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KR102864203B1 - 방사선 전자 빔의 자기 제어를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

방사선 전자 빔의 자기 제어를 위한 장치 및 방법

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KR102864203B1
KR102864203B1 KR1020237034884A KR20237034884A KR102864203B1 KR 102864203 B1 KR102864203 B1 KR 102864203B1 KR 1020237034884 A KR1020237034884 A KR 1020237034884A KR 20237034884 A KR20237034884 A KR 20237034884A KR 102864203 B1 KR102864203 B1 KR 102864203B1
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KR
South Korea
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magnets
electron beam
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KR1020237034884A
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디르크 바르트코스키
드로어 알레즈라
모하마드 살레포어
토마스 벅홀즈
Original Assignee
더 보드 오브 리젠츠 오브 더 유니버시티 오브 텍사스 시스템
텔-하쇼머 메디컬 리서치 인프라스트럭쳐 앤드 서비시스 리미티드 엣 더 차임 시바 메디컬 센터
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Publication date
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Abstract

방사선 치료 전자 빔을 제어하기 위한 장치 및 방법들. 예시적인 실시예들은 복수의 자석들의 파라미터들을 변경함으로써 상기한 깊이들에서 전자 빔을 포커싱하는 것을 제공한다. 예시적인 실시예들은 또한 전자 빔의 에너지 레벨을 일정한 레벨로 유지하면서 상기한 깊이들에서 전자 빔을 포커싱하는 것을 제공한다.

Description

방사선 전자 빔의 자기 제어를 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHODS FOR MAGNETIC CONTROL OF RADIATION ELECTRON BEAM}
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 2016년 9월 9일자로 출원되고 그 제목이 "방사선 전자 빔의 자기 제어를 위한 장치 및 방법"인 미국 가특허출원 제62/385,346호의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본원에 참고로 인용된다.
본 발명은 방사선 전자 빔의 자기 제어를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
전자 빔 방사선 치료는 악성 세포들을 파괴하기 위한 암 치료의 일환으로 전리 방사선을 이용한다. 방사선 치료는 신체의 한 영역에 국한되는 경우 여러 유형의 암에서 치유력이 있을 수 있다. 이는 또한, 원발성 악성 종양을 제거하기 위한 수술 후 종양의 재발을 방지하기 위한 보조 치료의 일환으로서 사용될 수도 있다. 예를 들어, 전자 빔 방사선 치료는 유방암과 같은 특정 유형들의 암의 초기 단계에서 보조 요법의 일환으로서 사용될 수도 있다.
방사선 치료는 일반적으로 세포 성장을 조절하는 능력으로 인해 암세포로 된 종양에 적용된다. 전리 방사선은 암세포로 된 조직의 DNA를 손상시켜 세포 사멸을 일으킨다. 건강한 조직(예를 들면, 종양을 치료하기 위해 방사선이 통과해야하는 조직)의 노출을 줄이기 위해, 그 종양에서 교차하도록 방사선 빔들은 상이한 각도들에서 조준될 수 있다.
전자 빔 방사선 치료는 현재, 방사선을 타겟 영역(예를 들면, 종양을 포함하는 영역)으로 유도하여 그 타겟 영역 내의 세포들을 파괴하는 데 사용된다. 전형적인 전자 시스템들은 타겟 영역이 성공적으로 처리될 수 있는 깊이에 있어서 한계가 있다. 또한, 전형적인 시스템들은 방사선 깊이의 동적 제어를 제공하지 않으며 원치 않는 방사선을 타겟 영역 주변의 건강한 조직들로 유도할 수 있다.
예를 들어, 기존 시스템들의 경우, 빔 에너지는 수동으로 선택되어 약 3 cm의 피크 선량 깊이(peak does depth)(20 MeV의 현재 상업적으로 이용가능한 최대 임상 전자 빔 에너지에 의해 결정됨)까지 방사선 침투 깊이를 제어한다. 이러한 시스템들에서, 빔 침투 깊이를 증가시키기 위해 빔 에너지가 증가된다. 이러한 것은 표면 또는 그 부근의 조직에 대해 방사선 레벨을 더 높이게 되며 주변의 건강한 조직에 원하지 않는 과도한 방사선 노출을 초래할 수 있다.
따라서, 다양한 깊이들에서 방사선 투여량 수준들을 더욱 잘 제어하고 주변의 건강한 조직들에 대해 방사선 노출을 최소화하는 새로운 방사선 치료 장치 및 방법에 대한 필요성이 존재한다.
아래에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 본 개시 내용의 예시적인 실시예는 현재의 장치 및 방법과 비교하여 전자빔 방사선 치료의 많은 양태들에서의 개선을 가능하게 한다.
본 개시 내용의 예시적인 실시예들은 매우 높은 에너지 전자(VHEE)를 사용하여 타겟 볼륨(target volume) 내에 높은 방사선 투여량의 국부화된 초점 지점(localized focal spot)을 생성하는 전자 빔 전달 및 제어 시스템을 포함한다. 예시적인 실시예들은 자기적으로(magnetically) 최적화된 매우 높은 에너지의 전자 처리(MOVHEET)로서 본 명세서에서 인용되는 기술을 통해 초점 지점의 위치를 제어할 수 있다.
MOVHEET 기술을 포함하는 장치는 주변의 정상 조직보다 높은 타겟 영역(예를 들면, 종양 볼륨) 내의 방사선 투여량의 분포를 생성하도록 동적으로 제어될 수 있다. 이러한 능력은 정상 조직 보존을 증가시키고 종양 볼륨 주위에서 더 많은 정도의 방사선 제어를 야기할 수 있다. 예시적인 실시예들은 50-250 메가 전자 볼트 (MeV)의 전자 빔을 원하는 타겟 깊이에서 초점 지점에 동적으로 포커싱하는 능력을 포함한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "깊이"라는 용어는 초점 지점(focal spot)에 대해 사용될 때 (예를 들면, 자기 제어 장치에 들어가기 전의 빔의 주축(primary axis)에 평행한) 전자 빔에 평행하게 측정된 치수를 말한다. 원하는 타겟 깊이는 방사선 처리 계획 선량 분포에 의해 결정될 수 있으며, 여기서 포커싱 시스템의 출력은 최적화된 대칭성과, 타겟 표면에서 낮은 입사 선량을 생성하는 낮은 빔 밀도를 야기하는 포커싱 각도를 갖는 빔이다.
전자 포커싱 시스템의 초점 지점의 깊이를 동적으로 제어하는 방법들은 원하는 빔 거동을 생성하도록 전자 궤적들을 변경하기 위해 타겟 볼륨 외부의 자기장의 사용을 포함할 수 있다.
