KR101728512B1 - 공기압을 이용해 측정 오차가 감소 된 방사선량 측정용 물 팬텀 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 공기압을 이용해 측정 오차가 감소 된 방사선량 측정용 물 팬텀은, 인체에 조사되는 방사선량을 모사 하기 위한 방사선량 측정용 팬텀으로서, 내부에 물을 수용할 수 있는 수용공간이 구비되도록 벽체를 구비한 몸체; 상기 몸체의 측벽에 형성된 구멍 형태의 윈도우; 및 상기 윈도우에 설치되며 내부에 공기가 주입되어 상기 몸체 내부에 수용된 물에 압력을 가할 수 있도록 신축성이 있는 소재로 이루어진 에어 튜브;를 포함한 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 인체의 방사선 치료 또는 진단을 위해 인체 모사용으로 사용되어 원하는 부위의 방사선량을 측정할 수 있는 장치인 팬텀에 관한 것이다. 본 발명은 미래창조과학부의 중입자 가속기 기술 개발 사업(과제고유번호 : 1711024657, 과제명 : 의료용 중입자 가속기 개발 사업)의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.
의료용으로 사용하는 방사선 중 치료방사선은 암환자의 종양에 가해져 암세포를 더 이상 번식하지 못하게 함으로써 암세포가 수명을 다해 죽게 하거나 환자의 고통을 경감하기 위해 사용된다.
이와 같은 치료방사선을 이용한 방사선 치료는 예컨대 수술을 한 뒤 암 세포가 남아 있을 가능성이 큰 경우 재발을 방지하기 위해서, 또는 수술을 하지 못하는 경우, 또는 수술보다는 방사선 치료가 더 효과적인 경우, 또는 수술과 방사선 치료를 같이 병행하여 환자의 삶의 질을 높이고자 하는 경우, 또는 항암 약물 치료와 함께 항암 효과를 극대화하기 위해서 행해진다.
방사선치료는 선형가속기(linear accelerator)와 같은 방사선 발생장치를 포함하는 의료장비에 의해 행해진다. 선형가속기는 높은 선량의 엑스선 또는 전자선을 출력할 수 있음은 물론 출력 에너지를 세밀하게 조절할 수 있어 현재 방사선 치료의 표준장비로 사용되고 있다.
그런데 방사선 치료를 수행할 때에 무엇보다 중요한 것은 방사선 치료장치에서 출력된 방사선의 에너지가 적절하도록 제어할 필요가 있다. 종양의 상태나 크기 또는 깊이에 대응한 최적 에너지의 방사선을 조사하여야 최대의 치료효과를 거둘 수 있으므로 선형가속기가 최적의 에너지를 갖는 방사선을 출력하도록 하는 것은 매우 중요한 일이다.
이에 따라 방사선 치료장치를 사용하기 전에 가속기가 제대로 작동하는지 특히 방사선량의 조절이 정상적으로 이루어져 필요한 에너지의 방사선을 출력하는지 등의 동작 정밀성을 미리 확인하여야 한다. 또한, 이와 같은 방사선의 조사량 측정은 실제로 치료가 되어야 할 환자의 몸속 특정 부위에 조사되는 방사선을 측정하는 것이 바람직하다.
이와 같은 목적으로 사용되는 것이 의료계에서 소위 팬텀(phantom)이라 불리는 것으로 인체를 대신하여 방사선 계측이 가능하도록 만들어진 계측 장치이다. 팬텀의 일 예가 한국공개특허 제2007-0118394호에 개시되어 있다.
이와 같은 팬텀은 일반적으로 아크릴이나 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 수지와 같은 합성수지로 제조되며 내부에 물을 수용할 수 있는 구조로 이루어진다. 상기 팬텀 내부에 수용된 물은 인체조직을 모사 하는 것으로서 필요에 따라 특정한 화학 물질이 첨가되기도 한다. 상기 팬텀 내부의 특정한 위치에는 조사된 방사선량을 측정하는 센서가 배치된다. 이와 같은 팬텀(1)은 도 1에 도시된 바와 같이 상부가 개방되어 있어서 수면에 수직으로 방사선이 조사되는 경우에는 거리에 따른 방사선량의 측정 오차가 거의 발생하지 않는다. 도 1 등에서 팬텀(1) 내부에 다수의 사각형으로 표시된 것은 방사선량을 측정하는 센서이다.
