KR20230057960A - 입자선치료장치 - Google Patents

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KR20230057960A
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사사이 겐조
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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Abstract

복수의 조사공간에서의 치료에 있어서의, 입자선의 품질에 불균일을 저감할 수 있는 입자선치료장치를 제공한다.
입자선치료장치(1)는, 복수의 분기경로(31A, 31B)의 각각에 마련되며, 입자선의 에너지를 변경하는 복수의 에너지변경부(50A, 50B)를 구비한다. 즉, 복수의 조사실(101A, 101B)의 조사공간에 대하여, 개별의 에너지변경부(50A, 50B)를 마련할 수 있다. 이 경우, 각각의 분기경로(31A, 31B)의 에너지변경부(50A, 50B)보다 하류에 있어서, 입자선의 수송파라미터의 조정에 관한 구조상의 차이를 저감하기 쉬워진다. 따라서, 복수의 조사실(101A, 101B)의 조사공간에 대한 각 수송경로(4)에서의 수송파라미터의 조정이 용이해진다.

Description

입자선치료장치{PARTICLE BEAM THERAPY APPARATUS}
본 출원은 2021년 10월 22일에 출원된 일본 특허출원 제2021-173261호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.
본 발명은, 입자선치료장치에 관한 것이다.
입자선치료장치로서, 예를 들면 특허문헌 1에 나타내는 것이 알려져 있다. 입자선치료장치는, 입자를 가속하여 입자선을 생성하는 가속기와, 가속기에서 생성된 입자선을 조사하는 조사장치와, 가속기로부터 조사장치로 입자선을 수송하는 수송경로를 구비한다. 입자선치료장치가 마련되는 건물에는 하나의 가속기에 대하여 하나의 조사장치가 마련되어 있다. 따라서, 수송경로는, 가속기로부터 하나의 조사실로 뻗는다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 특개2015-163229호
여기에서, 건물에는 복수의 조사장치가 마련되는 경우가 있다. 이 경우, 수송경로는, 가속기로부터 뻗어 복수의 분기경로로 분기하고, 복수의 조사공간으로 입자선을 수송하는 구성이 된다. 이 경우, 수송경로의 분기부분보다 수송방향의 상류측의 공통경로에는, 입자선의 에너지를 변경하는 에너지변경부가 마련된다. 이와 같은 구성에 있어서는, 에너지변경부보다 하류에 있어서 입자선의 수송파라미터의 조정이 어렵고, 복수의 조사공간에서의 치료에 있어서, 입자선의 품질에 불균일(편차)이 발생하기 쉽다는 문제가 있다.
그래서, 본 발명은, 복수의 조사공간에서의 치료에 있어서의, 입자선의 품질에 불균일을 저감할 수 있는 입자선치료장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 입자선치료장치는, 입자를 가속하여 입자선을 생성하는 가속기와, 가속기로부터 뻗어 복수의 분기경로로 분기하고, 입자선을 수송 가능하게 마련된 수송경로와, 복수의 분기경로의 각각에 마련되며, 입자선의 에너지를 변경하는 복수의 에너지변경부를 구비한다.
본 발명에 관한 입자선치료장치는, 가속기로부터 뻗어 복수의 분기경로로 분기하고, 입자선을 수송 가능하게 마련된 수송경로를 갖는다. 그 때문에, 가속기에서 생성된 입자선은, 수송경로의 어느 하나의 분기경로를 개재하여, 어느 하나의 조사공간으로 조사된다. 이에 대하여, 입자선치료장치는, 복수의 분기경로의 각각에 마련되며, 입자선의 에너지를 변경하는 복수의 에너지변경부를 구비한다. 즉, 복수의 조사공간에 대하여, 개별의 에너지변경부를 마련할 수 있다. 이 경우, 각각의 분기경로의 에너지변경부보다 하류에 있어서, 입자선의 수송파라미터의 조정에 관한 구조상의 차이를 저감하기 쉬워진다. 따라서, 복수의 조사공간에 대한 각 수송경로에서의 수송파라미터의 조정이 용이해진다. 이상으로부터, 복수의 조사공간에서의 치료에 있어서, 입자선의 품질에 불균일을 저감할 수 있다.
각각의 분기경로는, 에너지변경부보다 입자선의 수송방향에 있어서의 하류측에 있어서 서로 대략 동일한 구조를 가져도 된다. 이 경우, 각각의 분기경로의 에너지변경부보다 하류에 있어서, 입자선의 수송파라미터의 조정에 관한 구성을 대략 동일하게 할 수 있다. 따라서, 복수의 조사공간에 대한 각 수송경로에서의 수송파라미터의 조정이 용이해진다.
각각의 분기경로는, 에너지변경부보다 입자선의 수송방향에 있어서의 하류측에 있어서, 조사대상에 조사되는 입자선의 조사야(照射野)를 형성하는 조사야형성장치를 가져도 된다. 이 경우, 각 조사공간에 있어서의 조사야형성장치의 구조상의 차이를 저감시킴으로써, 복수의 조사공간에 대한 각 수송경로에서의 수송파라미터의 조정이 용이해진다.
