KR102365348B1 - An apparatus and method for measuring proton dose distribution using prompt gamma iamge and positron emission romograpfy and pet measurement system - Google Patents

An apparatus and method for measuring proton dose distribution using prompt gamma iamge and positron emission romograpfy and pet measurement system Download PDF

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Abstract

본 발명은 체내 양성자 선량분포 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로, 구체적으로는 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용하여 체내 양성자 선량분포를 측정할 수 있는 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for measuring proton dose distribution in the body, and more particularly, to a measuring apparatus and method capable of measuring a proton dose distribution in the body using an immediate gamma ray image and a positron emission tomography image.

Description

즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치 및 측정방법{AN APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING PROTON DOSE DISTRIBUTION USING PROMPT GAMMA IAMGE AND POSITRON EMISSION ROMOGRAPFY AND PET MEASUREMENT SYSTEM}AN APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING PROTON DOSE DISTRIBUTION USING PROMPT GAMMA IAMGE AND POSITRON EMISSION ROMOGRAPFY AND PET MEASUREMENT SYSTEM

본 발명은 체내 양성자 선량분포 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로, 구체적으로는 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용하여 체내 양성자 선량분포를 측정할 수 있는 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for measuring proton dose distribution in the body, and more particularly, to a measuring apparatus and method capable of measuring a proton dose distribution in the body using an immediate gamma ray image and a positron emission tomography image.

방사선 치료는 외과적 수술, 항암제를 이용하는 화학요법과 더불어 3대 암 치료방법 중의 하나이며, 방사선 치료의 궁극적인 목적은 종양 부위에는 최적의 방사선량을 조사함과 동시에 주위 정상조직을 최대한 보호하는 것이다. Radiation therapy is one of the three major cancer treatment methods along with surgery and chemotherapy using chemotherapy. .

이러한 방사선 치료를 크게 두 분야로 나누면 고 에너지 X-선 혹은 감마선이나 양성자 혹은 중이온 입자를 외부에서 조사하여 암을 치료하는 외부방사선치료와 방사성 동위원소를 체내에 주입하여 암을 치료하는 근접방사선치료가 있다.Radiation therapy is broadly divided into two areas: external radiation therapy, which treats cancer by irradiating high-energy X-rays or gamma rays, protons, or heavy ion particles from the outside, and brachytherapy, which treats cancer by injecting radioactive isotopes into the body. there is.

특히 외부방사선치료 중 양성자치료는 수소 원자핵인 양성자를 가속하여 에너지를 높인 후 이를 환자의 종양 위치에 조사하는 방법을 의미하는데, 양성자 빔은 환자 체내 물질과 충돌하면서 운동에너지를 잃다가 일정 운동에너지가 되면 대부분의 에너지를 주위 물질에 전달하는 선량특성(Bragg Peak)을 보인다. In particular, during external radiation therapy, proton therapy refers to a method of accelerating protons, which are atomic hydrogen nuclei, to increase energy and then irradiating them to the patient's tumor location. It shows a dose characteristic (Bragg Peak) that transfers most of the energy to the surrounding material.

가속된 양성자의 초기 에너지에 따라 대부분의 에너지를 전달하는 특정 깊이가 결정되고, 환자 체내 종양이 위치한 깊이와 크기에 따라 에너지를 다양하게 조절함으로써 넓은 면적에 선량을 균일하게 전달할 수 있는 SOBP (Spread Out Bragg Peak)를 만들어 치료가 수행된다. The specific depth through which most of the energy is delivered is determined according to the initial energy of the accelerated proton, and the SOBP (Spread Out (SOBP) Treatment is performed by creating a Bragg Peak).

피부 부근에 최대의 선량을 전달하고 체내로 깊이 들어감에 따라 전달 선량이 점점 낮아지는 X선을 사용한 가장 보편적인 방사선 치료와는 달리 양성자치료는 정상조직에 전달되는 선량을 줄일 수 있어 정상조직합병증과 2차 암의 발생을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.Unlike the most common radiation therapy using X-rays, which deliver the maximum dose near the skin and the delivered dose gradually decreases as it goes deep into the body, proton therapy can reduce the dose delivered to normal tissues, so It has the advantage of reducing the incidence of secondary cancer.

한편, 도 1에서 확인되는 바와 같이 X-선의 경우 1 cm의 깊이 오차에 대해서 3%의 선량차이만 발생하지만, 양성자 빔의 경우 동일한 깊이 오차에 대해서 최대 90%의 선량차이가 발생할 수 있음을 보여주고 있으며, 이를 고려해 볼 때 양성자 치료에 있어서 양성자 빔의 선량급락지점(또는 비정)의 정확한 예측이 매우 중요하다.On the other hand, as confirmed in FIG. 1, in the case of X-rays, only a 3% dose difference occurs for a depth error of 1 cm, but in the case of a proton beam, a dose difference of up to 90% can occur for the same depth error. Given this, it is very important to accurately predict the dose drop point (or irregularity) of the proton beam in proton therapy.

즉, 빔 전달 장치, 치료계획, 환자 셋업 등에서 발생하는 오차에 의해서 양성자 빔의 선량급락지점이 정확하게 예측되지 못한 경우에는 암 조직에 계획된 선량을 전달하지 못하거나, 주변 주요 장기에 과도한 선량을 전달할 수 있다.That is, if the point of sharp drop in the dose of the proton beam is not accurately predicted due to errors occurring in the beam delivery device, treatment plan, patient setup, etc., the planned dose may not be delivered to the cancer tissue, or excessive dose may be delivered to surrounding major organs. there is.

따라서 환자 체내에서 실제 전달된 양성자 선량의 급락지점을 실시간으로 정확히 확인할 수 있는 장치 및 방법이 요구되고 있는 실정이다. Therefore, there is a need for an apparatus and method capable of accurately confirming in real time the drop point of the actually delivered proton dose in the patient's body.

한편, 하기 선행기술문헌에는 PET-MRI 융합시스템에 대한 기술이 개시되어 있으며, 본 발명의 기술적 요지는 개시하고 있지 않다.On the other hand, the following prior art literature discloses a technology for a PET-MRI fusion system, but does not disclose the technical gist of the present invention.

대한민국 공개특허공보 10-2010-0060193호Korean Patent Publication No. 10-2010-0060193

본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정방법은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.A method for measuring a proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma-ray image and a positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention has the following object in order to solve the above-mentioned problems.

환자 체내의 양성자 선량급락지점을 정확히 결정함으로써 양성자 치료시 암 조직에 계획된 선량을 전달하지 못하거나, 주변 주요 장기에 과도한 선량을 전달할 수 있는 문제점을 방지할 수 있는 체내 양성자 선량분포 측정장치 및 방법을 제공하는 것이다. A device and method for measuring proton dose distribution in the body that can prevent the problem of failing to deliver the planned dose to cancer tissue during proton treatment or delivering excessive dose to surrounding major organs by accurately determining the point of sharp drop in the proton dose in the patient's body will provide

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.The problems to be solved of the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description.

본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치는, 갠트리 내부에 배치되어, 양성자 빔에 의하여 발생되는 즉발감마선 및 양전자방출체 중 적어도 하나를 검출하고, 복수 개의 검출기를 포함하는 검출모듈; 상기 검출기의 전단에 탈부착 가능하도록 형성되는 복수 개의 콜리메이터를 포함하는 콜리메이터 모듈; 및 상기 검출모듈에 의하여 검출된 즉발감마선 및 양전자방출체에 기초하여 피검사체의 체내 양성자 선량분포를 측정하는 제어모듈;을 포함한다.The apparatus for measuring the proton dose distribution in the body using the instantaneous gamma-ray image and the positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention is disposed inside the gantry and detects at least one of the instantaneous gamma-ray and the positron emitter generated by the proton beam, , a detection module comprising a plurality of detectors; a collimator module including a plurality of collimators formed to be detachably attached to the front end of the detector; and a control module for measuring the proton dose distribution in the body of the subject based on the instantaneous gamma rays and positron emitters detected by the detection module.

