KR100490155B1 - X선 광선을 이용한 악성 종양의 위치 측정 및 방사선 치료를 위한 장치 - Google Patents

X선 광선을 이용한 악성 종양의 위치 측정 및 방사선 치료를 위한 장치 Download PDF

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Abstract

장치를 이용하는 첫 번째 단계에서는, 환자(5)의 목적부위(7)를 스캔하여 악성 종양의 위치를 측정한다. 스캐닝은, 여러 X선 광선이 교차하는 X선 집중부(4)를 이동시키면서 실시된다. X선 집중부(4)에서 여기된 이차 방사선이 수송되는 검출기(6)로부터 조직 밀도 정보가 얻어진다. 두 번째 단계에서, 스캐닝은 첫 번째 단계와 동일한 수단을 이용하여 실시된다. 이 경우, X선 광원(1)은, 악성 종양 조직에 방사선 손상을 주기 위해 증가된 강도 모드로 조정된다. 광원 방사선을 X선 집중부로 수송하고 이차 방사선을 검출기로 수송하기 위해, 시준기, X선 렌즈(2,3), 및 하프 렌즈를 여러 가지로 조합하여 사용하는데, 이들은 X선 광원 및 방사선 검출기와 함께 X선 광학 시스템(8)을 형성한다. X선 집중부가 스캔될 때, 전체로서 X선 광학 시스템(8)과 환자(5)는 서로 상대적으로 이동된다(10a, 10b). 상기 움직임을 기록하는 좌표 감지기(11) 및 검출기(6)는 각각의 출력 결과를 가지고 데이터 처리 및 이미지화 수단(12)에 연결된다.

Description

X선 광선을 이용한 악성 종양의 위치 측정 및 방사선 치료를 위한 장치{A device for determining the location of a malignant neoplasm and its radiotherapy using X-ray beams}
본 발명은 X선에 의한 환자 체내의 악성종양을 측정하는 수단과 그에 따른 치료에 관한 것이다.
악성종양의 위치를 측정하는 기존의 X선 장치 및 방사선 치료방법은 두 단계의 이용을 제공한다. 첫 단계에서는 진단이 결정된 후 국소형태측정 준비를 실시하고, 방사선 치료법을 사용하는 결정이 내려진다. 국소형태측정 준비의 주(主) 과제는 병의 진단 결과로부터 얻은 다양한 데이터를 결합하는 것이고, 조사(exposure) 프로그램을 개발할 수 있는 폼(form)으로 방사선과 의사에게 1:1의 범위로 조사되는 양(volume)에 관한 모든 해부학적인 자료를 주는 것이다(예를 들어 Radiation therapy of a malignant neoplasm physicians guide. Ed. by prof. E.S. Kiseleva. Moscow, "Meditsina", 1996, pp. 46-47를 보라). 조사 프로그램의 변수와 매개변수를 선택하기 위해, 타겟사이트의 형태와 면적, 환자 체내 위치를 알아야 한다. 특히, 국소형태측정 준비와 조사 프로그램 개발은, 이후 X선 조사 중에 표적으로 할 것과 관련하여 환자 신체의 표면상에 특정 지점과 지역을 확인할 수 있게 한다.
조사를 위한 환자의 준비와 조사의 전달과의 상기 결합시 주요한 단점은 이들 단계가 시간과 공간상 나눠져 있다는 것인데, 이는 그들이 각각 다른 수단들에 의해서 실시되기 때문이다. 조사(악성종양을 사멸시키기 위한 악성종양세포에 대한 방사선의 작용)는 보다 강력한 방향성 X선 광원에 의해 실시된다. 조사에 앞서 X선 연구에 있어서, 그들은 상당히 낮은 강도의 방사선을 이용하여 실시되며, 더구나 그들 각각은 보통 연합으로 적용된 여러 방법들 중 오직 한 가지이다: 혈관조영술, 방사 배설성 요로조영술, 위장관 검사, 골격과 두개골 뼈 및 흉부 검사; 뼈와 간의 방사성 핵종 검사; 복강, 골반 기관, 연조직의 이미지를 얻기 위한 초음파 방법(반향청진기법, 초음파단층촬영술); 컴퓨터를 사용한 단층 X선 사진법 -매우 효과적인 X선 이미지법 ; 자기 공명 단층 X선 사진법, 등. 따라서 조사(exposure)의 높은 정확도를 얻는 것이 매우 어렵고, 결과적으로 상기 악성 부위의 어떤 면적은 조사되지 않거나 혹은 악성 부위의 면적을 넘는 양으로 강력한 X선이 집중하게 된다. 후자의 경우, 주위의 견강한 조직이, 악성 부위로의 조사 경로에 따라 불가피하게 받게 되는 조사량보다도 많은 조사를 받게 된다.
이러한 방법의 수행은, 참고 지점을 선택하고 상기 지점으로 X선을 겨냥하는데 있어서의 오류뿐만 아니라, 내부 기관의 불안정성 및 각 조사 과정 중 환자의 부정확한 위치선정에 의해서도 영향을 받는다. 또한 건강한 조직에의 과도한 조사를 피하기 위한 시도로 행해지는 광선 분류(radiation fractionation)는 이미 알려져 있는 것처럼 결함성 사이클(vicious circle)을 만드는데, 악성부위에 한번 운반되어 회복 불가능한 손상을 주기에 충분한 조사량은 분류시 요구되는 누적량보다 몇 배 낮다 [Radiation therapy of a malignant neoplasm physicians guide. Ed. by prof. E.S. Kiseleva. Moscow, "Meditsina", 1996, pp. 84, 91].
이러한 단점을 극복하기 위해, 몇몇 공지된 기술적 해결법은 정확성의 증가 및 환자의 안정된 위치 결정을 위한 특별한 측정수단을 제공한다 (예를 들어, 1999. 11. 16자로 공개된 USA 특허 제 5,983,424호를 보라).
소위 시뮬레이터 즉 기하학적 및 운동학적 가능성에 의한 원거리 조사 장치와 꽤 유사한 X선 진단장치의 사용은 언급한 단점을 극복하기 위한 또다른 방법이라 할 수 있다[Radiation therapy of a malignant neoplasm physicians guide. Ed. by prof. E.S. Kiseleva. Moscow, "Meditsina", 1996, pp. 55]. 상기 시뮬레이터에 의하여 환자의 위치를 바꾸지 않고 다른 방향으로 환자에게 조사하는 것이 가능하다. 국소형태측정 준비에서 환자는 조사 기간동안 머물게 될 시뮬레이터의 테이블 위에 놓이고, 그런 다음 X선 검사법(roentgenoscopy)이 실시된다. 광선 교차(light cross)와 이동가능한 X선 대조 섬유(contrast fibers)를 이용하여, 조사(exposed)될 양의 중심과 외곽이 선택되고, 조사 중에 광선 빔의 중심 축이 될 면(plane)이 어디인지 표시된다.
그러나, 그러한 측정수단 중의 어떠한 것도 악성종양에 조사하는 광선을 겨냥하는데 따른 오류를 피할 수는 없다. 왜냐하면 그러한 오류는 종양의 증식에서 기인하기 때문이다. 이러한 오류 요인은 조사 기간이 환자의 진단 연구를 마친 시점으로부터 시간상으로 멀 때, 즉 장기간의 치료에서 특히 유의적으로 발생한다.
본 발명에 가장 가까운 기술적인 해결안은 미국특허 제 5,207,223호 (1993. 5. 4일에 공개됨)에 설명되어 있다. 이 특허에 따르면 환자의 조직 구조의 이미지는 조사 바로 전 방향이 결정된 X선 빔에 의해서 형성되며, 이 이미지는 선행된 진단 연구결과와 비교하여 조사(exposure) 프로그램을 수정하는데 이용된다. 그러나, 다른 광선은 상기 이미지를 형성하고 악성 부위의 조직에 조사 작용을 제공하는데 사용되는데, 그것은 원칙적으로 조사 광선의 방향에서의 오류에 부합하지 않는다. 또한, 이미지 형성의 수용가능한 정확성은 컴퓨터를 이용한 단층사진촬영술의 알고리즘의 실현을 통해서만 달성될 수 있고, 따라서 복잡한 기술적 수단뿐만 아니라 충분히 높은 조사량이 필요하다는 것을 의미한다.
