KR102178632B1 - Neutron Capture and Therapy Device with Multiple Compact Cyclotron and control method for that - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 입자를 가속할 수 있도록 구성된 제1 사이클로트론, 제1 사이클로트론으로부터 타겟까지의 입자빔 경로가 형성될 수 있도록 구성되는 제1 빔 전송 라인, 제1 사이클로트론과 독립적으로 입자를 가속할 수 있도록 구성되는 제2 사이클로트론 및 제2 사이클로트론으로부터 타겟까지의 입자빔 경로가 형성될 수 있도록 구성되는 제2 빔 전송 라인을 포함하는 다중 사이클로트론이 구비된 중성자 포획치료 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 다중 소형 사이클로트론이 구비된 중성자 포획치료 장치 및 그 제어방법은 복수의 소형 사이클로트론을 이용하여 타겟에 동시에 입자빔을 조사할 수 있다. 따라서 저에너지를 이용하여 중성자 수율을 확보할 수 있고, 안정성 확보를 위해 필수적으로 수반되는 차폐구조물을 소형화 할 수 있어 설치 자유도를 높일 수 있는 효과가 발휘될 수 있다.The present invention provides a first cyclotron configured to accelerate particles, a first beam transmission line configured to form a particle beam path from the first cyclotron to a target, and to accelerate particles independently of the first cyclotron. The present invention relates to an apparatus for capturing neutrons having multiple cyclotrons including a second cyclotron and a second beam transmission line configured to form a particle beam path from the second cyclotron to the target, and a control method thereof.
The neutron trapping and treatment apparatus provided with multiple small cyclotrons according to the present invention and a control method thereof can simultaneously irradiate a particle beam onto a target by using a plurality of small cyclotrons. Therefore, the neutron yield can be secured by using low energy, and the shielding structure, which is essential for securing stability, can be miniaturized, so that the degree of freedom of installation can be increased.

Description

다중 소형 사이클로트론이 구비된 중성자 포획치료 장치 및 그 제어방법{Neutron Capture and Therapy Device with Multiple Compact Cyclotron and control method for that}Neutron Capture and Therapy Device with Multiple Compact Cyclotron and control method for that}

본 발명은 사이클로트론이 구비된 중성자 포획치료 장치 및 그 제어방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 저에너지 사이클로트론이 구비된 중성자 포획치료 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a neutron trapping treatment device equipped with a cyclotron and a control method thereof, and more particularly, to a neutron trapping treatment device equipped with a low-energy cyclotron.

중성자 발생장치는 일 예로 암치료시스템으로 활용되고 있으며, 양성자 및 탄소와 같은 하전입자를 암세포에 직접 조사하여 암을 치료하는 방식과 중성자 포획치료방식(NCT；Neutron Capture Therapy)이 사용된다.The neutron generating device is used as an example of a cancer treatment system, and a method of treating cancer by directly irradiating charged particles such as protons and carbon onto cancer cells and a neutron capture therapy method (NCT; Neutron Capture Therapy) are used.

중성자 발생장치는 입자가속기로부터 고속으로 방출되는 양성자빔의 빔 경로상에 설치되며 빔에 충돌하여 그 내부의 중성자를 내놓는 타겟을 포함하여 구성된다.The neutron generator is installed on a beam path of a proton beam emitted from a particle accelerator at high speed, and includes a target that collides with the beam and emits neutrons therein.

입자 가속기 중 원형 가속기인 사이클로트론은 운동하는 하전입자가 자기장 속에서 원궤도로 회전하게 되며, 회전 주기에 맞추어 고주파 전압을 가해 가속한다. 하전입자는 가속전극 사이를 통과할 때마다 가속되어 하전입자의 회전반경은 점점 더 커지고 나선 모양의 궤도를 그리면서 고에너지로 가속된다.Among the particle accelerators, the cyclotron, which is a circular accelerator, rotates charged particles in a circular orbit in a magnetic field and accelerates by applying a high-frequency voltage according to the rotation period. The charged particles are accelerated each time they pass between the accelerating electrodes, and the radius of rotation of the charged particles becomes larger and accelerated with high energy by drawing a spiral orbit.

종래의 사이클로트론 기반 중성자포획치료시스템은 30MeV 사이클로트론과 중성자 발생용 포적을 이용하여 중성자를 발생시키는 구성으로 널리 사용되고 있다. 이와같은 종래의 고에너지 사이클로트론 기반의 중성자 포획치료 시스템에 대하여 대한민국 공개특허 제2016-0103960호(2016.09.02. 공개)가 개시되어 있다.Conventional cyclotron-based neutron trapping treatment system is widely used as a configuration that generates neutrons using a 30MeV cyclotron and a neutron-generating trap. Korean Patent Application Publication No. 2016-0103960 (published on September 02, 2016) has been disclosed for such a conventional high-energy cyclotron-based neutron capture treatment system.

그러나 이와같은 종래기술은 고에너지의 입자빔을 이용하여 중성자를 발생시키므로 중성자 포획치료에 필요한 열외중성자(epithermal neutron) 외에 고속 중성자(fast neutron)가 발생하여 에너지를 조절하기 위한 감속재의 크기가 커지게 된다. 따라서 치료 현장에 설치시 제한으로 작용하는 문제점이 있었다.However, since such a conventional technique generates neutrons using high-energy particle beams, fast neutrons are generated in addition to epithermal neutrons required for neutron trapping treatment, so that the size of the moderator for controlling energy is increased. do. Therefore, there is a problem that acts as a limitation when installed in the treatment site.

