하전입자선 조사장치(Irradiation apparatus of charged particle ray)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2011년11월03일
(11) 등록번호 10-1079629
(24) 등록일자 2011년10월28일
(51) Int. Cl.

A61N 5/01 (2006.01) A61N 5/10 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2009-0025762
(22) 출원일자 2009년03월26일
심사청구일자 2009년03월26일
(65) 공개번호 10-2009-0103781
(43) 공개일자 2009년10월01일
(30) 우선권주장
JP-P-2008-087123 2008년03월28일 일본(JP)
(56) 선행기술조사문헌
JP2000241600 A
JP2001231873 A
JP2003320040 A
JP2003126278 A
(73) 특허권자
스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
일본국 도쿄도 시나가와쿠 오사키 2-1-1
(72) 발명자
다치카와 도시키
일본국 에히메켄 니이하마시 소비라키쵸 5-2 스미
도모쥬기가이고교 가부시키가이샤 에히메세조쇼
니이하마고죠나이
아사바 도루
일본국 에히메켄 니이하마시 소비라키쵸 5-2 스미
도모쥬기가이고교 가부시키가이샤 에히메세조쇼
니이하마고죠나이
오치 도시아키
일본국 에히메켄 니이하마시 소비라키쵸 5-2 스미
도모쥬기가이고교 가부시키가이샤 에히메세조쇼
니이하마고죠나이
(74) 대리인
특허법인맥, 홍종원, 홍재일
전체 청구항 수 : 총 8 항 심사관 : 노영철
(54) 하전입자선 조사장치
(57) 요 약
[과제] 하전입자선의 선량(線量) 분포에 있어서의 가장자리부(邊緣部)의 불균일이나 저하를 간이하게 억제할 수
있는 하전입자선 조사(照射)장치를 제공한다.
[해결수단] 하전입자선 조사장치(1)는, 하전입자선(R)을 주사(走査)하기 위한 주사 전자석(5a, 5b)과, 주사 전자
석(5a, 5b)의 동작을 제어하는 제어장치(6)를 구비하고 있다. 하전입자선 조사장치(1)에서는, 제어장치(6)가, 조
사 라인을 따라서 하전입자선(R)을 조사할 때의 주사속도를, 하전입자선(R)의 선량 분포에 있어서의 가장자리부
가 보정되도록 변경한다. 즉, 선량 분포의 가장자리부가 보정되도록 하전입자선(R)의 조사시간이 길게 또는 짧게
되게 된다. 따라서, 하전입자선(R)의 강도를 제어하지 않고 선량 분포의 가장자리부가 제어되어, 선량 분포의 가
장자리부의 불균일이나 저하가 간이하게 억제된다.
대 표 도 - 도2
등록특허 10-1079629
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특허청구의 범위
청구항 1
피(被)조사물에 설정된 조사야(照射野)에 있어서 조사 라인을 따라서 하전입자선을 주사(走査)하면서 연속조사
하는 하전입자선 조사장치로서,
상기 하전입자선을 주사하기 위한 주사 전자석과,
상기 주사 전자석의 동작을 제어하는 제어수단을 구비하며,
상기 제어수단은, 상기 조사 라인을 따라서 상기 하전입자선을 조사할 때의 주사속도를, 상기 하전입자선의 선
량 분포에 있어서의 가장자리부(邊緣部)가 보정되도록 변경하는 것을 특징으로 하는 하전입자선 조사장치.
청구항 2
청구항 1에 있어서,
상기 조사 라인은, 직사각형파 형상으로 뻗어 있으며, 소정 간격으로 병설(竝設)된 복수의 제1 조사 라인과, 인
접하는 상기 제1 조사 라인의 일단(一端)끼리 또는 타단(他端)끼리를 접속하는 복수의 제2 조사 라인을 포함하
여 구성되는 것을 특징으로 하는 하전입자선 조사장치.
청구항 3
청구항 2에 있어서,
상기 제어수단은, 복수의 상기 제1 조사 라인 중 외측의 제1 조사 라인을 따라서 상기 하전입자선을 조사할 때
의 주사속도를, 그 이외의 제1 조사 라인을 따라서 상기 하전입자선을 조사할 때의 주사속도보다도 느리게 하는
것을 특징으로 하는 하전입자선 조사장치.
청구항 4
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 제어수단은, 상기 제1 조사 라인의 단부(端部)에 상기 하전입자선을 조사할 때의 주사속도를, 상기 제1 조
사 라인의 상기 단부 이외에 상기 하전입자선을 조사할 때의 주사속도보다도 느리게 하는, 또는 소정 시간 동안
0으로 하는 것을 특징으로 하는 하전입자선 조사장치.
