KR100740340B1

KR100740340B1 - 방사선 개폐장치

Info

Publication number: KR100740340B1
Application number: KR1020060004182A
Authority: KR
Inventors: 이동훈; 지영훈; 김윤종; 최문식; 박승우
Original assignee: 재단법인 한국원자력의학원
Priority date: 2006-01-14
Filing date: 2006-01-14
Publication date: 2007-07-19

Abstract

본 발명에 따른 방사선 개폐장치는, 방사선을 조사하는 방사선 조사장치에 설치되는 지지부재; 상기 방사선 조사장치로부터 조사되는 방사선의 진행경로를 차단하는 차단위치와 상기 방사선의 진행경로로부터 벗어난 개방위치 사이에서 왕복이동 가능하게 상기 지지부재에 설치된 게이트; 상기 게이트를 왕복이동시키기 위해 그 게이트에 동력적으로 연결된 서보모터; 및 상기 서보모터의 구동신호를 발생시키는 게이팅 제어부; 를 포함하는 점에 특징이 있다.

Description

방사선 개폐장치{Opening and closing device for irradiation}

도1은 일반적으로 환자의 치료부위에 방사선이 조사되는 영역을 결정하는 법을 설명하기 위한 도면이다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 개폐장치의 개략적 구성도이다.

도3은 도2에 도시된 방사선 개폐장치의 개폐구동부가 방사선 치료장치에 설치된 상태의 도면이다.

도4는 도3에 도시된 "A"부분을 확대한 도면이다.

도5는 도4에 도시된 Z방향에서 본 도면이다.

도6은 도4에서 게이트가 개방위치로 이동된 상태의 도면이다.

도7은 도5에서 게이트가 개방위치로 이동된 상태의 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

14...방사선 개폐장치 20...방사선 조사장치

54...제어신호 발생부 70...개폐구동부

72...지지부재 74...제1게이트

75...제2게이트 76...제1서보모터

77...제2서보모터 78...볼스크류

79...볼너트 80...게이팅 제어부

721,722...가이드레일

본 발명은 위암, 폐암 등의 방사선 치료시 환자의 내부 장기의 움직임을 고려하여 정확하고 효과적으로 환자의 치료부위에 방사선을 조사하기 위한 장치에 사용되는 방사선 개폐장치에 관한 것으로서, 특히 방사선 조사장치로부터 조사되는 방사선의 경로상에 배치되어 환자의 치료부위에 조사되는 방사선을 개폐하도록 된 방사선 개폐장치에 관한 것이다.

복잡해진 사회를 살아가는 현대인들은 많은 스트레스와 불규칙한 식사 등으로 건강을 유지하기 힘들어졌다. 특히, 이런 현대인들은 악성종양 즉, 암에 의한 사망원인 확률이 가장 높다. 사회적으로 암의 발병률 또한 증가하는 추세에 있으며, 국가적인 대책이 시급히 요구되고 있다. 이에 따라, 암 등의 치료방법도 주요한 관심의 대상이 되며, 특히 방사선 치료법의 중요성이 강조되고 있다.

암 부위의 종양에 대한 성공적 방사선 치료를 위해서는 두 가지 중요한 요소가 필요하다. 첫째, 종양에 조사되는 방사선의 위치가 정확해야 하며, 둘째, 계획된 방사선량과 실제 투여된 방사선량이 일치하여야 한다.

일반적으로 방사선치료 계획을 세우는데 있어서, 도1에 도시된 바와 같이, 여러 가지 오차를 고려하여 PTV(1, planning target volume)를 얻게 된다. 상기 PTV(1)는 환자의 치료부위에 실제로 방사선을 조사하는 영역을 의미한다. 도1에 도 시된 바와 같이 PTV(1)를 정하기 위해서는 먼저 암 등과 같은 종양의 위치 및 그 크기를 고려하여 GTV(2, gross tumor volume)를 결정한다. 그런 다음, 그 GTV(2)주변에 종양으로 의심되는 부분을 고려하여 실제 치료하고자 하는 영역인 CTV(3, clinical target volume)를 결정한다. 이론적으로는 상기 CTV(3)에만 방사선이 조사되는 것이 이상적이다. 그러나 현실적으로는 환자의 호흡에 따라 CTV(3)가 움직이게 되는 문제점이 있다. 따라서 이러한 점을 고려하여 PTV(1)를 결정하게 된다. 가장 이상적인 치료는 상기 CTV(3)와 PTV(1)가 동일하게 되도록 하는 것이다.

