KR20210122128A

KR20210122128A - 하전입자선 조사장치

Info

Publication number: KR20210122128A
Application number: KR1020210038424A
Authority: KR
Inventors: 사사이 겐조
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2020-03-30
Filing date: 2021-03-25
Publication date: 2021-10-08
Also published as: US20210299480A1; CN113470863A; TWI771964B; JP2021159110A; TW202135888A

Abstract

하전입자선의 조사시간을 짧게 할 수 있는 하전입자선 조사장치를 제공한다.
하전입자선 조사장치(1)는, 하전입자선(B)을 조사하는 하전입자선 조사장치(1)로서, 하전입자를 가속하여 하전입자선(B)을 생성하는 가속기(2)와, 가속기(2)에서 생성된 하전입자선(B)을 조사하는 조사부(3)와, 조사부(3)의 외부에 마련되어 가속기(2)에서 생성된 하전입자선(B)의 에너지를 감소시키는 에너지디그레이더(43)를 가짐과 함께, 가속기(2)에서 생성된 하전입자선(B)을 조사부(3)로 수송하는 수송부(4)를 구비하고, 수송부(4)는, 에너지디그레이더(43)에 의하여 에너지가 감소된 하전입자선(B)의 에너지분포를 갖는 당해 하전입자선(B)을 조사부(3)로 수송한다.

Description

하전입자선 조사장치{IRRADIATION APPARATUS OF CHARGED PARTICLE RAY}

본 출원은 2020년 3월 30일에 출원된 일본 특허출원 제2020-060893호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은, 하전입자선 조사장치에 관한 것이다.

하전입자선 조사장치로서, 예를 들면 특허문헌 1에 나타내는 것이 알려져 있다. 하전입자선 조사장치는, 하전입자를 가속하여 하전입자선을 생성하는 가속기와, 회전축선 둘레로 회전 가능한 회전부를 가짐과 함께 가속기에서 생성된 하전입자선을 조사하는 조사부와, 가속기로부터 조사부로 하전입자선을 수송하는 수송부를 구비한다. 특허문헌 1의 도 4에 나타내는 하전입자선 조사장치는, 조사부의 상부에, 하전입자선의 에너지를 선택하는 선택부(ESS: Energy Selection System)를 구비하고 있다. 특허문헌 1의 선택부는, 하전입자선의 에너지를 저감시키는 디그레이더와, 하전입자선의 운동량폭을 제한하기 위한 한 쌍의 편향전자석 및 슬릿과, 콜리메이터를 갖는다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2015-163229호

여기에서, 특허문헌 1의 도 4에 나타내는 구성에서는, 슬릿에 의하여, 하전입자선의 브래그피크가 가늘어진다. 이 때문에, 확대브래그피크의 형성에 필요한 하전입자선의 에너지의 수가 증가하고, 하전입자선의 에너지를 전환하는 횟수가 증대하여, 하전입자선의 조사시간이 길어져 버린다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은, 하전입자선의 조사시간을 짧게 할 수 있는 하전입자선 조사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 하전입자선 조사장치는, 하전입자선을 조사하는 하전입자선 조사장치로서, 하전입자를 가속하여 하전입자선을 생성하는 가속기와, 가속기에서 생성된 하전입자선을 조사하는 조사부와, 조사부의 외부에 마련되어 가속기에서 생성된 하전입자선의 에너지를 감소시키는 디그레이더를 가짐과 함께, 가속기에서 생성된 하전입자선을 조사부로 수송하는 수송부를 구비하고, 수송부는, 디그레이더에 의하여 에너지가 감소된 하전입자선의 에너지분포를 갖는 당해 하전입자선을 조사부로 수송한다.

본 발명에 관한 하전입자선 조사장치는, 조사부의 외측의 수송부에, 하전입자선의 에너지를 감소시키는 디그레이더가 배치된다. 수송부는, 디그레이더에 의하여 에너지가 감소된 하전입자선의 에너지분포를 갖는 당해 하전입자선을 조사부로 수송한다. 이로써, 수송부는, 하전입자선의 에너지 중에서 특정의 범위의 에너지를 선택하는 선택부를 마련하지 않고, 당해 하전입자선을 디그레이더로부터 조사부로 수송할 수 있다. 따라서, 선택부를 마련한 경우에 비하여, 하전입자선의 브래그피크가 굵어져, 확대브래그피크의 형성에 필요한 하전입자선의 에너지의 수가 감소하고, 하전입자선의 에너지를 전환하는 횟수가 감소된다. 이상으로부터, 하전입자선의 조사시간을 짧게 할 수 있다.

본 발명에 관한 하전입자선 조사장치에 있어서, 수송부는, 디그레이더와 조사부의 사이에 마련되어 하전입자선의 형상, 크기 및 발산을 조정하는 콜리메이터를 가져도 된다. 이 경우, 콜리메이터는, 디그레이더를 통과한 하전입자선의 형상 및 발산을 조정할 수 있어, 하전입자선의 에너지분포를 유지시킨 상태로 디그레이더로부터 조사부까지 수송할 수 있다.

본 발명에 관한 하전입자선 조사장치에 있어서, 수송부는, 디그레이더에 의하여 에너지가 감소된 하전입자선이 통과 가능한 구경(口徑)을 가져도 된다. 이 경우, 수송부는, 하전입자선에 대하여 특정의 범위의 에너지를 선택하지 않고, 하전입자선의 에너지분포를 유지시킨 상태로 디그레이더로부터 조사부까지 수송할 수 있다.

본 발명에 관한 하전입자선 조사장치에 있어서, 디그레이더는, 하전입자선의 운동량분산이 6% 미만이 되도록 가속기에서 생성된 하전입자선의 에너지를 감소시켜도 된다. 디그레이더에 의하여 하전입자선의 에너지를 감소시키면 감소시킬수록 하전입자선의 에너지분포는 크게 확산된다. 디그레이더는, 하전입자선의 운동량분산이 6% 미만이 되도록 함으로써, 하전입자선의 에너지분포의 확산을 억제할 수 있다. 이때, 수송부는, 하전입자선에 대하여 특정의 범위의 에너지를 선택하지 않고, 하전입자선의 에너지분포를 유지시킨 상태로 디그레이더로부터 조사부까지 수송할 수 있다.

본 발명에 관한 하전입자선 조사장치에 있어서, 조사부는, 하전입자선을 주사하는 주사전자석과, 주사전자석에 의하여 주사된 하전입자선이 통과하는 덕트와, 덕트를 통과한 하전입자선을 검출하는 모니터를 더 갖고, 덕트의 내부는 대기노출되어 있어도 된다. 이 경우, 주사전자석으로부터 모니터를 향하여 덕트 내를 통과하는 하전입자선의 빔은, 덕트의 내부의 대기(공기)에 의하여 산란한다. 이로써, 하전입자선의 빔의 횡단면형상의 대칭성이 붕괴되지 않도록 억제된다. 따라서, 조사부는, 하전입자선의 빔을 적절한 범위에 조사할 수 있다.

본 발명에 관한 하전입자선 조사장치에 있어서, 수송부는, 하전입자선을 수렴시켜 하전입자선의 운동량분산을 조정하는 6극자석 또는 6극성분을 갖는 편향자석을 가져도 된다. 이 경우, 수송부는, 통과하는 하전입자선의 에너지분포에 맞추어 하전입자선의 형상을 조정할 수 있어, 하전입자선을 가속기로부터 조사부까지 적절히 수송할 수 있다.

