KR101604976B1 - Ｍｒｉ 유도 기반 다중 선형 가속기를 이용한 치료 시스템 및 이의 제어 방법 - Google Patents

Ｍｒｉ 유도 기반 다중 선형 가속기를 이용한 치료 시스템 및 이의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

MRI(Magnetic Resonance Imaging) 유도 기반 선형 가속기를 이용한 치료 시스템에 있어서, 대상체가 위치되는 영역에 자기장을 형성하는 서로 분리된 형태의 복수의 마그네틱 코일(split-type magnetic coil)을 포함하는 MRI 장치; 복수의 마그네틱 코일이 분리된 공간에 위치하며, MRI 장치 내부에 위치되는 대상체로 엑스선을 방사하는 제 1 선형 가속기와 제 2 선형 가속기; RF 소스로부터 제공되는 RF 신호를 분할하여 RF 신호로부터 분할된 제 1 RF 신호를 제 1 선형 가속기로 전달하고, RF 신호로부터 분할된 제 2 RF 신호를 제 2 선형 가속기로 전달하는 RF 신호 전달부; 및 제 1 RF 신호와 제 2 RF 신호의 세기 비율을 조절하는 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 일 실시예에 따른 치료 시스템이 개시된다.

Description

ＭＲＩ 유도 기반 다중 선형 가속기를 이용한 치료 시스템 및 이의 제어 방법 {THERAPY SYSTEM USING MAGNETIC RESONANCE IMAGING GUIDED MULTY LINEAR ACCELERATOR AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 의료 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 MRI(Magnetic Resonance Imaging) 유도 기반 다중 선형 가속기를 이용한 치료 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
최근 암환자의 지속적인 증가와 함께 효과적인 암 치료를 위한 다양한 방법들이 사용되고 있다. 그 중에서도 특히 비침습적이며 환자의 고통을 줄여줄 수 있는 방사선 치료가 각광을 받고 있으며, 기존의 수술 및 항암제 치료와 함께 병행되어 암 치료 및 암세포 전이 예방에 효과적으로 사용되고 있다.
이러한 방사선 치료에는 의료 영상 장비가 융합된 영상 유도 방사선 치료가 주류를 이루고 있으며, 이와 관련되어 엑스선을 이용한 영상 장비가 주로 활용되고 있다. 엑스선을 이용한 의료 영상 장비 중 CT(Computed Tomography) 장치는 종양의 좌표를 구하기 용이하고, 촬영 시간이 빠를 뿐만 아니라 장비 가격이 비교적 저렴하여 널리 이용되고 있다.
그러나, CT 촬영을 통한 방사선 치료는 환자에게 과도한 방사선을 가한다는 문제점이 존재한다. 또한, CT 장치는 연부조직(soft tissue)에 대한 대조도가 낮아 종양의 정확한 위치를 판단하기 위해 환자의 몸에 조영제를 투과하여야 하는데, 조영제의 투과에 따른 부작용 사례가 빈번하게 나타나고 있어 조영제의 사용이 꺼려지고 있는 실정이다.
CT 장치를 이용한 방사선 치료상의 문제를 해결하기 위해 MRI(Magnetic Resonance Imaging) 유도 기반 방사선 동위 원소인 코발트(60Co)를 이용한 융합 시스템이 제안되었으나 이는 방사선량이 고정되어 있을 뿐만 아니라 방사선량 또한 낮아 대상체로의 침투력이 떨어지며 이로 인해 피부 손상을 유발함은 물론 방사선 동위 원소의 관리상의 어려움이 수반된다는 문제가 있다.
또한, MRI 장치와 선형 가속기를 융합한 다양한 형태의 MR-LINAC 시스템이 제안되고 있으나 대부분 두 기기를 분리하여 개발하는 방향으로 진행되고 있고, 이러한 분리 방식의 경우 환자의 MRI 영상을 획득한 후 방사선 치료를 위해 환자를 선형 가속기(Linear accelerator: Linac)로 이동시키는 동안의 시간이 소요됨으로써 환자의 움직임 및 종양의 위치 변화가 발생하여 정확한 방사선 치료를 할 수 없다는 문제가 있다.
이에 따라, 최근 MRI 장치와 선형 가속기가 일체형 구조를 가진 MRI-LINAC 시스템이 제안되고 있으나 대부분 MRI 장치에 바로 선형 가속기를 결합함으로써 MRI 장치에 의해 형성되는 자기장에 따른 선형 가속기 동작의 오류 또는 치료를 위한 선형 가속기의 모션(motion)에 따른 MRI 장치 내부의 자기장 왜곡이 발생할 수 있다.
