KR101674529B1 - 다엽 콜리메이터 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 치료용 빔 조사 장치에서 마스터제어기, 슬레이브제어기, 드라이버 장치의 계층적 제어 구조를 갖고 다엽 콜리메이터에 대한 이중화 제어 및 광신호와 광센서를 이용한 장치 보호가 가능하도록 한 다엽 콜리메이터 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 사용자 인터페이스 컴퓨터에 연결되고, 중앙제어장치영역인 MCU(Micro Controller Unit) 및 프로그래머블 논리영역인 FPGA(Field Programmable Gate Array)이 각각 복수 개의 칩셋으로 구성되어 이중화 제어를 수행하는 마스터제어기;상기 마스터제어기의 제어에 의해 다엽 콜리메이터에 이동 제어신호를 전달하는 복수 개의 슬레이브제어기;각 슬레이브제어기에서 전달된 제어신호를 바탕으로 구동신호를 발생하고, 광센서로부터 오차를 확인하여 보정하는 드라이버 장치;상기 드라이버 장치에 의해 이동이 제어되어 조사되는 빔의 형상 및 위치를 변경하는 다엽 콜리메이터;를 포함하는 것이다.

Description

다엽 콜리메이터 제어 장치 및 방법{System and Method for controlling Multileaf collimator}

본 발명은 치료용 빔 조사 장치에 관한 것으로, 구체적으로 마스터제어기, 슬레이브제어기, 드라이버 장치의 계층적 제어 구조를 갖고 다엽 콜리메이터에 대한 이중화 제어 및 광신호와 광센서를 이용한 장치 보호가 가능하도록 한 다엽 콜리메이터 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 방사선은 암과 같은 인체의 질병 치료에 널리 사용된다.

특히 양성자와 탄소와 같은 입자 방사선은 고속으로 가속된 상태에서 인체의 특정부위에 입사될 경우, 그 에너지의 세기에 따라 피부로부터 특정 부위에 입사됨으로서, 인체의 특정 부위에 존재하는 암세포에 선택적으로 방사선이 흡수되도록 조사할 수 있다.

이와 같이 건강한 세포에는 손상을 주지 않고 암 세포만 괴사시킬 수 있는 입자 방사선의 특성을 기반으로 방사선 조사를 할 경우, 입자 방사선의 입사 에너지를 정밀하게 조절할 필요가 있다.

종양의 성공적인 방사선 치료를 위해서는 종양에 조사되는 방사선의 위치가 정확해야 하며, 계획된 방사선량과 실제 투여된 방사선량이 일치하여야 한다.

종양에 대한 정확한 방사선 조사를 위해서는 여러 가지 변위 오차를 줄여야 한다. 환자의 인체와 관련하여 생기는 변위 오차에는 크게 3가지로 분류할 수 있으며 그 종류는 자세관련 장기움직임 오차, 사이 분획 장기움직임 오차, 내부분획 장기움직임 오차로 분류된다.

자세관련 장기움직임 오차는 환자가 치료받을 때 서 있거나 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 줄일 수 있다.

사이 분획 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 사이 분획 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 주변 장기들의 위치 변화가 발생하는 것이다. 이 오차는 살아있는 사람에게 있어서 생리적으로 발생할 수밖에 없으며, 그 움직임이 빈번하고, 특히 호흡에 의한 경우에 그 변동폭이 커서 횡격막을 포함한 호흡 움직임에 영향을 받는 해당장기들에 있어서 위치 변화가 크게 문제된다.

이와 같은 내부분획 장기움직임 오차를 제거하기 위해서는 호흡에 따른 외부 해부학적 움직임을 추적하여 그에 따른 내부 장기의 특정부분의 위치변화를 반영하여 상기 특정부분에만 방사선이 조사되도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 환자의 치료부위를 방사선으로 치료를 하는 과정에 있어서 최대한 정상 조직을 보호하기 위해 차폐물을 제작한 후 실제 치료 시 방사선치료기에 차폐물을 부착하여 방사선을 조사한다.

이와 같은 차폐체의 하나로 다엽 콜리메이터(MLC, multi-leaf collimator)가 있다.

이와 같은 다엽 콜리메이터의 제어는 치료용 빔 조사 장치의 활용에 아주 중요한 것으로 정밀하고 안전한 제어가 필요하다.