상기 콜리메이터 모듈은 상기 콜리메이터의 측면에 결합되는 이송부를 포함하고, 상기 이송부는 갠트리의 길이방향을 따라 형성된 이송레일 상에서 이동하도록 형성되는 것이 바람직하다.Preferably, the collimator module includes a transfer unit coupled to a side surface of the collimator, and the transfer unit is formed to move on a transfer rail formed along the longitudinal direction of the gantry.

상기 검출모듈은 환형 형상으로 배치된 복수 개의 검출기를 포함하고, 상기 콜리메이터 모듈은 상기 복수 개의 검출기에 대응하는 복수 개의 콜리메이터 및 상기 복수 개의 콜리메이터를 지지하는 지지링을 포함하고, 상기 지지링은 상기 갠트리 내에서 회전 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.The detection module includes a plurality of detectors arranged in an annular shape, the collimator module includes a plurality of collimators corresponding to the plurality of detectors and a support ring for supporting the plurality of collimators, the support ring is the gantry It is preferable to be configured to be rotatable within.

상기 검출모듈은, 상기 양성자 빔이 조사되는 동안에는 상기 콜리메이터가 상기 검출기 전단에 부착된 상태에서 상기 양성자 빔에 의하여 발생되는 즉발감마선을 검출하고, 상기 양성자 빔의 조사가 완료된 이후에는 상기 콜리메이터가 상기 검출기의 전단으로부터 탈락된 상태에서 상기 양성자 빔에 의하여 발생되는 양전자방출체를 검출하는 것이 바람직하다.The detection module detects instantaneous gamma rays generated by the proton beam while the collimator is attached to the front end of the detector while the proton beam is irradiated, and after the proton beam is irradiated, the collimator is the detector It is preferable to detect the positron emitter generated by the proton beam in a state that is removed from the front end of the .

상기 콜리메이터는 복수 개의 콜리메이터 홀이 미리 설정된 간격으로 이격 배열된 평행다공형 콜리메이터인 것이 바람직하다.Preferably, the collimator is a parallel porous type collimator in which a plurality of collimator holes are arranged to be spaced apart from each other at a preset interval.

상기 검출기는, 다각형 기둥 형상을 갖는 다수개의 섬광 결정셀이 결합 배열되어 구성되는 신틸레이터; 상기 신틸레이터의 일단에 결합되어 상기 신틸레이터로부터 전달된 섬광신호를 전기적 신호로 변환하여 출력시키는 광전변환부; 및 상기 광전변환부에 전기적으로 연결되어 광전변환부로부터 전달되는 전기적 신호를 미리 설정된 검출 알고리즘을 통해 데이터로 변환하여 상기 제어모듈로 전달하는 검출회로부;를 포함하는 것이 바람직하다.The detector may include: a scintillator configured by combining and arranging a plurality of scintillation crystal cells having a polygonal columnar shape; a photoelectric conversion unit coupled to one end of the scintillator to convert the flash signal transmitted from the scintillator into an electrical signal and output it; and a detection circuit unit that is electrically connected to the photoelectric conversion unit and converts the electrical signal transmitted from the photoelectric conversion unit into data through a preset detection algorithm and transmits it to the control module.

상기 제어모듈은, 상기 검출모듈로부터 상기 즉발감마선 검출정보를 전달받는 제1 획득부; 상기 검출모듈로부터 상기 양전자방출체의 검출정보를 전달받은 제2 획득부; 상기 즉발감마선 검출정보에 기초하여 즉발감마선영상을 생성하는 즉발감마선영상 생성부; 상기 양전자방출체의 검출정보에 기초하여 양전자방출단층영상을 생성하는 양전자방출단층영상 생성부; 및 상기 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상에 기초하여 양성자 선량분포정보를 산출하는 양성자 선량분포정보 생성부;를 포함하는 것이 바람직하다.The control module may include: a first acquisition unit receiving the instantaneous gamma-ray detection information from the detection module; a second acquisition unit receiving the detection information of the positron emitter from the detection module; an instantaneous gamma-ray image generator for generating an instantaneous gamma-ray image based on the instantaneous gamma-ray detection information; a positron emission tomography image generator for generating a positron emission tomography image based on the detection information of the positron emitter; and a proton dose distribution information generating unit that calculates proton dose distribution information based on the instantaneous gamma ray image and the positron emission tomography image.

상기 제어모듈은 상기 제1 획득부가 획득한 즉발감마선 검출정보 중 배경방사선에 의한 노이즈를 저감시키기 위한 전처리를 수행하는 전처리부;를 더 포함하고, 상기 즉발감마선영상 생성부는 전처리된 상기 즉발감마선 정보에 기초하여 즉발감마선영상을 생성하는 것이 바람직하다.The control module further includes a preprocessing unit that performs preprocessing for reducing noise caused by background radiation among the instantaneous gamma-ray detection information acquired by the first acquiring unit, wherein the instantaneous gamma-ray image generator is It is preferable to generate an instantaneous gamma-ray image based on it.

본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정방법은, 갠트리 내부에 배치되어, 양성자 빔에 의하여 발생되는 즉발감마선 및 양전자방출체 중 적어도 하나를 검출하고, 복수 개의 검출기를 포함하는 검출모듈과, 상기 검출기의 전단에 탈부착 가능하도록 형성되는 복수 개의 콜리메이터를 포함하는 콜리메이터 모듈과, 상기 검출모듈에 의하여 검출된 즉발감마선 및 양전자방출체에 기초하여 피검사체의 체내 양성자 선량분포를 측정하는 제어모듈을 포함하는 체내 양성자 선량분포 측정장치에 적용되는 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정방법에 관한 것으로, 상기 콜리메이터가 상기 검출기의 전단에 부착되도록 상기 제어모듈이 상기 콜리메이터 모듈을 이동시키는 단계; 상기 양성자 빔을 상기 갠트리 내부에 배치된 피검사체에 조사하는 단계; 상기 검출모듈이 상기 양성자 빔에 의하여 발생되는 즉발감마선을 검출하는 단계; 상기 양성자 빔의 조사를 중단하고, 상기 콜리메이터가 상기 검출기의 전단과 탈락되도록 상기 제어모듈이 상기 콜리메이터 모듈을 이동시키는 단계; 및 상기 검출모듈이 상기 양성자 빔에 의하여 발생되는 양전자방출체를 검출하는 단계;를 포함한다.The method for measuring a proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma-ray image and a positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention is disposed inside a gantry to detect at least one of instantaneous gamma rays and positron emitters generated by a proton beam, , a detection module including a plurality of detectors, a collimator module including a plurality of collimators detachably formed at the front end of the detector, and the instantaneous gamma rays and positron emitters detected by the detection module. It relates to a method for measuring proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma ray image and positron emission tomography image applied to a proton dose distribution measuring apparatus in the body including a control module for measuring proton dose distribution in the body, wherein the collimator is attached to the front end of the detector moving the collimator module by the control module so as to be possible; irradiating the proton beam to a subject disposed inside the gantry; detecting, by the detection module, instantaneous gamma rays generated by the proton beam; stopping the irradiation of the proton beam and moving the collimator module by the control module so that the collimator is separated from the front end of the detector; and detecting, by the detection module, the positron emitter generated by the proton beam.

상기 콜리메이터 모듈은 상기 콜리메이터의 측면에 결합되는 이송부를 포함하고, 상기 이송부는 갠트리의 길이방향을 따라 형성된 이송레일 상에서 이동하도록 형성되는 것이 바람직하다.Preferably, the collimator module includes a transfer unit coupled to a side surface of the collimator, and the transfer unit is formed to move on a transfer rail formed along the longitudinal direction of the gantry.

상기 검출모듈은 환형 형상으로 배치된 복수 개의 검출기를 포함하고, 상기 콜리메이터 모듈은 상기 복수 개의 검출기에 대응하는 복수 개의 콜리메이터 및 상기 복수 개의 콜리메이터를 지지하는 지지링을 포함하고, 상기 지지링은 상기 갠트리 내에서 회전 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.The detection module includes a plurality of detectors arranged in an annular shape, the collimator module includes a plurality of collimators corresponding to the plurality of detectors and a support ring for supporting the plurality of collimators, the support ring is the gantry It is preferable to be configured to be rotatable within.