포커싱 시스템의 한 실시예는, 각각의 인접한 극(pole)이 반대 극성의 자기장을 전달하도록 4 개의 내향하는 극들(inwardly directed poles)을 갖는 자석에 의해 생성되는 사중극자 자기장들을 이용한다. 강자성 자석 물질 내부에 자기장을 생성하는 방식으로 전류 전달 코일이 배열될 수 있으며, 여기서 자기 사중극자 필드(magnetic quadrupole field)의 강도는 코일 전류를 변화시킴으로써 조정될 수 있다. 이러한 형태의 자석 디자인은 아이언-도미네이티드(iron-dominated)라고 한다.
사중극자 자석의 다른 실시예는 코일 도미네이티드 디자인에 기초하며, 여기서 전류 운반 코일들은 하전 입자 빔에 의해 경험된 자기 다중극자 필드가 강자성 코어를 사용하지 않고서 코일 자체에 의해 직접적으로 생성되도록 하는 방식으로 설계된다. 코일들에서의 전류를 변화시킴으로써 자기장의 강도를 조정한다.
사중극자 자기장은 하나의 평면에서 하전 입자 빔을 디포커싱하면서 그 직교 평면에서 그 빔을 포커싱하는 효과를 갖는다. 이러한 것은 원하는 빔을 생성하기 위해 전류들, 위치들, 및 다른 자석 파라미터들이 선택된 사중극자 자석들의 조합으로 달성되는 양 평면들에서의 전체적인 포커싱을 가능하게 한다. 다양한 출사 빔 형상들이 사용될 수 있으며, 대칭 빔들을 생성하기 위해 사중극자들의 특정 구성이 사용될 수 있다.
하나의 그러한 구성에서, 3 개의 동일 선상의 사중극자 자석들의 조합이 평행하게 인입하는 전자 빔들에 대해 대칭적으로 포커싱된 빔들을 생성할 수 있다. 이러한 시스템들은 또한 발산하는 빔의 무수차 포커싱(stigmatic focusing)을 제공 할 수 있으며, 여기서 빔 초점 지점은 (단독으로 또는 다른 파라미터 변경들과 함께) 사중극자 자석 강도들을 변화시킴으로써 조정될 수 있다.
또 다른 그러한 구성에서, 2 개의 동일 선상의 사중극자 자석들의 조합은 주변의 임계 구조들로 인해 엄격한 공간 허용오차를 갖는 특정 선량 분포들에 이상적일 수 있는 장방형의 출력 빔들을 생성하는데 사용될 수 있다. 두 개 또는 세 개의 사중극자들을 가진 사중극자 시스템의 사용은 사용자가 타겟 영역에 기초하여 적절한 포커싱 분포를 선택할 수 있게 한다.
예를 들어, 임상 치료에 전형적으로 사용되는 깊이 범위(예를 들면, 0-35 센티미터)에 대한 원하는 깊이 선량 분포들을 달성하기 위해, 사중극자 분리 거리들 및 삼중 위치(triplet position)가 최적 처리 빔을 달성하도록 변경될 수 있다. 작동 중에 사중극자 자석 시스템은 필드 영역 내의 전자들의 궤적들을 좌우하는 미분 방정식의 시스템에 대한 해답에 의해 결정되는 특정 세트의 조건들 하에서 사중극자들이 작동될 때 포커싱된 빔을 생성할 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 자석 파라미터들에 대한 제어 시스템은 치료 계획 소프트웨어로부터 선량 분포를 취하고, 알고리즘을 사용하여 원하는 빔 궤적들을 생성하도록 필요한 포커싱 시스템 파라미터들을 계산한다.
또한, 빔은 3 차원 선량 분포를 생성하기 위해 그 각각의 방향들에서의 빔에 대한 균일한 오프셋을 생성하는 직교 쌍극자 필드들에 의해 측 방향으로 스캐닝될 수 있다. 다른 실시예들은 포커싱 시스템을 기계적으로 이동시켜 3 차원 선량 분포를 생성할 수 있다. 측 방향 스캐닝 파라미터들은 빔 제어 시스템에 포함될 수 있고 치료 계획 소프트웨어에 의해 결정될 수 있다.
발산하는 입력 빔들을 사용하는 포커싱 시스템의 경우, 빔 발산 및 시작 지점이 또한 제어 시스템 알고리즘에 의해 결정될 수 있는 변수들이 된다. 예로서, 펜슬 빔(pencil beam)은 유일한 발산 패턴을 생성하도록 설계된 산란 포일(scattering foil)의 사용에 의해 발산될 수 있으며, 그러면 발산 빔은 사중극자 포커싱 시스템으로의 입력에 대한 발산 각을 제한하기 위해 시준기를 통과한다. 산란 포일, 시준기, 및 사중극자 입구 사이의 상대적 위치들은 특정 출구 빔에 대해 고유하며 사중극자 설정과 함께 결정될 수 있다.
자기장은 집속된 전자빔의 불균일성들 또는 오류들을 가질 수 있으며 이는 포커싱된 전자 빔에서의 불균일성으로 해석될 수 있음에 유의해야 한다. 이러한 불일치들에 대한 신중한 고려는 예를 들어 다양한 기하학적 불일치 및 색채 불일치(chromatic inconsistencies)를 보상하기 위해 육중극자 및 팔중극자 구성의 사용을 고려하게 될 수 있다. 포커싱 시스템의 한 실시예는 기하학적 수차 보정으로 포커싱된 빔을 생성하기 위해 세 개의 배치된 팔중극자 자석들과 일치하는 사중극자 자석들의 사중형태(quadruplet)를 사용할 수 있다.
특정 실시예들에서, 알고리즘은 사중극자에 의해 도입된 불일치가 타겟 볼륨에서 더 높은 품질의 산량 분포를 생성하는 팔중극자 자석들에 의해 보상된 대칭적으로 포커싱된 빔을 생성하는 자석 파라미터들을 해결하기 위해 사용될 수 있다. 제어 시스템은 치료 계획 시스템에 의해 결정된 빔을 최적화하도록 파라미터들을 동적으로 조정할 수 있다. 본 명세서에 개시된 자석 구성들은 단지 예시적인 것이며, 다른 자석의 야기된 불일치를 정정하기 위해 자석들의 다른 조합들이 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
특정 실시예들은 자기장 세기에 의해 결정된 깊이에서 전자들이 역방향이 되도록 타겟 볼륨 내에 자기장 경사도(magnetic field gradient)를 생성하기 위해 후방 솔레노이드 자석(posterior solenoidal magnet)을 이용함으로써 빔 깊이를 동적으로 제어할 수 있다. 전방 솔레노이드 자석은 후방 자석과 함께 사용되어 타겟 볼륨에서의 자기장을 수정하고 선량 디포지션(dose deposition)을 향상시킬 수 있다. 국부적인 높은 선량 영역 깊이는 원하는 선량 분포에 기초하여 솔레노이드 전류를 조정하도록 설계된 제어 시스템으로 제어될 수 있다.
