KR20220135191A - 입자선치료장치, 및 가속기 - Google Patents

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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Abstract

적절한 조정양태에서 입자선의 강도를 조정하면서, 입자선의 주사속도를 올릴 수 있는 입자선치료장치, 및 가속기를 제공한다.
가속기(3)는, 종양(14)의 적어도 하나의 레이어에 근거하는 이온원장치(60)의 파라미터를 설정하여, 입자선(B)의 강도를 조정한다. 이 경우, 조사대상이 되는 레이어에 있어서 필요한 입자선(B)의 최대강도가 낮은 경우, 이온원장치(60)는, 낮은 강도에 대응할 수 있는 파라미터로 억제된 상태에서, 입자를 생성할 수 있다(예를 들면 도 7의 (a)의 레이어(L2)나 레이어(L3) 참조). 이로써, 이온원장치(60)에서의 파라미터를 적절한 크기로 억제할 수 있다. 이상으로부터, 적절한 조정양태에서 입자선(B)의 강도를 조정하면서, 입자선(B)의 주사속도를 올릴 수 있다.

Description

입자선치료장치, 및 가속기{PARTICLE BEAM THERAPY APPARATUS AND ACCELERATOR}
본 출원은 2021년 3월 29일에 출원된 일본 특허출원 제2021-055419호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.
본 발명은, 입자선치료장치, 및 가속기에 관한 것이다.
종래, 환자의 환부에 입자선을 조사함으로써 치료를 행하는 입자선치료장치로서, 예를 들면, 특허문헌 1에 기재된 장치가 알려져 있다. 특허문헌 1에 기재된 입자선치료장치에서는, 입자선을 조사부로부터 스캐닝방식에 의하여 조사하고 있다. 즉, 조사부는, 주사전자석으로 주사함으로써 환부에 대한 입자선의 조사위치를 이동시키면서, 조사를 행한다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2017-209372호
여기에서, 조사부가 스캐닝법에 의하여 입자선의 조사를 행하는 경우, 조사부는, 각 조사위치에 대한 선량을 크게 하기 위해서는, 당해 위치에 대한 조사시간을 길게 함으로써 대응하고 있었다. 이에 대하여, 조사부가 고속의 주사속도로 조사를 행하여 치료시간을 단축하기 위하여, 이온원의 파라미터를 최대로 설정해 두고, 입자선의 일부를 댐퍼로 깎음으로써 입자선의 강도를 조정하는 경우가 있다. 그러나, 이와 같은 방법으로는, 입자생성부의 파라미터가 필요 이상으로 높아짐으로써, 입자생성부의 수명이 짧아지는 등의 각종 문제가 발생하는 경우가 있다. 따라서, 입자선의 강도를 적절한 양태에서 조정할 것이 요구된다.
따라서, 본 발명은, 적절한 조정양태에서 입자선의 강도를 조정하면서, 입자선의 주사속도를 올릴 수 있는 입자선치료장치, 및 가속기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 관한 입자선치료장치는, 피조사체에 대하여 입자선을 조사하는 입자선치료장치로서, 가속공간에 있어서, 입자선을 생성하는 가속기와, 피조사체를 가상적으로 복수의 레이어로 나누어, 각 레이어에 대하여 주사전자석으로 입자선을 주사하면서 조사하는 조사부를 구비하고, 가속기는, 가속공간에서 가속하는 입자를 생성하는 입자생성부를 구비하며, 가속기는, 피조사체의 적어도 하나의 레이어에 근거하는 입자생성부의 파라미터를 설정하여, 설정된 파라미터에 근거하여 입자선의 강도를 조정한다.
가속기는, 피조사체의 적어도 하나의 레이어에 근거하는 입자생성부의 파라미터를 설정하며, 설정된 파라미터에 근거하여 입자선의 강도를 조정한다. 이 경우, 조사대상이 되는 레이어에 있어서 필요한 입자선의 최대강도가 낮은 경우, 입자생성부는, 작은 강도에 대응할 수 있는 파라미터로 억제된 상태에서, 입자를 생성할 수 있다. 이로써, 입자선생성부에서의 파라미터를 적절한 크기로 억제할 수 있다. 또, 가속기는, 입자선의 조사위치에 따른 에너지가 얻어지도록, 입자선의 강도를 조정함으로써, 당해 조사위치에 대하여 장시간의 조사를 행하지 않고도, 단시간의 조사로 원하는 선량을 얻는 것이 가능해진다. 이상으로부터, 적절한 조정양태에서 입자선의 강도를 조정하면서, 입자선의 주사속도를 올릴 수 있다.
가속기는, 적어도 하나의 레이어에 대한 최대강도에 근거하여 입자생성부의 파라미터를 설정해도 된다. 조정부는, 댐퍼로 입자선의 일부를 깎음으로써 강도를 조정하기 때문에, 강도를 증가시키는 방향으로의 조정을 행할 수는 없다. 따라서, 레이어에 대한 최대강도에 근거하여 입자선생성부의 파라미터를 설정함으로써, 출력되는 입자선의 강도가 부족한 것을 억제할 수 있다.
가속기는, 최대강도에 대하여 소정의 강도를 증가시킨 출력을 얻을 수 있도록, 입자생성부의 파라미터를 설정해도 된다. 이 경우, 입자생성부에서의 경시변화에 의한 동일한 파라미터에서도 입자선강도가 예정보다 낮아진 경우이더라도, 미리 큰 강도를 출력할 수 있는 파라미터를 설정해 둠으로써, 강도가 부족한 것을 억제할 수 있다.