그런데 상기 팬텀에 방사선이 수면에 평행인 방향으로 조사되는 경우에는, 상기 팬텀(1)의 벽체에 의해 방사선량의 측정 오차가 발생하는 문제점이 있다. 더 구체적으로 상기 팬텀(1)에 입사되는 방사선은 상기 팬텀(1)의 측벽에 의해 강도가 낮아진 상태로 상기 팬텀(1) 내부로 진입하므로 특정 위치에서 실질적으로 인체가 받는 방사선량의 모사가 제대로 이루어지지 못하고 이상적인 값보다 작게 검출되는 문제점이 있다. 즉, 상기 팬텀(1)의 측벽에 의해 그 팬텀(1) 내부에서 깊이에 따른 방사선량의 분포가 제대로 측정되지 못하는 문제점이 발생하는 것이다. 이러한 문제점을 개선하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 방사선이 조사되는 위치의 상기 팬텀(1)의 측벽에 윈도우를 형성하고 그 윈도우(2)는 필름 형태의 박막으로 밀봉하는(sealing) 구조가 고안되었다. 그러나 이와 같이 필름 형태의 윈도우(2)를 상기 팬텀(1)의 측벽에 설치한 구조는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 팬텀(1) 내부에 수용된 물의 압력(수압)에 의해 외 측으로 상기 윈도우(2)가 부풀게 된다. 그 결과 측정하고자 하는 거리(depth)에 오차가 발생하게 되므로 이에 따른 방사선량 측정 오차가 생기는 문제점이 있다. 이러한 문제점은 도 3에 거리에 따른 방사선량의 측정 결과기 이상적인 값과 차이를 보여주는 그래프로부터 쉽게 이해될 수 있다. 즉, 도 3을 참조하면 도 2에 도시된 종래의 팬텀 구조는 물의 압력에 의해 윈도우(2)가 바깥쪽으로 볼록하게 돌출되기 때문에, 입사빔이 물을 통과하는 거리가 윈도우(2) 중앙과 가장자리 부근에서 차이가 생기게 된다. 이에 따라 입사빔의 에너지 변화를 크게 하여 브래그 피크(Bragg's Peak) 부분이 뭉툭하게(blunt) 되고 상기 브래그 피크로부터 하향 구간(Fall-Off)의 기울기가 커지는 문제점이 있다.
이와 같이 종래의 팬텀(1)은 물을 수용할 수 있도록 측벽이 구비되어야 하는 물 팬텀 구조의 특성상 거리에 따른 방사선량 측정에 오차가 필연적으로 발생할 수밖에 없는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 입자빔 치료의 수평 라인에서 입사된 방사선량의 측정 오차를 현저하게 감소시키도록 구조가 개선된 팬텀을 제공함으로써 실질적으로 인체에 조사되는 방사선량을 정밀하게 모사할 수 있는 팬텀을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기압을 이용해 측정 오차가 감소 된 방사선량 측정용 물 팬텀은, 인체에 조사되는 방사선량을 모사하기 위한 방사선량 측정용 팬텀으로서,
내부에 물을 수용할 수 있는 수용공간이 구비되도록 벽체를 구비한 몸체;
상기 몸체의 측벽에 형성된 구멍 형태의 윈도우; 및
상기 윈도우에 설치되며 내부에 공기가 주입되어 상기 몸체 내부에 수용된 물에 압력을 가할 수 있도록 신축성이 있는 소재로 이루어진 에어 튜브;를 포함한 점에 특징이 있다.
상기 에어 튜브에 공급되는 공기는 상기 측벽에 형성된 공기 주입로를 통해 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 에어 튜브에 공급되는 공기의 압력을 측정하는 압력계가 구비된 것이 바람직하다.
