KR101797284B1 - 방사선 조사 장치 - Google Patents

Abstract

일 실시예에 따른 방사선 조사 장치는, 호 형상으로 마련되어 피측정자를 중심으로 회전 가능한 갠트리; 상기 갠트리에 장착되어 상기 피측정자에 대하여 방사선 빔을 조사하는 방사선 조사부; 및 상기 갠트리에 장착되어 상기 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 변위를 측정하는 흉곽 변위 측정부;를 포함하고, 상기 흉곽 변위 측정부에서 측정된 상기 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 변위에 기초하여 상기 방사선 조사부에서 조사되는 방사선 빔의 강도 또는 패턴이 조절될 수 있다.

Description

방사선 조사 장치{APPARATUS FOR IRRADIATION}

본 발명은 방사선 조사 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피측정자의 호흡에 의한 영향을 고려하여 치료대상 조직에 최적화된 방사선 빔을 조사할 수 있는 방사선 조사 장치 및 방법에 관한 것이다.

토모테라피(Tomotherapy)는 방사선 치료의 한 방식으로서 초기 단계의 암을 치료하거나 암의 크기를 줄이고, 암의 재발을 막으며 진행 중인 암의 증상을 치료하는 목적으로 활용된다.

상기 토모테라피를 위한 기기는 치료대상 조직(Target Volume)의 위치, 크기 또는 3차원적인 형상을 파악하기 위해 CT(computed tomography) 영상을 얻으며, 이를 바탕으로 치료대상 조직에 최적화된 방사선 빔을 조사하는 기능을 모두 갖추고 있다.

이때, 방사선 빔으로부터 보호되어야 할 정상 조직(OAR, Organ at Risk)을 피해 치료대상 조직에 빔을 조사하는 것은 회전하는 다엽 콜리메이터(MLC, Multi-Leaf Collimator)에서 조사하는 빔의 강도와 빔의 패턴을 치료대상 조직의 3차원적 구조에 최적화하는 것으로 구현된다.

상기 다엽 콜리메이터의 회전 형태 및 조사 방식에 따라서 시리얼 토모테라피(Serial tomotherapy), 헬리컬 토모테라피(Helical Tomotherapy) 방식이 존재한다.

한편, 전술된 바와 같이 체내의 치료대상 조직에 대한 정보를 얻기 위해 방사선 빔을 조사하기에 앞서서 CT 영상(기기, 용도에 따라서 MRI, PET 영상을 활용하기도 함)을 획득하게 되는데, 흉곽 내에 치료대상 조직이 존재할 경우 호흡에 의해 흉곽이 팽창하거나 수축됨으로 인해서 CT 영상에서 얻은 조직의 위치가 실제 방사선 빔을 조사하는 순간에는 달라져 있을 가능성이 존재한다.

예를 들어, 호기인 상태에서 위치 정보를 바탕으로 해서 방사선 빔을 조사할 경우 호기인 상태에서는 문제가 없으나, 흡기 상태에서는 흉곽의 팽창에 의해 움직인 OAR에 불필요한 빔이 조사되는 상황이 발생할 수 있다.

따라서 이러한 상황을 보완하기 위해 보다 정밀하게 치료대상 조직에 조사될 방사선 빔을 형성하고 조사할 필요성이 있다.

예를 들어 2014년 1월 28일에 출원된 KR 2014-0010274에서는 '영역 검출을 이용한 방사선 검사 장치 및 방법'에 대하여 개시되어 있다.

일 실시예에 따른 목적은 피측정자의 호흡에 의한 영향을 고려하여 치료대상 조직에 최적화된 방사선 빔을 조사할 수 있는 방사선 조사 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

일 실시예에 따른 목적은 방사선 치료 전 호흡에 의한 흉곽 변위 및 흉곽 내 조직 변위가 동시에 측정되고, 호흡에 의한 흉곽 변위 및 흉곽 내 조직 변위의 결합에 의해 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위가 도출되어, 호기 및 흡기 시 흉곽 내 치료대상 조직 및 정상 조직의 변위를 파악할 수 있는 방사선 조사 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

일 실시예에 따른 목적은 방사선 치료 중에 실시간으로 측정된 호흡에 의한 흉곽 변위 및 방사선 치료 전에 측정된 흉곽 내 조직 변위의 결합에 의해 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위가 도출될 수 있는 방사선 조사 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

일 실시예에 따른 목적은 호흡에 의한 흉곽 변위 및 흉곽 내 조직 변위로부터 호기 및 흡기 시의 호흡에 의한 흉곽 변위 및 흉곽 내 조직 변위가 개별적으로 도출될 수 있는 방사선 조사 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

일 실시예에 따른 목적은 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위에 의해 다엽 콜리메이터에서 조사되는 방사선 빔의 강도 또는 패턴이 조절되어 정상 조직의 피폭량을 감소시킬 수 있는 방사선 조사 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