입자선치료장치에 있어서, 가속기는, 가속공간에서, 디플렉터로 입자선을 구부려 당해 입자선의 일부를 댐퍼로 깎음으로써 입자선의 강도를 조정하는 조정부를 구비하고 있다. 따라서, 조정부는, 입자선의 조사위치에 따른 강도가 얻어지도록, 깎음량을 조정함으로써, 당해 조사위치에 대하여 장시간의 조사를 행하지 않고도, 단시간의 조사로 원하는 선량을 얻는 것이 가능해진다.
가속기는, 미리 준비한 데이터테이블에 근거하여, 입자선의 강도를 조정해도 된다. 이 경우, 가속기는, 연산의 부하를 저감한 상태에서, 입자선의 강도를 적절히 조정할 수 있다.
조사부는, 입자선의 강도를 검출하는 검출부를 갖고, 가속기는, 검출부의 검출결과를 피드백하여, 입자선의 강도를 조정해도 된다. 이 경우, 입자선의 강도가, 계획 시와 상이한 경우에서도, 검출부에서의 검출결과에 근거하여, 입자선의 강도를 적절히 제어할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 관한 가속기는, 피조사체를 가상적으로 복수의 레이어로 나누어, 각 레이어에 대하여 스캐닝법에 의하여 조사하기 위한 입자선을 생성하는 가속기로서, 가속공간에 있어서 입자를 생성하는 입자생성부를 구비하고, 피조사체의 적어도 하나의 레이어에 근거하는 입자생성부의 파라미터를 설정하여, 설정된 파라미터에 근거하여 입자선의 강도를 조정한다.
이 가속기에 의하면, 상술한 입자선치료장치와 동(同)취지의 작용·효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 의하면, 적절한 조정양태에서 입자선의 강도를 조정하면서, 입자선의 주사속도를 올릴 수 있는 입자선치료장치, 및 가속기를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 입자선치료장치를 나타내는 개략구성도이다.
도 2는 도 1의 입자선치료장치의 조사부 부근의 개략구성도이다.
도 3은 종양에 대하여 설정된 레이어를 나타내는 도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 관한 가속기의 개략단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 관한 가속기의 개략평면도이다.
도 6은 댐퍼로 입자선의 일부를 깎는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 7은 이온원장치가 생성하는 입자에 의하여 출력할 수 있는 입자선의 강도를 나타내는 그래프이다.
도 8은 데이터테이블의 이미지를 나타내는 도이다.
도 9는 입자선치료장치에 있어서의 처리내용을 나타내는 플로차트이다.
이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시형태에 관한 입자선치료장치에 대하여 설명한다. 다만, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 입자선치료장치(1)를 나타내는 개략구성도이다. 입자선치료장치(1)는, 방사선요법에 의한 암치료 등에 이용되는 시스템이다. 입자선치료장치(1)는, 이온원장치에서 생성한 하전입자를 가속하여 입자선으로서 출사하는 가속기(3)와, 입자선을 피조사체로 조사하는 조사부(2)와, 가속기(3)로부터 출사된 입자선을 조사부(2)로 수송하는 빔수송라인(21)을 구비하고 있다. 조사부(2)는, 치료대(4)를 둘러싸도록 마련된 회전갠트리(5)에 장착되어 있다. 조사부(2)는, 회전갠트리(5)에 의하여 치료대(4)의 둘레로 회전가능하게 되어 있다. 다만, 가속기(3), 조사부(2), 및 빔수송라인(21)의 더 상세한 구성에 대해서는, 후술한다.
도 2는, 도 1의 입자선치료장치(1)의 조사부 부근의 개략구성도이다. 다만, 이하의 설명에 있어서는, "X축방향", "Y축방향", "Z축방향"이라는 용어를 이용하여 설명한다. "Z축방향"이란, 입자선(B)의 기축(AX)이 뻗는 방향이며, 입자선(B)의 조사의 깊이방향이다. 다만, "기축(AX)"이란, 후술하는 주사전자석(50)으로 편향되지 않은 경우의 입자선(B)의 조사축으로 한다. 도 2에서는, 기축(AX)을 따라 입자선(B)이 조사되고 있는 모습을 나타내고 있다. "X축방향"이란, Z축방향과 직교하는 평면 내에 있어서의 하나의 방향이다. "Y축방향"이란, Z축방향과 직교하는 평면 내에 있어서 X축방향과 직교하는 방향이다.
먼저, 도 2를 참조하여, 본 실시형태에 관한 입자선치료장치(1)의 개략구성에 대하여 설명한다. 입자선치료장치(1)는 스캐닝법에 관한 조사장치이다. 다만, 스캐닝방식은 특별히 한정되지 않고, 라인스캐닝, 라스터스캐닝, 스폿스캐닝 등을 채용해도 된다. 도 2에 나타나는 바와 같이, 입자선치료장치(1)는, 가속기(3)와, 조사부(2)와, 빔수송라인(21)과, 제어부(7)와, 치료계획장치(90)와, 기억부(95)를 구비하고 있다.
가속기(3)는, 하전입자를 가속하여 미리 설정된 강도의 입자선(B)을 출사하는 장치이다. 가속기(3)로서, 예를 들면, 사이클로트론, 싱크로사이클로트론 등을 들 수 있다. 다만, 가속기(3)로서 미리 정한 강도의 입자선(B)을 출사하는 사이클로트론을 채용하는 경우, 에너지조정부(20)(도 1 참조)를 채용함으로써, 조사부(2)에 보내지는 입자선의 에너지를 조정(저하)시키는 것이 가능해진다. 이 가속기(3)는, 제어부(7)에 접속되어 있으며, 공급되는 전류가 제어된다. 가속기(3)로 발생된 입자선(B)은, 빔수송라인(21)에 의하여 조사부(2)로 수송된다. 빔수송라인(21)은, 가속기(3)와, 에너지조정부(20)와, 조사부(2)를 접속시켜, 가속기(3)로부터 출사된 입자선을 조사부(2)로 수송한다.
