KR101537153B1 - 다층 연계구조로 된 방사선 치료용 콜리메이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다층 연계구조로 된 방사선 치료용 콜리메이터에 관한 것으로서, 다양한 공간의 형상을 연출하여 방사선을 투과시키는 조사영역을 구성하는 콜리메이터에 있어서, 판 상에 설치되는 고정프레임; 상기 고정프레임 내에서 일정간격을 두고 다층으로 적층되어 고정되며, 각각의 층은 격자형태로 구성되어 상기 격자형태의 각 격자가 픽셀덮개로 되어 개폐하는 픽셀 보드층; 상기 고정프레임의 양측에 설치되어 픽셀 보드층의 각 픽셀덮개의 동작을 개별적으로 제어하도록 한 제어부; 및 상기 고정프레임의 전측 및 후측에 설치되어 픽셀 보드층의 동작전원을 공급하는 전원부;를 포함한 것이며, 저렴하면서도 치료효과가 좋고, 픽셀단위로 개폐하여 방사선 조사 영역을 형성하며, 실시간으로 조사 영역의 모양 변환 및 방사선의 세기 조절을 할 수 있는 효과가 있다.

Description

다층 연계구조로 된 방사선 치료용 콜리메이터{Collimator for radiation therapy with multiple layer linkage structure}

본 발명은 다층 연계구조로 된 방사선 치료용 콜리메이터에 관한 것으로서, 상세히는 다층으로 된 픽셀 보드층의 각 층이 격자형태의 픽셀보드에 의해 구성되고, 격자형태의 상기 각 픽셀보드의 각 격자에 해당하는 픽셀덮개가 개별적으로 개폐되어, 방사선 조사를 위한 투과영역을 형성하도록 한 다층 연계구조로 된 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 ?(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.

한국 공개특허공보 제10-2008-0071724호

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 기존의 ?(leaf) 방식이 아닌 영상에서 쓰이는 픽셀의 개념을 도입했을 뿐만 아니라 다층 구조의 연계방식을 도입한 것으로, 방사선 선량을 타켓에 전달하고자 할 때 복잡한 모양구조 형성에 있어서 뿌리 모양이나 도넛 모양 등의 복잡한 형태를 픽셀 단위로 처리하되, 상기 픽셀 단위는 다층으로 구성된 픽셀 보드층의 각 층의 픽셀보드의 격자형태로 배열된 수많은 픽셀덮개로 구성하며, 상기 픽셀 보드층의 각 픽셀덮개를 개별적으로 개폐함으로써 방사선이 조사되는 투과영역의 형상을 실시간으로 유지되는 형태에 의해 동시에 방사선의 세기 조절할 수 있도록 한 다층 연계구조로 된 방사선 치료용 콜리메이터를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다층 연계구조로 된 방사선 치료용 콜리메이터는, 다양한 공간의 형상을 연출하여 치료용 방사선을 투과시키는 조사영역을 구성하는 콜리메이터에 있어서, 판 상에 설치되는 고정프레임; 상기 고정프레임 내에서 일정간격을 두고 다층으로 적층되어 고정되며, 각각의 층은 격자형태로 구성되어 상기 격자형태의 각 격자가 픽셀덮개로 되어 개폐하는 픽셀 보드층; 상기 고정프레임의 양측에 설치되어 픽셀 보드층의 각 픽셀덮개의 동작을 개별적으로 층별 제어하도록 한 제어부; 및 상기 고정프레임의 전측 및 후측에 설치되어 픽셀 보드층의 동작전원을 공급하는 전원부;를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

또 상기 픽셀 보드층의 각 층은, 초소형 모터와 연결된 힌지축과 이 힌지축에 일측이 연결된 보드 형태의 픽셀덮개가 일렬로 이어져 각각 배치된 픽셀보드를 폭방향으로 연결하여 구성하며, 상기 제어부에 의한 초소형 모터의 구동으로 회전하는 힌지축과 연결된 각각의 픽셀덮개를 개별적으로 개폐하도록 하는 것이 바람직하다.

또 상기 픽셀 보드층의 픽셀덮개는 0도에서 90도 사이의 각도 범위에서 개폐되도록 하며, 상기 각 제어부는 방사선 치료기와 연계하여 상기 픽셀 보드층의 각 픽셀덮개를 제어하는 것이 바람직하다.

