KR20130089610A - 방사선 세기 변조체 제조 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방사선 세기 변조체 제조 방법 및 장치를 공개한다. 이 방법은 (a) 방사선 치료 계획부가 인가되는 3차원 방사선분포를 계산하여 제작될 변조체를 계획하고 방사선 세기 변조 정보를 출력하는 단계; (b) 방사선 세기 변조체 디자인부가 상기 방사선 세기 변조 정보를 인가받아 변조체 제작용 변환 파일을 생성하고 상기 제작될 변조체의 삼차원 구조 정보를 출력하는 단계; (c) 방사선 세기 변조체 제작부가 상기 변조체 제작용 변환 파일을 인가받아 상기 제작될 변조체의 유형, 위치 및 크기를 검증하고, 상기 검증된 데이터를 삼차원 프린터에 전송하여 변조체를 제작하는 단계; 및 (d) 정확도 검증부가 상기 제작된 변조체의 삼차원 구조 정보를 획득하고, 상기 계획된 변조체 정보와 비교하여 제작 정확도를 평가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

방사선 세기 변조체 제조 방법 및 장치{A manufacturing method of radiation strength modulating body and a device thereof}
본 발명은 방사선 세기 변조체 제조 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 방사선 치료에 있어서 방사선의 선량 계산을 통해 얻은 선량 변조 정보를 바탕으로 3D 프린터에서 원하는 모양으로 가공할 수 있도록 방사선 세기 변조체를 제작할 수 있는 방사선 세기 변조체 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 방사선 세기 변조체는 방사선 선속 중심에 삽입하거나 환자의 체표에 부착 또는 체내에 삽입하여 방사선의 선량 분포를 변조하는 기구이다.
방사선 세기 변조체는 방사선 치료에서 방사선의 강도를 변조하여 종양 선량을 높이고 주변 정상 조직의 장애를 최소화하고자 하는 목적으로 사용되며 전자선, X-선, 양성자, 입자선 치료에 모두 사용되는데, 특히, 양성자 및 입자선의 경우 종양의 모양에 맞는 선량 분포를 얻기 위해서는 방사선 세기 변조체(bolus)가 필수적이다.
또한, 방사선 세기 변조체는 특정부분의 강도를 조절하거나 차폐하여 원하는 부위에 원하는 방사선을 조사하는데 효과적이어서 방사선 영상 획득시 선질 개선을 통한 영상의 질 향상 목적에도 사용된다.
최근에 전세계적으로 양성자 및 입자선 치료 시설이 급격히 증가하고 있는 추세이며 국내에서도 세기변조 방사선치료의 보험 수가화로 간단한 절차를 통해 세기변조 치료가 가능한 기술이 절대적으로 필요하게 되었다.
그런데, 종래의 방사선 세기 변조 치료는 방사선 조리개를 사용하여 전체 또는 부분적으로 방사선을 차폐하여 원하는 세기 변조 방사선을 얻는 방법과 밀링 등으로 절삭하여 만든 보상체를 이용하는 방법이 있다.
전자의 경우 조리개의 오동작에 의한 오류 발생 가능성이 있고 조리개 틈이나 조리개 날개에서 발생하는 산란 선량 계산이 어려운 문제점이 있고, 치료시간이 길어지며 움직이는 장기의 치료시 불확실성을 높이는 단점을 안고 있다.
후자의 경우 상기 단점으로부터는 자유롭지만 절삭 과정에서 발생하는 심각한 소음, 오염된 냉각수 발생, 절삭기 운영을 위한 방대한 공간 필요, 고정밀 가공이 어려운 단점 등으로 인해 의료시설에서 이용하기 곤란한 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 방사선 치료 계획 장치나 수기에 의한 선량 계산을 통해 3차원 방사선량 분포를 계산하여 변조체의 제작을 계획하고, 방사선 세기 변조 정보를 이용하여 제작될 변조체의 삼차원 구조 정보를 획득하며, 제작될 변조체의 유형, 위치 및 크기를 검증하여 삼차원 프린터를 통해 변조체를 제작한 후 계획된 변조체 정보와 비교하여 제작 정확도를 평가할 수 있는 방사선 세기 변조체 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 본 발명의 방사선 세기 변조체 제조 방법을 이용하여 방사선 세기 변조체를 제조하는 방사선 세기 변조체 제조 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선 세기 변조체 제조 방법은 (a) 방사선 치료 계획부가 인가되는 3차원 방사선량 분포를 바탕으로 제작될 변조체를 계획하고 방사선 세기 변조 정보를 출력하는 단계; (b) 방사선 세기 변조체 디자인부가 상기 방사선 세기 변조 정보를 인가받아 변조체 제작용 변환 파일을 생성하고 상기 제작될 변조체의 삼차원 구조 정보를 출력하는 단계; (c) 방사선 세기 변조체 제작부가 상기 변조체 제작용 변환 파일을 인가받아 상기 제작될 변조체의 유형, 위치 및 크기를 검증하고, 상기 검증된 데이터를 삼차원 프린터에 전송하여 변조체를 제작하는 