KR20150040397A - 암치료 장치용 이온 빔 노즐 제어기 - Google Patents

암치료 장치용 이온 빔 노즐 제어기 Download PDF

Info

Publication number
KR20150040397A
KR20150040397A KR20130118852A KR20130118852A KR20150040397A KR 20150040397 A KR20150040397 A KR 20150040397A KR 20130118852 A KR20130118852 A KR 20130118852A KR 20130118852 A KR20130118852 A KR 20130118852A KR 20150040397 A KR20150040397 A KR 20150040397A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ion beam
treatment
ion
pencil
nozzle controller
Prior art date
Application number
KR20130118852A
Other languages
English (en)
Inventor
명남수
Original Assignee
명남수
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 명남수 filed Critical 명남수
Priority to KR20130118852A priority Critical patent/KR20150040397A/ko
Publication of KR20150040397A publication Critical patent/KR20150040397A/ko

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00Radiation therapy
    • A61N5/06Radiation therapy using light
    • A61N5/0601Apparatus for use inside the body
    • A61N5/0603Apparatus for use inside the body for treatment of body cavities
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00Radiation therapy
    • A61N5/06Radiation therapy using light
    • A61N5/0613Apparatus adapted for a specific treatment
    • A61N5/062Photodynamic therapy, i.e. excitation of an agent
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00Radiation therapy
    • A61N5/06Radiation therapy using light
    • A61N5/067Radiation therapy using light using laser light
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00Radiation therapy
    • A61N5/10X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1001X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy using radiation sources introduced into or applied onto the body; brachytherapy
    • A61N5/1014Intracavitary radiation therapy
    • A61N5/1015Treatment of resected cavities created by surgery, e.g. lumpectomy
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00Radiation therapy
    • A61N5/10X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1077Beam delivery systems
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • A61B2018/2035Beam shaping or redirecting; Optical components therefor
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00Radiation therapy
    • A61N5/10X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1001X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy using radiation sources introduced into or applied onto the body; brachytherapy
    • A61N2005/1019Sources therefor
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00Radiation therapy
    • A61N5/10X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N2005/1085X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy characterised by the type of particles applied to the patient
    • A61N2005/1087Ions; Protons
    • A61N2005/1088Ions; Protons generated by laser radiation

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Otolaryngology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 암치료 장치용 이온 빔 노즐 제어기는 암치료용 이온 빔을 가속시키는 이온 빔 가속기와, 상기 이온 빔 가속기에서 방출된 이온 빔의 에너지 분포와 진행 경로를 실시간으로 확인하고, 상기 이온 빔 중 치료용 펜슬 빔을 선택하기 위해 3차원 섬광체 적층구조로 이루어진 치료 빔 선택기를 포함한다.

