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입자 비임 생성을 위한 장치와 방법{DEVICE AND METHOD FOR PARTICLE BEAM PRODUCTION}
본 발명은, 하전 입자 방사선 요법(예를 들어, 양성자, 탄소 이온)에 사용하기 위한 펄스 비임 가속기의 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 가속기로부터 추출된 비임 펄스 내의 입자의 양의 제어에 관한 것이다.
하전 입자를 하전 입자 방사선 요법에 사용하기 위한 에너지(예를 들어, 양성자 요법을 위해 250 MeV까지)로 가속하기 위해, 다수의 유형의 가속기가 개발 또는 제안되어 왔다. 이들 가속기의 특정 디자인에 따라서, 일부 가속기는 연속 입자 비임(예를 들어, 등속 사이클로트론)을 생성하는 반면 다른 유형의 가속기는 펄스형 시간 구조를 갖는 입자 비임을 생성한다(예를 들어, 싱크로사이클로트론, 고정 필드 교번 구배 가속기, 선형 가속기). 이들 가속기가 공통적으로 구비하는 일부 기본 구성요소는 가속 대상 이온화 입자를 생성하기 위한 이온 소스와, 이온화된 입자를 가속하기 위한 목적의 라디오 주파수(RF) 가속기 시스템이다. 하전 입자 방사선 요법에 사용되는 제 1 유형의 가속기 중 하나는 싱크로사이클로트론이다. 싱크로사이클로트론의 개발은 양성자 요법의 개발과 밀접하게 연계되어 있다. 하버드 대학 캠퍼스(미국, 메사츄세츠)에서, 물리학 연구의 용도로 1948년에 구성된 싱크로사이클로트론은 양성자 요법의 용도를 위해 갱신되었으며, 1961년에 최초로 환자들이 160 MeV 양성자 비임 싱크로사이클로트론을 사용하여 치료되었다. 유사하게, 오세이(Orsay)(프랑스)에서, 1954년으로부터 싱크로사이클로트론은 입자 연구 용도로부터 양성자 요법 연구 용도로 변화되었다. 오세이에서의 최초 환자 치료는 1991년에 시작되었다. 더욱 최근에, 환자 둘레에서의 회전을 가능하게 하기 위한 갠트리 구조체 상에 장착된 소형 초전도 싱크로사이클로트론의 개발이 K. Gall에 의해 소개되었다(US2008/0093567). 하전 입자 방사선 요법 분야에서, 싱크로사이클로트론 이외에, 다른 유형의 사이클로트론, 즉, 등속 사이클로트론이 현재 마찬가지로 사용되고 있다. 양쪽 가속기를 위한 RF 가속기 시스템은 서로 다르며, 등속 사이클로트론은 일정한 RF 주파수를 사용하는 반면, 싱크로사이클로트론은 변조된 RF 주파수(통상적으로, 200 내지 1000 Hz의 주파수로 변조됨)를 사용한다. 사실, 싱크로사이클로트론에서, 하전 입자는 이온 소스로부터 추출되고 새로운 가속 사이클이 반복되기 이전에 그 최종 에너지까지 불연속 번치(bunch)로 가속된다. 이러한 전체 가속 사이클의 주파수, 즉, 비임 펄스가 생성되고 가속기로부터 추출되는 주파수는 RF의 변조 주파수(즉, RF 반복율)에 대응한다. 결과적으로, 싱크로사이클로트론으로부터 추출된 비임은 변조 주파수에서 맥동하는 반면, 등속 사이클로트론으로부터 추출된 비임은 연속적이다. 싱크로사이클로트론으로부터 추출된 비임은 예를 들어, 0.5 마이크로초의 기간을 갖는 비임 펄스로 전달되며, 비임 펄스는 통상적으로 매 2 밀리초마다 반복된다 (= 1/RF 변조 주파수). 통상적 비임 펄스 기간은 변할 수 있으며, 통상적으로 50 ms보다 낮다. 싱크로사이클로트론 비임의 특정 시간 구조에 대한 적응을 위해, 싱크로사이클로트론을 구비한 모든 현재의 양성자 요법 설비는 하전 입자 방사선 요법을 전달하기 위한 소위 이중 산란 기술의 사용에 한정되어 있다. 소위 스캐닝 기술 같은 하전 입자 방사선 요법을 전달하기 위한 더욱 진보된 기술은 추출된 비임의 특정 시간 구조로부터 초래되는 문제점에 기인하여 싱크로사이클로트론과 조합하여 사용되지 않는다. 진보된 스캐닝 비임 전달 기술을 위하여, 추출된 비임 강도에 대한 신속하고(마이크로초 레벨) 및 정확한(통상적으로 1%) 제어를 갖는 것이 중요하다. 펄스형 비임이 입자 요법의 용도에 대한 주요한 단점이라는 사실은 진보된 스캐닝 비임 전달 기술의 예와 함께 예시될 수 있다. 진보된 스캐닝 비임 전달 기술의 일 예는 소위 스팟 스캐닝 기술이며, 이는 Pedroni 등에 의해 Med. Phys., 1995, 22(1), 37-53에 설명되어 있다. 이 기술에서, 타깃 체적은 일련의 복셀(voxel)(요소 타깃 체적)로 분할되고, 각 복셀이 그후 "스팟" 조사를 수행함으로써 조사되게 된다. 두 개의 스팟 조사 사이에서, 비임이 중단된다. 스팟 스캐닝 시스템에서, 각 복셀에 전달되는 투여량은 일반적으로 동일하지 않으며, 따라서, 각 스팟 조사 동안 전달되는 입자 수가 스팟 간에 서로 다를 수 있다. 각 복셀에 대하여, 처리 계획 시스템에 의해 지정된 요구 투여량은 높은 정확도로 전달될 필요가 있다. 각 비임 스팟을 위해 요구되는 통상적 투여량 전달 정확도는 1%이다. 펄스형 가속기의 문제점 중 하나는 스팟 스캐닝 기술과 조합하여 이런 비임 시간 구조를 사용하기가 곤란하다는 것이다. 통상적으로 매 2 밀리초마다 반복되는 펄스로 비임이 전달되고(=통상적으로 200 내지 1000 Hz에 존재하는 1/RF 변조 주파수) 펄스 기간이 통상적으로 0.5 밀리초인 펄스로 비임이 전달되는 싱크로사이클로트론의 예를 고려한다. 이 작은 펄스 기간에 기인하여, 비임 펄스의 중간에서 비임을 중지시키는 것이 불가능하며, 따라서, 비임 스팟 조사는 단지 정수개의 펄스로 전달될 수 밖에 없다. 각 스팟 조사를 위한 1%의 투여량 전달 정확도를 획득하기 위해, 각 스팟 조사에 대해 약 100 비임 펄스를 전달할 필요가 있다. 통상적 타깃 체적이 약 5000 내지 10000 복셀로 분할된다는 것을 인지하면, 타깃 체적의 총 조사 시간은 약 1000 내지 2000초이며, 이는 허용 불가능하게 긴 조사 시간이다. 