그러나 종래 기술의 다엽 콜리메이터 제어 시스템은 치료용 장치에 적용하기에는 안전 측면에서 다음과 같은 문제가 있다.

먼저, 제어 장치와 다엽 콜리메이터가 물리적으로 연결되어 있어 치료 과정에서 콜리메이터에 입자빔이 충돌하는 것에 의한 고전압 발생에 의해 제어 장치가 손상되는 문제가 있어 치료 도중에 장치의 제어가 불가능해지는 문제가 있다.

또한, 종래 기술의 콜리메이터 제어의 경우에는 모터와 같은 축을 사용하여 콜리메이터의 크기를 엔코더 크기보다 작게 할 수 없는 구조여서 세밀한 제어(high resolution) 및 정확도 향상(high accuracy)에 한계가 있다.

대한민국 공개특허번호 제10-2010-0074566호 대한민국 공개특허번호 제10-2011-0100527호

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 다엽 콜리메이터 제어 시스템의 문제를 해결하기 위한 것으로, 마스터제어기, 슬레이브제어기, 드라이버 장치의 계층적 제어 구조를 갖고 다엽 콜리메이터에 대한 이중화 제어를 통하여 안전 제어가 가능하도록 한 다엽 콜리메이터 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 중앙제어장치 영역인 MCU(Micro Controller Unit) 및 프로그래머블 논리영역인 FPGA(Field Programmable Gate Array)에서 이중화 제어를 수행하여 페일 세이프(fail-safe) 및 이중감시에 의한 안전기반 제어가 가능하도록 한 다엽 콜리메이터 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 안전규격인 IEC 61508 에 준하는 개념으로 제어 장치를 사용하고, 중앙제어장치인 MCU와 인터페이스 담당을 하는 FPGA를 2개 이상의 칩셋으로 구성하여 이중화 제어를 수행하여 치료장치에서의 장비 제어가 안전을 기반으로 이루어지도록 한 다엽 콜리메이터 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 광센서 및 광신호변환부를 사용하여 콜리메이터와 제어장치를 물리적으로 분리시켜 고전압 발생에 의한 제어장치의 손상을 막을 수 있도록 한 다엽 콜리메이터 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 광센서를 사용하여 필름의 형태로 콜리메이터의 위치를 읽을 수 있어 콜리메이터를 더 작게 제작하여 공간 활용성을 높이고, 이를 통한 세밀한 제어(high resolution) 및 정확도 향상(high accuracy)이 가능하도록 한 다엽 콜리메이터 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다엽 콜리메이터 제어 장치는 사용자 인터페이스 컴퓨터에 연결되고, 중앙제어장치 영역인 MCU(Micro Controller Unit) 및 프로그래머블 논리영역인 FPGA(Field Programmable Gate Array)이 각각 복수 개의 칩셋으로 구성되어 이중화 제어를 수행하는 마스터제어기;상기 마스터제어기의 제어에 의해 다엽 콜리메이터에 이동 제어신호를 전달하는 복수 개의 슬레이브제어기;각 슬레이브제어기에서 전달된 제어신호를 바탕으로 구동신호를 발생하고, 광센서로부터 오차를 확인하여 보정하는 드라이버 장치;상기 드라이버 장치에 의해 이동이 제어되어 조사되는 빔의 형상 및 위치를 변경하는 다엽 콜리메이터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 마스터제어기는, 서로 신호를 주고받아 이중화 제어를 수행하기 위하여 각각 복수 개의 칩셋으로 구성되는 중앙제어장치영역인 MCU 및 프로그래머블 논리영역인 FPGA를 구비하고, FPGA에 연결되어 사용자 인터페이스 컴퓨터와 입출력 신호를 주고 받는 제 1 입출력 광학 인터페이스 및 슬레이브제어기와 입출력 신호를 주고 받는 제 2 입출력 광학 인터페이스와, MCU에 연결되어 사용자 인터페이스 컴퓨터와 데이터 통신을 하는 제 1 데이터 통신 인터페이스 및 슬레이브제어기와 데이터 통신을 하는 제 2 데이터 통신 인터페이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 광센서를 통하여 다엽 콜리메이터를 제어하기 위하여, 모터와 구동부를 드라이버 장치로부터 물리적으로 분리하기 위한 장치로 제어 신호의 광전 변환을 수행하는 광신호 변환부와,광신호 변환부를 통하여 전달된 제어신호를 모터가 이동할 수 있는 전력의 형태로 변환하는 구동부와,구동부에서 공급되는 전력에 의해 다엽 콜리메이터가 이동할 수 있도록 구동하는 모터와,다엽 콜리메이터의 일정간격의 눈금을 빛으로 조사하게 되고, 이에 따라 반사된 빛을 받아 전기신호로 변환하여 드라이버 장치에 위치신호를 제공하는 광센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 광신호 변환부는, 드라이버 장치로부터 입력된 제어신호를 광으로 변환하는 수신부와,수신된 광신호를 구동부가 해석할 수 있는 전기신호로 변환하는 송신부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고 광신호 변환부와 광센서에 의해 드라이버 장치와 다엽 콜리메이터가 물리적으로 분리되어 빔 조사시에 발생하는 고전압에 의한 드라이버 장치의 손상이 억제되는 것을 특징으로 한다.

