KR102407598B1 - Grid pulse control apparatus and method, linear accelerator using the apparatus - Google Patents

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Abstract

본 발명은 그리드 펄스 제어 장치 및 방법, 그 장치를 이용한 선형 가속기에 관한 것으로, 구체적으로 그리드 펄스 폭과 펄스 주기에 더해서 펄스 크기를 변경하여 방사선 치료 계획에 있어 정밀하고 정확하고 안정적인 방사선량의 제어가 가능하여 방사선 피폭을 최소한으로 줄일 수 있는 치료 계획이 가능하도록 하는 그리드 펄스 제어 장치 및 방법, 그 장치를 이용한 선형 가속기에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 치료 계획에 따라 설정되는 출력 방사선량 정보에 기초하여 전자총의 그리드 펄스 신호의 형태 및 마그네트론 발진기의 구동 펄스 신호 형태를 결정하는 제어부; 및 상기 제어부에 의해 결정된 상기 전자총의 그리드 펄스 신호의 형태와 상기 마그네트론 발진기의 구동 펄스 신호 형태에 따라 상기 그리드 펄스 신호 및 상기 구동 펄스 신호를 생성하고 이를 상기 전자총의 그리드 및 상기 마그네트론 발진기로 인가하는 펄스 변조기를 포함하며, 상기 제어부는 그리드 펄스 신호의 형태를 결정할 때에, 캐소드 전압을 기준으로 양극 최대 전압과 음극 최대 전압을 조절하여 결정하는 그리드 펄스 제어 장치 및 방법, 그 장치를 이용한 선형 가속기를 제공한다.
The present invention relates to an apparatus and method for controlling a grid pulse, and a linear accelerator using the apparatus, and more specifically, by changing the pulse size in addition to the grid pulse width and pulse period, precise, accurate and stable control of the radiation dose in the radiation treatment plan is possible. It relates to a grid pulse control device and method, and a linear accelerator using the device, enabling a treatment plan that can minimize radiation exposure by possible.
In addition, the present invention is a control unit for determining the form of the grid pulse signal of the electron gun and the drive pulse signal form of the magnetron oscillator based on the output radiation dose information set according to the treatment plan; And according to the shape of the grid pulse signal of the electron gun and the drive pulse signal shape of the magnetron oscillator determined by the control unit to generate the grid pulse signal and the drive pulse signal, and apply it to the grid and the magnetron oscillator of the electron gun A grid pulse control apparatus and method for determining a shape of a grid pulse signal by adjusting a maximum anode voltage and a maximum cathode voltage based on a cathode voltage when the control unit determines a shape of a grid pulse signal, and a linear accelerator using the same .

Figure R1020170153875
Figure R1020170153875

Description

그리드 펄스 제어 장치 및 방법, 그 장치를 이용한 선형 가속기{Grid pulse control apparatus and method, linear accelerator using the apparatus} Grid pulse control apparatus and method, linear accelerator using the apparatus

본 발명은 그리드 펄스 제어 장치 및 방법, 그 장치를 이용한 선형 가속기에 관한 것으로, 구체적으로 그리드 펄스 폭과 펄스 주기에 더해서 펄스 크기를 변경하여 방사선 치료 계획에 있어 정밀하고 정확하고 안정적인 방사선량의 제어가 가능하여 방사선 피폭을 최소한으로 줄일 수 있는 치료 계획이 가능하도록 하는 그리드 펄스 제어 장치 및 방법, 그 장치를 이용한 선형 가속기에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for controlling a grid pulse, and a linear accelerator using the apparatus. Specifically, by changing the pulse size in addition to the grid pulse width and pulse period, precise, accurate and stable control of the radiation dose in the radiation treatment plan is possible. It relates to a grid pulse control device and method, and a linear accelerator using the device, enabling a treatment plan that can minimize radiation exposure by possible.

세기 조절 방사선 치료(Intensity Modulated Radiation Therapy: IMRT)용 선형가속기는 방사선에 치명적인 기관(organs at risk)이 종양에 근접하고 있는 경우에도 세밀한 방사선량 조절을 통해 종양 조직으로는 방사선을 집중시키고 정상 조직으로는 그 영향을 최소화하는 것이 가능한 방사선 치료장치이다.The linear accelerator for Intensity Modulated Radiation Therapy (IMRT) concentrates radiation to the tumor tissue and restores it to normal tissue through detailed radiation dose control even when organs at risk are close to the tumor. is a radiation therapy device that can minimize its effect.

종래 세기 조절 방사선 치료용 선형가속기는 전자총으로부터 발생하는 전자의 가속을 위한 마이크로파 증폭기로 출력 방사선량의 조절이 안정적이라고 평가되는 클라이스트론(Klystron)이 통상 이용되고 있으나, 위 클라이스트론은 고비용에 큰 부피를 차지한다는 결점이 있었다.Conventional linear accelerator for intensity-controlled radiation therapy is a microwave amplifier for accelerating electrons generated from an electron gun, and Klystron, which is evaluated to be stable in controlling the output radiation dose, is commonly used, but the above Klystron occupies a large volume at high cost There was a downside to doing it.

한편, 위 클라이스트론을 대신하여 전자총으로부터 발생하는 전자의 가속을 위한 마이크로파 발진기로 마그네트론(Magnetron)을 이용하는 경우, 위 마그네트론은 자력 발진기이기 때문에 간단한 구조로 구현가능하며 소형화할 수 있다는 장점은 있으나, 다양한 강도로 출력 방사선량을 제어하기 어려워 세기 조절 방사선 치료에는 적용할 수 없다는 문제가 있었다.On the other hand, when using a magnetron as a microwave oscillator for acceleration of electrons generated from an electron gun instead of the klystron, the magnetron is a magnetic oscillator, so it can be implemented with a simple structure and can be miniaturized. It was difficult to control the output radiation dose, so there was a problem that it could not be applied to intensity-controlled radiation therapy.

이와 관련하여 개선된 종래 기술로 국내특허등록번호 10-1590153의 "의료용 선형가속기의 방사선량 제어 방법 및 그 시스템"이 있다.As an improved prior art in this regard, there is a "radiation dose control method of a linear accelerator for medical use and a system therefor" of Korean Patent Registration No. 10-1590153.

상기 개선된 종래 기술은 마그네트론(Magnetron) 발진기가 구비된 세기 조절 방사선 치료(IMRT)용 선형가속기에 있어 그 출력 방사선량을 안정적으로 조절/제어하는 방법 및 그 시스템을 제공하는 것을 목적으로 하며, 이를 위하여, 세기 조절 방사선 치료(IMRT)용 선형가속기는, 그리드(grid)로 인가되는 제어 펄스 신호에 따라 캐소드(cathode)로부터 발생된 전자를 도파관으로 방출하는 전자총; 상기 전자총으로부터 방출된 전자의 상기 도파관내 가속을 위한 마그네트론(magnetron) 발진기; 치료 계획에 따라 설정되는 출력 방사선량 정보에 기초하여 상기 전자총 그리드의 제어 펄스 신호 형태 및 상기 마그네트론 발진기의 구동 펄스 신호 형태를 결정하는 제어부; 및 결정된 상기 제어 펄스 신호 및 상기 구동 펄스 신호를 생성하고 이를 상기 전자총 그리드 및 상기 마그네트론 발진기로 인가하는 펄스 변조기를 포함하고 있다.The improved prior art aims to provide a method and system for stably adjusting/controlling the output radiation dose in a linear accelerator for intensity-controlled radiation therapy (IMRT) equipped with a magnetron oscillator, and a system thereof, To this end, the linear accelerator for intensity-controlled radiation therapy (IMRT) includes an electron gun emitting electrons generated from a cathode to a waveguide according to a control pulse signal applied to a grid; a magnetron oscillator for accelerating the electrons emitted from the electron gun in the waveguide; a control unit for determining a control pulse signal shape of the electron gun grid and a driving pulse signal shape of the magnetron oscillator based on the output radiation dose information set according to the treatment plan; and a pulse modulator for generating the determined control pulse signal and the driving pulse signal and applying them to the electron gun grid and the magnetron oscillator.