단계; 및 (d) 정확도 검증부가 상기 제작된 변조체의 삼차원 구조 정보를 획득하고, 상기 계획된 변조체 정보와 비교하여 제작 정확도를 평가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선 세기 변조체 제조 방법은 상기 (b) 단계는 상기 방사선 세기 변조체 디자인부가 방사선 세기 변조량에 비례하는 상기 제작될 변조체 각 픽셀의 두께 정보를 계산하는 단계; 상기 방사선 세기 변조체 디자인부가 상기 제작될 변조체의 크기를 계산할 수 있는 초기 자료를 생성하는 단계; 상기 방사선 세기 변조체 디자인부가 상기 초기 자료를 기초로 하여 상기 제작될 변조체의 초기 변조체를 생성하는 단계; 및 방사선 세기 변조체 디자인부가 상기 초기 변조체를 기초로 하여 상기 제작될 변조체의 상기 삼차원 구조 정보 및 삼차원 좌표 정보를 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선 세기 변조체 제조 방법의 상기 (b) 단계는 상기 제작될 변조체의 외곽을 감싸면서 변조체가 제작되는 동안 상기 제작될 변조체를 지지하는 외곽 지지체를 생성하는 단계; 및 상기 제작된 변조체를 치료기에 부착하여 고정시키는 부착부를 생성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선 세기 변조체 제조 방법의 상기 삼차원 좌표 정보는 방사선 빔 중심 표시를 기준으로 상기 제작될 변조체가 놓이게 되는 삼차원 위치 좌표이고, 상기 제작될 변조체 표면에 상기 삼차원 위치 좌표 중 중심 위치 좌표와 상기 중심 위치 좌표의 연장선을 표시하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선 세기 변조체 제조 방법의 상기 (c) 단계는 상기 방사선 세기 변조체 제작부가 상기 변조체 제작용 변환 파일을 읽어 상기 제작될 변조체의 유형, 위치 및 크기를 검증하고, 상기 부착부의 유형을 검증하는 단계; 및 상기 방사선 세기 변조체 제작부가 상기 검증된 데이터를 상기 삼차원 프린터에 전송하여 상기 외곽 지지체를 포함한 상기 변조체를 제작하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선 세기 변조체 제조 방법의 상기 (c) 단계는 상기 부착부를 상기 계산된 변조체 구조에 포함하여 상기 변조체 제작시 함께 제작될 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선 세기 변조체 제조 방법의 상기 (d) 단계는 방사선 치료 중인 경우, 상기 정확도 검증부가 상기 변조체 제작용 변환 파일에 저장된 변조체를 디스플레이하여 환자 및 치료기 선택의 오류를 검증하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선 세기 변조체 제조 방법의 상기 (d) 단계는 상기 제작된 변조체의 외곽 구조를 획득하여 상기 계획된 변조체와 비교 가능한 포맷으로 재구성하는 단계; 상기 재구성된 변조체와 상기 계획된 변조체의 삼차원 구조를 방사선 빔 중심 표시를 기준으로 중첩하여 변조체 각 픽셀에서의 두께 차이를 계산하는 단계; 및 상기 두께 차이를 수치와 그래픽으로 도식하여 상기 제작 정확도를 평가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선 세기 변조체 제조 방법의 상기 외곽 구조는 삼차원 레이저 스캐너, 비디오 카메라 및 터치 센서 중 어느 하나를 이용하여 획득되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선 세기 변조체 제조 방법의 상기 (d) 단계는 상기 제작된 변조체를 치료기에 장착한 후 방사선을 조사하여 상기 제작된 변조체를 투과한 방사선 분포를 획득하는 단계; 상기 획득된 방사선 분포를 측정하여 방사선 빔 중심 표시를 기준으로 상기 방사선 세기 변조 정보와 중첩하여 변조체 각 픽셀에서의 방사선 강도 차이를 비교하는 단계; 및 상기 강도 차이를 수치와 그래픽으로 도식하여 상기 제작 정확도를 평가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선 세기 변조체 제조 방법의 상기 방사선 분포는 필름, 전자포탈 영상 장치 및 방사선 분포 측정 장치 중 어느 하나를 이용하여 획득되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선 세기 변조체 제조 방법의 상기 제작될 변조체의 크기는 상기 제작될 변조체가 치료기에 부착되는 위치, 방사선원, 환자간 거리를 기반으로 거리 역자승 법칙(inverse square law)를 적용하여 삼차원 구조를 계산하여 결정되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선 세기 변조체 제조 방법의 상기 3차원 방사선량 분포는 방사선 치료계획 장치나 수기에 의하여 