본 발명은 도면으로 설명된다:
도 1은 본 발명이 근거하는 원리를 묘사하고 있다: 본 발명의 장치를 구체화한 주요 구성요소의 결합을 도식화함; 도 2와 도 3은 이차 방사선을 검출기에 전송하고 X선을 집중시키기 위해 시준기를 사용한 장치의 경우를 묘사하고 있다;
도 4와 도 5는 상기와 같으나 X선 하프 렌즈를 사용한 경우를 묘사하고 있다;
도 6은 상기와 같으나 X선 집중을 위해서는 X선 하프 렌즈를 그리고 이차 방사선을 검출기로 운반하기 위해서는 풀(full) X선 렌즈를 사용한 경우를 묘사하고 있다;
도 7과 도 8은 상기와 같으나 X선 집중을 위해서는 X선 하프 렌즈를 그리고 이차 방사선을 검출기로 운반하기 위해서는 시준기를 사용한 경우를 묘사하고 있다;
도 9는 상기와 같으나 X선 집중과 이차 방사선을 검출기로 운반하기 위해 X선 렌즈를 사용한 경우를 묘사하고 있다;
도 10과 도 11은 상기와 같으나 X선 집중을 위해서는 X선 렌즈를 그리고 이차 방사선을 검출기로 운반하기 위해서는 시준기를 사용한 경우를 묘사하고 있다.
본 발명에 의해 제공되는 기술적인 결과는, 조직의 구조 및 악성부위의 위치를 결정하고 악성 부위에 광선을 작용시키는데 있어서 둘 다 동일한 X선 광선을 사용하는데서 기인하는 상기 요소(factor)의 영향을 제거하는 것이다. 또 다른 기술적 결과는, 광선 작용 하에서 선택된 부위를 둘러싼 조직의 조사량을 줄일 뿐만 아니라, 조직 구조(상기 이미지는 조사(exposure) 프로그램을 수정하는데 사용됨)의 이미지를 얻는 과정 중에 조사량을 감소시키며, 또한 선택된 조사 부피를 둘러싼 조직에의 조사량을 줄이는 것이다.
제시된 본 발명에서 악성종양의 위치 결정과 방사선 치료법은 두 가지 단계로 실시된다. 첫 번째 단계에서, 현 측정 결과로 간주되는, 지점(points)의 공간좌표의 모집단으로 표시되는 정보에 기초하여, 악성종양을 포함하는 환자신체 일부의 내부 구조의 이미지가 상기 부분 주변의 기관 및 조직과 함께 얻어지며, 상기 좌표에 대응하는 조직 밀도 값이 얻어진다. 그런 다음, 선행한 진단 결과를 이용하여 악성종양에 관련된 구조 요소의 이미지가 밝혀지고, 기록된 점 좌표의 합계로 표시되는 악성종양의 서로 다른 부분으로 전달되어질 X선 조사량 세트(set)로 조사 프로그램이 생성된다. 그 후, 완결된 조사 프로그램이 실시되었을 때 두 번째 단계가 시작된다. 한편, 상기 "현 측정 결과로 간주되는 지점"이라는 표현은 다음과 같은 의미를 갖는다. 본 발명의 장치의 실시 중 얻어진 측정 결과는 방사선 검출기의 출력 신호를 기초로 형성되며 이러한 신호는 X선 집중부에서 여기된 이차 방사선의 강도에 의해 조절된다. 그 다음에는, 강도 값은 기질의 밀도 값에 비례한다. 상기 측정 결과는 잠정적으로, 상기 집중부에 위치한 환자 신체의 지점인 어떠한 지점에 속하는 것으로 간주되는데, 이러한 지점을 가리키기 위해, "현 측정 결과로 간주되는 지점" 이란 표현이 사용되었다. 본 발명의 장치에 의해, 기질 밀도 및 밀도 값으로 간주되는 지점의 좌표에 관한 정보를 기초로, 환자 신체 부분의 내부 구조의 이미지가 얻어진다. "현 측정 결과로 간주되는 지점" 이란 표현은 상기 지점을 표시하기 위해 사용되었다. X선 집중부 내에 위치한 이러한 지점은, 통상적으로 이 집중부의 대표격으로서 지칭될 수 있다. 이 지점의 임의의 공간 좌표는, X선 집중부의 각 지점에 대응한다.
첫 번째 단계에서 상기와 같은 기술적 결과를 이루기 위해서, 환자 신체 부분의 내부 구조에 관한 상기 정보를 얻기 위해, 현 측정 결과로 간주되는, 악성종양을 포함하며 지점(point)으로 이루어진, 환자 신체의 부분 내에 위치한 집결부에 X선이 집결된다. 이 집결부에서 여기되는(excited) 이차 방사선은 한 개 이상의 방사선 검출기로 전송된다. 악성종양을 포함한 환자의 신체의 부분은, 방사선 집결부와 환자 신체 간의 상대적 위치를 변화시키면서 스캔된다. 현 측정치로 간주되는, 하나 이상의 방사선 검출기에 의해 얻어지며 동시에 X선 집결부의 각 점의 좌표로 기록되는 이차 방사선 강도(intensity) 값의 합계에 근거하여, 상기 지점(point)에서의 조직 밀도가 정해진다. 조직 밀도 값으로써 얻은 정량지수는, 각 좌표 값과 더불어 악성 종양을 포함한 환자의 신체 일부에서의 조직 밀도 분포를 영상화 하는데 이용된다. 두 번째 단계에서, X선 집결부가 위치하는 지점이, 첫 번째 단계 중에 악성종양과 관련된 구조 요소 이미지의 확인을 통해 결정된 점 좌표의 모집단으로 표시되는 악성종양의 부분에 해당되도록, 악성종양이 위치하는 공간의 한 일부가 X선으로 스캔되고, 첫 번째 단계에서와 같은 수단에 의해 집결된다. 첫 번째 단계에서 형성된 조사 프로그램은, X선 강도를 전 번째 단계에 비해 증가시키고 조사(노출) 시간을 조절함으로써 수행된다.
X선을 집결함으로써 집결부에 의해 점령된 위치는 점 좌표 집합으로 나타나며, 악성 종양과 관련된 구조적 요소들의 이미지 확인결과 첫 번째 단계에서 고정된 악성 종양 부분들에 해당한다. 첫 단계에서 형성된 조사 프로그램은 첫 번째 단계와 비교하여 X선 강도를 높이고 조사시간을 조절함으로써 실시된다.
X선은, 예를 들어 일정한 간격의 X선 광원 각각을 이용한 시준기(collimators)에 의해, 현 측정 결과로 간주되는, 악성종양을 포함한 환자 신체의 일부 안쪽에 위치한, 상기 지점(point)을 포함하는 지점에 집결될 수 있다. 이 경우, 여기된(excited) 이차 방사선의 한 개 이상의 검출기로의 운반은 시준기에 의해 실시될 수 있는데, 그래서 모든 시준기는 중앙 채널 축이 현 측정 결과로 간주되는 지점(point)에서 교차하도록 방향이 정해져야 된다.
특별한 경우에 있어서, 집결되는 X선은, 일정한 간격의 각 X선 광원이 발산하는 방사선을 준(準)평행 방사선(quasi-parallel radiation)으로 전환시키는 여러 X선 하프 렌즈(hemilens)에 의해 이루어진다. 이 경우, X선 하프 렌즈와 시준기는, 모든 X선 하프 렌즈의 중심 축과 모든 시준기의 중심 채널이, 현 측정 결과로 간주되는 점(point)을 교차하도록 방향을 맞추게 된다.
