KR20160059528A

KR20160059528A - Ｍｒｉ 기반 방사선 치료기 시스템

Info

Publication number: KR20160059528A
Application number: KR1020140160793A
Authority: KR
Inventors: 김근주; 김재홍; 김정일; 신기영; 신동원; 전석기; 진승오
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2016-05-27

Abstract

본 발명은 높은 도즈(dose) 레이트(rate)를 유지하며 별도의 추가 냉각시스템이 필요없고 MRI 정렬 문제도 해결할 수 있도록, 자기공명영상(MRI)을 위한 환형 자기장 발생 기구 내부에 LINAC(Linear Accelerator) 치료를 위한 방사선 발생 기구를 설치한 구조의 MRI 기반 방사선 치료기 시스템에 관한 것이다.

Description

ＭＲＩ 기반 방사선 치료기 시스템 {Magnetic Resonance Imaging Guided Radiotherpy System}

본 발명은 자기공명영상(MRI) 기반 방사선 치료기 시스템에 관한 것으로서, 특히, 자기공명영상(MRI)을 위한 환형 자기장 발생 기구 내부에 LINAC(Linear Accelerator) 치료를 위한 방사선 발생 기구를 설치한 구조의 MRI 기반 방사선 치료기 시스템에 관한 것이다.

현대 사회의 암환자 발생 증가로 방사선 치료에 대한 비중이 높이지고 있다. 방사선 치료의 경우 높은 에너지를 외과적 수술없이 암세포에 직접 방사선을 조사하는 방법을 이용하므로 많은 장점을 가지는 반면 정상 세포에 대한 영향을 배제할 수 없다. 이를 해결하기 위해 보다 정확한 암세포에 대한 표적화(targeting)가 요구되고 있다. 정확한 표적화(targeting)를 위해 현재 CT(Computed Tomography) 영상 기반의 융합 시스템이 주로 사용되고 있지만, 영상을 제공하기 위해 방사선 사용으로 인한 피폭이 증가함에 따라 부작용 발생이 높아지고 있는 실정이다. 최근 영상 제공을 위해 방사선 피폭이 없는 MR 기반의 융합 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있기도 하다.

또한, 최근 다양한 MRI-LINAC 시스템이 제안되고 있다. 예를 들어, MRI와 LINAC 시스템을 함께 회전하거나, 일체형 MRI 시스템 외부에 LINAC 시스템을 설치하거나, Split형의 MRI 시스템 사이에 LINAC 시스템을 설치하는 방법 등이 제안되고 있다.

그러나, MRI와 LINAC 시스템을 함께 회전하는 방법의 경우, 거대한 MRI를 회전해야 하는 단점을 가지는 문제점이 있고, 일체형 MRI 시스템 외부에 LINAC 시스템을 설치하는 방법의 경우(도 1의 (a) 참조), 기존 MRI 시스템을 그대로 사용하는 장점을 가지나 LINAC과 MRI 중심과의 거리가 멀어짐에 따른 도즈(dose)량 감소뿐만 아니라 X-ray가 MRI 시스템을 통과함에 따른 도즈(dose)감쇄를 피할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 최근 Split형의 MRI 시스템 사이에 LINAC 시스템을 설치하는 방법이 제안되어 높은 도즈(dose) 레이트(rate)를 그대로 이용함으로써 치료효과가 높기는 하지만(도 1의 (b) 참조), 두 개의 별도의 MRI 시스템을 사용함에 따라 별도의 냉각 시스템을 사용해야 할 뿐만 아니라 두개의 MRI를 정렬하여야 하는 어려움이 있는 실정이다.

관련 기술로서, 미국공개특허번호 US 2013/0035584 A1, 유럽특허번호 EP 2359905 B1 등이 참조될 수 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 높은 도즈(dose) 레이트(rate)를 유지하며 별도의 추가 냉각시스템이 필요없고 MRI 정렬 문제도 해결할 수 있도록, 자기공명영상(MRI)을 위한 환형 자기장 발생 기구 내부에 LINAC(Linear Accelerator) 치료를 위한 방사선 발생 기구를 설치한 구조의 MRI 기반 방사선 치료기 시스템을 제공하는 데 있다.

먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의일면에 따른 MRI(Magnetic Resonance Imaging) 기반 방사선 치료기 시스템은, ㄷ 형태 단면을 가지며, 상기 ㄷ 형태의 환형 홈에 의해 분리된 양측의 환형체 내부에 각각 장착된 자기장 발생장치를 갖는 환형 자기장 발생 기구; 및 상기 ㄷ 형태의 환형 홈을 따라 설치된 하나 이상의 LINAC(Linear Accelerator)을 포함하고, 상기 환형 자기장 발생 기구에 의한 환형 공간에 놓인 대상체의 MRI를 획득하면서, 상기 LINAC으로 상기 대상체에 방사선을 국부적으로 조사하기 위한 것을 특징으로 한다.

