KR20120100289A

KR20120100289A - 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치 및 이를 이용한 선량 오차 분석방법

Info

Publication number: KR20120100289A
Application number: KR1020110019085A
Authority: KR
Inventors: 이정우; 박지연; 최경식
Original assignee: 학교법인 건국대학교
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2012-09-12
Also published as: KR101185067B1

Abstract

본 발명에 따른 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치는 일정 반지름의 크기로 중심부분이 중공되어 있는 원통형의 외부 원기둥 및 상기 외부 원기둥의 일측에 부착된 고정판으로 구성되는 고정용 원기둥 쉘(shell); 상기 일정 반지름의 반지름 크기 및 상기 외부 원기둥보다 일정 길이 이상의 길이를 갖으며, 상기 고정용 원기둥 쉘의 상기 중공된 외부 원기둥 내에 삽입되는 제1 내부 원기둥; 및 상기 외부 원기둥과 동일한 반지름을 갖으며, 상기 고정용 원기둥 쉘 내에 삽입된 상기 제1 내부 원기둥의 돌출 부분과 결합할 수 있도록 내부가 상기 돌출 부분만큼 절삭된 반구를 구비하고, 상기 제1 내부 원기둥의 외곽 표면에 방사선의 선량 측정용 필름을 부착하여 방사선 선량을 측정하는 것을 특징으로 한다.

Description

체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치 및 이를 이용한 선량 오차 분석방법{A phantom apparatus for measuring of radiation dose in volumetric modulated arc therapy, and therefor a method analysing for error of radiation dose}

본 발명은 방사선 치료의 선량 측정에 사용되는 팬톰에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전식 조사에 따른 체적 기반 세기조절 방사선치료의 방사선 선량을 검증하기 위한 원기둥 및 반구형의 팬톰장치와 이를 이용한 선량 오차분석방법에 관한 것이다.

현재까지 적용된 세기조절방사선치료는 일반적으로 특정 빔 조사 각도에서 다중 정적 조사면 (multiple static fields)을 이용하여 계획한 선량을 전달함으로써, 주요 결정장기를 피하면서도 필요한 선량이 종양에 전달될 수 있도록 하였다. 이러한 세기조절방사선치료를 위한 기존의 품질관리시스템은 정적조사면의 비균일플루언스를 전달하여 횡축면(transverse plane)이나 직교교차면(orthogonal plane)과 같은 2차원 평면에서 각 빔의 개별선량이나 혼합선량을 측정하여 선량오류를 분석해 왔다. 최근에는 방사선 치료 장비의 갠트리가 isocenter를 중심으로 360˚ 범위를 연속적으로 회전하면서 각 control point를 통해 다방향에서 빔을 조사할 수 있게 되었다. 이를 통해 종양의 모양과 위치에 맞는 보다 세밀한 비균일플루언스를 형성할 수 있게 되었으며, 빔 전달 및 치료 계획 기법의 개발을 통해 보다 정확한 선량 전달이 가능해졌다.

그러나, 이러한 회전식 세기조절방사선치료 방식은 갠트리 회전 및 다엽콜리메이터의 움직임, 연속적인 빔 조사, 선량률의 변환 등과 같은 동적 요소들이 복잡하게 결합되므로, 선량 전달의 정확성 및 재현성을 감소시킬 수 있으며, 이로 인한 선량 오차가 발생할 수 있다. 따라서 새로운 빔 전달 방식에 맞추어 갠트리의 회전동선에 따른 선량분포를 추적함으로써 계획한 선량을 정확하고 안전하게 전달하기 위한 방사선 품질 관리가 필요하며, 회전식 빔 조사 방식에 따른 선량 특성을 평가하는데 적합한 팬톰이 필요하다.

또한, 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료 (Volumetric modulated arc therapy, VMAT)는 종양 체적에 전달되는 선량 분포의 균일성(uniformity)과 조형성(conformality)을 향상시키기 위하여, 치료 부위에 따라 비동일평면상(non-coplanar)의 궤적을 움직이는 회전 조사 빔을 사용하여 최적화된 선량을 전달한다. 특히 종양체적과 주요 결정장기가 매우 근접하여 위치해있거나 종양의 모양이 고르지 못한 경우 비동일평면상에서 조사되는 빔을 유용하게 사용할 수 있다. 그러나 이러한 비동일평면상에서 조사되는 빔을 사용하는 경우, 환자의 셋업 오차가 발생했을 때 빔이 닿는 표면이나 치료 체적의 단면적이 동일평면상에서 조사되는 빔을 사용한 경우 보다 크게 변화될 수 있으므로 선량 오차가 발생할 확률이 높아진다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료 방식에 맞추어 갠트리의 회전동선을 따라 선량분포를 추적함으로써, 새로운 방사선 품질관리 방식을 통해 전달된 선량을 검증하기 위함으로, 회전식 빔 조사 방식에 따른 선량 특성을 정확히 평가하는데 적합한 팬톰장치에 관한 것이다.