대한민국 공개특허 제2016-0103960호(2016.09.02. 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 2016-0103960 (published on September 02, 2016)

본 발명은 종래의 중성자 포획치료 장치에서 대형 사이클로트론이 적용됨에 따라 필연적으로 안정성 확보를 위해 크기가 커지게 되는 단점을 극복하기 위한 다중 소형 사이클로트론이 구비된 중성자 포획치료 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a neutron capture treatment device equipped with multiple small cyclotrons to overcome the disadvantage of increasing the size inevitably to ensure stability as a large cyclotron is applied in a conventional neutron capture treatment device. .

상기 과제의 해결 수단으로서, 입자를 가속할 수 있도록 구성된 제1 사이클로트론, 제1 사이클로트론으로부터 타겟까지의 입자빔 경로가 형성될 수 있도록 구성되는 제1 빔 전송 라인, 제1 사이클로트론과 독립적으로 입자를 가속할 수 있도록 구성되는 제2 사이클로트론 및 제2 사이클로트론으로부터 타겟까지의 입자빔 경로가 형성될 수 있도록 구성되는 제2 빔 전송 라인을 포함하는 다중 사이클로트론이 구비된 중성자 포획치료 장치가 제공될 수 있다.As a solution to the above problem, a first cyclotron configured to accelerate particles, a first beam transmission line configured to form a particle beam path from the first cyclotron to the target, and accelerate the particles independently of the first cyclotron There may be provided a neutron capture treatment apparatus equipped with a multi-cyclotron including a second cyclotron configured to be capable of and a second beam transmission line configured to form a particle beam path from the second cyclotron to the target.

여기서, 제1 사이클로트론 및 제2 사이클로트론은 타겟에서 발생되는 고속중성자(fast neutron)의 발생을 최소화시킬 수 있도록 1 내지 18 MeV의 출력을 가질 수 있다.Here, the first cyclotron and the second cyclotron may have an output of 1 to 18 MeV to minimize the generation of fast neutrons generated in the target.

한편, 제1 빔 전송라인 및 제2 빔 전송라인은 서로 다른 각도로 타겟을 향해 빔을 조사할 수 있도록 소정각도로 이격되어 구성될 수 있다.Meanwhile, the first beam transmission line and the second beam transmission line may be configured to be spaced apart from each other by a predetermined angle so as to irradiate the beam toward the target at different angles.

또한, 제1 사이클로트론 및 제2 사이클로트론은 수평방향으로 이격되어 배치될 수 있다.In addition, the first cyclotron and the second cyclotron may be horizontally spaced apart from each other.

한편, 제1 사이클로트론 및 제2 사이클로트론은 상하방향으로 적층되어 배치되며, 제1 빔 전송 라인 및 제2 빔 전송라인은 상하방향으로 소정각도를 두어 배치될 수 있다.Meanwhile, the first cyclotron and the second cyclotron may be stacked and disposed in the vertical direction, and the first beam transmission line and the second beam transmission line may be disposed at a predetermined angle in the vertical direction.

한편, 일측에 제1 빔 전송 라인 및 제2 빔 전송 라인의 단부가 각각 연결되며, 타겟이 구비되며, 감속재(moderator), 반사체(reflector) 및 콜리메이터(collimator)을 포함하여 구성되는 빔 정형부를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, an end of the first beam transmission line and the second beam transmission line is connected to one side, respectively, a target is provided, and a beam shaping unit comprising a moderator, a reflector, and a collimator is further Can include.

여기서, 제1 사이클로트론 및 제2 사이클로트론으로부터 입사된 임자빔에 의해 발생된 중성자는 동일한 경로로 빔 정형부로부터 환자에게 도달하도록 구성될 수 있다.Here, the neutrons generated by the implantation beam incident from the first cyclotron and the second cyclotron may be configured to reach the patient from the beam shaping unit in the same path.

또한, 제1 사이클로트론 및 제2 사이클로트론은 동시에 타겟으로 입자빔을 조사할 수 있도록 제어될 수 있다.In addition, the first cyclotron and the second cyclotron may be controlled to simultaneously irradiate the particle beam to the target.

추가로, 복수의 사이클로트론으로부터 각각 다른 경로에서 입자빔을 가속하는단계, 복수의 입자빔이 사이클로트론으로부터 빔 정형부로 이동될 수 있도록 각각 다른 빔 전송 라인으로 유입되는 단계, 복수의 입자빔이 빔 정형부에 구비된 타겟에 동시에 조사되는 단계 및 타겟에서 발생된 중성자가 빔 정형부로부터 인출되는 단계를 포함하는 다중 사이클로트론이 구비된 중성자 포획치료 장치의 제어방법이 제공될 수 있다.In addition, accelerating particle beams in different paths from a plurality of cyclotrons, introducing a plurality of particle beams into different beam transmission lines so that they can be moved from the cyclotron to the beam shaping unit, and a plurality of particle beams There may be provided a control method of a neutron capture treatment apparatus equipped with a multi-cyclotron including the step of simultaneously irradiating the target provided in the target and the step of withdrawing neutrons generated from the target from the beam shaping unit.

또한, 복수의 사이클로트론 각각은 1 내지 18MeV의 출력을 가질 수 있다.In addition, each of the plurality of cyclotrons may have an output of 1 to 18 MeV.