또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다엽 콜리메이터 제어 방법은 사용자 인터페이스 컴퓨터를 통해 주감독 컴퓨터로 다엽 콜리메이터 이동요청 명령을 전달하는 단계;주감독컴퓨터는 전달받은 이동요청 명령을 제어신호로 전환하여 중앙제어장치영역인 MCU와 논리영역인 FPGA를 2개이상의 칩셋으로 이중화 구성이 된 마스터제어기로 신호를 전달하는 단계;마스터제어기에 의해 슬레이브제어기가 다엽 콜리메이터에 이동 제어신호를 전달하는 단계;드라이버 장치가 전달된 제어신호를 바탕으로 모터를 구동하는 단계;광신호 변환과 광센서를 통한 위치감지 및 위치에러 보정을 수행하는 단계;환자치료를 위해 사용되는 입자 방사선의 요구조건에 따라 다엽 콜리메이터가 제어신호에 따른 모터 구동을 통해 특정형상을 구성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 환자치료의 준비, 시작 및 종료까지의 수집된 모든 구동 및 위치데이터는 슬레이브제어기에서 생성되어, 마스터제어기 및 주감독 컴퓨터를 통해 사용자인터페이스 컴퓨터로 전달되고 저장되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 다엽 콜리메이터 제어 장치 및 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 마스터제어기, 슬레이브제어기, 드라이버 장치의 계층적 제어 구조를 갖고 다엽 콜리메이터에 대한 이중화 제어를 통하여 안전 제어가 가능하다.

둘째, 중앙제어장치 영역인 MCU(Micro Controller Unit) 및 프로그래머블 논리영역인 FPGA(Field Programmable Gate Array)에서 이중화 제어를 수행하여 페일 세이프(fail-safe) 및 이중감시에 의한 안전기반 제어가 가능하다.

셋째, 중앙제어장치인 MCU와 인터페이스 담당을 하는 FPGA를 2개 이상의 칩셋으로 구성하여 이중화 제어를 수행하여 치료장치에서의 장비 제어가 안전을 기반으로 이루어지도록 한다.

넷째, 광센서 및 광신호변환부를 사용하여 콜리메이터와 제어장치를 물리적으로 분리시켜 고전압 발생에 의한 제어장치의 손상을 막을 수 있다.

다섯째, 광센서를 사용하여 필름의 형태로 콜리메이터의 위치를 읽을 수 있어 콜리메이터를 더 작게 제작하여 공간 활용성을 높이고, 이를 통한 세밀한 제어(high resolution) 및 정확도 향상(high accuracy)이 가능하다.

도 1a 내지 도 1d는 다엽 콜리메이터 장치의 구성도 및 원형 형상 구현시의 동작 상태 구성도
도 2는 본 발명에 따른 계층적 제어 구조를 갖는 다엽 콜리메이터 제어 시스템의 구성도
도 3은 본 발명에 따른 이중화 제어를 위한 마스터제어기의 상세 구성도
도 4는 본 발명에 따른 광센서 제어를 위한 다엽 콜리메이터 제어 시스템의 상세 구성도
도 5는 본 발명에 따른 다엽 콜리메이터 제어 방법을 나타낸 플로우 차트

이하, 본 발명에 따른 다엽 콜리메이터 제어 장치 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 다엽 콜리메이터 제어 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

도 1a 내지 도 1d는 다엽 콜리메이터 장치의 구성도 및 원형 형상 구현시의 동작 상태 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 계층적 제어 구조를 갖는 다엽 콜리메이터 제어 시스템의 구성도이다.