또한, Pedroni 등은 장기 운동을 보상하기 위하여 타깃 체적의 다수회의 재구성(repainting)을 제안하고 있으며, 따라서, 타깃 조사를 완료하기까지 스팟 조사의 총 수는 더욱 더 증가된다. 펄스형 비임을 생성하는 다른 유형의 가속기에 대하여, 상술된 바와 동일한 문제점이 발생하게 된다. 하전 입자 방사선 요법의 용도로 제안되어 있는 다른 유형의 펄스형 가속기는 고정 필드 교번 구배 가속기(FFAG) 및 선형 가속기이다. 진보된 입자 방사선 요법에 사용하기 위한 신속 비임 흐름 조정을 위한 방법 및 장치의 예가 본 출원인에 의해 US6873123 및 WO2009056165에 설명되어 있다. 이 방법 및 장치에 의해, 등속 사이클로트론으로부터 추출된 연속적 흐름이 약 1 내지 2%의 정확도로 조정될 수 있다. 이들 비임 조정 방법에서는 피드백 루프가 사용되며, 양성자 비임의 비임 흐름이 사이클로트론의 출구에서 측정되고, 측정된 비임 흐름 값이 필요 값과 비교되고, 조정 루프는 예로서, 요구된 비임 흐름과 동일한 측정된 비임 흐름을 획득하기 위해 이온 소스의 비임 제어 파라미터를 조절한다. 유사하게, WO2009056165에서는 추출된 비임 강도를 변화시키기 위해 RF 가속 시스템의 제어 파라미터가 조절된다. 그러나, 이 방법은 상술한 바와 같은 시간 구조를 갖는 싱크로사이클로트론으로부터 추출된 단일 비임 펄스의 강도를 조정하기 위해 적용될 수 없다. 사실, 싱크로사이클로트론으로부터 추출된 비임 펄스의 강도가 측정되는 시간에, 긴 시간 때문에 이온 소스는 이미 차단되어 있다. 따라서, 측정된 강도 또는 추출된 비임 펄스 내의 입자 수를 사용하여, 가속기로부터 이미 추출된 이 동일 비임 펄스의 강도를 조절하도록 이온 소스(또는 비임 펄스 강도를 변화시킬 수 있는 임의의 다른 장치)의 제어 파라미터를 교정하는 것은 불가능하다. 따라서, 현재까지 상술한 단점을 해결할 수 있는 펄스 단위 기반의, 펄스형 가속기로부터의 추출 비임을 조정하기 위한 어떠한 실용적 해법도 제안되어 있지 않다.
본 발명은, 종래 기술의 문제점을 극복하는 방법과 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 본 발명은 펄스형 가속기의 추출된 비임 펄스 내의 입자 수를 제어하는 방법과 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 설명되어 있으며, 첨부된 청구범위에 의해 특정된다. 본 발명의 제 1 양상에 따라서, 에너지 펄스 이온 비임을 생성하기 위한 싱크로사이클로트론, 선형 가속기 또는 고정 필드 교번 구배 가속기 유형의 입자 가속기가 제공된다. 이 가속기는 이온을 생성하기 위한 이온 소스와 이온을 가속하기 위한 라디오 주파수 가속 시스템을 포함한다. 본 발명에 따른 이 가속기는 - 이온 소스 및/또는 RF 시스템의 동작에 관련된 비임 제어 파라미터의 함수로서 최소값부터 최대값까지 상기 펄스 이온 비임의 각 비임 펄스 내의 입자 수를 변화시키기 위한 수단과, - 비임 제어 장치를 포함하고, 상기 비임 제어 장치는, - 각 비임 펄스에 대해 필요한 입자 수를 지정하는 외부 명령을 수신하기 위한 인터페이스와, - 상기 비임 제어 파라미터 값과 상기 비임 펄스 내의 입자 수 사이의 관계를 정의하는 수학적 함수의 파라미터 값이나 캘리브레이션 테이블을 저장하기 위한 수단과, - 상기 캘리브레이션 테이블 또는 상기 수학적 함수를 사용하여 상기 필요 입자 수에 대응하는 상기 비임 제어 파라미터의 필요 값을 결정하기 위한 수단과, - 상기 변화시키기 위한 수단에 상기 제어 파라미터의 상기 필요 값을 전송하기 위한 인터페이스를 포함한다. 또한, 본 발명의 제 1 양상에 따라, 상기 비임 제어 장치는, - 비임 모니터에 의해 측정되는, 비임 펄스 내의 측정된 입자 수를 명시하는 외부 신호를 수신하기 위한 인터페이스와, - 상기 측정된 입자 수에 따라 상기 파라미터 값 또는 상기 캘리브레이션 테이블을 갱신하기 위한 수단을 더 포함한다. 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 입자 가속기는, - 상기 비임 제어 파라미터의 다수의 서로 다른 값을 정의함으로써 상기 수학적 함수 또는 상기 캘리브레이션 테이블을 자동으로 생성하고, 각각의 상기 값에 대해 비임 펄스를 생성하고, 각각의 생성된 비임 펄스 내의 대응하는 입자 수를 측정하기 위한 제어 수단을 더 포함한다. 유리하게는, 바람직한 실시예에서, 입자 가속기는, - 각 비임 펄스가 상기 가속기에 의해 생성된 이후 상기 캘리브레이션 테이블 또는 상기 수학적 함수를 자동으로 조절하기 위한 제어 수단을 더 포함하고, 상기 조절은 상기 필요한 입자 수와 상기 측정된 입자 수를 비교하여 이루어진다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 각 비임 펄스 내의 입자 수를 변화시키기 위한 수단은, 상기 이온 소스의 아크 전류를 변화시키기 위한 수단을 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 각 비임 펄스 내의 입자 수를 변화시키기 위한 수단은 상기 라디오 주파수 가속 시스템의 가속 전압을 변화시키기 위한 수단을 포함한다. 대안적으로, 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 각 비임 펄스 내의 입자 수를 변화시키기 위한 수단은 상기 이온 소스가 온 상태로 전환되는 시간 주기를 변화시키기 위한 수단을 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 상기 각 비임 펄스 내의 입자 수를 변화시키기 위한 수단은 이온 소스가 온 전환되는 순간과 이온이 상기 라디오 주파수 가속 시스템을 사용하여 가속을 시작하는 순간 사이의 시간차를 변화시키기 위한 수단을 포함한다. 