KR20010042049A - 방사선 요법의 분출 제어 - Google Patents

Abstract

동적 멀티리프 컬리메이션(MLC)에 의해 구분 광선 강도 변조를 생성하기 위한 알고리즘이 최소 허용 리프 분리에 제약을 가하는 상태로 기술된다. 모든 리프 쌍과 백업 다이어프램이 필드 사이에서 진행됨에 따라 MLC 위치설정 정보는 모든 리프 쌍과 백업 다이어프램에 대해 동시에 도출된다. 그리고, 인터-리프 텅-그루브 영역에 어떤 저노출이나 최소 분리 조건의 잠재적 침범을 제거하기 위해 피드백 메카니즘이 보정을 행한다. 결과적인 모션은 의도된 변조를 정확하게 운반하고, 물리적으로 신뢰성을 띤다. 알고리즘 결과는 동일 변조를 안내하기 위해 일련의 정적 필드를 형성하는 것으로 선택적으로 이해될 수 있다.

Description

방사선 요법의 분출 제어{CONTROLLING DELIVERY OF RADIOTHERAPY}

켈만(Kallman)외 다수(1988), 컨버리 및 로젠블룸(Convery and Resenbloom)(1992), 스피로 및 추이(Spirou and Chui)(1994), 스타인(Stein)외 다수(1994), 스벤슨(Svensson)외 다수(1994), 유(Yu)외 다수(1995), 반 산트부르트 및 헤이멘(van Santvoort and Heijmen)(1996), 힐(Hill) 외 다수(1997)가 제안한 동적 멀티리프 컬리메이션이나 갈빈(Galvin)외 다수(1993), 보트필드(Bortfield)외 다수(1994)가 제안한 다중 정적 필드에 의해, 등각 방사선요법에 대한 강도 변조 필드가 어떻게 구현될 수 있는 지를 앞서의 연구자들이 기술한 바 있다.

미국 특허 5,663,999 호는 개별적으로 치료되는 다수의 부분으로 치료 부위가 분할되는 방법을 공개한다.

가변적인 방사선양 치료를 행하는 가장 빠른 방법이 치료 부위의 여러 부분에 방사하는 것이라는 사실은 명백하다. 미국 특허 제 5,663,999 호의 시스템은 이를 행할 수 없고, 이때 치료 시간이 크게 감소할 수 있는 인자라는 것을 가르쳐준다. 그러나, 현재 가용한 멀티-리프 컬리메이터가 (가령 1 센티미터의) 최소 리프 분리를 유지하여야 하기 때문에 어떤 치료 프로파일도 분출할 수 있는 알고리즘을 제공하는 것이 지금까지 어려웠고 불가능하였다. 동적 치료 패턴이 포함하는 바와 같이, 접촉을 위해 리프를 호출하는 방식으로 치료 부위 부분을 안보이게 하는 것이 필요하다. 그러므로, 일부 치료 프로파일이 분출되지 않을 수 있어서, 이 기술의 전폭적 응용을 방지한다.

본 발명은 방사선 요법의 분출을 제어하는 방법에 관한 것이다. 특히, 치료 부위에 따라 변하는 방사선양을 분출하기 위해 멀티리프(multi-leaf) 컬리메이터를 사용한다.

도 1a 및 1b는 전형적인 구분-강도 변조 광선의 도면.

도 2a 및 2b는 최소 리프 분리 제약을 도시하는 도면.

도 3은 제어 포인트 형성을 도시하는 도면.

도 4는 도식적인 순서도.

도 5는 도 1a 및 1b의 광선을 얻기 위한 제어 지점 순서 도면.

본 발명은 선형 가속기를 이용하여 방사선 요법 치료를 분출하는 방법을 제공하는 것으로서,

상기 선형 가속기는 방사원으로 이루어지며, 상기 방사원의 출력은 멀티-리프 컬리메이터와 추가적인 컬리메이터에 의해 제한되고, 상기 추가적인 컬리메이터가 두 개 이상의 다이어프램(격막)으로 이루어지며,

리프의 운동 방향에 평행하게 라인을 따라 분포되는 어레이 셀로 치료 부위를 분할하고,

각각의 셀에 방사선양을 할당하며, 그리고

방사중에, 각각의 셀에 원하는 방사양을 제공하도록 리프 위치를 조절하는 이상의 과정으로 이루어지고, 이때 방사중에, 리프 분리 유지 및 과방사 방지를 위해 필요할 경우 한 개 이상의 리프 너머로 다이어프램(격막)이 나오는 것을 특징으로 한다.

그러므로, 본 발명에 따라, 다이어프램이 최외곽 리프 뒤에 유지되는 것이 일반적인, 방사양에 대해 주방어물을 제공하기 위해 한 개 이상의 리프 너머로 나오는 경우도 있다. 이는 한 개 이상의 리프를 물러나게 하여, 최소 리프 분리를 침해하지 않으면서 방사양을 제한할 수 있도록 반대 리프가 나오게 한다.