예시적인 실시예들은 방사선 치료 전자 빔을 제어하기 위한 장치를 포함하며, 상기 장치는: 전자 빔을 생성하도록 구성된 전자 빔 생성기; 상기 전자 빔을 초점 지점에 포커싱하도록 구성된 복수의 자기장들을 생성하는 복수의 자석들; 및 상기 초점 지점을 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동시키도록 상기 복수의 자석들의 하나 이상의 파라미터들을 변경하도록 구성된 제어 시스템을 포함하며, 상기 제 1 위치는 타겟 영역 내의 제 1 깊이에 위치되고 상기 제 2 위치는 타겟 영역 내의 제 2 깊이에 위치된다.
특정 실시예들에서, 상기 타겟 영역은 대상의 표피 표면 아래에 있으며; 상기 제 1 위치 또는 상기 제 2 위치는 상기 표피 표면으로부터 0 내지 50 센티미터 사이의 깊이에 있다. 특정 실시예들에서, 상기 전자 빔은 50 메가전자볼트 내지 250 메가전자볼트(MeV) 사이의 에너지를 갖는다. 일부 실시예들에서, 상기 초점 지점이 상기 제 1 위치로부터 상기 제 2 위치로 이동될 때, 상기 빔의 에너지는 조절되지 않는다. 특정 실시예들에서, 상기 복수의 자석들은 복수의 동일 선상의 다중극자 자석들(multipole magnets)을 포함한다. 특정 실시예들에서, 상기 복수의 동일 선상의 다중극자 자석들은 적어도 두 개의 동일 선상의 사중극자 자석들을 포함한다.
특정 실시예들에서, 상기 복수의 자석들의 하나 이상의 파라미터들은 상기 복수의 동일 선상의 다중극자 자석들 사이의 이격 거리를 포함하고; 상기 제어 시스템은 상기 복수의 동일 선상의 다중극자 자석들 사이의 이격 거리를 변경하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 복수의 자석들은 전방 렌즈 자석, 후방 반사 자석, 및 복수의 방사상 초점 자석들을 포함한다. 특정 실시예들에서, 상기 복수의 자석들은 전자석들을 포함하며; 상기 복수의 자석들의 하나 이상의 파라미터들은 상기 전자석들을 통한 전류를 포함하고; 상기 제어 시스템은 상기 전자석들을 통한 전류를 변경하도록 구성된다. 특정 실시예들에서, 상기 전자석들은 아이언-도미네이티드 또는 코일 도미네이티드 초전도 전자석들이다.
특정 실시예들에서, 상기 복수의 자기장들은 50 내지 500 mrad 사이의 수렴 각으로 전자 빔을 포커싱하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 상기 복수의 자기장들은 200 내지 400 mrad 사이의 수렴 각으로 전자 빔을 포커싱하도록 구성된다. 특정 실시예들에서, 제어 시스템은 상기 복수의 자석들의 하나 이상의 파라미터들을 계산하는 알고리즘을 포함한다. 특정 실시예들에서, 제어 시스템은 선량 분포를 계산하도록 구성된 치료 계획 소프트웨어 프로그램으로부터 입력을 수신한다. 특정 실시예들에서, 상기 초점 지점은 최대 전자 선량 농도를 포함한다.
예시적인 실시예들은 방사선 치료 전자 빔을 제어하는 방법을 포함하며, 상기 방법은: 전자 빔을 생성하는 단계; 복수의 자석들에 의해 생성된 복수의 자기장들을 통해 상기 전자 빔을 지향시키는 단계; 상기 전자 빔을 상기 복수의 자기장들로 초점 지점에 포커싱하는 단계; 및 상기 초점 지점을 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동시키도록 상기 복수의 자석들의 하나 이상의 파라미터들을 변경하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 위치는 타겟 영역 내의 제 1 깊이에 위치되고 상기 제 2 위치는 상기 타겟 영역 내의 제 2 깊이에 위치된다.
특정 실시예들에서, 상기 타겟 영역은 대상의 표피 표면 아래에 있으며; 상기 제 1 위치 또는 상기 제 2 위치는 상기 표피 표면으로부터 0 내지 50 센티미터 사이의 깊이에 있다. 특정 실시예들에서, 상기 전자 빔은 50 메가전자볼트와 250 메가전자볼트의 파워를 갖는다. 일부 실시예들에서, 상기 초점 지점이 상기 제 1 위치로부터 상기 제 2 위치로 이동될 때, 상기 빔의 파워는 조절되지 않는다. 특정 실시예들에서, 상기 복수의 자석들은 복수의 동일 선상의 다중극자 자석들을 포함한다. 특정 실시예들에서, 상기 복수의 동일 선상의 다중극자 자석들은 적어도 세 개의 동일 선상의 사중극자 자석들을 포함한다.
특정 실시예들에서, 상기 복수의 자석들의 하나 이상의 파라미터들은 상기 복수의 동일 선상의 다중극자 자석들 사이의 이격 거리를 포함하고; 상기 제어 시스템은 상기 복수의 동일 선상의 다중극자 자석들 사이의 이격 거리를 변경하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 복수의 자석들은 전방 렌즈 자석, 후방 반사 자석, 및 복수의 방사상 초점 자석들을 포함한다. 특정 실시예들에서, 상기 복수의 자석들은 전자석들을 포함하며; 상기 복수의 자석들의 하나 이상의 파라미터들은 상기 전자석들을 통한 전류를 포함하고; 상기 제어 시스템은 상기 전자석들을 통한 전류를 변경하도록 구성된다.
특정 실시예들에서, 상기 복수의 자기장들은 100 내지 500 mrad 사이의 수렴 각으로 상기 전자 빔을 포커싱하도록 구성된다. 특정 실시예들에서, 상기 복수의 자기장들은 200 내지 400 mrad 사이의 수렴 각으로 상기 전자 빔을 포커싱하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 상기 제어 시스템은 상기 복수의 자석들의 하나 이상의 파라미터들을 계산하는 알고리즘을 포함한다. 특정 실시예들에서, 상기 제어 시스템은 선량 분포를 계산하도록 구성된 치료 계획 소프트웨어 프로그램으로부터 입력을 수신한다. 특정 실시예들에서, 상기 초점 지점은 최대 전자 선량 농도를 포함한다.