조사부(2)는, 환자(15)의 체내의 종양(피조사체)(14)에 대하여, 입자선(B)을 조사하는 것이다. 입자선(B)이란, 전하를 가진 입자를 고속으로 가속한 것이며, 예를 들면 양자선, 중립자(중이온)선, 전자선 등을 들 수 있다. 구체적으로, 조사부(2)는, 이온원(도시하지 않음)에서 생성한 하전입자를 가속하는 가속기(3)로부터 출사되어 빔수송라인(21)으로 수송된 입자선(B)을 종양(14)으로 조사하는 장치이다. 조사부(2)는, 주사전자석(50), 사극전자석(8), 프로파일모니터(11), 도스모니터(12), 포지션모니터(13a, 13b), 콜리메이터(40), 및 디그레이더(30)를 구비하고 있다. 주사전자석(50), 각 모니터(11, 12, 13a, 13b), 사극전자석(8), 및 디그레이더(30)는, 수용체로서의 조사노즐(9)에 수용되어 있다. 이와 같이, 조사노즐(9)에 각 주구성요소를 수용함으로써 조사부(2)가 구성되어 있다. 다만, 사극전자석(8), 프로파일모니터(11), 도스모니터(12), 포지션모니터(13a, 13b), 및 디그레이더(30)는 생략해도 된다.
주사전자석(50)으로서, X축방향 주사전자석(50A) 및 Y축방향 주사전자석(50B)이 이용된다. X축방향 주사전자석(50A) 및 Y축방향 주사전자석(50B)은, 각각 한 쌍의 전자석으로 구성되며, 제어부(7)로부터 공급되는 전류에 따라 한 쌍의 전자석 사이의 자장을 변화시켜, 당해 전자석 사이를 통과하는 입자선(B)을 주사한다. X축방향 주사전자석(50A)은, X축방향으로 입자선(B)을 주사하고, Y축방향 주사전자석(50B)은, Y축방향으로 입자선(B)을 주사한다. 이들 주사전자석(50)은, 기축(AX) 상이며, 가속기(3)보다 입자선(B)의 하류측에 이 순서로 배치되어 있다. 다만, 주사전자석(50)은, 치료계획장치(90)로 미리 계획된 스캔패턴으로 입자선(B)이 조사되도록, 입자선(B)을 주사한다. 주사전자석(50)을 어떻게 제어하는지에 대해서는, 후술한다.
사극전자석(8)은, X축방향 사극전자석(8a) 및 Y축방향 사극전자석(8b)을 포함한다. X축방향 사극전자석(8a) 및 Y축방향 사극전자석(8b)은, 제어부(7)로부터 공급되는 전류에 따라 입자선(B)을 집속하여 수렴시킨다. X축방향 사극전자석(8a)은, X축방향에 있어서 입자선(B)을 수렴시키고, Y축방향 사극전자석(8b)은, Y축방향에 있어서 입자선(B)을 수렴시킨다. 사극전자석(8)에 공급하는 전류를 변화시켜 스로틀량(수렴량)을 변화시킴으로써, 입자선(B)의 빔사이즈를 변화시킬 수 있다. 사극전자석(8)은, 기축(AX) 상이며 가속기(3)와 주사전자석(50)의 사이에 이 순서로 배치되어 있다. 다만, 빔사이즈란, XY 평면에 있어서의 입자선(B)의 크기이다. 또, 빔형상이란, XY 평면에 있어서의 입자선(B)의 형상이다.
프로파일모니터(11)는, 초기설정 때의 위치맞춤을 위하여, 입자선(B)의 빔형상 및 위치를 검출한다. 프로파일모니터(11)는, 기축(AX) 상이며 사극전자석(8)과 주사전자석(50)의 사이에 배치되어 있다. 도스모니터(12)는, 입자선(B)의 선량을 검출한다. 도스모니터(12)는, 기축(AX) 상이며 주사전자석(50)에 대하여 하류측에 배치되어 있다. 포지션모니터(13a, 13b)는, 입자선(B)의 빔형상 및 위치를 검출감시한다. 포지션모니터(13a, 13b)는, 기축(AX) 상이며, 도스모니터(12)보다 입자선(B)의 하류측에 배치되어 있다. 각 모니터(11, 12, 13a, 13b)는, 검출한 검출결과를 제어부(7)에 출력한다.
디그레이더(30)는, 통과하는 입자선(B)의 강도를 저하시켜 당해 입자선(B)의 강도의 미세조정을 행한다. 본 실시형태에서는, 디그레이더(30)는, 조사노즐(9)의 선단부(9a)에 마련되어 있다. 다만, 조사노즐(9)의 선단부(9a)란, 입자선(B)의 하류측의 단부이다.
콜리메이터(40)는, 적어도 주사전자석(50)보다 입자선(B)의 하류측에 마련되며, 입자선(B)의 일부를 차폐하여, 일부를 통과시키는 부재이다. 여기에서는, 콜리메이터(40)는, 포지션모니터(13a, 13b)의 하류측에 마련되어 있다. 콜리메이터(40)는, 당해 콜리메이터(40)를 이동시키는 콜리메이터구동부(51)와 접속되어 있다.
제어부(7)는, 예를 들면 CPU, ROM, 및 RAM 등에 의하여 구성되어 있다. 이 제어부(7)는, 각 모니터(11, 12, 13a, 13b)로부터 출력된 검출결과에 근거하여, 가속기(3), 주사전자석(50), 사극전자석(8), 및 콜리메이터구동부(51)를 제어한다.
