KR20130140214A - Ｍｒｉ 및 방사선 병용 요법 장비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 자석 구조(100) 및 방사선 요법 장비(200)를 포함하는 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템(10)에 관한 것이다. 상기 자석 구조(100)는, 지지 구조(110)에 의해 결합되는 다수의 초전도 코일(106, 108)들을 포함하며 중앙 구역(108)의 축 방향의 양측(either side)으로 연장하는 단일의 본질적으로 원통형 필드 코일 조립체(104); 비워진 체적에서 필드 코일 구조(104)를 에워싸는 외부 진공 챔버(OVC)(122); 및 초전도 코일과의 열접촉 배열되고 냉각 튜브들을 통해 유동하는 한제를 수용하도록 배열된 냉각 튜브(114)들을 갖는 냉각 배열체를 포함한다. 상기 방사선 요법 장비(200)는, 본질적으로 원통형 필드 코일 조립체(104)를 통해 실질적으로 반경 방향으로 선택된 경로를 따라 방사선 비임(208)을 지향시키도록, 중앙 구역(108)에서 본질적으로 원통형 필드 코일 구조(104)의 축을 중심으로 회전하도록 배열된(203) 감마 방사선원(202)을 포함한다.

Description

ＭＲＩ 및 방사선 병용 요법 장비 {COMBINED MRI AND RADIATION THERAPY EQUIPMENT}
본 발명은 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템에 관한 것이다. 특히, 고자속으로 MRI를 이미지화하기 위한 백그라운드 자기장을 적용하며 콤팩트하고 저렴한 그러한 시스템에 관한 것이다.
최근, 특히 방사선 요법 분야에서, 치료(treatment) 비임이 적용됨에 따라 또는 적용되기 직전에 종양들의 위치측정(localization)을 허용하는 그러한 병용 시스템들과 같은 요법 시스템들과 이미징 시스템들을 병용하는 시도들이 이루어지고 있다. 이는, 치료 비임이 정확하게 타겟팅되는 것을 보장하며, 따라서 치료가 보다 효과적이 될 수 있고 건강한 조직의 의도 하지 않은 조사가 최소화됨을 의미한다.
소정의 방사선 요법 시스템들은 암 조직을 사멸시키기 위해서 고침투성(highly penetrating) 감마형 방사선을 활용한다. 감마 방사선은 일반적으로 10-10 m 내지 2×10-13m의 파장 또는 104 eV 내지 5x106 eV 범위의 양자(quantum) 에너지를 갖는 전자기 방사선으로서 간주된다. 고 에너지 X 선들은 또한 이러한 범위 내에 있으며, 본 명세서는, "감마 방사선"이 방사선 요법 적용들에서 유용하기에 충분한 에너지의 전자기 방사선 모두를 포함한다는 관점에서 이해되어야 한다.
감마 방사선은 자기장들에 의해 섭동(perturbed)되지 않고 단지 납 또는 콘크리트와 같은 상당량의 밀집 재료를 사용함으로써 스크리닝될 수 있다. 이러한 유형의 방사선은, 정상적으로는, 소형 선형 가속기들에 의해 또는 코발트-60과 같은 감마 방출 방사선원(radioactive source)들에 의해 발생된다. 선형 가속기들이 백그라운드 자기장들에 의해 영향을 받기 때문에, 이러한 옵션들 중 두 번째가 본 발명에서 바람직한데, MRI 시스템에 의해 요구되는 자기장이 방사선원을 사용하여 감마 방사선의 발생을 간섭하지 않을 수 있기 때문이다.
이전에는, 별도의 MRI 및 방사선 요법 시스템들이 사용되고 있었지만, 이는 이상적인 것과는 거리가 먼 것으로 알려져 있었다. 장기 운동 및 이미지 정합(image registration)이 갖는 문제점들은 생존가능 조직(viable tissue)의 우발적인 괴사(necrosis) 및 허용가능한 방사 선량의 빈약한 활용을 유발하였다.
보다 최근에는, 일부 초전도 자석 구성들이 자석의 2 개의 부분들 사이 갭에서 회전하는 감마 방사선원을 갖는 스플릿 자석들을 이용하여 MRI 및 방사선 병용 요법 적용들을 위해 개발되고 있다. 결과로 발생한 복잡하며 부담이 되는 설계들이 자석의 가장 중앙에 있는 코일들 사이에서의 필수의 큰 축 방향 거리로 인하여 비교적 낮은 필드 및 빈약한 균일성을 갖는다. 갭에서의 회전하는 감마 방사선원을 수용하기 위한 필요는, 서로에 대해서 2 개의 크라이오스탯 반부(cryostat half)들을 지지하는 문제점이 많은 곤란함들을 제공한다는 것을 의미한다. 자석의 2 개의 반부들 사이에서 발생된 힘들을 억제하는 것과 관련된 기계적 곤란함들이 더 부담이 되는 배열체들을 유발한다.