각각의 분기경로는, 에너지변경부보다 입자선의 수송방향에 있어서의 하류측에 있어서, 조사대상에 조사하는 입자선의 조사방향을 변경하는 조사방향변경장치를 가져도 된다. 이 경우, 각 조사공간에 있어서의 조사방향변경장치의 구조상의 차이를 저감시킴으로써, 복수의 조사공간에 대한 각 수송경로에서의 수송파라미터의 조정이 용이해진다.
복수의 분기경로의 각각에 마련되며, 에너지변경부보다 입자선의 수송방향에 있어서의 하류측에 있어서, 입자선의 에너지를 선택하는 선택부를 더 구비해도 된다. 이 경우, 각 분기경로에 있어서의 선택부의 위치의 차이를 저감시킴으로써, 복수의 조사공간에 대한 각 수송경로에서의 수송파라미터의 조정이 용이해진다.
복수의 분기경로는, 조사대상으로의 입자선의 조사가 행해지는 복수의 조사공간으로 입자선을 수송 가능하게 마련되어도 된다.
본 발명에 의하면, 복수의 조사공간에서의 치료에 있어서의, 입자선의 품질에 불균일을 저감할 수 있는 입자선치료장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 입자선치료장치의 평면시(平面視)에 있어서의 배치도이다.
도 2는 도 1의 입자선치료장치의 조사부 부근의 개략구성도이다.
도 3은 종양에 대하여 설정된 층을 나타내는 도이다.
도 4는 조사부의 기축(基軸)에 대하여 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 비교예에 관한 입자선치료장치의 평면시에 있어서의 배치도이다.
도 6은 비교예에 관한 입자선치료장치의 평면시에 있어서의 배치도이다.
이하, 본 발명에 관한 입자선치료장치의 적합한 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 다만, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙여, 중복되는 설명을 생략한다. 본 실시형태에서는, 입자선치료장치를 하전입자선치료장치로 한 경우에 대하여 설명한다. 입자선치료장치는, 예를 들면 암치료에 적용되는 것이며, 환자의 체내의 종양(조사대상)에 대하여, 양자빔 등의 입자선을 조사하는 장치이다.
본 실시형태의 입자선치료장치의 개략구성에 대하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 입자선치료장치의 평면시에 있어서의 배치도이다. 도 1에 나타나는 바와 같이, 입자선치료장치(1)는, 입자선을 생성하는 가속기(2)와, 치료대(16) 상의 환자(15)에 대하여 임의의 방향으로부터 입자선을 조사하는 회전 가능한 복수의 조사장치(3)와, 가속기(2)에서 생성된 입자선을 조사장치(3)로 수송하는 수송경로(4)를 구비하고 있다. 또, 입자선치료장치(1)의 각 기기는, 예를 들면, 건물(100)의 방 안에 설치되어 있다.
본 실시형태에 있어서, 건물(100)은, 하나의 가속기(2)에 대하여, 복수의 조사실(101)을 갖는다. 각 조사실(101)에 각각 하나씩 조사장치(3)가 마련된다. 도 1에 나타내는 예에서는, 2개의 조사실(101) 및 2개의 조사장치(3)가 마련되어 있지만, 조사실(101) 및 조사장치(3)의 수는 특별히 한정되지 않는다. 다만, 수송경로(4)의 구성의 상세, 및 입자선치료장치(1)의 레이아웃의 상세에 대해서는 후술한다. 다만, 하나의 조사실(101)에 마련되는 조사장치(3)는 하나일 필요는 없고, 복수의 조사장치(3)가 하나의 조사실(101)에 마련되어도 된다.
조사장치(3)는, 조사야형성장치(6)와, 갠트리(5)(조사방향변경장치)를 구비한다. 조사야형성장치(6)는, 조사대상에 조사되는 입자선의 조사야를 형성하는 장치이다. 조사야형성장치(6)는, 치료대(16)를 둘러싸도록 마련된 갠트리(5)에 장착되어 있다. 조사야형성장치(6)는, 갠트리(5)에 의하여 치료대(16)의 둘레로 회전 가능하게 되어 있다. 갠트리(5)는, 회전축선 둘레로 회전 가능하다. 수송경로(4)는, 갠트리(5)의 후단측으로부터, 갠트리(5) 내에 진입한다. 그리고, 수송경로(4)는, 편향전자석(7)으로 외주측으로 입자선의 궤도를 변경한 후, 편향전자석(8)(6극자석 또는 6극성분을 갖는 편향자석의 일례)으로 입자선의 궤도를 크게 굽혀, 외주측으로부터 조사장치(3)에 진입한다.
편향전자석(7)과 편향전자석(8)의 사이에 운동량분석슬릿(55)이 마련되어 있다. 편향전자석(7), 운동량분석슬릿(55), 및 편향전자석(8)은, 운동량분산을 규정하는(에너지의 확산을 규정하는) 애널라이저(57)로서 기능한다. 다만, 편향전자석(7)과 편향전자석(8)의 사이에 운동량분석슬릿(55)에 더하여 4극자석(56)이 마련되어 있어도 된다.