최외곽 리프 바로 뒤나 뒤 가까이에 다이어프램을 유지하는 것이 바람직하다. 이는 멀티-리프 컬리메이터가 새기 쉬워서 다이어프램이 이러한 누출을 제한할 것이기 때문이다.

본 출원에서, 필드 우측의 리프가 물러나면 필드 좌측의 리프가 확장된다고 가정한다. 모든 의도적인 세부사항은 전후관계에서 이해되어야 할 것이다. 그러나, 발명이 역전된 상황에도 적용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

구분 강도 변조 광선이란 다수의 작은 광선 요소로 나누어지는 광선을 의미한다. 각각의 광선 요소 내에서는 강도가 일정하지만, 각각의 요소는 다른 강도 수준에 있을 수 있다. 도 1에 한 예가 도시된다. 이는 코버스 시스템으로 표현되는, 등방 평면에서 10% 강도 차별화 및 1cm ×1cm 광선 요소의 후방 사선 필드에 관한 것이다. 도 1a는 그레이 스케일의 예를 나타내고, 도 1b는 강도 매트릭스를 도시한다. 광선 요소는 이후 등방 평면에서 1cm ×1cm로 측정되는 "빅셀(bixel)"(이미지 픽셀로의 해석에 의함)로 명명된다. 구분 광선 강도 변조는 일부 역치료 플랜 시스템에 의해 가정된다.

연속 동적 멀티리프 컬리메이션(DMLC)에 의해 구분 광선 강도 변조(BIM)를 구현하는 것은 어떤 고유한 문제를 제시한다. 특히, 리프 이동 방향을 따라 광선 요소 사이에 급격한 강도 변화가 요구된다. 동일한 속도로 리프가 통과함에 따라 운반되는 상응하는 램프 업과, 일정한 속도로 빅셀 사이를 리딩리프가 이동할 때 빅셀 사이에서 운반되는 강도의 램프 다운을 조합함으로서 앞서의 내용이 달성될 수 있다는 것을 힐(Hill) 외 다수가 이미 제안한 바 있다. 램프 강도 분포를 중복시키는 유사한 사용법이 영국, 런던, 로얄 프리 하스피틀의 트래킹 코발트 유닛(Tracking Cobalt Unit)의 대비(Davy) 및 동료에 의해 사용되었다(대비의 1985년 참조).

힐(Hill) 외 다수(1997)에 의해 제시되는 알고리즘은 정적 MLC 필드 시리즈를 합함으로서 구분 강도 변조 광선을 생성하기 위한 보트필드 외 다수(1994)에 의해 사용되는 알고리즘의 확장판이다. 이 두 알고리즘에서, 각각의 리프 쌍을 따르는 강도 프로파일은 독립적으로 검사된다. 각각의 프로파일에 대해, 강도 패턴의 상승 및 하강 변부가 쌍을 이루어서, 일련의 정적 필드를 부여하고, 이는 필드간 리프의 단방향성 "스윕(sweep)"을 부여하도록 명령받을 수 있다. 동적 구현에서, 힐(Hill)외 다수(1997)는 이전에 기술된 빅셀간 강도의 램프 다운 및 램프 업과 최대 허용 속도에서 리프가 고정되거나 움직일 수 있는 동안 단일 동적 순서로 이 여러 정적 필드 순서를 변환시키고, 그 후 균일한 빅셀 강도를 부여하기 위해 중복시킨다. 텅-그루브(tongue and groove)(반 산트부르트 및 헤이멘(1996))는 이 알고리즘에 전혀 고려되지 않는다.

앞서의 동적 기법은 리프가 순서의 시작부와 끝단에서 0에 가깝게 분리되어야 한다는 것을 요구한다. 또한, 한 쌍의 리프 중 후미 리프가 반대편 리프 뱅크 위에 인접 인도 리프와 중복될 수 있다는 것을 요구한다. 이는 모든 멀티리프 컬리메이터에서 가능한 것이 아니며, 항상 바람직한 것도 아니다. 왜냐하면, 일부 MLC 설계에서 사용되는 터칭 원형 리프 단부를 통해 기계적 충돌과 누출에 의한 위험 때문이다.

출원인이 제시하는 멀티리프 컬리메이터(MLC)의 경우, 동적 모드의 최소 허용 리프 분리는 어떤 리프 중복도 생기지 않도록 반대편 리프에는 가해지나 인접 리프에는 가해지지 않게 1cm로 설정된다. 도 2a에서, 가장 선도적인 좌측 리프는 반대편 우측 리프와 필요 최소 분리를 유지하여야할 뿐 아니라, 위 아래의 우측 리프와도 간격을 유지하여야 한다. 동일한 최소 분리 거리가 백업 다이어프램 사이에도 적용된다. MLC 리프 폭은 1.0cm이고, 그 이동 범위는 광선축으로부터 20cm이고, 중심선에대해 12.5cm까지이다. MLC의 백업 다이어프램은 동일한 범위의 이동을 가지고, 이에 수직인 컬리메이터 쌍은 광선축으로부터 중심선까지 20cm로 이동한다. 엘레크타 MLC와 정적 필드 사용에 대한 그 특성의 세부사항은 조던 및 윌리엄스(Jordan and Williams)(1994)에 의해 이미 제시된 바 있다.