이와 같은 개선된 종래 기술은 방사선량에 영향을 미치는 그리드 펄스 크기의 전압을 고정하고 그 이외의 펄스 폭 및 펄스 주기를 조절하는 것으로 방사선량에 영향을 미치는 펄스 크기를 고려하지 않아 정밀한 선량 제어가 어렵다.This improved conventional technique fixes the voltage of the grid pulse size affecting the radiation dose and adjusts the pulse width and pulse period other than that, and it is difficult to precisely control the dose because the pulse size affecting the radiation dose is not considered. .

또한, 개선된 종래 기술은 그리드 펄스의 비율을 조절하는 방법으로 방사선량을 계산하기가 복잡하고 치료 계획에 있어 정확한 방사선량을 제어하기 위해 적용하는 방식이 까다롭다.In addition, in the improved prior art, it is complicated to calculate the radiation dose as a method of adjusting the grid pulse rate, and it is difficult to apply the method to accurately control the radiation dose in the treatment plan.

또한, 개선된 종래 기술은 제어 방법의 시스템 구현이 가능하나 복잡한 비율방식으로 인해 방사선량의 제어에 오차가 발생할 수 있어 생명에 직결되는 방사선에는 정확한 치료를 적용하는데 무리가 있다.In addition, the improved prior art can implement a system of a control method, but an error may occur in the control of the radiation dose due to a complicated ratio method, so it is difficult to apply an accurate treatment to radiation directly related to life.

국내특허등록번호 10-1590153호Domestic Patent Registration No. 10-1590153 국내특허등록번호 10-1438165호Domestic Patent Registration No. 10-1438165 국내특허등록번호 10-1389071호Domestic Patent Registration No. 10-1389071

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그리드 펄스 폭과 펄스 주기에 더해서 펄스 크기를 변경하여 방사선 치료 계획에 있어 정밀하고 정확하고 안정적인 방사선량의 제어가 가능하여 방사선 피폭을 최소한으로 줄일 수 있는 치료 계획이 가능하도록 하는 그리드 펄스 제어 장치 및 방법, 그 장치를 이용한 선형 가속기를 제공하는 데 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and by changing the pulse size in addition to the grid pulse width and pulse period, it is possible to precisely, accurately and stably control the radiation dose in the radiation treatment plan to minimize the radiation exposure. An object of the present invention is to provide an apparatus and method for controlling a grid pulse that enables a reduced treatment plan, and a linear accelerator using the apparatus.

본 발명의 그리드 펄스 제어 장치는 치료 계획에 따라 설정되는 출력 방사선량 정보에 기초하여 전자총의 그리드 펄스 신호의 형태 및 마그네트론 발진기의 구동 펄스 신호 형태를 결정하는 제어부; 및 상기 제어부에 의해 결정된 상기 전자총의 그리드 펄스 신호의 형태와 상기 마그네트론 발진기의 구동 펄스 신호 형태에 따라 상기 그리드 펄스 신호 및 상기 구동 펄스 신호를 생성하고 이를 상기 전자총의 그리드 및 상기 마그네트론 발진기로 인가하는 펄스 변조기를 포함하며, 상기 제어부는 그리드 펄스 신호의 형태를 결정할 때에, 캐소드 전압을 기준으로 양극 최대 전압과 음극 최대 전압을 조절하여 결정한다.The grid pulse control apparatus of the present invention includes: a control unit for determining the shape of the grid pulse signal of the electron gun and the drive pulse signal shape of the magnetron oscillator based on the output radiation dose information set according to the treatment plan; And according to the shape of the grid pulse signal of the electron gun and the drive pulse signal shape of the magnetron oscillator determined by the control unit to generate the grid pulse signal and the drive pulse signal, and apply it to the grid and the magnetron oscillator of the electron gun and a modulator, wherein the controller adjusts the maximum anode voltage and the maximum cathode voltage based on the cathode voltage when determining the shape of the grid pulse signal.

또한, 본 발명의 그리드 펄스 제어 장치의 상기 제어부는, 그리드 펄스 신호의 형태를 결정할 때에, 그리드 펄스 신호의 전압 크기를 캐소드 전압을 기준으로 양극 최대 전압이 0 내지 양극 최대 기준 전압의 범위에서 특정 값을 갖도록 결정하고, 음극 최대 전압이 0 내지 음극 최대 기준 전압의 범위에서 특정 값을 갖도록 결정한다.In addition, when determining the form of the grid pulse signal, the control unit of the grid pulse control apparatus of the present invention determines the voltage level of the grid pulse signal based on the cathode voltage so that the maximum anode voltage is a specific value in the range of 0 to the maximum anode reference voltage. and determine that the cathode maximum voltage has a specific value in the range of 0 to the cathode maximum reference voltage.

또한, 본 발명의 그리드 펄스 제어 장치의 상기 양극 최대 기준 전압은 +150V이고, 상기 음극 최대 기준 전압은 -150V이다.In addition, the maximum reference voltage of the anode of the grid pulse control device of the present invention is +150V, and the maximum reference voltage of the cathode is -150V.

또한, 본 발명의 그리드 펄스 제어 장치의 상기 펄스 변조기는, 상기 제어부에 의해 결정된 상기 전자총 그리드의 그리드 펄스 신호의 형태에 따라 상기 그리드 펄스 신호를 생성할 때에, PWM 전압 가변을 사용하여 양극 최대 전압과 음극 최대 전압을 조절한다.In addition, the pulse modulator of the grid pulse control device of the present invention, when generating the grid pulse signal according to the form of the grid pulse signal of the electron gun grid determined by the control unit, using a PWM voltage variable, the anode maximum voltage and Adjust the cathode maximum voltage.

또한, 본 발명의 그리드 펄스 제어 장치의 상기 제어부는, 상기 구동 펄스 신호를 사전 설정된 단일 주기, 단일펄스 크기 및 단일 펄스 폭의 형태로 결정하며, 상기 그리드 펄스 신호 형태를 상기 구동 펄스 신호에 기초하여 상기 출력 방사선량의 크기에 따라 결정하는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit of the grid pulse control apparatus of the present invention determines the drive pulse signal in the form of a predetermined single period, single pulse size, and single pulse width, and determines the grid pulse signal form based on the drive pulse signal It is characterized in that it is determined according to the size of the output radiation dose.

또한, 본 발명의 그리드 펄스 제어 장치의 상기 그리드 펄스 신호의 주기는 상기 구동 펄스 신호의 주기와 동일한 것을 특징으로 한다.In addition, the period of the grid pulse signal of the grid pulse control apparatus of the present invention is characterized in that it is the same as the period of the driving pulse signal.

또한, 본 발명의 그리드 펄스 제어 장치의 상기 제어부는, 상기 그리드 펄스 신호 및 상기 구동 펄스 신호의 동기화 신호를 생성하고, 상기 펄스 변조기는, 상기 동기화 신호에 기초하여 상기 그리드 펄스 신호 및 상기 구동 펄스 신호를 상기 전자총 그리드 및 상기 마그네트론 발진기로 인가하는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit of the grid pulse control apparatus of the present invention generates a synchronization signal of the grid pulse signal and the driving pulse signal, and the pulse modulator is configured to generate the grid pulse signal and the driving pulse signal based on the synchronization signal is applied to the electron gun grid and the magnetron oscillator.

한편, 본 발명의 그리드 펄스 제어 방법은 (a) 제어부가 치료 계획에 따른 출력 방사선량 정보를 수신하는 단계; (b) 상기 제어부가 상기 출력 방사선량에 따른 전자총 그리드의 그리드 펄스 신호 및 마그네트론 발진기의 구동 펄스 신호 형태를 결정하는 단계; (c) 펄스 변조기가 결정된 상기 그리드 펄스 신호 및 상기 구동 펄스 신호를 생성하는 단계; (d) 상기 펄스 변조기가 생성된 상기 그리드 펄스 신호 및 상기 구동 펄스 신호를 전자총 그리드 및 마그네트론 발진기로 인가하는 단계; 및 (e) 상기 그리드 펄스 신호 및 상기 구동 펄스 신호의 인가로 인해 출력되는 방사선을 피치료 대상으로 조사하는 단계를 포함하며, 상기 (b) 단계에서 상기 제어부는 그리드 펄스 신호의 형태를 결정할 때에, 캐소드 전압을 기준으로 양극 최대 전압과 음극 최대 전압을 조절하여 결정한다.On the other hand, the grid pulse control method of the present invention comprises the steps of: (a) receiving, by a control unit, output radiation dose information according to a treatment plan; (b) determining, by the control unit, the form of the grid pulse signal of the electron gun grid and the driving pulse signal of the magnetron oscillator according to the output radiation dose; (c) generating, by a pulse modulator, the determined grid pulse signal and the driving pulse signal; (d) applying the grid pulse signal and the driving pulse signal generated by the pulse modulator to an electron gun grid and a magnetron oscillator; and (e) irradiating a target to be treated with radiation output due to the application of the grid pulse signal and the driving pulse signal, wherein the control unit determines the shape of the grid pulse signal in step (b), It is determined by adjusting the maximum anode voltage and the maximum cathode voltage based on the cathode voltage.