도 2는, 도 1의 입자선치료장치의 조사부 부근의 개략구성도이다. 다만, 이하의 설명에 있어서는, "X축방향", "Y축방향", "Z축방향"이라는 말을 이용하여 설명한다. "X축방향"이란, 조사장치(3)의 기축(AX)을 따른 방향이며, 입자선(B)의 조사의 깊이방향이다. 다만, "기축(AX)"의 상세에 대해서는 후술한다. 도 2에서는, 기축(AX)을 따라 입자선(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 입자선치료장치(1)의 상세한 구성에 대하여 설명한다. 입자선치료장치(1)로서, 스캐닝법에 관한 조사장치가 예시되어 있지만, 특별히 한정되지 않고, 브로드빔법, 그 외의 조사방법이 채용되어도 된다. 다만, 스캐닝방식은 특별히 한정되지 않고, 라인스캐닝, 래스터스캐닝, 스폿스캐닝 등을 채용해도 된다. 입자선치료장치(1)는, 가속기(2), 조사장치(3) 및 수송경로(4) 외에, 제어부(80)와, 치료계획장치(90)를 구비하고 있다. 도 2에서는, 복수의 조사장치(3) 중, 하나가 나타나 있다.
가속기(2)는, 하전입자를 가속하여 미리 설정된 에너지의 입자선(B)을 생성하는 장치이다. 가속기(2)에서 생성된 입자선(B)은, 수송경로(4)에 의하여 형성된 궤도를 통과하여, 조사장치(3)까지 유도된다. 가속기(2)로서, 예를 들면, 사이클로트론, 싱크로사이클로트론, 라이닉 등을 들 수 있다. 이들은, 고정된 에너지의 입자선(B)을 생성하는 고정에너지가속기이다. 본 실시형태에 있어서의 가속기(2)로서 미리 정한 에너지의 입자선(B)을 출사하는 사이클로트론을 채용한다.
조사장치(3)는, 가속기(2)에서 생성된 입자선(B)을 조사한다. 구체적으로는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 조사장치(3)는, 환자(15)의 체내의 종양(조사대상)(14)에 대하여, 입자선(B)을 조사하는 것이다. 입자선(B)인 하전입자는, 전하를 가진 입자를 고속으로 가속한 것이며, 예를 들면 양자선, 중(重)입자(중이온)선, 전자선 등을 들 수 있다. 구체적으로, 조사장치(3)는, 이온원(도시생략)에서 생성된 하전입자를 가속하는 가속기(2)로부터 출사되어 수송경로(4)로 수송된 입자선(B)을 종양(14)으로 조사하는 장치이다. 조사장치(3)의 조사야형성장치(6)는, 주사전자석(10), 덕트(11), 도스모니터(12)(모니터의 일례), 포지션모니터(13)(모니터의 일례), 콜리메이터(17), 및 레인지시프터(30)를 구비하고 있다. 주사전자석(10), 덕트(11), 각 모니터(12, 13), 콜리메이터(17) 및 레인지시프터(30)는, 수용체로서의 조사노즐(9)에 수용되어 있다. 이와 같이, 조사노즐(9)에 각 주구성요소를 수용함으로써 조사야형성장치(6)가 구성되어 있다. 다만, 상술한 요소에 더하여, 주사전자석(10)의 상류측에 6극자석 또는 6극성분을 갖는 편향자석, 및 프로파일모니터를 마련해도 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 간의 자장을 변화시켜, 당해 전자석 간을 통과하는 입자선(B)을 주사한다. 주사전자석(10)에 의하여 Y축방향 주사전자석(10a)은, Y축방향으로 입자선(B)을 주사하고, Z축방향 주사전자석(10b)은, Z축방향으로 입자선(B)을 주사한다. 이들 주사전자석(10)은, 기축(AX) 상에서, 가속기(2)보다 입자선(B)의 하류측에 이 순서로 배치되어 있다. 다만, 주사전자석(10)은, 치료계획장치(90)에서 미리 계획된 주사경로로 입자선(B)이 조사되도록, 입자선(B)을 주사한다. 다만, 하나의 주사전자석으로 입자선(B)을 X방향, 및 Y방향으로 주사시켜도 된다.
덕트(11)는, 기축(AX) 상에서 주사전자석(10)에 대하여 하류측에 배치되어 있다. 덕트(11)는, 주사전자석(10)에 의하여 주사된 입자선(B)을, 덕트(11)에 대하여 하류에 배치되어 있는 도스모니터(12)로 유도한다. 덕트(11)는, 예를 들면, 기축(AX)의 상류로부터 하류를 향하여 확대되는 원뿔사다리꼴을 나타낸다. 덕트(11)는, 기축(AX)을 따라 관통하고 있다. 덕트(11)의 내부는, 대기노출되어 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. 다만, 상기 개소는 대기노출되어 있지 않아도 되고, 헬륨충전되어 있어도 되며, 진공으로 되어 있어도 된다.