계산되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선 세기 변조체 제조 방법의 상기 제작될 변조체의 크기는 사용되는 상기 방사선의 종류에 따라 감약계수 또는 저지능을 이용하여 상기 제작될 변조체의 물질에 따른 방사선의 감약을 계산하여 재결정될 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선 세기 변조체 제조 방법의 상기 변조체 제작용 변환 파일은 상기 제작될 변조체의 크기 계산에 사용되는 물질의 종류, 삼차원 구조, 위치 좌표, 해당 환자 식별 정보, 치료기 정보 및 조사 포트 중 어느 하나 이상을 저장하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선 세기 변조체 제조 장치는 인가되는 3차원 방사선량 분포를 계산하여 제작될 변조체를 계획하고 방사선 세기 변조 정보를 출력하는 방사선 치료 계획부; 상기 방사선 세기 변조 정보를 인가받아 변조체 제작용 변환 파일을 생성하고 상기 제작될 변조체의 삼차원 구조 정보를 출력하는 방사선 세기 변조체 디자인부; 상기 변조체 제작용 변환 파일을 인가받아 상기 제작될 변조체의 유형, 위치 및 크기를 검증하고, 상기 검증된 데이터를 삼차원 프린터에 전송하여 변조체를 제작하는 방사선 세기 변조체 제작부; 및 상기 제작된 변조체의 삼차원 구조 정보를 획득하고, 상기 계획된 변조체 정보와 비교하여 제작 정확도를 평가하는 정확도 검증부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선 세기 변조체 제조 장치의 상기 방사선 세기 변조체 디자인부는 방사선 세기 변조량에 비례하는 상기 제작될 변조체 각 픽셀의 두께 정보를 계산하고, 상기 제작될 변조체의 크기를 계산할 수 있는 초기 자료를 생성하며, 상기 초기 자료를 기초로 하여 상기 제작될 변조체의 초기 변조체를 생성하고 상기 초기 변조체를 기초로 하여 상기 제작될 변조체의 상기 삼차원 구조 정보 및 삼차원 좌표 정보를 계산하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선 세기 변조체 제조 장치의 상기 방사선 세기 변조체 디자인부는 상기 제작될 변조체의 외곽을 감싸면서 변조체가 제작되는 동안 상기 제작될 변조체를 지지하는 외곽 지지체를 생성하고, 상기 제작된 변조체를 치료기에 부착하여 고정시키는 부착부를 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선 세기 변조체 제조 장치의 상기 방사선 세기 변조체 제작부는 상기 변조체 제작용 변환 파일을 읽어 상기 제작될 변조체의 유형, 위치 및 크기와 상기 부착부의 유형을 검증하며, 상기 검증된 데이터를 상기 삼차원 프린터에 전송하여 상기 외곽 지지체를 포함한 상기 변조체를 제작하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선 세기 변조체 제조 장치의 상기 방사선 세기 변조체 제작부는 상기 부착부를 상기 계산된 변조체 구조에 포함하여 상기 변조체 제작시 함께 제작할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선 세기 변조체 제조 장치의 상기 정확도 검증부는 방사선 치료 중인 경우, 상기 변조체 제작용 변환 파일에 저장된 변조체를 디스플레이하여 환자 및 치료기 선택의 오류를 검증하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선 세기 변조체 제조 장치의 상기 정확도 검증부는 상기 제작된 변조체의 외곽 구조를 획득하여 상기 계획된 변조체와 비교 가능한 포맷으로 재구성하고, 상기 재구성된 변조체와 상기 계획된 변조체의 삼차원 구조를 방사선 빔 중심 표시를 기준으로 중첩하여 변조체 각 픽셀에서의 두께 차이를 계산하며, 상기 두께 차이를 수치와 그래픽으로 도식하여 상기 제작 정확도를 평가하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선 세기 변조체 제조 장치의 상기 정확도 검증부는 상기 제작된 변조체를 치료기에 장착한 후 방사선을 조사하여 투과시키고, 상기 투과된 방사선의 분포를 측정하여 방사선 빔 중심 표시를 기준으로 상기 방사선 세기 변조 정보와 중첩하여 변조체 각 픽셀에서의 방사선 강도 차이를 비교하며, 상기 강도 차이를 수치와 그래픽으로 도식하여 상기 제작 정확도를 평가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의할 경우, 방사선 조리개의 개폐 조절을 통한 세기 변조 방사선 치료시 조리개의 오동작에 의한 오류를 방지하고 조리개 틈이나 조리개 날개에서 발생하는 산란 선량 계산 오류를 방지하고, 종래의 조리개를 이용한 치료법에 비해 현저히 치료시간이 단축되며 움직이는 장기의 치료시에도 정확하게 세기 변조 빔을 조사 할 수 있다.