Description

암치료 장치용 이온 빔 노즐 제어기 {Ion beam nozzle controller for a cancer therapy system}
본 발명은 입자빔을 이용한 암치료 장치에서 생성되는 가속된 이온 빔(예를 들어, 양성자 빔)에 대한 이온 빔 노즐 제어기에 관한 것으로, 전형적인 사이클로트론이나 싱크로트론 가속기를 이용한 암치료용 이온 빔 노즐 제어기뿐만 아니라 극초단 초고출력 레이저를 이용한 암치료용 이온 빔 발생장치에서 생성된 이온 빔의 3차원 에너지 분포 및 에너지 대역을 실시간으로 정확히 측정하고, 치료에 필요한 이온 빔의 에너지 대역을 선별적으로 여과시킬 수 있는 암치료 장치용 이온 빔 노즐 제어기에 관한 것이다.
양성자/중이온 암치료기(Proton/ion beam therapy)는 전형적으로 대형 입자가속기에서 발생되는 입자빔을 사용한다. 현재 이온 빔을 이용한 암치료기는 가속기를 이용한 형태가 주로 이용된다. 한편, 레이저를 이용한 입자가속 방법은 기존의 가속기와 비교하여 훨씬 적은 공간을 차지하며, 유지, 보수 비용도 훨씬 적을 것으로 기대된다.
극초단 초고출력 펄스 레이저는 모드 락킹(Mode-locking) 기술을 기반으로 생성된 레이저의 출력을 여러 증폭기를 통하여 고출력 펄스를 얻게 된다. 증폭 광출력이 순간적으로 매우 높아지며, 매우 강한 전자기장으로 인하여 발생되는 광소자 훼손을 막기 위하여, 펄스 신장기(pulse stretcher)를 통하여, 펄스의 시간 폭을 늘려 순간 최대 출력을 낮게 유지하고, 여러 단계로 레이저빔 크기를 단계적으로 증가시켜가며, 증폭기를 거친 후, 펄스 압축기(pulse compressor)를 통하여 원래의 펄스 폭으로 줄여주는 CPA(Chirped Pulse Amplification) 기술이 사용된다.
이러한 CPA 기법을 적용하여 얻어진 극초단 초고출력 레이저를 집속시켜 타겟 물질에 조사하여 입자빔을 발생시킨다. 입자빔 발생용 타겟 물질은 금속 박막 및 수소가 포함된 박막을 포함할 수 있다.
레이저 가속된 이온 빔의 특성을 측정하기 위하여 이온 빔의 진행경로, 에너지 공간분포 등을 측정하기 위한 TPS(Thompson parabola spectroscopy)와 TOF(Time of flight)를 사용한다. 치료를 위해서는 이러한 측정은 실시간으로 이루어져야 한다.
KR1020100066294 A, "저침투형 입자빔 암치료 장치" KR1020110048441 A, "양성자 발생용 타겟 물질 및 이를 포함하는 치료 장치"
Ingo Hofmann et al., Collection and focusing of laser accelerated ion beams for therapy applications, Physical Review Special Topics - Accelerators and beams 14, 031304 (2011) P. C. Rout et al., A large area plastic scintillator detector array for fast neutron measurements, Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. Vol. 598, Issue 2, 526-533 (2009)
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서,이온 빔의 에너지 및 공간 분포에 대한 특성분석과 경로추적을 실시간 확인가능케 하는 암치료 장치용 이온 빔 노즐 제어기를 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 일 구현 예로서, 본 발명에 따른 암치료 장치용 이온 빔 노즐 제어기는
암치료용 이온 빔을 가속시키는 이온 빔 가속기; 및
상기 이온 빔 가속기에서 방출된 이온 빔의 에너지 분포와 진행 경로를 실시간으로 확인하고, 상기 이온 빔 중 치료용 펜슬 빔을 선택하기 위해 3차원 섬광체 적층구조로 이루어진 치료 빔 선택기를 포함한다.
상기 치료 빔 선택기의 3차원 섬광체 적층구조는 양 끝단에 광 검출기가 부착된 막대 형상의 섬광체가 병렬 배열되고, 상기 병렬 배열된 일층과 서로 인접한 다른 층의 병렬 배열이 서로 직교하도록 적층되는 것을 특징으로 한다.