이에 따라, 본 발명은 첨부의 청구범위들에서 규정된 바와 같은 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템들을 제공한다.
본 발명의 전술한 그리고 추가의 목적들, 특징들 그리고 이점들은 첨부 도면들과 함께 그의 소정의 실시예들의 하기 설명으로부터 보다 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템의 축 방향 횡단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템에 포함하기에 적절한 냉각 및 지지 구조들을 갖는 코일 배열체의 절단면도를 도시한다.
도 3은 도 2에 도시된 것과 유사하며, 본 발명의 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템에 포함하기에 적절한 냉각 및 지지 구조들을 갖는 코일 배열체의 축 방향 도면을 도시한다.
본 발명은, 특히 본질적으로 원통형 자석들에 관한 것이다. 용어 "축 방향"은 원통형 자석의 축에 평행한 방향을 표시하는 것으로 본원에서 사용되는 한편, 용어 "반경 방향"은 축 방향들에 수직한 방향을 지시하기 위해 사용된다.
본 발명은 기능에 손상 없이 또는 특히, 초전도 자석의 성능, 외관 및 비용의 손상 없이 또는 둘 다 없이 밀접하게 통합된(closely integrated) MRI 및 방사선 요법 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템이 스플릿 자석에 의지하지 않고 실현될 수 있는 자석 구성을 제공한다. 이는 1.5T 또는 3T 또는 그 초과의 자속 밀도의 초전도 자석이 사용되는 것을 허용할 것이며, 이에 따라 스플릿 자석의 부분들 사이에서 기계적 힘들이 이러한 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템들에서 사용될 수 있는 자속 밀도를 제한하는 기존 시스템들에서 가능한 것보다 양호한 공간 이미징 해상도(spatial imaging resolution) 및/또는 보다 신속한 이미징을 가능하게 한다.
제안된 시스템의 비용은, 예컨대, 보다 관습적인 코일 기하학을 위한 보다 단순한 제조 방법에 기인한 공지의 스플릿 자석 설계들; 및 보다 단순한 언스플릿 크라이오스탯(cryostat) 설계보다 본질적으로 낮을 것으로 예상된다.
도 1은 본 발명의 실시예의 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템(10)을 통해 취한 축 방향 횡단면도를 예시한다.
MRI 시스템은 쉴드 코일(102)들 및 필드 코일(104)들을 포함하는 자석 구조(100)를 포함하며, 이 필드 코일들은 엔드 코일(106)들과 이너 코일(108)들을 포함한다. 필드 코일(104)들은 필드 코일 지지 구조(110)에 의해 필드 코일들의 상대 위치들에서 유지된다. 쉴드 코일(102)들은 필드 코일들보다 더 직경이 크고, 필드 코일 지지부(112)들에 의해 필드 코일들의 상대 위치들에 유지된다. 냉각 튜브(114)들이 코일(102 내지 108)들에 열 접촉식으로 제공된다. 냉각 튜브들은 한제(cryogen)를 운반하며 코일들의 재료의 초전도 전이 온도 미만으로 코일들을 냉각시키도록 작용한다. 예컨대, 코일들은 대략 4K로 냉각될 수 있다. 자석 구조(100)를 둘러싸는 것은 코일들의 온도와 외기 온도의 중간 온도로 적절한 수단(도시 생략)에 의해 냉각되는 열 방사 쉴드(120)이다. 열 방사 쉴드(120)를 둘러싸는 것은 외기 온도에 있는 외부 진공 용기(outer vacuum container, OVC)(122)이다. 열 방사 쉴드와 자석 구조(100) 사이의 체적을 포함하는 OVC 내의 체적은, 종래와 같이 고진공(hard vacuum)으로 비워지며, 자석 구조(100), 열 방사 쉴드(120) 및 OVC(122) 사이에 단열(thermal insulation)을 제공한다. 솔리드 절연체(124)는 OVC(122)와 열 방사 쉴드(120) 사이 체적에 제공될 수 있다. 열 방사 쉴드(120)와 솔리드 절연체(124)의 존재는, 본 발명의 요구조건이 아니며, 이들은 코일(104, 102)들의 초전도 전이 온도 미만으로 이들 코일들을 냉각하기에 충분한 냉각이 제공된다면, 생략될 수 있다.