청구항 5
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 제어수단은, 상기 제2 조사 라인을 따라서 상기 하전입자선을 주사할 때의 주사속도를, 상기 제1 조사 라
인을 따라서 상기 하전입자선을 주사할 때의 주사속도보다도 빠르게 하는 것을 특징으로 하는 하전입자선 조사
장치.
청구항 6
청구항 1에 있어서,
상기 제어수단은, 상기 선량 분포에 있어서의 가장자리부의 조사 라인을 따라서 상기 하전입자선을 조사할 때의
주사속도를, 그 이외의 조사 라인을 따라서 상기 하전입자선을 조사할 때의 주사속도보다도 느리게 하는 것을
특징으로 하는 하전입자선 조사장치.
청구항 7
청구항 6에 있어서,
상기 조사 라인은, 상기 조사야의 바깥 가장자리를 따라서 뻗어 있는 제3 조사 라인과, 상기 제3 조사 라인의
내측의 제4 조사 라인을 포함하여 구성되며,
상기 제어수단은, 상기 제3 조사 라인을 따라서 상기 하전입자선을 주사할 때의 주사속도를, 상기 제4 조사 라
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인을 따라서 상기 하전입자선을 주사할 때의 주사속도보다도 느리게 하는 것을 특징으로 하는 하전입자선 조사
장치.
청구항 8
청구항 7에 있어서,
상기 제4 조사 라인은, 직사각형파 형상으로 뻗어 있으며, 소정 간격으로 병설된 복수의 제5 조사 라인과, 인접
하는 상기 제5 조사 라인의 일단끼리 또는 타단끼리를 접속하는 복수의 제6 조사 라인을 포함하여 구성되는 것
을 특징으로 하는 하전입자선 조사장치.
명 세 서
발명의 상세한 설명
기 술 분 야
본 발명은, 스캐닝법에 의한 하전입자선 조사(照射)장치에 관한 것이다. [0001]
배 경 기 술
종래, 하전입자선 조사장치로서, 예컨대 특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 스캐닝법에 의한 것이 알려져 있다.[0002]
이와 같은 하전입자선 조사장치는, 하전입자선을 주사(走査)하기 위한 주사 전자석과, 주사 전자석의 동작을 제
어하는 제어수단을 구비하고 있으며, 피(被)조사물에 설정된 조사야(照射野)에 있어서 조사 라인을 따라서 하전
입자선을 주사하면서 연속조사한다.
[특허문헌 1] 일본국 특허공개 제2002-022900호 공보 [0003]
발명의 내용
해결 하고자하는 과제
그러나, 상술한 바와 같은 하전입자선 조사장치에서는, 조사된 하전입자선의 선량(線量) 분포(이하, 단순히 「[0004]
선량 분포」라 함)의 가장자리부(邊緣部)에 있어서, 불균일이나 저하가 생겨 버릴 우려가 있다. 여기서, 하전입
자선의 강도를 제어함으로써, 선량 분포의 가장자리부의 불균일이나 저하를 억제하는 것이 생각된다. 그러나,
이 경우, 스캐닝법으로는, 하전입자선의 강도를 고속으로 제어하는 것이 필요하게 되고, 또한 그 제어도 복잡하
게 되기 때문에, 현실적이지 않다.
그래서, 본 발명은, 하전입자선의 선량 분포에 있어서의 가장자리부의 불균일이나 저하를 간이하게 억제할 수[0005]
있는 하전입자선 조사장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
과제 해결수단
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 관한 하전입자선 조사장치는, 피조사물에 설정된 조사야에 있어서 조[0006]
사 라인을 따라서 하전입자선을 주사하면서 연속조사하는 하전입자선 조사장치로서, 하전입자선을 주사하기 위
한 주사 전자석과, 주사 전자석의 동작을 제어하는 제어수단을 구비하며, 제어수단은, 조사 라인을 따라서 하전
입자선을 조사할 때의 주사속도를, 하전입자선의 선량 분포에 있어서의 가장자리부가 보정되도록 변경하는 것을
특징으로 한다.
이 하전입자선 조사장치에서는, 조사 라인을 따라서 하전입자선을 조사할 때의 주사속도를, 하전입자선의 선량[0007]
분포에 있어서의 가장자리부가 보정되도록 변경한다. 즉, 선량 분포의 가장자리부가 보정되도록 하전입자선의
조사시간이 길게 또는 짧게 되게 된다. 따라서, 하전입자선의 강도를 제어하지 않고 가장자리부의 선량 분포를
제어할 수 있으며, 따라서, 선량 분포에 있어서의 가장자리부의 불균일이나 저하를 간이하게 억제하는 것이 가
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능하게 된다.