예시적인 실시예들은 방사선 치료 전자 빔을 제어하는 장치를 포함하며, 상기 장치는: 50 메가전자볼트 내지 250 메가전자볼트 사이의 파워를 갖는 전자 빔을 생성하도록 구성된 전자 빔 생성기; 상기 전자 빔을 초점 지점에 포커싱하도록 구성된 복수의 자석들; 상기 초점 지점을 제 1 깊이에서의 제 1 위치로부터 제 2 깊이에서의 제 2 위치로 이동시키도록 구성된 제어 시스템을 포함하며, 상기 전자 빔의 파워는 상기 초점 지점이 상기 제 1 위치로부터 상기 제 2 위치로 이동될 때 일정한 레벨에서 유지된다.
특정 실시예들에서, 상기 제 1 위치 및 상기 제 2 위치는 타겟 영역 내에 위치된다. 특정 실시예들에서, 상기 타겟 영역은 대상의 표피 표면 아래에 있으며; 상기 제 1 위치 또는 상기 제 2 위치는 상기 표피 표면으로부터 10 내지 20 센티미터 사이의 깊이에 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제어 시스템은 상기 초점 지점을 상기 제 1 위치로부터 상기 제 2 위치로 이동시키도록 상기 복수의 자석들의 하나 이상의 파라미터들을 변경하도록 구성된다. 특정 실시예들에서, 제어 시스템은 상기 복수의 자석들의 하나 이상의 파라미터들을 계산하는 알고리즘을 포함한다.
특정 실시예들에서, 제어 시스템은 선량 분포를 계산하도록 구성된 치료 계획 소프트웨어 프로그램으로부터 입력을 수신한다. 특정 실시예들에서, 상기 복수의 자석들은 복수의 동일 선상의 다중극자 자석들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 복수의 동일 선상의 다중극자 자석들은 적어도 세 개의 동일 선상의 사중극자 자석들을 포함한다. 특정 실시예들에서, 상기 복수의 자석들의 하나 이상의 파라미터들은 상기 복수의 동일 선상의 다중극자 자석들 사이의 이격 거리를 포함하고; 상기 제어 시스템은 상기 복수의 동일 선상의 다중극자 자석들 사이의 이격 거리를 변경하도록 구성된다.
특정 실시예들에서, 복수의 자석들은 전방 렌즈 자석, 후방 반사 자석, 및 복수의 방사상 초점 자석들을 포함한다. 특정 실시예들에서, 상기 복수의 자석들은 전자석들을 포함하고; 상기 제어 시스템은 상기 초점 지점을 상기 제 1 위치로부터 상기 제 2 위치로 이동시키도록 상기 복수의 자석들의 하나 이상의 파라미터들을 변경하도록 구성되며; 상기 복수의 자석들의 하나 이상의 파라미터들은 상기 전자석들을 통한 전류를 포함하고; 제어 시스템은 상기 전자석들을 통한 전류를 변경 하도록 구성된다.
특정 실시예들에서, 상기 복수의 자석들은 100 내지 500 mrad 사이의 수렴 각으로 상기 전자 빔을 포커싱하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 상기 복수의 자석들은 200 내지 400 mrad 사이의 수렴 각으로 전자 빔을 포커싱하도록 구성된다. 특정 실시예들에서, 상기 초점 지점은 최대 전자 선량 농도를 포함한다.
특정 실시예들은 방사선 치료 전자 빔을 제어하는 방법을 포함하며, 상기 방법은: 50 메가전자볼트 내지 250 메가전자볼트 사이의 파워를 갖는 전자 빔을 생성하는 단계; 상기 전자빔을 복수의 자석들로 초점 지점에 포커싱하는 단계; 및 상기 전자 빔의 파워를 일정한 레벨로 유지하면서 상기 초점 지점을 제 1 깊이에서의 제 1 위치로부터 제 2 깊이에서의 제 2 위치로 이동시키는 단계를 포함한다.
특정 실시예들에서, 상기 제 1 위치 및 상기 제 2 위치는 타겟 영역 내에 위치된다. 특정 실시예들에서, 상기 타겟 영역은 대상의 표피 표면 아래에 있으며; 상기 제 1 위치 또는 상기 제 2 위치는 상기 표피 표면으로부터 10 내지 20 센티미터 사이의 깊이에 있다. 상기 초점 지점을 제 1 깊이에서의 제 1 위치로부터 제 2 깊이에서의 제 2 위치로 이동시키는 상기 단계는 상기 복수의 자석들의 하나 이상의 파라미터들을 변경하는 단계를 포함한다. 특정 실시예들에서, 상기 제어 시스템은 상기 복수의 자석들의 하나 이상의 파라미터들을 계산하는 알고리즘을 포함한다. 특정 실시예들에서, 상기 제어 시스템은 선량 분포를 계산하도록 구성된 치료 계획 소프트웨어 프로그램으로부터 입력을 수신한다. 특정 실시예들에서, 상기 복수의 자석들은 복수의 동일 선상의 다중극자 자석들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 복수의 동일 선상의 다중극자 자석들은 적어도 세 개의 동일 선상의 사중극자 자석들을 포함한다.
특정 실시예들에서, 상기 복수의 자석들의 하나 이상의 파라미터들은 상기 복수의 동일 선상의 다중극자 자석들 사이의 이격 거리를 포함하고; 상기 복수의 자석들의 하나 이상의 파라미터들을 변경하는 것은 상기 복수의 동일 선상의 다중극자 자석들 사이의 이격 거리를 변경하는 것을 포함한다. 특정 실시예들에서, 상기 복수의 자석들은 전방 렌즈 자석, 후방 반사 자석, 및 복수의 방사상 초점 자석들을 포함한다. 특정 실시예들에서, 상기 복수의 자석들은 전자석들을 포함하고; 상기 초점 지점을 제 1 깊이에서의 제 1 위치로부터 제 2 깊이에서의 제 2 위치로 이동시키는 것은 상기 전자석들을 통한 전류를 변경하는 것을 포함한다.
특정 실시예들에서, 상기 복수의 자석들은 100 내지 500 mrad 사이의 수렴 각으로 상기 전자 빔을 포커싱하도록 구성된다. 특정 실시예들에서, 상기 복수의 자석들은 200 내지 400 mrad 사이의 수렴 각으로 상기 전자 빔을 포커싱하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 상기 초점 지점은 최대 전자 선량 농도를 포함한다.
후술하는 설명에서, "결합된(coupled)"이라는 용어는 반드시 직접적인 것은 아니며 반드시 기계적인 것은 아니지만 연결되는 것으로서 정의된다.
청구 범위 및/또는 명세서에서 "포함하는"이라는 용어와 함께 사용되는 경우 "복수가 아닌 표현(a 또는 an)"의 용어 사용은 "하나"를 의미할 수도 있지만, "하나 또는 그 이상" 또는 "적어도 하나"의 의미와도 또한 일치한다. "약", "실질적으로", 및 "거의"라는 용어들은 일반적으로 명시된 값 플러스 또는 마이너스 5%를 의미한다. 청구 범위에서 "또는"이라는 용어의 사용은, 명시적으로 대안만을 지칭하거나 또는 대안이 상호 배타적인 것을 제외하고는 "및/또는"을 의미하는 것으로 사용되었지만, 본 개시 내용은 오직 대안적인 것들과 "및/또는"를 지칭하는 정의를 지지한다.