본 발명에 의하면, 하전입자선의 조사시간을 짧게 할 수 있는 하전입자선 조사장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 하전입자선 조사장치의 평면시(平面視)에 있어서의 배치도이다.
도 2는 도 1의 하전입자선 조사장치의 조사부 부근의 개략구성도이다.
도 3은 종양에 대하여 설정된 층을 나타내는 도이다.
도 4는 조사부의 기축(基軸)에 대하여 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 관한 하전입자선 조사장치에 있어서 생성되는 하전입자선의 에너지분포를 나타내는 그래프이다.
도 6의 (a)는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 하전입자선 조사장치의 수송부에 있어서의 볼록형상의 6극성분을 갖는 편향자석의 개략구성도이다. 도 6의 (b)는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 하전입자선 조사장치의 수송부에 있어서의 오목형상의 6극성분을 갖는 편향자석의 개략구성도이다. 도 6의 (c)는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 하전입자선 조사장치의 수송부에 있어서의 보조코일을 갖는 6극성분을 갖는 편향자석의 개략구성도이다.
도 7은 비교예 1에 관한 하전입자선 조사장치의 수송부에 마련된 선택부의 구성을 나타내는 확대도이다.
도 8의 (a)는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 하전입자선 조사장치에 의하여 출사되는 하전입자선의 브래그피크를 나타내는 그래프이다. 도 8의 (b)는, 비교예 1에 관한 하전입자선 조사장치에 의하여 출사되는 하전입자선의 브래그피크를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명에 관한 하전입자선 조사장치의 적합한 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 다만, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙여, 중복되는 설명을 생략한다. 본 실시형태에서는, 하전입자선 조사장치를 하전입자선 치료장치로 한 경우에 대하여 설명한다. 하전입자선 치료장치는, 예를 들면 암치료에 적용되는 것이며, 환자의 체내의 종양(조사목표물)에 대하여, 양자빔 등의 하전입자선을 조사하는 장치이다.

본 실시형태의 하전입자선 조사장치의 개략구성에 대하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 하전입자선 조사장치의 평면시에 있어서의 배치도이다. 도 1에 나타나는 바와 같이, 하전입자선 조사장치(1)는, 하전입자선을 생성하는 가속기(2)와, 치료대(16) 상의 환자(15)에 대하여 임의의 방향으로부터 하전입자선을 조사하는 회전 가능한 조사부(3)와, 가속기(2)에서 생성된 하전입자선을 조사부(3)로 수송하는 수송부(4)를 구비하고 있다. 또, 하전입자선 조사장치(1)의 각 기기는, 예를 들면 단층의 건물(6)의 방 안에 설치되어 있다.

조사부(3)는, 치료대(16)를 둘러싸도록 마련된 갠트리(5)(회전부의 일례)에 장착되어 있다. 조사부(3)는, 갠트리(5)에 의하여 치료대(16)의 둘레로 회전 가능하게 되어 있다. 갠트리(5)는, 회전축선 둘레로 회전 가능하다. 수송부(4)는, 가속기(2)로부터 갠트리(5)로 하전입자선을 수송하는 외부경로(4A)와, 갠트리(5) 내에 있어서 조사부(3)까지 하전입자선을 수송하는 내부경로(4B)를 갖는다. 외부경로(4A)는, 갠트리(5)의 후단측으로부터, 갠트리(5) 내에 진입한다. 그리고, 내부경로(4B)는, 편향전자석(7)으로 외주측으로 하전입자선의 궤도를 변경한 후, 편향전자석(8)(6극자석 또는 6극성분을 갖는 편향자석의 일례)으로 하전입자선의 궤도를 크게 구부려, 외주측으로부터 조사부(3)에 진입한다.

도 2는, 도 1의 하전입자선 조사장치의 조사부 부근의 개략구성도이다. 다만, 이하의 설명에 있어서는, "X축방향", "Y축방향", "Z축방향"이라는 말을 이용하여 설명한다. "X축방향"이란, 조사부(3)의 기축(AX)을 따른 방향이며, 하전입자선(B)의 조사의 깊이방향이다. 다만, "기축(AX)"의 상세에 대해서는 후술한다. 도 2에서는, 기축(AX)을 따라 하전입자선(B)이 조사되어 있는 모습을 나타내고 있다. "Y축방향"이란, X축방향과 직교하는 평면 내에 있어서의 하나의 방향이다. "Z축방향"이란, X축방향과 직교하는 평면 내에 있어서 Y축방향과 직교하는 방향이다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 본 실시형태에 관한 하전입자선 조사장치(1)의 상세한 구성에 대하여 설명한다. 하전입자선 조사장치(1)는 스캐닝법과 관련된 조사장치이다. 다만, 스캐닝방식은 특별히 한정되지 않고, 라인스캐닝, 래스터스캐닝, 스폿스캐닝 등을 채용해도 된다. 하전입자선 조사장치(1)는, 가속기(2), 조사부(3) 및 수송부(4) 외에, 제어부(80)와, 치료계획장치(90)를 구비하고 있다.

가속기(2)는, 하전입자를 가속하여 미리 설정된 에너지의 하전입자선(B)을 생성하는 장치이다. 가속기(2)에서 생성된 하전입자선(B)은, 수송부(4)에 의하여 형성된 궤도를 통과하여, 조사부(3)까지 유도된다. 가속기(2)로서, 예를 들면 사이클로트론, 싱크로사이클로트론, 라이닉 등을 들 수 있다. 본 실시형태에 있어서의 가속기(2)로서 미리 정한 에너지의 하전입자선(B)을 출사하는 사이클로트론을 채용한다. 가속기(2)는, 내부에서 이온(하전입자)을 가속평면 상에서 주회(周回)시키면서 가속시키는 진공용기(21), 진공용기(21) 내에 이온을 공급하는 이온원(도시생략)을 구비하고 있다. 진공용기(21)는 수송부(4)의 외부경로(4A)에 연결되어 있다. 진공용기(21) 내에서 주회하는 하전입자선(B)은, 디플렉터(22)로 주회궤도로부터 꺼내져 수송부(4)의 외부경로(4A)에 공급된다. 다만, 가속기(2)의 가속평면은 수평방향(X축방향 및 Y축방향)으로 확산된다. 가속평면의 중심을 중심점(CP2)으로 한다(도 1 참조). 진공용기(21)의 Z축방향으로 뻗는 중심선은 중심점(CP2)을 통과한다. 가속기(2)는, 제어부(80)에 접속되어 있고, 공급되는 전류가 제어된다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 수송부(4)는, 조사부(3)의 외부에 마련되어 가속기(2)에서 생성된 하전입자선(B)의 에너지를 감소시키는 에너지디그레이더(43)(디그레이더의 일례)를 가짐과 함께, 가속기(2)에서 생성된 하전입자선(B)을 조사부(3)로 수송한다. 또, 수송부(4)는, 에너지디그레이더(43)와 조사부(3)의 사이에 마련되어 하전입자선(B)의 형상, 크기 및 발산을 조정하는 콜리메이터(44)를 갖는다. 수송부(4)의 외부경로(4A)는, 상류측부터 순서대로, 4극전자석(41)과, 스티어링전자석(42)과, 에너지디그레이더(43)와, 콜리메이터(44)와, 4극전자석(41)과, 빔스토퍼(45)를 구비한다. 4극전자석(41)은, 하전입자선(B)을 수렴시켜 하전입자선의 형상을 조정하기 위한 전자석이다. 스티어링전자석(42)은, 하전입자선의 궤도를 수정하기 위한 전자석이다. 에너지디그레이더(43)는, 하전입자선의 에너지를 전체적으로 감소시켜 비정(飛程)을 조정하는 기구이다. 콜리메이터(44)는, 하전입자선의 형상을 성형하여, 하전입자선의 크기(사이즈)를 조정하고, 하전입자선의 발산을 조정한다. 빔스토퍼(45)는, 하전입자선의 출사와 정지를 전환하는 기구이다. 수송부(4)의 내부경로(4B)는, 상술과 같이 편향전자석(7, 8)을 갖는다.