또한, 조사 라인은, 구체적으로는, 직사각형파 형상으로 뻗어 있으며, 소정 간격으로 병설(竝設)된 복수의 제1[0008]
조사 라인과, 인접하는 제1 조사 라인의 일단(一端)끼리 또는 타단(他端)끼리를 접속하는 복수의 제2 조사 라인
을 포함하여 구성되는 경우가 있다. 다만, 여기서의 「직사각형파 형상」이란, 완전한 직사각형파 형상뿐만 아
니라, 대략 직사각형파 형상도 포함하는 것을 의미한다.
이때, 제어수단은, 복수의 제1 조사 라인 중 외측의 제1 조사 라인을 따라서 하전입자선을 조사할 때의 주사속[0009]
도를, 그 이외의 제1 조사 라인을 따라서 하전입자선을 조사할 때의 주사속도보다도 느리게 하는 것이 바람직하
다. 여기서, 통상, 하전입자선의 선량이 가우스 분포를 나타내므로, 선량 분포가 바깥 가장자리측에서 끝자락이
퍼지기 쉽게 되기 때문에, 선량 분포의 급준(急峻)함이 저하되는 경우가 있다. 이 점, 본 발명에서는, 상기한
바와 같이, 복수의 제1 조사 라인 중 외측의 제1 조사 라인을 따라서 하전입자선을 조사할 때의 주사속도를, 그
이외의 제1 조사 라인을 따라서 하전입자선을 조사할 때의 주사속도보다도 느리게 하고 있다. 그 때문에, 외측
의 제1 조사 라인을 따라서는, 하전입자선이 충분히 조사되게 된다. 따라서, 제1 조사 라인이 나열하는 방향에
있어서의 가장자리부의 선량 분포가 저하되는 것을 간이하게 억제할 수 있다.
또한, 제어수단은, 제1 조사 라인의 단부(端部)에 하전입자선을 조사할 때의 주사속도를, 제1 조사 라인의 단부[0010]
이외에 하전입자선을 조사할 때의 주사속도보다도 느리게 하는, 또는 소정 시간 동안 0으로 하는 것이 바람직하
다. 이 경우, 제1 조사 라인의 단부에 하전입자선이 충분히 조사되게 된다. 따라서, 제1 조사 라인을 따르는 방
향에 있어서의 가장자리부의 선량 분포가 저하되는 것을 간이하게 억제할 수 있다.
또한, 제어수단은, 제2 조사 라인을 따라서 하전입자선을 주사할 때의 주사속도를, 제1 조사 라인을 따라서 하[0011]
전입자선을 주사할 때의 주사속도보다도 빠르게 하는 것이 바람직하다. 조사 라인이 직사각형파 형상을 보이고
있으면, 조사야의 제1 조사 라인의 단부측에는, 제2 조사 라인이 존재하는 영역과 존재하지 않는 영역이 혼재한
다. 그 때문에, 조사야의 제1 조사 라인의 단부측에 있어서는, 조사된 하전입자선의 선량이 많은 영역과 적은
영역의 불균일이 생기기 쉽다(예컨대, 도 7(a) 참조). 이 점, 본 발명에서는, 상기한 바와 같이, 제2 조사 라인
을 따른 주사속도를, 제1 조사 라인을 따른 주사속도보다도 빠르게 하고 있다. 그 때문에, 제2 조사 라인을 따
라서 조사된 하전입자선의 선량이 억제되게 된다. 따라서, 조사야의 제1 조사 라인의 단부측에 있어서, 하전입
자선의 선량이 많은 영역과 적은 영역의 불균일이 생기는 것을 간이하게 억제할 수 있다(예컨대, 도 7(b) 참
조).
또한, 제어수단은, 선량 분포에 있어서의 가장자리부의 조사 라인을 따라서 하전입자선을 조사할 때의 주사속도[0012]
를, 그 이외의 조사 라인을 따라서 하전입자선을 조사할 때의 주사속도보다도 느리게 하는 것이 바람직하다. 이
경우, 가장자리부의 선량 분포가 저하되는 것을 간이하게 억제할 수 있다.
또한, 조사 라인은, 조사야의 바깥 가장자리를 따라서 뻗어 있는 제3 조사 라인과, 제3 조사 라인의 내측의 제4[0013]
조사 라인을 포함하여 구성되며, 제어수단은, 제3 조사 라인을 따라서 하전입자선을 주사할 때의 주사속도를,
제4 조사 라인을 따라서 하전입자선을 주사할 때의 주사속도보다도 느리게 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 제3
조사 라인을 따라서 하전입자선이 충분히 조사되게 되기 때문에, 가장자리부의 선량 분포가 저하되는 것을 간이
하게 억제하는 것이 가능하게 된다.
이때, 제4 조사 라인은, 직사각형파 형상으로 뻗어 있으며, 소정 간격으로 병설된 복수의 제5 조사 라인과, 인[0014]
접하는 제5 조사 라인의 일단끼리 또는 타단끼리를 접속하는 복수의 제6 조사 라인을 포함하여 구성되는 경우가
있다.