본 발명의 제 1 양상에 따라서, 본 발명의 상술한 실시예 중 임의의 것의 특징을 갖는 입자 가속기를 포함하는 입자 방사선요법 시스템이 제공된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 상기 방사선요법 시스템은 일련의 스팟 조사를 제공하도록 구성된 스팟 스캐닝 비임 전달 장치를 더 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 스팟 스캐닝 비임 전달 장치는 각각의 상기 스팟 조사를 위해 단일 비임 펄스를 사용하도록 구성된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 스팟 스캐닝 비임 전달 장치는 각각의 상기 스팟 조사를 위해 필요한 전체 입자 수를 전달하기 위해 두 개의 비임 펄스를 사용하도록 구성되고, 상기 입자 방사선요법 장치는, - 상기 스팟 조사를 위해 전달되는 필요한 전체 입자 수의 주어진 백분율로서, 상기 두 개의 비임 펄스 중 제 1 비임 펄스에 대해 필요한 입자 수를 규정하기 위한 수단과, - 상기 스팟 조사를 위한 상기 필요한 전체 입자 수로부터 상기 제 1 비임 펄스에 의해 이미 전달된 측정 된 입자 수를 감산한 값으로서, 상기 두 개의 비임 펄스 중 제 2 비임 펄스의 필요한 입자 수를 지정하기 위한 수단을 더 포함한다. 대안적으로, 상기 스팟 스캐닝 비임 전달 장치는 각각의 상기 스팟 조사를 위해 가변 수의 비임 펄스를 사용하도록 구성되고, 상기 입자 방사선요법 장치는, - 최종 비임 펄스를 제외한 모든 펄스의 필요한 입자 수의 합이 상기 스팟 조사를 위해 전달되는 필요한 전체 입자 수의 주어진 백분율이 되도록, 상기 가변 수의 비임 펄스의 모든 비임 펄스에 대해 필요한 입자 수를 규정하기 위한 수단과, - 상기 스팟 조사를 위해 전달되는 전체 입자수에서 상기 스팟 조사를 위해 이미 전달된 측정된 입자 수를 감산한 값으로서, 상기 가변 수의 비임 펄스의 최종 비임 펄스의 필요한 입자 수를 지정하기 위한 수단을 더 포함한다. 본 발명의 제 2 양상에 따라서, 사이클로트론, 선형 가속기 또는 고정 필드 교번 구배 가속기 유형의 펄스 비임 입자 비임 가속기로부터의 비임 펄스 내의 입자 수를 제어하기 위한 방법이 제공된다. 이들 비임 펄스는 입자 비임 조사를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 상기 가속기는 이온 소스 및/또는 RF 시스템의 동작에 관련한 비임 제어 파라미터의 값의 함수로서 각 비임 펄스 내의 입자 수를 변화시키기 위한 수단을 포함한다. 본 발명의 방법은, - 캘리브레이션 데이터를 생성하는 단계와, - 입자 비임 생성을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 캘리브레이션 데이터를 생성하는 단계는, 1. 상기 입자 수를 변화시키기 위한 수단(17)에 상기 비임 제어 파라미터의 값을 적용하는 서브 단계와, 2. 상기 가속기(10)로부터 비임 펄스를 생성 및 추출하는 서브 단계와, 3. 상기 추출된 비임 펄스 내의 입자 수를 측정하는 서브 단계와, 4. 상기 추출된 비임 펄스 내의 상기 측정된 입자 수를 저장하는 서브 단계와, 5. 일련의 비임 제어 파라미터 값에 대해 서브 단계 1 내지 4를 반복하는 서브 단계를 포함하고, 상기 입자 비임 생성을 수행하는 단계는, 1. 각 비임 펄스에 대하여 비임 펄스 내의 필요한 입자 수를 지정하는 외부 명령을 수신하는 서브 단계와. 2. 상기 캘리브레이션 데이터를 사용하여 상기 필요한 입자 수에 대응하는 상기 비임 제어 파라미터의 필요 값을 결정하는 서브 단계와, 3. 상기 입자 수를 변화시키기 위한 수단(17)에 상기 비임 제어 파라미터의 필요 값을 적용하는 서브 단계와, 4. 상기 가속기(10)로부터 비임 펄스를 생성 및 추출하는 서브 단계를 포함한다. 유리하게는, 비임 펄스 내의 입자 수를 제어하기 위한 본 발명에 따른 방법에서, 상기 입자 비임 생성을 수행하는 단계는, 5. 상기 추출된 비임 펄스 내의 입자 수를 측정하는 서브 단계와, 6. 상기 측정된 입자 수와 상기 필요한 입자 수 사이의 비교를 수행하는 서브 단계와, 7. 상기 비교에 기초하여 상기 캘리브레이션 데이터에 교정을 적용하는 서브 단계를 더 포함한다. 또한, 본 발명은, 본 발명의 시스템에 의한 다수의 비임 펄스에 의해 일련의 스팟 조사를 수행하기 위한 방법에 관한 것이고, 이는 상기 일련의 스팟 조사의 각 스팟을 위해, - 상기 스팟에 전달되는 필요한 전체 입자 수(T1)를 규정하는 단계와, - 상기 입자 수(T1)를 전달하기 위한 비임 펄스의 총수를 지정하고, 상기 비임 펄스의 총수 중 각 비임 펄스에 대해 필요한 입자 수를 정의하는 단계와, - 최종 비임 펄스를 제외한 상기 비임 펄스를 적용하는 단계와, - 최종 비임 펄스를 제외한 상기 비임 펄스의 입자 수(A1)를 측정하는 단계와, - 최종 비임 펄스를 적용하기 이전에, 필요한 전체 입자 수와 측정된 입자 수 사이의 편차(T1-A1)를 계산하는 단계와, - 최종 비임 펄스 내의 요구 입자 양(A2)을 상기 편차(T1-A1)로서 지정하는 단계와, - 최종 비임 펄스를 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 펄스형 가속기의 추출된 비임 펄스 내의 입자 수를 제어하는 방법과 장치를 제공하는 효과를 갖는다.
도 1은, 본 발명의 장치 및 일부 추가 요소의 개략도를 도시한 도면.
도 2의 (a)는, 총 가속 사이클의 순서열의 일 예의 개략도를 도시한 도면.
도 2의 (b)는, 도 2의 (a)의 전체 가속 사이클의 순서열과 상관된 주기의 이온 소스를 도시한 도면.
도 2의 (c)는, 펄스형 가속기로부터의 추출된 비임 펄스를 나타낸 도면.
도 3은, 본 발명에 따른 입자 방사선 시스템을 포함하는 입자 방사선 요법 설비의 배치의 일 예를 도시한 도면.