연결체(126)는 한제 유체의 원거리 저장소로의 연결을 위해서 냉각 파이프(114)들이 OVC 밖으로 통과하는 것을 허용하는 통로이다. 이러한 배열체는 하기에 보다 상세히 논의될 것이다. 연결체(126)의 내부 체적은 비워지며, 전형적으로 OVC의 비워진 내부 체적으로 노출된다. 또한, MRI 시스템은 잘 알려진 바와 같이, 상호 수직한 방향들로 발진하는 자기장 경사(gradient)들을 발생시키는 전자석 코일들을 포함하는, 경사 코일(gradient coil) 조립체(130)를 포함한다. 또한, 그 자체로 관습적인 바와 같이, MRI 시스템은 종래의 제어 시스템들, 전력 공급장치들, MRI 이미지들을 생성하기 위해서 고주파 자기장들을 발생 및 수용하기 위한 RF 코일들 및 다른 장비를 포함할 수 있지만, 이러한 부품들은 본 발명에 직접 관련된 것은 아니며, 따라서 본원에서 상세히 예시 또는 설명되지 않는다.
방사선 요법 장비(200)는, 예컨대 짐벌(gimbal) 배열체(203) 상에 장착되는 코발트-60를 포함하는 감마 방사선원(202)을 포함하며, 이 짐벌 배열체는 감마 방사선원(202)이 축(A-A)을 중심으로 회전하고 그리고 204로 나타내는 짐벌 선회부를 중심으로 선회하는 것을 허용한다. 이러한 장비는 본질적으로 외기 온도에 있다.
그의 가능한 임의의 위치들에서, 감마 방사선원(202)으로부터 방출된 감마 방사선(208)을 수용하기에 충분히 적절한 방사선 차폐부(206)가 제공될 수 있다. 예시된 배열체에서, 감마 방사선원(202)은 하부 반원호(semicircular arc)에서만 회전하도록 제약될 수 있고, 방사선 차폐부(206)가 대응하는 상부 반원호에 제공된다. 방사선 차폐부는 감마 방사선원(202)에 의해 방출된 감마 방사선(208)의 비임을 흡수하기에 충분한 두께의 납(lead) 또는 콘크리트의 층일 수 있다.
환자(300)가 도 1에 개략적으로 예시되어 있으며, 환자용 침대(도시 생략) 상의 자석 구조와 방사선 요법 장비에 대해 축 방향으로 환자가 이동되는 것(302)을 가능하게 하는 환자용 침대 위에 위치설정될 것이다. 종래의 환자용 침대들이 공지되어 있고, 감마 방사선이 투과되는 재료들로 구성된다. 이러한 감마 투과 재료들은 베릴륨, 탄소 및 알루미늄과 같은 낮은 원자 번호(low atomic number)의 재료들을 포함한다. 수지 함침식 탄소 섬유가 사용될 수 있다. 이러한 감마 투과 환자용 침대가 본 발명의 시스템들에서 사용되어야 한다.
예시된 실시예에서, 코일(102, 104)들의 배열은, OVC가 "허리가 잘록한(waisted)", 즉 OVC의 축 방향 중간 부분이 OVC의 축 방향 외부 부분들의 외경(d2)보다 더 작은 외경(d1)을 갖도록 되어 있을 수 있다. 이는 토로이달식 캐비티(toroidal cavity)(210)를 제공하고, 짐벌 배열체(203) 및 감마 방사선원(202)은 토로이달식 캐비티(210) 내에 실질적으로 수용된다. 그러나, 본 발명은, 이러한 허리가 잘록한 OVC를 필요로 하지 않고, OVC(122)의 외부면 보다 축(A-A)으로부터 반경 방향으로 멀리 배열된 짐벌 배열 및 감마 방사선원을 갖는 원통형 OVC에 의해 구체화될 수 있다.
짐벌 배열체(203)는 방사선원(202)을 보유하며 짐벌 선회부(204)를 중심으로 제한된 양만큼 회전할 수 있는(204) 선회 짐벌 링(212)을 포함하며, 짐벌 선회부(204)는 축(A-A)을 중심으로 회전하도록 배열된 회전 짐벌 링(214)에 선회 짐벌 링(212)을 연결한다. 외부 고정식 짐벌 링(216)은 OVC에 비해 고정된 상대 위치에 있으며, 볼 베어링들 또는 롤러들과 같은 베어링(218)들이 외부 고정식 짐벌 링(216)과 회전 짐벌 링(214) 사이에 제공되어 외부 고정식 짐벌 링 내에서 회전 짐벌 링이 회전하는 것을 허용한다. 짐벌 배열체를 사용하면, 감마 방사선원의 회전 범위 내에서 임의의 각도로부터, 그리고 짐벌 선회부(204)를 중심으로 회전 범위 내에서 임의의 각도로 환자(300)에게 도달하도록 감마 비임(208)을 배열할 수 있다. 이러한 짐벌 배열체들은 종래 기술의 공지된 스플릿 자석 MRI 시스템들과 함께 그 자체로 공지되어 있다.