본 발명은 계층적 제어 구조를 갖고 다엽 콜리메이터에 대한 이중화 제어를 통하여 안전 제어가 가능하도록 한 것으로, 중앙제어장치 영역인 MCU(Micro Controller Unit) 및 프로그래머블 논리영역인 FPGA(Field Programmable Gate Array)에서 이중화 제어를 수행하여 페일 세이프(fail-safe) 및 이중감시에 의한 안전기반 제어가 가능하도록 한 것이다.

이와 같은 본 발명에 따른 다엽 콜리메이터 제어 장치 및 방법의 가장 큰 특징은 중앙제어장치인 MCU와 인터페이스 담당을 하는 FPGA를 2개 이상의 칩셋으로 구성하여 이중화 제어를 수행하고, 광센서 및 광신호 변환부를 사용하여 콜리메이터와 제어장치를 물리적으로 분리시켜 고전압 발생에 의한 제어장치의 손상을 막을 수 있도록 하는 것이다.

본 발명에 따른 다엽 콜리메이터 제어 장치 및 방법은 다엽 콜리메이터를 제어하기 위한 계층적 제어 구조, 단일 상위 제어기와 여러 개의 하위제어기를 갖는 구성, 이중화 제어를 위한 구성, 정확도 및 노이즈 유입 방지 목적을 위한 광센서 적용 제어 구성, 다엽 콜리메이터와 제어장치 일체화 구성 및 콜리메이터 정렬을 위한 교정 방법을 포함한다.

통상적으로 방사선 치료용 다엽 콜리메이터 장치는 도 1a 내지 도 1c에서와 같이, 상하 측에 각각 관통공이 형성된 박스 형태의 프레임(frame)과, 상기 프레임 내부에 수용되고 프레임의 중심부에 대해 좌우 대칭으로 짝을 이루도록 배치되며, 상기 프레임에 대해 각각 슬라이딩 가능하게 설치된 다수의 콜리메이터(collimator) 및 상기 프레임의 전후 방향과, 상기 프레임의 좌우 방향과, 상기 프레임의 상하 방향으로 각각 이동 가능하게 하도록 상기 프레임에 설치된 모션 구동부(motion driving part)를 포함한다.

도 1a 내지 도 1d에 나타낸 다엽 콜리메이터 장치는 본 발명에 따른 다엽 콜리메이터 제어 장치 및 방법을 적용할 수 있는 일 예를 나타낸 것으로 다엽 콜리메이터 장치가 이와 같은 형태로 제한되는 것은 아니다.

도 1c는 다엽 콜리메이터 장치의 모터 및 광신호변환부와 센서를 나타낸 것이고, 도 1d는 다엽 콜리메이터를 제어하여 원형 형상 구현시의 동작 상태 구성을 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 다엽 콜리메이터 제어 장치는 도 2에서와 같이, 다엽 콜리메이터를 제어하기 위한 계층적 제어 구조 및 단일 상위 제어기와 여러 개의 하위제어기를 갖는 구성을 포함한다.

즉, 본 발명에 따른 다엽 콜리메이터 제어 장치는 사용자 인터페이스 컴퓨터(21)에 연결되고, 중앙제어장치 영역인 MCU(Micro Controller Unit) 및 프로그래머블 논리영역인 FPGA(Field Programmable Gate Array)이 각각 복수 개의 칩셋으로 구성되어 이중화 제어를 수행하는 마스터제어기(22)와, 마스터제어기(22)의 제어에 의해 다엽 콜리메이터(28)에 이동 제어신호를 전달하는 복수 개의 슬레이브제어기(23)들과, 각 슬레이브제어기(23)에서 전달된 제어신호를 바탕으로 구동신호를 발생하고, 광센서로부터 오차를 확인 한 후 오차를 보정하는 드라이버 장치(24)와, 드라이버 장치(24)에 의해 이동 제어되어 조사되는 빔의 형상 및 위치를 변경하는 복수 개의 다엽 콜리메이터(28)를 포함한다.

