KR101495440B1 - 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터에 관한 것으로서, 방사선을 투과시키는 조사영역을 구성하는 콜리메이터에 있어서, 격자형태로 구획되어 각 격자가 하나의 전도성 픽셀로 되는 픽셀층; 상기 픽셀층이 부착되어 각 전도성 픽셀과 대응되는 각각의 격자가 저항소자로 되는 방사선 저항체; 상기 방사선 저항체의 각 저항소자에 개별적으로 공급되는 전원에 의해 저항열이 발생하여 픽셀층의 각 전도성 픽셀에 전달하도록 방사선 저항체가 전면에 설치되는 전원공급부; 및 상기 전원공급부의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하여, 상기 제어부와 전원공급부에 의해 방사선 저항체의 각 저항소자에 발생하는 저항열에 의해 각 전도성 픽셀의 가열 유무에 따른 밀도의 차이로 방사선 조사영역을 구성하도록 한 것이며, 저항열에 의한 선택적인 전도성 픽셀의 개방으로 복잡한 종양조직의 모양을 보다 더 정교하게 만들 수 있으므로, 이는 정상조직에 들어가는 과다 방사선 선량을 보다 효과적으로 막아줄 수 있는 효과가 있다.

Description

저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터{Collimator for radiation therapy using of resistance heat}

본 발명은 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터에 관한 것으로서, 상세히는 격자형태의 전도성 픽셀에 의해 픽셀화된 픽셀층에 격자형태의 방사선 저항체를 부착하고, 상기 방사선 저항체에 부착된 전원공급부에 의해 방사선 저항체의 각 격자에 해당하는 저항소자에 선택적으로 전원을 공급하여 저항열을 발생시킴으로써, 상기 저항열을 전달받는 픽셀층의 각 전도성 픽셀의 가열에 따른 밀도의 차이를 이용하여 방사선 조사영역을 구성하도록 한 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터에 관한 것이다.

X선이나 감마선과 같은 방사선 치료에 있어서는 방사선의 선량을 조정할 필요가 있어 콜리메이터(collimator)라고 하는 것을 사용한다. 이러한 콜리메이터의 대표적인 형태로 다엽 콜리메이터가 있는데 이러한 종래 다엽 콜리메이터는 여러 개의 ?(leaf)들이 각개로 움직여서 방사선의 선량이 전달되고자 하는 영역의 특수모양을 공간형태로 유지, 변형시키면서 시간적인 움직임으로 선량을 전달하는 구동방식을 사용하고 있다.

상기한 종래 다엽 콜리메이터는 현재 방사선 종양학과에서 거의 모든 방사선 치료기기에 필수적으로 부착되어 사용하고 있으나, 여러 개의 ?(leaf)들을 각각 별개로 직접 움직여 작동해야 한다는 불편함이 있다. 또한 상기 다엽 콜리메이터는 수입품으로 고가이고 자체제작이 어려우며, 방사선 치료기에 부착하여 사용할 때 여러 개의 립(leaf)들이 순간순간 움직여 공간형태를 유지하고는 있으나 제자리에서만 상기 공간형태를 변경하여 유지할 뿐 그 위치를 변경하지는 못하고 있다.

따라서 순수 국내 기술로 제작이 가능하며 다엽 콜리메이터보다 훨씬 저렴한 가격으로 동급의 성능을 낼 수 있는 기기로써, 복잡한 선량 영역의 형성이나 짧은 혹은 불규칙적인 선량 세기 조절에 있어서 가격대비의 고성능을 낼 수 있는 기술의 국내도입이 시급한 실정에 있다.

더욱이 종래 다엽 콜리메이터에서 콜리메이터의 구동은 여러 개의 무거운 납 또는 텅스텐 합금으로 이루어진 육중한 차폐판이 모터에 의해 움직이는 방식으로 되어 있어, 전체적으로 기기 자체가 무겁고 그만큼 구동에 있어서 속도가 떨어지는 단점이 있다. 또한 종래 다엽 콜리메이터는 위와 아래로의 방향성을 가지기 때문에 복잡한 종양 조직을 구성할 때는 방사선의 세기를 조절하는 방식으로 되어 있지만, 이 역시도 정상조직에 과다 방사선 선량이 들어갈 수 있는 문제가 있다.