또한, 종래의 절삭을 통한 변조체 제작 방법에 비해 절삭 과정에서 발생하는 소음을 감소시키고, 오염된 냉각수 발생을 방지하며, 작은 공간에서가공이 가능하고, 정밀 가공이 가능하여 절삭시 드릴 크기에 의한 미세 가공의 불가능으로 인해 발생하는 오차를 방지한다.
또한, 삼차원 프린트 수행시 조직 등가 물질 뿐만 아니라 방사선 차폐에 효과적인 금속 재질을 이용하여 방사선 세기 변조체를 제작하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 방사선 세기 변조체 제조 방법을 구현하기 위한 방사선 세기 변조체 제조 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방사선 세기 변조체 제조 방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 방사선 세기 변조체 제조 방법 중 정확도 검증 단계에 대한 일 실시예의 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 실제 제작된 변조체(340) 및 부착부(345)의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 방사선 세기 변조체 제조 방법 중 정확도 검증 단계에 대한 다른 실시예의 구성도이다.
이하, 본 발명에 따른 방사선 세기 변조체 제조 방법 및 장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 방사선 세기 변조체 제조 방법을 구현하기 위한 방사선 세기 변조체 제조 장치의 블록도로서, 방사선 치료 계획부(100), 방사선 세기 변조체 디자인부(200), 방사선 세기 변조체 제작부(300), 정확도 검증부(400), 관리부(500)를 구비한다.
도 1을 참조하여 본 발명에 따른 방사선 세기 변조체 제조 방법을 구현하기 위한 방사선 세기 변조체 제조 장치의 각 블록의 기능을 설명하면 다음과 같다.
방사선 치료 계획부(100)는 방사선 치료계획 장치나 수기에 의하여 3차원 방사선량 분포를 계산하고 방사선 세기 변조 정보를 출력한다.
방사선 세기 변조체 디자인부(200)는 감약 계수(attenuation coefficient) 및 저지능(stopping power ratio)을 이용하여 3차원 변조체 구조를 생성하고, 치료기 선원, 변조체 부착 위치 및 환자 내 종양 위치를 이용하여 변조체 크기를 결정한다.
방사선 세기 변조체 제작부(300)는 계획된 방사선 세기 변조체 구조 정보를 읽어 식별 정보를 이용하여 제작될 변조체의 크기 및 치료기 부착용 부착부의 유형을 검증하고, 해당 물질을 장착한 후 계획된 변조체를 프린팅한다.
정확도 검증부(400)는 제작된 변조체의 두께, 크기, 각 두께에서의 좌표 정보와 같은 삼차원 구조 정보를 획득하여 계획된 변조체 정보와 비교하여 제작 정확도를 평가하고, 환자 식별 및 치료기 관련 정보를 이용하여 환자 선택 오류 및 치료기 선택 오류를 검증한다.
관리부(500)는 방사선 치료 계획, 방사선 세기 변조체 디자인, 방사선 세기 변조체 제작 및 제작 정확도 검증의 일련의 순차적 과정을 관리하고 결과를 표시하며 네트워크를 이용하여 자료를 전송한다.
도 2는 본 발명에 따른 방사선 세기 변조체 제조 방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 방사선 세기 변조체 제조 방법 중 정확도 검증 단계에 대한 일 실시예의 정확도 검증부(400)의 구성도로서, 방사선 세기 변조체 제작부(300), 계획된 변조체(320), 실제 제작된 변조체(340), 부착부(345), 획득된 삼차원 구조 정보(360)를 포함한다.
도 4는 도 3에 도시된 실제 제작된 변조체(340) 및 부착부(345)의 사시도로서, 실제 제작된 변조체(340)는 각 픽셀의 두께 정보(342) 및 외곽 지지체(344)를 포함한다.
도 5는 본 발명에 따른 방사선 세기 변조체 제조 방법 중 정확도 검증 단계에 대한 다른 실시예의 구성도로서, 환자 치료대(330), 환자(350), 실제 제작된 변조체(340), 부착부(345), 치료기(370)를 포함한다.
도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 삼차원 프린터를 이용한 방사선 세기 변조체 제조 방법의 동작을 설명하면 다음과 같다.
방사선 치료 계획부(100)가 3차원 방사선량 분포를 계산하여 방사선 세기 변조 정보를 획득하고 변조체를 계획한다(S100). 이때, 방사선은 전자선, X-선, 양성자 및 입자선을 포함하고, 방사선량 계산은 방사선 치료계획 장치나 수기에 의하여 할 수 있다.
방사선 세기 변조체 디자인부(200)는 방사선 치료 계획부(100)로부터 계산된 방사선 세기 변조 정보를 읽어 계획된 변조체(320)를 삼차원 프린터에서 제작할 수 있는 변환 파일을 생성한다(S110).