또한, 본 발명의 그리드 펄스 제어 방법의 상기 (b) 단계에서 상기 제어부는 그리드 펄스 신호의 형태를 결정할 때에, 그리드 펄스 신호의 전압 크기를 캐소드 전압을 기준으로 양극 최대 전압이 0 내지 양극 최대 기준 전압의 범위에서 특정 값을 갖도록 결정하고, 음극 최대 전압이 0 내지 음극 최대 기준 전압의 범위에서 특정 값을 갖도록 결정한다.In addition, in step (b) of the grid pulse control method of the present invention, when determining the shape of the grid pulse signal, the controller determines the voltage level of the grid pulse signal from 0 to the maximum anode reference voltage based on the cathode voltage. is determined to have a specific value in the range of , and the cathode maximum voltage is determined to have a specific value in the range of 0 to the cathode maximum reference voltage.

또한, 본 발명의 그리드 펄스 제어 방법의 상기 양극 최대 기준 전압은 +150V이고, 상기 음극 최대 기준 전압은 -150V이다.In addition, in the grid pulse control method of the present invention, the maximum reference voltage of the positive electrode is +150V, and the maximum reference voltage of the negative electrode is -150V.

또한, 본 발명의 그리드 펄스 제어 방법의 상기 (c) 단계에서 상기 펄스 변조기가 상기 제어부에 의해 결정된 상기 전자총 그리드의 그리드 펄스 신호의 형태에 따라 상기 그리드 펄스 신호를 생성할 때에, PWM 전압 가변을 사용하여 양극 최대 전압과 음극 최대 전압을 조절한다.In addition, in the step (c) of the grid pulse control method of the present invention, when the pulse modulator generates the grid pulse signal according to the form of the grid pulse signal of the electron gun grid determined by the control unit, a PWM voltage variable is used to adjust the anode maximum voltage and cathode maximum voltage.

또한, 본 발명의 그리드 펄스 제어 방법의 상기 (b) 단계에서 상기 제어부는 상기 구동 펄스 신호를 사전 설정된 단일 주기, 단일펄스 크기 및 단일 펄스 폭의 형태로 결정하며, 상기 그리드 펄스 신호 형태를 상기 구동 펄스 신호에 기초하여 상기 출력 방사선량의 크기에 따라 결정하는 것을 특징으로 한다.In addition, in step (b) of the grid pulse control method of the present invention, the control unit determines the drive pulse signal in the form of a predetermined single period, single pulse size, and single pulse width, and determines the form of the grid pulse signal to be the drive It is characterized in that it is determined according to the magnitude of the output radiation dose based on the pulse signal.

또한, 본 발명의 그리드 펄스 제어 방법의 상기 그리드 펄스 신호의 주기는 상기 구동 펄스 신호의 주기와 동일한 것을 특징으로 한다.In addition, in the grid pulse control method of the present invention, the period of the grid pulse signal is the same as the period of the driving pulse signal.

또한, 본 발명의 그리드 펄스 제어 방법은 (f) 상기 제어부가 상기 그리드 펄스 신호 및 상기 구동 펄스 신호의 동기화 신호를 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 (d) 단계에서 상기 펄스 변조기가 상기 동기화 신호에 기초하여 상기 그리드 펄스 신호 및 상기 구동 펄스 신호를 상기 전자총 그리드 및 상기 마그네트론 발진기로 인가하는 것을 특징으로 한다.In addition, the grid pulse control method of the present invention further includes (f) generating, by the control unit, a synchronization signal of the grid pulse signal and the driving pulse signal, and in step (d), the pulse modulator performs the synchronization signal Based on the grid pulse signal and the driving pulse signal is characterized in that the application to the electron gun grid and the magnetron oscillator.

한편, 본 발명의 그리드 펄스 제어 장치를 이용한 선형 가속기는 그리드(grid)로 인가되는 그리드 펄스 신호에 따라 캐소드(cathode)로부터 발생된 전자를 도파관으로 방출하는 전자총; 상기 전자총으로부터 방출된 전자의 상기 도파관 내 가속을 위한 마그네트론(magnetron) 발진기; 치료 계획에 따라 설정되는 출력 방사선량 정보에 기초하여 상기 전자총의 그리드 펄스 신호의 형태 및 상기 마그네트론 발진기의 구동 펄스 신호 형태를 결정하는 제어부; 및 상기 제어부에 의해 결정된 상기 전자총의 그리드 펄스 신호의 형태와 상기 마그네트론 발진기의 구동 펄스 신호 형태에 따라 상기 그리드 펄스 신호 및 상기 구동 펄스 신호를 생성하고 이를 상기 전자총의 그리드 및 상기 마그네트론 발진기로 인가하는 펄스 변조기를 포함하며, 상기 제어부는 그리드 펄스 신호의 형태를 결정할 때에, 캐소드 전압을 기준으로 양극 최대 전압과 음극 최대 전압을 조절하여 결정한다.On the other hand, the linear accelerator using the grid pulse control device of the present invention includes an electron gun that emits electrons generated from a cathode to a waveguide according to a grid pulse signal applied to a grid; a magnetron oscillator for acceleration in the waveguide of electrons emitted from the electron gun; a control unit for determining a shape of a grid pulse signal of the electron gun and a shape of a driving pulse signal of the magnetron oscillator based on the output radiation dose information set according to the treatment plan; And according to the shape of the grid pulse signal of the electron gun and the drive pulse signal shape of the magnetron oscillator determined by the control unit to generate the grid pulse signal and the drive pulse signal, and apply it to the grid and the magnetron oscillator of the electron gun and a modulator, wherein the controller adjusts the maximum anode voltage and the maximum cathode voltage based on the cathode voltage when determining the shape of the grid pulse signal.

상기와 같은 본 발명은 그리드 펄스 신호의 전압 크기를 조절하여 안정적인 방사선량을 출력함으로써 방사선량을 조절할 수 있는 선형가속기의 구현이 가능하도록 한다.The present invention as described above enables the realization of a linear accelerator capable of adjusting the radiation amount by outputting a stable radiation amount by adjusting the voltage level of the grid pulse signal.

또한, 본 발명은 개선된 종래 기술에서 사용되는 펄스 폭과 펄스 주기의 변화를 이용하여 선량을 제어하는 거에 더해 펄스 신호의 전압 크기를 조절함으로써 방사선 치료계획에 있어 정밀하고 정확하고 안정적인 방사선량의 제어가 가능하여 방사선 피폭을 최소한으로 줄일 수 있는 치료 계획이 가능하도록 한다.In addition, the present invention provides precise, accurate and stable control of the radiation dose in the radiation treatment plan by controlling the voltage level of the pulse signal in addition to controlling the dose using changes in the pulse width and pulse period used in the improved prior art. This makes it possible to plan a treatment plan that can reduce radiation exposure to a minimum.