상기 콜리메이터는 복수 개의 콜리메이터 홀이 미리 설정된 간격으로 이격 배열된 평행다공형 콜리메이터인 것이 바람직하다.Preferably, the collimator is a parallel porous type collimator in which a plurality of collimator holes are arranged to be spaced apart from each other at a preset interval.

상기 검출기는, 다각형 기둥 형상을 갖는 다수개의 섬광 결정셀이 결합되어 가로 N개 및 세로 M개의 배열로 구성되는 신틸레이터; 상기 신틸레이터의 일단에 결합되어 상기 신틸레이터로부터 전달된 섬광신호를 전기적 신호로 변환하여 출력시키는 광전변환부; 및 상기 광전변환부에 전기적으로 연결되어 광전변환부로부터 전달되는 전기적 신호를 미리 설정된 검출 알고리즘을 통해 데이터로 변환하여 상기 제어모듈로 전달하는 검출회로부;를 포함하는 것이 바람직하다.The detector includes: a scintillator composed of a plurality of scintillation crystal cells having a polygonal columnar shape, arranged in N horizontal and M vertical arrays; a photoelectric conversion unit coupled to one end of the scintillator to convert the flash signal transmitted from the scintillator into an electrical signal and output it; and a detection circuit unit that is electrically connected to the photoelectric conversion unit and converts the electrical signal transmitted from the photoelectric conversion unit into data through a preset detection algorithm and transmits it to the control module.

상기 검출모듈이 상기 양성자 빔에 의하여 발생되는 양전자방출체를 검출하는 단계; 이후에는, 상기 제어모듈이 상기 검출모듈이 검출한 즉발감마선 및 양전자방출체에 기초하여 피검사체의 체내 양성자 선량분포정보를 생성하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.detecting, by the detection module, the positron emitter generated by the proton beam; Thereafter, the method further includes, by the control module, generating proton dose distribution information of the subject based on the instantaneous gamma rays and positron emitters detected by the detection module.

상기 제어모듈은, 상기 검출모듈로부터 상기 즉발감마선 검출정보를 전달받는 제1 획득부; 상기 검출모듈로부터 상기 양전자방출체의 검출정보를 전달받은 제2 획득부; 상기 즉발감마선 정보에 기초하여 즉발감마선영상을 생성하는 즉발감마선영상 생성부; 상기 양전자방출체의 검출정보에 기초하여 양전자방출단층영상을 생성하는 양전자방출단층영상 생성부; 및 상기 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상에 기초하여 양성자 선량분포정보를 산출하는 양성자 선량분포정보 생성부;를 포함하는 것이 바람직하다.The control module may include: a first acquisition unit receiving the instantaneous gamma-ray detection information from the detection module; a second acquisition unit receiving the detection information of the positron emitter from the detection module; an instantaneous gamma-ray image generator for generating an instantaneous gamma-ray image based on the instantaneous gamma-ray information; a positron emission tomography image generator for generating a positron emission tomography image based on the detection information of the positron emitter; and a proton dose distribution information generating unit that calculates proton dose distribution information based on the instantaneous gamma ray image and the positron emission tomography image.

상기 피검사체의 체내 양성자 선량분포정보를 생성하는 단계;는, 상기 제1 획득부가 상기 즉발감마선 검출정보를 획득하는 단계; 상기 즉발감마영상 생성부가 상기 즉발감마선 정보에 기초하여 즉발감마선영상을 생성하는 단계; 상기 제2 획득부가 상기 양전자방출체의 검출정보를 획득하는 단계; 상기 양전자방출단층영상 생성부가 양전자방출체의 검출정보에 기초하여 양전자방출단층영상을 생성하는 단계; 및 상기 양성자 선량분포정보 생성부가 상기 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상에 기초하여 양성자 선량분포정보를 산출하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.generating proton dose distribution information in the body of the subject; generating, by the instantaneous gamma-ray image generator, an instantaneous gamma-ray image based on the instantaneous gamma-ray information; acquiring, by the second acquiring unit, detection information of the positron emitter; generating, by the positron emission tomography image generation unit, a positron emission tomography image based on the detection information of the positron emitter; and calculating, by the proton dose distribution information generating unit, proton dose distribution information based on the instantaneous gamma ray image and the positron emission tomography image.

상기 제어모듈은 상기 제1 획득부가 획득한 즉발감마선 검출정보 중 배경방사선에 의한 노이즈를 저감시키기 위한 전처리를 수행하는 전처리부;를 더 포함하고, 상기 즉발감마선영상 생성부는 전처리된 상기 즉발감마선 정보에 기초하여 즉발감마선영상을 생성하는 것이 바람직하다.The control module further includes a preprocessing unit that performs preprocessing for reducing noise caused by background radiation among the instantaneous gamma-ray detection information acquired by the first acquiring unit, wherein the instantaneous gamma-ray image generator is It is preferable to generate an instantaneous gamma-ray image based on it.

상기 즉발감마선 검출정보를 획득하는 단계 및 상기 즉발감마선영상을 생성하는 단계 사이에는, 상기 전처리부가 상기 즉발감마선 검출정보를 전처리하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.Preferably, the method further includes, between the obtaining of the instantaneous gamma-ray detection information and the generating of the instantaneous gamma-ray image, the pre-processing step of preprocessing the instantaneous gamma-ray detection information by the preprocessor.

본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치 및 측정방법은 양성자 치료 분야에서 환자 체내의 방사선량 분포를 정밀하게 확인하기 위해 연구되었던 즉발감마선 분포 측정과 PET 스캔 방식을 동시에 적용할 수 있는 측정기술을 제안함으로써 선량급락지점 및 3차원적인 선량분포를 정확하게 확인할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.The apparatus and method for measuring the proton dose distribution in the body using the instantaneous gamma-ray image and the positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention is the instantaneous gamma-ray distribution measurement that has been studied to precisely check the radiation dose distribution in the patient's body in the field of proton therapy. By proposing a measurement technology that can simultaneously apply the PET scan method and the PET scan method, the effect of accurately confirming the dose drop point and the three-dimensional dose distribution can be expected.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description.

도 1은 물 깊이에 따른 X-선 빔과 치료용 양성자 빔의 선량분포 및 1 cm 깊이 오차에 대한 X-선 및 양성자 빔의 선량 변화를 표시한 그래프이다.
도 2는 양성자 선량분포와 동일 빔에 의해서 발생되는 양전자방출체의 분포를 PET을 통해 재구성한 영상이다.
도 3은 깊이에 따른 80, 150, 220 MeV 에너지의 양성자 빔에 의한 선량분포 및 각각의 양성자 빔에 의해 발생되는 즉발감마선의 분포를 표시한 그래프이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치의 구성 중 검출기의 상세 구성을 도시한 분해사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치의 구성 중 콜리메이터의 사시도이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치에서 콜리메이터의 탈부착 구조에 대한 여러 구현예를 도시한 개념도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치의 구성 중 제어모듈의 세부구성을 도시한 블록도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정방법을 시계열적으로 도시한 플로우차트이다.
도 14는 도 13의 단계 중 피검사체의 체내 양성자 선량분포정보를 생성하는 단계의 세부 단계를 도시한 플로우차트이다.
1 is a graph showing the dose distribution of an X-ray beam and a proton beam for treatment according to the depth of water, and the change in dose of the X-ray and proton beam with respect to a 1 cm depth error.
FIG. 2 is an image reconstructed through PET of a proton dose distribution and a distribution of a positron emitter generated by the same beam.
3 is a graph showing the distribution of doses by proton beams of 80, 150, and 220 MeV energy and the distribution of instantaneous gamma rays generated by each proton beam according to depth.
4 and 5 are conceptual diagrams of an apparatus for measuring proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma ray image and a positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention.
6 is an exploded perspective view illustrating a detailed configuration of a detector among the configurations of an apparatus for measuring proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma ray image and a positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention.
7 is a perspective view of a collimator in the configuration of an apparatus for measuring proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma ray image and a positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention.
8 to 11 are conceptual diagrams illustrating various embodiments of a structure for attaching and detaching a collimator in an apparatus for measuring proton dose distribution in the body using an instant gamma ray image and a positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention.
12 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a control module in the configuration of an apparatus for measuring a proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma ray image and a positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention.
13 is a flowchart illustrating a method for measuring a proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma ray image and a positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention in time series.
FIG. 14 is a flowchart illustrating detailed steps of generating proton dose distribution information in the body of a subject among the steps of FIG. 13 .