"구비하다"(및 "구비하고" 및 "구비하는"과 같은 구비하다의 모든 형태), "갖는다"(및 "갖고" 및 "갖고 있는"과 같은 갖는다의 모든 형태), "포함한다"(및 "포함하고" 및 "포함하는"과 같은 포함하다의 모든 형태) 및 "함유하다"(및 "함유하고" 및 "함유하는"과 같은 함유하다의 모든 형태)는 확장 가능한 연결형 동사들이다. 결과적으로, 하나 이상의 단계들 또는 요소들을 "구비하는", "갖는", "포함하는" 또는 "함유하는 방법 또는 장치는 이들의 하나 이상의 단계들 또는 요소들을 소유하는 것이며, 단지 이들 하나 이상의 요소들만을 소유하는 것에 한정되는 것은 아니다. 유사하게, 하나 이상의 특징들을 "구비하는", "갖는", "포함하는" 또는 "함유하는 방법의 단계 또는 장치의 요소는 이들의 하나 이상의 특징들을 소유하는 것이며, 단지 이들 하나 이상의 특징들만을 소유하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 특정의 방식으로 구성되는 장치 또는 구성은 적어도 그 방법으로 구성되는 것이지만, 나열되지 않은 방식들로도 또한 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 다음의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다. 그러나, 상세한 설명 및 특정 예들은 본 발명의 특정 실시예들을 나타내기는 하지만 단지 예시의 방식으로 주어진 것이라는 것을 이해해야 하며, 이러한 것은 본 발명의 사상과 범위 내에서의 다양한 변경과 수정이 본 상세한 설명으로부터 명백할 것이기 때문이다.
다음의 도면들은 본 명세서의 부분을 형성하며 본 발명의 특정 양태들의 사례를 더 보여주도록 포함되었다. 본 개시 내용은 본 명세서에서 제시된 특정 실시예들의 상세한 설명과 조합하여 이들 도면들의 하나 이상을 참조함으로써 더욱 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시 내용의 예시적인 실시예들에 따라 방사선 치료 전자 빔을 제어하기 위한 장치를 도식적으로 도시한다.
도 2는 도 1의 실시예에서 자석들의 배열의 투시도를 도시한다.
도 3은 도 1의 실시예의 X-Z 평면에서의 시뮬레이션된 선량 분포도를 도시한다.
도 4은 도 1의 실시예의 Y-Z 평면에서의 시뮬레이션된 선량 분포도를 도시한다.
도 5는 포커싱되지 않은 전자 빔에 비교하여 도 1의 실시예에 대한 시뮬레이션된 퍼센트 선량 분포 곡선들의 그래프를 도시한다.
도 6은 본 개시 내용의 예시적인 실시예들에 따라 방사선 치료 전자 빔을 제어하기 위한 장치를 도식적으로 도시한다.
도 7은 도 1의 실시예의 상이한 구성들에 대한 시뮬레이션된 퍼센트 깊이 선량 곡선들의 그래프를 도시한다.
도 8은 도 6의 실시예에 대한 전립선 CT(컴퓨터 단층 촬영) 이미지에 포커싱된 다수의 전자 빔들로부터의 복합 선량 분포의 몬테 카를로 계산을 도시한다.
도 9는 도 6의 실시예에 대한 전립선 CT(컴퓨터 단층 촬영) 이미지에 포커싱된 다수의 전자 빔들로부터의 복합 선량 분포의 몬테 카를로 계산을 도시한다.
도 10은 도 6의 실시예의 상이한 구성들에 대한 시뮬레이션된 퍼센트 깊이 선량 곡선들의 그래프를 도시한다.
먼저 도 1을 참조하면, 방사선 치료 전자 빔을 제어하기 위한 장치(100)가 도시된다. 본 실시예에서, 장치(100)는 전자 빔(155)을 생성하도록 구성된 전자 빔 생성기(150)를 포함한다. 장치(100)는 공동 선상의 다중극자 자석들을 포함하는 복수의 자석들(105)을 더 포함한다.
본 실시예에서, 자석들(105)은 제 1 사중극자 자석(101), 제 2 사중극자 자석(102) 및 제 3 사중극자 자석(103)을 포함한다. 제 1 사중극자 자석(101)은 제 1 극(111), 제 2 극(112), 제 3 극(113) 및 제 4 극(114)을 포함한다. 제 2 사중극자 자석(102) 및 제 3 사중극자 자석(103)은 또한 4 개의 극들(명료함을 위해 도면에 표시되어 있지 않음)을 포함하는 것으로 이해해야 한다. 자석들(105)의 상단 투시도가 도 2에 도시되어 있다.
장치(100)의 작동 중에, 자석들(105)은 전자 빔(155)을 포커싱하고 타겟 영역 내의 초점 지점에 최대 전자 선량 농도를 제공하도록 구성된 복수의 자기장들을 생성한다. 특히 도 3 및 도 4를 참조하면, 시뮬레이션된 선량 분포도들이 장치(100)에 대해 X-Z 평면(도 3) 및 Y-Z 평면(도 4)으로 도시된다. 선량 분포들은 물질에서 활발한 입자들의 상호작용들을 시뮬레이션하기 위한 범용 코드인 몬테 카를로 계산 코드 FLUKAⓒ를 사용하여 계산된다. "FLUKA 코드: 고 에너지 및 의료 응용 분야의 개발 및 과제" T.T. Boehlen, F. Cerutti, M.P.W. Chin, A. Fasso', A. Ferrari, P.G. Ortega, A. Mairani, P.R. Sala, G. Smirnov 및 V. Vlachoudis, Nuclear Data Sheets 120, 211-214 (2014) 참조; 또한, "FLUKA : 다중 입자 운반 코드" A. Ferrari, P.R. Sala, A. Fasso' 및 J. Ranft, CERN-2005-10 (2005), INFN/TC_05/11, SLAC-R-773 참조. 도 3 및 도 4는 0.05 cm의 최소 스텝 크기, 10 keV의 하전된 입자 컷오프 에너지 및 1 mm의 선량 비닝 그리드 크기(dose binning grid size)로 2.5x105를 추적함으로써 생성되었다. 본 예에서, 전자 빔(155)은 100 메가전자볼트(MeV), 5 센티미터 반경의 전자 빔이다. 전자 빔(155)은 100 센티미터의 공기를 통과하여 물 팬텀(water phantom)(대상의 표피 표면에 대응하는 Z 치수 0 센티미터) 상에 입사되는 것으로 도시된다. 예시된 실시예에서, 자석들(105)은 사중극자 삼중(quadrupole triplet)으로서 구성되며 대칭 균일 포커싱 렌즈로서 기능한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 사중극자 자석(101)은 전자 빔(155)을 X-Z 평면에 포커싱하고, 제 2 사중극자 자석(102)은 전자 빔(155)을 디포커싱하고, 제 3 사중극자 자석(103)은 전자빔(155)을 포커싱한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 자석들(101, 102 및 103)은 Y-Z 평면에서 전자 빔(155)에 대해 역 동작을 수행한다. 특히, 제 1 사중극자 자석(101)은 Y-Z 평면에서 빔(155)을 디포커싱하고, 제 2 사중극자 자석(102)은 전자 빔(155)을 포커싱하고, 제 3 사중극자 자석(103)은 전자 빔(155)을 디포커싱한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 자석들(105)은 전자 빔(155)을 포커싱하고 초점 지점(125)에서 최대 전자 선량 농도를 제공하도록 구성될 수 있다. 아래에서 더 설명되는 바와 같이, 작동 제어 시스템(190)(도 1에 도시됨)은 Z 평면의 타겟 영역 내에서 상이한 깊이들로 초점 지점(125)을 이동시키기 위해 자석들(105)의 하나 이상의 파라미터들을 변경할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 전자빔(155)의 파워는 초점 지점(125)이 타겟 영역 내의 상이한 깊이들로 이동될 때 조절되지 않는다.
