KR101448075B1 - Charged Particle Beam Dosimetry Device and Imaging Device thereof - Google Patents

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KR101448075B1
KR101448075B1 KR1020130061172A KR20130061172A KR101448075B1 KR 101448075 B1 KR101448075 B1 KR 101448075B1 KR 1020130061172 A KR1020130061172 A KR 1020130061172A KR 20130061172 A KR20130061172 A KR 20130061172A KR 101448075 B1 KR101448075 B1 KR 101448075B1
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이세병
김주영
박세준
신동호
신재익
임영경
정치영
조성구
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국립암센터
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Abstract

The present invention relates to a radiation dose measuring device and an imaging device of a charged particle. The radiation dose measuring device includes a dark box housing of a structure sealed from the outside; a fixing bar installed at the upper end of the dark box housing; a guiderail installed at the lower end of the dark box housing; a water phantom box disposed inside the dark box housing and moving along the guiderail; a transparent box connected to the fixing bar to have a position fixed inside the water phantom box; and a sensing element disposed at one surface of the transparent box and sensing energy intensity of the radiation released from a nozzle beam in response to the change in thickness of water due to movement of the water phantom box. Also, the imaging device further includes a mirror mounted inside the transparent box; and a charge-coupled device (CCD) camera taking a picture of an image formed on the mirror. According to the present invention, the energy intensity of a proton beam or a neutron beam released from the nozzle beam in accordance to the change in the thickness of water inside the water phantom box can be adjusted, and an image of a desired object can be obtained as a proton-based or a neutron-based image required for a treatment plan.

Description

하전입자의 방사선량 측정 장치 및 영상장치{Charged Particle Beam Dosimetry Device and Imaging Device thereof}Technical Field [0001] The present invention relates to a charged particle beam dosimetry device and an imaging device,

본 발명은 방사선량 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양성자 치료시에 노즐 빔에서 출력되는 양성자 빔의 에너지가 치료에 최적화되게 하도록 환자체내 양성자빔 선량분포를 획득함을 물론 촬영 대상인 오브젝트(object)의 영상 정보를 양성자를 기반으로 획득하여 실제 양성자 빔의 최대도달거리를 정밀하게 측정하도록 하는 하전입자의 방사선량 측정장치 및 영상장치에 관한 것이다. The present invention relates to a radiation dose measuring apparatus, and more particularly, to a radiation dose measuring apparatus for acquiring a proton beam dose distribution in a patient so as to optimize the energy of a proton beam output from a nozzle beam during proton therapy, The present invention relates to a radiation dose measuring apparatus and a video apparatus for accurately measuring the maximum reaching distance of a proton beam by acquiring image information of a proton beam based on a proton.

방사선 치료는 질병의 치료에 방사선을 사용하는 것으로, X선, 감마선과 같은 파동 형태의 방사선, 전자선이나 양성자와 같은 입자 형태의 방사선을 이용하여 암 세포와 같은 악성 질병의 성장을 지연시키거나 질병의 원인을 파괴하는 치료를 말한다. Radiation therapy uses radiation for the treatment of disease, and it can be used to delay the growth of malignant diseases such as cancer cells or to prevent the spread of disease by using radiation in the form of waves such as X-rays, gamma rays, It is the treatment that destroys the cause.

방사선 치료는 방사선 소스(source)를 방사선 타깃, 예컨대 치료하고자 하는 종양의 위치에 맞게 매우 정밀하게 위치를 결정한 후 상기 타깃에만 집중적으로 조사해야 방사선 치료 효과를 극대화할 수 있다. 즉 방사선 치료를 수행할 때에 방사선을 종양 부위에만 집중적으로 조사하고 정상조직에는 도달하지 않도록 하는 것이 무엇보다 중요하다.Radiotherapy can maximize the effect of radiation therapy by precisely locating the source of radiation to a target of radiation, e.g., the location of the tumor to be treated, and then intensively focusing on the target. In other words, when performing radiation therapy, it is most important that the radiation is focused only on the tumor site and not on the normal tissue.

그런데 기존의 방사선(X선) 치료는 암세포뿐만 아니라 방사선에 노출되는 정상세포들도 대량으로 파괴하는 부작용이 있었다. However, the conventional radiation (X-ray) treatment has a side effect of mass destruction of normal cells exposed to radiation as well as cancer cells.

이를 해결하고자 최근에는 양성자 치료가 소개되고 있다. 양성자 치료는 양성자 빔이 입사하는 매질(medium)의 앞 부분에서 작은 에너지를 전달하며 통과하다가 멈추기 바로 전에 남은 모든 에너지를 매질 안에 전달하며 정지하는 특성을 치료에 이용하는 방법이다. Recently proton therapy has been introduced to solve this problem. Proton therapy is a method of transferring small energy in the front part of the medium into which the proton beam is incident, and passing the remaining energy into the medium and stopping it immediately before stopping.

따라서 양성자 빔이 암 표적 부위에 도달하기 전까지 일반 정상 조직에는 거의 방사선을 조사하지 않으며 종양에 도달하면 모든 에너지를 방출하고 제거되어서 종양 뒤의 정상 조직에는 전형 영향을 주지 않는다. 이 때문에, 양성자 치료는 기존의 방사선(X선) 치료에 비하여 종양을 둘러싼 건강한 정상 조직의 손상 위험을 최소화할 수 있는 장점이 있다. Thus, until the proton beam reaches the cancerous target site, it is irradiated with little radiation to normal normal tissue, and when it reaches the tumor, all the energy is released and eliminated, and it does not have a typical effect on the normal tissue behind the tumor. Therefore, proton therapy has the advantage of minimizing the risk of damage to healthy normal tissue surrounding the tumor compared to conventional radiation (X-ray) treatment.