MLC 리프 및 다이어프램의 동적 제어는 엘레크타 동적 MLC 제어 시스템에 의해 이용되는 "제어 지점" 형태의 이용을 통해 여기서 기술되는 알고리즘에서 구체화된다. 제어 지점은 세트 광선 모니터 유닛(MU)의 특정 백분율에서 기계 구조(필드 크기, 형태, 받침 각도 등)를 특성화한다. 다른 백분율의 모니터 유닛과 연관시켜 제어 지점 순서를 정의할 경우, 동적 분출이 형성되고 그 예가 도 3에 도시된다. 엘레크타 제어 시스템에서, 특정 백분율 모니터 유닛값에서의 패러미터(MLC 리프 위치 등)의 원하는 값은 이 백분율 MU 바로전이나 바로 후의 제어 지점 사이에서 선형 보간에 의해 얻어진다. 실제 광선 MU보다는 백분율 MU를 사용함으로서 동적 광선 처방이 필드에 대한 세트 MU로 쉽게 스케일링된다. 제어 지점이 불규칙하게 이격될 필요는 없다.

어떤 광선도 최소 두 개 이상의 제어 지점에 의해 지정되어야 한다. 초기 제어 지점은 시작 구조를 형성하고, 종료 지점은 정지 구조를 형성한다. 중간 구조를 형성하는 제어 지점이 추가될 수 있다.

동적 광선 컬리메이션에 더하여, 이 형태는 정적 및 이동전용 광선이나 광선 세그먼트를 형성하기 위해 사용될 수도 있다. 정적 광선 세그먼트는 동일한 패러미터값을 가지면서도 다른 백분율 MU를 가지는 두 개의 일련 제어 지점에 의해 형성되고, 이동 전용 단계는 동일한 백분율 MU를 가지면서도 다른 패러미터값을 가지는 두 제어 지점에 의해 구현될 수 있다. 선형 가속기로부터 출력되는 방출을 금지시킴으로서, 광선은 이러한 이동 전용 단계에서 잘려나간다. 정적, 동적, 그리고 이동 전용 세그먼트의 조합은 단일 광선 요법내에서 믹싱될 수 있다.

이 제어 지점 형태가 한 개의 특정 MLC 제어 시스템을 특별히 지원하지 않지만, 동일한 아이디어가 제작자의 MLC에 사용될 수 있다. 아래에 도시되는 바와 같이, 여기서 공개되는 알고리즘에 의해 생성되는 결과는 다중 정적 MLC 필드를 통한 구현을 위해 동등하게 적합하다.

동적 컬리메이션에 의한 구분 강도 변조 광선 생성

허용된 최소 리프나 컬리메이터 분리의 순간 제한을 무시하면서, 동적 컬리메이션에 의해 구분 강도 변조 광선을 생성하기 위해 사용되는 기본 아이디어는 한 개의 분리된 광선 요소를 고려함으로서 설명될 수 있다. 선두 리프나 컬리메이터 턱이 일정한 속도로 이동하여 요소를 노출시킴에 따라, 강도의 램프 다운이 요소 사이에서 운반된다. 선두 리프와 동일한 속도로 이동하는 후미 리프나 턱이 요소를 막고 날카롭고 구분된 주노출을 부여하기 위해 필요한 강도의 필요 램프업을 생성할 때까지, 요소는 균일하게 방사된다. 이는 기본적으로 힐(Hill)외 다수(1997)에 의해 사용되는 기술이다. 날카롭게 형성된 광선 변부를 제공하기 위해 이 요소들의 행 선두부와 후미에서 리프/턱 분리가 0에 가까울 필요가 있다.

최소 분리 제한 하에서 구분 강도 변조 광선의 생성

앞서 기술된 공정은 리프나 컬리메이터가 노출 선두부나 후미에서 0에 가까운 간격을 가져야 하는 것을 필요로 한다. 앞서 언급한 바와 같이, 이는 모든 MLC에서 가능한 것은 아니다. 그러나 발명에 따라, 동적 광선 요법에서 백업 다이어프램(컬리메이터 턱)의 운동과 MLC 리프의 운동을 조합함으로서 시뮬레이션이 가능하다. 이 경우에, 리프 및 백업 다이어프램의 위치는 오프셋되어, MLC 리프간 필요한 간격이 백업 다이어프램 아래로 감춰진다. 이는 도 2b에 도시된다.

중앙 차단

주필드 경계 내 영역을 차단하는 중앙 차단은 리프를 함께 가까이하지 않으면서 단일 동적 노출 중 달성될 수 있다. 이 경우에, 필요한 리프 간격은 도 2b에서와 같이 차단되는 영역의 백업 다이어프램 아래에 다시 감춰진다.