또 다른 특별한 경우에 있어서, X선은 한 개 이상의 일정한 간격의 X선 광원 및 각 광원의 발산하는 X선을 현 측정 결과로 간주되는 지점(point)에 초점을 맞춘 각 X선 렌즈에 의해 집결된다. 이 경우, 여기된 이차적 방사선을 한 개 이상의 방사선 검출기로 수송하는 것은, 이 방사선을 방사선 검출기에 촛점을 맞추고 상기 지점에 이차 초점을 가지는 X선 렌즈에 의해서 실시된다. 이러한 특별한 경우, 건강한 조직의 저(低)강도 조사와 더불어 적은 양의 빔(beams)을 사용하여 매우 작은 부피에 방사선을 작용시키는 가능성이 있는 기술적 결과를 추가로 얻었는데, 이는 조사가 나누어지는 것(exposure fractioning)을 피할 수 있게 하며, 경우에 따라서는, 일정 기간동안 작은 종양의 방사선 치료 실시를 가능하게 한다. 그러한 기술적인 결과는 본 발명에서 제시되는 X선 렌즈의 이용에 의해 얻어질 수 있다.
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한 가지 더 특별한 경우에 있어서, X선은 한 개 이상의 일정한 간격의 X선 광원 및 각 광원의 발산하는 방사선을 현 측정 결과로 간주되는 지점(point)에 초점을 맞춘 각 X선 렌즈에 의해 집결된다. 이 경우, 여기된 이차적 방사선을 한 개 이상의 방사선 검출기로 수송하는 것은, 그 중심 채널의 광학 축이 상기 지점(point)을 교차하도록 방향을 맞춘 시준기에 의해서 실시된다.
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두 가지 단계를 실시하기 위해서는 같은 장치가 이용될 수 있다. 상기 미국 특허 제 5,207,223호 (1993. 5. 4 공개됨) 에서 개시된 X선을 이용하여 악성 종양의 위치를 결정하고 그것의 방사선 치료를 위한 기존의 장치와 동일하게, 이러한 장치는 환자의 신체와 X선 광학 시스템의 상대적인 위치선정을 위한 수단, 데이터 처리 및 이미지화를 위한 수단, X선 광학 시스템으로 이루어진다. 이 경우 X선 광학 시스템은, 한 개 이상의 X선 광원과, 그 출력결과가 데이터 처리 및 이미지화 수단과 연결되는 한 개 이상의 방사선 검출기를 포함한다.
본 발명의 장치에서 상기 열거된 종류의 기술적 결과를 달성하기 위해, 알려진 공지의 것과는 대조적으로, X선 광학 시스템에 포함된 X선 광원은 그 방사 강도를 바꿀 수 있도록 제조되고, X선 광학 시스템은 X선 광원을 위한 X선 강도 조절 수단을 포함한다. X선 광학 시스템은 또한 이러한 X선 광원의 조사 집중(concentrating)을 위한 수단을 포함한다. 이러한 X선 집중 수단은 X선 집결부에 모든 X선 광원으로부터의 조사를 집중시킬 수 있도록 제조되고 위치하게된다. 이러한 집결부는, 현 측정 결과로 간주되는, 악성 종양을 포함하는 환자 신체의 내부에 위치한 지점을 포함한다. X선 광학 시스템은 또한 X선 집중부에서 여기되는(excited) 이차 방사선을 검출기로 이동시키기 위한 한 개 이상의 수단을 포함하며, 상기 검출기는 상기 이동 수단의 출력(output) 다음에 위치하며 상기 이차 방사선에 민감하도록 제조된다. 제시된 장치는 또한 환자 신체와 X선 광학 시스템의 상대적인 위치결정을 위한 수단에 연결된 감지기(sensor)를 포함한다. 상기 감지기는, 현 측정 결과로 간주되는 상기 언급된 지점의 좌표(coordinates) 결정을 위해 이용된다. 상기 감지기의 출력(output)은 정보 처리와 이미지화를 위한 수단에 연결된다. 후자는 X선 광학 시스템과 환자의 상대적인 위치결정을 위한 수단을 이용한 X선 집결부에 의해, 악성 종양을 포함하는 환자 신체 부분의 스캐닝에서 얻어진 조직 밀도 분배 이미지를 형성하고 표시할 수 있도록 제조된다.
본 발명의 장치의 실시예에서, X선 광학 시스템은 몇 개의 X선 광원을 포함하고, 현 측정 결과로 간주되는 지점을 포함한 집결부에 상기 광원의 조사를 집중하기 위한 모든 X선 집중 수단과, 상기 지점에서 여기되는 이차 방사선의 이동을 위한 각 수단은, X선 집중부 쪽으로 방향이 맞춰진 채널을 갖는 시준기로서 제조된다. 이 경우, 모든 시준기의 중앙 채널의 광학 축이, 현 측정 결과로 간주되는 지점에서 교차한다.
이러한 경우, 예를 들어 X선 광학시스템의 일부로서, 준(準)지점(quasi-point) X선 광원과, 이들 광원에 초점이 맞춰진 채널을 가진 시준기를 사용할 수 있다. 각 X선 광원의 출력(output)과, 해당되는 시준기의 입력(input) 사이에, 구경(aperture)을 가진 스크린이 있다.
상기 경우, X선 광학 시스템의 일부로서, 확장된(extended) X선 광원과 이들 광원쪽으로 넓어지는 채널을 갖는 시준기를 또한 사용할 수 있다.
다른 특별한 경우에 있어서, X선 광학 시스템에 포함된 X선 광원은 준지점(quasi-point) 이다; 현 측정 결과로 간주되는 상기 지점을 포함하는 부위에 X선을 집중시키기 위한 각 X선 집중 수단은, 각 광원으로부터 발산하는 방사를 준평행 방사(quasi-parallel radiation)로 변환시키는 X선 하프 렌즈(hemilens)로서 만들어진다. 이차 방사선을 감지기로 이동시키기 위한 각각의 수단은, 이 방사선의 초점을 상기 감지기에 맞추는 X선 하프 렌즈로서 만들어진다. 이 경우, 모든 X선 하프 렌즈의 광학 축은, 현 측정 결과로 간주되는 지점에서 교차한다.
또 다른 특별한 경우에 있어서, X선 광학 시스템에 포함된 X선 광원은 준지점(quasi-point) 이다; 각 X선 집중 수단은 각 X선 광원의 발산하는 방사를 준평행 방사로 변환시키는 X선 하프 렌즈로서 만들어진다. 이차 방사선을 감지기로 이동시키는 각 수단은, 준평행 방사를 형성하며 X선 집중부에 초점을 갖는 X선 하프 렌즈로서 만들어진다. 이 경우, 모든 X선 하프 렌즈의 광학 축은, 현 측정 결과로 간주되는 지점에서 교차한다.
다음 특별한 경우에 있어서, X선 광학 시스템에 포함된 X선 광원은 준지점(quasi-point) 이다; 각 X선 집중 수단은 해당 광원의 발산하는 방사를 준평행 방사로 변환시키는 X선 하프 렌즈로서 만들어지며, 이차 방사선을 감지기로 이동시키는 각 수단은, 이 방사선의 초점을 감지기에 맞추며 X선 집중부에 두번째 초점을 갖고 있는 X선 렌즈로서 만들어진다. 이 경우, 모든 X선 하프 렌즈와 렌즈의 광학 축은, 현 측정 결과로 간주되는 지점에서 교차한다.
장치의 실시예로서, 이러한 것도 가능하다. X선 광학 시스템에 포함된 X선 광원은 준지점(quasi-point) 이다; 각 X선 집중 수단은 해당 광원의 발산하는 방사를 준평행 방사로 변환시키는 X선 하프 렌즈로서 만들어지며; 이차 방사선을 감지기로 이동시키는 각 수단은, 해당 방사선 감지기 쪽으로 발산하는(diverging) 채널을 갖는 시준기로서 만들어진다. 이 경우, 모든 X선 렌즈와 하프 렌즈의 광학 축과, 시준기의 중심 채널은, 현 측정 결과로 간주되는 지점에서 교차한다.