방사선 세기 변조체 디자인부(200)는 부착부(345)를 생성하고 부착부(345)의 평면에 방사선 세기 변조량에 비례하는 제작될 변조체 각 픽셀의 두께 정보(342)를 계산하고 삼차원으로 재구성하여 변조체의 크기를 계산할 수 있는 초기 자료를 생성한다(S120).
또한, 실제 제작된 변조체(340)의 외곽에 부착되어지지할 수 있는 원형 또는 사각형 등의 형상을 가진 외곽 지지체(344)를 생성한다. 외곽 지지체(344)는 실제 제작된 변조체(340)의 영역을 침범하지 않으면서 변조체의 외곽을 감싸면서 변조체가 생성될 때 실제 제작된 변조체(340)를 지지하는 역할을 한다.
여기에서, 변조체의 크기는 변조체가 치료기(370)에 부착되는 위치, 방사선원, 환자간 거리를 기반으로 거리 역자승 법칙(inverse square law)를 적용하여 삼차원 구조를 계산하여 결정되고, 변조체의 재질에 따라 두께 및 크기가 재계산 될 수도 있는데, 사용 방사선의 종류에 따라 감약계수 또는 저지능을 이용하여 물질에 따른 방사선의 감약을 재계산하여 변조체의 두께가 재결정된다.
즉, 사전에 변조체 두께당 방사선 감약 정도를 측정하고 이를 원하는 세기 변조량에 비례하여 두께를 산출한다. 따라서 사전에 미리 사용자가 측정하여 입력한 감약 계수 또는 저지능을 라이브러리로 입력하여 사용자가 사용이 용이한 변조체의 재질을 선택하면 이에 적합하게 방사선의 감약을 재계산하여 변조체를 생성한다.
여기에서, 부착부(345)는 미리 정해진 사용자 치료기(370)에 맞게 고안하여 계산된 변조체 구조에 포함하여 변조체 제작시 함께 제작될 수 있도록 변조체 디자인에 포함시킬 수 있는데, 부착부(345)는 제작된 변조체(340)를 치료기(370)에 부착하기 위한 고정 수단을 말한다.
방사선 세기 변조체 디자인부(200)는 초기 자료를 기초로 하여 제작될 변조체의 크기 계산용 초기 변조체를 생성하고, 상기 생성된 초기 변조체를 기초로 하여 변조체의 삼차원 구조를 생성하한 후에, 도 4에 도시된 바와 같이 방사선 빔 중심 표시를 기준으로 변조체가 놓이게 되는 삼차원 위치 좌표를 계산하고 이를 실제 제작된 변조체(340) 위에 도식한다(S130).
또한, 방사선 빔 중심 표시를 기준으로 변조체의 중심 위치와 이의 연장선을 실제 제작된 변조체(340) 표면에 표식하여 사용자가 쉽게 실제 제작된 변조체(340)의 삽입 방향과 삽입 위치를 알 수 있도록 한다.
이때, 변환 파일에는 계산에 사용된 물질의 감약계수와 저지능 정보를 바탕으로 해당 물질의 종류에 대한 정보, 계산된 변조체의 삼차원 구조 정보, 위치 좌표, 해당 환자 인식정보, 치료기(370) 정보 및 조사 포트(port) 등이 포함되며 이는 변조체 제조시 변조체 표면에 사용자의 선택에 의해 프린트된다.
방사선 세기 변조체 제작부(300)는 전송된 변조체 제작 정보를 읽어 해당환자 식별 정보를 이용하여 제작될 변조체가 맞는지 검증하고, 변조체 물질 정보를 읽어 해당 물질을 장착하고 제작될 변조체의 위치와 크기 정보를 검증한다(S140).
방사선 세기 변조체 제작부(300)는 사용될 치료기(370) 정보를 활용하여 부착부(345)의 유형이 맞는지 검증하고, 검증된 자료를 삼차원 프린팅 시스템에 전송하며, 장착된 해당 물질을 이용하여 프린팅 기술을 활용해 제작된 변조체(340)에 부착되는 부착부(345)를 포함한 변조체를 제작한다(S150).
이때,단계(S100)에서 계획된 변조체 정보에 따라 실제 제작된 변조체(340) 표면에 환자 정보를 포함하여 표식 정보와 방사선 빔 중심 표시를 기준으로 실제 제작된 변조체(340)의 중심 표식과 장착 방향 등을 프린팅한다.
정확도 검증부(400)는 도 3에서 보는 바와 같이, 제작된 변조체(340)의 두께, 크기, 각 두께에서의 좌표 정보와 같은 삼차원 구조 정보를 삼차원 레이저 스캐너, 비디오 카메라, 터치 센서, X선 검출기 등을 이용하여 획득하고, 단계(S100)에서 계획된 변조체(320) 정보와 비교하여 제작 정확도를 평가한다(S160).