예를 들어, 제어 시스템(190)은 자석들 사이의 이격 거리를 변경하기 위해 자석들(105)의 그룹 내의 개별 자석들의 위치를 제어할 수 있다. 특히, 제어 시스템(190)은 제 1 사중극자 자석(101)과 제 2 사중극자 자석(102) 사이의 이격 거리를 변경할 수 있다. 제어 시스템(190)은 또한 제 2 사중극자 자석(102)과 제 3 사중극자 자석(103) 사이의 이격 거리를 변경할 수 있다.
자석들(101, 102 및 103) 사이의 이격 거리는 예를 들어 하나 이상의 선형 액추에이터들을 포함하는 적절한 메커니즘들 중 임의의 하나에 의해 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 제어 시스템(190)은 선형 액추에이터들(131, 132 및 133)를 통해 각각 자석들(101, 102 및 103)의 위치를 제어할 수 있다. 각각의 자석(101, 102 및 103)의 위치를 조정함으로써, 자석들 사이의 이격 거리들이 변경될 수 있다. 자석들(105)의 그룹 내의 자석들 사이의 이격 거리들의 변경은 도 4에 도시된 전자 빔(155)의 포커싱 및 수렴 각(A)에 영향을 미친다.
수렴 각(A)이 증가됨에 따라, 초점 지점(125)은 자석(105)에 더 가깝게 이동된다. 반대로, 자석들(105) 사이의 이격 거리가 수렴 각(A)을 감소시키도록 제어될 때, 초점 지점(125)은 자석들(105)로부터 멀어지게 이동된다. 특정 실시예들에서, 장치(100)는 수렴 각(A)을 약 400 밀리라디안의 값까지 증가시킬 수 있다. 이러한 것은 전형적으로 표면으로부터 0 내지 35 센티미터 사이의 타겟 영역 내에서 초점 지점(125)이 이동될 수 있게 한다. 유사한 수렴 각이 도 3의 X-Z 평면에 존재하는 것으로 이해해야 한다. 도 3에 존재하는 수렴 각은 명료함을 위해 표시되지 않았다.
다른 실시예들에서, 제어 시스템(190)은 전자 빔(155) 및 초점 지점(125)을 제어하기 위해 상이한 파라미터들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예들에서, 자석들(105)은 전자석들을 포함할 수 있고, 제어 시스템(190)은 전자석들을 통한 전류를 변경하도록 구성될 수 있다. 자석 이격 거리와 유사하게, 자석들(101, 102 및 103) 각각을 통한 전류를 변경하는 것은 또한 수렴 각(A) 및 초점 지점(125)의 위치에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 자석 파라미터들(예를 들면, 자석 이격 거리 또는 전류)의 변경은 초점 지점(125)이 축 방향(예를 들면, 전자 빔(155)과의 동일 선상)에서 자석들(105)에 더 가깝게 그리고 그로부터 멀리 이동될 수 있도록 함으로써 초점 지점(125)의 깊이를 변화시킬 수 있다.
수렴 각(A) 및 자기 파라미터들을 통한 초점 지점(125)의 위치를 제어하는 능력은 많은 장점들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 방사선 선량이 타겟 영역 외부의 영역들에서 감소될 수 있다. 특히, 더 높은 수렴 각을 생성하는 능력은 초점 지점(125)에서의 단면과 비교하여 피부 표면에서 빔(155)의 더 큰 단면을 제공할 수 있다. 특정 실시예들은, 최대 투여량의 약 80 % 또는 90 %의 표면 선량들 제공하는 통상의 현재 기술들과는 대조적으로, 초점 저점(125)에서 최대 선량의 15 %만큼 낮은 표면 유입 선량을 생성할 수 있다. 초점 지점의 축 방향 깊이 위치를 제어하고 타겟 영역 외부의 건강한 조직에 대한 방사선 투여량을 최소화하는 능력은 환자 결과를 개선하고 회복 시간을 단축시킬 수 있다.
더욱이, 예시적인 실시예들은 또한 빔(155)의 에너지를 조절하지 않고서 타겟 영역 내의 초점 지점(125)에서 방사선 선량 피크의 깊이를 제어하는 능력을 제공한다. 현재의 전자 치료 기술은 일반적으로 침투 깊이를 조정하기 위해 전자 빔의 에너지를 변화시키며, 이러한 것은 수동으로 수행되고 투여량 레벨의 동적 제어에는 적합하지 않다. 예를 들어, 침투 깊이를 조정하기 위해 빔의 에너지를 변화시키는 것은 초점 지점 깊이와 방사선 레벨들의 독립적인 제어를 허용하지 않는다.
대조적으로, 본 개시 내용의 예시적인 실시예들은 환자 두께(patient thicknesses)의 전체 임상 범위를 관통하도록 구성되고, 자기 시스템 파라미터들을 사용하여 타겟 깊이 전체를 통해 이동될 수 있는 타겟에서 높은 선량 초점 영역을 생성한다. 타겟 깊이는 전자 빔 에너지 레벨들과는 다른 파라미터들(예를 들면, 자석 전류 및/또는 위치)에 의해 제어될 수 있다.