2차원 광선 강도 변조에 대한 최소 리프 제한의 관계

최소 리프 분리 제한, 특히 인접 리프 쌍의 위치설정에 대한 제약은 광선 변조가 운반되는 방식에 제한을 가한다. 특히, 광선 내에서 2차원 강도 변조를 생성할 때, 한 개의 리프 쌍의 후미 리프는 과노출 방지차 영역 보호를 위해 전방으로 이동할 필요가 있다. 최소 리프 분리 거리의 유지는 인접 리프 쌍의 선두 리프를 전방으로 밀고, 변조 생성을 위해 MLC 리프가 사용중인 경우에만 과노출을 이끌 수 있다. 그러나 백업 다이어프램이 동적 컬리메이션 과정의 일부로 사용될 수 있을 경우에, 선두 리프 뱅크 백업 다이어프램이 필요한 보호를 제공하는 데 사용될 수 있어서, 과노출을 피하면서 선두 리프를 전방으로 이동시킬 수 있다. 또한, 원래의 리프쌍 하에 강도 분포 생성을 늦추는 것이 가능하다. 그래서, 인접 리프쌍에 최소 리프 분리 제한의 침범이 일어날지 않을 때 운반 순서의 이후 지점에서 후미 리프를 전방으로 이동시킨다. 이는 아래에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.

일반적으로, 최소 리프 분리 제한 하에서, 한 쌍의 리프에 대한 리프 운동의 편향은 앞서 기술된 바와 같이 "노크-온" 효과 영향으로 인해 인접 리프 모션으로부터 고립되는 것으로 간주될 수 없다는 것이 밝혀졌다. 차라리, 리프 모션 생성의 모든 단계에서 분리방식으로 생성하는 프로파일과 모든 연관된 리프쌍을 함께 고려하는 것이 필요하다. 이는 도출된 MLC 및 다이어프램 모션에 대한 다른 접근법을 이끌고, 이대 편향은 제어 지점간에 진보적으로 이루어진다. 이러한 방식으로, 편향 중 리프 위치 설정에 대한 제한으로 완전한 설명이 이루어진다. 또한 아래에서 설명되는 바와 같이, 텅-그루브 구조물이 쉽게 제거될 수 있다. 이 접근법이 아래에 기술되는 알고리즘에서 사용된다.

빅셀 광선 변조 알고리즘(빅셀 BIM)은 리프 분리에 대한 제한을 가지는 구분 광선 요소(빅셀) 강도 변조 필드를 운반하기 위해 MLC 리프와 백업 다이어프램 모션을 도출하는 반복적 기법이다. 각각의 리프쌍 편향을 분리식으로 고려함으로서보다 필드를 가로질러 검색함에 따라, 상기 알고리즘은 모든 연루 리프쌍과 MLC 백업 다이어프램 제어 지점-제어 지점의 움직임을 진보적으로 도출한다. 그리고 운반가능한 동적 요법을 도출하기 위해 최소 리프 간격 침범에 관한 피드백 정보 수단을 필요로한다. 보편성을 잃지 않으면서 리프 및 다이어프램이 필드 사이에서 좌측으로부터 우측으로 이동한다고 가정된다.

어떤 주어진 제어 지점에서 빅셀이 방사될 수 있는 지를 결정함에 있어서, 두 논리 어레이는 상기 알고리즘 내에서 사용된다. 제 1, 실드는 각각의 제어 지점에서 각각의 빅셀에 대해 정의된다. 빅셀이 주어진 제어 지점에서 보호되어야 하는 경우 "참"으로 설정된다. 보호가 좌측 또는 우측 MLC 리프 또는 백업 다이어프램에 의할 수 있다. 제 2 어레이, 우측-다이어프램-실드는 각각의 제어 지점에 대한 필드에서 각각의 열에 대해 정의된다. 주어진 제어 지점에서 "참"으로 설정될 경우, 이 제어 지점에서 우측 백업 다이어프램에 의해 빅셀의 전체 열이 보호되어야 한다. 이 어레이의 상태는 필요한 강도 분포 자체에 의해 부분적으로 정의되지만, 알고리즘 구동으로 연속적으로 수정되어, 리프 충돌 및 최소 간격 침범을 보정하거나 방지하고, 필드 영역의 과노출을 피하며, 그리고 도출된 모션 내에서 텅-그루브 구조물을 제거한다. 우측-다이어프램-실드가 주어진 제어 지점에서의 열에 대해 "참"일 경우, 상기 열 내의 모든 빅셀에 대해 보호하여야 할 것이다.