일 실시예에 따른 목적은 흉곽 변위 측정부에서 초-광대역 레이더 펄스를 이용하여 방사선 조사부에서 조사되는 방사선 빔과 전파 간섭이 발생하지 않아 흉곽 변위 및 조직 변위가 보다 정확하게 측정될 수 있는 방사선 조사 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 방사선 조사 장치는, 호 형상으로 마련되어 피측정자를 중심으로 회전 가능한 갠트리(gantry); 상기 갠트리에 장착되어 상기 피측정자에 대하여 방사선 빔을 조사하는 방사선 조사부; 및 상기 갠트리에 장착되어 상기 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 변위를 측정하는 흉곽 변위 측정부;를 포함하고, 상기 흉곽 변위 측정부에서 측정된 상기 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 변위에 기초하여 상기 방사선 조사부에서 조사되는 방사선 빔의 강도 또는 패턴이 조절될 수 있다.

일 측에 의하면, 상기 방사선 조사부에서 조사된 방사선 빔에 의해 상기 피측정자의 흉곽 내 조직 변위가 측정되는 조직 변위 측정부를 더 포함하고, 상기 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 변위 및 상기 피측정자의 흉곽 내 조직 변위의 결합에 의해 상기 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위가 도출될 수 있다.

일 측에 의하면, 상기 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 변위로부터 호흡 신호가 추출되고, 상기 호흡 신호에서 호기 및 흡기 시의 흉곽 변위가 각각 분리되어, 상기 피측정자의 흉곽 내 조직 변위와 결합될 수 있다.

일 측에 의하면, 상기 방사선 조사부는, 방사선 빔을 방출하는 선형 가속기; 및 상기 선형 가속기에 장착되어 상기 방사선 빔의 강도 또는 패턴을 조절하는 다엽 콜리메이터(MLC);를 포함하고, 상기 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위에 의해 상기 다엽 콜리메이터의 작동이 제어될 수 있다.

일 측에 의하면, 상기 흉곽 변위 측정부는, 상기 방사선 조사부로부터 이격되어, 상기 피측정자의 흉곽에 초-광대역 레이더 펄스를 송신하는 송신 안테나; 및 상기 송신 안테나로부터 이격되어, 상기 피측정자의 흉곽으로부터 반사된 초-광대역 레이더 펄스를 수신하는 수신 안테나;를 포함할 수 있다.

일 측에 의하면, 상기 흉곽 변위 측정부는, 상기 송신 안테나 및 상기 수신 안테나에 연결되어 상기 송신 안테나에 초-광대역 레이더 펄스를 송신하고 상기 수신 안테나로부터 수신된 초-광대역 레이더 펄스를 기저대역 신호로 변환하는 레이더 펄스 모듈; 및 상기 레이더 펄스 모듈에 연결되어 상기 기저대역 신호를 가공 및 분석하여 호흡 신호를 추출하는 신호 처리부;를 더 포함할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 방사선 조사 방법은, 갠트리에 방사선 조사부, 흉곽 변위 측정부 및 조직 변위 측정부가 장착된 방사선 조사 장치가 제공되는 단계; 상기 갠트리 내에 피측정자가 위치되는 단계; 상기 조직 변위 측정부에서 상기 피측정자의 흉곽 내 조직 변위가 측정되는 단계; 및 상기 방사선 조사부에서 상기 피측정자의 흉곽 내 치료대상 조직을 향하여 방사선 빔이 조사되는 단계;를 포함하고, 상기 방사선 조사부에서 상기 피측정자의 흉곽 내 치료대상 조직을 향하여 방사선 빔이 조사되는 단계에서, 상기 흉곽 변위 측정부에서 상기 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 변위가 실시간으로 측정될 수 있다.

일 측에 의하면, 상기 방사선 조사부에서 상기 피측정자의 흉곽 내 치료대상 조직을 향하여 방사선 빔이 조사되는 단계에서, 상기 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 변위 및 상기 피측정자의 흉곽 내 조직 변위의 결합에 의해 상기 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위가 도출될 수 있다.

일 측에 의하면, 상기 방사선 조사부에서 상기 피측정자의 흉곽 내 치료대상 조직을 향하여 방사선 빔이 조사되는 단계에서, 상기 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위에 의해 상기 치료대상 조직에 인접한 정상 조직의 피폭량을 감소시키도록 상기 방사선 빔의 강도 또는 패턴이 조절될 수 있다.