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. A preferred embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar components are assigned the same reference numerals regardless of reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.In addition, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, it should be noted that the accompanying drawings are only for easy understanding of the spirit of the present invention, and should not be construed as limiting the spirit of the present invention by the accompanying drawings.

양전자방출단층촬영 기술은 1978년 처음으로 제안되었으며, 양전자방출체(positron emitter)로부터 발생된 양전자가 주변 매질의 음전자와 결합하면 180도 방향으로 소멸광자 2개가 방출되는 원리를 이용하여 수많은 소멸방사선의 궤적을 토대로 3차원적인 양전자방출체 분포를 영상화할 수 있다. Positron emission tomography technology was first proposed in 1978, and using the principle that two extinction photons are emitted in a 180 degree direction when positrons generated from a positron emitter combine with negative electrons in the surrounding medium, numerous extinction radiation Based on the trajectory of the three-dimensional positron emitter distribution can be imaged.

양성자 빔은 인체를 구성하는 주요 원자인 16O, 12C, 14N 등과 핵반응을 통해 15O, 11C, 13N 등의 양전자방출체를 발생시킨다. The proton beam generates positron emitters such as 15 O, 11 C, and 13 N through a nuclear reaction with 16 O, 12 C, and 14 N, which are the main atoms constituting the human body.

발생된 양전자방출체는 2 내지 20분의 짧은 반감기로 붕괴하기 때문에 치료 직후 측정을 수행해야 하며, 측정된 양전자방출체의 분포를 통해 양성자 선량의 3차원 분포를 유추할 수 있게 된다. Since the generated positron emitter decays with a short half-life of 2 to 20 minutes, measurement must be performed immediately after treatment, and the three-dimensional distribution of the proton dose can be inferred through the measured distribution of the positron emitter.

그러나 이러한 양전자방출단층촬영 기술은 도 2에 도시된 바와 같이 양전자방출체 분포와 양성자 선량 간의 직접적인 상관관계가 없기 때문에 3차원 적인 양성자 빔의 궤적은 확인할 수 있지만, 선량급락지점의 확인이 어렵다는 문제점이 있다.However, since this positron emission tomography technique does not have a direct correlation between the positron emitter distribution and the proton dose, as shown in FIG. there is.

한편, 양성자와의 핵반응을 통해 들뜬 상태에 놓인 핵자는 짧은 시간 안에 MeV 단위의 고 에너지 감마선을 방출하는데 이를 즉발감마선이라 부르며, 이러한 즉발감마선은 양성자 빔의 에너지가 낮을 때(브래그 피크 근처) 발생확률이 높은 특성을 가지고 있어 선량급락지점을 정밀하게 확인하는 것이 가능한 장점이 있다.On the other hand, nucleons placed in an excited state through a nuclear reaction with protons emit high-energy gamma rays of the MeV unit within a short period of time, which is called immediate gamma rays. With this high characteristic, it has the advantage of being able to precisely identify the point of sharp drop in dose.

도 3은 양성자 빔의 에너지에 따라 체내 비정이 다르며 양성자 빔에 의해 체내에 전달된 선량분포(붉은 실선)와 즉발감마선의 발생분포(검은 실선)의 상관관계를 보여주는데, 아직 이 기술은 치료용 양성자 빔에 대한 비정 검증을 위해 고 에너지 즉발감마선을 고효율/고해상도로 측정할 수 있는 시스템이 부족하며 선량분포를 3차원적으로 획득하는 것이 어려운 문제점이 있다.3 shows the correlation between the distribution of doses delivered to the body by the proton beam (solid red line) and the generation distribution of instantaneous gamma rays (solid black line), which differs according to the energy of the proton beam. There is a lack of a system capable of measuring high-energy instantaneous gamma rays with high efficiency and high resolution for non-deterministic verification of the beam, and there is a problem in that it is difficult to obtain the dose distribution in three dimensions.

본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치는 상술한 두 기술의 장점을 융합할 수 있는 측정장치로, 구체적으로 실시간으로 양성자 빔의 체내 비정을 확인할 수 있는 즉발감마선영상 및 양성자 빔의 3차원적 범위를 확인할 수 있는 양전자방출단층영상을 융합하여 실시간으로 정밀하게 환자체 내의 양성자 선량분포를 측정할 수 있는 장치이다.The apparatus for measuring proton dose distribution in the body using instantaneous gamma ray imaging and positron emission tomography according to an embodiment of the present invention is a measuring device capable of fusion of the advantages of the two technologies described above. It is a device that can accurately measure the proton dose distribution in a patient in real time by fusing the instant gamma-ray image that can be confirmed and the positron emission tomography image that can confirm the three-dimensional range of the proton beam.

상술한 기능의 구현을 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 검출모듈(100), 콜리메이터 모듈(200) 및 제어모듈(300)을 포함하도록 구성된다. In order to implement the above-described function, the apparatus for measuring the proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma ray image and a positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention is a detection module 100 and a collimator module as shown in FIGS. 4 and 5 . 200 and the control module 300 is configured to include.

검출모듈(100)은 갠트리 내부에 배치되어 양성자 빔에 의하여 발생되는 즉발감마선 및 양전자방출체 중 적어도 하나를 검출하는 기능을 수행하며, 이러한 검출모듈(100)은 복수 개의 검출기(110)를 포함하도록 구성되되 이러한 검출모듈(110)는 피검사체(10)를 중심으로 환형 형상으로 배치되는 것이 바람직하다. The detection module 100 is disposed inside the gantry and performs a function of detecting at least one of immediate gamma rays and positron emitters generated by the proton beam, and the detection module 100 includes a plurality of detectors 110 . It is preferably configured such that the detection module 110 is arranged in an annular shape around the object 10 to be inspected.

한편, 각각의 검출기(110)는 도 6에 도시된 바와 같이 신틸레이터(111), 광전변환부(112) 및 검출회로부(113)를 포함하도록 구성될 수 있다.Meanwhile, each detector 110 may be configured to include a scintillator 111 , a photoelectric conversion unit 112 , and a detection circuit unit 113 as shown in FIG. 6 .

신틸레이터(111)는 다각형 기둥 형상을 갖는 다수개의 섬광 결정셀이 결합 배열되어 구성되며, 광전변환부(112)는 신틸레이터(111)의 일단에 결합되어 신틸레이터(111)로부터 전달된 섬광신호를 전기적 신호로 변환하여 출력시키는 구성이다.The scintillator 111 is configured by combining a plurality of scintillation crystal cells having a polygonal columnar shape, and the photoelectric conversion unit 112 is coupled to one end of the scintillator 111 to provide a flash signal transmitted from the scintillator 111 . It is a configuration that converts and outputs an electrical signal.