또 상기 각 제어부의 둘레에 설치되는 보호커버를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다층 연계구조로 된 방사선 치료용 콜리메이터에 의하면, 순수 국내기술과 아이디어에 의해 종래 다엽 콜리메이터에 비해 저렴한 가격으로 동급의 치료 효과를 낼 수 있는 효과가 있다.

또 종래 다엽 콜리메이터와는 다른 픽셀단위로 개폐하여 방사선이 조사되는 투과영역을 형성하며, 실시간으로 조사 영역의 모양 변환 및 방사선의 세기 조절을 할 수 있는 효과가 있다.

또한 콜리메이터의 제작에 있어서 종래 다엽 콜리메이터보다 저렴한 가격대로 시제품 라인의 구축이 가능하고, 새로운 방사선 치료 제품군으로 독자적인 생산라인 조성이 가능하며 그에 따른 이익 창출도 막대할 것으로 예측되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 다층 연계구조로 된 방사선 치료용 콜리메이터의 사시도
도 2는 본 발명에 따른 다층 연계구조로 된 방사선 치료용 콜리메이터의 저면 사시도
도 3은 본 발명에 따른 다층 연계구조로 된 방사선 치료용 콜리메이터를 구성하는 픽셀 보드층의 각 층의 픽셀보드의 사시도
도 4는 본 발명에 따른 다층 연계구조로 된 방사선 치료용 콜리메이터에 의한 방사선 세기 조절을 보여주는 사시도
도 5는 본 발명에 따른 다층 연계구조로 된 방사선 치료용 콜리메이터에 의한 방사선 세기 조절을 다른 방향에서 보여주는 사시도
도 6은 본 발명에 따른 다층 연계구조로 된 방사선 치료용 콜리메이터에 의한 방사선 조사영역의 위치를 실시간으로 다양한 다른 위치로 움직여주는 모습을 보여주는 사시도

이하, 본 발명에 따른 다층 연계구조로 된 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.

본 발명은 종래 다엽 콜리메이터와는 다른 방식의 방사선 차폐방식을 사용한다. 즉 픽셀 단위의 구성 방식으로 방사선 조사영역 구성 시 종래 다엽 콜리메이터에서는 선형 방식의 조사영역 구성방식을 택하고 있지만, 본 발명에 따른 콜리메이터에서는 픽셀, 즉 점 방식의 조사영역 구성 방법을 사용한다. 이러한 픽셀 단위의 방사선 세기 조절 방식은 방사선이 조사되는 영역에 한해 다층 구조로 되어 있는 픽셀 보드층의 각 층의 픽셀덮개 다수 개가 동시다발적으로 움직이면서 해당 구역으로 투과되어 조사되는 방사선의 세기를 조절할 수 있다.

이는 종래 다엽 콜리메이터처럼 ?(leaf)들이 순간순간 움직이지 않고, 각 픽셀 자체는 고정된 상태에서 상기 픽셀에 설치된 픽셀덮개가 추가로 열리고 닫히면서 안정적인 방사선의 세기 조절을 공급할 수 있다.

이와 같은 특성이 있는 본 발명의 다층 연결구조로 된 방사선 치료용 콜리메이터에 대해 도면을 참조하면서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 다층 연계구조로 된 방사선 치료용 콜리메이터의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 다층 연계구조로 된 방사선 치료용 콜리메이터의 저면 사시도를 도시한 것이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 다층 연계구조로 된 방사선 치료용 콜리메이터는 기본적인 고정프레임(3), 픽셀 보드층(1), 제어부(4) 및 전원부(2)를 기본 구성으로 하고 있다.

상기 고정프레임(3)은 사각의 틀 형상으로 상기 사각의 틀 내에 여러 개의 층이 일정 간격을 두고 적층되는 픽셀 보드층(1)을 설치하여 고정하게 된다.