특히, MRI 장치에서 유도된 자기장에 따른 로렌츠 힘(Lorenz force)에 의해 선형 가속기 내의 전자 가속에 문제가 발생하며 이는 전자를 발생시키는 전자총(Electron gun)에 가장 많은 영향을 주게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해 선형 가속기에 의해 방사되는 엑스선을 MRI 장치에 투과시킴으로써 대상체로 엑스선을 조사하는 방법 등이 제안되고 있으나 몇 겹의 메탈 구조물로 된 MRI 장치를 투과함에 따라 산란되는 엑스선의 제어가 불가능하여 인체에 매우 위험할 수 있다. 또한, 기존 MRI 장치를 사용함에 따라 MRI 장치의 중심과 선형 가속기 사이의 거리가 멀어 환자의 표적(target)에 도달되는 엑스선의 선량(dose)이 매우 작아진다는 문제점도 존재한다.
미국 특허출원공개공보 US 2013/0035587호
본 발명의 일 실시예에 따른 MRI 유도 기반 다중 선형 가속기를 이용한 치료 시스템 및 이의 제어 방법은 MRI 장치와 선형 가속기 사이의 자기장의 간섭을 최소화하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 MRI 유도 기반 다중 선형 가속기를 이용한 치료 시스템 및 이의 제어 방법은, 선형 가속기의 엑스선을 다양한 방향에서 대상체로 방사하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 MRI 유도 기반 다중 선형 가속기를 이용한 치료 시스템 및 이의 제어 방법은, 적어도 두 개의 선형 가속기를 이용하여 대상체의 치료를 더욱 효율적으로 수행하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 치료 시스템은,
MRI(Magnetic Resonance Imaging) 유도 기반 선형 가속기를 이용한 치료 시스템에 있어서, 대상체가 위치되는 영역에 자기장을 형성하는 서로 분리된 형태의 복수의 마그네틱 코일(split-type magnetic coil)을 포함하는 MRI 장치; 상기 복수의 마그네틱 코일이 분리된 공간에 위치하며, 상기 MRI 장치 내부에 위치되는 대상체로 엑스선을 방사하는 제 1 선형 가속기와 제 2 선형 가속기; RF 소스로부터 제공되는 RF 신호를 분할하여 상기 RF 신호로부터 분할된 제 1 RF 신호를 상기 제 1 선형 가속기로 전달하고, 상기 RF 신호로부터 분할된 제 2 RF 신호를 상기 제 2 선형 가속기로 전달하는 RF 신호 전달부; 및 상기 제 1 RF 신호와 상기 제 2 RF 신호의 세기 비율을 조절하는 조절부를 포함할 수 있다.
상기 치료 시스템은, 상기 RF 신호 전달부로부터 전달된 상기 제 1 RF 신호를 상기 제 1 선형 가속기로 제공하는 제 1 도파관; 및 상기 RF 신호 전달부로부터 전달된 상기 제 2 RF 신호를 상기 제 2 선형 가속기로 제공하는 제 2 도파관을 더 포함할 수 있다.
상기 치료 시스템은, 상기 제 1 도파관에 연결되어, 상기 MRI 장치의 둘레를 따라 상기 제 1 선형 가속기를 회전시키는 제 1 회전부; 및 상기 제 2 도파관에 연결되어, 상기 MRI 장치의 둘레를 따라 상기 제 2 선형 가속기를 회전시키는 제 2 회전부를 더 포함할 수 있다.
상기 치료 시스템은, 상기 제 1 선형 가속기와 상기 제 1 도파관을 연결하는 제 1 유연 도파로; 및 상기 제 2 선형 가속기와 상기 제 2 도파관을 연결하는 제 2 유연 도파로를 더 포함할 수 있다.
상기 치료 시스템은, 상기 복수의 마그네틱 코일이 분리된 공간에서, 상기 제 1 선형 가속기 및 상기 제 2 선형 가속기와, 상기 MRI 장치 사이를 차폐시키는 자기장 차폐부를 더 포함할 수 있다.