레이저 가속 이온 빔을 이용한 암치료 장치에서는,
상기 이온 빔 가속기에서 가속된 이온 빔 중 사전 설정된 에너지 대역의 이온 빔을 선별하기 위해 이온 빔 편향기능이 포함된 이온 빔 선별기를 더 포함한다.
상기 이온 빔 편향기능은 자기장, 전기장 및 전자기장으로 이루어진 일군 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 한다.
상기 치료 빔 선택기는 이온 빔의 에너지 대역 및 진행 방향을 실시간으로 모니터링하고, 상기 이온 빔 중 사전 설정된 치료용 펜슬 빔 에너지 대역으로 필터 및 콜리메이션하는 치료 빔 필터/콜리메이터; 및
상기 치료 빔 필터/콜리메이터를 통과한 상기 치료용 펜슬 빔의 에너지 대역 및 진행 방향을 확인하고, 상기 치료용 펜슬 빔을 병변에 조사하기 위한 치료 빔 노즐을 더 포함한다.
상기 치료 빔 필터/콜리메이터는 상기 필터 및 콜리메이션된 치료용 펜슬 빔을 통과시키기 위해 개구(開口)를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 치료 빔 노즐은 상기 병변에 상기 치료용 펜슬 빔이 정확히 조사되었는지 여부를 판별하도록 상기 치료용 펜슬 빔이 상기 병변에 조사 시 발생되는 즉발 감마선을 검출하여 상기 즉발 감마선의 소스를 추적하고 특성분석(profiling)하는 것을 특징으로 한다.
극초단 초고출력 펄스 레이저를 박막물질에 집속시켜 조사하면 레이저와 박막물질 간의 상호 작용으로 박막은 전자와 이온이 분리된 플라즈마 상태가 된다. 분리된 전자는 레이저에 의하여 빛 속도 가까이 가속되지만, 질량이 보다 큰 이온은 전자 뒤에 남게 된다. 이러한 공간 전하 분리에 의하여, 전자와 이온 사이에 강력한 전장이 형성되고 이러한 전장에 의하여 이온의 가속이 가능하게 된다. 이온 빔을 사용하는 방사선 치료는 이렇게 생성된 이온 빔을 신체 외부에서 암 조직을 향하여 조사하여 암 조직을 파괴한다. 따라서 본 발명에 따른 암치료 장치용 이온 빔 노즐 제어기는 이온 빔의 에너지 및 공간 분포에 대한 특성분석과 경로추적을 실시간으로 검출 및 모니터링하고, 치료용 펜슬 빔을 병변에 조사하도록 제어할 수 있다.
도 1은 레이저 가속 이온 빔을 이용한 암치료 장치에 대한 개념도이다.
도 2는 레이저 가속 이온 빔 노즐 제어기에 대한 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 이온 빔 특성분석을 위한 3차원 섬광체(Scintillator) 적층구조에 대한 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 3차원 이온 빔 특성분석의 원리를 나타내는 설명도이다.
도 5a 및 5b는 양성자 빔을 이용한 깊이에 따른 운동에너지 흡수량 시뮬레이션 결과도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. 이에 더하여, 본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도를 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들어, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들을 계략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
[제 1 실시예]
제 1 실시예는 입자빔을 이용한 암치료 장치에서 생성되는 가속된 이온 빔에 대한 이온 빔 노즐 제어기에 관한 것이다. 제 1 실시예는 극초단 초고출력 레이저를 이용한 암치료 장치용 이온 빔 노즐 제어기에 대하여 기술한다. 한편, 본 발명은 이러한 극초단 초고출력 레이저를 이용한 암치료 장치용 이온 빔 노즐 제어기에 한정되지 않고, 사이클로트론이나 싱크로트론과 같은 가속기를 이용한 암치료 장치용 이온 빔 노즐 제어기에도 적용가능하다. 가속기를 이용한 암치료 장치용 이온 빔 노즐 제어기에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 레이저 가속 이온 빔을 이용한 암치료 장치에 대한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 레이저 가속 이온 빔을 이용한 암치료 장치는 극초단 초고출력 펄스 레이저(101)를 이용한다. 