한국 공개특허공보 제10-2003-0083612호

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 격자형태의 전도성 픽셀로 픽셀화 된 픽셀층에 같은 격자형태의 방사선 저항체를 부착하고 상기 방사선 저항체에 전원공급부를 부착하여, 상기 전원공급부에 의해 방사선 저항체의 각 격자에 해당하는 저항소자에 선택적으로 전원을 공급하면 저항열이 발생하고, 발생한 저항열은 상기 저항소자와 대응되는 픽셀층의 각 격자에 해당하는 전도성 픽셀로 전달되어 상기 전도성 픽셀을 가열함에 따라, 선택적으로 가열되는 전도성 픽셀과 가열되지 않은 전도성 픽셀의 밀도의 차이로 방사선 조사영역을 구성하도록 한 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터를 제공함에 있다.

다른 목적은 상기 픽셀층과 방사선 저항체 및 전원공급부를 하나의 층으로 하여 일정간격을 두고 다층으로 형성한 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터는, 방사선을 투과시키는 조사영역을 구성하는 콜리메이터에 있어서, 격자형태로 구획되어 각 격자가 하나의 전도성 픽셀로 되는 픽셀층; 상기 픽셀층이 부착되어 각 전도성 픽셀과 대응되는 각각의 격자가 저항소자로 되는 방사선 저항체; 상기 방사선 저항체의 각 저항소자에 개별적으로 공급되는 전원에 의해 저항열이 발생하여 픽셀층의 각 전도성 픽셀에 전달하도록 방사선 저항체가 전면에 설치되는 전원공급부; 및 상기 전원공급부의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하여, 상기 제어부와 전원공급부에 의해 방사선 저항체의 각 저항소자에 발생하는 저항열에 의해 각 전도성 픽셀의 가열 유무에 따른 밀도의 차이로 방사선 조사영역을 구성하도록 한 것을 특징으로 하고 있다.

또 격자형태로 설치된 상기 픽셀층의 각각의 격자인 전도성 픽셀은 고체전도판이며, 상기 고체전도판은 전도성 물질을 표면에 코팅하거나 고체전도판 자체가 전도성 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.

또 상기 픽셀층은 부도체인 격자틀로 구성되어 상기 격자틀의 각 격자 내에 각각의 전도성 픽셀에 해당하는 전도성 액체가 수용되어 있는 것이 바람직하다.

또 상기 전원공급부는 방사선 저항체의 각 저항소자와 1대1로 연결되는 신호수신 연결단자와 전선이 서로 연결되어, 상기 방사선 저항체의 후면에 설치된 회로기판인 것이 바람직하다.

또 상기 픽셀층과 방사선 저항체 및 전원공급부를 하나의 층으로 하여 일정간격을 두고 다층으로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터에 의하면, 저항열에 의한 선택적인 전도성 픽셀의 개방으로 복잡한 종양조직의 모양을 보다 더 정교하게 만들 수 있으므로, 이는 정상조직에 들어가는 과다 방사선 선량을 보다 효과적으로 막아줄 수 있는 효과가 있다.

또 픽셀층과 방사선 저항체 및 전원공급부만으로 이루어진 콜리메이터이기 때문에 종래의 다엽 콜리메이터보다 시스템적으로 또는 물리적인 체계가 가볍고 호환이 용이하다는 효과가 있다.