상기 치료 시스템은, 상기 제 1 선형 가속기의 엑스선 방사 방향을 조절하는 제 1 방향 전환부; 및 상기 제 2 선형 가속기의 엑스선 방사 방향을 조절하는 제 2 방향 전환부를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 방향 전환부와 상기 제 2 방향 전환부 각각은, 헥사포드(Hexapod) 시스템을 포함할 수 있다.
상기 MRI 장치는, 상기 분리형 마그네틱 코일을 감싸는 쉴드(shield)를 포함하되, 상기 마그네틱 코일이 분리되는 공간에서의 상기 쉴드의 구조는, 계단 형태일 수 있다.
상기 치료 시스템은, 상기 MRI 장치에 의해 촬영된 상기 대상체의 MRI 영상에 기초하여, 상기 제 1 RF 신호와 상기 제 2 RF 신호의 세기 비율을 결정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 치료 시스템의 제어 방법은,
MRI(Magnetic Resonance Imaging) 유도 기반 선형 가속기를 이용한 치료 시스템의 제어 방법에 있어서, 자기장을 형성하는 서로 분리된 형태의 복수의 마그네틱 코일(split-type magnetic coil)을 포함하는 MRI 장치를 이용하여 대상체에 대한 MRI 영상을 촬영하는 단계; 상기 촬영된 대상체에 대한 MRI 영상에 기초하여, 상기 복수의 마그네틱 코일이 분리된 공간에 위치하는 제 1 선형 가속기와 제 2 선형 가속기 각각의 회전 정도 및 상기 제 1 선형 가속기로부터 방사될 엑스선의 세기와 상기 제 2 선형 가속기로부터 방사될 엑스선의 세기를 결정하는 단계; 및 상기 제 1 선형 가속기로부터 방사될 엑스선의 세기와 상기 제 2 선형 가속기로부터 방사될 엑스선의 세기에 기초하여, RF 소스로부터 제공된 RF 신호를 분할하여 상기 RF 신호로부터 분할된 제 1 RF 신호를 상기 제 1 선형 가속기로 전달하고, 상기 RF 신호로부터 분할된 제 2 RF 신호를 상기 제 2 선형 가속기로 전달하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 MRI 유도 기반 다중 선형 가속기를 이용한 치료 시스템 및 이의 제어 방법은 MRI 장치와 선형 가속기 사이의 자기장의 간섭을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 MRI 유도 기반 다중 선형 가속기를 이용한 치료 시스템 및 이의 제어 방법은, 선형 가속기의 엑스선을 다양한 방향에서 대상체로 방사할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 MRI 유도 기반 다중 선형 가속기를 이용한 치료 시스템 및 이의 제어 방법은, 적어도 두 개의 선형 가속기를 이용하여 대상체의 치료를 더욱 효율적으로 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 치료 시스템의 사시 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 치료 시스템의 RF 신호 전달부 및 RF 소스를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 치료 시스템의 일부분을 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 치료 시스템의 선형 가속기로부터 방사되는 엑스선의 형태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 치료 시스템에 있어서, 계단형 구조를 갖는 MRI 장치의 쉴드를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 치료 시스템의 제어 방법의 순서를 도시하는 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 실시예에서 사용되는 '부'라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '부'들로 더 분리될 수 있다.
본 명세서에서 "영상"은 이산적인 영상 요소들(예를 들어, 2차원 영상에 있어서의 픽셀들 및 3차원 영상에 있어서의 복셀들)로 구성된 다차원(multi-dimensional) 데이터를 의미할 수 있다. 예를 들어, 영상은 MRI 장치에 의해 획득된 대상체의 의료 영상을 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 "대상체(object)"는 사람 또는 동물, 또는 사람 또는 동물의 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체는 간, 심장, 자궁, 뇌, 유방, 복부 등의 장기, 또는 혈관을 포함할 수 있다. 또한, "대상체"는 팬텀(phantom)을 포함할 수도 있다. 팬텀은 생물의 밀도와 실효 원자 번호에 아주 근사한 부피를 갖는 물질을 의미하는 것으로, 신체와 유사한 성질을 갖는 구형(sphere)의 팬텀을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 치료 시스템(100)의 사시 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 치료 시스템(100)은 MRI 장치(110), 제 1 선형 가속기(120) 및 제 2 선형 가속기(130)를 포함할 수 있다.
MRI 장치(110)는 강력한 자력에 의해 발생하는 핵자기 공명이라는 물리적 현상을 응용하여 정자장 내에 놓인 조직의 수소 원자핵 변화를 영상화함으로써 방사선에 의한 피폭 없이도 높은 조직 대조도(contrast)를 갖는 대상체에 대한 임의 방향에서의 단층 영상을 얻을 수 있는 장치이다.