또한, 본 발명은 개선된 종래 기술에서 사용되는 그리드 펄스 폭, 펄스 주기 변경을 통한 선량 제어를 더욱 정밀하게 하기 위하여 그리드 펄스 신호의 전압 크기를 세밀하게 변경시키는 방법으로 선량을 집중시켜 치료를 극대화시킬 수 있다.In addition, the present invention maximizes treatment by concentrating the dose in a method of finely changing the voltage level of the grid pulse signal in order to more precisely control the dose through changing the grid pulse width and pulse period used in the improved prior art. can

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 그리드 펄스 제어 장치를 이용한 선형 가속기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 전자총의 상세 구성도이다.
도 3은 단일 펄스 주기, 단일 펄스 크기, 단일 펄스 폭의 형태를 가지고 있는 그리드 펄스 신호를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 그리드 펄스 신호의 전압이 캐소드(Cathode) 전압보다 낮아 전자가 차단되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 그리드 펄스 신호의 전압이 캐소드(Cathode) 전압보다 높아 전자가 나가게 되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 그리드 펄스 신호의 양극 최대 전압과 음극 최대 전압을 다양하게 제어하는 실시예를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 그리드 펄스 제어 방법의 흐름도이다.
The accompanying drawings, which are included as part of the detailed description to help the understanding of the present invention, provide embodiments of the present invention, and together with the detailed description, explain the technical spirit of the present invention.
1 is a diagram showing the configuration of a linear accelerator using a grid pulse control apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a detailed configuration diagram of the electron gun of Figure 1.
3 is an exemplary diagram for explaining a grid pulse signal having the form of a single pulse period, a single pulse size, and a single pulse width.
FIG. 4 is a diagram for explaining that the voltage of the grid pulse signal is lower than the cathode voltage, so that electrons are blocked.
5 is a diagram for explaining that the voltage of the grid pulse signal is higher than the cathode voltage, so that electrons are emitted.
6 is a view showing an embodiment of variously controlling the maximum anode voltage and the maximum cathode voltage of a grid pulse signal.
7 is a flowchart of a grid pulse control method according to an embodiment of the present invention.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.In order to explain the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, preferred embodiments of the present invention will be exemplified below and will be described with reference to them.

먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.First, the terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention, and the singular expression may include a plural expression unless the context clearly indicates otherwise. In addition, in this application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or a combination thereof described in the specification exists, but one or more other It should be understood that this does not preclude the possibility of addition or presence of features or numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 그리드 펄스 제어 장치를 이용한 선형 가속기의 구성을 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of a linear accelerator using a grid pulse control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 그리드 펄스 제어 장치를 이용한 선형 가속기(100)는 전자총(110), 마그네트론 발진기(120), 펄스 변조기(130), 제어부(140) 및 도파관(150)을 포함한다.Referring to FIG. 1 , a linear accelerator 100 using a grid pulse control apparatus according to an embodiment of the present invention includes an electron gun 110 , a magnetron oscillator 120 , a pulse modulator 130 , a controller 140 , and a waveguide 150 . ) is included.

상기 전자총(110, Electron Gun)은 전자관에서의 전자 발생, 전자 빔(Electron beam)의 형성, 발생한 전자의 가속, 집속 및 입력 신호에 따른 전자 빔의 강도를 제어하는 장치이다.The electron gun 110 is a device for controlling generation of electrons in an electron tube, formation of an electron beam, acceleration, focusing, and intensity of an electron beam according to an input signal.

이와 같은 상기 전자총(110)은 도 2에 도시된 바와 같이 히터(110-1), 전자를 발생하는 캐소드(cathode)(110-2), 애노드(anode)(110-3) 및 상기 전자의 발생을 제어하는 그리드(grid)(110-4)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2, the electron gun 110 as such is a heater 110-1, a cathode 110-2 for generating electrons, an anode 110-3, and generation of the electrons. may include a grid 110-4 for controlling the .

상기 전자총(110)은 캐소드(110-2)의 전압을 기준으로 그리드 펄스 전압의 크기에 따라 온/오프되어 전자빔이 온/오프된다. The electron gun 110 is turned on/off according to the magnitude of the grid pulse voltage based on the voltage of the cathode 110-2 to turn on/off the electron beam.

전자총(100)에서 나온 전자들이 그리드(110-3)를 통과하며 도파관(150)을 지나 방사선을 방출하게 되는데 이때 발생한 전자의 양은 방사선의 양과 비례하게 된다. Electrons from the electron gun 100 pass through the grid 110-3 and pass through the waveguide 150 to emit radiation. At this time, the amount of generated electrons is proportional to the amount of radiation.

여기에서, 상기 그리드 펄스 신호는 도 3에 도시된 바와 같이 사전에 설정된 단일 펄스 주기, 단일 펄스 크기, 단일 펄스 폭의 형태를 가진다.Here, the grid pulse signal has a preset single pulse period, a single pulse magnitude, and a single pulse width as shown in FIG. 3 .

그리드 펄스 신호의 전압이 도 4에 도시된 바와 같이 캐소드(Cathode)(110-2) 전압보다 낮으면 전자가 차단되고 도 5에 도시된 바와 같이 캐소드(Cathode)(110-2) 전압보다 높으면 전자가 나가게 된다.When the voltage of the grid pulse signal is lower than the voltage of the cathode 110-2 as shown in FIG. 4, electrons are blocked, and when the voltage of the grid pulse signal is higher than the voltage of the cathode 110-2 as shown in FIG. will go out

이처럼 상기 전자총(110)의 그리드(110-3)로 인가되는 그리드 펄스 신호에 따라 캐소드(110-2)로부터의 전자 발생 여부가 제어될 수 있으며, 상기 캐소드(110-2)로부터 발생된 전자는 도파관(150)으로 제공/방출될 수 있다.As such, whether or not electrons are generated from the cathode 110-2 can be controlled according to the grid pulse signal applied to the grid 110-3 of the electron gun 110, and the electrons generated from the cathode 110-2 are It may be provided/emitted to the waveguide 150 .

상기 마그네트론 발진기(120, Magnetron)는 고주파(micro-wave)를 발진시키기 위한 전자 진공관으로서, 상기 마그네트론 발진기(120)에서 발생한 고주파 에너지가 상기 도파관(150)으로 인가되면 상기 도파관(150)으로 유입된 전자 또는 전자 빔과 상기 고주파 에너지의 상호작용으로 번칭(bunching) 현상을 일으켜 전자가 고속으로 가속될 수 있다.The magnetron oscillator (120, Magnetron) is an electromagnetic vacuum tube for oscillating a high frequency (micro-wave). When the high frequency energy generated in the magnetron oscillator 120 is applied to the waveguide 150, the The electrons or electron beams interact with the high-frequency energy to cause a bunching phenomenon so that the electrons can be accelerated to a high speed.

본 발명에서 상기 마그네트론 발진기(120)는 펄스 변조기(130)로부터 인가되는 구동 펄스 신호에 따라 위 고주파 발생이 제어될 수 있다.In the present invention, in the magnetron oscillator 120 , the above high frequency generation may be controlled according to the driving pulse signal applied from the pulse modulator 130 .

상기 펄스 변조기(130, Pulse Modulator)는 제어부(140)로부터 수신되는 정보에 기초하여 상기 전자총(110)의 그리드 펄스 신호 및 상기 마그네트론 발진기(120)의 구동 펄스 신호를 생성하고 이를 인가할 수 있다.The pulse modulator 130 (Pulse Modulator) may generate a grid pulse signal of the electron gun 110 and a driving pulse signal of the magnetron oscillator 120 based on information received from the control unit 140 and apply it.

구체적으로, 상기 펄스 변조기(130)는 제어부(140)로부터 수신되는 펄스 신호 형태에 관한 정보에 기초하여 전자총(110)의 그리드 펄스 신호 및 상기 마그네트론 발진기(120)의 구동 펄스 신호를 생성하고, 생성된 상기 그리드 펄스 신호 및 상기 구동 펄스 신호를 상기 전자총(110)의 그리드 및 상기 마그네트론 발진기(120)로 인가할 수 있다.Specifically, the pulse modulator 130 generates a grid pulse signal of the electron gun 110 and a driving pulse signal of the magnetron oscillator 120 based on the information about the pulse signal form received from the control unit 140, and generates The grid pulse signal and the driving pulse signal may be applied to the grid of the electron gun 110 and the magnetron oscillator 120 .

이때, 상기 펄스 변조기(130)는 제어부(140)로부터 수신되는 상기 그리드 펄스 신호 및 상기 구동 펄스 신호의 동기화 신호에 기초하여 상기 그리드 펄스 신호 및 상기 구동 펄스 신호를 상기 전자총(110)의 그리드 및 상기 마그네트론 발진기(120)로 인가할 수 있다.At this time, the pulse modulator 130 generates the grid pulse signal and the drive pulse signal based on the synchronization signal of the grid pulse signal and the drive pulse signal received from the control unit 140 to the grid of the electron gun 110 and the It can be applied to the magnetron oscillator 120 .