이러한 극초단 초고출력 펄스 레이저(101)는 모드락킹(Mode-locking) 기술을 기반으로 생성된 펄스 레이저의 출력을 여러 증폭기를 통해 고출력 펄스로 변환한다. 광출력이 증폭되어 강한 전자기장으로 인하여 발생되는 광소자 훼손을 막기 위하여 펄스 신장기(pulse stretcher, 102)를 통하여 펄스의 시간 폭을 늘려 순간 최대 출력을 낮게 유지하고, 여러 단계로 레이저 빔 크기를 단계적으로 증가시켜 증폭기를 거친 후, 펄스 압축기(pulse compressor, 106)를 통해 원래의 펄스 폭으로 줄여주는 처프 펄스 증폭(CPA: Chirped Pulse Amplification) 기술이 사용된다.
이러한 처프 펄스 증폭 기술이 이용하여 극초단 고출력 레이저 빔을 집속시켜 타겟으로부터 이온 빔을 얻게 된다. 레이저 가속된 이온 빔에 대한 에너지 및 공간 분포의 특성을 분석하고, 원하는 에너지 대역으로 선별하고, 원하는 진행방향 및 위치로 제어하며, 누적 선량을 추정하기 위한 이온 빔 노즐 제어기(110)를 통해 가속된 이온 빔을 환자의 병변 부위에 조사한다. 본 발명에 따른 이온 빔 노즐 제어기(110)는 최종 목표인 환자의 병변 부위에서 요구되는 것에 따라, 에너지 대역, 위치, 진행방향 및 선량을 제어할 수 있다.
도 2는 레이저 가속 이온 빔 노즐 제어기에 대한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 레이저 가속 이온 빔은 치료를 위해 사전 설정된 에너지 대역 및 사전 설정된 방향으로 선별하기 위하여 이온 빔 편향기능이 포함된 이온 빔 선별기(201)를 통과한다. 도 2에 따른 이온 빔 선별기(201)의 이온 빔 편향기능은 자기장을 이용하여 사전 설정된 에너지 대역 및 방향으로 이온 빔을 선별하는 것으로 도시하였다. 본 발명에 따른 이온 빔 선별기(201)의 편향기능은 자기장에 제한되지 않고 전기장 또는 전자기장을 이용하여 사전 설정된 에너지 대역 및 방향으로 이온 빔을 선별할 수도 있다. 이온 빔 선별기(201)에서 나오는 이온 빔은 이온 빔의 운동에너지에 따라 위치와 진행방향이 달라진다.
이온 빔 선별기(201)를 통과한 선별된 이온 빔은 치료 빔 필터/콜리메이터(203)를 통과하여 에너지 및 공간 분포에 대한 특성 분석과 진행 방향을 실시간으로 모니터링하면서, 이온 빔 중 사전 설정된 에너지 대역으로 필터하고 콜리메이션된 치료용 펜슬 빔을 만든다. 치료 빔 필터/콜리메이터(203)는 섬광체 구조로 이루어져 누적 선량을 측정할 수 있다.
치료 빔 필터/콜리메이터(203)는 치료용 펜슬 빔이 치료 빔 필터/콜리메이터(203)를 통과시키기 위해 직선 경로 상의 내부에 개구(開口)를 형성한다. 도 2에 도시된 개구는 단순한 홀로 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않고 일부가 분리되고 병합되는 구조로도 형성할 수 있다. 한편, 치료 빔 필터/콜리메이터(203) 내에 도시된 얇은 점선은 원하는 대역 이외의 이온 빔이 흡수되어 나타나는 브래그 피크의 분포를 도시한다.
이후 치료 빔 필터/콜리메이터(203)를 통과한 치료용 펜슬 빔은 에너지 및 공간 분포에 대한 특성 분석과 진행 방향을 모니터링하여 치료에 적합한지 여부를 실시간으로 확인한 후, 치료 빔 노즐(205)을 개방하여 치료용 펜슬 빔을 병변 부위에 조사한다. 그리고 이러한 치료 빔 필터/콜리메이터(203)와 치료 빔 노즐(204)은 가속기를 이용하여 가속된 이온 빔에도 적용가능하다. 한편 치료 빔 노즐(204)은 병변 부위에 치료용 펜슬 빔이 정확히 조사되었는지 여부를 판별하도록 치료용 펜슬 빔이 병변 부위에 조사 시 치료용 펜슬 빔이 진행 중 발생하는 즉발 감마선(Prompt gamma ray)을 검출하여 즉발 감마선의 소스를 추적하고 특성분석(profiling)하는 기능을 포함할 수도 있다.
한편 치료에 불필요한 광자는 광자 차폐기(205)를 이용하여 병변 부위로 향하는 것을 차단한다. 이온 빔 선별기(201)를 통과한 이온 빔의 운동 에너지가 과도할 경우 치료 빔 필터/콜리메이터(203) 전·후에 감쇄기(202)를 배치하여 이온 빔의 운동 에너지를 낮출 수도 있다.