상기 에어 튜브에 공급되는 공기의 유량을 조절할 수 있는 조절 밸브가 구비된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 공기압을 이용해 측정 오차가 감소 된 방사선량 측정용 물 팬텀은, 팬텀의 측벽에 설치된 에어 튜브에 의해 방사선이 입사되는 부위의 물과 공기 간 경계선을 직선으로 유지함으로써 방사선이 입사된 거리에 따른 방사선량 분포를 정밀하게 측정함으로써 실질적으로 인체에 조사되는 방사선량 분포를 오차 없이 모사할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 종래의 팬텀 구조의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 2는 종래의 팬텀 구조의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 팬텀의 방사선량 측정 오차를 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 팬텀 구조를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 팬텀 구조의 방사선량 측정 결과를 종래 팬텀 구조의 방사선량 측정 결과와 비교한 그래프이다.
도 2는 종래의 팬텀 구조의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 팬텀의 방사선량 측정 오차를 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 팬텀 구조를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 팬텀 구조의 방사선량 측정 결과를 종래 팬텀 구조의 방사선량 측정 결과와 비교한 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 팬텀 구조를 보여주는 도면이다. 도 5는 본 발명에 따른 팬텀 구조의 방사선량 측정 결과를 종래 팬텀 구조의 방사선량 측정 결과와 비교한 그래프이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 공기압을 이용해 측정 오차가 감소 된 방사선량 측정용 물 팬텀(10, 이하 "팬텀"이라 함)은 인체에 조사되는 방사선량을 모사 하기 위한 방사선량 측정용 팬텀이다.
상기 팬텀(10)은 몸체(20)와, 윈도우(30)와, 에어 튜브(40)와, 공기 주입로(50)와, 압력계(55)와, 조절 밸브(60)를 구비한다.
상기 몸체(20)는 내부에 물을 수용할 수 있는 수용공간이 구비되도록 벽체를 구비한다. 상기 벽체는 바닥(22)과 측벽(24)을 포함한다. 상기 바닥(22)은 지면에 평행하게 배치된 벽체다. 상기 측벽(24)은 지면에 수직으로 배치된 벽체다. 상기 벽체는 예컨대 아크릴 수지나 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, Polymethyl Methacrylate) 수지와 같은 합성수지로 제조될 수 있다. 상기 벽체의 두께는 통상적으로 10mm 내지 20mm 정도이다. 상기 수용공간에는 물이 수용된다. 상기 수용공간에 수용된 물에는 필요에 따라 나트륨이나 칼륨과 같은 원소가 포함된 화학물질이 첨가될 수 있다.
상기 윈도우(30)는 상기 몸체(20)의 측벽(24)에 형성된 구멍 형태의 구조물이다. 상기 윈도우(30)는 방사선이 조사되는 입사부위다. 이론적으로 상기 윈도우(30)는 피부와 같은 구조물로 이루어진 것이 바람직하나 본 실시 예에서는 구멍 형태로 구성된다.
상기 에어 튜브(40)는 상기 윈도우(30)에 결합되는 형태의 구조물이다. 상기 윈도우(30) 내부의 수용공간에는 물이 수용되기 때문에 상기 수용공간에 수용된 물이 상기 몸체(20) 외부로 누출되지 않도록 상기 에어 튜브(40)가 상기 측벽(24)에 준하는 구조물로 설치된다. 상기 에어 튜브(40)는 내부에 공기가 주입될 수 있는 공간을 구비하며 풍선과 같이 탄성 변형이 가능한 소재로 제조된다. 상기 에어 튜브(40)는 이와 같이 방사선이 진행되는 방향 상 2개의 막을 구비한다. 상기 에어 튜브(40)를 구성하는 막의 두께는 100㎛ 내지 200㎛ 정도로 매우 얇게 형성된다. 따라서 상기 에어 튜브(40)를 구성하는 막을 방사선이 통과하는 과정에서 방사선량의 강도(intensity) 저하는 거의 일어나지 않는다. 즉, 상기 에어 튜브(40)는 하전 입자의 진행에 거의 영향을 주지 않는다. 상기 에어 튜브(40)에는 상기 몸체(20) 내부에 수용된 물에 압력을 가할 수 있도록 공기가 주입된다.