상기 제어부(140, Micro Control Unit)는 치료 계획에 따라 설정되는 출력 방사선량 정보에 기초하여 상기 펄스 변조기(130)로부터 생성되는 그리드/구동 펄스 신호의 형태(예를 들어, 펄스 신호의 주기, 크기 및 펄스 폭 등)를 결정하고, 상기 그리드/구동 펄스 신호간 위상 또는 주파수 조정을 위한 동기화 신호를 생성할 수 있다.The control unit 140 (Micro Control Unit) is configured to form a grid/driving pulse signal generated from the pulse modulator 130 based on output radiation dose information set according to a treatment plan (eg, a period, a magnitude of a pulse signal). and pulse width) and generate a synchronization signal for adjusting a phase or frequency between the grid/driving pulse signals.

상기 출력 방사선량 정보는 예컨대, 본 발명의 실시예에 따른 선형 가속기(100)를 통해 병변 조직으로는 방사선량을 집중시키고 정상 조직으로는 방사선량을 최소화하도록 하는 치료 계획에 따라 구체적 상황에 부합하도록 설정될 수 있으다.The output radiation dose information is, for example, according to a specific situation according to a treatment plan to focus the radiation dose to the lesion tissue and minimize the radiation dose to the normal tissue through the linear accelerator 100 according to the embodiment of the present invention. can be set

이때, 상기 출력 방사선량 정보는 도파관(150)에서 가속된 전자가 타겟(target)과 충돌함으로써 발생하는 방사선(예컨대, X-선)량, 방사선 조사 대상의 조직 종류, 조직의 위치, 조직의 밀도 및 본 발명의 실시예에 따른 선형 가속기(100)의 출력 방사선을 조사하는 조사부 헤드의 위치와 환자와의 거리를 고려하여 설정될 수 있다.In this case, the output radiation dose information includes the amount of radiation (eg, X-ray) generated when electrons accelerated in the waveguide 150 collide with a target, the type of tissue to be irradiated with radiation, the location of the tissue, and the density of the tissue. And it may be set in consideration of the position of the irradiation unit head irradiating the output radiation of the linear accelerator 100 according to the embodiment of the present invention and the distance from the patient.

한편, 상기 출력 방사선량 정보는 본 발명의 실시예에 따른 선형 가속기(100)와 연동되는 PC(10, personal computer) 등 전자장치를 통해 치료 계획을 수립하는 사용자의 선택에 따라 입력되어 상기 제어부(140)로 전달될 수 있다.On the other hand, the output radiation dose information is input according to the selection of a user who establishes a treatment plan through an electronic device such as a PC (personal computer) interlocked with the linear accelerator 100 according to an embodiment of the present invention, and the control unit ( 140) can be transferred.

이때, 상기 제어부(140)는 상기 마그네트론 발진기(120)에서의 고주파 발생을 위한 구동 펄스 신호를 사전 설정된 단일 주기, 단일 펄스 크기 및 단일 펄스 폭의 형태로 결정하되, 상기 전자총(110)의 그리드 펄스 신호 형태를 상기 구동 펄스 신호에 기초하여 출력 방사선량의 크기에 따라 결정함으로써 도파관(150)내 가속되는 전자의 양을 제어할 수 있고 이를 통해 출력 방사선량을 임의 조절할 수 있다.At this time, the control unit 140 determines the driving pulse signal for high frequency generation in the magnetron oscillator 120 in the form of a preset single period, single pulse size and single pulse width, but the grid pulse of the electron gun 110 . By determining the signal shape according to the magnitude of the output radiation dose based on the driving pulse signal, the amount of accelerated electrons in the waveguide 150 can be controlled, and thus the output radiation amount can be arbitrarily adjusted.

이처럼 상기 그리드 펄스 신호는 사전에 설정된 단일 펄스 주기, 단일 펄스 크기, 단일 펄스 폭의 형태로 결정할 수 있으며 펄스 신호 형태는 구동 펄스 신호에 기초하여 선형가속기의 방사선량의 크기에 따라 결정할 수 있다. As such, the grid pulse signal may be determined in the form of a predetermined single pulse period, single pulse size, and single pulse width, and the pulse signal form may be determined according to the magnitude of the radiation dose of the linear accelerator based on the driving pulse signal.

이를 위하여 제어부(140)는 도 6의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이 그리드 펄스 신호의 단일 펄스 크기의 양극 최대 전압(POS:POSitive voltage)과 음극 최대 전압(NEG: NEGative voltage)을 캐소드(110-2) 전압을 기준으로 조절하여 방사선량을 정밀하게 제어가 가능하도록 한다.To this end, the control unit 140 controls the positive maximum voltage (POS:POSitive voltage) and the negative maximum voltage (NEG: NEGative voltage) of a single pulse magnitude of the grid pulse signal as shown in FIGS. 6A to 6C . By adjusting the voltage of the cathode 110-2 as a reference, it is possible to precisely control the radiation dose.

여기에서, 그리드 펄스 신호는 전자총의 전자빔 방출을 위한 ON, OFF 신호이다. 그리드 펄스 신호가 ON이 되면 전자빔을 방출하고, 그리드 펄스 신호가 OFF 되면 전자빔은 방출되지 않는다.Here, the grid pulse signal is an ON and OFF signal for emitting an electron beam of an electron gun. When the grid pulse signal is turned on, an electron beam is emitted, and when the grid pulse signal is turned off, the electron beam is not emitted.

그리드 펄스 신호의 펄스 크기는 캐소드 전압을 기준으로 양극 최대 전압(POS)이 일예로 0~+150V의 범위를 가지며, 음극 최대 전압(NEG)이 일예로 0~-150V의 범위를 가지면서 가변이 가능하도록 상기 제어부(140)에 의해 펄스 변조기(130)가 제어된다.The pulse magnitude of the grid pulse signal is variable with the positive maximum voltage (POS) in the range of 0 to +150V, for example, and the negative maximum voltage (NEG) in the range of 0 to -150V, for example, based on the cathode voltage. The pulse modulator 130 is controlled by the controller 140 to make it possible.

이처럼 제어부(140)는 펄스 변조기(130)를 제어하여 그리드 펄스 신호의 전압 크기를 양극 최대 전압(POS)이 일예로 0~+150V의 범위에서 가변되고, 음극 최대 전압(NEG)이 일예로 0~-150V에서 가변되도록 제어하여 방사선량 변화를 측정하여 치료에 적절한 방사선량을 선택할 수 있다. As such, the controller 140 controls the pulse modulator 130 so that the voltage level of the grid pulse signal is varied in an anode maximum voltage (POS) range of 0 to +150V, for example, and a cathode maximum voltage (NEG) is 0, for example. By controlling it to be variable at ~-150V, it is possible to select an appropriate radiation dose for treatment by measuring the change in radiation dose.

상기 제어부(140)는 펄스 변조기(130)에서 출력되는 그리드 펄스 신호의 양극 최대 전압과 음극 최대 전압을 다양한 방법으로 제어할 수 있으며, 아날로그 전압 가변, PWM(pulse width modulation) 전압 가변, 디지털 전압 가변 등을 사용할 수 있다.The control unit 140 may control the maximum anode voltage and the maximum cathode voltage of the grid pulse signal output from the pulse modulator 130 in various ways, and may include analog voltage variable, PWM (pulse width modulation) voltage variable, digital voltage variable etc. can be used.

일예로, 출력 방사선량 정보에 기초하여 20% 듀티비(duty rate)가 설정된 경우에 펄스 변조기(130)는 그리드 양극 최대 기준 전압이 일예로 150V인 경우에 양극 최대 전압을 30V를 갖도록 하여 출력한다. 물론 이때, 펄스 변조기(130)는 음극 최대 기준 전압이 -150V인 경우에 음극 최대 전압이 -120V를 갖도록 하여 출력한다.For example, when a 20% duty rate is set based on the output radiation dose information, the pulse modulator 130 outputs the anode maximum voltage to have 30V when the grid anode maximum reference voltage is, for example, 150V . Of course, at this time, the pulse modulator 130 outputs the negative maximum voltage to have -120V when the negative maximum reference voltage is -150V.