조사부(3)는, 가속기(2)에서 생성된 하전입자선(B)을 조사한다. 구체적으로는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 조사부(3)는, 환자(15)의 체내의 종양(피조사체)(14)에 대하여, 하전입자선(B)을 조사하는 것이다. 하전입자선(B)이란, 전하를 가진 입자를 고속으로 가속한 것이며, 예를 들면 양자선, 중(重)입자(중이온)선, 전자선 등을 들 수 있다. 구체적으로, 조사부(3)는, 이온원(도시생략)에서 생성된 하전입자를 가속시키는 가속기(2)로부터 출사되어 수송부(4)에 의하여 수송된 하전입자선(B)을 종양(14)에 조사하는 장치이다. 조사부(3)는, 주사전자석(10), 덕트(11), 도스모니터(12)(모니터의 일례), 포지션모니터(13a, 13b)(모니터의 일례), 콜리메이터(17), 및 스나우트디그레이더(30)를 구비하고 있다. 주사전자석(10), 덕트(11), 각 모니터(12, 13a, 13b), 콜리메이터(17) 및 스나우트디그레이더(30)는, 수용체로서의 조사노즐(9)에 수용되어 있다. 이와 같이, 조사노즐(9)에 각 주구성요소를 수용함으로써 조사부(3)가 구성되어 있다. 다만, 상술한 요소에 더하여, 주사전자석(10)의 상류측에 6극자석 또는 6극성분을 갖는 편향자석, 및 프로파일모니터를 마련해도 된다. 또, 도스모니터(12) 및 포지션모니터(13a, 13b)는 생략해도 된다.

주사전자석(10)은, Y축방향 주사전자석(10a) 및 Z축방향 주사전자석(10b)을 포함한다. Y축방향 주사전자석(10a) 및 Z축방향 주사전자석(10b)은, 각각 한 쌍의 전자석으로 구성되며, 제어부(80)로부터 공급되는 전류에 따라 한 쌍의 전자석 사이의 자장을 변화시켜, 당해 전자석 사이를 통과하는 하전입자선(B)을 주사한다. 주사전자석(10)에 의하여 Y축방향 주사전자석(10a)은, Y축방향으로 하전입자선(B)을 주사하고, Z축방향 주사전자석(10b)은, Z축방향으로 하전입자선(B)을 주사한다. 이들 주사전자석(10)은, 기축(AX) 상이며, 가속기(2)보다 하전입자선(B)의 하류측에 이 순서로 배치되어 있다. 다만, 주사전자석(10)은, 치료계획장치(90)에서 미리 계획된 주사경로로 하전입자선(B)이 조사되도록, 하전입자선(B)을 주사한다.

덕트(11)는, 기축(AX) 상이며 주사전자석(10)에 대하여 하류측에 배치되어 있다. 덕트(11)는, 주사전자석(10)에 의하여 주사된 하전입자선(B)을, 덕트(11)에 대하여 하류에 배치되어 있는 도스모니터(12)로 유도한다. 덕트(11)는, 예를 들면 기축(AX)의 상류에서 하류를 향하여 확산되는 원뿔사다리꼴을 나타낸다. 덕트(11)는, 기축(AX)을 따라 관통하고 있다. 덕트(11)의 내부는, 대기노출(대기폭로(大氣曝露))되어 있다. 즉, 덕트(11)는, 그 내부에 대기(공기)를 포함한다. 대기(공기)는, 예를 들면 질소 및 산소를 포함한다. 덕트(11)는, 예를 들면 그 내부가 대기노출되어 있다. 이때, 조사노즐(9)의 내부의 전부가 대기노출되어 있어도 되고, 덕트(11)의 내부만이 대기노출되도록 구성되어 있어도 된다.

도스모니터(12)는, 기축(AX) 상이며 덕트(11)에 대하여 하류측에 배치되어 있다. 포지션모니터(13a, 13b)는, 하전입자선(B)의 빔형상 및 위치를 검출감시한다. 포지션모니터(13a, 13b)는, 기축(AX) 상이며, 도스모니터(12)보다 하전입자선(B)의 하류측에 배치되어 있다. 각 모니터(12, 13a, 13b)는, 검출한 검출결과를 제어부(80)에 출력한다.

스나우트디그레이더(30)는, 통과하는 하전입자선(B)의 에너지를 저하시켜 당해 하전입자선(B)의 비정의 시프트를 행한다. 본 실시형태에서는, 스나우트디그레이더(30)는, 조사노즐(9)의 선단부(9a)에 마련되어 있다. 다만, 조사노즐(9)의 선단부(9a)란, 하전입자선(B)의 하류측의 단부이다. 스나우트디그레이더(30)는, 예를 들면 물당량두께 약 10cm이다.

콜리메이터(17)는, 적어도 주사전자석(10)보다 하전입자선(B)의 하류측에 마련되어, 하전입자선(B)의 일부를 차폐하고, 일부를 통과시키는 부재이다. 여기에서는, 콜리메이터(17)는, 포지션모니터(13a, 13b)의 하류측에 마련되어 있다. 콜리메이터(17)는, 당해 콜리메이터(17)를 이동시키는 콜리메이터구동부(18)에 접속되어 있다.

제어부(80)는, 예를 들면 CPU, ROM, 및 RAM 등에 의하여 구성되어 있다. 이 제어부(80)는, 각 모니터(12, 13a, 13b)로부터 출력된 검출결과에 근거하여, 가속기(2), 주사전자석(10), 및 콜리메이터구동부(18)를 제어한다.

또, 하전입자선 조사장치(1)의 제어부(80)는, 하전입자선 치료의 치료계획을 행하는 치료계획장치(90)와 접속되어 있다. 치료계획장치(90)는, 치료 전에 환자(15)의 종양(14)을 CT 등으로 측정하여, 종양(14)의 각 위치에 있어서의 선량분포(조사해야 할 하전입자선의 선량분포)를 계획한다. 구체적으로는, 치료계획장치(90)는, 종양(14)에 대하여 치료계획맵을 작성한다. 치료계획장치(90)는, 작성한 치료계획맵을 제어부(80)로 송신한다. 치료계획장치(90)가 작성한 치료계획맵에서는, 하전입자선(B)이 어떠한 주사경로를 그릴지가 계획되어 있다.

스캐닝방식에 의한 하전입자선(B)의 조사를 행하는 경우, 종양(14)을 X축방향으로 복수의 층으로 가상적으로 분할하여, 하나의 층에 있어서 하전입자선을 치료계획에 있어서 정한 주사경로에 따르도록 주사하여 조사한다. 그리고, 당해 하나의 층에 있어서의 하전입자선(B)의 조사가 완료된 후에, 인접하는 다음의 층에 있어서의 하전입자선(B)의 조사를 행한다.

스캐닝방식에 의한 하전입자선의 조사를 행하는 경우, 먼저, 가속기(2)로부터 하전입자선(B)을 출사한다. 출사된 하전입자선(B)은, 주사전자석(10)의 제어에 의하여 치료계획에 있어서 정한 주사경로에 따르도록 주사된다. 이로써, 하전입자선(B)은, 종양(14)에 대하여 Z축방향으로 설정된 하나의 층에 있어서의 조사 범위 내를 주사하면서 조사되게 된다. 하나의 층에 대한 조사가 완료되면, 다음의 층으로 하전입자선(B)을 조사한다.

제어부(80)의 제어에 따른 주사전자석(10)의 하전입자선 조사이미지에 대하여, 도 3의 (a) 및 (b)를 참조하여 설명한다. 도 3은, 종양에 대하여 설정된 층을 나타내는 도이다. 도 3의 (a)는, 깊이방향에 있어서 복수의 층으로 가상적으로 슬라이스된 피조사체를, 도 3의 (b)는, 깊이방향으로부터 본 하나의 층에 있어서의 하전입자선의 주사이미지를, 각각 나타내고 있다.