본 발명의 장치의 또 하나의 가능한 실시예는 다음 특징을 갖는다: X선 광학 시스템에 포함된 X선 광원은 준지점(quasi-point) 이다; 각 X선 집중 수단은, 해당 X선 광원의 발산하는 방사를 준평행 방사로 변환시키는 X선 하프 렌즈로서 만들어진다; 그리고 이차 방사선을 감지기로 이동시키는 각 수단은, 해당 방사선 감지기 쪽으로 수렴하는(converging) 채널을 갖는 시준기로서 만들어진다. 이 경우, 모든 X선 하프 렌즈의 광학 축과, 시준기의 중심 채널은, 현 측정 결과로 간주되는 지점에서 교차한다.
본 발명의 장치를 제조하는 또 다른 특별한 경우는 다음 특징을 갖는다: X선 광학 시스템에 포함된 X선 광원은 준지점(quasi-point) 이다; 각 X선 집중 수단은, X선 광원의 발산하는 방사를 초점에 모으는 X선 렌즈로서 만들어진다; 그리고 이차 방사선을 감지기로 이동시키는 각 수단은, 이 방사선의 초점을 해당 방사선 감지기에 맞추는 X선 렌즈로서 만들어진다. 이 경우, 모든 X선 렌즈의 광학 축은, 현 측정 결과로 간주되는 지점에서 교차한다.
본 발명의 장치는 다음과 같은 방법으로 제조될 수도 있다: X선 광학 시스템에 포함된 X선 광원은 준지점(quasi-point) 이다; 각 X선 집중 수단은, X선 광원의 발산하는 방사를 초점에 모으는 X선 렌즈로서 만들어진다: 그리고 여기된 이차 방사선을 감지기로 이동시키는 각 수단은, 해당 방사선 감지기 쪽으로 수렴하는 채널을 갖는 시준기로서 만들어진다. 이 경우, 모든 X선 렌즈의 광학 축과 시준기의 중심 채널은, 현 측정 결과로 간주되는 지점에서 교차한다.
본 발명의 장치는 또한 다음과 같이 제조될 수 있다. X선 광학 시스템에 포함된 X선 광원은 준지점(quasi-point) 이다; 각 X선 집중 수단은, X선 광원의 발산하는 방사를 초점에 모으는 X선 렌즈로서 만들어진다: 그리고 이차 방사선을 감지기로 이동시키는 각 수단은, 해당 방사선 감지기 쪽으로 발산하는 채널을 갖는 시준기로서 만들어진다. 이 경우, 모든 X선 렌즈의 광학 축과 시준기의 중심 채널은, 현 측정 결과로 간주되는 지점에서 교차한다.
묘사된 모든 경우에 있어서, 상기 장치는 X선 광원이 증가된 강도로 작동하는 시간 동안 방사선 검출기의 스위치를 끄거나 스크리닝 하기 위한 수단을 추가적으로 갖출 수 있다.
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본 발명은 하기 제시되는 장치에 의해서 실현된다.
준(準)지점(quasi-point) 광원 1(도 1)의 발산하는 X선은, 선행된 진단에 의해 확립된대로, 악성 종양을 포함한 환자 신체(5)의 일부(7)의 주어진 지점(4)에서 X선 렌즈(2)에 의해 초점이 맞춰진다. 환자는 환자 신체와 X선 광학 시스템의 상대적인 위치 결정을 위한 수단(10)에 의해 요구되는대로 위치하게 된다. 지점(4)에 초점이 맞춰진 방사선은, 환자(5)의 생체조직의 기질에서 이차적으로 분산하는 방사선을 여기시킨다 (간섭 및 비 간섭 컴프턴 방사, 형광 방사). 이차 방사선 여기 과정의 확률적인 속성에 기인하는 변동에 정밀한 이차 방사선의 강도는, 그것이 여기된 기질의 밀도에 비례한다. 두 번째 X선 렌즈(3)의 초점은 같은 지점(4)에 있다. 이 렌즈는, 그것에 의해 포착된 분산된 이차 방사선의 초점을, 데이터 처리와 이미지화를 위한 수단(12)의 입력에 전달되는 전기적인 신호로 변환시키는 방사선 검출기(6)에 맞춘다. 렌즈(1)와 렌즈(3)의 공통 초점 지점(4)의 위치는, 그들 상호간의 위치결정을 위한 수단(10)의 도움으로 서로에 관해 환자(5)와 X선 광학 시스템(8)의 상대적 이동에 따라 선택된다. X선 광학 시스템(8)은 방사 강도를 바꿀 수 있는 X선 광원(1), X선 렌즈(2,3), 방사선 검출기(6) 및 방사 강도를 조절하기 위한 수단(9)을 포함한다. 후자는 X선 광학 시스템에 포함된 모든 광원의 방사 강도의 동시에 일어나는 변화를 제공한다(그들 중 단 하나만이 본 발명의 기초 원리를 묘사하고 있는 도 1에 도시됨).
방사 강도를 바꿀 가능성과 상기 강도를 조절하기 위한 수단(9)은 방사선치료 단계 중에 사용된다.
X선 조절(발산하는 방사를 초점에 모으는 것, 발산하는 준평행 광선을 변환하는 것, 준평행 광선을 초점에 모으는 것, 등)을 위한 수단인 X선 렌즈는, 방사가 다양한 총 외부 반사를 경험하는, 휘어진(curved) 방사 운반 채널의 전체(totality)임이 설명되어야 한다(예를 들면: V.A. Arkadiev, A.I. Kolomiisev, et al. Broadband x ray optics with wide angular aperture. Uspekhi fizicheskikh nauk,1989,volume 157,issue 3,pp. 529-537), 여기서 이러한 형태의 첫 번째 렌즈가 묘사되었고, 미국특허 제 5,744,813 (1998. 4월 28일자로 공개됨, 여기서 보다 최근의 렌즈가 묘사되어 있다). 대체로 렌즈는 그것이 발산하는 방사선의 초점을 맞추기 위한 것이라면 양쪽이 좁아지는 맥주 통 모양을 하고 있으며, 발산하는 방사선을 준평행(quasi-parallel)으로 변환하거나 혹은 그러한 방사선의 초점을 맞추기 위한 것이라면 한쪽만 좁아지는 반쪽 맥주 통 모양을 하고 있다. "풀렌즈(full lens)" 및 "하프 렌즈(hemilens)" 란 용어는 상기 두 가지 타입의 렌즈를 가리키는데 널리 사용되고 있다.
도 1의 장치를 작동하고 사용하는 가능한 방법으로는 두 가지가 있다. 하나의 방법에서, 요소 (1), (2), (3), (6)의 상호적 배열을 유지하면서(그리하여 렌즈(1)과 (3)의 초점의 일치를 유지함) X선 광학 시스템(8)은 이동하는 반면(그 이동 가능성은 도 1에서 화살표(10a)로 나타남) 환자(5)는 고정된다. 또 다른 방법에서는, 반대로 X선 광학 시스템(8)은 고정되고, 환자의 신체는 이동된다(그러한 이동은 도 1에서 화살표(10b)로 나타남). 상기 장치는 또한 X선 광학 시스템(8)과 환자(5)의 상대적 이동에 반응하며 환자와 X선 광학 시스템의 상대적 위치결정을 위한 수단(10)에 연결된 좌표 감지기(11)를 포함하고 있다.
감지기(11)는 그 출력 신호가 선택된 참조 지점에 관해 현 측정 결과로 간주되는 지점의 좌표에 일치하도록 조정되어야 한다.
도 1에 나타나는 특별한 경우에 있어서, 그들의 광학 축이 교차하는 X선 렌즈(2)와 (3)의 공통 초점 지점(4)은, 현 측정 결과로 간주되는 지점이다. 다른 경우에 있어서, X선 집중부가 흐릿할 때, 그러한 지점은 또한 이차 방사선을 검출기로 이동시키는 수단 및 X선 집중 수단의 광학 축(또는 광학 축으로서 조건적으로 주어진, 예를 들면 시준기의 중앙 채널의 축)인 선(lines)의 교차 지점이다. 환자와 X선 광학 시스템의 상대적 위치결정을 위한 수단(10)(도 1)은, 악성 종양을 포함하는(또는 가정적으로 포함하는) 환자의 신체 일부 내에 있는 상기 지점을 확인할 수 있도록 하여야 한다.