특히, 구형(spherical shape) 팬톰을 사용함으로써, 비동일평면상에서 조사되는 빔에 의해, 어떠한 각도로 빔이 입사하더라도 측정점을 기준으로 비교적 균등하고 동일한 유효 측정 영역을 확보할 수 있고, 정확한 선량 검증을 가능하게 하는 팬톰장치에 관한 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치는 일정 반지름의 크기로 중심부분이 중공되어 있는 원통형의 외부 원기둥 및 상기 외부 원기둥의 일측에 부착된 고정판으로 구성되는 고정용 원기둥 쉘(shell); 상기 일정 반지름의 반지름 크기 및 상기 외부 원기둥보다 일정 길이 이상의 길이를 갖으며, 상기 고정용 원기둥 쉘의 상기 중공된 외부 원기둥 내에 삽입되는 제1 내부 원기둥; 및 상기 외부 원기둥과 동일한 반지름을 갖으며, 상기 고정용 원기둥 쉘 내에 삽입된 상기 제1 내부 원기둥의 돌출 부분과 결합할 수 있도록 내부가 상기 돌출 부분만큼 절삭된 반구를 구비하고, 상기 제1 내부 원기둥의 외곽 표면에 방사선의 선량 측정용 필름을 부착하여 방사선 선량을 측정하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치는, 방사선 기준 선량을 측정하기 위한 챔버를 넣을 수 있는 홀더를 더 포함하고, 상기 홀더는 상기 제1 내부 원기둥 중심부의 중공된 부분에 삽입되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1 내부 원기둥은, 상기 외곽 표면에 상기 선량 측정용 필름을 부착할 수 있도록 상기 선량 측정용 필름이 부착되는 영역만큼 일정 두께로 상기 외곽 표면을 밀링 처리한 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 고정용 원기둥 쉘, 상기 제1 내부 원기둥, 상기 반구 및 상기 홀더는 아크릴 성분인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 선량 측정용 필름은, 라디오크로믹필름(radio-chromic film)을 사용하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 고정용 원기둥 쉘은, 방사선의 조사 각도를 측정하기 위해, 상기 외부 원기둥의 원기둥 단면에 일정 각도마다 눈금을 표시해 놓은 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치는, 상기 일정 반지름의 크기를 갖는 원기둥 형태를 갖으며, 상기 원기둥 형태 중 일정 위치에 하나 이상의 원판형 슬랩을 구비하고 있으며, 상기 하나 이상의 슬랩을 갖는 상기 원기둥 형태가 상기 외부 원기둥의 상기 중공된 원기둥 내에 삽입되는 제2 내부 원기둥을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 원판형 슬랩은, 2개의 판이 결합된 형태로 구성되며, 상기 2개의 판 사이에 상기 선량 측정용 필름이 삽입될 수 있도록 하기 위해, 상기 2개의 판 사이를 상기 선량 측정용 필름의 두께만큼 밀링 처리한 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 원판형 슬랩은, 2개의 판이 결합된 형태로 구성되며, 상기 2개의 판 사이에 선량 측정을 위한 하나 이상의 유리선량계가 삽입될 수 있도록 하기 위해, 상기 유리선량계의 길이만큼 상기 2개의 판 사이에 복수개의 중공을 형성하고 있는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제2 내부 원기둥은, 밀도가 서로 다른 상기 하나 이상의 원판형 슬랩으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제2 내부 원기둥은, 상기 하나 이상의 원판형 슬랩에 하나 이상의 구멍을 형성하고, 상기 형성된 하나 이상의 구멍에 각각 아세틸 봉을 삽입하여 상기 원판형 슬랩을 정렬시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제2 내부 원기둥은 아크릴 성분인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치는, 상기 팬텀 장치가 고정되도록 하기 위해, 상기 고정용 원기둥 쉘의 상기 고정판이 삽입되는 고정 프레임을 더 구비하고, 상기 고정 프레임은 카우치 위에 고정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치는, 상기 팬텀 장치가 고정되도록 하기 위해, 상기 고정용 원기둥 쉘의 상기 고정판의 밑부분을 지지하는 고정 지지대를 더 구비하고, 상기 고정 지지대는 상기 팬텀장치를 지지하기 위한 일정 중량 이상의 무게를 갖는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 고정 지지대는, 수평 상태를 확인하기 위해 수평계를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 팬톰장치를 이용한 선량 오차 분석방법은 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치를 사용해 치료 대상에 대한 3차원 선량분포를 검출하고, 선량 분포 산출툴을 사용해 상기 치료 대상에 대한 3차원 선량분포를 계산하는 단계; 상기 검출된 선량 분포와 상기 계산된 선량분포 사이의 선량 오차를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 선량 오차가 발생한 지점을 해부학적 좌표계 위에 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 기존의 고정식 세기조절방사선치료뿐만 아니라 연속적으로 회전하며 빔을 조사하는 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증에 모두 유용하게 활용될 수 있는 팬톰장치를 제공한다.