도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 피조사체는 조사의 깊이방향에 있어서 복수의 층으로 가상적으로 슬라이스되어 있고, 본 예에서는, 깊은(하전입자선(B)의 비정이 긴) 층부터 순서대로, 층 L₁, 층 L₂, …층 L_n-1, 층 L_n, 층 L_n+1, …층 L_N-1, 층 L_N과 N층으로 가상적으로 슬라이스되어 있다. 또, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 하전입자선(B)은, 주사경로(TL)를 따른 빔궤도를 그리면서, 연속조사(라인스캐닝 또는 래스터스캐닝)의 경우는 층 L_n의 주사경로(TL)를 따라 연속적으로 조사되고, 스폿스캐닝의 경우는 층 L_n의 복수의 조사스폿에 대하여 조사된다. 하전입자선(B)은, Z축방향으로 뻗는 주사경로(TL1)를 따라 조사되고, 주사경로(TL2)를 따라 Y축방향으로 약간 시프트되어, 근처의 주사경로(TL1)를 따라 조사된다. 이와 같이, 제어부(80)에 제어된 조사부(3)로부터 출사된 하전입자선(B)은, 주사경로(TL) 상을 이동한다.

도 4는, 조사부의 기축에 대하여 설명하기 위한 개략도이다. 도 4를 참조하여, 조사부(3)의 "기축(AX)"에 대하여 설명한다. 기축(AX)은, 조사부(3)가 하전입자선(B)의 조사를 행할 때의 기준이 되는 가상적인 기준선이다. 치료계획장치(90)가 치료계획을 행할 때에 스캐닝의 패턴을 작성할 때에도, 기축(AX)을 기준으로 하여 치료계획을 행한다. 예를 들면, 도 3의 (a)에 나타내는 층을 설정하는 경우, 각층은, 기축(AX)과 수직인 면으로 한다. 또, Y축방향으로의 이동량, 및 Z축방향으로의 이동량을 설정할 때도, 기축(AX)의 위치를 기준으로 한다. 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 기축(AX)은, 갠트리(5)의 중심선(CL)과 직교하고, 또한 중심선(CL)을 통과한다. 기축(AX)은, 갠트리(5)의 중심선(CL) 상의 아이소센터(AC)를 통과한다. 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 갠트리(5)를 회전시켜 조사부(3)를 아이소센터(AC) 둘레로 회전시킨 경우, 조사부(3)의 위치에 관계없이, 기축(AX)은, 갠트리(5) 상의 아이소센터(AC)를 통과한다. 다만, XYZ좌표계는, 기축(AX)의 방향에 따라 변화하는 상대좌표계이다. 도 4에서는, 기축(AX)이 연직방향으로 뻗어 있는 상태에 있어서의 XYZ좌표계가 나타나 있다. 또, 상술한 도 1에 있어서는, 조사부(3)의 모습을 나타내기 위하여 기축(AX)이 수평방향으로 뻗어 있는 상태를 나타내고 있다. 따라서, 도 1에서는, 당해 상태에 대응한 XYZ좌표계가 나타나 있다.

다음으로, 도 5를 참조하여, 본 실시형태에 관한 하전입자선 조사장치(1)에 있어서 조사되는 하전입자선(B)의 에너지분포에 대하여 설명한다.

도 5는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 하전입자선 조사장치에 있어서 생성되는 하전입자선의 에너지분포를 나타내는 그래프이다. 도 5에 나타내는 그래프의 세로축은 존재확률을 나타내고, 가로축은 운동량의 크기를 나타낸다. 하전입자선(B) 중, 가속기(2)에 있어서 생성되는 하전입자선(B₁)은, 예를 들면 230MeV 정도이다. 하전입자선(B₁)의 에너지분포는, 운동량의 확산이 작다. 즉, 하전입자선(B₁)의 운동량의 평균값으로부터 멀어진 운동량을 갖는 하전입자선(B₁)의 존재확률은, 하전입자선(B₁)의 운동량의 평균값 근방의 하전입자선(B₁)의 존재확률에 비하여 현저히 작다. 여기에서, 운동량의 확산이 크다란, 운동량의 평균값에 있어서의 존재확률이 작고, 다양한 운동량을 갖는 하전입자선의 존재확률이 큰 것을 나타낸다. 본 실시형태의 하전입자선 조사장치(1)에서는, 하전입자선(B) 중, 가속기(2)로부터 출사된 하전입자선(B₁)을 에너지디그레이더(43)에 의하여 에너지를 감소시킨 하전입자선(B₂)은, 에너지가 감소함으로써 하전입자선(B₁)에 비하여 운동량의 확산이 커진다. 하전입자선(B₂)의 운동량의 확산으로서, 예를 들면 하전입자선(B₂)의 운동량분산은 6% 미만이다. 또, 하전입자선(B₂)의 운동량분산은 5% 이하여도 되고, 4% 이하, 3% 이하 또는 2% 이하여도 된다. 이때, 하전입자선(B₂)은, 예를 들면 110MeV이다. 다만, 운동량분산이란, 하전입자선(B)의 에너지에 대응하는 운동량의 분산의 값이다.

수송부(4)는, 에너지디그레이더(43)에 의하여 에너지가 감소된 하전입자선(B₂)의 에너지분포를 갖는 당해 하전입자선(B₂)을 조사부(3)로 수송한다. 구체적으로, 수송부(4)에는, 외부경로(4A) 및 내부경로(4B) 중 어느 개소에도 운동량분석슬릿(예를 들면 도 7에 나타내는 운동량분석슬릿(157)) 등과 같이, 에너지분포를 조정하는 부재가 마련되어 있지 않다. 다만, 하전입자선(B₂)은, 에너지디그레이더(43)를 통과한 후는, 조사부(3) 내의 스나우트디그레이더(30)에서, 처음으로 에너지분포에 대한 영향을 받는다. 따라서, 조사부(3) 내에 있어서도, 스나우트디그레이더(30)보다 상류측의 경로에는, 운동량분석슬릿 등과 같이, 에너지분포에 영향을 주는 부재가 마련되어 있지 않다. 다만, 수송부(4)가 복수단계의 에너지디그레이더(43)를 갖는 경우는, 수송부(4)는, 가장 하류측에 배치된 에너지디그레이더(43)를 통과한 하전입자선(B₂)의 에너지분포를 유지한다.

하전입자선(B)의 운동량의 확산이 커지면 커질수록(에너지가 작아지면 작아질수록), 수송부(4)를 통과하는 하전입자선(B)의 빔직경은 커진다. 이 때문에, 하전입자선(B₂)의 빔직경은, 하전입자선(B₁)의 빔직경에 비하여 크다. 수송부(4)는, 에너지디그레이더(43)에 의하여 에너지가 감소된 하전입자선(B₂)이 통과 가능한 구경을 갖는다. 수송부(4)는, 적어도 에너지디그레이더(43)의 하류에 있어서 하전입자선(B₂)이 통과 가능한 구경을 갖는다. 이로써, 수송부(4)는, 하전입자선(B₂)의 에너지의 선택을 행하지 않고 가속기(2)로부터 갠트리(5)를 향하여 하전입자선(B₂)을 수송할 수 있다. 이때, 하전입자선 조사장치(1)는, 예를 들면 수송부(4)의 외부경로(4A)를 가속기(2)로부터 갠트리(5)를 향하여 직선상으로 연재시킬 수 있다.