본 발명에 따른 다중 소형 사이클로트론이 구비된 중성자 포획치료 장치 및 그 제어방법은 복수의 소형 사이클로트론을 이용하여 타겟에 동시에 입자빔을 조사할 수 있다. 따라서 저에너지를 이용하여 중성자 수율을 확보할 수 있고, 안정성 확보를 위해 필수적으로 수반되는 차폐구조물을 소형화 할 수 있어 설치 자유도를 높일 수 있는 효과가 발휘될 수 있다.The neutron trapping and treatment apparatus provided with multiple small cyclotrons according to the present invention and a control method thereof can simultaneously irradiate a particle beam onto a target by using a plurality of small cyclotrons. Therefore, the neutron yield can be secured by using low energy, and the shielding structure, which is essential for securing stability, can be miniaturized, so that the degree of freedom of installation can be increased.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예인 중성자 포획치료장치의 개념도이다.
도 2는 도 1의 빔 정형부를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 다른 실시예의 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 중성자 포획치료장치의 운용순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예인 중성자 포획치료장치의 제어방법의 순서도이다.1 is a conceptual diagram of a neutron capture treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is an enlarged cross-sectional view of the beam shaping unit of FIG. 1.
3 is a conceptual diagram of another embodiment according to the present invention.
Figure 4 is a flow chart of operation of the neutron capture treatment apparatus according to the present invention.
Figure 5 is a flow chart of a control method of another embodiment of the neutron capture treatment apparatus according to the present invention.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 다중 소형 사이클로트론이 구비된 중성자 포획치료 장치에 대하여, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 이하의 실시예의 설명에서 각각의 구성요소의 명칭은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭될 수 있다. 그러나 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된다. 그러나 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지 않는다. 마찬가지로 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 당해 기술 분야의 일반적인 기술자 수준에 비추어 보아, 당연히 포함되어야 할 구성요소로 인정되는 경우, 이에 대하여는 설명을 생략한다.Hereinafter, an apparatus for capturing neutrons having multiple small cyclotrons according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in the description of the following embodiments, the names of each component may be referred to as different names in the art. However, if they have functional similarities and identity, even if a modified embodiment is employed, it can be viewed as an even configuration. In addition, symbols added to each component are described for convenience of description. However, the content illustrated on the drawings in which these symbols are indicated does not limit each component to the range within the drawings. Likewise, even if an embodiment in which some of the configurations in the drawings are modified is employed, if there is functional similarity and identity, it can be viewed as an equivalent configuration. In addition, in view of the level of a general technician in the relevant technical field, if it is recognized as a component that should be included, a description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예인 중성자 포획치료장치의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a neutron capture treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중성자 포획치료장치는 제1 사이클로트론(110), 제2 사이클로트론(210), 제1 빔 전송 라인(120), 제2 빔 전송 라인(220) 및 빔 정형부(300)(BSA: Beam Shaping Assembly)를 포함하여 구성될 수 있다.As shown, the neutron capture treatment apparatus according to the present invention comprises a first cyclotron 110, a second cyclotron 210, a first beam transmission line 120, a second beam transmission line 220, and a beam shaping unit ( 300) (BSA: Beam Shaping Assembly) may be included.

이온원(111, 211)은 사이클로트론에 입자빔을 제공하도록 구성된다. 이온원은 복수의 사이클로트론에 각각 구비되며, 이온원은 타겟(310)에서 발생시키고자 하는 방사선에 따라 출력이 결정될 수 있다. 이온원은 일 예로 타겟(310)에서 열외 중성자를 발생시키고자 하는 경우 수소 이온(H+)이 될 수 있으며, 빔 이미턴스(beam emittance), 빔 안정도, 전류 등의 조건을 설정하여 이온을 발생시킬 수 있다. Ion sources 111 and 211 are configured to provide particle beams to the cyclotron. The ion source is provided in each of the plurality of cyclotrons, and the output of the ion source may be determined according to radiation to be generated from the target 310. The ion source may be hydrogen ions (H+) when the target 310 wants to generate extra-thermal neutrons, and conditions such as beam emittance, beam stability, and current are set to generate ions. I can.

제1 사이클로트론(110) 및 제2 사이클로트론(210)은 이온원으로부터 유입되는 이온을 가속하여 입자빔을 가속할 수 있도록 구성된다. 제1 사이클로트론(110) 및 제2 사이클로트론(210)은 일반적으로 널리 쓰이는 사이클로트론의 구조와 동일한 구조로 구성될 수 있다. 다만 제1 사이클로트론(110) 및 제2 사이클로트론(210)은 소형으로 구성되며 각각 1 내지 18MeV의 출력을 갖도록 구성될 수 있다. 한편, 제1 사이클로트론(110)과 제2 사이클로트론(210)은 수평면상에서 서로 이격된 위치에 구비될 수 있다. The first cyclotron 110 and the second cyclotron 210 are configured to accelerate the particle beam by accelerating ions flowing from the ion source. The first cyclotron 110 and the second cyclotron 210 may have the same structure as that of a generally widely used cyclotron. However, the first cyclotron 110 and the second cyclotron 210 are compact and may be configured to have an output of 1 to 18 MeV, respectively. Meanwhile, the first cyclotron 110 and the second cyclotron 210 may be provided at positions spaced apart from each other on a horizontal plane.