현실적으로 CTV(3)가 움직이게 되는 원인은 크게 3가지로 분류할 수 있으며 그 종류는 자세관련 장기움직임 오차, 사이분획 장기움직임 오차, 내부분획 장기움직임 오차로 분류된다.

자세관련 장기움직임 오차는 환자가 치료받을 때 서있거나 누워있거나 하는 자세에 따라 내부 장기들의 위치가 변하게 되는 것이다. 자세관련 장기움직임 오차는 치료위치를 계획할 때, 치료할 때와 같은 환자의 자세를 만들어 촬영하고 그에 따라 계획함으로써 그 오차를 제거할 수 있다.

사이분획 장기움직임 오차는 내부 장기의 상태에 따른 움직임들로, 방광의 채워짐 정도라든가 직장의 채워짐 정도, 혹은 위의 채워짐 정도에 따라 해당 장기 및 주변 장기들의 위치가 변하게 되어 생기는 것이다. 이와 같은 사이분획 장기움직임 오차는 치료계획 할 때와 치료할 때 환자의 상태를 같게 만들어 줌으로써 제거할 수 있다.

내부분획 장기움직임 오차는 호흡이나 심장의 박동에 의해 해당 장기 및 주 변 장기들의 위치 변화가 발생하는 것이다. 이 오차는 살아있는 사람에게 있어서 생리적으로 발생할 수 밖에 없으며, 그 움직임이 빈번하고, 특히 호흡에 의한 경우에는 그 변동폭이 커서 횡격막을 포함한 호흡 움직임에 영향을 받는 해당장기들의 위치 변화가 문제된다.

따라서 호흡에 의해 환자의 치료부위의 표적의 변위가 생기게 되고 그로 인한 오차발생으로 치료 효율이 떨어질 수밖에 없다. 호흡에 따른 내부 장기의 움직임을 고려한 방사선 치료의 최종목적은 환자의 호흡에 따라 치료용 방사선 조사를 동기화시켜 호흡에 따른 내부 장기의 움직임에 의해 발생되는 변위오차를 줄이는 것이다. 종래에는 이러한 호흡에 따른 장기 움직임에 대한 오차를 줄이는 방법으로 실시간 위치제어법(Real-time positioning management method : RPM)이 있다. 이 방법은 치료하고자 하는 종양의 움직임과 방사선 조사영역을 일치시키는 방법이다. 이 방법은 실시간으로 환자의 종양이나 장기의 표적 위치를 검출하면서 동시에 이와 연관있는 환자의 외부 움직임을 감지하여 그 상관관계를 분석함으로써 내부 장기의 위치를 추정하여 그 위치에 방사선 치료를 하는 것이다. 이 방법의 성공 여부는 호흡에 의한 내부 장기의 움직임을 얼마나 정확한 타이밍에 얼마나 정확한 위치에 방사선을 조사할 수 있느냐에 달려 있으나, 종래에는 이에 대한 장치가 개발되어 있지 않은 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 환자의 호흡에 의한 내부 장기의 움직임을 고려하여 치료하고자 하는 부분이 특정위치에 위 치할 때만 방사선이 그 특정위치에 조사될 수 있도록 된 방사선 개폐장치를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방사선 개폐장치는, 방사선을 조사하는 방사선 조사장치에 설치되는 지지부재;

상기 방사선 조사장치로부터 조사되는 방사선의 진행경로를 차단하는 차단위치와 상기 방사선의 진행경로로부터 벗어난 개방위치 사이에서 왕복이동 가능하게 상기 지지부재에 설치된 게이트;

상기 게이트를 왕복이동시키기 위해 그 게이트에 동력적으로 연결된 서보모터; 및

상기 서보모터의 구동신호를 발생시키는 게이팅 제어부; 를 포함하는 점에 특징이 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 개폐장치의 개략적 구성도이며, 도3은 도2에 도시된 방사선 개폐장치의 개폐구동부가 방사선 치료장치에 설치된 상태의 도면이며, 도4는 도3에 도시된 "A"부분을 확대한 도면이며, 도5는 도4에 도시된 Z방향에서 본 도면이며, 도6은 도4에서 게이트가 개방위치로 이동된 상태의 도면이며, 도7은 도5에서 게이트가 개방위치로 이동된 상태의 도면이다.