특히, 본 발명에 따르면, 선량 측정용 필름을 통하여 선량 및 선량 분포를 쉽게 확인할 수 있으며, 개발한 팬톰과 선량 분석 툴을 이용한 분석 결과를 통하여 갠트리 회전 시, 어느 각도에서 어느 정도의 선량 오차가 발생하였는지 구체적인 위치를 쉽게 파악할 수 있다. 따라서, 토모테라피 등 최신 방사선치료장비의 치료 계획 검증뿐만 아니라, 방사선 치료를 위한 진단영상 촬영 및 환자의 보다 정확한 셋업을 위한 영상 촬영 시, 환자에 전달되는 선량을 측정하는데도 활용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 선량을 측정하고자 하는 관심 영역의 위치 및 선량 특성에 따라, 이에 적합한 검출기를 활용함으로써 활꼴세기조절방사선치료에서 다양한 검출기를 이용한 교차 검증이 가능한 팬톰으로 수정, 개선할 수 있다.

또한, 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료는 체적을 기반으로 빔의 세기가 조절된 조사면을 사용하기 때문에 3차원 선량 측정 및 평가에 대한 시도가 필요하다. 이에 따라, 갠트리의 조사 각도 및 회전 각도의 정확성을 확인하고 동일/비동일평면상에서 조사되는 다중 빔에 의한 선량 검증이 가능한 팬톰 장치 및 품질 관리 프로그램을 제공한다.

또한, 원기둥 및 반구형의 팬톰을 제공함으로써, 비동일평면상에서 조사되는 빔의 보다 정확한 선량 검증을 가능하게 한다.

또한, 이온 챔버(ionization chamber) 이외에도 비교적 높은 재현성과 정확성을 나타내는 유리선량계(glass rod detector)를 삽입하여 선량 교차 검증이 가능하도록 한다.

또한 아크릴에 비하여 밀도가 높은 물질을 팬톰 내에 원기둥 슬랩 형태로 삽입하여 비균일한 물질에 의하여 변형되는 선량 변화를 측정할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치를 설명하기 위한 참고도이다.
도 2는 도 1에 도시된 팬톰장치의 세부 구성요소를 설명하기 위한 참고도이다.
도 3은 고정용 원기둥 쉘의 외부 원기둥 단면에 일정 각도마다 눈금을 표시해 놓은 것을 예시한 참고도이다.
도 4는 도 1에 도시된 팬톰장치의 세부 구성요소 중 또 다른 내부 원기둥을 설명하기 위한 참고도이다.
도 5는 도 4에 도시된 원판형 슬랩의 또 다른 일 예를 설명하기 위한 참고도이다.
도 6은 도 4에 도시된 원판형 슬랩의 또 다른 일 예를 설명하기 위한 참고도이다.
도 7은 도 1에 도시된 팬톰장치를 고정하기 위한 고정 프레임을 설명하기 위한 참고도이다.
도 8은 도 1에 도시된 팬톰장치를 고정하기 위한 고정 지지대를 설명하기 위한 참고도이다.
도 9는 본 발명에 따른 팬톰장치를 이용한 선량 오차 분석방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 10은 선량 분석 산출툴을 이용한 계산 결과를 예시하는 참고도이다.
도 11은 치료 계획 시 계산된 선량과 필름으로 측정한 선량 간의 선량 오차결과를 예시하는 참고도이다.
도 12는 본 발명에 따른 선량 오차 분석방법에 의한 각 과정을 한 화면에 도시한 참고도다.

이하, 본 발명에 따른 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치를 첨부된 도면을 가지고 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치를 설명하기 위한 참고도이다. 도 1a는 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치에 대한 사시도이고, 도 1b는 팬톰장치에 대한 절개 측면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 팬톰장치의 세부 구성요소를 설명하기 위한 참고도이다. 도 2a는 팬톰장치 중 고정용 원기둥 쉘을 도시한 것이고, 도 2b는 팬톰장치 중 제1 내부 원기둥을 도시한 것이고, 도 2c는 제1 내부 원기둥의 중심부에 삽입되는 기준 선량 측정을 위한 챔버 및 홀더를 도시한 것이다. 또한, 도 2d는 팬톰장치 중 반구를 도시한 것이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 고정용 원기둥 쉘(100)은 일정 반지름의 크기로 중심부분이 중공되어 있는 원통형의 외부 원기둥(110) 및 상기 외부 원기둥(110)의 일측에 부착된 고정판(120)으로 구성된다. 외부 원기둥(110)은 일정 길이(A)의 원통형의 형태를 갖으며, 상기 원기둥 형태의 중심 부분에 일정 반지름의 크기(B)를 갖는 원기둥이 일정 길이(A)만큼 중공(130)되어 있다. 일 예로, 외부 원기둥(110)은 길이(A) 13[cm] 및 두께 3[cm]가 되도록 구성한다. 외부 원기둥(110)은 아크릴 성분으로 구성한다. 여기서 사용되는 아크릴은 90{%] 이상이 Methyl methacrylate로, 밀도는 약 1.19[g/cm³]이며, 수소(H) 8[%], 탄소(C) 60[%], 산소(O) 32[%]의 무게비로 구성된 재료를 사용한다. 한편, 고정판(120)은 외부 원기둥(110)을 포함하는 팬텀장치를 고정시키기 위한 것으로, 아크릴 성분으로 구성되며, 아크릴용 접착제를 사용하여 외부 원기둥(110)과 접착되어 있다. 고정판(120)의 두께는 접착되는 외부 원기둥(110)의 무게를 지탱할 수 있을 정도의 상당한 두께를 갖는다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 제1 내부 원기둥(200)은 일정 반지름(B)의 크기를 갖는 원기둥 형태를 갖으며, 외부 원기둥(110)의 중공(130)된 부분 내에 삽입될 수 있는 형태를 갖는다. 특히, 제1 내부 원기둥(200)은 외부 원기둥(110)의 길이(A)보다 일정한 길이(C)(예를 들어, 3[cm])가 더 긴 구조를 갖는다. 일 예로, 제1 내부 원기둥(200)은 길이(A+C) 16[cm] 및 반지름 4[cm]가 되도록 구성한다.

