KR101682545B1 - 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스캐닝 마그넷과 빔 모니터의 사이에 빔 사이즈를 가변시킬 수 있는 스캐터를 구비하여 빔 조사 영역의 형태 및 상태에 적합한 순서로 빔 사이즈를 가변시켜 조사하여 스캐닝 동작의 효율성을 높인 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 장치 및 방법에 관한 것으로, SMPS(Scanning Magnet Power Supply)에 의한 전력 공급 및 마그넷 코일의 전류 제어에 의해 가속된 입자 빔을 조사하는 스캐닝 마그넷;스캐닝 마그넷 전방에 위치하여 빔 사이즈를 가변하는 스캐터;조사되는 빔의 세기(Beam Intensity),빔 프로파일(Beam Profile) 측정 및 빔 포지션(Beam Position) 계산하고 조사 계획 로딩 및 빔의 세기/빔 포지션 비교를 수행하는 빔 모니터;조사되는 빔의 레인지 가변을 위한 모듈레이터;를 포함하는 것이다.

Description

빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 장치 및 방법{System and Method for Active Scanning with Adjustable Beam Size}
본 발명은 치료용 빔 조사 장치에 관한 것으로, 구체적으로 스캐닝 마그넷과 빔 모니터의 사이에 빔 사이즈를 가변시킬 수 있는 스캐터를 구비하여 빔 조사 영역의 형태 및 상태에 적합한 순서로 빔 사이즈를 가변시켜 조사하여 스캐닝 동작의 효율성을 높인 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 방사선은 암과 같은 인체의 질병 치료에 널리 사용된다. 특히 프로톤과 같은 입자 방사선은 인체의 특정 부위에 존재하는 암세포에 선택적으로 방사선이 흡수되도록 조사할 필요가 있다.
즉, 건강한 세포에는 손상을 주지 않고 암 세포만 괴사시킬 수 있도록 방사선이 조사되어야 하기 때문이다.
입자 방사선은 입자 가속기에 의해 고속으로 가속된 상태로 인체의 특정 부위에 입사된다. 그런데 방사선은 그 에너지의 세기에 따라 피부로부터 특정 깊이에서 최대로 흡수되는 특징이 있다.
따라서, 치료하고자 하는 부위에 효율적으로 방사선을 조사하기 위해서는 방사선의 입사 에너지를 정밀하게 조절할 필요가 있다.
방사선을 이용한 치료 기술 분야에서는 고전적으로 전자가속기를 이용한 전자 빔이나 엑스선, 방사성 동위원소를 활용한 감마선을 주로 이용해왔다. 하지만, 이들은 심부에 위치한 종양을 치료하고자 할 때, 환부 외의 부위에도 심각한 영향을 미칠 수 있어, 정상 부위의 피해를 줄일 수 있는 기술이 지속적으로 개발되고 있다.
로봇기술과 전자가속기가 결합된 사이버나이프와 입자 빔 치료기 등이 현재 적용되고 있는 세계적인 첨단기술들이다.
입자 빔 치료기의 대표적인 원리는 입자 빔을 이용하여 암세포만을 선별적으로 파괴하는 것이다.
입자 빔 치료기의 경우 가속된 입자 빔이 조사된 표적 물질 내에서 브래그 피크(Bragg peak)를 형성한다는 특성을 활용한 것으로서, 조사하고자 하는 표적 영역 내에 적합한 확장된 브래그 피크를 형성하기 위해 다양한 빔 모듈레이션 장치들을 적용하고 있다.
도 1 및 도 2는 일반적인 치료용 빔 조사 장치의 구성을 나타낸 것이다.
SMPS(Scanning Magnet Power Supply)에 의한 전력 공급 및 마그넷 코일의 전류 제어에 의해 가속된 입자 빔을 조사하는(Beam Steering) 스캐닝 마그넷(21)과, 조사되는 빔의 세기(Beam Intensity),빔 프로파일(Beam Profile) 측정 및 빔 포지션(Beam Position) 계산하고 조사 계획 로딩 및 빔의 세기(Beam Intensity)/빔 포지션(Beam Position) 비교를 수행하는 빔 모니터(22)와, 조사 계획 분배 및 조사 계획 대비 차이값 조정을 하는 조사 제어 시스템(Treatment Control System) 및 조사되는 빔의 레인지 가변(Range Variation)을 위한 모듈레이터(23)를 포함한다.