도2 내지 도7을 참조하면 본 실시예의 방사선 개폐장치(14)는 개폐구동부 (70)와 게이팅 제어부(80)을 포함하고 있다.

상기 개폐구동부(70)는 지지부재(72)와 한 쌍의 게이트(74,75)와 한 쌍의 서보모터(76,77)를 포함하고 있다.

상기 지지부재(72)는 방사선을 조사하는 방사선 조사장치(20)에 설치되어 있다. 상기 지지부재(72)에는 한 쌍의 가이드레일(721,722)이 고정되어 있다. 상기 지지부재(72)에는 방사선 조사장치(20)로 부터 조사된 방사선이 통과하는 방사선통과부(725)가 마련되어 있다.

상기 한 쌍의 게이트(74,75)는 상기 지지부재(72)에 대해 이동가능하게 설치되어 있다. 상기 한 쌍의 게이트(74,75)는 상기 방사선 조사장치(20)로부터 조사되는 방사선의 진행경로를 차단하는 차단위치와 상기 방사선의 진행경로로부터 벗어난 개방위치 사이에서 왕복이동 가능하게 상기 지지부재(72)에 설치되어 있다. 상기 차단위치는 도4 및 도5에 도시된 바와 같이 상기 한 쌍의 게이트(74,75)들이 서로 마주하여 접촉하고 있는 위치를 말한다. 즉, 상기 방사선 조사장치(20)에서 조사된 방사선이 상기 지지부재(72)에 마련된 방사선통과부(725)를 통과한 후 상기 한 쌍의 게이트(74,75)에 의해 더이상 진행되지 못하도록 된 위치를 말한다. 상기 개방위치는 도6 및 도7에 도시된 바와 같이 상기 한 쌍의 게이트(74,75)가 최대로 이격된 위치를 말한다. 즉, 상기 방사선 조사장치(20)로부터 조사된 방사선이 상기 지지부재(72)에 마련된 방사선통과부(725)를 통과하여 상기 한 쌍의 게이트(74,75)사이를 지날 수 있도록 상기 한 쌍의 게이트(74,75)가 이격되어 있는 상태의 위치를 말한다. 상기 한 쌍의 게이트(74,75)는 방사선 차단성능이 우수한 텅스텐 소재 로 이루어져 있다. 상기 한 쌍의 게이트(74,75)는 상호 접근 및 이격되는 방향으로 이동 가능하게 배치된 제1게이트(74)와 제2게이트(75)로 이루어져 있다. 상기 제1게이트(74)는 상기 지지부재(72)에 고정되어 설치된 가이드레일(721)을 따라 슬라이딩 가능하게 설치되어 있다. 상기 제2게이트(75)는 상기 지지부재(72)에 고정되어 설치된 가이드레일(722)을 따라 슬라이딩 가능하게 설치되어 있다.

상기 한 쌍의 서보모터(76,77)는 제1서보모터(76)와 제2서보모터(77)를 포함하고 있다. 상기 제1서보모터(76)는 상기 지지부재(72)에 고정되어 있다. 상기 제1서보모터(76)는 상기 제1게이트(74)를 상기 지지부재(72)에 대해 왕복이동 시키기 위해 마련된 것이며, 상기 제2서보모터(77)는 상기 제2게이트(75)를 상기 지지부재(72)에 대해 왕복이동시키기 위해 마련된 것이다. 상기 제1서보모터(76)와 상기 제1게이트(74)는 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 기능을 수행하는 여러 수단 중의 하나로 널리 알려진 볼스크류(78)와 볼너트(79)에 의해 연결되어 있다. 따라서 상기 제1서보모터(76)의 회전에 따라 상기 제1게이트(74)는 가이드레일(721)을 따라 상기 지지부재(72)에 대해 왕복이동 하게 된다. 상기 제2서보모터(77)는 상기 지지부재(72)에 고정되어 있다. 상기 제2서보모터(77)와 상기 제2게이트(75)는 상기 제1서보모터(76)와 제1게이트(74)와 같이 볼스크류(78)와 볼너트(79)에 의해 동력적으로 연결되어 있다.