MRI 장치(110)는 대상체가 위치되는 영역(R)기장을 형성하는 복수의 마그네틱 코일(112)을 포함한다. 대상체는 카우치(114)에 의해 지지되어 MRI 장치(110) 내부의 영역(R)에 위치할 수 있다.
복수의 마그네틱 코일(112)은 소정 너비의 분리 공간을 형성하는 분리된 형태일 수 있다. 마그네틱 코일(112)은 대상체에 포함된 원자핵들의 자기 쌍극자 모멘트(magnetic dipole moment)의 방향을 일정한 방향으로 정렬하기 위한 정자기장 또는 정자장(static magnetic field)을 생성하는 주 마그네틱 코일(main magnetic coil), 서로 직교하는 X축, Y축 및 Z축 방향의 경사자장을 발생시키는 경사 마그네틱 코일(Gradient magnetic coil) 및 대상체에게 RF 신호를 조사하고, 대상체로부터 방출되는 RF 신호를 수신하는 RF 마그네틱 코일(radio frequency magnetic coil)을 포함할 수 있다.
제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130)는 복수의 마그네틱 코일(112)이 분리된 공간에 위치된다. 제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130)는 MRI 장치(110) 내부 공간(R)에 위치하는 대상체로 엑스선을 방사한다. 제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130)는 전자총(electron gun)에서 발생한 전자를 가속관에서 가속시켜 금속에 충돌시킴으로써 엑스선을 발생시키고, 엑스선을 대상체의 관심 영역에 방사하는 장치로서, 구체적으로는 물리적으로 연결되는 제 1 도파관(122) 및 제 2 도파관(132)을 통해 전자 내지 전자빔 가속을 위한 RF(Ridio Frequency) 신호를 제공받아 엑스선을 발생시키고, 엑스선을 대상체의 MRI 영상에 기초하여 수립되는 치료 계획에 따라 대상체의 관심 영역을 향해 방사할 수 있다.
제 1 선형 가속기(120)는 제 1 도파관(122)에 연결된 제 1 회전부(124)로부터 전달되는 회전력에 의해 MRI 장치(110)의 둘레를 따라 회전할 수 있고, 제 2 선형 가속기(130)는 제 2 도파관(132)에 연결된 제 2 회전부(134)로부터 전달되는 회전력에 의해 MRI 장치(110)의 둘레를 따라 회전할 수 있다. 제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130)는 서로 독립적으로 회전할 수 있다.
제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130) 각각으로부터 방사되는 엑스선의 세기는 사용자에 의해 조절될 수 있다. 제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130)로부터 방사되는 엑스선의 세기는 제 1 선형 가속기(120)로 주입되는 제 1 RF 신호의 세기와 제 2 선형 가속기(130)로 주입되는 제 2 RF 신호의 세기에 따라 결정되는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 치료 시스템(100)은 제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130)로 주입되는 제 1 RF 신호와 제 2 RF 신호의 세기 비율을 조절함으로써 제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130)로부터 방사되는 엑스선의 세기를 제어할 수 있다. 이에 대해서는 도 2를 참조하여 자세히 설명된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 치료 시스템(100)은 지지부(150), 자기장 차폐부(140) 및 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
지지부(150)는 제 1 회전부(124)와 제 2 회전부(134)를 지지하며, 뒤에서 살펴볼 바와 같이 지지부(150)는 제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130)로 공급될 RF 신호를 제공하는 RF 소스를 포함할 수도 있다.
자기장 차폐부(140)는 복수의 마그네틱 코일(112)이 분리된 공간에서 제 1 선형 가속기(120) 및 제 2 선형 가속기(130)와, MRI 장치(110) 사이를 차폐한다.
자기장 차폐부(140)는 MRI 장치(110)에 의해 형성되는 자기장이 제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130)의 전자총 및 캐비티(Cavity) 내의 전자에 미치는 영향을 최소화하고, 제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130)의 모션(motion)에 의한 MRI 장치(110)의 자기장의 왜곡을 최소화하기 위한 것이다.
이때, 자기장 차폐부(140)는 MRI 장치(110)의 마그네틱 코일(112)이 분리되는 공간에 위치하는 제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130)의 엑스선이 방사되는 부분 및 제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130) 각각이 제 1 도파관(122) 및 제 2 도파관(132)과 연결되는 부분을 제외한 제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130)의 나머지 외관을 감싼 형태로 구현될 수 있다.