이와 같은 장점을 제공하는 양성자 치료는 빔 노즐에서 최적 에너지의 양성자 빔을 출력하도록 셋팅(setting) 하는 것이 중요하다. 이는 종양의 상태나 크기 또는 깊이에 대응한 최적 에너지의 양성자 빔을 조사하여야 최대의 치료 효과를 거둘 수 있기 때문이다. Proton therapy, which provides this advantage, is important to set the beam nozzle to output the proton beam of optimal energy. This is because the proton beam of the optimum energy corresponding to the state, size or depth of the tumor can be examined to obtain the maximum therapeutic effect.

만약 양성자 빔의 에너지 크기를 환자 종양의 특성에 맞추어 최적화할 수 없다면, 환자에게 필요 이상의 강한 방사선을 가하여 의료사고를 일으킬 수도 있다. If the energy level of the proton beam can not be optimized to the characteristics of the patient tumor, it may cause medical accidents by applying stronger radiation than necessary to the patient.

한편 양성자 치료에는 각종 종양을 촬영하는 영상장치를 사용한다. 영상장치를 통해 종양의 크기나 위치가 파악되었다면 양성자 빔을 이용하여 종양을 제거하게 된다. 따라서 영상장치는 의사로 하여금 올바른 판단을 내릴 수 있도록 정밀하고 정확한 촬영 성능이 담보되어야 한다. On the other hand, proton therapy uses imaging devices that photograph various tumors. If the size or position of the tumor is known through the imaging device, the proton beam is used to remove the tumor. Therefore, the imaging device should be provided with precise and accurate photographing performance so that the doctor can make a correct judgment.

현재 양성자 치료계획에 사용되는 X선 기반의 CT 영상은 정밀한 해부학적 영상정보를 제공하는 장점이 있으나 CT 영상기반의 치료계획 알고리즘으로는 양성자가 매질 내에서 통과하는 최대도달거리(range)를 정확히 계산해내는데 한계가 있었다. Currently, X-ray-based CT images used in proton therapy plan have the advantage of providing precise anatomical image information, but CT image-based treatment planning algorithms accurately calculate the maximum range of the proton passing through the medium There was a limit to paying.

한국등록특허공보 10-1197397호Korean Patent Registration No. 10-1197397

따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 양성자 치료를 위해 양성자 빔의 에너지 크기를 치료 대상인 환자에 따라 최적 조건으로 셋팅하여 정확한 환자체내 양성자빔 선량 분포를 획득하는 하전입자의 방사선량 측정장치를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a radiation dose measuring apparatus, And to provide a measuring device.

본 발명의 다른 목적은 종양 등과 같은 촬영 대상인 오브젝트(object)에 대한 영상 정보를 양성자 기반으로 획득하여 매질 안에서 실제 양성자 빔의 최대도달거리를 더 정확하고 정밀하게 측정할 수 있는 영상장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a video device capable of acquiring image information for an object to be imaged such as a tumor on a proton basis and measuring the maximum reach distance of the actual proton beam more accurately and precisely in the medium .

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 외부와 밀폐된 구조의 다크 박스 하우징; 상기 다크 박스 하우징의 상단에 설치되는 고정 바 및 하단에 설치되는 가이드 레일; 상기 다크 박스 하우징 내에 구성되고 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 워터 팬텀 박스; 상기 고정 바와 연결되며 상기 워터 팬텀 박스 내에 위치가 고정되는 투명 박스; 및 상기 투명 박스의 일면에 구비되고, 상기 워터 팬텀 박스의 이동에 따른 물의 두께 변화에 대응되어 노즐 빔에서 방출되는 방사선 에너지의 세기를 센싱하는 센싱 소자를 포함하는 하전입자의 방사선량 측정장치를 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a lighting apparatus comprising: a dark box housing having an airtight structure; A fixing bar installed at the upper end of the dark box housing and a guide rail installed at the lower end; A water phantom box constructed within the dark box housing and moving along the guide rails; A transparent box connected to the fixed bar and fixed in the water phantom box; And a sensing element provided on one side of the transparent box and sensing intensity of radiation energy emitted from the nozzle beam corresponding to a change in the thickness of water as the water phantom box moves. do.

상기 센싱 소자가 구비되는 상기 투명 박스의 일면은 상기 방사선이 먼저 도달하는 면이 된다. One surface of the transparent box having the sensing element is a surface on which the radiation first arrives.

상기 방사선은 양성자 또는 중입자 빔이다. The radiation is a proton or inteber beam.

상기 물의 두께는 상기 워터 팬텀 박스의 일면과 상기 센싱 소자가 구비된 투명 박스의 일면 사이의 거리 변화에 대응된다. The thickness of the water corresponds to a change in distance between one surface of the water phantom box and one surface of the transparent box provided with the sensing element.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 외부와 밀폐된 구조의 다크 박스 하우징; 상기 다크 박스 하우징 내에 설치되고 구동력에 의해 이동되는 워터 팬텀 박스; 상기 워터 팬텀 박스 내에 고정되게 설치되는 투명 박스; 양성자 빔이 먼저 도달하는 상기 투명 박스 일면 내에 설치되는 섬광판; 상기 섬광판과 소정 각도를 이루면서 설치되는 미러; 및 빔 노즐의 방출 경로에 위치한 오브젝트를 향해 방출된 양성자 빔이 상기 오브젝트를 통과하며 잃고 남은 에너지가 상기 섬광판을 통과할 때 남은 에너지의 세기에 비례하여 방출되는 빛이 상기 미러에 맺히는 영상을 촬영하는 카메라를 포함하는 영상장치를 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus comprising: a dark box housing having an outer and an airtight structure; A water phantom box installed in the dark box housing and moved by a driving force; A transparent box fixedly installed in the water phantom box; A scintillation plate installed in one surface of the transparent box through which a proton beam first arrives; A mirror installed at a predetermined angle with the flash plate; And a beam emitted from the beam emitted in proportion to the intensity of the energy remaining when the energy remaining in the beam passing through the object passes through the scintillation plate passes through the object positioned in the discharge path of the beam nozzle, And a camera for displaying the image.