상기 픽셀 보드층(1)은 각각의 층이 픽셀단위의 격자형태로 구성되어 격자에 해당하는 각각의 픽셀에 도 3에 도시한 바와 같이 픽셀덮개(5)가 설치되며, 상기 픽셀덮개(5)의 일측에 힌지축(6)이 연결함과 동시에 힌지축(6)이 연결된 픽셀덮개(5)를 일렬로 이어붙여 긴 픽셀보드(7)를 구성하고, 상기 긴 픽셀보드(7)를 폭방향으로 여러 개 이어붙여 정사각형의 픽셀 보드층(1)의 각 층을 구성하게 된다. 상기 힌지축(6)에는 초소형 모터가 내장되어 상기 초소형 모터의 구동으로 상기 힌지축(6)을 회동시켜 각 픽셀덮개(5)를 개폐하게 된다.

상기 픽셀 보드층(1)은 도면에서 수 개의 층으로 표시하고 있지만, 실제로는 52층과 같이 다층으로 구성하게 되며, 높이는 약 26㎝ 정도이고, 픽셀덮개(5)의 재질로는 방사선을 차폐할 수 있는 텅스텐합금과 같은 것을 사용하게 된다.

상기 제어부(4)는 고정프레임(3)의 양측에서 논리회로와 구동회로를 내장한 상태로 설치되어, 상기 논리회로와 구동회로의 회로작동으로 초소형 모터를 구동하고, 이에 따라 초소형 모터와 연결된 힌지축(6)의 회전에 의해 픽셀 보드층(1)의 각각의 픽셀덮개(5)를 개별적으로 개폐하게 된다. 상기 제어부(4)는 또한 방사선 치료기기를 구동하기 위한 컴퓨터 회로와 소프트웨어를 통해 연결됨으로써 상기 방사선 치료기기의 구동과 연계하여 픽셀덮개(5)의 구동을 각각 독립적으로 제어하게 된다.

따라서 도 1에 도시한 바와 같이 픽셀 보드층(1)의 상부 층의 중심부에 설치된 각 픽셀덮개(5)의 일부를 개방하고, 도시하지 않았지만 중간의 층에서도 상부 층의 개방된 픽셀덮개(5)와 대응하여 개방하며, 도 2에 도시한 바와 같이 하부 층의 중심부에 설치되는 각 픽셀덮개(5)의 일부를 개방함으로써 상부에서부터 하부까지 일직선으로 방사선을 조사하여 투과영역이 되는 구멍형태로 된 공간의 모양을 적절하게 형성하게 된다. 여기서 상기 픽셀덮개(5)의 개폐각도는 각각의 픽셀단위에서 0도에서 90도 사이의 범위에서 이루어지는 것이 바람직하다. 즉 필요한 경우에는 90도로 픽셀덮개(5)를 개방하여 방사선이 완전히 다 통과하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 전원부(2)는 고정프레임(3)의 전측 및 후측에 각각 설치되어 픽셀덮개(5)의 개폐를 위한 초소형 모터 등의 작동에 필요한 전원을 공급하게 된다.

한편, 상기 고정프레임(3)과 픽셀 보드층(1) 등을 판 상에 설치하면서 고정프레임(3)의 양측에 설치되는 제어부(4)를 보호하기 위한 보호커버(8)를 설치하되, 상기 보호커버(8)가 상기 제어부(4) 둘레를 감싸도록 판 상에 세워 설치한다.

다음은 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 다층 연계구조로 된 방사선 치료용 콜리메이터에 의해 방사선이 조사되어 조사되는 투과영역을 픽셀덮개로 구성하는 기능을 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명에 따른 다층 연계구조로 된 방사선 치료용 콜리메이터에 의한 방사선 세기 조절을 보여주는 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 다층 연계구조로 된 방사선 치료용 콜리메이터에 의한 방사선 세기 조절을 다른 방향에서 보여주는 사시도를 도시한 것이다.

도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 픽셀 보드층(1)의 상부(1c)의 중심에서 중간층(1b) 및 하부층(1a)의 중심으로 갈수록 개방된 픽셀덮개(5)의 수가 점점 줄어듬에 따라 방사선 조사영역을 형성하는 투과영역의 공간이 점점 줄어들게 되고, 이에 따라 연두색으로 표시된 방사선의 세기도 픽셀 보드층(1)의 각 층을 거쳐감에 따라 상부의 세기(R4)에서 중간의 세기(R3)를 거쳐 하부의 세기(R2)로 갈수록 점점 줄어들고, 최종적으로는 가장 작은 방사선의 세기(R1)로 조사된다.