상기 알고리즘은 정수 단위의 빅셀 강도를 다룬다. 이때 한 단위는 한 개의 빅셀 폭을 이동하는 데 리프나 다이어프램이 소요하는 시간에 운반되는 강도와 동등하다. 이 강도의 절대값은 빅셀 폭, 최대 가용 리프 속도, 그리고 필드 운반시 필요한 분출량 비에 따라 좌우된다. MLC 리프와 다이어프램은 제어 지점 당 한 개의 빅셀 폭 거리를 이동하도록 허용되고, 최소 리프 분리는 빅셀 폭 단위의 알고리즘 내에서 구체화된다. 빅셀 강도 유닛으로 바람직하게 강도 분포를 매핑하는 것과 운반 해상도를 제어하는 것은 아래에서 상세히 설명될 것이다. 최소 분리 거리는 빅셀 폭 단위로 표현된다.

상기 알고리즘의 순서도가 도 4에 도시된다. 주단계 각각의 설명이 아래에 나타난다.

리프 및 다이어프램 설정 개시(제어 지점 O)

방사 시작부에서, 좌측 리프는 필드의 가장 좌측의 경계에 설정되고, 우측 리프는 최소 분리와 동일한 거리로 필드에 놓인다. 백업 다이어프램은 최소 빅셀 단위와 같은 거리만큼 리프로부터 오프셋되어, 우측 다이어프램이 좌측 경계에 놓이고, 좌측 다이어프램이 필드 외부에 위치한다.

제어 지점에서의 루프

제 1 제어 지점으로부터 시작하여, MLC가 떠나고 다이어프램이 필드 사이를 이동함에 따라 제어지점간 모션을 도출하기 위해 현 실드 및 우측-다이어프램-실드 설정을 이용하라. 그러므로 아래의 단계는 각각의 제어 지점에서 실행된다.

좌측 백업 다이어프램 위치 설정

현 좌측 백업 다이어프램 위치의 우측에 있는 열의 어떤 빅셀이 방사 종료를 위해 한 개 이상의 제어 지점을 필요로 할 경우, 이전의 제어 지점 위치에 다이어프램이 유지되어야 한다. 그렇지 않을 경우, 우측으로 한 개의 빅셀 폭만큼 이동하라.

좌측 MLC 리프 위치 설정

현재 위치 이후의 빅셀이 제어 지점에서 배제될 때 좌측(후미) MLC 리프는 이동한다. 한 개 이상의 제어 지점이 방출 완료를 위해 필요할 경우, 이전 제어 지점으로부터 위치를 유지한다.

우측 MLC 리프 위치 설정

각각의 우측 MLC 리프에 대해, 우측으로 한 개의 빅셀폭만큼 이 루프를 이동시킴으로서 노출될 수 있는 빅셀이 이 제어 지점에서 보호될 필요가 있을 경우, 우측-다이어프램-실드가 "거짓"이 되고, 좌측 백업 다이어프램이 제어 지점에서 실드에 설정되어 있지 않다. 그래서, 이전 제어 지점의 위치에 우측 리프를 유지시킬 필요가 있다. 그렇지 않을 경우, 현 제어 지점에 대한 리프 위치는 최종 제어 지점에서 한 빅셀 폭만큼 우측으로 설정된다.

우측 백업 다이어프램 위치 설정

일반적으로, 각각의 제어 지점에서의 우측 백업 다이어프램 위치는 최우측의 MLC 리프 위치로 설정된다. 그러나, 우측-다이어프램-실드 논리 어레이가 이 열 및 제어 지점에 대해 "참"으로 설정될 경우, 필드 내로 설정될 수 있다. 그래서, 여기서 필요한 보호를 제공하고자 다이어프램이 사용될 수 있다. 마찬가지로, 필드 외부의 과량 방사를 방지하기 위해 우측 다이어프램을 우측 필드 경계에 보지할 필요가 있다.

충돌 또는 최소 분리 침범 점검

이전의 단계에 의해 설정되는 바와 같이 리프 및 다이어프램 위치는 최소 분리 평형의 침범이 생기지 않는 것을 보장하기 위해 이 단계에서 점검이 이루어진다. MLC 리프의 분리와 다이어프램 분리에 대한 점검이 따로 이루어져야 한다.

MLC 리프 분리 침범이 어떻게 해결되는 지에 백업 다이어프램의 위치 설정이 영향을 미칠 수 있기 때문에 백업 다이어프램 분리가 먼저 점검되어야 한다. 최소 허용치보다 작을 경우, 현재 위에 있는 열을 보호하도록 작용하지 않고 있다면 우측 다이어프램은 한 빅셀 폭만큼 전방으로 이동한다. 이 경우에, 좌측 다이어프램은 한 빅셀 폭만큼 후방으로 대신 설정되어야 한다. 좌측 다이어프램이 후방으로 이동하였을 경우, 이것이 다이어프램이 보호하고 있는 어떤 것도 과노출시킬 지를 추가 점검할 필요가 있다. 이것이 상기 경우일 때, 현재 제어 지점과 모션 편향이 새 정보를 고려하여 다시 시작할 때까지 우측-다이어프램-실드는 이 열에 대해 "참"으로 설정된다.