또, 입자선치료장치(1)의 제어부(7)는, 입자선치료의 치료계획을 행하는 치료계획장치(90), 및 각종 데이터를 기억하는 기억부(95)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 입자선의 선량분포)를 계획한다. 구체적으로는, 치료계획장치(90)는, 종양(14)에 대하여 스캔패턴을 작성한다. 치료계획장치(90)는, 작성한 스캔패턴을 제어부(7)로 송신한다. 치료계획장치(90)가 작성한 스캔패턴에서는, 입자선(B)이 어떠한 주사경로를 어떠한 주사속도로 그리는지가 계획되어 있다.
스캐닝법에 의한 입자선의 조사를 행하는 경우, 종양(14)을 Z축방향으로 복수의 레이어에 가상적으로 분할하고, 하나의 레이어에 있어서 입자선을 치료계획에 있어서 정한 주사경로에 따르도록 주사하여 조사한다. 그리고, 당해 하나의 레이어에 있어서의 입자선의 조사가 완료된 후에, 인접하는 다음의 레이어에 있어서의 입자선(B)의 조사를 행한다.
도 2에 나타내는 입자선치료장치(1)에 의하여, 스캐닝법에 의하여 입자선(B)의 조사를 행하는 경우, 통과하는 입자선(B)이 수렴하도록 사극전자석(8)을 작동상태 (ON)으로 한다.
계속해서, 가속기(3)로부터 입자선(B)을 출사한다. 출사된 입자선(B)은, 주사전자석(50)의 제어에 의하여 치료계획에 있어서 정한 스캔패턴에 따르도록 주사된다. 이로써, 입자선(B)은, 종양(14)에 대하여 Z축방향으로 설정된 하나의 레이어에 있어서의 조사범위 내를 주사되면서 조사되게 된다. 하나의 레이어에 대한 조사가 완료되면, 다음의 레이어에 입자선(B)을 조사한다.
제어부(7)의 제어에 따른 주사전자석(50)의 입자선조사이미지에 대하여, 도 3의 (a) 및 (b)를 참조하여 설명한다. 도 3의 (a)는, 깊이방향에 있어서 복수의 레이어에 가상적으로 슬라이스된 피조사체를, 도 3의 (b)는, 깊이방향으로부터 본 하나의 레이어에 있어서의 입자선의 주사이미지를, 각각 나타내고 있다.
도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 피조사체는 조사의 깊이방향에 있어서 복수의 레이어로 가상적으로 슬라이스되어 있고, 본 예에서는, 깊은(입자선(B)의 비정(飛程)이 긴) 레이어로부터 순서대로, 레이어 L1, 레이어 L2, …레이어 Ln-1, 레이어 Ln, 레이어 Ln+1, …레이어 LN-1, 레이어 LN으로 N레이어로 가상적으로 슬라이스되어 있다. 또, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 입자선(B)은, 주사경로(TL)를 따른 빔궤도를 그리면서, 연속조사(라인스캐닝 또는 라스터스캐닝)의 경우는 레이어(Ln)의 주사경로(TL)를 따라 연속적으로 조사되고, 스폿스캐닝의 경우는 레이어(Ln)의 복수의 조사스폿에 대하여 조사된다. 입자선(B)은, X축방향으로 뻗는 주사경로(TL1)를 따라 조사되어, 주사경로(TL2)를 따라 Y축방향으로 약간 시프트하여, 인접한 주사경로(TL1)를 따라 조사된다. 이와 같이, 제어부(7)에 제어된 조사부(2)로부터 출사된 입자선(B)은, 주사경로(TL) 상을 이동한다.
도 4 및 도 5를 참조하여, 가속기(3)에 대하여 더 상세하게 설명한다. 도 4는, 가속기(3)의 개략단면도이다. 도 5는, 가속기(3)의 개략평면도이다. 가속기(3)는, 중심축(CL) 주위에 하전입자를 선회시켜 입자선(B)을 생성하는 장치이다.
도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 가속기(3)는, 코어(10)와, 이온원장치(60)(입자생성부)와, 코일(61)과, 디전극(Dee electrode)(62)과, 디플렉터(63)와, 댐퍼(64)를 구비한다. 코어(10)는, 중심축(CL)이 뻗는 방향으로 서로 대향하여 주(主)자장을 형성하는 상측의 자극(10a) 및 하측의 자극(10b)과, 자극(10a, 10b)을 자기적으로 접속하는 요크부(10c)를 갖는다. 자극(10a, 10b)은, 내부가 진공으로 된 진공박스(도시하지 않음) 내에 위치하고 있다.