이제, 첨부 도면에 관련하여, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 기술 분야의 숙련자는 다수의 등가의 실시예 또는 본 발명을 실시하는 다른 방식을 안출할 수 있다는 것이 명백하다. 따라서, 본 발명의 개념 및 범주는 청구범위에 관하여서만 제한된다. 도 1은 입자 가속기(10) 및 본 발명에 따른 그 제어와, 일부 추가 요소의 개략도를 도시한다. 입자 가속기(10)(예를 들어, 싱크로사이클로트론, 선형 가속기, 고정 필드 교번 구배 가속기,...)는 이온 소스(11), 라디오 주파수(RF) 가속 시스템(12) 및 비임 펄스 내의 입자 수를 변경하기 위한 수단(17)을 포함한다. 250 MeV 양성자 싱크로사이클로트론의 예를 고려하면, 통상적 RF 가속 주파수는 50 내지 100 MHz의 범위이다. 싱크로사이클로트론에서, RF 가속 시스템은 시간 가변 주파수를 갖는 RF 웨이브를 생성하며, 이 주파수는 가속 동안 입자의 질량 증가를 고려하기 위해 높은 값으로부터 낮은 값으로 변한다. 생성되는 각 비임 펄스에 대하여, 전체 가속 사이클이 재시작되며, 전체 가속 사이클의 주파수는 RF 변조 주파수(또는 RF 반복율)에 의해 결정된다. RF 반복율(또는 RF 변조 주파수)의 통상적 주파수는 200 Hz 내지 1000 Hz의 범위이다. 결과적 비임 펄스(14)는 RF 반복율과 동일한 주파수로 가속기로부터 추출된다. 예로서, RF 반복율이 500 Hz인 경우, 가속기는 매 2 ms마다 비임 펄스를 생성하고, 비임 펄스의 폭은 가속기의 세부 디자인에 의존하지만 통상적으로 나노초 내지 마이크로초의 영역에 있다. 바람직한 실시예에 따라서, 본 발명의 입자 가속기는 그 비임 펄스 폭이 50 ms 미만인 비임 펄스를 생성하도록 구성된다. 예로서, 비임 펄스 폭은 0.5 마이크로초일 수 있다. 도 2의 (a)는 전체 가속 사이클의 순서열의 일 예의 개략도를 도시한다. 전체 가속 사이클 주기(20)(RF 반복 주기라고도 명명됨)가 개략적으로 나타나 있다. 예로서, 싱크로사이클로트론에서, 이 전체 가속 사이클 주기(20)는 RF 변조 주기(예를 들어, 2 ms)에 대응한다. 도 2는 실제 규모로 형성되어 있지 않으며, 기본적으로, 본 발명의 일부 요소를 설명하기 위한 스케치이다. 실제로, 싱크로사이클로트론 내의 입자는 최대 에너지로 추출되기 이전에 수천 회전(예를 들어, 10000)을 수행하며, 각 회전시, 입자는 RF 가속 시스템에 의해 생성된 전기장을 통해 가속되게 된다. 도 2의 (a)에서, RF 가속 시스템에 의해 생성된 RF 웨이브의 단지 소수(수천 중)의 단일 RF 사이클만이 예로서 도시되어 있다. 상술한 바와 같이, 새로운 전체 가속 사이클의 시작시, 가속된 입자의 상대적 질량 증가를 고려하기 위해 RF 웨이브의 초기 RF 주파수{초기 RF 사이클(21)로 예시됨}는 최종 RF 주파수{최종 RF 사이클(22)로 예시됨}보다 높다(예로서, 초기 값으로서 70 MHz 및 최종 RF 주파수 값으로서 50 MHz). 도 2의 (c)에 예시된 바와 같이, 각 전체 가속 사이클(20)에 대하여, RF 변조의 주파수에 의해 규정된 반복에서, 비임 펄스(14)가 가속기로부터 추출된다(예를 들어, 매 2 ms마다). 비임 펄스 폭(24)은 예로서, 0.5 마이크로초이다. 가속기(10)는 비임 제어 파라미터의 값의 함수로서 최소값(예를 들어, 0 값)으로부터 최대값까지 각 비임 펄스(14) 내의 입자 수를 변화시키기 위한 수단(17)을 포함한다. 다양한 수단 및 다양한 비임 제어 파라미터를 사용하는 다양한 방법이 비임 펄스 내의 이러한 강도 변화를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 비임 펄스 내의 입자 수를 변화시키기 위한 네 개의 수단(17) 및 관련 비임 제어 파라미터가 후술되어 있다. 비임 펄스 내의 입자 수를 변화시키기 위한 제 1 수단은 이온 소스(11) 내에 생성된 이온의 양을 제어하는 파라미터를 각 비임 펄스에 대하여 조절한다. 이온 소스(11)는 통상적으로 원통형 아크 챔버 또는 이온 소스 본체를 포함하며, 이는 접지되어 있고 일 단부에 가열된 필라멘트를 구비하며 다른 단부에 부유 안티-캐소드를 구비한다. 필라멘트 또는 캐소드는 접지에 관하여 음으로 바이어스되어 있다. 필라멘트는 전자를 생성한다. 전자는 하나의 캐소드로부터 나머지까지 매우 긴 전자 여정을 형성하는 매우 작은 나선 경로를 그리는 자기장 라인을 따른다. 가스(통상적으로, 입자 비임을 위해 필요한 입자에 따라서 수소 가스 또는 다른 가스)가 상기 이온 소스의 내부로 주입된다. 전자는 그 여정 동안 가스 내에서 그 에너지의 일부를 잃고 결과적으로 플라즈마 컬럼을 형성하는 이온화를 생성한다. 이들 유형의 이온 소스에서의 이온 생성은 이온 소스 아크 전류를 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 이는 캐소드 필라멘트에 인가된 가열 전류를 변화시킴으로써 또는 캐소드 전압을 변화시킴으로써 달성될 수 있다. 다른 유형의 이온 소스에 대하여, 이온 소스의 이온 생성을 변화시키기 위해 유사한 파라미터가 비임 제어 파라미터로서 선택될 수 있다. 비임 펄스 내의 입자 수를 변화시키기 위한 제 2 수단은 앞서 언급한 출원 WO2009056165에 설명된 바와 같이 라디오 주파수 가속 시스템(12)의 가속 전압을 변화시키는 것이다. 예로서, 싱크로사이클로트론에서, 교번적 고전압이 디이(Dee) 전극에 인가된다. 이 제 2 방법에서, 디이 전극의 교번 전압의 진폭이 조절된다. 입자가 따르는 곡률 반경이 이 입자가 취득한 에너지의 양에 의존하기 때문에, 교번 디이 전압에 관한 위상차를 갖는 입자는 서로 다른 양의 에너지를 취득하고, 또한, 결과적으로 서로 다른 궤도 반경을 갖게 된다. 소정 궤도 범위 내에 드는 입자만이 최대 에너지까지 효과적으로 가속되고 싱크로사이클로트론으로부터 추출될 수 있다. 따라서, 비임 펄스간의 가속 전압을 조절함으로써, 비임 펄스 내의 입자 수가 펄스 단위 기반으로 변할 수 있다. 이 제 2 방법에서, 비임 제어 파라미터는 가속 전압이다. 