상기 오브젝트의 영상은 상기 워터 팬텀 박스 내의 물의 두께 변화에 따라서 다른 값으로 제공된다. The image of the object is provided at a different value according to the thickness variation of the water in the water phantom box.

상기 물의 두께는 워터 팬텀 박스의 이동에 따라서 고정된 투명 박스와의 거리 변화에 대응된다. The thickness of the water corresponds to the distance change with the transparent box fixed according to the movement of the water phantom box.

이와 같은 본 발명의 하전입자의 방사선량 측정장치 및 영상장치에 따르면 다음과 같은 효과가 있다. The radiation dose measuring apparatus and imaging apparatus of the present invention as described above have the following effects.

먼저 본 발명은 워터 팬텀 박스 내의 물의 두께 변화에 따라 노즐 빔에서 방출되는 양성자 빔의 에너지 세기를 조절할 수 있기 때문에(즉, 양성자 빔의 최대도달거리를 물의 두께 변화만큼 조절할 수 있음), 실제 양성자 치료에서 환자마다 최적 조건으로 조사되어야 할 양성자 빔의 선량분포를 실제 치료전에 정확히 확인할 수 있어, 안전하고 효율적인 치료 효과를 기대할 수 있다. The present invention can adjust the energy intensity of the proton beam emitted from the nozzle beam according to the change in the thickness of the water in the water phantom box (that is, the maximum reach distance of the proton beam can be adjusted as much as the thickness of the water) The dose distribution of the proton beam to be examined under optimal conditions for each patient can be confirmed accurately before the actual treatment, and a safe and efficient treatment effect can be expected.

또한, 본 발명은 인체 또는 동물 등의 오브젝트를 촬영할 경우 물의 두께를 조절함으로써 원하는 오브젝트의 양성자 기반 영상을 획득할 수 있기 때문에, 종래 X선 기반의 장치보다 양성자의 매질 내 반응을 정확하게 반영하는 정보를 획득하여 치료 계획의 정확성을 향상시키는 효과도 있다.In addition, since the present invention can acquire a proton-based image of a desired object by adjusting the thickness of water when an object such as a human body or an animal is photographed, information that accurately reflects the reaction of the proton in the medium is obtained And the accuracy of the treatment plan is improved.

도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하전입자의 방사선량 측정장치를 설명하기 위해 전체 구성도
도 3a 내지 도 3c는 워터 팬텀 박스의 이동에 따른 물 두께 변화를 보인 참고 도면
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 방사선량 측정장치를 영상장치로 적용할 경우의 구성을 보인 도면
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a radiation dose measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention;
FIGS. 3A to 3C are views showing a change in water thickness according to the movement of a water phantom box;
4 is a view showing a configuration when a radiation dose measuring apparatus is applied to a video apparatus according to another embodiment of the present invention

이하 본 발명에 따른 하전입자의 방사선량 측정장치 및 영상장치의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a radiographic apparatus and a radiographic apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 양성자 또는 중입자 치료방법에 적용되는 것으로, 브래그 피크(bragg peak)로써 공지된 현상을 나타내는 양성자 또는 중입자를 이용한다. 즉 양성자(수소 이온)와 중입자(탄소 이온)는 거의 비슷한 곡선의 브래그 피크를 가지 때문에 양성자뿐만 아니라 중입자의 치료에도 적용할 수 있는 것이다. 다만, 본 실시 예에서는 양성자 치료 방법으로 한정하여 설명하기로 한다. The present invention is applied to a proton or intracellular therapeutic method, and uses a proton or a conjugate which exhibits a phenomenon known as a bragg peak. In other words, the proton (hydrogen ion) and the intruder (carbon ion) have substantially similar Bragg peaks, so that they can be applied not only to the proton but also to the intruder. However, the present embodiment is limited to the proton therapy method.

그리고 양성자 빔이 암 세포의 종양만을 치료하도록 빔 노즐(beam nozzle)을 통해 출력되는 양성자 빔의 에너지 크기를 미리 조절할 수 있도록 하는 것에 그 기본적인 특징이 있다. 즉 빔 노즐로부터 양성자 빔을 조사받고, 조사된 양성자 빔의 에너지 크기에 대응하는 신호를 발생하여 외부로 알려줌으로써, 치료 이전에 어느 정도의 양성자 빔을 사용할지 미리 체크할 수 있는 원리를 제공한다. And to allow the proton beam to pre-adjust the energy magnitude of the proton beam output through the beam nozzle to treat only tumors of cancerous cells. In other words, the proton beam is irradiated from the beam nozzle, and a signal corresponding to the energy level of the irradiated proton beam is generated and informed to the outside, thereby providing a principle to check beforehand how much of the proton beam is to be used before the treatment.

이어서는 방사선량 측정장치와 영상장치를 구분하여 설명하기로 한다. Next, the radiation dose measuring apparatus and the imaging apparatus will be described separately.

도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 방사선량 측정장치를 설명하기 위해 전체 구성도이고, 도 3a 내지 도 3c는 워터 팬텀 박스의 이동에 따른 물 두께 변화를 보인 참고 도면이다. FIG. 1 and FIG. 2 are overall schematic views for explaining a radiation dose measuring apparatus according to a preferred embodiment of the present invention, and FIGS. 3A to 3C are reference views showing changes in water thickness according to movement of a water phantom box.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 빔 노즐(beam nozzle)(10)이 구성된다. 빔 노즐(10)은 가속기에서 브래그 곡선(bragg curve)의 특성을 가지고 가속되어 출력된 양성자 빔을 치료에 적합한 깊이 대 선량 곡선(Depth dose curve)으로 바꿔주거나 점선원의 양성자 빔이 넓은 면적에 도달할 수 있도록 분산시키는 부품들을 포함하여 구성된 장치이다. A beam nozzle 10 is constructed as shown in Figs. 1 and 2. The beam nozzle 10 converts a proton beam accelerated and accelerated with a characteristic of a Bragg curve in an accelerator to a depth dose curve suitable for a treatment or a proton beam of a dotted circle reaches a large area And the like.