이와 같은 치료용 빔 조사 장치에서의 입자 빔 조사 방법은 크게 액티브(Active) 또는 패시브(Passive) 방식으로 구별되는데, 패시브 방식의 빔 조사 방법은 조사 시간은 상대적으로 짧으나 정상세포에 대한 방사선 조사가 불가피한 문제가 있다.
그리고 액티브 방식의 빔 조사 방법은 정상세포에 대한 빔조사를 최소화 할 수 있으나, 상대적으로 긴 시간 조사 또는 고성능의 빔 Steering 장치가 필요하다.
종래 기술에서는 이와 같은 치료용 빔 조사 장치의 액티브 스캐닝시에 동일 사이즈의 빔을 반복하여 스캔 영역에 조사하는데, 특정 스캔 영역의 빔 조사가 완료되고 나면, 스캔 영역을 이동하여 또 다른 스캔 영역에서 빔 조사가 이루어지는 방식으로 스캐닝이 이루어진다.
이러한 종래 기술에서는 빔 조사 영역이 특정 부분에서 겹쳐지게 되고, 겹쳐진 영역 내의 특정 위치에서는 빔이 여러 번 조사되어 문제를 발생시키게 된다.
특히, 조사되는 빔의 면적이 고정되어 있기 때문에 부피가 큰 종양을 치료하기 위해서는 전체 영역을 모두 스캐닝하기 위하여 많은 횟수의 빔 조사가 필요한데, 반복률에 제한이 있는 빔 조사 장치의 경우에는 적절한 치료가 이루어지지 못하는 문제가 있다.
한국공개특허번호 10-2011-0015986호 한국공개특허번호 10-2013-0074327호
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 치료용 빔 조사 장치의 문제를 해결하기 위한 것으로, 스캐닝 마그넷과 빔 모니터의 사이에 빔 사이즈를 가변시킬 수 있는 스캐터를 구비하는 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 빔 사이즈를 가변시킬 수 있도록 하여 빔 조사 영역의 형태 및 상태에 적합한 순서로 빔 사이즈를 가변시켜 조사하여 스캐닝 동작의 효율성을 높인 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 빔 사이즈를 가변시킬 수 있도록 하여 빔 조사 계획 수립이 용이하고 빔 조사 동작시에 조사 계획 대비 차이값 조정이 단순화되도록 한 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 빔 사이즈를 가변시킬 수 있도록 하여 전체 빔 조사 횟수 및 빔 조사 시간을 단축하고 정상 세포에 가해지는 빔 조사를 효과적으로 억제할 수 있도록 한 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 빔 사이즈를 가변시킬 수 있도록 하여 고성능의 빔 Steering 장치를 사용하지 않고도 고효율의 빔 조사가 가능하도록 한 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 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 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 장치는 SMPS(Scanning Magnet Power Supply)에 의한 전력 공급 및 마그넷 코일의 전류 제어에 의해 가속된 입자 빔을 조사하는 스캐닝 마그넷;스캐닝 마그넷 전방에 위치하여 빔 사이즈를 가변하는 스캐터;조사되는 빔의 세기(Beam Intensity),빔 프로파일(Beam Profile) 측정 및 빔 포지션(Beam Position) 계산하고 조사 계획 로딩 및 빔의 세기/빔 포지션 비교를 수행하는 빔 모니터;조사되는 빔의 레인지 가변을 위한 모듈레이터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 스캐터에 의해 빔의 사이즈를 변화시키는 것에 의해 빔의 세기(Beam Intensity) 및 빔의 레인지(Range)의 변화가 발생하고 그에 따라 모듈레이터 사용 기준이 정해지는 것을 특징으로 한다.