다음으로, 일예로 출력 방사선량 정보에 기초하여 50% 듀티비(duty rate)가 설정된 경우에 펄스 변조기(130)는 그리드 양극 최대 기준 전압이 일예로 150V인 경우에 양극 최대 전압을 75V를 갖도록 하여 출력한다. 물론 이때, 펄스 변조기(130)는 음극 최대 기준 전압이 -150V인 경우에 음극 최대 전압이 -75V를 갖도록 하여 출력한다.Next, for example, when a 50% duty rate is set based on the output radiation dose information, the pulse modulator 130 sets the anode maximum voltage to 75V when the grid anode maximum reference voltage is 150V for example. print out Of course, at this time, the pulse modulator 130 outputs the negative maximum voltage to have -75V when the negative maximum reference voltage is -150V.

또한, 출력 방사선량 정보에 기초하여 70% 듀티비(duty rate)가 설정된 경우에 펄스 변조기(130)는 그리드 양극 최대 기준 전압이 일예로 150V인 경우에 양극 최대 전압을 120V를 갖도록 하여 출력한다. 물론 이때, 펄스 변조기(130)는 음극 최대 기준 전압이 -150V인 경우에 음극 최대 전압이 -30V를 갖도록 하여 출력한다.In addition, when a 70% duty rate is set based on the output radiation dose information, the pulse modulator 130 outputs the maximum anode voltage to have 120V when the grid anode maximum reference voltage is 150V for example. Of course, at this time, the pulse modulator 130 outputs the maximum negative voltage of -30V when the negative maximum reference voltage is -150V.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 그리드 펄스 제어 장치를 이용한 선형가속기(100)는 전자총(110)의 그리드로 인가되는 그리드 펄스 신호의 형태 제어를 통해 도파관(150)내 가속되는 전자의 양을 제어함으로써 출력 방사선량을 임의 조절할 수 있다.As described above, the linear accelerator 100 using the grid pulse control device according to the embodiment of the present invention controls the amount of accelerated electrons in the waveguide 150 through the shape control of the grid pulse signal applied to the grid of the electron gun 110 . By doing so, the output radiation dose can be arbitrarily adjusted.

상기 도파관(150, Wave-guide)은 전자총(110)으로부터 발생된 전자 또는 전자 빔을 마그네트론 발진기(120)로부터 발생하는 고주파를 이용해 소정의 속도로 가속하여 조사부 헤드로 전송하기 위한 전송로이며, 상기 도파관(150)은 무산소동(oxygen free copper) 재질로 고 진공도 유지 및 일정 온도를 유지하도록 구현할 수 있다.The waveguide 150 (Wave-guide) is a transmission path for accelerating electrons or electron beams generated from the electron gun 110 to a predetermined speed using a high frequency generated from the magnetron oscillator 120 to transmit them to the irradiation unit head, The waveguide 150 may be implemented to maintain a high degree of vacuum and a constant temperature with an oxygen free copper material.

상기 조사부 헤드는 도파관(150)을 통해 전송된 전자 빔을 방사선 발생을 위한 타겟과 충돌시키고 이로부터 발생하는 방사선(예컨대, X-선)을 그대로 피치료 대상으로 조사하거나, 또는 상기 도파관(150)의 말단에 밴딩마그넷(bending magnet)을 구비하여 전자 빔의 진행 경로를 적절히 변경하여 방사선을 발생시킨 후 이를 피치료대상으로 조사할 수도 있다.The irradiation unit head collides the electron beam transmitted through the waveguide 150 with a target for generating radiation and irradiates radiation (eg, X-rays) generated therefrom directly to the target to be treated, or the waveguide 150 A bending magnet is provided at the distal end of the beam to generate radiation by appropriately changing the path of the electron beam, and then it can be irradiated to the target to be treated.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 그리드 펄스 제어 방법의 흐름도이다.7 is a flowchart of a grid pulse control method according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 그리드 펄스 제어 방법은 먼저 치료 계획에 따른 출력 방사선량에 대한 정보를 선형가속기에 연동되는 PC 등의 전자장치를 통해 수신한다(S101).Referring to FIG. 7 , in the grid pulse control method according to an embodiment of the present invention, information on an output radiation dose according to a treatment plan is first received through an electronic device such as a PC linked to a linear accelerator (S101).

상기 제어부(140)는 상기 출력 방사선량 정보에 기초하여 전자총(110) 그리드의 그리드 펄스 신호 및 마그네트론 발진기(120)의 구동 펄스 신호의 형태(예를 들어, 펄스 신호의 주기, 펄스 크기, 펄스 폭 등)를 결정한다(S103).The control unit 140 forms a grid pulse signal of the electron gun 110 grid and a driving pulse signal of the magnetron oscillator 120 based on the output radiation dose information (eg, a period of a pulse signal, a pulse size, a pulse width) etc.) is determined (S103).

특히, 본 발명과 관련하여 상기 제어부(140)는 그리드 펄스 신호의 전압 크기를 캐소드 전압을 기준으로 양극 최대 전압(POS)이 양극 최대 기준 전압(일예로 +150V)과 같거나 작은 범위에서 특정 값을 가지도록 결정하고, 음극 최대 전압(NEG)이 음극 최대 기준 전압(일예로 -150V)과 같거나 큰 범위에서 특정 값을 가지도록 결정한다.In particular, in relation to the present invention, the controller 140 sets the voltage level of the grid pulse signal to a specific value in a range where the anode maximum voltage (POS) is equal to or less than the anode maximum reference voltage (eg +150V) based on the cathode voltage. is determined to have a specific value in the range where the negative maximum voltage (NEG) is equal to or greater than the negative maximum reference voltage (eg -150V).

이처럼 제어부(140)는 펄스 변조기(130)를 제어하여 그리드 펄스 신호의 전압 크기를 양극 최대 전압(POS)이 일예로 0~+150V의 범위에서 가변되고, 음극 최대 전압(NEG)이 일예로 0~-150V에서 가변되도록 제어하여 방사선량 변화를 측정하여 치료에 적절한 방사선량을 선택할 수 있다. As such, the controller 140 controls the pulse modulator 130 so that the voltage level of the grid pulse signal is varied in an anode maximum voltage (POS) range of 0 to +150V, for example, and a cathode maximum voltage (NEG) is 0, for example. By controlling it to be variable at ~-150V, it is possible to select an appropriate radiation dose for treatment by measuring the change in radiation dose.

상기 펄스 변조기(130)는 제어부(140)로부터 수신되는 펄스 신호 형태에 관한 정보에 기초하여 상기 전자총(110) 그리드의 그리드 펄스 신호 및 상기 마그네트론 발진기(120)의 구동 펄스 신호를 생성한다(S105).The pulse modulator 130 generates a grid pulse signal of the grid of the electron gun 110 and a driving pulse signal of the magnetron oscillator 120 based on the information about the pulse signal form received from the control unit 140 (S105) .

이때, 상기 제어부(140)는 펄스 변조기(130)에서 출력되는 그리드 펄스 신호의 양극 최대 전압과 음극 최대 전압을 다양한 방법으로 제어할 수 있으며, 아날로드 전압 가변, PWM(pulse width modulation) 전압 가변, 디지털 전압 가변 등을 사용할 수 있다.At this time, the control unit 140 can control the maximum anode voltage and the maximum cathode voltage of the grid pulse signal output from the pulse modulator 130 in various ways, and the analog voltage variable, the PWM (pulse width modulation) voltage variable, A digital voltage variable or the like can be used.

일예로, 출력 방사선량 정보에 기초하여 20% 듀티비(duty rate)가 설정된 경우에 펄스 변조기(130)는 그리드 양극 최대 기준 전압이 일예로 150V인 경우에 양극 최대 전압을 30V를 갖도록 하여 출력한다. 물론 이때, 펄스 변조기(130)는 음극 최대 기준 전압이 -150V인 경우에 음극 최대 전압이 -120V를 갖도록 하여 출력한다.For example, when a 20% duty rate is set based on the output radiation dose information, the pulse modulator 130 outputs the anode maximum voltage to have 30V when the grid anode maximum reference voltage is, for example, 150V . Of course, at this time, the pulse modulator 130 outputs the negative maximum voltage to have -120V when the negative maximum reference voltage is -150V.