또한 다단계로 거쳐서 방사선의 감약이 이루어지는 점은 효과적인 방사선 세기의 조절이 가능하며, 작은 픽셀 단위로 종양(타겟) 모양을 구성하기 때문에 보다 더 정교하고 복잡한 방사선 집속 모양의 구현이 가능하다는 효과가 있다

이는 정상 조직에서의 선량을 최소로 하며 타겟이 되는 종양 조직에는 효과적으로 정확한 선량을 전달할 수 있는 콜리메이터 구조로써, 본 발명의 상기 콜리메이터 자체가 육중한 부속이 없기 때문에 가볍고 빠른 응답성을 줄 수 있어 방사선 치료 시 효율을 극대화 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터의 사시도
도 2는 본 발명에 따른 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터의 분리 사시도
도 3은 본 발명에 따른 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터의 전면도
도 4는 본 발명에 따른 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터의 후면도
도 5는 본 발명에 따른 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터의 사용상태 전면도 및 후면도
도 6은 본 발명에 따른 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터에 의해 구성된 방사선 조사영역을 보여주는 전면도

이하, 본 발명에 따른 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터의 분리 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터의 전면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터의 후면도를 도시한 것이다.

도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터는 픽셀층(1), 방사선 저항체(2), 전원공급부(3) 및 제어부를 기본 구성으로 하고 있다.

상기 픽셀층(1)은 바둑판과 같이 일정한 개수의 격자형태로 구획되어 각 격자가 하나의 전도성 픽셀(1a)로 되며, 상기 각 전도성 픽셀(1a)은 각각 개별적으로 열을 전달받는 전도성이 있는 고체판으로 각각 형성하거나, 각 고체판에 전도성 물질을 코팅하여 구성할 수도 있다. 또한 상기 각 전도성 픽셀(1a)은 액체로 구성할 수도 있는데, 이 경우 전도성 픽셀(1a)은 각 격자 내에 전도성 액체가 수용된 격자틀로 구성하되 상기 격자틀은 부도체로 구성하게 되며, 전도성 액체로는 물이나 기름을 포함한 전도성이 있는 액체라면 어느 것이라도 무방하다. 상기 픽셀층(1)의 격자에 해당하는 전도성 픽셀(1a)의 개수는 필요한 만큼 자유롭게 구성할 수 있다.

상기 방사선 저항체(2)는 픽셀층(1)과 같이 일정한 개수의 격자형태로 구획되어 각 격자가 하나의 저항소자(2a)로 되며, 이러한 격자형태의 방사선 저항체(2) 전면에 상기 픽셀층(1)이 일체로 부착되어 상기 각 저항소자(2a)와 픽셀층(1)의 각 전도성 픽셀(1a)이 서로 1대1로 대응되어 밀착되도록 한다. 따라서 상기 방사선 저항체(2)의 저항소자(2a)는 항상 상기 픽셀층(1)의 전도성 픽셀(1a)과 같이 개수로 이루어지게 된다.

상기 전원공급부(3)는 방사선 저항체(2)의 각 저항소자(2a)에 개별적으로 전원을 공급하여 저항열이 발생하도록 한 것으로서, 회로기판(4)과 신호수신 연결단자(5) 및 전선(6)으로 구성되며, 상기 방사선 저항체(2)의 후면에 회로기판(4)의 전면이 부착되어 일체로 형성되고, 상기 회로기판(4)의 후면에 방사선 저항체(2)의 각 저항소자(2a)와 1대1로 연결되는 다수개의 전선(6)이 설치되어 상기 각 전선(6)마다 신호수신 연결단자(5)가 각각 연결된다.

상기 제어부는 도시하지 않았지만 전원공급부(3)의 각 신호수신 연결단자(5)와 연결되어 있어, 상기 신호수신 연결단자(5)와 전선(6)을 통해 방사선 저항체(2)의 각 저항소자(2a)에 선택적으로 전원을 공급하여 저항열을 발생시키면, 상기 저항열이 픽셀층(1)의 각 전도성 픽셀(1a)에 전달되어 상기 각 전도성 픽셀(1a)을 선택적으로 가열하는 것을 제어하게 된다.