그리고 하나의 전체 빔 조사 영역을 각각의 사이즈가 다른 빔을 사용하는 조사 영역들로 구분하고, 각각의 사이즈가 다른 빔의 조사 순서를 결정하여 스캐터를 통하여 빔 사이즈를 가변시켜 조사하는 동작을 반복하여 전체 빔 조사 영역에 빔을 조사하는 것을 특징으로 한다.
그리고 빔의 조사 순서는 사이즈가 큰 빔부터 조사하고 조사된 영역과 영역들 사이의 조사되지 않은 영역에는 빔 사이즈를 점차 축소시켜 가면서 빔을 조사하는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 방법은 빔 조사 영역의 형태를 판단하는 단계;조사 영역의 형태 및 상태에 따라 각각의 빔 사이즈 및 해당 사이즈 빔의 조사 영역을 결정하는 단계;스캐터를 조정하여 사이즈가 큰 빔부터 조사하고 조사된 영역과 영역들 사이의 조사되지 않은 영역에는 빔 사이즈를 점차 축소시켜 가면서 빔을 조사하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 장치 및 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 스캐닝 마그넷과 빔 모니터의 사이에 빔 사이즈를 가변시킬 수 있는 스캐터를 구비하는 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝을 구현하는 효과가 있다.
둘째, 빔 사이즈를 가변시킬 수 있도록 하여 빔 조사 영역의 형태 및 상태에 적합한 순서로 빔 사이즈를 가변시켜 조사하여 스캐닝 동작의 효율성을 높일 수 있다.
셋째, 빔 사이즈를 가변시킬 수 있도록 하여 빔 조사 계획 수립이 용이하고 빔 조사 동작시에 조사 계획 대비 차이값 조정이 단순화되도록 한다.
넷째, 빔 사이즈를 가변시킬 수 있도록 하여 전체 빔 조사 횟수 및 빔 조사 시간을 단축하고 정상 세포에 가해지는 빔 조사를 효과적으로 억제할 수 있다.
다섯째, 빔 사이즈를 가변시킬 수 있도록 하여 고성능의 빔 Steering 장치를 사용하지 않고도 고효율의 빔 조사가 가능하다.
도 1은 일반적인 치료용 빔 조사 장치의 구성도
도 2는 일반적인 치료용 빔 조사 장치의 구성 블록도
도 3은 본 발명에 따른 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 장치의 구성도
도 4a내지 도 4d는 본 발명에 따른 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 방법을 나타낸 구성도
도 5는 본 발명에 따른 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 방법을 나타낸 플로우 차트
이하, 본 발명에 따른 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 장치 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 장치의 구성도이다.
본 발명은 스캐닝 마그넷과 빔 모니터의 사이에 빔 사이즈를 가변시킬 수 있는 스캐터를 구비하여 빔 조사 영역의 형태 및 상태에 적합한 순서로 빔 사이즈를 가변시켜 조사하여 스캐닝 동작의 효율성을 높인 것으로, 패시브 방식의 빔 조사에서 조사 시간은 상대적으로 짧으나 정상세포에 대한 방사선 조사가 불가피한 문제 및 액티브 방식의 빔 조사에서 정상세포에 대한 빔조사를 최소화할 수 있으나, 상대적으로 긴 시간 조사 또는 고성능의 빔 Steering 장치가 필요한 문제를 해결할 수 있도록 한 것이다.
이를 위한 본 발명에 따른 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 장치는 도 3에서와 같이, SMPS(Scanning Magnet Power Supply)에 의한 전력 공급 및 마그넷 코일의 전류 제어에 의해 가속된 입자 빔을 조사하는(Beam Steering) 스캐닝 마그넷(31)과, 스캐닝 마그넷(31) 전방에 위치하여 빔 사이즈를 가변하는 스캐터(32)와, 조사되는 빔의 세기(Beam Intensity),빔 프로파일(Beam Profile) 측정 및 빔 포지션(Beam Position) 계산하고 조사 계획 로딩 및 빔의 세기(Beam Intensity)/빔 포지션(Beam Position) 비교를 수행하는 빔 모니터(33)와, 조사되는 빔의 레인지 가변(Range Variation)을 위한 모듈레이터(34)를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 장치는 패시브 방식 및 액티브 방식의 조사 특성을 모두 반영하여 영역을 특정 기준으로 구분하여 조사 영역의 크기를 가변시켜 빔을 조사하는 것이다.