본 명세서에 개시된 선량 피크 깊이 제어의 결과로서, 다양한 선량 피크 깊이들의 빔이 종양 또는 치료 부위에 대응하는 환자 내의 깊이 영역에 걸쳐 일정한 선량의 영역을 생성하도록 중첩될 수 있다.
도 5는 5 센티미터 반경 원형 빔에 대해 물에 대한 140 MeV 전자 빔의 시뮬레이션된 퍼센트 선량 분포들의 그래프를 도시한다. 도 5의 한 플롯에서 전자 빔은 포커싱되지 않지만, 다른 플롯에서는 동일한 빔이 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 동일 선상의 사중극자 자석 구성으로 포커싱된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 표면(예를 들면, 0 cm의 깊이)에서의 퍼센트 선량은 포커싱되지 않은 빔에 비해 포커싱된 빔에 대해 실질적으로 감소된다. 포키싱된 빔은 최대 선량의 20 내지 30 퍼센트 사이의 표면에서의 선량을 제공하는 반면, 포커싱되지 않은 빔은 최대 선량의 70 내지 80 퍼센트 사이의 표면 선량을 제공한다. 도 5는 또한 15 cm 깊이보다 약간 작은 곳에서 최대 선량을 제공하는 포커싱된 빔을 도시한다.
다른 실시예들은 이전에 도시되고 설명된 것과는 다른 자석들의 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이제 도 6을 참조하면, 장치(200)는 동일 선상에 있지 않고 전자 빔(255)을 제어하도록 구성된 복수의 자석들(205)을 포함한다. 이러한 실시예에서, 자석들(205)은 솔레노이드 전자석으로 구성되며, 전방 렌즈 자석(201), 후방 반사 자석(202) 및 복수의 방사상 초점 자석들(203, 204, 206 및 207)을 포함한다.
장치(200)의 작동 중에, 제어 시스템(290)은 이전에 기술된 실시예들과 유사한 방식으로 상이한 깊이들에서 빔(255)을 포커싱하도록 자석들(205)의 파라미터들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(290)은 자석들(201-204 및 206-207) 각각을 통한 전류를 제어할 수 있다. 제어 시스템은 또한 자석들(201-204 및 206-207)의 위치를 제어하도록 구성되어 자석들 각각 사이의 이격 거리가 빔(255)의 초점 지점(명료함을 위해 도 6에 도시되지 않음)을 변화시키도록 변경될 수 있다.
도 6에 도시된 구성에서, 전방 렌즈 자석(201)은 포커싱의 주 소스(primary source)이다. 방사상 초점 자석들(203, 204, 206 및 207)은 전방 렌즈 자석(201) 필드를 수정하고 추가적인 포커싱을 제공하는 타겟 내의 자기장을 생성한다. 방사상 초점 자석들(203, 204, 206 및 207)의 평면은 치료 깊이에 기초하여 조정될 수 있다. 후방 반사 자석(202)은 자기장 경사도를 생성하여 전자들이 자석(202)의 자기장 세기에 의존하는 깊이에서 반사되도록 하고, 결국 원하는 깊이로 한정된 방사선 선량을 초래한다.
도 7은 물 팬텀에 입사하는 100 MeV, 5 cm 반경 전자 빔들에 대한 시뮬레이션된 퍼센트 깊이 선량 곡선들의 그래프를 도시하며, 여기서 빔은 평면 내(in-plane) 자석들(203, 204, 206 및 207)에 의해 정의된 바와 같이 자기 평면의 상이한 깊이들로 도 6의 구성을 사용하여 포커싱된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상이한 깊이들의 자기 평면들은 상이한 깊이들에 대한 선량 피크의 이동에 대응한다. 40 cm 자기 평면은 약 16 cm에서 최대 선량 피크를 가지며, 35 cm 자기 평면은 약 13.5 cm에서 최대 선량 피크를 가지며, 30 cm 자기 평면은 약 11.5 cm에서 최대 선량 피크를 가지며, 25 cm 자기 평면은 약 8.5 cm에서 최대 선량 피크를 갖는다. 비교를 위해, 어떠한 포커싱 자기장도 없이 20 MeV 전자들의 5 cm 반경 원형 빔에 대한 퍼센트 깊이 선량 곡선이 도시된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 포커싱되지 않은 20 MeV 빔의 표면 선량은 80 내지 90 퍼센트이며, 포커싱된 빔들은 10 내지 20 퍼센트 사이의 표면 선량을 갖는다.
도 8은 도 6에 도시된 자석 구성을 사용하여 전립선 CT(컴퓨터 단층 촬영) 이미지 상의 다양한 에너지들의 다섯 개의 포커싱된 전자 빔들로부터 복합 선량 분포의 몬테 카를로 계산을 도시한다. 도 9는 "선량 페인팅(dose painting)"의 형태(예를 들면, 각각의 빔에 대한 초점 지점의 깊이를 변경)를 이용하여 다양한 에너지들의 10 개의 포커싱된 전자 빔들로부터 복합 선량 분포의 몬테 카를로 계산을 도시한다. 이러한 기술은 도 6에 도시된 자석 구성을 사용하여 전립선 전체를 통해 높은 선량 적용 범위를 증가 시키는 데 사용될 수 있다.
도 10은 전방 렌즈 자석 및 후방 반사 자석을 갖는 방사상 초점 자석들을 이용하여 도 6에 도시된 실시 예의 상이한 구성들에 대한 퍼센트 선량 대 깊이의 그래프를 도시한다. 상기 그래프는 25 센티미터 자기 평면 구성, 40 센티미터 자기 평면 구성을 포함하며 각 분포의 강도는 시뮬레이션된 확산된 브래그(Bragg) 피크("의사 SOBP") 구성을 생성하는 데 최적화된다. 도 10에 도시된 그래프는 5 cm의 반경을 갖는 100 MeV 전자 빔에 대한 시뮬레이션된 데이터를 포함한다.
본 명세서에 개시되고 청구된 모든 디바이스, 장치, 시스템 및/또는 방법은 본 개시 내용에 비추어 과도한 실험없이 이루어지고 실행될 수 있다. 본 발명의 디바이스, 장치, 시스템 및 방법이 특정 실시예들과 관련하여 기술되었지만, 본 기술 분야의 당업자에게는 본 발명의 개념, 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고서 본 명세서에 기술된 방법의 단계들 또는 단계들의 순서에서 디바이스, 장치, 시스템 및/또는 방법에 대한 변형들이 적용될 수 있음이 명백할 것이다. 당업자에게 명백한 이러한 모든 유사한 대체물 및 변형들은 첨부된 청구 범위에 의해 정의된 본 발명의 사상, 범위 및 개념 내에있는 것으로 간주된다.