즉, 정확도 검증부(400)가 제작 정확도를 검증하는 방법에는 실제 제작된 변조체(340) 외곽의 윤곽을 검증하는 방법과 방사선 투과후 측정되는 투과량을 검증하는 방법으로 나눌수 있다.
실제 제작된 변조체(340) 외곽의 윤곽을 검증하는 방법은 삼차원 레이저 스캐너, 비디오 카메라 촬영, 터치 센서 등을 이용하여 실제 제작된 변조체(340)의 외곽 구조를 획득하고 이를 계획된 변조체(320)와 비교 가능한 동일한 포맷(format)으로 삼차원 재구성한다.
이후 계획된 변조체(320)와 실제 제작된 변조체(340)의 삼차원 구조를 방사선 빔 중심 표시를 기준으로 중첩하여 변조체 각 픽셀에서의 두께 차이를 계산하여 각 위치에서의 두께 차이를 확인할 수 있도록 수치와 그래픽으로 도식한다.
상기 두께 차이의 표현은 변조체 전체 픽셀에서의 두께 오차 정보를 평균 또는 표준 편차를 포함하는 통상적인 통계적 기법을 활용하여 할 수 있다.
또한, 화면 상의 입력창을 통해 입력된 기준 값을 바탕으로 이를 초과하는 두께 차이만 표식하는 기능을 포함하고 있어 사용자의 판단을 도울 수 있고, 입력 창을 통해 입력한 두께와 거리 오차를 기준으로 감마값을 계산하여 이를 초과하는 부분을 그래픽으로 표시하는 기능을 제공한다.방사선 투과후 측정되는 투과량을 검증하는 방법은 실제 제작된 변조체(340)를 치료기(370)에 장착한 후 임의의 방사선을 조사하여 필름 또는 전자포탈 영상 장치, 방사선 분포 측정 장치 등을 통해 변조체를 투과한 방사선 분포를 획득한다
그 후에 획득된 방사선 분포를 방사선 치료 계획부(100)로부터 획득한 방사선 세기 변조 정보와 방사선 빔 중심 표시를 기준으로 중첩하여 변조체 각 픽셀에서의 강도 오차를 비교한다.
상기 강도 오차 비교는 앞에서 언급한 통계적 오차 평가 및 감마 분석과 동일한 방법을 따른다.
정확도 검증부(400)는 도 5에서 보는 바와 같이, 변조체를 이용한 실제 방사선치료 단계에서, 계획된 변조체(320) 파일에 포함된 변조체를 삼차원으로 디스플레이하여 해당환자의 변조체인지 확인하여 잘못된 변조체 사용으로 인한 오류 발생 가능성을 줄이고, 환자 식별 및 치료기(370) 관련 정보를 디스플레이 하여 환자 선택 오류, 치료기(370) 선택 오류 등을 검증한다(S170).
이와 같이 본 발명에 따른 방사선 세기 변조체 제조 방법 및 장치는 3차원 방사선량 분포를 계산하여 변조체의 제작을 계획하고, 방사선 세기 변조 정보를 이용하여 제작될 변조체의 삼차원 구조 정보를 획득하며, 제작될 변조체의 유형, 위치 및 크기를 검증하여 삼차원 프린터를 통해 변조체를 제작한 후 계획된 변조체(320) 정보와 비교하여 제작 정확도를 평가함으로써 방사선 조리개를 이용한 세기 변조 방사선 치료시 조리개의 오동작에 의한 오류를 방지하고 조리개 틈이나 조리개 날개에서 발생하는 산란 선량 계산 오류를 방지하고, 종래의 조리개를 이용한 치료법에 비해 현저히 치료시간을 단축하며 움직이는 장기의 치료시에도 정확히 세기변조 빔을 조사할 수 있다.