빔 노즐(10)의 전방에는 다크 박스 하우징(Dark Box Housing)(100)가 구성된다. 다크 박스 하우징(100)은 밀폐된 형태로서 빛이 전혀 통과하지 못하도록 구성되어야 할 것이다. 그리고 다크 박스 하우징(100)은 내부의 상측에 고정 바(110)가 설치되고, 하측에는 가이드 레일(120)이 설치된다. A dark box housing (100) is formed in front of the beam nozzle (10). The dark box housing 100 should be constructed in a closed form so that light can not pass through at all. In the dark box housing 100, a fixing bar 110 is installed on the upper side and a guide rail 120 is installed on the lower side.

다크 박스 하우징(100) 내에는 빔 노즐(10)에서 양성자 빔이 출력되는 방향과 수평방향으로 위치하는 워터 팬텀 박스(Water Phantom Box)(130)가 구비된다. 워터 팬텀 박스(130) 내에는 물이 채워져 있다. 워터 팬텀 박스(130)는 가이드 레일(120)을 따라 이동한다. 이를 위해 워터 팬텀 박스(130)를 이동시키기 위한 구동 모터(140)가 다크 박스 하우징(100) 내에 장착된다. 구동 모터의 구동축은 워터 팬텀 박스(130)의 일측과 연결된다. 도면에서는 기어군을 이용하였다. 그러나 다른 방식을 이용하여 워터 팬텀 박스(130)를 이동시킬 수 있음은 당연하다. In the dark box housing 100, a water phantom box 130 positioned in a direction parallel to the direction in which the proton beam is output from the beam nozzle 10 is provided. The water phantom box 130 is filled with water. The water phantom box 130 moves along the guide rail 120. To this end, a driving motor 140 for moving the water phantom box 130 is mounted in the dark box housing 100. The driving shaft of the driving motor is connected to one side of the water phantom box 130. In the drawing, gears are used. However, it is natural that the water phantom box 130 can be moved using another method.

워터 팬텀 박스(130) 내에는 외면이 물(water)로 둘러싸인 상태로 투명 박스(150)가 제공된다. 투명 박스(150)는 상단이 고정 바(110)에 매달려서 워터 팬텀 박스(130) 내에 위치한다. 즉 투명 박스(150)는 그 위치가 변하지 않고 고정되어 있다. In the water phantom box 130, a transparent box 150 is provided in an outer surface surrounded by water. The transparent box 150 is placed in the water phantom box 130 with its top hanging on the fixing bar 110. That is, the transparent box 150 is fixed without changing its position.

따라서 구동 모터(140)의 구동에 따라 워터 팬텀 박스(130)는 가이드 레일(120)을 따라 이동하게 되지만 투명 박스(150)는 고정 바(110)에 고정되기 때문에, 빔 노즐(10)과 가깝게 위치한 워터 팬텀 박스(100)의 일면과 투명 박스(150)의 일면 사이의 물의 두께가 달라지게 된다. 물 두께에 대해서는 아래의 도 3을 참조하여 설명할 것이다. Therefore, the water phantom box 130 moves along the guide rail 120 as the driving motor 140 is driven. However, since the transparent box 150 is fixed to the fixing bar 110, The thickness of the water between one surface of the water phantom box 100 located on one side and the surface of the transparent box 150 is changed. The water thickness will be described with reference to Fig. 3 below.

투명 박스(150)에는 양성자 빔을 센싱하는 센싱 소자(152)가 구비된다. 센싱 소자(152)는 그 양성자 빔의 에너지 세기 등을 센싱할 수 있는 것이면 어떠한 것도 적용 가능하다. 따라서, 센싱 소자(152)는 빔 노즐(10)로부터 방출되는 양성자 빔이 먼저 도달하는 투명 박스(150)의 내면에 구비될 수 있다. 또는 투명 박스(150) 내에 별도로 장착되는 장치가 될 수 있다. 또는 센싱 소자(152)의 예로 섬광판(Scintillation Screen)이 될 수도 있다. 섬광판이 적용될 경우, 양성자가 그 섬광판을 통과할 때 양성자의 에너지에 비례하여 방출되는 빛을 센싱할 수 있는 것이다. 섬광판 역시 빔 노즐(10)로부터 방출되는 양성자 빔이 먼저 도달하는 투명 박스(150)의 내면에 구비되어야 한다.The transparent box 150 is provided with a sensing element 152 for sensing a proton beam. Any type of sensing element 152 can be used as long as it can sense the energy intensity of the proton beam. Thus, the sensing element 152 may be provided on the inner surface of the transparent box 150 where the proton beam emitted from the beam nozzle 10 first arrives. Or a device that is separately mounted within the transparent box 150. Alternatively, the sensing element 152 may be a scintillation screen. When a scintillation plate is applied, the proton can sense light emitted in proportion to the energy of the proton as it passes through the scintillation plate. The scintillator plate should also be provided on the inner surface of the transparent box 150 where the proton beam emitted from the beam nozzle 10 first arrives.

양성자 빔의 센싱 결과를 기초로 하여 워터 팬텀 박스(130)의 이동을 위한 구동 모터(140)의 구동을 제어하도록 컨트롤러(controller)(160)가 구성된다. 컨트롤러(160)는 다크 박스 하우징(100)의 외부에 위치하며, 상기 센싱 결과로서 물의 두께별로 양성자 빔의 에너지 세기 등과 같은 정보를 저장하는 역할도 한다. 컨트롤러(160)는 PC 등이 될 수 있다. 이때 컨트롤러(160)는 양성자 빔의 영향을 최소화하기 위하여 빔 노즐(10) 및 다크 박스 하우징(100)과 일정 거리 이격 되어야 한다. 또는 그 사이에 차폐판이 설치될 수도 있다.A controller 160 is configured to control the drive of the drive motor 140 for movement of the water phantom box 130 based on the sensing result of the proton beam. The controller 160 is located outside the dark box housing 100 and stores information such as the energy intensity of the proton beam according to the thickness of the water as a result of the sensing. The controller 160 may be a PC or the like. At this time, the controller 160 must be spaced a certain distance from the beam nozzle 10 and the dark box housing 100 to minimize the influence of the proton beams. Or a shield plate may be provided therebetween.