백업 다이어프램 위치가 점검되고 필요시 보정될 때, MLC 리프 위치가 평가될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이(섹션 2), 엘레크타 MLC와 같은 서계에서, 최소 분리 요구사항은 각각의 개별 리프 쌍에만 적용되는 것이 아니라, 인접 리프의 위치에도 적용된다. 그러므로 그 각각이 개별적으로 점검되어야 한다.

본 예에 따라, 리프 분리 점검이 각각의 우측 리프에 대해 순서대로 이루어진다. 이 점검은 각각의 좌측 리프에 대해 물론 실행될 수 있다.

좌측 및 우측 리프가 최소 분리 거리 내에 있을 경우, 이를 보정하기 위해 좌측 또는 우측 리프를 이동시키는 지에 관해 선택이 있어야 한다.

우측 리프 위에 있는 빅셀이 이 제어 지점에서 보호될 필요가 없을 경우, 또는 빅셀이 보호될 필요가 없고 우측-다이어프램-실드가 또한 설정될 경우, 우측 리프는 전방으로 이동될 수 있다.

이러한 조건이 적용되지 않을 경우, 연관된 좌측 리프를 후에 이지점에 도달하도록 함으로서 발생하는 이러한 제약 침범을 방지할 수 있는 지를 알기 위해 점검이 행해진다(이는 관련 우측 리프의 모션을 금지함으로서 행해질 수 있다). 이를 위해, 각각의 열을 따르는 반복적 점검이 행하여져서, 좌측 리프 아래의 빅셀이 노출되는 제 1 제어 지점을 찾아내고, 상기 제어 지점에서 최소 리프 분리 요구사항을 이 위치를 보호하는 우측 리프가 침범하는 지를 평가한다. 이러한 방식으로 좌측 리프 금지가 가능할 경우, 논리 어레이 실드가 이에 따라 수정되고, 모션이 이를 고려하여 다시 도출된다.

이러한 방식의 좌측 리프 진보 금지가 불가할 경우, 우측 리프가 전방으로 이동하여야 하고, 이 제어 지점과 모션 재도출시까지 우측-다이어프램-실드를 "참"으로 설정함으로서 우측 다이어프램이 빅셀 보호를 위해 작용하여야 한다. 이 경과가 덜 효율적인 기법이라도, 모션이 불가능할 경우 우측 리프를 금지시킬 때만 이 옵션이 사용된다.

우측 다이어프램 하에 어떤 우측 리프도 완전히 사라지지 않음을 점검

최소 분리 점검과 조절 이후에, 우측 백업 다이어프램 하의 우측 리프가 불필요하게 그 아래에 놓여있는 지를 알아보기 위해 점검이 행해진다. 제어 지점에 대한 설정이 최소 간격 평형을 침범하지 않으면서 조절될 수 있을 경우, 그 위치가 재정의된다. 이 단계는 백업 다이어프램을 통해 누출을 최소화하기 위해 행해진다.

어떤 빅셀도 과노출되지 않음을 점검

최소 분리 조건에 의해 요구되는 조절 이후에, 최소 분리 조건의 침범을 방지하기 위해 우측 리프가 전방으로 이동하였을 경우, 현재 리프 및 다이어프램 설정의 결과로 어떤 빅셀도 과노출되지 않음을 점검한다. 어떤 빅셀이 과노출될 경우, 실드 논리 어레이가 현재 제어 지점까지의 모든 제어 지점에 대한 이 빅셀에 대해 "참"으로 설정된다. 또한 모션은 이 갱신된 정보를 고려하여 다시 도출된다. 효율성을 위해 보호용 첫 번째 변화 이전에 제어 지점으로부터 편향이 계속될 수 있다.

운반되는 누적 강도 점검

모든 빅셀에 정확한 누적 강도가 운반되었는 지를 확인하기 위해 점검이 이루어진다. 그러할 경우, 인터-리프 텅-그루브 영역의 강도에 대해 점검이 부가적으로 이루어진다. 그렇지 아니할 경우, 한 개 이상의 제어 지점이 필요하고 제어 지점에서의 루프가 계속된다.

텅 및 그루브 영역 점검

각각의 제어 지점이 도출됨에 따라 인터-리프 텅 및 그루브 영역에서의 강도에 대한 점검이 부가적으로 이루어진다. 어떤 저노출이 발견될 경우, 이는 최선단 리프 쌍의 모션을 금지함으로서 보정될 수 있다(반 산트부르트 및 헤이멘(1996)). 현재의 알고리즘 내에서, 이는 관련 빅셀이 노출되면서 이 제어 지점으로부터 Nro의 제어 지점에 대한 이 빅셀에 대해 실드를 "참"으로 설정하는 최초 제어 지점을 발견함으로서 달성된다. 이때, 이 n개의 제어 지점에 대해 운반되는 방사량은 발견되는 텅-그루브 저노출에 상응한다. 모션은 이 갱신 정보를 고려하여 재도출되고, 앞서와 같이, 실드에의 첫 번째 변화가 생기기 전에 제어 지점으로부터 편향이 계속될 수 있다.