효 과
본 발명에 따르면, 하전입자선의 선량 분포에 있어서의 가장자리부의 불균일이나 저하를 간이하게 억제하는 것[0015]
이 가능하게 된다.
발명의 실시를 위한 구체적인 내용
이하, 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에 있어[0016]
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서 동일 또는 상당요소에는 동일부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
먼저, 본 발명의 제1 실시예에 관한 하전입자선 조사장치에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에[0017]
관한 하전입자선 조사장치의 사시도이며, 도 2는 도 1의 하전입자선 조사장치의 개략 구성도이다. 도 1에 나타
내는 바와 같이, 하전입자선 조사장치(1)는, 스캐닝법에 의한 것이며, 치료대(11)를 둘러싸도록 설치된 회전 갠
트리(12)에 장착되어, 이 회전 갠트리(12)에 의하여 치료대(11)의 둘레로 회전 가능하게 되어 있다.
이 하전입자선 조사장치(1)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 환자(13)의 체내의 종양(피조사물)(14)으로 향하여[0018]
하전입자선(R)을 연속조사한다. 구체적으로는, 하전입자선 조사장치(1)는, 종양(14)을 깊이방향(Z 방향)으로 복
수 층으로 나누어, 각 층에 설정된 조사야(F)에 있어서 조사 라인(L)을 따라서 하전입자선(R)을 주사속도(V)로
주사하면서 연속조사(소위, 라인 스캐닝)한다. 즉, 하전입자선 조사장치(1)는, 종양(14)에 맞춘 3차원의 조사야
를 형성하기 때문에, 종양(14)을 복수의 층으로 분할하여 이들 각 층의 각각에 대하여 평면 스캐닝을 행한다.
이에 의하여, 종양(14)의 3차원 형상에 맞추어 하전입자선(R)이 조사되게 된다.
하전입자선(R)은, 전하를 가진 입자를 고속으로 가속한 것이며, 하전입자선(R)으로서는, 예컨대 양자선, 중입자[0019]
(중이온)선, 전자선 등을 들 수 있다. 조사야(F)는, 예컨대 최대 200㎜×200㎜의 영역이 되며, 도 4에 나타내는
바와 같이, 여기서의 조사야(F)는, 그 외형이 대략 직사각 형상으로 되어 있다. 여기서, 조사야(F)의 형상은,
다양한 형상으로 하여도 좋으며, 예컨대 종양(14)의 형상에 따른 형상으로 하여도 물론 좋다.
조사 라인(L)은, 하전입자선(R)을 조사하는 예정선(가상선)이다. 여기서의 조사 라인(L)은, 직사각형파 형상으[0020]
로 뻗어 있으며, 구체적으로는, 소정 간격으로 병설된 복수의 제1 조사 라인(L1(L11∼L1n, n은 정수))과, 인접하
는 제1 조사 라인(L1)의 일단끼리 또는 타단끼리를 접속하는 복수의 제2 조사 라인(L2)을 포함하여 구성되어 있
다.
도 2로 되돌아가서, 하전입자선 조사장치(1)는, 사이클로트론(2), 수속(收束)용 전자석(3a, 3b), 모니터(4a,[0021]
4b), 주사 전자석(5a, 5b) 및 파인 디그레이더(8)를 구비하고 있다. 사이클로트론(2)은, 하전입자선(R)을 연속
적으로 발생시키는 발생원이다. 이 사이클로트론(2)에서 발생한 하전입자선(R)은, 빔 수송계(7)에 의하여 후단
(後段)의 수속용 전자석(3a)으로 수송된다.
수속용 전자석(3a, 3b)은, 하전입자선(R)을 좁혀서 수속시키는 것이다. 수속용 전자석(3a, 3b)은, 하전입자선[0022]
(R)의 조사축(이하, 단순히 「조사축」이라 함)에 있어서 사이클로트론(2)의 하류측에 배치되어 있다.
모니터(4a)는, 하전입자선(R)의 빔 위치를 감시하며, 모니터(4b)는, 하전입자선(R)의 선량의 절대값과 하전입자[0023]
선(R)의 선량 분포를 감시한다. 모니터(4a)는, 예컨대 조사축에 있어서 수속용 전자석(3a, 3b) 사이에
배치되며, 모니터(4b)는, 예컨대 조사축에 있어서 수속용 전자석(3b)의 하류측에 배치되어 있다.