이어서는 상기와 같이 구성된 방사선량 측정장치의 동작에 대해 살펴보기로 한다. 이는 도 3을 참조하기로 하며, 이때 도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 노즐 빔(10) 및 다크 박스 하우징(100)을 평면에서 봤을 때를 개략적으로 도시하였다. 그리고 다크 박스 하우징(100) 내의 워터 팬텀 박스(130)가 구동 모터(140)의 구동력에 따라 이동할 경우 투명 박스(150)와의 간격 차이의 변화에 따른 물의 두께 변화를 도시하였다.Next, the operation of the radiation dose measuring apparatus constructed as above will be described. 3, which schematically illustrates the nozzle beam 10 and the dark box housing 100 shown in FIGS. 1 and 2 when viewed in plan. And the water phantom box 130 in the dark box housing 100 moves according to the driving force of the driving motor 140. The thickness of the water phantom box 130 in the dark box housing 100 is shown in FIG.

전술한 바와 같이 본 발명은 빔 노즐(10)과 가깝게 위치한 워터 팬텀 박스(130)의 일면과 투명 박스(150)의 일면 사이의 물의 두께에 따라 변하는 양성자 빔 에너지를 측정함으로써 최대도달거리(range)를 측정하는 것이다. 이는 물 두께를 연속적 또는 불연속적으로 가변하면서 측정하게 된다. As described above, according to the present invention, the maximum reachable distance is measured by measuring the energy of a proton beam which varies depending on the thickness of water between one surface of the water phantom box 130 located close to the beam nozzle 10 and one surface of the transparent box 150, . This makes it possible to measure the water thickness continuously or discontinuously.

이를 위해 사용자(user)는 컨트롤러(160)를 조작하여 구동 모터(140)의 구동을 제어한다. To this end, the user controls the driving of the driving motor 140 by operating the controller 160.

구동 모터(140)가 제어되면, 워터 팬텀 박스(130)는 가이드 레일(120)을 따라 이동된다. When the drive motor 140 is controlled, the water phantom box 130 is moved along the guide rail 120.

도 3a에 도시한 바와 같이 워터 팬텀 박스(130)를 소정 위치, 예컨대 빔 노즐(10)과 가장 가깝게 위치시켜 워터 팬텀 박스(130)와 투명 박스(150) 사이의 거리가 d1이 되는 지점('제1 위치'라고 하기로 함)이 될 때 빔 노즐(10)로부터 양성자 빔이 방출되게 한다. 워터 팬텀 박스(130)가 제1 위치일 경우 물 두께는 가장 두꺼운 상태이다. The water phantom box 130 is positioned at a predetermined position, for example, closest to the beam nozzle 10 as shown in FIG. 3A, at a point where the distance between the water phantom box 130 and the transparent box 150 becomes d 1 To be referred to as the " first position "), the proton beam is emitted from the beam nozzle 10. When the water phantom box 130 is in the first position, the water thickness is the thickest.

양성자 빔이 방출되면, 방출된 양성자 빔은 다크 박스 하우징(100)의 일면과 소정 두께의 물을 통과하여 투명 박스(150)의 일면에 도달한다. 그리고 도달한 양성자 빔은 투명 박스(150)의 내면에 위치한 센싱 소자(152)에 제공된다. 센싱 소자(152)는 양성자 빔의 에너지 세기를 측정하고, 그 결과는 컨트롤러(160)가 전달받는다. When the proton beam is emitted, the emitted proton beam reaches one side of the transparent box 150 through one side of the dark box housing 100 and a predetermined thickness of water. And the resulting proton beam is provided to the sensing element 152 located on the inner surface of the transparent box 150. The sensing element 152 measures the energy intensity of the proton beam, and the result is received by the controller 160.

구동 모터(140)를 다시 구동시켜 워터 팬텀 박스(130)를 이동시킨다. 이동된 위치는 도 3b와 같이 워터 팬텀 박스(130)와 투명 박스(150) 사이의 거리가 d2가 되는 지점('제2 위치'라고 하기로 함)이라 하기로 한다. 제2 위치일 경우 물 두께는 상기 제1 위치보다 더 얇은 상태가 된다. The driving motor 140 is driven again to move the water phantom box 130. The moved position is referred to as a position (referred to as a 'second position') at which the distance between the water phantom box 130 and the transparent box 150 becomes d 2 as shown in FIG. 3B. In the second position, the water thickness becomes thinner than the first position.

워터 팬텀 박스(130)가 제2 위치에 있을 때 양성자 빔을 방출시킨다. 그리고 전술한 바와 같이 투명 박스(150)의 내면에 위치한 센싱 소자(152)가 측정한 양성자 빔의 에너지 세기를 컨트롤러(160)가 전달받도록 한다. And emits a proton beam when the water phantom box 130 is in the second position. The controller 160 receives the energy intensity of the proton beam measured by the sensing element 152 located on the inner surface of the transparent box 150 as described above.

구동 모터(140)를 다시 구동시켜 워터 팬텀 박스(130)를 이동시킨다. 이동에 따라 워터 팬텀 박스(130)와 투명 박스(150) 사이의 거리가 도 3c에 도시된 바와 같이 d3 가 되는 지점('제 3 위치'라고 하기로 함)이 될 때, 전술한 바와 같이 센싱 소자(152)가 양성자 빔의 에너지 세기를 센싱하고 컨트롤러(160)가 전달받도록 한다. The driving motor 140 is driven again to move the water phantom box 130. When the distance between the water phantom box 130 and the transparent box 150 becomes d 3 as shown in FIG. 3C (referred to as a 'third position') according to the movement, as described above The sensing element 152 senses the energy intensity of the proton beam and the controller 160 receives the energy.