일 측에 의하면, 상기 조직 변위 측정부에서 상기 피측정자의 흉곽 내 조직 변위가 측정되는 단계는, 상기 흉곽 변위 측정부에서 상기 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 변위가 측정되는 단계; 상기 피측정자의 흉곽 내 조직 변위 및 상기 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 변위가 상기 흉곽의 호기 시 및 흡기 시로 분리되는 단계; 상기 피측정자의 흉곽 내 조직 변위 및 상기 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 변위가 결합되는 단계; 및 상기 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위가 도출되는 단계;를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 방사선 조사 장치 및 방법에 의하면, 피측정자의 호흡에 의한 영향을 고려하여 치료대상 조직에 최적화된 방사선 빔을 조사할 수 있다.

일 실시예에 따른 방사선 조사 장치 및 방법에 의하면, 방사선 치료 전 호흡에 의한 흉곽 변위 및 흉곽 내 조직 변위가 동시에 측정되고, 호흡에 의한 흉곽 변위 및 흉곽 내 조직 변위의 결합에 의해 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위가 도출되어, 호기 및 흡기 시 흉곽 내 치료대상 조직 및 정상 조직의 변위를 파악할 수 있다.

일 실시예에 따른 방사선 조사 장치 및 방법에 의하면, 방사선 치료 중에 실시간으로 측정된 호흡에 의한 흉곽 변위 및 방사선 치료 전에 측정된 흉곽 내 조직 변위의 결합에 의해 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위가 도출될 수 있다.

일 실시예에 따른 방사선 조사 장치 및 방법에 의하면, 호흡에 의한 흉곽 변위 및 흉곽 내 조직 변위로부터 호기 및 흡기 시의 호흡에 의한 흉곽 변위 및 흉곽 내 조직 변위가 개별적으로 도출될 수 있다.

일 실시예에 따른 방사선 조사 장치 및 방법에 의하면, 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위에 의해 다엽 콜리메이터에서 조사되는 방사선 빔의 강도 또는 패턴이 조절되어 정상 조직의 피폭량을 감소시킬 수 있다.

일 실시예에 따른 방사선 조사 장치 및 방법에 의하면, 흉곽 변위 측정부에서 초-광대역 레이더 펄스를 이용하여 방사선 조사부에서 조사되는 방사선 빔과 전파 간섭이 발생하지 않아 흉곽 변위 및 조직 변위가 보다 정확하게 측정될 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 방사선 조사 장치를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 방사선 조사 장치에서 흉곽 변위 측정부를 도시한다.
도 3(a) 및 (b)는 호기 및 흡기 시 방사선 빔이 조사되는 모습을 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 방사선 조사 방법을 나타내는 순서도이다.

이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 일 실시예에 따른 방사선 조사 장치를 도시하고, 도 2는 일 실시예에 따른 방사선 조사 장치에서 흉곽 변위 측정부를 도시하고, 도 3(a) 및 (b)는 호기 및 흡기 시 방사선 빔이 조사되는 모습을 도시한다.

도 1을 참조하여, 일 실시예에 따른 방사선 조사 장치(10)는 갠트리(100), 방사선 조사부(200), 흉곽 변위 측정부(300) 및 조직 변위 측정부(미도시)를 포함할 수 있다.

상기 갠트리(100)는 호 형상으로 마련되어 피측정자(O)를 중심으로 회전할 수 있다.

예를 들어, 갠트리(100)는 중공(bore)을 갖는 원통형 구조로 마련될 수 있으며, 피측정자(O)가 놓이는 테이블(400)이 중공 내 삽입될 수 있다.

이때, 원통형 구조라 함은 갠트리(100)의 중공 전체에 걸쳐 원통형인 경우뿐만 아니라, 부분적으로 원통형인 경우를 포괄적으로 의미할 수 있다.

구체적으로, 갠트리(100)의 일 측으로부터 갠트리(100)의 길이방향을 따라 갠트리(100)의 타 측을 향하여 중공 내에 피측정자(O), 예를 들어 환자가 안내될 수 있다.

상기 테이블(400)은 피측정자(O)가 누운 상태에서 갠트리(100)의 중공 내로 자동적으로 이동될 수 있게 할 수 있거나 수동 버튼에 의해 이동되게 할 수 있다.

또한, 구체적으로 도시되지는 않았으나, 갠트리(100)에는 갠트리(100)를 회전시킬 수 있는 회전 메커니즘이 구비될 수 있음은 당연하다.

전술된 갠트리(100)에는 방사선 조사부(200)가 장착될 수 있다.

상기 방사선 조사부(200)는 피측정자(O)에 대하여 방사선 빔을 조사할 수 있다.

예를 들어, 방사선 조사부(200)는 방사선 치료 전에는 조직 변위 측정부에서 조직 변위를 측정하기 위해 또는 CT 영상을 획득하기 위해 피측정자(O)에 대하여 방사선 빔을 조사할 수 있고, 방사선 치료 시에는 방사선 치료를 위해 피측정자(O)에 대하여 방사선 빔을 조사할 수 있다.

구체적으로, 방사선 조사부(200)는 선형 가속기(linear accelerator)(미도시) 및 다엽 콜리메이터(Multi-Leaf Collimator, MLC)(210)를 포함할 수 있다.

