KR101835690B1 - 방사선 조사 조절장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 환부에 선택적이고 다발적으로 방사선을 조사하기 위한 조절장치에 있어서: 격자틀(21) 상에 차폐체(22)를 픽셀 형태로 구비하는 콜리메이터(20); 상기 콜리메이터(20)에 대향하는 위치로 이동 가능하게 설치되고, 각각의 차폐체(22)에 대응하는 파지축(32)을 구비하는 조절수단(30); 및 상기 차폐체(22)의 픽셀을 설정된 패턴으로 변경하도록 제어하는 제어수단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 방사선 조사 패턴의 다양화가 가능하도록 콜리메이터의 픽셀 구조를 기반으로 하여 종양의 변연부에 고에너지 빔의 선택적ㆍ다발적 노출에 의한 치료시간 단축을 도모하는 효과가 있다.

Description

방사선 조사 조절장치{Apparatus for modifying radiation beam shapes}

본 발명은 방사선 조사 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 종양의 변연부에 고에너지 빔을 선택적이나 다발적으로 노출시킬 수 있는 방사선 조사 조절장치에 관한 것이다.

통상적으로 선형가속기(LINAC)를 이용한 방사선 수술장치는 말단부에 빔의 모양을 정교하기 조절하기 위한 MLC(multi-leaf collimator)를 부착하는 방식으로 사용된다. 이는 방사선 조사과정에서 회전하는 기구적 움직임에 맞추어 방사선이 종양에 노출되도록 실시간으로 변형되는 구조로서 단일 면적으로 조사가 가능하기 때문에 링 형태 또는 이격된 두 개의 영역을 타겟으로 구현하기 곤란하다.

이러한 단점의 해소를 도모하는 기술과 관련되어한국 등록특허공보 제1537153호 (선행문헌 1), 한국 공개특허공보 제1486152호(선행문헌 2) 등의 선행기술문헌을 참고할 수 있다.

선행문헌 1은 상기 고정프레임 내에서 일정간격을 두고 다층으로 적층되며, 각각의 층은 격자형태로 구성되어 각 격자가 픽셀덮개로 되어 개폐하는 픽셀 보드층; 상기 고정프레임의 양측에 설치되어 픽셀 보드층의 각 픽셀덮개의 동작을 개별적으로 제어하도록 한 제어부; 등을 포함한다. 이에, 실시간으로 조사 영역의 모양 변환 및 방사선의 세기를 조절하는 효과를 기대한다.

선행문헌 2는 다수개의 마이크로 모터와 중간에 배치된 다수개의 스프레드 패널 사이를 1대1로 각각의 탄성 릴에 의해 서로 연결하되, 마이크로 모터와 스프레드 사이의 거리를 기준으로 상대적으로 먼 쪽의 마이크로 모터와 스프레드 패널을 같은 개수의 비율로 각각의 탄성 릴에 의해 서로 연결한다. 이에, 치료 계획에 맞게 스프레드 패널에 의해 조사영역을 바꾸는 효과를 기대한다.

그러나, 상기한 선행문헌은 다층 배열 구조를 기반으로 하므로 전체적인 두께가 증가하여 투박한 동시엔 작동 신뢰성과 방사선 조사의 해상도와 유연성을 높이기에 한계성을 드러낸다.