자기장 차폐부(140)는 정제된 순수한 철(Purified iron)과 같은 투자율이 매우 높은 물질에 의해 제작된 수동 차폐막 또는 전류를 흘려 외부로 나가는 자기장을 상쇄시키는 능동 차폐막을 포함할 수 있다.
제어부는 마이크로 프로세서로 구성될 수 있고, 도 1에 도시된 치료 시스템(100)과 연결되어 치료 시스템(100)의 동작을 제어하는 중앙 컴퓨터에 포함될 수도 있다. 제어부는 MRI 장치(110)에 의해 촬영된 대상체의 MRI 영상에 기초하여 제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130) 각각의 회전 정도 및 상기 제 1 선형 가속기(120)로부터 방사될 엑스선의 세기와 상기 제 2 선형 가속기(130)로부터 방사될 엑스선의 세기를 결정할 수 있다.
제어부는 RF 마그네틱 코일을 통해 RF 신호를 수신하고, 이를 재구성하여 영상화시키는 과정으로 대상체의 MRI 영상을 생성할 수 있으며, 제어부는 MRI 영상에 기초하여 대상체의 치료 계획을 수립하고, 수립된 치료계획에 따라 제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130)의 구체적 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 MRI 영상에 기초하여 대상체의 관심 영역을 결정하고, 결정된 관심 영역으로 엑스선을 방사할 수 있도록 제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130)의 회전 정도를 결정할 수 있다. 또한, 제어부는 대상체의 관심 영역에 포함된 암 세포를 치료하기에 적절한 제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130)의 엑스선 세기를 결정할 수도 있다.
한편, 제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130)의 회전 모션(motion)의 수행으로 인하여 발생할 수 있는 MRI 장치(110)의 자기장 왜곡을 방지하고, 회전 모션 수행 간 발생하는 열, 소음을 최소화하며 나아가 회전에 따르는 하중의 부담을 덜어주기 위하여 제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130)의 구성 요소 중 자기장 왜곡을 발생시키는 구성요소 또는 주변기기 예컨대, 고압 전원 장치, 냉각 장치 등은 제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130)의 회전 모션에 따라 함께 회전하지 않도록 외부에 별도로 구비될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 치료 시스템(100)의 RF 신호 전달부(170) 및 RF 소스(160)를 도시하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 치료 시스템(100)의 RF 신호 전달부(170)는 제 1 회전부(124)와 제 2 회전부(134) 내부에 위치될 수 있고, RF 소스(160)는 지지부(150) 내부에 위치될 수 있다. 또한, 구현예에 따라 RF 신호 전달부(170) 및 RF 소스(160)는 제 1 회전부(124), 제 2 회전부(134) 및 지지부(150) 외부에 위치되어 제 1 도파관(122)과 제 2 도파관(132)으로 RF 신호를 전달하는 것도 가능하다.
RF 소스(160)는 RF 신호 전달부(170)로 RF 신호를 제공한다. RF 신호 전달부(170)는 제 1 선형 가속기(120)를 위한 제 1 도파관(122)과 제 2 선형 가속기(130)를 위한 제 2 도파관(132)에 연결되어 RF 소스(160)로부터 제공된 RF 신호를 제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130)로 전달할 수 있다.
RF 신호 전달부(170)에는 조절부(180)가 구비될 수 있다. 도 2에 도시된 조절부(180)는 A 방향을 따라 상하로 움직일 수 있으며, 조절부(180)의 이동에 따라 RF 신호로부터 분할되는 제 1 RF 신호와 제 2 RF 신호의 세기 비율이 조절될 수 있다. 즉, 조절부(180)가 도 2상에서 아래 방향으로 많이 이동할수록 제 1 RF 신호의 세기가 제 2 RF 신호의 세기보다 커지고, 위 방향으로 많이 이동할수록 제 1 RF 신호의 세기와 제 2 RF 신호의 세기가 비슷해진다.
도 2에 도시된 조절부(180)는 하나의 실시예로서, RF 신호 전달부(170) 중 제 1 RF 신호의 이동 통로와 제 2 RF 신호의 이동 통로 사이의 공간을 가변적으로 차단할 수 있는 다양한 형태의 조절부(180)들이 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 치료 시스템(100)의 일부분을 확대한 도면이다. 도 3은 제 1 선형 가속기(120)와 MRI 장치(110)를 도시하고 있다. 그러나, 이하에서 설명할 내용은 제 2 선형 가속기(130)에도 적용될 수 있다.