제1 내부 원기둥(200)의 외곽 표면에는 방사선의 선량 측정용 필름을 부착하여 방사선 선량을 측정한다. 이를 위해, 제1 내부 원기둥(200)은 외곽 표면에 선량 측정용 필름을 부착할 수 있도록, 선량 측정용 필름이 부착되는 영역만큼 일정 두께(D)로 상기 외곽 표면에 대해 밀링 처리를 한다. 밀링 처리로 인해, 선량 측정용 필름은 제1 내부 원기둥(200)의 외곽 표면(즉, 반지름 B 및 길이 E)을 따라 휘감아서 밀착시킬 수 있다. 예를 들어, 2장의 선량 측정용 필름(Film 1 및 Film 2)을 마주 바라보도록 하여, 제1 내부 원기둥(200)의 외곽 표면을 에워싸도록 부착하고, 선량 측정용 필름(Film 1 및 Film 2)을 감은 제1 내부 원기둥(200)을 고정용 원기둥 쉘(100)의 외부 원기둥(110) 내에 삽입함으로써, 방사선 회전 조사에 따른 방사선 선량 측정을 할 수 있다. 이에 따라, 특정 단면에 대한 선량 검증 이외에, 입사된 빔의 경로에 따라 다각도에서 조사되는 다중 빔에 의해 체적에 전달된 선량 검증이 가능하다. 이때, 선량 측정용 필름은, 라디오크로믹필름(radio-chromic film)을 사용하는 것을 특징으로 한다. 라디오크로믹필름(radio-chromic film)은 상온에서 다루기 쉽고 유연하며 측정 해상도가 높은 특징을 갖는다. 제1 내부 원기둥(200)은 아크릴 성분으로 구성한다.

한편, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1 내부 원기둥(200)은 챔버(예를 들어, 이온전리함 등)를 넣을 수 있는 홀더가 삽입될 수 있도록 원기둥 형태로 중공(210)되어 있다. 다만, 이러한 중공(210)은 별도의 내부 원기둥에 형성성할 수도 있다. 즉, 선량 측정용 필름을 감을 수 있도록 밀리 처리된 내부 원기둥과 홀더를 삽입할 수 있는 내부 원기둥을 각각 독립적으로 구비할 수 있다.

도 2c는 제1 내부 원기둥(200)의 중심부에 구비되는 기준 선량 측정을 위한 챔버 및 홀더의 단면도를 도시한 것이다. 챔버(220)는 방사선 기준 선량을 측정하기 위한 구성요소에 해당하는 것으로 대표적으로 이온전리함이 있으며, 홀더(230)는 이러한 챔버(220)를 넣을 수 있는 구조로 되어 있다. 홀더(230)는 제1 내부 원기둥(200)의 중공(210)된 부분에 삽입될 수 있도록 원통형 형태를 하고 있다. 홀더(230) 안에 넣어진 챔버(220)는 홀더(230)가 제1 내부 원기둥(200)에 삽입되었을 때, 후술하는 반구의 중심점에 챔버(220)의 측정점이 놓일 수 있도록 한다. 홀더(230)는 아크릴 성분으로 구성한다.

도 2d는 반구(300)를 도시한 것으로, 외부 원기둥(110)과 동일한 반지름의 크기를 갖으며, 제1 내부 원기둥(200)이 외부 원기둥(110) 내에 삽입되었을 때, 제1 내부 원기둥(200)의 돌출 부분과 결합할 수 있도록 내부가 상기 돌출 부분만큼 절삭되어 있다. 제1 내부 원기둥(200)의 돌출 부분은 제1 내부 원기둥(200)이 외부 원기둥(110)보다 일정 길이(C)만큼 더 돌출하게 되는데, 이렇게 일정 길이(C) 만큼 돌출된 부분에 결합할 수 있도록 반구(300)의 안쪽에 해당 돌출 부분에 대응하는 형태로 음각(310)되어 있다. 따라서, 외부 원기둥(110)에 삽입된 제1 내부 원기둥(200)에 반구(300)을 결합하면, 고정용 원기둥 쉘(100), 제1 내부 원기둥(200) 및 반구(300)가 각각 합체된 팬톰장치를 구성하게 된다. 팬톰의 반구형 부분은 비동일평면상에서 여러 각도로 방사선이 입사하더라도 경계가 급격하게 변하는 모서리나 첨점을 지나지 않고 균일하게 입사한 빔에 의하여 보다 정확하게 선량을 측정할 수 있도록 한다. 반구(300)는 아크릴 성분으로 구성한다.