다음으로, 일예로 출력 방사선량 정보에 기초하여 50% 듀티비(duty rate)가 설정된 경우에 펄스 변조기(130)는 그리드 양극 최대 기준 전압이 일예로 150V인 경우에 양극 최대 전압을 75V를 갖도록 하여 출력한다. 물론 이때, 펄스 변조기(130)는 음극 최대 기준 전압이 -150V인 경우에 음극 최대 전압이 -75V를 갖도록 하여 출력한다.Next, for example, when a 50% duty rate is set based on the output radiation dose information, the pulse modulator 130 sets the anode maximum voltage to 75V when the grid anode maximum reference voltage is 150V for example. print out Of course, at this time, the pulse modulator 130 outputs the negative maximum voltage to have -75V when the negative maximum reference voltage is -150V.

또한, 출력 방사선량 정보에 기초하여 70% 듀티비(duty rate)가 설정된 경우에 펄스 변조기(130)는 그리드 양극 최대 기준 전압이 일예로 150V인 경우에 양극 최대 전압을 120V를 갖도록 하여 출력한다. 물론 이때, 펄스 변조기(130)는 음극 최대 기준 전압이 -150V인 경우에 음극 최대 전압이 -30V를 갖도록 하여 출력한다.In addition, when a 70% duty rate is set based on the output radiation dose information, the pulse modulator 130 outputs the maximum anode voltage to have 120V when the grid anode maximum reference voltage is 150V for example. Of course, at this time, the pulse modulator 130 outputs the maximum negative voltage of -30V when the negative maximum reference voltage is -150V.

한편, 상기 S105 단계를 통해 생성된 상기 그리드 펄스 신호 및 상기 구동 펄스 신호를 전자총(110) 그리드 및 마그네트론 발진기(120)로 인가(S107)함으로써 출력되는 방사선을 피치료 대상으로 조사함을 통해 방사선 치료를 수행한다(S109).On the other hand, by applying the grid pulse signal and the driving pulse signal generated through the step S105 to the grid and the magnetron oscillator 120 of the electron gun 110 (S107), the output radiation is irradiated to the target to be treated. to perform (S109).

상기와 같은 본 발명은 그리드 펄스 크기 전압을 조절하여 안정적인 방사선량을 출력함으로써 방사선량을 조절할 수 있는 선형가속기의 구현이 가능하도록 한다.The present invention as described above enables the realization of a linear accelerator capable of adjusting the radiation dose by outputting a stable radiation dose by adjusting the grid pulse magnitude voltage.

또한, 본 발명은 개선된 종래 기술에서 사용되는 펄스 폭과 펄스 주기의 변화를 이용하여 선량을 제어하는 거에 더해 펄스 크기를 조절함으로써 방사선 치료계획에 있어 정밀하고 정확하고 안정적인 방사선량의 제어가 가능하여 방사선 피폭을 최소한으로 줄일 수 있는 치료 계획이 가능하도록 한다.In addition, the present invention enables precise, accurate and stable control of the radiation dose in the radiation treatment plan by adjusting the pulse size in addition to controlling the dose by using the changes in the pulse width and pulse period used in the improved prior art. Make it possible to plan a treatment that minimizes radiation exposure.

또한, 본 발명은 개선된 종래 기술에서 사용되는 그리드 펄스 폭, 펄스 주기 변경을 통한 선량 제어를 더욱 정밀하게 하기 위하여 그리드 펄스 크기를 세밀하게 변경시키는 방법으로 선량을 집중시켜 치료를 극대화시킬 수 있다.In addition, the present invention can maximize the treatment by concentrating the dose by a method of finely changing the grid pulse size in order to more precisely control the dose by changing the grid pulse width and pulse period used in the improved prior art.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains. Therefore, the embodiments described in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

100 : 선형가속기 110 : 전자총
120 : 마그네트론 발진기 130 : 펄스 변조기
140 : 제어부 150 : 도파관
100: linear accelerator 110: electron gun
120: magnetron oscillator 130: pulse modulator
140: control unit 150: waveguide

Claims (15)