상기 선형 가속기는 전자를 가속시켜 고에너지의 방사선을 방출하고, 인체 내부에 위치한 악성 또는 양성 종양의 모양에 따라 방사선을 조사할 수 있는 장치로서, 다양한 에너지와 높은 선량율이 가능하여 현재 방사선 치료 장비로서 널리 사용되고 있다.

상기 선형 가속기는 갠트리(100)의 일 측에 장착될 수 있으며, 갠트리(100) 회전 시 선형 가속기 또한 함께 회전할 수 있다.

상기 선형 가속기의 단부에는 다엽 콜리메이터(210)가 장착될 수 있다.

구체적으로 다엽 콜리메이터(210)의 일단은 선형 가속기에 장착되고 타단은 피측정자(O)를 향하여 방사선 빔을 조사하도록 갠트리(100) 상에 고정될 수 있다.

또한, 다엽 콜리메이터(210)에서는 선형 가속기에서 방출된 방사선 빔의 강도 또는 패턴을 조절할 수 있다.

예를 들어, 피측정자(O)의 치료대상 조직을 치료하기 위해 많거나 적은 양의 방사선 빔이 요구되는 경우, 다엽 콜리메이터(210)에서 방사선 빔의 강도를 조절할 수 있으며, 피측정자(O)의 치료대상 조직이 변위되는 경우, 피측정자(O)의 치료대상 조직에 방사선 빔을 조사하도록 다엽 콜리메이터(210)에서 방사선 빔의 패턴을 조절할 수 있다.

이때, 다엽 콜리메이터(210)의 작동은 피측정자(O)의 호흡에 의한 흉곽 변위, 특히 피측정자(O)의 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위에 기초하여 제어될 수 있으며, 이에 대해서는 이하에서 상술하기로 한다.

또한, 상기 피측정자(O)의 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위를 도출하기 위하여, 일 실시예에 따른 방사선 조사 장치(10)는 피측정자(O)의 호흡에 의한 흉곽 변위를 측정하는 흉곽 변위 측정부(300) 및 피측정자(O)의 흉곽 내 조직 변위를 측정하는 조직 변위 측정부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

상기 흉곽 변위 측정부(300)는 갠트리(100)에 장착되어 갠트리(100)가 회전할 때 함께 회전하면서 피측정자(O)의 호흡에 의한 흉곽 변위를 측정할 수 있다.

구체적으로, 도 1 및 2를 참조하여, 흉곽 변위 측정부(300)는 송신 안테나(310), 수신 안테나(320), 레이더 펄스 모듈(330) 및 신호 처리부(340)를 포함할 수 있다.

상기 송신 안테나(310)는 갠트리(100)에서 방사선 조사부(200)로부터 일 측으로 이격되어, 피측정자(O)의 흉곽에 초-광대역 레이더 펄스를 송신할 수 있다.

상기 수신 안테나(320)는 갠트리(100)에서 송신 안테나(310)로부터 일 측으로 이격되어, 피측정자(O)의 흉곽으로부터 반사된 초-광대역 레이더 펄스를 수신할 수 있다.

이와 같이 갠트리(100) 상에 다엽 콜리메이터(210), 송신 안테나(310) 및 수신 안테나(320)가 나란히 이격 배치될 수 있다.

이때, 흉곽 변위 측정부(300)에는 IR UWB RADAR(IMPULSE RADIO ULTRA WIDE BAND RADAR) 기술이 활용될 수 있다.

특히, 송신 안테나(310) 및 수신 안테나(320)를 고지향성으로 설계하게 되면, 특정 지점에 방사 에너지를 최대한 집중할 수 있어 목표물에 대한 투사 면적을 최소화할 수 있다.

상기 송신 안테나(310) 및 수신 안테나(320)는 갠트리(100)의 회전에 의해 피측정자(O) 상에서 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있다.

이때, 송신 안테나(310) 및 수신 안테나(320)는 피측정자(O) 상에 이격되게 배치된 상태에서 피측정자(O)의 호흡에 의한 흉곽 변위를 무선으로 측정할 수 있으며, 이에 의해 피측정자(O)의 호흡이 보다 용이하게 측정될 수 있다.

또한, 송신 안테나(310) 및 수신 안테나(320)에는 레이더 펄스 모듈(330)이 연결될 수 있다.

상기 레이더 펄스 모듈(330)은 송신 안테나(310) 및 수신 안테나(320)에 연결되어 송신 안테나(310)에 초-광대역 레이더 펄스를 송신하고, 수신 안테나(320)로부터 수신된 초-광대역 레이더 펄스를 기저대역 신호로 변환할 수 있다.

이때, 피측정자(O)로부터 수신된 초-광대역 레이더 펄스는 레이더 펄스 모듈(330)에서 단거리 전송 또는 반송파에 싣기 적합한 형태로 변조될 수 있다.