한편, 도 3은 고정용 원기둥 쉘의 외부 원기둥 단면에 일정 각도마다 눈금을 표시해 놓은 것을 예시한 참고도이다. 도 3에는 10[도] 간격마다 눈금을 표시해 놓은 것으로, 원기둥 단면에 일정 각도마다 눈금을 표시해 놓음으로써, 선량 측정을 위해 방서선을 조사할 때, 방사선의 조사 각도 및 갠트리의 회전 각도를 정확히 측정 및 확인할 수 있다.

도 4는 도 1에 도시된 팬톰장치의 세부 구성요소 중 또 다른 내부 원기둥을 설명하기 위한 참고도이다. 도 4a는 팬톰장치 중 제2 내부 원기둥(400)을 도시한 것이고, 도 4b는 제2 내부 원기둥(400)을 구성하는 원판형 슬랩(410)에 대한 측면도를 도시한 것이고, 도 4c는 제2 내부 원기둥(400)을 구성하는 원판형 슬랩(410)에 대한 평면도를 도시한 것이다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 제2 내부 원기둥(400)은 일정 반지름의 크기를 갖는 원기둥 형태를 갖으며, 상기 원기둥 형태 중 일정 위치에 하나 이상의 원판형 슬랩(410)을 구비하고 있으며, 상기 하나 이상의 원판형 슬랩(410)을 갖는 상기 원기둥 형태가 상기 외부 원기둥(110)의 중공된 부분 내에 삽입된다. 도 4a에 도시된 2개의 원기둥길이(A-2) 및 3개의 원판형 슬랩(410)의 두께(A-2)의 합은 도 2a의 일정 길이(A)와 같다. 제2 내부 원기둥(400)은 제1 내부 원기둥(200)을 대체하여 사용한다. 제2 내부 원기둥(400)은 횡축면에 대한 보다 정확한 선량 측정을 위한 것이다. 제2 내부 원기둥(400)은 아크릴 성분으로 구성한다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 원판형 슬랩(410)은 2개의 판이 결합된 형태로 구성되며, 상기 2개의 판 사이에 상기 선량 측정용 필름이 삽입될 수 있도록 하기 위해, 상기 2개의 판 사이를 상기 선량 측정용 필름의 두께(D)만큼 밀링 처리한다. 선량 측정용 필름이 두 슬랩 사이에 삽입되었을 때, 원판형 슬랩(410)과 선량 측정용 필름 사이에 생길 수 있는 공기 틈을 최소화하고 삽입되는 필름의 고정 및 위치의 재현성을 위하여, 위쪽과 아래쪽 슬랩에 각각 필름의 단면적과 두께 만큼을 밀링 처리한다.

도 4c에 도시된 바와 같이, 원판형 슬랩(410) 사이에 4각형 형상의 선량 측정용 필름을 넣은 후, 구멍이 형성된 2개 지점에 아크릴 나사를 이용하여 원판형 슬랩(410)을 밀착시킬 수 있다.

정사각형으로 자른 선량 측정용 필름을 원판형 슬랩(410) 사이에 넣고, 도 4a와 같이 원판형 슬랩(410)을 포함하는 제2 내부 원기둥(400)을 외부 원기둥(110) 내에 삽입하여, 선량을 측정한다. 이 때, 원판형 슬랩(410)과 원기둥의 순서를 달리하여 횡축면 선량 측정용 필름의 위치 조정이 가능하다.

도 5는 도 4에 도시된 원판형 슬랩의 또 다른 일 예를 설명하기 위한 참고도이다. 도 5a는 유리선량계가 삽입된 원판형 슬랩의 사시도이고, 도 5b는 원판형 슬랩의 측면도이다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 원판형 슬랩(500)은 2개의 판이 결합된 형태로 구성되며, 2개의 판 사이에 선량 측정을 위한 하나 이상의 유리선량계(510)가 삽입될 수 있는 구조를 갖는다. 유리선량계는 유리를 이용하여 방사선의 양을 측정하는 계기이며, 은활성 형광유리를 사용한다. 원판형 슬랩(500)은 유리선량계의 길이만큼 상기 2개의 판 사이에 복수개의 중공을 형성하고 있다. 예를 들어, 유리선량계는 도 5a와 같은 배치로 총 20개가 삽입될 수 있으며, 중앙점을 기준으로 5[mm] 간격마다, 45[도] 각도마다 삽입하여 점선량 분포를 확인할 수 있도록 한다.

유리선량계는 기존에 주로 사용해오고 있던 열형광선량계 (thermoluminescent dosimeter, TLD)와는 달리 재현성, 선형성등이 우수하고, 반복적 리딩이 가능하다. 유리선량계(Glass rod detector, GD-302M, 유리선량계 홀더 포함 φ2.8 mm, 길이 13[mm])의 길이의 절반 맘큼씩을 원판형 슬랩 양쪽에 각각 구멍을 형성한다. 그 후, 한쪽 슬랩에 유리선량계를 삽입한 후 다른 쪽 슬랩으로 덮어서 고정시킨 후 제2 내부 원기둥(400)의 다른 구성요소와 함께 고정용 원기둥 쉘(100)의 외부 원기둥(110)에 삽입한다. 원판형 슬랩(500)에 만든 유리선량계 삽입용 구멍을 통해서 유리선량계의 위치를 알고 있으므로, 필름으로 측정한 선량 분포에서 대응되는 위치를 찾아 비교할 수 있다. 또한 팬톰의 CT영상에서 나타난 유리선량계 삽입 위치에서 계산 선량을 비교해봄으로써, 동일한 위치에서 서로 다른 종류의 검출기를 통한 선량 검증이 가능하다.