검출회로부(113)는 광전변환부(112)에 전기적으로 연결되어 광전변환부(112)로부터 전달되는 전기적 신호를 미리 설정된 검출 알고리즘을 통해 데이터로 변환하여 제어모듈(300)로 전달하는 기능을 수행하는 구성이다. The detection circuit unit 113 is electrically connected to the photoelectric conversion unit 112 and converts the electrical signal transmitted from the photoelectric conversion unit 112 into data through a preset detection algorithm and transmits it to the control module 300 . is a configuration that

콜리메이터 모듈(200)은 검출기(110)의 전단에 탈부착 가능하도록 형성되는 복수 개의 콜리메이터(210)를 포함하는 구성으로, 이러한 콜리메이터(210)는 도 7에 도시된 바와 같이 복수 개의 콜리메이터 홀(211)이 미리 설정된 간격으로 이격 배열된 평행다공형 콜리메이터인 것이 바람직하다. The collimator module 200 is configured to include a plurality of collimators 210 that are formed to be detachably attached to the front end of the detector 110 , and the collimator 210 has a plurality of collimator holes 211 as shown in FIG. 7 . It is preferable that the parallel porous type collimators are spaced apart and arranged at a predetermined interval.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이 즉발감마선은 양성자 빔이 조사되는 동안에 검출되어야 하는데, 이때 배경방사선이 많이 발생하기 때문에 이로 인한 측정의 정확성이 담보되지 않을 수 있기 때문에, 양성자 빔이 조사되는 동안에는 콜리메이터(210)가 검출기(110) 전단에 부착된 상태에서 양성자 빔에 의하여 발생되는 즉발감마선을 검출하여야 한다.On the other hand, as shown in FIG. 4 , the instantaneous gamma ray should be detected while the proton beam is irradiated. At this time, since a lot of background radiation is generated, the accuracy of the measurement may not be guaranteed. In a state where the 210 is attached to the front end of the detector 110, the instantaneous gamma rays generated by the proton beam must be detected.

이후 양성자 빔의 조사가 완료된 이후에는 도 5에 도시된 바와 같이 콜리메이터(210)가 검출기(110)의 전단으로부터 탈락된 상태에서 양성자 빔에 의하여 발생되는 양전자방출체를 검출한다.After the irradiation of the proton beam is completed, as shown in FIG. 5 , the positron emitter generated by the proton beam is detected while the collimator 210 is removed from the front end of the detector 110 .

즉, 즉발감마선의 검출시점과 양전자방출체의 검출시점에 따라 콜리메이터 모듈(200)이 겐트리 내부에서 이동 가능하도록 구성되어야 하는데, 이러한 콜리메이터 모듈(200)의 이동을 위한 2가지 구현예를 고려해 볼 수 있다.That is, the collimator module 200 should be configured to be movable inside the gantry according to the detection time of the instantaneous gamma ray and the detection time of the positron emitter. Consider two implementations for the movement of the collimator module 200. can

첫번째 구현예의 경우 도 8 및 도 9에 도시된 구현예로, 콜리메이터 모듈(200)은 콜리메이터(210)의 측면에 결합되는 이송부(220)를 포함하고, 이러한 이송부(220)는 갠트리 내주면에 겐트리의 길이방향을 따라 형성된 이송레일(20) 상에서 이동 가능하도록 형성되도록 구성될 수 있다.In the case of the first embodiment, in the embodiment shown in FIGS. 8 and 9 , the collimator module 200 includes a transfer unit 220 coupled to a side surface of the collimator 210 , and the transfer unit 220 is a gantry on the inner circumferential surface of the gantry. It may be configured to be movable on the transfer rail 20 formed along the longitudinal direction of the.

즉, 양전자 빔을 조사할 경우에는 도 8과 같이 콜리메이터(210)가 검출기(110)의 전단에 배치됨으로써 검출기(110)가 즉발감마선을 검출하되, 양전자 빔의 조사가 완료된 상태에서는 도 9에 도시된 바와 같이 이송부(220)의 구동에 의하여 콜리메이터(210)가 검출기(110)의 전단으로부터 탈락되게 되며, 이때 검출기(110)는 피검사체(10)에서 나오는 양전자방출체를 검출하게 된다. That is, when irradiating the positron beam, the collimator 210 is disposed at the front end of the detector 110 as shown in FIG. 8 , so that the detector 110 detects the instantaneous gamma ray. As described above, the collimator 210 is removed from the front end of the detector 110 by the driving of the transfer unit 220 , and at this time, the detector 110 detects a positron emitter from the subject 10 .

두번째 구현예의 경우 도 10 및 도 11에 도시된 구현예로, 검출모듈(100)은 환련 형상으로 배치된 복수 개의 검출기(110)를 포함하도록 구성되되, 콜리메이터 모듈(200)은 복수 개의 검출기(110)에 대응하는 복수 개의 콜리메이터(210)와 복수 개의 콜리메이터(210)를 지지하는 지지링(230)을 포함하도록 구성될 수 있다.In the case of the second embodiment, in the embodiment shown in FIGS. 10 and 11 , the detection module 100 is configured to include a plurality of detectors 110 arranged in an annular shape, and the collimator module 200 includes a plurality of detectors 110 . ) may be configured to include a plurality of collimators 210 corresponding to and a support ring 230 for supporting the plurality of collimators 210 .

이러한 지지링(230)은 갠터리 내부에서 회전 가능하도록 배치되며, 양전자 빔을 조사할 경우에는 도 10과 같이 콜리메이터(210)가 검출기(110)의 전단에 배치됨으로써 검출기(110)가 즉발감마선을 검출하되, 양전자 빔의 조사가 완료된 상태에서는 도 11에 도시된 바와 같이 지지링(230)이 회전함으로써 콜리메이터(210)가 검출기(110)의 전단으로부터 탈락되게 되며, 이때 검출기(110)는 피검사체(10)에서 나오는 양전자방출체를 검출하게 된다. The support ring 230 is rotatably disposed inside the gantry, and when the positron beam is irradiated, the collimator 210 is disposed at the front end of the detector 110 as shown in FIG. However, in a state in which irradiation of the positron beam is completed, as shown in FIG. 11 , the support ring 230 rotates so that the collimator 210 is removed from the front end of the detector 110 , in which case the detector 110 is the subject. The positron emitter from (10) is detected.

제어모듈(300)은 검출모듈(100)에 의하여 검출된 즉발감마선 및 양전자방출체에 기초하여 피검사체(10)의 체내 양성자 선량분포를 측정하는 구성으로, 도 7에 도시된 바와 같이 제1 획득부(310), 제2 획득부(320), 즉발감마선영상 생성부(330), 양전자방출단층영상 생성부(340) 및 양성자 선량분포정보 생성부(350)를 포함하도록 구성된다. The control module 300 is configured to measure the proton dose distribution in the body of the subject 10 based on the instantaneous gamma rays and positron emitters detected by the detection module 100, and as shown in FIG. 7 , the first acquisition It is configured to include a unit 310 , a second acquisition unit 320 , an immediate gamma ray image generation unit 330 , a positron emission tomography image generation unit 340 , and a proton dose distribution information generation unit 350 .

제1 획득부(310)는 검출모듈(100)로부터 즉발감마선 검출정보를 전달받는 기능을 수행하고, 제2 획득부(320)는 검출모듈(100)로부터 양전자방출체의 검출정보를 전달받는 기능을 수행한다.The first acquirer 310 performs a function of receiving immediate gamma-ray detection information from the detection module 100 , and the second acquirer 320 receives the detection information of the positron emitter from the detection module 100 . carry out

즉발감마선영상 생성부(330)는 제1 획득부(310)가 획득한 즉발감마선 검출정보에 기초하여 즉발감마선영상을 생성하는 기능을 수행하고, 양전자방출단층영상 생성부(340)는 제2 획득부(320)가 획득한 양전자방출체의 검출정보에 기초하여 양전자방출단층영상을 생성하는 기능을 수행하낟.The instantaneous gamma-ray image generator 330 performs a function of generating an immediate gamma-ray image based on the instantaneous gamma-ray detection information acquired by the first acquirer 310, and the positron emission tomography image generator 340 acquires the second The unit 320 performs a function of generating a positron emission tomography image based on the acquired detection information of the positron emitter.

양성자 선량분포정보 생성부(350)는 즉발감마선영상 생성부(330) 및 양전자방출단층영상 생성부(340)가 각각 생성한 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상에 기초하여 양성자 선량분포정보를 산출하는 기능을 수행한다.The proton dose distribution information generator 350 calculates proton dose distribution information based on the instantaneous gamma-ray image and the positron emission tomography image generated by the instantaneous gamma-ray image generator 330 and the positron emission tomography image generator 340, respectively. perform the function

한편 고에너지 양성자 빔은 피검사체(10) 매질과 상호작용할 때 즉발감마선 또는 양전자방출체 뿐만 아니라 중성자, 알파, 베타, 선량분포와 무관한 감마선 등 많은 배경방사선이 발생된다. On the other hand, when the high-energy proton beam interacts with the medium of the subject 10, not only immediate gamma rays or positron emitters, but also a lot of background radiation such as neutrons, alpha, beta, and gamma rays independent of the dose distribution are generated.