상기 공기 주입로(50)는 상기 측벽(24)에 구비될 수 있다. 상기 공기 주입로(50)의 일단부는 상기 에어 튜브(40)에 연결된다. 한편, 상기 공기 주입로(50)의 타단부는 후술하는 펌프(70)에 연결된다. 상기 공기 주입로(50)는 상기 에어 튜브(40)에 공기를 공급하기 위해 마련된 것이다.
상기 압력계(55)는 상기 에어 튜브(40)에 공급되는 공기의 압력을 측정하는 장치다. 상기 압력계(55)는 상기 공기 주입로(50)에 연결되어 설치될 수 있다. 상기 압력계(55)는 상기 몸체(20)에 고정될 수 있다. 한편, 상기 압력계(55)는 상기 몸체(20)의 외부에 독립적인 구조로 설치될 수 있다.
상기 조절 밸브(60)는 상기 에어 튜브(40)에 공급되는 공기의 유량을 조절할 수 있는 밸브다. 상기 조절 밸브(60)는 수동 또는 자동으로 조작될 수 있다. 상기 조절 밸브(60)는 상기 공기 주입로(50)에 설치될 수 있다.
상기 에어 튜브(40)에 공기를 공급하기 위해 압축공기를 생산하는 펌프(70)가 구비되는 것이 바람직하다. 상기 펌프(70)는 공지된 공압 펌프를 채용할 수 있다. 상기 펌프(70)는 상기 공기 주입로(50)에 연결됨으로써 상기 에어 튜브(40)에 공기를 공급할 수 있다.
이하에서는 상술한 바와 같은 구성요소를 구비한 팬텀(10)을 이용하여 인체에 조사된 방사선량의 분포를 모사 하는 과정을 예로 들어 본 발명의 작용 효과를 상세하게 서술하기로 한다.
사이클로트론과 같이 고속의 하전 입자를 방사 하는 방사선 조사 장치에서 발생된 방사선이 인체에 조사되는 경우를 모사 하기 위해 도 4에 도시된 구조의 팬텀이 사용된다.
상기 팬텀(10)의 수용공간에 물과 같이 인체 내부를 모사 할 수 있는 물질을 채운다. 상기 수용공간에 물이 충전된 경우, 수압에 의해 상기 윈도우(30)에 설치된 에어 튜브(40)는 외부로 약간 돌출된 상태가 된다. 즉, 상기 팬텀(10)에 수용된 물의 경계선이 상기 윈도우(30)에 대응하는 부위에서 볼록렌즈와 같은 곡선을 이룬다. 이제, 상기 펌프(70)를 가동하여 상기 에어 튜브(40)에 공기를 주입한다. 상기 펌프(70)로부터 발생 된 압축공기는 상기 압력계(55)와 상기 공기 주입로(50)를 통해 상기 에어 튜브(40)로 주입된다. 상기 에어 튜브(40)는 공기에 의해 팽창된다. 상기 에어 튜브(40)의 내측벽은 상기 팬텀(10)에 수용된 물에 압력을 가한다. 상기 에어 튜브(40)로 공급된 공기의 압력으로 상기 팬텀(10)에 수용된 물의 경계선이 상기 윈도우(30) 부위에서 직선에 근사하도록 변경될 때 상기 펌프(70)의 가동을 중단하고 상기 조절 밸브(60)를 잠근다. 그 상태에서 상기 방사선 조사 장치로부터 방사선이 상기 에어 튜브(40)를 통해 상기 팬텀(10) 내부로 입사되도록 한다. 그리고 상기 팬텀(10) 내부에 입사된 방사선은 입사되는 깊이에 따라 브래그 피크(Bragg's Peak)를 이루는 분포를 형성한다. 이 과정에서 상기 팬텀 내부에 배치된 센서(미도시)에 의해 입사 거리에 따른 방사선량이 측정된다. 본 발명에 따른 팬텀에 입사된 방사선은 수평방향으로 입사된 깊이에 따른 방사선량의 측정 분포가 도 5에 도시된다. 도 5를 참조하면 본 발명에 따른 팬텀은 종래 구조의 팬텀에 비하여 방사선량의 분포가 이상적인 값에 훨씬 가깝게 측정된 것을 쉽게 이해할 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같은 종래의 윈도우 구조의 문제점을 해소함으로써 이상적인 브래그 피크에 가까운 분포를 얻을 수 있는 장점이 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 공기압을 이용해 측정 오차가 감소 된 방사선량 측정용 물 팬텀은, 팬텀의 측벽에 설치된 에어 튜브에 의해 방사선이 입사되는 부위의 물과 공기 간 경계선을 직선에 근사하도록 유지함으로써 방사선이 입사된 거리에 따른 방사선량 분포를 정밀하게 측정함으로써 실질적으로 인체에 조사되는 방사선량 분포를 오차 없이 모사 할 수 있는 효과를 제공한다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.