또한, 절삭을 통한 변조체 제작 방법에 비해 절삭 과정에서 발생하는 소음을 감소시키고, 오염된 냉각수 발생을 방지하며, 작은 공간에서도 제작이 가능하며, 고정밀 가공이 가능하여 절삭시 드릴 크기에 의한 미세 가공이 불가능해 발생하는 오차를 방지하고, 삼차원 프린트 수행시 조직 등가 물질뿐만 아니라 방사선 차폐에 효과적인 금속 재질을 이용하여 방사선 세기 변조체를 제작하는 것이 가능하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 방사선 치료 계획부
200: 방사선 세기 변조체 디자인부
300: 방사선 세기 변조체 제작부
400: 정확도 검증부
500: 관리부

Claims (23)

  1. (a) 방사선 치료 계획부가 인가되는 3차원 방사선량 분포를 계산하여 제작될 변조체를 계획하고 방사선 세기 변조 정보를 출력하는 단계;
    (b) 방사선 세기 변조체 디자인부가 상기 방사선 세기 변조 정보를 인가받아 변조체 제작용 변환 파일을 생성하고 상기 제작될 변조체의 삼차원 구조 정보를 출력하는 단계;
    (c) 방사선 세기 변조체 제작부가 상기 변조체 제작용 변환 파일을 인가받아 상기 제작될 변조체의 유형, 위치 및 크기를 검증하고, 상기 검증된 데이터를 삼차원 프린터에 전송하여 변조체를 제작하는 단계; 및
    (d) 정확도 검증부가 상기 제작된 변조체의 삼차원 구조 정보를 획득하고, 상기 계획된 변조체 정보와 비교하여 제작 정확도를 평가하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 세기 변조체 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는
    상기 방사선 세기 변조체 디자인부가 방사선 세기 변조량에 비례하는 상기 제작될 변조체 각 픽셀의 두께 정보를 계산하는 단계;
    상기 방사선 세기 변조체 디자인부가 상기 제작될 변조체의 크기를 계산할 수 있는 초기 자료를 생성하는 단계;
    상기 방사선 세기 변조체 디자인부가 상기 초기 자료를 기초로 하여 상기 제작될 변조체의 초기 변조체를 생성하는 단계; 및
    방사선 세기 변조체 디자인부가 상기 초기 변조체를 기초로 하여 상기 제작될 변조체의 상기 삼차원 구조 정보 및 삼차원 좌표 정보를 계산하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 세기 변조체 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는
    상기 제작될 변조체의 외곽을 감싸면서 변조체가 제작되는 동안 상기 제작될 변조체를 지지하는 외곽 지지체를 생성하는 단계; 및
    상기 제작된 변조체를 치료기에 부착하여 고정시키는 부착부를 생성하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 세기 변조체 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 삼차원 좌표 정보는
    방사선 빔 중심 표시를 기준으로 상기 제작될 변조체가 놓이게 되는 삼차원 위치 좌표이고,
    상기 제작될 변조체 표면에 상기 삼차원 위치 좌표 중 중심 위치 좌표와 상기 중심 위치 좌표의 연장선을 표시하는 것을 특징으로 하는 방사선 세기 변조체 제조 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는
    상기 방사선 세기 변조체 제작부가 상기 변조체 제작용 변환 파일을 읽어 상기 제작될 변조체의 유형, 위치 및 크기를 검증하고, 상기 부착부의 유형을 검증하는 단계; 및
    상기 방사선 세기 변조체 제작부가 상기 검증된 데이터를 상기 삼차원 프린터에 전송하여 상기 외곽 지지체를 포함한 상기 변조체를 제작하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 세기 변조체 제조 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는
    상기 부착부를 상기 계산된 변조체 구조에 포함하여 상기 변조체 제작시 함께 제작될 수 있는 것을 특징으로 하는 방사선 세기 변조체 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는
    방사선 치료 중인 경우, 상기 정확도 검증부가 상기 변조체 제작용 변환 파일에 저장된 변조체를 디스플레이하여 환자 및 치료기 선택의 오류를 검증하는 것을 특징으로 하는 방사선 세기 변조체 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는
    상기 제작된 변조체의 외곽 구조를 획득하여 상기 계획된 변조체와 비교 가능한 포맷으로 재구성하는 단계;
    상기 재구성된 변조체와 상기 계획된 변조체의 삼차원 구조를 방사선 빔 중심 표시를 기준으로 중첩하여 변조체 각 픽셀에서의 두께 차이를 계산하는 단계; 및
    상기 두께 차이를 수치와 그래픽으로 도식하여 상기 제작 정확도를 평가하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 세기 변조체 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 외곽 구조는
    삼차원 레이저 스캐너, 비디오 카메라 및 터치 센서 중 어느 하나를 이용하여 획득되는 것을 특징으로 하는 방사선 세기 변조체 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는
    상기 제작된 변조체를 치료기에 장착한 후 방사선을 조사하여 상기 제작된 변조체를 투과한 방사선 분포를 획득하는 단계;
    상기 획득된 방사선 분포를 측정하여 방사선 빔 중심 표시를 기준으로 상기 방사선 세기 변조 정보와 중첩하여 변조체 각 픽셀에서의 방사선 강도 차이를 비교하는 단계; 및
    상기 강도 차이를 수치와 그래픽으로 도식하여 상기 제작 정확도를 평가하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 세기 변조체 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 방사선 분포는
    필름, 전자포탈 영상 장치 및 방사선 분포 측정 장치 중 어느 하나를 이용하여 획득되는 것을 특징으로 하는 방사선 세기 변조체 제조 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제작될 변조체의 크기는
    상기 제작될 변조체가 치료기에 부착되는 위치, 방사선원, 환자간 거리를 기반으로 거리 역자승 법칙(inverse square law)를 적용하여 삼차원 구조를 계산하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방사선 세기 변조체 제조 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 3차원 방사선량 분포는
    방사선 치료계획 장치나 수기에 의하여 계산되는 것을 특징으로 하는 방사선 세기 변조체 제조 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제작될 변조체의 크기는
    사용되는 상기 방사선의 종류에 따라 감약계수 또는 저지능을 이용하여 상기 제작될 변조체의 물질에 따른 방사선의 감약을 계산하여 재결정될 수 있는 것을 특징으로 하는 방사선 세기 변조체 제조 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 변조체 제작용 변환 파일은
    상기 제작될 변조체의 크기 계산에 사용되는 물질의 종류, 삼차원 구조, 위치 좌표, 해당 환자 식별 정보, 치료기 정보 및 조사 포트 중 어느 하나 이상을 저장하는 것을 특징으로 하는 방사선 세기 변조체 제조 방법.