X선 집중부는, 사용된 X선 집중 수단에 따라 더 크거나 혹은 더 작은 크기의 부피이며, 현 측정 결과로 간주되는 상기 지점을 둘러싸고 있다. 방사선 치료단계 중, X선 집중부는 또한 X선 집중 수단과 이차 방사선을 검출기로 이동시키는 수단의 광학 축인 선이 교차하는 지점을 둘러싸고 있다; 그러나 이 단계에서 측정은 실시되지 않는다. 도 1에서 나타나듯이, 이 경우 X선 집중부의 크기는 최소이다.
도 1에서 나타나듯이, 방사선 검출기(6)의 출력 신호뿐만 아니라 좌표 감지기(11)의 출력 신호는 데이터 처리와 이미지화를 위한 수단(12)의 입력으로 공급된다. 상기에서 언급하였듯이, 초점 지점(4)은 이 경우 현 측정 결과로 간주되는 지점이며, 광원(1)의 방사는 이 부근에서 실제로 집중된다(X선 렌즈(2)의 초점 지역의 한정된 크기와 관련하여). 데이터 처리와 이미지화를 위한 수단(12)은, 이차원적 또는 삼차원적 이미지화의 1 이상의 알고리즘을 실현함으로써 환자 신체(5)의 생체조직의 밀도 분산의 이미지화를 제공한다 (예를 들면 :E.Lapshin, Graphics for IBM PC. Moscow, "Solon", 1995). 가장 간단한 경우에 있어서, 예를 들면, 스캐닝 (현 측정 결과로 간주되는 지점(4)으로 X선 집중부를 이동시키면서)은 환자 신체(5)의 평면 구역에서 실시되고, 스캐닝과 동시에, 긴 에프터플로우(afterflow)로 수단(12)의 스크린상에 이미지가 스윕될 수 있다(swept). 또한, 몇몇 측정 결과를 주기적 이미지 스윕(sweep) 등으로 저장하는 것도 가능하다. 디지털 장비의 성능은, 중요 구역을 직접 즉시 스캐닝하는 경우 뿐만 아니라, 다른 방식으로 악성 종양을 포함한 부피를 스캐닝하는 경우에도, 임의의 평면 구역에서 밀도 분포의 이미지 형성을 가능하게 한다. 이것을 실시하기 위하여, 얻어진 결과(밀도 값에 해당하는 좌표의 값과 밀도 값의 집합)로부터, 이 구역에 위치한 좌표축에 관하여 그들의 이차원적 이미지화를 하기 위해, 환자 신체의 중요 구역에 해당하는 필요 구역을 포함하는 부피와 관련된 것을 선택하는 것으로 족하다. 이러한 타입의 필요한 변형은 E. Lapshin. Graphics for IBM PC.M., "Solon", 1995에서 묘사된 것과 유사한 공지의 방법을 이용하여 프로그래밍 수단에 의해 실시된다.
악성 종양과 관련된 얻어진 이미지의 구조적인 요소를 밝히기 위해, 스캐닝 중 실시간으로 이미지를 분석하는 것보다, 정지하고 있는 저장된 디지탈 이미지를 보는 모드로 하는 것이 더욱 적절하다.
본 발명의 장치의 작동 원리는, 산란된 이차 방사선(이 방사선 양자 발현 가능성)의 강도, 동등한 다른 모든 것(특히, 기질에 작용하는 일차 X선의 주어진 강도에서)이, 기질 밀도에 비례한다는 사실에 근거한다 (예를 들면, J.Jackson. Classical electrodynamics. M., "Mir", 1965).
본 발명의 장치의 주요한 특징은, 간섭이 있는 곳에서, 다른 장치들과는 대조적으로, 산란된 이차 방사선의 양자를 유익하게 사용하는 점에 있다.
상기 언급된 것처럼, 중요한 잇점은 생체조직에 낮은 투여량(dosages)으로 수용가능한 정확성을 얻을 수 있다는 점이다.
가능한 이익을 측정하기 위하여, 본 발명의 장치와, 사람 신체의 조직과 기관의 보이지 않는 내부의 구조를 이미지화하는 가장 정확한 최신의 방법, 예를 들어 컴퓨터를 이용한 X선 단층촬영술과 비교해보자.
다음과 같이 가정한다: 광자 에너지는 E=50 keV, X선 집중부는 50mm 깊이, 1 mm x 1 mm x 1mm 의 크기이며(그러한 값은 예를 들어 유방촬영술 검사에서 정확성과 관찰 조건을 위해 전형적이다), 검출기는 5cm 의 깊이에서 여기된 5%의 이차 방사선을 감지한다(이 가정은, 이차 방사선을 검출기로 이동시키는 수단의 입력이 도달하기 전에, 이차 방사선이 환자 신체에서 5cm를 통과하고, 이차 방사선을 검출기로 운반하는 렌즈 또는 시준기의 포착 각은 0,05 x 4πsr 이다). 환자의 신체에서 광자흡수의 선형계수가 물에서의 그것과 가깝고, 그것은 에너지 E = 50 keV에서 2 x 10-1 l/cm 인 것을 고려하면, 1차 방사선의 강도는 exp(2 x 10-1 x 5) = e ≒ 2,71 배로 감소하고 5cm의 깊이로 침투한다. 환자의 신체로부터 산출하면 이차 방사선의 강도는(그 광자에너지는 50 keV 에 매우 가깝다) 또한 e ≒ 2,71 배로 감소한다. 따라서 환자의 신체에 방사선이 흡수되는 것으로 인한 강도의 총 손실은 e x e = 7,3 배이다. 측정된 이익을 낮게 평가하고 오직 이차 방사의 컴프턴 구성(Compton component)을 고려하자. △X의 깊이에서 이차 컴프톤 방사의 양자 형성 가능성은 ω= σk x Ne x △X 과 같고, 여기서 σk = 6.55 x 10-25 cm2 는 이차 컴프턴 방사 부분이며; Ne = 3 x 10-23 l/cm3 은 물에서 전자의 밀도이다. 따라서, △X = 1mm = 10-1 cm 에서 가능성은 ω= 6.55 x 10-25 x 3 x 1023 x 10-1≒ 2 x 10-2 이다. 다시 말해서, △X = 1mm 의 길이로 하나의 2차 광자를 형성하기 위해, 평균적으로 일차 방사선의 광자는 1 :(2 x 10-2) = 50이 필요하다.
1% 정도의 밀도의 오차(예를 들어 2차 광자의 양을 결정하는데 있어서의 오차)를 측정해 보자. 과정의 임의의 성질을 고려하여 상대적인 오차의 근평균평방값은 δ= 1/(N) 1/2 과 같고, 여기서 N은 기록된 광자의 양이다. N = 10000 은 δ= 0,01 에 해당한다.
따라서, 5cm 깊이를 침투하고 이 깊이에서 2차 컴프턴 방사를 여기시키는 일차 광자의 요구 량인 NX 에 대한 간단한 방정식을 세울 수 있다. 그 차례가 되면, 상기 방사는 5cm 를 이동하므로, N = 10000 의 광자는 검출기에 도달한다:
NX e-2 x 5 x 10-2 x 2 x 10-2 = 104
여기서, 계수 5x10-2 은, 생성된 이차 광자의 총 양 중에서 단지 5% = 10-2 광자가 검출기에 도달하여 기록되는 것을 의미한다.
만약 상기 광자 흐름이 2,8 x 1010 l/cm2 이라면 E = 50 keV 에너지의 광자는 1 뢴트겐과 동일한 조사량(dosage)을 제공한다(광자 에너지, 그들은 양과 조사량간의 관계를 표식화한 데이터를 보라. 예를 들어 Physics of image visualization in medicine. Ed. by S. Webb. M. "Mir",1991). 일차 X선 빔의 횡단면이 환자 신체의 입구에서 1cm2 와 동일하다고 가정한다면, 7,3 x 107 l/cm2 의 흐름은 환자의 신체에서 2,6 x 10-3 뢴트겐과 동일한 조사량을 제공할 것이다.
