t에 있어서의 이론상의 주사위치 Pc(t)를 산출한다. 다만, 이 Pc(t)는, 목표 주사위치 Pref(t)와 대응하는 값이다.
Figure pat00002
다음으로, 도 4의 블록(12c)에 나타내는 바와 같이, 수학식 2에서 산출한 이론상의 주사위치 Pc(t)와, 빔 위치 모니터(7)에 의하여 계측된 한 단계 전인 시각 t-1에 있어서의 주사위치 P(t-1)의 차분에 상수 k'를 곱하고, 다음의 수학식 3과 같이 주사자석(3)에의 제어입력 I(t)을 산출한다. 이 제어입력은, 구체적으로는 주사자석(3)의 자력을 발생시키기 위한 전원(도시하지 않음)의 전류강도이다.
Figure pat00003
수학식 3에서 산출된 전류강도에 근거하여 주사자석(3)의 전원의 전류강도가 조정되면, 이 전류강도에 따라서 주사자석(3)의 자력이 조정되고, 이 결과, 하전입자선(R)의 주사위치가 조정된다. 이때의 주사위치 P(t)가 빔 위치 모니터(7)에 의하여 계측되어, 블록(12a) 및 블록(12c)에 피드백된다.
다만, 주사위치 P, 주사속도 V, 이론상의 주사위치 Pc, 목표 주사속도 Vref는, 주사자석(3) 및 빔 위치 모니터(7)가 각각 X, Y방향의 제어 및 계측을 개별적으로 행하도록 구성되어 있기 때문에, 각각 X방향 성분과 Y방향 성분으로 이루어지는 2차원 벡터로서 구성되어 있다.
제어장치(8)는, 물리적으로는, CPU(Central Processing Unit), 주기억장치인 RAM(Random Access Memory) 및 ROM(Read Only Memory), 하드디스크장치 등의 보조기억장치, 입력디바이스인 입력키 등의 입력장치, 디스플레이 등의 출력장치, 통신모듈 등을 가지는 컴퓨터로서 구성되어 있다. 도 3, 4에 나타낸 제어장치(8)의 각 기능은, CPU, RAM, ROM 등의 하드웨어 상에 소정의 컴퓨터 소프트웨어를 읽어들임으로써, CPU의 제어 하에서 입력장치, 출력장치, 통신모듈을 동작시킴과 함께, RAM이나 ROM, 보조기억장치에 있어서의 데이터의 읽기 및 기록을 행함으로써 실현된다.
다음으로, 도 5를 참조하여, 본 실시형태의 조사부(1)에 있어서 실행되는 처리를 설명함과 함께, 본 실시형태에 관한 하전입자선 조사방법에 대하여 설명한다.
먼저, 주사라인 설정부(9)에 의하여, 주사자석(3)에 의하여 종양(52) 상에서 주사되는 하전입자선(R)의 주사라인(L)이 설정된다(S101). 주사라인 설정부(9)는, 설정한 주사라인(L) 상에, 위치 피드백제어의 목표치로서 이용되는 복수의 목표 주사위치를 설정하고, 이 목표 주사위치의 정보를 조사량 설정부(10)에 송신한다.
다음으로, 조사량 설정부(10)에 의하여, 단계 S101에서 설정된 목표 주사위치 각각에 있어서의 하전입자선(R)의 조사량이 설정된다(S102: 조사량 설정단계). 하전입자선(R)의 조사량은, 조사부(1)의 오퍼레이터의 입력조작에 의하여 취득하여도 되고, 종양의 증상이나 조사야(F)의 심도 등의 여러 조건에 따라서, 주어진 데이터베이스 등을 참조하여 설정하여도 된다. 조사량 설정부(10)는, 각 목표 주사위치에 있어서의 하전입자선(R)의 조사량을 설정하면, 이 정보를 주사속도 설정부(11)에 송신한다.
다음으로, 주사속도 설정부(11)에 의하여, 단계 S102에서 설정된 조사량에 근거하여, 목표 주사위치 각각에 있어서의 하전입자선(R)의 목표 주사속도가 설정된다(S103: 주사속도 설정단계). 주사속도 설정부(11)는, 예컨대 조사량과 주사속도를 대응시킨 테이블을 보관하여 두고, 주어진 조사량에 따른 주사속도를 선택하여, 목표 주사속도로서 설정한다. 주사속도 설정부(11)는, 설정한 목표 주사속도를, 목표 주사위치와 대응시켜서 목표 주사궤도로서, 주사제어부(12)에 송신한다.
그리고, 주사제어부(12)에 의하여, 목표 주사궤도(목표 주사위치 및 목표 주사속도)에 따라서, 하전입자선(R)이 종양(52) 상에서 주사되도록 주사자석(3)의 제어가 실행된다(S104). 주사제어부(12)는, 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 목표 주사궤도를 제어입력으로 하고, 빔 위치 모니터(7)에 의하여 계측된 실제의 하전입자선(R)의 주사궤도(주사위치, 주사속도)를 피드백 성분으로 하여, 주사자석(3)의 자력을 조정하는 전원의 전류강도를 조정함으로써, 하전입자선(R)의 주사궤도의 위치?속도 피드백제어를 행한다.