스캐터(32)에 의해 빔의 사이즈를 변화시키는 것에 의해 빔의 세기(Beam Intensity) 및 빔의 레인지(Range)의 변화가 발생하고 그에 따라 모듈레이터(34) 사용 기준이 달라진다.
그리고 하나의 전체 빔 조사 영역을 각각의 사이즈가 다른 빔을 사용하는 조사 영역으로 구분하고, 각각의 사이즈가 다른 빔의 조사 순서를 결정하여 스캐터(32)를 통하여 빔 사이즈를 가변시켜 조사하는 동작을 반복하여 전체 빔 조사 영역에 빔을 조사하는 것이다.
빔의 조사 순서는 사이즈가 큰 빔부터 조사하고 조사된 영역과 영역 사이의 영역에는 그보다 작은 사이즈의 빔을 조사하는 것이 바람직하다.
특히, 빔의 조사 순서는 사이즈가 큰 빔부터 조사하고 조사된 영역과 영역들 사이의 조사되지 않은 영역에는 빔 사이즈를 점차 축소시켜 가면서 빔을 조사하는 것이 바람직하다.
이와 같은 빔 조사 과정에서 적정 조사 균일도(Uniformity)를 만족시키기 위하여 동일 사이즈의 빔 조사 영역들이 서로 중첩되거나, 서로 다른 사이즈의 빔 조사 영역들이 서로 중첩될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 장치를 이용한 액티브 스캐닝 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 4a내지 도 4d는 본 발명에 따른 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 방법을 나타낸 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 4a는 본 발명에 따른 스캐터에 의해 가변되는 빔 사이즈의 변화를 나타낸 것으로, 빔 사이즈 가변시의 축소 크기 변화 기준은 특별하게 정해지지 않고 조사 영역의 형태 및 상태에 따라 결정될 수 있다.
그리고 도 4b 내지 도 4d는 빔 조사 영역의 형태(Rectangular Shape)(Elliptical Shape)(Arbitrary Shape) 및 그에 따라 가변되는 사이즈의 빔 조사 영역을 나타낸 것으로, 도면에서와 같은 크기 변화 및 조사 위치로 제한되지 않음은 당연하다.
본 발명에 따른 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 장치를 이용한 액티브 스캐닝 방법은 도 5에서와 같이, 먼저, 빔 조사 영역의 형태를 판단하고(S601), 조사 영역의 형태 및 상태에 따라 제 1 사이즈 빔 조사 영역을 결정한다.(S602)
그리고 결정된 제 1 사이즈 빔 조사 영역을 제외한 다른 영역에 제 1 사이즈보다 작은 제 2 사이즈 빔 조사 영역을 결정한다.(S603)
그리고 제 1,2 사이즈 빔 조사 영역을 제외한 다른 영역에 제 2 사이즈보다 작은 제 n 사이즈 빔 조사 영역을 결정한다.(S604)
이어, 스캐터 조정 후에 빔 모니터 제어 및 모듈레이터 제어를 하고 제 1 사이즈 빔을 제 1 사이즈 빔 조사 영역에 조사한다.(S605)
그리고 제 1 사이즈 빔 조사가 완료되면 스캐터 조정 후에 빔 모니터 제어 및 모듈레이터 제어를 하고 제 2 사이즈 빔을 제 2 사이즈 빔 조사 영역에 조사한다.(S606)
이어, 제 2 사이즈 빔 조사가 완료되면 스캐터 조정 후에 빔 모니터 제어 및 모듈레이터 제어를 하고 제 n 사이즈 빔 조사 영역에 제 n 사이즈 빔을 조사한다.(S607)
이와 같은 본 발명에 따른 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 방법은 하나의 전체 빔 조사 영역을 각각의 사이즈가 다른 빔을 사용하는 조사 영역들로 구분하고, 각각의 사이즈가 다른 빔의 조사 순서를 결정하여 스캐터를 통하여 빔 사이즈를 가변시켜 조사하는 동작을 반복하여 전체 빔 조사 영역에 빔을 조사하는 것이다.