1. 한국 등록특허공보 제1537153호 "다층 연계구조로 된 방사선 치료용 콜리메이터" (공개일자 : 2014.12.10.) 2. 한국 공개특허공보 제1486152호 "유동픽셀 양성자 치료용 콜리메이터" (공개일자 : 2015.01.26.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 방사선 조사 패턴의 다양화가 가능하도록 콜리메이터의 픽셀 구조를 기반으로 하여 종양의 형태와 개수에 구애받지 않고 선택적이나 다발적으로 고에너지 빔을 노출시킬 수 있는 방사선 조사 조절장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 환부에 선택적이고 다발적으로 방사선을 조사하기 위한 조절장치에 있어서: 격자틀 상에 차폐체를 픽셀 형태로 구비하는 콜리메이터; 상기 콜리메이터에 대향하는 위치로 이동 가능하게 설치되고, 각각의 차폐체에 대응하는 파지축을 구비하는 조절수단; 및 상기 차폐체의 픽셀을 설정된 패턴으로 변경하도록 제어하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 콜리메이터의 격자틀은 사각형의 픽셀 구조를 이루는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 콜리메이터의 격자틀은 육각형의 픽셀 구조를 이루는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 콜리메이터의 차폐체는 일단에서 단면적이 감소하는 형태이고, 타단에 체결공을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 조절수단은 격자틀과 동일한 크기의 픽셀 형태로 베이스 상에 배치되는 파지축을 각각의 모터로 개별 구동하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 콜리메이터의 격자틀은 회전축을 개재하여 회전운동 가능하게 설치되고, 상기 조절수단의 베이스는 가이드레일을 개재하여 직선운동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 터치스크린을 작동하는 표시부, 콜리메이터와 조절수단의 위치변동을 검출하는 위치검출부, 외부의 DB와 통신하는 통신부, 조절수단에 설정된 출력을 인가하는 구동부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 방사선 조사 패턴의 다양화가 가능하도록 콜리메이터의 픽셀 구조를 기반으로 하여 종양의 변연부에 고에너지 빔의 선택적ㆍ다발적 노출에 의한 치료시간 단축을 도모하는 효과가 있으며, 다발성 종양의 동시 치료를 가능하게 하는 효과가 있으며, 종양 내부에 위치할 수 있는 중요 구조물을 선택적으로 제외하고 조사함으로써 보호할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 장치가 탑재된 방사선치료기의 개략 구성도
도 2는 본 발명에 따른 콜리메이터의 제1실시예를 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 콜리메이터의 제2실시예를 나타내는 모식도
도 4는 본 발명에 따른 장치의 주요부를 분리하여 나타내는 모식도
도 5는 본 발명에 따른 제어수단의 회로연결을 나타내는 블록도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 환부에 선택적이고 다발적으로 방사선을 조사하기 위한 조절장치에 관하여 제안한다. 도 1은 방서선치료기 상에 선형가속기(10)가 설치된 상태를 예시한다. 고선량의 방사선을 조사하여 종양 등의 환부를 치료하는 장치를 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 환부의 형태에 대응하여 방사선 조사 영역을 변동하도록 선형가속기(10)에 콜리메이터(20)가 결합된다.

뇌 종양을 비롯한 추신경계 종양은 종양 내부에 생명유지와 활동에 중요한 정상 구조물을 둘러싸고 있는 경우가 종종 있다. 이러한 경우 반드시 중요 구조물을 피해서 주변의 종양만을 타겟으로 삼아 방사선을 조사해야 한다. 그러나, 종래의 일반적인 다엽식(multi-leaf) 콜리메이터를 적용하는 경우 종양의 전체만을 타겟으로 할 수 있어 하드웨어적으로 내부를 제외한 변연부만 대상으로 하는 외피형 조사가 불가능하다. 또한 다발성 종양에 종래의 콜리메이터를 적용하는 경우 각각의 병소에 대하여 별개로 계획을 세워 치료해야 한다. 이는 이격된 병소에 대하여 동시에 방사선을 조사할 수 없는 구조적 한계성에 기인한다.

본 발명에 따르면 콜리메이터(20)가 격자틀(21) 상에 차폐체(22)를 픽셀 형태로 구비하는 구조이다. 격자틀(21)은 X축과 Y축으로 배열된 픽셀을 이루도록 통공을 구비하고, 차폐체(22)는 격자틀(21)의 픽셀 상에 미끄럼운동 가능하게 출입된다. 격자틀(21)과 차폐체(22)는 방사선 차폐성을 지닌 소재로 형성되는 동시에 상호 미끄럼 저항을 줄이도록 적어도 일측에 테프론 수지의 코팅층을 구비한다.