양전자방출체의 분포를 측정하는 PET 영상은 양성자 빔 조사 후에 측정되기 때문에 상대적으로 배경방사선이 적은 반면에 즉발감마선 측정은 양성자 빔 조사 중에 수행되므로 노이즈인 배경방사선의 전처리가 필요하다.Since PET images measuring the distribution of positron emitters are measured after proton beam irradiation, there is relatively little background radiation, whereas immediate gamma-ray measurement is performed during proton beam irradiation, so pretreatment of background radiation, which is noise, is required.

따라서 제어모듈(300)은 제1 획득부(310)가 획득한 즉발감마선 검출정보 중 배경방사선에 의한 노이즈를 저감시키위한 전처리를 수행하는 전처리부(360)를 더 포함할 수 있으며, 이때 즉발감마성영상 생성부(330)는 전처리된 즉발감마선 정보에 기초하여 즉발감마선영상을 생성하는 것이 바람직하다.Accordingly, the control module 300 may further include a preprocessing unit 360 that performs preprocessing for reducing noise caused by background radiation among the instantaneous gamma ray detection information acquired by the first acquiring unit 310 . It is preferable that the sex image generator 330 generates an immediate gamma-ray image based on the pre-processed immediate gamma-ray information.

이하에서는 도 13 및 도 14를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정방법에 대하여 설명하도록 한다. Hereinafter, a method for measuring a proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma ray image and a positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 and 14 .

본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정방법은 앞에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치를 이용한 체내 양성자 선량분포 측정방법으로, 체내 양성자 선량분포 측정장치에 대한 내용은 앞에서 설명하였으므로 그 자세한 내용의 설명은 생략하도록 한다.The method for measuring the proton dose distribution in the body using the instantaneous gamma-ray image and the positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention is to measure the proton dose distribution in the body using the instantaneous gamma-ray image and the positron emission tomography image according to the embodiment of the present invention described above. As a method for measuring the proton dose distribution in the body using the device, the details of the proton dose distribution measuring device in the body have been described above, so the detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정방법은 도 13에 도시된 바와 같이 먼저 콜리메이터(210)가 검출기(110)의 전단에 부착되도록 제어모듈(300)이 콜리메이터 모듈(100)을 이동시키는 단계가 먼저 수행된다.The method for measuring the proton dose distribution in the body using the instantaneous gamma ray image and the positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention, first as shown in FIG. 13, a control module ( 300) The step of moving the collimator module 100 is performed first.

이후 양성자 빔을 갠트리 내부에 배치된 피검사체에 조사하는 단계(S200) 및 검출모듈(100)이 양성자 빔에 의하여 발생되는 즉발감마선을 검출하는 단계(S300)가 순차적으로 수행된다.Thereafter, the step of irradiating the proton beam to the subject disposed inside the gantry (S200) and the step of detecting the instantaneous gamma rays generated by the proton beam by the detection module 100 (S300) are sequentially performed.

이후 양성자 빔의 조사를 중단하고 콜리메이터(210)가 검출기(110)의 전단과 탈락되도록 제어모듈(300)이 콜리메이터 모듈(200)을 이동시키는 단계(S400)와 검출모듈(200)이 양성자 빔에 의하여 발생되는 양전자방출체를 검출하는 단계(S500)가 순차적으로 진행된다.After that, the control module 300 moves the collimator module 200 so that the irradiation of the proton beam is stopped and the collimator 210 is removed from the front end of the detector 110 (S400) and the detection module 200 is applied to the proton beam. The step (S500) of detecting the positron emitter generated by the method is sequentially performed.

마지막으로 제어모듈(300)이 검출모듈(100)이 검출한 즉발감마선 및 양전자방출체에 기초하여 피검사체(10)의 체내 양성자 선량분포정보를 생성하는 단계(S600)가 수행되는데, 이러한 피검사체의 체내 양성자 선량분포정보를 생성하는 단계(S600)는 도 14에 도시된 바와 같이 구체적인 단계로 세분화할 수 있다.Finally, the control module 300 generates proton dose distribution information in the body of the subject 10 based on the instantaneous gamma rays and positron emitters detected by the detection module 100 (S600) is performed. The step of generating proton dose distribution information in the body (S600) can be subdivided into specific steps as shown in FIG. 14 .

먼저 제1 획득부(310)가 즉발감마선 검출정보를 획득하는 단계(S610), 전처리부(360)가 즉발감마선 검출정보를 전처리하는 단계(S6200 및 즉발감마영상 생성부(330)가 제1 획득부(310)가 획득한 즉발감마선 검출정보에 기초항 즉발감마선영상을 생성하는 단계(S3630)가 진행된다.First, the first acquisition unit 310 acquires the instantaneous gamma-ray detection information (S610), and the preprocessor 360 pre-processes the instantaneous gamma-ray detection information (S6200 and the instantaneous gamma image generator 330) acquires the first A step (S3630) of generating, by the unit 310, the instantaneous gamma-ray image based on the acquired instantaneous gamma-ray detection information is performed.

이후 제2 획득부(320)가 양전자방출체의 검출정보를 획득하는 단계(S640)와, 양전자방출단층영상 생성부(340)가 제2 획득부(320)가 획득한 양전자방출체의 검출정보에 기초하여 양전자방출단층영상을 생성하는 단계(S650)가 수행된다.Thereafter, the second acquisition unit 320 acquires the detection information of the positron emitter (S640), and the positron emission tomography image generator 340 acquires the positron emitter detection information obtained by the second acquirer 320 A step (S650) of generating a positron emission tomography image based on the

마지막으로 선량분포정보 생성부(350)가 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상에 기초하여 양성자 선량분포정보를 산출하는 단계(S660)가 수행된다.Finally, the dose distribution information generating unit 350 calculating the proton dose distribution information based on the instantaneous gamma ray image and the positron emission tomography image (S660) is performed.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치 및 측정방법은 정밀한 선량급락지점 확인을 가능하게 하는 즉발감마선의 분포와 동시에 3차원적인 양성자 빔의 선량분포 나타내주는 PET 영상을 동시에 획득할 수 있는 융합기술이며, 양성자 치료기술을 선도하기 위한 핵심적 기반기술의 선점이 가능하다.The apparatus and method for measuring the proton dose distribution in the body using the instantaneous gamma-ray image and the positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention described above is a three-dimensional proton beam at the same time as the distribution of instantaneous gamma-rays that enable precise identification of the point of sharp drop in dose. It is a fusion technology that can simultaneously acquire PET images showing the dose distribution of

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments described in this specification and the accompanying drawings are merely illustrative of some of the technical ideas included in the present invention. Therefore, since the embodiments disclosed in the present specification are for explanation rather than limitation of the technical spirit of the present invention, it is obvious that the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. Modifications and specific embodiments that can be easily inferred by a person of ordinary skill in the art within the scope of the technical idea included in the specification and drawings of the present invention are included in the scope of the present invention. will have to be interpreted.