본 발명은, MRI 및 방사선 병용 요법 시스템의 실현에 적절한 최적의 자석 구성을 제안한다. 이러한 시스템에서, 환자(300)는 치료할 종양을 로케이팅하기 위해 통상적으로 이미지화된다. 이후, 종양이 환자에 대해서 방사선원(202)을 적절하게 위치설정함으로써 방사선원(202)으로부터 방사선에 의해 타겟화될 것이다. 2 개의 이용가능한 치수들: X-Y 평면에서 축(A-A)을 중심으로 한 회전, 및 짐벌 선회부(204)를 중심으로 한 선회 짐벌 링(212)의 회전에 의한 X-Y 평면에 대한 방사선원(202)의 기울기(inclination)가 짐벌 배열체(203)에 의해 제공된다. 환자와 방사선원(202) 사이의 상대적 운동(motion)의 제 3 치수는, 환자용 테이블의 이동에 의한 Z 방향으로의 환자의 운동(302)에 의해 제공된다. 관습적인 것과 같이, 다수의 조사(irradiation) 단계들이 건강한 조직에는 허용가능한 저방사선량을 가지며, 종양에 고방사선량(high radiation dose)을 보장하도록 상이한 각도들로부터 종양 상에 실행될 수 있다. 종양의 조사에 후속하여, 종양 전체가 사멸(kill)되었음을 확인하기 위해서 장치의 MRI 시스템에 의해 환자가 재이미지화될 것이다. MRI 이미징에서 종양 전체가 사멸되지 않은 것으로 드러난다면, 추가 조사 단계들이 실행될 것이다. MRI 이미징은 살아있는 조직과 죽은 조직 사이의 명확한 구별을 가능하게 한다.
감마 방사선원 및 감마 방사선 자체가 자기장의 존재에 의해 영향을 받지 않기 때문에, 코일(102 내지 108)들에 의해 발생된 MRI 시스템의 백그라운드 자기장이 제공되면서, 방사선 요법이 실행될 수 있다. 방사선 요법이 실행됨에 따라 이미징을 실행하고 이와 동시에 경사 코일 조립체(130)가 발진 자기장들을 발생시키는 것을 가능하게 함을 알 수 있다.
본 발명의 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템은, 폐(lung)들과 같은 매우 이동성 있는 장기(mobile organ)들 내의 종양들의 정확한 타겟팅을 허용한다. 비임 타겟팅 및 시준(collimation)(그 자체로 관습적이며, 본원에서는 자세히 설명하지 않음)이 거의 실시간으로 조절될 수 있어, 요법 중 장기의 움직임을 보상한다. 이는, 이미 죽은 종양의 부분들로의 재투여(re-dosing)를 회피함으로써 허용가능한 환자 조사량(patient dose)의 효율적인 사용을 허용한다. 고자속 밀도를 발생시키는 자석 구조(100)를 채용하기 위한 본 발명의 능력은, 훨씬 낮은 자속 밀도의 백그라운드 필드를 갖는 스플릿 자석을 사용하는 종래 기술의 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템들에 걸쳐 개선된 이미징을 가능하게 한다.
자석 내에서 제 위치에 있는 동안 환자의 방사선 요법의 적용을 허용하는 단일의 본질적으로 원통형 자석 구조(100)를 허용하기 위해서, OVC(122), 및 열 방사 쉴드(120)를 포함하는 자석 구조(100)를 통해 방사선 비임(208)을 적용하는 것이 가능해야만 한다.
이는, 본 발명의 특징에 따르면, 방사선 요법 조사 단계에서 사용하기 위해 선택될 수 있는 방사선 비임(208)의 경로 내에 놓이는 열 방사 쉴드, OVC 및 자석의 이들 부분들로부터 실질적으로 모든 조밀 구조들을 제거함으로써, 성취된다. 이러한 부분들은 편의상 "중앙 구역(180)"으로서 언급될 수 있다.
종래기술에서, MRI 자석들은 알루미늄 포머(former) 상에 초전도 와이어의 코일들을 권취(winding)함으로써 구성되었다. 본 발명의 자석은 알루미늄 포머를 적용하지 않고, 자석 구조가 방사선 비임(208)의 통과를 방해하지 않는 것을 보장하도록 대안의 조립 프로세스를 사용한다. 예시된 실시예에서, 그리고 도 2를 참조하여 추가로 상세히 논의되는 바와 같이, 이는 함침 코일(impregnated coil)들(106. 104) 및 지지 튜브(110)들인 교번의(alternating) 원통형 환상 부품들로부터 자석 구조(100)를 조립함으로써 성취된다. 지지 튜브들은 완벽한 실린더들일 수 있으며 또는 원주를 중심으로 부분적으로 또는 간헐적으로 연장하는 컷아웃부들을 포함할 수 있다. 다른 코일 지지 구조들에는 예컨대, 실린더의 반경 방향 내부면 상에 그들의 반경 방향 외부면들에 의해 장착되는 코일들을 갖는 마운팅 실린더가 채용될 수 있다.