도 6은 도 4에 도시된 원판형 슬랩의 또 다른 일 예를 설명하기 위한 참고도이다. 도 6의 원판형 슬랩(600)은 서로 밀도가 다른 것으로 구성된다. 또한, 원판형 슬랩의 삽입 없이 빈 공간으로 두고, 다른 물질이나 공기에 의한 전달 선량의 변화를 측정할 수 있다. 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료 시, 종양 주변에 밀도가 다른 물질로 둘러싸여 있는 경우 나타나는 선량 변화를 필름과 유리선량계의 측정값을 비교해봄으로써 실제 전달된 선량이 치료 계획에 따른 계산 선량과 어느 정도의 오차가 발생하는지를 평가할 수 있다. 예를 들어, 두께 1[cm]의 아크릴이나 밀도가 다른 물질로 구성된 슬랩, 종축면 선량 변화 측정을 위해 필름이 삽입되는 두께 5[mm]의 슬랩, 및 유리선량계가 삽입된 슬랩으로 구성하여 원하는 위치에 필요한 검출기가 삽입된 슬랩을 배치시켜서 선량 분포를 측정할 수 있다.

한편, 전술한 제2 내부 원기둥(400)은 하나 이상의 원판형 슬랩(600)에 하나 이상의 구멍(610)을 형성하고, 상기 형성된 하나 이상의 구멍(610)에 각각 아세틸 봉을 삽입하여 상기 원판형 슬랩(600)을 정렬시킨다.

원판형 슬랩(600)을 모두 관통할 수 있는 긴 길이를 갖는 아세틸봉을 각 슬랩에 형성되어 있는 2개의 구멍에 각각 삽입하여, 원판형 슬랩(600) 모두에 관통시키고, 양 끝단에서 나사 등으로 조여줌으로써, 각 슬랩들은 슬랩 간 어긋남이 없이 정렬되어 팬톰 내에 고정될 수 있도록 한다. 또한 다른 검출기와의 선량 비교 및 치료 계획 시 계산된 선량과의 비교를 위해 필름이 삽입되는 슬랩의 한쪽에는 일직선 위에 놓이지 않은 세 개의 구멍을 뚫고 필름 위에 바늘로 자국을 남기도록 하여 공간적 좌표계를 일치시킬 수 있도록 한다.

도 7은 도 1에 도시된 팬톰장치를 고정하기 위한 고정 프레임을 설명하기 위한 참고도이다. 본 발명에 따른 팬톰장치를 환자가 누울 수 있는 카우치(710)에 고정하기 위해, 고정 프레임(700)을 구비한다. 고정 프레임(700)은 고정용 원기둥 쉘(100)의 고정판(120)이 삽입될 수 있도록 한 프레임 구조로 되어 있다. 도 7은 사각형 형태의 고정 프레임(7000)을 예시하고 있으나, 이러한 고정 프레임(700)은 고정판(120)의 형태에 따라 다양하게 변형이 가능하다. 고정 프레임(700)을 카우치(710)에 고정하기 위해, 고정 프레임(700)과 카우치(710)의 연결부분을 나사로 고정할 수도 있으며, 카우치(710)의 일측에 고정 프레임(700)이 삽입되는 구조로 형성할 수도 있다.

도 8은 도 1에 도시된 팬톰장치를 고정하기 위한 고정 지지대를 설명하기 위한 참고도이다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 고정 지지대(800)는 팬텀 장치가 고정되도록 하기 위해, 고정용 원기둥 쉘(100)의 고정판(120)의 밑부분을 지지하는 구조를 갖는다. 고정 지지대(800)는 팬텀장치를 지지하기 위한 일정 중량 이상의 무게를 갖는다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 고정판(120)을 고정 지지대(800)에 고정하기 위해, 고정판(120)의 밑부분을 고정 지지대(800)와 나사(810)로 고정할 수 있다. 한편, 고정 지지대(800)는 수평 상태를 확인하기 위해 수평계(820)를 구비할 수 있다. 수평계(820)를 사용해 고정 지지대(800)의 수평 유지 여부를 확인하고, 수평이 유지되지 않는 경우에는 수평지지대의 각 모서리에 구비된 4개의 나사를 사용해 수평을 유지하도록 조절한다.

도 9는 본 발명에 따른 팬톰장치를 이용한 선량 오차 분석방법을 설명하기 위한 플로차트이다.