이온원장치(60)는, 이온 등의 하전입자를 생성하는 장치이다. 이온원장치(60)에서 생성된 하전입자가 도관(60a)을 통하여 가속기(3)의 중심부에 도달하면, 도관(60a)의 선단부에 위치하는 인플렉터(60b)에 의하여 그 방향이 상하방향으로부터 수평방향으로 굴곡된다. 다만, 입자선(B)의 온오프는, 한 쌍의 전극(66)(도 4 참조)에 의하여 전환된다. 다음으로, 코어(10) 및 코일(61)이 형성하는 자장에 의하여, 입자는, 소정의 궤도면(MH)(도 6 참조)을 따라 원궤도(T)(가속기(3)의 중심축(CL)으로부터 외측으로 향하는 스파이럴상의 궤도)를 그리면서 선회하며 가속된다(도 5 참조). 이로써, 입자선(B)이 생성된다. 즉, 진공박스 내이며, 또한, 자극(10a, 10b) 사이의 영역은, 하전입자의 가속공간(S)(도 4 참조)으로서 기능한다. 그 후, 입자선의 원궤도(T)가 디플렉터(67)나 자기채널(68)에 의하여 미세조정되고, 사극자석(69)으로 수렴되어, 빔출구(70)를 통하여 출사된 입자선(B)이 빔수송라인(21)에 도입된다(도 5 참조). 다만, 이온원장치(60)가 가속기(3)의 내부에 배치되어 있어도 된다. 이 경우, 인플렉터(60b) 등은 불필요하다. 이온원장치(60)는, 이온원제어부(72)에서 설정된 파라미터에 근거하여 운전을 행한다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 코일(61)은, 주자장을 형성하기 위하여 이용된다. 코일(61)은, 상측의 자극(10a)의 외주를 둘러싸도록 배치된 제1 부분과, 하측의 자극(10b)의 외주를 둘러싸도록 배치된 제2 부분을 포함한다. 제1 및 제2 부분은, 전기적으로 직렬로 접속되어 있다.
디전극(62)은, 부채형상의 형상을 갖는 전극이다. 디전극(62)은, 자극(10a)과 자극(10b)의 사이, 즉 가속공간(S) 내에 배치되어 있다. 디전극(62)은, 궤도면을 사이에 두고 위치하도록 중심축(CL)이 뻗는 방향으로 대향하고 있다. 디전극(62)은, 고주파전원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 고주파전원은, 디전극(62)에 고주파의 전력을 공급하여, 디전극(62)의 사이에 일정한 주기로 전기장의 주기가 바뀌는 교류전기장(고주파전기장)을 발생시킨다. 하전입자가 디전극(62) 사이를 통과하는 타이밍과 고주파전기장의 주기를 동기시킴으로써, 디전극(62)을 통과할 때마다 하전입자가 가속된다.
디플렉터(63)는, 디전극(62)과는 둘레방향에 있어서의 상이한 위치에 마련된다. 댐퍼(64)는, 입자선(B)의 진행방향에 있어서, 디플렉터(63)의 하류측에 배치된다. 디플렉터(63)는, 궤도면을 사이에 두도록 중심축(CL)이 뻗는 방향으로 대향하는 한 쌍의 전극에 의하여 구성된다. 디플렉터(63)에는, 한 쌍의 전극에 전압을 인가하는 전원(71)이 접속되어 있다.
가속기(3)에서는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 디플렉터(63)(도 5 참조)로 입자선(B)을 주회(周回)위치(R1)로부터 주회위치(R2, R3)로 상방향으로 구부려, 댐퍼(64)로 깎는다. 이와 같이, 디플렉터(63) 및 댐퍼(64)는, 입자선(B)의 강도를 조정하는 조정부(80)로서 기능한다. 조정부(80)는, 가속공간(S)에서, 디플렉터(63)로 입자선(B)을 구부려 당해 입자선(B)의 일부를 댐퍼(64)로 깎음으로써 입자선(B)의 강도를 조정한다.
여기에서, 가속기(3)는, 종양(14)의 적어도 하나의 레이어(Ln)에 근거하는 이온원장치(60)의 파라미터를 설정하고, 설정된 파라미터에 근거하여 입자선(B)의 강도를 조정한다. 즉, 가속기(3)는, 종양(14)의 적어도 하나의 레이어(Ln)에 근거하는 이온원장치(60)의 파라미터를 설정하고, 조정부(80)에 의한 입자선(B)의 깎음량을 제어함으로써, 입자선(B)의 강도를 조정한다. 본 실시형태에서는, 가속기(3)는, 하나의 레이어(Ln)에 근거하는 이온원장치(60)의 파라미터를 설정한다. 즉, 가속기(3)는, 하나의 레이어(Ln)마다 이온원장치(60)의 파라미터를 설정한다.
이온원제어부(72)는, 레이어(Ln)마다 플라즈마파라미터를 설정한다. 플라즈마파라미터란, 이온원장치(60)가 입자를 생성하기 위하여 플라즈마를 발생시킬 때에, 플라즈마의 강도를 정하는 파라미터이다. 플라즈마파라미터로서, 예를 들면, 바이어스전류, 바이어스전압, 음극온도를 들 수 있다. 이로써, 예를 들면 도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 이온원장치(60)가 생성하는 입자에 의하여 출력할 수 있는 입자선(B)의 강도는, 레이어(Ln)마다 상이하다.
이온원제어부(72)는, 하나의 레이어(Ln)에 대한 최대강도에 근거하여 이온원장치(60)의 파라미터를 설정한다. 예를 들면, 도 7의 (a)의 레이어(L3)에서는, 레이어 내의 입자선(B)의 최대전륫값(최대강도)이 "IG1"로 나타난다. 이 최대전륫값(IG1)은 하나의 레이어(L3) 내에서의 최댓값이기 때문에, 가속기(3)의 출력으로서의 최대전륫값(IG2)보다 낮아진다.
이온원제어부(72)는, 하나의 레이어(Ln)에 대한 최대전륫값(최대강도)에 대하여 소정의 전륫값을 증가시킨 출력을 얻을 수 있도록, 이온원장치(60)의 파라미터를 설정한다. 예를 들면, 도 7의 (a)의 예에서는, 이온원제어부(72)는, 하나의 레이어(L3)에 대한 최대전륫값(IG1)에 증가전륫값(M)의 정도만큼 추가한 출력이 얻어지도록, 플라즈마파라미터를 설정한다. 구체적으로는, 이온원제어부(72)는, 최대전륫값(IG1)에 대하여, 10% 높은 출력을 낼 수 있는 플라즈마파라미터를 설정한다. 다만, 증가전륫값(M)은, 10%로 한정되지 않고, 예를 들면 5~100%의 범위에서 설정해도 된다.