상기 레이더 펄스 모듈(330)에는 신호 처리기(340)가 연결될 수 있다.

상기 신호 처리기(340)에서는 기저대역 신호를 가공 및 분석하여 피측정자(O)의 호흡 신호를 추출할 수 있다.

예를 들어, 피측정자(O)의 호기 시에는 흉곽이 평상 시와 동일한 상태일 수 있으나, 피측정자(O)의 흡기 시에는 흉곽이 팽창된 상태이므로, 신호 처리기(340)에서 추출된 호흡 신호로부터 피측정자(O)의 호기 및 흡기를 판단할 수 있다.

이때, 피측정자(O)의 호기 및 흡기 시의 흉곽 변위를 각각 분리시킬 수 있으며, 피측정자(O)의 호기 및 흡기 시의 흉곽 변위는 각각 분리되어 3차원적으로 데이터화될 수 있다.

이와 같이 호흡 신호에서 분리된 피측정자(O)의 호기 시의 흉곽 변위로부터 통계적으로 피측정자(O)의 호기 시의 흉곽 변위를 예측할 수 있으며, 호흡 신호에서 분리된 피측정자(O)의 흡기 시의 흉곽 변위로부터 통계적으로 피측정자(O)의 흡기 시의 흉곽 변위를 예측할 수 있다.

또는, 신호 처리기(340)에서 추출된 호흡 신호로부터 갠트리(100)의 회전각도에 따라 피측정자(O)의 호흡에 의해 호기와 흡기 사이에서 변하는 흉곽 변위를 분리시킬 수 있다.

예를 들어, 갠트리(100)가 30° 또는 60° 회전되었을 때의 피측정자(O)의 호흡에 의한 흉곽 변위를 확인할 수 있으며, 피측정자(O)의 호흡에 의한 흉곽 변위로부터 갠트리(100)가 30° 또는 60° 회전된 지점에서 피측정자(O)가 호기인지 흡기인지를 판단할 수 있다.

이와 같이 신호 처리기(340)에서 추출된 호흡 신호로부터 피측정자(O)의 호흡에 의한 흉곽 변위가 다양하게 활용될 수 있으며, 추후 조직 변위 측정부(400)에 의해 측정된 피측정자(O)의 흉곽 내 조직 변위와 용이하게 결합시킬 수 있다.

더 나아가, 신호 처리기(340)는 레이더 펄스 모듈(330)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 신호 처리기(340)에서 레이더 펄스 모듈(330)에 제어 신호를 전송하고, 그에 따라 송신 안테나(310) 및 수신 안테나(320)가 작동될 수 있다.

이때, 송신 안테나(310) 및 수신 안테나(320)는 갠트리(100)에 장착되어 있으나. 레이더 펄스 모듈(330) 및 신호 처리기(340) 같은 나머지 구성요소들은 갠트리(100)로부터 멀리 떨어져 위치될 수 있다.

또한, 상기 갠트리(100)에는 조직 변위 측정부가 장착될 수 있다.

상기 조직 변위 측정부는 전술된 바와 같이 피측정자(O)의 흉곽 내 조직 변위를 측정하기 위한 것으로서, 방사선 조사부에서 조사된 방사선 빔에 의해 상기 피측정자의 흉곽 내 조직 변위가 측정될 수 있다.

이를 위해, 방사선 조사부(200)와 피측정자(O)를 중심으로 대향되게 배치될 수 있다.

구체적으로 상기 갠트리(100)가 회전하는 동안 방사선 조사부(200)가 피측정자(O) 상에서 회전하면서 피측정자(O), 특히 피측정자(O)의 흉곽에 대하여 방사선 빔을 조사하게 되고, 상기 조사된 방사선 빔은 피측정자(O), 특히 피측정자(O)의 흉곽을 관통하여 조직 변위 측정부에 수신될 수 있다.

이에 의해 조직 변위 측정부에서 피측정자(O)의 흉곽 내 조직 변위가 나타내진 3차원 CT(computed tomography) 영상을 획득할 수 있다.

이때, 피측정자(O)의 흉곽 내 조직 변위에는 피측정자(O)의 흉곽 내 위치된 치료대상 조직 및 치료대상 조직에 인접한 정상 조직의 변위가 나타내질 수 있다.

예를 들어 피측정자(O)의 호기 시에는 피측정자(O)의 흉곽 내 위치된 치료대상 조직 및 치료대상 조직에 인접한 정상 조직이 평상 시와 동일한 상태일 수 있으나, 피측정자(O)의 흡기 시에는 흉곽의 팽창에 의해 흉곽 내 위치된 치료대상 조직 또는 치료대상 조직에 인접한 정상 조직 또한 팽창된 상태로 될 수 있다.