도스모니터(12)는, 기축(AX) 상에서 덕트(11)에 대하여 하류측에 배치되어 있다. 포지션모니터(13)는, 입자선(B)의 빔형상 및 위치를 검출감시한다. 포지션모니터(13)는, 기축(AX) 상에서, 도스모니터(12)보다 입자선(B)의 하류측에 배치되어 있다. 각 모니터(12, 13)는, 검출한 검출결과를 제어부(80)에 출력한다.
레인지시프터(30)는, 통과하는 입자선(B)의 에너지를 저하시켜 당해 입자선(B)의 비정(飛程)의 시프트를 행한다. 본 실시형태에서는, 레인지시프터(30)는, 조사노즐(9)의 선단부(9a)에 마련되어 있다. 다만, 조사노즐(9)의 선단부(9a)란, 입자선(B)의 하류측의 단부(端部)이다.
콜리메이터(17)는, 적어도 주사전자석(10)보다 입자선(B)의 하류측에 마련되며, 입자선(B)의 일부를 차폐하고, 일부를 통과시키는 부재이다. 여기에서는, 콜리메이터(17)는, 포지션모니터(13)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, 13)로부터 출력된 검출결과에 근거하여, 가속기(2), 주사전자석(10), 및 콜리메이터구동부(18)를 제어한다.
또, 입자선치료장치(1)의 제어부(80)는, 입자선치료의 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 선량분포를 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, 입자선(B)이 어떠한 주사경로를 그릴지가 계획되어 있다.
스캐닝방식에 의한 입자선(B)의 조사를 행하는 경우, 종양(14)을 X축방향으로 복수의 층으로 가상적으로 분할하여, 하나의 층에 있어서 입자선을 치료계획에 있어서 정한 주사경로에 따르도록 주사하여 조사한다. 그리고, 당해 하나의 층에 있어서의 입자선(B)의 조사가 완료된 후에, 인접하는 다음의 층에 있어서의 입자선(B)의 조사를 행한다.
스캐닝방식에 의한 입자선의 조사를 행하는 경우, 먼저, 가속기(2)로부터 입자선(B)을 출사한다. 출사된 입자선(B)은, 주사전자석(10)의 제어에 의하여 치료계획에 있어서 정한 주사경로에 따르도록 주사된다. 이로써, 입자선(B)은, 종양(14)에 대하여 Z축방향으로 설정된 하나의 층에 있어서의 조사범위 내를 주사되면서 조사되게 된다. 하나의 층에 대한 조사가 완료되면, 다음의 층으로 입자선(B)을 조사한다. 이와 같이 하여, 조사야형성장치(6)는, 하나의 층에 있어서의 조사야를 형성할 수 있다.
제어부(80)의 제어에 따른 주사전자석(10)의 입자선조사이미지에 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, 깊이방향에서 본 하나의 층에 있어서의 입자선의 주사이미지를, 각각 나타내고 있다.
도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 피조사체는 조사의 깊이방향에 있어서 복수의 층으로 가상적으로 슬라이스되어 있고, 본 예에서는, 깊은(입자선(B)의 비정이 긴) 층부터 순서대로, 층 L1, 층 L2, …층 Ln-1, 층 Ln, 층 Ln+1, …층 LN-1, 층 LN과 N층으로 가상적으로 슬라이스되어 있다. 또, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 입자선(B)은, 주사경로(TL)를 따른 빔궤도를 그리면서, 연속조사(라인스캐닝 또는 래스터스캐닝)의 경우는 층 Ln의 주사경로(TL)를 따라 연속적으로 조사되고, 스폿스캐닝의 경우는 층 Ln의 복수의 조사스폿에 대하여 조사된다. 입자선(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 조사장치(3)로부터 출사된 입자선(B)은, 주사경로(TL) 상을 이동한다.
도 4는, 조사부의 기축에 대하여 설명하기 위한 개략도이다. 도 4를 참조하여, 조사장치(3)의 "기축(AX)"에 대하여 설명한다. 기축(AX)은, 조사장치(3)가 입자선(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, 각층(各層)은, 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 조사장치(3)를 아이소센터(AC) 둘레로 회전시킨 경우, 조사장치(3)의 위치와 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, 조사장치(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 1을 참조하여, 본 실시형태에 관한 입자선치료장치(1)의 수송경로(4)의 상세한 구성, 및 건물(100)의 레이아웃에 대하여 설명한다.
건물(100)은, X축방향으로 나열된 조사실(101A, 101B)을 갖는다. 조사실(101A)은, 조사실(101B)에 대하여 X축방향의 정측(正側)에 배치된다. 조사실(101A, 101B)에는, 조사장치(3A, 3B)가 각각 배치된다. 이때, 조사장치(3A, 3B)는, 갠트리(5)의 회전축이 Y축방향과 평행이 되도록 배치된다. 또, 갠트리(5)의 정면측이 Y축방향의 정측이 되고, 갠트리(5)의 배면측이 Y축방향의 부측(負側)이 되도록 배치된다. 또, 건물(100)은, 조사실(101A, 101B)에 대하여 Y축방향의 부측에서 이웃하는 가속기실(102)을 구비한다.