다음으로, 도 6을 참조하여, 상기 서술한 조사부(1)에 있어서 실행되는 일련의 처리를 컴퓨터에 실행시키기 위한 하전입자선 조사프로그램에 대하여 설명한다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 하전입자선 조사프로그램(202)은, 컴퓨터가 구비하는 기억매체(200)에 형성된 프로그램 격납영역(201) 내에 격납되어 있다.
하전입자선 조사프로그램(202)은, 하전입자선 조사처리를 총괄적으로 제어하는 메인모듈(202a)과, 주사라인 설정모듈(202b)과, 조사량 설정모듈(조사량 설정기능)(202c)과, 주사속도 설정모듈(주사속도 설정기능)(202d)과, 주사제어모듈(202e)을 구비하여 구성된다.
주사라인 설정모듈(202b), 조사량 설정모듈(202c), 주사속도 설정모듈(202d), 및 주사제어모듈(202e)을 실행시킴으로써 실현되는 기능은, 상기 서술한 도 3의 제어장치(8)의 주사라인 설정부(9), 조사량 설정부(10), 주사속도 설정부(11), 및 주사제어부(12)의 기능과 각각 동일하다.
다만, 하전입자선 조사프로그램(202)은, 그 일부 또는 전부가, 통신회선 등의 전송매체를 통하여 전송되고, 다른 기기에 의하여 수신되어 기록(인스톨을 포함한다)되는 구성으로 하여도 된다. 또한, 하전입자선 조사프로그램(202)은, 그 일부 또는 전부가, CD-ROM, DVD-ROM, 플래시메모리 등의 휴대 가능한 기억매체에 격납된 상태로부터, 다른 기기에 기록(인스톨을 포함한다)되는 구성으로 하여도 된다.
이러한 하전입자선 조사장치, 하전입자선 조사방법 및 하전입자선 조사프로그램에 의하면, 종양(52) 상의 하전입자선(R)의 목표 주사위치 각각에 있어서의 하전입자선(R)의 조사량이 설정되면, 이 조사량에 근거하여, 각 목표 주사위치에 있어서의 하전입자선(R)의 목표 주사속도가 설정된다. 하전입자선(R)의 주사속도는, 종래, 하전입자선(R)의 조사량의 제어량으로서 이용되고 있던 빔 강도에 비하여, 안정시키는 것이 용이하기 때문에, 원하는 값으로 정확히 변조시키는 것이 가능하다. 따라서, 목표 주사속도를 하전입자선(R)의 조사량을 조정하기 위한 제어량으로서 이용함으로써, 제어량을 원하는 값으로 정확히 변조시키는 것이 가능하여지고, 이 결과, 하전입자선(R)의 조사량을 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
또한, 주사제어부(12)가, 목표 주사위치 및 목표 주사속도에 따라서, 하전입자선(R)이 종양(52) 상에서 주사되도록 주사자석(3)을 제어하기 때문에, 안정된 조정이 가능한 목표 주사속도를, 하전입자선(R)의 조사량을 조정하기 위한 제어량으로서 이용함으로써, 제어량을 원하는 값으로 정확히 변조시키는 것이 가능하여지고, 이 결과, 하전입자선(R)의 조사량을 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
또한, 주사제어부(12)는, 목표 주사위치와 빔 위치 모니터(7)에 의하여 계측된 주사위치와의 오차가 없어지도록, 또한, 목표 주사속도와 빔 위치 모니터(7)에 의하여 계측된 주사속도와의 오차가 없어지도록, 주사자석(3)에의 제어입력(전류강도)을 조정하는 위치속도 피드백제어를 행하여, 주사자석(3)을 제어한다. 이로 인하여, 하전입자선(R)의 주사위치 및 주사속도에 근거하여 위치속도 피드백제어를 행하여 주사자석(3)을 제어하므로, 목표 주사위치 및 목표 주사속도에의 추종성이 향상되어, 하전입자선(R)의 조사량을 한층 더 고정밀도로 제어할 수 있다.
이상, 본 발명에 관한 하전입자선 조사장치, 하전입자선 조사방법 및 하전입자선 조사프로그램에 대하여 적합한 실시형태를 들어 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 주사제어부(12)에 의한 위치속도 피드백제어는, 도 4에 나타낸 블록선도의 구성과는 다른 구성으로 하여도 되고, 예컨대, 목표 주사위치에 근거하는 위치 피드백제어와, 목표 주사속도에 근거하는 속도 피드백제어를 개별적으로 행하여, 양방의 제어출력을 합계한 값을 전류강도로 하여 주사자석(3)의 전원을 조정하여도 된다.