여기서, 마스터제어기(22)는 도 3에서와 같이, 서로 신호를 주고받아 이중화 제어를 수행하기 위하여 각각 복수 개의 칩셋으로 구성되는 중앙제어장치 영역인 MCU(Micro Controller Unit) 및 프로그래머블 논리영역인 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 구비하고, FPGA에 연결되어 사용자 인터페이스 컴퓨터(21)와 입출력 신호를 주고 받는 제 1 입출력 광학 인터페이스 및 슬레이브제어기(23)와 입출력 신호를 주고 받는 제 2 입출력 광학 인터페이스와, MCU에 연결되어 사용자 인터페이스 컴퓨터(21)와 데이터 통신을 하는 제 1 데이터 통신 인터페이스 및 슬레이브제어기(23)와 데이터 통신을 하는 제 2 데이터 통신 인터페이스를 포함한다.

도 3은 본 발명에 따른 이중화 제어를 위한 마스터제어기의 상세 구성도이다.

이와 같이 본 발명에 따른 마스터제어기(22)는 이중화 제어를 위한 구성을 포함하는 것으로, 이와 같은 마스터제어기의 기본 구조는 각 슬레이브제어기에서도 유사하게 구성될 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 마스터제어기(22)는 중앙제어장치 영역인 MCU(Micro Controller Unit) 및 프로그래머블 논리영역인 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 이중화 제어를 수행하기 위하여 각각 복수 개의 칩셋으로 구성하여, 안전규격인 IEC 61508 에 준하는 개념으로 제어 장치를 사용할 수 있도록 한다.

또한, 이중화 제어를 수행하여 페일 세이프(fail-safe) 및 이중감시에 의한 안전기반 제어가 가능하도록 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 다엽 콜리메이터 제어 장치의 드라이버 장치와 조사되는 빔의 형상 및 위치를 변경하는 복수 개의 다엽 콜리메이터 사이의 상세 연결 구조는 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 광센서 제어를 위한 다엽 콜리메이터 제어 시스템의 상세 구성도이다.

먼저, 다엽 콜리메이터에 이동 제어신호를 전달하는 슬레이브제어기(23)와, 슬레이브제어기(23)에서 전달된 제어신호를 바탕으로 구동신호를 발생하고, 광센서로부터 오차를 확인하여 보정하는 드라이버 장치(24)와, 모터(27)와 구동부(26)를 드라이버 장치(24)로부터 물리적으로 분리하기 위한 장치로 제어 신호의 광전 변환을 수행하는 광신호 변환부(25)와, 광신호 변환부(25)를 통하여 전달된 제어신호를 모터가 이동할 수 있는 전력의 형태로 변환하는 구동부(26)와, 구동부(26)에서 공급되는 전력에 의해 다엽 콜리메이터(28)가 적절하게 이동할 수 있도록 구동하는 모터(27)와, 다엽 콜리메이터(28)의 일정간격의 눈금(예를 들어, 10㎛)을 빛으로 조사하게 되고, 이에 따라 반사된 빛을 받아 전기신호로 변환하여 드라이버 장치(24)에 위치신호를 제공하는 광센서(29)를 포함한다.

여기서, 광신호 변환부(25)는 드라이버 장치(24)로부터 입력된 제어신호를 광으로 변환하는 수신부와, 수신된 광신호를 구동부가 해석할 수 있는 전기신호로 변환하는 송신부로 구성된다.

이와 같은 본 발명에 따른 다엽 콜리메이터 제어 장치는 광센서 사용에 따른 다음과 같은 특징을 갖는다.

먼저, 광센서를 사용하는 것에 의해 고전압으로부터 제어 장치를 보호할 수 있다.

콜리메이터에 입자빔이 충돌하면, 콜리메이터는 전위를 띠게 되는데, 이때 발생된 전위는 고전압(예, 1kV이상)을 발생하여 제어 장치와 콜리메이터가 물리적으로 연결되는 경우에는 제어 장치에 손상이 발생한다.

본 발명에서는 광센서 및 광신호 변환부를 사용하여 콜리메이터와 제어장치를 분리시킬 수 있으므로, 제어장치의 손상을 막을 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 다엽 콜리메이터 제어 장치는 광센서 사용에 의해 공간 활용성을 높일 수 있다.