  16. 인가되는 3차원 방사선량 분포를 계산하여 제작될 변조체를 계획하고 방사선 세기 변조 정보를 출력하는 방사선 치료 계획부;
    상기 방사선 세기 변조 정보를 인가받아 변조체 제작용 변환 파일을 생성하고 상기 제작될 변조체의 삼차원 구조 정보를 출력하는 방사선 세기 변조체 디자인부;
    상기 변조체 제작용 변환 파일을 인가받아 상기 제작될 변조체의 유형, 위치 및 크기를 검증하고, 상기 검증된 데이터를 삼차원 프린터에 전송하여 변조체를 제작하는 방사선 세기 변조체 제작부; 및
    상기 제작된 변조체의 삼차원 구조 정보를 획득하고, 상기 계획된 변조체 정보와 비교하여 제작 정확도를 평가하는 정확도 검증부;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 방사선 세기 변조체 제조 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 방사선 세기 변조체 디자인부는
    방사선 세기 변조량에 비례하는 상기 제작될 변조체 각 픽셀의 두께 정보를 계산하고,
    상기 제작될 변조체의 크기를 계산할 수 있는 초기 자료를 생성하며,
    상기 초기 자료를 기초로 하여 상기 제작될 변조체의 초기 변조체를 생성하고,
    상기 초기 변조체를 기초로 하여 상기 제작될 변조체의 상기 삼차원 구조 정보 및 삼차원 좌표 정보를 계산하는 것을 특징으로 하는 방사선 세기 변조체 제조 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 방사선 세기 변조체 디자인부는
    상기 제작될 변조체의 외곽을 감싸면서 변조체가 제작되는 동안 상기 제작될 변조체를 지지하는 외곽 지지체를 생성하고,
    상기 제작된 변조체를 치료기에 부착하여 고정시키는 부착부를 생성하는 것을 특징으로 하는 방사선 세기 변조체 제조 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 방사선 세기 변조체 제작부는
    상기 변조체 제작용 변환 파일을 읽어 상기 제작될 변조체의 유형, 위치 및 크기와 상기 부착부의 유형을 검증하고,
    상기 검증된 데이터를 상기 삼차원 프린터에 전송하여 상기 외곽 지지체를 포함한 상기 변조체를 제작하는 것을 특징으로 하는 방사선 세기 변조체 제조 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 방사선 세기 변조체 제작부는
    상기 부착부를 상기 계산된 변조체 구조에 포함하여 상기 변조체 제작시 함께 제작할 수 있는 것을 특징으로 하는 방사선 세기 변조체 제조 장치.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 정확도 검증부는
    방사선 치료 중인 경우, 상기 변조체 제작용 변환 파일에 저장된 변조체를 디스플레이하여 환자 및 치료기 선택의 오류를 검증하는 것을 특징으로 하는 방사선 세기 변조체 제조 장치.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 정확도 검증부는
    상기 제작된 변조체의 외곽 구조를 획득하여 상기 계획된 변조체와 비교 가능한 포맷으로 재구성하고,
    상기 재구성된 변조체와 상기 계획된 변조체의 삼차원 구조를 방사선 빔 중심 표시를 기준으로 중첩하여 변조체 각 픽셀에서의 두께 차이를 계산하며,
    상기 두께 차이를 수치와 그래픽으로 도식하여 상기 제작 정확도를 평가하는 것을 특징으로 하는 방사선 세기 변조체 제조 장치.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 정확도 검증부는
    상기 제작된 변조체를 치료기에 장착한 후 방사선을 조사하여 투과시키고,
    상기 투과된 방사선의 분포를 측정하여 방사선 빔 중심 표시를 기준으로 상기 방사선 세기 변조 정보와 중첩하여 변조체 각 픽셀에서의 방사선 강도 차이를 비교하며,
    상기 강도 차이를 수치와 그래픽으로 도식하여 상기 제작 정확도를 평가하는 것을 특징으로 하는 방사선 세기 변조체 제조 장치.
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