조사실(101A, 101B)과 가속기실(102)은, X축방향으로 뻗는 벽부(103)가 마련된다. 조사실(101A)의 X축방향의 정측에는, Y축방향으로 뻗는 벽부(104)가 마련된다. 조사실(101A)의 X축방향의 부측에는, Y축방향으로 뻗는 벽부(106)가 마련된다. 벽부(106)는, 조사실(101A)과 조사실(101B)의 격벽이다. 조사실(101A)의 Y축방향의 정측에는, X축방향으로 뻗는 벽부(107)가 마련된다. 조사실(101B)의 X축방향의 부측에는, Y축방향으로 뻗는 벽부(108)가 마련된다. 조사실(101B)의 Y축방향의 정측에는, X축방향으로 뻗는 벽부(109)가 마련된다. 가속기실(102)의 X축방향의 정측에는, Y축방향으로 뻗는 벽부(111)가 마련된다. 벽부(111)는, 벽부(104)와 연속되도록 마련되어 있다. 가속기실(102)의 X축방향의 부측에는, Y축방향으로 뻗는 벽부(112)가 마련된다. 가속기실(102A)의 Y축방향의 부측에는, X축방향으로 뻗는 벽부(113)가 마련된다.
벽부(104)와 벽부(107)의 사이에는 조사실(101A)의 입구(121)가 형성된다. 벽부(106)와 벽부(109)의 사이에는 조사실(101B)의 입구(122)가 형성된다. 건물(100)의 각 벽부는, 방사선을 차폐하는 차폐벽으로서 기능한다.
수송경로(4)는, 가속기(2)로부터 뻗어 입자선을 수송 가능하게 마련되어 있다. 수송경로(4)는, 가속기(2)로부터 뻗어 복수의 분기경로(31A, 31B)로 분기하고, 입자선을 조사대상으로 조사하는 복수의 조사실(101A, 101B)로 입자선을 수송한다. 수송경로(4)는, 가속기(2)로부터 X축방향으로 뻗는 공통경로(32)를 갖는다. 분기경로(31A, 31B)는, 분기부분에서 공통경로(32)로부터 분기한다. 복수의 분기경로(31A, 31B)는, 조사대상으로의 입자선의 조사가 행해지는 복수의 조사공간으로 입자선을 수송 가능하게 마련된다.
분기경로(31A)는, 공통경로(32)로부터 연속되도록, X축방향으로 뻗는다. 분기경로(31A)는, X축방향에 있어서의 갠트리(5)의 배면의 위치에서, Y축방향의 정측으로 구부러진다. 분기경로(31A)는, 벽부(103)를 개재하여 갠트리(5)의 배면으로부터 조사장치(3A) 내로 들어간다. 조사장치(3A) 내에서는, 분기경로(31A)는, 편향전자석(7)의 위치에서 편향전자석(8)을 향하여 비스듬하게 뻗는다. 분기경로(31A)는, 편향전자석(8)의 내부에서는 당해 편향전자석(8)과 동일하게 만곡되어 조사야형성장치(6)의 하류측의 조사구까지 뻗는다. 분기경로(31B)는, 공통경로(32)의 분기부분에서 Y축방향의 정측으로 구부러진다. 분기경로(31B)는, 벽부(103)를 개재하여 갠트리(5)의 배면으로부터 조사장치(3B) 내로 들어간다. 분기경로(31B)의 조사장치(3B) 내에서의 구성은, 분기경로(31A)와 동일하다. 다만, 이후의 설명에 있어서는, 입자선의 수송방향을 기준으로 하여 "상류측", "하류측"이라는 말을 이용한다.
가속기실(102)에 있어서, 분기경로(31A)의 곡부(曲部) 부근에는, 상류측부터 하류측으로 순서대로 편향자석(41A), 4극자석(42A), 편향자석(43A), 4극자석(44A), 및 4극자석(46A)이 마련된다. 편향자석(41A, 43A)은, 입자선의 궤도를 굽히기 위한 전자석이다. 4극자석(42A, 44A, 46A)은, 입자선을 수렴시켜 입자선의 형상을 조정하기 위한 자석이다. 분기경로(31A)와 동일하게, 분기경로(31B)의 곡부 부근에는, 상류측부터 하류측으로 순서대로 편향자석(41B), 4극자석(42B), 편향자석(43B), 4극자석(44B), 및 4극자석(46B)이 마련된다. 다만, 분기경로(31A) 중, 편향자석(41A)보다 상류측의 직선부분에는, 복수의 4극자석(47)이 마련된다. 복수의 4극자석(47)의 사이에는, 도시되지 않은 프로파일모니터, 및 빔스토퍼가 마련되어 있어도 된다. 다만, 이들 자석은 전자석이어도 된다.