이러한 방사선이 조사되어 투과되는 영역의 형성은 방사선 치료기기를 구동하는 컴퓨터 회로와 연계하여 작동하는 제어부(4)의 층별 제어에 의해 상기 픽셀 보드층(1)의 각 층의 픽셀덮개(5)를 각각 개별적으로 열었다 닫았다 하는 실시간의 동작에 의해 원하고자 하는 조사영역의 공간을 다양하게 연출하여, 개방된 상기 공간을 통해서만 방사선을 투과시켜 세기를 조절하게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 다층 연계구조로 된 방사선 치료용 콜리메이터에 의한 방사선 조사영역의 위치를 실시간으로 다양한 다른 위치로 움직여주는 모습을 보여주는 사시도를 도시한 것이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 콜리메이터는 R4에서 R1으로 되는 방사선의 세기 조절 기능뿐만 아니라 실시간으로 조사 영역의 이동 또한 가능하다. 즉 조사영역이 되는 공간의 모양이 유지되다가도 특정 시간에 상기 공간의 모양이 실시간으로 변경되어야 할 때, 제어부의 층별 제어에 따라 픽셀 보드층(1)의 각 층의 픽셀덮개(5)가 개방되는 위치가 순간적으로 이동하여 공간의 모양은 물론 위치가 변경되고 유지되는 것이 지속적으로 가능함으로써 실시간의 방사선 치료계획에 적용이 가능하다.

이와 같이 본 발명의 콜리메이터는 기존의 방식인 ?(leaf) 방식이 아닌 영상에서 쓰이는 픽셀의 개념을 도입했을 뿐만 아니라 다층 구조의 연계 방식을 도입한 것이다. 이는 방사선 선량을 타켓에 전달하고자 할 때 복잡한 모양 구조 형성에 있어서 뿌리모양이나 도넛 모양 등의 복잡한 형태를 픽셀덮개의 개별적인 개폐에 의해 픽셀 단위로 처리하게 된다. 또한 선량의 세기 조절이 층 구조로 되어있어 실시간으로 유지되는 형태에 한해 다층의 픽셀덮개의 개폐 여부에 따라 동시에 세기 조절이 가능하도록 되어 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 다층 연계구조로 된 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 : 픽셀 보드층 1a,1b,1c : 픽셀 보드층(1)의 각 층
2 : 전원부 3 : 고정프레임
4 : 제어부 5 : 픽셀덮개
6 : 힌지축 7 : 픽셀보드
8 : 보호커버

Claims (5)

1. 다양한 공간의 형상을 연출하여 치료용 방사선을 투과시키는 조사영역을 구성하는 콜리메이터에 있어서,
   판 상에 설치되는 고정프레임;
   상기 고정프레임 내에서 일정간격을 두고 다층으로 적층되어 고정되며, 각각의 층은 일체로 형성된 격자형태로 구성되어 상기 격자형태의 각 격자가 픽셀덮개로 개폐되는 픽셀 보드층;
   상기 고정프레임의 양측에 설치되어 픽셀 보드층의 각 픽셀덮개의 동작을 개별적으로 층별 제어하도록 한 제어부; 및
   상기 고정프레임의 전측 및 후측에 설치되어 픽셀 보드층의 동작전원을 공급하는 전원부;를 포함하되,
   상기 픽셀 보드층의 각 층은,
   초소형 모터와 연결된 힌지축과 이 힌지축에 일측이 연결된 보드 형태의 픽셀덮개가 일렬로 이어져 각각 배치된 픽셀보드를 폭방향으로 연결하여 구성하며,
   상기 제어부에 의한 초소형 모터의 구동으로 회전하는 힌지축과 연결된 각각의 픽셀덮개를 개별적으로 개폐하도록 한 것을 특징으로 하는 다층 연계구조로 된 방사선 치료용 콜리메이터.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 픽셀 보드층의 픽셀덮개는 0도에서 90도 사이의 각도 범위에서 개폐되는 것을 특징으로 하는 다층 연계구조로 된 방사선 치료용 콜리메이터.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 각 제어부는 방사선 치료기와 연계하여 상기 픽셀 보드층의 각 픽셀덮개를 층별 제어하는 것을 특징으로 하는 다층 연계구조로 된 방사선 치료용 콜리메이터.
5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 각 제어부의 둘레에 설치되는 보호커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 연계구조로 된 방사선 치료용 콜리메이터.

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