가속기(3)는, 하나의 레이어(Ln)에 대하여 상술한 바와 같이 정해진 플라즈마파라미터에서 출력된 입자선(B)을 조정부(80)를 제어하여, 입자선(B)의 강도를 조정한다. 전원(71)은, 대상이 되는 레이어(Ln)에 있어서의 디플렉터의 전압(초퍼전압)의 초깃값은, 레이어(Ln) 내의 최초의 스폿으로의 전륫값에 대응하는 값으로 설정한다. 그리고, 이후의 스폿에 대한 전륫값이 얻어지도록, 전원(71)은, 레이어(Ln) 내에서의 각 스폿의 가중치에 전륫값이 대응하도록, 초퍼전압을 조정한다. 다만, 조사부(2)가 레이어(Ln)에 대하여 입자선(B)의 조사를 행하고 있는 동안은, 이온원제어부(72)는, 플라즈마파라미터를 일정으로 한다. 한편, 전원(71)은, 레이어(Ln) 내의 조사위치에 따라, 초퍼전압을 변경하여 조정부(80)에 의한 입자선(B)의 깎음량을 조정하여, 원하는 강도의 입자선(B)을 얻는다. 예를 들면, 도 3의 (b)에 있어서 조사위치(P1)에 대한 입자선(B)의 강도보다, 조사위치(P2)에 대한 입자선(B)의 강도가 높을 경우, 전원(71)은, 조사위치(P1)에 있어서의 입자선(B)의 깎음량이, 조사위치(P2)에 있어서의 입자선(B)의 깎음량보다 많아지도록, 초퍼전압을 크게 한다.
여기에서, 가속기(3)는, 미리 준비한 데이터테이블에 근거하여, 입자선(B)의 강도의 조정, 즉 조정부(80)의 깎음량을 제어한다. 예를 들면, 도 8에 나타내는 바와 같은 데이터테이블을 미리 준비해 둔다. 당해 데이터테이블을 작성할 때는, 이온원장치(60)의 음극온도는, 최대전류를 출력할 수 있는 음극온도로 설정해 둔다. 다음으로, 음극온도를 바꾸지 않고, 바이어스전류를 소정의 값으로 설정하여, 조사부(2)는, 입자선(B)의 조사를 행한다. 이때, 전원(71)의 초퍼전압을 바꾸면서 입자선(B)을 조사함과 함께, 각 파라미터를 측정한다. 측정하는 파라미터로서는, 가속기(3)로부터 출력되는 입자선(B)의 "빔전류" "빔위치(또는 스티어러보정량)" "빔사이즈"를 들 수 있다. 빔전류는, 출력되는 입자선(B)의 강도이다. 빔위치란, 가속기출구에 있어서의 입자선(B)의 위치(어긋남의 크기)이다. 가속기출구에 마련된 빔모니터에서 입자선(B)의 위치를 측정가능하다. 스티어러보정량이란, 당해 빔위치로부터 위치를 조정했을 때의 어긋남의 보정량의 크기이다. 빔사이즈란, 출력되는 입자선(B)의 직경이다.
상술한 바와 같은 측정에서의 측정결과에 근거하여, 소정의 바이어스전류와, 소정의 초퍼전압으로 설정했을 때에, 어떠한 파라미터의 입자선(B)이 얻어지는지에 대하여 데이터테이블을 작성할 수 있다. 다만, 데이터테이블 중, 어떤 바이어스전류의 설정값과, 인접한 바이어스전류의 설정값의 사이의 중간의 바이어스전류에 대한 입자선(B)의 파라미터에 대해서는, 연산을 행하여 내삽(內揷)함으로써 보완한다. 동일하게, 어떤 초퍼전압과 인접한 초퍼전압의 설정값의 사이의 중간의 초퍼전압에 대한 입자선(B)의 파라미터에 대해서도, 연산으로 내삽함으로써 보완한다. 이와 같은 데이터테이블은, 도 2에 나타내는 기억부(95)에 저장된다. 치료계획장치(90)가 스캐닝패턴을 작성할 때에는, 각 레이어에 있어서의 최대전륫값을 참조하여, 이온원장치(60)에서의 바이어스전류를 설정한다. 또, 치료계획장치(90)는, 각 레이어의 각 조사위치에 있어서, 어떠한 파라미터의 입자선(B)을 조사해야 하는지를 파악함과 함께, 데이터테이블에 대조하여, 각 조사위치에서의 초퍼전압을 결정한다. 예를 들면, 어떤 레이어의 바이어스전류가 "A1"인 경우, 치료계획장치(90)는, 데이터테이블의 "A1"의 행에 포함되는 입자선(B)의 파라미터에 대하여, 각 조사위치에서의 파라미터를 대조하여, 합치하는 초퍼전압을 결정한다(도 8 참조). 이로써, 치료계획장치(90)는, 스캐닝패턴과, 당해 스캐닝패턴에 대응하는 바이어스전류 및 초퍼전압을 결정할 수 있다. 입자선(B)의 조사를 행할 때, 제어부(7)는, 전원(71) 및 이온원제어부(72)에 지령값을 보내고, 작성한 스캐닝패턴에 따른 타이밍으로, 바이어스전류 및 초퍼전압을 설정한다.