방사선 비임(208)이 통과할 수 있어야 하는 중앙 지지 튜브(110)는, 방사선 비임(208)의 감마 방사선이 투과되는 구역을 포함할 수 있다. 이는, 적절한 감마 투과 재료로부터 중앙 지지 튜브를 형성하거나, 중앙 지지 튜브의 적당한 부분 내에 적절한 재료의 "윈도우"를 포함함으로써 성취될 수 있다. 이러한 윈도우들 또는 투과 지지 튜브들을 형성하기 위한 적절한 감마 투과 재료들은, 예컨대 베릴륨 및 그래파이트/탄소 복합재들과 같은 매우 낮은 원자 번호를 갖는 재료들을 포함한다.
유사한 구조가 사용되는 장착 실린더의 대응 부분에 적용될 수 있다.
초전도 자석 코일(102 내지 108)들의 냉각은 초전도 코일(102, 106, 108)들과의 열 접촉시 냉각 파이프(114)들을 통해 한제 냉매(coolant)를 통과시킴으로써 성취된다. 냉각 파이프들은 상기 기술된 바와 같은 적절한 감마 투과 재료들이 포함된 매니폴드(도 1에서는 볼 수 없음)에 의해 결합되며, 적어도 이러한 매니폴드는 방사선 요법 조사 단계에서의 사용을 위해 선택될 수 있는 방사선 비임(208)의 경로 내에 놓인다. 냉각 파이프(114)들에는 도 2 및 도 3을 참조로 하여 논의되는 바와 같은 원격 저장소(remote reservoir)로부터 한제가 제공된다. 이 저장소는, 바람직하게는 방사선 요법 조사 단계에서의 사용을 위해 선택될 수 있는 방사선 비임(208)의 임의의 경로로부터 멀리 유지되며, OVC의 비워진 내부로 개방된 체적 내에 로케이팅됨으로써 바람직하게 진공 절연된다(vacuum insulated).
OVC(122)는 그래파이트 복합재들 또는 CFRP와 같은 재료들로부터 제조된 감마 투과 내부 및 외부 튜브 섹션(130)들을 포함한다. 이러한 재료들은 방사선 요법 시스템들 및 CT 스캐너들을 위한 X 선 투과 환자용 침대들을 제조하는데 이미 사용되고 있다. 예시된 실시예에서, 외부 감마 투과 튜브 섹션(130)은 OVC의 외부 원통형 표면의 중앙의 "허리가 잘록한" 부분만을 점유하지만, 내부 감마 투과 튜브 섹션(130)은 OVC의 전체 내부 원통형 표면을 점유한다. 대안의 실시예들에서, 내부 감마 투과 튜브 섹션(130)은 OVC의 내부 원통형 표면의 중앙 부분만을 점유할 수 있으며, 또는 외부 감마 투과 튜브 섹션(130)은 OVC의 구조에 적절한 바와 같이, OVC의 전체 내부 원통형 표면을 점유할 수 있다. 감마 투과 튜브 섹션(130)들은 방사선 요법 조사 단계에서의 사용을 위해 선택될 수 있는 방사선 비임(208)의 경로 내에 놓이는 OVC의 이들 부분들의 적어도 전부를 점유해야 한다.
유사하게, 감마 투과 섹션(132)들은 방사선 요법 조사 단계에서의 사용을 위해 선택될 수 있는 방사선 비임(208)의 경로 내에 놓이는 열적 방사 쉴드(120)의 이들 부분들의 전부를 위해서 적어도 열 방사 쉴드(120)에 제공되어야 한다. 열 방사 쉴드의 감마 투과 섹션(132)들의 재료의 선택은, 또한 열전도성이 있으며 적외선 방사에 상대적으로 불투명한(opaque) 우호적인 재료들이어서, 극저온으로(cryogenically) 냉각된 초전도 자석 코일(102, 106, 108)들에 적외선 방사가 도달하는 것을 열방사 쉴드가 차단하는 것을 가능하게 해야 한다. 대안으로, 덜 바람직하지만, 컷아웃부들이 열 방사 쉴드에 제공될 수 있어, 열방사 쉴드가 방사 요법 조사 단계에서의 사용을 위해 선택될 수 있는 방사선 비임(208)의 임의의 경로에서 결여된다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 최종의 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템에서, 룩스 커버(looks cover)들이 심미적으로 매력적인 외부 커버에서 전체 시스템을 둘러싸도록 제공될 수 있다. OVC의 허리가 잘록한 섹션 및 허리가 잘록한 섹션에 의해 제공되는 환형 캐비티(210) 내의 방사선원(202)의 로케이션의 제공은, 시스템의 최종 외형이 종래의 원통형 자석 MRI 시스템의 외형과 유사할 것 있음을 의미한다. 이는 종래의 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템들의 외형과 대조한다면 환자들이 보다 편안해질 수 있음에 따라, 환자의 걱정을 감소시킬 수 있고, 효과적인 이미징 및 치료의 기회들을 증가시킬 것이다.