상기 게이팅 제어부(80)는 외부의 제어신호 발생부(54)로부터 데이터를 입력받거나 상기 게이팅 제어부(80)에 프로그래밍된 데이터를 기초로 하여 상기 제1서보모터(76) 및 상기 제2서보모터(77)의 구동신호를 발생시키는 역할을 하기 위해 마련된 것이다. 예컨대, 상기 게이팅 제어부(80)는 본 발명자에 의해 발명된 호흡에 따른 복부의 움직임으로부터 내부 장기의 움직임을 추적하는 장치(미도시)에 의해 얻어진 내부 장기의 위치변위정보를 외부의 제어신호 발생부(54)로부터 입력받아 치료하고자 하는 내부 장기의 특정부분이 원하는 위치에 위치하는 동안에만 상기 제1서보모터(76)와 상기 제2서보모터(77)를 구동시켜 상기 한 쌍의 게이트(74,75)를 개방위치에 위치하도록 제어한다. 한편, 환자의 내부 장기의 위치가 원하는 위치에서 벗어나게 되면, 상기 제1서보모터(76)와 상기 제2서보모터(77)를 역으로 구동시켜 상기 한 쌍의 게이트(74,75)를 차단위치에 위치하도록 제어한다.

이하, 이러한 구조를 가지는 본 발명에 따른 방사선 개폐장치(14)의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

상기 방사선 개폐장치(14)를 이용하여 치료를 위한 환자의 특정 부위에 방사선을 조사하는 경우를 설명하기로 한다. 환자가 도3에 도시된 바와 같이 방사선 조사장치(20)의 하측에 누워 있는 상태에서 상기 방사선 조사장치(20)를 통해 방사선을 조사시킨다. 이때, 상기 방사선 조사장치(20)와 환자 사이에 상기 방사선 개폐장치(14)가 설치되어 있다. 치료가 시작되면 상기 방사선 조사장치(20)에서는 계속하여 치료용 방사선이 환자의 치료부위에 조사된다. 이 동안에 환자의 치료부위는 그 환자의 호흡에 의해 위치가 변하게 되며, 일정 변위구간에서 왕복운동을 하게 된다. 상기 방사선 조사장치(20)에서 방사선이 계속하여 조사되고 있더라도 상기 한 쌍의 게이트(74,75)가 도4 및 도5에 도시된 바와 같이 상기 차단위치에 있는 경우에는 상기 방사선 조사장치(20)에서 조사된 방사선은 상기 한 쌍의 게이트 (74,75)에 의해 차단되어 환자의 치료부위에 도달하지 못한다. 한편, 상기 게이팅 제어부(80)로부터 구동신호가 발생되어 상기 한 쌍의 게이트(74,75)가 도6 및 도7에 도시된 바와 같은 상기 개방위치에 위치하게 되면 상기 방사선 조사장치(20)에서 조사된 방사선이 상기 지지부재(72)에 마련된 방사선통과부(725)를 통과하여 이격된 상태에 있는 상기 한 쌍의 게이트들(74,75) 사이를 지나 환자에게 도달하게 된다.

위 경우에 있어서, 상기 게이팅 제어부(80)는 본 발명자에 의해 개발된 복부의 움직임에 따른 내부 장기의 움직임 추적장치로부터 얻어진 내부 장기의 위치변위데이터 즉, 치료부위의 위치변위데이터를 외부의 제어신호 발생부(54)로부터 입력받는다. 상기 게이팅 제어부(80)는 상기 제어신호 발생부(54)로부터 입력받은 치료부위의 위치변위데이터에 기초하여, 상기 치료부위가 특정위치 즉 상기 방사선 조사장치(20)로부터 조사되는 방사선이 상기 치료부위에 정확히 조사될 수 있는 위치에 위치하게 되는 순간에 상기 제1서보모터(76)와 상기 제2서보모터(77)를 구동시켜 그 서보모터들(76,77)에 동력적으로 연결된 상기 한 쌍의 게이트(74,75)를 상기 개방위치에 위치하도록 한다. 한편, 상기 게이팅 제어부(80)는 상기 제어신호 발생부(54)로부터 입력받은 치료부위의 위치변위데이터에 기초하여, 상기 치료부위가 특정위치에서 벗어난 위치 즉 상기 방사선 조사장치(20)로부터 조사되는 방사선이 상기 치료부위에 조사될 수 있는 위치에서 벗어난 위치에 위치하게 되면 상기 제1서보모터(76)와 상기 제2서보모터(77)에 구동신호를 보내 그 서보모터들(76,77)에 동력적으로 연결된 상기 한 쌍의 게이트(74,75)를 상기 차단위치에 위치하도록 함으로써 원하는 부위가 아닌 곳에 방사선이 조사되는 것을 방지하게 된다.