입자선치료장치(1)는, 복수의 분기경로(31A, 31B)의 각각에 마련되며, 입자선의 에너지를 변경하는 복수의 에너지변경부(50A, 50B)를 구비한다. 에너지변경부(50A, 50B)는, 분기경로(31A, 31B) 중, 4극자석(46A)보다 하류측이며, 벽부(103)로부터 Y축방향의 부측으로 이간된 위치에 마련된다. 에너지변경부(50A, 50B)는, 예를 들면, 통과시킨 입자선의 에너지를 감쇠시키는 감쇠부재를 구비하는 디그레이더(51A, 51B)에 의하여 구성된다. 디그레이더(51A, 51B)는, 감쇠부재의 두께를 조정함으로써, 에너지의 감쇠를 조정할 수 있다. 또, 에너지변경부(50A, 50B)는, 디그레이더(51A, 51B)의 하류측에 있어서, 콜리메이터(52A, 52B)를 더 포함하고 있어도 된다. 콜리메이터(52A, 52B)는, 디그레이더에 의하여 확산된 빔의 에미턴스(emittance)(빔의 위치의 확산과 방향의 불균일)를 규정하고, 예를 들면, 중공(中空)의 금속재로 구성되며, 중공형상이나, 슬릿형상을 갖는다. 콜리메이터(52A, 52B)는, 디그레이더(51A, 51B)의 하류측이며, 벽부(103)로부터 Y방향의 부측으로 이간된 위치에 마련할 수 있다.
상술한 에너지변경부(50A, 50B), 편향전자석(7), 4극자석(56), 운동량분석슬릿(55), 및 편향전자석(8)에 의하여, 입자선의 에너지를 선택하는 선택시스템(ESS: Energy Selection System)이 구성된다. 이와 같이, 각 분기경로(31A, 31B)에 개별의 선택시스템이 마련된다. 즉, 각 조사장치(3A, 3B)에 대하여, 개별의 선택시스템이 마련된다. 다만, 조사장치(3A)에 대한 선택시스템과, 조사장치(3B)에 대한 선택시스템은, 각각의 선택시스템을 구성하는 구성요소의 상대위치가 동일해지도록 배치되며, 동일한 구조를 갖는다. 다만, 본 실시형태에 있어서, 선택시스템은, 에너지변경부(50A, 50B), 편향전자석(7), 4극자석(56), 운동량분석슬릿(55), 및 편향전자석(8)에 의하여 구성되어 있지만, 입자선의 에너지를 선택하는 선택시스템은, 적어도, 에너지변경부(50A, 50B)를 갖고 있으면 된다.
각각의 분기경로(31A, 31B)는, 에너지변경부(50A, 50B)보다 하류측에 있어서 서로 대략 동일한 구조를 갖는다. 구체적으로는, 분기경로(31A)에 있어서의 에너지변경부(50A)보다 하류측의 조사야형성장치(6) 및 갠트리(5)와, 분기경로(31B)에 있어서의 에너지변경부(50B)보다 하류측의 조사야형성장치(6) 및 갠트리(5)는, 서로 동일한 구조를 갖고 있다. 즉, 조사장치(3A)의 조사야형성장치(6)와, 조사장치(3B)의 조사야형성장치(6)는, 동일한 구성요소를 동일한 배치로 구비하고 있다. 조사장치(3A)의 갠트리(5)와, 조사장치(3B)의 갠트리(5)는, 동일한 구성요소를 동일한 배치로 구비하고 있다.
다음으로, 본 실시형태에 관한 입자선치료장치(1)의 작용·효과에 대하여 설명한다.
먼저, 도 5에 나타내는 비교예에 관한 입자선치료장치(201)에 대하여 설명한다. 비교예에 관한 입자선치료장치(201)는, 건물(200)의 가속기실(202)의 가속기(2)와, 가속기(2)에서 생성된 입자선을 조사하는 조사장치(3)와, 가속기(2)로부터 조사장치(3)로 입자선을 수송하는 수송경로(204)를 구비한다. 입자선치료장치(201)가 마련되는 건물(200)에는 하나의 가속기(2)에 대하여 하나의 조사장치(3)가 마련되어 있다. 따라서, 수송경로(204)는, 가속기(2)로부터 하나의 조사실(203)로 뻗는다. 이와 같은 입자선치료장치(201)에서는, 가속기(2), 선택시스템(250), 수송경로(204), 및 조사장치(3)가 직선적으로 배치되어 있다. 따라서, 당해 구조를 복수의 조사실에 조사장치가 배치된 입자선치료장치에 확장할 수는 없다.
다음으로, 도 6에 나타내는 비교예에 관한 입자선치료장치(301)에 대하여 설명한다. 이 입자선치료장치(301)는, 복수의 조사실(301A, 301B) 및 조사장치(3A, 3B)를 갖는다. 수송경로(304)는, 가속기(2)로부터 뻗어 복수의 분기경로(331A, 331B)로 분기하고, 복수의 조사실(301A, 301B)로 입자선을 수송하는 것 같은 구성이 된다. 이 경우, 수송경로(304)의 분기부분보다 수송방향의 상류측의 공통경로(330)에는, 입자선의 에너지를 변경하는 에너지변경부(351)를 포함하는 선택시스템(350)이 마련된다. 이와 같은 구성에 있어서는, 에너지변경부(351)보다 하류에 있어서 입자선의 수송파라미터의 조정이 어렵다. 복수의 조사실(301A, 301B) 사이에서의 치료에 있어서, 입자선의 품질에 불균일이 발생하기 쉽다는 문제가 있다.