이에 의해 조직 변위 측정부에서 측정된 피측정자(O)의 흉곽 내 조직 변위로부터 호기 시의 흉곽 내 조직 변위인지 흡기 시의 흉곽 내 조직 변위인지를 판단할 수 있다.

이와 같이 피측정자(O)의 호기 시의 흉곽 내 조직 변위로부터 통계적으로 피측정자(O)의 호기 시의 흉곽 내 조직 변위를 예측할 수 있으며, 피측정자(O)의 흡기 시의 흉곽 내 조직 변위로부터 통계적으로 피측정자(O)의 흡기 시의 흉곽 내 조직 변위를 예측할 수 있다.

또한, 흉곽 변위 측정부(300)에서 측정된 피측정자(O)의 호흡에 의한 흉곽 변위와 마찬가지로, 조직 변위 측정부에서 측정된 피측정자(O)의 흉곽 내 조직 변위 또한 갠트리(100)의 회전 각도에 따라 분리될 수 있음은 당연하다.

전술된 바와 같이 흉곽 변위 측정부(300)에서 측정된 피측정자(O)의 호흡에 의한 흉곽 변위 및 조직 변위 측정부에서 측정된 피측정자(O)의 흉곽 내 조직 변위는 다음과 같이 결합될 수 있다.

방사선 조사부(200)에서 방사선 치료를 위하여 방사선 빔을 조사하기 전에, 신호 처리부(340)에서 추출된 호흡 신호에서 호기 및 흡기 시의 흉곽 변위로 분리된 3차원 데이터와 조직 변위 측정부에서 측정된 피측정자(O)의 흉곽 내 조직 변위가 결합될 수 있다.

예를 들어, 통계적으로 획득된 호기 시의 피측정자(O)의 흉곽 변위 및 통계적으로 획득된 호기 시의 피측정자(O)의 흉곽 내 조직 변위를 결합시키거나, 통계적으로 획득된 흡기 시의 피측정자(O)의 흉곽 변위 및 통계적으로 획득된 흡기 시의 피측정자(O)의 흉곽 내 조직 변위를 결합시켜, 피측정자(O)의 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위를 도출할 수 있다.

또는, 갠트리(100)의 회전 각도에 서로 대응되는 피측정자(O)의 흉곽 변위 및 피측정자(O)의 흉곽 내 조직 변위를 결합시켜, 피측정자(O)의 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위를 도출할 수 있다. 다시 말해서 갠트리(100)의 회전 각도에 따라서 피측정자(O)의 흉곽 변위 및 피측정자(O)의 흉곽 내 조직 변위가 서로 동기화될 수 있다.

또한, 방사선 조사부(200)에서 방사선 치료를 위하여 방사선 빔을 조사하는 동안에는, 흉곽 변위 측정부(300)에서 실시간으로 측정된 피측정자(O)의 호흡에 의한 흉곽 변위가 조직 변위 측정부에서 기측정된 피측정자(O)의 흉곽 내 조직 변위를 결합시켜, 실시간으로 피측정자(O)의 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위를 도출할 수 있다.

이때, 흉곽 변위 측정부(300)에서 측정된 피측정자(O)의 호흡에 의한 흉곽 변위 및 조직 변위 측정부에서 측정된 피측정자(O)의 흉곽 내 조직 변위를 결합시키는 방법은 전술된 바와 같다.

이와 같이 피측정자(O)의 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위를 도출함으로써 호흡에 의해 흉곽 내 치료대상 조직 및 정상 조직이 3차원 상에서 변화되는 수치를 명확하게 획득할 수 있고, 다엽 콜리메이터(210)가 정상 조직에 대하여 방사선 빔을 조사하지 않도록 다엽 콜리메이터(210)를 제어하여 정상 조직의 피폭량을 감소시킬 수 있다.

특히, 도 3(a) 및 (b)를 참조하여, 호기 및 흡기 시에 다음과 같이 방사선 빔이 조사될 수 있다.

도 3(a)는 호기 시를 나타내며, 흉곽(A) 및 흉곽(A) 내 조직, 예를 들어 치료대상 조직(B) 및 정상 조직(C)이 평상 시 상태이다.

반면, 도 3(b)는 흡기 시를 나타내며, 흉곽(A) 및 흉곽(A) 내 조직, 예를 들어 치료대상 조직(B) 및 정상 조직(C)이 도 3(a)로부터 변위된 것을 확인할 수 있다. 예를 들어, 도 3(b)에 도시된 바와 같이 흉곽(A) 및 치료대상 조직(B)은 부푼 상태이며, 정상 조직(C)의 위치가 변화될 수 있다.

이때, 정상 조직(C)을 피하여 치료대상 조직(B)에만 방사선 빔을 조사하기 위하여 콜리메이터(210)는 방사선 빔의 강도 또는 패턴을 조절할 수 있다.