비임 펄스 내의 입자 수를 변화시키기 위한 제 3 수단은 이온 소스(11)가 온 상태로 있게 되는 시간 주기를 변화시키는 것이다. 일반적으로, 펄스형 가속기의 이온 소스는 펄스 모드로 동작하며, 이온 소스는 전체 가속 주기의 작은 부분 동안에만 이온을 생성하기 위해 온 상태로 전환된다. 이온 소스(11)가 온 전환되는 주기를 제어함으로써, 이온 소스로부터 추출된 이온의 양이 변할 수 있으며, 따라서, 전체 가속 사이클 주기 내에서 가속되는 입자 수가 변할 수 있다. 이 제 3 방법에서, 비임 제어 파라미터는 이온 소스 작동 주기이다. 비임 펄스 내의 입자 수를 변화시키기 위한 제 4 수단은 RF 가속 시스템의 동작에 관한 이온 소스의 동작의 동기화에 관련한다. 펄스형 가속기에서, 하전 입자는 이온 소스로부터 추출되고 불연속 번치에서 그 최종 에너지까지 가속된다. RF 반복율 또는 RF 변조의 주파수{도 2의 (a)에 예시}에 의해 정의되는 주파수를 갖는 각각의 이런 전체 가속 사이클에 대하여, 비임 펄스(14)는 가속기로부터 추출된다{도 2의 (c)에 예시}. 전체 가속 사이클(20)은 더 높은 초기 주파수(21)로부터 시작하여 더 낮은 최종 주파수(22)까지의 시간 가변 주파수를 갖는 RF 웨이브와 함께 도 2의 (a)에 예시되어 있다. 이 제 4 방법에서, 이온 소스(11)의 이온 소스 "온" 주기(23)는 각 전체 가속 사이클에 대해 일정하게 유지된다. 이 방법에서 변화되는 파라미터는 이온 소스(11)가 온 전환되는 순간과 이온이 라디오 주파수 가속 시스템(12)을 사용하여 가속을 시작하는 순간 사이의 시간차이다. 예로서, 싱크로사이클로트론에서, 전체 가속 사이클(20)의 시작시 시간의 소정 부분 동안만 이온이 위상 안정 궤도에 포획되고 그 최종 에너지까지 가속될 수 있다. 이 작은 시간 부분은 수용 주기(25)라 지칭될 수 있으며, 이 수용 주기에 이온 소스로부터의 이온은 가속을 받게 될 수 있다. 도 2의 (a)에서, 싱크로사이클로트론에서 다수의 "회전"이 가속 시스템에 의해 수용되고, 이온 소스는 소수의 RF 사이클 동안 온 상태로 유지된다는 것이 가정된다. 도 2의 (a)와 (b)에 예시된 바와 같이, 도시된 최초 전체 가속 사이클(20)에 대하여, 이온 소스는 입자가 그 가속을 시작하는 순간에 이미 온 상태로 전환되어 있다{즉, 이온 소스 온 주기(23)는 수용 주기(25)의 시작 이전에 시작됨}. 이온이 가속을 시작하는 순간에 이온 소스(11)가 온 상태로 전환되어 있고, 이온이 가속을 위해 더 이상 수용될 수 없는 순간에 오프 전환되는 경우에, 비임 펄스(14) 내의 입자 수는 최대치가 된다. 그러나, 이온 소스가 전체 가속 사이클이 재시작되는 시기에 온 상태가 아니고(즉, 이온을 생성하지 않고), 이온 소스가 단지 더 늦은 순간에 온 상태로 설정되는 경우, 비임 내의 이온의 수는 감소된다. 이는 도 2의 (a)와 (b)에 예시되어 있으며, 여기서, 제 2 전체 가속 사이클(20)에 대하여, 이온 소스는 더 늦은 순간에 온 전환되고, 즉, 이온 소스는 수용 주기(25)의 일부 동안 여전히 오프 상태이다. 이온 소스 온 주기(23)가 수용 주기(25)에 관하여 얼마나 오래 위상 밖에 있는지에 따라서, 비임 펄스 내의 입자 수는 감소될 수 있거나 심지어 0이 될 수도 있다. 예로서, 도 2의 (a)와 (b)에 부분적으로 도시되어 있는 제 3 전체 가속 사이클에 대하여, 이온 소스는 너무 늦게 온 전환되고, 즉, 이온 소스 온 주기(23)와 수용 주기(25) 사이에 중첩부가 존재하지 않으며, 따라서, 이런 상황에서 전체 가속 사이클 중에 어떠한 비임 펄스(14)도 생성되지 않는다. 도 1에서, 입자 수를 변화시키기 위한 수단(17)이 개략적으로 도시되어 있다. 네 가지 설명된 방법 중 어느 것이 채택되는지에 따라서, 입자 수를 변화시키기 위한 수단(17)은 이온 소스(11)의 제어 및/또는 RF 가속 시스템(12)의 제어를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 가속기(10)는 비임 펄스 강도를 제어하기 위한 비임 제어 장치(15)를 포함한다. 비임 제어 장치(15)는 신속 디지털 로직 회로를 포함한다. 예로서, DSP(디지털 신호 처리) 또는 FPGA(현장 프로그램형 게이트 어레이) 기반 마이크로프로세서가 사용될 수 있다. 이 비임 제어 장치(15)는 이후 비임 흐름 제어 전자 유닛(BCCEU)이라 지칭된다. BCCEU(15)는 명령을 수신하기 위해 외부 장치(16)(예를 들어, 제어 시스템)와 인터페이싱한다. 이들 명령은 명령값의 형태로 수신될 수 있다. 이 명령값은 그후 비임 펄스 내에 전달될 필요가 있는 요구 입자 수를 지정한다. 예로서, 스팟 스캐닝 시스템의 경우에, 각 복셀을 위해 전달되는 투여량이 처리 계획 시스템(도 1에는 미도시)에 의해 지정된다. 일반적으로 감시 단위의 수치로서 표현되어 있는 이 투여량(또는 때때로 Gy 단위 투여량으로서 표현됨)은 BCCEU와 함께 사용할 수 있는 단위 및 양으로 변환된다. 이 양은 예로서, 입자 수로서 표현된 입자 수(H+, C6+,...)일 수 있거나, 또는, 이는 쿨롱 단위로 표현된 통합 전하일 수 있다. 바람직하게는, BCCEU는 메모리를 포함하고, 이 메모리에는 비임 제어 파라미터의 값과 비임 펄스 내의 입자 수 사이의 관계를 정의하는 캘리브레이션 테이블이 저장되어 있다. 대안 실시예에서, 제어 파라미터와 입자 수 사이의 관계도 수학적 함수로서 표현될 수 있다. 하나 이상의 비임 제어 파라미터가 비임 펄스 강도를 제어하는 경우, 다수의 캘리브레이션 테이블 또는 수학적 함수가 정의될 수 있다. BCCEU는 비임 펄스 내의 입자 수를 변화시키기 위한 상기 수단에 명령값 또는 다양한 명령값을 전송하기 위한 인터페이스를 더 포함한다. 명령값은 비임 제어 파라미터의 값을 지정한다. 상술한 바와 같이, 특정 비임 제어 파라미터에 의해 비임 펄스 강도를 변화시키기 위한 네 개의 방법 및 관련 장치가 존재한다. 명령값은 비임 펄스 강도를 변화시키기 위해 이행되는 방법에 의존한다. 