10 : 팬텀
20 : 몸체
22 : 측벽
24 : 바닥
30 : 윈도우
40 : 에어 튜브
50 : 공기 주입로
55 : 압력계
60 : 조절 밸브
70 : 펌프
20 : 몸체
22 : 측벽
24 : 바닥
30 : 윈도우
40 : 에어 튜브
50 : 공기 주입로
55 : 압력계
60 : 조절 밸브
70 : 펌프
Claims (4)
- 인체에 조사되는 방사선량을 모사 하기 위한 방사선량 측정용 팬텀으로서,
내부에 물을 수용할 수 있는 수용공간이 구비되도록 벽체를 구비한 몸체;
상기 몸체의 측벽에 형성된 구멍 형태의 윈도우; 및
상기 윈도우에 설치되며 내부에 공기가 주입되어 상기 몸체 내부에 수용된 물에 압력을 가할 수 있도록 신축성이 있는 소재로 이루어진 에어 튜브;를 포함한 것을 특징으로 하는 공기압을 이용해 측정 오차가 감소 된 방사선량 측정용 물 팬텀. - 제1항에 있어서,
상기 에어 튜브에 공급되는 공기는 상기 측벽에 형성된 공기 주입로를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기압을 이용해 측정 오차가 감소 된 방사선량 측정용 물 팬텀. - 제1항에 있어서,
상기 에어 튜브에 공급되는 공기의 압력을 측정하는 압력계가 구비된 것을 특징으로 하는 공기압을 이용해 측정 오차가 감소 된 방사선량 측정용 물 팬텀. - 제1항에 있어서,
상기 에어 튜브에 공급되는 공기의 유량을 조절할 수 있는 조절 밸브가 구비된 것을 특징으로 하는 공기압을 이용해 측정 오차가 감소 된 방사선량 측정용 물 팬텀.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020150143054A KR101728512B1 (ko) | 2015-10-13 | 2015-10-13 | 공기압을 이용해 측정 오차가 감소 된 방사선량 측정용 물 팬텀 |
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| KR1020150143054A KR101728512B1 (ko) | 2015-10-13 | 2015-10-13 | 공기압을 이용해 측정 오차가 감소 된 방사선량 측정용 물 팬텀 |
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| KR101728512B1 true KR101728512B1 (ko) | 2017-04-19 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220153324A (ko) | 2021-05-11 | 2022-11-18 | 영남대학교 산학협력단 | 방사선치료 선량 교정을 위한 워터 팬텀 정밀 자동 레벨링 방법 및 워터 팬텀 정밀 자동 레벨링 장치 |
| KR20230018106A (ko) | 2021-07-29 | 2023-02-07 | 영남대학교 산학협력단 | 방사선치료 선량 교정을 위한 워터 팬텀의 정밀 자동 온도조절 장치 및 이를 포함하는 워터 팬텀 |
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2015
- 2015-10-13 KR KR1020150143054A patent/KR101728512B1/ko active IP Right Grant
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