도 3은 본 발명에 따른 이온 빔 특성분석을 위한 3차원 섬광체(Scintillator) 적층구조에 대한 개략도이다. 도 3을 참조하면, 3차원 섬광체 적층구조는 양 끝단에 광 검출기(301)가 부착된 막대 형상의 섬광체(302)가 병렬로 배열되고, 병렬 배열된 섬광체(302) 일층과 서로 인접한 다른 층의 병렬 배열이 서로 직교하도록 적층된다. 도 3에 도시된 막대 형상의 섬광체(302)의 크기는 설명의 편의성을 위해 과도하게 도시되어 있으나, 두께나 넓이 등은 필요에 따라 조절될 수 있다. 또한 섬광체 구조는 필요에 따라 크기나 형상을 조절할 수도 있다.
이러한 섬광체는 가속된 하전된 입자, 즉 이온 입자가 물질을 통과할 때 입자와 진행경로 부근에 있는 물질과의 전기적 상호작용(주로 물질 내에 결합해 있는 원자의 이온화)으로 흡수된 운동 에너지를 빛 에너지로 변화시키고 통과하는 물질이다. 본 발명에서는 입자 진행 중 발생하는 섬광의 위치를 추적할 수 있는 구조를 가진다. 섬광의 검출을 위하여, 광 검출기가 필요한데, 이는 이온 빔에 의하여 쉽게 훼손되기 때문에 검출기가 이온 빔에 노출되지 않도록 하여야 한다.
이러한 섬광체에서 부착된 광검출기로부터 측정된 광전류를 이용하여 브래그 피크 패턴을 추정하고, 보간법을 이용하여 누적 선량을 산출할 수 있다. 브래그 피크의 위치는 침투한 입자빔의 운동에너지를 제시한다. 따라서 브래그 피크 이후에서는 섬광현상이 일어나지 않는다. 광전류의 양은 선량에 비례한다.
도 4는 본 발명에 따른 3차원 이온 빔 특성분석의 원리를 나타내는 설명도이다.
도 4를 참조하면, 가로(x), 세로(y) 방향성을 갖는 2개의 인접한 막대형 섬광체의 적층구조의 일부를 보여 주고 있다. 예를 들어, 가속된 이온 입자가 깊이 방향(z)으로 진행하면서, 가로 방향 섬광막대(401)와 세로 방향 섬광막대(402)가 교차하는 영역 중 가로 방향 섬광막대(401)에서 섬광이 일어나고, 세로 방향 섬광막대(402)에서 섬광이 일어남을 도시한다. 이때 섬광막대 내에서 발생된 빛은 대부분 막대 내면에서 전반사 되어 섬광막대 양쪽 끝으로 진행하여 양끝에 위치한 광 검출기에서 검출된다. 그러나 이에 인접한 가로 방향 섬광막대(403)와 세로 방향 섬광막대(404) 등에서는 섬광이 일어나지 않는다. 섬광이 발생된 섬광막대의 교차점을 추적하면 이온 빔의 진행경로를 추적할 수 있다.
도 5a 및 5b는 양성자 빔을 이용한 깊이에 따른 운동에너지 흡수량 시뮬레이션 결과도이다.
도 5a 및 5b를 참조하면, 벌크 섬광체 물질에 양성자 빔을 입사시킬 경우 깊이에 따른 운동에너지 흡수량을 나타내는 브래그 피크 커브를 보여주며, 브래그 피크 이후에서는 급격히 운동에너지 흡수량이 줄어든다. 본 실시예에 따른 시뮬레이션은 Gate(Geant4 Application for Tomographic Emission, Monte Carlo simulation)를 사용하였다. 또한 조사 대상체로는 PVT(Polyvinyl Toluene)를 적용하였고, 벌크 섬광체의 크기는 120(x) X 120(y) X 200(z) mm를 이용하였다. 또한 이때 사용된 이온 빔은 160 MeV의 단일 양성자 소스를 적용하였다.
본 실시예에 따른 시뮬레이션 결과는 벌크 섬광체를 적용하였다. 그러나 본 발명에 따른 3차원 섬광체 적층구조를 적용할 경우, 도 5b와 같은 브레그 피크뿐만 아니라 에너지의 공간 분포와 진행경로를 정확히 추적할 수 있다. 한편, 시뮬레이션 결과는 일 진행방향의 일차원의 브래그 피크만을 도시하였으나, 본 발명에 따른 3차원 섬광체 적층구조를 적용할 경우, 도 2의 점선과 같은 에너지 분포를 얻을 수 있다.
101: 극초단 초고출력 펄스 레이저
102: 펄스 신장기
106: 펄스 압축기
110: 이온 빔 노즐 제어기
201: 이온 빔 선별기
202: 감쇄기
203: 치료 빔 필터/콜리메이터
204: 치료 빔 노즐
205: 광자 차폐기
301: 광 검출기
302: 섬광체
401, 403: 가로 방향 섬광막대
402, 404: 세로 방향 섬광막대