도 3를 참조하면, 제 1 선형 가속기(120)는 MRI 장치(110)를 중심으로 그 둘레를 회전하며 다양한 위치에서 엑스선의 방사가 가능하나 이와 더불어 어느 한 지점에서 다양한 각도로 엑스선을 방사할 수 있도록 제 1 선형 가속기(120)와 물리적으로 연결되는 별도의 제 1 방향 전환부(126)가 구비될 수 있다.
상기 제 1 방향 전환부(126)는 헥사포드(Hexapod) 시스템을 포함할 수 있다. 구체적으로 헥사포드 시스템은 제 1 선형 가속기(120)의 상측에 6개의 다리 형태로 접착되어 제어부에 의해 각 다리의 굽힘/펴기 등의 동작 제어가 수행됨으로써 상기 제 1 선형 가속기(120)의 방향을 자유자재로 전환할 수 있게 하며, 이를 통해 제 1 선형 가속기(120)는 제 1 도파관(122)의 회전을 통한 제한된 이동 경로에서도 다양한 각도로 대상체에 엑스선을 방사할 수 있어 제 1 선형 가속기(120)의 엑스선 방사 기능을 극대화할 수 있다. 다만, 제 1 선형 가속기(120)의 방향 전환을 위한 헥사포드 시스템은 하나의 구현예일뿐이며, 제 1 선형 가속기(120)의 엑스선 방사 방향을 조절하기 위한 다양한 시스템이 사용될 수 있다.
한편, 제 1 선형 가속기(120)는 헥사포드 시스템 등의 제 1 방향 전환부(126)와 물리적으로 연결되어 있기 때문에, 제 1 방향 전환부(126)의 동작에 의해 제 1 선형 가속기(120)의 방향이 전환되면 제 1 선형 가속기(120)와 제 1 도파관(122)의 위치 관계가 변화하게 되는데, 이러한 위치 관계 변화에 따른 제 1 선형 가속기(120)와 제 1 도파관(122)의 연결 관계를 안정적으로 구축하기 위하여 제 1 선형 가속기(120)와 제 1 도파관(122)은 그 연결 형태가 자유롭게 변화할 수 있는 제 1 유연 도파로(128)를 통해 연결될 수 있다.
예컨대, 제 1 유연 도파로(128)는 도 3에서 나타낸 바와 같이, 소정 범위 내 길이가 자유롭게 변화할 수 있는 주름진 형태로 구현함으로써, 헥사포드 시스템 등의 제 1 방향 전환부(126)의 작동에 따른 제 1 선형 가속기(120)의 방향 전환이 있더라도 제 1 유연 도파로(128)는 상황에 따라 그 길이가 늘거나 줄어드는 것이 가능하여 제 1 도파관(122)은 이에 영향을 받지 않고 안정적으로 제 1 선형 가속기(120)와 연결될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 치료 시스템(100)의 제 1 선형 가속기(120)로부터 방사되는 엑스선의 형태를 나타내는 도면이다. 제 2 선형 가속기(130)로부터 방사되는 엑스선의 형태도 도 4에 도시된 엑스선의 형태와 동일하다.
도 4를 참조하면, 제 1 선형 가속기(120)로부터 방사되는 엑스선은 콘(cone) 빔 형태를 가지기 때문에 MRI 장치(110)의 마그네틱 코일(112)이 분리되는 공간에서 대상체의 표적(target)과 거리가 멀어질수록 표적에 도달하는 엑스선의 선량(dose)이 급격하게 감소하게 되는데, 이의 해결을 위해 엑스선의 선량을 증대시키게 되면 제 1 선형 가속기(120)의 사양이 높아지고 그 제어가 더욱 어렵게 된다.
반대로, 제 1 선형 가속기(120)는 대상체의 표적에 방사되는 엑스선의 선량을 양호하게 유지하기 위해 대상체의 표적에 가깝게 즉, MRI 장치(110)의 마그네틱 코일(112)이 분리되는 공간(gap)에 깊숙하게 위치하게 되면, 대상체의 표적에 방사되는 엑스선의 선량을 양호하게 유지할 수는 있지만 제 1 선형 가속기(120)를 감싸는 자기장 차폐부(140)의 유입에 의해 MRI 장치(110)의 마그네틱 코일(112)이 분리되는 공간은 더욱 넓어지게 또는 벌어지게 되어 대상체에 대한 균일한 자기장을 형성할 수 없어 결국 정확한 MRI 영상의 생성이 어렵게 된다.