100: 검출모듈
200: 콜리메이터 모듈
300: 제어모듈
100: detection module
200: collimator module
300: control module

Claims (18)

갠트리 내부에 배치되어, 양성자 빔에 의하여 발생되는 즉발감마선 및 양전자방출체 중 적어도 하나를 검출하고, 복수 개의 검출기를 포함하는 검출모듈;
상기 검출기의 전단에 탈부착 가능하도록 형성되는 복수 개의 콜리메이터를 포함하는 콜리메이터 모듈; 및
상기 검출모듈에 의하여 검출된 즉발감마선 및 양전자방출체에 기초하여 피검사체의 체내 양성자 선량분포를 측정하는 제어모듈;
을 포함하며,
상기 콜리메이터 모듈은 상기 콜리메이터의 측면에 결합되는 이송부를 포함하고,
상기 이송부는 갠트리의 길이방향을 따라 형성된 이송레일 상에서 이동하도록 형성되고,
상기 제어모듈은,
상기 검출모듈로부터 상기 즉발감마선 검출정보를 전달받는 제1 획득부;
상기 검출모듈로부터 상기 양전자방출체의 검출정보를 전달받은 제2 획득부;
상기 즉발감마선 검출정보에 기초하여 즉발감마선영상을 생성하는 즉발감마선영상 생성부;
상기 양전자방출체의 검출정보에 기초하여 양전자방출단층영상을 생성하는 양전자방출단층영상 생성부; 및
상기 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상에 기초하여 양성자 선량분포정보를 산출하는 양성자 선량분포정보 생성부;
를 포함하는 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치.
a detection module disposed inside the gantry to detect at least one of immediate gamma rays and positron emitters generated by the proton beam, the detection module including a plurality of detectors;
a collimator module including a plurality of collimators formed to be detachably attached to the front end of the detector; and
a control module for measuring a proton dose distribution in the body of the subject based on the instantaneous gamma rays and positron emitters detected by the detection module;
includes,
The collimator module includes a transfer unit coupled to the side of the collimator,
The transfer unit is formed to move on a transfer rail formed along the longitudinal direction of the gantry,
The control module is
a first acquisition unit receiving the instantaneous gamma-ray detection information from the detection module;
a second acquisition unit receiving the detection information of the positron emitter from the detection module;
an instantaneous gamma-ray image generator for generating an instantaneous gamma-ray image based on the instantaneous gamma-ray detection information;
a positron emission tomography image generator for generating a positron emission tomography image based on the detection information of the positron emitter; and
a proton dose distribution information generating unit for calculating proton dose distribution information based on the instantaneous gamma ray image and the positron emission tomography image;
A device for measuring proton dose distribution in the body using instantaneous gamma ray imaging and positron emission tomography, including a.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 검출모듈은 환형 형상으로 배치된 복수 개의 검출기를 포함하고,
상기 콜리메이터 모듈은 상기 복수 개의 검출기에 대응하는 복수 개의 콜리메이터 및 상기 복수 개의 콜리메이터를 지지하는 지지링을 포함하고,
상기 지지링은 상기 갠트리 내에서 회전 가능하도록 구성되는 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치.
The method according to claim 1,
The detection module includes a plurality of detectors arranged in an annular shape,
The collimator module includes a plurality of collimators corresponding to the plurality of detectors and a support ring for supporting the plurality of collimators,
The support ring is an apparatus for measuring proton dose distribution in the body using an immediate gamma ray image and a positron emission tomography image, which is configured to be rotatable within the gantry.
청구항 1에 있어서, 상기 검출모듈은,
상기 양성자 빔이 조사되는 동안에는 상기 콜리메이터가 상기 검출기 전단에 부착된 상태에서 상기 양성자 빔에 의하여 발생되는 즉발감마선을 검출하고,
상기 양성자 빔의 조사가 완료된 이후에는 상기 콜리메이터가 상기 검출기의 전단으로부터 탈락된 상태에서 상기 양성자 빔에 의하여 발생되는 양전자방출체를 검출하는 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치.
The method according to claim 1, wherein the detection module,
While the proton beam is irradiated, the collimator detects instantaneous gamma rays generated by the proton beam while the collimator is attached to the front end of the detector;
After the irradiation of the proton beam is completed, an apparatus for measuring proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma ray image and a positron emission tomography image for detecting a positron emitter generated by the proton beam in a state in which the collimator is removed from the front end of the detector .
청구항 1에 있어서,
상기 콜리메이터는 복수 개의 콜리메이터 홀이 미리 설정된 간격으로 이격 배열된 평행다공형 콜리메이터인 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치.
The method according to claim 1,
The collimator is an apparatus for measuring proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma ray image and a positron emission tomography image, which is a parallel porous collimator in which a plurality of collimator holes are arranged to be spaced apart at a preset interval.
청구항 1에 있어서, 상기 검출기는,
다각형 기둥 형상을 갖는 다수개의 섬광 결정셀이 결합 배열되어 구성되는 신틸레이터;
상기 신틸레이터의 일단에 결합되어 상기 신틸레이터로부터 전달된 섬광신호를 전기적 신호로 변환하여 출력시키는 광전변환부; 및
상기 광전변환부에 전기적으로 연결되어 광전변환부로부터 전달되는 전기적 신호를 미리 설정된 검출 알고리즘을 통해 데이터로 변환하여 상기 제어모듈로 전달하는 검출회로부;
를 포함하는 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치.
The method according to claim 1, wherein the detector,
a scintillator comprising a plurality of scintillation crystal cells having a polygonal columnar shape combined and arranged;
a photoelectric conversion unit coupled to one end of the scintillator to convert the flash signal transmitted from the scintillator into an electrical signal and output; and
a detection circuit unit electrically connected to the photoelectric conversion unit, converting an electrical signal transmitted from the photoelectric conversion unit into data through a preset detection algorithm, and transmitting it to the control module;
A device for measuring proton dose distribution in the body using instantaneous gamma ray imaging and positron emission tomography, including a.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 제어모듈은 상기 제1 획득부가 획득한 즉발감마선 검출정보 중 배경방사선에 의한 노이즈를 저감시키기 위한 전처리를 수행하는 전처리부;를 더 포함하고,
상기 즉발감마선영상 생성부는 전처리된 상기 즉발감마선 검출정보에 기초하여 즉발감마선영상을 생성하는 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치.
The method according to claim 1,
The control module further includes a pre-processing unit for performing pre-processing for reducing noise caused by background radiation among the instantaneous gamma-ray detection information acquired by the first acquiring unit;
The instantaneous gamma-ray image generator generates an instantaneous gamma-ray image based on the preprocessed instantaneous gamma-ray detection information.
갠트리 내부에 배치되어, 양성자 빔에 의하여 발생되는 즉발감마선 및 양전자방출체 중 적어도 하나를 검출하고, 복수 개의 검출기를 포함하는 검출모듈과, 상기 검출기의 전단에 탈부착 가능하도록 형성되는 복수 개의 콜리메이터를 포함하는 콜리메이터 모듈과, 상기 검출모듈에 의하여 검출된 즉발감마선 및 양전자방출체에 기초하여 피검사체의 체내 양성자 선량분포를 측정하는 제어모듈을 포함하는 체내 양성자 선량분포 측정장치에 적용되는 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정방법에 있어서,
상기 콜리메이터가 상기 검출기의 전단에 부착되도록 상기 제어모듈이 상기 콜리메이터 모듈을 이동시키는 단계;
상기 양성자 빔을 상기 갠트리 내부에 배치된 피검사체에 조사하는 단계;
상기 검출모듈이 상기 양성자 빔에 의하여 발생되는 즉발감마선을 검출하는 단계;
상기 양성자 빔의 조사를 중단하고, 상기 콜리메이터가 상기 검출기의 전단과 탈락되도록 상기 제어모듈이 상기 콜리메이터 모듈을 이동시키는 단계; 및
상기 검출모듈이 상기 양성자 빔에 의하여 발생되는 양전자방출체를 검출하는 단계;
를 포함하는 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정방법.
It is disposed inside the gantry, detects at least one of the instantaneous gamma rays and the positron emitter generated by the proton beam, and includes a detection module including a plurality of detectors, and a plurality of collimators formed to be detachably attached to the front end of the detector. The instantaneous gamma-ray image and positron applied to an apparatus for measuring proton dose distribution in the body, comprising: a collimator module to In the method for measuring proton dose distribution in the body using emission tomography,
moving the collimator module by the control module so that the collimator is attached to the front end of the detector;
irradiating the proton beam to a subject disposed inside the gantry;
detecting, by the detection module, instantaneous gamma rays generated by the proton beam;
stopping the irradiation of the proton beam and moving the collimator module by the control module so that the collimator is separated from the front end of the detector; and