도 2(a) 및 (b)에서 검은 부분은 차폐체(22)가 제거되어 방사선이 통과되는 픽셀이다. 도 2(a)와 같은 패턴에 의하면 3개소의 영역으로 이격된 병소에 방서선을 조사할 수 있고, 도 2(b)와 같은 패턴에 의하면 종양의 변연부만 대상으로 하는 외피형 조사가 가능하다. 물론 도 2(a) 및 (b)를 통합한 픽셀 패턴의 콜리메이터(20)을 구현할 수도 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 콜리메이터(20)의 격자틀(21)은 사각형의 픽셀 구조를 이루는 것을 특징으로 한다. 도 2(a) 및 (b)의 격자틀(21)은 가로ㆍ세로 치수가 동일한 사각형 픽셀을 나타낸다. 사각형의 격자틀(21)은 제조가 용이한 반면 방사선 조사폭의 불균일성이 커서 높은 해상도가 요구된다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 콜리메이터(20)의 격자틀(21)은 육각형의 픽셀 구조를 이루는 것을 특징으로 한다. 도 3(a)의 격자틀(21)은 각 변의 길이가 동일한 육각형 픽셀을 나타낸다. 육각형의 격자틀(21)은 사각형에 비하여 조사폭의 균일도가 높으므로 상대적으로 낮은 해상도로 구현이 가능하다.

상기 어느 경우에나 픽셀을 구성하는 차폐체(22)의 크기(직경)는 2㎜ 이하로 설정하며 차폐체(22)의 길이(높이)는 소재의 방사선 흡수성에 따라 결정한다.

한편, 도 3(b)에 나타내듯이 콜리메이터(20)는 선형가속기(10)의 광원(15)에 대향하는 방향으로 오목한 곡면으로 형성될 수도 있다. 이 경우 차폐체(22)도 일단과 타단의 크기가 다른 원추형 기둥 형태로 설정할 수 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 콜리메이터(20)의 차폐체(22)는 일단에서 단면적이 감소하는 형태이고, 타단에 체결공(23)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 콜리메이터(20)가 픽셀의 구조를 이루기 위해서 차폐체(22)가 격자틀(21)로 출입되어야 한다. 차폐체(22)는 격자틀(21)에 진입하기 용이하도록 일측 선단의 단면적이 축소된 원추형 또는 반원형 구조로 형성한다. 도 3(b)와 같이 차폐체(22)의 타측 선단에 형성되는 체결공(23)은 암나선(태핑)이 선호되지만 단턱 등 파지가 가능한 여타의 형태를 배제하는 것은 아니다.

또, 본 발명에 따르면 각각의 차폐체(22)에 대응하는 파지축(32)을 구비하는 조절수단(30)이 상기 콜리메이터(20)에 대향하는 위치로 이동 가능하게 설치되는 구조이다. 조절수단(30)은 도 2에 예시된 픽셀 패턴을 구현하기 위해 베이스(31)의 위치와 자세를 변동하는 외에 다수의 파지축(32)을 구동하여 격자틀(21) 상에서 차폐체(22)의 인출과 진입을 유발한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 조절수단(30)은 격자틀(21)과 동일한 크기의 픽셀 형태로 베이스(31) 상에 배치되는 파지축(32)을 각각의 모터(33)로 개별 구동하는 것을 특징으로 한다. 파지축(32)는 격자틀(21)의 사각형 또는 육각형 픽셀에 수용되는 차폐체(22)에 개별적으로 접근 가능하도록 동수로 배치된다. 파지축(32)은 각각의 마이크로 방식 모터(33)에 연결되어 차폐체(22)의 체결공(23)과 맞물림 가능하다. 각각의 모터(33)는 베이스(31) 상에 X축과 Y축으로 배치되어 좌표에 의한 구동이 가능하다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 콜리메이터(20)의 격자틀(21)은 회전축(25)을 개재하여 회전운동 가능하게 설치되고, 상기 조절수단(30)의 베이스(31)는 가이드레일(35)을 개재하여 직선운동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다. 도 4에서 회전축(25) 상에 설치되는 콜리메이터(20)는 부호 20′로 나타내는 것처럼 구동기(27)에 의하여 수평 또는 수직 상태로 전환된다. 베이스(31)는 적어도 2개의 가이드레일(35)에 의하여 수평으로 이동 가능하게 설치된다. 베이스(31)의 직선운동은 구동기(37)에 의하여 수행된다. 구동기(37)는 일반적인 회전모터와 래크-피니언으로 구성하거나 리니어 모터로 구성할 수 있다.