예로서, 입자 수를 변화시키기 위한 제 3 방법이 이행되는 경우, 전송될 수 있는 명령값은 이온 소스 "온" 기간을 지정하는 명령이다. 제어 파라미터와 비임 펄스 강도 사이의 관계는 캘리브레이션을 수행함으로써 실험적으로 정의될 수 있다. 이런 캘리브레이션은 가속기로부터 추출된 비임 펄스 내의 입자 수의 측정을 필요로 한다. 이 목적을 위해, 비임 모니터(13)가 가속기(10)로부터 추출된 비임 펄스 내의 입자(예를 들어, 양성자 H+, 탄소 이온 C6+,...)의 수를 정하기 위해 사용될 수 있다. 이 모니터는 예로서, 이온화 챔버일 수 있다. 비임 모니터의 정확한 위치는 어떠한 역할도 하지 않으며, 이 비임 모니터는 예로서, 가속기의 출구에 설치될 수 있거나, 가속기로부터 더 상류에 설치될 수 있거나, 처리실 내의 비임 전달 장치(노즐이라고도 지칭됨)에 설치될 수 있다. 노즐은 물리적으로 처리실 내에 설치되어 비임 성형 및 선량측정을 담당하는 입자 방사선요법 설비의 구성요소이다. 상기 캘리브레이션의 방법을 이제 추가로 설명한다. 캘리브레이션 데이터는 비임 제어 파라미터의 설정값의 함수로서 펄스 가속기로부터 추출된 단일 비임 펄스 내의 입자 수를 나타낸다. 비임 제어 파라미터는 비임 펄스 강도를 변화시키기 위해 상술된 네 가지 방법에 관한 임의의 제어 파라미터일 수 있다. 캘리브레이션 곡선을 생성하기 위해 필요한 데이터는 각 비임 펄스를 위해 비임 제어 파라미터의 값이 점진적으로 변화되는 동안 비임 펄스를 반복적으로 생성 및 추출함으로써 수행된다. 비임 제어 파라미터의 값은 바람직하게는 비임 제어 파라미터의 전체 동작 구간에 걸쳐 변화된다. 요약하면, 캘리브레이션 곡선의 기록은 이하의 단계를 포함한다. 1. 제 1 비임 제어 파라미터 값의 설정(예로서, 최저 동작값에서 시작) 2. 비임 펄스의 생성 및 추출 3. 추출된 비임 펄스 강도의 측정 4. 측정된 비임 강도 값의 저장 5. 비임 제어 파라미터 변경 6. 주어진 동작 구간 내에서 일련의 비임 제어 파라미터 값에 대해 단계 2 내지 5를 반복. 결과적으로, 다수의 비임 제어 파라미터 값을 위하여 비임 펄스 내의 대응 입자 수를 포함하는 캘리브레이션 데이터 테이블이 얻어진다. 대안적으로, 캘리브레이션 프로세스를 통해 얻어진 데이터는 수학적 함수로 맞춤화 또는 근사화될 수 있다. 수학적 함수를 형성하는 파라미터는 BCCEU의 메모리에 저장될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 캘리브레이션 곡선을 형성하기 위해 필요한 데이터를 생성하기 위한 전체 프로세스는 바람직하게는 자동화된 컴퓨터 제어식 프로세스로서 구현된다. 이 방식으로, 캘리브레이션 프로세스는 가속기의 각각의 사용 이전에 반복될 수 있다. 예로서, 가속기가 입자 요법 방사선 설비에서 사용될 때, 캘리브레이션은 각 환자 조사 이전에 수행될 수 있다. 캘리브레이션 프로세스가 완료되었을 때, 제어된 펄스 비임의 전달이 시작될 수 있다. BCCEU(15)는 외부 장치(16)(예를 들어, 제어 시스템)과의 그 인터페이스를 통해, 비임 펄스 내의 전달될 필요가 있는 필요한 입자 수를 지정하는 명령을 수신할 수 있다. 필요한 입자 수는 비임 펄스간에 서로 다를 수 있다. BCCEU가 필요한 입자 수를 비임 스팟에 전달하라는 명령을 수신할 때, BCCEU는 제 1 단계에서 비임 제어 파라미터를 위한 요구 값을 결정할 것이다. 이를 위해, BCCEU는 다양한 수단을 적용할 수 있다. 한 가지 방법은 BCCEU가 상술된 캘리브레이션 데이터 테이블을 사용하는 것이다. 필요한 입자 수가 캘리브레이션 지점 중 하나와 같지 않은 경우, BCCEU는 요구 데이터 지점에 가장 근접한 두 개의 데이터 지점 사이의 보간을 수행할 수 있다. 대안적으로, 캘리브레이션 지점을 갖는 캘리브레이션 테이블을 사용하는 대신, BCCEU는 상술한 바와 같이 수학적 함수를 사용할 수 있다. 이 경우, 비임 제어 파라미터의 필요 값은 수학적 함수에 의해 직접적으로 계산될 수 있다. 제 2 단계에서 BCCEU(15)는 입자 수를 변화시키기 위한 수단(17)에 요구 비임 제어 파라미터의 값을 전송하며, 이 입자 수를 변화시키기 위한 수단은 필요한 입자 수를 갖는 비임 펄스를 생성하도록 가속기를 설정한다. 본 발명에 다른 가속기에 의해 생성된 비임 펄스는 높은 정확도로 전달될 수 있으며, 즉, 비임 펄스 내의 유효하게 전달되는 입자 수(즉, 비임 펄스 강도)는 특정 공차 내에서 필요한 입자 수와 동일하다. 설명된 방법에 의해 비임 펄스 강도를 위해 높은 정확도가 얻어질 수 있다는 사실은 가속기의 성능을 트징짓는 일련의 물리적 양이 불변 상태로 남아 있거나 시간의 함수로서 단지 느리게 변한다는 관찰에 기초한다. 이들 양은 예로서, 이온을 생성하기 위한 이온 소스 효율, 이온의 가속 효율 및 가속기로부터 이온을 추출하기 위한 효율이다. 이제, 비임 펄스 강도의 정확도를 추가로 개선할 수 있는 대안적인 실시예를 설명한다. 비임 펄스 내의 입자 수와 제어 파라미터의 값 사이의 관계가 시간에 따라 미소하게 이탈될 가능성이 존재하기 때문에, 대안적 실시예에서, 가속기가 비임 펄스를 생성할 때마다 캘리브레이션 데이터를 지속적으로 갱신할 것이 제안된다. 이를 위해 BCCEU는 각 생성된 비임 펄스 이후 캘리브레이선 데이터의 자동 재조절을 위한 제어 수단을 포함한다. 이 재조절은 상술한 바와 같은 외부 시스템에 의해 지정된 필요한 입자 수와 비임 모니터로부터 수신된 측정된 입자 수를 비교하여 이루어진다. 캘리브레이션 데이터가 대응하는 입자 수를 갖는 제어 비임 파라미터의 목록으로 캘리브레이션 테이블에 저장되는 경우, 목록을 갱신시키는 다양한 방법이 존재한다. 예로서, 필요한 입자 수와의 측정된 입자 수의 비교가 공차를 벗어나는 경우, 캘리브레이션 데이터 지점이 추가되고, 데이터 지점은 새로운 데이터 지점으로 대체될 수 있거나 기존 데이터 지점이 재조절될 수 있다. 캘리브레이션 데이터가 수학적 함수에 의해 근사화되는 경우, 갱신된 캘리브레이션 데이터에 대한 새로운 맞춤화 및 수학적 함수의 파라미터 값의 갱신이 이루어질 수 있다. 본 발명에 따른 가속기(10)는 입자 방사선 요법에 사용하기에 매우 적합하다. 