이와 같이 상기 방사선 개폐 장치(14)는 환자의 호흡에 따른 내부 장기의 위치변위데이터에 기초하여, 치료가 필요한 부위에만 정확히 방사선을 조사할 수 있도록 함으로써 치료시 환자에게 특별한 부담을 주지 않고 방사선 치료를 할 수 있는 효과가 있으며, 앞서 도1을 참조하여 서술한 PTV(1)와 CTV간(3)의 오차를 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.

본 실시예에 있어서는, 상기 한 쌍의 게이트(74,75)는 상호 접근 및 이격되는 방향으로 이동 가능하게 배치된 제1게이트(74)와 제2게이트(75)를 포함하며, 상기 한 쌍의 서보모터(76,77)는, 상기 지지부재(72)에 고정되며 상기 제1게이트(74)에 동력적으로 연결된 제1서보모터(76)와, 상기 지지부재(72)에 고정되며 상기 제2게이트(75)에 동력적으로 연결된 제2서보모터(77)를 포함하는 것으로 도시하고 서술하였으나, 상기 게이트 및 상기 서보모터는 하나씩 구비하는 것으로 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

본 실시예에 있어서는, 상기 한 쌍의 게이트(74,75)는 텅스텐 소재로 이루어진 것으로 서술하였으나, 상기 한 쌍의 게이트(74,75)는 상기 방사선 조사장치(20)로부터 조사되는 방사선을 효과적으로 개방 또는 차단할 수 있는 것이라면 텅스텐 소재로 한정하지 않더라도 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

본 실시예에 있어서는, 상기 제1서보모터(76)와 상기 제1게이트(74) 및 상기 제2서보모터(77)와 상기 제2게이트간(75)의 동력적 연결수단은 볼스크류(78)와 볼너트(79)로 구성되는 것으로 서술하였으나, 그 밖에 랙과 피니언 등의 다양한 기계 요소로도 구성이 가능하다.

이상, 바람직한 실시예를 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명이 그러한 예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 실시예가 구체화될 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 방사선 개폐장치에 있어서는, 환자의 호흡에 따른 내부 장기의 위치변위데이터에 기초하여, 치료가 필요한 부위에만 정확히 방사선을 조사할 수 있도록 함으로써 치료시 환자에게 특별한 부담을 주지 않고 방사선 치료를 할 수 있는 효과가 있으며, 앞서 상술한 PTV와 CTV간의 오차를 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims

방사선을 조사하는 방사선 조사장치에 설치되는 지지부재;

상기 방사선 조사장치로부터 조사되는 방사선의 진행경로를 차단하는 차단위치와 상기 방사선의 진행경로로부터 벗어난 개방위치 사이에서 왕복이동 가능하게 상기 지지부재에 설치된 게이트;

상기 게이트를 왕복이동시키기 위해 그 게이트에 동력적으로 연결된 서보모터; 및

호흡에 따른 복부의 움직임으로부터 내부 장기의 움직임을 추적하여 얻어진 내부 장기의 위치변위정보를 외부의 제어신호 발생부로부터 데이터를 입력받아 그 데이터를 기초로 하여 상기 서보모터의 구동신호를 발생시키는 게이팅 제어부; 를 포함하는 방사선 개폐장치.
제1항에 있어서,

상기 게이트는 상호 접근 및 이격되는 방향으로 이동 가능하게 배치된 제1게이트와 제2게이트를 포함하며,

상기 서보모터는,

상기 지지부재에 고정되며 상기 제1게이트에 동력적으로 연결된 제1서보모터와, 상기 지지부재에 고정되며 상기 제2게이트에 동력적으로 연결된 제2서보모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 개폐 장치.
제1항에 있어서,

상기 게이트는 텅스텐 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 방사선 개폐장치.