Claims (7)

  1. 암치료용 이온 빔을 가속시키는 이온 빔 가속기; 및
    상기 이온 빔 가속기에서 방출된 이온 빔의 에너지 분포와 진행 경로를 실시간으로 확인하고, 상기 이온 빔 중 치료용 펜슬 빔을 선택하기 위해 3차원 섬광체 적층구조로 이루어진 치료 빔 선택기
    를 포함하는 암치료 장치용 이온 빔 노즐 제어기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 치료 빔 선택기의 3차원 섬광체 적층구조는 양 끝단에 광 검출기가 부착된 막대 형상의 섬광체가 병렬 배열되고, 상기 병렬 배열된 일층과 서로 인접한 다른 층의 병렬 배열이 서로 직교하도록 적층되는 것을 특징으로 하는, 암치료 장치용 이온 빔 노즐 제어기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    레이저 가속 이온 빔을 이용한 암치료 장치에서는,
    상기 이온 빔 가속기에서 가속된 이온 빔 중 사전 설정된 에너지 대역의 이온 빔을 선별하기 위해 이온 빔 편향기능이 포함된 이온 빔 선별기
    를 더 포함하는 암치료 장치용 이온 빔 노즐 제어기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 이온 빔 편향기능은 자기장, 전기장 및 전자기장으로 이루어진 일군 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는, 암치료 장치용 이온 빔 노즐 제어기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 치료 빔 선택기는 이온 빔의 에너지 대역 및 진행 방향을 실시간으로 모니터링하고, 상기 이온 빔 중 사전 설정된 치료용 펜슬 빔 에너지 대역으로 필터 및 콜리메이션하는 치료 빔 필터/콜리메이터; 및
    상기 치료 빔 필터/콜리메이터를 통과한 상기 치료용 펜슬 빔의 에너지 대역 및 진행 방향을 확인하고, 상기 치료용 펜슬 빔을 병변에 조사하기 위한 치료 빔 노즐
    를 더 포함하는 암치료 장치용 이온 빔 노즐 제어기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 치료 빔 필터/콜리메이터는 상기 필터 및 콜리메이션된 치료용 펜슬 빔을 통과시키기 위해 개구(開口)를 형성하는 것을 특징으로 하는, 암치료 장치용 이온 빔 노즐 제어기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 치료 빔 노즐은 상기 병변에 상기 치료용 펜슬 빔이 정확히 조사되었는지 여부를 판별하도록 상기 치료용 펜슬 빔이 상기 병변에 조사 시 발생되는 즉발 감마선을 검출하여 상기 즉발 감마선의 소스를 추적하고 특성분석(profiling)하는 것을 특징으로 하는, 암치료 장치용 이온 빔 노즐 제어기.
KR20130118852A 2013-10-05 2013-10-05 암치료 장치용 이온 빔 노즐 제어기 KR20150040397A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130118852A KR20150040397A (ko) 2013-10-05 2013-10-05 암치료 장치용 이온 빔 노즐 제어기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130118852A KR20150040397A (ko) 2013-10-05 2013-10-05 암치료 장치용 이온 빔 노즐 제어기