먼저, 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치를 사용해 치료 대상에 대한 3차원 선량분포를 검출하고, 선량 분포 산출툴을 사용해 상기 치료 대상에 대한 3차원 선량분포를 계산한다(제900 단계). 전술한 바와 같이, 팬톰 장치는 둥근 원기둥 및 반구 형태로 제작되어 연속적으로 회전하는 방사선 조사기(갠트리)를 통해 원형 궤도를 따라 조사되는 방사선을 측정하는데 용이하며, 측정 해상도가 높은 필름을 이용하여 실제 빔이 조사될 때 발생할 수 있는 미세한 선량 오차의 측정이 가능하다. 특히 원기둥 겉표면의 곡면을 따라 밀착시킨 rolling된 필름을 통하여 회전식 조사 빔의 특정 깊이에 전달된 3차원 선량 분포를 측정할 수 있다.

한편, 선량 분석 산출툴을 이용하여, 기존의 선량 분석 프로그램에서 제공하지 않았던 선량 검증 방법의 하나로, 3차원 선량에 해당하는 등선량 분포, 횡축 선량 측면도 및 종축 선량 측면도를 계산한다. 즉, 선량 분석 산출툴을 이용해, CT영상에서 필름이 삽입된 위치를 추적하고, 각 위치에 전달된 선량을 추출하여 rolling-out된 필름과 동일한 기하학적 구조의 선량 분포를 계산한다.

도 10은 선량 분석 산출툴을 이용한 계산 결과를 예시하는 참고도로서, 도 10의 (a)는 등선량 분포곡선(isodose curve)을 나타내고, 도 10의 (b)는 횡축 선량 측면도를 나타내고, 도 10의 (c)는 종축 선량 측면도를 나타낸다.

제900 단계 후에, 상기 검출된 선량분포와 상기 계산된 선량분포 사이의 선량 오차를 산출한다(제902 단계). 감마 인자 (gamma index, 3 mm/ 3%)를 이용해 필름의 측정 선량과 계산 선량 간의 선량 오차를 산출한다.

도 11은 치료 계획 시 계산된 선량과 필름으로 측정한 선량 간의 선량 오차결과를 예시하는 참고도이다. 도 11에서 보는 바와 같이, 감마 인자를 이용한 선량 분포 비교가 가능하다.

제902 단계 후에, 상기 산출된 선량 오차가 발생한 지점을 해부학적 좌표계 위에 표시한다(제904 단계). 치료 계획 시 각 환자의 종양 체적 및 주요 결정 장기의 위치 및 체적을 기반으로 선량 오차가 발생한 지점을 표시한다. 허용 범위 이상의 선량 오차가 발생한 지점은 분별하여, 선량 오차가 발생한 위치를 직관적으로 쉽게 인식한 후 오차 요인을 교정하거나 보다 정교한 선량 검증을 수행할 수 있도록 다시 원기둥형 좌표계에 나타내줌으로써 선량 분석 결과를 보다 쉽게 파악할 수 있도록 한다.

도 12는 본 발명에 따른 선량 오차 분석방법에 의한 각 과정을 한 화면에 도시한 참고도다. 도 13의 (a)는 내부 원기둥 팬톰의 둘레를 둘러싸고 있던 필름으로 측정한 선량 분포 (좌, 우)를 나타내고, 도 13의 (b)는 허용 범위 이상의 선량 오차가 발생한 지점들을 치료 계획 시스템에서 계산한 선량 분포도 위에 제시한 것이고, 도 13의 (c)는 감마 인자 (gamma index, 3 mm/ 3%)를 이용한 필름의 측정 선량과 계산 선량 간 선량 오차에 대한 평가(특정 지점에서 1 이상의 감마 인자를 나타내는 영역이 붉은색으로 나타남) 를 나타내고, 도 13의 (d)는 선량 오차가 발생한 지점을 해부학적 좌표계 위에서 종양 체적 및 주요 결정 장기 체적과 함께 나타낸 것이다(붉은색 전립선, 노란색 방광, 파란색 직장, 자주색 감마 인자를 만족시키지 못하고 선량 오차가 발생한 지점을 표시).

도 12의 (d)와 같이 동일한 좌표계에서 overlapping 해줌으로써 임상적으로 보다 중요한 선량 오차가 발생한 부분이나 보다 정교한 선량 검증이 필요한 부분을 판별할 수 있도록 한다.

한편, 상술한 본 발명의 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치를 이용한 선량 오차 분석방법은 컴퓨터에서 읽을 수 있는 코드/명령들(instructions)/프로그램으로 구현될 수 있다. 예를 들면, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 이용하여 상기 코드/명령들/프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체는 마그네틱 저장 매체(예를 들어, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크, 마그네틱 테이프 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 와 같은 저장 매체를 포함한다.