예를 들어, 골다공증 검사에서 전통적인 컴퓨터를 이용한 X선 단층촬영술에서 조사량은 보통 100 ÷300 밀리뢴트겐이다 (V.I. Mazurov, E.G. Zotkin. Topical questions of diagnostics and treatment of osteoporosis. Saint-Petersburg, IKF "Foliant", 1998, p.47). 즉, 약 100배 더 크다.
조사량은, 만약 그 광선이 다른 경로로 X선 집중부에 도달하고 환자의 신체 안에 축적되지 않는 여러개의 X선 광원에 의해 조사가 이루어진다면, 더욱 몇배로 감소될 수 있다.
그러므로, 본 발명의 실시예로서 바람직한 형태는, X선 집중 수단들과 이차 방사선을 방사선 검출기로 이동시키기 위한 수단들(렌즈, 하프렌즈, 시준기)을 갖춘, 일정 간격을 둔 여러 개의 X선 광원들 및 방사선 검출기들을 이용하는 것이다. 한편, 이는 보다 효율적인 방사선 집중을 달성하게 하며(하나의 X선 집중 수단의 경우, 집중은 도 1에 나타난 바와 같이 X선 렌즈의 도움에 의해서만 얻어질 수 있다), 방사선 검출기의 출력에서 신호/소음 비율을 향상시킬 수 있다. 다른 한편으로는, 이는 조사된 환자 신체 부위에 영향을 분산시키며, 따라서 검사의 목적이 아닌 부분과 기관에 대한 지나친 조사를 피할 수 있게 한다. 단순한 평균값을 가진 여러 개의 방사선 검출기의 사용 및 단순 평균치를 구하는 것(정보처리와 이미지화를 위한 수단(12)에서 다른 방사선 검출기로부터의 출력의 더 복잡한 과정, 예를 들면, 가중치를 가한 평균치를 구하는 것 또는 서로 가까이 위치한 지점에 있는 밀도 일치를 고려하는 과정)은, 다른 요소들이 동일할 때, 정확성의 손실 없이 더 적은 힘의 X선 광원을 사용할 수 있게 한다. 게다가 평균치를 구하는 것은 정확성을 감소시키는 다른 요소의 영향을 덜 받는다 (예를 들면, 밀도가 명확한 다른 지점으로의 경로에서 X선 광원으로부터의 방사선의 불균등한(unequal) 흡수, 그리고 이 지점으로부터 2차 컴프턴 방사를 검출기로 이동시키기 위한 수단의 입력으로의 경로에서 이차 방사선의 불균등한 흡수).
그러한 변형은 이하 설명한다(도 2 내지 도 11).
기술적인 실시의 관점으로부터 가장 간단한 변형은 도 2와 도 3에 나타나 있다.
도 2에서 준지점(quasi-point) X선 광원(1)과 시준기(13)가, X선 집중부(16)에 그것을 집중시키기 위해 방사 증폭을 향해 분산하는(넓어지는) 채널과 함께 사용된다. X선 광원(1)과 시준기(13)의 사이에, 방사선을 시준기의 입력으로 전송하고 그것이 환자에 직접 부딪히는 것(시준기를 우회함으로써)을 막는 구멍을 가진 스크린(14)이 있다. 두 번째의 방사선은 방사 증폭을 향하여 모으는(좁아지는) 채널을 가진 시준기(15)에 의해서 방사선 검출기(6)로 운반되고, 방사선 검출기(6)쪽으로, 그리고 상기 시준기는 그들의 민감한 표면위에 초점을 가질 수 있다. 좁은 입구 구멍을 가진 반도체인 검출기는 방사선 검출기(6)로서 사용될 수 있다.
도 3에서 시준기(18,19)는 도 2에 나타낸 것과 반대의 배치(orientation)를 갖는다. 부위 (16)에서 방사선을 집중시키는 시준기(18)의 입구 구멍을 최대한 활용하기 위해, 확장된 X선 광원(17)을 사용하는 것이 바람직하다. 같은 이유에서, 넓은 입구 구멍을 가진 방사선 검출기(20)를 사용하는 것이 바람직하다(예를 들면 신틸레이션 측정기). 방사선 검출기(20)는 시준기(19)의 출력에 위치한다.
도 4에서 준지점(quasi-point) X선 광원(1)의 방사선 집중을 위한 X선 집중 수단과 이차 방사선 운반을 위한 수단은, X선 하프 렌즈(21)와 (22)로서 만들어진다. 여기서 하프 렌즈(22)는 산란된 이차 방사선의 초점을 방사선 검출기(6)에 맞춘다.
도 5에서 준지점(quasi-point) X선 광원(1)의 방사선 집중을 위한 X선 집중 수단과 이차 방사선 운반을 위한 수단은, X선 하프 렌즈(21)과 (23)으로서 만들어진다. 여기서 하프 렌즈(23)는 산란된 이차 방사선을 준평행으로 변환시키며 이를 넓은 입구 구멍을 가진 방사선 검출기(20)로 직행하게 한다.
도 6은 혼합된 변형을 묘사하고 있다: 준지점(quasi-point) X선 광원(1)의 방사선 집중을 위한 X선 집중 수단은 X선 집중부(16)에 평행광선(parallel beams)을 직행시키는 X선 하프 렌즈(21)로서 만들어지고, 이차 방사선을 방사선 감지기(6)로 운반하는 수단은 풀(full) X선 렌즈(3)로서 만들어진다.
도 7과 도 8은 다른 혼합을 묘사하고 있으며, 여기서 이차 방사선을 방사선 검출기로 운반하기 위한 수단은 시준기로서 만들어진다. 준지점(quasi-point) X선 광원(1)의 방사선 집중을 위한 X선 집중 수단은 X선 집중부(16)에 준평행광선(quasi-parallel beams)을 직행시키는 X선 하프 렌즈(21)로서 만들어진다.
도 7에서 시준기(19)는 방사선 검출기(6)쪽으로 넓어지는 채널을 가지고, 후자는 넓은 입구 구멍(틈)을 가진다.
반대로 도 8에서, 시준기(15)는 검출기(6)쪽으로 좁아지는 채널을 가지고, 후자는 좁은 입구 구멍(틈)을 가진다.
도 9는 정확성과 해상도의 관점에서 가장 효과적인 변형을 묘사하고 있으며, 여기서 준지점(quasi-point) X선 광원(1)의 방사선 집중을 위한 X선 집중 수단과 이차 방사선을 방사선 검출기(6)로 운반하기 위한 수단은, 풀 X선 렌즈(2)와 (3)으로서 만들어진다 (이러한 변형은 도 1과 비교됨).
도 10과 도 11은 두 가지 이상의 혼합된 변형을 묘사하고 있다. 이들의 공통된 특징은, 풀 X선 렌즈(2)가 X선 집중부(16)에서 준지점(quasi-point) X선 광원(1)의 방사선 집중을 위한 X선 집중 수단으로서 사용된다는 사실이다.
도 10은 이차 방사선을 좁은 틈을 가진 방사선 검출기(6)로 운반하기 위한 수단으로서, 방사선 검출기를 향하여 좁아지는 시준기(15)를 사용하는 것을 묘사하고 있다.