제1 빔 전송 라인(120)은 제1 사이클로트론(110)으로부터 후술할 빔 정형부(300)의 타겟(310)으로 입자 빔의 경로(P1)가 형성되도록 구성된다. 제1 빔 전송 라인(120)은 일측이 제1 사이클로트론(110)과 연결되며 타측이 빔 정형부(300)의 일측과 연결되도록 구성될 수 있다.The first beam transmission line 120 is configured to form a path P1 of a particle beam from the first cyclotron 110 to the target 310 of the beam shaping unit 300 to be described later. The first beam transmission line 120 may be configured such that one side is connected to the first cyclotron 110 and the other side is connected to one side of the beam shaping unit 300.

제2 빔 전송 라인(220)은 제1 빔 전송 라인(120)과 유사하게 제2 사이클로트론(210)으로부터 타겟(310)까지 입자빔의 경로(P2)를 형성하도록 구성된다. 제2 빔 전송 라인(220)의 일측은 제2 사이클로트론(210)의 일측과 연결되며 타측은 후술할 모더레이트의 일측과 연결되도록 구성된다.The second beam transmission line 220 is configured to form a path P2 of the particle beam from the second cyclotron 210 to the target 310 similar to the first beam transmission line 120. One side of the second beam transmission line 220 is connected to one side of the second cyclotron 210 and the other side is configured to be connected to one side of the mode rate to be described later.

제1 빔 전송 라인(120)과 제2 빔 전송 라인(220)은 서로 평면상에서 소정각도를 두어 구비될 수 있다. 제1 빔 전송 라인(120)을 통하여 빔 정형부(300)로 조사되는 입자빔의 경로와 제2 빔 전송 라인(220)을 통하여 빔 정형부(300)로 조사되는 입자빔의 경로는 직선상으로 구성될 수 있으며, 타겟(310)에서 서로 교차될 수 있도록 구성될 수 있다. 한편 제1 빔 전송 라인(120)과 제2 빔 전송 라인(220)은 중성자 수율을 높이기 위하여 서로 90도 이내의 각도로 배치될 수 있다. 한편 제1 빔 전송 라인(120)과 제2 빔 전송 라인(220)의 내부는 진공환경으로 조성될 수 있다. 다만, 제1 빔 전송 라인(120)과 제2 빔 전송 라인(220)에는 복수의 다극 자석을 포함한 다양한 구성요소가 될 수 있고, 빔 전송 경로가 곡선상으로 구성될 수 있으나 이는 널리 사용되고 있으므로 이에 대하여는 상세한 설명을 생략하도록 한다.The first beam transmission line 120 and the second beam transmission line 220 may be provided at a predetermined angle on a plane. The path of the particle beam irradiated to the beam shaping unit 300 through the first beam transmission line 120 and the path of the particle beam irradiated to the beam shaping unit 300 through the second beam transmission line 220 are linear. It may be configured as, and may be configured to cross each other in the target 310. Meanwhile, the first beam transmission line 120 and the second beam transmission line 220 may be disposed at an angle within 90 degrees to each other in order to increase the neutron yield. Meanwhile, the inside of the first beam transmission line 120 and the second beam transmission line 220 may be formed in a vacuum environment. However, the first beam transmission line 120 and the second beam transmission line 220 may be various components including a plurality of multi-pole magnets, and the beam transmission path may be configured in a curved shape, but this is widely used. Detailed descriptions will be omitted.

빔 정형부(300)는 일측에서부터 입자빔이 조사되어 내부에서 중성자가 발생되며, 발생된 중성자선은 조사실 내의 치료테이블(400)상에 누워있는 환자의 환부로 조사될 수 있도록 구성된다. 빔 정형부(300)는 타겟(310), 감속재(320), 반사체(330) 및 콜리메이터(340)를 포함하여 구성될 수 있다.The beam shaping unit 300 is configured such that a particle beam is irradiated from one side to generate neutrons therein, and the generated neutron rays can be irradiated to the affected area of a patient lying on the treatment table 400 in the irradiation room. The beam shaping unit 300 may include a target 310, a moderator 320, a reflector 330, and a collimator 340.

이하에서는 빔 정형부(300)의 구성에 대하여 도 2를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the configuration of the beam shaping unit 300 will be described in detail with reference to FIG. 2.

도 2는 도 1의 빔 정형부(300)를 확대하여 도시한 단면도이다.2 is an enlarged cross-sectional view of the beam shaping unit 300 of FIG. 1.

타겟(310)은 입자빔이 조사된 경우 중성자를 발생시키도록 구성될 수 있다. 타겟(310)은 입자빔이 조사되는 영역이 평면 또는 곡면으로 구성될 수 있으며, 입자빔이 조사됨에 따라 발생되는 열에너지를 배출할 수 있도록 냉각유로(미도시)가 구비될 수 있다. 타겟(310)의 재질은 예를 들어, 베릴륨(Be), 리튬(Li), 탄탈(Ta) 또는 텅스텐(W)과 같은 금속재질로 구성될 수 있다.The target 310 may be configured to generate neutrons when the particle beam is irradiated. The target 310 may have a flat surface or a curved surface in which the particle beam is irradiated, and a cooling passage (not shown) may be provided to discharge heat energy generated by the particle beam irradiation. The material of the target 310 may be made of a metal material such as beryllium (Be), lithium (Li), tantalum (Ta), or tungsten (W).

감속재(320)(moderator)는 타겟(310)으로부터 발생된 중성자선을 감속시킬 수 있도록 구성된다. 감속재(320)는 중성자선의 감속정도에 따라 설계단계에서 크기 및 재료가 선택될 수 있다. 일 예로서 감속재(320)는 불화 리튬, 불화 알루미늄 및 불화 마그네슘 등의 재질 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.The moderator 320 (moderator) is configured to reduce the neutron rays generated from the target 310. The moderator 320 may be selected in size and material at the design stage according to the degree of deceleration of the neutron beam. As an example, the moderator 320 may include at least one of materials such as lithium fluoride, aluminum fluoride, and magnesium fluoride.