예를 들면, 조사실(301B)에 대한 분기경로(331B)는, 조사실(301A)에 대한 분기경로(331A)보다 길다. 그 때문에, 분기경로(331B)에서는, 에너지변경부(351)보다 하류측에 있어서, 입자선이 확산되기 쉬워진다. 따라서, 조사실(301B)에 대한 수송경로(304)의 에너지변경부(351)보다 하류측에는, 조사실(301A)에 대한 수송경로(304)보다 다수의 전자석 등이 마련된다. 따라서, 입자선치료장치(301)는, 각 조사실(301A, 301B)로 분할하기 위하여, 수송경로에 있어서의 수송파라미터가 에너지별로 필요해지지만, 당해 조정은 어렵다. 여기에서, 조정을 용이하게 하기 위하여 큰 전자석을 이용한 경우 코스트가 증대된다. 따라서, 코스트를 억제하기 위하여 작은 전자석을 이용하면, 각 조사공간에서의 치료에 있어서, 입자선의 품질에 불균일이 발생한다.
또, 치료시간을 짧게 하기 위하여 브래그피크를 굵게 하기 위해서는, 운동량분산을 넓게 할 필요가 있다. 그러나, 비교예에 관한 입자선치료장치(301)에서는, 선택시스템(350)을 조사장치(3A, 3B)로부터 멀리 마련할 필요가 있기 때문에, 그와 같은 치료시간의 단축을 행하기 어렵다는 문제도 있다.
이에 대하여, 본 실시형태에 관한 입자선치료장치(1)는, 가속기(2)로부터 뻗어 복수의 분기경로(31A, 31B)로 분기하고, 조사대상으로의 입자선의 조사가 행해지는 복수의 조사실(101A, 101B)로 입자선을 수송하는 수송경로(4)를 갖는다. 그 때문에, 가속기(2)에서 생성된 입자선은, 수송경로(4)의 어느 하나의 분기경로(31A, 31B)를 개재하여, 어느 하나의 조사실(101A, 101B)로 조사된다. 이에 대하여, 입자선치료장치(1)는, 복수의 분기경로(31A, 31B)의 각각에 마련되며, 입자선의 에너지를 변경하는 복수의 에너지변경부(50A, 50B)를 구비한다. 즉, 복수의 조사실(101A, 101B)에 대하여, 개별의 에너지변경부(50A, 50B)를 마련할 수 있다. 이 경우, 각각의 분기경로(31A, 31B)의 에너지변경부(50A, 50B)보다 하류에 있어서, 입자선의 수송파라미터의 조정에 관한 구조상의 차이를 저감하기 쉬워진다. 따라서, 복수의 조사실(101A, 101B)에 대한 각 수송경로(4)에서의 수송파라미터의 조정이 용이해진다. 이상으로부터, 복수의 조사실(101A, 101B)의 조사공간에서의 치료에 있어서, 입자선의 품질에 불균일을 저감할 수 있다.
각각의 분기경로(31A, 31B)는, 에너지변경부(50A, 50B)보다 입자선의 수송방향에 있어서의 하류측에 있어서 서로 대략 동일한 구조를 가져도 된다. 이 경우, 각각의 분기경로(31A, 31B)의 에너지변경부(50A, 50B)보다 하류에 있어서, 입자선의 수송파라미터의 조정에 관한 구성을 대략 동일하게 할 수 있다. 따라서, 복수의 조사실(101A, 101B)의 조사공간에 대한 각 수송경로(4)에서의 수송파라미터의 조정이 용이해진다.
각각의 분기경로(31A, 31B)는, 에너지변경부(50A, 50B)보다 입자선의 수송방향에 있어서의 하류측에 있어서, 조사대상에 조사되는 입자선의 조사야를 형성하는 조사야형성장치(6)를 가져도 된다. 이 경우, 각 조사실(101A, 101B)의 조사공간에 있어서의 조사야형성장치(6)의 구조상의 차이를 저감시킴으로써, 복수의 조사실(101A, 101B)의 조사공간에 대한 각 수송경로(4)에서의 수송파라미터의 조정이 용이해진다.
각각의 분기경로(31A, 31B)는, 에너지변경부(50A, 50B)보다 입자선의 수송방향에 있어서의 하류측에 있어서, 조사대상에 조사하는 입자선의 조사방향을 변경하는 갠트리(5)(조사방향변경장치)를 가져도 된다. 이 경우, 각 조사실에 있어서의 갠트리(5)의 구조상의 차이를 저감시킴으로써, 복수의 조사실(101A, 101B)의 조사공간에 대한 각 수송경로(4)에서의 수송파라미터의 조정이 용이해진다.