광센서를 사용할 경우, 필름의 형태로 콜리메이터의 위치를 읽게 되어 콜리메이터를 더 작게 제작할 수 있고, 이를 통한 세밀한 제어(high resolution) 및 정확도 향상(high accuracy)이 가능하다.

이와 같은 본 발명에 따른 다엽 콜리메이터 제어 장치의 제어 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 다엽 콜리메이터 제어 방법을 나타낸 플로우 차트이다.

먼저, 사용자 또는 상위제어프로그램에 의해 사용자인터페이스 컴퓨터를 통해 주감독 컴퓨터로 다엽 콜리메이터 이동요청 명령을 전달한다.(S501)

이어, 주감독컴퓨터는 전달받은 이동요청 명령을 제어신호로 전환하여 중앙제어장치영역인 MCU와 논리영역인 FPGA를 2개이상의 칩셋으로 이중화 구성이 된 마스터제어기로 신호를 전달한다.(S502)

그리고 마스터제어기에 의해 슬레이브제어기가 다엽 콜리메이터에 이동 제어신호를 전달한다.(S503)

이어, 드라이버 장치는 전달된 제어신호를 바탕으로 모터를 구동한다.(S504)

그리고 광신호 변환과 광센서를 통한 위치감지 및 위치에러 보정을 수행한다.(S505)

이어, 환자치료를 위해 사용되는 입자 방사선의 요구조건에 따라 다엽 콜리메이터는 제어신호에 따른 모터 구동을 통해 특정형상을 구성한다.(S506)

그리고 환자치료의 준비, 시작 및 종료까지의 수집된 모든 구동 및 위치데이터는 슬레이브제어기에서 생성되어, 마스터제어기 및 주감독 컴퓨터를 통해 사용자인터페이스 컴퓨터로 전달되고 저장된다.(S507)

이상에서와 같은 본 발명에 따른 다엽 콜리메이터 제어 장치 및 방법은 마스터제어기, 슬레이브제어기, 드라이버 장치의 계층적 제어 구조를 갖고 다엽 콜리메이터에 대한 이중화 제어를 통하여 안전 제어가 가능하도록 한 것이다.

특히, 중앙제어장치영역인 MCU(Micro Controller Unit) 및 프로그래머블 논리영역인 FPGA(Field Programmable Gate Array)에서 이중화 제어를 수행하여 페일 세이프(fail-safe) 및 이중감시에 의한 안전기반 제어가 가능하도록 하고, 광센서 및 광신호변환부를 사용하여 콜리메이터와 제어장치를 물리적으로 분리시켜 고전압 발생에 의한 제어장치의 손상을 막고, 광센서를 사용하여 필름의 형태로 콜리메이터의 위치를 읽을 수 있어 콜리메이터를 더 작게 제작하여 공간 활용성을 높일 수 있도록 한 것이다.

이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

21. 사용자 인터페이스 컴퓨터 22. 마스터제어기
23. 슬레이브제어기 24. 드라이버 장치
25. 광신호 변환부 26. 구동부
27. 모터 28. 다엽 콜리메이터

Claims (7)