상기 방사선 치료기 시스템은, 상기 자기장에 의한 상기 LINAC으로의 영향을 차폐하기 위해 상기 ㄷ 형태의 환형 홈의 벽들을 따라 결합된 환형 차폐 구조물을 더 포함할 수 있다.

상기 환형 차폐 구조물은 수동형(Passive), 능동형(Active), 또는 능동형과 수동형의 혼합형태일 수 있다.

상기 환형 차폐 구조물의 내벽 원주를 따라 레일(Rail) 또는 회전 갠트리(gantry) 형태로 설치된 이동 가이드수단을 포함하고, 제어장치의 제어에 따라 상기 LINAC이 상기 이동 가이드 수단을 따라 이동 가능하도록 장착될 수 있다.

제어장치의 제어에 따라 상기 LINAC이 제자리에서도 회전 또는 틸트(tilt) 가능하도록 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 MRI 기반 방사선 치교기 시스템은, 자기공명영상(MRI)을 위한 환형 자기장 발생 기구 내부에발생 기구가 장착될 수 있도록 그 구조를 변형하여, 높은 도즈(dose) 레이트(rate)를 유지하면 별도의 추가 냉각시스템이 필요없고 MRI 정렬 문제도 해결할 수 있도록 하였다. 이와 같이 구현이 용이하고 높은 도즈(dose) 레이트(rate)를 유지함으로써 치료효과 및 치료 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 MR-LINAC 시스템의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 환형 MRI 기반 방사선 치료기 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도2의 LINAC(Linear Accelerator)의 장착 구조를 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MRI 기반 방사선 치료기 시스템(100)을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 MRI 기반 방사선 치료기 시스템(100)은, MRI(Magnetic Resonance Imaging) 영상을 획득하기 위하여 사람 등 대상체에 자기장을 인가하기 위한 환형 자기장 발생 기구(110), 및 가속된 전자빔을 이용한 X-선 등 방사선을 발생시키고 방사선을 대상체의 종양 등 표적에 국부적으로 조사하기 위한 LINAC(Linear Accelerator)(120)을 포함한다.

도 2의 환형 자기장 발생 기구(110)의 단면과 같이, 본 발명에서는 환형 자기장 발생 기구(110)가 ㄷ 형태 단면을 가지는 환형체로 이루어지며, ㄷ 형태의 환형 홈에 의해 분리된 양측의 환형체 내부에는 각각 자기장 발생장치(111, 112)가 적절히 장착된다. 자기장 발생장치(111, 112)는 제어장치(도시되지 않음)의 제어를 받아 적절한 자기장을 발생시키기 위하여, 영구자석이나 코일, 기타 회로 등을 포함할 수 있다.

위와 같은 ㄷ 형태의 환형 홈에는 LINAC(120)이 설치되며, LINAC(120)은 ㄷ 형태의 환형 홈을 따라 여러 곳에 설치될 수도 있다. LINAC(120)의 설치 구조에 대하여는 도 3에서 좀더 자세히 설명하기로 한다.

이와 같은 구조에서, 예를 들어, 사람 등 대상체의 국소적인 위암, 간암, 대장암, 유방암 등 암이나 기타 결함 발생부위에 X-선 등 방사선을 조사하기 위하여, 제어장치(도시되지 않음)를 통해 환형 자기장 발생 기구(110)의 동작을 제어함에 따라, 환형 자기장 발생 기구(110)는 적절히 자기장을 발생시켜 대상체에 인가할 수 있으며, 제어장치(도시되지 않음)는 대상체에 의한 자기장의 변화를 측정하여 MRI 영상 신호를 획득하고, 제어장치에 구비된 LCD 등 디스플레이 수단을 통해 영상을 표시할 수 있다. 이와 같은 영상으로 결함 발생부위 등 표적의 위치를 확인하면서, 제어장치를 통해 LINAC(120)의 동작을 제어하여 표적으로 X-선 등 방사선을 국부적으로 조사함으로써 종양 등 결함 부위를 치료 또는 제거할 수 있게 된다.

도 3은 도 2의 LINAC(120)의 장착 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 3과 같이, 환형 자기장 발생 기구(110)에서 나오는 자기장에 의한 LINAC(120)으로의 영향을 차폐하기 위해, 위와 같은 환형 자기장 발생 기구(110)의 ㄷ 형태의 환형 홈의 벽들을 따라 환형 차폐 구조물(130)이 결합될 수 있으며, 하나 이상의 LINAC(120)은 환형 차폐 구조물(130)의 ㄷ 형태의 환형 홈 안에 장착될 수 있다.