반사체(330)는 중성자선이 불필요한 곳으로 조사되는 것을 차단할 수 있도록 구성된다. 반사체(330)는 감속재(320)에 대하여 입자빔의 입사경로 및 중성자선이 조사실로 향하는 경로를 제외한 영역을 에워싸면서 구비된다. The reflector 330 is configured to block irradiation of neutron rays to unnecessary places. The reflector 330 is provided with respect to the moderator 320 while enclosing a region except for the path of the particle beam incidence and the path toward the irradiation chamber.

콜리메이터(340)는 중성자선이 환자로 향하는 경로상에서 환부의 형상에 따라 중성자선의 피폭면적을 조절할 수 있도록 구성된다. 콜리메이터(340)는 일 예로 아이리스(iris) 또는 다엽(multi leaf) 콜리메이터(340)로 구성되어 환부의 단면 형상 및 미리 계산된 방사선량에 따라 중성자 빔이 조사되는 영역을 변형하도록 구성될 수 있다.The collimator 340 is configured to adjust the exposed area of the neutron beam according to the shape of the affected part on the path of the neutron beam to the patient. The collimator 340 may be configured as an example of an iris or multi-leaf collimator 340 and may be configured to deform a region to which a neutron beam is irradiated according to a cross-sectional shape of the affected part and a pre-calculated radiation dose.

본 발명에 따른 다중 소형 사이클로트론이 구비된 중성자 포획치료 장치는 양자빔 경로(P1, P2)가 두 개 이상으로 구성되어 하나의 타겟(310)에 조사될 수 있도록 구성되며, 각각의 양자빔의 에너지를 상대적으로 낮은 에너지의 상태로 조사할 수 있도록 구성된다. 여기서 복수의 사이클로트론에서부터 가속된 입자빔은 하나의 타겟(310)에 동시에 조사된다. 따라서 각각의 사이클로트론이 소형으로 구비되면 출력이 줄어들게 되지만 복수의 사이클로트론에서 입자빔을 조사하게 되므로 전류값을 증가시킬 수 있게 된다. 결국 단일 사이클로트론이 소형으로 구성되더라도 중성자의 수율을 확보할 수 있게 된다.The neutron trapping treatment apparatus equipped with multiple small cyclotrons according to the present invention is configured such that two or more quantum beam paths P1 and P2 are configured to be irradiated to one target 310, and the energy of each quantum beam It is configured to be able to irradiate with a relatively low energy state. Here, the particle beams accelerated from the plurality of cyclotrons are simultaneously irradiated onto one target 310. Therefore, if each cyclotron is provided in a small size, the output decreases, but since the particle beam is irradiated from a plurality of cyclotrons, the current value can be increased. Eventually, even if a single cyclotron is formed in a small size, the yield of neutrons can be secured.

또한 고에너지의 사이클로트론을 이용할 때와 대비하여 저 에너지의 소형 사이클로트론을 이용하는 경우 중성자선의 수율이 확보되면서 고속 중성자(fast neutron)의 발생을 감소시킬 수 있게 된다. 따라서 고속 중성자의 감속 및 차폐를 위한 감속재(320) 및 반사체(330)를 포함한 구성을 소형화할 수 있게 된다.In addition, when using a small cyclotron of low energy compared to the case of using a high-energy cyclotron, it is possible to reduce the generation of fast neutrons while securing the yield of neutron rays. Accordingly, the configuration including the moderator 320 and the reflector 330 for deceleration and shielding of high-speed neutrons can be miniaturized.

다만, 도시되지는 않았으나 전술한 실시예는 3개 이상의 소형 사이클로트론이 적용되어 하나의 타겟(310)으로 입자빔을 조사하는 구성으로 확장되어 적용될 수 있다.However, although not shown, in the above-described embodiment, three or more small cyclotrons may be applied to extend and be applied to a configuration in which a particle beam is irradiated to one target 310.

이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 중성자 포획치료장치에 대하여 설명하도록 한다. 본 실시예에서는 전술한 실시예와 동일한 구성요소를 포함할 수 있으며, 동일한 구성요소에 대하여는 중복설명을 피하기 위하여 기재를 생략하며 차이가 있는 구성에 대하여만 설명하도록 한다.Hereinafter, a neutron trapping treatment apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. 3. In the present embodiment, the same components as those of the above-described embodiment may be included, and descriptions of the same components are omitted in order to avoid redundant descriptions, and only different components will be described.

도 3은 본 발명에 따른 다른 실시예의 개념도이다. 3 is a conceptual diagram of another embodiment according to the present invention.

도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 두 개로 구성된 소형 사이클로트론이 상하방향으로 적층되어 구비된다. As shown, in the present embodiment, two compact cyclotrons are stacked up and down.