주사 전자석(5a, 5b)은, 하전입자선(R)을 주사하기 위한 것이다. 구체적으로는, 인가(印加)되는 전류에 따라서[0024]
자장(磁場)을 변화시킴으로써, 통과하는 하전입자선(R)의 조사 위치를 조사야에 있어서 이동시킨다. 주사 전자
석(5a)은, 조사야(F)의 X 방향(조사축에 직교하는 방향)으로 하전입자선(R)을 주사하며, 주사 전자석(5b)은, 조
사야(F)의 Y 방향(조사축 및 X 방향에 직교하는 방향)으로 하전입자선(R)을 주사한다. 이들 주사 전자석(5a,
5b)은, 조사축에 있어서 수속용 전자석(3b) 및 모니터(4b) 사이에 배치되어 있다. 여기서, 주사 전자석(5a)이 Y
방향으로 하전입자선(R)을 주사하고, 주사 전자석(5b)이 X 방향으로 하전입자선(R)을 주사하는 경우도 있다.
파인 디그레이더(8)는, 깊이방향으로 복수 층으로 분할된 종양(14)의 각 층에 하전입자선(R)을 조사하기 위한[0025]
것이다. 구체적으로는, 이 파인 디그레이더(8)는, 통과하는 하전입자선(R)의 에너지 손실을 변화시켜, 환자(1
3)의 체내에 있어서의 하전입자선(R)의 도달 깊이를 조정함으로써, 분할된 각 층 중 하나의 층에 하전입자선
(R)의 도달 깊이를 맞춘다.
또한, 하전입자선 조사장치(1)는, 제어장치(제어수단)(6)를 구비하고 있다. 이 제어장치(6)는, 모니터(4b) 및[0026]
주사 전자석(5a, 5b)에 전기(電氣)적으로 접속되어 있으며, 모니터(4b)로 감시한 하전입자선(R)의 선량의 절대
값과 선량 분포에 근거하여, 주사 전자석(5a, 5b)의 동작을 제어한다(자세히는, 후술).
다음으로, 설명한 하전입자선 조사장치(1)의 동작에 대하여 도 3에 나타내는 플로차트를 참조하면서 설명한다. [0027]
하전입자선 조사장치(1)에서는, 종양(14)을 깊이방향으로 복수 층으로 분할하여, 그 하나의 층에 설정된 조사야[0028]
(F)로 향하여 하전입자선(R)을 조사한다. 그리고, 이를 각 층에 반복하여 실시함으로써, 종양(14)의 3차원 형상
을 따라서 하전입자선(R)이 조사되게 된다.
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여기서, 하전입자선(R)을 조사할 때에는, 제어장치(6)에서 주사 전자석(5a, 5b)을 제어함으로써, 조사야(F)의[0029]
조사 라인(L)을 따라서 하전입자선(R)을 평행하게 주사함과 함께, 그 주사속도를, 선량 분포에 있어서의 가장자
리부(여기서는, 바깥 가장자리부)가 보정되도록 변경한다. 구체적으로는, 제어장치(6)에 의하여 주사 전자석
(5a, 5b)을 제어하여, 이하의 동작을 실행한다.
즉, 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 먼저, 외측의 제1 조사 라인(L11)의 일단(조사 라인(L)의 기단(基端))에 조[0030]
사점을 맞추어 하전입자선(R)을 조사하면서, 소정 시간(t1) 동안만 주사를 정지(주사속도 0으로)한다(S1). 소정
시간(t1)은, 수학식 1에 나타내는 바와 같이, 하전입자선(R)의 반값 폭(D)과 후술의 주사속도(V11)에 관한 시간
으로 되어 있다.
수학식 1
t1＝α1×D/V11 (다만, 0＜α1＜1)[0031]
이어서, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 제1 조사 라인(L11)을 따라서, 하전입자선(R)을 주사속도(V11)로 주사하[0032]
면서 연속조사한다(S2). 그리고, 도 4(c)에 나타내는 바와 같이, 하전입자선(R)의 조사점이 제1 조사 라인(L11)
의 타단에 도달하였을 때, 하전입자선(R)의 주사를 소정 시간(t1) 동안만 정지한다(S3).
이어서, 도 4(d)에 나타내는 바와 같이, 제2 조사 라인(L2)을 따라서, 하전입자선(R)을 주사속도(V2)로 주사하면[0033]
서 연속조사한다(S4). 이 주사속도(V2)는, 후술의 주사속도(V12)보다도 빠르게 설정되어 있다. 그리고, 도 4(c)
에 나타내는 바와 같이, 하전입자선(R)의 조사점이 제1 조사 라인(L12)의 타단에 도달하였을 때, 하전입자선(R)
의 주사를 소정 시간(t2) 동안만 정지한다(S5). 소정 시간(t2)은, 수학식 2에 나타내는 바와 같이, 하전입자선
(R)의 반값 폭(D)과 후술의 주사속도(V12)에 관한 시간으로 되어 있다.