그러나, 최소 리프 분리 유지와 관련 충돌 회피 루틴은 리프 모션을 동기화하는 경향이 있어서, 인터리프 영역에서의 방사량 부족이 운반 체계에 큰 변화가 아니며, 전체 운반에 대한 추가 제어 지점을 포함하지 않는다.

예

도 1의 분포 예에 앞서의 알고리즘을 적용한 결과가 도 5에 제시된다. 이때 각각의 제어 지점에서의 MLC 배치가 도시된다. 검은 영역은 MLC 리프와 백업 다이어프램 모두에 의해 보호되는 것이고, 어두은 회색 영역은 MLC 리프에 의해서만, 그리고 옅은 회색은 백업 다이어프램에 의해서만 보호되는 것이다. 빅셀 치수는 1 cm ×1cm이고, 1cm의 최소 리프/다이어프램 분리가 구체화된다. 날카로운 필드 변부에 필요한 운반의 선두 및 후미 폐배치는 명백하게 도시되어, 최소 리프 분리 한계가 리프 위치설정을 제약할 때 보호를 제공하도록 백업 다이어프램을 사용할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 리프 및 다이어프램은 제어 지점 당 한 개의 빅셀 폭만큼 움직이도록 제한된다.

앞서의 알고리즘은 필립스/엘레크타 SL25의 구분 광선 강도 변조를 MLC로 운반하기 위해 구현되었다. 이 구현의 도식적 다이어그램이 도 6에 도시되고, 그 중요 특징이 아래에 논의된다.

입력 강도 분포의 스케일링

입력 강도 분포는 필드에 의해 운반되는 "일반 방사량"에 따라 스케일링된다. 이는 강도 분포의 해상도를 제어할 수 있도록 행해지고, 운반될 시에 동적 광선 요법이 MLC가 할 수 있는 이상의 리프 속도를 요구하지 않는 것을 보장한다. 광선의 각각의 요소가 수신하여야 할 MU를 구체화하는 모니터 유닛 분포로서 결과가 처리될 수 있다. 그러나, 광선 요법 파일이 백분율 모니터 유닛의 제어 지점을 바탕으로 하고 그러므로 세트 모니터 유닛과 스케일링가능하기 때문에, 일반 방사량에 사용되는 정확한 값이 중요한 것은 아니다.

개방 필드 성분 운반

필드가 중앙 차단되지 않은 경우에, 단일 정적 필드 성분에 의해 필드의 일부 또는 모든 베이스 강도 레벨을 운반하기 위해 장치내에 옵션이 존재한다. 이는 기존 방사선 요법에 대해 환자의 위치 확인을 위한 출입 이미징을 허용하고, 다량의 필드 강도가 상대적으로 큰 정적 필드에 의해 운반되게 할 수 있다. 이로 인해, 선량 측정이 보다 선호되고, 환자 움직임이나 리프 설정 오차가 덜 중요해진다. 이 옵션이 선택될 때, 첫 번째 두 개의 제어 지점이 (적절한 백분율 MU로) 정적 필드를 구체화한다. 이는 광선이 중단되고 MLC가 리프가 좌측 필드 경계로 이동하는 동안의 이동 전용 단계에 뒤따르고, 이후, 동적 변조가 이어지는 제어 지점 단계로 운반된다.

운반되는 강도 분포의 해상도 제어

이 기법 내에서 운반용 기본 강도 해상도는 광선 요소(빅셀) 폭을 리프나 다이어프램이 가로지르는 데 소요되는 시간 중에 운반되는 강도에 의해 통제된다. 이는 최대 허용 리프 속도, 방사량 비, 그리고 요소 폭에 좌우된다. 가령, 1cm 폭의 광선 요소에 대해, 1cm/초의 최대 리프 속도로 400 MU/분에서 처리하는 것은 6.67 MU의 운반에 대한 기본 해상도를 나타낸다. 즉, ±3.3 MU이다. 모니터 유닛 분포(즉, 스케일링된 강도 분포)는 가장 가까운 MU/빅셀에서 원형화되어, 알고리즘 내에서 내부적으로 사용하기 위해 빅셀-강도-유닛 어레이를 생성한다.

그러나, 빅셀-강도-유닛 어레이를 주기 위해 원형화 이전에 리프 이동 방향을 따라 원분포의 광선 요소를 필요한만큼 간단하게 분할함으로서 운반의 해상도가 쉽게 향상될 수 있다. 앞서의 예에서, 1cm 폭 요소가 3.3mm 요소로 분할된 경우, 결과적인 운반 해상도는 ±1.1MU로 개선될 것이다. 이를 위해 지불하는 대가는 동적 요법을 정의하기 위해 필요한 제어 지점의 증가이다. 그러나, 이는 MLC 운반 효율에 영향을 미치는 것은 아니다. 즉, 필드 운반에 필요한 MU의 수에 영향을 미치지 않는다.