한편 제1 빔 전송 라인(120)은 상측의 제1 사이클로트론(110)과 연결되며, 제2 빔 전송 라인(220)은 하측의 제2 사이클로트론(210)과 연결될 수 있다. 제1 빔 전송 라인(120)과 제2 빔 전송 라인(220)은 타겟(310)을 기준으로 상하방향으로 소정각도를 두어 배치될 수 있다. 이와 같이 구성된 경우에도 전술한 실시예와 마찬가지로 중성자선의 수율을 확보할 수 있으며, 고속중성자의 발생을 최소화 하면서 열외중성자를 발생시킬 수 있게 된다. Meanwhile, the first beam transmission line 120 may be connected to the first cyclotron 110 on the upper side, and the second beam transmission line 220 may be connected to the second cyclotron 210 on the lower side. The first beam transmission line 120 and the second beam transmission line 220 may be arranged at a predetermined angle vertically with respect to the target 310. Even in the case of such a configuration, as in the above-described embodiment, the yield of neutron beams can be secured, and extrathermal neutrons can be generated while minimizing the generation of high-speed neutrons.

본 실시예는 소형 사이클로트론이 상하 방향으로 구비되어 공간활용도가 높아지므로 수평방향으로 공간이 협소한 장소에 용이하게 설치될 수 있다.In this embodiment, since the small cyclotron is provided in the vertical direction, the space utilization is increased, so that it can be easily installed in a place where the space is narrow in the horizontal direction.

이하에서는 본 발명에 따른 중성자 포획장치의 전체적인 운용에 대하여 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.Hereinafter, the overall operation of the neutron trapping device according to the present invention will be described with reference to FIG. 4.

도 4는 본 발명에 따른 중성자 포획치료장치의 운용순서도이다.Figure 4 is a flow chart of operation of the neutron capture treatment apparatus according to the present invention.

중성자 포획치료장치의 운용시 standby 상태점검, 전자석 시스템 가동, 이온원 시스템 가동, 고주파 시스템 가동 및 표적 빔조사 시작의 프로세스를 거쳐 중성자선을 발생시키게 된다.During operation of the neutron capture treatment device, neutron rays are generated through the process of checking the standby status, operating the electromagnet system, operating the ion source system, operating the high-frequency system, and starting the target beam irradiation.

standby 상태점검은 각 서브 시스템을 운용하기 전 기초적인 상태를 점검하는 단계이다. standby 상태점검은 각각의 빔 전송 라인, 이온원 시스템을 포함한 진공 조건에서 운용되어야 할 시스템 또는 구성요소에 대하여 진공도가 10^-6 mbar 이상이 확보되었느지 여부를 점검하며, 냉각수의 유량 및 전기전도도를 점검하며, 각종 power supply와 통신상태를 점검한다.The standby status check is a step to check the basic status before operating each subsystem. The standby status check checks whether a vacuum degree of 10^-6 mbar or more is secured for a system or component to be operated under vacuum conditions including each beam transmission line and ion source system, and the flow rate and electrical conductivity of the cooling water. Check the power supply and communication status.

전자석 시스템 가동시는 냉각수의 유량 및 전자석 코일의 온도를 점검하며, 초기 설정값을 세팅한다. When the electromagnet system is running, check the coolant flow rate and the temperature of the electromagnet coil, and set the initial set value.

이온원 시스템 가동시는 냉각수의 유량을 점검하며, 초기 설정값을 세팅하며, 가스 flow 점검 및 진공도 변동폭을 확인한다.When the ion source system is running, check the flow rate of the cooling water, set the initial set value, check the gas flow, and check the fluctuation range of the vacuum level.

고주파 시스템 가동은 냉각수의 유량 점검, 초기 설정값 세팅, Arcing 및 Ripple 상태를 점검한다.High frequency system operation checks coolant flow rate, initial setpoint setting, arcing and ripple status.

표적 빔조사 시작은 타겟(310;표적)을 경유하는 냉각수의 유량점검, 타겟(310)의 로딩 상태 점검, 타겟 온도 점검, 타겟(310)의 진공도를 점검하게 된다.Target beam irradiation starts to check the flow rate of the coolant passing through the target 310 (target), check the loading state of the target 310, check the target temperature, and check the vacuum level of the target 310.

도 4에 나타난 순서에 따라 각 단계가 순차적으로 이루어지게 되며 각 단계의 모니터링 결과 가동조건을 만족하지 못하는 경우 전단계로 회귀하여 해당 단계가 재수행되도록 구성된다.Each step is sequentially performed according to the order shown in FIG. 4, and when the operation condition is not satisfied as a result of monitoring of each step, it returns to the previous step and the corresponding step is re-performed.

전술한 운용단계는 각각의 입자빔의 경로에 따라 수행될 수 있다. 즉 도 1의 제1 사이클로트론(110) 및 제1 빔 전송 라인(120)을 통과하는 제1 입자빔 경로(P1)에 대하여 점검 및 가동단계가 수행되며, 제2 사이클로트론(210) 및 제2 빔 전송 라인(220)을 통과하는 제2 입자빔 경로(P2)에 대하여 점검 및 가동이 수행된다. 제1 입자빔 경로(P1)와 제2 입자빔 경로(P2)에 대하여 점검과 가동이 된 경우 타겟(310)에 입자빔을 동시에 조사한다.The above-described operation step may be performed according to the path of each particle beam. That is, the inspection and operation step is performed on the first particle beam path P1 passing through the first cyclotron 110 and the first beam transmission line 120 of FIG. 1, and the second cyclotron 210 and the second beam Inspection and operation are performed on the second particle beam path P2 passing through the transmission line 220. When the first particle beam path P1 and the second particle beam path P2 are inspected and operated, the particle beam is simultaneously irradiated to the target 310.