수송부(4) 내에 있어서의 하전입자선(B₂)은 하전입자선(B₁)에 비하여 운동량의 확산이 큰 것, 및 운동량에 의하여 궤도가 약간 다른 점에서, 하전입자선(B₂)의 빔의 횡단면형이 비대칭이 될 가능성이 있다. 하전입자선(B₂)의 빔의 횡단면형에 있어서의 대칭성을 확보하기 위하여, 수송부(4)는, 하전입자선(B₂)의 형상, 크기 및 발산을 조정하는 콜리메이터(44) 외에, 하전입자선(B₂)을 수렴시켜 하전입자선(B₂)의 형상을 조정하는 6극자석 또는 6극성분을 갖는 편향자석을 갖는다. 예를 들면, 수송부(4)의 내부경로(4B)에 마련되는 편향전자석(8)은, 6극성분을 갖는 편향자석이다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 편향전자석(8)은, 6극성분을 내기 위하여 다양한 형상을 취할 수 있다. 도 6의 (a), 도 6의 (b) 및 도 6의 (c)는, 하전입자선(B₂)의 경로에 직교하는 단면에 있어서의 개략단면도이다. 도 6의 (a)는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 하전입자선 조사장치의 수송부에 있어서의 볼록형상의 6극성분을 갖는 편향자석의 개략구성도이다. 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이, 편향전자석(8)은, 예를 들면 하전입자선(B₂)이 통과하는 공간을 향하여 볼록형상으로 부풀어 오르는 형상을 갖는다. 도 6의 (b)는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 하전입자선 조사장치의 수송부에 있어서의 오목형상의 6극성분을 갖는 편향자석의 개략구성도이다. 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 편향전자석(8)은, 예를 들면 하전입자선(B₂)이 통과하는 공간에 대하여 오목형상으로 파인 형상을 갖고 있어도 된다. 도 6의 (c)는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 하전입자선 조사장치의 수송부에 있어서의 보조코일을 갖는 6극성분을 갖는 편향자석의 개략구성도이다. 도 6의 (c)에 나타내는 바와 같이, 편향전자석(8)은, 예를 들면 하전입자선(B₂)이 통과하는 공간에 있어서, 보조코일(8a)을 갖고 있어도 된다.

상술과 같이, 편향전자석(8)이 6극성분을 갖는 편향자석임으로써, 운동량에 따라 다른 궤도를 보정하여, 하전입자선(B₂)의 빔의 횡단면형의 대칭성을 확보할 수 있다. 수송부(4)는, 통과하는 하전입자선(B₂)의 에너지분포에 맞추어 하전입자선(B₂)의 형상을 조정할 수 있어, 하전입자선(B₂)을 가속기(2)로부터 조사부(3)까지 적절히 수송할 수 있다. 수송부(4)에 있어서, 편향전자석(7)도 6극자석 또는 6극성분을 갖는 편향자석이어도 된다.

수송부(4)로부터 조사부(3)에 도달한 하전입자선(B₂)은, 대기노출되어 있는(내부에 공기를 포함하는) 덕트(11)를 통과함으로써, 산란한다. 덕트의 내부가 진공상태 또는 희가스로 충전되어 있는 상태로서 공기를 포함하지 않는 상태와 비교하여, 덕트(11)가 대기노출되어 있음(공기를 포함함)으로써 하전입자선(B₂)은 보다 산란하여, 하전입자선(B₂)의 빔의 횡단면형상의 대칭성이 확보된다.

다음으로, 본 실시형태에 관한 하전입자선 조사장치(1)의 작용·효과에 대하여, 비교예 1에 관한 하전입자선 조사장치(100)와 비교하면서 설명한다. 비교예 1에 있어서, 동일명칭이며 부호만 다른 장치의 기능은, 실시형태와 동일한 것으로 한다.

도 7은, 비교예 1에 관한 하전입자선 조사장치의 수송부에 마련된 선택부의 구성을 나타내는 확대도이다. 선택부(150)는, ESS(Energy Selection System)라고 칭해지는 기구이다. 예를 들면, 조사부(103)의 상측에 ESS의 일부가 탑재되는 것 같은 구성과는 달리, 선택부(150)의 전체 구성요소가, 실내차폐벽을 구획하여, 가속기(102)가 배치되어 있는 공간에 배치되어 있다. 선택부(150)의 구성요소는, 조사부(103) 및 갠트리(105)가 배치되어 있는 공간에는 배치되어 있지 않다.

수송부(104)에 마련된 선택부(150)의 상세한 구성에 대하여 설명한다. 다만, 수송부(104)를 구성하는 수송관(145)에 대하여, 선택부(150)의 각 구성요소가 마련된다. 제1 직선부(141)에 마련되는 선택부(150)는, 상류측부터 순서대로, 4극전자석(151)과, 스티어링전자석(152)과, 에너지디그레이더(153)와, 4극전자석(151)과, 콜리메이터(154)와, 빔스토퍼(155)를 구비한다. 4극전자석(151)은, 하전입자선을 수렴시켜 하전입자선의 형상을 조정하기 위한 전자석이다. 스티어링전자석(152)은, 하전입자선의 궤도를 수정하기 위한 전자석이다. 에너지디그레이더(153)는, 하전입자선의 에너지를 전체적으로 감소시켜 비정을 조정하는 기구이다. 에너지디그레이더(153)는, 예를 들면 가속기(102)로부터 출사된 하전입자선(B₁)을 70MeV까지 감소시킨 하전입자선(B₃)으로 한다(도 5 참조). 이때, 하전입자선(B₃)은, 에너지가 감소함으로써, 하전입자선(B₁) 및 하전입자선(B₂)에 비하여 운동량의 확산이 커진다. 하전입자선(B₃)의 운동량의 확산으로서, 예를 들면 하전입자선(B₃)의 운동량분산이 6% 이상이 된다. 콜리메이터(154)는, 하전입자선의 형상, 크기 및 발산을 조정한다. 콜리메이터(154)는, 하전입자선의 형상을 성형하여, 하전입자선의 크기(사이즈)를 조정하고, 하전입자선의 발산을 조정한다. 빔스토퍼(155)는, 하전입자선의 출사와 정지를 전환하는 기구이다.

곡부(曲部)(143)에 마련된 선택부(150)는, 상류측부터 순서대로, 편향전자석(156A)과, 4극전자석(151)과, 운동량분석슬릿(157)과, 4극전자석(151)과, 편향전자석(156B)을 구비한다. 운동량분석슬릿(157)의 전후에는, 각각 복수의 4극전자석(151)이 마련되어도 된다. 편향전자석(156A)은, 제1 직선부(141)로부터 수송된 하전입자선의 궤도를 구부리는 전자석이다. 하전입자선은, 에너지에 따라 어느 정도 구부러질지가 다르다. 따라서, 편향전자석(156A)으로 하전입자선을 구부려 운동량분석슬릿(157)을 통과시킴으로써, 원하는 에너지의 하전입자선을 선택할 수 있다. 수송부(104)의 에너지디그레이더(153)보다 하류에 있어서 운동량분석슬릿(157)까지 수송된 하전입자선(B₃)은, 운동량분석슬릿(157)에 의하여, 하전입자선(B₃)의 에너지분포 중, 피크부근의 영역(도 5의 영역 E₁ 참조) 이외의 에너지를 절삭한 상태가 된다. 즉, 운동량분석슬릿(157)을 통과함으로써, 하전입자선(B₃)은, 에너지분포에 있어서 영역 E₁의 범위의 하전입자선(이하, 하전입자선(B₄))이 되어, 하류로 수송된다.