또, 본 발명에 따르면 제어수단(40)이 상기 차폐체(22)의 픽셀을 설정된 패턴으로 변경하도록 제어하는 구조이다. 제어수단(40)은 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 탑재한 마이컴 회로를 기반으로 구성된다. 도 5에서 제어수단(40)의 입출력인터페이스에 대한 회로연결 상태를 예시한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단(40)은 터치스크린을 작동하는 표시부(41), 콜리메이터(20)와 조절수단(30)의 위치변동을 검출하는 위치검출부(43), 외부의 DB와 통신하는 통신부(45), 조절수단(30)에 설정된 출력을 인가하는 구동부(47)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 표시부(41)는 터치스크린을 통한 지령을 입력하고 콜리메이터(20)를 비롯한 주요부 제어상태를 출력한다. 위치검출부(43)는 콜리메이터(20)의 회전 상태, 베이스(31)의 이동 상태, 파지축(32)의 작동 상태 등을 검출한다. 통신부(45)는 DB로 사용되는 PC 또는 서버에 대한 유무선 통신을 처리한다. 구동부(47)는 조절수단(30)의 모터(33), 구동기(27)(37) 등의 작동에 소요되는 전원을 인가한다.

작동의 일예로서, 환자의 환부에 대한 정보가 DB로부터 제어수단(40)의 메모리에 로딩되면, 설정된 알고리즘에 따라 콜리메이터(20)의 격자틀(21)이 수직으로 회전하는 동시에 조절수단(30)의 베이스(31)가 이동하여 격자틀(21)에 접근하고, 지정된 좌표 위치의 모터(33)가 구동되어 파지축(32)이 차폐체(22)와 맞물리고, 베이스(31)가 초기 위치로 복귀하는 동시에 격자틀(21)이 수평으로 회전하고, 선형가속기(10)의 작동이 개시되면 전술한 도 2(a)(b)와 같은 패턴으로 방사선이 투과되어 환부에 조사된다. 이후 환부(환자)가 변동되는 경우 차폐체(22)의 복귀에 의한 초기화를 거쳐 픽셀 패턴을 새로이 수정할 수 있다.

한편, 도 3(b)와 같은 곡면형 격자틀(21)을 사용하는 경우 모터(33)는 피봇운동을 위한 볼조인트(도시 생략) 등을 더 구비할 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 선형가속기(LINAC) 15: 광원
20: 콜리메이터 21: 격자틀
22: 차폐체 23: 체결공
25: 회전축 27: 구동기
30: 조절수단 31: 베이스
32: 파지축 33: 모터
35: 가이드레일 37: 구동기
40: 제어수단 41: 표시부
43: 위치검출부 45: 통신부
47: 구동부

Claims (7)

1. 환부에 선택적이고 다발적으로 방사선을 조사하기 위한 조절장치에 있어서:
   격자틀(21) 상에 차폐체(22)를 픽셀 형태로 구비하는 콜리메이터(20);
   상기 콜리메이터(20)에 대향하는 위치로 이동 가능하게 설치되고, 각각의 차폐체(22)에 대응하는 파지축(32)을 구비하는 조절수단(30); 및
   상기 차폐체(22)의 픽셀을 설정된 패턴으로 변경하도록 제어하는 제어수단(40);을 포함하여 이루어지되,
   상기 콜리메이터(20)의 차폐체(22)는 일단에서 단면적이 감소하는 형태이고, 타단에 체결공(23)을 구비하는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 조절장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 콜리메이터(20)의 격자틀(21)은 사각형의 픽셀 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 조절장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 콜리메이터(20)의 격자틀(21)은 육각형의 픽셀 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 조절장치.
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 조절수단(30)은 격자틀(21)과 동일한 크기의 픽셀 형태로 베이스(31) 상에 배치되는 파지축(32)을 각각의 모터(33)로 개별 구동하는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 조절장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 콜리메이터(20)의 격자틀(21)은 회전축(25)을 개재하여 회전운동 가능하게 설치되고, 상기 조절수단(30)의 베이스(31)는 가이드레일(35)을 개재하여 직선운동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 조절장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어수단(40)은 터치스크린을 작동하는 표시부(41), 콜리메이터(20)와 조절수단(30)의 위치변동을 검출하는 위치검출부(43), 외부의 DB와 통신하는 통신부(45), 조절수단(30)에 설정된 출력을 인가하는 구동부(47)를 구비하는 것을 특징으로 하는 방사선 조사 조절장치.

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