도 3은 본 발명에 따른 입자 방사선 요법 시스템(35)을 포함하는 입자 방사선 요법 설비의 일 예를 도시한다. 이 입자 방사선요법 시스템은 에너지 하전 입자를 생성하기 위한 펄스 비임 가속기(10)(예를 들어, 싱크로사이클로트론) 이외에 입자 비임의 에너지를 변화시키기 위한 수단(31), 입자 수송 시스템(32) 및 입자 비임 전달 장치(33)(노즐로도 지칭됨)를 더 포함한다. 비임 수송 시스템은 하나 이상의 처리실(34)로의 비임 수송을 담당한다. 입자 비임 전달 시스템(33)은 타깃 체적으로 등각적 투여량 분포를 전달하고 전달된 투여량을 감시 및 측정하는 것을 담당한다. 다양한 유형의 입자 비임 전달 시스템이 존재하며, 이들 각각은 타깃 체적에 등각적 투여량을 전달하기 위해 다양한 기술을 적용한다. 입자 비임 전달에 사용되는 두 가지 주요한 기술이 존재하며, 이는 일반적인 패시브 산란 기술과 진보된 스캐닝 기술이다. 진보된 스캐닝 비임 전달 기술의 일 예는 소위 스팟 스캐닝 기술(Pedroni 등, Med. Phys., 1995, 22(1), 37-53)이다. 본 발명에서, 스팟 스캐닝을 위해 펄스 가속기를 사용할 때의 긴 조사 시간의 문제가 해결될 수 있다. 상술한 바와 같이, 스팟 스캐닝에서, 타깃은 통상적으로 5000 내지 10000 복셀(즉, 요소 타깃 체적)로 분할되며, 지정된 투여량은 통상적으로 1%의 정확도로 각 복셀에 전달될 필요가 있다. 스팟 스캐닝에서, 투여량은 각 복셀을 위한 스팟 조사를 수행함으로써 각 복셀에 전달된다. 또한, Pedroni 등은 장기 운동을 보상하기 위해 타깃 체적의 다수회 재구성을 수행할 것을 제안하였으며, 따라서, 타깃 조사의 완료까지의 스팟 조사의 총 수는 더 더욱 증가된다. 적절한 값(통상적으로 60s)으로 총 타깃 조사 시간을 감소시키기 위해, 단일 스팟 조사의 조사 시간은 수 밀리초의 최대치 수준으로 감소될 필요가 있다. 싱크로사이클로트론으로부터의 펄스 비임이 사용되는 경우, 그리고, 스팟 조사가 적절한 수준으로 조사 시간을 유지하기 위해 2 밀리초 내에 수행될 필요가 있다고 가정하는 경우, 스팟 조사는 이상적으로 단일 비임 펄스에 의해 완료될 필요가 있다. 비임 펄스 기간이 상술한 바와 같이 극도로 짧기 때문에, 펄스의 중간에 비임 펄스를 중단하는 것이 불가능하며, 따라서, 비임 전달은 비임 펄스의 정수 횟수로서 수행되어야만 할 수 있다. 결과적으로, 스팟 조사가 단지 한번 또는 제한된 정수 갯수의 비임 펄스에 의해 수행될 필요가 있을 때, 타깃 체적에서 필요한 투여량을 정확하게 보증할 수 있도록 높은 정확도로 각 개별 비임 펄스의 비임 강도를 제어할 필요가 있다. 본 발명에 따른 펄스 비임 가속기에서, 스팟 스캐닝은 통상적으로 1%의 요구 정확도로, 그리고, 적절한 총 조사 시간(통상적으로, 총 조사 시간은 60s) 이내에 수행될 수 있다. 사실, 상술한 바와 같이, 비임 제어 파라미터를 조절함으로써 비임 펄스 내의 입자 수를 변화시키기 위한 수단을 사용하여, 그리고, 비임 펄스 내의 입자 수와 비임 제어 파라미터 사이의 관계를 정의하는 캘리브레이션 데이터를 생성함으로써, 잘 규정된 입자 수를 포함하는 단일 비임 펄스를 생성하는 것이 가능하며, 따라서, 스팟 스캐닝 기술을 사용할 때 스팟 조사를 수행하기 위해 단일 펄스가 사용될 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 대안적 실시예에서, 가속기가 비임 펄스를 생성할 때마다 캘리브레이션 데이터의 지속적 갱신이 존재한다. 캘리브레이션 곡선을 영구적으로 갱신시키는 이 피드백 루프에 추가로, 스팟 스캐닝과 함께 사용하기 위한 펄스 비임 가속기의 사용의 두 가지 추가적 개선된 실시예가 이하에 설명된다. 제 1 개선된 실시예에서, 각 스팟 조사는 하나의 비임 펄스 대신 두 개의 비임 펄스로 수행된다. 두 개의 비임 펄스는 각 스팟 조사를 위한 필요한 전체 입자 수를 전달하기 위해 아래와 같이 정의된다. 1. 상기 두 개의 비임 펄스 중 제 1 비임 펄스에 대해 필요한 입자 수는 상기 스팟 조사를 위해 전달되는 필요한 전체 입자 수의 소정 백분율(예를 들어, 90%)로 규정된다. 2. 상기 두 개의 비임 펄스 중 제 2 비임 펄스에 대해 필요한 입자 수는 상기 스팟 조사를 위한 필요한 전체 입자 수에서 상기 제 1 비임 펄스에 의해 이미 전달된 측정된 입자 수를 감산한 값으로 규정된다. 예로서, 제 1 비임 펄스에 대해 필요한 입자 수가 90%로 설정되고, 이 제 1 비임의 측정된 입자 수가 88%에 대응하는 경우, 제 2 펄스에 대해 필요한 입자 수는 12%로 설정된다. 제 1 펄스 동안 전달되는 입자 수의 측정은 비임 모니터에 의해 측정된다. 비임 모니터는 가속기의 출구에 설치될 수 있거나, 비임 수송 시스템을 따른 소정 장소에 설치될 수 있거나, 바람직하게는, 이는 입자 비임 전달 장치(33)에 설치된 비임 모니터일 수 있다. 이 2개 스팟 조사 방법의 장점은 펄스당 입자 수를 생성하기 위해 필요한 정확도가 감소된다는 점이다. 사실, 1%의 스팟 조사 정확도가 얻어질 필요가 있는 경우에도 더 낮은 비임 펄스 강도 정확도가 허용될 수 있다. 예로서, 가속기에 의해 얻어질 수 있는 비임 펄스 강도 정확도가 5%인 경우를 가정한다. 제 1 비임 펄스에 대하여, 필요한 입자 수는 예로서 90%로 설정될 수 있다. 잠재적 5% 에러를 고려하면, 이때, 측정된 입자 수는 예로서, 86%(90+/-5% 사이의 수로 예측할 수 있음)일 수 있다. 상술한 방법에서, 제 2 펄스는 그후 100% - 86% = 14%로 설정되며, 제 2 펄스는 그후 역시 5%의 정확도로 전달된다. 본 예에서, 스팟 스캐닝 조사의 총 정확도는 0.7% (0.05*14)이며, 따라서, 심지어 5%의 펄스 강도 정확도에서도 스팟 스캐닝 조사가 1% 이하의 정확도로 수행될 수 있다. 제 2 개선된 실시예에서, 각 스팟 조사는 가변적 수의 비임 펄스로 수행된다. 이 개념은 가변적 수의 펄스로 필요한 전체 입자 수의 대부분의 비율을 전달하고, 그후, 소실된 입자 수를 최종 비임 펄스를 사용하여 전달하는 것이다. 