그리고, 편향전자석(156B)은, 선택된 에너지의 하전입자선(B₄)을 제2 직선부(142)를 향하도록 궤도를 구부린다. 곡부(143)는, 2세트의 편향전자석(156A, 156B)만을 갖고, 편향전자석(156A, 156B) 사이에는, 다른 세트의 편향전자석을 갖고 있지 않다. 다만, 편향전자석이 연속하여 배치되는 경우는, 1세트의 편향전자석으로 간주한다. 즉, 편향전자석(156A)이, 연속하는 복수의 편향전자석으로 분할되어 있는 경우는, 1세트의 편향전자석이라고 간주한다. 곡부(143) 중, 편향전자석(156A, 156B) 사이의 영역은, 직선상으로 뻗는 직선부가 되지만, 당해 직선부는, 제1 직선부(141)보다 짧다.

제2 직선부(142)에 마련된 선택부(150)는, 상류측부터 순서대로, 4극전자석(151)과, 스티어링전자석(152)을 구비한다. 다만, 제2 직선부(142) 중, 실내차폐벽에 매설되는 부분에는, 선택부(150)의 구성요소는 마련되어 있지 않다. 비교예 1의 하전입자선 조사장치(100)에 있어서, 덕트의 내부는 진공이며, 스나우트디그레이더의 물당량두께는 약 4cm이다. 이상으로부터, 비교예 1의 하전입자선 조사장치(100)에 있어서, 가속기(102)에 의하여 생성된 하전입자선(B₁)은 에너지디그레이더(153)에 의하여 에너지가 감소함으로써 하전입자선(B₃)이 된다. 비교예 1의 하전입자선 조사장치(100)에 있어서, 하전입자선(B₃)은 운동량분석슬릿(157)에 의하여 에너지분포가 영역 E₁의 범위로 한정된 하전입자선(B₄)이 된다. 비교예 1의 하전입자선 조사장치(100)에 있어서, 하전입자선(B₄)은, 스나우트디그레이더까지 수송된다.

비교예 1의 하전입자선 조사장치(100)는 원하는 에너지의 하전입자선을 선택하기 위하여, 수송부(104)는 곡부(143)를 가질 필요가 있다. 수송부(104)가 크게 돌아들어감으로써, 비교예 1의 하전입자선 조사장치(100)에 있어서, 가속기(102), 조사부(103), 및 수송부(104)를 배치하기 위한 설비의 풋프린트가 커진다는 문제가 발생한다. 이에 대하여, 본 실시형태의 하전입자선 조사장치(1)는, 수송부(4)에 있어서 선택부(150)를 마련할 필요가 없기 때문에, 수송부(4)를 배치하는 환경에 따른 형상으로 자유롭게 변경할 수 있어, 예를 들면 수송부(4)를 직선상으로 할 수 있다. 이로써, 본 실시형태의 하전입자선 조사장치(1)는, 비교예 1의 하전입자선 조사장치(100)에 비하여, 풋프린트를 적절히 작게 할 수 있다. 하전입자선 조사장치(1)는, 장치전체를 소형화하여, 설치면적을 작게 할 수 있다.

다음으로, 조사시간을 짧게 하는 것에 대하여 도 8을 이용하여 설명한다. 도 8의 (a)는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 하전입자선 조사장치에 의하여 출사되는 하전입자선의 브래그피크를 나타내는 그래프이다. 도 8의 (b)는, 비교예 1에 관한 하전입자선 조사장치에 의하여 출사되는 하전입자선의 브래그피크를 나타내는 그래프이다. 즉, 도 8의 (b)는, 본 실시형태의 하전입자선 조사장치(1)에 의하여 출사되는 하전입자선보다 에너지가 작은 하전입자선의 브래그피크를 나타내는 그래프이다. 도 8의 (a) 및 도 8의 (b)의 각 그래프의 세로축은 선량이며, 가로축은 체내깊이이다. 도 8의 (a) 및 도 8의 (b)에 나타내는 바와 같이, 피조사체(종양(14))는 환자(15)의 체내의 일부에 위치하고 있다. 본 실시형태의 하전입자선 조사장치(1) 및 변형예의 하전입자선 조사장치에서는, 다양한 체내깊이에서 피크를 갖는 브래그피크를 나타내는 복수의 하전입자선(B)을 조사함으로써, 확대브래그피크를 형성한다. 여기에서, 브래그피크란, 입사에너지에 따른 특정의 깊이에서 최대의 방사선량을 방출하고 멈추는 하전입자선의 특성이며, 확대브래그피크란, 복수의 다른 에너지에 대응한 브래그피크를 피조사체의 깊이방향으로 중첩하여, 피조사체에 원하는 선량을 부여하도록 조정한 것을 나타낸다.

본 실시형태의 하전입자선(B₂)은, 비교예 1의 하전입자선(B₄)에 비하여 1회의 하전입자선(B)당 운동량분산이 크기 때문에(에너지폭이 크기 때문에), 본 실시형태의 하전입자선(B₂)의 브래그피크는 비교예 1의 하전입자선(B₄)의 브래그피크보다 굵어진다. 이 때문에, 본 실시형태의 하전입자선 조사장치(1)는, 비교예 1의 하전입자선 조사장치(100)에 비하여, 동일한 확대브래그피크를 형성하는 데 필요한 브래그피크를 갖는 하전입자선(B)의 에너지의 수를 줄일 수 있다. 이로써, 하전입자선 조사장치(1)의 제어부(80)는, 비교예 1의 하전입자선 조사장치(100)의 제어부에 비하여, 하전입자선(B)의 에너지를 전환하는 횟수가 감소된다. 하전입자선 조사장치(1)는, 비교예 1의 하전입자선 조사장치(100)에 비하여 하전입자선(B)의 조사시간을 짧게 할 수 있다.

여기에서, 비교예 1의 하전입자선 조사장치(100)에 있어서, 에너지디그레이더(153)의 통과 후의 하전입자선을, 하전입자선(B₃) 대신에, 본 실시형태의 하전입자선 조사장치(1)에 있어서의 하전입자선(B₂)과 동일한 에너지의 하전입자선으로 하는 경우를 생각한다. 당해 하전입자선 조사장치를 비교예 2의 하전입자선 조사장치로 하여, 스나우트디그레이더의 물당량두께를 적절히 변경한다. 이 경우, 비교예 2의 에너지디그레이더를 통과한 후의 하전입자선(B₂)은, 운동량분석슬릿에 의하여 에너지분포가 영역 E₁의 범위로 한정된 하전입자선(B₅)이 된다. 이 때문에, 본 실시형태의 하전입자선 조사장치(1)의 조사부(3)에 있어서의 하전입자선(B₂)은, 조사부에 있어서의 하전입자선(B₅)에 비하여, 운동량의 확산이 크다. 본 실시형태의 하전입자선 조사장치(1)에 있어서의 하전입자선(B₂)의 브래그피크는, 비교예 2의 하전입자선 조사장치에 있어서의 하전입자선(B₅)의 브래그피크에 비하여 굵어진다. 이 때문에, 운동량분석슬릿(157)을 마련하지 않은 본 실시형태의 하전입자선 조사장치(1)는, 비교예 2의 하전입자선 조사장치에 비하여 하전입자선(B)의 조사시간을 짧게 할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시형태에 관한 하전입자선 조사장치(1)의 수송부(4)는, 하전입자선(B₂)의 에너지 중에서 특정의 범위의 에너지를 선택하는 운동량분석슬릿을 마련하지 않고, 당해 하전입자선(B₂)을 에너지디그레이더(43)로부터 조사부(3)로 수송할 수 있다. 특히, 따라서, 운동량분석슬릿을 마련한 경우(비교예 1, 2)의 하전입자선(B₄, B₅)에 비하여, 본 실시형태의 하전입자선(B₂)은, 브래그피크가 굵어진다. 따라서, 하전입자선 조사장치(1)에 있어서, 확대브래그피크의 형성에 필요한 하전입자선(B)의 에너지의 수가 감소하고, 하전입자선(B)의 에너지를 전환하는 횟수가 감소된다. 이상으로부터, 하전입자선 조사장치(1)는, 하전입자선(B)의 조사시간을 짧게 할 수 있다.