이에 의해 도 3(a) 및 (b)에서 방사선 빔이 치료대상 조직(B)에만 조사된 것을 확인할 수 있다.

구체적으로 도시되지는 않았으나, 일 실시예에 따른 방사선 조사 장치(10)는 갠트리(100), 방사선 조사부(200), 흉곽 변위 측정부(300) 및 조직 변위 측정부의 작동을 전반적으로 제어하는 제어부를 포함할 수 있음은 당연하다.

또한, 일 실시예에 따른 방사선 조사 장치(10)는 송신 안테나(310) 및 수신 안테나(320)에서 송수신되는 초-광대역 레이더 펄스는 수 GHz 대역을 활용하고, 방사선 조사부에서는 감마선, X-선, 입자 빔 등을 사용하므로, 서로 주파수 대역이 상이하여 전파의 간섭을 방지할 수 있다.

이에 의해 방사선 빔이 조사되는 중에 흉곽 변위 측정부(300)에 의해 피측정자(O)의 호흡에 의한 흉곽 변위가 보다 정확하게 측정될 수 있다.

다시 말해서, 방사선 조사부(200)에서 조사되는 방사선 빔에 의한 피측정자(O)의 흉곽 내 조직 변위와 흉곽 변위 측정부(300)에 의한 피측정자(O)의 호흡에 의한 흉곽 변위가 서로 독립적으로 획득될 수 있고, 방사선 조사부(200)에서 조사되는 방사선 빔에 의한 방사선 치료와 흉곽 변위 측정부(300)에 의한 피측정자(O)의 호흡에 의한 흉곽 변위의 측정이 서로 독립적으로 수행될 수 있다.

이상 일 실시예에 따른 방사선 조사 장치에 대하여 설명되었으며, 이하에서는 일 실시예에 따른 방사선 조사 방법에 대하여 설명된다.

도 4는 일 실시예에 따른 방사선 조사 방법을 나타내는 순서도이다.

도 4를 참조하여, 다음과 같이 피측정자에 대하여 방사선 빔이 조사될 수 있다.

우선, 갠트리에 방사선 조사부, 흉곽 변위 측정부 및 조직 변위 측정부가 장착된 방사선 조사 장치가 제공된다(S10).

상기 방사선 조사부는 방사선 치료 또는 피측정자의 흉곽 내 조직 변위를 측정하기 위해 피측정자에 대하여 방사선 빔을 조사하고, 상기 흉곽 변위 측정부는 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 변위를 측정하고, 상기 조직 변위 측정부는 피측정자의 흉곽 내 조직 변위를 측정할 수 있다.

그런 다음, 갠트리 내에 피측정자가 위치된다(S20).

이때, 방사선 조사부 및 흉곽 변위 측정부는 피측정자의 상부에 배치되고, 조직 변위 측정부는 피측정자의 하부에 배치될 수 있다.

이어서, 조직 변위 측정부에서 피측정자의 흉곽 내 조직 변위가 측정된다(S30).

이때, 갠트리가 회전하면서 방사선 조사부가 회전하게 되고, 이에 의해 조직 변위 측정부에 의해 피측정자의 흉곽 내 조직 변위가 측정될 수 있다.

예를 들어, 조직 변위 측정부에 의해 체내의 치료대상 조직에 대한 위치 또는 모양에 대한 3차원 영상을 획득할 수 있다.

이와 같이 조직 변위 측정부에서 피측정자의 흉곽 내 조직 변위가 기측정된 후에, 방사선 조사부에서 피측정자의 흉곽 내 치료대상 조직을 향하여 방사선 빔을 조사한다(S40).

이때, 갠트리가 회전하면서 방사선 조사부에서 방사선 빔을 조사하게 되고, 흉곽 변위 측정부에서 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 변위가 실시간으로 측정될 수 있다.

상기 흉곽 변위 측정부에서 측정된 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 변위 및 조직 변위 측정부에서 기측정된 피측정자의 흉곽 내 조직 변위의 결합에 의해 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위가 도출될 수 있다.

예를 들어, 특정 위치에서 측정된 상기 흉곽 변위 측정부에서 측정된 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 변위에 상응하는 흉곽 내 조직 변위를 조직 변위 측정부에서 기측정된 피측정자의 흉곽 내 조직 변위에서 추출하여, 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위를 도출할 수 있다.

이와 같이 방사선 빔이 조사되는 동안 실시간으로 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위를 3차원적으로 도출하여, 호흡에 의한 변위가 반영된 흉곽 내 치료대상 조직 및 정상 조직의 위치에 맞도록 방사선 조사부를 제어하여 최적의 방사선 빔을 조사할 수 있다. 이에 의해 불필요한 방사선 조사를 최소화할 수 있으며, 정상 조직의 피폭량을 감소시킬 수 있다.