detecting, by the detection module, the positron emitter generated by the proton beam;
A method for measuring proton dose distribution in the body using instantaneous gamma-ray imaging and positron emission tomography, comprising:
청구항 9에 있어서,
상기 콜리메이터 모듈은 상기 콜리메이터의 측면에 결합되는 이송부를 포함하고,
상기 이송부는 갠트리의 길이방향을 따라 형성된 이송레일 상에서 이동하도록 형성되는 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정방법.
10. The method of claim 9,
The collimator module includes a transfer unit coupled to the side of the collimator,
A method for measuring proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma ray image and a positron emission tomography image, wherein the transfer unit is formed to move on a transfer rail formed along the longitudinal direction of the gantry.
청구항 9에 있어서,
상기 검출모듈은 환형 형상으로 배치된 복수 개의 검출기를 포함하고,
상기 콜리메이터 모듈은 상기 복수 개의 검출기에 대응하는 복수 개의 콜리메이터 및 상기 복수 개의 콜리메이터를 지지하는 지지링을 포함하고,
상기 지지링은 상기 갠트리 내에서 회전 가능하도록 구성되는 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정방법.
10. The method of claim 9,
The detection module includes a plurality of detectors arranged in an annular shape,
The collimator module includes a plurality of collimators corresponding to the plurality of detectors and a support ring for supporting the plurality of collimators,
The support ring is a method for measuring proton dose distribution in the body using an immediate gamma ray image and a positron emission tomography image, which is configured to be rotatable within the gantry.
청구항 9에 있어서,
상기 콜리메이터는 복수 개의 콜리메이터 홀이 미리 설정된 간격으로 이격 배열된 평행다공형 콜리메이터인 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정방법.
10. The method of claim 9,
The collimator is a parallel porous collimator in which a plurality of collimator holes are arranged to be spaced apart from each other at a preset interval.
청구항 9에 있어서, 상기 검출기는,
다각형 기둥 형상을 갖는 다수개의 섬광 결정셀이 결합되어 가로 N개 및 세로 M개의 배열로 구성되는 신틸레이터;
상기 신틸레이터의 일단에 결합되어 상기 신틸레이터로부터 전달된 섬광신호를 전기적 신호로 변환하여 출력시키는 광전변환부; 및
상기 광전변환부에 전기적으로 연결되어 광전변환부로부터 전달되는 전기적 신호를 미리 설정된 검출 알고리즘을 통해 데이터로 변환하여 상기 제어모듈로 전달하는 검출회로부;
를 포함하는 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정방법.
The method according to claim 9, wherein the detector,
a scintillator comprising a plurality of scintillation crystal cells having a polygonal columnar shape and arranged in N horizontal and M vertical arrays;
a photoelectric conversion unit coupled to one end of the scintillator to convert the flash signal transmitted from the scintillator into an electrical signal and output; and
a detection circuit unit electrically connected to the photoelectric conversion unit, converting an electrical signal transmitted from the photoelectric conversion unit into data through a preset detection algorithm, and transmitting it to the control module;
A method for measuring proton dose distribution in the body using instantaneous gamma-ray imaging and positron emission tomography, comprising:
청구항 9에 있어서,
상기 검출모듈이 상기 양성자 빔에 의하여 발생되는 양전자방출체를 검출하는 단계; 이후에는,
상기 제어모듈이 상기 검출모듈이 검출한 즉발감마선 및 양전자방출체에 기초하여 피검사체의 체내 양성자 선량분포정보를 생성하는 단계;
를 더 포함하는 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정방법.
10. The method of claim 9,
detecting, by the detection module, the positron emitter generated by the proton beam; After that,
generating, by the control module, information on the proton dose distribution in the body of the subject based on the instantaneous gamma rays and the positron emitters detected by the detection module;
Method for measuring proton dose distribution in the body using instantaneous gamma ray imaging and positron emission tomography image further comprising a.
청구항 14에 있어서, 상기 제어모듈은,
상기 검출모듈로부터 상기 즉발감마선 검출정보를 전달받는 제1 획득부;
상기 검출모듈로부터 상기 양전자방출체의 검출정보를 전달받은 제2 획득부;
상기 즉발감마선 검출정보에 기초하여 즉발감마선영상을 생성하는 즉발감마선영상 생성부;
상기 양전자방출체의 검출정보에 기초하여 양전자방출단층영상을 생성하는 양전자방출단층영상 생성부; 및
상기 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상에 기초하여 양성자 선량분포정보를 산출하는 양성자 선량분포정보 생성부;
를 포함하는 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정방법.
The method according to claim 14, wherein the control module,
a first acquisition unit receiving the instantaneous gamma-ray detection information from the detection module;
a second acquisition unit receiving the detection information of the positron emitter from the detection module;
an instantaneous gamma-ray image generator for generating an instantaneous gamma-ray image based on the instantaneous gamma-ray detection information;
a positron emission tomography image generator for generating a positron emission tomography image based on the detection information of the positron emitter; and
a proton dose distribution information generating unit for calculating proton dose distribution information based on the instantaneous gamma ray image and the positron emission tomography image;
A method for measuring proton dose distribution in the body using instantaneous gamma-ray imaging and positron emission tomography, comprising:
청구항 15에 있어서, 상기 피검사체의 체내 양성자 선량분포정보를 생성하는 단계;는,
상기 제1 획득부가 상기 즉발감마선 검출정보를 획득하는 단계;
상기 즉발감마선영상 생성부가 상기 즉발감마선 검출정보에 기초하여 즉발감마선영상을 생성하는 단계;
상기 제2 획득부가 상기 양전자방출체의 검출정보를 획득하는 단계;
상기 양전자방출단층영상 생성부가 양전자방출체의 검출정보에 기초하여 양전자방출단층영상을 생성하는 단계; 및
상기 양성자 선량분포정보 생성부가 상기 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상에 기초하여 양성자 선량분포정보를 산출하는 단계;
를 포함하는 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정방법.
The method according to claim 15, generating the proton dose distribution information in the body of the subject;
obtaining, by the first obtaining unit, the instantaneous gamma-ray detection information;
generating, by the instantaneous gamma-ray image generator, an instantaneous gamma-ray image based on the instantaneous gamma-ray detection information;
acquiring, by the second acquiring unit, detection information of the positron emitter;
generating, by the positron emission tomography image generation unit, a positron emission tomography image based on the detection information of the positron emitter; and
calculating, by the proton dose distribution information generating unit, proton dose distribution information based on the instantaneous gamma ray image and the positron emission tomography image;
A method for measuring proton dose distribution in the body using instantaneous gamma-ray imaging and positron emission tomography, comprising:
청구항 16에 있어서,
상기 제어모듈은 상기 제1 획득부가 획득한 즉발감마선 검출정보 중 배경방사선에 의한 노이즈를 저감시키기 위한 전처리를 수행하는 전처리부;를 더 포함하고,
상기 즉발감마선영상 생성부는 전처리된 상기 즉발감마선 검출정보에 기초하여 즉발감마선영상을 생성하는 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정방법.
17. The method of claim 16,
The control module further includes a pre-processing unit for performing pre-processing for reducing noise caused by background radiation among the instantaneous gamma-ray detection information acquired by the first acquiring unit;
The instantaneous gamma-ray image generator generates an instantaneous gamma-ray image based on the preprocessed instantaneous gamma-ray detection information. A method for measuring proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma-ray image and a positron emission tomography image.
청구항 17에 있어서, 상기 즉발감마선 검출정보를 획득하는 단계 및 상기 즉발감마선영상을 생성하는 단계 사이에는,
상기 전처리부가 상기 즉발감마선 검출정보를 전처리하는 단계;
를 더 포함하는 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정방법.
The method according to claim 17, wherein between the step of obtaining the instantaneous gamma-ray detection information and the step of generating the instantaneous gamma-ray image,
pre-processing, by the pre-processing unit, the instantaneous gamma-ray detection information;
Method for measuring proton dose distribution in the body using instantaneous gamma ray imaging and positron emission tomography image further comprising a.
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