다만, 상술한 바와 같은 데이터테이블에 따라 스캐닝패턴을 작성한 경우에서도, 실제의 조사에 있어서의 입자선(B)의 파라미터가, 계획한 것으로부터 어긋날 가능성은 있다. 예를 들면, 조사부(2)는, 도스모니터(12)(검출부)로 입자선(B)의 전륫값(강도)을 감시함으로써, 계획값으로부터의 어긋남을 파악할 수 있다. 당해 어긋남이 검출된 경우, 제어부(7)는, 재차 데이터테이블을 다시 참조하여 초퍼전압을 보정하는 것이 아니라, 검출한 어긋남의 검출결과를 전원(71)에 피드백하여, 입자선(B)의 강도의 조정, 즉 조정부(80)의 입자선(B)의 깎음량을 제어한다. 단, 검출된 어긋남이 소정량을 초과한 경우는, 메인터넌스 등의 타이밍에, 상술한 측정을 행함으로써, 데이터테이블의 재작성을 행한다.
다음으로, 도 9를 참조하여, 조사부(2)가 종양(14)에 입자선(B)을 조사하여 치료를 행할 때의 처리내용에 대하여 설명한다. 당해 처리는, 제어부(7)에 의하여 실행된다. 제어부(7)는, 도 9의 처리를 행하기 전에, 미리 치료계획장치(90)가 작성한 치료계획의 데이터를 취득한다. 먼저, 제어부(7)는, 조사대상이 되는 레이어에 대한 이온원장치(60)의 파라미터를 설정한다(스텝 S10). 다음으로, 제어부(7)는, 대상이 되는 레이어의 최초의 스폿으로의 전륫값(강도)에 근거하여, 디플렉터(63)의 초퍼전압의 초깃값을 설정한다(스텝 S20). 그리고, 제어부(7)는, 대상의 레이어에 대하여 입자선(B)을 조사하면서 스캐닝을 행함과 함께, 조정부(80)에서의 입자선(B)의 깎음량을 조정하여, 각 조사위치에서의 강도조정을 행한다(스텝 S30). 다음으로, 제어부(7)는, 대상의 레이어에 대한 스캐닝이 완료되었는지 아닌지를 판정한다(스텝 S40). 완료되어 있지 않다고 판정한 경우는, 제어부(7)는, 스텝 S30을 반복한다. 완료되었다고 판정한 경우, 제어부(7)는, 전체 레이어에 대한 스캐닝이 완료되었는지 아닌지를 판정한다(스텝 S50). 완료되어 있지 않다고 판정한 경우, 제어부(7)는, 레이어를 전환하여(스텝 S60), 스텝 S10부터 처리를 반복한다. 한편, 전체 레이어의 스캐닝이 완료되었다고 판정한 경우, 도 9에 나타내는 처리가 종료된다.
다음으로, 본 실시형태에 관한 입자선치료장치(1), 및 가속기(3)의 작용·효과에 대하여 설명한다.
입자선치료장치(1)에 있어서, 가속기(3)는, 가속공간(S)에서, 디플렉터(63)로 입자선(B)을 구부려 당해 입자선(B)의 일부를 댐퍼(64)로 깎음으로써 입자선(B)의 강도를 조정하는 조정부(80)를 구비하고 있다. 따라서, 조정부(80)는, 입자선(B)의 조사위치에 따른 강도가 얻어지도록, 깎음량을 조정함으로써, 당해 조사위치에 대하여 장시간의 조사를 행하지 않고도, 단시간의 조사로 원하는 선량을 얻는 것이 가능해진다.
여기에서, 도 7의 (b)를 참조하여, 비교예에 관한 가속기의 이온원장치의 파라미터에 대하여 설명한다. 비교예에서는, 가속기의 출력으로서의 최대전륫값(IG2)을 출력할 수 있도록, 이온원장치의 파라미터가 설정된다. 이로써, 전체 레이어에 대하여, 입자선(B)의 출력이 최대전륫값(IG2)이 된다. 그러나, 비교예에서는, 항상 최대전륫값(IG2)이 얻어지도록 이온원장치를 운전하게 되기 때문에, 메인터넌스의 주기가 짧아진다(예를 들면 2주간 정도)는 문제가 있다. 또, 입자선(B)의 강도가 낮은 곳을 댐퍼(64)로 깎고 있다고 해도, 항상 고전륫값의 입자선(B)을 깎게 되기 때문에, 주위의 구조물로의 스퍼터링의 영향이 나온다는 문제가 발생한다. 또, 디플렉터(63)는, 항상 고강도의 입자선(B)을 구부려야 하므로, 출력하는 강도에 따라서는, 디플렉터(63)의 전원의 설정전압의 분해능이 양호하지 않으면, 양호한 정밀도로 강도를 조정할 수 없을 가능성이 있다. 또, 이온원장치가 안정되지 않게 될 가능성도 발생한다.
이에 대하여, 본 실시형태에 있어서는, 가속기(3)는, 종양(14)의 적어도 하나의 레이어에 근거하는 이온원장치(60)의 파라미터를 설정하여, 조정부(80)에 의한 입자선(B)의 깎음량을 제어함으로써, 입자선(B)의 강도를 조정한다. 이 경우, 조사대상이 되는 레이어에 있어서 필요한 입자선(B)의 최대강도가 낮은 경우, 이온원장치(60)는, 낮은 강도에 대응할 수 있는 파라미터로 억제된 상태에서, 입자를 생성할 수 있다(예를 들면 도 7의 (a)의 레이어(L2)나 레이어(L3) 참조). 이로써, 이온원장치(60)에서의 파라미터를 적절한 크기로 억제할 수 있다. 또, 가속기(3)는, 입자선(B)의 조사위치에 따른 선량이 얻어지도록, 입자선(B)의 강도를 조정함으로써, 당해 조사위치에 대하여 장시간의 조사를 행하지 않고도, 단시간의 조사로 원하는 선량을 얻는 것이 가능해진다. 이상으로부터, 적절한 조정양태에서 입자선(B)의 강도를 조정하면서, 입자선(B)의 주사속도를 올릴 수 있다.