환형 차폐 구조물(130)은 스틸, 페라이트 등 투자율이 높은 자성 물질로 이루어지는 수동형(Passive), 코일을 포함하는 능동형(Active), 또는 능동형과 수동형의 혼합형태 등으로 제작될 수 있다. 능동형의 경우 외부의 제어장치(도시되지 않음)의 제어에 따라 코일에 전기적 신호를 인가하여 적절한 자기장이 발생되도록 할 수 있다.

도 3과 같이, 환형 차폐 구조물(130)의 안쪽 끝단은, LINAC(120)의 방사선이 출사될 정도의 오픈된 부분을 제외하고 서로 마주보는 쪽으로 오무려져 폴(pole) 슈(shoe) 또는 공간 폭이 좁아지는 노즐 형태를 갖도록 하는 것이 바람직하며, 이는 자기장의 균일성을 향상시킬 수도 있다.

LINAC(120)으로 다양한 각도에서 해당 대상체에 X-선을 국부적으로 조사할 수 있도록 하기 위하여, 외부의 제어장치의 제어에 따라 LINAC(120)이 제자리에서도 회전 또는 틸트(tilt)가능하도록 설치될 수 있다. 이때 짐벌(gimbal)을 이용하여 부드러운 회전 또는 틸트(tilt)가 이루어지게 할 수 있다.

또한, 환형 차폐 구조물(130)의 내벽 원주를 따라 레일(Rail) 또는 회전 갠트리(gantry) 형태로 설치된 이동 가이드수단(131)을 포함할 수 있고, LINAC(120)이 제어장치의 제어에 따라 이동 가이드 수단(131)을 따라 이동 가능하도록 장착될 수 있다. 이에 따라 LINAC(120)이 환형 차폐 구조물(130)의 내벽 원주를 따라 이동하면서 다양한 각도에서 해당 대상체에 X-선을 국부적으로 조사할 수도 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 MRI 기반 방사선 치료기 시스템(100)은, 자기공명영상(MRI)을 위한 환형 자기장 발생 기구(110) 내부에 LINCA(Linear Accelerator)(120)이 장착될 수 있도록 그 구조를 변형하여, 높은 도즈(dose) 레이트(rate)를 유지하며 별도의 추가 냉각시스템이 필요없고 MRI 정렬 문제도 해결할 수 있도록 하였다. 이와 같이 구현이 용이하고 높은 도즈(dose) 레이트(rate)를 유지함으로써 치료효과 및 치료 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

환형 자기장 발생 기구(110)
자기장 발생장치(111, 112)
LINAC(Linear Accelerator)(120)
환형 차폐 구조물(130)
이동 가이드수단(131)

Claims

MRI(Magnetic Resonance Imaging) 기반 방사선 치료기 시스템에 있어서,
ㄷ 형태 단면을 가지며, 상기 ㄷ 형태의 환형 홈에 의해 분리된 양측의 환형체 내부에 각각 장착된 자기장 발생장치를 갖는 환형 자기장 발생 기구; 및
상기 ㄷ 형태의 환형 홈을 따라 설치된 하나 이상의 LINAC(Linear Accelerator)을 포함하고,
상기 환형 자기장 발생 기구에 의한 환형 공간에 놓인 대상체의 MRI를 획득하면서, 상기 LINAC으로 상기 대상체에 방사선을 국부적으로 조사하기 위한 것을 특징으로 하는 방사선 치료기 시스템.
제1항에 있어서,
상기 자기장에 의한 상기 LINAC으로의 영향을 차폐하기 위해 상기 ㄷ 형태의 환형 홈의 벽들을 따라 결합된 환형 차폐 구조물
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료기 시스템.
제2항에 있어서,
상기 환형 차폐 구조물은 수동형(Passive), 능동형(Active), 또는 능동형과 수동형의 혼합형태인 것을 특징으로 하는 방사선 치료기 시스템.
제2항에 있어서,
상기 환형 차폐 구조물의 내벽 원주를 따라 레일(Rail) 또는 회전 갠트리(gantry) 형태로 설치된 이동 가이드수단을 포함하고, 제어장치의 제어에 따라 상기 LINAC이 상기 이동 가이드 수단을 따라 이동 가능하도록 장착된 것을 특징으로 하는 방사선 치료기 시스템.
제1항에 있어서,
제어장치의 제어에 따라 상기 LINAC이 제자리에서도 회전 또는 틸트(tilt) 가능하도록 설치된 것을 특징으로 하는 방사선 치료기 시스템.