또한, 주사제어부(12)는, 선량 모니터(4)에서 검지되는 하전입자선(R)의 빔 강도를 감시하고 있다가, 빔 강도가 소정의 오차범위 밖으로 변동했을 경우에는, 그 변동을 상쇄하여 주어진 조사량이 실현되도록, 주사자석(3)에 의한 주사속도를 조정하는 제어를 더욱 행하는 것으로 하여도 된다. 즉, 주사제어부(12)는, 일정하여야 할 상기 빔 강도가 변동되어 소정의 상한 이상이 된 경우에는, 주사속도를 크게 하는 방향으로 조정하고, 빔 강도가 소정의 하한 이하가 된 경우에는, 주사속도를 작게 하는 방향으로 조정한다. 다만, 상기의 상한 및 하한은, 허용되어야 할 빔 강도의 오차범위의 상한?하한으로서 설정된다. 이러한 제어에 의하여, 하전입자선(R)의 빔 강도의 변동도 고려에 포함하여, 정확한 조사량에서의 하전입자선(R)의 조사를 계속할 수 있다. 그리고, 빔 강도의 변동에 기인하는 치료중단을 피할 수 있다.
1…조사부
3…주사자석(주사수단)
4…선량 모니터(빔 강도 검지수단)
7…빔 위치 모니터(계측수단)
8…제어장치
9…주사라인 설정부
10…조사량 설정부(조사량 설정수단)
11…주사속도 설정부
12…주사제어부(제어수단)
52…종양(피조사물)
202…하전입자선 조사프로그램
202b…주사라인 설정모듈
202c…조사량 설정모듈(조사량 설정기능)
202d…주사속도 설정모듈(주사속도 설정기능)
202e…주사제어모듈
L…주사라인

Claims (6)

  1. 피조사물에 하전입자선을 조사하는 하전입자선 조사장치로서,
    상기 피조사물에 조사되는 상기 하전입자선을 주사하는 주사수단과,
    상기 주사수단에 의하여 상기 피조사물 상에 주사되는 상기 하전입자선의 주사라인 상의 복수의 목표 주사위치 각각에 있어서의 상기 하전입자선의 조사량을 설정하는 조사량 설정수단과,
    상기 조사량 설정수단에 의하여 설정된 조사량에 근거하여, 상기 목표 주사위치 각각에 있어서의 상기 하전입자선의 목표 주사속도를 설정하는 주사속도 설정수단
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 하전입자선 조사장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 목표 주사위치 및 상기 목표 주사속도에 따라서, 상기 하전입자선이 상기 피조사물 상에서 주사되도록 상기 주사수단을 제어하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 하전입자선 조사장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 주사수단에 의하여 상기 피조사물 상에 주사된 상기 하전입자선의 주사위치 및 주사속도를 계측하는 계측수단을 구비하고,
    상기 제어수단은, 상기 목표 주사위치와 상기 계측수단에 의하여 계측된 상기 주사위치와의 오차가 없어지도록, 또한, 상기 목표 주사속도와 상기 계측수단에 의하여 계측된 상기 주사속도와의 오차가 없어지도록, 상기 주사수단에의 제어입력을 조정하는 위치속도 피드백제어를 행하여, 상기 주사수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 하전입자선 조사장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 하전입자선의 빔 강도를 검지하는 빔 강도 검지수단을 더욱 구비하고,
    상기 제어수단은,
    상기 빔 강도 검지수단으로 검지된 상기 빔 강도가 소정의 오차범위 밖으로 변동했을 경우에는, 상기 변동을 상쇄하도록 상기 주사수단에 의한 주사속도를 조정하는 것을 특징으로 하는 하전입자선 조사장치.
  5. 피조사물에 하전입자선을 조사하는 하전입자선 조사방법으로서,
    주사수단에 의하여 상기 피조사물 상에 주사되는 상기 하전입자선의 주사라인 상의 복수의 목표 주사위치 각각에 있어서의 상기 하전입자선의 조사량을 설정하는 조사량 설정단계와,
    상기 조사량 설정단계에 있어서 설정된 조사량에 근거하여, 상기 목표 주사위치 각각에 있어서의 상기 하전입자선의 목표 주사속도를 설정하는 주사속도 설정단계
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 하전입자선 조사방법.
  6. 피조사물에 하전입자선을 조사하는 하전입자선 조사프로그램으로서,
    주사수단에 의하여 상기 피조사물 상에 주사되는 상기 하전입자선의 주사라인 상의 복수의 목표 주사위치 각각에 있어서의 상기 하전입자선의 조사량을 설정하는 조사량 설정기능과,
    상기 조사량 설정기능에 의하여 설정된 조사량에 근거하여, 상기 목표 주사위치 각각에 있어서의 상기 하전입자선의 목표 주사속도를 설정하는 주사속도 설정기능
    을 컴퓨터에 실현시키기 위한 하전입자선 조사프로그램.
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