수학식 2
t2＝α2×D/V12 (다만, 0＜α2＜1)[0034]
이어서, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 제1 조사 라인(L12)을 따라서, 하전입자선(R)을 주사속도(V12)로 주사하[0035]
면서 연속조사한다(S6). 이 주사속도(V12)는, 주사속도(V11)보다도 빠르게 설정되어 있다. 바꿔 말하면, 제1 조
사 라인(L11)을 따른 주사속도(V11)가, 제1 조사 라인(L12)을 따른 주사속도(V12)보다도 느리게 되어 있다.
이어서, 하전입자선(R)의 조사점이 제1 조사 라인(L12)의 일단에 도달하였을 때, 하전입자선(R)의 주사를 소정[0036]
시간(t2) 동안만 정지한다(S7). 그리고, 제2 조사 라인(L2)을 따라서, 하전입자선(R)을 주사속도(V2)로 주사하면
서 연속조사한다(S8).
이어서, S5 내지 S8을 소정 횟수 반복한 후, 제1 조사 라인(L11)에 대하여 반대측의 제1 조사 라인(L1n)의 일단[0037]
에 하전입자선(R)의 조사점이 도달하였을 때, 하전입자선(R)의 주사를 소정 시간(tn) 동안만 정지한다(S9). 소
정 시간(tn)은, 수학식 3에 나타내는 바와 같이, 하전입자선(R)의 반값 폭(D)과 후술의 주사속도(V1n)에 관한 시
간으로 되어 있다.
수학식 3
tn＝αn×D/V1n (다만, 0＜αn＜1) [0038]
그리고, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 이 제1 조사 라인(L1n)을 따라서, 주사속도(V12)보다도 느린 주사속도[0039]
(V1n)로 하전입자선(R)을 주사하면서 연속조사한다(S10). 마지막으로, 도 5(c)에 나타내는 바와 같이, 하전입자
선(R)의 조사점이 제1 조사 라인(L1n)의 타단(조사 라인의 종단(終端))에 도달하였을 때, 하전입자선(R)의 주사
를 소정 시간(tn) 동안만 정지한다(S11). 이에 의하여, 조사야(F)의 조사 라인(L)을 따른 하전입자선(R)의 조사
가 완료되게 된다.
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도 6(a)는, 종래의 하전입자선 조사장치에서의 선량 분포를 나타내는 도면, 도 6(b)는, 도 1의 하전입자선 조사[0040]
장치에서의 선량 분포를 나타내는 도면, 도 6(c)는, 도 6(a), (b)의 비교 도면이다. 도면 중에 있어서, 선량 분
포(B0, B1)는, 하전입자선(R)의 선량 분포(총 선량 분포)를 나타내며, 선량 분포(B0L, B1L)는, 각 조사 라인
(L)을 따른 선량 분포만을 나타내고 있다.
하전입자선(R)의 선량(강도)이 가우스 분포를 나타내므로, 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 종래의 하전입자선[0041]
조사장치에서는, 선량 분포(B0)가 가장자리부에서 저하(선량 분포(B0)의 급준함이 저하)되고 있다. 즉, 선량 분
포(B0)의 내측에서는, 인접하는 조사 라인(L)을 따라서 조사된 하전입자선(R)의 영향(겹쳐짐)으로 균일성을 유
지할 수 있지만, 가장자리부(윤곽)에서는, 완만하게 경사져서 끝자락 퍼짐이 되어 버린다.
이에 대하여, 본 실시예의 하전입자선 조사장치(1)에서는, 상술한 바와 같이, 제어장치(6)가, 제1 조사 라인[0042]
(L1) 중 외측의 제1 조사 라인(L11, L1n)을 따라서 하전입자선(R)을 조사할 때의 주사속도(V11, V1n)를, 그 이외의
제1 조사 라인을 따라서 하전입자선(R)을 조사할 때의 주사속도(V12)보다도 느리게 하고 있다. 그 때문에, 제1
조사 라인(L11, L1n)을 따른 하전입자선(R)의 조사시간이 길어져, 제1 조사 라인(L11, L1n)을 따라서 하전입자선
(R)이 충분히 조사되게 된다. 따라서, 도 6(b), (c)에 나타내는 바와 같이, 하전입자선 조사장치(1)에 의한 선
량 분포(B1)에 있어서는, 제1 조사 라인(L1)이 나열하는 방향(도 4의 좌우방향)의 가장자리부에서 선량 분포
(B1)가 급준하게 일어서도록 되어, 이와 같은 가장자리부에서의 저하를 억제하는 것이 가능하게 된다.