도 2는 도 1에 예시된 바와 같은 본 발명의 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템에서의 포함을 위해 적합한 냉각 및 지지 구조들을 갖는 코일 배열체를 포함하는 자석 구조(100)의 절단도를 도시한다. 도 1에 예시된 특징들에 대응하는 특징들은 대응하는 참조 부호들을 지닌다. 감마 방사선(208)의 예시적 비임은 가상선(phantom)으로 OVC(122)의 표시와 함께 참조로 예시된다.
이 예에서, 쉴드 코일(102)들은 이들 코일들의 반경 방향 외부면들에 의해 예컨대, 수지 함침식 유리 섬유로 구성될 수 있는 반경 방향 외부 지지부(142)에 장착된다. 반경 방향 외부 지지부들은 적당한 수단(예시 생략)에 의해 OVC 내에 장착된다. 필드 코일(104)들이 이들 코일들의 축 방향 말단(extremity)들에 의해 환형 또는 원통형 지지 구조(110)들에 접합된다. 상기 논의된 바와 같이, 적어도 중앙 지지 구조는, 방사선 요법 조사 단계에서의 사용을 위해 선택될 수 있는 방사선 비임(208)의 경로 내에 놓이는 이러한 부분들 내에서 적어도 감마 투과 재료이다. 이러한 구조는 적당한 수단(예시 생략)에 의해 OVC(122) 내에서 지지 구조들에 의해 지지된다.
도 2는 특히, 본 발명에서의 사용에 적절한 냉각 배열체를 예시한다. 냉각 배열체는 "냉각 루프" 로서 보편적으로 언급되는 것이다. 원격 한제 저장소(144)는 OVC(122)의 내부에 노출된 진공 구역(146) 내에서의 포함에 의해 외기 온도로부터 진공 절연식으로 제공된다. 한제 저장소(144)는, 냉각 파이프(114)들을 통해 순환하도록 배열된 한제(148)를 포함한다. 예시된 예에서, 액체 한제는 피드 파이프(150)를 통해서 하부 매니폴드(152)로 중력에 의해 공급된다. 하부 매니폴드(152)는 피드 파이프(150)를 필드 코일(106, 108)들과 열접촉하는 제 1 냉각 회로(114a) 및 쉴드 코일(102)들과 열접촉하는 제 2 냉각 회로(114b)에 연결한다. 한제는 코일들로부터 열을 추출하는 제 1 및 제 2 냉각 회로(114a, 114b)들을 통해 통과한다. 이는, 한제의 팽창 및 가능하게는 비등(boil)을 유발할 것이다. 이러한 밀도 감소는 제 1 및 제 2 냉각 회로(114a, 114b)들의 상부 부분들을 한제 저장소(144)에 연결하는 상부 매니폴드(154)로의 냉각 회로 내에서의 한제의 상승을 유발할 것이다. 피드 파이프(150) 내로의 한제의 중력 공급은 상부 매니폴드(154)를 통해 한제를 한제 저장소(144) 내로 반대로(back) 변위시킬 것이다. 바람직하게는, 이러한 극저온 냉동기(cryogenic refrigerator)와 같은 능동적(active) 냉각 배열체는 제 1 및 제 2 냉각 회로들을 통한 재순환을 위한 준비시 한제 저장소로 복귀된 한제를 재냉각하기 위해 제공된다. 도 1의 예시와 달리, 냉각 파이프(114)들에는 각각의 코일과의 열접촉이 제공되지 않는다. 오히려, 열전도 스트랩(156)들에는 하나 이상의 냉각 파이프(114) 및 하나 이상의 코일(106, 108)과의 열접촉이 각각 제공된다. 코일들은 냉각 스트랩(156)들을 통한 냉각 파이프(114)로의 열전도에 의해 냉각되며, 이 냉각 파이프는 상기 설명된 바와 같은 한제의 순환에 의해 냉각된다. 열전도 스트랩(156)들은 알루미늄 또는 구리와 같은 전도성 재료의 솔리드 스트랩들일 수 있으며, 또는 이러한 재료들의 편조물(braid) 또는 적층물(laminate)일 수 있으며, 또는 임의의 다른 적절한 열전도 재료일 수 있다. 유사하게는, 냉각 파이프(114)들은 알루미늄 또는 구리 또는 임의의 다른 적절한 열전도 재료일 수 있다. 냉각 스트랩(156)들 및 냉각 파이프들의 재료는 바람직하게는 비자성이다. 냉각 스트랩들은 방사선 요법 조사 단계에서의 사용을 위해 선택될 수 있는 방사선 비임(208)의 경로 내에 놓이는 자석 구조의 축 방향 중심 구역으로 연장되지 않는다.