이때, 각 비임 펄스를 위한 입자 수는 아래와 같이 정의된다. 1. 상기 가변 수의 비임 펄스 중 제 1 비임 펄스는 필요한 입자 수의 합이 상기 스팟 조사를 위해 전달될 입자의 총 수의 소정 백분율(예를 들어, 90%)과 같도록 규정된다. 예로서, 총 4개 펄스가 상기 스팟 조사를 위해 사용되는 경우, 최초 3개 비임 펄스는 각각 스팟 조사에서 전달될 총 입자 수의 30%를 전달하도록 규정될 수 있다. 2. 상기 가변 수의 비임 펄스의 최종 비임 펄스에 대해 필요한 입자 수는 스팟 조사를 위해 전달될 총 입자 수에서 상기 스팟 조사를 위해 이미 전달된 측정된 입자 수를 감산한 값으로서 규정된다. 예로서, 총 4개 비임 펄스가 사용되고, 최초 3개 비임 펄스의 측정된 비임 입자 수가 87%에 대응하는 경우, 이때, 최종 비임 펄스에 대해 필요한 입자 수는 필요한 전체 입자 수의 13%로 설정된다. 상기 제 2 개선된 실시예는 예로서, 타깃 체적의 다수의 재구성이 이루어지는 스팟 스캐닝 시스템과 조합하여 사용될 수 있다. 이런 시스템에서, 하나 이상의 복셀에 전달되는 투여량은 "구성(painting)"의 수로 분할될 수 있다. 예로서, 스팟 조사가 10회 구성으로 분할되는 경우를 가정하면, 최초 9개 구성 각각을 위한 필요한 입자 수는 총 필요한 입자 수의 10%로 설정될 수 있다. 최종 구성, 구성 번호 10에 대하여, 필요한 입자 수는 최초 9개 구성 동안 전달된 측정된 입자 수에 따라 결정된다. 또한, 마지막 실시예는, 각 비임 펄스를 위한 지정된 수의 입자를 수용하고 사전규정된 캘리브레이션 테이블 또는 수학적 함수에 기초하여 상기 입자 수를 전달하기 위한 수단을 구비하는 본 발명에 따른 입자 가속기, 즉, 싱크로사이클로트론 등의 유형의 가속기를 포함하는 입자 방사선요법 시스템에 의한 다수의 비임 펄스에 의해 스팟 조사를 수행하는 방법으로서 설명될 수 있으며, 이 방사선요법 시스템은 일련의 스팟 조사를 제공하도록 구성된 스팟 비임 전달 장치를 더 포함한다. 따라서, 이 방법은 상기 일련의 스팟 조사의 각 스팟에 대하여 이하의 단계를 특징으로 한다. - 상기 스팟에 전달되는 필요한 전체 입자 수(T1)를 규정하는 단계와, - 상기 입자 수(T1)를 전달하기 위한 비임 펄스의 총수를 지정하고, 상기 비임 펄스의 총수 중 각 비임 펄스에 대해 필요한 입자 수를 정의하는 단계와, - 최종 비임 펄스를 제외한 상기 비임 펄스를 적용하는 단계와, - 최종 비임 펄스를 제외한 상기 비임 펄스의 입자 수(A1)를 측정하는 단계와, - 최종 비임 펄스를 적용하기 이전에, 필요한 전체 입자 수와 측정된 입자 수 사이의 편차(T1-A1)를 계산하는 단계와, - 최종 비임 펄스 내의 요구 입자 양(A2)을 상기 편차(T1-A1)로서 지정하는 단계와, - 최종 비임 펄스를 적용하는 단계. 따라서, 본 발명은, 또한 본 발명에 따른 입자 가속기, 즉, 싱크로사이클로트론 등의 유형의 각 비임 펄스를 위한 지정된 수의 입자를 수용하고 사전규정된 캘리브레이션 테이블 또는 수학적 함수에 기초하여 상기 입자 수를 전달하기 위한 수단을 구비하는 본 발명에 따른 입자 가속기, 즉, 싱크로사이클로트론 등의 유형의 가속기를 포함하는 입자 방사선요법 시스템의 용도에 관한 것으로, 이 방사선요법 시스템은 일련의 스팟 조사를 제공하도록 구성된 스팟 비임 전달 장치를 더 포함하고, 상기 용도는 상기 일련의 스팟 조사의 각 스팟에 대하여 이하의 단계를 특징으로 한다. - 상기 스팟에 전달되는 필요한 전체 입자 수(T1)를 규정하는 단계와, - 상기 입자 수(T1)를 전달하기 위한 비임 펄스의 총수를 지정하고, 상기 비임 펄스의 총수 중 각 비임 펄스에 대해 필요한 입자 수를 정의하는 단계와, - 최종 비임 펄스를 제외한 상기 비임 펄스를 적용하는 단계와, - 최종 비임 펄스를 제외한 상기 비임 펄스의 입자 수(A1)를 측정하는 단계와, - 최종 비임 펄스를 적용하기 이전에, 필요한 전체 입자 수와 측정된 입자 수 사이의 편차(T1-A1)를 계산하는 단계와, - 최종 비임 펄스 내의 요구 입자 양(A2)을 상기 편차(T1-A1)로서 지정하는 단계와, - 최종 비임 펄스를 적용하는 단계. 본 발명에 따라서, 펄스형 입자 가속기의 비임 펄스 내의 입자 수를 제어하는 것이 가능하다. 본 발명의 입자 가속기는 비임 제어 파라미터의 파라미터 값에 기초하여 각 비임 펄스 내의 입자 수를 변화시키기 위한 수단을 포함하고, 가속기는 또한 상기 비임 제어 파라미터와 비임 펄스 내의 입자 수 사이의 관계를 규정하는 캘리브레이션 데이터를 포함한다. 특정 관심사는 입자 방사선 요법에서 소위 스팟 스캐닝 조사를 수행하기 위한 것이다. 제한된 수의 비임 펄스를 사용한 스팟 스캐닝 조사를 가능하게 하고 따라서 조사 시간을 감소시키는 동시에 높은 정확도의 투여량 전달을 달성하는 방법이 개시되어 있다. 본 발명의 설명에서, "입자 수(number of particles)"라는 용어는, 비임 펄스 내의 입자의 양을 나타내기 위해 사용되었다. 예로서, 비임 모니터(13)로부터 수신된 정보 또는 외부 제어 시스템(16)으로부터 수신된 정보를 나타내기 위해서도 동일한 용어가 사용되었다. 본 발명의 장치의 특정 구현예의 세부사항에 따라서, "입자 수" 이외의 다른 양이 사용될 수 있다. 예로서, 본 기술 분야의 숙련자는 측정된 투여량을 입자 수와 관련시키는 방식을 알고 있다. 제어 시스템(16)으로부터 수신된 정보에 대해서도 동일하며, 또한, 여기서 비임 펄스에 요구되는 입자 수는 다른 양을 사용하여 표현될 수도 있다.
10: 가속기, 11: 이온 소스
12: 라디오 주파수 가속 시스템, 13: 비임 모니터
14: 비임 펄스, 15: 비임 제어 장치
16: 제어 시스템, 17: 입자 수를 변화시키기 위한 수단
20: 총 가속 사이클 주기(= RF 반복 주기 = RF 변조 주기)
21: 초기 RF 주파수, 22: 최종 RF 주파수
23: 이온 소스 온 주기(ion source on period)
24: 비임 펄스 폭, 31: 에너지를 변화시키기 위한 수단
32: 비임 수송 시스템, 33: 비임 전달 장치
34: 처리실, 35: 입자 방사선요법 시스템 |