도 11은 이차 방사선을 넓은 틈을 가진 방사선 검출기(20)로 운반하기 위한 수단으로서, 방사선 검출기를 향하여 넓어지는 시준기(19)를 사용하는 것을 묘사하고 있다. 장치 실시예의 모든 특별한 경우에 있어서, 상기에서 언급하였듯이, X선 집중부(4 - 도 1; 16 - 도 2-11)에서 여기되는 이차 방사선은 연구 하에 생체조직의 밀도에 관한 정보를 운반하므로, X선 광학 시스템의 구성요소의 상호적 배열은, X선 광원(1 - 도 1,2,4-6,8-11; 20 - 도 3,7)이 직접적으로, 또는 환자의 신체(5) 후에, 방사선 검출기(6 - 도 1,2,4-6,8-11; 20 - 도 3,7)의 입력을 겨누는 것(hitting)을 방지해야 한다. 이러한 목적을 위해, X선 광원 방사를 X선 집중부에 집중시키기 위한 어떠한 X선 집중 수단(2- 도 1,9-11; 3 - 도 2; 10 - 도 3; 21 - 도 4-8)의 광학 축의 연장선 위(이러한 수단에 의해 형성되는 X선 광선이 가로지르는 지역을 나타내는)에는, 어떠한 방사선 검출기(또는 이차 방사선을 운반하기 위한 수단: 3 - 도 1,6,9; 15 - 도 2,8,10; 19 - 도 3,7,11; 22 - 도 4; 23 - 도 5)도 있지 않다. 이 단계에서 상기 장치의 작용은, 점 좌표와 그에 해당하는 악성 종양에 속하는 것으로 확인된 생체조직의 밀도의 조합을 기록함으로써 종료한다 (예를 들면 데이터 처리와 이미지화를 위한 수단에서 해당하는 디지털 코드 그룹을 저장함으로써). 확인은, 예를 들어 얻어진 이미지를 선행한 진단의 결과로서 얻어진 것과 비교하는 방법으로 시행될 수 있다. 이 경우 조작자(operator)는 예를 들어, "마우스"와 같은 컴퓨터 장치 표시 수단에 의해, 데이터 처리와 이미지를 위한 수단의 스크린 위에, 구조적인 요소의 확인된 이미지를 표시(mark)할 수 있다.
장치를 더 이용하기 전에, 악성 종양의 방사선 치료를 실시하는 결정이 내려진다면, 조사(irradiation) 프로그램은 점 좌표의 고정된 집합으로 표현되는 악성 종양의 다른 부분으로 전송되어져야만 하는 X선 투여량 세트(set)로서 만들어진다. 조사 프로그램은, 예를 들어 악성 종양 및 다른 요소들이 침투된 기관의 특징에 관해서 Radiation therapy of a malignant neoplasm physicians guide. Ed. by prof. E.S. Kiseleva. Moscow, "Meditsina", 1996, pp. 84, 91에서 서술된 과정을 사용하여 만들어진다.
조사 프로그램은, 악성 종양의 위치를 확인하는 중의 첫 번째 단계에서 사용된 것 처럼, 집중을 위한 수단(렌즈 2, 21; 시준기 13, 18)과 같은 것의 사용으로, 악성 종양에 의해 점령된 지역을 스캐닝 함으로써 실시된다. 이 경우 상기 X선 광원의 X선 강도 조절 수단(9)에 의해서, 후자는 강도의 증가된 레벨(예를 들면 X선 튜브의 양극 흐름을 증가시킴으로서 제공된)로 요구되는 투여량(dosage)에 비례하는 시간 동안 X선 집중부의 각 분리된 위치에서 스위치가 켜지며, 이는 악성 종양 조직의 방사 손상에 충분하다. 특별한 경우에 있어서, 악성 종양의 크기가 작다면 조사는 특히 스캐닝 없이 X선 집중부의 단 하나의 지점에서 실시될 수 있다. X선 집중을 위해 풀 렌즈가 사용될 때, 미세종양의 방사선 치료(예를 들면, 눈)도 가능하다.
검출기의 가능한 고장을 막기 위해, 스위치를 끄거나, X선 광원이 증가된 강도로 작동하는 시간 동안 기계적으로 차폐될 수 있다(도면에는 나타나지 않음).
악성 종양의 위치를 밝힐 때(첫 번째 단계)와 조사 프로그램을 실시할 때(두 번째 단계), 방사 집중을 위해 하나 및 동일한 수단을 사용하고, 이러한 단계 간에 시간 차이가 적으면, "초점을 맞추는(aiming)"데 있어서의 오류를 최소화한다. 조사(exposure)는, 악성 종양의 위치를 확인하는 단계에서와 같이, X선 광학 시스템이 악성 종양과 관련된 구조적 요소의 이미지를 확인하는 과정 중 고정된 지점과 동등한 지점에서 환자의 신체에 관하여 위치되는 것처럼, X선 집중부의 동일한 위치에서 실시된다. 확인 중 고정되는 해당 좌표 지점으로 환자의 신체에 대한 X선 광학 시스템의 상대적 위치를 결정하는 것의 정확성은, 예를 들면, 미국특허 제 5,983,424호(1999. 11.16일자로 공개됨)에서 묘사된 것처럼, 더욱 향상된 상대적 위치결정 수단을 사용함으로써 증가될 수 있다.
하나 이상의 본 발명의 장치의 실시예를 선택하는 것은, X선 렌즈 및 하프 렌즈로서 X선 집중 및 운반을 위한 효과적인 수단의 이용과, 요구되는 해상도에 의해서 결정된다. 후자는 렌즈와 하프 렌즈의 매개 변수의 선택에 영향을 준다(초점의 점 크기, 렌즈의 광학 축 방향에서 초점 지역의 범위의 분포 등과 같은 것). 이 때, 풀 렌즈(밀리미터 및 더 높은 분할의 오더(of the order of fractions of a millimeter and higher))의 경우 높은 해상도능의 실현은, 악성 종양을 포함하는 양을 스캐닝하기 위해 요구되는 시간을 증가시키는 것과 관련된다는 점이 고려되어야 한다. 적절한 동력과 크기의 X선 광원의 이용 등과 같은 다른 조건들 또한 고려되어야 한다.
상기에서 설명된 여러 가지 본 발명의 장치의 구체적인 실시예의 변형들의 이용은 특별한 필요조건에 부합하는 수단을 고안할 다양한 가능성을 제공한다.
본 발명의 장치는, 악성 종양 진단이 이미 내려졌고, 그 위치, 형태, 크기에 관해 더욱 정확한 데이터를 얻는 것이 요구되는 경우에 적용되며, 상기 얻어진 정확한 데이터의 기초하에 각각의 결정이 내려진다면 방사선 치료의 실시에도 적용된다.

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  15. X선 광학 시스템,
    환자와 X선 광학 시스템의 상대적 위치결정을 위한 수단,
    데이터 처리 및 이미지화를 위한 수단, 및
    1 이상의 X선 광원 및 1 이상의 방사선 검출기를 포함하며;
    상기 X선 광학 시스템은, 악성 종양을 포함하며 현 측정 결과로 간주되는 지점을 포함하는 환자 신체의 부분 내에 위치한 X선 집중부에 상기 1 이상의 X선 광원의 X선 방사선을 집중시키기 위한 X선 집중 수단(2)을 포함하며;
    동일한 X선 광원 및 X선 집중 수단이 악성 종양의 위치 결정 과정 및 그 방사선 치료 과정 중에 사용되도록 하며,
    X선 광학 시스템에 포함된 X선 광원은 그 방사선 강도를 변화시킬 수 있도록 만들어지며,
    악성 종양의 위치를 결정하는 과정 중에서보다 방사선 치료 과정 중에 X선 집중부에 더 높은 강도의 방사선이 공급되도록, X선 광학 시스템은 X선 광원의 방사선 강도 조절을 위한 수단을 포함하며;
    또한 X선 광학 시스템은, X선 집중부에서 여기된 이차 방사선을 방사선 검출기로 수송하기 위한 1 이상의 수단을 포함하며,
    상기 방사선 검출기는 이차 방사선 수송을 위한 상기 수단의 출력에 위치하며 이차 방사선에 민감하도록 만들어지며,
    상기 방사선 검출기 및 이차 방사선 수송을 위한 상기 수단은, 어떠한 X선 집중 수단의 광학 축의 연장선 상에 위치하지 아니하며,
    악성 종양을 포함하는 환자의 신체 부분의 X선 집중부에 의한 스캐닝을 위해 사용되는 환자와 X선 광학 시스템의 상대적 위치결정을 위한 수단에, 현 측정 결과로 간주되는 지점의 좌표를 감지하기 위하여 좌표 감자기가 연결되며;
    상기 좌표 감자기의 출력은 데이터 처리 및 이미지화를 위한 수단과 연결되며,
    상기 데이터 처리 및 이미지화 수단은, 방사선 검출기와 좌표 감지기의 출력에 기초하여, 악성 종양을 포함하는 환자 신체 부분의 조직 밀도의 분포를 이미지화하고 디스플레이할 수 있도록 만들어지는 것을 특징으로 하는,
    X선 광선을 이용한 악성 종양의 위치 결정 및 그 방사선 치료를 위한 장치.