피드 파이프(150) 및 상부 및 하부 매니폴드(152, 154)들은 열전도 재료들일 필요는 없다. 도 2에 도시된 바와 같이, 냉각 배열체의 상부 및 하부 매니폴드(152, 154)들은 방사선 요법 치료 중 방사선 비임(208)들이 지향될 구역에서 자석 조립체의 축 방향 중앙 구역을 가로질러 연장한다. 방사선 요법 비임(208)과의 간섭으로부터 이들 매니폴드들을 보호하기 위해서, 방사선 요법 조사 단계에서의 사용을 위해 선택될 수 있는 방사선 비임(208)의 경로 내에 놓이는 매니폴드들의 이러한 부분(158)들은 상기 설명된 그러한 감마 투과 재료들과 같은 감마 투과 재료로 구성된다. 세라믹 재료들이 매니폴드들의 감마 투과 부분들을 위해 바람직할 수 있다.
이에 따라, 자석 구조의 모든 부분들, OVC 및 열 방사 쉴드는 만약에 있다면, 방사선 요법 조사 단계에서의 사용을 위해 선택될 수 있는 방사선 비임(208)의 임의의 경로 내에 있는 중앙 구역(180)에서, 방사선원(202)에 의해 방출된 감마 방사선에 대해 투과되어, MRI 자석 및 그의 크라이오스탯의 구조로부터의 실질적인 간섭없이 환자(300)에게 작용하도록 방사선 비임(208)이 MRI 자석 및 그의 크라이오스탯(cryostat)의 구조를 통해 지향될 수 있다.
도 3은 도 2의 구조의 축 방향 단부 도면을 도시한다. 도 1 또는 도 2에 도시된 특징들에 대응하는 특징들은 대응하는 참조 부호들을 지닌다. 원격 저장소(144)에서의 피드 및 복귀 파이프들의 배열체는 도 2의 배열체와 상이하며, 대안의 배열체를 도시한다. 복귀 튜브의 개구에서의 압력에 비해 피드 튜브(150)의 개구에서의 한제의 더 높은 압력을 보장하는 어느 하나의 배열체 또는 임의의 다른 것이 사용될 수 있다. 쉴드 코일(102)들의 소정의 하부 섹션(160) 및 쉴드 코일들의 대응하는 소정의 상부 섹션은, 각각의 쉴드 코일 둘레를 연장하는 열전도 냉각 스트랩 또는 열전도 부재를 통한 전도 냉각에 의해 냉각된다. 이는 요구되는 배관(tubing)을 단순화하며, 쉴드 코일 냉각 회로의 최상부 지점으로부터 심지어 중력 공급식 복귀를 가능하게 한다.
대안의 실시예들에서, 방사선원(202) 및 짐벌 배열체(203)는 중앙 구역(180)에서 OVC 내에 위치설정될 수 있으며, 이 경우에는, OVC의 감마 투과 부분(131)들을 제공할 필요가 없다.
일부 실시예들에서, 필드 코일(102)들이 요구되지 않을 수 있다. 일부 실시예들에서, 짐벌 배열체는, 방사선원(202)을 경사지게 하기 위한 설비를 포함하지 않을 수 있어, 본질적으로 원통형 필드 코일 구조(104)를 통해 본질적으로 반경 방향으로의 방사선 비임을 지향시키도록 방사선 소스가 중앙 구역(108)에서 본질적으로 원통형 필드 코일 구조(104)의 축을 중심으로 회전하도록 만들어진다(constrained).
따라서, 본 발명은 '감마 투과' 중앙 구역을 갖는 논 스플릿 초전도 자석을 포함하는 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템을 제공한다. 이는 OVC, 열 쉴드 및 자석 지지 구조에서, 감마 투과 재료들을 사용함으로써, 통상적으로는 낮은 원자 번호의 재료들, 바람직하게는 탄소 또는 그래파이트 복합재들을 사용함으로써, 성취된다.
초전도 자석의 코일들의 냉각은, 냉각 루프 배열체의 사용에 의해 제공되며, 여기서 상부 및 하부 콜렉터 매니폴드들은 중간 평면에서 방사선 투과 요소들에 의해 링크된다.
'허리가 잘록한' 크라이오스탯 설계의 선택적인 실현은, 종래의 원통형 MRI 자석과 동일한 공간 엔벨로프를 많이 점유하도록 장착된 방사선원 및 시준기(collimator)를 지닌 갠트리(gantry)의 수용을 가능하게 한다.