또한, 하전입자선 조사장치(1)에서는, 상술한 바와 같이, 제어장치(6)가, 제1 조사 라인(L1)의 단부(일단 및 타[0043]
단의 위치)에 하전입자선(R)을 조사할 때, 하전입자선(R)의 주사를 소정 시간(t1) 동안만 정지시키고 있다. 그
때문에, 제1 조사 라인(L1)의 단부에서는, 하전입자선(R)의 조사시간이 길어져서 충분히 조사된다. 따라서, 선
량 분포(B1)에 있어서는, 제1 조사 라인(L1)을 따르는 방향(도 4의 상하방향)의 가장자리부에서 선량 분포(B1)
가 급준하게 일어서도록 되어, 이와 같은 가장자리부에서의 저하를 억제하는 것이 가능하게 된다.
여기서, 조사 라인(L)이 직사각형파 형상으로 뻗어 있으면, 도 5(c)에 나타내는 바와 같이, 조사야(F)의 제1 조[0044]
사 라인(L1)의 단부측에는, 제2 조사 라인(L2)이 존재하는 영역(20)과 존재하지 않는 영역(21)이 혼재한다. 그
때문에, 종래의 하전입자선 조사장치에서는, 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 조사야(F)의 제1 조사 라인(L1)의
단부측에 있어서, 조사된 하전입자선(R)의 선량이 많은 영역과 적은 영역의 불균일이 생기기 쉽다(얼룩 형상이
되기 쉬움).
이 점, 하전입자선 조사장치(1)에 따르면, 상술한 바와 같이, 제어장치(6)가, 제2 조사 라인(L2)을 따라서 하전[0045]
입자선(R)을 주사할 때의 주사속도(V2)를, 제1 조사 라인(L1)을 따라서 하전입자선을 주사할 때의 주사속도(V11,
V12, V1n)보다도 빠르게 하고 있다. 그 때문에, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 제2 조사 라인(L2)을 따라서 조사
되는 하전입자선(R)의 선량을 억제할 수 있어, 조사야(F)의 제1 조사 라인(L1)의 단부측에 불균일이 생기는 것
을 억제할 수 있다.
이상, 본 제1 실시예의 하전입자선 조사장치(1)에 따르면, 제어장치(6)가, 조사 라인(L)을 따라서 하전입자선을[0046]
조사할 때의 주사속도(V)를, 하전입자선(R)의 선량 분포에 있어서의 가장자리부가 보정되도록 변경한다.
따라서, 하전입자선(R)의 강도를 제어하지 않고 선량 분포(B1)의 가장자리부를 제어할 수 있어, 선량 분포(B1)
의 가장자리부의 불균일이나 저하를 간이하게 억제하는 것이 가능하게 된다.
여기서, 하전입자선 조사장치(1)에서는, 상술한 바와 같이, 하전입자선(R)을 연속적으로 발생시키는 사이클로트[0047]
론(2)을 채용하고 있다. 이는, 하전입자선(R)을 단속(펄스)적으로 발생시키는 싱크로트론을 채용한 경우에 비하
여, 조사 라인(L)을 따라서 하전입자선(R)을 연속조사하는 점에서 유효하다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 관한 하전입자선 조사장치에 대하여 설명한다. 다만, 본 실시예의 설명에서[0048]
는, 상기한 제1 실시예의 하전입자선 조사장치(1)와 다른 점에 대하여 주로 설명한다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 조사 라인(L10)은, 조사야(F)의 바깥 가장자리를 따라서 뻗어 있는 제3 조사 라인[0049]
(L3)과, 이 제3 조사 라인(L3)의 내측에 위치하는 제4 조사 라인(L4)을 포함하여 구성되어 있다. 또한, 제4 조사
라인(L4)은, 상기한 조사 라인(L1)과 마찬가지의 제5 조사 라인(L5), 및 상기한 조사 라인(L2)과 마찬가지의 제6
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조사 라인(L6)을 포함하고 있다. 제어장치(6)는, 주사 전자석(5a, 5b)을 제어하여, 이하의 동작을 실행한다.
즉, 먼저, 도 9(a)에 나타내는 바와 같이, 제3 조사 라인(L3)을 따라서 하전입자선(R)을 주사속도(V3)로 주사하[0050]
면서 연속조사한다(도 8의 S21). 이 주사속도(V3)는, 후술의 주사속도(V4)보다도 느리게 설정되어 있다.
이어서, 도 9(b)에 나타내는 바와 같이, 제4 조사 라인(L4)을 따라서 하전입자선(R)을 주사속도(V4)로 주사하면[0051]
서 연속조사한다(S22). 구체적으로는, 하전입자선(R)을, 상기한 주사속도(V12)와 마찬가지의 주사속도(V41)로 조
사 라인(L5)을 따라서 주사하면서 조사하며, 상기한 주사속도(V2)와 마찬가지의 주사속도(V42)로 조사 라인(L6)을
따라서 주사하면서 조사한다. 그리고, 이 S22를 소정 횟수 반복함으로써, 도 9(c)에 나타내는 바와 같이, 조사
야(F)에 있어서의 조사 라인(L10)을 따른 하전입자선(R)의 조사가 완료된다.