또한, 조직 변위 측정부에서 피측정자의 흉곽 내 조직 변위가 측정되는 단계(S30)에서, 다시 말해서 방사선 빔이 조사되기 전에, 미리 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위가 도출될 수 있다.

구체적으로, 흉곽 변위 측정부에서 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 변위가 측정되고(S31), 피측정자의 흉곽 내 조직 변위 및 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 변위가 흉곽의 호기 시 및 흡기 시로 분리되고(S32), 피측정자의 흉곽 내 조직 변위 및 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 변위가 결합되고(S33), 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위가 도출된다(S34).

이와 같이 방사선 빔이 조사되기 전에 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위가 미리 도출될 수 있으며, 이를 바탕으로 방사선 조사 시에 다양한 정보로서 활용될 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10: 방사선 조사 장치
100: 갠트리
200: 방사선 조사부
210: 다엽 콜리메이터
300: 흉곽 변위 측정부
310: 송신 안테나
320: 수신 안테나
330: 레이더 펄스 모듈
340: 신호 처리부
400: 테이블
A: 흉곽
B: 치료대상 조직
C: 정상 조직
O: 피측정자

Claims (10)

1. 호 형상으로 마련되어 피측정자를 중심으로 회전 가능한 갠트리(gantry);
   상기 갠트리에 장착되어 상기 피측정자에 대하여 방사선 빔을 조사하는 방사선 조사부;
   상기 갠트리에 장착되어 상기 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 변위를 측정하는 흉곽 변위 측정부; 및
   상기 방사선 조사부에서 조사된 방사선 빔에 의해 상기 피측정자의 흉곽 내 조직 변위가 측정되는 조직 변위 측정부;
   를 포함하고,
   상기 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 변위 및 상기 피측정자의 흉곽 내 조직 변위의 결합에 의해 상기 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위가 도출되고,
   상기 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위에 기초하여 상기 방사선 조사부에서 조사되는 방사선 빔의 강도 또는 패턴이 조절되며,
   상기 흉곽 변위 측정부는 상기 갠트리 상에서 상기 방사선 조사부로부터 이격 배치되고, 상기 피측정자의 흉곽에 대하여 초-광대역 레이더 펄스를 송수신하여 상기 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 변위가 비접촉식으로 측정되고,
   상기 갠트리가 회전하면서 상기 방사선 조사부 및 상기 흉곽 변위 측정부에서 상기 방사선 빔 및 초-광대역 레이더 펄스가 동시에 상기 피측정자를 향해 조사되어, 상기 흉곽 변위 측정부 및 상기 조직 변위 측정부에서 상기 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 변위 및 상기 피측정자의 흉곽 내 조직 변위가 개별적으로 및 동시적으로 측정되는 방사선 조사 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 변위로부터 호흡 신호가 추출되고,
   상기 호흡 신호에서 호기 및 흡기 시의 흉곽 변위가 각각 분리되어, 상기 피측정자의 흉곽 내 조직 변위와 결합되는 방사선 조사 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 추출된 호흡 신호는 상기 갠트리의 회전 각도 별로 호기 및 흡기 시의 흉곽 변위로 분리하여 3차원 데이터화되고,
   상기 갠트리의 회전 각도가 서로 대응되는 상기 3차원 데이터화된 흉곽 변위와 상기 피측정자의 흉곽 내 조직 변위가 결합되어, 상기 갠트리의 회전 각도에 따른 상기 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위가 3차원 데이터화되는 방사선 조사 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 방사선 조사부는,
   방사선 빔을 방출하는 선형 가속기; 및
   상기 선형 가속기에 장착되어 상기 방사선 빔의 강도 또는 패턴을 조절하는 다엽 콜리메이터(MLC);
   를 포함하고,
   상기 피측정자의 호흡에 의한 흉곽 내 조직 변위에 의해 상기 다엽 콜리메이터의 작동이 제어되는 방사선 조사 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 흉곽 변위 측정부는,
   상기 방사선 조사부로부터 이격되어, 상기 피측정자의 흉곽에 초-광대역 레이더 펄스를 송신하는 송신 안테나; 및
   상기 송신 안테나로부터 이격되어, 상기 피측정자의 흉곽으로부터 반사된 초-광대역 레이더 펄스를 수신하는 수신 안테나;
   를 포함하는 방사선 조사 장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 흉곽 변위 측정부는,
   상기 송신 안테나 및 상기 수신 안테나에 연결되어 상기 송신 안테나에 초-광대역 레이더 펄스를 송신하고 상기 수신 안테나로부터 수신된 초-광대역 레이더 펄스를 기저대역 신호로 변환하는 레이더 펄스 모듈; 및
   상기 레이더 펄스 모듈에 연결되어 상기 기저대역 신호를 가공 및 분석하여 호흡 신호를 추출하는 신호 처리부;
   를 더 포함하는 방사선 조사 장치.
   
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