이와 같이 본 실시 예는 워터 팬텀 박스(130)를 이동시켜 물의 두께를 다르게 설정할 수 있고, 그때마다 양성자 빔의 에너지 세기를 측정함으로써 실질적으로 최대도달거리(range)를 측정하는 것이다. 이처럼 측정된 양성자 빔의 에너지 세기에 따라 양성자 빔의 최대도달거리를 물의 두께만큼 조절할 수 있기 때문에 실제 환자를 치료할 때 그 환자별로 어느 정도의 양성자 빔을 제공할지를 선택할 수 있게 되는 것이다. As described above, in this embodiment, the water phantom box 130 can be moved to set the thickness of water differently, and the energy range of the proton beam is measured to measure the maximum reachable range. Since the maximum reach of the proton beam can be adjusted by the thickness of water depending on the energy intensity of the measured proton beam, it is possible to select the degree of proton beam to be provided to the patient when treating the actual patient.

한편 상기 설명에서는 워터 팬텀 박스(130)가 상기 제1 내지 제3 위치에 셋팅되게 설명하고 있으나, 더 세분화시켜 이동시킬 수 있음은 당연할 것이다. In the above description, the water phantom box 130 is set to the first to third positions, but it is natural that the water phantom box 130 can be further subdivided and moved.

또한 워터 팬텀 박스(130)를 소정 위치(즉, 제1 내지 제3 위치)에 위치시킨 상태에서 양성자 빔을 방출시킨 후, 그 양성자 빔의 에너지 세기를 측정하고 있으나, 반드시 이에 한정하지는 않는다. 즉, 빔 노즐(10)에서 양성자 빔이 계속 방출되게 하면서 동시에 구동모터(140)에 의해 워터 팬텀 박스(130)가 연속적으로 이동될 때, 양성자 빔의 크기/세기를 센싱할 수도 있는 것이다. In addition, the proton beam is emitted after the water phantom box 130 is positioned at a predetermined position (i.e., the first to third positions), and then the energy intensity of the proton beam is measured. However, the present invention is not limited thereto. That is, when the water phantom box 130 is continuously moved by the driving motor 140 while the proton beam is continuously emitted from the beam nozzle 10, the size / intensity of the proton beam may be sensed.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 방사선량 측정장치를 영상장치로 적용할 경우의 구성도이다. FIG. 4 is a block diagram of a radiation dose measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.

여기서, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 영상장치를 설명함에 있어, 도 1에서 설명하고 있는 방사선량 측정장치와 동일한 구성에 대해서는 동일 부호를 부여하고 중복되는 설명은 생략하면서 설명하기로 한다. 즉 빔 노즐(10), 고정 바(110) 및 가이드 레일(120)이 설치된 다크 박스 하우징(100), 워터 팬텀 박스(130), 구동 모터(140), 컨트롤러(160)는 방사선량 측정장치와 동일하고, 다만 투명 박스(150) 내에 구성된 미러(mirror)(156) 및 영상 정보를 획득하기 위한 CCD 카메라(170)가 더 추가되는 것에 차이가 있다. 아울러 다른 실시 예에서는 투명 박스(150) 내에 설치된 섬광판은 도면부호 154로 표시한다. Here, in describing a video apparatus according to another embodiment of the present invention, the same components as those of the radiation dose measuring apparatus described with reference to FIG. 1 will be denoted by the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted. That is, the dark box housing 100, the water phantom box 130, the driving motor 140, and the controller 160 in which the beam nozzle 10, the fixing bar 110, and the guide rail 120 are installed, The difference is that a mirror 156 configured in the same transparent box 150 and a CCD camera 170 for acquiring image information are further added. In another embodiment, the scintillation plate installed in the transparent box 150 is indicated by reference numeral 154.

도 4를 살펴보면, 빔 노즐(beam nozzle)(10)이 구성된다. Referring to FIG. 4, a beam nozzle 10 is constructed.

빔 노즐(10)의 전방에는 다크 박스 하우징(100)이 구성된다. A dark box housing (100) is formed in front of the beam nozzle (10).

빔 노즐(10)의 전방과 다크 박스 하우징(100) 사이에는 오브젝트(180)가 위치한다. An object 180 is positioned between the front of the beam nozzle 10 and the dark box housing 100.

다크 박스 하우징(100)은 상측에 고정 바(110)가 설치되고, 하측에는 가이드 레일(120)이 설치된다. In the dark box housing 100, a fixing bar 110 is provided on the upper side and a guide rail 120 is provided on the lower side.

다크 박스 하우징(100) 내에는 빔 노즐(10)에서 양성자 빔이 출력되는 방향과 수평방향으로 위치하는 워터 팬텀 박스(Water Phantom Box)(130)가 구비된다. 워터 팬텀 박스(130)는 구동모터(140)의 구동에 의하여 가이드 레일(120)을 따라 이동한다. In the dark box housing 100, a water phantom box 130 positioned in a direction parallel to the direction in which the proton beam is output from the beam nozzle 10 is provided. The water phantom box 130 moves along the guide rail 120 by driving the driving motor 140.