  16. 제 15항에 있어서, X선 광학 시스템은 여러 개의 X선 광원을 포함하며,
    상기 각각의 X선 집중 수단과 각각의 이차 방사선 수송을 위한 수단은, X선 집중부를 향하고 있는 채널을 갖춘 시준기로서 제조되며,
    상기 모든 시준기의 중심 채널의 광학축은 현 측정 결과로 간주되는 지점에서 교차하는 것을 특징으로 하는 X선 광선을 이용한 악성 종양의 위치 결정 및 그 방사선 치료를 위한 장치.
  17. 제 16항에 있어서, X선 광학 시스템에 포함된 X선 광원(1)은 준(準)지점(quasi-point)이며,
    상기 시준기는 X선 광원에 초점을 맞춘 채널을 가지며,
    각각의 X선 광원의 출력과, 대응하는 시준기의 입력 사이에, 구멍(aperture)을 갖는 스크린이 위치하는 것을 특징으로 하는 X선 광선을 이용한 악성 종양의 위치 결정 및 그 방사선 치료를 위한 장치.
  18. 제 16항에 있어서, X선 광학 시스템에 포함된 X선 광원은 확장되며,
    상기 시준기는 X선 광원을 향해 넓어지는 채널을 갖는 것을 특징으로 하는 X선 광선을 이용한 악성 종양의 위치 결정 및 그 방사선 치료를 위한 장치.
  19. 제 15항에 있어서, X선 광학 시스템에 포함된 X선 광원은 준(準)지점(quasi-point)이며,
    각각의 X선 집중 수단은, 대응하는 X선 광원의 발산하는 방사선을 준평행선(quasi-parallel one)으로 변환시키는 X선 하프 렌즈(hemilens)로서 만들어지며,
    각각의 이차 방사선 운송 수단은, 이 방사선의 초점을 대응하는 방사선 검출기에 맞추는 X선 하프 렌즈(hemilens)로서 만들어지며,
    모든 X선 하프 렌즈의 광학 축은 현 측정 결과로 간주되는 지점에서 교차하는 것을 특징으로 하는 X선 광선을 이용한 악성 종양의 위치 결정 및 그 방사선 치료를 위한 장치.
  20. 제 15항에 있어서, X선 광학 시스템에 포함된 X선 광원은 준(準)지점(quasi-point)이며,
    각각의 X선 집중 수단은, 대응하는 X선 광원의 발산하는 방사선을 준평행선(quasi-parallel one)으로 변환시키는 X선 하프 렌즈(hemilens)로서 만들어지며,
    각각의 이차 방사선 운송 수단은, 준평행 방사선을 형성하며 X선 집중부에 초점을 갖는 X선 하프 렌즈(hemilens)로서 만들어지며,
    모든 X선 하프 렌즈의 광학 축은 현 측정 결과로 간주되는 지점에서 교차하는 것을 특징으로 하는 X선 광선을 이용한 악성 종양의 위치 결정 및 그 방사선 치료를 위한 장치.
  21. 제 15항에 있어서, X선 광학 시스템에 포함된 X선 광원은 준(準)지점(quasi-point)이며,
    각각의 X선 집중 수단은, 대응하는 X선 광원의 발산하는 방사선을 준평행선(quasi-parallel one)으로 변환시키는 X선 하프 렌즈(hemilens)로서 만들어지며,
    각각의 이차 방사선 운송 수단은, 이 방사선의 초점을 대응하는 방사선 검출기에 맞추며 X선 집중부에 그 두번째 초점을 갖는 X선 렌즈로서 만들어지며,
    모든 X선 하프 렌즈 및 렌즈의 광학 축은 현 측정 결과로 간주되는 지점에서 교차하는 것을 특징으로 하는 X선 광선을 이용한 악성 종양의 위치 결정 및 그 방사선 치료를 위한 장치.
  22. 제 15항에 있어서, X선 광학 시스템에 포함된 X선 광원은 준(準)지점(quasi-point)이며,
    각각의 X선 집중 수단은, 대응하는 X선 광원의 발산하는 방사선을 준평행선(quasi-parallel one)으로 변환시키는 X선 하프 렌즈(hemilens)로서 만들어지며,
    각각의 이차 방사선 운송 수단은, 대응하는 방사선 검출기를 향해 발산하는 채널을 갖는 시준기(collimator)로서 만들어지며,
    모든 X선 렌즈와 하프 렌즈의 광학 축과 시준기의 중심 채널은, 현 측정 결과로 간주되는 지점에서 교차하는 것을 특징으로 하는 X선 광선을 이용한 악성 종양의 위치 결정 및 그 방사선 치료를 위한 장치.
  23. 제 15항에 있어서, X선 광학 시스템에 포함된 X선 광원은 준(準)지점(quasi-point)이며,
    각각의 X선 집중 수단은, 대응하는 X선 광원의 발산하는 방사선을 준평행선(quasi-parallel one)으로 변환시키는 X선 하프 렌즈(hemilens)로서 만들어지며,
    각각의 이차 방사선 운송 수단은, 대응하는 방사선 검출기를 향해 수렴하는 채널을 갖는 시준기(collimator)로서 만들어지며,
    모든 X선 하프 렌즈의 광학 축과 시준기의 중심 채널은, 현 측정 결과로 간주되는 지점에서 교차하는 것을 특징으로 하는 X선 광선을 이용한 악성 종양의 위치 결정 및 그 방사선 치료를 위한 장치.
  24. 제 15항에 있어서, X선 광학 시스템에 포함된 X선 광원은 준(準)지점(quasi-point)이며,
    각각의 X선 집중 수단은, 대응하는 X선 광원의 발산하는 방사선을 초점에 모으는 X선 렌즈로서 만들어지며,
    각각의 이차 방사선 운송 수단은, 이 방사선의 초점을 대응하는 방사선 검출기에 맞추는 X선 렌즈로서 만들어지며,
    모든 X선 렌즈의 광학 축은, 현 측정 결과로 간주되는 지점에서 교차하는 것을 특징으로 하는 X선 광선을 이용한 악성 종양의 위치 결정 및 그 방사선 치료를 위한 장치.
  25. 제 15항에 있어서, X선 광학 시스템에 포함된 X선 광원은 준(準)지점(quasi-point)이며,
    각각의 X선 집중 수단은, 대응하는 X선 광원의 발산하는 방사선을 초점에 모으는 X선 렌즈로서 만들어지며,
    각각의 이차 방사선 운송 수단은, 대응하는 방사선 검출기를 향해 수렴하는 채널을 갖는 시준기(collimator)로서 만들어지며,
    모든 X선 렌즈의 광학 축과 시준기의 중심 채널은, 현 측정 결과로 간주되는 지점에서 교차하는 것을 특징으로 하는 X선 광선을 이용한 악성 종양의 위치 결정 및 그 방사선 치료를 위한 장치.
  26. 제 15항에 있어서, X선 광학 시스템에 포함된 X선 광원은 준(準)지점(quasi-point)이며,
    각각의 X선 집중 수단은, 대응하는 X선 광원의 발산하는 방사선을 초점에 모으는 X선 렌즈로서 만들어지며,
    각각의 이차 방사선 운송 수단은, 대응하는 방사선 검출기를 향해 발산하는 채널을 갖는 시준기(collimator)로서 만들어지며,
    모든 X선 렌즈의 광학 축과 시준기의 중심 채널은, 현 측정 결과로 간주되는 지점에서 교차하는 것을 특징으로 하는 X선 광선을 이용한 악성 종양의 위치 결정 및 그 방사선 치료를 위한 장치.
  27. 제 15항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 방사선 치료 과정 중 검출기의 스위치를 끄거나 혹은 차폐(screening)하기 위한 수단을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 X선 광선을 이용한 악성 종양의 위치 결정 및 그 방사선 치료를 위한 장치.
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