이러한 딜레마를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 치료 시스템(100)은 대상체에 대해 균일한 자기장을 형성하면서도 제 1 선형 가속기(120)로부터 방사되어 대상체에 도달하는 엑스선 선량을 양호하게 유지할 수 있도록 MRI 장치(110)의 마그네틱 코일(112) 구조 및 이를 감싸는 외부 쉴드(shied)의 구조를 계단 형태로 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 계단형 구조를 갖는 MRI 장치(110)의 쉴드를 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 MRI 장치(110)는 대상체에 대해 균일한 자기장을 형성하면서도 제 1 선형 가속기(120)의 대상체에 도달하는 엑스선 선량을 양호하게 유지하기 위하여 내부의 마그네틱 코일(112)을 계단 형태로 구현함은 물론 상기 마그네틱 코일(112)을 감싸는 쉴드(shield)의 상기 마그네틱 코일(112)이 분리되는 공간에서의 구조를 계단 형태로 구현할 수 있다.
이를 통해, 제 1 선형 가속기(120)는 대상체의 표적에 근접하여 엑스선을 방사할 수 있어 양호한 엑스선 선량을 유지할 수 있으며, MRI 장치(110)의 마그네틱 코일(112)은 대상체에 대해 균일한 자기장을 형성할 수 있을 정도의 마그네틱 코일(112)간의 간격을 유지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 치료 시스템(100)의 제어 방법의 순서를 도시하는 순서도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 치료 시스템(100)의 제어 방법은 도 1에 도시된 치료 시스템(100)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도 1에 도시된 치료 시스템(100)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 6의 치료 시스템(100)의 제어 방법에도 적용됨을 알 수 있다.
S610 단계에서, 치료 시스템(100)은 자기장을 형성하는 서로 분리된 형태의 복수의 마그네틱 코일(split-type magnetic coil)(112)을 포함하는 MRI 장치(110)를 이용하여 대상체에 대한 MRI 영상을 촬영한다.
S620 단계에서, 치료 시스템(100)은, 촬영된 대상체에 대한 MRI 영상에 기초하여, 상기 복수의 마그네틱 코일(112)이 분리된 공간에 위치하는 제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130) 각각의 회전 정도를 결정한다. 구체적으로, 치료 시스템(100)은 MRI 영상에 기초하여 대상체의 관심 영역을 결정하고, 결정된 관심 영역으로 엑스선을 방사할 수 있도록 제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130)의 회전 정도를 결정할 수 있다.
S630 단계에서, 치료 시스템(100)은 촬영된 대상체에 대한 MRI 영상에 기초하여 제 1 선형 가속기(120)로부터 방사될 엑스선의 세기와 제 2 선형 가속기(130)로부터 방사될 엑스선의 세기를 결정한다. 구체적으로, 치료 시스템(100)은 MRI 영상으로부터 결정된 대상체의 관심 영역에 포함된 암 세포를 치료하기에 적절한 제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130)의 엑스선 세기를 결정할 수 있다.
S640 단계에서, 치료 시스템(100)은 제 1 선형 가속기(120)로부터 방사될 엑스선의 세기와 제 2 선형 가속기(130)로부터 방사될 엑스선의 세기에 기초하여, RF 소스(160)로부터 제공된 RF 신호를 분할하여 RF 신호로부터 분할된 제 1 RF 신호를 제 1 선형 가속기(120)로 전달하고, RF 신호로부터 분할된 제 2 RF 신호를 제 2 선형 가속기(130)로 전달한다.
또한, 치료 시스템(100)은, S620 단계에서 결정된 제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130) 각각의 회전 정도에 따라 제 1 선형 가속기(120)와 제 2 선형 가속기(130)를 회전시킬 수도 있다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.