그리고 빔의 조사 순서는 사이즈가 큰 빔부터 조사하고 조사된 영역과 영역들 사이의 조사되지 않은 영역에는 빔 사이즈를 점차 축소시켜 가면서 빔을 조사하는 것이다.
그리고 어느 하나의 사이즈를 갖는 동일 사이즈의 빔 조사 영역들은 서로 중첩되지 않는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 장치 및 방법은 스캐닝 마그넷과 빔 모니터의 사이에 빔 사이즈를 가변시킬 수 있는 스캐터를 구비하여 빔 조사 영역의 형태 및 상태에 적합한 순서로 빔 사이즈를 가변시켜 조사하여 스캐닝 동작의 효율성을 높인 것으로, 패시브 방식 및 액티브 방식의 조사 특성을 모두 반영하여 영역을 특정 기준으로 구분하여 조사 영역의 크기를 가변시켜 빔을 조사하는 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.
31. 스캐닝 마그넷 32. 스캐터
33. 빔 모니터 34. 모듈레이터

Claims (5)

  1. SMPS(Scanning Magnet Power Supply)에 의한 전력 공급 및 마그넷 코일의 전류 제어에 의해 가속된 입자 빔을 조사하는 스캐닝 마그넷;
    스캐닝 마그넷과 빔모니터 사이에 위치하여 빔 사이즈를 가변하는 스캐터;
    조사되는 빔의 세기(Beam Intensity),빔 프로파일(Beam Profile) 측정 및 빔 포지션(Beam Position) 계산하고 조사 계획 로딩 및 빔의 세기/빔 포지션 비교를 수행하는 빔 모니터;
    조사되는 빔의 레인지 가변을 위한 모듈레이터;를 포함하고,
    상기 스캐터에 의해 빔의 사이즈를 변화시키는 것에 의해 빔의 세기(Beam Intensity) 및 빔의 레인지(Range)의 변화가 발생하고 그에 따라 모듈레이터 사용 기준이 정해지고,
    하나의 전체 빔 조사 영역을 각각의 사이즈가 다른 빔을 사용하는 조사 영역들로 구분하고, 각각의 사이즈가 다른 빔의 조사 순서를 결정하여 스캐터를 통하여 빔 사이즈를 가변시켜 조사하는 동작을 반복하여 전체 빔 조사 영역에 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 빔의 조사 순서는 사이즈가 큰 빔부터 조사하고 조사된 영역과 영역들 사이의 조사되지 않은 영역에는 빔 사이즈를 점차 축소시켜 가면서 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 장치.
  5. 빔 조사 영역의 형태를 판단하는 단계;
    조사 영역의 형태 및 상태에 따라 각각의 빔 사이즈 및 해당 사이즈 빔의 조사 영역을 결정하는 단계;
    하나의 전체 빔 조사 영역을 각각의 사이즈가 다른 빔을 사용하는 조사 영역들로 구분하고, 각각의 사이즈가 다른 빔의 조사 순서를 결정하여 스캐닝 마그넷과 빔 모니터 사이에 위치하는 스캐터를 통하여 빔 사이즈를 가변시키는 단계;
    스캐터를 조정하여 사이즈가 큰 빔부터 조사하고 조사된 영역과 영역들 사이의 조사되지 않은 영역에는 빔 사이즈를 점차 축소시켜 가면서 빔을 조사하는 단계;를 포함하고,
    상기 스캐터에 의해 빔의 사이즈를 변화시키는 것에 의해 빔의 세기(Beam Intensity) 및 빔의 레인지(Range)의 변화가 발생하고 그에 따라 조사되는 빔의 레인지 가변을 위한 모듈레이터 사용 기준이 정해지는 것을 특징으로 하는 빔 사이즈 조정이 가능한 액티브 스캐닝 방법.
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