복수의 분기경로(31A, 31B)의 각각에 마련되며, 에너지변경부(50A, 50B)보다 입자선의 수송방향에 있어서의 하류측에 있어서, 입자선의 에너지를 선택하는 선택부(57)를 더 구비해도 된다. 이 경우, 각 분기경로(31A, 31B)에 있어서의 선택부(57)의 위치의 차이를 저감시킴으로써, 복수의 조사실(101A, 101B)의 조사공간에 대한 각 수송경로(4)에서의 수송파라미터의 조정이 용이해진다.
예를 들면, 도 5에 나타내는 비교예에서 이용하고 있던 것 같은 입자선치료장치(201)에 있어서 채용하고 있던 수송파라미터나 갠트리(5)의 위치파라미터 등을, 도 6에 나타내는 조사장치(3A, 3B)에 대하여 그대로 이용할 수는 없다. 그 때문에, 수송파라미터나 위치파라미터의 조정에 시간이 걸린다. 또, 조사장치(3A, 3B)에서의 입자선의 아이소센터에서의 특성은, 입자선치료장치(201)의 것과 상이하기 때문에, 도 5의 입자선치료장치(201)에서 치료하고 있던 환자를, (기기메인터넌스 등에 의하여)도중부터 도 6의 입자선치료장치(301)로 이행시키는 것이나, 그 반대를 행할 수 없다.
이에 대하여, 본 실시형태에 관한 입자선치료장치(1)의 각 조사장치(3A, 3B)에서는, 에너지변경부(50A, 50B)보다 하류의 구조를 도 5의 입자선치료장치(201)와 대략 동일하게 하는 것도 가능하다. 따라서, 입자선치료장치(1)의 각 조사장치(3A, 3B)에서는, 도 5의 입자선치료장치(201)에 있어서 채용하고 있던 수송파라미터나 갠트리(5)의 위치파라미터 등을 유용할 수 있다.
또, 복수의 조사실(101A, 101B)의 조사공간에 대하여 개별의 에너지변경부(50A, 50B)를 마련함으로써, 가속기(2)나 수송경로(4)의 배치의 자유도가 향상된다. 따라서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 각 방에 있어서의 방사선에 대한 차폐성을 높이면서, 건물(100) 전체의 면적을 콤팩트하게 하는 것 같은 레이아웃을 채용할 수 있다.
본 발명은, 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 조사야형성장치의 구체적인 구성은, 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 또, 조사야형성장치의 조사방식은, 상술한 바와 같은 스캐닝방식에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 워블러법, 이중산란체법 등의 브로드빔방식이 채용되어도 된다.
또, 조사방향변경장치의 구체적인 구성은, 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 조사방향변경장치로서, 회전식의 장치로 바꾸어, 비회전식의 장치를 채용해도 된다.
건물(100)의 구조나, 각 구성요소의 레이아웃은, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서, 적절히 변경해도 된다.
예를 들면, 수송경로의 분기의 방법은 특별히 한정되지 않고, 1세트의 편향자석으로 입자선을 복수의 조사실로 분할하는 패턴이 채용되어도 된다. 예를 들면, 도 1에 나타내는 구성에 있어서, 편향자석(41B)으로부터, 지면(紙面) 하측으로 뻗도록 분기경로가 존재하고 있어도 된다. 이로써, 3개의 분기경로로 분기하는 것 같은 구성이 된다.
1 입자선치료장치
2 가속기
4 수송경로
5 갠트리(조사방향변경장치)
6 조사야형성장치
31A, 31B 분기경로
32 공통경로
50A, 50B 에너지변경부
57 선택부
101A, 101B 조사실

Claims (6)

  1. 입자를 가속하여 입자선을 생성하는 가속기와,
    상기 가속기로부터 뻗어 복수의 분기경로로 분기하고, 상기 입자선을 수송 가능하게 마련된 수송경로와,
    복수의 상기 분기경로의 각각에 마련되며, 상기 입자선의 에너지를 변경하는 복수의 에너지변경부를 구비하는, 입자선치료장치.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 분기경로는, 상기 에너지변경부보다 상기 입자선의 수송방향에 있어서의 하류측에 있어서 서로 동일한 구조를 갖는, 입자선치료장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각각의 상기 분기경로는, 상기 에너지변경부보다 상기 입자선의 수송방향에 있어서의 하류측에 있어서, 조사대상에 조사되는 상기 입자선의 조사야를 형성하는 조사야형성장치를 갖는, 입자선치료장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각각의 상기 분기경로는, 상기 에너지변경부보다 상기 입자선의 수송방향에 있어서의 하류측에 있어서, 조사대상에 조사하는 상기 입자선의 조사방향을 변경하는 조사방향변경장치를 갖는, 입자선치료장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    복수의 상기 분기경로의 각각에 마련되며, 상기 에너지변경부보다 상기 입자선의 수송방향에 있어서의 하류측에 있어서, 상기 입자선의 에너지를 선택하는 선택부를 더 구비하는, 입자선치료장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 분기경로는, 조사대상으로의 상기 입자선의 조사가 행해지는 복수의 조사공간으로 상기 입자선을 수송 가능하게 마련된, 입자선치료장치.
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