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20150040397A true KR20150040397A (ko) 2015-04-15

Family

ID=53031738

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20130118852A KR20150040397A (ko) 2013-10-05 2013-10-05 암치료 장치용 이온 빔 노즐 제어기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20150040397A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115662675A (zh) * 2022-12-19 2023-01-31 广东省新兴激光等离子体技术研究院 离子分离器、离子同轴传输束线及离子束加速器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115662675A (zh) * 2022-12-19 2023-01-31 广东省新兴激光等离子体技术研究院 离子分离器、离子同轴传输束线及离子束加速器
CN115662675B (zh) * 2022-12-19 2024-04-30 广东省新兴激光等离子体技术研究院 离子分离器、离子同轴传输束线及离子束加速器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102369457B (zh) 探测器装置
JP5374731B2 (ja) レーザー駆動粒子線照射装置およびレーザー駆動粒子線照射装置の動作方法
EP1525901B1 (en) Particle therapy system
JP6578282B2 (ja) 放射線治療に関する放射線装置の粒子放射の飛程制御のための方法及び装置
JP5074915B2 (ja) 荷電粒子ビーム照射システム
Glinec et al. Radiotherapy with laser‐plasma accelerators: Monte Carlo simulation of dose deposited by an experimental quasimonoenergetic electron beam
CN110709133A (zh) 粒子束监测系统和方法
Robertson et al. Material efficiency studies for a Compton camera designed to measure characteristic prompt gamma rays emitted during proton beam radiotherapy
WO2013030996A1 (ja) 荷電粒子ビーム照射システムおよび荷電粒子ビーム照射システムの運転方法
JP5850362B2 (ja) 中性子線照射装置および当該装置の作動方法
US8872127B2 (en) Beam current controller for laser ion source
JP2012002772A (ja) 深さ方向線量分布測定装置、粒子線治療装置及び粒子線照射装置
Milluzzo et al. Handling and dosimetry of laser-driven ion beams for applications
Giordanengo et al. Dose delivery concept and instrumentation
CN115551590A (zh) 用于粒子治疗的系统和方法
KR101923980B1 (ko) 이온 빔 프로파일러, 이온 빔 필터, 및 이온 빔 필터를 장착한 이온 빔 생성 장치
KR20150040397A (ko) 암치료 장치용 이온 빔 노즐 제어기
Kraft et al. Heavy ion therapy at GSI
Cutroneo et al. Thomson parabola spectrometry of laser generated plasma at PALS laboratory
Alexandrov et al. Measurements of 12C ions beam fragmentation at large angle with an Emulsion cloud chamber
Torrisi et al. Compact Thomson parabola spectrometer for fast diagnostics of different intensity laser-generated plasmas
US20170115407A1 (en) Devices for the simultaneous measurement in real time of energy and of flux of mono-energetic beams of hadrons of low energy
Yap et al. Preliminary Study of a Large Energy Acceptance FFA Beam Delivery System for Particle Therapy
Schillaci et al. ELIMED: medical application at eli-beamlines. Status of the collaboration and first results
Rosinski et al. Acceleration of protons in plasma produced from a thin plastic or aluminum target by a femtosecond laser

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application