상기한 바와 같은 본 발명의 저항열을 이용한 콜리메이터는 일체로 된 픽셀층(1)과 방사선 저항체(2) 및 전원공급부(3)를 하나의 층으로 하여 이를 일정간격을 두고 다층으로 구성할 수도 있다. 이와 같이 다층으로 본 발명의 저항열을 이용한 콜리메이터를 구성하게 되면 각 층에서 상기 픽셀층(1)의 각 전도성 픽셀(1a)의 가열 유무에 의해 방사선 조사영역을 선택적으로 형성함으로써 입체적으로 방사선 조사영역을 구성할 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터에 의해 상기 방사선 저항체의 저항소자의 저항열에 의해 픽셀층의 각 전도성 픽셀의 가열 유무에 따른 밀도의 차이로 방사선 조사영역을 구성하도록 한 것이다. 즉 픽셀화 된 전도성 픽셀의 고체전도판 및 전도성 액체 물질을 형태가 변하지 않는 격자형태로 구성한 방사선 저항체에서, 전원공급부에 의해 공급되는 전원에 의한 저항소자의 저항열에 따라 픽셀화 된 상기 고체전도판 또는 전도성 액체 물질은 선택적으로 저항소자에 의해 가열되고, 가열된 물질은 물질 내 분자운동을 활성화시켜 가열되지 않은 고체전도판 또는 전도성 액체 물질과의 밀도의 차이에 의해 방사선의 투과율의 차이를 자아낸다. 이러한 특성을 이용하여 방사선 집속이 가능할 수 있는데, 방사선을 투과하고자하는 모양으로 픽셀화 된 전도성 픽셀의 고체전도판 또는 전도성 액체 물질을 선택하고, 선택된 픽셀화 된 상기 전도성 픽셀의 고체전도판 또는 전도성 액체 물질에 선택적으로 전원의 공급에 의해 열을 가하여 그 부분의 물질만 분자운동을 활성화 시킨 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터의 사용상태 전면도 및 후면도를 도시한 것이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 방사선 저항체(2)의 각 저항소자(2a)에 번호를 부여하고, 번호가 부여된 각 저항소자(2a)는 픽셀층(1)의 각 전도성 픽셀(1a)과 1대1로 연결되어 있다. 따라서 제어부에 의한 제어에 따라 회로기판(4)의 신호수신 연결단자(5)에 전원을 공급하라고 신호를 주어 전선(6)을 통해 상기 저항소자(2a)에 저항열을 발생시키면, 저항열이 발생하는 저항소자(2a)와 대응되는 전도성 픽셀(1a)에 상기 저항열을 전달하여 가열하게 된다.

예를 들어 5번, 4번, 10번, 15번에 전원을 공급하라고 제어부를 통해 신호를 주면 4번, 5번, 10번, 15번 저항소자(2a)에 저항열을 발생시키고, 발생한 상기 저항열에 의해 상기 저항소자(2a)와 대응되는 픽셀층(1)의 전도성 픽셀(1a)만 가열되어 밀도가 변하게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터에 의해 구성된 방사선 조사영역을 보여주는 전면도를 도시한 것이다.

상기한 바와 같이 저항열이 발생하는 저항소자(2a)와 접촉하고 있는 전도성 픽셀(1a)이 가열되어 물질의 밀도가 변화하면, 도 6에 도시한 바와 같이, 가열되지 않은 전도성 픽셀(1a)과는 다른 분자운동 체계를 갖게 되고, 이는 밀도의 차이로 이어져 최종적으로 방사선이 통과할 때 방사선 선량의 감약의 차이를 유도하게 되며, 이를 이용하여 방사선 치료용 콜리메이터를 구성하게 된다. 즉 도 5 및 도 6에 참조되는 바와 같이 4번, 5번, 10번, 15번 전도성 픽셀(1a)이 가열되어 이 부분에서만 밀도가 낮아져 더 많은 방사선의 선량이 투과하게 된다.

이러한 본 발명에 따른 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터에서 적용하고 있는 물질의 가열에 의한 밀도에 차이에 따라 방사선 선량에 차이가 있음을 실험한 결과를 보면 다음과 같다.