이상, 본 실시예의 하전입자선 조사장치에서는, 제어장치(6)가, 제3 조사 라인(L3)을 따라서 하전입자선(R)을[0052]
조사할 때의 주사속도(V3)를, 이 제3 조사 라인(L3)의 내측의 조사 라인인 제4 조사 라인(L4)을 따라서 하전입자
선(R)을 조사할 때의 주사속도(V4(V41 및 V42))보다도 느리게 하고 있다. 즉, 제어장치(6)는, 선량 분포(B1)에 있
어서의 가장자리부의 조사 라인을 따라서 하전입자선(R)을 조사할 때의 주사속도를, 그 이외의 조사 라인을 따
라서 하전입자선(R)을 조사할 때의 주사속도보다도 느리게 하고 있다. 따라서, 제3 조사 라인(L3)을 따른 하전
입자선(R)의 조사시간이 길어져, 제3 조사 라인(L3)을 따라서 하전입자선(R)이 충분히 조사되게 된다. 그 결과,
선량 분포(B1)의 가장자리부가 저하되는 것을 간이하게 억제하는 것이 가능하게 된다.
이상, 본 발명의 적절한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다. [0053]
예컨대, 도 10(a)에 나타내는 바와 같이, 조사야(F)에 있어서 삼각파 형상으로 뻗어 있는 조사 라인(L20)을 따[0054]
라서 하전입자선(R)을 주사하면서 연속조사(소위, 래스터 스캐닝)하여도 좋다. 즉, 본 발명은, 모든 형상의 조
사 라인에 적응하는 것이 가능하다. 또한, 도 10(b)에 나타내는 바와 같이, 조사야(F)의 일부(여기서는 중앙
부)를 피하도록 조사 라인(L30)을 설정하여, 조사야(F)의 일부를 피하도록 하전입자(R)를 조사하여도 좋다. 여
기서, 이 경우의 선량 분포의 가장자리부는, 바깥 가장자리부 및 안쪽 가장자리부가 된다.
또한, 상기 실시예에서는, 제1 조사 라인(L1)의 일단 및 타단의 위치에 하전입자선(R)을 조사할 때, 그 주사를[0055]
소정 시간 동안 정지하였지만, 주사를 정지하지 않고 주사속도를 느리게 하여도 좋다. 즉, 제1 조사 라인(L11)의
일단 및 타단에서는, 주사속도(V11)보다도 느리게 하여도 좋고, 제1 조사 라인(L12)의 일단 및 타단에서는 주사속
도(V12)보다도 느리게 하여도 좋으며, 제1 조사 라인(L1n)의 일단 및 타단에서는 주사속도(V1n)보다도 느리게 하
여도 좋다.
또한, 모니터(4a, 4b)가 배치되는 위치는, 상기 실시예에 있어서의 위치에 한정되지 않으며, 적절한 위치에 배[0056]
치하여도 물론 좋다.
도면의 간단한 설명
도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 관한 하전입자선 조사장치의 사시도이다. [0057]
도 2는, 도 1의 하전입자선 조사장치의 개략 구성도이다. [0058]
도 3은, 도 1의 하전입자선 조사장치의 동작을 나타내는 플로차트이다. [0059]
도 4는, 도 1의 하전입자선 조사장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다. [0060]
도 5는, 도 4의 후속 도면이다. [0061]
도 6은, 도 5(c)의 Ⅵ-Ⅵ선을 따르는 단면에서의 선량 분포를 나타내는 선 도면이다. [0062]
도 7은, 도 5(c)의 ⅥI-ⅥI선을 따르는 단면에서의 선량 분포를 나타내는 선 도면이다. [0063]
도 8은, 본 발명의 제2 실시예에 관한 하전입자선 조사장치의 동작을 나타내는 플로차트이다. [0064]
도 9는, 도 7의 하전입자선 조사장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다. [0065]
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도 10은, 조사 라인의 다른 예를 나타내는 도면이다. [0066]
*부호의 설명*[0067]
1 : 하전입자선 조사장치[0068]
5a, 5b : 주사 전자석[0069]
6 : 제어장치(제어수단)[0070]
14 : 종양(피조사물)[0071]
F : 조사야[0072]
L, L10, L20, L30 : 조사 라인[0073]
L1, L11∼L1n : 제1 조사 라인[0074]
L2 : 제2 조사 라인[0075]
L3 : 제3 조사 라인[0076]
L4 : 제4 조사 라인[0077]
L5 : 제5 조사 라인[0078]
L6 : 제6 조사 라인[0079]
R : 하전입자선[0080]
도면
도면1
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도면2
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도면3
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도면4
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도면5
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도면6
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도면7
도면8
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도면9
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도면10
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