워터 팬텀 박스(130) 내에는 외면이 물(water)로 둘러싸인 상태이고 빛이 통과할 수 있는 재질로 형성된 투명 박스(150)가 구성된다. 투명 박스(150)는 고정 바(110)에 매달린 상태로 고정된 상태이다. 따라서 워터 팬텀 박스(130)가 이동하면 빔 노즐(10)과 가깝게 위치한 워터 팬텀 박스(130)의 일면과 투명 박스(150)의 일면 사이의 물의 두께는 가변한다. 한편 투명 박스(150)가 워터 팬텀 박스(130) 내에 장착될 때 후술하는 미러에 반사되는 섬광판의 빛을 측정하기 위해서 CCD 카메라 방향에는 물의 두께가 거의 없는 위치에 장착되는 것이 바람직하다. 예컨대 도면에서 봤을 때 투명 박스(150)는 워터 팬텀 박스(130)의 하단과 거의 접촉되게 위치한다. In the water phantom box 130, a transparent box 150 is formed, the outer surface of which is surrounded by water and is made of a material through which light can pass. The transparent box 150 is fixed in a state of being suspended from the fixing bar 110. Accordingly, when the water phantom box 130 moves, the thickness of water between one surface of the water phantom box 130 and one surface of the transparent box 150, which are located close to the beam nozzle 10, is variable. When the transparent box 150 is mounted in the water phantom box 130, it is preferable to mount the transparent plate 150 at a position where there is little water thickness in the direction of the CCD camera in order to measure the light of the flash plate reflected by a mirror described later. For example, as seen in the drawing, the transparent box 150 is positioned in close contact with the lower end of the water phantom box 130.

투명 박스(150)의 내부에는 섬광판(Scintillation Screen)(154)이 구성된다. 섬광판(154)은 빔 노즐(10)에서 방출된 양성자 빔이 후술하는 오브젝트를 통과한 후 남은 에너지가 통과할 때 그 통과하게 되는 에너지의 세기에 비례하여 빛을 방출하는 역할을 한다. 섬광판(154)은 양성자 빔이 먼저 도달하는 투명 박스(150)의 일측 내면에 설치되어야 한다. Inside the transparent box 150, a scintillation screen 154 is formed. The scintillation plate 154 serves to emit light in proportion to the intensity of the energy that the protons emitted from the beam nozzle 10 pass through when the remaining energy passes through the object, which will be described later. The scintillator plate 154 should be installed on the inner surface of one side of the transparent box 150 where the proton beam first arrives.

투명 박스(150)의 내부에는 양성자 빔의 진행 방향에 대해 섬광판(154)과 45°각도를 유지하면서 마주보도록 미러(mirror)(156)가 구성된다. 미러(156) 표면에는 섬광판(154)를 통과할 때의 에너지 세기에 비례하여 방출되는 빛의 영상이 맺히게 된다. 여기서 섬광판(154)과 미러(156) 사이의 각도는 CCD 카메라(170)의 위치에 따라 달라질 수도 있다. Inside the transparent box 150, a mirror 156 is configured to face the strobe plate 154 with respect to the traveling direction of the proton beam while maintaining an angle of 45 °. An image of light emitted in proportion to the energy intensity when passing through the scintillator plate 154 is formed on the surface of the mirror 156. The angle between the scintillation plate 154 and the mirror 156 may vary depending on the position of the CCD camera 170.

미러(156)에 맺힌 영상을 촬영하도록 CCD 카메라(170)가 장착된다. A CCD camera 170 is mounted to photograph an image formed on the mirror 156.

이처럼 구성된 영상장치는 물의 두께를 변화시키면서 양성자 빔의 에너지를 선택적으로 사용할 수 있고, 그에 따른 오브젝트(180)의 영상을 획득할 수 있게 된다. The imaging device thus configured can selectively use the energy of the proton beam while varying the thickness of the water, thereby acquiring the image of the object 180 accordingly.

즉, 상술한 예와 같이 구동모터(140)를 조작하여 워터 팬텀 박스(130)를 이동시키게 되면 워터 팬텀 박스(130) 내의 물의 두께는 변화된다. 그 상태에서 노즐 빔(10)에서 소정 에너지를 갖는 양성자 빔을 방출하게 되면, 양성자 빔은 오브젝트(180)를 투과하여 섬광판(154)에 도달한다. That is, when the water phantom box 130 is moved by operating the drive motor 140 as in the above-described example, the thickness of the water in the water phantom box 130 is changed. In this state, when the proton beam having the predetermined energy is emitted from the nozzle beam 10, the proton beam passes through the object 180 and reaches the scintillator plate 154.

섬광판(154)은 오브젝트(180)의 형상 및 두께 등에 따라 서로 다른 값으로 표현되는 양성자 빔의 에너지를 전달받으면서 빛을 방출하게 된다. 이러한 빛은 그대로 투명 박스(150) 내의 미러(156)로 전달되고, 미러(156)의 표면에는 방출된 빛에 비례하여 영상이 맺히게 된다. The scintillation plate 154 emits light while receiving the energy of the proton beams represented by different values depending on the shape and thickness of the object 180 and the like. This light is transmitted as it is to the mirror 156 in the transparent box 150, and the image is formed on the surface of the mirror 156 in proportion to the emitted light.

미러(156)에 맺힌 영상은 다크 박스 하우징(100) 내에 위치한 CCD 카메라(170)가 촬영하고, 컨트롤러(160)에 전달한다. The image formed on the mirror 156 is captured by the CCD camera 170 located in the dark box housing 100 and transmitted to the controller 160.

이와 같이 방사선량 측정장치 중 투명 박스(150) 내부의 구조를 약간 변경하면서 노즐 빔(10)의 전방에 오브젝트(180)를 위치시키게 되면, 물의 두께에 따라 오브젝트(180)의 영상을 촬영할 수 있는 것이다. 이러한 오브젝트(180)의 영상 획득은 기존의 X선보다 양성자의 특성을 정확하게 반영한 정보를 제공할 수 있다. When the object 180 is positioned in front of the nozzle beam 10 while slightly changing the structure of the inside of the transparent box 150 among the radiation dose measuring apparatuses, will be. The image acquisition of the object 180 can provide information that accurately reflects the characteristics of the proton rather than the existing X-ray.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 물 두께를 변화시키면서 양성자 빔의 에너지를 측정할 수 있기 때문에, 치료에 적합한 최적 조건의 양성자 빔을 셋팅할 수 있고, 아울러 양성자의 특성을 정확하게 반영하여 촬영할 수 있게 됨을 알 수 있다. As described above, according to the present invention, since the energy of the proton beam can be measured while varying the water thickness, it is possible to set the proton beam having the optimum condition suitable for the treatment, Able to know.