가속기(3)는, 적어도 하나의 레이어에 대한 최대강도에 근거하여 이온원장치(60)의 파라미터를 설정해도 된다. 조정부(80)는, 댐퍼(64)로 입자선(B)의 일부를 깎음으로써 강도를 조정하기 때문에, 강도를 증가시킴으로써 조정을 행할 수는 없다. 따라서, 레이어에 대한 최대강도에 근거하여 이온원장치(60)의 파라미터를 설정함으로써, 출력되는 입자선의 강도가 부족한 것을 억제할 수 있다.
가속기(3)는, 최대강도에 대하여 소정의 강도를 증가시킨 출력을 얻을 수 있도록, 이온원장치(60)의 파라미터를 설정해도 된다. 이 경우, 입자선(B)의 출력이 불안정해짐으로써, 댐퍼로 깎을 때의 입자선(B)의 강도가 예정보다 낮아진 경우이더라도, 미리 강도를 증가시켜 둠으로써, 강도가 부족한 것을 억제할 수 있다.
가속기(3)는, 미리 준비한 데이터테이블에 근거하여, 입자선(B)의 강도를 조정해도 된다. 이 경우, 가속기(3)는, 연산의 부하를 저감한 상태에서, 조정부(80)의 깎음량을 적절히 조정할 수 있다.
조사부(2)는, 입자선(B)의 강도를 검출하는 도스모니터(12)(검출부)를 갖고, 가속기(3)는, 도스모니터(12)의 검출결과를 피드백하여, 입자선(B)의 강도를 조정해도 된다. 이 경우, 입자선(B)의 강도가, 계획 시와 상이한 경우에서도, 도스모니터(12)에서의 검출결과에 근거하여, 조정부(80)의 깎음량을 적절히 제어할 수 있다.
본 실시형태의 일 측면에 관한 가속기(3)는, 피조사체를 가상적으로 복수의 레이어로 나누어, 각 레이어에 대하여 스캐닝법에 의하여 조사하기 위한 입자선(B)을 생성하는 가속기(3)이며, 가속공간에 있어서 입자를 생성하는 이온원장치(60)를 구비하고, 피조사체의 적어도 하나의 레이어에 근거하는 이온원장치(60)의 파라미터를 설정하며, 설정된 파라미터에 근거하여 입자선(B)의 강도를 조정한다.
이 가속기(3)에 의하면, 상술한 입자선치료장치(1)와 동취지의 작용·효과를 얻을 수 있다.
본 발명은, 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 이온원장치의 파라미터는, 한 층 한 층의 레이어에 대하여 설정되지 않고도, 복수의 레이어에 대하여, 통합한 하나의 파라미터가 설정되어도 된다.
도 4 및 도 5에서는, 가속기로서 사이클로트론이 예시되어 있지만, 예를 들면, 싱크로사이클로트론, 직선가속기(라이닉) 등, 다양한 가속기에 대해서도 본 발명의 구성이 채용되어도 된다.
1…입자선치료장치
2…조사부
3…가속기
12…도스모니터(검출부)
60…이온원장치(입자생성부)
63…디플렉터
64…댐퍼
80…조정부

Claims (7)

  1. 피조사체에 대하여 입자선을 조사하는 입자선치료장치로서,
    가속공간에 있어서, 상기 입자선을 생성하는 가속기와,
    상기 피조사체를 가상적으로 복수의 레이어로 나누어, 각 레이어에 대하여 주사전자석으로 상기 입자선을 주사하면서 조사하는 조사부를 구비하고,
    상기 가속기는, 상기 가속공간에서 가속하는 상기 입자를 생성하는 입자생성부를 구비하며,
    상기 가속기는, 상기 피조사체의 적어도 하나의 레이어에 근거하는 상기 입자생성부의 파라미터를 설정하여, 설정된 상기 파라미터에 근거하여 상기 입자선의 강도를 조정하는, 입자선치료장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가속기는, 적어도 하나의 레이어에 대한 최대강도에 근거하여 상기 입자생성부의 파라미터를 설정하는, 입자선치료장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가속기는, 상기 최대강도에 대하여 소정의 강도를 증가시킨 출력을 얻을 수 있도록, 상기 입자생성부의 파라미터를 설정하는, 입자선치료장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가속기는, 상기 가속공간에서, 디플렉터로 상기 입자선을 구부려 당해 입자선의 일부를 댐퍼로 깎음으로써 상기 입자선의 강도를 조정하는 조정부를 구비하는, 입자선치료장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가속기는, 미리 준비한 데이터테이블에 근거하여, 상기 입자선의 강도를 조정하는, 입자선치료장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조사부는, 상기 입자선의 강도를 검출하는 검출부를 갖고,
    상기 가속기는, 상기 검출부의 검출결과를 피드백하여, 상기 입자선의 강도를 조정하는, 입자선치료장치.
  7. 피조사체를 가상적으로 복수의 레이어로 나누어, 각 레이어에 대하여 스캐닝법에 의하여 조사하기 위한 입자선을 생성하는 가속기로서,
    가속공간에 있어서 입자를 생성하는 입자생성부를 구비하고,
    상기 피조사체의 적어도 하나의 레이어에 근거하는 상기 입자생성부의 파라미터를 설정하여, 설정된 상기 파라미터에 근거하여 상기 입자선의 강도를 조정하는, 가속기.
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