이러한 본원 발명인 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치 및 이를 이용한 선량 오차 분석방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

100: 고정용 원기둥 쉘
200: 제1 내부 원기둥
300: 반구
400: 제2 내부 원기둥
500, 600: 원판형 슬랩
700: 고정 프레임
800: 고정 지지대

Claims

일정 반지름의 크기로 중심부분이 중공되어 있는 원통형의 외부 원기둥 및 상기 외부 원기둥의 일측에 부착된 고정판으로 구성되는 고정용 원기둥 쉘(shell);
상기 일정 반지름의 반지름 크기 및 상기 외부 원기둥보다 일정 길이 이상의 길이를 갖으며, 상기 고정용 원기둥 쉘의 상기 중공된 외부 원기둥 내에 삽입되는 제1 내부 원기둥; 및
상기 외부 원기둥과 동일한 반지름을 갖으며, 상기 고정용 원기둥 쉘 내에 삽입된 상기 제1 내부 원기둥의 돌출 부분과 결합할 수 있도록 내부가 상기 돌출 부분만큼 절삭된 반구를 구비하고,
상기 제1 내부 원기둥의 외곽 표면에 방사선의 선량 측정용 필름을 부착하여 방사선 선량을 측정하는 것을 특징으로 하는 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치.
제1항에 있어서, 상기 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치는
방사선 기준 선량을 측정하기 위한 챔버를 넣을 수 있는 홀더를 더 포함하고,
상기 홀더는 상기 제1 내부 원기둥 중심부의 중공된 부분에 삽입되는 것을 특징으로 하는 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 내부 원기둥은
상기 외곽 표면에 상기 선량 측정용 필름을 부착할 수 있도록 상기 선량 측정용 필름이 부착되는 영역만큼 일정 두께로 상기 외곽 표면을 밀링 처리한 것을 특징으로 하는 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치.
제2항에 있어서,
상기 고정용 원기둥 쉘, 상기 제1 내부 원기둥, 상기 반구 및 상기 홀더는 아크릴 성분인 것을 특징으로 하는 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치.
제1항에 있어서, 상기 선량 측정용 필름은
라디오크로믹필름(radio-chromic film)을 사용하는 것을 특징으로 하는 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치.
제1항에 있어서, 상기 고정용 원기둥 쉘은
방사선의 조사 각도를 측정하기 위해, 상기 외부 원기둥의 원기둥 단면에 일정 각도마다 눈금을 표시해 놓은 것을 특징으로 하는 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치.
상기 제1항에 있어서, 상기 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치는
상기 일정 반지름의 크기를 갖는 원기둥 형태를 갖으며, 상기 원기둥 형태 중 일정 위치에 하나 이상의 원판형 슬랩을 구비하고 있으며, 상기 하나 이상의 슬랩을 갖는 상기 원기둥 형태가 상기 외부 원기둥의 상기 중공된 원기둥 내에 삽입되는 제2 내부 원기둥을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치.
제7항에 있어서, 상기 원판형 슬랩은
2개의 판이 결합된 형태로 구성되며, 상기 2개의 판 사이에 상기 선량 측정용 필름이 삽입될 수 있도록 하기 위해, 상기 2개의 판 사이를 상기 선량 측정용 필름의 두께만큼 밀링 처리한 것을 특징으로 하는 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치.
제7항에 있어서, 상기 원판형 슬랩은
2개의 판이 결합된 형태로 구성되며, 상기 2개의 판 사이에 선량 측정을 위한 하나 이상의 유리선량계가 삽입될 수 있도록 하기 위해, 상기 유리선량계의 길이만큼 상기 2개의 판 사이에 복수개의 중공을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치.
제7항에 있어서, 상기 제2 내부 원기둥은
밀도가 서로 다른 상기 하나 이상의 원판형 슬랩으로 구성되는 것을 특징으로 하는 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치.
제7항에 있어서, 상기 제2 내부 원기둥은
상기 하나 이상의 원판형 슬랩에 하나 이상의 구멍을 형성하고, 상기 형성된 하나 이상의 구멍에 각각 아세틸 봉을 삽입하여 상기 원판형 슬랩을 정렬시키는 것을 특징으로 하는 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치.
제7항에 있어서,
상기 제2 내부 원기둥은 아크릴 성분인 것을 특징으로 하는 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치.
제1항에 있어서, 상기 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치는
상기 팬텀 장치가 고정되도록 하기 위해, 상기 고정용 원기둥 쉘의 상기 고정판이 삽입되는 고정 프레임을 더 구비하고,
상기 고정 프레임은 카우치 위에 고정할 수 있는 것을 특징으로 하는 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치.
제1항에 있어서, 상기 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치는
상기 팬텀 장치가 고정되도록 하기 위해, 상기 고정용 원기둥 쉘의 상기 고정판의 밑부분을 지지하는 고정 지지대를 더 구비하고,
상기 고정 지지대는 상기 팬텀장치를 지지하기 위한 일정 중량 이상의 무게를 갖는 것을 특징으로 하는 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치.
제14항에 있어서, 상기 고정 지지대는
수평 상태를 확인하기 위해 수평계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치.
체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의 선량 검증을 위한 팬톰장치를 사용해 치료 대상에 대한 3차원 선량분포를 검출하고, 선량분포 산출툴을 사용해 상기 치료 대상에 대한 3차원 선량분포를 계산하는 단계;
상기 검출된 선량 분포와 상기 계산된 선량분포 사이의 선량 오차를 산출하는 단계; 및
상기 산출된 선량 오차가 발생한 지점을 해부학적 좌표계 위에 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 체적 기반 입체조형 활꼴세기조절방사선치료의선량 검증을 위한 팬톰장치를 이용한 선량 오차 분석방법.