이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be apparent that modifications, variations and equivalents of other embodiments are possible. Therefore, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

10 : 빔 노즐 100 : 다크 박스 하우징
110 : 고정 바 120 : 가이드 레일
130 : 워터 팬텀 박스 140 : 구동 모터
150 : 투명 박스 152 : 센싱 소자
160 : 컨트롤러 170 : CCD 카메라
180 : 오브젝트
10: beam nozzle 100: dark box housing
110: Fixing bar 120: Guide rail
130: Water phantom box 140: Driving motor
150: transparent box 152: sensing element
160: Controller 170: CCD camera
180: object

Claims (7)

외부와 밀폐된 구조의 다크 박스 하우징;
상기 다크 박스 하우징의 상단에 설치되는 고정 바 및 하단에 설치되는 가이드 레일;
상기 다크 박스 하우징 내에 구성되고 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 워터 팬텀 박스;
상기 고정 바와 연결되며 상기 워터 팬텀 박스 내에 위치가 고정되게 설치되는 투명 박스; 및
상기 투명 박스의 일면에 구비되고, 상기 워터 팬텀 박스의 이동에 따른 물의 두께 변화에 대응되어 노즐 빔에서 방출되는 방사선 에너지의 세기를 센싱하는 센싱 소자를 포함하되,
상기 센싱소자는 그 위치가 항상 고정되어 상기 노즐 빔의 중심(isocenter)에 위치하면서 센싱동작을 수행하는 하전입자의 방사선량 측정장치.
A dark box housing of an outer and airtight structure;
A fixing bar installed at the upper end of the dark box housing and a guide rail installed at the lower end;
A water phantom box constructed within the dark box housing and moving along the guide rails;
A transparent box connected to the fixing bar and fixedly installed in the water phantom box; And
And a sensing element provided on one side of the transparent box and sensing intensity of radiation energy emitted from the nozzle beam corresponding to a change in thickness of water as the water phantom box moves,
Wherein the sensing element is located at an isocenter of the nozzle beam so as to perform a sensing operation.
제 1 항에 있어서,
상기 센싱 소자가 구비되는 상기 투명 박스의 일면은 상기 방사선이 먼저 도달하는 면이 되는 하전입자의 방사선량 측정장치.
The method according to claim 1,
Wherein one surface of the transparent box having the sensing element is a surface on which the radiation first arrives.
제 2 항에 있어서,
상기 방사선은 양성자 또는 중입자 빔인 하전입자의 방사선량 측정장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the radiation is a proton or an intracellular beam.
제 1 항에 있어서,
상기 물의 두께는 상기 워터 팬텀 박스의 일면과 상기 센싱 소자가 구비된 투명 박스의 일면 사이의 거리 변화에 대응되는 하전입자의 방사선량 측정장치.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the water corresponds to a change in distance between one surface of the water phantom box and one surface of the transparent box provided with the sensing element.
외부와 밀폐된 구조의 다크 박스 하우징;
상기 다크 박스 하우징의 상단에 설치되는 고정 바 및 하단에 설치되는 가이드 레일;
상기 다크 박스 하우징 내에 구성되고 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 워터 팬텀 박스;
상기 고정 바와 연결되며 상기 워터 팬텀 박스 내에 위치가 고정되게 설치되는 투명 박스;
상기 투명 박스의 일면에 구비되고, 상기 워터 팬텀 박스의 이동에 따른 물의 두께 변화에 대응되어 노즐 빔에서 방출되는 방사선 에너지의 세기를 센싱하는 센싱 소자;
상기 센싱소자와 소정 각도를 이루면서 설치되는 미러; 및
빔 노즐의 방출 경로에 위치한 오브젝트를 향해 방출된 양성자 빔이 상기 오브젝트를 통과하며 잃고 남은 에너지가 상기 센싱소자를 통과할 때 남은 에너지의 세기에 비례하여 방출되는 빛이 상기 미러에 맺히는 영상을 촬영하는 카메라를 포함하며,
상기 센싱소자는 그 위치가 항상 고정되어 상기 노즐 빔의 중심(isocenter)에 위치하면서 센싱동작을 수행하는 영상장치.
A dark box housing of an outer and airtight structure;
A fixing bar installed at the upper end of the dark box housing and a guide rail installed at the lower end;
A water phantom box constructed within the dark box housing and moving along the guide rails;
A transparent box connected to the fixing bar and fixedly installed in the water phantom box;
A sensing element provided on one side of the transparent box and sensing the intensity of radiation energy emitted from the nozzle beam corresponding to a change in thickness of the water as the water phantom box moves;
A mirror installed at a predetermined angle with the sensing element; And
A beam emitted from a beam emitted in proportion to the intensity of energy remaining when an energy remaining in the object passing through the object passes through the sensing element, the protons emitted toward the object located in the emission path of the beam nozzle, Camera,
Wherein the sensing element is located at an isocenter of the nozzle beam so as to perform a sensing operation.
제 5 항에 있어서,
상기 오브젝트의 영상은 상기 워터 팬텀 박스 내의 물의 두께 변화에 따라서 다른 값으로 제공되는 영상장치.
6. The method of claim 5,
Wherein the image of the object is provided at a different value according to a change in thickness of water in the water phantom box.
제 6 항에 있어서,
상기 물의 두께는 워터 팬텀 박스의 이동에 따라서 고정된 투명 박스와의 거리 변화에 대응되는 영상장치.
The method according to claim 6,
Wherein the thickness of the water corresponds to a change in distance from the transparent box fixed according to the movement of the water phantom box.
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