참고자료
다음의 참고자료들의 내용이 여기에 참고로 포함되었다:
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Claims (14)

  1. 방사선 치료 전자 빔을 제어하기 위한 장치에 있어서:
    전자 빔을 생성하도록 구성된 전자 빔 생성기;
    50 내지 500 mrad 사이의 수렴 각으로 상기 전자 빔을 초점 지점에 포커싱하도록 구성된 복수의 자기장들을 생성하는 복수의 자석들 - 상기 복수의 자석들은 전자석들을 포함함 - ; 및
    제 1 위치로부터 제 2 위치로 상기 초점 지점을 동적으로 이동시키기 위해 상기 복수의 자석들의 하나 이상의 파라미터들을 변경하도록 구성된 제어 시스템을 포함하고,
    상기 제 1 위치는 타겟 영역 내의 제 1 깊이에 위치되고, 상기 제 2 위치는 상기 타겟 영역 내의 제 2 위치에 위치되고,
    상기 복수의 자석들의 하나 이상의 파라미터들은 상기 전자석들을 통한 전류를 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 전자석들을 통한 전류를 변경하도록 구성되며,
    상기 자석들의 파라미터들을 변경시키는 것은, 상기 초점 지점을 상기 전자 빔과의 동일 선상에서 상기 자석들에 더 가깝게 그리고 상기 자석들로부터 멀리 이동될 수 있게 함으로써 상기 초점 지점의 깊이를 변화시키는 것인, 방사선 치료 전자 빔을 제어하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 타겟 영역은 대상의 표피 표면 아래에 있고,
    상기 제 1 위치 또는 상기 제 2 위치는 상기 표피 표면으로부터 0 내지 50 센티미터 사이의 깊이에 있는, 방사선 치료 전자 빔을 제어하기 위한 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전자 빔은 50 내지 250 메가전자볼트(MeV) 사이의 에너지를 갖고,
    상기 초점 지점이 상기 제 1 위치로부터 상기 제 2 위치로 이동될 때 상기 전자 빔의 에너지는 조절되지 않는, 방사선 치료 전자 빔을 제어하기 위한 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 자석들은 복수의 동일 선상의 다중극자 자석들(multipole magnets)을 포함하고,
    i) 상기 복수의 동일 선상의 다중극자 자석들은 적어도 두 개의 동일 선상의 사중극자 자석들(quadrupole magnets)을 포함하거나; 또는,
    ii) 상기 복수의 자석들의 하나 이상의 파라미터들은 상기 복수의 동일 선상의 다중극자 자석들 사이의 이격 거리를 포함하고;
    상기 제어 시스템은 상기 복수의 동일 선상의 다중극자 자석들 사이의 이격 거리를 변경하도록 구성된, 방사선 치료 전자 빔을 제어하기 위한 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전자석들은 아이언 도미네이티드(iron-dominated) 또는 코일 도미네이티드(coil-dominated) 초전도 전자석들인, 방사선 치료 전자 빔을 제어하기 위한 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 자기장들은 200 내지 400 mrad 사이의 수렴 각으로 상기 전자 빔을 포커싱하도록 구성된, 방사선 치료 전자 빔을 제어하기 위한 장치.
  7. 방사선 치료 전자 빔을 제어하기 위한 장치에 있어서:
    50 내지 250 메가전자볼트(MeV) 사이의 파워를 갖는 전자 빔을 생성하도록 구성된 전자 빔 생성기;
    상기 전자 빔을 초점 지점에 포커싱하도록 구성된 전자석들(electromagnets)을 포함하는 복수의 자석들; 및
    제 1 깊이의 제 1 위치로부터 제 2 깊이의 제 2 위치로 상기 초점 지점을 동적으로 이동시키도록 구성된 제어 시스템을 포함하고,
    상기 초점 지점이 상기 제 1 위치로부터 상기 제 2 위치로 이동될 때 상기 전자 빔의 파워는 일정한 레벨에서 유지되고, 상기 제어 시스템은 상기 초점 지점을 상기 제 1 위치로부터 상기 제 2 위치로 이동시키기 위해 상기 복수의 자석들의 하나 이상의 파라미터들을 변경하도록 구성되고,
    상기 복수의 자석들의 하나 이상의 파라미터들은 상기 전자석들을 통한 전류를 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 전자석들을 통한 전류를 변경하도록 구성되며,
    상기 자석들의 파라미터들을 변경시키는 것은, 상기 초점 지점을 상기 전자 빔과의 동일 선상에서 상기 자석들에 더 가깝게 그리고 상기 자석들로부터 멀리 이동될 수 있게 함으로써 상기 초점 지점의 깊이를 변화시키는 것인, 방사선 치료 전자 빔을 제어하기 위한 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제 1 위치 및 상기 제 2 위치는 타겟 영역 내에 위치되고,
    상기 타겟 영역은 대상의 표피 표면 아래에 있고,
    상기 제 1 위치 또는 상기 제 2 위치는 상기 표피 표면으로부터 10 내지 20 센티미터 사이의 깊이에 있는, 방사선 치료 전자 빔을 제어하기 위한 장치.
  9. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 상기 복수의 자석들의 하나 이상의 파라미터들을 계산하기 위한 알고리즘을 포함하고,
    상기 제어 시스템은 선량 분포(dose distribution)를 계산하도록 구성된 치료 계획 소프트웨어 프로그램(treatment planning software program)으로부터 입력을 수신하는, 방사선 치료 전자 빔을 제어하기 위한 장치.
  10. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 복수의 자석들은 복수의 동일 선상의 다중극자 자석들(multipole magnets)을 포함하는, 방사선 치료 전자 빔을 제어하기 위한 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    i) 상기 복수의 다중극자 자석들은 적어도 세 개의 동일 선상의 사중극자 자석들(quadrupole magnets)을 포함하거나; 또는,
    ii) 상기 복수의 자석들의 하나 이상의 파라미터들은 상기 복수의 동일 선상의 다중극자 자석들 사이의 이격 거리를 포함하고;
    상기 제어 시스템은 상기 복수의 동일 선상의 다중극자 자석들 사이의 이격 거리를 변경하도록 구성된, 방사선 치료 전자 빔을 제어하기 위한 장치.
  12. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 복수의 자석들은 전방 렌즈 자석(anterior lens magnet), 후방 반사 자석(posterior reflective magnet), 및 복수의 방사상 초점 자석들(radial focal magnets)을 포함하는, 방사선 치료 전자 빔을 제어하기 위한 장치.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 자석들은 100 내지 500 mrad 사이의 수렴 각으로 상기 전자 빔을 포커싱하도록 구성된, 방사선 치료 전자 빔을 제어하기 위한 장치.
  14. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 초점 지점은 최대 전자 선량 농도(maximum electron dose concentration)를 포함하는, 방사선 치료 전자 빔을 제어하기 위한 장치.
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