상기 실험의 장비로 6MV의 영상유도 방사선 치료기(TomoTherapy)를 이용하여 깊이 1.5㎝, 조사범위 5.0㎝×40㎝가 되는 방사선을 상기 영상유도 방사선 치료기 전용 챔버를 통해 solid slab phantom의 방법으로 물이 없는 종이컵, 종이컵에 담긴 물 또는 가열되는 물에 조사하여 투과시켰다.

온도와 기압이 20.5℃, 762.8mbar인 조건에서 방사선 조사결과 물이 없는 종이컵을 투과하는 경우(실험1)에는 Dose(cGY)=853.82의 선량이 통과되어, 방사선 선량의 측정값은 15.20nC이었고, 가열되지 않은 물이 담긴 종이컵을 투과하는 경우(실험2)에는 Dose(cGY)=798.41의 선량이 통과되어, 방사선 선량의 측정값은 14.21nC이었으며, 가열된 물이 담긴 종이컵을 투과하는 경우(실험3)에는 Dose(cGY)=804.59의 선량이 통과되어, 방사선 선량의 측정값은 14.32nC이었다.

상기 조사결과를 통해 알 수 있듯이 실험1에 비해 실험 2와 3의 방사선 선량 측정값은 물 매질로 인한 Bolus 효과에 의해 확실한 방사선 선량의 차이를 보이게 된다. 즉 실험 2와 3에서 방사선 선량의 측정값 차이는 0.8%이고, 이는 실험3의 가열된 물을 투과하는 방사선 선량이 실험2의 가열되지 않은 물을 투과하는 방사선 선량에 비해 약 0.8% 증가하였다는 것을 의미한다.

따라서 이는 가열된 물로 인해서 분자활동이 활발해지고 그에 따라 밀도가 낮아져 방사선 차폐효과가 그만큼 없어진다는 의미가 된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

1 : 픽셀층 1a : 전도성 픽셀
2 : 방사선 저항체 2a : 저항소자
3 : 전원공급부 4 : 회로기판
5 : 신호수신 연결단자 6 : 전선

Claims (6)

1. 방사선을 투과시키는 조사영역을 구성하는 콜리메이터에 있어서,
   격자형태로 구획되어 각 격자가 하나의 전도성 픽셀로 되는 픽셀층;
   상기 픽셀층이 부착되어 각 전도성 픽셀과 대응되는 각각의 격자가 저항소자로 되는 방사선 저항체;
   상기 방사선 저항체의 각 저항소자에 개별적으로 공급되는 전원에 의해 저항열이 발생하여 픽셀층의 각 전도성 픽셀에 전달하도록 방사선 저항체가 전면에 설치되는 전원공급부; 및
   상기 전원공급부의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하여,
   상기 제어부와 전원공급부에 의해 방사선 저항체의 각 저항소자에 발생하는 저항열에 의해 각 전도성 픽셀의 가열 유무에 따른 밀도의 차이로 방사선 조사영역을 구성하도록 한 것을 특징으로 하는 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터.
2. 제1항에 있어서,
   격자형태로 설치된 상기 픽셀층의 각각의 격자인 전도성 픽셀은 고체전도판인 것을 특징으로 하는 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터.
3. 제2항에 있어서,
   상기 고체전도판은 전도성 물질을 표면에 코팅하거나 고체전도판 자체가 전도성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터.
4. 제1항에 있어서,
   상기 픽셀층은 부도체인 격자틀로 구성되어 상기 격자틀의 각 격자 내에 각각의 전도성 픽셀에 해당하는 전도성 액체가 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터.
5. 제1항에 있어서,
   상기 전원공급부는 방사선 저항체의 각 저항소자와 1대1로 연결되는 신호수신 연결단자와 전선이 서로 연결되어, 상기 방사선 저항체의 후면에 설치된 회로기판인 것을 특징으로 하는 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 픽셀층과 방사선 저항체 및 전원공급부를 하나의 층으로 하여 일정간격을 두고 다층으로 형성한 것을 특징으로 하는 저항열을 이용한 방사선 치료용 콜리메이터.

Images