이하에서는 본 발명에 따른 다른 실시예인 다중 소형 사이클로트론이 구비된 중성자 포획치료장치의 제어방법의 순서에 대하여 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a procedure of a method of controlling a neutron capture treatment apparatus equipped with multiple small cyclotrons according to another embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. 5.

도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예인 중성자 포획치료장치의 제어방법의 순서도이다.Figure 5 is a flow chart of a control method of another embodiment of the neutron trapping treatment apparatus according to the present invention.

도시된 바와 같이, 본 실시예는 입자빔을 가속하는 단계(S100), 입자빔을 각각 다른 빔 전송라인으로 조사하는 단계(S200), 타겟에 동시에 복수의 입자빔이 조사되는 단계(S300), 중성자가 빔 정형부로부터 인출되는 단계(S400)를 포함하여 구성될 수 있다.As shown, in the present embodiment, the step of accelerating the particle beam (S100), the step of irradiating the particle beams with different beam transmission lines (S200), the step of simultaneously irradiating a plurality of particle beams to the target (S300), It may be configured to include a step (S400) in which the neutron is withdrawn from the beam shaping unit.

입자빔을 가속하는 단계(S100)는 이온원으로부터 양이온이 사이클로트론으로 유입되며 사이클로트론에서 가속되는 단계에 해당한다. 본 단계(S100)에서는 복수의 사이클로트론 각각 입자빔을 동시에 가속시키게 된다. 각각의 사이클로트론은 저 에너지로 입자빔을 가속시킬 수 있도록 구성되며, 소형으로 구성될 수 있다. 일 예로 사이클로트론은 1 내지 18MeV의 출력을 갖는 구성이 될 수 있다.The step of accelerating the particle beam (S100) corresponds to a step in which cations are introduced into the cyclotron from the ion source and accelerated in the cyclotron. In this step (S100), each of the plurality of cyclotrons is accelerated simultaneously. Each cyclotron is configured to accelerate the particle beam with low energy, and can be compact. As an example, the cyclotron may be configured to have an output of 1 to 18 MeV.

입자빔을 각각 다른 빔 전송라인으로 조사하는 단계(S200)는 복수의 사이클로트론 각각으로부터 복수의 빔 전송 라인으로 입자빔이 유입되는 단계이다. 여기서 복수의 빔 전송라인은 일측이 복수의 사이클로트론 각각에 연결되며, 타측은 하나의 빔 정형부(Beam Shaping Assembly)의 일측에 연결된다.The step of irradiating the particle beams to different beam transmission lines (S200) is a step in which particle beams are introduced from each of the plurality of cyclotrons to the plurality of beam transmission lines. Here, one side of the plurality of beam transmission lines is connected to each of the plurality of cyclotrons, and the other side is connected to one side of one beam shaping assembly.

타겟에 동시에 복수의 입자빔이 조사되는 단계(S300)는 복수의 입자빔의 경로에 따라 동시에 가속되고 이동된 입자빔이 하나의 타겟에 조사되는 단계이다.The step (S300) of simultaneously irradiating a plurality of particle beams to a target is a step in which the simultaneously accelerated and moved particle beams are irradiated to one target according to the paths of the plurality of particle beams.

중성자가 빔 정형부로부터 인출되는 단계(S400)는 빔 정형부로 동시에 조사된 입자빔이 타겟에 조사되어 중성자가 발생되며, 발생된 중성자가 감속재 및 콜리메이터의 개구를 통과하여 조사실로 향하여 이동하는 단계에 해당한다.In the step (S400) in which the neutron is withdrawn from the beam shaping unit (S400), the particle beam simultaneously irradiated by the beam shaping unit is irradiated to the target to generate neutrons, and the generated neutron passes through the opening of the moderator and collimator to move toward the irradiation chamber. It corresponds.

본 발명에 따른 다중 소형 사이클로트론이 구비된 중성자 포획치료장치의 제어방법은 분할된 다수의 사이클로트론으로부터 저에너지로 가속된 입자빔이 동시에 타겟으로 조사할 수 있으므로, 고속 중성자의 발생이 최소화시키면서 중성자선 수율을 확보할 수 있는 효과가 있다.The control method of the neutron trapping treatment apparatus equipped with multiple small cyclotrons according to the present invention can simultaneously irradiate a particle beam accelerated with low energy from a plurality of divided cyclotrons to the target, thereby minimizing the generation of high-speed neutrons and reducing the neutron beam yield. There is an effect that can be secured.

110: 제1 사이클로트론
120: 제1 빔 전송 라인
210: 제2 사이클로트론
220: 제2 빔 전송 라인
300: 빔 정형부
310: 타겟
320: 감속재
330: 반사체
340: 콜리메이터
P1: 제1 입자빔 경로
P2 : 제2 입자빔 경로
400: 치료테이블110: first cyclotron
120: first beam transmission line
210: second cyclotron
220: second beam transmission line
300: beam shaping unit
310: target
320: moderator
330: reflector
340: collimator
P1: first particle beam path
P2: second particle beam path
400: treatment table

Claims (10)