Claims (11)

  1. 자석 구조(100) 및 방사선 요법 장비(200)를 포함하는 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템(10)으로서,
    상기 자석 구조(100)는,
    -지지 구조(110)에 의해 결합되는 다수의 초전도 코일(106, 108)들을 포함하며 중앙 구역(108)의 축 방향의 양측(either side)으로 연장하는 단일의 본질적으로 원통형 필드 코일 구조(104);
    -비워진 체적에서 필드 코일 구조(104)를 에워싸는 외부 진공 챔버(OVC)(122); 및
    - 초전도 코일들과 열접촉식으로 배열되고 냉각 튜브들을 통해 유동하는 한제(cryogen)를 수용하도록 배열된 냉각 튜브(114)들을 갖는 냉각 배열체를 포함하고,
    상기 방사선 요법 장비(200)는,
    -본질적으로 원통형 필드 코일 조립체(104)를 통해 실질적으로 반경 방향으로 선택된 경로를 따라 방사선 비임(208)을 지향시키도록, 중앙 구역(108)에서 본질적으로 원통형 필드 코일 구조(104)의 축을 중심으로 회전하도록 배열된(203) 감마 방사선원(202)을 포함하는,
    자석 구조 및 방사선 요법 장비를 포함하는 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템에 있어서,
    상기 필드 코일 구조(104) 및 OVC(122)의 부분들은, 선택될 수 있는 방사선 비임(208)의 임의의 경로 내에 있는 중앙 구역에서, 감마 방사선원(202)에 의해 방출된 방사선에 대해 투과되며, 이에 의해 방사선 비임(208)이 필드 코일 구조(104) 및 OVC(122)로부터의 실질적인 간섭없이 필드 코일 구조(104) 및 OVC(122)를 통해 지향될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    자석 구조 및 방사선 요법 장비를 포함하는 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 감마 방사선원(202)은 경사지도록 추가로 배열되며, 이에 의해 방사선 비임(208)이 정확한 반경 방향으로부터 선택된 각도로 선택된 경로를 따라 지향될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    자석 구조 및 방사선 요법 장비를 포함하는 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    짐벌 배열체(203)가 감마 방사선원(202)의 이동을 허용하도록 제공되는 것을 특징으로 하는,
    자석 구조 및 방사선 요법 장비를 포함하는 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    열 방사 쉴드(120)가 필드 코일 구조(104)와 OVC(122) 사이에 제공되며, 선택될 수 있는 방사선 비임(208)의 임의의 경로 내의 중앙 구역에서 열 방사 쉴드의 부분들이 감마 방사선원(202)에 의해 방출된 방사선에 대해 투과되며, 이에 의해 방사선 비임(208)이 열 방사 쉴드로부터의 실질적인 간섭없이 열 방사 쉴드를 통해 지향될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    자석 구조 및 방사선 요법 장비를 포함하는 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자석 구조는, 필드 코일 구조(104)보다 직경이 더 크며, 필드 코일 구조(104)의 축 방향 단부들을 향해 중앙 구역(108)으로부터 멀리 위치된 쉴드 코일(102)들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    자석 구조 및 방사선 요법 장비를 포함하는 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템.
  6. 제 3 항에 종속할 때 제 5 항에 있어서,
    OVC의 축 방향 중앙 부분은 OVC의 축 방향 외부 부분들의 외경(d2)보다 더 작은 외경(d1)을 가지며, 이에 의해 토로이달 캐비티(210)를 형성하며, 짐벌 배열체(203) 및 감마 방사선원(202)은 토로이달 캐비티(210) 내에 실질적으로 수용되는 것을 특징으로 하는,
    자석 구조 및 방사선 요법 장비를 포함하는 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    심미적으로 매력적인 외부 커버로 전체 시스템을 에워싸도록 룩스 커버(looks cover)들이 제공되는 것을 특징으로 하는,
    자석 구조 및 방사선 요법 장비를 포함하는 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감마 방사선원(202)에 의해 방출된 방사선에 대해 투과되는 부분들은 베릴륨, 탄소 또는 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    자석 구조 및 방사선 요법 장비를 포함하는 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감마 방사선원(202)에 의해 방출된 방사선에 대해 투과되는 부분들은 수지 함침식 탄소 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    자석 구조 및 방사선 요법 장비를 포함하는 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 배열체는 중앙 구역(180)을 통해 연장하는 상부 및 하부 매니폴드(154, 152)들을 포함하며, 선택될 수 있는 방사선 비임(208)의 임의의 경로 내의 중앙 구역에서 매니폴드들의 부분들은 감마 방사선원(202)에 의해 방출된 방사선에 대해 투과되며, 이에 의해 방사선 비임(208)은 매니폴드들로부터의 실질적인 간섭없이 매니폴드들을 통해 지향될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    자석 구조 및 방사선 요법 장비를 포함하는 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 감마 방사선원(202)에 의해 방출된 방사선에 대해 투과되는 부분들은 세라믹을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    자석 구조 및 방사선 요법 장비를 포함하는 MRI 및 방사선 병용 요법 시스템.
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