또, 본 실시형태에 관한 하전입자선 조사장치(1)는, 특허문헌 1과 같이 갠트리(5) 내에 운동량분석슬릿을 마련하고 있지 않다. 운동량분석슬릿이 갠트리 내에 수납되어 있었던 경우, 운동량분석슬릿에서 정지한 양자선으로부터 불필요한 중성자선이 발생하기 때문에, 환자에 대한 불필요한 중성자선량이 증가하는 것이 생각된다. 그러나, 본 실시형태의 하전입자선 조사장치(1)는 운동량분석슬릿을 갖고 있지 않기 때문에, 불필요한 중성자선의 발생을 억제할 수 있다.

또, 본 실시형태에 관한 하전입자선 조사장치(1)에 있어서, 콜리메이터(44)는, 에너지디그레이더(43)를 통과한 하전입자선(B)의 형상, 크기 및 발산을 조정할 수 있어, 하전입자선(B)의 에너지분포를 유지시킨 상태로 에너지디그레이더(43)로부터 조사부(3)까지 수송할 수 있다. 이때, 콜리메이터(44)에 의하여 하전입자선(B)의 형상, 크기 및 발산이 조정되기 때문에, 하전입자선(B)은, 예를 들면 콜리메이터(44)보다 하류의 조사부(3)의 덕트(11)에 닿지 않고 덕트(11)의 내부를 통과할 수 있다.

또, 본 실시형태에 관한 하전입자선 조사장치(1)에 있어서, 수송부(4)는, 하전입자선(B₂)이 통과 가능한 구경을 갖고 있기 때문에, 수송부(4)는, 하전입자선(B₂)에 대하여 특정의 범위의 에너지를 선택하지 않고, 하전입자선(B₂)의 에너지분포를 유지시킨 상태로 에너지디그레이더(43)로부터 조사부(3)까지 수송할 수 있다.

본 실시형태의 하전입자선 조사장치(1)의 스나우트디그레이더(30)는, 비교예 1의 하전입자선 조사장치(100)의 스나우트디그레이더에 비하여 물당량두께가 크다. 이것은, 하전입자선(B₂)이 하전입자선(B₄)에 비하여 에너지가 크기 때문에, 환자(15)의 얕은 부위에 위치하는 종양(14)(피조사체)에 조사 가능하도록 하기 위해서이다.

본 실시형태의 하전입자선 조사장치(1)의 에너지디그레이더(43)는, 하전입자선(B₂)의 운동량분산이 6% 미만이 되도록 함으로써, 하전입자선(B₃)에 비하여 하전입자선(B₂)의 에너지분포의 확산을 억제할 수 있다. 여기에서, 본 실시형태의 하전입자선 조사장치(1)에 있어서, 조사부(3)의 하전입자선을, 하전입자선(B₂) 대신에, 비교예 1의 하전입자선 조사장치(100)에 있어서의 운동량분석슬릿(157)의 상류의 하전입자선(B₃)과 동일한 에너지의 하전입자선으로 하는 경우를 생각한다. 당해 하전입자선 조사장치를 변형예(본 발명의 다른 실시형태)의 하전입자선 조사장치로 하여, 스나우트디그레이더의 물당량두께를 적절히 변경한다. 상술한 바와 같이, 하전입자선(B₃)의 운동량분산은 6% 이상이다. 이 경우, 하전입자선(B₂)에 비하여 운동량의 확산이 큰 하전입자선(B₃), 즉 하전입자선(B₂)에 비하여 빔직경이 큰 하전입자선(B₃)이 수송부 내를 통과한다. 따라서, 하전입자선(B₃)을 채용한 경우는, 하전입자선(B₂)의 경우보다 수송부의 구경을 크게 할 필요가 있다. 또, 하전입자선(B₂)에 비하여 빔직경이 큰 하전입자선(B₃)은, 수송부의 하류의 편향전자석, 또는 조사부의 덕트에 닿아 소실된 경우, 변형예의 하전입자선 조사장치가 방사화될 가능성 또는 불필요한 방사선량을 증가시킬 가능성이 있다. 당해 가능성을 억제하기 위하여, 하전입자선(B₃)을 채용한 경우는, 하전입자선(B₂)의 경우보다 변형예의 하전입자선 조사장치의 덕트 및 편향전자석 등을 충분히 크게 할 필요가 있다.

이상으로부터, 본 실시형태의 하전입자선 조사장치(1)는, 에너지디그레이더(43)의 하류의 하전입자선(B)을, 운동량분산이 6% 미만의 하전입자선(B₂)으로 함으로써, 변형예의 하전입자선 조사장치에 비하여 설비의 거대화를 억제할 수 있어, 풋프린트를 적절히 작게 할 수 있다. 또, 본 실시형태의 하전입자선 조사장치(1)는, 변형예의 하전입자선 조사장치에 비하여, 설비의 거대화를 억제하면서, 설비의 방사화 및 불필요한 방사선량을 억제할 수 있다.

다만, 변형예의 하전입자선 조사장치는, 수송부에 있어서 선택부(150)를 마련할 필요가 없기 때문에, 비교예 1의 하전입자선 조사장치(100)에 비하여 수송부(4)를 배치하는 환경에 따른 형상으로 자유롭게 변경할 수 있다. 예를 들면, 변형예의 하전입자선 조사장치에 있어서도, 수송부(4)를 직선상으로 할 수 있다. 이로써, 변형예의 하전입자선 조사장치는, 비교예 1의 하전입자선 조사장치(100)에 비하여, 풋프린트를 적절히 작게 할 수 있다. 또, 변형예의 하전입자선 조사장치의 조사부에 있어서의 하전입자선(B₃)의 브래그피크는, 비교예 1의 조사부에 있어서의 하전입자선(B₄)의 브래그피크보다 굵어진다. 이로써, 변형예의 하전입자선 조사장치는, 비교예 1의 하전입자선 조사장치(100)에 비하여 하전입자선(B)의 조사시간을 짧게 할 수 있다.

여기에서, 예시로서, 각 에너지의 하전입자선(B)(양자선)의 비정에 대하여 정리한다. 60MeV의 하전입자선(B)의 비정은 3cm, 70MeV의 하전입자선(B)의 비정은 4cm, 110MeV의 하전입자선(B)의 비정은 9cm이다. 물을 향하여 하전입자선(B)을 출사한 경우, 수심 4cm에 있어서의 각 에너지의 하전입자선(B)(양자선)의 빔직경을 예시한다. 60MeV의 하전입자선(B)은, 수심 4cm까지 도달하지 않는다. 70MeV의 하전입자선(B)의 수심 4cm에 있어서의 빔직경은 10mm이다. 110MeV의 하전입자선(B)의 수심 4cm에 있어서의 빔직경은, 스나우트디그레이더(30)의 물당량두께를 5cm로 설정했을 때, 7mm이다.

계속해서, 물을 향하여 하전입자선(B)을 출사한 경우, 수심 2cm에 있어서의 각 에너지의 하전입자선(B)(양자선)의 빔직경을 예시한다. 60MeV의 하전입자선(B)의 수심 2cm에 있어서의 빔직경은, 스나우트디그레이더의 물당량두께를 1cm로 설정했을 때, 11mm일 수 있다. 70MeV의 하전입자선(B)의 수심 2cm에 있어서의 빔직경은, 스나우트디그레이더의 물당량두께를 2cm로 설정했을 때, 10mm이다. 110MeV의 하전입자선(B)의 수심 2cm에 있어서의 빔직경은, 스나우트디그레이더(30)의 물당량두께를 7cm로 설정했을 때, 7mm이다. 스나우트디그레이더(30)의 두께를 하전입자선(B)의 에너지의 크기마다 변경함으로써, 하전입자선(B)에 대한 수심을 통일시킬 수 있다.