상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 치료 시스템
110: MRI 장치
112: 마그네틱 코일
114: 카우치
120: 제 1 선형 가속기
122: 제 1 도파관
124: 제 1 회전부
126: 제 1 방향 전환부
128: 제 1 유연 도파로
130: 제 2 선형 가속기
132: 제 2 도파관
134: 제 2 회전부
140: 자기장 차폐부
150: 지지부
160: RF 소스
170: RF 신호 전달부
180: 조절부

Claims (11)

  1. MRI(Magnetic Resonance Imaging) 유도 기반 선형 가속기를 이용한 치료 시스템에 있어서,
    대상체가 위치되는 영역에 자기장을 형성하는 서로 분리된 형태의 복수의 마그네틱 코일(split-type magnetic coil)을 포함하는 MRI 장치;
    상기 복수의 마그네틱 코일이 분리된 공간에 위치하며, 상기 MRI 장치 내부에 위치되는 대상체로 엑스선을 방사하는 제 1 선형 가속기와 제 2 선형 가속기;
    제 1 RF 신호를 제 1 도파관을 통해 상기 제 1 선형 가속기로 전달하고, 제 2 RF 신호를 제 2 도파관을 통해 상기 제 2 선형 가속기로 전달하는 RF 신호 전달부;
    상기 제 1 도파관에 연결되어, 상기 MRI 장치의 둘레를 따라 상기 제 1 선형 가속기를 회전시키는 제 1 회전부; 및
    상기 제 2 도파관에 연결되어, 상기 MRI 장치의 둘레를 따라 상기 제 2 선형 가속기를 회전시키는 제 2 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 치료 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 RF 신호와 상기 제 2 RF 신호는,
    RF 소스로부터 제공되는 RF 신호로부터 분할된 것이며,
    상기 치료 시스템은,
    상기 제 1 RF 신호와 상기 제 2 RF 신호의 세기 비율을 조절하는 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치료 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 치료 시스템은,
    상기 제 1 선형 가속기와 상기 제 1 도파관을 연결하는 제 1 유연 도파로; 및
    상기 제 2 선형 가속기와 상기 제 2 도파관을 연결하는 제 2 유연 도파로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치료 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 치료 시스템은,
    상기 복수의 마그네틱 코일이 분리된 공간에서, 상기 제 1 선형 가속기 및 상기 제 2 선형 가속기와, 상기 MRI 장치 사이를 차폐시키는 자기장 차폐부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치료 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 치료 시스템은,
    상기 제 1 선형 가속기의 엑스선 방사 방향을 조절하는 제 1 방향 전환부; 및
    상기 제 2 선형 가속기의 엑스선 방사 방향을 조절하는 제 2 방향 전환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치료 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제 1 방향 전환부와 상기 제 2 방향 전환부 각각은,
    헥사포드(Hexapod) 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 치료 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 MRI 장치는,
    상기 분리된 형태의 복수의 마그네틱 코일을 감싸는 쉴드(shield)를 포함하되,
    상기 복수의 마그네틱 코일이 분리되는 공간에서의 상기 쉴드의 구조는, 계단 형태인 것을 특징으로 하는 치료 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 치료 시스템은,
    상기 MRI 장치에 의해 촬영된 상기 대상체의 MRI 영상에 기초하여, 상기 제 1 RF 신호와 상기 제 2 RF 신호의 세기 비율을 결정하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치료 시스템.
  10. MRI(Magnetic Resonance Imaging) 유도 기반 선형 가속기를 이용한 치료 시스템의 제어 방법에 있어서,
    자기장을 형성하는 서로 분리된 형태의 복수의 마그네틱 코일(split-type magnetic coil)을 포함하는 MRI 장치를 이용하여 대상체에 대한 MRI 영상을 촬영하는 단계;
    상기 촬영된 대상체에 대한 MRI 영상에 기초하여, 상기 복수의 마그네틱 코일이 분리된 공간에 위치하는 제 1 선형 가속기와 제 2 선형 가속기 각각의 회전 정도를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 회전 정도에 따라 상기 제 1 선형 가속기와 상기 선형 가속기 각각을 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어 방법은,
    상기 촬영된 대상체에 대한 MRI 영상에 기초하여 상기 제 1 선형 가속기로부터 방사될 엑스선의 세기와 상기 제 2 선형 가속기로부터 방사될 엑스선의 세기를 결정하는 단계; 및
    상기 제 1 선형 가속기로부터 방사될 엑스선의 세기와 상기 제 2 선형 가속기로부터 방사될 엑스선의 세기에 기초하여, RF 소스로부터 제공된 RF 신호를 분할하여 상기 RF 신호로부터 분할된 제 1 RF 신호를 상기 제 1 선형 가속기로 전달하고, 상기 RF 신호로부터 분할된 제 2 RF 신호를 상기 제 2 선형 가속기로 전달하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
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