앞서 설명된 알고리즘에서, 주 강도만이 고려되었다. 리프 및 다이어프램을 통한 한정 전송으로부터의 공헌, 헤드 스캐터링된 방사, 그리고 중아축으로부터 멀어지는 주강도의 변화는 고려되지 않았다. 이는 기하학적 관계를 바탕으로 한 휴대 알고리즘을 제공하기 위해 의도적으로 행해졌다. 그러므로 이는 기계-기계 변화에 독립적이며, 앞서의 양을 계산하는 방법에도 독립적이다. 대신에, 반복 루프 내에서 알고리즘을 구현함으로서 아래의 추가적인 인자가 포함될 수 있다(컨베이 및 웹(1997).

1. 앞서의 알고리즘을 이용하여 리프 및 다이어프램 모션을 계산한다(기하학적으로만 계산).

2. 필요한 경우 참고 조건 하에서 전체 강도나 방사량을 계산하기 위해 리프 모션을 사용한다. 연산값과 원하는 값간의 차가 세트 공차보다 클 경우, 반복 루프를 빠져나오고, 그렇지 않을 경우 3단계로 진행한다.

3. 연산값과 원하는 값간의 차를 바탕으로 수정된 입력 강도 분포를 연산한다.

4. 수정된 강도 분포를 알고리즘에 대한 입력으로 사용한다. - 단계 1부터 반복한다.

MLC 모션의 실제 편향으로부터 선량측정 태양을 분리시킴으로서, 알고리즘이 변조와 실제로 연관된 양에 독립적이 된다. 이는 예를 들어, 등방 평면에서 "대기 내" 영향의 총 강도일 수 있고, 등방 평면에서 피크 깊이의 방사선양일 수 있으며, 특정 참고 조건에서 일부 참고 깊이의 방사선양일 수도 있고, 또는 다른 것일 수도 있다. 이 알고리즘은 이 양을 계산하는 데 사용되는 방법에 또한 독립적이며, 그래서 수정없이 다른 플래닝 시스템이나 소프트웨어 모듈 내에서 사용될 수 있다. 그러므로 휴대성을 높이고 폭넓은 용도가 가능하다.

구분 광선 강도 변조로 필드 운반을 하는 동적 컬리메이션 기법을 생성하기 위해 앞서 기술된 알고리즘이 원래 개발되었으나, (모션의 선두와 후미에서 앞서의 것을 배제한 제어 지점 구조에 의해 형성되는) 정적 MLC 필드의 순서로 출력이 동등하게 해역될 수 있음을 도 5로부터 알 수 있다. 원래의 설계가 동적 구현을 위한 것이었기 때문에, 각각의 필드 구조간에서 단계적일 때 관련된 광선 단절 시간은 작을 것이다. 알고리즘에 필요한 유일한 변화는 다음 필드 구조에 대한 이동 전용 단계 이후에 정적 제어 지점 쌍으로 각각의 도출된 단계를 기록하는 것이다. 이는 가령, MLC의 완전 동적 제어가 가용하지 않을 때 필요할 수 있다.

다중 정적 필드 운반이 선호된다. 왜냐하면, 이는 기존 방사선 요법 분출과는 거리가 먼 작은 단계이기 때문이다. 이 광선의 선량측정은 보다 쉽고, 그러므로 보다 용이하게 수용될 수 있다.

여기서 설명된 기술이 구분 변조 광선에 대한 동적 운반 기법을 개발하는 범주 내에서 발전되었지만, 연속 변조를 생성하는 데도 역시 적용할 수 있다.

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Claims (4)

1. 선형 가속기를 이용하여 방사선 요법 치료를 분출하는 방법으로서,

   상기 선형 가속기는 방사원으로 이루어지며, 상기 방사원의 출력은 멀티-리프 컬리메이터와 추가적인 컬리메이터에 의해 제한되고, 상기 추가적인 컬리메이터가 두 개 이상의 다이어프램(격막)으로 이루어지며, 상기 방법은:

   리프의 운동 방향에 평행하게 라인을 따라 분포되는 어레이 셀로 치료 부위를 분할하고,

   각각의 셀에 방사선양을 할당하며, 그리고

   방사중에, 각각의 셀에 원하는 방사양을 제공하도록 리프 위치를 조절하는 이상의 과정으로 이루어지고, 이때 방사중에, 리프 분리 유지 및 과방사 방지를 위해 필요할 경우 한 개 이상의 리프 너머로 다이어프램(격막)이 나오는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 다이어프램은 최외곽 리프 뒤에 유지되는 것이 일반적이나, 가끔씩 방사에 대한 주보호를 제공하도록 한 개 이상의 리프 너머로 나오는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 그렇지 않을 경우 최외곽 리프 바로 뒤나 뒤 가까이에 다이어프램이 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 첨부된 도면이나 앞서 명세서의 내용에 본질적 기반을 두는 방법.