입자를 가속할 수 있도록 구성된 제1 사이클로트론;
상기 제1 사이클로트론으로부터 타겟까지의 입자빔 경로가 형성될 수 있도록 구성되는 제1 빔 전송 라인;
상기 제1 사이클로트론과 독립적으로 입자를 가속할 수 있도록 구성되는 제2 사이클로트론; 및
상기 제2 사이클로트론으로부터 상기 타겟까지의 입자빔 경로가 형성될 수 있도록 구성되는 제2 빔 전송 라인을 포함하며,
상기 제1 빔 전송라인 및 상기 제2 빔 전송라인은 서로 다른 각도로 상기 타겟을 향해 빔을 조사할 수 있도록 소정각도로 이격되어 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 사이클로트론이 구비된 중성자 포획치료 장치.A first cyclotron configured to accelerate particles;
A first beam transmission line configured to form a particle beam path from the first cyclotron to a target;
A second cyclotron configured to accelerate particles independently of the first cyclotron; And
And a second beam transmission line configured to form a particle beam path from the second cyclotron to the target,
The first beam transmission line and the second beam transmission line are configured to be spaced apart at a predetermined angle so as to irradiate the beam toward the target at different angles. 제1 항에 있어서,
상기 제1 사이클로트론 및 상기 제2 사이클로트론은 상기 타겟에서 발생되는 고속중성자(fast neutron)의 발생을 최소화시킬 수 있도록 1 내지 18 MeV의 출력을 갖는 것을 특징으로 하는 다중 사이클로트론이 구비된 중성자 포획치료 장치.The method of claim 1,
The first cyclotron and the second cyclotron has an output of 1 to 18 MeV to minimize the generation of fast neutrons generated in the target. 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 제1 사이클로트론 및 상기 제2 사이클로트론은 수평방향으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 다중 사이클로트론이 구비된 중성자 포획치료 장치.The method of claim 1,
The first cyclotron and the second cyclotron are arranged horizontally spaced apart from each other, characterized in that the neutron capture treatment device provided with a multi-cyclotron. 제1 항에 있어서,
상기 제1 사이클로트론 및 상기 제2 사이클로트론은 상하방향으로 적층되어 배치되며,
상기 제1 빔 전송 라인 및 상기 제2 빔 전송라인은 상하방향으로 소정각도를 두어 배치되는 것을 특징으로 하는 다중 사이클로트론이 구비된 중성자 포획치료 장치.The method of claim 1,
The first cyclotron and the second cyclotron are stacked and disposed in the vertical direction,
The first beam transmission line and the second beam transmission line are arranged at a predetermined angle in the vertical direction. 제2 항에 있어서,
일측에 상기 제1 빔 전송 라인 및 상기 제2 빔 전송 라인의 단부가 각각 연결되며,
상기 타겟이 구비되며,
감속재(moderator), 반사체(reflector) 및 콜리메이터(collimator)을 포함하여 구성되는 빔 정형부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 사이클로트론이 구비된 중성자 포획치료 장치.The method of claim 2,
Ends of the first beam transmission line and the second beam transmission line are connected to one side, respectively,
The target is provided,
A neutron trapping treatment apparatus with a multi-cyclotron, characterized in that it further comprises a beam shaping unit comprising a moderator, a reflector, and a collimator. 제6 항에 있어서,
상기 제1 사이클로트론 및 상기 제2 사이클로트론으로부터 입사된 임자빔에 의해 발생된 중성자는 동일한 경로로 상기 빔 정형부로부터 환자에게 도달하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 사이클로트론이 구비된 중성자 포획치료 장치.The method of claim 6,
The neutron trapping treatment apparatus provided with multiple cyclotrons, characterized in that the neutrons generated by the neutron beams incident from the first cyclotron and the second cyclotron are configured to reach the patient from the beam shaping unit in the same path. 제2 항에 있어서,
상기 제1 사이클로트론 및 상기 제2 사이클로트론은 동시에 상기 타겟으로 입자빔을 조사할 수 있도록 제어되는 것을 특징으로 하는 다중 사이클로트론이 구비된 중성자 포획치료 장치.The method of claim 2,
The first cyclotron and the second cyclotron are controlled to irradiate the particle beam to the target at the same time, characterized in that the neutron capture treatment device provided with a multi-cyclotron. 복수의 사이클로트론으로부터 각각 다른 경로에서 입자빔을 가속하는단계;
복수의 입자빔이 상기 사이클로트론으로부터 빔 정형부로 이동될 수 있도록 각각 다른 빔 전송 라인으로 유입되는 단계;
상기 복수의 입자빔이 상기 빔 정형부에 구비된 타겟에 동시에 조사되는 단계; 및
상기 타겟에서 발생된 중성자가 상기 빔 정형부로부터 인출되는 단계를 포함하며,
상기 빔 전송 라인으로 유입되는 단계는,
상기 각각의 빔이 서로 다른 각도로 상기 타겟을 향해 유입되는 것을 특징으로 하는 다중 사이클로트론이 구비된 중성자 포획치료 장치의 제어방법.Accelerating the particle beam in different paths from the plurality of cyclotrons;
Introducing a plurality of particle beams into different beam transmission lines so that a plurality of particle beams can be moved from the cyclotron to a beam shaping unit;
Simultaneously irradiating the plurality of particle beams onto a target provided in the beam shaping unit; And
Including the step of withdrawing a neutron generated in the target from the beam shaping unit,
The step of flowing into the beam transmission line,
The method of controlling a neutron capture treatment apparatus with multiple cyclotrons, characterized in that the respective beams are introduced toward the target at different angles. 제9 항에 있어서,
상기 복수의 사이클로트론 각각은 1 내지 18MeV의 출력을 갖는 것을 특징으로 하는 다중 사이클로트론이 구비된 중성자 포획치료장치의 제어방법.
The method of claim 9,
Each of the plurality of cyclotrons has an output of 1 to 18 MeV, characterized in that the control method of the neutron capture treatment apparatus provided with a multi-cyclotron.
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