출력 방사선량 정보에 기초하여 전자총의 그리드 펄스 신호의 형태 및 마그네트론 발진기의 구동 펄스 신호 형태를 결정하는 제어부; 및
상기 제어부에 의해 결정된 상기 전자총의 그리드 펄스 신호의 형태와 상기 마그네트론 발진기의 구동 펄스 신호 형태에 따라 상기 그리드 펄스 신호 및 상기 구동 펄스 신호를 생성하여 상기 전자총의 그리드 및 상기 마그네트론 발진기로 각각 인가하는 펄스 변조기를 포함하며,
상기 제어부는, 상기 구동 펄스 신호를 사전 설정된 단일 주기, 단일펄스 크기 및 단일 펄스 폭의 형태로 결정하며, 상기 그리드 펄스 신호의 형태를 상기 구동 펄스 신호에 기초하여 상기 출력 방사선량의 크기에 따라 결정하고,
상기 제어부는, 상기 그리드 펄스 신호의 주기가 상기 구동 펄스 신호의 주기와 동일하도록 결정하고, 상기 그리드 펄스 신호의 전압 크기의 결정에서, 양극 최대 전압이 캐소드 전압으로부터 양극 최대 기준 전압의 범위 내의 값을 갖도록 결정하고, 음극 최대 전압이 캐소드 전압으로부터 음극 최대 기준 전압의 범위 내의 값을 갖도록 결정하며,
상기 제어부의 제어에 따라 상기 펄스 변조기는, 상기 그리드 펄스 신호의 듀티비가 커질수록, 상기 양극 최대 전압을 높이고 상기 음극 최대 전압도 높이도록 설정하는 그리드 펄스 제어 장치.
a control unit for determining the shape of the grid pulse signal of the electron gun and the drive pulse signal shape of the magnetron oscillator based on the output radiation dose information; and
Pulse modulator to generate the grid pulse signal and the drive pulse signal according to the shape of the grid pulse signal of the electron gun and the drive pulse signal shape of the magnetron oscillator determined by the control unit and apply to the grid and the magnetron oscillator of the electron gun, respectively includes,
The control unit determines the drive pulse signal in the form of a predetermined single period, single pulse size, and single pulse width, and determines the shape of the grid pulse signal according to the size of the output radiation dose based on the drive pulse signal do,
The control unit determines that the period of the grid pulse signal is the same as the period of the driving pulse signal, and in determining the voltage level of the grid pulse signal, the maximum anode voltage is within a range from the cathode voltage to the maximum anode reference voltage. determine that the cathode maximum voltage has a value within a range from the cathode voltage to the cathode maximum reference voltage;
Grid pulse control apparatus for setting the pulse modulator to increase the maximum anode voltage and also increase the maximum cathode voltage as the duty ratio of the grid pulse signal increases according to the control of the controller.
삭제delete 청구항 1항에 있어서,
상기 양극 최대 기준 전압은 +150V이고, 상기 음극 최대 기준 전압은 -150V인 그리드 펄스 제어 장치.
The method according to claim 1,
The maximum reference voltage of the anode is +150V, and the maximum reference voltage of the cathode is -150V.
청구항 1항에 있어서,
상기 펄스 변조기는,
상기 제어부에 의해 결정된 상기 전자총 그리드의 그리드 펄스 신호의 형태에 따라 상기 그리드 펄스 신호를 생성할 때에, PWM 전압 가변을 사용하여 양극 최대 전압과 음극 최대 전압을 조절하는 그리드 펄스 제어 장치.
The method according to claim 1,
The pulse modulator is
When generating the grid pulse signal according to the form of the grid pulse signal of the electron gun grid determined by the control unit, a grid pulse control device for adjusting the maximum positive voltage and the maximum negative voltage using a PWM voltage variable.
삭제delete 삭제delete 청구항 1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 그리드 펄스 신호 및 상기 구동 펄스 신호의 동기화 신호를 생성하고,
상기 펄스 변조기는,
상기 동기화 신호에 기초하여 상기 그리드 펄스 신호 및 상기 구동 펄스 신호를 상기 전자총 그리드 및 상기 마그네트론 발진기로 인가하는 것을 특징으로 하는 그리드 펄스 제어 장치.
The method according to claim 1,
The control unit is
generating a synchronization signal of the grid pulse signal and the driving pulse signal;
The pulse modulator is
Grid pulse control apparatus, characterized in that for applying the grid pulse signal and the driving pulse signal to the electron gun grid and the magnetron oscillator based on the synchronization signal.
(a) 제어부가 출력 방사선량 정보를 수신하는 단계;
(b) 상기 제어부가 상기 출력 방사선량에 따른 전자총 그리드의 그리드 펄스 신호 및 마그네트론 발진기의 구동 펄스 신호 형태를 결정하는 단계;
(c) 펄스 변조기가 결정된 상기 그리드 펄스 신호 및 상기 구동 펄스 신호를 생성하는 단계;
(d) 상기 그리드 펄스 신호 및 상기 구동 펄스 신호를 전자총 그리드 및 마그네트론 발진기로 각각 인가하는 단계; 및
(e) 상기 그리드 펄스 신호 및 상기 구동 펄스 신호에 따라 출력되는 방사선을 피치료 대상으로 조사하는 단계를 포함하며,
(b) 단계에서,
(b-1) 상기 구동 펄스 신호를 사전 설정된 단일 주기, 단일펄스 크기 및 단일 펄스 폭의 형태로 결정하며, 상기 그리드 펄스 신호의 형태를 상기 구동 펄스 신호에 기초하여 상기 출력 방사선량의 크기에 따라 결정하고,
(b-2) 상기 그리드 펄스 신호의 주기가 상기 구동 펄스 신호의 주기와 동일하도록 결정하고,
(b-3) 상기 그리드 펄스 신호의 전압 크기의 결정에서, 양극 최대 전압이 캐소드 전압으로부터 양극 최대 기준 전압의 범위 내의 값을 갖도록 결정하고, 음극 최대 전압이 캐소드 전압으로부터 음극 최대 기준 전압의 범위 내의 값을 갖도록 결정하며,
(c) 단계에서, 상기 제어부의 제어에 따라, 상기 펄스 변조기는 상기 그리드 펄스 신호의 듀티비가 커질수록, 상기 양극 최대 전압을 높이고 상기 음극 최대 전압도 높이도록 설정하는 그리드 펄스 제어 방법.
(a) receiving the output radiation dose information by the control unit;
(b) determining, by the control unit, the form of the grid pulse signal of the electron gun grid and the driving pulse signal of the magnetron oscillator according to the output radiation dose;
(c) generating, by a pulse modulator, the determined grid pulse signal and the driving pulse signal;
(d) applying the grid pulse signal and the driving pulse signal to an electron gun grid and a magnetron oscillator, respectively; and
(e) irradiating a target to be treated with radiation output according to the grid pulse signal and the driving pulse signal;
(b) in step,
(b-1) determining the drive pulse signal in the form of a predetermined single period, single pulse size, and single pulse width, and determining the shape of the grid pulse signal according to the size of the output radiation dose based on the drive pulse signal decide,
(b-2) determining that the period of the grid pulse signal is the same as the period of the driving pulse signal;
(b-3) in the determination of the voltage magnitude of the grid pulse signal, it is determined that the anode maximum voltage has a value within the range of the cathode maximum reference voltage from the cathode voltage, and the cathode maximum voltage is within the range of the cathode maximum reference voltage from the cathode voltage. decide to have a value,
In step (c), according to the control of the controller, the pulse modulator is set to increase the maximum voltage of the anode and the maximum voltage of the cathode as the duty ratio of the grid pulse signal increases.
삭제delete 청구항 8항에 있어서,
상기 양극 최대 기준 전압은 +150V이고, 상기 음극 최대 기준 전압은 -150V인 그리드 펄스 제어 방법.
9. The method of claim 8,
The maximum reference voltage of the anode is +150V, and the maximum reference voltage of the cathode is -150V.
청구항 8항에 있어서,
상기 (c) 단계에서 상기 펄스 변조기가 상기 제어부에 의해 결정된 상기 전자총 그리드의 그리드 펄스 신호의 형태에 따라 상기 그리드 펄스 신호를 생성할 때에, PWM 전압 가변을 사용하여 양극 최대 전압과 음극 최대 전압을 조절하는 그리드 펄스 제어 방법.
9. The method of claim 8,
When the pulse modulator generates the grid pulse signal according to the form of the grid pulse signal of the electron gun grid determined by the control unit in the step (c), the anode maximum voltage and the cathode maximum voltage are adjusted using a PWM voltage variable. grid pulse control method.
삭제delete 삭제delete 청구항 8항에 있어서,
(f) 상기 제어부가 상기 그리드 펄스 신호 및 상기 구동 펄스 신호의 동기화 신호를 생성하는 단계를 더 포함하고,
상기 (d) 단계에서 상기 펄스 변조기가 상기 동기화 신호에 기초하여 상기 그리드 펄스 신호 및 상기 구동 펄스 신호를 상기 전자총 그리드 및 상기 마그네트론 발진기로 인가하는 것을 특징으로 하는 그리드 펄스 제어 방법.
9. The method of claim 8,
(f) generating, by the control unit, a synchronization signal of the grid pulse signal and the driving pulse signal;
Grid pulse control method, characterized in that the pulse modulator applies the grid pulse signal and the driving pulse signal to the electron gun grid and the magnetron oscillator based on the synchronization signal in the step (d).
그리드(grid)로 인가되는 그리드 펄스 신호에 따라 캐소드(cathode)로부터 발생된 전자를 도파관으로 방출하는 전자총;
상기 전자총으로부터 방출된 전자의 상기 도파관 내 가속을 위한 마그네트론(magnetron) 발진기;
출력 방사선량 정보에 기초하여 상기 전자총의 그리드 펄스 신호의 형태 및 상기 마그네트론 발진기의 구동 펄스 신호 형태를 결정하는 제어부; 및
상기 제어부에 의해 결정된 상기 전자총의 그리드 펄스 신호의 형태와 상기 마그네트론 발진기의 구동 펄스 신호 형태에 따라 상기 그리드 펄스 신호 및 상기 구동 펄스 신호를 생성하여 상기 전자총의 그리드 및 상기 마그네트론 발진기로 각각 인가하는 펄스 변조기를 포함하며,
상기 제어부는, 상기 구동 펄스 신호를 사전 설정된 단일 주기, 단일펄스 크기 및 단일 펄스 폭의 형태로 결정하며, 상기 그리드 펄스 신호의 형태를 상기 구동 펄스 신호에 기초하여 상기 출력 방사선량의 크기에 따라 결정하고,
상기 제어부는, 상기 그리드 펄스 신호의 주기가 상기 구동 펄스 신호의 주기와 동일하도록 결정하고, 상기 그리드 펄스 신호의 전압 크기의 결정에서, 양극 최대 전압이 캐소드 전압으로부터 양극 최대 기준 전압의 범위 내의 값을 갖도록 결정하고, 음극 최대 전압이 캐소드 전압으로부터 음극 최대 기준 전압의 범위 내의 값을 갖도록 결정하며,
상기 제어부의 제어에 따라 상기 펄스 변조기는, 상기 그리드 펄스 신호의 듀티비가 커질수록, 상기 양극 최대 전압을 높이고 상기 음극 최대 전압도 높이도록 설정하는 그리드 펄스 제어 장치를 이용한 선형 가속기.
an electron gun emitting electrons generated from a cathode to a waveguide according to a grid pulse signal applied to a grid;
a magnetron oscillator for acceleration in the waveguide of electrons emitted from the electron gun;
a control unit for determining a form of a grid pulse signal of the electron gun and a form of a driving pulse signal of the magnetron oscillator based on the output radiation dose information; and
Pulse modulator to generate the grid pulse signal and the drive pulse signal according to the shape of the grid pulse signal of the electron gun and the drive pulse signal shape of the magnetron oscillator determined by the control unit and apply to the grid and the magnetron oscillator of the electron gun, respectively includes,
The control unit determines the drive pulse signal in the form of a predetermined single period, single pulse size, and single pulse width, and determines the shape of the grid pulse signal according to the size of the output radiation dose based on the drive pulse signal do,
The control unit determines that the period of the grid pulse signal is the same as the period of the driving pulse signal, and in determining the voltage level of the grid pulse signal, the maximum anode voltage is within a range from the cathode voltage to the maximum anode reference voltage. determine that the cathode maximum voltage has a value within a range from the cathode voltage to the cathode maximum reference voltage;
The pulse modulator is configured to increase the maximum anode voltage and increase the cathode maximum voltage as the duty ratio of the grid pulse signal increases according to the control of the controller.
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