1. 사용자 인터페이스 컴퓨터에 연결되고, 중앙제어장치영역인 MCU(Micro Controller Unit) 및 프로그래머블 논리영역인 FPGA(Field Programmable Gate Array)이 각각 복수 개의 칩셋으로 구성되어 이중화 제어를 수행하는 마스터제어기;
   상기 마스터제어기의 제어에 의해 다엽 콜리메이터에 이동 제어신호를 전달하는 복수 개의 슬레이브제어기;
   각 슬레이브제어기에서 전달된 제어신호를 바탕으로 구동신호를 발생하고, 광센서로부터 오차를 확인하여 보정하는 드라이버 장치;
   상기 드라이버 장치에 의해 이동이 제어되어 조사되는 빔의 형상 및 위치를 변경하는 다엽 콜리메이터;를 포함하고,
   상기 다엽 콜리메이터를 제어하기 위하여, 모터와 구동부를 상기 드라이버 장치로부터 물리적으로 분리하기 위한 장치로 제어 신호의 광전 변환을 수행하는 광신호 변환부와,광신호 변환부를 통하여 전달된 제어신호를 모터가 이동할 수 있는 전력의 형태로 변환하는 구동부와,구동부에서 공급되는 전력에 의해 다엽 콜리메이터가 이동할 수 있도록 구동하는 모터와,다엽 콜리메이터의 일정간격의 눈금을 빛으로 조사하게 되고, 이에 따라 반사된 빛을 받아 전기신호로 변환하여 드라이버 장치에 위치신호를 제공하는 광센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다엽 콜리메이터 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 마스터제어기는,
   서로 신호를 주고받아 이중화 제어를 수행하기 위하여 각각 복수 개의 칩셋으로 구성되는 중앙제어장치영역인 MCU 및 프로그래머블 논리영역인 FPGA를 구비하고,
   FPGA에 연결되어 사용자 인터페이스 컴퓨터와 입출력 신호를 주고 받는 제 1 입출력 광학 인터페이스 및 슬레이브제어기와 입출력 신호를 주고 받는 제 2 입출력 광학 인터페이스와,
   MCU에 연결되어 사용자 인터페이스 컴퓨터와 데이터 통신을 하는 제 1 데이터 통신 인터페이스 및 슬레이브제어기와 데이터 통신을 하는 제 2 데이터 통신 인터페이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 다엽 콜리메이터 제어 장치.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 광신호 변환부는,
   드라이버 장치로부터 입력된 제어신호를 광으로 변환하는 수신부와,
   수신된 광신호를 구동부가 해석할 수 있는 전기신호로 변환하는 송신부로 구성되는 것을 특징으로 하는 다엽 콜리메이터 제어 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 광신호 변환부와 광센서에 의해 드라이버 장치와 다엽 콜리메이터가 물리적으로 분리되어 빔 조사시에 발생하는 고전압에 의한 드라이버 장치의 손상이 억제되는 것을 특징으로 하는 다엽 콜리메이터 제어 장치.
6. 광센서를 통하여 다엽 콜리메이터를 제어하기 위하여, 모터와 구동부를 드라이버 장치로부터 물리적으로 분리하기 위한 장치로 제어 신호의 광전 변환을 수행하는 광신호 변환부와, 광신호 변환부를 통하여 전달된 제어신호를 모터가 이동할 수 있는 전력의 형태로 변환하는 구동부와, 구동부에서 공급되는 전력에 의해 다엽 콜리메이터가 이동할 수 있도록 구동하는 모터와, 다엽 콜리메이터의 일정간격의 눈금을 빛으로 조사하게 되고, 이에 따라 반사된 빛을 받아 전기신호로 변환하여 드라이버 장치에 위치신호를 제공하는 광센서를 포함하는 다엽 콜리메이터 제어 장치의 제어에 있어서,
   사용자 인터페이스 컴퓨터를 통해 주감독 컴퓨터로 다엽 콜리메이터 이동요청 명령을 전달하는 단계;
   주감독컴퓨터는 전달받은 이동요청 명령을 제어신호로 전환하여 중앙제어장치영역인 MCU와 논리영역인 FPGA를 2개이상의 칩셋으로 이중화 구성이 된 마스터제어기로 신호를 전달하는 단계;
   마스터제어기에 의해 슬레이브제어기가 다엽 콜리메이터에 이동 제어신호를 전달하는 단계;
   드라이버 장치가 전달된 제어신호를 바탕으로 모터를 구동하는 단계;
   광신호 변환과 광센서를 통한 위치감지 및 위치에러 보정을 수행하는 단계;
   환자치료를 위해 사용되는 입자 방사선의 요구조건에 따라 다엽 콜리메이터가 제어신호에 따른 모터 구동을 통해 특정형상을 구성하는 단계;를 포함하고,
   상기 광신호 변환부와 광센서에 의해 드라이버 장치와 다엽 콜리메이터가 물리적으로 분리되어 빔 조사시에 발생하는 고전압에 의한 드라이버 장치의 손상이 억제되도록 하는 것을 특징으로 하는 다엽 콜리메이터 제어방법.
7. 제 6 항에 있어서, 환자치료의 준비, 시작 및 종료까지의 수집된 모든 구동 및 위치데이터는 슬레이브제어기에서 생성되어, 마스터제어기 및 주감독 컴퓨터를 통해 사용자인터페이스 컴퓨터로 전달되고 저장되는 것을 특징으로 하는 다엽 콜리메이터 제어방법.
   

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