이상의 결과로부터, 복수의 다른 에너지를 갖는 하전입자선(B)에 있어서, 동일한 수심에서의 빔사이즈는, 110MeV의 하전입자선(B)에 대하여 스나우트디그레이더(30)의 물당량두께를 적절히 설정했을 때가 가장 작아진다. 이로써, 하전입자선(B₂)의 출사대상이 얕은 영역에 위치하는 경우, 80MeV 이상 150MeV 이하의 에너지를 갖는 하전입자선(B₂)에 스나우트디그레이더(30)를 조합한 조건으로 출사한 편이, 하전입자선(B₂)보다 낮은 에너지의 하전입자선(B)(예를 들면 70MeV)에 비하여 빔직경이 작아진다. 이 때문에, 하전입자선 조사장치(1)는, 환자(15)의 종양(14)(피조사체)이 얕은 영역에 위치하는 경우, 당해 종양(14)의 위치, 크기 또는 형상에 맞추어, 예를 들면 80MeV 이상 150MeV 이하의 하전입자선(B₂)을 조사할 수 있다. 다만, 하전입자선 조사장치(1)는, 종양(14)(피조사체)이 얕은 영역에 위치하는 경우, 예를 들면 90MeV 이상 150MeV 이하의 하전입자선(B₂)을 조사해도 되고, 100MeV 이상 150MeV 이하의 하전입자선(B₂)을 조사해도 되며, 110MeV 이상 150MeV 이하의 하전입자선(B₂)을 조사해도 된다. 또, 종양(14)(피조사체)이 깊은 영역에 위치하는 경우 등에 있어서, 하전입자선 조사장치(1)는, 예를 들면 150MeV 이상의 하전입자선(B₂)을 조사해도 된다.

또, 변형예의 수송부에 있어서 하전입자선(B₁)으로부터 하전입자선(B₃)까지 에너지를 낮추는 경우에 비하여, 본 실시형태의 수송부(4)에 있어서 하전입자선(B₁)으로부터 하전입자선(B₂)까지 에너지를 낮추는 비율은 작다. 이 때문에, 본 실시형태에 있어서, 가속기(2)로부터 조사부(3)까지의 수송부(4)에 있어서의 하전입자선(B)의 수송과정에 있어서의 에너지의 수송효율은, 변형예의 에너지의 수송효율에 비하여 높아진다. 본 실시형태에 있어서, 갠트리(5) 내의 아이소센터(AC)에서의 빔전류는, 변형예의 아이소센터에서의 빔전류에 비하여 상승하여, 환자(15)의 종양(14)(피조사체)에 대한 조사시간을 짧게 할 수 있다.

본 실시형태의 하전입자선 조사장치(1)의 하전입자선(B₂)은, 비교예 1의 하전입자선(B₄) 및 비교예 2의 하전입자선(B₅)과 같이 운동량분석슬릿(157)에 있어서 에너지의 선택이 행해져 있지 않기 때문에, 조사부(3) 내에서 빔의 횡단면형상의 대칭성을 확보할 수 없을 가능성이 있다. 그러나, 하전입자선(B₂)은, 조사부(3)의 덕트(11) 내를 통과할 때에, 덕트(11)의 내부의 대기(공기)에 의하여 산란한다. 이로써, 하전입자선 조사장치(1)가 운동량분석슬릿(선택부)을 갖지 않는 경우여도, 하전입자선(B₂)의 빔의 횡단면형상의 대칭성이 확보된다. 따라서, 조사부(3)는, 하전입자선(B₂)의 빔을 적절한 범위에 조사할 수 있다.

수송부(4)의 내부경로(4B)는, 하전입자선(B₂)을 수렴시켜 하전입자선(B₂)의 형상을 조정하는 6극성분을 갖는 편향자석(편향전자석(8))을 갖는다. 이 때문에, 수송부(4)의 내부경로(4B)는, 통과하는 하전입자선(B₂)의 에너지분포에 맞추어 하전입자선(B₂)의 형상을 조정할 수 있어, 하전입자선(B₂)을 가속기(2)로부터 조사부(3)까지 적절히 수송할 수 있다.

본 발명은, 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 에너지디그레이더(43)는, 하전입자선(B)의 운동량분산이 6% 이상이 되도록 가속기에서 생성된 하전입자선(B)의 에너지를 감소시켜도 된다. 이때, 수송부(4)의 각 부위는, 하전입자선(B)이 통과 가능한 구경을 갖는다. 콜리메이터(44)는, 에너지디그레이더(43)와 조사부(3)의 사이에 마련되지 않아도 된다. 이때, 수송부(4)의 각 부위는, 하전입자선(B)이 통과 가능한 구경을 갖는다. 덕트(11)의 내부는 진공이어도 되고, 덕트(11)의 내부에 희가스가 충전되어 있어도 된다. 희가스는, 예를 들면 아르곤가스이다. 수송부(4)의 내부경로(4B)에 위치하는 편향전자석(8)은, 6극자석 또는 6극성분을 갖는 편향자석이 아니어도 된다.

또, 건물(6)의 구조나, 각 구성요소의 레이아웃은, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서, 적절히 변경해도 된다.

1 하전입자선 조사장치
2 가속기
3 조사부
4 수송부
5 갠트리(회전부의 일례)
8 편향전자석(6극자석 또는 6극성분을 갖는 편향자석의 일례)
10 주사전자석
11 덕트
12 도스모니터(모니터의 일례)
13a, 13b 포지션모니터(모니터의 일례)
43 에너지디그레이더(디그레이더의 일례)
44 콜리메이터
B, B1, B2, B3, B4, B5 하전입자선

Claims

하전입자선을 조사하는 하전입자선 조사장치로서,
하전입자를 가속하여 상기 하전입자선을 생성하는 가속기와,
상기 가속기에서 생성된 상기 하전입자선을 조사하는 조사부와,
상기 조사부의 외부에 마련되어 상기 가속기에서 생성된 상기 하전입자선의 에너지를 감소시키는 디그레이더를 가짐과 함께, 상기 가속기에서 생성된 상기 하전입자선을 상기 조사부로 수송하는 수송부를 구비하고,
상기 수송부는, 상기 디그레이더에 의하여 에너지가 감소된 상기 하전입자선의 에너지분포를 갖는 당해 하전입자선을 상기 조사부로 수송하는, 하전입자선 조사장치.
제1항에 있어서,
상기 수송부는, 상기 디그레이더와 상기 조사부의 사이에 마련되어 상기 하전입자선의 형상, 크기 및 발산을 조정하는 콜리메이터를 갖는, 하전입자선 조사장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 수송부는, 상기 디그레이더에 의하여 에너지가 감소된 상기 하전입자선이 통과 가능한 구경을 갖는, 하전입자선 조사장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 디그레이더는, 상기 하전입자선의 운동량분산이 6% 미만이 되도록 상기 가속기에서 생성된 상기 하전입자선의 에너지를 감소시키는, 하전입자선 조사장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 조사부는, 상기 하전입자선을 주사하는 주사전자석과, 상기 주사전자석에 의하여 주사된 상기 하전입자선이 통과하는 덕트와, 상기 덕트를 통과한 상기 하전입자선을 검출하는 모니터를 더 갖고,
상기 덕트의 내부는 대기노출되어 있는, 하전입자선 조사장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 수송부는, 상기 하전입자선을 수렴시켜 상기 하전입자선의 형상을 조정하는 6극자석 또는 6극성분을 갖는 편향자석을 갖는, 하전입자선 조사장치.